NL9301330A - Afdrukinrichting voorzien van een LED-array. - Google Patents

Description

Afdrukinrichting voorzien van een LED-array

De uitvinding betreft een afdrukinrichting voorzien van een belichtingsinrichting alsook de belichtingsinrichting zelf.

Dergelijke inrichtingen zijn bijvoorbeeld bekend uit het Amerikaanse octrooischrift 4536778. De daarin beschreven belichtingsinrichting wordt gevormd door twee rijen LED's die in de scanrichting gezien over een bepaalde afstand ten opzichte van elkaar zijn verschoven. Hiermee kunnen lijnen op een voorbijbewegend lichtgevoelig element worden opgetekend met breedten die overeenstemmen met de breedte van één LED. Hierdoor ontstaan bij af te beelden schuine lijnen de welbekende trapstructuren. Ook ontstaan bij deze discrete lijnbreedten door afrondingsfouten niet natuurgetrouwe afbeeldingen van bijvoorbeeld lettertekens. De afbeelding van een lijn die in de subscanrichting verloopt kan zo afhankelijk van zijn positie ten opzichte van de LED's een of twee LED-breedten breder of smaller worden weergegeven.

In de andere richting ontstaan deze problemen niet omdat de LED's precies op de beeldgrenzen kunnen worden ingeschakeld of uitgeschakeld.

In de bekende inrichtingen ontstaan zo a-symmetrieën in oplossend vermogen tussen beide richtingen.

Om trapstructuren zoveel mogelijk te verminderen zijn een aantal oplossingen bekend. In WO 91/07843 wordt een methode beschreven waarbij bij beeldovergangen die liggen tussen twee LED's, één LED pulsvormig met een bepaald patroon wordt bekrachtigd waardoor aan de beeldrand gebieden worden gevormd van een bepaalde opeenvolging van witte en zwarte stippen. Van enige afstand bezien zal een dergelijk patroon een voor het oog min of meer geleidelijke overgang opleveren.

Doordat de kwaliteitseisen die gesteld worden aan afdrukken zijn toegenomen, is deze oplossing onvoldoende gebleken.

Ter verhoging van het oplossend vermogen gezien in de scanrichting is het ook bekend een beeldpunt of pixel te belichten gedurende een tijd die korter is dan nodig voor het uitbelichten van de hele pixel. Elke beeldlijn die met een LED wordt opgetekend kan zo verdeeld worden in bijvoorbeeld vier sublijnen door een bekrachtigingspuls voor één pixel te verdelen in vier gelijke subpulsen waarvan de som van de bekrachtigingstijden gelijk is aan de tijdsduur van de bekrachtigingspuls voor één hele pixel.

Zoals nog nader zal worden uiteengezet levert deze methode met de bekende LED-arrays een niet lineaire verdeling van sublijnen op, waardoor bijvoorbeeld grijstinten onnauwkeurig kunnen worden weergegeven.

Het doel van de uitvinding is bovengenoemde nadelen te voorkomen.

Dit doel wordt in een afdrukinrichting volgens de aanhef van conclusie 1 volgens de uitvinding bereikt doordat de breedte van een opgetekende lijn in de richting van de rijen lineair met de bekrachtigingsduur van een LED toeneemt door toepassing van LED's met een specifieke lichtopbrengstverdeling en door hun positie in de rijen.

De uitvinding berust op het inzicht dat bij de juiste keuze van deze LED-array parameters sublijnen gedurende de hele levensduur van hetarray met grote nauwkeurigheid kunnen worden opgetekend waardoor het oplossend vermogen in beide richtingen even groot wordt zodat trapstructuren vrijwel onzichtbaar worden en ook grijstinten met grote precisie kunnen worden weergegeven.

Deze en andere voordelen zullen blijken uit de hierna volgende beschrijving aan de hand van een aantal figuren, waarin

Fig. 1 een schematische weergave van een optekensysteem voor sublijnen is,

Fign. 2a en 2b het resultaat weergeven van sublijnen verkregen met cirkelvormige LED's, Fig. 3 het resultaat weergeeft van sublijnen verkregen met vierkante LED's,

Fign. 4a en 4b het resultaat weergeven van sublijnen verkregen meteen afdrukinrichting volgens de uitvinding,

Fign. 5 t/m 7 schematische weergaven van duty cycle gemoduleerde signalen zijn,

Fig. 8 een LED geometrie volgens de uitvinding weergeeft, en

Fig. 9 een belichtingsinrichting volgens de uitvinding schematisch weergeeft.

