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Die Erfindung betrifft ein
Halbtonbildaufzeichnungsgerät zur Steuerung eines Ladungsflusses, wie z. B. eines
Ionenflusses, zur Aufzeichnung von Halbtonbildern, sowie eine
hochspannungsfeste Schaltung, die ermöglicht, daß ein derartiges
Aufzeichnungsgerät mit hoher Geschwindigkeit arbeitet.
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Bisher sind einige Geräte vorgeschlagen worden: ein
spaltgesteuertes Bildaufzeichnungsgerät mit Anwendung einer
Corotron-Entladung, in dem durch Corotron-Entladung erzeugte
Ionen in einen Spalt eintreten und der entstehende Ionenfluß
durch Variieren eines elektrischen Feldes innerhalb der
Spaltwand gesteuert wird, um eine Ladungsstruktur auf einem
Aufzeichnungsmedium auszubilden; ein Bildaufzeichnungsgerät mit
Öffnungs- bzw. Lochblendensteuerung, das von einer Corotron-
Entladung Gebrauch macht, bei der durch ein Corotron erzeugte
Ionen durch Öffnungen in zwei Steuerelektroden geschickt
werden, während ein zwischen den Elektroden anliegendes
elektrisches Feld gesteuert wird und der entstehende Ionenfluß zu
einem Aufzeichnungsmedium einer Ein-Aus-Steuerung unterworfen
wird, um eine Ladungsstruktur auf dem Aufzeichnungsmedium
auszubilden; und ein. Bildaufzeichnungsgerät mit
Öffnungssteuerung, das eine Festkörper-Entladung nutzt, bei der zur
Auslösung einer Entladung eine hochfrequente Spannung zwischen
Elektroden mit einem dazwischen angeordneten Isolator angelegt
wird und die entstehenden Ionen durch Steuerung eines
elektrischen Feldes selektiv abgesaugt werden, um eine
Ladungsstruktur auf einem Aufzeichnungsmedium auszubilden.
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Bei den Bildaufzeichnungsgeräten, die einen derartigen
Ionenfluß nutzen, wird der Ionenfluß eingeschnürt, indem die
Stärke des elektrischen Feldes zwischen den Steuerelektroden
des Ionenflusses verringert wird, wodurch sich der
resultierende Punktdurchmesser verringert und gleichzeitig
Punktdichteschwankungen verursacht werden. Mit zunehmender Stärke des
elektrischen Feldes zwischen den Elektroden, die den Ionenfluß
steuern, nimmt andererseits der Durchmesser des Ionenflusses
zu, was mit den Punktdichteschwankungen zusammenhängt. Im
einen wie im anderen Fall können durch Steuerung des Feldes
zwischen den Elektroden Halbtonbilder erzeugt werden. Wenn
alternativ die Einwirkungszeit des elektrischen Feldes variiert
wird, während die Stärke des elektrischen Feldes zwischen den
Ionenfluß-Steuerelektroden konstant bleibt, variiert die auf
dem Aufzeichnungsmedium ausgebildete Ladungsmenge, und daher
ändert sich der Verzerrungsgrad des elektrischen Feldes durch
diese Ladungen. Infolgedessen erhöht sich das Potential des
entstehenden latenten Bildes mit zunehmendem Punktdurchmesser.
Hierbei können gleichfalls Halbtonbilder ausgebildet werden.
Bei der Ausbildung von Halbtonbildern mit einem
gesteuerten Ionenfluß ist es konstruktiv sehr schwierig, die
angelegte Spannung zu steuern und dadurch die Intensität des
elektrischen Feldes zwischen den Steuerelektroden zu variieren, da
die an die Elektrode zur Ionenflußsteuerung angelegte Spannung
einen hohen Wert von einigen hundert Volt hat. Dagegen ist es
konstruktiv einfach, die Anlegedauer der Spannung zu steuern,
während die an die Steuerelektroden angelegte Spannung
konstant bleibt, da dies durch Anwendung von
Impulsbreitenmodulationsverfahren erzielt wird. Aus diesem Grunde ist ein
Bildaufzeichnungsgerät vorgeschlagen worden, das von derartigen
Halbtonabbildungsverfahren Gebrauch macht (siehe JP-A-60-175
062 und 61-228 771).
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Wenn eine Halbtonabbildung durch
Impulsbreitensteuerungsmodulation mit einem Öffnungsgesteuerten
Bildaufzeichnungsgerät unter Anwendung einer Festkörperentladung
ausgeführt werden soll, ändert sich übrigens die Potentialstärke
des latenten Bildes schrittweise statt linear. Diese
Erscheinung wird nachstehend anhand der Fig. 1 bis 3 erläutert.
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Fig. 1 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung eines
Öffnungsgesteuerten Bildaufzeichnungsgeräts, das von der
Festkörperentladung Gebrauch macht und durch Wechselströme
gesteuert wird.
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Ein allgemein mit 1 bezeichneter Aufzeichnungskopf ist
aus einer Leitungselektrode 1b und einem Isolator 1c
aufgebaut, die in dieser Reihenfolge auf einen Isolator 1c
geschichtet sind. Eine Mittelöffnung wird durch eine Fingerelektrode
1d,
einen Isolator 1e und eine Schirmelektrode 1f
begrenzt, und zwischen die Leitungs- und die Fingerelektrode 1b
und 1d ist eine Hochfrequenzstromquelle 5 geschaltet. Eine
Signalquelle 6 ist zwischen die Finger- und die Schirmelektrode
1d und 1f geschaltet, um eine Signalspannung anzulegen. Ein
isolierendes Aufzeichnungselement 2 mit einer Elektrode 3 ist
gegenüber dem Aufzeichnungskopf 1 angeordnet, und zwischen den
Aufzeichnungskopf 1 und das Aufzeichnungselement ist zur
Beschleunigung des Ionenflusses eine Gleichstromquelle E
geschaltet.
