DE3806785A1 - Optischer drucker - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen optischen Drucker, bei dem ein
lichtempfindlicher Körper durch Laserstrahlen belichtet
wird, wobei diese den Körper eindimensional (linear) ab
tasten und wobei der Körper im rechten Winkel zu den Laser
strahlen bewegt wird. Insbesondere betrifft die Erfindung
einen optischen Drucker, bei dem ein lichtempfindlicher
Körper von einer Anzahl von Laserstrahlen gleichzeitig
bestrahlt und abgetastet wird.
Es sind Laserdrucker bekannt, bei denen ein lichtempfind
licher Körper von einem einzelnen Laserstrahl mittels eines
rotierenden Polygonspiegels abgetastet wird. Im Hinblick auf
die steigende Nachfrage nach Hochgeschwindigkeitsdruckern
und aufgrund der Fortschritte bei der praktischen Anwendung
von Halbleiterlaser-Arrays wurden auch Drucker entwickelt,
bei denen gleichzeitig eine Anzahl von Laserstrahlen zur
Abtastung des lichtempfindlichen Körpers verwendet werden.
Bei dem herkömmlichen Abtastvorgang mit einer Anzahl von
Laserstrahlen wird im allgemeinen ein Einzel-Abtastverfahren
angewendet, bei dem beginnend vom oberen Abschnitt einer
Abbildungsebene mit N Laserstrahlen die Abtastung aufeinan
derfolgend derart ausgeführt wird, daß zuerst N Abtastvor
gänge gleichzeitig ausgeführt werden, während die (N + 1)-ten
bis 2N-ten Abtastvorgänge gleichzeitig darauffolgend ausge
führt werden.
Die Größe eines Emissionspunktes in einem Halbleiterlaser-
Array beträgt 1 bis 3 µm im Durchmesser. Um eine Abtastfolge
dicht auszuführen, ist es daher erforderlich, das Array
dicht auszubilden und die Abstände zwischen den Lasern auf
etwa 1 bis 3 µm festzulegen. Wenn die Laser jedoch so nahe
beieinander angeordnet werden, tritt thermisches und elek
trisches Übersprechen auf, oder die optischen Resonatoren
beeinflussen einander, so daß die einzelnen Laser nicht mehr
als unabhängige Lichtquellen angesehen werden können. Folg
lich ist es erforderlich, die Laser in einem gewissen Ab
stand voneinander anzuordnen, um das Übersprechen zu be
grenzen.
Es ist daher schwierig, den Abstand zwischen zwei benachbar
ten Emissionspunkten in einem Laserarray, das in einem her
kömmlichen Laserdrucker verwendet wird, auf nicht mehr als
50 µm einzustellen.
Anhand der Fig. 1 bis 5 der Zeichnung werden Beispiele für
herkömmliche Laserdrucker erläutert. Es zeigt
Fig. 1 die Anordnung des wesentlichen Teils eines bekannten
optischen Druckers, bei dem eine Abtastung mit einer
Abfolge benachbarter Zeilen mittels eines diagonal
angeordneten Halbleiterlaser-Arrays ausgeführt wird;
Fig. 2 bei einem bekannten optischen Drucker den Aufbau zur
Steuerung des Abstandes zwischen einer Anzahl von
Laserstrahlen in der sekundären Abtastrichtung;
Fig. 3 die wesentlichen Teile eines Photodetektors, der zur
Steuerung der Lichtpunkte in einer Abtastung mit
einer Abfolge benachbarter Zeilen verwendet wird;
Fig. 4 die Feststellung der Position der Laserstrahlen unter
Verwendung von abgeteilten Detektoren, die aneinander
in der Hauptabtastrichtung angrenzen; und
Fig. 5 die Streuung von Signalen, die die festgestellten
Positionen darstellen, die bei Variationen in der
Intensität der Laserstrahlen erhalten werden.
In der Fig. 1 ist dargestellt, daß zum Erhalten einer auf
einanderfolgenden Abtastung benachbarter Zeilen ein Laser
array 1 geneigt angeordnet ist (JP-OS 1 58 251/1979 und die
entsprechende US-PS 42 53 102).
Dabei ist es erforderlich, daß das Laserarray als Ganzes zu
einer im wesentlichen horizontalen Richtung verschwenkt
wird, um es in einem Winkel R zur Vertikalen bzw. zur sekun
dären Abtastrichtung anzuordnen. Wenn jedoch dieser Winkel R
dabei zu groß ist, oder allgemein, wenn ein sehr kleiner
Fehler in dem Winkel vorliegt, überlagern sich zwei benach
barte Abtastzeilen, oder diese verlaufen voneinander ge
trennt. Es ist daher notwendig, diesen Winkel R auf den
kleinstmöglichen Wert genau einzustellen, so daß die Ebene,
die die Emissionspunkte der Laser enthält, und die Druck
fläche einen geometrieoptisch konjugierten Punkt bilden.
