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Die Erfindung bezieht sich auf einen thermischen
Aufzeichnungskopf und spezieller auf einen thermischen
Aufzeichnungskopf, der für das Aufzeichnen von Halbtonbildern vermittels
einer thermischen Übertragungseinrichtung geeignet ist.
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Thermodruckaufzeichnung, Tintenstrahlaufzeichnung und
elektrofotografische Aufzeichnung sind konventionelle Techniken, um ein
stoßfreies Drucken für das Aufzeichnen von Bildern auf Papier zu
erreichen. Von diesen Aufzeichnungstechniken hat die
Thermodruckaufzeichnung die Vorteile einer wartungsfreien Apparatur,
einer einfachen Bedienung, einer vereinfachten Konfiguration und
einer Farbaufzeichnung. Folglich wird die Thermodrucktechnik
weitgehend für Drucker persönlicher Wortprozessoren,
Grafikdrukker und dergleichen verwendet.
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Fig.6 zeigt einen konventionellen Thermodrucker. In Fig. 6 ist
eine Andruckwalze 102 an einem thermischen Aufzeichnungskopf 101
angeordnet. Aufzeichnungspapier 103 und ein Farbband 104 liegen
zwischen dem Aufzeichnungskopf 101 und der Andruckwalze 102. Das
Aufzeichnungspapier 103 und das Farbband bewegen sich zusammen
zwischen der Andruckwalze 102 und dem thermischen
Aufzeichnungskopf 101 in Pfeilrichtung, wenn sich die Andruckwalze 102 dreht.
Folglich bewegen sich das Aufzeichnungspapier 103 und das
Farbband 104 mit einer spefizierten Geschwindigkeit in der durch
Pfeil markierten Richtung.
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Fig. 7 ist eine vergrößerte Detailansicht eines Teils der
Konfiguration des thermischen Aufzeichnungskopfs 101. In Fig. 7 ist
eine große Anzahl sehr dünner Heizwiderstände 101a
(beispielsweise 4 bis 16 Punkte/mm) entsprechend zwischen einer Vielzahl
von Elektrodenpaaren 101b und 101c angeschlossen. Diese
Widerstände sind in einer einzigen Reihe angeordnet, jeweils durch
Isolierelemente 101f isoliert. Eine große Anzahl
Treibertransistoren 101e ist entsprechend mit den Heizwiderständen 101a durch
entsprechende Elektroden 101c verbunden. Diese Transistoren 101e
führen individuell eine AN-AUS-Steuerung bezüglich der von einer
Stromquelle 101d gelieferten Spannung durch. Nicht gezeigte
Mittel, beispielsweise ein Mikroprozessor plus Treibereinheit,
werden konventionell verwendet, um die Transistoren 101e
einzuschalten. Speziell werden nur spezifische Widerstände 101a,
die aufzuzeichnenden Bildern entsprechen, unter Spannung
gesetzt, um Wärme zu erzeugen. Wie in Fig. 6 gezeigt, werden
Farbtintenteilchen des Farbbandes 104, welche an die selektiv
erwärmten Heizwiderstände 101a angrenzen, geschmolzen, um an dem
Aufzeichnungspapier 103 zu haften, wenn sich das Farbband 104
und das Papier 103 zwischen der Andruckwalze 102 und dem
Druckkopf 101 bewegen. Folglich werden Farbtintenteilchen 105, die
aufzuzeichnenden Bildern entsprechen, auf das Papier 103
übertragen. Die anderen Tintenteilchen 104a, welche nicht übertragen
werden, bleiben auf dem Farbband 104.
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Dieser thermische Drucker führt eine Zweiwertaufzeichnung durch,
das heißt, ob Tintenteilchen 104a an dem Papier anhaften oder
nicht. Folglich sind, um Halbtonbilder aufzuzeichnen, einige
spezielle Anordnungen erforderlich. Zum Beispiel wird gewöhnlich
ein Zweiwert-"Zitter"-Verfahren verwendet. Bei diesem Verfahren
ist die Punktdichte innerhalb einer Matrix, die von (MxN)
Punkten gebildet wird, flächenmoduliert, um (MxN+1) Töne
darzustellen, die Halbtonbildern entsprechen.
