DE60022109T2

DE60022109T2 - Erkennung von Aufzeichnungsmaterial in einem Drucker

Info

Publication number: DE60022109T2
Application number: DE60022109T
Authority: DE
Inventors: Ross R. Belmont Allen; Barclay J. Palo Alto Tullis
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1999-03-05
Filing date: 2000-02-15
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2020-02-16
Also published as: US6291829B1; DE60022109D1; JP2000301805A; EP1034937A3; EP1034937A2; EP1034937B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Vorrichtungen und Verfahren zum Identifizieren von Medien und insbesondere auf Vorrichtungen und Verfahren zum Identifizieren von Aufzeichnungsmedien in einem Drucker oder einer Reproduktionsvorrichtung.
Moderne Druckvorrichtungen, wie z. B. Tintenstrahl- und Laserdrucker, drucken auf einen breiten Bereich von Druckmedien. Derartige Medien umfassen einfaches Papier, Hochglanz- oder beschichtete Papiere und Kunststofffilme, einschließlich Overhead-Transparenzfilm. Für eine optimale Druckqualität könnten Betriebsparameter dieser Drucker eingestellt werden, um die Anforderungen jedes Druckmediums zu erfüllen. Parameter in dem Bildaufbereitungsvorgang in einem Host-Computer oder in einer „eingebauten" Rechenmaschine in dem Drucker hängen auch von dem Medientyp ab. Das „Gamma" (d. h. Tonreproduktionskurve) z. B., das für reflektierende Drucke verwendet wird (auf Papier und anderen reflektierenden Medien), unterscheidet sich von demjenigen, das für Transparenzmedien verwendet wird. Dies ist erforderlich, um das gedruckte Bild an die Charakteristika des Ansprechens des menschlichen Sehens unter unterschiedlichen Belichtungs- und Betrachtungsbedingungen anzupassen. Deshalb erfordern sowohl der Aufzeichnungsvorgang in dem Drucker als auch der Bildaufbereitungsvorgang in einem Host-Computer oder einer eingebauten Rechenmaschine für eine optimale Druckqualität unter Umständen eine Kenntnis des Medientyps.
Die Software, die den Aufbereitungsvorgang und den Drucker steuert, einschließlich des Druckertreibers, gibt manchmal dem Benutzer die Gelegenheit, das Aufzeichnungsmedium zu spezifizieren. Parameter des Aufbereitungs- und des Aufzeichnungsvorgangs werden dann gemäß dem Aufzeichnungsmedium und der Qualitätsmodusauswahl eingestellt. Benutzer treffen unter Umständen jedoch nicht immer die richtige Auswahl. Zusätzlich ist ein Spezifizieren der Auswahl oft unbequem, wenn mehrere Kopien auf unterschiedlichen Medien erwünscht werden, wie es auftritt, wenn Overhead-Transparenzfolien und Druckkopien für Handouts aus der gleichen Datendatei erzeugt werden müssen.
Ein Ansatz für dieses Problem besteht darin, einen Aufzeichnungsmedienmarkt durch maschinenlesbare, sichtbare, fast sichtbare oder unsichtbare Markierungen zu verwenden, die Strichcodes oder andere Indizien bilden, die einen Medientyp spezifizieren und automatisch Vorgangsinformationen an den Drucker liefern. Während dies eine praktische Lösung liefert, enthalten nicht alle für den Benutzer verfügbaren Medien diese Codes.
Weitere Ansätze, die in der Technik bekannt sind, unterscheiden zwischen zwei breiten Klassen von Medien, nämlich Transparenzfilm und Papier. Das U.S.-Patent Nr. 5,139,339 von Courtney u. a. z. B. offenbart einen Sensor, der ein diffuses und ein Spiegelreflektionsvermögen von Druckmedien misst, um zwischen Papier und Transparenzfilm zu unterscheiden und das Vorliegen des Druckmediums zu bestimmen. Weitere Technik, die bei Courtney u. a. genannt ist, behandelt hauptsächlich ein Analysieren von Spiegelreflektionen über eine Fläche. Das U.S.-Patent Nr. 5,323,176 von Suguira u. a. beschreibt einen Drucker mit einer Einrichtung zum Unterscheiden zwischen „normalem Druckpapier" und „Overhead-Projektionstransparenzfilm" auf der Basis der Transparenz oder Undurchsichtigkeit.
Die US 5,764,251 (Canon) offenbart ein Verfahren zum Identifizieren eines Aufzeichnungsmediums in einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung durch ein Messen der Intensität von Licht, das von dem Aufzeichnungsmedium reflektiert wird, an einer Mehrzahl von Brechungswinkeln, um zu einer sogenannten „multidirektionalen Reflektionskoeffizientenfunktion" zu führen.
Die JP 10198174 (Hitachi) offenbart ein Verfahren zum Identifizieren von Typen von Aufzeichnungsmedien durch ein Messen von Differenzen bei der Intensität von Licht, das von einem Aufzeichnungsmedium reflektiert wird, bei Einfallswinkeln von 15° bis 30°.
