DE3934867A1

DE3934867A1 - Optischer abtaster mit einen zusammengesetzten fleck bildenden lichtquellen

Info

Publication number: DE3934867A1
Application number: DE3934867A
Authority: DE
Inventors: Takeshi Mochizuki; Shigenobu Katagiri; Minoru Seino; Minoru Ohshima; Susumu Saito; Akira Arimoto
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Ricoh Printing Systems Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 1988-10-19
Filing date: 1989-10-19
Publication date: 1990-04-26
Also published as: US5006704A; JPH02109013A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Abtaster mit einer Vielzahl von Lichtquellen, die einen zusammengesetzten Fleck bilden und in der Lage sind, den Durchmesser des zusammengesetzten Flecks zu verändern.

Wenn, wie in Fig. 1 gezeigt, eine unter 45° geneigte Linie mit einem Laserdrucker gedruckt wird, muß der Fleckdurchmesser D größer als der Abstand d einer Abtastlinie sein, oder die geneigte Linie wird unterbrochen erscheinen. Wenn die Intensitätsverteilung des Flecks von einem isotropen Gauß'schen Typ mit einer zentralen Intensität I₀ ist und der Fleckdurchmesser als ein Punkt mit der Intensität I₀/exp (-2) definiert ist, wird die Lichtintensität Ia an einem Punkt a durch die folgende Formel (1) gegeben.

Ia = 2 I₀ · exp {-2 (√ d/D)²} (1)

Wenn ein Bereich mit einer Intensität von nicht weniger als I₀/exp (-2) entwickelt ist, wird die Bedingung zur Verhinderung der Unterbrechung einer unter 45° geneigten Linie durch die folgende Ungleichung (2) gegeben.

Ia I₀/exp (-2) (2)

Aus der Formel (1) und der Ungleichung (2) wird die folgende Ungleichung (3) gebildet:

D/d 1,22 (3)

Die Zitterverfahren (dither method) ist ein Verfahren zur Darstellung der Abstufung eines Bildes. In dem Zitterverfahren werden Bildelemente zu einer Matrix zerlegt, und die Dichte der Bildelemente wird durch Verändern des Bedeckungsverhältnisses von dieser Zittermatrix verändert. Wenn ein Zittermuster (dither pattern) unter der Bedingung der Ungleichung (3) gedruckt wird, ist, wie in Fig. 2 gezeigt, der Fleckdurchmesser größer als die Fläche von einem die Zittermatrix (dither matrix) aufbauenden Bildelement 71. Deshalb ist, wie in Fig. 9 gezeigt, die Beziehung zwischen dem Zittermatrix-Bedeckungsverhältnis und der Dichte des Bildelements eine nichtlineare Beziehung. Daher wird die Abstufungsdarstellung in den Bereichen ungenau, in denen das Bedeckungsverhältnis der Zittermatrix hoch ist. In Fig. 3 nimmt die Dichte des Bildelements einen Maximalwert 1 an.

Um die oben erwähnten herkömmlichen Probleme zu überwinden, ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen optischen Abtaster zu schaffen, der eine bevorzugte Abstufung, wie im Zitterverfahren dargestellt, bereitstellt.

Um die obige Aufgabe zu lösen, wird in der vorliegenden Erfindung ein Lichtfleck auf einem abtastenden Mittel durch eine Vielzahl von Lichtstrahlen aufgebaut. Der Durchmesser eines zusammengesetzten Flecks wird durch Verändern der relativen Lagen der Lichtstrahlen auf dem abtastenden Medium, das den zusammengesetzten Fleck bildet, verändert. Der Durchmesser eines zusammengesetzten Flecks wird weiter durch Veränderung des Verhältnisses der Zahl der oszillierten Strahlen verändert. Der Fleckdurchmesser wird wirksam durch Veränderung der Intensität der Strahlen verändert. Der Fleckdurchmesser wird weiter wirksam durch Veränderung der Modulationszeit der obigen Strahlen verändert, um die wandernde Strecke der Strahlen auf dem abtastenden Mittel zu verändern. Die Größe des Fleckdurchmessers wird wie oben verändert, um zur Zeit des Druckens eine lineare Beziehung zwischen dem Bedeckungsverhältnis der Zittermatrix und der Bildelementdichte zu schaffen.

