DE4302651C2 - Bilderzeugungseinrichtung - Google Patents
BilderzeugungseinrichtungInfo
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- DE4302651C2 DE4302651C2 DE19934302651 DE4302651A DE4302651C2 DE 4302651 C2 DE4302651 C2 DE 4302651C2 DE 19934302651 DE19934302651 DE 19934302651 DE 4302651 A DE4302651 A DE 4302651A DE 4302651 C2 DE4302651 C2 DE 4302651C2
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Description
Die Erfindung betrifft eine Bilderzeugungseinrichtung gemäß dem Anspruch 1 und betrifft
insbesondere eine Bilderzeugungseinrichtung, welche ein Halbtonbild durch Mehrpegel-
Bilddaten erzeugt, wie beispielsweise ein Laserstrahldrucker oder -printer, ein Laserkopierer
oder eine Laser-Faksimile-Sende/Empfangseinheit.
Ein Laserstrahldrucker oder -printer, der in einem elektrophotographischen System verwen
det wird, ist als ein sehr schneller und geräuscharmer Drucker von besonderem Interesse. Da
ein Laserstrahldrucker tatsächlich verwendet wird, um Zeichen, Linien, Figuren und andere
Zweipegel-Bilder zu erzeugen und üblicherweise keine Halbtonbilder verarbeitet, sind der
Aufbau des Druckes und eine in ihm integrierte Bildverarbeitungsschaltung einfach. Selbst
bei einem solchen Zweipegel-Drucker kann ein Halbtonbild erzeugt werden, wenn ein
Dither- oder Zitterverfahren oder ein Dichtemusterverfahren angewendet wird. Jedoch kann
ein Zweipegel-Drucker, bei welchem das Zitter- oder das Dichtemuster-Verfahren angewen
det wird, kein Halbtonbild mit einer hohen Auflösung erzeugen. Angesicht dieser Fakten
wird in letzter Zeit häufig von einem Drucker gesprochen, bei welchem mit Hilfe eines
Zweipegel-Aufzeichnungsystems ein hoch aufgelöstes Halbtonbild ausgeführt werden kann.
Bei diesem Drucker wird ein Laser durch eine Pulsbreiten-Modulation (PWM) eines Bild
signals angesteuert, und der Drucker ist auch unter anderem bei Farbbildern verwendbar. Es
ist daher auch bereits ein Verfahren vorgeschlagen worden, mittels welchem ein Halbtonbild
durch Ansteuern eines Lasers durch die Leistungsmodulation (PM) eines Bildsignals erzeugt
wird. Insbesondere wird bei dem PM-Verfahren die Intensität eines Laserstrahls in An
passung an einen Ton geändert, um zu bestimmen, ob die Potentialverteilung eines latenten
Bildes in der Tiefenrichtung, d. h. das Potential auf eine, photoleitfähigen Element zu
erniedrigen ist oder nicht. Folglich wird die auf das photoleitfähige Element aufzubringende
Tonermenge geändert, um an jedem Bildelement eine spezielle Dichteänderung, d. h. eine
speziellen Ton zu schaffen.
Bilderzeugungseinrichtungen, bei welchem das PWM-Verfahren angewendet wird, sind
beispielsweise in den offengelegten japanischen Patentanmeldungen Nr. 192 966/1990, 308
473/1988 und 49 781/1987 beschrieben. Jedoch haben alle diese herkömmlichen Einrichtun
gen bisher nicht gelöste Schwierigkeiten.
Die DE 33 29 311 C2 offenbart eine Vorrichtung zum Ansteuern eines Thermodruckkopfes.
Hierbei werden eine Anzahl wärmeerzeugender Elemente versendet, wobei elektrische
Widerstandselemente an dem Druckkopf zum Einsatz kommen. Die Widerstandselemente
werden basierend auf Meßwerten einer Detektoreinrichtung angesteuert. Eine Korrekturein
richtung korrigiert die Impulsbreite von an den Druckkopf anzuliegenden Steuerimpulsen,
wobei die von der Detektoreinrichtung erfaßten Werte zum Einsatz gelangen.
Die JP 63-11342 A offenbart eine Bildsignalerzeugungseinrichtung, die eine Pulsbreitenmo
dulation mittels jeweilige Grauwerte darstellenden Bildsignalen, die in digitaler Form
vorliegen, durchführt. Diese digitalen Daten werden zeilenspezifisch in einem Schiebe
register abgespeichert, um diese über eine Zeit- bzw. Taktsteuerung aus dem Schieberegister
auszulesen, um mittels der sich daraus ergebenden Daten über eine Zeitsteuerung Bilddaten
zu erzeugen, die den entsprechenden gewünschten Grauwerten der Bilddaten entsprechen.
Die DE 40 17 427 A1 offenbart einen Laserdrucker für ein Bilderzeugungsgerät, um ver
schiedene Grautöne zu drucken. Dieser Laserdrucker weist eine Steuerung auf, die dazu in
der Lage ist, Bezugstakte auszuwerten, so daß aufgrund dieser Auswertung eine Modulation
durchgeführt werden kann, um Bilddaten mit einem optimierten Grauwert wiedergeben zu
können.
Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bilderzeugungs
einrichtung zu konzipieren, mit der es mittels eine Lichtstrahls möglich ist, eine größere
Anzahl von verschiedenen Arten Lichtstrahlenergien bzw. Lichtintensitäten zur Verfügung
zu stellen, falls dies im Falle der Erfindung einer Pulsbreitenmodulation der Fall ist. Diese
Aufgabe wird mittels einer Bilderzeugungseinrichtung gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst.
