激光打印机的低电磁辐射和改进信号质量的视频驱动体系结构

摘要

一种用于传输与在介质上形成的图像相关的图像信息而仍然保持所需低的电磁辐射电平的电子照相图像形成设备。该设备包括一个图像处理器(4),用于生成包含图像信息的低频图像信息信号。低频接口装置(8)连至图像处理器(4)以便传输低频图像信息信号。连至低频接口装置(8)的控制电路(10)接收由图像处理器(4)生成的低频图像信息信号。控制电路(10)对低频图像信息信号进行操作以便从中形成高频图像信息信号,其中该高频图像信息信号包含图像信息。该设备还包括连至打印头控制电路(10)以便传输高频图像信息信号的高频接口装置(12)。一个连至高频接口装置的图像形成设备(16)在介质上形成一个图像。该图像形成设备(16)根据包含于高频图像信息信号中的图像信息来形成图像。

说明书

本发明一般涉及图像形成设备，更具体地涉及一种用于减少电子照相图像形成设备中的电磁辐射和改进视频信号质量的视频驱动体系结构。

基于激光的电子照相图像形成设备通常通过将一条激光束在光导电鼓表面上进行扫描而形成图像。通常当激光束越过鼓表面扫描时，视频信号促使激光二极管的脉冲接通和关断。这些被激光束击中的鼓表面的部分经受物理变化，从而使鼓能拾取色粉并且将它放置于纸张上。

通常由位于光栅图像处理器卡之上的集成电路(IC)产生视频信号。视频信号通过电缆传送至引擎卡上的IC。通常然后通过电缆将视频信号自引擎卡IC重新驱动至激光二极管控制卡。

考虑到由电子照相图像形成设备形成的打印图像是由打印机单元或像素(pel)所构成这一事实是有益的。有时候把像素称为一个点，而打印机的分辨率通常由可以在给定线性距离内打印的点数所表征，例如每英寸600点(DPI)。

如图1中所示，激光器通常通过在给定时间内在一个像素内将脉冲接通而又关断来形成一个点。通常使用百分之五十的占空因数，例如图1中所示，这意味着在像素的整个扫描宽度内激光器大约一半时间关断，而在像素的整个扫描宽度内激光器大约一半时间接通。更具体地，激光器在它扫描像素的第一个四分之一时是关断的，而当它扫描过像素的中部时它是接通的，当它扫描像素的最后四分之一时又是关断的。

电子照相图像形成设备的通常设计目标是增加速度和增加分辨率。增加速度意味着减少在一页上形成图像所需时间，或者换言之，这意味着增加激光器的扫描速度。增加图像的分辨率通常涉及减小像素尺寸，或者换言之，这意味着在给定线性距离内产生更多像素。为达到这些目标种的任何一个，都要求激光器的操作频率增大。例如，如果激光器的扫描速度增大，则在单位时间内它能形成更多像素。由于视频信号通常如上所述地为每个像素将激光器的脉冲接通和关断，该激光器将以较快速率接通和关断脉冲。

类似地，如果增加分辨率，则激光器的每个单位扫描距离内能形成更多像素。例如，如果将图1中所示的600 DPI分辨率增至1200 DPI，则每个像素的宽度将会自1/600英寸减至1/1200英寸。假设不减少激光器扫描速度，则这种分辨率的增加也意味着激光器以更快速率接通和关断脉冲。

由电子照相图像形成设备产生的辐射电磁干扰(EMI)电平将会与激光器操作的频率相关。通常增加激光器的操作频率会增加辐射EMI，而操作频率的减小会减小EMI。来自视频数据传输的辐射的EMI也随着视频信号的每次重新驱动而增加。视频信号经常自一块卡通过长电缆传输至另一块卡这一事实使问题更严重。

各政府规定允许例如打印机这样的设备的辐射EMI的数量。因此打印机制造商十分关心打印机所产生的辐射EMI的电平。为努力减少辐射EMI，某些制造商已经减少用于携带视频信号的电缆长度，或者降低加在激光器上的激光器控制信号电压，它会减小电流。其他技术包括使用同轴电缆或在电缆上增加螺旋线。这些方法会减少电缆的天线效应，但它们也会变得昂贵。因此，这些方法只是用作挽救产品计划的最后求助手段。

