DE19881121B4

DE19881121B4 - Beschleunigtes Beleuchtungsansprechsystem für lichtemittierende Dioden

Info

Publication number: DE19881121B4
Application number: DE19881121T
Authority: DE
Inventors: Steven H. Camas Walker
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1997-06-30
Filing date: 1998-03-24
Publication date: 2007-03-15
Anticipated expiration: 2018-03-25
Also published as: GB2332303A; US6322192B1; US6036298A; JP2001500448A; GB9904127D0; DE19881121T1; WO1999001012A1; GB2332303B; US6400099B1

Abstract

Ein Verfahren zum Bestimmen von Informationen über ein Druckmedium und/oder Tintentröpfchen, die durch einen Tintenstrahldruckmechanismus (20) auf ein Medium (170) gedruckt werden, mit folgenden Schritten:
Beleuchten ausgewählter Abschnitte (172) des Mediums (170) durch eine lichtemittierende Diode (120) durch folgende Teilschritte:
Anlegen (322) eines Hochstrompulses (324) an die lichtemittierende Diode (120) für eine ausgewählte Dauer, um die Diode (120) leuchten zu lassen; und
nach der ausgewählten Dauer Treiben (328) der lichtemittierenden Diode mit einem normalen Treiberstrom (330) bis eine Beleuchtungsausgabe von der lichtemittierenden Diode (120) in einem vorbestimmten Bereich um einen stationären Pegel (336) liegt; und
Empfangen von Licht (200), das von den beleuchteten ausgewählten Abschnitten (172) des Mediums (170) reflektiert wird, und Erzeugen eines Ausgangssignal (316), das eine Amplitude aufweist, die proportional zu dem Reflexionsvermögen des Mediums (170) an den beleuchteten ausgewählten Abschnitten (172) ist,
wobei die ausgewählte Dauer eine Zeit aufweist, die derart...

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein beschleunigtes Beleuchtungsansprechsystem zum Steuern einer lichtemittierenden Diode ("LED"), das zum Überwachen verschiedener Parameter in einem Tintenstrahldruckmechanismus verwendet werden kann, beispielsweise um den Druckmedientyp, der in den Druckmechanismus geladen ist, beispielsweise Papier oder Transparentmedien, zu überwachen, oder um den Ort von Tintentröpfchen auf dem Druckmedium zu überwachen, so daß der Druckmechanismus ein zukünftiges Drucken für optimale Bilder einstellen kann.
Hintergrund der Erfindung
Tintenstrahldruckmechanismen verwenden Kassetten, die häufig als "Stifte" bezeichnet werden, die Tröpfchen einer gefärbten Flüssigkeit, die hierin allgemein als "Tinte" bezeichnet wird, auf eine Seite schießen. Jeder Stift besitzt einen Druckkopf, der mit sehr kleinen Düsen ausgebildet ist, durch die Tintentropfen abgeschossen werden. Um ein Bild zu drucken, wird der Druckkopf rückwärts und vorwärts über die Seite bewegt, wobei Tintentropfen in einem gewünschten Muster abgeschossen werden, während sich derselbe bewegt. Der spezielle Tintenausstoßmechanismus in dem Druckkopf kann eine Vielzahl unterschiedlicher Formen annehmen, die Fachleuten bekannt sind, beispielsweise solche, die eine piezoelektrische oder thermische Druckkopftechnologie verwenden. Beispielsweise sind zwei frühere thermische Tintenausstoßmechanismen in den US-Patenten 5,278,584 und 4,683,481, beide von der Anmelderin der vorliegenden Anmeldung, der Hewlett-Packard Company, gezeigt. Bei einem thermischen System ist eine Barrierenschicht, die Tintenkanäle und Verdampfungskammern enthält, zwischen einer Düsenöffnungsplatte und einer Substratschicht angeordnet. Diese Substratschicht enthält typischerweise lineare Arrays von Heizerelementen, beispielsweise Widerständen, die erregt werden, um Tinte in den Verdampfungskammern zu erwärmen. Auf die Erwärmung hin wird ein Tintentröpfchen von einer Düse, die dem erregten Widerstand zugeordnet ist, ausgestoßen. Durch ein selektives Erregen der Widerstände, während sich der Druckkopf über die Seite bewegt, wird die Tinte in einem Muster auf das Druckmedium ausgestoßen, um ein gewünschtes Bild zu erzeugen (beispielsweise eine Zeichnung, ein Diagramm oder Text).
Um den Druckkopf zu reinigen und zu schützen, ist typischerweise ein "Wartungsstation"-Mechanismus in dem Druckerchassis befestigt, wobei der Druckkopf zur Wartung über die Station bewegt werden kann. Zur Lagerung, oder während druckfreier Perioden, besitzen die Wartungsstationen üblicherweise ein Abdeckungssystem, das die Druckkopfdüsen hermetisch gegenüber Verunreinigungen und einem Trocknen abdichtet. Einige Abdeckungen sind ferner entworfen, um ein Vorpumpen zu erleichtern, indem dieselben mit einer Pumpeinheit verbunden sind, die ein Vakuum für den Druckkopf liefert. Während des Betriebs werden Verstopfungen in dem Druckkopf periodisch gereinigt, indem eine Anzahl von Tintentropfen in einem Verfahren, das als "Ausspritzen" bekannt ist, durch jede der Düsen abgeschossen wird, wobei die ausgespritzte Tinte in einem "Spritzbehälter"-Reservoirabschnitt der Wartungssta tion gesammelt wird. Die meisten Wartungsstationen besitzen einen elastischen Wischer, der nach dem Ausspritzen, dem Entfernen der Abdeckung oder gelegentlich während des Druckens die Druckkopfoberfläche wischt, um einen Tintenrest zu beseitigen, sowie jeglichen Papierstaub oder anderen Schmutz, der sich auf dem Druckkopf gesammelt hat.
Um ein Bild zu drucken, wird der Druckkopf rückwärts und vorwärts über eine Druckzone oberhalb des Blatts bewegt, wobei der Stift Tintentropfen abschießt, während sich derselbe bewegt. Durch ein selektives Erregen der Widerstände, während sich der Druckkopf über das Blatt bewegt, wird die Tinte in einem Muster auf das Druckmedium ausgestoßen, um ein gewünschtes Bild zu erzeugen (beispielsweise eine Zeichnung, ein Diagramm oder Text). Die Düsen sind typischerweise in linearen Arrays angeordnet, die sich üblicherweise nebeneinander auf dem Druckkopf befinden, parallel zueinander und senkrecht zu der Bewegungsrichtung, wobei die Länge der Düsenarrays eine Druck-Durchlaufbreite oder ein -band definiert. Das heißt, daß, wenn alle Düsen eines Arrays kontinuierlich abgeschossen werden würden, während der Druckkopf eine vollständige Überquerung durch die Druckzone durchführt, ein Band oder eine Durchlauf breite von Tinte auf dem Blatt erscheinen würde. Die Breite dieses Bandes ist als die "Bandbreite" des Stifts bekannt, das maximale Tintenmuster, das in einem einzelnen Durchlauf aufgebracht werden kann. Das Medium wird durch die Druckzone bewegt, typischerweise um eine Bandbreite zu einer Zeit, obwohl bestimmte Druckschemata das Medium inkremental um beispielsweise eine halbe oder eine viertel Bandbreite für jeden Druckkopfdurchlauf bewegen, um eine schindelartige Tropfenplazierung zu erhalten, was das Erscheinungsbild des fertigen Bilds verbessert.
Tintenstrahldrucker, die für den Heimmarkt entworfen sind, besitzen häufig eine Vielzahl von in Konflikt stehenden Entwurfskriterien. Beispielsweise diktiert der Heimmarkt, daß ein Tintenstrahldrucker für eine Massenherstellung und eine Lieferung zum niedrigstmöglichen Preis entworfen wird, mit einer besseren als einer mittleren Druckqualität zusammen mit einer maximal einfachen Verwendung. Mit einer sich fortsetzenden Zunahme des Druckerverhaltens nimmt auch die Herausforderung des Beibehaltens eines Gleichgewichts zwischen diesen in Konflikt stehenden Entwurfskriterien zu. Beispielsweise ist das Druckerverhalten bis zu einem Punkt fortgeschritten, an dem Entwürfe betrachtet werden, die vier getrennte monochromatische Druckköpfe verwenden, was eine Gesamtzahl von über 1200 Düsen zur Folge hat, die Tintentropfen, die so klein sind, daß sie sich einem Nebel annähern, erzeugen.
Ein Drucken mit derart hoher Auflösung erfordert sehr strenge Herstellungstoleranzen hinsichtlich dieser neuen Stifte; jedoch ist das Beibehalten solcher strengen Toleranzen häufig schwierig, wenn ferner versucht wird, einen zufriedenstellenden Herstellungsbetrag der neuen Stifte zu erhalten. Tatsächlich diktieren die Eigenschaften, die das Stiftverhalten verbessern, sogar strengere Prozeßsteuerungen, die ungünstigerweise einen geringeren Stiftertrag zur Folge haben, da Stifte ausgemustert werden, da dieselben diese hohen Qualitätsstandards nicht erfüllen. Um hohe Ausmusterungsraten zu kompensieren, sind die Kosten der Stifte, die schließlich verkauft werden, erhöht. Folglich wäre es erwünscht, eine Möglichkeit zu finden, Stifte mit leichten Abweichungen ökonomisch zu steuern, ohne Druckqualität zu opfern, was höhere Stifterträge (eine geringere Ausmusterungsrate) und geringere Preise für die Verbraucher zur Folge hätte.
Überdies machte es die hohe Anzahl von Stiften bei diesen neuen Druckerentwürfen, ebenso wie die mikroskopische Größe der Tintentröpfchen derselben, unvernünftig, zu erwarten, daß Verbraucher irgendeinen Typ einer Stiftausrichtungsprozedur durchführen. In der Vergangenheit druckten frühere Drucker mit größeren Tropfenvolumen ein Testmuster für eine Beurteilung durch den Verbraucher und ein nachfolgendes Auswählen des optimalen Stiftausrichtungsmusters. Ungünstiger weise sind die kleinen Tröpfchen der neuen Stifte schwierig zu sehen, wobei der feine Abstand der Druckkopfdüsen, d.h. die größere Anzahl von Punkten pro Inch ("dpi"-Verhältnis), die während des Druckens aufgebracht wird, die Schwierigkeit dieser Aufgabe noch erhöht. Aus dieser Lage, bei der Fortschritte bei der Druckqualität eine Verbraucherstiftausrichtung zu einer nahezu unmöglichen Aufgabe machten, entstand das Konzept des Regelkreis-Tintenstrahldruckens.

Beim Regelkreis-Tintenstrahldrucken werden Sensoren verwendet, um eine spezielle interessierende Eigenschaft zu bestimmen, wobei der Drucker dann das Sensorsignal als ein Eingangssignal verwendet, um die spezielle Eigenschaft einzustellen. Für eine Stiftausrichtung kann ein Sensor verwendet werden, um die Position von Tintentröpfchen, die von jeden Druckkopf erzeugt werden, zu messen. Der Drucker verwendet dann diese Informationen, um die Zeitgebung des Erregens der Abschußwiderstände einzustellen, um die resultierenden Tröpfchen in Ausrichtung zu bringen. Bei einem solchen Regelkreissystem ist eine Benutzerintervention nicht länger erforderlich, so daß die Einfachheit der Benutzung maximiert ist.

Das Regelkreis-Tintenstrahldrucken kann auch den Stiftertrag erhöhen, indem ermöglicht ist, daß der Drucker Abweichungen zwischen einzelnen Stiften kompensiert, die andernfalls als die strengen Qualitätskontrollstandards nicht erfüllend ausgemustert worden wären. Das Tropfenvolumen ist ein gutes Beispiel für diesen Kompromißtyp. In der Vergangenheit besaßen die Spezifikationen für das Tropfenvolumen relativ strenge Toleranzen, um eine Farbsteuerung beizubehalten. Bei einem Regelkreissystem kann das tatsächliche Farbgleichgewicht überwacht und dann durch das Druckerabschuß-Steuersystem kompensiert werden. Folglich können die Entwurfstoleranzen bezüglich des Tropfenvolumens gelockert werden, was ermöglicht, daß mehr Stifte die Qualitätskontrolle bestehen, was den Stiftertrag erhöht. Ein höherer Stiftertrag hat Vorteile für die Verbraucher, indem es möglich ist, daß die Hersteller höhere Volumen erzeugen, was geringere Stiftkosten für die Verbraucher zur Folge hat.

In der Vergangenheit waren Regelkreis-Tintenstrahldrucksysteme für den Heimdruckermarkt zu aufwendig, obwohl sich dieselben bei höherwertigen Produkten als möglich erwiesen. Beispielsweise wurden bei dem DesignJet^® 755-Tintenstrahlplotter und der HP Color Copier 210-Maschine, die beide von der Hewlett-Packard Company aus Palo Alto, Kalifornien, hergestellt werden, die Stifte unter Verwendung eines optischen Sensors ausgerichtet. Der Plotter DesingJet^® 755 verwendete einen optischen Sensor, der von der Hewlett-Packard Company aus Palo Alto, Kalifornien, als mit der Teilenummer C3195-60002 erhältlich ist, der hierin als der "HP'002"-Sensor bezeichnet wird. Die Maschine HP Color Copier 210 verwendet einen optischen Sensor, der von der Hewlett-Packard Company als Teilenummer C5302-60014, der hierin als der "HP'014"-Sensor bezeichnet wird, erhältlich ist. Der HP'014-Sensor ist funktionsmäßig ähnlich zu dem HP'002-Sensor, wobei jedoch der HP'014-Sensor eine zusätzliche Grünlicht-emittierende Diode (LED) und ein produktspezifischeres Gehäuse verwendet, um besser zu dem Entwurf der HP Color Copier 210-Maschine zu passen. Beide diese höherwertigen Maschinen besitzen ein relativ geringes Produktionsvolumen, wobei jedoch die höheren Marktkosten derselben die Hinzufügung dieser relativ aufwendigen Sensoren rechtfertigen.

12 ist ein schematisches Diagramm, das den optischen Aufbau des HP'002-Sensors zeigt, wobei sich der HP'014-Sensor von dem HP'002-Sensor primär bezüglich der Signalverarbeitung unterscheidet. Der HP'014-Sensor verwendet zwei grüne LEDs, um den Signalpegel zu erhöhen, so daß keine zusätzliche externe Verstärkung benötigt wird. Darüberhinaus ist ein variabler DC-Versatz (DC = direct current = Gleichstrom) in das HP'014-System eingebaut, um eine Signaldrift zu kompensieren. Der HP'002-Sensor besitzt eine blaue LED B, die ein blaues Licht B1 erzeugt, und eine grüne LED G, die ein grünes Licht G1 erzeugt, wohingegen der HP'014-Sensor (nicht gezeigt) zwei grüne LEDs verwendet. Der blaue Lichtstrahl B1 und der grüne Lichtstrahl G1 fallen entlang eines Orts D auf ein Druckmedium M ein und werden dann von dem Medium M als Lichtstrahlen B2 und G2 durch eine Linse L reflektiert, die dieses Licht als Strahlen B3 und G3 zum Empfang durch einen Photodetektor P fokussiert.

Auf den Empfang des fokussierten Lichts B3 und G3 hin erzeugt der Photodetektor P ein Sensorsignal S, das zu der Druckersteuerung C geliefert wird. Ansprechend auf das Photodetektorsensorsignal S und Positionsdaten S1, die von einem Codierer E auf dem Druckkopfwagen oder auf der Medienweiterbewegungsrolle (nicht gezeigt) empfangen werden, stellt die Druckersteuerung C ein Abschußsignal F ein, das zu den Druckkopfwiderständen benachbart zu den Düsen N gesendet wird, um die Tintentröpfchenausgabe einzustellen. Aufgrund des spektralen Reflexionsvermögens der gefärbten Tinten wird die blaue LED B verwendet, um das Vorliegen von gelber Tinte auf dem Medium M zu erfassen, wohingegen die grüne LED G verwendet wird, um das Vorliegen von cyan- und magenta-farbiger Tinte zu erfassen, wobei beide Dioden verwendet werden, um schwarze Tinte zu erfassen. Somit kann die Druckersteuerung C bei Vorliegen des Eingangssignals S von dem Photodetektor P in Verbindung mit dem Codiererpositionssignal S1 von dem Codierer E bestimmen, ob ein Punkt oder eine Gruppe von Punkten an einem gewünschten Ort in einem Testmuster, das auf dem Medium M gedruckt wird, gelandet ist.

Historisch waren blaue LEDs schwache Leuchtmittel. Tatsächlich bemühten sich die Entwerfer des Plotters DesignJet^® 755 sehr um Signalverarbeitungsstrategien, um diese schwache blaue Beleuchtung zu kompensieren. Die Entwerfer der HP Color Copier 210-Maschine sahen sich dem gleichen Problem gegenüber und entschieden, mit der direkten Erfassung von gelber Tinte weiterzumachen, und nicht zwei grüne LEDs mit einer Farbmischung zur Gelberfassung zu verwenden. Obwohl hellere blaue LEDs in der Vergangenheit verfügbar waren, waren dieselben unerschwinglich aufwendig, selbst für eine Verwendung in höherwertigen Produkten mit geringem Volumen. Beispielsweise hatte die blaue LED, die bei dem HP'002-Sensor verwendet ist, eine Intensität von 15 mcd ("milli-candles"; ein candle ≈ 1,075 Candela). Um das Sensorsignal von dieser schwachen blauen Lichtquelle zu erhöhen, war ein 100-fach-Verstärker erforderlich, um dieses Signal 100-fach zu verstärken. Da der Verstärker bezüglich des Photodetektorabschnitts des HP'002-Sensors jedoch extern war, war diese Verstärkerkonfiguration für ausgebreitetes Rauschen anfällig. Überdies machte der Offset, der durch diesen 100-fach-Verstärker eingebracht wurde, die Signalverarbeitung komplizierter, indem erforderlich war, daß das Signal AC-gekoppelt (AC = alternating current = Wechselstrom) wurde. Zusätzlich wurde ein 10-Bit-A/D-Signalwandler (A/D = Analog/Digital) benötigt, um eine adäquate Auflösung mit diesem noch relativ geringen Signal zu erhalten.

