JPH03118168A - Ｌｅｄプリントヘッド駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、プリントの均一性の高いプリントヘッド制御
に関する。

［従来技術およびその問題点］ ＬＥＤプリントヘッドは光接受体（フォトリセブタ）の
表面を露光させるための発光ダイオード（以後ＬＥＤと
称する。）アレーを用いた非衝撃式プリンタである。こ
のようなプリンタでは、移動ドラム、あるいは移動ベル
トの光接受体の表面には静電荷が形成され、その表面の
選ばれた領域（または画素）は露光によって放電する。

プリント用トナーがドラムに塗布され、静電気的に帯電
あるいは放電した領域を表すパターンを描いてドラムに
接着する。トナーはその後普通紙に移され、紙上に溶融
される。照射領域と非照射領域を制御して紙上に文字、
線および他の像を形成することができる。

るいはジグザクに配列した二つの轡が、細長いレンズの
近くにそれらの像が照射される面を横切って配列するよ
うに配置されている。光接受体がＬＥＤの成す線を通過
するとと、それらＬＥＤは選択的に起動されであるもの
は発光し、あるものは発光しない。そしてそれによって
、光接受面を起動されたＬＥＤに対応するパターンに露
光したり、しなかったりする。

プリントヘッドのＬＥＤは電流を導通し、発光するよう
ドーピングした砒化ガリウム等のウェハ上に形成される
。ＬＥＤの長いアレーはウェハ上に形成され、ウェハは
それぞれがＬＥＤのアレーを有する別々のダイスに分離
される。このようなダイスの端と端をつないで一列に成
しプリントへラドアレーが形成される。一つのダイスの
ＬＥＤの光出力は通常かなり均一であるが、ダイスごと
に加工のパラメータが異なるため光出力はダイスごとに
ばらつきがある。一つのウェハから取ったダイスの間に
もいくらかばらつきがあり、ウェハごとのばらつきはさ
らに大きくなる。

ＬＥＤは集積回路チップの電源によって駆動される。こ
れらのチップの電流出力にもまたチップの加工パラメー
タに応じてばらつきがある。このようなばらつきはＬＥ
Ｄダイスのばらつきを倍加させ、さらにＬＥＤの光出力
のばらつきをも大きくする。

−ｉに、すべての発光ダイオードが起動された時に同じ
光出力を発生することが望ましいと考えられてきた。そ
れによってプリントされた画素がほぼ同じ大きさになり
、画素の強さも均一となる。

これは通常、ＬＥＤのダイスを同様な特性を有するカテ
ゴリーに仕分けするか、あるいはＬＥＤ電源を外部部品
によって補償して、同様な特性を有するＬＥＤに対して
均一な駆動電流を与えるようにして達成されてきた。こ
の方法の目的は一般にＬＥＤアレーに均一な画像形成特
性を保証することである。

しかし、雑音がないように見える画像品質を得るのに、
それぞれのプリントされた画素が同様に暗く見えること
は必要ではない。言い換えれば、それぞれの発光ダイオ
ードが同じエネルギーを供給する必要はない０個々の強
さのレベルに対する目の感度は異なる強さの空間的発生
の関数である。

たとえば、強さの異なる二つの画素は、もし一つがプリ
ント媒体の一方の端に発生し、他方がプリント媒体の他
方の端に発生した場合には気付かれない。

同様に画素が小さ（、また近接しているとと、隣合う画
素の強さがかなり異なっていても目ではその違いを感知
できない。また、強さが徐々に変化する場合も人間の目
には急激な変化よりも見分けにくい。個々の強さのレベ
ルに対する目の感度は異なる強さのレベルの空間周波数
の関数である。

研究から人間の目は０．５サイクル／Ｗから２．０サイ
クル／ｆｆ１ｆｌｌの空間周波数に対して最も高感度で
あることがわかっている。普通の観察者はこの範囲より
もはるかに小さいか、あるいははるかに大きいサイクル
の強さの違いには気付かない。

したがって、プリントヘッドの、人間の目で感知できる
空間周波数での光出力の不均一を無くすことのできるＬ
ＥＤプリントヘッドの電源を提供することが要望される
。これによって、人間の目が感知できる周波数範囲の外
では強さのばらつきが幾分か残るにせよプリントの見掛
けの均一性が増すことになる。

