DE4304111C2 - Bilderzeugungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bilderzeugungseinrichtung zum Entwickeln eines laten­ ten Bildes, das elektrostatisch auf einem fotoleitfähigen Element erzeugt worden ist, um ein entsprechendes Tonerbild zu erzeugen, nach dem Anspruch 1.

Aus der DE 36 05 320 A1 ist bereits ein Bilderzeugungsgerät bekannt, bei dem die Impulsbreite eines Informationssignals für die Ausbildung eines auf ein fotoemp­ findliches Aufzeichnungsmaterial zu richtenden Informationsstrahls abhängig von der Bilddichte des zu erzeugenden Bildes eingestellt wird. Hierbei wird eine Bild­ dichteinformation eines Ladungsbildes oder eines sichtbar gemachten Bildes erfaßt, das mittels des durch ein Bezugssignal modulierten Informationsstrahls ausgebildet wurde. In Abhängigkeit von dem Erfassungsergebnis wird die Impulsbreite oder der Pegel des Informationssignals gesteuert.

Aus der US-PS 5,008,685 ist eine Schaltungsanordnung zur Pulsbreitenmodulation eines Laserscanners in einem Laserdrucker bekannt, wobei die Schaltungsanord­ nung Verzögerungsleitungen enthält und auch eine Pulserzeugungslogik zum Aus­ wählen einer Impulsbreite eines Laserimpulses. Gemäß einer Ausführungsform dieser bekannten Schaltungsanordnung kann eine Korrektur der Pulsbreite z. B. bei Schwankungen der Temperatur der Bildtrommel durch entsprechende Vorgaben der Pulserzeugungslogik an einen Selektor erfolgen.

Aus der US-PS 4,977,414 ist die Verwendung einer Phasenregelschleife mit span­ nungsgesteuertem Oszillator in einem Laserdrucker bekannt, welche über einen Selektor und einen Frequenzteiler Hauptabtasttakte über ein Videointerface syn­ chron zum Bildsignal an einen Lasertreiber liefert. Eine Korrektureinrichtung korrigiert dabei die Laserintensität auf der Grundlage eines Photodiodenstromes entsprechend dem gemessenen Laserlicht.

Aus der DE 37 27 808 A1 ist eine Korrektureinrichtung für die Laserintensität bzw. für die Pulsbreite eines Lasers bekannt. Die Korrektur der Pulsbreite erfolgt hierbei abhängig von einer Prozeßspannung, die sich aus einer Differenz zwischen einem Soll- und einem Ist-Oberflächenpotential der Bildtrommel ableitet.

Ein Digitalkopierer weist beispielsweise eine Halbleiter-Lasereinheit mit einer Laserdio­ de (LD) auf, die einen modulierten Laserstrahl abgibt. Es ist übliche Praxis, die Modula­ tion entweder durch ein PWM-(Pulsbreitenmodulations-)System oder durch ein PM- (Leistungsmodulations-)System zu bewirken. Im allgemeinen verzögert das PWM- System einen Videotakt durch eine Verzögerungsleitung und erzeugt auf der Basis einer UND/ODER-Logikschaltung ein Ausgangssignal mit einer vorherbestimmten Pulsbreite. Für die Pulsbreitenmodulation der Laserdiode kann beispielsweise auf die JP 1-206368 (A) Bezug genommen werden.

Eine Schwierigkeit bei dem herkömmlichen PWM-System besteht darin, daß die Verzö­ gerungsleitung sehr teuer ist. Eine weitere Schwierigkeit liegt darin, daß eine mehrfache Pulsbreite nicht erzeugt werden kann, wenn nicht eine Anzahl Verzögerungsleitungen vorgesehen werden. Außerdem wird, wenn die Frequenz des Videotaktes geändert wird, eine Verzögerungsleitung, deren Verzögerung zu der Frequenzänderung paßt, benötigt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Bilderzeugungsein­ richtung zum Entwickeln eines latenten Bildes zu schaffen, die mit kostengünstigen Bauelement hergestellt werden kann und dabei die Verwendung eines sehr breiten Bereiches von Eingangsfrequenzen in Form der Frequenzen eines Videotaktes ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen unter Hinweis auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Abtastoptik, die in einer Bilderzeugungseinrichtung vorgesehen ist;

Fig. 2 ein Blockdiagramm, das schematisch ein in der Ausführungsform enthaltenes Steuersystem wiedergibt;

Fig. 3 ein Blockdiagramm, das schematisch einen spezifischen Aufbau eines Ringoszil­ lators wiedergibt;

Fig. 4 ein Blockdiagramm, das einen weiteren spezifischen Aufbau des Ringoszillators schematisch wiedergibt;

Fig. 5 ein Zeitdiagramm, das ein Verfahren zum Erzeugen von Pulsbreiten-Ausgängen mit Hilfe der Zeitverzögerung von Verzögerungselementen darstellt;

Fig. 6 ein Flußdiagramm eines Korrekturprogramms, in welchem ein Photodiodenstrom verwendet ist;

Fig. 7 ein Flußdiagramm, das ein Korrekturprogramm darstellt, bei welchem ein Prozeßpotential verwendet ist;

Fig. 8 ein Flußdiagramm, das ein Phasenregelfehler-Fühlprogramm darstellt, und

Fig. 9 ein Flußdiagramm, das ein Hauptprogramm wiedergibt.

