DE4017427C2 - - Google Patents
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- DE4017427C2 DE4017427C2 DE4017427A DE4017427A DE4017427C2 DE 4017427 C2 DE4017427 C2 DE 4017427C2 DE 4017427 A DE4017427 A DE 4017427A DE 4017427 A DE4017427 A DE 4017427A DE 4017427 C2 DE4017427 C2 DE 4017427C2
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Description
Die Erfindung betrifft eine Mehrton-Laserstrahl-Schreibein
richtung für ein Bilderzeugungsgerät nach dem Patentan
spruch 1.
Aus der DE 37 38 469 A1 ist bereits eine Mehrton-Laser
strahl-Schreibeinrichtung für ein Bilderzeugungsgerät be
kannt, welche eine Bildsignal-Eingabeeinrichtung, eine
Bilderzeugungseinrichtung zum Abbilden vorbestimmter Bild
elemente entsprechend einem mittels der Eingabeeinrichtung
eingegebenen Bildsignals unter Abtastung eines Aufzeich
nungsträgers in einer ersten und einer zweiten Abtastrich
tung und eine Korrektureinrichtung zum Korrigieren der
Größe des Bildelements in der ersten und der zweiten Ab
tasteinrichtung aufweist. Die Korrektureinrichtung dient dazu,
die Größe des Bildelements durch Steuern des Pegels eines
der Bilderzeugungseinrichtung zugeführten Ansteuersignals
zu verändern. Bei diesem bekannten Bildaufzeichnungsgerät
gelangt eine Moduliereinrichtung zum Modulieren eines Auf
zeichnungsstrahls entsprechend dem mittels der Eingabeein
richtung eingegebenen Bildsignals zur Anwendung. Mit Hilfe
dieser Moduliereinrichtung wird die Dauer und die Intensi
tät des Aufzeichnungsstrahls entsprechend dem Ermittlungs
ergebnis einer Erkennungseinrichtung gesteuert. Die Korrek
tureinrichtung dient dabei insbesondere dazu, die Intensi
tät des Aufzeichnungsstrahls und die Dauer desselben abhän
gig von der Beschaffenheit des eingegebenen Bildsignals zu
korrigieren, so daß die Korrektureinrichtung hier nur dann
in Tätigkeit tritt, wenn dies die Beschaffenheit des einge
gebenen Bildsignals erfordert.
Aus der DE 31 17 219 C2 ist ein Laserstrahl-Aufzeichnungs
gerät mit einer Abtasteinrichtung zum Abtasten eines Ein
gangssignals während einer bestimmten Abtastperiode und
einer ersten Einrichtung zum Erzeugen eines ersten, von dem
abgetasteten Eingangssignal abgeleiteten Signals bekannt,
mit dem während der Abtastperiode in Abhängigkeit von dem
Pegel des abgetasteten Eingangssignals die Impulsanzahl
eines Impulsfolgesignals steuerbar ist, das einer Modula
tionseinrichtung für den Abtaststrahl zugeführt wird. Das
wesentliche dieses bekannten Aufzeichnungsgerätes besteht
darin, daß mit einer zweiten Einrichtung während der Ab
tastperiode ein Impuls erzeugt werden kann, dessen Breite
von dem Pegel des abgetasteten Eingangssignals abhängt und
der mit dem Impulsfolgesignal der Modulationseinrichtung
zur gemeinsamen Modulation des Abtaststrahls während der
Abtastperiode zugeführt wird.
Aus der DE 29 43 018 B2 ist ein Verfahren und eine Anord
nung zum Darstellen eines Halbtonbildes bekannt, wobei ge
mäß diesem bekannten Verfahren zur Darstellung eines Halb
tonbildes die Rasterpositionen von Bildpunkten so angeord
net sind, daß drei Vorzugsrichtungen realisiert sind, die
jeweils zueinander einen Winkel von 60° aufweist. Gemäß
diesem bekannten Verfahren wird das aus Graustufen gebilde
te Halbtonbild aus kreisförmigen Bildpunkten gleicher Größe
erzeugt, die auf vorgegebenen Rasterpositionen angeordnet
sind und wobei jeweils eine vorgegebene Anzahl von Raster
positionen zu einem Bildfleck zusammengefaßt wird. Die An
zahl der Bildpunkte innerhalb eines Bildfleckes bestimmt
dabei die jeweilige Graustufe. Die jeweils einer bestimmten
Graustufe zugeordneten Bildpunkte in einem Bildfleck haben
von entsprechenden Bildpunkten in sechs unmittelbar benach
barten Bildflecken den gleichen Abstand. Mit Hilfe dieses
bekannten Verfahrens kann ein Halbtonbild dargestellt wer
den, wobei bei einer gleichen Bildpunktteilung zum Errei
chen des gleichen Deckungsgrades kleinere Bildpunkte ver
wendet werden können und die Entstehung von Moir´-Mustern
weitgehend vermieden wird.