［解決しようとする問題点および解決手段］実施例にし
たがってこの発明を実施する際には、発光ダイオードプ
リントヘッド用のプログラマブル電源が提供される。こ
の電源は複数の集積回路チップ上に形成され、それぞれ
のチップは複数のＬＥＤのそれぞれに電流を供給する複
数の出力ををする。このような集積回路チップはそれぞ
れプリントヘッド全体の基準電圧に接続された複数のプ
ログラマブル電流源を有する。電流がそれぞれのＬＥＤ
に印加されるが、この電流は対応するチップのチップ基
準電圧、それぞれのＬＥＤあるいはＬＥＤのグループに
対するプログラミングデータ信号の存在あるいは不在、
およびそれぞれのＬＥＤに対するイネ−ブリング・デー
タ信号の存在あるいは不在の関数である。

ＬＥＤは人間の目が見掛けの強さの違いを感知する長さ
と異なる列の長さを有するグループ単位に制御されるこ
とが好適である。これによってＬＥＤプリントヘッドか
らの画像の見掛けの均一性が向上する。これはグループ
内のＬＥＤを使用可能にする電流または時間を制御する
ことによって行うことができる。

ある実施例では、電源が出力が一部ドライバーＦＥＴの
ゲートに接続されマスター基準電界効果トランジスタ（
ＦＥＴ）を有する。この−次基準ＦＥＴに、このＦＥＴ
に直列に接続された定電流源によって電流が流れる。電
流は一部ドライバーＦＥＴとグラウンドの間に直列に接
続した複数の並列のＦＥＴによって一部ドライバーＦＥ
Ｔを流れる。並列ＦＥＴの出力は複数のプログラマブル
な電流セルのそれぞれのゲートに接続されている。

この電流セルはそれぞれプログラミングデータ信た同様
なＦＥＴのグループからなる。プログラマブル電流セル
はそれぞれ別の二次基準ＦＥＴに接続されている。二次
基準ＦＥＴに流される電流のレベルはプログラミングデ
ータ信号の存在あるいは不在によって決定される。それ
ぞれの二次基準ＦＥＴの出力は複数の出力ＦＥＴのそれ
ぞれのゲートに接続されている。それぞれの出力ＦＥＴ
はＬＥＤに接続された出力を有する。

［実施例］ 代表的な集積回路チップ上の回路の一部を第１図に示す
。チップへの接続を行うための接触パッドは省略されて
いる。この発明を理解する上で重要ではないこのような
チップ上の回路のその他多くの細部も同様に省略されて
いる。

基準電圧Ｖｒばそれぞれのチップ上の基準電流セルの差
分増幅器１０（通常、演算増幅器と呼ばれる。）の非反
転入力に印加される。演算増幅器電流制御器については
特に注目すべきことはない。

したがってその内部回路は図示しない。それは従来の比
較回路、比較器用の出力バッファ、発振を防止するため
の補償コンデンサ、および比較器とバッファ用のバイア
ス回路からなる。演算増幅回路はこの集積回路チップ上
の他の回路に用いられたと同様の方法で形成される。

演算増幅器の出力は、電流調整器または電流制限器とし
て働くｎチャンネルの絶縁ゲート電界効果トランジスタ
１１（ＦＥＴ）のゲートに接続されている。ｎチャンネ
ル−次電流調整ＦＥＴＩＩは演算増幅器の反転入力と外
部基準抵抗Ｒｒの両方に接続されている。ｎチャンネル
−次電流調整ＦＥＴのドレインはｎチャンネルのマスタ
ー基準ＦＥＴ１２のドレインに接続されている。マスタ
ー基準ＦＥＴ１２はＬＥＤに電流を供給する他の部品と
同様に、プリントヘッド全体に共通の電流源電圧Ｖｃか
ら電力を得ている。

演算増幅器は一次電流調整ＦＥＴのゲートを制御し、基
準抵抗の電圧が演算増幅器への非反転入力における外部
基準電圧Ｖｒと整合するまで、ゲート電圧を増減する。

その結果、Ｖｒ／Ｒｒｅｆに等しい基準電流Ｉ８がマス
ター基準ＦＥＴを流れる。

このように、基準電流セルはマスター基準ＦＥＴのドレ
インにおいてマスター基準電圧Ｖ□を発生させる。内部
またはチップ基準電圧Ｖｌｌｌは外部またはシステム基
準電圧ＶＩｌｌと同じではない。マスター基準電圧の動
作範囲はたとえば５ボルトの電流源電源Ｖｃに対して０
．５ボルトから３．５ボルトである。

