Die Erfindung betrifft ein elektrofotografisches Verfahren und eine Anordnung zur Erzeugung von einem über Tonerantrags¬ mittel einfärbbaren, durch eine Einfärbungsgrenze einstellba¬ ren Verlaufs begrenzten Makroladungsbereich auf einem Foto- leiter eines Druck- oder Kopiergerätes unter Verwendung mindestens einer belichtungs- und positionsvariablen steuer- baren Lichtquelle.

Bei elektrofotografischen Druckeinrichtungen ist es bisher üblich, Zeichen und Halbtonbilder durch Punkteraster darzu¬ stellen, die aus einzelnen eingefärbten Punkten vorgegebener Größe bestehen. Grauabstufungen erreicht man durch eine Matrixanordnung, z.B. in Form eines Dither-Rasters oder andere Raster. Derartige Raster haben jedoch eine ungünstige Relation von Auflösung und Grauabstufen und beinhalten die Gefahr der Rasterkonturen- und der Moirέbildung, was die erzielbare Druckqualität beschränkt.

Zwar ist es aus der US-PS 4 809 021 bekannt, durch Variation der Intensität oder des Durchmessers des Laserstrahls eine .Druckqualitätserhöhung dadurch zu erreichen, daß Punkte verschiedener Größe erzeugt werden, die Form der Punkte ist jedoch vorgegeben. Durch diese vorgegebene Form der Raster- punkte in Verbindung mit der vorgegebenen Punktgröße ist es bisher nicht möglich mit Hilfe von elektrofotografischen Druckeinrichtungen offsetartige Druckqualität sowohl hin¬ sichtlich der Halbtondarstellung als auch hinsichtlich der Schriftzeichen- und Liniendruckdarstellung zu erreichen.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb für eine elektrofotogra- fische Druckeinrichtung ein Verfahren und eine Anordnung

bereitεzustellen, die sowohl hinsichtlich einer Halbtondar¬ stellung als auch hinsichtlich Schriftzeichen und Liniendruck eine hohe Druckqualität ermöglicht.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, das Verfahren und die Anordnung so auszubilden, daß ein fein abgestufter offsetar¬ tiger Rasterdruck möglich ist.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der Patentansprüche l und 9 gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Zur Grauwertdarstellung eines Halbtonbildes wird die Fläche eines Halbtonbildes in Makropixel eingeteilt, deren Größe im Integrationsbereich des menschlichen Auges liegt. Jedes Makropixel wird wiederum in Mikropixel aufgeteilt. Die Schriftzeichenflächen werden ebenfalls in Mikropixel aufge¬ teilt, wobei jedes Zeichen durch einen spezifischen Mikropi- xelsatz realisiert wird. Zur Erzeugung der Zeichen mit Hilfe einer elektrofotografischen Druckeinrichtung wird der Foto¬ leiter der Druckeinrichtung gleichförmig aufgeladen und nachfolgend mit einer Pixelstruktur belichtet, die durch Tonerablagerung entwickelt wird.

Eine quasi kontinuierlich abstufbare Makropixeleinfärbung erreicht man durch Belichtung der Mikropixel mittels einer Belichtungsvorrichtung, die eine Abstufung von mehreren Helligkeits- bzw. Belichtungswerten je Mikropixel gestattet, z.B. einem LED-Zeichengenerator mit variabler Lichtenergiee¬ mission je Mikropixel oder durch einen intensitätsabhängig gesteuerten Laserstrahl. Die Belichtung der Mikropixel wird derart gesteuert, daß für jedes Makropixel eine Potentialmulde entsteht, die in der nachfolgenden Entwicklung zu einer definierten Einfärbung führt. Bei Entwicklung der belichteten Fotoleiterstellen, die bei elektrofotografischen

Druckern überwiegend eingesetzt wird, werden diejenigen Flächenanteile der Potentialmuldenstruktur eingefärbt, deren Potentialwert unterhalb des Biaspotentials αer Entwicklersta¬ tion liegt, wobei das Biaspotential die Einfärbungsgrenze festlegt. Das Verfahren ist dabei sowohl für die Umkehrent¬ wicklung als auch für die Direktentwicklung geeignet.

Der integrale Grauwert einer gerasteten Fläche wird durch den Rastertonwert bestimmt, der dem Verhältnis der mit Toner bedeckten Fläche zur tonerfreien Fläche im Makropixel ent- spricht. Auch die Form dieser Flächenanteile hat einen Ein¬ fluß auf den Eindruck der Graufläche im menschlichen Auge. Über die Verteilung der Mikropixelbelichtung im Makropixel kann auch die im Offsetdruck übliche Rasterpunktform angenä¬ hert werden. Damit ist einerseits eine optimierte Relation von Auflösung und Grauwert-Abstufung und andererseits auch eine Anpassung an übliche Sehgewohnheiten erreichbar.

Analog zur Formung der Rasterkonturen wird die Kontur der Zeichen und Linien durch die Ausbildung einer Potentialmul¬ denstruktur bzw. eines Potentialreliefs und dessen Schnitt- ebene mit dem Biaspotentialniveau der Entwicklerstation gebildet.

Bei der Ausformung der Halbtonraster, der Schriftzeichen und gekrümmter sowie schräger Linien und bei Grafik, kann die Potentialmuldenstruktur so an die speziellen Wiedergabeeigen- Schäften des real eingesetzten elektrofotografischen Prozes¬ ses angepaßt werden, daß dessen Schwächen zielgerichtet kompensiert werden. Hierzu gehören alle Dichteverzerrungen durch Nachbar- und Kanteneffekte, wie die ungleichmäßige Einfärbung von Linien parallel oder quer zur Entwicklungs- richtung sowie feiner und breiter Linien und Großflächen.

