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Tintentröpfchen-Kopiergerät
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Die Erfindung betrifft ein Tintentröpfchen-Kopiergerät und allgemeiner
das Gebiet der Tintentröpfchen-Drucktechnik. In jüngster Zeit hat die Tintentröpfchen-Drucktechnik
eine bedeutende Entwicklung und große Verbreitung erfahren. Typische Anwendungen
sind die Textverarbeitun(r, z.B. US-PS 3 964 591, das Formdrucken, z.B. US-PS 3
911 818, das Strichcode-Drucken, z.B. US-PS 3 787 881, die Dokumentadressierung,
z.B. US-PS 4 283 731, die Faksimile-Reproduktion, z.B. US-PS 3 588 906, das Dokumentkopieren,
z.B. US-PS 4 009 332 sowie das Duplizieren, z.B. US-PS 4 259 696. Zur Technik der
Tröpfchenerzeuqung und -steuerung können genannt werden: Tröpfchenabrufsysteme,
z.B. US-PS 3 747 120; unstimulierte Tintenstrahlen, z.B. US-PS 3 416 153; stimulierte
und variabel abgelenkte Tintenstrahlen, z.B. US-PS 3 298 030; und stimulierte und
binär gcschaJ.tete Tintenstrahlen, z.B. US-PS 3 373 437. Da dieses Gebiet der Technik
einen hohen Entwicklungsgrad erreicht hat, gibt es zahlrcicheVarianten der oben
genannten Tintentröpfchen-Drucksysteme.
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Für die herkömmlichen Tintentröpfchen-Drucker gilt allg<-
mein,
daß sie relativ langsam und mit relativ geringer Druckauflösung arbeiten. och auflösende
Drucker verwenden im allgemeinen einen einzigen Tröpchenerzeuer oder eine Gruppe
von relativ wenigen Tröpfchenerzeugern, so daß zum Bedrucken einer größeren Fläche
notwendigerweise eine relativ lange Zeit erforderlich ist. Tintentröpfchen-Drucker
nach der US-PS 3 373 437 können zwar mit sehr hoher Geschwindigkeit arbeiten, jedoch
ist ihre Auflösung begrenzt, weil es schwierig ist, eine sehr große Zahl von Tröpfchenerzeugern
so nahe nebeneinander anzuordnen, daß die an einen solchen Drucker gestellten Anforderungen
erfüllt werden können.
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In der US-Re 28 219 ist vorgeschlagen, zum Erreichen einer hohen Geschwindigkeit
und hohen Auflösung eine Mehrzahl von parallelen, gestaffelten und sich seitlich
erstreckenden Druckleisten vorzusehen. Um die zum Kopieren bzw. Duplizieren von
Dokumenten erforderliche Auflösung zu erreichen, benötigt ein solches Gerät jedoch
eine sehr große Anzahl von Druckköpfen, wodurch wiederum die Herstellungskosten
derart erhöht werden, daß derartige Geräte mit herkömmlichen Ropiersystemen nicht
konkurrieren können.
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Ein kostenmäßig kdnkurrenzfähiger Tintentröpfchen-Kopierer ist in
der US-PS 4 259 696 beschrieben. Bei diesem Kopierer schwingt ein einziger Druckkopf
zwischen einer Mehrzahl von Druckpositionen hin und her.
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Die Kopierblätter werden unter den Druckkopf befördert, während dieser
vor und zurück schwingt. Die Schalt- bzw.
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Steuerinformation für die Tintenstrahlen wird erzeugt, indem die Vorlage
durch eine Fotodetektorgruppe abçetastet wird. Die Fotodetektorel emente sind in
der Gruppe in ähnlicher Weise angeordnet wie die Tintenstrahlen in dem Tintentröpfchen-Druckkopf.
Die Abtastung der Vorlage erfolgt in ähnlicher Weise wie der Druckkopf über dem
Kopierbogen abgelenkt wird. Bei diesem System ist es aber erforderlich, daß für
jede
durch den Druckkopf zu druckende Kopie die Vorlage einmal abgetastet
wird, so daß die Abtastvorrichtung mit sehr hoher Abtastgeschwindigkeit bewegt werden
muß und sehr hohe Beleuchtungsstärken erforderlich sind. Die mit hoher Geschwindigkeit
erfolgende Abtastung sowie das mechanische Hin- und Her schwingen der Tintenstrahlen
führen darüber hinaus zu schwierigen Konstruktionsproblemen.
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Aufgabe der Erfindung ist insbesondere die Schaffung eines Tintentröpfchen-Kopiergerätes,
das mit hoher Geschwindigkeit und hoher Auflösung arbeitet.
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In dem erfindungsgemäßen Tintentröpfchen-Kopier- bzw.
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Dupliziergerät werden die angestrebte hohe Geschwindigkeit und hohe
Auflösung kostengünstig erreicht, indem eine Tintentröpfchen-Druckanordnung verwendet
wird, die eine Mehrzahl von sich angewinkelt erstreckenden Tintentröpfchen-Druckköpfen
aufweist, welche eine Schar von aneinander angrenzenden Streifen drucken, die zusammen
eine Fläche des zu bedruckenden Trägers bedecken. Jeder Druckkopf erzeugt eine Reihe
von Tröpfchenströmen, die einzeln so gesteuert werden, daß Drucktröpfchen an den
Druckpositionen entlang Linien aufgebracht werden, die sich senkrecht zur Hauptachse
des Druckkopfes erstrecken.
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Die Vorlage wird mittels einer Fühleinrichtung abgetastet, die eine
Reihe von Bildelementen in nebeneinander liegenden Abtastpositionen innerhalb eines
Streifens abtasten, der sich über die Vorlage hinweg erstreckt, um eine Serie von
Druck/Kein-Druck-Datenbits zu erzeugen, die den abgetasteten Bildelementen entsprechen.
Die Abtastanordnung bewirkt, daß die Fühleinrichtung eine Reihe von solchen Streifen
abtastet, die gemeinsam die zu kopierende Vorlage vollständig überdecken.