マスター基準電圧■１はマスター基準ＦＥＴ１２のゲー
トに接続されている。それはまた−次ドライバーＦＥ７
１３のゲートにも接続されている。−次ドライバーＦＥ
Ｔ１３のドレインは、複数の一部スレープ基準ＦＥＴ１
４１から１４．％のそれぞれのドレインに接続されてい
る。マスター基準電圧Ｖｌ１１は一部ドライバーＦＥＴ
と複数の一部スレープ基準ＦＢＴを流れる電流がマスタ
ー基準ＦＥＴ１２を流れる電流に確実に相当するように
する。これは−次ドライバーＦＥＴ１３に一次電流調整
ＦＥＴと同じ電流が流れる電流ミラーとして考えるこが
できる。あるいは、必要であれば、ドライバーＦＥ７１
３にマスター基準ＦＥＴ１２のパラメータと異なるパラ
メータを用いて、均一な異なる電流に拡大あるいは縮小
することができる。

一部スレープ基準ＦＥＴ１４＋から１４，１のそれぞれ
のドレインはそれぞれのゲートに接続されている。これ
によって集積回路中の離れたさまざまな場所で用いられ
る一部スレープ基準電圧ＶＲ２が発生する。

一部スレープ基準電圧Ｖ＊ｔは、第１図に１６＋から１
６．で示す複数のプログラマブル電流源のそれぞれの制
御ゲートに接続されている。必要なプログラマブル電流
源１６の数は所望の光出力の空間的解像度によって決ま
る。ある実施例では、ＬＥＤが八つのグループに分けら
れる。したがって、このような実施例ではそれぞれの集
積回路チップによって６４個のＬＥＤが動作しているた
め、１チツプあたり８個のプログラマブル電流源が必要
である。この実施例で、もしそれぞれのＬＥＤが独立し
たプログラマブル電流を有するとすると１チツプあたり
６４個のプログラマブル電流源が必要となる。

８個のＬＥＤのグループは人間の目が感知するサイクル
長よりも短い。したがってこの８個のグループ内では、
ＬＥＤのばらつきによる光接受面の露光のばらつきは、
形成される画像の見掛けの均一性に影響することなく許
容することができる。

ＬＥＤのそれぞれのグループによる平均露光は隣接する
ＬＥＤのグループの平均露光に近くなるように一周整す
ることができる。これによって目で感知できる周波数範
囲内の露光が不規則になることを防ぐことができる。ま
た、約１ミリメータ以上の距離で露光のｒドリフト」も
可能であり、このような変化は目で見ても特に気付かな
い。

グループあたりのＬＥＤの数はプリントヘッドに添った
ＬＥＤの密度の関数である。目標はグループの長さを人
間の目が感知できる最小波長と等しいかあるいはそれよ
り小さい長さに制限することである。実際にはこの基準
を厳格に守る必要はない。それはＬＥＤダイスの性質と
して、一般に約１ｍｍまでの小さな波長の不均一性はな
いからである。上述の実施例では、８個というグループ
の大きさは４００ＬＥＤ／インチというＬＥＤ密度に対
して選択された。プリントヘッドの密度が大きければＬ
ＥＤのグループの大きさはより大きくできる。一方、プ
リントヘッドの密度が小さければＬＥＤのグループの大
きさはより小さくしなければならない。

第２図はプログラマブル電流源の例を詳細に示している
。−次スレープ基準電圧ｖ、ｌ□は複数の同様なｎチャ
ンネル二次電流調整ＦＥＴ１７．１８１．１８□、１９
、から１９．．２１．から２１゜のそれぞれのゲートに
接続されている。二次電流調整ＦＥＴのそれぞれのドレ
インはプログラミング制御ＦＥＴ２２、から２２．ｌを
介して二次基準ＦＥＴ２３のドレインに結合されている
。

ある実施例では、これらの二次電流調整ＦＥＴは二値的
に重み付けされたグループに組織される。

たとえば、電流源ＦＥＴ１７はプログラミング制御ＦＥ
Ｔ２２＋に直列な単一のＦＥＴである。電流源ＦＥ７１
Ｂ、および１８□はプログラミング制御ＦＥＴ２２□と
共にグループにされる。以下の電流ｔＡＦＥＴのグルー
プは４個のＦＥＴからなるグループであり、プログラミ
ング制＠　Ｆ　Ｅ　Ｔ２２３と直列である。電流源ＦＥ
Ｔのそれぞれのグループが２の累乗で大きくなるこのパ
ターンが続く。ある実施例では、電流源ＦＥＴの最大の
グループは３２個のＦＥＴを有する。電流源ＦＥＴのこ
の最後のグループはプログラミング制御ＦＥＴ２２．と
直列である。

−次スレープ基準電圧■□はそれぞれの電流源ＦＥＴに
流れる電流を生成するために必要な基準を提供する。Ｆ
ＥＴのそれぞれのグループはプログラミングデータビッ
トＣ１からＣｆｉからなる二値的に重み付けされたプロ
グラミング制御データワードの存在あるいは不在によっ
て使用可能となる。

