DE69220742T2

DE69220742T2 - Pulsierter Bild-, Pulsbreitenmodulations-Rasterabtaster für Dreifachniveaubelichtung

Info

Publication number: DE69220742T2
Application number: DE69220742T
Authority: DE
Inventors: Martin E Banton; Michael S Cianciosi; Susan E Feth; Kevin J Garcia; Girmay K Girmay; William L Lama; Robert P Loce; Melvin E Swanberg; Peter K Wu
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1991-09-09
Filing date: 1992-08-12
Publication date: 1998-01-15
Anticipated expiration: 2012-08-13
Also published as: MX9204582A; BR9203360A; JPH05219313A; EP0533346B1; US5223857A; CA2077377A1; EP0533346A1; CA2077377C; DE69220742D1; JP3139645B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf ein gepulstes Bild-Impulsbreitenmodulations- Rasterabtasterausgabesystem (ROS) ohne Facettenführung für die Erzeugung von Dreifachniveaubelichtungen an einem Aufzeichnungsmedium.
Bei der Anwendung einer herkömmlichen Zweifachniveau-Xerographie, besteht die allgemeine Vorgehensweise darin, elektrostatische Latenzbilder auf einer ladungsspeichernden Oberfläche, wie etwa einem photoleitenden Element, durch anfängliches, gleichmäßiges Aufladen der ladungsspeichernden Oberfläche auszubilden. Die elektrostatische Ladung wird wahlweise in Übereinstimmung mit einem Muster zur Aktivierung einer Strahlung entsprechend der Originalbilder abgebaut. Das wahlweise Abbauen der Ladung hinterläßt ein Zweifachniveau- Latenzladungsmuster auf der Abbildungsoberfläche, wo die hoch geladenen Bereiche mit den Bereichen übereinstimmen, die nicht durch Strahlung belichtet werden. Ein Niveau dieses Ladungsmusters wird durch Entwicklung mit einem Toner sichtbar gemacht. Der Toner ist im allgemeinen ein farbiges Pulver, das am geladenen Muster aufgrund elektrostatischer Anziehung haften bleibt. Das entwickelte Bild wird dann auf der Abbildungsoberfläche fixiert oder auf ein Trägersubstrat übertragen, wie etwa ein ebenes Papier, auf dem es mit geeigneter Schmelztechnik fixiert wird.
Bei einer Dreifachniveau-Starklicht-Farbabbildung werden im Gegensatz zur herkömlichen Xerographie bei der Belichtung drei Ladungsniveaus auf einer ladungsspeichernden Oberfläche erzeugt. Die hoch geladenen (d.h. nicht belichteten) Bereiche werden mit einem Toner entwickelt, und der Bereich, der vollständiger entladen wird, wird ebenfalls entwickelt, jedoch mit einem Toner anderer Farbe. Somit enthält die ladungsspeichernde Oberfläche drei Belichtungsniveaus; eine Nullbelichtung, eine Zwischenbelichtung und eine Vollbelichtung, die den drei Ladungsniveaus entsprechen. Diese drei Niveaus können zum Drucken beispielsweise von Schwarz, Weiß oder einer einzelnen Farbe belichtet werden.
Fig. 1 ist eine schematische Zeichnung eines Dreifachniveau- Drucksystems nach dem Stand der Technik. Wie gezeigt, findet bei diesem System ein ladungsspeicherndes Element in Gestalt eines photoleitenden Bandes 10 Anwendung, das aus einer photoleitenden Oberfläche auf einem elektrisch leitfähigen, lichtdurchlässigen Substrat besteht, das für die Bewegung durch eine Ladungsstation A, eine Belichtungsstation B, eine Entwicklungsstation C, eine Übertragungsstation D und eine Reinigungsstation F angeordnet ist. Das Band 10 bewegt sich in der Richtung eines Pfeiles 16, damit aufeinanderfolgende Abschnitte desselben nacheinander durch verschiedene Verarbeitungsstationen laufen, die entlang des Bewegungsweges desselben angeordnet sind. Das Band 10 wird um mehrere Walzen 18, 20 und 22 geführt, von denen die erste als Antriebsrolle verwendet werden kann, und von denen die letzte dazu benutzt werden kann, eine geeignete Spannung des Photorezeptorbandes 10 zu erzeugen. Ein Motor 23 dreht die Rolle 18, um das Band 10 in die Richtung des Pfeiles 16 zu transportieren. Die Rolle 18 ist mit dem Motor 23 über eine geeignete Einrichtung, wie etwa einen Riemenantrieb verbunden.
Wie es weiterhin unter Bezugnahme auf Fig. 2 erkennbar ist, durchlaufen zu Beginn aufeinanderfolgende Abschnitte des Bandes 10 die Ladungsstation A, wo eine Korona-Entladungsvorrichtung, wie etwa ein Skorotron, ein Korotron oder ein Dikorotron allgemein durch Bezugszeichen 24 gekennzeichnet, das Band 10 auf ein wahlweise hohes, gleichmäßig positives oder negatives Potential V&sub0; auflädt. Jede geeignete Steuerschaltung, wie sie nach dem Stand der Technik bekannt ist, kann für die Steuerung der Koronaentladungsvorrichtung 24 verwendet werden.
Als nächstes werden die geladenen Abschnitte der Photorezeptoroberfläche durch die Belichtungsstation B transportiert. Bei der Belichtungsstation B wird die gleichmäßig geladene Oberfläche des Bandes 10 mit einer Drefachniveau-Rasterabtastereinheit (ROS) 25 belichtet, die bewirkt, daß die ladungsspeichernde Oberfläche in Übereinstimmung mit der Ausgabe aus der Abtastvorrichtung entladen wird. Diese Abtastung führt zu drei unterschiedlichen Entladungsbereichen auf dem Photorezeptor, wobei jeder Bereich auf eines von drei möglichen Niveaus belichtet wird: (1) Nullbelichtung, die zu einer Spannung gleich Vddp führt und unter Verwendung einer Geladenen-Bereich-Entwicklung (CAD) entwickelt wird; (2) Vollbelichtung, die zu einem Spannungspegel CC führt und unter Verwendung einer Entladenen-Bereich-Entwicklung (DAD) entwickelt wird; und (3) Zwischenbelichtung, die zu einem Zwischenspannungspegel Vw führt, nicht entwickelt wird und zu einem weißen Bereich beim Ausdruck führt. Diese Spannungspegel sind schematisch in Fig. 2 dargestellt. Einige typische Spannungspegel stellen sich wie folgt dar.
