DE69022528T2

DE69022528T2 - Bilderzeugung mittels einer Leuchtdiodenreihe.

Info

Publication number: DE69022528T2
Application number: DE69022528T
Authority: DE
Inventors: Michael Lea
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1989-10-20
Filing date: 1990-10-19
Publication date: 1996-02-22
Anticipated expiration: 2010-10-20
Also published as: DE69022528D1; JPH03254959A; EP0424174A3; KR910008473A; GB8923709D0; AU629415B2; AU6472290A; CA2028051A1; US5051762A; EP0424174A2; EP0424174B1; JP2938956B2

Description

Die Erfindung betrifft die Erzeugung von Bildern, insbesondere van Grauskalenbildern, mittels eines Arrays lichtemittierender Dioden (LEDs) als Belichtungsquelle.
Elektronische Bildaufzeichungsvorrichtungen des Typs, der ein Belichtungsarray, das in Belichtungsbeziehung zu einem lichtempfindlichen Material angeordnet ist, und mehrere linear beabstandete lichtemittierende Dioden aufweist, sind auf dem Gebiet bekannt. Generell ist eine Einrichtung vorgesehen, um in einer quer zur Längsachse des Belichtungsarrays verlaufenden Richtung eine relative Versetzung zwischen dem Belichtungsarray und dem lichtempfindlichen Material herbeizuführen und dadurch eine Belichtung der gesamten Oberfläche des lichtempfindlichen Materials zu bewirken.
Es lassen sich zwei Typen von mittels LED-Arrays erfolgender Abbildung unterscheiden, nämlich Zwei-Pegel-Abbildung und Abbildung mit kontinuierlich verlaufenden Tonwerten (Grauskalen-Abbildung). Bei dem erstgenannten Abbildungstyp erfährt jedes Pixel der lichtempfindlichen Medien entweder eine Maximal- oder eine Null-Belichtung durch ein Element der LED-Arrays, und das Bild umfaßt Punkte maximaler optischer Dichte vor einem Hintergrund minimaler optischer Dichte. Bei einer Abbildung mit kontinuierlich verlaufenden Tonwerten ist es hingegen erforderlich, daß jedes Pixel einer Belichtung ausgesetzt wird, die stufenlos einstellbar oder über eine hinreichend große Anzahl diskreter Pegel einstellbar ist, um eine stufenlose Einstellbarkeit zu imitieren. Der letztgenannte Abbildungstyp wird in Bereichen wie z.B. Hochqualitäts-Farbreproduktion benötigt und erfordert eine Steuerung der Belichtungsparameter mit einem im Stand der Technik unerreichten Grad an Präzision, der die Lösung bisher nicht erkannter Probleme voraussetzt. Dazu zählen kurzzeitige Ein- und Ausschalt- Effekte, Pixel-Form- und Abstands-Effekte, und Quellwellenlängenabweichungs-Effekte. Mit den letztgenannten Effekten befaßt sich die vorliegende Erfindung.
Es existieren verschiedene Ausgestaltungen derartiger Bildaufzeichungsvorrichtungen zur Verwendung für den Zwei-Pegel- Druck, die vornehmlich darauf abzielen, von jedem Bild eine Belichtung mit gleicher Energie zu erhalten und "unbelichtete Linien" in dem Bild, die durch die Lücken zwischen benachbarten LEDs oder zwischen Reihen von LEDs verursacht werden, zu beseitigen. Beispiele derartiger Vorrichtungen sind beschrieben in den US-Patenten US-A-3,827,062, US-A-4,096,486, US-A-4,435,064 und US-A-4,589,745 sowie der Japanischen Patentanmeldung JP-A-60-175065.
Während die Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik darauf abzielten, die Abweichung der Intensität von LED zu LED zu steuern, ist das für den Zwei-Pegel-Druck erforderliche Ausmaß an Steueraufwand gering im Vergleich zu dem Steueraufwand, der bei Grauskalen-Abbildungen erforderlich ist, bei denen die Belichtung mit einer Präzision von 0.5 % gesteuert werden muß. Das Hauptproblem bei der Abweichung der Intensitäten zwischen separaten LEDs kann verringert werden, indem man diese Intensitäten mit einem Photosensor mißt und entsprechende Belichtungskorrekturen ausführt. Dadurch wird das Problem jedoch nicht vollständig gelöst. Es hat sich erwiesen, daß oft Wellenlängenschwankungen zwischen den Emissionen verschiedener LEDs existieren und daß derartige Wellenlängenschwankungen derart mit der spektralen Film-Empfindlichkeit zusammenwirken können, daß bei gleicher Eintrittsenergie unterschiedliche effektive Belichtungen entstehen.
Die Erfindung gibt ein Abbildungsverfahren an, bei dem beim Kalibrieren der LED-Belichtungvorrichtung die Wellenlängendifferenz zwischen LED-Emissionen und die Spektralempfindlichkeit des lichtempfindlichen Mediums berücksichtigt werden.
