DE3026207A1 - Antistroboskopische filter - Google Patents
Antistroboskopische filterInfo
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- G03G15/22—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern involving the combination of more than one step according to groups G03G13/02 - G03G13/20
- G03G15/28—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern involving the combination of more than one step according to groups G03G13/02 - G03G13/20 in which projection is obtained by line scanning
- G03G15/30—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern involving the combination of more than one step according to groups G03G13/02 - G03G13/20 in which projection is obtained by line scanning in which projection is formed on a drum
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Description
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf electrophotographysehe
Druckgeräte und ähnliche Belichtungssysteme, die als mit einer Schlitzbelichtung arbeitende Abtastsysteme
bezeichnet werden können, und insbesondere auf das Abtasten eines Bildes durch eine öffnung hindurch
auf eine sich bewegende lichtempfindliche Oberfläche.
Eine unerwünschte Erscheinung, die als stroboskopischer Effekt bekannt ist, erscheint oftmals beim Abtasten
eines Bildes durch eine Öffnung hindurch, die durch eine Lochplatte definiert ist, auf eine lichtempfindliche
Oberfläche. So ist z.B. das Licht von einer mit Hetzstrom betriebenen fluoreszierenden Lampe,
obwohl es dem menschlichen Auge als kontinuierlich erscheint, tatsächlich ein Blitzlicht mit einer Frequenz
von 120 Hz, Dadurch kann sich eine periodische Änderung der Belichtung, der über die Zeit integrierten Beleuchtung,
auf der lichtempfindlichen Oberfläche in der Bewegungsrichtung dieser Oberfläche über die öffnung
hinweg ergeben.
Es gibt Kompensationsverfahren für diesen stroboskopischen Effekt. Ein Verfahren sieht die Vergrößerung der
Frequenz der Beleuchtungslampe vor, wie dieses in der US-PS 5 998 539 der Anmelderin beschrieben ist. Dieses
Verfahren erfordert jedoch eine hochfrequente Speisequelle und benötigt zusätzliche Bauteile und damit
einen komplizierten Aufbau des Beleuchtungssystems. Es ist daher eine Einrichtung erforderlich, um die
stroboskopisehen Wirkungen zu beseitigen, ohne daß eine
hochfrequente Speisequelle oder weitere Bauteile erforderlich
sind.
Ein weiteres Verfahren zum Beseitigen des stroboskopischen Effektes sieht das Defokussieren der Lochplatte
durch Vergrößern ihres Abstandes über der lichtempfindlichen Oberfläche vor. Dieses ist jedoch eine nicht
immer anwendbare Lösung, da eine zu große Defokussierung den Belichtungsbereich verbreitert, was zu stärkeren
Bildfolgefehlern auf einer zylindrischen Bildplatte führt. Außerdem kann es erfordeäich sein, die Lochplatte
für jede Vergrößerung bei einem System mit mehreren Vergrößerungen auf unterschiedliche Stellen einzustellen.
Wenn außerdem das Beleuchtungsprofil auf der lichtempfindlichen Fläche nicht symmetrisch ist, kann die
Defokussierung der Lochplatte das stroboskopische Problem nicht vollständig lösen. Es besteht daher der Wunsch nach
einer Einrichtung zum Minimalisieren des stroboskopischen
Effektes, die leicht an ein Mehrfach-Vergrößerungssystem angepaßt werden kann und eine nichtsymmetrische
Beleuchtung kompensieren kann, sowie in Verbindung mit nicht rechteckigen Öffnungen anwendbar ist.
Das Problem wird manchmal durch Verwendung von lang nachleuchtenden Lampenphosphorarten beseitigt, die die
Änderung der Lampenstrahlung vermindern. Bei Anordnungen, die Xenon- oder Gasentladungslichtquellen benutzen,
ergibt sich jedoch eine nur sehr kleine oder keine Verweilzeit. Mit Wechselstrom arbeitende Wolframlampen
zeigen ebenfalls den stroboskopischen Effekt. Ein weiteres Verfahren zum Beseitigen des stroboskopischen
Effektes sieht eine Öffnungsbreite vor, die breit genug
ist, um den Beleuchtungsunterschied zwischen Punkten auf dem Lichtempfangsteil zu glätten. Dieses kann je-
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doch auch zu Bildfolgefehlern auf zylindrisehen Lichtempfangsteilen
führen. Es ist daher wünschenswert, eine einfache Einrichtung zu schaffen, mit der die
stroboskopisehe Wirkung zu beseitigen ist, die jedoch
nicht die Bildauflösung vermindert.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, den stroboskopischen Effekt beim Abtasten eines Bildes durch eine
Öffnung hindurch auf eine lichtempfindliche Fläche zu
beseitigen.
Diese Aufgabe ist durch die in den Patentansprüchen angegebene Erfindung gelöst.
Kurz gesagt betrifft die Erfindung das Vorsehen verschiedener Arten von optischen Übertragungsfiltern,
die bestimmte übertragungsfunktionen haben, um den
stroboskop!sehen Effekt beim Abtasten eines Bildes durch eine öffnung auf einen Lichtempfangsteil zu beseitigen.