In Fig. 1 zijn twee LED's 70, 71 van een LED-array dat zich in de richting van pijl 76 uitstrekt weergegeven waarlangs een fotogevoelige laag 75 in de richting van pijl 72 wordt geleid. Door de LED's 70, 71 te bekrachtigen kunnen de banden 73 en 74 op de laag 75 worden belicht. De fotogevoelige laag kan bijvoorbeeld een organische fotogeleiderzijn die op bekende wijze is opgeladen en die na eventuele belichting met behulp van tonerpoeder kan worden ontwikkeld. De gebieden die geen licht hebben ontvangen worden zo zwart en de belichte gebieden worden niet zwart. Zo is baan 73 niet door LED 70 belicht en dus zwart ontwikkeld en baan 74 in het gebied A is door LED 71 belicht waardoor de lading van de laag 75 is afgevloeid zodat dit gebied geen tonerpoeder meer aanneemt De banen 73 en 74 zijn elk verdeeld in vijf beeldpunten A t/m E. Ter verhoging van het oplossend vermogen van het LED-array in de richting van pijl 72 kan elke LED voor het belichten van een beeldpunt of pixel op bekende wijze gedurende een tijd die korter is dan nodig voor het belichten van hele beeldpunten worden bekrachtigd. Zo wordt bijvoorbeeld de bekrachtigingspuls per beeldpunt opgedeeld in vier sub-bekrachtigingspulsen, elk met een pulsduur die overeenkomt met één vierde van de pulsduur die nodig zou zijn voor het belichten van het hele beeldpunt. Het is dus in de praktijk eenvoudig om met behulp van een LED-array in de subscanrichting (pijl 72) een verhoogd oplossend vermogen te bereiken. Hierdoor ontstaat echter een a-symmetrie in oplossend vermogen in beide richtingen. In de subscanrichting (72) gezien zullen lijnen hierdoor een dikte hebben die nauwkeurig met een originele lijn op een origineel overeenkomen, in de scanrichting echter zullen door afrondingsfouten lijnen die eenzelfde breedte moeten hebben met wisselende breedtes worden weergegeven. Vooral bij generatie-kopieën (een kopie van een kopie) zal deze fout verergeren.

Het is ook mogelijk gebleken om het oplossend vermogen van een LED-array in de richting van pijl 76 te verhogen om een baan 74 te verkrijgen die is opgedeeld in bijvoorbeeld vier sublijnen, zoals weergegeven in Fig. 1. In gebied B zijn drie sublijnen uitbelicht, in gebied C twee sublijnen, in gebied D één sublijn, in gebied E geen sublijn en in gebied Azijn vier sublijnen geschreven (een hele baan). Aan de hand van de figuren 1, 5, 6 en 7 zal worden verduidelijkt hoe de LED moet worden bekrachtigd om dergelijke sublijnen te kunnen schrijven. Hierbij wordt verondersteld dat baan 73 niet wordt belicht en de niet getekende banen rechts van baan 74 volledig worden belicht.

In Fig. 5 is op lijn 55 met T-| tot T2 de tijd aangegeven die nodig is om bij volle bekrachtiging van een LED één beeldpunt te kunnen schrijven. Deze beeldpuls wordt verkregen door in de tijd T| tot T2 vier beeldpulsen volgens signaal 50 aan de LED toe te voeren (A). Op deze wijze wordt gebied A van baan 74 volledig uitbelicht. Door vervolgens deze vier beeldpulsen elk te verkorten tot 75% van de oorspronkeljke waarde, zoals is weergegeven met signaal 51, wordt de fotogevoelige laag in baan 74 niet meer volledig uitbelicht. Er ontstaan in een dergelijk belicht beeldpunt vier kleine zwarte gebiedjes die door de uitsmerende werking van de bekende ontwikkelsystemen een beelpunt geven zoals weergegeven met gebied B in baan 74 van Fig. 1. Op deze wijze is er als het ware één zwarte sublijn ontstaan en zijn er drie sublijnen uitbelicht. Door de vier beeldpulsen (A) elk tot 50% te verkorten (signaal 52), ontstaan in gebied C van baan 74 (Fig. 1) twee zwarte sublijnen. Bij verkorting van de vier beeldpulsen (A) tot elk 25% van deze waarde (signaal 53) ontstaat in gebied D (Fig. 1) van baan 75 drie zwarte sublijnen. Signaal 54 geeft weer dat géén pulsen worden toegevoerd en gebied E van baan 74 (Fig. 1) wordt bijgevolg niet uitbelicht zodat hier vier zwarte sublijnen ontstaan of één compleet zwarte lijn.

