DE19726273C2 - Verfahren zur Ansteuerung von Lichtquellen in einem Druck- oder Kopiergerät und optischer Zeichengenerator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung von Lichtquellen in einem Druck- oder Kopiergerät sowie einen optischen Zeichengenerator nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 6.

Ein derartiges Verfahren und ein solcher Zeichengenerator sind beispielsweise aus der WO 96/37862 A1 bekannt. Sie werden dazu verwendet, Bild- oder Textinformationen, die in Form elektronischer Daten vorliegen, in optische Informationen umzuwandeln, mit denen dann photoempfindliche Schichten wie z. B. Photoleitertrommeln belichtet werden. Das dabei entstehende Bild wird dann in an sich bekannter Weise entwickelt und auf einen Informationsträger übertragen, beispielsweise auf Papier umgedruckt.

In der WO 96/37862 A1 ist ein zeilenweise aufgebauter optischer Zeichengenerator beschrieben. Er besteht aus einer großen Anzahl lichtemittierender Dioden (auch Leuchtdioden genannt), die je nach Bildinformation wechselweise ein- und ausgeschaltet werden. Der dort beschriebene Zeichengenerator ist in der Lage, Bildinformationen mit mehreren Bit Tiefe, d. h. Graustufen an seinen Leuchtdioden wiederzugeben. Dies bedingt eine sehr hohe Datenrate. Wenn dennoch eine hohe Aufzeichnungsgeschwindigkeit gefordert ist, werden relativ kostspielige elektronische Komponenten benötigt.

Aus der EP 435 520 A2 und aus der DE 43 08 496 A1 sind entsprechende Zeichengeneratoren bekannt, bei denen ebenfalls relativ aufwendige Schaltungen verwendet werden.

Für bestimmte Anwendungen besteht bei elektrophotographischen Druck- und Kopiergeräten die Aufgabe, Bildinformationen mit nur einem Bit pro Leuchtdiode auf einem Zeichengenerator darzustellen. Sie werden beispielsweise für Anwendungen hoher räumlicher Auflösung, zur schnellen Ausgabe von Text ohne Grafik oder für Anwendungen, bei denen Graustufen mittels sogenannter Makropixel dargestellt werden, verwendet. Bei dem zuletzt genannten Verfahren wird ein Graustufen-Bildpunkt (Makropixel) durch mehrere kleine Punkte (Mikropixel) dargestellt, die ihrerseits nur eine Ein-Bit-Information tragen.

Bei Zeichengeneratoren wird zudem häufig gefordert, daß die Bildwiedergabe möglichst schnell und die Darstellung des optischen Bildes mit sehr hoher Präzision hinsichtlich der Leuchtintensität der Dioden erfolgt. Aus der US 4,780,731 ist eine Meßeinrichtung und ein Abgleichverfahren für Leuchtdioden bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, in einem optischen Zeichengenerator große Mengen von 1-Bit-Informationen präzise und möglichst schnell an die lichterzeugenden Elemente, insbesondere an Leuchtdioden heranzuführen.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Verfahrensmerkmale sowie durch die im Anspruch 6 genannten Merkmale eines Zeichengenerators gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Erfindungsgemäß sind zur Ansteuerung von n × m (n, m ≧ 2) steuerbaren Lichtquellen des Zeichengenerators, welche in mindestens einer Reihe punktweise angeordnet sind, Ansteuerungsmittel vorgesehen, die seriell n-mal Daten der Bitbreite m in ein Schieberegister übernehmen. Nach dem n-ten Takt werden die Daten parallel aus allen Registern des Schieberegisters entnommen und einer Ein-Bit- Speicheranordnung mit n × m Speichern der Bittiefe eins zugeführt. Durch diese Art der Datenverarbeitung - insbes. bei m < 2 - wird der Vorteil erzielt, daß zum Einschieben der Daten in das Schieberegister parallel die Daten von m Lichtquellen empfangen werden können, so daß das Einschieben in diese Register trotz geringer Taktrate relativ schnell erfolgt. Andererseits wird durch diese Verfahrensweise der konstruktive (Hardware-) Aufwand relativ gering gehalten.

