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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Diese
Erfindung bezieht sich auf Druckbildverbesserungstechniken und im
einzelnen auf ein Verfahren zum Erzeugen einer Graustufendarstellung
eines skalierbaren Schriftartschriftzeichens.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Ein
Graustufenbild umfasst eine Vielzahl von Pixeln, wobei jedes Pixel
durch einen digitalen Wert dargestellt wird, der eine Graustufe
oder einen Farbwert angibt. Jede Graustufe entspricht einem Farbton zwischen
0% und 100%. Wenn ein derartiges Graustufenbild an einen binären Schwarzweiß-Laserdrucker geleitet
wird, werden die Graustufenwerte in binäre Pixelwerte umgewandelt.
Der Laserdrucker versucht dann, durch eine Verwendung von Zitterprozeduren
oder anderen Annäherungsverfahren
die Graustufen des Bildes zu reproduzieren.
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Auf
die bekannten binären
Laserdrucker folgten Graustufenlaserdrucker, die die Intensität oder Dauer
eines Laserstrahls modulieren, um an jeder Pixelstelle auf einem
Photoleiter eine Variierung eines Ladungszustands zu erzielen, die,
wenn sie nachfolgend mit Toner versehen wird, eine äußerst originalgetreue
Graustufenreproduktion erzeugt.
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Die
Randdefinition ist ein Problem bei binären Pixelbildern, das auf die
abgestufte Pixelanordnung zurückzuführen ist,
die verwendet wird, um Grenzen von Schriftzeichen und Bildern darzustellen. Der
Stand der Technik verwendet eine als „Auflösungsverbesserungstechnologie" (REt – Resolution Enhancement
Technology") bezeichnete
Prozedur, um Ränder
zu glätten,
indem Pixel gemäß Vergleichen,
die bezüglich
vorabgespeicherter Schablonenanordnungen durchgeführt wurden,
moduliert werden. Die U.S.-Patentschriften Nr. 5,005,139 und Nr. 4,847,691,
die beide an C. C. Tung erteilt und an denselben Anmelder wie die
vorliegende Anmeldung übertragen
wurden, beschreiben ein hardwarebasiertes Verfahren zum Bewerkstelligen
einer derartigen REt-Randverbesserung.
Die Offenbarung der Tung-Patentschriften ist durch Bezugnahme in
das vorliegende Dokument aufgenommen. Kurz gesagt legt die Tung-Vorgehensweise „Fenster" „fliesenartig" über aufeinander folgende Bitmuster
eines Bildes. Jedes Bildpixelfenster, das durch die Fliesungsprozedur
erzeugt wird, umfasst ein Mittenpixel und umliegende Nachbarpixel.
Jedes Bildpixelfenster ist somit ein Muster von Pixeln von dem ursprünglichen binären Bild.
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Bei
dem Tung-System wird jedes Bildpixelfenster parallel mit Hunderten
von Schablonen verglichen, wobei jede Schablone eine erwartete Randpixelanordnung
definiert, die durch Modifizierung des Mittenpixels in dem Bildpixelfenster
verbessert werden kann. Jede Schablone ist einem Korrekturpixel für das Mittenpixel
des Bildpixelfensters zugeordnet.
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Das
Mittenpixel und die Nachbarpixel in dem Bildpixelfenster werden
parallel über
ein Gatearray mit den Schablonen verglichen, um in einem oder sehr
wenigen Taktzyklen zu bestimmen, welche Schablone, falls überhaupt
eine, mit der Pixelanordnung in dem Bildpixelfenster übereinstimmt.
Falls eine Schablone gefunden wird, die mit dem Bildpixelfenstermuster übereinstimmt,
wird der zugeordnete Korrekturpixelwert ausgegeben, und das Mittenpixel in
dem Bildpixelfenster wird durch denselben ersetzt.
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Während das
Bildpixelfenster schrittweise über
das Bild bewegt wird, werden also an jeglicher Pixelanordnung in
demselben, die mit einer Schablone übereinstimmt, Korrekturen vorgenommen,
um die Randdarstellung des binären
Bildes zu verbessern. REt erwies sich beim Verbessern der Druckqualität von binären Pixelwertbildern
als nützlich.
