DE2928304A1

DE2928304A1 - Thermische aufzeichnungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2928304A1
Application number: DE2928304A
Authority: DE
Inventors: Toshiyuki Iwabuchi; Kazuo Nakano; Ichiji Yamamoto
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1978-07-18
Filing date: 1979-07-13
Publication date: 1980-01-31
Also published as: US4268838A; NL7905572A; DE2928304C2

Description

OKI ELECTRIC INDUSTRY CO., LTD., Tokio, Japan Thermische Aufzeichnungevorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine thermische Aufzeichnungsvorrichtung mit

a) einem Thermalkopf mit mehreren in gerader Linie ausgerichteten Heizwiderstandselementen, die mit einem behandelten Thermalpapier in Berührung stehen, und mit Stromhalteelementen für jedes der Heizwiderstandselemente zur Aufrechterhaltung des elektrischen Stroms,

b) einer Einrichtung zur Abgabe von Bildinformationen an die Heizwiderstandselemente und Stromhalteelemente in Abhängigkeit von der aufzuzeichnenden Bildinformation,

c) einer Energiequelle für eine periodische elektrische Energieversorgung des Thermalkopfes unter dem Einfluß einer Steuereinrichtung.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art werden die Heizwiderstandselemente in Abhängigkeit von der in einer Bildzelle aufzuzeichnenden Schwarz-Weiß-Bildinformation mit elektrischem Strom versorgt, so daß die von den Widerstandselementen erzeugte Wärme auf das wärmeempfindliche Thermalpapier, das in unmittelbarer Berührung mit dem Thermalkopf steht, zur Einfärbung übertragen wird. Eine derartige thermische Aufzeichnungsvorrichtung kann in Faksimile-Empfängern und/oder Anschlußgeraten für elektronische Rechner und in anderen Einrichtungen verwendet werden. Ein Beispiel für den Thermalkopf und die elektrische Stromversorgungseinrichtung des Thermalkopfes ist in der US-PS 3 609 294 beschrieben.

Die wärmeabhängige Einfärbung erfordert theoretisch eine verhältnismäßig lange Zeit (von etwa 1 bis 10 Millisekunden), so

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daß bei Hochgeschwindigkeiteaufzeichnungen eine Mehrpunkt-Aufzeichnungsvorrichtung benutzt wird, die gleichzeitig mehrere Punkte aufzeichnet. Bei der gleichzeitigen Aufzeichnung muß der Stromfluß in mehreren Elementen solange aufrechterhalten werden, wie es für die Einfärbung erforderlich ist, so daß Stromhalteelemente, wie Flipflop-Schaltungen und/oder Thyristor-Schaltungen (steuerbare Gleichrichter) hierfür benutzt werden. Wenn eine Aufzeichnung mit sehr hoher Geschwindigkeit erfolgen soll, muß eine entsprechend höhere Anzahl von Bildelementen gleichzeitig aufgezeichnet werden, so daß die Anzahl der Stromhalteelemente ebenfalls entsprechend höher wird. So betrage bei einem Thermalkopf mit in einer geraden Linie über die gesamte Breite eines Aufzeichnungsträgers angeordneten Heizwiderstandselementen die Aufzeichnungsbreite 256 Millimeter, die Aufzeichnungsdichte acht Punkte pro Millimeter, die normalerweise erforderliche Aufzeichnungszeit 10 Millisekunden und die Aufzeichnungszeit für eine Zeile 40 Millisekunden. Die erforderliche Gesamtzahl der Heizwiderstandselemente ist dann 8 · 256 » 2048 und die Anzahl von Aufzeichnungsoperationen pro Zeile 40 : 10 ■ 4. Bei jeder Aufzeichnungsoperation muß der elektrische Strom daher in bis zu 2048 : 4-512 Heizwiderstandselementen gehalten (aufrechterhalten) werden, je nach dem aufzuzeichnenden Bild. Im einzelnen ist der Thermalkopf mit 2048 Heizwiderstandselementen in vier Blöcke aufgeteilt, wobei 512 Stromhalteelemente nacheinander mit jedem Block verbunden werden und die Aufzeichnungsvorrichtung so ausgebildet ist, daß sie 512 Bildpunktsignale erzeugt. Hierbei ergibt sich in der Praxis jedoch eine zu hohe Anzahl von Drähten für die Signalleitungen. Man hat daher bereits eine integrierte Schaltungsanordnung entworfen, in der der Thermalkopf, die Stromhalteelemente und eine Matrixschaltung für die Zuführung der Eingangssignale in Matrixform zur Verringerung der Anzahl der Signalleitungen integriert sind.

