DE3301834A1

DE3301834A1 - Lichtpunktabtastvorrichtung fuer laser-drucker

Info

Publication number: DE3301834A1
Application number: DE19833301834
Authority: DE
Inventors: Makai Nara Uno
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1982-01-20
Filing date: 1983-01-20
Publication date: 1983-07-28
Also published as: DE3301834C2; JPS58125064A; US4532552A

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Systeme zur Übertragung von Video-Information auf ein abtastbares Medium durch Lichtpunktabtastung und insbesondere auf eine Vorrichtung zum Aufzeichnen von Signalinformation mittels eines gesteuerten Laserstrahls über ein rotierendes Mehrflächen-Reflektorelement auf ein lichtempfindliches Medium.

Kürzlich auf den Markt gelangte sog. "Laser-Drucker" erfreuen sich zunehmender Beliebtheit und werden bereits mit Erfolg verkauft. Es ist ein wesentliches Merkmal der "Laser-Drucker", von einem Computer, Wortprozessor, Faksimilegerät o. dgl. erstellte und zum visuellen Lesen bestimmte Daten wie Buchstaben, Symbole, Bilder u. dgl. mittels Laserstrahl auf ein abgetastetes Medium in Form eines elektrostatischen Ladungsmusters übertragen zu können. Als Stand der Technik wird auf einen in der US-PS 4 034 408 unter der Bezeichnung "Flying Spot Scanner" beschriebenen Laser-Drucker hingewiesen.

Der bekannte Laser-Drucker erfordert außer einer Kollimatorlinse und einer strahlexpandierenden Optik zusätzlich noch eine sehr kostspielige Bilderzeugungsoptik mit einer f-ö-Charakteristik (f=Brennweite, 9=Einfallswinkel) zur Gewinnung einer konstanten Laserstrahl-Abtastgeschwindigkeit auf dem abgetasteten Medium durch Kompensation der optischen Verzeichnung oder Aberration, die durch eine erhöhte Strahlabtastgeschwindigkeit an den Enden des Mediums verursacht wird. Diese Optik verzerrt stark tonnenförmig. Sie bewirkt aber auch eine der wirtschaftlichen Nutzung von Laser-Druckern im Wege stehende Erhöhung ihrer Herstellkosten.

Mit dem Ziel der Kostenreduzierung hat die Anmelderin einen

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anderen Weg zum Bau von Laser-Druckern ohne Bilderzeugungsoptik mit f-O-Charakteristik vorgeschlagen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Lichtpunktabtastung bei Laser-Druckern zu verbessern.

Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe ist kurz gefaßt in dem Patentanspruch 1 angegeben.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Der Grundgedanke der Erfindung geht dahin, in einer wie an sich üblich einen Generator zum Erzeugen eines informationsabhängig modulierten Lichtstrahls mit hoher Intensität, einen rotierenden Mehrflächenreflektor und eine Optik zwischen dem Generator und dem Reflektor aufweisenden Lichtpunktabtastvorrichtung durch eine elektronische Steuereinheit Synchronsignale zu erzeugen, deren Periodendauer in einer Abhängigkeit von den im jeweiligen Auftreffbereich des Lichtstrahls auf das Medium unterschiedlichen Strahlüberlaufgeschwi'ndigkeiten verändert wird, und den Lichtstrahl mit diesen Synchronsignalen so zu modulieren, daß die Daten auf die Oberfläche des Mediums mit einer im wesentlichen gleichförmigen Punktbreite aufgezeichnet werden.

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Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachstehend unter Bezug auf eine Zeichnung in beispielsweiser Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Lichtpunktabtastvorrichtung für einen Laser-

Drucker,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 enthaltenen Laser-Steuereinheit,

Fig. 3 grafische Darstellungen zum Druckvorgang eines kein Element zur Druckbreitenkorrektur aufweisenden her

kömmlichen Laser-Druckers,

Fig. 4 eine grafische Darstellung zur Beziehung zwischen der Strahlabtastgeschwindigkeit und den Druckpositionen auf einem erfindungsgemäß abgetasteten Medium,