In Fig. 5 is voor de eenvoud aangenomen dat de vier beeldpulsen volgens signaal 50 nodig zijn om een beeldpunt volledig uit te belichten. In de praktijk is dit echter niet zo.

De LED's in een array geven niet allemaal evenveel licht bij bekrachtiging met een bepaalde stroom en daar moet voor worden gecorrigeerd. Daartoe wordt de stroom bijvoorbeeld zo hoog gekozen dat de LED's die de minste hoeveelheid licht afgeven gedurende 50% van de beeldpuls voor een beeldpunt worden bekrachtigd en de LED's die het meeste licht afgeven worden dan 30% van de tijd bekrachtigd. Dit is in Fig. 6 weergegeven. Signaal 50 geeft de vier oorspronkelijke beeldpulsen weer. Door de stroom te verhogen en de LED's met een duty cycle van 50% te bekrachtigen volgens signaal 56 worden nu vier sublijnen juist uitbelicht (A50). De LED's die het meeste licht afgeven worden met een duty cycle van 30% volgens signaal 58 bekrachtigd en belichten dan ook vier sublijnen juist uit (A30). Signaal 57 is een 40% duty cycle signaal voor LED's die een gemiddelde hoeveelheid licht afgeven en hiermee ook de vier sublijnen juist uitbelichten (A40).

In Fig. 7 zijn de signalen weergegeven voor die gebieden waar twee sublijnen moeten worden uitbelicht. Signaal 52 is hier gelijk aan signaal 56 van Fig. 6 en geeft een 50% duty cycle signaal, nodig om met een zwakke LED een gebied juist uit te belichten. Om met deze LED slechts twéé sublijnen uit te belichten zal de bekrachtigingstijd gehalveerd moeten worden (signaal 59, C50) zodat deze zwakke LED per beeldpunt 4 pulsen afgeeft die elk 25% van de tijd de LED bekrachtigen.

Signaal 61 geeft aan hoe met een sterke LED twee sublijnen worden gevormd. De oorspronkelijke duty cycle van 30% (signaal 58 in Fig. 6) wordt hiervoor gehalveerd zodat de benodigde duty cycle van signaal 61 15% wordt.

De duty cycle voor het vormen van twee sublijnen met een gemiddelde LED is weergegeven met signaal 60, waarbij de uiteindelijke duty cycle 20% is.

