-
Bei
einem Tintentropfen-Druckverfahren werden einzelne Tropfen eines
Farbstoffs oder Pigments auf ein Substrat aufgebracht, wobei die
dazu verwendeten, Tropfen nach Bedarf aufbringenden Druckvorrichtungen
Dutzende oder Hunderte einzelner Düsen aufweisen, die typischerweise
im Abstand von 1/300 oder 1/600 Zoll zueinander angeordnet sind.
Mit Farb-Tintenstrahldruckern kann heute eine annähernd fotorealistische
Bildqualität
erzielt werden. Um Bilder einer solchen Qualität zu erhalten, müssen die
Düsen der
Tropfen-Druckvorrichtungen natürlich
ordnungsgemäß arbeiten
und die Tropfen präzise
an den gewünschten
Positionen auf dem Substrat aufbringen. In manchen Fällen kann
eine einzige fehlerhaft arbeitende Düse unter Hunderten von Tropfen
ausstoßenden
Düsen die
Bildqualität
bereits merklich beeinträchtigen.
-
Es
wurden bereits eine Reihe unterschiedlicher Techniken zum Auswerten
der Düsenfunktion entwickelt.
Bei manchen Systemen erfasst man das Vorhandensein und die Flugbahn
der Tintentropfen auf deren Bewegung zwischen Düse und Substrat. Ein Beispiel
eines Systems dieser Art ist in US-A-4 510 504, erteilt an Tamai
et al., beschrieben. Bei anderen Systemen werden Tropfen auf ein
Druckmedium ausgestoßen
und optisch von oben erfasst. Diese Technik wird in einigen im Handel
verfügbaren
Produkten zum Beispiel der Firmen Hewlett-Packard, Palo Alto, Kalifornien,
und ColorSpan Corp, Eden Prairie, Minnesota, angewandt. Diese Erfassungssysteme
weisen normalerweise eine oder zwei LED-Lichtquellen und einen auf
dem sich bewegenden Druckschlitten angebrachten optischen Detektor auf.
Der Detektor erfasst das vom Medium reflektierte LED-Licht, und
die Eigenschaften dieses reflektierten Lichts werden analysiert.
Diese Konstruktionen erfordern den Einsatz und die Entsorgung einer
gewissen Medien menge, was bei der Erzeugung qualitativ hochwertiger
Bilder sehr teuer werden kann. Außerdem wird die Genauigkeit
und Empfindlichkeit dieser Systeme beim Bedrucken grober oder unebener
Medien wie Leinen stark beeinträchtigt.
-
Ein
anderes System ist in US-A-4 493 993, erteilt an Kanamuller et al.,
dargestellt. Bei dem Kanamuller-Patent werden Tropfen auf einer
rotierenden transparenten Scheibe abgelagert. Dabei wird das Vorhandensein
einzelner Tropfen von einem auf der anderen Seite der Scheibe vorhandenen
Detektor erfasst. Nach dem Erfassen werden die abgelagerten Tropfen
dadurch von der Scheibe entfernt, dass die Scheibe über ein
saugfähiges
Kissen geführt
wird. Das Kanamuller-System ist insofern beschränkt, als bestimmte Arten von
Düsenfehlfunktionen
nur schwer oder gar nicht erkannt werden können. Außerdem erfordert das Kanamuller-System ein Reinigungssystem,
mit dem relativ viel Schmutz verbunden ist. Es besteht daher auf
diesem Gebiet ein Bedarf an verbesserten Verfahren zum Prüfen der Funktionstüchtigkeit
der Düsen.
JP-6 340 063 beschreibt einen Tintenstrahldrucker mit einer Tropfen-Analyseeinrichtung,
die eine Platte und eine Abwickelspule mit einem Streifen eines
biegbaren transparenten Films umfasst. Die Abwickelspule ist neben
der Platte angeordnet. Ferner sind eine Filmantriebswelle und Andruckrollen
sowie eine Kombination aus Lichtquelle und Detektor vorgesehen. Während der
Film an dem optischen Detektor vorbei bewegt wird, empfängt ein
Prozessor eine Ausgabe des optischen Detektors.
-
Die
Erfindung stellt ein preisgünstiges
und schnelles Verfahren zur Analyse der Tintentropfenablagerung
in einem Tintenstrahldrucker bereit. Außerdem werden vorteilhafte
Einrichtungen zur Durchführung
des Verfahrens angegeben. Die Erfindung ist in den beiliegenden
Ansprüchen
definiert.
-
Bei
einem erfindungsgemäßen vorteilhaften Tropfenanalyseverfahren
wird ein Satz von Tintentropfen auf ein transparentes Substrat aufgebracht, Licht
zum Erfassen dieses Satzes von Tintentropfen durch das transparente
Substrat und in einen optischen Detektor geleitet, der Satz von
Tintentropfen auf einem Koordinatenfeld abgebildet und mindestens
ein Tintentropfen erkannt, der bezüglich des Koordinatenfeldes
ungenau positioniert ist.
-
Vorteilhafterweise
werden diese Verfahren und Vorrichtungen in Tintenstrahldruckern
realisiert, um Druckausgaben höherer
Qualität
innerhalb kürzerer
Zeit und mit geringerem Materialeinsatz zu erzeugen.
-
Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
-
Es
zeigen:
-
1 ein
Flussdiagramm eines Verfahrens zur Funktionsprüfung eines Tintenstrahldruckkopfs gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
-
2 eine
abgeschnittene Seitenansicht einer Vorrichtung zum Erfassen eines
Tropfenmuster-Bildes gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
-
3 eine
Vorderansicht der Vorrichtung zum Erfassen des Tropfenmuster-Bildes
gemäß 1;
-
4 eine
abgeschnittene Teil-Seitenansicht eines Tintenstrahldruckers mit
einer Vorrichtung zum Erfassen eines Tropfenmusters gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung;
-
5 eine
schematische Ansicht eines Multi-LED-Beleuchtungsmusters eines für den erfindungsgemäßen Einsatz
geeigneten Detektors;
-
6 ein
für die
spätere
Analyse auf ein Substrat druckbares Tropfenpositionsmuster;
-
7 eine
Detailansicht des Bereichs 7 in 6;
-
8 ein
Flussdiagramm eines Verfahrens zur Analyse eines Tropfenpositionsmusters
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
-
9a–9c eine
Darstellung der Rohpositionen des Tropfensatzes gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung; und
-
10 eine
Darstellung der Kalibrierung der Positionen des Tropfensatzes.
-
Im
Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren beschrieben, wobei
sich in allen Figuren gleiche Bezugsziffern jeweils auf gleiche
Elemente beziehen. Die in der hierin enthaltenen Beschreibung verwendete
Terminologie ist keineswegs nur deshalb einschränkend oder begrenzend zu verstehen,
weil sie im Zusammenhang mit einer detaillierten Beschreibung bestimmter
spezieller Ausführungsformen
der Erfindung verwendet wird. Außerdem können manche Ausführungsformen
der Erfindung mehrere neuartige Merkmale enthalten, von denen keines
allein für
seine wünschenswerten Eigenschaften
verantwortlich oder für
die Ausführung der
hierin beschriebenen Erfindung wesentlich ist.
-
Die
Erfindung stellt ein Tropfenanalysesystem für Tintenstrahldrucker bereit.
Das System, das in einem Tintenstrahldrucker integriert sein kann, weist
ein Substrat auf, auf das der Drucker ein Test-Druckmuster aufbringt.
Bei manchen Ausführungsformen
kann das Substrat aus einem transparenten Material bestehen. Gemäß 1 beginnt
eine Ausführungsform
eines Verfahrens zum Prüfen
von Tintenstrahldüsen
mit dem Block 10, in dem Tintenstrahldüsen eines Druckers ein Tintentropfenmuster auf
ein transparentes Substrat aufbringen. Als nächstes wird im Block 12 ein
digitales Bild des Musters erfasst. Eine geeignete Vorrichtung zum
Aufbringen und Erfassen des Bildes ist im einzelnen weiter unten unter
Bezugnahme auf 2–7 beschrieben.
Im Block 14 werden die digitalen Bilddaten analysiert. Durch
die Analyse erhält
man vorteilhafterweise eine Charakterisierung der Funktion der einzelnen
Düsen des
Tintenstrahldruckkopfs. Die durch das System erzeugte Information
kann bei manchen Ausführungsformen
Angaben zu nicht erfolgtem Ausstoß, fehlgerichtetem Ausstoß, Tropfenvolumen-Fehlern und
Abweichungen der Tintenfarbe umfassen. Im Schritt 16 können Abhilfemaßnahmen
getroffen werden. Dabei kann versucht werden, die Düsen vorzufüllen oder
zu reinigen, oder es können
fehlerhafte Düsen
gegen Ersatzdüsen
ausgetauscht oder fehlerhafte Düsen
durch andere funktionstüchtige
Düsen kompensiert
werden.
