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Diese Erfindung betrifft eine Steuerschaltung für einen Laserdrucker.
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Eine Steuerschaltung dieser Art ist aus dem US-Patent 4 612 555 bekannt.
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Der dort beschriebene Laserdrucker umfaßt einen Schaltverstärker zur
Ansteuerung einer Laserdiode, wobei eine variable Stromquelle als gemeinsamer
Emitterwiderstand für zwei Schalttransistoren verwendet wird. Eine zweite
Stromquelle wird beschrieben zur Einstellung des Basisstromes durch die
Laserdiode. Außerdem ist eine Fotodiode vorgesehen, die die emittierte
Lichtmenge mißt, und der Erregerstrom durch die Laserdiode wird auf der
Grundlage dieser Messung bestimmt.
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Es ist eine Eigenschaft einer Laserdiode, daß es, wenn Strom zugeführt wird,
eine gewisse Zeit dauert, bevor die Laserdlode Licht aussendet. Dies ist eine
besonders störende Eigenschaft, wenn die Laserdlode in einem
Hochgeschwindigkeits-Laserdrucker und/oder einem Laserdrucker mit hoher
Auflösung verwendet wird. Unter Zugrundelegung einer Elnschaltverzögerungszeit
von etwa 6 ns und einer Schreibfrequenz von etwa 10 MHz liegt der
Einschaltpunkt des Lasers etwa 6 um später als erwartet. Eine derartige
Verbreiterung, beispielsweise im Hinblick auf typographische Schriftzeichen mit
einer Auflösung von 20 Bildpunkten pro Millimeter ist optisch störend. Ein
weiterer Nachteil besteht darin, daß es einen Unterschied zwischen den
führenden und nachlaufenden Flanken der Eingangsimpulse für die
Laserschaltung gibt, was zu einer ungenauen Länge der geschriebenen Information
führt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Steuerschaltung zu schaffen, bei der diese
und andere Nachteile vermieden werden. Gemäß der Erfindung wird diese
Aufgabe bei einer Steuerschaltung nach dem Oberbegriff durch die im
kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
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Infolgedessen ist der Eingangsimpuls für die Laserschaltung symmetrisch,
und die von dem Laserdrucker geschriebene Zeile korrespondiert exakt mit
der zugeführten Bildinformation.
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Diese und weitere Vorteile werden in der nachfolgenden Beschreibung unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, in denen zeigen:
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Fig. 1 ein Diagramm einer Steuerschaltung für einen Laserdrucker,
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Fig. 2 ein Diagramm eines Laser-Schaltverstärkers gemäß der Erfindung,
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Fig. 3 ein Diagramm einer Korrekturschaltung,
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Fig. 4 Signalwellenformen, die in dieser Korrekturschaltung auftreten,
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Fig. 5 ein Diagramm einer Schutzschaltung,
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Fig. 6 ein Diagramm eines Spannungs/Strom-Wandlers,
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Fig. 7 ein Diagramm eines Lichtintensitäts/Spannungs-Wandlers,
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Fig. 8 ein Diagramm einer Aufnahme- und Halteschaltung,
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Fig. 9 ein Diagramm eines Differenzverstärkers und
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Fig. 10 ein Diagramm einer Regelschaltung.
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Figur 1 ist ein Diagramm einer Steuerschaltung für einen Laserdrucker, in
dem eine Laserdiode durch Bild- oder Videosignale moduliert wird. Der
modulierte Laserstrahl wird mit Hilfe eines Polygonsplegels zeilenweise über ein
fotoempfindliches Medium abgelenkt. Die Laserdiode wird durch einen Laser-
Schaltverstärker 11 angesteuert. Die Laserdiode ist in einer Hülle
angeordnet, die auch eine Fotodiode enthält, die ein auf die von der Laserdiode
emittierte Lichtmenge bezogenes Signal abgibt. Das betreffende Signal wird durch
einen Lichtintensitäts/Spannungs-Wandler 12 in eine Spannung
umgewandelt. Diese Spannung wird einer Aufnahme- und Halteschaltung 13 zugeführt.
