| 【発明の名称】 |
パルス幅付加回路及びそれを用いた画像形成装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】川崎 素明
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| 【要約】 |
【課題】印画エンジンにおいて高画質を得るための正確な光量制御がLSI回路で容易に実現できるようにすること。
【解決手段】差動画素変調信号は、エッジで分周動作するDFF1とパルス遅延回路2に入力され、DFF1のQ出力は、差動化回路3で差動信号に変換される。パルス遅延回路2の出力はパルス遅延回路4に入力される。差動化回路3とパルス遅延回路4の出力は、EXOR回路6に入力され、EXOR回路6の遅延時間を追尾するパルス遅延回路5に入力される。EXOR回路6の出力信号は、差動化回路8に入力されて差動パルス信号を出力する。パルス遅延回路5の出力は、差動化回路8の遅延時間を追尾するパルス遅延回路7に入力されて差動パルス信号を出力する。パルス遅延回路14,15とEXOR回路16及び差動化回路17を介して差動パルス信号を出力する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項1】 入力パルス幅変調信号に所定時間だけパルス幅を追加するパルス幅付加回路において、前記入力パルス幅変調信号を分周する分周手段と、該分周手段の出力と前記入力パルス幅変調信号の排他的論理和を行う第1の排他的論理和手段と、前記分周手段の出力を第1の分周信号とし、前記第1の排他的論理和手段の出力を第2の分周信号として、前記第1の分周信号を第1の遅延時間だけ遅延する第1の遅延手段と、前記第2の分周信号を第2の遅延時間だけ遅延する第2の遅延手段と、前記第1及第2の遅延手段の出力を排他的論理和を行う第2の排他的論理和手段とを有し、前記第1と第2の遅延時間差に相当したパルス幅付加を入力パルス幅変調信号に対して行うことを特徴としたパルス幅付加回路。 【請求項2】 前記入力パルス幅変調信号は、画像データの濃度レベルに応じて発生された信号であることを特徴とする請求項1に記載のパルス幅付加回路。 【請求項3】 請求項2に記載のパルス幅付加回路を含み、前記パルス幅回路により処理されたパルス幅変調信号を用いて画像形成を行うことを特徴とする画像形成装置。
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【発明の詳細な説明】【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、パルス幅変調におけるパルス幅付加動作を行うパルス幅付加回路及びそれを用いた画像形成装置に関する。 【0002】 【従来の技術】パルス幅変調を使用してレーザ光量制御を行っているものにレーザ印画エンジンがある。まずレーザ印画エンジンについてカラー機を例にして説明する。 【0003】レーザー印画エンジンは、カラー化の要望が強いが、一般にYe、Cy、Mg、Bkの4色トナーを用いた印画プロセスは白黒に比べてそのままでは4倍の印画時間を要してしまう。このため、使用される感光ドラムを各色に設けた4ドラム化と、レーザも一挙に2ライン書き込みできる2ビーム化を併用する印画エンジンで対応することになる。 【0004】図20は、前述した4ドラム機の概略図であり、感光ドラム24a〜24dがインラインに配置されて4色ごとの専用になり、印画紙32に順次各色トナーが転写されてカラー画像が再生される。各感光ドラムには、図19で示すように静電潜像を形成するためのレーザビーム光量による画像書込み部が設けられている。まず、図19に示したの動作を説明する。 【0005】(画像書込み部の説明)図19は、レーザ印画エンジンの画像書き込み部を説明するための図で、レーザチップ27は、レーザダイオードa、bを有す2ビームタイプのものであり、各バック光を受光するフォトダイオードcから構成されている。 【0006】各レーザダイオードa、bを発光制御する駆動電流Id1,Id2は、LDドライバ28より供給される。フォトダイオードcからの発光量を検出したモニター電流Imは、LDドライバ28に入力されレーザダイオードa、bの発光量のAPC(オートパワーコントロール)を行う。 