DE69607225T2

DE69607225T2 - Graustufendruck mit Düsenreihetintenstrahldrucker mit hoher Auflösung

Info

Publication number: DE69607225T2
Application number: DE69607225T
Authority: DE
Inventors: Surinder K. Bahl; Michael J. Piatt; John M. Schneider
Original assignee: Kodak Versamark Inc
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1995-01-27
Filing date: 1996-01-11
Publication date: 2000-12-21
Anticipated expiration: 2016-01-12
Also published as: EP0723870B1; DE69607225D1; US6003979A; EP0723870A1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für den Tintenstrahldruck mit hoher Qualität und hoher Geschwindigkeit und insbesondere den Qualitäts- Farb- und Schwarzweißdruck durch Aufbringen von Bildelementen wechselnder optischer Dichte (Pixel) auf ein Substrat mit hoher räumlicher Auflösung.

Hintergrund der Erfindung

Beim Tintenstrahldruck wird unter Druck stehende Druckfarbe einem Verteilerbereich zugeführt, der sie auf mehrere Öffnungen verteilt, die typischerweise linear angeordnet sind. Die Druckfarbe tritt aus den Öffnungen in Fäden aus, die in Tröpfchenstrahlen zerfallen. Die Vorgehensweise beim Druck mit diesen Tröpfchenstrahlen besteht darin, einige Tropfen selektiv aufzuladen und aus ihrer normalen Bahn abzulenken. Die graphische Wiedergabe wird erreicht durch selektives Aufladen und Ablenken von Tropfen aus den Tropfenstrahlen und Absetzen von zumindest einigen der Tropfen auf einem Druckbildträger, während die anderen Tropfen in einer Tropfenfängervorrichtung landen. Der Tintenstrahldruck wird beispielsweise in den US-Patenten 4,255,754 und 4,698,123 sowie 4,751,517 beschrieben.
In den letzten Jahren konnte durch Verwendung des im US-Patent 4,636,808 beschriebenen planaren bzw. flachen Aufladeeinrichtung (flat face charging scheme) die räumliche Auflösung von binären linearen Tintenstrahlsystemen ganz entscheidend erhöht werden. Dies bedeutet eine höhere Druckqualität beim Hochgeschwindigkeitsdruck von Texten und Grafiken. Zur Verbesserung der Qualität bildlicher Darstellungen sind jedoch noch Verbesserungen erforderlich. Die derzeitigen linearen Tintentstrahldrucker drucken binär, d. h. sie drucken in jedem Pixel entweder einen Tintentropfen oder keinen Tintentropfen. Bei einigen Bildwiedergaben mit binären Systemen wurden verschiedene Algorithmen verwendet, wobei Pixelgruppen zusammengestellt wurden, damit die mittlere Graustufe in der Pixelgruppe an die für das Bild gewünschte Graustufe herankam. Dieser Vorgang ist in der Technik als "dithering" bekannt. Bei diesem Vorgang wird die richtige Graustufe der Gruppe binärer Zellen auf Kosten der Schärfe (Auflösung) des Bildes erreicht.
Es sind bereits eine Vielzahl von Dithering-Techniken beschrieben worden, jedoch werden bei allen Pixelgruppen gebildet, wodurch sich Bilder ergeben, die auf das Auge "grob" oder "körnig" wirken, d. h. sie opfern Körnigkeit und Schärfe für die Möglichkeit, den Druck von Graustufenbildern mit einer binären Drucktechnik zu simulieren.
Die Bildqualität linearer Tintenstrahlbilder kann deutlich verbessert werden, wenn die Farbdichte der einzelnen Pixel in einem gewissen Bereich variiert werden kann. Die im US-Patent 4,636,808 beschriebenen Techniken betreffend den Lineardruck mit hoher räumlicher Auflösung und die im US-Patent 4,620,196 beschriebenen Techniken, die das Drucken einer wechselnden Anzahl von Tropfen pro Pixel betreffen, sind geeignet zur Erhöhung der Bildqualität. Der Bedarf an einem Tintenstrahlsystem, das zum Aufladen von Tropfenanordnungen mit hoher Raumfrequenz unter Verwendung des planaren Aufladens geeignet ist, wurde durch das US- Patent 4,636,808 befriedigt. In diesem Patent wird das Aufladen und Ablenken von Tropfen mit einer "Planartechnik" für ein binäres Drucksystem beschrieben. Der Betrieb des Systems impliziert das Vorhandensein nicht-druckender Tropfen im Tropfenstrahl, und dem Fachmann ist bereits aufgefallen, daß diese nicht-druckenden Tropfen eine wichtige Rolle beim Aufbau des elektrischen Felds spielen, welches die Tropfenablenkung und -auswahl bewirkt (siehe beispielsweise das US- Patent 4,613,871).
Die US-4/89754 A beschreibt ein System sowie ein Verfahren gemäß der Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 9 und offenbart ein Tintenstrahlsystem, bei dem die in den einzelnen Pixeln von den Tintenstrahlen gedruckte Tintenmenge gesteuert werden kann. Die vorliegende Erfindung wendet herkömmliche Lithographie- und Tiefdrucktechniken auf lineare Tintenstrahlsysteme an, um den Graustufendruck entscheidend zu verbessern.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Bedarf wird durch die vorliegende Erfindung gedeckt, wie sie in den Ansprüchen 1 und 9 definiert ist.