Zweckmäßige Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Bilderzeugungseinrichtung gehen
aus den Unteransprüchen hervor.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Be
zugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm, in welchem schematisch eine Bilderzeugungseinrichtung
gemäß der Erfindung wiedergegeben ist;
Fig. 2 ein Blockdiagramm, in welchem schematisch erste
und zweite Zeitsignal-Erzeugungseinrichtungen im
einzelnen dargestellt sind;
Fig. 3 ein Zeitdiagramm, in welchem eine Beziehung zwi
schen einem ersten und einem zweiten Zeitsignal
und einer Impulsbreite aufgezeigt sind;
Fig. 4 ein der Fig. 3 ähnliches Zeitdiagramm, in welchem
ein Fall dargestellt ist, bei welchem ein Modula
tionsstartzeitpunkt festgelegt ist;
Fig. 5 ein der Fig. 3 ähnliches Zeitdiagramm, in welchem
ein Fall dargestellt ist, bei welchem ein Modula
tionsendzeitpunkt festgelegt wird;
Fig. 6 eine der Fig. 3 ähnliches Zeitdiagramm, das einen
Fall darstellt, bei welchem der Modulationsstart
zeitpunkt festgelegt wird, um ein schmales Zeilen
bild zu erzeugen;
Fig. 7 ein der Fig. 6 ähnliches Zeitdiagramm, das einen
Fall zeigt, bei welchem der Modulationsendzeitpunkt
für denselben Zweck festgelegt wird;
Fig. 8 durch Pulsbreiten-Modulation (PWM) erzeugte Bild
elemente;
Fig. 9 Bildelemente/Pixels verschiedener Farben, die in
Kombination ein Farbbild darstellen;
Fig. 10 ein Diagramm, das schematisch einen Teil einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung wiedergibt;
Fig. 11 ein Blockdiagramm, das eine spezielle Ausführung
einer Strahlsteuereinrichtung in der weiteren
Ausführungsform darstellt;
Fig. 12 ein Zeitdiagramm, welches die Verknüpfung von
Pulsbreiten-Modulation (PWM) und Leistungs-Modu
lation (PW) darstellt;
Fig. 13A bis 13D Schwellenwertdaten, die in Festwertspeichern
in der Strahlsteuereinrichtung gespeichert sind;
Fig. 14A bis 14D spezifische Ausgangsmuster von Digital-Ver
gleichern, die ebenfalls in der Strahlsteuerein
richtung vorgesehen sind;
Fig. 15 ein spezifisches Ansteuerpegelmuster für einen
Halbleiterlaser in der Strahlsteuereinrichtung;
Fig. 16A bis 16B eine Beziehung zwischen Energieverteilungen
des Halbleiterlasers und dadurch aufgezeich
nete Bildelemente oder Pixels;
Fig. 17A bis 17D weitere spezifische Ansteuerpegelmuster für
den Halbleiterlaser;
Fig. 18 ein Blockdiagramm, das schematisch einen Teil
einer herkömmlichen Bilderzeugungseinrichtung
wiedergibt;
Fig. 19 ein Zeitdiagramm von wesentlichen Signalen in
der Einrichtung der Fig. 18;
Fig. 20A und 20B Dreiecksignale, welche in der herkömmlichen
Einrichtung anliegen;
Fig. 21 einen Graphen, in welchem die Pulsbreiten-Kenn
linie eines PWM-Signals bezüglich eines Eingangs
bildes insbesondere in der herkömmlichen Einrich
tung aufgetragen ist;
Fig. 22 einen Graphen, in welchem eine Bilddichte-Kenn
linie bezüglich der Pulsbreite des PWM-Signals
ebenfalls insbesondere in der herkömmlichen Ein
richtung aufgetragen ist, und
Fig. 23 einen Graphen, in welchem die Pulsbreiten-Kenn
linie des PWM-Signals bezüglich eines Eingangs
signals aufgetragen ist.
Eine PWM-Schaltung für eine herkömmliche Bilderzeugungsein
richtung, welche ein Halbtonbild durch die Pulsbreitenmodu
lation (PWM) von Bildsignalen erzeugt, ist in der offengeleg
ten japanischen Patentanmeldung Nr. 192 966/1990 offenbart
und wird anhand von Fig. 18 und 19 beschrieben. Wie dargestellt,
werden parallele 8 Bit-Bildsignale eines TTL-(Transistor-Tran
sistor-Logic)Pegels a durch einen TTL-Zwischenspeicher 101 ge
halten u. durch einen Pegelumsetzer 102 in einen Emitter-Kopp
lungslogig-(ECL-)pegel umgesetzt. Die Bildsignale des ECL-
Pegels werden mittels eines ECL-Digital/Analog-Umsetzers (DAC)
103 in ein analoges Signal umgewandelt. Das analoge Signal
b wird an einen Eingang eines ECL-Vergleichers 104 angelegt.
Ein Taktoszillator (OSC) 106 erzeugt ein Signal mit einer
Frequenz von 2f. Ein Dreieckwellen-Generator 107 erzeugt
eine im wesentlichen ideale Dreieckswelle (ein Mustersignal)
mit einer Frequenz f synchron mit dem Taktsignal von dem
Taktoszillator 106. Die Dreieckwelle wird an den anderen
Eingang des ECL-Vergleichers 104 angelegt. Ein Frequenzteiler
108 halbiert die Frequenz 2f des Taktsignals; das sich erge
bende Pixel-Taktsignal mit Frequenz f und einem Tastver
hältnis von 50% wird an den TTL-Zwischenspeicher 101 angelegt.
