-
Diese Erfindung betrifft anschlagfreie Druckvorrichtungen
zum Drucken von Schriftzeichen, Rasterbildern und ähnlichem
mit kleinen Bildelementen (Pixeln) oder Punkten.
-
Nach dem bisherigen Stand der Technik (beispielsweise im US-
Patent 4,596,995) sind Punktdrucker bekannt, die
Aufzeichnungselemente wie Nadeln, Laserstrahlen, Tintenstrahl,
Leuchtdioden (LED) und ähnliches verwenden.
LED-Druckvorrichtungen umfassen beispielsweise mehrere individuell
adressierbare punktähnliche Strahlungsquellen, die in einer
oder mehreren Reihen angeordnet sind, um bei der Bewegung
eines Fotoempfängers relativ und senkrecht zu der Reihe
beziehungsweise den Reihen Punkte auf einem
Aufzeichnungsmedium zu belichten. Ansteuerschaltungen sind vorhanden zur
gleichzeitigen Stromversorgung der Strahlungsquellen in
Abhängigkeit von entsprechenden Bild- oder
Datenbit-Eingangssignalen, mit denen die Ansteuerschaltungen während des
Zeitabschnitts einer Informationszeile beaufschlagt werden.
-
Üblicherweise werden bei der Elektrofotografie Positivbilder
erzeugt, wenn der ursprüngliche Gegenstand in Positivform
vorliegt. Bei Punktdruckern ist es jedoch häufig zweckmäßig,
Positivbilder aus einer Negativbelichtung über eine
sogenannte "Umkehr"-Entwicklung zu erzeugen. Bei der
Umkehrentwicklung wird ein Aufzeichnungsmedium unbelichtet auf eine
gleichförmige Primärspannung VO aufgeladen und bildweise auf
eine Belichtungsspannung VE entladen. Die belichteten
Bereiche des Aufzeichnungsmediums werden in einer
Entwicklerstation mit einer Vorspannung VB getonert. Die Differenz
zwischen VO und VB wird sorgfältig auf einem konstanten Wert
gehalten, um die gleichzeitige Aufnahme von
Hintergrundbildern
und Entwickler zu verhindern. Die Differenz zwischen
VO und VE, im folgenden als ΔV bezeichnet, ist ein Faktor
bei der Bestimmung der Bilddichte.
-
Ein weiterer Faktor bei der Bestimmung der Bilddichte ist
das Ladung-Masse-Verhältnis der Tonerteilchen. Bei gleichem
ΔV ändert sich die Bilddichte umgekehrt zum Ladung-Masse-
Verhältnis. Dies ist relevant für Mehrfarbengeräte, da jeder
Farbtoner im allgemeinen ein unterschiedliches Ladung-Masse-
Verhältnis aufweist und daher bei anderen Farben in anderer
Weise tonert. Erfolgt diesbezüglich kein Ausgleich, ergibt
sich beim Druckergebnis ein Farb-Ungleichgewicht.
-
Eine Form dieser Kompensation beinhaltet die Änderung von ΔV
zwischen Bildfeldern unterschiedlicher farbzugeordneter
latenter Bilder über die Einstellung der Primärspannung VO
im Zwischenfeld. Beispielsweise wird das Aufzeichnungsmedium
auf einen festen Wert aufgeladen und anschließend wird die
Ladung in Abhängigkeit vom farbzugeordneten latenten Bild
für das Bildfeld in geeigneter Weise über eine Lichtquelle
wie beispielsweise eine Elektrolumineszenzplatte reduziert.
Fig. 1 ist ein Diagramm der Fotoleiterspannung als Funktion
der relativen Belichtung bei konstanter Beleuchtung und drei
Werten für VO (d. h. 400 Volt, 500 Volt und 600 Volt).
-
Bei niedrigen Belichtungsstufen (Position "A" in Fig. 1)
bewirken Änderungen von VO zwischen 400 V, 500 V und 600 V
eine nur sehr geringe Änderung von ΔV und daher eine
unzureichende Kompensation für Änderungen des Ladung-Masse-
Verhältnisses. Bei höheren Belichtungsstufen (Position "B")
wäre die ΔV-Änderung ausreichend, doch die erhöhte
Belichtung erfordert mehr Energie und führt in unerwünschter Weise
zu breiteren Strichstärken.