-
In 2 ist
ein Tropfenanalysesystem dargestellt, das einen Streifen eines im
Wesentlichen transparenten Films 18 aufweist. Der Streifen 18 kann
vorteilhafterweise aus einem handelsüblichen Polyesterfilm mit einer
Dicke unter etwa 5 Mil bestehen. Bei einer Ausführungsform hat sich eine Dicke von
1–2 Mil
als zweckmäßig erwiesen.
Je nach Art der im Drucker verwendeten Tinte kann es von Vorteil sein,
den Film mit einem Bindemittel zu beschichten, so dass die Tropfen
auf der Oberfläche
des Films haften und ähnliche
Ablagerungseigenschaften zeigen, wie sie auch während des normalen Druckvorgangs bei
dem im Drucker verwendeten Medium vorliegen.
-
Auf
einer Seite des Films 18 befindet sich eine Lichtquelle 20,
auf der gegenüber
liegenden Seite des Films 18 ein optischer Detektor 22.
Wie im Folgenden noch im einzelnen erläutert wird, werden im Betrieb
des Systems Tintentropfen selektiv auf den Film 18 aufgebracht.
Das von der Lichtquelle 20 kommende Licht wird gegebenenfalls
durch auf dem Film 18 zwischen der Lichtquelle 20 und
dem optischen Detektor 22 vorhandene Tintentropfen blockiert.
Die Anwesenheit und Position der abgelagerten Tinte kann durch Analysieren
der Ausgabe des optischen Detektors 22 erkannt werden.
-
Bei
Tintenstrahl-Druckanwendungen weisen die gedruckten Tropfen mehrere
Farben auf und sind nicht völlig
opak. Da die verschiedenfarbigen Tinten für einfallendes Licht unterschiedlicher
Farbe unterschiedliche Absorptionskennlinien aufweisen, ist es von
Vorteil, eine Lichtquelle zu verwenden, die Licht unterschiedlicher
Farben abgeben kann. Zum Beispiel kann die Lichtquelle zwei oder
mehr verschiedenfarbige LEDs aufweisen. Bei einer besonders vorteilhaften
Ausführungsform
wird die abgelagerte Tinte der Reihe nach durch rote, grüne und blaue LEDs
beleuchtet. Durch getrennte Absorptionsmessungen für rotes,
grünes
und blaues Licht in einem Bereich der aufgebrachten Tinte erhält man dann
unabhängig
von dem im Tintenstrahldrucker verwendeten Farbsatz der Tinte vollständige Informationen über die
Farbe der in jenem Bereich vorliegenden Tinte. Es besteht auch die
Möglichkeit,
anstelle der vorstehend genannten roten und grünen LEDs eine gelbe LED zu
verwenden. Allerdings erbringt dieses System mit nur gelben und
blauen Absorptionsmessungen keine vollständige und eindeutige Farbinformation.
-
Alternativ
zur Verwendung mehrerer einzelner verschiedenfarbiger Lichtquellen
besteht auch die Möglichkeit
der Verwendung von weißem
Licht und eines Farbdetektors, etwa einer handelsüblichen Farb-CCD.
Bei anderen Ausführungsformen
kann eine weiße
Lichtquelle mit einem nicht farbempfindlichen Detektor kombiniert
und eine externe Filterung zwischen Lichtquelle und Detektor vorgesehen
werden. Bei diesen Ausführungsformen
kann das Filter oberhalb des Films 10 angeordnet oder in
den Film 10 selbst integriert werden. Bei der ersten Ausführungsform
kann das Filter aus einer zwei oder drei Segmente aufweisenden Farbplatte
oder Farbscheibe bestehen, die so angeordnet wird, dass sie dem auf
den Film 10 auftreffenden Licht die gewünschte Farbe verleiht. Bei
dieser letztgenannten Ausführungsform
weist dann der Film zum Beispiel in einem durchscheinenden Rot,
Grün und
Blau gefärbte
Bereiche auf.
-
Im
Einsatz ist die in 2 dargestellte Vorrichtung an
einem Tintenstrahldrucker angebracht. Der Drucker druckt ein zuvor
ausgewähltes
Tintentropfenmuster auf den Film 18, wobei der Drucker
ferner Datenverarbeitungsschaltungen aufweist, die die Ausgabe des
optischen Detektors analysieren, um nicht korrekt arbeitende Tintenstrahldüsen zu erkennen.
-
Die
Lichtquelle 20, der Film 18 und der optische Detektor 22 können in
der unterschiedlichsten Weise am Rahmen oder an anderen Komponenten eines
Tintenstrahldruckers befestigt werden. Bei einer im Folgenden noch
detaillierter beschriebenen Ausführungsform
befinden sich die Lichtquelle und der optische Detektor im Inneren
des Druckers, unterhalb der Druckplatte, und der Film wird von der Druckoberfläche in den
Drucker und zwischen der Lichtquelle und dem optischen Detektor
hindurch geleitet. Dadurch wird das Umgebungslicht vermindert und
das Signal/Rausch-Verhältnis
am Detektor 22 erhöht.
Bei einigen Ausführungsformen
wird der Film auf der Druckplattenoberfläche bereitgestellt, und die Lichtquelle 20 ist
an einem bewegten Druckschlitten angebracht, der Bestandteil des
Tintenstrahldruckers ist. Alternativ kann die Lichtquelle 20 auch
am Rahmen des Druckers oder an einer anderen ortsfesten Position
am Drucker oberhalb des Films 18 angebracht sein.
-
3 zeigt
eine Vorderansicht einer Ausführungsform
eines in 2 in der Seitenansicht dargestellten
Bilderfassungssystems. Bei einigen in 3 dargestellten
vorteilhaften Ausführungsformen
weist der optische Detektor 22 eine lineare Anordnung einer
Vielzahl diskreter Lichtdetektorelemente, etwa CCDs oder Fotodioden,
auf. Der Film 18 befindet sich über dem optischen Detektor 22 und
kann in Richtung des Pfeils 28 am optischen Detektor 22 vorbei bewegt
werden. Auf dem Film 18 befindet sich ein Bereich 26 mit
aufgebrachten Tintentropfen. Diese können aus einzelnen voneinander
getrennten Tropfen oder aus Tropfenregionen mit mehreren benachbarten
Tropfen bestehen. Wie im einzelnen noch unter Bezugnahme auf 6 und 7 beschrieben wird,
kann dabei ein besonderes Tintenablagerungsmuster verwendet werden,
das für
die Identifizierung von Druckfehlern und die Zuordnung dieser Fehler
zu den entsprechenden Düsen
sowie die Abhilfemaßnahmen
vorteilhafte Analysemerkmale aufweist.
-
Während sich
der Film 18 am Detektor 22 vorbei bewegt, wird
das von der Lichtquelle 20 kommende Licht durch das Vorhandensein
der im Bereich 26 gedruckten Tintentropfen selektiv blockiert. Es
versteht sich, dass bei Erfassung der Ausgabe des Detektors während des
Durchlaufs des Films 18 am Detektor 22 vorbei
ein zweidimensionales digitales Bild des Druckmusters der im Bereich 26 aufgebrachten
Tinte erzeugt werden kann, das dann mittels digitaler Verarbeitungstechniken
im Tintenstrahldrucker analysiert werden kann. Natürlich kann
der optische Detektor alternativ auch eine zweidimensionale Anordnung
lichtempfindlicher Elemente aufweisen. Einige besonders vorteilhafte
Ausführungsformen
der Ablagerungs- und Analysetechniken werden im Folgenden beschrieben.
-
In 4 ist
eine Ausführungsform
eines Tintenstrahldruckers dargestellt, bei der die Tropfenablagerungsanalyse
gemäß 2 und 3 im
Drucker integriert ist. Dem Fachmann ist bekannt, dass der Drucker
eine angrenzend an eine oder mehrere Tintenstrahl-Patronen 32 angeordnete
Druckplattenoberfläche 30 zum
selektiven Aufbringen von Tinte auf ein Substrat, etwa Papier, Stoff,
usw., aufweist. Viele übliche
Druckerformen arbeiten mit vier auf einem (nicht dargestellten)
bewegten Druckschlitten angebrachten Tintenstrahlpatronen. Der Druckschlitten
wird über
die Platte hin- und herbewegt, und das Substrat wird bei jedem Durchgang
der Tintenstrahlpatrone weitergeschaltet, um ein vollständiges zweidimensionales
Bild zu erzeugen. In 4 ist die Patrone 32 oberhalb
der Platte 30 dargestellt, wie dies bei zahlreichen handelsüblichen
großformatigen Tintenstrahldruckern
der Fall ist, wobei jedoch alternativ des Aufbringen der Tinte auch
horizontal auf ein vertikal ausgerichtetes Substrat erfolgen kann.
