DE69030717T2

DE69030717T2 - Optische Struktur und Betriebsverfahren des Belichtungsmoduls eines Drucksystems

Info

Publication number: DE69030717T2
Application number: DE1990630717
Authority: DE
Inventors: William E Nelson
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1989-12-21
Filing date: 1990-12-18
Publication date: 1997-11-13
Anticipated expiration: 2010-12-19
Also published as: EP0681264A3; EP0681264B1; EP0681263A2; EP0681263B1; JPH058447A; DE69032531T2; DE69033247D1; EP0681264A2; JP3042634B2; EP0437766B1; EP0681263A3; EP0437766A2; DE69032531D1; EP0437766A3; DE69033247T2; DE69030717D1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Drucksystem-Belichtungseinheit der Art, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 definiert ist, und insbesondere auf solche Systeme, die räumliche Lichtmodulatoren verwenden, sowie insbesondere auf die optische Struktur zur Verarbeitung von Lichtbildern in einer räumlichen Lichtmodulator-Belichtungseinheit.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Es gibt zahlreiche Situationen, in denen es wichtig ist, Lichtenergie und Lichtübertragung zu steuern. In einem xerographischen Reproduktionssystem, wie es z. B. in einem Drucker, Digitalkopierer oder einem Faxgerät verwendet wird, muß Licht von einer Lichtquelle zu einer Serie von Punkten moduliert werden (Ein- und Aus-Zustände des Lichts), um das wiederzugebende Bild auszubilden. Die Wiedergabe auf dem endgültigen Medium (typischerweise Papier) wird über einen lichtempfindlichen Photorezeptor in Form einer rotierenden Trommel oder eines Riemens bewerkstelligt, auf die das modulierte Lichtbild übertragen wird. Die Trommel wird an der Stelle, an der die Lichtpunkte die Trommel belichtet haben, elektrostatisch entladen, so daß geladene Tintenpartikel, Toner genannt, an diesen Stellen auf der Trommel haften, entsprechend dem speziellen Typ des verwendeten Entwicklungsprozesses. Dieser Toner wird anschließend auf Papier übertragen, um das endgültige wiedergegebene Bild zu erzeugen.
In einem System ist es wünschenswert, den Prozeß mit einer gewöhnlichen Lichtquelle wie z. B. einer Wolfram-Halogenglühbirne einzuleiten und die unmodulierten Lichtstrahlen von der Lichtquelle auf ein monolithisches Substrat zu reflektieren, das die Fähigkeit aufweist, das Licht an bestimmten Stellen auf dem Chip wahlweise zu reflektieren. Genauer besitzt der Chip wenigstens eine Zeile von kleinen ablenkbaren Spiegeln, die dann, wenn sie nicht abgelenkt sind, das Licht der Lichtquelle von der Trommel weg reflektieren. Eine Ablenkung irgendeines oder aller einzelner Spiegel bewirkt, daß der abgelenkte Spiegel das Licht von diesem Spiegelort auf eine entsprechende Stelle auf der Trommel abbildet. Zu einem beliebigen Zeitpunkt bewirkt anschließend eine Gruppe von Ablenkungen, daß ein Bild aus hellen Punkten, Pixel genannt, auf die Trommel übertragen wird und schließlich auf das Papier gedruckt wird.
Es muß nicht erwähnt werden, daß die Fähigkeit des Systems zum genauen Einfangen des entsprechend reflektierten Lichts und zum Zurückwerfen aller überflüssiger Lichtreflexionen für die Leistungsfähigkeit des Prozesses kritisch sind. Dies ist jedoch häufig schwierig zu bewerkstelligen, da Streulicht besonders schwierig zu kontrollieren ist. Dieses Problem wird begleitet von der Tatsache, daß die Lichtquelle genug Energie aufweisen muß, um alle Reflexions- und Übertragungsverluste zu berücksichtigen. Obwohl dies theoretisch möglich ist, entstehen immer noch Probleme bei der Substratmontage und der Ausrichtung sowie mit dem Substrat selbst, das Licht reflektiert. Schließlich muß der Beleuchtungsarm des optischen Systems ein gleichmäßiges Beleuchtungsprofil auf das Modulatorsubstrat übertragen, um richtig zu arbeiten.
Ein Verfahren der Lichtsteuerung ist, Ablenkplatten und lichtabsorbierendes Material zu verwenden. Thermische Spannungen können jedoch ein Verziehen und andere Fehlausrichtungsprobleme verursachen, wenn zuviel Wärme oder Infrarotenergie von den verschiedenen Elementen absorbiert wird. Zusätzliche Probleme entstehen, wenn gewünscht ist, die geeignet reflektierten, modulierten Lichtpunkte auf die Trommel zu kanalisieren und alles andere Licht von der Trommel abzuschirmen. Dies liegt daran, daß das Verhältnis des modulierten Lichts zum Gesamtlicht relativ klein ist (< 1%) Lichtabsorptions- und Abschirmprobleme sind sehr vielschichtig und erfordern, falls sie nicht umsichtig strukturiert sind, komplizierte "Abstimmtechniken" und zeitaufwendige Herstellungstechniken, um geeignete Signal- Rausch-Verhältnisse auf der Trommel zu erreichen.
Da das modulierte Licht die Trommel in einem genauen Muster treffen muß und alles andere Licht von der Trommel abgeschirmt werden muß, muß ein System verwirklicht werden, das die kontrollierte Beseitigung unerwünschter Lichtstrahlen und gleichzeitig die Sicherstellung einer präzisen Handhabung der geeignet modulierten Lichtsignale zuläßt. Das System wird ferner komplizierter durch die Tatsache, daß die modulierten Signale ein mikroskopisch feines Muster bilden, das sich sehr schnell ändert, in der Größenordnung von 1720 mal pro Sekunde, und die Lichtpfade somit genau gesteuert werden müssen und wiederholbar sein müssen. Andererseits kann das Streulicht die Photorezeptor-Oberfläche über eine Fläche oder eine Öffnung kontinuierlich beleuchten, die 25 mal breiter ist als die Fläche, die durch das modulierte Muster belichtet wird. Daher kann ein verwaschenes Hintergrundbild des unerwünschten Streulichts mit einer sehr geringen Intensität im Vergleich zum modulierten Signal das Druckergebnis erheblich verschlechtern. Aufgrund der engen Toleranzen müssen ferner die Lichtdivergenzen kontrolliert werden, die aufgrund der sich drehenden Spiegel im Übertragungspfad auftreten. Alle diese Probleme müssen in einer ökonomischen Weise ohne komplizierte Ausrichtung und ohne Versuch-Irrtum-Lichtablenktechniken gelöst werden.
Daher besteht ein weiterer Bedarf im Stand der Technik an einem solchen System, das die Kontrolle der unerwünschten Lichtenergie ermöglicht, ohne daß die Einrichtung präziser Komponentenanordnungen erforderlich ist.
Die US-A-4,779,944 offenbart ein integriertes Laserstrahlabtastsystem, bei dem die gesamte Optik in einem starren Gehäuse befestigt ist und somit die Ausrichtung innerhalb derselben aufrechterhalten wird.
In der EP-A-0,321,930 ist ein optisches Abtastsystem offenbart, bei dem die Strahlquelleneinheit innerhalb einer U-förmigen Aussparung montiert werden kann. Dies ermöglicht, daß die Strahlquelleneinheit von Gehäuse zu Gehäuse ausgetauscht werden kann, ohne eine weitere Einstellung der darin enthaltenen Optik.
Die JP-A-59,140,406 offenbart ein Einstellverfahren für die optische Achse einer Bildaufzeichnungsvorrichtung. Die verschiedenen optischen Komponenten können eingestellt werden, um die optische Achse eines optischen Strahls leicht auszurichten. Die Einstelljoche ermöglichen, die Laserstrahlachse bezüglich einer Sammellinse einzustellen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Drucksystem-Belichtungseinheit gemäß der Erfindung ist in den Ansprüchen definiert.
Es wurde ein Lichtenergiesteuerungsverfahren und ein System geschaffen, die die Steuerung des modulierten und des unmodulierten Lichts als Teil der Darstellung der Lichtenergie für ein xerographisches Reproduktionssystem ermöglichen. Das xerographische System ist in zwei Teile unterteilt, von denen ein Teil die Trommel und die Papierwiedergabe steuert, Wiedergabeeinheit genannt, und der andere Teil die Lichtmodulation steuert, Belichtungseinheit genannt.
Die Belichtungseinheit ist so beschaffen, daß sie zur Wiedergabeeinheit paßt, so daß die Einheiten getrennt hergestellt werden können. Ausrichtungsprobleme zwischen der Wiedergabeeinheit und der Belichtungseinheit werden gelöst durch Verwendung eines Drei-Punkt-Befestigungsverfahrens und durch geeignetes Ausrichten der jeweiligen Belichtungseinheit auf diese Referenzpunkte während der Herstellung. Auf diese Weise sind die Belichtungseinheiten untereinander austauschbar, was die Flexibilität und Wartungsfreundlichkeit des Systems weiter verbessert.
Die Belichtungseinheit ist in Form eines Kastens entworfen, der auf die Oberseite der Wiedergabeeinheit paßt. Der Boden des Kastens ist im wesentlichen abgedichtet und besitzt einen Schlitz, der zur Wiedergabeeinheit paßt. Das modulierte Licht fällt durch den Schlitz auf die Trommel der Wiedergabeeinheit. Die Kopplung zwischen den Einheiten kann flexibel sein, wie z. B. mittels eines Neopren-Schuhs, um zu verhindern, daß Staub und andere Partikel in die Einheit eindringen, und um eine lichtdichte Abdichtung zu erhalten.
Das Belichtungseinheitsgehäuse besitzt im Inneren eine Trennwand, die den Kasten in einen oberen Abschnitt und einen unteren Abschnitt teilt. Der untere Abschnitt steht mit der Wiedergabeeinheit in Verbindung. Der untere Abschnitt dient zur Aufnahme des modulierten Lichts von einer Fokussierungslinse, die im oberen Abschnitt angeordnet ist. Das Licht von der Linse wird anschließend durch eine Serie von Spiegeln reflektiert und nach unten abgelenkt, um durch die Bodenverbindung auf die Trommel zu fallen. In der bevorzugten Ausführungsform werden zwei Spiegel verwendet.
Die Trennwand zwischen den Abschnitten bildet die Basis des oberen Abschnitts der Belichtungseinheit. Der obere Abschnitt enthält eine Lichtquelle, die an einer Ecke montiert ist, um die Einheit von der Lampenwärme abzuschirmen, während weiterhin Hochenergie-Lichtstrahlen des Lichts von einem Faden aufgenommen werden, der so positioniert ist, daß die Lichtenergie parallel zur Trennwand und oberhalb derselben ausgesendet wird. Am anderen Ende der Einheit ist das monolithische Substrat montiert, das die Zeilen der verformbaren Spiegel enthält. In die Grundplatte des oberen Abschnitts ist ein Halter gegossen, um das Substrat über die Breite des Kastens zu unterstützen. Das Substrat ist auf seiner Seite so angeordnet, daß es von der Grundplatte aufrecht gehalten wird, wodurch ermöglicht wird, daß dessen vordere Oberfläche, die die einzelnen Spiegelpixel enthält, dem Licht ausgesetzt wird. Zwischen der Lichtquelle und dem Substrat sind Lichtlinsen angeordnet, um das Licht auf das Substrat zu richten. Das Licht fällt von der Ecke diagonal durch den Kasten auf die vordere Oberfläche des Substrats, das zwischen den Seiten des Kasten zentriert ist.
Abwärts zum Zentrum des Kastens ist in Längsrichtung des Lichtpfades ein optischer Pfad ausgebildet. Dieser Lichtpfad ist so konstruiert, daß er nach unten in den Abschnitt zwischen der Oberseite und dem Loch führt, durch das das vom Substrat modulierte Licht geleitet werden soll. In dieses Loch ist eine Fokussierungslinse eingesetzt und innerhalb des abwärts führenden Durchlasses angeordnet, um das von den verschiedenen verformten Substratspiegeln reflektierte Licht aufzunehmen und dieses Lichtbündel auf einen Spiegel zu richten, der im unteren Abschnitt der Einheit angeordnet ist. Ferner ist innerhalb des abwärts führenden Durchlasses auf der Oberseite der Einheit vor der Fokussierungslinse eine Serie von halbkreisförmigen Ablenkplatten angeordnet, die ähnlich einem Bienenkörper konstruiert sind, so daß unerwünschtes Licht, das vom Substrat reflektiert wird, von den Ablenkplatten zum Substrat zurückreflektiert wird. Dieses reflektierte Licht wird unmittelbar in einen 45º- Winkel reflektiert, so daß es nach oben gegen die obere Oberfläche der Einheit fällt und von der oberen Abdeckung absorbiert wird.
Dementsprechend ist es ein technischer Vorteil, ein xerographisches Belichtungsmodul mit einer verformbaren Spiegeleinheit vorzusehen, das eine im Modul integrierte Lichtquelle besitzt. Es ist ein weiterer technischer Vorteil, die verformbare Spiegelvorrichtung bezüglich des Modulgehäuses abnehmbar und einstellbar anzuordnen.
Es ist ein weiterer Vorteil, eine verformbare Spiegelvorrichtung vorzusehen, um eine Lichtmodulation in einem eigenständigen Modul mit einer Lichtquelle und einer Serie von Fokussierungs/Abbildungs-Linsen durchzuführen, wobei die verformbare Spiegeleinrichtung eine Zeile von Elementen mit individuelleren Elementen enthält, als derzeit für jede modulierte Zeile erforderlich sind, wodurch eine einfachere Ausrichtung der Elemente innerhalb der Belichtungseinheit ermöglicht wird.
Es ist ein weiterer technischer Vorteil, eine räumliche Lichtmodulationsvorrichtung für die Verwendung in einer Belichtungseinheit eines Drucksystems vorzusehen, bei dem die Belichtungseinheit eine bezüglich der Modulationsvorrichtung separat angeordnete Lichtquelle enthält, so daß unmoduliertes Licht von der Quelle auf die Vorrichtung fällt, und wobei die Belichtungseinheit eine Fokussierungsvorrichtung zum Aufnehmen des wahlweise von bestimmten Pixeln der Modulationsvorrichtung reflektierten Lichts besitzt.
Es ist ein weiterer technischer Vorteil, eine Modulationsvorrichtung wie oben beschrieben vorzusehen, die mehrere auf einem Substrat ausgebildete Pixelelemente enthält, wobei jedes Pixel elektrostatisch ablenkbar ist, und wobei die Vorrichtung ferner eine auf dem Substrat ausgebildete Adressierungsschaltung enthält und auf der Grundlage des Empfangs eines Datensignals, das an ein bestimmtes Pixel adressiert ist, betrieben werden kann, um die Ablenkung des adressierten Pixels freizugeben, so daß Licht, das ansonsten durch das Pixel von der Fokussierungsvorrichtung weg reflektiert würde, statt dessen auf die Fokussierungsvorrichtung reflektiert wird, wobei die Vorrichtung Anbringungsträger enthält zum abnehmbaren Anbringen der wiedergabeeinheit an der Belichtungseinheit.
Es ist ein weiterer technischer Vorteil, eine räumliche Lichtmodulatorvorrichtung in Verbindung mit einer optischen Achse vorzusehen, entlang der moduliertes Licht ungehindert bis zu einer Abbildungslinse gelangt, während remoduliertes Licht achsenfern reflektiert wird, und wobei zwischen den achsennahen und den achsenfernen Lichtstrahlen eine tote Zone vorhanden ist.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung und weiterer Vorteile derselben wird im folgenden auf die genaue Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in welchen:
Fig. 1 eine perspektivische Explosionszeichnung der Belichtungseinheit eines Drucksystems ist;
Fig. 2 eine Draufsicht der Belichtungseinheit ist;
Fig. 3 eine Ansicht der Belichtungseinheit von unten ist;
Fig. 4 eine rechte Seitenansicht der Belichtungseinheit längs der Linie 4-4 der Fig. 2 ist;
Fig. 5A und 5B Ansichten des Bienenkörperabschnitts der Belichtungseinheit ebenfalls längs der Linie 4-4 der Fig. 2 sind;
Fig. 6A und 6B perspektivische Ansichten der verformbaren Spiegelvorrichtung (DMD) sind, die in der Belichtungseinheit verwendet wird;
Fig. 7A und 7B schematische Ansichten sind, die den optischen Pfad der Belichtungseinheit zeigen;
Fig. 8A und 8B die Wechselwirkung des optischen Pfades mit einer xerographischen Drucktrommel zeigen;
Fig. 9A, 9B und 9C Einzelheiten des sequentiellen Druckens von geraden und ungeraden Pixeln für eine zweizeilige DMD zeigen;
Fig. 10A und 10B ein Beispiel eines Coupon-Druckstapels und das Drucken darauf zeigen;
Fig. 11 eine perspektivische Ansicht eines Drucksystems mit geöffneter linker Seitentür zeigt;
Fig. 12 Einzelheiten des Zubringermechanismus zeigt, der Coupons von einer Seite des Drucksystems zur anderen Seite bewegt;
Fig. 13 eine perspektivische Ansicht eines Drucksystems mit geöffneter rechter Seitentür zeigt;
Fig. 14 Einzelheiten des Mehrfachstapelzuführungsmechanismus zeigt;
Fig. 15 Einzelheiten des Sortiermechanismus zeigt, der verwendet wird, um die Ausgabe des Drucksystems zu steuern;
Fig. 16 Einzelheiten des xerographischen Drucktrommelmoduls, des Toner/Entwickler-Moduls, des Belichtungsmoduls und des Fixierermoduls zeigt;
Fig. 17 Einzelheiten des Trennmechanismus zeigt;
Fig. 18 die Kopplung zwischen den Belichtungs- und Wiedergabeeinheiten zeigt;
Fig. 19 ein Flußdiagramm der Operation des Tonerüberwachungssystems zeigt;
Fig. 20 die bevorzugte Ausführungsform eines Druckergehäuses zeigt;
Fig. 21 eine Vorrichtung zum Positionieren einer DMD in einem Modul zeigt;
Fig. 22-25 ein System und ein Verfahren zum Steuern und Positionieren einer Vorrichtung in einem Herstellungsprozeß zeigen;
Fig. 26 die austauschbare Fixierereinheit zeigt;
Fig. 27 die austauschbare Photorezeptorkassette zeigt;
Fig. 28 die austauschbare Entwicklereinheit zeigt; und
Fig. 29 die austauschbare Belichtungseinheit zeigt.

GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Für ein vollständigeres Verständnis der räumlichen Lichtmodulatoren wird Bezug genommen auf das US-Patent 4,596,992, erteilt am 24. Juni 1989; das US-Patent 4,662,746, erteilt am 5. Mai 1987; und das US-Patent 4,728,185, erteilt am 1. März 1988, die hiermit alle durch Literaturhinweis eingefügt sind. Das obenerwähnte Patent 4,596,992 beschreibt ferner die Verwendung einer verformbaren Spiegelvorrichtung (DMD) in einem Drucker.

Belichtungseinheit

In Fig. 1 ist eine Explosionsansicht der Belichtungseinheit 10 gezeigt, die verwendet wird, um modulierte Lichtbilder zu erzeugen, die ihrerseits z. B. in einem xerographischen Reproduktionssystem verwendet werden können. Die Belichtungseinheit umfaßt ein Gehäuse 11, das aus einem Material mit einem kleinen Ausdehnungskoeffizienten konstruiert ist, so daß die von der Lichtquelle 16 erzeugte Wärme keine zusätzliche spannungserzeugende Bewegung in der Struktur verursacht, wodurch sichergestellt wird, daß die Optik der Vorrichtung innerhalb enger Toleranzen positioniert bleibt. Zu diesem Zweck befindet sich die Lichtquelle 16 außerhalb der Hauptstruktur 11 und ist von einem Doppelkanal 15 umgeben, der eine Innenwand 150 besitzt, die mittels Radialspeichen 151 von einer Außenwand 15 getrennt ist. Der innere Kanal 150 kann aus einem Material wie z. B. Aluminium gefertigt sein, das Wärme absorbiert und die Wärme über Speichen 151 an die Außenwand 15 überträgt, die aus geripptem Aluminium gefertigt sein kann, um die Wärme abzustrahlen. Der Kanal 150 kann schwarz eloxiert sein, um die Absorption zu erhöhen und das reflektierte Licht zu reduzieren.
Die Struktur 15 ist unter Verwendung von thermisch isolierendem Klebematerial mit dem Gehäuse 10 verbunden. Der Zweck der Anbringung der Lampe 16 am Gehäuse ist, daß der Faden der Lampe 16 unabhängig von der Bewegung des Gehäuses perfekt auf den internen optischen Pfad ausgerichtet bleibt. Dies wird durch den Präzisions-Gußlampensockel 160 sichergestellt, der den Lampenfaden auf den optischen Pfad ausrichtet, indem er die Lampenanschlußstifte 710 (Fig. 7A) im Lampensockel 160 (Fig. 2) genau positioniert. Die Wolfram-Halogenlampe ist eine im Handel erhältliche "Instrumentenlampe". Diese Präzisionslampen besitzen einen Faden, der auf die Keramikbasis und die Lampenanschlußstifte vorausgerichtet ist; daher ist während des Zusammenbaus keine Einstellung der Quelle 16 bezüglich der Belichtungseinheit 10 erforderlich. Gleichzeitig überträgt die Quelle 16 aufgrund der Wärmesenke 15 und des externen Quellenhalters 302 (der aus einem Kunststoff mit geringer Wärmeleitfähigkeit gefertigt ist) keine Wärme auf das Gehäuse, was thermische Probleme bezüglich des Gehäuses verursachen würde. Durch den Kanal 15 wird von unten nach oben Luft geleitet, die dazu dient, die Glühbirne 16 gleichmäßig zu umströmen und zu kühlen. Dies verringert die Wahrscheinlichkeit, daß die Glühbirne aufgrund einer ungleichmäßigen Kühlung weiße (matte) Oberflächen entwikkelt, was der Belichtungseinheit eine maximale Lebensdauer verleiht.
Es ist klar, daß die Belichtungseinheit 10, die eine horizontale innere Trennwand oder eine Basis 14 besitzt, derart beschaffen ist, daß sie zur xerographischen Druckeinheit (in Fig. 18 schematisch gezeigt), mittels der Ansätze 101, 102 und 103 paßt, wobei die Ansätze effektiv eine Dreipunktmontage darstellen, so daß das Belichtungsmodul 10 bezüglich der Druckeinheit perfekt und leicht optisch positioniert werden kann. Die Belichtungseinheit wird anschließend mittels Schnappverbindungen oder auf andere Weise an der Druckeinheit befestigt, um eine funktionelle Montage zu bewerkstelligen.
In einer kurzen Abschweifung kann es an diesem Punkt hilfreich sein, den optischen Pfad und den Ausbreitungspfad der Lichtstrahlen durch die Belichtungseinheit zu verstehen. Eine solche Ausbreitung beginnt mit der Abstrahlung von der Glühbirne 16, die mittels der Linse 17 und der Linse 18 auf die verformbare Spiegelvorrichtung (DMD) 60 fokussiert ist. An diesem Punkt ist das Licht nicht moduliert. Wie gezeigt, reflektiert die DMD 60 das Licht in zwei getrennte Bündel, ein moduliertes Bündel, das auf eine Abbildungslinse fällt, sowie ein unmoduliertes Bündel, das wegreflektiert wird. Der auf die Abbildungslinse fallende Strahl wird durch die Basis 14 und die Abbildungslinse 40 nach unten weitergeleitet und anschließend über einen gefalteten Pfad, der einen Satz von Spiegeln enthält, zu einer Trichterstruktur 120 in der Basis der unteren Abdeckung 13 der Belichtungseinheit weitergeleitet. Das Lichtbild, das aus einem Muster von modulierten Lichtpunkten besteht, fällt anschließend auf eine xerographische Trommel, wie im folgenden gezeigt wird, um ein belichtetes Bild zu erzeugen, das anschließend mittels eines xerographischen Prozesses entwickelt und ausgedruckt wird.
Wie in Fig. 1 gezeigt, kann die Belichtungsquelle 16 vorzugsweise eine Wolfram-Halogenglühbirne sein, wie z. B. eine Glühbirne der single-ended quartzline Photolampenserle von General Electric. Die Quelle wird so ausgewählt, daß sie die erforderliche Lebensdauer aufweist (typischerweise 2000 Betriebsstunden) und einen Leistungspegel aufweist, der für Druckprozeß- Belichtungsanforderungen geeignet ist. Das Licht von der Glühbirne 16 wird mittels einer wärmebeständigen sphärischen Linse 17 auf die Linse 18 fokussiert, die dazu dient, das Licht auf die DMD 60 zu richten. Die Linse 18 ist auf einem eingegossenen Präzisionsschwenkpunkt montiert, der in der unteren flachen Oberfläche an der Längsmittellinie angeordnet ist. Die Enden 180 der Linse 18 werden in Schlitzen in der Innenwand 105 und in der Außenwand des Belichtungsmoduls 10 gehalten. Diese Schlitze ermöglichen der Linse 18, sich längs ihrer Längsachse auszudehnen. Da jedoch die Linse 18 auf einem (nicht gezeigten) Zentralstift montiert ist, verändert sich die Brennweite nicht, wodurch das Licht weiterhin gleichmäßig auf die DMD 60 gerichtet bleibt. Die Linsen 17 und 18 bilden gemeinsam eine Kondenserbaueinheit. Die Funktion dieser Linsengruppe ist die, eine gleichmäßige Beleuchtung der DMD 60 zu schaffen und ferner ein fokussiertes und vergrößertes Abbild des Quellenfadens 16 zu erzeugen, das in der vorderen Ebene der Abbildungslinse 40 ausgebildet wird.
Die Linse 18 ist zentral befestigt und an ihren Enden frei, da das Kunststoffmaterial, aus dem sie gegossen ist, im Vergleich zur Wärmeausdehnung des Belichtungsmoduls 11 eine große Wärmeausdehnung aufweist. Die Linse 18 besitzt eine komplexe asphärische Oberfläche und muß daher gegossen werden, um die Herstellungskosten der Linse 18 zu reduzieren. Dagegen kann die Linse 17 aus einem Material mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten wie z. B. Pyrex gefertigt sein und kann somit starr montiert werden, falls gewünscht.
Wie gezeigt, wird die DMD 60, die mittels der Halter 104 ungefähr senkrecht zur Basis 14 gehalten wird, mit elektrischen Signalen angesteuert, die an ausgewählte Spiegel angelegt werden, um zu bewirken, daß das von diesen Spiegeln (Pixeln) modulierte Licht direkt einer optischen Achse nach unten folgt und von der Abbildungslinse 40 fokussiert wird. Das Licht von den unmodulierten Spiegeln oder von der inaktiven Oberfläche der DMD 60 wird durch die Wirkung des Körpers 19 gestreut, der wenigstens teilweise in Umfangsrichtung um die optische Achse angeordnet ist.
Die Oberseite 12 ist so konstruiert, daß sie an ihrer inneren Oberfläche eine (nicht gezeigte) Vertiefung besitzt, um die Oberseite der Linse 18 in Position zu halten. Die Oberseite 12 kann in einer alternativen Ausführungsform ferner mit einer Haube versehen sein, die über die Linse 17 gestülpt wird, um die Linse 17 in Position zu halten. Alternativ hierzu können eine oder beide dieser Linsen unter Verwendung eines hochtemperaturfesten Klebers in ihrer Position verklebt sein.
Die Basis 13 paßt auf den Boden des Belichtungsmoduls 11 und enthält einen Trichter 120, der die Lichtbilder vom Belichtungsmodul zum optischen Rezeptor leitet, wie im folgenden gezeigt wird. Ablenkplatten innerhalb des Tunnels 120 dienen zur Verringerung der Reflexionen und des Streulichts, um einen hohen Kontrast im endgültigen gedruckten Bild zu erhalten.
In Fig. 2 ist eine Draufsicht des Belichtungsmoduls 10 gezeigt. Nicht gezeigt ist das Kabel, das die DMD 60 mit einer Quelle der elektrischen Modulationssignale verbindet und ferner die Lampe 16 mit einer Stromquelle verbindet. Dieses Kabel kann günstigerweise innerhalb der Belichtungseinheit 10 verlaufen und an der Seite austreten, die der Wand 105 am nächsten liegt. Der Sockel 160, der die Glühbirne 16 hält, kann günstigerweise in eine Struktur gegossen sein, die von der Belichtungseinheit 10 mittels der Arme 302 für eine zuverlässige präzise optische Ausrichtung unterstützt und gehalten wird. Die Unterstützungsklammern 104, die die DMD 60 halten, können direkt in die Trennwand 14 gegossen sein, die dazu dient, die Belichtungseinheit 10 in eine obere Einheit, die in Fig. 2 genauer gezeigt ist, und in eine untere Einheit, die in Fig. 3 genauer gezeigt ist, zu unterteilen. Der Kanal 19 ist auf der optischen Achse des von der DMD 60 reflektierten modulierten Lichts zwischen den oberen und unteren Abschnitten angeordnet und erstreckt sich durch die Trennwand 14. Die Sägezahnform oder Bienenkörperform ist halbkreisförmig um die Achse des modulierten Lichts ausgebildet und dient, wie gezeigt, zum Ablenken und Absorbieren des Lichts von den unmodulierten Pixeln und anderen Strukturen der DMD 60. Der Kanal 19 ist so aufgebaut, daß er die Abbildungslinse 40 hält, die dazu dient, das von den modulierten Spiegeln der DMD 60 reflektierte Licht aufzunehmen und über den optischen Pfad, der von einem Satz von Spiegeln 30, 31 (Fig. 3) gebildet wird, auf die xerographische Trommel unterhalb des Schuhs 120 (Fig. 4) zu fokussieren.
Der Vorsprung 29 (Fig. 3) bildet einen halbkreisförmigen Kanal für die Ausbildung des Bienenkörpers (auf der Oberseite).
In Fig. 4 ist eine Schnittansicht der Belichtungseinheit 10 längs des Schnitts 4-4 der Fig. 2 gezeigt. Fig. 4 zeigt Lichtstrahlen 401 im oberen Abschnitt, in dem das die Glühbirne 16 verlassende Licht durch die Linse 17 und durch die Linse 18 auf die DMD 60 fokussiert wird. Die Lichtstrahlen 402, die von der DMD 60 moduliert worden sind, fallen durch die Abbildungslinse 40 auf den Spiegel 30 im unteren Abschnitt der Belichtungseinheit 10 und gelangen vom Spiegel 30 zum Spiegel 31, der das Bild um 90º ablenkt, so daß das Bild durch den Trichterschuh 120 austreten und auf die Photorezeptoroberfläche der xerographischen Druckvorrichtung fallen kann. Innerhalb des Schuhs 120 befindet sich eine Serie von Stufen oder Lichtablenkplatten 41, die verhindern, daß das Streulicht den Kontrast auf der Wiedergabetrommel verringert, sowie eine durchsichtige Abdeckung 42, die verwendet wird, um die Belichtungseinheit abzudichten.
Fig. 5A zeigt den Kanal 19, der längs der optischen Achse des Lichtpfades 402 ausgebildet ist und als eine Serie von Stufen in Form eines Bienenkörpers konstruiert ist. Die Lichtstrahlen 702, die von den Pixeln reflektiert werden, die nicht ausgewählt sind, werden von der wirklichen optischen Achse um ungefähr 10-15º abgelenkt, treffen auf eine der Wände des Körpers und werden gedämpft und von der Wand gegen eine weitere Wand und anschließend nach oben zurückgeworfen, um an der oberen Abdeckung der Belichtungseinheit weiter gedämpft zu werden. Auf diese Weise wird das reflektierte Licht der nicht ausgewählten Pixel wirksam vom reflektierten Licht der ausgewählten Pixel getrennt, wodurch bewirkt wird, daß der Strahl 402, der auf die Abbildungslinse 14 trifft, nur moduliertes Licht enthält. Somit sind im Strahl 402 nur Reflexionen von den bildgebenden oder modulierten Pixeln enthalten, wenn er auf die Abbildungs-linse 40 fokussiert wird. Der Bienenkörper 19 dient somit als Serie von Lichtablenkplatten, die sich im optischen Pfad des unmodulierten Strahls 702 befinden und dazu dienen, das nicht ausgewählte Licht zu dämpfen. Der Aufbau des Bienenkörpers 19 ist so beschaffen, daß er halbkreisförmig um die optische Achse angeordnet ist und Wände besitzt, die senkrecht zur Achse angeordnet sind. Die Basis jeder Wand ist mit der Oberseite der vorangehenden Wand mittels einer schrägen Oberfläche verbunden (Sägezahn). Es ist diese schräge Oberfläche, die das abprallende Licht von der optischen Achse wegreflektiert und es nahezu senkrecht zur optischen Achse 402 ausrichtet, womit ein sehr hohes Rückhalteverhältnis an der Abbildungslinsenöffnung 40 sichergestellt ist.
Die Fig. 6A ist eine Ansicht der DMD 60, die Abschnitte der in das Silicium eingebauten Adressierungsstruktur 62 sowie eine oder mehrere Zeilen von Pixeln 61 besitzt, die dazu dienen, z ermöglichen, Licht abzulenken, was dazu führt, daß in Abhängigkeit von der elektrischen Auswahl und Modulation (oder Nicht- Modulation) irgendwelcher Pixel helle (und dunkle) Abbildungen ausgebildet werden. Die in der DMD 60 gezeigten Quadrate 62 stellen die Siliciumadressierungsstruktur dar. Die einzelnen Pixel, die in Wirklichkeit 19 µm im Quadrat pro Pixel messen, sind durch eine dünne Linie 61 dargestellt, die in der ansonsten strukturlosen Zentralspiegelstruktur mittig verläuft. Dieser notwendige Spiegel, der die echten DMD-Pixel umgibt, dient dazu, den relativ großen Anteil der Strahlung, die auf die DMD, jedoch nicht auf die Pixelelemente fällt, auf die unmodulierte Fadenabbildung zu richten, die vom Bienenkörper 19 abgefangen und gedämpft wird. Wenn die umgebende Oberfläche kein Spiegel wäre, sondern eine Struktur aufweisen würde (ähnlich der umliegenden Adressierungsschaltung), würde sie die Hintergrundstrahlung eher isotopisch als in einer Abbildung des Quellenfadens zurückwerfen. Diese könnte dann die Abbildungslinse 40 erreichen und den Kontrast des auf der Photorezeptortrommel ausgebildeten DMD-Bildes beeinträchtigen. Die DMD 60 ist mit Anschlüssen 63 zum Empfangen der internen Modulations- und Steuersignale von einem Computer oder einer anderen Quelle gezeigt.
Die Fig. 6B zeigt eine Vergrößerung einiger Pixel 6100 von der Linie 61 der Fig. 6A. Wie gezeigt, sind die Pixel an ihren Ekken 6102 und 6103 aufgehängt, wodurch der oberhalb der Horizontalen befindliche Lichtpfad nach unterhalb der Horizontalen reflektiert wird. Dies ist selbstverständlich nur eine Ausführungsform, wobei andere ebenfalls funktionieren können. Die eigentliche Wirkungsweise der Pixel ist in den obenerwähnten Patenten beschrieben. Die Bewegung der Pixel erzeugt einen Ein- Zustand und einen Aus-Zustand des modulierten Lichts.