-
Weitere Nachteile des beschriebenen Systems sind die Kosten
der spannungsmindernden Lichtguelle
(Elektrolumineszenzplatte) und der Stromversorgung. Da sich zudem die
Vorspannung
VB zwangsläufig nach VO richtet, muß es für jede
einzelne Farbentwicklerstation eine eigene VB-Stromversorgung
geben, oder es muß eine programmierbare Stromversorgung
vorhanden sein, die aber genauso kostspielig ist wie mehrere
einzelne Stromversorgungen mit gleichbleibender Spannung.
-
Aus dem deutschen Patent DE-A1-35 25 414 ist eine
Punktdruckervorrichtung bekannt, die eine Reihe elektrostatischer
latenter Bilder auf einem Aufzeichnungsmedium erzeugt.
-
Diese Vorrichtung umfaßt das erwähnte Aufzeichnungsmedium,
eine Anordnung diskreter Elemente für die Punktaufzeichnung
auf dem Aufzeichnungsmedium, Ansteuermittel, durch die die
Elemente für vorbestiininte Zeitabschnitte während eines
Arbeitszyklus so betätigt werden, daß auf dem
Aufzeichnungsmedium ein latentes elektrostatisches Bild erzeugt wird, und
weiterhin eine Einrichtung zum Entwickeln des latenten
Bildes mit Tonerteilchen gemäß der ihm zugeordneten Farbe
sowie eine Einrichtung, die ein Steuersignal erzeugt, das
mindestens teilweise dem Ladung-Masse-Verhältnis der
Tonerteilchen oder mindestens teilweise der einem jeden latenten
Bild zugeordneten Farbe entspricht.
-
Die oben beschriebene Punktdruckervorrichtung ist
unvorteilhaft, da sie für jeden farbzugeordneten Toner Mittel zum
Aufladen, Mittel zur Belichtung mit den erwähnten mehreren
Aufzeichnungselementen und Mittel zur Entwicklung mit einer
Spannungsquelle umfaßt, deren Vorspannung vom jeweiligen
farbzugeordneten Toner abhängt.
-
Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung einer
Punktdruckervorrichtung der oben beschriebenen Art, wobei
sich bei der Mehrfarb-Umkehrentwicklung auf einfache und
wirksame Weise ein gutes Farbgleichgewicht erzielen läßt,
ohne die Aufnahme eines falschen Entwicklers zu riskieren.
-
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird die in
Anspruch 1 definierte Punktdruckervorrichtung
bereitgestellt. Im wesentlichen werden Mittel in Abhängigkeit von
einem Steuersignal bereitgestellt, um die Betätigungszeit
der Elemente bei jedem Arbeitszyklus entsprechend dem
Ladung-Masse-Verhältnis der Tonerteilchen zu bestimmen.
-
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird die
in Anspruch 2 definierte Punktdruckervorrichtung
bereitgestellt. Im wesentlichen werden Mittel in Abhängigkeit von
einem Steuersignal bereitgestellt, um die Betätigungszeit
der Elemente bei jedem Arbeitszyklus entsprechend der
zugeordneten Farbe zu bestimmen.
-
Weitere bevorzugte Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen
Punktdruckervorrichtung sind in den Unteransprüchen
definiert.
-
Bei der im folgenden wiedergegebenen ausführlichen
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird
auf die folgenden Zeichnungen Bezug genommen:
-
Fig. 1 ist ein Diagramm der Spannung des
Aufzeichnungsmediums als Funktion der relativen Belichtung bei
unterschiedlichen Primärspannungen entsprechend dem
bisherigen Stand der Technik.
-
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer
erfindungsgemäßen Druckvorrichtung.
-
Fig. 3 ist ein Blockdiagramm einer Ansteuerschaltung zur
Verwendung bei der in Fig. 2 wiedergegebenen
Druckvorrichtung.
-
Fig. 4 ist ein Blockdiagramm der bei der in Fig. 2
wiedergegebenen Druckvorrichtung verwendeten Schaltungen.