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Derzeit
sind zwei Schriftarttypen bei Laserdruckern sehr verbreitet, d.
h. bitabgebildet und skalierbar. Eine skalierbare Schriftart umfasst
Schriftzeichen, die als eine Reihe von Konturen (d. h. Funktionen)
definiert sind, so dass sie, wenn sie mit einer gewünschten
Punktgröße bereitgestellt
werden, ein präzises
Schriftzeichen der gewünschten
Form und Punktgröße erzeugen.
Bitabgebildete Schriftarten unterscheiden sich insofern von einer
skalierbaren Schriftart, als ihre Punktgröße nicht verändert werden
kann.
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Laserdrucker,
die Graustufenpixelwerte verwenden, können vier, sechs oder acht
Bits verwenden, um den Grauwert jedes Pixels zu definieren. Es ist
wünschenswert,
die Glattheit einer graustufenskalierbaren Schriftart durch Einstellen
der Graustufen von Randpixeln jedes Schriftartschriftzeichens zu verbessern.
Folglich verwendet der Stand der Technik bei Graustufenlaserdruckern
eine software-, firmware- und hardwareimplementierte Randglättung.
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In
den U.S.-Patentschriften 5,134,495 und 5,193,008 verwenden Frasier
u. a. eine Randglättungstechnik,
die Laserpulsbelichtungszeiten gemäß Schablonenvergleichen in
Bezug auf ausgewählte Pixel
in einem Bild ändern.
Ihr Prozess erzeugt anfänglich
ein binäres
Bild bei einem Auflösungspegel (z.
B. 600 Punkte pro Zoll (dpi)), der höher ist als (z. B. doppelt
so hoch wie) der, den ein Drucker ausgeben kann. Ein logisches Fenster
wird dann bei 600 dpi schrittweise über die gesamte Bildebene bewegt. Bei
jedem Schritt des Fensters wird die Pixelanordnung der höheren Auflösung mit
vorab existierenden Schablonen verglichen, und sie bewirkt bei einer Übereinstimmung
eine veränderte
Modulation des Laserstrahls des Druckers. Der modulierte Laserstrahl
erzeugt auf einem Photorezeptor nicht nur ein Graustufenmittenpixel
mit der geringeren Auflösung, sondern
belichtet den Photorezeptor auch um die Ränder eines Mittenpixels ausreichend,
um zu ermöglichen,
dass Abtastungen durch benachbarte Abtastlinien kombiniert werden,
um Zwischenpixel zwischen den Abtastlinien zu erzeugen, was einen Randglättungseffekt
liefert.
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Im
einzelnen werden Pixelpunkte auf halbem Weg zwischen benachbarten
horizontalen Abtastlinien erzeugt, indem eine Mehrzahl von Pixeln
auf benachbarten Abtastlinien mit Energie versorgt wird, so dass
die Summe der an Zwischenpixelpunkte angelegten Energien über einem
Schwellenpegel liegt – wodurch
ermöglicht
wird, dass die Zwischenpixelpunkte später mit Toner versehen werden.
Frasier u. a. verwendet eine „Nachschlagtabelle", die auf einer Schablonenansicht
der Quellenbitmap bzw. -bittabelle bzw. -bitabbildung beruht.
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In
der '008-Patentschrift
gehen Frasier u. a. auf ähnliche
Weise vor, wie in dem '495-Patent
beschrieben wurde, sie verwenden jedoch ein 1 × 3-Pixelfenster, das ermöglicht,
dass eine stark vereinfachte Logik verwendet wird, um den Entscheidungsfindungsprozess
bezüglich
der Pulsbreitenmodulation des Lasers des Druckers zu steuern.
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Beide
Patentschriften von Frasier u. a. lehren, dass die gesamte Bildebene
bei einem höheren Auflösungspegel
erzeugt wird, wodurch eine beträchtliche
Speicherzuweisung erforderlich wird. Ferner müssen, um die in dem '495-Patent gelehrte Randglättungsprozedur
durchzuführen,
viele Schablonen (in Form einer Nachschlagtabelle) vorgesehen sein,
um zu ermöglichen,
dass Fenstervergleiche durchgeführt
und Pulsbreitenmodulationen abgeleitet werden. Die in der '008-Patentschrift beschriebene Randglättungsprozedur
ermöglicht
nicht, dass alle möglichen
Kombinationen von verschachtelten Pixeln erhalten werden, erfordert
jedoch eine weniger Logik, um Zwischenpixeldarstellungen und eine
resultierende Randglättungswirkung
zu erhalten.