Entsprechend dem Pixel-Taktsignal hält der TTL-Zwischenspei
eher 101 die parallelen Bildsignale a.
Insbesondere sind, wie in Fig. 19 dargestellt, die Perioden
des Pixel-Taktsignals und des dreieckigen Signals iden
tisch mit den Perioden der Pixels (Bildsignale a). Der ECL-
Vergleicher 104 gibt ein PWM-Signal mit einem ECL-Pegel ab,
welcher einer Differenz zwischen dem Analogsignal b von dem
DA-Umsetzer 103 und dem dreieckigen Signal von dem Dreieck
wellen-Generator 107 entspricht. Ein Pegelumsetzer 105 setzt
den ECL-Pegel des PWM-Signal in den TTL-Pegel um. Eine Laser
treibereinheit 109 bewirkt, daß eine Laserdiode in Anpassung
an die Pulsbreite des PWM-Signal blinkt. Folglich wird ein
latentes Halbtonbild elektrostatisch auf einem photoleitfähi
gen Element erzeugt.
Die Schwierigkeit bei der vorstehend beschriebenen, herkömm
lichen Schaltung besteht darin, daß, da die Bilderzeugungsge
schwindigkeit von der Frequenz f abhängt, die erstere nicht
erhöht werden kann, wenn nicht die letzere erhöht wird. Wenn
nunmehr die Frequenz f 5 MHz ist, ist die Zeitdauer, die
einem einzigen Pixel zugeteilt ist, kleiner als 200 ns. Folg
lich ist es schwierig, in einer kurzen Zeitspanne ein idea
les Dreiecksignal zu erzeugen, wie in Fig. 20A dargestellt ist.
Das tatsächliche Dreiecksignal, das eine kurze Periode hat,
ist beträchtlich verzerrt, wie in Fig. 20B dargestellt ist.
Insbesondere hängt die Genauigkeit einer Pulsbreite davon ab,
wie nahe eine Referenzwelle einer idealen Welle kommt. Im all
gemeinen gilt, je höher die Wiederholungsfrequenz der Referenz
welle ist, umso größer ist die Verzerrung der Welle und das
Streuen unter den Geräten. Obwohl eine höhere Geschwindigkeit
und genauere Elemente verwendet werden können, um solche
Verzerrungen zu beseitigen, werden dadurch jedoch die Kosten
der Schaltung erhöht. Das kritischte Problem ist, daß, sobald
die Referenzwelle verzerrt wird, keine Einstellungsmaßnahmen
verfügbar sind, selbst wenn die Schaltung selbst genau ist.
Wenn ein ideales Mustersignal (Referenzsignal) verwendet
wird, ändert sich die Pulsbreite des PWM-Signal, das den
Eingangsbildsignalen a zugeordnet ist, linear, wie durch eine
gestrichelte Linie in Fig. 21 angezeigt ist. Wenn jedoch ein
verzerrtes Mustersignal verwendet wird, ändert sich die Puls
breite nicht linear, wie durch eine ausgezogene Linie in
Fig. 21 dargestellt ist. Ferner ändert sich in einer Bilder
zeugungseinrichtung, in welcher ein elektrophotographischer
Prozeß durchgeführt wird, eine Bilddichte nicht lienar be
züglich der Pulsbreite des PWM-Signals, wie in Fig. 22 darge
stellt ist. Um diese Kennlinie zu korrigieren, muß daher die
Breite des PWM-Signals, welches den Bildsignalen zugeordnet
worden ist, mit einer ganz bestimmten, in Fig. 23 dargestell
ten Charakteristik versehen sein. Außerdem muß die Breite
des PWM-Signals geändert werden, wenn die elektrostatischen
Prozeßbedingungen sich infolge von Alterung, von Änderungen
in der Umgebungstemperatur u. ä. ändern.
In der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 49 781/
1987 ist vorgeschlagen, die Periode eines Mustersignal in An
passung an ein Zeichenbild oder an ein photographisches Bild
ohne Ändern der Amplitude und der Vorspannung zu ändern. Wenn
jedoch die Bilderzeugungsgeschwindigkeit erhöht wird, kann
ein Mustersignal mit einer gewünschten Wellenform nicht er
zeugt werden, wie vorstehend bereits ausgeführt ist.
Eine weitere herkömmliche Bilderzeugungseinrichtung ist in
der offengelegten japanischen Patentanmneldung Nr. 308 473/
1988 beschrieben, in welcher die Ausgangspunkte (oder End
punkte) von Impulsen eines fortlaufenden PWM-Signals in
Abhängigkeit von der Art eines Bildes z. B. eines Textbil
des oder eines photographischen oder ähnlichen graphischen
Bildes geändert werden. Hierzu ist eine Anzahl verschiede
ner Arten von Referenzwellen erforderlich, und folglich muß
die Schaltung vergrößert werden.
Anhand von Fig. 1 wird nunmehr eine Bilderzeugungseinrichtung
gemäß der Erfindung beschrieben. Wie dargestellt, hat die Ein
richtung erste und zweite Zeitsignal-Erzeugungseinrichtungen
1 bzw. 2, welche ein erstes bzw. ein zweites Zeitsteuersignal
synchron mit einem Schreibzeitsteuersignal Bildelement für
Bildelement entsprechend einem von der Bilddaten-Steuerein
richtung 5 angelegten Steuersignal erzeugen. Die beiden Zeit
steuersignale werden an eine PWM-Signal-Erzeugungseinrichtung
3 angelegt. Das Steuersignal von der Steuereinrichtung 5 paßt
zu der Tönung der Eingangsbilddaten, d. h. der Tondaten, die
einen Impulssignal-Startbefehl enthalten.
