DE3687026T2 - Bildverarbeitungsvorrichtung. - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Bildverarbeitungs- bzw. Bilderzeugungsgerät wie einen Laserstrahldrucker.
• In den letzten Jahren wurden häufig wegen der leichten Verarbeitung und Übertragung digitale Bildsignale benutzt. Zum Digitalisieren von Grauwertsignalen für ein Halbtonbild in herkömmlichen Bilderzeugungsgeräten wurden Ditherverfahren und Dichtemusterverfahren vorgeschlagen. Mit diesen Verfahren kann jedoch keine ausreichende Genauigkeit der Gradation erreicht werden, wenn eine kleine Schwellenwertmatrix verwendet wird. Zum Lösen dieses Problems muß eine große Matrix benutzt werden. In diesem Fall ist jedoch eine Reproduktion von Bildern in hoher Qualität nicht möglich, da wegen der periodischen Struktur der Matrix das Bildauflösungsvermögen verschlechtert ist und eine Textur-Struktur entsteht.
• Für die Ausgabe eines Halbtonbildes in hoher Qualität sowie eines Zeichen- oder Linienbildes in hoher Qualität wurde ein Impulsbreitenmodulation- bzw. PWM-System vorgeschlagen. Bei diesem System wird ein analoges (Grauwert-) Videosignal zu dessen binärem Digitalisieren mit z. B. Dreieckimpulsen verglichen, die mit dem Videosignal synchronisiert sind. Falls das nach diesem Schema digitalisierte binäre Videosignal nach der Impulsbreitenmodulation nicht auf genaue Weise zu einer Lasergeneratorvorrichtung übertragen wird, kann ein Halbtonbild nicht mit hoher Qualität reproduziert werden.
• Fig. 2 veranschaulicht einen herkömmlichen Fall, bei dem durch eine Horizontalsynchronisiersignal-Generatorschaltung eine ungenaue Übertragung des binären Signals zu der Lasergeneratorvorrichtung verursacht wird. Falls im einzelnen durch Bestrahlen eines Strahldetektors 5 mit einem Laserstrahl ein Erfassungssignal erhalten wird, sind die an den Strahldetektor 5 anliegenden Bildmusterdaten vorzugsweise FF(H) (wobei H die sedezimale Schreibweise anzeigt). Falls andererseits digitale Daten durch eine Binär-Digitalisierschaltung 1 digitalisiert und das sich ergebende Binärsignal in beispielsweise einen Halbleiterlaser 4 eingegeben wird, ist für das Einfügen der Strahlmusterdaten FF(H) in die Binärdaten eine Einfügeschaltung (nämlich bei diesem Beispiel ein ODER- Glied) 3 (als Mischeinrichtung) erforderlich. Wenn zusätzlich eine spezielle Schaltung wie die Einfügeschaltung 3 angeordnet ist, beeinflussen die Schaltungsparameter der Einfügeschaltung 3 insbesondere kurze PWM-Impulse, so daß bei der PWM-Binär-Digitalisierung durch die Digitalisierschaltung 1 die Ein- und Ausschaltzeiten der Impulse geringfügig geändert werden. In diesem Fall besteht die Tendenz, daß das Bild nicht auf genaue Weise reproduziert wird. Dieses Problem tritt nicht nur bei der PWM-Binär-Digitalisierung, sondern auch bei der Dither-Binär-Digitalisierung auf.
• Aus der EP-A-0050425 ist ein System bekannt, bei dem ein Laserstrahl eine fotoleitfähige Fläche abtastet und auch auf einen Abtastanfang-Detektor und einen Abtastende-Detektor fällt. Es ist angegeben, daß eine Bildzeile normalerweise vor und nach den Bildelementen des Bilds konstante Bildelemente enthält, aber es ist nicht beschrieben, wie sie eingefügt werden. Es ist jedoch eine Einrichtung vorgesehen, die automatisch den völligen Wegfall des Videoeingangssignals erfaßt und in diesem Fall über ein NOR-Glied ein konstantes Signal einfügt.
