-
Diese
Erfindung betrifft Tintenstrahldrucken.
-
Bei
Tintenstrahldrucken nach dem Drop-on-Demand-Verfahren kann zum Beispiel
ein bestimmter Druckkopf 256 Strahlen in vier Gruppen von je 64
Strahlen aufweisen. Die vier Gruppen sind in vier entsprechenden
Stücken
aus piezoelektrischem Material ausgebildet.
-
Das
Drucken erfolgt in Druckzyklen. In jedem Druckzyklus wird an alle
256 Strahlen gleichzeitig ein Auslöseimpuls (beispielsweise 150
Volt) angelegt, und Aktivierungssignale werden nur zu den Strahlen
gesendet, die Tinte ausstoßen
sollen. Bei einigen Druckköpfen
sind die Tintenstrahlöffnungen
in einer Reihe angeordnet, und ein Druckzyklus entspricht einer
Druckzeile.
-
Das
Volumen des von dem ersten Auslöseimpuls
erzeugten Tintentropfens hängt
von den Eigenschaften eines jeden Tintenstrahls ab. Einige Anwendungen,
beispielsweise das Drucken von Farbfilmen für Flüssigkristallanzeigefelder (LCD),
erfordern einen gewissen Grad an Gleichförmigkeit der von den Tintenstrahlen aufgebrachten
Tropfenvolumengrößen.
-
Eine
Art, die Tintenstrahlen auf gleichförmige Tropfenvolumen zu bringen,
ist, die gemeinsame Auslöseimpulsspannung
an jedem Tintenstrahl auf eine geeignete Größe zu begrenzen oder um diese
zu versetzen. Ein weiterer Ansatz ist in der US-Patentanmeldung
5,790,156 beschrieben.
-
Die
EP-A-0867284 offenbart
einen Tintenstrahldrucker für
Graustufendruck, bei dem ein Auslöseimpuls beziehungsweise -impulse,
die einer gewünschten
Graustufe entsprechen, gewählt
und an die Strahlen angelegt werden, um das Volumen der ausgestoßenen Tinte
zu steuern.
-
Die
EP-A-0963844 offenbart
einen Tintenstrahldrucker, bei dem die Wellenformen von an die Strahlen angelegten
Auslöseimpulsen
angepaßt
werden, um Charakteristiken der Strahlen auszugleichen.
-
Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen einer
Tropfencharakteristik nach Anspruch 1 bereitgestellt.
-
Im
allgemeinen umfaßt
die Erfindung das Abgeben von Auslöseimpulsen mit unterschiedlichen
Profilen an Tintenstrahlen eines Druckkopfes während eines Druckzyklus und
das Steuern mindestens einer Charakteristik von Tropfen, die durch
die jeweiligen Tintenstrahlen ausgestoßen werden, durch ausgewählte der Tintenstrahlen
in Koordination mit dem Auftreten von ausgewählten der Auslöseimpulse.
-
Implementierungen
der Erfindung können
eines oder mehrere der folgenden Merkmale enthalten. Die ausgewählten können alle
oder weniger als alle der Tintenstrahlen in dem Druckkopf sein.
Die Auslöseimpulse mit
unterschiedlichen Profilen können
in Abfolge abgegeben werden, und dieselbe Abfolge kann in aufeinanderfolgenden
Druckzyklen wiederholt werden. Die Profile können sich in der Spannung und/oder
in der Dauer unterscheiden. Die Charakteristik der Tropfen, die
gesteuert wird, kann das Tropfenvolumen und/oder die Tropfengeschwindigkeit
umfassen. Die Impulse und Tintenstrahlen können so ausgewählt sein,
daß sie
die Volumen (und/oder Geschwindigkeiten) von Tropfen, die von den
Tintenstrahlen in der Zeile ausgestoßen werden, im wesentlichen
gleichförmig
machen. Das Substrat kann ein Film sein, der in ein LCD-Feld zu
integrieren ist. In verschiedenen Aspekten umfaßt die Erfindung das Aktivieren
von ausgewählten
der Tintenstrahlen in Koordination mit ausgewählten der Auslöseimpulse
auf eine Weise, daß ausgewählte Tintenstrahlen
während mehrerer
Auslöseimpulse
innerhalb eines Druckzyklus aktiviert werden.
