DE2845862C3

DE2845862C3 - Abfühlanordnung zur Kontrolle der Flughöhe von Tintentröpfchen in einem Tintenstrahldrucker

Info

Publication number: DE2845862C3
Application number: DE2845862A
Authority: DE
Inventors: Steven Thomas Atlanta Ga. Taylor
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1977-10-31
Filing date: 1978-10-21
Publication date: 1981-04-23
Also published as: FR2410248B1; DE2845862A1; IT1159129B; JPS6056630B2; US4136345A; FR2410248A1; DE2845862B2; CA1098162A; JPS5468270A; GB1603456A; IT7828124A0

Description

Die Erfindung betrifft eine Abfühlanordnung für die Kontrolle der Flughöhe von Tintentröpfchen während einer Testphase in einem Tintenstrahldrucker, der eine Düse zur Erzeugung eines in einer vorbestimmten Ablenkebene auf einen Aufzeichnungsträger gerichteten, aus Tintentröpfchen bestehenden Tintenstrahls und Mittel /,um Aufladen und zum Ablenken der aufgeladenen Tintentröpfchen in der vorbestimmten Ablenkebene aufweist sowie längs der Flugbahn der Tintentröpfchen angeordnete Abfühlelemente.

In ein^m technischen Bericht der Stanford University, Ca, von 1964 mit der Nummer 1722-1 und dem Titel »High Frequency Recording with Elektrostatically Deflected Ink Jets« wird ein Verfahren zum Bilden, Aufladen und elektrostatischen Ablenken eines mit hoher Geschwindigkeit ausgestoßenen Strahls von Tintentröpfchen beschrieben, wodurch in einem direkt schreibenden Aufzeichnungssystem Oszillographenspuren hoher Frequenz aufgezeichnet werden. In diesem System wird jedes Tröpfchen mit einer elektrostatischen Ladung aufgeladen, die eine Funktion des Augenblickwerts des aufgezeichneten elektrischen

•ίο Eingangssignals ist. Das Tröpfchen wird dann aus seiner normalen Bahn um einen Betrag und in einer Richtung abgelenkt, die von der Größe bzw. der Polarität der Ladung abhängen. Wenn die so abgelenkten Tröpfchen auf einem Streifen Aufzeichnungsträgerpapier niedergeschlagen werden, dann wird dadurch eine dem Eingangssignal entsprechende Spur geschrieben (vergleiche außerdem US-Patentschrift 32 9S 030). In dieser Patentschrift ist die Erzeugung und der Druck von Zeichen in der Weise offenbart, daß in einem Zeichengenerator Abbilder der Zeichen in binärer Form abgespeichert werden und daß dann ein codiertes Signal für die Adressierung des Zeichengenerators zur Auswahl des gewünschten Zeichens benutzt wird. Das binäre Abbild des Zeichens wird dann zur Erzeugung der zur Aufladung der Tröpfchen dienenden Signale für eine Ablenkung der Tröpfchen nach den entsprechenden Positionen der Zeichenmatrix verwendet.

Einer der wesentlichsten bei einem Tintenstrahldrukker zu überwachenden Parameter ist die Flughöhe eines Tintentröpfchens bei der Bildung des auf der Aufzeichnungsfläche zu druckenden Zeichens. Die Ablenkung eines einzigen Tröpfchens hängt dabei von einer Anzahl von Faktoren, insbesondere der Ladung des Tröpfchens, der Masse des Tröpfchens, der Spannung an den Ablenkplatten, dem Abstand der Platten, der Länge der Ablenkplatten und der Flugstrecke von der Ablenkplatte nach der Ebene des Aufzeichnungsträgers als auch von der Tröpfchengeschwindigkeit ab. Die Ablenkung

eines einzigen Tröpfchens soll unter der Annahme paralleler Ablenkplatten und eines gleichförmigen elektrischen Feldes und unter Vernachlässigung aerodynamischer Wirkungen sein:

ι,

wobei

Xd = Tröpfchenablenkung

Qd = Tröpfchenladung

Vdp = Ablenkplattenspannung

md = Tröpfchenmasse

Sdp = Abstand der Ablenkplatten

Vd = Tröpfchengeschwindigkeit

Idp = Länge der Ablenkplatten

Zp — Abstand vom Eingang der Ablenkplatte

nach der Ebene des Aufzeichnungsträgers

ist

10

20

Damit der richtige Auftreffpunkt der Tintentröpfchen auf dem Papier sichergestellt wird, muß die maximale Auslenkhöhe eines Tröpfchens auf dem Papier überwacht werden, um eine Kompensation für andere Parameter, wie z. B. die Viskosität der Tintentröpfchen und die Maschinentemperatur zu ermöglichen. Man erkennt ferner aus der oben gegebenen Ablenkformel, daß der einfachste Weg einer Korrektur der Ablenkhöhe des Tröpfchens innerhalb gewisser Grenzen eine Regelung der Geschwindigkeit des Tröpfchens ist, wobei die Geschwindigkeit des Tröpfchens unmittelbar •in Beziehung zu dem Druck steht, mit dem die Tinte in den Tröpfchengenerator einströmt. Wenn daher die Ablenkhöhe der Tröpfchen zu gering ist (unter der Annahme, daß die maximale Ablenkelektrodenspannung an dem Tröpfchen angelegt ist), so daß die maximale Druckhöhe des Zeichens nicht richtig ist, kann durch Vermindern des Pumpendrucks des Tintenvorrats der am Tröpfchengenerator liegende Druck vermindert werden, so daß das aufgeladene Tröpfchen langer zwischen den Hochspannungsablenkplatten verweilt und damit die maximale Auslenkung des Tröpfchens in senkrechter Richtung erhöht. Wird das Tröpfchen zu hoch abgelenkt und ist damit die Höhe des Zeichens größer als vorgesehen, wird durch Erhöhung des Pumpendrucks die Tröpfchengeschwindigkeit vergrößert, so daß das Tröpfchen kürzere Zeit zwischen den Ablenkplatten verweilt, wodurch das Tröpfchen nicht so stark in der Druckebene abgelenkt wird. Natürlich gibt die oben angegebene Gleichung viele Hinweise, wie sich äö die Ablenkhöhe des Tröpfchens steuern läßt und die vorliegende Erfindung befaßt sich dafür mehr mit der Überwachung des Verhaltens der Tröpfchen.