• Erfindungsgemäß wird ein Gerät gemäß Patentanspruch 1 geschaffen, das wahlweise die Merkmale hat, die in den übrigen Ansprüchen aufgeführt sind.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun als nicht einschränkendes Beispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
• Fig. 1 ist eine Blockdarstellung, die ein Bilderzeugungsgerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
• Fig. 2 ist ein Blockschaltbild, das eine Schaltung für das Erfassen eines (Strahlerfassungs-) Signals BD zeigt;
• Fig. 3 ist ein Zeitdiagramm, das den Zusammenhang zwischen einem Signal VE und einem in einen D/A-Wandler eingegebenen Signal veranschaulicht;
• Fig. 4 ist ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Funktion des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1; und
• Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht einer Anordnung für das Erfassen des Signals BD.
• Ein Strahlabtastgerät gemäß einem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 enthält einen Halbleiterlaser 4, einen Strahldetektor 5, eine Schwarzsignal-Generatorschaltung 11, eine Videoeinschaltsignal- bzw. VE-Generatorschaltung 21 und eine Binär- Digitalisiereinrichtung (z. B. einen Wähler 12, einen Vergleicher 14, eine Dreieckwellengeneratorschaltung 15 und einen D/A-Wandler 13). Der Halbleiterlaser 4 setzt ein Binärsignal 22 in einen Strahl 24 um und richtet den Strahl 24 derart auf ein fotoempfindliches Bauelement 23, daß das Bauelement 23 mit dem Strahl 24 abgetastet wird. Der Strahldetektor 5 erfaßt, daß der Strahl 24 auf eine vorbestimmte Abtaststelle fällt. Die Schwarzsignal-Generatorschaltung 11 erzeugt ein auf den Strahldetektor 5 zu richtendes Strahlmuster (falls der logische Wert des zu erfassenden Strahls "1" ist, stellt das Muster ein "schwarz"-Muster dar). Die VE-Generatorschaltung 21 erzeugt Erfassungszeitsignale, die jeweils Zeitpunkte darstellen, an denen der Lichtstrahl auf den Strahldetektor 5 zu richten ist, und ein Abtastzeitsignal, das die Zeit darstellt, während der mit dem Strahl das fotoempfindliche Bauelement 23 abgetastet wird. Die Binär-Digitalisiereinrichtung digitalisiert während der Erfassungszeit ein Schwarzsignal 25 und während der Abtastzeit ein Grauwert-Bildsignal 26.
• Bei dieser Anordnung wird das Schwarzsignal 25 als Ursprungssignal für den durch den Strahldetektor 5 zu erfassenden Strahl digitalisiert, nachdem es als gültiger Datenwert in eine Folge der Bildsignale 26 eingefügt ist. Gemäß der vorangehenden Beschreibung werden die binären Bilddaten in einen Laserstrahl umgesetzt, ohne daß sie durch die Schaltungsparameter beeinflußt sind.
• Das Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ausführlich unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben. Fig. 1 zeigt eine Anordnung, bei der eine Strahlabtastvorrichtung an eine mit Impulsbreitenmodulation arbeitende Binärbild-Verarbeitungseinrichtung angeschlossen ist. Die Fig. 5 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Abtastsystems in dem Fall, daß die Strahlabtastvorrichtung ein Laserstrahldrucker ist.
Strahlerfassung
