DE69320543T2 - Druckkopfmodulator - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Verfahren und eine Vorrichtung zum Thermo-Transferdrucken und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Modulieren eines solchen Thermodruckers.
• Grundsätzlich besteht ein von einem Thermodrucker gedrucktes Bild aus Reihen von Punkten. Die Größe der einzelnen Punkte und ihre Nähe zueinander bestimmen zusammen den Farbton eines mit einem Thermodruckverfahren erzeugten Bildes. Bei sorgfältiger Positionierung und Auswahl dieser Punkte auf einem Aufzeichnungsmedium und infolgedessen präziser Steuerung des Bildfarbtons kann ein Thermodrucker Bilder hoher Qualität erzeugen, die zum Beispiel aus gedruckten Zeichen, Diagrammen, Bildern und dergleichen bestehen können.
• Thermodrucksysteme erzeugen die Druckpunkte mittels eines Druckkopf- Modulators und einer Thermodruckvorrichtung. Der Modulator erzeugt Signale, die die Druckvorrichtung veranlassen, die Punkte physisch auf ein Aufzeichnungsmedium, zum Beispiel Papier, zu drucken. Genau gesagt, interpretiert der Druckkopf-Modulator eine Reihe von Datenwerten, die jeweils die Größe eines Punktes definieren, und erzeugt daraus den Datenwerten jeweils entsprechende Modulationssignale. Das Modulationssignal steuert die Druckvorrichtung derart, daß sie eine Reihe von Punkten auf dem Aufzeichnungsmedium druckt.
• Wie dem Fachmann bekannt ist, umfaßt eine typische Thermodruckvorrichtung einen Thermodruckkopf, eine Einrichtung, die ein Aufzeichnungsmedium jeweils nach dem Druck einer Reihe von Punkten schrittweise an dem Druckkopf vorbei bewegt, und einen zwischen dem Druckkopf und dem Aufzeichnungsmedium befindlichen Tintenfilm. Normalerweise umfaßt der Thermodruckkopf eine Anzahl von in linearer Anordnung vorgesehenen Thermodruckkopfelementen. Jedes dieser Thermoelemente wird einzeln von einem elektrischen Strom aktiviert. Dieser veranlaßt das aktivierte Thermoelement, die auf dem Tintenfilm in einer an das Thermoelement angrenzenden Position vorhandene Tinte zu erwärmen und dadurch zu schmelzen. Die geschmolzene Tinte wird auf das Aufzeichnungsmedium übertragen und bildet dort eine Zeile von Punkten aus, wobei jeder Punkt der Zeile einem aktivierten Thermoelement des Thermodruckkopfs zugeordnet ist. Anschließend werden das Aufzeichnungsmedium und der Tintenfilm mittels einer Walze schrittweise weitertransportiert, und es wird eine weitere Zeile von Punkten gedruckt, usw. Dieser Prozeß wiederholt sich solange, bis das vollständige Bild auf dem Aufzeichnungsmedium gedruckt ist.
• Der Modulator steuert, welche Thermoelemente des Druckkopfs aktiviert werden und wieviel Wärme jedes Thermoelement erzeugen soll. Die Größe des einzelnen Punktes verhält sich proportional zu der Wärmemenge, die das betreffende Thermoelement beim Drucken des Punkts erzeugt. Eine größere erzeugte Wärmemenge schmilzt eine größere Menge Tinte, und diese erzeugt entsprechend größere Punkte.
• In der Technik sind zwei Arten von Druckkopf-Modulatoren bekannt: Analoge und digitale. Bei herkömmlichen analogen Druckkopf-Modulatoren dienen analoge Schaltungen zur Steuerung der Heizstromstärke, die den einzelnen Thermoelementen zugeführt wird. Somit steuert die Stärke des Heizstroms die von einem gegebenen Druckkopfelement erzeugte Wärme und infolgedessen die Größe des gedruckten Punkts.
• Dagegen machen digitale Druckkopf-Modulatoren der zum Beispiel in US-A- 4.532.523 beschriebenen Art von der Impulszahl-Modulation (PCM) Gebrauch. Grundsätzlich legt ein PCM-Druckkopf-Modulator einen Strom fester Amplitude selektiv an die einzelnen Thermoelemente an. Zur Steuerung der Punktgröße wird ein digitales Modulationssignal fester Dauer (d. h. ein Stromimpuls) wiederholt an eine Druckkopf-Treiberschaltung angelegt. Diese Schaltung schaltet den durch ein Thermoelement fließenden Strom in Abhängigkeit von dem Modulationssignal abwechselnd ein und aus. Durch wiederholtes Anlegen der Stromimpulse während aufeinanderfolgender Dauern heizt sich das Thermoelement mit jedem Impuls immer stärker auf. Dies wiederum bewirkt, daß eine immer größere Tintenmenge auf das Aufzeichnungsmedium übertragen wird und ein immer größerer Punkt entsteht.
• Im Prinzip wandelt ein PCM-Druckkopf-Modulator eine Reihe von Datenwerten in eine Reihe von Modulationssignalen um. Jeder Datenwert repräsentiert eine Punktgröße. Die Reihe der Modulationssignale wird dann über die Druckkopf- Treiberschaltung an die Thermoelemente angelegt. Durch Anlegen eines Heizstroms an eine Anzahl von Thermoelementen des Druckkopfs wird eine Zeile von Punkten gedruckt. Jeder gedruckte Punkt weist eine dem Wert eines entsprechenden Datenwertes entsprechende Größe auf. Wenn zum Beispiel bei einem Datenwert 8 Bits für die Definition eines Punktes verwendet werden, kann der zugeordnete Modulator Modulationssignale erzeugen, die 256 Punktgrößen von 0 bis 255 entsprechen. Jede Punktgröße entspricht einer Punktdichte, auch Grauskalenwert genannt.
• Bei einem PCM-Druckkopf-Modulator wird der Datenwert für einen gegebenen Punkt der Reihe nach mit einer Reihe von Modulationswerten verglichen, um jedem Punkt entsprechende Modulationssignale zu erzeugen. Die so erhaltene Vergleichsreihe bestimmt die Anzahl der Impulse fester Dauer, die an ein Thermoelement angelegt werden müssen, um eine gewünschte Punktgröße zu erzeugen. Unter Verwendung einer einfachen Form der PCM-Methode vergleicht ein Modulator einen gegebenen Datenwert mit jedem Wert einer Reihe von Modulationswerten von 0 bis (2n-2). Jedesmal, wenn der Datenwert größer als ein Modulationswert ist, wird als Modulationssignal eine logische "1" erzeugt. Anschließend wird dem entsprechenden Thermoelement für jedes Modulationssignal mit dem logischen Wert "1" ein Stromimpuls fester Dauer zugeführt. Da die Modulationswerte mit steigenden Datenwerten linear steigen, steigt auch die Anzahl der Stromimpulse, die an das Thermoelement angelegt werden. Infolgedessen vergrößert sich bei einem höheren Datenwert auch die gedruckte Punktgröße.
• Zum Drucken eines vollständigen Bildes mit dem Thermoverfahren werden die Modulationswertvergleiche für jeden Datenwert des Bildes wiederholt und die erhaltenen Modulationssignale der Druckvorrichtung zugeführt. Da jeder einzelne Datenwert mit jeder einzelnen von 2n-1 Modulationsstufen verglichen werden muß, nimmt das Drucken eines vollständigen Rasterbildes leider eine relativ lange Verarbeitungszeit in Anspruch. Wegen der großen Zahl der erforderlichen Vergleiche drucken PCM-Thermodrucker im allgemeinen mit geringer Geschwindigkeit.
• Um die zum Erzeugen der einzelnen Punkte erforderliche Anzahl von Vergleichen zu verringern und so die Druckgeschwindigkeit für die einzelnen Punktezeilen zu erhöhen, hat man eine als Teilimpuls-Modulation (auch "modifizierte PCM-Modulation") bekannte Technik entwickelt. Insbesondere US-A-4.994.822 beschreibt eine Teilimpuls-Technik, bei der für die Erzeugung jeder Grauskalenstufe anstelle von Impulsen fester Breite Modulationsimpulse unterschiedlicher Breiten verwendet werden.
• Grundsätzlich erzeugt ein Teilimpuls-Modulator für jeden Datenwert eine Reihe von Modulationssignalen. Die Modulationssignale veranlassen die Druckkopf- Treiberschaltung, der Reihe nach eine Reihe von Voll-Stromimpulsen (eine Einheit lang) zuzüglich einer Anzahl von Teil-Stromimpulsen (Bruchteile einer Einheit lang) an ein Thermoelement anzulegen. Die an das Thermoelement angelegten Vollimpulse und Teilimpulse zusammen bestimmen die Größe des von dem betreffenden Thermoelement erzeugten gedruckten Punkts.
• Ein Teilimpuls-Modulator kennzeichnet eine Anzahl von Bits innerhalb eines Datenwertes als sogenannte "Teilimpuls"-Bits. Normalerweise handelt es sich bei den Teilimpuls-Bits um eines oder mehrere der geringstwertigen Bits des Datenwertes. Die nicht als Teilimpuls-Bits gekennzeichneten Bits nennt man PCM-Bits. Der Teilimpuls-Modulator erzeugt die Voll- und Teil-Stromimpulse getrennt nach den PCM- und Teilimpuls-Bits.
