DE69926229T2

DE69926229T2 - Verfahren und gerät zum aufnehmen von digitalen bildern auf fotosensitivem material

Info

Publication number: DE69926229T2
Application number: DE69926229T
Authority: DE
Inventors: Zac Bogart; Brian Hart; H. James BROWNING
Original assignee: ZBE Inc Santa Barbara; Zbe Inc
Current assignee: ZBE Inc Santa Barbara; Zbe Inc
Priority date: 1998-05-01
Filing date: 1999-04-30
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2019-05-01
Also published as: WO1999057679A1; JP2002513956A; ATE300065T1; EP1076880A4; CA2312921A1; EP1076880B1; DE69926229D1; EP1076880A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von qualitativ hochwertigen Halbton- und/oder Farbbildern auf einem lichtempfindlichen Material (d.h. auf Fotopapier oder -film) aus in digitaler Form bereitgestellter Information. Im Besonderen betrifft diese Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Konfigurierung und Steuerung einer Vielzahl von Lichtquellen, damit diese qualitativ hochwertige Bilder auf lichtempfindlichem Material erzeugen können.
BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
Auf dem Gebiet der photographischen digitalen Drucker und Belichter ist die Verwendung von Lichtquellen zur Erzeugung einzelner Pixel wohl bekannt. Das US-Patent Nr. 3.988.742 beschreibt die Verwendung von LEDs und faseroptischen Lichtleitern, um Licht an das lichtempfindliche Material abzugeben. Anwendungen dieser Technologie sind unter anderem Satzverfahren sowie die Erzeugung lithographischer Filme für Druckarbeiten. In diesen Anwendungen ist die Lichtausgabe der LEDs an das Eingangsende der faseroptischen Röhren gekoppelt. Die Ausgangsenden der faseroptischen Röhren sind linear angeordnet. Wird nun ein lichtempfindliches Material an der linearen Anordnung der faseroptischen Röhren vorbeigeführt, leuchten die LEDs in einer solchen Abfolge auf, dass die Bildung von Kennzeichen oder Bildern auf dem lichtempfindlichen Material verursacht wird. Dieser Vorgang ist in den US-Patenten Nr. 3.832.488, Nr. 4.000.495 und Nr. 5.093.682 beschrieben. Sowohl die Verwendung faseroptischer Röhren von quadratischem als auch von rundem Querschnitt ist bekannt.
Bei derartigen, oben beschriebenen Anwendungen ist die präzise Anordnung der Ausgangsenden der Faseroptik von großer Bedeutung. Eine schlechte Ausrichtung oder eine unregelmäßige Beabstandung der Ausgangsenden der optischen Fasern führt zu einer Verzerrung des erzeugten Bilds. Die US-Patente Nr. 4.364.064 und Nr. 4.389.655 beschreiben Vorrichtungen zur präzisen Positionierung der faseroptischen Röhren. Das US-Patent Nr. 4.590.492 beschreibt ein Verfahren zur Maskierung der Enden der faseroptischen Röhren, um für eine präzisere Ausrichtung der das lichtempfindliche Licht belichtenden Lichtquellen zu sorgen.
Systeme nach dem Stand der Technik wurden typischerweise zur Ausbildung lithographischer Bilder und Kennzeichen bei Satz- und Druckarbeiten verwendet, die ausschließlich aus weißen und schwarzen Flächen ohne Zwischentöne bestehen. Da keine Details mit Zwischentönen vorliegen, sind solche Systeme gegenüber einer gewissen Ungenauigkeit hinsichtlich der Qualität und der Quantität des an das lichtempfindliche Material abgegebenen Lichts tolerant. Im Besonderen sind diese Systeme typischerweise hinsichtlich einer nicht idealen Aneinanderreihung der Pixel tolerant, und zwar aufgrund des leichten Ineinanderlaufens (des sogenannten "Blooming") der Pixel, welches sich aus der Verwendung ausreichend hoher Belichtungspegel ergibt, um das lichtempfindliche Material zu sättigen.
Halbtonbilder, d.h. Bilder, die in erster Linie aus Mitteltönen – von Farben und Grautönen – aufgebaut sind, setzen eine weitgehende Präzision bei der Pixelausbildung und -anordnung voraus. Die Fehlanordnung eines einzigen Pixels in Bezug auf seine Nachbarn führt dazu, dass unerwünschte Linien oder andere Artfakte in einem Halbtonbild auftreten.
In typischen Satz- und Lithographieanwendungen ist es im Allgemeinen unnötig, Halbtonwerte bereitzustellen. Stattdessen wird gemeinhin jede Lichtquelle angesteuert, um das lichtempfindliche Material zu sättigen. Eine Belichtung, die über die zur Sättigung benötigten hinausgeht, hat üblicherweise keine Wirkung. Dementsprechend ist es bei solchen Drucksystemen nur notwendig, alle Lichtquellen so anzusteuern, dass die schwächste Lichtquelle das lichtempfindliche Material sättigt. Es besteht somit im Allgemeinen keine Notwendigkeit, die Ausgangssignale der Vielzahl an Lichtquellen anzupassen.
Im Gegensatz dazu setzt der Aufbau qualitativ hochwertiger Halbtonbilder durch eine Vielzahl von Lichtquellen die präzise Anpassung der Quellen voraus. Eine Fehlanpassung der Lichtquellen führt bei allen verwendbaren Lichtpegeln typischerweise zur Erzeugung unerwünschter Linien oder Artefakte im gedruckten Bild. Das US-Patent Nr. 3.988.742 erkennt die Notwendigkeit der Normalisierung der Lichtquellen zur Minimierung von Fehlanpassungen.
Die WO 92/00196 offenbart eine nichtmechanische Druckvorrichtung, in der die Ausgangssignale der LEDs angepasst sind, um die Temperatur im Druckkopf und das Alter der LEDs zu kompensieren.
Lichtempfindliche Materialien weisen zwei bekannte unerwünschte Eigenschaften auf, nämlich (1) die latente Bildverschlechterung und (2) den Schwarzschildeffekt (Versagen des Reziprozitätsgesetztes). Die latente Bildverschlechterung verursacht eine Veränderung des auf dem lichtempfindlichen Material belichteten Bilds zwischen dem Zeitpunkt der Belichtung des Materials und dem Zeitpunkt seiner Entwicklung. Der Schwarzschildeffekt sorgt dafür, dass lichtempfindliche Materialien auf gleiche Mengen der Beleuchtung je nach Dauer und Intensität der Beleuchtung anders reagieren. So kann beispielsweise eine erste Belichtung mit einer Intensität X für Y Sekunden zu einem anderen Ergebnis führen als eine zweite Belichtung mit einer Intensität X/2 für 2Y Sekunden. Diese beiden Eigenschaften können das Auftreten unerwünschter Artefakte im gedruckten Bild auslösen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung zielt auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Belichtung lichtempfindlicher Materialien gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1 und 9 ab, um qualitativ hochwertige Halbton- und/oder Farbbilder darauf aufzubauen.
Ausführungsformen der Erfindung bestehen typischerweise aus einem bilderzeugenden (oder Druck-) Kopf, der aus einer Vielzahl von Pixelbildgeneratoren, d.h. Lichtquellen, aufgebaut ist. Der Kopf ist vorzugsweise zur Ausführung einer linearen Bewegung in eine erste Richtung, d.h. Abtastrichtung, entlang der Breite einer Bahn aus lichtempfindlichem Material befestigt. Das lichtempfindliche Material ist für eine lineare Bewegung in eine zweite Richtung, die senkrecht zur ersten Richtung ver läuft, angebracht, um die Abbildung von aufeinander folgenden Abtaststreifen (d.h. Gruppen von Abtastzeilen) auf einem "Bildfeld" des lichtempfindlichen Materials zu ermöglichen. Das Bildfeld kann als eine rechteckige Matrix aus in Abtastrichtung entlang der Breite der Bahn erstreckenden "Reihen" und sich senkrecht zu den Reihen, d.h. entlang der Längsrichtung der Bahn, verlaufenden "Spalten" betrachtet werden. Der Kopf kann schrittweise oder stufenlos in die Abtastrichtung bewegt werden, wobei die Lichtquellen selektiv zur Belichtung eines Bilds auf dem lichtempfindlichen Material angeregt werden.