-
Bei
der in 4 dargestellten Druckerausführung ist der Film 18 auf
eine Abwickelspule 34 aufgewickelt, die auswechselbar in
der Plattenoberfläche 30 aufgenommen
ist. Vorteilhafterweise ist die Abwickelspule nahe dem rechten oder
linken Ende der Platte 30 seitlich zur Bewegungsbahn des
Substratmaterials während
des normalen Druckvorgangs vorgesehen. Bei einigen vorteilhaften
Ausführungsformen
befinden sich die Abwickelspule 34 und die Bewegungsbahn
des transparenten Films 18 neben einer an einem Ende der
Druckplatte vorgesehenen Servicestation für die Druckpatrone. Wie dem
Fachmann bekannt ist, weisen die meisten Tintenstrahldrucker Servicestationen
zum Abwischen und Verschließen
der Tintenstrahldüsen
zwischen (und möglicherweise
auch während)
den Druckvorgängen
auf.
-
Bei
der Ausführungsform
gemäß 4 erstreckt
sich der auf der Abwickelspule 34 befindliche Film 18 unterhalb
der Bewegungsbahn der Tintenstrahlpatronen 32 über die
Druckplatte 30. Dann kann der Film 18 sich durch
einen Schlitz 36 in den Drucker hinein erstrecken. Unterhalb
des Schlitzes 36 sind der optische Detektor 22 und
die Lichtquelle 20 angebracht, wie dies weiter oben bereits
unter Bezugnahme auf 2 und 3 beschrieben
wurde. Im Handel gibt es zahlreiche Quellen für geeignete Detektoren und
LEDs. Eine Ausführungsform
verwendet zum Beispiel einen Detektor Modell TSL 214, 256 Pixel,
400 Pixel pro Zoll der linearen Fotodiodenanordnung, der Firmen
Texas Instruments. Dabei kann die Detektorauflösung sehr unterschiedlich und dennoch
ausreichend funktional sein. Tatsächlich kann die Auflösung des
Detektors bei Anwendung entsprechender Bildanalysetechniken, wie
sie weiter unten noch detaillierter beschrieben werden, wesentlich
geringer sein als die Auflösung
des Druckers selbst. So eignet sich der vorstehend beschriebene Detektor
mit 400 Pixeln pro Zoll für
einen Drucker mit 300 oder 600 dpi. Auch die für diese Ausführungsformen
geeigneten LEDs sind ohne weiteres erhältlich, wobei die Ausgangsintensität im eingeschalteten
Zustand und die Kosten die wichtigsten Faktoren für die Lieferantenauswahl
darstellen.
-
Unterhalb
des Detektors 22 und der Lichtquelle 20 sind eine
Andruckrolle 40 und eine Antriebswelle 38 vorgesehen.
Die Antriebswelle 38 kann mit einem (nicht dargestellten)
Schrittschaltmotor gekoppelt sein, so dass der Film 18 durch
die Drehbewegung der Antriebswelle 38 in Schritten am Detektor 22 und
der Lichtquelle 20 vorbei transportiert werden kann. Nachdem
der Film 18 am Detektor 22 vorbei bewegt wurde,
kann er in einen Abfallbehälter
geleitet werden, der entweder innerhalb oder außerhalb des Druckergehäuses vorgesehen
sein kann. Bevorzugt ist, dass die Antriebswelle 38 an
der unbedruckten Seite des Substrats 18 angreift.
-
Die
in 4 dargestellte Art der Ausführung der Bilderfassungseinrichtung
hat verschiedene vorteilhafte Aspekte. Durch die Anordnung des Detektors 22 und
der Lichtquelle 20 unter der Plattenoberfläche 30 wird
die Menge an Umgebungslicht, die auf den Detektor 22 auftrifft,
verringert und dadurch das Rausch-/Signal-Verhältnis am Detektor 22 verbessert.
Außerdem ist
ein sehr einfaches und zweckmäßiges Auffüllen des
Films möglich.
Hierzu kann die Abwickelspule zum Beispiel als Einwegkassette mit transparentem
Film ausgebildet sein, die nach Verbrauch von Hand durch den Benutzer
gegen eine neue Einweg-Abwickelspule ausgetauscht werden kann, so
wie man eine fotografische Filmrolle in einer Kamera auswechselt.
Zum Abschluss des Einsetzens der Filmpatrone könnte dann das Ende des Films 18 durch
den Schlitz und zwischen die zugehörige Andruckrolle 40 und
die Antriebswelle 38 geführt werden. Bei Drehung der
Antriebswelle 38 würde dann
ein Abschnitt des Films 18 in Richtung des Abfallbehälters abwärts gezogen
und der Film dadurch für
den nachfolgenden Druckvorgang und die Tropfenablagerungsanalyse
in Position gebracht.
-
Bei
vielen herkömmlichen
Tintentropfen-Analyseeinrichtungen wird die Tinte auf das eigentliche
Druckmedium aufgebracht, das auch für den anschließenden Druckvorgang
verwendet wird. Die Tinte kann dann mittels einer Lichtquelle und
eines Detektors erkannt werden, die zum Beispiel oberhalb des Substrats
auf dem Druckschlitten angebracht sind. Diese Systeme unterliegen
jedoch erheblichen Einflüssen
durch Umgebungslicht. Und sie verbrauchen auch teures Druckmedium,
das mehr als $ 1,-- je ft2 kosten kann,
verglichen mit den Kosten des Films 18, der nur einen kleinen
Bruchteil dieses Preises kostet. Wird ein dickes, schweres oder
unregelmäßiges Druckmedium
verwendet, etwa Vinyl, Leinen oder manche Textilien, sind die durch
diese herkömmlichen
Systeme gewonnenen Daten nur schwer zu interpretieren oder sogar
völlig
unbrauchbar. Der spezielle Film 18 ermöglicht dagegen ein gleich bleibendes
und wiederholbares Testverfahren bei geringen Kosten. Wie im Folgenden
noch erläutert
wird, wird auch die Geschwindigkeit, mit der das System gemäß 2–4 Information über die Tropfenablagerung
gewinnen kann, im Vergleich zu vielen derzeit verfügbaren Systemen
wesentlich verbessert.
-
Betrachtet
man nun die Lichtquelle 20 und ihre Beziehung zum Detektor 22,
so sind in 5 drei überlappende Beleuchtungsfelder 44, 46, 48 zu sehen,
die durch in geringem Abstand zueinander vorgesehene rote, grüne und blaue
LEDs erzeugt werden, welche eine vorteilhafte Ausführungsform der
Lichtquelle 20 als LED-Anordnung darstellen. Bei einer
vorteilhaften Ausführungsform
liegt der gesamte Detektor 22 jeweils innerhalb des Beleuchtungsfeldes
jeder LED. Die Beleuchtungsfelder 44, 46, 48 können jeweils
einen Durchmesser von zum Beispiel etwa 1 Zoll aufweisen. Wenn der
Detektor 22, wie vorstehend beschrieben, eine line are Anordnung
von 256 Fotodioden im Abstand von 400 Fotodioden pro Zoll aufweist,
beträgt
die Breite der Detektoranordnung 22 etwa 0,64 Zoll. Wie
dem Fachmann bekannt ist, weisen die Beleuchtungsfelder 44, 46 und 48 wegen
des inneren mechanischen Aufbaus handelsüblicher LEDs unter Umständen zwei
oder drei konzentrische Bänder
unterschiedlicher Lichtintensitäten aufweisen,
wobei üblicherweise
ein Bereich niedriger Intensität
in der Nähe
des Mittelpunktes des Beleuchtungsfeldes liegt. Um ein möglichst
gleichmäßiges Basisintensitätsprofil über den
gesamten Detektor 22 hinweg zu erhalten, wird der Detektor
vorteilhafterweise in den Beleuchtungsfeldern 44, 46, 48 außermittig
(in 5 vertikal) positioniert, um zu vermeiden, dass
er einen Bereich mit LED-Abstrahlung niedriger Intensität überdeckt.