Phasenmittel, die auf die Signalmittel reagieren, erzeugen ein Referenzsignal, das in einem feststehenden Verhältnis zu der Phase der Auftrennung der vielen benachbarten Strahlen steht. Bildsteuermittel enthalten Daten, die für den Druck gewünschter Bildpixelmuster erforderlich sind, und können mehrere Spannungsquellen steuern, wobei diese Spannungsquellen auf die Bildsteuermittel und das Referenzsignal ansprechen und einen vorgegebenen Aufladungsspannungspegel bereitstellen, der den einzelnen Tropfen entspricht, und das Referenzsignal dazu verwenden, die Aufladespannungen mit dem Strahlzerfall korrekt zu synchronisieren. Die planaren Auflademittel haben mehrere Aufladeelektroden, die einzeln auf die Spannungsmittel ansprechen, wobei jede der Aufladeelektroden dicht beim Auftrennpunkt der linearen Strahlen angeordnet ist und die Tropfen entsprechend ihrem Potential auf einen vorgegebenen Pegel aufladen kann. Die vorliegende Erfindung enthält Mittel zur Steuerung der Druckdichte der lineren Pixelreihe durch Steuerung der Anzahl der Tropfen pro Pixel in Abhängigkeit von der zu druckenden Farbdichte, so daß die Gesamtheit der gedruckten Pixel den durchgehenden Tonwert bilden, der zur Herstellung des vorgegebenen, zu druckenden Bildes erforderlich ist.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen kleinen Strahldurchmesser und eine Tropfenerzeugungsgeschwindigkeit zu ermöglichen, die hoch genug ist zur Erreichung der gewünschten Druckgeschwindigkeit. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, aus den verschiedenen Strahlen Tropfen in einer bestimmten Umgebung mit ungefähr derselben Phase zu bilden, so daß in Strahlengruppen eine Synchronisation erreicht wird und nicht jeder Strahl seine eigene Phase hat. Die erfindungsgemäße Auflademöglichkeit bietet eine ausreichend genaue Tropfenplazierung, so daß die vielen Drucktropfen pro Punkt im wesentlichen auf ein und demselben Punkt landen. Somit wird das Überspringen von einem Tropfen zum anderen (drop- to-drop cross-talk) und das Überspringen von Strahl zu Strahl (jet-to-jet cross-talk) minimiert. Schließlich bietet die Erfindung den Vorteil, daß sie die Anzahl der erforderlichen Sicherungstropfen (guard drops) minimiert, wodurch die Druckgeschwindigkeit bei angemessener Tropfenerzeugungsfrequenz erreicht werden kann.
Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung und den anliegenden Ansprüchen hervor.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Darstellung der herkömmlichen Aufladung mittels Tunnels nach dem Stand der Technik;
Fig. 2 ist eine Seitenansicht eines Tintenstrahlsystems der Art, wie sie für das erfindungsgemäße Graustufendruckkonzept geeignet ist;
Fig. 3 ist eine vergrößerte isometrische Ansicht der Oberseite der Aufladeplatte von Fig. 2, bei der die Tintendüsen vor der Aufladeplatte angeordnet sind; und
Fig. 4 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren für den erfindungsgemäßen Bilddruck darstellt.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung wird ausführlich unter besonderer Bezugnahme auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen beschrieben. Es versteht sich jedoch von selbst, daß im Rahmen des Schutzumfangs der Erfindung Abwandlungsmöglichkeiten gegeben sind.
Gemäß den Zeichnungen sind bekannte Systeme, wie beispielsweise das in Fig. 1 dargestellte bekannte System 10, mit Tunnelaufladung nicht in der Lage, Strahlen mit hoher räumlicher Auflösung aufzuladen. Fig. 1 zeigt ein herkömmliches Verfahren zur Aufladung der Strahlen durch elektrostatische Induktion in einem "Aufladetunnel" 12. Der Aufladetunnel 12 ist ein im wesentlichen geschlossener Hohlraum, der die Strahlen 14 umgibt. Der Hohlraum 12 hat innen eine leitfähige Beschichtung, die elektrisch mit einer externen Stromquelle verbunden ist. Wenn an die Beschichtung im Aufladetunnel und den Strahl leitfähiger Tinte ein Potential angelegt wird, wird in die leitfähigen Strahlen, die durch das Tropfenerzeugungssystem geerdet sind (nicht abgebildet), eine elektrostatische Aufladung induziert.
Bei einer weitverbreiteten anderen Ausführungsform der älteren Technik werden Schlitze statt Tunneln zum Aufladen verwendet. Sowohl bei der einen wie bei der anderen dieser Ausführungsformen ist die räumliche Dichte der Strahlen durch die Fähigkeit begrenzt, eine mechanische Konstruktion herzustellen, die die Strahlen wirksam umgibt, so daß sie elektrostatisch isoliert sind. Tunnel von geeigneter mechanischer Festigkeit können in einer Anzahl von etwa 75 Tunneln (oder Strahlen) pro Inch hergestellt werden, Schlitze in einer Anzahl von etwa 100 pro Inch.
Es ist sehr erwünscht, Strahlen mit wesentlich höherer räumlicher Dichte erzeugen und Tropfen separat aufladen zu können. Um dieses Ziel zu erreichen, wurde die in Fig. 3 gezeigte Geometrie entwickelt. Bei der Anordnung von Fig. 3 können die Strahlen sehr dicht nebeneinander angeordnet werden, um einen Druck mit hoher Auflösung zu erzielen. Diese Technik wurde zur Herstellung handelsüblicher Produkte mit 300 Strahlen pro Inch verwendet. Grundlage ist der Gedanke, daß aus einem Strahl einzelne Tropfen an einer Stelle gebildet werden, die einen geringen Abstand zu einer einzelnen leitfähigen Elektrode auf einer planaren bzw. ebenen Aufladeplatte gebildet werden. Die Tropfen werden durch elektrostatische Induktion durch den geladenen Leiter aufgeladen. Die Elektroden werden als Aufladeelektroden bezeichnet. Die verschiedenen Aufladeelektroden werden auf einer ebenen Fläche angebracht, um eine Aufladeplatte zu bilden. Die Aufladeelektroden können durch verschiedene bekannte Fototechniken hergestellt werden. Zur Bildung der Aufladeflächen sind keine mechanischen Merkmale nötig, so daß die räumliche Dichte, in der die Leiter hergestellt werden können, nicht durch mechanische Überlegungen begrenzt ist.