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Dieses Bildaufzeichnungsgerät arbeitet wie folgt. Eine
Ionenerzeugung wird durch eine Entladung innerhalb des Kopfes
ausgelöst, die durch Anlegen einer Hochfrequenzspannung von
einigen kV mit einer Frequenz von mehreren MHz zwischen der
Leitungs- und der Fingerelektrode 1b und 1d hervorgerufen
wird. Der Fluß der entstehenden Ionen wird in Abhängigkeit von
der Signalspannung zwischen der Finger- und der
Schirmelektrode 1d und 1f gesteuert. Diese Signalspannung, oder mit anderen
Worten, einItpulsbreitenmodulationssignal wird dann bezüglich
der Breite t in Abhängigkeit von der Signalstärke variiert,
wie in Fig. 2 dargestellt, wobei T0 die maximale Signalbreite
darstellt, wodurch ein elektrostatisches latentes Halbtonbild
auf dem Aufzeichnungselement ausgebildet wird.
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Wenn ein solches Signal mit modulierter Impulsbreite
dem Aufzeichnungskopf 1 zugeführt wird, dann ändert sich das
Potential an der Oberfläche des Aufzeichnungselements
stufenweise in Abhängigkeit von der Impulsbreitenänderung, wie in
Fig. 3 dargestellt; mit anderen Worten, seine Änderung ist
weder linear noch glatt. Um dies zu erkennen, wurde eine
Sinuswelle wie die in Fig. 4(a) dargestellte als
Hochfrequenzspannung an den Aufzeichnungskopf angelegt, um den resultierenden
Ionenfluß zu messen. Als Ergebnis zeigte sich, wie in Fig.
4(b) dargestellt, daß der Ionenfluß nur im Maximum der
Hochfrequenzspannung nachweisbar ist, oder anders ausgedrückt, der
entstehende Ionenfluß ist diskret. Selbst bei einer
Impulsbreitenänderung zwischen den Punkten t&sub1; und t&sub2;, die gemäß der
Darstellung in Fig. 4(c) die Positionen definieren, in denen
ein Ionenfluß auftreten soll, traten weder ein Ionenfluß noch
eine Änderung des Oberflächenpotentials des
Aufzeichnungselements auf. Außerdem erfolgte in dem Moment, wo die
Impulsbreite etwas größer als t&sub2; wurde, eine Zunahme des Ionenflusses,
wodurch sich das Oberflächenpotential stufenweise änderte, so
daß es schwierig wurde, einen veränderlichen oder starken
Kontrast zu erzielen.
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Bisher basierte die Ausbildung von Halbtonbildern mit
Hilfe eines Bildaufzeichnungsgeräts mit Ionenflußsteuerung auf
der Spannungsamplituden- Impulsbreiten- oder
Sägezahnschwingungsmodulation, aber ein Problem beim Erzielen einer
schnellen Steuerung und eines starken Kontrasts besteht darin, wie
viele Halbtöne innerhalb einer bestimmten Zeit erzielt werden.
Das heißt, die Festlegung, welche Ansteuerungsgeschwindigkeit
angewandt wird, gestattet die Bestimmung der Zeit τ, die zum
Drucken eines Punktes benötigt wird. Zum Beispiel muß die
Halbtonsteuerung in einer Zeit t erzielt werden, wenn die
Wiedergabe von 256 Halbtönen beabsichtigt ist. In dieser Hinsicht
ist eine langsame Ansteuerung problemlos, aber es ist noch
sehr schwierig, im Falle der schnellen Ansteuerung eine
kontrastreiche Darstellung zu erzielen.
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Für Geräte wie etwa einen Tonendrucker, der mit einigen
hundert Volt arbeitet, wird gewöhnlich eine
Spannungsverstärkerschaltung mit hoher Eingangsimpedanz und hervorragender
Linearität verwendet, um Halbtonbilddaten auf eine vorgegebene
Spannung zu verstärken, und ebenso werden die verschiedensten
D/A-Wandler verwendet, wie z. B. Wandler vom Widerstands- und
vom Integraltyp.
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Die Verwendung einer gewöhnlichen
Spannungsverstärkerschaltung erschwert jedoch das Erreichen einer hohen Spannung
von mehreren hundert Volt, wodurch beträchtliche Kosten
entstehen. Außerdem ist es schwierig,
Rechteckwellen-Ausgangssignale mit hoher Spannung und hoher Geschwindigkeit zu
erhalten, da die Durchsatzrate der Spannungsverstärkerschaltung
nicht sehr hoch ist. Zum Beispiel kann im Falle eines
Transistorelements mit Verstärkerwirkung der Verstärkungsgrad durch
Erhöhen des Lastwiderstands und Verringern des Stromverbrauchs
erhöht werden, aber dann nimmt die Ansteuerungsgeschwindigkeit
ab. Andererseits kann durch Verringern des Lastwiderstands eine
höhere Ansteuerungsgeschwindigkeit erzielt werden, aber der
Stromverbrauch kann bei gleichzeitiger Abnahme des
Verstärkungsgrades ansteigen. Kurz gesagt, zwischen hoher
Geschwindigkeit und niedrigem Leistungsbedarf ist kein Kompromiß
erzielbar. Im Falle einer kapazitiven Last fließt der
Ausgangsstrom nur während der Anstiegs- oder Abfallzeit der
Wellenform, aber Ströme durch Lastwiderstands- oder
Lasttransistorelemente fließen konstant mit hohem Ausgangspegel und
bewirken einen Anstieg der Leistungsaufnahme.
