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Hintergrund der Erfindung
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1. Bereich der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Druck-Kopf-System zur Verwendung in einer Elektrokoagulations-Druck-Vorrichtung.
Die Erfindung betrifft noch spezieller ein Druck-Kopf-System, das
einen Druck-Kopf einschließt,
der eine lineare Anordnung von elektrolytisch inerten Elektroden
einschließt,
die elektrisch gegeneinander isoliert sind. Die lineare Anordnung
ist in eine Mehrzahl von Gruppen aufgeteilt, von denen jede eine vorbestimmte
Zahl von Elektroden aufweist, die nur eine kurze Entfernung voneinander
getrennt sind.
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Die vorliegende Erfindung betrifft
auch ein Verfahren zum Übertragen
graphischer Daten auf eine Elektrokoagulations-Druck-Tinte- oder
-Farbe, die ein elektrolytisch koagulierbares Polymer einschließt.
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2. Stand der Technik
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In dem US-Patent Nr. 4,895,629 (23.
Januar 1990) haben die Anmelder ein Hochgeschwindigkeits-Elektrokoagulations-Druckverfahren
und eine Vorrichtung beschrieben, in der Gebrauch gemacht wird von
einer positiven Elektrode in Form eines umlaufenden Zylinders, der
eine passivierte Oberfläche
aufweist, auf der Punkte aus gefärbter,
koagulierter Tinte bzw. Druckfarbe produziert werden, die repräsentativ
für ein Bild
stehen. Diese Punkte aus gefärbter,
koagulierter Druckfarbe werden danach mit einem Substrat wie beispielsweise
Papier in Kontakt gebracht, und so wird die Übertragung der gefärbten, koagulierten
Druckfarbe auf das Substrat bewirkt und damit das Substrat mit einem
Bild bedruckt. Wie in dem vorgenannten Patent erklärt wird,
wird die Oberfläche
der positiven Elektrode mit einer Dispersion beschichtet, die eine
olefinische Substanz und ein Metalloxid enthält, und zwar vor dem Zeitpunkt
des Beaufschlagens der negativen Elektroden mit elektrischer Energie,
um das Haften der Punkte aus koagulierter Druckfarbe auf der positiven
Elektrode zu verringern und auch um eine unkontrollierte Korrosion
der positiven Elektrode zu verhindern. Darüber hinaus wird Gas, das als
Ergebnis einer Elektrolyse bei Beaufschlagen der negativen Elektroden
mit Energie erzeugt wird, durch eine Reaktion mit der olefinischen
Substanz verbraucht, so daß es
keine Gasansammlung zwischen den negativen Elektroden und der positiven
Elektrode gibt.
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Die Elektrokoagulations-Druckfarbe,
die in den Spalt eingespeist wird, der zwischen der positiven Elektrode
und den negativen Elektroden definiert ist, besteht im wesentlichen
aus einer Polymerdispersion, die ein elektrolytisch koagulierbares
Polymer enthält,
einem dispergierenden Medium, einem löslichen Elektrolyten und einem
Färbemittel.
Wenn das verwendete Färbemittel
ein Pigment ist, wird ein dispergierendes Mittel zugesetzt, um das
Pigment einheitlich in der Druckfarbe zu dispergieren. Nach dem
Koagulieren der Druckfarbe wird irgendeine zurückgebliebene Menge an nicht-koagulierter
Druckfarbe von der Oberfläche
der positiven Elektrode entfernt, beispielsweise durch Abkratzen
der Oberfläche
mit einem Weichkautschuk-Schaber, so daß die gefärbte, koagulierte Druckfarbe
vollständig
freigelegt wird, die anschließend
auf das Substrat überführt wird.
Die Oberfläche
der positiven Elektrode wird dann gereinigt und so von dieser irgendwelche
Mengen an zurückgebliebener
koagulierter Druckfarbe entfernt.
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Die optische Dichte der Punkte aus
gefärbter,
koagulierter Druckfarbe, die nachfolgend als "Pixel" bezeichnet
wird, kann dadurch variiert werden, daß man die Spannung und/oder
Impulsdauer der Impuls-modulierten Signale variiert, die auf die
negativen Elektroden aufgebracht werden. Als typisches Beispiel
kann der Druck-Kopf, der die negativen Elektroden trägt, 2048
Elektroden umfassen, die so angeordnet sind, daß sie 64 Gruppen oder Kanäle definieren,
von denen jeder) 32 Elektroden aufweist. Durch eine geeignete elektronische
Schalteinrichtung ist es möglich,
nacheinander die Elektroden jedes Kanals zu scannen, wobei man einen
derartigen Schritt des Scannens gleichzeitig für alle Kanäle durchführt, und ein Impuls-moduliertes
Signal an ausgewählte
Elektroden der Gesamtzahl der Elektroden während des Scannens anzulegen
und diese so mit Energie zu beaufschlagen. Das Impuls-modulierte
Signal kann eine Impulsdauer aufweisen, die im Bereich von etwa
15 bis etwa 4000 Nanosekunden liegt. Ein elektrisches Signal mit
einer Impulsdauer von 150 Nanosekunden liefert ein Pixel, das eine
optische Dichte von 0,02 aufweist (sehr schwaches Grau), während ein elektrisches
Si gnal mit einer Impulsdauer von 4000 Nanosekunden ein Pixel mit
einer optischen Dichte von 1,50 liefert (Schwarz).
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Es ist auch möglich, die Impulsdauer mittels
einer vorbestimmten Zahl von Zeit-Inkrementen zu variieren, beispielsweise
63 Inkremente von etwa je 60 Nanosekunden oder 255 Inkremente von
je etwa 15 Nanosekunden, und zwar abhängig vom Wert der geforderten
Reproduktionstreue. Ein Signal, dessen Impulsdauer von 15 bis 4000
Nanosekunden in 255 Inkrementen variiert werden kann, liefert natürlich die
beste Farbton-Reproduktion.
So beginnt in diesem Fall das Drucken eines Pixels mit einer Impulsdauer
von etwa 15 Nanosekunden bis hinauf zu 4000 Nanosekunden und endet,
wenn die gewünschte
optische Dichte erreicht ist.