Durch eine asymmetrische Belichtungsenergieverteilung der Mikropixel im Makropixel kann die X-Y-Asymmetrie, die in der Belichtungsverteilung der Mikropixel bei hohen Druckgeschwin-

digkeiten entstehen, firmwareseitig kompensiert werden. Somit kann bei gleicher Lichtquellenemissionsflächenform, z.B. von LED's bei der Verwendung eines LED-Kammes, bei unterschiedli¬ chen Druckgeschwindigkeiten eine gleichwertige Makropixelsym- metrie erreicht werden.

Die Reproduzierbarkeit der Rastergrauwerte sowie der Zeichen- und Linienkonturen wird durch die Verwendung von Fotoleitern und Entwicklern hoher Kennlinienstabilität in Verbindung mit einer Rasterkennlinien-Regelung erreicht. Die Gesamtgradation des elektrofotografischen Prozesses ist in Analogie zur Gradation reprografischer Materialien hinreichend steil dimensioniert.

Die insbesondere die Reproduzierbarkeit des verwendeten Druckrasters und damit die Druckqualität garantierende Ra- sterkennlinienregelung besteht vorzugsweise aus zwei Regel¬ komponenten, wobei die erste Regelkomponente das elektrosta¬ tische Potentialrelief stabilisiert und die zweite Regelkom¬ ponente für die Konstanthaltung der Einfärbungskennlinie auf dem Potentialrelief sorgt.

Die Erfindung ermöglicht eine quasi analoge Darstellung von Halbtonbildern und Linien beliebiger Form. Allein die Größe der die Ladungsbereiche einfärbenden Tonerpartikel setzt hier eine Grenze.

Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden beispielsweise näher beschrieben. Es zeigen

Figur 1 eine schematische Darstellung einer elektrofotografi¬ schen Druckeinrichtung mit zugehöriger Ansteueranordnung,

Figur 2 eine schematische Darstellung eines Makropixels aus neun Mikropixeln,

Figur 3 eine Darstellung des Entladepotentials auf dem Foto¬ leiter in Abhängigkeit von der Belichtung bei einer 3-Bit- Belichtungsabstufung,

Figur 4 eine Darstellung der Belichtungsprofile für ein Mikropixel bei einer 3-Bit-Belichtungsabstufung und Figur 5 eine Darstellung des Potentialreliefs für ein Mikropixel bei einer 3-Bit-Belichtungsabstufung,

Figuren 6 und 7 eine Schnittdarstellung der Erzeugung von Potentialmulden durch Mikropixel mit variabler Belichtung,

Figur 8 eine schematische Darstellung einer in Makropixeln erzeugbaren offsetartigen Rasterform mit einem Rastertonwert von ca. 10 %,

Figur 9 eine schematische Darstellung einer in denselben Makropixeln erzeugbaren offsetartigen Rasterform mit einem Rastertonwert von 35 %,

Figur 10 eine schematische Darstellung einer in denselben Makropixeln erzeugbaren offsetartigen Rasterform mit einem Rastertonwert von ca. 60 %,

Figur 11 ein schematisches Blockschaltbild einer Druckkopfan- Steuerung für einen LED-Kamm,

Figur 12 eine schematische Darstellung des Aufbaus der in der Druckkopfansteuerung der Figur 11 verwendeten IC-B,

Figur 13 eine schematische Darstellung der Belichtungsrege¬ lung durch Anpassung der mittleren Belichtung an die aktuelle Fotoleiterkennlinie und

Figur 14 eine schematische Vierquadrantendarstellung der Einfärbungsregelung.

Grundsätzliche Überlegungen

Ein in der Figur 1 schematisch dargestellter elektrofotogra- fischer Drucker enthält eine elektromotorisch antreibbare Fotoleitertrommel F. Um die Fotoleitertrommel F gruppiert sind die für den elektrofotografischen Prozeß erforderlichen Aggregate wie Belichtungseinrichtung DK, Entwicklerstation E, Umdruckstation UDS, Reinigungsstation R und Ladeeinrichtung L. Beim elektrofotografischen Prozeß wird die Fotoleitertrom¬ mel F mit Hilfe der Ladeeinrichtung L auf etwa 500 V gleich- mäßig aufgeladen und dann mit Hilfe der Belichungseinrichtung DK bis in den Bereich von etwa 70 V entladen und so ein latentes Zeichenbild erzeugt. Dieses so erzeugte latente Zeichenbild wird dann in üblicher Weise in der EntwicklerSta¬ tion E mit Hilfe eines Zweikomponentengemisches aus Toner- teilchen und ferromagnetischen Trägerteilchen eingefärbt. Die Tonerteilchen sind triboelektrisch positiv aufgeladen. Zwi¬ schen der Entwicklerwalze, die auf einem Biaspotential von 220 V liegt und den auf etwa 70 V entladenen Bereichen des latenten Zeichenbildes entsteht ein Feld, wodurch sich die Tonerteilchen auf den entladenen Bereichen anlagern. Von den nichtbelichteten Flächen mit einer Aufladespannung von etwa 500 V werden die Tonerteilchen abgestoßen. Das so erzeugte Tonerbild wird dann in üblicher Weise in der Umdruckstation UDS auf einen Aufzeichnungsträger AT übertragen und die Fotoleitertrommel F in der Reinigungsstation R von anhaften¬ den Resttonerteilchen befreit. Danach beginnt der elektrofo- tografische Prozeß erneut durch Aufladung der Fotoleitertrom¬ mel über die Ladestation L.

Als Belichtungseinrichtung DK kann jede, in ihrer auf die Fotoleitertrommel abstrahlenden Lichtenergie variable ansteu¬ erbare Lichtquelle verwendet werden, z.B. ein Laser oder wie in diesem Fall ein LED-Kamm wie er hinsichtlich seines geome¬ trischen Aufbaues in der EP-B1-0 275 254 beschrieben ist.

