DE2112199A1

DE2112199A1 - Kopiergeraet mit einem waermeempfindlichen Aufzeichnungstraeger

Info

Publication number: DE2112199A1
Application number: DE19712112199
Authority: DE
Inventors: Benjamin Kazan
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1970-03-16
Filing date: 1971-03-13
Publication date: 1971-10-07
Also published as: CA932377A; FR2087778A5; GB1288702A; US3673594A; JPS5115746B1

Description

IBM Deutschland Internationale Büro-Ma*&inen Getelltchaft mbH

Böblingen, 9, März 1971 km-sk

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10

Amtl.Aktenzeichen: Neüanmeldung Aktenz.d.Anraeld.: Docket YO 969 062

Kopiergerät mit einem wärmeempfindlichen Aufzeichnungsträger

Die Erfindung betrifft ein Kopiergerät mit einem wärmeempfindlichen Aufzeichnungsträger zur Herstellung von Kopien von Schriftstücken, Bildern oder elektrisch bzw. magnetisch gespeicherten Informationen.

Es ist bekannt, zur Herstellung von Kopien von Schriftstücken oder Bildern einen wärmeempfindlichen Aufzeichnungsträger mit einer fotoleitenden oder fotodielektrischen Schicht zu verwenden (z.B.USA Patent 3 368 892). Wenn ein so beschichteter Aufzeichnungsträger mit dem Bild eines zu kopierenden Objektes belichtet wird, erfolgt entsprechend der einfallenden Lichtmenge eine lokale Änderung der Leitfähigkeit in der fotoleitenden Schicht oder der Dielektrizitätskonstante in der foto-dielektrischen Schicht. Im wesentlichen gleichzeitig mit der Beschichtung wird

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der belichtete Bereich durch Hochfrequenzeinwirkung erwärmt, wodurch sich im wärmeempfindlichen Aufzeichnungsträger eine Wärmeverteilung einstellt, die dem zu kopierenden Objekt entspricht und die ein sichtbares Bild dieses Objektes hinterläßt. Diese bekannten Anordnungen haben den Nachteil, daß der Lichteinfall relativ intensiv sein muß, um eine gute Kopierqualität zu erzeugen. Außerdem besitzt die fotoleitende oder foto-dielektrische Schicht keinerlei nachhaltige Speichereigenschaft für die durch die Belichtung in ihr erzeugten Leitfähigkeitsänderungen bzw. Änderungen der Dielektrizitätskonstante. Die Wärmefixierung muß deshalb fast gleichzeitig mit der Belichtung erfolgen, wodurch die bauliche Gestaltungsmöglichkeit erheblich eingeschränkt wird und eine Löschung der Belichtung vor der Fixierung nicht möglich ist.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, ein Kopiergerät der genannten Bauart anzugeben, bei dem eine geringere Lichtintensität zur Herstellung guter Kopien verwendet wird und die vorerwähnten Einschränkungen nicht bestehen. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der Aufzeichnungsträger mit einer nach Art des Feldeffektes beeinflußbaren Halbleiterschicht versehen ist, die zur Aufnahme und Speicherung eines Ladungsbildes von dem zu kopierenden Objekt dient, und daß zur lokalen Erhitzung des Halbleiters eine Wärmequelle vorgesehen ist, durch deren Einwirkung ein dem Ladungsbild entsprechendes sichtbares Bild im Aufzeichnungsträger erzeugt wird.

Das sich in der Halbleiterschicht einstellende Ladungsbild ist unbegrenzt haltbar. Die Fixierung des Bildes im Aufzeichnungsträger kann daher zu einem späteren

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Zeitpunkt und an einem anderen Ort erfolgen."Da jeder Elementarbereich der Halbleiterschicht als ein Leistungsverstärker betrachtet werden kann, ist die zur Bilderzeugung in der Halbleiterschicht benötigte Energie, z.B. Lichtstärke, wesentlich kleiner als bei den bekannten Anordnungen, die wärmeempfindliche Aufzeichnungsträger verwenden.