Optischer Modulationspfad

In Fig. 7A ist eine schematische Darstellung der Lichtstrahlen 401 gezeigt, die aus der Glühbirne 16 austreten und mittels der Linsen 17 und 18 derart konzentriert werden, daß sie im wesentlichen die aktive Pixelfläche des DMD 60 beleuchten. Jedoch fällt der weitaus größte Teil des Lichts von der Quelle 16 auf die Spiegeloberfläche, die die aktiven Zeilen 61 der DMD-Pixel umgibt. Dies ist durch die Lichtstrahlen 701 dargestellt, wobei auch ein Großteil derjenigen Strahlen enthalten ist, die oberhalb oder unterhalb der Ebene der Strahlen 401 und 701 liegen, die jedoch der Klarheit halber nicht gezeigt sind. Wäre nicht die lichtreflektierende Funktion des Bienenkörpers 19 vorgesehen, würden diese Strahlen von der flachen Oberfläche (und den unmodulierten Pixeln) der DMD 60 reflektiert und im Bereich um den Punkt 703 fokussiert. Der Punkt 703 ist die Mitte eines Abbildes des Fadens der Quelle 16, das in der Ebene der Eingangsöffnung der Abbildungslinse 40 ausgebildet würde, wenn diese Strahlen nicht durch die Wirkung des Bienenkörpers 19 abgelenkt würden. Wie gezeigt werden somit die Strahlen 702 durch den Bienenkörper 19 vom Brennpunkt 703 abgelenkt und breiten sich nahezu senkrecht zur optischen Hauptachse aus, die längs des Strahls 402 liegt. Die Lichtenergie im unmodulierten Faden ist um mehrere Größenordnungen stärker als das Licht im modulierten Fadenabbild, das längs des Pfades 402 auf die Abbildungslinse 40 fällt. Die hohe Selektivität der Dunkelfeldprojektorvorrichtung, wie sie im US-Patent 4,728,185 beschrieben ist, entsteht aus der Erkenntnis und der Nutzung der Tatsache, daß das unmodulierte Licht in unmittelbarer Umgebung des Punktes 703 fokussiert wird. Somit kann bewirkt werden, daß der Punkt 703 vollständig außerhalb der Eintrittsöf fnung (Blende) der Abbildungslinse 40 liegt, indem die optische Achse des Kondensersystems 17 und 18 und der Quelle 16 geeignet ausgerichtet wird.
Die Fig. 1, 2 und 7A zeigen die optische Achse des Kondensers, die (von der DMD 60 aus betrachtet) links von der optischen Achse der Kombination aus der DMD 60 und des Armes der Abbildungslinse 40 des optischen Zuges liegt. In Fig. 4 wird ferner deutlich, daß die optische Achse des Kondensers, die längs des Strahls 401 verläuft, ferner oberhalb der optischen Achse der Abbildungslinse 40 liegt, die längs des Strahls 402 verläuft. Durch diese zwei Versetzungen wird mittels des Reflexionsgesetzes deutlich, daß das Fadenabbild, das durch das von der ebenen Spiegeloberfläche der DMD 60 (und irgendwelcher unmodulierter Pixel) reflektierte Licht gebildet wird, von der DMD 60 aus betrachtet rechts unterhalb der Abbildungslinse 40, mit anderen Worten am Punkt 703 der Fig. 7A, liegen muß.
Ein einfaches Richten der unmodulierten Energie von der Abbildungslinsenöf fnung weg garantiert nicht das hohe Kontrastverhältnis des DMD-Bildes, das zum Drucken benötigt wird. Die effiziente Wirkung des Bienenkörpers 19 zum Ablenken der unmodulierten Energie von der Abbildungslinse weg und zum Absorbieren eines Großteils derselben mit wenigstens zwei Ablenkoberflächen (Fig. 5) ist wichtig für den Betrieb des Belichtungsmo duls. Ein strukturloser Kanal (ohne reflektierende Oberflächen) würde ermöglichen, daß durch den Vorgang der streifenden Reflexion unerwünschtes Licht in die Abbildungslinse fällt. Die Beschaffenheit des Bienenkörpers 19 schafft einen sehr stark dämpfenden Lichtpf ad, der keine Ausrichtung erfordert und aus herkömmlichem Gußkunststoffmaterial hergestellt werden kann, was praktisch keine zusätzlichen Kosten für das Belichtungsmodul erzeugt.
Weitere Einzelheiten dieser hochselektiven optischen Anordnung sind in Fig. 7B gezeigt, die die optischen Arme des Kondensators 18 und der Abbildungslinse 40 aus Sicht der DMD 60 zeigt.
Wie in Fig. 7B gezeigt, konvergiert das vom Kondensatorsystem 16, 17, 18 auf die Achse 403 ausgerichtete Hintergrundlicht (unmodulierte Strahlen) zu einem hypothetischen Fadenabbild 705 im Punkt 703 (Fig. 7A). Das Abbild 705 ist im wirklichen Belichtungsmodul aufgrund der Reflexionswirkung (Dämpfung) des Bienenkörpers 19 nicht vorhanden. Wenn jedoch ein beliebiges DMD-Pixel 61 um seine Gelenkachse RR'812 in die Auswahlrichtung gedreht wird, wird ein volles Abbild des Quellenfadens 704 von der Bildposition 703 zur Bildposition 706 verschoben.
Das Fadenabbild 706, wie es durch die Drehung eines einzelnen DMD-Pixels erzeugt wird, ist aufgrund der kleinen modulierten Energiemenge und der großen Fläche des Fadenabbildes, die einem Flächenverhältnis von Pixel zu Abbild von mehreren Hundert entspricht, selbstverständlich sehr schwach. Wenn jedoch die Abbildungslinse 40 das auf die vordere Öffnung fallende Lichtbündel sammelt und es auf ein Abbild des entsprechenden Pixels auf der Photorezeptoroberfläche refokussiert, ist das Abbild sehr hell.
Die Wirkung der DMD 60 zum Modulieren der Lichtenergie und die Bedeutung des Ausdrucks räumlicher Lichtmodulator (SLM) ist somit offenbart.
Der Drehvorgang der einzelnen DMD-Pixel dient zum räumlichen Modulieren einer kleinen Energiemenge von der Bildposition 703 zur Bildposition 706. Auf dem Photorezeptor findet jedoch aufgrund des festen Brennpunkts der Abbildungslinse 40 keine räumliche Bewegung des entsprechenden DMD-Pixelabbildes statt. Es wird eine Serie von festen Punkten (oder Pixeln) beobachtet, von denen irgendwelche einfach heller oder dunkler werden. Eine hilfreiche Analogie ist die Betrachtung der Situation, in der ein Handspiegel z. B. von einem Schiffbrüchigen in einem Schlauchboot verwendet wird, um ein Flugzeug auf sich aufmerksam zu machen. Durch Ablenken (oder Steuern) eines Strahls von parallel gerichtetem Licht von der Sonne in die Pupille des Auges des Piloten wird von der Netzhaut ein sehr helles Bild empfangen. Entsprechend der Analogie ist die Sonne die Quelle, der Spiegel das DMD-Pixel, die Abbildungslinse 40 entspricht der Pupille des Auges, während die Netzhaut dem Photorezeptor entspricht.
In Fig. 7B ist kennzeichnend, daß die DMD-Pixeldrehachse RR'812 senkrecht zur Bewegungslinie 810 des Bildes verläuft. Durch das Reflexionsgesetz wird ein Lichtstrahl um den doppelten Winkel der Spiegeloberflächendrehung abgelenkt. Somit bewegt eine Drehung um RR' eines reflektierenden Elements an der DMD notwendigerweise ein Lichtbündel längs der Linie 810. Wenn die Kondenserbauemheit 16, 17, 18 in irgendeinem anderen Winkel bezüglich der DMD angeordnet wäre, so daß das unmodulierte Fadenabbild 705 nicht auf die Linie 810 zentriert wäre, würde in ähnlicher Weise das modulierte Fadenabbild 706 nicht auf der Abbildungslinse 40 im Punkt 404 zentriert. Als Folge hiervon würde weniger als die Gesamtmenge der verfügbaren Energie durch die Abbildungsllnse fallen, wobei die volle Wirksamkeit der Photorezeptorbelichtung nicht erreicht würde. Ferner ist klar, daß der in der DMD 60 vorgesehene Drehwinkel dem Offset-Winkel der Kondensersystemachse 403 entsprechen muß, so daß das Abbild 706 auf der Abbildungslinse 40 zentriert ist, wenn ein DMD- Pixel 61 aktiviert ist. Ansonsten würde aus ähnlichen Gründen wie oben beschrieben der Leistungsdurchsatz reduziert.
Die Kondensersystemoptik 17, 18 wird beim Entwurf so ausgewählt, daß sie den Faden 702 vergrößert, so daß das resultierende Abbild 706 größer als die Abbildungslinsenöffnung 40 ist. Die Kondensatorsammeleffizienz steigt mit dem Vergrößerungsfaktor. Die Außenkanten und insbesondere die Ecken des Fadenabbilds sind weniger effiziente Lichtstrahler als der Zentralbereich, weshalb es unkritisch ist, ob diese in der Abbildungslinsenöffnung liegen. Schließlich ist das wirkungsvollste optische System ein System, bei dem der volle Kegelwinkel der Abbildungslinse genutzt wird. Die maximale Pixelbildhelligkeit auf dem Photorezeptor tritt dann auf, wenn das Fadenabbild die Abbildungslinsenöffnung 40 vollständig ausfüllt. Diese Bedingungen werden sichergestellt durch die Wahl der Fadengröße und der Form der Quelle 16 (normalerweise quadratisch) in Kombination mit dem Vergrößerungsfaktor des Kondensers 17, 18 und schließlich der Größe der Abbildungslinsenöffnung 40.
Durch die vorangehenden Erläuterungen kann der Anschein erweckt werden, daß mit größerer Abbildungslinsenöffnung (z. B. schnellerer Abbildungslinse oder niedrigerer f-Zahl) die optische Effizienz des Systems zunimmt. Dies ist nicht der Fall. Abgesehen vom Wunsch nach einem kompakten Belichtungsmodulsystem steigen die Kosten von schnelleren Abbildungslinsen stark an. Das bestehende System dient zum Belichten eines xerographischen Prozesses&sub1; der mit einer Geschwindigkeit von 7 Zoll/s (oder 42 Coupons pro Minute) unter Verwendung einer Quelle mit 120 W und einer Abbildungslinse mit f = 4,5 betrieben wird. Das letztere ist eine sehr kompakte und wirtschaftlich herzustellende Linse. Der begrenzende Faktor für die Öffnung der Abbildungslinse 40 wird durch Betrachtungen des Entwurfs des optischen Systems bestimmt, die sich in Kombination einfach als Größe und Abstand der beiden Fadenabbilder 705 und 706 offenbaren.
Der Abstand ist in Fig. 7B mit 811 bezeichnet. Der Abstand wird in der Nomenklatur der optischen Dunkelfeldsysteme als "Totzone" bezeichnet, wie im obenerwähnten Patent 4,728,815 beschrieben ist. Die physikalische Bedeutung der Totzone entsteht durch die Tatsache, daß sie garantiert, daß kein Teil der unmodulierten Lichtenergie im Fadenabbild 705 die Abbildungslinsenöffnung erreicht. Es sei daran erinnert, daß sich die relativen Intensitäten der beiden Abbildungen um Größenordnungen unterscheiden, die die relativen beleuchteten Flächen der DMD widerspiegeln, so daß klar ist, daß selbst dann, wenn nur die Ecke des Bildes 705 in der Öffnung der Abbildungslinse 40 liegt, das Kontrastverhältnis auf dem Photorezeptor wesentlich beeinträchtigt wird. Durch Einbauen einer absichtlichen "Totzone" wird eine gewisse Toleranz für eine Systemfehlausrichtung erreicht. Wenn ferner im Verlauf vieler Betriebszyklen die DMD-Pixel eine permanente "Winkeleinstellung" annehmen sollten, selbst bis zu einem Ausmaß von einem oder zwei Grad außerhalb der Ebene, würden sie aufgrund der Totzone immer noch keine Energie in die Abbildungslinse 40 leiten. Wenn schließlich aufgrund der optischen Fehlausrichtung das Fadenabbild 705 verwischt oder auf eine größere als die normale Größe verzerrt wird, wird keine Energie in die Abbildungslinse 40 eintreten.
Das Totzonenkonzept schafft daher einen beträchtlichen Spielraum in der Systembauemheit und optische Toleranzen, während Hochleistungs-Kontrastverhältnisse am Photorezeptorbild von mehr als 100:1 erreicht werden.
Fig. 5A zeigt den Bienenkörper 19, der aus einer Serie von Sägezahnprofilstufen 410, 411 besteht, die konzentrisch um einen halbkreisförmigen (oder vollkreisförmigen) Kern ausgebildet sind, der in der Basis des Belichtungsmoduls 10 vorgesehen ist. Die Form der konzentrischen Kreise erlaubt ein einfaches Gießen der Lichtablenkplatten. Unerwünschtes Licht von der DMD 60 (mit "Aus-Zustand"-Licht bezeichnet) fällt zuerst auf die Oberfläche 410, wie in Fig. 5B gezeigt, von einer der Serie der konzentrischen Ablenkplatten, die das Sägezahnprofil bilden. Dieses erste Auftreffen&sub1; mit "A" bezeichnet, findet in einem bestimmten Winkel statt (der gezeigte Winkel beträgt ungefähr 130), um die Reflexion des Aus-Zustand-Lichts auf die Rückseitenober-fläche 411 des Sägezahnprofils zu erzwingen, wodurch das Auftreffen "B" bewirkt wird. Diese zweite Oberfläche bildet einen Unterschnitt oder eine negative Schräge und besitzt einen bestimmten Winkel, um das Licht auf das obere Dach des Lichtmoduls zu werfen, wodurch das Auftreffen "C" bewirkt wird. Da alle Auftreffoberflächen "A" bis "C" geschwärzt sein können, wird das unerwünschte Licht schließlich gezwungen, auf drei geschwärzte Oberflächen aufzutreffen, bevor es auf irgendeine unkontrollierte Oberfläche treffen kann, wodurch nahezu das gesamte unerwünschte Licht absorbiert wird.