Die Erfindung betrifft Tintenstrahlsysteme der in Fig. 2 gezeigten Art. Von einem Tropfengenerator, der die natürliche Auftrennung von Strahlen in gleichmäßige Tröpfchenströme stimuliert, werden viele Strahlen mit hoher räumlicher Auflösung erzeugt. Fig. 2 ist eine Seitenansicht eines Tintenstrahlsystems der Art, die sich für das erfindungsgemäße Graustufendruckkonzept eignet. Fig. 3 ist eine isometrische Ansicht der Oberseite der Aufladeplatte von Fig. 2, wobei die Tintenstrahlen vor der Aufladeplatte angeordnet sind.
Gemäß Fig. 2 und 3 sind mehrere Leitelemente oder Aufladeleitungen 16 auf einer planaren Aufladeplatte 18 angeordnet. Mehrere Tropfenströme 20 werden vom Tropfengenerator 22 abgegeben. Mehrere getrennt schaltbare Quellen 24 eines elektrostatischen Potentials sind den Aufladeleitungen 16 zugeordnet. Eine Fangeinrichtung 26 fängt die leicht abgelenkten Tropfenströme. Die vielen Tropfenströme, die auf der Fangeinrichtung auftreffen, bilden einen Tintenfilm 30, der zu einem Tintenfluß 28 wird, welcher von einem Vakuum von der Oberseite der Fangeinrichtung abgesaugt wird. Mit Bezugszeichen 32 ist der Bereich der Fangeinrichtung bezeichnet, an dem die abgelenkten Tropfen auf der Fangeinrichtung auftreffen und zu einem Tintenfilm auf der Oberfläche der Fangeinrichtung verschmelzen. Die nicht abgelenkten Tropfen drucken dann das Bild auf das Substrat 34.
Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform in Seitenansicht während des Betriebs, und Fig. 3 zeigt eine isometrische Ansicht der Vorderseite der Aufladeplatte von Fig. 2 mit vor der Aufladeplatte angeordneten Tintenstrahlen. Der Tropfengenerator 22 liefert Ströme von im wesentlichen koplanaren und kollinearen Tropfen 20 parallel zur Vorderseite der Aufladeplatte 18. Jeder der Tropfenströme 20 fluchtet linear mit einer leitenden Aufladeelektrode 16. Die Tintenströme 20 sind vor ihrem Zerfall in Tropfen elektrisch leitend. Wenn an eine der Aufladeelektroden 16 über eine der Spannungsquellen 24 ein elektrisches Potential angelegt wird, erfährt der letzte Tropfen, der vor der betreffenden Aufladeelektrode noch mit dem Strahl verbunden ist, eine elektrische Aufladung durch Induktion. Wenn eine vorgegebene Spannung in zeitlicher Abstimmung mit der Strahlauftrennung an eine der Aufladeelektroden angelegt wird, können aufeinanderfolgende Tropfen entweder aufgeladen oder nicht aufgeladen werden. Typischerweise wird mindestens jeder zweite Tropfen aufgeladen, so daß jeder aufgeladene Tropfen die elektrostatische Bildaufladung der anderen aufgeladenen Tropfen erfährt. Insgesamt bewirken diese elektrostatischen Aufladungen einen elektrostatischen Anziehungsimpuls auf die aufgeladenen Tropfen. In Reaktion auf den elektrostatischen Impuls werden die aufgeladenen Tropfen von der Vorderseite der Fangeinrichtung 26 angezogen. Tropfen, die vor einer Aufladeelektrode gebildet werden, die in diesem Augenblick dasselbe Potential hat wie der Tropfenstrom 20 werden nur durch die Wirkung benachbarter ("cross-talk") Aufladeelektroden aufgeladen. Die Bahn der "nicht aufgeladenen" Tropfen wird nicht zur Fangeinrichtung 26 hin abgelenkt, so daß diese Tropfen ungehindert auf den Druckbildträger 34 gelangen. Durch geeignete Programmierung der Aufladeelektroden 16 synchron zur Auftrennung des Strahls in Tropfenströme 20 kann ein gewünschtes Muster von Tropfen erzeugt werden, die sich zum Substrat 34 bewegen.
Im typischen Anwendungsfall sind zwei Signale entscheidend für den Betrieb eines Druckers. Zunächst wird ein Druckbereitschaftssignal erzeugt. Typischerweise wird das Druckbereitschaftssignal von einem Sensor erzeugt, der erfaßt, ob das Substrat die Position hat, in der der Druck gestartet werden kann. Das zweite Signal wird benötigt, um dem Druckkopf anzuzeigen, wann die einzelnen Tropfenreihen zur Bildung des gewünschten Bildes gedruckt werden sollen. Hierfür wird ein Kodierer in einem bestimmten Verhältnis zur Substratbewegung angetrieben. Der Kodierer erzeugt "Druckgeschwindigkeitsimpulse" mit der gewünschten Pixelauflösung für den Druck. Wenn die Bilderzeugungselektronik einen Geschwindigkeitsimpuls vom Kodierer erhält, gibt sie an die Aufladeplatte das Signal, die nächste Zeile von Pixeldaten zu drucken. Somit wechselt das erzeugte Tropfenmu ster in zeitlicher Beziehung zur Bewegung des Substrats 34 auf der rechten Seite von Fig. 2. Dadurch kann auf dem sich bewegenden Substrat jedes gewünschte Bild erzeugt werden.
Bei hochauflösenden Tintenstrahldruckern der eben beschriebenen Art kann die Druckqualität durch verschiedene Faktoren beeinträchtigt werden. Beispielsweise verändern viele Tropfen die Größe eines Druckpunkts, während ein einzelner Tropfen nur einen kleinen Prozentsatz des Pixelelements ausmacht. Somit wird Grau erzielt, indem der weiße Raum zwischen den Tropfen moduliert wird. Auch ist die exakte Punktposition in einem Pixel weniger wichtig als beim Tropfen/Pixel- Druck.