Zu diesem Zweck ist es aus der DE-GS 24 34 786 bereits bekannt, in einem Tintenstrahldrucker der eingangs genannten Art in einer Testphase die aufgeladenen und abgelenkten Tintentröpfchen auf die Höhe eines Spaltes zwischen zwei Platten zu zentrieren, wodurch die Tröpfchen dann in den beiden Platten gleich große Spannungen induzieren, die beispielsweise von zwei getrennten Verstärkern oder einem Differentialverstärker abgefühlt -•-'r·: können. Die Tintentröpfchei), die zu hoch oder zu tief fliegen, induzieren damit in den beiden Platten unterschiedliche Spannungen. Durch Abfühlen der Potentiale ist dann ein Korrektursignal für eine zu große oder eine zu geringere Flughöhe der abgelenkten Tintentröpfchen ableitbar. Über eine Regelschleife kann dann die richtige Flugbahn wieder eingeregelt werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß diese Regelung nicht fein genug arbeitet, da sie zwar quantitativ zuverlässige Ergebnisse liefert, jedoch immer eine gewisse Zeit und mehrere Tests für eine Feineinstellung auf Abweichung Null benötigt

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, daß die Kontrolle und Korrektur der Flughöhe eines abgelenkten Tintentropfchens anstelle einer Polaritäts- und Amplitudenmessung, bei der immer noch Schwankungen von Betriebsspannungen mit in die Messung eingehen, die Feststellung einer Bahnabweichung der abgelenkten Tintentröpfchen durch einen Flugzeitvergleich des Tintentropfchens über eine Bezugsstrecke und eine Meßstrecke durchzuführen. Ein solcher Zeitvergleich arbeitet beim heutigen Stand der Technik viel genauer als ein Polaritäts- und Amplitudenvergleich.

Demgemäß wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe dadurch gelöst, daß zum aufeinanderfolgenden Abkühlen der Tintentröpfchen drei hintereinander in einer parallel zur Ablenkebene liegenden Abfühlebene angeordnete Abfühlelemente vorgesehen sind, wobei der Abstand zwischen zwei der Abfühlelemente eine Bezugsstrecke und der Abstand zwischen einem dieser beiden Abfühlelemente und einem dritten Abfühlelement die Meßstrecke bildet Mindestens eines der Abfühlelemente ist ein linienförmiges Abfühlelement, das das bereits abgelenkte Tintentröpfchen abfühlt und in bezug auf die Flugbahn des abgelenkten Tintentropfchens in der Weise geneigt angeordnet ist, daß mindestens ein Teil des Abfühlelements näher an dem vorhergehenden Abfühlelement liegt, während mindestens ein zweiter Teil dieses Abfühlelements einen größeren Abstand von dem vorhergehenden Abfühlelement in der Abfühlebene aufweist. Eine Zeitmeßschaltung mit den Abfühlelementen zum Messen und Vergleichen der Flugzeit eines Tintentropfchens zwischen zwei der Abfühlelemente und dem dritten Abfühlelement liefert dafür eine Anzeige, ob das abgefühlte Tintentröpfchen bezüglich einer vorgegebenen optimalen Flugbahn in der Ablenkebene zu hoch oder zu tief fliegt.

Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigt

F i g. 1 eine vergrößerte Teilschnittansicht eines Tintenstrahldruckers mit der bevorzugten Position einer gemäß der Erfindung aufgebauten Abfühlanordnung für TiiHeniröpfchen,

F i g. 2 schematisch die Darstellung eines Teils des Tintenstrahldruckers in Fig. 1 mit der zugehörigen elektrischen Schaltung für die Verstärkung und Formung der Abfühlimpulse,

Fig. 3 eine genauere Darstellung der in Fig. 2 angedeuteten elektrischen Schaltung,

F i g. 4 ein Blockschaltbild zur Erzeugung eines Ausgangssignals, das anzeigt, ob ein Tröpfchen in bezug auf die beabsichtigte Flugbahn zu hoch oder zu niedrig fliegt.

F i g. 5 schematisch eine vergrößerte Ansicht eines Teils der in F i g. 1 und 2 gezeigten Anordnung,

F i g. 6 eine vergrößerte Frontansicht einer Ausführungsform einer Abfühlanordnung für die Bahn eines Tintentröpfchens,

F i g. 7 eine vergrößerte Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform einer Abfühlanordnung zur Bestimmung der Lage eines Tintentropfchens,

Fig.8 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform einer Schaltung zum Ableiten einer analogen Darstellung der in F i g. 2 und 3 dargestellten Schaltung zur Zeitmessung und

Fi g. 9 ein Impulsdiagramm der verschiedenen Spannungen in F i g. 8.