Der HP'014-Sensor, der bei der HP Color Copier 210-Maschine verwendet ist, umfaßt die gleichen Optiken wie der HP'002-Sensor, der bei dem Plotter DesignJet^® 755 verwendet ist, wobei jedoch der HP'014-Sensor kompakter ist, für eine einfache Anordnung angepaßt ist und etwa 40% der Größe des HP'002-Sensors aufweist. Sowohl der HP'002- als auch der HP'014-Sensor sind nicht gepulste DC-Sensoren (Gleichstrom-Sensoren), das heißt, die LEDs werden eingeschaltet und bleiben während der gesamten Bewegung des Sensors über das Medium eingeschaltet. Signalabtastwerte werden räumlich durch die Zustandsänderungen des Codiererstreifens ausgelöst, was der Druckersteuerung eine Rückkopplung bezüglich der Wagenposition während der Bewegung liefert. Bei der relativ geringen Wagengeschwindigkeit, die für die optische Abtastung verwendet ist, ist die Zeit, die zum Abtasten der Daten erforderlich ist, verglichen mit der Gesamtzeit zwischen jeder Codiererzustandsänderung gering. Um eine Überhitzung der LEDs während einer Abtastung zu verhindern, ist der DC-Vorwärtsstrom durch die LED begrenzt. Da die Beleuchtung mit einem zunehmenden Vorwärtsstrom zunimmt, begrenzt diese Strombegrenzung, um eine Überhitzung zu verhindern, die Helligkeit der LED auf einen Wert, der unter dem maximal möglichen liegt.

Die Entwerfer des HP'014-Sensors vermieden das Problem mit der blauen LED, indem eine neue Möglichkeit verwendet wurde, um gelbe Tinte mit grünen LEDs zu erfassen. Speziell wurde gelbe Tinte durch das Plazieren von Tropfen aus magenta-farbiger Tinte auf der Oberseite eines gelben Tintenbalkens erfaßt, wenn eine Stiftausrichtungsroutine durchgeführt wurde. Die magenta-farbige Tinte wandert durch die gelbe Tinte zu den Kanten des gelben Balkens, um das spektrale Reflexionsvermögen des gelben Balkens zu ändern, so daß die Ränder des Balkens erfaßt werden können, wenn derselbe durch die grünen LEDs beleuchtet wird. Ungünstigerweise besitzt dieses Gelbtinte-Erfassungsschema Ergebnisse, die medienabhängig sind. Das heißt, daß das Mischen der zwei Tinten (Magenta und Gelb) stark durch die Oberflächeneigenschaften des Mediums beeinflußt ist. Für die Verwendung auf dem Heimdruckermarkt befinden sich die Medien in einem Bereich von einem speziellen Photoqualität-Glanzpapier bis hinunter zu einer braunen Brotzeittüte, Stoff, oder irgendetwas dazwischen. Während auf einem glänzenden Phototypmedium eine minimale Tintenwanderung auftreten wird, wird durch die Papiertüte oder das Gewebe ein hoher Wanderungsgrad auftreten. Folglich wird ein Tintenmischen, um die Tropfenplazierung zu bestimmen, auf dem Heimmarkt ziemlich riskant, da der Drucker keine Möglichkeit besitzt, Kenntnis davon zu haben, welcher Medientyp während der Stiftausrichtungsroutine verwendet worden ist.

Ein weiterer Nachteil des HP'002-Sensors und des HP'014-Sensors besteht darin, daß dieselben beide das Drucken eines sorgfältigen Testmuster auf dem verfügbaren Medium, gefolgt von dem Überwachen des Musters durch Sensoren, benötigen. Das Durchführen dieser Tintenroutinen dauert etwa 5 bis 7 Minuten, eine Dauer, die für den Heimmarkt nicht geeignet ist. Die LEDs, die für beide dieser Sensoren verwendet werden, werden mit Feldeffekttransistor-Schaltern (FET-Schal tern) ein- und aus-geschaltet. Die LEDs werden bei ihrem nominellen maximalen DC-Vorwärtsstrom betrieben, wenn dieselben anfänglich eingeschaltet werden. Während des Druckens des Testmusters dürfen sich die LEDs bis zu ihrer optimalen Betriebstemperatur und ihrer Spitzenhelligkeit aufwärmen, so daß die Aufwärmzeit der LEDs keinen Einfluß auf die Dauer der Gesamttestroutine hat. Überdies verschwendet das Testmuster ein Medienblatt, was auf dem Heimmarkt, beispielsweise wenn Medien mit photographischer Qualität verwendet werden, relativ aufwendig sein kann. Folglich wäre es erwünscht, ein Überwachungssystem zu besitzen, das einen normalen Bedienerdruckjob überwacht und dann geeignete Einstellungen für die Druckroutine durchführt.

Die DD 0154397 bezieht sich auf eine Temperatursonde, die die Temperaturabhängigkeit der Strom/Spannungs-Charakteristik einer LED ausnutzt. Die Temperatursonde und somit die LED werden unter Verwendung eines Spitzenstroms, der den normalen Betriebsstrom übersteigt, auf den Meßtemperaturbereich erwärmt, so daß die Zeit, bis der Temperatursensor die richtige Meßtemperatur erfaßt, verkürzt ist. Eine LED wird als Temperatursensor verwendet, so daß Licht, das durch den Temperatursensor emittiert wird, als eine Anzeige verwendet wird, daß der Temperatursensor in Betriebsbereitschaft ist.

Die EP 0441965 A1 lehrt, einen Spitzenstrom zu einem Treiberstrom einer lichtemittierenden Diode hinzuzufügen, um Anstieg- und Abfallzeiten einer Licht-Pulsausgabe zu verkürzen.

Die US 5329210 A bezieht sich auf einen schnellen Treiber für LED-Datenkommunikationssysteme, bei dem ein Spitzenstrom am Beginn jedes Eingangssignals hinzugefügt wird, um die Kapazität des LED-Übergangs schnell zu laden. In gleicher Weise lehrt W.S. Ludolf "Grundlagen der optischen Übertragungstechnik – Eine Einführung für Anwender – Teil 6", Technisches Messen 50. Jahrgang, 1983, Heft 2, S. 49– 54, einen erhöhten Pegel am Beginn jedes Strompulses zum Treiben einer lichtemittierenden Diode vorzusehen, um die Anstiegszeit der Lichtausgabe derselben zu verringern.

Die US 5463648 A offenbart eine Vorwärmprozedur während eines Betriebsmodus einer Laserdiode, während dessen kein Licht erzeugt wird.

Folglich wäre es erwünscht, ein Tintentropfen-Sensorsystem zu schaffen, das für die Verwendung auf dem Heimdruckermarkt speziell ökonomisch ist, so daß eine Stiftausrichtung und weitere Einstellungen während des Druckens implementiert sein können, um Verbraucher mit schnellen, einfach zu verwendenden, ökonomischen Tintenstrahldruckmechanismen zu versorgen, die qualitativ hochwertige Bilder erzeugen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und ein Erfassungssystem nach Anspruch 12 gelöst.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann ein Tintenstrahldruckmechanismus mit einem solchen optischen Erfassungssystem geschaffen werden, zum Steuern einer lichtemittierenden Diode, um Informationen über ein Druckmedium und/oder Tintentröpfchen, die durch den Druckmechanismus auf das Medium gedruckt werden, zu bestimmen.