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Wenn die D/A-Wandler aus integrierten Schaltkreisen
(IC) aufgebaut sind, erzeugen sie ausnahmslos nur ein
Niederspannungs-Ausgangssignal. Wenn außerdem die Einrichtung
diskreter Schaltungen beabsichtigt ist, entstehen Probleme wie
die oben erwähnten, gewöhnlich weil eine
Spannungsverstärkerschaltung verwendet werden muß. Da herkömmliche oder
gewöhnliche D/A-Wandler so konstruiert sind, daß man eine stetige Form
des Ausgangssignals erhält, eignen sie sich nicht gut für 10-
nendrucker, Plasmabildschirme usw., für die eine diskrete
Hochspannungs-Rechteckimpulswellenform erzeugt werden muß.
Außerdem wird vorausgesetzt, daß Treiber- bzw.
Ansteuerschaltungen für Ionendrucker, Plasmabildschirme usw. in Form eines
Parallelverbands bzw. einer Parallelmatrix von vielen
identischen Schaltungen arbeiten. Um dies zu erreichen, sind jedoch
eine niedrigere Leistung und niedrigere Kosten notwendig.
Übrigens sind Treiberschaltungen mit eingebauten
Feldeffekttransistoren (FET) zur Ansteuerung von Ionendruckern
usw. verfügbar.
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Fig. 5 zeigt eine Darstellung einer typischen
Treiberschaltung unter Verwendung eines komplementären
Feldeffekttransistors (FET). Gemäß der Darstellung sind ein n-Kanal-FET
11 und ein p-Kanal-FET 12 in Serie geschaltet, und an diese
Serienschaltung werden z. B. 0 V und 15 V als Gate-
Eingangssignal angelegt. Mit dem Gate des p-Kanal-FET 12 ist
ein Pegelumsetzer 13 zur Umwandlung von 0 oder 15 V in den
Ein-Aus-Steuersignalpegel des p-Kanal-FET 12 verbunden. Dann
werden an die Gates des n-Kanal-FET 11 und des p-Kanal-FET 12
abwechselnd 0 V und 15 V angelegt, um sie ein- und
auszuschalten und Ausgangssignale mit L- und H-Pegel zu erhalten.
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Fig. 6 zeigt eine Darstellung einer typischen
Treiberschaltung mit Widerstandslast. Wie in Fig. 6(a) dargestellt,
ist mit der Drain-Seite eines n-Kanal-FET 14 ein Widerstand R
verbunden. Bei einem Gate-Eingangssignal von 15 V wird der FET
14 eingeschaltet und erzeugt kein Signal, während bei einem
Gate-Eingangssignal von 0 V der FET 14 ausgeschaltet wird, um
Ausgangssignale mit L- und H-Pegel zu erzeugen.
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Fig. 7 zeigt eine typische Darstellung einer
Totempole-Kombination von n-Kanal-Feldeffekttransistoren, in der
ein Puffer für eine Schaltung mit Widerstandslast vorgesehen
ist, die durch eine gestrichelte Linie in Fig. 7(a)
dargestellt ist. Bei dieser Schaltung kann man durch einen Puffer
18 einen hohen Ausgangsstrom erhalten und außerdem einen
steilen Anstieg erzielen.
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Fig. 8 zeigt eine Darstellung einer typischen
hochspannungsfesten Treiberschaltung, die aus einer Serienschaltung
von niederspannungsbeständigen p-Kanal-Feldeffekttransistoren
20 und 21 aufgebaut ist. Diese Schaltung arbeitet
konstruktionsgemäß so, daß durch Ausschalten des p-Kanal-FET 21 der p-
Kanal-FET 20 ausgeschaltet wird, und daß durch Einschalten des
p-Kanal-FET 21 der p-Kanal-FET 20 eingeschaltet wird. Diese
Schaltung kann wegen der Serienschaltung der p-Kanal-FETs 20
und 21 einer hohen Spannung widerstehen.
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In Fig. 5 ist eine Grundtreiberschaltung dargestellt,
die aber für eine Hochspannungstreiberschaltung ungeeignet
ist, da p-Kanal-FETs mit einer Spannungsfestigkeit von 300 V
oder darüber gegenwärtig sehr schwer zu beschaffen sind.
Die Schaltung von Fig. 6 kann mit hoher Geschwindigkeit
und kurzer Abfallzeit der Ausgangswellenform arbeiten, aber
ihre Anstiegscharakteristik ist im allgemeinen nicht gut, da
sie von dem Wert des Widerstands R und der Ausgangslast
abhängt, wie in Fig. 6 (b) dargestellt. Wenn der Wert von R
verringert wird, um ihre Anstiegscharakteristik zu verbessern,
dann tritt ein Stromanstieg beim Einschalten des n-Kanal-FET
14 auf, wodurch der Energieverbrauch zunimmt.
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Die Schaltung von Fig. 7 ist vorteilhaft für eine hohe
kapazitive Belastung, aber unter einer kapazitiven Last, die
der Gate-Eingangskapazität eines FET annähernd gleich ist,
entsteht ein ähnliches Problem wie bei der Schaltung mit
Widerstandslast gemäß Fig. 6. Kurz gesagt, der Wert des
Widerstands R muß verringert werden, damit der n-Kanal-FET 17 mit
hoher Geschwindigkeit arbeiten kann, aber dies führt zu einer
Zunahme des Energieverbrauchs.
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Die Schaltung von Fig. 8 kann hochspannungsfest
ausgeführt werden, da sie aus einer Serienschaltung von p-Kanal-
FETs aufgebaut ist, aber sie kann wegen einer Zeitkonstanten,
die auf den Widerstand R und die Kapazitäten der FETs
zurückzuführen ist, nicht mit hoher Geschwindigkeit arbeiten. Wenn
der Wert von R verringert wird, um einen Betrieb mit hoher
Geschwindigkeit zu erreichen, tritt ebenso wie in der Schaltung
von Fig. 6 beim Einschalten des n-Kanal-FET 19 ein
Stromanstieg auf und führt lediglich zu einer Zunahme des
Energieverbrauchs.
