Verfahren zur periodischen Ansteuerung von mehreren strahlungsaussendenden Elementen und Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur periodischen Ansteuerung von mehreren strahlungsaussendenden Elementen. Die Erfindung besteht darin, daß Unterschiede in der Strahlungsleistung der einzelnen Elemente, die durch Streuungen in der Effizienz der Elemente oder durch unterschiedliche Betriebsbedingungen verursacht sind, dadurch ausgeglichen werden, daß die strahlungsaussendenden Elemente jeweils mit einer individuellen, die Strahlungsgesamtdauer bestimmende Pulslänge betrieben werden. Auf diese Weise ist die abgestrahlte Energie aller angesteuerten Elemente im wesentlichen gleich groß.

Beschreibung

[0001] Verfahren zur periodischen Ansteuerung von mehreren strahlungsaussendenden Elementen gewinnen beispielsweise in der Informationstechnik immer größere Bedeutung. So werden beispielsweise zur Belichtung von photoleitenden Trommeln in Datendruckanlagen Zeilen aus aneinandergereihten Lumineszenzdioden verwendet, die über integrierte Schaltkreise entsprechend dem darzustellenden Bildmuster angesteuert werden. So hat beispielsweise die Firma TELEFUNKEN electronic GmbH ein Leuchtdiodenmodul mit der Bezeichnung TPHM 8080 entwickelt, dessen Breite einer DIN A4 Seite entspricht und das aus 2560 aneinandergereihten Gallium-Arsenid-Phosphid-Lumineszenzdioden sowie 20 integrierten Siliziumschaltkreisen für die Ansteuerung der Leuchtdioden besteht. Das in ein Bitmuster aufgelöste Schriftbild, das durch die LED-Zeile wiedergegeben werden soll, wird über einen 8-bit parallelen Datenstrom in Schieberegister-IC's eingelesen.

[0002] Ein Puls löst die Übergabe des Bitmusters vom Schieberegister an einen Daten-Pufferspeicher aus. Über ein weiteres Aktivierungssignal werden die einzelnen Lumineszenzdioden gemäß dem gespeicherten Bitmuster eingeschaltet.

[0003] Bei den bisherigen Ansteuerschaltungen besteht die Einschränkung, daß für alle Einzeldioden der gleiche Ansteuerimpuls in Amplitude und Zeitdauer vorgesehen ist, so daß die Streubreite der Effizienz zwischen den einzelnen Elementen möglichst klein sein mußte, wenn die abgestrahlte Energie aller angesteuerten Elemente im wesentlichen gleich groß sein sollte. Aufgrund dieser hohen Anforderung an die Streubreite war die Ausbeute bei der Herstellung der für die Anreihung vorgesehenen und geeigneten Lumineszenzdioden relativ gering, wobei eine optimale Einheitlichkeit der abgestrahlten Energie auch aufgrund unvermeidbarer Unterschiede in den Betriebsbedingungen für die einzelnen Bauelemente nicht erreicht werden konnte.

[0004] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur periodischen Ansteuerung von mehreren strahlungsaussendenden Elementen anzugeben, mit dem erreicht wird, daß die abgestrahlte Energie aller angesteuerten Elemente im wesentlichen gleich groß ist, ohne daß dies durch Ausbeuteverluste bei der Herstellung der einzelnen Bauelemente erkauft werden muß. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Unterschiede in der Strahlungsleistung der einzelnen Elemente, die durch Streuungen in der Effizienz der Elemente oder durch unterschiedliche Betriebsbedingungen verursacht sind, dadurch ausgeglichen werden, daß die strahlungsaussendenden Elemente jeweils mit einer individuellen, die Strahlungsgesamtdauer bestimmenden Pulslänge betrieben werden, so daß die abgestrahlte Energie aller angesteuerten Elemente im wesentlichen gleich groß ist.