Maßgebend für den Entladevorgang auf der Fotoleitertromme¬ loberfläche ist die von der Belichtungseinrichtung abgegebene Lichtenergie. Somit ist es bei der Verwendung von LED's als Lichtquelle möglich, die abgegebene Lichtenergie durch Variation der Einschaltzeit oder durch den Erregerstrom oder durch eine Kombination zu steuern.

LED-Zeichengeneratoren mit einzeln ansteuerbaren LED's haben hinsichtlich der Einzel-LED's eine etwa kegelförmige Abstrah- lungscharakteristik. Dies ist einerseits bedingt durch die etwa kreisförmig ausgestaltete LED-Struktur, andererseits durch eine zwischen den LED's und der Fotoleitertrommel angeordnete Fokussieroptik, die den LED-Leuchtpunkt auf der Fotoleitertrommel punktförmig abbildet. Bedingt durch diese kegelförmige Lichtintensitätsverteilung über den Leuchtpunkt ergibt sich bei der Belichtung der Fotoleitertrommel eine entsprechende kegelförmige Entladestruktur, die im folgenden als Potentialmulde bezeichnet wird. Sind mehrere LED's an der Bildung einer solchen Potentialmulde beteiligt, so ergibt sich ein Potentialrelief aus einzelnen benachbarten Endlade- bereichen. Dabei ist jedoch anzumerken, daß dieses Potential¬ relief auch mit Hilfe einer einzigen Lichtquelle erzeugt werden kann, wenn z.B. ein bestimmter Bereich der Fotoleiter¬ trommel nacheinander an unterschiedlichen Orten belichtet wird. Der Ort der Belichtung auf der Fotoleitertrommel wird einerseits bestimmt durch den Erregungszeitpunkt bei bewegter Fotoleitertrommel und durch die Position des einzelnen LED's auf dem LED-Kamm. Ähnliches gilt für einen über eine Ablenk¬ einrichtung abgelenkten Laserstrahl.

Für den Einfärbungsgrad und die Größe der mit Toner einfärb- baren Fläche auf dem Fotoleiter entscheidend ist die Gestalt des erzeugten Potentialreliefes und die angelegte Biasspan- nung, da diese die Einfärbungsgrenze auf dem Potentialrelief bestimmt. Damit läßt sich durch Steuerung der Lichtenergie der Lichtquelle und der Strahlungsposition auf dem Fotoleiter und durch Steuerung der zwischen Fotoleiter und Tonerantrags-

ittel (Entwicklerstation E) anlegbaren Biasspannung auf dem Fotoleiter ein elektrostatisches Potentialrelief lichtener- gieabh ngiger Größe erzeugen und die Einfärbungsgrenze fest¬ legen, deren Verlauf bestimmt ist durch das Biasspannungsni- veau auf dem Potentialrelief. Dieses der Erfindung zugrunde¬ liegende Prinzip soll nun näher erläutert werden:

Zur Darstellung einer Fläche eines Halbtonbildes wird die Fläche in ein Raster aus Makropixeln MAK (Figur 2) einge¬ teilt, deren Größe im Integrationsbereich des menschlichen Auges liegt. Jedes Makropixel MAK wird wiederum in Mikropixel MIK aufgeteilt, so daß in dem dargestellten Beispiel der Makropixel MAK aus 3 x 3 = 9 Mikropixeln besteht. Auch die Schriftzeichenflächen werden in Mikropixel unterteilt, wobei jedes Zeichen durch einen spezifischen Mikropixelsatz reali- siert wird. Bei dem dargestellten Beispiel der Figur 2 er¬ folgt die Erzeugung der Mikropixel mit Hilfe eines 600 dpi- LED-Zeichengenerators mit einer Mikropixelgröße von ca. 40 μ x 40 μ. Daraus resultiert eine Makropixelgröße von 120 μ x 120 μ entsprechend 8,2 Rasterpunkten je Millimeter in Kanten- richtung. Vorteilhafter Weise wird dabei jedem Mikropixel eine Lichtquelle in Form eines LED's zugeordnet. Allgemein wird zur Darstellung eines Zeichens der Fotoleiter F gleich¬ förmig aufgeladen und nachfolgend mit einer Pixelstruktur belichtet, die durch Tonerablagerung entwickelt wird. Zur Erzeugung einer quasi kontinuierlich abstufbaren Makropixel- Einfärbung wird die Belichtung der Mikropixel MIK mittels der Belichtungsvorriehtung DK vorgenommen, die eine Abstufung von mehreren Helligkeits- bzw. Belichtungswerten je Mikropixel gestattet, z.B. in dem dargestellten Beispiel mit Hilfe eines LED-Zeichengenerators mit variabler Lichtenergieemission je Mikropixel oder mit Hilfe eines in seiner Intensität steuer¬ baren Laserstrahls. Die Belichtung der Mikropixel wird dabei derart gesteuert, daß für jedes Makropixel eine Potentialmul¬ de entsteht, die in der nachfolgenden Entwicklung zu einer definierten Einfärbung führt. Dabei werden diejenigen Flä¬ chenanteile der Potentialmuldenstruktur eingefärbt, deren

Potentialwert unterhalb des Biaspotentials der Entwicklersta¬ tion liegt.

Der integrale Grauwert einer gerasteten Fläche wird üblicher¬ weise durch den Rastertonwert φ bestimmt, der dem Verhältnis der mit Toner bedeckten Fläche zur tonerfreien Fläche im Makropixel entspricht. Auch die Form dieser Flächenanteile hat einen Einfluß auf den Eindruck der Graufläche im mensch¬ lichen Auge.

Über die Verteilung der Mikropixelbelichtung im Makropixel läßt sich die im Offsetdruck übliche Rasterpunktform annä¬ hern, damit kann einerseits eine optimierte Relation von Auflösung und Grauwertabstufung und andererseits eine Anpas¬ sung an übliche Sehgewohnheiten erreicht werden. Analog zur Formung der Rasterkonturen wird dabei die Kontur der Zeichen und Linien durch die Ausbildung einer Potentialmuldenstruktur und deren Schnittebene mit dem Biaspotentialniveau der Ent¬ wicklerstation gebildet.