• Gemäß Fig. 5 enthält ein optisches Abtastsystem einen Halbleiterlaser 4. Der Halbleiterlaser 4 nimmt binäre Eingangsdaten auf und gibt einen Laserstrahl entsprechend den Eingangsdaten ab. Die mittels des Halbleiterlasers 4 modulierten Strahlen werden durch eine Kollimatorlinse 30 kollimiert und durch einen drehenden Polygonalspiegel 32 abgelenkt. Die abgelenkten Strahlen werden durch eine als f-R-Linse bezeichnete Fokussierlinse auf einem fotoempfindlichen Bauelement 23 fokussiert, wodurch die Abtastung mit einem Laserstrahl erfolgt. Zum Ausführen einer solchen Abtastung wird bei dem Abtasten einer Zeile der vordere Rand durch einen Spiegel 34 reflektiert und auf einen Strahldetektor (Sensor) 5 gerichtet. Ein Erfassungssignal aus dem Strahldetektor 5 wird als Synchronisiersignal für eine Abtastrichtung H (nämlich die Horizontalrichtung) verwendet. Das Erfassungssignal wird als (Strahlerfassungs-) Signal BD benutzt (nämlich als Horizontalsynchronisiersignal).
• Das Signal BD wird in Abtastzeileneinheiten erfaßt und dient als Zeitsteuersignal für das Zuführen des Videosignals zu dem Halbleiterlaser 4.
Einfügen des Schwarzsignals
• Gemäß Fig. 1 nimmt eine Digitaldaten-Eingabeeinheit 10 Daten aus einem (nicht gezeigten) Ladungskopplungs- bzw. CCD-Sensor oder einer (nicht gezeigten) Videokamera auf und führt sie als A/D-umgesetzte Bilddichtedaten einem Eingangsanschluß eines Wählers 12 zu. Die Digitaldaten in der Digitaldaten- Eingabeeinheit 10 können vorübergehend in einem Speicher gespeichert sein oder über eine Übertragungsleitung oder dergleichen aus einem externen Gerät zugeführt werden. Der andere Eingangsanschluß des Wählers 12 nimmt das Schwarzsignal 25 aus der Schwarzsignal-Generatorschaltung 11 auf. Gemäß der vorangehenden Beschreibung ist "Schwarz" durch den logischen Pegel "1" dargestellt. Das Schwarzsignal wird dem Halbleiterlaser 4 während einer Zeit zugeführt, während der der Strahldetektor 5 die Erfassung ausführt. Die VE-Generatorschaltung 21 zählt im Ansprechen auf ein Horizontalsynchronisiersignal (BD) 45 aus dem Strahldetektor 5 Haupttaktsignale 40 aus einer Haupttaktgeneratorschaltung 18, um einen zulässigen Bildbereich auf dem fotoempfindlichen Bauelement 23 zu bestimmen. Ein VE-Signal 20 aus der VE-Generatorschaltung 21 wird als Schaltsignal für den Wähler 12 eingesetzt. Wenn im einzelnen gemäß Fig. 4 das VE-Signal 20 auf den logischen Pegel "0" geschaltet ist, wird einem D/A-Wandler 13 ein Ausgangssignal der Schwarzsignal-Generatorschaltung 11 zugeführt (nämlich das Schwarzsignal 25). Falls jedoch das VE-Signal 20 auf den logischen Pegel "1" geschaltet ist, werden die Digitaldaten 26 aus der Digitaldaten-Eingabeschaltung 10 gewählt. Wenn das VE-Signal 20 auf den logischen Pegel "0" geschaltet ist, wird ein Ausgangssignal FF(H) erzeugt und durch den D/A-Wandler 13 in ein analoges Signal umgesetzt. Da gemäß der Darstellung in dem Zeitdiagramm in Fig. 3 das analoge Signal einen höheren Pegel hat als irgendeine von durch die Dreieckwellen-Generatorschaltung 15 erzeugten Dreieckwellen 43, ist ein Ausgangssignal aus einem Vergleicher 14 ein Lasereinschaltsignal (mit ständigem Pegel "1")