In F i g. 1 ist eon Teil eines Tintenstrahldruckers 10 schematisch dargestellt. Der Tintenstrahldrucker 10 besteht dabei aus einer Grundplatte 11, auf der ein Tröpfchengenerator 12 angebracht ist, der mit einer vorbestimmten Frequenz in Schwingungen versetzt wird und einen Strahl von Tintentröpfchen durch eine Düse 13 abgibt. Dieser gestörte Strahl löst sich in einzelne Tröpfchen auf, die anschließend in einer ringförmigen Aufladeelektrode 14, je nachdem, ob eine Ablenkung in einer senkrechten Ebene beabsichtigt ist oder nicht, mit einer der gewünschten Ablenkung in dieser Ebene proportionalen Ladung aufgeladen werden. In dem dargestellten Fall werden die Tröpfchen in einer vertikalen Ablenkebene durch Hochspannungsablenkplatten 15 und 16 abgelenkt und treffen dann auf einem Aufzeichnungsträger 17, wie z. B. einem Blatt Papier oder dergleichen auf. Nicht abgelenkte Tröpfchen gelangen in üblicher Weise nach einem Ablauf 18, von dem aus die nicht benutzte Tinte einem Tintenvorrat für die Wiederverwendung im Tröpfchengenerator und der Düse zugeführt werden. In dem dargestellten Beispiel werden die Tröpfchen in einer senkrechten Ebene abgelenkt, während der Aufzeichnungsträger in waagerechter Richtung, das heißt also senkrecht zur Papierebene bewegt wird, wodurch Zeichen auf dem Aufzeichnungsträger 17 aufgezeichnet werden.

Selbstverständlich könnte die Ablenkebene in jeder beliebigen Richtung angeordnet sein entsprechend der gewünschten Abtastung und Aufzeichnung des Zeichens auf dem Aufzeichnungsträger.

Gemäß der Erfindung ist eine Anordnung 20 für die Abfühlung der Flughöhe vorgesehen, die aus einer Anzahl von Abfühlelementen besteht und in einer Abfühlebene angeordnet ist, die im wesentlichen parallel zur Ablenkebene liegt, wobei mindestens eines der Abfühlelemente ein linienförmiges Element ist und in der Abfühlebene so angeordnet ist, daß das Tintentröpfchen abgeführt werden kann, nachdem es bereits abgelenkt ist Auf diese Weise kann ein Vergleich der Zeit, die das Tintentröpfchen zum Durchgang zwischen zwei Abfühlelementen benötigt, mit der Zeit vorgenommen werden, die das Tröpfchen zum Vorbeilaufen an dem dritten Abfühlelement benötigt, und aus diesem Zeitvergleich wird ein Ausgangssignal abgeleitet, d2s ein Maß dafür ist ob das Tröpfchen in bezug auf seine vorbestimmte Flugbahn 19 zu hoch oder zu tief liegt Die Abfühlanordnung 20 enthält unter Hinweis auf F i g. 1, 2 und 5 eine Lichtquelle 21 und eine Sammellinse 22, die das Licht auf und durch eine Zone in der Ablenkebene einschließlich der Flugbahn 19 eines bereits abgelenkten Tintentröpfchens 9 fokussiert Eine Objektivlinse 23 fokussiert das Licht auf eine Maske 24, die die hintereinander angeordneten Abfühlelemente enthält und richtet das Licht bzw. dessen Unterbrechungen durch eine Kondensatorlinse 25 auf eine lichtempfindliche Vorrichtung, wie zum Beispie! ein Phototransistor 26. Der Phototransistor 26 arbeitet als Teil einer Zeitgeberschaltung, die dem Vergleich zwischen dem Auftrittszeirpunkt eines zwischen zwei der Abfühlelemente abgefühlten Tintentröpfchens mit dem Auftrittszeitpunkt des Tintentröpfchens beim Vorbeilaufen an dem dritten Abfühlelement vergleicht und dadurch eine Anzeige dafür liefert, ob das abgefühlte Tintentröpfchen in bezug auf eine vorbestimmte Flughöhe oder Flugbahn des Tröpfchens in der Ablenkebene zu hoch oder zu tief fliegt.

Im vorliegenden Fall ist die Maske 24 undurchsichtig und enthält 3 hintereinander angeordnete linienförmige Abfühlelemente 30, 31 und 32, die im vorliegenden Fall in der Abfühlebene liegende, im wesentlichen parallel zur Ablenkebene verlaufende Schlitze sind. Zwei der linienförmigen Abfühlelemente 30 und 31 liegen zueinander parallel, während das dritte Abfühlelement 32 in bezug auf die beiden anderen geneigt verläuft.

