DE69032088T2

DE69032088T2 - Drucksystem mit Belichtungseinheit und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE69032088T2
Application number: DE69032088T
Authority: DE
Inventors: Larry D Mitcham; William E Nelson
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1989-12-21
Filing date: 1990-12-18
Publication date: 1998-06-25
Anticipated expiration: 2010-12-19
Also published as: EP0433982A2; EP0433982B1; JPH0691923A; DE69032088D1; US5072239A; JP2909226B2; EP0433982A3

Description

Technisches Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft Drucksysteme und insbesondere ein Belichtungsgehäuse eines Drucksystems zum Halten einer Lichtquelle, einer Kondensoroptik, von Lichtablenkeinrichtungen, einer Abbildungslinse und einer Matrix räumlicher Lichtmodulatoren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Wenn versucht wird, ein Drucksystem zu entwickeln, das xerographisch kompatibel ist, ist es hilfreich, das System im Hinblick auf seine Teile zu überdenken. Dabei gibt es die Belichtungseinheit, wo das das fertige Bild repräsentierende digitale Signal in ein aus einer Matrix von Punkten bestehendes Lichtbild umgewandelt wird. Diese Punkte werden zur Wiedergabeeinheit übertragen, wo sie auf eine sich drehende photoleitfähige Trommel oder ein sich drehendes photoleitfähiges Band abgebildet werden. Die Punkte auf der Trommel erzeugen ein elektrostatisches latentes Bild, das entsprechend dem latenten Bild Toner zu der Trommel zieht. Der Toner wird dann zum Druckmedium übertragen, wobei auf diesem eine Klarschriftausgabe des ursprünglichen digitalen Signals erzeugt wird.
Bei üblichen xerographischen Druckersystemen werden die elektrischen Signale durch Modulation des aus dem Laser austretenden Lichts, das wiederum durch einen sich drehenden Polygonspiegel rasterförmig über die Trommel bewegt wird, in Lichtbilder umgewandelt. Ein xerographisches Druckersystem dieses Typs ist beispielsweise in EP-A-0 155 844 offenbart. Diese modulierten Signale werden dann auf die sich drehende Trommel angewendet. Es ist bei einem Versuch, die Kosten und die Komplexität solcher Systeme zu verringern und die Druckqualität zu verbessern, wünschenswert, ein System vorzusehen, bei dem es möglich ist, die Laserbelichtungseinheit durch eine leicht installierbare und wartbare Einheit mit geringen Kosten zu ersetzen.
Beim Entwickeln eines solchen Systems müssen mehrere wesentliche Probleme gelöst werden. Es ist zunächst wünschenswert, ein solches austauschbares Belichtungsmodul einheitlich auszulegen und sich aus der Lichtquelle ergebende Infrarot- Erwärmungsprobleme zu minimieren. Es ist auch wünschenswert, die Einheit ohne bewegliche Teile, einem Minimum an Befestigungseinrichtungen und ohne Probleme hinsichtlich kritischer optischer Ausrichtungen aufzubauen. Aus dem Kriterium eines einheitlichen Aufbaus ergibt sich die Notwendigkeit, einen Mechanismus zum Halten einer Lichtquelle und um diese zum Leuchten zu bringen, herzustellen. Das richtige Lenken des Lichts dieser Quelle unter Verwendung von Optiken und Stützen mit geringen Kosten ist ein weiteres zu lösendes Problem beim Erzeugen eines sehr selektiven Wegs für das modulierte Licht, damit die Trommel keine Fremdbilder empfängt.
Es besteht daher auf dem Fachgebiet ein Bedarf an einer einheitlichen Beleuchtungseinheit für einen xerographischen Prozeß, bei der eine stabile von Infrarotwärme freie Umgebung aufrechterhalten werden kann und bei der die Steckdose für die Lichtquelle auch in die Einheit integriert ist. Die Einstellungen der Optik müssen derart sein, daß sie leicht auszurichten ist und das fertige Bild auf der Wiedergabetrommel frei von Fremdbildern gehalten wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Diese Probleme wurden mit einer einheitlichen Belichtungseinheit gelöste, die die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 aufweist und gemäß Anspruch 1 aufgebaut ist, wobei diese Einheit so ausgelegt ist, daß die Umwandlung digitaler elektronischer Signale in Signale modulierten Lichts beim xerographischen Prozeß erzielt wird. Die Belichtungseinheit ist so ausgelegt, daß sie mit der Einheit des xerographischen Prozesses zusammenpaßt und daß sie in sich geschlossen ist. Die Einheit weist in einer Ecke eine Steckdose für Licht auf, wobei das Licht im Innern gelenkt wird. Eine Reihe vorgeschriebener Linsen fokussiert das Licht innerhalb der Einheit auf eine monolithische räumliche Lichtmodulatorvorrichtung aus Silicium, die die Lichtenergie nur dann durch das optische System überträgt, wenn die einzelnen Elemente der Vorrichtung durch die digitalen Signale erregt sind. Das aktiv modulierte Licht wird dann durch ein Linsensystem gesammelt und durch einen Schlitz in der Grundfläche der Einheit fokussiert, wodurch ein Bild mit einer geeigneten Vergrößerung auf der Trommel der Einheit für den xerographischen Prozeß gebildet wird. Das unmodulierte Licht wird unterdrückt.
Um zu gewährleisten, daß die Abbildungslinse nur richtig moduliertes Licht und kein Fremdlicht, das falsche Bilder hervorrufen könnte, empfängt, ist in der zentralen Grundfläche der Belichtungseinheit ein Satz tiefer Furchen angeordnet. Die Achse der Furchen verläuft entlang der optischen Achse des Lichts, wenn es vom räumlichen Lichtmodulator zur Fokussierungslinse läuft. Bei einer Ausführungsform weisen die Furchen die Form eines Bienenthorax auf, und die Abbildungslinse ist konzentrisch in den Thorax eingepaßt.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist der räumliche Lichtmodulator eine Vorrichtung mit verformbaren Spiegeln (DMD), bei der einzeln gebildete Spiegel im Siliciumsubstrat durch die elektrischen Signale steuerbar sind. Die Steuerung jedes Spiegels wird durch Anlegen eines elektrischen Potentials an eine unter dem Spiegel liegende Elektrode erreicht, wodurch bewirkt wird, daß sich der Spiegel in Abhängigkeit vom angelegten elektrischen Feld um einen zentralen Drehpunkt dreht.
Wenn sich alle Spiegel im nichtverformten Zustand befinden, wird von der Lichtquelle auf die Vorrichtung fokussiertes Licht unter einem Winkel reflektiert, bei dem bewirkt wird, daß die Lichtstrahlen außerhalb der Öffnung der Fokussierungslinse fokussiert werden. Daher enthält das aus der Fokussierungslinse austretende Licht im wesentlichen keine unmodulierten Lichtstrahlen.
Jeder einzelne Spiegel bewirkt bei einer Verformung, daß etwas Licht zur Abbildungslinse reflektiert wird. Die Gesamtsumme aller zu irgendeinem Zeitpunkt verformten Spiegel bildet ein Hell-Dunkel-Bild, das dann auf die xerographische Trommel fokussiert wird. Das von der Modulatorvorrichtung zur Fokussierungslinse gelangende aktive Lichtsignal läuft die Achse des Bienenthorax entlang und wird daher von den Seiten des Thorax nicht geschwächt, wie es bei Lichtstrahlen von Fremdoberflächen und unmodulierten Spiegelelementen der Fall ist. Die Belichtungseinheit weist einen Abschnitt einer Ablenkeinrichtung zum Einfangen von möglichst viel Fremdlicht auf.
Ein technischer Vorteil auf dem Fachgebiet besteht darin, ein einheitlich aufgebautes Belichtungsmodul für einen xerographischen Prozeß für einen Betrieb in Zusammenhang mit den Wiedergabegesichtspunkten des Druckprozesses zu erzielen. Die Belichtungseinheit enthält vorzugsweise keine beweglichen Teile, ein Lichtfokussiersystem und eine Anordnung zum starken Abschwächen von Fremdlichtstrahlen.
Ein weiterer technischer Vorteil auf dem Fachgebiet besteht darin, eine Belichtungseinheit zu erzielen, bei der ein monolithischer räumlicher Lichtmodulator aus Silicium verwendet wird, der in Zusammenhang mit einer unmodulierten Lichtquelle arbeitet, wobei ein mit einer Ablenkeinrichtung versehener Lichtübertragungsweg dafür vorgesehen ist, jegliche unerwünschte Lichtstrahlen ganz ohne bewegliche Teile und mit einfachen Ausrichtungskriterien stark abzuschwächen.
Ein weiterer technischer Vorteil besteht in der Anordnung einer Belichtungseinheit zur Verwendung in einem xerographischen Drucksystem, welche einen Belichtungsabschnitt und einen Kontaktwiedergabeabschnitt aufweist, wobei der Kontaktwiedergabeabschnitt in Reaktion auf die Präsentation von Punktmustern zur Darstellung der Punktmuster als fertige Bilder auf einem Druckübertragungsmedium wirksam ist und wobei die Belichtungseinheit eine Steckdose für Licht, die sich an einer Stelle von ihr befindet, sowie einen der Steckdose für Licht gegenüberstehend angeordneten Träger zum Halten einer Matrix räumlicher Lichtmodulatorelemente, wobei jedes Element zum Bilden der Punktmuster einzeln steuerbar ist, sowie wenigstens eine in der Einheit zwischen der Steckdose für Licht und dem Träger anbringbare Linse sowie eine in der Einheit zwischen der Lichtmodulatormatrix und dem Kontaktwiedergabeabschnitt anbringbare Bildlinse sowie einen in der Grundfläche der Einheit angeordneten Schlitz, um die von der Bildlinse angenommenen Punktmuster dem Kontaktwiedergabeprozeß zu präsentieren, aufweist.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung und weiterer Vorteile von dieser wird nun auf die folgende detaillierte Beschreibung Bezug genommen, die zusammen mit der begleitenden Zeichnung gelesen werden sollte, wobei
FIGUR 1 eine perspektivische Explosionsdarstellung der Belichtungseinheit eines Drucksystems ist;
FIGUR 2 eine Ansicht der Belichtungseinheit von oben ist;
FIGUR 3 eine Ansicht der Belichtungseinheit von unten ist;
FIGUR 4 eine entlang einer Linie 4-4 aus FIGUR 2 betrachtete Ansicht der rechten Seite der Belichtungseinheit ist;
die FIGUREN 5A und 5B Ansichten des ebenfalls entlang der Linie 4-4 aus FIGUR 2 betrachteten Bienenthoraxabschnitts der Belichtungseinheit sind;
die FIGUREN 6A und 6B perspektivische Ansichten der in der Belichtungseinheit verwendeten Vorrichtung mit verformbaren Spiegeln (DMD) sind;
die FIGUREN 7A und 7B schematische Ansichten des optischen Wegs der Belichtungseinheit sind;
in den FIGUREN 8A und 8B die Wechselwirkung des optischen Wegs mit einer xerographischen Drucktrommel dargestellt ist;
in den FIGUREN 9A, 9B und 9C Einzelheiten aufeinanderfolgenden Druckens gerader und ungerader Bildpunkte einer DMD mit zwei Reihen dargestellt sind;
in den FIGUREN 10A und 10B ein Beispiel eines Coupon-Druckmaterials und eines darauf vorgenommenen Ausdrucks dargestellt ist;
in FIGUR 11 eine perspektivische Ansicht eines Drucksystems mit geöffneter linker Seitentür dargestellt ist;
in FIGUR 12 Einzelheiten des Beförderungsmechanismus dargestellt sind, der Coupons von einer Seite des Drucksystems zur anderen bewegt;
in FIGUR 13 eine perspektivische Ansicht eines Drucksystems mit geöffneter rechter Seitentür dargestellt ist;
in FIGUR 14 Einzelheiten des Mehrfach-Materialzuführungsmechanismus dargestellt sind;
in FIGUR 15 Einzelheiten des zum Steuern der Ausgabe des Drucksystems verwendeten Sortiermechanismus dargestellt sind;
in FIGUR 16 Einzelheiten des xerographischen Drucktrommelmoduls, des Toner-/Entwicklermoduls, des Belichtungsmoduls und des Schmelzmoduls dargestellt sind;
in FIGUR 17 Einzelheiten des Zertrennmechanismus dargestellt sind;
in FIGUR 18 die Kopplung zwischen der Belichtungs- und der Wiedergabeeinheit dargestellt ist;
in FIGUR 19 ein Flußdiagramm der Arbeitsweise des Tonerüberwachungssystems dargestellt ist;
in FIGUR 20 die bevorzugte Ausführungsform eines Druckergehäuses dargestellt ist;
in FIGUR 21 eine Vorrichtung zum Positionieren einer DMD in einem Modul dargestellt ist;
in den FIGUREN 22 - 25 ein System und ein Verfahren zum Steuern einer Positioniervorrichtung bei einem Herstellungsprozeß dargestellt sind;
in FIGUR 26 die austauschbare Schmelzeinheit dargestellt ist;
in FIGUR 27 die austauschbare Photoempfängerkassette dargestellt ist;
in FIGUR 28 die austauschbare Entwicklereinheit dargestellt ist und
in FIGUR 29 die austauschbare Belichtungseinheit dargestellt ist.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Für ein vollständigeres Verständnis räumlicher Lichtmodulatoren sei auf das am 24. Juni 1986 erteilte US-Patent 4 596 992, das am 5. Mai 1987 erteilte US-Patent 4 662 746 und das am 1. März 1988 erteilte US-Patent 4 728 185 verwiesen. In dem zuvor erwähnten Patent 4 596 992 ist auch die Verwendung einer Vorrichtung mit verformbaren Spiegeln (DMD) in einem Drucker erörtert.