Ein allgemeines Erfordernis oder eine Bedingung für die Beleuchtungsprofile auf dem Lichtempfangsteil
wurde festgestellt, um den stroboskopischen Effekt so gering wie möglich zu machen. Die Beleuchtungsfunktionen
für den Lichtempfangsteil sind gewöhnlich das Produkt der Zeit in Abhängigkeit von der periodisch gespeisten Beleuchtungslampe
und der räumlichen Abhängigkeit des Beleuchtungsprofils über der Öffnung nahe dem Lichtempfangsteil
. Es wurde festgestellt, daß der stroboskopisch^ Effekt beseitigt wird, wenn die Fourier-Transformation
des räumlichen Beleuchtungsprofils gleich Null ist, das bei der Grundfrequenz der Beleuchtungslampe und bei den Vielfachen der Grundfrequenz abgeschätzt
wird , mit denen die Lampe gespeist wird. Ein Übertragungsfilter mit bestimmten Übertragungseigen-
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schäften kann in dem optischen Pfad nahe der Öffnung
angeordnet werden, um ein räumliches Beleuchtungsprofil zu schaffen, das bei den erforderlichen räumlichen
Frequenzen eine Fourier-Transformation von 3SFuIl
zeigt. Mit anderen Worten, ein Übertragungsfilter mit besonderen Übertragungseigenschaften, das in dem optischen
Pfad angeordnet ist, beseitigt den stroboskopischen Effekt.
Gemäß einem bevorzugten Gedanken der Erfindung werden also verschiedene Arten von Übertragungsfiltern mit
besonderen Übertragungsfunktionen vorgesehen, um den stroboskop!sehen Effekt beim Abtasten eines Bildes
durch eine Öffnung hindurch auf ein Idchtempfangsteil
zu beseitigen. Ein allgemeines Erfordernis oder eine Bedingung für die Beleuchtungsprofile auf dem Lichtempfangsteil·
wurden festgestellt, um den stroboskopischen Effekt so gering wie möglich zu machen. Die Beleuchtungsprofile
auf dem Lichtempfangsteil sind gexröhnlich
das Produkt aus der Zeit-Beleuchtungs-Funktion
der periodisch gespeisten Beleuchtungslampe und dem räumlichen Beleuchtungsprofil über der Öffnung nahe
dem Lichtempfangsteil. Es wurde festgestellt, daß der stroboskopisehe Effekt beseitigt wird, wenn die
Fourier-Transformation des räumlichen Beleuchtungsprofils gleich Null ist, was bei der Grundfrequenz der
Beleuchtungslampe oder den Vielfachen der Grundfrequenz abgeschätzt wird, mit denen die Lampe gespeist wird.
Ein übertragungsfilter mit bestimmten Übertragungseigenschaften kann im optischen Pfad nahe der Öffnung
angeordnet werden, um ein räumliches Beleuchtungsprofil zu bewirken, das eine Fourier-Transformation von
Null bei den erforderlichen räumlichen Frequenzen hat.
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert, in der gleiche Bezugszeichen gleiche Teile bezeichnen.
Im einzelnen zeigt:
Fig. 1 schematisch eine Seitenansicht eines die Erfindung benutzenden elektrophotographischeη
Gerätes,
Fig. 2 eine teilweise Vorderansicht einer lichtempfindlichen
Trommel, einer Lochplatte und eines erfindungsgemäßen
Übertragungsfilters,
Fig. 3 schematisch eine Draufsicht der Lochplatte und
des Lichtempfangsteils, wie sie vom Filter aus
gesehen werden,
Fig. 4 den durch eine idealisierte Lampenarbeitsweise
in 3ezug auf eine beliebige Öffnung bewirkten
stroboskopisch^ Effekt,
Fig. 5 die Beseitigung des in Fig. 4 gezeigten stroboskopischen
Effektes,
Fig. 6 den durch eine Lampe mit einer sich sinusförmig ändernden Ausgangsleistung bedingten stroboskopischen
Effekt,
Fig. 7 die Beseitigung des in Fig. 6 gezeigten stroboskopischen Effektes,
Fig. 8a und 8b die räumlichen und zeitlichen Profile über
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- Λ. Ο -
einer Öffnung einer beliebigen Beleuchtungsfunktion,
Fig. 9a bis 9c ein rechteckiges Beleuchtungsprofil, die
sich ergebende Belichtungsverteilung und die Fourier-Transformation des Beleuchtungsprofils
und
Fig. 10a bis 1Oe Proben von Beleuchtungsfunktionen über einer Öffnung und die entsprechenden Fourier-Transformationen.
In den Fig. 1 und 2 der Zeichnung ist ein typisches elektrophotographisches Druckgerät gezeigt, das die
Erfindung benutzt. Eine elektrostatische Ladung wird gleichmäßig auf der lichtempfindlichen Fläche 10 einer
sich bewegenden photoleitenden Trommel 12 aufgebracht, um sie damit für ein von einem zu reproduzierenden
Original 14 stammendes Lichtbild empfindlich zu machen.
Die geladene Oberfläche 10 wird durch eine Belichtungsstation B in Richtung des Pfeils 16 hindurchgedreht
und ein fließendes Lihtbild des Originals 1A- wird auf
der Oberfläche 10 aufgezeichnet. Danach wird die das Licht tragende Oberfläche 10 durch eine Entwicklungsstation C zum Zuführen eines Toners auf die geladene
Oberfläche 10 hindurchbewegt, der das elektrostatische Ladungsbild sichtbar macht. Das entwickelte Bild wird
in Berührung mit einem Blatt eines endgültigen Trägermaterials innerhalb einer Übertragungsstation D gebracht,
und das Tonerbild wird elektrostatisch von der Oberfläche 10 auf die Berührungsseite des Trägerblattes
angezogen. Alle auf der Oberfläche 10 nach der Beendigung
des Übertragungsvorganges zurückbleibenden Tonerteilchen
werden dann innerhalb einer Reinigungsstation E entfernt,
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die die Oberfläche in einen die Wiederholung des Vorgangs ermöglichenden Zustand versetzt. Nach dem tfbertragungsvorgang
wird das das Bild tragende Träger-"blatt über einen geeigneten Transport in eine Schmelzfixierstation
F bewegt.