概念的には、二次電流調整ＦＥＴはプログラマブルなチ
ャンネル幅を有するＦＥＴのように動作する。使用可能
となるＦＥＴが多いほど、有効チャンネルが広くなる。

チャンネルが広くなればこれらのデバイスに流れる電流
が大きくなる。このように、二次基準ＦＥＴ２３を流れ
る電流は一定の組合せの二値的に重み付けされた二次電
流調整ＦＥＴ２２を使用可能とすることによって制御さ
れる。

この特定のアーキテクチャはプログラミングデータ信号
にリニアに反応する高い電流分解能をもたらす。当業者
には、異なる分解能を達成するためにこれに替わる重み
付は法をプログラマブル電流源１６に用いることができ
ることは明白であろう。

二次基準ＦＥＴ２３のドレインはプログラミング制御Ｆ
ＥＴ２２．から２２．ｌのそれぞれのソースに接続され
ている。このように、プログラマブル基準電流セルは二
次基準ＦＥＴ２３のドレインに二次基準電圧Ｖ、、を発
生させる。第１図に戻って、プログラマブル電流セルは
、それぞれ関連のデータワードＣ１から０１に応じて、
異なる基準電圧Ｖｒｌから■、を発生させる。これらの
電圧基準値はそれぞれＬＥＤ出力用の駆動電流を発生さ
せるためにさまざまな離れた領域で使用される。

二次基準電圧はそれぞれＬＥＤドライバーＦＥＴ２４の
グループに接続されている。たとえば、電圧基準ｖｒ＋
はＬＥＤドライバーＦＥＴ２４＋＋から２４、ｖのそれ
ぞれのゲートに接続されている。同様に基準電圧Ｖｒｔ
は、ＬＥＤドライバーＦＥＴ２４！１から２４□、のそ
れぞれのゲートに接続され、基準電圧Ｖ　ｒｕは、ＬＥ
ＤドライバーＦＥＴ２４□から２４ａｖのそれぞれのゲ
ートに接続されている。

出力ドライバー２４はそれぞれｐチャンネルデータＦＥ
Ｔ２５ｚから２５ｕｖと直列である。データＦＥＴはデ
ータ信号り、からＤａｖによってゲートされ点灯するか
どうかが決まる。それぞれのＬＥＤは別のドライバーＬ
ＥＤによって駆動されるため、それぞれのＬＥＤの立ち
上がり時間と光出力は他のＬＥＤの状態には存在しない
。

ある実施例では、プログラマブル電流セルがそれぞれ８
個のＬＥＤの基準電流を提供する。すると、８個のＬＥ
Ｄからなるそれぞれのグループの平均光出力は人間の目
で感知できる空間周波数において均一に見えるプリント
を行うよう独立して調整することができる。プリントヘ
ッドの光出力の均一性を増すには、ＬＥＤの光出力をそ
れぞれのプログラマブル電流セルに対するプログラミン
グデータ信号Ｃ１から０７の公称値を用いて測定する。

光出力のデータはプリントヘッドの外部メモリーに記憶
され、プログラミングデータ信号がプリントヘッドが仕
様通りの光出力を発生するよう補償するのに必要な最適
なバイナリの値を決定すべ（、ソフトウェアで操作され
る。ＬＥＤプリントヘッドの評価基準には、光出力の均
一性、光出力の平均の大きさおよび全消費電流が含まれ
る。

プログラミングデータ信号が操作された後、ＬＥＤの光
出力が再度試験され、必要であればデータ操作のプロセ
スが繰り返される。

プリントヘッドが適正に補償されたときはプログラミン
グデータ信号の最終値が保管され、ＥＦＲＯＭまたはそ
の他の記憶装置にロードされる。

記憶装置はプリントヘッド自体に備えてもよく、またプ
リンタの他の場所に備えてもよい。プリントヘッドに電
力が印加されるたびにプログラミングデータ信号はそれ
ぞれのプログラマブル電流源１６のプログラミング制御
ＦＥＴ２２．から２２ｎのゲートにラッチされる。

この発明の第２の実施例を第４図に示す。プログラマブ
ルタイマー３１はそれぞれプログラミングデータ信号Ｃ
の存在あるいは不在、および制御信号３３の存在あるい
は不在に反応してタイミングパルス３２を発生する。あ
る実施例ではプログラマブルタイマー３１にデジタルカ
ウンタを用いている。

