DE3806785C2

DE3806785C2 - Optischer Drucker

Info

Publication number: DE3806785C2
Application number: DE3806785A
Authority: DE
Inventors: Akira Arimoto; Susumu Saito; Takeshi Mochizuki
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 1987-03-06
Filing date: 1988-03-02
Publication date: 1994-04-14
Anticipated expiration: 2008-03-03
Also published as: JPS63217763A; US4806951A; DE3806785A1

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Drucker, bei dem ein lichtempfindlicher Körper durch Laserstrahlen belichtet wird, wobei diese den Körper eindimensional (linear) abtasten und wobei der Körper im rechten Winkel zu den Laserstrahlen bewegt wird. Insbesondere betrifft die Erfindung einen opti schen Drucker, bei dem ein lichtempfindlicher Körper von ei ner Anzahl von Laserstrahlen gleichzeitig bestrahlt und abge tastet wird.

Es sind Laserdrucker bekannt, bei denen ein lichtemp findlicher Körper von einem einzelnen Laserstrahl mittels ei nes 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 Ab tastung des lichtempfindlichen Körpers verwendet werden. Bei dem herkömmlichen Abtastvorgang mit einer Anzahl von Laser strahlen wird im allgemeinen ein Einzel-Abtastverfahren ange wendet, bei dem beginnend vom oberen Abschnitt einer Abbil dungsebene mit N Laserstrahlen die Abtastung aufeinanderfol gend derart ausgeführt wird, daß zuerst N Abtastvorgänge gleichzeitig ausgeführt werden, während die (N+1)-ten bis 2N- ten Abtastvorgänge gleichzeitig darauffolgend ausgeführt wer den.

Ein optischer Drucker mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1 ist aus der DE-A-36 13 917 bekannt. Diese Druckschrift beschreibt einen Laserdrucker, der zwei Laserstrahlen anwendet, die vertikal gegeneinander versetzt sind.

Zu Beginn einer Abtastzeile überstreichen die Laser strahlen einen Photodetektor, dessen Signal der Laser-Inten sitätssteuerung den Beginn einer Abtastzeile anzeigt. Dabei werden beide Laserstrahlen offensichtlich gleichzeitig über den Detektor geführt.

Dies hat den Nachteil, daß schon geringfügige Schwankun gen der Intensitäten der beiden Laserstrahlen sowie ein ge ringer horizontaler Versatz der beiden Laserstrahlen gegen einander (beispielsweise aufgrund einer Dejustierung) eine Verformung des Signals des Photodetektors bewirken können. Aus einem so verformten Signal ist für die Steuerelektronik der Startzeitpunkt einer Abtastzeile nicht mehr exakt fest stellbar. Insbesondere bei hohen Abtastgeschwindigkeiten, wie sie in modernen Druckern angestrebt werden, führen schon ge ringe Zeitfehler bei der Bestimmung des Beginns einer Abtast zeile zu erheblichen Positionsverschiebungen der Zeile. Dies hat zur Folge, daß beim Stand der Technik die einander ent sprechenden Pixel zweier aufeinanderfolgender Zeilen insbe sondere bei hohen Druckgeschwindigkeiten nicht stets exakt untereinander abgebildet werden.

Im Hinblick auf diese Probleme beim Stand der Technik liegt die Aufgabe der Erfindung darin, einen optischen Drucker zu schaffen, der auch bei hoher Druckgeschwindigkeit eine exakte Positionierung der Abtastzeilen ermöglicht und damit eine hohe Druckqualität liefert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnen den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Demnach sind die abtastenden Laserstrahlen nicht ledig lich in vertikaler, sondern auch in horizontaler Richtung versetzt. Dadurch überstreichen sie den in der Abtastzeile vorgesehenen Photodetektor getrennt, so daß sich die Position jedes der Laserstrahlen einzeln ohne Störung durch die ande ren Strahlen feststellen läßt. Die zeitliche Abfolge der Aus gabe der Druckerdaten (Pixeldaten) kann sich an die Laser je weils individuell nach der vom Detektor festgestellten Laser strahl-Position richten. Fehljustierungen der Laserstrahlen in horizontaler Richtung können dadurch ausgeglichen werden.

Eine besonders exakte Bestimmung der Laserstrahl-Posi tion ist dadurch möglich, daß der Photodetektor in zwei De tektorelemente aufgeteilt ist, welche die Strahlposition dif ferentiell feststellen. Aufgrund dieser Anordnung ist der De tektor unempfindlich für Schwankungen der Laser-Ausgangslei stungen.