Verschiedene vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind aus den Ansprüchen ersichtlich. Nachfolgend sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig.Ia-Ie eine Reihe von vereinfachten Darstellungen zur Erläuterung der Arbeitsweise einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform, die eine Magnetschicht als Aufzeichnungsträger benutzty

Fig.2 eine andere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kopiergerätes, bei dem als Aufzeichnungsträger ein wärmeempfindliches Papier dient und

Fig.3 eine weitere Ausführungsform der Erfindung, wobei die Aufzeichnung auf eine Schichtstruktur erfolgt, die sich aus einer Schicht wärmeempfindlichen Materials, einer Halbleiterschicht und einer Isolierschicht zusammensetzt·

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In Fig.la ist ein elektrisch isolierender Träger 2 dargestellt, der vorzugsweise aus Glas, Keramik oder dergl. bestehen kann und der mit einer dünnen Magnetschicht 4 beschichtet ist. Die Schicht 4 besteht vorzugsweise aus Europium-Oxyd (EuO), dessen Magnetfeldrichtung durch Curie-Punkt-Umschaltung geändert werden kann. Derartiges Europium-Oxyd wird normalerweise auf einer Temperatur gehalten, die unterhalb seiner Curie-Temperatur liegt. Auf der Schicht 4 befindet sich eine dünne Halbleiter-Schicht 6 aus Zinkoxyd (ZnO).

Zur Ausführung einer magnetischen Aufzeichnung auf eine Anordnung, wie sie die Fig.la zeigt, wird als erster Schritt ein magnetisches Feld M angelegt, welches die gesamte Europium-Oxyd-Schicht 4 in eine Richtung magnetisiert, die parallel zur Ebene der Magnetschicht liegt (Fig.Ib). Diese Magnetisierungsrichtung wird beibehalten, wenn das Magnetfeld M entfernt wird. Die Oberfläche der Zinkoxydschicht 6 wird durch eine Koronaeinrichtung 8 gleichmäßig negativ aufgeladen, wobei die gesamte Anordnung in abgedunkelter Umgebung gehalten wird (Fig.Ic). Um die Ableitung überschüssiger negativer Ladungen innerhalb der Zinkoxydschicht 6 zu ermöglichen, ist die Magnetschicht 4 mit Erdpotential verbunden. Die Zinkoxydschicht 6 wird daraufhin vorübergehend belichtet, indem ein Bild eines Objektes S auf sie abgebildet wird (Fig.Id).

Durch die dabei auf der Oberfläche der Zinkoxydschicht 6 entstehende Lichtverteilung wird diese Schicht örtlich entladen, so daß ein Ladungsbild auf der Oberfläche der Schicht 6 zurückbleibt. Die Eigenschaften von Zinkoxyd, welche das Festhalten negativer Ladungen und deren Zer-

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streuung durch Lichteinwirkung gestatten, sind in dem Artikel ¹¹A Review of Electrofax Behavior" von J.A.Amick, RCA Review, Dezember 1969, Band XX, Nr.4, Seite 753, angegeben. Nach der Belichtung werden aufeinanderfolgende Bereiche der Magnetschicht 4 und der Zinkoxydschicht 6 einem Hochfrequenzfeld ausgesetzt, indem der Träger 2 mit den Schichten 4 und 6 an Hochfrequenzelektroden 12 vorbeibewegt wird.(Fig.Ie). Zur gleichen Zeit wird ein Magnetfeld M¹, das die entgegengesetzte Richtung wie das Magnetfeld M hat, an die Europium-Oxydschicht 6 angelegt. Entsprechend dem Ladungsbild, das während der Belichtung gem.Fig.Id in der Schicht 6 hergestellt wurde, wird ein Leitfähigigkeitsmuster durch den Feldeffekt erzeugt, der in der Zinkoxydschicht 6 wirksam ist. Die Erzeugung eines Leitfähigkeitsmusters durch eine selektive Oberflächenladung in Zinkoxyd wird in einem Artikel "Image Storage Panels Based on Field-Effect Control of Conductivity" von B. Kazan et al, PROC. OF THE IEEE, 1968, Nr.56, Seiten 285-295, beschrieben. Das Hochfrequenzfeld bewirkt in der Zinkoxydschicht 6 an den Stellen, wo diese leitend (entladen)ist, einen lokalen Stromfluß, der eine Erwärmung dieser Schichtteile mit sich bringt. Diese Erwärmung wird auf die unmittelbar benachbarten Teile der Europium-Oxyd-Schicht übertragen, die dadurch auf eine Temperatur gebracht werden, die oberhalb ihrer Curie-Temperatur liegt, so daß nach darauffolgender Abkühlung die betreffenden Bereiche des Europium-Oxyd eine Magnetisierung in Richtung des Feldes M¹ behalten, das entgegengesetzt ihrer anfänglichen Magnetisierungsrichtung ist. Es wird daher die Aufzeichnung eines Bildes in der Schicht 4 bewirkt, das dem zuvor in der Schicht 6 gespeicherten Ladungsbild entspricht.