Fig. 1 stellt ein vereinfachtes Schaltbild eines Beispiels des erwähnten Thermalkopfes dar, bei dem Thyristoren (steuerbar· Gleichrichter) als Stromhalteelemente und eine Matrixschaltung

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mit UND-Gliedern als Eingangskreise für die SteueranschlUsse der Thyristoren benutzt wird. Dabei sind in einer geraden Linie mehrere HeizwiderStandselemente 1 angeordnet, deren Anschlüsse auf der einen Seite alle mit einem gemeinsamen Stromversorgungsanschluß 2 verbunden sind· Die gegenüberliegenden Anschlüsse aller HeizwiderStandselemente 1 sind jeweils mit der Anode A von Thyristoren 3 verbunden, während die Kathoden K aller Thyristoren 3 mit einem gemeinsamen Massebzw. Erdanschluß 4 verbunden sind. Die SteueranschlUsse G der Thyristoren 3 sind mit den Verbindungspunkten jeweils eines Widerstands 5 und zweier Dioden 6 und 7 verbunden, während die anderen Enden aller Widerstände 5 mit einem gemeinsamen Vorspannungsanschluß 8 verbunden sind. Die Kathoden von jeweils η zu einer Gruppe zusammengefaßten aufeinanderfolgenden Dioden 7 sind gemeinsam mit je einem von m Wählanschlüssen 9 verbunden, wie es in der Figur dargestellt ist. Die Kathoden jeder n-ten Diode 6 sind ebenfalls zu einer Gruppe zusammengefaßt und jeweils mit einem von η TreiberanschlUssen 10, wie dargestellt, verbunden. Bei einer Anzahl von insgesamt a Heizwiderstandselementen beträgt die Anzahl m der WählanschlUsse 9 mithin m ■ a/n, so daß die Eingangssignal« in diesem Beispiel in der Form einer m · η-Matrix angeordnet sind.

Wenn daher die Anzahl der Heizwiderstandselemente 1 im Thermalkopf gleich a ist, dann ist die Anzahl der Thyristoren 3, der Widerstände 5, der Dioden 6 und der Dioden 7 ebenfalls jeweils gleich a. Die Anzahl der Eingangsleitungen beträgt dann: Ein Stromversorgungsanschluß 2, ein Erdanschluß 4, ein Vorspannungsanschluß 8, m Wählanschlüsse 9 und η Treiberanschlüsse 10, also insgesamt m + η + 3 Leitungen.

Der dargestellte Thermalkopf ist in Form einer integrierten Schaltung (IC) aufgebaut und besteht aus den Heizwiderstandselementen 1, die auf einem Keramik-Substrat als dünne oder dicke Schicht in geradliniger Anordnung ausgebildet sind, m IC-Siliciumplatten auf dem erwähnten Keramik-Substrat, wobei

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jede IC-Siliciumplatte η integrierte Schaltungegruppen trägt, die jeweils aus einem der Thyristoren 3, einem der Widerstände 5» einer der Dioden 6 und einer der Dioden 7 besteht, und dreidimensionalen Verdrahtungen, die Verbindungen zu den Dioden 6 und 7 darstellen.

Zwei Dioden 6 und 7 bilden jeweils ein UND-Glied, das nur dann ein Ausgangssignal abgibt, wenn einem der Wählanschlüsse 9 und einem der Treiberanschlüsse 10 gleichzeitig ein Eingangssignal zugeführt wird. Wenn ein aus zwei Dioden 6 und 7 bestehendes UND-Glied ein Ausgangssignal abgibt, wird der zugehörige Thyristor 3, der an das UND-Glied angeschlossen ist, gezündet, so daß das zugehörige Widerstandselement 1 durch den elektrischen Strom erwärmt wird, der vom Stromversorgungsanschluß 2 über das Widerstandselement 1 und den Thyristor 3 zum Masseanschluß 4 fließt.

Vorzugsweise ist die Anzahl m gleich 64 und die Anzahl η gleich 32, so daß die Gesamtzahl aller Widerstandselemente in einer gesamten horizontalen Punktlinie m · η « 64 · 32 ■ 2048 ist.

Fig. 2 zeigt den Umriß eines Beispiels von Treiberschaltungen für den Thermalkopf nach Fig. 1. Die Wirkungsweise des Thermalkopfes wird anhand von Fig. 2 beschrieben.

Bildsignale 11 werden zeitlich nacheinander einem Schieberegister 14 mit einer Anzahl von η Bitstellen zugeführt, und zwar in der Reihenfolge der Anordnung der Heizwiderstandselemente (Flg. 1) im Thermalkopf 12 (der Thermalkopf 12 ist der gleiche wie der in Fig. 1 dargestellte). Dem Takteingang des Schieberegisters 14 werden jedem Bildelement (Bildpunkt) der Bildsignale 11 entsprechende Taktsignale 13 zugeführt, während die Bildsignale 11 dem Serieneingang des Schieberegisters 14 zugeführt werden, so daß sie nacheinander synchron mit den Taktsignalen 13 eingespeichert werden. Das Schieberegister hat η Stufen, und die Ausgänge dieser Stufen sind der Reih· nach

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■it den Treiberanechlüssen 10 des Thermalkopfes 12 verbunden, imd zwar entsprechend der zeilenweisen Anordnung der Heizwiderstandselemente 1 (für η Zeilen). Die Taktsignale 13 werden ferner einen Zähler 15 zugeführt, und wenn der Zähler 15 η Takteignale gezählt hat, erzeugt er ein Ubertragsignal 16, das einem Taktsignal entspricht und einem weiteren Zähler 17 zugeführt wird. Die Ausgänge verschiedener Stufen des Zählers 17 sind mit einem Decodierer 18 verbunden, und die Ausgänge des Decodierere 18 sind der Reihe nach mit den WählanschlUssen 9 des Thermalkopfes 12 verbunden, entsprechend der zeilenweisen Anordnung der HeizwiderStandselemente 1 (für m Zeilen).