附加地，当在高像素频率下通过电缆来驱动视频信号时，更难于保持用于驱动激光二极管的视频信号的质量。视频电缆中的导线与卡上的用于连接导线的引线之间的阻抗不匹配将会显著地降低视频信号质量。视频频率愈高，则这些阻抗不匹配的效应就愈显著。其结果是，当视频信号频率增加时，打印的图像质量将会降低。

因此需要一种设备，用于减少由打印机生成的辐射EMI和保持打印图像质量而不显著地增加生产费用或减少打印机的速度或表面分辨率。

一种用于传输与在介质上形成的图像相关的图像信息而仍然保持所需低的电磁辐射电平的电子照相图像形成设备能满足以上和其他需要。该设备包括一个图像处理器，用于生成包含图像信息的低频图像信息信号。低频接口装置连至图像处理器以便传输低频图像信息信号。连至低频接口装置的控制电路接收由图像处理器生成的低频图像信息信号。控制电路对低频图像信息信号进行操作以便从中形成高频图像信息信号，其中该高频图像信息信号包含图像信息。该设备还包括连至打印头控制电路以便传输高频图像信息信号的高频接口装置。一个连至高频接口装置的图像形成设备在介质上形成一个图像。该图像形成设备根据包含于高频图像信息信号中的图像信息来形成图像。

因此通过在图像处理器与使用数个低频信号的打印头控制电路之间传输图像信息，本发明能够降低在使用单个高频信号中所固有的辐射EMI。此外，通过使用数个低频信号传输图像信息，与使用单个高频信号相比较，在技术上通常较易提供高质量图像。

此外，本发明使用低频信号传输图像信息，其速率至少与使用单个高频信号所获得的速率一般大。因此，本发明不在图像形成速度与表面图像分辨率上进行折衷而同时提供降低的EMI以及相等的或改进的图像质量的优点。

在另一个方面，本发明提供一个用于在电子照相图像形成设备中传输图像信息的视频驱动电路，其中图像信息与准备在介质上形成的图像相关。该电路使用多个低频视频信号来传输图像信息，其传输速率不低于使用单个高频视频信号所能获得的速率。

在又一个方面，本发明允许在打印头卡上由高频接口装置产生多个高频图像信息信号。具有多个激光二极管的打印机要求多个高频图像信息信号。具有多个二极管的打印机的例子包括彩色激光打印机和允许同时将多条扫描线应用于光导电鼓上的单色打印机。

具有所需的低电磁辐射电平的视频驱动电路包括一个用于生成在其中携带图像信息的低频视频信号的图像处理器。低频视频信号的频率低于高频视频信号，其中高频视频信号的频率是在介质上形成图像图画单元的频率。图像处理器生成整数个数的低频视频信号，它们中每个信号的频率是高频视频信号的频率除以用于表示低频视频信号的个数的整数值所得的商。

该视频驱动电路还具有连至图像处理器以便传输低频视频信号的并联接口电缆。并联接口电缆至少具有与低频视频信号一样多的导线，其中低频视频信号中的每一个通过并联接口电缆中的一条导线进行传输。

视频驱动电路包括一个具有打印头控制电路的激光打印头。该打印头控制电路连至并联接口电缆以便接收由光栅图像处理器生成的低频视频信号。打印头控制电路对低频视频信号进行操作以便从中形成至少一个高频视频信号，其中高频视频信号包含图像信息。该激光打印头包括连至打印头控制电路以便传输高频视频信号的高频接口装置。激光打印头还具有一个激光二极管和连至高频接口装置的模拟激光二极管驱动器。激光二极管根据包含于高频视频信号内的图像信息在打印介质上形成图像。

在又一个方面，本发明提供一个具有所需低电磁辐射电平用于在介质上形成图像的激光打印机。激光打印机还包括一个用于生成多个低频视频信号的光栅图像处理器。这些低频视频信号协同地携带与准备在打印介质上形成的图像相关的图像信息。激光打印机还具有连至光栅图像处理器用于传输低频视频信号的低频接口装置。激光打印机包括一个连至低频接口装置的打印头控制电路。打印头控制电路接收由光栅图像处理器生成的低频视频信号，以及对它们进行处理以便形成至少一个携带图像信息的高频视频信号。激光打印机还包括连至打印头控制电路用于传输高频视频信号的高频接口装置。连至高频接口装置的激光设备促使色粉材料将一个图像传输至打印介质。所传输图像是基于包含于高频视频信号内的图像信息的。

