DE60220489T2 - Vorrichtung zur Temperaturmessung - Google Patents

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Description

  • Bilderzeugungsvorrichtungen, die Bilder auf Medien erzeugen, indem sie Farbmittel auf Medien ausstoßen, verwenden einen oder mehrere Druckköpfe. Die Druckköpfe umfassen Arrays von Düsen, die mit Kammern gekoppelte Öffnungen aufweisen. Neben den Kammern befinden sich widerstandsbehaftete Elemente zum Erwärmen der Tinte, um zu bewirken, dass die Tinte in den Kammern aus den Düsen ausgestoßen wird. Die Qualität des aus der ausgestoßenen Tinte erzeugten Bildes wird durch die Einheitlichkeit der Quantität der aus den Düsen ausgestoßenen Tinte beeinflusst. Die Einheitlichkeit der Quantität der aus den Düsen ausgestoßenen Tinte wird durch die Temperatur der Kammern beeinflusst. Eine auf die Temperatur bezogene Anpassung der an die Widerstände gelieferten Leistung kann eine temperaturbedingte Schwankung der Quantität an aus den Düsen ausgestoßener Tinte und Änderungen der Betriebstemperatur des Druckkopfs zumindest teilweise kompensieren. Ungenauigkeiten bezüglich der Messung der Temperatur des Druckkopfes können die Wirksamkeit der Kompensation von temperaturbedingten Änderungen der Quantität von aus den Düsen ausgestoßener Tinte verringern.
  • Die EP 0 752 313 A2 offenbart einen Tintenstrahldruckkopf, der eine Mehrzahl von Ausstoßwiderständen und zumindest einen zusätzlichen Widerstand umfasst, die auf demselben Halbleitersubstrat integriert sind. Der zusätzliche Widerstand wird durch ein Material mit einem positiven Widerstandsvariationskoeffizienten mit einer Temperatur zwischen 0,3 und 1,0 %/°C gebildet und wird sowohl zum Erwärmen eines Halbleitersubstrats als auch zum Messen seiner Temperatur (Ts) verwendet.
  • Die US 5,208,611 offenbart eine Heizvorrichtung für einen Tintenstrahldrucker, die als Heizwiderstand in Form einer Heizleitungsmäanderstruktur direkt von einem elektrisch leitfähigen Dünnfilm ausgestattet ist. Der Heizwiderstand ist ein Bestandteil einer Widerstandsmessbrücke und wird auf der Basis einer Verarbeitung und Auswertung seiner elektrischen Widerstandswerte zu unterschiedlichen Zeitpunkten gleichzeitig als Wärmequelle und als Temperatursensor eingesetzt.
  • Die US 5,745,130 offenbart einen temperaturgesteuerten Oszillator, der auf einem Druckkopf gebildet ist. Der Oszillator umfasst einen Widerstand, deren Widerstandswert proportional zu Temperaturschwankungen des Druckkopfs variiert.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Eine Vorrichtung umfasst ein Substrat und ein widerstandsbehaftetes Element, das an einer ersten Region des Substrats angebracht und aus einem ersten Material, das einen ersten Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstands aufweist, gebildet ist. Außerdem umfasst die Vorrichtung ein Paar von Bahnen, die mit dem widerstandsbehafteten Element gekoppelt, an dem Substrat angebracht und aus einem zweiten Material, das einen zweiten Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstands aufweist, gebildet sind, wobei das erste Material so gewählt ist, dass der erste Temperaturkoeffizient des spezifischen Widerstands höher ist als der zweite Temperaturkoeffizient des spezifischen Widerstands.
  • BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Ein umfassenderes Verständnis von Ausführungsbeispielen des Temperaturmesssystems ergibt sich aus der Betrachtung der folgenden ausführlichen Beschreibung, die in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen genommen wird, bei denen:
  • In 1 ein Ausführungsbeispiel eines Tintenstrahldruckers gezeigt ist, der einen Druckkopf umfasst, der ein Ausführungsbeispiel des Temperaturmesssystems verwendet.
  • In 2 ein Blockdiagramm, auf hoher Ebene, eines Ausführungsbeispiels einer Tintenstrahlbilderzeugungsvorrichtung gezeigt ist, die ein Ausführungsbeispiel des Temperaturmesssystems verwendet.
  • In 3 ein schematisches Diagramm, auf hoher Ebene, eines Ausführungsbeispiels des Temperaturmesssystems gezeigt ist.
  • In 4 ein schematisches Diagramm eines Teils des Temperaturmesssystems gezeigt ist.
  • In 5A und 5B alternative Ausführungsbeispiele von Bahnen ge zeigt sind, die bei Ausführungsbeispielen des Temperaturmesssystems verwendet werden könnten.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Obwohl Ausführungsbeispiele des Temperaturmesssystems im Zusammenhang mit einem Ausführungsbeispiel eines Tintenstrahldruckers offenbart werden, sollte man sich darüber im Klaren sein, dass Ausführungsbeispiele des Druckkopfs auf andere Arten von Bilderzeugungsvorrichtungen sinnvoll angewendet werden könnten. Ausführungsbeispiele des Temperaturmesssystems sind bei. einer Vielzahl von Bilderzeugungsvorrichtungen, die Thermotintenstrahltechnologie nutzen, anwendbar. Beispielsweise könnten Ausführungsbeispiele des Temperaturmesssystems dazu verwendet werden, die Leistungsfähigkeit von großformatigen Tintenstrahlplottern, Faxgeräten, die Thermotintenstrahltechnologie verwenden, Kopierern, die Thermotintenstrahltechnologie verwenden, Tintenstrahlbilderzeugungsvorrichtungen, die Portolöschungen durchführen, oder Tintenstrahlbilderzeugungsvorrichtungen, die Markierungen auf Paketen vornehmen, zu verbessern. Allgemein können Ausführungsbeispiele des Temperaturmesssystems bei Bilderzeugungsvorrichtungen sinnvoll angewendet werden, die einen oder mehrere Druckköpfe verwenden, um ein Farbmittel, z. B. Tinte, auf Oberflächen auszustoßen. Obwohl ein Ausführungsbeispiel des Temperaturmesssystems im Zusammenhang mit einem Tintenstrahldrucker, der einen bewegbaren Druckkopf verwendet, erörtert werden wird, können Ausführungsbeispiele des Temperaturmesssystems bei Tintenstrahldruckern, die ortsfeste Druckköpfe aufweisen, sinnvoll eingesetzt werden. Obwohl ein Ausführungsbeispiel des Temperaturmesssystems im Zusammenhang mit einem Farbtintenstrahldrucker erörtert werden wird, wird man anhand der Informationen in der vorliegenden Offenbarung erkennen, dass Ausführungsbeispiele des Temperaturmesssystems bei einer Monochrom-Tintenstrahlbilderzeugungsvorrichtung sinnvoll angewendet werden können.
  • Tintenstrahlbilderzeugungsvorrichtungen wie z. B. Drucker, großformatige Plotter/Drucker, Faxgeräte und Kopierer stoßen mittlerweile auf große Akzeptanz. Diese Bilderzeugungsvorrichtungen sind von W. J. Lloyd und H. T. Taub in „Ink Jet Devices", Kapitel 13 von Output Hardcopy Devices (Ed. R. C. Durbeck und S. Sherr, San Diego: Academic Press, 1988) und in den U.S.-Patentschriften Nrn. 4,490,728 und 4,313,684 beschrieben. Die Grundlagen dieser Technologie sind ferner in verschiedenen Artikeln in mehreren Ausgaben des Hewlett-Packard Journals offenbart [Bd. 36, Nr. 5 (Mai 1985), Bd. 39, Nr. 4 (August 1988), Bd. 39, Nr. 5 (Oktober 1988), Bd. 43, Nr. 4 (August 1992), Bd. 43, Nr. 6 (Dezember 1992 und Bd. 45, Nr. 1 (Februar 1994)], die durch Bezugnahme in die vorliegende Spezifikation aufgenommen sind. Tintenstrahlbilderzeugungsvorrichtungen können auf Medien qualitativ hochwertige Bilder erzeugen, sind allgemein kompakt und tragbar und erzeugen rasch und leise Bilder auf Medien, da lediglich Tinte das Medium berührt.