-
Fig. 5 ist ein Diagramm der Spannung des
Aufzeichnungsmediums
als Funktion der relativen Belichtung, wie
in Fig. 1, aber gemäß dieser Erfindung.
-
Die Vorrichtung der bevorzugten Ausführungsform wird anhand
eines elektrostatischen Aufzeichnungsmediums beschrieben.
Die Erfindung ist aber nicht auf Vorrichtungen zur Erzeugung,
von Bildern auf derartigen Medien beschränkt, sondern auch
andere Medien, wie beispielsweise fotografischer Film usw.,
können mit der Erfindung eingesetzt werden.
-
Da elektrofotografische Reproduktionsvorrichtungen bereits
bekannt sind, behandelt diese Beschreibung insbesondere
Elemente, die einen Teil dieser Erfindung darstellen oder die
in direkter Weise damit zusammenwirken. Vorrichtungen, die
im folgenden nicht ausdrücklich dargestellt oder beschrieben
sind, sind als nach dem bisherigen Stand der Technik bereits
bekannte Vorrichtungen frei verfügbar.
-
In Fig. 2 ist eine elektrofotografische
Reproduktionsvorrichtung 10 dargestellt, die ein Aufzeichnungsmedium wie ein
fotoleitfähiges Band 11 oder ein Fotomedium umfaßt, das um
drei Förderwalzen 12, 13 und 14 gezogen wird und dabei ein
endloses oder fortlaufendes Band bildet. Die Walze 12 ist
auf herkömmliche Weise an einen Antriebsmotor M angekoppelt.
Der Motor M wird an eine Spannungsquelle angeschlossen, wenn
ein (nicht dargestellter) Schalter durch eine Logik- und
Steuereinheit (LCU) 15 geschlossen wird. Beim Schließen des
Schalters wird die Walze 12 vom Motor M angetrieben, und sie
bewegt das Band 11 im Uhrzeigersinn, wie durch den Pfeil "A"
angegeben ist. Diese Bewegung bewirkt, daß der nachfolgende
Bildbereich des Bandes 11 nacheinander eine Reihe von
elektrofotografischen Arbeitsstationen der
Reproduktionsvorrichtung durchläuft.
-
Die Arbeitsstationen umfassen eine Ladestation 17, an der
die fotoleitfähige Oberfläche 16 des Bandes 11
sensibilisiert wird, indem eine gleichförmige elektrostatische
Primärspannung VO mit vorbestimmter Spannung beaufschlagt
wird. Eine Belichtungsstation 18 bildet eine Reihe
unterschiedlicher farbzugeordneter elektrostatischer latenter
Bilder, indem die Primärladung auf einem Bildbereich der
Oberfläche 16 mit selektiv aktivierten diskreten Elementen
moduliert wird, um abhängig von den von einer Datenquelle 19
bereitgestellten farbzugeordneten Steuersignalen Punkte
aufzuzeichnen. Die punktähnlichen Elemente sind in einem
Druckkopf 20 gelagert.
-
Die selektiv aktivierbaren Elemente sind vorzugsweise
Strahlungsquellen wie beispielsweise Leuchtdioden (LED).
Optische Mittel 31 können vorhanden sein, um Licht von jeder
einzelnen LED auf eine in Querrichtung verlaufende Linie auf
der fotoleitfähigen Oberfläche zu fokussieren.
-
Eine Vierfarb-Entwicklerstation 21 enthält Entwickler, der
aus Eisenträgerteilchen und elektroskopischen Tonerteilchen
mit elektrostatischer Ladung bestehen kann. Entwickler mit
Toner in der jeweiligen Farbe wird über die fotoleitfähige
Oberfläche 16 des Bandes 11 gebürstet, und Tonerteilchen
bleiben am farbzugeordneten latenten elektrostatischen Bild
haften, um ein sichtbares Tonerbild zu bilden.