Die JP 10039556 (Canon) offenbart ein Durchlassen von Licht durch ein Aufzeichnungsmedium und ein Messen einer Lichtdämpfung, um das Aufzeichnungsmedium zu identifizieren.
Diese Referenzen, die auf groben Eigenschaften des Druckmediums entweder bei Reflektion oder Durchlass beruhen, erlauben jedoch keine feineren Unterscheidungen. Benötigt wird ein Verfahren zum Unterscheiden von Druckmedien, das über die einfachen Kategorisierungen des Stands der Technik hinausgeht.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Identifizieren von Aufzeichnungsmedien in einem Drucker. Die Erfindung nutzt Oberflächeneigenschaften und eine Feinstruktur des Mediums, die durch eine Beleuchtung aus einer oder mehreren Richtungen offenbart werden, um unter unterschiedlichen Arten einfacher Papiere, beschichteter Papiere, Photographiepapiere und Transparenzfilmen zu unterscheiden.
Wenn das Medium Bond-Papier ist, wird ein Oberflächentexturbild durch ein Richten einer Beleuchtung in einem Streifwinkel relativ zu der Oberfläche erhalten. Streifwinkel unter etwa dreißig Grad und vorzugsweise weniger als etwa sechzehn Grad werden verwendet. Durch ein Richten von Licht in derartigen Winkeln bewirken Oberflächenvertiefungen und erhöhte Oberflächenunregelmäßigkeiten Schatten, was eine abbildbare Oberflächentextur oder eine Struktur, die reich an Details ist, erzeugt. Für typische Bond-Papiere erzeugen Fasern in der Papieroberfläche Strukturmerkmale mit charakteristischen Abmessungen in dem Bereich von 1 bis 100 μm. Mit auflösungseinschränkenden Optiken betrachtet sind nur die größeren Schattenmerkmale zu sehen und erzeugen ein Bild, das eindeutig für Bond-Papier ist. So ist eine bevorzugte Kombination für Bond-Papier eine Streifbeleuchtung und Niederauflösungsoptiken, die die Merkmale mit niedrigerer Raumfrequenz hervorheben.
Für stark hochglänzende Oberflächen, wie z. B. Photographiepapier, liefert spiegelnd reflektiertes Licht von einer Normalbeleuchtung ein besonders reiches Bild an eng beabstandeten Merkmalen mit charakteristischen Merkmalsabmessungen in der Größenordnung von 5 μm. So ist eine bevorzugte Kombination für Photographiepapier eine Normaleinfallsbeleuchtung mit starker Vergrößerung.
Beschichtete Medien und die Oberflächen von Transparenzfolien sind relativ glatt und flach, weisen jedoch einige relativ spärliche Verteilungen kleiner und flacher Löcher auf, die unter Verwendung einer Streifbeleuchtung und einer moderaten Vergrößerung mit einem bestimmten Kontrast abgebildet werden können.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung erlaubt ein geeigneter Kompromiss es, dass eine Vorrichtung zum Identifizieren von Aufzeichnungsmedien eine einzelne Auswahl von Optiken in Kombination mit sowohl einer normalen als auch einer Streifeinfallsbeleuchtung verwenden kann, um Unterscheidungsmerkmale von Bond-Papier, beschichtetem Papier, Photographiepapier und Transparenzfolien abzubilden.
Die Vorrichtung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung umfasst eine oder mehrere Beleuchtungsquellen, die positioniert sind, um die Aufzeichnungsmedienoberfläche mit einem Streifeinfall oder mit Normaleinfall oder so positioniert, um Licht durch das Aufzeichnungsmedium zu leiten, zu bestrahlen. Diese Quellen liefern ein optisches Signal, das darstellend für das Aufzeichnungsmedium ist. Das optische Signal wird wirksam durch Abbildungsoptiken erfasst und durch einen optoelektronischen Sensor mit einer Projektionspixelabmessung auf der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums von weniger als 100 μm erfasst. Der optoelektronische Sensor ist üblicherweise ein zweidimensionales Photodetektorarray. Alternativ könnte ein lineares Array verwendet werden oder das Aufzeichnungsmedium könnte an einem linearen Photodetektorarray vorbeibewegt werden, um ein zweidimensionales Bild zu erzeugen.
Das Photodetektorarray ist üblicherweise mit zumindest einem Analog-Digital-Wandler („ADC") durch analoge Puffer- und Umschaltschaltungen verbunden. Diese Schaltungen legen die analogen Spannungen (oder Ladungen) von jedem Photodetektor in dem Array seriell dem ADC vor oder legen Werte reihenweise oder spaltenweise in einer Anordnung vor, in der es parallele ADCs gibt. Digitalisierte Werte, die das Licht darstellen, das von dem Medium durch jedes Element des Photodetektorarrays aufgenommen wird, werden an einen Prozessor weitergeleitet, um die erforderlichen Berechnungen zur Identifizierung des Mediums durchzuführen. Ein Satz charakteristischer Werte wird extrahiert, der darstellend für die Medien ist, und wird z. B. an den Host-Computer weitergeleitet, um Informationen für den Druckertreiber bereitzustellen.