Der Photorezeptor, der zu Beginn auf eine Spannung V&sub0; aufgeladen wird, fällt bei Verdunkelung auf einen Spannungspegel Vddp (VCAD), gleich -900 Volt, ab. Wenn er an der Belichtungsstation B belichtet wird, wird der Photorezeptor auf VC (VDAD), etwa gleich -100 Volt in den Starklicht- (d.h. eine andere Farbe als Schwarz) Farbbereichen des Bildes, entladen. Der Photorezeptor wird ebenfalls bildweise auf VW (VWeiß), gleich - 500 Volt, in den Hintergund- (d.h. Weiß-) Bildbereichen und im Bereich zwischen den Vorlagen entladen. Somit gibt es eine Bildbelichtung auf drei Niveaus; Nullbelichtung (d.h. Schwarz), Zwischenbelichtung (Weiß) und Vollbelichtung (d.h. Farbe). Nachdem er die Belichtungsstation durchlaufen hat, enthält der Photorezeptor hoch geladene Bereiche und vollständig entladene Bereiche, die CAD- und DAD-Farblatenzbildern entsprechen, und er enthält ebenfalls einen Bereich, der auf ein Zwischenniveau geladen ist und nicht entwickelt ist.
An der Entwicklungsstation C bringt ein Entwicklersystem, das allgemein mit Bezugszeichen 30 gekennzeichnet ist, Entwicklermaterialien mit den CAD und DAD elektrostatischen Latenzbildern in Kontakt. Das Entwicklersystem 30 enthält ein erstes und ein zweites Entwicklergehäuse 32 und 34. Das Entwicklergehäuse 32 enthält ein Paar magnetische Bürstenwalzen 35 und 36. Die Walzen bringen das Entwicklermaterial 40 mit dem Photorezeptor in Berührung, um die geladenen Bereiche (VCAD) zu entwickeln. Das Entwicklermaterial enthält beispielsweise einen positiv geladenen, schwarzen Toner. Eine elektrische Vorspannung wird durch eine Spannungsquelle 41 bewirkt, die mit dem Entwicklergerät 32 elektrisch verbunden ist. Eine geeignete Gleichstromvorspannung Vbb von etwa 600 Volt wird an die Walzen 35 und 36 mittels der Spannungsquelle 41 angelegt.
Das Entwicklergehäuse 34 enthält ein Paar magnetische Walzen 37 und 38. Die Walzen bringen das Entwicklermaterial 42 mit dem Photorezeptor in Kontakt, um die entladenen Bereiche (VDAD) zu entwickeln. Das Entwicklermaterial 42 enthält beispielsweise einen negativ geladenen, roten Toner. Eine geeignete elektrische Vorspannung wird mit einer Spannungsquelle 43 erreicht, die mit dem Entwicklergerät 34 elektrisch verbunden ist. Eine geeignete Gleichstromvorspannung Vcb von etwa -400 Volt wird mit der Vorspannungsquelle 43 an die Walzen 37 und 38 angelegt.
Da das auf dem Photorezeptor entwickelte Kompositbild sowohl aus positivem wie negativem Toner besteht, ist ein positives Vor-Übertragungs-Korona-Entladungselement (nicht gezeigt) vorgesehen, um den Toner für eine wirkungsvolle Übertragung auf das Substrat auf zubereiten, wobei eine positive Korona- Entladung angewendet wird. Das Vor-Übertragungs-Korona-Entladungselement ist vorzugsweise eine Wechselstrom-Koronavorrichtung, die mit einer Gleichspannung vorgespannt wird, um in einer feldempfindlichen Betriebsart zu arbeiten, um eine Dreifachniveau-Xerographie-Vor-Übertragungsladung derart durchzuführen, daß wahlweise mehr Ladung (oder zumindest eine vergleichbare Ladung) dem Bereich des Komposit-Dreifachniveau-Bildes zugeführt wird, dessen Polarität umzukehren ist. Diese Ladungsunterscheidung wird durch Entladen des Photorezeptors mit Licht verstärkt, der vor der Vor-Übertragungs- Aufladung das komposit-entwickelte Latenzbild trägt: dadurch wird die Tendenz vermindert, daß Abschnitte des Bildes überladen werden, die bereits die richtige Polarität besitzen.
Wendet man sich wieder Fig. 1 zu, so wird ein Blatt Trägermaterial 58 an der Übertragungsstation D in Kontakt mit dem Tonerbild gebracht. Das Blatt Trägermaterial wird mit einem herkömmlichen Blattzuführgerät, nicht gezeigt, zur Übertragungsstation gebracht. Vorzugsweise enthält das Blattzuführgerät eine Zuführwalze, die das oberste Blatt eines Stapels von Kopierblättern berührt. Die Zuführwalze dreht sich, um das oberste Blatt vom Stapel in einen Schacht zu bringen, der das sich fortbewegende Blatt Trägermaterial in Kontakt mit der Oberfläche des Bandes 10 in einer zeitgesteuerten Sequenz bringt, so daß das entwickelte Tonerpulverbild das sich fortbewegende Blatt Trägermaterial in der Übertragungsstation D berührt.
Die Übertragungsstation D enthält eine Korona-Erzeugungsvorrichtung 60, die Ionen mit geeigneter Polarität auf die Rückseite des Blattes 58 sprüht. Dadurch werden die geladenen Tonerpulverbilder vom Band 10 zum Blatt 58 gezogen. Nach der Übertragung bewegt sich das Blatt in der Richtung des Pfeiles 62 auf eine Fördereinrichtung (nicht gezeigt) weiter, die das Blatt zur Schmelzstation E bringt.
Die Schmelzstation E enthält eine Schmelzvorrichtung, allgemein mit Bezugszeichen 64 gekennzeichnet, die das übertragene Pulverbild auf dem Blatt 58 dauerhaft fixiert. Vorzugsweise enthält die Schmelzvorrichtung 64 eine beheizte Schmelzwalze 66 und eine Andruckwalze 68. Das Blatt läuft zwischen der Schmelzrolle 66 und der Andruckwalze 68 hindurch, wobei das Tonerpulverbild die Schmelzwalze 66 berührt. Auf diese Weise wird das Tonerpulverbild dauerhaft auf dem Blatt 58 fixiert. Nach dem Schmelzen führt ein Schacht, nicht gezeigt, das sich fortbewegende Blatt 58 zu einem Auffangbehälter (ebenfalls nicht gezeigt), um darauf von einer Bedienperson aus dem Drucker entnommen zu werden.
