DE69033247T2

DE69033247T2 - Optische Struktur und Betriebsverfahren des Belichtungsmoduls eines Drucksystems

Info

Publication number: DE69033247T2
Application number: DE1990633247
Authority: DE
Inventors: William E. Nelson
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1989-12-21
Filing date: 1990-12-18
Publication date: 2000-03-02
Anticipated expiration: 2010-12-19
Also published as: DE69033247D1; EP0681263B1; EP0437766A3; EP0681264A3; DE69030717D1; JP3042634B2; EP0437766B1; JPH058447A; EP0681264A2; DE69032531T2; EP0681264B1; EP0681263A2; EP0437766A2; EP0681263A3; DE69030717T2; DE69032531D1

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG

Diese Erfindung bezieht sich auf ein System zum Modulieren von Energie, wie es in dem Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben ist.
Ein derartiges System ist aus dem US-Patent 4,596,992 bekannt. Diese Druckschrift offenbart einen linearen räumlichen Lichtmodulator mit zwei gegeneinander versetzten Reihen aus Pixeln für eine leichte Überlappung von Bildern und ein Druckersystem, das einen räumlichen Lichtmodulator mit einer Dunkelfeldprojektionsoptik verwendet. Die Pixel umfassen elektrostatisch auslenkbare Elemente, die sich alle in der gleichen Richtung verbiegen, um die Verwendung der Dunkelfeldprojektion zu ermöglichen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Es gibt viele Fälle, in denen es wichtig ist, Lichtenergie und Lichttransmission zu steuern. Zum Beispiel muß bei einem xerographischen Reproduktionssystem, wie es in einem Drucker, einem digitalen Kopierer oder einem Faxgerät verwendet wird, das Licht von einer Quelle so moduliert werden, daß eine Reihe von Punkten (An- und Aus-Bedingungen des Lichtes) erzeugt werden, um das Bild zu erzeugen, was reproduziert werden soll. Die tatsächliche Reproduktion auf das Abschlußmedium (typischerweise Papier) wird durch einen lichtempfindlichen Photorezeptor in der Form einer rotierenden Trommel oder eines Bandes erreicht, auf die (bzw. das) das modulierte Lichtbild übertragen wurde. Die Trommel wird elektrostatisch an den Stellen entladen, an denen die Lichtflecken die Trommel belichtet hatten, so daß geladene Tintenpartikel, die als "Toner" bezeichnet werden, an der Trommel an den Stellen haften, die sich aus der speziellen Art des implementierten Entwicklungsverfahrens ergeben. Dieser Toner wird dann auf das Papier übertragen, um das schließlich reproduzierte Bild zu erzeugen.
Bei einem System ist es wünschenswert, das Verfahren mit einer gewöhnlichen Lichtquelle, z. B. einer Wolfram-Halogen- Glühlampe, zu beginnen und die unmodulierten Lichtstrahlen von der Lichtquelle von einem monolithischen Substrat weg zu reflektieren, das so ausgebildet ist, daß es in der Lage ist, das Licht in selektiver Weise von bestimmten Stellen auf dem Chip zu reflektieren. Genauer gesagt weist der Chip wenigstens eine Zeile aus kleinen auslenkbaren Spiegeln auf, die, wenn sie nicht ausgelenkt sind, das von der Lichtquelle stammende Licht von der Trommel weg reflektieren. Wenn jedoch ein beliebiger oder wenn alle einzelnen Spiegel ausgelenkt werden, bewirkt der ausgelenkte Spiegel, daß das Licht von dieser Spiegelstelle auf einer entsprechenden Stelle auf der Trommel abgebildet wird. Zu einem beliebigen Zeitpunkt verursacht dann eine Reihe an Auslenkungen die Übertragung eines Bildes aus breiten Punkten, die Pixel genannt werden, und anschließend das Drucken dieses Bildes auf Papier.
Es braucht nicht erwähnt zu werden, daß die Fähigkeit des Systems, das richtige reflektierte Licht einzufangen und sämtliche anderen von außen stammenden Lichtreflektionen zurückzuhalten für das Funktionieren des Verfahrens von entscheidender Bedeutung ist. Jedoch ist es oft schwierig, dieses Ergebnis zu erzielen, da es insbesondere schwierig ist, Streulicht zu steuern. Das Problem wird noch durch die Tatsache verschlimmert, daß die Lichtquelle genug Energie aufweisen muß, um sämtliche Reflektions- und Transmissionsverluste zu kompensieren. Obwohl dieses alles theoretisch möglich ist, treten weitere Probleme bei der Anbringung und der Ausrichtung des Substrats und in bezug auf das lichtreflektierende Substrat selbst auf. Schließlich muß der Beleuchtungsarm des optischen Systems ein gleichförmiges Strahlungsprofil zum Modulatorsubstrat aussenden, um eine korrekte Funktion zu gewährleisten.
Ein Verfahren zur Steuerung des Lichts besteht darin, Ablenkbleche und lichtabsorbierendes Material zu verwenden. Thermische Beanspruchungen können jedoch zu Verbiegungen und anderen Fehlausrichtungsproblemen führen, wenn eine zu große Menge an Wärme oder Infrarotenergie durch die verschiedenen Elemente absorbiert wird. Zusätzliche Probleme treten auf, wenn es gewünscht ist, die in geeigneter Weise reflektierten modulierten Lichtflecken auf die Trommel zu konzentrieren und das gesamte andere Licht gegenüber der Trommel abzuschirmen. Das liegt daran, daß das Verhältnis zwischen der modulierten Lichtmenge und der Gesamtlichtmenge relativ klein ist (< 1%). Die Probleme der Lichtabsorption und Lichtablenkung besitzen viele Facetten und erfordern, wenn sie nicht in geeigneter Weise strukturiert sind, eine komplizierte "Abstimmung" und zeitaufwendige Herstellungsverfahren, um geeignete Signal-/Rauschverhältnisse an der Trommel zu erreichen.
Da das modulierte Licht die Trommel in einem genauen Muster treffen muß und da das gesamte andere Licht gegenüber der Trommel abgeschirmt werden muß, muß ein System errichtet werden, das eine gesteuerte Verteilung unerwünschter Lichtstrahlen und gleichzeitig das Sicherstellen einer präzisen Handhabung des richtigen Ausmaßes an modulierten Lichtsignalen ermöglicht. Das System wird darüber hinaus dadurch verkompliziert, daß die modulierten Signale ein mikroskopisch feines Muster bilden, das sich extrem schnell verändert, und zwar in einer Größenordnung von 1720-mal pro Sekunde, und daher müssen die Lichtwege streng gesteuert werden und wiederholbar sein. Auf der anderen Seite kann das Streulicht in kontinuierlicher Weise die Photorezeptoroberfläche in einem Bereich oder einer Öffnung belichten, die 25-mal größer als die Fläche ist, die durch das modulierte Muster belichtet wird. Daher kann eine Hintergrundverwaschung unerwünschten Streulichts mit einer sehr geringen Intensität im Vergleich zu der des modulierten Signals den Ausdruck sehr stark verschlechtern. Wegen der engen Toleranzen müssen Lichtdivergenzen, die sich aus der Drehung der Spiegel in dem Transmissionspfad ergeben, ebenfalls gesteuert werden. All diese Probleme müssen in einer wirtschaftlichen Weise und ohne komplizierte Ausrichtungs- und "Regula-Falsi"-Lichtabschirmverfahren gelöst werden.
Aus der US-A-4 217 026 ist eine Anordnung zum Abschirmen eines zugehörigen optischen Systems gegenüber achsferner Strahlung bekannt. Gleichzeitig wird hier die thermische Beanspruchung durch Minimierung der Strahlungsabsorption innerhalb der Anordnung reduziert. Bei der Grundausführungsform umfaßt diese Anordnung ein rechteckiges kastenartiges Gehäuse mit einer spiegelnden Innenoberfläche; und spiegelnde Ablenkplatten, die Abschnitte von Oberflächen von hohlelliptischen Zylindern bilden und in Abständen zueinander und hintereinander in dem Gehäuse angeordnet sind und darüber hinaus senkrecht zu den Seiten des Gehäuses stehen.
So besteht ein Bedürfnis auf diesem Fachgebiet nach einem System, das die Kontrolle unerwünschter Lichtenergie ermöglicht, ohne in übermäßigem Maße Wärme zu absorbieren und ohne komplizierte Lichttransmissionswege zu errichten.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß dieser Erfindung wird ein anfangs erwähntes System zum Modulieren von Energie geschaffen, das die Steuerung unerwünschter Energie ermöglicht. Dieses System umfaßt die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1.
Die Trennwand zwischen den Abschnitten bildet die Basis des oberen Abschnitts der Belichtungseinheit. Der obere Abschitt enthält eine Lichtquelle, die in einer Ecke angebracht ist, um die Einheit von der Wärme der Lampe abzuschirmen, wobei Lichtstrahlen hoher Energie von einem Lichtglühfaden aufgenommen werden, der so angeordnet ist, daß die Lichtenergie parallel und über der Trennwand fließt. In der anderen Ecke der Einheit ist ein monolithisches Substrat angebracht, das die Reihen aus verformbaren Spiegeln umfaßt. Es ist ein Halter in der Basis des oberen Abschnitts gebildet, der dazu dient, das Substrat über die Breite der Box zu tragen. Das Substrat ist auf seiner Seite angeordnet, so daß es von der Basis ausgehend aufrechtstehend gehalten wird, wodurch seine vordere Oberfläche, die die einzelnen Spiegelpixel umfaßt, mit Licht belichtet werden kann. Zwischen der Lichtquelle und dem Substrat liegen optische Linsen, die dazu dienen, Licht auf das Substrat zu richten. Das Licht fließt von der Ecke diagonal durch die Box und fällt auf die vordere Fläche des Substrats, das zwischen den Seiten der Box zentriert ist.
Ein optischer Pfad wird unterhalb der Mitte der Box in der Längsrichtung des Lichtpfades gebildet. Dieser Lichtpfad ist so aufgebaut, daß er schräg nach unten durch die zwischen der Decke verlaufende Abtrennung läuft, durch die durch das Substrat moduliertes Licht laufen soll. In diesem Loch und innerhalb der geneigten Passage ist eine Fokussierungslinse angebracht, die dazu dient, daß von den verschiedenen ausgelenkten Substratspiegeln reflektierte Licht aufzunehmen und dieses Lichtbündel auf einen Spiegel zu richten, der in dem unteren Abschnitt der Einheit sitzt. Außerdem liegen in der geneigten Passage auf der oberen Seite der Einheit und vor der Fokussierungslinse eine Reihe von halbkreisförmigen Ablenkwänden, die wie ein Bienenthorax aufgebaut sind, so daß unerwünschtes von dem Substrat reflektiertes Licht von den Ablenkwänden zurück zum Substrat reflektiert wird. Dieses reflektierte Licht wird sofort in einem Winkel von 45º zurückreflektiert, so daß es nach oben gegen die obere Fläche der Einheit läuft, um von der oberen Abdeckung absorbiert zu werden.
Ein Vorteil wird demgemäß hierbei darin gesehen, daß eine Anordnung aus einem xerographischen Belichtungsmodul und einer Vorrichtung mit verformbaren Spiegeln gewählt wird, bei der eine Lichtquelle in dem Modul integriert ist. Es ist darüber hinaus ein technischer Vorteil, daß sich die Vorrichtung mit verformbaren Spiegeln in bezug auf das Modulgehäuse entfernen und einstellen läßt.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, eine Vorrichtung mit verformbaren Spiegeln so auszubilden, daß sie eine Lichtmodulation in einem in sich geschlossenen Modul durchführen kann, das eine Lichtquelle und eine Reihe von Fokussierungs-/Imager-Linsen aufweist, und wobei die Vorrichtung mit verformbaren Spiegeln eine Reihe aus Elementen umfaßt, die mehr einzelne Elemente aufweist, als tatsächlich für jede modulierte Zeile erforderlich sind, wodurch eine leichtere Ausrichtung der Elemente in der Belichtungseinheit ermöglicht wird.
Ein weiterer technischer Vorteil besteht darin, eine Vorrichtung zur räumlichen Lichtmodulation für die Verwendung in einer Belichtungseinheit eines Drucksystems auszubilden, wobei die Belichtungseinheit eine in bezug auf die Modulationsvorrichtung getrennt positionierte Lichtquelle aufweist, so daß unmoduliertes Licht von der Quelle auf die Vorrichtung fällt, und wobei die Belichtungseinheit eine Fokussierungsvorrichtung aufweist, die Licht, das in selektiver Weise von bestimmten Pixeln der Modulationsvorrichtung reflektiert worden ist, aufnimmt.
Ein weiterer technischer Vorteil besteht darin, eine Modulationsvorrichtung wie oben erläutert mit mehreren Pixelelementen, die in einem Substrat gebildet sind, auszubilden, wobei jedes Pixel elektrostatisch auslenkbar ist, und wobei die Vorrichtung darüber hinaus eine in dem Substrat gebildete Adressierungsschaltungsanordnung umfaßt, und wobei die Vorrichtung beim Empfang eines Datensignals, das ein bestimmtes Pixel zur Freigabe der Auslenkung des adressierten Pixels ansteuert, so betrieben werden kann, daß Licht, das sonst durch das Pixel von der Fokussierungsvorrichtung weg reflektiert worden wäre, zur Fokussierungsvorrichtung reflektiert wird.
Ein weiterer technischer Vorteil besteht darin, eine Energiemodulierungsvorrichtung mit einer optischen Achse zu schaffen, entlang der modulierte Energie unbehindert nach unten zu einer Imager-Linse läuft, wobei erneut modulierte Energie von der Achse weg reflektiert wird, und bei der eine tote Zone zwischen der auf der Achse laufenden und der von der Achse weggerichteten Energie vorhanden ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Um die vorliegende Erfindung und ihre Vorteile noch besser verstehen zu können, wird nun Bezug auf die detaillierte Beschreibung genommen, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen zu lesen ist, in denen:
Fig. 1 eine Perspektivexplosionszeichnung der Belichtungseinheit eines Drucksystems ist;
Fig. 2 eine Draufsicht der Belichtungseinheit ist;
Fig. 3 eine Unteransicht der Belichtungseinheit ist;
Fig. 4 eine Ansicht der rechten Seite der Belichtungseinheit ist, die entlang der Linie 4-4 in der Fig. 2 genommen wurde;
Fig. 5A und 5B Ansichten des Bienenthoraxabschnittes der Belichtungseinheit sind, die entlang der Linie 4-4 in der Fig. 2 genommen wurden;
Fig. 6A und 6B Perspektivansichten der Vorrichtung mit verformbaren Spiegeln (DMD) sind, die in der Belichtungseinheit verwendet wird;
Fig. 7A und 7B schematische Ansichten sind, die den optischen Pfad der Belichtungseinheit zeigen;
Fig. 8A und 8B die Wechselwirkung des optischen Pfades mit einer xerographischen Drucktrommel zeigen;
Fig. 9A, 9B und 9C Einzelheiten des in sequentieller Weise erfolgenden Druckens von geraden und ungeraden Pixeln für eine zwei Reihen aufweisende DMD zeigen;
Fig. 10A und 10B ein Beispiel eines Fahrausweisdruckbogens und das Bedrucken desselben zeigen;
Fig. 11 eine Perspektivansicht eines Drucksystems zeigt, wobei die linke Seitentür geöffnet ist;
Fig. 12 die Einzelheiten des Förderermechanismusses zeigt, der die Ausweise von einer Seite des Drucksystems zur anderen Seite bewegt;
Fig. 13 eine Perspektivansicht eines Drucksystems zeigt, bei dem die rechte Seitentür geöffnet ist;
Fig. 14 die Einzelheiten des Mechanismusses zum Zuführen mehrerer Bögen darstellt;
Fig. 15 die Einzelheiten des Sortierermechanismusses zeigt, der verwendet wird, um die Ausgabe des Drucksystems zu steuern;
Fig. 16 die Einzelheiten des xerographischen Drucktrommelmoduls, des Toner/Entwickler-Moduls, des Belichtungsmoduls und des Fixiermoduls zeigt;
Fig. 17 die Einzelheiten des Zertrennermechanismusses zeigt;
Fig. 18 die Verbindung zwischen der Belichtungs- und der Reproduktionseinheit zeigt;
Fig. 19 ein Flußdiagramm der Operation des Tonerüberwachungssystems zeigt;
Fig. 20 die bevorzugte Ausführungsform eines Druckergehäuses zeigt;
Fig. 21 eine Vorrichtung zum Positionieren einer DMD in einem Modul zeigt;
Fig. 22-25 ein System und ein Verfahren zum Steuern einer Positionierungsvorrichtung in einem Herstellungsverfahren zeigen;
Fig. 26 die ersetzbare Fixierereinheit darstellt;
Fig. 27 die ersetzbare Photorezeptorkartusche zeigt;
Fig. 28 die ersetzbare Entwicklereinheit zeigt; und
Fig. 29 die ersetzbare Belichtungseinheit zeigt.

GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Räumliche Lichtmodulatoren lassen sich nach besser verstehen, wenn man die US-Patente 4,596,992 (am 24. Juni 1986 erteilt), 4,662,746 (am 5. Mai 1987 erteilt) und 4,728,185 (am 1. März 1988 erteilt) betrachtet, die alle durch diese Bezugnahme hierin mit einbezogen werden. Das vorher erwähnte Patent 4,596,992 beschreibt auch die Verwendung einer Vorrichtung mit verformbaren Spiegeln (DMD) in einem Drucker.

BELICHTUNGSEINHEIT

Die Fig. 1 zeigt eine Explosionsansicht einer Belichtungseinheit 10, die verwendet wird, um die modulierten Lichtbilder zu erzeugen, die wiederum beispielsweise in einem xerographischen Reproduktionssystem verwendet werden. Die Belichtungseinheit besteht aus dem Gehäuse 11, das aus einem Material mit einem kleinen Ausdehnungskoeffizienten besteht, so daß die durch die Beleuchtungsquelle 16 erzeugte Wärme keine merkliche durch Streß bedingte Bewegung in der Struktur verursacht, wodurch sichergestellt wird, daß die Optik des Gerätes innerhalb enger Toleranzen positioniert bleibt. Zu diesem Zweck liegt die Lichtquelle 16 außerhalb der Hauptstruktur 11 und ist in einem doppelwandigen Zylinder 15 enthalten, dessen Innenwand 150 von der Außenwand 15 durch radial verlaufende Speichen 151 getrennt ist. Der innere Zylinder 150 kann aus einem Material hergestellt sein, z. B. Aluminium, das Wärme absorbiert und die Wärme über die Speichen 151 zur Außenwand 15 überträgt, die aus mit Rippen versehenem Aluminium hergestellt sein kann, um die Wärme abzuleiten. Der Zylinder 150 kann schwarz eloxiert sein, um die Absorption zu erhöhen und das reflektierte Licht zu vermindern.
Die Struktur 15 ist mit dem Gehäuse 10 unter Verwendung von thermisch isolierendem Verbindungsmaterial verbunden. Der Zweck des Anbringens der Lampe 16 an dem Gehäuse besteht darin, den Glühdraht der Lampe 16 in einer perfekten Ausrichtung zum internen optischen Pfad, unabhängig von der Bewegung des Gehäuses, zu halten. Das wird durch die präzise geformte Lampenfassung 160 sichergestellt, die den Lampendraht im Verhältnis zum optischen Pfad durch die genaue Positionierung der Lampenstifte 710 (Fig. 7A) in der Lampenfassung 160 (Fig. 2) festlegt. Die Wolfram-Halogen-Lampe ist eine im Handel erhältliche "Instrumentariums"-Lampe. Bei diesen Präzisionslampen ist der Glühfaden vorher zur Keramikbasis und zu den Lampenstiften ausgerichtet. Daher ist während des Zusammenbaus keine Ausrichtung der Quelle 16 in bezug auf die Belichtungseinheit 10 erforderlich. Gleichzeitig überträgt die Quelle 16 dank des Kühlmantels 15 und der externen Quellenbefestigung 302 (die aus Kunststoff mit einer geringen thermischen Leitfähigkeit gebildet ist) keine Wärme zum Gehäuse, so daß thermische Probleme innerhalb des Gehäuses vermieden werden. Luft wird von unten nach oben durch den Zylinder 15 gezwungen, die dazu dient, den Kolben 60 gleichförmig um den Kolben herum zu kühlen. Das vermindert die Möglichkeit, daß der Kolben weiße (opake) Flächen durch ungleichmäßige Kühlung entwickelt, wodurch eine maximale Lebensdauer der Belichtungseinheit erreicht wird.
Es ist zu erkennen, daß die Belichtungseinheit 10, die einen horizontal abgeteilten Raum oder eine Basis 14 aufweist, so aufgebaut ist, daß sie an die xerographische Druckeinheit (die schematisch in der Fig. 18 dargestellt ist) mittels der Dorne 101, 102 und 103 angepaßt ist, die in wirksamer Weise eine Drei-Punkt-Befestigung sicherstellen, so daß das Belichtungsmodul 10 in perfekter und leichter Weise optisch in bezug auf die Druckeinheit positioniert werden kann. Die Belichtungseinheit wird dann mit Hilfe von Haken mit Federn oder in anderer Weise an der Druckeinheit befestigt, um eine funktionelle Befestigung zu bilden.
Es folgt ein Einschub, der eine nützliche Erläuterung gibt, die dazu dient, den optischen Weg und den Fortpflanzungsweg der Lichtstrahlen durch die Belichtungseinheit zu verste hen. Die Fortpflanzung beginnt bei der Beleuchtung von dem Kolben 16, die durch die Linse 17 fokussiert wird und dann durch die Linse 18 auf die verformbare Spiegelvorrichtung (DMD) 60 fokussiert wird. Hier ist das Licht unmoduliert. Die DMD 60 reflektiert, wie zu erkennen sein wird, das Licht in zwei voneinander getrennten Bündeln, einem modulierten Bündel, das in eine Imager-Linse läuft, und einem unmodulierten Bündel, das zurückreflektiert wird. Der in die Imager-Linse laufende Strahl geht nach unten durch die Basis 14 und die Imager-Linse 40 und von dort über einen Zick-Zack-Weg, der eine Reihe von Spiegeln umfaßt, zu einer Konzentrierungsstruktur 120 in der Basis der Bodenabdeckung 13 der Belichtungseinheit. Das Lichtbild, das aus einer Reihe modulierter Lichtflecken besteht, fällt dann auf eine xerographische Trommel, wie es nachfolgend hieraus zu ersehen ist, und erzeugt ein belichtetes Bild, das dann entwickelt und durch einen xerographischen Prozeß gedruckt wird.
In der Fig. 1 kann die Beleuchtungsquelle 16 aus einer Wolfram-Halogen-Lampe bestehen, z. B. die ein Ende aufweisende QUARTZLINE®-Photolampenserie von General Electric. Die Quelle wird so ausgewählt, daß sie die gewünschte Lebensdauer (typischerweise 2000 Einschaltstunden) und einen Leistungspegel erreicht, der für die Anforderungen an die Belichtung bei einem Druckprozeß geeignet ist. Das Licht von der Lampe 16 wird durch eine wärmeresistente sphärische Linse 17 auf die Linse 18 fokussiert, die dazu dient, das Licht auf die DMD 60 zu richten. Die Linse 18 ist an einem eingeformten Präzisionsdrehpunkt angebracht, der in der unteren flachen Oberfläche an der in Längsrichtung gelegenen Zentrierlinie liegt. Die Enden 180 der Linse 18 werden in Schlitzen in der Innenwand 105 und in der Außenwand des Belichtungsmoduls 10 gehalten. Diese Schlitze erlauben es der Linse 18, sich entlang ihrer Längsachse auszudehnen. Da jedoch die Linse 18 auf einem (nicht dargestellten) Zentrierstift angebracht ist, verändert sich die Brennweite nicht, und daher bleibt das Licht in gleichförmiger Weise auf die DMD 60 gerichtet. Die Linsen 17 und 18 bilden zusammen eine Strahlenkonzentrationsanordnung. Die Funktion dieser Linsengruppe liegt darin, eine gleichförmige Beleuchtung der DMD 60 zu gewährleisten und ein fokussiertes und vergrößertes Bild des Quellenfadens 16 zu liefern, das in der vorderen Ebene der Imager-Linse 40 erzeugt wird.
Die Linse 18 ist an ihrem Mittelpunkt drehbar und an ihren Enden frei, da das Kunststoffmaterial, aus dem sie gebildet ist, eine starke Wärmeausdehnung im Vergleich zur Wärmeausdehnung des Belichtungsmoduls 11 aufweist. Das Oberflächendesign der Linse 18 ist in komplexer Weise asphärisch und muß daher so gebildet sein, daß die Herstellungskosten der Linse 18 vermindert werden. Auf der anderen Seite kann die Linse 17 aus einem einen kleinen Ausdehnungskoeffizienten aufweisenden Material wie Pyrex-Glas gebildet sein und daher, wenn das gewünscht ist, starr befestigt werden.
Es ist zu erkennen, daß die DMD 60, die durch Halterungen 104 ungefähr senkrecht zur Basis 14 gehalten wird, von elektrischen Signalen betrieben wird, die an ausgewählte Spiegel angelegt werden, so daß Licht durch diese Spiegel (Pixel) moduliert wird, das direkt nach unten entlang einer optischen Achse verläuft und durch die Imager-Linse 40 fokussiert wird. Das Licht von den unmodulierten Spiegeln oder von der nichtaktiven Oberfläche der DMD wird durch die Wirkung des Thoraxes (der wie der Mittelleib von Gliederfüßlern aufgebaut ist) 19 gestreut, der wenigstens teilweise von der optischen Achse umgeben wird.
Der Deckel 12 ist so aufgebaut, daß darin eine (nicht dargestellte) Einsenkung auf der Innenfläche vorgesehen ist, um den oberen Teil der Linse 18 an seiner Position zu halten. Bei einer alternativen Ausführungsform kann der Deckel 12 auch mit einem Schutzdach ausgestattet sein, das so ausgebildet ist, daß es über die Linse 17 paßt, um die Linse 17 an ihrer Position zu halten. Alternativ dazu kann auch eine der Linsen oder es können beide der Linsen an ihren Platz unter Verwendung eines elastischen Hochtemperatur-Verbindungsmittels geklebt werden.
Die Basis 13 paßt auf den Boden des Belichtungsmoduls 11 und umfaßt einen Trichter 120, um die Lichtbilder von dem Belichtungsmodul, die zum optischen Rezeptor gerichtet sind, was zu erkennen sein wird, zu umfassen. Ablenkplatten innerhalb des Trichters 120 dienen dazu, Reflexionen und Streulicht zu reduzieren, um einen hohen Kontrast in dem schließlich erzeugten Druckbild zu erhalten.
In der Fig. 2 ist eine Draufsicht des Belichtungsmoduls 10 dargestellt. Das Kabel, das die DMD 60 mit einer Quelle elektrischer Modulationssignale verbinden würde und darüber hinaus die Lampe 16 mit einer Stromquelle verbinden würde, ist nicht dargestellt. Dieses Kabel kann bevorzugt innerhalb der Belichtungseinheit 10 verlaufen und an der Seite in unmittelbarer Nähe zur Wand 105 austreten. Die Fassung 160, die die Lampe 16 hält, kann in vorteilhafter Weise in Form einer Struktur gebildet sein, die von der Belichtungseinheit 10 durch Arme 302 getragen wird und zu der Belichtungseinheit 10 in einer festen Positionsbeziehung steht, um eine zuverlässige und genaue optische Ausrichtung zu liefern. Halteklammern 104, die die DMD 60 halten, können direkt an der Abtrennwand 14 geformt sein, die dazu dient, die Belichtungseinheit 10 in eine obere Einheit, die in der Fig. 2 im einzelnen dargestellt ist, und eine untere Einheit zu unterteilen, die in der Fig. 3 im einzelnen dargestellt ist. Der Kanal 19 liegt auf der optischen Achse des durch die DMD 60 zwischen dem oberen Abschnitt und dem unteren Abschnitt reflektierten Lichts und erstreckt sich durch die Abtrennwand 14. Die Sägezahn- oder Bienenthoraxform ist so gebildet, daß sie halbkreisförmig die Achse modulierten Lichts umgibt und, wie zu erkennen sein wird, dazu dient, Licht von den unmodulierten Pixeln und anderen Strukturen der DMD 60 wegzulenken und zu absorbieren. Der Kanal 19 ist so aufgebaut, daß er die Imager-Linse 40 hält, deren Zweck darin besteht, das von den modulierten Spiegeln der DMD 60 reflektierte Licht aufzunehmen und über den durch den Satz an Spiegeln 30, 31 (Fig. 3) gebildeten optischen Weg auf die xerographische Trommel unter der Schutzmanschette 120 (Fig. 4) zu fokussieren.
Der Vorsprung 29 (Fig. 3) bildet einen halbkreisförmigen Kanal für den Aufbau (auf der Oberseite) des Bienenthoraxes.
In der Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht der Belichtungseinheit 10 dargestellt, die entlang des Abschnitts 4-4 der Fig. 2 genommen wurde. Die Fig. 4 zeigt Lichtstrahlen 401 in dem oberen Abschnitt, in dem das die Lampe 16 verlassende Licht durch die Linse 17 und durch die Linse 18 auf die DMD 60 fokussiert wird. Die durch die DMD 60 modulierten Lichtstrahlen 402 passieren die Imager-Linse 40 und laufen auf den Spiegel 30 in dem unteren Abschnitt der Belichtungseinheit 10 und von dem Spiegel 30 zum Spiegel 31, der das Bild um 90º dreht, wodurch dieses durch die Trichterschutzmanschette 120 austreten kann und auf die Photorezeptoroberfläche des xerographischen Druckgerätes laufen kann. Innerhalb der Schutzmanschette 120 gibt es eine Reihe von Stufen oder Lichtablenkplatten 41, die das gestreute Licht davon abhalten, den Kontrast auf der Reproduktionstrommel zu vermindern, und es gibt darin eine transparente Abdeckung 42, die zur Abdichtung der Belichtungseinheit verwendet wird.
Die Fig. 5A zeigt den Kanal 19, der entlang der optischen Achse des Lichtweges 402 aufgebaut ist und aus einer Reihe von Stufen in der Form eines Bienenthoraxes besteht. Lichtstrahlen 702, die von den Pixeln reflektiert werden, die nicht ausgewählt wurden, werden von der eigentlichen optischen Achse um ungefähr 10 bis 15º abgelenkt und treffen auf eine der Wände des Thoraxes und werden abgeschwächt und von der Wand gegen eine andere Wand zurückgeworfen und nach oben abgelenkt, um weiter auf der oberen Abdeckung der Beleuchtungseinheit abgeschwächt zu werden. So wird das von den nicht ausgewählten Pixeln reflektierte Licht in effektiver Weise von dem von den ausgewählten Pixeln reflektierten Licht getrennt, wodurch der auf die Imager-Linse 40 geschickte Strahl 402 nur noch moduliertes Licht enthält. So sind nur Reflexionen von den abgebildeten oder modulierten Pixeln in dem Strahl 402 enthalten, wenn er durch die Imager-Linse 40 fokussiert wird. Der Bienenthorax 19 fungiert so als eine Reihe aus Lichtablenkplatten, die in dem optischen Weg des unmodulierten Strahls 702 liegen, und die dazu dienen, das nicht ausgewählte Licht abzuschwächen. Der Aufbau des Bienenthoraxes 19 ist derart, daß dieser halbkreisförmig um die optische Achse verläuft, wobei die Wände senkrecht zu dieser Achse stehen. Die Basis jeder Wand ist mit dem oberen Teil der vorhergehenden Wand durch eine geneigte Oberfläche (Sägezahn) verbunden. Es ist diese geneigte Oberfläche, die das aufprallende Licht zurückwirft, und zwar weg von der optischen Achse, wodurch es ungefähr senkrecht zur optischen Achse 402 ausgerichtet wird und dadurch ein sehr hohes Rückwei sungsverhältnis an der Öffnung der Imager-Linse 40 sicherstellt.
Die Fig. 6A ist eine Ansicht der DMD 60, bei der Abschnitte einer Adreßstruktur 62 in Silizium gebildet sind, sowie eine oder mehrere Pixelzeilen 61, die so aufgebaut sind, daß sie Licht ablenken können, wobei sich ergebende helle (und dunkle) Bilder gebildet werden, je nach der elektrischen Auswahl und Modulation (oder Nichtmodulation) eines beliebigen der Pixel. Die in der DMD 60 dargestellten Quadrate 62 stellen die Siliziumadreßstruktur dar. Die einzelnen Pixel, die in der Realität 19 um² pro Pixel messen, sind als feine Linie 61 entlang der Mitte der sonst eigenschaftslosen zentralen Spiegelstruktur dargestellt. Dieser im wesentlichen spiegelnde Spiegel, der die tatsächlichen DMD-Pixel umgibt, führt die Funktion durch, den relativ großen Teil des Lichtes, der auf die DMD, jedoch nicht auf die Pixelelemente fällt, in das unmodulierte Fadenbild zu führen, das durch den Bienenthorax 19 unterbrochen und abgeschwächt wird. Wenn die umgebende Oberfläche kein Spiegel wäre, jedoch eine Struktur aufweisen würde (wie die außenliegende Adreßschaltung), würde sie die Hintergrundstrahlung in isotroper Weise zurückstrahlen und nicht in ein Bild des Quellenfadens verwandeln. Dieses könnte dann in die Imager-Linse 40 eintreten und den Kontrast des DMD-Bildes verschlechtern, das auf der Photorezeptortrommel gebildet wird. Die DMD 60 ist mit Anschlüssen 63 dargestellt, die dazu dienen, die internen Modulations- und Steuersignale von einem Computer oder einer anderen Quelle zu empfangen.
Die Fig. 6B zeigt eine vergrößerte Ansicht einiger Pixel 6100 von der Zeile 61 der Fig. 6A. Es ist zu erkennen, daß die Pixel gelenkig an ihren Ecken 6102 und 6103 aufgehängt sind, wodurch der Lichtweg von oben und unter die Horizontale reflektiert erzeugt wird. Dieses ist natürlich nur eine Ausführungsform und andere könnten genauso funktionieren. Die tatsächliche Arbeitsweise der Pixel ist in den oben erwähnten Patenten erläutert. Die Bewegung der Pixel erzeugt einen Ein- und einen Ausschaltzustand des modulierten Lichtes.

