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Steuersystem für einen Tintenstrahldrucker Die Erfindung geht von
einer im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art aus.
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Eines der anschlaglosen Druckverfahren stellt das Tintenstrahldruckverfahren
dar, bei dem ein gegen den Aufzeichnungsträger gerichteter Strahl von Flüssigkeitstropfen
moduliert wird Es sind verschiedene Arten von Tintenstrahldrucksystemen bekannt.
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Eines dieser Systeme verwendet eine Düse, der Tinte unter Druck zugeführt
wird. Nach dem Verlassen der Düse löst sich der Tintenstrahl infolge von Oberflächenspannungskräften
auf und zerfällt in einzelne Tropfen. Dieses Auflösen wird durch Vibration der Flüssigkeit
synchronisiert, wodurch sich eine einheitliche Tropfengröße und ein gleicher Tropfenabstand
ergeben. Die Geschwindigkeit der Tropfenbildung ist mit einer Ladevorrichtung synchronisiert,
die jedem Tropfen bei seiner Bildung eine elektrostatische Ladung verleiht, wobei
die Größe dieser Ladung proportional einer Eingangssignalspannung ist. Diese Tintentropfen
passieren dann mit ihren Ladungen ein konstantes elektrisches Feld, das durch ein
Paar Ablenkelektroden durch eine relativ hohe Potentialdifferenz erzeugt wird. Dieses
elektrische Feld lenkt die Tintentropfen in Abhängigkeit von ihrer Ladung abW wonach
die einzelnen Tintentropfen nacheinander auf den Aufzeich
nungsträger
auftreffen oder in eine Tintenauffangblende gelangen, um von dort in das Tintenreservoir
zurückgeführt zu werden.
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Obwohl mit diesem Grundprinzip leserliche Druckergebnisse erzielt
werden, üben aerodynamische und elektrostatische Wechselwirkung schädliche Einwirkungen
auf-die Tropfen aus, die ihre Flugbahn verändern, wodurch sich eine Minderung der
Druckqualität ergibt.
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Die aerodynamische Einwirkung erfolgt durch den aerodynamischen Sog,
den jeder Tropfen beim Passieren der vor dem Aufzeichnungsträger befindlichen Luftschicht
erzeugt. Wegen des geringen Abstandes der einzelnen Tropfen verändert dieser Sog
die Flugbahn des Tropfens. Diese Flugbahnveränderung erfolgt, da der Sog eines Tropfens
den Luftwiderstand des folgenden Tropfens vermindert, wodurch dieser Folgetropfen
eine geringere Zeit innerhalb des elektrischen Feldes verbleibt als der den Sog
verursachende Tropfen, wodurch der Folgetropfen weniger als eigentlich erforderlich
abgelenkt wird.
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Um das aerodynamische Einwirkungsproblem zu mildern, wurden laminare
Luftströme rechtwinklig zur Bewegungsbahn des Tintenstrahls vorgesehen, um den zuvor
beschriebenen Effekt zu schmälern.
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Jedoch wird dadurch der technische Aufwand des Drucksystems wesentlich
erhöht. Außerdem macht einezusätzliche Kraft, die auf die Tintentropfen durch die
laminare Luftströmung einwirkt, die dann kompensiert werden muß, diesen Versuch
zur Milderung der aerodynamischen Einwirkung technisch kompliziert und somit störanfällig.
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Die elektrostatische Einwirkung, bei der zwei aufeinanderfolgende
Tropfen sich abstoßen oder anziehen in Abhängigkeit von ihrer Ladung, beeinflußt
ebenfalls in negativer Weise die Druckqualität. Dies ist möglich infolge des geringen
Abstandes der einzelnen Tropfen. Ein Versuch, diese elektrostatische Einwirkung
zu mildern, besteht darin, die die Tropfenladung tragenden Signale mit ein oder
mehreren ungeladenen Tropfen zu speichern. Beispielsweise trägt jeder dritte Tropfen
eine Signalladung und die beiden
dazwischenliegenden Tropfen bleiben
ungeladen und werden gegen die Tintenauffangblende gerichtet. Während die Tropfenregistrierung
durch diese Technik etwas verbessert wird, vermindert diese Technik die Tropfengeschwindigkeit
und somit die Druckgeschwindigkeit. Darüberhinaus wird durch diese Technik die aerodynamische
Einwirkung nicht beseitigt.
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Es ist die Aufgabe der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung, sowohl
die elektrostatische als auch die aerodynamische Einwirkung auf die Tintentropfen
eines Tintenstrahldruckers zu reduzieren, ohne die Tropfengeschwindigkeit und Druckgeschwindigkeit
herabzusetzen und ohne dem Erfordernis von zusätzlichen Luftströmen.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Einzelheiten der Erfindung sind nachstehend anhand von in den Figuren
veranschaulichten Ausführungsbeispielen beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 1 ein Schema eines die Erfindung verwendeten Tintenstrahldruckers,
Fig. 2 den Effekt der Tropfenwechselwirkung während eines sequentiellen Druckens,
Fig. 3 die Effekte der Tropfenwechselwirkung in einem Drucker, der eine sogenannte
Schutztropfentechnik verwendet, Fig. 4 das Ergebnis eines nicht sequentiellen Druckens
vor der Korrektur, Fig. 5 ein Schema der Korrektur geringer Abweichungen, die sich
bei einem nicht sequentiellen Druck
ergeben, Fig. 6 ein Beispiel
für den Aufbau eines analogen, nichtsequentiellen Drucksignales, Fig. 7 ein Schema
eines die Erfindung enthaltenden Tintenstrahldruckers, Fig. 8 ein Blockdiagramm
des Ladespannungserzeugers mit der Korrektur entsprechend der Erfindung, Fig. 9
ein Diagramm zur Veranschaulichung möglicher Tropfenanordnungen entsprechend einer
Matrix, Fig. 10 Matrixpositionen gegenübergestellt Fehlerspannungen für die Einleitung
der Fehlerkorrektur, Fig. 11 Matrixpositionen gegenübergestellt Fehlerspannungen
für die Korrektur der Flugfehler, Fig. 12 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispieles
einer Steuerschaltung, die Digitaltechnik verwendet, Fig. 13 ein Blockdiagramm eines
anderen Ausführungsbeispieles einer Steuerschaltung, die Analogtechnik verwendet,
und Fig. 14 ein Blockdiagramm eines dritten Ausführungsbeispieles einer Steuerschaltung,
die ebenfalls eine Analogtechnik verwendet.