• In dieser Hinsicht beschreibt die US-A-4.994.822 die Verwendung von mindestens drei geringstwertigen Bits eines 9-Bit-Datenwerts als Teilimpuls-Bits. Diese Teilimpuls-Bits werden von jedem Datenwert getrennt. Die verbleibenden sechs höchstwertigen Bits werden als PCM-Bits verwendet und mit jedem von 63 Modulationswerten, d. h. 2&sup6;-1 Werten, verglichen. Wenn ein 6-Bit-Datenwert größer ist als ein ausgewählter 6-Bit-Modulationswert, wird wie beim herkömmlichen PCM-Verfahren ein Impuls fester Dauer an ein dem gerade verarbeiteten Datenwert zugeordnetes Thermoelement angelegt. Die Impulsdauer oder Impulsbreite wird als eine Einheit festgelegt.
• Nach der Verarbeitung der PCM-Bits werden die drei im Datenwert enthaltenen Teilimpuls-Bits einzeln von einer hierfür besonders vorgesehenen Schaltung verarbeitet. Insbesondere werden die drei Teilimpuls-Bits den Positionen 0,1 oder 2 entsprechend der ersten, zweiten oder dritten geringstwertigen Bitposition im Datenwert zugeordnet. Jedesmal, wenn an der Position 0,1 oder 2 eine logische "1" erscheint, wird an dasselbe Thermoelement, an das zuvor die Stromimpulse fester Dauer angelegt wurden, ein Impuls einer Länge von 1/8, 1/4 oder 1/2 Impulslängen-Einheit angelegt. Im Grunde legen die PCM-Bits Impulse einer ganzzahlige Impulsdauer an die Thermoelemente an, während die Teilimpuls-Bits Impulse mit der Dauer eines Bruchteils einer Einheit an dieselben Thermoelemente anlegen. Daher werden bei einem Modulator, der einen 9-Bit-Datenwert verarbeiten kann, mit nur 63 Modulationswertvergleichen 512 Graustufen erreicht. Bei herkömmlichen PCM-Verfahren wären dagegen 510 derartige Vergleiche erforderlich. Da somit dieselbe Grauskala mit weit weniger Vergleichen gedruckt werden kann, kann mit dem modifizierten PCM- Verfahren eine wesentliche Erhöhung der Druckgeschwindigkeit erreicht werden.
• Die einem Teilimpuls-Bit entsprechende Mindestdauer, d. h. die jeder Grauskalenstufe entsprechende Impulsdauer-Stufe, ist begrenzt auf die Mindestwärme, die zur Erzeugung einer erkennbaren schrittweisen Veränderung der Größe des erhaltenen Punktes erforderlich ist. In der Praxis muß die Mindestimpulsbreite ausreichend groß sein, um ein Thermoelement soweit zu erwärmen, daß es einen Punkt druckt, während die maximale Impulsbreite ausreichend kurz gehalten werden muß, um das Aufzeichnungsmedium nicht mit Tinte zu tränken oder das Thermoelement durch Wärmedurchschlag zu beschädigen. Jeder Thermodruckkopf besitzt eine Wärmeleistungscharakteristik; diese Charakteristik ist als das Verhältnis zwischen einer schrittweisen Veränderung des Treiberstroms des Thermoelements und der daraus resultierenden Veränderung der erzeugten Wärme definiert. Die Mindestimpulsbreite wird sowohl durch die Mindestwärmemenge, die zum Schmelzen der Tinte erforderlich ist, als auch durch die Wärmeleistung des Thermoelements bestimmt. Daher müssen die Thermodruckköpfe und ihre zugeordneten Modulatoren folgerichtig ausgelegt werden, d. h. die Eigenschaften des Thermoelements, wie Wärmeleistung und Sättigung, bestimmen die vom Modulator zu erzeugenden kleinsten und größten Impulsbreiten und infolgedessen die maximale Anzahl von Teilimpuls- Bits.
• Um eine deutliche Verbesserung der Druckgeschwindigkeit durch die Teilimpuls-Modulation zu erzielen, werden Modulatorschaltungen heute für eine bestimmte Anzahl von Teilimpuls-Bits ausgelegt. Nachteilig dabei ist jedoch, daß für jede Kombination von Datenwert-Bits und Teilimpuls-Bits eine andere Modulatorauslegung erforderlich ist. Um die Notwendigkeit, über eine Anzahl unterschiedlicher Modulatorauslegungen zu verfügen, zu überwinden, wäre es wünschenswert, über eine einzige Modulatorauslegung zu verfügen, die mit jeder beliebigen Anzahl von Teilimpuls-Bits oder auch ohne solche arbeiten kann. Anders ausgedrückt, besteht ein Bedarf an einem generell einsetzbaren Modulator. Ein derartiger generell einsetzbarer Modulator ist bisher jedoch nicht bekannt.
• Es besteht daher in der Technik ein Bedarf an einem Modulator für den Einsatz in einem Thermodrucksystem, der Rasterbilder entweder mittels Teilimpuls- Modulation oder Impulszahl-Modulation erzeugt. Außerdem muß der Modulator relativ einfach sein und jede beliebige Anzahl von Teilimpuls-Bits handhaben können.
• Die mit den bekannten Thermodruckkopf-Modulatoren verbundenen Nachteile werden durch die Erfindung in vorteilhafter Weise überwunden. Insbesondere ist entsprechend der Lehre der Ansprüche 1 und 3 der beanspruchten Erfindung in dem Modulator eines Thermodruckkopfs eine Datenwerte enthaltende, programmierbare Wertetabelle integriert. Die Wertetabelle kann mit jeder beliebigen Anzahl von Modulationswerten bis zu der Anzahl programmiert werden, die zur Durchführung der Impulszahlmodulation benötigt wird. Wenn daher Impulszahlmodulation gewünscht wird, wird jeder Modulationswert durch eine Steuerschaltung zum Vergleich mit jedem der Datenwerte ausgewählt. Das Ergebnis jedes Vergleichs wird als Modulationssignal für die Ansteuerung eines Thermodruckkopfs während einer festen Dauer verwendet. Wenn jedoch der Modulator als Teilimpuls-Modulator verwendet werden soll, kann der Modulator dank der Möglichkeit, die Modulationswerte in die Tabelle einzuprogrammieren, eine ausgewählte Anzahl von Modulationswerten für den Vergleich mit den PCM-Bits jedes Datenwerts verwenden. Als Ergebnis des PCM- Vergleichs wird ein Modulationssignal zum Ansteuern des Druckkopfs mit Stromimpulsen voller Dauer erzeugt, während getrennt davon eine Anzahl von Teilimpuls-Bits als Modulationssignale für die Erzeugung von Teil-Stromimpulsen verwendet werden. Daher kann der Modulator ohne jede Änderung mit jeder beliebigen Anzahl von Teilimpuls-Bits oder auch ohne solche eingesetzt werden.
• Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
• Es zeigen:
• Fig. 1 eine allgemeine perspektivische Ansicht eines Teils eines Thermodrucksystems, das Rasterpunkte in Abhängigkeit von Modulationssignalen eines erfindungsgemäßen Druckkopf-Modulators druckt;
• Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Modulators 300;
• Fig. 3 ein Blockdiagramm eines Teils des erfindungsgemäßen Modulators 300, der erfindungsgemäß den Vergleich zwischen Datenwert und Modulationswert durchführt; und
• Fig. 4 ein Beispiel der erfindungsgemäßen Vergleichstechnik.
• Zum besseren Verständnis der Beschreibung wurden, soweit möglich, gleiche Elemente in den verschiedenen Figuren mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
• Fig. 1 zeigt einen Teil eines Thermodrucksystems 100, das physisch Punkte auf ein Aufzeichnungsmedium druckt. Das System 100 umfaßt allgemein einen Thermodruckkopf 135, ein Aufzeichnungsmedium 125 und einen zwischen dem Aufzeichnungsmedium und dem Thermodruckkopf angeordneten Tintenfilm 105. Im Betrieb erzeugt der Modulator 300 in Verbindung mit einer (nicht speziell dargestellten) Druckkopf-Treiberschaltung Modulationssignale zum Drucken des Rasterpunktes 145. Die Punktgröße entspricht dem durch eine Vielzahl von Bits repräsentierten Datenwert. Der Modulator 300 weist eine programmierbare Wertetabelle auf, die die von der Steuerschaltung auswählbaren Modulationswerte enthält. Durch das Speichern von Modulationswerten in einem vorbestimmten Muster und die Auswahl der einzelnen Werte zum Vergleich mit den einzelnen Datenwerten kann der Modulator 300 entweder mit Impulszahl-Modulation oder Teilimpuls-Modulation arbeiten. Die Modulationssignale werden den Thermoelementen im Thermodruckkopf 135 zugeführt, so daß jeweils die auf dem Tintenfilm 105 vorhandene Tinte in geeigneter Menge zur Ausbildung von Punkten 145 in der richtigen Menge auf das Aufzeichnungsmedium 125 übertragen wird.