Die erfindungsgemäße Anordnung erweist sich insbesondere dann als vorteilhaft, wenn ein Zeichengenerator integrierte Schaltkreise enthält, die gruppenweise durch Bondverbindungen miteinander gekoppelt sind, wobei die Eingangsdaten seriell durch die integrierten Schaltkreise hindurch geschoben werden. Die parallele Verarbeitung von m Daten verkürzt die Durchlaufzeit durch die Schieberegister und eignet sich insbesondere für Anordnungen, bei denen mehrere Leuchtdiodenzeilen in Serie zusammengeschaltet sind. Insbesondere in Anwendungen, bei denen die entsprechenden Ansteuermittel integrierte Schaltkreise sind, welche gruppenweise durch direkte Bondverbindungen miteinander gekoppelt sind, wird der Datendurchsatz bei gleicher Taktrate wesentlich höher. Diese direkten Verbindungen ermöglichen bei der vorliegenden Anwendung die optimale Ausnutzung der IC-Silizium-Fläche, weil deren Größe sowohl hinsichtlich der Zahl der IC-internen Gatter als auch hinsichtlich der Zahl der nach außen führenden Bondverbindungen genau richtig auslegbar ist. Sie ist dadurch weder rein gatterbedingt noch rein bondpadbedingt. Dies bewirkt ein sehr günstiges Kosten- zu-Nutzen-Verhältnis des ICs.

Zum Helligkeitsabgleich der Leuchtmittel, insbesondere bei einem Einsatz von Leuchtdioden, ist es vorteilhaft, Korrekturdaten in einem Speicher vorzuhalten, die die Leuchtmittel jeweils nach vorgegebenen Abgleichdaten einstellen. Die Zusammenführung der Korrekturdaten mit den Druckdaten kann über ein entsprechendes Gatter, vorzugsweise über ein einfach aufgebautes, schnelles NAND-Gatter erfolgen.

Insbesondere beim Einsatz von Leuchtdioden ist es vorteilhaft, die Stromstärke welche durch die Leuchtdioden fließt, diodenweise über eine Einstellschaltung zu steuern. Diese Einstellschaltung kann für alle Leuchtdioden einer Zeile dieselbe Stromstärke vorgeben. Zum Abgleich der Helligkeit der einzelnen Dioden sind dann in dem vorgenannten Korrekturspeicher Zeitwerte gespeichert, die die Belichtungsdauer jeder Leuchtdiode angeben, um mit jeder Leuchtdiode eine genau vorgegebene Belichtungsmenge zu erreichen. Die zeitliche Ansteuerung der Leuchtdioden kann dabei über an sich bekannte Verfahren, beispielsweise mit Pulsweitenmodulation (PWM) erfolgen.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele anhand einiger Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 das Blockschaltbild eines Zeichengenerators

Fig. 2 die schematische Darstellung eines Zeichengenera­ tors mit elektronischen Komponenten in Draufsicht,

Fig. 3 ein Blockschaltbild des Datenflusses und

Fig. 4 die Funktionsweise eines Eingangs-Schieberegisters.

Der optischer Zeichengenerator 1 eines elektrophotographischen Druck- oder Kopiergerätes empfängt von dem Druck- oder Kopiergerät über einen Controller 3 Druck- bzw. Kopierdaten. Eine Stromversorgung 2 versorgt den Zeichengenerator 1 und den Controller 3 über Versorgungsleitungen 5 mit elektrischer Energie. Vom Controller 3 können über eine Datenleitung 4 Druckdaten an den Zeichengenerator 1 übertragen werden. Der Zeichengenerator 1 ist mit einer Vielzahl von Leuchtdioden 20 bestückt, die in einer oder mehreren nebeneinander liegenden Zeilen punktweise angeordnet sind. Ein Kühlkörper 6 führt die auf den Leuchtdioden 20 entstehende Wärmeenergie ab. Auf dem Zeichengenerator 1 können einige tausend Leuchtdioden 20 aufgebracht sein.