Nachdem das Blatt eines Trägermaterials von der photoleitfähigen Oberfläche des Bandes 10 getrennt wurde, werden die verbliebenen Tonerpartikel, die von den Nicht-Bildbereichen auf der photoleitfähigen Oberfläche getragen werden, von derselben entfernt. Diese Partikel werden an der Reinigungsstation F entfernt. Ein Magnetbürsten-Reinigungsgehäuse ist an der Reinigungsstation F angeordnet. Das Reinigungsgerät enthält einen herkömmlichen Magnetbürsten-Walzenaufbau, um zu bewirken, daß Trägerpartikel im Reinigungsgehäuse eine bürstenähnliche Ausrichtung relativ zum Walzenaufbau und zur ladungsspeichernden Oberfläche bilden.
Nach der Reinigung flutet eine Entladungslampe (nicht gezeigt) die photoleitfähige Oberfläche mit Licht, um eine verbliebene elektrostatische Ladung abzubauen, bevor diese für einen anschließenden Abbildungszyklus aufgeladen wird. Die Stabilisierung des Weiß- oder Hintergrundentladungs-Spannungspegels wird erreicht, indem der Weißentladungspegel des Photorezeptors im Bereich zwischen den Vorlagen des Photorezeptors mit Hilfe eines elektrostatischen Spannungsmeßgerätes (ESV) 70 überwacht wird. Die Information, die man auf diesem Wege erhält, wird von einer Steuerlogik 72 dazu verwendet, die Ausgabe aus der ROS-Einheit 25 zu steuern, um den Weißentladungspegel auf einem vorbestimmten Pegel zu halten.
Es sind unterschiedliche Abtasttechniken nach dem Stand der Technik bekannt, um eine Dreifachniveau-Belichtungsabbildung zu erhalten. Ein herkömmlicher Lichtpunktscanner, wie er im Canon 9030 verwendet wird, benutzt eine ROS-Einheit, um ein belichtetes Bild auf einer photorezeptiven Oberfläche Pixel für Pixel zu "schreiben". Um eine höhere Auflösung zu erreichen, kann ein Impulsabbildungsscanner verwendet werden. Auf den Impulsabbildungsscanner wird sich auch mit Scophony-Scanner in einem Artikel in Optical Enineering, Vol 24, No. 1, Jan/Feb 1985, Scophony Spatial Light Modulator, von Richard Johnson et al. bezogen. Eine bevorzugte Technik, die sich für ein höheres Auflösungsvermögen eignet, besteht darin, ähnliche optische Elemente wie den Lichtpunktscanner (Rotationspolygon, Laserlichtquelle, Optiken vor und hinter dem Polygon) zu verwenden, jedoch mit einem A/O-Modulator, der viele Pixel zu einem gegebenen Zeitpunkt beleuchtet, was zu einem Scanner mit einer kohärenten Abbildungsempfindlichkeit führt. Mit diesem Abtastsystem können das Belichtungsniveau oder die Niveaus an der Bildoberfläche durch Steuerung des Steuerpegels des A/O-Modulators abhängig von den Videodaten gesteuert werden. Bei einem Dreifachniveausystem werden zwei Steuerpegel verwendet, einer für die Weißbelichtung und ein zweiter, höherer Steuerpegel für die DAD-Belichtung.
US-A-4,884,083 beschreibt ein Drucksystem, bei dem eine Rasterabtastvorrichtung verwendet wird, die eine Kompensation der Auswirkungen ermöglicht, die durch die Bewegung des Mediums bedingt sind, auf dem ein Bild gedruckt wird. Ein Amplitudenübertragungs-Raumfilter ist entweder in einem Ausgangslinse der "Langsamabtast"-Optiken des Systems oder in der ersten Fourier-Transformationsebene einer Linse angeordnet, die sich zwischen der Abtastvorrichtung und dem Aufzeichnungsmedium befindet. Es sind mehrere bevorzugte Übertragungsfunktionen vorgesehen.
Die vorliegende Erfindung gibt ein gepulstes Bild- Impulsbreitenmodulations-Rasterabtastersystem ohne Facettenführung für die Erzeugung von Belichtungen auf einem Aufzeichnungsmedium an, enthaltend: Einrichtungen für die Erzeugung eines parallelgerichteten Strahls mit hochintensiver Strahlung, einen akusto-optischen Modulator für die Modulation des Strahles in Abhängigkeit von elektrischen Signalen, einen Polygonscanner mit mehreren Facetten, um den Strahl in Zeilen über das Aufzeichnungsmedium zu führen, um die Belichtungen herzustellen, und optische Einrichtungen, um eine Fourier- Transformation des modulierten Strahles durchzuführen und für das Raumbandpassfiltern, um die Übertragung der vorbestimmten Frequenzen des transformierten Strahles zu begrenzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Belichtungen Dreifachniveaubelichtungen sind, die elektrischen Signale Pulsbreitenmodulationssignale mit wenigstens einer ersten und einer zweiten Breite sind, wobei die optischen Einrichtungen dadurch einen Strahl mit einer ersten wirksamen Intensität und einer zweiten wirksamen Intensität ausgeben, die zwei entsprechenden Niveaus der Dreifachniveaubelichtungen entsprechen.