Die vorliegende Erfindung wird durch die folgende Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den Zeichnungen klar, in denen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht ist, die die Lagen eines Flecks auf der abtastenden Fläche zeigt, wenn eine unter 45° geneigte Linie gedruckt wird;

Fig. 2 und 3 schematische Ansichten sind, die die Beziehung zwischen einem Bildelement und dem Fleck zeigen, wenn ein Zittermuster gedruckt wird;

Fig. 4 eine schematische Ansicht ist, die einen optischen Abtaster in einer Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 5 eine schematische Ansicht ist, die die Lagen von zwei Lichtpunkten auf der abtastenden Oberfläche zeigt;

Fig. 6 ein Graph ist, der die Beziehung zwischen dem Abstand der beiden Punkte auf der abtastenden Fläche und deren Lichtintensitätsverteilung zeigt;

Fig. 7 ein Graph ist, der die Beziehung zwischen der Entfernung zwischen den beiden Punkten auf der abtastenden Fläche und dem Durchmesser von einem daraus zusammengesetzten Fleck zeigt;

Fig. 8 eine schematische Ansicht ist, die die Modulationszeit eines Lichtstrahls und das Wandern des Flecks auf der abtastenden Fläche zeigt; und

Fig. 9 bis 11 Graphen sind, die die Beziehung zwischen dem Bedeckungsverhältnis der Zittermatrix und der Bildelementdichte zeigen.

Die bevorzugten Ausführungen eines optischen Abtasters der vorliegenden Erfindung werden nun ausführlich mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.

Fig. 4 zeigt einen optischen Abtaster in Übereinstimmung mit einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. Die von zwei Lichtquellen 11, 12 ausgesendeten Lichtstrahlen 1, 2 werden durch kuppelnde Linsen 13, 14 kollimiert und durch Reflektoren einer bewegbaren Art 5, 6 reflektiert. Die reflektierten Lichtstrahlen treffen auf einen Strahlteiler 15 und werden zu den Seiten eines Rotationspolygonspiegels 16 und eines Fotodetektors 3 aufgespalten. Der auf die Seite des Rotationspolygonspiegels 16 aufgespaltene Lichtstrahl wird auf die fotosensitive Trommelfläche 18 durch die Linse 17 fokussiert, und eine abtastende Linie wird durch die Rotation des Rotationspolygonspiegels 16 gebildet. Der auf die Seite des Fotodetektors 3 aufgespaltene Lichtstrahl wird auch auf den Fotodetektor 3 durch eine Drossellinse 19 fokussiert. Die fotosensitive Trommelfläche 18 und der Fotodetektor 3 sind in der Fokusfläche des Linsensystems angeordnet, so daß die fotosensitive Trommelfläche 18 und der Fotodetektor 3 sowie die Lichtquellen 11, 12 in einer zueinander optisch konjugierten Beziehung angeordnet sind. Wenn die relativen Lagen der beiden durch die Lichtstrahlen 1, 2 auf der fotosensitiven Trommelfläche erzeugten Lichtflecke geändert werden, werden die Lagen der beiden Flecke von dem Fotodetektor 3 nachgewiesen, und die Reflektoren 5, 6 einer beweglichen Art werden durch einen Servoschaltkreis 4 bewegt, um die Lagen von diesen Reflektoren zu verändern und folglich auch die Lichtflecke.