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Fig. 8 zeigt ein Beispiel für eine Vierpunkt-(2x2) Matrix für
die Darstellung eines Fünftonpegels entsprechend einem solchen
Zitterverfahren. Jedoch werden in tatsächlichen Fällen
gewöhnlich Matrizen von 4 x 4 Punkte bis zu 8 x 8 Punkten benutzt.
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Jedoch basiert das Zweiwert-Zitter-Verfahren auf einer
Flächenmodulation, um eine Mehrtonaufzeichnung zu erreichen.
Folglich wird dann, wenn die Anzahl der Töne vergrößert wird,
das Ausmaß der Matrix für eine gegebene Fläche größer. Das
Ergebnis ist, daß die Auflösung von Bildern herabgesetzt wird.
Eine Mehrtonaufzeichnung und eine Aufzeichnung mit hoher
Auflösung gleichzeitig zu erreichen, ist besonders schwierig.
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Um dieses Problem zu lösen, ist beim bisherigen Stand der
Technik die Gestalt des Heizelementes innerhalb eines
thermischen Aufzeichnungskopfes verbessert worden. So kann nur ein
Punkt Halbtonbilder in analoger Weise darstellen. Hier wird
"analoge Weise" in der Technik so verstanden, daß dies bedeutet,
daß ein Heizelement proportional zu den EIN-Schaltperioden des
Treiber-Transistors unter Spannung gesetzt wird. Die EIN-
Schaltperioden werden in Übereinstimmung mit der Impulsbreite
von Eingangssignalen in den Treiber-Transistor gesteuert. Dieses
Verfahren wurde in den japanischen Patentveröffentlichungen Nr.
60-78768 und Nr. 61-241163 offenbart.
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Fig. 9 zeigt ein Heizelement 200 innerhalb eines thermischen
Aufzeichnungskopfes, welches in der japanischen
Patentveröffentlichung Nr. 60-78768 offenbart wird. Das Heizelement 200 ist
zwischen ein Elektrodenpaar 201 und 202 geschaltet. Die Mitte
des Heizelements 200 ist verengt, um eine doppelte konkave
Linsenform zu bilden. Das Ergebnis ist, daß Wärme, die von dem
Heizelement 200 erzeugt wird, in der Mitte am höchsten wird, da,
wo die elektrische Stromdichte am größten ist. Die Wärme wird zu
den Enden jeder Elektrode hin geringer. Ein thermischer
Aufzeichnungskopf, der das Heizelement 200 enthält, hat Kennwerte
zwischen Aufzeichnungsdichte und Aufzeichnungsenergie wie in
Fig. 10 gezeigt. Die Aufzeichnungsenergie ist proportional dem
Strom durch das Element 200. Fig. 11 zeigt aufgezeichnete
Punktformen "a" bis "e", auf Papier gedruckt, welche entsprechend
Punkten "a" bis "e" in der Grafik von Fig. 10 entsprechen.
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Die Flächen aufgezeichneter Punktformen "a" bis "e" von Fig. 11
sind alle dieselben, wie die Fläche an Tintenfarbe, die durch
das Heizelement 200 geschmolzen wurde. Wie in Fig. 11 gezeigt,
expandiert eine solche Fläche von einer Punktform in der
Beheizungsmitte in konzentrischer Form. Folglich transportiert, wenn
der Durchmesser der Punkte größer wird, das Heizelement 200 mehr
Wärme zu dem Rand hin, an welchem der thermische Aufzeichnungsfläche
gegenüberliegenden Seite. Das Ergebnis ist, daß sich die
Aufzeichnungsdichte nicht proportional zur Aufzeichnungsdichte
erhöht, wie bei "e" in Fig. 11 gezeigt. Infolgedessen verengt sich
der variable Bereich der Aufzeichnungsdichte. Deshalb muß, um
den Bereich der Aufzeichungsdichte auszuweiten, die Temperatur
in der Beheizungsmitte auf einen außerordentlich hohen Wert
angehoben werden. Wenn jedoch der thermische Aufzeichnungskopf
unter solch schweren Bedingungen betrieben wird, dann wird seine
Lebensdauer nennenswert verkürzt.