Ausführungsbeispiele des optischen Druckers werden nun anhand der Fig. 1 bis 6 der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den Aufbau einer Ausführungsform des optischen Druckers mit abgeteilten Photodetektoren, die aneinander in der Haupt-Abtastrichtung angrenzen;

Fig. 2 ein Beispiel der Anordnung der Photodetektoren in der Ausführungsform der Fig. 1;

Fig. 3 das Grundkonzept der Arbeitsweise des Druckers;

Fig. 4 ein Blockschaltbild zur Darstellung der Beziehung zwischen einem Pufferspeicher und dem Auslesen von Daten;

Fig. 5 ein Signal, das die festgestellten Positionen der Laserstrahlen in der Haupt-Abtastrichtung enthält; und

Fig. 6 ein Blockschaltbild eines Schaltkreises für das Weiterführen von Signalen, die die Positionen der Laserstrah len anzeigen, zu Laser-Treiberschaltungen.

Eine Ausführungsform des optischen Druckers wird nun mit Bezug auf die Fig. 1 erläutert.

Die Bezugszeichen 11, 12 bezeichnen dabei Halbleiterla ser, und die Bezugszeichen A₁, A₂, A₃, und A₄ abgeteilte Pho todetektoren zur Feststellung des Abstandes zwischen aufein anderfolgenden abgetasteten Zeilen. Das Bezugszeichen 10 be zeichnet wieder das Prisma zur Einführung des größeren Teiles des Laserlichtes in ein Abtastsystem und eines Teiles des Lichts in die Photodetektoren A₁ bis A₄, und 81, 82 die Pho todetektoren, die an einer Stelle außerhalb der Druckbreite und am Ende einer von den Laserstrahlen abzutastenden Ober fläche angeordnet sind, und die aneinander in der Hauptab tastrichtung angrenzen. Die Positionen, in denen sich die Pho todetektoren A₁ bis A₄ befinden, und die abzutastende Fläche (die Oberfläche einer lichtempfindlichen Trommel 200, auf die das Licht einfällt) stehen bezüglich der sekundären Ab tastrichtung in einer geometrieoptisch konjugierten, abbil dungserzeugenden Beziehung. Das Verhältnis des Abstandes zwi schen zwei Abtastzeilen auf der abzutastenden Fläche zum Durchmesser des konzentrierten Lichtpunktes in der sekundären Abtastrichtung wird dementsprechend gleich dem Verhältnis des Abstandes zwischen zwei Laser-Lichtpunkten auf den Oberflä chen der Photodetektoren A₁ bis A₄ zum Durchmesser der Licht punkte. Anstelle des Einstellens zweier Abtastzeilen auf der abzutastenden Fläche können daher die Positionen der Licht punkte auf den Oberflächen der Photodetektoren A₁ bis A₄ so bestimmt werden, daß die Abtastzeilen einen vorbestimmten Ab stand voneinander haben. Eine Druckersteuerung 30 wird dann so betrieben, daß die Differentialsignale A1-A2, A3-A4, die im vorhergehenden Schritt erhalten wurden, korrigiert werden, wobei die Korrektur der Signale durch Bewegung der op tischen Ablenkeinheiten 31, 32 ausgeführt werden kann. Dabei werden die Laserstrahlen so zugeführt, daß sie in vertikale Richtung beabstandet und in horizontaler Richtung versetzt sind, wie es bei (A₁, A₂) und (A₃, A₄) in der Fig. 2 gezeigt ist.

Bei dem optischen Drucker mit n Laserstrahlen wird das Überlappen der Abtaststrahlen in der sekundären Abtastrich tung 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 m1; 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 Ab tastrichtung zwischen benachbarten Laserstrahlen 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 Unter drückung mehrerer Abtastzeilen bei Druckbeginn, wenn die be nachbarten Zeilen nicht aufeinanderfolgend durch die Laser strahlen abgetastet werden.

In der Haupt-Abtastrichtung sind außerhalb des Druckran des, der dem Ende einer Abtastzeile eines Laserstrahles ent spricht, abgeteilte Photodetektoren 81, 82 angeordnet, um ex akt den Zeitpunkt zu bestimmen, an dem die Laserstrahlen über die Photodetektoren streichen, und um dadurch die Positionen der Laserstrahlen sicher festzustellen. Wenn die Laserstrah len mit Bezug auf diese Positionen gesteuert werden, kann ein Druck mit hoher Qualität erfolgen, auch wenn die Ausgangspe gel dieser Laserstrahlen unterschiedlich sind.

Im folgenden wird die Arbeitsweise des Druckers be schrieben.

Die Fig. 3 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 Abtastvor gang Abtastzeilen in einer Anzahl freibleiben, die der Größe l entspricht.

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.

Die Beziehung zwischen dem Pufferspeicher 1005 und dem Auslesen der Daten wird nun mit Bezug auf die Fig. 4 darge stellt. Der in dieser Figur von einer gestrichelten Linie um gebene 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 1 bis N, die mit einem Datenverteilungs koppler 1007 verbunden sind. Die Ausgangssignale 1116 von den Laserstrahlen, die an einem Photodetektor 8 für die Abtastpo sitionen 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) ge gebenen Bedingung verbunden. Die Treiberschaltungen 1121 bis 1124 empfangen die Signale 1111 bis 1114, die die festge stellten Positionen darstellen, vom Verteiler 1103, und sen den diese Signale vom Speicher 700 zu den Halbleiterlasern.