Wenn ein Drucker mit einer Anzahl von Laserstrahlquellen
verwendet wird, bei dem die Laser einzeln und nicht in der
Art eines Arrays angeordnet sind, ist es erforderlich, daß
die Positionen der Laserstrahlquellen genau eingestellt
werden, um die Variationen in den Zeitabständen der gegen
seitigen Abstände der Laserstrahlquellen zu korrigieren. Wie
erwähnt, sollen die Laser bzw. die Emissionspunkte so nahe
wie möglich beieinander angeordnet werden. Ein Beispiel für
einen optischen Drucker, bei dem die Laser so angeordnet
sind, daß die Emissionspunkte nahe beieinanderliegen, ist in
der US-PS 46 44 160 und der JP-OS 1 66 916/1985 beschrieben
und in der Fig. 2 dargestellt. Die Laserstrahlen 21, 22, die
von zwei Lasern 11, 12 ausgesendet werden, werden durch ein
Prisma 10 im wesentlichen der gleichen Richtung in ein
optisches System eingeführt, das aus einem rotierenden Poly
gonspiegel 5 und einer Linse 6 besteht. Die Bezugszeichen
91, 92 bezeichnen Stellglieder und 41, 42 Steuergeräte zur
Steuerung dieser Stellglieder. Damit die beiden Laser-Licht
punkte 71, 72 auf der abzutastenden Oberfläche einen festen
Abstand voneinander mit einem vorbestimmten Abstandswert
aufweisen, wird ein Teil von jedem der Strahlen aus den La
sern auf vier abgeteilte Photodetektoren geführt, um einen
Lichtpunkt auf den Lichteinfallsabschnitten A 1, A 2 und einen
weiteren Lichtpunkt auf den Lichteinfallsabschnitten A 3, A 4
der Photodetektoren zu bilden; und es werden die Ausgangs
signale (Detektionssignale) B 1-B 2, B 3-B 4 von diesen
Lichteinfallsabschnitten abgeführt. Die so erhaltenen Si
gnale werden als Lichtpunkt-Steuer- bzw. Regelsignale ver
wendet, und optische Reflektoren 31, 32 werden von den
Stellgliedern 91, 92 so eingestellt, daß die Lichtpunkte
stabil in vorbestimmten Positionen bleiben. Dabei werden die
Durchmesser der Lichtpunkte 71, 72, die in der sekundären
Abtastrichtung bewegt werden, und die der Lichtpunkte 771,
772 in der sekundären Abtastrichtung auf den vier abgeteil
ten Photodetektoren so gehalten, daß sie eine geometrieop
tische Konjugationsbeziehung (mit einer Vergrößerung M) auf
weisen. Entsprechend sind die Durchmesser der Photodetekto
ren und der Abstand zwischen den beiden Lichtpunkten gleich
den Produkten der Durchmesser der Lichtpunkte und dem Ab
stand zwischen diesen Lichtpunkten auf der abzutastenden
Oberfläche und der Vergrößerung M. Wenn unter Verwendung von
zwei Laserstrahlen ein Abtastvorgang über benachbarte Linien
oder Zeilen ausgeführt wird, sind die vier abgeteilten Pho
todetektoren mit Kontakt zueinander in der sekundären Ab
tastrichtung so angeordnet, wie es in der Fig. 3 gezeigt ist
und die Lichtpunkte 781, 782 sind genau so auf den Lichtein
fallsabschnitten (A 1, A 2) und (A 3, A 4) abzubilden, wie es in
der Zeichnung gezeigt ist. Es besteht die Möglichkeit, daß
zum Beispiel der Lichtpunkt 781 auf den Lichteinfallsab
schnitt (A 3, A 4) in einem regulär gerichteten Zustand oder
in einem umgekehrt gerichteten Zustand auf Grund von Rau
schen oder einem Fehler abgebildet wird. In einem solchen
Fall tritt Übersprechen auf, und es wird schwierig, die
Lichtpunkte unabhängig voneinander zu steuern. Es ist folg
lich erforderlich, diese Probleme dadurch zu vermeiden, daß
die Lichteinfallsabschnitte (A 1, A 2) (A 3, A 4) einen solchen
Abstand aufweisen, daß keine Schwierigkeiten entstehen.
Bisher wurden die Probleme beschrieben, die in einem opti
schen Drucker mit einer Anzahl von Laserstrahlen mit den
Abständen der Abtastzeilen in der sekundären Abtastrichtung,
d. h. generell der Richtung der Trommelbewegung verbunden
sind. Die Probleme der Positionsbeziehung zwischen den
Laserstrahlen in der primären Abtastrichtung werden nun
beschrieben.