Anstatt ein Zwischenbelichtungsniveau durch Steuern der akustischen Amplitude zu erreichen, wird eine Zwischenbelichtung durch Verwendung einer Impulsbreitenmodulation in einem gepulsten Abbildungssystem in Verbindung mit einer Raumfilterung ermöglicht. Die Verwendung eines gepulsten Abbildungsscanners mit einer Impulsbreitenmodulation kann jedoch zu Problemen bei der Bildqualität führen. Der intuitive oder herkömmliche Versuch einer Impulsbreitenmodulation, bei der die Impulse auf die Pixel zentriert werden, führt zur Farbtexten und -graphiken bei Ausdrucken, die ein "dickes" oder fettes Erscheinungsbild haben, besonders dann, wenn sie mit schwarzen Bildern verglichen werden, die auf demselben Drukker erzeugt werden. Zudem sind die Farblinien asymmetrisch. Farblinien, die in der Ablaufs-(Langsamabtast-)richtung verlaufen, sind deutlich breiter, als Linien, die quer zum Ablauf, in der Schnellabtastrichtung verlaufen. Das Problem des Anwachsens der Farblinien kann durch Verschieben der weißen Videoimpulse aus der Mitte zum Anfang der Weißpixel-Zeitperiode gelöst werden. Alternativ dazu kann jeder Weißpixelimpuls in zwei gleiche Sektionen geteilt werden, wobei jede Sektion zum Außenrand der Weißpixel-Zeitperiode verschoben wird. Alternativ dazu kann die Rotpixel- oder Weißpixelvideoimpulsbreite reduziert werden, um die effektive Breite des roten bzw. weißen Impulses zu verringern. Eine andere Alternative besteht darin, den vorderen Rand eines vorderen Rotpixelimpulses und den hinteren Rand eines hinteren Rotpixelimpulses in der Rotzeile im Videosignal wegzutrimmen. Es sind verschiedene Lösungen für das Linienanwachsen in EP-A-532,180 im Zusammenhang mit einem facettengeführten ROS beschrieben. Diese Lösungen für das Linienanwachsen sind ebenfalls bei ROS ohne Facettenführung gemäß der vorliegenden Erfindung anwendbar.
Die vorliegende Erfindung gibt zudem einen Impulsbreitenmodulations-Rasterscanner ohne Facettenführung mit einem Raumfilter für die Erzeugung einer Dreifachniveaubelichtung auf einem Aufzeichnungsmedium an, enthaltend:
eine Lichtquelle für die Erzeugung eines parallelgerichteten, kohärenten Lichtstrahls,
einen akusto-optischen Modulator für die Modulation des kohärenten Lichtstrahls in Abhängigkeit von impulsbreitenmodulierten Signalen,
eine akusto-optische Modulator-Steuerschaltung, um die impulsbreitenmodulierten Signale dem akusto-optischen Modulator zuzuführen,
ein anamorphotisches Linsensystem zum Parallelrichten und für die Anwendung einer Fourier-Transformation auf den modulierten Strahl,
eine Raumfiltereinrichtung für die Begrenzung vorbestimmter Frequenzen des Fourier-transformierten Strahls, und
einen rotierenden Polygonspiegel mit mehreren Facetten, um den gefilterten Strahl in einem Abtastwinkel über eine Zeile auf dem Aufzeichnungsmedium zu führen.
In einer anderen Ausführung gibt die Erfindung einen gepulsten Bild-Impulsbreitenmodulations-Rasterabtaster ohne Facettenführung mit einem Raumfilter für die Erzeugung von Dreifachniveaubelichtungen auf einem Auf zeichnungsmedium an, enthaltend:
eine Lichtquelle für die Erzeugung eines parallelgerichteten, kohärenten Lichtstrahls,
ein strahlausdehnendes Linsensystem für die Fokussierung des parallelgerichteten Strahls,
einen akusto-optischen Modulator für die Modulation des fokussierten Strahls in Abhängigkeit von impulsbreitenmodulierten Signalen,
eine akusto-optische Modulator-Steuerschaltung, um die impulsbreitenmodulierten Signale dem akusto-optischen Modulator zuzuführen,
ein anamorphotisches Linsensystem zum Parallelrichten und für die Anwendung einer Fourier-Transformation auf den modulierten Strahl,
eine Raumfiltereinrichtung für die Begrenzung vorbestimmter Frequenzen des Fourier-transformierten Strahls, und
einen rotierenden Polygonspiegel mit mehreren Facetten, um den gefilterten Strahl über einen Abtastwinkel abzulenken, und
ein f-Theta-Linsensystem und ein Taumelkorrektur-Linsensystem, um den Abtaststrahl über eine Zeile auf dem Aufzeichnungsmedium zu fokussieren. Das anamorphotische Linsensystem kann eine Fourier-Transformation des modulierten Strahls in der Schnellabtastebene durchführen.
In einer weiteren, anderen Ausführung gibt die Erfindung einen gepulsten Bild-Impulsbreitenmodulations-Rasterabtaster ohne Facettenführung mit einem Raumfilter für die Erzeugung von Dreifachniveaubelichtungen auf einem Aufzeichnungsmedium an, enthaltend:
eine Lichtquelle für die Erzeugung eines parallelgerichteten, kohärenten Lichtstrahls,
einen akusto-optischen Modulator zum Modulieren des kohärenten Lichtstrahls in Abhängigkeit von impulsbreitenmodulierten Signalen,
eine akusto-optische Modulator-Steuerschaltung, um die impulsbreitenmodulierten Signale dem akusto-optischen Modulator zuzuführen,
ein anamorphotisches Linsensystem zum Parallelrichten und für die Anwendung einer Fourier-Transformation auf den modulierten Strahl,
einen rotierenden Polygonspiegel mit mehreren Facetten, um den Fourier-transformierten Strahl über einen Abtastwinkel über eine Zeile auf dem Aufzeichnungsmedium abzulenken, und
eine Raumfiltereinrichtung für die Begrenzung vorbestimmter Frequenzen des Abtaststrahls.
Insbesondere gibt die Erfindung einen gepulsten Bild-, Impulsbreitenmodulations-Rasterabtaster ohne Facettenführung mit einem Raumfilter für die Erzeugung von Dreifachniveaubelichtungen auf einem Aufzeichnungsmedium an, enthaltend:
eine Laserquelle für die Erzeugung eines parallelgerichteten, kohärenten Lichtstrahls,
ein strahlausdehnendes Linsensystem, das aus einer zylindrischen Linse und einer sphärischen Linse besteht, um den parallelgerichteten Strahl zu fokussieren,
einen akusto-optischen Modulator zum Modulieren des fokussierten Strahls in Abhängigkeit von den impulsbreitenmodulierten Signalen,