Wie in Fig. 2 dargestellt, haben die Zeitsignal-Erzeugungsein
richtungen 1 und 2 Verzögerungseinrichtungen 10, um das
Schreibzeitsignal durch eine Anzahl Zeiteinheiten t1 bis t3
usw. und durch eine Anzahl Zeiteinheiten t'1 bis t'3 usw.
zu verzögern, und Datenauswähleinrichtungen 11, um eines der
Zeitsignale, welche von der Verzögerungseinrichtung 10 ver
zögert worden sind, entsprechend einem Steuersignal von der
Bilddaten-Steuereinrichtung 5 auszuwählen. Im Ergebnis werden,
wie in Fig. 3 dargestellt, die ersten und zweiten Zeitsteuer
signale, die jeweils um vorherbestimmte Zeitabschnitte ver
zögert werden, aus dem Schreibzeitsteuersignal in Verbindung
mit den Bilddaten (Tönen) erzeugt.
Wie ebenfalls in Fig. 3 dargestellt, liefert die PWM-Signal
erzeugungseinrichtung 3 an die Strahlsteuereinrichtung 4 ein
impulsförmiges Signal in Form von Impulsen, welche synchron
mit dem ersten Zeitsteuersignal hoch und synchron mit dem
zweiten Zeitsteuersignal runtergehen (t'1 - t1, t'2 - t2,
t'3 - t3 usw). Die Strahlsteuereinrichtung 4 erzeugt einen
Lichtstrahl, der durch ein solches impulsförmiges Signal
moduliert worden ist, um dadurch ein elektrostatisches, la
tentes Bild zu erzeugen, das zu den Bilddaten auf einem nicht
dargestellten, photoleitfähigen Element paßt. Das latente
Bild wird mittels eines Toners erzeugt. Eine Pulsbreiten-
Korrigiereinrichtung 6 und eine Bilderzeugungszustand-Fühlein
richtung 7 werden im einzelnen später noch beschrieben.
Eines der ersten und zweiten Zeitsteuersignale kann wie folgt
festgelegt werden. Wenn ein Bild mittels des PWM-Systems zu
erzeugen ist, ändert sich die Dichte, die Auflösung und die
Qualität des Bildes in beachtlicher Weise in Abhängigkeit von
der Zeit, wenn die Modulation beginnt, in der Periode eines
Pixels und von der Impulsbreite. Hinsichtlich eines graphi
schen Bildes, dessen Dichte sich über der ganzen Fläche än
dert, hat vorzugsweise das Ausgangsbild eine konstante Periodi
zität. In diesem Fall bleiben, wie in Fig. 4 oder 5 dargestellt
ist, wenn die Datenwähleinrichtung 11 das erste Zeitsteuersig
nal auswählt, so daß t1 bis t3 usw. gleich sind, oder das
zweite Zeitsteuersignal auswählt, so daß t'1 bis t'3 usw.
gleich sind, das zeitliche Steuern zum Starten und Beenden
der Modulation konstant.
Ferner kann eines der ersten und zweiten Zeitsteuersignale
in Anpassung an die Art eines Bildes auf folgende Weise fest
gelegt werden. Ein Festlegen eines der zwei Zeitsteuersig
nale macht den Schwärzungsgrad des Ausgangsbildes gleich
förmig und ist daher für graphische Bilder erwünscht, wie
vorstehend bereits ausgeführt ist. Sollte jedoch eine derar
tige Ausführung bei einer Vorlage angewendet werden, die
hauptsächlich aus Zeichen gebildet ist, würden kleine Zei
chen nicht voll ausgefüllt, und schlimmstenfalls würden in
ihnen auffällige Streifen erscheinen, wie in Fig. 6 dargestellt
ist. Hinsichtlich dichten und fetten Zeichen sind die Strei
fen nicht auffällig, da die Impulsbreite proportional zu der
Dichte zunimmt. Da jedoch die Abgrenzungen zwischen den Zei
chen und dem Papier oder dem Untergrund als die durchschnitt
liche Dichte bzw. der durchschnittliche Schwärzungsgrad der
Zeichen gelesen werden, erscheinen in auffälliger Weise
Streifen um die Zeichen herum, wie ebenfalls in Fig. 6 darge
stellt ist.
Die vorstehend beschriebenen Streifen können beseitigt werden,
wenn der Modulationsstart- und Beendigungszeitpunkt auf der
Seite höherer Dichte festgelegt wird, d. h. wenn die Modula
tionsimpulse sich in der Mitte eines Zeichens konzentrieren,
wie in Fig. 7 dargestellt ist. Insbesondere zeigt Fig. 7 einen
Zustand, bei welchem das zweite Zeitsteuersignal mit der
Pulsbreite eines Pixels I und das erste Zeitsteuersignal mit
der Pulsbreite des nächsten Pixels II festgelegt werden.
Wenn, wie in Fig. 8 dargestellt, ein Bild durch das PWM-System
in mehreren Stufen abgegeben wird, wird ein einziges Bildele
ment durch einen einzigen Rahmen gebildet; eine Dichte ist
durch Schraffieren dargestellt. In Fig. 8 ist angenommen, daß
alle Bildelemente/Pixels dieselbe Dichte haben und daß die
Modulationsstart- und Beendigungszeitpunkte überall in den
Bildelementen identisch sind. In diesem Fall erstrecken sich
daher die Bildelemente in der Unterabtastrichtung (in welcher
sich der Bildträger bewegt) senkrecht zu der Hauptabtastrich
tung (in welcher sich der Strahl bewegt).