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Die US-A-4 679 057 offenbart eine elektrofotografische
Vorrichtung, in der zur Ausbildung eines elektrostatischen
latenten Bildes ein lichtempfindliches Element mit einem durch
ein Bildsignal modulierten Laserstrahl bestrahlt wird und ein
Tonerbild erzeugt wird. Die Halbtonabstufung entsteht durch
gleichzeitiges Ausführen einer Impulsbreitenmodulation und
einer Amplitudenmodulation.
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Die EP-A-0 451 770 offenbart eine elektrofotografische
Vorrichtung, in der zur Ausbildung eines elektrostatischen
latenten Bildes ein lichtempfindliches Element mit einem durch
ein Bildsignal modulierten Laserstrahl bestrahlt wird und ein
Tonerbild erzeugt wird. Die Amplitudenmodulation wird an einer
Dreieckwelle mit einem Dichtesignal ausgeführt, und ein
Halbleiterlaser wird durch ein Modulationssignal angesteuert; das
lichtempfindliche Element wird bestrahlt. Ein
elektrostatisches latentes Bild wird ausgebildet, indem das Potential an
dem lichtempfindlichen Element durch die Intensität des
eingestrahlten Lichts abgeschwächt wird.
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Die JP-60-219 071 zeigt die Wellenform eines
Ionenstroms, der von dem Koronaentladungsdraht erzeugt wird. Durch
Gate-Steuerung mit Hilfe von Ein- und Aus-Signalen, die an
einen Gate-Anschluß angelegt werden, werden die Breite und Größe
des an die Aufzeichnungselektrode anzulegenden Signals verändert,
und der Ladungsfluß wird gesteuert, um eine Aufzeichnung
mit Halbtonabstufung auszuführen. Folglich wird der
Aufzeichnungsdurchmesser durch Impulsbreitenmodulation gesteuert.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein
Halbtonbild-Aufzeichnungsgerät bereitzustellen, das eine
Halbtonwiedergabe in guter Qualität durchführbar macht.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein
Bildaufzeichnungsqerät mit Öffnungssteuerung durch
wechselstromgesteuerte Festkörperentladung bereitzustellen, die
verwendet werden kann, um eine Oberflächenpotentialänderung in
einem Aufzeichnungselement bezüglich der Impulsbreite zu
glätten und dadurch eine Halbtonwiedergabe von guter Qualität zu
erzielen.
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Diese Aufgaben werden mit den Merkmalen der Ansprüche
gelöst.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 zeigt eine Ansicht, die ein
wechselstromgesteuertes Bildaufzeichnungsgerät mit Öffnungssteuerung darstellt,
das durch Festkörperentladung betrieben wird;
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Fig. 2 zeigt ein Rechteckwellensignal mit
Impulsbreitenmodulation;
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Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen der Impulsbreite
und dem Oberflächenpotential;
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Fig. 4 zeigt die Phasenbeziehung zwischen
Hochfrequenzspannung und impulsbreitenmoduliertem Rechteckwellensignal;
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Fig. 5 zeigt eine Ansicht, die ein Schaltbild einer
herkömmlichen komplementären Treiberschaltung darstellt;
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Fig. 6 zeigt eine Treiberschaltung vom Typ mit
Widerstandslast;
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Fig. 7 zeigt ein Schaltbild einer Treiberschaltung vom
Totempole-Schaltungstyp;
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Fig. 8 zeigt ein Schaltbild einer herkömmlichen
hochspannungsfesten Treiberschaltung;
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Fig. 9 zeigt eine impulsbreitenmodulierte
Signalwellenform mit einer auf: die Hinterflanke übertragenen
Zeitkonstanten;
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Fig. 10 zeigt eine impulsbreitenmodulierte
Signalwellenform mit einer auf die Vorderflanke übertragenen
Zeitkonstanten;
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Fig. 11 zeigt eine impulsbreitenmodulierte
Signalwellenform mit auf die Vorder- und Hinterflanken übertragenen
Zeitkonstanten;
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Fig. 12 zeigt eine Ausführungsform einer
Wellenformumwandlungs Schaltung;
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Fig. 13 zeigt eine andere Ausführungsform der
Wellenformumwandlungsschaltung;
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Fig. 14 zeigt das Prinzip der erfindungsgemäßen
Halbtondarstellung;
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Fig. 15 zeigt eine Wellenform mit auf die Vorder- und
Hinterflanken übertragenen Zeitkonstanten sowie das
Oberflächenpotential, das man bei Verwendung dieser Wellenform
erhält;
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Fig. 16 zeigt eine weitere Wellenform mit auf die
Vorder- und Hinterflanken übertragenen Zeitkonstanten sowie das
Oberflächenpotential, das man bei Verwendung dieser Wellenform
erhält;
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Fig. 17 zeigt die Beziehung zwischen Impulsbreite und
Oberflächenpotential bei Verwendung von Dreieck- und
Rechteckwellen;
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Fig. 18 zeigt eine Dreieckwelle mit auf die Vorder- und
Hinterflanken übertragenen Zeitkonstanten;
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Fig. 19 zeigt eine Ausführungsform eines impulsbreiten-
und amplitudenmodulierten Signals;
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Fig. 20 zeigt eine weitere Ausführungsform des
impulsbreiten- und amplitudenmodulierten Signals;
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Fig. 21 zeigt eine grobe Darstellung einer
Ausführungsform einer Treiberschaltung;
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Fig. 22 zeigt eine grobe Darstellung der Arbeitsweise
der Treiberschaltung;
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Fig. 23 zeigt eine grobe Darstellung der Funktionsweise
der Ionenerzeugung;
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Fig. 24 zeigt eine konzeptionelle Darstellung eines 10-
nendruckers vom Corotron-Typ.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachstehend wird anhand der Fig. 9-18 eine
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbtonbildaufzeichnungsgeräts
erläutert.