• Der Tintenfilm 105, der als Trägermedium für die Übertragung der Tinte dient, besteht aus einem Polyesterfilm 110, der auf seiner Oberfläche 115 eine Tintenschicht, auf seiner Oberfläche 120 keine Tintenschicht aufweist. Wie dem Fachmann bekannt ist, schmilzt die Tinte, wenn ein heißes Thermoelement in unmittelbare Nähe der unbeschichteten Oberfläche 120 des Tintenfilms 105 gebracht wird. Das Aufzeichnungsmedium 125, zum Beispiel Papier, wird mittels einer Walze 130 in der durch den Pfeil A bezeichneten Richtung durch das System 100 transportiert. Die Walze 130 sorgt auch dafür, daß das Aufzeichnungsmedium 125 mit der tintenbeschichteten Oberfläche 115 in Anlage bleibt, während sich das Aufzeichnungsmedium und der Tintenfilm unter dem Druckkopf 135 befinden. Der gegenüber der Walze 130 angeordnete Druckkopf berührt die unbeschichtete Oberfläche 120 des Tintenfilms 105. Nachdem der Tintenfilm 105 unter dem Thermodruckkopf hindurchgelaufen ist, wird er von dem Aufzeichnungsmedium 125 getrennt und über eine Führungsrolle 140 einer (nicht dargestellten) Aufwickelspule zugeführt.
• Der Druckkopf 135 erstreckt sich über die Breite des Tintenfilms 105 und im wesentlichen quer zur Bewegungsrichtung des Aufzeichnungsmediums. Der Thermodruckkopf weist eine Anzahl (k) in gleichem Abstand zueinander linear angeordneter Thermoelemente, d. h. Dünnfilm-Widerstandsheizelemente (nicht dargestellt) auf einem Keramikträger auf. Typischerweise weisen benachbarte Thermoelemente einen Abstand von etwa 100 um voneinander auf. Die Anzahl dieser Thermoelemente bestimmt die maximale Anzahl von Punkten einer Druckzeile. Wenn zum Beispiel 512 Punkte in einer Zeile zu drucken sind, sind 512 Thermoelemente nötig.
• Im Betrieb wird jedes Thermoelement dadurch selektiv erwärmt, daß ein elektrischer Heizstrom durch das Element hindurchgeleitet wird. Wenn die Temperatur des Thermoelements den Schmelzpunkt der Tinte erreicht, beginnt die Tinte an der dem betreffenden Element nächstgelegenen Position zu schmelzen. Bei steigender Temperatur steigt die Menge der Tinte, die schmilzt, ebenfalls entsprechend. Wenn die Tinte schmilzt, überträgt sie sich auf die Oberfläche des Aufzeichnungsmediums 135, die an dem Tintenfilm 105 anliegt, und bildet darauf Punkte 145 aus - die der klareren Darstellung halber in der Größe stark übertrieben dargestellt sind.
• Es wird jeweils eine Punktzeile gleichzeitig gedruckt. Wenn die Tinte für eine Punktzeile auf das Aufzeichnungsmedium 125 übertragen ist, werden sowohl das Aufzeichnungsmedium als auch der Tintenfilm um einen Schritt in Richtung des Pfeils A weitertransportiert. Anschließend wird die nächste Punktzeile 145 auf das Aufzeichnungsmedium 125 gedruckt, usw. Bei ausreichend kleinen Punkten werden die aufeinanderfolgenden Punktezeilen 145 vom menschlichen Auge räumlich als Einheit erfaßt und somit insgesamt als Halbtonbild wahrgenommen.
• Fig. 2 zeigt ein detailliertes Blockdiagramm des Druckkopf-Modulators 300, der erfindungsgemäß zum Anlegen von Strom an die Thermoelemente 415 des Druckkopfs 135 eingesetzt wird. Grundsätzlich wandelt der Modulator 300 eine Reihe digitaler Datenwerte, von denen jeder eine Punktgröße repräsentiert, in eine Reihe von Modulationssignalen um. Wenn der Modulator 300 für die herkömmliche Impulszahl-Modulation (PCM) eingesetzt wird, werden die in der Datenwert-Quelle 50 gespeicherten Datenwerte in Modulationssignale voller Dauer umgewandelt. Wenn jedoch der Modulator 300 für die Teilimpuls- Modulation eingesetzt wird, werden diese Datenwerte sowohl in Modulationssignale voller Dauer als auch in Teilmodulationssignale umgewandelt. Eine Modulationssignal-Auswahlschaltung 370 wählt aus, ob Teilimpuls- oder Vollimpuls-Modulationssignale zur Modulation der Thermoelemente 415 über die Druckkopf-Treiberschaltung 60 eingesetzt werden.
• Kurz zusammengefaßt, umfaßt der Vollimpuls-Modulationssignalgenerator 55 eine Wertetabelle 235, ein Modulationswert-Register 355 und eine Vergleichsschaltung 225. Gemäß einem Aspekt der Erfindung enthält die Wertetabelle 235 in einem vorbestimmten Muster gespeicherte Modulationswerte. Wenn daher Impulszahl-Modulation gewünscht wird, wird die Wertetabelle 235 so programmiert, daß sie alle für die Durchführung der Impulszahl-Modulation benötigten Modulationswerte enthält. Anschließend wird jeder einzelne Modulationswert aus der Tabelle ausgewählt und mit jedem einzelnen Datenwert verglichen. Als Ergebnis eines jeden Vergleichs erhält man ein Vollimpuls-Modulationssignal. Das Vollimpuls-Modulationssignal steuert das Anlegen eines Stromimpulses fester Dauer an den Thermodruckkopf 135. Wenn jedoch, wie dies weiter unten noch im einzelnen besprochen wird, der Modulator 300 als Teilimpuls-Modulator eingesetzt werden soll, wird eine ausgewählte Anzahl von Modulationswerten in einem vorbestimmten Muster in der Tabelle 235 gespeichert, und anschließend wird jeder Wert von der Steuerschaltung 245 ausgewählt. Jeder ausgewählte Modulationswert wird mit den in einem jeden Datenwert enthaltenen PCM-Bits verglichen. Als Ergebnis jedes Vergleichs erhält man ein Vollimpuls-Modulationssignal. Das Vollimpuls-Modulationssignal steuert das Anlegen eines Stromimpulses einer festen, vollen Dauer an den Thermodruckkopf 135, während eine Anzahl von Teilimpuls-Bits als Teil-Modulationssignale zum Erzeugen von Stromimpulsen verkürzter Dauer verwendet wird. Der Modulator 300 kann somit ohne wesentliche Veränderung mit jeder beliebigen Anzahl von Teilimpuls-Bits oder auch ohne solche verwendet werden.
• Nachdem vorstehend eine Übersicht über die wichtigsten Komponenten des erfindungsgemäßen Druckkopf-Modulators und sein Zusammenwirken mit der Druckvorrichtung gegeben wurde, soll nun besonders die Funktion des erfindungsgemäßen Modulators zunächst für die herkömmliche Impulszahl-Modulation und anschließend für die Teilimpuls-Modulation im einzelnen beschrieben werden.
Herkömmliche Impulszahl-Modulation
• Wie dem Fachmann bekannt ist, wird bei der herkömmlichen PCM-Modulation jeder einzelne Datenwert mit einer Reihe von Modulationswerten verglichen. Jedesmal, wenn ein Datenwert größer als ein Modulationswert ist, wird ein Modulationssignal erzeugt, das einen Stromimpuls voller Dauer erzeugt. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird dieser Vergleich vom Vollmodulationssignal-Generator 55 durchgeführt.
• Betrachten man nun das Detail der Fig. 2, so weist die Datenwertquelle 50 einen Datenspeicher 305 und ein Datenwertregister 315 auf. Der Datenspeicher 305, typischerweise eine integrierte Direktzugriffsspeicher-Schaltung (RAM), dient als zeitweiliger Speicher für eine oder zwei Datenwert-Reihen, die eine oder zwei Zeilen gedruckter Punkte repräsentieren. Im allgemeinen enthalten diese Reihen einen abgerufenen Teil eines zuvor in einem (nicht dargestellten) externen Massenspeicher, zum Beispiel auf Diskette, gespeicherten Bildes. Alternativ können die Datenwerte direkt von einem digitalisierenden Scanner, der Textseiten, Fotos oder dergleichen abtastet, erfaßt und im Speicher 305 gespeichert werden.
• Jeder Datenwert weist eine Länge von n + 1 Bits auf. Selbstverständlich kann der Datenwert auch jede über n Bits liegende Länge aufweisen, wenn n die Anzahl von Bits in jedem Datenwert repräsentiert. Zur Illustration weist die dargestellte bevorzugte Ausführungsform Datenwerte auf, die jeweils eine Breite von n + 1 Bits aufweisen. Welche Flexibilität sich aus einem Datenwert von n oder mehr Bits ergibt, wird im folgenden noch deutlich werden.
• Grundsätzlich wird ein Datenwert aus dem Datenspeicher 305 ausgewählt und über das Datenwert-Register 315 dem Komparator 225 zugeführt. Im einzelnen wählt ein Befehl "DATENWERT AUSWÄHLEN" der Steuerschaltung 245 auf der Auswahlleitung 310 einen Datenwert zur Verarbeitung aus. Der Datenwert wird über die Leitungen 320 dem Datenwert-Register 315 zugeführt. Anschließend werden bei Auftreten des Befehls "DATEN AKTIVIEREN" auf Leitung 335 nur n Bits des Datenwerts über n Datenleitungen 330 dem Eingang P des Komparators 225 zugeführt. Die vollen n + 1 Bits des Datenwerts werden über n + 1 Datenleitungen 375 an die Modulationssignal-Auswahlschaltung 370 übertragen.