Ein Gesamtziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Tintenstrahldruckmechanismus mit einem solchen beschleunigten Beleuchtungsansprechsystem zum Steuern eines Sensorsystems mit lichtemittierender Diode zu schaffen.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum optischen Bestimmen des Druckmedientyps, der in den Druckmechanismus geladen ist, und/oder einer Charakteristik eines Tintenstrahltröpfchens, das auf das Medium gedruckt wird, zu schaffen, so daß zukünftige Tröpfchen durch den Druckmechanismus eingestellt werden können, um qualitativ hochwertige Bilder ohne Benutzerintervention zu erzeugen.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein beschleunigtes Beleuchtungsansprechsystem für einen Tintenstrahldruckmechanimus zu schaffen, das leichtgewichtig, kompakt und ökonomisch, speziell zur Verwendung zu Hause oder im Büro, ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine bruchstückhafte perspektivische Ansicht einer Form eines Tintenstrahldruckmechanismusses, hier eines Tintenstrahldruckers, der eine Form eines monochromatischen optischen Erfassungssystems der vorliegenden Erfindung aufweist.
2 ist eine vergrößerte, bruchstückhafte perspektivische Ansicht eines monochromatischen optischen Sensors des Erfassungssystems von Anspruch 1, der an einem Abschnitt des Druckkopfwagens befestigt gezeigt ist.
3 ist eine perspektivische Ansicht des Inneren des monochromatischen optischen Sensors von 2.
4 ist eine Draufsicht einer Form einer Linsenanordnung des monochromatischen optischen Sensors von 2.
5 ist eine Unteransicht der Linsenanordnung von 4.
6 ist ein Seitenaufriß der Linsenanordnung von 4.
7 ist ein schematischer Seitenaufriß, die den Betrieb des monochromatischen optischen Sensors von 2 zeigt.
8 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Abschnitts der Linsenanordnung von 4, die den Betrieb derselben veranschaulicht.
9 ist ein Flußdiagramm einer Art und Weise zum Betreiben des monochromatischen optischen Erfassungssystems von 1.
10 ist ein Signalzeitdiagramm, das die Zeitgebung und die relativen Amplituden mehrere Signale, die bei dem monochromatischen optischen Erfassungssystem von 1 verwendet sind, darstellt.
11 ist ein Graph, der die relativen spektralen Reflexionsvermögen und die spektralen Absorptionsvermögen über der Beleuchtungswellenlänge für ein weißes Medium und cyan-farbige, gelbe, magenta-farbige und schwarze Tinte zeigt, ebenso wie die relativen Signalgrößen, die durch das monochromatische optische Erfassungssystem von 1 geliefert werden, wenn Bilder, die auf das Medium gedruckt sind, überwacht werden.
12 ist ein schematisches Diagramm, das das bekannte Überwachungssystem unter Verwendung des optischen Sensors HP'002 zeigt, das oben im Hintergrundabschnitt erläutert ist.
13 ist ein Graph eines Kaltstartvorwärtsstroms des Sensors von 2.
14 ist ein Graph einer Kaltstartbeleuchtungsausgabe des Sensors von 2.
15 ist ein Graph eines Aufwärmvorwärtsstroms des Sen sors von 2.
16 ist ein Graph einer Aufwärmbeleuchtung des Sensors von 2.
17 ist ein Graph einer unter-erwärmten Beleuchtungsausgabe des Sensors von 2.
18 ist ein Graph einer über-erwärmten Beleuchtungsausgabe des Sensors von 2.
19 ist ein schematisches Diagramm einer Form eines Stromreglers mit geschlossener Schleife zur Verwendung mit dem Sensor von 2.
20 ist ein schematisches Diagramm einer Form eines LED-Treibers zur Verwendung mit dem Sensor von 2.
Detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Tintenstrahldruckmechanismusses, der hier als ein Tintenstrahldrucker 20 gezeigt ist, der gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist und zum Drucken von Geschäftsberichten, Korrespondenz, Desktop-Publishing, Druckvorlagen und dergleichen in der Industrie, im Büro, zu Hause oder in einer anderen Umgebung verwendet werden kann. Eine Vielzahl von Tintenstrahlmechanismen sind kommerziell erhältlich. Beispielsweise umfassen einige der Druckmechanismen, die die vorliegenden Erfindung verkörpern können, Plotter, tragbare Druckeinheiten, Kopierer, Kameras, Videodrucker und Faksimilegeräte, um nur einige zu nennen. Der Bequemlichkeit halber werden die Grundsätze der vorliegenden Erfindung anhand eines Tintenstrahldruckers 20 veranschaulicht, der spezielle Brauchbarkeit in der häuslichen Umgebung finden kann.
Obwohl es offensichtlich ist, daß die Druckerkomponenten von Modell zu Modell variieren können, umfaßt der typische Tintenstrahldrucker 20 ein Chassis 22, das von einem Gehäuse oder einer Gehäuseumhüllung 23 umgeben ist, wobei der Großteil desselben zur Klarheit bei der Betrachtung der inneren Komponenten weggelassen wurde. Ein Druckmedienhandhabungssystem 24 führt Blätter eines Druckmediums durch eine Druckzone 25. Das Druckmedium kann jeglicher Typ eines geeignetes Blattmaterials sein, beispielsweise Papier, Pappe, Umschläge, Gewebe, Transparentmedien, Mylar und dergleichen, wobei jedoch der Bequemlichkeit halber das dargestellte Ausführungsbeispiel unter Verwendung von Papier als dem Druckmedium beschrieben wird. Das Druckmedienhandhabungssystem 24 besitzt eine Medieneingabe, beispielsweise eine Vorrats- oder Zuführungs-Ablage 26, in die bzw. der ein Medienvorrat geladen und vor dem Drucken gelagert wird. Eine Reihe von herkömmlichen Medienweiterbewegungs- oder Antriebs-Rollen (nicht gezeigt), die durch eine Motor- und Getriebe-Anordnung 27 angetrieben werden, kann verwendet werden, um das Druckmedium von der Vorratsablage 26 zum Drucken in die Druckzone 25 zu bewegen. Nach dem Drucken landet das Medienblatt auf einem Paar von zurückziehbaren Ausgabetrockungs-Flügelbaugliedern 28, die ausgefahren dargestellt sind, um das bedruckte Blatt aufzunehmen. Die Flügel 28 halten das neu bedruckte Blatt vorübergehend über allen vorher bedruckten Blättern, die noch in einem Ausgabeablageabschnitt 30 trocknen, bevor dieselben zu den Seiten zurückgezogen werden, um das neu bedruckte Blatt in die Ausgabeablage 30 fallen zu lassen. Das Medienhandhabungssystem 24 kann eine Reihe von Einstellungsmechanismen zum Aufnehmen unterschiedlicher Größen von Druckmedien, einschließlich Briefen, Legal, A4, Umschlägen, usw. umfassen. Um das allgemein rechteckige Medienblatt in einer Längsrichtung entlang der Medienlänge zu sichern, kann das Handhabungssystem 24 einen verschiebbaren Längeneinstellhebel 32 und einen verschiebbaren Breiteneinstellhebel 34 aufweisen, um das Medienblatt in einer Breitenrichtung über die Medienbreite zu sichern.
Der Drucker 20 besitzt ferner eine Druckersteuerung, die schematisch als ein Mikroprozessor 35 gezeigt ist, die Befehle von einem Host-Gerät, typischerweise einem Computer, beispielsweise einem Personalcomputer (nicht gezeigt), empfängt. Tatsächlich können viele der Druckersteuerfunktionen durch den Host-Computer durchgeführt werden, durch die Elektronik auf dem Drucker, oder durch Interaktionen zwischen denselben. Ein Monitor, der mit dem Hostcomputer gekoppelt ist, kann verwendet werden, um einem Bediener visuelle Informationen anzuzeigen, beispielsweise den Druckerstatus oder ein spezielles Programm, das auf dem Host-Computer abläuft. Personalcomputer, deren Eingabegeräte, beispielsweise eine Tastatur und/oder eine Mauseinrichtung, sowie Monitore sind Fachleuten gut bekannt.
Das Chassis 22 trägt einen Führungsstab 36, der eine Bewegungsachse 38 definiert und einen Tintenstrahldruckkopfwagen 40 für eine Hin- und Her-Bewegung entlang der Bewegungsachse 38, rückwärts und vorwärts über die Druckzone 25, verschiebbar trägt. Der Wagen 40 wird durch ein Wagenantriebssystem angetrieben, das hier als einen Endlosriemen 42, der mit einem Wagenantriebs-DC-Motor 44 gekoppelt ist, enthaltend gezeigt ist. Das Wagenantriebssystem besitzt ferner ein Positionrückkopplungssystem, beispielsweise ein herkömmliches System mit optischem Codierer, das Wagenpositionssignale zu der Steuerung 35 übermittelt. Ein Leser des optischen Codierers kann auf dem Wagen 40 befestigt sein, um einen Codiererstreifen 45, der sich entlang des Wegs der Wagenbewegung erstreckt, zu lesen. Der Wagenantriebsmotor 44 ist dann ansprechend auf Steuersignale, die von der Druckersteuerung 35 empfangen werden, wirksam. Ein herkömmlicher, flexibler Mehrleiterstreifen 46 kann verwendet werden, um Aktivierungs- oder Abschuß-Befehlssteuersignale zum Drucken von der Steuerung 35 zu dem Druckkopfwagen 40 zu liefern, wie nachfolgend weiter beschrieben wird.
Der Wagen 40 wird entlang des Führungsstabs 36 in eine War tungsregion 48 befördert, die eine Wartungsstationseinheit (nicht gezeigt) enthalten kann, die verschiedene herkömmliche Druckkopf-Wartungsfunktionen liefert, wie in dem obigen Hintergrundabschnitt beschrieben ist. Eine Vielzahl unterschiedlicher Mechanismen kann verwendet werden, um Druckkopfabdeckungen, Wischer und Vorpumpeinrichtungen (wenn verwendet) selektiv in Kontakt mit den Druckköpfen zu bringen, beispielsweise Translations- oder Rotations-Vorrichtung, die motorbetrieben sein können, oder durch eine Ineingriffnahme mit dem Wagen 40 betrieben werden. Beispielsweise sind geeignete Translations- oder Gleit-Schlittentypen von Wartungsstations-Betriebsmechanismen in den US-Patenten 4,853,717 und 5,155,497, beide der Anmelderin der vorliegenden Anmeldung, der Hewlett-Packard Company, gezeigt. Ein Rotationstyp eines Wartungsmechanismusses ist in den Farbtintenstrahldruckern DeskJet^® 850C, 855C, 820C und 870C erhältlich (siehe auch das US-Patent 5,614,930 der Hewlett-Packard Company), während ein Translationstyp eines Wartungsmechanismusses in den Farbtintenstrahldruckern DeskJet^® 690C und 693C, die alle durch die Hewlett-Packard Company vertrieben werden, kommerziell erhältlich ist.
In der Druckzone 25 empfängt das Medium Tinte von einer Tintenstrahlkassette, beispielsweise einer schwarzen Tintenkassette 50 und drei monochromen Farbtintenkassetten 52, 54 und 56, die mittels eine Verriegelungsmechanismusses 58, der in 1 offen gezeigt ist, in dem Wagen 40 angebracht sind. Die Kassetten 50 bis 56 werden üblicherweise durch Fachleute auch als "Stifte" bezeichnet. Der Schwarztintenstift 50 ist hierin als eine auf Pigmenten basierende Tinte enthaltend dargestellt. Obwohl die dargestellten Farbstifte 52 bis 56 auf Pigmenten basierende Tinte enthalten können, sind die Stifte 52 bis 56 zu Zwecken der Veranschaulichung als jeweils eine auf einem Farbstoff basierende Tintenzusammensetzung der Farben Cyan, Gelb bzw. Magenta enthaltend beschrieben. Es ist offensichtlich, daß auch andere Tintentypen in den Stiften 50 bis 56 verwendet werden können, beispielsweise auf Paraffin basierende Tinten, ebenso wie hy bride oder zusammengesetzte Tinten, die sowohl Farbstoffals auch Pigment-Charakteristika aufweisen.
Die dargestellten Stifte 50 bis 56 besitzen jeweils Reservoire zum Speichern eines Tintenvorrats in denselben. Die Reservoire für jeden Stift 50 bis 56 können den gesamten Tintenvorrat des Druckers für jede Farbe auf der Kassette (on board) enthalten, was für eine austauschbare Kassette typisch ist, oder dieselben können nur einen kleinen Tintenvorrat speichern, was als ein "Aus-Der-Achse"-Tintenversorgungssystem bekannt ist. Die austauschbaren Kassettensysteme tragen den gesamten Tintenvorrat, während sich der Stift über die Druckzone 25 entlang der Bewegungsachse 38 hin- und herbewegt. Daher kann das austauschbare Kassettensystem als ein "Auf-Der-Achse"-System betrachtet werden, wohingegen Systeme, die den Haupttintenvorrat an einem stationären Ort fern von der Druckzonenbewegungsachse speichern, als "Aus-Der-Achse"-Systeme bezeichnet werden. In einem Aus-Der-Achse-System ist der Haupttintenvorrat für jede Farbe an einem stationären Ort in dem Drucker gespeichert, wie z.B. vier wiederauffüllbaren oder austauschbaren Hauptreservoiren 60, 62, 64 und 66, die in einer stationären Tintenvorrataufnahme 68, die durch das Chassis 22 getragen wird, aufgenommen sind. Die Stifte 50, 52, 54 und 56 besitzen Druckköpfe 70, 72, 74 bzw. 76, die Tinte, die über eine Leitung oder ein Röhrensystem 78 von den stationären Reservoiren 60 bis 66 zu den Auf-Der-Kassette-Reservoiren benachbart zu den Druckköpfen 70 bis 76 geliefert wird, ausstoßen.
Die Druckköpfe 70 bis 76 besitzen jeweils eine Öffnungsplatte mit einer Mehrzahl von Düsen, die auf eine Art und Weise, die Fachleuten gut bekannt ist, durch dieselbe gebildet sind. Die Düsen jedes Druckkopfs 70 bis 76 sind typischerweise in zumindest einem, jedoch typischerweise zwei, linearen Arrays entlang der Öffnungsplatte gebildet. Somit kann der Ausdruck "linear", wie er hierin verwendet ist, als "nahezu linear" oder im wesentlichen linear interpretiert wer den, und kann Düsenanordnungen einschließen, die leicht ver setzt voneinander sind, beispielsweise in einer Zick-Zack-Anordnung. Jedes lineare Array ist typischerweise in einer longitudinalen Richtung senkrecht zu der Bewegungsachse 38 ausgerichtet, wobei die Länge jedes Arrays das maximale Bildband für einen einzelnen Durchlauf des Druckkopfs bestimmt. Die dargestellten Druckköpfe 70 bis 76 sind thermische Tintenstrahldruckköpfe, obwohl andere Typen von Druckköpfen verwendet werden können, beispielsweise piezoelektrische Druckköpfe. Die thermischen Druckköpfe 70 bis 76 umfassen typischerweise eine Mehrzahl von Widerständen, die den Düsen zugeordnet sind. Auf das Erregen eines ausgewählten Widerstands hin, wird eine Gasblase gebildet, die ein Tintentröpfchen von der Düse und auf ein Blatt Papier in der Druckzone 25 unter der Düse ausstößt. Die Druckkopfwiderstände werden selektiv ansprechend auf Abschußbefehls-Steuersignale, die über den Mehrleiterstreifen 46 von der Steuerung 35 empfangen werden, erregt.
Monochromatisches optisches Erfassungssystem
Die 2 und 3 zeigen eine Form eines monochromatischen optischen Sensors 100, der gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Der Sensor 100 umfaßt ein Gehäuse oder eine Basiseinheit 102, die durch den Druckkopfwagen 400 getragen wird, beispielsweise unter Verwendung einer Schraubenbefestigung, von Gleit- oder Schnapp-Verbindungen, durch eine Verbindung mit einem Haftmittel oder die einstückig mit demselben aufgebaut ist, oder auf eine Vielzahl von anderen äquivalenten Arten, die Fachleuten bekannt sind. Eine Abdeckung 104 ist an dem Gehäuse 102 befestigt, beispielsweise durch ein Paar von Schnappeinbaufingern, beispielsweise dem Finger 106 in 2. Vorzugsweise sind das Gehäuse 102 und die Abdeckung 104 beide aus einem Einspritz-gegossenen starren Kunststoff aufgebaut, obwohl es offensichtlich ist, daß geeigneterweise auch andere Materialien verwendet werden können. Über der Abdeckung 104 ist eine flexible Schaltungsanordnung 108 angeordnet, die verwendet werden kann, um Lei stung zu dem Sensor zu liefern, und um Sensorsignale zu der Druckersteuerung 35 zurück zu liefern. Die flexible Schaltung 108 kann den Sensor 100 mit einem Elektronikabschnitt (nicht gezeigt) des Wagens 40 koppeln, wobei die Sensorsignale dann von dem Wagen 40 durch den Mehrleiterstreifen 46 geleitet werden, der Kommunikationssignale zwischen der Steuerung 35 und dem Wagen 40 überträgt, um die Druckköpfe 70 bis 76 abzuschießen. Eine Linsenanordnung 110 ist zwischen den unteren Abschnitten des Gehäuses 102 und der Abdeckung 104 eingespannt, wobei die Linsenanordnung 100 detaillierter nachfolgend bezugnehmend auf die 4 bis 6 beschrieben wird. Vorzugsweise definieren der hintere Abschnitt, und/oder die Seitenabschnitte, des Gehäuses 102 einen oder mehrere Schlitze (nicht gezeigt), die die Linsenanordnung 110 aufnehmen, wobei die Abdeckung 104 dann die Linse 110 in diesen Schlitzen befestigt. Alternativ kann die Linsenanordnung 110 mit dem Gehäuse 102 verbunden sein oder in anderer Weise auf eine Vielzahl von unterschiedlichen Arten, die Fachleuten bekannt sind, an demselben befestigt sein.