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Darüberhinaus verkoppeln sich, wenn eine Bildaufzeichnung analog
durch Verwendung eines Einheitspunktes pro Pixel durchgeführt
wird, die entsprechenden Punkte innerhalb der angrenzenden Pixel
gegenüber dem Auge des Beobachters miteinander, wie in Fig. 12
gezeigt. Dies kann dann auftreten, wenn die beiden
aneinandergenzenden Pixel Punktflächen haben, wie in "c" von Fig. 11
gezeigt. Die Veränderungen bei den aneinandergrenzenden
Punktflächen, die durch eine solche unvermeidliche Koppelung verursacht
werden, liefern für das bloße Auge eine Bild-Rauhigkeit. Dieses
Phänomen verschlechtert die Bildqualität.
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Andererseits zeigt Fig. 13 ein anderes Heizelement 300 des
bisherigen Standes der Technik bei einem thermischen
Aufzeichnungskopf,
welches in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 61-
241163 offenbart wird. Das Heizelement 300 hat Gitterform
derart, daß vier verengte Sektionen die heizenden Teile des
Elements 300 bilden. Dieses Heizelement 300 ist zwischen ein
Elektrodenpaar 301 und 302 geschaltet.
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Weil die heizenden Teile des Heizelements 300 aufgeteilt sind,
kann der variable Bereich der Aufzeichnungsdichte ausgeweitet
werden. Jedoch wird die Bildauflösung herabgesetzt. Außerdem
verschlechtert sich die Qualität des aufgezeichneten Bildes
wegen einer Bild-Grobheit, welche ähnlich der beim Heizelement
200 ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird für einen thermischen
Aufzeichnungskopf gesorgt, der eine Mehrzahl von
Elektrodenpaaren umfaßt, wobei jedes Elektrodenpaar ein zwischen ihnen
liegendes Heizelement hat, und wobei jedes Heizelement zwei
Endbereiche aufweist, welche jeweils mit einer der Elektroden
verbunden sind und einen Mittelbereich mit minimaler Breite umfaßt,
der die Endbereiche miteinander verbindet, dadurch
gekennzeichnet, daß jeder Endbereich in zwei elektrisch parallele,
gegeneinander isolierte Bereiche unterteilt ist, wobei die
unterteilten Bereiche gebildet sind, um eine gleichförmige Stromdichte zu
erreichen, und wobei die Mittelbereich so geformt ist, daß eine
in Richtung auf dessen Mitte hin ansteigende Stromdichte erzielt
wird, um in engsten Bereich die größte Hitze zu erzeugen.
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Eine vollständigere Beurteilung der Erfindung und viele der
damit verbundenen Vorteile derselben gewinnt man leicht, wenn
man dieselbe unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte
Beschreibung besser versteht. Die dazugehörigen Zeichnungen
zeigen in
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Fig. 1 eine Draufsicht, die einen thermischen Aufzeichnungskopf
gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
veranschaulicht;
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Fig. 2 eine Grafik, die Kennwerte der Aufzeichnungsdichte in
Abhängigkeit von der Aufzeichnungsenergie für die
Ausführungsform von Fig. 1 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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die Fig. 3 a - e Schemata, die die Form aufgezeichneter Punkte,
ausgedrückt in Werten spezifizierter Aufzeichnungsenergiepegel
"a" bis "e", veranschaulichen;
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Fig. 4 ein Diagramm, welches eine Dichteschwankung
veranschaulicht, die bei der Ausführungsform der vorliegeden Erfindung
auftritt;
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Fig. 5 eine Grafik, die visuelle Kennwerte veranschaulicht, die
Vorteile der vorliegenden Erfindung im Vergleich mit jenen des
bisherigen Standes der Technik zeigt.