Es sind bereits Verfahren zur Feststellung der Positionen
der abtastenden Laserstrahlen in der primären Abtastrichtung
auf der Basis der Zeitpunkte, bei dem die Laserstrahlen
einen Photodetektor überstreichen, der am Ende einer abzu
tastenden Oberfläche angeordnet ist, bekannt. Die herkömm
lichen Verfahren zum genaueren Feststellen der Positionen
der abtastenden Laserstrahlen in der Haupt-Abtastrichtung
schließen ein System ein, bei dem zwei abgeteilte Detektoren
81, 82 verwendet werden, die in der Haupt-Abtastrichtung
getrennt sind, wie es in der Fig. 4 gezeigt ist (JP-OS
61 545/1979). Dabei wird ein Laserstrahl 52, mit dem eine
lichtempfindliche Trommel 51 mittels eines Reflektors 53
abgetastet wird, auf der Grundlage der Ausgangssignale von
diesen beiden Detektoren 81, 82 durch eine Differential
operation davon festgestellt, und es wird die Position (der
Zeitpunkt, bei dem der Laserstrahl die Detektoren passiert,
auf der Basis des Zeitpunktes des Nulldurchganges
dieser Ausgangssignale bestimmt. Dabei werden zwar, obwohl
dieses System zugrundeliegt, nicht zwei Photodetektoren ver
wendet, sondern nur einer, um die Position des abtastenden
Laserstrahles auf der Basis des Ausgangssignales dieses
Photodetektors festzustellen. Die Gründe, warum nur ein
Photodetektor verwendet wird, sind die folgenden: Wenn ein
einziger Laser verwendet wird, ändert sich der Pegel der
Ausgangsleistung davon über kürzere Zeiten nicht, und der
Vorgang des Feststellens der Position des Strahles ist davon
nur sehr wenig beeinflußt. Es wird daher allgemein ange
nommen, daß die Feststellung der Position des Laserstrahles
ohne besondere Schwierigkeiten auch von einem einzigen
Detektor erfolgen kann. Wenn jedoch eine Anzahl von Lasern
verwendet werden, wobei ein konstanter Unterschied zwischen
deren Ausgangspegeln vorhanden ist, wird es unmöglich, die
Positionen der Laserstrahlen durch einen einzigen Photo
detektor exakt festzustellen. Die Fig. 5 zeigt den Einfluß
der Unterschiede zwischen den Ausgängen einer Anzahl von
Lasern. Es wird der Fall beschrieben, bei dem die Laser-Aus
gänge so streuen, wie es durch die Bezugszeichen 1001 bis
1003 gezeigt ist. Bei diesem Unterschied zwischen den Aus
gangspegeln einer Anzahl von Lasern ist festzustellen, daß,
wenn ein Schwellenwert 101 bei einem bestimmten Pegel der
Laser-Ausgangssignale festgelegt wurde, um dadurch die
Positionen der Laserstrahlen zu bestimmen, die Zeitsignale
1021 bis 1023, die bei diesem Schwellenwert 101 erhalten
werden, nicht genau die Positionen der Laserstrahlen an
zeigen, auch wenn die Durchmesser der Lichtpunkte auf
gleiche Werte eingestellt sind.
Um einen photoempfindlichen Körper mit einer Anzahl von
Laserstrahlen bei einem herkömmlichen optischen Drucker
abzutasten, ist im Hinblick auf die geeignete Signalverar
beitung eine Abtastoperation mit aufeinanderfolgender Ab
tastung von benachbarten Zeilen erwünscht. Trotz dieser
Tatsache ist es auf Grund von optischen und mechanischen
Begrenzungen in der Praxis sehr schwierig, ein optisches
System bereitzustellen, das für eine aufeinanderfolgende
Abtastung geeignet ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen optischen Drucker zu
schaffen, bei dem der Druck ausgeführt werden kann, ohne daß
eine Überlappung oder eine Lücke in den Abtastzeilen auf
tritt, auch wenn der Abstand zwischen den gleichzeitig an
einen lichtempfindlichen Körper geführten Abtaststrahlen
groß ist.
Dabei sollen Überlappungen und Lücken in den Abtastzeilen
durch genaues Erfassen der Positionsbeziehungen einer Anzahl
von Laserstrahlen, die in der Haupt-Abtastrichtung ausge
sendet werden, vermieden werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein
optischer Drucker geschaffen wird, bei dem ein qualitativ
hochwertiger Vielzeilendruck durch genaues Einstellen der
Positionen der Lichtpunkte einer Anzahl von Laserstrahlen,
die gleichzeitig zur Ausführung eines Abtastvorganges ver
wendet werden, in der Haupt-Abtastrichtung und der sekun
dären Abtastrichtung auf geeignete Werte, oder durch genaues
Bestimmen dieser Positionen durch Photodetektoren möglich
ist.
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen optischen
Druckers werden nun anhand der Fig. 6 bis 16 der Zeichnung
näher erläutert. Es zeigt
Fig. 6 das Grundkonzept der Arbeitsweise des erfindungs
gemäßen Druckers;
Fig. 7 die Arbeitsweise einer ersten Ausführungsform des
Druckers zur Illustration der Möglichkeit der Aus
führung einer optischen Abtastung mit zwei Laser
strahlen ohne Überlappungen und Lücken in den
Abbildungen;
Fig. 8 die Arbeitsweise einer zweiten Ausführungsform des
Druckers mit drei Laserstrahlen;
Fig. 9 die Arbeitsweise einer dritten Ausführungsform des
Druckers mit vier Laserstrahlen;
Fig. 10 schematisch den Aufbau eines optischen Druckers mit
vier Lasern;
Fig. 11 ein Blockschaltbild zur Darstellung der Beziehung
zwischen einem Pufferspeicher und dem Auslesen von
Daten;
Fig. 12 den Aufbau einer Ausführungsform des optischen
Druckers mit abgeteilten Photodetektoren, die
aneinander in der Haupt-Abtastrichtung angrenzen;
Fig. 13 ein Beispiel der Anordnung der Photodetektoren in
der Ausführungsform der Fig. 12;
Fig. 14 ein Signal, das die festgestellten Positionen der
Laserstrahlen in der Haupt-Abtastrichtung enthält;
Fig. 15 ein Blockschaltbild eines Schaltkreises für das
Weiterführen von Signalen, die die Positionen der
Laserstrahlen anzeigen, zu Laser-Treiberschaltungen
und
Fig. 16 die Anordnung wesentlicher Teile einer weiteren Aus
führungsform des Druckers mit einem Halbleiter
laser-Array.
