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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Systeme und Verfahren zum Kompensieren
thermisch verursachter Veränderungen
der Größe von Tröpfchen, die
von einem Tintenstrahldruckkopf ausgestoßen werden, und insbesondere
ein Steuerungsverfahren und eine Steuerungsvorrichtung, in denen
Halbtonlevels basierend auf der Temperatur des Druckkopfs angepasst
werden, so dass die Anzahl von Punkten, die pro Flächeneinheit
gedruckt werden, basierend auf der Temperatur angepasst wird, um
dadurch thermisch verursachte Veränderungen in dem gedruckten
Bild zu kompensieren.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Heutzutage
haben thermische Tintenstrahldrucker aufgrund ihrer geringen Größe, Portabilität, Effizienz
und Eignung, einen hochwertigen Druck zu erzeugen, eine große Akzeptanz
zum Einsatz beim Drucken von Computerbildern erlangt. Der Druckkopf eines
typischen thermischen Tintenstrahldruckers besitzt eine Vielzahl
genau geformter Düsen,
wobei jede Düse
in Fluidverbindung mit einer Kammer ist, die Tinte von einem Tintenreservoir
empfängt.
An jede Kammer grenzt ein elektrisches Widerstandselement an, bekannt
als ein thermischer Tintenstrahlwiderstand, welches gegenüber der
Düse angeordnet
ist, so dass sich Tinte zwischen der Düse und dem Widerstand ansammeln
kann. Elektrische Druckpulse erwärmen
den thermischen Tintenstrahlwiderstand, wobei ein kleiner Anteil
der Tinte neben dem Widerstand verdampft, wodurch mechanische Energie
an eine Tintenmenge abgegeben wird und die Tinte durch die Düse des Druckkopfs
in Richtung auf ein Druckmedium getrieben wird. Die ausge stoßenen Tropfen
sammeln sich auf dem Medium an und bilden darauf gedruckte Zeichen
und/oder Bilder. Das Drucken wird im Allgemeinen durch inkrementelles
Bewegen des Mediums in einer ersten Richtung relativ zu dem Druckkopf
und Bewegen des Druckkopfs in einer zweiten Richtung, die senkrecht
zu der ersten Richtung ist, durchgeführt. Eine Anzahl von Düsen kann
quer über
den Druckkopf versorgt werden, so dass eine Anzahl von Tropfen auf
einmal von dem Druckkopf ausgestoßen werden können. Der Abstand
der Düsen
und das inkrementelle Fortschreiten des Druckkopfs und des Mediums
definieren die Auflösung
des gedruckten Bildes. Ein Drucker mit 600 Punkten pro Zoll Auflösung kann
600 Punkte pro Quadratzoll drucken, oder mit anderen Worten, jeder
mit dem Druckkopf gedruckte Punkt kann ungefähr einen 1/600 × 1/600
Quadratzoll-Bereich abdecken. Dieser kleine Bereich, der durch einen
Punkt abgedeckt werden kann, wird allgemein als ein Bildelement
oder "Pixel" bezeichnet.
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Halbtondrucken
ist eine Art von Drucken die verwendet werden kann, um Text zu drucken,
ist aber insbesondere nützlich
zum Drucken grafischer Bilder, wie z. B. beim Desktop-Publishing,
so dass detailliertere Bilder erzeugt werden können. Das Verfahren macht sich
die Tendenz des menschlichen Auges zu Nutze, Gruppen von Punkten
miteinander verschwimmen zu lassen und sie in einem einzigen wahrgenommenen
Farbton zusammenzufassen. Je mehr Punkte pro Flächeneinheit vorhanden sind, desto
dunkler wird der Farbton erscheinen.
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Typischerweise
bedingt ein solches Drucken das Aufteilen des Ausgangsbildes in
eine Anzahl von Pixel, die der Auflösung des Drucker entspricht,
und dann das Zuordnen eines Halbtonlevels für jedes Pixel, abhängig von
der Graustufe des bestimmten Pixel des Ausgangsbilds. Der Farbton
fällt in
eine Graustufe, die eine fortschreitende Reihe von Farbtönen ist,
die von Schwarz bis einschließlich
Weiß reichen. Die
Anzahl von Grautönen,
die verwendet werden kann, um jedes Pixel in dem Ausgangsbild zu
beschreiben (und somit die Anzahl von Halbtonlevels), hängt von
dem Speicheranteil ab, der für
jedes zu druckende Pixel zugewiesen ist. Je mehr Bits beim Codieren
von Graustufen verwendet werden, desto mehr mögliche Abstufungen gibt es.
Beispielsweise ermöglicht
die Verwendung von zwei Bits pro Pixel vier Halbtonlevels pro Pixel,
sechs Bit ermöglichen 64
Levels und 8 Bits ermöglichen
256 Levels. Jedoch, wenn die Anzahl von Bits ansteigt, tut dies auch
der Bedarf an Speicherkapazität.
Beispielsweise ist bei 256 Graustufen ein Byte Speicher für jedes Pixel
in dem Bild erforderlich. Dementsprechend erfordert ein kleines
Bild, das 100 Pixel breit und 100 Pixel hoch ist, 10.000 Byte an
Speicher. Demzufolge werden üblicherweise
Detail- und Speicheranforderungen abgestimmt, um das bestmögliche Bild
bei den geringsten Speicherkapazitätskosten bereitzustellen.
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Der
Halbtonlevel jedes Pixel entspricht einer Wahrscheinlichkeit des
Druckens eines Punktes auf diesem bestimmten Pixel. Beispielsweise
bedeutet in einem Ausführungsbeispiel
ein Halbtonwert von Null, dass ein schwarzer Punkt auf diesem Pixel
absolut nicht gedruckt werden sollte, ein Wert von 255 bedeutet,
dass ein Punkt durchaus auf diesem Pixel gedruckt werden sollte,
und ein Wert von 128 bedeutet, dass es dort eine etwas größere als
50% Wahrscheinlichkeit (128/255) gibt, dass ein Punkt auf diesem
bestimmten Pixel gedruckt wird. Somit würde beispielsweise ein Ausgangsbild,
welches aus einer gesamten Seite besteht, die mit einem "mittleren" Grau gefärbt ist,
so abgebildet werden, dass allen Pixel, die auf das Druckmedium
gedruckt werden sollen, ein Halbtonlevel von 128 zugewiesen ist,
wodurch bei jedem Pixel eine 50% Wahrscheinlichkeit geschaf fen wird,
dass ein Punkt gedruckt werden wird. Somit werden auf dieser Seite
auf ungefähr 50%
der verfügbaren
Pixel Punkte platziert werden. Wenn sie gedruckt sind, verschwimmen
die Punkte visuell miteinander, um als eine "mittlere" Graustufe zu erscheinen.
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Jedoch
wird die Qualität
und Konsistenz der Halbtonbilder, die durch Tintenstrahldrucker
gedruckt werden, von der Temperatur des Druckkopfs beeinflusst.
Wenn die Temperatur des Druckkopfs ansteigt, wird die Tropfengröße, die
durch jede Düse
erzeugt wird, größer, da
der Temperaturanstieg die Viskosität der Tinte in der Kammer mindert,
wobei die Erzeugung größere Dampfblasen
verursacht wird, wodurch mehr massige Tröpfchen ausgestoßen werden. Dementsprechend
bilden die größeren Tröpfchen größere Spritzer
auf der Seite, auf die der Drucker druckt, und diese größeren Spritzer
führen
wiederum dazu, dass das Bild, welches erzeugt wird, anders aussieht
als das Bild das erzeugt wird, wenn der Druckkopf bei einer geringeren
Temperatur arbeitet. Außerdem
bedeuten mehr massive Tröpfchen,
dass mehr Tinte auf der Seite abgelagert wird, was die Wahrscheinlichkeit
erhöht,
dass sich das Papier wellt und die Tinte verschmiert.