-
Im
allgemeinen umfaßt
die Erfindung in einem weiteren Aspekt eine Vorrichtung, die einen
Druckkopf mit Tintenstrahlen enthält, und eine Steuerung, die
mit dem Druckkopf gekoppelt ist und so konfiguriert ist, daß sie (a)
Auslöseimpulse
mit unterschiedlichen Profilen an Tintenstrahlen eines Druckkopfes
in einem Druckzyklus abgibt und (b) ausgewählte der Tintenstrahlen in
Koordination mit dem Auftreten von ausgewählten der Auslöseimpulse
mindestens eine Charakteristik von Tropfen, die von den jeweiligen
Tintenstrahlen ausgestoßen
werden, steuern läßt.
-
Im
allgemeinen umfaßt
die Erfindung in einem weiteren Aspekt ein Verfahren, bei dem (a)
ein Substrat an aufeinanderfolgenden Stellen relativ zu einem Druckkopf
mit Tintenstrahlen zum Drucken in einer entsprechenden Folge von
Druckzyklen positioniert ist, (b) während jedes Druckzyklus Auslöseimpulse
mit unterschiedlichen Profilen an Tintenstrahlen eines Druckkopfes
abgegeben werden und (c) ausgewählte
der Tintenstrahlen in Koordination mit dem Auftreten von ausgewählten der
Auslöseimpulse
mindestens eine Charakteristik von Tropfen, die von den jeweiligen
Tintenstrahlen ausgestoßen
werden, steuern können.
-
Im
allgemeinen umfaßt
die Erfindung in einem weiteren Aspekt ein Verfahren, bei dem (a)
Werte einer Charakteristik von Tropfen, die von einem Tintenstrahl
in einem Druckkopf ausgestoßen
werden, unterschiedlichen Profilen von Auslöseimpulsen, welche die Tropfen
ergeben haben, zugeordnet werden und (b) jeweilige Tintenstrahlen
so gesteuert werden, daß sie
Tropfen mit gewünschten
Werten ausstoßen,
indem unterschiedliche Profile eines Auslöseimpulses innerhalb eines
Druckzyklus gewählt
werden.
-
In
einem weiteren Aspekt umfaßt
die Erfindung ein Verfahren zum Steuern der Graustufe, einschließlich des
Abgebens von Auslöseimpulsen
mit unterschiedlichen Profilen an Tintenstrahlen eines Druckkopfes während eines
Druckzyklus, wobei die unterschiedlichen Profile unterschiedlichen
von den Tintenstrahlen ausgestoßenen
Tropfenvolumen zugeordnet sind. Die Auslöseimpulse werden entsprechend
der gewünschten Graustufe
gewählt,
indem das sich aus mehreren Auslöseimpulsen
ergebende kumulative Tintenvolumen bestimmt wird. Ausgewählte der
Tintenstrahlen können
in Koordination mit dem Auftreten der Auslöseimpulse das Tintenvolumen,
das von den jeweiligen Tintenstrahlen während des Druckzyklus ausgestoßen wird,
steuern.
-
In
einem weiteren Aspekt umfaßt
die Erfindung eine Vorrichtung, enthaltend einen Druckkopf mit Tintenstrahlen,
und eine Steuerung, die mit dem Druckkopf gekoppelt ist und so konfiguriert
ist, daß sie
(a) Auslöseimpulse
mit unterschiedlichen Profilen an Tintenstrahlen eines Druckkopfes
in einem Druckzyklus abgibt, wobei die unterschiedlichen Profile
unterschiedlichen von den Tintenstrahlen ausgestoßenen Tintenvolumen zugeordnet
sind, (b) einen den gewünschten
Graustufen entsprechenden Satz der Auslöseimpulse auswählen, indem
das sich aus mehreren Auslöseimpulsen
ergebende kumulative Tintenvolumen bestimmt wird, und (c) ausgewählte der
Tintenstrahlen in Koordination mit dem Auftreten von einem oder
mehreren der Auslöseimpulse
in dem Satz das Tintenvolumen, das von den jeweiligen Tintenstrahlen
während
des Druckzyklus ausgestoßen
wird, steuern können.