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Die
EP 0428356 A ist
auf ein Graustufenschriftartdrucksystem bezogen, bei dem Vektorschriftartdaten
in eine binäre
Bitmap umgewandelt werden, und bei dem die Bitzählung von schwarzen Punkten
in der Bitmap verwendet wird, um die Dichte oder Graustufe in einem
vorbestimmten Bereich zu beurteilen. Wie man von der Graustufeneinstellung, die
durch das in
4 gezeigte Flussdiagramm gelehrt
wird, ableiten kann, verwendet dieses bekannte Verfahren eine lineare
Beziehung zwischen der Anzahl von schwarzen Punkten in einem bestimmten Bereich
und der sich ergebenden Graustufe.
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Eine
Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, eine verbesserte softwarebasierte
Randglättungsprozedur
für einen
Graustufenlaserdrucker bereitzustellen.
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Eine
weitere Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, eine verbesserte
Randglättungsprozedur bereitzustellen,
bei der die erforderliche Speicherkapazität minimiert ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Ein
binäres
Pixelbitmapbild wird bei einem Auflösungspegel, der durch einen
Laserdrucker reproduzierbar ist, in ein Mehrbitgraustufenpixelbild umgewandelt.
Durch den Laserdrucker wird eine Randglättungsprozedur gemäß Anspruch
1 verwendet.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein grobes Blockdiagramm eines Systems zum Durchführen des
Verfahrens der Erfindung.
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2 ist
eine schematische Darstellung eines Pixelfensters, das logisch schrittweise über ein binäres bitabgebildetes
Hochauflösungs- Schriftartschriftzeichen
bewegt wird, um eine Quantisierung zu einer geringeren, druckerkompatiblen
Auflösung zu
erzielen.
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3 ist
eine schematische Darstellung, die einen Datenfluss während des
Verfahrens der Erfindung zeigt.
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4 veranschaulicht
Auftragungen der Intensität,
des Photorezeptorbelichtungspegels und der Punktgröße, die
sich aus benachbarten Lasermodulationssignalen ergeben.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Mehrfarbige
Laserdrucker verwenden skalierbare Schriftarten, um alphanumerische
Schriftzeichen zum Drucken auf ein Medienblatt abzuleiten. Derartige
Schriftzeichen weisen Aliasing-Effekte (d. h. treppenartige Ränder auf
schrägen
Linien) auf, wenn keine Anstrengungen unternommen werden, die Schriftzeichendarstellungen
einer Randglättung zu
unterziehen. Da ein Farblaserdrucker, in dem die nachfolgend zu
beschreibende Erfindung verkörpert ist,
keine Hardware für
eine Randglättung
umfasst, wird eine Anti-Aliasing-Software/-Firmwareprozedur verwendet,
um glatte Schriftzeichendarstellungen abzuleiten, die dann zur späteren Verwendung
während
Druckvorgängen
gepuffert werden.
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Da
lediglich einzelne Bitmapschriftartschriftzeichen randgeglättet und
dann gepuffert werden, ist die erforderliche Speichermenge minimiert – im Gegensatz
zu bekannten Anti-Aliasing-Prozeduren,
die die Randglättungsfunktion über eine
gesamte Bildebene anwenden. Ferner stehen die randgeglätteten Schriftzeichen
nach Abschluss der Prozedur für
eine wiederholte Verwendung zur Verfügung, ohne dass eine erneute
Ausführung
der Randglättungsprozedur erforderlich
wäre. Des
weiteren eliminiert die vereinfachte Prozedur der Erfindung bezüglich einer
Umwandlung einer Hochauflösungsbitmap
eines Schriftzeichens in eine Bitmap einer geringeren Auflösung das
Erfordernis einer hohen Anzahl von Schablonen und Schablonenvergleichen.