Bei hochauflösenden Tintenstrahldruckern des eben beschriebenen Typs gibt es außerdem zwei Arten von ungenauer Tropfenaufladung, die in einigen Fällen zu beanstandungswürdigen Tropfenplazierungsfehlern führen. Die eine Art, die sogenannte Beeinflussung eines Tropfens durch einen anderen (dropto-drop cross-talk), ergibt sich aus dem Einfluß eines zuvor aufgeladenen Tropfens auf nachfolgende Tropfen in ein und demselben Tintenstrahl. Die Beeinflussung eines Tropfens durch einen andern kann dadurch minimiert werden, daß jeder zweite Tropfen zur Fangeinrichtung geleitet wird, was auch als "alternate guard"-Technik bezeichnet wird. Dabei geht jedem gedruckten Tropfen beim Aufladen ein gefangener Tropfen voraus. Das Problem bei dieser "alternate guard"-Technik besteht darin, daß Tropfen erzeugt werden müssen, die nicht gedruckt werden. Bei einer gegebenen Tropfenerzeugungsfrequenz f, erhält man die Druckgeschwindigkeit in Inch pro Sekunde S durch S = f/[R (n + g)], wobei f die Tropfenerzeugungsfrequenz ist, R die Auflösung in Pixeln pro Inch n die Anzahl der Tropfen, die zur vollen Abdeckung (full coverage) eines Pixels erforderlich sind und g die Anzahl der guard drops, die pro Pixel erforderlich sind. Wenn die Anzahl der guard drops und die Anzahl der Drucktropfen gleich groß ist, halbiert sich natürlich die Druckgeschwindigkeit. Wenn jedoch n 32 ist und g nicht größer als 3, ergibt sich eine minimale Geschwindigkeitseinbuße. In einigen Fällen kann ein zufriedenstellender Betrieb ohne Einsatz der alternate guard technique erreicht werden, was einen schnelleren Druck ermöglicht.
Die andere Art der Beeinflussung, die sogenannte gegenseitige Beeinflussung von Strahlen (jet-to-jet cross-talk), ergibt sich durch den Einfluß benachbarter Strahlen auf die Tropfenaufladung. Bei dieser Beeinflussung liegt das Problem in der Aufladung des benachbarten Tropfens und dem Potential angrenzender Aufladeelek troden. Die gegenseitige Beeinflussung von Strahlen kann minimiert werden, wenn die ungeradzahligen Strahlen in dem einen Tropfenzyklus und die geradzahligen Strahlen im nächsten Tropfenzyklus gedruckt werden. Dies wird als ungeradzahliges/geradzahliges Drucken bezeichnet und ist im US-Patent 4,613,871 beschrieben. Bei dieser Technik ist zumindest ein Fangtropfen zwischen jedem Drucktropfen einer jeden Reihe (eines jeden Strahls) vorgesehen, um die gegenseitige Beeinflussung von Tropfen zu verringern, und jeder Drucktropfen hat auf allen Seiten Fangtropfen, um die gegenseitige Beeinflussung von Strahlen zu reduzieren.
Eine andere Technik zur Erreichung desselben Ziels besteht darin, die Aufladespannung für jeden Drucktropfen entsprechend einzustellen, um der Wirkung benachbarter Tropfen Rechnung zu tragen. Diese Technik wird im US-Patent 4,074,278 beschrieben. Typischerweise sind die Drucktropfen im wesentlichen ungeladen, während die Fangtropfen negativ geladen sind. Die Lehre dieses Patents besteht darin, die Gegenwart benachbarter elektrostatischer Einflußkräfte dadurch auszugleichen, daß der Spannungsunterschied zwischen dem Strahl und der Aufladeelektrode nicht auf Null gebracht wird, um ungeladene Drucktropfen zu erzeugen. Statt dessen wird die Aufladespannung auf einen Zwischenwert gebracht, um einen Ausgleich für den Einfluß des vorausgehenden Fangtropfens und der Tropfen benachbarter Strahlen zu schaffen.
Die gegenseitige Beeinflussung von Tropfen jedenfalls beträgt typischerweise weniger als 15% der Fangtropfenladung. Die gegenseitige Beeinflussung von Strahlen beträgt typischerweise bis zu 30% der Fangtropfenladung. Weil das ebene Aufladesystem ein System nach dem Entfernungsquadratgesetz ist, führt eine 30-prozentiger Aufladefehler zu einem Ablenkungsfehler von nur 9%. Wird der Flugweg (throw distance) klein genug gewählt, erhält dieser Fehler einen vernachlässigbar geringen Wert.
Ein geeignetes Aufladeverfahren und eine geeignete Vorrichtung vorausgesetzt, liegt der Grundgedanke der Erfindung darin, die Anzahl der Tropfen, die in einem bestimmten Pixel untergebracht werden, zu variieren, um einen Graustufeneffekt zu erzielen. Das bedeutet, daß die Strahlen kleiner sein müssen oder die Tinte heller sein muß als als bei einem Binärsystem, bei dem ein einzelner Tropfen ein Pixel abdeckt und vollständig abdunkelt. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Strahldurchmesser typischerweise kleiner als der bei einem Binärsystem verwendete. Während beispielsweise der Strahldurchmesser bei einem Binärdrucker mit 240 Punkten pro Inch 0,0013 Inch (0,003302 cm) beträgt, kann der Durchmesser bei einem Graustufendrucker nur halb so groß sein. Für die volle Abdeckung wären dann beispielsweise N Tropfen erforderlich. Bei Abscheidung einer Tropfenzahl kleiner N auf dem Substrat ergibt sich dann ein kleinerer, hellerer Fleck. In der Praxis hat sich gezeigt, daß der mit n Tropfen erzeugte Punktdurchmesser bei volldeckenden Tinten proportional
n
ist. Bei dieser Beziehung besteht eine Tendenz zu einem sehr abrupten Dichtewechsel bei den ersten Tropfen, so daß für N entweder eine große Zahl wie 32 gewählt wird oder die Tintenkonzentration herabgesetzt wird oder irgendein Dithering bei den Pixeln erforderlich ist. Mittels des vorstehenden Verfahrens kann die Farbdichte in den einzelnen Pixeln stufenweise variiert werden, um die beim herkömmlichen Halbtondruck verwendete Halbtonmethode nachzumachen.