Ein erfindungsgemäßes System erzeugt ein Feld aus "interpolierten Pixel", wobei jedes interpolierte Pixel durch die Überlappung benachbarter Pixelbilder gebildet ist. Im Besonderen kann ein interpoliertes Pixel gemäß der Erfindung durch die Überlappung benachbarter Pixelbilder, die in die Abtastrichtung, d.h. horizontal, verschoben sind, und/oder durch die Überlappung benachbarter Pixelbilder, die in die Längsrichtung, d.h. vertikal, verschoben sind, gebildet sein.
Ein Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur präzisen Abgabe von Licht an ein lichtempfindliches Material, um den Druck von qualitativ hervorragenden Bildern aus digitaler Information zu ermöglichen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt in der Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Mischen der Pixel eines in digitaler Form vorliegenden Bildes, um die zu sehende Auflösung und Schärfe des erhaltenen gedruckten Bilds zu verbessern.
Es ist außerdem ein Ziel der Erfindung, einen kostengünstigen bilderzeugenden Kopf bereitzustellen, der zur präzisen Abgabe von Licht an das lichtempfindliche Material mit der zur Ermöglichung des Drucks qualitativ hervorragender Bilder benötigten Präzision fähig ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht der bilderzeugende Kopf aus quadratischen oder rechteckigen Pixelbildgeneratoren, z.B. faseroptischen Röhren, die zur Bildung einer rechteckigen Anordnung angebracht sind. Die Pixelbildgeneratoren sind in einem Winkel von 45° zur Abtastrichtung hin geneigt. Während der Abtastung des bilderzeugenden Kopfs kann jede faseroptische Röhre ein Pixelbild auf dem lichtempfindlichen Material belichten. Die Belichtungsgrade der Pixelbilder sind vorzugsweise in einer digitalen Datei, die ein zu druckendes Bild darstellt, spezifiziert. Durch die Neigung um 45° weisen die auf dem lichtempfindlichen Material belichteten Pixelbilder die Form von Rauten auf. Jedes Bild überlappt seinen Nachbarn um im Wesentlichen 50 % des Abstands von Mittelpunkt zu Mittelpunkt zwischen den Pixelbildern. Das sich aus der Überlappung der Pixelbilder ergebende Muster erzeugt geometrisch interpolierte Pixelflächen, wobei jede dieser Flächen in etwa 25 % der Fläche des Originalpixelbilds beträgt. Außerdem sorgt die Form eines Pixels in Bezug auf die Abtastrichtung dafür, dass die Belichtung in der Fläche zwischen benachbarten Abtastzeilen konstant bleibt und für eine bessere Mischung des Pixelbilds mit den benachbarten Pixelbildern sorgt.
Die Erzeugung von qualitativ hochwertigen Halbtonbildern erfordert die präzise Mischung der auf dem lichtempfindlichen Material abgebildeten Pixel. Die präzise Pixelmischung setzt voraus, dass die Pixel selbst von gleichmäßiger Farbe und Intensität sind. Faseroptische Röhren arbeiten auf der Grundlage des Prinzips der "inneren Totalreflexion" der in die faseroptische Röhre eingespeisten Lichtwellen. Die symmetrische Natur runder faseroptischer Röhren bewirkt, dass das Bild der Lichtquelle am Eingangsende der Röhre mehr oder weniger intakt an das Ausgangsende der Röhre abgegeben wird. LEDs und andere Lichtquellen weisen die Eigenheit auf, dass das Licht aussendende Element keine perfekt gleichmäßige Beleuchtung abgibt. Folglich pflanzt sich das Bild der LED-Form der runden faseroptischen Röhre entlang fort und erreicht das Ende. Die nicht gleichmäßige Natur des Bilds des Lichtelements sorgt dafür, dass sich die Pixel nur schlecht miteinander mischen. In einer faseroptischen Röhre von quadratischem oder rechtem Querschnitt wird das Bild durch die folgenden Reflexionen der orthogonalen Wände der Röhre verzerrt. Das Prinzip der "inneren Totalreflexion" bewirkt, dass nahezu die gesamte Lichtenergie, die in die faseroptische Röhre eintritt, an den Ausgang weitergeleitet wird, doch wird das Bild in einem Ausmaß gemischt, dass die Lichtausgabe aus der faseroptischen Röhre im Wesentlichen gleichmäßig ist.
Wie oben beschrieben wurde, erfordert die Erzeugung von qualitativ hochwertigen Halbtonbildern höchste Präzision bei der Platzierung und der Gleichmäßigkeit der Beleuchtung der das Bild aufbauenden Pixel. Mangelnde Präzision bei einem dieser Faktoren führt zu Artefakten und Linien im gedruckten Bild. Beim hierin beschriebenen Druckverfahren wird eine Vielzahl unabhängig mit Energie beaufschlagbarer Lichtquellen zur Bereitstellung der Beleuchtung für eine entsprechende Anzahl an Pixel verwendet. Beim Drucken auf lichtempfindlichen Farbmaterialien muss bei der Anpassung der Spektralausgabecharakteristik der Vielzahl von Lichtquellen höchst präzise vorgegangen werden. Weisen die Lichtquellen nicht genau die gleiche Spektralcharakteristik auf, so sind im gedruckten Bild Artefakte oder Linien zu sehen. Lichtquellen mit unterschiedlicher Spektralcharakteristik belichten verschiedene Schichten des lichtempfindlichen Materials mit unterschiedlichem Wirkungsgrad. Es ist möglich, die Intensität der Lichtquellen so einzustellen, dass die beim Belichten für eine bestimmte Farbe oder Schattierung gleich wirksam sind. Allerdings ist beim Belichten für eine andere Farbe kein gleicher Wirkungsgrad möglich, wenn die Spektralcharakteristiken der Lichtquellen nicht präzise aneinander angepasst sind. Die Folge ist, dass in einigen Farben des gedruckten Bilds Artefakte oder Linien gegenwärtig sind und in anderen nicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Spektralausgabe der Lichtquellen durch die Verwendung eines Schmalbandpassfilters für jede Farbe angepasst. Der Schmalpass des Filters schränkt die Belichtungsenergie einer jeden LED auf einen schmalen Wellenlängenbereich ein, innerhalb dem das lichtempfindliche Material eine einheitliche Farbreaktion zeigt. Das Filter ist so konstruiert, dass alle Pixel einer bestimmten Farbe mit dem gleichen Filter abgedeckt werden. In einer umgesetzten Ausführungsform der Erfindung wurden Filter mit zwei unabhängigen Wellenlängen auf demselben Substrat hergestellt und über die Enden der Fasern gelegt.
Der Druckkopf kann entweder durch engen Kontakt oder durch ein Linsensystem auf dem lichtempfindlichen Material abgebildet werden. In einer umgesetzten Ausführungsform der Erfindung besteht der Druckkopf aus drei Spalten aus Enden faseroptischer Röhren, wobei jede Spalte 32 Röhrenenden umfasst. Der Kopf tastet eine Breite von 30 Zoll des lichtempfindlichen Materials ab und belichtet bei jeder Abtastung einen Streifen von etwa 0,100 Zoll. Nach jeder Abtastung wird das Material in Längsrichtung um die Höhe des Streifens der belichteten Fläche vorgeschoben. Der Kopf tastet dann sukzessive das lichtempfindliche Material ab und belichtet dabei weitere Streifenflächen, um schließlich das Bildfeld voll abzudecken. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann der Kopf die volle Breite des Materials aufweisen, wodurch keine Notwendigkeit mehr besteht, das der Kopf das Material der Breite entlang abtastet.