eine akusto-optische Modulator-Steuerschaltung, um die impulsbreitenmodulierten Signale dem akusto-optischen Modulator zuzuführen,
ein anamorphotisches Linsensystem, das aus einer sphärischen Linse, einer zylindrischen Linse und einer sphärischen Linse besteht, zum Parallelrichten und um den modulierten Strahl in der Schnellabtastebene einer Fourier-Transformation zu unterziehen,
ein Raumschlitzfilter, um vorbestimmte Frequenzen des Fourier-transformierten Strahls zu begrenzen,
einen rotierenden Polygonspiegel mit mehreren Facetten, um den gefilterten Strahl über einen Abtastwinkel abzulenken, ein f-Theta-Linsensystem, das aus zwei zylindrischen Linsen besteht, um den Abtaststrahl über eine Zeile auf dem Aufzeichnungsmedium zu fokussieren, und
ein Taumelkorrektur-Linsensystem, das aus einer zylindrischen Linse und einem zylindrischen Spiegel besteht, um den Abtaststrahl in der Langsamabtastebene über eine Zeile auf dem Aufzeichnungsmedium zu fokussieren.
Nur beispielhaft wird eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, In diesen ist:
Fig. 1 (bereits beschrieben) eine schematische Ansicht eines Dreifachniveau-Abbildungssystems nach dem Stand der Technik,
zeigen Fig. 2a und 2b (bereits beschrieben) drei Spannungsentladungspegel, die man durch das Belichtungssystem aus Fig. 1 erhält,
ist Fig. 3 eine schematische Ansicht eines gepulsten Bild- Impulsbreitenmodulations-Rasterabtasters für Dreifachniveaubelichtung,
Fig. 4A eine schematische Ansicht der Videoimpulssequenz für ein Bit EIN/ein Bit AUS für einen Vollbreitenimpuls,
Fig. 4B eine schematische Ansicht der Videoimpulssequenz für ein Bit EIN/ein Bit AUS für einen Teilbreitenimpuls,
Fig. 5A eine schematische Ansicht des Intensitätsprofils der Fourier-Transformation des Vollbreitenimpulses aus Fig. 4A,
Fig 5B eine schematische Ansicht des Intensitätsprofils der Fourier-Transformation des Teilbreitenimpulses aus Fig. 4B,
Fig. 6A eine schematische Ansicht des Intensitätsprofils des Vollbreitenimpulses aus Fig. 5A, nach dem Filtern durch einen Raumfilter,
Fig. 6B eine schematische Ansicht des Intensitätsprofils des Teilbreitenimpulses aus Fig. 5B, nach dem Filtern durch einen Raumfilter.
Es wird nun Bezug genommen auf Fig. 3, wobei hier ein gepulster Abbildungs-Rasterscanner 80 mit Impulsbreitenmodulation für eine Dreifachniveaubelichtung ohne Facettenführung für ein Starklicht-Farbabbildungssystem beschrieben ist. Bei dem Rasterscanner 80 kommt die Architektur eines Scophany-Scanners zur Anwendung.
Eine Lichtquelle 82 erzeugt den Originallichtstrahl 84 für den Scanner 80. Die Lichtquelle 82 ist vorzugsweise ein Laser, wie etwa ein Helium-Cadmium-Laser oder ein Helium- Neon-Laser, der einen parallelgerichteten Strahl monochromatischen Lichts 84 erzeugt. Der monochromatische Lichtstrahl wird mit einem Linsensystem 86 einer zylindrischen Linse 88 und einer sphärischen Linse 90 auf den Modulator 92 fokussiert.
Der Modulator 92 ist eine akusto-optische Bragg-Zelle oder, wie er im allgemeinen genannt wird, ein akusto-optischer Modulator. Der akusto-optische Modulator 92 wird dazu verwendet, den Lichtstrahl 84 in Übereinstimmung mit der Information zu modulieren, die im elektrischen Videosignal enthalten ist, das dem Modulator 92 durch die Steuerschaltung 94 zugeführt wird.
Der Strahl 84 wird durch die einzelnen Bits der Impulssequenzen des Videosignals aus der Modulator-Steuerschaltung 94 moduliert. Die Steuerschaltung 94 konvertiert einen Bildbitmap-Videodatenstrom in einen anlogen Videodatenstrom, der aus mehreren Pixelperioden besteht.
Die einfachste und schnellste Videoimpulssequenz für den Videodatenstrom ist ein Bit EIN/ein Bit AUS, wie es in Fig. 4A gezeigt ist. Der Impuls 96 nimmt die Vollbreite 98 der Impulssequenz auf, um eine Vollimpulsbreite zu bilden. Ein Impuls 100 in Fig. 4B (immer noch im ein Bit EIN/ein Bit AUS- Muster), der nicht die Vollbreite 98 der Impulssequenz ausfüllt, ist eine Teilimpulsbreite oder eine modulierte Impulsbreite. Der Teilimpuls kann jeden Prozentsatz der Vollbreite 98 der Impulssequenz von 0% bis 100% betragen, obwohl 15% bis 70% vorzuziehen sind, wobei 50% in Fig. 4B dargestellt sind.
Wenn die Impulsbreitenmodulation angewendet wird, um das Belichtungsniveau einer Folge von "EIN"-Pixeln zu reduzieren, ist die durchschnittliche Lichtstärke, die durch den Modulator läuft, proportional zum Tastverhältnis des Impulsstromes. Da jedoch die Seitenbandenergie im wesentlichen blockiert wird (siehe unten), wird die durchschnittliche Lichtstärke weiter reduziert, wobei die tatsächliche Verringerung von dem höheren harmonischen Inhalt abhängt, der an die akustische Welle weitergegeben wird. In der Praxis kann erwartet werden, daß die Impulsbreitenmodulation bei einem 50%-Tastverhältnis zu einem Belichtungsniveau von etwa 25% führt.
Die Videobit-Impulssequenz wird der Reihe nach im Modulator 92 in einzelne akustische Impulse übersetzt, der wiederum den Lichtstrahl 84 moduliert.
Der parallelgerichtete Lichtstrahl 84 wird mit dem Modulator 92 moduliert. Wenn dem Modulator 92 mit der Steuerschaltung 94 kein Videosignal zugeführt wird, wird nur ein ungebrochener Ausgabestrahl 102 der Nullordnung erzeugt. Der ungebrochene Strahl 102 wird von einer Strahl-Stopeinrichtung 104 absorbiert, um eine gleichmäßige Nullbelichtung entlang der Abtastzeile des Aufzeichnungsmediums zu drucken.