Optischer Modulationsweg

Die Fig. 7A zeigt eine schematische Ansicht der Lichtstrahlen 401, die von der Lampe 16 abgestrahlt und über die Linsen 17 und 18 so konzentriert werden, daß im wesentlichen die aktive Pixelfläche der DMD 60 beleuchtet wird. Jedoch fällt der bei weitem größte Teil des Lichtes von der Quelle 16 auf die Spiegeloberfläche, die die aktiven Zeilen 61 aus DMD-Pixeln umgibt. Das wird durch die Lichtstrahlen 701 angezeigt, wobei dieses Licht die meisten der Strahlen umfaßt, die oberhalb und unterhalb der Ebene der Strahlen 401 und 701 liegen. Diese sind jedoch der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Ohne die Lichtreflexionsfunktion des Bienenthoraxes 19 würden diese Strahlen von der flachen Oberfläche (und den unmodulierten Pixeln) der DMD 60 reflektiert werden und in dem Raum um den Punkt 703 fokussiert werden. Der Punkt 703 ist das Zentrum eines Bildes des Fadens der Quelle 16, das in der Ebene der Eintrittsöffnung der Imager-Linse 40 gebildet werden würde, wenn diese Strahlen nicht durch den Einfluß des Bienenthoraxes 19 abgelenkt würden. Die Strahlen 702 sind daher so dargestellt, daß sie von dem Brennpunkt 703 durch den Bienenthorax 19 abgelenkt werden und sich in einer anderen Richtung fortpflanzen, die nahezu senkrecht zur Hauptoptikachse verläuft, die entlang dem Strahl 402 verläuft. Die Lichtenergie in dem unmodulierten Faden ist um mehrere Größenordnungen größer als die des Lichtes in dem modulierten Fadenbild, das auf die Imager-Linse 40 entlang dem Pfad 402 fällt. Die starke Selektivität der Dunkelfeldprojektorvorrichtung, die in dem US-Patent 4,728,185 beschrieben wird, stammt von der Erkennung und der Verwendung der Tatsache, daß das unmodulierte Licht in einem Brennpunkt in der Nähe des Punktes 703 zusammenkommt. So kann der Punkt 703 dahin gebracht werden, daß er völlig außerhalb der Eintrittspupille (Öffnung) der Imager-Linse 40 liegt, indem die optische Achse des Konzentrationssystems 17 und 18 und der Quelle 16 in geeigneter Weise orientiert wird.
Die Fig. 1, 2 und 7A zeigen, daß die optische Achse des Kondensors (von der DMD 60 aus betrachtet) links von der optischen Achse des aus der Kombination aus der DMD 60 und der Imager-Linse 40 gebildeten Arms der optischen Kette liegt. In der Fig. 4 wird darüber hinaus gezeigt, daß die optische Achse des Kondensors, die entlang dem Strahl 401 verläuft, über der optischen Achse der Imager-Linse 40 verläuft, die entlang dem Strahl 402 verläuft. Diese zwei Versetzungen in Verbindung mit dem Reflexionsgesetz bedingen, daß das Bild des Fadens, das von dem Licht gebildet wird, das von der planaren Spiegeloberfläche der DMD 60 (und beliebigen unmodulierten Pixeln) reflektiert wird, unterhalb und rechts (betrachtet von der DMD 60 aus) von der Imager-Linse 40 liegt, mit anderen Worten an dem Punkt 703 in der Fig. 7A.
Das einfache Wegrichten der unmodulierten Energie weg von der Imager-Linsenpupille würde nicht das hohe Kontrastverhältnis an dem DMD-Bild garantieren, das für das Drucken erforderlich ist. Für den Betrieb des Belichtungsmoduls ist nämlich die Wirkung des Bienenthoraxes 19 sehr wichtig, um die unmodulierte Energie von der Imager-Linse wegzulenken und einen großen Teil davon mit wenigstens zwei Ablenkoberflächen (Fig. 5) zu absorbieren. Ein Kanal ohne Merkmale (d. h. ohne reflektierende Oberflächen) würde dazu führen, daß unerwünschtes Licht durch den Mechanismus von Reflexionen unter streifendem Einfall in die Imager-Linse fällt. Der Entwurf des Bienenthoraxes 19 liefert einen eine sehr starke Abschwächung aufweisenden Lichtweg, der keine Ausrichtung erfordert und aus herkömmlich geformtem Kunststoffmaterial hergestellt werden kann, wodurch das Belichtungsmodul praktisch nicht verteuert wird.
Weitere Einzelheiten der in hohem Maße selektiven optischen Anordnung sind in der Fig. 7B dargestellt, die die optischen Arme des Kondensors 18 und der Imager-Linse 40, gesehen aus der Perspektive der DMD 60, zeigt.
Wie in der Fig. 7B dargestellt, konvergiert das auf die Achse 403 ausgerichtete Hintergrundlicht (unmodulierte Strahlen) von dem Kondensorsystem 16, 17, 18 in einem hypothetischen Glühfadenbild 705 beim Punkt 703 (Fig. 7A). Das Bild 705 gibt es in dem tatsächlichen Belichtungsmodul wegen der reflektierenden (abschwächenden) Wirkung des Bienenthoraxes 19 nicht. Wenn jedoch ein beliebiges DMD-Pixel 61 in der ausgewählten Richtung um seine Gelenkachse RR' 812 gedreht wird, wird ein vollständiges Bild des Quellfadens 704 von der Bildposition 703 zur Bildposition 706 übertragen.
Das durch die Rotation eines einzelnen DMD-Pixels erzeugte Fadenbild 706 ist natürlich wegen des geringen Ausmaßes an modulierter Energie und der großen Fläche des Fadenbildes, entsprechend einem Flächenverhältnis zwischen Pixel und Bild von mehreren hundert, sehr schwach. Wenn jedoch die Imager-Linse 40 das auf die vordere Öffnung fallende Lichtbündel sammelt und es in ein Bild des entsprechenden Pixels auf der Photorezeptoroberfläche refokussiert, ist dieses Bild ziemlich hell.
Es wird daher die Wirkung der DMD 60 zum Modellieren der Lichtenergie und die Bedeutung des Ausdrucks "räumlicher Lichtmodulator (SLM)" betrachtet. Die Rotationswirkung der einzelnen DMD-Pixel dient dazu, eine kleine Energiemenge von der Bildposition 703 zur Bildposition 706 räumlich zu modulieren. Wegen des begrenzten Fokusses der Imager-Linse 40 gibt es jedoch beim Photorezeptor keine räumliche Bewegung des entsprechenden DMD- Pixelbildes. Was man beobachten kann, ist eine Reihe von festgelegten Flecken (Pixeln), von denen jeder einfach heller oder dunkler wird. Eine nützliche Analogie ist die eines Schiffbrüchigen in einem Floß, der einen Handspiegel benutzt, um einem über ihm fliegenden Flugzeug ein Signal zu senden. Wird ein Strahl kollimierten Lichtes von der Sonne durch Ablenken (oder Lenken) in die Pupille des Auges des Piloten gebracht, so empfängt die Retina ein sehr helles Bild. Hier ist die Sonne die Quelle, der Spiegel der DMD-Pixel, die Imager-Linse 40 die Pupille des Auges und die Retina der Photorezeptor, womit die Analogie komplett ist.
In der Fig. 7B ist wichtig, daß die Rotationsachse RR' 812 des DMD-Pixels senkrecht zur Linie der Bewegung 810 des Bildes verläuft. Wegen des Reflexionsgesetzes wird ein Lichtstrahl um den doppelten Wert des Rotationswinkels der Spiegeloberfläche abgelenkt. So bewirkt eine Rotation um RR' des reflektierenden Elements bei der DMD notwendigerweise eine Bewegung des Lichtbündels entlang der Linie 810. Wenn die Kondensoranordnung 16, 17, 18 in einem beliebigen anderen Winkel in bezug auf die DMD liegen würde, so daß das unmodulierte Fadenbild 705 nicht auf der Linie 810 zentriert werden würde, dann würde das modulierte Fadenbild 706 ebenfalls nicht auf der Imager-Linse 40 beim Punkt 404 zentriert werden. Als Folge davon würde weniger als die vollständig verfügbare Menge an Energie durch die Imager- Linse laufen, und der größtmögliche Photorezeptorbelichtungswirkungsgrad ließe sich nicht erzielen. Es ist darüber hinaus zu erkennen, daß der für die DMD 60 entwickelte Rotationswinkel zu dem Verschiebungswinkel der Achse 403 des Kondensorsystems passen muß, so daß das Bild 706 auf der Imager-Linse 40 zentriert wird, wenn ein DMD-Pixel 61 betätigt wird. Aus den gleichen Gründen, wie sie vorher erwähnt worden sind, würde sonst der Energiedurchsatz vermindert werden.
Die Kondensorsystemoptik 17, 18 ist durch Entwurf so gewählt, daß sie den Faden 704 so vergrößert, daß das sich ergebende Bild 706 die Imager-Linsenöffnung mehr als ausfüllt. Der Sammelwirkungsgrad des Kondensors nimmt mit dem Vergrößerungsfaktor zu. Die äußeren Ränder und insbesondere die Ecken des Fadenbildes sind optisch weniger effiziente Radiatoren als der zentrale Bereich, und daher ist es nicht kritisch, daß diese in der Abbildungsöffnung liegen. Schließlich ist das am meisten effiziente optische System ein solches, bei dem der vollständige Kegelwinkel der Imager-Linse verwendet wird. Eine maximale Pixelbildhelligkeit am Photorezeptor tritt dann auf, wenn das Fadenbild die Öffnung der Imager-Linse 40 vollständig ausfüllt. Diese Bedingungen werden durch die Auswahl der Größe des Fadens der Quelle 16 und die Form (normalerweise quadratisch) in Verbindung mit dem Vergrößerungsfaktor des Kondensors 17, 18 und der Größe der Öffnung der Imager-Linse 40 sichergestellt.
Es mag so aussehen, daß sich aus den vorhergehenden Anmerkungen ergibt, daß mit zunehmender Größe der Öffnung der Imager-Linse (schnellere Imager-Linse oder kleinerer f-Wert) der optische Wirkungsgrad des Systems vergrößert wird. Das ist jedoch nicht der Fall. Unabhängig von dem Wunsch nach einem kompakten Belichtungsmodulsystem steigen die Kosten von schnelleren Imager-Linsen mit der Geschwindigkeit stark an. Bisherige Systeme belichten einen xerographischen Prozeß mit einer Betriebsgeschwindigkeit von 7 Inch pro Sekunde (oder 42 Abschnitten pro Minute), wobei eine 120-Watt-Quelle und eine Imager- Linse mit f = 4,5 verwendet wird. Die letztere läßt sich in sehr kompakter und wirtschaftlich günstiger Weise herstellen. Der einschränkende Faktor in bezug auf die Öffnung der Imager- Linse 40 wird durch die Entwurfsüberlegungen in bezug auf das optische System bestimmt, die sich, wenn kombiniert, in offenkundig sehr einfacher Weise durch die Größe und Trennung der zwei Fadenbilder 705 und 706 ergeben.
Die Trennung ist in der Fig. 7B mit "811" gekennzeichnet. Die Trennung wird als "tote Zone" in der Nomenklatur des Dunkelfeldoptiksystems bezeichnet, wie es in dem vorher erwähnten Patent 4,728,185 beschrieben ist. Die physikalische Bedeutung dieser toten Zone liegt in der Tatsache, daß sie garantiert, daß kein Teil unmodulierter Lichtenergie in dem Fadenbild 705 sich der Öffnung der Imager-Linse nähert. Vergegenwärtigt man sich, daß sich die relativen Intensitäten der zwei Bilder um Größenordnungen voneinander unterscheiden, was das relative Ausmaß der belichteten Flächen der DMD reflektiert, ist es klar, daß selbst dann, wenn der Rand des Bildes 705 in der Öffnung der Imager-Linse 40 liegt, das Kontrastverhältnis am Photorezeptor in beträchtlichem Ausmaß verschlechtert werden würde. Indem eine absichtliche "tote Zone" gebildet wird, wird eine gewisse Toleranz für eine Fehlausrichtung des Systems geschaffen. Wenn ferner im Laufe von vielen Operationszyklen die DMD-Pixel eine permanente "Winkelversetzung" annehmen würden, würden sie, selbst wenn diese ein oder zwei Grad betragen würde, dank der toten Zone keine Energie in die Imager-Linse 40 einführen. Wenn schließlich aufgrund einer Fehlausrichtung der Optik das Glühfadenbild 705 verschmiert oder auf eine über der normalen Größe liegende Größe verzerrt würde, würde keine Energie in die Imager-Linse 40 eintreten.
Das Konzept der "toten Zone" bringt daher einen beträchtlichen Spielraum in den Aufbau des Systems und darüber hinaus optische Toleranzen, wobei sehr gute Kontrastverhältnisse beim Photorezeptorbild erzielt werden, die größer als 100 : 1 sind. Die Fig. 5A zeigt den Bienenthorax 19, der aus einer Reihe von Sägezahnprofilstufen 410, 411 besteht, die konzentrisch um eine halbkreisförmige (oder einen ganzen Kreis bildende) Bohrung gebildet sind, die in der Basis des Belichtungsmoduls 10 er zeugt wurde. Die Form der konzentrischen Kreise ermöglicht eine einfache Formung der Lichtablenkwand. Unerwünschtes Licht von der DMD 60 (das als "Ausschaltzustand"-Licht bezeichnet wird) trifft auf die erste Fläche 410, zu erkennen in der Fig. 5B, von einer der Reihe aus konzentrischen Ablenkwänden, die das Sägezahnprofil bilden. Dieses erste mit "A" bezeichnete Auftreffen findet unter einem bestimmten Winkel (der dargestellte beträgt ungefähr 13º) statt, so daß das Ausschaltzustand-Licht zur rückseitigen Fläche 411 des Sägezahnprofils reflektiert wird, was das Auftreffen "B" verursacht. Diese zweite Oberfläche bildet eine Unterschneidung oder einen negativen Neigungswinkel und weist einen speziellen Winkel auf, der so gestaltet ist, daß das Licht in Richtung zur oberen Abdeckung des Lichtmoduls gezwungen wird, was das Auftreffen "C" verursacht. Da alle Auftreffflächen "A" bis "C" geschwärzt sein können, wird das unerwünschte Licht dazu gezwungen, drei geschwärzte Oberflächen zu treffen, bevor es ihm ermöglicht wird, eine beliebige unkontrollierte Oberfläche zu streifen, wodurch praktisch das gesamte unerwünschte Licht absorbiert wird.