Diese Effekte können auch
dadurch vermieden werden, dass man mehr als eine LED-Farbe vorsieht
und/oder die LEDs so richtet, dass die beleuchteten Bereiche sich
vollständiger überlappen.
-
Bei überlappender
Beleuchtung ist es möglich, über den
gesamten Fotodetektor hinweg einen Messwert für jede LED zu erhalten. Im
Betrieb wird also die das Beleuchtungsfeld 44 erzeugende
rote LED eingeschaltet, und es wird die gesammelte Lichtenergie
jeder der 256 Fotodioden gemessen und in der Drucker-Datenverarbeitungsschaltung
gespeichert. Anschließend
wird die rote LED abgeschaltet und die das Beleuchtungsfeld 46 erzeugende
grüne LED
eingeschaltet. Erneut wird die gesammelte Lichtenergie jeder der
256 Fotodioden gemessen und in der Drucker-Datenverarbeitungsschaltung
gespeichert. Schließlich
wird die grüne
LED abgeschaltet und die das Beleuchtungsfeld 48 erzeugende
blaue LED eingeschaltet, und die gesammelte Lichtenergie wird gemessen
und ein drittes Mal gespeichert. Nach diesen drei Datensammelschritten
wird der Film 18 einen Schritt weiter transportiert und
der mehrfache Prozess der Beleuchtung und Sammlung von Messdaten
wiederholt. Dabei kann der Film 18 während der Datenerfassung um
dieselben Schritte weiter transportiert werden wie während des
Tintenablagerungsprozesses. Die Auflösung des Systems in vertikaler
Richtung zur Detektoranordnung 14 kann daher von der horizontalen
Auflösung
von 400 dpi der Anordnung selbst abweichen. Dabei ist ersichtlich,
dass sich aus der sequentiellen Wiederholung dieser Datensammel-
und Transportschritte über
den ein Tintendruckmuster enthaltenden Bereich 26 des Films 18 hinweg
drei zweidimensionale Bilder der im Bereich 26 aufgebrachten
Tinte mit einer Auflösung
von 400 dpi in horizontaler Richtung und einer Auflösung von
normalerweise 300 oder 600 dpi in vertikaler Richtung ergeben. Dabei
gibt ein Bild die Dämpfung des
roten Lichts durch die abgelagerte Tinte, ein Bild die Dämpfung des
grünen
Lichts durch die abgelagerte Tinte und ein Bild die Dämpfung des
blauen Lichts durch die abgelagerte Tinte wieder.
-
Bei
vielen vorteilhaften Ausführungsformen gibt
jedes einzelne Pixel der Fotodetektoranordnung 22 einen
Wert aus, der die Gesamtlichtenergie wiedergibt, die von dem Pixel
während
einer definierten Erfassungsdauer absorbiert wurde. Die Erfassungszeit
kann zum Beispiel auf eine Millisekunde eingestellt werden. Ferner
hat jedes Pixel einen maximalen Ausgangswert, so dass bei zu hoher
Lichtintensität oder
zu langer Erfassungsdauer eine Sättigung
eintreten kann. Um ein maximales Signal-/Rausch-Verhältnis zu
erhalten, sollte vorzugsweise jedes Pixel bei jeder Erfassung, bei
der keine Tinte zwischen der Lichtquelle und dem Pixel vorliegt,
annähernd
die Sättigung
erreichen. Durch das Vorhandensein von Tinte wird die Lichtintensität während der
Erfassungsdauer gedämpft,
und der Pixelausgangswert verringert sich entsprechend der Absorption
der über dem
Pixel befindlichen Tinte in dem durch die jeweilige beleuchtete
LED abgegebenen Wellenlängenbereich.
Wird das Pixel bei Beleuchtung durch klaren Film gesättigt oder übersättigt, wird
die Intensitätsverringerung
durch auf dem Film vorhandene Tinte falsch gemessen oder gar nicht
erfasst.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung ist eine zweckmäßige Kalibrierung
des Systems dadurch möglich,
dass man ein Segment klaren Films über dem Detektor positioniert,
die Erfassungsdauer je Pixel auf eine Millisekunde einstellt und
die Einschaltdauer jeder LED einzeln so einstellt, dass die Pixel
der Anordnung während
der Erfassungsdauer von einer Millisekunde bei Beleuchtung mit jeder
Farbe der Sättigung
nahe kommen, sie aber nicht erreichen. Bei dieser Ausführungsform
sollte die Intensität
der LEDs so hoch sein, dass die Pixel der Anordnung die Sättigung
erreichen, wenn die LEDs während
der gesamten Erfassungsdauer von einer Millisekunde eingeschaltet
sind. Zur Kalibrierung des Systems wird die Einschaltdauer jeder
LED dann auf unter eine Millisekunde gesenkt, so dass jede Pixelausgabe
während
der Erfassungsdauer von einer Millisekunde (einschließlich gewisser LED-Ausschaltzeiten,
in denen kein LED-Licht auf die Pixel fällt) etwas unter dem Sättigungswert
liegt. Zum Beispiel kann man bei einer vorläufigen Kalibrierung eine der
LEDs für
die gesamte Erfassungsdauer von einer Millisekunde einschalten und
dann die Pixelausgangswerte testen. Der so erhaltene Ausgangswert
der Anordnung entspricht dann der höchstmög lichen Lichtintensitätsmessung.
Danach kann man dieselbe LED für
0,95 Millisekunden einschalten und die Pixelausgangswerte erneut
testen. Erreichen die Pixel immer noch die Sättigung, kann man die LED für eine Erfassungsdauer
von 0,90 Millisekunden einschalten, usw., bis eine LED-Einschaltdauer
gefunden ist, die einen Ausgangswert unterhalb der Sättigung
ergibt. Die gleiche Abfolge wird für alle drei LEDs wiederholt,
und die ermittelten optimalen Einschaltzeiten werden dann für die späteren Datenerfassungsvorgänge bei
auf dem Film abgelagerter Tinte verwendet. Dadurch werden Unterschiede
in der Lichtintensität
verschiedener LEDs, unterschiedliches Ansprechen bei verschiedenen Wellenlängen des
einfallenden Lichts, usw., ausgeglichen. Zweckmäßige LED-Einschaltdauern liegen normalerweise
im Bereich von 0,5 bis 1 Millisekunden.
-
In 6 ist
ein vorteilhaftes Tintendruckmuster im Bereich 26 des Films 18 dargestellt.
Es versteht sich, dass viele unterschiedliche Tintendruckmuster
möglich
sind. Welches Muster am vorteilhaftesten ist, ist von der Anzahl
und Ausbildung der im Drucker eingesetzten Düsen abhängig, wobei es sich versteht,
dass eine Vielzahl unterschiedlicher Tintendruckmuster im Rahmen
der Erfindung möglich
sind. Allgemein ist es vorteilhaft, ein Muster zu verwenden, das
schnell zu drucken ist, bei dem durch jede Düse eine größere Menge Tinte aufgebracht
wird und bei dem zudem jede Düse
durch eine Tintenablagerung beiträgt, die auf dem Substrat so
weit wie möglich physisch
getrennt von den durch andere Düsen
beigetragenen Tintenablagerungen positioniert sind.
-
Bei
der dargestellten Ausführungsform
ist der funktionell analysierte Tintenstrahldruckkopf ein piezoelektrischer
Vierfarben-Druckkopf mit einem Satz von 192 Tintenstrahldüsen für jede der
Farben Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz. Die vier Sätze sind
in zwei Spalten mit je 384 Düsen
angeordnet. Die Düsenspalten
sind etwa ¼ Zoll
voneinander getrennt, und der Abstand der Düsen zueinander beträgt 300 Düsen pro
Zoll, woraus sich ein Spaltenmaß von
etwa 1-¼ Zoll
ergibt. Die oberen 192 Düsen der
ersten Spalte bringen cyanfarbige Tintentropfen, die oberen 192
Düsen der
zweiten Spalte bringen schwarze Tintentropfen auf. Die unteren 192
Düsen der
ersten Spalte bringen gelbe Tintentropfen, die unteren 192 Düsen der
zweiten bringen magentafarbige Tintentropfen auf.
-
Es
wird nun Bezug genommen auf das in 6 dargestellte
Druckmuster. Ein vorteilhaftes Druckmuster besteht aus einer Vielzahl
quadratischer Anordnungen abgelagerter Tintentrop fen. Dabei erzeugen
die beiden Düsenspalten
zum Beispiel horizontal beabstandete, etwa rechteckige Anordnungen
von Quadraten abgelagerter Tinte. Da jede Düsenspalte einen Düsensatz
für zwei
Farben enthält,
besteht jedes horizontal beabstandete rechteckige Muster aus zwei
vertikal benachbarten rechteckigen Mustern unterschiedlicher Farben.