Im allgemeinen wird ein Mehrton-Laserstrahl-Schreiben durch
eines von zwei verschiedenen Systemen durchgeführt, nämlich
ein Pulsbreitenmodulations-(PWM-)System und ein analoges
oder Amplituden-Modulationssystem. Das PWM-System ist bei
spielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift 63-1 25 338 A
beschrieben. Bisher vorgeschlagene PWM-Sy
steme haben den Nachteil, daß das abgegebene PWM-Signal
nicht genau ist, da das Bildsignal Rauschen enthält, und da
es nicht leicht ist, ein Mustersignal zu erzeugen und das
Bild- und das Mustersignal miteinander zu synchronisieren.
Das analoge Modulationssystem ist beispielsweise in der ja
panischen Offenlegungsschrift 63-1 84 773 A beschrieben.
Eine Schwierigkeit bei dem herkömmlichen analogen Modula
tionssystem besteht darin, daß die Anzahl an Tonwerten
nicht erhöht werden kann, ohne die Komponenten und Elemente
einer spannungsanlegenden Einrichtung zu erhöhen und ohne
dadurch die Steuerung zu komplizieren. Um beispielsweise 2n
Tonwerte zu erzeugen, werden n Konstantstromquellen benö
tigt. Selbst wenn Licht, das von einem Halbleiterlaser ab
gegeben wird, in Quanten auf der Basis einer großen Anzahl
von Tonwerten gesteuert werden kann, kann ein Bild infolge
der Alterung einer photoleitfähigen Trommel und von Toner,
welche in dem Laserstrahldrucker erforderlich sind, in
Schwärzungsgraden ausgedruckt werden, welche zu den Abgabe
lichtmengen eines Halbleiterlasers passen. Das analoge Mo
dulationssystem ist somit aus den vorstehend angeführten
Gründen nachteilig, obwohl mit ihm eine unbegrenzte Anzahl
Tonwerte erzeugt werden kann. Obwohl das PWM-Signal, das
mittels des PWM-Systems erzeugt worden ist, einer analogen
Modulation unterzogen werden kann, ist die Genauigkeit des
PWM-Signals nicht hoch genug, um die gewünschte Tonwert-Re
produzierbarkeit zu erreichen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin,
eine Mehrton-Laserstrahl-Schreibeinrichtung für ein Bilder
zeugungsgerät zu schaffen, welches die Möglichkeit bietet,
ein Bild mit Hilfe eines einfachen Aufbaus mit sehr hoher
Reproduziergenauigkeit und insbesondere mit sehr hohem Auf
lösungsvermögen der Mehrfachtonwerte wiedergeben zu können,
um die erzielbare Bildqualität weiter zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentan
spruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung und Weiterbildung
der Erfindung ergibt sich aus dem Unteranspruch.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei
spielen unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es
zeigt
Fig. 1 ein Diagramm eines PWM-Systems, welches eines der
herkömmlichen Mehrton-Laserstrahl-Schreibsysteme
ist;
Fig. 2 schematisch ein Blockdiagramm eines analogen oder Amplituden-Modu
lationssystems, welches ein anderes herkömmliches
Mehrton-Laserstrahl-Schreibeinrichtung darstellt;
Fig. 3 einen Teil eines Laserstrahldruckers, in welchem
eine Einrichtung mit Merkmalen nach der Erfindung angewendet
ist;
Fig. 4A und 4B eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht der
Laserstrahl-Schreibeinrichtung, welche in dem Laser
strahldrucker der Fig. 3 untergebracht ist;
Fig. 5 schematisch ein Blockdiagramm einer Ausführungs
form der Mehrton-Laserstrahl-Schreibeinrichtung mit
Merkmalen nach der Erfindung;
Fig. 6 einen Graphen, in welchem eine Beziehung zwischen
dem Durchlaßstrom und der Emissionsintensität
eines Halbleiterlasers wiedergegeben ist;
Fig. 7 schematisch in Form eines Blockdiagramms einer
Konstantstromquellen-Schaltung;
Fig. 8 ein Blockdiagramm einer Modulations-Steuerschal
tung, welche einem Halbleiterlaser zugeordnet ist;
Fig. 9 ein Zeitdiagramm, welches eine Emissionswert-
Steuerprozedur (APC) wiedergibt;
Fig. 10 schematisch in Form eines Blockdiagramms eine Aus
gangsdaten-Umsetzschaltung;
Fig. 11 ein Zeitdiagramm der Arbeitsweise der in Fig. 10
wiedergegebenen Schaltung;
Fig. 12 Wellenformen, welche zu der Schaltung der Fig. 10
in Beziehung stehen;
Fig. 13 in Form eines Blockdiagramms schematisch eine
Phasenschiebeschaltung;
Fig. 14A bis 14F Darstellungen zum Verständnis der Arbeits
weise der in Fig. 13 wiedergegebenen Schaltung, und
Fig. 15A bis 15C Darstellungen einer modifizierten Lösung,
welche den Fig. 14A bis 14F zugeordnet ist.
Zum besseren Verständnis der Erfindung werden zuerst einige
herkömmliche Mehrton-Laserstrahl-Schreibeinrichtungen beschrieben.
Ein PWM-System, das zu einer Familie von Mehrton-Laserstrahl-
Schreibeinrichtungen gehört, verwendet einen Digital-Analog-(DA-)
Umsetzer, welcher ein Bildsignal IMG erzeugt, wie in Fig. 1
dargestellt ist. Ferner erzeugt eine PWM-Stufe ein
Mustersignal PTN, wie ebenfalls in Fig. 1 dargestellt ist.