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Diese Ausführungsform ist durch Übertragen einer
Zeitkonstanten auf mindestens eine von den Vorder- und
Hinterflanken eines impulsbreitenmodulierten Signals gekennzeichnet, das
an einen Aufzeichnungskopf angelegt wird. Zum Beispiel werden
Signale 30 und 31, die in Übereinstimmung mit Bildsignalen
impulsbreitenmoduliert sind, durch eine später zu beschreibende
Wellenformumwandlungsschaltung in Signale 32 und 33 von einer
Wellenform mit einer auf die Hinterflanke übertragenen
Zeitkonstanten umgewandelt, wie in Fig. 9 dargestellt.
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In Fig. 10 werden Signale 30 und 31, die in
Übereinstimmung mit Bildsignalen impulsbreitenmoduliert sind, in
Signale 34 und 35 von einer Wellenform mit einer auf die
Vorderflanke übertragenen Zeitkonstanten umgewandelt, und in Fig. 11
werden Signale 30 und 31, die in Übereinstimmung mit
Bildsignalen impulsbreitenmoduliert sind, in Signale 36 und 37 von
einer Wellenform mit auf die Vorder- und Hinterflanken
übertragenen Zeitkonstanten umgewandelt.
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Signale 32 und 33 mit der Wellenform gemäß Fig. 9
erhält man, indem man das Ausgangssignal einer Signalstromquelle
43, die ein impulsbreitenmoduliertes Signal erzeugt, einer
Wellenformumwandlung durch eine Wellenformumwandlungsschaltung
40 unterwirft, wie in Fig. 12(a) dargestellt. Die
Wellenformumwandlungsschaltung 40 ist aus Schaltern S1 und S2, einem
Widerstand R1 und einem Kondensator C aufgebaut und so
konstruiert, daß die Schalter S1 bzw. S2 während einer
Impulsanstiegszeit geschlossen bzw. geöffnet werden, um eine
Impulsspannung an den Kondensator C anzulegen, und daß die Schalter
S1 bzw. S2 während einer Impulsabfallzeit geöffnet bzw.
geschlossen werden, um eine Entladung durch eine Schaltung mit
Zeitkonstante zu erzielen, die durch den Kondensator C und den
Widerstand R1 gebildet wird. Man stellt fest, daß dies
erreicht werden kann, indem lediglich die Kontaktstelle des
Schalters S1 zum Widerstand R1 an die Elektrode des
Aufzeichnungskopfes angelegt wird.
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Die Wellenformsignale gemäß Fig. 10 erhält man durch
eine in Fig. 12(b) dargestellte Wellenformumwandlungsschaltung
41. In der Wellenformumwandlungsschaltung 41 werden die
Schalter S1 bzw. S2 während einer Impulsanstiegszeit geschlossen
bzw. geöffnet, so daß man durch eine Zeitkonstantenschaltung
mit dem Widerstand R1 und dem Kondensator C eine Zeitkonstante
erhalten kann. Während einer Impulsabfallzeit sind
andererseits die Schalter S1 bzw. S2 geöffnet bzw. geschlossen, so
daß der Kondensator C kurzgeschlossen werden kann und daher
augenblicklich entladen wird und dann auf Massepotential
abfällt.
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Die Wellenformsignale 36 und 37 gemäß Fig. 11 erhält
man durch eine Wellenformumwandlungsschaltung 42. In der
Wellenformumwandlungsschaltung 42 sind die Schalter S1 bzw. S2
während einer Impulsanstiegszeit geschlossen bzw. geöffnet, so
daß man durch eine Ladekurve, die auf eine
Zeitkonstantenschaltung mit dem Widerstand R2 und dem Kondensator C
zurückzuführen ist, eine Zeitkonstante erzeugen kann. Während einer
Impulsabfallzeit sind andererseits die Schalter S1 bzw. S2
geöffnet bzw. geschlossen, so daß durch eine Ladekurve infolge
einer Zeitkonstant enschaltung mit dem Kondensator C und den
Widerständen R1 und R2 eine Zeitkonstante erzeugt werden kann.
Bezüglich der Fig. 10(b) und 11(b), in denen die
Zeitkonstanten auf die Vorderflanken übertragen sind, ist
dargelegt worden, daß der Impulsspitzenwert über eine vorgegebene
Zeit annähernd erreicht wird. Strenggenommen wird jedoch eine
beträchtliche Zeit: benötigt, bis eine konstante Spannung
erreicht ist. Um daher, wie dargestellt, über eine gegebene Zeit
eine konstante Spannung zu erzielen, muß zu dieser Zeit der
Schalter S1 geöffnet werden - in welchem Falle der Schalter S2
offengehalten wird, wodurch dieses Maximum durch den
Kondensator C gehalten wird. Zu beachten ist, daß diese Schalter S1
und S2 einer vorprogrammierten Steuerung mit Hilfe eines
Mikrocomputers usw. unterworfen werden können.
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Man erkennt, daß die Steuerungswellenformen der
vorliegenden Ausführungsform nicht auf diejenigen mit Zeitkonstanten
beschränkt sind, wie sie in den Fig. 9-11 dargestellt sind;
mit anderen Worten, die Wellenformen können linear ansteigen
oder abfallen. Wenn z. B. der Widerstand in der in Fig. 12
dargestellten Umwandlungsschaltung durch eine
Konstantstromschaltung ersetzt wird, dann kann man eine trapezförmige
Wellenform erhalten, wie in Fig. 13 dargestellt.