• Wenn jedoch das VE-Signal 20 auf den logischen Pegel "1" geschaltet wird, werden die Digitaldaten 26 aus der Digitaldaten-Eingabeeinheit 10 gewählt und durch den D/A-Wandler 13 in ein analoges Signal umgesetzt. Die Bildelemente werden nacheinander einzeln in den Vergleicher 14 eingegeben. Für jeweils drei Bildelemente aus der Digitaldaten-Eingabeeinheit 10 erzeugt die Dreieckwellen-Generatorschaltung 15 einen jeweiligen Dreieckimpuls 43. Der Dreieckimpuls 43 wird dann in den Vergleicher 14 eingegeben. Im Ansprechen auf das Horizontalsynchronisiersignal (BD-Signal) 45 werden die Haupttaktsignale 40 durch einen Zähler 17 derart gezählt, daß der Zählstand des Zählers 17 aufeinanderfolgend verringert wird. Die gezählten Taktsignale werden als Bildtaktsignale 41 eingesetzt, die aus Übertragungstaktsignalen für die Digitaldaten-Eingabeeinheit 10 und Zwischenspeicherungs-Zeitsteuertaktsignalen für den D/A-Wandler 13 bestehen.
• Der Vergleicher 14 vergleicht das D/A-umgesetzte Bildsignal (das die Digitaldaten 26 und das Schwarzsignal 25 enthält) mit dem Signalpegel des Dreieckimpulses 43, um die Impulsbreitenmodulation des Grauwertes des Bildsignals auszuführen.
Binär-Digitalisierung
• Die Fig. 3 ist ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 angewandten Impulsbreitenmodulation. Durch Abwärtszählen der Bildtaktsignale 41 mittels eines Zählers 16 wird ein Rastertaktsignal 42 erhalten. Ein Rastertaktsignal wird für jeweils drei Bildtaktsignale 41 erzeugt. Im Ansprechen auf das Rastertaktsignal 42 erzeugt die Dreieckwellen-Generatorschaltung 15 den Dreieckimpuls 43. Daher wird im Ansprechen auf ein BD-Signal 45 der Dreieckimpuls erzeugt. Falls die D/A-umgesetzten Bilddaten 44 einen höheren Pegel haben, stellen sie "Schwarz" dar. In dem Zeitdiagramm sind die Dreieckimpulse 43 mit der ausgezogenen Linie dargestellt. Die analogen Bilddaten 44 sind mit der gestrichelten Linie dargestellt. Für die Impulsbreitenmodulation werden die Dreieckimpulse 43 mit den Bilddaten 44 verglichen. Wenn das Schwarzsignal 25 (nämlich FF(H)) eingegeben wird, hat es einen höheren Pegel als der Abfrageimpuls, so daß es daher "Schwarz" darstellt.
• Die Fig. 4 ist ein Zeitdiagramm, die den Zusammenhang zwischen dem BD-Signal 45 und dem Eingangssignal des D/A- Wandlers 13 und dergleichen zeigt. Auf das Erzeugen des BD- Signals 45 aus dem Strahldetektor 5 hin wird durch das BD- Signal 45 die VE-Generatorschaltung 21 derart eingeschaltet, daß das VE-Signal 20 über die gültige Periode für die Bilddaten auf den logischen Pegel "1" gesetzt wird. Der Anfang und das Ende dieser Periode werden durch das Zählen einer vorbestimmten Anzahl von Haupttaktsignalen 40 bestimmt. Nach dem Ablauf dieser Periode wird das VE-Signal 20 auf den logischen Pegel "0" abgeschaltet, der bewirkt, daß der Wähler 12 das Schwarzsignal wählt. Im Ansprechen auf das nächste BD-Signal 45 wird das VE-Signal 20 auf den logischen Pegel "1" eingeschaltet. Das in den D/A-Wandler 13 eingegebene Signal ist in Fig. 4 gezeigt. Infolgedessen wird in die Bilddaten das Schwarzsignal 25 (FF(H)) eingefügt.
• Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das Laser-Volleinschaltsignal in den bildfreien Bereich der Videosignalfolge in einer Schaltung eingefügt, die vor der PWM-Binär-Digitalisierschaltung liegt. Da dem Laser das besondere Volleinschaltsignal zugeführt wird, kann die Einfügeschaltung 3 (Fig. 2) weggelassen werden, wodurch der Schaltungsaufbau verhältnismäßig vereinfacht ist. Das durch den Vergleich mit den Dreieckimpulsen 43 erhaltene PWM-Signal wird dem Laser direkt zugeführt, ohne daß es über eine besondere Schaltung gemäß den vorangehenden Ausführungen geleitet wird. Durch die Verzögerungszeit der besonderen Schaltung seitens des Lasers ändert sich nicht die Impulsbreite des PWM-Signals (deren Änderungen insbesondere bei hoher Geschwindigkeit ein Problem darstellen). Daher kann ein genau mit dem Bildsignal übereinstimmendes Impulssignal übertragen werden und ein Halbtonbild mit hoher Qualität erzielt werden.
• Im einzelnen werden zum Erhalten der Rastertaktsignale, die im wesentlichen mit dem BD-Signal 45 synchronisiert sind, die Haupttaktsignale 40 benutzt, die eine Frequenz haben, welche höher als diejenige des Synchronisiersignals für das Erzeugen der Dreieckimpulse ist. Daher kann eine "Unschärfe", die in Abtastzeileneinheiten aufzutreten pflegt, auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden, wodurch ein Bild mit höherer Qualität erzielt wird.
• Bei diesem Ausführungsbeispiel werden als in den Vergleicher 14 eingegebene Abfrageimpulse die Dreieckimpulse verwendet. Die Abfrageimpulse können jedoch Sägezahnimpulse, Trapezimpulse, Sinuswellenimpulse oder dergleichen sein. Außerdem können die Abfrageimpulse durch ein Treppensignal gebildet sein.
• Die Impulsbreitenmodulation bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt durch das Vergleichen von Bildmustersignalen für eine Vielzahl von Bildelementen. Die Erfindung ist jedoch auch bei einer Impulsbreitenmodulation anwendbar, bei der ein einzelnes Bildelement für das Erhalten von mehreren Werten aufbereitet wird oder in der Hauptabtastrichtung aufgeteilt wird, um mehrwertige Daten entsprechend den Grauwerten der Bildsignale zu erhalten. Außerdem kann die Erfindung auch zusätzlich zu dem PWM-Binär-Digitalisierverfahren bei einem Binär-Digitalisierverfahren durch Flächenmodulation wie einem Ditherverfahren angewandt werden.
• Gemäß einer anderen Anordnung wird ein besonderes Bildmustersignal erzeugt, um an einem anderen Wähler das Wählen des Bildmustersignals oder eines Bildsignals aus der Bild-Eingabeeinheit 10 zu einer gewünschten Zeit zu wählen, damit selektiv ein Binärsignal ausgegeben wird. Ein dem eingegebenen Bildsignal entsprechendes Bild kann mit guten Halbtönungseigenschaften reproduziert werden. Zugleich kann dem eingegebenen Bild ein dem besonderen Bildmuster (nämlich einem Matrixmuster oder einem Zeichen wie dem Datum) entsprechendes Bild hinzugefügt werden, so daß diese zusammen aufgezeichnet werden können.
• Falls ferner zum Bilden eines Zeilensensors über der Breite des fotoempfindlichen Bauelements 23 Flüssigkristallelemente oder Leuchtdioden verwendet werden und entsprechend der vorangehend beschriebenen Impulsbreitenmodulation ein Bild mit guten Halbtönungseigenschaften ausgedruckt wird, wird das besondere Bildmustersignal in einer Schaltungsstufe gemäß der vorangehenden Beschreibung hinzugefügt, wodurch die guten Halbtönungseigenschaften mit hoher Genauigkeit aufrecht erhalten werden.