Das Bildsignal IMG und das Mustersignal PTN werden in der
in Fig. 1 wiedergegebenen Weise synchronisiert. Ein Pegelver
gleicher in der PWM-Stufe vergleicht die Pegel der
Signale IMG und PTN und erzeugt ein Impulssignal PWM, welches
das Vergleichsergebnis darstellt, wie in Fig. 1 gezeigt ist.
In Fig. 2 ist ein analoges oder Amplituden-Modulationssystem dargestellt,
welches eine weitere herkömmliche Mehrton-Laserstrahl-
Schreibeinrichtung ist. Die dargestellte Einrichtung weist eine An
zahl, in der speziellen Ausführungsform der Fig. 2 vier,
Spannung-Strom-Umsetzer 1 auf, welche Eingangsspannungen
V0 bis V3 entsprechend den zwei Pegel aufweisenden Eingangs
daten D0 bis D3 in Ströme I0 bis I3 umsetzen. Ein Photode
tektor 2 ist mit den Ausgangsanschlüssen der Spannung-Strom-
Umsetzer 1 verbunden und spricht auf die Lichtmenge an, wel
che von dem Halbleiterlaser abgegeben wird. Mittels einer
Schaltung 3 werden an die Spannung-Strom-Umsetzer 1 die Span
nungen V0 bis V3 angegelegt, welche entsprechend der mittels
des Photodetektors 2 festgestellten Lichtmenge eingestellt
werden. Auf diese Weise transformiert das analoge oder Amplituden-Modula
tionssystem eine Anzahl durch Spannungsteilung erzeugter
Spannungen V0 bis V3 in Ströme I0 bis I3, und führt basie
rend auf der Summe Il der Ströme I0 bis I3 eine anloge Mo
dulation durch. Bei den herkömmlichen Schreibeinrichtungen, wel
che so, wie vorstehend beschrieben, ausgeführt sind, gibt
es jedoch einige ungelöste Schwierigkeiten, wie eingangs be
reits ausgeführt ist.
In Fig. 3 ist ein Bilderzeugungsgerät, bei welchem eine Mehr
ton-Laserstrahl-Schreibeinrichtung mit Merkmalen nach der Erfindung ange
wendet ist, dargestellt und beispielsweise als ein Laser
drucker ausgeführt. Ein Bildleser, welcher dem Laserdrucker
zugeordnet ist, wird als erstes beschrieben. In Fig. 3 wird
eine nicht dargestellte Vorlage auf einer Glasplatte 11 an
geordnet und mittels einer Lichtquelle 12 beleuchtet. Ein re
flektiertes Bild wird durch Spiegel 13 bis 15 weitergeleitet
und dann mittels eines Objektivs 19 auf der lichtempfindli
chen Oberfläche eines CCD-(ladungsgekoppelten) Bildsensors
17 fokussiert. Die Lichtquelle 12, die Spiegel 13 bis 15
und das Objektiv 16 bilden eine optische Einrichtung.
Die Lichtquelle 12 und der Spiegel 13 sind an einem Träger
18 angebracht, welcher nach unten und parallel zu der Glas
platte 11 bewegbar ist. Eine Hauptabtastung wird durch das
Abtasten des CCD-Bildsensors 17 durchgeführt. Insbesondere
der CCD-Bildsensor 17 liest die Vorlage eindimensional, wäh
rend die Optik zur Durchführung einer Unterabtastung entlang
der Glasplatte 11 bewegt wird. In der dargestellten Ausfüh
rungsform ist die Lesedichte sowohl in der Haupt- als auch
in der Unterabtastrichtung mit 16 Bildelementen pro Milli
meter gewählt, wobei Papierblätter bis zu einem Format A3
(297 mm × 420 mm) gelesen werden können. Der Laserdrucker hat
auch eine Laserstrahl-Schreibeinrichtung, eine Bilderzeu
gungseinrichtung, eine Papierzuführeinrichtung, usw.
Wie in Fig. 3 und in Fig. 4A und 4B im einzelnen darge
stellt ist, weist die Laserstrahl-Schreibeinrichtung eine
Laserstrahl-Abgabeeinheit 19, ein Objektiv 20 und einen
Spiegel 21 auf. Wie in Fig. 4B dargestellt, weist die Laser
strahl-Abgabeeinheit 19 im Inneren eine Laserdiode und ei
nen Polygonalspiegel 19A auf, welcher mittels eines Motors
19B mit hoher Drehzahl gedreht wird. Durch einen von der
Laserstrahl-Schreibeinrichtung abgegebenen Laserstrahl wird
eine photoleitfähige Trommel 22 in der Bildwiedergabeeinrich
tung bestrahlt. Wie in Fig. 3 dargestellt, sind ein Haupt
lader 23, eine Entwicklungseinheit 25, ein Transferlader 26,
ein Trennlader 27, ein Papiertrenner in Form einer Klaue 28
und eine Reinigungseinheit 29 um die Trommel 22 herum ange
ordnet. Ein Strahlsensor 30 ist in einer Position auf der
Seite der Trommel 22 und dort festgelegt, wo sie der Laser
strahl erreicht, um ein Hauptabtast-Synchronisiersignal MSYNC
zu erzeugen.