Gemäß Fig. 4 scheidet ein lineares Tintenstrahlsystem mit dem entsprechenden Verfahren der Erfindung zufolge eine vorgegebene Menge eines Druckfluids von mindestens einer Farbe in einer linearen Anordnung von Pixeln ab, um ein vorgegebenes Bild zu erzeugen, das auf ein Substrat zu drucken ist. System und Verfahren der Erfindung beinhalten eine Kammer, die in Fluidverbindung mit einer Quelle eines unter Druck stehenden Druckfluids steht, wie in Block 36 von Fig. 4 angegeben. Mehrere Öffnungen stehen in Fluidverbindung mit der Kammer, um aus den Öffnungen eine Druckfluidstrahlanordnung zu bilden, wie mit Block 38 gezeigt. Stimulationsmittel gemäß Block 40 synchronisieren das Auftrennen der Druckfluidstrahlen in gleichmäßige Strahlen gleichmäßig voneinander beabstandeter Tropfen. Die Druckdichte der linear angeordneten Pixel wird mit dem Steuermittel (Block 42) gesteuert, indem die Anzahl der Tropfen, die in die einzelnen Pixel der Pixelreihen zu setzen sind, in Abhängigkeit von der zu druckenden Farbdichte gesteuert wird, so daß eine Gesamtheit gedruckter Pixel einen Volltonwert (continuous tone value) bildet, der zur Bildung des zu druckenden, vorgegebenen Bildes erforderlich ist.
Der Fachmann wird erkennen, daß die Erfindung auch folgendes beinhaltet: die Auflademittel gemäß Block 44 von Fig. 4, die planaren Auflademittel mit mehreren Aufladeelektroden, welche jeweils separat auf eine Spannungsquelle ansprechen, sein können, wobei die Aufladeelektroden jeweils dicht an dem Punkt angeordnet sind, an dem die Strahlen in Pixelreihen in Tropfen zerfallen, und die Aufladung der Tropfen auf ein bestimmtes Potential entsprechend dem Potential der jeweiligen Aufladeelektrode bewirken; Schlitzauflademittel mit mehreren vertikalen Schlitzen, die in den Rand einer im wesentlichen ebenen Isoliermaterialschicht eingeschnitten sind; oder Tunnelauflademittel, aufweisend mehrere vertikale kreisförmige Tunnel, die in eine im wesentlichen planare Isoliermaterialschicht eingeschnitten sind. Die Innenseite dieser Schlitze oder Tunnel ist jeweils mit einem leitfähigen Material beschichtet, das elektrisch mit einer von mehreren Spannungsquellen verbunden ist. Die Schlitze sind dabei deutlich tiefer in eine Fläche der im wesentlichen planaren Schicht eingeschnitten als ihrer Breite entspricht, wobei jeder der Schlitze so angeordnet ist, daß der Zerfallspunkt der einzelnen Strahlen innerhalb eines der vertikalen Schlitze zu liegen kommt, wobei die Zerfallspunkte durch leitfähige Schlitze im wesentlichen elektrostatisch abgeschirmt sind, so daß die Tropfen eine Aufladung erfahren, die von der Spannung der Spannungsquellen abhängt, wenn sich die Tropfen aus dem Strahl lösen. Tunnels sind dann so angeordnet, daß der Zerfallspunkt der einzelnen Strahlen jeweils in einem Tunnel zu liegen kommt, wobei die Zerfallspunkte durch die leitfähigen Tunnel weitgehend elektrostatisch abgeschirmt sind, so daß die Tropfen eine Aufladung erfahren, die von der Spannung der Spannungsquellen abhängig ist, wenn sie sich aus dem Strahl lösen.
Erfindungsgemäß reagiert das Stimulationsmittel auf das Signalmittel nach Block 48, womit sichergestellt ist, daß die Stimulation mit einer vorgegebenen Frequenz erfolgt, wobei das Stimulationsmittel einen im wesentlichen synchronen Zerfall benachbarter Strahlen einer Umgebung in Tropfen bewirkt. Das Phasenmittel nach Block 50 reagiert auf das Signalmittel und erzeugt ein Referenzsignal, das in einer festen Beziehung zur Auftrennphase mehrerer Strahlen in der Umgebung steht. Das Phasenmittel verwendet eine erste Phase als gemeinsame Referenzphase für Aufladepotentiale für mehrere Strahlen innerhalb eines Bereichs sowie eine von mehreren weiteren Phasen, die sich von der ersten Phase unterscheiden können, für verschiedene Bereiche entlang der Strahlen.
Nach Fig. 4 beinhalten das kontinuierliche lineare Reihentintenstrahlsystem und das zugehörige Verfahren weiterhin die Bildsteuermittel von Block 52, die Daten enthalten, welche für den Druck gewünschter Bildpixelmuster erforderlich sind und die Steuerung mehrerer Spannungsquellen nach Block 54 bewirken. Die Spannungsquellen 54 reagieren auf das Referenzsignal des Phasenmittels und stellen einen vorgegebenen Aufladungsspannungspegel bereit, der den einzelnen gleichmäßig beabstandeten Tropfen entspricht. Das Referenzsignal wird zur korrekten Synchronisierung der Aufladespannungen mit der Strahlauftrennung verwendet. Die hervorragende Tropfenplazierung wird dann dadurch erreicht, daß die Auswirkungen benachbarter Strahlen bei der Drucktropfenaufladung korrigiert wird und vorausgehende Tropfen dadurch korrigiert werden, daß die Aufladeelektroden für die einzelnen Strahlen die von mehreren möglichen Aufladespannungen geeignete erhält.
Erfindungsgemäß reagiert das Stimulationsmittel auf das Signalmittel von Block 48, das sicherstellt, daß die Stimulation mit einer vorgegebenen Frequenz erfolgt, wobei das Stimulationsmittel den weitgehend synchronen Zerfall benachbarter Strahlen einer Umgebung in Tropfen bewirkt. Das Phasenmittel von Block 50 reagiert auf das Signalmittel und erzeugt ein Referenzsignal in einer festen Beziehung zur Phase des Zerfalls mehrerer Strahlen einer Umgebung. Das Phasenmittel verwendet eine erste Phase als gemeinsame Referenzphase für Aufladepotentiale für mehrere Strahlen eines Bereichs und verwendet ferner eine von mehreren weiteren Phasen, die sich von der ersten Phase unterscheiden können, für unterschiedliche Bereiche entlang der Strahlen.