  • Eine Tintenstrahlbilderzeugungsvorrichtung wie z. B. ein Tintenstrahldrucker erzeugt ein Bild, indem sie bzw. er ein Muster aus einzelnen Tintentropfen an bestimmten Stellen eines für das Medium definierten Arrays auf das Medium aufbringt. Die Stellen stellt man sich zweckmäßigerweise als kleine Punkte in einem geradlinigen Array vor. Diese Stellen werden üblicherweise als Pixel bezeichnet. Der Bilderzeugungsvorgang kann als das Ausfüllen eines Pixelmusters mit Tintentropfen angesehen werden.
  • Tintenstrahlbilderzeugungsvorrichtungen füllen die Pixel aus, indem sie sehr kleine Tintentropfen auf das Medium ausstoßen, und sie umfassen üblicherweise einen bewegbaren Wagen, der einen oder mehrere Druckköpfe trägt, von denen jeder Tintenausstoßdüsen aufweist. Der Wagen überquert die Oberfläche des Mediums, und die Düsen werden dahin gehend gesteuert, gemäß einem Befehl eines Mikrocomputers oder einer anderen Steuerung zu entsprechenden Zeiten Tintentropfen auszustoßen, wobei die Zeitgebung der Aufbringung der Tintentropfen den Pixelmustern des Bildes, das gerade erzeugt wird, entsprechen soll.
  • Der typische Tintenstrahldruckkopf (d. h. ein Siliziumsubstrat, das eine Mehrzahl von Dünnfilmschichten, auf dem Substrat gebildete Strukturen und Verbindungen mit dem Substrat aufweist) verwendet flüssige Tinte (d. h. aufgelöste Farbmittel oder Pigmente, die in einem Lösungsmittel dispergiert sind). Er weist ein Array von präzise gebildeten Öffnungen oder Düsen auf, die an einem Druckkopfsubstrat angebracht sind, das ein Array von Tintenausstoßkammern beinhaltet, die flüssige Tinte aus dem Tintenreservoir empfangen. Jede Kammer ist gegenüber der Düse angeordnet, so dass sich Tinte zwischen derselben und der Düse ansammeln kann. Der Ausstoß von Tintentröpfchen erfolgt übli cherweise unter der Steuerung eines Mikroprozessors, dessen Signale durch elektrische Bahnen an das Tintenausstoßelement geleitet werden. Das Tintenausstoßelement umfasst einen Abfeuerungswiderstand. Wenn elektrische Druckpulse an den Abfeuerungswiderstand geliefert werden, verdampft ein kleiner Teil der Tinte neben demselben und stößt einen Tintentropfen aus dem Druckkopf aus. Ordnungsgemäß angeordnete Düsen bilden ein Matrixmuster. Ein ordnungsgemäßes Sequenzieren des Betriebs jeder Düse bewirkt, dass Schriftzeichen oder Bilder auf das Medium gedruckt werden, während sich der Druckkopf an dem Medium vorbei bewegt. Die Quantität eines ausgestoßenen Tintentropfens könnte auf der Basis des Volumens des ausgestoßenen Tintentropfens, auf der Basis der Masse des ausgestoßenen Tintentropfens oder auf der Basis des Gewichts eines Tintentropfens gemessen werden. Üblicherweise erfolgt eine Messung einer Quantität eines ausgestoßenen Tintentropfens in Bezug auf die Masse. Deshalb erörtert die vorliegende Spezifikation die Funktionsweise von Ausführungsbeispielen des Temperaturmesssystems in Bezug auf die Masse von ausgestoßenen Tintentropfen.
  • Die die Düsen enthaltende Tintenkassette wird wiederholt über die Breite des Mediums, auf dem das Bild erzeugt werden wird, bewegt. Bei jeder einer genannten Anzahl von Inkrementen dieser Bewegung über das Medium wird jede der Düsen veranlasst, entweder Tinte auszustoßen oder keine Tinte auszustoßen, je nach der durch den steuernden Mikroprozessor erzeugten Ausgabe. Jede abgeschlossene Bewegung über das Medium kann Tinte auf Pixel aufbringen, wodurch ein Band gebildet wird, das ungefähr so breit ist wie die Anzahl von Düsen, die in einer Spalte der Tintenkassette angeordnet sind, mal dem Abstand zwischen Düsenmitten, wobei das Band so lang ist wie die Abmessung des Mediums, die parallel zu der Richtung einer relevanten Bewegung zwischen dem Medium und dem Druckkopf verläuft. Nach jedem derartigen vollendeten Band wird das Medium um die Breite des Bandes vor bewegt, und die Tintenkassette beginnt das nächste Band. Durch eine ordnungsgemäße Auswahl und Zeitgebung der Signale wird das gewünschte Bild auf dem Medium erzeugt.
  • Bei einem Tintenstrahldruckkopf wird Tinte von einem Tintenreservoir, das in den Druckkopf integriert ist, oder von einem „außeraxialen" Tintenreservoir, das über Leitungen, die den Druckkopf und das Reservoir verbinden, dem Druckkopf Tinte zuführt, zugeführt. Anschließend wird Tinte entweder durch ein in der Mitte der Unterseite des Substrats gebildetes längliches Loch, „mittige Zufuhr" oder um die Außenkanten des Substrats herum, „Kantenzufuhr", den verschiedenen Tintenausstoßkammern zugeführt. Bei der mittigen Zufuhr fließt die Tinte dann durch einen mittigen Schlitz in dem Substrat in einen mittigen Verteilerbereich, der in einer Barriereschicht zwischen dem Substrat und einem Düsenbauglied gebildet ist, dann in eine Mehrzahl von Tintenkanälen und schließlich in die verschiedenen Tintenausstoßkammern. Bei der Kantenzufuhr fließt Tinte von dem Tintenreservoir um die Außenkanten des Substrats herum in die Tintenkanäle und schließlich in die Tintenausstoßkammern. Sowohl bei der mittigen Zufuhr als auch bei der Kantenzufuhr liefert der Strömungsweg von dem Tintenreservoir und dem Verteiler auf inhärente Weise Einschränkungen des Tintenflusses zu den Tintenausstoßkammern.
  • Farbtintenstrahl-Bilderzeugungsvorrichtungen verwenden in der Regel eine Mehrzahl von Druckkassetten, üblicherweise zwei bis vier, die in dem Druckerwagen angebracht sind, um ein vollständiges Spektrum an Farben zu erzeugen. Bei einem Drucker mit vier Kassetten enthält jede Druckkassette eine Tinte einer anderen Farbe, wobei die üblicherweise verwendeten Grundfarben Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz sind. Bei einem Drucker mit zwei Kassetten kann eine Kassette schwarze Tinte enthalten, wobei die andere Kassette eine Dreizellenkassette ist, die die Tinten der Grundfarben Cyan, Magenta und Gelb enthält, oder es können alternativ dazu zwei Zweizellenkassetten verwendet werden, um die vier farbigen Tinten zu enthalten. Ferner können zwei Dreizellenkassetten verwendet werden, um sechs Grundfarbentinten zu enthalten, z.B. Schwarz, Cyan, Magenta, Gelb, helles Cyan und helles Magenta. Außerdem können je nach der Anzahl von unterschiedlichen Grundfarbentinten, die verwendet werden sollen, auch andere Kombinationen eingesetzt werden.
  • Die Grundfarben werden durch Aufbringen eines Tropfens der erforderlichen Farbe auf eine Pixelstelle auf dem Medium erzeugt, während Sekundärfarben oder schattierte Farben durch Aufbringen mehrerer Tropfen verschiedener Grundfarbentinten auf dieselbe oder eine benachbarte Pixelstelle gebildet werden, wobei das Überdrucken zweier oder mehrerer Grundfarben die Sekundärfarben gemäß anerkannten optischen Prinzipien erzeugt.
  • Beim einem Farbdruckvorgang werden die diversen farbigen Tintentropfen, die durch jede der Druckkassetten ausgestoßen werden, selektiv überlappt, um scharf konturierte Bilder zu erzeugen, die aus praktisch jeder beliebigen Farbe des sichtbaren Spektrums bestehen. Um ein einzelnes Pixel auf einem Medium zu erzeugen, der eine Farbe aufweist, welche eine Mischung von zwei oder mehr der Farben erfordert, die durch verschiedene Druckkassetten geliefert werden, müssen die Düsenplatten an jeder der Kassetten genau ausgerichtet sein, so daß ein von einer ausgewählten Düse in einer Kassette ausgestoßener Tropfen einen Tropfen, der von einer entsprechenden Düse in einer anderen Kassette ausgestoßen wird, überlappt.
