DE69303876T2 - Thermo-Druckeranordnung und Betriebsverfahren - Google Patents

Description

Thermodrucksystem und Verfahren zum Betreiben desselben
• Die Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Thermodrucksystem und ein Verfahren zum Betreiben desselben mit präziser, jedoch kostengünstiger Kompensation von Schwankungen der den Thermodruckelementen des Druckers zugeführten Energie und deren Gesamttemperatur.
• Ein Thermodrucker der zum Drucker von Bildern hoher Qualität eingesetzten Art wird, arbeitet mit einem eine Vielzahl in engem Abstand zueinander vorgesehener Widerstandsheizelemente aufweisenden Thermodruckkopf. Die Elemente werden entsprechend den Bilddaten einzeln angesteuert, um sehr kleine Farbpunkte oder Pixel von einem auf Wärme reagierenden Farbelement auf ein Druckelement oder ein Blatt zu übertragen. Die Bilddaten liegen in Form binärer Worte (zum Beispiel von 8-Bit-Worten) vor, die jeweils die Position und Dichte der betreffenden Pixel und des so gedruckten Bildes bestimmen. Zum Herstellen eines Bildes hoher Qualität und Originaltreue sollten die Pixel sehr klein sein und über einen weiten Dichtebereich eine annähernd gleichmäßige Farbtonskala aufweisen. Der Thermodruckkopf eines solchen Druckers kann zum Beispiel aus einer linearen, eindimensionalen Anordnung von einzeln auf einem Keramiksubstrat ausgebildeten Dickschicht- (oder Dünnschicht-) Widerstandsheizelementen bestehen, wobei das Substrat seinerseits in einem Kühlkörper, zum Beispiel einem Metallstab, angeordnet ist. Derzeit sind Druckköpfe mit 118 Miniatur-Widerstandselementen je cm Breite (300 Miniatur-Widerstandselementen je Zoll Breite) (bzw. 2.400 Elementen bei einer Blattbreite von 20,32 cm (8 Zoll)) gebräuchlich. Diese Elemente sind ausreichend klein, um eine gute Sichtschärfe zu erzeugen. Kleinere Schwankungen in der Druckfunktion dieser einzelnen Widerstandselemente können jedoch zu unannehmbaren sichtbaren Ungleichmäßigkeiten (bei zu erwartender gleicher Dichte) der Pixel auf einer gerade gedruckten Seite führen. Diese Ungleichmäßigkeit macht sich in sichtbaren Linien, Streifen und Bändern bemerkbar, die parallel zur Bewegungsrichtung des Blatts am Thermodruckkopf vorbei verlaufen.
• Es wurden bereits Schaltungen zur elektronischen Kompensation von durch kleine Abweichungen zwischen den einzelnen Widerstandselementen im Thermodrucker bedingte Druck-Ungleichmäßigkeiten entwickelt, die derzeit auch in Gebrauch sind. Die zusammen mit der vorliegenden Anmeldung abgetretene US-A-4.827.279 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kompensation von Ungleichmäßigkeiten in der Druckfunktion zwischen den Widerstandselementen eines Thermodruckkopfs. Bei dem in diesem Patent offenbarten Kompensationssystem werden aus Mikrodensitometer-Messungen an einer Druckzeile Korrekturwerte für die Widerstandsheizelemente des Druckkopfs abgeleitet, und diese Korrekturwerte werden dann nach einer feststehenden Formel berechnet. Die Korrekturwerte, die jeweils nur für den speziellen Druckkopf gelten, werden dann in eine elektronische Hochleistungs-Speicherschaltung des Gesamt-Thermodrucksystems eingegeben. Die so gespeicherten Werte dienen beim spätefen normalen Betrieb des Druckers zusammen mit den zugeführten Bilddruckdaten zur Verbesserung der Druckqualität.
• Allerdings können neben Schwankungen in den Widerstandsheizelementen selbst auch Schwankungen in der ihnen jeweils von einem Netzteil im Thermodrucker zugeführten Energie Ungleichmäßigkeiten im Druck erzeugen. Das menschliche Auge ist selbst für geringe Unterschiede in der Grauskala eines gedruckten Bildes äußerst empfindlich. Daher können bereits relativ kleine Schwankungen in der Spannung des Netzteils zu unannehmbaren sichtbaren Schwankungen der Dichte des gedruckten Bildes an Stellen führen, an denen eigentlich eine gleichmäßige Dichte zu erwarten wäre. Der Strom, den ein. Thermodrucker der vorstehend beschriebenen Art von einem Netzteil aufnimmt, verändert sich je nachdem, ob nur ein Druckelement angesteuert wird oder ob alle Elemente gleichzeitig angesteuert werden, in tausendfacher Größenordnung. Es besteht die Möglichkeit, Schwankungen in der Spannung des Netzteils unter solchen normalen Betriebsbedingungen des Druckers durch eine gut geregelte Stromversorgung im wesentlichen auszuschließen. Diese Lösung führt jedoch zu einem großen und teuren Netzteil und vergrößert und verteuert damit den Drucker insgesamt ganz erheblich. Außerdem schließt eine geregelte Stromversorgung kleine Spannungsschwankungen an den Widerstandsheizelementen selbst nicht aus, die durch Spannungsabfall in den Zuleitungsbussen vom Netzteil zu den Widerstandsheizelementen auftreten können. Es wurden bereits verschiedene Versuche unternommen, Schwankungen in der Versorgungsspannung der Widerstandsheizelemente eines Thermodruckers auszugleichen. Diese Versuche waren jedoch nicht so erfolgreich, wie dies wünschenswert wäre, oder sie waren relativ teuer, oder beides.
• Es besteht daher ein Bedarf an einem hocheffizienten und präzisen System zur Kompensation von Schwankungen in der Versorgungsspannung und in der gesamten Druckkopftemperatur bei einem Drucker, um eine im wesentlichen gleichmäßige Druckdichte zu erhalten (wenn eine gegebene Dichte verlangt wird). Ein solches System sollte mit bestehenden digitalen Steuerungen und Druckkopftreiberschaltungen (zum Beispiel der in der vorgenannten US-A-827.279 beschriebenen Art) kompatibel und äußerst kostenwirksam sein.
• Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Thermodrucksystem angegeben, bei dem Schwankungen in der den Widerstandselementen eines Druckkopfs zugeführten Spannung (und der entsprechenden Energie) elektronisch kompensiert werden. Die Ausgangsspannung eines Drucker-Netzteils kann mit dem Anstieg des dem Netzteil entnommenen Stroms von einem Minimal- auf einen Maximalwert etwas abfallen. Während des Druckens einer Pixelzeile werden Veränderungen der Spannung am Druckkopf überwacht. Ein Pixel wird mit der von den binären Bilddaten repräsentierten gewünschten Dichte in der Weise gedruckt, daß das betreffende Widerstandselement des Druckkopfs mit einer dem Bilddatenwert entsprechenden Anzahl Energieimpulse beaufschlagt wird. Wenn zum Beispiel die Bilddaten für ein Pixel von 8 binären Bits (0 bis 255) wiedergegeben werden, so entspricht die maximale Druckdichte dieses Pixels 255 an das entsprechende Widerstandselement angelegten gleichmäßigen Energieimpulsen. Wenn sich die Versorgungsspannung des Kopfes ändert (bei zunehmender Last absinkt), wird die Anzahl der Energieeinheiten, die den Kopfelementen für einen gegebenen Zählwert zugeführt wurde, anhand des Meßwerts der an den Kopfelementen anliegenden Spannung berechnet die Anzahl der Einheiten wird impulsweise addiert, um so die aufsummierte Anzahl der bis dahin angelegten Energieeinheiten zu ermitteln, und die aufsummierten Einheiten werden bei jedem nachfolgenden Impuls in einen "Kompensations"-Wert umgewandelt. Anschließend wird der Bilddatenwert jedes Pixels mit den einzelnen Kompensationswerten verglichen, und das entsprechende Widerstandselement wird so oft wie erforderlich beaufschlagt, um die gewünschte Druckdichte zu erhalten, die dem betreffenden Bilddatenwert entspricht. Da die Gesamt-Druckkopftemperatur sich je nach Lastspiel des Drucksystems etwas verändern kann, ist es häufig wünschenswert, auch diese Temperaturschwankungen zu kompensieren. Dies wird erfindungsgemäß in einfacher Weise dadurch bewerkstelligt, daß die Gesamt-Druckkopftemperatur überwacht und die nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren bestimmten und beim Drucken einer Pixelzeile verwendeten "Kompensations"-Werte weiter angepaßt werden. Somit entsprechen bei diesem neuen Thermodrucksystem die Dichten der gedruckten Pixel im wesentlichen exakt den gegebenen, nach den Bilddaten erforderlichen Dichten, auch wenn die Spannung des Netzteils und die Gesamt-Druckkopftemperatur sich während des Druckens von Pixelzeilen etwas verändern.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Thermodrucksystem mit einem Druckkopf zum Drucken von Halbtonpixeln eines Bildes bereitgestellt. Der Druckkopf weist eine Vielzahl von Widerstandsheizelementen auf, die einzeln mit periodischen elektrischen Steuerimpulsen beaufschlagt werden können, wobei die Anzahl der elektrischen Steuerimpulse den Bilddaten entspricht. Das System besitzt ferner elektrische Treiberstufen zum Ansteuern der Widerstandselemente mit einzelnen elektrischen Steuerimpulsen, die eine Spannungsamplitude und eine Impulsbreite aufweisen. Außerdem weist das System eine Kompensationslogik und Datenspeicherschaltung zur Steuerung der Treiberstufen durch periodische Logikimpulse entsprechend den Bilddaten zum Drucken der Pixel mit im wesentlichen gleichmäßiger, den Bilddaten entsprechender Dichte auf. Die Kompensationslogik und Datenspeicherschaltung ermittelt aus einer gemessenen Spannungsamplitude die den Widerstandselementen durch die periodischen Steuerimpulse zugeführte Energie und beaufschlagt die elektrischen Treiberstufen mit einer angepaßten Anzahl von Logikimpulsen, um den Widerstandselementen gleichmäßige Energie für gegebene Eingangsbilddaten zuzuführen, so daß Schwankungen in der Spannungsamplitude der elektrischen Steuerimpulse bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen des Drucksystems kompensiert werden. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines Thermodruckers mit einer Vielzahl von Widerstandsheizelementen angegeben, die durch periodische Energieimpulse angesteuert werden, um bei Betrieb des Druckers über einen den Bilddaten entsprechenden Bereich von Bedingungen hinweg beim zeilenweisen Drucken der Pixel gleichmäßigere halbtongedruckte Pixel zu erhalten. Das Verfahren umfaßt das Bestimmen einer aktuellen Anzahl von den Widerstandsheizelementen mit jedem Energieimpuls zugeführten Energieeinheiten und das impulsweise Summieren der Anzahl der Energiedaten; das Erzeugen von Kompensationswerten, die der aufsummierten Anzahl der Energieeinheiten entsprechen; das Vergleichen der Kompensationswerte mit den Bilddaten und das impulsweise Ansteuern der jeweiligen Widerstandsheizelemente, bis Kompensationswerte und Bilddaten übereinstimmen, so daß die gedruckten Pixel in ihrer Dichte im wesentlichen der durch die Bilddaten vorgegebenen Dichte entsprechen.
• Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
• Es zeigen:
• Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Thermodrucksystems;
• Fig. 2 ein Diagramm der Beziehung zwischen der Energie und einer Anzahl von Bildimpulsen für verschiedene unterschiedliche Betriebsbedingungen des Thermodrucksystems gemäß Fig. 1; und
• Fig. 3 eine schematische Darstellung von Teilen eines anderen erfindungsgemäßen Thermodrucksystems.
• Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Thermodrucksystem 10. Das System 10 umfaßt einen Thermodruckkopf und eine Treiberschaltung 12 (innerhalb eines gestrichelt umrandeten Rechtecks dargestellt), ein Netzteil 14, einen Komparator 16, einen Zähler 20, einen Analog/Digital-Wandler (A/D) 22, eine erste Suchtabelle (LUT1) 24, einen Addierer 26, ein Register 28 und eine zweite Suchtabelle (LUT2) 30. Eine dem Druckkopf und dem Treiber 12 über eine Leitung 150 vom Netzteil 14 zugeführte Spannung (+V) wird über eine Leitung 152 überwacht und durch den Analog/Digial-Wandler (ND) 22 in eine binäre Form gebracht, wobei eine Ausgabe des Wandlers der ersten Suchtabelle (LUT1) 24 als digitale Zahl zugeführt wird, wo die Spannungswerte in entsprechende Energiewerte umgewandelt werden. Eine Ausgabe der Suchtabelle (LUT1) 24 liegt an einem Eingang des Addierers 26 an, und die Ausgabe des Addierers 26 wird dem Register 28 zugeführt. Die Ausgabe des Registers 28 wird der zweiten Suchtabelle (LUT2) 30 zugeführt und über eine Rückkoppelungsschleife 32 zu einem zweiten Eingang des Addierers 26 zurückgeführt. Nachstehend wird die Arbeitsweise des Drucksystems 10 im einzelnen beschrieben.
• Der Druckkopf mit Treiber 12 weist eine Vielzahl von Widerstandsheizelemente 40-1 bis 40-n, entsprechende Treiber-Transistoren 42-1 bis 42-n, UND-Gates 44-1 bis 44-n, Speicherelemente 48-1 bis 48-n eines Kopftreiberregisters 50 (innerhalb eines gestrichelt umrandeten Rechtecks dargestellt) und Speicherelemente 56-1 bis 56-n eines Zeilenregisters 58 (innerhalb eines gestrichelt umrandeten Rechtecks dargestellt) auf. Es können zum Beispiel 2400 Heizelemente 40-1 bis 40-n vorgesehen sein, die bei einer mit einem 18 Zoll breiten Halbtonbild zu bedruckenden Seite (nicht dargestellt) in der Breite mit 118 Elementen pro cm (300 pro Zoll) im Abstand zueinander angeordnet sind. Die (in dem Fachmann bekannter Weise) als Schalter wirkenden Transistoren 42-1 bis 42-n werden durch das jeweils entsprechende der UND-Gates 44-1 bis 44-n ein- und ausgeschaltet. Die Transistoren 42-1 bis 42-n (in der Zeichnung beispielsweise als NPN-Transistoren dargestellt) weisen jeweils eine mit einem entsprechenden Ausgang eines der UND- Gates 44-1 bis 44-n verbundene Basis auf. Die Transistoren 42-1 bis 42-n besitzen jeweils einen mit einer Seite eines der Widerstandselemente 40-1 bis 40-n verbundenen Kollektor und einen an Masse liegenden Emitter. Eingänge 46-1 bis 46-n der UND-Gates 48 sind mit entsprechenden Ausgängen "Q" der einzelnen Speicherelemente 48-1 bis 48-n des Kopftreiberregisters 50 verbunden. Die UND- Gates 44-1 weisen ferner Eingänge 52-1 bis 52-n auf, die gemeinsam mit einer Leitung 54 verbunden sind, der in geeigneter Weise getaktete Impulse (sogenannte "Ansteuerungsimpulse") zugeführt werden. Dieser Vorgang wird im folgenden noch genauer beschrieben.
• Die Speicherelemente 48-1 bis 48-n des Registers 50 weisen jeweils einen Dateneingang "D" auf, der mit einem entsprechenden Ausgang "Q" zugehöriger Speicherelemente 56-1 bis 56-n des Zeilenspeichers 58 verbunden ist. Die Speicherelemente 48-1 bis 48-n des Registers 50 besitzen jeweils einen Eingang "L", und alle diese Eingänge L sind gemeinsam mit einer Leitung 60 verbunden, an der in geeigneter Weise getaktete Impulse anliegen (sogenanntes "Impulsregister"). Die Speicherelemente 56-1 bis 56-n des Registers 58 sind in Reihe geschaltet, wobei ein Ausgang "Q" eines Elements mit einem Eingang "D" des nächsten Elements verbunden ist und so weiter. Das Speicherelemente 56-1 ist mit seinem Eingang D über einen Leiter 62 mit einem Ausgang des Komparators 16 verbunden. Jedes der Speicherelemente 56-1 bis 56-n weist einen Eingang "CLK" auf; alle diese Eingänge CLK liegen gemeinsam an einer Leitung 64, der in geeigneter Weise getaktete Impulse zugeführt werden ("Datentakt" genannt).
• Vom Komparator 16 wird über die Leitung 62 dem Speicherelement 56-1 bis 56-n des Zeilenspeichers 58 jeweils seriell eine gewünschte Folge von Ieeinsen¹P und "Nullen" zugeführt. Die Einsen oder Nullen im Zeilenregister 58 - hier Pixelimpulse genannt - werden jeweils mittels eines über die Leitung 60 angelegten Registerimpulses in die entsprechenden Speicherelemente 48-1 bis 48-n des Kopftreiberregisters 50 verschoben. Wenn danach an die Leitung 54 ein Ansteuerungsimpuls angelegt wird, werden die entsprechenden Treibertransistoren 42-1 bis 42-n entsprechend den in den Speicherelementen 48-1 bis 48-n enthaltenen Pixeldruckdaten eingeschaltet oder bleiben entsprechend ausgeschaltet. Die Einschaltdauer der Transistoren 42-1 bis 42-n wird durch die lmpulsbreite des Ansteuerungsimpulses bestimmt, die für alle periodischen Ansteuerungsimpulse gleich ist und zum Beispiel 100 Mikrosekunden betragen kann. Während des Druckens einer Pixelzeile können 256 derartige periodische Impulse auftreten. Die Dichte eines gegebenen, von einem der Widerstandselemente 40-1 bis 40-n gedruckten Pixels wird dadurch bestimmt, wie oft das betreffende Widerstandselement während des Druckens einer Pixelzeile mit Druckimpulsen beaufschlagt wird. Bei 8-Bit-Bilddaten zum Beispiel wird die maximale Dichte eines Pixels dadurch erreicht, daß ein gegebenes Widerstandselement 255 mal angesteuert wird (bei gleicher Impulsbreite und konstanter Versorgungsspannung +V). Wie jedoch bereits erläutert wurde, verändert sich die am Netzteil 14 in Form der Widerstandsdruckelemente 40-1 bis 40-n anliegende Last in starkem Maße (zum Beispiel um den Faktor 2400) je nachdem, ob nur ein Widerstandselement 40 angesteuert wird oder alle Widerstandselemente 40 gleichzeitig aktiviert werden. Wird das Netzteil 14 nicht in hohem Maße geregelt, verändert sich die den Elementen 40-1 bis 40-n zugeführte Spannung +V etwas während der normalen Funktion des Drucksystems 10. Diese Schwankungen der Versorgungsspannung werden durch die vorliegende Erfindung sehr genau und kostenwirksam kompensiert. Bevor die Beschreibung des Drucksystems 10 abgeschlossen wird, sollen im folgenden verschiedene Bedingungen seiner Arbeitsweise erläutert werden.