3 zeigt den monochromatischen Sensor 100, wobei die Abdeckung 104 beseitigt ist, um das Innere des Gehäuses 102 und die inneren Komponenten des Sensors freizulegen. Das Gehäuse 102 definiert eine LED-Aufnahmekammer 112 (LED = lichtemittierende Diode) und eine LED-Ausgangsöffnung 114, die das Innere der Kammer 112 mit einem Abschnitt der Linsenanordnung 110 koppelt. Das Gehäuse 102 definiert ferner zwei Paare von Ausrichtungsbaugliedern 116 und ein einen Ausrichtungs-Schlitten oder eine -Wanne definierendes Bauglied 118, die zusammenwirken, um eine blaue LED 120 aufzunehmen. Ein hinterer Flanschabschnitt 122 der blauen LED 120 ruht vorzugsweise auf einer unteren Seite von jedem der Ausrichtungsbauglieder 116, wobei der Wannenabschnitt des Trägers 118 mit einer Kontur versehen ist, um einen Gehäuse- oder Schalen-Abschnitt 124, benachbart zu einer Ausgangslinse 125, der LED 120 aufzunehmen. Von dem hinteren Flansch 122 der LED erstrecken sich zwei Eingangsanschlußleitungen 126 und 128, die mit Leitern in der flexiblen Schaltung 108 beispielsweise durch Löten, Crimpen oder eine andere elektrische Verbindungstechnik, die auf dem Gebiet der Technik bekannt ist, elektrisch gekoppelt sind. Eine geeignete blaue LED 120 kann von Panasonic (Matsushita Electronics) aus Kyoto, Japan, als Teilenummer LNG992CF9, die eine T-1 3/4-GaN-LED ist, erhalten werden.
Der optische Sensor 100 umfaßt ferner ein optoelektronisches Element, beispielsweise einen Photodetektor 130, der eine lichtempfindliche Photozelle oder Photodiode 132 umfaßt, die elektrisch mit einem Verstärkerabschnitt 134 des Photodetektors 130 gekoppelt ist. Der Photodetektor 130 weist ferner eine Eingangslinse 135 auf, die Licht zu der lichtempfindlichen Photozelle 132 emittiert. Die Photozelle 132 ist vorzugsweise als ein Baustein eingekapselt, der hergestellt ist, um die gekrümmte Linse 135 zu enthalten, die ankommendes Licht auf die Photozelle 132 konzentriert. Der Photodetektor 130 besitzt ferner drei Ausgangsanschlußleitungen 136, 137 und 138, die das Ausgangssignal von dem Verstärker 134 zu elektrischen Leitern auf der flexiblen Schaltung 108 koppeln, um die Photodetektorsensorsignale über die Elektronik auf dem Wagen 40 und den flexiblen Mehrleiterstreifen 46 zu der Steuerung 35 zu liefern. Vorzugsweise ist der Photodetektor 130 in einer Befestigungskammer 140 aufgenommen, die durch das Gehäuse 102 definiert ist. Obwohl eine Vielzahl unterschiedlicher Photodetektoren verwendet werden kann, ist ein bevorzugter Photodetektor ein Licht/Spannungs-Wandler, der als Teilenummer TSL250 von Texas Instruments aus Dallas, Texas, erhältlich ist.
Vorzugsweise ist das Gehäuse 102 mit einem Federruder 142 ausgebildet, das sich in die Kammer 140 nach unten erstreckt. Das Federruder 142 kontaktiert das äußere Gehäuse des Photodetektors, um den Photodetektor 130 gegen ein Paar von Ausrichtungswänden 144, die einen Durchgang 145 durch dieselben definieren, zu drücken. Der Durchgang 145 koppelt die Aufnahmekammer 140 mit einer Fokussierungskammer 146.
Der untere Abschnitt des Gehäuses 102 definiert eine Photodetektoreingangsöffnung 148 durch denselben, die die Kammer 146 mit einem Abschnitt der Linsenanordnung 110 koppelt. Folglich fällt Licht von der Linsenanordnung 110 auf einem nach innen gerichteten Weg durch eine Öffnung 148, eine Kammer 146 und einen Durchgang 145 in die Photodetektorlinse 135, um auf der Photozelle 132 zu landen. Vorzugsweise ist das Gehäuse 102 derart aufgebaut, daß die LED-Kammer 112 von den Photodetektorkammern 140, 146 optisch isoliert ist, um zu verhindern, daß Licht, das direkt von der blauen LED 120 emittiert wird, von der Photozelle 132 wahrgenommen wird. Folglich ist der nach außen gerichtete Lichtweg der LED 120 von dem nach innen gerichteten Lichtweg des Photodetektors 130 optisch isoliert.
Wie in 2 gezeigt ist, definiert die Abdeckung 104 vorzugsweise einen Schlitz 150 durch dieselbe für die LED-Anschlußleitungen 128 bis 126 und einen weiteren Schlitz 152 für die Photodetektoranschlußleitungen 136 bis 138, um die LED-Anschlußleitungen 126, 128 und die Photodetektoranschlußleitungen 136 bis 137 mit den Leitern der flexiblen Schaltung 108 zu koppeln. Um die Photodetektoranschlußleitungen 136, 137 und 138 voneinander zu trennen, definiert die Abdeckung 104 vorzugsweise eine Ausnehmung 154 zum Aufnehmen der Anschlußleitung 137, wobei die Ausnehmung durch zwei Kerben begrenzt ist, wobei eine Kerbe 156 die Anschlußleitungen 136 und 137 trennt, während eine andere Kerbe 158 die Anschlußleitungen 137 und 138 trennt. Es ist klar, daß der LED-Anschlußleitungsschlitz 150 nach Wunsch auch mit gleichartigen Kerben und Ausnehmungen konfiguriert sein kann, um die Anschlußleitung 126 von der Anschlußleitung 128 zu trennen. Die Dimensionierung und die Plazierung des LED-Anschlußleitungsschlitzes 150 und des Photodetektoranschlußleitungsschlitzes 152, sowie deren Befestigung an den Leitern der flexiblen Schaltung 108 unterstützen bei einer exakten Ausrichtung sowohl der LED 120 als auch des Photodetektors 130 für eine genaue relative Ausrichtung und Orientierung der optischen Komponenten, speziell der LED-Aus gangslinse 125 und der Photodetektoreingangslinse 135.
Die 4 bis 6 zeigen den Aufbau der Linsenanordnung 110, die aus einem optischen Kunststoffmaterial bestehen kann, das mit Linsenelementen, die in denselben gebildet sind, geformt ist. 4 zeigt ein Brechungslinsenelement 160, das entlang einer oberen Oberfläche 162 der Linse 110 gebildet ist. Die Brechungslinse 160 ist direkt unterhalb der LED-Ausgangsöffnung 114, die sich durch das Gehäuse 102 erstreckt, angeordnet. 5 zeigt eine Unteransicht der Linsenanordnung 110, die eine untere Oberfläche 164 aufweist, die nach unten zu dem bedruckten Medium hin gewandt ist. Gegenüber der Brechungslinse 160 besitzt die untere Oberfläche 164 ein Fresnel-Linsenelement 165. 6 zeigt am besten ein Photodetektorlinsenelement 166, das von der unteren Oberfläche 164 nach außen vorsteht. Vorzugsweise ist die Linse 166 eine konvexe torische (asphärische) Kondensorlinse. 4 zeigt ein oberes oder Ausgangslinsenelement 168 der Photodetektorlinse, die sich direkt gegenüber dem Eingangsabschnitt 166 befindet. Obwohl das Ausgangselement 168 eine flache Erweiterung der oberen Oberfläche 162 der Linse 110 sein kann, kann in bestimmten Ausführungsbeispielen eine Konturgebung der oberen Oberfläche 168 erwünscht sein, um die optische Eingabe zu der Photodetektorlinse 135 zu verbessern. Vorzugsweise ist das Photodetektorausgangselement 168 ebenfalls eine Brechungslinse, die entsprechend der obigen Beschreibung für das oberen Linsenelement 160 des Linsenabschnitts der Anordnung 110 aufgebaut sein kann.
7 zeigt den Betrieb der blauen LED 120 und des Photodetektors 130, wenn ein Medienblatt 170 an einer ausgewählten Region 172 beleuchtet wird. Die inneren Komponenten der blauen LED 120 sind ebenfalls in 7 dargestellt. Die LED 120 umfaßt einen Negativanschlußleitungsrahmen 174, der mit dem Leiter 126 elektrisch gekoppelt ist. Die LED 120 besitzt ferner einen Chip 175, der in einer Reflektorschale 176 befestigt ist, die durch den Negativanschlußleitungsrahmen 174 getragen wird. Der Chip 175 wird verwendet, um das Licht blauer Wellenlänge, das durch die LED emittiert wird, wenn dieselbe mit Strom versorgt wird, zu erzeugen. Ein Positivanschlußleitungsrahmen 178 ist mit dem Leiter 128 elektrisch gekoppelt und dient dazu, Strom durch denselben zu leiten, wenn die blaue LED 120 eingeschaltet ist. Vorzugsweise sind der Negativanschlußleitungsrahmen 174, der Chip 175, die Schale 176 und der Positivanschlußleitungsrahmen 178 zusammen in einen Epoxidharzkörper eingekapselt, der angepaßt ist, um die Ausgangslinse 125 als eine integrierte Domlinse zu definieren, die Licht von dem Chip 175 in Strahlen richtet, die einen Beleuchtungsstrahl 180 bilden.
Der LED-Abschnitt der Linsenanordnung 110, der die Elemente 160 und 165 umfaßt, dient dazu, den LED-Ausgangslichtstrahl 180 abzulenken, zu fokussieren und zu streuen, und um einen resultierenden modifizierten LED-Strahl 182 zu der beleuchteten Region 172 auf dem Medium 170 zu leiten. Um diese Wirkung zu erreichen, ist die Fresnel-Linse 165 entlang der unteren Oberfläche 164 ein Außer-Achsen-Element mit einer optischen Achse 184, die mit einer zentralen Achse 185 des Photodetektors 130 zusammenfällt, wobei dieses Zusammenfallen zwischen den Achsen 184 und 185 in der beleuchteten Region 172 stattfindet. Außerdem besitzt die Fresnel-Linse 165 ferner eine Brennweite, die näherungsweise gleich dem halben Abstand zwischen der Fresnel-Linse 165 und der Druckebene auf dem Medium 170 ist. Das Brechungslinsenelement 160 streut den LED-Ausgangsstrahl 180, während das Fresnel-Element 165 den gestreuten Strahl umleitet, um den modifizierten Strahl 182 zu erreichen. Speziell lenkt die Fresnel-Linse 165 den ankommenden Strahl 180 durch eine prismatische Wirkung lateral ab, was ermöglicht, daß die LED-Lampe 120 nahe an dem Photodetektor 130 befestigt wird, um ein kompaktes Gehäuse für den monochromatischen optischen Sensor 100 zu liefern. Überdies fokussiert die prismatische Wirkung der Fresnel-Linse 165 den modifizierten Strahl 182 partiell auf eine kleine ausgewählte Region 172, während die Brechungslinse 160 den Lichtstrahl 180 auf eine steuerbare Weise streut, um die gewünschte Beleuchtung an der Region 172 zu liefern.
Die Brechungslinse 160 besitzt vorzugsweise eine Vielzahl von eng beabstandeten Stegen, die jeweils beabstandet sind, um eine Interferenzwirkung zu liefern, so daß ein passierender Strahl wirksam in eine ausgewählte Richtung gesteuert wird. Durch das Steuern unterschiedlicher Abschnitte des ankommenden Strahls 180 um verschiedene Beträge besitzt dieses Steuern eine Fokussierungswirkung für den modifizierten Strahl 182. Durch das Einführen eines leichten Winkelversatzes, zufällig oder in ausgewählten Regionen der Brechungslinse 160, kann ein fokussiertes Bild ohne Effizienzverlust etwas vermischt oder zerhackt werden, um den Ausgangsstrahl 182 zu streuen. Das Zusammenwirken der Brechungslinse 160 und der Fresnel-Linse 165 ist detailliert in 8 gezeigt.
8 zeigt vier ankommende, im wesentlichen parallele Strahlen 186, 187, 188 und 189 des LED-Ausgangsstrahls 180, die sich als Strahlen 186', 187', 188', 189' durch die Linsenanordnung 110 bewegen, und dann die Anordnung 110 als Strahlen 186'', 187'', 188'' bzw. 189'' verlassen. Die dargestellten Strahlsegmente wurden ausgewählt, um beim Verlassen des Fresnel-Linsenelements 165 einen mehrerer Gipfel 190 (siehe 5) zu schneiden. Jeder Gipfel 190 besitzt eine nach unten gekrümmte Oberfläche 192, die an einer vertikalen Wand 194 endet, die im wesentlichen parallel zu den ankommenden Strahlsegmenten 186 bis 189 ist.
Die dargestellte Brechungslinse 160 weist eine Gruppe von Brechungszellen 196, 197, 198 und 199 auf, wobei gemäß der Darstellung jede einen der ankommenden Strahlen 186 bis 189 in Strahlen bis 186' bis 189', die sich durch den Körper der Linse 110 bewegen, umleitet. Die gekrümmte Anordnung der Zellen 196 bis 198 ist in der Draufsicht von 4 gezeigt, wobei der gekrümmte Aspekt dieser Zellen dazu dient, das Leiten der Lichtstrahlen zu dem interessierenden Ort 172 auf dem Medium 170 hin (7), bei der Ansicht von 8 nach links, auszurichten. Neben dieser Umleitungsfunktion streut das Brechungslinsenelement 160 die Strahlen ferner, um jegliche Unregelmäßigkeiten in dem Linsenelement zu verdecken.
Vorzugsweise weist jede Zelle 196 bis 199 eine Gruppe von feinlinierten Rillen auf, die jeweils einen leicht unterschiedlichen Abstand und eine leicht unterschiedliche Ausrichtung aufweisen. Durch das Variieren des Abstands und der Ausrichtung der Rillen bricht jede Zelle 196 bis 198 die Lichtstrahlen 186 bis 189 um einen ausgewählten Versatzwinkel, so daß die resultierenden Strahlen 186'' bis 189'', die die Linse verlassen, zerhackt sind. Dieses Zerhacken oder diese Streuung der Strahlen ist leicht verstärkt in 8 gezeigt, wo die im wesentlichen parallel ankommenden Strahlen 186 bis 189 nicht mehr im wesentlichen zueinander parallel sind, wenn sich dieselben als Strahlen 186' bis 189' durch die Linse bewegen. Obwohl ein einfacher Versatz unter Verwendung eines gesteuerten Winkels von etwa 0,5° in zufälligen Richtungen einen annehmbaren Streuungseffekt haben kann, ist jede Zelle 196 bis 199 vorzugsweise sorgfältig "programmiert", das heißt, konfiguriert, um bestimmte der Strahlen 186' bis 189' mehr als andere zu steuern. Dieser programmierte Streuungseffekt tendiert dazu, Nicht-Gleichmäßigkeiten in dem Beleuchtungsmuster der LED 120 aufzuheben.
Beim Durchlaufen des Fresnel-Linsenelements 165 dient der gekrümmte Abschnitt 192 jedes Gipfels 190 dazu, die Strahlen 186' bis 189' mit unterschiedlichen Winkeln abzulenken, abhängig davon, welchen Abschnitt des Bogens 192 die Strahlen schneiden. Beispielsweise besitzen die abgehenden Strahlen 186'' bis 189'' Ablenkungswinkel, die als Θ1, Θ2, Θ3 bzw. Θ4 gezeigt sind, wobei Θ1 die geringste Ablenkung ist, die sich über Θ2 und Θ3 bis zu der größten Ablenkung Θ4 aufweitet. Folglich dienen die Gipfel 190 des Fresnel-Linse 165, die in der Unteransicht von 5 gezeigt sind, auch dazu, ferner den ankommenden LED-Strahl zu kondensieren und in der Ansicht der 7 und 8 nach links umzuleiten.
Zurückkehrend zu 7 ist der modifizierte Lichtstrahl 182 gezeigt, der auf die interessierende Region 172 trifft, woraufhin derselbe als ein reflektierter Lichtstrahl 200 von dem Medium 170 reflektiert wird. Der reflektierte Lichtstrahl 200 betritt dann die konvexe Linse 196 des Photodetektorabschnitts der Linse 110. Die dargestellte, konvexe, torische Kondensorlinse 166 ist ausgewählt, um im wesentlichen das gesamte reflektierte Licht 200 von der Region 172 in den Photodetektor 130 zu fokussieren, was bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit einer Brennweite von näherungsweise 5 mm (Millimetern) geschieht. Es ist klar, daß bei anderen Implementierungen, die unterschiedliche Gehäuse und Plazierungen für den Sensor 100 aufweisen, andere Brennweiten ausgewählt werden können, um diese Ziele zu erreichen. Vorzugsweise ist die obere Photodetektorausgangslinse 168 mit einer Brechungsoberfläche geformt, die vorteilhaft sämtliche chromatischen Aberrationen der primären konvexen Eingangslinse 166 korrigiert. Folglich wird die reflektierte Lichtwelle 200 durch die konvexen und brechenden Abschnitte 166, 168 des Photodetektorabschnitts der Linsenanordnung 110 modifiziert, um einen modifizierten Eingangsstrahl 202 zu der Photodetektorlinse 135 zu liefern, die diesen Eingangsstrahl 202 dann für einen Empfang durch die Photozelle 132 fokussiert.
Vorzugsweise emittiert die blaue LED 120 Licht 180 mit einer Spitzenwellenlänge von 430 bis 510 nm (Nanometer). Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel bildet das Gehäuse 102 zusammen mit der angebrachten Abdeckung 104 ein monochromatisches optisches Sensormodul, das äußere Abmessungen besitzt, die eine Höhe von etwa 23 mm, eine Dicke von etwa 10 mm und eine Breite von etwa 14 mm aufweisen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die untere Oberfläche der Linse 110 von der oberen Druckoberfläche des Mediums 170 um 10 mm beabstandet, so daß der ausgewählte interessierende Bereich 172 einen Durchmesser von etwa 1 mm besitzt. Während der gesamte Bereich der ausgewählten Region 172 durch den Photodetektor 130 betrachtet wird, ist der Bereich, der durch die LED 120 beleuchtet wird, etwas größer, üblicherweise etwa 2 mm im Durchmesser, was sicherstellt, daß der gesamte Abschnitt der ausgewählten Region 172 durch das blaue Licht von der LED 120 beleuchtet wird.