In Fig. 1 ist eine Abtastoptik dargestellt, welche in einer Bilderzeugungseinrichtung vorgesehen ist und welche eine Halbleiter-Lasereinheit oder eine LD-Einheit 1 aufweist. Eine Kollimatorlinse 2 bündelt einen Laserstrahl, welchen die LD-Einheit 1 abgibt. Ein Polygonalspiegel 3 steuert den gebündelten Laser­ strahl von der Kollimatorlinse 2, um ein nicht dargestelltes photoleitfähiges Element ab­ zutasten. F-θ-Linsen 4 sind zwischen dem Polygonalspiegel und dem photoleitfähigen Element angeordnet, wodurch der Laserstrahl einer f-θ-Korrektur unterzogen wird.

Fig. 2 zeigt ein Steuersystem, das in der Ausführungsform vorgesehen ist. Wie dar­ gestellt, vergleicht ein Phasenvergleicher 11 die Phase des Ausgangssignals eines durch eine Analogspannung gesteuerten Oszillators (VCO) 10 mit der Phase eines Videotaktes, wodurch ein Ausgangssignal erzeugt ist, welches die sich ergebende Phasendifferenz darstellt. Ein Tiefpaßfilter (LPF) 12 setzt das Ausgangssignal des Phasenvergleichers 11 in eine Referenzspannung Vref um. Die Schwingungsfrequenz des Oszillators 10 ändert sich, in Anpassung an die Referenzspannung Vref. Ein Impulse erzeugender logischer Selektor 13 erhält die Abgriff-Ausgangssignale des Oszillators 10 (s. Fig. 3) und erzeugt ein PWM-Ausgangssignal, das zu den Videodaten paßt. Das PWM-Aus­ gangssignal wird an den Videoeingang einer LD-Treibereinheit 14 mit dem Ergebnis angelegt, daß eine Laserdiode (LD), welche in der LD-Einheit 1 enthalten ist, einen Strahl abgibt.

Die Ausgangsspannung des Tiefpaßfilters 12 und die Ausgangsspannung einer Photodio­ de (PD), die in der LD-Einheit 1 enthalten ist, werden durch Verstärker 15 bzw. 16 verstärkt. Ebenso hat der Prozeß-Potentialdetektor 24 eine Ausgangsspannung, welche von einem Verstärker 17 verstärkt wird. Die sich ergebenden Ausgangsspannungen der Verstärker 15 bis 17 werden über entsprechende Analog/Digital-Umsetzer (ADC) 18, 19 und 20 und eine Ein-/Ausgabeanschlußeinheit 21 an eine Zentraleinheit (CPU) 22 an­ gelegt. Ein Betriebsabschnitt 23 und die Zentraleinheit 22 sind über die Ein-/Ausgabe- Anschlußeinheit 21 mit einem Datenbus verbunden. Festwertspeicher (ROMs) 25, 26 und 27 speichern jeweils eine ganz bestimmte Verweistabelle (LUT). Ein Selektor 28 wählt zu einem bestimmten Zeitpunkt eine der Verweistabellen (LUTs) aus.

Der durch eine analoge Spannung gesteuerte Oszillator (VCO) 10 ist als ein Ringoszilla­ tor mit einer Verzögerungsschaltung ausgeführt und hat eine Verzögerungszeit der Ver­ zögerungsschaltung, welche durch eine von außen angelegte Steuerspannung gesteuert wird. Beispielsweise kann im Falle eines Konstantstrom-Einkanal-Inverters die Verzöge­ rungszeit durch einen Strom von einer Konstantstromquelle geändert werden. Der Ringoszillator kann mit einer beliebigen Anzahl Stufen versehen sein, solange die Anzahl ungerade ist.