Belichtungseinheit

FIGUR 1 ist eine Explosionsdarstellung der zum Erzeugen modulierter Lichtbilder verwendeten Belichtungseinheit 10, die wiederum beispielsweise in einem xerographischen Wiedergabesystem verwendet werden kann. Die Belichtungseinheit besteht aus einem Gehäuse 11, das aus einem Material mit einem niedrigen Ausdehnungskoeffizienten aufgebaut ist, so daß die durch eine Beleuchtungsquelle 16 erzeugte Wärme keine erhebliche beanspruchungsinduzierte Bewegung in der Struktur bewirkt, wodurch gewährleistet ist, daß die Optik der Vorrichtung innerhalb enger Toleranzen positioniert bleibt. Hierzu befindet sich die Lichtquelle 16 außerhalb der Hauptstruktur 11 und ist in einer Doppelabschirmung 15 aufgenommen, welche eine Innenwand 150 aufweist, die durch radiale Speichen 151 von einer Außenwand 15 getrennt ist. Die innere Abschirmung 150 kann aus einem Material wie Aluminium bestehen, das Wärme absorbiert und die Wärme über die Speichen 151 zur Außenwand 15 überträgt, die aus mit Rippen versehenem Aluminium zur Abstrahlung der Wärme bestehen kann. Die Abschirmung 150 kann schwarz eloxiert sein, um die Absorption zu erhöhen und das reflektierte Licht zu verringern.
Die Struktur 15 ist unter Verwendung eines thermisch isolierenden Verbindungsmaterials an das Gehäuse 10 angefügt. Der Zweck des Anbringens der Lampe 16 am Gehäuse besteht darin, daß der Glühfaden der Lampe 16, unabhängig von der Bewegung des Gehäuses, vollkommen auf einer Linie mit dem inneren optischen Weg bleibt. Dies ist durch die präzise geformte Lampenfassung 160, die den Glühfaden der Lampe durch eine genaue Positionierung der Lampenanschlußstifte 710 (FIGUR 7A) in der Lampenfassung 160 (FIGUR 2) in Lageübereinstimmung mit dem optischen Weg bringt, gewährleistet. Die Wolframhalogenlampe ist eine im Handel erhältliche "Meßgerätelampe". Bei diesen Präzisionslampen ist der Glühfaden in bezug auf die Keramikfassung und die Lampenanschlußstifte vorausgerichtet; daher ist während der Montage kein Ausrichten der Quelle 16 bezüglich der Belichtungseinheit 10 erforderlich. Gleichzeitig überträgt die Quelle 16 infolge des Kühlkörpers 15 und einer externen Quellenhalterung 302 (aus einem Kunststoff mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit bestehend) keine Wärme auf das Gehäuse, wodurch thermische Probleme innerhalb des Gehäuses ausgelöst würden. Zum Kühlen der Glühbirne 16 dienende Luft wird um die Glühbirne herum vom unteren zum oberen Teil durch die Abschirmung 15 gedrängt. Hierdurch wird die Möglichkeit verringert, daß die Glühbirne durch ein ungleichmäßiges Kühlen weiße (undurchsichtige) Oberflächen entwickelt, wodurch der Belichtungseinheit eine maximale Lebensdauer gegeben wird.
Wie ersichtlich sein wird, ist die Belichtungseinheit 10, die eine horizontale innere Trennwand oder Grundfläche 14 aufweist, dafür ausgelegt, über Zapfen 101, 102 und 103, die im wesentlichen eine Dreipunktbefestigung bieten, mit der xerographischen Druckeinheit (in FIGUR 18 schematisch dargestellt) verbunden zu werden, so daß das Belichtungsmodul 10 vollkommen und einfach bezüglich der Druckeinheit optisch positioniert werden kann. Die Belichtungseinheit wird dann durch Karabinerhaken mit Blattfedern oder auf andere Weise an der Druckeinheit befestigt, wodurch eine beim Betrieb zweckmäßige Befestigung gebildet wird.
Kurz abschweifend sei bemerkt, daß es an diesem Punkt hilfreich sein kann, den optischen Weg und den Ausbreitungsweg von Lichtstrahlen durch die Belichtungseinheit zu verstehen. Eine solche Ausbreitung beginnt mit der Beleuchtung von der Glühbirne 16, die durch eine Linse 17 und eine Linse 18 auf eine Vorrichtung 60 mit verformbaren Spiegeln (DMD) fokussiert wird. An diesem Punkt ist das Licht unmoduliert. Wie ersichtlich sein wird, reflektiert die DMD 60 das Licht in zwei abgesetzten Bündeln, wobei ein moduliertes Bündel in eine Abbildungslinse einfällt und ein unmoduliertes Bündel wegreflektiert wird. Der in die Abbildungslinse einfallende Strahl läuft durch die Grundfläche 14 und eine Abbildelinse 40 und von dort aus über einen gefalteten Weg mit einem Satz von Spiegeln zu einer Trichterstruktur 120 in der Grundfläche der Bodenabdeckung 13 der Belichtungseinheit. Das aus einem Muster modulierter Lichtpunkte bestehende Lichtbild fällt dann auf eine xerographische Trommel, wie später ersichtlich sein wird, und erzeugt ein belichtetes Bild, das dann durch einen xerographischen Prozeß entwickelt und gedruckt wird.
Nun zu FIGUR 1 zurückkehrend sei bemerkt, daß die Beleuchtungsquelle 16 vorteilhafterweise eine Wolframhalogen-Glühbirne, wie beispielsweise eine einendige Glühbirne aus der Quartzline -Photolampenreihe von General Electric, sein kann. Die Quelle ist so ausgewählt, daß sie die gewünschte Lebensdauer (typischerweise 2000 Betriebsstunden) und einen Leistungspegel aufweist, der für die Belichtungsanforderungen des Druckprozesses geeignet ist. Das Licht von der Glühbirne 16 wird durch eine wärmebeständige sphärische Linse 17 auf die Linse 18 fokussiert, die dazu dient, das Licht auf die DMD 60 zu richten. Die Linse 18 ist an einem in der unteren ebenen Fläche an der Mittellinie in Längsrichtung positionierten eingelassenen Präzisionsdrehpunkt angebracht. Die Enden 180 der Linse 18 sind in Schlitzen in der Innenwand 105 und der Außenwand des Belichtungsmoduls 10 gehalten. Diese Schlitze ermöglichen es, daß die Linse 18 entlang ihrer Längsachse ausgedehnt wird. Da die Linse 18 jedoch an einem Mittelstift (nicht dargestellt) angebracht ist, ändert sich die Brennweite nicht, und das Licht bleibt daher gleichmäßig auf die DMD 60 gerichtet. Die Linsen 17 und 18 umfassen zusammen eine Kondensorbaugruppe. Die Funktion dieser Linsengruppe besteht darin, an der DMD 60 eine gleichmäßige Beleuchtung und auch ein fokussiertes und vergrößertes Bild des Glühfadens 16 der Quelle, das in der vorderen Ebene der Abbildelinse 40 gebildet wird, zu erzielen.
Die Linse 18 wird in der Mitte gedreht, und es wird ermöglicht, daß sie an den Enden frei ist, da das Kunststoffmaterial, aus dem sie geformt ist, im Vergleich zum Belichtungsmodul 11 eine hohe Wärmeausdehnung aufweist. Die Linse 18 hat eine komplexe asphärische Oberflächenstruktur und muß daher gepreßt sein, um die Herstellungskosten der Linse 18 zu verringern. Andererseits kann die Linse 17 aus einem Material mit einem niedrigen Ausdehnungskoeffizienten, wie Pyrex, bestehen und daher starr befestigt sein, falls dies erwünscht ist.
Wie ersichtlich sein wird, bewirkt die DMD 60, die durch Halteelemente 104 in etwa senkrecht zur Grundfläche 14 gehalten ist, beim Anlegen elektrischer Signale an ausgewählte Spiegel, daß durch diese Spiegel (Bildpunkte) moduliertes Licht direkt die optische Achse entlangläuft und durch die Abbildungslinse 40 fokussiert wird. Das Licht von unmodulierten Spiegeln oder von der nichtaktiven Oberfläche der DMD 60 wird durch den Betrieb eines Thorax 19 gestreut, der zumindest teilweise um die optische Achse herum positioniert ist.
Ein Oberteil 12 ist so aufgebaut, daß es an seiner Innenfläche eine Vertiefung (nicht dargestellt) aufweist, um den oberen Teil der Linse 18 an seiner Position zu halten. Das Oberteil 12 kann bei einer alternativen Ausführungsform auch mit einem Vorbau versehen sein, der dafür ausgelegt ist, über die Linse 17 zu passen, um diese an ihrer Position zu halten. Statt dessen können eine oder beide dieser Linsen unter Verwendung eines hoch temperaturbeständigen nachgiebigen Haftmittels an ihrer Position befestigt werden.
Die Grundfläche 13 paßt auf das Unterteil des Belichtungsmoduls 11 und weist den Trichter 120 auf, um Lichtbilder vom Belichtungsmodul im Lichtempfänger aufzunehmen, wie ersichtlich sein wird. Ablenkeinrichtungen innerhalb des Trichters 120 dienen dazu, Reflexionen und Streulicht zu verringern, um ein hohes Maß an Kontrast beim schließlich gedruckten Bild zu erhalten.
FIGUR 2 ist eine Draufsicht des Belichtungsmoduls 10. Das Kabel, das die DMD 60 mit einer Quelle elektrischer Modulationssignale verbinden würde und das auch die Lampe 16 mit einer Leistungsquelle verbinden würde, ist nicht dargestellt. Dieses Kabel kann vorteilhafterweise innerhalb der Belichtungseinheit 10 verlaufen und auf der sich am dichtesten bei der Wand 105 befindenden Seite austreten. Die die Glühbirne 16 haltende Fassung 160 kann vorteilhafterweise in eine Struktur eingeformt sein, die zum zuverlässigen präzisen optischen Ausrichten durch Arme 302 von der Belichtungseinheit 10 gestützt und auf diese bezogen ist. Die DMD 60 haltende Haltearme 104 können direkt in die Trennwand 14 eingelassen sein, welche dazu dient, die Belichtungseinheit 10 in eine in FIGUR 2 detailliert dargestellte obere Einheit und eine in FIGUR 3 detailliert dargestellte untere Einheit einzuteilen. Der Kanal 19 ist auf der optischen Achse des durch die DMD 60 reflektierten modulierten Lichts zwischen dem oberen und dem unteren Abschnitt positioniert und erstreckt sich durch die Trennwand 14. Die Sägezahn- oder Bienenthoraxform ist halbkreisförmig um die Achse des modulierten Lichts gebildet und dient, wie ersichtlich sein wird, dazu, das Licht von den unmodulierten Bildpunkten und anderen Strukturen der DMD 60 abzulenken und dieses zu absorbieren. Der Kanal 19 ist so aufgebaut, daß er die Bildlinse 40, deren Zweck darin besteht, das von den modulierten Spiegeln der DMD 60 reflektierte Licht aufzunehmen und über den durch einen Satz von Spiegeln 30, 31 (FIGUR 3) gebildeten optischen Weg auf die xerographische Trommel unterhalb des Schafts 120 (FIGUR 4) zu fokussieren.
Ein Vorsprung 29 (FIGUR 3) bildet einen halbkreisförmigen Kanal zum Aufbau (auf der Oberseite) des Bienenthorax.
FIGUR 4 ist eine Ansicht eines entlang eines Abschnitts 4-4 aus FIGUR 2 vorgenommenen Schnitts durch die Belichtungseinheit 10. In FIGUR 4 sind Lichtstrahlen 401 im oberen Abschnitt dargestellt, wo das die Glühbirne 16 verlassende Licht durch die Linsen 17 und 18 auf die DMD 60 fokussiert wird. Durch die DMD 60 modulierte Lichtstrahlen 402 laufen durch die Abbildungslinse 40 zum Spiegel 30 im unteren Abschnitt der Belichtungseinheit 10 und vom Spiegel 30 zum Spiegel 31, der das Bild um 90 Grad dreht, wodurch ermöglicht wird, daß das Bild durch den Trichterschaft 120 austritt und weiter zur Photoempfängeroberfläche der xerographischen Druckvorrichtung gelangt. Innerhalb des Schafts 120 befinden sich eine Reihe von Stufen oder Lichtablenkeinrichtungen 41, die verhindern, daß das gestreute Licht den Kontrast auf der Wiedergabetrommel verringert, sowie eine zum Abdichten der Belichtungseinheit verwendete transparente Abdeckung 42.
In FIGUR 5A ist der Kanal 19 dargestellt, der entlang der optischen Achse des Lichtwegs 402 als eine Reihe von Schritten in Form eines Bienenthorax aufgebaut ist. Von den nichtausgewählten Bildpunkten reflektierte Lichtstrahlen 702 werden etwa 10 bis 15 Grad aus der wahren optischen Achse abgelenkt und treffen eine der Wände des Thorax, und sie werden abgeschwächt und von der Wand gegen eine andere Wand und nach oben hin zurückgeworfen und an der oberen Abdeckung der Belichtungseinheit weiter abgeschwächt. Auf diese Weise wird das reflektierte Licht von den nichtausgewählten Bildpunkten wirksam von dem von den ausgewählten Bildpunkten reflektierten Licht abgetrennt, wodurch bewirkt wird, daß der auf die Abbildungslinse 40 einwirkende Strahl 402 nur moduliertes Licht enthält. Auf diese Weise sind im Strahl 402 nur Reflexionen von den abgebildeten oder modulierten Bildpunkten enthalten, wenn er durch die Bildlinse 40 fokussiert wird. Der Bienenthorax 19 dient auf diese Weise als eine Reihe von Lichtablenkeinrichtungen, die sich im optischen Weg des unmodulierten Strahls 702 befinden und die dazu dienen, das nichtausgewählte Licht abzuschwächen. Der Aufbau des Bienenthorax 19 ist derart, daß er um die optische Achse herum halbkreisförmig ist, wobei die Wände senkrecht zur Achse stehen. Die Grundfläche jeder Wand ist durch eine geneigte Fläche (Sägezahn) mit dem oberen Teil der vorherigen Wand verbunden. Es ist diese geneigte Fläche, die das umherlaufende Licht wieder von der optischen Achse reflektiert und es nahezu senkrecht zur optischen Achse 402 richtet und dadurch ein sehr hohes Unterdrückungsverhältnis bei der Abbildelinsenöffnung 40 gewährleistet.
FIGUR 6A ist eine Darstellung der DMD 60, die in das Silicium eingebaute Abschnitte einer Adressenstruktur 62 sowie eine oder mehrere Reihen von Bildpunkten 61 aufweist, die dafür ausgelegt sind, abhängig von der elektrischen Auswahl und der Modulation (oder der Nichtmodulation) eines jeden der Bildpunkte, das Ablenken von Licht zu ermöglichen und resultierende helle (und dunkle) Bilder zu erzeugen. Die in der DMD 60 dargestellten Quadrate 62 repräsentieren die Siliciumadressenstruktur. Die einzelnen Bildpunkte, die in Wirklichkeit 19 Quadratmikrometer je Bildpunkt messen würden, sind als eine die Mitte der ansonsten strukturlosen mittleren Spiegelstruktur entlanglaufende feine Linie 61 dargestellt.
Dieser die eigentlichen DMD-Bildpunkte umgebende im wesentlichen reflektierende Spiegel hat die Funktion, den relativ großen Teil der auf die DMD, jedoch nicht auf die Bildpunktelemente fallenden Beleuchtung auf das unmodulierte Bild des Glühfadens zu richten, das durch den Bienenthorax 19 aufgefangen und abgeschwächt wird. Falls die umgebende Oberfläche kein Spiegel wäre, sondern eine Struktur hätte (wie die außenliegende Adressenschaltung), würde sie die Hintergrundbeleuchtung isotrop statt zu einen Bild des Glühfadens zurückstrahlen. Sie könnte dann in die Abbildungseinrichtung 40 eintreten und den Kontrast des an der Photoempfängertrommel gebildeten DMD-Bilds verschlechtern. Die DMD 60 ist als mit Anschlüssen 63 zum Empfangen interner Modulations- und Steuersignale von einem Rechner oder einer anderen Quelle versehen dargestellt.
In FIGUR 6B ist eine Vergrößerung einiger Bildpunkte 6100 aus der Linie 61 aus FIGUR 6A dargestellt. Wie dargestellt, sind die Bildpunkte an ihren Ecken 6102 und 6103 mit Gelenken versehen, wodurch dann der Lichtweg gebildet wird, der von oben unter die Horizontale reflektiert wird. Dies ist natürlich nur eine Ausführungsform, und andere könnten auch funktionieren. Die eigentliche Arbeitsweise der Bildpunkte ist in den obenerwähnten Patenten erörtert. Die Bewegung der Bildpunkte erzeugt einen Ein-Zustand und einen Aus-Zustand des modulierten Lichts.