Normalerweise erzeugt die Zufuhr eines Videosignals zum Modulator 92 mit Hilfe der Steuerschaltung 94 zwei signifikante Ausgabestrahlen: einen modulierten Strahl 106 erster Ordnung und den ungebrochenen, nichtmodulierten Strahl 102 der Nullordnung, der von der Strahl-Stopeinrichtung 104 absorbiert wird. Der modulierte Strahl 106 hat ein räumliches Profil, das durch den Videobit-Signalimpuls definiert wird, und eine räumliche Intensität, die eine Funktion der Amplitude des Videosignals ist, das dem Modulator zugeführt wird. Die Videosignale, deren Impulsbreite verringert wurde und die impulsbreitenmoduliert wurden, werden zu räumlich dichten, optischen Impulsen.
Der modulierte Strahl 106 aus dem Modulator 92 wird mit einem anamorphotischen Linsensystem 108 parallelgerichtet. Das anamorphotische Linsensystem 108 besteht aus einer sphärischen Linse 110, einer zylindrischen Linse 112 und einer sphärischen Linse 114. Das anamorphotische Linsensystem 108 führt ebenfalls eine Fourier-Transformation des Schnellabtastebenen-Abschnitts des modulierten Strahles 106 durch, um einen Fourier-transformierten, modulierten Strahl 106 zu bilden.
Der Vollimpulsbreitenstrahl aus Fig. 4A erzeugt nach der Parallelrichtung und der Fourier-Transformation durch das anamorphotische Linsensystem ein Intensitätsprofil 118 in der Fourier-Ebene, wie es in Fig. 5A gezeigt ist. Das Intensitätsprofil 118 hat eine einzelne Mittelkeule 120 und zwei Seitenkeulen 122.
Der Zwischenraum 124 zwischen der Seitenkeule 122 und der Mittelkeule 120 wird durch die Gleichung (f&sub0; W EFL) beschrieben, wobei f&sub0; die Raumfrequenz des Videomusters, W die Wellenlänge des Lichtes und EFL die effektive Brennweite des anamorphotischen Linsensystems 108 ist.
Der Teilimpulsbreitenstrahl oder der impulsmodulierte Strahl aus Fig. 4B erzeugt nach der Parallelrichtung und der Fourier-Transformation durch das anamorphotische Linsensystem ein Intensitätsprofil 126 in Fig. 5B, das dem Intensitätsprofil 118 in Fig. 5A gleicht. Der Teilimpuls 100 aus Fig. 4B hat nur eine Teilbreite des Vollimpulses 96 von Fig. 4A.
Das Intensitätsprofil 126 in Fig. 5B hat ebenfalls eine einzelne Mittelkeule 128 und zwei Seitenkeulen 130. Der Zwischenraum 132 in Fig. 5B zwischen der Seitenkeule 130 und der Mittelkeule 138 ist jedoch mit Anwendung der Gleichung (f&sub0; W EFL) doppelt so groß, wie der Zwischenraum 124 in Fig. 5A. Die Raumfrequenz des Teilimpulses 100 ist doppelt so groß wie der Vollimpuls 96 im ein Bit EIN/ein Bit AUS-Muster. Wie es bereits festgestellt wurde beträgt der Teilimpuls 100 50% des Vollimpulses, so daß die Frequenz des ein Bit EIN/ein Bit AUS-Musters doppelt so groß ist.
Der Fourier-transformierte, modulierte Strahl 116 wird dann mit einem Raumfrequenz-Bandpaßfilter 136 gefiltert. Das Raumfilter 136, der ein einfaches Schlitzfilter sein kann, blokkiert die weiter entfernte Seitenkeule 130 des Intensitätsprofils 126 des teilimpulsbreitenmodulierten Strahls, wie es in Fig. 6B gezeigt wird, während zugelassen wird, daß die beiden dichter beieinander liegenden Seitenkeulen 122 des Vollimpulsbreitenstrahls das Filter 136 durchlaufen, wie es in Fig. 6A gezeigt wird.
Die begrenzte Größe der Schlitze wirkt als Fourierebenen- Raumfrequenz-Bandpaßfilter, das die obere Frequenz begrenzt, die auf den Photorezeptor reflektiert wird. Aus Fig. 6A wird deutlich, daß die Frequenz, die einem 1-EIN/1-AUS-Muster zugeordnet ist, das optische System durchläuft, wodurch ein Drucken dieser Frequenz zugelassen wird. Fig. 6B zeigt das Brechungsmuster für das Drucken einer gleichmäßigen Zwischenbelichtung. Das impulsbreitenmodulierte Videomuster wird für jedes Pixel ein- und abgeschaltet, wobei die EIN-Zeit dem gewünschten Belichtungsniveau entspricht. Die Frequenz dieses Musters ist doppelt so groß wie die des 1-EIN/1-AUS-Musters, und somit werden die zugehörigen Brechungskeulen durch das Raumfilter blockiert. Dieses Raumfrequenzfiltern des optischen Signals führt zu einer gleichmäßigen Zwischenbelichtungsausgabe.
Somit hat das Intensitätsprofil 118 des Vollimpulsbreitenstrahls volle Intensität von der Mittelkeule und den beiden Seitenlappen zum Drucken einer gleichmäßigen Vollbelichtung entlang der Abtastzeile des Aufzeichnungsmediums. Das raumgefilterte Intensitätsprofil 126 des teilimpulsbreitenmodulierten Strahls enthält nur die Mittelkeule zum Drucken desselben Musters mit einer geringeren Teilintensität (ein Bit EIN/ein Bit AUS in diesem Beispiel) wie beim Vollbreitenimpulsstrahl. Das raumgefilterte Intensitätsprofil 126 des teilimpulsbreitenmodulierten Strahls druckt eine gleichmäßige Zwischenbelichtung entlang der Abtastzeile des Aufzeichnungsmediums. Das Zwischenbelichtungsniveau erhält man aus den impulsbreiteverdichteten Videosignalen, die zu räumlich dichteren, optischen Impulsen werden, die den Modulator anregen, und die mit dem Raumfilter gefiltert werden, um eine geringe, gleichmäßige Belichtung am Aufzeichnungsmedium zu erreichen.