Um diese Strukturen zu erzeugen, müssen die Lichtquellen der Belichtungseinrichtung DK bezüglich ihrer abgebbaren Licht- energie mehrstufig ansteuerbar sein. Als ausreichend hat sich eine achtstufige Belichtungsabstufung herausgestellt, die über ein 3-Bit-Datenwort codierbar ist. Der Zusammenhang zwischen den verschiedenen Belichtungsstufen und dem resul¬ tierenden Potentialwert einer entsprechend belichteten Flä- ehe, ist in der Figur 3 dargestellt. Die Figur 3 zeigt dabei den Kennlinienverlauf einer Fotoleitertrommel mit einem spezifischen Fotoleitermaterial. Die Werte Hl bis H7 bezeich¬ nen die Belichtung, d.h. die von den Lichtquellen (LED) abgestrahlte Lichtenergie je Fläche, z.B. in der Dimensions- einheit (Mikrojoule je cm ² ). Die Werte Ul bis U7 das resul¬ tierende Potentialniveau auf dem Fotoleiter F in Volt nach der Belichtung ausgehend von einem Aufladepotential UA. ÜB das Biasspannungsniveau.

Wie eingangs bereits erläutert haben LED-Lichtquellen und Laserstrahlen eine etwa kegelförmige Lichtintensitätsvertei¬ lung. Der Kurvenverlauf ändert sich jedoch mit der Belich¬ tungsstufe und damit mit der Lichtenergie. Die Intensitäts- Verteilung längs der Wegstrecke X und damit das Belichtungs¬ profil bei einer 3 Bit-Belichtungsabstufung entsprechend der Figur 3 ist in der Figur 4 dargestellt.

Die achtstufige Belichtung mit Belichtungsprofilen HO bis H7 führt zu einer Potentialreliefstruktur entsprechend der Darstellung der Figur 5. Die Belichtung mit einem Mikropixel mit einer Intensität Hl führt damit zu einer Potentialmulde Ul mit entsprechendem Potentialverlauf. In entsprechender Weise sind die Belichtungsstufen H2 bis H7 den Potentialver¬ läufen U2 bis U7 zugeordnet.

Zur Erzeugung eines Makropixels MAK vorgegebener Form (Figur 3) wird die Belichtung (Belichtungskegel UM) der Mikropixel MIK derart gesteuert, daß entsprechend der Figuren 6 und 7 für jedes Makropixel MAK eine resultierende Potentialmulde UR entsteht, die mit Toner eingefärbt wird. Die Gestalt der resultierenden Potentialmulde UR im Makropixel MAK hängt von der Belichtungsverteilung H und damit von der Lichtenergie der beteiligten Mikropixelbelichtungskegel UM ab. Der Verlauf der Einfärbungsgrenze EG, d.h. der Bereich in dem sich Toner anlagert, ist bestimmt durch die Schnittlinie zwischen der Biasspannung ÜB und der resultierenden Potentialmulde UR im Makropixel MAK. Das bedeutet die Einfärbungsgrenze EG des Makroladungsbereiches UR ist bestimmt durch den Verlauf des Biasspannungsniveaus ÜB auf dem elektrostatischen Potential¬ relief UR aus einzelnen benachbarten Mikroladungsbereichen UM. AD bezeichnet dabeiden Abstand zweier gegenüberliegender Punkte auf der Grenzlinie der eingefärbten Fläche.

Wie aus den Figuren 6 und 7 ersichtlich, läßt sich der Ver¬ lauf der Einfärbungsgrenze EG und damit der Verlauf der im Makropixel MAK erzeugten Einfärbestruktur dadurch festlegen.

daß bei vorgegebenem Aufladepotential UA und vorgegebenem Biaspotential ÜB über die Mikropixelbelichtungskegel UM eine der Einfarbestruktur entsprechende resultierende Potential¬ mulde UR im Makropixel MAK erzeugt wird. Ebenso kann bei vorgebenem Potentialrelief UR der resultierenden Potential¬ mulde im Makropixel zur Festlegung der Einfärbungsgrenzen EG die Biasspannung ÜB variiert werden. Auch eine Kombination beider Verfahren ist möglich.

Damit über die benachbarten Mikropixelbelichtungskegel UM eine resultierende Potentialmulde UR in optimaler Weise erzeugt werden kann, ist einerseits eine Lichtintensitätsver¬ teilung (H über X) notwendig, die derart bemessen ist, daß ausgehend von einem Zentrum A (Figur 4) hoher Intensität, die Intensität H nach außen (X, -X) hin homogen abfällt, anderer- seits ist eine hinreichende Überlappung der benachbarten Mikropixelbelichtungskegel UM erforderlich. Als Maß für die Überlappung kann dabei der Überlappungsfaktor f _u dienen, der definiert ist als das Verhältnis des Pixeldurchmessers d (Leuchtpunktdurchmesser) bei 12,5 % der maximalen Pixelener- giedichte (Leuchtpunktenergiedichte) zum Grundrastermaß dr. Das Grundrastermaß bezeichnet dabei den Abstand der Zentren zweier Pixel oder Leuchtpunkte

dr

Die minimale Überlappung sollte bei f _u größer 1 liegen. Die obere Grenze der Überlappung kann bei f _u = 4 und darüber liegen. Die praktische obere Grenze ist abhängig von der Relation der Zeichengeneratorauflösung zur angestrebten kleinsten zu druckenden Abmessung. Für einen Zeichengenerator mit einer Auflösung von 600 Dot/Inch und einem kleinsten zu druckenden Punktdurchmesser von 0,1 mm ist eine Überlappung bis etwa f _u = 4 möglich.