Zum Abgleich der Leuchtdioden untereinander, d. h. um bei einem bestimmten Ansteuersignal an allen Leuchtdioden 20 exakt die gleiche Lichtmenge zu erzeugen, dient eine Meßeinrichtung 7. Mit ihr werden die einzelnen Leuchtdiodenzeilen 19 hinsichtlich Ihrer Intensität abgetastet. Über einen Datenbus 8 werden die gemessenen Intensitäten an den Controller 3 zurückgemeldet. Mit diesen Daten können dann Abgleichdaten berechnet werden, anhand derer die Leuchtdioden angesteuert werden, um exakt die gewünschten Belichtungsmengen zu erzielen. Es ist eine derartige Meßeinrichtung und ein entsprechendes Abgleichverfahren bekannt. Die Lichtleistungen werden dabei vorzugsweise mit Betriebstakten gemessen, die den tatsächlichen, beim Drucken von Daten verwendeten Geschwindigkeiten entsprechen. Die Meßeinrichtung enthält einen Photosensor, der vorzugsweise in einer Flachbaugruppe integriert ist und mit einem Meßschlitten über die LED- Zeilen 19 bewegt wird. Die Meßwerte werden digital, beispielsweise mit 10 Bit Auflösung an den Controller 3 übertragen.

Die wesentlichen elektronischen Komponenten des Zeichengenerators 1 sind in Fig. 2 dargestellt. Lichtemittierende Dioden (LEDs) 20 erzeugen Licht zur Beleuchtung einer Photoleitertrommel. Sie sind auf sogenannten LED-Arrays, insbesondere auf Leuchtdiodenzeilen 19 untergebracht. Integrierte Schaltkreise (IC) 18 steuern den Datentransfer zu den LED's 20 auf dem Zeichengenerator 1. Eine Verteilerflachbaugruppe 17 verstärkt die Datensignale, welche von der Zeichengenerator- Steuerung bzw. von dem Controller 3 zum Zeichengenerator 1 übertragen werden. Sie überträgt sowohl Strom als auch Druckdaten zu den integrierten Schaltkreisen 18.

Die Datensignale werden von einem Interface 10 übernommen, die Stromversorgung wird über den Eingang 16 eingekoppelt. Von dem Dateninterface 10 führen zwei Leitungen 14 und 15 zu zwei IC-Gruppen 11 und 12, welche bezüglich der LED-Zeilen 19 jeweils gegenüberliegend angeordnet sind. Die ICs 18 einer Gruppe sind untereinander jeweils durch Bondverbindungen 13 direkt miteinander gekoppelt. Jeder IC 18 steuert 64 Leuchtpunkte innerhalb eines LED-Chips 19. Der IC 18 regelt sowohl den Durchschnittsstrom aller LED's 20 eines LED-Chips 19 als auch die Einschaltdauer jeder einzelnen Leuchtdiode 20. Diese Beschaltungsart trägt ebenfalls zu einer gleichmäßigen Lichtstrahlung auf allen Leuchtdioden 20 des Zeichengenerators 1 bei.

Der Zeichengenerator 1 kann in zwei Betriebsarten betrieben werden. In der ersten Betriebsart zum Starten des Systems werden Abgleichdaten für die Einstellung des LED-Stroms sowie für die Dauer der Belichtung der einzelnen LED's 20 in Speicherelemente der IC's 18 geladen. Innerhalb dieses Vorganges kann vorgesehen sein, den Abgleich mit der in Fig. 1 gezeigten Meßeinrichtung 7 durchzuführen. In der zweiten Betriebsart wird mit dem Zeichengenerator 1 gedruckt. Dabei werden die Druckdaten von dem Interface 10 über die Leitungen 14, 15 an die jeweils ersten IC's 18 der beiden Gruppen weitergegeben. Von dort werden die Daten taktweise durch die Schieberegister innerhalb der ICs 18 geschoben und dann weiter zu den nächsten IC's bis zum jeweils letzten IC der Gruppe 11 bzw. 12. Die ICs 18 einer Gruppe sind untereinander jeweils durch direkte Bondverbindungen 13 miteinander gekoppelt.