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Eine Datenüberführungseinrichtung ist vorgesehen, um eine örtliche
Entsprechung zwischen den durch die Fühleinrichtung abgetasteten Abtastpositionen
und den durch die Druckköpfe bedruckten Druckpositionen herzustellen.
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Die Datenüberführungseinrichtung selektiert die Datenbits in Ubereinstimmung
mit der so hergestellten örtlichen Entsprechung und erzeugt Druckbefehle entsprechend
den so selektierten Druck/Kein-Druck-Datenbits.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die Datenbits auf einer
Magnetplatte in einer Folge gespeichert, die der Abtastfolge entspricht, und werden
beim Auslesen von der Magnetplatte so neuorganisiert, daß die Druckbefehle erzeugt
werden.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen
wird.
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In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen
Tintentröpfchen-Kopiergerätes; Fig. 2 einen Teilquerschnitt eines Tintentröpfchen-Druckkopfes
für den Tintentröpfchen-Kopierer; Fig. 3 eine schematische Darstellung der Druckpositionen,
die sequenziell durch Tröpfchen aus drei aneinander angrenzenden Tröpfchenströmen
bedruckt werden; Fig. 4 eine schematische Darstellung der Beziehung zwischen einer
Bild-Stegachse, einer Tröpfchen-Auftrefflinie und einer Tröpfchenw egungsbahn-Linie;
Fig. 5 eine schematische Darstellung der C,eschwindigkeitsvektoren für die in Fig.
4 gezeigte Be-Beziehung;
Fig. 6A und 6B Blockschaltbilder einer
Steuereinrichtung für die Datenneuorganisation; Fig. 7 eine Anordnunq von Druckkopfsegmenten
innerhalb einer Reihe von Tröpfchenstrahl-Druckköpfen; Fig. 8 ein Flußdiagramm zur
Erläuterung der Datenverarbeitung; und Fig. 9 eine schematische Darstellung eines
Speichersegmentes für ein Ein/Ausgabe-RAM.
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Bei dem in Fig. 1 gezeigten Tintentröpfchen-Kopiergerät wird eine
Vorlage 1 durch eine sich seitlich erstreckende Abtastgruppe 3 abgetastet, um auf
einem Kopierbogen 2 mittels einer Reihe von angewinkelt angeordneten Druckköpfen
4 eine Kopie aufzudrucken. Jeder Druckkopf 4 druckt innerhalb eines aus einer Reihe
von aneinander angrenzenden Streifen 5, die gemeinsam die zu bedruckende Fläche
des Kopierbogens 2 bedecken. Die Bewegung des Kopierbogens 2 relativ zu den Druckköpfen
4 wird durch eine geeignete Transporteinrichtung 67 bewerkstelligt. Die Druckköpfe
4 arbeiten unter Steuerung einer Druckelektronik 10, die in der noch zu beschreibenden
Weise Auflade-Steuersignale ansprechend auf die Druckdaten aus einem Druckpuffer
9 erzeugt. Die Druckdaten in dem Druckpuffer 9 sind in einem solchen Format angeordnet,
daß der Druck in der in Fig. 3 dargestellten Weise erfolgt.
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Die Abtastgruppe 3 kann eine geeignete Beleuchtungsquelle zur Beleuchtung
der Vorlage 1 und eine Reihe von Fotozellen zur Abtastung des daran reflektierten
Lichtes umfassen. Vorzugsweise sind die in der Abtastgruppe 3 enthaltenen Fotozellen
als CCD-array (ladungsgekoppelte Fotoelementzeile) miteinander gekoppelt. Die Vorlage
1 liegt vorzugsweise auf einer lichtdurchlässigen Platte (nicht dargestellt), und
die Abtastgruppe 3 be-
trachtet die Vorlage 1 durch diese Platte
hindurch. Eine Ablenkeinrichtung 20 ist vorgesehen, um die Vorlage 1 mit gleichförmiger
Geschwindigkeit an der Abtastgruppe 3 vorbeizubewegen. Bei einer anderen Ausführungsform
ruht die Vorlage 1 auf der Platte, während die Abtastgruppe 3 relativ zu ihr verfahren
wird.
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Die Abtastsignale aus der Abtastclruppe 3 werden einem Abtastpuffer
6 als Serie von Analogspannungen jedes Fotosensors der Abtastgruppe. 3 zugeführt.
Der Abtastpuffer 6 ist daher mit einer Schaltungsanordnung zur Analog/Digital-Umsetzung
der analogen Abtastsignale versehen. Die digitalisierten Ausgangssignale stellen
eine Schwarz/Weiß-Information für jedes Bildelement innerhalb eines zweidimensionalen
rechtwinkligen Koordinatensystems auf der Fläche der Vorlage 1 dar. Gewünschtenfalls
können die Bilddaten durch eine digitale Filtertechnik gefiltert werden, um das
zu erzeugende Bild zu verbessern. Ferner können die Bilddaten in herkömmlicher Weise
verarbeitet werden, um eine Pseudo-Grauabstufung herzustellen.
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Nachdem die Bilddaten in der geeigneten Weise verarbeitet wurden,
werden sie in dem Abtastpuffer 6 abtastzeilenweise gespeichert. Wenn eine vollständige
Abtastzeile gespeichert ist, wird sie in Form von parallelen 16 Bit-Daten zu einem
Ein/Ausgabe-RAM 8 überführt. Nach der Uberführung in das E/A-RAM 8 werden die Daten
in Blöcke zu 234 Abtastzeilen formatiert. Nachdem ein vollständiger Datenblock zusammengesetzt
wurde, wird er in Form von parallelen 8 Bit-Daten auf eine Magnetplatte 7 überführt..
Für jeden Datenblock sind zwei Ubertragungen erforderlich, da die Daten ausgehend
von 16 Bit-Bytes in 8 Bit-Bytes umorganisiert wurden. Die Uberführung aus dem Abtastpuffer
6 über das E/A-RAM 8 auf die Magnetplatte 7 erfolgt unter Steuerung einer Steuereinheit
36.
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Es ist zu beachten, daß die Bilddaten auf der Magnetplatte 7 in dctselben
Folge gespeichert sind, wie sie durch den
Abtastpuffer 6 erzeugt
werden.