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Die negativen Elektroden sind in
zueinander rechtwinkliger Anordnung angeordnet und definieren so eine
Reihe von einander entsprechenden aktiven Oberflächen der negativen Elektroden,
die in einer Ebene parallel zur Rotationsachse der positiven Elektrode
und von deren Oberfläche
um einen konstanten vorbestimmten Abstand beabstandet sind, der
mit der oben angesprochenen Elektrokoagulations-Druckfarbe gefüllt ist.
Eine Beaufschlagung ausgewählter
Elektroden der Gruppe der negativen Elektroden mit elektrischer
Energie erzeugt eine Punkt für
Punkt angesteuerte selektive Koagulation und ein Haften der Druckfarbe
auf der mit einem Olefin und einem Metalloxid beschichteten Oberfläche der
positiven Elektrode an Stellen, die den aktiven Elektroden-Oberflächen der
mit Energie beaufschlagten negativen Elektroden gegenüberliegen,
während
die positive Elektrode rotationsmäßig umläuft, wodurch die oben bereits
angesprochenen Punkte aus gefärbter,
koagulierter Druckfarbe oder Pixel gebildet werden. Der Weg des
Ansprechens der negativen Elektroden ist derart, daß zu irgendeiner
gegebenen Zeit ein Signal an einer einzelnen Elektrode in jedem
einzelnen Kanal erzeugt wird. In dem vorstehend angegebenen Beispiel
erfolgt zu Beginn des Elektrokoagulations-Druckens ein Einleiten
von Strom gleichzeitig durch die erste Elektrode jedes Kanals; so
werden 32 nicht aneinander angrenzende Elektroden zur gleichen Zeit
mit Energie beaufschlagt. Im nächsten
Zyklus wird die zweite Elektrode in jedem Kanal mit Energie beaufschlagt.
Dieses Verfahren wird wiederholt, bis alle Elektroden der linearen
Anordnung mit Energie beaufschlagt wurden.
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Da die negativen Elektroden, die
zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt mit Energie beaufschlagt werden,
nicht aneinander angrenzend sind und sich der Film aus Elektrokoagulations-Druckfarbe
auf der Oberfläche
der positiven Elektrode konstant relativ zu der linearen Anordnung
negativer Elektroden aufgrund des Umlaufens der positiven Elektrode
bewegt, schafft der Weg des Ansprechens der Elektroden ein sägezahnförmiges Bild,
das von der Verschiebung von zwei benachbarten Pixels relativ zueinander
entlang der Umlaufrichtung der positiven Elektrode resultiert. Eine
derartige Verschiebung ist eine Funktion des Zeitrahmens zwischen
dem Beaufschlagen aufeinanderfolgender Elektroden mit elektrischer
Energie und ist auch eine Funktion der Umlaufgeschwin- digkeit der
positiven Elektrode. Die Qualität
des so wiedergegebenen Bildes ist offensichtlich weniger als perfekt.
Die Anmelder haben auch das Auftreten übermäßig dichter Pixel beobachtet.
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Unter Bezugnahme auf die Figur wird
der oben beschriebene herkömmliche
Stand der Technik nachfolgend nochmals erläutert.
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1 veranschaulicht
die Konfiguration der negativen Elektroden in einem Druck-Kopf des Standes der
Technik. Der Druck-Kopf umfaßt
eine lineare Anordnung von 2048 Elektroden, die in 64 Gruppen angeordnet
sind, von denen jede 32 Elektroden aufweist. Die Elektroden der
Anordnung sind entlang einer imaginären Linie angeordnet, die sich
allgemein quer zur Bewegungsrichtung des Films aus Elektrokoagulations-Druckfarbe erstreckt,
der von der positiven Elektrode getragen wird. Eine Treiber-Schaltung (nicht
gezeigt) beaufschlagt ausgewählte
Elektroden der negativen Elektroden mit elektrischer Energie und
ruft so eine Punkt für Punkt
ablaufende, selektive Koagulation des in der Druckfarbe vorhandenen
Polymers hervor, und zwar gegenüber
den Oberflächen
der mit Energie beaufschlagten Elektroden. Der Wert der Koagulation
der Druckfarbe hängt
von der Spannung und Impulsdauer der Impuls-modulierten Signale
ab, die auf die negativen Elektroden aufgebracht werden. Aus praktischen
Grün den
wird die Spannung konstant gehalten, und es wird nur die Impulsdauer
variiert, wodurch der Grad der Koagulation gesteuert wird. Der Grad
der Koagulation seinerseits bestimmt die optische Dichte jedes Pixels
in dem Bild, das letztendlich auf das Substrat übertragen wird.
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Das Schema des Ansprechens der Elektroden
in einem Druck-Kopf des Standes der Technik ist so dargestellt,
daß zum
Zeitpunkt t1 die erste Elektrode jeder einzelnen Gruppe mit Energie
beaufschlagt wird. Das nächste
Stromstoß-Ereignis,
das bei t2 eintritt, macht nur die zweite Elektrode jeder einzelnen
Gruppe aktiv. Diese Sequenz wird fortgesetzt, bis jede Elektrode
der Anordnung aktiviert wurde. In dem oben angegebenen Beispiel
erfordert ein vollständiger
Aktivierungszyklus 32 Stromstoß-Ereignisse,
wobei ein Ereignis 64 Elektroden aktiv macht.
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Während
jedes Stromstoß-Ereignisses
sind die zu aktivierenden Elektroden nicht aneinander angrenzend.
In der in 1 gezeigten
Anordnung entspricht die Entfernung zwischen zwei aktiven Elektroden
der Breite von 31 Elektroden. Mit anderen Worten, 31 inaktive Elektroden
trennen die aktiven Elektroden. Ein derartiges Schema des Ansprechens
von Elektroden schafft das in 2 gezeigte
Pixel-Verteilungs-Profil. Dieses Profil ist gekennzeichnet durch
eine Verschiebung benachbarter Pixel relativ zueinander, die aus
der Bewegung des Films aus der Elektrokoagulations-Druckfarbe zwischen
aufeinanderfolgenden Stromstoß-Ereignissen
resultiert. In 2 ist
diese Verschiebung mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.