-
Implementierungen
können
einen oder mehrere der folgenden Aspekte einschließen. Das
Tintenvolumen für
mehrere Strahlen wird als Auslöseimpulsprofilfunktion
bestimmt. Die Strahlen werden in eine Gruppe einer gemeinsamen Graustufe
eingeteilt und aktivieren die Gruppe während gemeinsamer Auslöseimpulse. Der
Tropfenvolumenunterschied zwischen Strahlen in der Gruppe beträgt etwa ±10 % oder
weniger. Es werden mindestens drei Auslöseimpulse abgegeben. Es werden
mindestens zwei Auslöseimpulse
aktiviert.
-
Die
Aspekte werden vorzugsweise verwendet, um die Tropfengleichförmigkeit
zwischen Strahlen zu steuern, indem das Tropfenvolumen oder sonstige
Charakteristiken für
jeden Strahl als eine Auslöseimpulsprofilfunktion
bestimmt werden und entsprechend gesteuert werden, um Tröpfchen mit
einem im wesentlichen gleichen Volumen oder sonstigen Charakteristiken
auszustoßen.
Die Steuerung kann einschließen,
mehrere Impulse zum Ausstoßen
mehrerer Tropfen aus einem bestimmten Strahl während eines Druckzyklus zu
aktivieren. Zusätzlich
kann die Tropfenvolumensteuerung verwendet werden, um die Graustufe
eines Bildes anzupassen und zu steuern. Zum Beispiel kann das kumulative
Tintenvolumen aus mehreren Impulsen bestimmt werden, und der Bereich
und die Auflösung
der Graustufen können
verbessert werden.
-
Weitere
Vorteile und Merkmale gehen aus der folgenden Beschreibung und aus
den Ansprüchen
hervor.
-
BESCHREIBUNG
-
1, 2, 3, 4 veranschaulichen
einige Implementierungen der Erfindung.
-
Wie
in 1 gezeigt, werden individuelle Strahlen 10 eines
Druckkopfes 12 von Auslöseimpulsen 14 und
Aktivierungssignalen 16 angesteuert, welche (durch eine
Steuerung 19) die individuelle Steuerung der Volumen der
Tropfen, die von den jeweiligen Strahlen während eines Druckzyklus ausgestoßen werden,
erlaubt. Von den Tintenstrahlen ausgestoßene Tinte kann abgegeben werden,
um auf einem Substrat 18 Druckzeilen 17 auszubilden.
-
Wie
in 2 gezeigt, wird eine Reihe von Druckzyklen 20, 21,
... wiederholt, und das Substrat 18 wird für jeden
neuen Druckzyklus leicht bewegt. Jeder Druckzyklus weist eine Reihe
von Unterzyklen 30 auf. Jeder Unterzyklus enthält einen
vordefinierten Auslöseimpuls 22, 24, 26, 28.
Jedem Auslöseimpuls
folgt eine Impulspause 31.
-
Die
Auslöseimpulse
in unterschiedlichen Unterzyklen innerhalb eines Zyklus weisen unterschiedliche Profile
auf. Die unterschiedlichen Profile sind so definiert, daß bei Anlegen
an einen Tintenstrahl unterschiedliche Tropfenvolumen erreicht werden.
Alle Auslöseimpulse
in einem Zyklus werden an alle (oder eine Gruppe der) Tintenstrahlen
während
des Zyklus angelegt.
-
Aktivierungsinformation 40 wird
ebenfalls auf jeden Tintenstrahl während jedes Unterzyklus angewendet.
(In 2 ist nur die Aktivierungsinformation für den Nten
Tintenstrahl gezeigt). Die Aktivierungsinformation kann als eine
Bitsequenz in ein Register im Druckkopf heruntergeladen und verwendet
werden, um jeden Strahl dahingehend vorzukonditionieren, entweder
Tinte auszustoßen
oder nicht, je nach dem Wert des jedem Strahl zugeordneten Bits.
Somit kann die Steuerung jedes Auslöseimpulsprofil für jeden
Tintenstrahl für
jeden Druckzyklus je nach Auswahl auslösen.