Die Abtastung des Originals 14 wird mit Hilfe eines Abtastspiegels 18, eines Kompensationsspiegels 20 und
einer ortsfesten Objektivoptik 22 ausgeführt. Der Abtastspiegel
18 wird von einem nicht gezeigten Schlitten getragen, der sich über einen bestimmten horizontalen
Bewegungsweg unterhalb der Fläche einer Trägerplatte 24 hin- und herbewegt wird. Auf dem Schlitten ist eine
mit einer Blende versehene Lampe 26 mit einem Reflektor 28 vorgesehen, um einen sich in Längsrichtung erstreckenden,
inkrementellen Bereich auf der Trägerplatte 24 innerhalb des Gesichtsfeldes des Abtastspiegels
18 zu beleuchten. Der Schlitten bewegt sich über die untere Oberfläche der Trägerplatte 24 mit einer
konstanten Geschwindigkeit, und der Spiegel 18 tastet
aufeinanderfolgende beleuchtete inkrementelle Bereiche auf der Trägerplatte 24 beginnend mit dem Abtastbeginn
links in Fig. 1 und endend an der gegenüberliegenden Seite der Trägerplatte rechts in Fig. 1 ab, wie dieses mit
gestrichelten Linien gezeigt ist. Ein hier nicht gezeigter zweiter beweglicher Schlitten trägt den Kompensationsspiegel
20. Der Kompensationsspiegel 20 ist auf dem Schlitten angeordnet, um- Lichtstrahlen von dem Abtastspiegel
18 aufzunehmen und diese zu der Objektivoptik 22 hin zu richten.
Eine reflektierende Fläche 34 ist an der Optik 22 vorgesehen,
um die empfangenen Lichtstrahlen umzukehren,
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wenn sie durch die Optikbauteile Hindurchgehen. Das
von der Optik 22 erzeugte Bild wird dann längs der optischen Achse zurückgeworfen und auf der Trommel 12
über einen Spiegel 36 durch <Ie öffnung 40 hindurch
fokussiert, die durch die langgestreckte, ortsfeste Lochplatte 42 definiert ist. Erfindungsgemäß bedeckt
ein längliches, ortsfestes Übertragungsfilter 44, vorzugsweise ein Kunststoff- oder Glasfilter mit einem
bestimmten Übertragungsprofil die Öffnung 40 im wesentlichen
senkrecht zur optischen Achse und neben dem optischen Pfad für das projezierte Bild. Die Lochplatte
42 ist nahe dem Lichtempfangsteil zwischen der lichtempfindlichen Oberfläche 10 und dem Übertragungsfilter 44 angeordnet , wie dieses aus den Figuren 1 und
2 zu erkennen ist. Bei der praktischen Ausführung kann das Übertragungsfilter 44 oberhalb oder unterhalb der
Lochplatte 42 angeordnet sein, oder kann die Öffnung durch sein Übertragungsprofil definieren.
Wie aus den Figuren 1 und 3 zu erkennen ist, weist die
Lochplatte 42 ein Paar einander gegenüberliegender Längskanten 46, 48 auf, die eine Öffnung 40 mit einer
Breite V begrenzen. Die Breite W zwischen den Kanten 46, 48 kann sich über die Länge der Lochplatte 42
ändern. Ohne das Übertragungsfilter 44 wird ein erstes Beleuchtungsprofil, das unerwünschte Belichtungsänderungen
bedingt, durch die Öffnung 40 hindurch auf die lichtempfindliche Oberfläche 10 projiziert. Die Anordnung
des Übertragungsfilters 44 in dem optischen Pfad verändert das erste Beleuchtungsprofil, um den stroboskopischen
Effekt zu beseitigen. Das Übertragungsfilter 44 erstreckt sich über die Öffnungsbreite W. Die längliche
öffnung und das längliche Übertragungsfilter erstrecken sich über die Breite S der photoleitfähigen
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Trommel 12 in dem inkrementellen Abbildungsbereich des Originals 14.
Die stroboskopisch« Erscheinung kann anhand der Fig. $
erläutert v/erden. Venn sich die photoleitende Trommel 12 dreht, drehen sich Punkte auf der lichtempfindlichen
Oberfläche 10 um die Mittenachse der Trommel 12. Während einer kurzen Zeitdauer bei jeder Umdrehung
bewegen sich die Punkte in Querrichtung von einer der
Längskanten 46 der Lochplatte 42 zu der gegenüberliegenden. Längskante 48 der Lochplatte 42. Zwei beliebige
Punkte P1 und P" sind in Fig. 3 durch Punkte gezeigt, die von der Kante 46 zu der Kante 48 sich, längs einer
Achse in Querrichtung bewegen, die die Oberfläche der Trommel 12 umschlingt und parallel zur gezeigten Achse χ
verläuft. Da die Belichtungslampe keinen konstanten Intensitätspegel abgibt, sondern tatsächlich eine sich
mit der Zeit ändernde Beleuchtung mit einer Frequenz der die Lampe speisenden elektrischen Speisespannung
abgibt, erhalten Punkte auf der lichtempfindlichen Oberfläche 10 unterschiedliche Gesamtbelichtungsstärken.
Mit anderen Worten, wie in Fig. 3 gezeigt ist, empfängt einer der Punkte P1 und P", die die Lochbreite· W von
der Kante 46 zur Kante 48 überlaufen, eine größere Belichtungsstärke von der Beleuchtungslampe als der andere
Punkt.