De situatie zoals weergegeven in Fig. 1 is geïdealiseerd, de vier gevormde sublijnen zijn hierbij elk even breed weergegeven. In werkelijkheid geeft een LED-array met ronde LED's elk met een diameter d en een, in de richting van de rij gezien, hart-hart afstand van 1/2 d een patroon zoals is weergegeven in Fig. 2a. De LED overeenkomend met baan 73 is hierbij niet bekrachtigd en de LED overeenkomend met baan 74 wordt zoals eerder beschreven aan de hand van Fig. 7 gedurende 4/4 van de bekrachtigingstijd (gebied A), 3/4 van de bekrachtigingstijd (gebied B), 2/4 van de bekrachtigingstijd (gebied C), 1/4 van de bekrachtigingstijd (gebied D) of in 't geheel niet bekrachtigd (gebied E), terwijl de LED's gelegen aan de rechterzijde van baan 74 volledig bekrachtigd worden. Met I in Fig. 2a wordt het resultaat van de belichting met een duty cycle van 50% weergegeven, met II het resultaat met een duty cycle van 40% en in III is de duty cycle 30%. Hierbij zijn ook de lijnen rechts van baan 74 met een overeenkomstige duty cycle geschreven. De sublijnen die zo verkregen worden zijn hierbij niet even breed en de breedte-verandering is voor I, II en III verschillend. Dit is nader uitgezet in Fig. 2b. Op de verticale as is de breedte van het niet-uitbelichte gebied weergegeven in hart-hart afstanden van de LED's, gerekend vanaf de linkerlijn van baan 73 terwijl op de horizontale as de gebieden A t/m E zijn weergegeven overeenkomend met belichtingstijden van 1 pixeltijd (A), 0,75 pixeltijd (B), 0,5 pixeltijd (C), 0,25 pixeltijd (D) en 0 pixeltijd (E). Dit stemt overeen met de gebieden A t/m E zoals weergegeven in Fig. 2a. Curve 82 is een weergave van het verloop van breedten van de sublijnen bij een duty cycle van 50%, overeenkomend met Fig. 2a, I. Curve 81 is een weergave van het verloop van de breedten bij een duty cycle van 40%, overeenkomend met Fig. 2a, II en curve 80 bij een duty cycle van 30%, overeenkomend met Fig. 2a, III. Zoals duidelijk te zien is in Fig. 2b zijn de curven 80, 81 en 82 niet lineair en lopen ook niet evenwijdig aan elkaar, zodat een goede schuine-lijn weergave in de subscanrichting niet mogelijk is. Doordat ook de lijnbreedten van weer te geven lijnen in de scanrichting gezien geen lineaire functie vormen van het aantal sublijnen blijkt in de praktijk dat deze niet-lineariteit in de afdruk een onrustig beeld oplevert.

Fig. 3 geeft een vergelijkbare grafiek voor vierkante LED's waarbij de curven 83, 84 en 85 overeenkomen met duty cycles van respectievelijk 30, 40 en 50%. Het resultaat is nog slechter dan met ronde LED's kan worden verkregen.

Fign. 4a en 4b geven het resultaat verkregen met een LED-geometrie volgens de uitvinding, zoals later zal worden beschreven.

In Fig. 4a, I zijn de sublijnen weergegeven die verkregen zijn met een duty cycle van 50%. Fig. 4a, II geeft de sublijnen weer met een duty cycle van 40% en III die met een duty cycle van 30%.

In Fig. 4b zijn deze resultaten weer uitgezet in een grafiek waarbij de curven 86, 87 en 88 overeenkomen met duty cycles van respectievelijk 30, 40 en 50%. Deze curven hebben een nagenoeg lineair verloop en zijn ook vrijwel evenwijdig aan elkaar. Hierbij kan een goede schuine-lijn weergave worden bereikt door de juiste aansturing met de gewenste duty cycle in relatie met de lichtoutput van een individuele LED en de lijnbreedten zijn dan in beide richtingen een nauwkeurige afbeelding van het origineel. Ook voor het weergeven van grijstinten, verkregen door in een bepaald gebied een aantal (sub-)pixels af te drukken met witte gebieden hiertussen, geeft deze oplossing een uitstekend lineair resultaat.

Bij veroudering van een LED-array gaat de licht-output van de individuele LED's achteruit. Door de duty cycle van de aanstuurpulsen aan te passen kan hiervoor echter worden gecorrigeerd. Dit kan op individueel LED-niveau geschieden, maar ook door alle LED's in het array een gelijke verhoging van de duty cycle aan te bieden.

In al deze gevallen biedt de belichtingsinrichting volgens de uitvinding, waarbij de curven zoals weergegeven in Fig. 4b voor de verschillende duty cycles evenwijdig aan elkaar verlopen, een optimale oplossing. Ondanks de systeem veroudering en de hierbij optredende variaties in lichtopbrengst blijft gewaarborgd dat lineariteit tussen aanstuurtijd en sub-pixellijnbreedte blijft gehandhaafd.

Volgens de uitvinding wordt in een LED-array de licht-output-verdeling van de individuele LED's of de geometrie van de LED's met hun positie in het array zodanig gekozen, dat in de scanrichting van het array gezien op een loodrecht op de scanrichting bewegende lichtgevoelige laag lijnen worden verkregen die smaller zijn dan de lichtvlek van een individuele LED op die laag, en waarvan de breedte lineair toeneemt met de bekrachtigingsduur van de LED (zoals is weergegeven in Fig. 4b).