Optimale Einstellungen für Parameter in dem Aufbereitungs- und Aufzeichnungsvorgang sind jedem Typ von Aufzeichnungsmedium zugeordnet. Häufig steuert der Druckertreiber an dem Host-Computer die Parameter des Aufbereitungs- und Aufzeichnungsvorgangs. Zur Aufbereitung umfassen diese eine Auswahl von Tonreproduktionskurven, Halbton- und Fehlerdiffusionsalgorithmen, Farbtabellen und Farbpaletteneinstellung und anderes. Für den Aufzeichnungsvorgang in einem Tintenstrahldrucker umfassen diese Tintentropfenvolumen, Anzahl von Tintentropfen pro Pixel, Anzahl von Durchläufen des Druckkopfs über ein Pixel, die Reihenfolge und Struktur, in der Tropfen in einem Pixel oder einer Region von Pixeln gedruckt werden, und Informationen, die auf der Anzeigetafel des Druckers vorgelegt werden.
Die Bestimmung des Medientyps wird häufig aus zwei Gründen vorzugsweise in dem Host-Computer durchgeführt. Erstens bestimmt der Medientyp Parameter für sowohl Bildaufbereitungs- als auch Druckermarkierungsvorgänge. Bilder werden mit einer Betrachtung von Parametern des Markierungsvorgangs aufbereitet und die Aufbereitung und Markierung müssen koordiniert werden. Zweitens kann der Hersteller, da neue Medien eingeführt werden könnten und Verfahrensveränderungen ein Abstimmen des Identifizierungsvorgangs erfordern könnten, die Fähigkeit des Host/Druckersystems, Medien zu unterscheiden, aktualisieren, indem dem Benutzer ein aktualisierter Druckertreiber geliefert wird, der die Identifizierungskriterien und Kategorien beinhaltet. Es ist jedoch bei einer zukünftigen Vermehrung von Informationsgeräten möglich, dass die Bestimmung des Medientyps innerhalb des Druckers selbst durchgeführt werden könnte.
Bei einem Ausführungsbeispiel wird eine unbedruckte Region des Aufzeichnungsmediums abgebildet und die Sensorausgabe wird in eine digitale Form umgewandelt und verarbeitet, um einen charakteristischen Vektor oder ein Array von Werten zu bilden. Dieser Vektor wird mit zuvor gespeicherten Referenzvektoren verglichen, wobei jeder Referenzvektor charakteristisch für einen unterschiedlichen Typ von Aufzeichnungsmedium ist, um den Aufzeichnungsmedientyp zu bestimmen. Gemeinsam mit möglicherweise einer Qualitätsebene (z. B. „Entwurf", „normal" und „bestmöglich"), die durch den Benutzer ausgewählt wird, wird der so bestimmte Typ von Aufzeichnungsmedium in der Rasterbildverarbeitungspipeline verwendet, um die Druckinformationen optimal aufzubereiten, sowie durch die Druckersteuerung, um den Aufzeichnungsvorgang zu steuern.
1 ist eine schematische Ansicht der Beleuchtungsquellen und des Photodetektorarrays gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Blockdiagramm der Komponenten der Aufzeichnungsmedienidentifizierungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine schematische Darstellung der charakteristischen Werte, die zur Identifizierung von Aufzeichnungsmedien verwendet werden.
4 ist ein Beispiel eines Druckers, der die Aufzeichnungsmedienidentifizierungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Identifizieren von Aufzeichnungsmedien in einem Drucker sind unten beschrieben. Das Verfahren basiert auf einer Abbildung der feinen Struktur der Aufzeichnungsmedien. Einfache und spezielle Papiere sowie Photographiepapiere und andere Aufzeichnungsmedien weisen eine detaillierte Struktur auf, die, wenn sie unter Vergrößerung betrachtet und geeignet beleuchtet wird, nützlich zur Unterscheidung zwischen Medientypen ist.
Sichtbare Merkmale, die zur Medienidentifizierung verwendet werden, resultieren aus Auswahlen von Beleuchtungsquelle und Abbildungsoptiken und die optimale Auswahl kann für jedes Medium unterschiedlich sein. Bond-Papier weist eine reiche Oberflächenstruktur mit charakteristischen Merkmalsgrößen in dem Bereich zwischen etwa 1 und 100 μm auf. Wenn diese Merkmale mit Streiflicht hervorgehoben werden (Licht, das große Einfallswinkel relativ zu der Oberflächennormalen aufweist), steht dieses Licht in Wechselwirkung mit dem Großteil von Papierfasern an oder nahe der Oberfläche, um kontrastverbessernde Schattierungen, die viel größer sind als die Durchmesser einzelner Fasern, zu erzeugen. Mit auflösungseinschränkenden Optiken betrachtet sind nur die größeren Schattenmerkmale zu sehen und erzeugen ein Bild, das eindeutig für Bond-Papier ist. So ist eine bevorzugte Auswahl für Bond-Papier Streifbeleuchtung und Optiken mit niedriger Auflösung, die die Merkmale mit niedrigerer Raumfrequenz hervorheben. Optiken mit niedriger Auflösung erlauben eine relativ tiefe Feldtiefe.