Wiedergabeeinheit

Wie in Fig. 8A gezeigt, wird das modulierte Abbild der Pixelpunkte 402 wie oben beschrieben von der Linse 40 auf die xerographische Drucktrommel oder Oberfläche 81 der Trommel 80 fokussiert. Diese Projektion liegt in einer Linie 82 quer zur Oberfläche 81 und enthält eine oder mehrere Zeilen des modulierten Punktmusters, das den Ausdruck auf dem Druckstapel 801 bildet, der unter der Trommel 80 in der gezeigten Richtung durchläuft. Obwohl in Fig. 8A nur eine einzelne Zeile von Punkten gezeigt ist, sind in Wirklichkeit gleichzeitig zwei solcher Zeilen auf der Trommel angeordnet (wie später genauer beschrieben wird).
Wie im folgenden genauer erläutert wird, wird auf die Trommeloberfläche 81 Toner aufgetragen, der an den Punkten haftet, an denen das modulierte Licht auf die Trommel aufgetroffen ist. Dieser Toner wird seinerseits im allgemein bekannten xerographischen Prozeß auf den Couponstapel 801 übertragen. Das modulierte Licht plaziert zeilenweise dicht angeordnete Punkte auf der Trommel 81, wenn sich die Trommel dreht. Diese Drehung bewirkt schließlich, daß der Druckvorgang wie in Fig. 88 gezeigt stattfindet. Obwohl die Trommel so dargestellt ist, daß sie mit keinen weiteren modulierten Punktmustern auf der Oberfläche 81 vorrückt, ist dies nur gezeigt, um die Darstellung des Vorgangs zu erleichtern. In Wirklichkeit werden unter der Steuerung der Belichtungseinheit 10 fortlaufende Zeilen von Punktmustern angelegt, um einen kontinuierlichen Druckvorgang zu erreichen.
Fig. 10A zeigt einen Leercouppnstapel 1010, auf dem einige vorgedruckte Informationen enthalten sind. Die Fig. 10B zeigt einen Stapelcoupon 1011, nachdem er unter der xerographischen Trommel 80 durchgelaufen ist und auf diesen mittels der Serie von Punkten, die wie oben beschrieben durch das modulierte Licht 402 auf die Trommeloberfläche 81 übertragen worden sind, Informationen gedruckt worden sind.
Wie oben beschrieben, werden die Lichtstrahlen mittels der DMD 60 (Fig. 8A) moduliert, wobei diese Vorrichtung eine einzelne Zeile von verformbaren Spiegeln oder mehrere Zeilen solcher Spiegel aufweisen kann. In einer bevorzugten Ausführungsform werden zwei Zeilen von Spiegeln verwendet, weshalb zwei Zeilen von Punkten auf der Trommel 81 plaziert werden. Die geraden und ungeraden Bits (Pixel) der zwei Zeilen sind in Wirklichkeit eine einzelne Zeile eines Zeichens. Die Bits der ungeraden und geraden Zeilen sind in einem festen Abstand angeordnet, der den physikalischen Abstand zwischen den Spiegelzeilen der DMD 60 darstellt. Die Verwendung zweier Spiegelzeilen kann eine höhere Druckauflösung der Punkte bewirken, da die versetzten Zeilen einander optisch überlappen können, wie in den Fig. 9A, 9B und 9C gezeigt ist. Diese Überlappung verläuft längs der DMD-Achse und entspricht der oben genannten Schnellabtast-richtung Die Verwendung zweier oder mehrerer Spiegelzeilen zum Erzeugen der Punktmuster erzeugt jedoch eine zusätzliche Komplexität, was, obwohl in einer Einzelzeilenvorrichtung nicht notwendig, in einer Mehrzeilenvorrichtung wichtig ist.
Wie in Fig. 9A gezeigt, ist zu beachten, daß ein Zeichen 901 ein "A" in Umrißform ist und willkürlich in eine Serie von Rasterzeilen zerlegt worden ist, wobei jede Zeile eine Serie von geraden und ungeraden Bitpositionen (Pixelpositionen) o, p, q, r, s, t, u, v und w besitzt. Wie gezeigt, wirq somit eine bestimmte Rasterzeile von zwei aufeinanderfolgenden Belichtungszeilen 902 und 903 (eine gerade und eine ungerade Zeile) erzeugt. Es ist zu beachten, daß diese Belichtungzeilen (die wie in Fig. 8A gezeigt eine Punktlinie darstellen) in einem festen Abstand angeordnet sind, der sowohl durch die physikalischen Eigenschaften des Zwischenraums der Spiegel der DMD 60 als auch durch die optische Vergrößerung des Belichtungsmoduls bestimmt wird. Dieser Abstand entspricht genau zwei Punktzeilen. Es sei daran erinnert, daß sich die Trommel, auf der der Zeichenumriß 901 erzeugt wird, orthogonal an diesen Punktabscheidungslinien vorbeibewegt (Langsamabtastrichtung). Die Beabstandung zwischen der Anordnung der ungeraden und der geraden Bits kann elektrisch gesteuert werden, indem die Verzögerungszeit zwischen ihren zugehörigen Abscheidungsvorgängen auf der Trommel verändert wird. Im gezeigten Beispiel bewegt sich der Zeichenumriß 901 auf der Seite nach oben.
Wie in Fig. 9A gezeigt, ist die DMD 60 in zwei Zeilen 910 und 911 unterteilt, die den geraden und ungeraden Pixeln zugeordnet sind. Zu einem ersten Zeitpunkt wurden Daten von den Bitpositionen p, r, t und v einer Zeile n der DMD 60 zugeführt und von den Spiegeln p, r, t und v der Zeile 911 moduliert. Dies erzeugt auf der Trommel des xerographischen Druckers die im rechten Abschnitt der Fig. 9A gezeigten Punkte, wobei die Pixel p, r, t und v längs der ungeraden Belichtungszeile 902 abgedunkelt wurden. Zu diesem Zeitpunkt wird der Rest derselben Zeile, nämlich die Pixel q, 5 und u, in das Vezögerungsregister 1 der geraden Zeile der DMD 60 geschoben.
In Fig. 9B ist der nächste Zeitpunkt gezeigt, zu dem die Zeile n + 1 in die DMD 60 geladen wird, erneut eine Aktivierung der Pixel p, r, t und v veranlaßt wird und die Lichtstrahlen derart moduliert werden, daß das abgedunkelte Bild p, r, t und v längs der ungeraden Belichtungszeile 902 auf der rechten Seite der Fig. 9B ausgebildet wird. Zu diesem Zeitpunkt werden die in das Verzögerungsregister 1 geladenen Informationen zum Verzögerungsregister 2 bewegt und es werden neue Informationen, die zur Zeile n + 1 gehören, in das Verzögerungsregister 1 geladen. Es ist zu beachten, daß das Zeichen 901 aufgrund der Drehung der Trommel 80 eine Rasterzeile nach oben vorgerückt ist.
Zum nächsten Zeitpunkt bewirkt die ungerade Belichtungszeile 902 eine Modulation von der DMD 60, so daß die Pixel p, r, t und v, die zur Zeile n + 2 gehören, wiederum auf der xerographischen Druckoberfläche belichtet werden. Zu diesem Zeitpunkt sind jedoch die geraden Pixel q, s und u von der Zeile n durch die Verzögerungsregister 1 und 2 bewegt worden und steuern nun die geraden Pixel q, s und u an, um das Licht auf der geraden Pixelbelichtungszeile 903 zu modulieren. Dies ist in der Fig. 9C auf der rechten Seite gezeigt, auf der die Pixel q, 5 und u nun abgedunkelt gezeigt sind. Es ist zu beachten, daß wie in Fig. 9C gezeigt dann, wenn sich die Trommel an der geraden Belichtungszeile 903 vorbeidreht, die vollständige Anzahl von Pixeln auf der Linie n + 1 durch das modulierte Licht von der DMD 60 moduliert worden ist. Wenn auf der DMD 60 mehr Pixelzeilen vorhanden sind, dann erfordert die volle Belichtung der Trommel eine ähnliche Rotation durch die Trommel und zusätzliche Belichtungszeilen, um die Rasterzeilen vollständig zu verschachteln.
Während das Verschachteln der entsprechenden DMD-Zeilen zum Ausbilden einer einzelnen Rasterzeile von belichteten Punkten im Bild 901 geradeaus gerichtet ist und vollständig auf dem DMD-Chip mittels der integrierten Verzögerungsleitungen, der Register 1 und 2, unabhängig von der Drucksteuervorrichtung gehandhabt wird, kann ein weiterer Vorteil verwirklicht werden.
Wenn die Trommeloberflächengeschwindigkeit aufgrund des Drukkermechanismus schwankt und die Belichtungszeit pro Rasterzeile konstant gehalten wird (wie es im Fall von Laser-Polygon- Abtastern erforderlich ist), kann eine Streifenbildung auftreten. Streifenbildung ist die Kompression (Abdunklung) oder Dehnung (Aufhellung) des gedruckten Bildes mit einer charakteristischen, periodischen Frequenz längs der Prozeß- (Langsamabtast)-Bewegungsrichtung. In einem System, bei dem diese Geschwindigkeitsschwankungen von geeigneten Mechanismen im Drucker wie z. B. Winkelcodierern erfaßt werden, kann die ungünstige Auswirkung auf das Druck-Erscheinungsbild von der Druckersteuervorrichtung mittels des veränderlichen Zeitablaufs der Punktzeilen, der unter Verwendung des DMD-Lichtmodulators zur verfügung steht, beseitigt werden. Wenn die Trommel eine momentane Beschleunigung aufweist, wird die momentan belichtete Zeile früher abgeschaltet. Somit kann die belichtete Strecke oder Breite der Rasterzeile konstant gehalten werden, die durch das Produkt aus der Trommelgeschwindigkeit mal der Belichtungszeit definiert ist. Wenn die Trommel momentan verzögert wird, wird in ähnlicher Weise zum Ausgleich die Belichtungszeile etwas länger gehalten. Durch diese Erfassungs- und Korrektur- Prozedur kann mittels elektronischer Einrichtungen die richtige Überlappung und Zeilenbreite der horizontalen Raster sichergestellt werden. Dies ist in einem Polygon-System nicht möglich, bei dem der zusätzliche Aufwand einer Präzisionstransportge schwindig-keitssteuerung die einzige Option ist. Langsamabtast- Streifenbildung ist eine Hauptursache für Druckqualitätsfehler in Laserdruckern. Außerdem werden diese schlechter, wenn sie sich abnützen. Für Drucker, bei denen eine lange Lebensdauer des Systems erforderlich ist, ist die Korrektur der Streifenbildung bei alterndem Mechanismus ein signifikanter Leistungsvorteil.
Wie mit Bezug auf die Fig. 9A, 9B und 9C erläutert worden ist, ist längs derselben Zeile die horizontale Überlappung oder Registrierung der Pixel durch die Optik und den DMD-Chip-Entwurf festgelegt und unveränderlich. Somit ist das DMD-System unempfindlich gegenüber Punktplazierungsfehlern, Defokussierungsfehlern und gegenüber einer Ungleichmäßigkeit der Belichtungsüberlappung längs der Schnellabtast-(Raster)-Richtung, was ein weiterer Druckqualitätverschlechterungsvorgang in Laser-Polygon- Abtastern ist.
Wie beschrieben worden ist, ist das Maß der Verzögerung proportional zum Abstand zwischen den Pixelzeilen und wird entsprechend der Bewegung der Trommel koordiniert, so daß zu einem gegebenen Zeitpunkt die Pixel auf dem Ausdruck eine durchgezogen erscheinende Linie mit guter Auflösung bilden. Erneut muß darauf hingewiesen werden, daß die gezeigte Mehrzeilen-DMD 60 nur eine von vielen alternativen Ausführungsformen ist, die verwendet werden können, um die Modulationen für das Licht zu erzeugen. Mehrere unterschiedliche Modulationsvorrichtungen können verwendet werden, entweder nebeneinander oder gestapelt, derart, daß auf der xerographischen Trommel eine mehrzeilige konkurrierende Bildprojektion geschaffen wird. Dies ergibt unterschiedliche Grade von Druckklarheit und könnte verwendet werden, um Farbgraphiken unter unterschiedlichen Bedingungen zu erzeugen. Das modulierte Licht von einer einzelnen oder von aufeinanderfolgenden Vorrichtungen kann verwendet werden, die entsprechenden Farbfelder mit einer sehr genauen Lagegenauigkeit abzubilden, wodurch ein Einzeldurchlauf-Vollfarbenausdruck entsteht.