Reproduktionseinheit

In der Fig. 8A ist zu erkennen, daß das modulierte Bild der Pixelflecken 402 von der Linse 40 wie oben erläutert auf die xerographische Drucktrommel oder Oberfläche 81 der Trommel 80 fokussiert wird. Diese Projektion verläuft in einer Linie 82 über die Oberfläche 81 und umfaßt eine oder mehrere Zeilen des modulierten Fleckenmusters, die das Druckbild auf dem Druckpapier 801 bilden, das in der dargestellten Richtung unter der Trommel 80 vorbeiläuft. Obwohl nur eine Fleckenzeile in der Fig. 8A dargestellt ist, werden (wie es hierin im einzelnen erläutert werden wird) tatsächlich zwei Zeilen gleichzeitig auf der Trommel plaziert.
Wie hierin später im einzelnen ausführlich erläutert, wird Toner auf die Trommeloberfläche 81 aufgebracht und haftet an den Flecken, an denen das modulierte Licht auf die Trommel trifft. Dieser Toner wird wiederum auf den Papierbogen 801 durch den allgemein bekannten xerographischen Prozeß übertra gen. Das modulierte Licht setzt Zeile für Zeile dicht nebeneinanderliegende Flecken auf die Trommel 81, während sich diese dreht. Diese Rotation führt schließlich dazu, daß der Druckprozeß so stattfindet, wie es in der Fig. 8B dargestellt ist. Obwohl die Trommel dabei so dargestellt ist, daß keine weiteren modulierten Fleckenmuster auf der Oberfläche 81 auftreten, muß das nicht so sein, und diese Darstellung ist nur gewählt worden, um den Prozeß auf einfache Weise sichtbar zu machen. Bei dem tatsächlichen Vorgang würden benachbarte Zeilen aus Fleckenmustern unter der Steuerung der Belichtungseinheit abgeschieden, um einen kontinuierlich verlaufenden Druckprozeß zu erzeugen.
Die Fig. 10A zeigt Blankoausweispapierbögen 1010 mit einigen vorher darauf aufgedruckten Informationen. Die Fig. 10B zeigt den Ausweispapierbogen 1011, nachdem er unter der xerographischen Trommel 80 hindurchgelaufen ist und nachdem Informationen durch eine Reihe von Flecken, die auf die Trommeloberfläche 81 durch moduliertes Licht 402, wie vorher besprochen, übertragen worden sind, darauf aufgedruckt wurden.
Wie vorher erläutert, werden Lichtstrahlen durch die DMD 60 (Fig. 8A) moduliert, auf der eine einzige Reihe deformierbarer Spiegel oder mehrere Reihen solcher Spiegel gebildet sein können. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden zwei Spiegelreihen verwendet, und daher werden zwei Zeilen aus Flecken auf die Trommel 81 gesetzt. Die geraden und ungeraden Bits (Pixel) zweier Reihen sind in der Wirklichkeit eine Reihe aus einem Zeichen. Die Bits von den geraden Reihen weisen einen feststehenden Abstand zu den Bits von den ungeraden Reihen auf, der den physikalischen Abstand zwischen den Spiegelreihen der DMD 60 repräsentiert. Wenn zwei Spiegelreihen verwendet werden, kann sich eine höhere Druckauflösung der Flecken ergeben, da die versetzten Reihen dazu gebracht werden können, einander optisch zu überlappen, wie es in den Fig. 9A, 9B und 9C dargestellt ist. Diese Überlappung verläuft entlang der DMD-Achse und entspricht der vorher erwähnten Schnellabtastrichtung. Jedoch bringt die Verwendung von zwei oder mehreren Spiegelreihen zur Erzeugung des Fleckenmusters eine zusätzliche Komplexität ein, die, obwohl sie bei einer Vorrichtung mit einer einzigen Reihe nicht erforderlich ist, bei einer Vorrichtung mit mehreren Reihen wichtig ist.
In der Fig. 9A ist zu erkennen, daß das Zeichen 901 ein "A" in der Umrißform ist und in willkürlicher Weise in eine Reihe von Abtastzeilen unterteilt wurde, von denen jede eine Reihe aus geraden und ungeraden Bit-(Pixel)Positionen o, p, q, r, s, t, u, v und w aufweist. So wird eine bestimmte Abtastzeile durch zwei aufeinanderfolgende Belichtungszeilen 902 und 903 (eine gerade und eine ungerade Zeile) in der dargestellten Weise erzeugt. Es ist zu erkennen, daß diese Belichtungszeilen (die, wie in der Fig. 8A dargestellt, eine Fleckenzeile repräsentieren) einen festgelegten Abstand zueinander aufweisen, der sowohl durch die physikalischen Eigenschaften des Abstands der Spiegel der DMD 60 als auch die optische Vergrößerung des Belichtungsmoduls bestimmt wird. Dieser Abstand entspricht genau zwei Fleckenzeilen. Man vergegenwärtige sich, daß die Trommel, auf der der Zeichenumriß 901 erzeugt wird, tatsächlich senkrecht unter diesen Fleckenabscheidungszeilen (langsame Abtastrichtung) entlangläuft. Der Abstand zwischen der Plazierung der ungeraden und geraden Bits kann elektrisch durch Verändern der Verzögerungszeit zwischen ihren jeweiligen Abscheidungen auf der Trommel gesteuert werden. Bei dem dargestellten Beispiel bewegt sich der Zeichenumriß 901 auf der Seite nach oben.
Wie in der Fig. 9A dargestellt, ist die DMD 60 in zwei Zeilen 910 und 911 unterteilt, die zu geraden und ungeraden Pixeln gehören. Zu einem ersten Zeitpunkt werden Daten von den Bitpositionen p, r, t und v der Zeile n zur DMD 60 geliefert und durch die Spiegel p, r, t und v der Zeile 911 moduliert. Das wird auf der Trommel des xerographischen Druckers die in dem rechten Abschnitt der Fig. 9A dargestellten Flecken erzeugen, wobei die Pixel p, r, t und v entlang der Belichtungszeile 902 geschwärzt worden sind. Gleichzeitig wird zu diesem Zeitpunkt der Rest der gleichen Zeile, nämlich die Pixel q, s und u, in das Verzögerungsregister 1 der geraden Zeile der DMD 60 gesetzt.
In der Fig. 9B ist der nächste Zeitpunkt zu erkennen, an dem die Zeile n + 1 in die DMD 60 geladen wird, wobei wiederum die Pixel p, r, t und v aktiviert werden, was die Lichtstrahlen so moduliert, daß das geschwärzte Bild p, r, t und v entlang der Belichtungszeile 902 rechts in der Fig. 9B erzeugt wird. Zu diesem Zeitpunkt werden die in das Verzögerungsregister 1 geladenen Informationen in das Verzögerungsregister 2 bewegt, und neue Informationen, die zur Zeile n + 1 gehören, werden in das Verzögerungsregister 1 geladen. Es ist zu erkennen, daß sich der Buchstabe 901 um eine Abtastzeile während der Drehung der Trommel 80 nach oben bewegt hat.
Zum nächsten Zeitpunkt liefert die ungerade Belichtungszeile 902 wiederum eine Modulation von der DMD 60, so daß die Pixel p, r, t und v, die zur Zeile s + 2 gehören, wieder auf der xerographischen Druckoberfläche belichtet werden. Zu diesem Zeitpunkt haben sich jedoch die geraden Pixel q, s und u von der Zeile n durch die Verzögerungsregister 1 und 2 bewegt und steuern nun die geraden Pixel q, s und u, so daß Licht entlang der geraden Pixelbelichtungszeile 903 moduliert wird. Das ist rechts in der Fig. 9C dargestellt, wo die Pixel q, s und u nun geschwärzt sind. Es ist anhand der Fig. 9C zu erkennen, daß während der Drehung der Trommel an der geraden Belichtungszeile 903 vorbei die gesamte Anzahl an Pixeln auf der Zeile n + 1 durch das modulierte Licht von der DMD 60 nun moduliert wurde. Wenn es mehr Pixelzeilen auf der DMD 60 gäbe, würde die gesamte Belichtung der Trommel eine ähnliche Rotation durch die Trommel und zusätzliche Belichtungszeilen erfordern, um die Abtastzeilen vollständig zu verschachteln.
Obwohl die Verschachtelung der jeweiligen DMD-Zeilen zur Bildung einer einzigen Abtastzeile belichteter Flecken in dem Bild 901 unkompliziert verläuft und vollständig auf dem DMD- Chip mittels der ganzen Verzögerungszeilen, der Register 1 und 2 und unabhängig von der Drucksteuereinheit gehandhabt wird, läßt sich ein weiterer Vorteil realisieren. Wenn die Trommeloberflächengeschwindigkeit durch den Druckermechanismus bedingt, variiert und die Belichtungszeit pro Abtastzeile konstant gehalten wird (wie es bei Laserpolygonscannern erforderlich ist), dann kann eine Bildeinschnürung oder -dehnung (banding) auftreten. "Banding" ist die Kompression (Schwärzung) oder Dehnung (Grauerzeugung) des gedruckten Bildes mit einer bestimmten periodischen Frequenz entlang der Prozeßbewegungs richtung (langsame Abtastung). In einem System, in dem diese Geschwindigkeitsänderungen durch entsprechende Mechanismen in dem Drucker erfaßt werden, z. B. durch Drehgeber, lassen sich die schädlichen Einwirkungen auf das Druckerscheinungsbild durch die Druckersteuereinheit mittels der variablen Zeitsteuerung der Fleckenzeilen, verfügbar unter Verwendung des DMD- Lichtmodulators, abziehen. Wenn die Trommel momentan ihre Geschwindigkeit erhöht hat, wird die gerade belichtete Zeile früher ausgeschaltet. So kann der belichtete Abstand oder die Weite der Abtastzeile, definiert durch das Produkt aus Trommelgeschwindigkeit mal Belichtungszeit, konstant gehalten werden. Entsprechend wird dann, wenn sich die Trommel momentan verlangsamt hat, die Belichtungszeile einen Moment länger angehalten, um eine Kompensation zu erreichen. Durch dieses Verfahren der Erfassung und Korrektur lassen sich eine richtige Überlappung und eine richtige Zeilenbreite der horizontalen Abtastmuster mittels elektronischer Mittel sicherstellen. Das ist nicht möglich bei einem Polygonsystem, bei dem zusätzlicher Aufwand an Präzisionstransportgeschwindigkeitskontrolle die einzige Option ist. "Banding" bei langsamer Abtastung ist ein Hauptdruckqualitätsverschlechterungsmechanismus bei Laserdruckern. Darüber hinaus wird dieses Maß noch schlechter, wenn diese älter werden. Bei Druckern, bei denen eine lange Lebensdauer des Systems erforderlich ist, ist die Korrektur des "bandings" bei der Alterung des Mechanismusses ein bedeutender Vorteil in bezug auf die Leistungseigenschaften des Geräts.
Wie es unter Bezug auf die Fig. 9A, 9B und 9C erklärt wurde, ist die horizontale Überlappung entlang der gleichen Zeile, oder die Paßgenauigkeit, der Pixel durch die Optik und das DMD-Chipdesign festgelegt und ist unveränderlich. Daher ist das DMD-System unempfindlich gegenüber Fleckenplazierungsfehlern, Defokussierungsfehlern und einer Nichteinheitlichkeit der Belichtungsüberlappung entlang der Schnellabtast-(Raster-)Richtung, die ein weiterer Druckqualitätsverschlechterungsmechanismus in dem Laserpolygonscanner ist.
Wie vorher erläutert, ist das Verzögerungsausmaß proportional zum Abstand zwischen den Pixelzeilen und wird in passender Weise zur Bewegung der Trommel in Beziehung gesetzt, so daß zu einem bestimmten Zeitpunkt die Pixel eine visuell wahrnehmbare durchgezogene Linie auf dem Ausgabemedium mit einer guten Auflösung bilden. Es muß hier wiederum herausgestellt werden, daß die dargestellte, mehrere Zeilen aufweisende DMD 60 nur eine mehrerer möglicher Ausführungsformen ist, die verwendet werden können, um die Modulationen des Lichts zu liefern. Es können verschiedene Modulationsvorrichtungen verwendet werden, die entweder nebeneinander angeordnet sind oder gestapelt angeordnet sind, und zwar so, daß sie eine mehrere Zeilen gleichzeitig aufweisende Bildprojektion auf der xerographischen Trommel liefern. So werden unterschiedliche Grade an Druckklarheit erzielt und können verwendet werden, um Farbgraphiken unter verschiedenen Bedingungen zu liefern. Das modulierte Licht von einer einzigen oder von einer Reihe von Vorrichtungen kann verwendet werden, um die jeweiligen Farbfelder mit einer sehr hohen Paßgenauigkeit abzubilden, wodurch ein Eindurchlauf-Vollfarbendruck erzeugt wird.