Wenn ein Tintentröpfchen vor dem ersten linienförmigen Abfühlelement 30 vorbeiläuft und die Lichtübertragung von der Lichtquelle 21 über die Optik nach dem Phototransistor 26 unterbricht, wird ein erster Impuls oder eine Unterbrechurjg des Lichtstrahls durch den Phototransistor festgestellt. Wenn das Tintentröpfchen zwischen der Lichtquelle und dem Phototransistor und vor dem zweiten linienförmigen Abfühlelement 31 vorbeiläuft, wird eine zweite Unterbrechung des Lichtstrahls eintreten, und die Zeit zwischen den Auftrittszeitpunkten an den Abfühlelementen 30 und 31 für das Tintentröpfchen kann in bekannter Weise aufgezeichnet werden. Da das linienförmige Abfühlelement 32 in bezug auf die beiden anderen Abfühlelemente schrägliegend angeordnet ist und insbesondere in bezug auf die beabsichtigte vorbestimmte optimale Flugbahn 19 des Tintentröpfchens, unterbricht ein vor dem Schlitz oder dem linienförmigen Abfühlelement 32 vorbeifliegendes Tbtentröpfchen 9 den Lichtstrahl zwischen der Lichtquelle 21 und dem Phototransistor 26 und liefert damit eine Anzeige dafür, ob das Tintentröpfchen sich auf der vorbestimmten Bahn befindet. Ist beispielsweise gemäß Fig.6 der Abstand zwischen dem linienförmigen Abfühlelement 31 und dem linienförmigen Abfühlelement 32 längs der Flugbahn 19 gleich dem Abstand zwischen den Abfühlelementen 30 und 31, dann ist die Laufzeit des Tröpfchens zwischen Abfühlelement 31 und Abfühlelement 32 die gleiche wie die Laufzeit des Tröpfchens zwischen den Abfühlelementen 30 und 31. Fühlt der Phototransistor 26 eine Unterbrechung des Lichtstrahls für eine Laufzeit ab, die kleiner ist als die Laufzeit des Tröpfchens zwischen den Abfühlelementen 30 und 31, da der Abstand des linienförmigen Abfühlelements 32 oberhalb der beabsichtigten Flugbahn 19 des Tintentröpfchens zum benachbarten Abfühlelement 31 kurzer ist dann wird eine Anzeige dafür geliefert daß das Tröpfchen zu hoch fliegt Wenn andererseits das Tröpfchen zu tief fliegt, dann wird die Flugdauer zwischen den linienförmigen Abfühlelementen 31 und 32 langer sein, als die Flugdauer des gleichen Tröpfchens zwischen den linienförmigen Abfühlelementen 30 und 31. Das linienförmige Abfühlelement 32 kann dabei in jedem beliebigen bekannten Abstand von dem Abfühlelement 31 angeordnet sein, so lange ein bekannter Abstand in einem Punkt längs der schiefliegenden Linie vorhanden ist welcher eine Anzeige für das richtige Zeitintervall in bezug auf das Bezugszeitintervall zwischen den linienförmigen Abfühlelementen 30 und 31 liefert Somit könnte also das Abfühlelement 32 in irgendeinem Abstand vom Abfühlelement 31 angeordnet sein, oder könnte sogar zwischen Abfühlelement 30 und Abfühlelement 31 liegen, solange ein Zeitvergleich über den bekannten Abstand zwischen

den 3 Abfühlelementen am optimalen Punkt der linienförmigen Bahn oder Flugbahn des Tintentröpfchens 9 vorhanden ist.

Eine weitere Anordnung der linienförmigen Abfühlelernente zeigt Fig. 7, wobei die linienförmigen Abfühlelemente 3OA, 31/4 und 32A gegenüber der beabsichtigten oder vorbestimmten Flugbahn 19 des Tintentröpfchens 9 geneigt sind. Wenn zwei der geneigten linienförmigen Abfühlelemente 3OA und 31/4 zueinander parallel verlaufen, wird der Abstand, den ein Tintentröpfchen zwischen den Abfühlelementen 30/4 und 3\A durchläuft, unabhängig von der Höhe der Flugbahn beim Überfliegen der Abfühlelemente 30Λ und 31/4 immer der gleiche sein. Außerdem wird bei niedrig fliegendem Tröpfchen der Abstand zwischen dem Abfühlen des Tröpfchens durch das Abfühlelement 30/4 und dem Abfühlen des Tröpfchens durch das Abfühlelement 32/4 langer sein als wenn das Tröpfchen höher oberhalb der Flugbahn 19 fliegt. Somit kann ein Vergleich der Flugzeit des Tröpfchens zwischen den Abfühlelementen 30/4 und 31/4 und der Flugzeit zwischen den Abfühlelementen 30Λ und 32/4 oder 32A und 31/4 durchgeführt werden. Wenn außerdem die Winkel Φ1=Φ2 = Φ3 sind, wird die Form des Ausgangssignals des Phototransistors für jeden Durchlauf des Tröpfchens an einem der Abfühlelemente die gleiche sein, so daß der Signalverlauf oder die Impulsform für eine spätere Analyse durch entsprechende Zeitvergleichsschaltungen leichter durchgeführt werden kann.

Es sei hier darauf hingewiesen, daß tatsächlich nur eines der Abfühlelemente nach der Ablenkung des Tröpfchens angeordnet sein muß und daß dieses Abfühlelement vorzugsweise in bezug auf die vorbestimmte Flugbahn 19 des Tintentröpfchens in den Zeichnungen geneigt sein sollte. So könnten beispielsweise die beiden ersten Abfühlelemente zwischen der Aufladeelektrode 14 und dem ersten Teil der Ablenkplatten 15, 16 in der Abfühlebene oder aber im ersten Teil der Ablenkplatten (abhängig vom Ablenksystem) angeordnet werden, außerdem könnte jede Art von Abfühlelement linienförmig oder punktförmig oder nach dem Prinzip kapazitiver Abtastung arbeitend eingesetzt werden, solange die beiden Abfühlelemente von dem dritten Abfühlelement einens vorbestimmten Abstand aufweisen, da die Flugzeit vom zweiten Abfühlelement zum dritten Abfühlelement eine veränderliche Größe ist je nachdem, ob die Flugbahn des Tröpfchens in bezug auf die vorbestimmte Flugbahn des Tröpfchens zwischen den ersten beiden Abfühlelementen hoch oder niedrig liegt

