DE2845862B2

DE2845862B2 - Abfühlanordnung zur Kontrolle der Flughöhe von Tintentröpfchen in einem Tintenstrahldrucker

Info

Publication number: DE2845862B2
Application number: DE2845862A
Authority: DE
Inventors: Mark Hastings Lexington Ky. Neville; Steven Thomas Atlanta Ga. Taylor
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1977-10-31
Filing date: 1978-10-21
Publication date: 1980-07-03
Also published as: IT7828124A0; CA1098162A; JPS6056630B2; FR2410248B1; DE2845862C3; US4136345A; IT1159129B; JPS5468270A; GB1603456A; DE2845862A1; FR2410248A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Abfühlanordnung für die Kontrolle der Flughöhe von Tintentröpfchen während einer Testphase in einem Tintenstrahldrucker, der eine Düse zur Erzeugung eines in einer vorbestimmten Äbienkebenc auf einen Aufzeichnungsträger gerichteten, aus Tintentröpfchen bestehenden Tintenstrahls und Mittel zum Aufladen und zum Ablenken der aufgeladeneu Tintentröpfchen in der vorbestimmten Ablenkebene aufweist sowie längs der Flugbahn der Tintentröpfchen angeordnete Abfühlelemente.

In einem technischen Bericht der Stanford University, Ca, von 1964 mit der Nummer 1722-1 und dem Titel

μ »High Frequency Recording with Elektrostatically Deflected Ink Je»s« wird ein Verfahren zum Bilden, Aufladen und elektrostatischen Ablenken eines mit hoher Geschwindigkeit ausgestoßenen Strahls von Tintentröpfchen beschrieben, wodurch in einem direkt schreibenden Aufzeichnungssystem Oszillographenspuren hoher Frequenz aufgezeichnet werden. In diesem System wird jedes Tröpfchen mit einer elektrostatischen Ladung aufgeladen, die eine Funktion des Augenblickwerts des aufgezeichneten elektrischen Eingangssignals ist. Das Tröpfchen -,,ird dann aus seiner normalen Bahn um einen Betrag und in einer Richtung abgelenkt, die von der Größe bzw. der Polarität der Ladung abhängen. Wenn die so abgelenkten Tröpfchen auf einem Streifen Aufzeichnungsträgerpapier niedergeschlagen werden, dann wird dadurch eine dem Eingangssignal entsprechende Spur geschrieben (vergleiche außerdem US-Patentschrift 32 98 030). In dieser Patentschrift ist die Erzeugung und der Druck von Zeichen in der Weise offenbart, daß in einem Zeichengenerator Abbilder der Zeichen in binärer Form abgespeichert werden und daß dann ein codier-es Signal für die Adressierung des Zeichengenerators zur Auswahl des gewünschten Zeichens benutzt wird. Das binäre Abbild des Zeichens wird dann zur Erzeugung der zur Aufladung der Tröpfchen dienenden Signale für eine Ablenkung der Tröpfchen nach den entsprechenden Positionen der Zeichenmatrix verwendet.

Einer der wesentlichsten bei einem Tintenstrahldrukker zu überwachenden Parameter ist die Flughöhe eines Tintentröpfchens bei der Bildung des auf der Aufzeichnungsfläche zu druckenden Zeichens. Die Ablenkung eines einzigen Tröpfchens häi.gt dabei von einer Anzahl von Faktoren, insbesondere der Ladung des Tröpfchens, der Masse des Tröpfchens, der Spannung an den

hi Ablenkplatten, dem Abstand der Platten, der Länge der Ablenkplatten und der Flugstrecke von der Ablenkplatte nach der Ebene des Aufzeichnungsträgers als auch von der Tröplchengeschwindigkeit ab. Die Ablenkung

eines einzigen Tröpfchens soll unter der Annahme paralleler Ablenkplatten und eines gleichförmigen elektrischen Feldes und unter Vernachlässigung aerodynamischer Wirkungen sein:

'*■

wobei

Xd — Tröpfchenablenkung

Qd = Tröpfchenladung

Vdp = Ablenkplattenspannung

ma = Tröpfchenmasse

Sdp = Abstand der Ablenkplatten

Vd = Tröpfchengeschwindigkeit

Idp = Länge der Ablenkplatten

z_p = Abstand vom Eingang der Ablenkplatte

nach der Ebene des Aufzeichnungsträgers

ist

Damit der richtige Auftreffpunkt der Tintentröpfchen auf dem Papier sichergestellt wird, muß die maximale Auslenkhöhe eines Tröpfchens auf dem Papier überwacht werden, um eine Kompensation für andere Parameter, wie z. B. die Viskosität der Tintentröpfchen und die Maschinentemperatur zu ermöglichen. Man erkennt ferner aus der oben gegebenen ADlenkformel, daß der einfachste Weg einer Korrektur der Ablenkhöhe des Tröpfchens innerhalb gewisser Grenzen eine Regelung der Geschwindigkeit des Tröpfchens ist, wobei die Geschwindigkeit des Tröpfchens unmittelbar ■in Beziehung zu dem Druck steht, mit dem die Tinte in den Tröpfchengenerator einströmt Wenn daher die Ablenkhöhe der Tröpfchen zu gering ist (unter der Annahme, daß die maximale Ablenkelektrodenspannung an dem Tröpfchen angelegt ist), so daß die maximale Druckhöhe des Zeichens nicht richtig ist, kann durch Vermindern des Pumpendrucks des Tintenvorrats der am Tröpfchengenerator liegende Druck vermindert werden, so daß das aufgeladene Tröpfchen länger zwischen con Hochspannungsablenkplatten verweilt und damit die maximale Auslenkung des Tröpfchens in senkrechter Richtung erhöht. Wird das T^röpfchen zu hoch abgelenkt und ist damit die Höhe des Zeichens größer als vorgesehen, wird durch Erhöhung des Pumpendrucks die Tröpfchengeschwindigkeit vergrößert, so daß das Tröpfchen kürzere Zeit zwischen den Ablenkplatten verweilt, wodurch das Tröpfchen nicht so stark in der Druckebene abgelenkt wird. Natürlich gibt die oben angegebene Gleichung viele Hinweise, wie sich die Ablenkhöhe des Tropfchens steuern läßt und die vorliegende Erfindung befaßt sich dafür mehr mit der Überwachung des Verhaltens der Tröpfchen.