Der Stromversorgungsanschluß 2 des Thermalkopfes 12 ist mit dem einen Ende der Sekundärwicklung eines Transformators 19 verbunden, der die Netzwechselspannung auf einen für den Thermalkopf erforderlichen Wert transformiert. Ein Detektor 20 ist ebenfalls am StromversorgungsanschluB 2 angeschlossen. Er prüft, ob die Spannung am Stromversorgungsanschluß 2 oberhalb der Haltespannung zur Sicherstellung des Haltestroms des gerade leitenden Thyristors 3 liegt. Der Ausgang 21 des Detektors 20 ist mit einer (nicht dargestellten) Steuerschaltung verbunden, die das Bildsignal 11 und das Taktsignal 13 beim Auftreten des Ausgangssignals des Detektors 20 auslöst.

Der Vorspannungsanschluß 8 des Thermalkopfes 12 ist mit dem positiven Pol einer Gleichspannungsquelle 22 verbunden. Der Erd- bzw. Masseanschluß 4 des Thermalkopfes 12, das andere Ende der Sekundärwicklung des Transformators 19 und der negative Pol (Masse- bzw. Erd-Anschluß) der Vorspannungsquelle 22 sind gemeinsam mit einer Erd- bzw. Masseleitung (dargestellt durch das Massesymbol bzw. Erdsymbol in Fig. 2) verbunden.

Während des Betriebs der Schaltung nach Fig. 2 informiert der Detektor 20 die Steuerschaltung entsprechend, wenn die Spannung am Stromversorgungeanschluß 2 über die Haltespannung angestiegen ist, die den Haltestrom des Thyristors 3 sicherstellt. Die

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Steuerschaltung bewirkt daraufhin, daß die Bildsignale 11, die abwechselnd einen Schwarz- und einen Weißwert bzw. den Wert "O" für weiß und den Wert "1" für schwarz, annehmen, der Schaltung nach Fig. 2 gleichzeitig mit den Taktsignalen

13 zugeführt werden, so daß die die η Bildelemente der Bildsignale darstellenden Daten im Schieberegister 14 gespeichert werden. In diesem Augenblick erzeugt der Zähler 13 ein übertragsignal 16, wodurch angezeigt wird, daß das Schieberegister

14 vollständig mit Elementen gefüllt ist. Daraufhin wird der Zähler 17 betätigt, so daß er den Decodierer 18 zur Abgabe eines Impulses über eine seiner Ausgangsleitungen veranlaßt.

Bei dem Thermalkopf nach Fig. 1 sei angenommen, daß die Bildelemente den Heizwiderstandselementen 1 der Reihe nach von links nach rechts in Fig. 1 zugeführt werden. Der erste Ausgangsimpuls des Detektors 18 wird über diejenige seiner Ausgangsleitungen abgegeben, die demjenigen Wählanschluß 9 entspricht, der der ganz linken Widerstandselementegruppe nach Fig. 1 zugeordnet ist. Was die Ausgangssignale des Schieberegisters 14 betrifft, so sind die in Fig. 2 rechts liegenden Stufen des Schieberegisters 14 mit denjenigen Treiberanschlüssen 10 verbunden, die den in Fig. 1 links angeordneten Heizwiderstandselementen zugeordnet sind, so daß diejenigen Bildelemente 11, die dem Schieberegister 14 zeitlich früher zugeführt werden, den linken Heizwiderstandselementen nach Fig. entsprechen.

Wenn dem Wählanschluß 9 und dem Treiberanschluß 10 ein Impuls zugeführt wird, ist die UND-Bedingung des aus den Dioden 6 und 7 bestehenden UND-Gliedes erfüllt. Gegebenenfalls wird das Ausgangssignal dieses UND-Gliedes dem Steueranschluß G des Thyristors 3 zugeführt, so daß dieser gezündet bzw. in den leitenden Zustand gesteuert wird.

Andererseits bleiben diejenigen Thyristoren, bei denen der Inhalt des Schieberegisters 14 die erwähnte UND-Bedingung nicht

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erfüllt, Im gesperrten bzw. nicht leitenden Zustand. Wenn die Daten der Bildsignale 11, die den nächsten η Bildelementen entsprechen, Im Schieberegister 14 gespeichert sind, erzeugt der Decodierer 1Θ In ähnlicher Weise einen weiteren Impuls am Ausgang. Dieser Impuls wird dann dem Wählanschluß 9» der zur zweiten Thyristorgruppe von links in Fig. 1 gehört, zugeführt (als Resultat der Zählung durch den Zähler 17).