Optischer Modulationsweg

FIGUR 7A ist eine schematische Darstellung von Lichtstrahlen 401, die von der Glühbirne 16 ausgehen und durch die Linsen 17 und 18 konzentriert werden, so daß sie im wesentlichen den aktiven Bildpunktbereich der DMD 60 beleuchten. Jedoch fällt bei weitem der größte Teil des Lichts von der Quelle 16 auf die die aktiven Reihen 61 von DMD-Bildpunkten umgebende Spiegeloberfläche. Dies ist durch Lichtstrahlen 701 dargestellt und schließt auch die meisten jener Strahlen ein, die oberhalb oder unterhalb der Ebene der Strahlen 401 und 701 liegen, die jedoch aus Deutlichkeitsgründen nicht dargestellt sind. Wenn es die Lichtreflexionsfunktion des Bienenthorax 19 nicht gäbe, würden diese Strahlen von der ebenen Oberfläche (und unmodulierten Bildpunkten) der DMD 60 reflektiert werden und um einen Punkt 703 herum fokussiert werden. Der Punkt 703 ist die Mitte eines Bilds des Glühfadens der Quelle 16, das in der Ebene der Eingangsöffnung der Abbildelinse 40 gebildet würde, wenn diese Strahlen nicht durch den Bienenthorax 19 abgelenkt würden. Strahlen 702 sind daher als durch den Bienenthorax 19 vom Brennpunkt 703 abgelenkt dargestellt, und sie pflanzen sich nahezu orthogonal zur entlang dem Strahl 402 verlaufenden optischen Hauptachse fort. Die Lichtenergie im unmodulierten Glühfaden ist mehrere Größenordnungen größer als die des Lichts im modulierten Bild des Glühfadens, das entlang dem Weg 402 auf die Abbildelinse 40 fällt. Die im US- Patent 4 728 185 erörterte hohe Selektivität der Dunkelfeld- Projektorvorrichtung ergibt sich aus dem Erkennen und der Verwendung der Tatsache, daß das unmodulierte Licht in unmittelbarer Nähe des Punkts 703 fokussiert wird. Auf diese Weise kann durch geeignetes Orientieren der optischen Achse des Kondensorsystems 17 und 18 und der Quelle 16 erreicht werden, daß der Punkt 703 ganz außerhalb der Eintrittspupille (Öffnung) der Abbildungseinrichtung 40 liegt.
In den FIGUREN 1, 2 und 7A ist die optische Achse des Kondensors als (von der DMD 60 aus betrachtet) auf der linken Seite der optischen Achse des aus der Kombination aus der DMD 60 und der Abbildungseinrichtung 40 gebildeten Arms der optischen Reihe liegend dargestellt. In FIGUR 4 ist weiter gezeigt, daß die entlang dem Strahl 401 verlaufende optische Achse des Kondensors auch oberhalb der optischen Achse der Abbildungseinrichtung 40 liegt, die entlang dem Strahl 402 verläuft. Es ist unter Berücksichtigung dieser beiden Versätze aus dem Reflexionensgesetz ersichtlich, daß das durch von der ebenen Spiegeloberfläche der DMD 60 (und von jeglichen unmodulierten Bildpunkten) reflektiertes Licht gebildete Bild des Glühfadens bei Betrachtung von der DMD 60 aus unterhalb und rechts der Abbildungseinrichtung 40 und mit anderen Worten am Punkt 703 aus FIGUR 7A liegen muß.
Durch einfaches Wegrichten der unmodulierten Energie von der Pupille der Abbildungsvorrichtung wird das zum Drucken erforderliche hohe Kontrastverhältnis am DMD-Bild nicht garantiert. Die wirksame Funktion des Bienenthorax 19, die unmodulierte Energie von der Linse der Abbildungseinrichtung abzulenken und einen großen Teil davon mit wenigstens zwei abbildenden Oberflächen (FIGUR 5) zu absorbieren, ist für die Arbeitsweise des Belichtungsmoduls wichtig. Ein Kanal ohne besondere Eigenschaften (ohne reflektierende Oberflächen) würde durch den Mechanismus der streifenden Reflexion das Eintreten von unerwünschtem Licht in die Linse der Abbildungseinrichtung ermöglichen. Durch die Konstruktion des Bienenthorax 19 wird ein stark abschwächender Lichtweg erzielt, bei dem kein Ausrichten erforderlich ist, und er kann aus herkömmlichem Kunststoff-Preßmaterial hergestellt sein, wodurch die Kosten des Belichtungsmoduls praktisch nicht erhöht werden.
Weitere Einzelheiten dieser stark selektiven optischen Anordnung sind in FIGUR 7B dargestellt, wo die optischen Arme des Kondensors 18 und der Abbildungseinrichtung 40 bei Betrachtung aus der Perspektive der DMD 60 gezeigt sind.
Wie in FIGUR 7B dargestellt ist, konvergiert das Hintergrundlicht (unmodulierte Strahlen) vom auf die Achse 403 ausgerichteten Kondensorsystem 16, 17, 18 am Punkt 703 zu einem hypothetischen Bild 705 des Glühfadens (FIGUR 7A). Das Bild 705 existiert wegen der Reflexionsfunktion (Abschwächungsfunktion) des Bienenthorax 19 beim wirklichen Belichtungsmodul nicht. Wenn ein DMD-Bildpunkt 61 jedoch um seine Gelenkachse RR' 812 in die Auswahlrichtung gedreht wird, geht ein Vollbild des Quellenglühfadens 704 von der Bildposition 703 in die Bildposition 706 über.
Das durch die Drehung eines einzigen DMD-Bildpunkts erzeugte Bild des Glühfadens 706 ist wegen der kleinen modulierten Energiemenge und der großen Fläche des Bilds des Glühfadens entsprechend einem Flächenverhältnis der Bildpunkte zum Bild von mehreren Hundert natürlich sehr stark abgeschwächt. Wenn die Abbildungseinrichtung 40 jedoch das auf die vordere Öffnung fallende Lichtbündel sammelt und es an der Photoempfängeroberfläche wieder zu einem Bild des jeweiligen Bildpunkts fokussiert, ist das Bild recht hell.
Die Wirkung der DMD 60 zum Modulieren von Lichtenergie und die Bedeutung des Begriffs räumlicher Lichtmodulator (SLM) werden auf diese Weise offenbart. Die Drehung der einzelnen DMD-Bildpunkte dient dazu, eine kleine Energiemenge räumlich von der Bildposition 703 zur Bildposition 706 zu modulieren. Wegen des feststehenden Brennpunkts der Abbildungseinrichtung 40 gibt es jedoch beim Photoempfänger keine räumliche Bewegung des entsprechenden DMD-Bilds aus Bildpunkten. Die beobachtete Eigenschaft ist die einer Reihe feststehender Punkte (oder Bildpunkte), von denen jeder einfach heller oder dunkler wird. Eine nützliche Analogie besteht in der Betrachtung der Situation, bei der ein mit der Hand gehaltener Spiegel beispielsweise von einem Schiffbrüchigen in einem Floß verwendet wird, um Signale zu einem überfliegenden Flugzeug zu senden. Durch Ablenken (oder Steuern) eines Strahls kollimierten Lichts von der Sonne zur Pupille der Augen des Piloten wird von der Netzhaut ein sehr helles Bild empfangen. Die Analogie ist dadurch gegeben, daß die Sonne die Quelle ist, daß der Spiegel der DMD-Bildpunkt ist, daß die Abbildungseinrichtung 40 zur Pupille des Auges äquivalent ist und daß die Netzhaut zum Photoempfänger äquivalent ist.
Es ist in FIGUR 7B von Bedeutung, daß die DMD-Bildpunkt- Drehachse RR' 812 senkrecht zur Bewegungslinie 810 des Bilds steht. Ein Lichtstrahl wird durch das Reflexionsgesetz um den doppelten Winkel abgelenkt, um den die Spiegeloberfläche gedreht wird. Daher bewegt eine Drehung eines Reflexionselements an der DMD um RR' ein Lichtbündel notwendigerweise entlang der Linie 810. Falls die Kondensorbaugruppe 16, 17, 18 unter einem anderen Winkel bezüglich der DMD angeordnet wäre, so daß das unmodulierte Bild 705 des Glühfadens nicht auf der Linie 810 zentriert wäre, wäre das modulierte Bild 706 des Glühfadens ebenfalls nicht bei einem Punkt 404 an der Abbildungseinrichtung 40 zentriert. Hierdurch würde weniger als die volle Menge der verfügbaren Energie durch die Abbildungseinrichtung hindurchtreten, und es würde nicht die volle Belichtungswirkung am Photoempfänger erzielt werden. Es ist auch implizit gegeben, daß der in die DMD 60 einkonstruierte Drehwinkel dem Versatzwinkel der Achse 403 des Kondensorsystems entsprechen muß, so daß das Bild 706 an der Abbildungseinrichtung 40 zentriert ist, wenn ein DMD-Bildpunkt 61 betätigt wird. Aus ähnlichen Gründen wie bei der vorhergehenden Erörterung wäre der Leistungsdurchsatz andernfalls verringert.
Die Optik 17, 18 des Kondensorsystems ist durch ihre Konstruktion so ausgewählt, daß der Glühfaden 704 so vergrößert wird, daß das resultierende Bild 706 die Öffnung der Abbildungseinrichtung 40 mehr als ausfüllt. Die Sammeleffizienz des Kondensors erhöht sich mit dem Vergrößerungsfaktor. Die äußeren Ränder und insbesondere die Ecken des Bilds des Glühfadens sind optisch weniger wirksame Strahler als der zentrale Bereich, und es ist daher nicht entscheidend, daß sie in der Öffnung der Abbildungseinrichtung liegen. Schließlich ist das wirksamste optische System eines, bei dem der volle Kegelwinkel der Abbildungseinrichtung verwendet wird. Die maximale Helligkeit des Bilds aus Bildpunkten am Photoempfänger tritt auf, wenn das Bild des Glühfadens die Öffnung der Abbildungseinrichtung 40 vollkommen ausfüllt. Diese Bedingungen werden durch die Wahl der Größe und der Form (nominell quadratisch) des Glühfadens der Quelle 16 zusammen mit dem Vergrößerungsfaktor des Kondensors 17, 18 und schließlich der Größe der Öffnung der Abbildungseinrichtung 40 sichergestellt.
Nach den vorher gemachten Bemerkungen mag es so erscheinen, daß das System optisch um so wirksamer ist, je größer die Öffnung der Abbildungseinrichtung ist (beispielsweise eine lichtstärkere Linse der Abbildungseinrichtung oder eine niedrigere f-Zahl). Dies ist nicht der Fall. Abgesehen von dem Wunsch nach einem kompakten Belichtungsmodulsystem wachsen die Kosten lichtstärkerer Linsen der Abbildungseinrichtung drastisch. Das bestehende System dient dazu, einen xerographischen Prozeß zu belichten, der unter Verwendung einer Quelle mit 120 Watt und einer Abbildungseinrichtung mit einer f-Zahl von 4,5 bei einer Geschwindigkeit von 7 Zoll/s (oder 42 Coupons pro Minute) arbeitet. Die Letztgenannte ist eine sehr kompakte und kostengünstig herzustellende Linse. Der begrenzende Faktor bei der Öffnung der Linse der Abbildungseinrichtung 40 ist durch Konstruktionserwägungen bezüglich des optischen Systems bestimmt, welche in Kombination einfach durch die Größe und den Abstand der beiden Bilder 705 und 706 des Glühfadens gegeben sind.
Der Abstand ist in FIGUR 7B als 811 dargestellt. Der Abstand wird in der Terminologie des im vorhergehend erwähnten Patent 4 728 185 erörterten optischen Dunkelfeldsystems als "totes Band" bezeichnet. Die physikalische Bedeutung des toten Bands ergibt sich daraus, daß es sicherstellt, daß sich kein Abschnitt der unmodulierten Lichtenergie im Bild 705 des Glühfadens auch nur der Öffnung der Abbildungseinrichtung nähert. Unter Berücksichtigung, daß sich die relativen Intensitäten der beiden Bilder um Größenordnungen unterscheiden, was die relativen beleuchteten Flächen der DMD widerspiegelt, ist es klar, daß das Kontrastverhältnis am Lichtempfänger selbst dann erheblich beeinträchtigt wäre, wenn die Ecke des Bilds 705 in der Öffnung der Abbildungseinrichtung 40 liegen würde. Durch Einbauen eines beabsichtigten "toten Bandes" wird eine gewisse Toleranz für eine Fehlausrichtung des Systems bereitgestellt. Falls die DMD-Bildpunkte weiterhin im Laufe zahlreicher Arbeitszyklen eine dauernde "Winkelstellung" selbst mit einer Abweichung von ein bis zwei Grad von der Ebenheit annehmen sollten, würden sie infolge des toten Bandes dennoch keine Energie in die Linse der Abbildungseinrichtung 40 einführen. Falls das Bild 705 des Glühfadens schließlich durch eine Fehlausrichtung der Optik verschwommen oder verzerrt und größer als normal wäre, würde keine Energie in die Linse der Abbildungsvorrichtung 40 eintreten.
Das Konzept des toten Bandes bietet daher eine erhebliche Breite bei der Montage des Systems und bei den optischen Toleranzen, während beim Photoempfängerbild hochleistungsfähige Kontrastverhältnisse von über 100 : 1 erzielt werden.
In FIGUR 5A ist der Bienenthorax 19 dargestellt, der eine Reihe von Sägezahnprofilstufen 410, 411 ist, die konzentrisch um eine halbkreisförmige (oder vollkreisförmige) Bohrung gebildet sind, die in der Grundfläche des Belichtungsmoduls gebildet ist. Die Form der konzentrischen Kreise ermöglicht ein leichtes Formen der Lichtablenkeinrichtung. Unerwünschtes Licht von der DMD 60 (als Licht des "Aus-Zustands" bezeichnet) trifft, wie in FIGUR 5B dargestellt ist, auf die erste Oberfläche 410 einer aus der Reihe der das Sägezahnprofil bildenden konzentrischen Ablenkeinrichtungen. Das mit "A" bezeichnete erste Auftreffen findet bei einem bestimmten Winkel statt (der dargestellte beträgt etwa 13 Grad), um die Reflexion des Lichts aus dem Aus-Zustand zur hinteren Fläche 411 des Sägezahnprofils zu drängen, wodurch ein Auftreffen "B" bewirkt wird. Diese Sekundäroberfläche bildet einen Einschnitt oder eine Abwärtsneigung und weist einen bestimmten Winkel auf, um das Licht zum oberen Dach des Lichtmoduls zu drängen und das Auftreffen "C" zu bewirken. Da alle Auftreffoberflächen "A" bis "C" geschwärzt werden können, wird das unerwünschte Licht im Ergebnis dazu gezwungen, drei geschwärzte Oberflächen zu treffen, bevor es eine unkontrollierte Oberfläche treffen kann, wodurch praktisch alles unerwünschte Licht absorbiert wird.

