DE69412893T2

DE69412893T2 - Tintenstrahldrucker mit Referenzmuster für das Abgleichen von Mehrfach-Tintenstrahlkassetten

Info

Publication number: DE69412893T2
Application number: DE69412893T
Authority: DE
Inventors: Robert W. Carlsbad California 92008 Beauchamp; Keith E. San Diego California 92116 Cobbs; Paul R. San Diego California 92124 Sorenson
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1993-04-30
Filing date: 1994-04-21
Publication date: 1999-01-21
Anticipated expiration: 2014-04-22
Also published as: ES2119927T3; DE69412893D1; JPH071799A; JP3514508B2; EP0622238A2; US5451990A; EP0622238A3; EP0622238B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung:

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Drucker und Plotter. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Tintenstrahldrucker und Plotter mit mehreren Stiften für einen Mehrfarbbetrieb.
Obwohl die vorliegende Erfindung hierin bezugnehmend auf erläuternde Ausführungsbeispiele für spezielle Anwendungen beschrieben ist, sollte es offensichtlich sein, daß die Erfindung nicht auf dieselben begrenzt ist. Fachleute auf diesem Gebiet und diejenigen, die Zugang zu den hierin bereitgestellten Lehren haben, werden zusätzliche Modifikationen, Anwendungen, Ausführungsbeispiele innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche und zusätzliche Gebiete erkennen, bei denen die vorliegende Erfindung besonders gut einsetzbar ist.

Beschreibung des Stands der Technik:

Tintenstrahldrucker/Plotter, wie z. B. diejenigen, die von der Hewlett-Packard Company verkauft werden, bieten wesentliche Geschwindigkeitsverbesserungen gegenüber dem herkömmlichen X-Y-Plotter. Tintenstrahldrucker/Plotter umfassen typischerweise einen Stift mit einem Düsenarray. Die Stifte sind an einem Wagen angebracht, der in aufeinanderfolgenden Bändern über die Seite bewegt wird. Jeder Tintenstrahlstift weist Heizerschaltungen auf, die, wenn dieselben aktiviert sind, bewirken, daß Tinte aus den zugeordneten Düsen ausgeworfen wird. Wenn der Stift über einer gegebenen Position positioniert ist, wird ein Tintenstrahl aus der Düse ausge worfen, um ein Tintenpixel an einer gewünschten Position vorzusehen. Das somit erzeugte Mosaik aus Pixeln liefert ein gewünschtes zusammengesetztes Bild.
Die Tintenstrahltechnologie ist im Stand der Technik bekannt. Siehe beispielsweise die US-Patente Nr. 4,872,027, mit dem Titel "PRINTER HAVING IDENTIFIABLE INTERCHANGEABLE HEADS", das am 3. Oktober 1989 an W. A. Buskirk u. a. erteilt wurde, und Nr. 4,965,593 mit dem Titel "PRINT QUALITY OF DOT PRINTERS", das am 23. Oktober 1990 an M. S. Hickman erteilt wurde.
Vor kurzem wurden Vollfarbtintenstrahldrucker/Plotter entwickelt, die eine Mehrzahl von Tintenstrahlstiften für unterschiedliche Farben aufweisen. Ein typischer Farbtintenstrahldrucker/Plotter weist vier Tintenstrahlstifte auf, d. h. einen, der schwarze Tinte speichert, und drei, die farbige Tinten, beispielsweise Magenta, Cyan und Gelb, speichern. Die Farben aus den drei Farbstiften werden gemischt, um eine beliebige spezielle Farbe zu erhalten.
Die Stifte sind typischerweise in Abteilungen innerhalb einer Anordnung angebracht, die auf dem Wagen des Druckers- /Plotters angebracht ist. Die Wagenanordnung positioniert die Tintenstrahlstifte und hält typischerweise die Schaltungsanordnung, die für eine Schnittstelle zu den Heizerschaltungen in den Tintenstrahlstiften erforderlich ist.
Das Vollfarbendrucken und -Plotten macht es erforderlich, daß die Farben aus den einzelnen Stiften präzise auf den Medien aufgetragen werden. Dies erfordert eine genaue Ausrichtung der Wagenanordnung. Ungünstigerweise ergibt eine mechanische Fehlausrichtung der Stifte bei herkömmlichen Tintenstrahldruckern/Plottern einen Versatz sowohl in der x-Richtung (in der Medien- oder Papierachse) als auch in der y-Richtung (in der Abtast- bzw. Bewegungsachse (scan axis) oder Wagenachse). Diese Fehlausrichtung (misalignment) der Wagenanordnung zeigt sich als Fehlausrichtung (misregistra tion) der Druckbilder, die von den einzelnen Stifte aufgetragen werden. Zusätzlich können weitere Fehlausrichtungen aufgrund der Geschwindigkeit des Wagens, der Krümmung der Auflageplatte und/oder des Sprühens aus den Düsen entstehen.
Ein herkömmlicher Lösungsansatz zum Ausrichten der Stifte beinhaltet die Verwendung von optischen Tropfenerfassungsvorrichtungen. Diese Technik ist in dem US-Patent Nr. 4,922,270 mit dem Titel "Inter Pen Offset Determination and Compensation in Multi-Pen Thermal Ink Jet Printing Systems" beschrieben und beansprucht, das am 1. Mai 1990 an Cobbs u. a. erteilt wurde.
Die optischen Tropfenerfassungsvorrichtungen erfassen die Position jedes Tintentropfens, sowie derselbe den Stift verläßt. Das System berechnet daraufhin den Auftreffpunkt des Tropfens auf den Druckmedium. Ungünstigerweise unterscheidet sich der tatsächliche Auftreffpunkt aufgrund einer Anwinkelung häufig wesentlich von dem berechneten Auftreffpunkt. Die Anwinkelung ergibt sich aus der Bewegung des Stiftes in der Abtastachse, sowie die Tinte ausgeworfen wird. Das heißt, es tritt eine Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der Tintentropfen ausgeworfen wird, und dem Zeitpunkt, zu dem der Tropfen auf den Medien auftrifft, auf. Diese Flugzeitverzögerung bewirkt, daß der Tropfen einen angewinkelten Weg zu den Medien durchquert. Falls dieser nicht genau berechnet und korrigiert wird, würde dies eine Verzerrung des Druckbildes hervorrufen. Da eine genaue Berechnung und Korrektur bisher schwierig zu erreichen war, hat es sich herausgestellt, daß diese Technik für gegenwärtige Produktspezifikationen für ein Vollfarbendrucken nicht geeignet ist.
Bei einem weiteren herkömmlichen Lösungsansatz wird ein Testmuster gedruckt, wobei das Druckbild optisch erfaßt wird, um den Grad der Bildfehlausrichtung zu bestimmen. Diese Technik wird in der EP-A-0 540 244 offenbart, die von demselben Anmelder wie bei der vorliegenden Erfindung, je doch nach dem Prioritätsdatum derselben, eingereicht wurde. Dieses System ist jedoch langsam, da dasselbe ein Selbstkalibrierungsreferenzmuster zum Ausrichten des Sensors benötigte.
Folglich besteht in der Technik ein Bedarf nach Systemen und Techniken zum Bereitstellen einer genauen Bildausrichtung bei Mehrfarb-Mehrstifttintenstrahldruckern/Plottern.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung begegnet dem Bedarf in der Technik, indem dieselbe einen Tintenstrahldrucker gemäß Anspruch 1 bereitstellt.