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Die
Temperatur des Druckkopfs steigt am signifikantesten, wenn ein sehr
dunkles Bild gedruckt wird, da zahlreiche Punkte aus dem Druckkopf
ausgestoßen
werden, um das dunkle Bild zu erzeugen, und zahlreiche Widerstände erwärmt werden,
um die Punkte zu erzeugen, wobei die akkumulierte Wärme der
Widerstände
die Temperatur des Druckkopfs ansteigen lässt. Somit wird der Druckkopf,
wenn er eine Druckzeile oder einen "Durchgang" abschließt, häufig eine höhere Temperatur besitzen als
wenn er den Durchgang begonnen hatte. Der Druckkopf kann auch diese
höhere
Temperatur während
des nächsten
zu druckenden Durchgangs beibehalten. Beispielsweise kann eine Seite,
die als eine einheitliche Graustufe gedruckt werden soll, mit Änderungen
in der Graustufe ausfallen, die an verschiedenen Stellen auf der
Seite erzeugt werden. Wenn der Druckkopf von links nach rechts und
von oben nach unten druckt, kann auf dem rechten Teil der Seite
eine dunklere Graustufe vorhanden sein als auf dem linken Teil der
Seite und gleichermaßen
kann in der unteren Hälfte
der Seite eine dunklere Graustufe vorhanden sein als in der oberen
Hälfte
der Seite. Außerdem,
wenn die Druckkopftemperatur während des
tatsächlichen
Druckens anders ist als die Druckkopftemperatur, die beim Erzeugen
der Halbtonlevels angenommen wird, werden die Farbtöne des gedruckten
Bildes nicht völlig
mit den Ausgangsbilddaten übereinstimmen.
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Bisher
wurde das Problem schlechter Druckqualität aufgrund von Temperaturveränderungen durch
Steuern der Temperatur des Druckkopfs angegangen. Da jedoch aktives
Kühlen,
wie z. B. durch die Verwendung thermoelektrischer Kühlung, Kreislaufpumpen
und Ähnlichem,
nicht wirtschaftlich ist, war passives Kühlen das Verfahren, das von
den meisten thermischen Tintenstrahlherstellern eingesetzt wurde.
Ein Verfahren passiven Kühlens
ist einen Aluminiumkühlkörper einzusetzen,
um die Wärme
zu absorbieren, die durch den Druckkopf erzeugt wird. Durch Verwendung
dieses Verfahrens wird der Mikrocode des Druckers nach jeder Druckzeile
dem Druckkopf die Anweisung erteilen, am Seitenrand zu warten, bis
der Druckkopf durch Ableitung von Wärme an den Kühlkörper auf
den gewünschten
Temperaturbereich abkühlt.
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Jedoch
ist das passive Kühlen
des Druckkopfs nicht ohne Nachteile. Die zusätzliche Beeinflussung der Verzögerung während des
Abkühlens des
Druckkopfs kann im Zeitablauf deutlich erkennbar sein und eine erhebliche
Auswirkung auf den Durchsatz des Druckers haben. Außerdem,
wenn der Druckkopf nicht auf ungefähr die gleiche Temperatur wie
vor je der Druckzeile abkühlt,
wird der Druckkopf eine variable Tröpfchengröße erzeugen und daher eine
variable Ausgabe von Durchgang zu Durchgang. Solche Veränderungen
von Durchgang zu Durchgang sind äußerst problematisch,
da sie die am meisten Sichtbaren sind. Außerdem erfordern sowohl die
passiven als auch die aktiven Temperatursteuerungsverfahren den
Einsatz eines Temperatursensors auf dem Druckkopf, der sich abnutzen
und die Kosten des Druckers erhöhen
kann. Des Weiteren muss, dass die Temperatursteuerungsmaßnahmen
erfolgreich sind, die Druckkopftemperatur innerhalb eines 5°C Temperaturbereichs
beibehalten werden, und das Beibehalten solch einer Kontrolle kann, während der
Eingangsleistung des Druckkopfs erlaubt wird, sich für alle Druckdichten
frei zu verändern,
schwierig und teuer sein.
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Eine
weitere Vorgehensweise bei dem Problem der Temperaturveränderungen
war, die Spannung und Pulsbreite zu variieren, die an den Widerstandselementen
angelegt werden, welche bewirken, dass die Tröpfchen gebildet und ausgestoßen werden.
Beispielsweise offenbart das US Patent Nr. 5,483,265, erteilt für Kneezel
et al., ein Steuerungsverfahren, in dem die Temperatur des Druckkopfs des
Tintenstrahldruckers abgetastet wird und das Wärmeelement 26 wird mit einem
Puls vorbestimmter Leistung und Dauer basierend auf der abgetasteten
Temperatur gespeist, so dass die resultierende Spritzergröße nahe
der optimalen Größe ist.
Gemäß dem Patent
können,
nachdem die Druckkopftemperatur abgetastet wird, eine vorbestimmte
Pulsdauer und Spannung für
die abgetastete Druckkopftemperatur aus einer Nachschlagetabelle
abgefragt werden und dann an dem Wärmeelement angelegt werden. Wenn
die abgetastete Temperatur größer ist
als die vorbestimmte Temperatur für die gewünschte Tintentröpfchengröße, wird
die Pulsdauer verkürzt
und die Pulsspannung wird erhöht,
um die gewünschte
Tröpfchengröße beizubehal ten.
Wenn jedoch die abgetastete Temperatur geringer ist als die vorbestimmte Temperatur,
kann die Pulsdauer verlängert
werden und die Spannung kann verringert werden, um die gewünschte Tröpfchengröße beizubehalten.
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Das
US Patent Nr. 5,610,638, erteilt für Courtney, offenbart einen
weiteren Ansatz zum Kompensieren temperaturverursachter Tröpfchengrößeveränderungen.
Gemäß diesem
Patent tastet ein Temperatursensor 16 die Temperatur neben dem Druckkopf
ab und wählt
zum Drucken entweder einen Einzeldurchlauf-Druckmodus mit 100 Abdeckung oder
einen Doppeldurchlauf-Schachbrettmusterdruckmodus mit 50% Abdeckung
aus. In dem Einzeldurchlaufmodus wird jeder Druckdurchgang in einem Durchlauf
gedruckt, während
in dem Doppeldurchlaufmodus zwei Durchläufe des Druckkopfs für jeden Druckdurchgang
verwendet werden. Das Patent offenbart auch das Variieren der Einspritzrate
(oder Frequenz) basierend auf der abgetasteten Temperatur. Wie in 3 des
Patents gezeigt, wenn die abgetastete Temperatur geringer oder gleich
30°C ist
und die Dichte des zu druckenden Bildes gering ist, wird die Ausstoßfrequenz
bei 6 kHz ausgewählt
und der Einzeldurchlaufmodus wird ausgewählt. Wenn jedoch für das zu
druckende Bild festgelegt wird, dass es eine hohe Dichte besitzen
soll, und die Temperatur geringer oder gleich 30°C ist, wird die Frequenz auf 4,5
kHz reduziert und der Einzeldurchlaufmodus wird beibehalten. Wenn
die Temperatur größer ist
als 30°C,
sowohl für
Bilder geringer Dichte als auch hoher Dichte, wird die Frequenz
bei 6 kHz gehalten und der Drucker verwendet den Doppeldurchlaufmodus.
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Jedoch
besitzen die Temperaturkompensationsmittel, die durch diese Patente
offenbart werden, bestimmte Nachteile. Zuerst benötigen beide
einen Temperatursensor der eingesetzt wird, um die Temperatur des
Druckkopfs zu bestimmen. Auch das Anpassen der Energie, die durch
Variieren der Spannung oder Pulsbreite an die Düsen geliefert wird, wie in
Kneezel offenbart, kann die Druckkopflebensdauer reduzieren und
ist jenseits eines bestimmten Energielevels wirkungslos. Außerdem,
während
eine Steuerung der Energielevels, die an den Druckkopf geliefert
werden, für
bestimmten Druckertypen gut arbeiten können, kann es schwierig sein,
sie in Tintenstrahldruckern zu implementieren, da es die Technik
der Blasenerzeugung in einem dünnen
Film flüssiger
Tinte schwierig macht, eine Tröpfchenmasse durch
Steuern der Abfeuerungsenergie genau zu steuern. Des Weiteren beruht
das Anpassen der Ausstoßfrequenz,
wie in Courtney offenbart, auf dem Abfeuern von Tröpfchen bei
einer Taktdauer, die nahe der Nachfüllzeit des Druckkopfs liegt,
wodurch größere oder
kleinere Tröpfchen
ausgestoßen
werden. Jedoch, wenn die Herstellung des Druckkopfs und der Tintenpatrone
nicht streng kontrolliert wird, kann die Nachfüllzeit des Druckers signifikant
variieren, wodurch große
Unterschiede bei der Nachfülldynamik
hervorgerufen werden und das Steuerungsverfahren unberechenbar machen.
Keines der Patente offenbart eine Temperaturkompensationsmaßnahme zum
Halbtondrucken, welche die Steuerung der Anzahl von Punkten umfasst,
die durch Anpassen von Pixelhalbtonlevels basierend auf einer Temperatur ausgestoßen werden,
und keines der Patente offenbart ein Temperaturvorhersageverfahren,
welches die Anzahl von Punkten zählt,
die durch den Druckkopf abgefeuert werden sollen, um die Druckkopftemperatur
vorherzusagen.