Drucksystem

In Fig. 11 ist eine Ausführungsform eines Drucksystems unter Verwendung des xerographischen Prozesses gezeigt, das unter anderem dazu dient, das automatische Ausdrucken von Tickets zu bewerkstelligen. Die Behälter 1104, 1105 und 1106 halten wie gezeigt den zickzackförmig gefalteten (Abreiß)-Ticketstapel. Diese Behälter können wie gezeigt geschlossen sein oder können offen gestaltet sein, um einen einfachen Zugriff zu ermöglichen, wobei nur die Ecken vorgesehen sind, um den Stapel zu unterstützen und in Position zu halten. Die Vorderseite der Maschine 1150 besitzt einen Wiederherstellungsschlitz 1102 zum Einführen eines Kundentickets, das im voraus gedruckt worden ist, sowie einen Behälter 1103 zur Aufnahme von Tickets, die die Maschine 1150 durchlaufen haben und bedruckt oder anderweitig vom Drucksystem 1101 behandelt worden sind. An der Vorderseite der Maschine kann eine weitere Ausrüstung montiert werden, wobei diese Ausrüstung typischerweise dazu dient, Kreditkarteninformationen oder Wahlinformationen aufzunehmen. Dies ermöglicht einem Kunden, eine Ticket-Agentur aufzurufen, um Ticketinformationen zu erhalten und Reisetickets zu verarbeiten. Das Drucksystem kann hierfür Telephonkommunikation handhaben und verschiedene Lampen und Schalter besitzen, die diesen Funktionen dienen. Der Klarheit halber sind diese Schalter, Tasten und andere Steuerungsausrüstungen nicht gezeigt.
Wie gezeigt sind die Seiten des Drucksystems 1101 mit Türen 1151 und 1154 versehen (in Fig. 13 gezeigt), von denen jede zur Wartung und zum Einlegen von Stapeln oder anderen Vorräten für das Drucksystem geöffnet werden kann. Eine bevorzugte Ausführungsform des Drucksystemgehäuses ist in Fig. 20 gezeigt, bei der die Papierhandhabung, die Steuerung und der Druckmechanismus so montiert sind, daß durch einen Ausziehmechanismus eine Bedienung von vorne ermöglicht wird. Sowohl in der Türversion als auch in der türlosen Ausziehversion ist das Innere des Drucksystems durch einen Steg oder eine vertikale Trennwand 1160 (Fig. 11) in zwei Zonen unterteilt. Diese Trennwand dient mehreren Funktionen. Eine dieser Funktionen ist das Fernhalten des durch das Abbürsten des Abreiß-Stapels erzeugten Staubes vom Druckmechanismus. Dies ist der Fall, da wie in Fig. 13 gezeigt der Druckmechanismus von der offenen Tür 1151 aus betrachtet von der vertikalen Trennwand 1160 auf der entfernten (rechten) Seite unterstützt wird. Auf der nahen (linken) Seite wird der Abreiß-Stapel aus irgendeinem der drei Behälter 1104, 1105, 1106 oder vom Schlitz 1102 über magnetische und/oder optische Lesevorrichtungen 1380, 1370 und über den Zubringer 1201 von der nahen Seite der Trennwand 1160 zur fernen Seite befördert. Der Ticketstapel bewegt sich anschließend von der Rückseite 1153 des Drucksystems längs der vertikalen Trennwand 1160 zur Vorderseite 1150, läuft unterhalb der xerographischen Drukkeinheit 1602 (Fig. 13) hindurch und durch den Sortierer 1501, um entweder im externen Behälter 1103 oder in den internen Behältern 1561 oder 1562 abgelegt zu werden. Die Stegauslegung schafft eine Präzisionsbezugebene für das Zusammenfügen und das Ausrichten der zwei parallelen Papierpf ade (magnetische Seite und Druckerseite) und garantiert die Genauigkeit, wenn ein Tikket von einem Pfad über den Zubringermechanismus (Fig. 12) zum anderen Pfad läuft.
Die Fig. 12 zeigt den Zubringer 1201, der dazu dient, den einzelnen Ticketstapel 1010 von der nahen Seite der Trennwand 1160 zur fernen Seite der Trennwand zu bewegen. Wie in Fig. 12 gezeigt, tritt somit der Ticketstapel 1010 in den Zubringer 1201 ein, bewegt sich direkt zur Lesevorrichtung und wird mittels der Räder 1203, 1204 von links nach rechts befördert, wie mit dem Pfeil 1220 gezeigt ist. Das. Rad 1203 kann günstigerweise bei einer flachen Oberfläche angeordnet sein, an der es oben anliegt. Nachdem der Ticketstapel 1010 in Stellung gebracht worden ist, beginnt sich das von einem Schrittmotor angetriebene Rad 1203 zu drehen. Das Rad ergreift den Ticketstapel und bewegt ihn von links nach rechts. Der Ticketstapel läuft unter dem Rad 1222 durch, das ebenfalls an einer flachen Oberfläche an der Unterseite angeordnet sein kann. Wenn sich das Rad 1222 zu drehen beginnt, bewegt sich der Ticketstapel 1010 längs der fernen Seite der Trennwand 1160 von der Lesevorrichtung weg. Somit ist die einzige Öffnung in der Trennwand 1160 ein kleines Fenster, das groß genug ist, so daß der Zubringer den einzelnen Ticketstapel 1010 hindurchführen kann. Dieses Fenster kann bei Bedarf so ausgelegt werden, daß es verhindert, daß Staub von einer Seite zur anderen gelangt. Dies kann selbstverständlich mit einer physikalischen Barriere bewerkstelligt werden oder durch Luft, die sich von der Druckerseite zur Ticketstapelseite durch das Fenster bewegt.
Die Bewegung des Abreiß-Stapels 1010, 1010B, 101º0 aus den Behältern 1104, 1105 und 1106 ist in Fig. 14 gezeigt, wobei jeder der Behälter bedruckbares Stapelmaterial über die Steuerräder 1471, 1456 und 1451 der Trennvorrichtung 1730 zuführen kann. Diese Räder sind so beschaffen, daß sie sich vorwärts oder rückwärts bewegen und den Stapel, wie vom Steuermechanismus des Systems ausgerichtet, an der Trennvorrichtung 1720 vorbei und, wie von den Rädem 1455 und 1454 gesteuert, an der optischen Lesevorrichtung 1470 vorbei bewegen. Die relativen Positionen zwischen dem Rad 1455 und der Trennvorrichtung 1730 sind so beschaffen, daß der Stapel unter der Lesevorrichtung 1470 positioniert werden kann, während die Trennvorrichtung 1730 den Stapel in einzelne Tickets trennt. Wenn das nächste Ticket nicht vom selben Abreißmaterial stammen soll, kann sich das Rad 1471 (oder die Räder 1456, 1451) in die entgegengesetzte Richtung bewegen und den Stapel aus der Position herausbewegen, so daß der Stapel aus einem weiteren Behälter, z. B. der Abreißstapel 1010B unter der Steuerung des Rades 1456, nach oben in die Position unter der optischen Lesevorrichtung 1470 bewegt werden kann.
Die Position der optischen Lesevorrichtung 1470 ist so beschaffen, daß Informationen (wie z. B. ein Strichcode), die an der vorderen führenden Kante des Ticketstapels im voraus positioniert worden sind, von der optischen Lesevorrichtung 1470 gelesen werden können, bevor die Trennvorrichtung 1730 den Stapel trennt. Dies kann zu Kontrollzwecken verwendet werden. Der abgetrennte Stapel bewegt sich anschließend unter der Steuerung der Räder 1481 und 1482 durch die magnetische Lesevorrichtung 1480 und unter der Steuerung der Räder 1484 und 1483 in den Zubringer 1201. Der Stapel von außerhalb des Schlitzes 1102 tritt unter der Steuerung des Rades 1452 in das System ein. Dieser Stapel kann in die Reihe der Tickets, die sich in Richtung zum Zubringer 1201 bewegen, eingebracht und mit dieser gemischt werden, indem einfach das Steuersystem zurückgesetzt und umgekehrt wird, je nachdem, welches Abreißmaterial momentan vom Rad 1454 gesteuert wird. Somit kann ein Kunde ein Ticket in den Schlitz 1102 einführen, wobei das Ticket zur optischen Lesevorrichtung 1470 oder zur magnetischen Lesevorrichtung 1480 bewegt werden kann. Das Ticket wird anschließend gelesen und kann entweder zum Schlitz 1102 zurückbewegt werden, indem die Drehrichtung des Steuerrades 1454 umgekehrt wird, oder es kann zum Zubringer 1201 weitergeleitet werden und zur anderen Seite der Trennwand befördert werden, um es zu bedrucken oder in der Weise ausgeworfen zu werden, die im folgenden genauer beschrieben wird.
Wenn wie in Fig. 16 gezeigt ein Ticket durch die Öffnung in der Trennwand 1160 geleitet wird, wird nun die Richtung des Tikkets, die auf der ersten Seite der Trennwand von der Vorderseite des Druckers zur Rückseite längs der Trennwand verlief, umgekehrt und das Ticket bewegt sich längs der fernen Seite der Trennwand in Richtung zur Vorderseite des Druckers. Wenn es sich zur Vorderseite bewegt (in Fig. 16 von rechts nach links), bewegt sich das Ticket unter dem Druckmodul 1602 hindurch und kommt mit der Trommel 80 in Kontakt, wie oben beschrieben worden ist. Das Ticket kann in Abhängigkeit von der Steuerung des Systems bedruckt oder leergelassen werden. Wenn sich der Tikketstapel unter der Trommel 80 herausbewegt, durchläuft er den Fixierer 1603, in dem die Rollen 1651 und 1650 in wohlbekannter Weise dazu dienen, den Toner auf dem Stapel zu fixieren, so daß das aufgedruckte Material nicht leicht entfernt werden kann.
Der bedruckte Ticketstapel bewegt sich anschließend aus dem Fixierer 1603 und wird zum Sortierer 1501 weitergeleitet, um in der zu beschreibenden Weise sortiert zu werden, so daß das Tikket entweder im äußeren Behälter 1103 abgelegt oder in einen der mehreren internen Behälter ausgeworfen oder für die Entnahme durch eine Bedienungsperson zu einem zukünftigen Zeitpunkt aufbewahrt werden kann.
In einer kurzen Abschweifung sei erwähnt, daß ein Betriebsverfahren für die automatische Ticketmaschine so beschaffen ist, daß ein Kunde ein vorgedrucktes Ticket in den Schlitz 1102 einführt (Fig. 11). Das Ticket durchläuft anschließend wie oben beschrieben die optische Lesevorrichtung 1470 oder die magnetische Lesevorrichtung 1480, wobei die im voraus auf dem Ticket abgelegten Informationen elektronisch gelesen werden. Auf der Grundlage dieses Lesens oder auf der Grundlage der vom Benutzer über eine Tastatur oder eine andere Vorrichtung in einen Zentralcomputer eingegebenen Informationen kann der Benutzer Änderungen vornehmen, die in Flugplänen oder in anderen Reiseangelegenheiten erforderlich sind, oder der Benutzer kann lediglich einen bestimmten Flug bestätigen. Das System kann unter der Steuerung des (nicht gezeigten) Zentralcomputers in einer Situation, in der am Ticket keine Veränderung vorzunehmen ist, dem Benutzer das Ticket zurückgeben. Alternativ kann das Ticket durch die Trennwand 1160 dem Zubringer 1201 (Fig. 11) zugeführt und anschließend durch den Drucker 1602 befördert werden, woraufhin (bei Bedarf) zusätzliche Informationen auf das Ticket gedruckt werden. Das Ticket wird anschließend zum Sortierer 1501 weitergeleitet und in einer zu beschreibenden Weise sortiert und entweder über den Behälter 1103 dem Benutzer zurückgegeben oder in einen internen Abfallbehälter ausgeworfen. Diese letztere Operation, bei der das Ticket in einen internen Abfallbehälter geworfen wird, findet in einer Situation statt, in der vielleicht für einen Kunden ein neues Ticket gedruckt wird oder in der alternativ ein Kunde um eine Rückerstattung gebeten hat und das Ticket von der automatischen Ticketmaschine eingezogen worden ist.
Obwohl nicht gezeigt, ist das automatische Ticketsystem entweder mittels eines Kabels oder vielleicht mittels Funkübertragung mit einem Computernetz verbunden. Aufgrund seines Entwurfs ist das System leicht in einer Wand zu montieren, so daß ein Benutzer nur auf die Vorderseite der Maschine Zugriff hat, während Angestellte, die hinter der Wand arbeiten, die Maschine zur Wartung oder zum Auffüllen des Ticketstapels oder zum Entfernen verworfener Tickets oder von Tickets, die bedruckt worden sind, zu entnehmen. Dieses letztere Merkmal ist wichtig für Reiseagenturen, bei denen der Zentralcomputer, der entfernt angeordnet ist und vielleicht einer Fluglinie oder einem Reisedienst gehört, eine Serie von Tickets, die Bordkarten und anderes gedrucktes Material enthalten, während der Nachtstunden erzeugt.
Im folgenden wird die Operation des Sortierers 1501 wie in Fig. 15 gezeigt beschrieben. Die Tickets von der Druckertrommel 18 treten an der Position 1508 in den Sortierer 1501 ein. In Abhängigkeit vom Status des Verteilers 1502 bewegen sich die Tickets über die Rolle 1551 zum Schlitz 1506 und über die Rollen 1551 zum Behälter 1562. Der Behälter 1562 ist ein interner Behälter, der zum sicheren Aufbewahren von Tickets dient, wenn sie bedruckt sind. Der Behälter kann so beschaffen sein, daß er eine beliebige Größe besitzt und kann alle Tickets und Bordkarten aufnehmen, die in einer Nacht gedruckt werden, bis sie von einer Bedienungsperson am Morgen entnommen werden. Der Behälter kann getrennt vom Rest des Systems abgeschlossen werden, so daß nur berechtigtes Personal die Tickets entnehmen kann.
Die Tickets, die von der Druckertrommel 80 über den Verteiler 1502 in der gezeigten Position eintreten, können statt zum Behälter 1563 zum Behälter 1561 des Verteilers 1503 weitergeleitet werden, der in die nach unten gerichtete Position bewegt wird (gestrichelt gezeigt). Diese Bewegung wird entweder lokal oder extern gesteuert und kann von einem Computer oder manuell ausgelöst werden. Wenn er in die gestrichelte Position bewegt worden ist, laufen die Tickets unter der Steuerung des Rades 1551 in den Raum 1560 und durch die Bewegung der federbelasteten Klinke 1541 in den Auswurf- oder Abfallbehälter 1561 zur Entnahme durch berechtigtes Personal.
Alternativ können die Tickets von der Druckertrommel 80 zum externen Behälter 1103 befördert werden, indem der Verteiler 1502 nach unten in die gezeigte gestrichelte Position bewegt wird. Die Tickets werden dann unter der Steuerung des Rades 1507 und um 1552 nach unten in den Behälter 1103 bewegt und unter der Steuerung des Federelements 1504 positioniert, das dazu dienen kann, zu Kontrollzwecken zu erfassen, wenn der Behälter voll ist.
Somit können unter der Steuerung entweder eines internen oder eines externen Computersignals Beförderungstickets oder eine beliebige Anzahl anderer Gegenstände entweder aus einem Stapelmaterial, das intern angeordnet ist, oder aus Material, das von einem Benutzer über einen externen Schlitz zugeführt wird, bedruckt werden. Bordkarten können bedruckt werden, indem einfach das Drucken auf den Ticketstapel geändert wird oder indem unterschiedliche Behälter für unterschiedliche Bordkarten verwendet werden. Diese können farbcodiert oder in irgendeinem Typ von Anordnung vorgedruckt sein, wobei die automatische Ticketmaschine so programmiert sein kann, daß sie aus irgendeinem der drei oder mehr Behälter auswählt, ohne daß eine Bedienungsperson das Material lädt oder entnimmt. Diese Tickets können sich mit Tickets oder Bordkarten abwechseln, die von einem Benutzer über den Schlitz 1102 zugeführt werden, wie beschrieben worden ist.
Dies ermöglicht dann, daß Maschinen wie diese in Kaufhäusern und an entfernten unbetreuten Orten aufgestellt werden, so daß Kunden Reisereservierungen vornehmen können und ihre Tickets und Bordkarten nahezu sofort mit einer Geschwindigkeit von 40 Coupons pro Minute ausgedruckt erhalten. Diese Maschinen können in Reiseagenturen oder sogar in Flughafenterminals auf-gestellt sein.
Fig. 17 zeigt in schematischer Form den Schneidmechanismus für eine Trennvorrichtung 1720. Ein Schrittmotor 1702 dreht sich mit einer Drehzahl von 200 Schritten pro Umdrehung und dreht einen Nockenarm 1703. Der Nockenarm 1703 ist seinerseits mit einem Messer 1701 verbunden, das sich innerhalb der Begrenzungen der Trennvorrichtung 1720 auf und ab bewegt. Die Klinge 1701 ist in der Fig. 17 in der oberen Position gezeigt, wobei der Ticketstapel 1010 (der sich in Richtung zum Betrachter bewegt) so angeordnet ist, daß die Perforationen zwischen den Coupons unterhalb der Ebene der Klinge 1701 liegen. Die (nicht gezeigte) Basis der Trennvorrichtung 1720 ist mit einer Vertiefung versehen, so daß die Klinge 1701 dann, wenn sie sich unter der Steuerung des Nockenarms 1703 nach unten bewegt, die Perforationen durchtrennt, wodurch die Coupons getrennt werden. Die Federn 1705 dienen dazu, nach unten auf Coupongreifer 1704 zu drücken. Wenn somit die Klinge 1701 nach unten bewegt wird, halten die Greifer 1704 den Couponstapel 1010 in Position, um eine Bewegung zu verhindern und die Ausrichtung der Perforationen des Couponstapels 1010 auf die Klinge 1701 zu unterstützen.
Es ist zu beachten, daß die Klinge 1701 von links mit der Trennung des Couponstapels 1010 beginnt, wodurch die Kraft reduziert wird, die erforderlich ist, wenn die Klinge fällt.