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In Fig. 1 ist das Schema eines Tintenstrahldruckers gezeigt, in dem
die Erfindung zur Verbesserung der Druckqualität verwendbar ist. Die Düse 12, die
eine öffnung von geringem Durchmesser aufweist,
wird mit unter Druck
stehender Tinte gespeist über die mit dem Tintenresorvoir (nicht gezeigt) verbundene
Zuführungsleitung 14. Vor der Düse 12 ist die Ladeelektrode 16 angeordnet, so daß
der von der Düse 12 ausgestoßene Tintenstrahl 18 das durch die Ladeelektrode 16
aufgebaute Feld passieren kann. Die Ladeelektrode 16 befindet sich an dem Punkt,
an dem der Tintenstrahl 18 beginnt sich in einzelne Tropfen 19 aufzulösen. Ein Paar
Ablenkelektroden 20 sind beiderseits der Tintenstrahlachse 21 angeordnet, so daß
die Tintentropfen 19 nach dem Passieren der Ladeelektrode 16, das durch die Ablenkplatten
20 aufgebaute elektrische Feld passieren müssen. Die Tintenauffangblende 22 ist
so angeordnet, daß Tintentropfen, die eine bestimmte Ladung (oder gar keine Ladung)
aufweisen, in die Tintenauffangblende gelangen, nachdem sie das von den Ablenkplatten
20 aufgebaute elektrische Feld passiert haben. Jene Tintentropfen 19, die so aufgeladen
sind, um nicht in die Tintenauffangblende zu geraten, treffen auf dem Aufzeichnungsträger
24 auf. Auf der Düse 12 ist der Wandler 26 montiert, um die Düse 12 mit einer hohen
Frequenz in Vibration zu versetzen.
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Diese Vibration der Düse 12 ruft die Unterteilung des Tintenstrahles
18 in eine Serie von einzelnen Tropfen 19 hervor, die gleiche Größe und gleichen
Abstand voneinander aufweisen. Die Ladeelektrode 16 lädt jeden Tropfen nach seinem
Abreißen vom Tintenstrahl 18 < prechend einem Signal, das von der Videosignaleingangsschaltung
29 kommt, auf. Die letztere Schaltung ist mit dem Wandler 26 mittels der Synchronisiervorrichtung
30 synchronisiert. Das Prinzip eines derartigen Tintenstrahldruckers ist detailliert
beschrieben in n Ink Jet Printingn, IEEE Transactions On Electron Devices, Vol.
ED-19, Nr. 4, April 1972, auf den Seiten 584 bis 593.
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Über die Tintenzuführleitung 14 wird der Düse 12 Tinte oder eine andere
geeignete Flüssigkeit von dem Resorvoir zugeführt. Die Tinte verläßt die Düse 12
durch eine kleine öffnung in Form eines Strahles 18, der entlang seiner Achse 21
sich erstreckt und durch bestimmte Kräfte, beispielsweise Oberflächenspannungen,
an einem bestimmten Punkt von der Düse 12 entfernt beginnt sich in
einzelne
Tropfen 19 zu unterteilen. Die hohe Vibrationsfrequenz des Wandlers 26, welcher
der Tinte mechanische Energie zuführt, ruft ein Unterteilen des Tintenstrahles in
einzelne Tropfen gleicher Größe und von gleichem gegenseitigen Abstand hervor. Dieses
Unterteilen erfolgt im Gebiet der Ladeelektrode 16, die an die Videosignaleingangsschaltung
28 angeschlossen, die wiederum mit dem Wandler 26 synchronisiert ist, um die einzelnen
Tropfen 19 richtig aufzuladen. Die Videosignaleingangsschaltung 28 beaufschlagt
die einzelnen Tintentropfen 19 mit einer elektrostatischen Ladung in Übereinstimmung
mit einem Eingangssignal. Um so größer die Amplitude der Spannung an der Ladeelektrode
16 ist, desto größer ist die auf die Tintentropfen 19 übertragene Ladung. Sobald
die Tintentropfen 19 durch die Ladeelektrode 16 aufgeladen wurden, durchqueren sie
ein konstantes elektrisches Feld, das durch die Hochspannung an den Ablenkplatten
20 erzeugt wird. Das Vorhandensein einer elektrostatischen Ladung auf den Tintentropfen
19 verursacht eine Ablenkung der letzteren proportional zu ihrer individuellen Ladung
beim Passieren des konstanten elektrischen Feldes. Gewisse Tropfen, die auf den
Auf zeichnungsträger 24 nicht auftreffen sollen, erhalten in Abhängigkeit von dem
System eine vorher bestimmte Ladung oder gar keine Ladung, wodurch diese besonderen
Tintentropfen so abgelenkt werden, daß sie in die Tintenauffangblende 22 gelangen,
von wo aus sie zurück zum Tintenresorvoir geführt werden. Die anderen Tropfen, die
für eine Rückkehr in das Resorvoir nicht progranmiert wurden, bewegen sich auf ihrer
Bahn weiter, um auf den Aufzeichnungsträger 24 aufzutreffen und so ein Zeichensymbol
oder jegliche andere Grafik zu erzeugen.