Die Verschiebung ist primär eine
Funktion der Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Strom-Zufuhr-Ereignissen
und der Geschwindigkeit, bei der sich der Film aus Elektrokoagulations-Druckfarbe
bewegt. Die Verschiebung kann wichtig sein, da Elektrokoagulations-Druck-Systeme
dafür ausgelegt
sind, bei hoher Geschwindigkeit zu arbeiten. Beispielsweise beträgt bei einer
Druckgeschwindigkeit von 1 Meter pro s die zwischen den Pixeln aufgetretene
Verschiebung (oder lokalisierte Koagulationsstelle) 4 Mikrometer,
wenn die Strom-Abgabe-Ereignisse
in Intervallen von 4 Mikrosekunden auftreten.
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Die zwischen den Pixeln auftretende
Verschiebung, wie sie in 2 abgebildet
ist, ist unerwünscht, da
sie leicht vom menschlichen Auge wahrgenommen wird und nachteilig
die Qualität
des Bilds beeinträchtigt, da
sie ein sägezahnmäßig ausgebildetes
Bild schafft.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung,
die oben angegebenen Nachteile zu überwinden und ein Druck-Kopf-System
zum Elektrokoagulationsdrucken zu schaffen, das in der Lage ist,
die Qualität
des durch Elektrokoagulation einer elektrolytisch koagulierbaren
Druckfarbe reproduzierten Bildes zu verbessern.
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Als Stand der Technik, der nicht
beansprucht wird, wird eine Vorrichtung zum Korrigieren der optischen Dichte
der Pixels, die durch Elektrokoagulation einer elektrolytisch koagulierbaren
Druckfarbe erzeugt werden, mit Blick auf eine Beschränkung des
Auftretens übermäßig dichter
Pixels beschrieben.
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Um die oben angegebene Aufgabe zu
lösen,
wird gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Druck-Kopf-System für eine Elektrokoagulations-Druck-Vorrichtung
geschaffen, wobei das Druck-Kopf-System umfaßt: einen Elektroden-Träger; eine
lineare Anordnung von elektrolytisch inerten Elektroden, die voneinander
elektrisch isoliert sind und auf dem Elektroden-Träger angebracht
sind, wobei die Anordnung von Elektroden in einer Mehrzahl von Gruppen
arrangiert ist, von denen jede eine vorbestimmte Zahl von nahe beabstandeten
Elektroden aufweist; und eine Ansprech-Schaltung zum Ansprechen
der Elektroden ausgewählter
Gruppen, wobei die Ansprech-Schaltung auf ein Graphik-Daten-Eingabe-Signal
anspricht und so einen gleichzeitigen Durchtritt von elektrischem
Strom durch wenigstens einen größeren Teil
der Elektroden einer ausgewählten
Gruppe herbeiführt,
wobei der größere Teil
der Elektroden Elektroden einschließt, die zueinander benachbart
sind.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfaßt
das Druck-Kopf-System weiter eine bewegbare positive Elektrode,
die einen Film aus Farbe zum Elektrokoagulations-Drucken trägt und dafür angepaßt ist,
den Film entlang einer vorbestimmten Richtung zu versetzen, und
worin die Elektroden der Anordnung in geradliniger Ausrichtung entlang
einer imaginären
Linie angeordnet sind, die sich allgemein quer zu der vorbestimmten
Richtung erstreckt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung definieren die Elektroden in einer ausgewählten Gruppe
eine allgemein geradlinige Elektrokoagulations-Zone, die sich allgemein
quer zu der vorbestimmten Richtung erstreckt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung schließt die Ansprech-Schaltung eine
Mehrzahl von Ansprech-Modulen ein, von denen jedes elektrisch an
eine einzelne Elektrode in jeder Gruppe von Elektroden gekoppelt
ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung haben die Gruppen von Elektroden jeweils
die gleiche Zahl von Elektroden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung spricht die Ansprech-Schaltung auf ein
erstes Graphik-Daten-Eingabe-Signal zum gleichzeitigen Initiieren
einer Eingabe von elektrischem Strom durch eine erste Gruppe von
Elektroden zu einem ersten Zeitpunkt an und spricht die Ansprech-Schaltung
weiter auf ein zweites Graphik-Daten-Eingabe-Signal zum Initiieren
einer gleichzeitigen Eingabe von elektrischem Strom durch eine zweite
Gruppe von Elektroden zu einem zweiten Zeitpunkt an, wobei die erste
und die zweite Gruppe von Elektroden zueinander benachbart sind
und der zweite Zeitpunkt im Anschluß an den ersten Zeitpunkt auftritt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird bereitgestellt ein Verfahren zum Übertragen
graphischer Daten auf eine Elektrokoagulations-Druckfarbe, die ein
elektrolytisch koagulierbares Polymer einschließt, wobei das Verfahren die
Schritte umfaßt,
daß man
(a) eine lineare Anordnung von elektrolytisch inerten Elektroden schafft,
die elektrisch voneinander isoliert sind und in Kontakt mit einem
Film aus der Farbe stehen, der sich entlang einer vorbestimmten
Richtung bewegt, wobei die Anordnung von Elektroden zu einer Mehrzahl
von Gruppen arrangiert ist, von denen jede eine vorbestimmte Zahl
von nahe beabstandeten Elektroden aufweist; und (b) die Elektroden
ausgewählter
Gruppen in Beantwortung eines Signals anspricht, das die graphischen
Daten enthält,
und so einen gleichzeitigen Durchtritt von elektrischem Strom durch
wenigstens einen größeren Teil
der Elektroden in einer ausgewählten
Gruppe herbeiführt,
wobei der größere Teil von
Elektroden Elektroden einschließt,
die zueinander benachbart sind, wodurch gleichzeitig eine lokalisierte Koagulation
des Polymers an einer Mehrzahl von benachbarten Stellen induziert
wird, die entlang einer imaginären
Linie angeordnet sind, die sich allgemein quer zu der vorbestimmten
Richtung erstreckt.
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Gemäß noch einem weiteren Aspekt
der vorliegenden Erfindung wird ein Druck-Kopf-System bereitgestellt, in dem die Ansprech-Schaltung
Einrichtungen zur Strombegrenzung zum Begrenzen der Größe des elektrischen
Stroms, der durch einzelne Elektroden fließt, auf einen vorbestimmten
Wert einschließt.