Paßanordnung der Belichtungseinheit und der Wiedergabeeinheit

Fig. 18 zeigt in schematischer Form das Zusammenfügen der Belichtungseinheit 10 mit einer Basis 1800. Die Basis 1800 stellt die Wiedergabeeinheit dar, die in schematischer Form gezeigt ist, da irgendeine von mehreren Wiedergabeeinheitskonfigurationen verwendet werden kann. Die Rezeptorposition innerhalb der Basis 1800 (nicht gezeigt) paßt zum Trichter 120 der Basis der Einheit 10, um eine Lichtabdichtung für das modulierte Licht zu schaffen, bevor es auf den in der Basis 1800 angeordneten Druckmechanismus fällt. Wie gezeigt, passen die Öffnungen 1801 und 1802 zu den Vorsprüngen 101 bzw. 102 der Belichtungseinheit 10, während der Träger 1803 so beschaffen ist, daß er zum Ansatz 103 paßt, um eine Dreipunkt-Paßanordnung zu schaffen, wodurch eine perfekte Ausrichtung zwischen den zwei Abschnitten erhalten wird. An der Einheit 1800 oder an der Einheit 10 können (nicht gezeigte) Klammern angeordnet sein, die an der anderen Einheit einschnappen, um die Einheiten relativ zueinander in Position zu halten.
Die (nicht gezeigten) Klammern können z. B. ständig der oberen Oberfläche 12 der Einheit 10 zugeordnet sein. Diese Klammern können sich nach unten unterhalb der Basis 13 auf einer der Seiten der Einheit 10 erstrecken, wobei dann, wenn die Einheiten 10 und 1800 zusammengefügt sind, die (nicht gezeigten) Klammern an den (nicht gezeigten) Ansätzen der XRM-Einheit 10 auf der Basis 1800 einrasten, um die beiden Einheiten in einer sicheren Lagebeziehung zu halten. Selbstverständlich können die Ansätze für eine dauerhaftere Verbindung durch herkömmliche Befestigungsvorrichtungen wie z. B. Schrauben oder Bolzen ersetzt werden. Die Klammern sind jedoch in Situationen nützlich, in denen die Belichtungseinheit periodisch von der Basis 1800 ohne die Verwendung zusätzlicher Werkzeuge von einer Person, die kein Fachmann ist, abgenommen werden soll.
Durch Positionieren eines Drucksystems wie dem hier offenbarten am Gate einer Fluglinle ist es aufgrund der Fähigkeit der Maschine, die auf einem Ticket oder auf einer Bordkarte im voraus angeordneten Informationen elektronisch zu lesen, möglich, daß die Maschine ein angebotenes Ticket annimmt, Gültigkeitsmaterial auf das Ticket druckt und entweder das Ticket dem Benutzer zurückgibt, ein neues Ticket druckt oder das Ticket einzieht, oder irgendeine Kombination hieraus. Somit ergibt sich eine neue Dimension für Reiseanordnungen und zur Reisekontrolle, was zur Beschleunigung der gesamten Reservierung, des Boardings und des Kontrollvorgangs in der Reiseindustrie führt.

Ausrichtungsverfahren und Vorrichtung

Das Belichtungsmodul 10 in Fig. 1 ist vormontiert, mit Ausnahme der DMD 60. Das Modul wird in einem Halter plaziert, wie in Fig. 18 gezeigt ist, der das Gehäuse 10 an drei Punkten 1801, 1802 und 1803 hält. Die zwei Ausrichtungsreferenzstifte 1301 und 1302 fallen nahezu mit der DMD-y-Achse zusammen. Es ist zu beachten, daß das in Fig. 18 gezeigte Gehäuse 1800 repräsentativ ist und entweder die Photorezeptorelemente (z. B. das Element 80 der Fig. 8A) oder eine Kamera (wie z. B. eine CCD- Kamera der Fig. 22) enthalten kann, wie im folgenden beschrieben wird. Der Photorezeptor ist in einem Abstand d (Fig. 8A) unterhalb des Belichtungsmodulspiegels 31 montiert, um einen Ort des Linienbildes 82 der Breite w zu erzeugen, der sich zwischen den Punkten a und b auf der Trommeloberfläche 81 erstreckt, wie oben beschrieben worden ist.
Wie im folgenden beschrieben wird, können anstelle des Photorezeptors eine oder mehrere CCD-Kameras wie z. B. die Kamera 2200 (Fig. 22) positioniert werden, um die Ausrichtung der DMD 60 innerhalb der Belichtungseinheit zu unterstützen. Die CCD- Kamera kann vorteilhaft im selben Abstand vom Spiegel 31 des Belichtungsmoduls oder in einem anderen Abstand positioniert sein, falls gewünscht. Der wichtige Faktor ist, daß die Ausrichtung der Optik für die DMD bezüglich der permanenten Dreipunktmontagestifte stattfindet, wobei die Belichtungseinheit dann, wenn sie einmal ausgerichtet ist, ohne eine weitere Ausrichtung der Optik von Rezeptor zu Rezeptor übertragen werden kann.
Vor dem Beginn einer Beschreibung des aktuellen Einsetzvorgangs ist es günstig, zu verstehen, daß es drei Rotationsachsen und drei Translationsachsen gibt, die zu berücksichtigen sind. Dies wird mit Bezug auf Fig. 7A deutlich, in der X die Aufwärts-Abwärts-Achse ist, die senkrecht auf der Plattform 14 steht. Die Y-Achse verläuft parallel zur Längsachse (longitudinal) der DMD-Matrix. Die Z-Achse verläuft längs des optischen Pfades 402. Die nächsten drei Achsen sind bezüglich der ersten drei Achsen rotationsorientiert, d. h. Psi (ψ) um die X-Achse, Phi (φ) um die Y-Achse und Theta (θ) um die Z-Achse.
Fig. 21 zeigt eine Ausführungsform einer Einführungsvorrichtung, die, wie im folgenden deutlich wird, von einem Computer angesteuert wird, um eine DMD sequentiell um die sechs Achsen zu positionieren, die von den Backen 2111 gehalten wird. Die Vorrichtung 2100 ist so beschaffen, daß das Zentrum der Rotationsbewegung einer gehaltenen DMD für die drei Hauptachsen um den exakten Kreuzungspunkt der drei Achsen stattfindet. Dieses Merkmal ermöglicht eine sequentielle Achsenpositionierung.
Der Ausrichtungsvorgang beginnt mit der vorläufigen Einführung der DMD 60 in die Backen 2111 der Vorrichtung 2100 und der Absenkung in eine ungefähre Endposition bezüglich des Trägers 104, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Der elektrische Kontakt wird mit der DMD 60 über ein Kabel 2220 vom DMD-Mustergenerator 2204 hergestellt, wie in Fig. 22 gezeigt ist. Die Lichtquelle 16 (Fig. 1) wird ebenfalls aktiviert.
Ein vorläufiger Zentralsatz von Pixeln wird aktiviert, wobei das abgelenkte Licht derselben dem optischen Pfad 402 (Fig. 7A) zur Kamera 2200 folgt, die wie in Fig. 22 gezeigt angeordnet ist. Das vorläufige Bild erscheint auf den Betrachtungsmonitoren 2210 und 2207, wobei von der Bedienungsperson unter Verwendung des "Joystick"-Übersteuerungssystems 2205 eine grobe Ausrichtung (Kasten 2501 und 2502 der Fig. 25) durchgeführt wird. Diese Ausrichtung reicht aus, um die aktivierten Pixel auf dem Betrachtungsbildschirm zu zentrieren.
Anschließend wird der automatische Ausrichtungsvorgang eingeleitet und schreitet unter der Steuerung des Computers 2203 entsprechend dem in Fig. 25 gezeigten Algorithmus fort.
Die kartesischen Translationsachsen x, y und z liegen in der Ebene der DMD und sind auf die Pixelmatrix zentriert. Die z- Achse entspricht der "Fokus"-Achse und der optischen Achse des DMD-Abbildungslinsensystem. Die x-Achse entspricht der vertikalen Translation des Chips (quer zur Richtung der Pixelmatrix), während die y-Achse der Querbewegung längs der Längsabmessung der Pixelmatrix entspricht. Die Rotationswinkel sind Theta, Phi und Psi, die den Drehungen um die jeweiligen Achsen z, y und x entsprechen. Diese Drehungen sind der Bequemlichkeit halber nach der Fluglage eines Flugzeuges bezeichnet und werden entsprechend einem Piloten, der längs der Z-Achse blickt, mit "Rollen", "Nicken" und "Gieren" bezeichnet.
Die Ausrichtung beginnt wie oben beschrieben mit dem Aktivieren ausgewählter Pixel in der Mitte der Matrix und dem Einstellen der x- und y-Verschiebung, um dieses Bild auf der optischen Achse der Abbildungslinse zu positionieren, wie in den Kästen 2501 und 2502 der Fig. 25 gezeigt ist. Wenn dies nicht bewerkstelligt werden kann, wird der Vorgang abgebrochen. Das Positionieren des Bildes an einem speziellen Ort im Sichtfeld einer Kamera bewerkstelligt dies. Die Kamerabühne wird quer längs des DMD-Bildes verschoben, bis eine Kamera direkt im Zentrum der gewünschten Bildposition liegt.
Als nächstes wird wie im Kasten 2503 gezeigt das "Rollen" korrigiert, indem die DMD um die optische Achse z gedreht wird. Eine Rollwinkelfehlausrichtung würde als "Schräg"-Winkel im DMD-Bild der Kamera erscheinen, wie in Fig. 23 gezeigt. Im Ausdruck entspricht dies üblicherweise einem Bild, das nicht orthogonal zu den Kanten des Druckmediums liegt. Das System refokussiert das Zentralbild, das nun aus allen aktivierten Pixeln besteht. Die Fokussierung wird bewerkstelligt durch Berechnungen, die mit der Größe des Abbildes eines Pixels durchgeführt werden, das vom Videobildaufnahmesystem 2202 aufgenommen wird. Die Videodaten werden in bis zu 256 Intensitätspegeln gespeichert. Es wird eine Größen- und Schwerpunktsberechnung gemäß den Kriterien der Fig. 24 durchgeführt, die eine eindimensionale Scheibe eines Pixelbildes zeigt. Die Halbbildaufnahmevorrichtug enthält in Wirklichkeit eine zweidimensionale Darstellung der Amplitude (entsprechend den x- und y-Orientierungen des DMD-Chips). Es ist ein lineares Problem, den Schwerpunkt zu vergleichen und zu berechnen (effektiv den Massenmittelpunkt der Lichtverteilung) und diesen mit einem gewünschten "Ort" im Sichtfeld zu vergleichen, wie er durch die Halbbildaufnahmevorrichtung-Speicherabbildung dargestellt wird. In ähnlicher Weise können durch Auswählen einer Schwellenamplitudenvariable und durch Berechnen der Anzahl der Pixel der CCD- Videoabbildungsvorrichtung (CCD = "charge coupled device" heißt "ladungsgekoppelte Vorrichtung"), die über dieser Schwelle liegen, die Größe oder der Fokus eines Flecks berechnet werden. Der z-Achsen-Servo wird betätigt, um die gewünschte Fleckgröße zu erreichen. Alternativ können die Spitzenamplitude, die Amplitude zwischen benachbarten Pixeln und andere Kriterien verwendet werden, um eine fokussierte Bedingung zu ermitteln.
Das System stellt anschließend im Kasten 2505 den "Neigungswinkel" Phi ein, bis die Pixelamplituden maximal sind. Diese Bewegung zentriert das Bild des Quellenfadens auf die Abbildungslinsenöffnung, was eine Bedingung für die maximale Leistungsübertragung zur Abbildung ist.
In der letzten Serie des Kastens 2506 und des Kastens 2507 iteriert die Einstellung des "Gierwinkels" oder die Drehung der DMD um die x-Achse mit der Ende-zu-Ende-Fokuseinstellung. Der Gierwinkel zentriert ferner das Fadenabbild auf die Abbildungslinse, wodurch ein maximaler optischer Durchsatz und ein maximales Kontrastverhältnis sichergestellt werden. Da jedoch die x-Achse der Drehung auf der Chip-Mittellinie liegt, werden die Enden aufgrund der inhärenten Z-Achsen-Komponente der Bewegung schnell defokussiert. Daher die iterative Einstellung des Gierwinkel- und Fokuskastens 2509. Diese Einstellung steuert ferner die Gleichmäßigkeit, Kasten 2520, oder die Äusgewogenheit der Pixelabbildungsintensität über der Matrix. Wenn alle Kriterien erfüllt sind, ist die Ausrichtung abgeschlossen. Wenn nach einem Versuchsfolge-Kasten 2508 die Kriterien nicht erfüllt sind, bricht das Programm ab, wobei eine Bedienungsperson eingreift, um den fehlerhaften Mechanismus zu prüfen.
Der 6-Achsen-Manipulator dient dazu, möglichst viele der Freiheitsgrade zu isolieren oder zu orthogonalisieren. Nur Psi und z bleiben gekoppelt, da eine Drehung um die x-Achse eine Defokussierung beider Enden der DMD bewirkt. Das Computersystem ist notwendig für eine schnelle Leistung der Links-Rechts-Abbildungsmessungen und für eine gleichzeitige Einstellung dieser beiden Parameter.
Das System ermöglicht somit die endgültige Ausrichtung eines komplexen optischen Systems durch effektives "Fliegen" der DMD in eine Position unter Computersteuerung in einer präzisen und schnellen Prozedur.
Wenn die DMD einmal endgültig ausgerichtet ist, wird ein Kleber oder eine andere Befestigungsvorrichtung verwendet, um die DMD 60 bezüglich der Klammern 104 (Fig. 1) fest zu positionieren. Zu diesem Zeitpunkt werden die Backen 2111 geöffnet und die Vorrichtung 2100 zieht sich aus dem Belichtungsmodul 10 zurück.