Dementsprechend schafft die Erfindung ein Verfahren zum Kalibrieren einer ein Array lichtemittierender Dioden aufweisenden Belichtungsvorrichtung auf ein zu belichtendes lichtempfindliches Material, wobei das Verfahren umfaßt: Ausführen separater Energiemessungen jeder lichtemittierenden Diode mittels eines Detektors durch ein gefärbtes Filter hindurch, derart, daß in dem Wellenlängenbereich der Emission der lichtemittierenden Diode die Spektralempfindlichkeit der Kombination aus Detektor und Filter derjenigen des lichtempfindlichen Materials angepaßt wird, und Benutzen der Energiemessungen zum Modulieren jedes Belichtungspegels des Arrays lichtemittierender Dioden, indem jede lichtemittierende Diode auf der Basis einer jeweiligen Energiemessung einer Belichtungskorrektur unterzogen wird.
Die Erfindung umfaßt ferner die Verwendung des Kalibrierungsverfahrens während der Belichtung des lichtempfindlichen Materials durch das Array von LEDs, insbesondere zur Grauskalen- Abbildung, und eine Belichtungsvorrichtung mit einer Kalibriereinrichtung, die den Detektor und das Filter sowie eine Steuereinrichtung aufweist, um die Belichtung als Reaktion auf die Energiemessungen zu modulieren, indem jede lichtemittierende Diode auf der Basis einer jeweiligen Energiemessung der genannten Belichtungskorrektur unterzogen wird.
Um eine gleichförmige Belichtung von einem LED-Array her zu erzeugen, muß die Energieabgabe jedes einzelnen Elementes gemessen und während der Belichtung eine entsprechende Korrektur ausgeführt werden. Die durch einen Photosensor gemessene Energie ist abhängig von dem Spektrum der Quelle und der Spektralreaktion des Detektors und besteht aus dem Integral des Produktes dieser beiden. In ähnlicher Weise hängt die von dem lichtempfindlichen Material detektierte effektive Belichtung von dem LED-Spektrum und der Spektralempfindlichkeit des lichtempfindlichen Mediums ab. Falls sämtliche LEDs in einem Array das gleiche Spektrum aufweisen, dann besteht ein konstantes Verhältnis zwischen den Detektor-Meßwerten und der von dem lichtempfindlichen Material detektierten integrierten Energie. LED-Arrays weisen jedoch typischerweise Wellenlängen- Abweichungen von wenigen nm auf, was bedeutet, daß Photodetektor-Meßwerte nicht mehr repräsentativ für die von dem Film wahrgenommene Belichtung sind.
Die Erfindung sieht vor, daß Energiemessungen durch ein gefärbtes Filter hindurch ausgeführt werden, so daß die Spektralempfindlichkeit der Kombination aus Detektor und Filter derjenigen des lichtempfindlichen Materials angepaßt wird. Der Detektor detektiert in diesem Fall exakt, was von dem lichtempfindlichen Material detektiert wird.
Messungen der LED-Energie können zur Erstkalibrierung eines Arrays in der Fabrik erfolgen, müssen jedoch auch vor Ort durchgeführt werden, um das Array während der Benutzung automatisch neuzukalibrieren. Photodetektoren mit Filtern sind vorzugsweise in die Maschine selbst eingebaut, und somit ist die Maschine nur für ein einzige bestimmtes lichtempfindliches Material kalibriert.
Theoretisch betrachtet, beträgt die von einer freiliegenden Silizium-Photoelektrode gemessene Energie
E (Detektor/kein Filter = λ D(λ) S(λ) d(λ) (1), wobei D(λ) die Spektralreaktion des Detektors, und S(λ) das Spektrum der LED ist.
Wenn ein Filter mit der Durchlässigkeit F(λ) über dem Detektor plaziert wird, wird die gemessene Energie
E (Detektor + Filter) = λ F(λ) D(λ) S(λ) dλ (2).
Die Spektralreaktion des Films wird auf die folgende Weise definiert:
M(λ) = 1/erforderliche Energie zum Erzeugen einer bestimmten optischen Dichte (3).
Diese Spektralreaktion kann aus einem Keil-Spektrum (optische Dichte gegenüber Wellenlänge) und einer D logE - Kurve für das Material abgeleitet werden.
Damit beträgt die von dem Film wahrgenommene effektive Energie
E (Film) = λ M(λ) S(λ) dλ (4),
Zum Messen dieser effektiven Energie ist die Kombination aus Filter und Detektor erforderlich, und somit ergibt sich aus den Gleichungen (2) und (4):
E (Detektor + Filter) = E (Film) (5).
Somit beträgt die erforderliche spektrale Durchlässigkeit des Filters
F(λ) = M(λ)/M(λ) (6).
Im folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit den Figuren erläutert.