Bei dem erfindungsgemäßen optischen Drucker mit n Laser
strahlen wird das Überlappen der Abtaststrahlen in der
sekundären Abtastrichtung und das Entstehen von Lücken
dazwischen durch Einhalten der Beziehung
l = (n - 1)a + m · n · a (1)
vermieden, wobei m eine ganze Zahl mit m 1; a der Abstand
in der sekundären Abtastrichtung zwischen benachbarten
Laser-Lichtpunkten auf der Druckfläche des optischen
Druckers nach einem Druckvorgang; und l der Abstand in der
sekundären Abtastrichtung zwischen benachbarten Laser
strahlen auf der Oberfläche einer lichtempfindlichen Trommel
ist. Deshalb kann bei dem Drucker die optische Abtastung
simultan erfolgen, ohne daß Abtastlinien wegfallen, mit der
Ausnahme der Unterdrückung mehrerer Abtastzeilen bei Druck
beginn, wenn die benachbarten Zeilen nicht aufeinander
folgend durch die Laserstrahlen abgetastet werden.
In der Haupt-Abtastrichtung sind an den Stellen an der
Außenseite einer Druckbreite, die dem Abtastende eines
Laserstrahles entsprechen, abgeteilte Photodetektoren ange
ordnet, um exakt den Zeitpunkt zu bestimmen, an dem die
Laserstrahlen über die Photodetektoren streichen, und um
dadurch die Positionen der Laserstrahlen sicher festzu
stellen. Wenn die Laserstrahlen mit Bezug auf diese
Positionen gesteuert werden, kann ein Druck mit hoher
Qualität erfolgen, auch wenn die Ausgangspegel dieser
Laserstrahlen unterschiedlich sind.
Im folgenden wird die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen
Druckers beschrieben.
Die Fig. 6 zeigt den Abstand zwischen Laserstrahlen in der
sekundären Abtastrichtung auf der lichtempfindlichen Trommel
eines optischen Druckers mit n Laserstrahlen. Die in der
Zeichnung dargestellten Positionen zeigen die Positionen vom
ersten bis zum n-ten Laserstrahl an. Es ist ersichtlich, daß
die Laserstrahlen jeweils einen Abstand l = (n - 1)a + mna
voneinander haben, d. h., daß zwischen den Laserstrahlen, die
gleichzeitig die Trommel abtasten, beim einzelnen Abtast
vorgang Abtastzeilen in einer Anzahl freibleiben, die der
Größe l entspricht. Wie es möglich ist, daß die optische
Abtastung unter diesen Bedingungen ohne Schwierigkeiten
auszuführen ist, wird nun mit Bezug auf die in den Fig. 7
bis 9 gezeigten konkreten Beispiele beschrieben.
Die Fig. 7 zeigt die Positionsbeziehungen bei der Verwendung
von zwei Laserstrahlen (n = 2). Die in der Spalte "ZNr." an
gegebenen Zeilennummern stehen für die Nummern der von der
Oberseite her gezählten Abtastzeilen, und die Zeichen ∆,
für zwei Laserstrahlen. Die Zahlen P in den Zeichen ∆,
stellen jeweils den P-ten Abtastvorgang dar. Bei einem her
kömmlichen Beispiel, bei dem der Abstand l zwischen zwei
Laserstrahlen gleich a und m = 0 ist, erfolgt die optische
Abtastung aufeinanderfolgend von der Oberseite her. Wenn
jedoch m = 1 ist, werden die Zeilennummern 1 und 4 beim
ersten Abtastvorgang gedruckt, die Zeilennummern 3 und 6
beim zweiten Abtastvorgang, die Zeilennummern 5 und 8 beim
dritten Abtastvorgang usw. Entsprechend erfolgt ein "dich
ter" Druck ab der Zeilennummer 3. Wenn m = 2 ist, sind beim
ersten Abtastvorgang die Laserstrahlen in den Zeilennummern
1 und 6 vorhanden; beim zweiten Abtastvorgang in den Zeilen
nummern 3 und 8, und beim dritten Abtastvorgang in den Zei
lennummern 5 und 10. Die Abtastung erfolgt damit durchgehend
bei allen Zeilennummern größer 5.
Ein aneinander anschließender "dichter" Druck wird somit ab
der Zeilennummer erreicht, die größer gleich der der Abtast
zeile ist, die der Position eines schraffierten Dreieckes in
der Zeichnung entspricht.
Die Fig. 8 zeigt die Positionsbeziehungen zwischen den
Laserstrahlen, wenn n = 3 ist, wobei die drei Laserstrahlen
durch ∆, , dargestellt sind. Die Definition der Zei
lennummer und von m sind die gleichen wie bei der Fig. 7 und
l erfüllt für die Fig. 8 ebenfalls die Gleichung (1). Das
heißt, daß die optische Abtastung auch dann ausgeführt
werden kann, wenn m nicht Null ist.
Die Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit n = 4, wobei ∆,
, , die vier Laserstrahlen darstellen. Es ist er
sichtlich, daß, wenn die Laserstrahlen voneinander gemäß der
Gleichung (1) wie bei den Ausführungsformen mit n = 2 und
n = 3 beabstandet sind, die Abtastvorgänge in allen Zeilen
nummern ausgeführt werden, ausgenommen einige Abtastzeilen
am Anfang der Abtastung.