In Fig. 8 is een individuele LED 90 weergegeven die aan bovengenoemd criterium voldoet. Hierin is met P de hart-hart afstand aangegeven van twee LED's in de scanrichting van het array gezien, en X en Y geven de afmetingen van een LED aan in respectievelijk de scanrichting en de subscanrichting. Z is de afmeting van het afgeplatte deel van de ruitvormige LED.

Goede resultaten werden verkregen bij een ruit of ovaal als X en Y voldoen aan de navolgende condities 2,4 P > X > 1,8 P

en 1,7P > Y > 1,3P

Een verdere verbetering ontstond indien een afgeplat deel Z werd aangebracht waarvoor geldt 0,5 P > Z > 0,35 P

Het beste resultaat werd verkregen met een geometrie volgens Fig. 8 waarvoor geldt

X = 2,2 P Y = 1,5 P Z = 0,42 P

In Fig. 9 is een deel van een LED-array weergegeven waarin een aantal LED's in drie parallelle rijen zijn aangebracht. De afstand tussen de rijen bedraagt 1,5 P en een lichtgevoelig element wordt loodrecht op deze rijen voorbij het array bewogen. De LED's zijn elk voorzien van aansluitelectroden 91 die met niet-weergegeven bekrachtigingsschakelingen zijn verbonden.

De uitvinding is niet beperkt tot de beschreven uitvoeringsvormen. Zo kan ook een andere LED-geometrie als geschetst in Fig. 8 worden toegepast, bijvoorbeeld een rechthoek, waarbij het rendement van elk gebiedje in die LED zodanig wordt aangepast, middels dotering, dat de lichtopbrengst van elk gebiedje zodanig is dat eenzelfde lichtverdeling als van een LED volgens Fig. 8 wordt verkegen. Dit betekent dat het rendement in de richting van de rij gezien voor een dergelijke LED vanaf de randen naar het midden toe moet toenemen.

Ook is het mogelijk om bij een LED-array bestaande uit bijvoorbeeld ronde licht-emitterende oppervlakken, met behulp van een niet-lichtdoorlatend masker de lichtemissie van de LED's zodanig te maken dat die vergelijkbaar is met de lichtemissie van LED's zoals bijvoorbeeld in Fig. 8 getoond.

Claims (7)

1. Afdrukinrichting voorzien van een belichtingsinrichting omvattende een aantal rijen LED's die met behulp van een bekrachtigingsinrichting kunnen worden bekrachtigd, waarbij een lichtgevoelig element in een richting loodrecht op de rijen langs de belichtingsinrichting kan worden gevoerd en daarop met behulp van de LED's een beeld lijnvormig kan worden opgetekend door de LED's beeldmatig te bekrachtigen met het kenmerk, dat de breedte van een opgetekende lijn in de richting van de rijen lineair met de bekrachtigingsduur van een LED toeneemt door toepassing van LED's met een specifieke lichtopbrengstverdeling en door hun positie in de rijen.

2. Adrukinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de specifieke lichtopbrengstverdeling van de LED's wordt verkregen door het licht-emitterende oppervlak een bepaalde vorm te geven.

3. Afdrukinrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de LED's in een rij over een afstand P verschoven zijn ten opzichte van de LED's in een andere rij, waarbij de afzonderlijke LED's gezien in de richting van een rij een lengte X en loodrecht hierop een breedte Y hebben, waarbij geldt 2,4 P > X > 1,8 P en 1,7 P > Y > 1,3 P

4. Afdrukinrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de LED's in tenminste drie rijen zijn aangebracht waarbij voor elke LED geldt X = 2,2 P en Y = 1, 5 P

5. Afdrukinrichting volgens conclusie 3 of 4, met het kenmerk, dat elke LED de vorm heeft van een ruit met in de Y-richting gezien afgeknotte hoeken waarbij voor de lengte Z van het afgeknotte deel van de LED in de richting van de rij gezien geldt 0,5 P > Z > 0,35 P

6. Afdrukinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de gewenste lichtopbrengstverdeling van een LED wordt bereikt door per oppervlakte-eenheid het rendement van de lichtopbrengst op een bepaalde waarde te brengen.

7. Belichtingsinrichting voor een afdrukinrichting volgens een der voorgaande conclusie 1-6.