プログラミングデータ信号Ｃはタイミングパルス３２０
幅を決定し、制御信号３３はタイミングパルスの立ち上
がりと立ち下がりを決定する。

タイミングパルス３２はそれぞれ出力バッファ３４のグ
ループのイネーブル端子に接続されている。

このように出力バッファのグループ全体が単一のタイミ
ングパルスでイネーブルとなる。

それぞれの出力バッファの出力はＬＥＤ２６に接続され
ている。出力バッファはＬＥＤを点灯させるのに十分な
電流を有し、出力バッファの入力に接続されたデータ信
号りの存在あるいは不在、およびタイミングパルスの存
在あるいは不在に反応してＬＥＤを点灯させる。

光出力の見掛けの均一性を向上させるための光出力の変
調方法は、光出力に電流変調を加える最初に説明した実
施例と同様である。たとえばプリントヘッドの光出力は
プログラミングデータ信号Ｃの公称値を用いて測定され
、その結果得られたデータは見掛けの均一性を増すため
に操作され、プログラミングデータ信号の新しい値が計
算され、メモリーに記憶される。必要に応じてこのプロ
セスが繰り返される。

このようにプリントヘッドによって生成された画像はそ
れぞれの画素または画素のグループの全露光に左右され
る。露光は光の強さと照射の持続時間の積である。光の
強さは第１図および第２図の実施例のように電流制御に
よって制御することができる。あるグループのすべての
ＬＥＤに与えられる電流は均一であり、したがってデー
タ信号によってイネーブルとされたとと、そのグループ
のそれぞれのＬＥＤに流れる電流は均一である。

電流の関数としての光の強さのばらつきは無視すること
ができる。また、露光は第４図の実施例のようにパルス
長によって制御することもできる。

このような実施例では、そのグループのそれぞれのＬＥ
Ｄがオンである時間はグループ内のすべてのＬＥＤに対
して同じであるように設定でと、またＬＥＤはデータ信
号によってオンオフされる。

必要であれば電流制御とパルス幅制御の両方を用いても
よいことは明らかである。

ある実施例では、制御されるＬＥＤのグループに、ＬＳ
ＭおよびＮが第３ａ図に示すように端と端をつないで一
列に配置される。このような実施例では、グループＬに
よる平均露光は隣接するＫおよびＭその他のグループの
平均露光と一致するかあるいは少なくとも大きくは違わ
ない。またグループを第３ｂ図または第３ｃ図に示すよ
うに交互配置してもよい。それぞれのグループはプリン
トヘッドにそってより長く伸長するが、それぞれのグル
ープによる平均露光は、人間の目が感知する露光の差を
防ぐために隣接するグループに緊密に一致させる必要は
ない。

ＬＥＤのそれぞれのグループの平均光出力を等しくする
ことが常に好適である訳ではない。たとえば、目の感度
が低い空間周波数においてはＬＥＤ出力にノイズを乗せ
る、あるいは目の感度が高い空間周波数においてはノイ
ズをマスクすることが望ましい。上述した発明において
はこの効果を生むために８個のＬＥＤからなるそれぞれ
のグループの光出力を個別に操作することが可能である
ことは明らかである。

当業者には、この発明の本質と原理の範囲内で他の実施
態様が存在することは明白であろう。たとえば、上述し
た回路は同様の目的を達成するために、ｐまたはｎチャ
ンネルＦＥＴ、ＭＯＳＦＥＴあるいはバイポーラトラン
ジスタのいずれかを用いるよう変更しうろことは明らか
である。さらに、回路は分離した構成でもよく、また集
積チップ上に構成してもよい。したがって、以上の説明
は例示的なものと解するべきであり、ここに説明した実
施例に限定されるものではない。

〔効　果〕

本発明は、以上のように構成され、作用するものである
から、上記した課題を達成することができるＬＥＤプリ
ントヘッド駆動回路を提供しうるという効果が得られる
。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例に係り、第１図は第１実施例に係
る電源回路（駆動回路）の回路図である。 第２図は、プログラマブル基準電流源の回路図である。 第３ａ図は、グループの端同士を隣接させたしＥＤ配装
を示す図である。 第３ｂ図は、ＬＥＤの交互配置を示す図である。 第３ｃ図は、ＬＥＤの別の交互配置を示す図である。 第４図は、第２実施例に係る駆動回路の回路図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　複数のグループに分割された複数の発光素子と、デー
   タ信号に応答して前記発光素子からなる前記複数のグル
   ープが実質的に均一な露光を可能とする手段と、各発光
   素子に対してデータ信号を供給する手段とを具備するこ
   とを特徴とするプリントヘッド駆動回路。