Wie bei dem vorhergehenden Beispiel erfolgt die Abtastung
der einzelnen Zeilen in den Fällen der Fig. 8 und 9 für
m= 0 aufeinanderfolgend (herkömmlichen Art des Abtastens)
und für m = 1 und m = 2 mit einem Abstand l zwischen den
gleichzeitig abgetasteten Zeilen 1, 5 und 9 bzw. 1, 8 und 15
für die Fig. 8 und 1, 6, 11 und 16 bzw. 1, 10, 19 und 28 für
die Fig. 9.
Wenn ein optischer Drucker mit einem Abstand l der Laser
strahlen größer als der Abstand a der zu druckenden Abtast
zeilen (zum Beispiel l = 2a, 3a, . . .) vorliegt, erfolgt die
Weglassung einiger Abtastzeilen unmittelbar nach dem Beginn
der Abtastoperation. Diese Weglassung von Abtastzeilen hat
jedoch im wesentlichen keinerlei Einfluß auf das optische
Drucken von Informationen bis zu Zeilennummern über 200, da
der Druck tatsächlich an einem Rand des Papiers beginnt, und
da in vielen Fällen bei regulären optischen Druckern, bei
denen der Abstand der Abtastzeilen 30 bis 100 µm beträgt,
kein Druck von Informationen innerhalb eines 2 bis 3 mm
breiten Bereiches am Rand des Papieres erfolgt.
Obwohl die Weglassung von Abtastzeilen auch unmittelbar vor
dem Ende des Druckvorganges auftritt, entstehen dadurch im
wesentlichen ebenfalls keine Probleme, da diese Weglassung
in einem Bereich des Papiers erfolgt, der in der Umgebung
des Randes oder des Falzes davon liegt.
Die Daten, die bei dieser Ausführungsform eines Druckers
verwendet werden, sind verschieden von den Daten für den
Fall m = 0, und die Signale von einem Rechner können bei
spielsweise für die Ausführungsform der Fig. 9 nicht sequen
tiell abgegeben werden. Wenn jedoch ein Pufferspeicher vor
gesehen wird, wie es in der Fig. 10 gezeigt wird, ist es
möglich, die Informationen unter einer geeigneten Adresse zu
einem Laserstrahl zu übertragen, so daß keine Steuerschwie
rigkeiten auftreten.
Die Fig. 10 zeigt eine erste Ausführungsform eines Laser
druckers mit einer Anzahl n = 4 von Lasern. Die Bezugs
zeichen 1011 bis 1014 bezeichnen Halbleiterlaser (die aus
einem Array oder aus einer Anzahl von Einzellasern bestehen
können), das Bezugszeichen 1005 einen Pufferspeicher (ein
schließlich eines Steuerteiles), der Druckdaten für eine
Seite speichert, und das Bezugszeichen 1006 einen Rechner,
der den Drucker über den Pufferspeicher 1005 auf der Basis
der Ergebnisse von Berechnungen steuert. Die Daten über die
zu druckenden Informationen, die vom Rechner 1006 in den
Pufferspeicher gegeben werden, werden mittels eines Adres
sensignales, das auf der Basis der Gleichung (1) erzeugt
wird, zu den Halbleiterlasern 1011, 1012, 1013 und 1014
übertragen, und diese Laser werden von diesen Datensignalen
ausgesteuert. Die Laserstrahlen dieser Laser werden für die
Abtastoperation durch eine Kollimatorlinse 1007, über einen
rotierenden Polygonspiegel 1008 und durch eine Linse 1009
geführt. Die Bezugszeichen 2001 bis 2004 bezeichnen Ab
tast-Lichtpunkte, die zur Abtastung in einer eindimensiona
len Richtung gemäß der Bewegung des rotierenden Polygon
spiegels 1008 verwendet werden.
Wenn der Abstand l zwischen den Laser-Lichtpunkten auf einen
Wert eingestellt wird, der gemäß der Gleichung (1) auf der
Basis von n, a und m eingestellt wird, wobei die Daten vom
Pufferspeicher 1005 geeignet verwendet werden, erfolgt die
optische Abtastung mit einer Anzahl von Laserstrahlen
gleichzeitig, ohne daß Überlappungen und Lücken auftreten.
Der Abstand l kann auf der Basis der Multiplikation
d x f 2/f 1 (2)
auf einen vorbestimmten Wert eingestellt werden, wobei der
Abstand zwischen den benachbarten Halbleiterlaser-Strahl
quellen 1011 bis 1014 durch den Bruchteil aus der Brennweite
f 1 der Kollimatorlinkse 1107 zu der Brennweite f 2 der Linse
1009 bestimmt ist. Um diese Einstellung durchführen zu
können, können diese Teile so ausgebildet sein, daß wenig
stens einer der Werte von d, f 1 oder f 2 verändert werden
kann (in der Zeichnung nicht gezeigt).