Drucksystem

Eine Ausführungsform eines Drucksystems, das den xerographischen Prozeß verwendet, ist in der Fig. 11 dargestellt, wobei diese Ausführungsform unter anderem dafür entworfen wurde, in automatischer Weise Fahrscheine zu drucken. Die Behälter 1104, 1105 und 1106 halten die akkordeonartig gefaltete (gezogene) Fahrscheinpapierbahn, was zu erkennen sein wird. Diese Stapel können wie dargestellt geschlossen werden oder können so entworfen sein, daß sie für einen leichten Zugang geöffnet sind, wobei nur die Ecken die Bahn tragen und am Platz halten. Der Vorderteil der Maschine 1150 besitzt einen Wiederherrichtungsschlitz 1102 für die Einführung eines Kundenfahrscheins, der vorher gedruckt worden ist, und einen Behälter 1103, der dazu dient, Fahrscheine zu halten, die durch die Maschine 1150 gelaufen sind und von dem Drucksystem 1101 bedruckt oder in anderer Weise gehandhabt wurden. Es können andere Vorrichtungen an der Vorderseite der Maschine angebracht sein, wobei diese Vorrichtungen typischerweise so betrieben werden können, daß sie Kreditkarteninformationen oder Wählinformationen empfangen. Dadurch würde es einem Anwender ermöglicht, ein Reisebüro anzurufen, um Fahrkarteninformationen zu erhalten, und Reisefahrscheine zu verarbeiten. Das Drucksystem könnte dadurch Telefonverbindungen handhaben und es würde verschiedene Lichter und Schalter aufweisen, die diesen Funktionen entsprechen. Der Übersichtlichkeit halber sind diese Schalter, Tastenfelder und anderen Steuerungseinrichtungen nicht dargestellt.
An den Seiten des Drucksystems 1101 sind die Türen 1151 und 1154 angebracht (dargestellt in der Fig. 13), wobei jede der Türen zu Wartungszwecken oder zum Hinzufügen von Papierbahnen oder anderen Zubehör zu dem Drucksystem geöffnet werden kann. Eine bevorzugte Ausführungsform des Druckersystemgehäuses ist in der Fig. 20 dargestellt, wobei hier der Papierhandhabungs-Steuer- und Druckmechanismus derart angebracht ist, daß eine Wartung von der Vorderseite aus durch einen Herausziehmechanismus ermöglicht wird. Sowohl bei der Version mit Tür als auch bei der Herausziehversion ohne Tür ist das Innere des Drucksystems durch eine Rückwand oder eine vertikale Abtrennung 1160 (Fig. 11) in zwei Zonen unterteilt. Diese Unterteilung dient mehreren Funktionen. Eine dieser Funktionen liegt darin, den durch das Auftrennen der gezogenen Bahn erzeugten Staub von dem Druckmechanismus fernzuhalten. Das ist so, da der in der Fig. 13 dargestellte Druckmechanismus durch die vertikale Abtrennung 1160 auf der entfernt liegenden (rechten) Seite, von der geöffneten Tür 1151 aus gesehen, getragen wird. Auf der nahegelegenen (linken) Seite ist die gezogene Bahn von einem der drei Behälter 1104, 1105, 1106 oder von dem Schlitz 1102 durch die magnetischen und/oder optischen Laser 1380, 1370 und über den Förderer 1201 von der nahen Seite der Abtrennung 1160 zur entfernt liegenden Seite hin gerichtet. Die Fahrscheinbahn bewegt sich dann von der Rückseite 1153 des Drucksystems entlang der vertikalen Abtrennung 1160 zur Vorderseite 1150, wobei sie unter der xerographischen Druckeinheit 1602 (Fig. 13) und durch den Sortierer 1501 läuft, um entweder in dem äußeren Behälter 1103 oder in den inneren Behältern 1561 oder 1562 niedergelegt zu werden. Der Rückwandentwurf liefert eine Präzisionsreferenzebene für den Zusammenbau und die Ausrichtung der zwei parallelen Papierpfade (Magnetseite und Druckerseite) und garantiert die Genauigkeit, wenn ein Fahrschein von einem Pfad über den Förderermechanismus (Fig. 12) zu einem anderen läuft.
Die Fig. 12 zeigt den Förderer 1201, der so arbeitet, daß er die einzelne Fahrscheinbahn 1010 von der nahegelegenen Seite der Abtrennung 1160 zu der entfernt gelegenen Seite der Abtrennung bewegt. So tritt, wie in der Fig. 12 dargestellt, die Fahrscheinbahn 1010 in den Förderer 1201 ein, bewegt sich direkt unter dem Leser entlang und wird von links nach rechts, wie es durch den Fall 1220 angezeigt wird, durch die Räder 1203, 1204 bewegt. Das Rad 1203 kann bevorzugt so aufgebaut sein, daß es oben eine flache Oberfläche aufweist. Nachdem die Fahrscheinbahn 1010 an ihrem Platz angekommen ist, beginnt sich das Rad 1203 zu drehen, das durch einen Schrittmotor angetrieben wird. Das Rad greift die Fahrscheinbahn und bewegt diese von links nach rechts. Die Fahrscheinbahn läuft unter dem Rad 1222 entlang, das auch so ausgebildet sein kann, daß es eine flache Oberfläche an der Unterseite aufweist. Wenn sich das Rad 1222 zu drehen beginnt, bewegt sich die Fahrscheinbahn 1010 von dem Leser entlang der entfernt gelegenen Seite der Abtrennung 1160. So ist die einzige Öffnung in der Abtrennung 1160 ein kleines Fenster, das groß genug ist, so daß der Förderer das einzelne Fahrscheinpapier 1010 hindurchleiten kann. Wenn es gewünscht ist, kann dieses Fenster so aufgebaut sein, daß Staub davon abgehalten wird, sich von einer Seite zur anderen zu bewegen. Das kann natürlich durch eine physische Barriere oder durch Luft erreicht werden, die sich von der Druckerseite zur Fahrscheinpapierseite durch das Fenster bewegt.
Die tatsächliche Bewegung der gezogenen Papierbahn 1010, 1010B, 1010C von den Behältern 1104, 1105 und 1106 ist in der Fig. 14 dargestellt, wobei jeder der Behälter bedruckbares Papiermaterial zum Zertrenner 1730 über die Steuerräder 1471, 1456 bzw. 1451 liefern kann. Diese Räder sind so ausgebildet, daß sie die Bahn vorwärts oder rückwärts und, gesteuert durch den Steuermechanismus des Systems, an dem Zertrenner 1720 vorbei, und, gesteuert durch die Räder 1455 und 1454, an dem optischen Leser 1470 vorbei bewegen. Das Rad 1455 ist relativ zu dem Zertrenner 1730 so positioniert, daß die Bahn unter dem Leser 1470 positioniert werden kann, während der Zertrenner 1730 die Bahn in einzelne Fahrscheine trennt. Wenn der nächste Fahrschein nicht von dem gleichen gezogenen Material kommen soll, dann kann sich das Rad 1471 (oder die Räder 1456, 1451) in Rückwärtsrichtung drehen und die Bahn aus ihrer Position bewegen, so daß die Bahn von einem anderen Kasten, z. B. von der gezogenen Papierbahn 1010B, unter der Steuerung des Rades 1456, sich nach oben in die Position unter den optischen Leser 1470 bewegen kann.
Die Position des optischen Lesers 1470 ist so gewählt, daß vorher auf dem vorderen Rand der Papierbahn positionierte Informationen (z. B. ein Strichcode) durch den optischen Leser 1470 gelesen werden können, bevor der Zertrenner 1730 die Bahn zertrennt. Dieses kann zu Kontrollzwecken erfolgen. Die getrennte Bahn bewegt sich dann unter der Steuerung der Räder 1481 und 1482 durch den magnetischen Leser 1480 in den Förderer 1201 unter der Steuerung der Räder 1484 und 1483. Papier von dem außen angebrachten Schlitz 1102 tritt in das System unter der Steuerung des Rades 1452 ein. Dieses Papier kann eingebracht und an die Fahrscheinreihe, die sich zum Förderer 1201 bewegt, angepaßt werden, in dem das Steuersystem das gerade durch das Rad 1454 gesteuerte gezogene Material sichert und in umgekehrter Richtung dreht. So kann, wenn ein Anwender einen Fahrschein in den Schlitz 1102 einführt, der Fahrschein zum optischen Leser 1470 oder zum magnetischen Leser 1480 bewegt werden. Der Fahrschein wird dann gelesen und kann darauf entweder zum Schlitz 1102 zurückgegeben werden, indem das Steuerrad 1454 in umgehrter Richtung gedreht wird, oder der Fahrschein kann zum Förderer 1201 weitergeleitet werden und dann zur anderen Seite der Abtrennung zum Drucken gefördert werden oder in einer im einzelnen hierin unten erläuterten Weise verworfen werden.
In der Fig. 16 ist dargestellt, daß dann, wenn ein Fahrschein durch die Öffnung in der Abtrennung 1160 läuft, die Richtung des Fahrscheins, die auf der ersten Seite der Abtrennung von der Vorderseite des Druckers zur Rückseite entlang der Abtrennung verlief, nun entgegengesetzt ist, wobei sich der Fahrschein entlang der entfernt liegenden Seite der Abtrennung zur Vorderseite des Druckers hin bewegt. Während seiner Bewe gung zur Vorderseite (von rechts nach links in der Fig. 16) bewegt sich der Fahrschein unter dem Druckmodul 1602 entlang und kommt in Kontakt zur Trommel 80, wie es oben erläutert wurde. Der Fahrschein kann bedruckt werden oder unbedruckt gelassen werden, je nach der Steuerung des Systems. Wenn sich die Fahrscheinpapierbahn nach draußen von ihrer Position unter der Trommel 80 bewegt, läuft sie durch den Fixierer 1603, wobei die Walzen 1651 und 1650 in einer bekannten Weise dazu dienen, den Toner auf der Bahn zu fixieren, so daß sich der Druckstoff nicht leicht entfernen läßt.
Das bedruckte Fahrscheinpapier bewegt sich dann aus dem Fixierer 1603 heraus und läuft zum Sortierer 1501, um in einer unten erläuterten Weise so sortiert zu werden, daß der Fahrschein entweder in dem äußeren Kasten 1103 niedergelegt wird oder in einem von mehreren im Inneren angebrachten Kästen niedergelegt wird, so daß er verworfen wird oder aufbewahrt wird, um später von einem Bediener entnommen zu werden.
Im folgenden wird von der bisherigen Darstellung abgeschweift. Ein Verfahren zum Betreiben des Geräts zur automatischen Fahrscheinherstellung bestünde zunächst darin, daß ein Anwender zunächst einen vorher bedruckten Fahrschein in den Schlitz 1102 (Fig. 11) einführen würde. Der Fahrschein würde dann, wie vorher erläutert, durch den optischen Leser 1470 oder den magnetischen Leser 1480 laufen und die vorher auf den Fahrschein aufgedruckten Informationen würden elektronisch gelesen werden. Basierend auf diesem Ausleseergebnis oder auf von dem Anwender über ein Tastenfeld oder ein anderes Gerät einem Zentralrechner bereitgestellten Informationen könnte der Anwender notwendige Änderungen im Flugplan oder in anderen Reiseplanungen vornehmen oder der Anwender könnte einfach einen bestimmten Flug bestätigen. Falls der Fahrschein in keiner Weise verändert werden muß, könnte das System, unter der Steuerung des (nicht dargestellten) Zentralrechners den Fahrschein einfach zum Anwender zurückgeben. Alternativ dazu kann der Fahrschein zu dem Förderer 1201 (Fig. 11) durch die Abtrennung 1160 und dann durch den Drucker 1602 geleitet werden, wobei dabei (wenn das erwünscht ist) zusätzliche Informationen auf den Fahrschein gedruckt werden können. Der Fahrschein würde dann zum Sortierer 1501 laufen und in einer erläuterten Weise sortiert werden und entweder über den Kasten 1103 zum Anwender zurückgegeben werden oder in einem internen Abfallkasten verworfen werden. Diese letztgenannte Operation, bei der der Fahrschein in einen internen Abfallkasten gelegt werden würde, würde dann stattfinden, wenn vielleicht ein neuer Fahrschein für einen Kunden gedruckt wird oder aber wenn ein Kunde nach einer Rückerstattung fragte und der Fahrschein von dem Gerät zur automatischen Fahrscheinherstellung konfisziert worden wäre.
Obwohl das nicht dargestellt ist, ist das automatische Fahrscheinsystem entweder über Kabel oder möglicherweise über Funk mit einem Computernetzwerk verbunden. Aufgrund seines Aufbaus kann dieses System einfach in einer Wand angebracht werden, so daß ein Anwender lediglich Zugang zur Vorderseite des Gerätes hätte, während Angestellte, die hinter der Wand arbeiten, das Gerät zur Wartungszwecken, zum Nachfüllen von Fahrscheinen, zum Entfernen verworfener Fahrscheine oder zum Entfernen von gedruckten Fahrscheinen öffnen können. Das letztgenannte Merkmal ist für Reisebüros wichtig, bei denen der Zentralrechner, der weit entfernt liegt und vielleicht zu einer Fluggesellschaft oder einem anderen Reisedienstleister gehört, eine Reihe von Fahrscheinen, einschließlich Bordpässe und anderes gedrucktes Material, während der Nachtstunden erzeugt.
Im folgenden wird die Beschreibung der Operation des Sortierers 1501 fortgesetzt, der in der Fig. 15 dargestellt ist. Die Fahrscheine von der Druckertrommel 80 treten in den Sortierer 1501 an der Position 1508 ein. Je nach dem Zustand des Trenners 1502 bewegen sich die Fahrscheine über die Walze 1551 zum Schlitz 1506 und über die Walzen 1551 zum Kasten 1652. Der Kasten 1562 ist ein interner Kasten, der dafür vorgesehen ist, die gedruckten Fahrscheine sicher aufzubewahren. Der Kasten kann so aufgebaut sein, daß er eine beliebige Größe aufweist und die während einer gesamten Nacht gedruckten Fahrscheine und Bordpässe aufbewahren kann, die ein Bediener am Morgen herausnimmt. Der Kasten kann separat gegenüber dem Rest des Systems verriegelt sein, so daß nur autorisiertes Personal die Fahrscheine entfernen kann.
Fahrscheine, die in die Druckertrommel 80 eintreten, wobei der Trenner 1502 in der dargestellten Position ist, können anstelle des Durchlaufens zum Behälter 1563 zum Behälter 1561 des Trenners 1503 laufen, der in die untere Position bewegt wurde (dargestellt in gestrichelten Linien). Diese Bewegung wird entweder lokal oder extern gesteuert, und kann durch einen Computer oder manuell ausgelöst werden. Wenn sie in die durch gestrichelte Linien markierte Position bewegt werden, laufen die Fahrscheine unter der Steuerung des Rades 1551 in den Raum 1560 und laufen durch die Bewegung des unter Federspannung stehenden Riegels 1504 in den Rückweisungs- oder Abfallkasten 1561, wo sie von autorisiertem Personal herausgenommen werden können. Alternativ dazu können die Fahrscheine von der Druckertrommel 80 durch Bewegen des Trenners 1502 nach unten in die durch gestrichelte Linien dargestellte Position zum externen Kasten 1103 bewegt werden. Die Fahrscheine werden sich dann unter der Steuerung des Rades 1507 nach oben und um dieses herum und unter dem Rad 1552 hindurch in den Kasten 1103 bewegen und sie werden unter der Steuerung des Federelements 1504 positioniert, das so ausgebildet sein kann, daß es den Fall erfaßt, daß der Kasten voll ist, was zu Steuerzwecken erfolgen kann.
So können unter der Steuerung von einem internen oder einem externen Computersignal Transportfahrscheine oder eine Anzahl beliebiger anderer Elemente aus Papiermaterial bedruckt werden, das im Inneren liegt, oder aus Material, das von einem Anwender über einen äußeren Schlitz bereitgestellt wird. Es können Bordkarten gedruckt werden, indem einfach der Druck auf dem Fahrscheinpapier verändert wird oder in dem verschiedene Kästen für verschiedene Bordkarten verwendet werden. Diese können durch Farbe codiert oder vorbedruckt sein in einer beliebigen Anordnungsweise, und die automatische Fahrscheinmaschine kann programmiert sein, so daß sie einen von drei oder mehreren Kästen auswählt, ohne daß der Bediener Material laden oder entladen muß. Diese Fahrscheine können von Fahrscheinen oder Bordkarten unterbrochen werden, die ein Anwender, wie vorher erläutert, über den Schlitz 1102 liefert.
Das ermöglicht es, derartige Geräte in Einkaufscentern und an entfernt gelegenen unbeaufsichtigten Orten anzubringen, so daß Kunden Reservierungen für Reisen durchführen können, wobei ihre Fahrscheine und Bordkarten sofort mit einer Geschwindigkeit von 40 Karten pro Minute nahezu direkt an ihrem Ort gedruckt werden können. Diese Geräte können in Reisebüros oder selbst in Flughafenterminals angebracht sein.
Die Fig. 17 zeigt in schematischer Form den Schneidemechanismus des Zertrenners 1720. Der Schrittmotor 1702 dreht sich mit einer Drehung von 200 Schritten pro Umdrehung, wobei er den Nockenarm 1703 dreht. Der Nockenarm 1703 ist wiederum mit dem Schneider 1701 verbunden, der sich nach oben und unten innerhalb der Grenzen des Zertrenners 1720 bewegt. Die Klinge 1701 ist in der oberen Position in der Fig. 17 dargestellt und der Fahrscheinpapierbogen 1010 (der sich zum Betrachter hinbewegt) liegt so, daß die Perforationen zwischen den Ausweisen unter der Klingenebene 1701 liegen. Die (nicht dargestellte) Basis des Zertrenners 1720 weist einen Einschnitt auf, so daß die Klinge 1701 während ihrer Bewegung nach unten unter der Steuerung des Nockenarms 1703 die Perforationen aufreißt, wodurch die Ausweise getrennt werden. Die Federn 1705 dienen dazu, eine Federkraft nach unten auf die Ausweisgreifer 1704 auszuüben. Das bedeutet, daß dann, wenn sich die Klinge I70I nach unten bewegt, die Greifer 1704 das Ausweisblatt 1010 in seiner Position festhalten, um einer Bewegung vorzubeugen, und die Ausrichtung der Perforationen des Ausweisblattes 1010 in bezug auf die Klinge 1701 unterstützen helfen. Es ist zu erkennen, daß die Klinge 1701 mit der Perforierung des Ausweisblattes 1010 von links aus beginnt, wodurch die beim Fallen der Klinge erforderliche Kraft vermindert wird.