Nunmehr wird beschrieben, wie ein Bild wiedergegeben wird.
Der Hauptlader 23 lädt die Oberfläche der Trommel 22 gleich
förmig mit einem hohen Potential. Wenn der Laserstrahl auf
die geladene Oberfläche der Trommel 22 auftrifft, wird das
Potential in dem bestrahlten Teil erniedrigt. Da der Laser
strahl entsprechend den Schwarz/weiß-Pegeln von aufzuzeich
nenden Bildelementen moduliert ist, erzeugt der Laserstrahl
elektrostatisch ein latentes Bild in Form einer Potential
verteilung auf der Trommel 22. Wenn der Bereich der Trommel
22, auf welchem das latente Bild erzeugt worden ist, die
Entwicklungseinheit 25 erreicht, bringt diese auf der Basis
der Potentiale der Trommel Toner auf die Trommel 22 auf und
erzeugt dadurch ein Tonerbild. Ein Papierblatt wird mit ei
ner vorherbestimmten zeitlichen Steuerung dem Teil der Trom
mel 22 zugeführt, welcher das Tonerbild trägt. Der Übertra
gungslader 26 überträgt dann das Tonerbild auf das Papier
blatt, welches dann mittels des Trennladers 27 von der
Trommel 22 getrennt wird. Das von der Trommel 22 getrennte
Papierblatt wird dann mittels eines Bandes 31 zu einerFixier
einheit 32 transportiert, welche im Inneren eine Heizeinrich
tung aufweist. Nachdem das Tonerbild auf dem Papierblatt
mittels der Fixiereinheit 32 fixiert worden ist, wird das
Papierblatt auf eine nicht dargestellte Ablage ausgetragen.
In der dargestellten Ausführungsform weist die Papierzuführ
einrichtung zwei Papierkassetten 33 und 34 auf, welche je
weils mit Papierblättern bestimmter Größe geladen sind. Die
in den Papierkassetten 33 und 34 gestapelten Papierblätter
werden mittels Zuführrollen 35 bzw. 36 abgezogen. Ein von
der Papierkassette 33 oder 34 zugeführtes Papierblatt wird
mittels eines Ausrichtrollenpaars 37 zum Stillstand gebracht
und wird zu einem vorherbestimmten Zeitpunkt synchron zu
dem Fortgang des Aufzeichnungsprozesses durch das Ausricht
rollenpaar 37 zu der Trommel 22 befördert. Die zwei ver
schiedenen Papierzuführbahnen haben jeweils einen Größensen
sor zum Fühlen der Größe der Papierblätter, obwohl dies in
Fig. 4A nicht dargestellt ist.
In Fig. 5 ist eine Mehrton-Laserstrahl-Schreibeinrichtung mit
Merkmalen nach der Erfindung dargestellt, welche eine PWM-Stufe
38, eine Amplituden-Modulierstufe 39 und eine Laserdiode
40 aufweist. Die Dichtedaten (deren Zahl A × B ist) werden
als 4 Bit Daten an die PWM-Stufe 38 angelegt. Die PWM-
Stufe 38 führt eine Pulsbreitenmodulation bezüglich
A Tonwerten auf der Basis der höherwertigen Bits der Ein
gangsdaten beispielsweise einem höherwertigen Bit durch.
Das Ausgangssignal der PWM-Stufe 38 wird an die Amplituden-
Modulierstufe 39 angelegt, welche dann eine analoge Mo
dulation bezüglich B Tonwerten auf der Basis von niederwertigen
Bits der Eingangsdaten, beispielsweise von niederwertigen drei Bits,
durchführt. Folglich hat das Ausgangssignal (A × B) Tonwerte
und wird an die Laserdiode 40 angelegt.
Nachstehend wird ein System zum Steuern der Amplituden-Modula
tion durchgeführt. Bei einem Ansteuersystem für einen Halblei
terlaser (LD) wird eine Beziehung zwischen dem Durchlaß
strom I und der Emissionsintensität L des Lasers LD verwen
det, d.h. eine I-L-Kennlinie, wie sie in Fig. 6 dargestellt
ist. Die I-L-Kennlinie des Lasers LD ist für die Durchlaß
ströme linear, welche größer als der Schwellenwertstrom Ith
sind, und unter einer solchen Voraussetzung wird die diffe
rentielle Quantenausbeute n als konstant betrachtet.
Wie in Fig. 7 dargestellt, ist das Steuersystem so ausge
legt, daß ein Durchlaßstrom durch die Summe von Strömen ge
bildet ist, welche durch eine Anzahl Konstantstromquellen
41 bis 44 erzeugt worden sind, und der sich ergebende Strom
wird dann entsprechend Schreibdaten durch Schalter 45, 46
und 47 geschaltet. Während die Konstantstromquelle 41 einen
Vorstrom zuführt, welcher größer als der Schwellenwertstrom
ist, steuern die Konstantstromquellen 42, 43 und 44, welche
gewichtet werden, um eine Beziehung von 1 : 2 : 4 bezüglich
des Stromes zu haben, den LD-Ansteuerstrom auf acht 3 Bit-Pegel.