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EP 0 606 022 offenbart eine
Aufzeichnungsvorrichtung, wo bei geringer Temperatur Ausgangssignale
für ein
bestimmtes Eingangssignal erhöht
werden und wo bei hohen Temperaturen Ausgangsdaten geringer gemacht
werden als der Standardzustand. Eine Temperaturschätzung wird
aus früheren
Druckdaten hergeleitet.
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Dementsprechend
ist es, um die obigen und andere Probleme zu überwinden, wünschenswert, ein
System und ein Verfahren zum Kompensieren temperaturverursachter
Veränderungen
der Tröpfchengröße in einem
thermischen Tintenstrahldrucker zu haben, welche keine strenge Steuerung
der Druckkopftemperatur erfordern, welche keine Anpassung der Druckkopfparameter
erfordern und welche keine Temperaturabtastmittel erfordern. Ferner
ist es wünschenswert
so ein System und so ein Verfahren zu haben, welche Veränderungen
der Druckqualität von
Durchgang zu Durchgang effektiv reduziert sowie eine Wellenbildung
im Papier und ein Verschmieren reduzieren und die Reservoirlebensdauer
erhöhen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Dementsprechend
ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die oben beschriebenen
Probleme zu vermeiden.
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Es
ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
und eine Vorrichtung bereitzustellen, welche thermisch verursachte
Tröpfchengrößeveränderungen
in einem binären
Tintenstrahldrucker wirksam kompensiert.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist, thermisch verursachte Tröpfchengrößeveränderungen
zu kompensieren, ohne den Bedarf, die Druckkopftemperatur streng
zu steuern.
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Ein
noch weiteres Ziel der Erfindung ist, die Druckqualität und Konsistenz
zu verbessern, welche durch die Tintenstrahldrucker erzeugt werden.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist, ein Verschmieren und
Wellenbildung im Papier zu mindern.
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Es
ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Kompensieren von Tröpfchengrößeveränderungen in Tintenstrahldruckern
bereitzustellen, ohne den Bedarf, Druckkopfparameter anzupassen, wie
z. B. die Spannung und die Pulsbreite, die an dem Druckkopf angelegt
werden, und/oder die Abfeuerungsfrequenz des Druckkopfs.
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Ein
weiteres Ziel ist, so ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen,
die kostengünstig sind.
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Zusätzliche
Ziele, Vorteile und andere neue Merkmale dieser Erfindung werden
zum Teil in der Beschreibung dargelegt werden, die folgt.
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Um
die vorgenannten und andere Ziele zu verwirklichen und gemäß der oben
beschriebenen Zwecke der vorliegenden Erfindung, wird eine Bildbearbeitungsvorrichtung
zur Verwendung in einem binären
Drucker bereitgestellt, umfassend: eine Temperaturvorhersageeinheit
die konfiguriert ist, um eine Temperatur eines Druckkopfs vorherzusagen;
und eine Bildanpassungseinheit die konfiguriert ist, um die vorhergesagte
Druckkopftemperatur von der Temperaturvorhersageeinheit zu empfangen
und um Bilddaten zu empfangen, wobei die Bildanpassungseinheit auch
konfiguriert ist, um die Anzahl von durch den Druckkopf zu druckenden
Punkten basierend auf der vorhergesagten Druckkopftemperatur und
den Bilddaten zu bestimmen, wobei die Vorrichtung durch die Temperaturvorhersageeinheit
gekennzeichnet ist, welche umfasst: eine Zähleinrichtung die konfiguriert ist,
um eine Zählung
der Anzahl von Punkten bereitzustellen, die durch den Druckkopf
in irgendeinem vorbestimmten Bereich des Bildes gedruckt werden sollen;
und eine Temperaturvorhersageeinrichtung, die mit der Zähleinrichtung
verbunden ist, wobei die Temperaturvorhersageeinrichtung konfiguriert
ist, um die Temperatur des Druckkopfs basierend auf der Zählung vorherzusagen.
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Ferner
bereitgestellt wird ein Verfahren zum Kompensieren der Effekte thermisch
verursachter Tröpfchengrößeveränderungen
in einem binären Drucker
mit einem Druckkopf zum Erzeugen eines gedruckten Bildes von einem
Ausgangsbild durch selektives Erzeugen von Punkten auf einem Substrat, wobei
das Verfahren die Schritte umfasst: Vorhersagen einer Temperatur
des Druckkopfs; Empfangen von Bilddaten; Entscheiden, ob ein Punkt
an jedem der Vielzahl von Pixelstellen basierend auf der vorhergesagten
Temperatur und den empfangenen Bilddaten gedruckt werden soll oder
nicht; wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch ein Zählen der
Anzahl von Punkten, die durch den Druckkopf in irgendeinem vorbestimmten
Bereich des Bildes gedruckt werden sollen; und Vorhersagen der Temperatur
des Druckkopfs basierend auf der Zählung.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist
auch eine Bildverarbeitungsvorrichtung zur Verwendung in einem binären Drucker
bereitgestellt, umfassend eine Temperaturvorhersageeinheit und eine
Halbtonanpassungseinheit. Die Temperaturvorhersageinheit ist konfiguriert,
um eine Temperatur eines Druckkopfs vorherzusagen. Die Halbtonanpassungseinheit
ist konfiguriert, um die Druckkopftemperatur von der Temperaturvorhersageeinheit
zu empfangen und um Bilddaten zu empfangen, welche nominelle Halbtonwerte
umfassen. Die Halbtonanpassungseinheit ist auch konfiguriert, um
binäre
Halbtonwerte basierend auf der vorhergesagten Temperatur und den
nominellen Halbtonwerten zu bestimmen.
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Noch
weitere Ziele der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus
der folgenden Beschreibung deutlich werden, worin bevorzugte Ausführungsbeispiele
dieser Erfindung nur zu Zwecken der Illustration gezeigt und beschrieben
werden. Wie festgestellt werden wird, kann die Erfindung andere Aspekte
und Anordnungen aufgreifen als diejenigen, die nachfolgend detailliert
beschrieben werden, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen,
wie er durch die Ansprüche
definiert ist.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Obwohl
die Beschreibung mit den Ansprüchen
endet, welche die Erfindung besonders klar machen und eindeutig
beanspruchen, wird angenommen, dass die Erfindung durch die folgende
Beschreibung besser verstanden werden wird, welche im Zusammenhang
mit den beigefügten
Zeichnungen zu lesen ist, in denen:
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1 ein
Blockdiagramm ist, welches eine Vorrichtung zum Kompensieren der
Effekte thermisch verursachter Tröpfchengrößeveränderungen in einem Tintenstrahldrucker
gemäß der vorliegenden
Erfindung illustriert;
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2 ein
Ausführungsbeispiel
einer Nachschlagetabelle zur Temperaturanpassung gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt, welche teilweise gezeigt ist, wie sie mit dem
System der 1 verwendet werden könnte;
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3 ein
Diagramm ist, welches die Effekte der Druckkopftemperatur auf eine
reflektierende Luminanz des gedruckten Bildes bei verschiedenen Halbtonlevels
zeigt;
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4 eine
vergrößerte Ansicht
ist, welche die Vergrößerung der
Punktgröße darstellt,
die durch eine Tintenstrahldüse
erzeugt wird, wenn die Temperatur des Druckkopfs ansteigt;
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5 eine vergrößerte Ansicht ist, welche die
Effekte des Anpassens von Halbtonlevels entsprechend Temperaturveränderungen
des Druckkopfs darstellt, wie zum Beispiel durch das System der 1 erreicht
werden kann;
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6 eine
Tabelle ist, die verschiedene Bereiche von Punktezählungen
auf Druckkopftemperaturen beziehen; und
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7 ein
Flussdiagramm ist, welches ein Verfahren zum Vorhersagen der Druckkopftemperatur
darstellt, basierend auf dem Verhältnis ausgestoßener Punkte
zu den Gesamt punkten in dem Durchgang, wie es beispielsweise mit
dem Verfahren der 6 und durch die Temperaturvorhersageeinheit der 1 verwendet
werden kann.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Nun
detailliert Bezug nehmend auf die Zeichnungen ist 1 ein
Blockdiagramm, welches ein System zum Kompensieren thermisch verursachter Tröpfchengrößeveränderungen
in einem Tintenstrahldrucker gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt. Wie in der Figur gezeigt wird, wird eine Ausgangsbildinformation
von dem Ausgangsbildspeicher 12 empfangen. Diese Information
kann in einer Anzahl von Formen gespeichert werden und von einer Anzahl
von Geräten
empfangen werden, wie beispielsweise einem Computer oder einem Prozessor mit
Softwareanwendungen zum Erzeugen von Ausgangsbildinformation, oder
anderen Bild erzeugenden Geräten,
wie beispielsweise Videokameras oder Scanner. Der Ausgangsbildspeicher
ist typischerweise zumindest groß genug, um ausreichend Informationspixel
zu enthalten, um einen Bereich des Bildes abzudecken, der einem
Durchgang des Bildes entspricht.