• Das Diagramm 100 in Fig. 2 illustriert die Beziehung zwischen Energie und Anzahl der Druckimpulse (wie diese an die Widerstandselemente 40-1 bis 40-n angelegt werden) für verschiedene Arbeitsbedingungen des Drucksystems 10. Die vertikale Achse (y) des Diagramms 100 gibt die aufsummierte Energie (in standardisierten Einheiten) wieder, mit der die Widerstandselemente 40-1 bis 40-n während des Druckens einer Pixelzeile vom Netzteil 14 impulsweise beaufschlagt werden. Die horizontale Achse (x) gibt die Anzahl der Pixeldruckimpulse (entsprechend Energieeinheiten) wieder, die die Transistoren 42-1 bis 42-n während des Druckens einer Pixelzeile an die Widerstandselemente 40-1 bis 40-n anlegen.
• Der Fall A, der durch eine Gerade 102 wiedergegeben ist, illustriert den Zustand, in dem alle Widerstandselemente 40-1 bis 40-n (zum Beispiel 2400) Impuls für Impuls gleichzeitig angesteuert werden. Die Energie, mit der die einzelnen Elemente 40-1 bis 40-n beaufschlagt werden (und die wie vorstehend beschrieben die thermische Übertragung von Tinte und das Drucken von Pixeln eines Bildes bewirkt), nimmt bei dieser Darstellung entlang der Linie 102 Impuls für Impuls linear zu, bis am Punkt 104 die maximale lmpulszahl "N" (z.B. 255) erreicht ist. Die aufsummierte Energie (und damit die Pixeldichte), die in dem als Fall A dargestellten Fall (in dem alle Widerstandselemente 40 beaufschlagt werden) dem Wert "N" am oberen Ende 104 der Linie 102 entspricht, wird durch den Punkt wiedergegeben, in dem die horizontale gestrichelte Linie 106 die y-Achse schneidet. Wenn andererseits nur eines der Widerstandselemente 40-1 bis 40-n, zum Beispiel das Elemente 40-1, beim Drucken einer Pixelzeile beaufschlagt wird (d.h. außer einem weisen alle Pixel die Dichte "Null" auf), ist die am Netzteil 14 anliegende Last sehr viel geringer und damit seine Versorgungsspannung +V etwas höher. Dieser als Fall B darstellte Zustand ist im Diagramm 100 durch eine Gerade 108 mit gegenüber der Geraden 102, die den Fall A wiedergibt, steilerem Verlauf wiedergegeben. Da im Fall B am Netzteil 14 eine wesentlich geringere Last anliegt als im Fall A (und die Versorgungsspannung +V sich etwas mit der Last ändert), wird auf der Linie 108 der durch die gestrichelte Linie 106 wiedergegebene (und der Pixeldichte entsprechende) Energiewert am Punkt 110 erreicht. Dieser Punkt 110 entspricht einer gegenüber dem Wert "N" geringeren und hier mit "N1" bezeichneten Anzahl von Druckimpulsen. Dabei ist zu beachten, daß wenn auch im Fall B die volle Impulszahl "N" angelegt würde, der Energiewert an einem oberen Punkt 112 der Linie 108 den (durch den Schnittpunkt der gestrichelten horizontalen Linie 114 mit der y- Achse definierten) Maximalwert "MAX" aufweisen würde. Die Linie 14 liegt deutlich oberhalb der gestrichelten Linie 106, so daß bei einem Wert N das erhaltene gedruckte Pixel eine höhere Dichte aufweisen würde als beim Wert N1.
• Es kann der Zustand auftreten, daß während eines ersten Teils des Druckens einer Pixelzeile (d.h. entlang des unteren Teils der Linie 102) alle Widerstandselemente 40-1 bis 40-n aktiviert werden und danach während des Druckens der übrigen Pixelzeile nur ein Widerstandselement 40-1 bis 40-n angesteuert wird (d.h. daß alle Pixel außer einem mit einer Teildichte gedruckt werden und nur ein Pixel mit voller Dichte gedruckt wird). Dieser Zustand ist als Fall C dargestellt und durch einen unteren Teil der Linie 102 und eine Linie 116 dargestellt, die am Punkt 118 (ab dem nur noch ein Pixel gedruckt wird) auf der Linie 102 beginnt und sich dann mit einer im wesentlichen parallel zur Linie 108 verlaufenden Neigung aufwärts fortsetzt. Die Linie 116 endet an einem der lmpulszahl "N" entsprechenden Punkt 120. Die am Punkt 120 gegebene Energie wird durch den Schnittpunkt zwischen der gestrichelten horizontalen Linie 122 und der y-Achse wiedergegeben. Die Linie 116 schneidet die gestrichelte Linie 106 in einem Punkt 124 mit einem entsprechenden Impulswert "N2". Die Energiedifferenz zwischen den gestrichelten Linien 106 und 114 (und zwischen den gestrichelten Linien 106 und 122) würde sonst zu unerwünschten Unterschieden in der vollen Druckdichte eines einzelnen Pixels gemäß Fall B (oder Fall C) im Vergleich zur Druckdichte aller Pixel gemäß Fall A führen.
