DE10306274B4 - Optisches Sensormodul - Google Patents

Abstract

Optisches Sensormodul (10) zum Erfassen von Eigenschaften eines auf einem Druckmedium (40) gedruckten Bildes in einem Tintenstrahldrucker mit
– einer schmalbandigen Beleuchtungsquelle (20) zur Beleuchtung des Druckmediums (40) mit Strahlung (30) einer Signalwellenlänge und
– einem Photodetektor (24) zum Erfassen der von dem Druckmedium (40) reflektierten Strahlung (34) der Beleuchtungsquelle (20),
dadurch gekennzeichnet, daß
der Photodetektor (24) ein Halbleitermaterial mit einer schmalbandigen spektralen Empfindlichkeit aufweist, die auf die Signalwellenlänge der Beleuchtungsquelle (20) abgestimmt ist.

Description

• Die Erfindung betrifft ein optisches Sensormodul zum Erfassen von Eigenschaften eines auf einem Druckmedium gedruckten Bildes in einem Tintenstrahldrucker mit einer schmalbandigen Beleuchtungsquelle zur Beleuchtung des Druckmediums mit Strahlung einer Signalwellenlänge und einem Photodetektor zum Erfassen der von dem Druckmedium reflektierten Strahlung der Beleuchtungsquelle. Die Erfindung betrifft auch einen Tintenstrahldrucker mit einem derartigen optischen Sensor (WO 98/26932A1).
• Tintenstrahldrucker arbeiten nach einem von zwei Druckverfahren, dem thermischen Tintendruck ("Bubble Jet") oder der Piezotechnik. In beiden Verfahren stellt der Druckkopf mit dem Tintentank das Kernstück des Tintenstrahldruckers dar. Aus diesem Tank gelangt Tinte durch einen feinen Kanal zum Druckkopf, in dem die einzeln ansteuerbaren Düsen angeordnet sind.
• Beim thermischen Tintendruck enthält der Druckkopf ein kleines Heizelement, das die Tinte im Düsenkanal schlagartig auf etwa 300 °C erhitzt. Durch die lokale starke Erhitzung bildet sich ein Gasbläschen, das durch Überdruck ein kleines Tintentröpfchen aus der Düse schleudert. Beim piezoelektrischen Verfahren wird dagegen ein Piezo-Element durch Anlegen einer Spannung verformt und erzeugt durch diese Formänderung einen Überdruck, der zum Ausstoß eines Tintentröpfchens führt. Wird die Spannung abgeschaltet, nimmt das Piezo-Element seine ursprüngliche Form wieder an und aus dem Vorratsbehälter fließt Tinte nach.
• Bei beiden Druckverfahren ist es erforderlich, bestimmte Eigenschaften der gedruckten Bilder zu erfassen, um beispielsweise zur Erzielung optimaler Druckergebnisse die verwendete Papierart zu erkennen oder die exakte Ausrichtung des Druckkopfes zu überprüfen.
• Farbtintenstrahldrucker verwenden vielfach vier Druckköpfe, die jeweils mit einem Tintenvorrat unterschiedlicher Farbe verbunden sind. Ein farbiges Bild wird erzeugt, indem mit den verschiedenfarbigen Tinten nacheinander jeweils ein Bildmuster auf das Druckmedium aufgebracht wird.
• Für Druckergebnisse hoher Qualität ist dabei eine genaue Ausrichtung der einzelnen Bildmuster erforderlich. Dazu wird, wie beispielsweise in der Druckschrift WO 98/26932 A1 beschrieben, mit jeder Farbe ein Ausrichtungsmuster gedruckt, die Position der gedruckten Muster optisch erfaßt und die Größe der Abweichungen von einer Bezugsposition bestimmt. Der Drucker stellt dann die Abfeuerposition für jede Druckfarbe auf Grundlage der Messung so ein, daß die resultierenden Ausgaben zueinander lagegenau angeordnet sind. Dies ist insbesondere für Tintenstrahlplotter kritisch, die auf großformatige Druckmedien ausgeben, da sich dort kleine Abweichungen zu nicht mehr akzeptablen Fehlern aufsummieren können.
• Aus der Druckschrift EP 0622 236 A2 ist ein System zur Ausrichtung der Patrone eines Vielfarben-Tintenstrahldruckers beziehungsweise Plotters bekannt. Das beschriebene System enthält ein Sensormodul, das ein gedrucktes Textmuster optisch erfaßt. Das Ausgangssignal des Sensormoduls wird abgetastet und verarbeitet, um korrigierte zeitliche Signale für die Aktivierung der Druckerdüsen zur Verfügung zu stellen.
• Zur Erfassung der Ausrichtungsmuster ist dabei typischerweise ein optisches Modul vorgesehen, das an einem sich hin- und herbewegenden Druckkopf angebracht ist. Das Modul weist eine lichtemittierende Diode auf, die einen ausgewählten Bereich des Druckmediums beleuchtet. Das von dort reflektierte Licht wird über eine Linse in der Regel auf einen Silizium-Photodetektor fokussiert. Durch die Bewegung des optischen Moduls über das gedruckte Muster zeichnet der Detektor einen sich entsprechend verändernden Helligkeitspegel auf. Aus dem Signal eines Bewegungscodierers erhält die Druckerelektronik die Position des gedruckten Musters zur weiteren Auswertung.
• Ein Nachteil solcher herkömmlicher optischer Sensoren besteht darin, daß Fremdlicht, wie etwa Sonnenlicht oder die Strahlung von Tischlampen oder dergleichen, unterdrückt werden muß, um das optische Nutzsignal nicht zu überlagern und die Funktion des Sensors zur Papiererkennung oder zur Druckkopfjustage nicht zu beeinträchtigen.
• In der Druckschrift US 6 172 690 B1 wird zur Überwindung dieses Nachteils vorgeschlagen, die Wand des Lichtaufnahmekanals, an dessen Ende die Photozelle des optischen Detektors angeordnet ist, geeignet auszugestalten. Die Röhre wird zur Erhöhung der Absorption aus schwarzem Kunststoff mit einer mattierten inneren Oberfläche gebildet. Zusätzlich ist die innere Wand des Lichtaufnahmekanals mit einer Vielzahl von Vorsprüngen, insbesondere in Form von spiralenförmigen Rippen oder in Form eines Gewindes versehen, welche das nicht genau senkrecht zur reflektierenden Fläche des Druckmediums propagierende Streulicht vor der Photozelle wegreflektieren sollen.