Zu diesem Zeitpunkt sind die Stromwerte I1, I2 und I3, wäh
rend der miminale Vorstrom, wenn die Schalter 45, 46 und
47 nicht angesteuert werden, I0 ist. Die Emissionsintensitä
ten (Lichtmengen), welche den Strömen I0 bis I3 zugeordnet
sind, sind in Fig. 6 dargestellt. Hieraus folgt, daß es mit
allen möglichen Kombinationen der Ströme I1 bis I3 möglich
ist, 8 verschiedene Lichtmengen L0 bis L7 zu erzeugen, wel
che bezüglich der Differenz gleich sind.
Die Emissionsintensitäten werden auf folgende Weise einge
stellt:
- 1) Einstellen eines LD-Emissionsintensitätsbereichs von P0 bis Pmax (wobei P0 annähernd gleich 0 ist);
- 2) Festlegen eines LD-Durchlaßstroms I0 und dadurch einer minimalen LD-Emissionsintensität P0;
- 3) Festsetzen eines Durchlaßstroms Imax auf der Basis von (I0 + Imax) und dadurch einer maximalen LD-Emissionsintensi tät Pmax, und
- 4) Einstellen von I1 = (1/7) × Imax, I2 = (2/7) × Imax und I3 = (4/7) × Imax.
Anhand von Fig. 8 wird ein LD-Modulations-Steuerschaltung be
schrieben. Die Steuerschaltung hat eine durch eine strich
punktierte Linie gekennzeichnete Modulationsstufe 48 für
8 Pegel-Daten und eine LD-Steuereinheit 49. Die Modulations
stufe 48 summiert die Ströme von den Stromquellen, um die
Lichtmenge des Lasers LD festzulegen, wie vorstehend ausge
führt ist. Eine Photodiode (PD) in dem Laser-(LD-)
Gehäuse empfängt das sich ergebende Ausgangslicht des La
sers LD. Die LD-Steuereinheit 49 führt eine Emissionswert-
Steuerung (APC) durch Einstellen der Pegel der Konstant-
Stromquellen sowie eine zeitliche Steuerung durch. Insbeson
dere werden ein analoger Ausgangswert D10, welcher mittels
eines ersten oder eines zweiten Schalters 50 oder 51 einge
stellt worden ist, und ein Ausgangspegel D11 der Photodiode
(PD) mittels eines Vergleichers 52 verglichen. Ein Vorwärts-
Rückwärtszähler 53 wird inkrementiert oder dekrementiert, bis
die Ausgangswerte D10 und D11 gleich werden. Das Ausgangs
signal des Zählers 53 wird an einen Digital-Analog-(DA-)Um
setzer 54 angelegt. Der Zähler 53 wird wiederholt inkremen
tiert und dekrementiert, bis der Vorstrom I0 und der maxi
male Strom I7 (Imax) des Lasers LD festgelegt worden sind.
Bezüglich der Strompegel zum Abgeben von Ausgangssignalen
mit 8 Pegeln wird der Pegel des analogen Ausgangssignals D24
des DA-Umsetzers 54 durch Widerstände 55 bis 60 geteilt, um
hinsichtlich der Spannung ein Verhältnis von 1 : 2 : 4 ein
zustellen. Mit solchen Spannungen wird dann jeweils eine
der Konstantstromquellen 42, 43 und 44 über einen der zu
geordneten Operationsverstärker 61, 62 und 63 angesteuert.
Obwohl der Strom I0 in derselben Weise wie durch ein analo
ges Ausgangssignal D23 gesteuert wird, hängt der Pegel von
dem Steuerbereich und der Auflösung ab.
In Fig. 9 ist ein Zeitdiagramm wiedergegeben, das eine
Emissionswertsteuerung (APC) darstellt. Wie Fig. 9 zeigt,
werden die Ströme I0 und I7, welche dem minimalen Lichtaus
gangswert (Pegel 0) bzw. einem maximalen Lichtausgangswert
(Pegel 7) zugeordnet sind, abwechselnd von dem Zeitpunkt an,
an welchem die Ausgangsdaten einer Hauptabtastzeile beendet
sind, bis zu dem Zeitpunkt eingestellt, an welchem eine
Synchronisierung festgestellt wird. Entsprechend einem APC-
Startsignal wird zuerst der Pegel 0 eingestellt. Die 8 Bit-
Daten von dem Schalter 50 werden über ein Steuerglied 64
einem DA-Umsetzer 65 zugeführt, um die Lichtmenge entspre
chend Pegel 0 einzustellen. Gleichzeitig werden Zählerdaten
des Pegels 0, die in dem Halteglied 66 vorher eingestellt
sind, in dem Vorwärts-Rückwärtszähler 53 (zuerst FFH) als
ein Anfangswert geladen. Hierdurch wird die Operation zum
Vergleichen der überwachten (Licht-)Menge basierend auf dem
Zählerausgangswert beschleunigt. Alle Dichtedaten werden ab
geschaltet, um eine Lichtmenge mit einem Pegel 0 abzugeben.