Fig. 5 zeigt die relativen Lagen der beiden Flecke 21 mit einem Durchmesser D auf der fotosensitiven Trommelfläche. Es wird angenommen, daß die Lichtintensität der bezüglichen Flecke eine isotrope Gauß'sche Verteilung hat. Wenn der Abstand der Zentren δ auf der fotosensitiven Trommel in deren Rotationsrichtung (die in der folgenden Beschreibung als Sekundärrichtung bezeichnet wird) verändert wird, wird die Intensitätsverteilung I durch die folgende Formel (4) gegeben und durch die durchgezogene Linie in Fig. 6 gezeigt:

I = I₀/2 [exp {-2 (x-δ/2/D)²}

+exp {-2(x + δ/2/D)²}] (4)

Wenn weiter nur eine der beiden Lichtquellen 11, 12 oszilliert wird, wird die Intensitätsverteilung I durch die folgende Formel (5) gegeben, die in der Fig. 6 durch die unterbrochene Linie gezeigt ist:

I = I₀/2 exp {-2 (x-δ/2/D)²} (5)

Wenn die Ausgabe der beiden Lichtquellen 11 und 12 halb so groß wie im Falle der Formel (4) ist, ist die Intensitätsverteilung I durch die folgende Formel (6) gegeben, die durch die unterbrochene Linie in Fig. 6 für δ=0 gezeigt ist, ähnlich zum Fall der Formel (5):

I = I₀/4 [exp{-2 (x-δ/2/D)²}

+exp {-2 (x + δ/2/D)²}] (6)

Fig. 7 zeigt die Beziehung zwischen der obigen Entfernung der Zentren δ und dem Durchmesser D′ eines zusammengesetzten Flecks aus den beiden Flecken, wenn der Fleckdurchmesser an einem Punkte unter der Voraussetzung der Intensität I₀/exp(-2) bestimmt ist. In dieser Abbildung zeigen die durchgehende Linie, die unterbrochene Linie und die eingepunktete Kettenlinie jeweils die Fleckdurchmesser entsprechend den Formeln (4), (5) und (6). Der Fleckdurchmesser in der unterbrochenen Linie ist ungeachtet des Abstandes der Zentren δ konstant.

Wie in Fig. 8 gezeigt, wird der wandernde Weg des Flecks auf der fotosensitiven Trommelfläche mit Bezug auf die Abtastrichtung des Lichtstrahls durch den Rotationspolygonspiegel durch die Veränderung der Modulationszeit t des Lichtstrahls verändert, so daß der Fleckdurchmesser wirksam verändert werden kann.

Wie in Fig. 9 gezeigt, kann eine Bedingung zur Schaffung einer linearen Beziehung zwischen dem Bedeckungsverhältnis der Zitter-Matrix und der Bildelementdichte nicht durch die Beziehung der Ungleichheit (3) gefunden werden. Fig. 3 zeigt die Beziehung der Lagen des Flecks, wenn das Bedeckungsverhältnis der Zitter-Matrix 100% zur Zeit des Druckens des Zittermusters ist. Die Lichtintensität Ib an einem Punkt b wird durch die folgenden Formel (7) gegeben:

Ib = 4 I₀ exp [-2 (√ d/D′)²] (7)

Wenn ein Bereich mit einer Lichtintensität, die nicht geringer als die Intensität I₀/exp(-2) ist, entwickelt wird, wird die Bedingung, in welcher der Punkt b entwickelt wird und die Bildelementdichte maximal ist, durch die folgende Ungleichung (8) gegeben:

Ib I₀/exp (-2) (8)

Aus der Formel (7) und der Ungleichung (8) wird die folgende Ungleichung (9) gebildet:

D′/d 1,09 (9)

Fig. 10 zeigt die Beziehung zwischen dem Bedeckungsverhältnis der Zittermatrix und der Bildelementdichte. Dieses Verhältnis ist ungefähr ein lineares Verhältnis, wenn D/d=1,12, und es schafft eine bevorzugte Abstufungsdarstellung. Dementsprechend wird eine unter 45°C geneigte Linie nicht unterbrochen, und kann der mit einer vorzuziehenden Abstufung geschaffen werden, wenn D′/d 1,22 zum Zeitpunkt des Druckens eines Linien zeichnenden Bildes und D′/d = 1,22 zum Zeitpunkt des Druckens eines Zittermusters ist. Der Fleckdurchmesser kann durch Verändern des Abstandes δ zwischen den Zentren der beiden Flecke auf der abtastenden Fläche und Verändern der Modulationszeit t der Lichtstrahlen, wie oben erwähnt, verändert werden.