In einer Farbbild-Erzeugungseinrichtung ist es jedoch übliche
Praxis, ein Farbbild dadurch zu erzeugen, daß gelbe, magenta
rote und cyanblaue Tonerbilder und erforderlichenfalls ein
schwarzes Tonerbild einander überdecken. Üblicherweise werden
diese Tonerbilder nicht gleichzeitig erzeugt, sondern sie wer
den nacheinander erzeugt und einander überlagert. Hierdurch
kommt es leicht dazu, daß die Tonerbilder nicht deckungs
gleich sind, was dann irreguläre Farben zur Folge hat. Um
diese Schwierigkeit zu beseitigen, wird, wie in Fig. 9 darge
stellt, bei der wiedergegebenen Ausführungsform der Modula
tionsstartzeitpunkt (d. h. der Modulationsbeendigungszeitpunkt)
geändert, während die Impulsbreite konstant erhalten bleibt.
Dies ist gleichbedeutend damit, jede Farbe mit einem Raster
winkel, wie bei der Plattenherstellung zu versehen, und folg
lich ist Erfolg verhindert, daß Unregelmäßigkeiten in der
Farbe und ein Moiré infolge von fehlender Deckung vorkommen.
Bei Bilderzeugungseinrichtungen, bei welchen ein elektro
photographischer Prozeß angewendet wird, unterscheidet sich die
Bildqualität, insbesondere die Dichte-Linearität, welche die
Gammacharakteristik eines Bildes ist, etwas von einem Gerät
zum anderen infolge von Unregelmäßigkeiten in der Empfind
lichkeitscharakteristik eines photoleitfähigen Elements, in
einer Entwicklungs-Gamma-Charakteristik und in der Form und
Leistung eines Lichtstrahls, wie in Fig. 22 dargestellt ist.
Außerdem ändert sich die Bildqualität infolge von Alterung,
in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen usw. Um das
Streuen zwischen den einzelnen Geräten zu beseitigen und um
Änderungen in der Bildqualität bezüglich der Alterung und
sich ändernder Umgebungsbedingungen zu verringern, ist es not
wendig, angemessene Prozeßbedingungen aufrechtzuerhalten und
die Pulsbreite des PWM-Signals für die jeweiligen Bilddaten
in angemessener Weise auszuwählen und einzustellen, wie in
Fig. 23 dargestellt ist. Um dieser Forderung zu genügen, wird
bei der Ausführungsform ein Korrekturwert gesetzt, der eine
Unregelmäßigkeit speziell bei dem Gerät über die Pulsbreiten-
Korrigiereinrichtung 6 anpaßt, wie in Fig. 1 dargestellt ist.
Hierdurch kann eine angemessene Pulsbreite ausgewählt und ein
gestellt werden, um dadurch das Streuen unter den Geräten aus
zugleichen. Insbesondere kann die Pulsbreite fein eingestellt
werden, wenn ein einstellbarer Zeitabschnittat zu dem Erzeu
gungszeitpunkt beispielsweise des ersten Zeitsteuersignals
hinzugefügt wird.
Um zu verhindern, daß die Bildqualität durch Altern und Um
gebungsbedingungen beeinflußt wird, fühlt die Bilderzeugungs
zustands-Fühleinrichtung 7 den Bilderzeugungszustand, welcher
einem Prozeßzustand entspricht, in regelmäßigen oder unregel
mäßigen Intervallen und automatisch oder entsprechend einem
Befehl von außen. Insbesondere liefert die Fühleinrichtung 7
ein Signal, welches die augenblickliche Bilderzeugungsbedin
gung auf dem photoleitfähigen Element darstellt, an die Puls
breiten-Korrigiereinrichtung 6. Dementsprechend berechnet die
Korrigiereinrichtung 6 eine Korrekturgröße des Impulses für
die jeweiligen Bildelementdaten und führt sie der Bilddaten-
Steuereinrichtung 5 zu. Dann bestimmt die Steuereinrichtung 5
ein erstes und ein zweites Zeitsteuersignal, das zu dem Kor
rekturwert paßt, um dadurch die Datenauswähleinrichtung (Fig. 2)
zu steuern.
Die Bilderzeugungsbedingung kann hinsichtlich zumindest des
Ladungspotentials des photoleitfähigen Elements sowie des
Oberflächenpotentials des Elements, das einer Belichtung un
terzogen worden ist, einer aufgebrachten Tonermenge, einer
Bilddichte usw. festgestellt werden. Erforderlichenfalls kön
nen solche Bilderzeugungsbedingungen kombiniert werden, obwohl
dadurch das Steuerverfahren verkompliziert wird. Ferner können
Temperatur und Feuchtigkeit gefühlt werden, oder die Anzahl,
wie oft ein Bild erzeugt wird, kann gespeichert werden, um
verschiedene Arten von Bilderzeugungsbedingungen zu fühlen
und festzustellen.