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Die
Halbtonkonvertereinheit 14 empfängt die Ausgangsbildinformation
von dem Ausgangsbildspeicher 12, vorzugsweise jeweils einen
Ausschnitt, und verwendet eine Graustufen-Nachschlagetabelle (LUT,
engl. lookup table) 16, um die verschiedenen Graustufen
in dem Ausgangsbild in Wahrscheinlichkeiten des Druckens eines schwarzen
Punktes an jeder Pixelstelle in dem Ausschnitt (das heißt Halbtonlevel)
zu konvertieren, wie es im Stand der Technik des Halbtondruckens
auf Tintenstrahldruckern bekannt ist. Jede Pixelstelle in dem Ausschnitt
wird eine damit verbundene Wahrschein lichkeit besitzen und jede
Wahrscheinlichkeit wird vorzugsweise durch 8 Bit repräsentiert,
wodurch 256 (0-255) verschiedene Wahrscheinlichkeiten des Druckens
eines Punktes ermöglicht
werden, welche 256 Graustufen entsprechen, die durch die Ausgangsbildinformation
repräsentiert
werden. Der Wert 0 bedeutet, dass ein Punkt unbedingt nicht an der
bestimmten Pixelstelle gedruckt werden sollte und ein Wert von 255
bedeutet, dass ein Punkt unbedingt an der Pixelstelle gedruckt werden
sollte. Es sollte verstanden werden, das andere Anzahlen von Bits
verwendet werden können, um
diese Wahrscheinlichkeiten zu repräsentieren.
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Die
Graustufen LUT 16 enthält
genaue Halbtonlevels für
das Bild mit der Annahme, dass die Druckkopftemperatur auf einer
bestimmten nominellen Temperatur ist, wie z. B. Raumtemperatur.
Somit sind die Halbtonlevels oder Wahrscheinlichkeiten, welche von
der Konvertereinheit 14 ausgegeben werden, ausreichend
zum genauen Drucken des gewünschten
Bildes auf dem Medium bei dieser nominellen Temperatur.
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Die
Ausgabe der Halbtonkonvertereinheit 14 wird zu einer Halbtonanpassungseinheit 18 geleitet, welche
eine Nachschlagetabelle 20 zur Halbtonanpassung verwendet,
um den Halbtonlevel anzupassen, der jedem Pixel entsprechend der
Temperatur des Druckkopfs zugewiesen ist. Die Halbtonanpassungseinheit 18 empfängt eine
vorhergesagte Temperatur für
den Druckkopf von der Temperaturvorhersageeinheit 28, welche
nachfolgend detaillierter beschrieben wird, und verwendet diese
Temperatur, um den genau angepassten Halbtonlevel aus der Nachschlagetabelle 20 auszuwählen.
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Ein
beispielhaftes Ausführungsbeispiel
einer Nachschlagetabelle 20 zur Halbtonanpassung ist in 2 gezeigt,
wobei die Halbtonkonverterausgabe in der erste Spalte ist und die
verbleibenden Spalten indizieren, wie diese Ausgabe basierend auf
der Temperatur des Druckkopfs ange passt werden sollte. Wie in 2 gezeigt,
sollte die Wahrscheinlichkeit des Druckens eines Punktes typischerweise
bei niedrigeren Temperaturen erhöht
werden, wie z. B. um 35°C
herum, und sollte bei höheren
Temperaturen, wie z. B. um 55°C
herum, verringert werden. Aufgrund dieser Anpassung der Halbtonlevels
werden somit weniger Punkte pro Flächeneinheit bei höheren Temperaturen
gedruckt werden, um die größeren Tröpfchenmassen,
welche bei diesen höheren
Temperaturen erzeugt werden, zu kompensieren. Dementsprechend wird
der richtige Halbtonfarbton durch Drucken von weniger aber größeren Punkten
erhalten. Demgegenüber
sollten bei niedrigeren Temperaturen mehr Punkte pro Flächeneinheit
gedruckt werden, da die Tröpfchenmasse
abnimmt, und der richtige Farbton wird durch Drucken mehrerer aber
kleinerer Punkte erhalten. Wie auch in 2 gezeigt,
wird bei manchen nominellen Temperaturen keine Anpassung der Ausgabe
der Halbtonkonvertereinheit gemacht (das heißt, es wird keine Änderung
gemacht, da die Druckkopftemperatur auf der gleichen Temperatur
ist, die verwendet wird, um die Graustufen LUT 16 zu erzeugen).
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Die
Nachschlagetabellen der 2 können empirisch erzeugt werden.
Zum Beispiel wird eine "nominelle" Halbtontabelle gedruckt,
wobei kleine Flecken verschiedener Halbtongraustufen mit relativer
Trennung gedruckt werden, so dass die Druckkopftemperatur gering
und relativ konstant bleibt. Jeder Halbtonlevel von 0 bis 255 sollte
in einem kleinen Fleck bei dieser nominellen Temperatur gedruckt werden.
Dann wird die Druckkopftemperatur, wie z. B. in 5°C Schritten,
durch ein Temperatursteuerungsmittel geändert, und kleine Flecken von
Halbtongraustufen werden von 0 bis 255 bei jeder dieser inkrementellen
Temperaturen gedruckt. Dann kann durch Beobachtung oder durch Messung
der reflektierenden Luminanz der verschiednen Flecken, wie z. B. durch Verwendung
eines Spektralphotometers, bestimmt werden, wie die Daten in der
Nachschlagetabelle konfiguriert werden sollen, so dass ein bestimmter
Halbtonfarbton über
die verschiedenen Temperaturbereiche, in denen der Druckkopf arbeiten
wird, konsistent erscheint. Es können
für eine größere Halbtonanpassungspräzision Tabellen
für andere
Temperaturschritte erzeugt werden, wie beispielsweise 1°C Schritte
oder weniger.
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Es
sollte beachtet werden, das aktive oder passive Kühlmittel,
wie sie im Stand der Technik bekannt sind, in dem System der 1 implementiert werden
können,
so dass der Druckkopf gezwungenermaßen innerhalb eines bestimmten
Bereichs von Temperaturen arbeitet, wie z. B. ein 40°C Bereich, um
eine Luftübertragung
und/oder eine Druckkopfbeschädigung
aufgrund eines übermäßigen Temperaturanstiegs
zu vermeiden. Da jedoch die Halbtonanpassungseinheit 18 verwendet
wird, muss dieses Steuerungsmittel die Druckkopftemperatur nicht
so streng steuern wie Geräte
des Standes der Technik, und die Temperatur kann irgendwo in den
Bereich fallen, ohne die Bildqualität zu beeinträchtigen.
Demgegenüber
muss eine Temperaturkompensationsmaßnahme, welche lediglich auf
einer Temperatursteuerung beruht, um unbeabsichtigte Bildveränderungen zu
vermeiden, die Kopftemperatur ungefähr innerhalb eines 5°C Bereichs
beibehalten, um solche Veränderungen
angemessen zu vermeiden.
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Die
Ausgabe der Halbtonanpassungseinheit 18 wird dann zu einer
Schwellenwerteinheit 22 geleitet, wobei die angepassten
Halbtonlevels (Wahrscheinlichkeiten) für jedes Pixel in Entscheidungen verwandelt
werden, ob ein schwarzer Punkt auf dieses bestimmte Pixel abgefeuert
oder ausgestoßen werden
soll oder nicht, wie z. B. durch Verwendung eines Algorithmus, wie
er im Stand der Technik des Tintenstrahldruckens bekannt ist. Jeder
Pixelposition kann ein Schwel lenwert durch die Schwellenwerteinheit 22 zugeordnet
werden, wie z. B. durch Verwendung einer Bayer-Matrix, und wenn
der Halbtonlevel für
das Pixel größer ist
als der entsprechende zugeordnete Schwellenwert, wird festgelegt,
an dieser Pixelstelle einen Punkt zu drucken. Wenn die Wahrscheinlichkeit
nicht größer ist
als der entsprechende Schwellenwert, wird entschieden, keinen Punkt
auf diesem bestimmten Pixel zu drucken. Dementsprechend wird der
Halbtonlevel (0 bis 255) an jeder Pixelposition verwendet, um einen
binären
Halbtonlevel von 1 oder 0 für
diese Pixelposition zu erzeugen, basierend auf der Analyse der Schwellenwerteinheit 22.