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Die Natur, das Prinzip und die Brauchbarkeit
der Erfindung werden noch mehr offenbar aus der folgenden detaillierten
Beschreibung beim Lesen im Zusammenhang mit den beigefügten Figuren.
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Kurze Beschreibung
der Figuren
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Weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung werden noch einfacher offenbar aus der folgenden Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen,
wobei Bezug genommen wird auf die beigefügten Figuren.
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1 ist
eine allgemeine schematische Ansicht, die die Konfiguration der
Elektroden-Anordnung
in einem Druck-Kopf des Standes der Technik zur Verwendung in einer
Elektrokoagulations-Druck-Vorrichtung veranschaulicht;
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2 veranschaulicht
die Verteilung der lokal koagulierten Stellen bei der Elektrokoagulations-Druck-Farbe,
die mit der in 1 gezeigten
Elektroden-Konfiguration geschaffen werden;
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3 ist
eine schematische Ansicht der Anordnung von Elektroden eines Druck-Kopfes gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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4 ist
ein Diagramm, das die Impulsdauer durch die Elektroden einer ausgewählten Gruppe
veranschaulicht, die dazu ausgelegt ist, die Elektrokoagulations-Druckfarben-Stellen mit unterschiedlichem
Wert der Koagulation zu schaffen;
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5 veranschaulicht
die Verteilung der lokalisierten Koagulationsstellen in der Elektrokoagulations-Druckfarbe,
die erhalten werden unter Verwendung eines Druck-Kopfs in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung;
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6 ist
ein Algorithmus zum Korrigieren von Pixel-Dichte-Werten;
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Die 7a bis 7d zeigen graphische Darstellungen von
Pixel-Dichte-Werten, die mit einer Gruppe von Elektroden verbunden
sind, die mögliche
Korrektur-Levels veranschaulichen, die in Abhängigkeit von dem Pixel-Werte-Verteilungs-Profil
implementiert werden können;
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8 ist
ein Blockdiagramm einer elektronischen Vorrichtung zum Bewirken
der Pixel-Dichte-Korrektur; und
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9 ist
eine schematische Ansicht, die einen Druck-Kopf veranschaulicht,
der mit einer Ansprech-Schaltung versehen ist, die als Merkmal ein
Strom-Begrenzungs-System aufweist, und zwar in Übereinstimmung mit einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung;
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Eine detaillierte Beschreibung der
bevorzugten Ausführungsformen
erfolgt unter Bezugnahme auf die nachfolgend angesprochenen Figuren.
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3 veranschaulicht
schematisch die Verbindung zwischen den Elektroden und der Ansprech-Schaltung,
die die Aktivierung der Elektroden steuert. Physikalisch sind die
Elektroden in derselben Weise wie in dem Druck-Kopf des Standes
der Technik angeordnet, der in 1 abgebildet
ist. Aus Gründen der
Vereinfachung der Darstellung wurden die verschiedenen Gruppen von
Elektroden in 3 so gezeigt, daß sie vertikal
gegeneinander versetzt sind; es versteht sich jedoch, daß die Elektroden-Gruppen
aufeinanderfolgend angeordnet sind und so die lineare Anordnung
bilden, wie sie in 1 gezeigt
ist. Eine Mehrzahl von Ansprech-Modulen ist in dem Druck-Kopf angebracht,
um ausgewählte
Elektroden aus der Gruppe der Elektroden mit Energie zu beaufschlagen.
Der Druck-Kopf ist mit 64 Ansprech-Modulen versehen, wobei jedes Modul
mit einer jeweiligen Elektrode jeder Gruppe verbunden ist. Noch
spezieller ist Modul Nr. 1 mit Elektrode Nr. 1 von Gruppe 1, Elektrode
Nr. 1 von Gruppe 2 usw. ver-bunden;
das Ansprech-Modul Nr. 2 ist mit Elektrode Nr. 2 von Gruppe 1, Elektrode
2 von Gruppe 2 usw. verbunden. Im Betrieb leitet zum Zeitpunkt t1
jedes Ansprech-Modul
ein Signal auf den Leiter, der zu der damit verbundenen Elektrode
der ersten Gruppe führt.
Vorzugsweise ist der Spannungswert des Signals einheitlich über die
Elektroden der Gruppe. In einer am meisten bevorzugten Ausführungsform
beträgt
die Spannung etwa 40 bis 60 V. Die Impuls-Dauer des Impuls-modulierten
Signals schwankt jedoch üblicherweise
von einer Elektrode zur anderen. Dies ermöglicht es, das Polymer, das
in der Elektrokoagulations-Druckfarbe zugegen ist; im Kontakt mit
den Elektroden einer ausgewählten Gruppe
gemäß einem
Muster zu koagulieren, das den graphischen Daten entspricht, die
in dem Signal enthalten sind, das an den Druck-Kopf geleitet wird. 4 zeigt dieses Merkmal am
besten. In diesem Beispiel wird die Elektrokoagulations-Druck-Farbe
an den Stellen, die mit den Elektroden Nrn. 1 bis 30 verbunden sind,
am wenigsten koaguliert, da die Impuls-Dauer des Signals, das auf
diese Unter-Gruppe von Elektroden geleitet wird, das kürzeste ist.
Ein höherer
Koagulati onswert wird an den Stellen erhalten, die mit den Elektrode
Nrn. 31 bis 45 verbunden sind. Der Wert der Koagulation an den Stellen,
die mit den Elektroden Nrn. 46 bis 57 verbunden sind, liegt auf
einem Niveau, das zwischen demjenigen für die Elektroden Nrn. 1 bis
30 und demjenigen für
die Elektroden Nrn. 31 bis 45 liegt. Letztlich ist der Wert Koagulation
am höchsten
an den Stellen, die mit den Elektroden Nrn. 58 bis 64 verbunden
sind, wo die Impuls-Dauer die längste
ist.