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Jetzt wird auf die Zeichnungen verwiesen, bei denen gleiche
Bezugszeichen identische oder entsprechende Teile bei allen
verschiedenen Ansichten bezeichnen. Noch spezieller unter
Verweis auf Fig. 1 wird die bevorzugte Ausführungsform dieser
Erfindung beschrieben. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1
eines einer Vielzahl von Heizelementen für die Verwendung in
einem thermischen Aufzeichnungskopf eines Thermodruckers, wie er
in Fig. 6 gezeigt wird. Das Heizelement 1 ist zwischen einem
Elektrodenpaar 2 und 3 angeschlossen. Jedes Ende dieses
Heizelements 1 ist in zwei Schenkelteile unterteilt, von denen jedes
entsprechend mit den Elektroden 2 und 3 verbunden ist. Der
Mittelbereich des Heizelements 1 ist so verengt, daß eine X-förmige
Gestalt gebildet wird. Die Stromdichte ist am höchsten am
verengten Mittelbereich von Element 1.
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Spezieller ist jeder Schenkel der unterteilten Enden des
Heizelements 1 im wesentlichen identisch in der Breite. Der Abstand
zwischen den Schenkelen des unterteilten Teils jedes Endes von
Heizelement 1, das mit den entsprechenden Elektroden verbunden
ist, ist im wesentlichen gleich der Breite jedes Schenkels. Es
sollte selbstverständlich sein, daß die Schenkelteile von
Element 1 im wesentlichen dieselbe Breite haben müssen, aber
gebogen oder gekrümmt sein können und nicht gerade sein müssen, wie
in Fig. 1 abgebildet. Weiterhin ist das X-förmige Heizelement 1
aus einem Material hergestellt, das über seinen gesamten Bereich
einen einheitlichen spezifischen elektrischen Widerstand hat.
Deshalb erhöht sich die Stromdichte in dem Heizelement umgekehrt
proportional zu den Breitenwerten desselben. Mit anderen Worten,
die Stromdichte wird ein Maximum im schmalsten Bereich. Folglich
wird auch der Betrag der zu erzeugenden Wärme im schmalsten
Bereich ein Maximum.
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Bei den zwei Endbereichen I von Fig. 1, nämlich den
zweischenkligen Endteilen des Heizelements 1 haben die
entsprechenden Schenkel eine konstante Breite. Folglich sind in den
beiden Bereichen I die unterteilten Heizelemente in gleicher
Weise an der Wärme beteiligt, die durch den Stromfluß erzeugt
wird. Im Bereich II von Fig. 1, nämlich in dem verengten
Mittelbereich, wird die Breite zur Mitte hin geringer. Das Ergebnis
ist, daß das Heizelement ein Maximum an Wärme am schmalsten
Teil, d.h. am Mittelpunkt, erzeugt.
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Ein thermischer Aufzeichnungskopf, der das Heizelement 1 der
vorstehend beschriebenen X-förmigen Konfiguration beinhaltet,
hat Kennwerte der Aufzeichnungsdichte in Abhängigkeit von der
Aufzeichnungsenergie, welche im wesentlichen eine lineare
Beziehung aufweisen, wie in Fig. 2 gezeigt. Die Gestalt
aufgezeichneter Punkte "a" bis "e" von Fig. 3 entspricht den Pegeln der
Aufzeichnungsenergie "a" bis "e" von Fig. 2.
