DE4302651C2 - Bilderzeugungseinrichtung - Google Patents

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.

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.

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.