Zu diesem Zweck ist es aus der DE-OS 24 34 786 bereits bekannt, in einem Tintenstrahldrucker der eingangs genannten Art in einer Testphase die aufgeladenen und abgelenkten Tintentröpfchen auf die Höhe eines Spaltes zwischen zwei Platten zu zentrieren, wodurch die Tröpfchen dann in den beiden Platten gleich große Spannungen induzieren, die beispielsweise von zwei getrennten Verstärkern oder einem Differentialverstärker abgefiihlt werden können. Die Tintentröpfchen, die zu hoch oder /ti tief fliegen, induzieren damit in den beiden Platten unterschiedliche Spannungen. Durch Abfühlen der Potentiale ist dann ein Korrektursignal für eine zu große oder eine zu geringere Flughöhe der abgelenkten Tintentröpfchen ableitbar. Über eine ilegelschleife kann dann die

richtige Flugbahn wieder eingeregelt werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß diese Regelung nicht fein genug arbeitet, da sie zwar quantitativ zuverlässige Ergebnisse liefert, jedoch immer eine gewisse Zeit und mehrere Tests für eine Feineinstellung auf Abweichung Null benötigt

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, daß die Kontrolle und Korrektur der Flughöhe eines abgelenkten Tintentröpfchens anstelle einer Polaritäts- und Amplitudenmessung, bei der immer noch Schwankungen von Betriebsspannungen mit in die Messung eingehen, die Feststellung einer Bahnabweichung der abgelenkten Tintentröpfchen durch einen Flugzeitvergleich des Tintentröpfchens über eine Bezugsstrecke und eine Meßstrecke durchzuführen. Ein solcher Zeitvergleich arbeitet beim heutigen Stand der Technik viel genauer als ein Polaritäts- und Amplitudenvergleich.

Demgemäß wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe dadurch gelöst, daß zum aufeinanderfolgenden Abkühlen der Tintentröpfchen dre' hintereinander in einer parallel zur Ablenkeber.e Hegenden Abfühlebene angeordnete Abfühlelemente vorgesehen sind, wobei der Abstand zwischen zwei der Abfühlelemente eine Bezugsstrecke und der Abstand zwischen einem dieser beiden Abfühlelemente und einem dritten Abfühlelement die Meßstrecke bildet. Mindestens eines der Abfühlelemente ist ein linienförmiges Abfühlelement, das das bereits abgelenkte Tintentröpfchen abfühlt und in bezug auf die Flugbahn des abgelenkten Tintentröpfchens in der Weise geneigt angeordnet ist, daß mindestens ein Teil des Abfühlelements näher an dem vorhergehenden Abfühlelement liegt, während mindestens ein zweiter Teil dieses Abfühlelements einen größeren Abstand von dem vorhergehenden Abfühlelement in der Abfühlebene aufweist. Eine Zeitmeßschaltung mit den Abfühlelementen zum Messen und Vergleichen der Flugzeit eines Tintentröpfchens zwischen zwei der Abfühlelemente und dem dritten Abfühlelement liefert dafür eine Anzeige, ob das abgefühlte Tintentröpfchen bezüglich einer vorgegebene!· optimalen Flugbahn in der Ablenkebene zu hoch oder zu tief fliegt.

Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigt

F i g. 1 eine vergrößerte Teilschnittansicht eines Tintenstrahldruckers mit der bevorzugten Position einer gemäß der Erfindung aufgebauten Abfühlanordnung für Tintentröpfchen,

F i g. 2 schematisch die Darstellung eines Teils des Tintenstrahldruckers in F i g. 1 mit der zugehörigen elektrischen Schaltung für die Verstärkung und Formung der Abfühlimpulse,

F i g. 3 eine genauere Darstellung der in F i g. 2 angedeuteten elekfrischen Schaltung,

Fig.4 ein Blockschaltbild zur Erzeugung einer Ausgangssignals das anzeigt, ob ein Tröpfchen in bezug auf die beabsichtigte Flugbahn zu hoch oder zu niedrig fliegt,

Fig. 5 schematisch eine vergrößerte Ansicht eines Teils der in F i g. I und 2 gezeigten Anordnung,

Fig. 6 eine vergrößerte Frontansicht einer Ausfühlungsform einer Abfiihlanordnung für die Bahn eines Tintentröpfchens,

I- ι g. 7 eine vergrößerte Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform einer Abführanordnung zur Bestimmung der Lage eines Tintentröpfchens,

Fig. 8 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform einer Schaltung zum Ableiten einer analogen Darstellung der in F i g. 2 und 3 dargestellten Schaltung zur Zeitmessung und

Fig. 9 ein Impulsdiagramm der verschiedenen Spannungen in Fi g. 8.