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Nachdem die Abtastung für den jeweiligen Druckvorgang (der eine Anzahl
von Vorlagen 1 umfassen kann) vollständig abgeschlossen ist, beginnt das Ausdrucken.
Die auf der Magnetplatte 7 gespeicherten Abtastdaten werden dann zu dem E/A-RAM
8 parallel in Form von 16 Bit-Bytes zurückübertragen. Die Daten werden erneut in
Blöcken gespeichert, die 234 Abtastzeilen darstellen. Sobald die Daten zu dem E/A-RAM
8 zurückübertragen sind, werden sie in den Druckpuffer 9 unter Steuerung der Steuereinheit
36 eingelesen. Die Steuereinheit 36 arbeitet nach einem noch zu erläuterten Algorithmus,
um die Speicherstellen im Inneren des E/A-RAM 8 zum Auslesen und Einlesen in den
Druckpuffer 9 zu berechnen.
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Die dem Druckpuffer 9 zugeführten Daten werden in der oben beschriebenen
Weise für die Drucksteuerung verwendet. Jeder Druckkopf 4 kann in der allgemein
in Fig. 2 gezeigten Weise ausgebildet sein. In einer Verzweigungsleitung 33 befindet
sich ein Vorrat einer Drucktinte, die zum Drucken unter Druck aus einer Reihe von
Öffnungen 32 ausgepreßt wird (nur eine Öffnung 32 ist in Fig. 2 gezeigt). Dadurch
wird eine Reihe von Strömen 27 gebildet, die durch Anregung mittels eines Erregungswandlers
(ni.cht dargestellt) zu Tröpfchen gleicher Größe und gleicher Abstände aufbrechen.
Das Aufbrechen der Ströme 27 in Tröpfchen erfolgt an Ladeelektroden 30, die durch
eine Reihe von leitend beschichteten Kerben längs der Kante einer Ladeplatte 31
gebildet sind.
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Während die Tröpfchen in den Strömen 27 gebildet werden, werden sie
durch an die Ladeelektroden 30 angelegte Ladespannungen selektiv aufgeladen. Diese
Ladespannungen können einen von fünf verschiedenen Pegeln (von denen einer gleich
Null sein kann) annehmen, so daß jeder Tropfen einer Strömung 27 einen von fünf
verschiedenen Ladezuständen annehmen kann.
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Nachdem die Tröpfchen in der oben beschriebnen Weise aufgeladen sind,
durchlaufen sie ein elektrostatisches Ablenkfeld zwischen zwei Ablenkelektroden
29 und 35.
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Dadurch werden die Tröpfchen proportional zu ihrem Ladungspegel abgelenkt.
Die Tröpfchen können also eine von fünf verschiedenen Bewegungsbahnen 27a bis 27-e
einnehmen, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Diejenigen Tröpfchen, die eine hohe Ladung
tragen, folgen aer am stärksten abgelenkten Bahn 27e und werden durch einen Fänger
28 aufgefangen. Dabei handelt es sich um Nicht-Druck-Tröpfchen.
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Alle anderen Tröpfchen werden auf dem Kopierbogen 2 an Druckpositionen
39a bis 39d aufgebracht.
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Der Fänger 28 wird in geeigneter Weise angeordnet, und bei anderen
Ausführungsformen ist die Bewegungsbahn 27a eine Druck-Bcwegungsbahn, während die
Bewegungsbahn 27e eine Auffang-Bewegungsbahn ist. Es ist ferner ersichtlich, daß
die die Ströme 27 bildenden Tröpfchen bestrebt sind, miteinander in Wechselwirkung
zu treten. Daher ist es in manchen Fällen zweckmäßig, an die Ladeelektroden 30 Kompensationsspannungen
anzulegen und Nicht-Druck-Schutztröpfchen zwischen Drucktröpfchen zu plazieren.
Die Erzeugung von Kompensationsspannungen und die Anwendung von Schutztröpfchen
sind wohl bekannt und werden daher nicht weiter erörtert.
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Die auf der Magnetplatte 7 gespeicherte Drucksteuerinformation besteht,
wie bereits erläutert wurde, aus Schwarz/Weiß- bzw. Druck/Kein-Druck-Daten. Die
Druckelektronik 10 muß diese Binärdaten in Mehrfachpegel-Ladesignale zur Erzeugung
der geeigneten I,adespannungen umsetzen. Dies geschieht in qeeiqneter Weise dadurch,
daß ein treppenförmiges Steuersignal für jeden Steuerkanal erzeugt wird und dieses
Treppensignal ansprechend auf den Schwarz/Weiß-Zustand der aus dem Druckpuffer 9
ausgelesenen Daten ein- oder ausqeschaltet wird.
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Schaltunqsanordnungen zur Erzeugung eines solchen Treppensägnals sind
wohlbekannt und werden daher nicht
weiter beschricben.
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Es wird nun auf Fig. 3 Bezug genommen, um die Beziehung zwischen dem
Koordinatensystem der Abtastgruppe 3 und dem Koordinatensystem des Druckkopfes 4
zu erläutern.
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Fig. 3 zeigt nur einen Teil eines der Druckstreifen 5.
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Fig. 3 zeigt eine rechtwinklige Matrix, in der jedes Feld ein Bildelement
auf der Vorlage 1 bzw. auf dem Kopierbogen 2 darstellt. Die senkrechten Spalten
und waagrechten Zeilen von Feldern sind mit Spaltennummern bzw. Zeilennummern bezeichnet,
welche die Lage eines Feldes auf der Vorlage, das durch die Abtastgruppe 3 abgetastet
wird, eindeutig definieren. Fig. 3 trägt ferner eine Reihe von zusätzlichen Bezeichnungen
für bestimmte Felder, da sie durch Tröpfchen aus einer Reihe von drei Öffnungen
J, K und L bedruckt werden können.
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Die in Fig. 3 verwendeten Feldbezeichnungen bestehen jeweils aus einem
Identifiziernsbuchstaben (für die Öffnung, welche dieses Feld bedruckt) und zwei
Indizes.