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Eine hochgradig koagulierte Elektrokoagulations-Druckfarbe
erzeugt ein dunkles Pixel, wenn die koagulierte Farbe auf ein geeignete
Substrat wie beispielsweise Papier übertragen wird. So schafft
in dem obigen Beispiel die Untergruppe von Elektroden Nrn. 1 bis
30 30 relativ helle Pixels. Die Elektroden Nrn. 58 bis 64 bilden
dunkle Pixels. Die durch die verbleibenden Elektroden der Gruppe
gebildeten Pixels haben eine optische Dichte mit Werten, die zwischen
denen der Untergruppe der Elektroden 1 bis 30 und derjenigen der
Elektroden 58 bis 64 liegen.
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Das Pixel-Muster auf dem Substrat
ist in 5 gezeigt. Jede
Gruppe von Elektroden schafft eine Sammlung von 64 Pixels, die keine
Verschiebung oder Versetzung entlang der Bewegungsrichtung des Films aus
Elektrokoagulations-Druckfarbe relativ zu dem Druck-Kopf zeigen.
Dieses Pixel-Muster verbessert – wie gefunden
wurde – signifikant
die Bild-Qualität,
da der Sägezahn-Effekt
praktisch eliminiert wird. Jedoch tritt an der Grenzfläche zwischen
benachbarten Pixel-Gruppierungen eine Verschiebung auf, die durch
verschiedene Elektroden-Gruppen ausgebildet wird, wie beispielsweise
die Gruppierungen, die bei t1 und t2 gebildet werden. Obwohl diese
unerwünscht
sind, wurde gefunden, daß eine
solche Verschiebung besonders beanstandbar ist, da sie sehr schwierig
visuell wahrzunehmen ist.
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An dieser Stelle ist anzumerken,
daß es
nicht nötig
ist, alle 64 Elektroden in einer Gruppe zu aktivieren. Es kann ausreichend
sein, einen Hauptteil der 64 Elektroden zu aktivieren.
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Das Verfahren, das als veranschaulichendes
Beispiel beschrieben wird und nicht beansprucht wird, besteht daraus,
gleichzeitig benachbarte Elektroden der Anordung mit Energie zu
beaufschlagen, wie dies oben beschrieben wurde, und das Verfahren
ist in der Lage, den unerwünschten
Sägezahn-Effekt
im wesentlichen zu eliminieren, der bei Druck-Köpfen des Standes der Technik
auftritt. Um weiter die Druck-Qualität zu verbessern, haben die
Anmelder gefunden, daß durch
Implementieren eines neuen Verfahrens zur Korrektur der Pixel-Dichte
höhere
Werte der Präzision
bei den optischen Dichten der Pixels erreicht werden können. Der Begriff
"Pixel-Dichte", wie er in der vorliegenden Beschreibung und in den
Patentansprüchen
verwendet wird, bezieht sich auf die optische Dichte eines Pixels,
das durch Elektrokoagulation des Polymers gebildet wird, das in
der Elektrokoagulations-Druckfarbe zugegen ist. Ohne daß es wünschenswert
ist, an eine bestimmte Theorie gebunden zu sein, wird angenommen,
daß eine
bestimmte Pixel-Dichte oder Unausgewogenheit des Farbtons auftreten
kann; wenn benachbarte Elektroden der Anordnung gleichzeitig mit
Energie beaufschlagt werden. Diese Unausgewogenheit – so wird
angenommen – resultiert
aus einer bestimmten Impedanz-Schwankung in der Elektrokoagulations-Druckfarbe,
die höhere
Ströme
produziert als diejenigen, wie sie normal erwartet werden. Dementsprechend
ist die Pixel-Dichte
insbesondere in schwach gefärbten
Bereichen höher.
Wie früher
diskutiert, steuert die Variation der Dauer des Strom-Einspeisungs-Ereignisses
die Pixel-Dichte. Jedes Ansprech-Modul liefert an die jeweilige
Elektrode ein konstantes Spannungssignal, und die Dauer des Signals
bestimmt den Wert der Pixel-Dichte. Diese Art des Betreibens des
Verfahrens basiert jedoch auf der Annahme, daß die Größe des Stroms durch den Film
aus Elektrokoagulations-Druckfarbe konstant ist. In den meisten
Beispielen ist diese Annahme zutreffend. Wenn jedoch eine Zahl von
benachbarten Elektroden gleichzeitig mit Energie beaufschlagt wird,
kann die Impedanz nicht länger
konstant bleiben, und dies schafft für einige der Elektroden höhere Ströme als diejenigen,
die normalerweise erwartet werden.
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Eine Möglichkeit zur Korrektur dieser
potentiellen Schwierigkeit ist, das Signal zu verändern, das
auf die einzelnen Ansprech-Module aufgebracht wird, um das Impedanz-Ungleichgewicht zu
kompensieren. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird
der Pixel-Dichte-Wert, der mit jeder Elektrode verbunden ist, kompensiert,
wobei der Grad der Kompensation abhängig ist von dem Pixel-Dichte-Wert
wenigstens einer benachbarten Elektrode. Vorzugsweise wird der Wert
der Kompensation für
eine Elektrode auf der Grundlage der Pixel-Dichte-Werte eingestellt,
die mit den benachbarten Elektroden verbunden sind und die – von der
Zahl her – höher sind
(hellere Farbtöne)
als der Pixel-Dichte-Wert, der mit der Elektrode in Verbindung steht,
die gerade kompensiert wird.
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Das Verfahren zum Korrigieren der
Pixel-Dichte wird in 6 als
Hintergrundinformation veranschaulicht und ist nicht Teil der Ansprüche. Das
Fließbild
zeigt eine Betriebs-Schleife, die den Pixel-Dichte-Wert prüft, der
mit jeder Elektrode einer gegebenen Gruppe aus der Anordnung verbunden
ist. In jeder Schleife wird ein Pixel-Dichte-Korrektur-Wert für die gerade geprüfte Elektrode
berechnet, und der Wert wird in einer Tabelle gespeichert. Wenn
der Pixel-Dichte-Wert für
die letzte Elektrode in der Gruppe verarbeitet wurde, wird die Korrektur
implementiert, und das resultierende korrigierte Signal wird an
die jeweiligen Ansprech-Module des Druck-Kopfes übertragen.