-
Da
das Auslöseimpulsprofil
das Tropfenvolumen für
einen bestimmten Tintenstrahl bestimmt, können die in einem Druckzyklus
angewendeten Tropfen so gesteuert werden, daß sie (in dem Beispiel in 2)
für jeden
Tintenstrahl eines von vier unterschiedlichen Volumen aufweisen.
-
Eine
Verwendung dieser Anordnung ist, die Tintenstrahlen eines Druckkopfes
so zu steuern, daß sie in
jedem Druckzyklus im wesentlichen gleichförmige Tropfenvolumen abgeben.
Die Erzielung dieses Ergebnisses bedeutet nicht notwendigerweise,
für alle
Strahlen dasselbe Auslöseimpulsprofil
zu verwenden, da unterschiedliche Strahlen unterschiedliche elektromechanische,
thermische und fluiddynamische Charakteristiken aufweisen.
-
Die
Tropfenvolumen, die von jedem Tintenstrahl für jedes der unterschiedlichen
Auslöseimpulsprofile erzeugt
werden, können
vor dem Drucken empirisch bestimmt werden. Die Tintenstrahlen werden
dann jeweiligen Auslöseimpulsprofilen
zugeordnet, welche die gleichen (oder in etwa gleichen) Tropfenvolumen
ergeben. Durch Erhöhen
der Anzahl (Granularität)
unterschiedlicher Auslöseimpulsprofile,
die in einem bestimmten Druckzyklus erscheinen, kann die Gleichförmigkeit
von Tropfenvolumen verbessert werden. Je mehr Auslöseimpulse
jedoch in jedem Druckzyklus erscheinen müssen, desto länger dauert
es, einen Druckzyklus zu beenden.
-
Die
Profile der Auslöseimpulse
in
2 sind trapezförmig
oder weisen exponentielle Anstiege und Abfälle auf, und sie unterscheiden
sich in ihrer Größe (Höhe). In
einem speziellen Beispiel könnten
fünf Auslöseimpulsprofile
die in der folgenden Tabelle aufgeführten Spannungen aufweisen,
wobei die entsprechenden Tropfenmassen für zwei unterschiedliche Strahlen
angegeben sind. In diesem Beispiel würde bei einer gewünschten
Tropfenmasse von 80 Nanogramm Strahl 1 mit einem 102-Volt-Impuls
und Strahl 2 mit einem 97-Volt-Impuls ausgelöst werden.
| Auslöseimpulsspannung | Tropfenmasse
in Nanogramm, Strahl 1 | Tropfenmasse
in Nanogramm, Strahl 2 |
| 107 | 84,8 | 90,6 |
| 102 | 79,6 | 85,0 |
| 97 | 74,6 | 79,8 |
| 92 | 69,7 | 75,2 |
| 87 | 64,7 | 70,2 |
-
Die
Impulsgabeeinrichtung kann leicht in Software implementiert werden,
ohne daß Änderungen
an dem Druckkopf oder sonstiger Hardware erforderlich sind. An alle
Tintenstrahlen können
gleichzeitig die gleichen Impulse abgegeben werden; unterschiedliche
Strahlen können
jedoch unterschiedliche Tropfenvolumen abgeben.
-
In
einigen Anwendungen kann es beim Drucken von Bildern zum Beispiel
wichtig sein, sicherzustellen, daß die Tropfen, die in einem
bestimmten Druckzyklus ausgestoßen
werden, das Substrat alle zur gleichen Zeit erreichen. Andernfalls
werden aufgrund der fortwährenden Bewegung
des Substrats Pixel des Bildes, die in einer geraden Linie erscheinen
sollen, nicht tatsächlich
in einer geraden Linie gedruckt.
-
Wie
in 3 gezeigt, kann zur Sicherstellung, daß die Tropfen
das Substrat alle zur gleichen Zeit erreichen, die Folge der Auslöseimpulsprofile
so modifiziert werden, daß spätere Impulse
in einem Druckzyklus kürzer
andauern als frühere
Impulse. Typischerweise erhöht
das Reduzieren der Impulsbreite für ein bestimmtes Tropfenvolumen
die Tropfengeschwindigkeit. Daher weist der von dem Endprofil 50 ausgelöste Tropfen selbst
dann eine höhere
Geschwindigkeit auf als der von dem ersten Profil 52 ausgelöste Tropfen,
wenn die Impulse so ausgewählt
sind, daß sie
das gleiche Tropfenvolumen erzeugen. Aufgrund der unterschiedlichen Geschwindigkeit
erreichen die beiden Tropfen das Substrat zur gleichen Zeit.