[0005] Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann in einer vorteilhaften Weiterbildung für jedes Element die Strahlungsgesamtdauer in digitalen Einzelschritten quantisiert werden. Die Befehle für die Einzelschritte werden für jedes Element gesondert in einem Speicher definiert abgelegt. Der Speicherinhalt wird beispielsweise nach der Fertigstellung einer Diodenzeile durch Ausmessung der Einzelelemente festgelegt. Die Quantisierung der Gesamtstrahlungsdauer wird sich vorteilhafterweise auf den Teil der Strahlungsgesamtdauer beschränken, der zur Kompensation des maximal vorkommenden Unterschiedes in der Strahlungsleistung der Einzelelemente erforderlich ist. Dies bedeutet, daß alle angesteuerten Einzelelemente mit einer Grundstrahlungsdauer beaufschlagt werden, die bei einzelnen Elementen noch durch Zusatzstrahlungsdauern ergänzt wird.

[0006] Die Erfindung und ihre weitere vorteilhafte Ausgestaltung soll nachstehend noch an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.

Figur 1 zeigt eine geeignete Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In Figur 2 sind die möglichen Einzelschritte für die Ansteuerung der Lumineszenzdioden dargestellt.

Figur 3 zeigt für einen Ausschnitt von 5 aneinandergereihten Dioden die Datenmatrix im Schieberegister für die Ansteuerung der Diodenzeile.

[0007] Gemäß Figur 2 werden am Dateneingang DE beispielsweise aus einem Computer Informationen abgerufen, die dem durch die Diodenzeile DZ wiederzugebenden Bildmuster entsprechen. Diese Digitalinformationen gelangen über einen Pufferspeicher P1 auf einen Eingang des UND-Gatters U, über dessen Ausgang das Schieberegister SR geladen wird.

[0008] Gemäß Figur 3 sei angenommen, daß für einen Ausschnitt von 5 aneinandergereihten Dioden D1 - D5 über den Dateneingang DE das Bitmuster 10110 in das Schieberegister eingegeben werden soll. Dies bedeutet, daß die Dioden D1, D3 und D4 während eines definierten Zeitintervalls leuchten sollen, während die Dioden D2 und D5 dunkel bleiben. Das Zeitintervall, während dem das genannte Belichtungsmuster abgegeben wird, ist in Figur 2a mit t bezeichnet. x

[0009] Innerhalb der Diodenreihe DZ sind nun Einzelelemente vorhanden, die in der Effizienz streuen und bei denen sich auch unterschiedliche Betriebsbedingungen bemerkbar machen. Dies führt beispielsweise dazu, daß einzelne Dioden bereits nach einer Zeit t₁ gemäß Figur 2b die gewünschte Energie abgestrahlt haben, während andere Einzelelemente gemäß der Figuren 2c, 2d und 2e die gewünschte Abstrahlenergie nur dadurch erreichen, daß sie in zusätzlichen Zeitntervallen t₂ bzw. t₃ angesteuert werden.

[0010] Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 wurde die maximale Gesamtstrahlungsdauer für jedes Element in 3 Einzelschritte aufgeteilt. Diese bestehen aus der Grundstrahlungsdauer G während derzeit t₁ und den Zusatzstrahlungsdauern _{Z1 Z2} während der Zeiten t₂ und t₃. Es ist selbstverständlich, daß die Gesamtstrahlungsdauer den Bedürfnissen entsprechend in beliebig vielen Einzelschritten quantisiert werden kann, wobei jedoch mit der Zahl der Einzelschritte der Schaltungsaufwand steigt.

[0011] Das dargestellte Ausführungsbeispiel mit drei Einzelschritten hat sich bewährt und führt zu einer Erhöhung der Genauigkeit in der abgestrahlten Leistung zwischen den einzelnen Bauelementen um einen Faktor 3. Die Grundstrahlungsdauer G betrug bei diesem Ausführungsbeispiel 850 µs, während die Zusatzstrahlungsdauern Z₁ bzw. Z₂ 200 bzw. 100 µs dauerten. Die Ansteueramplitude SA war für alle Strahlungsphasen gleich groß.

