DE3529571A1 - Verfahren zur periodischen ansteuerung von mehreren strahlungsaussendenden elementen und schaltungsanordnung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Verfahren zur periodischen Ansteuerung von mehreren strah­ lungsaussendenden Elementen gewinnen beispielsweise in der Informationstechnik immer größere Bedeutung. So wer­ den beispielsweise zur Belichtung von photoleitenden Trommeln in Datendruckanlagen Zeilen aus aneinanderge­ reihten Lumineszenzdioden verwendet, die über integrierte Schaltkreise entsprechend dem darzustellenden Bildmuster angesteuert werden. So hat beispielsweise die Firma TELEFUNKEN electronic GmbH ein Leuchtdiodenmodul mit der Bezeichnung TPHM 8080 entwickelt, dessen Breite einer DIN A 4 Seite entspricht und das aus 2560 aneinanderge­ reihten Gallium-Arsenid-Phosphid-Lumineszenzdioden sowie 20 integrierten Siliziumschaltkreisen für die Ansteuerung der Leuchtdioden besteht. Das in ein Bitmuster aufgelöste Schriftbild, das durch die LED-Zeile wiedergegeben wer­ den soll, wird über einen 8-bit parallelen Datenstrom in Schieberegister-IC′s eingelesen.

Ein Puls löst die Übergabe des Bitmusters vom Schiebe­ register an einen Daten-Pufferspeicher aus. Über ein weiteres Aktivierungssignal werden die einzelnen Lumines­ zenzdioden gemäß dem gespeicherten Bitmuster eingeschaltet.

Bei den bisherigen Ansteuerschaltungen besteht die Ein­ schränkung, daß für alle Einzeldioden der gleiche An­ steuerimpuls in Amplitude und Zeitdauer vorgesehen ist, so daß die Streubreite der Effizienz zwischen den ein­ zelnen Elementen möglichst klein sein mußte, wenn die abgestrahlte Energie aller angesteuerten Elemente im wesentlichen gleich groß sein sollte. Aufgrund dieser hohen Anforderung an die Streubreite war die Ausbeute bei der Herstellung der für die Anreihung vorgesehenen und geeigneten Lumineszenzdioden relativ gering, wobei eine optimale Einheitlichkeit der abgestrahlten Energie auch aufgrund unvermeidbarer Unterschiede in den Be­ triebsbedingungen für die einzelnen Bauelemente nicht erreicht werden konnte.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren zur periodischen Ansteuerung von mehreren strah­ lungsaussendenden Elementen anzugeben, mit dem erreicht wird, daß die abgestrahlte Energie aller angesteuerten Elemente im wesentlichen gleich groß ist, ohne daß dies durch Ausbeuteverluste bei der Herstellung der einzel­ nen Bauelemente erkauft werden muß. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Unterschiede in der Strahlungsleistung der einzelnen Elemente, die durch Streu­ ungen in der Effizienz der Elemente oder durch unter­ schiedliche Betriebsbedingungen verursacht sind, dadurch ausgeglichen werden, daß die strahlungsaussendenden Ele­ mente jeweils mit einer individuellen, die Strahlungsge­ samtdauer bestimmenden Pulslänge betrieben werden, so daß die abgestrahlte Energie aller angesteuerten Elemente im wesentlichen gleich groß ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann in einer vorteil­ haften Weiterbildung für jedes Element die Strahlungsge­ samtdauer in digitalen Einzelschritten quantisiert werden. Die Befehle für die Einzelschritte werden für jedes Ele­ ment gesondert in einem Speicher definiert abgelegt. Der Speicherinhalt wird beispielsweise nach der Fertigstel­ lung einer Diodenzeile durch Ausmessung der Einzelelemente festgelegt. Die Quantisierung der Gesamtstrahlungsdauer wird sich vorteilhafterweise auf den Teil der Strahlungs­ gesamtdauer beschränken, der zur Kompensation des maxi­ mal vorkommenden Unterschiedes in der Strahlungsleistung der Einzelelemente erforderlich ist. Dies bedeutet, daß alle angesteuerten Einzelelemente mit einer Grundstrah­ lungsdauer beaufschlagt werden, die bei einzelnen Elemen­ ten noch durch Zusatzstrahlungsdauern ergänzt wird.