Wiedergabeeinheit

Nun mit FIGUR 8A fortfahrend, sei bemerkt, daß das modulierte Bild der Bildpunkte 402 von der Linse 40, wie oben erörtert, auf eine xerographische Drucktrommel oder eine xerographische Oberfläche 81 einer Trommel 80 fokussiert wird. Diese Projektion liegt in einer über die Oberfläche 81 verlaufenden Linie 82 und enthält eine oder mehrere Reihen des modulierten Punktmusters, das den Aufdruck auf dem Druckmaterial 801 bilden wird, das in der dargestellten Richtung unter der Trommel 80 entlanggeführt wird. Wenngleich in FIGUR 8A nur eine einzige Reihe von Punkten dargestellt ist, werden zu einer Zeit tatsächlich zwei solcher Reihen auf der Trommel angeordnet (wie detailliert ausgeführt wird).
Wie später detaillierter ausgeführt wird, wird ein Toner auf die Trommeloberfläche 81 aufgebracht und haftet an den Stellen, an denen das modulierte Licht auf die Trommel fällt. Dieser Toner wird wiederum beim wohlbekannten Xerographieprozeß auf das Couponmaterial 801 übertragen. Das modulierte Licht ordnet beim Drehen der Trommel Linie für Linie dichtbenachbarte Punkte auf der Trommel 81 an. Dieses Drehen bewirkt schließlich, daß der Druckprozeß so stattfindet, wie in FIGUR 8B dargestellt ist. Wenngleich die Trommel als sich ohne weitere modulierte Punktmuster auf der Oberfläche 81 voranbewegend dargestellt ist, ist dies nur dargestellt, um das Veranschaulichen des Prozesses zu erleichtern. Beim eigentlichen Gebrauch würden tatsächlich aneinandergrenzende Reihen von Punktmustern durch die Belichtungseinheit 10 gesteuert aufgebracht, um einen fortlaufenden Druckprozeß zu haben.
In FIGUR 10A ist unbedrucktes Couponmaterial 1010 dargestellt, das einige vorgedruckte Informationen aufweist. In FIGUR 10B ist das Couponmaterial 1011 dargestellt, nachdem es unter der xerographischen Trommel 80 hindurchgelaufen ist und nachdem darauf durch die Reihe von Punkten, die, wie zuvor erörtert, durch das modulierte Licht 402 auf die Trommeloberfläche 81 übertragen wurden, Informationen aufgedruckt wurden.
Wie zuvor erörtert wurde, werden Lichtstrahlen durch die DMD 60 moduliert (FIGUR 8A), wobei diese Vorrichtung so ausgebildet sein kann, daß sie eine einzige Reihe verformbarer Spiegel oder mehrere Reihen solcher Spiegel aufweist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden zwei Spiegelreihen verwendet, und es werden daher zwei Punktlinien auf der Trommel 81 angeordnet. Die geraden und die ungeraden Bits (Bildpunkte) zweier Reihen sind in Wirklichkeit eine einzige Reihe von einem Zeichen. Die Bits der ungeraden und geraden Reihen sind in einem festen Abstand zueinander angeordnet, der den realen Abstand zwischen den Spiegelreihen der DMD 60 repräsentiert. Durch Verwendung zweier Spiegelreihen kann eine höhere Druckauflösung der Punkte erzielt werden, da dafür gesorgt werden kann, daß sich die gegeneinander versetzten Reihen optisch überlappen, wie in den Figuren 9A, 9B und 9C dargestellt ist. Diese Überlappung verläuft entlang der DMD-Achse und entspricht der zuvor angesprochenen schnellen Abtastrichtung. Durch Verwendung von zwei oder mehr Spiegelreihen zur Erzeugung des Punktmusters wird jedoch eine zusätzliche Komplexität erzeugt, die, wenngleich sie bei einer Vorrichtung mit einer einzigen Reihe nicht erforderlich ist, bei einer Vorrichtung mit mehreren Reihen wichtig ist.
Mit Bezug auf FIGUR 9A sei bemerkt, daß ein Zeichen 901 ein "A" in Umrißform ist und willkürlich in eine Reihe von Rasterlinien eingeteilt wurde, wobei jede Linie eine Folge gerader und ungerader Bitpositionen (Bildpunktpositionen) o, p, q, r, s, t, u, v und w aufweist. Auf diese Weise wird eine bestimmte Rasterlinie, wie dargestellt, durch zwei aufeinanderfolgende Belichtungslinien 902 und 903 (eine gerade und eine ungerade Linie) erzeugt. Es sei bemerkt, daß diese Belichtungslinien (die, wie in FIGUR 8A dargestellt ist, eine Punktlinie repräsentieren) in einem festen Abstand voneinander angeordnet sind, der durch die physikalischen Eigenschaften des Zwischenraums zwischen den Spiegeln der DMD 60 und die optische Vergrößerung des Belichtungsmoduls festgelegt ist. Dieser Abstand entspricht genau zwei Punktlinien. Es sei daran erinnert, daß sich die Trommel, auf der der Zeichenumriß 901 erzeugt wird, tatsächlich orthogonal an diesen Punktaufbringungslinien vorbeibewegt (langsame Abtastrichtung). Der Abstand zwischen der Anordnung der geraden und der ungeraden Bits kann durch Ändern der Verzögerungszeit zwischen ihrem jeweiligen Aufbringen auf der Trommel elektrisch gesteuert werden. In dem dargestellten Beispiel bewegt sich der Zeichenumriß 901 auf der Seite nach oben.
Wie in FIGUR 9A dargestellt ist, ist die DMD 60 in zwei geraden und ungeraden Bildpunkten entsprechende Reihen 910 und 911 eingeteilt. Zu einem ersten Zeitpunkt werden Daten von den Bitppsitionen p, r, t und v einer Linie n der DMD 60 und durch die Spiegel p, r, t und v der Reihe 911 moduliert. Hierdurch werden auf der Trommel des xerographischen Druckers die im rechten Abschnitt von FIGUR 9A dargestellten Punkte erzeugt, wobei die p-, r-, t- und v-Bildpunkte entlang der ungeraden Belichtungslinie 902 verdunkelt wurden. Zu diesem Zeitpunkt wird der Rest dieser selben Linie, nämlich die Bildpunkte q, s und u, in ein Verzögerungsregister 1 der geraden Reihe der DMD 60 eingegeben.
In FIGUR 9B ist der nächste Zeitpunkt dargestellt, zu dem eine Linie n + 1 in die DMD 60 geladen wird, wodurch die Bildpunkte p, r, t und v wiederum aktiviert werden und die Lichtstrahlen so moduliert werden, daß das verdunkelte Bild p, r, t und v entlang der ungeraden Belichtungslinie 902 im rechten Bereich von FIGUR 9B gebildet wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die ins Verzögerungsregister 1 geladene Information zum Verzögerungsregister 2 verschoben und eine zur Linie n + 1 gehörende neue Information in das Verzögerungsregister 1 geladen. Es sei bemerkt, daß sich das Zeichen 901 durch die Drehung der Trommel 80 um eine Rasterlinie nach oben vorbewegt hat.
Zum nächsten Zeitpunkt liefert die ungerade Belichtungslinie 902 wieder eine Modulation von der DMD 60, so daß die zu einer Linie n + 2 gehörenden Bildpunkte p, r, t und v wiederum auf der xerographischen Druckoberfläche belichtet werden. In diesem Zeitraum sind jedoch die geraden Bildpunkte q, s und u von der Linie n durch die Verzögerungsregister 1 und 2 verschoben worden und steuern nun die geraden Bildpunkte q, s und u an, um das Licht entlang der geraden Bildpunkt-Belichtungslinie 903 zu modulieren. Dies ist im rechten Bereich von FIGUR 9C dargestellt, wo die q-, s- und u-Bildpunkte nun verdunkelt sind. Es sei bemerkt, daß die volle Anzahl von Bildpunkten auf der Linie n + 1 nun beim Vorbeidrehen der Trommel an der geraden Belichtungslinie 903 durch das modulierte Licht von der DMD 60 moduliert worden ist, wie in FIGUR 9C dargestellt ist. Falls es auf der DMD 60 mehr Bildpunktlinien geben würde, wären für die volle Belichtung der Trommel eine ähnliche Drehung durch die Trommel und zusätzliche Belichtungslinien zum vollständigen Wiederverflechten der Rasterlinien erforderlich.
Während das Verflechten der jeweiligen DMD-Linien zur Bildung einer einzigen Rasterlinie aus belichteten Punkten im Bild 901 unkompliziert ist und auf dem DMD-Chip unabhängig von der Drucksteuereinrichtung vollständig durch integrale Verzögerungslinien und die Register 1 und 2 gehandhabt wird, kann ein weiterer Vorteil erzielt werden. Falls sich die Oberflächengeschwindigkeit der Trommel durch den Druckermechanismus ändert und die Belichtungszeit pro Rasterlinie konstant gehalten ist (was bei Laserpolygon-Abtasteinrichtungen notwendigerweise der Fall ist), kann eine Bandbildung auftreten. Die Bandbildung ist die Kompression (das Verdunkeln) oder die Expansion (das Graufärben) des Druckbilds bei einer charakteristischen periodischen Frequenz entlang der Bewegungsrichtung des Prozesses (langsame Abtastrichtung). Bei einem System, bei dem diese Geschwindigkeitsschwankungen durch geeignete Mechanismen im Drucker, wie beispielsweise Drehgeber, gemessen werden, kann die verschlechternde Wirkung auf das Druckerscheinungsbild durch die Druckersteuereinrichtung mittels der variablen Zeitsteuerung der Punktlinien, die bei Verwendung des DMD-Lichtmodulators verfügbar ist, subtrahiert werden. Falls die Trommel vorübergehend beschleunigt wurde, wird die gerade belichtete Linie früh ausgeschaltet. Auf diese Weise kann die durch das Produkt aus der Trommelgeschwindigkeit und der Belichtungszeit gegebene belichtete Strecke oder Breite der Rasterlinie konstant gehalten werden. Falls sich die Trommel in ähnlicher Weise vorübergehend verlangsamt hat, wird die Belichtungslinie zum Ausgleich etwas länger beibehalten. Durch diesen Vorgang des Messens und Korrigierens können das richtige Überlappen und die Linienbreite der horizontalen Raster durch elektronische Mittel gewährleistet werden. Dies ist bei einem Polygonsystem nicht möglich, bei dem der zusätzliche Aufwand einer Präzisionstransportgeschwindigkeitssteuerung die einzige Möglichkeit ist. Eine Bandbildung beim langsamen Abtasten ist ein Hauptfehlermechanismus bezüglich der Druckqualität bei Laserdruckern. Weiterhin verschlechtert sich diese, wenn sie sich abnutzen. Bei Druckern, bei denen eine lange Lebensdauer des Systems erforderlich ist, ist eine Korrektur für die Bandbildung beim Altern des Mechanismus ein erheblicher Leistungsfähigkeitsvorteil.
Wie mit Bezug auf die Figuren 9A, 9B und 9C erklärt wurde, ist die horizontale Überlappung oder die Deckung der Bildpunkte durch die Optik und die Konstruktion des DMD-Chips entlang derselben Linie festgelegt und unveränderlich. Daher ist das DMD-System gegenüber Punktanordnungsfehlern, Defokussierungsfehlern und Ungleichmäßigkeiten der Belichtungsüberlappung entlang der schnellen Abtastrichtung (Rasterrichtung), was ein weiterer die Druckqualität verschlechternder Mechanismus bei Laser-Polygonabtasteinrichtungen ist, unempfindlich.
Wie erörtert wurde, ist der Verzögerungsbetrag proportional zum Abstand zwischen den Bildpunktlinien und der Bewegung der Trommel zugeordnet, so daß die Bildpunkte zu einem gegebenen Zeitpunkt bei guter Auflösung eine sichtbare durchgezogene Linie der Ausgabe bilden. Es muß wiederum darauf hingewiesen werden, daß die dargestellte Mehrlinien-DMD 60 nur eine von zahlreichen alternativen Ausführungsformen ist, die verwendet werden kann, um die Modulationen für das Licht zu erzielen. Mehrere verschiedene Modulationsvorrichtungen können entweder Seite an Seite oder übereinandergestapelt derart verwendet werden, daß auf der xerographischen Trommel eine gleichzeitige Mehrlinien-Bildprojektion erzielt wird. Hierdurch werden unterschiedliche Grade an Druckklarheit erreicht, und sie könnten verwendet werden, um Farbgraphiken unter verschiedenen Bedingungen zu erzielen. Das modulierte Licht von einer einzigen Vorrichtung oder von aufeinanderfolgenden Vorrichtungen könnte verwendet werden, um die jeweiligen Farbfelder mit einer sehr genauen Deckung abzubilden und dadurch ein bei einem einzigen Durchlauf geschehendes Vollfarbdrucken zu erzeugen.