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Die Frequenz der den Elektroden 12 zugeführten Hochfrequenzenergie ist so gewählt, daß die Hitzeerzeugung hauptsächlich auf die Zinkoxydschicht 6 beschränkt ist. Soll die Aufzeichnung, wie im dargestellten Falle, auf eine Magnetschicht erfolgen, empfiehlt es sich, ein dotiertes Zinkoxydmaterial zu verwenden, dessen Leitfähigkeitsbereich entsprechend groß ist. Es kann hierfür beispielsweise ein mit überschüssigem Zink dotiertes Material verwendet werden. Da so wenig wie möglich Wärme in der Magnetschicht 4 erzeugt werden soll, Wf sollte diese eine sehr niedrige Leitfähigkeit aufweisen.

Im Falle von Europium-Oxyd liegt beispielsweise der spezifische Widerstand dieses Materials bei 10 Ohm c im Vergleich zum Widerstandsbereich des Zinkoxyds von

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10-10 Ohm cm, so daß eine bevorzugte Erwärmung des Zinkoxyds gegenüberdem Europium-Oxyd erhalten wird.

Zur Belichtung der Zinkoxydschicht 6 kann anstelle einer Projektion des Objektbildes auch eine rasterartige Belichtung durch Abtastung mit einem Laserstrahl oder einem inkohärenten intensitätsmodulierten Lichtstrahl zur Anwendung kommen. Wenn ein Laserstrahl verwendet wird, genügt eine sehr kurze Einwirkzeit des Strahls auf jeden Rasterpunkt der Schicht 6, um das Ladungsbild zu erzeugen, da ein Laserstrahl eine sehr hohe Lichtintensität besitzt. Hierbei ist eine wesentlich höhere Abtastgeschwindigkeit möglich als Wenn ein Str.ahl inkohärenten Lichtes benutzt wird. Der Hauptvorteil des oben beschriebenen Reproduktionsverfahrens besteht jedoch darin, daß eine Speicherung des Ladungsbildes erhalten wird, das über eine längere Zeit in diesem Zustand aufbewahrt werden kann und das auch eine Löschung gestattet. Die Umwandlung in ein magnetisch aufgezeichnetes Bild kann zu einem beliebigen Zeitpunkt nach der Herstellung des Ladungsbildes erfolgen. Eine Löschung der magnetischen Aufzeichnung

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erfolgt dadurch, daß ein ausreichend gleichförmiges Magnetfeld M an die Europium-Oxydschicht 4 angelegt und ein neuer Aufzeichnungsprozeß begonnen wird.

Obgleich die vorausgehend erläuterte Aufzeichnung in aufeinanderfolgenden Schritten erläutert wurde, ist leicht einzusehen, daß die Komposition der Schichten 2, 4 und 6 in einem lichtdichten Gehäuse, wie beispielsweise einer Kamera, angeordnet sein kann und nacheinander an einer Magnetisierungsstation, einer Koronaauf ladestation, einer Belichtungsstation und einer Hochfrequenzstation vorbeibewegt werden kann, die sich an aufeinanderfolgenden Plätzen des Transportweges der S chi chts truktur befinden.

Die Fig.2 zeigt eine schematische Darstellung einer derartigen Anordnung. Ein wärmeempfindliches Papier ist mit einer Zinkoxydschicht 6 versehen und dient als Aufzeichnungsträger. Das beschichtete Papier 14 hat die Form eines langen beweglichen Streifens, der sich in einer Kamera 16 befindet und durch Betätigung eines nicht dargestellten Kameraverschlußes belichtet werden kann. Die Belichtung erfolgt über ein Linsensystem 20, das durch Lichtstrahlen 18 ein Bild eines fokussierten Objektes 18 auf einen Teil der Schicht 6 projiziert, der sich unterhalb des offenen, nicht dargestellten, Kameraverschlußes befindet. Bevor dieser Teil der Schicht den Bereich des Verschlußes erreicht, wird er der Wirkung einer Koronastation ausgesetzt, wo er negativ aufgeladen wird. Eine Erdung einer leitenden Umlenkrolle r gestattet eine Ableitung überschüssiger Ladungen von der Zinkoxydschicht 6 durch das gering leitende Papier