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Der erste Index bezeichnet jeweils eine ausgegebene Zeilenzahl (S1),
während der zweite Index jeweils eine Tröpfchenzahl (Sd) angibt. Die Tröpfchenzahl
5d durchläuft zyklisch die Werte von T-1 bis 0, worin T die Anzahl-von Druckpositionen
für jede Öffnung bedeutet.
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Die Zeilenzahl 5 nimmt progressiv von 0 aufwärts zu, wobei für jeden
neuen Zyklus von 5d ein Zählwert hinzuaddiert wird. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist
das erste durch die Öffnung J bedruckte Feld das Feld JOO, welches gleichzeitig
mit dem Feld Koo durch die Öffnung K und mit dem Feld L00 durch die Öffnung L bedruckt
wird (wobei angenommen ist, daß an allen drei Feldorten Tintentröpfchen aufgebracht
werden sollen). Anschliessend bedrucken die drei Öffnungen gleichzeitig die Druckfelder
J01, Ko1 und L01 usw., bis sie die Felder J03, K03 und L03 bedrucken. Die Zeilenzahl
wird dann erhöht, und die öffnungen beginnen mit dem Bedrucken
der
Felder J10' K10 und L10 Das Feld JOO kann auch als Feld R38 C2S bezeichnet werden,
wobei der erste Term die Zeilenzahl der abgetasteten Vorlage und der zweite Term
die entsprechende Spalte bezeichnet. Die Drucksteuerelektronik kennt jederzeit die
Identifizierung jeder Öffnung sowie die Zeilenzahl und die Tröpfchenzahl. Dies bedeutet,
daß der Drucker für jedes zu bedruckende Feld die Feldbezeichnung kennt. Um den
Druckvorgang auszuführen, muß der Drucker wissen, ob der Abtaster für das jeweilige
Feld eine "O" oder eine "1" erzeugt hat. Die erforderliche Information wird erzeugt,
indem der gespeicherte Inhalt für diejenige Speicherzeile und -spalte ausgelesen
wird, die der bekannten Feldidentifikation entspricht. Die Bestimmung der korrekten
Zeile und Spalte erfolgt durch die Steuereinheit 36.
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Die allgemeinen Gleichungen zur Berechnung der Zeilen-und Spaltenzahlen
sind: R = 1 - K1 + Sd - (T + 1)n C = K2n + T + b Worin: n = öfnungsnummer b = Druckkopfnummer
K1 = Konstante für die Zeilennummer K2 = Konstante für die Spaltennummer Bei der
beschriebenen bevorzugten Ausführungsform sind vier Druckpositionen pro Öffnung
vorgesehen. Für diesen Fall werden die obigen Gleichungen:
R =
5d - K1 + S1 5n (Gleichung 1) C = K2n + T (Gleichung 2) Diese Gleichungen werden
durch Schaltungsanordnungen gelöst, die in den Fig. 6A und 6B als Blockschaltbild
dargestellt sind. Das System enthält zwei einander gleiche Schaltungsanordnungen
der in Fig. 6A gezeigten Art und vier der in Fig. 6 gezeigten Art. Diese Schaltungsanordnungen
erzeugen gemeinsam die Zeilen- und Spaltenadressen für vier Gruppen von 54 Öffnungen,
bei denen es sich um sämtliche Öffnungen eines Druckkopfes handelt.
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Der Speicher innerhalb des E/A-RAM 8 ist so organisiert, daß die Adressen
parallel für den Zugriff von Daten an vier verschiedenen Speicherstellen verwendet
werden können. Auf diese Weise erhalten alle vier Druckköpfe die Drucksteuerinformationen.
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Die Druckköpfe 4 sind daher organisiert, wie dies in Fig. 7 für die
Köpfe 4a bis 4d dargestellt ist. Für jeden Druckkopf kann also angenommen werden,
daß er vier Segmente A bis D umfaßt. Jedes Segment enthält Öffnungen und eine Drucksteuerelektronik
für 54 verschiedene Tintenstrahlen. Jeder Strahl bedruckt wiederum vier der in Fig.
3 gezeigten Spalten, so daß jedes Kopfsegment den Druckvorgang für eine Gruppe von
216 aneinander angrenzenden Spalten ausführt, die einen der Druckstreifen 5 in Fig.
1 darstellen. Die vier Druckköpfe mit den 16 Kopfsegmenten bedrucken also gemeinsam
3.456 Spalten über die Breite des Kopierbogens 2 verteilt. Demgemäß tastet die Abtastgruppe
3 die Bildinformation in 3.456 Abtastpositionen auf der Vorlage 1 ab. Die Spaltenbelegung
für die 16 Druckkopfsegmente ist in der folgenden Tabelle I angegeben:
Tabelle
I Kopf Segment erste Spalte letzte Spalte 4a A 0 215 4a B 216 431.
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4a C 432 647 4a D 648 863 4b A 864 1.079 4b B 1.080 1.295 4b C 1.296
1.511 4b D 1.512 1.727 4c A 1.728 1.943 4c B 1.944 2.159 4c C 2.160 2.375 4c D 2.376
2.591 4d k 2.592 2.807 4d B 2.808 3.023 4d C 3.024 3.239 4d D 3.240 3.455 Um die
Drucksteuerdaten zu erzeugen, ist das E/A-RAM 8 in vier Speichersegmenten 50 organisiert,
von denen in Fig. 9 eines schematisch dargestellt ist. Jedes Speichersegment 50
erzeugt die Drucksteuerinformationen für ein Druckkopfsegment für jeden der Druckköpfe
4a bis 4d. Das Speichersegment 50 in Fig. 9 ist also imstande, Drucksteuerinformationen
für alle vier Kopfsegmente A zu erzeugen, und speichert Bildinformationen für vier
Spaltengruppen innerhalb der acht Speichersektoren 0 bis 7. Bei einer solchen Ausführungsform
steuert das Speichersegment das Bedrucken der Spalten 0 bis 215, 864 bis 1.079,
1.728 bis 1.943 und 2.592 bis 2.807. Das Bedrucken dieser Spalten wird letztlich
durch die ersten 54 Tintenstrahlen in jedem Druckkopf ausgeführt, die alle synchron
miteinander arbeiten, und die Speicherorganisation vereinfacht das Adrcssieren für
die Drucksteuerung, wie nun unter Bezugnahme auf die Fig.6A und
6B
erläutert wird.