In Fig. 1 ist ein Teil eines Tintenstrahldruckers 10 schematisch dargestellt. Der Tintenstrahldrucker 10 besteht dabei aus einer Grundplatte 11, auf der ein Tröpfchengenerator 12 angebracht ist, der mit einer vorbestimmten Frequenz in Schwingungen versetzt wird und einen Strahl von Tintentröpfchen durch eine Düse 13 abgibt. Dieser gestörte Strahl löst sich in einzelne Tröpfchen auf, die anschließend in einer ringförmigen Aufladeelektrode 14, je nachdem, ob eine Ablenkung in einer senkrechten Ebene beabsichtigt ist oder nicht, mit einer der gewünschten Ablenkung in dieser Ebene proportionalen Ladung aufgeladen werden. In dem dargestellten Fall werden die Tröpfchen in einer vertikalen Ablenkebene durch Hochspannungsablenkplatten 15 und 16 abgelenkt und treffen dann auf einem Aufzeichnungsträger 17, wie z. B. einem Blatt Papier oder dergleichen auf. Nicht abgelenkte Tröpfchen gelangen in üblicher Weise nach einem Ablauf 18, von dem aus die nicht benutzte Tinte einem Tintenvorrat für die Wiederverwendung im Tröpfchengenerator und der Düse zugeführt werden. In dem dargestellten Beispiel werden die Tröpfchen in einer senkrechten Ebene abgelenkt, während der Aufzeichnungsträger in waagerechter Richtung, das heißt also senkrecht zur Papierebene bewegt wird, wodurch Zeichen auf dem Aufzeichnungsträger 17 aufgezeichnet werden.

Selbstverständlich könnte die Ablenkebene in jeder beliebigen Richtung angeordnet sein entsprechend der gewünschten Abtastung und Aufzeichnung des Zeichens auf dem Aufzeichnungsträger.

Gemäß der Erfindung ist eine Anordnung 20 für die Abfühlung der Flughöhe vorgesehen, die aus einer Anzahl von Abfühlelementen besteht und in einer Abfühlebene angeordnet ist, die im wesentlichen parallel zur Ablenkebene liegt, wobei mindestens eines der Abfühlelemente ein linienförmiges Element ist und in der Abfühlebene so angeordnet ist, daß das Tintentröpfchen abgeführt werden kann, nachdem es bereits abgelenkt ist. Auf diese Weise kann ein Vergleich der Zeit, die das Tintentröpfchen zum Durchgang zwischen zwei Abfühlelementen benötigt, mit der Zeit, vorgenommen werden, die das Tröpfchen zum Vorbeilaufen an dem dritten Abfühlelement benötigt, und aus diesem Zeitvergleich wird ein Ausgangssignal aogeleitet, das ein Maß dafür ist, ob das Tröpfchen in bezug auf seine vorbestimmte Flugbahn 19 zu hoch oder zu tief liegt Die Abfühlanordnung 20 enthält unter Hinweis auf Fig. 1, 2 und 5 eine Lichtquelle 21 und eine Sammellinse 22, die das Licht auf und durch eine Zone in der Ablenkebene einschließlich der Flugbahn 19 eines bereits abgelenkten Tintentröpfchens 9 fokussiert Eine Objektivlinse 23 fokussiert das Licht auf eine Maske 24, die die hintereinander angeordneten Abfühlelemente enthält und richtet das Licht bzw. dessen Unterbrechungen durch eine Kondensatorlinse 25 auf eine lichtempfindliche Vorrichtung, wie zum Beispiel ein Phototransistor 26. Der Phototransistor 26 arbeitet als Teil einer Zeitgeberschaltung, die dem Vergleich zwischen dem Auftrittszeitpunkt eines zwischen zwei der Abfühlelemente abgefühlten Tintentröpfchens mit dem Auftrittszeitpunkt des Tintentröpfchens beim Vorbeilaufen an dem dritten Abfühlelement vergleicht und dadurch eine Anzeige dafür liefert ob das abgefühlte Tintentröpfchen in bezug auf eine vorbestimmte Flughöhe oder ι Flugbahn des Tröpfchens in der Ablenkebene zu hoch oder zu tief fliegt.

Im vorliegenden Fall ist die Maske 24 undurchsichtig und enthält 3 hintereinander angeordnete linienförmige Abfühlelemente 30, 31 und 32, die im vorliegenden Fall

ίο in der Abfühlebene liegende, im wesentlichen parallel zur Ablenkebene verlaufende Schlitze sind. Zwei der linienförmigen Abfühlelemente 30 und 31 liegen zueinander parallel, während das dritte Abfühlelement 32 in bezug auf die beiden anderen geneigt verläuft.

Wenn ein Tintentröpfchen vor dem ersten linienförmigen Abfühlelement 30 vorbeiläuft und die Lichtübertragung von der Lichtquelle 21 über die Optik nach dem Phototransistor 26 unterbricht, wird ein erster Impuls oder eine Unterbrechung des Lichtstrahls durch den Phototransistor festgestellt. Wenn das Tintentröpfchen zwischen der Lichtquelle und dem Phototransistor und vor dem zweiten linienförmigen Abfühlelement 31 vorbeiläuft, wird eine zweite Unterbrechung des Lichtstrahls eintreten, und die Zeit zwischen den Auftrittszeitpunkten an den Abfühlelementen 30 und 31 für das Tintentröpfchen kann in bekannter Weist: aufgezeichnet werden. Da das linienförmige Abfühlelement 32 in bezug auf die beiden anderen Abfühlelemente schr&gliegend angeordnet ist und insbesondere in

jo bezug auf die beabsichtigte vorbestimmte optimale Flugbahn 19 des Tintentröpfchens, unterbricht ein vor dem Schlitz oder dom linienförmigen Abfühlelement 321 vorbeifliegendes Tintentröpfchen 9 den Lichtstrahl zwischen der Lichtquelle 21 und dem Phototransistor 26-