So druckt die Düsenspalte 1 einen
Satz von 192 cyanfarbigen Quadraten 54 und einen Satz von
192 gelben Quadraten 56. Die Düsenspalte 2 druckt
einen Satz von 192 schwarzen Quadraten 50 und einen Satz
von 192 magentafarbigen Quadraten 60. Jedes Quadrat besteht
aus sechzehn einzelnen Tintentropfen in einer 4 × 4-Anordnung, wobei jeder
dieser Tropfen von einer einzelnen ausgewählten Düse ausgestoßen wird. Das linke obere cyanfarbige
Quadrat 62 des von der ersten Düsenspalte gedruckten Musters
besteht aus sechzehn von der Düse 1 der
ersten Düsenspalte
aufgebrachten Tropfen, das nächste
cyanfarbige Quadrat 64 rechts davon besteht aus sechzehn
von der Düse 2 der
ersten Düsenspalte
aufgebrachten Tropfen, und so fort entlang der oberen Reihe, so
dass das letzte cyanfarbige Quadrat 66 der oberen Reihe
von Quadraten aus sechzehn von der Düse 8 der ersten Düsenspalte
aufgebrachten Tropfen besteht. In der zweiten Reihe wird das erste
Quadrat 68 von der Düse 9 der
ersten Spalte aufgebracht, usw. Die von der zweiten Düsenspalte
aufgebrachten Quadrate sind im gleichen Format angeordnet. Das obere
linke schwarze Quadrat 70 wird von der Düse 1 der
zweiten Düsenspalte,
das untere rechte magentafarbige Quadrat 72 von der Düse 384 der
zweiten Düsenspalte
aufgebracht. Dieses Muster aus Quadraten kann mit vier Durchgängen des Druckkopfs über das
Medium 18 gedruckt werden.
-
7 zeigt
eine Detailansicht der acht oberen linken cyanfarbigen Quadrate
der Anordnung gemäß 6 mit
den relativen Abständen,
der Positionierung und Größe der Quadrate.
Wie sowohl in 6 als auch in 7 zu
sehen ist, werden die Quadrate in gestaffelten Reihen aufgebracht.
Sowohl horizontal als auch vertikal sind die Mittelpunkte der Quadrate
acht Druckauflösungseinheiten
voneinander beabstandet (d.h. bei einem 300 dpi-Drucker um 8/300
Zoll). Da jedes Quadrat eine Größe von vier Druckauflösungseinheiten
mal vier Druckauflösungseinheiten
hat, sind die Ränder
der Quadrate um vier Druckauflösungseinheiten
beabstandet. Folgt man einer gegebenen Reihe nach rechts, so liegt
jedes gedruckte Quadrat um eine Druckauflösungseinheit vertikal tiefer
als das links neben ihm befindliche Quadrat. Bei Betrachtung in
Abwärtsrichtung
von einer Reihe zu anderen liegt jedes Quadrat um jeweils zwei Druckauflösungseinheiten
weiter rechts als das nächste
benachbarte Quadrat der höheren Reihe. Dieses
Muster setzt sich in vier Reihen abwärts fort; die fünfte Reihe
in Abwärtsrichtung
ist dann wieder horizontal mit der ersten Reihe ausgerichtet. Die Quadrate
liegen also in Gruppen von je 32 Quadraten (je 8 Quadrate in vier
Reihen) vor, so dass die 192 Düsen
jeder Farbe jeweils sechs etwa trapezförmige Anordnungen von jeweils
32 Quadraten aufbringen.
-
Diese
Art der Anordnung hat mehrere Vorteile. Sie lässt sich auf einem relativ
schmalen Streifen eines transparenten Films von etwa 0,75 Zoll Breite drucken.
Angesichts der Verschiebung um nur eine Druckauflösungseinheit
in Abwärtsrichtung
je Quadrat in einer Reihe kann die gesamte Anordnung mit vier Durchgängen des
Druckkopfs über
den Streifen gedruckt werden. Im ersten Durchgang werden die obersten
vier Tropfen jedes Quadrats gedruckt, wonach der Film um 1/300 Zoll
weiter transportiert wird. In den folgenden drei Durchgängen werden
der zweite, dritte und vierte Satz von je vier Tropfen der einzelnen
Quadrate gedruckt. Außerdem
wird durch die Vielzahl der gestaffelten Gruppen von je 32 Quadraten
die Gefahr einer fehlerhaften Interpretation der Tintenablagerung
bei der nachfolgenden digital durchgeführten Analyse verringert, wie
dies im Folgenden noch im Detail erläutert wird.
-
Wie
vorstehend bereits beschrieben wurde, erfolgt die digitale Bilderfassung
durch schrittweisen Transport des Films mit dem darauf abgelagerten Tropfenmuster
vorbei am optischen Detektor. Dabei befindet sich der optische Detektor
zunächst
etwas unterhalb der untersten Reihe des Tropfenmusters. Dann werden
in drei Erfassungsschritten Intensitätsdaten jeweils unter roter,
grüner
und blauer Beleuchtung erfasst, und die Ausgangswerte je Pixel werden in
einem Speicher im Drucker gespeichert. Dann wird der Film schrittweise
transportiert, wobei die drei Erfassungsschritte wiederholt werden.
Dieses Verfahren wird so lange fortgesetzt, bis drei vollständige zweidimensionale
Bilder des mit Tinte bedruckten Bereichs erzeugt wurden. Jedes dieser
Bilder besteht aus einer 256 Pixel breiten mal 450–500 Pixel langen
Anordnung von 8-bit-Lichtintensitätswerten, wobei ein geringer
Pixel-Helligkeitswert eine hohe Absorption des einfallenden Lichtes
durch zwischen der LED und dem Fotodetektor vorhandene aufgebrachte
Tinte anzeigt. Ein Vorteil des vorliegenden Systems ist die Schnelligkeit
der Datenerfassung. Für
drei Datenerfassungsschritte sind je Pixelreihe etwa 3 Millisekunden
erforderlich. Bei 300–600 Transportschritten
je Zoll kann der Film 18 mit einer Geschwindigkeit von etwa
1,5 bis 2,5 Sekunden pro Zoll über
den optischen Detektor geführt
werden. Dies führt
zu einer Gesamt-Erfassungsdauer von weniger als 5 Sekunden für das in 6 dargestellte Muster.
-
Nach
Erfassung der drei digitalen Bilder werden die Daten analysiert,
um die Düsenleistung
charakterisieren zu können.
Zunächst
werden die erfassten digitalen Bilddaten jedoch vorzugsweise normalisiert,
um Schwankungen des an jeder Pixelposition tatsächlich vorhandenen Ausgangs-Dynamikbereichs
Rechnung zu tragen. Dies kann in der Weise geschehen, dass man den
Pixelausgangswert ohne Beleuchtung (alle LEDs sind abgeschaltet)
misst, um für
jedes Pixel und auch für
jede Farb-LED eine Hintergrundmessung zu erhalten, und dass man
auch den Pixelausgangswert bei einem klaren Medium und ohne Tinte
misst, um den maximalen Ausgangswert ohne Dämpfung durch Tinte für jedes
Pixel zu erhalten. Bei einem 8-bit-Pixel betragen diese Werte idealerweise
0 bzw. 255, werden jedoch in der Praxis von diesen Zahlen abweichen.
Diese Messungen können
unmittelbar vor jedem Bilderfassungsverfahren durchgeführt werden.
-
Die
einzelnen während
des Bilderfassungsverfahrens erhaltene Roh-Pixeldatenwerte können dann
unter Anwendung der folgenden Formel skaliert werden: Inormalisiert =
255(Igemessen – Iminimum)/(maximum – Iminimum) (1)worin
Iminimum und Imaximum die vor der Bilderfassung durchgeführten Hintergrund-
und Maximalwertmessungen sind.