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Fig. 13(a) stellt eine Anordnung dar, in der eine
Konstantstromschaltung 11 in die Entladeschaltung eingebaut ist,
wodurch man eine linear abfallende Wellenform erhält, wie z. B. in Fig. 13(b) dargestellt. Fig. 13(c) stellt eine Anordnung
dar, in der eine Konstantstromschaltung 12 in die
Ladeschaltung eingebaut ist, wodurch man eine linear ansteigende
Wellenform erhält, wie z. B. in Fig. 13(d) dargestellt. Fig.
13(e) zeigt eine Anordnung, in der Konstantstromschaltungen in
die Lade- und Entladeschaltungen eingebaut sind, wodurch man
eine Wellenform erhält, die linear ansteigt und nach Erreichen
einer konstanten Spannung linear abfällt, wie z. B. in Fig.
13(f) dargestellt.
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Im folgenden wird auf den Fall Bezug genommen, wo z. B.
ein Signal, das entsprechend einem Bildsignal
impulsbreitenmoduliert ist, einer Wellenformumwandlung unterworfen wird, um
auf die Hinterflanke eine Zeitkonstante zu übertragen. Selbst
wenn diskrete Ionenflüsse auftreten, wie in Fig. 14 (b)
dargestellt, die durch eine Hochfrequenzspannung wie die in Fig.
14(a) dargestellte erzeugt werden, gestattet das Vorhandensein
der in Fig. 14(c) dargestellten Zeitkonstante, daß der diskret
erzeugte Ionenfluß in einer Zeitspanne T1 oder T2 aufgenommen
wird. Da dies zu einer Änderung eines Ionenstroms führt, die
einen gewissen Beitrag leistet, selbst wenn zwischen t&sub1; und t&sub2;
eine Impulsbreitenänderung auftritt, ändert sich das
Oberflächenpotential annähernd linear (glatt) in Abhängigkeit von der
Impulsbreite, aber ohne eine stufenweise Änderung
durchzumachen.
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Dies wird z. B. anhand der in den Fig. 15 und 16
dargestellten Simulationsergebnisse erläutert. Bei dieser
Simulation wurden unterschiedliche Zeitkonstantenwerte auf die
Vorderflanke einer Rechteckwelle übertragen, wie in Fig. 15(a)
dargestellt, um Oberflächenpotentiale nachzuweisen. Man
erhielt Ergebnisse, wie sie in Fig. 15(b) dargestellt sind. Mit
zunehmender Zeitkonstante der Vorderflanke in Fig. 15(a)
ändert
sich das in Fig. 15(b) erhaltene Oberflächenpotential von
einer Stufenkurve zu einer sich glatt ändernden Kurve. Man
erkennt daher, daß die geeignete Auswahl eines passenden
Zeitkonstantenwerts es ermöglicht, eine Halbtonwiedergabe von
guter Qualität zu erzielen, da eine Änderung des
Oberflächenpotentials als Funktion von der Impulsbreite geglättet wird.
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Fig. 16(a) stellt den Fall dar, wo Zeitkonstanten auf
die Vorder- und Hinterflanken einer Rechteckwelle übertragen
werden. Im Falle einer Wellenform P erhält man eine
Dreieckwelle, die eine größere Zeitkonstante aufweist, aber frei von
einem Konstantspannungsteil ist. Wie aus Fig. 16(b) erkennbar,
tritt eine stufenweise Änderung des Oberflächenpotentials als
Funktion von der Impulsbreite auf, solange die Zeitkonstante
klein ist, aber in dem Maße, wie die Welle mit einer Zunahme
der auf die Vorder- und Hinterflanken übertragenen
Zeitkonstanten eine Dreieckwellenform annähert, weist das
Oberflächenpotential eine glatte Änderung auf.
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Die Änderungen des Oberflächenpotentials in
Abhängigkeit von der Impulsbreite wurden unter Verwendung einer
Dreieckwelle (Kennlinie A) und einer Rechteckwelle (Kennlinie B)
gemessen. Die Ergebnisse sind in Fig. 17 dargestellt. Hier
stellt man fest, daß als Dreieckwelle eine Wellenform
verwendet wurde, die Lade- und Entladekurven aufweist, wie in Fig.
18 dargestellt. Wie aus Fig. 17 erkennbar, ist die Änderung
des Oberflächenpotentials als Funktion von der Impulsbreite
bei der Dreieckwelle glatter als bei der Rechteckwelle.
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Gemäß dieser obenerwähnten Ausführungsform ist es
möglich, ein Ausgangssignal mit hoher Halbtonstufenzahl zu
erhalten, da das Signal nicht durch die Erzeugung diskreter
Ionenflüsse beeinflußt wird, die der am Aufzeichnungskopf
anliegenden Wechselstromfrequenz entsprechen, und daher wird die
Änderung des auf dem Aufzeichnungselement ausgebildeten
Oberflächenpotentials als Funktion von der Impulsbreite geglättet.
In der folgenden Beschreibung wird eine weitere
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbtonbildaufzeichnungsgeräts
erläutert.
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Fig. 19 zeigt eine Ausführungsform eines impulsbreiten-
und amplitudenmodulierten Signals. Man stellt fest, daß diese
Ausführungsform auf jedes Bildaufzeichnungsgerät mit
Ionenflußsteuerung anwendbar ist.
