DE3301834C2

DE3301834C2 - Verfahren zur Steuerung der Lichtpunktabtastung in einer Druckvorrichtung und Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE3301834C2
Application number: DE3301834A
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: 1989-08-10
Also published as: JPS58125064A; DE3301834A1; US4532552A

Abstract

Die Vorrichtung (Fig. 1) zum Aufzeichnen einer in elektrischen Signalen enthaltenen Information mittels eines hochintensiven sowie abhängig von der aufzuzeichnenden Information modulierten Lichtstrahls spurweise auf ein lichtempfindliches Medium (28) umfaßt einen Licht- bzw. Laserstrahl-Generator (21), ein durch einen Antrieb (25) rotierend bewegbares mehrflächiges Reflektorelement (24), eine zwischen dem Generator und dem Reflektorelement angeordnete strahlbündelnde Optik (22) und eine Steuereinrichtung (30) zum Aktivieren des Generators (21) durch Erzeugung von Synchronsignalen, deren Periodendauer bzw. Frequenz abhängig von den im jeweiligen Auftreffbereich auf das Medium unterschiedlichen Strahlüberlaufgeschwindigkeiten verändert wird.

Description

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

Kürzlich auf den Markt gelangte sog. »Laser-Drukker« 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 Buchslaben, 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 40 34 408 unter der Bezeichnung »Flying Spot Scanner« beschriebenen Laser-Drucker hingewiesen.

Der bekannte Laser-Drucker erfordert außer einer Kollimatorlinse und einer strahlexpandicrenden Optik zusätzlich noch eine sehr kostspielige Bilderzeugungsoptik mit einer Aö-Charakteristik (F = Brennweile, θ — Einfallswinkel) zur Gewinnung einer konstanten Laserstrahl-Abtastgcschwindigkeit auf dem abgetasteten Medium durch Koinpensation der optischen Verzeichnung oder Aberration, die durch eine erhöhte Strahlabtastgeschwindigkeit an den linden 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 Herstellkosicn.

Aus der DE-OS 25 12 349 ist es bereits bekannt, zur Erzielung einer im wesentlichen gleichförmigen Punktbreite bzw. eines gleichen Rasterabstandes bei einer über die gesamte Aufzeichnungsfläche erfolgenden Aufzeichnung einen mechanischen Weggeber vorzusehen, der Marken entsprechend dem Druckraste^r aufweist und dcmcntsprcchendc Synchronisiersignale für die Steuerung des Abtaststrahl abgibt Die unterschiedliche Bewegungsgeschwindigkeit des Schreibin Strahls längs der Aufzeichnungszeile wird dadurch kompensiert und eine gleichförmige Aufzeichnung erreicht

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein zur Durchführung der Aufzeichnung mit gleichförmiger Punklbreite über ti die gesamte Aufzeichnungsfläche bei der Steuerung der Lichtpunktabtastung geeignetes einfaches und keinen großen baulichen Aufwand erforderndes Verfahren anzugeben.

Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe ist kurzgefaßt in dem Patentanspruch 1 angegeben. Eine vorteilhafte Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens ist dem Anspruch 2 zu entnehmen. 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 M zu erzeugen, deren Periodendauer in einer Abhängigkeil von den im jeweiligen Auftreffbereich des Lichtstrahls auf das Medium unterschiedlichen Strahlüberlaufgcschwindigkciten verändert wird, und den Lichtstrahl mit diesen Synchronsignalen so zu modulieren, r> daß die Daten auf die Oberfläche des Mediums mit einer im wesentlichen gleichförmigen Punktbreitc aufgezeichnet werden.

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

Fig. I eine schematische Darstellung einer crfindungsgcniäßcn Lichtpunktabtastvorrichtung für einen Laser-Drucker,

F i g. 2 ein Blockschaltbild einer in dem Ausführungsbcispicl von I⁷ i g. 1 enthaltenen Laser-Steuereinheit,

Fig. 3 grafische Darstellungen zum Druckvorgang eines kein Element zur Druckbreitenkorrektur aufweisenden herkömmlichen Laser-Druckers.

F i g. 4 eine grafische Darstellung zur Beziehung zwi-•M sehen der Slrahlabtaslgeschwindigkeit und den Druckpositionen auf einem erfindungsgemäß abgetasteten Medium.

Fig. 5 erfindungsgemäüc, kombinierte Synchronsignale im zeitlichen Ablauf,

Yi F i g. 6 eine Beziehung zwischen der Druckdatenbreitc für je einen Punkt und den Druckpositionen auf dem abgetasteten Medium,

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

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

F i g. 10 und 11 ein Blockschaltbild eines in einem der Oszillatoren der Steuerschaltung von F i g. 7 enthaltenen Schaltsignalgcnerators sowie eine Darstellung von darin auftretenden Signalen.