Bei einer Ausführungsform mit n=2 sind die Photodetek toren so angeordnet, daß der Abstand dazwischen zu

l′=a′+2ma′ (2)

wird, wobei der Abstand zwischen den Laserstrahlen an der Trommeloberfläche die Bedingung l=a+2ma 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′.

Der Abstand l′ zwischen den Laser-Lichtpunkten (A₁, A₂), (A₃, A₄) in der sekundären Abtastrichtung wird durch die Gleichung (2) 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-Abtastrichtung in einem Abstand versetzt sein können, der dem Abstand ent spricht, den die Laserstrahlen haben. In der Fig. 1 steht das Bezugszeichen 121 für eine Linse, die bei dieser Ausführungs form 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 abge tastet 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. 5 gezeigt sind, und die Zeitpunkte 141, 142, an denen die Ausgangssignale S₁, S₂ der Detektoren die Nullinie kreuzen, werden als der Zeitpunkt festgelegt, an dem die Laserstrahlen die Photodetektoren passieren. Der Grund dafür, warum wie beschrieben zwei abgeteilte Photode tektoren 81, 82 verwendet werden, liegt darin, daß es sehr schwierig ist, die optischen Ausgangsleistungen der beiden Laser und die Laserprofile identisch zu machen. Um die Aus gangsleistung der Laser zu stabilisieren, wird zwar das Licht, das von dem Ende der Laser ausgestrahlt wird, das dem zur Emission verwendeten Ende gegenüberliegt, durch Überwa chungs-Photodetektoren geregelt. Die Stabilität der Laser- Ausgangsleistungen bei einer solchen Regelung mit negativer Rückkopplung beträgt jedoch bestenfalls 5 bis 6%.

Die oben beschriebene Ausführungsform bewirkt trotz die ser Streuungen in den Eigenschaften der Laserstrahlen eine genaue Bestimmung der Positionen dieser Strahlen. Würde nur ein Photodetektor verwendet, würden sich diese Eigenschaften der Laserstrahlen negativ auswirken.

Bei dem hier beschriebenen Drucker werden die Ausgangs signale S₃ der beiden Laser als S₄, S₅ mittels eines Vertei lers 199 zu Signalgeneratoren 2011, 2012 übertragen, wie es in der Fig. 6 gezeigt ist, und Drucksignale S₄′, S₅′ können eine vorbestimmte Zeit t nach der Erzeugung der Signale S₄, S₅ zur Ansteuerung der Laser 11, 12 erzeugt werden.

Es 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 Laserstrahlen keine sequentielle Abtastung benachbarter Zeilen in der se kundären Abtastrichtung ausgeführt wird. Der 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 ei ner Anzahl von Lasern, deren Laserstrahlen zur Abtastung ver wendet werden, erhöht werden. Mit dem Drucker kann somit bei Anwendung einer Anzahl von Laserstrahlen sowohl in der sekun dären als auch in der Haupt-Abtastrichtung ein hochwertiger Druck erhalten werden.

Claims

Optischer Drucker, bei dem für einen Abtastvorgang gleichzeitig eine Anzahl von diskreten Laserstrahlen aus La sern (11, 12) unter Verwendung einer einzigen optischen Ab lenkeinheit (5) benutzt werden,
wobei der Abstand zwischen den abtastenden Strahlen in sekundärer Abtastrichtung mit in Strahlrichtung vor der Ab lenkeinheit (5) liegenden, abgeteilten, vertikal versetzten ersten Photodetektoren (A₁ bis A₄) differentiell festgestellt und mittels negativer Rückkopplung auf einen vorbestimmten Wert geregelt wird, und
wobei die Abtastposition in Hauptabtastrichtung durch einen außerhalb der zu bedruckenden Fläche vorgesehenen zwei ten Photodetektor (81, 82) erfaßt wird, und die Abtastposi tion für den Zeilenstart der Laserstrahlen verwendet wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die abtastenden Strahlen in Hauptabtastrichtung ver setzt sind,
daß die ersten Photodetektoren entsprechend den zuge führten einzelnen Laserstrahlen paarweise (A₁, A₂; A₃, A₄) in horizontaler Richtung versetzt sind, und
daß der zweite Photodetektor zwei horizontal aneinander angrenzende Detektorelemente (81, 82) umfaßt, die die Abtast position der Laserstrahlen nacheinander differentiell fest stellen, und
daß die jeweilige Abtastposition für den zugehörigen Zeilenstart verwendet wird.