Wenn Bond-Papier mit größeren Winkeln weg von der Papieroberfläche beleuchtet wird und mit größerer Vergrößerung abgebildet wird, weisen die Merkmale mit höherer Raumfrequenz, die durch einzelne Fasern bewirkt werden, einen niedrigeren Kontrast auf. Außerdem ist eine größere Vergrößerung einer geringeren Feldtiefe zugeordnet und deshalb erfordert eine Abbildung mit großer Vergrößerung in der Praxis engere Ausrichtungstoleranzen bei der Entfernung von den Optiken zu der Oberfläche des Mediums.
Photographiepapier weist üblicherweise eng beabstandete mikroskopische Löcher oder Vertiefungen auf der Oberfläche auf. Wenn normal einfallende Beleuchtung auf Photographiepapier verwendet wird, erzeugt Licht, das spiegelnd von den Spitzen und dem Inneren derartiger Löcher abreflektiert wird, in Richtungen normal oder leicht gestört von der Normalen, ein merkmalsreiches und kontrastreiches Bild mit charakteristischen Merkmalsabmessungen in der Größenordnung von 5 μm. So ist eine bevorzugte Auswahl für Photographiepapier normal einfallende Beleuchtung mit größerer Vergrößerung.
Beschichtete Medien und die Oberflächen von Transparenzfolien sind relativ glatt und flach, haben jedoch einige kleine und flache Löcher, wenn auch mit relativ spärlichen Verteilungen, die unter Verwendung einer Streifbeleuchtung und einer niedrigen oder hohen Vergrößerung mit bestimmtem Kontrast abgebildet werden können.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung erlaubt ein geeigneter Kompromiss es einer Vorrichtung zum Identifizieren von Aufzeichnungsmedien, eine einzelne Auswahl von Optiken in Kombination mit sowohl einer Normal- als auch einer Streifeinfallsbeleuchtung zu verwenden, um unterscheidende Merkmale von Bond-Papier, beschichtetem Papier, Photographiepapier und Transparenzfolien abzubilden.
Wie unten weiter beschrieben ist, könnten zusätzlich zu einer Unterscheidung auf der Basis von Merkmalsabmessungen unterschiedliche Medien durch derartige Eigenschaften, wie z. B. Dichte von Merkmalen, Raumfrequenz von Merkmalen, Gesamtreflektionsvermögen, Kontrastbereich und Grauskalahistogrammen, unterschieden werden.
Die Aufzeichnungsmedienidentifizierungsvorrichtung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung umfasst eine oder mehrere Beleuchtungsquellen, wie schematisch in 1 gezeigt ist. Drei Beleuchtungsquellen 12, 14 und 16 sind auf ein Aufzeichnungsmedium 10 gerichtet, das auf einem Medienweg (nicht gezeigt) getragen wird. Der Durchlassbeleuchter 12 ist unterhalb des Aufzeichnungsmediums 10 positioniert, derart, dass Licht von der Quelle 12 durch Beleuchtungsoptiken 13 kollimiert wird und durch das Medium 10 läuft. Der Streifbeleuchter 14 liefert Licht in einem Streifeinfallswinkel auf das Medium 10. Licht von dem Streifbeleuchter 14 wird durch Beleuchtungsoptiken 15 und/oder durch Optiken, die in dem Beleuchter 14 enthalten sind, kollimiert. Der Streifwinkel, der komplementär zu dem Einfallswinkel ist, ist kleiner als etwa dreißig Grad. Um einen höheren Kontrast zu erhalten, ist vorzugsweise der Streifwinkel kleiner als etwa sechzehn Grad.
Die Beleuchtungsquelle 16 für eine Normaleinfallsbeleuchtung (d. h. senkrecht zu der Ebene des Mediums 10) ist ebenso in 1 dargestellt. Licht von dem Normalbeleuchter 16, das durch Beleuchtungsoptiken 17 kollimiert oder abgebildet wird, wird durch einen Amplitudenstrahlteiler 18 umgeleitet, um das Medium 10 mit Normaleinfall zu beleuchten. Der Teil des Lichts von dem Normalbeleuchter 16, der gerade durch den Amplitudenstrahlteiler 18 durchgelassen wird, ist in 1 nicht gezeigt und wird üblicherweise nicht verwendet.
Die Aufzeichnungsmedienidentifizierungsvorrichtung umfasst ferner ein Photodetektorarray 22, wie in 1 oben gezeigt ist. Licht von dem Streifwinkelbeleuchter 14 z. B., das durch das Medium gestreut wird, läuft durch den Amplitudenstrahlteiler 18, eine Apertur 21 und Abbildungsoptiken 20 und wird durch das Photodetektorarray 22 erfasst. Das Photodetektorarray 22 erfasst ähnlich reflektiertes Licht von dem Normalbeleuchter 16 und durchgelassenes Licht von dem Beleuchter 12. Bei einer alternativen Geometrie könnten der Normalbeleuchter 16, die Beleuchtungsoptiken 17 und der Amplitudenstrahlteiler 18 viel weiter oberhalb der Ebene des Mediums 10 positioniert sein, derart, dass der Strahlteiler 18 zwischen dem Photodetektorarray 22 und den Abbildungsoptiken 20 liegt, mit einer geeigneten Modifizierung der optischen Leistung des Normalbeleuchters 16 und der Beleuchtungsoptiken 17.