Bei einer speziellen Implementierung umfaßt die erste Mehrzahl von Balken einen ersten Satz von Balken, der von jedem der Stifte gedruckt wird. Die erste Mehrzahl von Balken umfaßt einen zweiten Satz von Balken, der von einem der Stifte gedruckt wird, der sich mit zumindest zwei unterschiedlichen horizontalen Geschwindigkeiten bewegt. Die zweite Mehrzahl von Balken umfaßt eine Spalte von vertikal beabstandeten Balken für jeden der Stifte. Jede Spalte der vertikal beabstandeten Balken umfaßt eine erste Mehrzahl von vertikal beabstandeten Balken, die von einem ersten Stift gedruckt wird. Eine jeweilige Spalte der vertikal beabstandeten Balken umfaßt eine zweite Mehrzahl von vertikal beabstandeten Balken, die von einem jeweiligen der Stifte gedruckt wird. Jede Spalte der vertikal beabstandeten Balken umfaßt eine dritte Mehrzahl von vertikal beabstandeten Balken, die von dem ersten Stift gedruckt wird.
Das erfindungsgemäße Muster ermöglicht es, daß beträchtliche Informationen hinsichtlich der Stiftausrichtungen durch eine optische Abtastung bestimmt werden können.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines thermisches Tintenstrahlgroßformatdruckers/Plotters, der die Lehren der vorliegenden Erfindung beinhaltet.
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht der Wagenanordnung, der Wagenpositionierungsvorrichtung und der Papierpositionierungsvorrichtung des erfindungsgemäßen Druckers/Plotters.
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht einer vereinfachten Darstellung eines Medienpositionierungssystems, das bei dem erfindungsgemäßen Drucker verwendet wird.
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht von rechts unten der Wagenanordnung der vorliegenden Erfindung, das das Sensormodul zeigt.
Fig. 5 ist eine vergrößerte Ansicht des Testmusters, das verwendet wird, um eine Stiftausrichtung gemäß den vorliegenden Lehren zu bewirken.
Fig. 6a ist eine perspektivische Ansicht von rechts vorne des Sensormoduls, das bei dem System der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Fig. 6b ist eine perspektivische Ansicht von rechts hinten des Sensormoduls, das bei dem System der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Fig. 6c zeigt eine perspektivische Ansicht von rechts hinten des Sensormoduls, das teilweise auseinandergezogen ist, um ein äußeres Gehäuse und eine innere Anordnung freizulegen.
Fig. 6d ist eine perspektivische Ansicht von rechts hinten der inneren Anordnung des Sensormoduls der vorliegenden Erfindung, die teilweise auseinandergezogen ist.
Fig. 6e ist eine perspektivische Ansicht von rechts hinten des auseinandergezogenen Optikkomponentenhalters des Sensormoduls der vorliegenden Erfindung.
Fig. 7 ist ein schematisches Diagramm der optischen Komponenten des Sensormoduls der vorliegenden Erfindung.
Fig. 8a ist eine Draufsicht der Phasenplatte des Sensormoduls der vorliegenden Erfindung.
Fig. 8b stellt die Wagenachsenmuster des Testmusters dar, das bei dem Ausrichtungssystem der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Fig. 8c stellt die Medienachsenmuster des Testmusters dar, das bei dem Ausrichtungssystem der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Fig. 9 zeigt eine Frontaldarstellung einer ersten, zweiten, dritten und vierten Tintenstrahlkassette, die für eine Bewegung entlang der Wagenabtastachse über einem Medium positioniert sind.
Fig. 10 ist ein Blockdiagramm der elektronischen Schaltung, die bei dem Ausrichtungssystem der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Fig. 11 ist ein graphischer Verlauf, der die Ausgangssignale der Wagen- und Medienpositionscodierer darstellt.
Fig. 12 stellt die Abtastpulse dar, die von der Abtastpulsgeneratorschaltung der vorliegenden Erfindung er zeugt werden.
Fig. 13 stellt das Ausgangssignal des Sensormoduls der vorliegenden Erfindung dar.
Fig. 14 zeigt, wie das Ausgangssignal des Sensormoduls der vorliegenden Erfindung nach einer Verstärkung und Filterung aussieht.
Fig. 15 ist ein graphischer Verlauf, der darstellt, wie das Ausgangssignal der Verstärkungs- und Filterungsschaltung abgetastet wird, um Daten bereitzustellen, die in die Nebenmikroprozessorsteuerungseinrichtung (slave microprocessor controller) der Erfindung eingegeben werden.
Fig. 16 ist eine vergrößerte Unteransicht der thermischen Tintenstrahldüsen jeder der Stiftkassetten.
Fig. 17 zeigt die Versetzungen aufgrund der Geschwindigkeit und die Auswirkung der Auflageplattenkrümmung auf ein Druckbild.
Fig. 18 ist eine vergrößerte Seitenansicht einer Düse über einer gekrümmten Auflageplatte.
Fig. 19 ist ein graphischer Verlauf einer Druckbildverzögerung (B) über der Wagengeschwindigkeit für den dargestellten thermischen Tintenstrahldrucker der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung der Erfindung