Durch Variation des Potentialreliefs UR und der Biasspannung ÜB und damit durch Festlegung der Einfärbungsgrenze EG kann innerhalb des Makropixels MAK eine eliebige einfärbbare Kontur erzeugt werden. Damit ist es auch möglich entsprechend den Darstellungen der Figuren 8 bis 10 die im Offsetdruck übliche Rasterpunktform zu erzeugen und damit einerseits eine optimierte Relation von Auflösung und Grauwertabstufung und andererseits eine Anpassung an übliche Sehgewohnheiten zu erreichen.

Zur Erzeugung einer Rasterfläche RP in Makropixeln MAKl bis MAK4 mit unterschiedlichen Rastertonwerten φ werden innerhalb der Makropixel MAKl bis MAK4 (Figur 8) in den einzelnen Mikropixelbereichen MIK Belichtungskegel UM mit Belichtungs¬ stufen entsprechend den Belichtungsstufen HO bis H7 erzeugt. Die Biasspannung ÜB ist dabei vorgegeben, so daß die Einfär¬ bungsgrenze der Rasterflächen RP und damit die Einfärbungs- fläche selbst bestimmt wird durch die Variation der Belich¬ tung der Mikropixel MIK. Die den Mikropixeln zugeordneten Lichtenergien HO bis H7 entsprechend einer 3-Bit-Belichtungs- abstufung (Figur 3 bis 5) sind in den Figuren 8 bis 10 ange¬ geben. Daraus resultieren Rasterflächenformen RP mit unter¬ schiedlichen Rastertonwerten, wie sie im Offsetdruck üblich sind. Die Figur 8 stellt dabei eine Rasterpunktform mit einem Rastertonwert φ von ca. 10 % dar, die Figur 9 eine Raster- punktform oder Rasterfläche mit einem Rastertonwert von φ = 35 % und die Figur 10 eine Rasterpunktform mit einem Raster¬ tonwert von ca. φ = 60 %.

Ausführungsbeispie1

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren 1, 11 bis 14 näher beschrieben.

Die bereits eingangs allgemein beschriebene elektrofotografi- sche Druckeinrichtung enthält als steuerbare Lichtquelle DK einen LED-Zeichengenerator (Druckkopf) mit einer Vielzahl von

einzeln ansteuerbaren LED, wobei jeder LED ein Mikropixel MIK zugeordnet ist. Mit dem Druckkopf gekoppelt ist eine mikro¬ prozessorgesteuerte Steueranordnung (Figur 11), die im we¬ sentlichen aus einer Druckeransteueranordnung DA und einer Lichtquellensteuereinrichtung DC besteht. Die Lichtquellen¬ steuereinrichtung DC (Figur 1) ist im Druckkopf selbst inte¬ griert. Eine das Potentialrelief stabilisierende Regelanord¬ nung PSR steht mit einem dem Fotoleiter F zugeordneten Poten¬ tialsensor PS üblicher Bauart in Verbindung. Die Einrichtung ER regelt die Einfärbung des Potentialreliefs UR. Die letzt¬ genannte Regeleinrichtung ER wiederum steht mit der Entwick¬ lerstation E und deren Elemente wie Tonerzuführeinrichtung, Tonerfüllstandsensor und einer die Biasspannung regelnden Anordnung BIAS (z.B. einem Spannungsregler) in Verbindung. Angesteuert wird die gesamte Anordnung über eine extern oder intern im Drucker angeordnete Datenverarbeitungsanordnung DVA. Die DVA liefert Informationen über die abzugebende Belichtung H für jeden Leuchtpunkt (Mikropixel) und die Strahlungsposition auf dem Fotoleiter in Form von Datensigna- len, z.B. Datenwörter.

Sämtliche Steuer- und Regelanordnungen können hardwaremäßig als separate μP-gesteuerte Anordnungen ausgebildet sein oder sie können Bestandteil einer Gerätesteuerung sein, die anson¬ sten in üblicher Weise aufgebaut ist und die den elektrofoto- grafischen Druckprozeß einschließlich Aufzeichnungsträger¬ transport und Fixierung steuert.

Die DVA liefert die für den Druck vorgesehenen Informationen in Form von Datensignalen über eine parallele 16-Bit-Schnitt- stelle an die Druckeransteueranordnung DA. Die Belichtung (Lichtenergie/Fläche) für jeden Leuchtpunkt (Mikropixel) wird dabei durch Zahlenwerte (Belichtungsbytes) beschrieben. Dabei bestimmt die Breite der Belichtungsbytes i die Anzahl der möglichen Helligkeitsstufen. Für z.B. 8 Belichtungsstufen (HO bis H7) bestehen die Belichtungsbytes aus i = 3 Bit.

Die Belichtungsbytes werden in der Druckeransteueranordnung DA, die als spezielle Leiterplatte ausgebildet ist in i- Speicherbänken 10-1 bis 10-3 zwischengespeichert. Für jedes Bit der Belichtungsbytes existiert eine Speicherbank 10-1 bis 10-3. Zur Ansteuerung des Druckkopfes werden von einem in der Druckkopfansteueranordnung angeordneten Mikrocontroller 11 nacheinander 16-Bit-Worte aus den i-Speicherbänken 10-1 bis 10-3 an die Elektronik eines in der Lichtquellensteuerein¬ richtung DC angeordneten DruckkopfControllers 12 übergeben und dort in einem 16-Bit-Register eines Parallel-Serienwand- lers 13 gepuffert. Der Parallel-Serienwandler 13 setzt die i- 16-Bit-Worte in 64 Belichtungsbytes der Breite i um, die dann nacheinander an IC-B-Schaltkreise 14/1 bis 14/n übergeben werden.