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Das graphische Daten betreffende
Eingangs-Signal, das an den Druck-Kopf geleitet wird, ist ein digitales
Signal, das eine Zahl von diskreten Pixel-Dichte-Werten enthält. Typischerweise
ist jeder Pixel-Dichte-Wert eine 8 Bit große Datenfolge, die 256 verschiedene
Werte annehmen kann. Mit anderen Worten: jeder Elektrode kann ein
Pixel-Dichte-Wert
von 0 bis 255 zugeordnet werden, worin 0 für Schwarz steht, während 255
für Weiß steht
und die Zwischenwerte verschiedene Grau-Werte angeben. Aus Gründen der
Einfachheit werden die Farbton-Werte in diesem Beispiel unter Bezugnahme
auf ein Schwarz-Weiß-Drucken
beschrieben. Wenn eine andere Farbe zur Anwendung kommt, beispielsweise
Rot, betrifft der Wert 0 reines Rot, während der Wert 255 das Fehlen
von Rot angibt und Zwischenwerte sich auf verschiedene Farbtöne von Rot
beziehen. In Abwesenheit irgendeiner Konektur werden die 8 Bit großen Datertfolgen
an die jeweiligen Ansprech-Module übertragen, die entsprechende
Signale auf die Elektroden aufbringen, deren Dauer durch die Größen der
8 Bit großen
Datenfolgen bestimmt wird.
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Es wurde gefunden, daß ein optimaler
Bereich im Weg der Signalverteilung zum Bewirken der Korrektur sich
an einer Stelle findet, die zwischen der Quelle des ursprünglichen
digitalen Signals und den Ansprech-Modulen gelegen ist. Ein Pixel-Dichte-Korrektur-System
kann an jedem punktförmigen
Ort zwischen diesen extremen Stellen angeordnet werden und fängt das
nicht-korrigierte digitale Signal auf, verändert das Signal in Übereinstimmung
mit einem vorbestimmten Algorithmus und überträgt dann das korrigierte Signal
an die Ansprech-Module des Druck-Kopfes. In einer am meisten bevorzugten
Ausführungsform
vergleicht der Korrektur-Algorithmus jeden Pixel-Dichte-Wert mit den mittleren Pixel-Dichte-Werten
in der Gruppe, die niedrigere Pixel-Dichten (numerisch höhere Werte) angeben. Wenn die
gegebene Pixel-Dichte weit entfernt vom Mittelwert ist, ist eine
starke Korrektur erforderlich. Auch wird eine starke Korrektur dann
durchgeführt,
wenn es viele zugeordnete niedrige Pixel-Dichte-Werte in der Gruppe
gibt. Die Korrektur erfolgt üblicherweise
durch Reduzieren der optischen Dichte des Pixels, mit anderen Worten:
durch Erhöhen
der Größe des Pixel-Dichte-Wertes. 7 veranschaulicht typische Situationen:
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- (a) In 7a ist die Dichte des
unteren Teils der Elektroden-Gruppe sehr weit vom Mittelwert entfernt.
Viele Pixels haben eine Dichte, die niedriger ist als diejenige
des unteren Teils. So ist eine starke Korrektur erforderlich.
- (b) In 7b ist die Dichte des unteren
Teils der Elektroden-Gruppe nahe dem Durchschnittswert. Viele Pixels haben
eine Dichte, die unterhalb des unteren Bereichs liegt. Diese Korrektur
ist geringer als diejenige für
Gruppe (a).
- (c) In 7 ist die Dichte des unteren
Teils der Elektroden-Gruppe sehr weit entfernt vom Mittelwert. Wenige Pixels
haben eine Dichte, die niedriger liegt als die Dichte des unteren
Teils. Die Korrektur ist geringer als bei Gruppe (a) und ähnlich derjenigert
bei Gruppe (b).
- (d) In Figur 7d liegt die Dichte des unteren Teils
der Gruppe nahe dem Mittelwert. Wenige Pixel haben eine Dichte unterhalb
der Dichte für
den unteren Teil. Die Korrektur ist die leichteste von allen vier
Gruppen.
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Es wird nun wieder auf 6 Bezug genommen. Der erste
Schritt des Korrektur-Algorithmus
ist, das digitale Signal zu analysieren, um ein Histogramm der Pixel-Dichte-Werte zu schaffen,
die mit einer gegebenen Elektroden-Gruppe verbunden sind. Das Ziel
ist, die 64 statistischen Werte in aufsteigender Reihenfolge zu ordnen
und mit jedem diskreten Wert der Zahl von Malen, in denen er in
der Gruppe auftaucht; in Verbindung zu bringen, mit anderen Worten,
mit der Zahl der Elektroden, denen dieser spezielle Pixel-Dichte-Wert
zugeordnet wird (Schritt S401). Ein Beispiel des Histogramms ist
in Tabelle 1 gezeigt. In Tabelle 1 bezieht sich der Begriff "Häufigkeit"
auf die Zahl der Male, mit der jeder Pixel-Dichte-Wert in der Gruppe
erscheint.
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Sobald einmal das Histogramm aufgebaut
ist, wird der Iterations-Prozeß initiiert
(Schritt 402 bis Schritt 407). Der erste Schritt besteht darin,
in der Tabelle den maximalen Pixel-Dichte-Wert zu lokalisieren,
der mit einer Elektrode in Verbindung steht. In diesem Beispiel
ist 255 ein gültiger
Eintrag, da keiner Elektrode dieser Eintrag zugeordnet wurde. Der
nächste
Wert (d. h. 254) ist jedoch ein gültiger Wert. Der nächste Schritt
besteht darin, einen Korrekturfaktor für diesen Eintrag zu berechnen.
Die folgenden Variablen werden bei der Berechnung verwendet:
-
- (a) Gesamtwert: in diesem Fall ist der Gesamtwert
gleich dem maximalen Pixel-Dichte-Wert (verbunden mit einer Häufigkeit,
die von Null verschieden ist) × Häufigkeit
(d. h. 254 × 8);
- (b) akkumulierte Pixel-Wert = Summierung der Häufigkeitswerte
seit dem Beginnen der Iteration (in der ersten Iteration ist die
akkumulierte Pixel-Zahl = 8);
- (c) Mittelwert = Zahl der Gesamt-Pixel-Werte/Zahl der akkumulierten
Pixel-Werte (bei der ersten Iteration ist der Mittelwert dieselbe
Zahl wie der Gesamtwert, der in diesem Fall die Zahl 254 beträgt).