  • Die von einer Tintenstrahlvorrichtung erzeugte Druckqualität ist abhängig von der Zuverlässigkeit und Tropfenquantität-Wiederholbarkeit ihrer Tintenausstoßkammern. Ein Mehrfachdurchlauf-Druckmodus kann die Wirkung der defekten Tintenausstoßelemente auf die Druckqualität teilweise lindern. Das Konzept der Druckmodi ist eine nützliche und hinreichend bekannte Technik, bei jedem Durchlauf des Druckkopfes lediglich einen Bruchteil der in jedem Ab schnitt des Bildes erforderlichen gesamten Tinte aufzubringen, so daß jegliche Bereiche, die bei jedem Durchlauf weiß belassen werden, durch einen oder mehrere spätere Durchläufe ausgefüllt werden. Durch ein Verringern der Flüssigkeitsmenge, die sich zu jeglichem beliebigen Zeitpunkt auf der Seite befindet, tendiert dies dazu, ein Zerfließen, Blockieren und Welligwerden zu begrenzen.
  • Das bei jedem Durchlauf eingesetzte spezifische Teilweise-Tinteneinfärbung-Muster sowie die Art und Weise, auf die diese verschiedenen Muster zusammen ein einziges, vollständig mit Tinte eingefärbtes Bild ergeben, ist als „Druckmodus" bekannt. Druckmodi erlauben einen Kompromiß zwischen Geschwindigkeit und Bildqualität. Beispielsweise liefert der Entwurfsmodus eines Druckers dem Benutzer so schnell wie möglich einen lesbaren Text. Präsentation, auch als bester Modus bekannt, ist langsam, aber erzeugt die höchste Bildqualität. Ein normaler Modus ist ein Kompromiß zwischen Entwurfs- und Präsentationsmodi. Druckmodi ermöglichen dem Benutzer, zwischen diesen Kompromissen zu wählen. Ferner ermöglichen sie dem Drucker, während des Druckens mehrere Faktoren, die die Bildqualität beeinflussen, zu steuern, einschließlich: 1) der Menge an Tinte, die pro Pixelstelle auf dem Medium plaziert wird, 2) der Geschwindigkeit, mit der die Tinte plaziert wird und 3) der Anzahl an Durchläufen, die erforderlich sind, um das Bild zu vervollständigen. Eine Bereitstellung verschiedener Druckmodi, um ein Plazieren von Tintentropfen in mehreren Bändern zu ermöglichen; kann ein Vertuschen von Düsendefekten unterstützen. Verschiedene Druckmodi werden auch abhängig von dem Medientyp eingesetzt.
  • Für einen erhöhten Durchsatz auf einfachen Papiermedien wird ein Einfachdurchlauf-Modus-Betrieb verwendet. Eine Verwendung dieses Modus auf gewissen anderen Arten von Papiermedien, z. B. beschichtetem Papier, führt zu aus den Tintentropfen resultierenden Punkten, die zu groß sind. Bei einem Einfachdurchlaufmodus werden bei einem Durchlauf des Druckkopfs über das Band Tintentropfen auf alle Pixel platziert, auf die Tinte bei dem Band aufgebracht werden soll. Dann wird das Medium in die Position für das nächste Band vorgeschoben. Bei einem Zweifachdurchlauf-Druckmodus wird eine Hälfte der zur Tintenaufbringung zur Verfügung stehenden Pixel an den Pixelzeilen, die das Band bilden, bei jedem von zwei Durchläufen des Druckkopfs über das Band aufgebracht. Deshalb werden zwei Durchläufe benötigt, um die Tintenaufbringung für dieses Band abzuschließen. Desgleichen ist ein Vierfachdurchlaufmodus ein Verfahren zum Platzieren von Tintentropfen auf Pixel, bei dem bei jedem von vier Durchläufen des Druckkopfs über das Band ein Viertel der Pixel, auf die für das Band Tinte aufgebracht werden soll, aufgebracht wird. Ferner ist ein Achtfachdurchlaufmodus ein Verfahren zum Aufbringen von Tinte auf Pixel, bei dem bei jedem von acht Durchläufen des Druckkopfs über das Band ein Achtel der Pixel, auf die für das Band Tinte aufgebracht werden soll, aufgebracht wird. Ein Mehrfachdurchlauf-Thermotintenstrahldrucken wird beispielsweise in den gemeinschaftlich übertragenen U.S.-Patentschriften 4,963,882 und 4,965,593 beschrieben, die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit in die vorliegende Spezifikation aufgenommen sind. Allgemein ist es wünschenswert, zum Abschließen des Bilderzeugungsvorgangs die minimale Anzahl von Durchläufen für jedes Band zu verwenden, um den Druckerdurchsatz zu maximieren und unerwünschte sichtbare Druckartefakte zu verringern.
  • Bezüglich eines Erzeugens eines Bildes auf einem Medium ist die Farbe einer Region des Bildes auf die Quantität jeder der verschiedenen Farben bezogen, die zum Erzeugen des Bildes in dem Bereich verwendet werden. In einer kleinen Region des erzeugten Bildes, die eine relativ geringe Anzahl von Pixeln umfasst, hängt die von dieser Region wahrgenommene Farbe von der relativen Quantität der verschiedenen Farben von auf die Pixel aufgebrachten Tintentropfen ab. Man betrachte die Bildung einer neutralen grauen Farbe in der Region durch die Aufbringung vorbe stimmter Quantitäten an cyanfarbener Tinte, gelber Tinte und magentafarbener Tinte. In dem L*a*b*-Farbraum befindet sich die Neutrale-Graue-Farbe-Region an dem Schnittpunkt der a*- und der b*-Achse entlang der L*-Achse. Bei den richtigen Quantitäten jeder der auf die Region ausgestoßenen cyanfarbenen Tinte, der gelben Tinte und der magentafarbenen Tinte liegt die resultierende Farbe der Region bei dem Neutrales-Grau-Punkt (dem Schnittpunkt der a*-Achse und der b*-Achse), wie beabsichtigt ist.
  • Allgemein verändert sich die Quantität von aus einer Druckkopfdüse ausgestoßenen Tintentropfen, wenn sich die Temperatur der Struktur, die die der Düse zugeordnete Tintenausstoßkammer umgibt, verändert. Allgemein erhöht sich die Masse an ausgestoßenen Tintentropfen, wenn sich die Temperatur der die Tintenausstoßkammer umgebenden Struktur erhöht. Die zugrunde liegenden physikalischen Effekte, die dazu tendieren, die Masse ausgestoßener Tintentropfen zu erhöhen, beinhalten Veränderungen der Oberflächenspannung der Tinte, Veränderungen der Tintenviskosität und Änderungen der zur Blasenkeimbildung zur Verfügung stehenden Energie. Zur Bildung der zuvor erwähnten Neutrales-Grau-Region arbeitet jeder der Cyan-, Magenta- und Gelb-Druckköpfe bei oder nahe einer nominellen Betriebstemperatur, so dass, wenn Steuersignale, die einen Ausstoß der Tintenmengen, die notwendig sind, um in der Region eine neutrale graue Farbe zu bilden, bewirken sollen, an die jeweiligen Druckköpfe geliefert werden, die jeweiligen Druckköpfe die Tintenmengen tatsächlich auf die Pixel ausstoßen, die notwendig sind, um eine neutrale Graue-Farbe-Region zu bilden.