Jeder IC-B-Schaltkreis 14/2 bis 14/n-l ist mit seinem Nachbar IC-B-Schaltkreis 14/1 bis 14/n verbunden, wobei jedem IC-B jeweils eine Gruppe von LED's mit einer gleichen Anzahl von LED's zugeordnet ist. Diese einzelnen LED-Gruppen LED1 bis LED64 bzw. LED65 bis LED128 usw. enthalten jeweils 64 LED, die jeweils gemeinsam auf einem Chip integriert sind. Bei einer Druckerauflösung von 300 Dots/Inch zum Bedrucken von einem Format A4 quer sind dabei etwa n = 3500 LED's erforder¬ lich. Durch die Verkoppelung der IC-B entsteht ein n x i großes Schieberegister, wobei n die Anzahl der anzusteuernden LED's darstellt und i die Anzahl der Speicherbänke 10.

Der Aufbau der IC-B-Schaltkreise 14/1 bis 14/n ist aus der Figur 12 ersichtlich. Sie werden über eine mikroprozessorge¬ steuerte Steuerlogik 15 des Druckkopfcontrollers 12 angesteu¬ ert und enthalten jeweils ein Schieberegister 16 mit 64 Speicherplätzen entsprechend der Anzahl der LED's je LED- Gruppe. Weiterhin 64 Puffer mit Schalteinrichtungen 17; 64 voreinstellbare Zähler 18 und 64 Digital-Analogumsetzer mit zugehörigen Puffern 19. Zur Ansteuerung der 64 LED's sind spannungsgesteuerte Stromquellen mit zugehörigen Schaltein- richtungen 20 vorgesehen.

Die IC-B-Schaltkreise arbeiten in zwei Phasen, nämlich in einer Anlaufphase (Upload) und in einer Druckphase In der Anlaufphase erhält der Druckkopf LED-Abgleichinformationen, die eine nahezu gleiche Lichtabstrahlung aller LED ermögli- chen, wobei die Toleranz der Lichtleistungsabstrahlung klei¬ ner ± 3 % beträgt. Diese Abgleichsinformationen sind eben¬ falls als Belichtungsbyts Bl bis B64 codiert. Sie können über eine Belichtungsenergiekorrektureinrichtung gewonnen werden, wie sie in der EP-B1-0 275 254 beschrieben ist. Um diesen Abgleich zu bewerkstelligen, werden vom DruckkopfController 12 nacheinander die Abgleichbelichtungsbytes Bl - Bn für alle LED's in die Schieberegister 16 geschoben. Die Steuerlogik jedes IC-B-Schaltkreises 14/1 bis 14/n bewirkt danach in Verbindung mit den IC-B-Schaltern (Umschaltung An- lauf/Druckphase) die Übergabe der 64 Bytes Bl bis B64 an die Puffer 17, die die Abgleichwerte bis zum Ausschalten des Druckers oder bis zu einer erneuten Abarbeitung der Anlauf¬ phase speichern. Die Puffer 17 steuern 64 Einzel-Digital- Analogumsetzer Dl - D64 des Umsetzers 19 an, die für jede LED ein spezielles Potential VI bis V64 erzeugen, das den jewei¬ ligen LED Strom und damit das Niveau der Belichtung bestimmt.

Auch zum Druck der Mikropixelzeilen werden zunächst die Belichtungsbytes Bl bis B64 für alle Bildpunkte in die IC-B- Schieberegister 16 geschoben. Danach werden sie gleichzeitig in allen IC-B-Schaltkreisen 14/1 bis 14/n an jeweils 64 voreinstellbare Einzel-Zähler ZI - Z64 der Breite i eines Zählerblockes 18 übergeben, die den einzelnen LED's zugeord¬ net sind. Die Zähler 18 werden alle gemeinsam getaktet und heruntergezählt. Die Zeit zwischen zwei Takten wird durch einen Basiszeittakt bestimmt, der über die Steuerlogik 15 zugeführt wird. Damit wird in Abhängigkeit vom Zählerstand jedem der spannungsgesteuerten Stromquellen 20 über ihre Schalter SI bis S64 eine Einschaltzeit Tl bis T64 zugeordnet. Beim Zählerstand ungleich Null fließt in der LED Strom. Beim Zählerstand Null wird er abgeschaltet. Der Zählvorgang be¬ stimmt in der beschriebenen Weise die Emissionsdauer der

LED1-LED64. Die Größen der einzelnen LED Ströme II bis 164 sind durch die in der Anlaufphase voreingestellten Potentiale VI bis V64 des Analogumsetzers 1 festgelegt.

Die so erzeugte Belichtungsverteilung wird über eine hier nicht dargestellte Selfoc-Optik auf die Fotoleiteroberfläche F abgebildet.

Die Mikropixelbelichtungsverteilung wird durch den elektrofo¬ tografischen Prozeß in der folgenden Weise sichtbar gemacht:

Zunächst wird der Fotoleiter F gleichförmig aufgeladen, wobei das Aufladepotential mit Hilfe einer üblichen Potentialrege¬ leinrichtung immer auf einen konstanten Potentialwert UA (Figur 3) gebracht wird.

Danach erfolgt eine Belichtungspotentialregelung mit der Regelanordnung PSR. Hierbei wird mindestens eine festgelegte Belichtung evtl. auch in Form einer Rasterbeliehtung auf den Fotoleiter F mit dem Aufladepotential UA aufgebracht und durch die Potentialsonde PS der integrale Potentialwert gemessen. Wird ein vorbestimmbarer Zielwert UZ (Figur 13) nicht erreicht, dann wird ein Grundparameter des LED Druckkopfes, z.B. der Ansteuerstrom I oder die Schaltzeit T oder beide so verändert, daß die mittlere Lichtemission erhöht wird, falls der gemessene Potentialwert größer als UZ ist. Falls der gemessene Potentialwert kleiner als UZ ist, wird die mittlere Lichtemission vermindert. Durch die Belich- tungspotentialregelung erfolgt also eine Belichtungsniveauan¬ passung an die Fotoleiterkennlinie des verwendeten Fotolei¬ ters. Diese Anpassung der mittleren Belichtung HM an die aktuelle Fotoleiterkennlinie ist aus der Figur 13 ersicht¬ lich. Die Figur 13 zeigt dabei den Verlauf von zwei Fotolei- terkennlinien für unterschiedliche Temperaturen, wobei die Fotoleiterkennlinie K2 einer Temperatur zugeordnet ist, die größer ist, als die Temperatur der Fotoleiterkennlinie Kl. Um den Belichtungszielwert UZ zu erreichen, müssen für die

Kennlinie Kl die Belichtung HM1 und für die Kennlinie K2 die Belichtung HM2 eingestellt werden.