【0007】レーザチップ27は、2つのレーザ発光点間隔を1画素間隔(600dpiで約42um)に素子製造上できない。このため、図21に示すように、格子線で示される画素領域に対して、図示のようにレーザ走査方向に、例えば16画素離れた位置に2つのビームが発生するように斜め配置しておく。レーザチップ27から発生した変調レーザビームは、モータ軸に固定されて図中の矢印方向への回転するポリゴンミラー22によって偏光され、感光ドラム24上に変調レーザビームを走査する。 【0008】f−θレンズ23は、偏光された変調レーザビームを感光ドラム24上に線速度一定に集光するためのものである。感光ドラム24及び印画トナーを予め所定の静電帯電しておくと、感光ドラム24上における照射光量に応じて印画トナーの付着量が変わるため中間調画像の印画が可能になる。BDミラー25は、感光ドラム24と機械的に位置関係が固定されており、BDミラー25からの反射レーザビームは受光ダイオード26に入力され、感光ドラム24上の情報書き込み開始位置を検出するために使用される。 【0009】受光ダイオード26の出力は、水平同期信号発生回路31に入力されて水平同期信号BDを発生する。BD信号は画素変調回路29に入力される。画素変調回路29は、水平同期信号BDに同期した画素クロックまたはその係数倍クロックを発生する。この画素クロックをもとに画素データを読み取るためのリードクロックRK1、RK2を画素データ発生部30に入力する。画素データ発生部30は画素変調回路29に対して、画素データD1,D2及び各々のライトクロックWK1、WK2を出力する。入力された画素データをもとに所望のレーザ光量変調を可能にする画素変調信号ON1、ON2をLDドライバ28に出力する。 【0010】画素変調信号ON1、ON2は、レーザ照射時間によってレーザ光量を制御するパルス幅変調信号である。 【0011】図14(a)は、異なるパルス幅P1〜P4の画素変調信号の一例である。これらパルス幅に呼応してレーザダイオードが点灯すれば感光ドラム24に対する所望の光量制御が実現できるわけである。ところがレーザダイオードは、原理上、駆動電流Idが供給されても直ちに発光せず遅延時間Td経過して発光する。一方、駆動電流Idが遮断されると短時間に発光停止する。このため、図14(b)に示すように、画素変調信号ONに比べて発光期間が発光遅延時間Tdだけ短くなってしまう。画素変調パルスP2においては発光しなくなり、レーザ印画エンジンにおいて高画質が得られない。特に、階調性を重視するカラー機においては大きな問題である。このため、図6に示すようなパルス幅付加回路が画素変調回路29に設けられている。 【0012】(従来のパルス幅付加回路の説明)図6は、従来のパルス幅付加回路を示す図である。パルス幅信号P0、N0は、差動信号化された画素変調信号である。差動画素変調信号P0、N0は、各々バッファを介してDFF9,10なるカウンタ回路に入力される。DFF9,10は、差動画素変調信号P0、N0が入力される前(各水平走査毎)にリセット信号RESBでリセットしておく。DFF9、10の各Q出力からは、画素変調信号の立ち上がりエッジ及び立下りエッジに対して、各々図13(b)、(c)で示す分周された信号が出力される。 【0013】DFF9、10は、一般的な図7に示す回路構成である。DFF9、10のQ出力は、差動化回路12、13に入力され差動パルス信号(P1/N1)、(P2/N2)に変換される。差動化回路12、13は、例えば、図2に示す本発明人が提唱する構成である。差動パルス信号(P1/N1)、(P2/N2)は、パルス遅延回路14,15に入力される。パルス遅延回路15の遅延時間は、パルス遅延回路14の遅延時間に比べ発光遅延時間Tdだけ大きくしておくと、図13(d)に等価的に示すような差動パルス信号(P4/N4)が出力される。パルス遅延回路14,15の差動出力(P3/N3)、(P4/N4)はEXOR16に入力され、図13(e)に示すように、各画素変調パルスP1〜P4にパルス幅Tdが付加された画素変調信号が生成される。画素変調信号は同じく差動化回路17を介して差動画素変調信号(P5/N5)として出力される。この画素変調信号で発光遅延時間Tdを持つレーザダイオードを駆動すると図13(f)の様に所望の点灯制御が実現できる。 