  • Die Geschwindigkeit, mit der Signale an Widerstände geliefert werden, die den Tintenausstoßkammern zugeordnet sind, beeinflusst die Temperatur des Substrats des Druckkopfs. Für einen Druckkopf, bei dem kein Versuch unternommen wird, die Temperatur des Substrats zu stabilisieren, kann sich die Temperatur des Substrats während der Verwendung des Druckkopfs beträchtlich verändern, je nach Änderungen der Abfeuerungsfrequenz der Düsen über die Zeit hinweg. In einer bestimmten Region des Druckkopfs kann ein örtlich beschränktes Erwärmen des Substrats ausgehend von Abfeuerungsdüsen mit einer größeren Frequenz erfolgen. Der Effekt der örtlich begrenzten Erwärmung kann aufgrund des größeren Wärmewiderstands über das Substrat der größeren Druckköpfe hinweg im Vergleich zu kleineren Druckköpfen bei größeren Druckköpfen leichter erfolgen als bei kleineren Druckköpfen. Falls bezüglich dieser Temperaturänderungen nicht zumindest eine gewisse Kompensation erfolgt, kann eine wahrnehmbare Verschlechterung der Druckqualität resultieren.
  • Man betrachte den Umstand, bei dem die Betriebstemperatur des Magenta-Druckkopfs über die nominelle Betriebstemperatur hinaus ansteigt. Dies kann beispielsweise aufgrund einer erhöhten Abfeuerungsfrequenz des Magenta-Druckkopfs erfolgen. Infolge des Temperaturanstiegs der Tintenausstoßkammern in dem Magenta-Druckkopf erhöht sich die Masse eines aus Düsen in dem Magenta-Druckkopf ausgestoßenen Magenta-Tintentropfens über die Masse hinaus, die notwendig ist (in Kombination mit den aus dem Gelb-Druckkopf und dem Cyan-Druckkopf ausgestoßenen Tintentropfen), um die neutrale graue Farbe der Region zu erzeugen. Infolge der aufgebrachten übermäßigen Menge an magentafarbener Tinte verschiebt sich der Farbton der erzeugten Region zu dem Magenta-Farbton hin. Auf ähnliche Weise können Schwankungen der ausgestoßenen Masse an Tintentropfen unerwünschte Verschiebungen der Farbintensität und der Luminanz von Regionen bewirken. Außerdem betrachte man ein Bild, das scharfe Ränder umfasst. Die Zunahme der Masse an ausgestoßenen Tintentropfen kann die Schärfe der Ränder verringern, wenn das Bild auf Papier erzeugt ist.
  • Es werden eine Vielzahl von Techniken verwendet, um die Änderung der ausgestoßenen Tintenquantität mit der Temperatur zu kompensieren. Eine Art und Weise, die Änderung der ausgestoßenen Tintenquantität mit der Temperatur zu kompensieren, besteht darin, eine oder mehrere Heizvorrichtungen zu liefern, um das Substrat zu erwärmen. Ein Erwärmen des Substrats verringert den Umfang der Temperaturänderung, die der Druckkopf erfährt, wenn sich die Abfeuerungsfrequenz der Düsen ändert. Die Temperatur des Substrats wird gemessen und mit einem Zielwert verglichen. Je nach der Temperaturdifferenz zwischen der gemessenen Substrattemperatur und der Zielsubstrattemperatur wird die an die Substratheizvorrichtung gelieferte Leistung verändert (wobei die Erwärmung, die ausgehend von Abfeuerungsdüsen auftritt, berücksichtigt wird), um den Betrag der Differenz zu verringern. Weitere Informationen über diese Technik finden sich in den U.S.-Patentschriften Nrn. 5,736,995 und 5,673,069 , die beide an die Firma Hewlett-Packard übertragen sind und die beide durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit in die vorliegende Spezifikation aufgenommen sind.
  • Eine weitere Technik, die zum Kompensieren einer temperaturbedingten Änderung der Tintentropfenmasse verwendet wird, besteht darin, die Masse an Tinte, die aus den Düsen ausgestoßen wird, in Abhängigkeit von der Temperatur zu verändern. Bei dieser Technik wird eine Messung der Substrattemperatur verwendet, um die Quantität der aus den Düsen über eine Region ausgestoßenen Tinte in einer Art und Weise anzupassen (z. B. durch eine Temperaturabhängigkeit einer Halbtongebungsoperation), die die Temperaturabhängigkeit bezüglich der Quantität der aus den Düsen ausgestoßenen Tinte ausgleicht. Die Wirksamkeit beider Techniken, um eine temperaturbedingte Änderung der Tintentropfenmasse zu kompensieren, wird durch eine präzise Messung der Temperatur der Temperatur des Substrats verbessert.
  • Um einen Ausstoß von Tinte aus Düsen in einem Druckkopf zu erzielen, muss während eines begrenzten Zeitintervalls eine Mindestenergiemenge an einen Abfeuerungswiderstand angelegt werden, um Tinte rasch zu verdampfen und Tinte aus einer Düse auszustoßen. Wenn die während des Zeitintervalls an den Abfeuerungswiderstand gelieferte Energie zunimmt, nimmt auch die Quantität an ausgestoßener Tinte zu, bis eine Grenze erreicht ist, jenseits derer das Anlegen zusätzlicher Energie während des Zeitintervalls die Menge ausgestoßener Tinte nicht wesentlich verändert. Die während des begrenzten Zeitintervalls erforderliche Energie hängt von der Temperatur der Struktur ab, die eine der Düse zugeordnete. Tintenkammer umgibt. Mit zunehmender Temperatur der umgebenden Struktur nimmt die Energie, die an den Abfeuerungswiderstand angelegt werden muss, um einen Tintenausstoß zu bewirken, ab. Üblicherweise ist die während des Zeitintervalls an den Abfeuerungswiderstand gelieferte Energie etwas höher als die Mindestenergiemenge, die erforderlich ist, um einen Ausstoß der maximalen Tintenmenge zu bewirken. Diese Energiemenge nimmt mit zunehmender Temperatur der die Tintenkammer umgebenden Struktur ab. Aus Gründen der Zuverlässigkeit ist es wünschenswert, die kleinstmögliche Energiemenge an die Abfeuerungswiderstände zu liefern, um einen Ausstoß der maximalen Tintenmenge zu erzielen.
  • Eine Art und Weise, die an die Abfeuerungswiderstände gelieferte Energiemenge zu steuern, erfolgt durch eine Anpassung der Pulsbreite des angelegten Treibersignals als Funktion der gemessenen Temperatur des Substrats. Um die an die Abfeuerungswiderstände gelieferte Energie präzise nahe des Idealpegels einzustellen, ist eine präzise Messung der Temperatur des Substrats in der Region in der Nähe der Düsen, für die die Energie geliefert wird, hilfreich. Dies kann zu einer schwierigeren Aufgabe werden, wenn aufgrund der physischen Größe des Substrats beträchtliche Temperaturunterschiede zwischen verschiedenen Regionen auf dem Substrat festgestellt werden können. Dies kann der Fall sein, wenn der Druckkopf mehrere Regionen umfasst, von denen jede eine Mehrzahl von Düsen und zugeordnete Abfeuerungswiderstände aufweist.
  • In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Bilderzeugungsvorrichtung, eines Farbtintenstrahldruckers 100, gezeigt, die bzw. der ein Ausführungsbeispiel des Temperaturmesssystems umfasst. Der Farbtintenstrahldrucker 100 umfasst eine Abdeckung 102, ein Medieneingangsfach 104 zum Halten von Medien 106, die bei einem Bilderzeugungsvorgang verwendet werden sollen, ein Medienausgangsfach 108 zum Aufnehmen der Einheiten von Medien 106, auf denen Bilder erzeugt wurden, Farbtintenkassetten 110 (einschließlich einer Cyan-Kassette 110a, einer Magenta(M)-Kassette 110b, einer Gelb(Y)-Kassette 110c und einer Schwarz(K)-Kassette 110d) und einen Bewegungswagen 112 zum Gleiten entlang einer Gleitstange 114, während Farbmittel aus einer oder mehreren der Farbkassetten 110 auf Pixel platziert wird. Bei dem Farbtintenstrahldrucker 100 umfasst das in den Farbkassetten 110 gespeicherte Farbmittel Tinte. Druckköpfe, die in einer Cyan-Kassette 110a, einer Magenta(M)-Kassette 110b, einer Gelb(Y)-Kassette 110c und einer Schwarz(K)-Kassette 110d enthalten sind, implementieren Teile des Temperaturmesssystems.