Gemäß Fig. 4 enthalten das kontinuierliche lineare Reihentintenstrahlsystem und das zugehörige Verfahren außerdem das Bildsteuermittel von Block 52, welches Daten enthält, die für den Druck gewünschter Bildpixelmuster erforderlich sind, und die Steuerung mehrerer Spannungsquellen von Block 54 bewirkt. Die verschiedenen Spannungsquellen 54 reagieren auf das Referenzsignal des Phasenmittels und stellen einen vorgegebenen Aufladespannungspegel bereit, der den einzelnen gleichmäßig beabstandeten Tropfen entspricht. Das Referenzsignal dient dazu, die Aufladespannungen in geeigneter Weise mit der Strahlauftrennung zu synchronisieren. Die hervorragende Tropfenplazierung wird dann dadurch erreicht, daß die Wirkung benachbarter Strahlen bei der Drucktropfenaufladung ausgeglichen wird und daß vorausgehende Tropfen dadurch korrigiert werden, daß die den einzelnen Strahlen jeweils zugeordnete Aufladeelektrode die von mehreren möglichen Aufladespannungen geeignete erhält.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung haben die verschiedenen Öffnungen jeweils einen Durchmesser im Bereich von 0,3 D ≤ D ≤ 0,8 D, wobei D die nominelle Öfnungsgröße für eine gegebene Auflösung ist. Außerdem liegt die Druckadressierbarkeit (print addressability) P vorzugsweise im Bereich von 200 Punkten pro Inch ≤ P ≤ 800 pro Inch bei ebenen Aufladesystemen oder im Bereich von 60 Punkten pro Inch ≤ P ≤ 100 Punkten pro Inch bei Schlitz- oder Tunnelaufladesystemen. Dem Fachmann ist natürlich klar, daß durch eine Änderung von Bits pro Pixel und Punkten pro Inch unterschiedliche Qualitäten erzielt werden können. Die maximale Anzahl von Tropfen, die in ein bestimmtes Pixel zu drucken sind, um einen gewünschten Graustufeneffekt zu erzielen, liegt im Bereich von 3 bis 64 Tropfen. Außerdem wird die Druckgeschwindigkeit mit der Tropfenerzeugungsgeschwindigkeit synchronisiert, so daß in der für den Druck von einem Pixel erforderlichen Zeit n Tropfen erzeugt werden, wobei die Druckgeschwindigkeit mit f/(nR) festgelegt ist, wobei f die Tropfenerzeugungsfrequenz ist. Es versteht sich, daß ein Punktplazierungsfehler aufgrund der Punktadresse bzw. der Punktadressierbarkeit der Pixelabstand/Anzahl der pro Pixel erzeugten Tropfen ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Druckgeschwindigkeit nicht synchron mit der Tropfenerzeugungsgeschwindigkeit, es wird zwischen den Pixeln eine unterschiedliche Anzahl von Fangtropfen verwendet, und es wird der erste Drucktropfen des nachfolgenden Pixels durch den Eingang des von einer Kodiereinrichtung abgegebenen Signals "nächstes Pixel", das in einer festen Beziehung zur Substratbewegung steht, ermöglicht.
Die vorliegende Erfindung sieht vor, daß zwischen Drucktropfen für ein gegebenes Pixel keine Sicherungstropfen liegen. Außerdem liegt eine Mindestanzahl von Fangtropfen zwischen den Drucktropfen, wenn die maximale Druckgeschwindigkeit unter 64 Drucktropfen liegt. Eine hervorragende Tropfenplazierung wird durch Einsatz der Drucktechnik "geradzahlig/ungeradzahlig" erreicht, die im US-Patent 4,613,871 beschrieben ist, und die exakte Tropfenposition wird durch den "ungeradzahligen/geradzahligen" Druck erreicht. Schließlich kann die Breite des kontinuierlichen linearen Tintenstrahls mehr als ein Inch betragen.
Auch wenn die Technik der vorliegenden Erfindung sehr simpel erscheinen mag, ist ihre praktische Ausführung schwierig, weil für eine gegebene Druckgeschwindigkeit viel mehr Tropfen benötigt werden und die benötigten Tropfen viel kleiner und schwieriger zuverlässig zu bilden sind als die herkömmlichen binären Tropfen bei derselben räumlichen Druckfrequenz (spatial frequency). Die Verbesserung der Bildqualität und die Druckgeschwindigkeit, die mit der erfindungsgemäßen Technik erreichbar sind, wiegen jedoch jeden zusätzlichen Aufwand zur Erreichung dieses Ziels wieder auf. Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, die Anzahl der in einem Pixel zu druckenden Tropfen zu steuern. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zumindest nachfolgender Punkt (2) verwirklicht wird: (1) Der Strahldurchmesser soll klein sein und die Tropfenerzeugungsgeschwindigkeit groß genug, um die gewünschte Druckgeschwindigkeit zu ermöglichen. (2) Der Tropfengenerator muß in der Lage sein, brauchbare Tropfenreihen und -säulen zu liefern, d. h. daß die Tropfen der verschiedenen Strahlen in einer gegebenen Umgebung nahezu gleichphasig erzeugt werden, so daß die Synchronisation in Strahlengruppen erreicht werden kann, statt daß jeder Strahl eine eigene Phase hat. (3) Die Aufladekapazität sollte eine ausreichend exakte Tropfenplazierung ermöglichen, damit die verschiedenen Drucktropfen pro Punkt im wesentlichen auf demselben Punkt landen. Die gegenseitige Beeinflussung von Tropfen und von Strahlen sollte daher minimiert sein. (4) Die Anzahl der erforderlichen Sicherungstropfen sollte minimiert sein, damit die Druckgeschwindigkeit bei angemessener Tropfenerzeugungsfrequenz erreichbar ist.