Die Bildsignale der η Bildelemente beziehen sich daher in diesem Augenblick auf die η Bildelemente der zweiten Thyristorgruppe von links, so daß die Thyristoren 3 dieser zweiten Gruppe entweder in den leitenden Zustand gesteuert werden oder gesperrt bleiben. Danach werden andere Thyristoren 3 entsprechend gruppenweise gezündet.

Auf diese Weise werden beispielsweise 312 Bildsignale 11 den Thyristoren 3 zugeführt und von ihnen aufrechterhalten. Dann erreicht die sinusförmige Spannung am Stromversorgungsanschluß 2 während einer positiven Halbwelle den Wert 0, so daß der Detektor 20 der Steuerschaltung ein entsprechendes Ausgangssignal 21 zuführt. Infolgedessen werden die dann leitenden Thyristoren 3 (die den Farbpunkten entsprechen) aufgrund der Absenkung des Stroms unter den Haltestrom alle gesperrt (ausgeschaltet), so daß die in den Thyristoren 3 gespeicherten Bildsignale gelöscht werden. Da sich die erwähnten Operationen des Schieberegisters 14, des Zählers 15 und dergleichen in einer Hochgeschwindigkeits-Elektronikschaltung in weniger als etwa einer MikrοSekunde durchführen lassen, ist die Operation bei einer Gruppe, wenn die Anzahl der Heizwiderstandselemente 1 in einer der Gruppen (das erwähnte n) als 32 angenommen wird, in einer Zeit von einer MikroSekunde mal 32 gleich 32 Mikrosekunden abgeschlossen. Wenn die Anzahl der gleichzeitig aufzuzeichnenden Bildsignale 512 (entsprechend 512 Bildpunkten) ist, können diese Bildsignale 11 durch entsprechende Einstellung der Thyristoren 3 für eine Zeit von 1 yuS ° 512 - 512 ^S festgehalten bzw. gespeichert werden. Bei einer Stromversorgungs-Netzfrequenz von 50 Hz beträgt die Dauer einjpr Halbyel^Lg. JQ Millisekunden. Diese

Zeit genügt dem Thermalkopf, die erforderliche Aufzeichnungewärme zu erzeugen. Da die Zeit von 512 Mikrosekunden sehr viel kleiner als 10 Millisekunden ist, ist die Aufzeichnungs-Farbdichte konstant und sogar unabhängig von Zeitdifferenzen bei der Zündung der verschiedenen Thyristoren. Das heißt, die Zeit von 512 Mikrosekunden ist vernachlässigbar kurz im Vergleich zu den 10 Millisekunden, so daß die Operationszeit zum Zünden der Thyristoren 3 die Färb- bzw. Einfärbungedichte nicht wesentlich beeinflußt.

In Fig. 3 stellt die Kurve a den Verlauf der Spannung am Stromversorgungsanschluß 2 und die Kurve b den Verlauf des Signals am Ausgang 21 des Detektors 20 dar. Die Periodendauer der üblichen Netzwechselspannung ist mit T_Q bezeichnet und beträgt 20 Millisekunden bei einer Frequenz von 50 Hz. Mit V^ ist der Wert der Haltespannung am Stromversorgungsanschluß 2 bezeichnet. Diese Haltespannung V. muß aufrechterhalten werden, damit der Haltestrom durch den Thyristor 3 fließen kann. Die Zeit t_y steht daher am Thermalkopf 12 zur Wärmeerzeugung zur Verfügung, während die Zeit t_g zur Löschung der in den Thyristoren 3 gespeicherten Bildsignale (5 bis 10 Mikrosekunden) und als Pause zur Verfügung steht. Die Zeit zur Einspeicherung der Bildsignale in den Thyristoren 3 (512 Mikrosekunden in diesem Beispiel) ist in der Zeit t_y enthalten.

Die in Fig. 2 dargestellte thermische Druckvorrichtung hat jedoch den Nachteil, daß die Druckfarbe-Konzentration oder Farbdichte von Netzspannungsschwankungen abhängt· üblicherweise ist die Netzspannung nicht stabil genug, um die Dichte der Druckfarbe konstant zu halten. Wenn bei Verwendung der üblichen Netzspannung die Dichte der Druckfarbe konstant gehalten werden soll, ist eine aufwendige selbsttätige Spannungsregeleinrichtung in einer Wechselstromstufe oder eine spannungsgeregelte Gleichstromversorgungseinrichtung erforderlich. Beide Einrichtungen sind jedoch aufwendig, kostspielig und sperrig.

