DE3026207A1

DE3026207A1 - Antistroboskopische filter

Info

Publication number: DE3026207A1
Application number: DE19803026207
Authority: DE
Inventors: William L Lama; Ned J Seachman
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1979-08-03
Filing date: 1980-07-10
Publication date: 1981-02-19
Also published as: GB2056100B; GB2056100A; US4226527A; JPS5633668A; CA1159880A

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.

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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 H_xJ die räumliche Beleuchtungsfunktion, die auf dem Lichtempfangsteil auftrifft und Hp eine periodische Funktion der Zeit infolge der Beleuchtungsiampe sind, die eine Grundfrequenz f_Q 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) X_p(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(X_p, 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 f_Q 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	^{+ E}min

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 f_Q/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 f_Q/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-(¥f_Q/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 (Wf_Q/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/f_Q 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/f_Q 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-

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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 W_x, 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 f_Q 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

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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.

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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.

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-ti-

Leerseite

Claims

XEROX GOEPORATION Xerox Square - 020

Rochester, New York 14617, U.S.A.

A. GRÜNECKER

an-tna.

H. KINKELDEY

on-tna.

W. STOCKMAlR

Dn-INd- AaE ICALTEOt

K. SCHUMANN

OR HER N*T. ■ WU-PHYS

P. H. JAKOB

G. BEZOLD

or feuw-oifi.-ct«»

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSB 43

P 15 174

10. JuIi 1980

Antistroboskopische Filter

Patentansprüche

1.' 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 f_Q 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 Punktion

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TELBFON (ΟΘΒ) OS 3BSQ

Telex os-aeseo

TELEQRAMME MONAPAT

telekopierer

H = 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 f_Q 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 f_Q 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 f_Q 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,

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(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 f_Q/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.

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