在又一个方面，高频接口装置包括通过利用称为H-Sync的水平同步化传感器来将扫描线的起始点同步化和对准。当启动激光器时启动H-Sync传感器，并且扫描该传感器以便标示扫描位置的新起始点。

结合附图参照优选实施例的详细描述，将使本发明的进一步优点更为明显，附图并非按照比例绘制，在这些数个附图中相同参考字符用于标志相同或类似元件。附图中：

图1是用于在600 DPI和25 MHz下驱动激光二极管的典型视频信号的波形时序图；

图2是加强型视频信号体系结构的功能框图；

图3是视频驱动电路的优选实施例的功能框图；

图4是包括于视频驱动电路中的视频数据闩锁电路的优选实施例的原理图；及

图5是由视频驱动电路生成的典型时钟和数据信号的波形时序图。

图2中所示的是一个用于传输图像信息的加强型视频信号体系结构的功能框图。这一体系结构能很好地适用于实施很多类型的电子照相图像形成设备，包括激光打印机、复印机、传真机和其他具备这些机器功能的组合的设备。以下本发明的描述首先提供体系结构2及其功能的一般回顾，然后提供优选实施例的更为详细的说明。

例如光栅图像处理器(RIP)那样的图像处理器4生成一个高频(HF)图像信息信号，该信号今后称为HF视频信号。该HF视频信号携带用于表示每个像素的位置和尺寸(或黑度)的信息，其中这些像素用于组成待打印的图像。例如，RIP4可以根据图像的位映象生成HF视频信号。为便于描述RIP4的操作，将假设待打印图像的分辨率是600 DPI及HF视频信号的频率是25MHz，例如示于图1中的信号。

专业人员知道RIP4也可发送多位以便用于定义每个单个像素的不同特性。

RIP4包括一个RIP集成电路(IC)6。RIP IC6生成数个低频(LF)图像信息信号(今后称为LF视频信号)，这些信号组合起来用于携带包含于HF视频信号中的相同图像信息。在优选实施例中，每个LF视频信号的频率如下确定： $>{=}_{{{}_{}}_{}}$>

其中f_LF是每个LF视频信号的频率，f_HF是每个HF视频信号的频率，及n_LF是LF视频信号的数量。例如，当f_HF是25MHz和n_LF是八时，f_LF是3.125MHz。

继续参照图2，低频并联接口电缆8的一端连至RIP IC6。接口电缆8包括每个LF视频信号用的一条导线。因此，LF视频信号中的每一个传送于接口电缆8的单独导线上。接口电缆8的另一端连至控制电路例如打印头卡14上的打印头IC10。

打印头IC10通过电缆8接收LF视频信号，并且将它们重新组合以便形成一个重新构成的HF视频信号。下面将更详细地描述在重新组合LF视频信号中打印头IC10的操作。一个连至打印头IC10的HF接口电缆12携带重新构成的HF视频信号，其波形例如图1中所阐述的。电缆12上重新构成的HF视频信号驱动一个模拟激光二极管驱动器15。模拟激光二极管驱动器15驱动一个图像形成设备例如激光二极管16。响应于HF视频信号的幅值改变，激光二极管16将脉冲接通和关断。

激光二极管16的脉冲操作建立一个脉冲激光束18，它射向转动八面镜20的表面。当镜20转动时，光束18从镜反射的部分扫描越过光导电鼓22。鼓22在被激光束18击中的每个位置处产生一个电荷。当鼓22接触色粉时，色粉即附着于鼓22的带电荷区域上。当鼓22接触介质例如纸张时，附着于鼓22上的色粉被传送至介质上，因而形成介质上的图像。

在LF视频信号之外，打印头IC10还接收控制信号。控制信号接口电缆24自引擎卡28上的引擎IC26传送控制信号至打印头IC10。引擎IC26生成包括打印头卡14的设置信息和电源调整信息在内的各控制信号。这些信号还控制纸张进给、色粉融合、镜电机的操作和镜位置的感测。