• Ein anderer bekanntgewordener Ansatz besteht darin, vor dem Silizum-Photodetektor ein dielektrisches Interferenzfilter mit einem Glassubstrat anzuordnen, das nur Strahlung im Bereich der von der Beleuchtungslichtquelle emittierten Wellenlänge zum Photodetektor durchläßt. Auch durch diese Maßnahme kann der Anteil an erfaßtem Fremdlicht deutlich reduziert werden.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes optisches Sensormodul für einen Tintenstrahldrucker anzugeben, das unempfindlich gegen Fremdlichteinfluß ist. Das Sensormodul soll darüber hinaus entsprechend dem Massenartikelcharakter moderner Tintenstrahldrucker einfach und kostengünstig herzustellen sein.
• Diese Aufgabe wird durch das optische Sensormodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen 2 bis 9 hervor. Die Erfindung umfaßt auch einen Tintenstrahldrucker mit einem derartigen optischen Sensor nach dem unabhängigen Anspruch 10.
• Erfindungsgemäß ist bei einem optischen Sensormodul der eingangs genannten Art vorgesehen, daß der Photodetektor ein Halbleitermaterial mit einer schmalbandigen spektralen Empfindlichkeit aufweist, die auf die Signalwellenlänge der Beleuchtungsquelle abgestimmt ist. Beispielsweise ist die spektrale Empfindlichkeit von LED Halbleitermaterialien im Vergleich zu Silizium sehr schmalbandig, so daß kein zusätzliches Filter mehr erforderlich ist, um nur die Signalwellenlänge zu detektieren.
• In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Beleuchtungsquelle eine lichtemittierende Diode, die bevorzugt Strahlung im sichtbaren Spektralbereich emittiert. In einer zweckmäßigen Ausgestaltung emittiert die lichtemittierende Diode Strahlung im roten Spektralbereich, insbesondere bei etwa 635 nm. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die lichtemittierende Diode durch eine InGaAlP-Lumineszenzdiode gebildet.
• Das Halbleitermaterial des Photodetektors ist nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durch einen LED-Chip gebildet. Derartige Halbleitermaterialien sind, verglichen mit Silizium, so schmalbandig, daß kein zusätzliches Filter notwendig ist, um den Einfluß von Streu- oder Fremdlicht auf das Detektionssignal signifikant zu reduzieren.
• Mit Vorteil ist das Halbleitermaterial des Photodetektors durch einen GaAlAs-Chip mit einem Maximum der spektralen Empfindlichkeit im roten Spektralbereich gebildet.
• Zur Erhöhung des Signalpegels kann ein diskreter Transistor vorgesehen sein, der den Photostrom des Photodetektors verstärkt.
• Ein Tintenstrahldrucker zum Drucken von Tintenstrahlbildern auf einem Druckmedium enthält erfindungsgemäß einen Druckerrahmen, eine mit dem Druckerrahmen verbundene Transportanordnung zum Transport des Druckmediums entlang einer Zuführungsrichtung, einen mit dem Druckerrahmen verbundenen Wagen, der in einer zur Zuführungsrichtung senkrechten Bewegungsrichtung bewegbar ist, einen an dem Wagen angebrachten Tintenstrahldruckkopf, und einen mit dem Wagen verbundenen optischen Sensor der oben beschrieben Art, zum Erfassen von Eigenschaften eines auf dem Druckmedium gedruckten Bildes.
• Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung des Ausführungsbeispiels und der Zeichnung.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Dabei sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente dargestellt.
• Die einzige Figur zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines optischen Sensors nach dem Ausführungsbeispiel.
• Der optische Sensor 10 ist im Betrieb auf einen selbst nicht dargestellten Wagen eines Tintenstrahldruckers montiert. Der optische Sensor 10 enthält einen Spritzkunststoff-Grundkörper 12 mit zwei Aufnahmekanälen 14 und 18. Der Aufnahmekanal 14 enthält eine InGaAlP-LED (super-red) 20, die in einem engen Spektralbereich um 635 nm emittiert.
• Die von der LED 20 ausgesandte Strahlung 30 wird von einer optischen Platte 26 abgelenkt und auf einen Bereich des Druckmediums 40 gerichtet. Die optische Platte 26 enthält dazu in ihrem am Ende des Aufnahmekanals 14 liegenden Bereich eine entsprechend gestaltete Fresnellinsenzone.
• Wie in der Figur schematisch dargestellt, kann das Druckmedium 40 ein Druckbild 42 aufweisen, so daß je nach der relativen Position von Druckmedium und optischem Sensor 10 eine größere oder kleinere Strahlungsmenge reflektiert wird. Die reflektierte Strahlung 34 tritt durch die optische Platte 26 in den Aufnahmekanal 18 ein und trifft an dessen Ende auf den Photodetektor 24. Zur Erhöhung der Lichtausbeute enthält die optische Platte in ihrem am Ende des Aufnahmekanals 18 liegenden Bereich eine Linse, die die reflektierte Strahlung 34 auf den Photodetektor 24 fokussiert.
• Der Photodetektor 24 ist im Ausführungsbeispiel aus einem ARU-35 LED-Chip aus GaAlAs gebildet, der beispielsweise von Showa Denko America, Inc. erhältlich ist. Der ARU-35 LED-Chip weist eine maximale spektrale Empfindlichkeit bei etwa 660 nm mit einer Halbwertsbreite von etwa 80 nm auf. Unterhalb von 550 nm und oberhalb von 700 nm wird praktisch keine Strahlung mehr erfaßt. Somit wird die reflektierte Strahlung 34 der InGaAlP-LED 20 mit hohen Wirkungsgrad detektiert und die aus der Umgebung stammende breitbandige Streustrahlung relativ zum Nutzsignal unterdrückt. Ein zusätzlicher Filter ist somit für ein Detektorsignal hoher Güte nicht erforderlich.
• Es versteht sich, daß die in der Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung sowohl einzeln als auch in jeder möglichen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich und für sich alleine bereits als eine Erfindung betrachtet werden können.