Fig. 5 erfindungsgemäße kombinierte Synchronsignale im zeitlichen Ablauf,

Fig. 6 eine Beziehung zwischen der Druckdatenbreite für je einen Punkt und den Druckpositionen auf dem abgetasteten Medium,

Fig. 7 ein Blockschaltbild einer in der Steuereinheit von Fig. 2 enthaltenen Steuerschaltung,

Fig. 8 und 9 Darstellungen eines Drehsynchronsignals für die bzw. von Signalen in der Steuerschaltung von Fig. 7, und

Fig. 10 und 11 ein Blockschaltbild eines in einem der Oszillatoren der Steuerschaltung von Fig. 7 enthaltenen Schaltsignalgenerators sowie eine Darstellung von darin auftretenden Signalen.

Die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Lichtpunktabtastvorrichtung umfaßt eine Laserdiode 21 (vorzugsweise) oder statt dessen einen Gaslaser wie HeNe-Laser in Verbindung mit einem akustisch-optischen Modulator zum Modulieren eines Laserstrahls

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mit einer Videosignal-Information, eine strahlbündelnde Optik 22, einen Spiegel-Polyeder 24, einen Motor 25, ein abzutastendes Medium 28 und eine Steuereinheit 30.

Das abzutastende Medium 28 kann eine an einer Aufladestation mit Korona-Entladungsvorrichtung rotierend vorbeibewegte xerografische Trommel sein, die der von dem rotierenden Spiegel-Polyeder 24 reflektierte Laserstrahl mit einer Abtastbreite überstreicht. Durch Veränderung bzw. Modulation der Intensität des Laserstrahls in Bezug auf dessen Position innerhalb der Abtastbreite werden Abtastlichtpunkte mit einem zur Bilddarstellung ausnutzbaren Informationsgehalt erzeugt. Der Abtastlichtpunkt zerstreut die elektrische Ladung entsprechend der jeweiligen Laserstrahlintensität.

Durch abwechselndes Ein- und Ausschalten der Laserdiode 21 durch die Steuereinheit 30 wird ein mit der aufzuzeichnenden Videosignalinformation modulierter Laserstrahl erzeugt, welcher seinerseits ein durch An- und Abwesenheit des Abtastlichtpunktes definiertes sowie der Videosignalinformation entsprechendes elektrostatisches Ladungsmuster auf dem Medium hervorruft, das in einer Entwicklerstation entwickelt und schließlich zur Verwendung oder Speicherung auf Kopierpapier übertragen wird. Die in dem Abtastlichtpunkt enthaltene Information wird also dauerhaft auf einen unterschiedlich nutzbaren Träger aufgezeichnet, der aus einer Vielzahl dem Fachmann bekannter Möglichkeiten ausgewählt und/oder weiterausgenutzt werden kann.

Der Spiegel-Polyeder 24 wird durch den Motor 25 dauernd und mit einer durch ein Synchronsignal vorgebbaren Drehzahl angetrieben, die in einer Beziehung zu der bei der Herstellung des Original-Videosignals benutzten Abtastfrequenz steht.

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Zwecks Aufrechterhaltung der Bildlinearität wird vorzugsweise auch die Drehzahl der den Abstand von Abtastzeilen definierenden rotierenden xerografischen Trommel 28 in geeigneter Form mit der Signalquelle synchronisiert. Damit kann die Lichtpunktabtastvorrichtung zur Verwendung in jedem der sogenannten Laser-Drucker angepaßt werden.

Vorzugsweise wird als Laserdiode 21 ein Typ mit einem zwischen etwa zwei bis drei um gewählten kreisrunden Strahlemissionsabschnitt gewählt, zum Beispiel eine Doppel-Hererojunction-GaAs-GaAlAs-Laserdiode (DH-Typ) mit einem 3μΐη -Strahlemissionsabschnitt oder eine versenkte Hererojunction-Laserdiode (BH-Typ)

Der von der im Brennpunkt der Optik 22 liegenden Laserdiode abgegebene und durch die Optik gebündelte Lichtstrahl 2 3 wird von dem durch den Motor 25 in einer Drehrichtung a um seine Mittelachse schnell angetriebenen Spiegel-Polyeder 24 als Ablenkstrahl 26 auf das abzutastende Medium 28 reflektiert, um darauf eine Abtastzeile 29 zu erzeugen.