【0014】以上説明したパルス幅付加回路において、パルス遅延動作を立ち上がりエッジと立下りエッジ別々に行っているのは、パルス遅延回路14,15が細いパルスに対して正常に動作しないためである。また、パルス幅付加回路においてパルス幅付加値は安定かつ設定できなければならない。このため、画素変調回路29内にある画素クロック信号(K/KB)から正確にクロック周期を等分割(8分割)したタイミングを得るための多相クロックを発生するDLL回路(図18)の制御電流Ivによってパルス遅延回路14,15は制御されている。 【0015】画素クロック信号(K/KB)は、各々同じ構成の可変遅延回路18a〜18iに順次入力される。可変遅延回路18a、18iの出力信号は、位相比較回路19に入力され、アップパルス及びダウンパルスを出力し、チャージポンプ回路20に入力されて誤差電圧を発生し、可変Gmアンプ21によって制御電流Ivに変換されて可変遅延回路18a〜18iを制御する。 【0016】図15は、可変パルス遅延回路を示す図で、制御電流Ivで遅延時間が制御できる可変遅延回路の構成を示している。この回路平衡状態は、可変遅延回路18iの出力が可変遅延回路18aの出力に対して画素クロックの1周期遅れた時である。この時、可変遅延回路18a〜18iの各遅延時間は、画素クロックの1/8周期である。したがって、可変遅延回路18a〜18hの各出力K0〜K7は画素クロック周期を8等分した多相クロック信号である。この多相クロック信号は、高精度なパルス幅変調を必要とする画素変調信号のタイミング信号として使用される。図6のパルス幅付加回路におけるパルス遅延回路14は、DLL回路に使用されている可変遅延回路と同じく、図15に示される構成をしている。 【0017】図16は、パルス幅付加用パルス遅延回路を示す図である。ここに示されたパルス遅延回路15と図15に示された可変パルス遅延回路との違いは、MN7に供給される電流が、MP4a〜MP4dまでの省電流で決定されるところである。制御信号S1〜S3によってMN7に供給する電流を可変して、遅延時間を、例えば、画素クロックの1/8〜2/8周期にしておくと、パルス付加値を0〜1/8周期に安定に設定できる。画素変調信号は、画像により図8(a)のように、細いパルスを含むことがある。この場合、分周差動パルス信号(P1/N1)、(P2/N2)は、図8(b)、(c)のようになり、図8(d)のように、画素変調信号(P5/N5)が再生される。もし、パルス遅延回路14,15が期間t1〜t3及び期間t4〜t6におけるパルス信号を通過しなかった時、図8(e)のような元画素変調信号と異なる画素変調信号が再生される。しかし、レーザ印画エンジンは、基本的に光量値に対して動作するものであるから、図8(d)と(e)では光量値差がないので問題とならない。 【0018】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図12に示す場合は、レーザ印画エンジンおいて問題である。DFF9と10は同一LSI内で構成してもまったく同じ特性にすることはできない。このため、図12(b)、(c)に示すように、細いパルスを含む入力画素変調によって、立ち下がりエッジに対して正常に動作しても立上がりエッジに対して時間t3、t5で誤動作することが図12(b)に示すようになる。この場合、再生された画素変調信号(P5/N5)は、図12(d)のように所望光量値に対して明らかに小さいものとなり画像上大きな問題となる。 【0019】図12(e)は、時間t3の時だけ誤動作した場合で、時間t6以降で全面的に発光してしまい画像情報は大きく壊れてしまう。このため、従来のパルス幅付加回路は画素変調信号に含まれる最小パルス幅は、正負とも規定してフリップフロップが誤動作しないように絶対にしなければならなった。このため、パルス幅変調の使用できるダイナミックレンジが制約され、十分な画素変調ができなかった。これは画素クロック周波数が上昇すると更に顕著になる。 【0020】本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、レーザ印画エンジンにおいて高画質を得るための正確な光量制御がLSI回路で容易に実現できるようにしたパルス幅付加回路及びそれを用いたレーザ印画エンジンを提供することにある。 