Für die Belichtungsregelung können als zu variierende Grund¬ parameter des LED-Druckkopfes vorteilhafter Weise der Zeitba- siswert (Basiszeittakt) oder Druckkopf-LED-Basisstrom I verwendet werden. Mit der Zeitbasisregelung wird die Ein¬ schaltzeit der LED's proportional verändert. Der Basisstrom bestimmt den Grundwert der LED-Lichtleistung bzw. das Belich¬ tungsniveau. Beide Formen der Regelung der Belichtung haben den Vorteil, daß damit sowohl der Verschiebung der mittleren Empfindlichkeit des Fotoleiters F als auch der Veränderung der Steilheit der Fotoleiterkennlinie Kl, K2 Rechnung getra¬ gen wird.

Mit dem vorstehend beschriebenen Schritt wird der Basiswert der Belichtung an die aktuelle Kennlinienform des Fotoleiters so angeglichen, daß mit bestimmten Belichtungszeitwerten immer die gleichen Potentialwerte erzeugt werden. Damit können z.B. der Temperatur und der Zykleneinfluß auf die Fotoleiterkennlinie sowie die Fotoleiterchargen-Schwankungen druckbildseitig kompensiert werden.

Nachdem der Basiswert der Belichtung so eingestellt ist, daß in den vorgegebenen Toleranzen bei einer bestimmten Belich¬ tungszeit der gleiche Potentialwert - bei Rastern das gleiche Potentialrelief ensteht - folgt der Schritt der Einfärbungs- regelung mit Hilfe der Regelanordnung ER.

Die Einfärbungsregelung wird anhand der Figur 14 näher erläu¬ tert. Bei der Darstellung der Figur 14 handelt es sich um eine in der Elektrofotografie übliche grafische Vierquadran¬ tendarstellung der elektrofotografischen Prozesse. Der Qua- drant I zeigt den Verlauf der Entwicklungskennlinien El, E2 und E3 und damit die Abhängigkeit der optischen Dichte D von dem Fotoleiterpotential U für verschiedene Einfärbungsgrade φ, nämlich für φ = 100 % entsprechend der Kennlinie El, φ = 70 %

entsprechend der Kennlinie E2 und φ = 50 % entsprechend der Kennlinie E3. Der Quadrant II wiederum zeigt den Verlauf der Prozeßkennlinien Pl bis P3 und damit die Abhängigkeit der optischen Dichte D von der Belichtung H bei den ensprechenden Einfärbungsgraden von 100 %, 70 % und 50 %. Im Quadranten III ist die dem verwendeten Fotoleiter zugeordnete Fotoleiter¬ kennlinie K dargestellt, entsprechend der Kennlinie der Figur 13 und damit die Abhängigkeit des Belichtungspotentialε U in Abhängigkeit von der Belichtung H. Der Quadrant IV enthält eine Spiegelgerade mit Maßstabsveränderung zur grafischen Übertragung des auf der Fotoleiterentladungskennlinie K ablesbaren Potentialwertes U auf die Entwicklungskennlinien El bis E3. Die strichpunktierten Linien erläutern die Zuord¬ nungsmöglichkeiten innerhalb der Kennlinien. So entspricht einer Belichtung HX ein Entladepotential UX mit einer zugehö¬ rigen optischen Dichte DX auf den Entwicklungskennlinien E bzw. einer entsprechenden optischen Dichte DX auf der Proze߬ kennlinie P. TC bezeichnet die Veränderungen der Entwick¬ lungskennlinien E und der Prozeßkennlinien P in Abhängigkeit von der Tonerkonzentration. ÜB bezeichnet das Biaspotential.

Zur Einfärbungsregelung werden eine Rasterfläche und gegebe¬ nenfalls zusätzlich eine Volltonfläche auf den Fotoleiter F aufbelichtet und durch Tonerablagerungen entwickelt. Die entwickelt optischen Ist-Dichten D werden über einen opti- sehen Dichtesensor DS (Figur 1) gemessen und mit vorgebbaren Belichtungszielwerten (optischen Dichten, Solldichten) für die Rasterfläche und gegebenenfalls für die Vollfläche ver¬ glichen. Je nach Größe der Abweichung von den Belichtungs¬ zielwerten (Sollwerten) werden eine oder mehrere Grundgrößen des Entwicklungsprozesses varriert. Wie aus der Figur 14 ersichtlich, kann durch Erhöhung der Tonerkonzentration TC die Steilheit (Gradation) der Entwicklungskennlinien E und der Prozeßkennlinien P erhöht werden. Durch Änderung des Biaspotentials ÜB können die Entwicklungskennlinien E oder die Prozeßkennlinien P entlang der Abszisse parallel verscho¬ ben werden (Verschiebung der Punkte DX) . Je nach Korrekturbe-

darf kann durch Änderung der Tonerkonzentration TC und/oder durch Änderung des Biaspotentiales ÜB die Zielkennlinienkom¬ bination (Rasterkennlinie und gegebenenfalls Volltonkennli- nie) eingestellt werden.