Die in F i g. 1 dargestellte erfindungsgemäl3c Lichtpunktiibtusivorrichlung umfaßt eine Laserdiode 21

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(vorzugsweise) oder statt dessen einen Gaslaser wie He-Ne-Laser in Verbindung mit einem akustisch- optischen Modulator zum Modulieren eines Laserstrahls 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, cle 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 Lasersirahlintensität.

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 28 hervorruft, das in einer Entwicklerstation entwickelt und schließlich zur Verwendung oder Speicherung auf Kopierpapier übertragen wird. Die in dem Abtastlichlpunkt enthaltene Information wird also dauerhaft auf einen unterschiedlich nutzbaren Träger aufgezeichnet, der aus einer Vielzahl dem Fachmann bekannter Möglichkeiten ausgewählt und/oder weiterausgcnutzt 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.

Zwecks Aufrechterhallung der Bildlinearität wird vorzugsweise auch die Drehzahl der den Abstand von Abtastzeilen definierenden rotierenden xcrografischen 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 μίτι gewählten kreisrunden Strahlemissionsabschnitt gewählt, zum Beispiel eine Doppel-Hererojunction-GaAs-GaAIAs-Laserdiode (DH-Typ) mit einem 3 nm-Strahlemissionsabschnitt oder eine versenkte Hererojunction-Laserdiode (BH-Typ).

Der von der im Brennpunkt der Optik 22 liegenden Laserdiode 21 abgegebene und durch die Optik gebündelte Lichtstrahl 23 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 /wischen dem Spiegel-Polyeder 24 und dem abzutastenden Medium 28 eine auf dci Strahlaustrittseile ebene sowie mit ihrer Längsseite de'h rechtwinklig zur junctionsflächc der Laser-Diode 2' einfallenden Laserstrahl zugekehrte zylindrische Plankonvexlinse angeordnet sein, die etwa um eine ihrer Brennweite von ca. 15 mm entsprechende Strecke von dem Medium 28 entfernt ist Durch die achssymmetrische Optik 22 wird der den Querschnitt einer Ellipse mit paralle] zur Junctionfläche der Diode verlaufender Längsachse aufweisende Laserstrahl ebenfalls als 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 /"o und eine konstante Periode

/o

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 Synchronsignalim-

JO pulsperiode zum Schreiben eines Druck-Punktes (F i g. 3) aktiviert wird, die Überlauf-Geschwindigkeit V an den Enden des Mediums aber größer als in dessen Mitte ist, muß die Punktbreite zwangsläufig an den Enden größer als im Mittelabschnitt werden. Das ist ein

j5 Nachteil.

Dagegen wird erfindungsgemäß automatisch die Frequenz des Synchronsignals unter Berücksichtigung der jeweiligen Laserstrahl-Überlaufgeschwindigkeit V und der zugehörigen Druckposition Tauf dem Medium 28 gemäß F i g. 4 so verändert, daß stets die gleiche Druck-Punktbreite entsteht. Gemäß Fig.4 kann der Laserstrahl, dessen Übcrlaufgeschwindigkeit V von der Mitte to (t = 0) aus symmetrisch nach beiden Enden hin zunimmt, das Medium 28 zwischen einer Einlaufposition ii und einer Auslaufposition h auf einer Breite ti — h erreichen. Da die Geschwindigkeit Vi bei fi —fi und /2—k größer als Vj bei ti— f₄ und t%— t_b und dieser Wert wiederum größer als Vj bei /0— U und ίο— f5 ist, gilt folgende Beziehung:

V, > V₂ > V,.

Die crfindungsgemäßc Korrektur wird dadurch erreicht, daß durch Verwendung kombinierter Synchronsignale gemäß F i g. 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 V| zugeordneten ersten Synchronsi-

) gnalc mit einer Frequenz /i haben die kürzeste Periode, zweite Synchronsignale mit einer Frequenz /j für V2 eine mittellange Periode und dritte Synchronsignale mit einer rrequenz Λ für die Geschwindigkeit V_s die längste Periode. Die Werte für Vi, V.. und V₁ sind jeweils die

^r) Mittelwerte der in den betreffenden Positionsbereichen auftretenden unterschiedlich großen Geschwindigkeitsbereiche. Diese Näherung ermöglicht eine ausreichend gute Druckbreiicnkorrektur.

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

durchgehenden Impulserzeugung erforderlich sein, den Oszillator 35 um diesen Zeilraum vor der Abschaltung von Oszillator 34 zu aktivieren.