Gemäß einem bedeutenden Merkmal der vorliegenden Erfindung werden die Ausgangssignale der Vielzahl an Lichtquellen vor der Belichtung des lichtempfindlichen Materials normalisiert. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird jede der Vielzahl an Lichtquellen von einem unterschiedlichen Signal angesteuert, das gewichtet ist, damit alle Lichtquellen Licht mit einer Intensität abgeben, die zur Erzeugung einer gleichmäßigen Bilddichte in einem großen Bereich an Bilddichten passend ist. Beispielsweise wird jede Lichtquelle von einem anderen Digital-Analog-Wandler (DAC) angesteuert. Ein Steuerprozessor speist jeden DAC mit einem Mehrbit-Intensitätskorrekturwert, wodurch der DAC in die ihm zugeordnete Lichtquelle ein Steuersignal einspeist, das gewichtet ist, damit alle Lichtquellen zur Aussendung von Licht mit im Wesentlichen einheitlicher Intensität bei einem bestimmten Intensitätspegel veranlasst werden.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform wird zudem jede Lichtquelle von einer unterschiedlichen Taktschaltung gesteuert. Die Belichtungseffizienzdaten einer jeden Lichtquelle werden in einer Belichtungsnormalisierungs-Verweistabelle gespeichert, auf die der Prozessor zugreift, um jeder Taktschaltung einen Mehrbit-Intensitätskorrekturwert zuzuführen, damit dieser die Einschaltdauer der ihm zugeordneten Licht quelle steuern kann. Dadurch kann jede Lichtquelle eine normalisierte Belichtungswirkung in einem großen Bereich an Druckdichteniveaus ausüben.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Vorrichtung zur Erzeugung eines Testmusterbilds verwendet, das daraufhin zur Bestimmung der Belichtungswirkung einer jeden Lichtquelle herangezogen wird. Die Belichtungswirkungsdaten werden zur Erstellung der obgenannten Normalisierungs-Verweistabellen verwendet. In der bevorzugten Ausführungsform wird die Belichtungswirkung einer jeden der Vielzahl an Lichtquellen gemessen, indem zunächst ein vorbestimmtes Testmusterbild auf lichtempfindlichem Material belichtet wird. Daraufhin wird das lichtempfindliche Material entwickelt, um das Bild zu erhalten. Nun wird das Bild zur darauf folgenden Analyse in einen Computer eingescannt. Das Testmusterbild ist so konfiguriert, dass der Computer bestimmen kann, welche der Vielzahl an Lichtquellen eine bestimmte Fläche des Testbilds belichtet hat. Bei der Analyse des Testbilds bewertet der Computer die relative Belichtungswirkung jeder einzelnen Lichtquelle. Dies geschieht durch die Messung der Bilddichte in mehreren Flächen, von denen jede einer der Lichtquellen entspricht. Auf der Grundlage der Dichteschwankungen innerhalb des Bilds werden die den DACs zuzuführenden Intensitätskorrekturwerte und die den Taktschaltungen zuzuführenden Belichtungszeitwerte errechnet. Das Testbild kann dann erneut gedruckt und der Analysevorgang wiederholt werden, bis eine optisch zufriedenstellende Druckausgabe des Testbilds erhalten ist.
Die Eigenschaften der latenten Bildverschlechterung und des Schwarzschildeffekts können in der Nähe der Ränder eines Abtaststreifens zu sichtbaren Artefakten im Bild führen, da die sich in der Nähe des Rands eines Abtaststreifens befindenden Lichtquellen typischerweise bei höheren Intensitäten wirksamer werden als die Lichtquellen in der Mitte der Abtastung. Durch die erfindungsgemäße individuelle Normalisierung der Lichtquellen für den Bereich der Bilddichten innerhalb des Druckspektrums kann diese Schwankung wirksam verhindert werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische isometrische Ansicht eines Belichtungskopfs, der eine rechteckige Anordnung von quadratischen faseroptischen Röhrenenden umfasst, die in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nützlich sind;
2 ist eine schematische isometrische Ansicht eines Abschnitts eines digitalen Druckers gemäß der Erfindung, die eine Walze zur Führung einer Bahn aus lichtempfindlichem Material und einen zur linearen Bewegung angebrachten Druckkopf zeigt, um die Bahn der Breite nach abzutasten;
3A ist eine schematische Ansicht einer Vielzahl von LED-Lichtquellen, die im Druckkopf aus 1 von Nutzen ist und von einem Steuerprozessor über Digital-Analog-Wandler (DACs) angesteuert wird;
3A ist eine 3A ähnliche schematische Ansicht, welche die Verwendung der Taktgeber zur Steuerung der Belichtungsdauer für jede LED zeigt;
3C ist eine schematische Darstellung der Steuerschaltung für jede LED aus 3B;
3D zeigt die Leistungskennlinien der Bilddichte über der Belichtungszeit für eine typische Population nicht korrigierter LEDs und normalisierte Kennlinien Pc und Pe;
3E ist eine schematische Darstellung einer Alternative, bei der es sich um keine Ausführungsform der LED-Steuerschaltung gemäß der Erfindung handelt;
4 ist eine Abbildung eines bevorzugten Testbildmusters, das mit der Vorrichtung aus 2 gedruckt werden kann, zur Verwendung bei der Analyse der Belichtungswirkung einer jeden der Vielzahl an Lichtquellen im Druckkopf;
5 ist ein Blockdiagramm, das schematisch die Verwendung eines Scanners zur Analyse des Testbilds aus 4 veranschaulicht, um die Intensitätskorrekturwerte und die Belichtungszeitwerte zu ermitteln, damit die jeweiligen DACs und Taktschaltungen aus 3B gesteuert werden können;
6 ist ein Flussdiagramm, das ein bevorzugtes Analyse- und Normalisierungsprogramm beschreibt, welches gemäß der Erfindung vom Steuerprozessor ausgeführt wird;
7 zeigt das Auftreten unerwünschter sichtbarer Linien in einem gedruckten Bild, die auf die Auswirkungen der latenten Bildverschlechterung und des Schwarzschildeffekts zurückzuführen sind;
8 ist eine schematische Ansicht eines Schemas nach dem Stand der Technik, das es einem aus Spalten aus quadratischen Lichtquellen bestehenden Druckkopfs ermöglicht, eine Bahn lichtempfindlichen Materials abzutasten, um darauf Pixelbilder zu belichten;
9A ist eine schematische Ansicht, die ein bevorzugtes System gemäß der Erfindung zur Belichtung von Pixelbildern auf dem lichtempfindlichen Material zeigt, während 9B eine alternative Kopfkonfiguration veranschaulicht;
die 10 und 11 sind schematische Ansichten, die darstellen, wie in Längsrichtung verschobene Pixelbilder in der Erfindung einander überlappen, um interpolierte Pixel zu bilden;
12 eine schematische isometrische Ansicht eines Farbabgleichfilters für den Einbau im Druckkopf ist;
13 die Spektralcharakteristiken von roten, grünen und blauen LED-Lichtquellen zeigt;
14 einen typischen Bereich der Spektralcharakteristiken einer Gruppe von LED-Lichtquellen zeigt; und
15 die spektrale Transmissionscharakteristik des Farbabgleichfilters aus 12 darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
1 zeigt einen bilderzeugenden (oder Druck-) Kopf 1, der in einem Drucker ( 2) nützlich ist, welcher die Ausführung einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist. Der Kopf 1 ist aus einer Vielzahl an Lichtquellen, z.B. faseroptische Röhren 2 mit Enden 3 von vorzugsweise einheitlichem quadratischem Querschnitt, aufgebaut, die es erlauben, diese im Rahmen 4 einfach und in präziser Ausrichtung in Spalten 5, 6, 7 anzuklammern oder festzumachen. Die Spalten können in Kontakt zueinander oder mit Präzisionsabstandshaltern 8 beabstandet angeordnet sein, wobei jede Spalte vorzugsweise die gleiche Anzahl an Röhrenenden 3 umfasst. Obwohl die in 1 gezeigte Anordnung eine planate Oberfläche aufweist, sind auch andere Oberflächenformen möglich. So bieten beispielsweise gekrümmte Oberflächen den Vorteil, die Konturen der Oberfläche einer Walze 10 (2) nachzuzeichnen, um welche das lichtempfindliche Material 11 geführt wird, oder um die bei Linsen häufig auftretenden Brennpunktabweichungen zu korrigieren. Die Eingangsenden der faseroptischen Röhren 2 sind mit unabhängig anregbaren Lichtquellen, vorzugsweise mit Leuchtdioden (LEDs) des LED-Bündels 12, gekoppelt. Die Vielzahl an LEDs ist so gewählt, dass sie so gut wie möglich angepasst sind. Die faseroptischen Röhren 2 führen Licht aus den Lichtquellen zu, um das lichtempfindliche Material 11 zu belichten, wobei jede Röhre ein latentes Pixelbild auf dem Material 11 bildet. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung können die faseroptischen Röhren durch direkt im Rahmen 4 angebrachte LEDs ersetzt werden.