Die bündelnde bzw. fokussierende Optik 22, deren außen liegender Brennpunkt im Bereich der Laser-Emissionsfläche der Laserdiode 21 liegt, enthält eine Kombination zweier vorzugsweise sphärischer konkav/konvexer achssymmetrischer Linsen. Ferner kann zwischen dem Spiegel-Polyeder 2 4 und dem abzutastenden Medium 28 eine auf der Strahlaustrittseite ebene sowie mit ihrer Längsseite dem rechtwinklig zur Junctionfläche

einfallenden-Laserstrahl , , . , der Laser-Diode 2r zugekenrte zylindrische Plankonvexlinse angeordnet sein, die etwa um eine ihrer Brennweite von ca. 15mm entsprechende Strecke von dem Medium 28 entfernt ist. Durch die achssymmetrische Optik 22 wird der den Querschnitt einer Ellipse mit parallel zur Junctionfläche der Diode verlaufender Längsachse aufweisende Laserstrahl ebenfalls als

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ellipsenförmiger Lichtpunkt projiziert.

Bei einer herkömmlichen Lichtpunktabtastvorrichtung, die keine Druck-Breitenkorrektureinrichtung hat, wird die Abgabe und die Unterbrechung des Laserstrahls aus dem Lasergenerator durch ein Druckdaten-Synchronsignal (siehe Fig. 3) gesteuert, welches eine konstante Frequenz fο und eine konstante■Periode to = ■—=- hat. Jede Impulsperiode des Synchronsignals aktiviert den Laserstrahl zum Schreiben eines Druck-Punktes, und abhängig von den Druckdaten P kann jedes gewünschte Muster gedruckt werden. Eine von dem am Spiegel-Polyeder reflektierten Laserstrahl auf dem abgetasteten Medium hervorgerufene Druckbreite entspricht dem Produkt aus einer Geschwindigkeit V, mit welcher der Laserstrahl unter dem Einfluß des rotierenden Spiegel-Polyeders die Oberfläche des Mediums überstreicht, und der Laserstrahl-Abgabezeit*. Da der Laserstrahl mit stets gleich langer Synchronsignalimpulsperiode zum Schreiben eines

die

Druck-Punktes (Fig. 3) aktiviert wird, Oberlauf-Geschwindigkeit V an den Enden des Mediums aber größer als in dessen Mitte ist, muß die Punktbreite zwangsläufig an den Enden grö-20. ^ßer als im Mittelabschnitt werden. Das ist ein Nachteil.

Dagegen wird erfindungsgemäß automatisch die Frequenz des Synchronsignals unter Berücksichtigung der jeweiligen Laserstrahl-Überlaufgeschwindigkeit V und der zugehörigen Druckposition T auf dem Medium 28 gemäß Fig. 4 so verändert, daß stets die gleiche Druck-Punktbreite entsteht. Gemäß Fig. 4 kann der Laserstrahl, dessen Überlaufgeschwindigkeit V von der Mitte t~ (t = 0) aus symmetrisch nach beiden Enden hin zunimmt, das Medium 28 zwischen einer Einlaufposition t. und einer Auslaufposition t„ auf einer Breite t - t_{2 erre;}i__ch_en Da die Geschwindigkeit V₁ bei t.-t^ und t~-t_fi größer als V„ bei t_.-t₄ und t^-t, und dieser Wert wiederum größer als V₃

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bei t.-t. und t_Q-t₅ ist, gilt folgende Beziehung:

V₁ ^ V₂ ^ V₃ .

Die erfindungsgemäße Korrektur wird dadurch erreicht, daß durch Verwendung kombinierter Synchronsignale gemäß Fig. 5 die Perioden des abtastenden Laserstrahls an den Enden des Mediums 28 kürzer als an dessen Mittelbereich gehalten werden, um überall eine gleichförmige Druck-Punktbreite zu erzielen. Die der Geschwindigkeit V₁ zugeordneten ersten Synchronsignale mit einer Frequenz f₁ haben die kürzeste Periode, zweite Synchronsignale mit einer Frequenz f"₂ für V₂ eine mittellange Periode und dritte Synchronsignale mit einer Frequenz f., für die Geschwindigkeit V₃ die längste Periode. Die Werte für V , V₂ und V sind jeweils die Mittelwerte der in den betreffenden Positionsbereichen auftretenden unterschiedlich großen Geschwindigkeitsbereiche. Diese Näherung ermöglicht eine ausreichend gute Druckbreitenkorrektur.