Claims (12)

1. Bilderzeugungsgerät, das

eine Einrichtung (13, 14, 15), die ein Bild darstellendes erstes Signal aufnimmt, ein Signal mit einer Amplitude, die den Pegel des ersten Signals darstellt, mit einem analogen Vergleichssignal vergleicht und entsprechend dem Vergleich ein impulsbreitenmoduliertes Ausgangssignal mit einem den Wert des ersten Signals darstellenden Tastverhältnis erzeugt,

eine Einrichtung (4), die aus dem Ausgangssignal ein Bild erzeugt, und

eine Einrichtung (11) aufweist, die ein vorbestimmtes zweites Signal erzeugt, welches an der Bilderzeugungseinrichtung (4) das Bilden einer vorbestimmten Ausgabe hervorruft,

wobei in dem Gerät

das vorbestimmte zweite Signal der Ausgangssignal- Erzeugungseinrichtung (13, 14, 15) zugeführt wird und das mit dem analogen Vergleichssignal verglichene Signal eine Amplitude hat, die selektiv das erste Signal oder das zweite Signal darstellt, so daß die Ausgangssignal-Erzeugungseinrichtung (13, 14, 15) das impulsbreitenmodulierte Ausgangssignal selektiv entweder aus dem ersten Signal oder aus dem zweiten Signal erzeugt.

2. Gerät nach Anspruch 1, in dem das Tastverhältnis eine Bildhelligkeit darstellt.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, in dem das zweite Signal ein Signal mit konstantem Wert ist.

4. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, in dem die vorbestimmte Ausgabe der Bilderzeugungseinrichtung (4) im Ansprechen auf das zweite Signal bei der Zeitsteuerung der Betriebsvorgänge des Geräts eingesetzt ist.

5. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, in dem die Bilderzeugungseinrichtung (4) im Ansprechen auf das Ausgangssignal einen Strahl erzeugt, der eine Strahlaufnahmevorrichtung (23) überstreicht, und eine Detektorvorrichtung (5) eine Abtaststelle des Strahls erfaßt, wobei die Ausgangssignal-Erzeugungseinrichtung (13, 14, 15) das Ausgangssignal aus dem zweiten Signal erzeugt, um das Erfassen des Strahls durch die Detektorvorrichtung (5) zu ermöglichen.

6. Gerät nach Anspruch 5, in dem im Ansprechen auf die Erfassung des Strahls durch die Detektorvorrichtung (5) ein Sychronisiersignal erzeugt wird und die Ausgangssignal-Erzeugungseinrichtung (13, 14, 15) das Ausgangssignal entsprechend dem ersten Signal und dem zweiten Signal zu jeweiligen Zeitpunkten erzeugt, die durch das Synchronisiersignal bestimmt sind.

7. Gerät nach Anspruch 6, in dem die jeweiligen Zeitpunkte durch Zählen von Taktsignalen entsprechend dem Synchronisiersignal bestimmt sind.

8. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, in dem das Signal mit einer Amplitude, die den Pegel des ersten oder zweiten Signals darstellt, ein impulsamplitudenmoduliertes Signal ist.

9. Gerät nach Anspruch 8, in dem das impulsamplitudenmodulierte Signal durch einen Digital/Analog-Wandler (13) gebildet ist.

10. Gerät nach Anspruch 9 in dem Fall, daß der Anspruch 8 auf Anspruch 6 oder Anspruch 7 rückbezogen ist, in dem in den Ditigal/Analog-Wandler (13) durch ein im Ansprechen auf das Synchronisiersignal erzeugtes Übertragungstaktsignal digitale Daten übertragen werden, die dem ersten Signal entsprechen.

11. Gerät nach einem der Ansprüche 8 bis 10, in dem das analoge Vergleichssignal ein mit dem Impulstakt des Impulsamplitudensignal synchronisiertes Kurvenformsignal ist.

12. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, in dem das analoge Vergleichssignal ein Dreieckwellensignal ist.