Belichtungseinheit und Reproduktionseinheitanpassungsanordnung

Die Fig. 18 zeigt in einer stilisierten Darstellung die Anpassung der Belichtungseinheit 10 an die Basis 1800. Die Basis 1800 repräsentiert die Reproduktionseinheit in einer stilisierten Darstellung, da eine beliebige Anzahl an Reproduktionseinheitskonfigurationen verwendet werden kann. Die Position des (nicht dargestellten) Rezeptors in der Basis 1800 würde an den Trichter 120 von der Basis der Einheit 10 angepaßt sein, um einen Lichtabschluß für moduliertes Licht vor dem Einfall auf den in der Basis 1800 angeordneten Druckmechanismus zu liefern. Die Öffnungen 1801 und 1802 sind, wie dargestellt, an die Vorsprünge 101 bzw. 102 der Belichtungseinheit 10 angepaßt, während der Träger 1803 an den Dorn 103 angepaßt ist, so daß eine Dreipunkt-Anpassungsanordnung geschaffen wird, wodurch eine perfekte Ausrichtung zwischen den beiden Teilen erreicht wird. (Nicht dargestellte) Klammern können entweder in bezug auf die Einheit 1800 oder die Einheit 10 so angebracht sein, daß sie über die andere Einheit schnappen, um die Einheiten in ihrer Position relativ zueinander zu fixieren.
Es können z. B. (nicht dargestellte) Klammern ständig mit der oberen Fläche 12 der Einheit 10 verbunden sein. Diese Klammern können sich nach unten unter die Basis 13 auf beiden Seiten der Einheit 10 erstrecken und so können, wenn die Einheiten 10 und 1800 aneinanderliegen, die (nicht dargestellten) Klammern eine Verriegelung auf den Dornen (nicht dargestellt) bewirken (Bezugnahme auf neue Zeichnung in Vorbereitung der XRM- Einheit für Offenbarung 10 auf der Basis 1800), um die zwei Einheiten in sicherer Beziehung zueinander zu halten, Natürlich können die Dorne durch herkömmliche Befestigungsvorrichtungen wie Schrauben oder Bolzen für eine dauerhafte Verbindung ersetzt werden. Die Klammern sind jedoch in Fällen nützlich, in denen die Belichtungseinheit in periodischer Weise von der Basis 1800 ohne die Verwendung zusätzlicher Werkzeuge und durch nicht ausgebildetes Personal entfernt werden soll.
Setzt man ein Drucksystem wie es hierin beschrieben ist an das Gate einer Fluggesellschaft, so ist es, da dieses Gerät in elektronischer Weise vorher auf einen Fahrschein oder eine Bordkarte gedruckte Informationen lesen kann, möglich, daß das Gerät einen angebotenen Fahrschein akzeptiert, den Fahrschein gültigmachende Informationen auf den Fahrschein druckt und entweder den Fahrschein zum Anwender zurückgibt, einen neuen Fahrschein druckt oder den Fahrschein konfisziert oder eine beliebige Kombination dieser Tätigkeiten durchführt. Das ergibt völlig neue Möglichkeiten für die Reiseorganisation und Reisekon trolle und dient dazu, den gesamten Prozeß der Reservierung, des Bording und der Steuerung in der Reisebranche zu beschleunigen.

Ausrichtungsverfahren und -vorrichtung

Das Belichtungsmodul 10, siehe Fig. 1, wird, mit Ausnahme auf die DMD 60, vorher zusammengebaut. Das Modul wird in eine Aufnahmevorrichtung, wie sie in der Fig. 18 dargestellt ist, gesetzt, die das Gehäuse 10 an drei Punkten 1801, 1802 und 1803 fixiert. Die beiden Ausrichtreferenzstifte 1801 und 1802 koinzidieren mit der DMD-y-Achse. Es ist anzumerken, daß das in der Fig. 18 dargestellte Gehäuse nur stellvertretend gewählt ist und daß dieses entweder die Photorezeptorelemente (z. B. das Element 80, Fig. 8A) oder eine Kamera (z. B. eine CCD-Kamera, Fig. 22) beherbergen kann, was erläutert werden wird. Der Photorezeptor würde in einem Abstand d (Fig. 8A) unter dem Spiegel 31 des Belichtungsmoduls angebracht, um ein Zeilenbild 82 der Breite w an dem dargestellten Ort zu erzeugen, das sich zwischen den Punkten a und b auf der Trommeloberfläche 81 erstreckt, was vorher erläutert worden ist.
Wie nachfolgend erläutert, können eine oder mehrere CCD- Kameras, z. B. die Kamera 2200 (Fig. 22) an der Stelle des Photorezeptors positioniert werden, um die Ausrichtung der DMD 60 in der Belichtungseinheit zu unterstützen. Die CCD-Kamera kann bevorzugt im gleichen Abstand von dem Spiegel 31 des Belichtungsmoduls oder in einem anderen Abstand, wenn das erwünscht ist, positioniert werden. Wichtig ist, daß die Ausrichtung der Optik für die DMD sich auf die permanenten Stifte der Dreipunktbefestigung bezieht und daß die Belichtungseinheit, wenn sie einmal ausgerichtet ist, von einem Rezeptor zum anderen übertragen werden kann, ohne daß eine weitere Ausrichtung der Optik erforderlich ist. Bevor der tatsächliche Einsetzvorgang beschrieben wird, ist zum besseren Verständnis darauf hinzuweisen, daß es drei Rotationsachsen und drei Translationsachsen gibt, die im folgenden von Bedeutung sind. Das läßt sich in der Fig. 7A erkennen, in der X die von unten nach oben gerichtete Achse ist, die senkrecht zur Platte 14 steht. Die Y-Achse verläuft parallel zur Längsachse der DMD-Matrix. Die Z-Achse ver läuft entlang des optischen Weges 402. Die nächsten drei Achsen stehen rotationsmäßig in Beziehung zu den drei Genannten, nämlich Psi (φ) um die X-Achse, Phi (φ) um die Y-Achse und Theta (v) um die Z-Achse.
Die Fig. 21 zeigt eine Ausführungsform einer Einsetzvorrichtung, die, wie zu erkennen sein wird, durch einen Computer gesteuert wird, um in sequentieller Weise eine durch die Klemmbacken 2111 gehaltene DMD um die sechs Achsen zu positionieren. Die Vorrichtung 2100 ist so aufgebaut, daß der Mittelpunkt der Drehbewegung einer gehaltenen DMD für die drei Hauptachsen um den exakten Kreuzungspunkt der drei Achsen verläuft. Dieses Merkmal ermöglicht die sequentielle Achsenpositionierung. Der Ausrichtvorgang beginnt mit der einleitenden Einsetzung der DMD 60 in die Klemmbacken 2111 der Vorrichtung 2100 und dem Absenken in ihre ungefähre abschließende Position mit Bezug auf den Träger 104, der in der Fig. 1 dargestellt ist. Die elektrische Verbindung zur DMD 60 wird über ein Kabel 2220 von dem DMD-Mustererzeuger 2204, siehe Fig. 22, hergestellt. Die Lichtquelle 16 (Fig. 1) wird auch aktiviert.
Einleitend wird ein zentraler Satz an Pixeln aktiviert, und das von diesen abgelenkte Licht folgt dem optischen Pfad 402 (Fig. 7A) zur Kamera 2200, die wie in der Fig. 22 dargestellt positioniert ist. Ein vorbereitendes Bild erscheint auf den Betrachtungsmonitoren 2210 und 2207 und eine Grobausrichtung (Kasten 2501 und 2502 in der Fig. 25) wird durch den Bediener unter Verwendung des "Joysticks" 2205 des übergeordneten Systems durchgeführt. Diese Ausrichtung genügt, um die aktivierten Pixel auf dem Betrachtungsschirm zu zentrieren.
Dann wird der automatische Ausrichtprozeß in Gang gesetzt und läuft unter der Steuerung des Computers 2203 gemäß dem in der Fig. 25 dargestellten Algorithmus ab.
Die kartesischen Achsen der Translation x, y und z liegen in der Ebene der DMD und sind auf die Pixelmatrix zentriert. Die z-Achse entspricht der "Fokus"-Achse und der optischen Achse des DMD-Imager-Linsensystems. Die x-Achse entspricht der vertikalen Translation des Chips (über die Richtung der Pixelmatrix) und die y-Achse entspricht der lateralen Bewegung entlang der in Längsrichtung gerichteten Ausdehnung der Pixelma trix. Die Rotationswinkel sind Theta, Phi und Psi, entsprechend der Rotation um die entsprechenden Achsen z, y bzw. x. Diese Rotationen werden aus praktischen Gründen auf die Lage eines Flugzeugs bezogen und mit "Rollwinkel", "Nickwinkel" und "Gierwinkel" bezeichnet, entsprechend einem Piloten, der entlang der Z-Achse blickt.
Die Ausrichtung beginnt, wie oben erläutert, damit, daß ausgewählte Pixel in der Mitte der Matrix aktiviert werden und die x- und y-Verschiebung eingestellt wird, um dieses Bild auf der optischen Achse der Imager-Linse, Kästen 2501 und 2502 der Fig. 25, zu positionieren. Wenn dieses nicht erreicht werden kann, wird der Vorgang abgebrochen. Die Positionierung des Bildes an einem speziellen Ort in dem Blickfeld einer Kamera erreicht dieses. Die Kamerabühne wird seitlich entlang dem DMD- Bild bewegt, bis eine Kamera direkt in der Mitte der gewünschten Bildposition liegt.
Als nächstes wird der "Rollwinkel" korrigiert, Kasten 2503, in dem die DMD um die optische Achse z gedreht wird. Die Rollwinkelfehlausrichtung würde als "Unsymmetrie"-Winkel in dem DMD-Bild bei der Kamera erscheinen, siehe Fig. 23. In der gedruckten Ausgabe sieht dieses so aus, daß das tatsächlich verwendete Bild nicht senkrecht zum Rand des Druckmediums steht. Das System fokussiert erneut das mittige Bild, das nun aus allen aktivierten Pixeln besteht. Eine Fokussierung wird durch Berechnungen erreicht, die an der Größe des Bildes eines Pixels, eingefangen durch das Videoeinzelbilderfasungssystem 2202, durchgeführt werden. Die Videodaten werden in bis zu 256 Intensitätsniveaus gespeichert. Eine Größen- und Schwerpunktsberechnung wird entsprechend den Kriterien der Fig. 24 durchgeführt, die eine eindimensionale Scheibe eines Pixelbildes zeigt. Der Einzelbilderfasser enthält in der Realität eine zweidimensionale Darstellung der Amplitude (entsprechend der x- Orientierung und der y-Orientierung des DMD-Chips). Es ist eine einfache Angelegenheit, den Schwerpunkt zu vergleichen und zu berechnen (d. h. das "Massezentrum" der Lichtverteilung) und ihn mit einem gewünschten "Ort" in dem Blickfeld, dargestellt durch die Einzelbilderfasser-Speicherabbildung, zu vergleichen. Entsprechend kann durch Auswahl einer Schwellenamplitudenvariablen und Berechnung der Anzahl an Pixeln des CCD (Ladungsgekoppeltes Bauelement)-Video-Imagers die über dieser Schwelle liegen, die Größe oder der Fokus eines Flecken berechnet werden. Das z-Achsen-Servogerät wird betätigt, um die gewünschte Fleckengröße zu erzielen. Alternativ dazu können die Spitzenamplitude oder die Amplitude zwischen aneinandergrenzenden Pixeln und andere Kriterien dafür verwendet werden, eine Fokus-Bedingung zu bestimmen.
Das System stellt dann in dem Kasten 2505 den "Nickwinkel", Phi, ein, bis die Pixelamplituden maximal sind. Dieses Bild zentriert das Bild des Quellenfadens auf der Imager-Linsenöffnung, eine Bedingung für die maximale Leistungsübertragung zum Bild.
Die abschließenden Kästen 2506 und 2507 in der Reihe wiederholen die Einstellung des "Gierwinkels" oder die Rotation der DMD um die x-Achse, mit einer Fokuseinstellung zwischen den Enden. Der Gierwinkel zentriert darüber hinaus das Fadenbild auf dem Imager, wodurch ein maximaler optischer Durchsatz und ein maximales Kontrastverhältnis gewährleistet werden. Da jedoch die x-Achse der Rotation auf der Chipmittellinie liegt, werden die Enden aufgrund der inhärenten z-Achsen-Bewegungskomponente schnell defokussiert. Daraus ergibt sich die iterative Einstellung des Gierwinkels und des Fokusses in dem Kasten 2509. Diese Einstellung steuert darüber hinaus die Gleichförmigkeit, Kasten 2520, oder die Balance der Pixelbildintensität über die Matrix. Wenn sämtliche Kriterien erfüllt sind, ist die Ausrichtung abgeschlossen. Wenn nach einer Reihe von Versuchen, Kasten 2508, die Kriterien nicht erfüllt sind, bricht das Programm ab und ein Bediener interveniert, um den Mechanismus des Versagens zu beurteilen.
Der Sechs-Achsen-Manipulator ist so entworfen, daß er soviele Freiheitsgrade wie möglich isolieren oder orthogonalisieren kann. Nur Psi und z bleiben gekoppelt, da eine Rotation um die x-Achse beide Enden der DMD dazu bringt, defokussiert zu werden. Das Computersystem ist für eine schnelle Durchführung der Bildmessungen von links nach rechts und die gleichzeitige Einstellung dieser zwei Parameter notwendig.
Das System ermöglicht so eine abschließende Ausrichtung eines komplexen optischen Systems, indem die DMD in effektiver Weise unter der Steuerung eines Computers in einem genauen und schnellen Verfahren in ihre Position "geflogen" wird.
Ist die DMD abschließend ausgerichtet, wird ein Klebstoff oder eine andere Verbindungsanordnung verwendet, um die DMD 60 in bezug auf die Klammern 104 (Fig. 1) fest zu positionieren. Jetzt werden die Klemmbacken 2111 geöffnet und die Vorrichtung 2100 wird aus dem Belichtungsmodul 10 herausgezogen.