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Die Belichtung der Zinkoxydschicht 6 durch die Lichtstrahlen 10 bewirkt ein Ladungsbild auf der Oberfläche diesea: Schicht/ das ein entsprechendes Leitfähigkeitsmuster in der Zinkoxydschicht erzeugt. Dieses Leitfähigkeitsmuster bleibt nach seiner Ausbildung unbegrenzt
bestehen, bis eine absichtliche Löschung erfolgt. Das
weiter transportierte Papier erreicht daraufhin eine
Hochfrequenz-Erwärmungsstation 22, die in der Nähe der Schicht 6 angeordnete Elektroden 12 besitzt/ welche
eine lokale Erwärmung der Schicht 6 und des Papiers 14 verursachen. Das wärmeempfindliche Papier 14 kann beispielsweise dem Typ angehören, dessen rötlich gelbe
Farbe sich in eine dunkelblaue Färbung ändert, wenn es auf über 100° C erwärmt wird. Eine Type derartigen Papiers wird als Thermofax-Papier bezeichnet. Da die in der Zinkoxydschicht 6 durch das Hochfrequenzfeld erzeugte Wärme in einer Verteilung auftritt/ die dem gespeicherten Leitfähigkeitsmuster entspricht, wird dieses Muster im Papier 14 reproduziert. Da die Zinkoxydschicht 6 transparent ist/ ist das im Papier 14 erzeugte Verfärbungsmuster nach
außen sichtbar.

Das im wärmeempfindlichen Papier 14 erzeugte sichtbare Bild ist fixiert, wenn der Bildbereich die Station 22
verläßt. Im Gegensatz zur Magnetaufzeichnung gemäß den Fig.Ia-Ie ist das Bild nicht löschbar. Es liegt im Bereich vorliegender Erfindung, dass das wärmeempfindliche Papier durch andere geeignete wärmeempfindliche Materialien ersetzt werden kann, wenn dies erwünscht ist. Derartige Materialien sind beispielsweise cholesterische/ flüssige Kristalle, die ihre Farbe bei Erhitzung ändern.

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Obgleich Bilder, die durch Wärmeänderungen in derartigen Kristallen erzeugt werden, nur für eine bestimmte Dauer erhalten bleiben, können derartige Schichten in Verbindung mit einer Feldeffektschicht nach Art der Zinkoxydschicht 6 zur Bilderzeugung in dynamischen Sichtanzeigegeräten Verwendung finden.

Die Fig.3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, wobei der Aufzeichnungsträger 4 eine Magnetschicht, ein wärmeempfindliches Papier oder ein wärmeempfindlicher Kristall sein kann. Die Zinkoxydschicht ist hier ersetzt durch eine dünne Schicht aus Halbleitermaterial 34 und eine elektrische Isolierschicht 36. Die Isolierschicht 36 kann beispielsweise aus SiO₂ oder CaF₂ bestehen und das Halbleitermaterial 34 kann beispielsweise GdSe, CdS oder Tellurium sein und ist vorzugsweise ein Halbleitermaterial, das leicht als dünne Schicht herstellbar ist. Abweichend vom Zinkoxyd können derartige Halbleiter das Ladungsbild nicht ohne Vorhandensein einer Isolierschicht 34 gespeichert halten.

Durch eine Anordnung von Nadeln 38, von denen in Fig.3 nur eine dargestellt ist und die bis nahe an die Oberfläche der Schicht 36 reichen oder mit dieser in Kontakt stehen, werden der Isolierschicht 36 individuelle Spannungen V_ zugeführt, die in Übereinstimmung mit den Ein-

gabesignalen moduliert werden, wenn die aus den Schichten 32, 34 und 36 bestehende Struktur an den Nadeln 36 vorbei bewegt wird. In dieser Weise kann ein Ladungsbild auf der Isolierschicht 36 erzeugt werden. Es sei angenommen, daß die Schichtstruktur aus Aufzeichnungsträger 32, Halbleiterschicht 34 und Isolierschicht 36 entsprechend der Pfeilrichtung durch die Rolle r bewegt wird.