Gewerbliche Anwendbarkeit und Vorteile

Die vorliegende Erfindung ist für den Tintenstrahldruck geeignet und hat den Vorteil, die im Tintenstrahldruck erzeugte Bildqualität zu verbessern. Die Erfindung hat den weiteren Vorteil, die Anzahl der erforderlichen Sicherungstropfen zu minimieren. Dadurch ergibt sich der weitere Vorteil einer merklichen Steigerung der Druckgeschwindigkeit des Tintenstrahldruckers bei angemessener Tropfenerzeugungsfrequenz.
Die Erfindung wurde ausführlich anhand einiger bevorzugter Ausführungsformen beschrieben, es versteht sich jedoch, daß im Rahmen des Schutzumfangs der Erfindung Abwandlungsmöglichkeiten gegeben sind.

Claims

1. Kontinuierliches lineares Reihentintenstrahlsystem zum Abgeben einer vorbestimmten Menge eines Druckfluids von zumindest einer Farbe auf eine lineare Pixelreihe, um ein vorbestimmtes, auf ein Substrat (34) zu druckendes Bild zu erzeugen, wobei das System enthält:

eine Kammer (36), die mit einer Quelle eines unter Druck stehenden Druckfluids verbunden ist,

mehrere Öffnungen (38), die mit der Kammer verbunden sind, um eine Reihe von Druckfluidstrahlen aus den Öffnungen zu bilden,

ein Stimulationsmittel (40), um das Auftrennen der Druckfluidstrahlen in gleichförmige Strahlen mit gleichmäßig beabstandeten Tropfen (20) zu synchronisieren,

Mittel (42) zum Steuern der gedruckten Dichte der linearen Pixelreihe durch Steuern der Zahl der gleichmäßig beabstandeten Tropfen auf jedem Pixel der linearen Pixelreihe in Abhängigkeit von der zu druckenden Farbdichte, wobei eine Gesamtheit von gedruckten Pixeln einen kontinuierlichen Tonwert bildet, der erforderlich ist, um das vorbestimmte, zu druckende Bild zu erzeugen, gekennzeichnet durch ein Signalmittel (48), auf das das Stimulationsmittel (40) reagiert, um sicherzustellen, daß die Stimulation mit einer vorbestimmten Frequenz erfolgt, wobei das Stimulationsmittel generell ein gleichphasiges Auftrennen von benachbarten Strahlen einer Umgebung in Tropfen erzeugt.