-
Der Korrekturfaktor für den Pixel-Dichte-Wert
254 wird erhalten mittels der folgenden Gleichung: Korrekturfaktor
= ((mittlerer laufender Pixel-Wert) × Gesamtwert)/l, worin l eine
Konstante ist und der laufende Pixel-Wert für die erste Iteration 254 beträgt. Dementsprechend
ist der Korrektur-Faktor für
die erste Iteration 0.
-
Die Konstante l wird verwendet, um
die Ergebnisse der obigen Gleichung durch Einführen zu kalibrieren, indem
man in diese einen Wert einführt,
der ein Fein-Tuning der Pixel-Dichte-Werte-Kompensation erlaubt.
Die Konstante l wird experimentell erhalten. Noch spezieller wird
eine Konstante l, die mit Erfolg während Tests verwendet wurde,
die von den Anmeldern durchgeführt
wurden, erhalten aus einer Anordnung von 256 Werten, die eine logarithmische
Kurve beschreiben. Die Anordnung wird in der Weise reproduziert,
wie dies in der nachfolgenden Tabelle 2 gezeigt ist. Der Wert in
Klammern ist ein Index, der es erlaubt, von der Anordnung den Wert
der Konstante l aufzufinden.
-
-
-
Der spezifische Wert l, der verwendet
wird, hängt
von den Betriebsbedingungen der Druckvorrichtung ab. Wenn diese
Bedingungen geändert
werden, wird ein unterschiedlicher Wert l zum Fein-Tuning des Korrekturfaktors
verwendet. Es ist auch möglich,
modifizierende Werte auf die Konstante l anzuwenden, um Änderungen
zu kompensieren, die während
der Verwendung der Druck-Vorrichtung auftreten können. Zwei Arten von Modifikationswerten
können
implementiert werden:
-
1 – Additiver Modifikationswert
(Offset)
-
Addiert einen konstanten Wert (Offset)
zu jedem Eintrag in der Anordnung von Werten für die Konstante l. Der Offset
kann (beispielsweise) schwanken von –9999 bis +50000. Das neutrale
Element ist Null. Die Wirkung dieses Offset auf die Konstante l
steigt mit der Größe des absoluten
Wertes des Offset.
-
2 – Multiplikativer Modifikationswert
(Gain)
-
Multipliziert jeden Eintrag in der
Anordnung von Werten für
die Konstante l. Der Gain-Wert
kann schwanken (beispielsweise) von 0,2 bis 5,0. Das neutrale Element
ist 1. Die Wirkung dieses Gain-Wertes auf die Konstante l steigt,
wenn sich die Größe des Gain-Werts von dem neutralen
Element unterscheidet.
-
Die modifizierenden Zahlenwerte können in
der folgenden Weise zum Verändern
der Werte in der Anordnung verwendet werden: l[x]
= (Offset + Original-Wert [x]) × Gain-Wert worin
l[x] der modifizierte Wert, gespeichert beim Index x, in der Anordnung
ist (wobei x einen Wert von 0 bis 255 hat), und der ursprüngliche
Wert l[x] der Original-Wert beim Index x in der Anordnung ist.
-
Die folgenden Tabellen 3 und 4 beschreiben
die Wirkung der modifizierenden Werte:
-
-
-
Sobald einmal der passende Wert der
Konstante l aus der Anordnung gewählt ist, wird der Korrekturfaktor
berechnet und gespeichert.
-
Das Verfahren schreitet fort durch
Initiieren einer weiteren Iteration für den nächsten Pixel-Dichte-Wert in
der Tabelle (d. h. 253). Der erste Schritt ist, die Gesamt-Variable
einem Update zu unterziehen (Schritt S403). Die upgedatete Gesamt-Variable
= Gesamtwert + (aktueller Pixel-Dichte-Wert × Häufigkeit). Für diese Iteration
ist der aktuelle Pixel-Dichte-Wert 253, die Häufigkeit ist 11. Als Ergebnis
wird der Wert der dem elle Pixel-Dichte-Wert 253, die Häufigkeit
ist 11. Als Ergebnis wird der Wert der dem Update unterzogenen Gesamt-Variablen
auf 4815 berechnet. Allgemein kann der variable Gesamt-Wert damit
mathematisch ausgedrückt
werden als folgende Formel (1).
worin der Bereich a bis
max der Index-Bereich in der Tabelle der Pixel-Dichte-Werte ist,
wobei der Index i in dem Bereich auf Pixel-Dichte-Werte zeigt, die übersteigen
oder gleich sind dem Pixel-Dichte-Wert, der mit einer gegebenen
Elektrode verbunden ist;
P
i der Pixel-Dichte-Wert
bei dem durch den Index i angegebenen Wert ist; in dem oben angegebenen
Beispiel sind i und P; dieselben Werte; und
N die Zahl von
Elektroden ist, die dem Pixel-Dichte-Wert P
i,
genommen bei i bei einer gegebenen Iteration von a bis max zugeordnet
sind.
-
Im nächsten Schritt des Verfahrens
wird die akkumulierte Pixel-Vartable einem Update unterzogen (Schritt
S404). Der upgedatete variable akkumulierte Pixel-Wert ist der Wert
der akkumulierten Pixel-Werte + Häufigkeit. Im vorliegenden Fall
ist der upgedatete akkumulierte Pixel-Wert = 8 + 11 = 19. Allgemein
können die
akkumulierten Pixel-Werte mathematisch damit in der folgenden Formel
(2) ausgedrückt
werden.