Nachdem eine Bildzeile geschrieben worden ist, wird ein Aufnahme-Signal
über eine Leitung 19 der Aufnahme- und Halteschaltung 13 zugeführt. Die
Spannung, die zum Zeitpunkt der Aufnahme vorhanden war, wird bis zu dem
nächsten Aufnahme-Signal gehalten. Während dieser Zeit ist der Laser
eingeschaltet. Diese Spannung wird einem Differenzverstärker 17 zugeführt und
mit einem über eine Leitung 20 zugeführten Bezugssignal verglichen. Dieses
Bezugssignal repräsentiert die geforderte Lichtabgabe der Laserdlode. Im Fall
der Ungleichheit der beiden Signale wird ein Differenzsignal erzeugt und
einer Regelschaltung 16 zugeführt. Die Regelschaltung 16 liefert eine
Gleichspannung, die einem Spannungs/Strom-Wandler 15 zugeführt wird. Der hier
erzeugte Strom wirkt als Schaltstrom für die Laserdiode. Wenn das Signal der
Laserdiode zu niedrig ist, wird der Strom über die Schaltungen 12, 13, 17,
16 und 15 erhöht, so daß die Lichtabgabe ansteigt usw..
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Das beschriebene Regelsystem korrigiert die Lichtabgabe auf jeder Bildzeile,
während die Ansprechzeit der Regelschaltung einer Anzahl von Bildzeilen
äquivalent ist.
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Das Bildsignal wird über eine Leitung 18 einer Korrekturschaltung 10
zugeführt. Wie im folgenden beschrieben werden wird, kompensiert diese
Schaltung 10 die verzögerte Lichtemission der Laserdiode. Das korrigierte
Bildsignal wird dem Laser-Schaltverstärker 11 als ein Modulationssignal
zugeführt.
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Das Bildsignal wird (über die Korrekturschaltung 10) auch einer
Schutzschaltung 14 zugeführt, und der Ausgang der letzteren ist mit der Regelschaltung
16 verbunden.
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Figur 2 zeigt schematisch den Laser-Schaltverstärker. Das Herzstück der
Schaltung wird durch einen Differenzverstärker gebildet, der eine
gemeinsame Stromquelle 32 in den Emitterleitungen der Transistoren 30 und 31
aufweist. Der rechte Zweig des Differenzverstärkers wird durch den Transistor
31, Widerstände 45 und 46 und die Laserdiode 51 gebildet. Der linke Zweig
des Differenzverstärkers wird durch den Translstor 30, Widerstände 42 und
43, einen Kondensator 44 und Dioden 47 und 48 gebildet. Die Basis des
Transistors 31 wird durch einen durch Widerstände 38 und 39 gebildeten
Spannungsteiler auf einem festen Potential gehalten. Zu diesem Zweck ist der
Spannungsteiler an eine Bezugsspannungsquelle 53 angeschlossen, während
die Basis mit einem Kondensator 40 verbunden ist, um ein stabiles Potential
an dieser Basis zu gewährleisten. Die Kollektorleitung des Transistors 31
enthält einen Kollektorwiderstand 46 und in Serie mit letzterem eine
Schutzdiode 49, die in Sperrichtung mit der Bezugsspannung 53 verbunden ist. Die
Basis des Eingangstransistors 30 wird ebenfalls durch einen Spannungsteiler,
der durch die Widerstände 35 und 36 gebildet wird, auf einem festen
Potential gehalten. Das Modulationssignal wird der Basis des Transistors 30 über
einen Widerstand 37 zugeführt.
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Wenn das Modulationssignal auf der Leitung 67 größer ist als die Spannung an
der Basis des Transistors 31, so wird der Transistor 30 leitend, und der
Transistor 31 sperrt. Der Strom durch den Transistor 30 wird durch die
Stromquelle 32 bestimmt.
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Der über den Widerstand 45 durch die Laserdiode 51 fließende Basisstrom
hat einen Wert, der durch die Bezugsspannung 53 und den Widerstand 45
bestimmt ist.
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Wenn die Modulationsspannung an der Basis des Transistors 30 unter die
Basisspannung des Transistors 31 absinkt, sperrt der Transistor 30, und der
Transistor 31 wird leitend. Der nunmehr durch die Laserdiode 51 fließende
Erregerstrom wird ebenfalls durch die Stromquelle 32 bestimmt, da der
Wert des Widerstands 45 wesentlich größer ist als der Wert des
Kollektorwiderstands 46. Die Dioden 33 und 34 entkoppeln die
Basis-Emitter-Kapazitäten der Transistoren 30 und 31. Dies verhindert Stromschwingungen.