[0012] Nach der Fertigstellung einer Diodenzeile wird für alle Einzelelemente festgelegt, welche Einzelschritte in der Ansteuerung für das einzelne Element erforderlich sind, um über alle Elemente gesehen zu einer gleichmäßigen Energieabstrahlung zu gelangen. Bei vier unterschiedlichen Gesamtstrahlungsdauern, wie sie durch die Figuren 2b - 2e wiedergegeben sind, benötigt man zur Speicherung der erforderlichen Information im Speicher SP 2 bit. Der Dateninhalt "00" entspricht dann beispielsweise der Grundbelichtung G, der Dateninhalt "01" entspricht der Grundbelichtung G und der Zusatzbelichtung Z₂ während der Zeit t₂₁ der Dateninhalt "10" entspricht der Grundbelichtung G und der Zusatzbelichtung Z₁ während der Zeit t₃₁ während der Dateninhalt "11" einer Diode zugeordnet wird, für die alle drei Belichtungsschritte G, Z₁ und Z₂ erforderlich sind. Diese Informationen sind jweils einer speziellen Diode zugeordnet im Speicher SP gemäß Figur 1 abgelegt.

[0013] Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist der zweite Eingang des UND-Gatters U mit dem Ausgang eines ODER-Gatters 0 verknüpft, dessen einem Eingang der ausgelesene Inhalt des Speichers SP zugeführt wird, während am anderen Eingang ein Befehl anliegt, der die Information, die Grundbelichtung oder Nachbelichtungen liefert. Der Speicher SP wird am Eingang N mit einem Befehl angesteuert, der bestimmt, ob die 1. oder die 2. erforderliche Nachbelichtung Z₁ bzw. Z₂ aufgerufen ist, während der Adressierzähler AZ nacheinander die Speicherplätze im Speicher SP aufruft. Der Adressierzähler wird über einen Takteingang und einen Reseteingang angesteuert.

[0014] Über den Ausgang des UND-Gatters wird in der üblichen Weise das Schieberegister SR geladen. Hierzu wird der Taktimpuls gleichfalls auf das Schieberegister gegeben. Ein Strobeimpuls am Reseteingang des Adressierzählers löst die Übergabe des Bitmusters im Schieberegister an einen Daten-Pufferspeicher P2 aus. Über ein weiteres Aktivierungssignal am Enable-Eingang des Pufferspeichers P2 werden die Lumineszenzdioden in der Zeile DZ gemäß dem im Schieberegister gespeicherten Bitmuster eingeschaltet. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird bei einem Zeitintervall t für einen Belichtungsvorgang das Schieberegister SR dreimal geladen und ausgelesen, um auf diese Weise die individuelle Gesamtstrahlungsleistung eines jeden einzelnen Elementes zu bestimmen. Gemäß Figur 3 sei angenommen, daß bei den fünf aneinandergereihten Dioden Dl bis D5 im Speicher SP die Nachbelichtungsinformation in der dargestellten Weise abgelegt ist. Danach ist für die Diode D1 keine Nachbelichtung erforderlich, für die Diode D₂ die Nachbelichtung Z₂ für die Diode D₃ die Nachbelichtungen Z₁ und Z₂ für die Diode D₄ und D₅ jeweils nur die Nachbelichtung Z₁.

[0015] Bei der Grundbelichtung G steht am Belichtungseingang des ODER-Gatters eine logische "1", die folglich auch auf den einen Eingang des UND-Gatters U gegeben wird. In das Schieberegister SR wird somit beim ersten Ladevorgang die Information eingeschrieben, die am Dateneingang DE ansteht. Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 3 ist dies die Datenfolge "10110", so daß die angesteuerten Dioden D₁, D₃ und D₄ die Grundbelichtung abstrahlen. Beim nächsten Ladevorgang des Schieberegisters wird das erste Bit im Speicher SP mit der zugeordneten Information am Dateneingang DE am UND-Gatter U verknüpft. Bei dem dargestellten Beispiel ergibt dies den Schieberegisterinhalt "00110", so daß die Dioden D₃ und D₄ die Nachbelichtung Z₂ abstrahlen. Beim dritten Ladevorgang des Schieberegisters wird die zweite Information im Speicher SP mit der zugeordneten Information am Dateneingang DE verknüpft, so daß sich beim gewählten Ausführungsbeispiel der Schieberegisterinhalt "00100" ergibt, wonach nur noch die Diode D₃ auch die weitere Nachbelichtung Z₁ abstrahlt.