Das Raumfilter 136 ist im optischen Weg unbeweglich, da der Rasterscanner 80 nicht facettensteuernd ist, und sich der Strahl 116 nicht bewegt, um der Rotationspolygon-Spiegelfacette zu folgen. Der modulierte, parallelgerichtete, Fouriertransformierte, gefilterte Lichtstrahl 138 aus dem Raumfilter 136 wird von der Facette 140 des Rotationspolygonspiegels 142 über einen Ablenkwinkel aufgrund der Rotation der Polygonfacetten reflektiert.
Der reflektierte Strahl 138 durchläuft ein f-Theta-Linsensystem 144, das aus einer negativ zylindrischen Linse 146 und einer positiv zylindrischen Linse 148 besteht, um den Strahl in der Schnellabtastebene zu fokussieren. Der Strahl durchläuft dann ein Taumelkorrektursystem 150, das aus einer zylindrischen Linse 152 und einem zylindrischen Spiegel 154 besteht, um das Taumeln in der Langsamabtastebene zu korrigieren.
Das f-Theta-Linsensystem 144 und das Taumelkorrektursystem 150 fokussieren den resultierenden Strahl 156 an einem Punkt 158 entlang einer Abtastzeile 160 entlang der Oberfläche eines Aufzeichnungsmediums 162, das das Raumintensitätsprofil des Strahles erfassen kann. Wie gezeigt, ist das Medium 162 vorzugsweise eine xerographische Trommel, die in Richtung eines Pfeiles 164 gedreht wird, um die Y-Richtung der Abtastung einzurichten. Das Aufzeichnungsmedium kann das photoempfindliche Medium eines Photorezeptors sein.
Wie bereits bemerkt, führt die Fourier-Transformation durch das anamorphotische Linsensystem 108 und das darauffolgende Filtern mit dem Raumfilter 136 zu einer gleichmäßigen Belichtung der Raumintensität des Strahles 156 entweder als Vollbelichtung, Zwischenbelichtung oder Nullbelichtung am Aufzeichnungsmedium 162. Das Zwischenbelichtungsniveau erhält man durch die impulsbreitenverdichteten Videosignale, die zu räumlich dichten, optischen Impulsen werden, den Modulator 92 anregen, und die mit dem Raumfilter 136 gefiltert werden, um eine geringe, gleichmäßige Belichtung am Aufzeichnungsmedium 162 zu erreichen. Das Nullbelichtungsniveau erhält man durch einen nichtmodulierten Strahl, der den Modulator anregt, und der mit der Strahl-Stopeinrichtung blockiert wird.
Bei diesem Aufbau wird ein akusto-optischer Videostrom vom akusto-optischen Modulator auf dem Aufzeichnungsmedium abgebildet. Die Abbildungsoptiken bestehen aus einer Anordnung anamorphotischer Optiken vor dem Polygon und f-Theta-Abtastoptiken hinter dem Polygon. Das Rotationspolygon befindet sich an der hinteren Fokussierebene der Anordnung der Abtastoptiken und an der vorderen Fokussierebene der Optiken vor dem Polygon.
Das Rotationspolygon bewirkt, daß das optische Bild des akusto-optischen Videomusters mit einer bestimmten Geschwindigkeit zusätzlich zur Bildgeschwindigkeit über die Abtastzeile des Aufzeichnungsmediums streicht. Die akustische Bildbewegung an der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums, die wenn sie nicht korrigiert würde, das optische Bild unscharf macht, wird durch Ausbalancieren der Schallgeschwindigkeit und der Abtastgeschwindigkeit mit der Vergrößerung der Optiken vor und hinter dem Polygon ausgeschaltet, was dazu führt, daß das akustische Bild auf dem Aufzeichnungsmedium feststehend bleibt.
Das Raumfilter 136 kann ein Flüssigkristall-Raumfrequenz- Bandpaßfilter sein. Das Raumfilter 136 kann irgendwo entlang des optischen Weges zwischen dem anamorphotischen Linsensystem 108 und dem f-Theta-Linsensystem 144 angeordnet sein. Der Schlüsselfaktor besteht darin, daß der zu filternde Strahl in der Schnellabtastebene Fourier-transformiert und parallelgerichtet sein muß. Der Strahl bewegt sich nach der Reflexion von der Polygonfacette über einen Ablenkwinkel. Ein Raumfilter, der sich zwischen dem Polygonspiegel und dem f- Theta-Linsensystem befindet, müßte daher synchron mit dem Strahl bewegt werden. Ein Schlitzfilter könnte tatsächlich bewegt werden, oder das Linsenbild könnte in einem feststehenden Flüssigkkristallfilter bewegt werden.
Das ein Bit EIN/ein Bit AUS-Impulsmuster wird als Anschauungsbeispiel verwendet. Es können andere Bit-Impulsmuster aus dem Videosteuersignal verwendet werden, um eine gepulste Abbildung zu erzeugen. Andere Bit-Impulsmuster haben andere Raumintensitätsprofile nach der Fourier-Transformation, aber die Profile bestehen trotzdem aus einem Keulenmuster. Eine Impulsbreitenmodulation für die Bildung von Teilbreitenimpulsen hat Seitenkeulen, die nach der Fourier-Transformation weiter voneinander entfernt sind. Einige dieser entfernten Keulen werden mit dem Raumfilter blockiert, was zu einer Teilintensität oder einer Zwischenbelichtung entlang der Abtastzeile des Aufzeichnungsmediums führt. Das exakte Bitimpulsmuster beeinflußt nur das Muster der Belichtung. Das exakte Bitimpulsmuster beeinflußt nicht die Gleichmäßigkeit des Belichtungsniveaus, unabhängig davon, ob dies ein Vollbelichtungsniveau oder ein Zwischenbelichtungsniveau ist.
Da der Modulator nicht facettengeführt ist, gibt es bei einer Scannerarchitektur ohne Facettenführung kein Modulator-Abrollen des Abbildungsstrahles. Wenn die Trägerfrequenz des Modulators konstant bei 105 MHz gehalten wird, eine Frequenz, die sich nicht nachteilig auf die Modulationsimpulse auswirkt, werden die optischen Brechkraftschwankungen vermindert. Die Polygongröße ist vergrößert, um der Nicht-Facettenführungs- Architektur in ausreichendem Maße Rechnung zu tragen, um alle relevanten Rauminformationen an den Photorezeptor weiterzugeben.