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Das X-förmige Heizelement 1 von Fig. 1 ist auf diagonalen Linien
angeordnet, die mit den entsprechenden Ecken eines Quadratpixels
verbunden sind. Weiterhin hat der mittlere Teil des Heizelements
1 die höchste Stromdichte. Folglich wird die durch das
Heizelement
geschmolzene Farbflüssigkeitsfläche punktförmig, wie bei
"a" von Fig. 3 gezeigt, wenn die Aufzeichnungsenergie so gering
wie die des Punktes "a" von Fig. 2 ist. Da die
Aufzeichnungsdichte allmählich von Punkt "b" bis Punkt "d" ansteigt,
expandiert die Fläche an durch das Heizelement 1 geschmolzener
Farbflüssigkeit in den diagonalen Richtungen, um eine
spinnradförmige Gestalt zu bilden, wie bei "b" bis "d" von Fig. 3 gezeigt.
Wenn die Aufzeichnungsenergie am höchsten wird, wie bei "e" von
Fig. 2, dann expandiert die Fläche von durch das Heizelement 1
geschmolzener Farbflüssigkeit weiter, um die gesamte Fläche das
Quadratpixels zu bedekken.
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Bei dieser Anordnung ist das Heizelement 1 auf den diagonalen
Linien des Quadratpixels angeordnet. Weiterhin expandiert die
Fläche an durch das Heizelement geschmolzener Farbflüssigkeit
so, daß eine Spinnradform von der Wärmemitte aus, d.h. der Mitte
des Buchstaben X aus gebildet wird, die den gesamten Punkt
überquert. Dies ist bedeutend anders als beim konventionellen
Thermodrucker, weil dort die Fläche geschmolzener Farbflüssigkeit
konzentrisch expandiert, wie in Fig. 11 gezeigt. Folglich wird
der variabale Bereich der Aufzeichnungsdichte größer als der des
konventionellen Thermodruckers. Darüber hinaus kann die
Bildauflösung im Vergleich zur konventionellen Anordnung verbessert
werden. Zusätzlich sind die Kennwerte der Aufzeichnungsdichte so
verbessert worden, daß sie eine im wesentlichen lineare
Baziehung zur aufgebrachten Aufzeichnungsenergie haben. Folglich kann
der steuerbare variable Bereich der Aufzeichnungsenergie
erweitert werden, ohne auf den thermischen Aufzeichnungskopf eine zu
starke Belastung aufzubringen. Das Ergebnis ist, daß die
Lebensdauer des thermischen Aufzeichnungskopfs bedeutend verlängert
werden kann.
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Beim thermischen Drucken werden, wenn das Heizelement von einer
Punkteinheit pro Pixel verwendet wird, um eine Aufzeichnung in
analoger Form durchzuführen, aneinandergrenzende Punkte an der
höchsten Aufzeichnungsdichte gekoppelt. Mit den Begriffen der
Wahrscheinlichkeit ausgedrückt, selbst bei einer
Aufzeichnungsdichte mit einem Zwischenwert könnte ein Gebiet, in welchem sich
aneinandergrenzende Punkte leicht miteinander koppeln können,
auftreten. Dieses instabile Gebiet entspricht "c" von Fig. 11 im
Fall der konventionellen Anordnung, während es bei der
Ausführungsform dieser Erfindung "c" von Fig. 3 entspricht. Wie in
Fig. 12 gezeigt, können die Teile der Punkte in Richtung der
seitlichen Trennung der Quadratpixel für den Beobachter
miteinander gekoppelt erscheinen. Wenn diese Punkte instabil gekoppelt
sind, dann sorgen Zufallsschwankungen der Punktfläche für eine
Bild-Rauhigkeit gegenüber dem bloßen Auge, so daß sich die
Bildqualität verschlechtert. Im Gegensatz dazu sind bei dieser
Ausführungsform die aneinandergrenzenden Punkte in den
Quadratpixeln in einer diagonalen Richtung miteinander gekoppelt, wie in
Fig. 4 gezeigt. In diesem Fall sind die Schwankungen bei der
Fläche aneinandergrenzender Punkte bedeutend kleiner als bei der
konventionellen Anordnung wie in Fig. 12 gezeigt. Deshalb kann
man bei dieser Ausführungsform die Halbtonbilder mit
hervorragender Bildqualität mit reduzierter Bildrauhigkeit gegenüber dem
bloßen Auge erhalten.