Das Photodetektorarray 22 ist ein Array optoelektronischer Bilderfassungsvorrichtungen, wie z. B. von CCD- oder CMOS-Vorrichtungen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Photodetektoren in einem zweidimensionalen Array angeordnet. Um sicherzustellen, dass das Bildfeld eine ausreichende Anzahl von Merkmalen zur Medienidentifizierung beinhaltet, könnten praktische Arrays ganze 100 mal 100 Elemente erfordern, kleinere Arrays von nur 16 mal 16 jedoch sind aus Entwurfs-, Kosten- und Signalverarbeitungsbetrachtungen vorzuziehen. Es ist nicht nötig, dass die Anzahl von Elementen in den beiden orthogonalen Richtungen gleich ist.
Die Bildauflösung für ein Abtasten der Oberfläche des Mediums 10 kann durch das anspruchsvollste zu identifizie rende Medium bestimmt werden, d. h. das Medium und die Beleuchtungskombination, die zu einem Bild mit der kleinsten maximalen Merkmalsgröße führen. Um z. B. Bond-Papier von beschichtetem Papier zu unterscheiden, entspricht die geeignete Auflösung einer Pixelabmessung auf der Oberfläche des Mediums 10 (d. h. Projektionspixelabmessung) in der Größenordnung von 40 μm auf einer Seite. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel erlaubt es eine Projektionspixelabmessung von etwa 5 μm auf einer Seite, dass Photographiepapier besser identifiziert werden kann.
Ein geeigneter Kompromiss zum Unterscheiden von Bond-Papier, beschichtetem Papier und Photographiepapier mit einem einzelnen Satz Optiken besteht darin, Optiken mit einer Auflösung von etwa 10 μm zu verwenden, was bei sowohl einer Streif- als auch einer Normaleinfallsbeleuchtung verwendet werden kann. Für Abbildungsoptiken 20, die eine fünffache Vergrößerung liefern, misst bei diesem Ausführungsbeispiel jedes Arrayelement des Photodetektorarrays 22 etwa 50 μm auf einer Seite. Für ein Photodetektorarray 22 von 100 mal 100 Elementen sollte unter Verwendung von 50μm-Elementen und Optiken mit einer Fünffach-Vergrößerung eine Fläche der Oberfläche des Mediums 10, die 1 mm auf einer Seite misst, beleuchtet werden. Fachleute auf diesem Gebiet werden den Kompromiss zwischen Merkmalsidentifizierung und der Größe des Photodetektorarrays erkennen und die Möglichkeit einer Reduzierung der Kosten durch ein Verwenden von Photodetektorarrays mit weniger Elementen erkennen. Fachleute auf diesem Gebiet werden ebenso realisieren, dass zusätzliche Konstruktionskompromisse unter Auflösung, Vergrößerung und Größe der Elemente des Photodetektorarrays möglich sind.
Die Beleuchtungsquellen 12, 14 und 16 könnten eine oder mehrere Leuchtdioden sein. Alternativ könnten die Beleuchtungsquellen andere Lichtquellen sein, wie z. B. Glühlampen, Laserdioden oder Oberflächenemissionslaserdioden. Für Anwendungen, bei denen sich das Medium 10 schnell bewegt, könnten die Lichtquellen mit höheren Treiberpegeln gepulst werden, um sicherzustellen, dass ausreichend viele Photonen den Photodetektor während des Belichtungsintervalls erreichen, und um ein Bewegungsverschwimmen zu verhindern. Die Beleuchtungsoptiken 13, 15 und 17, die herkömmlich sein könnten, könnten ein einzelnes Element oder eine Kombination von Linsen, Filtern und/oder Beugungs- oder Holographieelementen aufweisen, um eine geeignet kollimierte und/oder allgemein einheitliche Beleuchtung der Zieloberfläche zu erzielen.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel ist das Photodetektorarray 12 ein lineares Array und das Aufzeichnungsmedium wird an dem Photodetektorarray vorbeibewegt, um ein zweidimensionales Bild zu erzeugen. Das Medium 10 wird z. B. durch den Medientransportmechanismus eines Druckers, an dem die Aufzeichnungsmedienidentifizierungsoberfläche der vorliegenden Erfindung angebracht ist, an dem Photodetektorarray 22 vorbeibewegt. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das Photodetektorarray 22 ein eindimensionales Array und bildet ein eindimensionales Bild, ohne das Medium zu bewegen, das zur Medienidentifizierung verwendet wird. Alternativ wird ein einzelnes Photodetektorelement verwendet und der Medienzufuhrmechanismus des Druckers wird verwendet, um das Medium derart abzutasten, dass ein eindimensionales Bild erzeugt und zur Medienidentifizierung verwendet wird.