So gibt z.B. Fig. 4 eine idealisierte Arbeitsweise der Lampe an, bei der dieskrete Lichtimpulse mit einer bestimmten
Frequenz und kein Licht zwischen diesen Impulsen erzeugt v/erden. Da die Lampenausgangsleistung eine
Funktion der Zeit ist, gibt die Abzisse die Zeit an. Bei einer gegebenen Geschwindigkeit ν der photoleitenden
Trommel bewegt sich ein Punkt auf der Trommel während
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einer gegebenen Zeitdauer t um eine Entfernung d = vt. Die Lochbreite W, dividiert durch die Trommelgeschwindigkeit
ν kann daher in Fig. 4 als eine eine gegebene Zeitdauer überdeckende Größe dargestellt werden,
die die Belichtungszeit für jeden Punkt ist. Der Punkt P1, der links'1 in Pig. 4 dargestellt ist, erhält
einen Lichtimpuls, nämlich den Impuls 3, unmittelbar
bei Eintritt in die Öffnung W und erhält vier weitere Impulse 4, 5, 6 und 75 bevor er über die gegenüberliegende
Kante der Lochplatte hinaus gelangt. Bei dem Beispiel ergibt sich eine Gesamtbelichtung von 5 Lichtimpulsen.
Der Punkt P" an der rechten Seite der graphischen Darstellung erhalt andererseits nicht seinen
ersten Impuls vom Impuls 17 aus, bis er eine bestimmte Entfernung in die Öffnung hinein gewandert ist. Der
Punkt P" empfängt daher nur vier Lichtimpulse mit den Zahlen 17, 18, 19 und 20, bevor er die Öffnung
überquert. Die Belichtung eines Punktes hängt daher von dem Zeitpunkt ab, bei dem der Punkt in den Belichtungsbereich
eintritt.
Da benachbarte Punkte auf dem Photoleiter den Belichtungsbereich zu unterschiedlichen Zeitpunkten erreichen, ändert
sich die Belichtung von Punkt zu Punkt auf dem Photoleiter. Die Belichtungsmodulation M kann als das
Verhältnis des Unterschiedes der Belichtung von zwei
Punkten zu der Summe der Belichtung der Punkte ausgedrückt werden, d.h., zu:
E(P1) - E(P")
E(P1) + E(P")
wobei E(P) die Gesamtbelichtung am Punkt P ist.
wobei E(P) die Gesamtbelichtung am Punkt P ist.
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Bei diesem Beispiel ergibt sich, ein Modulationsfaktor von:
5 + 4 9
Selbstverständlich ist M=O, wenn die Punkte die gesamte Belichtungsmenge erhalten. Aus Fig. 4 ist ebenfalls
zu erkennen, daß die .Gesamtbelichtungszeit etwa 4,5
Perioden beträgt. Natürlich ist die Gesamtbelichtungszeit für alle Punkte konstant, da alle Punkte die
gleiche Entfernung W mit der gleichen Geschwindigkeit ν durchlaufen. Daher erhält der P1 eine größere Beleuchtungsstärke
als der Punkt P" lediglich wegen des zufälligen Zeitpunktes, bei dem der Punkt P' in die
Öffnung eintritt.
Der Punkt P" liegt auf einer Längsachse, die parallel zu den Eanten 46 und 48 auf der lichtempfindlichen
Oberfläche verläuft, und alle Punkte auf der Achse erhalten den gleichen Belichtungsgrad. Es ergeben sich
damit Zeilen auf der lichtempfindlichen Oberfläche, die eine geringere Belichtungsstärke als andere Zeilen
erhalten, wie z.B. die dem Punkt P" entsprechenden Zeilen. Diese Zeilen geringerer Belichtungsstärke ergeben
unerwünscht entwickelte Zeilen auf der lichtempfindlichen Oberfläche, die dann auf das Kopierblatt
übertragen werden. Diese Zeilen oder Linien, die die stroboskopisehe Erscheinung bilden, werden beseitigt,
wenn der Modulationsfaktor oder die Belichtungsdifferenz der Punkte, die den Zeilen entsprechen, auf Null vermindert
werden, wie dieses in Fig. 5 gezeigt ist. Fig. 5 zeigt die Abschrägung der Beleuchtung an den^Xanten
der Lochplatte, die damit graphisch die Belichtungszeit auf 6,5 Perioden mit einer zusätzlichen Belichtungs-
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periode.an jeder Kante der Öffnung ausdehnen. Der
Punkt P1 in Fig. 5 erhält eine zusätzliche Hälfte eines Belichtungsimpulses an einem Ende der öffnung,
unter der Annahme einer Spitzenbelichtung von 1, und
der Punkt P" erhält tatsächlich 3/4 eines Belichtungsimpulses an jedem Ende der Öffnung. Damit ist die Gesamtbelichtung
an jedem Punkt gleich 5>5» oder es ergibt
sich eine Modulation von O. Durch Indern des Übertragungsprofiles nahe der Kanten der Öffnung wird
daher eine Kompensation bewirkt, um die Gesamtbelichtung von Punkten auf der lichtempfindlichen Oberfläche
gleich zu machen, die die Öffnung zu unterschiedlichen Zeiten überlaufen.
Es ist darauf hinzuweisen, daß unabhängig davon die maximale Öffnungsbreite W durch andere Auslegungsüberlegungen
festgelegt ist, so daß damit die Beleuchtungszeit an denPunkten nicht beliebig vergrößert werden kann.
Jedoch kann die gleiche Wirkung mit Hilfe eines ■Übertragungsfilters
durch Erreichen eines Beleuchtungsprofils erreicht werden, das von einer relativ konstanten
Beleuchtung an der Mitte der öffnung auf eine Beleuchtung von 0 an den Kanten der Öffnung abfällt. Wie
z.B. in Fig. 5 gezeigt ist, ist bei einer angenommenen Öffnungsbreite W1 die Belichtung an den Punkten P1 und
P" gleich, wenn das Beleuchtungsprofil linear auf eine Beleuchtung von Null an den Kanten der öffnung abfällt,
und die Breite einer jeden abfallenden Kante ein ganzzahliges Vielfaches der Periodendauer der Lampenbeleuchtung
ist.
