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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.
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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
(T
s) verwendet.
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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.
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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.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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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.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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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:
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In 1 ein
Ausführungsbeispiel
eines Tintenstrahldruckers gezeigt ist, der einen Druckkopf umfasst,
der ein Ausführungsbeispiel
des Temperaturmesssystems verwendet.
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In 2 ein
Blockdiagramm, auf hoher Ebene, eines Ausführungsbeispiels einer Tintenstrahlbilderzeugungsvorrichtung
gezeigt ist, die ein Ausführungsbeispiel
des Temperaturmesssystems verwendet.
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In 3 ein
schematisches Diagramm, auf hoher Ebene, eines Ausführungsbeispiels
des Temperaturmesssystems gezeigt ist.
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In 4 ein
schematisches Diagramm eines Teils des Temperaturmesssystems gezeigt
ist.
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In 5A und 5B alternative
Ausführungsbeispiele
von Bahnen ge zeigt sind, die bei Ausführungsbeispielen des Temperaturmesssystems verwendet
werden könnten.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.