2 zeigt den an der richtigen Stelle angeordneten Kopf 1 in einer möglichen Anwendung der Erfindung. In dieser Anwendung wird das Bild der Ausgangsenden der faseroptischen Röhren 3 über eine Linse 14 auf eine Zieloberfläche projiziert, d.h. auf eine Bahn oder eine Lage aus einem lichtempfindlichen Material 23, das rund um eine Walze 10 gespannt ist. Die Druckkopfanordnung 15 und die Linsenanordnung 16 sind zu Ausführung einer linearen Seitwärtsbewegung in eine parallel zur Achse der Walze 10, um die herum das lichtempfindliche Material 23 angeordnet ist, verlaufende Abtastrichtung angebracht. Während der Abtastung durch den Kopf zeigt ein Kodierer 24 die Spaltenposition des Druckkopfs entlang der Abtastzeile an. Das lichtempfindliche Material 23 wird längs, senkrecht zur Abtastrichtung 18, weiterbewegt.
Der Drucker 13 wird von einem Steuerprozessor 20, z.B. einem Computer oder einem Mikroprozessor, gesteuert, der den Kopfantriebsmotor 21 und den Bahnantriebsmotor 22 aktiviert. Der Kopfantriebsmotor 21 veranlasst die lineare Abtastbewegung des Kopfs 1 und der Linsenanordnung 16 entlang der Breite der Bahn, um einen Bahnstreifen 23 zu belichten. Während der Abtastung durch den Kopf erzeugt der Kodierer 24 ein Ausgangssignal, das dem Prozessor 20 die Spaltenposition des Druckkopfs entlang der Abtastzeile angibt. Der Bahnantriebsmotor 22 dreht die Walze 10, um die Bahn in Längsrichtung am Druckkopf vorbei zu bewegen. Typischerweise wird die Bahn schrittweise um in etwa die Strecke, die dem Längsmaß des Streifens 23 entspricht, nach jeder Abtastung vorgeschoben.
Der Steuerprozessor 20 steuert zudem die Vielzahl der Lichtquellen im LED-Bündel 12 responsiv auf eine digitale Bilddatei 24, auf die der Prozessor zugreift. Die Bilddatei 24 beschreibt das auf dem lichtempfindlichen Material 11 vom Belichtungskopf 1 zu belichtende Bild in digitaler Form.
3A zeigt schematisch den Prozessor 20, der die Vielzahl der Lichtquellen 28 (dargestellt durch LED₀–LED_n) im Kopf 1 bei der vom Kopf durchgeführten Abtastung steuert. Die selektive Beaufschlagung der Lichtquellen 28 mit Energie durch den Prozessor 20 belichtet das lichtempfindliche Material 11, damit auf dem Material ein latentes Bild gebildet wird. Jede Lichtquelle 28 wird von einem Digital-Analog-Wandler (DAC) 30 gesteuert, welcher als Reaktion auf ein vom Prozessor 20 eingespeistes digitales Steuersignal ein analoges Steuersignal erzeugt. Auch wenn bevorzugt wird, dass alle physikalischen Lichtquellen 28 die exakt gleiche Belichtungswir kung, d.h. Lichtausgangsintensität über analoges Steuersignal, aufweisen, ist dies in der Praxis nur schwer oder gar unmöglich, die Vielzahl der Lichtquellen exakt anzupassen. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird, wie nachstehend noch beschrieben wird, zunächst die relative Belichtungswirkung einer jeden Lichtquelle bestimmt, wonach der Prozessor 20 die DACs mit Intensitätskorrekturwerten versorgt, um die Intensität der Vielzahl an Lichtquellen zu normalisieren.
3D zeigt Beispiele für Leistungskennlinien der Bilddichte über der Belichtungszeit für eine Population typischer nicht korrigierter Lichtquellen (z.B. LEDs), die zur Belichtung von lichtempfindlichem Material verwendet werden. Um ein Halbtonbild ohne sichtbare Artefakte zu erzeugen, entspricht vorzugsweise jede Lichtquellenleistungskennlinie einer gemeinsamen Kennlinie, z.B. Pc. Wie in 3A dargestellt, ermöglicht die Verwendung der DACs, dass die separaten Kennlinien der Vielzahl an Lichtquellen an einem Punkt an jeder Kennlinie angepasst werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird für jede Lichtquelle eine eigene Normalisierungs-Verweistabelle erstellt, um die Kennlinien aller Lichtquellen zu normalisieren. Jede Normalisierungs-Verweistabelle enthält die Belichtungszeiten, die die gegebene Lichtquelle zur Erreichung jeder Belichtungsdichte benötigt. Demnach ist, wie in 3B dargestellt ist, eine eigene Taktschaltung 32 wirksam mit jeder Lichtquelle 28 und jedem DAC 30 verbunden. Jedes Mal, wenn die Lichtquelle mit Energie beaufschlagt wird, erhält Taktschaltung 32 vom Prozessor 20 die aus der Verweistabelle 88 (5) abgeleiteten Belichtungszeiten.
3C zeigt eine bevorzugte Steuerschaltung 33 zur Ansteuerung der Lichtquelle 44, z.B. LED_x. Die Schaltung 33 umfasst den DAC 34, der einem digitalen Intensitätskorrektur-Eingabesignal 36 entsprechend, welches dem DAC vom Prozessor 20 zugeführt wird, eine Ausgangsspannung V_out erzeugt. Die Ausgangsspannung aus dem DAC 34 erzeugt einen Strom ID, der entsprechend der Formel (V_out – V_led)/R1 durch den Widerstand 46 fließt. Zusätzlich zum Strom ID kann vom Widerstand 46 ein Vorstrom IB entsprechend der Formel (V+ –V_led)/R2 an die LED 44 angelegt werden. Der Vorstrom dient dazu, die Helligkeit der LED 44 zu erhöhen und gleichzeitig die Auflösung des DAC 34 zu steigern. Das Steigern der Auflösung des DAC 34 ermöglicht eine bessere Präzision bei der Normalisierung der LEDs 44.
Noch immer Bezug nehmend auf 3C senkt der Inverter 42 den Steuerstrom ID + IB aus der LED 44 und dient als Schalter zum Ein- und Ausschalten der LED. Die LED wird eingeschaltet, wenn das Ausgangssignal des Inverters 42 niedrig ist, was einem hohen Ausgangssignal des programmierbaren Taktgebers 38 entspricht. Das Ausgangssignal des programmierbaren Taktgebers 38 ist während der Einschaltdauer hoch, die vom Startimpuls, der vom Prozessor 20 an die Eingabe 52 angelegt wird, in Gang gesetzt wird. Das Ausgangssignal des programmierbaren Taktgebers 38 bleibt über einen Zeitraum hinweg hoch, der dem digitalen Belichtungszeitkorrektur-Eingabesignal 40, das vom Prozessor 20 eingespeist wird, entspricht. In einer als Beispiel dienenden Ausführungsform der Erfindung verfügt der programmierbare Taktgeber 38 über eine Auflösung von 14 Bit, was 16.385 getrennten, programmierbaren Zeiträumen entspricht. Während der Einschaltzeit, bei der die LED 44 beleuchtet ist, wird ihre Intensität durch die Ströme ID bzw. ID bestimmt, die durch die Widerstände 46 und 48 zugeführt werden. Die Größe des Stroms ID kann auf das vom Prozessor 20 eingespeiste digitale Eingabesignal 36 zurückgeführt werden, das in der als Beispiel dienenden Ausführungsform eine Auflösung von 8 Bit aufweist.
Es versteht sich somit, dass der Prozessor 20 für jede Lichtquelle und für jede Energiebeaufschlagung einer jeden Lichtquelle (d.h. der Belichtung eines einzelnen Pixels) ein Eingabesignal der Intensitätskorrektur an den entsprechenden DAC 34 und ein Eingabesignal der Belichtungszeitkorrektur an den entsprechenden Taktgeber 38 abgibt. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform werden diese digitalen Eingabesignale durch einen Vorgang des Nachsehens in der Tabelle, der vom Prozessor ausgeführt wird, erzeugt. Das heißt, dass der Prozessor 20 für jede Lichtquelle (1) eine Intensitätskorrekturzahl (z.B. 8 Bit) und (2) eine Vielzahl von Belichtungszeitkorrekturzahlen (z.B. jede mit 14 Bit) speichert. Die bestimmte Belichtungszeitzahl wird vom Prozessor in Abhängigkeit von der für das zu belichtende Pixel gewünschten Bilddichte ausgewählt.
Bei einer alternativen Ausführungsform (3E), die aber keine Ausführungsform der Erfindung ist, können die DACs weggelassen werden. Ein Justierwiderstand R3 kann zum Zeitpunkt der Herstellung installiert werden, um eine grobe Normalisierung zwischen der Vielzahl an LEDs zu erreichen. Die Präzisionsnormalisierung wird dann durch die dem Taktgeber 38 vom Prozessor eingespeisten Belichtungszeitwerte erzielt.