Die Ausgangsleistung einer Beleuchtungslampe ist in
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t;ypischer Weise eine Sinusfunktion, und die stroboskopische
Erscheinung ist in den Fig. 6 und 7 gezeigt. Wie bei dem zuvor beschriebenen Beispiel ergibt sich
für eine gegebene Geschwindigkeit ν des Lichtempfangsteils
und eine gegebene Öffnungsbreite V" eine bestimmte Zeitdauer t = W"/v für die Beleuchtung eines
Punktes auf der lichtempfindlichen Oberfläche, der die öffnung überquert. Diese Gesamtzeit t kann graphisch
als eine eine gegebene Anzahl von Perioden der Beleuchtungslampe umfassende Größe dargestellt werden,
die außerdem die Öffnungsbreite V" angibt. Die Gesamtbelichtung wird durch die Summe der Bereiche einer
Kurve bestimmt, die durch Multiplizieren des räumlichen Profils und der sinusförmigen Abhängigkeit erhalten, wird,
wie dieses durch den in Fig. 7 schraffierten Bereich gezeigt ist.
Es kann gezeigt werden, daß für einen gegebenen Punkt P1, wie er in der graphischen Darstellung der Fig. 6
links gezeigt ist, die Belichtung oder die Summe der Bereiche gleich 1,91 "und die Belichtung des Punktes P"
gleich 1,75 ist oder eine Modulation von 4,4 % hat. Wie in Fig. 7 gezeigt ist, kann durch ein Schrägverlaufen
des Beleuchtungs- oder Übertragungs-Profils an den Kanten der öffnung, wie dieses graphisch, dargestellt
ist, die Summe der Bereiche innerhalb der Öffnung V" einander gleichgemacht werden, nämlich gleich 2,25·
Erneut ist darauf hinzuweisen, daß die Figuren 6 und eine Ausdehnung des Beleuchtungsprofils über die Kanten
der öffnung V" hinaus zeigen. Bei diesem Beispiel wurde jedoch festgestellt, daß die lineare Abschrägung
des Übertragungsprofils nahe den Kanten der Öffnung
eine Beseitigung der Belichtungsmodulation bewirkt. Die Breite des konstanten ubertragungssegmentes ist zum
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Zwecke der Steuerung der Belichtungsmodulation uninteressant,
sie beeinträchtigt jedoch den Gesamtwert der Belichtung.
Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel soll daher ein Übertragungsfilter vorgesehen werden, das geeignete
Übertragungseigenschaften über die Breite ¥ der Öffnung hat, um die stroboskopisch^ Wirkung zu
beseitigen. Außerdem ergibt sich nicht immer ein konstantes oder gleichmäßiges Beleuchtungsprofil für
viele Anwendungen, das auf der Öffnung und auf der lichtempfindlichen Oberfläche auftrifft. Erfindungsgemäß
ist daher eine Klasse von tJbertragungsfiltern mit bestimmten Übertragungseigenschaften vorgesehen und
ein Verfahren angegeben, um die Übertragungsfilter so
auszulegen, daß die stroboskopischen Wirkungen beseitigt werden können , die von einer großen Vielfalt
von Beleuchtungsprofilen bewirkt werden. Diese Euter können durch ein erforderliches oder notwendiges Übertragungsprofil
für ein vorgegebenes Beleuchtungsprofil über einer öffnung bestimmt werden, um die stroboskopisch^
Wirkung zu beseitigen. Mit anderen Worten, gibt es für ein gegebenes Beleuchtungsprofil über eine Öffnung,
das eine stroboskopische Wirkung auf der lichtempfindlichen Oberfläche bewirkt, ein Übertragungsfilter mit
einem Übertragungsprofil zum Beseitigen der stroboskopischen Wirkung. Die Eigenschaften dieser Eilter werden
jetzt erläutert.
Es kann angenommen werden, daß die Beleuchtung, die auf der Belichtungsöffnung und damit auf der lichtempfindlichen
Oberfläche auftrifft, eine Punktion der
räumlichen Lage über der Öffnung wie auch eine periodische Funktion der Zeit infolge der Belichtunslampe ist.