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Jedes Speichersegment 50 umfaß 32 RAM-Chips (Schreib/ Lese-Speicher-Baustein)
61. Jeder derartige Speicherbaustein ist eine 64 K-Speichervorrichtung mit 65.536
Speicherstellen. Es werden jedoch nicht alle Speicherstellen verwendet. Zu jeder
gegebenen Zeit speichert jeder Speicherbaustein die Bildinformationen für eine Bildfläche,
die 216 Spalten und 234 Zeilen bzw. 50.544 Bits umfaßt. Die ein Speichersegment
50 bildenden Speicherbausteine speichern gemeinsam jeweils die Bildinformation für
1.872 Zeilen. Es wird daran erinnert, daß für die her beschriebene Ausführungsform
jeder Druckkopf 216 öffnungen aufweist, bei denen die Abstände von Mitte zu Mitte
fünf Abtastlinien in Druckrichtung betragen. Die Druckköpfe bedrucken also gleichzeitig
Druckfelder mit einem maximalen Abstand von 1.080 Druckzeilen. Ein solcher Abstand
ist leicht möglich aufgrund der 1.872 Abtastzeilen der in den vier Speichersegmenten
50, die das E/A-RAM 8 bilden, gespeicherten Daten.
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Während des Fortschreitens des Druckvorganges erzeugt die Steuereinheit
36 Adressen zum Auslesen der in jedem Speichersegment 50 gespeicherten Informationen.
Daher müssen gleichzeitig vier Adressen, nämlich eine für jedes Speichersegment,
erzeugt werden. Jede dieser Adressen wird an das geeignete Speichersegment über
eine Gruppe von Adreßleitungen 56 (Fig. 9) angelegt.
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Jede Adresse wird parallel an vier Gruppen von RAM-Chips 61 angelegt,
um die Datenbits auf vier Ausgabeleitungen 57 bis 60 gleichzeitig auszulesen.
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Die oben erläuterten Adressen werden durch die Schaltungsanordnung
erzeugt, die in den Fig. 6A und 6B gezeigt ist (gemeinsam mit nicht dargestellten
Schaltunqsanordnungen), und zwar nach den oben angegebenen Gleichungen 1 und 2.
Aufgrund der Organisation des Speichers
und seiner Adressierung
ist es jedoch nicht erforderlich, den Term b" in die Berechnung der Spaltenadressen
einzubeziehen. Z.B. wird eine Zeilen-Spalten-Adresse R469, C101 automatisch als
R469 und C101 für den Kopf 4a, R4691 C965 für den Kopf b, R469, C1829 für den Kopf
4c sowie R469, C2693 für den Kppf 4d behandelt.
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Während des Ausdruckens wird der E/A-Steuerspeicher (RAM) 8 mit 1.872
Bildinformations-Abtastzeilen geladen, woraufhin er je nach der Länge der zu bedruckenden
Seite einmal oder zweimal neu geladen wird. Der dynamische Speicher ist ausreichend
überdimensioniert, um eine solche Neuladung zu ermöglichen, während die Steuerinformation
für die genannten 1.080 Druckzeilen kontinuierlich aus ihm ausgegeben werden. Nachdem
eine Seite bedruckt wurde, wird das E/A-RAM mit der Bildinformation für die nächste
Seite geladen.
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Das in Fig. 8 gezeigte Flußdiagramm zeigt den Berechnungsprozeß für
die an eines der Speichersegmente 50 angelegten Adressen. Die Berechnung beginnt
damit, daß die Zeilenzahl, die Tröpfchenzahl und die Öffnungszahl auf Null gesetzt
werden. Das System berechnet dann eine Zeilenzahl und eine Spaltenzahl für die Adressierung
des Speichersegments. Nachdem die Adresse erzeugt wurde, erfolgt der Zugriff zu
dem Speichersegment, um vier Bilddatenbits auszulesen und diese in den Druckpuffer
9 einzulesen. Danach wird die Öffnung zahl erhöht, und eine neue Adresse wird berechnet.
Die Erhöhung-der Öffnungszahl geht weiter, bis 54 Adressen erzeugt wurden.
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Nachdem 54 Adressen erzeugt wurden, enthält der Druckpuffer 9 genügend
Daten zur Erzeugung eines Druckbefehls für alle Tintenstrahlen in jedem Druckkopf
4. Entsprechend überträgt der Druckpuffer 9 die angesammelte Bildinformation zur
Druckelektronik 10, die 864 Druckbefehle (216 für jeden Druckkopf 4) erzeugt. Zu
diesem
Zeitpunkt sind alle Tintenstrahlen hereit für ein Ladesteuersignal,
das in der Druckposition 39a in Fig. 2 zu einem Druck oder Nicht-Druck führt.
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Nachdem die erste Gruppe von Druckbefehlen erzeugt wurde, wird die
Tröpfchenzahl (Sd) erhöht, und eine neue Gruppe von Druckbefehlen wird erzeugt.
Dieser Vorgang wird weitergeführt, und neue Gruppen von Druckbefehlen werden erzeugt,
bis die Drucksteuerbefehle zum Drucken an allen Druckpositionen 39a bis 39d erzeugt
worden sind.
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Danach wird die Zeilenzahl (S1) erhöht, und die Logikschaltungen steuern
eine weitere Ablaufschleife. Nachdem die Zeilenzahl irgendeine Maximalzahl erreicht
hat, die angibt, daß das Ausdrucken der in dem Speichersegment enthaltenen Informationen
abgeschlossen ist, wird das Ausdrucken kurzzeitig beendet, und das E/A-RAM 8 wird
mit neuen Daten aus der Magnetplatte 7 geladen.