• Gleichzeitig mit der Datenwertauswahl wird aus der im Direktzugriffsspeicher vorhandenen Wertetabelle 235 ein Modulationswert von n Bit Länge ausgewählt. Typischerweise enthält die Wertetabelle 235 empirisch ermittelte Werte. Jeder Modulationswert wird von einem von der Steuerschaltung 245 stammenden Befehl "MODULATIONSWERT AUSWÄHLEN" auf Leitung 241 ausgewählt. Der ausgewählte Modulationswert wird über Leitungen 350 in das Modulationswert-Register 355 übertragen. Anschließend wird bei Auftreten eines Befehls "MODULATION AKTIVIEREN" auf Leitung 357 der Modulationswert über Leitungen 360 dem Eingang Q des Komparators 225 zugeführt. Der Komparator 225 gibt jedesmal, wenn der Datenwert am Eingang P größer ist als der Modulationswert am Eingang Q, eine logische "1" als Voll-Modulationssignal aus.
• Zum besseren Verständnis des Vergleichsprozesses zeigt Fig. 3 ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Teils des Modulators 300, der die erfindungsgemäßen Datenwertvergleiche ausführt. Wie bereits beschrieben wurde, umfaßt der Modulator 300 eine die Modulationswerte 236 enthaltende Wertetabelle 235, die Datenwert-Quelle 50, die Steuerschaltung 245 und den Komparator 225. Zur Vereinfachung wurde das in Fig. 2 dargestellte Modulationswert-Register 357 weggelassen.
• Im Betrieb wird jeder Datenwert 205 der Datenwert-Quelle 50 mit jedem Modulationswert 236 verglichen. Jeder dieser Modulationswerte wird über die Steuerschaltung 245 aus der Wertetabelle 235 ausgewählt. Erfindungsgemäß werden die in der Wertetabelle 235 gespeicherten Modulationswerte normalerweise während des Einrichtens und der Initialisierung des Druckers über Software in die Tabelle einprogrammiert.
• Jede Datenwertzeile 205 enthält k Datenwerte mit je n + 1 Bits. Entsprechend sind im Druckkopf insgesamt k Thermoelemente enthalten. Jeder der k Datenwerte 205 entspricht jedem der k Thermoelemente. Im Betrieb wird der spezielle Datenwert 220 aus der Zeile der Datenwerte 205 ausgewählt und über die Leitung 330 an den Eingang P des Komparators 225 angelegt. Gleichzeitig greift der Stapelzeiger 240 auf die Wertetabelle 235 zu und wählt einen Modulationswert aus. Der Einfachheit halber soll davon ausgegangen werden, daß es sich bei den Modulationswerten 236 um eine von 0 bis 2² - 2 in Schritten von 1 steigende lineare Zahlenreihe handelt. Allerdings können die Modulationswerte auch beliebige, durch Adressen von 0 bis 2n-2 indizierte Werte handeln.
• Sobald die Steuerschaltung 245 über den Stapelzeiger 240 aus der Tabelle 235 einen bestimmten Modulationswert zum Vergleich mit dem ausgewählten Datenwert 220 ausgewählt hat, wird der ausgewählte Modulationswert der Leitung 360 und von dort dem Eingang Q des Komparators 225 zugeführt. Jedesmal, wenn der Datenwert 220 am Eingang P größer ist als der Modulationswert 236 am Eingang Q, gibt der Komparator 225 eine logische "1" aus, andernfalls eine logische "0". Die Ausgabe 226 des Komparators 225 ist ein Voll-Modulationssignal.
• Um die Verwendung der herkömmlichen PCM-Modulation zu erleichtern, gibt die Modulationssignal-Auswahlschaltung 370, wie bei nochmaliger Betrachtung der Fig. 2 zu erkennen ist, ihre Ausgabe nur an die Leitung 365, d. h. das Voll- Modulationssignal, aus. Während die einzelnen Datenwerte in der gespeicherten Datenwertzeile nacheinander mit dem ersten Modulationswert in Tabelle 235 verglichen werden, werden die erhaltenen Voll-Modulationssignale, d. h. die am Ausgang 226 des Komparators 225 erscheinenden Signale, über die Leitung 380 an die Druckkopf-Treiberschaltung 60 angelegt.
• Die Druckkopf-Treiberschaltung 60 umfaßt ein Ausgaberegister 390, einen Signalspeicher 403 und eine Treiberansteuerungsschaltung 405. Während die Modulationssignal-Auswahlschaltung 370 an die Leitung 380 Voll-Modulationssignale anlegt, füllt sich das Ausgaberegister 390 mit den die Vergleichsergebnisse repräsentierenden Modulationssignalen. Das Ausgaberegister 390, ein Schieberegister, speichert k Voll-Modulationssignale, d. h. ein Voll-Modulationssignal je Datenwertvergleich. Bei jedem Auftreten eines "KOPFTTAKT"- Signals auf Leitung 395 wird das auf Leitung 380 anliegende Modulationssignal dem Register 390 zugeführt, bis k Voll-Modulationssignale darin gespeichert sind. Bei Auftreten eines "ZWISCHENSPEICHER"-Befehls auf Leitung 396 überträgt der Zwischenspeicher 403 den Inhalt des Registers 390 über die Leitungen 400 und 401 an die Ansteuerungsschaltung 405. Anschließend werden die Modulationssignale aus dem Zwischenspeicher 403 über die Ansteuerungsschaltung 405 an die Thermoelemente 415 angelegt, wobei die Dauer von einem auf Leitung 404 anliegenden "ANSTEUERUNGS"-Befehl gesteuert wird. Wenn ein Modulationssignal-Bit mit dem logischen Wert "1" und der "ANSTEUERUNGS"-Befehl gleichzeitig bei der Ansteuerungsschaltung 405 auftreten, fließt ein Strom während einer festen Dauer, die der Impulslänge des "ANSTEUERUNGS"-Befehls entspricht, vom positiven Spannungsanschluß 410 durch das Thermoelement 415 nach Masse. Während der Zeit, in der der Strom durch das Thermoelement 415 fließt, erwärmt sich dieses Element und bringt die Tinte auf dem (nicht dargestellten) Tintenträger zum Schmelzen, so daß ein Punkt auf dem Aufzeichnungsmedium ausgebildet wird.
• Anschließend wird jeder Datenwert mit einem zweiten Modulationswert der Tabelle 235 verglichen. Das Ergebnis der Datenwert-Vergleiche führt dazu, daß sich Thermoelemente, denen ein Voll-Modulationssignal des Werts logisch "1" zugeordnet ist, während einer festen Zeit erwärmen. Danach wird jeder Datenwert mit einem dritten Modulationswert der Tabelle 235 verglichen, usw., bis alle eine Druckzeile repräsentierenden Datenwerte mit allen in der Wertetabelle 235 enthaltenen Modulationswerten verglichen wurden. Nach jedem Vergleich wird, wenn ein Voll-Modulationssignal den Wert logisch "1" hat, an des Thermoelement ein Vollimpuls angelegt und ein entsprechender Punkt gedruckt. Dieses Verfahren wiederholt sich solange, bis alle Vergleiche abgeschlossen sind und eine Punktzeile gedruckt ist. Danach wird das Aufzeichnungsmedium um einen Schritt weitertransportiert und der Prozeß für die nächste Punktzeile wiederholt, usw., bis das vollständige Bild gedruckt ist.
• Der erfindungsgemäße Druckkopf-Modulator 300 kann also nach dem herkömmlichen PCM-Verfahren arbeiten. Jedoch ist für das herkömmliche PCM- Verfahren typisch, daß viele Datenwertvergleiche zum Drucken einer einzelnen Punktezeile erforderlich sind. Zum Beispiel erfordert bei einem Modulator, der mit 8-Bit-Datenwerten arbeitet, der PCM-Prozeß 255 Vergleiche, um einen einzigen Punkt, der eine von 256 Punktgrößen aufweist, drucken zu können, d. h. um effektiv einen sogenannten 256-Stufen-Grauskalen-PCM-Modulator zu realisieren. Wenn man einmal annimmt, daß zum Erzeugen einer Druckzeile 1024 Punkte gedruckt werden, d. h. k = 1024, muß der Modulator 261.120 Vergleiche je Druckzeile durchführen.
Teilimpuls-Modulation
• Um die Anzahl der zum Erzeugen von 256 oder mehr Grauskalenstufen erforderlichen Vergleiche zu verringern, werden bei manchen Drucksystemen ein oder mehrere Datenwert-Bits vom Modulator als Teilimpuls-Bits betrachtet. Theoretisch kann die Anzahl der Teilimpuls-Bits zwischen 0 und n + 1 liegen, d. h. zwischen keinem Teilimpuls-Bit und allen Datenwert-Bits. Die tatsächliche Anzahl der Teilimpuls-Bits wird jedoch durch die Merkmale des Thermoelements, wie Wärmeleistung und Sättigungspegel, eingeschränkt. Der vorstehend im Zusammenhang mit der herkömmlichen PCM-Modulation beschriebene Modulator 300 läßt sich in einfacher Weise auf die Teilimpuls-Modulation umstellen, indem der Steuerschaltung 245 einfach die gewünschte Anzahl von Teilimpuls-Bits mitgeteilt und eine entsprechende Anzahl von Modulationswerten in der Modulations-Wertetabelle 235 gespeichert wird. Normalerweise wird der Steuerschaltung 245 die Anzahl der bei einer bestimmten Anwendung zu verwendenden Teilimpuls-Bits während der Herstellung des Druckers über ein Tastenfeld oder eine Schalteranordnung mitgeteilt. Im folgenden wird die Anzahl von Teilimpuls-Bits mit der Variablen m bezeichnet.