-
Ein Kopierblatt S wird aus dem Vorratsbehälter 23 zu
Antriebswalzen 24 geführt, die dann das Blatt veranlassen,
sich vorwärts auf das Band 11 zu bewegen, das mit einem
farbzugeordneten Tonerbild an einer Übertragungsstation 25
ausgerichtet ist. An einer Walze 26 wird das Tonerbild vom
Band 11 auf das Kopierblatt S übertragen. Falls zusätzliche
farbzugeordnete Tonerbilder auf das Blatt S übertragen
werden sollen, wird das Blatt S auf der Walze 26 gehalten und
entsprechend den nachfolgenden Tonerbildern wieder mit dem
Band 11 in Berührung gebracht. Nach der Übertragung aller
nicht fixierten Tonerbilder auf ein Kopierblatt S wird das
Blatt zu einer beheizten Druckfixierwalze 27 befördert, an
der das Bild auf dem Kopierblatt fixiert wird.
-
An einer Reinigungsstation 28 wird die fotoleitfähige
Oberfläche 16 des Bandes 11 von eventuell vorhandenen
Resttonerteilchen gereinigt, die nach der Übertragung der Tonerbilder
übriggeblieben sind.
-
Das Band 11 verfügt über mehrere Markierungen wie
Perforationen an einem seiner Ränder, um den Betrieb der
verschiedenen Arbeitsstationen 17, 18, 21 und 25 und die Bewegung
der Bildbereiche auf dem Band zu koordinieren. Diese
Perforationen sind am Rand des Bandes 11 allgemein gleich
beabstandet. An einer festen Position auf dem Bewegungsweg des
Bandes sind geeignete Mittel zum Abtasten der
Bandperforationen vorhanden. Bei diesem Abtastvorgang werden
Eingangssignale an die LCU 15 erzeugt, die über einen digitalen
Computer und vorzugsweise über einen Mikroprozessor verfügt.
Der Mikroprozessor ist in Abhängigkeit von den
Eingangssignalen speicherprogrammiert, um die Arbeitsstationen
nacheinander zu aktivieren und zu deaktivieren und um den
Betrieb aller anderen Maschinenfunktionen zu steuern.
Zusätzliche und nach dem Stand der Technik bereits bekannte
Codiereinrichtungen können vorhanden sein, um genauere
Taktsignale für die Steuerung der verschiedenen Funktionen der
Vorrichtung 10 bereitzustellen.
-
Die Programmierung einer Reihe handelsüblicher
Mikroprozessoren ist eine nach dem Stand der Technik bereits bekannte
geläufige Fähigkeit. Diese Beschreibung wurde abgefaßt, um
einen Programmierer mit nach dem Stand der Technik üblichem
Wissensstand in die Lage zu versetzen, ein geeignetes
Steuerprogramm für den oder die in der Vorrichtung
eingesetzten Mikroprozessoren zu erzeugen. Die genauen
Einzelheiten derartiger Programme richten sich natürlich nach der
Architektur des vorgesehenen Mikroprozessors.
-
In Fig. 3 umfaßt der Druckkopf 20 einen geeigneten Träger
mit mehreren LEDs, die so in einer Reihe angeordnet sind,
daß sich die LEDs (von denen nur zwei dargestellt sind) über
die gesamte Breite des Bandes 11 erstrecken. Zu jeder
einzelnen LED ist eine dazugehörige Ansteuerschaltung 32
vorhanden, um Strom von einer Stromquelle "P" (Fig. 2) zur
Beleuchtung der LED während jedes Arbeitszyklus
bereitzustellen, und zwar während des Betätigungszeitraums, der zur
Bildung eines Pixels oder zur Aufzeichnung eines Punktes auf
dem Band 11 erforderlich ist.
-
Die Dauer der Betätigungszeit wird durch die Steuersignale
D&sub0;, D&sub1; und D&sub2; festgelegt. Das Steuersignal für jede LED
umfaßt ein Mehr-Bit-Signal, das mindestens teilweise die Farbe
des Toners darstellt, der auf dem latenten Bild aufgetragen
werden soll. Das Steuersignal kann auch die Pixel-Größe oder
die Graustufendichte ausdrücken, die durch die LED auf dem
Band 11 aufgezeichnet werden soll.