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Bekannte Drucktechniken arbeiten sequentiell, d.h. die einzelnen Tintentropfen
treffen auf den Aufzeichnungsträger relativ zueinander in der gleichen Reihenfolge
auf, in der sie die Düse verlassen. Wenn beispielsweise bei einem sequentiellen
Drucken eine gerade Linie zu drucken ist, trifft der zweite die Düse verlassende
Tropfen neben dem ersten bereits aufgetroffenen Tropfen auf; der dritte Tropfen
gelangt neben den zweiten; usw. In Fig. 2
ist das Ergebnis eines
sequentiellen Druckes gezeigt, worin die Bezugszeichen 31 die geamnschten Tropfenpositionen
und die Bezugszeichen 32 die tatsächlichen Tropfenpositionen darstellen. Die Reihe
der Punkte 32 wurde nach links verschohen, um einen Vergleich mit der Reihe der
Punkte 31 zu ermöglichen. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, beginnen aufeinanderfolgende
Punkte sich vertikal nach oben zu verschieben. Diese vertikale Verschiebung erfolgt
infolge der längeren Zeit, welche die Tropfen 19 für das Durchqueren des konstanten
elektrischen Feldes benötigen, ein Phänomen, das im wesentlichen auf zwei Faktoren
beruht. Der erste ist die elektrostatische Abstoßung, wodurch vorherige Tropfen
auf nachfolgende Tropfen eine Bremskraft ausüben, wodurch dieselben langsamer werden.
Der zweite Faktor ist in der aerodynamischen Einwirkung zu sehen, durch die vorhergehende
Tropfen auf nachfolgende Tropfen einen aerodynamischen Sog ausüben, der für die
nachfolgenden Tropfen einen geringeren Bahnwiderstand ergibt, wodurch die Geschwindigkeit
der letzteren heraufgesetzt wird. Der Verlangsamungseffekt der elektrostatischen
Abstoßung verursacht die Tropfen in dem konstanten elektrischen Feld eine längere
Zeit zu verbleiben als vorhergehende Tropfen, wodurch sich eine größere Ablenkung
der nachfolgenden Tropfen ergibt und somit die vertikale Verschiebung der Tropfenpunkte
32 zu erklären ist.
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Eine bekannte Technik versucht die elektrostatische, jedoch nicht
die aerodynamische Einwirkung auf die Tropfen, wie in Fig. 3 demonstriert ist, zu
verringern. Die Bezugszeichen 33 zeigen die gewünschten Tropfenpositionen an und
die Bezugszeichen 34 die wirklichen Tropfenpositionen. Im Prinzip besteht diese
bekannte Technik in einem Aufladen von nur ausgewählten Tintentropfen, zwischen
denen ungeladene Tintentropfen sich befinden. Dadurch wird die Entfernung. zwischen
den einzelnen aufgeladenen Tintentropfen vergrößert und somit die elektrostatische
Einwirkung vermindert, da solch eine Einwirkung mit dem Quadrat der Vergrößerung
der Entfernung zwischen den Tropfen abnimmt. Das System ist so aufgebaut, daß die
ungeladenen Tintentropfen in die Tintenauffangblende 22 wandern, während die aufgeladenen
Tintentropfen auf ihrer Bahn
weiter verbleiben, um auf dem Aufzeichnungsträger
24 aufzutreffen.
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Wie aus Fig. 3 hervorgeht, wird die vertikale Verschiebung etwas verringert,
jedoch nicht beseitigt, da die aerodynamische Einwirkung weiter aufrechterhalten
bleibt. Somit ist die sogenannte Schutztropfentechnik nur teilweise erfolgreich.
Da außerdem die nicht aufgeladenen, sogenannten Schutztropfen nicht für den Druck
zur Verfügung stehen, wird die Druckgeschwindigkeit beträchtlich vermindert, so
daß diese Technik sogar uninteressant wird.
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In Fig. 4 ist das Druckergebnis eines nicht sequentiellen Druckes
veranschaulicht. In diesem besonderen Beispiel bildet jeder dritte Tropfen die vertikale
Linie, wobei die beiden dazwischenliegenden Tropfen ebenfalls für den Druck zur
Verfügung stehen, jedoch für andere vertikale Linien. Der Ausdruck vertikale Linie
wird hier verwendet, da das Nichtausgerichtetsein, das von einem nichtsequentiellem
Druck resultiert, korrigierbar ist, wie weiter unten genauer beschrieben ist. Wenn
der Durchmesser irgendeines Punktes auf dem Aufzeichnungsträger 24 mit Lamda bezeichnet
ist, geht aus Fig. 4 hervor, daß keine zwei benachbarten Punkte innerhalb dreier
Tropfenlamdas voneinander entfernt liegen. Dies schließt natürlich ein, daß die
Einflugentfernung der Tropfen 19 viel größer ist, wenn ein nichtsequentielles Drucken
erfolgt.
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Aus Fig. 4 geht hervor, daß der Ausdruck nichtsequentiell sich bezieht
auf den endgültigen Ort der Tropfen auf dem Aufzeichnungsträger. Sowohl bei einem
sequentiellen als auch bei einem nichtsequentiellen Druck treffen die Tropfen auf
den Aufzeichnungsträger in der gleichen Folge, in der sie von der Düse ausgestoßen
werden; jedoch bei einem nichtsequentiellen Druck ist ihre endgültige Stellung immer
mindestens um ein Tropfenlamda entfernt.
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Eine Zunahme der Einflugentfernung durch ein nichtsequentielles Drucken
vermindert sowohl die elektrostatische Einwirkung als auch die aerodynamische Einwirkung
auf die Tropfen und ergibt eine genaue Tropfenlage ohne irgendeiner Minderung der
effektiven Tropfengeschwindigkeit. Die verschobene Reihenfolge, mit welcher
die
Tintentropfen gedruckt werden, ist frei wählbar. Aus Fig. 4 geht hervor, daß je
größer die Einflugentfernung ist, desto größer wird die Abweichung von der Vertikalen
oder die Schraglage der gedruckten Linie. Jedoch ist die genannte Abweichung kein
kritischer Faktor, da er leicht auf verschiedene Weise korrigierbar ist.
