JPH04109758A - レーザ書込装置 - 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〕 本発明はレーザ光によって感光体上に露光して書き込み
を行うレーザ書込装置に係り、特に、画像データに基づ
いてレーザをパルス幅変調してハーフトーンの書き込み
を実行する方式のレーザ書込装置に関する。

〔従来の技術〕

画像データを普通紙に形成する画像形成装置には、種々
の方式があるが、その１つにレーザプリンタがある。

このレーザプリンタは、レーザ素子（例えば、半導体レ
ーザ）を画像データに応じて点滅駆動し、そのレーザ光
を感光体上に導いて露光し、この露光による静電潜像を
トナーによって現像して得た顕像を転写紙に転写し、つ
いで転写紙上のトナー像を定着させることにより画像を
形成するものである。

この種のレーザプリンタにあっては、画像情報をパルス
幅変調（ＰＷＭ）してレーザの駆動を行っており、更に
多階調を表現するために多値変調を行っている。

この種の技術に関するものとして、例えば、特公昭５４
−２２３０４号がある。

特公昭５４−２２３０４号では、デジタルデータとして
与えられる画像信号をデジタル／アナログ変換した後、
基準の三角波信号に加算した上でコンパレータで一定値
と比較することにより、画像データに応じたパルス幅変
調を行うことができるように構成されている。

この構成ではアナログ信号処理によってパルス幅変調を
行っているため、温度ドリフトなどの影響を受け、安定
性に問題を住しる。また、画像信号の高速化に対しては
アナログ回路のために限界があり、書込系の高速化を図
ることが難しい。

そこで、アナログ回路構成による特有の問題を解決する
ものとして、次のような構成が提案されている。

第１１図は従来のレーザ書込装置のパルス幅変調部の構
成を示すブロック図である。

インダクター及びコンデンサで構成されたデイレイライ
ン１−１０１は画素クロックＲＣＬＫを入力とし、複数
のＲＣＬＫの遅延信号を出力する。

これら出力信号を入力とするＡＮＤ１０Ｒ論理回路１１
０２には、セレクタ１１０３が接続されている。

この構成では、画素クロックＲＣＬＫに対しデイレイラ
イン１１０１によって数ミリ秒間隔の遅延が行われる。

これによる複数の遅延信号に対し、Ａ　Ｎ　Ｄｌｏ　Ｒ
論理回路１１０２によってＡＮＤ（論理積）またはＯＲ
（論理和）の論理がとられ、その出力は必要なパルス幅
を持った信号となる。

これらの信号に対し、セレクタ１１０３によって画素デ
ータに応じたパルス幅を持った信号が画素データＶＩＤ
ＥＯＯ〜３に応じて選択され、その選択された信号が半
導体レーザの駆動（オン／オフ信号）に用いられる。

第１２図はデイレイライン１１０１の出力の内、遅延信
号１と遅延信号２により、ＡＮＤ１０Ｒ論理回路１１０
２によってＡＮＤをとった場合の論理出力を示すもので
ある。遅延信号ｌと遅延信号２が同時に１”レベルであ
る期間にのみパルス信号が発生する。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記した従来技術にあっては、アナログ
回路構成に起因する特有の問題は解決されるものの、多
階調のパルス幅を得るには、遅延量の種類を増やさねば
ならず、構成の複雑化を招くことになる。

更に、パルス幅がＡＮＤ１０Ｒ論理回路によって決定さ
れ、任意に変えることができない。

また、階調数が遅延素子の精度（現状では±１．Ｏｎ　
Ｓｅｃが限度）によって制限を受けるという制約がある
。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、デイレ
イラインを用いることなく高精度にパルス幅を任意に設
定して階調処理を行うことができるようにすることを目
的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記の目的を達成するために、画像データに基
づいてレーザ素子を変調駆動し、そのレーザビームを感
光体上に露光させると共に、前記レーザ素子の点灯時間
をパルス幅変調によって制御することにより１ドツトの
濃淡を決定するレーザ書込装置において、画素クロック
を複数のゲートを通過させることにより遅延させる遅延
手段と、該遅延手段による遅延信号を分周する分周器と
、該分周器により分周されたクロックを濃度データを用
いてカウントするカウンタと、該カウンタのカウント値
に応じて前記濃度データに対応したパルス幅を生成する
選択手段と、該選択手段による選択を指定するための選
択情報を記憶する記憶手段とを設けたレーザ書込装置を
提供するものである。