Fig. 1 zeigt die über dem Wellenlängenbereich von 730 nm bis 810 nm ausgebildeten Spektra dreier LEDs auf einem Array von 400 Punkten pro Inch (dpi) des im Handel von Hitachi vertriebenen Typs Hitachi HLB440A. Diese Spektra repräsentieren die Extreme der Abweichungen auf dem Array; eine Differenz der Spitzen-Wellenlänge von ungefähr 10 nm. Ferner existieren Differenzen sowohl in der Breite als auch in der Gestalt der Spektra, so daß die Spitzen-Wellenlänge nicht ausreicht, um das Spektrum einer LED zu charakterisieren.
Zur Demonstration des Prinzips des Filtermeßverfahrens wurde ein handelsübliches Filter gewählte das die engste Anpassung an die Spektralreaktion des photographischen Films bot. Für optimale Ergebnisse ist ein kundenspezifisches Filter erforderlich.
Fig. 2 zeigt die spektrale Empfindlichkeit eines Laserabbildungsfilms, der im Handel unter dem Markenzeichen 3M SX560 von Minnesota Mining and Manufacturing Company erhältlich ist, und die spektrale Durchlässigkeit eines Filters des Typs Wratten 11. Im Vergleich mit diesen beiden Kurven ist die Reaktion einer Silizium-Photodiode ziemlich flach.
Messungen der LED-Intensität wurden sowohl mit als auch ohne über dem Detektor plaziertem Wratten-Filter durchgeführt. Fig. 3 zeigt das Verhältnis zwischen diesen beiden Messungen; die Abweichung wird vollständig durch das Filter verursacht und veranschaulicht die Auswirkungen von LED-Spektralabweichungen.
Das LED-Array von Hitachi besteht aus 32 Chips, von denen jedes 128 LEDs aufweist. Unverkennbar lassen sich grobe Abweichungen von Chip zu Chip beobachten. Dies ist zu erwarten, da das LED-Spektrum prinzipiell von den Dotierungs-Niveaus des Materials abhängt, das innerhalb eines Chips weitgehend konsistent ist, jedoch von Chip zu Chip abweicht, besonders wenn die Chips aus verschiedenen Chargen gewählt werden. Die LEDs, deren Spektra in Fig. 1 gezeigt sind, sind in Fig. 3 markiert.
Fig. 4 zeigt Mikrodensitometer-Tastwerte eines ungefähr 256 LEDs abdeckenden belichteten Films für die folgenden drei Fälle:
a) Keine Korrekturen durchgeführt,
b) Korrekturen auf der Basis von Messungen mit einer freiliegenden Silizium-Photoelektrode,
c) Korrekturen auf der Basis von Messungen mit einer Kombination aus Photodiode und Filter.
Aus Gründen der Klarheit wurden in Fig. 4 die Kurven in vertikaler Richtung voneinander getrennt.
Der in diesen Diagrammen erkennbare zentrale Block entspricht den LEDs Nr. 2432-2559, die Spitzen-Wellenlängen von ungefähr 780 nm aufweisen, während die LEDs am anderen Ende des Diagramms Spitzen-Wellenlängen von ungefähr 773 nm aufweisen.
Es ist ersichtlich, daß die Messungen mit freiliegender Photodiode eine gewisse Verbesserung bewirkt, aber keinesfalls die Abweichungen der Dichte beseitigt haben. Die Filter-Messungen jedoch bieten eine deutliche Verbesserung.
Ferner wurde festgestellt, daß die Spektra der LEDs der Hitachi-Arrays Seiten-Spitzen im Bereich von 880 nm aufweisen, die zu Abweichungen der Film-Dichte beitragen können. Andere LED- Arrays, z.B. Sanyo LPH-13216-07, weisen keine Seiten-Spitzen in ihren Emissionsspektra auf. Um das durch die Belichtung mit unterschiedlichen Wellenlängen verursachte Problem zu minimieren, werden vorzugsweise LEDs verwendet, in deren Emissionsspektra keine Seiten-Spitzen vorhanden sind.
Zusätzlich zu der zwischen einzelnen LEDs auftretenden Emissionswellenlängen-Abweichung hat sich herausgestellt, daß die Emission von LEDs mit der Temperatur variieren kann. Diese Emissions-Abweichung kann zu Abweichungen der Film-Dichte beitragen, da die Temperatur des LED-Arrays bei Betrieb generell ansteigt und es schwierig ist, eine vorbestimmte konstante Temperatur beizubehalten. Der Temperatur-Effekt kann jedoch kompensiert werden, indem die LEDs verschiedenen Lesevorgängen bei unterschiedlichen Temperaturen unterzogen werden und die Daten verwendet werden, um eine Serie von "Nachschlage"-Tabellen zu erzeugen, die die erforderliche Belichtungskorrektur für jede Temperatur liefern. Ein bevorzugtes Belichtungssystem enthält einen oder mehrere Temperatursensoren an dem LED-Array, Nachschlage-Tabellen und zugehörige Software, um automatisch jede gewünschte temperaturabhängige Korrektur der Belichtungszeit der LEDs vorzunehmen.