-
-
Der folgende Schritt besteht darin,
den Wert des variablen Mittelwerts einem Update zu unterziehen (Schritt
S405). Für
diese Iteration ist der einem Update unterzogene Wert des Mittelwerts
4815 (upgedateter Gesamtwert)/19 (upgedateter akkumulierter Pixel-Wert) = 253,42. Dies
wird ausgedrückt
durch eine allgemeine Formel, wie sie bei (3) folgt:
-
-
Der Endschritt besteht darin, den
Konekturfaktor zu berechnen (Schritt S406). Unter Verwendung der obigen
Formel ist der Wert des Korrekturfaktors = ((253,42 – 253) × 4815/l,
und dieser Wert wird erhalten und gespeichert. Die Formel zum Erhalt
des Korrekturfaktors wird durch eine allgemeine Formel wie nachfolgend bei
(4) ausgedrückt:
-
Der Endschritt der Iteration dient
dazu, zu bestimmen, ob andere Pixel-Dichte-Werte in dem Histogramm
bleiben. Mit anderen Worten: Das Histogramm enthält tatsächlich andere gültige Pixel-Dichte-Werte, die
kleiner sind als der laufende Wert (Schritt S407) Bejahendenfalls
wird eine neue Berechnungsschleife initiiert; anderweitig wird der
berechnete Konekturfaktor angewendet (Schritt S408), und das Verfahren
wird dann beendet. Wenn die Verfahrensweise tatsächlich zum Abschluß gekommen
ist, addiert das System dann einfach die Korrekturfaktoren zu den
Original-Pixel-Dichte-Werten. Als Ergebnis wird beispielsweise die
folgende Tabelle 5 erhalten:
-
-
Am meisten bevorzugt wird das Pixel-Dichte-Korrektur-System
implementiert durch Verwendung der elektronischen Vorrichtung 100,
wie sie in 8 veranschaulicht
ist.
-
Die Vorrichtung 100 umfaßt einen
Eingangs-Puffer 102, der das Digitalsignal empfängt, das
die Pixel-Dichte-Werte enthält.
Ein Prozessor 104 verarbeitet die Daten, die in den Eingangs-Puffer 102 gegeben, werden,
in Übereinstimmung
mit Instruktionen, die in einem Speicher 106 gespeichert
sind. Die korrigierten Pixel-Dichte-Werte werden dann in einen Ausgangs-Puffer 108 überführt, der
ein modifiziertes digitales Signal erzeugt, das an den Druck-Kopf
gerichtet wird.
-
In einer davon verschiedenen Ausführungsform
wird das Druck-Kopf-System mit einer Ansprech-Schaltung versehen,
die als Merkmal ein Strombegrenzungssystem zum Begrenzen der Größe des elektrischen
Stroms aufweist, der durch die Elektroden der Anordnung bei vorbestimmten
Werten hindurchläuft.
Diese Anordnung ist in der Lage, das Auftreten von übermäßig dichten
Pixels auf dem Substrat zu vermeiden, die durch Impedanz-Schwankungen
bei der Elektrokoagulations-Druckfarbe hervorgerufen werden, ohne
die Notwendigkeit, ein Pixel-Dichte-Wert-Korrektursystem des Typs
zu implementieren, wie es oben beschrieben wurde.
-
Die Druck-Kopf-Anordnung ist schematisch
in 9 abgebildet. Aus
Gründen
der Einfachheit wurde nur eine einzige Elektroden-Gruppe abgebildet.
Das System besteht indem Einschluß einer Stromquelle 200, die
mit jeder Elektrode verbunden ist, die in das jeweilige Ansprech-Modul
integriert werden kann. Jede Stromquelle leitet nur einen Strom
vorbestimmter Größe an die
jeweilige Elektrode, mit dem Ergebnis, daß die Impedanz der Elektrokoagulations-Druckfarbe
nicht länger
die Stromgröße bestimmt.
So ist es nicht mehr wahrscheinlich, daß Impedanz-Schwankungen in
der Elektrokoagulations-Druckfarbe irgendwelche Änderungen der Stromgröße hervorrufen.
Als Ergebnis koagulieren alle Elektroden die Druckfarbe lokal im
erwarteten Grad.
-
Die Stromquelle kann irgendeine passende
Ausprägung
haben. Am meisten bevorzugt wird die Stromquelle so gewählt, daß sie den
Strom während
des Strom-Einspeise-Ereignisses
konstant hält.
Beispielsweise kann Gebrauch gemacht werden von dem einstellbaren
Spannungsregulator, wie er von der Firma National Semiconductor
Corporation unter der Teile-Nr. LM117HV vertrieben wird und der
einen Ausgangs-Anschluß und
einen Anpassungs-Anschluß mit
einem dazwischen eingebundenen Widerstand aufweist. Beim Betrieb entwickelt
das Gerät
LMl17HV eine nominelle 1,2 V-Referenzspannung
zwischen dem Ausgangs- und dem Anpassungs-Anschluß und – da die
Spannung konstant ist – strömt ein konstanter
Strom durch den Widerstand. So wird bei Wahl eines 12 Ω-Widerstandes
ein konstanter Strom von 100 mA an die Elektroden geliefert. Dieser
Strom bleibt selbst dann konstant, wenn es Schwankungen des elektrischen
Widerstands des Films der Elektrokoagulations-Druckfarbe gibt. Eine
andere Möglichkeit
ist, eine Hybrid-Schaltung zu verwenden, die dazu ausgelegt ist,
zu verhindern, daß der
Strom einen vorbestimmten Wert übersteigt.
In dieser Ausführungsform
bestimmt die Impedanz der Elektrokoagulations-Druckfarbe die Stromgröße, solange
diese Größe innerhalb
eines vorbestimmten Betriebsbereichs bleibt. Sollte jedoch die Impedanz
fallen, erreicht der Strom den oberen Extremwert des Bereichs und
wird dazu veranlaßt,
dort zu bleiben, um eine Über-Koagulation
der Druckfarbe zu verhindern.
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Es sollte angemerkt werden, daß dann,
wenn die Ansprech-Schaltung einen gleichzeitigen Durchtritt von
elektrischem Strom durch ausgewählte
Elektroden der Anordnung hervorruft, die benachbart zueinander sind,
das oben beschriebene Strom-Begrenzungs-System verhindert, daß eine Größe des Stroms,
der durch eine der Elektroden hindurchtritt, die benachbart sind,
einen vorbestimmten Wert übersteigt.
-
Es sollte verstanden werden, daß viele
Modifikationen und Anpassungen der Erfindung Fachleuten in diesem
technischen Bereich offenbar werden, und daß es beabsichtigt ist, daß solche
offensichtlichen Modifikationen und Änderungen im Umfang der nachfolgenden
Patentansprüche
liegen.