Drucksystem

Eine Ausführungsform eines Drucksystems, bei dem der xerographische Prozeß verwendet wird und welche u. a. dafür ausgelegt ist, ein automatisches Drucken von Flugscheinen auszuführen, ist in FIGUR 11 dargestellt. Kästen 1104, 1105 und 1106 enthalten das ziehharmonikaartig gefaltete Flugscheinmaterial (Ziehstapel-Flugscheinmaterial), wie ersichtlich sein wird. Diese Kästen können, wie dargestellt, geschlossen sein oder so ausgelegt sein, daß sie für einen leichten Zugriff geöffnet sind, wobei nur die Ecken vorgesehen sind, um das Material zu stützen und an seiner Stelle zu halten. Der vordere Teil der Maschine 1150 hat einen Bestätigungsschlitz 1102 zum Einführen eines zuvor gedruckten Flugscheins eines Kunden sowie einen Kasten 1103, der Flugscheine enthält, die durch die Maschine 1150 gelaufen sind und die durch das Drucksystem 1101 gedruckt oder auf andere Weise gehandhabt worden sind. Andere Einrichtungen können am vorderen Teil der Maschine angebracht sein, und diese Einrichtungen würden typischerweise Kreditkarteninformationen oder Wählinformationen empfangen. Dies würde es einem Kunden ermöglichen, eine Flugschein-Verkaufsstelle anzurufen, um Flugscheininformationen zu erhalten und Flugscheine zu bearbeiten. Das Drucksystem könnte einen Datenaustausch über das Telefon handhaben und würde verschiedene Lampen und Schalter aufweisen, die für diese Funktionen geeignet sind. Diese Schalter, Tastaturfelder und andere Steuereinrichtungen sind aus Klarheitsgründen nicht dargestellt.
Die Seiten des Drucksystems 1101 sind als mit Türen 1151 und 1154 (in FIGUR 13 dargestellt) versehen dargestellt, wobei jede zur Wartung und zum Hinzufügen von Material oder anderen Versorgungsgütern zum Drucksystem geöffnet werden kann. Eine bevorzugte Ausführungsform des Gehäuses des Druckersystems ist in FIGUR 20 dargestellt, wobei der Papierhandhabungs-, der Steuer- und der Druckmechanismus so angebracht sind, daß das Bedienen durch einen Ausziehmechanismus vom vorderen Teil aus ermöglicht ist. Sowohl bei der Türversion als auch bei der Ausziehversion ohne Tür wurde das Innere des Drucksystems durch eine Haltefläche oder eine vertikale Trennwand 1160 unterteilt (FIGUR 11). Diese Trennwand weist mehrere Funktionen auf. Eine dieser Funktionen besteht darin, den durch das Zertrennen des Ziehstapelmaterials erzeugten Staub vom Druckmechanismus fernzuhalten. Dies liegt darin, daß der in FIGUR 13 dargestellte Druckmechanismus auf der fernen (rechten) Seite bei Betrachtung von der geöffneten Tür 1151 aus durch die vertikale Trennwand 1160 gestützt wird. Auf der nahen (linken) Seite wird das Ziehstapelmaterial aus einem der drei Kisten 1104, 1105, 1106 oder vom Schlitz 1102 durch magnetische und/oder optische Leseeinrichtungen 1380, 1370 sowie über eine Beförderungseinrichtung 1201 von der nahen zur fernen Seite der Trennwand 1160 gelenkt. Das Flugscheinmaterial bewegt sich dann von der hinteren Seite 1153 des Drucksystems entlang der vertikalen Trennwand 1160 zur vorderen Seite 1150 hin, wobei es unter einer xerographischen Druckeinheit 1602 (FIGUR 13) hindurchläuft und durch eine Sortiereinrichtung 1501 läuft und im äußeren Kasten 1103 oder in einem der inneren Kästen 1561 oder 1562 abgelegt wird. Die Konstruktion der Haltefläche bietet eine genaue Bezugsebene für die Montage und das Ausrichten der beiden parallelen Papierwege (Magnetseite und Druckerseite) und garantiert eine Genauigkeit, wenn ein Flugschein von einem Weg über den Beförderungsmechanismus (FIGUR 12) zum anderen übertragen wird.
In FIGUR 12 ist die Beförderungseinrichtung 1201 dargestellt, die das vereinzelte Flugscheinmaterial 1010 von der nahen zur fernen Seite der Trennwand 1160 bewegt. Wie in FIGUR 12 dargestellt ist, tritt das Flugscheinmaterial 1010 auf diese Weise in die Beförderungseinrichtung 1201 ein, bewegt sich direkt zur Leseeinrichtung und wird, wie durch einen Pfeil 1220 dargestellt ist, durch Räder 1203, 1204 von links nach rechts befördert. Das Rad 1203 kann vorteilhafterweise mit einer obenliegenden ebenen Fläche versehen sein. Nachdem das Flugscheinmaterial 1010 an seinem Ort angekommen ist, beginnt sich das von einem Schrittmotor angetriebene Rad 1203 zu drehen. Das Rad ergreift das Flugscheinmaterial und bewegt es von links nach rechts. Das Flugscheinmaterial bewegt sich unter einem Rad 1222 hindurch, das an seiner Unterseite auch mit einer ebenen Fläche versehen sein kann. Wenn sich das Rad 1222 zu drehen beginnt, bewegt sich das Flugscheinmaterial 1010 entlang der fernen Seite der Trennwand 1160 von der Leseeinrichtung fort. Daher ist die einzige Öffnung in der Trennwand 1160 ein kleines Fenster, das groß genug ist, damit die Beförderungseinrichtung das vereinzelte Flugscheinmaterial 1010 hindurchführt. Dieses Fenster kann, falls erwünscht, so ausgelegt sein, daß es das Bewegen von Staub von einer Seite zur anderen verhindert. Dies kann natürlich mit einer realen Barriere oder durch sich von der Druckerseite zur Flugscheinmaterialseite durch das Fenster bewegende Luft erreicht werden.
Die eigentliche Bewegung des Ziehstapelmaterials 1010, 1010B, 1010C von den Kästen 1104, 1105 und 1106 ist in FIGUR 14 dargestellt, wobei jeder der Kästen dem Zertrenner 1730 über jeweilige Steuerräder 1471, 1456 und 1451 bedruckbares Vorratsmaterial zuführen kann. Diese Räder sind dafür ausgelegt, sich vorwärts oder rückwärts zu bewegen und das durch den Steuermechanismus des Systems gelenkte Material am Zertrenner 1720 vorbeizubewegen und durch Räder 1455 und 1454 an der optischen Leseeinrichtung 1470 vorbeizubewegen. Die relativen Positionen zwischen dem Rad 1455 und dem Zertrenner 1730 sind derart, daß das Material unter der Leseeinrichtung 1470 positioniert werden kann, während der Zertrenner 1730 das Material in einzelne Flugscheine trennt. Falls der nächste Flugschein nicht vom selben Ziehstapelmaterial kommen soll, könnte sich das Rad 1471 (oder die Räder 1456, 1451) umkehren und das Material von seiner Position wegbewegen, so daß Material von einem anderen Kasten, beispielsweise das durch das Rad 1456 gesteuerte Ziehstapelmaterial 1010B, an die Position unter der optischen Leseeinrichtung 1470 bewegt werden kann.
Die Position der optischen Leseeinrichtung 1470 ist derart, daß an der Vorderkante des Flugscheinmaterials vorab positionierte Informationen (beispielsweise ein Strichcode) durch die optische Leseeinrichtung 1470 sogar gelesen werden, bevor der Zertrenner 1730 das Material zertrennt. Dies kann zu Steuerzwecken verwendet werden. Das getrennte Material bewegt sich dann durch Räder 1481 und 1482, gesteuert durch eine Magnetleseeinrichtung 1480 und durch Räder 1484 und 1483 gesteuert, in die Beförderungseinrichtung 1201. Material von außerhalb des Schlitzes 1102 tritt durch ein Rad 1452 gesteuert in das System ein. Dieses Material kann einfach dadurch in die Linie von sich zur Beförderungseinrichtung 1201 hinbewegenden Flugscheinen eingebracht und in diese eingepaßt werden, daß das Steuersystem jegliches Ziehstapelmaterial, das aktuell durch das Rad 1454 gesteuert wird, sicherstellt und zurücknimmt. Auf diese Weise kann ein Kunde einen Flugschein in den Schlitz 1102 einführen, und dieser kann zur optischen Leseeinrichtung 1470 oder zur Magnetleseeinrichtung 1480 bewegt werden. Der Flugschein wird dann gelesen und kann entweder durch Umkehren des Steuerrads 1454 zum Schlitz 1102 zurückgeführt werden oder in der nachfolgend ausführlicher erörterten Weise zur Beförderungseinrichtung 1201 überführt und zum Drucken oder zum Fortwerfen aus der Trennwand herausbefördert werden.
Nun auf FIGUR 16 Bezug nehmend sei bemerkt, daß die Richtung des Flugscheins, die auf der ersten Seite der Trennwand vom vorderen Teil des Druckers entlang der Trennwand zum hinteren Teil verlief, nun umgekehrt ist, wenn ein Flugschein durch die Öffnung in der Trennwand 1160 hindurchläuft, und der Flugschein bewegt sich entlang der fernen Seite der Trennwand zum vorderen Teil des Druckers hin. Wenn er sich zum vorderen Teil hinbewegt (in FIGUR 16 von rechts nach links), bewegt sich der Flugschein unter dem Druckmodul 1602 und kommt, wie oben erörtert, in Kontakt mit der Trommel 80. Der Flugschein kann, abhängig von der Steuerung des Systems, bedruckt werden oder unbedruckt gelassen werden. Wenn sich das Flugscheinmaterial unter der Trommel 80 herausbewegt, läuft es durch eine Schmelzeinheit 1603, wo Walzen 1651 und 1650 in wohlbekannter Weise dazu dienen, den Toner auf das Material aufzuschmelzen, so daß das Druckmaterial nicht leicht entfernt werden kann.
Das gedruckte Flugscheinmaterial wird dann aus der Schmelzeinheit 1603 herausbewegt und der Sortiereinrichtung 1501 zugeführt, um in der zu erörternden Weise so sortiert zu werden, daß der Flugschein entweder im äußeren Kasten 1103 oder in einem von mehreren inneren Kästen abgelegt werden kann, um fortgeworfen zu werden oder um zur Aufnahme durch einen Bediener zu einem späteren Zeitpunkt gespeichert zu werden.
Vorübergehend abschweifend sei bemerkt, daß ein Verfahren zum Betätigen der automatischen Flugscheinmaschine für einen Kunden darin bestehen würde, einen vorgedruckten Flugschein in den Schlitz 1102 (FIGUR 11) einzuführen. Der Flugschein würde dann, wie oben erörtert wurde, durch die optische Leseeinrichtung 1470 oder die Magnetleseeinrichtung 1480 hindurchlaufen, und die zuvor auf den Flugschein aufgebrachten Informationen würden dann elektronisch gelesen werden. Auf der Grundlage dieser ausgelesenen Informationen oder auf der Grundlage von über eine Tastatur oder eine andere Vorrichtung einem Zentralrechner vom Benutzer zugeführten Informationen könnte der Benutzer in Flugplänen oder in anderen Reisevereinbarungen erforderliche Änderungen vornehmen, oder der Benutzer könnte einfach einen bestimmten Flug bestätigen. Das durch den Zentralrechner (nicht dargestellt) gesteuerte System kann den Flugschein in einer Situation, in der der Flugschein nicht zu ändern ist, dem Benutzer zurückgeben. Statt dessen kann der Flugschein durch die Trennwand 1160 zur Beförderungseinrichtung 1201 (FIGUR 11) und dann durch den Drucker 1602 geführt werden, woraufhin zusätzliche Informationen (falls gewünscht) auf den Flugschein gedruckt werden können. Der Flugschein würde dann zur Sortiereinrichtung 1501 geführt werden und in einer zu erörternden Weise sortiert und dem Benutzer entweder über den Kasten 1103 zurückgegeben oder in einen inneren Abfallkasten geworfen werden. Dieser letzte Arbeitsgang, bei dem der Flugschein in einen inneren Abfallkasten geworfen wird, würde in einer Situation stattfinden, in der möglicherweise ein neuer Flugschein für einen Kunden gedruckt wird oder in der ein Kunde statt dessen eine Rückerstattung gefordert hat und der Flugschein von der automatischen Flugscheinmaschine eingezogen wurde.
Wenngleich dies nicht dargestellt ist, ist das automatische Flugscheinsystem entweder über ein Kabel oder möglicherweise über eine Funkübertragung an ein Rechnernetz angeschlossen. Dieses System ist wegen seiner Konstruktion leicht in einer Wand anbringbar, so daß ein Benutzer nur Zugang zum vorderen Teil der Maschine hätte, während hinter der Wand arbeitende Angestellte die Maschine für Wartungsarbeiten öffnen oder Flugscheinmaterial hinzufügen oder fortgeworfene oder bedruckte Flugscheine entfernen könnten. Dieses zuletztgenannte Merkmal ist für Reisebüros wichtig, bei denen der entfernt angeordnete Zentralrechner, der möglicherweise zu einer Fluglinie oder einem anderen Reisedienstleister gehört, eine Reihe von Flugscheinen einschließlich Bordzugangspässen und anderem Druckmaterial während der Nachtstunden erzeugt.
Nun sei zu einer Beschreibung der Arbeitsweise der in FIGUR 15 dargestellten Sortiereinrichtung 1501 zurückgekehrt. Flugscheine von der Druckertrommel 80 treten an einer Position 1508 in die Sortiereinrichtung 1501 ein. Abhängig vom Zustand eines Trenners 1502 werden die Flugscheine über eine Walze 1551 zum Schlitz 1506 und über Walzen 1551 zum Kasten 1562 bewegt. Der Kasten 1562 ist ein zum sicheren Speichern von Flugscheinen während deren Druck eingerichteter innerer Kasten. Der Kasten kann für irgendeine Größe ausgelegt sein und kann die Ausdrucke von Flugscheinen und Bordzugangspässen einer ganzen Nacht zur Aufnahme durch einen Bediener am Morgen enthalten. Dieser Kasten kann getrennt vom Rest des Systems gesperrt sein, so daß nur befugte Personen den Flugschein entnehmen können.
Flugscheine, die beim sich in der dargestellten Position befindenden Trenner 1502 von der Druckertrommel 80 eintreten, können zum Kasten 1561 eines Trenners 1503, der in die abwärtsgerichtete Position bewegt ist (in Umrissen dargestellt), statt zum Kasten 1563 laufen. Diese Bewegung wird entweder lokal oder extern gesteuert und kann durch einen Rechner oder von Hand aktiviert werden. Wenn er in die in Umrissen dargestellte Position bewegt ist, laufen Flugscheine durch das Rad 1551 gesteuert in einen Raum 1560 und laufen durch die Bewegung eines Schnappverschlusses 1504 zur Aufnahme durch befugtes Personal zum Ausschuß- oder Abfallkasten 1561.
Statt dessen können Flugscheine von der Druckertrommel 80 durch Abwärtsbewegen des Trenners 1502 in die in Umrissen dargestellte Position zum äußeren Kasten 1103 übertragen werden. Die Flugscheine bewegen sich dann durch ein Rad 1507 gesteuert aufwärts und um ein Rad 1552 herum und unter diesem hindurch in den Kasten 1103 und werden unter Steuerung durch ein Federelement 1504, das zu Steuerzwecken so eingerichtet sein könnte, daß es erkennt, wenn der Kasten voll ist, positioniert.
Auf diese Weise können Flugscheine zur Beförderung oder eine Anzahl anderer Gegenstände durch ein Signal eines inneren oder eines äußeren Rechners gesteuert entweder mittels innen angeordneten Vorratsmaterials oder mittels durch einen Benutzer über einen äußeren Schlitz zugeführten Materials gedruckt werden. Bordzugangspässe können einfach unter Ändern des Aufdrucks auf dem Flugscheinmaterial unter Verwenden verschiedener Kästen für unterschiedliche Bordzugangspässe gedruckt werden. Diese können mit einem Farbcode versehen sein oder in irgendeinem Typ von Anordnung vorgedruckt sein, und die automatische Flugscheinmaschine kann so programmiert sein, daß aus einem der drei oder mehr Kästen ausgewählt wird, ohne daß der Bediener das Material einlädt oder auslädt. Diese Flugscheine können mit Flugscheinen oder Bordzugangspässen zusammengefügt werden, die von einem Benutzer über den Schlitz 1102 zugeführt werden, wie erörtert wurde.
Dies ermöglicht dann Maschinen, wie jene, die in Einkaufszentren und an entfernten Orten, an denen es keine Bedienung gibt, angeordnet sind, so daß Kunden Reisereservierungen vornehmen können und ihre Flugscheine und Bordzugangspässe fast auf der Stelle bei einer Geschwindigkeit von 40 Coupons pro Minute drucken lassen können. Diese Maschinen können in Reisebüros oder sogar in Flughafen-Umschlagsplätzen angeordnet sein.
In FIGUR 17 ist der Schneidmechanismus für einen Zertrenner 1720 schematisch dargestellt. Ein Schrittmotor 1702 dreht sich bei 200 Schritten pro Umdrehung und dreht einen Nockenarm 1703. Der Nockenarm 1703 ist wiederum mit einer Schneideinrichtung 1701 verbunden, die sich innerhalb der Grenzen des Zertrenners 1720 auf und ab bewegt. Die Schneide 1701 ist in FIGUR 17 in der oberen Position dargestellt, und das Flugscheinmaterial 1010 (das sich zum Betrachter bewegt) ist so positioniert, daß die Perforationen zwischen den Coupons unterhalb der Ebene der Schneide 1701 liegen. In der Grundfläche des Zertrenners 1720 (nicht dargestellt) ist eine Vertiefung angeordnet, so daß die Schneide 1701 die Perforationen durchbricht und die Coupons dadurch trennt, wenn sie sich durch den Nockenarm 1703 gesteuert abwärts bewegt. Federn 1705 dienen dazu, Coupon-Greifeinrichtungen 1704 nach unten zu drücken. Wenn sich die Schneide 1701 auf diese Weise nach unten bewegt, halten die Greifeinrichtungen 1704 das Couponmaterial 1010 an seiner Position, um eine Bewegung zu verhindern und dabei zu helfen, die Perforationen des Couponmaterials 1010 bezüglich der Schneide 1701 auszurichten. Es sei bemerkt, daß die Schneide 1701 beginnt, das Couponmaterial 1010 von links her zu perforieren, wodurch die beim Fallen der Schneide erforderliche Kraft verringert ist.