Die impulsförmigen vom Phototransistor 26 ausgehenden Signale können in üblicher Weise zur Erzeugung eines digitalen Ausgangssignals mit Hilfe einer Schaltung gemäß F i g. 4 oder in einer Analogschaltung mit einem digitalen Ausgangssignal gemäß der schematisch in F i g. 8 dargestellten Schaltung verarbeitet werden. Die vom Phototransistor ausgehenden, den Auftrittszeitpunkt oder das Zusammentreffen mit den Abfühlelementen anzeigende Impulse können beispielsweise in einem Phototransistor-Verstärker 40 (F i g. 2) zunächst verstärkt werden und können dann durch eine Impulsformstufe, wie zum Beispiel eine Vergleichsstufe 50 oder dergleichen in richtige Form gebracht in einem Inverter 60 invertiert (falls gewünscht), und dann über eine digitale Schaltung übertragen werden, die lediglich beispielsweise den zeitlichen Abstand in bezug auf die in Fig.6 dargestellten linienförmigen Detektoren oder Abfühlelemente für den Durchlauf eines Tröpfchens zwischen den Abfühlelementen 30 und 31 und dann die Durchlaufzeil oder Flugzeit des Tröpfchens zwischen den Abfühlelementen 31 und 32 mißt und damit eine Anzeige liefert, ob das Tintentröpfchen 9 in bezug auf die vorbestimmte Flugbahn 19 zu hoch oder zu niedrig fliegt.

Ein geeigneter Verstärker 40, eine Vergleichsstufe 50 und eine Inverterschaltung 60 sind in Fig. 3 dargestellt.

Der Kollektorstrom im Phototransistor 26 wird beispielsweise durch das Abfühlen des am Abfühlelement 30 (Fig.6) vorbeilaufenden Tintentröpfchens verringert. Dadurch wird ein Signal relativ hohen Potentials an ICi abgegeben, wird dort verstärkt und einer Vergleichsstufe 50 zugeführt, die aus IC2 und zugeordneten Widerständen und Kondensatoren besteht und auch als Impulsformstufe arbeitet und ein in Fig. 3 dargestelltes impulsförmiges Ausgangssignal A liefert. Dieser Impuls kann außerdem in der Vergleichs stufe 50 mit dem Modul IC2 invertiert werden, so daß man das in Fig.3 bei A gezeichnete Signal erhält.

Typische Werte für die Schaltungen von F i g. 3,4 und 8 werden anschließend in einer Tabelle zusammengefaßt.

Für eine digitale Verarbeitung der Impulse kann die Zeitschaltung gemäß Fig.4 verwendet werden. Zu diesem Zweck liefert ein Bezugsoszillator, der bei einer vorbestimmten Frequenz, beispielsweise bei 7.5 MHz arbeitet, ein Eingangssignal an ein aus integrierten Schaltungen IC4/4 und IC4B aufgebautes NOR-Glied.

während die am Ausgang der Schaltung, beispielsweise in F i g. 3 auftretenden Impulse einem zweistufigen Zähler IC3 zugeführt werden. Es sei angenommen, daß die Schaltung gelöscht ist und der Zähler IC3 den Wert 00 enthält, dann wird beim Auftreten des ersten Impulses vom Abfühlelement 30 bei Auftreten des Tröpfchens 9 ein Ausgangssignal von IC3 längs der mit LSB bezeichneten Leitung" für das geringstwertige Bit abgegeben. Der Bezugsoszillator liefert ein Eingangssignal an das NOR-Glied IC4/4. Da das Ausgangssignal

■ίο auf der Leitung LSB ein hohes Potential aufweist, wird das am Ausgang des NOR-Gliedes bei 61 auftretende Ausgangssignal eine binäre Null sein. Da das Ausgangssignal des höchstwertigen Bit Null ist, liegen am Eingang des NAND-Gliedes IC5A zwei eine binäre Null darstellende Eingangssignale, so daß am Ausgang Ceine binäre 1 auftritt Gleichzeitig liefert der Bezugsoszillator ein Eingangssignal an das NOR-Glied /C4ßund da dessen zweiter Eingang auf Null liegt (wegen des auf der Leitung MSB für das höchstwertige Bit liegende Signals Null), wird das vom NOR-Glied IC4B auf Leitung 62 auftretende Ausgangssignal das invertierte Signal des Bezugsoszillators sein, das mit der Taktfrequenz oder der Frequenz des Bezugsoszillators schwingt und am Eingang von /C5Cliegt Der zweite Eingang von IC5C 1st die Leitung mit dem niedrigstwertigen Bit, die im vorliegenden Fall eine binäre 1 an IC5C abgibt so daß am Ausgang des NAND-Gliedes IC5C die Taktfrequenz oder Bezugsfrequenz des Bezugsoszillators liegt Das NAND-Glied /C5Sgibt außerdem, da eingangsseitig über die Leitung LSB eine binäre 1 und über die Leitung MSB eine binäre 0 ankommt ein positives Ausgangssignal, nämlich eine binäre 1, die anzeigt daß die Daten noch nicht für eine Analyse geeignet sind. Die von IC5A bzw. /C5C kommenden Ausgangssignale C bzw. D werden einem 8-Bit-Zähler /C6 zugeführt wobei zu diesem Zeitpunkt das Ausgangssignal von IC5A eine binäre 1 ist so daß der Zähler nicht beeinflußt wird. Das Ausgangssignal D, das praktisch die

Schwingung des Bezugsoszillators ist, steuert den Takteingang für die Aufwärtszählung des Zählers an, so daß dieser nunmehr aufwärts zählt.