j> und liefert damit eine Anzeige dafür, ob das Tintentröpfchen sich auf der vorbestimmten Bahn befindet. Ist beispielsweise gemäß F i g. 6 der Abstand zwischen dem linienförmigen Abfühlelement 31 und dem linienförmigen Abfühlelement 32 längs der Flugbahn 19 gleich dem Abstand zwischen den Abfühlelementen 30 und 31, dann ist die Laufzeit des Tröpfchens zwischen Abfühlelement 31 und Abfühlelement 32 die gleiche wie die Laufzeit des Tröpfchens zwischen den Abfühlelementen 30 und 31. Fühlt der Phototransistor 26 eine Unterbrechung des Lichtstrahls für eine Laufzeit ab, die kleiner ist als die Laufzeit des Tröpfchens zwischen den Abfühlelementen 30 und 31, da der Abstand des linienförmigen Abfühlelements 32 oberhalb der beabsichtigten Flugbahn 19 des Tintentröpfchens zum benachbarten Abfühlelement 31 kürzer ist, dann wird eine Anzeige dafür geliefert, daB das Tröpfchen zu hoch fliegt. Wenn andererseits das Tröpfchen zu tief fliegt, dann wird die Flugdauer zwischen den linienförmigen Abfühlelementen 31 und 32 länger sein, als die Flugdauer des gleichen Tröpfchens zwischen den linienförmigen Abfühlelementen 30 und 31. Das linienförmige Abfühlelement 32 kann dabei in jedem beliebigen bekannten Abstand von dem Abfühlelement 31 angeordnet sein, so lange ein bekannter Abstand in einem Punkt längs der schiefliegenden Linie vorhanden ist welcher eine Anzeige für das richtige Zeitintervall in bezug auf das Bezugszeitintervall zwischen den linienförmigen Abfühlelementen 30 und 31 liefert Somit könnte also das Abfühlelement

es 32 in irgendeinem Abstand vom Abfühlelement 31 angeordnet sein, oder könnte sogar zwischen Abfühlelement 30 und Abfühlelement 31 liegen, solange ein Zeitvergleich über den bekannten Abstand zwischen

den 3 Abfühlclcmcntcn am optimalen P'inkt der linienförmigen Bahn oder Flugbahn des Tintentröpfchens 9 vorhanden ist.

Eine weitere Anordnung der linienförmigen Abftihlelemente zeigt Fig. 7, wobei die linienförmigen -, Abfühlelemente 3OA 31/4 und 32A gegenüber der beabsichtigten oder vorbestimmten Flugbahn 19 des Tintc'ropfchens 9 geneigt sind. Wenn zwei der geneigten linienförmigen Abfühlelemente 3OA und 3\A zueinander parallel verlaufen, wird der Abstand, den ein in Tintentröpfchen zwischen den Abfühlelementen 30/4 und 3XA durchläuft, unabhängig von der Höhe der Flugbahn beim Überfliegen der Abfühlelemente 30/4 und 31/4 immer der gleiche sein. Außerdem wird bei niedrig fliegendem Tröpfchen der Abstand zwischen dem Abfühlen des Tröpfchens durch das Abfühlelement 30.4 und dem Abfühlen des Tröpfchens durch das Abfühlelement 32.4 länger sein als wenn das Tröpfchen höher oberhalb der Flugbahn 19 fliegt. Somit kann ein Vergleich der Flugzeit des Tröpfchens zwischen den Abfühlelementen 30/4 und 31Λ und der Flugzeit zwischen den Abfühlelementen 30Λ und 32/1 oder 32A und 31/4 durchgeführt werden. Wenn außerdem die Winkel Φ 1 = Φ 2 = Φ 3 sind, wird die Form des Ausgangssignals des Phototransistors für jeden Durch- 2i lauf des Tröpfchens an einem der Abfühlelemente die gleiche sein, so daß der Signalverlauf oder die Impulsform für eine spätere Analyse durch entsprechende Zeitvergleichsschaltungen leichter durchgeführt werden kann. )n

Es sei hier darauf hingewiesen, daß tatsächlich nur eines der Abfühlelemente nach der Ablenkung des Tröpfchens angeordnet sein muß und daß dieses Abfühlelement vorzugsweise in bezug auf die vorbestimmte Flugbahn 19 des Tintentröpfchens in den j> Zeichnungen geneigt sein sollte. So könnten beispielsweise die beiden ersten Abfühlelemente zwischen der Aufladeelektrode 14 und dem ersten Teil der Ablenkplatten 15, 16 in der Abfühlebene oder aber im ersten Teil der Ablenkplatten (abhängig vom Ablenksystem) *o angeordnet werden, außerdem könnte jede Art von Abfühlelement linienförmig oder punktförmig oder nach dem Prinzip kapazitiver Abtastung arbeitend eingesetzt werden, solange die beiden Abfühlelemente vrn dem dritten Abfühlelement einens vorbestimmten -»5 Abstand aufweisen, da die Flugzeit vom zweiten Abfühlelement zum dritten Abfühlelement eine veränderliche Größe ist, je nachdem, ob die Flugbahn des Tröpfchens in bezug auf die vorbestimmte Flugbahn des Tröpfchens zwischen den ersten beiden Abfühlelementen hoch oder niedrig liegt.