Die Beziehung zwischen dem Pufferspeicher 1005 und dem
Auslesen der Daten wird nun mit Bezug auf die Fig. 11 dar
gestellt. Der in dieser Figur von einer gestrichelten Linie
umgebene Teil bildet den Pufferspeicher 1005. Ein Speicher
700 darin enthält die Daten für N Zeilen Druck, die vom
Rechner 1006 abgegeben wurden. Die Leitungen dazwischen
umfassen Adressenleitungen bis , die mit einem
Datenverteilungskoppler 1007 verbunden sind. Die Ausgangs
signale 1116 für die Laserstrahlen, die an einem Photo
detektor 8 für die Abtastpositionen erhalten werden, laufen
durch einen Verstärker 1102 und werden in Binärsignale 1110
umgewandelt, die durch einen Verteiler 1103 laufen und in
Signale 1111, 1112, 1113 und 1114 umgewandelt werden. Diese
Signale werden an die Laser-Treiberschaltungen 1121, 1122,
1123 und 1124 angelegt. Ein Abtast-Startsignal 1118 wird vom
Verteiler 1103 ebenfalls zu dem Verteilungskoppler 1007
gesendet. Da die Nummer der zu startenden Abtastung durch
das Signal 1118 bestimmt werden kann, sind die Speicher 700
und die Laser-Treiberschaltungen 1121 bis 1124 sequentiell
gemäß der in der Gleichung (1) gegebenen Bedingung verbun
den. Die Treiberschaltungen 1121 bis 1124 empfangen die
Signale 1111 bis 1114, die die festgestellten Positionen
darstellen, vom Verteiler 1103, und senden diese Signale vom
Speicher 700 zu den Halbleiterlasern.
Die zweite Ausführungsform des optischen Druckers wird nun
mit Bezug auf die Fig. 12 erläutert.
Die Bezugszeichen 11, 12 bezeichnen dabei Halbleiterlaser,
und die Bezugszeichen A 1, A 2, A 3 und A 4 abgeteilte Photo
detektoren zur Feststellung des Abstandes zwischen auf
einanderfolgenden abgetasteten Zeilen. Das Bezugszeichen 10
bezeichnet wieder das Prisma zur Einführung des größeren
Teiles des Laserlichtes in ein Abtastsystem und eines Teiles
des Lichts in die Photodetektoren A 1 bis A 4 und 81, 82 die
Photodetektoren, die an einer Stelle außerhalb der Druck
breite und am Ende einer von den Laserstrahlen abzutastenden
Oberfläche angeordnet sind, und die aneinander in der Haupt-
Abtastrichtung angrenzen. Die Positionen, in denen sich die
Photodetektoren A 1 bis A 4 befinden, und die abzutastende
Fläche (die Oberfläche einer lichtempfindlichen Trommel 200,
auf die das Licht einfällt) stehen bezüglich der sekundären
Abtastrichtung in einer geometrieoptisch konjugierten, ab
bildungserzeugenden Beziehung. Das Verhältnis des Abstandes
zwischen zwei Abtastzeilen auf der abzutastenden Fläche zum
Durchmesser des konzentrierten Lichtpunktes in der sekun
dären Abtastrichtung wird dementsprechend gleich dem Ver
hältnis des Abstandes zwischen zwei Laser-Lichtpunkten auf
den Oberflächen der Photodetektoren A 1 bis A 4 zum Durch
messer der Lichtpunkte. Anstelle des Einstellens zweier
Abtastzeilen auf der abzutastenden Fläche können daher die
Positionen der Lichtpunkte auf den Oberflächen der Photode
tektoren A 1 bis A 4 so bestimmt werden, daß die Abtastzeilen
einen vorbestimmten Abstand voneinander haben. Eine Steue
rung 30 wird dann so betrieben, daß die Differentialsignale
A 1-A 2, A 3-A 4, die im vorhergehenden Schritt erhalten
wurden, korrigiert werden, wobei die Korrektur der Signale
durch Bewegung der optischen Ablenkeinheiten 31, 32 ausge
führt werden kann. Dabei werden die Laserstrahlen so zuge
führt, daß sie in vertikaler Richtung beabstandet und in
horizontaler Richtung versetzt sind, wie es bei (A 1, A 2) und
(A 3, A 4) in der Fig. 13 gezeigt ist.
Da bei dieser Ausführungsform n = 2 ist, sind die Photode
tektoren so angeordnet, daß der Abstand dazwischen zu
l′ = a′ + 2 ma (3)
wird, wobei der Abstand zwischen den Photodetektoren an der
Trommeloberfläche die Bedingung l = a + 2 ma erfüllt. In der
sekundären Abtastrichtung stehen die zu druckende Fläche und
die Oberflächen der Photodetektoren in konjugierter Bezie
hung. Mit einer Vergrößerung M können dann die folgenden
Gleichungen erhalten werden (unter der Voraussetzung, daß
der Durchmesser der Laserstrahlen auf den Photodetektoren
und der der Photodetektoren im wesentlichen gleich sind):
l = Ml′
a = Ma′.
a = Ma′.
Der Abstand l′ zwischen den Laser-Lichtpunkten (A 1, A 2),
A 3, A 4) in der sekundären Abtastrichtung wird durch die
Gleichung (3) ausgedrückt. Die Positionen der beiden Laser
strahlen müssen einen solchen Abstand voneinander haben, daß
die Laserstrahlen nicht gleichzeitig auf die Photodetektoren
81, 82 fallen, so daß diese Laser in der Haupt-Abtastrich
tung in einem Abstand versetzt sein können, der dem Abstand
entspricht, den die Laserstrahlen haben. In der Fig. 12
steht das Bezugszeichen 121 für eine Linse, die bei dieser
Ausführungsform aus einer Zylinderlinse besteht. Bezüglich
dieser Linse ist zu bemerken, daß diese, wenn sie nur in der
sekundären Abtastrichtung verstellt wird, auch aus einer
sphärischen Linse bestehen kann.