Jeder LED-Chip 19 trägt 128 LEDs 20, wovon 64 LEDs von einem IC der Gruppe 11 angesteuert werden und die übrigen 64 LEDs 20 von einem IC der Gruppe 12. Durch diese Anordnung ist es möglich, den Zeichengenerator 1 sehr kompakt aufzubauen, wobei von jedem IC jeweils eine direkte Bondverbindung zu jeweils einer Leuchtdiode des LED-Chips 19 führt. Die in Fig. 2 gezeigte Anordnung ermöglicht es, auf jedem LED-Chip von zwei Seiten her zu bonden, d. h., die vorhandene Fläche optimal zu nutzen.

In Fig. 3 ist die Beschaltung innerhalb eines IC's 18 näher erläutert. Druck- oder Abgleichdaten kommen je nach Betriebsmodus über eine Eingangsleitung 30 in den IC 18. Diese Eingangsleitung 30 kann mit der in Fig. 2 dargestellten Leitung 14 oder Leitung 15 zusammenfallen oder auch eine direkte IC-IC-Verbindung in einer der beiden Gruppen 11, 12 darstellen. Die Eingangs-Datenleitung überträgt parallel 8 Bit Daten. Pro Leuchtdiode 20 ist ein Bit vorgesehen, so daß parallel die Daten für 8 Leuchtdioden 20 übertragen werden können. Diese Daten werden in ein Eingangs-Schieberegister 34 der Bitbreite 8 übertragen. Das Schieberegister enthält jeweils 8 hintereinander liegende Register, so daß in einem IC 18 8 × 8 = 64 Bits gespeichert werden können.

Wegen des speziellen Aufbaus des Schieberegisters 34 werden die Daten mit einem Datentaktzyklus jeweils um 8 LED- Positionen weiter verschoben. Nach 8 × N_ic Datentakten, wobei N_ic der Anzahl der zusammengeschalteten IC's entspricht, sind alle Daten in den Zeichengenerator 1 übertragen und liegen lagerichtig in den IC-Schieberegisterketten 34. Erst dann wird die Datenübertragung angehalten und die Daten aller IC's 18 parallel in die jeweiligen 1-Bit-Druckspeicher 35 übertragen.

Zur Steuerung der Helligkeit der Leuchtdioden 20 ist pro LED-Array 19 eine Abgleichelektronik 33 vorgesehen, welche aus zwei Teilkomponenten besteht. Eine erste Komponente umfaßt einen 6 Bit-DA-Speicher 44, in dem ein gemeinsamer, durchschnittlicher Helligkeitswert gespeichert ist. Mit diesem Wert werden die 64, gemeinsam von einem IC 19 angesteuerten Leuchtdioden 20 bestromt. Der Wert dieses Speichers 44 wird über einen Datenpfad 46 einem Digital/Analog-Wandler 45 zugeführt, der über eine Leitung 47 analoge Schalter 49 ansteuert. Die zweite Komponente umfaßt eine Pulsweitenmodulations-Einheit, die für jede Leuchtdiode 20 individuell eine Pulsweitenmodulation vornimmt. Dazu sind mit einer Auflösung von 8 Bit im Pulsweitenmodulations-Speicher 36 64 × 8 Bit Daten hinterlegt. Diese Daten werden 64 8-Bit-Komparatoren 38 zugeführt, welche gleichzeitig den Clock-Impuls eines Pulsweitenmodulations-Zählers 37 über den Pfad 43 erhalten. Das dabei resultierende Ausgangssignal wird über den Pfad 41 einem NAND-Gatter 39 zugeführt, jeweils einmal pro Leuchtdiode, insgesamt also 64 mal.

Im Druckmodus werden die 1 Bit-Druckdaten von den 1-Bit Druckspeichern 35 über die Datenleitung 40 ebenfalls den 64 NAND-Gattern 39 zugeführt. Von diesen wird über den Pfad 48 an eine Leuchtdiode nur dann ein enable-Signal zur Freischaltung gegeben, wenn die NAND-Bedingung zwischen zwei korrespondierenden Leitungen der Pfade 40 und 41 erfüllt ist. Die Signale der NAND-Gatter 39 werden dann über die Schalter 49 und den 64 Ansteuerungsleitungen 50 an die LED's 20 angelegt.