Ein binärer
Halbtonlevel von 1 bedeutet, dass ein Punkt an dieser Pixelstelle
abgefeuert werden wird und eine 0 bedeutet, dass kein Punkt an dieser
Stelle abgefeuert werden wird. Diese 1-0 (binäre) Bitmap für den Durchgang
wird zu der Durchgangspeichereinheit 24 geleitet, wo sie
zur Verwendung durch die Antriebsschaltung 30 gespeichert
wird. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff "Halbtonalgorithmus" auf irgendeinen
Algorithmus der verwendet wird, um nicht binäre Halbtonwerte (z. B. einen
Halbtonlevel) für
ein Pixel in einen "binären Halbtonwert" zu konvertieren,
und der Begriff "binärer Halbtonwert" bezieht sich auf
eine Festlegung, ob ein Punkt an dieser Pixelstelle gedruckt werden
soll oder nicht.
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Die
Information in der Durchgangspeichereinheit 24 wird dann
durch die Antriebsschaltung 30 verwendet, um Antriebspulse
an die Düsen
des Druckkopfs 32 an Stellen entlang des Durchgangs des
Druckmediums zu liefern, wo Punkte platziert werden sollten. Die
Antriebsschaltung kann einen Heizchip umfassen, wie z. B. im US
Patent 5,661,510 offenbart.
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Die
Größe und Länge jedes
der Antriebspulse, die durch die Antriebsschaltung 30 geliefert
werden, sind vorzugswei se einheitlich, so dass die Tröpfchengröße nicht
basierend auf dem Puls variiert, und ein Punkt wird entweder auf
jedem Pixel platziert oder nicht, wie es beim binären Drucken
bekannt ist. Demgegenüber
würde bei
Druckern mit kontinuierlichem Farbton, wie z. B. Farbstoffsublimationsdruckern,
der Energielevel jeder Düse
variieren, abhängig
davon, wie groß der
Punkt sein soll. Somit ermöglicht
binäres
Halbtondrucken ein einfacheres Druckkopfdesign, da die Tintenströmung nicht
angepasst werden muss, um eine Tröpfchengröße herbeizuführen.
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Die
Temperaturvorhersageeinheit 28 der 1 sagt die
Temperatur des Druckkopfs vorher und liefert diese Temperatur an
die Halbtonanpassungseinheit 18. Die Temperatur wird basierend
auf der Ausgabe einer Zähleinrichtung 26 vorhergesagt, welche
die Gesamtanzahl von Punkten zählt,
die innerhalb des aktuellen Durchgangs gedruckt werden sollen, durch
Zählen
der binären
Halbtonwerte "1", die von der Schwellenwerteinheit 22 ausgegeben werden.
Da Wärme
von einem Widerstand abgegeben wird und über den Druckkopf jedes Mal
abgeführt wird,
wenn ein Punkt von einer Druckkopfdüse abgefeuert wird, steigt
die Temperatur des Druckkopfs an, wenn Punkte gedruckt werden. Je
größer die
Anzahl von Punkten ist, die innerhalb des Durchgangs gedruckt werden
sollen, desto größer ist
die Temperatur des Druckkopfs. Somit ist die Ausgabe der Zähleinrichtung 26 eine
Schätzung
der Temperatur des Druckkopfs, und die Temperaturvorhersageeinheit 28 verwendet
die Zähleinrichtungsausgabe
und die Temperaturvorhersagedaten, die in der LUT 29 gespeichert
sind, um die Zähleinrichtungsausgabe
in übliche
Temperatureinheiten zu konvertieren, wie z. B. Grad Celsius.
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Die
Daten der Temperaturvorhersage LUT 29 setzen die Anzahl
von gedruckten Punkten in Beziehung zu der Druckkopftemperatur (in
konventioneller Form) und werden dement sprechend durch die Temperaturvorhersageeinheit 28 verwendet,
um die Ausgabe der Temperaturvorhersageeinheit 28 zu bestimmen.
Diese Daten können
empirisch bestimmt werden. Beispielsweise kann eine Anzahl von Durchgängen in
verschiedenen, zu bestimmenden Halbtonlevels gedruckt werden und
die Druckkopftemperatur kann überwacht
werden, wie z. B. durch einen Temperatursensor, wenn die Punkte
gedruckt werden. Eine Zählung
der Gesamtanzahl von Punkten, die in dem Durchgang gedruckt wurden,
die Distanz, die durch den Druckkopf abgedeckt wird, wie auch die
Ausstoßrate
(Punkte pro Zeiteinheit) können
aufgezeichnet werden, wenn das Drucken stattfindet. Basierend auf
diesen Beobachtungen können
Nachschlagetabellen oder Formeln festgelegt werden, welche den Temperaturanstieg
zu der Anzahl von Punkten, die pro Zeiteinheit gedruckt werden,
oder der Anzahl von Punkten, die pro Flächeneinheit gedruckt werden,
in Beziehung setzen. Es können
auch Pausen in dem Druckkopf berücksichtigt
werden. Es ist bekannt, dass die Temperatur des Druckkopfs ansteigen
wird, wenn die Anzahl von Punkten, die pro Zeiteinheit gedruckt
werden, ansteigt, jedoch wie genau dieser Temperaturanstieg für jeden
Druckkopf auftritt, wird basierend auf der jeweiligen Druckkopfkonstruktion
und anderen Druckerparametern variieren.
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Somit
können
die Temperaturvorhersageeinheit 28, die Temperaturvorhersage
LUT 29 und die Zähleinrichtung 26 eingesetzt
werden, um die Temperatur des Druckkopfs vorherzusagen. Daher sind keine
Temperatursensoren für
das System der 1 notwendig, um richtig zu arbeiten.
Jedoch sollte verstanden werden, dass die Temperaturvorhersageeinheit 28 und
die Zähleinrichtung 26 durch
eine Temperaturabtasteinheit ergänzt
werden können,
welche die Temperatur des Druckkopfs abtasten kann und diese Temperatur
an die Halbtonanpassungseinheit 18 liefern kann. Es sollte
auch ver standen werden, dass die Temperaturvorhersageeinheit 28 und
die Temperaturvorhersage LUT 29 aus dem System der 1 entfernt
werden können
und dass die Ausgabe der Zähleinrichtung
direkt zu der Halbtonanpassungseinheit 29 geleitet werden
kann, wobei in diesem Fall die Anpassungseinheit 29 Halbtöne basierend
auf der Ausgabe der Zähleinrichtung 26 anpassen
würde (die
Anzahl von zu druckenden Punkten), was als eine Temperaturschätzung verwendet
werden kann. Somit wird in Erwägung
gezogen, dass die LUT 20 zur Halbtonanpassung und die LUT
der 2 eine Anzahl von Spalten umfassen können, wobei
jede Spalte eher einer Temperaturvorhersage in der Form einer Anzahl
von zu druckenden Punkten entspricht als in der Form von Grad Celsius
oder Grad Fahrenheit. Dementsprechend, wie hierin verwendet, kann
sich "Temperatur" auf übliche Temperatureinheiten
beziehen (das heißt,
Grad Celsius oder Grad Fahrenheit) oder auf andere Einheiten, welche sich
auf eine Temperatur beziehen, wie beispielsweise eine Anzahl von
zu druckenden Punkten, eine Anzahl von vorgesehenen Pulsen oder
eine gelieferte Energie.
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Die
Halbton LUT 16, die LUT 20 zur Halbtonanpassung
und die Temperaturvorhersageeinheit 29 werden vorzugsweise
in einer Speichervorrichtung gespeichert, wie z. B. einem dynamischen
RAM, einem ROM, einem EEPROM, einem Flashspeicher oder einem anderen
Dauerspeichermedium. Gleichermaßen
kann die Durchgangsspeichereinheit 24 irgendeine einer
Anzahl von Speicherelementen oder Geräten zum Speichern von Information
sein. Der Ausgangsbildspeicher kann auch irgendeiner einer Auswahl
von Speichervorrichtungen und Elementen sein.