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Unter
Bezugnahme auf 1 veranschaulicht ein grobes
Blockdiagramm einen Laserdrucker 10 zum Durchführen des
Verfahrens der Erfindung. Der Laserdrucker 10 umfasst ein
Eingangs-/Ausgangsmodul (I/O-Modul) 12, das Daten, die
ein Dokument oder ein anderes Bild umfassen, von einem Hostprozessor
empfängt
und veranlasst, dass diese Daten gepuffert werden. Eine Zentralverarbeitungseinheit
(CPU) 14 steuert den Gesamtbetrieb des Laserdruckers 10.
Eine Laserdruckmaschine 16 ist mit einem Bus 18 verbunden, über den
Systemkommunikationen erfolgen. Ein Nur-Lese-Speicher 20 umfasst eine
systemeigene skalierbare Schriftart 22, eine Schriftartskalierungsprozedur 24 und
eine Fensterquantisierungsprozedur 26.
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Wie
in der Technik bekannt ist, ist eine skalierbare Schriftart eine
Mehrzahl von Schriftzeichenumrissen, die durch Funktionen definiert
sind, die wiederum eine Ableitung der Konturen der Umrisse ermöglichen.
Ein Attribut eine skalierbaren Schriftart besteht darin, dass eine
Schriftartskalierungsprozedur 24 dann, wenn eine Punktgröße gegeben
ist, die Schriftartkonturdaten in ein bitabgebildetes Schriftzeichen
bei der erforderlichen Punktgröße umwandeln
kann. Die skalierbare Schriftart 20 und die Schriftartskalierungsprozedur 24 sind
in der Technik bekannt und sind sowohl von Laserdruckerherstellern
als auch von Lieferanten von Schriftartsoftware/-firmware erhältlich.
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Die
Fensterquantisierungsprozedur 26, die nachfolgend ausführlich beschrieben
wird, wird durch die CPU 14 gesteuert und ermöglicht eine
Durchführung
des Verfahrens der Erfindung in Bezug auf Randglättungsschriftzeichen einer
gewünschten Schriftart.
Bevor die Fensterquantisierungsprozedur 26 ausgeführt wird,
gibt die Schriftartskalierungs prozedur 24 ein binäres bitabgebildetes
Schriftartschriftzeichen bei einem hohen Auflösungspegel aus, der vorzugsweise
ein ganzzahliges Vielfaches des Auflösungspegels ist, den die Laserdruckmaschine 16 ausgibt.
Jedes binäre
bitabgebildete Hochauflösungspegel-Schriftartschriftzeichen
wird in einen Direktzugriffsspeicher (RAM) 28 in dem RAM-Bereich 30 geladen.
Dann wird jedes binäre
Hochauflösungspegel-Schriftartschriftzeichen über eine
Fensterungsprozedur bei einer Druckerauflösung in ein Graustufenschriftartschriftzeichen
umgewandelt und in dem RAM-Bereich 32 gespeichert. Jedes
Graustufenschriftartschriftzeichen umfasst mehrere Pixel, wobei
jedes Pixel durch einen Mehrbitwert dargestellt wird, der eine Graustufe
(oder einen Farbintensitätspegel)
definiert.
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Unter
Bezugnahme auf 2 verwendet die Fensterquantisierungsprozedur 26 ein
logisches Pixelfenster 40, das bei dem nachfolgend zu beschreibenden
Beispiel ein 4 × 4-Pixelfenster
ist. Um die Identifikation zu erleichtern, wurden die Spalten des Pixelfensters 40 mit
A–D markiert,
und die Zeilen wurden mit 1–4
markiert. Hiernach wird angenommen, dass die Laserdruckmaschine 16 ein
Farbbild bei einem Druckerauflösungspegel
von 300 dpi erzeugt. Bei einem derartigen Druckerauflösungspegel weisen
Schriftartschriftzeichen Alias-Effekte auf. Um randgeglättete (antialiasierte)
Schriftartschriftzeichen zu liefern, wird eine Fensterquantisierungsprozedur 26 aufgerufen.