• Die vorliegende Erfindung vermeidet dieses Problem in einfacher und wirksamer Weise dadurch, daß die an die Widerstandselemente 40-1 bis 40-n angelegte Spannung (und entsprechende Energie) überwacht und dann eine "angepaßte" Anzahl Druckimpulse (z.B. entsprechend den Werten N, N1 und N2) angelegt wird, um eine erwünschte gleichmäßige Pixeldichte (wie sie zum Beispiel durch den Energiepegel 106 wiedergegeben ist) zu erreichen. Die Linien 102 und 108 (Fall A und Fall B), die vom Punkt "Null-Null" (dem Schnittpunkt der horizontalen und vertikalen Achsen) in Aufwärtsrichtung auseinanderlaufen, geben die Extreme der Betriebsbedingungen des Drucksystems 10 wieder. Die Linie 116 (Fall C) stellt einen Zwischenzustand dar. Aus der Betrachtung der Fig. 2 ist für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich, wie in gleicher Weise neben den dargestellten andere "angepaßte" Druckimpulswerte erhalten werden können, um die (von den Bilddaten verlangten) gleichmäßigen Pixeldichten zu erhalten. Durch das erfindungsgemäße hochpräzise Verfahren und die Vorrichtung zur "angepaßten" Wertkompensation wird eine annähernd perfekte Entsprechung zwischen der gedruckten Pixeldichte und den Eingabebilddaten bei kontinuierlichen Veränderungen der Betriebsbedingungen des Drucksystems 10 erreicht.
• Betrachtet man nochmals Fig. 1, so ist ersichtlich, daß die Spannung +V vom Netzteil 14 über die Leitung (Strombus) 150 allen Widerstandselementen 40-1 bis 40-n des Thermodruckkopfs zugeführt wird. Die mit dem Bus 150 verbundene Leitung 152 legt die Spannung +V an den Eingang des ND-Wandlers 22 an. Der A/D-Wandler 22 vergleicht die Spannung +V (die wie weiter oben erläutert variieren kann) mit einer gleichbleibenden Referenzspannung (nicht dargestellt) und digitalisiert dann die (eventuelle) Differenz. Die Ausgabe des ND-Wandlers 22 besteht zum Beispiel aus einer 8-Bit-Zahl (0 bis 255), die über eine Mehrfachverbindung 154 parallel an eine Suchtabelle (LUT1) 24 angelegt wird, wo ein die Spannung repräsentierender "Wert" in einen Energie repräsentierenden "Wert" umgewandelt wird. Die (Energie darstellende) Ausgabe der Suchtabelle 24 besteht ebenfalls aus einer 8-Bit-Zahl und wird über eine Mehrfachverbindung 158 einem Eingang des Addierers 26 zugeführt. Der zweite Eingang des Addierers 26 ist mit der Rückkoppelungsschleife 32 verbunden. Die Ausgabe des Addierers 26 besteht aus einer 8-Bit-Zahl, die die aufsummierten Energieeinheiten wiedergibt, mit denen die Widerstandselemente 40-1 bis 40-n unter verschiedenen Betriebsbedingungen des Drucksystems 10 beaufschlagt wurden, wie dies im Diagramm 100 (Fig. 2) dargestellt ist. Die Ausgabe des Addierers 26 wird über eine Mehrfachverbindung 160 an einen Eingang eines Registers 28 angelegt. Das Register 28 weist einen mit der Leitung 54 verbundenen Taktansteuerungseingang (CLK) und einen mit der Leitung 162 verbundenen Ltschansteuerungseingang (CLR) auf. Vor Beginn des Druckens einer Pixelzeile löscht ein an die Leitung 162 angelegter Startimpuls (sogenannter "Zeilenstart-Impuls") das Register und macht das Drucksystem 10 für den Druckvorgang der nächsten Zeile betriebsbereit. Wird nun ein Ansteuerungsimpuls an die Leitung 54 angelegt, werden - wie weiter oben erläutert - die entsprechenden Transistoren 42-1 bis 42-n und deren Widerstandselemente 40-1 bis 40-n eingeschaltet (entsprechend dem Vorliegen von "Nullen" in den zugehörigen Speicherelementen 48-1 bis 48-n). Die Rückflanke des Ansteuerungsimpulses führt die dann im Addierer vorhandenen Daten über die Mehrfachverbindung 160 dem Register 28 zu. Diese zeitliche Abstimmung gewährleistet, daß alle vorherigen Pixeldruckdaten für eine Zeile von dem Druckkopf und Treiber 12 gedruckt wurden, bevor dem Register 28 neue Energiedaten zugeführt werden. Das Register 28 ist über eine Mehrfachverbindung 164 mit der Suchtabelle (LUT2) 30 verbunden. Diese zweite Suchtabelle 30 wandelt die einzelnen Eingabewerte (die die aufsummierte Energie repräsentieren) dann im Register 28 in einen "Kompensations"-Wert um, der dann über die Mehrfachverbindung 166 an einen "A"-Eingang des Komparators 16 angelegt wird. Ein "B"-Eingang des Komparators 16 ist über eine Mehrfachverbindung 168 mit dem Datenausgang des Zeilendatenspeichers 18 verbunden. Von einer (nicht dargestellten) Quelle werden an einem Anschluß 170 Bilddaten (zum Beispiel 8-Bit-Daten) seriell in die entsprechenden Adressen des Zeilendatenspeichers 18 eingegeben. Ein Takteingang (CLK) des Zählers 20 ist mit der Leitung 64 verbunden. Über eine Mehrfachverbindung 172 legt der Zähler 20 Addreßdaten an den Zeiendatenspeicher 18 an und steuert damit die adressenweise (entsprechend den Adressen der Speicherelemente 56-1 bis 56-n) Zuführung der Bilddatenausgabe vom Zeilendatenspeicher 18 zum Komparator 16.
• Zum Beispiel werden während des Betriebes des Thermodrucksystems 10 8-Bit- Bilddaten an den entsprechenden Adressen des Zeilendatenspeichers 18 gespeichert. Zu Beginn des Druckens einer Pixelzeile wird der im Zeilendatenspeicher 18 gespeicherte Bilddatenwert adressenweise über die Leitung 168 an den Eingang B des Komparators 16 angelegt. Die einzelnen am Eingang B anliegenden Datenwerte werden mit dem dann am Eingang A des Komparators 16 anliegenden "Kompensations"-Wert verglichen. Ist der Wert A niedriger als der Wert B, wird für eine entsprechende Adresse der Speicherelemente 56-1 bis 56-n des Zeilenregisters 58 eine "Eins" über die Leitung 62 in das Register 58 eingegeben. Ist der Wert B gleich oder höher als der Wert A, wird in das Register 58 eine "Null" eingegeben. Auf diese Weise werden für alle Speichereemente 56-1 bis 56-n (zum Beispiel 2400 Speicherelemente) die entsprechenden "Einsen" und "Nullen" in das Register 58 geladen. Diese "Einsen" und "Nullen" werden dann, wie vorstehend bereits erläutert, in die entsprechenden Speicherelemente 48-1 bis 48-n des Druckkopfregisters 50 verschoben. Der nächste an die Leitung 54 angelegte Ansteuerungsimpuls veranlaßt die Transistoren 42-1 bis 42-n, die Widerstandselemente 40-1 bis 40-n zu aktivieren und sie mit den der Folge von Einsen und Nullen im Druckkopfregister 50 entsprechenden Impulsen anzusteuern (oder nicht anzusteuern). Nach dieser ersten Drucksequenz wird die nächste, ähnliche Sequenz eingeleitet, usw. bis zum Erreichen der Gesamtzahl von 256 (8-Bit-Äquivalent) und damit zum Abschluß des Drucks einer Pixelzeile in Übereinstimmung mit den dann im Zeilendatenspeicher 18 gespeicherten Bilddaten für diese Zeile. Wenn zum Beispiel die im Zeilendatenspeicher 18 gespeicherten 8-Bit-Daten erfordern, daß alle Pixel mit voller Dichte gedruckt werden (Fall A in Fig. 2), empfängt der Komparator 16 an seinem Eingang B schrittweise den Bilddatenwert und zählt aufwärts von "Null" entlang der Linie 102 (Fall A) bis zum Erreichen des Werts "255" (entsprechend dem Wert N und dem durch die gestrichelte Linie dargestellten Energiewert 106). Jetzt stimmt der "Kompensations"-Wert am Eingang A des Komparators 16 mit dem Wert am Eingang B überein, so daß kein weiteres Drukken für diese Pixelzeile erfolgt. Verläuft der Betrieb des Systems 10 gemäß dem Fall B entlang der Linie 108 (Drucken nur eines Pixels mit maximaler Dichte), wird der an den Eingang A des Komparators 16 angelegte "Kompensations"-Wert aus der Suchtabelle (LUT2) 30 wie zuvor beschrieben so angepaßt, daß er dem Wert N1 entspricht; an diesem Punkt ist der Energiewert 106 erreicht, und das Drucken wird beendet. Bei Betrieb des Systems 10 entsprechend dem Fall G wird in entsprechender Weise der Kompensationswert so angepaßt, daß er dem Wert N2 entspricht und derselbe Energiepegel 106 erreicht wird. Auf diese Weise erhält man für alle Betriebsbedingungen oder Kombinationen von Betriebsbedingungen des Drucksystems 10 einen einheitlichen Energiewert (und eine einheitliche Dichte).
• Es ist ersichtlich, daß die Druckkompensationsschaltung, bestehend aus dem ND- Wandler 22, der Suchtabelle 24, dem Addierer 26, dem Register 28 und der Suchtabelle 30, Schwankungen in der Versorgungsspannung +V mit großer Genauigkeit und Effizienz kompensiert. Die genannten Schaltungselemente können zum Beispiel in Form eines einzelnen, preiswerten Mikrocontrollers, zum Beispiel eines Intel Nr.8051, und eines preiswerten ND-Wandlers vorgesehen werden, die zusammen etwa $5 kosten. Dies ist weit billiger als die genaue Regelung der vom Netzteil 14 gelieferten Spannung. Außerdem werden Spannungsschwankungen, die direkt an den Widerstandselementen 40-1 bis 40-n auftreten, ebenfalls durch die erfindungsgemäße Druckkompensationsschaltung kompensiert.
• In Fig. 3 ist ein Teil eines erfindungsgemäßen Thermodrucksystems 200 dargestellt. Nicht dargestellte Teile des Thermodrucksystems 200 sind mit den entsprechenden Teilen des Drucksystems 10 in Fig. 1 identisch. Auch einige der dargestellten Elemente des Systems 200 sind mit entsprechenden Elementen des Systems 10 identisch; diese sind mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet. Wie in Fig. 3 zu erkennen ist, sind der ND-Wandler 22, die Suchtabelle (LUT1) 24, der Addierer 26 und das Register 28 miteinander verbunden und arbeiten in derselben Weise, wie dies weiter oben für das System 10 in Fig. 1 beschrieben wurde. Die Ausgabe des Registers 28 wird über eine Mehrfachverbindung 202 einem ersten Eingang einer zweidimensionalen Suchtabelle (2 DIM LUT2) 204 zugeführt, deren Ausgang über eine Mehrfachverbindung 205 mit dem A-Eingang des weiter oben anhand der Fig. 1 beschriebenen Komparators 16 verbunden ist. Über eine Leitung 206 wird ein der Gesamttemperatur des (nicht dargestellten) Druckkopfs entsprechendes Signal einem ND-Wandler 208 zugeführt, der das Signal digitalisiert und das digitalisierte Signal über eine Mehrfachverbindung 210 an einen zweiten Eingang der zweidimensionalen Suchtabelle 204 anlegt. Diese Suchtabelle ist dem Fachmann in ihrer Art bekannt. Sie gibt an die Mehrfachverbindung 205 eine Korrekturwertausgabe (ähnlich dem von der Suchtabelle 30 gelieferten Korrekturwert) aus, die für die "Kompensation" entsprechend der an der Leitung 152 anliegenden Druckkopf-Versorgungsspannung +V und auch dem auf der Leitung 206 anliegenden Druckkopf-Temperatursignal sorgt. Schwankungen in der Gesamttemperatur des Druckkopfs (einschließlich des Substrats und des Kühlkörpers) vor und während eines Druckvorgangs sowie Schwankungen in der Versorgungsspannung werden im Drucksystem 200 kompensiert. Grundsätzlich arbeitet das Drucksystem 200 entsprechend den in Fig. 2 dargestellten Bedingungen jedoch mit geringfügigen Verschiebungen der Linien 102,108 und 116, bedingt durch Schwankungen der Druckkopftemperatur). Im übrigen entspricht die Arbeitsweise des Drucksystems 200 der Arbeitsweise des Drucksystems 10.
• Es versteht sich, daß die beschriebenen Ausführungsformen der Darstellung der allgemeinen Prinzipien der Erfindung dienen. Für den Fachmann sind Änderungen naheliegend, ohne vom Umfang der Ansprüche abzuweichen. Zum Beispiel sind die Daten nicht auf 8 Bits beschränkt, und auch die Anzahl der Widerstandsheizelemente ist nicht auf 2400 begrenzt