2 ist ein Blockdiagramm der Komponenten eines Ausführungsbeispiels der Aufzeichnungsmedienidentifizierungsvorrichtung. Das Photodetektorarray 22 ist mit einem Analog-Digital-Wandler 40 verbunden, der eine Eingabe in einen Prozessor 42 mit einem zugeordneten Speicher 44 liefert. Der Prozessor 42 steuert den Messvorgang, einschließlich der Sequenz von Beleuchtung und Bilderfassung, und verarbeitet die digitalisierten Photodetektorwerte. Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Prozessor 42 mit einer Druckersteuerung 46 verbunden. Der Prozessor 42 könnte eine ASIC sein, die zur Schnellextraktion von Charakteristika entworfen ist, z. B. unter Beinhaltung einer Hardware-Fourier-Transformation. Alternativ könnte der Prozessor 42 tatsächlich die Druckersteuerung 46 sein.
Eine Bildverarbeitung in dem Drucker zur Medienidentifizierung könnte so einfach wie ein Komprimieren der Daten und ein Übertragen derselben an den Host, über eine Kommunikationsverbindung 56, die an die Druckersteuerung 46 angeschlossen ist, oder so komplex wie alle die Operationen, die nötig sind, um einen charakteristischen Vektor herzuleiten (später beschrieben), sein. In dem einfachen Fall werden Pixelwerte an den Host (mit optionaler Datenkomprimierung) weitergeleitet, wo der charakteristische Vektor berechnet und die Medienidentifizierung durchgeführt wird. Dies ist attraktiv, da es die Bildverarbeitung in dem Drucker mit einer potentiellen Einsparung bei Kosten und einer Erhöhung der Flexibilität vereinfacht. Unter Verwendung der Betriebsmittel des Host-Computers könnten der charakteristische Vektor und eine Medienidentifizierung sehr schnell durchgeführt werden und die Verfahrens- und Auswahlkriterien können aktualisiert werden, wenn neue Treiber verfügbar gemacht werden. Der kleine Nachteil ist eine kurze Verzögerung, da Pixeldaten zurück an den Host gesendet werden.
Wenn der charakteristische Vektor in dem Drucker berechnet wird, werden weniger Bytes übertragen als dann, wenn der Identifizierungsvorgang in dem Host-Computer durchgeführt wird. Dies wäre geeigneter, wenn eine Zweiwegekommunikation mit einem Host nicht praktisch ist, wie dann, wenn Druckaufträge an eine Druckwarteschlange auf einem Druckerserver auf einem Netz gesendet werden, oder dann, wenn ein Druckauftrag durch Infrarotverbindung von einem tragbaren Informationsgerät heruntergeladen wird.
In 2 ist die Druckersteuerung 46 als den Druckkopf 50, den Medientransportantrieb 51, den Druckerwagen 52 und die Benutzeranzeige 54 steuernd gezeigt. Es ist zu erkennen, dass andere Elemente eines Druckers ebenso ansprechend auf eine Identifizierung entsprechender Aufzeichnungsmedien durch die Druckersteuerung 46 gesteuert werden könnten. Der Prozessor 42 ist außerdem mit den Beleuchtungsquellen 12, 14 und 16, dem Photodetektorarray 22 und dem Wandler 40 über eine Verbindung 48 verbunden. Die Verbindung 48 wird verwendet, um Signale von dem Prozessor 42 zur Steuerung von z. B. der Zeitgebung der Beleuchtung durch jeden Beleuchter und einer Datenerfassung durch das Array 22 und den Wandler 40 zu senden.
Zur Identifizierung eines Aufzeichnungsmediums wird eine Ausgabe aus dem Photodetektorarray 22 in eine digitale Form umgewandelt und in einen Vektor charakteristischer Werte verarbeitet (später beschrieben). Dieser Vektor wird mit zuvor gespeicherten Referenzvektoren verglichen, wobei jeder Referenzvektor charakteristisch für einen unterschiedlichen Typ von Aufzeichnungsmedien ist, um den Medientyp zu bestimmen.
Wie oben beschrieben ist, umfasst die Medienidentifizierungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung eine oder mehrere Beleuchtungsquellen. Bei einigen Ausführungsbeispielen werden Informationen von mehreren Beleuchtungsquellen durch ein Zeitsequentieren der Messungen erhalten, indem zuerst eine Beleuchtungsquelle eingeschaltet wird und ein Signal erhalten wird und dann eine zweite Beleuchtungsquelle eingeschaltet wird und ein zweites Signal erhalten wird, usw. Alternativ werden Informationen von mehreren Photosensorarrays (mit jeweiligen Wandlern, Beleuchtungsquellen und Optiken) erhalten und zusammen verarbeitet. Die Spektralausgabe der verschiedenen Quellen könnte unterschiedlich sein, um eine optimierte Unterscheidung von Charakterisierungsvektoren bereitzustellen und/oder es zu erlauben, dass dichroitische Filter verwendet werden können, um einige der Optiken zu kombinieren, wenn mehrere Photosensorarrays verwendet werden. Strahlunterteilungs-Strahlteiler oder an dere Strahlauswahlvorrichtungen, wie z. B. ein sich drehendes Rad mit mehreren Aperturen und/oder Spiegeln, können anstelle des Strahlteilers 18 verwendet werden. Der Wandler 40 könnte Quantisierungspegel für eine 256-Pegel-Grauskala oder weniger, wie z. B. eine 16-Pegel-Grauskala, verwenden.