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Gemäß Fig. 5 ist die genannte Abweichung korrigierbar durch einfaches
Kippen der Ablenkplatten 20 gegenüber der Druckzeile um einen für eine Rückkehr
der gedruckten Tropfen in die Verti kale ausreichenden Winkel. Die genannte Abweichung
ist auch korrigierbar durch eine Änderung des Bitmpulszuges des Zeichen generators
oder einer anderen Informationsquelle. Aus den genannten Korrekturmethoden geht
hervor, daß die erwähnte Abweichchung dem Grundvorteil eines nichtsequentiellen
Druckens keinen Abbruch tut.
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Ein nichtsequentielles Drucken ist ausführbar durch Änderung der Videosignaleingangsschaltung
28. Bei einem sequentiellen Druck erzeugt die Videosignaleingangsschaitung 28 ein
stufenförmiges Signal, indem die höheren Spannungspegel den Tintentropfen eine größere
Ladung verleihen, wodurch die letzteren vor ihrem Auftreffen auf den Aufzeichnungsträger
stärker abgelenkt werden. Das Ausgangssignal der Videosignaleingangsschaltung 28
wird durch Tore so beeinflußt, daß bei ihrem Nullpegel die Tintentropfen keine Ladung
erhalten und in die Tintenauffangblende 22 gelangen. Durch Ein- und Ausschalten
der Vldeosignaleingangsschaltung 28 sind die Daten auf dem Aufzeichnungsträger 24
druckbar. Eine ähnliche Torschaltungstechnik ist verwendbar bei einem nichtsequentiellen
Drucken, wobei ein nichtsequentielles Ausgangssignal er zeugt wird (Fig. 6) und
durch einen nicht gezeigten Zeichengenerator derart beeinflußt wird, daß ein Druck
auf dem Aufzeichnungsträger 24 erfolgt. In Fig. 6 ist veranschaulicht, wie ein torgesteuerter
Digital-Analog-Konverter 36 verwendet werden kann, um für die Ladeelektrode 16 das
geeignete Signal zu erzeugen. Die binären Eingänge 38, 40 42 und 44 sind mit Digitalgeneratoren
verbunden,
die Digitalimpulse so erzeugen, daß ihre binäre Summe
das gewünscht nichtsequentielle Ausgangssignal verkörpert. Die Anzahl von binären
Eingängen hängt ab von der Größe der zu-druckenden Matrix. Mit anderen Worten: wenn
die Ausgangs impuls form eine Amplitude von 15 Einheiten oder mehr erfordert, sind
zusätzliche binäre Eingänge erforderlich. Wenn der Digital-Analog-Konverter 36 kontinuierlich
ein Ausgangssignal erzeugt, wird eine vollstandige Punktmatrix gedruckt. Durch Austasten
des Digital-Analog-Konverters 36 mittels des Toreinganges 46 wird die Ausgangsimpulsform
wahlweise ein- und ausgeschaltet, entsprechend der zu drukkenden Daten. Wenn der
Toreingang 46 mit einem nicht gezeigten Zeichengenerator verbunden ist, erzeugt
der letztere ein nichtsequentielles Torsignal, das mit der des Digital-Analog-Konverter
36 zugeführten binären Impulsform synchronisiert ist. Werden andere Arten von Eingangssignalen
verwendet, die nicht vorprogrammiert sind, sind dieselben zunäclut mit einem nicht
gezeigten übersetzen zu verbinden, der das geeignete nichtsequentieile Torsignal
dem Toreingang 46 liefert. Die verschiedenen Arten von logischen Schaltungen, die
erforderlich sind für die Erzeugung eines nichtsequentiellen, ausgetasteten Ausgansignales
aus einer Videosignaleingangsschaltung 28 sind allgemein bekannt und deshalb nicht
weiter beschrieben Das beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nicht
nur für einen Tintenstrahldrucker verwendbar, sondern auch bei anderen anschlaglosen
Druckern, in denen irgendeine Beeinflussung von Tropfen erfolgt. Außerdem ist die
Erfindung nicht nu- auf die Verminderung der schädlichen Einwirkung aerodynamischer
und elektrostatischer Kräfte beschränkt, sondern auch für die Beseitigung irgendwelcher
anderer Störkräfte geeignet.
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Ein Ausführungsbeispiel für ein Tintendrucksystem mit einer Mehrzahl
von Düsen ist in Fig. 7 dargestellt
Der Druckerzeuger 10 führt
mehreren Düsen 11 Tinte unter hohem Druck zu, so daß aus jeder Düse ein Tintenstrahl
12 ausgestoßen wird für den gesteuerten Druck von Zeichen in zwei benachbarten Druckpositionen
einer Druckzeile. Der elektromechanische Wandler 14 ist zum Zwecke seiner Erregung
mit der Signalquelle 15 verbunden, um die Tintenstrahlen im Synchronismus der auferlegten
Vibration in einzelne gleich voneinander beabstandete Tintentropfen 16 zu unterteilen.
Die Ladeelektrode 18 dient zum Aufladen der einzelnen Tintentropfen. Wenn das Abreißen
des Tintenstrahles in einzelne Tropfen erfolgt, wird die Ladung aufgebracht, so
daß der Tropfen in einem folgenden elektrostatischen Feld beeinflußbar ist. Das
Aufladen eines jeden Tropfens erfolgt durch die augenblickliche Größe der Spannung,
die durch die Steuerschaltung 20 im Augenblick der Tropfenbildung erzeugt wird.