  • In 2 ist eine Blockdiagrammdarstellung eines zum Erzeugen von Bildern auf Medien 106 verwendeten Systems gezeigt. Das System umfasst einen Computer 200. Der Computer 200 kann ein Anwendungsprogramm ausführen, um Daten zu erzeugen, die einem auf einem Monitor 202 (z. B. einer CRT (cathode ray tube, Kathodenstrahlröhre)) angezeigten Bild entsprechen, oder um die Daten, die dem Bild entsprechen, aus einer Speicherungsvorrichtung, die in dem Computer 200 enthalten ist, durch das Anwendungsprogramm wiederzugewinnen. Üblicherweise zeigt der Monitor 202 ein Bild unter Verwendung eines RGB-Farbraums und 24 Bits (8 Bits für jede Primärfarbe) an, um den Farbwert für jedes Monitorpixel festzulegen. Ein Ausführungsbeispiel einer Bilderzeugungsvorrichtung, ein Tintenstrahldrucker 204 ist mit dem Computer 200 gekoppelt.
  • Der Drucker 204 kann den Farbtintenstrahldrucker 100 oder andere Arten von Tintenstrahlbilderzeugungsvorrichtungen umfassen. der Drucker 204 umfasst die Fähigkeit, unter Verwendung eines Satzes von Farbmitteln (z. B. Tinte oder Toner), die einen Farbraum (z. B. Cyan, Magenta und Gelb und optional Schwarz) bilden, Farbbilder auf einem Medium 106 zu erzeugen. Der Drucker 204 kann dahin gehend konfiguriert sein, Bilder bei 300 dpi, 600 dpi, 1.200 dpi oder bei anderen Auflösungen zu erzeugen. Ein Druckertreiberprogramm, das in dem Computer 200 ablaufen kann, wandelt die (dem Bild entsprechenden) Daten, die von dem Anwendungsprogramm empfangen werden, in eine Form um, die durch den Drucker 204 nutzbar ist, z. B. eine Seitenbeschreibungssprache-Datei (PDL-Datei, PDL = page description language). Die PDL-Datei kann beispielsweise eine Datei umfassen, die in dem PCL-3- oder PCL-5-Format von HEWLETT-PACKARD definiert ist.
  • Der Drucker 204 bereitet die PDL-Datei auf, um Pixeldaten zu erzeugen, die einen Farbwert für jedes Pixel jeder der Farbebenen, die das Bild erzeugen, umfassen. Beispielsweise kann ein Ausführungsbeispiel des Druckers 204 Farbwerte für Pixel erzeugen, die die Cyan-, Magenta-, Gelb- und Schwarz-Farbebenen bilden. Die Farbwerte für jedes. der Pixel in den Farbebenen können beispielsweise zwischen 0 und 255 liegen. Ein Halbtongebungsvorgang kann an den Farbwerten der Farbebenen durchgeführt werden, um Halbtondaten für das Bild zu erzeugen. Die Halbtondaten umfassen binäre Daten, die für jedes der Pixel in jeder der Farbebenen festlegen, ob ein Farbmittel für diese Farbebene auf das Pixel platziert wird. Alternativ dazu kann das Bild unter Verwendung der Farbwerte für jedes der Pixel in jeder der Farbebenen ohne eine Halbtongebung erzeugt werden. Bei dieser Alternative ist die Menge an Farbmittel, das auf das Pixel platziert wird, direkt auf den Farbwert für das Pixel bezogen. Bei einer Tintenstrahlbilderzeugungsvorrichtung wird die Menge des Farbmittels durch die Anzahl von Tintentropfen einer spezifischen Farbe gesteuert, die auf die Region des Medi ums, die dem Pixel entspricht, platziert werden. In dem Drucker 204 ist ein Ausführungsbeispiel eines Bilderzeugungsmechanismus, eines Bilderzeugungsmechanismus 206, enthalten. Der Bilderzeugungsmechanismus 206 umfasst die Hardware, die notwendig ist, um Farbmittel auf ein Medium 106 zu platzieren.
  • Ein Ausführungsbeispiel einer Steuerung, beispielsweise einer Steuerung 208, das bzw. die mit dem Bilderzeugungsmechanismus 206 gekoppelt ist, steuert die Platzierung von Farbmittel auf ein Medium 106 anhand des Bilderzeugungsmechanismus 206, der die Halbtondaten oder Farbwerte für die Pixel, die jede der Farbebene bilden, nutzt. Die Ausgabe aus der Druckertreibersoftware, die in dem Computer 200 abläuft, wird durch eine Schnittstelle 210 an die Steuerung 208 geleitet. Die Steuerung 208 umfasst die Fähigkeit, die von dem Computer 200 empfangene PDL-Datei aufzubereiten, um Pixeldaten für jedes der Pixel, die das Bild bilden, zu erzeugen. Die Steuerung 208 umfasst ein Ausführungsbeispiel einer Verarbeitungsvorrichtung, z. B. eines Prozessors 212, die bzw. der dahin gehend konfiguriert ist, Firmware oder Software auszuführen, oder einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC – application specific integrated circuit) zum Steuern der Platzierung von Farbmittel auf ein Medium 106 mittels des Bilderzeugungsmechanismus 206. Außerdem umfasst die Steuerung 208 ein Ausführungsbeispiel einer Speichervorrichtung, z. B. eines Speichers 214 zum Speichern von Halbtondaten oder Farbwerten für das Bild bildenden Pixel. Der Prozessor 212 umfasst ferner eine Konfiguration, einen Code zum Durchführen eines Ausführungsbeispiels des Temperaturmesssystems auszuführen.
  • Der Bilderzeugungsmechanismus 206 umfasst eine oder mehrere Tintenkassetten, für die eine Tintenkassette 216 beispielhaft ist, die bewegbar an einem Wagen angebracht ist bzw. sind, dessen Position durch einen Riemen, der durch einen Schrittmotor getrieben wird, präzise gesteuert wird. Eine Tintenkassettentreiberschaltung, die mit der Steuerung und den Tintenkassetten gekoppelt ist, feuert Düsen an Druckköpfen, für die ein Druckkopf 218 beispielhaft ist und die in den Tintenkassetten enthalten sind, auf der Basis von Signalen, die von der Steuerung empfangen werden, ab, um gemäß den Halbtondaten oder Farbwerten für die Pixel, die jede der Farbebenen bilden, Farbmittel auf das Medium 106 zu platzieren. Die in diesen Tintenkassetten enthaltenen Druckköpfe umfassen eine Hardware, die einem Ausführungsbeispiel des an späterer Stelle in der vorliegenden Spezifikation beschriebenen Temperaturmesssystems zugeordnet ist. Weitere Einzelheiten bezüglich Ausführungsbeispielen von Bilderzeugungsmechanismen, die bei Farbtintenstrahldruckern verwendet werden, finden sich in der U.S.-Patentschrift Nr. 6,082,854 mit dem Titel MODULAR INK-JET HARD COPY APPARATUS AND METHODOLOGY, die Axtell u. a. erteilt und an die Hewlett-Packard Company übertragen wurde, und in der U.S.-Patentschrift Nr. 5,399,039 mit dem Titel INK-JET PRINTER WITH PRECISE PRINT ZONE MEDIA CONTROL, die Giles u. a. erteilt und an die Hewlett-Packard Company übertragen wurde. Jede dieser beiden Patentschriften ist in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme in die vorliegende Spezifikation aufgenommen.