Im Betrieb zeigt 9 ein Flußdiagramm, das eine Art und Weise des Betreibens eines monochromatischen optischen Erfassungssystems 210, das als den monochromatischen Sensor 100, der in den Drucker 20 eingebaut ist, aufweisend gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, darstellt. Nachdem ein Bediener einen Starttestroutineschritt 212 initiiert hat, möglicherweise ansprechend auf eine Aufforderung durch den Druckertreiberabschnitt der Steuerung 35, wird ein Starttestsignal 214 zu einem Drucktestmuster-Abschnitt 216 des Systems 210 gesendet. Der Testmusterabschnitt 216 schießt dann die Düsen ab, um Tinte von einem oder mehreren der Druckköpfe 70 bis 74 auszustoßen, um ein Testmuster auf das Medium 170 zu drucken. Beispielsweise sendet die Druckersteuerung 35 Abschußsignale zu den Stiften 50 bis 56, was bewirkt, daß die Stifte zwei Muster von parallelen Balken jeder Farbe drucken, wobei ein Satz von parallelen Balken parallel zu der Bewegungsachse 38 und die andere Gruppe von parallelen Balken senkrecht zu der Bewegungsachse 38 ist. Auf den Abschluß des Druckens des Testmusters hin, liefert der Testmusterabschnitt 216 ein Abschlußsignal 218, um das Testmuster mit dem Sensorabschnitt 220 des Systems 210 abzutasten. Nach dem Drucken dieses Testmusters bewegt sich der Wagen 40 wiederum über die Druckzone 25, wobei das Medienblatt 170 durch den Betrieb des Medienweiterbewegungsmotors 27 durch die Druckzone geführt wird, so daß der monochromatische Sensor 100 jedes Muster überquert.
Während dieses Testmusterabtastens verwendet die Druckersteuerung 35 Eingangssignale 222 und 224 von dem Druckkopfwagen-Positionscodierer 225 bzw. dem Medienweiterbewegungscodierer 226. Um die Abtastung zu initiieren sendet der Abtasttestmuster-Abschnitt 220 eine Erlaubnis, um während des Abtastabschnitts 230 des Systems 210 ein Signal 228 zu einer blauen Puls-LED zu pulsen. Die Codierersignale 222 und 224 werden verwendet, um die Zeitgebung der LED-Pulse zu bestimmen, wie nachfolgend bezugnehmend auf 10 beschrieben wird. Es ist offensichtlich, daß andere Zeitgebungsmechanismen verwendet werden können, um die LED 120 zu pulsen, beispielsweise durch ein Pulsen auf einer temporären Basis, beispielsweise mit einer Frequenz von 100 Hz, während der Wagen- oder Medien-Bewegung, ohne die Verwendung der Wagen- und/oder Medien-Codierersignale 222 und 224. Die Pulse des Abschnitts 230 werden verwendet, um ein Datenerfassungssignal 232 zum Sammeln von Daten während des Pulsabschnitts 234 des Systems 210 zu erzeugen, was dann ein abgetastetes Datensignal 235 überträgt, um die Daten in einem Abschnitt 236 mit Bezugswerten zu vergleichen. Bei der Beurteilung jedes Musters sendet der Sensor 100 ein Signal variabler Spannung, das das Signal 235 aufweist, zu der Steuerung 35, um das Vorliegen von Tinte, die in dem Sichtfeld gedruckt ist, beispielsweise der Region 172 in 7, anzuzeigen.
Die Druckersteuerung 35 verfolgt die Orte der Testmarkierungen und vergleicht, unter Verwendung des Abschnitts 236, einen gewünschten Ort oder ein Parametersignal 238, das in einer Referenznachschlagtabelle oder einem Berechnungsabschnitt 240 gespeichert ist, mit dem tatsächlichen Ort oder dem Parameter, der durch den Sensor 100 überwacht wird, gemäß der Darstellung durch das Datensignal 235. Unter Verwendung der Eingangssensordaten des Signals 235 berechnet die Steuerung 35 die tatsächliche Position jedes Testmusters relativ zu der idealen gewünschten Position, wobei, wenn es erforderlich ist, die Steuerung 35 eine Kompensationskorrektur der Düsenabschußsequenz für nachfolgende Druckoperationen inszeniert. Der Vergleichsabschnitt 236 erzeugt ein resultierendes Signal 242, das zu einem Datenannahmeabschnitt 244 geliefert wird. Wenn die Daten annehmbar sind, sendet der Annahmeabschnitt 244 ein Ja-Signal 245 zu einem Setze-Druckjob-Fort-Abschnitt 246, was ermöglicht, daß das Drucken unter Verwendung der gegenwärtigen Düsenabschußparameter beginnt.
Wenn eine Testmarkierung an einem anderen Ort als dem gewünschten Ort auf dem Medium 172 gefunden wird, oder wenn ein Parameter außerhalb gewünschter Grenzen liegt, liefert der Annahmeabschnitt 244 ein Nein-Signal 248 zu einem Stiftdüsen-Abschußparameter-Einstell-Abschnitt 250 der Druckersteuerung 35, der dann bestimmt, daß eine Stift-Ausrichtung oder -Korrektur der Düsenabschußsequenz erforderlich ist. Nach dieser Korrektur durch einen Abschnitt 250 kann ein Fortsetzt 252 zu dem Druckjob-Fortsetzungsabschnitt 246 gesendet werden. Optional kann der Abschnitt 250 nach dem Abschluß der Düsenabschußeinstellung ein Wiederholsignal 254 für eine optionale Wiederholung des Testroutinenabschnitts 256 des Überwachungssystems 210 gesendet werden. Auf das Empfangen der Signale 254 hin erzeugt der Wiederholungstestabschnitt 256 ein neues Startsignal 258, das zu dem Starttestroutinenabschnitt 212 geliefert wird, um das Überwachungssystem 210 wieder zu initiieren.
Dieses Abtastverfahren involviert die Aktivierung der blauen LED 120, um den Lichtstrahl 180 zu emittieren, der durch das Brechungslinsenelement 160 gebrochen oder zerhackt, d.h. gestreut, wird, und nachfolgend durch die Fresnel-Linse 165 gebrochen und fokussiert wird. Die Streuung findet mit unterschiedlichen Beträgen statt, so daß die Mehrzahl der modifizierten Strahlen 182 in die ausgewählte interessierende Region 172 fällt. Licht, das auf die ausgewählte Region 172 auftritt, erfährt eine Spiegelreflexion, die als Strahl 204 in 7 gezeigt ist, d.h., wird aufgrund der Außer-Achsen-Position der LED-Linsenelemente 160, 165 der Anordnung 110 von der optischen Achse des torischen (asphärischen) Elements 166 weg reflektiert. Die stark modulierte Streuungsreflexion von der ausgewählten Region 172 wird durch die Photodetektorlinse 166 aufgefangen, die in Zusammenarbeit mit dem optionalen Brechungsabschnitt 168 den Reflexionsstrahl 200 in einen Eingangsstrahl 202 konzentriert, der zu dem Photodetektor 130 geliefert wird. Wie oben erwähnt wurde, umfaßt der Photodetektor 130 einen Verstärkerabschnitt 134, der das Ausgangssignal der Photozelle 132 verstärkt und dieses verstärkte Ausgangssignal nachfolgend für eine Analyse über die Leiter 136 bis 138 zu der Steuerung 35 überträgt.
Wie in 10 gezeigt ist, akkumuliert die Steuerung 35 dann jeden Datenpunkt während eines Datenfensters, das vorzugsweise durch das Erregen der blauen LED 120 mittels einer gepulsten Sequenz geliefert wird. In 10 zeigen die Kurven 260 und 262 einen Kanal A ("CHNL A") und einen Kanal B (CHNL B"), wie sie den Übergang des Positionscodierers auf dem Wagen 40 darstellen, der Positionsänderungen durch Überwachen des Codiererstreifens 45 auf einer herkömmliche Art und Weise erfassen kann. Die Rechtecksignale 260, 262 des Kanals A und des Kanals B umfassen dann das Eingangssignal 222 in dem Flußdiagramm von 9. Wenn die Medienweiterbewegung abgetastet wird, stellen die Rechtecksignale 260, 262 des Kanals A und des Kanals B den Übergang des Rotationspositionscodierers für die Medienantriebsrolle während einer Medienweiterbewegung durch die Druckzone 25 durch den Betrieb des Medienantriebsmotors 27 dar. Alternativ kann dieses Eingangssignal als ein gestuftes Ausgangssignal von dem Motor 27 geliefert werden, vorausgesetzt, der Motor 27 ist ein Motor vom Schrittgebertyp. Vorzugsweise bestimmt der Rotationspositionscodierer die Winkelrotation der Medienantriebskomponente, wobei ein Rotationscodierer-Leser das Eingangssignal liefert, das als die Signale 260, 262 des Kanals A und des Kanals B gezeigt ist, die dann zusammen das Signal 224 in 9 umfassen. Wenn sich der Zustand entweder des Wagen- oder des Medienweiterbewegungs-Codierers ändert, können diese Übergänge, die die vertikalen Abschnitte der Kurven 260 und 262 sind, kombiniert werden, um ein Codiererpuls- oder Unterbrechungs-Signal, das in 10 als Kurve 264 gezeigt ist, zu erzeugen. Jeder Übergang der Kurve 264 zwischen 0 und 1 kann als ein Initiierungssignal zum Beginnen einer Datenerfassungssequenz für den Sensor 100 dienen.
Die Zeitgebung der Beleuchtung der blauen LED 120 ist in 10 als Kurve 265 gezeigt, wobei die Zahl 0 einen Aus-Zustand der LED anzeigt, während die Zahl 1 einen Ein-Zustand zeigt. Der Bequemlichkeit halber wurden die Kurven 260 bis 265 gezeichnet, um eine Beleuchtung mit einem Lastzyklus von 50% der LED 120 darzustellen, d.h., die blaue LED 120 ist für die Hälfte der Zeit eingeschaltet und für die verbleibende Hälfte ausgeschaltet. Es ist offensichtlich, daß andere Lastzyklen verwendet werden können, wie z.B. von 10 bis 50%, abhängig von der Bewegung des Wagens 40 und der Weiterbewegung des Medienblatts 170 durch die Druckzone 25. Vorteilhafterweise ergibt das Pulsen der blauen LED 120 mit dem dargestellten 50% Lastzyklus nahezu die doppelte Leuchtintensität wie bei der Verwendung der HP'002 und '014-LEDs, die die ganze Zeit eingeschaltet waren, wie im obigen Hintergrundabschnitt beschrieben ist.
In 10 zeigt eine Kurve 266 das Ausgangssignal des Photodetektors 130, wenn die beleuchtete Region 172 keine gedruckte Tinte aufweist, so daß die Kurve 266 anzeigt, daß der Sensor 100 auf unbehandeltes weißes Papier fokussiert ist. Folglich ist die maximale Amplitude des Signals 266 als 100 dargestellt, was der Steuerung 35 für den speziellen Medientyp 170, der bei dem Testverfahren verwendet wird, eine Reflexionshelligkeitsreferenz für ein reines Medium liefert. Beispielsweise würde braunes Papier weniger Helligkeit haben als weißes Papier, was zu einem geringeren Lichtbetrag, der den Photodetektor 130 erreicht, führt, wobei jedoch die Kurve 266 durch die Steuerung 35 noch als eine Keine-Tinte-Referenz von 100 betrachtet werden würde. Eine Kurve 268 zeigt das Reflexionsvermögen von Cyan-Tinte, wenn ein Cyan-Tröpfchen in der beleuchteten Region 172 erscheint. Cyan-Tinte besitzt ein Reflexionsvermögen von näherungsweise 60% von dem eines unbehandelten weißen Papiers, wie durch die geringere Amplitude der Kurve 268 verglichen mit der reinen Medienkurve ohne Tinte 266 gezeigt ist.
Der Überwachungszyklus, während dem die Steuerung 35 Daten sammelt, ist nahe dem unteren Rand von 10 gezeigt. Hier beginnt ein Datenerfassungsfenster 270, während dem die Steuerung 35 das Eingangssignal von dem Sensor 100 überwacht, nach einer Anstiegszeit 272. Diese Anstiegszeit 272 beginnt bei der Initiierung eines Pulses der LED 120 und endet nach einer bekannten Anstiegszeit des Photodetektors 130, die aus den Herstellerspezifikationen für den speziellen verwendeten Photodetektor erhalten werden kann. Die LED 120 bleibt für einen Puls 274 (mit einem Wert von "1") für die Dauer der gewünschten Pulsbreite beleuchtet, wie auch durch die Kurve 265 dargestellt ist, woraufhin die LED abgeschaltet wird (Wert von "0"). Die Zeit zwischen dem Ende der Anstiegszeit 272 und dem Abschalten der blauen LED 120 definiert das Datenerfassungsfenster 270. Am Ende des Fensters 270 ist der Überwachungszyklus noch nicht abgeschlossen, da der Photodetektor 130 nach dem Abschalten der LED 120 eine Stabilisierungsabfallzeit 276 benötigt. Folglich beginnt eine Gesamtzykluszeit 278 des Sensors 100 am Anfang des Pulses zu der LED 120 und endet dann am Ende der Photodetektorabfallzeit 276, d.h. die Gesamtzykluszeit ist gleich der Dauer des Datenerfassungsfensters 270 plus der Anstiegs- und der Abfall-Zeit 272, 276 des Photodetektors 130. Auf den Abschluß dieses Überwachungszyklusses 278 hin bleibt der Sensor 100 bis zur nächsten Codiererzustandsänderung untätig, wie durch die Kurve 264 gezeigt ist. Während des Datenerfassungsfensters 270 wird ein A/D-Wandler in der Steuerung 35 aktiviert, was demselben ermöglicht, das Ausgangssignal des Photodetektors 130, wie es über die Leiter 136 bis 138 geliefert wird, zu erfassen.
Der Lastzyklus der blauen LED 120, der durch die Kurve 265 in 10 gezeigt ist, hängt von dem Vorwärtsstrom, d.h. dem Beleuchtungspegel, und der Geschwindigkeit, mit der der Wagen 40 bewegt wird, oder der Geschwindigkeit, mit der das Medium weiterbewegt wird, während der Wagen über die Druckzone 25 bewegt wird, ab. Die Geschwindigkeit der Medienweiterbewegung und des Wagens diktiert die erlaubte Pulsbreitendauer bei einem gegebenen gewünschten Vorwärtsstrom. Die Beziehung zwischen der Pulsbreite und dem Diodenstrom hängt von den thermischen Charakteristika der speziellen verwendeten Diode ab, die durch den LED-Hersteller spezifiziert werden. Um die räumlichen Abtast- und die thermischen Steuer-Beschränkungen der blauen LED 120 einzuhalten, wird die gesamte Abtastung vorzugsweise mit einer konstanten spezifizierten Geschwindigkeit des Wagens 40 oder des Medienantriebsmotors 27 durchgeführt, obwohl es klar ist, daß andere Überwachungsimplementierungen variable oder beschleunigende Geschwindigkeiten während der Abtastung verwenden können.
Weitere Druckparameter können unter Verwendung des Verfahrens 210, das in 9 dargestellt ist, ebenfalls durch den monochromatischen optischen Sensor 100 überwacht und durch die Steuerung 35 eingestellt werden. Beispielsweise kann unter Verwendung der gleichen Abtastmethodologie der monochromatische Sensor 100 auch den Farbton bestimmen, und kann verwendet werden, um die Einschaltenergie zu jedem der Druckköpfe 70 bis 76 zu optimieren. Beispielsweise können, um den Farbton einzustellen, Regionen jeder primären Tinte gedruckt werden, wobei alternativ eine Zusammensetzung von überlappenden Tröpfchen gedruckt werden kann. Eine graue bedruckte Region unter Verwendung von Tinte aller drei Farben kann ebenfalls für ein solches Farbton-Testmuster geeignet sein. Durch die Verwendung des erwarteten Reflexionsvermögens der LED-Wellenlänge von der gedruckten Farbe, wie es in der Nachschlagtabelle 240 von 9 gespeichert ist, und dann durch das Vergleichen dieses erwarteten Reflexionsvermögens mit einem gemessenen Reflexionsvermögen in dem Vergleichsabschnitt 236 kann die Intensität des Druckens einer speziellen Farbe bestimmt werden und nachfolgend in dem Schritt 250 von 9 durch die Steuerung 35 auf einen gewünschten Pegel eingestellt werden.
Um die Einschaltenergie der Düsen der Druckköpfe 70 bis 76 zu messen, können Bänder von Drucktestmustern im Schritt 216 von 10 unter Verwendung unterschiedlicher Energiemengen, die den Abschußwiderständen jedes Druckkopfs 70 bis 76 zugeführt werden, erstellt werden. Wenn die Abschußenergie unter eine spezielle Schwelle abfällt, werden einige der Druckkopf düsen ihre Funktion einstellen, wobei das Medium bildfrei bleibt. Durch das Überwachen der Energien, bei denen Tropfen gedruckt wurden, und den Orten, an denen die Tropfen auf dem Medium 70 nicht mehr erscheinen, stellt die Steuerung 35 dann in dem Schritt 250 die Einschaltenergie für jede Düse auf einen begrenzten Betrag oberhalb dieser Schwelle ein, so daß nur die zum Drucken minimal erforderliche Energiemenge jedem Widerstand zugeführt wird. Indem die Widerstände nicht mit übermäßiger Leistung übersteuert werden, ist die Widerstandslebensdauer maximiert, ohne unter irgendeinem Opfer von Druckqualität zu leiden.