Erläuternde Ausführungsbeispiele und beispielhafte Anwendungen werden im folgenden bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, um die vorteilhaften Lehren der vorliegenden Erfindung zu offenbaren.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines thermischen Tintenstrahlgroßformatdruckers/Plotters, der die Lehren der vorliegenden Erfindung beinhaltet. Der Drucker 10 umfaßt ein Gehäuse 12, das auf einem Gestell 14 angebracht ist. Das Gehäuse weist Umschließungen 16 und 18 für eine linke und eine rechte Antriebsvorrichtung auf. Ein Steuerungsbedienfeld 20 ist an der rechten Umschließung 18 angebracht. Eine Wagenanordnung 100, die in einer Phantomdarstellung unter einer durchsichtigen Abdeckung 22 dargestellt ist, ist für eine Hin- und Herbewegung entlang eines Wagenbalkens 24, der auch in einer Phantomdarstellung gezeigt ist, angepaßt. Die Position der Wagenanordnung 100 in einer horizontalen oder Wagenabtastachse wird durch eine Wagenpositionierungsvorrichtung 110 (nicht gezeigt) hinsichtlich eines Codierstreifens 120 (nicht gezeigt) festgelegt, wie es ausführlicher im folgenden erörtert wird. Ein Druckmedium 30, wie z. B. Papier, wird mittels einer Medienachsenantriebsvorrichtung (nicht gezeigt) entlang einer vertikalen oder Medienachse positioniert. Wie es im Stand der Technik üblich ist, wird die Medienachse als die "x"-Achse und die Abtastachse als die "y"-Achse bezeichnet.
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht der Wagenanordnung 100, der Wagenpositionierungsvorrichtung 110 und des Codierstreifens 120. Die Wagenpositionierungsvorrichtung 110 umfaßt einen Wagenpositionsmotor 112, der eine Welle 114 aufweist, die sich von demselben erstreckt, mittels der der Motor einen kleinen Riemen 116 antreibt. Mittels des kleinen Riemens 116 treibt der Wagenpositionsmotor 112 eine Leerlaufrolle 122 über die Welle 118 derselben an. Die Leerlaufrolle 122 wiederum treibt einen Riemen 124 an, der mittels einer zweiten Leerlaufrolle 126 befestigt ist. Der Riemen 124 ist an dem Wagen 100 befestigt und angepaßt, um durch denselben zu gleiten.
Die Position der Wagenanordnung in der Abtastachse ist durch die Verwendung des Codierstreifens 120 genau festgelegt. Der Codierstreifen 120 ist mittels einer ersten Stütze 128 an einem Ende und einer zweiten Stütze 129 an dem anderen Ende befestigt. Der Codierstreifen 120 kann auf die in der EP-A-0 544 409, die durch denselben Anmelder wie bei der vorliegenden Erfindung eingereicht ist, offenbarten Art und Weise implementiert sein. Wie es in der Bezugnahme offenbart ist, ist eine optische Leseeinrichtung (nicht gezeigt) auf der Wagenanordnung angebracht und liefert Wagenpositionssignale, die von der Erfindung verwendet werden, um eine optimale Bildausrichtung auf die im folgenden beschriebene Art und Weise zu erreichen.
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht einer vereinfachten Darstellung eines Medienpositionierungssystems 150, das bei dem erfindungsgemäßen Drucker verwendet wird. Das Medienpositionierungssystem 150 umfaßt einen Motor 152, der mit einer Medienrolle 154 koaxial angeordnet ist. Die Position der Medienrolle 154 wird durch einen Medienpositionscodierer 156 bestimmt. Der Medienpositionscodierer umfaßt eine Scheibe 158 mit einer Mehrzahl von Öffnungen 159 in derselben. Eine optische Leseeinrichtung 160 liefert eine Mehrzahl von Ausgangspulsen, die die Bestimmung der Position der Rolle 154 als auch folglich der Position der Medien 30 erleichtern. Positionscodierer sind im Stand der Technik bekannt. Siehe beispielsweise "Economical, High-Performance Optical Encoders" von Howard C. Epstein u. a., veröffentlicht im Hewlett Packard Journal, Oktober 1988, Seiten 99-106.
Die Medien- und Wagenpositionsinformationen werden einer Verarbeitungseinrichtung (Prozessor) auf einer Schaltungsplatine bereitgestellt, die auf der Wagenanordnung 100 (Fig. 2) für eine Verwendung in Verbindung mit den Stiftausrichtungstechniken der vorliegenden Erfindung angeordnet ist. (Die Begriffe Stift und Kassette werden hierin austauschbar verwendet, wie es im Stand der Technik üblich ist.)
Im folgenden kehren wir zu Fig. 1 zurück. Der Drucker 10 weist vier Tintenstrahlstifte 102, 104, 106 und 108 auf, die Tinte mit unterschiedlichen Farben beispielsweise Schwarz, Gelb, Magenta bzw. Cyan, speichern. Sowie sich die Wagenanordnung 100 bezüglich des Mediums 30 entlang der x- und y- Achse verschiebt, werden ausgewählte Düsen in den thermischen Tintenstrahlkassettenstiften 102, 104, 106 und 108 aktiviert, wobei Tinte auf das Medium 30 aufgetragen wird. Die Farben aus den drei Farbtintenstrahlstiften werden gemischt, um eine beliebige weitere spezielle Farbe zu erhalten.
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht von rechts unten der Wagenanordnung 100 der vorliegenden Erfindung, die das Sensormodul 200 zeigt. Die Wagenanordnung 100 positioniert die Tintenstrahlstifte und hält die Schaltungsanordnung, die für eine Schnittstelle mit den Heizerschaltungen in den Tintenstrahlstiften erforderlich ist. Die Wagenanordnung 100 umfaßt einen Wagen 101, der für eine Hin- und Herbewegung auf einem vorderen Gleitstück 103 und einem hinteren Gleitstück 105 angepaßt ist. Eine erste Stiftkassette 102 ist in einer ersten Abteilung des Wagens 101 angebracht. Es ist zu beachten, daß die Tintenstrahldüsen 107 jedes Stiftes mit dem Sensormodul 200 ausgerichtet sind.
Wie es im vorhergehenden erwähnt wurde, erfordert ein Vollfarbendrucken und Plotten, daß die Farben aus den einzelnen Stiften präzise auf den Medien aufgetragen werden. Dies erfordert eine genaue Ausrichtung der Wagenanordnung. Ungünstigerweise ergibt ein Durchrutschen (Schlupf) des Papiers, eine Papierschrägstellung und eine mechanische Fehlausrichtung der Stifte bei herkömmlichen Tintenstrahldruckern/Plottern einen Versatz in der x-Richtung (in der Medien- oder Papierachse) und in der y-Richtung (in der Abtast- oder Wagenachse). Diese Fehlausrichtung der Wagenanordnung zeigt sich als Fehlausrichtung der Druckbilder, die von den einzelnen Stiften aufgetragen werden. Dies ist im allgemeinen nicht akzeptabel, da ein Mehrfarbendrucken eine Bildausrichtungsgenauigkeit von jeder Kassette innerhalb eines Tausendstel Zolls oder eines Millizolls erfordert.
Gemäß den vorliegenden Lehren, und wie es ausführlicher im folgenden erörtert wird, wird ein Testmuster 40 erzeugt, wann immer beliebige der Kassetten durch eine Aktivierung von ausgewählten Düsen in ausgewählten Stiften gestört werden. Das Testmuster ist in der vergrößerten Ansicht von Fig. 5 dargestellt. Die Art und Weise, auf die das Testmuster 40 erzeugt und verwendet wird, um eine genaue Bildausrichtung zu bewirken, wird im folgenden ausführlicher erörtert.