Die Erfindung und ihre weitere vorteilhafte Ausgestaltung soll nachstehend noch an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt eine geeignete Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In Fig. 2 sind die möglichen Einzelschritte für die An­ steuerung der Lumineszenzdioden dargestellt.

Fig. 3 zeigt für einen Ausschnitt von 5 aneinanderge­ reihten Dioden die Datenmatrix im Schieberegister für die Ansteuerung der Diodenzeile.

Gemäß Fig. 2 werden am Dateneingang DE beispielsweise aus einem Computer Informationen abgerufen, die dem durch die Diodenzeile DZ wiederzugebenden Bildmuster ent­ sprechen. Diese Digitalinformationen gelangen über einen Pufferspeicher P 1 auf einen Eingang des UND-Gatters U, über dessen Ausgang das Schieberegister SR geladen wird.

Gemäß Fig. 3 sei angenommen daß für einen Ausschnitt von 5 aneinandergereihten Dioden D 1- D 5 über den Dateneingang DE das Bitmuster 10110 in das Schiebere­ gister eingegeben werden soll. Dies bedeutet, daß die Dioden D 1, D 3 und D 4 während eines definierten Zeitinter­ valls leuchten sollen, während die Dioden D 2 und D 5 dunkel bleiben. Das Zeitintervall, während dem das ge­ nannte Belichtungsmuster abgegeben wird, ist in Fig. 2a mit t _x bezeichnet.

Innerhalb der Diodenreihe DZ sind nun Einzelelemente vor­ handen, die in der Effizienz streuen und bei denen sich auch unterschiedliche Betriebsbedingungen bemerkbar machen. Dies führt beispielsweise dazu, daß einzelne Dioden be­ reits nach einer Zeit t ₁ gemäß Fig. 2b die gewünschte Energie abgestrahlt haben, während andere Einzelelemente gemäß der Fig. 2c, 2d und 2e die gewünschte Abstrahl­ energie nur dadurch erreichen, daß sie in zusätzlichen Zeitntervallen t ₂ bzw. t ₃ angesteuert werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 wurde die maxi­ male Gesamtstrahlungsdauer für jedes Element in 3 Einzel­ schritte aufgeteilt. Diese bestehen aus der Grundstrah­ lungsdauer G während derzeit t ₁ und den Zusatzstrahlungs­ dauern Z ₁ Z ₂ während der Zeiten t ₂ und t₃. Es ist selbstverständlich, daß die Gesamtstrahlungsdauer den Bedürfnissen entsprechend in beliebig vielen Einzelschrit­ ten quantisiert werden kann, wobei jedoch mit der Zahl der Einzelschritte der Schaltungsaufwand steigt.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel mit drei Einzel­ schritten hat sich bewährt und führt zu einer Erhöhung der Genauigkeit in der abgestrahlten Leistung zwischen den einzelnen Bauelementen um einen Faktor 3. Die Grund­ strahlungsdauer G betrug bei diesem Ausführungsbeispiel 850 µs, während die Zusatzstrahlungsdauern Z ₁ bzw. Z ₂ 200 bzw. 100 µs dauerten. Die Ansteueramplitude SA war für alle Strahlungsphasen gleich groß.