Claims (10)

1. Optisches Sensormodul (10) zum Erfassen von Eigenschaften eines auf einem Druckmedium (40) gedruckten Bildes in einem Tintenstrahldrucker mit – einer schmalbandigen Beleuchtungsquelle (20) zur Beleuchtung des Druckmediums (40) mit Strahlung (30) einer Signalwellenlänge und – einem Photodetektor (24) zum Erfassen der von dem Druckmedium (40) reflektierten Strahlung (34) der Beleuchtungsquelle (20), dadurch gekennzeichnet, daß der Photodetektor (24) ein Halbleitermaterial mit einer schmalbandigen spektralen Empfindlichkeit aufweist, die auf die Signalwellenlänge der Beleuchtungsquelle (20) abgestimmt ist.
2. Sensormodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungsquelle (20) eine lichtemittierende Diode (LED) umfaßt.
3. Sensormodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtemittierende Diode (20) Strahlung im sichtbaren Spektralbereich emittiert.
4. Sensormodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtemittierende Diode (20) Strahlung im roten Spektralbereich emittiert.
5. Sensormodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtemittierende Diode (20) durch eine InGaAlP-LED gebildet ist.
6. Sensormodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial des Photodetektors (24) durch einen LED-Chip gebildet ist.
7. Sensormodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial des Photodetektors (24) durch einen GaAlAs-Chip mit einer hohen spektralen Empfindlichkeit im roten Spektralbereich gebildet ist.
8. Sensormodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein diskreter Transistor zur Verstärkung des Photostroms des Photodetektors (24) vorgesehen ist.
9. Sensormodul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtemittierende Diode (20) Strahlung bei etwa 635 nm emittiert.
10. Tintenstrahldrucker zum Drucken von Tintenstrahlbildern auf einem Druckmedium mit – einem Druckerrahmen, – einer mit dem Druckerrahmen verbundenen Transportanordnung zum Transport des Druckmediums entlang einer Zuführungsrichtung, – einem mit dem Druckerrahmen verbundenen Wagen, der in einer zur Zuführungsrichtung senkrechten Bewegungsrichtung bewegbar ist, – einem an dem Wagen angebrachten Tintenstrahldruckkopf, und – einem mit dem Wagen verbundenen optischen Sensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Erfassen von Eigenschaften eines auf dem Druckmedium gedruckten Bildes.