Wie es am deutlichsten in Fig. 2 dargestellt ist, ist ein optisches Sensormodul 200 auf der Wagenanordnung 100 angebracht. Optische Sensoren sind im Stand der Technik bekannt. Siehe beispielsweise das US-Patent Nr. 5,170,047 mit dem Titel "Optical Sensor for Plotter Pen Verification", das am 8. Dezember 1992 an Beauchamp u. a. erteilt wurde, wobei die Lehren derselben hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind.
Das Sensormodul 200 erfaßt das Testmuster optisch und liefert elektrische Signale an die Verarbeitungseinrichtung auf der Schaltungsplatine 170, die die Ausrichtung der Bilder anzeigen.
Fig. 6a ist eine perspektivische Ansicht von rechts vorne des Sensormoduls 200, das bei dem System der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Das Sensormodul 200 umfaßt ein äußeres Gehäuse 210 mit zwei Fortsätzen 212 und 214, die angepaßt sind, um eine erste und zweite Befestigungsschraube aufzunehmen. Das äußere Gehäuse 210 liefert einen elektrostatischen Entladungsschutz (ESD-Schutz; ESD = electrostatic discharge) für das Modul 200.
Fig. 6b ist eine perspektivische Ansicht von rechts hinten des Sensormoduls 200.
Fig. 6c zeigt eine perspektivische Ansicht von rechts hinten des Sensormoduls, das teilweise auseinandergezogen ist, um das äußere Gehäuse 210 und eine innere Anordnung 220 freizulegen. Die innere Anordnung 220 ist angepaßt, um in dem äußeren Gehäuse 210 gehalten zu werden. Eine flexible Schaltung 216 ist auf dem inneren Gehäuse 220 angeordnet. Die flexible Schaltung 216 umfaßt einen Verstärker und Kontakte, um das Sensormodul und die Verarbeitungseinrichtungsschaltung schnittstellenmäßig zu verbinden, wie es im folgenden ausführlicher erörtert wird.
Fig. 6d ist eine perspektivische Ansicht von rechts hinten der inneren Anordnung 220 des Sensormoduls 200 der vorliegenden Erfindung, die teilweise auseinandergebaut ist. Wie es in Fig. 6d dargestellt ist, umfaßt die innere Anordnung einen Optikkomponentenhalter 220 und eine Abdeckung 224.
Fig. 6e ist eine perspektivische Ansicht von rechts hinten des Optikkomponentenhalters des auseinandergezogenes Sensormoduls der vorliegenden Erfindung. Wie es in Fig. 6e dargestellt ist, ist der Optikkomponentenhalter 222 angepaßt, um eine erste und zweite Linse 226 und 228 in einer festen Position bezüglich einer Phasenplatte 230 zu halten. Nun wird zu Fig. 6d zurückgekehrt. Eine erste und zweite lichtemittierende Diode (LED) 232 und 234 sind zusammen mit einem Photodetektor 240 und einem Verstärker und weiteren Schaltungselementen (nicht gezeigt) auf der flexiblen Schaltung 240 angebracht. Die lichtemittierenden Dioden und der Photodetektor besitzen einen herkömmlichen Entwurf und weisen eine Bandbreite auf, die die Frequenzen der Farben der Tinten, die durch die Stifte 102-108 (nur gerade Zählen) bereitgestellt werden, umfaßt. Die LEDs 232 und 234 werden in einem Winkel von der ersten und zweiten Öffnung 236 bzw. 238 in der Abdeckung 234 des Halters 222 zurückgehalten. Die Abdeckung 224 ist mittels einer ersten und zweiten Schraube 231 und 233 an dem Halter 222 befestigt, die sich durch die erste und zweite Öffnung 235 bzw. 236 in der Abdeckung 224 erstrecken, und die von den Gewinden (nicht gezeigt) in dem Halter 222 aufgenommen werden.
Die funktionsmäßigen Beziehungen der Komponenten des Sensormoduls sind in dem schematischen Diagramm von Fig. 7 darge stellt. Die Lichtenergie von den LEDs 232 und 234 trifft auf das Testmuster 40 auf den Medien 30 auf und wird über die erste und zweite Linse 226 bzw. 228 und die Phasenplatte 230 zu dem Photodetektor 240 reflektiert. Die Linsen 226 und 228 fokussieren die Energie auf dem Photodetektor 240 über die Phasenplatte 230. Die Phasenplatte 230 ist ein symmetrisches Gitter, das aus Kunststoff oder einem anderen geeignet lichtundurchlässigen Material aufgebaut ist.
Fig. 8a ist eine Draufsicht auf die Phasenplatte 230. Ein symmetrisches Array aus lichtdurchlässigen Öffnungen 242 ist in dem lichtundurchlässigen Material vorgesehen. Gemäß den vorliegenden Lehren, die in Fig. 8b dargestellt ist, sind die Linienbreiten in dem Testmuster 40 für die Wagenachsenmuster 404 und 406 von Fig. 5 und die horizontalen Beabstandungen zwischen den lichtdurchlässigen Öffnungen 242 in der Phasenplatte 230 gleich. Wie es in Fig. 8c dargestellt ist, sind die Linienbreiten in dem Testmuster 40 in den Medienachsenmustern 408 von Fig. 5 und die vertikalen Beabstandungen zwischen den lichtdurchlässigen Öffnungen 242 in der Phasenplatte 230 entsprechend gleich. Die Verwendung der Phasenplatte 230 ermöglicht es, daß eine einfache, unaufwendige optische Anordnung verwendet wird, um das Muster in jeder Bewegungsrichtung schnell abzutasten.
Wenn das Sensormodul 200 das Testmuster 40 entweder in der Wagenabtastachse oder der Medienabtastachse abtastet, wird ein Ausgangssignal bereitgestellt, das wie ein Sinussignalverlauf variiert. Wie es im folgenden ausführlicher erörtert wird, speichert die Schaltungsanordnung der vorliegenden Erfindung diese Signale und überprüft die Phasenbeziehungen derselben, um die Ausrichtung der Stifte für jede Bewegungsrichtung zu bestimmen. Die Ausrichtungsprozedur der vorliegenden Erfindung, mittels der das System die Wagenachsenfehlausrichtung, die Papierachsenfehlausrichtung und die Versätze aufgrund der Geschwindigkeit und der Krümmung korrigiert, werden nun im folgenden erörtert.
Als erster Schritt bei der Ausrichtungsprozedur wird das Testmuster 40 von Fig. 5 erzeugt. Das erste Muster 402 wird in der Abtastachse zum Zweck des Überprüfens der Stifte 102 -108 (nur gerade Zahlen) erzeugt. Das erste Muster 402 umfaßt ein Segment für jede verwendete Kassette. Beispielsweise ist das erste Segment 410 gelb, das zweite Segment 412 cyan, das dritte Segment 416 magenta und das vierte Segment 418 schwarz.
Als nächstes werden das zweite, dritte und vierte Muster 404, 406 bzw. 408 erzeugt. Das zweite Muster 404 wird verwendet, um eine Überprüfung hinsichtlich der Stiftversätze aufgrund der Geschwindigkeit und der Krümmung durchzuführen. Das dritte Muster 406 wird verwendet, um eine Überprüfung hinsichtlich der Fehlausrichtungen in der Wagenabtastachse durchzuführen. Die vierten Muster 408 werden verwendet, um eine Überprüfung hinsichtlich der Fehlausrichtungen in der Medienachse zu untersuchen. Die Erfindung kann am besten bezugnehmend auf die Wagen- und Medienabtastachsenausrichtungstechniken derselben verstanden werden.