Nach der Fertigstellung einer Diodenzeile wird für alle Einzelelemente festgelegt, welche Einzelschritte in der Ansteuerung für das einzelne Element erforderlich sind, um über alle Elemente gesehen zu einer gleichmäßigen Energieabstrahlung zu gelangen. Bei vier unterschied­ lichen Gesamtstrahlungsdauern, wie sie durch die Figuren 2b-2e wiedergegeben sind, benötigt man zur Speicherung der erforderlichen Information im Speicher SP 2 bit. Der Dateninhalt "00" entspricht dann beispielsweise der Grundbelichtung G, der Dateninhalt "01" entspricht der Grundbelichtung G und der Zusatzbelichtung Z ₂ während der Zeit t₂, der Dateninhalt "10" entspricht der Grund­ belichtung G und der Zusatzbelichtung Z ₁ während der Zeit t₃, während der Dateninhalt "11" einer Diode zugeordnet wird, für die alle drei Belichtungsschritte G, Z ₁ und Z ₂ erforderlich sind. Diese Informationen sind jweils einer speziellen Diode zugeordnet im Speicher SP gemäß Fig. 1 abgelegt.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist der zweite Eingang des UND-Gatters U mit dem Ausgang eines ODER- Gatters O verknüpft, dessen einem Eingang der ausgelesene Inhalt des Speichers SP zugeführt wird, während am anderen Eingang ein Befehl anliegt, der die Information, die Grundbelichtung oder Nachbelichtungen liefert. Der Spei­ cher SP wird am Eingang N mit einem Befehl angesteuert, der bestimmt, ob die 1. oder die 2. erforderliche Nach­ belichtung Z ₁ bzw. Z ₂ aufgerufen ist, während der Adres­ sierzähler AZ nacheinander die Speicherplätze im Spei­ cher SP aufruft. Der Adressierzähler wird über einen Takteingang und einen Reseteingang angesteuert.

Über den Ausgang des UND-Gatters wird in der üblichen Weise das Schieberegister SR geladen. Hierzu wird der Taktimpuls gleichfalls auf das Schieberegister gegeben. Ein Strobeimpuls am Reseteingang des Adressierzählers löst die Übergabe des Bitmusters im Schieberegister an einen Daten-Pufferspeicher P 2 aus. Über ein weiteres Aktivierungssignal am Enable-Eingang des Pufferspeichers P 2 werden die Lumineszenzdioden in der Zeile DZ gemäß dem im Schieberegister gespeicherten Bitmuster eingeschaltet. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird bei einem Zeit­ intervall t _x für einen Belichtungsvorgang das Schiebe­ register SR dreimal geladen und ausgelesen, um auf diese Weise die individuelle Gesamtstrahlungsleistung eines jeden einzelnen Elementes zu bestimmen. Gemäß Fig. 3 sei angenommen, daß bei den fünf aneinandergereihten Dioden D 1 bis D 5 im Speicher SP die Nachbelichtungsin­ formation in der dargestellten Weise abgelegt ist. Danach ist für die Diode D 1 keine Nachbelichtung erforderlich, für die Diode D ₂ die Nachbelichtung Z ₂ für die Diode D ₃ die Nachbelichtungen Z ₁ und Z ₂ für die Diode D ₄ und D ₅ jeweils nur die Nachbelichtung Z₁.

Bei der Grundbelichtung G steht am Belichtungseingang des ODER-Gatters eine logische "1", die folglich auch auf den einen Eingang des UND-Gatters U gegeben wird. In das Schieberegister SR wird somit beim ersten Ladevorgang die Information eingeschrieben, die am Dateneingang DE an­ steht. Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist dies die Datenfolge "10110", so daß die angesteuerten Dioden D ₁, D ₃ und D ₄ die Grundbelichtung abstrahlen. Beim näch­ sten Ladevorgang des Schieberegisters wird das erste Bit im Speicher SP mit der zugeordneten Information am Daten­ eingang DE am UND-Gatter U verknüpft. Bei dem dargestell­ ten Beispiel ergibt dies den Schieberegisterinhalt "00110", so daß die Dioden D ₃ und D ₄ die Nachbelichtung Z ₂ abstrah­ len. Beim dritten Ladevorgang des Schieberegisters wird die zweite Information im Speicher SP mit der zugeordne­ ten Information am Dateneingang DE verknüpft, so daß sich beim gewählten Ausführungsbeispiel der Schieberegisterin­ halt "00100" ergibt, wonach nur noch die Diode D ₃ auch die weitere Nachbelichtung Z ₁ abstrahlt.