Diese Lichtmenge wird mit einer mittels der Photodiode PD
überwachten Lichtmenge verglichen, während der Zähler 53
entsprechend dem Vergleichsergebnis inkrementiert oder de
krementiert wird. Der Zeitraum zwischen dem Zählerausgang
und dem Vergleich beträgt etwa 1 µs, und der Steuerschleifen
takt beträgt 500 kHz. Entsprechend dem nächsten APC-Start
(LGATE-)Signal wird der Pegel 7 in derselben Weise wie der
Pegel 0 eingestellt. Insbesondere wird die Lichtmenge auf
den Sollwert gesteuert, welcher den Ausgangsdaten des Schal
ters 51 zugeordnet ist. Der Pegel 7 wird durch ein Exclusiv-
Steuerglied 67 und eine Exclusiv-Halteeinheit 68 durchge
führt und wird zusammen mit allen einzuschaltenden Dichteda
ten eingestellt. Wenn eine überwachte Lichtmenge den einge
stellten Wert überschreitet, ob dies der Pegel 0
oder 7 ist, wird der Zähler 53 gestoppt, um einen Fehler
zu eliminieren, welcher der Einstellrichtung zuzuschreiben
ist. Alle Dichtedaten werden am Ende der Einstelloperation
oder nach Verstreichen von 100 µs, wobei von dem APC-Start
signal gezählt wird, zum Zwecke einer Synchronisationsfest
stellung angeschaltet (Ausgangspegel 7).
Für die vorstehend beschriebene APC-Zeitsteuerung werden
mehrere programmierbare Logik-Einrichtungen (PLDs) 69 ver
wendet, um Triggersignale und andere ähnliche Signale zu
erzeugen, die für die anderen IC′s bestimmt sind. Mit der
vorstehend beschriebenen Prozedur wird eine APC-Steuerung
realisiert, bei welcher 256 aufeinanderfolgende 8 Bit-Licht
mengenschritte eingestellt werden können. Derartige Licht
mengen werden abwechselnd auf einer Hauptabtast-Zeilenbasis
eingestellt, um dadurch zu verhindern, daß der analoge Licht
mengen-Ausgangswert schwankt.
Die dargestellte Ausgangsform ist als eine 1 Punkt-15 Ton
werte-Laserstrahl-Schreibeinrichtung ausgeführt, indem eine
2 Pegel-(2 Schritt-)PW-Modulation und eine analoge 8 Pegel
(8 Schritt-)Modulation kombiniert werden. Eine analoge bzw. Amplituden-Mo
dulation wird mit Hilfe des vorstehend beschriebenen Modu
lationssystem durchgeführt, während eine PW-Modulation da
durch bewirkt wird, daß ein 1 Punkt-(1 Bildelement-)Schreib
takt für eine Zeit-Teilungssteuerung in eine frühere und
eine spätere Hälfte unterteilt wird.
Nunmehr wird ein Verfahren zum Abgeben von fünfzehn (15) Pe
geln beschrieben. In Fig. 10 ist eine 1 Punkt-15 Pegel-Ausgangs
daten-Umsetzschaltung dargestellt, in welcher eine Kombina
tion aus einer analogen 8 Pegel-Modulation und einer 2 Pegel-
PW-Modulation verwendet ist. Anhand eines Zeitsteuerdiagramms
in Fig. 11 wird die Arbeitsweise einer derartigen Schaltung
beschrieben. Die Dichtedaten, welche von dem CCD-Bildsensor
17 (Fig. 3) abgegeben worden sind, werden in digitale Daten
umgesetzt und dann als ein digitales 4 Bit-(16 Pegel-)Sig
nal D0 bis D3 an die Schaltung der Fig. 10 angelegt. Ein
Bildelement-Takt CLK wird synchron mit den Daten ebenfalls
an die Schaltung der Fig. 10 angelegt. Die eingegebenen
Dichtedaten D0 bis D3 werden durch Halteglieder oder Signal
speicher 70 synchron mit dem Bildelementtakt CLK gehalten.
Die gehaltenen Daten werden durch invertierende Ausgänge
der Halteglieder oder Signalspeicher 70 erzeugt, um Komple
mente der Eingangsdaten zu erzeugen, welche bezüglich
schwarz/weiß invertiert worden sind.
Anschließend werden die Daten verarbeitet, indem sie an dem
Halbwellenteil des Taktes CLK in eine frühere und eine spä
tere Hälfte aufgeteilt werden. Wenn die 16 Pegel-Eingangs
daten größer als "8" sind, d.h. wenn das Ausgangssignal D′3
auf einem hohen Pegel liegt, sind die früheren Halbwellen-
Daten der maximale Ausgangswert (Pegel 7) und der Teil, wel
cher "8" überschreitet, wird während der späteren Halbwel
lenperiode amplitudenmoduliert. Wenn die Daten kleiner als "7"
sind, fällt die spätere Halbwellen-Periode aus (Pegel 0),
um so den minimalen Ausgangswert zu erzeugen, und eine Amplituden-
Modulation wird in Verbindung mit den Daten während
der früheren Halbwellen-Periode bewirkt. ODER-Glieder 71
in der letzten Stufe der Schaltungsanordnung dienen dazu,
die Daten der früheren und späteren Halbwellenperioden des
Bildelementtaktes zu kombinieren. Eine Reihenschaltung einer
Anzahl Nicht-Glieder 72 dient dazu, die Verzögerung insbe
sondere bei der Datenübertragung auszugleichen.