Beim Auftreten des Tintentröpfchens 9 am Abfühlelement 31, d. h. beim zweiten Ausgangsimpuls der Vergleichsstufe 50 und Inverterstufe 60, geht die vom 2-Bit-Zähler ICZ kommende Ausgangsleitung LSB auf Null und die Ausgangsleitung MSB geht auf 1. Wenn dies eintritt, geht das Ausgangssignal von IC 45 auf Leitung 62 auf 0, da ein Eingang von ICAB auf binärer 1 liegt und am anderen Eingang das Oszillatorsignal liegt. Da LSB auf binär 0 liegt, sind beide Eingänge des NAND-Gliedes /C5Cauf 0, so daß dessen Ausgangssignal auf Leitung D eine binäre 1 ist. Ist LSB auf 0 und geht MSB auf 1, dann ist ein Eingangssignal des NOR-Gliedes /C41A auf 0, während am anderen Eingang die Schwingung des Bezugsfrequenzosziiiators liegt, so daß ausgangsseitig auf Leitung 61 das invertierte Bezugsfrequenzoszillatorsignal liegt. Da MSB auf binärer 1 liegt, liegt an einem Eingang des NAND-Gliedes IC5A die Oszillatorschwingung und am Eingang von IC5A liegt eine binäre 1, so daß am Ausgang C die Oszillatorschwingung liegt. Außerdem bleibt am Ausgang des NAND-Gliedes IC5B als Ausgangssignal die binäre 1, da auf LSB eine binäre 0 und auf MSB eine binäre 1 liegt, so daß die Bedingungen des NAND-Gliedes für ein Ausgangssignal binäre 0 nicht gegeben sind. Wenn bei C die Schwingung des Bezugsfrequenzoszillators liegt und D auf 1 liegt, sind die Eingangssignale des 8-Bit-Zählers /C6 nunmehr umgekehrt, so daß der Zähler anhält und in entgegensetzter Richtung, d. h. abwärts zählt. Somit bewirkt also beim Auftreten des ersten Impulses am Abfühlelement

30 das am 8-Bit-Zähler /C6 liegende Eingangssignal, daß der Zähler aufwärts zählt, und wenn die J5 Oszillatorbezugsfrequenz als Eingangssignal bei Auftreten des Tintentröpfchens 9 am Abfühlelement 31 umgeschaltet wird, fängt der Zähler an, abwärts zu zählen.

Bei Feststellung des Auftrittszeitpunkts des Tropfchens 9 mit dem schrägliegenden Abfühlelement 32 tritt auf beiden Leitungen LSB und MSB eine binäre 1 auf, so daß auf den Ausgangsleitungen 61 und 62 der NOR-Glieder JC4A bzw. /C4ß eine binäre 0 auftritt so daß am Ausgang von ICSA und /C5Cein Ausgangssignal erscheint, womit am Ausgang von ICSB eine binäre 0 auftritt, die anzeigt, daß die Daten nunmehr überprüft werden können. Wenn dies eintritt, hält der Zähler /C6 an und erzeugt ein 8-Bit-Fehlersignal, das den im Zähler verbliebenen Zählerstand angibt, wenn die Ausgangssignale von ICSA und IC5C beide eine binäre 1 sind.

Wenn d?r Zähler IC6 anhält, dann zeigt der am 8-Bit-Zähler-Aus.gang auftretende Zählerstand die Zählzeit an, d. h- ob die vom Durchgang des Tröpfchens am Abfühlelement 31 bis zum Durchgang des Tröpfchens am Abfühlelement 32 vergangene Zeit kürzer oder langer ist als die beim Durchlaufen der Strecke von dem Abfühlelement 30 nach dem Abfühlelement 31 vergangene Zeit Selbstverständlich wird dann, wenn das Tröpfchen oberhalb der vorbestimmten Flugbahn 19 liegt die für das Durchlaufen der Strecke zwischen den Abfühlelementen 31 und 32 durch das Tröpfchen benötigte Zeit kürzer sein, als die von dem Tröpfchen zwischen den Abfühlelementen 30 und

31 benötigte Zeit so daß der Zählerstand positiv sein wird. Ist andererseits der Zählerstand negativ, dann zeigt dies an, daß die für den Übergang der Tröpfchen von dem Abfühlelement 31 nach dem Abfühlelement 32 benötigte Zeit größer ist als die Zeit, die ein Tröpfchen zwischen den Abfühlelementen 30 und 31 benötigt, so daß daher das Tröpfchen zu tief fliegt. Auf diese Weise kann man dann einen oder mehrere der mit dem Tintenstrahldrucker beeinflußbaren Parameter ändern und damit eine Anhebung oder Absenkung der Flugbahn des Tröpfchens bewirken, so daß dieses nunmehr der vorbestimmten und beabsichtigten Flugbahn 19 folgt. Beispielsweise kann man die Ablenkspannung zur Erhöhung der Ablenkung erhöhen oder zur Verringerung der Ablenkung absenken, wenn der festgestellte Zählerstand negativ bzw. positiv ist.

Die Anzeige eines positiven oder negativen Zählerstandes kann dabei in irgendeiner zweckmäßigen Weise erfolgen. Beispielsweise kann das Fehlersignal einer digitalen Anzeige zugeführt werden, oder man könnte beispielsweise Warnlampen aufleuchten lassen, die anzeigen, ob das Tröpfchen zu hoch oder zu tief fliegt.

Andererseits könnte eine einfache bistabile Kippschaltung ICl vorgesehen sein, die normalerweise bei einer zu hohen Position des Tröpfchens in der Weise eingestellt wird, daß beispielsweise ein Löschsignal, beispielsweise ein Rückstellimpuls (vergleiche Ausgang B) die Kippschaltung in eine Anzeigeposition für zu hoch einstellt. Wenn daher der im 8-Bit-Fehlersignal angezeigte Fehlerstand positiv ist, dann bleibt die Kippschaltung eingestellt und zeigt eine zu hohe Flugbahn an, wenn jedoch der Zählerstand niedrig ist, d. h. wenn die Abwärtszählung größer ist als die Aufwärtszählung, dann tritt ein Signal für negativen Zählerstand auf. und dann wird die Kippschaltung IC7 so eingestellt, daß sie eine Anzeige für eine zu niedrige Lage des Tröpfchens hefen.