Einrichtung zum Zusammenpassen der Belichtungseinheit und der Wiedergabeeinheit

In FIGUR 18 ist im stilisierten Format das Zusammenpassen der Belichtungseinheit 10 und einer Grundfläche 1800 dargestellt. Die Grundfläche 1800 repräsentiert die in stilisiertem Format dargestellte Wiedergabeeinheit, da irgendeine aus einer Anzahl von Konfigurationen von Wiedergabeeinheiten verwendet werden kann. Eine Aufnahmeposition innerhalb der Grundfläche 1800 (nicht dargestellt) würde zum Trichter 120 der Grundfläche der Einheit 10 passen, um eine Abschirmung für moduliertes Licht vorzusehen, bevor dieses auf den in der Grundfläche 1800 angeordneten Druckmechanismus fällt. Wie dargestellt, passen Öffnungen 1801 und 1802 zu jeweiligen Vorsprüngen 101 und 102 der Belichtungseinheit 10, während eine Stütze 1803 dafür vorgesehen ist, zu der Öse 103 zu passen, um eine Dreipunkt-Paßanordnung zu erzielen, wodurch eine vollkommene Ausrichtung zwischen den beiden Teilen aufrechterhalten wird. Klemmen (nicht dargestellt) können bezüglich beider Einheiten 1800 oder 10 positioniert sein, um in die andere Einheit einzuschnappen und die relative Position der Einheiten zu erhalten.
Beispielsweise könnten Klemmen (nicht dargestellt) dauernd der oberen Fläche 12 der Einheit 10 zugeordnet sein. Diese Klemmen können sich auf beiden Seiten der Einheit 10 abwärts unter die Grundfläche 13 erstrecken, und die Klemmen (nicht dargestellt) würden auf diese Weise die Ösen (nicht dargestellt) auf der Grundfläche 1800 festsperren, um die beiden Einheiten in einer gesicherten Beziehung zu halten (es sei auf eine vorbereitete neue Zeichnung der XRM-Einheit für die Offenbarung 10 verwiesen), wenn sich die Einheiten 10 und 1800 in einer zueinander passenden Beziehung befinden. Natürlich könnten die Ösen für eine dauerhaftere Verbindung durch herkömmliche Befestigungsvorrichtungen, wie Schrauben oder Bolzen, ersetzt sein. Die Klemmen sind jedoch in Situationen nützlich, in denen die Belichtungseinheit ohne Verwendung zusätzlicher Werkzeuge und durch eine nicht besonders geschickte Person periodisch von der Grundfläche 1800 entfernt werden soll.
Durch Positionieren eines Drucksystems, wie des hier offenbarten, am Flugsteig einer Fluglinie, ist es wegen der Fähigkeit der Maschine, die auf einem Flugschein oder einem Bordzugangspaß zuvor positionierten Informationen elektronisch zu lesen, für die Maschine möglich, einen angebotenen Flugschein anzunehmen, bestätigendes Material auf den Flugschein zu drucken und den Flugschein an den Benutzer zurückzugeben, einen neuen Flugschein zu drucken oder den Flugschein einzuziehen oder eine Kombination dieser Maßnahmen durchzuführen. Hierdurch wird dann eine neue Dimension von Reisevereinbarungen und der Reisesteuerung hinzugefügt, und dies dient dazu, den ganzen Prozeß des Reservierens, des Bordzugangs und der Steuerung für die Reiseindustrie zu beschleunigen.

Ausrichtverfahren und -vorrichtung

Das Belichtungsmodul 10 aus FIGUR 1 ist, abgesehen von der DMD 60, vormontiert. Das Modul ist in einer Befestigungsvorrichtung, wie der in FIGUR 18 dargestellten, angebracht, welche das Gehäuse 10 durch drei Punkte 1801, 1802 und 1803 anordnet. Die beiden Bezugsstifte 1301 und 1302 zum Ausrichten fallen in etwa mit der y-Achse der DMD zusammen. Es sei bemerkt, daß das in FIGUR 18 dargestellte Gehäuse 1800 als repräsentativ dargestellt ist und entweder die Photoempfängerelemente (wie das Element 80 aus FIGUR 8A) oder eine Kamera (wie eine CCD-Kamera aus FIGUR 22) aufnehmen kann, wie erörtert wird. Der Photoempfänger wäre in einem Abstand d (FIGUR 8A) unterhalb des Spiegels 31 des Belichtungsmoduls angebracht, um einen geometrischen Ort eines sich zwischen den Punkten a und b auf der Trommeloberfläche 81 erstreckenden Linienbilds 82 mit einer Breite w zu erzeugen, wie zuvor erörtert wurde.
Wie erörtert wird, können eine oder mehrere CCD-Kameras, wie eine Kamera 2200 (FIGUR 22), anstelle des Photoempfängers positioniert werden, um das Ausrichten der DMD 60 innerhalb der Belichtungseinheit zu unterstützen. Die CCD-Kamera kann vorteilhafterweise im gleichen Abstand zum Spiegel 31 des Belichtungsmoduls oder, falls dies gewünscht ist, in einem anderen Abstand positioniert sein. Der wichtige Faktor besteht darin, daß das Ausrichten der Optik für die DMD bezüglich der Stifte der dauernden Dreipunktbefestigung stattfindet und daß die Belichtungseinheit, sobald sie ausgerichtet ist, ohne ein weiteres Ausrichten der Optik von einem Empfänger zu einem anderen übertragen werden kann.
Bevor mit einer Erörterung des eigentlichen Einfügungsprozesses begonnen wird, sei bemerkt, daß es drei betroffene Drehachsen und drei betroffene Verschiebungsachsen gibt. Diese können bezüglich FIGUR 7A betrachtet werden, wobei X die zur Plattform 14 senkrechte auf- und abwärtsgerichtete Achse ist. Die Y-Achse verläuft parallel zur langen Achse (longitudinal) der DMD-Matrix. Die Z-Achse verläuft entlang dem optischen Weg 402. Die nächsten drei Achsen sind bezüglich der ersten drei gedreht orientiert, nämlich verläuft psi (ψ) um die X-Achse herum, phi (φ) um die Y-Achse herum und theta (θ) um die Z-Achse herum.
In FIGUR 21 ist eine Ausführungsform einer Einführvorrichtung dargestellt, die, wie ersichtlich sein wird, durch einen Rechner angesteuert wird, um eine durch Backen 2111 gehaltene DMD der Reihe nach um die sechs Achsen zu positionieren. Eine Vorrichtung 2100 ist so ausgelegt, daß das Zentrum der Drehbewegung einer gehaltenen DMD für die drei Hauptachsen um den genauen Kreuzungspunkt der drei Achsen herum liegt. Dieses Merkmal ermöglicht ein der Reihe nach erfolgendes Positionieren der Achsen.
Der Ausrichtprozeß beginnt mit dem vorläufigen Einführen der DMD 60 in die Backen 2111 der Vorrichtung 2100 und mit dem Absenken bis zur ungefähren Endposition bezüglich der in FIGUR 1 dargestellten Stützeinrichtung 104. Über ein Kabel 2220 wird ein elektrischer Kontakt vom DMD-Mustergenerator 2204 aus FIGUR 22 mit der DMD 60 hergestellt. Die Lichtquelle 16 (FIGUR 1) wird auch aktiviert.
Ein vorläufiger Zentrumssatz von Bildpunkten wird aktiviert, und das abgelenkte Licht von diesen folgt dem optischen Weg 402 (FIGUR 7A) zur, wie in FIGUR 22 dargestellt, positionierten Kamera 2200. Ein vorläufiges Bild erscheint auf Betrachtungsbildschirmen 2210 und 2207, und eine Grobausrichtung (Kästen 2501 und 2502 aus FIGUR 25) wird mittels eines "Joystick"-Übersteuerungssystems 2205 ausgeführt. Dieses Ausrichten ist ausreichend, um die aktivierten Bildpunkte auf dem Betrachtungsschirm zu zentrieren.
Dann wird der automatische Ausrichtprozeß eingeleitet und entsprechend dem in FIGUR 25 dargestellten Algorithmus durch einen Rechner 2203 gesteuert fortgesetzt.
Die kartesischen Achsen der Verschiebung x, y und z liegen in der Ebene der DMD und sind auf der Bildpunktmatrix zentriert. Die z-Achse entspricht der "Brennpunktachse" und der optischen Achse des DMD-Abbildungslinsensystems. Die x-Achse entspricht einer vertikalen Verschiebung des Chips (quer zur Richtung der Bildpunktmatrix), und die y-Achse entspricht einer lateralen Bewegung entlang der langen Abmessung der Bildpunktmatrix. Die Drehwinkel sind Theta, Phi und Psi entsprechend einer Drehung um die jeweiligen Achsen z, y und x. Diese Drehungen sind der Bequemlichkeit wegen auf die Lage eines Flugzeugs bezogen und werden entsprechend einem entlang der Z-Achse beobachtenden Piloten als "Rollen", "Steigen" und "Gieren" bezeichnet.
Das Ausrichten beginnt, wie oben erörtert wurde, durch Aktivieren ausgewählter Bildpunkte in der Mitte der Matrix und durch Einstellen des x- und y-Verfahrwegs zum Positionieren dieses Bilds auf der optischen Achse der Linse der Abbildungseinrichtung entsprechend den Kästen 2501 und 2502 aus FIGUR 25. Falls dies nicht erreicht werden kann, wird der Vorgang abgebrochen. Dies wird durch Positionieren des Bilds an einem festgelegten Ort im Gesichtsfeld einer Kamera erreicht. Der Kameratisch wird lateral entlang dem DMD-Bild verschoben, bis eine Kamera direkt in der Mitte der gewünschten Bildposition liegt.
Nachfolgend wird das "Rollen" entsprechend einem Kasten 2503 durch Drehen der DMD um die optische Achse z korrigiert. Eine Rollwinkel-Fehlausrichtung würde bei der Kamera aus FIGUR 23 als ein "schiefer" Winkel im DMD-Bild auftreten. Dies entspricht bei der Druckausgabe dem, daß das tatsächlich verwendete Bild nicht orthogonal zum Rand der Druckmedien ist. Das System refokussiert das mittlere Bild, das nun aus allen aktivierten Bildpunkten besteht. Die Fokussierung wird durch Berechnungen erreicht, die bezüglich der Größe des Bilds eines durch ein Video-Bildabtastsystem 2202 erfaßten Bildpunkts durchgeführt werden. Die Videodaten werden in bis zu 256 Intensitätsstufen gespeichert. Eine Größen- und Schwerpunktberechnung wird entsprechend den Kriterien aus FIGUR 24 durchgeführt, wo ein eindimensionaler Schnitt eines Bilds aus Bildpunkten dargestellt ist. Der Bildabtaster enthält in Wirklichkeit eine zweidimensionale Darstellung der Amplitude (entsprechend der x- und der y-Orientierung des DMD-Chips). Es ist einfach, den Schwerpunkt (im wesentlichen das Massezentrum der Lichtverteilung) zu vergleichen und zu berechnen und ihn mit einem gewünschten "Ort" im durch die Speicherzuordnung des Bildabtasters repräsentierten Gesichtsfeld zu vergleichen. In ähnlicher Weise kann die Größe oder der Brennpunkt eines Flecks durch Auswählen einer Schwellenamplitudenvariablen und durch Berechnen, wie viele Bildpunkte der CCD-Videoabbildungseinrichtung (Videoabbildungseinrichtung mit ladungsgekoppelter Vorrichtung) oberhalb dieser Schwelle liegen, berechnet werden. Die z-Achsen- Servoeinrichtung wird betätigt, um die gewünschte Fleckgröße zu erreichen. Statt dessen können die Spitzenamplitude, die Amplitude zwischen benachbarten Bildpunkten und andere Kriterien zum Bestimmen eines Fokussierungszustands verwendet werden.
Das System stellt dann den "Steigungswinkel" phi entsprechend Kasten 2505 ein, bis die Bildpunktamplituden maximiert sind. Durch diese Bewegung wird das Bild des Glühfadens der Quelle auf der Linsenöffnung der Abbildungseinrichtung zentriert, was eine Bedingung für eine maximale Leistungsübertragung zum Bild ist.
Die Einstellung des "Gierwinkels" oder die Drehung der DMD um die x-Achse mit einer von einem Ende zum anderen geschehenden Fokuseinstellung wird im letzten Reihenkasten 2506 und in einem Kasten 2507 iteriert. Der Gierwinkel zentriert das Bild des Glühfadens auch auf der Abbildungseinrichtung, wodurch ein maximaler optischer Durchsatz und ein maximales Kontrastverhältnis gewährleistet werden. Da die x-Drehachse jedoch auf der Mittellinie des Chips liegt, werden die Enden durch die stets vorhandene z-Achsenkomponente der Bewegung schnell defokussiert. Daher werden das Einstellen des Gierwinkels und ein Fokussierungskasten 2509 iteriert. Durch diese Einstellung wird entsprechend einem Kasten 2520 auch die Gleichmäßigkeit oder die Ausgewogenheit der Intensität des Bilds aus Bildpunkten über die Matrix gesteuert. Wenn alle Kriterien erfüllt sind, ist die Ausrichtung abgeschlossen. Falls nach einer Folge von Versuchen entsprechend einem Kasten 2508 die Kriterien nicht erfüllt sind, bricht das Programm ab, und ein Bediener schreitet ein, um den Fehlermechanismus zu beurteilen.
Der Sechsachsenmanipulator ist dafür ausgelegt, so viele der Freiheitsgrade wie möglich zu isolieren oder zu orthogonalisieren. Nur Psi und z bleiben gekoppelt, da eine Drehung um die x-Achse das Defokussieren beider Enden der DMD bewirkt. Das Rechnersystem ist wesentlich für ein schnelles Ablaufen der Links-Rechts-Bildmessungen und des damit einhergehenden Abstimmens dieser beiden Parameter.
Das System ermöglicht auf diese Weise das abschließende Ausrichten eines komplexen optischen Systems, indem die DMD durch einen Rechner gesteuert in einem genauen und schnellen Vorgang im wesentlichen an ihre Position "fliegt".
Sobald die DMD abschließend ausgerichtet worden ist, wird ein Klebstoff oder eine andere Verbindungseinrichtung verwendet, um die DMD 60 bezüglich der Klammern 104 (FIGUR 1) fest zu positionieren. Zu dieser Zeit öffnen sich die Backen 2111, und die Vorrichtung 2100 wird aus dem Belichtungsmodul 10 herausgezogen.