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Diese Funktion kann durch die Gleichung 1 ausgedrückt
werden:
(1) H(X5,t) =
wobei HxJ die räumliche Beleuchtungsfunktion, die auf
dem Lichtempfangsteil auftrifft und Hp eine periodische
Funktion der Zeit infolge der Beleuchtungsiampe sind,
die eine Grundfrequenz fQ hat, wobei beide in Fig. 8a
gezeigt sind. Es wird jetzt ein beliebiger Punkt P auf der photoleitenden Trommel betrachtet, der einen
Ort 2L(t' =0) = -x1 hat. Das heißt, zu einem Zeitpunkt
gleich Hull wird beliebig angenommen, daß der Punkt P sich an einer Stelle -x1 auf der lichtempfindlichen
Oberfläche in Bezug auf die Mittenlinie 0-0 der Öffnung 40 befindet, wie dieses in Fig. 3 gezeigt ist. Mit der
Zeit bewegt sich der Punkt P in Drehrichtung der photoleitenden Trommel mit einer Geschwindigkeit v, so daß
(2) Xp(t) = -x· +
vt
den Ort längs der X-Achse bestimmt, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Die Gleichung (2) bestimmt den.Ort des
Punktes P zu jedem Zeitpunkt t. Die Gesamtbelichtung E des sich bewegenden Punktes P mit t = O und dem
Ort -χ1 ist:
(3) E(X') = j H(Xp, t) dt « Th1C-X' + vt)
. oder
1C ) 2^>
dt
(4) E(t·) β J H1Iv(t-t1)] H2(t) dt
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wobei t1 * χΆ die Zeit für den Punkt P ist, in der
er sich von -x1 bis zur Mittenlinie 0-0 der Öffnung
bewegt. Da jeder Ort χ auf der lichtempfindlichen Oberfläche, der in Bezug auf die Mittenlinie 0-0 der
Öffnung W gemessen wird, eine Funktion der Geschwindigkeit der Trommel und der Bewegungszeit ist, kann die
räumliche Funktion H^, als eine Zeitfunktion ausgedrückt
werden. Die graphische Beziehung der räumlichen und zeitlichen Funktionen in Bezug auf die Öffnung W
ist in Fig. 8a gezeigt, wobei die Abzisse die Zeit angibt. Die von einem Punkt auf der lichtempfindlichen
Oberfläche empfangene Beleuchtungsstärke wird als eine Funktion der Zeit durch die Funktion E^ χ H2 gegeben,
die in Fig. 8b gezeigt ist. Die Belichtung dieses Punktes ist der schraffierte Bereich unter der Kurve H^, χ H2
in Fig. 8b. Diese Belichtung, d.h. der schraffierte Bereich, wird sich von Punkt auf der lichtempfindlichen
Oberfläche infolge der Änderung der relativen Phasenlage von H^ in Bezug auf Hp für aufeinanderfolgende'
Punkte, wie die Punkte P1, P" in Fig. 3 ändern. Die Fig. 8a und 8b betonen den Unterschied in der Phasenverschiebung
zwischen H^. (vt) und H2(t) für aufeinanderfolgende
Punkte mit unterschiedlichen Werten von t1. Der Parameter t1 in der Gleichung (4·) steuert diese
relative Phasenlage.
Die Bedingung für einen stroboskopischen Effekt von Null ist die, daß es eine gleiche Belichtung für jeden
Punkt P gibt, der die Öffnung überquert. Das heißt, die Belichtung E muß für alle Punkte P auf der lichtempfindlichen
Oberfläche konstant sein. Die Fourier-Transformation der Gleichung (4·) ergibt den folgenden
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Ausdruck (für symmetrisches H„"
H(f) = H,(X ) H2(t)
Das heißt, die Fourier-Transformation, die durch das Symbol des »—<*_» angegeben ist, der Beleuchtungsfunktion
ist lediglich das Produkt der Transformation der räumlichen Beleuchtungsfunktion H,, und der Transformation
der sich mit der Zeit ändernden Beleuchtungsfunktion EL,. Es wird eine sinusförmige Beleuchtungsfunktion angenommen
H2 (t) β 1 + a cos (2T^f ot)
wobei m der Lampenmodulationsfaktor und fQ die Lampengrundfrequenz
sind. Durch Einsetzen der Gleichung (6) in die Gleichung (5) ergibt sich:
(7) E = Hi
+§ /(f - f·) +5 <f<fi + f.)
wobei ζ/" (f) die zum Stand der Technik gehörende
Dirac-Delta-Funktion ist. Durch Umkehrung der Transformation
der Gleichung (7), bei der x1 = vt1 ist,
wird erhalten:
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(8)
C~
] COS (
^ "Aiax und
1W. - k H1(O).
sowie
(9)
(10)
max | ~ min |
max | + Emin |
H1(O) |
sind, ergibt sich.
das heißt, es tritt kein stroboskopischer Effekt auf,
wenn E(x') für alle x1 konstant ist, was auftritt,
wenn M=O ist. M=O gilt, wenn
(11) ist.
H-,
'(3
Mit anderen Worten muß in Bezug auf die Gleichung (11) für eine konstante Belichtung die Fourier-Trans·
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formation der räumlichen Funktion IL (χ) gleich Null
sein, wenn sie bei der räumliclien Frequenz von fQ/v abgeschätzt wird. Das heißt, die Modulation ist
gleich Null, oder es tritt kein stroboskopischer Effekt auf, wenn die Transformation der räumlichen
Funktion IL bei der räumlichen Frequenz fQ/v gleich
Null ist.
Dieses kann durch Einfügung eines Übertragungsfilters in dem Bereich nahe der Lochplatte und durch eine geeignete
Auswahl der Filterübertragungseigenschaften erreicht werden. Die Anwendung dieses Prinzips wird
durch das folgende Beispiel gezeigt.
Fig. 9a zeigt eine rechteckige räumliche Beleuchtungsfunktion. Das heißt, EL(x) ist durch ein rechteckiges
Profil definiert. Die sich ergebende Belichtungsverteilung ist in Fig. 9b gezeigt. Die Modulation der
Belichtung, die die Fourier-Transformation der räumlichen Funktion IL(x) ist, ist durch die Funktion sine-(¥fQ/v)
gegeben, wobei die graphische Darstellung der bekannten sinc-Funktion für eine beliebige Variable Z
in Fig. 9c gezeigt ist. Wie zu erkennen ist, ist die
sinc-Funktion immer dann gleich Null, wenn Z eine ganze Zahl ist. Damit die Transformation der rechteckigen
Profilfunktion gleich Null ist, muß lediglich (WfQ/v) gleich einer ganzen Zahl sein. Wenn die
Filterbeleuchtung gleichförmig ist, kann eine Filterübertragungseigenschaft
zum Erfüllen dieses Erfodernis durch eine Rechteck-Funktion realisiert werden, deren
Übertragung über eine Breite von W » v/£q konstant
ist, oder bei der V/ gleich irgend einem ganzzahligen
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Vielfachen von v/fQ ist, wobei jedoch eine Gesamtbreite
nicht den maximalen Wert überschreitet, der für das optische System zum Erzeugen der gewünschten
Bildqualität benötigt wird. Wenn die Beleuchtungsstärke des Filters nicht gleichmäßig ist, muß das
Sllter-Übertragungsprofil die üngleichförmigkeiten
kompensieren, um ein gleichförmiges Beleuchtungsprofil zu erzeugen, wie es in Pig. 9a gezeigt ist. Dann
wird die Wahl der rechteckigen Profilbreite W « v/^n
oder irgendeines Vielfachen von v/fQ den stroboskopischen
Effekt beseitigen.