Charakteristika des Aufzeichnungsmediums, die die Basis einer Klassifizierung von Medien bilden, könnten ein integriertes Reflektionsvermögen über dem Feld (oder einen durchschnittlichen Grauskalawert), eine Verteilung von Grauskalawerten, Raumfrequenzen von Merkmalen in dem Bild und eine Anzahl von Merkmalen in dem Bild innerhalb eines spezifischen Bandes von Merkmalsparametern, umfassen. Merkmale sind z. B. als Regionen durchgehender Pixel, alle oberhalb eines Schwellengrauskalawerts, definiert. Diese und andere Charakteristika werden aus einer Verarbeitung der digitalisierten Ausgabe des Photodetektorarrays 22 hergeleitet. Raumfrequenzen könnten z. B. durch eine Standardverwendung ein- oder zweidimensionaler Fourier-Transformationen bestimmt werden.
Jeder charakteristische Wert bildet ein Element des charakteristischen Vektors. Für Ausführungsbeispiele, bei denen mehrere Typen von Beleuchtungsquellen verwendet werden, erzeugt jeder Beleuchtungstyp einen Teilsatz charakteristischer Elemente. Jeder Typ von Beleuchtung könnte in mehreren Farben implementiert sein, um sogar zusätzliche charakteristische Elemente bereitzustellen.
Der charakteristische Vektor, bezeichnet durch V, wird mit Referenzvektoren R_i verglichen, die in dem Speicher 44 (oder innerhalb des Host-Computers) gespeichert wurden, um das Aufzeichnungsmedium zu identifizieren. Jeder Referenzvektor R_i ist charakteristisch für einen unterschiedlichen Typ von Aufzeichnungsmedium. Wenn P charakteristische Werte eine zuverlässige Medienidentifizierung liefern, weisen die Referenzvektoren R_i und der charakteristische Vektor V die Abmessung P auf. In typischen Anwendungen variiert P zwi schen 3 und 10. Jedes Aufzeichnungsmedium entspricht einer Region in einem P-dimensionalen Raum, der den Bereich erwarteter Werte, die diesem Medium entsprechen, darstellt. Die Größe des Bereichs spiegelt eine Serie-zu-Serie-Variation bei der Herstellung der Medien, Differenzen zwischen Herstellern ähnlicher Medien und eine Messvariation wider. Wenn der charakteristische Vektor V innerhalb der Region liegt, die einem bestimmten Medientyp entspricht, ist er als dieses Medium identifiziert.
Der Vergleich des charakteristischen Vektors V mit Referenzvektoren R_i ist schematisch in 3 für den Fall gezeigt, in dem die Abmessung P 3 beträgt. Der Vergleich könnte die Form eines einfachen algebraischen Tests dessen annehmen, ob der Vektor V innerhalb einer P-dimensionalen Kugel mit Radius S_i um einen Referenzvektor R_i liegt. Mathematisch ausgedrückt wird der Vektor V als zu dem Aufzeichnungsmedium i gehörig identifiziert, wenn folgende Ungleichung erfüllt ist:
Alternativ könnten Standardtechniken, die in der Technik bekannt sind, zum Finden von Teilnehmerfunktionen unter Verwendung einer unscharfen Logik, wie z. B. Verwendung mehrdimensionaler Polynome oder Nachschlagtabellen, für den Vergleich verwendet werden.
Die schematisch in 2 angezeigten Druckerelemente sind z. B. Elemente eines Tisch-Tintenstrahldruckers 60, wie in 4 gezeigt ist. Die Vorrichtung aus 1 befindet sich innerhalb des Druckers 60 entlang des Medienwegs. Allgemein weist der Drucker 60 eine Medienablage auf, in der Blätter 62 eines Mediums gestapelt sind. Eine Rollenanordnung leitet jedes Blatt 62 zum Bedrucken in eine Druckzone 63 weiter. Druckkassetten 64, die in einem Wagen 52 befestigt sind, werden über die Druckzone bewegt und das Medium wird inkremental durch die Druckzone verschoben. Tintenvorräte 66 für die Druckkassetten 64 könnten außerhalb oder innerhalb der Druckkassetten 64 sein.
Diese und andere Drucker arbeiten üblicherweise in mehreren benutzerspezifizierten Qualitätsmodi, die z. B. Modi „Entwurf", „normal" und „bestmöglich" genannt sind. Um die Leistung eines Tintenstrahldruckers zu optimieren, werden Eigenschaften, wie z. B. Tintentropfenvolumen, Anzahl von Tropfen pro Pixel, Druckkopfbewegungsgeschwindigkeit, Anzahl von Druckkopfdurchläufen über der gleichen Fläche des Mediums, und ob pigmentiertes Schwarz oder zusammengesetztes Schwarz auf Farbstoffbasis (d. h. Kombination aus cyanfarbigem, magentafarbigem und gelbem Farbstoff) verwendet wird, für jedes Aufzeichnungsmedium und für jeden Druckqualitätsmodus spezifisch angepasst. In einem Laserdrucker könnten üblicherweise die Medienzuführrate, Belichtungspegel, Tonerladung, Tonerübertragungsspannung und Fixierertemperatur eingestellt werden, um eine Leistung auf unterschiedlichen Medien zu optimieren.