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Es wird nun auf die Fig. 6A und 6B Bezug genommen, um die Schaltungsanordnungen
zu erläutern, durch die der in dem Flußdiagramm der Fig. 8 gezeigte Vorgang ausgeführt
wird. Fig. 6A zeigt ein Blockschaltbild einer Zeilenzahl-Berechnungsschaltung 51,
die- Zeilenadressen auf Ausgabeleitungen 234 und 235 für die zwei Speichersegmente
50 erzeugt. Es sind also zwei derartige Zeilenzahl-Berechnungsschaltungen 51 vorgesehen,
um die ganze, aus vier Speichersegmenten 50 bestehende Gruppe zu bedienen.
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Die Zeilenzahladresse auf Leitung 234 wird an die in Fig. 6B gezeigte
Schaltung angelegt, die eine Spaltenadresse berechnet und auf der Ausgabeleitung
132 eine kombinierte Adresse erzeugt. Die Zeilenadresse auf Leitung 235 wird an
eine andere Schaltung angelegt, die derjenigen in Fig. 6B gleicht. Es sind insgesamt
vier Schaltungen der in Fig. 6B gezeigten Art vorgesehen, die mit der gezeigten
Zeilenzahl-Berechnungsschaltung 51 und den zugeordneten, nicht dargestellten
Schaltungsanordnungen
zusammenarbeiten.
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Die Berechnungsschaltung 51 umfaßt einen 14 Bit-Zeilenzahl-Zähler
200, einen 2 Bit-Tröpfchenzahl-Zähler 201 und einen 6 Bit-Öffnungszahl-Zähler 202.
Die von diesen drei Zählern abgcgebenen Zählraten werden an Exclusiv-OR-Schaltungen
203a bis 203c anlegt, gemeinsam mit einem Signal auf Leitung 214, das angibt, ob
die Kopie auf der Vorderseite oder auf der Rückseite aufgedruckt werden soll.
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Bei der bevorzugten Ausführungsform ist ein Blattwender (nicht dargestellt)
vorgesehen, um einen Kopierbogen 2 zu wenden, nachdem seine Vorderseite bedruckt
wurde, und den Bogen zum Bedrucken seiner Rückseite zu den Druckköpfen 4 zurück
zu befördern. Der Blattwender ist so ausgebildet, daß die Kopierblätter beim Wenden
auch von oben nach unten verdr-eht werden. Das Bedrucken der Rückseite beginnt daher
von unten nach oben, so daß die Zeilenzahladressen und Spaltenzahladressen gegenüber
denen für die Bedruckung der Vorderseite invertiert werden müssen. Um die erforderliche
Invertierung vorzunehmen, führen die Exclusiv-OR-Schaltungen 203a bis 203c Einerkomplement-Operationen
an den sie durchlaufenden Zahlen durch.
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Die Zeilenzahl (S1) ) aus der Exclusiv-OR-Schaltung 203a wird über
Leitung 219 an einen Addierer 204 angelegt, wo sie zu einer festen, durch einen
programmierbaren Lesespeicher PROM 209 erzeugten Zahl hinzuaddiert wird. Das PROM
209 ist so angesc)llossen, daß es das Rückseiten-Steuersignal empfängt, welches
auf Zeitung 214 abgegeben wird, und spricht darauf an, indem es eine geeignete Zeilenzahl-Korrekturz-ahl
zum Anlegen an den Addierer 204 erzeugt.
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Die Öffnungszahl aus der Exclusiv-OR-Schaltung 203c wird in ähnlicher
Weise über Leitung 221 an einen
Addierer 206 angelegt, der ferner
ein Eingangssignal direkt aus der Leitung 214 empfängt. Der Addierer 206 stimmt
in der erforderlichen Weise die Öffnungszahl auf Rückseitenbedruckung ab.
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Die abgestimmte Öffnungszahl aus dem Addierer 206 wird über Leitung
230 an einen Puffer 208 angelegt und gelangt ferner zu einem weiteren Addierer 207.
Der Addierer 207 multipliziert die Öffnungszahl mit einer Zahl, die gleich der Anzahl
von Zeilen zwischen den Öffnungen (in diesem-Falle fünf) ist. Ein Inverter 223 invertiert
das Ausgangssignal des Addierers 207 und legt es an einen Addierer 205 an, wo es
zu dem Ausgangssignal aus dem Addierer 204 hinzuaddiert wird, welches auf Leitung
231 erscheint. Der Addierer 205 erzeugt dann ein Ausgangssignal auf Leitung 226,
das gleich der Größe ist.
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Das Ausgangssignal des Addierers 205 wird an Addierer 212 und 213
angelegt, wo es zu Zahlen hinzuaddiert wird, die aus programmierbaren Speichern
PROMS 210 und 211 auf Leitung 225 bzw. 227 ausgelesen werden. Die Zahlen auf den
Leitungen 225 und 227 entsprechen dem Term K1 der obigen Gleichung 1. Die durch
die Addierer 212 und 213 erzeugten Summen erscheinen auf Leitung 229 bzw.
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228. Diese Summen entsprechen jeweils der Größe S1 - K1.
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Die Größen auf den Leitungen 229 und 228 unterscheiden sich nur im
Wert von K1, der durch die PROMS 210 und 211 erzeugt wird. Bei einer praktischen
Ausführungsform, bei welcher die gezeigte Schaltung 51 Zeilenadressen für Stegsegmente
A und B erzeugt, betragen die von den PROMS 210 und 211 erzeugten Zahlen 0 und -270.
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Die entsprechenden programmierbaren Lesespeicher der nicht gezeigten
Schaltung 51 erzeugen K1-Werte von -540 und -810.
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Die auf den Leitungen 228 und 229 erscheinenden Größen werden an den
Puffer 208 angelegt, wo sie zu der Tröpf-
chenzahl hinzuaddiert
werden, die auf Leitung 220 erscheint. Der Puffer 208 erzeugt dann eine abgestimmte
Öffnungszahl n auf Leitung 232, eine abgestimmte Tröpfchenzahl 5d auf Leitung 233
und zwei berechnete Zeilenzahlen auf Leitung 234 und 235. Die auf den Leitungen
234 und 235 erscheinenden Werte sind-die Lösungen der Gleichung 1.