Nach dem Laden wird der Tropfen durch ein konstantes elektrostatisches Feld abgelenkt,
das durch die mit derHochspannungsquelle 24 verbundenen Ablenkelektroden 22 erzeugt
wird. Die Größe der Ablenkung ist proportional zur Größe der durch die Ladeelektrode
den Tropfen verliehenen Ladung, so daß hierdurch das Auftreffen eines Tropfens auf
einen bestimmten Ort des Aufzeichnungsträgers 26 steuerbar ist. Das elektrostatische
Feld steuert die Tropfen in einer Dimension, um Zeichenteile zu bilden, wohingegen
rechtwinklig zu dieser Dimension der Vorschub des Aufzeichnungsträgers 26 erfolgt,
so daß durch wiederholte Ablenkvorgänge in der einen Dimension ein gesamtes Zeichen
druckbar ist. Beim Druck erhalten viele Gebiete keine Tropfen dadurch, daß die unerwünschten
Tintentropfen durch eine geeignete Ladung so abgelenkt werden, daß sie in die Tintenauffangblende
28 gelangen, von wo aus sie dem Druckerzeuger 10 wieder zugeführt werden.
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Somit ist ohne Korrektur die Spannung Vn , die der Ladeelektrode zugeführt
wird, verantwortlich für die Position, in die der Tintentropfen -auf den Aufzeichnungsträger
abgelenkt wird. Jedoch wird gemäß der Erfindung die Spannung Vn zuvor berechnet
und vor ihrer Zuführung zur Ladeelektrode entsprechend der Ladung der benachbarten
Tropfen abgewandelt.
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Eine allgemeine Formel für die Tropfenablenkungskorrektur kann folgendermaßen
angegeben werden: Vc = Vn + # Cm Bmn (1) m Vc = erforderliche Spannung, um einen
Tropfen in die Position X abzulenken, Vn = Nennspannung, um einen Tropfen in die
Position X abzulenken, bei keiner Ablenkung weiterer Tropfen, Cm = 0, 1, für die
Darstellung des logischen Zustandes der Ablenkungen benachbarter Tropfen, Bmn =
der Mte Korrekturausdruck für den Tropfen N.
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Diese Gleichung würde direkt verwendbar sein, wenn ein Korrekturschema
für einen nur auslesbaren Speicher verwendet werden würde.
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In diesem Falle würde Cm beiderseits exklusiv gemacht werden (nur
eines könnte existieren) und der Wert B würde in der Speichermn stelle (n, Cm =
1) gespeichert werden. Dies würde ein völlig nicht vermindertes Ergebnis ergeben,
d.h. während mehrere der Bmn gleich sein dürften, besteht für die Verwendung dieser
Tatsache kein Bedarf. In diesem Falle wird die Wirtschaftlichkeit von nur auslesbaren
Speichern verwertet.
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In der einfachsten Ausführung können Signale, die proportional zu
Vn sind, und feste Werte zu Vn addiert bzw. von diesem Wert subtrahiert werden,
um die Ladespannung zu erzielen. Diese Technik ergibt ein korrigiertes Signal Vc
der Form: Vc =Vn + (C-1)(A-1Vn + B-1) + (C-2)(A-2Vn + B-2) + (C-3)(A-3 Vn + B-3)
+ ... + (C+1) (A+1 Vn + B+1) + (C+2) (A+2 Vn + B+2).
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Hierin bedeuten C = 0, 1 Digitalwertbit X, x Ax = die proportionale
Korrektur, B = die feste Korrektur.
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x Für die Entwicklung einer bestimmten Korrektur ist zunächst die
sequentielle MatrixabfUhlungsreihenfolge zu definieren, wodurch für jede Taktperiode
die Postion identifiziert wird, in die ein Tropfen abzulenken ist. Die Tabelle 1
gibt die Reihenfolge der Positionsnummer (in ansteigender Reihenfolge aus dem Reservoir)
und die Nennladeelektrodenspannung für eine besondere Matrixabfühlungsreihenfolge
an, die für ein bestimmtes Beispiel gewählt ist.
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Tabelle 1 Taktperiode Matrixposition Nennladespannungen 0 1 42 1
16 132 2 -9 90 3 24 180 4 2 48 5 17 138 6 10 96 7 25 186 8 3 54 9 18 144 10 11 102
11 26 192 12 4 60 13 19 150 14 12 108 15 27 198 16 5 66 17 20 156 18 13 114 19 28
204 20 6 72 21 21 162 22 14 120 23 29 210 24 7 78 25 22 168 26 15 126 27 30 216
28 8 84 29 23 174
In Fig. 9 sind die Tropfenpositionen auf dem
Aufzeichnungsträger von sequentiellen Tropfen entsprechend der Matrixabfühlungsreihenfolge
der Tabelle 1 gezeigt. In dieser Matflxabfühlreihenfolge werden die sequentiell
von der Düse 11 ausgestoßenen Tintentropfen niemals einander benachbart gedruckt
(siehe Fig. 6). Dadurch wird die Einflugentfernung zwischen aufeinanderfolgenden
Tintentropfen maximiertr wobei die Tropfenwechselwirkungen herabgesetzt werden.
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Die gesamte Druckkapazität eines Kopfes beträgt in der gezeigten besonderen
Ausführungsform zwei Zeichenpositionen oder 30 Matrixpositionen (Fig. 7). Die geringe
Abweichung in dem Druckbild, die sich auf einem nichtsequentiellen Druck ergibt,
ist durch Verschiebung der Ablenkplatten 22 um einen ausreichenden Winkel + bezogen
auf die Druckzeile korrigierbar.
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In Verhindung mit dem Datenstrom definiert die Tabelle 1 die Ladeelektrodenspannung
für jede Periode für den Fall, daß ein isolierter Tropfen abgelenkt wird. Wenn der
Datenstrom gleich Q für die betrachtete Periode ist, beträgt die Ladeelektrodenspannung
0 Volt. Wenn der Datenstrom eine "1" für die betrachtete Periode darstellt, nimmt
die Ladeelektrodenspannung die Spannung in der Tabelle (204 Volt für Periode 19)
ein. Ohne Korrektur ist der Datenstrom und die Matrixabfühlreihenfolge zu Ende,
was notwendig ist, um die Ladeelektrodenspannung zu definieren.