Die Belichtungspotentialregelung und die Einfärbungsregelung können so miteinander kombiniert werden, daß die gleichen Belichtungs- und Meßflächen für beide Regelungen verwendet werden. Da zunächst die Belichtungspotentialwerte gemessen werden, kann für den Fall, daß sie im Zielbereich liegen, im gleichen Zyklus mit der gleichen Einfärbungsregelung begonnen werden. Nach Erreichen der Einfärbezielwerte ist es möglich, den Druckprozeß zu starten. Die Einhaltung der Zielwerte für das Aufladepotential UA, das Belichtungspotential (Belichtungszielwert UZ), die optische Dichte für Rasterflä- ehe und Volltonfläσhe DR wird während des Drückens zyklisch überwacht und erforderlichenfalls nachgeregelt. Der Überwa- chungs- und RegelungsVorgang kann gesteuert von der Geräte¬ steuerung automatisch ablaufen.

Wie bereits eingangs im Zusammenhang mit den Figuren 6 und 7 erläutert, werden durch die zeichenabhängige Ansteuerung der LED's Mikropixel-Belichtungskegel UM mit unterschiedlichen Mikropixel-Belichtungsverteilungen erzeugt, die im Makropixel eine resultierende Potentialmulde UR bzw. Potentialrelief bewirken. Der Toner lagert sich nur auf den Flächenbereichen des Makropixels ab, deren Belichtungspotential kleiner als die Biasspannung ÜB ist. Damit gibt die Schnittlinie AD des Biasniveaus ÜB mit der Potentialmulde UR bzw. dem Potential¬ relief die Einfärbungsgrenze EG an. Diese kann wie aus dem Vergleich der Darstellungen der Figuren 6 und 7 hervorgeht, bei konstant gehaltener Belichtung des mittleren Mikropixels durch stufenweise Veränderung der Belichtung in den benach¬ barten Mikropixeln in feinen Stufen verändert werden. Diese Abstufung ist um so "weicher" je stärker die Lichtenergiever¬ teilung benachbarter Mikropixel einander geometrisch überlap-

pen und je mehr Belichtungsstufen je Mikropixel definiert eingestellt werden können.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der Fotoleiter F vor dem Belichtungsprozeß mit Hilfe der Ladeeinrichtung L aufgeladen und über die Belichtungseinrichtung DK entladen. Das gleiche Prinzip ist jedoch auch anwendbar auf elektrofo- tografische Prozesse, bei denen der entladene Fotoleiter mit Hilfe der Belichtungseinrichtung DK zeichenabhängig aufgela¬ den wird. Für die Belichtungseinrichtung DK kann sowohl ein intensitätsgesteuerter Laserstrahl als auch der beschriebene LED-Kamm verwendet werden. Auch die Verwendung von anderen intensitätsabhängig steuerbaren Lichtquellen, wie Laserdioden usw. ist möglich.

Es hat sich herausgestellt, daß bei der Einfärbung der Makro- ladungsbereiche die Tonerablagerung von der exakten elektro¬ statischen Einfärbungsgrenze abweicht. Diese Abweichungen werden durch den Tonertransferprozeß auf den endgültigen Bildträger, der meist aus Papier besteht und durch die Fixie¬ rung des Tonerbildes verstärkt. Dies macht gegebenenfalls einen empirischen Abgleich der Belichtungswerte und der Einfärbungskennlinien erforderlich um eine vorgegebene Ziel- Kennlinien-Kombination (Dichtekurven für Volltonflächen, Rasterflächen und Linien) zu erreichen.

Bezugszeichenliste

F Fotoleitertrommel

DK Belichtungseinrichtung, LED-Leiste, Druckkopf

E Entwicklerstation

UDS Umdruckstation

AT Aufzeichnungsträger, Endlospapier

R Reinigungsstation

L Ladeeinrichtung

MAK, Makropixe1

MAKl bis MAK4

MIK Mikropixel

HO bis H7,H,HX Belichtung, Lichtenergie/Fläche,

Be1ichtungsstufen UO bis U7,U,UX Potentialniveau Fotoleiter, Entladepotential UA Aufladepotential Fotoleiter

ÜB Biasspannungsniveau, Biasspannung

UM Mikropixel-Belichtungskegel,

Mikroladungsbereich X Wegstrecke

EG Einfärbungsgrenze

AD Begrenzungslinie der eingefärbten Fläche,

Schnittebene, Schnittlinie UR resultierende Potentialmulde,

Potentialrelief,Makro1adungsbereich RP Rasterpunktform, Einfärbungsflache,

Rasterfläche LED1 bis LEDn Leuchtdioden DA Druckeransteueranordnung

DC Lichtquellensteueranordnung

PSR Potentialrelief bzw. Aufladepotential stabilisierende Regelanordnung

Be1ichtungspotentialregelung PS Potentialsensor

DS Dichtesensor optisch

ER Einfärbung des Potentialreliefs regelnde

Einrichtung

BIAS Biasspannung regelnde Einrichtung,

Spannungsregler DVA Datenverarbeitungsanlage, rechnergesteuerte

Anordnung

10/1 bis 10/3 Speicherbänke, Speicher

11 Mikrocontroller

12 DruckkopfController

13 Parallelserienwandler mit Register

14/1 bis 14/n IC-B Schaltkreise

15 mikroprozessorgesteuerte Steuerlogik

16 Schieberegister, Speicher

17 Puffer mit Schalter

18 voreinstellbarer Zähler, Zählerblock

19 Digital-Analogumsetzer, spannungserzeugende

Einrichtung

Dl - D64 Einzelumsetzer des Digital-Analogumsetzers 19

20 Spannungsgesteuerte Stromquellen mit

Schaltern

Bl - B64 Belichtungsbytes

VI - V64 Ansteuerpotential, Potential

SI - S64 Schalter der spannungsgesteuerten

Stromquellen

ZI - Z64 Einzelzähler im Zählerblock 18

Tl - T64 AblaufZeiten der Zähler 18, Einschaltzeit

11 - 164 Erregerströme LED

Kl, K2 Fotoleiterkennlinie

HM1 - HM2 mittlere Belichtung, Kennlinie Kl, K2

UZ Sollpotential

El - E3 Entwicklungskennlinien

D, DX optische Dichte

Pl - P3, P Prozeßkennlinien

TC Tonerkonzentration