Das zuvor erwähnte Beispiel zeigt eine Anwendung ^ der entdeckten Eigenschaft zur Beseitigung der stroboskopischen
Wirkung bei einem sehr einfachen Beleuchtungsprofil. Wie zuvor erläutert wurde, ist eine konstante
Beleuchtung über einer konstanten Schlitzbreite gewöhnlich eine unerwünschte lösung, da die Breite des
Profils oftmals sich der Längsabmessung des Belichtungsschlitzes ändern muß, um eine Mitten-Zu-Kanten-Belichtungssteuerung
zu ermöglichen. Außerdem erzeugen wirksame Beleuchtungssysteme oftmals nicht diese gewünschte
konstante Beleuchtung über die volle Breite, die für die Steuerung des stroboskopischen Effektes
erforderlich ist. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist es, daß eine gesamte Klasse von PiIt er Übertragungsfunktionen Jetzt erzeugt werden kann, um die stroboskopisch^
Wirkung vollständig zu beseitigen. Innerhalb dieser Breiten, jedoch vollständig definierten Klasse,
ist gewöhnlich eine Filterfunktion zu finden, die gleichzeitig den stroboskopischen Effekt auf einen
annehmbaren Wert vermindert, die gewünschte Mitten-Zu-Kanten-Belichtungssteuerung
ermöglicht und mit veränder-
13ÖÖÖS/0S6S
baren Vergrößerungserforderungen kompatibel ist sowie
innerhalb der maximalen Breitengrenzen bleibt, die durch, die Bildqualitätsvorschriften gegeben sind.
Weitere Darstellungen dieser Klasse von Beleuchtungsprofilen, die durch..die erfindungsgemäßen Filter erzeugt
werden können und die stroboskopische Wirkung vermindern oder beseitigen, sind in den Fig. 10b bis
1Oe gezeigt. Die linke Spalte zeigt die Beleuchtungsprofile auf dem Lichtempfangsteil, die durch das
Filter bewirkt werden, und die rechte Spalte zeigt die zugehörige Fourier-Transformation. Um den stroboskopischen
Effekt mit dieser Klasse von Filtern zu vermindern, wird der Breitenparameter W (oder Wx, und Wo)
in Bezug auf die Lampenfrequenz f~ und die Geschwindigkeit
ν der lichtempfindlichen Oberfläche modifiziert, damit die gezeigte Fourier-Transformation einen niedrigen
Wert hat oder gleich Null ist. Bei dem geeigneten Breitenparameter beschreibt dann die H,, (x)-Funktion
das Beleuchtungsprofil, das durch das Übertragungsfilter bestimmt ist und zur Verminderung oder Beseitigung
des stroboskopischen Effektes erforderlich ist.
Wenn die Lampe auch mit Harmonischen ihrer Grundfrequenz fQ gespeist wird, dann muß die Transformation von
EL(x) bei allen diesen Harmonischen gleich Null werden
oder sehr niedrige Werte haben, um den stroboskopischen Effekt zu beseitigen oder erheblich zu vermindern. Die
Beispiele der Fig. 10 haben alle diese Eigenschaft von periodischen oder nahezu periodischen Nullstellen
im Transformationsraum. Allgemeine mathematische Verfahren zum Berechnen von FourierriTransformationen
von Übertragungsfunktionen und zum dadurch bedingten
130008/0666
Erkennen weiterer Mitglieder dieser neuen Klasse von
Beleuchtungsprofilen und Übertragungsfiltern sind in
verschiedenen mathematischen Werken beschrieben, wie
z.B. Bracewell, R. The Fourier Transform and Its Application, McGraw Hill, New York, 1965- Diese
mathematischen Techniken können daher benutzt werden, um weitere Mitglieder dieser Klasse von Beleuchtungsprofilen
zu finden, die Fourier-Transformationen bei der geeigneten Frequenz von ITuIl oder nahezu Null haben,
um damit eine Filterübertragungsfunktion zur Verminderung des stroboskopischen Effektes zu bestimmen.
Es ist darauf hinzuweisen, daß, wenn die Beleuchtungsverteilung, die auf dem Filter auf trifft, nicht konstant
ist, sondern mit EL ' (x) sich ändert, die Filterübertragungsfunktion
T(x) für diese nicht gleichförmige Beleuchtungsbedingung so abgeglichen werden soll, daß
eine Beleuchtungsfunktion für den Lichtempfangsteil
erzeugt wird
(12) H1(X) = H1-(X) T(x)
dieser Form, die zum Beseitigen des stroboskopischen Effektes erforderlich ist.
Wenn daher die auftreffende Beleuchtung H- ? (x) nicht
konstant ist, sondern irgendeine bekannte Funktion ist, so kann die richtige Filterübertragungsfunktion T(x)
festgestellt werden, um eine richtige endgültige Beleuchtungsverteilung H1(X) auf dem Lichtempfangsteil
unter Benutzung der Gleichung (12) zu finden, die alle zuvor erwähnten Bedingungen zur Verminderung oder Beseitigung
des stroboskopischen Effektes erfüllt.