  • In 3 ist ein schematisches Diagramm, auf hoher Ebene, eines Ausführungsbeispiels des Temperaturmesssystems gezeigt, das an einem Ausführungsbeispiel eines Druckkopfs implementiert ist. Der Druckkopf ist auf einem Substrat 300 gebildet. Obwohl dies in 3 der Deutlichkeit der Veranschaulichung halber nicht gezeigt ist, umfasst das Substrat 300 die Strukturen eines typischen Druckkopfs wie z. B. Tintenzufuhrschlitze, Tintenausstoßkammern, Abfeuerungswiderstände usw. Regionen 302, 304, 306 und 308 umfassen jeweils ein Array von Düsen und zugeordneten Abfeuerungswiderständen zum Ausstoßen von Tinte. Widerstandsbehaftete Elemente 310, 312, 314 und 316 sind aus einem Material mit einem bekannten Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstands gebildet. Die widerstandsbehafteten Elemente 310, 312, 314 und 316 sind so angeordnet, dass sie jeweils die Temperatur der lokalen Region des Substrats 300, auf der sie platziert sind, annehmen. Ausführungsbeispiele von Leistungsquellen, z. B. Stromquellen 318, 320, 322 und 324, sind dahin gehend konfiguriert, elektrischen Strom an die widerstandsbehafteten Elemente 310, 312, 314 und 316 zu liefern. Jede der Stromquellen 318, 320, 322 und 324 liefert einen im Wesentlichen konstanten und bekannten Strom an die widerstandsbehafteten Elemente 310, 312, 314 bzw. 316, wenn Leistung an dieselben angelegt wird. Die aus dem Anlegen von Strom an jedes der widerstandsbehafteten Elemente 310, 312, 314 und 316 resultierende Spannung ändert sich gemäß temperaturbedingten Änderungen des Widerstands, wodurch Signale geliefert werden, die mit der Temperatur der Regionen in Beziehung stehen. Stromquellen 318, 320, 322 und 324 sind durch Verbindungsbahnen, für die eine Bahn 326 repräsentativ ist, mit den widerstandsbehafteten Elementen 310, 312, 314 und 316 gekoppelt. Die Bahnen liefern eine elektrische Verbindung zwischen den widerstandsbehafteten Elementen 310, 312, 314 und 316 und den Stromquellen 318, 320, 322 und 324. Außerdem liefern Bahnen eine elektrische Verbindung zwischen einem Analog/Digital-Wandler 328 und den Bahnen, die Strom von den Stromquellen 318, 320, 322 und 324 zu den widerstandsbehafteten Elementen 310, 312, 314 und 316 führen. Wie aus 3 ersichtlich ist, wird bei dieser bestimmten Implementierung eines Druckkopfs eine beträchtliche Bahnlänge verwendet, um jedes der widerstandsbehafteten Elemente 310, 312, 314 und 316 mit seiner entsprechenden Stromquelle zu verbinden.
  • Ein Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung, z. B. Analog/Digital-Wandler 328, umfasst 4 Kanäle, die jeweils einen Spannungswert empfangen, der auf die über die widerstandsbehafteten Elemente 310, 312, 314 und 316 angelegte Spannung, die sich aus dem Stromfluss ergibt, bezogen ist. Der Analog/Digital-Wandler 328 wandelt jede der Spannungen, die er empfängt, in entsprechende digitale Werte um. Man sollte sich darüber im Klaren sein, dass andere Ausführungsbeispiele von Leistungsquellen und Messvorrichtungen verwendet werden könnten, um die digitalen Werte zu erzeugen. Beispielsweise könnten Ausführungsbeispiele der Leistungsquelle Spannungsquellen umfassen, um durch die Verbindungsbahnen im Wesentlichen konstante Spannungen an die widerstandsbehafteten Elemente 310, 312, 314 und 316 zu liefern. Ferner könnte ein Ausführungsbeispiel der Messvorrichtung (z. B. ein Strom-zu-Spannung-Wandler) eine Strommessvorrichtung umfassen, die Spannungswerte liefern würde, die Strömen entsprechen, die von den Spannungsquellen an die widerstandsbehafteten Elemente 310, 312, 314 und 316 geliefert werden. Dann würden digitale Werte ausgehend von diesen Spannungswerten ermittelt. Diese digitalen Werte werden durch ein Ausführungsbeispiel einer Verarbeitungsvorrichtung, Prozessor 330, empfangen. Der Prozessor 330 wandelt, entweder durch Verwendung von Nachschlagtabellen oder rechnerisch, die von dem Analog/Digital-Wandler 328 empfangenen digitalen Werte in digitale Werte um, die mit Temperaturen des Substrats 300 in der Nähe der Regionen 302, 304, 306 und 308 in Beziehung stehen. Das Anlegen von Abfeuerungspulsen an die Abfeuerungswiderstände bewirkt eine Veränderung des Widerstands bei denjenigen widerstandsbehafteten Elementen 310, 312, 314 und 316, an die Abfeuerungspulse angelegt wurden. Da der durch die entsprechenden der Stromquellen 318, 320, 322 und 324 gelieferte Strom während des Anlegens im Wesentlichen konstant bleibt, bewirkt die temperaturbedingte Widerstandsänderung, die sich aus dem Anlegen von Abfeuerungspulsen ergibt, eine Veränderung der Spannung, die sich aus dem Anlegen der Stromquellen über die Bahnen und widerstandsbehafteten Elemente ergibt. Die digitalen. Werte werden dazu verwendet, die absolute Temperatur zu bestimmen. Indem die digitalen Werte verglichen werden, nachdem Pulse an die Abfeuerungswiderstände angelegt werden, und bevor Pulse an die Abfeuerungswiderstände angelegt werden, kann eine Messung der Temperaturänderung von Regionen des Substrats 300 ermittelt werden. Unter Verwendung dieser auf die Temperatur bezogenen digitalen Werte betreibt der Prozessor 330 ein Ausführungsbeispiel eines Temperaturkompensationssystems. Ein Ausführungsbeispiel des Temperaturkompensationssystems kann die Pulsbreite der an die Abfeuerungswiderstände angelegten Treibersignale anpassen, so dass die Temperatur des Substrats 300 im Wesentlichen bei einer gewünschten Temperatur gesteuert wird. Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Temperaturkompensationssystems kann dazu verwendet werden, widerstandsbehaftete Heizelemente, die mit dem Substrat 300 thermisch gekoppelt sind, zu steuern, so dass die Temperatur des Substrats 300 im Wesentlichen bei einer gewünschten Temperatur gesteuert wird. Ein wieder anderes Ausführungsbeispiel des Temperaturkompensationssystems kann dazu verwendet werden, eine Tintenmenge, die auf eine Region aufgebracht wird, ansprechend auf die gemessene Temperatur zu steuern. Außerdem könnten andere Ausführungsbeispiele des Temperaturkompensationssystems implementiert werden, die eine Steuerung von mehreren der zuvor erwähnten Leistungsfähigkeitsaspekte kombinieren.
  • Wie zuvor erwähnt wurde, könnten die widerstandsbehafteten Elemente 310, 312, 314 und 316 aus einem Material gebildet sein, das einen bekannten und vorbestimmten spezifischen Widerstand und Temperaturkoeffizienten eines Widerstands aufweist, z. B. aus Aluminium oder einer Tantal/Aluminium-Legierung. Außerdem sind die Stromquellen 318, 320, 322 und 324 dahin gehend konfiguriert, einen bekannten Strombetrag zu liefern. Dadurch, dass man weiß, wie sich der Widerstand mit der Temperatur und dem Betrag des an die widerstandsbehafteten Elemente 310, 312, 314 und 316 gelieferten Stroms verändert, kann eine Messung der Spannungen dazu verwendet werden, Änderungen der Temperatur in den Regionen des Substrats 300 zu schätzen. Üblicherweise ist das Material, das zum Bilden der Bahnen, die den Strom an die widerstandsbehafteten Elemente 310, 312, 314 und 316 führen, verwendet wird, ähnlich dem Material, das die widerstandsbehafteten Elemente 310, 312, 314 und 316 bildet. Räumliche Beschränkungen bezüglich des Substrats 300 und Anordnungsüberlegungen für die widerstandsbehafteten Elemente 310, 312, 314 und 316 und die Bahnen, die sie mit den Stromquel len 318, 320, 322 und 324 koppeln, führen dazu, dass die an den Analog/Digital-Wandler 328 gelieferten analogen Spannungen eine Fehlerkomponente umfassen, die den temperaturbedingten Änderungen des Widerstands der Bahnen entsprechen. Um die Wirksamkeit des Temperaturkompensationssystems, das die den gemessenen Spannungen entsprechenden digitalen Werte nutzt, zu verbessern, verringert ein Ausführungsbeispiel des Temperaturmesssystems den Beitrag der Bahnen zu den gemessenen temperaturbedingten Änderungen der Spannungswerte.