Tonerüberwachungssystem

Das Tonerüberwachungssteuerungssystem ist in FIGUR 19 dargestellt und beruht auf zwei Abschnitten, nämlich einem Hauptabschnitt und einem Druckerabschnitt. Es wird angenommen, daß der Hauptabschnitt irgendein Steuersystem (nicht dargestellt) einschließlich eines PCs ist.
Das System berechnet vorab (durch einen Hauptrechner) eine Zahl, die die Menge des zum Erzeugen eines Bilds erforderlichen Toners repräsentiert. Diese Zahl wird mit dem Bild im Drucker gespeichert und verwendet, um ein genaueres Maß für den im Drucker verbliebenen Toner zu erhalten (toner_reserve). Es wird bei dieser Verwirklichung angenommen, daß toner_reserve beim Nachladen von Toner durch einen Befehl vom Bediener initialisiert und, wie in der folgenden Erörterung beschrieben, aktualisiert wird.
Es sei bemerkt, daß Erörterungen von Rastergraphiken und Rechtecken vorgesehen sind, um zu zeigen, wie das Erhalten der verbliebenen Tonermenge für Arbeitsgänge praktisch ist, die nicht das Drucken eines gespeicherten Bilds einschließen. Diese Druckvorgänge können hinsichtlich ihrer Geschwindigkeit durch Datenübertragungen oder den Bilderzeugungsalgorithmus begrenzt sein, und der Gewinn durch das Verwirklichen von Tonerverbrauchsberechnungen im Hauptrechner kann verringert sein. Für diese Fälle könnten Tonerverbrauchsberechnungen im Drucker ausgeführt werden.

Hauptabschnitt

Der Hauptabschnitt des Tonerüberwachungssystems besteht aus dem Erzeugen des geeigneten Tonerverbrauchsmaßes für alle durch den Drucker zu speichernden (oder zu druckenden) Bilder. Der Algorithmus kann als Teil des Bilderzeugungsalgorithmus oder als Vorgang, der hinsichtlich eines zuvor erzeugten Bilds arbeitet, implementiert sein. Das letztere wird angenommen, um die Komplexität der Beschreibung zu verringern.
Der in FIGUR 19 dargestellte Algorithmus beginnt mit einem im Speicher bitweise zugeordneten Bild, er berechnet den von jedem Punkt verbrauchten Toner und summiert den Tonerverbrauch für alle Punkte im Bild. Der Algorithmus arbeitet unter Bewegen einer zweidimensionalen Matrix von Konstanten über ein bitweise zugeordnetes Bild (auch eine zweidimensionale Matrix). Die Summe der Produkte der konstanten Matrix und der entsprechenden Positionen in der bitweisen Zuordnung werden für jedes Element in der bitweise zugeordneten Bildmatrix berechnet. Ein Bezugspunkt in der konstanten Matrix (gewöhnlich die Mitte) wird auf die Position in der Bildmatrix bezogen, für die die Summe der Produkte gegenwärtig berechnet wird. Die Summe der Produkte für jedes Element wird zusammenaddiert, um die Bildtoner-Verbrauchsberechnung abzuschließen.
* Dot (r, c) ist eine Matrix einzelner Bitvariablen mit einem Wert von eins oder null, r ist die Zeilennummer, c ist die Spaltennummer, R ist die Anzahl der Zeilen im Bild, C ist die Anzahl der Spalten im bitweise zugeordneten Bild, Matrixelemente mit tiefergestellten Zahlen außerhalb des Bereichs (1 bis R, 1 bis C) sind auf 0 initialisiert, die wirkliche Matrixgröße ist (R + 2n) x (C + 2n)
* die Matrix Dot (r, c) kann in einem verdichteten Format mit 8 Elementen pro Byte gespeichert sein. "Dot (r, c) = 0?", das im Flußdiagramm auftritt, wird dann unter Verwendung eines Funktionsaufrufs verwirklicht
* n ist der Abstand zwischen dem aktuellen Punkt und dem weitest entfernten Punkt, der den Tonerverbrauch beeinflussen kann
* tc (i, j) ist eine Matrix von Gewichtsfaktoren für die Punkte, die den Tonerverbrauch beeinflussen, wobei i und j von -n bis +n reichen, tc (0, 0) ist der durch einen isolierten Punkt verbrauchte Toner, wobei diese Konstanten empirisch für die verwendete Drucktechnik bestimmt werden.

Druckerabschnitt

Für die Druckbefehle des bitweise zugeordneten Bilds
wird ein Speicherformat für das bitweise zugeordnete Bild mit der folgenden Form angenommen:
Dieses Bild würde möglicherweise nach Erzeugung durch den Hauptrechner durch Abwärtsladen im Drucker eingerichtet werden, und typischerweise würde bit_map_image_toner_use, wie oben erörtert, während oder nach der Bilderzeugung, jedoch vor dem Einrichten im Drucker, durch den Hauptrechner erzeugt werden. Wenn der Drucker einen Befehl zum Drucken eines bitweise zugeordneten Bilds
zusätzlich zur Erzeugung des Bilds empfängt, führt er die folgende Berechnung aus:
toner_reserve E toner_reserve - bit_map_image_toner_use.
Zeichen können durch einen implizierten Befehl, ein druckbares Zeichen im Datenstrom zum Drucker oder durch einen expliziten Befehl
gedruckt werden.
In beiden Fällen verwendet der Drucker ein Bild aus einer Sammlung als Font bezeichneter gespeicherter bitweise zugeordneter Zeichenbilder zum Drucken des Zeichens. Das Zeichenzellen-Speicherformat
enthält einen Zeichen-Tonerverwendungswert, der zum Aktualisieren der Tonerreserve verwendet wird:
toner_reserve E toner_reserve - character toner_use.
Der Font würde durch den Hauptrechner erzeugt und im Drucker eingerichtet oder abwärtsgeladen werden. Character_toner_use würde durch den Hauptrechner während oder nach der Bilderzeugung, jedoch vor der Einrichtung im Drucker oder dem Abwärtsladen zum Drucker, verwendet werden. Es sei der Hauptrechnerabschnitt der Implementationsbeschreibung für den Algorithmus, der character_toner_use erzeugt, betrachtet.
Um eine Rastergraphik zu ermöglichen, wird ein zusätzlicher Befehl vom Hauptrechner übertragen, der direkt auf die Menge des verbliebenen Toners einwirkt. Eine Rastergraphik besteht aus einer Folge von Befehlen, die Zeilen von Punkten drucken.
Diesen Befehlen folgt ein Befehl, der die Menge des verbliebenen Toners aktualisiert.
Nach Empfang dieses Befehls führt der Drucker den folgenden Arbeitsgang aus:
#_to_substract_from_toner_level wird durch den Hauptrechner auf der Grundlage des durch die vorhergehende Folge von Rastergraphikbefehlen erzeugten Bilds berechnet.
Um Rechteckbefehle zu ermöglichen, wird das gleiche Verfahren verwendet. Nach einem Befehl zum Drucken eines Rechtecks
wird vom Hauptrechner ein Befehl zum Aktualisieren des Tonerniveaus
übertragen, der den folgenden Arbeitsgang im Drucker auslöst:
Auf der Grundlage dieser Berechnungen ist dieses Tonerniveau zu allen Zeiten bekannt. Wenn das berechnete Niveau vom wirklichen Niveau abweicht, wird ein Problem angezeigt. Diese Berechnungen können dann verwendet werden, um einem Bediener die Verfügbarkeit des Toners anzuzeigen. Da die Tonerverwendung vom Typ der verwendeten Graphik und nicht von der Anzahl der Seiten des Ausdrucks abhängt, kann eine sehr genaue Warnung abgegeben werden.

Austauschbare Elemente für das xerographische Druckmodul

Um die Systemanforderungen für die Flugschein-Druckumgebung zu erfüllen, war es erforderlich, ein modulares xerographisches Druckgerät zu entwickeln, das mit dem Papierweg, dem Gehäuse-Formfaktor und der Lebensdauer und den Wartungsanforderungen des ATB-Systems kompatibel ist. Dieses Druckersystem besteht aus vier modularen Komponenten, die leicht in ein Gehäuse oder ein Empfängermodul eingefügt werden können, das wiederum von der zentralen Haltefläche des Druckers für Flugscheine und Bordzugangspässe der Fluglinie (ATB) abnehmbar ist. Der Drucker ist um ein Abbildungssystem herum konstruiert, bei dem ein auf einem Toner beruhender xerographischer Prozeß mit optischer Belichtung verwendet wird. Mehrere Parameter gehen in den Konstruktionsprozeß ein. Die Erwägungen hinsichtlich der Zuverlässigkeit und der Betriebszeit erfordern eine robuste Konstruktion, wobei mehrere Elemente schnell und leicht ersetzt werden können. Drei dieser Elemente bilden die wegwerfbaren Komponenten oder Verbrauchskomponenten, die den xerographischen Prozeß bilden. Der Druckkopf und das Belichtungsmodul sind ein viertes austauschbares Element. Das Empfängermodul oder das xerographische Druckmodul (XPM) bildet das fünfte austauschbare Element des Druckgeräts. Für das System ist eine Konstruktion mit einem kurzen gerade durchlaufenden Couponweg zum Maximieren der mittleren Anzahl von Coupons zwischen Stauzuständen (MCBJ) erforderlich. Wenn ein Stau auftritt, muß er schnell und einfach beseitigt werden, wobei die erhitzte Oberfläche der Schmelzeinheit und die Sicherheit des Bedieners zu berücksichtigen sind. Die Verbrauchselemente müssen so verpackt sein, daß sie festgelegten Couponanzahlen zwischen Austauschvorgängen entsprechen, welche erheblich größer sind als die typische Seitenanzahl, die in der Industrie bei den durch den Benutzer wartbaren Auftisch-Laserdruckern angetroffen werden. Das XPM selbst hat eine 5 bis 10x höhere Nutzungsdaueranforderung als der typische Auftisch-Laserdrucker. Die Schmelzbaugruppe und die Druckkopfbaugruppe sind keine durch den Benutzer austauschbaren Einheiten.
Der gewöhnlich mit durch den Benutzer austauschbaren Verbrauchsmaterialien verbundene Nachteil besteht in hohen Kosten je Druckseite. Dies ist in der allgemeinen Auftischdruckerumgebung annehmbar, weil die Bequemlichkeit, die sich ergebende hohe Druckqualität und die Kosten durch weniger Wartungsanforderungserfordernisse ausgeglichen werden. Die Zeit der Nichtfunktionsfähigkeit ist typischerweise auch von Stunden auf Minuten verringert. Alle diese Merkmale sind auf dem ATB-Markt sehr erwünscht, höhere Kosten für Verbrauchsmaterialien sind jedoch wegen des Wettbewerbsdrucks durch thermische, Ionendepositions- und Matrixdrucktechniken nicht wünschenswert. Um die Kosten für Verbrauchsmodule zu verringern, mußten neue Konstruktionsstandards erfüllt werden. Insbesondere muß die Toner-Entwicklereinheit, die über 50 % der Verbrauchsmaterialkosten repräsentiert, eine ausreichende Tonerkapazität aufweisen, um etwa 50000 Coupons bei einem Deckungsgrad von 4 ½ % drucken zu können. An diesem Punkt amortisieren sich die Kosten der Komponenten in der Entwicklereinheit auf annehmbare Niveaus. Im Gegensatz dazu ist die typische Toner enthaltende austauschbare Kassette in einem Auftisch-Laserdrucker für etwa 2500 Ausdrucke ausgelegt, was um einen Faktor 20x weniger ist (7x weniger, wenn Flächenfaktoren des Coupons bis zur A-Seitengröße erlaubt sind).
In ähnlicher Weise ist die Lebensdauer des Photoempfängers, der typischerweise eine organische Zweischichtkonstruktion (kurz als OPC bezeichnet) aufweist, infolge seiner niedrigen Material- und Herstellungskosten relativ kurz. Dies liegt in erster Linie am Abrieb von den sich berührenden Teile des Prozesses (beispielsweise Papier, Toner und Reinigungsmechanismus), an der vergleichsweisen Weichheit der das OPC- Substrat enthaltenden organischen Polymermaterialien und an den Funktionsverschlechterungswirkungen des Lade- und Belichtungsteils des Prozesses. In der Tat ist durch die Koronadrähte zum Laden und zum Übertragen erzeugtes Ozon eine Hauptursache für die Verschlechterung der OPC. Bei engen und kompakten Auftisch-Laserkonstruktionen kann restliches Ozon die Lebensdauer der OPC erheblich verkürzen. Aus diesen Gründen kann die Lebensdauer der OPC nur 3000 Seiten betragen und ist typischerweise kleiner als 20000.
Der ATB-Drucker ist dafür ausgelegt, eine Umgebung mit hohem Durchsatz von bis zu 40000 gedruckten Coupons je Monat zu bedienen. Offensichtlich kann es nicht vom Benutzer erwartet werden, daß er jeden oder jeden zweiten Tag Verbrauchsmaterialeinheiten austauscht oder daß er während Spitzenbedarfszeiten ständig die Nutzungsdauer von Verbrauchsmaterialien überschreitet. Die Anforderungen an eine erhöhte Lebensdauer von Verbrauchseinheiten und niedrige Seitenkosten für Verbrauchsmaterialien (beispielsweise die Amortisierung der wegwerfbaren Elemente über viele gedruckte Coupons) gingen Hand in Hand, um die Kostenziele der ATB-Verbrauchsmaterialien zu erreichen. Sie überschreiten typische Industrieerfahrungen um große Faktoren und umfassen das Austauschen von zuvor nicht als Verbrauchseinheiten angesehenen Elementen durch den Benutzer. Beim DMD-Druckkopf an sich ist dies nur wegen seiner niedrigen Kosten und der Einfachheit des Ausrichtens bezüglich der XPM-Einheit möglich.
Bei einem Spitzen-Systembedarfsziel von 40000 gedruckten Coupons pro Monat waren die Verbrauchselemente für eine mehr als einen Monat betragende Austauschhäufigkeit ausgelegt, und sie waren weiterhin dafür ausgelegt, jeweilige Austauschzyklen aufzuweisen, die gerade Vielfache voneinander waren, wodurch die Anzahl der Ausschaltzyklen des Druckers minimiert werden und die Verfügbarkeitszeit maximiert wird. In Tabelle A sind die Lebenserwartungen von Verbrauchseinheiten angeführt, und es ist die Tatsache veranschaulicht, daß der Austauschzyklus in "ganzzahlige Vielfache" von 50000 Coupons eingeteilt ist. Es werden daher jeweils 4 Entwicklereinheiten und 2 OPC- Kassetten für eine Schmelzeinheit ausgetauscht. Der XPM und dem Druckkopf (nicht angeführt) ist eine Nennanzahl von 2 Millionen Coupons zugewiesen. TABELLE A AUSTAUSCHPLAN VON VERBRAUCHSMATERIALIEN
Ein weiterer Vorteil der Austauschbarkeit der Schmelzeinheit besteht darin, daß das ganze ATB-Druckersystem durch einfaches Austauschen der Schmelzeinheiten leicht für einen 110- Volt-Betrieb oder einen 220-Volt-Betrieb angepaßt werden kann. Hierdurch werden sowohl die Herstellungsplanung erleichtert als auch Vorratsprobleme gelöst.