Durch die Ausführungsform wird somit im Vergleich zu der her
kömmlichen Einrichtung, bei welcher eine einzige Referenz
welle verwendet wird, die Genauigkeit, die Reproduzierbarkeit
und die Stabilität einer Pulsbreite gesteigert. Da bei dieser
Ausführungsform die Pulsbreite und die Position zum Erzeugen
eines Impulses entsprechend dem Schreibsteuersignal frei ge
steuert werden kann, kann die Bildqualität mit einer größeren
Freiheit ausgeführt werden. Ferner können bei dieser Ausfüh
rungsform Änderungen in Bilderzeugungsbedingungen infolge von
Alterung und sich ändernder Umgebungsbedingungen durch Hand
haben der Impulsbreite korrigiert werden. Außerdem kann eine
derartige Korrektur vorgenommen werden, ohne die Parameter
einer Bildverarbeitungsschaltung zu beeinflussen, welche bei
der Ausführungsform bevorzugt werden.
Anhand von Fig. 10 bis 17D wird eine weitere Ausführungsform
der Erfindung beschrieben, bei welcher sowohl Pulsbreite als
auch Leistung moduliert werden. Wie in Fig. 10 dargestellt,
ist die Ausführungsform abgesehen von einer Strahlsteuerein
richtung 4' der vorher beschriebenen Ausführungsform im we
sentlichen ähnlich. Wie in Fig. 11 dargestellt, erzeugt die
Strahlsteuereinrichtung 4' einen Lichtstrahl auf der Basis
eines Pegels, welcher einem Pulssignal SG1 von der PWM-Sig
nalerzeugungseinrichtung 3 und Tondaten S1 angepaßt ist. Die
Strahlsteuereinrichtung 4' weist im allgemeinen eine Tonver
arbeitungsschaltung 250 und eine Lasertreibereinheit 260 auf,
um einen Halbleiterlaser 43 durch Verknüpfen von PWM und PM zu
modulieren, wie in Fig. 12 dargestellt ist. In Fig. 12 stellen
die Pegel des Lasermoduliersignals, welches durch gestrichelte
Linien dargestellt ist, und die Pegel desselben, welche durch
ausgezogene Linien dargestellt sind, PWM und die Kombination
aus PWM und PM dar.
Die Tonverarbeitungsschaltung 250 hat Festwertspeicher (ROMs)
250 bis 254 und Digitalvergleicher 255 bis 258. Die Festwert
speicher 251 bis 254 speichern Laserleistung-Schwellenwertda
ten, wie in Fig. 13a bis 13d dargestellt ist. Ein Bildsignal
S1 mit 8 Bits wird im allgemeinen an die Eingänge A der Digi
talvergleicher 255 bis 258 angelegt. Schwellenwertdaten SDa,
SDb, SDc und SDd, die aus den Festwertspeichern 251 bis 254
ausgelesen worden sind, werden jeweils an die anderen Ein
gänge B der Vergleicher 255 bis 258 angelegt. In der darge
stellten Ausführungsform hat der Adressenanschluß jeder der
Festwertspeicher 251 bis 254 vier Bits. Zwei niedrigere Bits
SSx einer Abtastadresse in der Hauptabtastrichtung werden
bei zwei der vier Bits jedes Adressenanschlusses verwendet,
während zwei niedrigere Bits SSy einer Abtastadresse in der
Unterabtastrichtung bei den anderen zwei Bits angewendet
werden. Daher geben die Festwertspeicher 251 bis 254 jeweils
Ausgangsdaten ab, welche einer augenblicklichen Abtastposi
tion entsprechen.
Wie in Fig. 13A bis 13D dargestellt, speichern die Festwert
speicher 251 bis 254 jeweils 16 (= 4 × 4) verschiedene 8 Bit
Daten, (was durch hexadezimale Zahlen in den Figuren darge
stellt ist). Die Adressen x und y jeder Matrix in den Haupt-
und Unterabtastrichtungen sind durch die Bits SSx bzw. SSy
bezeichnet. Insbesondere teilt jeweils (4 × 4) einen ganz be
stimmten Schwellenwert jeder Bildelementposition in einer
kleinen Fläche zu, welche eine Anzahl Bildelemente bedeckt.
Im allgemeinen wird eine solche Matrix verwendet, um eine
Dither- bzw. Zitterverarbeitung durchzuführen. Ferner sind
alle in den Figuren dargestellten Matrizen verschieden bezüg
lich der Daten. Insbesondere ist an entsprechenden Bildele
mentpositionen der Schwellenwert des Festwertspeichers (ROM)
252 um vier größer als derjenige des ROM 251; der Schwellen
wert des ROM 253 ist um vier größer als derjenige des ROM
252, und der Schwellenwert des ROM 254 ist um vier größer als
derjenige des ROM 253.
Folglich vergleichen an jeder Abtastposition die Digitalver
gleicher 255 bis 258 das Bildsignals S1 mit entsprechenden
Schwellenwertdaten SDa bis SDd. Wenn das Bildsignal S1 größer
als die Schwellenwerte SDa bis SDd ist (A ≧ B), erzeugen die
Vergleicher 255 bis 258 jeweils Signale Soc, Sob, Soe und Sod
mit hohem Pegel, wie beispielsweise in Fig. 14A bis 14D darge
stellt ist. In Fig. 14A bis 14D sollen alle Bildelemente des
Bildsignals S1 einen Dichtepegel 59 haben; Einsen und Nullen
zeigen schwarz bzw. weiß an.