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Wie
in 3 schematisch gezeigt ist, greift die Schriftartskalierungsprozedur 24 auf
einen Schriftartschriftzeichenumriss von der skalierbaren Schriftart 22 zu.
Die Schriftartskalierungsprozedur 24 gibt dann eine binäre Bitmap
des Schriftzeichens bei einem Auflösungspegel aus, der im wesentlichen über der
Druckauflösung
liegt, die durch die Laserdruckmaschine 16 ausgegeben wird.
In diesem Fall gibt die Schriftartskalierungsprozedur 24 ein
binäres bitabgebildetes
Schriftartschriftzeichen bei 1.200 dpi aus.
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Bei
dem in 3 gezeigten Beispiel wird angenommen, dass ansprechend
auf die Operation der Schriftartskalierungsprozedur 24 ein
T-Schriftartschriftzeichen aus der skalierbaren Schriftart 22 aufgerufen
wird. Das sich ergebende binäre
bitabgebildete „T" 50 bei
1.200 dpi wird in dem RAM-Bereich 30 (1)
gespeichert. Danach wird durch die Fensterquantisierungsprozedur 26 eine
4 × 4-Fensterquantisierungsteilroutine 52 aufgerufen,
die das Pixelfenster 40 über ein binäres Bitmapschriftartschriftzeichen 50 von
1.200 dpi logisch schrittweise bewegt.
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Um
die Aktion des schrittweisen Bewegens des Fensters zu bewerkstelligen,
wird das Fenster 40 logisch über die obere linke Ecke (z.
B.) des 1.200-dpi-Bitmapschriftzeichens 50 gelegt und dann in
Schritten von vier Pixeln schrittweise über die Bitmap bewegt. Bei
jedem Schritt zählt
die Fensterquantisierungsteilroutine 52 die Anzahl von
z. B. schwarzen Punkten in dem Bild 50, die durch das Fenster 40 eingeschlossen
werden. Die Anzahl von schwarzen Punkten wird dann in einem Pixelsummenregister 54 gespeichert.
Das Pixelsummenregister kann ein separates Register oder ein Speicherbereich
in dem Graustufenschriftartschriftzeichenbereich 32 des
RAM 28 sein.
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Somit
wird bei jedem Schritt des Fensters 40 eine Zählung der
Anzahl von schwarzen Punkten abgeleitet, wodurch der hohe Auflösungspegel
(z. B. 1.200 dpi) hinunter zu dem Auflösungspegel quantisiert wird,
der durch die Laserdruckmaschine 16 ausgegeben wird (z.
B. 300 dpi).
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Nachdem
das Fenster 40 schrittweise vollständig über die Bitmap 50 bewegt
wurde, wird es um vier Zeilen nach unten inkrementiert und wiederum logisch
schrittweise über
das 1.200-dpi-bitabgebildete Bild bewegt, während die oben beschriebene Quantisierungsprozedur
wiederholt wird, usw. Am Ende der Prozedur wurde das binäre bitabgebildete 1.200-dpi-Schriftzeichen
in eine 300-dpi-Pixelbitmap umgewandelt, wobei jedes Pixel durch
einen 4-Bit-Graustufenwert darge stellt wird, der eine Umwandlung
von der Schwarzpunktzählung
an jeder Fensterposition ist.
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Unter
erneuter Bezugnahme auf 2 (und wie durch den erweiterten
Bereich 70 in 3 veranschaulicht ist) bewirkt
das logische schrittweise Bewegen des Fensters 40 über ein
bitabgebildetes Hochauflösungs-Pixelbild
normalerweise, dass Pixel zuerst an einer Ecke oder entlang eines
Randes des Bildes 40 erscheinen. Während das Bild 40 schrittweise
von Position zu Position bewegt wird, tendieren schwarze Bildpixel
bei der höheren
angegebenen Auflösung
von 1.200 dpi dazu, von einem Rand zum anderen und/oder von einer
Ecke zur anderen in das Bild 40 zu wandern bzw. „migrieren". Wenn das Fenster 40 beispielsweise über das
binäre
Bitmapbild schrittweise in eine neue Position bewegt wird, wie bei 70 in 3 gezeigt
ist, sind die Spalten A und B des Fensters 40 vollständig mit
schwarzen Bildpixelpunkten gefüllt,
und die Fensterposition C-1 ist ebenfalls logisch über einem
schwarzen Bildpixel angeordnet. Die Fensterquantisierungsprozedur 52 zählt die
Anzahl von Pixeln (d. h. 9) und speichert diesen Wert in dem Pixelsummenregister 54.