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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art anzugeben, bei der die Farbkonzentration oder -dichte unabhängig von Betriebsspannung sSchwankungen bei einfachem Aufbau der Vorrichtung konstant ist.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Steuereinrichtung aufweist: einen Spitzenspannungsdetektor zum Feststellen des Spitzenwertes der periodischen elektrischen Energie, ein Register zum Speichern des digitalisierten Spitzenwertes, einen Festwertspeicher, der eine Tabelle zur Bildung einer gewünschten Verzögerungszeit in Abhängigkeit von dem Spitzenwert speichert, wobei die Adresse des Festwertspeichers durch das Ausgangssignal des Registers bestimmt wird, einen Zähler, dessen Anfangswert durch das Ausgangssignal des Festwertspeichers bestimmt wird und dessen Inhalt schrittweise durch einen vorbestimmten Taktimpuls verringert wird und dessen Ausgangssignal die Energieversorgung des Thermalkopfes steuert.

Hierbei wird die Heizdauer in Abhängigkeit vom Spitzenwert der Betriebsenergie so geregelt, daß die Farbkonzentration oder -dichte konstant ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild eines Thermalkopfes,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer herkömmlichen thermischen Aufzeichnungsvorrichtung,

Fig. 3 den Verlauf der Betriebsspannung bei Verwendung des herkömmlichen Yechselstromnetzes als Energiequelle und ein Diagramm des Betriebs des Thermalkopfes bei der herkömmlichen thermischen Aufzeichnungsvorrichtung nach Fig. 2,

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Fig. 4 die Abhängigkeit der Farbkonzentration oder Farbdichte bei Verwendung eines behandelten Thermalpapiers von der Betriebsspannung,

Fig. 5 die Abhängigkeit der Farbkonzentration oder Farbdichte auf einem thermischen Papier von der Stromflußdauer in einem Thermalkopf,

Fig. 6 die Abhängigkeit der Betriebsspannung von der Stromflußdauer bei einer bestimmten Farbkonzentration oder -dichte auf dem Thermalpapier,

Fig. 7 ein Blockschaltbild eines Ausführungebeispiels der Erfindung,

Fig. 8 ein Blockschaltbild zur Erläuterung der Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig. 7 und

Fig. 9 eine Abwandlung der Stromversorgungsschaltung in

der thermischen Aufzeichnungsvorrichtung nach Fig. 7*

Zunächst werden die Kennlinien eines behandelten Thermalpapiers anhand der Fig. 4 bis 6 beschrieben.

Fig. 4 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Effektivwert der Spannung am StromversorgungsanschluB 2 (Abszisse) und der Dichte der auf einem thermischen Aufzeichnungspapier ausgebildeten Farbe (Ordinate) bei konstanter Heizzeit (Einachaltdauer) des Heizwiderstandselements. Im Spannungsbereich V erfolgt eine schwache Farbbildung auf einem Thermalpapier. Im Bereich V, nimmt die Farbdichte proportional zum Effektivwert der Spannung zu. Nachdem die Spannung einen vorbestimmten Wert V_n überschritten hat, erfolgt eine Sättigung der Farbdichte im Bereich V . Bei Steigerung der Spannung über den Wert Vj. hinaus kann eine Zerstörung des Thermalkopfea eintreten. Die Zerstörung des Thermalkopfes 1st die Folge eines Wärmedurchbruche der HeizwiderStandselemente 1, des Durchbruchs der Antioxidations-Antireibungs-Schicht zwischen den Widerstandselementen 1

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und d«a Aufzeichnungspapier. Ein Durchbruch der Thyristoren 3 erfolgt, wenn eine Überspannung angelegt wird, und aus anderen Gründen. Messungen haben bestätigt, daß die Lebensdauer des Themalkopfes, innerhalb der keine derartige Zerstörung auftritt, von der Betriebsspannung abhängt. Je niedriger die Betriebsspannung ist, um so länger ist die Lebensdauer. Die Betriebsspannung sollte daher den Wert Vj₁ nicht weit überschreiten. Die Aufzeichnungsvorrichtung ist daher generell so ausgebildet, daß der Effektivwert der Spannung am Stromversorgungsanschluß 2 des Themalkopfes den Wert Y^ beibehält. Die herkömmliche Netzspannung schwankt jedoch aus den verschiedensten Gründen um + 10 bis 15 %· In Fig. 4 stellt V, den untersten und Vg den obersten Grenzwert dieses Schwankungsbereiches dar, d.h. der Effektivwert der Spannung am Anschluß 2 schwankt zwischen V- und V„, so daß die Dichte der bei der Aufzeichnung bewirkten Einfärbung sich ebenfalls um den Betrag AD ändert·

Fig. 5 zeigt den Zusammenhang zwischen der Dauer des Stroms (Abszisse), der durch die HeizwiderStandselemente 1 (Fig. 1) im Thermalkopf fließt, und der Dichte der gebildeten Farbe, die auf der Ordinate aufgetragen ist, bei konstanter Spannung. Bei einer Stromflußdauer T_ft erfolgt nur eine schwache Färbung des Aufzeichnungspapiers. Wenn die Stromflußdauer im Bereich T₁₃ liegt, ändert sich die Farbdichte praktisch proportional mit der Stromflußdauer. Wenn die Stromflußdauer den Wert T_fa überschreitet und in den Bereich T längerer Heizdauer eintritt, tritt eine Sättigung der Farbdichte «in, d.h. sie bleibt weitgehend konstant.