Um anfänglich die zuvor erwähnten Tabellen der Intensitätskorrektur und Belichtungszeitkorrektur zu erhalten, wird ein Kalibrierungsvorgang ausgeführt, bei dem der Kopf ein Belichtungsmuster (4) auf einem lichtempfindlichen Materiallage belichtet. Die Lage wird daraufhin entwickelt, um einen Ausdruck des Testmusterbilds zu erhalten. Der Ausdruck wird daraufhin in einen Computer eingescannt (5), der ein Normalisierungsprogramm ausführt (6), um die Intensitätskorrektur- und die Belichtungszeitkorrekturwerte zu erhalten, die zur Erstellung der Verweistabellen benötigt werden. In einer alternativen Ausführungsform könnte das Normalisierungsprogramm zur Entwicklung einer geeigneten Formel zur Erzeugung der Korrekturwerte verwendet werden, anstatt Verweistabellen zu speichern.
Bezug nehmend auf 4 ist ein bevorzugtes Testbildmuster 53 abgebildet, das zur Analyse anhand des zuvor angesprochenen Kalibrierungsverfahrens geeignet ist, um die Belichtungswirkung einer jeden der Vielzahl an Lichtquellen zu bestimmen. Das Testbild 53 wird gebildet, indem der Druckkopf ein lichtempfindliches Material abtastet, um einen Streifen 23 zu belichten (2). Das Testbild 53 kann als eine rechteckige Matrix aus Pixelstellen betrachtet werden. Jede Reihe (Rasterzeile) der Matrix wird von einer anderen aus der Vielzahl an Druckkopf-LEDs belichtet. Während der Abtastung durch den Kopf wird jede LED vom Prozessor 20 gesteuert, um gemeinsam das Testbild 53 aufzubauen. Kurz gesagt besteht das Testbild 53, von links nach rechts betrachtet, aus den folgenden Flächen: 53₁ – Region von gleichmäßiger Dichte, gebildet von allen LEDs 53₂ – Streifenregion, gebildet aus LEDs mit gerader Kennzahl 53₃ – Streifenregion, gebildet aus LEDs mit ungerader Kennzahl
53_4(I) –53_4(X) – Vielzahl an Regionen, alle von gleichmäßiger Dichte und gebildet von allen LEDs, wobei die Vielzahl an Regionen aber jeweils unterschiedliche Dichten aufweisen.
Mit Bezug auf 5 wird nach der Erzeugung des Ausdrucks 80 des Testbilds dieser von einem Scanner 82 abgetastet, um eine digitale Datei zu bilden, die die Dichte eines jeden abgetasteten Pixel darstellt. Die Abtastungsauflösung sollte der Druckauflösung entsprechen oder diese überschreiten. Das Testbild wird nun von einem Computer 84 verarbeitet, der ein Normalisierungsprogramm ausführt, um das bild zu analysieren und schlussendlich die Intensitätskorrekturtabelle 86 und/oder die Vielzahl der Belichtungszeitkorrekturtabellen 88_I –88_M zu erstellen.
Während der Analyse werden die Ausgangspannungen der DACs eingestellt, um die Intensitäten der LEDs 94 einzustellen und somit die Ausgangssignale der Lichtquellen auf einen einzigen Intensitätspegel zu normalisieren, um die Tabelle 86 zu erstellen. Basierend auf einer weiteren Analyse des Testbilds wird für jede LED eine eigene Normalisierungs-Verweistabelle 88 der Belichtungszeiten erstellt, um die Belichtungswirkung einer jeden Lichtquelle für jede aus einer Reihe von verschiedenen Bilddichten zu normalisieren.
Wie zuvor erwähnt wurde, werden die Tabellen 86, 88 während der Belichtung eines Bilds herangezogen, wenn die zu druckenden Pixel in einer digitalen Bilddatei spezifiziert sind. Die Daten in der Bilddatei spezifizieren die Dichte eines jeden zu druckenden Pixels. Bei der Belichtung der einzelnen Pixel sucht der Prozessor die für jede LED benötigte Belichtungszeit aus der entsprechenden Tabelle und gibt die digitale Zahl, die diese repräsentiert, an den entsprechenden LED-Taktgeber 38 weiter (3C und 3E).
Bezug nehmend auf 6 ist das vom Computer 84 ausgeführte Normalisierungsprogramm beschrieben. Nach dem Abtasten 82 der Druckausgabe besteht der erste Schritt 90 der Analyse darin, das Bild so zu drehen, dass es in Bezug auf die Lichtquellen, die es belichtet haben, gerade ist. Dies ist notwendig, um sicherzustellen, dass jede Rasterzeile im Bild von nur einer der Lichtquellen belichtet wurde. Ist diese Bedingung erfüllt, kann jede Rasterzeile der Lichtquelle, die diese belichtet hat, zugeordnet und die Wirkung dieser Lichtquelle durch Bewerten der Dichte der Pixel entlang der Rasterzeile bestimmt werden. Um das Bild gerade zu richten, werden horizontale Referenzzeilen in der Bilddatei lokalisiert. Diese Zeilen werden durch die Analyse der Pixelwerte in der Bilddatei unter Verwendung gewöhnlicher und bekannter Bildverarbeitungsverfahren identifiziert. Die Linien werden durch die Strukturanalyse des Bilds auf die folgende Weise lokalisiert:
Beginnend in der unteren linken Ecke des Bilds 53 (4) wird das Bild in nördlicher Richtung 54 analysiert, bis die erste horizontale Referenzzeile 56 lokalisiert wird. Nun wird das Bild beginnend in der unteren rechten Ecke des Testbilds in nördlicher Richtung 54 analysiert, bis die erste horizontale Referenzzeile 58 lokalisiert wird. Auf Grundlage der Differenz zwischen der vertikalen Position der ersten und der zweiten horizontalen Referenzzeile wird das Bild so weit gedreht, bis beide horizontale Referenzzeilen auf ein und derselben Rasterzeile in der Bilddatei liegen. Beide horizontalen Referenzzeilen wurden im Bild durch dieselbe einzelne Lichtquelle erzeugt. Dementsprechend führt der Drehvorgang dazu, dass das Bild in Bezug auf die Abtastrichtung der Lichtquellen exakt gerade ist. In diesem Stadium liegen alle Punkte, die von einer bestimmten Lichtquelle erzeugt wurden, auf einer bestimmten horizontalen Reihe oder Rasterzeile der Bilddatei. Die weitere Analyse erfolgt anhand des so gerade gerichteten Bilds.
Der zweite Schritt 92 der Bildanalyse besteht darin, für jede Lichtquelle jene Rasterzeile in der Bilddatei zu lokalisieren, die von dieser Lichtquelle belichtet wurde. Beim Testbild wurde ein Abschnitt aus horizontalen Zeilen, die von vorbestimmten Lichtquellen belichtet wurden, gedruckt. Jede Lichtquelle belichtet eine horizontale Zeile. Durch die Strukturanalyse des Bilds, die senkrecht zu den horizontalen Zeilen verläuft, werden die horizontalen Rasterzeilen in der Bilddatei identifiziert, die jeder der einzelnen Lichtquellen entsprechen. Die horizontalen Zeilen werden wie folgt analysiert: Beginnend mit der ersten horizontalen Referenzzeile 56 (4) wird das Bild in östlicher Richtung 60 analysiert, bis die vertikale Referenzzeile 62 lokalisiert wird.
Nun wird ein Punkt 66 lokalisiert, der um eine vorbestimmte Distanz nördlich und östlich des Schnittpunkts 64 der Referenzzeilen liegt. Beginnend bei diesem Punkt 66 wird das Bild in südlicher Richtung 70 entlang einer Abfolge von Zeilen, die von den Lichtquellen mit gerader Kennzahl erzeugt wurden, analysiert. Für jede der geradzahligen Lichtquellen wird die horizontale Rasterzeile in der Bilddatei, die von der entsprechenden Lichtquelle erzeugt wurde, identifiziert. Nun wird ein zweiter Punkt 68 lokalisiert, der um eine zweite vorbestimmte Distanz vom ersten Schnittpunkt der Referenzzeilen entfernt liegt. Beginnend bei diesem Punkt 68 wird das Bild in südlicher Richtung 72 entlang einer Abfolge von Zeilen, die von den Lichtquellen mit ungerader Kennzahl erzeugt wurden, analysiert. Für jede der ungeradzahligen Lichtquellen wird die horizontale Rasterzeile in der Bilddatei, die von der entsprechenden Lichtquelle erzeugt wurde, identifiziert. Ist dieser Vorgang abgeschlossen, ist jede Lichtquelle am Drucker mit einer horizontalen Rasterzeile in der Bilddatei korreliert.