-
Um
die Mittelpositionen der gedruckten 4 × 4-Tintentropfenanordnungen
aufzutragen, ist es von Vorteil, die skalierten Bilddaten zu verarbeiten,
indem die Werte derselben Pixelpositionen aller drei erfassten Bilder
kombiniert und ein einziges digitales Grauskalenbild erzeugt wird,
das die "Gesamt"-Dämpfung der
Tinte an jeder Pixelposition wiedergibt. Zur Verbesserung des Kontrastes
kann diese Kombination der drei digitalen Bilder in der Weise erfolgen,
dass man für
jedes Pixel die rote, grüne
und blaue Dämpfung
multipliziert und dann durch das Quadrat aus 255 dividiert. So wird
jedem Pixel des Grauskalenbildes ein Wert entsprechend den Werten des
betreffenden Pixels in den mit rotem, grünem und blauem Licht beleuchteten
Bildern wie folgt zugewiesen: Ikombiniert = (Inormalisiert,rot)(Inormalisiert,
grün)(Inormalisiert, blau)/(255)2 (2)
-
Durch
Inversion dieser kombinierten Grauskalen-Pixelwerte erhält man dann
ein Maß für die Gesamtdämpfung: Dämpfung = P = 255 – Ikombiniert (3)
-
Nach
dieser Manipulation repräsentiert
jeder Pixelwert ein normalisiertes Maß der Gesamtdämpfung der
Tinte auf dem Medium 18, wobei ein höherer Pixelwert einer höheren Lichtabsorption
durch die Tinte an der betreffenden Pixelposition entspricht.
-
Für den Fachmann
ist ersichtlich, dass für die
Analyse eines digitalen Bildes der Tintenablagerung viele Algorithmen
entwickelt werden können. Bei
der nachstehend beschriebenen Ausführungsform umfasst die Analyse
die Bestimmung der örtlichen
Maxima der Dämpfung
und die Aufzeichnung dieser örtlichen
Maxima in einem Koordinatensystem. Eine Ausführungsform dieses Verfahrens
ist durch das Flussdiagramm der 8 wiedergegeben. Unter
Bezugnahme auf diese Figur und das in 6 und 7 dargestellte
Druckmuster werden im Schritt 74 die Rohpositionen der
Mittelpunkte der 4 × 4-Tropfenanordnungen
innerhalb des erfassten Bildes bestimmt. Als nächstes werden im Schritt 76 diese
Rohmittelpunktpositionswerte kalibriert. Diese Kalibrierung kann
die Maßnahme
umfassen, die Roh-Mittelpunktpositionswerte zu verschieben und zu
skalieren, um das Druckmuster insgesamt in eine vordefinierte absolute
Position innerhalb des gesamten erfassten Bildes zu bringen. Im
Schritt 78 werden die erfassten 4 × 4-Tropfenanordnungen bestimmten Düsen zugeordnet.
Im Schritt 80 werden fehlerhaft arbeitende Düsen erkannt.
-
Eine
spezielle Durchführung
dieser Schritte wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 9A–9C und 10 beschrieben.
Bei einer Ausführungsform
werden zum Beispiel Blöcke
von 36 Pixeln des durch die vorstehende Pixelwert-Skalierung und
-Kombination erzeugten zweidimensionalen Grauskalenbildes in der
in 9A bis 9C dargestellten
Weise analysiert. Bei dieser speziellen Ausführungsform wird die Summe der
Intensitätswerte
des oberen linken Blocks von 36 Pixeln (in 9A mit 82 bezeichnet)
eines Bildes berechnet. Da die obere linke Ecke keine abgelagerte
Tinte enthalten dürfte,
dürfte
sich hier eine niedrige Zahl erge ben, da die Dämpfung jedes Pixels annähernd null
sein dürfte.
Danach wird der 36-Pixel-Block
um drei Pixel nach rechts verschoben, und es wird erneut die Summe
berechnet. Da auch in diesem Block kein Teil des Bildes mit abgelagerter
Tinte vorkommt, ist die Summe wiederum klein. Dieser Prozess wird über die
linke Hälfte
der Bildbreite von 400 Pixeln fortgesetzt, wobei die rechte Spalte
der Quadrate zunächst
unberücksichtigt
bleibt. Anschließend
wird der 36-Pixel-Block wieder zur linken Seite des Bildes und um drei
Pixel abwärts
in die Position 84 in 9A bewegt.
Wieder wird die Summe der Intensitätspegel aller Pixels im 36-Pixel-Block
gebildet, und der Block wird jeweils über drei Pixelspalten weiter
bewegt, wobei an jeder Position die Summe berechnet wird. Bei jeder
Berechnung der Summe wird ihr Wert mit einem Schwellenwert verglichen
um zu bestimmen, ob der 36-Pixel-Block eine der 4 × 4-Tropfenanordnungen überlappt
oder nicht. Dabei muss der Schwellenwert so niedrig sein, dass eine Überlappung
gedruckter Quadrate erkannt wird, muss andererseits jedoch auch
hoch genug sein, um nicht durch die abgelagerte Tinte bedingtes
Rauschen auszuschließen.
-
Daraus
ergibt sich, wie in 9B dargestellt, dass bei beginnender Überlappung
des analysierten Pixelblocks mit dem Bild des oberen linken gedruckten
Tintenquadrats 62 der Wert der Summe steigt. Sobald die
Summe den Schwellenwert übersteigt, hat
das System eine Tropfenanordnung "gefunden", und die Position des 36-Pixel-Blocks,
bei der der Schwellenwert zuerst überschritten wurde, wird gespeichert.
-
Wenn
eine Tropfenanordnung gefunden wurde, wird der analysierte Block
um jeweils ein Pixel in allen vier Richtungen verschoben und um
ein Pixel in die Richtung bewegt, die die größte Zunahme der berechneten
Pixelwertsumme für
den Block bewirkt hat. Dieser Schritt wird so lange wiederholt,
bis eine Bewegung in allen vier Richtungen keine Erhöhung der Pixelwertsumme
mehr ergibt, womit die Position bestimmt ist, in der die Summe der
36 Pixelwerte ein örtliches
Maximum erreicht. Diese Position ist in 9C dargestellt.
-
Wie
in dieser Figur zu sehen ist, nimmt das Bild des mit 300 dpi aufgebrachten
16-Tropfen-Quadrats
einen quadratischen Bereich von etwa 5,3 Pixeln in horizontaler
Richtung und 4 Pixeln in vertikaler Richtung ein, wenn die horizontale
Auflösung
(bestimmt durch die Auflösung
der Fotodiodenanordnung) wie vorstehend beschrieben 400 dpi und
die vertikale Auflösung
(bestimmt durch die Länge
der Transportschritte während
der Bilderfassung) 300 dpi beträgt.
Daraus ist ersichtlich, dass der 36-Pixel-Block größer bemessen
ist als die erwartete Größe einer
abgebildeten 4 × 4-Tropfenanordnung,
jedoch nicht so groß,
dass bei diesem Prozess mehr als eine abgebildete Tropfenanordnung überlappt würde. Bei
anderen Tropfen-Druckmustern
und/oder horizontalen oder vertikalen Auflösungen kann die Blockgröße auch
entsprechend diesen Parametern größer, kleiner, rechteckig, usw.
gewählt
werden.
-
Wenn
ein 36-Pixel-Block identifiziert ist, der einem örtlichen Maximum der Summe
der 36 Pixelwerte entspricht, wird der Mittelpunkt des Bildes des gedruckten
Tintenquadrats 62 durch Schwerpunktberechnung berechnet,
wodurch der Ort des "Mittelpunkts" einer gewichteten
Tropfenanordnung mit einer Auflösung
bestimmt wird, die genauer ist als die Auflösung der Bilderfassung. Bei
dieser Ausführungsform
der Erfindung wird damit der Ort des Mittelpunkts des Tintentropfens
wie folgt berechnet: Horizontale
Position = Σi(xiPi)/Σi(Pi) (4) Vertikale Position = Σi(yiPi)/Σi(Pi) (5)wobei
die Summe für
den 36-Pixel-Block berechnet wird.
-
Nach
dieser Berechnung werden diese Daten Teil eines ersten Eintrags
in eine Liste erfasster Tropfenanordnungen. Der Eintrag umfasst
die mit den vorstehenden Gleichungen (4) und (5) berechnete gewichtete
Position der Tropfenanordnung sowie die gemäß vorstehender Gleichung (1)
berechneten gesonderten Einträge
für die
roten, grünen
und blauen Intensitäten
an jedem der 36 Pixel des Blocks.