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Wenn jedoch dies getan ist, treten beträchtliche Fehler in der Tropfenposition
auf. Diese Fehler stammen von zwei primären Quellen.
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Die erste und wesentlichste Fehlerquelle ist die Ladeinduktion.
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Wenn ein Tropfen in Gegenwart eines aufgeladenen Tropfens erzeugt
ist, ist seine Ladung eine Funktion der Ladeelektrodenspannung und der Ladungen
benachbarter zuvor gebildeter Tropfen. Die Größe dieses Effektes wird durch mehrere
Faktoren bestimmt, wie durch den Ladeelektrodenabstand, das Verhältnis von Länge
und Durchmesser des Tintenstrahles, die Zentrierung der Ladeelektrode usw. Fig.
10 stellt die Größe für die in Fig. 9 gezeigte Matrixabfühlreihenfolge dar. Die
Anzahl der für die Korrektur betrachteten Tropfen wird bestimmt durch die Druckparameter
und den gewährbaren Restfehler.
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In Fig. 10 ist die erforderliche Korrekturspannung dargestellt für
die Erzielung der korrigierten Ladung auf dem Tropfen gegenüber der Matrixposition
für den Tropfen für eine Anzahl von Tropfen, die gewählt ist, um die angenommene
Fehlerspezifikation zu erfüllen. Diese Kotrekturspannungen können experimentell.oder
durch Berechnung anhand theoretischer Modelle von Tropfen ladungen und Flugeinwirkungen
bestimmt werden. Diese Korrekturen sind erforderlich, gleich ob der Tropfen abgelenkt
ist oder nicht, und sind linear zur beeinträchtigten Tropfenladung. Die Korrektur
für den ersten Führungstropfen (zuvor gebildet) und den zweiten Fu¢rungstropfen
ist dargestellt. Für diese Matrixabfühlreihenfolge wurde der dritte Führungstropfen
als unterhalb der Fehlerschwelle liegend angesehen, so daß für diesen Tropfen keine
Korrektur vorgesehen ist. Die Fehler sind mit Lel El und Le2 El bezeichnet. El~identifiziert
die Fehlerquelle als Ladeinduktion und Lel und Le2 beziehen sich auf den ersten
Führungstropfen bzw.
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den zweiten Führungstropfen.
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Die zweite Fehlerquelle ist in der Flugeinwirkung zu sehen.
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Während des Fluges wirken zwei geladene Tropfen aufeinander ein durch
ihre Ladungen (elektrostatische Abstoßung) und durch den Führungstropfensog (aerodynamische
Widerstandsverminderung). Beide geschilderten Effekte verursachen Fehler in der
Auftreffposition eines Tropfens. Jedoch können in einer gut gewählten Matrix und
Ablenkgeometrie diese Fehler korrigiert werden durch Veränderung der Ladeelektrodenspannung.
Die Korrekturwerte für diese Einwirkungen sind in Fig. 11 für eine ausgewählte Matrixabfühlreihenfolge
dargestellt. Diese Fehler sind mit Le4 E2, Le2 E2, Lel E2, Lal E2 und La2 E2 bezeichnet.
E2 bzeichnet die Flugfehler, wobei der Buchstabe sich auf die relative Tropfenreihenfolge
bezieht und Le auf den Führungstropfen (zuvor gebildet) und La auf den nachfolgenden
Tropfen (der zu bilden ist). Die Flugkorrekturen sind notwendig nur wenn der betrachtete
Tropfen abgelenkt wird. Für die in dem Beispiel (Fig. 9) gegebene Matrixabfühlreihenfolge
und die spezifischen Tropfenparameter und Fluggeometrie war eine Korrektur für vier
Führungs- und zwei nachfolgenden Tropfen erforderlich,
um die angenommenen
Fehlerspezifikationen zu erfüllen.
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In Fig. 8 ist ein Blockdiagramm der Steuerschaltung 20 dargestellt.
Steuermittel 32 liefern Signale für ein Koordinieren der Übertragung der Daten in
die Ladesignalerzeugungsschaltung mit Hilfe anderer Schaltelemente des Drucksystems,
wie beispielsweise der Phasenkorrektur des Kopfes, der Steuerung des Papieres, des
Tintendruckes usw. Die zu druckenden Daten werden von der Datenquelle 34 geliefert
und werden serial der Datenstromschaltung 36 zugeführt. Der Taktimpulserzeuger 38
erzeugt eine Serie von Impulsen in Synchronismus mit der Tintentropfenbildung. Dieser
Taktimpulserzeuger 38, die Datenstromschaltung 36 und die Steuermittel 32 können
als Schaltkreise ausgebildet sein, beispielsweise als ein Spezialcomputer oder sind
ausführbar dadurch geeignete Programmierung eines für allgemeine Zwecke verwendbaren
Computers.
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Der Primärablenkungssignalerzeuger 4Q erzeugt das primäre Ablenkungssignal,
das im wesentlichen in Tabelle 1 für eine ausgewählte Matrixabfühireihenfolge veranschaulicht
ist. Die Erstkorrektur-Signalerzeugungsschaltung 44 erzeugt ein Induktions-' korrektursignal
auf der Leitung 46-und die Zweitkorrektur-Signalerzeugungsschaltung 42 erzeugt auf
der Leitung 48 Flugkorrektursignale. Der Addierer 50 bildet die algebraische Summe
des Primärablenkungssignales auf der Leitung 52, des Flugkorrektursignales auf der
Leitung 48 und des Induktions-Korrektursignales auf der Leitung 46. Das Ausgangssignal
erscheint an der Klemme 54 des Addierers 50 und wird von dort der Ladeelektrode
18 zugeführt, um den gebildeten Tropfen so aufzuladen, daß er genau in die vorgesehene
Position auf dem Aufzeichnungsträger 26 auftrifft, um ein durch die Eingangssignale
definiertes Zeichen zu drucken'.