2. Kontinuierliches lineares Reihentintenstrahlsystem nach Anspruch 1, weiterhin enthaltend ein Phasenmittel (50), das auf die Signalmittel reagiert, um ein Referenzsignal in einer festen Beziehung zu der Phase des Auftrennens von mehreren Strahlen in einer Umgebung zu erzeugen.

3. Kontinuierliches Lineares Reihentintenstrahlsystem nach Anspruch 2, bei dem das Phasenmittel (50) eine erste Phase als eine gemeinsame Referenzphase für Aufladungspotentiale für eine Anzahl von Strahlen in einem Bereich verwendet und bei dem das Phasenmittel weiterhin für unterschiedli che Bereiche entlang der vielen Strahlen jede Phase von vielen zusätzlichen Phasen verwendet, die sich von der ersten Phase unterscheidet.

4. Kontinuierliches lineares Reihentintenstrahlsystem nach Anspruch 3, enthaltend Bildsteuermittel (52), die Informationen enthalten, welche notwendig sind, um die gewünschten Bildpixelmuster zu drucken, und welche dazu dienen, mehrere Spannungsquellenmitteln zu steuern, wobei diese Spannungsquellenmittel (24), die auf das Bildsteuermittel reagieren, auf das Referenzsignal reagieren und in der Lage sind, einen vorbestimmten Aufladungsspannungspegel entsprechend jedem der gleichmäßig beabstandeten Tropfen bereitzustellen.

5. Kontinuierliches lineares Reihentintenstrahlsystem nach Anspruch 4, das Mittel zum Verwenden des Referenzsignales dafür enthält, die Aufladungsspannungen mit der Strahlauftrennung in die richtige Phase zu bringen.

6. Kontinuierliches lineares Reihentintenstrahlsystem nach Anspruch 5, enthaltend ebene Auflademittel (18), die mehrere Aufladeelektroden (16) aufweisen, die einzeln auf die Spannungsquellenmittel reagieren, wobei jede der Aufladeelektroden in unmittelbarer Nähe eines Tropfenauftrennpunktes der vielen der Strahlen in der linearen Pixelreihe positioniert und in der Lage ist, die Tropfen auf einen vorbestimmten Pegel entsprechend dem Potential an der entsprechenden Aufladeelektrode aufzuladen.

7. Kontinuierliches lineares Reihentintenstrahlsystem nach Anspruch 1, bei dem eine genaue Tropfenplazierung durch Korrektur der Drucktropfenaufladung entsprechend der Wirkung benachbarter Strahlen und vorausgehender Tropfen durch Anordnen einer geeigneten Aufladungsspannung aus mehreren möglichen Aufladungsspannungen an einer Aufladeelektrode (16) entsprechend jedem Strahl erreicht wird.

8. Kontinuierliches lineares Reihentintenstrahlsystem nach Anspruch 1, bei dem Drucktropfen (20), die in Richtung eines gegebenen Pixels geführt werden, keine Sicherungstropfen zwischen sich aufweisen.

9. Verfahren zum Abgeben einer vorbestimmten Menge eines Druckfluids von zumindest einer Farbe auf eine lineare Pixelreihe, um ein vorbestimmtes, zu druckendes Bild auf einem Druckmedium (34) im Zusammenwirken mit einem kontinuierlichen linearen Reihentintenstrahlsystem zu drucken, wobei das Verfahren die folgenden Schritte enthält:

Bereitstellen einer Kammer (36), die mit einer Quelle eines unter Druck stehenden Druckfluids verbunden ist,

Herstellen einer Fluidverbindung der Kammer mit mehreren Öffnungen (38), um eine Reihe von Druckfluidstrahlen aus den Öffnungen im Zusammenwirken mit einem Druckkopf zu erzeugen,

Verwenden eines Stimulationsmittels (40), um die Auftrennung der Druckfluidstrahlen in gleichförmige Strahlen mit gleichmäßig beabstandeten Tropfen (20) zu bewirken, Steuern der gedruckten Dichte der linearen Pixelreihe durch Steuern der Zahl der gleichmäßig beabstandeten Tropfen auf jedem Pixel der linearen Pixelreihe in Abhängigkeit von der zu druckenden Farbdichte, wobei eine Gesamtheit der gedruckten Pixel einen kontinuierlichen Tonwert bilden, der erforderlich ist, um das vorbestimmte, zu druckende Bild zu erzeugen,

gekennzeichnet durch die Verwendung von Signalmitteln (48), auf die das Stimulationsmittel (40) reagiert, um sicherzustellen, daß die Stimulation mit einer vorbestimmten Frequenz erfolgt, wobei das Stimulationsmittel generell ein gleichphasiges Auftrennen von benachbarten Strahlen einer Umgebung in Tropfen erzeugt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Druckgeschwindigkeit mit der Geschwindigkeit der Tropfenerzeugung synchronisiert ist, so daß n Tropfen in einer Zeit erzeugt werden, die erforderlich ist, um ein Pixel zu drucken, wobei die Druckgeschwindigkeit als f/(nR) definierbar ist, wobei f die Tropfenerzeugungsfrequenz (Tropfen pro Sekunde), n die Zahl der Tropfen pro Pixel und R die Auflösung der Pixel pro Inch ist.