/i

-^- = K (Konstante). h

Die zur Erzeugung einer Anzahl von Druck-Punkten bzw. -Intervallen notwendige Anzahl Impulsperioden i< > der unterschiedlichen Synchronsignale ist in rig. 5 mit /Vi, N₂ und N) bezeichnet.

Die von einer Steuerschaltung 1 1 in der Steuereinheit 30 (Fig.2) zusammengestellten kombinierten Synchronsignale mit den drei verschiedenen Perioden werden über eine Treiberstufe (3 an die i.ascrdiodc 21 abgegeben, so daß der Laserstrahl das walzenförmige Medium an dessen Enden, wo die Überlaufgcschwindigkeit am größten ist, mit der höchsten Frequenz f\ und der kürzesten Strahlemissionszcit 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 μ durchgehende Linie die weitgehend einheitliche Breite der somit auch viel besser lesbaren gedruckten Daten pro Punkt im gesamten Posiiionsbcreich von /1 bis fjdes abgetasteten Mediums 28 dargestellt. Die Stufen in der durchgehenden Breitenverlaufslinie in Fig.6 sind für jo die Praxis ohne Bedeutung. Die Anzahl der unterschiedlichen Frequenzen innerhalb der kombinierten Synchronsignale kann im Rahmen der Erfindung frei gewähltwerden.

Die in Fi g. 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 /1, f₂ bzw. Λ, ein ODER-Glied 37, ein D/T-Ilip-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 Fi g. 8) wird als Oszillator-Einschaltsignal verwendet und dem F»-Oszillator 34 über das Flip-Flop 31. welches Ausschaltsignale für den Oszillator von dem Taktimpulse zählenden Zähler 39 bezieht, zugeleitet. Der Zähler 39 4^r> liefert auch die EIN- und AUS-Signale für die restlichen Oszillatoren an die Flip-Flops 32 und 33.

Solange der Oszillator 34 für f\ über das durchgeschaltete Flip-Flop 31 das Drehsynchronsignal 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 Zähler 39 die Impulse von f\ bis N gezählt hat (siehe F i g. 9), veranlaßt er die Stillegung von Oszillator 34 und die Einschaltung des F2-Oszillators 35 für f₂ und so fort, so daß die Oscillatoren 34 bis 36 nacheinander die kombinierten Synchronsignale gemäß Fig.5 erzeugen. Das D/T-Flip-F1op 38 nimmt an seinem T-Eingang die von den Flip-Flops 34 bis 36 erzeugten Taktsignale und an seinem D-Eingang die Druckdateninformation auf. bo

In einem der Oszillatoren 34 bis 36 befindet sich ein in F i g. 10 als Blockschaltbild dargestellter Schaltsignalgenerator zur Erzeugung eines den Osziilatorbctrieb steuernden Gate-Signals. In Fig. Il sind in dem Schaltsignalgenerator auftretende Signale zeitabhängig dargc- h^r> stellt. Da die Oszillatorschwingungen erst nach Ablauf einer Verzögerungszeit von z. B. 500 ns nach Zugang eines Startsignals einsetzen, kann es zur Erzielung einer Micr/.u 5 Blatt Zeichnungen

Claims

33 Ol Patentansprüche:

1. Verfahren zur Steuerung der Lichtpunktabtastung in einer Druckvorrichtung, bei der ein gebündelter Lichtstrahl entsprechend zugeführter Steuersignale mit einer vorgegebenen Ablastfrequen/ moduliert wird und dabei ein lichtempfindliches Aufzeichnungsmedium /eilenweise überstreicht, wobei zur zeilenweisen Ablenkung ein sich drehendes Reflektorelement mit aneinandcrgrenzcnden reflektierenden Flächen dient und zur Bündelung des Lichtstrahles optische Einrichtungen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastfrequenz (f) entsprechend der unterschiedlichen Abtastgeschwindigkeiten (v) des Lichtstrahles gemäß der Beziehung vjfj — konstant bereichsweiss festgelegt wird, wobei mit / - 1 ... η (η = natürliche Zahl) η die Anzahl der Aufzeichnungsbereiche angibt, ndie Mittelwerte der Abtastgeschwindigkeit in den Aufzeichnungsbereichen und F₁ die diesen zugeordneten Abtastfrequenzen.

2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere mit unterschiedlichen Frequenzen schwingende Oszillatoren (34 ... 36) vorgesehen sind, deren Ausgänge einem den Druckzeitpunkt bestimmenden ODER-Gatter (37) zugeführt sind, und daß die Ein- und Ausschalteingänge der Oszillatoren (34 ... 36) mit den Ausgängen eines Zählers (39) verbunden sind, wobei der Zählerstand den jeweiligen Druckpositionen entspricht.