Die leichteste und am einfachsten durchzuführende Korrektur der Ablenkung des Tröpfchens besteht in einer Steuerung der Geschwindigkeit des Tintenstrahls. Dies läßt sich leicht durch Erhöhen oder Vermindern des Pumpendrucks im Tintenvorrat des Tröpfchengenerators erreichen. Zu diesem Zweck kann gemäß F i g. 4 das Ausgangssignal der bistabilen Kippschaltung IC7 einem Digital-Analogwandler 65 zugeleitet werden, der eine logische Schaltung für die Steuerung der Tintenpumpe 66 enthält, wodurch der Ausgangsdruck der Tintenpumpe erhöht oder verringert werden kann.

Falls erwünscht können die am Ausgang des Verstärkers mit Vergleichsstufe und Inverterstufe in F i g. 3 auftretenden logischen Impulse einer analogen Schaltung, wie zum Beispiel F i g. 8 zeigt zugeführt werden. In dieser Schaltung werden die Impulse in der gleichen Weise wie zuvor im Zusammenhang mit F i g. 6 beschrieben, dem Eingang eines zweistufigen Zählers /CS zugeführt.

Wie man aus dem Schaltbild erkennt sind verschiedene Punkte mit E, F, G. H und / bezeichnet und entsprechen damit den verschiedenen Impulsformen und Spannungsverläufen in Fig. 9. Am Ausgang des Verstärkers /C9 mit Einheitsverstärkung ist das Ausgangssignal dann 0, wenn beide Eingangssignale gleich groß sind. Wenn am Eingang des Integrators /ClO als Eingangssignal eine binäre 0 liegt dann tritt ausgangsseitig ebenfalls eine 0 auf. Wenn zum Zeitpunkt Ti der erste Impuls ankommt und das erste Bit im Zähler einstellt dann ist der Eingang des Integrators /ClO negativ. Die Spannung steigt dann ausgangsseitig mit einer durch die Werte von Ri und Ci bestimmten Geschwindigkeit an (vergleiche Kurve H in Fig.9). Beim Eintreffen des zweiten Impulses wird das erste Bit

des Zählers gelöscht und das zweite Bit wird eingestellt, wenn am Ausgang F eine binäre 1 erscheint. Die Eingangspolarität wird positiv, jedoch mit gleicher Spannung wie das zuvor negative Eingangssignal (durch Einstellung des Widerstandes R 16). Das bewirkt ein Abfallen der Spannung am Ausgang des Integrators /ClO mit genau der gleichen Geschwindigkeit. Beim Eintreffen des dritten Impulses werden beide Bits im Zähler auf 1 eingestellt Ein NAND-Glied mit 1C12B decodiert den dritten Impuls und kippt die monostabile Kippschaltung /C13, die einen schmalen Abtastimpuls zum Zeitpunkt T3 an die Vergleichsstufe /CIl liefert. Zum Abtastzeitpunkt zeigt die Vergleichsstufe an, ob das Ausgangssignal des Integrators über oder unter 0 liegt, und zeigt damit an, daß das Tröpfchen hoch oder tief liegt, wiederum in bezug auf die in F i g. 6 dargestellte Anordnung der Abfühielemenle.

Aus dem Spannungsverlauf H in F i g. 9 läßt sich durch Verwendung einer dafür geeigneten Schaltung, wie zum Beispiel eine Abtast- und Halteschaltung, die zum Abtastzeitpunkt des dritten Impulses wirksam wird, eine dem Fehler in der Flugbahn entsprechende analoge Spannung ableiten. Zur Kompensation von Schwankungen der Tröpfchengeschwindigkeit muß dieses Ausgangssignal maßstäblich im Verhältnis zur Spitzenspannung in diesem Spannungsverlauf gesetzt werden.

Es sei darauf verwiesen, daß diese Hoch- bzw. Niedriganzeige wiederum in der gleichen Weise wie die Anzeige in Fig.4, zur Steuerung des am Ausgang der Pumpe auftretenden Tintendrucks und damit zur Erhöhung oder Verringerung der Geschwindigkeit der Tintentröpfchen verwendet werden kann.

Sobald die Flughöhe des Tintentröpfchens auf eine vorbestimmte optimale Höhe oder optimale Flugbahn

18 eingestellt ist, läßt sich die Geschwindigkeit der Tintentröpfchen in dem Tintenstrahl bestimmen, und wenn man diese Geschwindigkeit in einem Speicher abspeichert, dann läßt sich der Druck der Tintenstrahlpumpe so regeln, daß er bei diesem Druck gehalten wird, der die Geschwindigkeit des Tintenstrahls so aufrecht erhält, daß die Flughöhe des Tintentröpfchens längs der vorbestimmten optimalen Höhe der Flugbahn

19 gehalten wird. Auf diese Weise kann man mit der erfindungsgemäßen Anordnung immer mal wieder in einfacher Weise die Flughöhe des Tintentröpfchens feststellen und damit sicherstellen, daß keine langsame Abweichung durch langsame Veränderung anderer Parameter, wie z. B. der Ablenkspannung usw. eingetreten ist. (Vergleiche die in der Zusammenfassung des Standes der Technik angegebene Formel).

Die vorliegende Erfindung zeigt eine elegante Art der Bestimmung der abgelenkten Flughöhe eines Gegeneiner ausgewählten und gewünschten optimalen Flugbahn gehalten werden können.