-
Die Verwendung von drei Datenbits pro Pixel ermöglicht acht
Variationen der Pixel-Größe (einschließlich der Stufe "Keine
Größe", das heißt, daß keine Beleuchtung durch die LED
erfolgt). Für jede LED werden drei serielle Schieberegister
33a, 33b und 33c eingesetzt, um die einzelnen Datenbits zu
speichern. Gerasterte Daten in Form von binären logischen
Eins- oder Null-Signalen werden seriell in jedes der
Schieberegister 33a, 33b und 33c eingegeben, wobei eine Steuerung
durch Taktimpulse erfolgt, bis alle Register gefüllt sind.
Anschließend betätigt ein Verriegelungssignal das mit jeder
einzelnen LED verbundene Drei-Bit-Verriegelungsregister 34,
um den Ausgang der Schieberegister zu verriegeln.
-
Die Mehr-Bit-Ausgabe der Verriegelungsregister 34 wird dann
in einer Vergleicherstufe 37 mit dem abnehmenden
Zählergebnis eines impulsgesteuerten Vor-/Rückwärts-Zählers 40
(Fig. 40) verglichen. Der Zähler zählt vom Dezimalwert acht
abwärts. Liegt eine Übereinstimmung zwischen den Ausgaben
des Zählers 40 und dem Drei-Bit-Verriegelungsregister 34 für
die betreffende LED vor, wird eine Sperre 36 aktiviert, die
die Stromsteuerung 32 veranlaßt, Strom zur LED 30 zu leiten.
-
Eine Schaltung, die im wesentlichen der in Fig. 2
dargestellten Schaltung ähnlich ist, ist in der
US-Patentanmeldung, Ayers at al. Ser.No. 000.295 (US-A-4 750 010)
beschrieben.
-
In Fig. 4 sind die Mittel zur Bereitstellung von Steuer
signalen an den Druckkopf 20 dargestellt, die von einer
Datenquelle 19 ausgehen, die ein Computer, ein
Textverarbeitungssystem, ein Bild-Scanner usw. sein kann. Diese Daten
werden zu einem herkömmlichen Rasterbildprozessor (Raster
Image Processor, RIP) 38 geleitet, der die eingehenden
digitalen codierten Signale zu digitalen gerasterten
Bilddatensignalen Da, Db, Dc verarbeitet, die geeignet sind, die vom
Steuersignal während eines Probebetriebs oder eines
Druckauftrags geforderte entsprechende Pixel-Größe zu bilden.
-
Eine oder mehrere Zeilen gerasterter Bilddatensignale werden
in eine Schaltung eingegeben, die einen Mikrocomputer 49
oder eine Logikschaltung umfassen kann.
-
Die gerasterten Daten werden über Eingangssignalpuffer 50
und einen Eingangsdatenprozessor 4l in denen Mikrocomputer
49 eingegeben. Der Mikroprozessor umfaßt eine Zentraleinheit
43, eine speicherprogrammierte Steuerung 46, einen
Zwischenspeicher 42 und eine Takt- und Zyklussteuerung 44. In
Abhängigkeit von einem in der speicherprogrammierten Steuerung 46
vorhandenen Programm prüft der Mikrocomputer die
Bilddatensignale und die zur Entwicklung des Ladungsbildes zu
verwendende Tonerfarbe, und er erzeugt in Abhängigkeit vom
Bildinhalt und von der zugeordneten Bildfarbe ein Steuersignal
für jede LED.
-
Bei einer einfachen Anwendung, bei der der Druck von Daten
eine binäre Druckbetriebsart ist (das heißt, daß eine LED
entweder an- oder ausgeschaltet ist), kann der in Fig. 3
dargestellte Druckkopf verwendet werden. Allerdings werden
bei dieser einfachen Anwendung für jede LED mehrere
Informationsbits
verwendet, um die Betätigungszeit einer LED zum
ausschließlichen Zweck der Kompensation der Tonerfarbe zu
ermitteln. Im Speicher der speicherprogrammierten Steuerung
des Mikrocomputers liegen Algorithmen zur Berechnung eines
Einstellungsbeziehungsweise Korrekturfaktors für die LEDs
auf der Grundlage der Tonerfarbe vor. Derartige Algorithmen
beruhen auf dem experimentell beobachteten Verhalten der
verwendeten LED-Typen und des eingesetzten
elektrofotografischen Verfahrens. Der Algorithmus kann auch Parameter zur
Anpassung an bestimmte Drucker enthalten, die bei einem
Wartungseingriff oder über eine Rückkopplung einstellbar sind.