【0021】 【課題を解決するための手段】本発明は、このような目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、入力パルス幅変調信号に所定時間だけパルス幅を追加するパルス幅付加回路において、前記入力パルス幅変調信号を分周する分周手段と、該分周手段の出力と前記入力パルス幅変調信号の排他的論理和を行う第1の排他的論理和手段と、前記分周手段の出力を第1の分周信号とし、前記第1の排他的論理和手段の出力を第2の分周信号として、前記第1の分周信号を第1の遅延時間だけ遅延する第1の遅延手段と、前記第2の分周信号を第2の遅延時間だけ遅延する第2の遅延手段と、前記第1及第2の遅延手段の出力を排他的論理和を行う第2の排他的論理和手段とを有し、前記第1と第2の遅延時間差に相当したパルス幅付加を入力パルス幅変調信号に対して行うことを特徴としたものである。 【0022】また、請求項2に記載の発明は、前記入力パルス幅変調信号は、画像データの濃度レベルに応じて発生された信号であることを特徴としたものである。 【0023】また、請求項3に記載の発明は、請求項2に記載のパルス幅付加回路を含み、前記パルス幅回路により処理されたパルス幅変調信号を用いて画像形成を行うことを特徴とする画像形成装置である。 【0024】 【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。図23は、本発明を使用したパルス幅付加回路を搭載した4ドラム/2ビームレーザ印画エンジン用の画素変調回路をLSI化した構成例を示す図である。 【0025】(4ドラム/2ビーム対応の画素変調LSIの説明)基準クロックCKは、周波数シンセサイザとしても機能するPLL回路35に入力され、画素クロック周波数の4倍の各々1/8周期位相がずれた(1/32画素ずれた)8相クロックバスKを出力する。画素位置設定データDSは、PLL回路35に入力されている。画素位置設定データDSにおける画素周波数設定データDFを使用する。PLL回路35の8相クロック発生するVCO回路の制御電流Iv0が出力される。水平同期信号BDはBD遅延回路33に入力し、画素位置設定データDSによってBD信号を遅延制御する。 【0026】BD遅延回路33は、制御電流Iv0が入力されており、PLL回路35内の可変周波数発振回路VCOに使用している可変遅延回路と同等の遅延回路が縦続に接続された構成が含まれており、各遅延回路の接続点からは互いに1/32画素タイミングがずれたBD信号が発生している。ここでは画素位置設定データDSの内のドラム間の絶対画素位置設定データRGの微調整ビットが使用されて、所望のBD信号に遅延制御してドラム間画素位置合わせを1/32画素まで微調整できる。出力BD信号は、水平同期信号分離回路34に入力され、図16に示すように、先行レーザ用水平同期信号HD1と後行レーザ用用水平同期信号HD2に分離される。 【0027】水平同期信号HD1、HD2は、各々同期クロックジェネレータ36a、36bにPLL回路35出力の8相クロックバスKとともに入力される。各同期クロックジェネレータは、入力HD信号に同期した同期クロック信号SCK1、SCK2を出力する。各クロックの同期精度は1/32画素である。1ドラム/1ビーム機における同期精度は、1/8画素程度で十分であったが、4ドラム/2ビーム機の場合、色ずれは直ちに色モワレや色調を変化させるため同期クロックジェネレータ特性に対する要求は高くなる。カラー印画エンジンの場合画像の階調再現は重要であるため、一般にPWM画素変調が用いられる。 【0028】また、デジタル画像処理に柔軟に対応するため、図22(b)に示すように、画素(To)32分割によって変調を行う。しかしながら、1ビーム当たり32ビットの画素データは膨大であり実現不能である。このため、画素データD1、D2は、6ビットデータとして書込みクロックWK1、WK2とともに32ビット展開のデータデコーダ38a、38bに入力する。データデコーダ38a、38bは、例えば、64アドレス/32ビットのSRAMであり、格納データは、ユーザが前もって所望値に設定しておく。データデコーダ38a、38bの出力の32ビットデータを、図22(b)に示すようにシリアル変換するわけである。例えば、画素周波数が25MHz(40ns)であったとすると、変調精度は1.25nsと非常に高精度な信号処理が要求される。 