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Die in Fig. 6B gezeigte Schaltungsanordnung umfaßt eine Normalisierschaltung
52, eine "Basis-und-wohin"-Schaltung 53, eine Modifizierschaltung 54 und eine Adressierschaltung
55. Die Normalisierschaltung 52 normalisiert die Zeilenzahlberechnung derart, daß
eine Zahl innerhalb des Bereichs der oben erwähnten acht Speichersektoren erzeugt
wird. Es wird erneut auf Fig. 9 Bezug genommen, wo ersichtlich ist, daß die acht
Speichersektoren insgesamt 1.872 Zeilen umfassen. Es wird also ein Binärsignal,
das gleich der Zahl -1.872 ist, auf Leitung 112 gegeben und dem Addierer 101 gemeinsam
mit dem Signal zugeführt, das durch die Spaltenadressierschaltung 51 auf Leitung
234 erzeugt wird. Der Addierer 101 gibt zwei Ausgangssignale auf Leitung 117 und
118 ab, bei denen es sich um R-1.872 (in Binärform) handelt.
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Die Schaltung 52 enthält einen weiteren Addierer 102, der so angeschlossen
ist, daß er eine Binärzahl, die äquivalent der Zahl -3.744 ist, auf Leitung 113
sowie die Zeilenzahl auf Leitung 234 empfängt. Der Addierer 102 gibt zwei Ausgangssignale
auf Leitung 119 und Leitung 120 ab, bei denen es sich um R-3.744 (in Binärform)
handelt Die Ausgangssignale aus den Addierern 101 und 102 sind an Multiplexer 103
angelegt, die eine normalisierte Zeilenzahl erzeugen, die kleiner ist als die Zahl
1.872 Das Ausgangssignal des- Multiplexers 103 erscheint auf Leitung 121 und ist
gleich der Zahl, die auf Leitung 234 erscheint, oder gleich dieser um 1.872
oder
3.744 verminderten Zahl, je nachdem, welche Zahl erforderlich ist, um die Zeilenzahl
unter ihrer maximalen Grenze zu halten.
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Die normalisierte Zeilenzahl auf Leitung 121 ist an programmierbare
Lesespeicher PROM 104 und PROM 105 angelegt. Das PROM 104 übersetzt die Zeilenzahl
in eine Basisspeicher-Adressenzahl und ;iegt die so umgesetzte Zahl auf Leitung
123 an einen Addierer 106 an. Der Addierer 106 empfängt ferner eine Öffnungszahl
auf Leitung 232 sowie eine Tröpfchenzahl auf Leitung 233. Der Addierer 106 führt
die Addition gemäß Gleichung 2 aus, um die Spaltenzahl zu berechnen. Die Spaltenzahl
wird dann mit der Adresse kombiniert, die aufLeitung 123 empfangen wird, um auf
Leitung 124 eine 16 Bit-Speicheradresse zu erzeugen. Diese Adresse wird an den Puffer
107 angelegt. Der Puffer 107 empfängt ferner eine Speichersektorzahl auf Leitung
123 aus dem PROM 105 sowie einen Druckunterbrechungsbefehl -auf Leitung 116 aus
einem Vergleicher 110. Der Vergleicher 110 vergleicht die Zeilenzahl auf Leitung
234 mit einer maximalen Zahl, die aus einem programmierbaren Lesespeicher PROM 111
auf Leitung 115 empfangen wird. Wenn die Zahl auf Leitung 234 diejenige auf Leitung
115 überschreitet, stellt das System fest, daß die Länge des Kopierbogens 2 überschritten
wurde und der Druck für diese Werte von R und n angehalten werden muß.
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Der Puffer 107 erzeugt auf Leitung 129 eine Speichersektoradresse,
auf Leitung 130 einen Druckunterbrechungsbefehl und auf Leitung 126 eine 16 Bit-Speicheradresse.
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Die Speicheradresse auf Leitung 126 wirt'an einen Multiplexer 108
gemeinsam mit einem Signal auf Leitung 125 angelegt, bei dem es sich um das Adressenschaltsignal
für den dynamischen RAM-Speicher handelt. Der Multiplexer 108 erzeugt zwei 8 Bit-Speicheradressen
zum Adressieren eines der vier Speichersegmente 50. Diese zwei Adressen sind die
Zeilen- und die Spaltenadresse
für die dynamischen RAMS. Gemeinsam
mit der Speicheradresse auf Leitung 132 wird eine Speichersektoradresse auf Leitung
129 erzeugt Die Speichersektoradresse bezeichnet denjenigen Speichersektor in Fig.
9, in dem sich die erforderlichen Daten befinden. Diese Daten werden aufgrund der
über Leitung 121 angelegten Daten durch das PROM 105 erzeugt.
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Es wird erneut auf Fig. 3 Bezug genommen, aus der ersichtlich ist,
daß die Drucksteuerdaten so angelegt sind, daß Druckbefehle für eine Zeile von Öffnungen
abgegeben werden, die gleichzeitig Felder bedrucken1 welche einen Abstand von vier
Spalten und fünf Zeilen haben. Wenn die Spalten und Zeilen gleiche Abstände haben,
so beträgt der Neigungswinkel jedes Druckkopfes 53,13 Grad. Es gibt jedoch bestimmte
Rasterbedingungen, die den Neigungswinkel der Köpfe einschränken und es im allgemeinen
erforderlich machen, daß Spalten- und Zeilenabstände nicht genau gleich sind.
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Diese Rasterprobleme werden bei Betrachtung der Fig. 4 und 6A duetlich.
Fig. 4 zeigt eine Linie 37, die parallel zu einer Zeile von Öffnungen eines Druckkopfes
4 ist.
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Diese Linie bildet einen Winkel y mit einer Bezugslinie 43, die parallel
zu den Zeilen in Fig. 3 ist. Der aus einer Öffnung 40 abgegebene Tintenstrahl wird
entlang einer Ablenklinie 42, die zur Linie 37 senkrecht ist, abgelenkt. Bei der
Ablenkung des Tintenstrahls werden jedoch die Tröpfchen an einer Serie von Druckpositionen
39a bis 39d (mitten der Tröpfchenauftreffstellen) auf der Druckoberfläche aufgebracht.