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Wie in Fig. 19(a) dargestellt, wird die Amplitude eines
Impulses mit einer Einheitsdauer to entsprechend der
Eingangssignalspannung in einem Einheitsamplitudenschritt v in eine
Amplitude V geändert. Bei großer Eingangssignalspannung wird
ein Impuls mit einer Dauer t&sub0; und einer Amplitude V um eine
Einheitsdauer t&sub0; phasenverschoben, wie in Fig. 19(b)
dargestellt. Dann wird die Amplitude des Impulses mit der
Einheitsdauer t&sub0; gleichfalls in die Amplitude V geändert. Bei größerer
Eingangssignalspannung wird ein Impuls mit einer Dauer 2t&sub0; und
der Amplitude V um eine Einheitsdauer t&sub0; phasenverschoben, wie
in Fig. 19(c) dargestellt. Dann wird die Amplitude des
Impulses mit der Einheitsdauer t&sub0; entsprechend in die Amplitude V
geändert. Wenn die Signalspannung viel größer ist, dann
erfolgt eine Phasenverschiebung um die Einheitsdauer t&sub0;. Dann
wird die Amplitude des Impulses mit der Einheitsdauer t&sub0; im
Einheitsamplitudenschritt v entsprechend in die Amplitude V
geändert. Folglich wird die Amplitudenmodulation bei einem
Impuls mit der Einheitsdauer t&sub0; im Schritt v ausgeführt, während
die Impulsbreitenmodulation unter Verwendung einer Dauer t&sub0;
als Einheit ausgeführt wird; Amplituden- und
Impulsbreitenmodulation werden unabhängig voneinander ausgeführt.
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Wir wollen jetzt die Amplitudenmodulation als N-
Halbtonsteuerung und die Impulsbreitenmodulation als M-
Halbtonsteuerung bezeichnen. Wir können dann den Gesamthalbton
durch N x M Halbtone definieren. In diesem Falle wird die
Ansteuergeschwindigkeit entweder durch N oder durch M bestimmt,
wobei allerdings der gewählte Wert von N oder M größer als der
andere Wert sein muß. Wenn nun M < N ist, dann kann die
Ansteuergeschwindigkeit um den Faktor M vergrößert werden. Wenn
z. B. im Falle der Darstellung mit 256 Halbtonstufen N = 64
und M = 4 ist, dann kann die Ansteuergeschwindigkeit für die
Darstellung mit 64 Halbtonstufen sogar auf die Darstellung mit
256 Halbtonstufen angewandt werden, oder mit anderen Worten,
die Ansteuergeschwindigkeit kann um den Faktor 4 vergrößert
werden. Wenn N = M = 16 ist, dann kann die
Ansteuergeschwindigkeit für die Darstellung mit 16 Halbtonstufen sogar auf die
Darstellung mit 256 Halbtonstufen angewandt werden, oder mit
anderen Worten, die Ansteuergeschwindigkeit kann um den Faktor
16 vergrößert werden.
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Man stellt fest, daß in Fig. 19 der
amplitudenmodulierte Teil der Ansteuerimpulswellenform beim Übergang von Fig.
19(a) über Fig. 19(b) zu Fig. 19(c) nach und nach um t&sub0;
phasenverschoben wird. Für eine wirkliche Schnellsteuerung ist es
jedoch vorzuziehen, die Phase des amplitudenmodulierten Teils
zu fixieren. Aus diesem Grunde möchte man eine
Wellenformsteuerung ausführen, wie z. B. in Fig. 20 dargestellt.
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Mit anderen Worten, man möchte, daß entsprechend der
Darstellung in Fig. 20(a) die Amplitude des Impulses mit der
Einheitsdauer t&sub0; im Einheitsamplitudenschritt v, welcher der
Eingangssignalspannung entspricht, in die Amplitude V geändert
wird. Wenn die Eingangssignalspannung größer ist, dann wird
ein Impuls mit der Dauer t&sub0; und der Amplitude V um die Dauer
t&sub0; phasenverschoben, wie in Fig. 20(b) dargestellt. Dann wird
die Amplitude des Impulses mit der Einheitsdauer t&sub0; außerdem
in der gleichen Phase im Einheitsamplitudenschritt v in die
Amplitude V geändert. Wenn die Eingangssignalspannung größer
ist, dann wird ein Impuls mit der Dauer 2t&sub0; und der Amplitude
V um die Dauer t&sub0; phasenverschoben, wie in Fig. 20(c)
dargestellt. Dann wird die Amplitude des Impulses in der gleichen
Phase im Einheitsamplitudenschritt v in die Amplitude V
geändert. Diese Impulsbreiten- und Amplitudenmodulationen gelten
für eine viel größere Eingangssignalspannung.
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Bei einer solchen Impulswellenform ist die
Amplitudemodulationssteuerung leicht ausführbar, da die Phase des
amplitudenmodulierten Teils fixiert ist.
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Fig. 21 zeigt die Wellenformumwandlungsschaltung zur
Erzeugung der in Fig. 20 dargestellten Impulswellenform, und
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Fig. 22 zeigt eine Darstellung der Arbeitsweise der
Wellenformumwandlungsschaltung. In Fig. 21 bezeichnet das Bezugszeichen
45 einen Spannungseinstellblock, 46 bezeichnet einen
Impulsbreiteneinstellblock, 47 einen Eingangsanschluß, und S1-S3
bezeichnen Schalter.
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Wie bereits in Verbindung mit den Fig. 19 und 20
erläutert, erzeugt der Spannungseinstellblock in einem gegebenen
Einheitsschritt mehrere unterschiedliche Spannungen, die der
Anzahl der Halbtöne entsprechen. Der
Impulsbreiteneinstellblock erzeugt mehrere Impulse mit unterschiedlicher Breite in
einem gegebenen Einheitszeitschritt. Wenn der Schalter S1
zuerst geschlossen wird, nimmt der Ausgangsanschluß 47 einen
Spannungspegel +B der Stromversorgung an. Wenn der Schalter S1
ausgeschaltet und danach der Schalter S2 eingeschaltet wird,
nimmt der Ausgangsanschluß 47 den Ausgangspegel des
Spannungseinstellblocks 45 an, und wenn der Schalter S3 eingeschaltet
wird, nimmt der Ausgangsanschluß 47 den Pegel null an. Daher
kann der anhand von Fig. 20 erläuterte modulierte Impuls
erzeugt werden, indem die Schaltvorgänge der Schalter S2 und S3
im Einheitszeitintervall bzw. in einem Zeitintervall gesteuert
werden, das ein ganzzahliges Vielfaches des
Einheitszeitintervalls ist. Dann können eine Hochgeschwindigkeitssteuerung und
eine kontrastreiche Darstellung erzielt werden, indem ein
derartiger modulierter Impuls über den Ausgangsanschluß 47 an
einen Ionenkopf angelegt wird.