In der Haupt-Abtastrichtung sind an einem Ende der abzu
tastenden Fläche die beiden abgeteilten Photodetektoren 81,
82 angeordnet, die praktisch ebenfalls vom Laserstrahl ab
getastet werden Die Positionen der Laserstrahlen werden mit
Bezug zu dem Zeitpunkt bestimmt, bei dem die Laserstrahlen
über die Photodetektoren laufen, und es werden Drucksignale
für das Ein- und Ausschalten der Laser erzeugt, wenn eine
vorbestimmte Zeitdauer danach verstrichen ist. Dabei werden
die Differenzsignale der beiden Photodetektoren 81, 82 be
trachtet, die in der Fig. 14 gezeigt sind, und die Zeit
punkte 141, 142, an denen die Ausgangssignale S 1, S 2 der
Detektoren der Nullinie kreuzen, werden als der Zeitpunkt
festgelegt, an dem die Laserstrahlen die Photodetektoren
passieren. Der Grund dafür, warum wie beschrieben zwei
abgeteilte Photodetektoren 81, 82 verwendet werden, liegt
darin, daß es sehr schwierig ist, die optischen Ausgangs
leistungen der beiden Laser und die Laserprofile identisch
zu machen. Um die Ausgangsleistung der Laser zu stabili
sieren, wird zwar das Licht, das von dem Ende der Laser
ausgestrahlt wird, das dem zur Emission verwendeten Ende
gegenüberliegt, durch Überwachungs-Photodetektoren geregelt.
Die Stabilität der Laser-Ausgangsleistungen bei einer sol
chen Regelung mit negativer Rückkopplung beträgt jedoch
bestenfalls 5 bis 6%.
Die oben beschriebene Ausführungsform bewirkt trotz dieser
Streuungen in den Eigenschaften der Laserstrahlen eine ge
naue Bestimmung der Positionen dieser Strahlen. Würde nur
ein Photodetektor verwendet, würden sich diese Eigenschaften
der Laserstrahlen negativ auswirken, wie es im Zusammenhang
mit der Fig. 3 erläutert wurde.
Bei dem hier beschriebenen Drucker werden die Ausgangssi
gnale S 3 der beiden Laser als S 4, S 5 mittels eines Vertei
lers 199 zu Signalgeneratoren 2011, 2012 übertragen, wie es
in der Fig. 15 gezeigt ist, und Drucksignale S 4′, S 5′ können
eine vorbestimmte Zeit t nach der Erzeugung der Signale S 4,
S 5 zur Ansteuerung der Laser 11, 12 erzeugt werden.
Eine dritte Ausführungsform des optischen Druckers wird nun
mit Bezug auf die Fig. 16 beschrieben. Mit dieser Ausfüh
rungsform wird die Verwendung eines Halbleiterlaser-Arrays
160 erläutert. Wie eingangs dargestellt, beträgt der Durch
messer der Emissionspunkte in dem Halbleiterlaser-Array 1
bis 3 µm, und der Abstand zwischen den Lasern beträgt nicht
weniger als 50 µm, um eine gegenseitige elektrische und
thermische Beeinflussung der Laser auszuschließen.
Die Druckebene, in der sich die lichtempfindliche Trommel
200 befindet, und die Emissionspunkte der Halbleiterlaser
stehen wieder über Linsen 161, 162 in einer geometrieoptisch
konjugierten Beziehung. Um eine aufeinanderfolgende Ab
tastung benachbarter Zeilen ausführen zu können, kann daher
das Laserarray 160 geneigt sein, um den Abstand zwischen
benachbarten Abtastzeilen zu verringern. Der Winkel R ist
hier so gewählt, daß die Gleichung (1) erfüllt ist, wobei
darauf geachtet ist, daß kein Widerspruch zwischen dem
Algorithmus des zu den Lasern gesendeten Signals und der
optischen Beziehung der Gleichung (1) entsteht. Dabei bietet
die vorliegende Ausführungsform große Freiheiten bezüglich
der Konstruktion. Wenn der Wert von m in der Gleichung (1)
genügend groß gewählt wird, so daß dieser Wert im wesent
lichen gleich dem Abstand zwischen den Lasern wird, können
Lücken und Überlappungen der Abtastzeilen vermieden werden,
auch wenn das Halbleiterlaser-Array nur wenig in die Hori
zontale geneigt ist. In der Fig. 16 bezeichnet weiter das
Bezugszeichen 163 einen optischen Reflektor, 5 einen ro
tierenden Polygonspiegel, 81, 82 die beiden abgeteilten
Photodetektoren und 30 die Steuerung.
Für den Fall, daß der Abstand l zwischen benachbarten Laser
strahlen auf der Oberfläche der lichtempfindlichen Trommel
und der von benachbarten Lasern nicht vollständig in Über
einstimmung gebracht werden kann, ist es erforderlich, daß
das Halbleiterlaser-Array in einem gewissen Maß geneigt
wird. In diesem Fall treffen die Laserstrahlen nacheinander
zu verschiedenen Zeitpunkten auf die Photodetektoren 81, 82
zur Feststellung der Abtastposition. Zur Berichtigung des
Zeitpunktes für ein Signal zur Datenaussendung zu den Lasern
können in diesem Fall zwei Methoden angewendet werden.