〔作　用〕

本発明によるレーザ書込装置にあっては、画素クロック
ＲＣＬＫが縦続に接続されたゲートによって遅延され、
これを分周して得たクロックに基づいてＬＳＩ構成によ
る遅延手段内部のゲート遅延時間を外部から知り、この
遅延時間に基づいて遅延時間が算出され、その結果に基
づいて画素データに対応したパルス幅が選択手段により
生成され、これがレーザ素子の駆動用信号となる。

従って、デイレイラインを用いることなく遅延信号を得
ることができ、画素データに対応したパルス幅をプログ
ラマブルに設定することができ、且つ、装置を安価に構
成することが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。

第１図は本発明によるレーザ書込装置の概略構成を示す
ブロック図であり、第２図は書込光学系の概略構成を示
す斜視図、第３図は本発明によるレーザ書込装置を用い
たプリンタの概略構成を示す正面図である。

第１図に示すように、レーザ書込装置は、画素クロック
ＲＣＬＫ及び画素データＶＴＤＥＯＱ〜３に基づいて動
作するＰＷＭ発生回路１０１と、ｇｌ　Ｐ　Ｗ　Ｍ発生
回路１０１に接続されているレーザ駆動回路１０２と、
該レーザ駆動回路１０２によって点滅発光する半導体レ
ーザ１０３とから構成されている。

書込光学系は、第２図に示すように、半導体レーザ１０
３の出力ビームを集光する集光レンズ２００、この集光
レンズ２００の出射光路上に配設されるシリンドリカル
レンズ２０１、このシリンドリカルレンズ２０１からの
光をその回転に応じて走査するポリゴンミラー２０２、
このポリゴンミラー２０２の出射光路上に配設されるｆ
θレンズ２０３、ｆθレンズ２０３からの走査光を反射
させるバー状のミラー２０４、このミラー２０４からの
レーザ光により露光される感光体ドラム２０５、及び感
光体ドラム２０５に対する書き出し位置を一定にする光
検知器２０６の各々から構成される。

ここで、シリンドリカルレンズ２０１は、ポリゴンミラ
ー２０２の回転軸に対する平行度を一定に保つことが難
しく、また回転軸の軸ぶれを無くすことができないこと
に起因してポリゴンミラー２０２に入射した光が一定に
反射されず、主走査線が乱れるのを補正するために設け
られている。

また、ｆθレンズ２０３は、ポリゴンミラー２０２の回
転に応じて入射位置とポリゴンミラー２０２上の露光点
との間の距離が変化し、焦点位置が合わなくなるのを補
正するために設けられている。

第２図において、半導体レーザ１０３から出射したレー
ザ光は、集光レンズ２００及びシリンドリカルレンズ２
０１を介してポリゴンミラー２０２の１つの鏡面に入射
する。ポリゴンミラー２０２が回転しているため、回転
とともに出射角が変化（感光体ドラム２０５の軸方向）
し、感光体ドラム２０５には連続的に露光が実行される
。

光検知器２０６が検出信号を発生すると、１回の走査の
終了を判定し、感光体ドラム２０５を決められた角度戸
は回転させ、次の露光に備える。

その後、ポリゴンミラー２０２の次の鏡面からの出射光
が感光体ドラム２０５の端部に到達し、走査及び露光が
行われる。以下、同様の動作が繰り返され、画像形成が
実行される。

次に、第３図のプリンタの構成について説明する。

第２図に示した光学系３００は防塵ガラス３０１に取り
付けられ、筐体の上部に配置されている。感光体ドラム
２０５の露光位置の後段には、露光による静電潜像をト
ナーにより現像するための現像袋Ｗ３０２が配設され、
この下部には、給紙搬送機構３０３が配設されている。

この給紙搬送機構３０３の入側には筐体に対し着脱自在
にして多数枚の転写用紙を収納したカセット３０４が配
置され、また、給紙搬送機構３０３の出側に隣接して感
光体ドラム２０５の表面近傍には、転写チャージャ３０
５が配設されている。

更に、転写チャージャ３０５の後段の感光体ドラム２０
５の表面近傍には、転写後に感光体表面に残留したトナ
ーを除去するためのクリーニング装置３０６が配設され
、この後段には感光体表面を一様に帯電するための帯電
器３０７が設置されている。

