DE3613917C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Laserdrucker gemäß dem
Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein derartiger Laserdrucker
ist aus der nicht vorveröffentlichten Druckschrift DE-OS
34 45 751 bekannt.
Bei herkömmlichen Laserdruckern, deren Druckgeschwindigkeit
mittel oder gering ist, wird üblicherweise ein
einziger, mit einer Laserdiode erzeugter Laserstrahl verwendet.
Andererseits sind Drucker, die mit besonders hoher
Druckgeschwindigkeit arbeiten, gegenwärtig so ausgebildet,
daß ein einziger Gaslaserstrahl ungeteilt eingesetzt wird,
oder daß dieser einzige Gaslaserstrahl mittels akustisch-
optischer Ablenkung in mehrere Laserstrahlen aufgeteilt
wird, wobei sowohl der Frequenzbandbereich eines Modulators
als auch die Drehzahl, mit der ein polygonaler Rotationsspiegel
rotiert, durch gleichzeitiges Abtasten mit mehreren
Laserstrahlen reduziert werden.
In jedem Falle ist es jedoch, sofern die obengenannten
Gaslaser verwendet werden, unmöglich, den hohen Stromverbrauch
zu umgehen und die Vorrichtung zu miniaturisieren.
Unter diesen Umständen rückte kürzlich die Einführung
eines Halbleiterlasers in den Brennpunkt des Interesses,
der eine direkte Modulation selbst ausführen kann. Jedoch
weist diese Art von Halbleiterlasern insofern Nachteile auf,
als ihre Wellenlänge das 1,5- bis 2fach derjenigen von
Gaslasern beträgt, weshalb die polygonalen Rotationsspiegel
groß sein müssen, und es aufgrund der verminderten licht
elektrischen Leitfähigkeit, die mit der Langwelligkeit des
obigen Halbleiterlasers in Verbindung steht, ziemlich kompliziert
war, einen Laserdrucker zu konstruieren, in dem nur
ein einziger Laserstrahl verwendet wird.
Bei dieser Sachlage werden große Erwartungen in ein
Verfahren gesetzt, bei dem mit mehreren Halbleiterlaserstrahlen
parallel abgetastet wird. Einige Mittel zur Verwirklichung
eines derartigen Verfahrens sind in der Druckschrift DE-OS
35 43 472 und in der eingangs erwähnten, nicht vorveröffentlichten
DE-OS 34 45 751 angegeben. Unter der Voraussetzung,
daß dann gedruckt wird, wenn zwischen mehreren Halbleiter
laserstrahlen Abstände erfaßt werden, ist eine derartige
präzise Erfassung jedoch praktisch undurchführbar.
Aus der DE-OS 33 21 923 ist eine Einrichtung zum Steuern
eines Halbleiterlasers in einem Laserdrucker bekannt. Die
Einrichtung arbeitet mit lediglich einem einzigen Laserstrahl,
dessen Intensität entsprechend der sich verändernden
Lichtempfindlichkeit der Trommel eingestellt werden kann.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
Laserdrucker vorzusehen, der es ermöglicht, bei kontinuierlichem
Betrieb zwischen mehreren Laserstrahlen Abstände
exakt zu erfassen und die gewünschten Abstände zu regeln.
Die Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen
näher erläutert; es zeigt
Fig. 1 den Aufbau eines Ausführungsbeispiels für einen
Laserdrucker, bei dem mehrere Laserstrahlen
zur Steuerung der Abstände zwischen diesen verwendet
werden;
Fig. 2 die Zeiteinstellung, bei der die Positionen
der Laserstrahlen
nachgewiesen werden, und
Fig. 3 den Aufbau eines Photodetektors zur Erfassung
der Abstände zwischen den mehreren Laserstrahlen.
Fig. 1 zeigt einen Laserdruck,
bei dem zwei Halbleiterlaser verwendet
sind.
Die von zwei Lasern 11, 12 jeweils emittierten Laserstrahlen
gehen durch ein Syntheseprisma 5, in dem die beiden
Laserstrahlen in der gleichen Richtung in einem derartigen
Abstand vereinigt werden, daß sie leicht voneinander abweichen.
Unmittelbar danach werden die Strahlen auf einen
polygonalen Rotationsspiegel 6 gerichtet und dann zu einer
FR-Linse 7 umgelenkt, die als Abtastlinse dient. Auf einer
photoleitenden Trommel 8 werden die beiden Laserstrahlen
auf einen vorgegebenen Abstand eingestellt, wobei es gleichzeitig
erforderlich ist, diesen Abstand unverändert aufrechtzuerhalten.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist zu diesem
Zweck eine Vorrichtung vorgesehen, in der der Abstand
zwischen den beiden Laserstrahlen mit Hilfe eines geteilten
Photodetektors 13 erfaßt wird, wofür das teilweise aus dem
zur Synthetisierung des Strahls vorgesehenen Prisma 5 ausgetretene
und mit einer Linse 4 fokussierten Licht herangezogen und der oben angegebene Abstand
mit Hilfe des erzeugten Signals gesteuert wird.