130008/0666
Obwohl die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels
erläutert und gezeigt wurde, das bisher als bevorzugt angesehen wird, können selbstverständliche zahlreiche
Änderungen und Modifikationen vom Fachmann sofort angegeben werden, die damit alle unter den allgemeinen
Erfindungsgedanken fassen sollen, der allein durch
die Patentansprüche umrissen ist.
Erfindungsgedanken fassen sollen, der allein durch
die Patentansprüche umrissen ist.
130008/0666
-ti-
Leerseite
Claims (1)
- XEROX GOEPORATION Xerox Square - 020Rochester, New York 14617, U.S.A.A. GRÜNECKERan-tna.H. KINKELDEYon-tna.W. STOCKMAlRDn-INd- AaE ICALTEOtK. SCHUMANNOR HER N*T. ■ WU-PHYSP. H. JAKOBG. BEZOLDor feuw-oifi.-ct«»8 MÜNCHEN 22MAXIMILIANSTRASSB 43P 15 17410. JuIi 1980Antistroboskopische FilterPatentansprüche1.' Gerät mit einer ein von ihm getragenes Dokument
oeleuchtenden Lichtquelle mit einer Beleuchtungs-.
stärke, die als eine Punktion der Zeit H2(t) definiert ist und eine Grundfrequenz fQ hat, einem optischen
Pfad zum Projizieren der Beleuchtungsstärke und einem sich mit einer "bestimmten Geschwindigkeit ν bewegenden Lichtempfangsteil, gekennzeichnet
durch eine eine öffnung (40) nahe dem Lichtempfangsteil (10) definierende Lochplatte (42), wobei das Beleuchtungsprofil am Lichtempfangsteil durch die Punktion130008/0666TELBFON (ΟΘΒ) OS 3BSQTelex os-aeseoTELEQRAMME MONAPATtelekopiererH = H1Cx) H2(t) definiert ist, wobei H1(X) das räumliche Beleuchtungsprofil über dem Lichtempf angsteil ist, und durch ein nahe der Lochplatte längs des optischen Pfades angeordnetes Übertragungsfilter (44), das solche Übertragungseigenschaften hat, daß die Fourier-Transformation der Funktion H1(X), die bei der Lampenfrequenz fQ abgeschätzt ist, gleich Null ist.2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fourier-Transformation der Funktion H1(X) eine sinc-Funktion ist.3. Gerät mit einem Lichtempfangsteil, der mit ener bestimmten Geschwindigkeit ν bewegt wird, gekennzeichnet durch ein Objekt (14), auf das das Gerät einwirkt, um ein Beleuchtungsprofil auf dem Lichtempfangsteil (10) zu erzeugen, wobei das Beleuchtungsprofil durch die Funktion H1(X) H2(t) definiert ist, wobei H2(t) eine Funktion der Zeit mit einer Grundfrequenz fQ und H1(X) eine räumliche Funktion über dem Lichtempfangsteil sind, und durch ein Übertragungsfilter (44), das zwischen dem Objekt (14) und demLichtempfangsteil (10). angeordnet ist und solche Übertragungseigenschaften hat, daß die Fourier-Transformation der Funktion H1(X) nahezu Null ist, wenn sie bei der Frequenz fQ abgeschätzt ist.4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt (14) ein von einer Lichtquelle (26) beleuchtetes Original ist, die eine von der Zeit abhängige Beleuchtungsstärke H2(t) hat.5. Gerät nach. Anspruch. 3* dadurch. g ekennz e i ch.net, daß das Objekt (14·) ein selbstleuchtendes Objekt ist.6. Gerät nach. Anspruch. 5* dadurch. gekennzeichnet, daß das Objekt (14) eine Kathodenstrahlröhre ist.7. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ühertragungsfilter (44) die lichtbegrenzende Eigenschaft einer Lochplatte und eine Eigenschaft zum Begrenzen der Lientspeisung auf die stroposkopische Modulation hat.8. Gerät nach Anspruch 3> gekennzeichnet durch eine Lochplatte (42), die nahe dem tft>ertragungsfilter (44) angeordnet ist, um eine lichfbegrenzende Eigenschaft zu bewirken.9. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fourier-Transformation der Funktion Ey,(x) eine sinc-Funktion ist.10. Verfahren zum Auswählen eines Übertragungsfilters zum Beseitigen des stroposkopischen Effektes in einem Reproduktionsgerät, das ein Lichtempfangsteil hat, g ekennzeichnet durch die 'Verfahrensschritte:(1) Bestimmen der Frequenz der Beleuchtungsquelle,(2) Bestimmen der Geschwindigkeit des Lichtempfangsteils,130008/0666(3) Erstellen einer Beleuchtungsfunktion H^(x) für die Beleuchtung an jedem Punkt des Lichtempfangsteils, und(4) Auswählen eines Übertragungsfilters mit "Übertragungseigenschäften, die eine räumliche Beleuchtungsfunktion so erzeugen, daß die Fourier-Transformation der Beleuchtungsfunktion "bei der räumlichen Frequenz der gegebenen Beleuchtungsquelle gleich Null ist, wobei die räumliche Frequenz der Beleuchtungsquelle durch das Verhältnis der Frequenz der Beleuchtung squelle zu der Geschwindigkeit des Lichtempfangsteils bestimmt ist.11. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch den Schritt einer Beleuchtung eines Dokumentes mit einer Lampe, die eine Grundfrequenz £q hat, und die Fourier-Transformation von Ey, (x) bei der räumlichen Frequenz von fQ/v gleich Null ist.12. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch den Schritt der Anordnung einer Lochplatte, die eine Öffnung nahe dem Lichtempfangsteil bildet und die Wirkungen der Beleuchtungsquelle auf den Lichtempfangsteil begrenzt.13(1008/0666
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