Sind die Rasterzeilen in der Bilddatei mit den einzelnen Lichtquellen, die diese belichteten korreliert, können die Daten der Rasterzeilen im Bild analysiert werden, um die Intensität der einzelnen Lichtquellen zu bestimmen und zu normalisieren. Der dritte Schritt 94 der Analyse besteht in der Berechnung der individuellen Normalisierungsfaktoren für jeden der DACs der Vielzahl von Lichtquellen. Für jede Lichtquelle können die von dieser Lichtquelle erzeugten Bilddaten analysiert werden. Die Belichtungsdichte des Bilds wird in einem Bereich in der Nähe der Lichtquelle, die dieses belichtet hat, analysiert. Die Intensität einer jeden Lichtquelle wird normalisiert, indem der jeweilige DAC eingestellt wird. Zur Erfassung der zur Normalisierung der Lichtquellen notwendigen Daten wird das Bild wie folgt analysiert: Ein Punkt 74, der um eine vorbestimmte Distanz nördlich und östlich des Schnittpunkts 64 der Referenzzeilen liegt, wird lokalisiert. Beginnend bei diesem Punkt 74 wird das Bild in südlicher Richtung entlang einem gleichmäßig belichteten Grauabschnitt des Bilds analysiert. An jeder einer bestimmten Lichtquelle entsprechenden Rasterzeile wird die Bilddichte gemessen. Das Verhältnis zwischen der Bilddichte an dieser horizontalen Rasterzeile und dem Mittelwert der Dichten an allen horizontalen Rasterzeilen innerhalb dieses Abschnitts des Bilds wird berechnet, um es als Normalisierungsfaktor heranzuziehen. Dieser Normalisierungsfaktor wird dann auf die binäre Zahl, die dem die ser Lichtquelle zugeordneten DAC zugeführt wird, angewendet. Der Vorgang der Dichtemessung, der Berechnung der Differenz aus der mittleren Dichte und das Anwenden eines Korrekturfaktors auf den DAC wird für jede Lichtquelle des Druckers wiederholt. Mit der Beendigung dieses Schritts wurden die Intensitäten der Lichtquellen normalisiert. Anzumerken ist, dass in einer alternativen Ausführungsform der Erfindung, die in 3E abgebildet ist, die DACs weggelassen werden und die Normalisierung durch die Anwendung von Schritt 4, unten, ausgeführt wird.
Der vierte Schritt 96 der Analyse besteht in der Berechnung der individuellen Normalisierungsfaktoren für jede der Vielzahl an Lichtquellen bei jeder der gedruckten Intensitäten 53.4 des Testbilds. Für jede Lichtquelle werden in jeder Dichteregion die von dieser Lichtquelle erzeugten Bilddaten analysiert. Die Belichtungsdichte des Bilds wird in einem Bereich in der Nähe der Lichtquelle, die dieses belichtet hat, analysiert. Ein Belichtungskorrekturfaktor wird berechnet, der der von dieser Lichtquelle erzeugten Belichtungsdichte dividiert durch die mittlere Belichtungsdichte in diesem Dichtebereich entspricht. Um die zur Normalisierung der Belichtungen benötigten Daten zu erfassen, wird das Bild wie folgt analysiert: Mehrere Punkte 78 (4) werden lokalisiert, wobei einer dieser um eine vorbestimmte Distanz entfernt nördlich und östlich des Schnittpunkts 64 der Referenzzeilen liegt und alle diese in östlicher Richtung 60 regelmäßig voneinander beabstandet sind. Beginnend bei diesem Punkt 78 wird das Bild in südlicher Richtung entlang einem gleichmäßig belichteten Abschnitt des Bilds mit einer bestimmten Dichte analysiert. An jeder einer bestimmten Lichtquelle entsprechenden Rasterzeile wird die Bilddichte gemessen. Das Verhältnis zwischen der Bilddichte an dieser horizontalen Rasterzeile und der gewünschten Dichte für diesen Abschnitt des Bilds wird berechnet, um dieses als Normalisierungsfaktor heranzuziehen. Dieser Normalisierungsfaktor wird dann auf den Eintrag in die Normalisierungs-Verweistabelle angewendet, die der gewünschten Dichte, die erzeugt werden soll, entspricht. Der Vorgang der Dichtemessung, der Berechnung der Differenz aus der gewünschten Dichte und das Anwenden eines Korrekturfaktors auf die Belichtungskorrektur-Verweistabellen wird für jede Lichtquelle des Druckers und für jeden Dichteabschnitt im Testbild wiederholt. Bei dem als Beispiel dienenden Testbild, das von den Erfindern verwendet wurde, wurde die Normalisierung für 17 verschiedenen Dichten ausgeführt. Es versteht sich, dass ein normales Halbtonbild sehr viel mehr als 17 Dichten aufweist. Somit könnte ein Testbild verwendet werden, das eine größere Anzahl an unterschiedlichen Dichteregionen aufweist, und/oder es können die Belichtungszeiten für Zwischendichten durch Interpolation bestimmt werden. Das heißt, dass nach den Schritten der Normalisierung der Lichtquellen für 17 Dichten die Belichtungszeiten für alle möglichen verbleibenden Zwischendichten unter Verwendung bekannter mathematischer Interpolationsverfahren aus den 17 normalisierten Belichtungszeiten berechnet werden. Nach Beendigung dieses Schritts sind die Lichtquellen auf jede zwischen Schwarz und Weiße liegende Dichte normalisiert.
Vorausgesetzt wird, dass die obige Abfolge der Schritte getrennt für jede der Grunddruckfarben angewendet werden muss, bei denen es sich üblicherweise um Cyan, Magenta und Gelb handelt, aber auch andere Grundfarben mit eingeschlossen sein können. Weitere Voraussetzung ist, dass dieser Vorgang auf jede Farbe angewendet werden kann, indem getrennte einzeln gefärbte Testbilder gedruckt werden. Zudem versteht es sich, dass die Farbe Grau aus gleichen Teilen der Grundfarben besteht und folglich diese Analyse auch für jede separate Farbe durch die Analyse ein und desselben grau gefärbten Testbilds durchgeführt werden kann. Das spezielle Testbild, das von den Erfindern verwendet wurde und in 4 abgebildet ist, ist eine mögliche Designvariante eines solchen Bilds. Das Verfahren sollte genauso gut mit anderen Testbildern funktionieren, die es zulassen, dass Stellen im Bild mit den einzelnen Lichtquellen, die diesen Abschnitt des Bilds belichtet haben, korreliert werden.
In einer Ausführungsform eines Digitaldruckers, der erfindungsgemäß konstruiert wurde, tastet der Belichtungskopf 1 das lichtempfindliche Material durch Vor- und Rückwärtsbewegungen mit einer Geschwindigkeit von in etwa einer Abtastung pro Sekunde ab. Sind alle Lichtquellen auf die gleich Kennlinie Pc (3D) normalisiert, so wird jener Abschnitt des lichtempfindlichen Materials, das durch die Überlappung benachbarter Lichtquellen in einer einzigen Abtastung belichtet wird, anders belichtet als jener Abschnitt des lichtempfindlichen Materials, das durch die Überlappung benachbarter Abtastungen belichtet wird. Der Hauptunterschied besteht darin, dass der Bereich einer Abtastung, der von benachbarten Lichtquellen belichtet wird, tatsächlich simultan belichtet wird, während der durch einander überlappende Abtastungen belichtete Bereich zweimal mit einer Zeitverzögerung von in etwa einer Sekunde zwischen den Belichtungen belichtet wird. Die Auswirkungen der latenten Bildverschlechterung und des Schwarzschildeftekts erzeugen gemeinsam eine unterschiedliche Belichtung entlang der Zeile, an der zwei benachbarte Abtastungen des Kopfs aufeinander treffen. Dieser Belichtungsunterschied kann zum Auftreten einer sichtbaren Linie im fertigen Bild führen. 7 zeigt eine große, gleichmäßig belichtete Fläche, die durch mehrere Abtastungen durch die auf die gleiche Kennlinie Pc (3D) normalisierten Lichtquellen erzeugt wurde. Während die Druckdichte innerhalb einer einzigen Abtastung 102 und auch von Abtastung zu Abtastung durchwegs gleich ist, ist die Bilddichte dort, wo benachbarte Abtastungen aufeinander treffen, unterschiedlich. Um diese Effekte zu korrigieren, müssen die Lichtquellen an den Rändern einer Abtastung auf andere Kennlinien normalisiert werden als die Lichtquellen im Inneren der Abtastung.