Laserdrucker mit Halbleiterlasern weisen jedoch den
Nachteil auf, daß der Laser selbst während eines Druckzeitraums
modulieren kann, so daß das modulierte Licht in das
geteilte Photoarray 13 eintritt. Dadurch verändert sich
die Intensität der Laserstrahlen, und es ist schwierig, ihre
Position zu erfassen. Daher ist die Anordnung
so ausgeführt, daß die Erfassung
während einer Austastzeit durchgeführt wird, in der nicht
gedruckt wird; die Abstände zwischen den Laserstrahlen werden
aufgrund der auf diese Weise erfaßten Ergebnisse gesteuert,
wobei dieser Status während der Druckzeit aufrechterhalten
wird. Bei einem herkömmlichen polygonalen Rotationsspiegel
mit n Spiegelflächen ergibt sich der Winkel, bei dem
theoretisch eine Abtastung mit dem Lichtstrahl möglich ist,
zu
In Anbetracht dessen, daß das auf den polygonalen Rotations
spiegel fallende Licht normalerweise eine spezifizierte
Helligkeit aufweist, ist geläufig, daß der tatsächliche
Winkel, unter dem eine Lichtabtastung am polygonalen
Rotationsspiegel erfolgt, nur 60 bis 70% des oben angegebenen
theoretischen Wertes erreicht.
Demgemäß wird für das Drucken ein Zeitraum von 60 bis
70%, wie oben angegeben, vorgesehen, während ein Zeitraum
von 30 bis 40% als abtastfreie Zeit festgelegt wird. Diese
abtastfreie Zeit wird allgemein als sehr nachteilig angesehen,
da die Laserstrahlen in dieser Zeit effektiv nicht
genutzt werden können. Der Drucker ist demgegenüber
so aufgebaut, daß mit ihm die Position
erfaßt wird, indem die beiden Laserstrahlen während dieser
Austastzeit in den EIN-Zustand eingestellt werden. Fig. 2 (a)
zeigt das Timing bezüglich der Modulierung der Halbleiterlaser
11, 12 in Fig. 1.
Es ist nämlich in dem Falle, daß
die Positionssteuerung unter Bezug auf die beiden jeweils
von den Halbleiterlasern 11, 12 emittierten Laserstrahlen
unter Verwendung eines während der Austastzeit erfaßten
Signals (im folgenden als Abstandsfehlersignal bezeichnet)
durchgeführt wird, wie oben erwähnt, nicht einfach, das
Abstandsfehlersignal für die Druckzeit zu gewinnen. Hierfür
wird das sogenannte Abtast-Halte-Verfahren herangezogen,
bei dem die obengenannte Positionssteuerung durchgeführt
wird, indem das nur für die Austastzeit gewonnene Abstands
fehlersignal verwendet und ein entsprechender Zustand ein
gestellt wird, der während der Druckzeit beibehalten wird.
Die Austastzeit 9 kann wie folgt erfaßt werden: Aus
Fig. 1 ist ersichtlicht, daß der Photodetektor 3 außerhalb
einer Druckstart-Position auf der Abtastlinie für den Laserstrahl
angeordnet ist, wobei der Photodetektor 3 zur Einstellung
des Startzeitpunktes, an dem mit dem Laserstrahl
abgetastet wird, vorgesehen ist. Im einzelnen wird der
Zeitpunkt, an dem der abtastende Laserstrahl über den Photo
detektor 3 hinweggeht, als Startzeitpunkt für die Abtastung
vorgegeben. Diese Zeitpunkte im Timing sind in den Fig. 2 (a),
2 (b) durch die Bezugsziffer 120 bezeichnet. Fig. 2 (b) zeigt
dabei das Timing des vom Photodetektor 3 emittierten Aus
gangssignals. Die Dauer T eines Abtastzeitraums 10, in dem
die Abtastung bezüglich einer vorgegebenen, vom Punkt 120
aus gemessenen Dauer durchgeführt wird, wird als
bezeichnet, wobei L die Druckbreite eines polygonalen
Rotationsspiegels, n seine Drehzahl und f die Brennweite
der verwendeten FR-Linse 7 ist. Nach Ablauf der Dauer T
folgt die Austastzeit 9. In diesem Zeitraum wird der
Laserstrahl weiterhin bei Gleichstrombetrieb erzeugt. Die
Austastzeit 9 ist entsprechend der Zeitraum, bis der Laser
strahl in der nächsten Abtasteinstellung wieder auf den
Photodetektor 3 fällt. Das geteilte Photoarray 13 erfaßt
den Abstandsfehler für die Austastzeit. Der Aufbau
eines derartigen Photoarrays, der in der
DE-OS 34 45 751
beschrieben ist, ist in Fig. 3 schematisch dargestellt.
Es besteht aus zwei Paaren geteilter Detektoren 141, 142
und 143, 144 und ist so augebildet, daß die Position der
betreffenden Laserstrahlen durch Differenzbewegung erfaßt
wird.