电缆24上携带的控制信号还包括以下一个信号，当激光束18越过水平同步化(H-Sync)传感器19扫描时所述信号促使激光二极管16接通。当光束18射向传感器19时，它生成一个H-SYNC信号。H-SYNC信号是时序参考信号，打印头IC10使用它来精确地将激光束18越过鼓22表面的扫描与由HF视频信号对激光二极管16的脉冲操作同步化。

图2中所示体系结构所提供的优点之一是在RIP卡4与打印头卡14之间没有高频视频信号通过。由于通过LF接口电缆传送的所有信号都是相对的低频信号，即可避免以前所述的辐射EMI和信号质量下降的问题。携带高频信号的唯一电缆是HF接口电缆12。然而，由于打印头IC10尽可能地靠近激光二极管16，所以HF接口电缆12的信号路径长度最短。这减少了电缆12的天线效应，因而就减少了辐射EMI。

此外，所公开的视频体系结构2在获得这些益处时不必在打印速度或图像分辨率上取得折衷。多个LF视频信号携带与单个HF视频信号所携带的相同速率和相同数量的信息。因此，所公开的体系结构2显著地减少在RIP卡4与打印头卡14之间所传输信号的频率而不减少给定时间内传输至打印介质的像素数量。

在选择实施例中，可以通过将图像信息压缩而进一步减少通过每个LF接口电缆传输的LF视频信号的频率。在将HF视频信号转换为多个LF视频信号之前，将HF视频信号携带的图像信息加以压缩，例如使用游程长度编码技术。由于压缩操作将所传输的数据量减少而不减少信息数量，能够在给定时间内传输相同数量的信息，但数据率减少了。数据率减少的结果使HF视频信号的频率减少。由于每个LF视频信号的频率正比于HF视频信号的频率，每个LF视频信号的频率也就相应地减少了。

在又一个实施例中，使用多个电压电平来将每个LF视频信号中的图像信息编码。例如，可以使用四个电压状态而不是使用两个电压状态(通/断)的二进制码来将图像数据编码。用于将数据编码的电压状态的数量增加后，即可减少视频电缆上的传送频率和减少发送相同数量的信息所需视频线的数量。

如上所述，在又一个实施例中，可使用多个数据位来表示单个像素。

图3中所示的是视频驱动电路的优选实施例的功能框图，其中包括RIP IC6和打印头IC10。在RIP卡4上生成的HF视频信号通过线100送至RIP闩锁电路102。如前所讨论的，HF视频信号由用于表示每个像素的位置和尺寸(或黑度)的图像数据所组成，其中这些像素用于组成待打印图像。RIP闩锁电路102将图像数据自HF视频信号移位为数个LF视频信号。在优选实施例中，有八个LF视频信号。

八导线LF视频信号电缆8将八个LF视频信号自RIP IC6上的RIP闩锁电路102传送至打印头IC10上的打印头闩锁电路106。打印头闩锁电路106将八个LF视频信号进行采样并且将采样的图像数据重新组合以便在线108上生成重新构成的HF视频信号。因此线108上的HF视频信号包含闩锁的LF视频信号。线108将重新构成的HF视频信号自打印头闩锁电路106传送至控制/脉宽调制(PWM)生成电路110，它包括随机存取存储器(RAM)113。

包括重新构成的HF视频信号在内的图像数据只用于标示图像内的特定像素是打开还是关闭。控制/PWM生成电路110确定每个打开的像素的脉冲宽度和位置。因此控制/PWM生成电路110控制每个像素的灰度，并且使用例如打印质量加强技术(PQET)和图像加强技术(IET)等技术来控制图像质量。

继续参照图3，振荡器电路114生成第一时钟信号，使用晶体112来建立信号频率。在优选实施例中，预分频器116将第一时钟信号的频率降低以便产生第二时钟信号，后者被传送至打印头锁相环(PLL)118。打印头PLL 118与反馈(FB)分频器120一起生成第三时钟信号，它具有控制/PWM生成电路110使用的所需频率。