Die impulsförmigen vom Phototransistor 26 ausgehenden Signale können in üblicher Weise zur Erzeugung eines digitalen AusgangssignaJs mit Hilfe einer Schaltung gemäß F i g. 4 oder in einer Analogschaltung mit einem digitalen Ausgangssignal gemäß der schematisch in Fig.8 dargestellten Schaltung verarbeitet werden. Die vom Phototransistor ausgehenden, den Auftrittszeitpunkt oder das Zusammentreffen mit den Abfühlelementen anzeigende Impulse können beispielsweise in einem Phototransistor-Verstärker 40 (F i g. 2) zunächst verstärkt werden und können dann durch eine Impulsformstufe, wie zum Beispiel eine Vergleichsstufe 50 oder dergleichen in richtige Form gebracht, in einem Inverter-60 invertiert (falls gewünscht), und dann über eine digitale Schaltung übertragen werden, die !ediglich beispielsweise den zeitlichen Abstand in bezug auf die in Fig.6 dargestellten linienförmigen Detektoren oder Abfühlelemente für den Durchlauf eines Tröpfchens zwischen dun Abfühlelementen 30 und 31 und dann die Durchlaufzeit oder Flugzeit des Tröpfchens zwischen den Abfühlelementen 31 und 32 mißt und damit eine Anzeige liefert, ob das Tintentröpfchen 9 in bezug auf die vorbestimmte Flugbahn 19 zu hoch oder zu niedrig fliegt.

Ein geeigneter Verstärker 40, eine Vergleichsstufe 50 und eine Inverterschaltung 60 sind in F i g. 3 dargestellt. Der Kollektorstrom im Phototransistor 26 wird beispielsweise durch das Abfühlen des am Abfühlele ment 30 (Kig.6) vorbeilaufenden Tintentröpfchens verringert. Dadurch wird ein Signal relativ hohen Potentials an ICi abgegeben, wird dort verstärkt und einer Vergleichsstufe 50 zugeführt, die aus IC2 und zugeordneten Widerständen und Kondensatoren besteht und auch als Impulsformstufe arbeitet und ein in F i g. 3 dargestelltes impulsförmiges Ausgangssignal A liefert. Dieser Impuls kann außerdem in Her Verglpirhsstufe 50 mit dem Modul IC2 invertiert werden, so daß man das in Fig.3 bei A gezeichnete Signal erhält. Typische Werte für die Schaltungen von F i g. 3,4 und 8 werden anschließend in einer Tabelle zusammengefaßt.

Für eine digitale Verarbeitung der Impulse kann die Zeitschaltung gemäß Fig.4 verwendet werden. Zu diesem Zweck liefert ein Bezugsoszillator, der bei einer vorbestimmten Frequenz, beispielsweise bei 7,5 MHz arbeitet, ein Eingangssignal an ein aus integrierten Schaltungen IC4-4 und IC4B aufgebautes NOR-Glied, während die am Ausgang der Schaltung, beispielsweise in Fig.3 auftretenden Impulse einem zweistufigen Zähler /C3 zugeführt werden. Es sei angenommen, daß die Schaltung gelöscht ist und der Zähler IC 3 den Wert 00 enthält, dann wird beim Auftreten des ersten Impulses vom Abfühlelement 30 bei Auftreten des Tröpfchens 9 ein Ausgangssignal von /C3 längs der mit LSB bezeichneten Leitung für das geringstwertige Bit abgegeben. Der Bezugsoszillator liefert ein Eingangssignal an das NOR-Glied IC4/4. Da das Ausgangssignal auf der Leitung LSB ein hohes Potential aufweist, wird das am Ausgang des NOR-Gliedes bei 61 auftretende Ausgangssignal eine binäre Null sein. Da das Ausgangssignal des höchstwertigen Bit Null ist, liegen am Eingang des NAND-Gliedes IC5A zwei eine binäre Null darstellende Eingangssignale, so daß am Ausgang Ceine binäre 1 auftritt. Gleichzeitig liefert der Bezugsoszillator ein Eingangssignal an das NOR-Glied /C4ßund da dessen zweiter Eingang auf Null liegt (wegen des auf der Leitung MSB für das höchstwertige Bit liegende Signals Null), wird das vom NOR-Glied ICAB auf Leitung 62 auftretende Ausgangssignal das invertierte Signal des Bez jgsoszillators sein, das mit der Taktfrequenz oder der Frequenz des Bezugsoszillators schwingt und am Eingang von /C5CIiegt Der zweite Eingang von IC5C ist die Leitung mit dem niedrigstwertigen Bit, die im vorliegenden Fall eine binäre 1 an IC5C abgibt, so daß am Ausgang des NAND-Gliedes IC5C die Taktfrequenz oder Bezugsfrequenz des Bezugsoszillators liegt Das NAND-Glied /C55gibt außerdem, da eingangsseitig über die Leitung LSB eine binäre 1 und über die Leitung MSB eine binäre 0 ankommt, ein positives Ausgangssignal, nämlich eine binäre 1, die anzeigt, daß die Daten noch nicht für eine Analyse geeignet sind. Die von IC5A bzw. IC5C kommenden Ausgangssignale C bzw. D werden einem 8-Bit-Zähler IC% zugeführt, wobei zu diesem Zeitpunkt das Ausgangssignal von IC5A eine binäre i ist so daß der Zähler nicht beeinflußt wird. Das Ausgangssignal D, das praktisch die

Schwingung des Bezugsos/illators ist. steuert den Takteingang für die Aufwärtszählung des Zählers an. so daß dieser nunmehr aufwärts zählt.