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Es
ist bevorzugt, dass die Halbtonkonvertereinheit 14, die
Halbtonanpassungseinheit 18, die Schwellenwerteinheit 22,
die Temperaturvorhersageeinheit 28 und die Zähleinrich tung 26 in
einer Softwareroutine oder einen Algorithmus kombiniert angeordnet
sind, wie z. B. einem Softwareprogramm, welches auf einem computerlesbaren
Medium gespeichert wird. Irgendeine einer Anzahl von herkömmlichen
Programmiersprachen kann verwendet werden, um die Routine zu erzeugen,
wie beispielsweise C, C++, oder die Routine kann in einer Sonderprogrammiersprache
implementiert werden. Jede der Einheiten 14, 18, 22, 26 und 28 kann
ein Modul oder eine Subroutine des Hauptprogramms umfassen. Diese Routinen
werden auf die Halbton LUT 16 wie auch auf die LUT 20 zur
Halbtonanpassung Zugriff haben und können in Firmware gespeichert
werden, welche sich in dem Drucker selbst befindet, oder können in einer
Druckertreibersoftware gespeichert werden, welche von einem Computer
verwendet wird, der den Drucker ansteuert.
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Wie
oben erwähnt
minimiert das System der 1 unbeabsichtigte Farbtonveränderungen,
die in einem Bild aufgrund der Temperaturveränderungen des Tintenstrahldruckkopfs
auftreten können,
und kann dies tun ohne Druckkopfparameter anzupassen, wie z. B.
eine Pulsgröße oder
eine Abfeuerungsfrequenz, und ohne dem Bedarf eines Temperaturabtastmittels.
Durch Anpassen von Halbtonlevels werden die Wahrscheinlichkeiten
des Druckens von Punkten an verschiedenen Pixelstellen angepasst und
dementsprechend werden die binären
Halbtonwerte (1er und 0er), welche die Anzahl der zu druckenden
Punkte steuern, angepasst.
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Wie
ebenfalls oben erwähnt,
wenn solch eine Kompensation für
die Druckkopftemperatur nicht gemacht wird, werden die gewünschten
Grautöne
aufgrund der Druckkopftemperatur heller oder dunkler als erwartet
sein. Dieser Effekt ist insbesondere dann erkennbar, wenn er von
Durchgang zu Durchgang auftritt (das heißt, wenn beide Durchgänge identisch aussehen
sollen, jedoch ein Durchgang dunkler aus sieht), ist aber auch dann
erkennbar, wenn er zwischen verschiedenen Abschnitten des gedruckten Bildes
wie auch zwischen verschiedenen Seiten auftritt. 3 ist
ein Diagramm, welches zeigt, wie nicht kompensierte Temperaturveränderungen
die reflektierende Luminanz des gedruckten Bildes beeinflussen können. Wie
in der Figur gezeigt wird, nimmt, wenn die Temperatur des Druckkopfs
ansteigt, die reflektierende Luminanz des Bildes typischerweise
für einen
bestimmten, gewünschten
Halbtonlevel (das heißt,
Graustufenlevel) ab. Dementsprechend wird, da eine geringere reflektierende
Luminanz bedeutet, dass weniger Licht reflektiert wird und das Bild
dunkler erscheint, ein Bild, welches bei einer hohen Druckkopftemperatur
gedruckt wird, dunkler aussehen, als wenn es bei einer geringeren
Temperatur gedruckt wird. Die Figur zeigt ein Beispiel, wie ein
Erhöhen
der Temperatur in 5°C
Schritten von 35°C
bis 65°C
die reflektierende Luminanz des Bildes beeinflussen kann und daher
die visuelle Erscheinung des Bildes. Für den Halbtonlevel von 100
zeigt das Diagramm beispielsweise einen Reflexionswert von ungefähr 20 bei
35°C und
ungefähr
12 bei 65°C,
wodurch indiziert wird, dass der Halbtonlevel von 100 deutlich dunkler
aussehen wird, wenn er bei einer Druckkopftemperatur von 65°C anstelle
bei 35°C
gedruckt wird. Dementsprechend würde
bei 65°C
die Halbtonanpassungseinheit 18 der 1 diesen Halbtonlevel
von 100 absenken (ein Wert von 95 könnte beispielsweise eingesetzt
werden), um dadurch weniger Punkte pro Flächeneinheit zu drucken und
dementsprechend die thermisch verursachte Zunahme der Tröpfchengröße zu kompensieren.
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4 ist
eine vergrößerte Ansicht
die illustriert, wie der Spritzer, der durch eine Düse eines
Tintenstrahldruckkopfs erzeugt wird, bei Temperaturanstiegen größer werden
wird. Spritzer 50, 52 und 54 repräsentieren
Sprit zer, die durch die Düse
eines Tintenstrahldruckkopfs bei Temperaturen T1, T2 beziehungsweise
T3 erzeugt werden, wobei T3 größer ist als
T2 und T2 größer ist
als T1. Wie in der Figur gezeigt, neigt der erzeugte Fleck dazu
größer zu werden,
wenn die Temperatur aufgrund der größeren Blase von T1 auf T3 erhöht wird,
welche sich in der Tintenstrahlkammer bei höheren Temperaturen entwickelt.
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5 ist eine vergrößerte Ansicht die illustriert,
wie das System der 1 diese Zunahme der Tröpfchengröße kompensieren
kann. Wenn die Temperatur in den 5a bis
einschließlich
5c von T1 auf T3 ansteigt, kann der Graustufenlevel durch die Halbtonanpassungseinheit 18 der 1 von
L1 auf L3 verringert werden, indem die empirisch erzeugte LUT 20 zur
Halbtonanpassung verwendet wird, wodurch weniger zu druckende Flecken
pro Flächeneinheit 56 verursacht
werden. Auf dem viel kleineren Maßstab des Tintenstrahldruckers
als dem der 5 kann ein Bildanteil,
der durch Drucken mehrere kleiner Punkte erzeugt wird, mit ungefähr der gleichen
Graustufe erscheinen wie der gleiche Anteil, der durch Drucken weniger
aber größerer Punkte
erzeugt wird, da der Gesamtbereich, der durch die Punkte abgedeckt
wird (das heißt,
eine Punktabdeckung) ungefähr
der Gleiche bleibt. Die Steuerung der Anzahl von Punkten, die pro
Flächeneinheit
gedruckt werden, kann durch die Steuerung der gedruckten Halbtonlevels
erzielt werden, wie oben unter 1 beschrieben,
da der Halbtonlevel direkt Wahrscheinlichkeiten des Druckens von
Punkten an verschiedenen Stellen entspricht und somit der Anzahl
von Punkten entspricht, die pro Flächeneinheit gedruckt werden.
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Das
Folgende beschreibt ein Verfahren zum Kompensieren der Temperatureffekte
an einem Druckkopf, wie es z. B. durch die Kombination der Halbtonkonvertereinheit 14,
der Halbtonanpassungseinheit 18 und der Schwellenwerteinheit 22 der 1 durchgeführt werden
kann. Dieses Verfahren kann in der Form eines Computerprogramms
verkörpert
sein und die Einheiten 14, 18 und 22 können in der
Form eines Computers verkörpert
sein, der das Programm abarbeitet.
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Gemäß dem Verfahren
werden die Ausgangsbilddaten von einer Quelle erhalten, wie z. B. einem
Computer oder einer Scannervorrichtung. Diese Daten werden vorzugsweise
jeweils als ein Ausschnitt für
den zu druckenden Durchgang eingegeben, ausgehend von der linken
Seite des Bildes und sich bewegend zu der rechten Seite des Bildes.
Ein Ausschnitt ist ein vertikaler Anteil des Durchgangs entsprechend
einer vertikalen Spalte von Düsen
an dem Druckkopf.
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Der
Ausschnitt des Ausgangsbildes wird in Halbtonlevels konvertiert,
wie z. B. durch Verwendung einer Nachschlagetabelle, wie es im Stand
der Technik des Konvertierens von Ausgangsbildern in Halbtonlevels
bekannt ist. Im Allgemeinen wird jedem Pixel des zu druckenden Ausschnitts
eine Zahl gemäß seinem
Farbton zugeordnet und diese Zahlen repräsentieren Wahrscheinlichkeiten,
die Halbtonlevels genannt werden, des Druckens eines Punktes auf
diesem Pixel. Vorzugsweise werden 256 (0-255) Zahlen verwendet,
so dass 256 diskrete Grautöne
repräsentiert
werden können.