Die Implementierung des monochromatischen optischen Sensors 100 wurde in jüngerer Zeit für den einem stärkeren Preiswettkampf unterliegenden Heimtintenstrahldruckermarkt möglich. Wie in dem Hintergrundabschnitt oben erwähnt wurde, waren historisch blaue LEDs schwache Beleuchtungsmittel, während, obwohl hellere blaue LEDs verfügbar waren, dieselben zur Verwendung in Tintenstrahldruckern, die für den häuslichen Gebrauch entworfen sind, untragbar aufwendig waren. In jüngerer Zeit hat sich diese Preissituation geändert, wobei helle blaue LEDs von mehreren Herstellern verfügbar wurden. Bei dieser erhöhten Verfügbarkeit hat der Wettbewerb am Markt den Preis dieser helleren blauen LEDs so schnell nach unten getrieben, daß schließlich eine Preisabnahme von 50% während einer Zweimonatszeitperiode aufgetreten ist. Folglich liegt die Verwendung dieser helleren blauen LEDs nunmehr in dem Berücksichtigungsbereich für die höherwertigen Produkte mit geringem Herstellungsvolumen unter Verwendung des früheren HP'002- und '014-Sensoren. Das Erscheinen des monochromatischen optischen Sensors 100, das die grüne LED des HP'002-Sensors beseitigt, macht nun die Verwendung von optischen Sensoren in Heim-Tintenstrahldruckern möglich. Durch die Verwendung des gepulsten Betriebs der blauen LED, wie oben bezugnehmend auf 10 beschrieben ist, hat diese einzigartige Art und Weise des Treibens der einzelnen blauen LED 120 die Lichtausgabe des Sensors 100 zusätzlich weiter um das zwei- bis drei-fache dessen, das unter Verwendung der früheren HP'002- und '014-Sensoren, bei denen die LEDs während des Abtastens stets eingeschaltet blieben, möglich war, erhöht.
11 ist ein Graph des spektralen Reflexionsvermögens und des Absorptionsvermögens über der Wellenlänge von Tinte verschiedener Primärfarben, Schwarz, Cyan, Magenta und Gelb, ebenso wie das von weißem Papier 170. In 11 sind diese Reflexionsvermögen- und Absorptionsvermögen-Kurven als eine Kurve 280 eines weißen Mediums, eine Cyan-Kurve 282, eine Magenta-Kurve 284, eine Gelb-Kurve 286 und eine Schwarz-Kurve 288 gezeigt. In der Vergangenheit emittierten die grünen LEDs Licht bei einer Wellenlänge von etwa 565 nm (Nanometer), wie bei der Linie 289 in 11 gezeigt ist. Die blaue LED 120 emittiert Licht bei einer Spitzenwellenlänge von näherungsweise 470 nm, wie durch eine vertikale Linie 290 in 11 gezeigt ist. Durch Messen an dem dargestellten 470 nm-Ort, ist eine Trennung zwischen jeder der Tintenkurven 282 bis 288 und der Medienkurve 280 möglich. Tatsächlich liefert das Überwachen irgendwo zwischen dem Einsetzen der visuellen Wahrnehmung bei einer 430 nm-Spitzenwellenlänge und dem Übergangspunkt des Reflexionsvermögens der gelben Tinte bei einer 510 nm-Spitzenwellenlänge geeignete Kurventrennungen für eine einfache Überwachung unter Verwendung des monochromatischen Sensors 100.
An diesem Punkt können einige Definitionen hilfreich sein, bevor 11 intensiv erläutert wird. "Strahlstärke" ist das Maß der Leistung, die durch eine Lichtquelle einer finiten Größe emittiert wird, die in W/sr-cm² (Watt pro Steradiant-Zentimeter im Quadrat) ausgedrückt wird. "Transmission" ist ein Maß der Leistung, die durch eine Linse fällt, in der Form des Verhältnisses der Strahlstärke des Linsenbilds zu der Strahlstärke des ursprünglichen Objekts, ausgedrückt in Prozent. "Transmittanz" ist eine spektral gewichtete Transmission, hier das Verhältnis des transmittierten spektralen Reflexionsvermögens, das durch die Linse tritt, beispielsweise der Strahl 182, zu dem anfänglichen spektralen Reflexionsvermögen, beispielsweise der Strahl 180 (7). "Reflektiertes Licht" oder "Spiegelreflexion" ist der Teil des einfallenden Lichts, der in einem Winkel, der gleich dem Winkel, in dem das Licht auf das Medium trifft, dem Einfallswinkel, ist, von dem Medium reflektiert wird. "Reflexionsvermögen" ist das Verhältnis der Spiegelreflexion zu dem einfallenden Licht, ausgedrückt in Prozent. "Absorptionsvermögen" ist die Umkehrung des Reflexionsvermögens, d.h. die Lichtmenge, die nicht reflektiert wird, sondern stattdessen durch das Objekt absorbiert wird, ausgedrückt in Prozent als ein Verhältnis der Differenz des einfallenden Lichts minus der Spiegelreflexion bezüglich des einfallenden Lichts. "Streuungsreflexion" ist der Teil des einfallenden Lichts, der in einer mehr oder weniger gleichmäßigen Intensität bezüglich des Sichtwinkels von der Oberfläche des Mediums gestreut wird, im Gegensatz zu dem Spiegelreflexionsvermögen, das die größte Intensität nur im Winkel des Reflexionsvermögens hat. "Brechung" ist die Ablenkung einer sich ausbreitenden Welle, die durch das Modulieren der Geschwindigkeit von Abschnitten der Wellen, indem dieselben durch unterschiedliche Materialien geleitet werden, erreicht wird.
Eine wichtige Realisierung bei der Entwicklung des Erfassungssystems 210 unter Verwendung des monochromatischen optischen Sensors 100 bestand darin, daß bei einem subtraktiven Primärfarbsystem Cyan-Tinte niemals das spektrale Reflexionsvermögen des Papiers, auf das dieselbe gedruckt wird, erreicht. Das Drucken mit den Farben Cyan, Gelb und Magenta wird als ein "subtraktives" Primärfarbsystem betrachtet, im Gegensatz zu der Kombination von Rot, Grün und Blau, was als ein "additives" System betrachtet wird, wie es z.B. verwendet wird, um Farbbilder im Fernsehen oder auf Computerbildschirmen zu erzeugen. Wie in 11 zu sehen ist, nähert sich die Gelbkurve 286 dem Reflexionsvermögen der Medienkurve 280 gerade rechts von der Linie 289, wohingegen sich die Magentakurve 284 der Medienkurve 280 um den 650 nm-Wellenlängen-Schnittpunkt nähert. Die Cyankurve 282 besitzt eine Spitzenwert bei etwa 460 nm mit einem Pegel eines Reflexionsvermögens von etwa 60%, was viel weniger ist als das Reflexionsvermögen der Medienkurve 280 an diesem Punkt. Cyan wird das spektrale Reflexionsvermögen des Mediums 170 aus zwei Gründen nicht erreichen.
Erstens sind die meisten Papiere mit ultraviolett-fluoreszierenden Verbindungen beschichtet, was das Papier weißer erscheinen läßt, indem ultraviolettes (uV) Umgebungslicht absorbiert wird, und nachfolgend dieses Licht bei etwas längeren blauen Wellenlängen aus dem Papier fluoresziert wird. Da Papier bei einer Belichtung mit dem blauen Spektrum aus Umgebungs- oder Raum-Licht nicht fluoresziert, würde das erkennbare Reflexionsvermögen der Tinte niemals 100 erreichen, selbst wenn Cyan-Tinte eine perfekte Transmittanz besitzen würde. Diesen Unterschied aufgrund der fluoreszierenden Beschaffenheit des Papiermediums 170 besitzt ein Erfassungssignal, das durch die Steuerung 35 verwendet wird, wie nachfolgend detaillierter erläutert wird.
Zweitens ist die Spitzentransmittanz von Cyan-Farbstoffen typischerweise geringer als die von Tinte mit Gelb- oder Magenta-Farbstoffen, wobei diese Transmittanz niemals 80% überschreitet, wie aus der Kurve 282 in 11 zu sehen ist. Die gegenwärtig verfügbaren Farbstoffverbindungen, die ohne weiteres Licht längerer Wellenlänge absorbieren, hinunter bis zum Grünbereich dieses erwünschten Spektrums, tendieren dazu, Licht fortgesetzt zu absorbieren, selbst in diesem blauen Transmissionsbereich. Folglich hat das Einstellen der Farbstoffverbindungen bei einem Versuch, die Blau-Transmittanz zu erhöhen, eine entsprechende Abnahme der Langwellenabsorption zur Folge, wie beispielsweise an dem Abschnitt von 560 bis 750 nm der Cyan-Kurve 282 in dem Graphen von 11 gezeigt ist. Daher existiert, schon aufgrund der Farbstoffchemie, ein Unterschied zwischen dem Re flexionsvermögen des reinen Mediums und dem Reflexionsvermögen der Cyan-Tinte. Dieser Unterschied des Reflexionsver mögens ist das, was durch den monochromatischen optischen Sensor 100 ausgenutzt wird.
In der Vergangenheit ermöglichte die Verwendung des Lichts einer grün emittierenden LED bei einer Wellenlänge von 565 nm die Erfassung von Cyan und Magenta bei deren minimalem Reflexionsvermögen (linke Skala von 11, was ferner deren maximales Absorptionsvermögen ist, wie durch die rechte Skala von 11 gezeigt ist). Unglücklicherweise hat sich herausgestellt, daß die Erfassung von Gelb bei der Wellenlänge von 565 nm ein Problem ist, da das Gelb-Reflexionsvermögen sich bei dieser Wellenlänge der grünen LED dem des weißen Papiers angenähert hat. Diesem Problem wurde begegnet, indem Magentatinte über ein vorher gedrucktes gelbes Testblatt gedruckt wurde, mit unterschiedlichen Ergebnissen, abhängig von dem Typ des verwendeten Mediums, wie oben in dem Hintergrundabschnitt erläutert wurde.
Dieses Gelbtinte-Erfassungsproblem wird vermieden, indem das Medium und die Tintentröpfchen überwacht werden, wenn dieselben mit der Spitzenwellenlänge von 470 nm der blauen LED 120 beleuchtet werden, da die Signale, die durch die Steuerung 35 verwendet werden, das Absorptionsvermögen dieser Tinten relativ zu dem Absorptionsvermögen des Mediums 170 sind. Tatsächlich kann gelbe Tinte ohne weiteres zwischen den Spitzenwellenlängen von 430 nm und 510 nm erfaßt werden. Wie in 11 zu sehen ist, sind bei der Wellenlänge von 470 nm der blauen LED 120 die Tintenkurven 282 bis 288 jeweils hinsichtlich des Betrags voneinander getrennt. Obwohl die dargestellte blaue LED bei einer Wellenlänge von 470 nm emittiert, wird dieser Wert lediglich zu Zwecken der Veranschaulichung erläutert, wobei es klar ist, daß andere Wellenlängen einer monochromatischen Beleuchtung ebenfalls verwendet werden können, um beliebige andere Punkte auf dem Graphen auszunutzen, an denen eine adäquate Trennung der Tintenkurven 282 bis 288 existiert, um eine Erfassung und Unterscheidung zwischen den Farben, einschließlich ultravioletter oder infraroter Wellenlängen zu ermöglichen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel erzeugt das Absorptionsvermögen der Cyantinte ein Cyansignal 292, das die Differenz zwischen dem Absorptionsvermögen der Cyantinte und dem Medium ist, wenn dieselben mit einer Wellenlänge von 470 nm beleuchtet werden. In gleicher Weise werden ein Magentasignal 292, ein Gelbsignal 296 und ein Schwarzsignal 298 jeweils als Differenz zwischen dem Absorptionsvermögen von jeder dieser Tinten und dem Absorptionsvermögen des Mediums 170, wenn dieselben durch die blaue LED 120 bei 470 nm beleuchtet werden, erzeugt. Folglich ist das Cyansignal 292 eine Differenz von näherungsweise 30%, das Magentasignal 294 von näherungsweise 70%, das Gelbsignal 296 von näherungsweise 80% und das Schwarztintensignal von näherungsweise 90%.
Als ein weiterer Vorteil existiert eine wechselseitige Beziehung zwischen der Intensität der Beleuchtung an dem Ort 172 (7) und der Rauschquelle in den resultierenden Signalen, die zu der Steuerung 35 gesendet werden. Wenn alle anderen Faktoren gleich sind, ist das Rauschen, das durch den Photodetektor 130 erzeugt wird, lediglich eine Funktion der Pulsfrequenz der blauen LED, das dann mit der Quadratwurzel der Signalfrequenz zunimmt. Eine erhöhte Intensität erhöht jedoch das Rauschen nicht. Folglich ist das Pulsen der LED 120 eine effiziente Möglichkeit, um die Intensität des Strahls 180 und das Signal/Rausch-Verhältnis zu erhöhen. Während das Rauschen mit zunehmender Pulsfrequenz zunehmen wird, nimmt der Pegel des Signals mit einer noch größeren Rate zu. Bei moderaten Pulsfrequenzen, beispielsweise denen um 1 bis 4 kHz, überwiegen die Vorteile des größeren Signals die Nachteile des erhöhten Rauschens stark. Folglich ermöglicht dieses gepulste Treiberschema zum Beleuchten des Mediums mit der LED 120 und die Datenabtastroutine, die oben bezugnehmend auf die 9 und 10 erläutert ist, ein effizientes und ökonomisches Überwachen der Tropfenplazierung auf dem Medium auf eine automatische Art und Weise durch den Drucker 20 ohne Benutzerintervention.
Beschleunigtes Beleuchtungsansprechsystem
Beim Betreiben des monochromatischen optischen Sensors 100, wie er oben beschrieben ist, wurde herausgefunden, daß die Aufwärmzeit, die für den Sensor 100 erforderlich ist, die Gesamttestroutine signifikant verlangsamte. Zusätzlich wurde herausgefunden, daß die Verwendung eines Testmusters 216 zusätzliche Druckzeit verbraucht, während überdies ein Druckmedienblatt verbraucht wird, was beispielsweise bei der Verwendung von Medien mit photographischer Qualität relativ aufwendig sein kann. Um die Durchsatzrate (Seiten pro Minute) des Druckers 20 zu erhöhen, ohne darauf zu warten, daß eine Testseite gedruckt und überwacht wird, wäre es folglich erwünscht, heimlich oder geheim Tintentröpfchen zu überwachen, die während eines normalen Bedienerdruckjobs auf dem Medium plaziert werden. Auf diese Art und Weise würde der Bediener keinerlei Verzögerung durch die Erfassungsroutine erfahren, noch würde irgendein zusätzliches Druckmedium verbraucht werden. Indem die Sensorfunktion für den Bediener relativ transparent gemacht wird, würde der resultierende Drucker 20 in der Verwendung sowohl einfach als auch schnell sein. Mit diesem Ziel im Hinterkopf bestand die Herausforderung darin, wie der Sensor 100 schneller zu betreiben ist, wobei dies zuerst das exakte Verstehen dessen, welcher Mechanismus oder welche Charakteristik das Ansprechen des Sensors 100 verlangsamten, erfordert.
Wie oben beschrieben wurde, beleuchtet die blaue LED 120 das Medium 170 in der beleuchteten Region 172, wobei diese Beleuchtung durch das Vorliegen oder das Fehlen von Tinte moduliert wird, wobei die Intensität des reflektierten Strahls 200, wie sie durch den Photodetektor 130 gesehen wird, variiert wird. Eine Schwankung der Intensität dieser Beleuchtung 200 über das reine unbedruckte Medium zeigt sich selbst als Rauschen in dem Sensorsignal, das über Leiter 136 bis 138 der Steuerung 35 zugeführt wird. Für genaue Messungen muß dieses reine Medienrauschen auf einem Minimum gehalten werden. Wenn eine LED mit Strom versorgt wird, durchläuft die Beleuchtung ungünstigerweise zuerst ein Übergangsansprechen mit einer anfänglich großen Amplitude und sinkt dann auf einen tieferen stationären Wert. Bei Zimmertemperatur wird der stationäre Wert nach näherungsweise 20 Sekunden erreicht, wie in den 13 und 14 gezeigt ist. 13 zeigt einen Graphen 300 des Vorwärtsstroms I_f, der während eines "Kaltstart"-Einschaltens der LED 120 an die blaue LED 120 angelegt wird. Zum Zeitpunkt t = 0 ist zu sehen, daß die Vorwärtsstromkurve 300 auf einem maximalen Pegel von 30 Milliampere (mA) angestiegen ist, welches der maximale DC-Pegel (DC = Gleichstrom) des Vorwärtsstroms I_f ist. 14 zeigt eine Kurve 302, die der Beleuchtungspegel ist, wie er durch den Photodetektor 130 als eine Ausgangsspannung V_o gemessen wird. Zum Zeitpunkt t = 0 hat diese Beleuchtungskurve 302 an einem Punkt 304 einen Spitzenwert, was ein Wert von näherungsweise dem Vierfachen des normalen stationären DC-Werts ist. Nach dieser anfänglichen Spitze 304 zeigt der DC-Strom schließlich ein Abklingen erster Ordnung. Es wurde herausgefunden, daß die Größe dieses Abklingens mit der Umgebungstemperatur variiert, wobei das Abklingen jedoch nomalerweise in der Größenordnung von 20% des stationären Werts der Ausgangsspannung V_o-ss bei Zimmertemperatur ist. Die Dauer dieses Abklingens auf einen Wert von näherungsweise 2% des stationären Werts (0,02 V_o-ss) beträgt etwa 20 Sekunden (t_ss 20 Sekunden), wie am Punkt 306 in 14 gezeigt ist. Es sei bemerkt, daß die anfängliche Spannung abweicht, wobei der Betrag dieses Abweichen durch eine Differenz 308 von näherungsweise dem 0,2-fachen der stationären Ausgangsspannung V_o-ss gezeigt ist.
Beim Untersuchen dieser Hochfahr-Spannungsspitze oder des Beleuchtungsübergangs 304, wurde herausgefunden, daß dieser Übergang durch einen thermischen Effekt bewirkt wird. In 7 ist die resultierende Beleuchtung 180, die von der LED 120 emittiert wird, tatsächlich eine Funktion von zwei Faktoren:

(1) dem Vorwärtsstrom I_f durch die LED und
(2) der Temperatur des Diodenübergangs der LED.

Spezifisch erhöht sich die Beleuchtung 180 mit einem erhöhten Vorwärtsstrom I_f (direkt proportional), und nimmt mit zunehmender Temperatur an dem Diodenübergang der LED ab (indirekt proportional).
Bei Hochfahren, wenn die LED 120 eingeschaltet wird, sind der Diodenübergang und das LED-Gehäuse 124 auf der gleichen Temperatur wie die Umgebungsluft, die die LED 120 umgibt. Wenn der Fluß des Vorwärtsstroms I_f beginnt, erwärmt sich der Diodenübergang der LED, wobei die Lichtausgabe beginnt, abzunehmen. Die Wärme, die durch diesen Übergang erzeugt wird, beginnt, sich in das Gehäuse 124 auszubreiten. Da das Gehäuse 124 viel massiver ist als der Chip 175 der blauen LED, wird die Wärme anfänglich verbraucht, indem das Gehäuse 124 aufgewärmt wird. Das Erwärmen des Gehäuses 124 führt dazu, daß die Temperatur des Chips 175 weiter hochgetrieben wird, was bewirkt, daß die Beleuchtung 180 weiter abnimmt. Schließlich ist das Gehäuse 124 in einem thermischen Gleichgewicht auf einen stabilen Pegel erwärmt, wobei jegliche zusätzliche Wärme, die durch den Photodetektor erzeugt wird, an die umgebende Umgebungsluft übertragen wird. Sobald dieses thermische Gleichgewicht schließlich eingerichtet ist, ist die Temperaturdifferenz zwischen dem Diodenübergang und der Umgebungsluft groß genug, um die Abfallwärme von dem Diodenübergang kontinuierlich durch das Gehäuse 124 und in die Umgebungsluft abzugeben. Die Zeit, die erforderlich ist, um den LED-Diodenübergang und das Gehäuse 124 auf diese Gleichgewichtstemperatur zu erwärmen, wird als "Aufwärmzeit" bezeichnet. Da sich die Beleuchtung während dieser Aufwärmzeit konstant ändert, kann der ganze Prozeß als ein Beleuchtungsübergang bezeichnet werden. Folglich ist die stationäre Beleuchtung für eine gegebene LED 120 eine Funktion des Vorwärtsstroms I_f und der Umgebungstemperatur, die das Gehäuse 124 der blauen LED umgibt.
Ungünstigerweise macht das Warten auf das Sinken dieses Be leuchtungsübergangs jeglichen Versuch unwirksam, den monochromatischen Sensor 100 heimlich einzuschalten, um Druckartefakte bei einem normalen Bedienerdruckjob zu messen. Tatsächlich wird diese Aufwärmzeit so groß wie die Zeit, die tatsächlich erforderlich ist, um nahezu zwei gesamte Standardseiten zu drucken. Eine solch lange Verzögerung ist für Verbraucher nicht akzeptabel, wie eine der Wettbewerber der Anmelderin der vorliegenden Anmeldung in jüngerer Zeit entdeckt hat, als sie eine dramatische Zunahme der Garantierückgaben erfuhren, als neue Kunden entdeckten, daß die Zeit, die zum Erzeugen ihrer mühsamen Kalibrierungsseite verbraucht wurde, sieben Minuten betrug. Mit einem viel kürzeren Ziel im Hinterkopf, um eine Testseite zu drucken, in der Größenordnung von zwei oder drei Minuten, ist das Opfern von 20 Sekunden dieser bewilligten Zeit, um auf das Absinken des Beleuchtungsübergangs zu warten, klarerweise keine annehmbare Alternative auf dem Verbrauchermarkt. Das ununterbrochene Eingeschaltetlassen der LED 100 (das die Praxis bei der Verwendung der HP'014- und '002-Sensoren war, wie in dem obigen Hintergrundabschnitt beschrieben ist) ist ebenfalls eine unerwünschte Lösung, da die Energie-effiziente Verwendung des Lastzyklusses der blauen LED, wie er oben bezugnehmend auf 10 beschrieben ist, nicht mehr realisiert wird. Überdies kann das ununterbrochene Eingeschaltetlassen der blauen LED 120 ferner eine mögliche Ärgerquelle für einen Bediener sein, wobei ein helles blaues Licht ununterbrochen rückwärts und vorwärts blitzt, jedesmal, wenn der Wagen 40 die Druckzone 25 überquert. Folglich wurde ein weiterer Lösungsansatz zum Treiben der LED benötigt, um diese Aufwärmzeitverzögerung, die durch den Beleuchtungsübergang bewirkt wird, zu verringern.
Die 9 und 15 bis 16 zeigen ein beschleunigtes Beleuchtungsansprechsystem 310 zum Treiben einer lichtemittierenden Diode gemäß der vorliegenden Erfindung, beispielsweise der blauen LED 120 des monochromatischen optischen Sensors 100, das nicht unter einer verlängerten Verzögerung beim Hochfahren, während auf das Absinken des Beleuchtungsübergangs ge wartet wird, leidet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist das beschleunigte Beleuchtungsansprechsystem 310 drei Schritte auf, wie in 9 gezeigt ist. Zuerst existiert ein Vorwärmschritt 312, in dem die blaue LED zuerst bei einem Vorwärtsstrom eines sehr geringen Pegels betrieben wird, beispielsweise in der Größenordnung von 5 bis 30% des normalen Betriebsstrompegels, oder noch bevorzugter in einem Bereich von 15 bis 25% des stationären maximalen Stroms. Ein bevorzugter Wert von 20% des maximalen Stroms ist in 15 als 6 mA gezeigt. Dieser Vorwärmschritt wird zumindest für die Länge der Beleuchtungsübergangsperiode durchgeführt, oder noch bevorzugter zumindest doppelt so lang wie die Beleuchtungsübergangsperiode, wobei eine bevorzugte Dauer von näherungsweise dem Doppelten der Beleuchtungsübergangsperiode hierin als eine Dauer von 40 Sekunden bezeichnet ist, die durch einen Vorwärmabschnitt 314 eines Aufwärm-Vorwärtsstrom-Graphen 315 in 15 gezeigt ist. Die Verwendung weiterer Komponenten kann zu anderen Größen des Vorwärmstroms und anderen geeigneten Dauern führen, wobei eine bevorzugte Methodologie zum Treffen dieser Auswahlen bezugnehmend auf die 17 und 18 nachfolgend weiter beschrieben wird. Wie in 16 gezeigt ist, zeigt ein Aufwärmbeleuchtungsgraph 316 der Ausgangsspannung V_o, der die Beleuchtung, wie sie durch den Photodetektor 130 gemessen wird, darstellt, die Beleuchtung eines sehr geringen Pegels, die während dieses Vorwärmschritts 312 beinahe nicht zu bemerken ist.
Die relativ lange Dauer der Vorwärmschritts 312, 314 ermöglicht, daß die LED 120 ein thermisches Gleichgewicht erreicht, um den Chip 175 und das LED-Gehäuse 124 auf eine unauffällige Art und Weise vorzuwärmen. Wenn das Abtasten beginnend zum Zeitpunkt t = 0 in den Graphen 315 und 316 der 15 bis 16 durchgeführt wird, wird ein Ende des Vorwärmsignals 320 zu einem zweiten Schritt des beschleunigten Beleuchtungsansprechsystems 310 gesendet, der ein Hochpulsstromschritt 322 ist, wie in 9 gezeigt ist. Der Vorwärtsstrom I_f wird stufenweise auf einen hohen Strompuls mit einem Strompegel des drei- bis vierfachen des normalen Treiberstroms erhöht, oder mit dem maximalen nominellen Pegel für einen gepulsten Betrieb der speziellen LED, der hier als Abschnitt 324 der Kurve 315 in 15 gezeigt ist. Bei dem Beispiel der gegebenen dargestellten LED 120 beträgt dieser maximale nominelle gepulste Pegel 100 mA. Die Dauer des gepulsten 100 mA-Schritts 322 basiert auf den Herstellerspezifikationen für die LED. Bei diesem Beispiel beträgt die Dauer des gepulsten Schritts 322 für die blaue LED 120 zwei Sekunden.
Nach dem Abschluß des Hochpuls-Stromschritts 322 wird ein Signal 326 zu einem dritten Schritt des beschleunigten Beleuchtungsansprechsystems 310 gesendet, hier ein Abfall auf den normalen Stromtreiberschritt 328. Wie in dem Graph 315 von 15 gezeigt ist, wird der Vorwärtsstrom I_f entlang eines Abschnitts 330 des Graphen auf den maximalen DC-Pegel abgesenkt, hier 30 mA. Interessanter ist das Ansprechen des Aufwärm-Beleuchtungsgraphen 316 in 16 während des Hochpulsstromschritts 322 und beim Abfall auf den Normaltreiberstromschritt 328. Hier ist zu sehen, daß der Graph 316 auf die Initiierung des Hochstrompulsschritts 322, 324 hin im Abschnitt 332 des Graphen 316 eine Spitze des Dreifachen der stationären Beleuchtung zeigt. Die Beleuchtungsausgabe erfährt dann eine Abnahme zweiter Ordnung, gefolgt von einer sekundären Zunahme zweiter Ordnung, während der Abfall auf den normalen Treiberstrom, Schritt 328, stattfindet, wie entlang des Abschnitts 334 des Graphen 316 gezeigt ist. Diese Zunahme entlang des Graphabschnitts 334 endet schließlich auf dem stationären Pegel der Beleuchtung, die entlang des Abschnitts 336 des Graphs 316 gezeigt ist. Die Ausgangsspannung V_o des Photodetektors 130 nimmt auf einen ausgewählten Pegel innerhalb beispielsweise etwa 5% des stationären Beleuchtungspegels zu, oder bevorzugter innerhalb etwa 1 bis 3% des stationären Beleuchtungspegels, oder noch bevorzugter, wie dargestellt, innerhalb etwa 2% des stationären Beleuchtungspegels in näherungsweise 2,4 Sekunden nach der Initiierung des 100 mA-Schritts, zum Zeitpunkt t = 0. Das heißt, daß anstelle einer Verzögerung von 20 Sekunden die Beleuchtung mit einem Aufwärmen nach 2,4 Sekunden innerhalb von 2% des stationären Werts ist, und nicht nach 20 Sekunden, wie in 14 gezeigt ist, eine Abnahme von näherungsweise 88% unter Verwendung der Vorwärm- und Pulsgebungs-Schritte 322 und 328. Am Ende der beschleunigten Beleuchtungsansprechroutine 310 wird ein Initiierungs-Testroutinensignal 338 zu dem Starttestroutineschritt 212 des Flußdiagramms 210 in 9 gesendet, wobei der Rest des Verfahrens dann wie oben beschrieben fortgesetzt wird.
Bezugnehmend auf 15 kann der Bereich unter der I_F/-t-Kurve als die Energie angenommen werden, die verwendet wird, um den LED-Chip 175 und das LED-Gehäuse 124 aufzuwärmen. Strenger stellt die Integration von I_f bezüglich der Zeit, multipliziert mit der Vorwärtsspannung über dem Intervall die Energie dar, die während des Hochpulsstromschritts 322 verbraucht wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel für eine blaue LED 120 von Panasonic mit der Modellnummer LNG992CF9 beträgt die Vorwärtsspannung über dem 100 mA-Intervall 5 Volt (5,0 V). Da die Vorwärtsspannung konstant ist, besitzt dieselbe keine Wirkung auf einen Skalierungsfaktor bei dieser Integration. Daher kann die Fläche unter der I_f-Kurve geändert werden, indem der Spitzenstrompegel 324 eingestellt wird, wobei die Dauer eine lebensfähige Darstellung der Energie, die notwendig ist, um die blaue LED 120 aufzuwärmen, bleibt, wenn auch skaliert durch die Vorwärtsspannung.
Das beschleunigte Beleuchtungsansprechsystem 310 steuert die Energiemenge, die durch den Chip 175 der blauen LED läuft, wobei dieses Erwärmen des Chips wiederum das LED-Gehäuse 124 erwärmt. Die sekundäre Zunahme 334, die in der Ausgangsspannung V_o des Photodetektors 130 nach dem Hochpulsschritt 322, 332 von zwei Sekunden stattfindet, ist eine Eigenschaft dieses Aufwärmeffekts. Auf diese Weise wird der LED-Chip 175 bei einer Anstrengung, schnell einen hohen Energiepegel in das LED-Gehäuse 124 zu injizieren oder zu treiben, tatsäch lich über seine DC-Gleichgewichtstemperatur hinaus erwärmt. Wenn der normale DC-Betriebspegel auf den 30 mA-Pegel wiederhergestellt wird, kühlt sich der LED-Chip 175 auf eine Gleichgewichtstemperatur ab, wobei die Lichtausgabe 180 entsprechend zunimmt, wie bei 334 in dem Graph von 16 gezeigt ist.
Die optimale Dauer des Spitzenspannungsschritts 332 wird erhalten, wenn die sekundäre Beleuchtungszunahme 334 kritisch gedämpft ist. Eine zu kurze Dauer bewirkt, daß die sekundäre Zunahme 334 länger dauert, was einen unter-erwärmten Zustand zur Folge hat, der die Gesamtaufwärmzeit ungünstig verlängert. Dieser unter-erwärmte Zustand ist durch den Graph 340 in 17 gezeigt. Der Graph 340 zeigt eine anfängliche Vorwärmbeleuchtung 342, die 40 Sekunden vor dem anfänglichen Hochfahren stattfindet, ähnlich der Niederpegel-Beleuchtungsspannung 318, die in 16 gezeigt ist. Bei diesem unter-erwärmten Zustand dauert der Hochpulsstromschritt 322 nur eine Sekunde, so daß auf das Initiieren des Pulsschritts 322 hin der Beleuchtungsgraph 340 einen Spitzenschritt oder eine Spitze 344 zeigt, die ebenfalls nur eine Sekunde dauert. Nach dieser zweiten Beleuchtungsspitze 344 fällt dann die Ausgangsspannung des Photodetektors 130 ab, bevor dieselbe als ein sekundärer Beleuchtungszunahme- oder Spannungsabweichungs-Abschnitt 346 ansteigt. Wie in 17 gezeigt ist, setzt sich dieser Anstieg 346 fort, bis die LED eine normale DC-Gleichgewichtstemperatur erreicht, was den Abschnitt 348 des Graphen 340 zur Folge hat, wo die Ausgangsspannung V_o einen Bereich innerhalb von 2% des stationären Werts erreicht hat. Die unter-erwärmte Abweichung der Spannung 346 in 17 dauert nahezu vier Sekunden länger, um einen Bereich innerhalb von 2% des stationären Werts entlang des Abschnitts 348 des Graphen zu erreichen, was eine signifikante Zunahme gegenüber den 2,4 Sekunden der Abweichung 334 in 16 unter Verwendung eines Hochstrompulses 324 einer Dauer von zwei Sekunden ist.
Während 17 einen unter-erwärmten Beleuchtungszustand zeigt, ist 18 ein Graph einer über-erwärmten Beleuchtungskurve 350. Hier zeigt der Graph 350 eine anfängliche Vorwärmbeleuchtung 352, ähnlich den Beleuchtungspegeln 318 und 342 in den 16 bzw. 17, alle einer Dauer von 40 Sekunden entsprechend dem Vorwärmstrom 314 von 6 mA in 15. Zu einem Zeitpunkt t = 0 wird ein Vorwärtsstrompuls von 100 mA für eine Dauer von drei Sekunden in dem Hochpulsstromschritt 322 an die LED 120 angelegt, was eine Beleuchtungsspitze oder einen Spitzenschritt 354 erzeugt, wie er durch den Photodetektor 130 gemessen wird. Nach dem Abschluß des Hochpulsstromschritts 322 fällt der Vorwärtsstrom zu der LED 120 in dem Normaltreiberstromschritt 328 auf einen Wert von 30 mA ab, wie durch den Abschnitt 330 des Graphen in 15 gezeigt ist. Die Beleuchtungsspitze 354 dauert drei Sekunden, woraufhin dieselbe abfällt, während der Normaltreiberstromschritt 328 beginnt. Nach dieser dreisekündigen Beleuchtungsspitze 354 fällt die Ausgangsspannung V_o des Photodetektors 130 ab, bevor dieselbe beginnt, als ein sekundärer Beleuchtungszunahme- oder Spannungsabweichungs-Abschnitt 355 des Graphen 350 anzusteigen. Statt eines schnellen und sanften Annäherns an einen Beleuchtungswert innerhalb von 2% der stationären Beleuchtung, die entlang des Abschnitts 356 des Graphen 350 gezeigt ist, steigt diese Spannungsabweichung 355 fortgesetzt an und übersteigt den stationären Wert, wie durch den Abschnitt 358 des Graphen 350 gezeigt ist. Folglich bewirkt eine zu lange Dauer des Hochpulsstromschritts 322 ein Übersteigen der Energie, die benötigt wird, um das LED-Gehäuse 124 zu erwärmen, wobei der Hügelabschnitt 358 des Graphen eine Zeit anzeigt, während der das Gehäuse 124 abkühlen muß.
Folglich kann mit einigem geringen Experimentieren mit Dauerpegeln für den Pulsgebungsschritt 322 und eine Beobachtung der resultierenden Beleuchtung, die durch den Photodetektor 130 gemessen wird, die Dauer des Hochpulsstromschritts 322 optimiert werden, um eine sekundäre Beleuchtungszunahme zu liefern, die kritisch gedämpft ist, wie an dem Abschnitt 334 des Graphen 316 in 16 gezeigt ist. Wiederum kann die Größe des Hochpulsstromschritts 322, die hier als 100 mA in 15 gezeigt ist, aus dem Herstellerspezifikationsblatt für die spezielle LED, die verwendet wird, erhalten werden. Es ist offensichtlich, daß andere Größen des Strompulses unter dem maximalen Wert, der durch den Hersteller empfohlen ist, verwendet werden können; jedoch hilft die Verwendung dieses maximalen Werts dabei, ein Aufwärmen schneller zu erreichen, um den Gesamterfassungsprozeß 210 zu beschleunigen. Es sollte ebenfalls verständlich sein, daß der Vorwärmschritt 312 in dem beschleunigten Beleuchtungsansprechsystem 310 optional ist, wobei jedoch die Verwendung des Vorwärmschritts 312 schneller eine stationäre Beleuchtung ergibt als ohne Vorwärmen erhalten wird. Tatsächlich können andere höhere Werte als die 20% des Normaltreiberstroms (6 mA in 15) des Vorwärmstroms 314 verwendet werden. Wenn ein höherer Pegel eines Vorwärmstroms von der speziellen verwendeten Diode toleriert werden kann, hat ein solcher größerer Wert eine weitere Abnahme der Gesamtzeit, die erforderlich ist, um die stationäre Beleuchtung 336 in 16 zu erreichen, zur Folge.
Die 19 und 20 zeigen zwei unterschiedliche Schaltungen zum Betreiben der blauen LED 120 mit dem Vorwärtsstromprofil 315, das in 15 gezeigt ist. Die Schaltung von 19 kann während eines anfänglichen Prototyptestens am hilfsreichsten sein, um die Strompegel und die Pulsdauer des Vorwärtsstromprofils 315 festzulegen. Sobald das Vorwärtsstromprofil 315 für eine spezielle Sorte und einen Typ von LED 120 verstanden wurde, kann die Schaltung von 20 aufgrund ihrer relativen Einfachheit und ihres ökonomischeren Aufbaus bevorzugter sein, um in Produktionseinheiten eingebaut zu werden.
Spezieller zeigt 19 ein schematisches Diagramm einer LED-Treiberschaltung 360, die verschaltet ist, um die blaue LED 120 zu treiben. Die Treiberschaltung 360 weist einen Stromregler mit geschlossener Schleife, der einen Operationsverstärker 362, der als eine Summierschaltung 364 kon figuriert ist, aufweist. Der spezielle dargestellte Operationsverstärker wird von der Firma Texas Instruments hergestellt und als Teil mit der Nr. VA741CP verkauft. Die Eingänge zu dem Operationsverstärker 362 umfassen zwei 100 Kiloohm-Widerstände 364 und 365, wobei ein 10 Megaohm-Rückkopplungswiderstand 366 verwendet ist. Der Widerstand 364 empfängt ein Eingangssignal 368 negativer Spannung, das von einem Digital/Analog-Wandler ("DAW") geliefert werden kann. Das Eingangssignal 368 negativer Spannung ist vorzugsweise auf 10 Volt pro Ampere (10 V/A) skaliert und wird als ein Befehlseingangssignal für den Summieroperationsverstärker 364 verwendet. Das Ausgangssignal der Operationsverstärkerschaltung 364 treibt einen Bipolartransistor 370, der als ein Emitterverstärker 372 verschaltet ist, um einen Treiberstrom 374 über eine Anschlußleitung 126 (7) zu der blauen LED 120 zu liefern. Der Bipolartransistor 370 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird von Motorola hergestellt und als Teil mit der Nr. MPS-W06 verkauft. Der Emitterverstärker 372 wird mit einer positiven Spannung von 10 Volt auf einer Anschlußleitung 375 vorgespannt, wobei ein 10 Kiloohm-Widerstand 376 den Transistor mit einem Massepotential koppelt, das hier als Masse 378 dargestellt ist. Um ein Rückkopplungssignal 380 zu der Summieroperationsverstärkerschaltung 364 zu liefern, umfaßt die Schaltung einen 10 Ohm-Präzisionswiderstand 382, der zwischen die Ausgangsanschlußleitung 128 der LED 120 und Masse 378 gekoppelt ist. Folglich kann die Schaltung 360 verwendet werden, um den Vorwärtsstromfluß durch die LED 120 über einen Bereich von 0 bis 100 mA exakt zu regeln, was beim Festlegen der Größen und/oder Dauern des Vorwärmschritts 312 und des Hochpulsstromschritts 322 besonders hilfreich sein kann.
20 zeigt eine alternative LED-Treiberschaltung 384, die die blaue LED 120 treibt. Der Bequemlichkeit halber empfängt die LED 120 eine Spannung von der gleichen Quelle, die einen der Tintenstrahldruckköpfe 70 bis 76 treibt, beispielsweise den Schwarzdruckkopf 70 mit einer Spannung von 6,9 Volt, die zu der LED-Eingangsanschlußleitung 126 gekoppelt wird. Die Treiberschaltung 384 umfaßt nur drei Feldeffekttransistoren ("FETs") 385, 386 und 388. Die Eingänge zu jedem dieser FETs 385 bis 388 sind mit der Steuerung 35 gekoppelt, um auszulösen, wenn jeder dieser drei Schalter während des Vorwärtsstrompulses leitet. Unter Verwendung eines Eingangssignals von 6,9 Volt ist ein 717-Ohm-Widerstand 390 seriell zu dem FET 385 verwendet, um den Vorwärmstrom des Schritts 312 von 6 mA zu erzeugen. Der Bequemlichkeit halber ist die Masse in 20 ebenfalls mit dem Bezugszeichen 378 bezeichnet. Um den 100 mA-Hochstrompuls des Schritts 322 zu erhalten, ist der zweite FET 386 seriell mit einem 19 Ohm-Widerstand 392 gekoppelt, um die 100 mA-Stromspitze 324 in 15 zu erzeugen. Schließlich ist, um den stationären Wert des Normaltreiberstroms 330 in 15 zu erzeugen, ein 105 Ohm-Widerstand 394 mit dem dritten FET 388 gekoppelt, um den Normalantriebsstrom des Schritts 328 von 30 mA zu erzeugen.
Schluß:
A. Monochromatisches optisches Erfassungssystem
Vorteilhafterweise reduziert die Beseitigung der grünen LED(s), die bei den früheren HP'002- und '014-Sensoren (siehe 12) erforderlich war, die direkten Materialkosten des Sensors um 25 bis 45 Cent pro Einheit für den monochromatischen optischen Sensor 100. Überdies ist durch die Beseitigung der grünen LED das Sensorgehäuse vorteilhafterweise verglichen mit dem HP'002-Sensor größenmäßig um näherungsweise 30% reduziert. Die reduzierte Größe und das reduzierte Gewicht des monochromatischen Sensors 100 verringert vorteilhaft die Last, die während der Bewegung und des Druckens durch den Wagen 40 getragen wird. Überdies erfordert die Beseitigung der grünen LED, die in den früheren HP'002- und '014-Sensoren verwendet wurde, weniger Kabelführung zwischen der Steuerung 35 und dem Sensor 100. Zusätzlich wird durch die Pulsgebung der blauen LED 120 statt des Eingeschaltetlassens derselben für den vollständigen Ab tastdurchlauf, vorteilhafterweise ein größerer Eingangssignalpegel zu dem Photodetektor 130 geliefert, was dann eine einfachere Signalverarbeitung mit einer größeren Entwurfsfreiheit ermöglicht, als mit den früheren HP'002- und '014-Sensoren möglich war. Schließlich ist die Anordnung des monochromatischen optischen Sensors 100 einfacher als die der früheren HP'002- und '014-Sensoren, da weniger Teile erforderlich sind und die Beseitigung der grünen LED ferner die Möglichkeit einer Fehlanordnung beseitigt, bei der die blaue und die grüne LED versehentlich an den falschen Orten in dem Sensorgehäuse eingebaut werden konnten.
Mit der erhöhten Intensität, die durch das Pulsen der blauen LED geliefert wird, wird eine Intensität von bis zu näherungsweise 3600 mcd unter Verwendung der blauen LED erhalten, verglichen mit einer Intensität von 15 mcd, die durch die früheren blauen LEDs, die in dem HP'002-Sensor verwendet wurden, erzeugt wird. Mit dieser erhöhten Intensität des monochromatischen Sensors 100 werden keine der Signalverstärkungstechniken, die in den früheren HP'002- und '014-Sensoren verwendet sind, beispielsweise ein 100-fach-Verstärker, eine AC-Kopplung des Ausgangssignals und ein 10-Bit-A/D-Wandler mit dem monochromatischen Sensor 100 benötigt. Stattdessen kann der Sensor 100 direkt mit einem A/D-Wandler gekoppelt werden, der vorzugsweise einen Abschnitt der anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC), die in der Druckersteuerung 35 vorgesehen ist, besetzt. Überdies sind durch das Implementieren einer Multiplexsignalübertragungsstrategie zwischen dem Sensor 100 und der Steuerung 35 die Kosten des A/D-Wandlers und der ASIC weiter reduziert.
Die Verwendung der Brechungslinsentechnologie beim Aufbaus des Elements 160 und optional in dem Element 168 der Linsenanordnung 110 verringert vorteilhaft die Gesamtgröße des Optikbausteins des Sensors 100. Weitere Reduzierungen der Bausteingröße des Gehäuses 102 und der Abdeckung 104 werden durch das Beseitigen der grünen LED erreicht, so daß der monochromatische Sensor 100 grob 30% der Größe des HP'002- Sensors (siehe 12) und näherungsweise 70% der Größe des HP'014-Sensors aufweist, die beide in dem obigen Hintergrundabschnitt beschrieben sind.
Ferner wird durch die Verwendung des monochromatischen optischen Sensors 100 die Verwendung eines Tintenmischens, um den Ort bestimmter Tinten zu bestimmen, vermieden, wie es unter Verwendung des HP'014-Sensors, der in dem obigen Hintergrundabschnitt beschrieben ist, praktiziert wurde. Nun hängt das Erfassen der Punktplazierung nicht länger von dem verwendeten Medientyp ab, da der monochromatische Sensor 100 den Ort eines Tröpfchens genau registriert, unabhängig davon, ob derselbe auf einem Hochglanz-Photographie-Papier oder einem braunen Brotzeitbeutel oder einem beliebigen Medientyp dazwischen plaziert wurde. Dies ist möglich, da der monochromatische Sensor 100 die fundamentalen spektralen Eigenschaften von jeder der Primärfarben, Schwarz, Cyan, Magenta und Gelb erfaßt.
Zusätzlich kann durch das Pulsen der LED 100 während des Lastzyklusses die blaue LED während der Einschaltzeit 274 in 10 der LED mit einem höheren Strompegel beschrieben werden, wobei es nachfolgend möglich ist, daß dieselbe während des Rests der Zeit zwischen Pulsen der Kurve 266 abkühlt. Folglich ist der mittlere Strom über der Zeit für die gesamte Periode der gleiche wie der DC-Wert, wobei jedoch der Spitzenstrom während dem Ein-Segment 274 zu einer höheren Spitzenbeleuchtung führt, wenn die LED 120 gepulst wird. Folglich ergibt der gepulste Betrieb der neuen LED 120 eine größere Beleuchtung unter Verwendung einer ökonomischeren LED, was Energieeinsparungen sowie Materialkosteneinsparungen ohne ein Opfern von Druckqualität zur Folge hat, was insgesamt den Verbrauchern zugute kommt.
B. Beschleunigtes Beleuchtungsansprechsystem
Wie oben genannt wurde, wird zuerst ein Verständnis des Be leuchtungsansprechens, wie es durch die 13 und 14 dargestellt ist, benötigt, bevor eine Art und Weise, sich diesem Ansprechen zuzuwenden, entwickelt werden konnte. Von einem elektronischen Hardwaregesichtspunkt aus ist das Beleuchtungsansprechen transparent. Auf das Anlegen einer Vorwärtsspannung V_cc an die blaue LED 120 hin spricht der Vorwärtsstrom I_f schnell an. Anfänglich wäre es einfach gewesen, die Annahme zu treffen, daß sich die Beleuchtung 180 entsprechend genauso schnell geändert haben muß, da die Lichtausgabe 180 direkt auf den Vorwärtsstrom I_f bezogen ist. Jedoch gilt diese Beziehung zwischen dem Vorwärtsstrom I_f und der resultierenden Beleuchtung nur unter stationären thermischen Bedingungen. Dies war die Entdeckung, die in den Hersteller-LED-Spezifikationen nicht genannt ist, da typische LEDs als Anzeiger oder als pseudostatische Pixelelemente in einem größeren Anzeigearray entworfen sind. Das transiente Beleuchtungsansprechen ist für diese typischen LED-Anwendungen irrelevant. Tatsächlich ist es sehr schwierig, diese transiente Beleuchtungsansprechschwankung mit dem menschlichen Auge zu bemerken, da das menschliche visuelle Ansprechen auf feine Schwankungen der Intensität ziemlich unempfindlich ist. Um die Beziehung zu realisieren, die der elektronische LED-Treiber 360, 384 in dem Beleuchtungsansprechen der LED 120 hat, mußte nicht nur der Vorwärtsstrom I_f sondern auch die Beleuchtung während der anfänglichen Einschaltzeit der LED beobachtet und studiert werden.
Der Photodetektor 130 mißt die Lichtintensität 200, die von dem Medium 170 reflektiert wird, wobei der Photodetektor 130 die transiente Beleuchtung, die beseitigt werden muß, um die Gesamttestzeit zu verkürzen, schnell aufnimmt. Jedoch war diese transiente Beleuchtung nicht offensichtlich, da bekannte Abtastsysteme in Tintenstrahldruckmechanismen vor dem Beginn der Abtastung aufwendige Testmuster drucken. Wie oben genannt wurde, wurden die früheren '002- und '014-HP-Sensoren eingeschaltet, als das Drucken dieser Testmuster begonnen wurde, was ermöglicht, daß die Sensoren während der Testmusterdruckroutine auf ihre stationären Beleuchtungs ausgangswerte aufwärmen. Überdies wurde bei diesen früheren Systemen das Photodetektorausgangssignal nicht einmal abgetastet, bis nachdem die Testmuster vollständig gedruckt waren und die LEDs ihre stationäre Beleuchtung erreicht hatten, so daß nicht einmal ein Grund bestand, den Verdacht zu hegen, daß dieser Beleuchtungsübergang existierte.
Eine weitere Schwierigkeit, die beim Studium des transienten Beleuchtungsansprechens und des Verstehens dieses Phänomens aufgetreten ist, wurde durch das Druckmedium selbst bewirkt. Die Oberfläche des Druckmediums 170 kann Abweichungen der Beleuchtungsintensität aufgrund einer geringen Oberflächenrauhigkeit und Abweichungen des Reflexionsvermögens der einzelnen Medienfasern bewirken. Wenn das Spannungsausgangssignal V_oo des Photodetektors 130 abgetastet wurde, während eine Testseite (oder ein normaler Druckjob eines Bedieners) gedruckt wurde, während der Photodetektor 120 noch aufgewärmt wurde und sich der Druckkopfwagen 40 bewegte, wurde die Abweichung aufgrund der lokalisierten Reflexionsvermögen Unterschiede in dem Medium 170 in das Ausgangssignal V_o eingebettet, was ferner dazu beitrug, die Effekte des thermischen Beleuchtungsübergangs zu maskieren.
Eine Vielzahl von Vorteilen wird unter Verwendung des beschleunigten Beleuchtungsansprechsystems 310 realisiert, und speziell eine Abtastkapazität, wie z.B. die, die bei einem Tintenstrahldruckmechanismus verwendet wird. Erstens reduziert das System 310 die Zeit, die dafür erforderlich ist, daß die LED 120 ein Beleuchtungsgleichgewicht erreicht, in der Größenordnung von 88% weniger als bei Verwendung des Überwachungssystems 210 ohne das System 310. Überdies verringert das System 310 die Aufwärmzeit ausreichend, um den Abschluß des Aufwärmzyklusses während der Verfahren des Druckens einer Kalibrierungs- oder Test-Seite zu ermöglichen, wie im Schritt 216 von 9 umrissen ist. Unter Verwendung des hierin beschriebenen Systems ist das Beleuchtungsansprechen nicht länger auf einem kritischen Weg bezüglich der Zeit, die erforderlich ist, um die, gesamte Testsei te zu verarbeiten, d.h. zu drucken und zu überwachen. Folglich können die Verbraucher eines bessere Aus-Der-Verpackung-Erfahrung machen, wenn dieselben erstmals ihren neuen Drucker 20 verwenden, da die anfängliche Testroutine 210 durch die schnellere Verarbeitung, die durch die Verwendung des beschleunigten Beleuchtungsansprechsystems 310 realisiert wird, verbessert war.
Folglich kann das Erfassungssystem 100 nun nicht nur auf hochwertigen Druckern und Plottern für die kommerzielle Verwendung verwendet werden, sondern auch in Druckern, die für die Industrie, für das Büro oder für zu Hause entworfen sind. Das schnellere Ansprechen, das unter Verwendung des beschleunigten Beleuchtungsansprechsystems 310 realisiert wird, ermöglicht ein schnelles Abtasten einer zweckgebundenen Testseite, ebenso wie die Möglichkeit des Abtastens eines normalen Druckjob eines Bedieners. Folglich erhalten Verbraucher einen robusten Druckmechanismus, der qualitativ hochwertige Bilder sowohl schnell als auch effizient liefert.