• Wie dem Fachmann bekannt ist, benutzt die Teilimpuls-Modulation (a) die Teilimpuls-Bits zum direkten Erzeugen von Teil-Modulationssignalen und (b) die PCM-Bits (Nicht-Teilimpuls-Bits) zum Erzeugen von Voll-Modulationssignalen. Als Ergebnis dieses geteilten Verfahrens erhält man eine n-Stufen-Grauskala mit nur 2n-m -1 Vergleichsschritten.
• Unter nochmaliger Bezugnahme auf Fig. 3 werden nun einem oder mehreren der geringstwertigen Bits jedes Datenwerts 205 Teilimpuls-Bits zugeordnet. Anders ausgedrückt: Wenn jeder Datenwert zum Beispiel 8 Datenwert-Bits mit den Positions-Nummern 0,1, 2, 3, 4, 5, 6 und 7 enthält, sind bei einem Drucksystem, das drei Teilimpuls-Bits verwendet, die Teilimpuls-Bits zum Beispiel die Bits der Positionen 0,1 und 2. Natürlich könnten die Teilimpuls-Bits auch jeder anderen Position innerhalb des Datenwerts zuordnet werden.
• Jedes Teilimpuls-Bit wird als Teil-Modulationssignal zur direkten Modulation der Thermoelemente 415 (s. Fig. 2) verwendet. Wenn daher m Teilbits verwendet werden und z die Bitposition des geringstwertigen Bits bezeichnet, beträgt die einem gegebenen Teilimpuls-Bit entsprechende Dauer des Stromimpulses, der an ein Thermoelement angelegt wird, das 1/(2m-z)-fache der Impulsdauer, die für die Nicht-Teilimpuls-Bits, d. h. die PCM-Bits, zur Ansteuerung des Thermoelements angelegt wird. Daher erzeugt der Modulator 300 jedesmal, wenn an einer bestimmten Teilimpuls-Bit-Position eine logische "1" erscheint, einen Teil-Stromimpuls, dessen Dauer der Position des Teilimpuls- Bits innerhalb des Datenwerts entspricht. Dabei entsprechen n-m Datenwert- Bits einem ganzzahligen Wert der Impulsdauer und m, die Teilbits, bezeichnen einen Bruchteil des ganzzahligen Werts. Der kleinste Bruchteil ist 1/(2m).
• Da die Teilimpuls-Bits Teil des Datenwerts 205 sind (s. Fig. 3), müssen die Teilimpuls-Bits während des PCM-Bitvergleichs ignoriert werden; andernfalls erhält man eine fehlerhafte Ausgabe 226 des Komparators 225, d. h. es werden an jedes Thermoelement mehr Stromimpulse angelegt, als dies nach der Größe der Datenwerte gerechtfertigt ist.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird bei Einsatz des Modulators 300 für die Teilimpuls-Modulation eine geringere Anzahl von Modulationswerten 236 in der Wertetabelle 235 gespeichert als in dem Fall, daß der Modulator 300 für die herkömmliche PCM-Modulation eingesetzt wird. Wie bereits besprochen wurde, werden bei Einsatz als herkömmlicher PCM- Modulator alle in der Wertetabelle 235 enthaltenen Modulationswerte 236 von der Steuerschaltung 245 der Reihe nach ausgewählt. Auch bei Einsatz als Teilimpuls-Modulator werden die Modulationswerte 236 der Reihe nach aus der Tabelle 235 ausgewählt. Allerdings werden in diesem Fall die Modulationswerte 236 in einem vorgegebenen, von der Anzahl der Teilimpuls-Bits bestimmten Muster in die Tabelle 235 einprogrammiert. Daher wird anhand der Anzahl m von Teilimpuls-Bits bestimmt, welche Modulationswerte in die Tabelle 235 einprogrammiert werden. Genau gesagt, werden in der Tabelle 235 jene Modulationswerte gespeichert, die an den Positionen eines jeden Modulationswerts 236, die den Positionen der Teilimpuls-Bits im Datenwert 205 entsprechen, eine logische "1" aufweisen. Wie bereits besprochen, sind die Teilimpuls-Bits typischerweise die geringstwertigen Bits des Datenwerts 205; daher werden nur solche Modulationswerte gespeichert, die als geringstwertige Bits eine logische "1" aufweisen.
• Wenn zum Beispiel ein 8-Bit-Datenwert an den Positionen der beiden geringstwertigen Bits eines Datenwerts zwei Teilimpuls-Bits aufweist, wird die Tabelle 235 derart programmiert, daß sie alle Modulationswerte, bei denen die beiden letzten Bits gleich logisch "1" sind, zum Vergleich speichert. Wenn daher die möglichen Modulationswerte in Stufen von 1 zwischen Null und 2n-2 liegen, werden die Werte 3, 7, 11, 15...., d. h. die Werte beginnend mit 2m-1 und danach die Werte in Schritten von 2m, in der Tabelle gespeichert und von der Steuerschaltung der Reihe nach ausgewählt. Der Vergleich erfolgt daher mit 2(n-m)-1 Modulationswerten oder im vorliegenden Beispiel mit 63 Modulationswerten. Im Vergleich zur herkömmlichen PCM-Modulation erspart die Verwendung von Teilimpuls-Bits 192 Vergleichs-Verarbeitungsschritte je Datenwert. Das Beispiel zeigt, daß der Modulator 300 mit jeder beliebigen Anzahl m von Teilimpuls-Bits oder auch ohne solche (herkömmliche PCM-Modulation) arbeiten kann, indem einfach die entsprechenden Modulationswerte gespeichert werden, die der gewünschten Anzahl von Teilimpuls-Bits entsprechen.
• Sobald die Steuerschaltung 245 mittels des Stapelzeigers 240 aus der Tabelle 235 einen bestimmten Modulationswert zum Vergleich mit einem ausgewählten Datenwert 220 auswählt, wird der ausgewählte Modulationswert auf die Leitung 360 und von dort an den Eingang Q des Komparators 225 angelegt. Jedesmal, wenn der Datenwert 220 am Eingang P größer ist als der Modulationswert 236 am Eingang Q, gibt der Komparator 225 eine logische "1" aus, andernfalls eine logische "0". Die Ausgabe 226 des Komparators 225 ist ein Voll-Modulationssignal.
• Betrachtet man nochmals Fig. 2, so ist zu erkennen, daß das Voll-Modulationssignal über die Leitung 365 an die Modulationssignal-Auswahlschaltung 370 angelegt wird. Außerdem sind alle n + 1 Ausgänge des Datenwertregisters 315 über Leitungen 375 mit der Modulationssignal-Auswahlschaltung 370 verbunden. Die Modulationssignal-Auswahlschaltung 370 ist typischerweise als Multiplexer mit n + 2 Eingängen und nur einem Ausgang ausgebildet. Während der Schaltung 370 alle Datenwert-Bits als Eingabe zugeführt werden, werden hier immer nur die Teilimpuls-Bits als Ausgabesignale zur Weiterleitung an die Leitung 380 ausgewählt. Die Zuführung aller Datenwert-Bits zur Modulations signal-Auswahlschaltung 370 geschieht deshalb, damit der Modulator 300 flexibel ist und jede beliebige, für eine bestimmte Anwendung nötig erscheinende Anzahl von Teilimpuls-Bits verarbeiten kann.
• Zur Auswahl, welcher Eingabewert an die Ausgabeleitung 380 ausgegeben wird, sind eine Vielzahl Modulationssignal-Auswahlleitungen 385 vorgesehen. Die Anzahl der Auswahlleitungen muß mindestens gleich der Anzahl der Eingangsleitungen 365, 375, d. h. n + 2, sein. Ein auf Leitung 385 anliegender Befehl "MODULATIONSSIGNAL AUSWÄHLEN" bewirkt die Auswahl, welche der der Schaltung 370 zugeführten Eingangssignale als Modulationssignale zu verwenden sind. Die ausgewählte Eingabe, d. h. eines der auf den Leitungen 375 anliegenden Teilimpuls-Bits oder aber das auf Leitung 365 anliegende Vergleichsergebnis, wird nach erfolgter Auswahl an die Leitung 380 ausgegeben.
• Bei manchen Anwendungen braucht die Modulationssignal-Auswahlschaltung 370 nur eine begrenzte Anzahl von Eingängen aufzuweisen. Zumindest muß die Modulationssignal-Auswahlschaltung 370 aber für alle zu erwartenden Teilimpuls-Bits und das vom Komparator 225 kommende Bit ausgelegt sein; dies bedeutet, daß die Schaltung 370 mindestens m + 1 Eingänge aufweisen muß. Die entsprechende Mindestzahl von Eingangsleitungen zur Schaltung 370 beträgt daher m + 1.
• Zum leichteren Drucken der Teil-Modulationssignale wählt die Steuerschaltung 245 nacheinander jeden Datenwert aus. Von jedem ausgewählten Datenwert wählt die Modulationssignal-Auswahlschaltung 370 ein geringstwertiges Bit aus, bis alle k geringstwertigen Bits als Teil-Modulationssignale über die Leitung 380 der Modulator-Treiberschaltung 60 zugeführt wurden. Wie vorstehend bereits beschrieben wurde, entspricht die Dauer der einzelnen Stromimpulse der Position des Teilimpuls-Bits, aus dem das Teil-Modulationssignal abgeleitet wurde. Nachdem die Druckkopf-Treiberschaltung 60 die jedem als logisch "1" bewerteten Teil-Modulationssignal zuordneten Punkte druckt, wird ein zweites geringstwertiges Bit als Teil-Modulationssignal ausgewählt und gedruckt. Der Auswahlvorgang wird solange wiederholt, bis alle Teilimpuls-Bits die Möglichkeit hatten, über die Thermoelemente 415 einen Teil-Stromimpuls zu erzeugen. Selbstverständlich ist die Reihenfolge, in der die geringstwertigen Bits ausgewählt werden, dabei ohne Bedeutung.