Die Hauptkategorien von Aufzeichnungsmedien sind einfaches Papier, beschichtetes Matt-Papier, beschichtetes Hochglanzpapier, Transparenzfilm und „Photographiequalität"-Papier. Großformatige Tintenstrahldrucker tragen zusätzliche Medien, wie z. B. Gewebe, Mylar, Pergament und beschichtetes Pergament. In Druckern, die zur Verwendung dieser Medien entworfen sind, können geeignete zusätzliche Kategorien zur Identifizierung dieser Materialien definiert sein.
Ein neuer charakteristischer Vektor R_i kann für einen neuen oder unbekannten Medientyp entwickelt werden, indem der Drucker mit mehreren Messungen und Abtastwerten mit einer Benutzerintervention ausgebildet wird, um den bevorzugten Druckmodus zu spezifizieren. Dies ermöglicht es, dass alte Medien zurückgezogen und neue Formulierungen eingeführt werden können. Zusätzlich kann der Druckmodus automatisch gesetzt sein, um eine Druckqualität für die Formulierung eines lokalen speziellen Papiers zu optimieren, wie z. B. Schreibwaren einer Organisation, die einen speziellen Hadern- und Holzzellstoffgehalt, einen Füllstoff und eine Dimensionierung aufweisen könnten.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist die Beschreibung lediglich ein Beispiel der Anwendung der Erfindung und sollte als keine Einschränkung aufgefasst werden. Verschiedene Anpassungen und Kombinationen von Merkmalen der offenbarten Ausführungsbeispiele sind innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung, wie durch die folgenden Ansprüche definiert ist.

Claims

Vorrichtung mit folgenden Merkmalen: zumindest einer Beleuchtungsquelle (12, 14, 16), die nahe an einem Medienweg für ein Aufzeichnungsmedium (10) angeordnet ist, wobei Licht von der zumindest einen Beleuchtungsquelle auf eine Oberfläche des Aufzeichnungsmediums auftrifft; zumindest einem Sensorelement (22), das positioniert ist, um Licht von der Oberfläche zu empfangen, das durch die zumindest eine Beleuchtungsquelle erzeugt wird, um so eine Strahlungsintensität von einer Fläche auf der Oberfläche zu erfassen; und einer Verarbeitungsvorrichtung (42) zum Empfangen von Signalen, die Ausgaben des zumindest einen Sensorelements entsprechen, wobei die Signale verarbeitet werden, um das Aufzeichnungsmedium zu identifizieren; dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche an einer Seite eine Pixelabmessung aufweist, die kleiner als 100 μm ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die zumindest eine Beleuchtungsquelle eine Quelle einer Beleuchtung (14) aufweist, die in einem spitzen Winkel relativ zu der Oberfläche auf das Aufzeichnungsmedium gerichtet ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 2, bei der der spitze Winkel kleiner als 16 Grad ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 3, bei der die zumindest eine Beleuchtungsquelle ferner eine Quelle einer Beleuchtung (16) aufweist, die in einem Winkel gerichtet ist, der im Allgemeinen senkrecht zu der Oberfläche ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der die zumindest eine Beleuchtungsquelle ferner eine Quelle einer Durchlassbeleuchtung (12) durch das Aufzeichnungsmedium aufweist.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der jedes Sensorelement Licht von einer Fläche auf der Oberfläche empfängt, die an einer Seite eine Pixelabmessung zwischen etwa 5 μm und 50 μm aufweist.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das zumindest eine Sensorelement ein zweidimensionales Array von Sensorelementen oder ein eindimensionales Array von Sensorelementen aufweist.
Ein Verfahren zum Identifizieren von Aufzeichnungsmedien in einem Drucker (50, 51, 52), mit folgenden Schritten: Beleuchten einer Oberfläche des Aufzeichnungsmediums (10) mit zumindest einer Beleuchtungsquelle (12, 14, 16); Erfassen von Licht von einer Fläche auf der Oberfläche in zumindest einem Sensorelement (22); Erzeugen eines Signals in dem zumindest einen Sensorelement ansprechend auf Licht von der Oberfläche; Verarbeiten des Signals, um einen Charakteristik-Vektor zu bilden; und Vergleichen des Charakteristik-Vektors mit einer Mehrzahl von Referenzvektorcharakteristika unterschiedlicher Aufzeichnungsmedien, um einen Medientyp zu bestimmen; dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche an einer Seite eine Pixelabmessung aufweist, die kleiner als 100 um ist.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 8, bei dem der Charakteristik-Vektor Raumfrequenzen, durchschnittliche Grauskalawerte, eine Verteilung von Grauskalawerten oder eine Anzahl von Merkmalen innerhalb eines spezifizierten Bereichs von Grauskalawerten in einem Bild des Aufzeichnungsmediums aufweist.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 8 oder 9, das ferner ein Bewegen des Mediums in dem Drucker in einer vorbestimmten Richtung aufweist, und bei dem der Schritt des Erzeugens eines Signals ein Erzeugen eines Signals, wenn das Medium in dem Drucker bewegt wird, aufweist.