Claims

Ein Verfahren zum Bestimmen von Informationen über ein Druckmedium und/oder Tintentröpfchen, die durch einen Tintenstrahldruckmechanismus (20) auf ein Medium (170) gedruckt werden, mit folgenden Schritten: Beleuchten ausgewählter Abschnitte (172) des Mediums (170) durch eine lichtemittierende Diode (120) durch folgende Teilschritte: Anlegen (322) eines Hochstrompulses (324) an die lichtemittierende Diode (120) für eine ausgewählte Dauer, um die Diode (120) leuchten zu lassen; und nach der ausgewählten Dauer Treiben (328) der lichtemittierenden Diode mit einem normalen Treiberstrom (330) bis eine Beleuchtungsausgabe von der lichtemittierenden Diode (120) in einem vorbestimmten Bereich um einen stationären Pegel (336) liegt; und Empfangen von Licht (200), das von den beleuchteten ausgewählten Abschnitten (172) des Mediums (170) reflektiert wird, und Erzeugen eines Ausgangssignal (316), das eine Amplitude aufweist, die proportional zu dem Reflexionsvermögen des Mediums (170) an den beleuchteten ausgewählten Abschnitten (172) ist, wobei die ausgewählte Dauer eine Zeit aufweist, die derart ausgewählt ist, dass eine Beleuchtungsausgabe der Diode nach dem Hochstrompuls unter den stationären Pegel (336) abfällt und eine anschließende sekundäre Zunahme der Beleuchtungsausgabe in den vorbestimmten Bereich um den stationären Pegel (336) kritisch gedämpft ist.
Ein Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die ausgewählte Dauer des Schritts des Anlegens (322) eine Zeit aufweist, die ausgewählt ist, um die Zeit, bis die Beleuchtungsausgabe von der lichtemittierenden Diode (120) in dem vorbestimmten Bereich um den stationären Pegel (336) liegt, zu minimieren.
Ein Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Hochstrompuls des Schritts des Anlegens einen Strompegel des drei- oder vierfachen des normalen Treiberstroms aufweist.
Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem: der normale Treiberstrom (330) einen Wert aufweist, der die lichtemittierende Diode (120) mit einem stationären Beleuchtungswert leuchten läßt, nachdem die lichtemittierende Diode (120) ein thermisches Gleichgewicht erreicht hat; und der vorbestimmte Bereich um den stationären Pegel (336) innerhalb von 5% um den stationären Beleuchtungspegel liegt.
Ein Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der vorbestimmte Bereich um den stationären Pegel (336) innerhalb von 1 bis 3% um den stationären Beleuchtungspegel liegt.
Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das vor dem Schritt des Anlegens (332) ferner den Schritt des Aufwärmens der lichtemittierenden Diode (120) durch das Treiben der lichtemittierenden Diode (120) mit einem Vorwärmstrom (314) während einer Vorwärmdauer aufweist.
Ein Verfahren nach Anspruch 6, das ferner folgende Schritte aufweist: Bestimmen einer Kaltstartzeit durch Treiben der lichtemittierenden Diode (120) mit dem normalen Treiberstrom (330), ohne zuerst den Schritt des Anlegens (332) durchzuführen, wobei sich die Kaltstartzeit von dem Beginn des Treiberschritts bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die Beleuchtung der lichtemittierenden Diode den vorbestimmten Bereich um den stationären Pegel (336) erreicht, erstreckt; und Zuweisen einer Zeitdauer, die zumindest so lang wie die Kaltstartzeit ist, zu der Vorwärmdauer des Vorwärmschritts.
Ein Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Vorwärmdauer zumindest zweimal so lang wie die Kaltstartzeit ist.
Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem ein Wert des Vorwärmstroms (314) des Vorwärmschritts 5 bis 30% des normalen Treiberstroms (330) aufweist.
Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei dem ein Wert des Vorwärmstroms (314) des Vorwärmschritts 15 bis 25% des normalen Treiberstroms (330) aufweist.
Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, das ferner den Schritt des Bestimmen der ausgewählten Dauer des Schritts des Anlegens (332) durch folgende Schritte aufweist: Auswählen einer erwarteten Dauer; Anlegen des Hochstrompulses (324) an die lichtemittierende Diode (120) für die erwartete Dauer; nach dem Schritt des Treibens (328), Beobachten der Dauer, bis die Beleuchtungsausgabe den vorbestimmten Bereich um den stationären Pegel (336) erreicht hat; Wiederholen des Auswählschritts und des Beobachtungsschritts, bis ein minimaler Zeitwert gefunden wird; und Zuweisen des minimalen Zeitwerts zu der ausgewählten Dauer.
Optisches Erfassungssystem (100) zum Bestimmen von Informationen über ein Druckmedium und/oder Tintentröpfchen, die durch einen Tintenstrahldruckmechanismus (20) auf ein Medium (170) gedruckt werden, mit folgenden Merkmalen: einer lichtemittierenden Diode (120), die gesteuert wird, um ausgewählte Abschnitte (172) des Mediums ansprechend auf ein Treibersignal zu beleuchten; einem Photoerfassungselement (130), das gesteuert wird, um Licht (200), das von den beleuchteten ausgewählten Abschnitten (172) des Mediums (170) reflektiert wird, zu empfangen, wobei das Photoerfassungselement (130) ein Ausgangssignal (316) erzeugt, das eine Amplitude auf weist, die proportional zu dem Reflexionsvermögen des Mediums (170) an den beleuchteten ausgewählten Abschnitten (172) ist; und einem Treiber (360; 384), der das Treibersignal erzeugt, um einen Hochstrompuls (324) für eine ausgewählte Dauer an die lichtemittierende Diode (120) anzulegen, und um nachfolgend einen normalen Treiberstrom (330) an die lichtemittierende Diode anzulegen bis eine Beleuchtungsausgabe von der lichtemittierenden Diode (120) in einem vorbestimmten Bereich um einen stationären Pegel (336) liegt, wobei die ausgewählte Dauer eine Zeit aufweist, die derart ausgewählt ist, dass eine Beleuchtungsausgabe der Diode nach dem Hochstrompuls unter den stationären Pegel (336) abfällt und eine anschließende sekundäre Zunahme der Beleuchtungsausgabe in den vorbestimmten Bereich um den stationären Pegel (336) kritisch gedämpft ist.
Optisches Erfassungssystem (100) nach Anspruch 12, bei dem die lichtemittierende Diode (120) ein einzelnes monochromatisches Leuchtelement aufweist.
Optisches Erfassungssystem nach Anspruch 12 oder 13, bei dem der Treiber (360; 384) das Treibersignal erzeugt, um einen Vorwärmstrom (314) einer Größe von weniger als der Hälfte des normalen Treiberstroms (330) an die lichtemittierende Diode (120) anzulegen, bevor der Hochstrompuls (324) angelegt wird.
Tintenstrahldruckmechanismus (20) mit folgenden Merkmalen: einem Medienhandhabungssystem (24), das Medien (170) durch eine Druckzone (25) weiterbewegt; einem Wagen (40), der einen Tintenstrahldruckkopf (70, 72, 74, 76) über die Druckzone hin- und herbewegt, um selektiv Tintentröpfchen auf das Medium (170) aufzubringen; einem optischen Erfassungssystem (100) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei der Wagen (40) die lichtemittierende Diode (120) und das Photoerfassungselement (130) für eine Bewegung durch die Druckzone trägt.