Korrektur der Stiftversätze in der Wagen-(Abtast-)Achse

Das Wagenabtastachsenausrichtungsmuster 406 wird erzeugt, indem bewirkt wird, daß jeder Stift eine Mehrzahl von horizontal beabstandeten vertikalen Balken druckt. Wie oben erwähnt ist die Dicke der Balken gleich der Beabstandung zwischen denselben, die ferner gleich der Breite der lichtdurchlässigen Öffnungen in der Phasenplatte 230 und den Beabstandungen zwischen denselben ist. Bei dem dritten Muster 406 ist das erste Segment 420 cyan, das zweite Segment 422 magenta, das dritte Segment 424 gelb und das vierte Segment 426 schwarz.
In Fig. 9 sind Stiftfehlausrichtungen in der Wagenabtastachse dargestellt, wobei Fig. 9 eine Frontaldarstellung der ersten, zweiten, dritten und vierten Tintenstrahlkassette 102, 104, 106 und 108 darstellt, die in einer Höhe "h" über den Medien 30 für eine Bewegung entlang der Wagenabtastachse positioniert sind. Wie es im Stand der Technik bekannt ist, variieren die Abstände D12, D23 und D34 zwischen den Kassetten aufgrund der mechanischen Toleranzen und Unregelmäßigkeiten bei der Herstellung des Geräts. Dies ergibt unerwünschte Versetzungen bei der Plazierung der Tintentropfen einer Kassette hinsichtlich einer anderen Kassette.
Die Stiftfehlausrichtungen in der Wagenabtastachse werden durch Abtasten des dritten Musters 406 entlang der Wagenabtastachse mit dem Sensormodul 200 korrigiert. Sowie das Sensormodul 200 das dritte Muster 406 beleuchtet, fokussieren die Linsen 226 und 228 desselben (Fig. 6e) ein Bild auf der Phasenplatte 230 und dem Photodetektor 240. Als Antwort erzeugt der Photodetektor 240 ein sinusförmiges Ausgangssignal, das die mathematische Faltung des Phasenplattenmusters und des Testmusters 406 ist.
Fig. 10 ist ein Blockdiagramm der elektronischen Schaltung 300, die bei dem Ausrichtungssystem der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Die Schaltung 300 umfaßt eine Verstärkungs- und Filterungsschaltung 302, einen Analog-Digital- Wandler 304, eine Nebenmikroprozessorsteuerungseinrichtung 306, eine Abtastpulsgeneratorschaltung 308, einen Wagenpositionscodierer 310, einen Medienpositionscodierer 312, eine Hauptsteuerungs- und Datenverarbeitungseinheit 314, eine Wagen- und Medienachsenservosteuerungsvorrichtung 316, einen Digital-Analog-Wandler 318 und eine Lichtsteuerungsschaltung 320. Die elektrischen Signale aus dem Sensormodul 200 werden mittels des Nebenmikroprozessors 306 verstärkt, gefiltert und abgetastet. Der Wagenpositionscodierer 310 liefert Abtastpulse, sowie sich die Wagenanordnung 100 entlang des Codiererstreifens 120 von Fig. 1 und 2 bewegt. Eine Abtastpulsgeneratorschaltung 308 wählt abhängig von der Überprüfung, die durchgeführt wird, Pulse von dem Wagenpositionscodierer 310 oder dem Medienpositionscodierer 312 aus.
Fig. 11 ist ein graphischer Verlauf, der die Quadraturausgangssignale der Wagen- und Medienpositionscodierer darstellt.
Fig. 12 stellt die Abtastpulse dar, die von der Abtastpulsgeneratorschaltung 308 erzeugt werden. Der Nebenmikroprozessor 306 verwendet die Abtastpulse, um Abtaststeuersignale für den Analog-Digital-Wandler 304 zu erzeugen. Beim Empfang eines Abtaststeuerpulses tastet der Analog-Digital-Wandler 304 das Ausgangssignal der Verstärkungs- und Filterschaltung 302 ab.
Dies ist in den Fig. 13, 14 und 15 dargestellt. Das Ausgangssignal des Sensormoduls 200 ist in Fig. 13 dargestellt. Fig. 14 zeigt, wie das Ausgangssignal des Sensormoduls 200 nach einer Verstärkung und Filterung aussieht. Fig. 15 ist ein graphischer Verlauf, der darstellt, wie das Ausgangssignal der Verstärkungs- und Filterungsschaltung 302 abgetastet wird, um Daten bereitzustellen, die in die Nebenmikroprozessorsteuerungseinrichtung 306 eingegeben werden. Die digitalisierten Abtastwerte werden in einem Speicher für jede Bewegungsrichtung in der Nebenmikroprozessorsteuerungseinrichtung 306 gespeichert. Die Hauptsteuerungs- und Datenverarbeitungseinheit 314 bringt einen Referenzsinussignalverlauf mit den in dem Speicher gespeicherten Abtastwerten mathematisch in Übereinstimmung, wobei ein Kleinste-Quadrate-Übereinstimmungsalgorithmus oder ein anderer geeigneter herkömmlicher Algorithmus verwendet wird, und berechnet eine Phasendifferenz zwischen dem Referenzsinussignalverlauf und dem erfaßten Sinussignalverlauf. Die Position der Phasendifferenz liefert eine Anzeige, wie groß die Fehlausrichtung der Kassette ist. Die Polarität der Phasendifferenz gibt die Richtung der Fehlausrichtung an, wobei die Größe der Phasendifferenz die Größe der Fehlausrichtung angibt. Versätze für jede Kassette werden von der Hauptsteuerungs- und Datenverarbeitungseinheit erzeugt, die in der Maschine gespeichert sind. Diese Versätze werden verwendet, um eine Aktivierung der Stifte zu steuern, sowie die Anordnung in der Wagenachse mittels der Servovorrichtungen 316 bewegt wird. Die Sensormodullichtaktivierung wird durch die Nebenmikroprozessorsteuerungseinrichtung 306, einen Digital-Analog-Wandler 318 und eine Lichtsteuerungsschaltung 320 bereitgestellt.