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Eine Ausführung einer Ladesignalerzeugungsschaltung, die digitale
Schaltelemente verwendet, ist in Fig. 12 gezeigt. Der Taktsignalerzeuger besteht
aus einem 5 Bit Taktzähler 56. Die Datenstromschaltung besitzt das 7 Bit Register
58. In der gezeigten Ausführungsform verkörpert das Register 58 ein Schieberegister
mit serialem Eingang und parallelem Ausgang, das. ständig Daten bereit
hat
mindestens vier gebildete Tropfen 1-1 bis -4), den gerade in Bildung befindlichen
Tropfen (0) und die nächsten zwei zu bildenden Tropfen (+1, +2). Der Primärablenkungssignalerzeuger.
60 erzeugt ein digitales Ausgangssignal, das dem Ablenksignal (Tabelle 1) für die
von dem Taktzähler 56 gelieferten 30 Zählungen entspricht, um die Matrixpositionen
darzustellen. In diesem Ausführungsbeispiel sind der Flugkorrektursignalerzeuger
und der Induktionskorrektursignalerzeuger kombiniert und diese Information ist in
dem nur auslesbaren Speicher 62 gespeichert. Die durch diesen Speicher durchgeführte
Korrektur entspricht der Fehlerspannung, die in Fig. 10 für die Induktionsfehler
und in Fig. 11 für die Flugfehler für die bestimmte Matrixposition dargestellt sind.
Ein besonderer nur auslesbarer Speicher ist gemäß Tabelle 2 vorgesehen, um die Korrektur
anzuzeigen, die in dem Speicher 62 für die in Fig. 9 gezeigte MatrixabfUhlreikenfolge
und die in Fig. 10 und 11 gezeigten Korrekturspannungen gespeichert ist. Das primäre
Ablenksignal und die kombinierten Korrektursignale werden im Addierer 64 kombiniert,
um ein Digitalsignal zu erzeugen, das der Ladung mit der die Ladeelektrode 18 gebildete
Tropfen auflädt, entspricht. Dieses Signal wird in ein äquivalentes Analogsignal
in dem Digitalanalogkonverter 67 umgewandelt und dieses Signal wird über die Klemme
68 der Ladeelektrode 18 zugeführt, um den gebildeten Tropfen mit der richtigen Ladung
zu versehen für die Erzeugung einer Tropfenablenkung für ein durch die Eingangsdaten
spezifiziertes Zeichen.
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Tabelle 2 Datenstrom Korrektur ~~ Matrixposition
| 2 1 0-1-2-4 1 8 15 16 30 |
| 0 0 0 0 0 0 keine 0 0 0 0 0 |
| 0 0 0 0 0 1 keine 0 0 0 0 0 |
| 0 0 0 1 0 0 Lel El 24 29 23 5 17 |
| o 0 1 0 .0 1 Le4 E2 0 2 4 2 7 |
| 0 01 10 0 Lel El, E2 1 32 26 5 15 |
| 0 0 1 1 1 1 Lel El, Lel E2, Le2 El 6 42 40 11 30 |
| Le2 E2, Le4 E2 |
| 110000 keine Q 0 0 0 0 |
| 1 1 1 0 0 0 Lal E2, E2 0 3 4 2 0 |
| 1 1 1 1 1 1 All -6 45 44 13 '30 |
| Speicher Inhalt fUr |
| DS Matrix Position |
Gemäß Fig. 12 enthält der Primärablenkungserzeuger logische Schaltkreise, die die
Taktzählung in einen binären Code transformieren, der den Spannungswerten entspricht,
die'für die primäre Ablenkungsspannung erforderlich sind. Die gesamte Korrektur
wird erzeugt durch Zugang zum Speicher 62. Das Speicheradreßregister verwendet Adressen
aus zwei Quellen und zwar 6-Bits aus dem Datenstrom und 5 Bits aus dem Taktzähler
56. In jeder Adreßposition des Speichers 62 erfolgt die verlangte Korrektur durch
die Bitfolge aus dem Datenstrom und dem Taktzähler. Basierend auf den Spannungswerten
des besonderen Ausführungsbeispieles sind 6 Bits erforderlich, um den gesamten Korrekturbereich
abzudecken und die auf die Primärablenkung direkt abgestimmt sind.
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Die Tabelle 2 zeigt die Teilinhalte des Speichers 62. In der linken
Spalte sind die Datenstromwerte enthalten und die zweite Spalte zeigt die Korrektursegmente
an (von Fig. 10 und 11), die jedes Muster erfordert. Repräsentative Matrixpositionswerte
sind gezeigt,
welche die Korrekturwerte darstellen, die in der
Adresse gespeichert sind, die durch den Taktzähler und den Datenstrom gekennzeichnet
sind. Wenn durch den Taktzähler und den Datenstrom adressiert wird, ist das Ausgangssignal
des Speichers 62 ein primär codiertes Signal, das dem Inhalt dieser Adresse gleich
ist. Die primäre Ablenkungsspannung im Binärcode und die Korrekturspannung vom Speicher
62 werden algebraisch im Addierer 64 addiert, um einen Binärcode zu erzeugen, welcher
der korrigierten Spannung für die Ladeelektrode 18 entspricht. Diese Signale werden
dem Digitalanalogkonverter 67 zugeführt, der ein Analogsignal erzeugt, das proportional
zur erforderlichen Ladespannung ist und das dem Ladeelektrodenverstärker direkt
zugeführt wird.