また、クリーニング装置３０６の下部には、転写処理を
終えた転写紙上の画像を定着させるための定着器３０８
が設置され、この出側の筐体外側面に排出トレイ３０９
が取り付けられている。

第３図において、プリントを行うには、予め画像データ
をプリンタ内のメモリ（図示せず）にストアさせておき
、スタートボタンを押すと、ポリゴンミラー２０２が回
転すると共に、帯電器３０７などのチャージャに電圧が
印加されるほか各モータが駆動される。

そして、半導体レーザ１０３が画像データに基づいて変
調され、同時にポリゴンミラー２０２によって順次走査
されることにより、感光体ドラム２０５上に露光が実行
される。感光体ドラム２０５は走査に合わせて回転し、
露光部分が現像装置３０２に到達するとトナー現像が実
行される。

一方、カセット３０４から１枚の転写用紙が給紙され、
レジスト位置で待機しており、現像装置３０２による顕
像が転写チャージャ３０５の位置に到達するのにタイミ
ングを合わせて、転写部へ送りこまれる。これにより、
感光体トラム２０５上の顕像が転写チャージャ３０５の
静電吸引力によって転写用紙に転写される。転写用紙の
搬送速度と感光体ドラム２０５の周速度とは同一である
ため、顕像と同一の画像が転写紙上に順次転写される。

転写処理の終了した用紙は、その先端から順次感光体表
面より剥離され、定着器３０８へ送り出される。定着器
３０８は、熱及び圧力を付与して用紙上にトナー画像を
定着させ、同時に定着ローうによって定着処理終了後の
用紙は装置外の排出トレイ３０９に排出される。

一方、感光体ドラム２０５の表面に残留したトナーは、
クリーニング装置３０６によって除去され、更に清掃さ
れた感光体表面が帯電器３０７によって帯電され、次の
露光に備える。

次に、上記の構成におけるパルス幅変調は、画素（の濃
度）データＶＩＤＥＯＯ〜３がＰＷＭ発生回路１０１に
入力され、第４図に示すように、画素（の濃度）データ
ＶＩＤＥＯＯ〜３に応じたパルス幅を持つ信号ＬＤＯＮ
がレーザ駆動回路１０２に入力され、半導体レーザ１０
３が駆動される。これにより、１画素の期間内で画素（
の濃度）データＶＩＤＥＯＯ〜３に対応した時間だけ半
導体レーザ１０３の点灯が行われるため、各画素の濃度
を表現することができる。

また、第５図のように１画素期間内でのパルスの位相を
制御することにより、画像端部でのシャープネスを改善
することができる。

第６図は第１図に示したＰＷＭ発生回路１０１の詳細を
示す回路図である。

チエツク信号ＣＨＫ１及び画素クロックＲＣＬＫを入力
とするＮＡＮＤゲート６０１には、ＡＮＤゲート６０２
の一方の入力端子が接続されている。ＡＮＤゲート６０
２の出力端子にはゲートＤＬ１〜ＤＬ１６０が縦続接続
され、その各々の入・出力点（１６０点）はセレクタ６
０３　（Ｓｅｌ　１）、６０４（Ｓｅ１２）　、６０５
（Ｓｅ１３）の夫々に印加されている。

ＤＬ１６０の出力（ＤＬＹＴＭ）及びチエツク信号ＣＨ
Ｋ２にはＮＡＮＤゲート６０６が接続され、その出力は
ＡＮＤゲート６０２の他方の入力端子に印加されている
。また、ＤＬ１６０の出力には分周器６０７が接続され
、分周出力１／３２及び１／６４を出力している０分周
出力１／３２及び１／６４の出力端子には、各々を入力
とするＮＡＮＤゲート６０８（入力負論理）が接続され
、分周出力１／６４の出力及び画素クロックＲＣＬＫに
はＡＮＤゲート６０９が接続されている。更に、ＮＡＮ
Ｄゲート６０８の出力（ＣＬＲ）及びＡＮＤゲート６０
９には８ビツトカウンタ６１０が接続され、このカウン
タ６１０にはフリップフロップ６１１が接続されている
。

一方、画素（の濃度）データＶＩＤＥＯＯ〜３を入力と
するＲＡＭ　（ランダム・アクセス・メモリ）６１２が
接続され、このＲＡＭ６１２にフリップフロップ（ＦＦ
Ｉ）６１３が接続されており、その出力はセレクタ６０
３．６０４．６０５の各々に印加されている。更にセレ
クタ６０３とセレクタ６０４の出力にはＡＮＤゲート６
１４が接続され、セレクタ６０３とセレクタ６０５の出
力にはＯＲゲート６１５が接続され、このＯＲゲート６
１５の出力端子とＡＮＤゲート６１４の出力端子とに、
その両川力を入力信号とするＯＲゲート６１６が接続さ
れ、信号ＬＤＯＮを出力する。