Korrektur der Versätze aufarund der Geschwindigkeit und Krümmung

Weitere Korrekturen, die in der Wagenabtastachse durchgeführt werden müssen, werden 1) für eine Bildfehlanordnung aufgrund der Geschwindigkeit des Wagens und 2) für Bildfehlanordnungen aufgrund einer Krümmung der Auflageplatte vorgenommen.
Fig. 16 ist eine vergrößerte Unteransicht der thermischen Tintenstrahldüsen jeder der Stiftkassetten 102, 104, 106 bzw. 108. Typischerweise werden lediglich 96 der 104 Düsen (beispielsweise die Düsen, die mit 5-100 numeriert sind) zum Drucken verwendet. Die verbleibenden acht. Düsen werden für eine Versatzausrichtung verwendet, wie es ausführlicher im folgenden erörtert wird.
Sowie sich die Druckköpfe in einer Vorwärts- und Rückwärtsrichtung in einer Höhe h über den Medien 30 bewegen, wie es in Fig. 9 dargestellt ist, weichen die Bilder, die von den Düsen erzeugt werden, von dem Idealfall ab, wie es in Fig. 17 dargestellt ist. Fig. 17 zeigt Versätze aufgrund der Geschwindigkeit und die Auswirkung einer Auflageplattenkrümmung für ein Druckbild. Bei einer höheren Geschwindigkeit V&sub2; ergibt sich ein größerer Versatz von dem Idealfall.
Wenn die Medien von einer gekrümmten Auflageplatte getragen werden, wie z. B. der, die in Fig. 3 mit 154 dargestellt ist, existiert ein Höhenunterschied Δ, der in Fig. 18 dargestellt ist. Fig. 18 ist eine vergrößerte Seitenansicht einer Düse 102 über einer gekrümmten Auflageplatte 154. Die Höhenänderung aufgrund der Krümmung der Auflageplatte erhöht die Verzögerungszeit für die Tinte, um die Medien zu erreichen. Dies zeigt sich als Krümmung der Linie, wie es in Fig. 17 mit (d) dargestellt ist, wobei die gestrichelte Linie die ideale Bildform und Position darstellt.
Die vorliegende Erfindung korrigiert die Versätze aufgrund der Geschwindigkeit und Krümmung, wie es im folgenden erörtert wird. Die Versätze aufgrund der Geschwindigkeit werden korrigiert, indem zuerst Bilder aus einer einzigen Kassette (beispielsweise der schwarzen Kassette 102) bei drei unterschiedlichen Geschwindigkeiten in jeder Richtung gedruckt werden. Dies ist mit 430-440 (lediglich gerade Zahlen) in dem bidirektionalen Muster 404 des Testmusters 40 von Fig. 5 dargestellt. Das bidirektionale Muster 404 wird erzeugt, indem bewirkt wird, daß jeder Stift eine Mehrzahl von horizontal beabstandeten vertikalen Balken druckt. Wie oben erwähnt ist die Dicke der Balken gleich der Beabstandung zwischen denselben, die ferner gleich der Breite der lichtdurchlässigen Öffnungen in der Phasenplatte 230 und den Beabstandungen zwischen denselben ist.
Als erstes wird der erste Abschnitt 430 mit der langsamsten Geschwindigkeit, beispielsweise 13,33 Zoll pro Sekunde (ips; ips = inches per second) von rechts nach links gedruckt. Als nächstes wird der zweite Abschnitt 432 mit derselben Geschwindigkeit von links nach rechts gedruckt. Daraufhin wird der dritte Abschnitt 432 mit der nächsthöchsten Geschwindigkeit (16,67 ips) von rechts nach links gedruckt, wobei der vierte Abschnitt 436 mit derselben Geschwindigkeit von links nach rechts gedruckt wird. Schließlich wird mit der höchsten Geschwindigkeit, beispielsweise 26,67 ips, der vierte Abschnitt 438 von rechts nach links gedruckt, woraufhin der sechste Abschnitt 440 von links nach rechts mit dieser Geschwindigkeit gedruckt wird.
Als nächstes wird das Muster 404 abgetastet, wobei eine Phase für jeden Abschnitt auf die oben beschriebene Art und Weise bestimmt wird. Die gemessene Phasendifferenz zwischen den Abschnitten ermöglicht eine Korrektur aufgrund der Geschwindigkeit, wie es in Fig. 17(e) dargestellt ist.
Um die Versätze in der Abtastachse für eine gegebene Geschwindigkeit zu korrigieren, wird die Differenz der Phasen zwischen den Abschnitten des Musters, das den zwei Bewegungsrichtungen zugeordnet ist, berechnet und in eine Zeitdauer eines Flugverzögerungswertes B umgesetzt. Die Verzögerung B für jede Geschwindigkeit wird verwendet, um die Kleinste-Quadrate-Übereinstimmungslinie 510 zwischen denselben zu bestimmen. Dies ist in dem graphischen Verlauf der Verzögerung über der Geschwindigkeit von Fig. 19 dargestellt. Diese Kleinste-Quadrate-Übereinstimmungsberechnung ergibt die Steigung der Linie "m" und den B-Achsenabschnitt "B&sub0;". Es ergibt sich folgende Gleichungsform:
B = mVC + B&sub0;; (1)
wobei m die Steigung, VC die Geschwindigkeit oder Schnelligkeit und B&sub0; eine Konstante ist, die den B-Achsenabschnitt darstellt. Für eine gegebene Geschwindigkeit VC ermöglicht die Kenntnis der Steigung m und der Konstanten B&sub0; eine Berechnung der Verzögerung B, die erforderlich ist, um den Versatz zu korrigieren. Die Korrektur der Krümmung wird bewirkt, indem eine zusätzliche Verzögerung (beispielsweise 25% oder 1,25 · B) hinzugefügt wird. Wie es in Fig. 17 (f) dargestellt ist, hat dies die Auswirkung, daß sich die gekrümmten Enden der Segmente verbinden, um ein Bild zu erzeugen, bei dem die Krümmung für das bloße Auge des flüchtigen Beobachters weniger wahrnehmbar ist.