Das Schieberegister SR wird jeweils in den Zeiten zwischen den einzelnen Belichtungsphasen umgeladen und nach Ab­ schluß aller drei Belichtungsphasen wird ein neues Bit­ muster am Dateneingang DE abgerufen. Der Speicher SP be­ steht vorzugsweise aus einem EPROM. Das erfindungsgemäße Verfahren und die zugehörige Schaltungsanordnung wird vorzugsweise zur Ansteuerung von linear in einer Zeile angeordneten Leuchtdioden verwendet, wie sie beispiels­ weise von TELEFUNKEN electronic unter den Typenbezeich­ nungen TPHM 8080 oder TPAC 6050 und TPAC 6080 geliefert werden. Diese Diodenzeilen eignen sich insbesondere zur Belichtung von photoleitenden Schichten oder anderen licht­ empfindlichen Materialien.

Claims (8)

1. Verfahren zur periodischen Ansteuerung von mehreren strahlungsaussendenden Elementen, dadurch gekennzeichnet, daß Unterschiede in der Strahlungsleistung der einzelnen Elemente (D), die durch Streuungen in der Effizienz der Elemente oder durch unterschiedlichen Betriebsbedingungen verursacht sind, dadurch ausgeglichen werden, daß die strahlungssaussendenden Elemente jeweils mit einer indivi­ duellen, die Strahlungsgesamtdauer bestimmenden Pulslänge betrieben werden, so daß die abgestrahlte Energie aller angesteuerten Elemente im wesentlichen gleich groß ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsgesamtdauer für jedes Element in digi­ talen Einzelschritten quantisiert ist, wobei die Einzel­ schritte für jedes Element gesondert in einem Speicher (SP) definiert abgelegt sind.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Quantisierung auf den Teil der Strahlungsgesamt­ dauer beschränkt, der zur Kompensation des maximal vor­ kommenden Unterschieds in der Strahlungsleistung der Ele­ mente (D) erforderlich ist.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die maximale Gesamtpulslänge aus wenigstens zwei unterschiedlich langen Teilpulsen besteht, wobei ein Teilpuls der für alle angesteuerten Elemente vorgesehenen Grundstrahlungsdauer entspricht, während die restlichen Teilpulse zum Ausgleich der Un­ terschiede in der Strahlungsleistung als individuelle Zusatzstrahlungsdauern für bestimmte angesteuerte Ele­ mente vorgesehen sind.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, ge­ kennzeichnet durch die Verwendung zur Ansteuerung von linear in einer Zeile (DZ) angeordneten Leuchtdioden (D).

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, ge­ kennzeichnet durch die Verwendung zur Belichtung von photoleitenden Schichten oder anderen lichtempfindlichen Materialien.

7. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Logik (U, O) vorgesehen ist, mit der die Daten­ eingangssignale für die Elemente mit den aus einem Spei­ cher (SP) abgerufenen Signalen für die Teilpulse ver­ knüpft werden und daß die Befehle für die einzelnen Strah­ lungsphasen in ein, zwischen den Phasen jeweils neu zu ladendes Schieberegister (SR) eingegeben werden, das bei der Auslesung die Einzelelemente (D) ansteuert und somit das Strahlungsmuster bestimmt.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der für alle angesteuerten Elemente vorge­ sehene und die Grundstrahlungsdauer bestimmende Teilpuls mit den Dateneingangssignalen direkt verknüpft wird, während die Befehle für die individuellen, die erfor­ derliche Zusatzstrahlungsdauer bestimmenden Teilpulse über einen getakteten Adressierzähler abgerufen und mit den anstehenden Dateneingangssignalen am UND- Gatter (U) verknüpft werden.