Alternativ können
die Bilddaten bereits in der Quelle (z. B. in einem Computer) in
der gewünschten
Halbtonform existieren, wie z. B. in der Form von Halbtonlevels,
welche sich von 0 bis 255 erstrecken, wobei in diesem Fall diese Konvertierung
zu Halbtonlevels nicht notwendig wäre.
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Nachdem
die Halbtonlevels am Anfang den Pixel in dem Ausschnitt (bezeichnet
als "nominelle" Halbtonlevels in 6)
zugeordnet werden, wird eine Nachschlagetabelle basierend auf der
vorhergesagten Betriebstemperatur des Druckkopfs ausgewählt. Vorzugsweise
wird die Temperatur vor der Auswahl einer Nachschlagetabelle vorhergesagt, und
wie nachfolgend detaillierter beschrieben werden wird. Jedoch soll
verstanden werden, dass Temperatursensoren oder andere Temperaturschätzungsmechanismen
verwendet werden können,
um die Temperatur des Druckkopfs oder irgendeines Teils des Druckkopfs
zu schätzen.
Eine direkt gemessene oder abgetastete Temperatur wird hierin aufgrund
möglicher
Messfehler und da die gemessene Temperatur nicht exakt der Temperatur
an jeder Düse und/oder
jedem Teil des Druckkopfs entsprechen wird als eine Schätzung der
Temperatur bezeichnet werden. Eine Anzahl von LUTs kann für die verschiedenen
Betriebstemperaturen des Druckkopfs vorgesehen sein und die richtige
Tabelle kann basierend auf der vorhergesagten Temperatur des Druckkopfs ausgewählt werden.
Jede Nachschlagetabelle bildet vorzugsweise jeden möglichen "nominellen" Halbtonlevel auf
einen "angepassten" Halbtonlevel ab,
wie z. B. in 2 gezeigt und oben beschrieben.
Solch eine Tabelle kann durch gedruckte Flecken für die verschiedenen "nominellen" Halbtöne bei einer
bestimmten vorbestimmten Druckkopftemperatur und dann durch Drucken
derselben Halbtöne
bei verschiedenen anderen Druckkopftemperaturen empirisch erzeugt
werden. Es kann dann durch Beobachtung bestimmt werden, wie sich
die verschiedenen gedruckten Grautöne von Temperatur zu Temperatur aufeinander
abstimmen und die Nachschlagetabellen können entsprechend erzeugt werden,
wie oben in Bezug auf 2 beschrieben.
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Nachdem
die richtige Tabelle ausgewählt wurde,
werden die "angepassten" Halbtonlevels für jedes
Pixel in dem Ausschnitt durch Auswählen des "angepassten" Halbtonlevels aus der Tabelle bestimmt,
der dem "nominellen" Halbtonlevel entspricht,
der dem Pixel in Schritt 102 zugeordnet wurde, wie z. B.
durch Verwendung einer Nachschlagetabelle. Wenn die vorhergesagte
Temperatur nicht einer Temperatur entspricht, für die eine Nachschlagetabelle
erzeugt wurde, kann der angepasste Halbtonlevel aus den existierenden
LUTs extrapoliert oder interpoliert werden. In diesem Fall würden die
LUTs, welche am nächsten
zu der vorhergesagten Temperatur liegen, ausgewählt werden, und dann kann der "angepasste" Halbtonlevel aus
den ausgewählten LUTs
interpoliert werden. Alternativ kann die LUT ausgewählt werden,
die am nächsten
zu der vorhergesagten Temperatur ist.
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Dann
wird den Pixel des zu druckenden Ausschnitts ein Array zufälliger Werte
zugeordnet, welches im Stand der Technik als "Schwellenwertarray" bekannt ist. Diese Werte sollten aus
einem Bereich ausgewählt
werden, der dem Bereich von Halbtonlevels für den Drucker entspricht. Somit
sollte, wenn 256 Halbtonlevels verwendet werden, jeder Wert des Arrays
aus dem Bereich 0 bis 255 ausgewählt
werden. Dieser Schritt kann nicht notwendig sein, wenn ein vorbestimmtes
Array verwendet werden soll, welches Bilder besserer Qualität als ein
zufälliges
Array bereitstellen kann, wie z. B. eine Bayer-Matrix oder eine
Blue-Noise-Matrix, wie im US Patent Nr. 5,708,518 erteilt für Parker,
offenbart.
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Die
angepassten Halbtöne
für die
Pixel des Ausschnitts werden dann mit den Schwellenwerten verglichen,
die diesen Pixel zugeordnet sind. Für jedes Pixel wird, wenn der
angepasste Halbtonlevel größer ist
als der Schwellenwert, das Pixel aktiviert, wie z. B. durch Einstellen
eines binären
Halbtonwerts von 1 für
das Pixel. Ein binärer
Halbtonwert von 1 wird zur Folge haben, dass ein schwarzer Punkt
auf der Pixelstelle auf das Papier gedruckt wird. Wenn jedoch der
angepasste Halbtonlevel geringer ist als der zugeordnete Schwellenwert,
wird das Pixel deaktiviert, wie z. B. durch Einstellen eines binären Halbtonwerts
von 0, so dass kein Punkt auf dem Pixel gedruckt werden wird. Ungeachtet
des Vergleichs bedeutet ein angepasster Halbtonlevel von 255, dass ein
Punkt definitiv gedruckt werden soll und ein angepasster Halbtonlevel
von 0 bedeutet, dass ein Punkt nicht gedruckt werden soll. Wie verstanden
werden kann, wird ein angepasster Halbtonlevel, der nahe 255 ist,
eine viel größere Wahrscheinlichkeit
besitzen, dass ein Punkt auf der Stelle gedruckt ist, als es ein
Wert besitzen würde,
der nahe 0 ist. Diese "Schwellenwert-" oder "Wahrscheinlichkeits-" Technik ist bevorzugt,
da sie die Punkte daran hindert, Muster niedriger Frequenz auf der
Seite zu bilden, was für
den Betrachter verwirrend sein kann. Jedoch sollte verstanden werden,
dass andere Techniken zum Bestimmen verwendet werden können, ob
ein Punkt auf einem Pixel gedruckt werden soll, der einen bestimmten,
angepassten Halbtonlevel besitzt, oder nicht, ohne vom Schutzbereich
dieser Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann ein Teil eines
Bildes mit einem Halbtonlevel von 128 auf einer 0 bis 255 Skala
durch Drucken jedes anderen Punktes in dem Teil erhalten werden.
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Sobald
festgelegt ist, auf welche Pixel des Ausschnitts Punkte gedruckt
werden, wird die binäre Ausgabe
oder Bitmap binärer
Halbtonwerte für
den Ausschnitt an den Durchgangsspeicher ausgegeben.
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Die
Bitmap in dem Durchgangsspeicher wird durch die Druckerantriebsschaltung
verwendet, um selektiv Pulse an die Düsen des Druckkopfs an den gewünschten
Stellen in dem Ausschnitt des Druckmediums zu senden, wie es im
Stand der Technik des binären
Tintenstrahldruckens bekannt ist.
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Wenn
die binäre
Ausgabe für
den Durchgangsspeicher bereitgestellt wird, wird die Gesamtanzahl
an 1en, die ausgegeben werden, gezählt. Da eine "1" einem Pixel entspricht, der gedruckt
werden wird, entspricht die Anzahl an 1en der Anzahl von Punkten,
die in diesem bestimmten Ausschnitt gedruckt werden. Wie oben erwähnt, je
größer die
Anzahl von Punkten, die pro Ausschnitt gedruckt werden, desto höher ist
die Druckkopftemperatur, aufgrund der Wärme, die von dem Heizchip in
dem Druckkopf emittiert wird.
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Somit
bezieht sich die Anzahl von gedruckten Punkten auf die Druckkopftemperatur
und die Druckkopftemperatur kann durch die Anzahl der zu druckenden
Punkte vorhergesagt werden. Eine Möglichkeit die Temperatur durch
die Zählung
der zu druckenden Punkte vorherzusagen wäre, die Zählung mit verschiedenen Bereichen
zu vergleichen, wobei jeder Bereich einer vorhergesagten Druckkopftemperatur
entspricht, wie in 6 gezeigt. Die Bereiche und
die entsprechende Druckkopftemperatur können empirisch erhalten werden
und werden von der besonderen Konstruktion des verwendeten Druckkopfs abhängen. Außerdem kann
die Anzahl und Größe von Bereichen
abhängig
von dem gewünschten
Genauigkeitslevel variiert werden. Die geschätzte Druckkopftemperatur kann
dann zum Auswählen
einer LUT zur Verwendung beim Erhalten temperaturangepasster Halbtonlevels
verwendet werden.