In Fig. 4 ist eine Schieberegisteranordnung 34 im Detail dargestellt. Sie ist in 8 Gruppen mit je 8 Flip-Flops 55 gegliedert. Dadurch entstehen 64 Datenleitungen 31, die zu den 1 Bit-Druckdatenspeichern 35 führen. Die Flip-Flops sind jeweils bidirektional ausgestaltet, so daß der Druckdatenstrom sowohl über Leitung 30 eingekoppelt und über Leitung 51 ausgekoppelt als auch umgekehrt über Leitung 51 eingekoppelt und über Leitung 30 ausgekoppelt werden kann. Diese Ausbildung der Flip-Flops ist günstig, weil dadurch die ICs auf der Verteilerflachbaugruppe 17 des Zeichengenerators 1 unter Beibehaltung Ihrer Funktionalität in zwei entgegengesetzten Orientierungen montiert werden können. Dadurch wird auch das Justieren der IC-Leiterplatte bzw. der Verteilerflachbaugruppe 17 sehr einfach. Es genügt, die Leiterplatte an einem Ende auszurichten.

Es wurden Ausführungsbeispiele mit 128 lichtemittierenden Dioden (LEDs) pro LED-Chip beschrieben. Dies entspricht einer Druckauflösung von 600 dpi. Es ist klar, daß genausogut 300 dpi Druckauflösung mit 64 LEDs pro LED-Chip verwendet werden kann. Das Lösungsprinzip läßt sich z. B. auch mit LED- Flächenarrays verwenden. Ferner kann es genausogut in Verbindung mit anderen Lichtquellen angewandt werden, beispielsweise mit Laserdioden-Arrays.

Bezugszeichenliste

1

Zeichengenerator

2

Stromversorgung

3

Druck-Controller

4

Daten- und Kontrollbus

5

Stromversorgungsleitung

6

Kühlkörper

7

Meßeinrichtung

8

Datenbus

10

Interface

11

erste IC-Gruppe

12

zweite IC-Gruppe

13

Bond-Verbindung

14

erste Datenzuführung

15

zweite Datenzuführung

16

Stromversorgung

17

Verteiler-Flachbaugruppe

18

Integrierter Schaltkreis (IC)

19

Leuchtdiodenzeile

20

einzelne Leuchtdiode

30

Eingangsbus

31

Datenleitungen zur LED-Ansteuerung

32

Druckdatenpfad

33

Abgleichelektronik

34

Bidirektionale Schieberegisteranordnung

35

Anordnung von 1 Bit-Druckspeichern

36

Pulsweitenmodulations (PWM)-Speicher

37

PWM Zähler

38

PWM Komparator

39

NAND-Gatter

40

1-Bit-Kanäle

41

1-Bit-Kanäle

42

Abgleich-Leitung

43

PWM-Zähler-Leitung

44

D/A-Speicher

45

D/A-Wandler

46

erster Abgleich-Datenpfad

47

zweiter Abgleich-Datenpfad

48

Druckdaten-Pfad

49

LED-Analog-Schalter

50

LED-Ansteuerungsleitung

51

Datenausgang

55

Flip-Flop

Claims (12)