NAND-Glieder 262 bis 264 sind in der Lasertreibereinheit
260 enthalten und steuern die Ausgangssignale Soa bis Sod der
Vergleicher 255 bis 258 auf der Basis des impulsförmigen Sig
nals SG1 mit der vorerwähnten Breite. Die Ausgangssignale der
NAND-Glieder 262 bis 265 werden an die Basen von PNP-Tran
sistoren Q1, Q2, Q3 bzw. Q4 angelegt. Eine Energiequelle 261
legt eine konstante Spannung über zugeordnete Widerstände Ra
bis Rd an die Emitter der Transistoren Q1 bis Q4 an. Ebenso
ist die Energiequelle 261 mit den Kollektoren der Transistoren
Q1 bis Q4 über einen Widerstand Ro und mit dem Halbleiterlaser
43 verbunden. Wenn in dieser Anordnung die Ausgangssignale
Soa bis Sod der Vergleicher 255 bis 258 hoch gehen, schalten
die zugeordneten Transistoren Q1 bis Q4 ein, wodurch deren
Emitterströme zu den Kollektoren fließen. Die Emitterströme
werden zu den entsprechenden Ausgangssignalen Soa bis Sod der
Vergleicher 255 bis 258 hinzuaddiert. Wenn die in Fig. 14A bis
14D dargestellten Ausgangssignale Soa bis Sod erscheinen,
werden die daraus resultierenden, in Fig. 15 dargestellten
Summen an den Laser 43 angelegt, um die Ausgangsleistung des
Lasers 43 zu modulieren.
In der speziellen, in Fig. 11 dargestellten Schaltung wird
die konstante Spannung von der Energiequelle 261 als eine
Vorspannung Vo an den Laser 43 angelegt. Die Emitterwiderstände
Ra bis Rd sollen denselben Wert r haben, der Einschaltwider
stand der Transistoren Q1 bis Q4, die Spannung zwischen den
Anschlüssen des Lasers 43 und der Vormagnetisierungsstrom des
Lasers 43 sollen vernachlässigbar sein und die Anzahl der
eingeschalteten Transistoren Q1 bis Q4 soll n sein. Dann läßt
sich ein Strom I, welcher dem Laser 43 zuzuführen ist, fol
gendermaßen ausdrücken:
I = n.Vo/r.
I = n.Vo/r.
Hieraus folgt, daß die Ausgangsleistung des Lasers 43 in fünf
aufeinanderfolgenden Stufen ("0" bis "4") auf der Basis der
vier Bitsignale Soa bis Sod von der Tonverarbeitungsschaltung
250 moduliert wird. Da die Laserleistung bezüglich des An
steuerstroms I nicht linear ist, wird durch den Vorwiderstand
Ro bewirkt, daß sie linear wird.
In Fig. 16A sind Energieverteilungen des Laserstrahls bei
aufeinanderfolgenden Ansteuerpegeln L1 bis L4 dargestellt,
während Fig. 16B Bildelement/Pixel-Größen AR1 bis AR4 zeigt,
welche durch den Laserstrahl bei den Ansteuerpegeln L1 bis
L4 definiert sind. In Fig. 16B stellt die rechteckige Fläche
ARP eine theoretische Aufzeichnungsfläche dar, welcher ein
einziges Bildelement zugeordnet ist. Soweit das elektropho
tographische System betroffen ist, ist die Tonerdichte eines
einzelnen Punktes in der Mitte des Bildelements am höchsten
und nimmt zu dem Umfang hin ständig ab.
Fig. 17A bis 17D betreffen den Dichtepegel L1 des Ausgangs
bildes S1 und geben die Anzahl an Transistoren Q1 bis Q4 an,
um sie bei jeder Bildelementposition einzuschalten, d. h.
Dichtepegel und mittlere Dichten Lp des (4 × 4) Bildbereichs,
wenn der Dichtepegel L 5D, 61, 65 und 69 ist. Wie diese
Figuren zeigen, führt eine Änderung in dem Dichtepegel L1 un
mittelbar zu einer Änderung in dem mittleren Pegel Lp. Folg
lich können durch Pulsbreiten-(PWM) und Leistungsmodulation
(PM) mehr verschiedene Arten von Strahlenergie als nur im
Falle von Pulsbreitenmodulation (PWM) erzeugt werden. Dies,
verbunden mit der Tatsache, daß die Position, in welcher ein
Punkt erzeugt wird, frei definiert werden kann, erlaubt es,
daß hochqualitative Bilder mit hoher Geschwindigkeit mittels
einer preiswerten und einfachenSchaltungsanordnung erzeugt
werden.
In den in Fig. 11 dargestellten Schaltungen sind nur mittels
Leistungsmodulation (PM) nur siebzehn Töne verfügbar, da eine
Zitterverarbeitung auf der Basis einer Matrix von (4 × 4)
Bildelementen durchgeführt wird. Im Unterschied hierzu können
in Fig. 17A bis 17D 65 Töne (= 256/4 + 1) insgesamt gebildet wer
den, da vier verschiedene Umwandlungen der Eingangsdaten in
256 aufeinanderfolgenden Schritten die Dichte beeinflussen.
Erforderlichenfalls können die Emitterwiderstände Ra bis Rd
mit einem ganz bestimmten Widerstand versehen werden und so
gar die (4 × 4) Matrix kann durch eine andere ersetzt werden.