In Fig. 4 ist eine konstante Heizstromdauer und in Fig. 5 eine konstante Betriebsspannung angenommen· Wenn daher die Stromflußdauer in Fig. 4 verkürzt wird, verschiebt sich die Kurve in Fig. 4 nach rechts, so daß die Spannungswerte V_fa und V_k erhöht werden. Ferner läßt sich die durch die Betriebsspannungsschwankung bewirkte Farbdichteänderung durch eine

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- 14 entsprechende Änderung der Stromflußdauer ausgleichen.

Flg. 6 zeigt den Zusammenhang zwischen der Betriebsspannung und der Stromflußdauer zur Erzielung einer vorbestimmten konstanten Farbdichte. Vie anhand der Figur zu erkennen ist, läßt sich bei zunehmender Betriebsspannung die gewünschte Farbdichtekonstanz durch Verringerung der Stromflußdauer erreichen.

Die gewünschte Farbkonzentration beim Drucken läßt sich mithin bei einer Änderung der Betriebsspannung durch Regelung der Heizzeit des Widerstandeelemente 1 In Fig. 1 gemäß Fig. erreichen. Diese Regelung wird durch die in Fig. 7 dargestellte Schaltung bewirkt.

Fig. 7 stellt das Blockschaltbild eines Ausfuhrungsbeispiels einer erfindungsgemäßen thermischen Aufzeichnungsvorrichtung dar. Der wesentliche Teil der Vorrichtung nach Fig. 7 ist die Zeitsteuereinheit 23» die den einfachen Detektor 20 nach Fig. 2 ersetzt. Da der Aufbau und die Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig. 7, soweit es nicht die Zeitsteuereinheit 23 betrifft, die gleichen wie in Fig. 2 sind, wird eine ausführlichere Erläuterung auf die Zeitsteuereinheit 23 beschränkt.

Fig. 8 stellt Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 7 dar. Die Kurve a in Fig. 8 stellt den Verlauf der am Stromveraorgungsanschluß 2 des Thermalkopfes angelegten Spannung dar, deren Periodendauer mit T bezeichnet ist. Wenn die Frequenz der herkömmlichen Netzspannung 50 Hz beträgt, dann ist T_Q - 20 Millisekunden. Das Signal am Stromversorgungsanschluß 2 wird sowohl einem Spitzenspannungs-Detektor 30 als auch einem Null-Detektor 31 zugeführt. Der Detektor 30 besteht aus einer Diode 30a, einem Kondensator 30b, der zwischen dem Ausgang der Diode 30a und Masse liegt, und einem parallel zum Kondensator 30b geschalteten ohmschen Widerstand 30c. Dieser Spitzenspannungs-Detektor 30 gibt am

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Ausgang eine Spannung ab, die dem Spitzenwert V der Spannung am Anschluß 2 entspricht. Dieser Spitzenwert V wird einem Analog/Dlgital-Umsetzer 32 zugeführt, der den analogen Spitzenwert V in einen digitalen Vert V umsetzt. Der digitale Wert V wird dann in ein Spannungsregister 36 übertragen.

Da die Konzentration oder Dichte der Einfärbung auch von der Temperatur des Thermalkopfes und des Thermalpapiers abhängt, sollte auch die Einschaltdauer bzw. Heizdauer des Thermalkopfes In Abhängigkeit von der Temperatur des Heizkopfeβ und/oder des Thermalpapiers geregelt werden. Die Temperatur wird daher mittels eines Thermistors 33 gemessen, der in der Nähe des Thermalkopfes 12 angeordnet ist. Das Ausgangssignal des Thermistors 33 wird einem weiteren Analog/Digital-Umsetzer 34 zugeführt, der den digitalen Temperaturwert in ein Temperaturregister 37 überträgt.

Das Spannungsregister 36 und das Temperaturregister 37 liefern die Adresse eines Festwertspeichers 38, der eine Tabelle der optimalen Verzögerungszeit At vom Nullpunkt der Betriebsspannung bis zu dem Zeitpunkt, in dem der Thermalkopf zu heizen beginnt, speichert. Die Ausgangsgröße des Festwertspeichers 38 wird in einen Zähler 39 übertragen, dessen Inhalt mit Jedem ihm über einen Anschluß 39a zugeführten Taktimpuls um eins verringert wird. Der Zähler 39 wird zuvor durch das Ausgangssignal des Null-Detektors 31 auf null zurückgestellt, wenn der Augenblickswert der Betriebsspannung null wird. Da der Taktpuls am Anschluß 39a den Inhalt des Zählers 39 verringert, wird der Inhalt schließlich null. Wenn der Zählerstand den Wert null erreicht hat, erzeugt der Zähler 39 den in Fig. 8(b) dargestellten Ausgangsimpuls· Die Zeit, um die der Impuls in Fig. 8(b) gegenüber dem Nullpunkt verzögert auftritt, wird durch den Inhalt des Festwertspeichers 38 bestimmt. Die Lage des Impulses in Flg. 8(b) auf der Zeltachse (Abszisse) kann sich zwischen der in Fig. 8(c) dargestellten Lage und der in Fig. 8(d) dargestellten Lage ändern.