优选地，后分频器122优选地降低第三时钟信号的频率以便在线126上生成自激低频同步化时钟信号。线126将同步化时钟信号传输至RIP IC6上的RIP PLL 128。为恰当地使数据传输同步化，将RIPPLL 128设计为与打印头PLL 118相位同步。RIP PLL 128与FB驱动器130一起生成同步化时钟信号的连续运行相乘版本。同步化时钟信号的相乘版本的频率与电缆8上携带的每个LF视频信号的频率相同。如下面将更详细地解释的，RIP闩锁电路102使用同步化时钟信号的相乘版本将图像数据自HF视频信号移位出以便产生八个LF视频数据信号。当RIP闩锁电路102通过线132自控制/PWM生成电路110接收“开始传输信号”时，自RIP闩锁电路102执行的数据传输即开始。

在选择实施例中，后分频器122不降低第三时钟信号的频率。在此实施例中，将第三时钟信号直接馈送至线127(图3中的虚线)上的RIP闩锁电路102。在此选择实施例中，不需要RIP PLL 128。

为恰当地将打印头IC10中的图像数据重新组合，打印头闩锁电路106使用与用于将数据移位出的频率相同的频率将来自八个LF视频信号的数据进行采样。后分频器124在线125上提供采样时钟信号并且将它馈送至打印头闩锁电路106。后分频器124通过接收第三时钟信号和将其频率降低至等于同步化时钟信号的相乘版本的频率而生成采样时钟信号。

为进行阐述，假设线100上HF视频信号的600dpi像素的频率是25MHz。于是线8上携带的每个视频信号的600dpi像素的频率是： $>>>>25>MHz>>8>=>3.125>MHz>$>

因此同步化时钟信号的相乘版本(线129)和采样时钟信号(线125)也是3.125MHz的信号。然而线126上的同步化时钟信号的频率可以比3.125MHz小得多。例如，优选实施例使用 $>>>>3.125>MHz>>4>=>781.25>kHz>$>的同步化时钟频率。

图4中所示的是RIP闩锁电路102和打印头闩锁电路106的优选实施例。RIP闩锁电路102包括八个并联D触发器202a-h，每个LF视频信号通道有一个触发器。来自RIP卡4的图像数据通过线100分配至八个触发器202a-h中的每一个。线206携带一个RIP闩锁信号，它是以下两个信号的逻辑组合：来自RIP PLL 128的同步化时钟信号的相乘版本及在线132上来自打印头IC10的开始传输信号。线206上的RIP闩锁信号用于将LF视频信号线8a-8h中的每一条上的图像数据位的合适数量加以闩锁。

优选实施例的打印头闩锁电路106也包括对应于八个LF视频信号的八个触发器204a-h。如图4中所示，LF视频信号线8a-h中的每一条连至相应的触发器204a-h的数据输入端。线208携带一个打印头闩锁信号，它是以下两个信号的逻辑组合：线125上的采样时钟信号及线132上的开始传输信号。线208连至每个触发器204a-h的时针输入端。如前所述，采样时钟信号和同步化时钟信号的相乘版本在相位上对准。因此，线206上的RIP闩锁信号和线208上的打印头闩锁信号也在相位上对准以便将RIP闩锁电路102中锁出的数据和锁入打印头闩锁电路106的数据恰当地进行排序。

图5显示对应于以上所述的信号的典型时序图。在此例中，同步化时钟信号(线126)和同步化时钟信号的相乘版本(线129)是自激的。当“开始传输信号”(线132)变低时，RIP闩锁信号(线206)开始跟随同步化时钟信号的相乘版本(线129)的过渡变化。其结果是，LF视频数据锁出至LF视频信号线8a-h上。如图5所标示的，打印头闩锁信号(线208)的状态过渡是与RIP闩锁信号(线206)的状态过渡对准的。在图5中也表示重新构成的HF视频数据流(线108)。

虽然已经具体地描述了本发明的具体实施例，但应该理解本发明可以同样地应用于其他场合。例如，本发明不限于使用八个LF视频信号。可以使用LF电缆8中相应数量的导线上携带的任何多数LF视频信号以及闩锁电路(102和106)中的相应数量的触发器。此外，应该理解本发明不限于使用光栅图像处理器来生成图像数据。所公开的体系结构同样地可应用于其他类型的图像处理器和数据格式。还有，专业人员知道光栅图像处理器4和引擎卡28可以组合以便提供任何功能的组合。