Durch die Erfindung ist somit eine Bilderzeugungseinrichtung
geschaffen, mit welcher hochqualitative Bilder unabhängig von
der Wellenform eines Referenzsignals erzeugt werden können,
was bisher ein Problem gewesen ist. Eine Verarbeitung kann
durch eine preiswerte und einfache Schaltungsanordnung durch
geführt werden. Da ein graphisches Bild, dessen Dichte
sich über dem gesamten Bereich ändert, mit einer bestimmten
Periodizität abgegeben wird, erreichen nicht nur ein derar
tiges Bild, sondern auch ein Textbild eine hohe Qualität. Ein
wirksames Äquivalent, um einen Rasterwinkel bei jeder
Farbe in der Plattenherstellung zu schaffen, ist erreichbar,
um irreguläre Farben und Moiré zu beseitigen, was auf die
Verschiebung von Bildelementen zurückzuführen ist. Ein hoch
qualitatives Bild kann durch eine preiswerte und einfache
Schaltung unabhängig von der Streuung, der Alterung und sich
ändernder Umgebungsbedingungen erzeugt werden. Wenn darüber
hinaus Pulsbreitenmodulation (PWM) und Leistungsmodulation
(PM) kombiniert werden, um einen Lichtstrahl zu modulieren,
können mehr verschiedene Arten von Strahlenergie als bei Ver
wenden nur mittels Breitenmodulation erzeugt werden. Da
außerdem die Position zum Erzeugen eines Punktes frei fest
gelegt werden kann, ist ein hochqualitatives Bild mit einer
preiswerten und einfachen Schaltung erreichbar.
Claims (6)
1. Bilderzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines Bildes durch Modulieren
eines Lichtstrahles mittels Pulsbreitenmodulation (PWM) in Anpassung an einen
Grauwert von Bilddaten und mittels Leistungsmodulation (PM), mit
- 1. - einer ersten Zeitsteuer-Erzeugungseinrichtung zum Erzeugen einer Anzahl von ersten Zeitsteuersignalen synchron mit der zeitlichen Steuerung zum Schreiben von Bilddaten, wobei die Anzahl erster Zeitsteuersignale jeweils einen Zeitpunkt zum Modulationsbeginn einer Pulsbreite festlegen;
- 2. - einer zweiten Zeitsteuer-Erzeugungseinrichtung zum Erzeugen einer Anzahl zweiter Zeitsteuersignale synchron mit der zeitlichen Steuerung zum Schrei ben von Bilddaten, wobei die Anzahl zweiter Zeitsteuersignale jeweils eine zeitliche Steuerung zur Modulationsbeendigung der Pulsbreite festlegt;
- 3. - einer Steuereinrichtung (5), um eines der ersten und zweiten Zeitsteuer signale, die zu einem Grauwert von Bilddaten passen, auszuwählen;
- 4. - einer Strahlsteuereinrichtung (4') mit
- 1. einer Grautonverarbeitungsschaltung (250), die mehrere Speicherein richtungen (250-254), die Laserleistungs-Schwellenwertdaten eines Halbleiterlasers (43) speichern, und Vergleichseinrichtungen (255-258) umfaßt, an deren (255-258) Eingängen Bildsignale (S1) und die Schwellenwertdaten (SDa, SDb, SDc, SDd) angelegt werden, wobei Ausgänge der Vergleichseinrichtungen zur Leistungsmodulation für den Halbleiterlaser miteinander zu einem Verknüpfungssignal ver knüpft werden,
- 2. einer Lasertreibereinheit (260) zum Betreiben des Halbleiterlasers (43), die entsprechend dem Verknüpfungssignal und einer Korrektur größe (Δt) betrieben wird;
- 5. - einer PWM-Signalerzeugungseinrichtung (3) zum Erzeugen eines Moduliersi gnals, das die Pulsbreite des ersten oder des zweiten Zeitsteuersignals hat, das mittels der Steuereinrichtung festgelegt worden ist,
- 6. - einer Korrektureinrichtung (6), an die die Steuereinrichtung (5) angeschlossen ist, zum Korrigieren der Impulsbreite,
- 7. - einer Detektoreinrichtung (7), die zum Detektieren der Bilderzeugungsbedin gungen an die Korrektureinrichtung (6) angeschlossen ist, wobei die Korrektureinrichtung (6) die Korrekturgröße (Δt) nach Maßgabe der Aus gangsgröße der Detektoreinrichtung (7) erzeugt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Detektorein
richtung (7) Bilderzeugungsbedingungen in regelmäßigen bzw. unregelmäßigen Zeitabstän
den erfaßbar sind.
3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mittels
der Detektoreinrichtung (7) die Bilderzeugungsbedingungen in Reaktion auf einen externen
Befehl erfaßbar sind.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Bilderzeugungsbedingungen insbesondere folgende Parameter umfassen:
ein Ladepotential und ein Oberflächenpotential eines photoleitfähigen Elements vor und nach einer Belichtung, eine zugeführte Tonermenge, eine Bilddichte, eine Temperatur, eine Luftfeuchtigkeit, eine Anzahl von erzeugten Bildern.
ein Ladepotential und ein Oberflächenpotential eines photoleitfähigen Elements vor und nach einer Belichtung, eine zugeführte Tonermenge, eine Bilddichte, eine Temperatur, eine Luftfeuchtigkeit, eine Anzahl von erzeugten Bildern.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Steuereinrichtung eines von dem ersten und dem zweiten Zeitsteuersignal ungeachtet des
Grauwertes der Bilddaten auswählt und festliegt, während das andere Zeitsteuersignal auf
der Grundlage des Grauwertes von Bilddaten ausgewählt wird.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (5)
das erste oder das zweite Zeitsteuersignal auswählt und korrigiert, daß es zu einem erfaßten
Korrekturwert (Δt) paßt.
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- 1993-01-28 GB GB9301731A patent/GB2264024A/en not_active Withdrawn
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