  • In 4 ist ein schematisches Diagramm gezeigt, das einem Abschnitt 332 der 3 entspricht. Widerstandsbehaftete Elemente 310 und 312 werden unter Verwendung einer serpentinenartigen Führung der Bahnen in der Region, die dem widerstandsbehafteten Element entspricht, implementiert, um den Anteil der temperaturbedingten Gesamtwiderstandsänderung (ausgehend von der Bahn und dem serpentinenartig geführten widerstandsbehafteten Element), der dem serpentinenartig geführten widerstandsbehafteten Element entspricht, zu erhöhen. Die Erhöhung des Anteils der temperaturbedingten Widerstandsänderung, der dem widerstandsbehafteten Element entspricht, wird bewerkstelligt, indem die dem widerstandsbehafteten Element zugeordnete Weglänge erhöht wird. Man sollte erkennen, dass andere Möglichkeiten, den Anteil der temperaturbedingten Widerstandsänderung des widerstandsbehafteten Elements einzeln oder in Kombination mit einer Erhöhung der Weglänge verwendet werden könnten. Beispielsweise könnte durch ein Verringern der Breite des dem widerstandsbehafteten Element zugeordneten Wegs der Anteil der temperaturbedingten Widerstandsänderung, der dem widerstandsbehafteten Element entspricht, erhöht werden. Oder der Anteil des temperaturbedingten Widerstands der Bahn könnte verringert werden (wodurch der Anteil der temperaturbedingten Widerstandsänderung, der dem widerstandsbehafteten Element entspricht, erhöht wird), indem die Breite der Bahn erhöht, die Länge der Bahn verringert oder die Bahn durch Regionen geleitet wird, die physisch auf dem Substrat 300 von den Abfeuerungswiderständen fern sind. Durch Erhöhen des Anteils der temperaturbedingten Gesamtwiderstandsänderung, der auf das widerstandsbehaftete Element zurückzuführen ist, wird der Fehler, den die Bahn zu dem Spannungswert beiträgt, verringert. Man sollte erkennen, dass andere Anordnungen von widerstandsbehafteten Elementen verwendet werden könnten, um eine serpentinenartige Form zu erhalten. Beispielsweise könnte das widerstandsbehaftete Element so strukturiert sein, dass das serpentinenartige Muster durch ein von einer Seite zur anderen verlaufendes Muster oder ein diagonales Muster gebildet werden könnte, statt dass dem serpentinenartigen Weg in einem von oben nach unten verlaufenden Muster gefolgt wird, wie in 4 gezeigt ist.
  • Eine andere Art und Weise, den Anteil der temperaturbedingten Gesamtwiderstandsänderung, der den widerstandsbehafteten Elementen entspricht, zu erhöhen (oder äquivalent dazu den Anteil der temperaturbedingten Gesamtwiderstandsänderung, der den Bahnen entspricht, zu verringern), beinhaltet die Verwendung von Materialien, die für die widerstandsbehafteten Elemente und die Bahnen einen unterschiedlichen Temperaturkoeffizienten von spezifischen Widerständen aufweisen. Es gibt mehrere Möglichkeiten, dies zu bewerkstelligen. Eine erste Möglichkeit beinhaltet eine Verwendung eines Materials, das einen niedrigen Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstands aufweist, für die Bahn 326 relativ zu dem für das widerstandsbehaftete Element verwendeten Material. Ein derartiger Materialsatz, der verwendet werden könnte, ist eine Tantal/Aluminium-Legierung für die Bahnen und Aluminium für die widerstandsbehafteten Elemente. Eine Tantal/Aluminium-Legierung weist einen Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstands auf, der beträchtlich geringer ist als der von Aluminium. Bei Aluminium und einer bestimmten Tantal/Aluminium-Legierung beträgt das Verhältnis des Aluminium-TCR (TCR = temperature coefficient of resistivity, Temperaturkoeffizient des spezifischen Widerstands) zu dem TCR der Tan tal/Aluminium-Legierung etwa 37. Man sollte erkennen, dass andere Materialsätze, die die gewünschte Beziehung des Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstands aufweisen, für die Bahn und das widerstandsbehaftete Element verwendet werden könnten, um den gewünschten Effekt zu erzielen. Die Verwendung verschiedener Materialien für die Bahn und das widerstandsbehaftete Element ist in 4 veranschaulicht, indem für die Bahn 326 eine gestrichelte Linie und für die Teile des widerstandsbehafteten Elements 310 und des widerstandsbehafteten Elements 312, die in 4 gezeigt sind, eine durchgezogene Linie verwendet wird. Eine Verwendung von Materialien, die diese Beziehung zwischen dem Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstands für das Bahnmaterial und das Material der widerstandsbehafteten Elemente aufweisen, bewirkt, dass ein größerer Anteil der temperaturbedingten Gesamtwiderstandsänderung durch das widerstandsbehaftete Element beigetragen wird. Da außerdem der spezifische Widerstand von Aluminium geringer ist als der der Tantal/Aluminium-Legierung, ermöglicht ein Steuern der Geometrie der Bahn und des widerstandsbehafteten Elements, dass dem widerstandsbehafteten Element ein noch größerer Prozentsatz der temperaturbedingten Gesamtwiderstandsänderung zugeordnet ist. Bezüglich Aluminium und einer bestimmten Tantal/Aluminium-Legierung beträgt das Verhältnis des spezifischen Widerstands von Aluminium zu dem spezifischen Widerstand der Tantal/Aluminium-Legierung etwa 1/500. Die Querschnittsfläche und die Länge (beispielsweise durch eine effiziente Bahnführung) der Bahn würde gesteuert werden, um den Widerstand der Bahn zu verringern. Die Querschnittsfläche und Länge (indem beispielsweise einem serpentinenartigen Weg gefolgt wird) des widerstandsbehafteten Elements würde dahin gehend gesteuert, den Widerstand des widerstandsbehafteten Elements zu erhöhen.
  • Eine zweite Möglichkeit beinhaltet ein Bilden der Bahn aus zwei Materialien, die Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstands aufweisen, so dass sich der Widerstand für die zwei Materialien entgegengesetzt ändert. Durch eine Verwendung von zwei Materialien, die Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstands mit entgegengesetzten Vorzeichen aufweisen, könnte der Betrag der temperaturbedingten Änderung des spezifischen Widerstands verringert werden. Man sollte betonen, dass es, um einen Nutzen aus einer Verwendung von Materialien zu ziehen, die Koeffizienten des spezifischen Widerstands mit entgegengesezzten Vorzeichen aufweisen, nicht notwendig ist, dass die durch die Materialien bewirkten temperaturbedingten Widerstandsänderungen aufgehoben werden. Es ist vorteilhaft, die den Bahnen entsprechende temperaturbedingte Widerstandsänderung lediglich zu verringern (statt sie zu eliminieren).
  • In 5A ist eine Möglichkeit gezeigt, die Verwendung von zwei Materialien, die Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstands mit entgegengesetzten Vorzeichen aufweisen, für die Bahn 400 zu implementieren. Die unterschiedlichen Materialien werden in abwechselnden, in Reihe geschalteten Segmenten der Bahn 400 verwendet. Es würden abwechselnde Segmente mit einer solchen Länge verwendet, dass das erste und das zweite Material über die gesamte Länge der Bahn im Wesentlichen derselben durchschnittlichen Temperatur unterworfen sind. Ein erster Abschnitt 402 der Bahn 400 ist aus einem ersten Material, z. B. Wolfram/Silizium/Nitrid (WSiN), das einen negativen Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstands aufweist, gebildet. Ein zweiter Abschnitt 404 der Bahn 400 ist aus einem zweiten Material, z. B. Polysilizium, das einen positiven Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstands aufweist, gebildet. Der Anteil der Gesamtlänge der Bahn, der jedem der zwei Materialien zugewiesen ist, könnte dahin gehend angepasst werden, die temperaturbedingte Widerstandsänderung der gesamten Bahn zu verringern. Wenn beispielsweise das erste Material einen negativen Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstands eines geringeren Betrags aufwiese als der positive Temperaturkoeffizient des spezifischen Widerstands des zweiten Materials, würde eine längere Gesamtlänge des ersten Materials verwendet werden, so dass eine temperaturbedingte Gesamtwiderstandsänderung der Bahn verringert würde oder so ausgewählt würde, dass sie im Wesentlichen gleich null ist. Die abwechselnden Segmente des ersten Materials und des zweiten Materials würden eine Länge und Breite aufweisen, die dahin gehend ausgewählt ist, Paare zu bilden, die zumindest teilweise ausgleichende temperaturbedingte Widerstandsänderungen liefern. Die relative Länge von Segmenten des ersten Materials und des zweiten Materials einer gegebenen Breite, die ein Segmentpaar bilden würden, könnte ermittelt werden, indem ein Betrag der Widerstandsänderungen, für eine gegebene Temperaturänderung, jedes der ein Segmentpaar bildenden Segmente gleichgesetzt würde. Eine temperaturbedingte Erhöhung des Widerstands (die eine Erhöhung des Spannungsabfalls ausgehend von dem im Wesentlichen konstanten Strom bewirkt) in einem aus dem ersten Material gebildeten Segment würde durch eine temperaturbedingte Verringerung des Widerstands (die eine Verringerung des Spannungsabfalls ausgehend von demselben im Wesentlichen konstanten Strom bewirkt) in dem aus dem zweiten Material gebildeten benachbarten Segment zumindest teilweise ausgeglichen.