Beim Auftreten des Tintentröpfchens 9 am Abfühlelement 31, d. h. beim zweiten Ausgangsimpuls der Vergleichsstufe 50 und Inverterstufe 60, geht die vom 2-Bit-Zähler ICZ kommende Ausgangsleitung LSB auf Null und die Ausgangsleitung MSB geht auf 1. Wenn dies eintritt, geht das Ausgangssignal von IC4B auf Leitung 62 auf 0, da ein Eingang von IC4B auf binärer 1 liegt und am anderen Eingang das Oszillatorsignal liegt. Da LSB auf binär 0 liegt, sind beide Eingänge des NAND-Gliedes ICSCauf 0, so daß dessen Ausgangssignal auf Leitung D eine binäre 1 ist. Ist LSB auf 0 und geht MSB auf I, dann ist ein Eingangssignal des NOR-Gliedes /C41A auf 0, während am anderen Eingang die Schwingung des Bezugsfrequenzoszillators liegt, so daß ausgangsseitig auf Leitung 61 das invertierte Bezugsfrequenzoszillatorsignal liegt. Da

iritjLt aui uiiiaici ι licgl, licgl an einem LJ.lllgailg UC3 NAND-Gliedes IC5A die Oszillatorschwingung und am Eingang von IC5A liegt eine binäre 1, so daß am Ausgang C die Oszillatorschwingung liegt. Außerdem bleibt am Ausgang des NAND-Gliedes IC5B als Ausgangssignal die binäre I, da auf LSB eine binäre 0 und auf MSfleine binäre I liegt, so daß die Bedingungen des NAND-Gliedes für ein Ausgangssignal binäre 0 nicht gegeben sind. Wenn bei C die Schwingung des Bezugsfrequenzoszillators liegt und D auf I liegt, sind die Eingangssignale des 8-Bit-Zählers /C6 nunmehr umgekehrt, so daß der Zähler anhält und in entgegensetzter Richtung, d. h. abwärts zählt. Somit bewirkt also beim Auftreten des ersten Impulses am Abfühlelement

30 das am 8-Bit-Zähler /C6 liegende Eingangssignal, daß der Zähler aufwärts zählt, und wenn die Oszillatorbezugsfrequenz als Eingangssignal bei Auftreten des Tintentröpfchens 9 am Abfühlelement 31 umgeschaltet wird, fängt der Zähler an, abwärts zu zählen.

Bei Feststellung des Auftrittszeitpunkts des Tröpfchens 9 mit dem schrägliegenden Abfühlelement 32 tritt auf beiden Leitungen LSßund MSB eine binäre 1 auf, so daß auf den Ausgan^sleitungen 61 und 62 der NOR-Glieder ICAA bzw. /C4£eine binäre 0 auftritt, so daß am Ausgang von IC5A und /C5Cein Ausgangssignal erscheint, womit am Ausgang von IC5B eine binäre 0 auftritt, die anzeigt, daß die Daten nunmehr überprüft werden können. Wenn dies eintritt, hält der Zähler /C6 an und erzeugt ein 8-Bit-FehIersignal, das den im Zähler verbliebenen Zählerstand angibt, wenn die Ausgangssignale von IC5A und IC5C beide eine binäre 1 sind.

Wenn der Zähler IC6 anhält, dann zeigt der am 8-Bit-Zähler-Ausgang auftretende Zählerstand die Zählzeit an, d. h„ ob die vom Durchgang des Tröpfchens am Abfühlelement 31 bis zum Durchgang des Tröpfchens am Abfühlelement 32 vergangene Zeit kurzer oder langer ist als die beim Durchlaufen der Strecke von dem Abfühlelement 30 nach dem Abfühlelement 31 vergangene Zeit Selbstverständlich wird dann, wenn das Tröpfchen oberhalb der vorbestimmten Flugbahn 19 liegt, die für das Durchlaufen der Strecke zwischen den Abfühlelementen 31 und 32 durch das Tröpfchen benötigte Zeit kürzer sein, als die von dem Tröpfchen zwischen den Abfühlelementen 30 und

31 benötigte Zeit, so daß der Zählerstand positiv sein wird. Ist andererseits der Zählerstand negativ, dann zeigt dies an, daß die für den Obergang der Tröpfchen von dem Abfühlelement 31 nach dem Abfühlelement 32 benötigte Zeit größer ist als die Zeit, die ein Tröpfchen zwischen den Abfühlelementen 30 und 31 benötigt, so daß daher das Tröpfchen zu tief fliegt. Auf diese Weise j kann man dann einen oder mehrere der mit dem Tintenstrahldrucker beeinflußbaren Parameter ändern und damit eine Anhebung oder Absenkung der Flugbahn des Tröpfchens bewirken, so daß dieses nunmehr der vorbestimmten und beabsichtigten Flug-

Ki bahn 19 folgt. Beispielsweise kann man die Ablenkspannung zur Erhöhung der Ablenkung erhöhen oder zur Verringerung der Ablenkung absenken, wenn der festgestellte Zählerstand negativ bzw. positiv ist.

Die Anzeige eines positiven oder negativen Zähler-Standes kann dabei in irgendeiner zweckmäßigen Weise erfolgen. Beispielsweise kann das Fehlersignal einer digitalen Anzeige zugeführt werden, oder man könnte beispielsweise Warnlampen aufleuchten lassen, die anzeigen, ob das Tröpfchen zu hoch oder zu tief fliegt.

Andererseits kuimie eine eiinauiie uiMauiie Kippschaltung ICl vorgesehen sein, die normalerweise bei einer zu hohen Position des Tröpfchens in der Weise eingestellt wird, daß beispielsweise ein Löschsignal, beispielsweise ein Rückstellimpuls (vergleiche Ausgang

B) die Kippschaltung in eine Anzeigeposition für zu hoch einstellt. Wenn daher der im 8-Bit-Fehlersignal angezeigte Fehlerstand positiv ist, dann bleibt die Kippschaltung eingestelli und zeigt eine zu hohe Flugbahn an, wenn jedoch der Zählerstand niedrig ist,

in d. h. wenn die Abwärtszählung größer ist als die Aufwärtszählung, dann tritt ein Signal für negativen Zählerstand auf, und dann wird die Kippschaltung ICl so eingestellt, daß sie eine Anzeige für eine zu niedrige Lage des Tröpfchens liefert

is Die leichteste und am einfachsten durchzuführende Korrektur der Ablenkung des Tröpfchens besteht in einer Steuerung der Geschwindigkeit des Tintenstrahls. Dies läßt sich leicht durch Erhöhen oder Vermindern des Pumpendrucks im Tintenvorrat des Tröpfchengenerators erreichen. Zu diesem Zweck kann gemäß F i g. 4 das Ausgangssignai der bistabilen Kippschaltung IC 1 einem Digital-Analogwandler 65 zugeleitet ν erden, der eine logische Schaltung für die Steuerung der Tintenpumpe 66 enthält, wodurch der Ausgangsdruck der Tintenpumpe erhöht oder verringert werden kann.