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Fig. 5 ist eine Grafik, die die visuellen Kennwerte
veranschaulicht, die Vorteile der vorliegenden Erfindung im Vergleich
mit jenen des bisherigen Standes der Technik repräsentiert.
Diese wurden tatsächlich mit Hilfe des Mikro-Densometers Modell
PDM-5 Typ B gemessen, einem von KONICA hergestellten
Meßinstrument. Bei der Grafik von Fig. 5 repräsentiert die Abszisse die
gedruckte Dichte von Halbtonbildern ausgedrückt in der Form der
optischen Dichte (OD). Die Ordinate repräsentiert den
quadratischen Mittelwert (RMS) der Dichteschwankung, welche die
Bildrauhigkeit ausgedrückt in der Form der OD bedeutet. Mit anderen
Worten, die Dichteschwankung repräsentiert die tatsächlich
gemessenen Ergebnisse, die ein Zeichen für den Grad unerwünschter
Kopplung zwischen gedruckten Punkten sind. Bei der Grafik
repräsentieren weiße Quadrate die gemessenen Werte im Fall des
thermischen Aufzeichnungskopfes gemäß der vorliegenden
Erfindung. Man erhält eine Kurve 51 durch Auftragen dieser weißen
Quadrate.
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Die schwarzen Punkte repräsentieren die gemessenen Werte im Fall
des konventionellen thermischen Aufzeichnungskopfes, der aus
einer Vielzahl von Heizwiderständen von rechteckiger voller Form
besteht, wie in Fig. 7 gezeigt. Die Kurve 52 erhält man durch
Auftragen dieser schwarzen Punkte.
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Wie man aus dieser Grafik ersehen kann, zeigt die Kurve 52, daß
die Dichteschwankung, welche die Bildrauhigkeit repräsentiert,
relativ größer im unteren Dichtebereich ist und im wesentlichen
unverändert im Bereich höherer Dichte bleibt. Im Gegensatz dazu
zeigt die Kurve 51 der vorliegenden Erfindung, daß die
Dichteschwankung relativ geringer im unteren Dichtebereich ist,
während sie im Bereich höherer Dichte ansteigt.
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Es ist eine allgemein bekannte Tatsache, daß das bloße Auge im
unteren Dichtebereich empfindlicher gegenüber einer
Bildrauhigkeit ist, als im Bereich höherer Dichte. Deshalb verbessert die
vorliegende Erfindung die Dichteschwankung im unteren
Dichtebereich, wo sie am wichtigsten ist. In diesem Fall ist die
Dichteschwankung im Bereich höherer Dichte größer als die des
konventionellen thermischen Aufzeichnungskopfes. Jedoch hat dies
keine nennenswerte nachteilige Wirkung, da ja das bloße Auge in
diesem Bereich einer höheren Druckdichte nicht so empfindlich
gegenüber einer Bildrauhigkeit ist.
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Offensichtlich sind zahlreiche zusätzliche Modifikationen und
Abwandlungen der vorliegenden Erfindung im Licht der
vorstehenden Erläuterungen möglich. Beispielsweise kann die Größe des
Heizelements variiert werden, oder die Materialien desselben
können uneinheitlich verteilt werden, so daß der mittlere Teil
davon die höchste Stromdichte hat. Es ist deshalb
selbstverständlich, daß innerhalb des Geltungsbereichs der beigefügten
Ansprüche die Erfindung auch in anderer Weise als hierin
speziell beschrieben praktiziert werden kann.