Typische Werte der in den Fig. 3, 4 und 9 verwendeten Schaltelemente

Fig. 3

RO	— 1,5k	Cl	- 5,6 uf
Al	— 220	C2	— 1 uf
R2	— 2,2k	C3	— 0,0033 uf
R3	— 150	CA	— 100 Pf
R4	- 10k	CS	— 4,7 Pf
R5	— 220	C6	— 0,0015 uf
*Rf,*	— 2,2	Cl	— 5,6 uf
Rl	— 2,2k	CS	— luf
RS	--7,5k	C9	— 100 Pf
R9	— 5k Pot	ClO	— 68Pf
RIO	— 200k
RIl	— 3,3k
R12	— 2,2k

PTX — Phototransistor (26) /C1 - LM-709 National Semiconductor ICl — NE-527 Signetics

Dl, D4— 6 V Zener
D 2, D 3 — Dioden

F i g. 4

/C3 — 74193 (8-Bit-Zähler, verwendet als

2-Bit-Zähler)

IC4 — 7402 (4 NOR, verwendet davon 2) ICS - 7400 {4 NAND, verwendet davon 3) /C6 — 74193 (8-Bit-Zähler)
ICl — 7400 (4 NAND, verwendet davon 2)

Fig. 8

R13— 10k
R14 - 10k
R15 — 10k
R16 —10k
R17 — 3M

Pot

R18 — 10k R19 —2,2k R 20 — 5,6k R/ — 47k

CIl —0,1 uf C12 — 10 Pf C13 —250Pf Ci — 100 Pf

in einem Tintenstrahldrucker, die auf diese Weise auf

ICS — 7493 T. I.

/C9 — LM 318 Nat. Semiconductor

/CIO — LM 318 NaL Semiconductor

/CIl — 527 Nat. Semiconductor

IC 12 — 7400 Nat. Semiconductor

/C13—74121 T.I.

*) Alle Widerstände sind in Ohm, wenn nicht anders angegeben.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Abfühlanordnung für die Kontrolle der Flughöhe von Tintentröpfchen während einer Testphase in einem Tintenstrahldrucker, der eine Düse zur Erzeugung eines in einer vorbestimmten Ablenkebene auf einen Aufzeichnungsträger gerichteten, aus Tintentröpfchen bestehenden Tintenstrahls und Mittel zum Aufladen und zum Ablenken der aufgeladenen Tintentröpfchen in der vorbestimmten Ablenkebene aufweist, sowie längs der Flugbahn der Tintentröpfchen angeordnete Abfühlelemente, dadurch gekennzeichnet, daß zum aufeinanderfolgenden Abfühlen der Tintentröpfchen drei hintereinander in einer parallel zur Ablenkebene liegenden Abfühlebene angeordnete Abfühlelemente (30, 31, 32) vorgesehen sind, wobei der Abstand zwischen zwei der Abfühlelemente (30, 31) eine Bezugsstrecke und der Abstand zwischen einem dieser beiden AbfühieJemente und einem dritten Abfühlelement (32) die Meßstrecke bildet, daß mindestens eines der Abfühlelemente (32) ein linienförmiges Abfühlelement ist, das das bereits abgelenkte Tintentröpfchen abfühlt und in bezug auf die Flugbahn (19) des abgelenkten Tintentröpfchens (9) in der Weise geneigt angeordnet ist, daß mindestens ein Teil des Abfühlelements (32) näher an dem vorhergehenden Abfühlelement (31) liegt, während mindestens ein zweiter Teil dieses Abfühlelements (32) einen größeren Abstand von dem vorhergehenden Abfühlelement in der Abfühlebene aufweist, und daß eine Zeitmeßschaltung mit den Abfühlelementen (30, 31, 32) zum Messen und Vergleichen der Flugzeil eines Tintentröpfchens zwischen zwei der Abfühlelemente und dem dritten Abfühlelement eine Anzeige dafür liefert, ob das abgefühlte Tintentröpfchen bezüglich einer vorgegebenen optimalen Flugbahn in der Ablenkebene zu hoch oder zu tief fliegt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle drei Abfühlelemente (30, 31, 32) linienförmige Abfühlelemente sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfühlelemente aus in einer undurchsichtigen Maske angebrachten Schlitzen (30, 31, 32) in der Abfühlebene bestehen, welche dem freien Durchtritt eines von einer Lichtquelle (21) kommenden und auf eine hinter der Maske angeordnete lichtempfindliche Einrichtung (26) gerichteten Lichtstrahls dienen oder bei Unterbrechung des Lichtstrahls durch ein Tintentröpfchen (9) ein Dunkelsignal erzeugen.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auswertung der an den Abfühlelementen abgefühlten Auftrittszeitpunkte der Tintentröpfchen ein Zähler (IC6), ein Bezugsfrequenzoszillator und eine Torschaltung (IC4, ICS) vorgesehen sind, die beim Auftreten des ersten Dunkelsignals (LSB) das Bezugsfrequenzsignal nach dem Zähler (ICe) zum Zählen in einer Richtung, beim Auftreten des zweiten Dunkelsignals (MSB) das Bezugsfrequenzsignal zum Zählen in der entgegengesetzten Zählrichtung durchläßt und den Zähler beim Eintreffen des dritten Dunkelsignals (LSB + MSB) anhält, und daß dann der Zähler ein Fehlersignal abgibt, das über den Zählerstand die zwischen den Dunkelsignalen vergangene Zeit angibt.

5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Schlitz (30,31) in der Maske parallel zueinander verlaufen.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Schlitz (30,31) in der Maske im wesentlichen senkrecht zur Flugbahn des Tintentröpfchens verlaufen.

7. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (3QA) und der dritte {31AJ Schlitz zueinander parallel verlaufen.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß alle Schlitze (3OA, 32Λ 31 A) gegen die Flugbahn des Tintentröpfchens geneigt sind.