Tonerüberwachungssystem

Das Tonerüberwachungssteuersystem ist in der Fig. 19 dargestellt und basiert auf zwei Teilen, nämlich einem Hauptteil und einem Druckerteil. Als Hauptteil wird ein beliebiges (nicht dargestelltes) Steuersystem mit einem PC angenommen. Das Steuersystem kann sich innerhalb oder außerhalb des Druckers befinden.
Das System berechnet (durch einen Hauptrechner) im voraus eine Zahl, die die Menge an Toner repräsentiert, der zur Herstellung eines Bildes erforderlich ist. Diese Zahl wird mit dem Bild in dem Drucker gespeichert und verwendet, um eine noch genauere Messung des Toners, der in dem Drucker verblieben ist (Toner Reserve) zu erhalten. Bei dieser Implementierung wird angenommen, daß die Toner Reserve beim Neuladen des Toners durch einen Befehl von dem Bediener initialisiert wird und in der nachfolgenden Weise aktualisiert wird.
Es ist zu erkennen, daß Beschreibungen von Rastergraphiken und Rechtecken verwendet werden, um zu zeigen, wie sich die Wahrung der verbleibenden Tonermenge bei Operationen praktisch auswirkt, die nicht das Drucken eines gespeicherten Bildes bedingen. Diese Druckoperationen können in bezug auf die Geschwindigkeit durch Datenübertragungen oder den Bilderzeugungsalgorithmus begrenzt sein, und Gewinne, die sich aus der Implementierung von Tonerverbrauchsberechnungen in dem Hauptrechner ergeben, können reduziert werden. Für diese Fälle können die Tonerverbrauchsberechnungen in dem Drucker durchgeführt werden.

Hauptabschnitt

Der Hauptabschnitt des Tonerüberwachungssystems besteht darin, die geeignete Tonerverbrauchsmessung für alle von dem Drucker zu speichernden (oder zu druckenden Bilder) durchzuführen. Der Algorithmus kann als Teil des Bilderzeugungsalgorithmusses implementiert werden oder als ein Verfahren, das auf ein vorher erzeugtes Bild einwirkt. Letzteres wird hier angenommen, um die Komplexität der Beschreibung zu vermindern.
Der in der Fig. 19 dargestellte Algorithmus beginnt mit einem Bit-Map-Bild im Speicher, berechnet den von jedem Flecken verbrauchten Toner und summiert den Tonerverbrauch für jeden Flecken in dem Bild. Der Algorithmus arbeitet so, daß er eine zweidimensionale Matrix aus Konstanten über ein Bit-Map-Bild bewegt (auch eine zweidimensionale Matrix). Die Summe der Produkte aus der konstanten Matrix und den entsprechenden Positionen in dem Bit-Map-Feld wird für jedes Element in der Bit-Map- Bildmatrix berechnet. Ein Referenzpunkt in der konstanten Matrix (normalerweise der Mittelpunkt) wird zur Position in der Bildmatrix in Beziehung gesetzt, für die die Summe der Produkte gerade berechnet wird. Die Summe der Produkte für jedes Element wird aufaddiert, um die Bildtonerverbrauchsberechnung abzuschließen.
- Fleck (r, c) ist eine Matrix aus einzelnen Bitvariablen mit einem Wert von Eins oder Null, r ist die Zeilennummer, c ist die Spaltennummer, R ist die Anzahl an Zeilen in dem Bild, C ist die Anzahl an Spalten in dem Bit-Map-Bild, wobei Matrixelemente mit tiefergestellten Zahlen außerhalb des Bereichs (1 bis R, 1 bis C) auf 0 initialisiert werden und die tatsächliche Matrixgröße (R + 2n) · (C + 2n) beträgt.
- Der Matrixfleck (r, c) kann in einem gepackten Format mit 8 Elementen pro Byte gespeichert werden. "Fleck(r, c) - 0?" was in dem Flußdiagramm erscheint, wird dann unter Verwendung eines Funktionsaufrufs implementiert.
- n ist der Abstand von dem aktuellen Fleck zum am weitesten gelegenen Fleck, der Tonerverbrauch aufweist.
* tc(i, j) ist eine Matrix aus Gewichtungsfaktoren für die Flecken, die Tonerverbrauch aufweisen, wobei i und j zwischen -n und +n liegen, tc(0, 0) der von einem isolierten Fleck verbrauchte Toner ist, wobei diese Konstanten in empirischer Weise für die verwendete Drucktechnologie bestimmt werden.

Druckerteil

Für die Bit-Map-Bild-Druckbefehle
< DRUCK_BIT_BILD_ESCAPE_SEQUENZ>
< Bit_Map_Bild_id>
< Bild_Position>
wird ein Bit-Map-Bild-Speicherformat der folgenden Form angenommen:
bit_map_bild_toner_Verwendung
bit_map_bild_breite
bit_map_bild_höhe
start_daten
ende_daten
Dieses Bild würde möglicherweise durch Herunterladen in dem Drucker nach Erzeugung durch den Hauptrechner installiert, bit_map_bild_toner Verwendung würde, wie oben erläutert, während oder nach der Bilderzeugung, jedoch vor der Installation in dem Drucker erzeugt werden. Wenn der Drucker einen Druck- Map-Bild-Befehl empfängt,
< DRUCK_BIT_MAP_BILD_ESCAPE_SEQUENZ>
< bit_map_bild_id>
< bit_map_bild_zeile_ort>
< bit_map_bild_spalte_ort> ,
würde er zusätzlich zur Erzeugung des Bildes die folgende Berechnung durchführen:
toner reserve < - toner reserve - bit_map_bild_toner_Verwendung.
Zeichen können durch einen indirekten Befehl, ein druckbares Zeichen in dem Datenstrom zum Drucker oder einen expliziten Befehl
< DRUCK_NICHTDRUCKBARES_ZEICHEN_ESCAPE_SEQUENZ>
nichtdruckbares_zeichen
gedruckt werden.
In beiden Fällen verwendet der Drucker ein Bild von einer Sammlung von gespeicherten Zeichen-Bild-Bit-Maps, die als "Font" bezeichnet werden, um das Zeichen zu drucken. Das Zeichenzellenspeicherformat
zeichen_toner_Verwendung
zeichen_zelle_breite
zeichen_zelle_höhe
erstes_daten_byte
letztes_daten_byte
umfaßt einen Zeichentonerverwendungswert, der verwendet wird, um die Tonerreserve zu aktualisieren:
toner_reserve < - toner_reserve - zeichen toner_Verwendung.
Der Font würde durch den Hauptrechner erzeugt und in dem Drucker installiert oder in diesen heruntergeladen. Der Wert zeichen toner Verwendung würde durch den Hauptrechner während oder nach der Bilderzeugung, jedoch vor der Installation in dem Drucker oder dem Herunterladen in den Drucker erzeugt werden. Siehe den Hauptteil der Implementierungsbeschreibung für den Algorithmus, der "zeichen toner Verwendung" erzeugt.
Um Rastergraphiken zu berücksichtigen, wird ein zusätzlicher Befehl von dem Hauptrechner gesendet, der direkt auf die Menge des verbleibenden Toners einwirkt. Rastergraphiken bestehen aus einer Sequenz aus Befehlen, die Zeilen aus Flecken drucken.
< RASTER_GRAPHIK_ESCAPE_SEQUENZ>
< #_an_bytes_an_daten>
erstes_daten_byte... letztes_daten_byte
< RASTER_GRAPHIK_ESCAPE_SEQUENZ>
an_bytes_an_daten>
erstes_daten_byte... letztes_daten_byte
< RASTER_GRAPHIK_ESCAPE_SEQUENZ>
< #_an_bytes_an_daten>
erstes_daten_byte... letztes_daten_byte
Diesen Befehlen folgt ein Befehl, der die Menge des verbleibenden Toners aktualisiert.
< TONER_NIVEAU_AKTUALISIERUNG_ESCAPE_SEQUENZ>
< #_an_Subtrahierung_vom_toner_niveau>
Beim Empfang dieses Befehls führt der Drucker die folgende Operation durch:
toner_reserve < - toner_reserve -
#_zur_Subtrahierung_vom_toner_niveau
Der #_zur_Subtrahierung_vom_toner_niveau wird durch den Hauptrechner basierend auf dem Bild berechnet, das durch die vorhergehende Sequenz an Rastergraphikbefehlen erzeugt wurde.
Um Rechteck-Befehle zu berücksichtigen, wird der gleiche Ansatz verwendet. Nach einem Druck-Rechteck-Befehl <
DRUCK_RECHTECK_ESCAPE_SEQUENZ>
< rechteck_breite>
< rechteck_höhe>
< füll_parameter_1> < füll_parameter_2> ...
< füll_parameter_n>
wird ein Tonerniveauaktualisierungsbefehl von dem Hauptrechner gesendet
< TONER_NIVEAU_AKTUALISIERUNG_ESCAPE_SEQUENZ>
< #_zur_Subtrahierung_vom_toner_niveau> ,
der die folgende Operation in dem Drucker initialisiert:
toner_reserve < - toner_reserve -
#_zur_Subtrahierung_vom_toner_niveau
Basierend auf diesen Berechnungen ist das Tonerniveau immer bekannt. Wenn das berechnete Niveau von dem tatsächlichen Niveau abweicht, wird ein Problem angezeigt. Diese Berechnungen können dann dazu verwendet werden, einem Bediener die Tonerverfügbarkeit anzuzeigen. Da die Tonerverwendung von der Art der verwendeten Graphik und nicht von der Anzahl der Druckseiten abhängt, läßt sich eine sehr genaue im voraus gegebene Warnung erzeugen.