• Nach dem Erzeugen der Teil-Modulationssignale werden die Datenwertvergleiche durchgeführt, d. h. jeder Datenwert wird, wie vorstehend beschrieben, mit jedem von 2(n-m)-1 Modulationswerten verglichen. Die erhaltenen Modulationssignale voller Länge werden über die Modulationssignal-Auswahlschaltung 370 an die Druckkopf-Treiberschaltung 60 angelegt.
• Im einzelnen wird eine Folge von k Modulationssignalen (eine Reihe) der Reihe nach über die Leitung 380 dem Ausgaberegister 390 der Druckkopf- Treiberschaltung 60 zugeführt. Bei jedem Auftreten eines "KOPFTTAKT"- Signals auf Leitung 395 wird das auf Leitung 380 anliegende Modulationssignal dem Register 390 zugeführt, bis k Voll-Modulationssignale darin gespeichert sind. Bei Auftreten eines "ZWISCHENSPEICHER"-Befehls auf Leitung 396 überträgt der Zwischenspeicher 403 den Inhalt des Registers 390 über die Leitungen 400 und 401 an die Ansteuerungsschaltung 405. Anschließend werden die Modulationssignale aus dem Zwischenspeicher 403 über die Ansteuerungsschaltung 405 an die Thermoelemente 415 angelegt, wobei die Dauer von einem auf Leitung 404 anliegenden "ANSTEUERUNGS"-Befehl gesteuert wird. Wenn ein Modulationssignal-Bit mit dem logischen Wert "1" und der "ANSTEUERUNGS"-Befehl gleichzeitig bei der Ansteuerungsschaltung 405 auftreten, fließt ein Strom während einer festen Dauer, die der Impulslänge des "ANSTEUERUNGS"-Befehls entspricht, vom positiven Spannungsanschluß 410 durch das Thermoelement 415 nach Masse. Die Dauer des "ANSTEUERUNGS"-Befehls entspricht der Art des gerade von der Modulationssignal-Auswahlschaltung 370 ausgewählten Datenwerts, d. h. einem Modulationssignal voller Dauer oder abgekürzter Dauer. Während der Zeit, in der Strom durch das Thermoelement 415 fließt, erwärmt sich dieses Element und bringt die Tinte auf dem (nicht dargestellten) Tintenträger zum Schmelzen, so daß ein Punkt auf dem Aufzeichnungsmedium ausgebildet wird. Der vorstehend beschriebene Druckprozeß wird für jeden Datenwert wiederholt, bis jeder Datenwert die Möglichkeit hatte, einen Teil-Stromimpuls, einen Voll-Stromimpuls oder beides zu erzeugen.
• Die Modulator-Steuersignale, nämlich "DATEN AUSWÄHLEN", "MODULATIONSWERT AUSWÄHLEN","DATENANSTEUERUNG", "MODULATIONSANSTEUERUNG", "MODULATIONSSIGNAL AUSWÄHLEN", "KOPFTAKT" und "ZWISCHENSPEICHER" werden von der Steuerschaltung 245 bereitgestellt. Bei der Steuerschaltung 245 handelt es sich typischerweise um eine Gate-Anordnung, die sowohl die Steuersignale erzeugt als auch die Ansteuerungsdauer des Druckkopfs für jeden Voll-Stromimpuls und jeden Teil- Stromimpuls bestimmt. Wenn die Dauer eines Voll-Stromimpulses als eine Einheit festgelegt ist, wird bei einem System, das drei Teilimpuls-Bits an den geringstwertigen Bitpositionen eines Datenwerts verwendet, das erste Bit eine Impulsdauer von 1/8 dieser Einheit, das zweite Bit eine Impulsdauer von 114 der Einheit und das dritte Bit eine Impulsdauer von 1/2 Einheit erzeugen. Ein Ansteuerrungsstrom-Impuls einer ganzen Einheit hat typischerweise eine Länge im Bereich von 30 Mikrosekunden.
Beispiel einer Teilimpuls-Modulation
• Vorstehend wurde die Vorrichtung zur Durchführung der Erfindung beschrieben. Im folgenden soll nur ein Beispiel eines Verfahrens dargestellt werden, mit dem diese Vorrichtung unter Verwendung sowohl von Teil- als auch von Voll- Stromimpulsen eine ganze Zeile von Punkten erzeugt. In der folgenden Erläuterung wird auf bestimmte physische Komponenten verwiesen, die den jeweiligen Prozeß ausführen. Diese Komponenten sind alle in Fig. 2 dargestellt und wurden vorstehend bereits im Detail besprochen.
• Für die Zwecke dieser Erläuterung soll von der Verwendung eines 9-Bit- Datenwerts, d. h. eines Werts mit n + 1 Bit mit drei Teilimpuls-Bits an den, geringstwertigen Bitpositionen des Datenwerts, ausgegangen werden, d. h. n ist gleich 8, m gleich 2, und das geringstwertige Bit wird dem Komparator nicht zugeführt. Außerdem wird zur Vereinfachung der Beschreibung davon ausgegangen, daß eine Zeile acht Datenwerte enthält, d. h. k = 8. In der Praxis würde dagegen eine Druckzeile aus Hunderten oder Tausenden dieser Werte bestehen.
• Wie in Fig. 4 dargestellt ist, wird jeder Datenwert 430 in zwei voneinander getrennten Prozessen so verarbeitet, daß man eine Vollimpulsausgabe 440 und eine Teilimpulsausgabe 485 erhält. Zunächst werden aus den als Teilimpuls- Bits gekennzeichneten geringstwertigen Bits 431, 432 und 433 jedes Datenwerts 430 entsprechende Teil-Stromimpulse erzeugt. Danach wird jeder Datenwert 430 so verarbeitet, daß man eine Anzahl von Voll-Stromimpulsen erhält.
• Zum Erzeugen von Modulationssignalen einer abgekürzten Dauer aus den Teilimpuls-Bits wird der erfindungsgemäße Modulator von der Steuerschaltung angewiesen, das drittgeringstwertige Bit 431 jedes Datenwerts 430, i. e. das Bit der Position 2 (das ganz rechts befindliche Bit nimmt die Position 0 ein), an den Ausgang der Modulationssignal-Auswahlschaltung anzulegen. Gleichzeitig setzt die Steuerschaltung die "ANSTEUERUNGS"-Dauer auf etwa eine halbe Einheit. Entsprechend wird die Teilimpuls-Ausgabe 485, in diesem Fall die Reihe 486, dadurch erzeugt, daß die einzelnen Datenwerte 430 der Reihe nach abgerufen und jeweils das drittgeringstwertige Bit 431 in die Reihe 486 der Teilimpuls-Ausgabe 485, d. h. in das Ausgaberegister 390 gemäß Fig. 2, eingestellt wird. Nachdem alle Datenwerte 430 (s. Fig. 4) abgerufen und ihre drittgeringstwertigen Bits 431 jeweils der Reihe nach im Ausgaberegister gespeichert wurden, wird das Register aktiviert, und die Teilimpuls-Bits, jetzt Teil- Modulationssignale, werden in den Zwischenspeicher geladen. Anschließend legt der Zwischenspeicher die Teil-Modulationssignale über die Ansteuerungsschaltung an die Thermoelemente 415 an. Jede logische "1" in der Reihe 486 bewirkt, daß durch das zugeordnete Thermoelement für die durch das "ANSTEUERUNGS"-Signal definierte Dauer Strom fließt, d. h. daß die Thermoelement 3 und 7 für eine halbe Einheit aktiviert werden.
• Danach stellt die Steuerschaltung das "ANSTEUERUNGS"-Signal auf etwa die Hälfte der soeben verwendeten Dauer ein, d. h. auf etwa ein Viertel einer Einheit. Außerdem wird der Ausgang der Modulationssignal-Auswahlschaltung mit dem zweitgeringstwertigen Bit 432, d. h. dem Bit in Position 1, verbunden. Über die Modulationssignal-Auswahlschaltung werden alle diese Bits in den Datenwerten 430 der Reihe nach abgerufen und das zweite Bit in das Ausgaberegister übertragen. Das Ergebnis wird in der Teilimpuls-Ausgabe 485, im vorliegenden Fall in der Reihe 487, abgebildet. Anschließend wird der Inhalt des Ausgaberegisters über den Zwischenspeicher und die Ansteuerungsschaltung für die durch das "ANSTEUERUNGS"-Signal definierte Dauer an die Thermoelemente 415 angelegt, d. h. die Thermoelemente 2, 5 und 6 werden für eine Viertel Einheit aktiviert.
• Danach stellt die Steuerschaltung das "ANSTEUERUNGS"-Signal auf etwa die Hälfte der soeben verwendeten Dauer ein, d. h. auf etwa ein Achtel einer Einheit. Außerdem wird der Ausgang der Modulationssignal-Auswahlschaltung mit dem geringstwertigen Bit 433, d. h. dem Bit in Position 0, verbunden. Über die Modulationssignal-Auswahlschaltung werden alle diese Bits in den Datenwerten 430 der Reihe nach abgerufen und das zweite Bit in das Ausgaberegister übertragen. Das Ergebnis wird in der Teilimpuls-Ausgabe 485, im vorliegenden Fall in der Reihe 488, abgebildet. Anschließend wird der Inhalt des Ausgaberegisters über den Zwischenspeicher und die Ansteuerungsschaltung für die durch das "ANSTEUERUNGS"-Signal definierte Dauer an die Thermoelemente 415 angelegt, d. h. die Thermoelemente 1, 3, 4, 7 und 8 werden für ein Achtel einer Einheit aktiviert.