Zwecks Erzielung einer konstanten Druck-Punktbreite an allen abzutastenden Positionen des Mediums 28 müssen die Frequenzen der drei Synchronsignale folgende Gleichung erfüllen:

= K (Konstante)

Die zur Erzeugung einer Anzahl von Druck-Punkten bzw. -Intervallen notwendige Anzahl Impulsperioden der unterschiedlichen Synchronsignale ist in Fig. 5 mit N₁, N und N_Q bezeichnet.

Die von einer Steuerschaltung 11 in der Steuereinheit 30 (Fig. 2) zusammengestellten kombinierten Synchronsignale mit den drei verschiedenen Perioden werden über eine Treiberstufe 13 an die Laserdiode 21 abgegeben, so daß der Laserstrahl

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das walzenförmige Medium an dessen Enden, wo die Überlaufgeschwindigkeit am größten ist, mit der höchsten Frequenz f.. und der kürzesten Strahlemissionszeit abtastet und die Breite der entstehenden Druck-Punkte komprimiert. Dadurch ergeben sich überall gleich breite Druck-Punkte. Zum Vergleich mit den beim Stand der Technik zwangsweise auftretenden Druckbreiten-Abweichungen (unterbrochene Kurve) ist in Fig. 6 durch die stufenförmige durchgehende Linie die weitgehend einheitliche Breite der somit auch viel besser lesbaren gedruckten Daten pro Punkt im gesamten Positionsbereich von t. bis t„ des abgetasteten Mediums 28 dargestellt. Die Stufen in der durchgehenden Breitenverlauf slinie in Fig. 6 sind für die Praxis ohne Bedeutung. Die Anzahl der unterschiedlichen Frequenzen innerhalb der kombinierten Synchronsignale kann im Rahmen der Erfindung frei gewählt werden.

Die in Fig. 7 als Blockschaltbild dargestellte Steuerschaltung 11 von Fig. 2 enthält drei Flip-Flops 31, 32, 33, drei Oszillatoren 34, 35 und 36 für die Frequenzen ' f.. , f„ bzw. f-,, ein ODER-Glied 37, ein D/T-Flip-Flop 38 und einen Zähler 39. Ein mit der Sequenz von einem Puls pro Einzelzeilenabtastung und synchron zur Drehzahl des Motors 25 erzeugtes Drehsynchronsignal (siehe Fig. 8) wird als Oszillator-Einschaltsignal verwendet und dem F1-Oszillator 34 über das Flip-Flop 31, welches Ausschaltsignale für den Oszillator von dem Taktimpulse zählenden Zähler 39 bezieht, zugeleitet. Der Zähler 39 liefert auch die EIN- und ÄUS-Signale für die restlichen Oszillatoren an die Flip-Flops 32 und 33.

Solange der Oszillator 34 für f₁ über das durchgeschaltete Flip-Flop 31 das Drehsynchronsxgnal erhält und Impulse abgibt, die der Zähler 39 über das ODER-Glied 37 erhält und zählt,

sind die übrigen Oszillatoren 35 und 36 gesperrt. Sobald der

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Zähler 39 die Impulse von f. bis N. gezählt hat (siehe Fig. 9) , veranlaßt er die Stillegung von Oszillator 34 und die Einschaltung des F2-Oszillators 35 für f„ und so fort, so daß die Oszillatoren 34 bis 36 nacheinander die kombinierten Synchronsignale gemäß Fig. 5 erzeugen. Das D/T-Flip-Flop 38 nimmt an seinem T-Eingang die von den Flip-Flops 34 bis 36 erzeugten Taktsignale und an seinem D-Eingang die Druckdateninformation auf.