【0029】画素周波数は更に上昇される傾向にある。同期クロックジェネレータ36a、36bの出力の同期クロックSCK1、SCK2及びHRB1,HRB2は、各々タイムベース回路37a、37bに入力される。タイムベース回路37bにはPLL回路35におけるVCO回路に使用されている可変遅延回路と同等の可変遅延回路が縦続に接続された構成が含まれており、各々の接続点に各々1/32画素ずれた画素クロックが発生しており、入力される画素位置設定データDSの中の相対画素位置設定データRPによってビーム間隔を高精度に調整できる。更にタイムベース回路37a,37bでは、ドラム間画素位置合わせにおける粗調のために絶対画素位置設定データRGの上位ビットが使用される。 【0030】図25は、図23におけるタイムベース回路を説明するタイムチャートである。タイムベース回路37a、37bの出力信号バスK1、K2の内容を示してある。DK0、DK1はデータデコーダ38a,38bにおけるSRAMの読出しタイミングを用クロックとして使用される。K0〜K3は、(32⇒8)ビットデータ変換回路39a、39bに入力され、図22(a)で示す8ビットデータDVに変換される。図25で示すクロック遅延時間は、TdをBD遅延回路20で行われる分を含んで表すと設定データRG、RPを各5ビットとすると以下の式で示される。 Td1=Td(0)+RG(4:0)×(To/32)Td2=Td(0)+RG(4:0)×(To/32)+RP(4:0)×(To/32)【0031】上記式から理解できるように、画素データDV1、DV2の位相は1/32画素の精度で位相制御できこのタイミングで最終的にデータ変調すれば所望の画素変調が実現できる。(32⇒8)ビットデータ変換回路39a、39bの各8ビットデータDV1、DV2は、変調回路40a、40bに同期クロックSK1、SK2と共に入力される。変調回路40a、40bには、PLL回路35におけるVCO回路に使用されている可変遅延回路と同等の可変遅延回路を縦続に接続したDLL回路(図18)が含まれており、各々の可変遅延回路の遅延量が1/32画素になるように制御された8相クロックが発生する構成になっており、図22(b)で示す32ビットシリアル変調信号ON1A、ON2Aを可能にしている。 【0032】32ビットシリアル変調信号ON1A、ON2Aは、本発明のパルス幅付加回路41a、41bに入力される。パルス幅追加回路41a、41bの出力の画素変調信号ON1B、ON2Bは出力ドライバ38a、38bにに入力され、画素変調信号ON1、ON2をLDドライバ24に出力する。画素変調パルス信号のパルス幅精度は、<1nsの高精度を要求されるため、小信号差動出力タイプが使用される。以上説明した画素変調回路は、CMOSのLSIプロセスで実現可能であり、高集積化が期待できるものである。 【0033】(本発明のパルス幅付加回路の説明)図1は、本発明のパルス幅付加回路の一実施例を示す回路図で、本発明のパルス幅付加回路は、入力パルス幅変調信号に所定時間だけパルス幅を追加するものであって、入力パルス幅変調信号を分周する分周回路1と、分周回路1の出力と入力パルス幅変調信号の排他的論理和を行う第1の排他的論理和回路6と、分周回路1の出力を第1の分周信号とし、第1の排他的論理和回路6の出力を第2の分周信号として、第1の分周信号を第1の遅延時間だけ遅延する第1の遅延回路14と、第2の分周信号を第2の遅延時間だけ遅延する第2の遅延回路15と、第1及第2の遅延回路14、15の出力を排他的論理和を行う第2の排他的論理和回路16を設けて、第1と第2の遅延時間差に相当したパルス幅付加を入力パルス幅変調信号に対して行うように構成されている。 【0034】差動画素変調信号(P0/N0)は、バッファを介して立ち上がりエッジで分周動作するDFF1に入力されるとともに、パルス遅延回路2に入力される。DFF1の構成は、図3に示される一般的なものである。パルス遅延回路2は、DFF1のK→Qの遅延時間を追尾するためのものであり、図5に示すような構成をしている。DFF1のQ出力は、構成が図2に示される差動化回路3に入力され差動信号に変換される。 【0035】一方、パルス遅延回路2の出力は、差動化回路3の遅延時間を追尾する、図4に示すような構成のパルス遅延回路4に入力される。