Claims

1. Gepulstes Bild-Impulsbreitenmodulations-Rasterabtastersystern ohne Facettenführung zum Erzeugen von Belichtungen auf einem Aufzeichnungsmedium (162), enthaltend:

eine Einrichtung (82) zum Erzeugen eines parallelgerichteten Strahls hochintensiver Strahlung,

einen akusto-optischen Modulator (92) zum Modulieren des Strahls in Abhängigkeit von elektrischen Signalen,

einen Polygonscanner (142) mit mehreren Facetten, um den Strahl zeilenweise über das Aufzeichnungsmedium zu führen, um die Belichtungen zu bilden, und

eine optische Einrichtung, zum Anwenden einer Fourier-Transformation auf den modulierten Strahl und zum Raumbandpassfiltern, um die Übertragung von vorbestimmten Frequenzen des transformierten Strahls zu begrenzen,

dadurch gekennzeichnet, daß die Belichtungen Dreifachniveau- Belichtungen sind, die elektrischen Signale impulsbreitenmodulierte Signale sind, die wenigstens Impulse einer ersten Breite und einer zweiten Breite enthalten, wobei die optische Einrichtung dadurch einen Strahl einer ersten effektiven Intensität und einer zweiten effektiven Intensität, entsprechend zweier entsprechender Niveaus von Dreifachniveau- Belichtungen, aussendet.

2. Abtastersystem nach Anspruch 1, bei dem die optische Einrichtung ein anamorphotisches Linsensystem (108) für die Parallelrichtung und die Anwendung einer Fourier-Transformation auf den modulierten Strahl enthält, und

eine Raumfiltereinrichtung (136) zum Begrenzen vorbestimmter Frequenzen des transformierten Strahls.

3. Abtastersystem nach Anspruch 2, bei dem die Raumfiltereinrichtung (136) zwischen dem anamorphotischen Linsensystem (108) und dem Polygonscanner angeordnet ist.

4. Abtastersystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, enthaltend eine Steuerschaltung (94), um die impulsbreitenmodulierten Signale dem akusto-optischen Modulator (92) zuzuführen.

5. Abtastersystem nach Anspruch 4, bei dem die Steuerschaltung (94) dazu dient, einen Bild-Bitmap- Videodatenstrom in einen Komposit-Analog-Videobilddatenstrom umzuwandeln, um diesen dem akusto-optischen Modulator (92) zuzuführen, um den Strahl zu modulieren.

6. Abtastersystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, enthaltend ein Fokussierlinsensystem (86) zum Fokussieren des Strahls auf den Modulator.

7. Abtastersystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, enthaltend ein f-Theta-Linsensystem (144) und ein Taumelkorrektur-Linsensystem (150), um den Strahl über eine Zeile auf dem Aufzeichnungsmedium zu fokussieren.

8. Abtastersystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem das anamorphotische Linsensystem (108) die Fourier- Transformation des modulierten Strahls in einer Schnellabtastebene des Abtastersystems durchführt.