3D zeigt die optimale Leistungskennlinie Pc der Bilddichte über der Belichtungszeit. Sind alle Lichtquellen so normalisiert, dass sie an diese Kennlinie angepasst sind, ergibt sich das in 7 dargestellte Bild. Um die Ränder der Abtastung 100 auf dieselbe Druckdichte wie im Bereich innerhalb der Abtastung zu normalisieren, müssen die Lichtquellen an den Rändern der Abtastung auf eine andere Kennlinie Pe (3D) normalisiert werden. Die Normalisierung der Randlichtquellen auf die Kennlinie Pe wird während des oben beschriebenen Normalisierungsvorgangs durchgeführt. Während der Analyse des Testbilds (4), die oben beschrieben wurde, sind Druckdichteunterschiede an den Rändern der Abtastung im Testbild gegenwärtig. Der oben beschriebene Normalisierungsvorgang hat zur Folge, dass die Lichtquellen an den Rändern der Abtastung auf die Druckdichte im Inneren der Abtastung angepasst sind. Das Ergebnis der Normalisierung ist also, dass die Lichtquellen an den Rändern der Abtastung an die Kennlinie Pe angepasst sind, während die Lichtquellen im Inneren der Abtastung an die Kennlinie PC angepasst sind.
Wieder Bezug nehmend auf 1 sind die Enden der faseroptischen Röhren vorzugsweise im Wesentlichen von quadratischem oder rechteckigem Querschnitt und in Spalten 5, 6, 7 angeordnet. Die faseroptischen Röhren werden so gewählt oder hergestellt, dass sie präzise Querschnittsmaße aufweisen. Mithilfe einer Vorrichtung für den Zusammenbau werden die faseroptischen Röhren durch den Rahmen 4 festgeklammert oder am richtigen Ort angehaftet. Jede Spalte besteht aus einer Vielzahl von Ausgangsenden faseroptischer Röhren, die in präziser Ausrichtung zueinander zusammengefügt und angeordnet sind. Die Spalten in können in Kontakt zueinander oder durch Präzisionsabstandshalter 8 beabstandet angeordnet sein. In beiden Konfigurationen enthält jede Spalte die gleiche Anzahl an faseroptischen Röhren und ist exakt gleich lang. Nach dem Zusammenbau werden die faseroptischen Röhrenenden maschinell zu einem vorbestimmten Querschnitt bearbeitet und poliert, Die Eingangsenden der faseroptischen Röhren werden an (nicht dargestellte) unabhängig anregbare Lichtquellen, vorzugsweise an Leuchtdioden (LEDs) angeschlossen.
8 ist eine Abbildung eines Druckkopfs 137, der nach dem Stand der Technik beschrieben wurde. Lichtquellen 138, als S₀ bis S_n bezeichnet, weisen einen quadratischen Querschnitt auf und belichten Pixelbilder, die im Raster 139 dargestellt sind. Bei der Abtastung einer Reihe des lichtempfindlichen Materials (das ein Bildfeld bestehend aus m Reihen und n Spalten definiert) durch den Kopf kann ein Pixelbild an jeder Spaltenstelle P₀ bis P_m belichtet werden. Die Belichtung der Pixelbilder wird durch n separate Freischaltsignale 146 E₀ bis E_n ausgelöst. Die Freischaltsignale sind mit dem in 2 dargestellten Kodierer 24 synchronisiert.
9A zeigt eine Darstellung eines bevorzugten Kopfs 1 gemäß der Erfindung. Der Druckkopf ist um einen Winkel von 45 Grad in die Abtastrichtung geneigt. Die Lichtquellen 176 S₀ bis S_n definieren einen rautenförmigen Querschnitt, der sich aus der Neigung der quadratischen Enden um 34 Grad in Bezug auf die Abtastrichtung 18 ergibt. Die Lichtquellen 176 S₀ bis S_n belichten die Pixelbilder 178, wie im Raster 180 dargestellt ist. Bei der Abtastung des lichtempfindlichen Materials durch den Kopf kann ein Pixelbild an jeder Stelle P₀ bis P_m belichtet werden. Aufgrund der Neigung um 45 Grad werden die einer einzigen Spaltenstelle P zugeordneten Pixelbilder nicht gleichzeitig belichtet, sondern die Pixel P_m, S₀ werden zur gleichen Zeit wie die Pixel P_m-1, S₁ und P_m-2, S₂ usw. belichtet. Die Belichtung der Pixelbilder wird durch n separate Freischaltsignale 182 E₀ bis E_n ausgelöst. Die Freischaltsignale sind mit dem in 2 dargestellten Kodierer 24 synchronisiert. Bei der Abtastung durch den Kopf überlappen die erfindungsgemäßen Pixelbilder einander. Das heißt, dass die Pixelbilder einer jeden Abtastreihe die Pixelbilder der darunter und der darüber liegenden Abtastreihe um im Wesentlichen 50 % des Abstands zwischen den Mittelpunkten der Pixelbilder überlappen. Auch überlappt jedes Pixelbild entlang einer Reihe die horizontal nach vorn und hinten verschobenen Pixelbilder um im Wesentlichen 50 % des Abstands zwischen den Mittelpunkten der Pixelbilder.
Während der Kopf aus 9A die Abtastung in seitlicher Richtung, senkrecht zur Richtung des lichtempfindlichen Materials 23 ausführt, ist in 9B eine alternative Kopfkonfiguration 183 dargestellt, in der der Kopf angebracht werden kann. Im Besonderen zeigt 9B einen Kopf 183, der sich über die Breite des lichtempfindlichen Materials 23 erstreckt. Der Kopf 183 besteht aus zumindest zwei Reihen an Pixelbildgeneratoren (z.B. Enden faseroptischer Röhren), die in Bezug auf die seitlich und die längs verlaufenden Richtungen in einem 45-Grad-Winkel geneigt sind. Der Kopf 183 ist zur Abbildung des gleichen Pixelbilds, das in 9A dargestellt ist, fähig.
Mit bezug auf 10 ist bei der Belichtung des lichtempfindlichen Materials durch die Pixelbilder der Belichtungsbeitrag, den das Pixel 126 für seine Abtastzeile 128 leistet, im Mittelabschnitt am größten, da das Pixel 126 entlang dieser Linie am breitesten ist. Der Belichtungspegel nimmt linear mit dem transversal zur Mittellinie 130 des Pixels verlaufenden Abstand ab. Der Belichtungspegel nimmt bis zu einem Punkt, der auf der Mittellinie 132 der benachbarten Abtastzeile 134 liegt, auf Null ab. Entsprechend nimmt der Belichtungsbeitrag des benachbarten Pixelbilds 136 für die Rasterzeile 128 mit dem Abstand von seiner Mittellinie 132 ab. Es ist zu erkennen, dass an jedem Punkt auf einer Linie zwischen dem Mittelpunkt des Pixelbilds 126 und dem Mittelpunkt des benachbarten Pixelbilds 136 der Belichtungspegel aus einem gewissen Anteil eines jeden Pixelbilds besteht. Aufgrund der Form des Pixelbilds ist zu er kennen, dass der Belichtungspegel in der Region zwischen der Mittellinie 130 des Pixelbilds 126 und der Mittellinie 132 des benachbarten Pixelbilds 136 ein linearer Mittelwert des Pixels 126 und des benachbarten Pixels 136 ist.
11 veranschaulicht das Muster der Rautenpixel 140 im Verhältnis zu einem herkömmlichen quadratischen Pixelmuster 142, wie es in 8 dargestellt ist. Es ist zu erkennen, dass die Überlappungen der Rautenpixel 140 rautenförmige interpolierte Pixel 144 bilden. Die interpolierten Pixel weisen eine Fläche auf, die in etwa 25 % der ursprünglichen Pixel 140 entspricht. Die Seitenmaße der rautenförmigen Pixel 144 (die in einer als Beispiel konstruierten Ausführungsform 0,0047 Zoll ausmachen) belaufen sich auf 0,707 (= 1/Quadratwurzel aus 2) Mal der Seitenmaße der herkömmlichen quadratischen Pixel 142. Für eine bestimmte Dateneingabe können diese kleineren, interpolierten Pixel 144 für eine erhöhte Auflösung mit einer entsprechenden Verbesserung der Schärfe des fertigen Bilds sorgen.