• Nachdem aufgrund aller gekennzeichneten Teilimpuls-Bits Punkte gedruckt wurden, werden die Datenwerte 430 jeweils für das Drucken mit den Voll- Stromimpulsen verarbeitet, wie dies weiter oben bereits unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben wurde. Bei dem Beispiel gemäß Fig. 4 wird zum Beispiel ein 8-Bit-Datenwert 430 mit zwei Teilimpuls-Bits - d. h. daß das geringstwertige Bit ignoriert wird - an den Komparator angelegt; die gespeicherten Modulationswerte beginnen mit 3, d. h. 2m-1, und steigen in Stufen von 4, d. h. 2m.
• Im einzelnen wird der erste Datenwert 450 aus dem Datenspeicher zum Beispiel mit dem Wert 00001000, i. e. acht, ausgewählt. Bei diesem Beispiel wird das geringstwertige Bit 433 mit keinem der Modulationswerte verglichen; während des Vergleichs wird dieses Bit daher ignoriert, d. h. ein n + 1-Bit-Datenwert wird mit einem n-Bit-Datenwert verglichen.
• Der erste Datenwert 450 wird mit dem ersten Modulationswert 455 verglichen, der den Wert 00000011, d. h. drei, aufweist. Da dieser Datenwert 450 größer als der Modulationswert 455 ist, wird dem Ausgaberegister über die Modulationssignal-Auswahlschaltung eine logische "1" zugeführt. Der Wert ist in der Ausgabe 440 dargestellt, und der Teilwert, der jetzt das geringstwertige Bit in der Reihe 441 bildet, ist mit 460 bezeichnet. Desgleichen wird der zweite Datenwert 465 mit dem ersten Modulationswert 455 verglichen, und das Ergebnis wird als zweitgeringstwertiges Bit in der Reihe 441 gespeichert, wie dies mit 470 bezeichnet ist. Dieser Prozeß wiederholt sich solange, bis alle acht Datenwerte 430 mit dem ersten Modulationswert 455 verglichen und die Ergebnisse im Ausgabe-Schieberegister als Ausgaben 440 gespeichert sind und damit die Reihe 441 komplettiert ist. Anschließend werden die acht in der Reihe 441 enthaltenen Ausgabewerte in den Zwischenspeicher geladen und dazu verwendet, für jedes im Ausgaberegister gespeicherte Bit, das den logischen Wert "1" aufweist, einen Stromimpuls in der Länge einer Einheit durch jedes der acht Thermoelemente zu schicken.
• Anschließend wird der erste Datenwert 450 nochmals abgerufen und mit dem zweiten Modulationswert 475 verglichen, der den Wert 00000111, d. h. sieben, aufweist. Das Ergebnis des Vergleichs wird im Ausgabe-Schieberegister als Ausgabe-Bit 480 gespeichert. Der Vergleichsprozeß wird wiederholt, bis alle Datenwerte 430 mit dem zweiten Modulationswert 475 verglichen und die Ergebnisse im Ausgabe-Schieberegister gespeichert sind, wie dies in der Reihe 442 der Ausgabe 440 bezeichnet ist. Die acht Ausgabewerte werden dann in den Signalspeicher geladen, an die Thermoelement-Treiberschaltung angelegt und als Punkte gedruckt.
• Dieser Prozeß wiederholt sich solange, bis jeder der acht Datenwerte 430 mit jedem der 36 Modulationswerte 435, d. h. den in Viererschritten von 3 auf 255 ansteigenden Werten, verglichen wurde. Jedesmal, wenn der Ausgangswert 440 gleich logisch "1" ist, werden die Vergleichsergebnisse an die Thermoele ment-Treiberschaltung angelegt, die dann an jedes Thermoelement 415 Strom anlegt.
• Bei dem beschriebenen Beispiel, bei dem die Modulation mit drei Teilimpulsen durchgeführt wird, wird ein Grauskalenbild mit 512 Graustufen dadurch erzeugt, daß jeder Datenwert unter Verwendung von drei Teilimpuls-Bits mit 63 Modulationswerten verglichen wird. Um 512 Stufen zu erhalten, steigen die wiederholt angelegten Ausgabeimpulsdauern in Stufen von 1/8 Einheit von 0 auf 63 Einheiten an. Zum Beispiel steuern die Ausgangssignale 440 und 485 das erste Thermoelement mit einer Impulsdauer von zwei und einer Achtel Einheiten an, das zweite Thermoelement mit drei und einer Achtel Einheiten, usw. Infolgedessen wird an jeder Thermoelement-Position ein Punkt gedruckt, dessen Größe der kumulierten Stromimpulsdauer entspricht.
• Man erhält so einen Druckkopf-Modulator mit 512 Graustufen mit nur etwa einem Viertel der Prozeßwiederholungen eines herkömmlichen PCM-Verfahrens, bei dem 511 Vergleiche erforderlich sind. Als direkte Folge der Verringerung der erforderlichen Prozeßwiederholungen wird in vorteilhafter Weise eine Erhöhung der Druckgeschwindigkeit gegenüber herkömmlichen Thermodruck- Modulatoren erzielt, die mit herkömmlicher PCM-Modulation arbeiten. Vorteilhafterweise kann der erfindungsgemäße Modulator von dieser höheren Geschwindigkeit der Teilimpuls-Modulation Gebrauch machen oder, wenn dies in einer besonderen Anwendung nötig ist, auch mit herkömmlicher PCM-Modulation arbeiten.
• Selbstverständlich kann der erfindungsgemäße Modulator so verändert werden, daß er mehr als die in der bevorzugten Ausführungsform vorgesehenen n + 1 Datenwert-Bits verarbeiten kann. Dies ist durch Erweiterung der Datenhandhabungsfähigkeiten des Datenwertregisters und der Modulationssignal- Auswahlschaltung zu erreichen. Alle über n hinausgehenden Bits werden als Modulationswert-Bits gekennzeichnet, so daß keine Veränderungen an der Modulationswert-Tabelle nötig sind, da für jeden Datenwert nur ein n-Bit-Vergleich durchgeführt wird. Außerdem kann ein Modulator, der für mehr als n Bits ausgelegt ist, auch in Verbindung mit jeder beliebigen Anzahl von Datenwert- Bits zwischen der maximalen Anzahl von Bits, mit der der Modulator arbeiten kann, und n Bits eingesetzt werden. Nicht benutzte Datenwert-Bit-Positionen wird nur der Wert Null zugewiesen; die Datenwerttabelle bleibt unverändert und nimmt n Datenwert-Bits auf. Zum Beispiel kann der Modulator 300 gemäß Fig. 2 maximal n + 1 Datenwert-Bits und minimal n Datenwert-Bits aufnehmen. Wenn daher ein 9-Bit-System mit 8-Bit-Datenwerten verwendet wird, wird für das geringstwertige Bit eines jeden 8-Bit-Datenwerts der Wert Null angenommen, damit der 9-Bit-Modulator mit 8-Bit-Datenwerten arbeiten kann.
• Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist eine Wertetabelle 235, die Modulationswerte enthält, die von der Steuerschaltung 245 in beliebiger Reihenfolge auswählbar sind, im Thermodruckkopf-Modulator 300 integriert. Die Wertetabelle 235 enthält alle für die Durchführung der Impulszahl- Modulation erforderlichen Modulationswerte. Wenn daher die Impulszahl- Modulation gewünscht wird, wird jeder einzelne Modulationswert aus der Tabelle ausgewählt und mit jedem Datenwert verglichen. Das Ergebnis eines jeden Vergleichs wird als Modulationssignal zur Aktivierung des Thermodruckkopfs 135 für eine bestimmte Dauer verwendet. Wenn der Modulator 300 jedoch als Teilimpuls-Modulator verwendet werden soll, kann der Modulator dank der Möglichkeit, Modulationswerte in beliebiger Reihenfolge aus der Tabelle auszuwählen, eine ausgewählte Anzahl von Modulationswerten aus der Tabelle 235 zum Vergleich mit den PCM-Bits in jedem Datenwert auswählen, ohne daß die Tabelle 235 mit neuen Modulationswerten neu programmiert werden muß. Wie für die herkömmliche PCM-Modulation erforderlich, enthält die Tabelle 235 Modulationswerte, die in Schritten von eins von 0 bis 2n-2 steigen. Die Steuerschaltung 245 wählt für den Vergleich mit jedem der Datenwerte den mit 2m-1 beginnenden Wert und danach in Schritten von 2 m weitere Werte aus. Als Ergebnis des PCM-Bit-Vergleichs erhält man ein Modulationssignal, das den Druckkopf 135 mit Voll-Stromimpulsen beaufschlagt, während getrennt davon eine Anzahl von Teilimpuls-Bits als Modulationssignale für die Erzeugung von Teil-Stromimpulsen verwendet wird. Der Modulator gemäß dieser alternativen Ausführungsform kann daher ohne jede Änderung mit jeder beliebigen Anzahl von Teilimpuls-Bits oder auch ohne solche arbeiten.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Modulieren eines Thermoelements (415) eines Thermodruckers (100), um einen Punkt (145) zu erzeugen, dessen Größe einem durch eine Vielzahl von Bits dargestellten Datenwert (205) entspricht, wobei die Vorrichtung folgende Komponenten aufweist:

- eine Einrichtung (245) zum Bestimmen einer Anzahl von Bit-Positionen innerhalb der Vielzahl von Bits des Datenwerts, um Teilimpuls-Bits zu definieren, welche die geringwertigsten Bits des Datenwerts darstellen;

- ein Mittel zum Erzeugen einer Anzahl von Vollimpulsen, wobei die Anzahl dem Wert entspricht, der durch die Datenbits dargestellt ist, die nicht als Teilimpuls-Bit gekennzeichnet sind;

- ein Mittel zum Zuordnen einer vollen Impulsdauer zu jedem der Vollimpulse und einer Impulsdauer, die einen entsprechenden Bruchteil der vollen Impulsdauer darstellt, zu jedem der Teilimpuls-Bits und Zusammenstellen der Impulse, um ein Modulationssignal zu erzeugen;

- eine Einrichtung (245) zum Modulieren eines dem Modulationssignal entsprechenden Thermoelement-Ansteuerimpulses; und

- eine Einrichtung (405) zum Beaufschlagen eines Thermoelements mit dem Thermoelement-Ansteuerimpuls;

gekennzeichnet durch

- die Einrichtung zum Bestimmen einer Anzahl von Teilimpuls-Bits, die ein Mittel zum Auswählen der Anzahl (m) von Teilimpuls-Bits aufweist;

- eine Wertetabelle (235), die eine Vielzahl von Modulationswertreihen (236) von ansteigendem Wert aufweist;

- ein Mittel zum sequentiellen Auswählen der Modulationswerte aus einer Reihe von Modulationswerten der Wertetabelle, so daß der Anstieg (2 m) aufeinanderfolgender Modulationswerte von der ausgewählten Anzahl (m) der Teilimpuls-Bits abhängig ist; und

- eine Einrichtung (225) zum Vergleichen des Datenwerts mit jedem ausgewählten Modulationswert und zum Erzeugen eines ersten Signals, das einen Vollimpuls als Ausgangssignal darstellt, wenn der Datenwert größer als der ausgewählte Modulationswert ist, und zum Erzeugen eines zweiten Signals, das einen Teilimpuls als Ausgangssignal darstellt, wenn der Datenwert kleiner als der Modulationswert ist oder diesem entspricht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Modulationswert-Auswählmittel einen Modulationswert auswählt, der ein Bit aufweist, das auf einen logischen "1"-Wert festgelegt ist, welcher der Position des Teilimpuls- Bits in dem Datenwert entspricht.

3. Verfahren zum Modulieren eines Thermoelements eines Thermodruckers, um einen Punkt zu erzeugen, dessen Größe einem durch eine Vielzahl von Bits dargestellten Datenwert entspricht, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:

- Bestimmen einer Anzahl von Bit-Positionen innerhalb der Vielzahl von Bits des Datenwerts als Teilimpuls-Bits, welche die geringwertigsten Bits des Datenwerts darstellen;

- Erzeugen einer Anzahl von Vollimpulsen, wobei die Anzahl dem Wert entspricht, der durch die Datenbits dargestellt ist, die nicht als Teilimpuls-Bits gekennzeichnet sind;

- Zuordnen einer vollen Impulsdauer zu jedem der Vollimpulse und einer Impulsdauer, die einen entsprechenden Bruchteil der vollen Impulsdauer darstellt, zu jedem der Teilimpuls-Bits und Zusammenstellen der Impulse, um ein Modulationssignal zu erzeugen;

- Beaufschlagen eines Thermoelements mit dem Modulationssignal für die genannte Dauer, wobei das Thermoelement für die genannte Dauer aktiviert wird;

gekennzeichnet durch

- Auswählen einer Anzahl von Teilimpuls = Bits;

- wiederholtes Auswählen eines Modulationswertes aus einer Wertetabelle, die eine Vielzahl von Modulationswerten von ansteigendem Wert enthält, wobei jede ausgewählte Reihe von Modulationwerten der bestimmten Anzahl von Bitpositionen zugeordnet ist, die ausgewählt wurde, um die Teilimpuls-Bits zu definieren; und

- Vergleichen des Datenwerts mit jedem ausgewählten Modulationswert und Erzeugen, als Ausgangssignal, eines ersten Signals, das einen Vollimpuls darstellt, wenn der Datenwert größer als der ausgewählte Modulationswert ist, und eines zweiten Signals, das einen Teilimpuls darstellt, wenn der Datenwert kleiner als der Modulationswert ist oder diesem entspricht.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulationswert-Auswahlschritt zusätzlich folgenden Schritt umfaßt:

- Auswählen eines Modulationswertes, der ein Bit aufweist, das auf einen logischen "1"-Wert festgelegt ist, welcher der Position des Teilimpuls-Bits in dem Datenwert entspricht.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die auswählbare Anzahl von Bitpositionen innerhalb der Reihe von Bits des Datenwerts, die ein Teilimpuls-Bit definieren, Null ist.