  • In 5B ist eine weitere mögliche Implementierung unter Verwendung des ersten Materials und des zweiten Materials gezeigt. Bei der Implementierung der 5B wird das erste Material in einem ersten Segment 500 parallel zu dem zweiten Material in einem zweiten Segment 502 verwendet. Die jeweilige Breite des ersten Segments 500 und des zweiten Segments 502 würde dahin gehend ausgewählt, Unterschiede bezüglich der Beträge der Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstands zu berücksichtigen, so dass der Betrag der temperaturbedingten Widerstandsänderung der aus einem parallelen Kombinieren des ersten Segments 500 und des zweiten Segments 502 resultierenden Bahn über einen Temperaturbereich hinweg insgesamt verringert wird. Obwohl die Konfiguration der 5B temperaturbedingte Widerstandsänderungen der Bahn eventuell nicht so effektiv reduziert wie die in 5A gezeigte, kann sie trotzdem dahin gehend entworfen sein, eine vorteilhafte Verringerung des Betrags der temperaturbedingten Widerstandsänderung der Bahn über einen Temperaturbereich hinweg zu liefern. Man betrachte den Fall, bei dem das erste Material einem Material entspricht, das einen negativen Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstands aufweist, und das zweite Material einem Material entspricht, das einen positiven Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstands aufweist. Außerdem sind die Breite des ersten Segments 500 und die Breite des zweiten Segments 502 so ausgewählt, dass der Widerstand dieser Bahnen von einem Ende zum anderen bei einer festgelegten Temperatur (beispielsweise einer nominellen Betriebstemperatur des Substrats 300) im Wesentlichen gleich ist. Falls die Durchschnittstemperatur über die Länge der Kombination des ersten Segments 500 und des zweiten Segments 502 hinweg steigen würde, würde der Widerstand des ersten Segments 500 sinken, würde der Widerstand des zweiten Segments 502 zunehmen und würde der gelieferte Strom so aufgeteilt werden, dass mehr Strom durch das erste Segment 500 und weniger durch das zweite Segment 502 fließt. Dies würde die Spannungserhöhung, die auftreten würde, wenn sich der durch das zweite Segment 502 fließende Strom nicht geändert hätte, zumindest teilweise ausgleichen. Wenn die Durchschnittstemperatur über die Länge der Kombination des ersten Segments 500 und des zweiten Segments 502 hinweg sinken würde, nähme der Widerstand des ersten Segments 500 zu, nähme der Widerstand des zweiten Segments 502 ab, und würde der gelieferte Strom so aufgeteilt werden, dass mehr Strom durch das zweite Segment 502 und weniger durch das erste Segment 500 fließt. Dies würde die Spannungsverringerung, die auftreten würde, wenn der gesamte Strom gezwungen würde, durch das erste Segment 500 zu fließen, zumindest teilweise ausgleichen. Man sollte erkennen, dass, obwohl das erste Segment 500 und das zweite Segment 502 als in derselben Ebene nebeneinander platziert gezeigt sind, sie so auf dem Substrat 300 hergestellt werden könnten, dass sie aufeinander liegen.
  • Obwohl Ausführungsbeispiele des Temperaturmesssystems veranschaulicht und beschrieben wurden, wird Fachleuten einleuchten, dass an diesen Ausführungsbeispielen verschiedene Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der angehängten Ansprüche abzuweichen.

Claims (5)

  1. Eine Vorrichtung zum Bestimmen der Temperatur eines Substrats in einem Druckkopf, die folgende Merkmale aufweist: ein Substrat (300); ein widerstandsbehaftetes Element (310), das an eine Region des Substrats (300) angebracht und aus einem ersten Material (402, 500) gebildet ist, das einen ersten Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstands aufweist; und dadurch gekennzeichnet, dass sie Folgendes aufweist: ein Paar von Bahnen (326), die über das widerstandsbehaftete Element (310) hinweg gekoppelt sind, an dem Substrat (300) befestigt sind und aus einem zweiten Material (404, 502) gebildet sind, das einen zweiten Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstands aufweist, wobei das erste Material (402, 500) so ausgewählt ist, dass der erste Temperaturkoeffizient des spezifischen Widerstands den zweiten Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstands übersteigt, wobei: das erste Material (402, 500) Aluminium umfasst und das zweite Material (404, 502) eine Aluminium/Tantal-Legierung umfasst.
  2. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner folgende Merkmale aufweist: eine Leistungsquelle (318324), die dahin gehend konfiguriert ist, elektrische Leistung durch das Paar von Bahnen (326) an das widerstandsbehaftete Element (310) zu liefern; und eine Messvorrichtung (328), die über das Paar von Bahnen (326) hinweg gekoppelt ist und dahin gehend konfiguriert ist, eine Ausgabe zu liefern, die auf einen Widerstandswert des widerstandsbehafteten Elements (310) bezogen ist.
  3. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 2, bei der: die Leistungsquelle (318324) eine Stromquelle umfasst, die dahin gehend konfiguriert ist, einen Strom, der eine im Wesentlichen konstante Größe aufweist, an das widerstandsbehaftete Element (310) zu liefern; und die Messvorrichtung (328) einen Analog/Digital-Wandler (328) umfasst, der dahin gehend angeordnet ist, eine Spannung über das Paar von Bahnen (326) und das widerstandsbehaftete Element (310) hinweg zu empfangen, und der dahin gehend konfiguriert ist, einen der Spannung entsprechenden Digitalwert zu erzeugen.
  4. Ein Verfahren zum Messen der Temperatur eines Substrats (300) in einem Druckkopf, das folgende Schritte umfasst: Anlegen eines im Wesentlichen konstanten Stroms an eine Reihenschaltung eines widerstandsbehafteten Elements (310), das an eine Region des Substrats (300) angebracht und aus einem ersten Material (402, 500) gebildet ist, das einen ersten Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstands aufweist, und eines Paares von Bahnen (326), die über das widerstandsbehaftete Element hinweg gekoppelt sind und an dem Substrat (300) angebracht sind und aus einem zweiten Material (404, 502) gebildet sind, das einen zweiten Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstands aufweist, wobei das erste Material (402, 500) so ausgewählt ist, dass der erste Temperaturkoeffizient des spezifischen Widerstands den zweiten Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstands übersteigt; wobei: das erste Material (402, 500) Aluminium umfasst und das zweite Material (404, 502) eine Aluminium/Tantal-Legierung umfasst; Anlegen einer Mehrzahl von Signalen an eine Mehrzahl von in dem Druckkopf enthaltenen Abfeuerungswiderständen; Verändern eines Widerstandswerts des widerstandsbehafteten Elements (310) und Verändern eines Widerstandswerts des Paares von Bahnen (326) ansprechend auf ein Erwärmen des widerstandsbehafteten Elements (310), das sich aus dem Anlegen der Mehrzahl von Signalen an die Mehrzahl von Abfeuerungswiderständen ergibt; und Messen einer Spannung über die Reihenschaltung des widerstandsbehafteten Elements (310) und des Paares von Bahnen (326).
  5. Das Verfahren gemäß Anspruch 4, bei dem: das Verändern des Widerstandswerts ein Verändern einer Größe des Widerstandswerts des widerstandsbehafteten Elements (310) mehr als ein Verändern einer Größe des Widerstandswerts des Paares von Bahnen (326) umfasst.
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