Korrektur der Stiftversätze in der Medienachse und zwischen den Stiften

Eine weitere Quelle einer Bildfehlausrichtung ergibt sich aus dem Papierschlupf auf der Rolle oder Auflageplatte 154. Gemäß den vorliegenden Lehren wird eine Korrektur des Papier- oder Medienschlupfes bewirkt, indem zuerst das Medienachsentestmuster 408 des Testmusters 40 von Fig. 5 gedruckt wird. Wie oben erwähnt ist die Dicke der Balken gleich der Beabstandung zwischen denselben, die ferner gleich der Breite der lichtdurchlässigen Öffnungen in der Phasenplatte 230 und den Beabstandungen zwischen denselben ist. Das Muster 408 umfaßt fünf Spalten von vertikal beabstandeten horizontalen Balken 1-5. Jede Spalte weist drei Zeilensegmente 1 -4 auf. Die erste Zeile in jeder Spalte wird erzeugt, indem die Wagenanordnung 100 in der Wagenachse abgetastet wird, und indem bewirkt wird, daß eine Kassette (beispielsweise die Kassette, die cyanfarbige Tinte enthält) druckt. Folglich weist jede Spalte eine erste Zeile von cyanfarbigen Balken auf. In der zweiten Zeile wird ein Kassette mit einer unterschiedlichen Farbe in jeder Spalte aktiviert, mit der Ausnahme, daß die Kassette 108 für Cyan in der zweiten Zeile der ersten und fünften Spalte aktiviert wird. Schließlich wird die Kassette für Cyan für die dritte Zeile der ersten Spalte in dem Muster 408 aktiviert.
Die Medienachsenstiftausrichtung wird bewirkt, indem das Muster 408 mit dem Sensormodul 200 entlang der Medienachse Spalte für Spalte abgetastet wird, und indem die Phasendaten Pij auf die oben beschriebene Art und Weise berechnet werden, wobei i die Zeile und j die Spalte bezeichnet. Die Phasendaten werden in einer Matrix gespeichert, wie es im folgenden dargestellt ist:
Idealerweise ist P&sub1;&sub1; gleich P&sub3;&sub1;. Folglich kann durch Vergleichen der Phasen der ersten Reihe mit denjenigen der dritten Reihe ein Papierschlupf oder ein "Wandern" innerhalb eines Stiftes über einen gegebenen Abstand erfaßt und auf die im folgenden beschriebe Art und Weise korrigiert werden.
Eine Bildausrichtung zwischen den Farben wird auf die im folgenden dargestellte Art und Weise berechnet:
Pm/c = (P&sub2;&sub2; - P&sub1;&sub2;) - 1/2(P&sub3;&sub2; - P&sub1;&sub2;) (3)
Py/c = (P&sub2;&sub3; - P&sub1;&sub3;) - 1/2(P&sub3;&sub3; - P&sub1;&sub3;) (4)
Pk/c = (P&sub2;&sub4; - P&sub1;&sub4;) - 1/2(P&sub3;&sub4; - P&sub1;&sub4;) (5)
wobei:
Pm/c einen Stiftversatz in der Medienachse zwischen dem Stift 108 für Cyan und dem Stift 106 für Magenta darstellt,
Py/c einen Stiftversatz in der Medienachse zwischen dem Stift 108 für Cyan und dem Stift 104 für Gelb darstellt, und
Pk/c einen Stiftversatz in der Medienachse zwischen dem Stift 108 für Cyan und dem Stift 102 für Schwarz darstellt.
Die Stiftversätze in der Medienachse zwischen den Stiften werden korrigiert, indem bestimmte Düsen für eine Aktivierung ausgewählt werden. In Fig. 16 können beispielsweise anfänglich die Düsen 5-100 für alle Stifte aktiviert werden. Als Ergebnis der Phasendifferenzberechnungen kann es notwendig sein, die Düsen 3-98 des zweiten Stiftes 104, die Düsen 1-96 des dritten Stiftes 106 und die Düsen 7-102 des vierten Stiftes 108 zu aktivieren. Dieses selektive Düsenaktivierungsschema hat die Auswirkung des Versetzens der Bilder, die durch den Stift erzeugt werden, in der Medienachse.
Die vorliegende Erfindung wurde somit hierin bezugnehmend auf ein spezielles Ausführungsbeispiel für eine spezielle Anwendung beschrieben. Fachleute auf diesem Gebiet und die jenigen, die Zugang zu den vorliegenden Lehren haben, werden zusätzliche Modifikationen, Anwendungen und Ausführungsbeispiele innerhalb des Schutzbereichs derselben erkennen. Es ist jedoch beabsichtigt, daß die beigefügten Ansprüche beliebige und alle derartigen Anwendungen, Modifikationen und Ausführungsbeispiele innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung abdecken.

Claims

1. Ein Tintenstrahldrucker oder Plotter (10), der eine Mehrzahl von Stiften oder Kassetten (102, 104, 106, 108) aufweist, mit folgenden Merkmalen: einer Einrichtung, um zu bewirken, daß die Stifte oder Kassetten ein Testmuster mit einer ersten Mehrzahl von ausgerichteten vertikalen Balken (404, 406), die horizontal beabstandet sind, und eine zweite Mehrzahl von ausgerichteten horizontalen Balken (408), die vertikal beabstandet sind, ausdrucken, wobei die Beabstandung zwischen den Balken ungefähr gleich der Breite der Balken ist; einem optischen Sensor zum optischen Abtasten der Balken des Testmusters, um Informationen zu erzeugen, die die Stiftausrichtung betreffen; und einer Einrichtung, die auf die Informationen anspricht, zum Korrigieren nachfolgender Druckoperationen durch die Stifte.

2. Der Drucker oder Plotter gemäß Anspruch 1, bei dem die erste Mehrzahl von Balken (404, 406) einen ersten Satz von Balken (420, 422, 424, 426) umfaßt, der von jedem der Stifte (102, 104, 106, 108) gedruckt wird.

3. Der Drucker oder Plotter gemäß Anspruch 2, bei dem die erste Mehrzahl von Balken (404, 406) einen zweiten Satz von Balken (430, 432, 434, 436, 438, 440) aufweist, die von einem der Stifte (102) gedruckt werden, der sich mit zumindest zwei unterschiedlichen horizontalen Geschwindigkeiten bewegt.

4. Der Drucker oder Plotter gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die zweite Mehrzahl von Balken eine Spalte von vertikal beabstandeten Balken (1, 2, 3, 4) für jeden der Stifte (102, 104, 106, 108) umfaßt.

5. Der Drucker oder Plotter gemäß Anspruch 4, bei dem jede Spalte von vertikal beabstandeten Balken eine erste Mehrzahl von vertikal beabstandeten Balken (1,1; 1,2; 1,3; 1,4; 1,5) umfaßt, die von einem ersten Stift (102) gedruckt wird.

6. Der Drucker oder Plotter gemäß Anspruch 5, bei dem eine jeweilige Spalte von vertikal beabstandeten Balken (1, 2, 3, 4) eine zweite Mehrzahl von vertikal beabstandeten Balken (2,2; 2,3; 2,4) umfaßt, die von einem jeweiligen der Stifte (104, 106, 108) gedruckt wird.

7. Der Drucker oder Plotter gemäß Anspruch 6, bei dem jede Spalte von vertikal beabstandeten Balken (1, 2, 3, 4, 5) eine dritte Mehrzahl von vertikal beabstandeten Balken (3,1; 3,2; 3,3; 3,4; 3,5) aufweist, die von dem ersten Stift (102) gedruckt wird.