-
Weitere
Implementierungen liegen innerhalb des Schutzbereichs der folgenden
Ansprüche.
Zum Beispiel können
die Profile der Auslöseimpulse
in ihrer Dauer variieren und brauchen nicht trapezförmig oder
exponentiell steigend oder fallend zu sein. Zum Beispiel könnten sie
sägezahnförmig oder
mehrfach oder bipolar sein. Es kann jedes Profil verwendet werden,
das ein gewünschtes
Tropfenvolumen erreichen kann. Bei der gerade gesteuerten Charakteristik
der Tintentropfen kann es sich um etwas anderes als das Volumen
handeln, zum Beispiel Geschwindigkeit. Die Tropfencharakteristik
braucht nicht so gesteuert zu werden, daß sie in einem Druckzyklus
gleichförmig
ist. Statt dessen könnte
jeder Tintenstrahl beziehungsweise jede Gruppe derselben so gesteuert
werden, daß er/sie
eine gewünschte
unterschiedliche Charakteristik in einem Druckzyklus aufweist. Ein ähnlicher
Ansatz kann verwendet werden, um der Variation des Tropfenvolumens
entgegenzuwirken, die mit der als „First-Drop-out" beim Tintenstrahldrucken
bezeichneten Besonderheit zusammenhängt. Das Substrat, das bedruckt
wird, kann ein zum Fertigen eines LCD-Felds verwendeter Film sein.
Bei dieser Anwendung werden in jedem Druckzyklus alle Strahlen des
Druckkopfes ausgelöst.
-
In 4 wird,
wie obenstehend in 2, zum Erzeugen eines bestimmten
Gesamttropfenvolumens (oder einer bestimmten Gesamttropfenmasse)
aus dem Tintenstrahl N der Tintenstrahl während nur eines einzigen ausgewählten, dem
gewünschten
Tropfenvolumen zugeordneten Impulses aktiviert 40. Ein
weiterer Tintenstrahl, Tintenstrahl M, kann andererseits während mehrere
Impulse aktiviert werden 60, 61, was zu mehreren
Strahlenauslösungen
während
des Druckzyklus führt.
Das von Tintenstrahl M ausgestoßene
Gesamtvolumen ist somit die Summe der Tropfenvolumen aus den mehreren
Auslösungen.
Infolgedessen können
der Bereich sowie die Präzision
der Tropfenvolumenvariation verbessert werden, was genutzt werden
kann, um die Graustufenvariation zu verbessern.
-
Wenn
ein Druckkopf zum Beispiel Tropfengrößen von 10, 20 und 40 Nanogramm
mit Impulsbreiten von 3, 6 beziehungsweise 10 Mikrosekunden erzeugen
kann, dann können
acht Graustufen erreicht werden: 0, 10, 20, 30, 40, 50, 60 und 70
ng. Bei einem gewünschten
Tropfen von 50 ng wäre
der Ausgabekanal während
der 3 und 10 Mikrosekunden dauernden Impulse aktiviert, jedoch während des
6 Mikrosekunden dauernden Impulses deaktiviert.
-
In
einer Betriebsart werden Strahlen auf der Grundlage einer gewünschten
Graustufe in Gruppen eingeteilt. Jede Gruppe ist mit einem gemeinsamen
Ausgabekanal oder Aktivierungskanal an der Steuerung so verbunden,
daß alle
Strahlen in einer Gruppe während
desselben Impulssatzes aktiviert werden, um die gewünschte Graustufe
zu ergeben. Dieses Verfahren ist am nützlichsten, wenn eine hohe
Tropfenvolumengleichförmigkeit
bei den Strahlen in der Gruppe vorhanden ist, also der Tropfenvolumenunterschied
zwischen Strahlen in der Gruppe klein ist, wenn die Strahlen durch
dasselbe Impulsprofil ausgelöst
werden. Ein gleichförmiges Tropfenvolumen
bei den Strahlen in einer Gruppe kann etwa ±10 % betragen, wenn die Strahlen
von dem Impulsprofil angesteuert werden, das für eine bestimmte Anwendung
einen maximalen Tropfen erzeugt.