Ersetzbare Elemente für das xeroqraphische Druckmodul

Um die Systemanforderungen der Fahrscheindruckumgebung zu erfüllen, war es notwendig, ein modulares xerographisches Druckgerät zu entwickeln, das mit dem Papierpfad und dem Formfaktor des Chassisrahmens des ATB-Systems und den Anforderungen in bezug auf die Lebensdauer und die Wartung kompatibel ist. Dieses Druckersystem besteht aus vier modularen Komponenten, die sich leicht in einen Chassisrahmen oder ein Empfängermodul einsetzen lassen, das sich wiederum von dem Hauptträger des Flugschein- und Bordkartendruckers (ATB) abnehmen läßt. Der Drucker ist um ein Bildsystem herum aufgebaut, das einen auf Toner basierenden, eine optische Belichtung aufweisenden xerographischen Prozeß verwendet. Mehrere Parameter spielen bei dem Entwicklungsprozeß eine Rolle. Die Zuverlässigkeit und Wartungslebensdauer erfordern einen stabilen Aufbau, bei dem mehrere Elemente auf schnelle und einfache Weise ersetzt werden können. Drei dieser Elemente bilden die Einweg- oder Austauschkomponenten, die den xerographischen Prozeß ausmachen. Der Druckkopf, das Belichtungsmodul, ist ein viertes ersetzbares Element. Das Empfängermodul oder xerographische Druckmodul (XPM) bildet das fünfte ersetzbare Element des Druckgerätes. Das System erfordert einen Aufbau mit einem kurzen geradeaus durchlaufenden Blattpfad, um die mittlere Anzahl an Blättern, die zwischen Papierstaus (MCBJ) auftreten, zu maximieren. Wenn ein Papierstau auftritt, muß dieser schnell und einfach beseitigt werden können, wobei die erhitzte Oberfläche der Fixiereinheit und die Sicherheit des Bedieners berücksichtigt werden müssen. Die austauschbaren Elemente müssen in einem Gehäuse verpackt werden, um spezielle Blattmengen zwischen Austauschvorgängen zu erreichen, die wesentlich größer sind, als die typischen Blattseitenzahlen, die man in der Industrie der durch den Anwender gewarteten Schreibtischlaserdrucker findet. Das XPM selbst weist eine Wartungslebensdauer auf, die 5x bis 10x größer als diejenige von typischen Schreibtischlaserdruckern ist. Die Fixiereranordnung und die Druckkopfanordnung sind keine durch den Anwender ersetzbare Einheiten.
Der normalerweise mit Austauschteilen, die durch den Anwender ersetzt werden, verbundene Nachteil sind die hohen Kosten pro Druckseite. Das ist bei der allgemeinen Umgebung von Schreibtischdruckern aus Gründen der Bequemlichkeit und der sich ergebenden hohen Druckqualität akzeptierbar, da die Kosten durch eine geringere Anzahl von Wartungseinsätzen aufgewogen werden. Die Ausfallzeit wird außerdem typischerweise von Stunden auf Minuten reduziert. Alle diese Merkmale sind in dem ATB- Markt sehr erwünscht, jedoch sind größere Austauschteilkosten aufgrund der Konkurrenz durch thermische, Ionenabscheidungs- und Impact-Matrixdrucktechnologien nicht erwünscht. Um die Kosten der Austauschmodule zu reduzieren, müssen neue Entwick lungsstandards erfüllt werden. Insbesondere die Toner-Entwickler-Einheit, die über 50% der Kosten der Austauschteile ausmacht, muß eine ausreichende Tonerkapazität aufweisen, um ungefähr 50.000 Bögen mit einer Bedeckung von 4~% zu drucken. An diesem Punkt amortisieren sich die Kosten der Komponenten in der Entwicklereinheit auf ein akzeptables Niveau. Im Gegensatz dazu ist die typische austauschbare Kartusche, die Toner enthält, bei einem Schreibtischlaserdrucker auf ungefähr 2.500 Druckseiten ausgelegt, ein Faktor, der 20x kleiner ist (7x kleiner unter Berücksichtigung der Flächenfaktoren zwischen dem Blatt und einer DinA4-Seite).
Entsprechend ist die Lebensdauer des Photorezeptors, typischerweise ein organischer, aus zwei Schichten bestehender Aufbau (der kurz als OPC bezeichnet wird) aufgrund seiner geringen Material- und Herstellungskosten relativ kurz. Das liegt hauptsächlich an dem Abrieb von den kontaktierenden Teilen des Prozesses (z. B. dem Papier, dem Toner und dem Reinigermechanismus), der relativen Weichheit der organischen Polymermaterialien, die das OPC-Substrat umfassen, und den Leistungsdegradierungseffekten des Lade- und Belichtungsteiles des Prozesses. Tatsächlich ist das durch die Lade- und Übertragungskoronadrähte erzeugte Ozon ein Hauptgrund für die Verschlechterung der OPC. In engen und kompakten Schreibtischlaserdruckeraufbauten kann das Restozon die OPC-Lebensdauer beträchtlich verkürzen. Aus diesen Gründen kann die OPC-Lebensdauer weniger als 3.000 Seiten betragen, wobei sie typischerweise kleiner als 20.000 Seiten ist.
Der ATB-Drucker ist darauf ausgelegt, Anwendungen mit einem sehr großen Volumen zu bedienen, und zwar von bis zu 40.000 gedruckten Fahrscheinen pro Monat. Offensichtlich kann vom Anwender nicht erwartet werden, daß er die Austauscheinheiten jeden Tag oder alle zwei Tage ersetzt oder ständig über die Wartungslebensdauer der Austauschteile während der Perioden mit Spitzendruckbedarf hinausläuft. Die Anforderungen an eine erweiterte Lebensdauer der Austauscheinheit und geringe Kosten pro Seite für die Austauschteile (d. h. die Amortisation der ersetzbaren Elemente über viele gedruckte Fahrscheine) gehen Hand in Hand, um die Kostenziele in bezug auf die Austauschteile des ATBs zu erzielen. Diese übertreffen im positiven Sinne die typischerweise in der Industrie üblichen Ziele in starkem Ausmaße, wobei die Ersetzung von Elementen, die vorher nicht als Austauschteile betrachtet wurden, durch den Anwender dazugehört. Was den DMD-Drucker für sich betrachtet angeht, so ist dieses nur aufgrund seiner geringen Kosten und der Einfachheit der Ausrichtung in bezug auf die XPM-Einheit möglich.
Bei einem Spitzennachfrageziel von 40.000 gedruckten Fahrscheinen pro Monat würden die Austauschelemente auf eine Austauschfrequenz ausgelegt sein, die größer als ein Monat wäre, und würden darüber hinaus so ausgelegt sein, daß ihre jeweiligen Austauschzyklen ganze Vielfache voneinander sind, wodurch die Anzahl von Druckerausfallzyklen minimiert und die Einsatzzeit maximiert wird. Die Tabelle A skizziert die Lebenserwartung der Austauscheinheiten und zeigt die Tatsache, daß der Austauschzyklus "Modulo" 50.000 Fahrscheine beträgt. Daher beträgt die Austauschfrequenz 4 Entwicklereinheiten gegenüber 2 OPC-Kartuschen gegenüber einer Fixierereinheit. Der XPM und der Druckkopf (die nicht aufgelistet sind) sind auf 2 Millionen Fahrscheine ausgelegt.

TABELLE A. AUSTAUSCHPLAN FÜR DIE AUSTAUSCHTEILE

Element Fahrscheine/Einheit
1. Entwicklereinheit 1601 50.000
2. OPC-Kartusche 1602 100.000
3. Fixierereinheit 1603 200.000
Ein weiterer Vorteil der Ersetzbarkeit der Fixierereinheit besteht darin, daß das gesamte ATB-Druckersystem leicht an den Betrieb mit 110 Volt oder mit 220 Volt angepaßt werden kann, indem einfach die Fixierereinheiten ausgewechselt werden. Das vereinfacht sowohl die Herstellungsplanung als auch Bestandsprobleme.

Beschreibung des xerographischen Prozeßmoduls

Die Fig. 26 zeigt das XPM-Modul, das als Empfänger für die übrigen austauschbaren Einheiten dient, wobei es eine Positio nierung, eine Energieversorgung und eine präzise relative Ausrichtung für jede dieser Einheiten liefert.
Das XPM liefert Energie und eine Synchronisation des Rotationsprozeßmoduls (Fixierer, OPC, Entwickler und Fahrscheintransportwalzen) über einen Präzisionsmotor 2608 und einen Zahnriemen und eine Getriebeübersetzung 2616 (die nicht dargestellt sind) auf der Seite 2612, die in der zentralen Befestigungswand des ATBs liegt. Die Innenwand des XPMs umfaßt darüber hinaus eine Hochspannungsversorgung für die Ladekorona 2702 (Fig. 27) und die Übertragungskorona (die nicht dargestellt ist), die in der unteren Schublade 2614 direkt unter der OPC- Trommel 80 und unter dem Fahrscheinpfad (1201 bis 1501) liegt. Die Präzisionsreferenzschlitze 2604 positionieren das DMD- Belichtungsmodul 10 über angeformte Merkmale 102 und den Dorn 103, der auf der Quersprosse 2605 ruht. Energie für die OPC- Kartusche 1602 wird durch die XPM-Seitenplatte 2612 über das Anpassungsrad 2607 zugeführt. Das Fixiererschild 2615 liefert eine Isolation der Heizlampe 2638 des Fixierers 1603, die nicht dargestellt ist, jedoch in der Fixiererheizwalze 1650 liegt (Fig. 16).
Die Fahrscheinpfade 1201 bis 1501 laufen unter der Entwicklereinheit 1601, unter der OPC-Trommel 80 in der Kartusche 1602, wobei sie jedoch mit dieser in Kontakt stehen, und zwischen der Fixiererheizerwalze 1650 und der Fixiererdruckwalze 1651 entlang. Die Fixiererdruckwalze 1651 ist über einen Herunterfallmechanismus 2634 festgeklemmt und ist durch eine durch eine Feder vorgespannte Stiftfixierung (die nicht dargestellt ist), die in der unteren Schublade 2614 liegt, festgeklemmt, die nach unten fällt, wenn die Klammern 2603 freigegeben werden, wodurch der gesamte Papierpfad für den Bediener freigegeben wird, wenn das ATB-Chassis für Wartungszwecke herausgezogen wird (Fig. 20).
Unter Bezug auf die Fig. 16 ist zu erkennen, daß sich die Walze 1651 und die Walze 1653 von der Walze 1650 bzw. 1652 trennt, wenn die Schublade 2614 fällt, um den Papierpfad freizumachen. Wie in der Fig. 26 zu erkennen, ist die Schublade 2614 an dem XPM 2600 entlang der Seitenplatte 2612 gelenkig aufgehängt. Die Öffnung 2602 nimmt die Fixierereinheit 1603 auf und positioniert diese in bezug auf den XPM-Papierpfad über die Führungsschienen 2637 und mit Positionierungsstiften 2609, die in Löcher 2632 in den Fixierer 1603 passen. Ein Angriff wird durch die Verriegelungsfeder 2631 geliefert. Das Entfernen/- Einsetzen wird durch den thermisch isolierten Handgriff 2633 unterstützt. Der Riegel 2636 gibt die Metallklammer 2635 frei, die die Fixiererreinigungswalze (die nicht dargestellt ist) umgibt.
Die Schublade 2614 muß abgesenkt werden, um die Fixierereinheit 1603 herauszunehmen. Das Hitzeschild 2630 schützt darüber hinaus den Anwender von einem Kontakt mit der heißen Walze 1650.
In der Fig. 27 ist die Öffnung 2601 darauf ausgelegt, die OPC-Kartusche 1602 aufzunehmen, die an den XPM über die angeformten Schienen 2701 und andere Merkmale angepaßt ist, die an die Führung 2606, das Zahnrad 2607 und die Positionierungsstifte 2611 auf der XPM-Seitenplatte 2613 angepaßt sind. Der Riegel 2610 verhindert ein Entfernen der OPC-Kartusche 1602 vor dem Entfernen der Entwicklereinheit 1601. In ähnlicher Weise wird die OPC 1602 durch die Schublade 2614 zurückgehalten, bis diese herunterfällt. So wird die zerbrechliche OPC-Trommeloberfläche 80 gegenüber Abrieb durch die magnetische Bürste 2802 der Entwicklereinheit 1601 und andere Elemente geschützt, die parallel und in der Nähe der OPC-Oberfläche verlaufen. Der Riegel 2610 kann nicht betätigt werden, bis die Entwicklereinheit 1601 aus dem XPM 2600 entfernt worden ist. Der nach unten bewegbare Stift 2705 liefert einen Griff für das Entfernen des OPCs.
Die OPC-Kartusche 1602 umfaßt darüber hinaus eine entfernbare Lade-Korona 2702, ein Reinigerblatt 2707 und einen Schneckenreiniger (nicht dargestellt), eine Abfalltonerausgangsöffnung 2706, einen Ozonfilter 2703, eine Trommel 80 und, einen Belichtungszugangsschlitz 2704 und Paßgleitoberflächen 2701.
Wie in der Fig. 28 dargestellt, ist eine Entwicklereinheit 1601 so ausgelegt, daß sie über die angeformten Führungsschienen 2803 und den Griff 2804 von oben heruntergelassen werden kann, wenn das ATB aus dem Gehäuse (Fig. 20) genommen wird. Da dieses die am häufigsten ersetzte Austauscheinheit ist, wird bevorzugt ein Zugang von oben gewählt, um das Einfügen für den Anwender möglichst bequem und einfach zu machen. Von oben her läßt sich eine optische Ausrichtung leichter bewerkstelligen und die Beleuchtungssituation ist im allgemeinen besser. Die magnetische Bürste 2802 hält ein Entwicklermaterial, das wiederum mit den elektrostatisch geladenen Tonerpartikeln bedeckt ist. Das Streichmesser 2805 regelt die magnetische Bürste. Energie zur Rotation der magnetischen Bürste und der anderen internen Walzen 2806 der Entwicklereinheit 1601 wird in Synchronisation mit dem OPC über Getriebe in der Kraftübertragung 2616 auf der XPM-Seitenplatte 2612 geliefert. Das eine große Kapazität aufweisende Tonerreservoir 2801 (das in der Fig. 16 aufgeschnitten ist) ist ein Merkmal, das eine Lebensdauer von 50.000 Blättern ermöglicht. Wegen des engen Druckfeldes ist die Verteilung des Toners nicht so ein großes Problem, wie es bei den größeren Entwicklereinheiten mit der Größe DinA4 der Fall ist. Wischerstäbe 2807 sind in dem Tonerreservoir 2801 vorgesehen, um eine wirksame Verteilung und vollständige Ausnutzung der Tonerzuführung zu ermöglichen.

Claims

1. System zur Modulation von Energie mit

einer Energiemodulationsvorrichtung (60); und

einer Energiequelle (16), die in einem Winkel zur Energiemodulationsvorrichtung (60) angeordnet ist und durch dazwischenliegende optische Linsenelemente (17, 18) auf die Vorrichtung (60) gerichtet ist;

wobei die Vorrichtung (60) so betrieben werden kann, daß sie die Energie so moduliert, daß eine Matrix unabhängiger in bezug auf die Energie modulierter Punkte geliefert wird, und wobei die Vorrichtung (60) eine Reihe auslenkbarer Elemente (61) umfaßt, die in wenigstens zwei Ausrichtungen zur Energiequelle (16) verstellt werden können, wobei jedes Element für sich so betrieben werden kann, daß ein reflektiertes Bild der Energiequelle (16) unter der Steuerung eines Modulationssignals entlang einer gemeinsamen ersten Achse (402) fokussiert wird und das reflektierte Bild entlang einer gemeinsamen zweiten Achse (702) fokussiert wird, wenn das Modulationssignal nicht vorhanden ist, wobei die Bilder durch eine tote Zone getrennt sind;

gekennzeichnet durch

eine Energieablenkwand (19), die die beiden Achsen (402, 702) wenigstens teilweise umgibt und entlang der beiden Achsen (402, 702) angeordnet ist, wobei die Ablenkwand (19) so gestaltet ist, daß sie die entlang der ersten Achse reflektierten Bilder zu einer Linse (40) durchläßt, die auf der ersten Achse (402) liegt, während sie die entlang der zweiten Achse reflektierten Bilder unter Abschwächung sowohl von der ersten Achse (402) als auch von der zweiten Achse (702) fernhält, und wobei die Energieablenkwand (19) aus lichtabsorbierendem Material hergestellt ist.

2. System nach Anspruch 1, bei dem die gemeinsame erste Achse (402) durch den Mittelpunkt einer Imager-Linse (40) läuft, die konzentrisch in der Energieablenkwand (19) angeordnet ist, und bei dem die erste Achse (402) senkrecht zu der Energiemodulationsvorrichtung (60) verläuft.

3. System nach Anspruch 2, bei dem die tote Zone breit genug ist, um die Trennung der Bilder in einer gemeinsamen Fokalebene aufrechtzuerhalten.

4. System nach Anspruch 2, bei dem die Fokalebene der gemeinsamen ersten Achse ungefähr der Öffnungsebene der Imager- Linse (40) entspricht.

5. System nach Anspruch 2, bei dem die dazwischenliegenden optischen Linsenelemente (17, 18) auf der Öffnungsebene reflektierte Bilder geeigneter Vergrößerung erzeugen, so daß in der toten Zone keine Bildenergie der Quelle (16) erzeugt wird; und bei dem

die tote Zone in der Mitte zwischen jeweiligen Bildern der Quelle liegt, die entlang der gemeinsamen ersten Achse (402) und entlang der gemeinsamen zweiten Achse (702) gebildet werden.

6. System nach Anspruch 2, bei dem der Winkel zwischen den reflektierten Bildern der Energiequelle (16) durch den Auslenkwinkel der auslenkbaren Elemente (61) der Modulationsvorrichtung (60) bestimmt wird.

7. System nach Anspruch 2, bei dem die Quelle (16) in einem Winkel zur Modulatorvorrichtung (60) angeordnet ist, um Bilder der Quelle (16) entlang der gemeinsamen ersten Achse (402) und entlang der gemeinsamen zweiten Achse (702) so zu positionieren, daß eine maximale Energieübertragung zu der Imager-Linse (40) des reflektierten Energiebildes ermöglicht wird.