Durch Verwendung dieses Systems kann die Abstufungsdarstellung entsprechend dem, was zum Zeitpunkt des Druckens des Zittermusters notwendig ist, beliebig verändert werden. Wenn z. B. das Bedeckungsverhältnis der Zittermatrix R ist, wird D′/d entsprechend der folgenden Formel (10) verändert:

D′/d = 1 + 0,12 R⁴ (10)

Die Bildelementdichte wird wie in Fig. 11 gezeigt verändert und wird in einem Bereich eines geringen Bedeckungsverhältnisses der Zittermatrix allmählich verändert, und wird in einem Bereich eines großen Bedeckungsverhältnisses der Zittermatrix steil verändert.

In ähnlicher Weise kann dieses System weiter für ein Verfahren zur Darstellung von anderen Abstufungen verwendet werden, wie z. B. ein Netzpunktverfahren, etc. Dieses System kann ähnlich in dem Fall angewendet werden, in dem es zu bevorzugen ist, den Fleckdurchmesser durch Schalten der Druckdichte, etc., sowohl in dem Linien zeichnenden Bild als auch in einem Bild, das die Abstufungsdarstellung vorsieht, zu verändern.

Wie oben erwähnt, wird entsprechend der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von Lichtstrahlen verwendet, so daß der Fleckdurchmesser auf einem abtastenden Mittel wirksam durch Veränderung der relativen Lage der Lichtstrahlen auf dem abtastenden Medium, durch Veränderung der Zahl der oszillierten Lichtstrahlen und durch Veränderung der Modulationszeit der Lichtstrahlen verändert werden kann. Dementsprechend wird die Beziehung zwischen dem Bedeckungsverhältnis der Zittermatrix und der Bildelementdichte linear zu der Zeit des Druckens eines Zittermuster, wodurch eine zu bevorzugende Abstufungsdarstellung geschaffen wird.

Claims

1. Optischer Abtaster zum Abtasten eines Mediums, gekennzeichnet durch:

- eine Vielzahl von Lichtquellen, von denen jede einen Lichtstrahl erzeugt;
- Mittel zum Ablenken dieser Lichtstrahlen und Zusammenlaufen dieser Strahlen auf dieses Medium, um einen zusammengesetzten Fleck zu bilden;
- Mittel zum Nachweisen der relativen Lage von diesen auf dem Medium den zusammengesetzten Fleck bildenden Strahlen und zum Erzeugen eines Ausgangssignals, das die relativen Positionen anzeigt; und
- Mittel zum Verändern des Durchmessers von diesem zusammengesetzten Fleck durch Veränderung der relativen Lagen dieser Strahlen als Antwort auf das Ausgabesignal von diesem nachweisenden Mittel.

2. Abtaster nach Anspruch 1, weiter gekennzeichnet durch Mittel zum Modulieren der Lichtstrahlen und Mittel zum Ändern der Modulationszeit der Lichtstrahlen einschließt.

3. Verfahren zum Abtasten eines Mediums, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

- Erzeugung einer Vielzahl von Lichtstrahlen;
- Ablenkung der Lichtstrahlen und Zusammenführung der Strahlen auf dem Medium, um einen zusammengesetzten Fleck zu bilden;
- Erfassen der relativen Lagen dieser auf dem Medium den Fleck bildenden Strahlen; und
- Erzeugen eines Ausgabesignals, das die relativen Lagen anzeigt; und
- Verändern des Durchmessers des zusammengesetzten Flecks durch Verändern der relativen Lagen der Strahlen im Ansprechen auf das Ausgabesignal.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Veränderns ein Verändern zum Schaffen einer linearen Beziehung zwischen dem Bedeckungsverhältnis der Zittermatrix und der Bildelementdichte einschließt.

5. Verfahren nach Ansprüche 4, gekennzeichnet, durch den weiteren Schritt des Veränderns der Intensität des Strahls.

6. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt des Veränderns der Zahl der Lichtquellen und somit der den zusammengesetzten Fleck bildenden Lichtstrahlen.