Danach wird jeder Zählwert
in einen entsprechenden Mehrbitgrauwert umgewandelt und gespeichert.
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Wenn
gewünscht
wird, das Graustufenbild zu reproduzieren, wird auf die Mehrbitgraustufenwerte
zugegriffen, und jeder Graustufenwert wird verwendet, um eine an
den Laser in der Laserdruckmaschine 16 angelegte Modulationspulsbreite
zu steuern. Wie in 4 spezifischer gezeigt ist,
wird, wenn der Laser einen vollen schwarzen Punkt auf eine Pixelstelle
aufbringen soll, der Laser moduliert, um für die gesamte Dauer einer Pixelzeit
einen optischen Puls 60 zu liefern. Ein derartiger schwarzer
Punkt ergibt sich, wenn das Fenster 40 (2)
logisch über einen
Abschnitt eines binären
1.200-dpi-Bildes 50 gelegt wird, wo alle schwarzen Pixel
vorliegen – wodurch
ein binärer
Wert von 16 ausgegeben wird. Falls das Fenster 40 jedoch
logisch über
einem Bereich des bitabgebildeten Bilds 50 liegt, in dem
4 schwarze Pixel vorliegen, ergibt sich ein binärer Wert von 4, wodurch der
Laser moduliert wird, um eine optische Ausgabe von 25% einer Pixelzeit
zu erzeugen, wobei angenommen wird, dass eine lineare Umwandlung verwendet
wird (d. h. Signalverlauf 62). Die modulierte Laserausgabe
erfolgt mittig in der Pixelzeit.
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Die
Folge eines Ausgebens von in der Zeit benachbarten optischen Pulsen 60 und 62 besteht darin,
eine Ladungsverarmung eines organischen Photorezeptors zu bewirken.
Die Belichtungssignalverläufe
erscheinen in 4 bei 64 und 66 und
tendieren dazu, sich zu vereinen, um einen kontinuierlichen Entladungssignalverlauf 67 zu
liefern. Die sich ergebende OPC-Ladung ist durch die Kurve 68 gezeigt,
die nach der Entwicklung zu einer erweiterten Punktbreite und nicht
zwei getrennten Punkten führt.
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Das
Ergebnis dieser Prozedur ist eine Randglättungswirkung, die Alias-Effekte
beträchtlich
verringert, wenn nicht beseitigt.
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Es
versteht sich, dass die Beziehung zwischen der Zählung von Fensterpixelschwarzpunkten und
der modulierten Laserausgabe aufgrund der Nicht-Linearitäten des
elektrostatischen Druckvorgangs nicht linear ist. In der Tat ist
bevorzugt, dass knapp 2/3 (etwa) der Pixelzählungen die Ausgabe von Lasermodulationspulsbreiten
bewirken, was prozentual etwas geringer ist als das Verhältnis jeder
Pixelzählung
zu dem Gesamtpixelzählwert
in dem Fenster.
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Man
sollte verstehen, dass die vorstehende Beschreibung die Erfindung
lediglich veranschaulicht. Fachleute können verschiedene Alternativen und
Modifikationen ersinnen, ohne von der Erfindung abzuweichen. Obwohl
oben spezifische Auflösungspegel
angegeben wurden, werden Fachleute beispielsweise erkennen, dass
die Erfindung auf eine Randglättung
bei vielen Auflösungspegeln
anwendbar ist. Obwohl bevorzugt ist, dass die Modulationssignale
die Dauer der Laserstrahlausgaben ändern, könnten die Modulationssignale
ferner die jeweiligen Intensitäten
der Strahlausgaben modifizieren. Dementsprechend soll die vorliegende
Erfindung alle derartigen Alternativen, Modifikationen und Variationen, die
in den Schutzumfang der beigefügten
Patentansprüche
fallen, umfassen.