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Um eine ideale Schaltcharakteristik für den Laser-Schaltverstärker 11 zu
erreichen, d.h., um sicherzustellen, daß die führenden und nachlaufenden
Flanken der erzeugten Stromimpulse durch die Laserdiode hindurch für einen
symmetrischen Eingangsimpuls von 10 MHz auf der Leitung 67 im
wesentlichen identisch sind, ist die Schaltung symmetrisch aufgebaut. Die Dioden 47
und 48 und der Kondensator 44 bilden dieselbe Last für den Transistor 30
wie die Laserdiode 51 für den Transistor 31. In ähnlicher Weise ist der
Widerstand 43 gleich dem Widerstand 45, um dem linken Zweig eine Last zu
geben, die mit dem Basisstrom in dem rechten Zweig der Schaltung im
"Aus"-Zustand identisch ist. Ebenso ist sichergestellt, daß stets ein
Spannungsabfall über die Last besteht, selbst wenn der Strom durch die
Stromquelle 32 nicht vorhanden ist, oder zu Zeiten, zu denen der Transistor 30
und der Transistor 31 in der Schaltzone arbeiten. Der durch die Widerstände
42, 46 und den Kondensator 41 gebildete symmetrische Filter reduziert das
Strom-Überschießen auf einen vernachlässigbaren Wert.
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Zu Zeiten, zu denen die Laserdiode 51 eingeschaltet ist, liefert die in einem
Gehäuse 50 mit der Laserdiode 51 angeordnete Fotodiode 52 einen
Fotostrom an den Lichtintensitäts/Spannungs-Wandler 12.
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In diesem Wandler 12 (Figur 7) wird der Diodenstrom dem invertierenden
Eingang eines Verstärkers 120 zugeführt, der zusammen mit einem
Widerstand 123 diesen Strom in eine Spannung umwandelt. Auf der Leitung 125
liefert der Verstärker 121, dessen Verstärkung mit Hilfe eines
Potentiometers 122 und eines Widerstands 124 eingestellt werden kann, ein
Ausgangssignal,
dessen Wert bei maximaler Lichtabgabe der Laserdiode 51 einer
vorgegebenen Spannung äquivalent ist.
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Diese Ausgangsspannung auf der Leitung 125 wird der Aufnahme- und
Halteschaltung 130 (Figur 8) zugeführt. Nach Jeder geschriebenen Zeile wird der
Aufnahme- und Halteschaltung 130 über eine Leitung 19 und einen durch die
Widerstände 131 und 132 gebildeten Spannungsteiler ein Aufnahme-Impuls
zugeführt. Der augenblickliche Wert der Spannung auf der Leitung 125 wird
so auf der Leitung 133 verfügbar.
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Diese Spannung wird über einen Widerstand 143 (Figur 9) dem
invertierenden Eingang eines Verstärkers 140 zugeführt. Zusätzlich wird den
invertierenden Eingang des Verstärkers 140 über die Leitung 20 und einen durch
Widerstände 146 und 144 gebildeten Spannungsteiler eine Bezugsspannung
zugeführt, wobei der Wert der Bezugsspannung auf den geforderten Strom
durch die Laserdiode bezogen ist. Die Differenz zwischen den beiden
Spannungen wird durch den Verstärker 140 und den Widerstand 145 verstärkt
und wird auf der Leitung 148 verfügbar. Eine Zenerdiode 147 verhindert im
Fall einer übermäßigen Bezugsspannung auf der Leitung 20 eine übermäßige
Ausgangsspannung auf der Leitung 148, die zu einem Strom durch die
Laserdiode führen würde, der einen Maximalwert überschreitet. Der
Differenzverstärker wird eingestellt durch einen Spannungsteiler, der durch die
Widerstände 141 und 142 gebildet wird.
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Die Differenzspannung auf der Leitung 148 (Figur 10) wird dem
Regelverstärker 16 zugeführt. Dieser Regelverstärker ist als Integrierer um den
Operationsverstärker 150, den Widerstand 152 und den Kondensator 151 herum
aufgebaut. Die Regelgeschwindigkeit des Integrierers wird durch
Widerstände 152 und 154 und den Kondensator 151 bestimmt. Das integrierte Signal
wird durch einen Filter geglättet, der durch einen Widerstand 153 und einen
Kondensator 156 gebildet wird. Der positive Eingang des
Operationsverstärkers 150 ist über einen Widerstand 155 mit einer Bezugsspannung 53 und
außerdem über eine Leitung 101 mit einer Schutzschaltung 14 verbunden.
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Das Ausgangssignal dieser Regelschaltung wird über die Leitung 116 dem
Spannungs/Strom-Wandler 15 (Figur 6) zugeführt. Dieser Wandler regelt den
Strom durch die Laserdiode in der Weise, daß sich eine konstante
Lichtabgabe
ergibt. Die variable Stromquelle wird durch einen Transistor 110, einen
Widerstand 119 und zwei Operationsverstärker 111 und 115 gebildet. Ein
Kondensator 113 dient zur Stabilisierung der Schaltung. Der Regelbereich
der Stromquelle ist so, daß selbst am Ende der Lebensdauer der Laserdiode
noch genügend Strom verfügbar ist, um die maximale Lichtabgabe zu
erzeugen.