Insbesondere in Fig. 3 ist ein Ringoszillator mit drei auf einanderfolgenden Verzöge­ rungselementen A dargestellt, welche auf einem Ring angeordnet sind; die Verzöge­ rungszeit wird durch die Referenzspannung Vref gesteuert. Es können ferner, wie in Fig. 4 dargestellt ist, sieben Verzögerungselemente B, wie dargestellt, mit Selektoren 30 und 31 verbunden sein. In der Anordnung der Fig. 4 wählen die Selektoren 30 und 31 Verzögerungselemente B entsprechend den Eingangssignalen S0 bzw. S1 aus. Eine spezielle freischwingende Frequenz des durch Analogspannung gesteuerten Oszillators (VCO) 10, die zu der Systemtaktgeschwindigkeit paßt, d. h. eine niedrige, mittlere oder hohe Frequenz kann entsprechend gewählt werden.

In Fig. 5 ist ein spezifisches Verfahren dargestellt, um Pulsbreiten-Ausgangssignale mit Hilfe der Verzögerungszeit der Verzögerungselemente zu erzeugen. Wie dargestellt, wird das Ausgangssignal an dem Abgriff (2) des in Fig. 3 dargestellten Verzögerungs­ elements A relativ zu dem Ausgangssignal an dem Abgriff (1) um t1 verzögert, was folgendermaßen ausgedrückt wird:

wobei T die Taktperiode und n die Anzahl an Stufen des Ringoszillators sind.

Das Ausgangssignal an dem Abgriff (3) wird ebenso relativ zu dem Ausgangssignal an dem Abgriff (2) um t1 verzögert. Eine UND/ODER-Logikschaltung ist den Abgriffen (1), (2) und (3) zugeordnet, welche verschiedene Pulsbreiten-Ausgangssignale oder PWM-Ausgangssignale erzeugen, die in Fig. 5 dargestellt sind. Die Selektoren 30 und 31 arbeiten zusammen, um eines dieser PWM-Ausgangssignale auszuwählen, welche zu den Eingangsvideodaten passen.

Anhand von Fig. 6 wird eine spezifische Prozedur beschrieben, um eine ganz bestimmte Pulsbreite auszuwählen, welche zu einer Menge von PD-Licht paßt. In einem in Fig. 9 dargestellten Hauptprogramm ist diese Prozedur mit "Korrekturprogramm, basierend auf PD-Strom", bezeichnet. Wenn die Videodaten an die Adressen der ROMs oder LUTs 25 bis 27 (Fig. 2) angelegt werden, werden Daten, die an solchen Adressen gespeichert sind, als Videodaten abgegeben. Wenn der ROM 27 oder LUT (3) ein schmales PWM- Ausgangssignal erzeugt, erzeugt der ROM 26 oder LUT (2) ein mittleres PWM-Aus­ gangssignal, und der ROM 25 oder LUT (1) erzeugt ein breites PWM-Ausgangssignal. Ferner werden die Videodaten 1, 2 und 3 an PWM-Ausgangssignale von 10 ns, 20 ns bzw. 30 ns angepaßt. Wenn unter dieser Voraussetzung Videodaten 1, 2 bzw. 3 in die Daten der Adressen 1 der Verweistabellen (LUTs) (3), (2) und (1) geschrieben werden, kann eine der Verweistabellen (1) bis (3) mit 10 ns, 20 ns oder 30 ns für die Eingangsvideo­ daten von 10 ns ausgewählt werden. Im Ergebnis sind dann die Videodaten korrigiert.

Insbesondere wird, wie in Fig. 6 dargestellt, wenn der PD-Strom niedriger als ein Pegel 1 ist (nein beim Schritt S1), die Verweistabelle (LUT (1)) gewählt (Schritt S2). Wenn der PD-Strom höher als der Pegel 1 ist (ja, Schritt S1), aber niedriger als ein Pegel 2 (nein, Schritt S3), wird die Verweistabelle (2) gewählt (Schritt S4). Wenn der PD-Strom höher als der Pegel 2 ist (ja, Schritt S3), wird die Verweistabelle (3) gewählt (Schritt S5). Bei einer solchen Prozedur wird die Menge an LD-Licht in Anpassung an die Daten kor­ rigiert. Im Ergebnis wird dann die Energiemenge der Laserdiode (LD) konstant gehalten (Pegel 2 < 1).

In Fig. 7 ist eine weitere spezifische Prozedur dargestellt, welche die Lichtmenge entsprechend einem Prozeßpotential korrigiert und im wesentlichen ähnlich der Prozedur in Fig. 6 ist. Insbesondere wird, wenn das Prozeßpotential niedriger als ein Pegel 1 ist (nein, Schritt S11), die Verweistabelle (1) gewählt (S12). Wenn das Prozeßpotential höher als der Pegel 1 ist (ja, Schritt S11), aber niedriger als ein Pegel 2 (nein, Schritt S13) wird die Verweistabelle (2) gewählt (Schritt S14). Wenn ferner das Prozeßpoten­ tial höher als der Pegel 2 ist (ja, Schritt S13), wird die Verweistabelle (3) gewählt (Schritt S15).