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Die Kapazität des Speichers für das beschriebene Ausführungsbeispiel
beträgt 2048 Sechs-Bitworte. Eine einfache Veränderung dieses Steuerkreises erweitert
die Kapazität des Speichers 62 auf 8 Bits, die gestatten, sowohl den Primärablenkungscode
als auch den Korrekturcode zu speichern, wodurch der Primärablenkungssignalerzeuger
60 und der Addierer 64 überflüssig werden.
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Eine zweite Veränderung sieht vor, die Korrektur in unabhängige Teile
aufzuteilen (Segmente, die linear summierbar sind) durch Hinzufügung eines Registers
zu dem Addierer und durch einen Mehrfacheingang zum Speicher 62. Der korrigierte
Spannungscode könnte erzeugt werden durch Summierung der Korrekturkomponenten. In
diesem Falle würde die Anzahl der Adreßbits für den Speicher 62 von 11 auf 8 Bits
reduziert werden (5 Taktzählungen, 3 Felder), aber die Komplexität der Schaltung
würde zunehmen und die für die Erzeugung der Korrekturspannung erforderliche Zeit
würde ebenfalls zunehmen. Die in Fig. 12 gezeigte Ausführung ist vorteilhaft, da
die für die Korrektur erforderlichen Schaltungselemente mehrere Köpfe mit einem
digitalen Zwischenglied bedienen könnten. An der Eingangsseite wird der Datenstrom
für jeden Kopf in Mehrfachschaltung zum Datenstromeingang gesetzt und in diesem
Falle würden die Daten in das Register 58 in paralleler anstatt serieller Weise
eintreten. Diese Anordnung würde auch ein Register erfordern, das
jedem
Kopf zugeordnet ist, um das Ausgangssignal des Addierers mit Hilfe der Verriegelungssschaltung
65 (Fig. 12) zu verriegeln und das Eingangssignal zum Digitalanalogkonverter 67
zuzuführen.
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Die Ausführungsform des Lådesignalerzeugers (Fig. 13) weist die gleichen
Eingänge zum Register 58 auf und der Primärablenkungssignalerzeuger ist identisch.
Die Adressierung wird ebenfalls durch den Taktzähler 56 erzielt. Der Primärablenkungscode
wird durch den Primärablenkungssignalerzeuger 60 hergestellt und dem Digitalanalogkonverter
70 direkt zugeführt, um auf der Leitung 71 das primäre Ablenkungssignal zu erzeugen.
Das Primärablenkungssignal wird ebenfalls dem Eingang des Führungs 1 Registers 72
zugeführt. Dieses Register und das Führungs 2 Register 74 sind Register mit parallelen
Eingängen und parallen Ausgängen und werden synchron mit dem Datenstrom und dem
Taktzähler 56 weitergeschaltet. Das Ausgangssignal des Führungs 1 Registers 72 wird
dem zweiten Digitalanalogkonverter 76 und den Eingängen des Führungs 2 Registers
74 zugeführt. Die Ausgänge des letzteren sind mit dem dritten Digitalanalogkonverter
78 verbunden. Die Inhalte des Führungs 1 Registers und des Führungs 2 Registers
sind die Ablenkungscodes für die Tropfen n-l und n-2. Betätigungen des zweiten Digitalanalogkonverters
76 und des dritten Digitalanalogkonverters 78 ergeben mit geeigneter Verstärkung
Lel El auf Leitung 79 und Le2 El auf Leitung 80. In dieser Ausführungsform wird
E2 durch logisches Decodieren eines jeden Segmentes in Fig. 11 und durch Hindurchschleusen
eines Analogsignales, das diesem Segment nahekommt, erzeugt. Ein Segment bezieht
sich auf eine Korrektur, die sich ergibt durch den Ausdruck AV, was näherungsweise
gleich ist A+BVn oder mit anderen Worten, die Korrekturspannung ist gleich einer
Konstanten und einem Ausdruck, der proportional zur Nennspannung ist. Die UND-Schaltungen
80 kombinieren das vorhandene Bit DS ((O) und die interferrierenden Zustände DS
(O), um die erforderlichen Korrekturausdrücke zu identifizieren.- Der Takt wird
in Gruppen von Matrixpositionen decodiert, die den Korrektursegmenten entsprechen.
Diese zwei Sätze von Eingangssignalen werden in den UND-Schaltungen 82 kombiniert,
um Korrekturtore zu erzeugen.
Jede UND-Schaltung entspricht einem
Korrektursegment und bildet das Torsignal eines der Analogtore 84. Die Analogtore
besitzen als ihre Eingänge die primären Ablenkungsausdrücke auf der Leitung 71 und
einen Gleichstrompegel geeigneter Impedanz, um den erforderlichen Ausdruck A+BVn
zu erzeugen, wenn das Tor geöffnet ist. Um die Korrekburladespannung zu erzeugen,
werden der primäre Ablenkungsausdruck, die zwei El Ausdrücke und die acht E2 Ausdrücke
durch den Summierverstärker 86 summiert, der die geeignete Ladespannung an der Klemme
88 erzeugt.
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Die in Fig. 14 gezeigte Ausführungsform weist eine Erzeugung des primären
Ablenkungssignales auf, die ähnlich ist der in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Das primäre Ablenkungssignal wird an den Digitalanalogkonverter 90 angelegt und
wird durch das Analogtor 92 hindurchgeschleust, um die primäre N5lenkungsspannung
zu erzeugen. In dieser Weise tst die Nennablenkspannung für die Erzeugung von El
Korrekturausdrücken erhaltbar. Fünf weitere Ausdrücke sind für die Ei Ausdrücke
erforderlich, und die UND-Schaltungen 94 werden nicht durch DS (0) sorMereitet.
Die Erzeugung sämtlicher Korrekturausdrucke erfolgt nun in der gleichen Weise wie
die Erzeugung der E2 Ausdrücke durch die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele.
Die primäre Ablenkungsspannung und die 13 Korrekturausdrücke werden in dem Summierverstärker
96 summiert, um die korrigierte Ladeelektrodenspannung zu erzeugen.