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Das Bildsignal wird über die Korrekturschaltung 10 über eine Leitung 69 der
Schutzschaltung 14 (Figur 5) und dem invertierenden Eingang des
Operationsverstärkers 90 zugeführt, der als Vergleichsschaltung aufgebaut ist. Das
Signal wird mit einer Glelchspannung am nichtinvertierenden Eingang des
Operationsverstärkers 90 verglichen. Diese Gleichspannung wird mit Hilfe
von Widerständen 92 und 93 eingestellt. Wenn kein Bildsignal zugeführt wird
(Laser ständig "aus"), wird der Kondensator 102 über den Widerstand 94
langsam aufgeladen. Wenn diese Spannung, die über den Widerstand 95 dem
nichtinvertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers 91 zugeführt
wird, höher ist als die Spannung am invertierenden Eingang, so geht das
Ausgangsslgnal dieses zweiten Operationsverstärkers hoch, und der Transistor
100 wird leltend.
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Da der Kollektor des Transistors 100 über die Leitung 101 mit dem
nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 150 (Figur 10) verbunden
ist, nimmt die Spannung an diesem Punkt ab, und die Stromquelle wird
ausgeschaltet. Diese Ausschaltzeit nimmt annähernd zwei Bildzeilen-Zeiten in
Anspruch.
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Wenn der Laserdiode ein Strom zugeführt wird, dauert es immer noch etwa 6
ns, bevor die Diode Licht abglbt. Wenn der Strom ausgeschaltet wird, nimmt
die Lichtabgabe ohne Verzögerung auf null ab. Um diese Anomalie zu
korrigieren, ist der Steuerschaltung die Korrekturschaltung 10 (Figur 3) hinzugefügt.
Ein symmetrisches Bildsignal (siehe auch Figur 4) wird einem NAND-Gatter
60 über die Leitung 18 zugeführt. Der Ausgang dieses Signals auf der Leitung
68 wird invertiert und um eine Zeit 80 in bezug auf das ursprüngliche
Bildsignal verzögert. Diese Zeit 80 beträgt annähernd 3 ns. Dieses Signal wird
über 2 NAND-Gatter 61 und 62 und über eine Leitung 72 einem Eingang
eines NAND-Gatters 63 zugeführt. Die Signale auf den Leitungen 71 und 72
sind stets um eine Zeit 80 in bezug auf das ursprüngliche Signal verzögert.
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Das Signal auf der Leitung 68 wird dem anderen Eingang des NAND-Gatters
63 zugeführt. Die führende Flanke des resultierenden Signals auf der Leitung
73 ist zweimal um eine Zeit 80 verzögert, und die nachlaufende Flanke ist
viermal um eine Zeit 80 in bezug auf das ursprüngliche Bildsignal verzögert.
Da ein "niedrig"-Signal erforderlich ist, damit die Laserdiode Licht aussendet,
wird das Signal auf der Leitung 73 wieder mit Hilfe eines NAND-Gatters 64
invertiert, und das resultierende korriglerte Bildsignal oder
Modulationssignal wird auf der Leitung 67 verfügbar.
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Die 81 entsprechende Zelt (Figur 4) ist um 2 x 3 ns = 6 ns in bezug auf das
ursprüngliche Bildsignal verzögert, und von der Ausschaltzeit aus gerechnet
wird der Strom durch die Laserdlode 6 ns früher eingeschaltet, so daß die
Lichtabgabe exakt zur richtigen Zeit (6 ns später) beginnt. Die "Aus"-Zeit 82
ist entsprechend um 6 ns verkürzt.
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Für die beschriebene Korrektur ist es wichtig, daß die führenden und
nachlaufenden Flanken des zugeführten Bildsignals symmetrisch in bezug
zueinander sein sollten. Dies kann dadurch erreicht werden, daß das Bildsignal einer
Torsteuerung mit dem Taktsignal des Laserdruckers unterzogen wird. Auf
diese Weise wird die durch Zufuhrleitungen mit Streukapazitäten verursachte
Verzerrung der Bildimpulse vollständig beseitigt.
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Diese und all die Abwandlungen, die der Fachmann hieraus im Hinblick auf
die Steuerschaltung für einen Laserdrucker ableiten kann, fallen jedoch unter
die nachfolgenden Ansprüche.