Fig. 8 zeigt eine spezifische Prozedur, um einen Phasenregelfehler festzustellen. Wenn, wie dargestellt, die Referenzspannung Vref höher als ein vorherbestimmter Pegel ist (ja, Schritt S21), wird bestimmt, daß der durch Analogspannung gesteuerte Oszillator (VCO) 10 nicht richtig phasengeregelt ist (Schritt S22). Eine Alarmmeldung, z. B. "Phasen­ regelfehler", wird auf einem Bedienungsabschnitt 23 angezeigt.

In Fig. 9 ist ein Hauptprogramm dargestellt, das mittels des Steuersystems durchzuführen ist. Das Korrekturprogramm, bei welchem der PD-Strom verwendet wird (Schritt S31), ein Korrekturprogramm, bei welchem das Prozeßpotential verwendet wird (Schritt S32), und ein Phasenregelfehler-Feststellprogramm (Schritt S33), die vorstehend be­ schrieben sind, werden einmal für jede Kopie abgerufen. Wenn eine nicht dargestellte Kopiertaste eingeschaltet worden ist (ja, Schritt S34), beginnt ein Kopiervorgang (S35).

Durch die Erfindung ist somit eine Bilderzeugungseinrichtung mit einem LD-Modula­ tionssystem geschaffen, welches preiswert ist und einen breiten Bereich von Eingangs­ taktfrequenzen einstellt. Dieser spezielle Vorteil ist auf eine einzigartige Anordnung zurückzuführen, in welcher eine Pulsbreitenmodulation (PWM) einer Laserdiode (LD) durch eine Phasenregelschleife (PLL) mit Hilfe eines durch eine Analogspannung ge­ steuerten Oszillators (VCO) bewirkt wird, welcher als ein Ringoszillator ausgeführt ist. Das LD-Modulationssystem wählt einen aus einer Anzahl Frequenzbereiche des Oszilla­ tors (VCO) entsprechend einem Auswählsignal aus und korrigiert die LD-Ausgangs­ impulsbreite durch einen PD-Strom oder durch ein Prozeßpotential. Das System ver­ bleibt daher von einem niedrigen bis zu einem hohen Frequenzbereich stabil. Außerdem zeigt das System einen Phasenregelfehler durch Feststellen der Tiefpaßfilter-Ausgangs­ spannung des PLL-Kreises an, wodurch zuverlässige Bilder gewährleistet sind.

Claims (3)

1. Bilderzeugungseinrichtung zum Entwickeln eines latenten Bildes, das elektrostatisch auf einem photoleitfähigen Element erzeugt worden ist, um ein entsprechendes Tonerbild zu erzeugen, mit
einem Halbleiterlaser (1), welcher aus einer Laserdiode (LD) und einer Photodiode (PD) gebildet ist, um einen durch Videodaten modulierten Laserstrahl abzugeben,
einer Abtasteinrichtung (3, 4), um das photoleitfähige Element mittels des Laser­ strahls abzutasten, um das latente Bild auf dem photoleitfähigen Element zu erzeugen,
einer Phasenregelschleife (PLL), um den Halbleiterlaser (1) einer Pulsbreitenmo­ dulation (PWM) zu unterziehen, wobei die Phasenregelschleife (PLL) einen durch Analog­ spannung gesteuerten Oszillator (VCO) (10) aufweist,
mit einer Auswähleinrichtung (30, 31), um eines einer Anzahl Frequenzbänder des durch Analogspannung gesteuerten Oszillators (VCO) (10) zu einem bestimmten Zeitpunkt entsprechend einem Auswählsignal (S0, S1) auszuwählen, und
mit einer Einrichtung (16 bis 28) zum Korrigieren einer Ausgangsimpulsbreite des Halbleiterlasers (1) auf der Grundlage einer Menge von Halbleiter-Laserlicht, das ent­ sprechend einem Strom der Photodiode (PD) festgelegt ist.

2. Bilderzeugungseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Prozeßpotentialdetektor (24) zum Detektieren einer Prozeßspannung, die einer Bilderzeugung zugeordnet ist, wobei die Korrigiereinrichtung (16 bis 28) die Ausgangsimpulsbreite des Halbleiterlasers (1) auf der Basis der mittels des Prozeßpotentialdetektors (24) detektierten Prozeßspannung korrigiert.

3. Bilderzeugungseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Fühleinrichtung zum Fühlen eines Fehlers der Phasenregelschleife (PLL) entsprechend der Ausgangsspannung (V_ref) eines Tiefpaßfilters (12), das in der Phasenregelschleife (PLL) enthalten ist, und durch eine Anzeigeeinrichtung, um den Fehler auf einem Bedienungsabschnitt (23) an­ zuzeigen.