In einem der Oszillatoren 34 bis 36 befindet sich ein in Fig. 10 als Blockschaltbild dargestellter Schaltsignalgenerator zur Erzeugung eines den Oszillatorbetrieb steuernden Gate-Signals. In Fig. 11 sind in dem Schaltsignalgenerator auftretende Signale zeitabhängig dargestellt. Da die Oszillatorschwingungen erst nach Ablauf einer Verzögerungszeit von z.B. 500 ns nach Zugang eines Startsignals einsetzen, kann es zur Erzielung einer durchgehenden Impulserzeugung erforderlich sein, den Oszillator 35 um diesen Zeitraum vor der Abschaltung von Oszillator 34 zu aktivieren.

Claims

TER MEE R-MU LL ER- S TE i N M E I ST E R

PATENTANWÄLTE — EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

Dipl.-Chem. Dr. N. tar Meer Dipl.-lng. H. Steinmeister Dipl.-lng, F. E. Müller . . ... , ~

Triftstrasse 4, Artur-Ladebeck-Strasse 51

D-8OOO MÜNCHEN 22 D-48OO BIELEFELD 1

Case: 2004-GER-A
Mü/Gdt/ma

20. Januar 1983

SHARP KABUSHIKI KAISHA

22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku,

Osaka 545, Japan

Lichtpunktabtastvorrichtung für Laser-Drucker

Priorität: 20. Januar 1982, Japan, Ser. No. 57-7822

PATENTANSPRÜCHE

Vorrichtung zur Aufzeichnung von in einem elektrischen Signal enthaltener Information im Verlauf mehrerer Abtastspuren auf ein lichtempfindliches Medium, mit

- einem Generator zum Erzeugen eines stark gebündelten Lichtstrahls, welcher in Abhängigkeit von der zugeführten elektrischen Information moduliert wird,

- einem mehrere aneinandergrenzende reflektierende Flächen aufweisenden und mittels eines Antriebs um eine Mittenachse rotierend antreibbaren Reflektorelement und

- einer Optik zwischen dem Generator und dem Reflektorelement,

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gekennzeichnet durch

eine Steuereinrichtung (30) zum Aktivieren des Generators (21) durch Erzeugen von Synchronsignalen (Fig. 5), deren Periodendauer in einer Abhängigkeit von den im jeweiligen Auftreffbereich des Lichtstrahls (26) auf dem Medium (28) unterschiedlichen Strahlabtastgeschwindigkeiten (V₁, . .. ) verändert wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Reflektorelement (24) und dem lichtempfindlichen Medium (28) eine den Lichtstrahl aufnehmende zweite optische Einrichtung angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Optik (22) eine achssymmetrische bündelnde Linse oder Linsenanordnung enthält.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die zweite optische Einrichtung eine Zylinderlinse enthält.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderlinse beidseitig konvex oder plankonvex geformt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß die plane Seite der Plankonvex-Zylinderlinse dem Medium (28) und deren konvex geformte Seite dem Reflektorelement (24) zugekehrt ist.

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7. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronsignalperioden kürzer gesteuert werden, wenn der Lichtstrahl einen ersten Bereich auf dem Medium (28) schneller abtastet bzw. überläuft als einen zweiten Bereich auf dem Medium.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 7,

dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (30)

- Generatoreinrichtungen zum Erzeugen von Synchronsignalen mit unterschiedlichen Frequenzen (f. , ... ) ,

- eine Steuerschaltung (11) zur Aufnahme von zu druckender Information und zur Abgabe von Druckdaten-Information und

- eine von der Steuerschaltung abhängige Treiberschaltung (13) zur Abgabe entsprechender elektrischer Signale an

den Lichtstrahlgenerator (21)
umfaßt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahl der Periodendauer bzw. Frequenz der Synchronsignale nach den Gesetzen folgender Gleichung V V_n

= = K (Konstante) X₁ f₂

erfolgt, worin mit V₁, V„ die unterschiedlichen Strahlabtastgeschwindigkeiten im ersten und zweiten Bereich auf dem Medium und mit f., f„ die den Geschwindigkeiten zugeordnelen Frequenzwerte (Periodendauer) der Synchronsignale bezeichnet sind.