差動化回路3とパルス遅延回路4の出力は、EXOR回路6に入力されるとともに、EXOR回路6の遅延時間を追尾するパルス遅延回路5に入力される。EXOR回路6の出力信号は、差動化回路8に入力されて差動パルス信号(P2/N2)を出力する。一方、パルス遅延回路5の出力は、差動化回路8の遅延時間を追尾するパルス遅延回路7に入力されて差動パルス信号(P1/N1)を出力する。続いて、図6で示される従来のパルス幅付加回路と同じく、パルス遅延回路14,15とEXOR回路16及び差動化回路17を介して差動パルス信号(P5/N5)を出力する。 【0036】図1のパルス幅付加回路の特性を図8〜図11に基づいて説明する。各図において図(a)は、入力画素変調パルス(P0/N0)であり、図(b)は差動パルス(P1/N1)、図(c)は差動パルス(P2/N2)、図(d)及び(e)は出力画素変調信号(P5/N5)である。各図においては、パルス遅延回路15内のパルス付加制御信号S1〜S3を全てLレベルにしてパルス幅付加値が最小の場合(無い場合)で示している。 【0037】(図8の説明)図8は、DFF1が画素変調パルスに対して正常にした場合を示す図であり、図(d)のように正常に画素変調信号を出力される。もし、パルス遅延回路14,15で時間t1〜t3及び時間t4〜t6で発生するパルスが通過しなくても、図(e)のように、光量値として問題のない画素変調信号が再生される。 【0038】(図9の説明)図9は、時間t3及びt5でDFF1が誤動作した場合を示す図である。この場合でも図(d)のように、正常に画素変調信号は再生される。もし、パルス遅延回路15が時間t2〜t3及び時間t4〜t6のパルスを通過できなくても、図(e)図のように、光量値として問題のない画素変調信号が再生される。 【0039】(図10の説明)図10は、時間t1とt5の時DFF1が誤動作した場合を示す図である。この場でも、図(d)のように、正常に画素変調信号は再生される。もし、パルス遅延回路15が時間t1〜t2及び時間t4〜t6のパルスを通過できなくても、図(e)のように、光量値として問題のない画素変調信号が再生される。 【0040】(図11の説明)図11は、時間t3の時のみDFF1が誤動作した場合を示す図である。この場合でも図(d)図のように、正常に画素変調信号は再生される。もし、パルス遅延回路15が時間t2〜t3及び時間t4〜t6のパルスを通過できなかった時、図(e)のように、微小パルス幅増加するが光量値として問題のない画素変調信号が再生され、しかも続く画素変調信号に影響が及ばない。 【0041】このように、図1のパルス幅付加回路は、DFF1のパルス応答に対して画素変調信号が正常または小さなパルス幅は変化で出力されるため、レーザ印画エンジンにおいては非常に好都合な特性をしている。しかも、使用されるフリップフロップDFF1は、リセット機能が必要ないため、図3で示すような最高速の構成が使用できるため、誤動作の発生確率を低くすることができる。 【0042】 【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、非常に細いパルスにも安定に機能するため、レーザ印画エンジンにおいて高画質を得るための正確な光量制御がLSI回路で容易に実現できるという効果がある。
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| 【出願人】 |
【識別番号】000001007 【氏名又は名称】キヤノン株式会社
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| 【出願日】 |
平成12年7月25日(2000.7.25) |
| 【代理人】 |
【識別番号】100077481 【弁理士】 【氏名又は名称】谷 義一 (外1名)
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| 【公開番号】 |
特開2002−36623(P2002−36623A) |
| 【公開日】 |
平成14年2月6日(2002.2.6) |
| 【出願番号】 |
特願2000−224636(P2000−224636) |
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