Die interpolierten Pixel 144 sorgen für eine wirkungsvolle Mischung, teilweise weil:

1) der Kopf bei der Belichtung der Pixelbilder in Bewegung ist, wodurch die Menge des an das lichtempfindliche Material abgegebenen Lichts dort am größten ist, wo das Pixel in der Richtung der Abtastung am breitesten ist, und
2) das lichtempfindliche Material im Allgemeinen für die Auflösung eines scharfen Bilds aus einem einzigen Rautenpixel nicht ausreichend auflösend ist, weshalb das Material benachbarte Pixel bis zu einem Grad ineinander fließen lässt.

13 zeigt die Spektralcharakteristiken von typischen roten 164, grünen 162 und blauen 160 LED-Lichtquellen. Aufgrund der in der LED-Technologie häufigen Variationen bei der Herstellung können bei den Spektralausgaben ähnlicher LED deutliche Unterschiede auftreten. 14 zeigt einen typischen Schwankungsbereich der Spektralausgaben einer kleinen Population aus roten, grünen und blauen LED-Lichtquellen 160', 162' bzw. 164'. 15 stellt die spektralen Schmalpass-Durchlässigkeitscharakteristiken 172, 174 von den in 12 abgebildeten Blau- und Grünfiltern dar. Beim Hindurchtreten der Energie einer jeden LED der Population der in 15 gezeigten Kennlinien durch ein Filter, dessen spektrale Empfindlichkeit 15 zu entnehmen ist, wird die Spektralausgabe einer jeden LED so eingeschränkt, dass sie in der Hüllkurve des Filters liegt. Nach dem Filtern weisen alle Lichtquellen im Wesentlichen die gleichen Spektralcharakteristiken auf und wirken bei der Belichtung der verschiedenen Farben des lichtempfindlichen Materials im Wesentlichen gleich.
12 zeigt ein bevorzugtes Farbabgleichfilter 152, das am Druckkopf 1 installiert ist. Das Farbfilter 152 besteht aus drei Abschnitten: blau 154, grün 156 und rot oder farblos 158. Der Blauabschnitt 154 des Farbfilters weist die in 15 dargestellte Schmalpass-Durchlässigkeitscharakteristik 172 auf. Der Grünabschnitt 156 des Farbfilters weist die in 15 dargestellte Schmalpass-Durchlässigkeitscharakteristik 174 auf. Das Filter 152 ist über den Ausgangsenden der faseroptischen Röhren angeordnet, sodass das von blauen Lichtquellen eingespeiste Licht durch den Blauabschnitt 154 des Filters 152 tritt. Analog dazu tritt das von den grünen Lichtquellen eingespeiste Licht durch den Grünabschnitt 156 des Filters 152. Das von den roten Lichtquellen eingespeiste Licht tritt durch den Rotabschnitt (oder den farblosen Abschnitt) 158 des Filters 152. In einer umgesetzten Ausführungsform der Erfindung kann das von den roten Lichtquellen eingespeiste Licht durch einen im Wesentlichen farblosen Glasabschnitt 158, d.h. das Substrat für das Blau- 154 und das Grünfilter 156 treten, da einige lichtempfindliche Materialien eine hohe Toleranz gegenüber Spektralschwankungen im Rotband aufweisen.
In der vorangegangenen Beschreibung sind die vom Anmelder bevorzugten Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von qualitativ hochwertigen Halbton- und/oder Farbbildern auf lichtempfindlichem Material dargelegt. Es versteht sich, dass von Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung zahlreiche Modifikationen und/oder Variationen daran vornehmen können, ohne dadurch vom Geist oder dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

Auf eine digitale Bilddatei responsive Vorrichtung, wobei die digitale Bilddatei Daten umfasst, die eine variable Dichte für jedes einer Vielzahl von Pixel definiert, zur Erzeugung eines zusammengesetzten Bilds auf einem lichtempfindlichen Material, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: einen Kopf (1), bestehend aus einer Vielzahl von Lichtquellen (28), die einzeln durch ein ihnen zugeführtes Steuersignal mit Energie beaufschlagbar sind, um das lichtempfindliche Material zur Erzeugung einer definierten Pixelbilddichte auf diesem variabel zu belichten; ein Mittel (33) zur selektiven Speisung der Lichtquellen mit entsprechenden Steuersignalen; eine erste Quelle (86), die eine Vielzahl von Korrekturwerten speichert, welche jeweils der Vielzahl der Lichtquellen zugeordnet sind, um die Ausgangssignale der Lichtquellen auf einen einzigen Lichtintensitätspegel zu normalisieren; eine zweite Quelle (88), die mehrere Korrekturwerte für jede Lichtquelle speichert, um die Belichtungswirkung einer jeden Lichtquelle für mehrere Pixelbilddichten zu normalisieren; und einen Steuerprozessor (20) zum Steuern der Amplitude und der Dauer eines jeden an eine Lichtquelle zugeführten Steuersignals als Funktion der digitalen Bilddateidaten, die eine Pixelbilddichte definieren, und der von der ersten und der zweiten Quelle abgeleiteten Korrekturwerte.
Vorrichtung nach Anspruch 1, worin das Mittel zur Speisung mit entsprechenden Steuersignalen ein Ansteuerungsmodul umfasst, das auf die daran angelegten digitalen Steuersignale responsiv ist, um die Lichtquellen mit analogen Steuersignalen zu speisen; und worin der Steuerprozessor digitale Steuersignale an das Ansteuerungsmodul anlegt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, worin das Ansteuerungsmodul ein Digital-Analog-Wandlermittel umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, worin das Mittel zur Speisung mit entsprechenden Steuersignalen ein Taktmodul umfasst, das responsiv auf die daran angelegten digitalen Belichtungszeitwerte ist; und worin der Steuerprozessor digitale Belichtungszeitwerte an das Taktmodul anlegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, worin jede Korrekturwertquelle eine Verweistabelle, die digitale Daten speichert, umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die Korrekturwerte die Ausgangssignale der Lichtquellen auf eine gemeinsame Leistungskennlinie normalisieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die Korrekturwerte die Ausgangssignale einer ersten Gruppe der Lichtquellen auf eine erste Leistungskennlinie und einer zweiten Gruppe der Lichtquellen auf eine zweite Leistungskennlinie normalisieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die Vielzahl der Lichtquellen angeordnet sind, um mittlere Lichtquellen und Randlichtquellen zu umfassen; und worin die Korrekturwerte die Ausgangssignale der mittleren Lichtquellen auf eine erste Leistungskennlinie und die Ausgangssignale der Randlichtquellen auf eine zweite Leistungskennlinie normalisieren.
Verfahren zur Steuerung einer Anordnung von Lichtquellen, von denen jede zur Erzeugung einer variablen Pixelbilddichte auf einer Zieloberfläche imstande ist, wobei das Verfahren Folgende Schritte umfasst: das selektive Beaufschlagen der Lichtquellen mit Energie, um ein erstes Testmusterbild auf der Zieloberfläche zu erzeugen; das Abtasten des ersten Testmusterbilds zur Bestimmung der Dichte eines jeden Pixelbilds im ersten Testmusterbild; das Berechnen von ersten Korrekturfaktoren zur Normalisierung der Intensität der Lichtquellen; das Anwenden der ersten Korrekturfaktoren auf die Lichtquellen, um ein zweites Testmusterbild zu erzeugen; das Abtasten des zweiten Testmusterbilds zur Bestimmung der Dichte eines jeden Pixelbilds im zweiten Testmusterbild; das Berechnen von zweiten Korrekturfaktoren zur Normalisierung der Pixelbilder im zweiten Testmusterbild; und das Anwenden der zweiten Korrekturfaktoren auf die Lichtquellen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, worin das zusammengesetzte Bild aus einer Vielzahl von in Längsrichtung verschobenen Pixelreihen besteht und worin jede Pixelreihe aus seitlich verschobenen Pixelbildern besteht und worin jedes Pixelbild quadratisch ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, worin jedes quadratische Pixelbild in Bezug auf die seitliche Richtung und die Längsrichtung um im Wesentlichen 45° versetzt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, worin (1) benachbarte Pixelbilder in jeder Reihe einander teilweise überlappen und/oder (2) Pixelbilder in benachbarten Reihen einander teilweise überlappen.