In Fig. 12 sind Ausgangs-Wellenformen dargestellt, welche
den sechszehn (16) Pegeln zugeordnet sind, d.h. den Pegeln
0 bis 15 des 1 Punkt- (Bildelement-) 15 Pegel-Ausgangs, welcher
aus dem 4 Bit-16 Pegel-Eingangssignal abgeleitet worden ist.
In der dargestellten Ausführungsform sind die Ausgangs-Wel
lenformen, welche den Pegeln 7 und 8 zugeordnet sind, iden
tisch und bezüglich der Schreibdichte dieselben. Diese Schwie
rigkeit läßt sich ohne weiteres lösen, wenn die Daten um 1
verringert werden, wenn die Daten kleiner als "7" sind, oder
wenn die Daten um "1" erhöht werden, wenn die Daten größer
als "8" sind.
In Fig. 13 ist eine Schaltung zum Verschieben der Phase in
Relation zu der vorher beschriebenen PW-Modulation darge
stellt. In der dargestellten Ausführungsform wird eine 2
Pegel-PW-Modulation in einem Punkt bewirkt, so daß, wenn
ein Halbton abgegeben wird, das Bild infolge der Konzentra
tion von Punkten eine Periodizität haben kann, wie in Fig.
14A dargestellt ist. Folglich wird durch die Schaltung der
Fig. 13 die Phase um eine Halbwelle, d.h. um 180° auf einer
Hauptabtast-Zeilenbasis verschoben, wie in Fig. 14B darge
stellt ist.
In Fig. 13 wird ein Schreib-Bildelementtakt CLKP an einen
Puffer 73 und einen Inverter 74 angelegt, um zwei Takte zu
erzeugen, welche sich in der Phase um 180° unterscheiden.
Die zwei Takte werden an einen Zeilendaten-Wähler 75 ange
legt. Andererseits wird das Synchronisier-Detektionssignal
LSYNC, das von der Rotation des Motors 19B abgeleitet ist,
an ein D-Flip-Flop 76 angelegt, um dessen Q-Ausgangswert bei
jeder positiv verlaufenden Flanke des Signals LSYNC zu in
vertieren. Insbesondere wird der S-Eingang des Zeilendaten-
Wählers 75 bei jeder Hauptabtastzeile mit dem Ergebnis
invertiert, daß, wie in Fig. 14F dargestellt, Bildelement
takte anliegen, welche in der Phase um 180° voneinander ab
weichen.
Da der Schreibbeginn in der Hauptabtastrichtung entsprechend
dem Synchronisiersignal LGATE durch einen Bezugstakt synchro
nisiert wird, dessen Frequenz etliche Mal höher als die Fre
quenz des Bildelementtaktes CLKP ist, ist die Abweichung hin
sichtlich des Schreibens eines Punktes in der Unterabtast
richtung auf weniger als einen Bruchteil eines Punktes be
grenzt. Folglich erscheint jedesmal dann, wenn eine Haupt
abtastzeile von Daten geschrieben ist, ein Takt CLK OUT,
welcher in der Phase dem vorherigen Takt entgegengesetzt
ist, im wesentlichen an derselben Position in der Hauptab
tastrichtung.
Nunmehr wird die Schreiboperation der in Fig. 13 dargestell
ten Schiebeschaltung beschrieben. Eine spezifische Schreib
operation der in Fig. 13 dargestellten Phasen-Schiebeschal
tung ist in Fig. 14A bis 14F und in Fig. 15A bis 15C darge
stellt. Zur Veranschaulichung sollen die zu schreibenden Da
ten (Dichtedaten) einen soliden Halbtonteil mit einem Pegel
7 darstellen.
Wenn die anhand von Fig. 13 beschriebene Phasenumkehr nicht
verwendet wird, werden Lichtausgangswerte oder Belichtungs
energiewerte mit einem Pegel 7, wie sie in Fig. 14C darge
stellt sind, entsprechend einem Takt CLK OUT (n) der n-ten
Abtastzeile und entsprechend eines Taktes CLK OUT (n+1) der
(n+1)-ten Hauptabtastzeile erzeugt. Wenn dagegen die Phasen
umkehr durchgeführt wird, erfolgt eine Belichtung abwechselnd
auf den n-ten und den (n+1)-ten-Zeilen an denselben Positio
nen in der Unterabtastrichtung, wie in Fig. 14D dargestellt
ist. Ausgangsbilder, die sich aus der in Fig. 14C und 14D
wiedergegebenen Belichtung ergeben, sind in Fig. 14A bzw.