[0016] Das Schieberegister SR wird jeweils in den Zeiten zwischen den einzelnen Belichtungsphasen umgeladen und nach Abschluß aller drei Belichtungsphasen wird ein neues Bitmuster am Dateneingang DE abgerufen. Der Speicher SP besteht vorzugsweise aus einem EPROM. Das erfindungsgemäße Verfahren und die zugehörige Schaltungsanordnung wird vorzugsweise zur Ansteuerung von linear in einer Zeile angeordneten Leuchtdioden verwendet, wie sie beispielsweise von TELEFUNKEN electronic unter den Typenbezeichnungen TPHM 8080 oder TPAC 6050 und TPAC 6080 geliefert werden. Diese Diodenzeilen eignen sich insbesondere zur Belichtung von photoleitenden Schichten oder anderen lichtempfindlichen Materialien.

Ansprüche

1) Verfahren zur periodischen Ansteuerung von mehreren strahlungsaussendenden Elementen, dadurch gekennzeichnet, daß Unterschiede in der Strahlungsleistung der einzelnen Elemente (D), die durch Streuungen in der Effizienz der Elemente oder durch unterschiedlichen Betriebsbedingungen verursacht sind, dadurch ausgeglichen werden, daß die strahlungssaussendenden Elemente jeweils mit einer individuellen, die Strahlungsgesamtdauer bestimmenden Pulslänge betrieben werden, so daß die abgestrahlte Energie aller angesteuerten Elemente im wesentlichen gleich groß ist.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsgesamtdauer für jedes Element in digitalen Einzelschritten quantisiert ist, wobei die Einzelschritte für jedes Element gesondert in einem Speicher (SP) definiert abgelegt sind.

3) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Quantisierung auf den Teil der Strahlungsgesamtdauer beschränkt, der zur Kompensation des maximal vorkommenden Unterschieds in der Strahlungsleistung der Elemente (D) erforderlich ist.

4) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Gesamtpulslänge aus wenigstens zwei unterschiedlich langen Teilpulsen besteht, wobei ein Teilpuls der für alle angesteuerten Elemente vorgesehenen Grundstrahlungsdauer entspricht, während die restlichen Teilpulse zum Ausgleich der Unterschiede in der Strahlungsleistung als individuelle Zusatzstrahlungsdauern für bestimmte angesteuerte Elemente vorgesehen sind.

5) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung zur Ansteuerung von linear in einer Zeile (DZ) angeordneten Leuchtdioden (D).

6) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung zur Belichtung von photoleitenden Schichten oder anderen lichtempfindlichen Materialien.

7) Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Logik (U, 0) vorgesehen ist, mit der die Dateneingangssignale für die Elemente mit den aus einem Speicher (SP) abgerufenen Signalen für die Teilpulse verknüpft werden und daß die Befehle für die einzelnen Strahlungsphasen in ein, zwischen den Phasen jeweils neu zu ladendes Schieberegister (SR) eingegeben werden, das bei der Auslesung die Einzelelemente (D) ansteuert und somit das Strahlungsmuster bestimmt.

8) Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der für alle angesteuerten Elemente vorgesehene und die Grundstrahlungsdauer bestimmende Teilpuls mit den Dateneingangssignalen direkt verknüpft wird,

während die Befehle für die individuellen, die erforderliche Zusatzstrahlungsdauer bestimmenden Teilpulse über einen getakteten Adressierzähler abgerufen und mit den anstehenden Dateneingangssignalen am UND-Gatter (U) verknüpft werden.

Zeichnung