-
Nach
Erzeugung dieses Listeneintrags werden die Werte der 36 Pixel des
Blocks jeweils auf Null gesetzt, so dass dieselbe Tropfenanordnung
nicht nochmals erfasst wird. Anschließend wird der 36-Pixel-Block
an die gespeicherte Position, in der die Schwellenwertsumme zum
ersten Mal überschritten wurde,
zurück
bewegt und wieder wie vorstehend beschrieben nach rechts und abwärts verschoben,
bis die nächste Überlappung
mit dem nächsten
Tintenquadrat-Bild
64 beginnt. Dann werden die vorstehend beschriebenen Verfahren der
Summenbildung für
das Pixel und der Bestimmung des gewichteten Mittelpunkts für das zweite
Tintenquadrat- Bild
64 wiederholt und ein zweiter Listeneintrag erzeugt. Dieser Prozess
wird so lange wiederholt, bis der 36-Pixel-Block die rechte untere
Position der linken Hälfte des
Bildes erreicht und alle Tropfenanordnungen der linken Spalte erfasst
wurden, jeweils eine Mittelposition zugewiesen und ein Eintrag in
der Liste der erfassten Tropfenanordnungen erzeugt wurde.
-
Bis
zu diesem Zeitpunkt wurde nur eine Liste der erfassten Anordnungen
und ihrer Positionen erzeugt. Es wurde nicht bewertet, welche Düse welche Tropfenanordnung
gedruckt hat oder ob die Positionen der Tropfenanordnungen korrekt
sind oder nicht. Da eine unbekannte Zahl der Düsen unter Umständen Tinte
nicht ordnungsgemäß oder gar
nicht abgibt, ist es vorteilhaft, die Liste der Positionen der erfassten
Tropfenanordnungen insgesamt in irgendeiner Weise zu analysieren,
um das gesamte Druckmuster in einer entsprechenden Position innerhalb des
erfassten Bildes auszurichten und zu positionieren. Danach ist es
dann möglich,
die gemessenen Mittelpunktpositionen der Tropfenanordnungen genau
mit den absoluten Positionen zu vergleichen, die bei ordnungsgemäß arbeitenden
Düsen erwartet werden.
Als Beispiel für
das Ausrichtverfahren wird nachstehend auf 10 eingegangen,
in der ein Druckmuster dargestellt ist, das von einem Druckkopf
mit acht fehlerhaft arbeitenden Düsen gedruckt wurde, die während des
Druckvorgangs keine Tinte ausstießen.
-
Die
Kalibrierung der Roh-Mittelpunktpositionen kann zunächst mittels
Austauschsortierung der Liste der erfassten Tropfenanordnungen erfolgen, durch
diese in eine Reihenfolge von links nach rechts und von oben nach
unten gebracht werden. Dabei platziert die Sortierung jede gegebene
erfasste Tropfenanordnung in der Liste weiter nach unten als alle anderen
erfassten Tropfenanordnungen, die sich in derselben Reihe weiter
links oder in einer vertikal höheren
Reihe befinden. Bei Anwendung des vorstehend unter Bezugnahme auf 9A–9C beschriebenen
Verfahrens zur Erfassung der Tropfenanordnungen ist dies die Reihenfolge,
in der die Tropfenanordnungen hätten
gefunden werden müssen; allerdings
kann eine nicht ordnungsgemäße Funktion von
Düsen zu
einer von dieser erwünschten
Reihenfolge abweichenden Reihenfolge führen.
-
Die
Austauschsortierung kann durch paarweisen Vergleich der x- und y-Mittelpunktpositionen der
Tropfenanordnung erfolgen. Dabei kann der Vergleich mit den ersten
beiden erfassten Tropfenanordnungen in der Liste beginnen. Nachdem
diese verglichen und geordnet wurden, wird der dritte Eintrag mit dem
zweiten Eintrag verglichen, und diese beiden Einträge werden
wiederum geordnet. Wenn dieser Ordnungsvorgang zu einer Änderung
der Listenposition führt,
so dass die erfasste dritte Tropfenanordnung der zweite Listeneintrag
und die zweite Tropfenanordnung der dritte Listeneintrag wird, wird
der neue zweite Listeneintrag mit dem ersten Listeneintrag verglichen.
Der vierte Listeneintrag wird dann mit dem dritten Listeneintrag
verglichen und geordnet, usw.
-
Der
numerische Vergleich kann in der Weise erfolgen, dass zunächst die
vertikalen Rohpositionen der beiden Mittelpunkte des Listeneintrags
vergleichen werden. Wenn die beiden y-Positionen um mehr als einen gewählten Schwellenbetrag
abweichen, wird der Listeneintrag mit der höheren y-Position (in 6 und 7 weiter
oben) vor dem anderen Eintrag in der Liste positioniert. Bei dem
in 6 und 7 dargestellten Tropfenanordnungsmuster
kann dieser Schwellenwert mit der Hälfte des vertikalen Rasterabstandes
des Musters angesetzt werden. Wie in 7 zu erkennen
ist, beträgt
der vertikale Rasterabstand acht Pixelpositionen, so dass der Schwellenwert
mit vier Pixelpositionen angesetzt werden kann. Wenn die y-Position
der Mittelpunkte der Tropfenanordnung um mehr als vier Pixelpositionen
differieren, wird die Tropfenanordnung mit der höheren y-Position daher vorangestellt.
-
Wenn
die y-Positionen der Listeneinträge
enger als um den Schwellenwert von vier Pixelpositionen zusammen
liegen, was normalerweise bei benachbarten Tropfenanordnungen in
derselben Reihe der Fall sein wird, wird eine Ordnung der Reihenfolge auf
der Grundlage der x-Position durchgeführt. Wenn in diesem Fall die
beiden Listeneinträge
Tropfensätze
in derselben Reihe repräsentieren,
wird der Listeneintrag mit der niedrigen x-Position (in 6 und 7 weiter
links) vorangestellt. Wenn statt dessen der Vergleich zwischen der
letzten Tropfenanordnung einer Reihe und der ersten Tropfenanordnung der
nächsten
Reihe erfolgt, wird der Listeneintrag mit der höchsten x-Position (in 6 und 7 weiter rechts)
vorangestellt. Für
die Unterscheidung dieser beiden Möglichkeiten macht man sich
den Umstand zunutze, dass das versetzte Muster gemäß 6, 7 und 10 bei
der Bewegung von der linken Seite einer Reihe zur rechten Seite
einer Reihe dazu führt,
dass die Mittelpunktpositionen in y-Richtung um etwa die doppelte
Höhe der
Tropfenanordnung sinken. Beim Vergleich von Listeneinträgen mit ähnlichen
y-Positionen wird die y-Position des Listeneintrags mit der niedrigen
x-Position auf der Grundlage des bekannten Staffelungswinkels neu
berechnet, wodurch man die erwar tete y-Position dieses Listeneintrags
für den
Fall erhält,
dass seine x-Position gleich der x-Position des Listeneintrags mit dem
höheren
x-Wert wäre.
Wenn die beiden verglichenen Listeneinträge sich in derselben Reihe
befinden, dürften
sich dabei annähernd
identische y-Positionen ergeben.
Wenn andererseits der Listeneintrag mit dem niedrigeren x-Wert sich
in der nächst
tieferen Reihe befindet, wird der neu berechnete y-Wert wesentlich
niedriger sein als der y-Wert des Listeneintrages mit dem höheren x-Wert.
Wenn daher diese Neuberechnung der y-Position eine Abweichung von weniger
als vier Pixelpositionen zwischen den Listeneinträgen ergibt,
wird der Listeneintrag mit dem niedrigeren x-Wert vorangestellt.
Wenn diese Neuberechnung der y-Position eine Abweichung um mehr als
vier Pixelpositionen zwischen den Listeneinträgen ergibt, wird der Listeneintrag
mit dem höheren x-Wert
vorangestellt.
-
Durch
die Durchführung
dieses paarweisen Vergleichs benachbarter Listeneinträge über die
gesamte Liste hinweg erhält
man eine geordnete Liste der erfassten Tropfenanordnungen (und der
zugehörigen
Mittelpunkt- und Dämpfungsdaten).
In dieser geordneten Liste können
dann vollständige,
aus acht Tropfenanordnungen bestehende einzelne Reihen identifiziert
werden. Dies kann in der Weise geschehen, dass man mit dem ersten
Listeneintrag beginnt und zählt,
wie viele Listeneinträge
unter ihm stehen, bevor man auf einen Listeneintrag mit einer weiter links
liegenden x-Position trifft. Bei dem Beispielmuster der 10 wird
die erste Reihe 90 als vollständig markiert, weil die x-Position
der ersten acht Listeneinträge
kontinuierlich steigt und der neunte Eintrag einen wesentlich geringeren
x-Wert hat als der achte. Die zweite Reihe 92, in der eine
Anordnung 94 wegen einer nicht ordnungsgemäß arbeitenden
Düse fehlt,
wird nicht als vollständig
markiert, weil nur sieben Listeneinträge vorliegen, bevor ein Sprung
nach links in der x-Position auftritt. Dieses Verfahren wird so
lange fortgesetzt, bis alle vollständigen Reihen identifiziert
sind. Für
jede vollständige
Achterreihe wird die mittlere x-Position der Tropfenanordnungen in
der Reihe errechnet und gespeichert.