第６図の構成においては、通常、信号ＣＨＫ　１が“■
］パレレベにされ、ＣＨＫ２が“Ｌ“レベルにされてお
り、ＮＡＮＤゲート６０１及びＡＮＤゲート６０２のゲ
ートが開けられ、画素クロックＲＣＬ　ＫはＤＬＩ〜Ｄ
Ｌ１６０を順次通過するが、その過程で各ＤＬにおいて
遅延を受ける。これらの遅延信号の内、ＰＷＭのパルス
の立ち上がりをセレクタ６０３で選択し、これをＡＮＤ
ゲート６１４及びＯＲゲート６１５に印加する。次いで
、セレクタ６０４により出力パルスの立ち下がりを選択
し、これをＡＮＤゲート６１４に印加する。

この結果、第７図に示すような出力パルスＬＤＯＮが生
成される。

一方、セレクタ６０３とセレクタ６０５の出力の論理和
がＯＲゲート６１５でとられ、第８図に示すような出力
パルスが得られる。

尚、セレクタ６０４で選択するか、セレクタ６０５で選
択するかの制御はフリップフロップ６１３から出力され
るＡＮＤ１０Ｒ信号によって選択され、セレクタ６０３
とセレクタ６０５が同時に使用されることはない。セレ
クタ６０３〜セレクタ６０５に入力される選択信号は、
画素（の濃度）データＶＩＤＥＯＯ〜３に対応してＲＡ
Ｍ６１２から読み出され、フリップフロップ６１３によ
って同期化されている。ＲＡ−Ｍ６１２の内容は、ＣＰ
Ｕ　（図示せず）などで外部から書換えが可能であり、
画素（の濃度）データＶＩＤＥＯＯ〜３に対応したセレ
クト信号を決定するためには、ＤＬＩ〜ＤＬ１６０のゲ
ート遅延時間を知る必要がある。

例えば、ＤＬがＬＳＩで構成され、そのゲート遅延時間
が最小０．５秒、最大１．３秒であるとし、画素クロッ
クの同期が１２．５ｎ　Ｈｚであるとすると、最小の遅
延時に１２．５ｎＨｚ　（２０ｎ秒）の１クロツクをＤ
Ｌのゲート遅延で分割するためには、８０ｎ秒÷０．５
ｎ秒＝１６０　（段）のゲート数が必要になる。第６図
において、ＤＬの数を１６０としたのは、この理由によ
るものである。

しかし、ＤＬＩ〜ＤＬ１６０のゲート遅延は、ＬＳＩの
製造プロセス及び周囲温度により最大１．３ｎ秒までば
らつく（但し、１つのＬＳＩ中の各ゲートの遅延時間は
、ファンアウト及び配線長が等しければ殆ど同じと考え
てよい）ため、各ＬＳＩ及び周囲温度に対してゲート遅
延時間を知る必要がある。そこで、画像書き込みをして
いない期間（待機時など）に、ＣＰＵはＣＨＫｌを°“
Ｌ”レベル、ＣＨＫ２をＨ”レベルにして、信号ループ
八を形成する。この信号ループＡは、ＮＡＮＤゲート６
０６によって信号が反転されているため、ＤＬＩ〜ＤＬ
１６０及びＮＡＮＤゲート６０６、ＡＮＤゲート６０２
の１６２個のゲート分の遅延による信号ＤＬＹＴＭとな
る。これを示したのが第９図である。

この信号ＤＬＹＴＭが分周器６０７で分周され、１／３
２及び１／６４の各クロック信号が作成される。そして
、第１０図に示すように、１７６４のクロック信号の°
°Ｈ゛レヘルレベ間をクロックＲＣＬＫでカウンタ６１
０によりカウントし、そのカウント値をフリップフロッ
プ６１１にラッチさせる。このカウント値をＣＰＵで読
み取ることにより、ゲート遅延時間を算出することがで
きる。