Gemäß Fig. 3 ist unter der Voraussetzung, daß die
Laserstrahlen auf die Detektoren 151, 152 so eingestellt
sind, daß sie ungeteilt zu den getrennten Detektoren 141, 142
und 143, 144 gelangen, die oben erwähnte Differenzausgangsgröße
gleich Null. Wenn aber die Laserstrahlen so eingestellt
sind, daß sie asymmetrisch auf die Detektoren auftreffen,
tritt ein Differenzsignal auf, das die Differenz
ausgangsgröße entsprechend den Positionen der Laserstrahlen
anzeigt. Es sind daher Regeleinrichtungen 61, 62 vorgesehen,
die zum Beispiel aus einer Einrichtung zur Verstärkungsein
stellung oder ähnlichem bestehen und die Funktion haben,
eine negative Rückkopplung zur Steuerung der Stellglieder
21, 22 zu bewirken. Mit diesem Aufbau bleibt das Differenz
signal gleich Null, wobei dieses Signal mit Hilfe von
Differenzeinrichtungen 41, 42 (zum Beispiel eines Differenz
verstärkers oder ähnlichem), wie in Fig. 1 gezeigt, gewonnen
wird.
Die Kopplungslinsen 1, 2 werden durch eine Bewegung der
Stellglieder 21, 22 in der Weise bewegt, daß die Linsenoberflächen
senkrecht zu den optischen Achsen sind, wobei zwei
von den Laserstrahlen bestrahlte Lichtflecke so eingestellt
werden, daß keine Positionsabweichung auftritt.
Mit Hilfe des Signals (siehe Fig. 2 (b)), das erzeugt
wird, wenn der in Fig. 1 gezeigte abtastende Laserstrahl
über den Photodetektor 3 hinweggeht, führt die in derselben
Figur gezeigte Steuereinrichtung 60 Steuervorgänge bezüglich
des EIN- und AUS-Zustands des Laserstrahls, der Abtast- und
Halte-Verarbeitung, der Erfassung des Abstandsfehlersignals
und des Timings für die verschiedenen Operationen, wie im
Fall der Stellglieder 21, 22 durch, wodurch das oben erläuterte
Differenzsignal gleich Null wird.
Wie aus der Beschreibung klar hervorgeht, werden
durch diese Konzeption folgende vorteilhafte Wirkungen
erzielt:
Die Ausgangsleistung der verwendeten Laser wird durch
die Positionssteuerung der Laserstrahlen verringert. Es
ist darüber hinaus möglich, Hochgeschwindigkeitslaserdrucker
zu verwirklichen, bei denen die Lichtmodulationsfrequenz
der Laser in wirksamer Weise verringert werden kann.
Claims (6)
1. Laserdrucker mit
- - mehreren Strahlungsquellen (11, 12) mit je einem mo dulierbaren Laser zur Erzeugung mehrerer Laserstrahlen,
- - Strahlumlenkeinrichtungen (5), die die Laserstrahlen parallel zueinander ausrichten,
- - einer Ablenkungseinrichtung (6), die die Laserstrahlen derartig ablenkt, daß sie jeweils eine Zeile auf einer sich bewegenden Phototrommel (8) überstreichen,
- - einer Abbildungsoptik (7), die die Laserstrahlen auf die Zeile fokussiert, und
- - je einer Regelung für jede Strahlungsquelle, bestehend
aus:
- - einer Linse (1, 2), die den Laserstrahl zu einem parallelen Lichtbündel formt,
- - einem Stellglied (21, 22) für die Linse (1, 2),
- - einem Strahlteiler (5), der einen Teil des Lichts aus dem Lichtbündel auskoppelt und einem geteilten Photodetektor (141, 142; 143, 144) zuführt, und
- - einem elektrischen Regelkreis (61, 62), dem das Detektor signal als Istwert zugeführt wird und der das Stellglied (21, 22) so beeinflußt, daß der ausgekoppelte Lichtstrahl den Photodetektor in einer Sollposition trifft,
gekennzeichnet durch
- - einen weiteren Photodetektor (3), der in Überstrei chungsrichtung der Laserstrahlen vor der Trommel (8) angeordnet ist, der ein Signal abgibt, wenn ihn der Laserstrahl zu Beginn der Zeile überstreicht, und
- - eine Steuereinrichtung (60), die die elektrischen Regel kreise (61, 62) aktiviert und die Strahlungsquellen (11, 12) anschaltet nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit (T), nachdem der weitere Photodetektor (3) ein Signal abgegeben hat und die die Regelkreise (61, 62) und die Strahlungsquellen (11, 12) abschaltet, wenn der weitere Photodetektor (3) ein weiteres Signal abgibt.
2. Laserdrucker nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Strahlungsquellen (11, 12) aus je einem Halbleiterlaser
bestehen.
3. Laserdrucker nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
Strahlteiler und Strahlumlenkeinrichtung in einem Syn
theseprisma (5) zusammengefaßt sind, das vor der Ablen
kungseinrichtung (6) angeordnet ist.
4. Laserdrucker nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Ablenkungseinrichtung (6) ein rotierender, polygonaler
Spiegel ist.
5. Laserdrucker nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
mehrere Photodetektoren (141 bis 144) ein Photoarray (13)
bilden.
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