Tonerüberwachungssystem

Das Tonerüberwachungssteuersystem ist in Fig. 19 gezeigt und beruht auf zwei Abschnitten, nämlich einem Host-Abschnitt und einem Druckerabschnitt. Es wird angenommen, daß der Host irgendein (nicht gezeigtes) Steuersystem ist, das einen PC enthält. Das Steuersystem kann sich innerhalb oder außerhalb des Druckers befinden.
Das System berechnet (mittels eines Hosts) im voraus eine Zahl, die die Menge an Toner darstellt, die zur Wiedergabe eines Bildes erforderlich ist. Diese Zahl wird mit dem Bild im Drucker gespeichert und verwendet, um eine genauere Messung des im Drucker verbleibenden Toners (toner_reserve) zu erhalten. Bei dieser Implementierung wird angenommen, daß die toner_reserve beim Auffüllen des Toners durch einen Befehl von der Bedienungsperson initialisiert wird und wie in der folgenden Beschreibung beschrieben aktualisiert wird.
Es ist zu beachten, daß Beschreibungen von Rastergraphiken und Rechtecken vorgesehen sind, um zu zeigen, welcher praktische Nutzen sich für die Operationen, die nicht das Drucken eines gespeicherten Bildes betreffen, durch das Halten der verbleibenden Tonermenge ergibt. Diese Druckoperationen können durch die Kommunikation oder den Bilderzeugungsalgorithmus in der Geschwindigkeit beschränkt sein, wobei die Vorteile aus der Implementierung der Tonerverbrauchsberechnungen im Host verringert werden können. Für diese Fälle können die Tonerverbrauchsberechnungen im Drucker durchgeführt werden.

Hostabschnitt

Der Hostabschnitt des Tonerüberwachungssystems umfaßt die Erzeugung des geeigneten Tonerverbrauchsmaßes für alle Bilder, die vom Drucker gespeichert (oder gedruckt) werden sollen. Der Algorithmus kann als Teil des Bilderzeugungsalgorithmus oder als eine Prozedur implementiert sein, die ein im voraus erzeugtes Bild bearbeitet. Das letztere wird angenommen, um die Komplexität der Beschreibung zu verringern.
Der in Fig. 19 gezeigte Algorithmus beginnt mit einem Bitrasterbild im Speicher, berechnet den von jedem Punkt verbrauchten Toner und summiert den Tonerverbrauch für alle Punkte im Bild. Der Algorithmus arbeitet so, daß er eine zweidimensionale Matrix von Konstanten über ein Bitrasterbild bewegt (ebenfalls eine zweidimensionale Matrix). Die Summe der Produkte aus der Konstantenmatrix und den zugehörigen Positionen in der Bitkarte wird für jedes Element in der Bitrasterbildmatrix berechnet. Ein Referenzpunkt in der Konstantenmatrix (üblicherweise das Zentrum) wird der Position in der Bildmatrix zugewiesen, für die die Summe der Produkte momentan berechnet wird. Die "Summe der Produkte für jedes Element" wird aufaddiert, um die Bildtonerverbrauchsberechnung abzuschließen.
* dot(r,c) ist eine Matrix aus Einzelbitvariablen mit einem Wert von 1 oder 0, wobei r die Zeilennummer, c die Spaltennummer, R die Anzahl der Zeilen im Bild und C die Anzahl der Spalten im Bitrasterbild sind, und wobei die Matrixelemente mit den Indexnummern außerhalb des Bereichs (1 bis R, 1 bis C) mit 0 initialisiert werden und die aktuelle Matrixgröße (R + 2n) (C + 2n) beträgt.
* Die Matrix dot(r,c) kann in einem gepackten Format mit 8 Elementen pro Byte gespeichert sein. "dot(r,c) = 0?", was im Flußdiagramm erscheint, wird dann unter Verwendung eines Funktionsaufrufes implementiert.
* n ist der Abstand vom aktuellen Punkt zum weitesten Punkt, der den Tonerverbrauch beeinflußt.
* tc(i,j) ist eine Matrix von Gewichtungsfaktoren für die Punkte, die den Tonerverbrauch betreffen, wobei i und j von -n bis +n reichen, tc(0,0) der von einem isolierten Punkt verbrauchte Toner ist, und wobei diese Konstanten für die verwendete Drucktechnologle empirisch ermittelt werden.

Druckerabschnitt

Für die Bitrasterkarten-Druckbefehle
wird ein Bitrasterbild-Speicherformat der folgenden Form angenommen:
Dieses Bild wird möglicherweise nach der Erzeugung durch den Host durch Herunterladen im Drucker installiert, wobei typischerweise vom Host wie oben beschrieben während oder nach der Bilderzeugung, jedoch vor der Installation im Drucker, bit_map_image_toner_use erzeugt wird. Wenn der Drucker zusätzlich zur Erzeugung des Bildes einen Drucke-Bitrasterbild-Befehl
empfängt, führt er die folgende Berechnung durch:
Zeichen können durch einen impliziten Befehl, ein druckbares Zeichen im Datenstrom zum Drucker oder durch einen expliziten Befehl
gedruckt werden.
In jedem Fall verwendet der Drucker ein Bild aus einer Sammlung von gespeicherten Zeichenbild-Bitabbildungen, Zeichensatz genannt, um das Zeichen zu drucken. Das Zeichenzellenspeicherformat
enthält einen Zeichentonerverbrauchswert, der verwendet wird, um die Tonerreserve zu aktualisieren:
Der Zeichensatz wird vom Host erzeugt und installiert oder in den Drucker heruntergeladen. Der character_toner_use wird vom Host während oder nach der Bilderzeugung, jedoch vor der Installation oder dem Herunterladen in den Drucker erzeugt. Es sei auf den Hostabschnitt der Implementierungsbeschreibung für den Algorithmus verwiesen, der character_toner_use erzeugt.
Um Rastergraphiken anzupassen, wird vom Host ein zusätzlicher Befehl gesendet, der direkt auf die verbleibende Tonermenge wirkt. Rastergraphiken bestehen aus einer Sequenz von Befehlen, die Zeilen von Punkten drucken.
Diesen Anweisungen folgt ein Befehl, der die Menge des verbleibenden Toners aktualisiert.
Nach dem Empfang dieses Befehls führt der Drucker die folgende Operation durch:
Der #_to_subtract_from_toner_level wird vom Host auf der Grundlage des Bildes berechnet, das von der vorangegangenen Sequenz der Rastergraphikbefehle erzeugt worden ist.
Um Rechteckanweisungen anzupassen, wird derselbe Lösungsansatz verwendet. Nach einem Drucke-Rechteck-Befehl
wird vom Host ein Tonerpegelaktualisierungsbefehl
gesendet, der die folgende Operation im Drucker einleitet:
Auf der Grundlage dieser Berechnungen ist der Pegel des Toners zu allen Zeitpunkten bekannt. Wenn der berechnete Pegel vom wirklichen Pegel abweicht, wird ein Problem angezeigt. Diese Berechnungen können anschließend verwendet werden, um einer Bedienungsperson die Tonerverfügbarkeit anzuzeigen. Da der Tonerverbrauch vom Typ der verwendeten Graphiken und nicht von der Anzahl der gedruckten Seiten abhängt, kann eine sehr genaue Vorwarnung gegeben werden.

Austauschbare Elemente für das xerographische Druckmodul

Um die Anforderungen des Systems für die Ticketdruckumgebung zu erfüllen, ist es erforderlich, eine modulare xerographische Druckmaschine zu entwerfen, die kompatibel ist zum ATB-System- Papierpfad, zum Gehäuseformfaktor und zu den Lebensdauer- und Wartungsanforderungen. Dieses Drucksystem umfaßt vier modulare Komponenten, die leicht in ein Gehäuse oder ein Aufnahmemodul eingesetzt werden können, das seinerseits vom Mittelsteg des Fluglinienticket- und Bordkartendruckers (ATB) abgenommen werden kann. Der Drucker ist um ein Abbildungssystem herum unter Verwendung eines xerographischen Prozesses auf Tonerbasis mit optischer Belichtung entworfen. Mehrere Parameter spielen beim Entwurfsprozeß eine Rolle. Die Betrachtungen der Zuverlässigkeit und der Lebensdauer erfordern einen robusten Entwurf mit mehreren Elementen, die leicht und schnell ausgetauscht werden können. Drei dieser Elemente bilden die erweiterbaren oder Verbrauchskomponenten, die den xerographischen Prozeß ausmachen. Der Druckkopf, das Belichtungsmodul, ist ein viertes austauschbares Element. Das Empfängermodul, oder das xerographische Druckmodul (XPM), bildet das fünfte austauschbare Element der Druckmaschine. Das System erfordert einen Entwurf mit einem kurzen, geradlinigen Coupon-Pfad, um die mittlere Anzahl von Coupons zwischen Störungen (MCBJ) zu maximieren. Wenn eine Störung auftritt, muß sie schnell und einfach beseitigt werden, unter Berücksichtigung der erwärmten Oberfläche der Fixierereinheit und der Sicherheit der Bedienungsperson. Die Verbrauchselemente müssen gekapselt sein, um spezifizierte Coupon- Anzahlen zwischen den Ersetzungen zu erfüllen, die im wesentlichen größer sind als die typische Seitenzahl, die in der Industrie für Tischlaserdrucker angegeben sind, die vom Benutzer gewartet werden können. Das XPM besitzt seinerseits eine Lebensdaueranforderung des fünffachen bis zehnfachen der Lebensdaueranforderung eines typischen Tischlaserdruckers. Die Fixiererbaueinheit und die Druckkopfbaueinheit sind keine vom Benutzer austauschbaren Einheiten.
Der Nachteil, der üblicherweise mit den vom Benutzer austauschbaren Verschleißteilen einhergeht, sind hohe Seitenkosten beim Ausdruck. Dies ist in der allgemeinen Umgebung eines Tischdrukkers der Bequemlichkeit halber annehmbar, wobei der resultierenden hohen Druckqualität und den Kosten geringere Wartungsanforderungen gegenüberstehen. Ferner wird die Ausfallzeit typischerweise von Stunden auf Minuten reduziert. Alle diese Merkmale sind im ATB-Marktsegment sehr erwüscht, wobei jedoch höhere Verbrauchskosten aufgrund des Konkurrenzdrucks von Thermal-, Ionenabscheidungs- und Nadelmatrixdrucktechnologien nicht erwüscht sind. Um die Modulverbrauchskosten zu reduzieren, mußten neue Entwurfsnormen erfüllt werden. Insbesondere die Toner-Entwicklereinheit, die über 50 % der Verbrauchskosten ausmacht, muß eine ausreichende Tonerkapazität aufweisen, um ungefähr 50000 Coupons mit einem Deckungsfaktor von 4,5 % zu drucken. Zu diesem Zeitpunkt amortisieren sich die Kosten der Komponenten in der Entwicklereinheit auf einem annehmbaren Niveau. Im Gegensatz dazu ist die typische austauschbare Kassette, die den Toner in einem Tischlaserdrucker enthält, für ungefähr 2500 Ausdrucke spezifiziert, was um einen Faktor 20 niedriger liegt (um einen Faktor 7 niedriger, wenn man die Flächenfaktoren des Coupons bezüglich der A-Größen-Seite berücksichtigt).
In ähnlicher Weise ist die Lebensdauer des Photorezeptors, typischerweise ein organischer 2-Schicht-Entwurf (kurz OPC genannt) aufgrund seiner niedrigen Material- und Herstellungskosten relativ kurz. Dies liegt in erster Linie am Abrieb durch die berührenden Teile des Prozesses (z. B. Papier, Toner und Reinigungsmechanismus) der vergleichsweise weichen organischen Polymermaterialien, die das OPC-Substrat enthalten, und an den Leistungsverschlechterungswirkungen des Aufladungs- und Belichtungsabschnitts des Prozesses. In der Tat ist das von den Aufladungs- und Übertragungskoronadrähten erzeugte Ozon eine Hauptursache der Verschlechterung des OPC. In kleinen, kompakten Tischlaserdruckerentwürfen kann das Rest-Ozon die OPC-Lebensdauer erheblich verkürzen. Daher kann die OPC-Lebensdauer sogar nur 3000 Seiten betragen und beträgt typischerweise weniger als 20000 Seiten.
Der ATB-Drucker ist für einen Dienst in einer stark genutzten Umgebung mit bis zu 40000 gedruckten Coupons pro Monat ausgelegt. Offensichtlich kann vom Benutzer nicht erwartet werden, alle zwei oder drei Tage die Verbrauchseinheiten zu ersetzen oder ständig während der Spitzendruckbedarfsperioden auf die Lebensdauer der Verschleißteile zu achten. Die Anforderungen für eine erweiterte Lebensdauer der Verbrauchseinheit und für niedrige Seitenkosten für Verschleißteile (z. B. die Amortisation der absetzbaren Elemente über viele gedruckte Coupons) gehen Hand in Hand mit der Erzielung der ATB-Verbrauchskostenziele. Sie überschreiten die typische Industrieerfahrung um große Faktoren und erfordern die Ersetzung von Elementen durch den Benutzer, die vorher nicht als Verbrauchseinheiten betrachtet wurden. Im Fall des DMD-Druckkopfes selbst ist dies nur möglich aufgrund seiner geringen Kosten und der Einfachheit der Ausrichtung auf die XPM-Einheit.
Mit einem Spitzensystemanforderungsziel von 40000 gedruckten Coupons pro Monat wurden die Verbrauchselemente für eine Ersetzungsperiode von mehr als einem Monat ausgelegt und sind ferner so beschaffen, daß sie entsprechende Ersetzungszyklen aufweisen, die untereinander in einem geraden ganzzahligen Verhältnis stehen, wodurch die Anzahl der Druckerabschaitzyklen minimiert und die Betriebsdauer maximiert werden. Die Tabelle A zeigt die Verbrauchseinheit-Lebensdauererwartung und zeigt die Tatsache, daß der Ersetzungszyklus "modulo" 50000 Coupons stattfindet. Somit beträgt die Ersetzungsperiode 4 Entwicklereinheiten zu 2 OPC-Kassetten zu 1 Fixierereinheit. Das (nicht aufgelistete) XPM und der Druckkopf sind für 2 Millionen Coupons ausgelegt. TABELLE A. VERSCHLEISSTEIL-ERSETZUNGSPLAN
Ein weitere Vorteil der Austauschbarkeit der Fixierereinheit ist, daß das gesamte ATB-Druckersystem leicht an einen 110-V- Betrieb oder einen 220-V-Betrieb angepaßt werden kann, indem einfach die Fixierereinheiten umgeschaltet werden. Dies vereinfacht sowohl die Herstellungsplanung als auch Entwicklungsprobleme.