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Wie man sieht, setzt die Zeitsteuereinheit 23 den Spitzenwert V der Betriebsspannung in die Verzögerungszeit At um. Mit anderen Worten, wenn der Spitzenwert V hoch ist, ist die Verzögerungszeit At lang, und wenn der Spitzenwert V niedrig ist, ist die Verzögerungszeit At kurz.

Wenn der Zähler 39 das Ausgangssignal abgibt, werden die Treiberschaltungen 40 und 41 ausgelöst. Die Treiberschaltung 40 überträgt das Bildsignal vom Anschluß 40a über den Anschluß 11 ins Schieberegister 14, während die Treiberschaltung 41 das Taktsignal vom Anschluß 41a über den Anschluß 13 zum Zähler 15 und zum Schieberegister 14 überträgt.

In der Praxis ist es möglich, den Zusammenhang zwischen Spitzenwert V und/oder der Temperatur und der Verzögerungszeit At bei einem bestimmten Thermalkopf genau zu messen, so daß die Größe der Verzögerungszeit At leicht in Abhängigkeit von verschiedenen Spitzenwerten V und der Temperatur durch Speicherung des erwähnten, in Fig. 6 dargestellten Zusammenhangs, im Festwertspeicher 38 geregelt werden kann.

In Fig. 8(e) ist mit t. die Zeit bezeichnet, während der der Thermalkopf tatsächlich eingeschaltet ist bzw. heizt. Die Zeit t_t beginnt, wenn der Impuls in Fig. 8(b) auftritt, und endet, wenn die Betriebsspannung den Wert V^ unterschreitet.

Statt den Spitzenwert V der Spannung am Stromversorgungeanschluß 2 festzustellen, ist es auch möglich, den über den Stromversorgungeanschluß 2 fließenden Strom zu messen. Dies ist möglich, weil der Widerstandswert des Heizwiderstandselements 1 konstant ist, so daß die erzeugte Wärmemenge (und damit die Farbdichte) proportional dem Quadrat der Spannung oder des Stroms ist. Die Anzahl der über den Anschluß 2 versorgten HeizwiderStandselemente (oder die Anzahl der gebildeten Farbpunkte) muß Jedoch sorgfältig gewählt werden, weil die Stromstärke von dieser Anzahl abhängt, so daß eine ent-

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sprechende Korrektur dieser Anzahl erforderlich ist. Sodann ist es auch möglich, sowohl die Spannung als auch den Strom zur Einstellung der Leistung zu messen, so daß die Regelung in Abhängigkeit von der Leistung erfolgen kann.

Bei dem beschriebenen Beispiel gilt die Regelung der Verzögerungszeit at für denjenigen Punkt, der in derjenigen Halbwelle aufzuzeichnen ist, die unmittelbar auf diejenige Halbwelle folgt, in der der Spitzenwert V festgestellt wird. Dies ist eine sehr gute Näherung, weil NetzspannungsSchwankungen nicht mit sehr schneller Periode auftreten. Wenn ferner die Elemente, die den Stromfluß durch die Heizwiderstandselemente im Thermalkopf aufrechterhalten, keine rückwärtssperrenden Thyristortrioden, sondern solche Stromunterbrechungselemente sind, die die Stromunterbrechung durch Steueranschlüsse (Tore) oder dergleichen bewirken können, z.B. Abschal tthyristören (GTO ■ gate turn off) oder Flipflop-Schaltungen, dann kann der Auslösezeitpunkt der Stromunterbrechungselemente im Bereich der Vorderflanke der positiven Halbwelle in Fig. 3(a) festgelegt und der Zeitpunkt der Unterbrechung des Stroms in Abhängigkeit vom Spitzenwert V geregelt werden. Andererseits ist es auch möglich, nur den Zündzeitpunkt und/oder den Zeitpunkt der Unterbrechung des Stromflusses zu regeln.

Da sich die Ausgangsspannung des Transformators 19 aufgrund des Innenwiderstands der Betriebsspannungsquelle mit dem über diesen fließenden Belastungsstrom ändert, der seinerseits von der Anzahl der zur Darstellung eines Zeichens erforderlichen Bildpunkte abhängig ist (bei einer großen Anzahl von Punkten ist der Strom größer, so daß der Spannungsabfall am Innenwiderstand und damit am Stromversorgungsanschluß 2 größer ist), ist es auch möglich, die Verzögerungszeit At entsprechend der durch die Änderung der Anzahl der Punkte, die in einer Halbwelle eingefärbt werden soll, bzw. zur Kompensation der dadurch

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bedingten Spannungsänderung zu regeln.