Claims (11)

1. Thermodrucksystem (10) mit einem Druckkopf, der eine Vielzahl von Widerstandsheizelementen (40-1, 40-2.... 40-n) aufweist, die einzeln mit periodischen elektrischen Steuerimpulsen zum Drucken von Halbtonpixeln eines Bildes betrieben werden, elektrischen Treiberstufen (42-1, 42-2...42-n) zum Ansteuern der Widerstandselemente (40-1, 40-2...40-n) mit einzelnen elektrischen Steuerimpulsen, die eine Spannungsamplitude und eine Impulsbreite aufweisen, und einer Kompensationslogik und Datenspeicherschaltung (22, 24, 26, 28, 30) zur Steuerung der Treiberstufen (42-1, 42-2...42-n) durch periodische Logikimpulse gemäß den Bilddaten zum Drucken der Pixel mit im wesentlichen gleichmäßiger, den Bilddaten entsprechender Dichte; gekennzeichnet durch die Kompensationslogik und Datenspeicherschaltung (22, 24, 26, 28, 30), die aus einer gemessenen Spannungsamplitude die den Widerstandselementen (40-1, 40-2...40-n) durch die periodischen Steuerimpulse zugeführte Energie ermittelt und die elektrischen Treiberstufen (42-1, 42-2...42-n) mit einer angepaßten Anzahl von Logikimpulsen beaufschlagt, um den Widerstandselementen (40-1, 40-2...40-n) gleichmäßige Energie für gegebene Eingangsbilddaten zuzuführen, so daß Veränderungen in der Spannungsamplitude der elektrischen Steuerimpulse bei Betrieb des Drucksystems (10) kompensiert werden.

2. Thermodrucksystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- die elektrischen Treiberstufen (42-1, 42-2.. .42-n) ein Netzteil (14) zur Spannungsversorgung der Widerstandselemente (40-1, 40-2.. .40-n) des Druckkopfes aufweisen; und

- die Kompensationslogik und Datenspeicherschaltung (22, 24, 26, 28, 30) Mittel (22) zum Überwachen von Veränderungen in der den Widerstandselementen (40-1, 40-2...40-n) zugeführten Spannung und Mittel (26) zum Aufaddieren entsprechender Mengen an Energie der den Widerstandselementen (40-1, 40-2... 40-n) zugeführten elektrischen Impulse aufweist, um die angepaßte Anzahl elektrischer Steuerimpulse zu erhalten.

3. Thermodrucksystem (10, 200) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationslogik und Datenspeicherschaltung (22, 24, 26, 28, 30) Temperaturdatenmittel (208) zum Überwachen der Gesamttemperatur des Druckkopfes und zum Anpassen der angepaßten Anzahl der elektrischen Steuerimpulse aufweist, um zusätzlich Kompensation für die Gleichmäßigkeit der gedruckten Pixeldichten zu erreichen.

4. Thermodrucksystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Kompensationslogik und Datenspeicherschaltung (22, 24, 26, 28, 30) einen Analog/Digitaiwandler (22), eine erste Suchtabelle (24), einen Addierer (26), ein Register (28), eine zwischen Register (28) und Addierer (26) geschaltete Rückkoppelungsschleife (32), eine zweite Suchtabelle (30) und einen Komparator (16) aufweist;

- der Analog/Digitalwandler (22) so ausgebildet ist, daß er ein Signal verarbeiten kann, das der den Widerstandselementen (40-1, 40-2...40-n) zugeführten Spannung entspricht, und ein an seinem Ausgang erzeugtes Digitalsignal der ersten Suchtabelle (24) zuführt;

- der Ausgang der ersten Suchtabelle (24) mit dem Eingang des Addierers (26) verbunden ist;

- der Addierer (26), das Register (28) und die Rückkoppelungsschleife (32) die beim zeilenweisen Drucken der Pixel angesammelte Energie zahlenmäßig erfassen;

- ein Ausgang (164) des Registers (28) mit dem Eingang der zweiten Suchtabelle (30) verbunden ist; und

- die zweite Suchtabelle (30) in der Lage ist, die vom Register (28) zahlenmäßig erfaßte Energie in angepaßte Zählwerte umzuwandeln, der Ausgang der zweiten Suchtabelle (30) mit einem Eingang des Komparators (16) verbunden ist, so daß die dem Komparator (16) zugeführten angepaßten Zählwerte die tatsächliche Anzahl von elektrischen Impulsen, die den Widerstandselementen (40-1, 40-2.. .40-n) gemäß den Bilddaten zugeführt werden, ausgleichen.

5. Thermodrucksystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationslogik und Datenspeicherschaltung (22, 24, 26, 28, 30) einen Komparator (16) aufweist zum Vergleichen der Bilddaten Wert für Wert mit den angepaßten Zählwerten aufweist.

6. Thermodrucksystem nach Anspruch 1, das folgende Komponenten umfaßt: eine Vielzahl von Widerstandsheizelementen (40-1, 40-2.. .40-n) in einem Druckkopf zum Drucken eines Bildes mittels thermischer Farbstoffübertragung von Halbton-Tintenpixeln, ein Netzteil (14) zum Anlegen einer Spannung an die Widerstandselemente (40-1, 40-2.. .40-n) während periodischer Erregerimpulse, eine Vielzahl von Schaltelementen (42-1, 42-2.. .42-n) zum jeweiligen Verbinden der Widerstandselemente (40-1, 40-2...40-n) mit der Netzspannung während periodischer Erregerimpulse, um Tintenpixel mit einer den Bilddaten entsprechenden Halbtondichte zu drucken, und Mittel (48-1, 48-2.. .48-n) zum Empfangen und Speichern von Bilddaten, die als Pixel entsprechender Dichte zu drucken sind; gekennzeichnet durch

- Mittel (22) zum Messen der den Widerstandselementen zugeführten Spannung, um die den Widerstandselementen (40-1, 40-2...40-n) zugeführte Anzahl von Energieeinheiten zu ermitteln und zum Summieren der Anzahl der Energieeinheiten;

- Mittel (26) zum Bestimmen angepaßter Zählwerte für den Widerstandselementen (40-1, 40-2... 40-n) zugeführte Energieimpulse aus den aufsummierten Werten der Energieeinheiten; und

- Mittel (16) zum pixelweisen Vergleichen der angepaßten Zählwerte mit den Bilddaten und zum Ansteuern der jeweiligen Schaltelemente (42-1, 42-2.. .42-n) durch periodische Steuerimpulse, bis die jeweiligen angepaßten Zählwerte und Bilddaten übereinstimmen, so daß Schwankungen in der Versorgungsspannung ausgeglichen werden und unerwünschte Veränderungen der Pixeldichte reduziert werden, damit Schwankungen der Betriebsbedingungen kompensiert werden, um gleichmäßigere Dichten von halbtongedruckten Pixeln zu erhalten, die im wesentlichen genau den Bilddaten entsprechen.

7. Thermodrucksystem (10, 200) nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Mittel (208) zum Messen der Druckkopf- Gesamttemperatur und zum weiteren Anpassen der angepaßten Energiezählwerte, um auch Veränderungen der Druckkopftemperatur auszugleichen.

8. Thermodrucksystem (10, 200) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (22) zum Messen und die Mittel (26) zum Bestimmen einen Microcontroller in Verbindung mit einem Analog/Digitalwandler aufweisen.

9. Thermodrucksystem (10, 200) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Microcontroller eine erste Suchtabelle (24) zum Umwandeln von Spannung in Energie und eine zweite Suchtabelle (30) zum Umwandeln aufsummierter Energieeinheiten in die angepaßten Zählwerte aufweist.

10. Verfahren zum Betreiben eines Thermodruckers (10, 200) mit einer Vielzahl von Widerstandsheizelementen (40-1, 40-2... 40-n), die durch periodische Energieimpulse angesteuert werden, um bei Betrieb des Druckers, mit zeilenweisem Drucken der Pixel gemäß den Bilddaten, über einen Bereich von Bedingungen gleichmäßigere halbtongedruckte Pixel zu erhalten, wobei das Verfahren durch folgende Schritte gekennzeichnet ist:

- Bestimmen einer aktuellen Anzahl von den Widerstandsheizelementen (40-1, 40-2.. .40-n) durch jeden Energieimpuls zugeführten Energieeinheiten und impulsweises Summieren der Anzahl der Energieeinheiten;

- Erzeugen von Kompensationswerten, die der aufsummierten Anzahl der Energieeinheiten entsprechen;

- Vergleichen der Kompensationswerte mit den Bilddaten; und

- impulsweises Ansteuern der jeweiligen Widerstandselemente (40-1, 40-2...40-n), bis Kompensationswerte und Bilddaten übereinstimmen, so daß die gedruckten Pixel in ihrer Dichte im wesentlichen der durch die Bilddaten vorgegebenen Dichte entsprechen.

11. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

- Bestimmen der Gesamttemperatur der Widerstandselemente (40-1, 40-2...40-n); und

- Anpassen der auch für den Ausgleich von Temperaturschwankungen erzeugten Kompensationswerte.