Beschreibung des xerographischen Prozeßmoduls

Fig. 26 zeigt das XPM-Modul, das als Aufnahme für alle restlichen Verbrauchseinheiten dient und für die Positionierung, die Stromversorgung und die genaue relative Ausrichtung der jeweiligen Einheiten sorgt.
Das XPM schafft die Stromversorgung und die Synchronisierung des rotierenden Prozeßmoduls (Fixierer, OPC, Entwickler und Coupon-Transportrollen) über einen Präzisionsmotor 2608 und ein (nicht gezeigtes) Zahnriemen- und Zahnradgetriebe 2616 auf der Seite 2612 innerhalb der ATB-Zentralmontagewand. Die Innenwand des XPM enthält ferner Hochspannungsstromversorgungen zum Aufladen der Korona 2702 (Fig. 27) und der (nicht gezeigten) Übertragungskorona, die sich innerhalb der unteren Schale 2614 direkt unterhalb der OPC-Trommel 80 und unterhalb des Coupon- Pfades (1201 bis 1501) befindet. Die Präzisionsreferenzkerben 2604 positionieren das DMD-Belichtungsmodul 10 über angegossene Merkmale 102 und den Ansatz 103, der auf einer Querschiene 2605 ruht. Der OPC-Kassette 1602 wird über die XPM-Seitenplatte 2612 und das passende Rad 2607 eine Antriebskraft zugeführt. Die Fixiererabschirmung 2615 schafft eine Isolierung der Wärmelampe 2638 des Fixierers 1603, die nicht gezeigt ist, die sich jedoch innerhalb der Fixiererheizrolle 1650 (Fig. 16) befindet.
Der Coupon-Pfad 1201 bis 1501 verläuft unterhalb der Entwicklereinheit 1601, unterhalb der OPC-Trommel 80 in der Kassette 1602, jedoch in Kontakt mit derselben, und zwischen der Fixiererheizrolle 1650 und der Fixiererandruckrolle 1651 hindurch. Die Fixiererandruckrolle 1651 ist mittels eines Fallmechanismus 2634 festgeklemmt und ist mittels einer federbelasteten Stiftbefestigung (nicht gezeigt), die sich in der unteren Schale 2614 befindet und nach unten fällt, wenn die Klammern 2603 gelöst werden, festgeklemmt, wodurch der gesamte Papierpfad der Bedienungsperson zugänglich wird, wenn das ATB-Gehäuse zur Wartung herausgezogen wird (Fig. 20).
Wie in Fig. 16 gezeigt, trennen sich die Rolle 1651 und die Rolle 1653 von den Rollen 1650 bzw. 1652, wenn die Schale 2614 nach unten fällt, um den Papierpfad freizugeben. Wie in Fig. 26 gezeigt, ist die Schale 2614 längs der Seitenplatte 2612 am XPM 2600 angelenkt. Die Öffnung 2602 nimmt die Fixierereinheit 1603 auf und positioniert diese mittels der Führungsschienen 2637 bezüglich des XPM-Papierpfades, wobei die Positionierungsstifte 2609 in die Löcher 2632 im Fixierer 1603 greifen. Durch die Riegelfeder 2631 wird ein fester Eingriff geschaffen. Das Abnehmen/Einsetzen wird durch den wärmeisolierenden Handgriff 2633 erleichtert. Der Riegel 2636 löst die Metallklammer 2635, die die (nicht gezeigte) Fixiererreinigungswalze enthält.
Die Schale 2614 muß abgesenkt werden, um die Fixierereinheit 1603 zu entfernen. Die Wärmeabschirmung 2630 schützt ferner den Benutzer vor einem Kontakt mit der heißen Rolle 1650.
Wie in Fig. 27 gezeigt, ist die Öffnung 2601 so beschaffen, daß sie die OPC-Kassette 1602 aufnimmt, die über angegossene Schienen 2701 und andere Merkmale, die zur Führung 2606 und zum Antriebszapfen 2607 passen, sowie über Positionierungsstifte 2611 auf der XPM-Seitenplatte 2613 an das XPM passen. Der Riegel 2610 verhindert das Entfernen der OPC-Kassette 1602 vor dem Entfernen der Entwicklereinheit 1601. In ähnlicher Weise wird die OPC 1602 zurückgehalten, bis die Schale 2614 abgesenkt ist. Somit wird die zerbrechliche OPC-Trommeloberfläche 80 vor einem Abrieb durch die magnetische Bürste 2802 der Entwicklereinheit 1601 und andere Elemente geschützt, die parallel dicht an der OPC-Oberfläche liegen. Der Riegel 2610 kann nicht betätigt werden, bis die Entwicklereinheit 1601 vom XPM 2600 abgenommen worden ist. Ein nach unten verlaufender Ansatz 2705 bietet einen Griff zum Entfernen der OPC.
Die OPC-Kassette 1602 umfaßt ferner die abnehmbare Aufladekorona 2702, die Reinigungsklinge 2707 und die (nicht gezeigte) Reinigungsschnecke, eine Überschußtoner-Austrittsöf fnung 2706, einen Ozonfilter 2703, eine Trommel 80, einen Belichtungszugangsschlitz 2704 sowie Paßgleitflächen 2701.
Wie in Fig. 28 gezeigt, ist eine Entwicklereinheit 1601 so beschaffen, daß sie von der Oberseite über angegossene Führungsschienen 2803 und einen Handgriff 2804 abgesenkt wird, wenn der ATB aus dem Gehäuse bezogen wird (Fig. 20). Da sie die am häufigsten ersetzte Verbrauchseinheit ist, ist für die Bequemlichkeit der Bedienungsperson und für ein einfaches Einsetzen ein Zugriff von oben wünschenswert. Von der Oberseite ist eine visuelle Ausrichtung leichter möglich, wobei die Beleuchtung üblicherweise günstiger ist. Die magnetische Bürste 2802 hält ein Entwicklermaterial, das seinerseits mit den elektrostatisch geladenen Tonerpartikeln beschichtet ist. Die Doktorklinge 2805 regelt die magnetische Bürste. Die Antriebskraft zum Drehen der magnetischen Bürste und der anderen internen Rollen 2806 der Entwicklereinheit 1601 wird synchron zur OPC über Zahnräder im Getriebezug 2616 auf der XPM-Seitenplatte 2612 zugeführt. Ein Tonervorratsbehälter 2801 mit großer Kapazität (in Fig. 16 aufgeschnitten gezeigt) ist ein Merkmal, das eine Lebensdauer von 50000 Coupons zuläßt. Aufgrund des schmalen Druckfeldes ist die Verteilung des Toners ein geringeres Problem als in den breite ren Entwicklereinheiten mit A-Größe. Am Tonervorratsbehälter 2801 sind interne Wischerstangen 2807 vorgesehen, um eine wirksame Verteilung und vollständige Nutzung des Tonervorrats zu ermöglichen.

Claims

1. Drucksystem-Belichtungseinheit (10), wobei die Belichtungseinheit enthält:

a) eine Lichtquelle (16), die in bezug auf

b) eine räumliche Lichtmodulatorvorrichtung (60) getrennt in der Weise positioniert ist, daß unmoduliertes Licht (401) von der Quelle (16) auf die Vorrichtung (60) fällt, wobei die Vorrichtung (60) enthält:

i) ein Substrat;

ii) wenigstens eine lineare Matrix von Pixelelementen (61), die über dem Substrat in der Weise positioniert ist, daß zwischen der Matrix von Pixelelementen (61) und dem Substrat ein Luftspalt vorhanden ist, wobei jedes der Pixel (61) elektrostatisch ablenkbar ist;

eine Adressierungsschaltungsanordnung (62), die im Substrat unterhalb der Pixel (61) angeordnet ist und bei Empfang eines seriellen Datensignals in der Weise betrieben werden kann, daß sie die Pixel (61) der Matrix auswählt, um so die ausgewählten Pixel (61) elektrostatisch abzulenken, um Licht (402) hiervon wegzulenken;

c) eine Fokussierungslinse (40), die Licht (402) von den ausgewählten Pixeln (61) der Matrix aufnimmt; dadurch gekennzeichnet, daß die Belichtungseinheit (10) ferner enthält:

d) Anbringungsträger (101, 102, 103), die in ein abnehmbares Gehäuse (11), das sämtliche Elemente (16, 60, 40) der Belichtungseinheit (10) in einer geeigneten optischen Ausrichtung enthält, integriert sind, um die Belichtungseinheit (10) unter Aufrechterhaltung der geeigneten optischen Ausrichtung am Drucksystem (2600, 2604) abnehmbar zu befestigen, wobei die Elemente (16, 60, 40) in bezug auf die Anbringungsträger (101, 102, 103) ausgerichtet sind.

2. Drucksystem-Belichtungseinheit (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Belichtungseinheit (10) eine Zeilenlänge (82) von r Pixel für das Drucksystem (80) bereitstellen muß, die aus den Pixeln (61) der räumlichen Lichtmodulatorvorrichtung (60) ausgewählt sind, welche m Pixel (61) enthält, wobei m größer als r ist, wobei die gewünschte Punktzeile von Information, die aus r Pixel besteht, durch die Adressierungsschaltungsanordnung (62) innerhalb der m Pixel elektronisch nach links oder nach rechts verschoben werden kann, um die Ausrichtung des gedruckten Bildes (82) auf das Druckmedium (801) zu ermöglichen.

3. Drucksystem-Belichtungseinheit (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lineare Pixelmatrix (61) aus zwei im wesentlichen parallelen Zeilen (910, 911) gebildet ist, die genau um die doppelte Zeilenhöhe voneinander getrennt sind und mit den geradzahligen Pixeln (Q, 5, U) in der ersten der Zeilen (910) und mit den ungeradzahligen Pixeln (P, R, T, V) in der zweiten der Zeilen (911) interdigital angeordnet sind, wobei die Pixel (61) etwas größer als die tatsächliche Schrittweite der kombinierten Zeilen sind, wodurch eine gewisse Überlappung der Kanten der jeweiligen Pixel (61) in den zwei Zeilen (910, 911) geschaffen wird.

4. Drucksystem-Belichtungseinheit (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Adressierungsschaltungsanordnung (62) eine erste und eine zweite Matrix von Verzögerungspuffern (Register 1, Register 2) enthält, die einem Pixeltreiberelement auf der ersten Zeile (910) vorhergehen, so daß die seriellen Zeilendaten, die in die verformbare Spiegelvorrichtung (60) eingegeben werden, in zwei Gruppen von Bits unterteilt werden, wovon eine Gruppe zur ersten Zeile (910) nur nach einer dazwischenliegenden elektronischen Verzögerung von ungefähr zwei Punktzeilen läuft, wodurch die Pixel (902) der ersten Zeile mit den entsprechenden Pixeln (903) der zweiten Zeile an einem Photorezeptor (81) ungefähr zwei Punktzeilen später erneut räumlich verschachtelt werden.

5. Drucksystem-Belichtungseinheit (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (11) eine zentrale ebene Fläche (14) besitzt, die die Fokussierungslinse (40) auf den räumlichen Lichtmodulator (60) ausrichtet, wobei das Gehäuse (11) ein erstes Ende (15) besitzt, das die Lichtquelle (16) in Ausrichtung auf den räumlichen Lichtmodulator (60) hält.

6. Drucksystem-Belichtungseinheit (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der räumliche Lichtmodulator (60) eine langgestreckte, rechtwinklige Struktur besitzt, die durch ihre Seiten in einer zur flachen Fläche (14) der Belichtungseinheit (10) im wesentlichen senkrechten Ebene unterstützt ist, ferner mit Positionierungseinrichtungen (104) für die Befestigung des räumlichen Lichtmodulators (60) in der Weise, daß die Einrichtungen (104) in bezug auf die optische Achse (402) der Belichtungseinheit einen Translationsfreiheitsgrad und einen Rotationsfreiheitsgrad der Modulatorvorrichtung (60) ermöglichen.