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Hierbei ist festzustellen, daß bei Verwendung einer
Sinuswelle wie der in Fig. 23(a) dargestellten als
Hochfrequenzspannung für ein durch Festkörperentladung betriebenes
Halbtonbildaufzeichnungsgerät mit Öffnungssteuerung, wie in Fig. 1
dargestellt, Ionenflüsse nur im Maximum der
Hochfrequenzspannung nachweisbar sind, wie bereits in Verbindung mit Fig. 4
erläutert und in Fig. 23(b) dargestellt. Anders ausgedrückt,
die Ionenflüsse werden in bestimmten Zeitabständen diskret
erzeugt, und daher tritt eine Änderung der erzeugten Ionenmenge
auf. Wenn daher die Einheitsimpulsdauer t&sub0;, die anhand der
Fig. 19 und 20 erläutert wurde, einem Ionenerzeugungszyklus
oder Zyklen entspricht, die ein ganzzahliges Vielfaches davon
sind, dann können Ionenflüsse in Verbindung mit einer
Impulsbreitenänderung erzeugt werden.
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Da die vorliegende Ausführungsform eine Steuerung mit
hoher Halbtonstufenzahl erleichtert, selbst wenn sie mit hoher
Geschwindigkeit angesteuert wird, ermöglicht sie die Erhöhung
der Druckgeschwindigkeit und die Ausführung einer
Halbtonwiedergabe von guter Qualität.
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Die obenerwähnte Ausführungsform ist zwar in bezug auf
die Betriebsart mit Wechselstromansteuerung beschrieben
worden, man stellt aber fest, daß die Erfindung auch in einer
Betriebsart mit Gleichstrom-Ionenerzeugung ausführbar ist.
Ein Ionendrucker vom Corotron-Typ, der in Fig. 24 als
Beispiel dargestellt ist, kann wegen der konstanten
Ionenemission einer Halbtonsteuerung nur durch Impulsbreitenmodulation
unterworfen werden.
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Die Fig. 24(a) und (b) zeigen eine konzeptionelle
Darstellung eines solchen Ionendruckers vom Corotron-Typ,
wobei das Bezugszeichen 51 eine
Koronaentladungs-Ionenerzeugungsquelle, 52 einen Ionenkopf, 52a eine obere Öffnungs- bzw.
Lochelektrode, 52b eine Isolierschicht, 52c eine untere
Öffnungselektrode, 53 ein Loch, 54 ein Aufzeichnungsmedium, 54a
einen Isolator, 54b eine elektrisch leitende Schicht, 55 eine
Stromquelle für die Koronaentladungs-Ionenerzeugung, 56 und 57
Stromquellen für Steuersignale und 58 eine
Vorspannungselektrode bezeichnen.
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Die Stromquelle 51 für die
Koronaentladungs-Ionenerzeugung kann z. B. aus einer Gehäuseelektrode 51a und einem darin
installierten Koronaentladungsdraht 51b aufgebaut sein. Durch
die Stromquelle 55 für die Koronaentladungs-Ionenerzeugung
wird zwischen der Gehäuseelektrode 51a und dem
Koronaentladungsdraht 51b eine hohe Gleichspannung angelegt, um
Koronaentladungs-Ionen zu erzeugen. Obere und untere
Öffnungselektroden 52a und 52c, die auf beiden Seiten der Isolierschicht
52b ausgebildet sind, sind mit einer Durchgangsöffnung
versehen, die einer Durchgangsbohrung 53 in der Isolierschicht 52b
entspricht, um ein Einheitsaufzeichnungselement zu definieren,
und dienen zur Ein/Aus-Steuerung eines Ionenflusses in
Abhängigkeit von der Polarität der Steuersignalspannung, die durch
Steuersignal-Stromquellen 56 und 57 angelegt wird. Die Korona-
Ionen, die das Loch in der Isolierschicht durchlaufen haben,
werden durch ein elektrisches Feld gelenkt, das durch die
Vorspannungsquelle 58 zwischen der Isolierschicht und der
leitfähigen Schicht 5 des Aufzeichnungsmediums 4b erzeugt wird,
wodurch auf dem Isolator 54a des Aufzeichnungsmediums 54 ein
latentes Bild ausgebildet wird.
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In einer solchen Anordnung wird eine Signalspannung an
die untere Elektrode 52 angelegt, wie in Fig. 24(a)
dargestellt, um die obere Öffnungselektrode 52a so positiv zu
machen, daß ein Korona-Ionenfluß entlang einem in der
Elektrodenöffnung erzeugten elektrischen Feld zum Aufzeichnungsmedium
54 gelangen kann, um auf dem Isolator 54a ein latentes Bild
auszubilden. Wenn andererseits eine Signalspannung mit
umgekehrter Polarität der Signalspannungsquelle angelegt wird, wie
in Fig. 24(b) dargestellt, dann entsteht in der
Elektrodenöffnung ein elektrisches Feld in der Richtung, die einen
Ionenfluß verhindert, und daher können die Ionen nicht durch die
Öffnung gelangen. Folglich entsteht auf dem Isolator 54(a) ein
latentes Bild, das einem Steuersignal entspricht.