Die erste Methode ist wie folgt: Meist wird ein Halbleiter
laser-Array durch Anwendung einer Lithographie-Technologie
hergestellt. Es kann daher angenommen werden, daß der Ab
stand zwischen benachbarten Lasern in einem solchen Laser
array sehr genau eingestellt ist. Deshalb wird nun der
Zeitpunkt festgestellt, an dem der erste Laserstrahl den
betreffenden Photodetektor passiert, und die Zeitpunkte, an
denen die anderen Laserstrahlen über die betreffenden Photo
detektoren laufen würden, werden vorab auf der Basis des
Ergebnisses dieser Feststellung zur Verzögerung der Zeit
punkte, an denen die Druckdaten an die Laser gegeben werden,
bestimmt. Die zweite Methode besteht darin, daß die Zeit
punkte, an denen tatsächlich Signale von den Laserstrahlen
erhalten werden, verwendet werden. Für den Fall, daß die
erste Methode aufgrund von Streuungen der Ausgangspegel der
Laser nicht anwendbar ist, kann die zweite Methode benutzt
werden. Die Verwendung von zwei abgeteilten Photodetektoren,
die aneinander in der Haupt-Abtastrichtung angrenzen, erhöht
selbstverständlich bei beiden genannten Methoden die Abtast
genauigkeit. Insbesondere können bei der zweiten Methode
Streuungen in den optischen Eigenschaften des Laserarrays
aufgehoben werden.
Erfindungsgemäß ist somit ein optischer Drucker geschaffen
worden, bei dem eine optische Abtastung ausgeführt werden
kann, ohne daß Lücken oder Überlappungen der Abtastzeilen
entstehen, auch wenn unter Anwendung einer Anzahl von Laser
strahlen keine sequentielle Abtastung benachbarter Zeilen in
der sekundären Abtastrichtung ausgeführt wird. Der erfin
dungsgemäße optische Drucker ermöglicht die Vermeidung von
Übersprecheffekten, die mit dem optischen System und mit
Halbleiterlasern verbunden sind. Darüber hinaus kann durch
die Verwendung von zwei abgeteilten Photodetektoren in der
Haupt-Abtastrichtung die Qualität des Druckvorganges trotz
Streuungen in den Ausgangsleistungen einer Anzahl von La
sern, deren Laserstrahlen zur Abtastung verwendet werden,
erhöht werden. Mit dem erfindungsgemäßen Drucker kann somit
bei Anwendung einer Anzahl von Laserstrahlen sowohl in der
sekundären als auch in der Haupt-Abtastrichtung ein hoch
wertiger Druck erhalten werden.
Claims (4)
1. Optischer Drucker, bei dem für einen Abtastvorgang
gleichzeitig eine Anzahl von Laserstrahlen unter Verwendung
einer einzigen optischen Ablenkeinheit benutzt werden,
dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand l
zwischen benachbarten Laserstrahlen in der sekundären
Abtastrichtung auf einem lichtempfindlichen Körper gemäß der
Gleichung l = (n - 1)a + m · na eingestellt ist, wobei a der
Abstand zwischen benachbarten Druck-Abtastzeilen; n die
Anzahl der verwendeten Laserstrahlen und m eine positive
ganze Zahl ist.
2. Optischer Drucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die als Lichtquelle benutzte Laserstrahlquelle aus
einer Anzahl von diskreten Halbleiterlasern (11, 12) be
steht, daß der Abstand zwischen den abtastenden Strahlen in
der sekundären Abtastrichtung mittels abgeteilter Photo
detektoren (A 1 bis A 4) differentiell festgestellt wird; daß
eine Einrichtung zur Aufrechterhaltung des Abstandes
zwischen den benachbarten Abtastzeilen in der sekundären
Abtastrichtung auf einem vorbestimmten Wert durch eine
Regelung mit negativer Rückkopplung vorgesehen ist, die ein
Signal verwendet, das den differentiell festgestellten
Abstand repräsentiert, und daß zwei abgeteilte Photodetek
toren (81, 82), die aneinander in der Haupt-Abtastrichtung
angrenzen, an einer Stelle an der Außenseite einer Druck
breite des optischen Druckers angeordnet sind, die einem
Ende einer von den Laserstrahlen abzutastenden Fläche
entspricht.
3. Optischer Drucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß als Lichtquelle ein Halbleiterlaser-Array (160)
verwendet wird, wobei das Halbleiterlaser-Array zur Ein
stellung des Abstandes zwischen benachbarten Laserstrahlen
in sekundärer Abtastrichtung geneigt ist, und daß zwei abge
teilte Photodetektoren (81, 82), die aneinander in der
Haupt-Abtastrichtung angrenzen, als Detektoren für die
Abtastposition in der Haupt-Abtastrichtung vorgesehen sind.
4. Optischer Drucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der optische Drucker eine Anzahl von Laserstrahl
quellen (1011 bis 1014), eine Kollimatorlinse (1007) und
eine sammelnde Linse (1009) aufweist, wobei die Laserstrahl
quellen so angeordnet sind, daß das Produkt von dx f 2/f 1,
wobei d der Abstand zwischen benachbarten Laserstrahl
quellen; f 1 die Brennweite der Kollimatorlinse und f 2 die
Brennweite der sammelnden Linse ist, so gewählt werden kann,
daß der Abstand l zwischen benachbarten Laserstrahlen in
sekundärer Abtastrichtung einen vorbestimmten Wert hat.
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