1. Verfahren zur Ansteuerung von n × m steuerbaren Lichtquel­ len (20) in einem elektrophotografischen Druck- oder Ko­ piergerät, die in mindestens einer Reihe punktweise ange­ ordnet sind und von Ansteuerungsmitteln (11, 12, 18) ange­ steuert werden, welche jeweils an einem Dateneingang (30) Druckdaten empfangen, diese Druckdaten verarbeiten und den steuerbaren Lichtquellen (20) zuführen, wobei n < 1 und m < 1 gilt und wobei vom Dateneingang (30) eines Ansteue­ rungsmittels (11, 12, 18) seriell und taktweise n-mal Da­ ten der Bitbreite m in eine Schieberegisteranordnung (34) mit m Schieberegistern übernommen werden und nach dem n-ten Takt parallel aus den Schieberegistern entnommen und einer 1-Bit-Speicheranordnung (35) mit n × m Speichern der Bittiefe eins zugeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckdaten von den n × m Speichern der Schieberegisteran­ ordnung (34) gleichzeitig in die 1-Bit-Speicheranord­ nung (35) übernommen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckdaten mit Korrekturdaten zusammengeführt werden, die Inhomogenitäten der Lichtquellen (20) ausgleichen indem sie jeweils einen Belichtungszeitraum vorgeben, während dem die Lichtquellen (20) leuchten.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckdaten aus der 1-Bit-Speicheranordnung (35) einem lo­ gischen Gatter (39), insbesondere einem NAND-Gatter, zuge­ führt werden, in dem sie systemtakt- und punktweise mit den Korrekturdaten verglichen werden, so daß die Lichtquel­ len (20) jeweils für den vorgegebenen Belichtungszeitraum leuchten.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstärke, welche durch die Lichtquellen (20) fließt, punktweise über eine Einstellschaltung (44, 45, 49) ge­ steuert wird, die in einem Speicher (44) einen für mehrere Lichtquellen (20) gemeinsamen, durchschnittlichen Hellig­ keitswert enthält sowie einen Digital/Analog-Wandler (45), über den Schalter (49) zum Schalten der Lichtquellen (20) entsprechend dem Helligkeitswert angesteuert werden.

6. Optischer Zeichengenerator (1) für ein elektrophotografi­ sches Druck- oder Kopiergerät mit

• 1. n × m steuerbaren Lichtquellen (20), die in mindestens einer Reihe punktweise angeordnet sind,
• 2. Ansteuerungsmitteln (11, 12, 18), die jeweils an einem Dateneingang (30) Druckdaten empfangen, weiterverarbeiten und die verarbeiteten Druckdaten über einen Steuerausgang den steuerbaren Lichtquellen (20) zuführen,
• 3. einer am Dateneingang (30) vorgesehenen Schieberegister­ anordnung (34) mit n Registern der Bitbreite m, in der die Druckdaten taktweise zunächst in n seriellen Takten von Register zu Register weitergegeben und nach dem vollstän­ digen Beladen der Schieberegisteranordnung (34) parallel über n × m Einzelverbindungen (31) zu einer nachfolgenden Anordnung von n × m Speichern (35) der Bittiefe eins über­ tragen werden, wobei n und m ganze Zahlen größer eins sind.

7. Zeichengenerator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen (20) lichtemittierende Dioden (LED) sind.

8. Zeichengenerator nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ansteuermittel (11, 12, 18) integrierte Schaltkreise (IC, 18) umfassen, die gruppenweise durch Bondverbindungen (13) miteinander gekoppelt sind.

9. Zeichengenerator nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekenn­ zeichnet durch einen Abgleichspeicher (Pulsweitenmodulations-Speicher 36), der Werte zum Abgleich der Helligkeit der Lichtquellen (20) enthält und der über einen Komparator (38) mit einem Gatter (39) ver­ bunden ist, dem auch die Druckdaten zugeführt werden und an dessen Ausgang ein Signal zur Ansteuerung der Licht­ quellen (20) erzeugt wird.

10. Zeichengenerator nach einem der Ansprüche 6 bis 9, ge­ kennzeichnet durch einen Einstellspeicher (D/A-Speicher 44), der für mehrere Lichtquellen (20) einen gemeinsamen, durchschnitt­ lichen Helligkeitswert zum Einstellen des durch die Licht­ quellen (20) fließenden Stroms enthält und der über einen Digital/Analog-Wandler (45) mit Schaltern (49) zum Schal­ ten der Lichtquellen (20) verbunden ist.

11. Zeichengenerator nach einem der Ansprüche 6 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß gilt: n = m = 8.

12. Zeichengenerator nach einem der Ansprüche 6 bis 11, ge­ kennzeichnet durch bidirektionale Schieberegister.