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Es
wird in Erwägung
gezogen, dass die Vorhersage der Temperatur aus der Zählung der
Anzahl von zu druckenden Punkten ersetzt werden könnte, durch
Zuführen
der Zählung
zu dem Schritt des Auswählens
einer Nachschlagetabelle. Dann wäre
die Temperatur eher in der Form einer Zählung der Anzahl von "1en" in dem Durchgangsspeicher
als in der Form von Grad Celsius oder Fahrenheit, und die LUT könnte direkt
aus dieser vorhergesagten Form der Temperatur ausgewählte werden.
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Das
beschriebene Verfahren kann verwendet werden, um thermisch verursachte
Druckunregelmäßigkeiten
in den gedruckten Bildern zu kompensieren, die durch einen Tintenstrahldrucker
erzeugt werden. Das Verfahren passt die Halbtonlevels (oder Wahrscheinlichkeiten)
der Pixel des zu druckenden Bildes gemäß der vorhergesagten Temperatur
des Druckkopfs an und passt dadurch die Anzahl von Punkten an, die
pro Flächeneinheit
basierend auf der Temperatur gedruckt werden. Das Verfahren erfordert
keinen Temperatursensor, da die Temperatur des Druckkopfs basierend
auf der Gesamtanzahl von durch den Druckkopf zu druckenden Punkten
vorhergesagt wird. Es wird in Erwägung gezogen, dass andere Verfahren
verwendet werden können,
um die Anzahl von Punkten pro Flächeneinheit
basierend auf der Temperatur anzupassen, ohne vom Schutzbereich
dieser Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können anstelle des Anpassens
der Halbtonlevels der Pixel des zu druckenden Bildes die Schwellenwertlevels
oder die verwendete Schwellenwertmatrix basierend auf der Temperatur
nach oben oder nach unten angepasst werden, um den gleichen Effekt
zu erreichen. Die Frequenz der Temperaturvorhersage und Anpassung
kann wie gewünscht
variiert werden; das heißt,
die Temperatur kann vorhergesagt werden und eine LUT zur Anpassung
kann nach dem Drucken jedes Pixel, nach dem Drucken jedes Ausschnitts
oder nach dem Drucken jedes Durchgangs ausgewählt werden.
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Das
Verfahren gemäß dieser
Erfindung kann auf unterschiedliche Art und Weise verkörpert werden.
Beispielsweise kann das Verfahren durch einen Herstellungsartikel
verkörpert
werden, durch Konfigurieren des Verfahrens auf einem ASIC oder als Firmware
auf einem ROM, PROM oder EEPROM, oder als ein Programm auf einem
computerlesbaren Medium, wie z. B. einer Computerfestplatte, einer CD-ROM
oder einem anderen Dauerspeichermedium. Das Verfahren kann auch
durch eine Sondervorrichtung mit ausführbaren Anweisungen verkörpert werden,
die zum Durchführen
der Erfindung geeignet sind, die in einem RAM oder ROM oder einer
Kombination beider gespeichert ist. Des weiteren kann das Verfahren
in irgendeiner herkömmlichen
Programmiersprache implementiert werden, wie beispielsweise der
Programmiersprache "C", oder kann in einer Sonderprogrammiersprache
implementiert werden.
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Während es
bevorzugt ist, dass die Temperatur für jeden gedruckten Ausschnitt
vorhergesagt wird und dass die Zähleinrichtung
nach jedem Ausschnitt auf Null zurückgesetzt wird, kann die Temperatur
wie gewünscht
mehr oder weniger häufig
vorhergesagt werden. Ferner kann die Temperatur auf andere Art und
Weise vorhergesagt werden. Beispielsweise kann die Temperatur vorhergesagt
werden, basierend auf der durchschnittlichen Anzahl von Punkten,
die pro Ausschnitt in dem aktuellen Durchgang gedruckt werden, der
durchschnittlichen Anzahl von Punkten, die pro Durchgang auf der
Seite gedruckt werden, der Gesamtanzahl von Punkten, die in dem
Durchgang gedruckt werden, und/oder der Anzahl von Punkten, die
pro Zeiteinheit gedruckt werden.
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Ein
alternatives Verfahren zum Vorhersagen von Temperatur wird in 7 dargestellt,
wobei die Temperatur basierend auf dem Verhältnis der zu druckenden Punkte
zu allen Punkten vorhergesagt wird, die an den Durchgangsspeicher
gesendet werden. Wie in 7 gezeigt, wird, während die
binäre
Ausgabe dem Durchgangsspeicher bereitgestellt wird, jedes Pixel
des Durchgangs bei Schritt 120 in das Verfahren eingegeben.
Dann wird bei Schritt 122 eine Zähleinrichtung "Summe" um eins für jedes
Pixel erhöht,
das bereitgestellt wird, um eine laufende Zählung der Anzahl von zu druckenden
Pixel beizubehalten, die an die Antriebsschaltung gesendet werden. Bei
Schritt 124 wird bestimmt, ob das Pixel einen Wert "1" besitzt, was bedeutet, dass ein Punkt
gedruckt werden wird, oder einen Wert "0",
was bedeutet, dass kein Punkt gedruckt werden wird. Wenn das Pixel
einen Wert "1" besitzt, dann wird
eine andere Zähleinrichtung,
die "Druck" genannt wird, um
eins erhöht,
um eine Zählung
der Anzahl von zu druckenden Punkten in dem Durchgang beizubehalten.
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Dann
kann eine LUT aus einer Vielzahl von LUTs ausgewählt werden, welche der Gesamtanzahl von
Pixel entsprechen, die, wie durch die Zähleinrichtung "Summe" indiziert, an den
Durchgangsspeicher ausgegeben wurden. Dieser Schritt wird in 7 als Schritt 130 indiziert.
Sobald die LUT ausgewählt
wurde, kann eine geschätzte
Temperatur des Druckkopfs basierend auf der "Druck-" Zählung
aus der LUT ausgewählt
werden, welche in Schritt 128 berechnet wird. Die Temperaturen,
welche den verschiedenen "Druck-" Zählungen
entsprechen, können
experimentell bestimmt werden, wie z. B. durch Drucken verschiedener
Durchgänge
bei verschiedenen Halbtonlevels und Messen der Druckkopftemperaturen, der "Druck-" Zählung und
der "Summe-" Zählung über den
Durchgang. Diese LUTs werden zwischen verschiedenen Druckkopftypen
und Druckern variieren, da sie von den Druckkopfkonstruktionen und
den Druckerparametern abhängig
sein werden. Wenn eine vorhergesagte Temperatur nicht in den LUTs
für die
aktuelle "Summe" oder die aktuelle "Druck-" Zählung verfügbar ist,
kann die Temperatur aus den Daten, die verfügbar sind, extrapoliert oder
interpoliert werden.
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Während bevorzugte,
beispielhafte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung oben beschrieben wurden, versteht sich,
dass weitere Anpassungen der hierin beschriebenen Erfindung von einem
Fachmann durch entsprechende Veränderungen
erreicht werden können,
ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Dementsprechend
versteht es sich, obwohl bevorzugte Konfigurationen von Verfahren,
Vorrichtungen und Systemen, welche die vorliegende Erfindung verkörpern, beschrieben
wurden, dass diese Verfahren, Vorrichtungen und Systeme eine große Auswahl
an Konfigurationen und Anordnungen umfassen, ohne vom Schutz bereich
der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können die
Verfahren der vorliegenden Erfindung Computerprogramme umfassen
und solche Programme können
eine Anzahl von Formen annehmen, eine Vielfalt von Variablennamen und
Befehlen verwenden und in irgendeiner einer Anzahl von Programmiersprachen
implementiert werden, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
Des Weiteren können
die Schritte der Verfahren der vorliegenden Erfindung in einer Anzahl von
Abläufen
praktiziert werden. Außerdem
wird in Erwägung
gezogen, dass die Effekte der Temperatur auf den Halbtonlevel eher
durch eine Gleichung geschätzt
werden können,
und dass die Gleichung während
des Druckerbetriebs verwendet werden kann, um angepasste Halbtonlevels
zu berechnen, als eine Nachschlagetabelle zu verwenden. Daher sollte
der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung hinsichtlich der nachfolgenden
Ansprüche
betrachtet werden und sollte nicht auf die Details der Strukturen
und Verfahren, die oben gezeigt und beschrieben wurden, beschränkt werden.