Die Daten für jede LED werden durch den Einstellungsfaktor
geändert. Im Fall eines binären Druckers sind die mit jeder
einzelnen LED verknüpften Daten aus dem Rasterbildprozessor
in Abhängigkeit davon, ob eine LED beleuchtet oder nicht
beleuchtet werden soll, entweder eine logische Eins oder
eine logische Null. Diese Daten werden dann zum
Mikrocomputer geleitet, der die Daten in eine Betätigungszeit
umsetzt, die dem betreffenden Farbtoner angemessen ist.
Diese Betätigungszeit wird als digitales Mehr-Bit-Signal zum
Speicher geleitet. Das Mehr-Bit-Signal wird anschließend vom
Druckkopf als Graustufen-Dateneingabe entsprechend der oben
für den Druckkopf aus Fig. 3 wiedergegebenen Beschreibung
"verarbeitet".
-
Wenn die Datenquelle Graustufendaten bereitstellt und der
Drucker als echter Graustufendrucker betrieben werden soll,
enthält ein Mehr-Bit-Datensignal vom Rasterbildprozessor die
Daten für jede einzelne LED, die um eine Korrektur auf der
Grundlage der Tonerfarbe geändert sind. Beispielsweise
werden Aktivierungen, bei denen die LED über einen längeren
Zeitraum angeschaltet bleiben soll, um einen großen Pixel zu
bilden, stärker gewichtet als Aktivierungen, bei denen die
LED nur über einen Mindestzeitraum angeschaltet bleibt. Ein
Korrekturfaktor wird festgelegt, und die korrigierten Daten
werden zum Speicher geleitet- um vom Druckkopf aus Fig. 3
gedruckt zu werden.
-
Fig. 5 ist ein Diagramm der Fotoleiterspannung als Funktion
der relativen Belichtung mit einem konstanten VO-Wert (600
Volt) und variabler Belichtung. Bei niedrigen
Belichtungsstufen (Position "A" in Fig. 5) beträgt ΔV 340 Volt
(600-260). Bei mittlerer Belichtung (Position "B") beträgt
ΔV 420 Volt (600-180). Bei hoher Belichtung (Position "C")
beträgt ΔV schließlich 500 Volt (600-100). Eine angemessene
Kompensation der Änderungen im Ladung-Masse-Verhältnis ist
damit durch Belichtungsänderung möglich.
-
Die Erfindung kann auch zur Kompensation von Änderungen des
Ladung-Masse-Verhältnisses des Toners aufgrund von
Schwankungen der relativen Luftfeuchtigkeit verwendet werden, und
sie läßt sich zusammen mit Methoden verwenden, die zum
Ausgleich von Inhomogenitäten zwischen LED-Elementen eingesetzt
werden.
-
Die Erfindung kann auch auf andere Typen von
Aufzeichnungselementen angewandt werden, wie beispielsweise bei einem
Laser.
FIG. 1 (STAND DER TECHNIK)
-
a FOTOLEITERSPANNUNG
-
b RELATIVE BELICHTUNG
FIG. 2
-
19 DATENQUELLE
-
29 ZUR LCU
FIG. 3
-
32 ANSTEUERUNG
-
36 SPERRE
-
a VON 40
(FIG. 4)
FIG. 4
-
19 DATENQUELLE
-
38 RASTERBILDPROZESSOR
-
50 EINGANGSSIGNALPUFFER
-
41 EINGANGSDATENPROZESSOR
-
46 SPEICHERPROGRAMMIERTE STEUERUNG
-
43 ZENTRALEINHEIT (CPU)
-
44 TAKT- UND ZYKLUSSTEUERUNG
-
42 ZWISCHENSPEICHER
-
40 VOR-/RÜCKWÄRTS-ZÄHLER
-
39 PUFFERSPEICHER
-
a ZU 37
FIG. 3
-
b ZU 20
FIG. 3