Beschreibung des xerographischen Prozeßmoduls

In FIGUR 26 ist das XPM-Modul dargestellt, das als Empfänger für alle verbliebenen Verbrauchseinheiten dient und eine Positionierung, Leistung und eine genaue relative Ausrichtung für jede der Einheiten liefert.
Das XPM liefert über einen Präzisionsmotor 2608 und über eine Zahnriemen- und Getriebeübertragung 2616 (nicht dargestellt) auf der Seite 2612 innerhalb der zentralen Befestigungswand des ATB Leistung und Synchronisation für das drehbare Prozeßmodul (Schmelzeinheit, OPC, Entwickler und Coupontransportwalzen). Die Innenwand des XPM enthält auch Hochspannungs- Leistungsversorgungen für die Ladekorona 2702 (FIGUR 27) und die Übertragungskorona (nicht dargestellt), die direkt unterhalb der OPC-Trommel 80 und unterhalb des Couponwegs (1201 bis 1501) im unteren Einsatz 2614 liegt. Die Präzisionsbezugskerben 2604 positionieren das DMD-Belichtungsmodul 10 über angeformte Merkmale 102 und die Öse 103, die auf der Querschiene 2605 liegt. Leistung für die OPC-Kassette 1602 wird über ein Verbindungsrad 2607 durch die XPM-Seitenplatte 2612 geliefert. Eine Abschirmung 2615 der Schmelzeinheit bietet eine Isolation der nichtdargestellten aber innerhalb der Wärmewalze 1650 der Schmelzeinheit (FIGUR 16) liegenden Wärmelampe 2638 der Schmelzeinheit 1603.
Der Couponweg 1201 bis 1501 verläuft unterhalb der Entwicklereinheit 1601, unterhalb, jedoch in Kontakt mit der OPC- Trommel 80 in der Kassette 1602 und zwischen der Heizwalze 1650 der Schmelzeinheit und einer Druckwalze 1651 der Schmelzeinheit. Die Druckwalze 1651 der Schmelzeinheit ist durch einen Herunterfallmechanismus 2634 geklemmt und durch eine im unteren Einsatz 2614 liegende federbelastete Stiftbefestigung (nicht dargestellt) geklemmt, die herunterfällt, wenn Klemmen 2603 freigegeben werden, wodurch der ganze Papierweg zum Bediener freigelegt wird, wenn das ATB-Gehäuse zur Wartung herausgezogen wird (FIGUR 20).
Mit FIGUR 16 fortfahrend, sei bemerkt, daß die Walze 1651 und eine Walze 1653 jeweils von der Walze 1650 bzw. 1652 getrennt werden, wenn der Einsatz 2614 herunterfällt und den Papierweg freimacht. Wie in FIGUR 26 dargestellt ist, ist der Einsatz 2614 entlang der Seitenplatte 2612 über Gelenke mit der XPM 2600 verbunden. Eine Öffnung 2602 nimmt die Schmelzeinheit 1603 an und positioniert sie bezüglich des XPM-Papierwegs über Führungschienen 2637 und mit zu Löchern 2632 in der Schmelzeinheit 1603 passenden Positionierungsstiften 2609. Durch einen Schnappverschluß 2631 wird ein festes Eingreifen erzielt. Das Entfernen bzw. das Einfügen wird durch einen thermisch isolierenden Griff 2633 unterstützt. Durch eine Einschnappklinke 2636 wird ein Metallträger 2635 freigegeben, der eine Walze zum Reinigen der Schmelzeinheit enthält (nicht dargestellt).
Der Einsatz 2614 muß abgesenkt werden, um die Schmelzeinheit 1603 zu entfernen. Eine Wärmeabschirmung 2630 isoliert den Benutzer weiterhin gegenüber einem Kontakt mit der heißen Walze 1650.
Nun auf FIGUR 27 Bezug nehmend, sel bemerkt, daß die Öffnung 2601 dafür ausgelegt ist, die OPC-Kassette 1602 anzunehmen, welche über eingeformte Schienen 2701 und andere Merkmale, die zu einer Führung 2606 und einem Antriebszahnrad 2607 und Positionierungsstiften 2611 an der XPM-Seitenplatte 2613 passen, zum XPM paßt. Durch die Einschnappklinke 2610 wird das Entfernen der OPC-Kassette 1602 vor dem Entfernen der Entwicklereinheit 1601 verhindert. Ebenso wird die OPC 1602 durch den Einsatz 2614 festgehalten, bis er fallengelassen worden ist. Daher ist die zerbrechliche OPC-Trommeloberfläche 80 gegenüber einem Abrieb durch eine Magnetbürste 2802 der Entwicklereinheit 1601 und andere Elemente, die parallel zur OPC-Oberfläche und dicht bei dieser liegen, geschützt. Die Einschnappklinke 2610 kann nicht betätigt werden, bevor die Entwicklereinheit 2601 vom XPM 2600 entfernt wurde. Eine herunterklappbare Öse 2705 bildet einen Griff zum Entfernen des OPC.
Die OPC-Kassette 1602 besteht weiterhin aus einer entfernbaren Ladekorona 2702, einem Reinigungsblatt 2707 und einer Reinigungsschnecke (nicht dargestellt), einer Öffnung 2706 zum Entnehmen von Tonerabfall, einem Ozonfilter 2703, der Trommel 80, einem Belichtungszugangsschlitz 2704 und passenden Gleitflächen 2701.
Wie in FIGUR 28 dargestellt ist, ist eine Entwicklereinheit 1601 dafür ausgelegt, von oben über eingeformte Führungsschienen 2803 und einen Griff 2804 angebracht zu werden, wenn der ATB aus der Einfassung gezogen ist (FIGUR 20). Da sie die am häufigsten ausgetauschte Verbrauchseinheit ist, ist ein Zugang von oben zur Bequemlichkeit eines Bedieners und für ein leichtes Einführen wünschenswert. Von der oberen Seite aus läßt sich das optische Ausrichten einfacher erreichen, und die Beleuchtung ist gewöhnlich besser. Die Magnetbürste 2802 hält ein Entwicklermaterial, das wiederum mit den elektrostatisch geladenen Tonerteilchen beschichtet ist. Ein Doktorblatt 2805 reguliert die Magnetbürste. Leistung zum Drehen der Magnetbürste und anderer innerer Walzen 2806 der Entwicklereinheit 1601 wird synchron mit der OPC über Getriebe in der Kraftübertragung 2616 an der XPM-Seitenplatte 2612 geliefert. Ein Tonerbehälter 2801 mit großer Kapazität (in FIGUR 16 als abgeschnitten dargestellt) ist ein Merkmal, das eine Lebensdauer von 50000 Coupons ermöglicht. Wegen des schmalen Druckfelds ist die Verteilung des Toners weniger ein Problem als bei den breiteren Entwicklereinheiten für die A- Größe. Wischblätter 2807 sind innerhalb des Tonerbehälters 2801 vorgesehen, um eine wirksame Verteilung und eine volle Ausnutzung der Tonerversorgung zu ermöglichen.

Claims

1. Xerographisches Drucksystem mit einer Belichtungseinheit (10), die einen Belichtungsabschnitt und einen Kontaktwiedergabeabschnitt aufweist, wobei der Kontaktwiedergabeabschnitt in Reaktion auf die Präsentation von Punktmustern zur Darstellung der Punktmuster als fertige Bilder auf einem Druckübertragungsmedium und zur nachfolgenden Übertragung des dargestellten Bildes auf eine fertige bedruckte Oberfläche wirksam ist, wobei die Belichtungseinheit (10) eine Steckdose (15) für eine Lichtquelle (16), einen Träger (104) zum Halten einer räumlichen Lichtmodulationseinheit (60), wenigstens eine erste Linse (18), die in der Einheit zwischen der Lichtsteckdose und dem Träger anzubringen ist, sowie wenigstens eine zweite Linse (40) aufweist, die zwischen der räumlichen Lichtmodulationseinheit und dem Kontaktwiedergabeabschnitt angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die räumliche Lichtmodulationseinheit (60) eine stationäre Einrichtung mit mehreren einzeln beweglichen Elementen aufweist, so daß ausgewählte, sich bewegende Elemente bewirken, daß Licht von der Quelle zu Bildpunktmustern geformt wird, und daß in der Einheit zwischen der zweiten Linse und dem Kontaktübergabeabschnitt ein Schlitz (120) vorliegt, damit die Punktmuster dem Kontaktwiedergabeabschnitt präsentiert werden können.

2. System nach Anspruch 1, das ferner eine Lichtablenkeinrichtung (19) aufweist, die zwischen dem räumlichen Lichtmodulator (60) und der zweiten Linse (40) angeordnet ist, die zwischen der räumlichen Lichtmodulationseinheit und dem Kontaktwiedergabeabschnitt angebracht ist, um von der zweiten Linse (40) Streulicht wegzuleiten, das von den räumlichen Lichtmodulatorabschnitten oder von nicht ausgewählten Modulatorelementen reflektiert wird und nicht Teil des Punktmusterverfahrens ist.

3. System nach Anspruch 2, bei welchem die Lichtablenkeinrichtung (19) mehrere konzentrische, verjüngte, abgestufte Lichtablenkeinrichtungen umfaßt.

4. System nach Anspruch 3, bei welchem jede Lichtablenkeinrichtung eine erste und eine zweite konzentrische Fläche (410, 411) umfaßt, die erste Fläche (410) zum Abfangen des Streulichts und Reflektieren des abgefangenen Lichts zurück gegen die zweite Fläche (411), wo es zum zweiten Mal zu einer Abdeckung der Belichtungseinheit reflektiert wird.

5. System nach Anspruch 4, bei welchem die zweite Fläche (411) bezüglich der ersten Fläche unterschnitten ist.

6. System nach Anspruch 5, bei welchem das reflektierte Licht von der ersten Fläche (410) in einem Winkel von etwa 37 Grad die zweite Fläche (411) beaufschlagt.

7. System nach Anspruch 2, bei welchem die zweite Linse (40), die zwischen der räumlichen Lichtmodulationseinheit und dem Kontaktwiedergabeabschnitt angebracht ist, konzentrisch innerhalb der Ablenkeinrichtung (19) um die optische Achse (402) von Lichtpunktmustern ausgewählter Modulatorelemente angebracht sind.

8. System nach Anspruch 1, bei welchem die Steckdose (15) an einem Ende eines Gehäuse (11) und der Träger (104) an dem entgegengesetzten Ende des Gehäuses angebracht sind.

9. System nach Anspruch 8, bei welchem der räumliche Lichtmodulator (60) eine verformbare Spiegeleinrichtung (DMD) ist, die mit einzelnen, die Bildpunkte bildenden Spiegeln vorgesehen ist, die derart angeordnet sind, daß sie ihren Winkel bei Modulation durch ein Datensignal ändern.

10. System nach Anspruch 8, bei welchem die räumlichen Lichtmodulatorelemente in Verbindung mit einer Schaltungsanordnung zur Steuerung der Adressierung auf einem Substrat enthalten sind.

11. Verfahren zur Konstruktion eines xerographischen Drucksystems mit einer Belichtungseinheit (10), die einen Belichtungsabschnitt und einen Kontaktwiedergabeabschnitt aufweist, wobei der Kontaktwiedergabeabschnitt in Reaktion auf die Präsentation von modulierten Punktmustern zur Darstellung der modulierten Muster als Bilder auf einem Übertragungsmedium wirksam ist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist, daß eine Lichtsteckdose (15) an einem Ende der Einheit (10) positioniert wird, ein Träger (104) für eine räumliche Lichtmodulationseinheit an einem von der Lichtsteckdose entgegengesetzten Ende der Einheit positioniert wird, wenigstens eine erste Linse (18) zwischen der Steckdose und dem Träger angebracht wird; wenigstens eine zweite Linse (40) zwischen dem Träger und dem Kontaktwiedergabeabschnitt angebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der räumliche Lichtmodulator (60) in den Träger eingesetzt wird, wobei der Modulator (60) ein stationäres Substrat mit mehreren, einzeln beweglichen Elementen zur Bildung von Bildpunktmustern aufweist, und daß ein Schlitz (120) zwischen der zweiten Linse und dem Kontaktwiedergabeabschnitt sowie Lenkspiegel in der Basis der Einheit vorgesehen werden, wobei die modulierten Muster von der Bildlinse für den Kontaktwiedergabevorgang angenommen werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, das ferner folgenden Schritt aufweist: ein Lichtablenksystem (19) wird zwischen dem räumlichen Lichtmodulator (60) und der zweiten Linse (40) angeordnet, die zwischen der räumlichen Lichtmodulationseinheit und dem Kontaktwiedergabeabschnitt angebracht ist, um von der Linse (40) Streulicht wieder wegzuleiten, das von den räumlichen Lichtmodulatorabschnitten sowie von nicht ausgewählten Modulatorelementen reflektiert wird und nicht Teil des modulierten Musters ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei welchem die Lichtablenkeinrichtung (19) die Gestalt eines Bienenthorax aufweist, und bei welchem die zweite Linse (40), die zwischen der räumlichen Lichtmodulationseinheit und dem Kontaktwiedergabeabschnitt angebracht ist, innerhalb des Thorax konzentrisch um die optische Achse (402) der lichtmodulierten Muster ausgewählter Modulatorelemente angebracht ist.

14. Verfahren nach Anspruch 12, bei welchem die Belichtungseinheit (10) eine Lichtablenkeinrichtung (19) mit konzentrischen, sägezahnförmigen Stufen aufweist, und bei welchem der Zwischenanordnungsschritt folgende Schritte umfaßt: das Streulicht wird auf eine erste Fläche (401) einer der sägezahnförmigen Stufen beaufschlagt, so daß das beaufschlagte Licht auf eine zweite Fläche (411) der Stufe reflektiert; und das bereits reflektierte Streulicht wird von der zweiten Fläche (411) auf eine weitere Fläche des Belichtungsmoduls reflektiert.

15. Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem der räumliche Lichtmodulator (60) eine verformbare Spiegeleinrichtung (DMD) ist, die mit einzelnen, die Bildpunkte bildenden Spiegeln vorgesehen ist, die derart angeordnet sind, daß sie ihren Winkel bei Modulation durch ein Datensignal ändern.

16. Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem die räumlichen Lichtmodulatorelemente in Verbindung mit einer Schaltungsanordnung zur Steuerung der Adressierung auf einem Substrat enthalten sind.