-
Als
nächstes
werden vollständige,
aus 32 Tropfenanordnungen bestehende trapezförmige Blöcke identifiziert. Dies kann
in der Weise geschehen, dass man jeweils aus vier vollständigen Reihen,
die wie vorstehend beschrieben identifiziert wurden, bestehende
benachbarte Sätze
analysiert. Wenn die zuvor gespeicherte mittlere x-Position der
Tropfenanordnung bei allen vier Reihen kontinuierlich steigt, ohne
dass ein Sprung nach links zu einem niedrigeren x-Wert erfolgt,
bilden die vier Reihen einen vollständigen trapezförmigen Block.
In 10 liegen sieben derartige, aus 32 Anordnungen
bestehende vollständige
Blöcke
vor, die mit 96a– g
bezeichnet sind.
-
Zum
Kalibrieren der x- und y-Mittelpunktpositionen der in den Listeneinträgen gespeicherten
erfassten Tropfenanordnungen werden die mittlere x-Position und
die mittlere y-Position der 32 Listeneinträge für den in 10 mit 96a bezeichneten höchsten vollständigen 32er-Block
berechnet. Die gleiche Berechnung erfolgt auch für den in 10 mit 96g bezeichneten
untersten Block von 32 Listeneinträgen. Unter Umständen können diese
Berechnungen x- und y-Positionen für diese Blöcke ergeben, die von den idealen
erwarteten Positionen abweichen. Zum Beispiel kann das gesamte Muster leicht
nach links, rechts, oben oder unten verschoben sein. Außerdem kann
das Bild in vertikaler Richtung gestreckt oder gestaucht sein, wenn
der Film 10 während
der Bilderfassung in Schritten transportiert wird, die geringfügig länger oder
kürzer
sind als erwartet.
-
Um
diese möglichen
Abweichungen auszugleichen und das Muster so im Bild zu positionieren, dass
genauere und aussagekräftigere
Vergleiche zwischen der tatsächlichen
und der erwarteten Tropfenposition möglich sind, werden die x-Positionen und
y-Positionen aller Mittelpunkte in den Listeneinträgen kalibriert.
Zunächst
werden die Rohwerte der x- und y-Position
um den Betrag verschoben, der erforderlich ist, um die mittlere
x-Position und die mittlere y-Position der 32er Tropfenanordnung
des höchsten
vollständigen
trapezförmigen
Blocks exakt in die erwartete Position zu bringen. Damit wird das Muster
an einem bestimmten absoluten Ort innerhalb des gesamten erfassten
Bildes positioniert.
-
Zum
Ausgleich einer möglichen
Streckung oder Stauchung des Musters werden die y-Positionen aller
Listeneinträge
um einen Betrag verschoben, der in Richtung weg von der idealen
y-Position des oberen
Blocks 96a linear zunimmt und die mittlere y-Position des
untersten vollständigen
Blocks 96g zwangsweise in seine genau ideale erwartete
y-Position bringt. Für
die weiter Druckanalyse werden dann diese kalibrierten Werte zugrunde
gelegt.
-
Bisher
wurden in dieser Analyseroutine die Listeneinträge noch nicht den Düsen zugeordnet. Nachdem
für jede
Tropfenanordnung kalibrierte Mittelpunkt-Positionen in der vorstehend beschriebenen Weise
berechnet wurden, können
die Listeneinträge den
Düsen zugeordnet
werden. Bei einer Ausführungsform
geschieht dies in der Weise, dass die kalibrierten Mittelpunktdaten
jeder erfasste Tropfenanordnung verglichen und auch mit den erwarteten
idealen Mittelpunktpositionen aller Druckkopfdüsen verglichen werden. Dies
kann so erfolgen, dass man mit den Mittelpunktdaten für den ersten
Listeneintrag die bestmögliche
Entsprechung in der Liste der idealen Positionen sucht. Die dieser
bestmöglich
passenden idealen Position entsprechende Düse wird dann dem ersten Listeneintrag
zugewiesen. Das gleiche Verfahren wird dann bei dem zweiten und
den folgenden Listeneinträgen
durchgeführt.
Wenn eine Düse
am besten passt, die bereits einem anderen Listeneintrag zugewiesen
wurde, wird festgestellt, welcher der beiden Listeneinträge besser
passt, und diese Düse wird
dann dem betreffenden Listeneintrag zugewiesen. Jeder Listeneintrag
kann so um eine Düsenidentifikation
und eine erwartete ideale Mittelpunktposition ergänzt werden.
-
Wenn
jedoch einige Düsen überhaupt
keine Tinte ausstoßen,
gibt es natürlich
weniger Listeneinträge
als Düsen.
In dem Beispiel der 10 gibt es zum Beispiel 384
zuzuweisende Düsen
und 376 Listeneinträge.
Nach Abschluss des Düsenzuweisungsprozesses
bleiben also 8 nicht zugewiesene Düsen übrig. Diese Düsen werden
vom System als fehlerhaft arbeitende Düsen identifiziert. Als weitere
Berechnung kann ein Vergleich des gemessenen Mittelpunktes der Tropfenanordnung
mit dem idealen Mittelpunkt der Tropfenanordnung erfolgen. Wenn
der Abstand zwischen diesen Werten größer ist als ein Schwellenwert,
kann die Düse
ebenfalls als fehlerhaft arbeitend identifiziert werden. Da als
Teil des Listeneintrages auch die Dämpfung über die gesamte Tropfenanordnung
hinweg gespeichert wird, können Düsen, die
zu wenig Tinte ausstoßen,
als fehlerhaft arbeitend identifiziert werden. Außerdem können die farbspezifischen
Dämpfungsdaten
dazu verwendet werden sicherzustellen, dass die Tintenfarbe innerhalb
der vorgegebenen Grenzen liegt.
-
Sobald
fehlerhaft arbeitende Düsen
identifiziert wurden, kann versucht werden, die Düsenprobleme
durch verschiedene Instandsetzungsverfahren entweder zu beheben
oder zu kompensieren. Bei piezoelektrisch betätigten Druckköpfen kann
eine Düse,
die Tropfen in einer falschen Richtung ausstößt, häufig dadurch instand gesetzt
werden, dass Tinte durch die Düse
gepresst wird, um in der Düse
vorhandene Luft oder Verunreinigungen zu entfernen, die unter Umständen den
Tropfenausstoß stören. Durch
das Hindurchpressen von Luft durch den Tin tenstrahlkopf können gegebenenfalls
auch Düsen, die überhaupt
keine Tinte ausstoßen,
korrigiert werden, indem zum Beispiel eine Blockierung der Düse beseitigt
wird. Düsen,
die durch eine solche Instandsetzungsroutine nicht instand gesetzt
werden können,
können
dadurch ersetzt werden, dass man entweder als Ausgleich für die fehlerhaft
arbeitenden Düsen
Ersatzdüsen
einsetzt oder das Arbeitsspiel anderer Düsen in einem Druckmodus mit
mehreren Durchgängen
erhöht.
Ein Beispiel eines solchen Kompensationsverfahrens ist in der anhängigen Patentanmeldung
Nr. 09/127 397 mit dem Titel "Open Jet
Compensation During Multi-Pass
Printing", eingereicht
am 31. Juli 1998, beschrieben. Die Lehre der Anmeldung Nr. 09/127
397 wird durch Verweis in vollem Umfang hierin aufgenommen.
-
In
der vorstehenden Beschreibung sind bestimmte Ausführungsformen
der Erfindung näher
erläutert.
Es versteht sich jedoch, dass unabhängig davon, wie detailliert
die vorstehenden Erläuterungen erscheinen,
diese Erfindung in der unterschiedlichsten Weise ausgeführt werden
kann. Außerdem
wurde bereits erwähnt,
dass die Verwendung einer bestimmten Terminologie zur Beschreibung
bestimmter Merkmale oder Aspekte der Erfindung in keiner Weise impliziert,
dass die hierin verwendete Terminologie auf bestimmte Eigenschaften
der Merkmale oder Aspekte der Erfindung beschränkt wird, mit denen diese Terminologie
in Verbindung gebracht wird. Für den
Umfang der Erfindung sind vielmehr die beiliegenden Ansprüche und
etwaige Entsprechungen derselben maßgebend.