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Bei dieser Bewegung wird der Bereich des Ladungsbildes der Wirkung der Hochfrequenzelektroden 12 ausgesetzt, wodurch eine lokale Erwärmung in der Halbleiterschicht 34 erfolgt. Diese Erwärmung findet in Übereinstimmung mit dem Leitfähigkeitsmuster statt, welches in der Halbleiterschicht 34 durch das gespeicherte Ladungsbild erzeugt wird. Die lokale Erwärmung wird daraufhin auf den wärmeempfindlichen Aufzeichnungsträger 32 übertragen, wo sie entweder eine permanente oder eine auslöschbare Aufzeichnung hinterläßt. Bei der Ausführungsform von Fig.3 ist angenommen worden, daß der Aufzeichnungsträger 32 in geringem Maße elektrisch leitend ist und über die Rolle r geerdet wird, um dadurch überschüssige negative Ladungen von der Halbleiterschicht 34 während der Koronaaufladung abzuleiten. Die geerdete Rolle r dient auch zum Transport der Schichtstruktur.

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Claims

Patentansprüche

Kopiergerät mit einem wärmeempfindlichen Aufzeichnungsträger, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufzeichnungsträger (14) mit einer nach Art des Feldeffektes beeinflußbaren Halbleitersshicht (6) versehen ist, die zur Aufnahme und Speicherung eines Ladungsbildes von einem zu kopierenden Objekt dient, und daß zur lokalen Erhitzung der Halbleiterschicht eine Wärmequelle (12) vorgesehen ist.? durch deren Einwirkung ein dem Ladungsbild entsprechendes sichtbares Bild im Aufzeichnungsträger erzeugt wird.
2. Kopiergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleitersctiicht (6) einem optischen System (20) zur Erzeugung eines Objekt-Bildes gegenüber liegt, das entsprechend der in ihm enthaltenen Lichtverteilung zur Ausbildung eines Ladungsbildes in der Halbleiterschicht führt, und daß eine Transporteinrichtung (r) für den Aufzeichnungsträger vorgesehen ist, durch die das gespeicherte Ladungsbild in die Nähe einer Wärmequelle (12) gebracht wird, die es in ein sichtbares Bild umwandelt.
3. Kopiergerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet/daß das optische System aus einer Linsenanordnung (20) besteht, die von einem Objekt (18) ein Bild auf die Halbleiterschicht (6) projiziert.

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4. Kopiergerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet/ daß das optische System aus einem rasterförmig über die Halbleiterschicht (6) geführten Lichtstrahl besteht, der in Abhängigkeit von dem aufzuzeichnenden Bild in seiner Intensität moduliert wird.
5. Kopiergerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des optischen Systems mehrere nadeiförmige Elektroden (38) bis nahe an die Halbleiterschicht (34) heran reichen, denen entsprechend dem aufzuzeichnenden Bildmodulierte Spannungen zugeführt werden.
6. Kopiergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschicht (6 oder 34) aus Zinkoxyd besteht.
7. Kopiergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufzeichnungsträger (4,14 oder 32) aus Europium-Oxyd besteht.
8. Kopiergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschicht (34) mit einer elektrischen Isolierschicht (36) bedeckt ist.
9. Kopiergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der Transportbahn des Aufzeichnungsträgers (14) eine Aufladungseinrichtung (8) stationiert ist, die die Halbleiterschicht (6) im unbelichteten Zustand miteiner negativen Ladung versieht, daß in Transportrichtung folgend eine Belichtungsstation (10,20) angeordnet ist, in welcher ein Bild des zu kopierenden Objektes auf die Oberfläche der Halbleiterschicht gebracht wird, und daß auf die

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Belichtungsstation eine Erwärmungsstation (12) folgt, der das in der Halbleiterschicht erzeugte Ladungsbild ausgesetzt wird und die dieses in den Aufzeichuungsträger (14) überträgt.
10. Kopiergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufzeichnungsträger eine vormagnetisierte Magnetschicht (4) ist, die zur Aufnahme eines dem Ladungsbild in der Halbleiterschicht (6) entsprechenden Magnetaufzeichnungsbildes durch Curiepunkt-Umschaltung dient, während die Halbleiterschicht der Wärmequelle (12) ausgesetzt ist.

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