Falls erwünscht, können die am Ausgang des Verstärkers mit Vergleichsstufe und Inverterstufe in Fig.3 auftretenden logischen Impulse einer analogen Schaltung, wie zum Beispiel Fig.8 zeigt, zugeführt

V) werden. In dieser Schaltung werden die Impulse in der gleichen Weise wie zuvor im Zusammenhang n.it F i g. 6 beschrieben, dem Eingang eines zweistufigen Zählers /C8 zugeführt.

Wie man aus dem Schaltbild erkennt, sind verschiedene Punkte mit E, F, G, H und / bezeichnet und entsprechen damit den verschiedenen Impulsformen und Spannungsverläufen in Fig.9. Am Ausgang des Verstärkers IC9 mit Einheitsverstärkung ist das Ausgangssignal dann 0, wenn beide Eingangssignale gleich groß sind Wenn am Eingang des Integrators /ClO als Eingangssignal eine binäre 0 liegt, dann tritt ausgangsseitig ebenfalls eine 0 auf. Wenn zum Zeitpunkt 7*1 der erste Impuls ankommt und das erste Bit im Zähler einstellt, dann ist der Eingang des Integrators /ClO negativ. Die Spannung steigt dann ausgangsseitig mit einer durch die Werte von Ri und Ci bestimmten Geschwindigkeit an (vergleiche Kurve Hm Fig.9). Beim Eintreffen des zweiten Impulses wird das erste Bit

Il

des Zi'.hlers gelöscht und das zweite Bit wird eingestellt. wenn am Ausgang F eine binä^re I erscheint. Dir Eingangspolarität wird positiv, jedoch mit gleicher Spannung wie das zuvor negative Eingangssignal (durch Einstellung des Widerstandes R 16). Das bewiik: ein Abfallen der Spannung am Ausgang des Integrators /ClO mit genau der gleichen Geschwindigkeit. Beim Eintreffen des dritten Impulses werden beide Bits im Zähler auf 1 eingestellt. Ein NAND-Glied mit /C12Ö decodiert den dritten Impuls und kippt die monostabile Kippschaltung /C13, die einen schmalen Abtastimpuls zum Zeitpunkt 7"3 an die Vergleichsstufe /CIl liefert. Zum Abtastzeitpunkt zeigt die Vergleichsstufe an, ob das Ausgangssignal des Integrators über oder unter 0 liegt, und z^igt damit an, daß das Tröpfchen hoch oder tief liegt, wiederum in bezug auf die in F i g. 6 dargestellte Anordnung der Abfühlelemente.

Aus dem Spannungsverlauf H in Fig.9 läßt sich durch Verwendung einer dafür geeigneten Schaltung, wie zum Beispiel eine Abtast- und Halteschaltung, die zum Abtastzeitpunkt des dritten Impulses wirksam wird, eine dem Fehler in der Flugbahn entsprechende analoge Spannung ableiten. Zur Kompensation von Schwankungen der Tröpfchengeschwindigkeit muß dieses Ausgangssignal maßstäblich im Verhältnis zur Spitzenspannung in diesem Spannungsverlauf gesetzt werden.

Es sei darauf verwiesen, daß diese Hoch- bzw. Niedriganzeige wiederum in der gleichen Weise wie die Anzeige in Fig. 4, zur Steuerung des am Ausgang der Pumpe auftretenden Tintendn.cks und damit zur Erhöhung oder Verringerung der Geschwindigkeit der Tintentröpfchen verwendet werden kann.

Sobald die Flughöhe des Tintentröpfchens auf eine vorbestimmte optimale Höhe oder optimale Flugbahn 19 eingestellt ist, läßt sich die Geschwindigkeit der Tintentröpfchen in dem Tintenstrahl bestimmen, und wenn man diese Geschwindigkeit in einem Speicher abspeichert, dann läßt sich der Druck der Tintenstrahlpumpe so regeln, daß er bei diesem Druck gehalten wird, der die Geschwindigkeit des Tintenstrahls so aufrecht erhält, daß die Flughöhe des Tintentröpfchens längs der vorbestimmten optimalen Höhe der Flugbahn 19 gehalten wird. Auf diese Weise kann man mit der erfindungsgemäßen Anordnung immer mal wieder in einfacher Weise die Flughöhe des Tintentröpfchens feststellen und damit sicherstellen, daß keine langsame Abweichung durch langsame Veränderung anderer Parameter, wie z. B. der Ablenkspannung usw. eingetreten ist. (Vergleiche die in der Zusammenfassung des Standes der Technik angegebene Formel).

Die vorliegende Erfindung zeigt eine elegante Art der Bestimmung der abgelenkten Flughöhe eines Gegenstandes, insbesondere der Tröpfchen eines Tintenstrahls in einem Tintenstrahldr-cker, die auf diese Weise auf einer ausgewählten und gewünschten optimalen Flugbahn gehallen werden können.