-
Alternativ
können
Unterschiede des Tropfenvolumens zwischen Strahlen, die von Impulsen
desselben Profils ausgelöst
werden, vorteilhaft während
der Graustufensteuerung berücksichtigt
werden, indem für
jeden Tintenstrahl ein Impulssatz ausgewählt wird, der die gewünschte Graustufe
bereitstellt. In diesem Fall können Tintenstrahlen
in Gruppen gemeinsamer Sätze
von Auslöseimpulsen
eingeteilt werden, durch welche die Strahlen ausgelöst werden,
und anschließend
mit einem gemeinsamen Ausgabe- oder Aktivierungskanal an der Steuerung
verbunden werden. Derselbe Impulssatz erzeugt unterschiedliche Volumen
aus den unterschiedlichen Strahlen, die jedoch dennoch der gewünschten
Graustufe für
jeden Pixel entsprechen. Die untenstehende Tabelle II schließt zum Beispiel
die fünf
Impuls- und Tropfenmassenverhältnisse
von Tabelle I ein sowie zusätzlich
die gewünschte
Graustufeninformation. Tabelle II
| Auslöseimpulsspannung | Tropfenmasse
in Nanogramm, Strahl 1 | Tropfenmasse
in Nanogramm, Strahl 2 |
| 107 | 84,8 | 90,6 |
| 102 | 79,6 | 85,0 |
| 97 | 74,6 | 79,8 |
| 92 | 69,7 | 75,2 |
| 87 | 64,7 | 70,2 |
| Gewünschte Graustufe | 145 | 145 |
-
Wird
eine etwa 145 ng entsprechende Graustufe sowohl für Strahl
1 als auch Strahl 2 gewünscht,
wäre der
wünschenswerteste
Auslösesatz
für Strahl
1 die Summe aus einem 92-Volt-
und einem 97-Volt-Impuls, und der wünschenswerteste Auslösesatz für Strahl
2 wäre
ein 87-Volt-Impuls und ein 92-Volt-Impuls. Wie ersichtlich ist,
kann der Unterschied des Tropfenvolumens zwischen Tintenstrahlen
auch genutzt werden, um die Graustufenauflösung für das gesamte Bild zu optimieren
und noch feiner zu gestalten.
-
Die
Verwendung von zwei, drei oder mehr Auslöseimpulsen oder das Aktivieren
mehrerer Auslöseimpulse
während
eines Druckzyklus kann neben der Verbesserung der Gleichförmigkeit
und/oder der Graustufenpräzision
und dem Graustufenbereich auch die Länge eines Druckzyklus erhöhen. Das
Erhöhen
des Druckzyklus ist für
viele Anwendungen geeignet. Zum Beispiel kann ein Drucker mit zwei
(oder mehr) durch den Benutzer zu wählenden Betriebsarten versehen
sein, die entweder der Druckgeschwindigkeit oder der Qualität den Vorrang
geben. In einer Betriebsart mit hoher Auflösung wird das variable Tropfenvolumen
Strahl für
Strahl angepaßt
und/oder eine hochpräzise
Graustufensteuerung bereitgestellt. In einer Betriebsart mit niedriger (oder
niedrigerer) Auflösung
wird die Anzahl der bereitgestellten und/oder aktivierten Auslöseimpulse
reduziert, um zwar eine geringere Druckqualität, dafür jedoch ein schnelleres Drucken
zu ermöglichen.
Eine spezielle Anwendung schließt
das Drucken von Bildern im Rahmen der Digitalfotografie ein. Ein
Bild mit niedrigerer Auflösung
kann schnell gedruckt werden, um zum Beispiel den Bildaufbau und
dergleichen zu betrachten. Ein Bild mit höherer Auflösung kann dann für den endgültigen Druck
verwendet werden.
-
Weitere
Ausführungsformen
sind in den nachstehenden Ansprüchen
enthalten.