Claims

1. Verfahren zum Kalibrieren einer Belichtungsvorrichtung, die ein Array lichtemittierender Dioden aufweist, auf ein zu belichtendes lichtempfindliches Material, wobei das Verfahren umfaßt: Ausführen separater Energiemessungen jeder lichtemittierenden Diode mittels eines Detektors durch ein gefärbtes Filter hindurch, derart, daß in dem Wellenlängenbereich der Emission der lichtemittierenden Diode die Spektralempfindlichkeit der Kombination aus Detektor und Filter derjenigen des lichtempfindlichen Materials angepaßt wird, und Benutzen der Energiemessungen zum Modulieren jedes Belichtungspegels des Arrays lichtemittierender Dioden, indem jede lichtemittierende Diode auf der Basis einer jeweiligen Energiemessung einer Belichtungskorrektur unterzogen wird.

2. Verfahren zum Aufzeichnen eines Bildes, bei dem ein lichtempfindliches Material mit einer Belichtungsvorrichtung belichtet wird, die ein Array lichtemittierender Dioden aufweist, wobei das Verfahren umfaßt: Ausführen separater Energiemessungen jeder lichtemittierenden Diode mittels eines Detektors durch ein gefärbtes Filter hindurch, derart, daß in dem Wellenlängenbereich der Emission der lichtemittierenden Diode die Spektralempfindlichkeit der Kombination aus Detektor und Filter derjenigen des lichtempfindlichen Materials angepaßt ist, und Benutzen der Energiemessungen zum Modulieren jedes Belichtungspegels des Arrays lichtemittierender Dioden während der Belichtung, indem jede lichtemittierende Diode auf der Basis einer jeweiligen Energiemessung einer Belichtungskorrektur unterzogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem zusätzlich jeder Belichtungspegel zur Kompensation temperaturabhängiger Änderungen der Emission der lichtemittierenden Dioden moduliert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3 zum Erzeugen eines Grauskalenbildes, bei dem die einzelnen lichtemittierenden Dioden entsprechend dem im Endbild erforderlichen Grauwert bei unterschiedlichen Belichtungspegeln emittieren.

5. Belichtungsvorrichtung mit einem Array lichtemittierender Dioden und einer Kalibriereinrichtung, um separate Energiemessungen jeder lichtemittierenden Diode mittels eines Detektors durch ein gefärbtes Filter hindurch auszuführen, derart, daß in dem Wellenlängenbereich der Emission der lichtemittierenden Dioden die Spektralempfindlichkeit der Kombination aus Detektor und Filter derjenigen des zu belichtenden lichtempfindlichen Materials angepaßt ist, und mit einer Steuereinrichtung zum Modulieren jedes Belichtungspegels des Arrays lichtemittierender Dioden auf die Energiemessungen hin, indem jede lichtemittierende Diode auf der Basis einer jeweiligen Energiemessung einer Belichtungskorrektur unterzogen wird.