例えば、カウント値が１００であったとすると、６４分
周されたクロックの“°Ｈ゛ルベル幅は１２．５ｎＨｚ
　（８０ｎ秒）の１００カウント分であり、したがって
遅延時間は８０００ｎ秒である。更に、１ゲートの遅延
時間は、８０００（ｎ秒）／３２（分周）Ｘ３２０（ゲ
ート）　＝０．７８ｎ秒になる。

ここで、例えば、８０秒のパルス幅を作りたい場合、セ
レクタ６０３で選択された信号から、１０ゲート通過（
７，８ｎ秒）した後の信号セレクタ６０４で選択すれば
よい。

以上から明らかなように、本発明によれば、成るパルス
幅を作るために必要な遅延信号の遅延時間の誤差は、最
大ゲート遅延時間（１，３ｎ秒）／２＝±０．６５ｎ秒
となる。これは従来のディレイラインの誤差±１．Ｏｎ
秒に比べ、明らかに改善されている。

〔発明の効果〕

以上より明らかなように、本発明によれば、画像データ
に基づいてレーザ素子を変調駆動し、そのレーザビーム
を感光体上に露光させると共に、前記レーザ素子の点灯
時間をパルス幅変調によって制御することにより１ドツ
トの濃淡を決定するレーザ書込装置において、画素クロ
ックを複数のゲートを通過させることにより遅延させる
遅延手段と、該遅延手段による遅延信号を分周する分周
器と、該分周器により分周されたクロックを濃度データ
を用いてカウントするカウンタと、該カウンタのカウン
ト値に応じて前記濃度データに対応したパルス幅を生成
する選択手段と、該選択手段による選択を指定するため
の選択情報を記憶する記憶手段とを設けるようにしたた
め、デイレイラインを用いることなく遅延信号を得るこ
とができ、画素データに対応したパルス幅をプログラマ
ブルに設定することができ、且つ、装置を安価に構成す
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるレーザ書込装置の概略構成を示す
ブロック図、第２図は書込光学系の概略構成を示す斜視
図、第３図は本発明によるレーザ書込装置を用いたプリ
ンタの概略構成を示す正面図、第４図はパルス幅変調の
原理を示す信月波形図、第５図は１画素期間内でのパル
スの位相を制御して画像の端部でのシャープネスを改善
するためのタイミングチャート、第６図は第１図に示し
たＰＷＭ発生回路の詳細を示す回路図、第７図はセレク
タを用いた出力パルスＬＤＯＮの生成過程を示すタイミ
ングチャート、第８図はセレクタを用いた出力パルスＬ
ＤＯＮの生成過程を示すタイミングチャート、第９図は
遅延手段による遅延信号ＤＬＹＮの波形を示す波形図、
第１０図は分周器による分周出力波形を示す波形図、第
１１図は従来のレーザ書込装置のパルス幅変調部の構成
を示すブロック図、第１２図はデイレイラインの出力の
内、遅延信号１と遅延信号２により、ＡＮＤ１０Ｒ論理
回路によってＡＮＤをとった場合の論理出力波形図であ
る。 符号の説明 １０１−Ｐ　Ｗ　Ｍ発生回路 １０２−　レーザ駆動回路 １０３・−半導体レーザ ６０１．６０６．６０８−・−ＮＡＮＤゲート６０２．
６０９．６１４・−ＡＮＤゲート６０３．６０４．６０
５・・・セレクタ６０７−・分周器　６１０−カウンタ ６１１．６１３−フリップフロップ ６１２−・ＲＡＭ　　６１５．６１６−ＯＲゲートＤＬ
Ｉ〜ＤＬ１６０・−ゲート Ｌ　Ｄ　ＯＮ−濃度データに応じたパルス幅を持つ信号
ＲＣＬＫ・・一画素クロック 第１図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 画像データに基づいてレーザ素子を変調駆動し、そのレ
   ーザビームを感光体上に露光させると共に、前記レーザ
   素子の点灯時間をパルス幅変調によって制御することに
   より１ドットの濃淡を決定するレーザ書込装置において
   、 画素クロックを複数のゲートを通過させることにより遅
   延させる遅延手段と、 前記遅延手段による遅延信号を分周する分周器と、 前記分周器により分周されたクロックを濃度データを用
   いてカウントするカウンタと、 前記カウンタのカウント値に応じて前記濃度データに対
   応したパルス幅を生成する選択手段と、前記選択手段に
   よる選択を指定するための選択情報を記憶する記憶手段
   とを具備することを特徴とするレーザ書込装置。