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Anstelle der normalen Netzwechselspannung kann auch eine vollweg-gleichgerichtete Spannung benutzt werden. Gegebenenfalls wird die Schaltung 19 in Fig. 7 durch die in Fig. 9 dargestellte Schaltung 19a ersetzt. Die geänderte Stromversorgungsschaltung 19a in Fig. 9 enthält einen Transformator 40 und zwei Dioden 41 und 42 zur Zweiweg-Gleichrichtung. Die Kathoden der Dioden 41 und 42 sind miteinander und mit dem Stromversorgungsanschluß 2 des Thermalkopfes verbunden. Ausserdem sind die Dioden 41 und 42 mit dem Eingang der Zeitsteuereinheit 23 verbunden. Aufgrund dieser Zweiweg-Gleichrichtung (ohne Glättung), kann der Thermalkopf alle 10 Millisekunden eingeschaltet (geheizt) werden, während die Heizvorrichtung in Fig. 7 nur alle 20 Millisekunden in jeder positiven Halbwelle eingeschaltet werden kann. Die Abwandlung nach Fig. 9 gestattet daher ein schnelleres Drucken.

Bei dieser Aufzeichnungsvorrichtung ist die Farbdichte unabhängig von Schwankungen der Betriebsspannung, und ihr Aufbau ist sehr einfach, weil nur die Zeitsteuereinheit 23 nach Fig. 7 erforderlich ist, um eine ungleichmäßige Konzentration oder Dichte der Einfärbung zu verhindern. Die Aufzeichnungsvorrichtung hat mithin einen einfachen, kompakten Aufbau bei hoher Betriebsgeschwindigkeit und ermöglicht dennoch eine hohe Druckqualität.

Zusammenfassend ergibt sich eine thermische Aufzeichnungsvorrichtung, mit der ein thermisch behandeltes Papier durch einen Thermalkopf bedruckt wird, der eine geradlinig ausgerichtete Reihe von Heizwiderstandselementen und Stromhalteelemente, wie steuerbare Silicium-Gleichrichter (Thyristoren) für jedes der Heizwiderstandselemente zur Aufrechterhaltung des elektrischen Heizstroms aufweist. Di· Energiequelle für die Heizwiderstandselemente ist ein· periodische Spannung, wie die herkömmliche Netzwechselspannung, oder ein pulsieren-

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der Strom, der durch Gleichrichten des herkömmlichen Netzwechselstroms gebildet wird. Das Drucken wird bei jeder Zelle innerhalb einer Periode der periodischen Energiequelle bewirkt, und die Heizdauer der Widerstandselemente wird innerhalb dieser einzigen Periode in Abhängigkeit vom Spitzenwert der Spannung oder des Stroms der Energiequelle so geregelt, daß die Farbdichte oder -konzentration beim Drucken konstant bleibt. Zu diesem Zweck 1st eine Einrichtung zum Umsetzen des Spitzenwertes der Energiequelle in eine Verzögerungszeit vorgesehen. Die Widerstandselemente werden nach Ablauf dieser Verzögerungszeit in Jeder Halbwelle der periodischen Energiequelle solange eingeschaltet, bis der Augenblickewert der Spannung oder des Stroms der Energiequelle den Wert null erreicht. Die Farbdichte oder -konzentration ist dann unabhängig von Schwankungen der Betriebsspannung.

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Claims

Patentansprüche

1.] Thermische Aufzeichnungsvorrichtung mit

a) einem Thermalkopf mit mehreren in gerader Linie ausgerichteten Heizwiderstandselementen, die mit einem behandelten Thermalpapier in Berührung stehen, und mit Stromhalteelementen für jedes der Heizwiderstandseiemente zur Aufrechterhaltung des elektrischen Stroms,

b) einer Einrichtung zur Abgabe von Bildinformationen

an die Heizwiderstandselemente und Stromhalteelemente in Abhängigkeit von der aufzuzeichnenden Bildinformation,

c) einer Energiequelle für eine periodische elektrische Energieversorgung des Thermalkopfes unter dem Einfluß einer Steuereinrichtung,

dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung aufweist:

i) einen Spitzenspannungsdetektor (30) zum Feststellen des Spitzenwertes der periodischen elektrischen Energie,

ii) ein Register (36) zum Speichern des digitalisierten Spitzenwertes,

iii) einen Festwertspeicher (38), der eine Tabelle zur Bildung einer gewünschten Verzögerungszeit in Abhängigkeit von dem Spitzenwert speichert, wobei die Adresse des Festwertspeichers durch das Ausgangssignal des Registers (36) bestimmt wird,

iv) einen Zähler (39)» dessen Anfangswert durch das Ausgangssignal des Festwertspeichers (38) bestimmt wird und dessen Inhalt schrittweise durch einen vorbestimmten Taktpuls (CL) verringert wird und dessen Ausgangs-909885/0769

signal die Energieversorgung des Thermalkopfes (12) steuert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiequelle eine Wechselstromquelle ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiequelle eine vollweggleichgerichtete Wechselstromquelle ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stromhalteelement ein steuerbarer Gleichrichter ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare Gleichrichter ein steuerbarer Silicium-Gleichrichter ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Adresse des Festwertspeichers (38) in Abhängigkeit von der Temperatur des Thermalkopfes (12) änderbar ist.

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