Typische Werte der in den F i g. 3. 4 und 9 verwendeten Schaltelemente

F i ii. 3

RO	1.5k	Cl	- 5.6 uf
Rl	2."!O	C2	I uf
Rl	2.2k	C 3	0,0033 uf
R 3 —	150	C4	100 Pf
R 4 —	10k	C5	4.7 Pf
RS —	220	C6	0.0015 uf
R6 -	2.2	C7	5,6 uf
R7 —	2,2k	CS	- I tif
R8 -	7,5k	C9	KX)Pf
R 9	5k Pot	CIO	68Pf
RIO —	200k
RIl —	3,3k
R12 —	2.2k	Phototransistor (26)
PTX		LM-709	National Semiconductor
/Cl	- NE-527	Signetics
/C2 -

Dl, D4 — 6 V Zener
D2, D3 — Dioden

Fig. 4

/C3 - 74193 (8-Bit-Zähler. verwendet als

2-Bit-Zähler)

IC4 — 7402 (4 NOR, verwendet davon 2) ICS — 7400 (4 NAND, verwendet davon 3) /C6 74193 (8-Bit-Zähler) /C7 - 7400 (4 NAND, verwendet davon 2)

Fig. 8

R13 -	I Ok	RI8	— 10k ClI-	0.1 uf
R 14	I Ok	R19	— 2,2k C12	10 Pf
R 15 —	10k	R 20	— 5,6k C13-	25OPf
R 16	I Ok Pot	Ri	47k Ci	•00 Pf
R 17	3 M
ICS	7493	T. I.
IC9	LM 318	Nat.	Semiconductor
/CIO -	LM 318	Nat.	Semiconductor
/CII -	527	Nat.	Semiconductor
/C12 -	- 7400	Nat.	Semiconductor
IC 13 -	74121	T.I.

·) Alle Widerslände sind in Ohm. wenn nicht anders angegeben.

Hierzu 4 Blatt Zcichnuncen

Claims

Patentansprüche;

1. AbfQhJanordnung fflr die Kontrolle der Flughöhe von Tintentröpfchen während einer Testpbase in einem Tintenstrahldrucker, der eine Düse zur Erzeugung eines in einer vorbestimmten Ablenkebene auf einen Aufzeichnungsträger gerichteten, aus Tintentröpfchen bestehenden Tintenstrahls und Mittel zum Aufladen und zum Ablenken der aufgeladenen Tintentröpfchen in der vorbestimmten Ablenkebene aufweist, sowie längs der Flugbahn der Tintentröpfchen angeordnete Abfühlelemente, dadurch gekennzeichnet, daß zum aufeinanderfolgenden Abfühlen der Tintentröpfchen drei hintereinander in einer parallel zur Ablenkebene liegenden Abfflhlebene angeordnete Abfühlelemente (30,31,32) vorgesehen sind, wobei der Abstand zwischen zwei der Abfühlelemente (30, 31) eine Bezugsstrecke und der Abstand zwischen einem dieser beiden Abfühlelemente und einem dritten Abfühlelement (32) die Meßstrecke bildet, daß mindestens eines der Abfühlelemente (32) ein linienförmiges Abfühlelement ist, das das bereits abgelenkte Tintentröpfchen abfühlt und in bezug auf die Flugbahn (19) des abgelenkten Tintentröpfchens (9) in der Weise geneigt angeordnet ist, daß mindestens ein Teil des Abfühlelement (32) näher an dem vorhergehenden Abfühlelement (31) liegt, während mindestens ein zweiter Teil dieses Abfühlelements (32) einen größeren Abstand von dem vorhergehencsn Abfühlelement in der Abfühlebene aufweist, und daß eiDe Zeiuneßschaltung mit den Abfühlelementen (30, 31, 32) zum Messen und Vergleichen der Flugzeit eine" Tintentröpfchens zwischen zwei der Abfühlelemente und dem dritten Abfühlelement eine Anzeige dafür liefert, ob das abgefühlte Tintentröpfchen bezüglich einer vorgegebenen optimalen Flugbahn in der Ablenkebene zu hoch oder zu tief fliegt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle drei Abfühlelemente (30, 31, 32) linienförmige Abfühlelemente sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfühlelemente aus in einer undurchsichtigen Maske angebrachten Schlitzen (30, 31, 32) in der Abfühlebene bestehen, welche dem freien Durchtritt eines von einer Lichtquelle (21) kommenden und auf eine hinter der Maske angeordnete lichtempfindliche Einrichtung (26) gerichteten Lichtstrahls dienen oder bei Unterbrechung des Lichtstrahls durch ein Tintentröpfchen (9) ein Dunkelsignal erzeugen.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auswertung der an den Abfühlelementen abgefühlten Auftrittszeitpunkte der Tintentröpfchen ein Zähler (IC6), ein Bezugsfrequenzoszillator und eine Torschaltung (ICA, ICS) vorgesehen sind, die beim Auftreten des ersten Dunkelsignals (LSB) das Bezugsfrequenzsignal nach dem Zähler (IC6) zum Zählen in einer Richtung, beim Auftreten des zweiten Dunkelsignals (MSB) das Bezugsfrequenzsignal zum Zählen in der entgegengesetzten Zählrichtung durchläßt und den Zähler beim Eintreffen des dritten Diinkclsignals (LSB + MSB) anhält, und daß dann der Zähler ein Fehlersignal abgibt, das über den Zählerstand die zwischen den Dunkelsignalen vergangene Zeit angibt.

5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Schlitz (30,31) in der Maske parallel zueinander verlaufen.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Schlitz (30,31) in der Maske im wesentlichen senkrecht zur Flugbahn des Tintentröpfchens verlaufen.

7. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (3UA) und der dritte (3iA) Schlitz zueinander parallel verlaufen.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß alle Schlitze (3OA, 32Λ, 31A,) gegen die Flugbahn des Tintentröpfchens geneigt sind.