Diese Druckpositionen haben waagerechte Abstände S H und senkrechte Abstände Sv,
und die Druckpositionen liegen auf einer Linie 38. Während der Tintenstrahl sequentiell
die Positionen 39a bis 39d bedruckt, bewegt sich das Papier in Richtung eines Pfeiles
41. Während der zwischen den Ausdruckvorgängen erforderlichen Zeitspanne bewegt
sich das Papier um einen Abstand L . Die Ablenklinie 42 p
fällt
also nicht mit der Drucklinie 38 zusammen. Vielmehr bildet, wie in der Zeichnung
dargestellt, die Linie 42 einen Winkel ß mit der waagerechten Bezugslinie.
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Das in Fig. 5 gezeigte Vektordiagramm illustriert die Relativbewegung
während der oben erläuterten Tintenstrahlablenkung. Zu Erläuterungszwccken stellt
Vp die Geschwindigkeit der Papierbewegung, V die Auslenkge-5 schwindigkeit des Tintenstrahls
und V die Tintensp strahl-Auslenkgeschwindigkeit relativ zu dem Papier dar (betrachtet
in einem Koordinatensystem, das sich mit dem Papier mitbewegt). V weist eine waagerechte
Komsp ponente VH und eine senkrechte Komponente VV auf. Die Geschwindigkeitskomponenten
VH und VV stehen durch folgende Gleichungen in Beziehung zu den Abständen SH und
SV nach Fig. 4: VII V f = P P VV VV = Vp + Vs cos y (Gleichung 4) f f P P Darin
ist f die Druckfrequenz (in Wirklichkeit ist die p Tröpfchenerzeugungsfrequenz wegen
der zusätzlich vorhandenen Schutz tröpfchen höher).
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Fig. 4 zeigt auch einen Abstand d, bei dem es sich um die tatsächliche
Ablenkentfernung von einer Tröpfchenposition zur anderen handelt, gemessen in einem
unbewegten Bezugsrahmen. Diese Auslenkung ergibt sich aus der Tröpfchenladung sowie
aus der in Fig. 2 gezeigten Ablenk- und Systemgeometrie. Die Ablenkentfernung d
beträgt- etwas weniger als der Durchmesser eines aufgedruckten Punktes, so daß die
aufgedruckten Pünktchen
einander überlappen.
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Die Druckfrequenz f nach Gleichungen (3) und (4) ist p im allgemeinen
begrenzt durch die Tröpfchenerregung und die Datenrate des Systems. Die Ablenkgeschwindigkeit
steht mit der Druckfrequenz in folgender Beziehung: V5 f = d (Gleichung 5) P Wenn
diese Beziehung in Gleichung (3) eingesetzt wird, läßt sich der Druckkopfwinkel
berechnen: -1 5H y = sin (d ) (Gleichung 6) Nach Festlegung des Druckkopfwinkels
kann der Abstand J zwischen den Öffnungen folgendermaßen bestimmt werden: M S cosy
(Gleichung 7) Darin bedeutet M die Anzahl von Druckpegeln pro Auslenkung (in diesem
Fall 4).
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Das Rasterproblem tritt aufgrund der Tatsache auf, daß die durch Tröpfchen
aus einer Öffnung aufgedruckten Zeilen zu den Zeilen ausgerichtet sein müssen, die
durch die Tröpfchen aller anderen Öffnungen gedruckt werden. Dies bedeutet, daß
folgende Rasterbedingung erfüllt sein muß: GS V = siny (Gleichung 8) siny Darin
ist G irgendeine positive ganze Zahl.
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Es gilt also:
G 5V M SH siny cosy (Gleichung 9) und
M 5H 5V = G tan y (Gleichung 10) Dadurch wird der senkrechte Abstand zwischen den
Druckzeilen auf jede diskrete Anzahl von Werten entsprechend dem gezählten Wert
G beschränkt.
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Durch Einsetzen der Gleichung (10) in Gleichung (4) und Vornahme von
weiteren Substitutionen kann V folgender-P ma-ßen berechnet werden J V = f (G siny
- d cosy ) (Gleichung 11) p p G Die Papiervorschubgeschwindigkeit muß also entsprechend
Gleichung (11) einqestellt sein, um den durch Gleichung (10) gegebenen Zeil.-enabstand
SV zu erhalten. Für ein praktisches Ausführungsbeispiel gelten folgende Werte: SH
= 0,062458 mm f = 46,424 kHz P d = 0,079009 mm y = 52.2388° J .= 0,40800 mm G =
5 SV = 0,0645109 mm V = 748,79 mm/sec.
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p Es ist also ersichtlich, daß die Abtastung so arbeiten muß, daß
dieselben Werte von SII und 5V wie beim Ausdrucken mittels der Druckköpfe erhalten
werden. In der Abtasteinrichtung wird SH eingestellt, indem die Ab-
stände
der Fotosensoren in der Abtastgruppe 3 eingestellt werden. SV wird eingestellt,
indem die Bewegungsgeschwindigkeit der Vorlage 1 und die Frequenz, mit der der Puffer
6 die Ausgangssignale der Abtastgruppe 3 abfragt, eingestellt werden.
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Die Ablenkrichtung V kann umgekehrt werden, so daß 5 die Druckmarkierungen
an den Druckpositionen 39a bis 39d in umgekehrter Folge erscheinen. Eine solche
Auslegung führt zu Änderungen des Druckkopfwinkels y und weiterer Konstruktionsparameter,
die Arbeitsweise wird jedoch nicht verändert.
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Bei einer anderen Ausführungsform adressiert die Steuereinheit 36
das E/A-RAM 8, bevor die Uberführung auf die Magnetplatte 7 erfolgt, so daß die
Abtastdaten aus dem Abtastpuffer 6 auf der Magnetplatte 7 in einem transformierten
Format gespeichert werden. Bei einer solchen Ausführungsform können die von der
Magnetplatte 7 ausgelesenen Daten dem Druckpuffer 9 direkt zugeführt werden.
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