14B dargestellt. In Fig. 14A erscheinen schwarze und weiße
Anteile, die jeweils eine Hälfte einer Punktfläche einnehmen,
fortlaufend in der Unterabtastrichtung, wobei die schwarzen
Anteile falsche Zeilen bilden. Dagegen erscheinen in Fig. 14B
die schwarzen Anteile in einer gestreuten oder Zick-Zack-
Konfiguration, wodurch ein Halbton wiedergegeben wird, wel
cher natürlicher erscheint. Bezüglich der Datenmenge, die in
einem Punkt enthalten ist, sind die in Fig. 14A und 14B dar
gestellten Konfigurationen dieselben und es sind keine Bild
daten besonders bei der herkömmlichen Bildverarbeitung (z.B.
dem Zitterverfahren) weggelassen.
Fig. 15A bis 15C zeigen eine alternative Lösung, bei welcher
ein Takt CLKx2 verwendet ist, dessen Frequenz das Doppelte
(21) der Frequenz des Bildelementtaktes ist und eine Puls
breiten-Modulation auf einer 1/4 Punkt-Pulsbreitenbasis be
wirkt. Bei dieser alternativen Lösung wird ähnlich wie bei
der Lösung nach Fig. 14A und 14B eine Amplituden-Modulation
während der Dauer einer Pulsbreite angewendet. Insbesondere
in Fig. 15A ist die Phase eines Taktes CLK1 von Zeile zu
Zeile in der Hauptabtastrichtung nacheinander um 180° ver
schoben, während sie in Fig. 15B nacheinander um 360°, 540°,
360° und 180° verschoben ist. Jeder Punkt beginnt, um die
Impulsbreite zu erhöhen, mit einem Tonwert an einer Impuls
stelle, welche durch einen schraffierten Bereich dargestellt
ist, und nimmt anschließend in der Hauptabtastrichtung zu.
Auf der Zeile (n+3) wächst der schwarze Teil nacheinander
von einer Phase 4 aus in der Reihenfolge der Phasen 1, 2 und
3.
Wie vorstehend ausgeführt, kann in der dargestellten Aus
führungsform das Punkterzeugungsmuster periodisch verschoben
werden, um eine hochqualitative Bildwiedergabe noch zu stei
gern. Die Freiheit bezüglich eines Streuens von Punkten
nimmt nacheinander auf der Basis der Anzahl an Modulationen
P und in den Kombinationen von P:-Erzeugungsmustern zu.
Obwohl die dargestellte Ausführungsform anhand eines La
serdruckers beschrieben ist, ist die Erfindung selbstver
ständlich auch bei irgendeiner anderen Art eines Bilderzeu
gungsgeräts anwendbar.
Durch die Erfindung ist somit eine Mehrton-Laserstrahl-
Schreibeinrichtung geschaffen, bei welcher mit einem ein
fachen Aufbau Mehrfach-Tonwerte durch einen einzigen Punkt
genau wiedergegeben werden können. Die Einrichtung gibt
auch Halbtonwerte gleichmäßig wieder, wobei ein Konzentrie
ren von Punktdichten verhindert wird.
Claims (2)
1. Mehrton-Laserstrahl-Schreibeinrichtung für ein Bilder
zeugungsgerät, mit einer Bildelementtakt erzeugenden Ein
richtung, welche Bildelementetakte durch Teilen einer Anzahl
Bezugstakte erzeugt, mit einer Moduliereinrichtung, um ein
Laserstrahl-Quantum entsprechend den Bildelementen zu modu
lieren, welche mittels der den Bildelementtakt erzeugenden
Einrichtung erzeugt worden ist, mit einer PWM-Stufe (38),
welche digitale Bilddichtedaten aufnimmt und eine Pulsbrei
tenmodulation bezüglich einer vorgegebenen Anzahl von Tonwer
ten auf der Basis von höherwertigen Bilddichtedaten durch
führt, und mit einer PAM-Stufe (39), welche die Ausgangs
signale der PWM-Stufe (38) empfängt und eine Amplituden-Mo
dulation bezüglich einer vorgegebenen Anzahl von Tonwerten
auf der Basis von niederwertigen Bilddichtedaten durchführt,
wobei ein Kode verwendet wird, bei dem den einzelnen Bits
der digitalen Bilddichtedaten bestimmter Gewichte zuordenbar
sind, wobei das digitale Bildsignal D für einen Bildpunkt
aus m höherwertigen und n niederwertigen Bits zusammenge
setzt ist, mit
0 <= D <= 2(m+n) - 1 ,den Ansteuerimpuls für einen Bildpunkt in 2m Zeitabschnitte
und 2n Amplitudenstufen unterteilt ist, zur Erzeugung eines
Ansteuerimpulses für ein Bildsignal D die PWM-Stufe einen
Impuls mit der maximalen Amplitudenstufe und einer Breite
von g Zeitabschnitten erzeugt, wobei g die Zahl angibt, wie
oft 2n ganzzahlig in D enthalten ist und die PAM-Stufe einen
Impuls der Breite eines Zeitabschnittes anfügt, dessen
Amplitudenstufe dem verbleibenden Rest entspricht.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine
Schaltung (Fig. 13) zum Verschieben der Phase von Ausgangs
signalen der Bildelementtrakt erzeugenden Einrichtung hin
sichtlich eines Laserstrahl-Schreibens von einer Hauptab
tastzeile zur anderen.
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