DE19722073A1 - Zeilendrucker für die digitale Ausgabe und farbmetrische Messung von farbigen Bildern - Google Patents
Zeilendrucker für die digitale Ausgabe und farbmetrische Messung von farbigen BildernInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Zeilendrucker für die digitale
Ausgabe und farbmetrische Messung von farbigen Bildern,
bestehend aus einem Gehäuse, einer Papierzufüh
rungseinrichtung, einer Papierausgabeeinrichtung, einem quer
zum Papiervorschub beweglichen Druckerschlitten samt Druck
kopf und flexiblem Druckerkabel, einer Transportwalze für
den Papiervorschub und einem Druckerkontroller für die
Steuerung der Druckfunktionen
Farbdrucker bzw. Zeilendrucker finden als digitale
Ausgabegeräte als Teil eines Computersystems für die
Bearbeitung von farbigen Bildern verbreitete Anwendung.
Solche Computersysteme werden vor allem auch im DTP-Bereich
(Desk Top Publishing-Bereich) für die Gestaltung von Bildern
und Druckseiten eingesetzt, die später auf einer
Druckmaschine in großer Stückzahl vervielfältigt werden.
Solche DTP-Systeme bestehen aus einem Computer mit
Farbbildschirm, einem Scanner für die digitalisierte Eingabe
der Bilddaten der zu bearbeitenden Bilder in den Computer,
einem Filmbelichter für die Ausgabe von Filmen für die
spätere Kopie auf Druckplatten und einem digitalen
Farbausgabegerät. Das Farbausgabegerät liefert einen
Ausdruck der mit dem DTP-System bearbeiteten Bilder oder von
Druckseiten, wobei die Farben des digitalen Ausdrucks dem
Originalbild oder dem angestrebten Ergebnis auf der
Druckmaschine entsprechen sollen. Digitale Farbausgabegeräte
erzeugen in der Regel den druckbaren Farbumfang durch den
Über- und Nebeneinanderdruck von mehreren Prozeßfarben
(üblicherweise Cyan, Magenta, Yellow und Black). Das
Farbausgabegerät erhält vom Computer digitale Steuerdaten,
die beinhalten, in welchem Verhältnis die einzelnen
Prozeßfarbenkanäle des Druckkopfes angesteuert werden
sollen. Zwischen diesen Steuerdaten und der auf dem
Ausgabemedium tätsächlich erzeugten Farbe besteht kein
allgemein gültiger Zusammenhang, da Materialeigenschaften
von Bedruckstoff und Prozeßfarben sowie Umgebungsparameter
wie Temperatur und Feuchtigkeit die tatsächlich entstehende
Farbe bestimmen. Verschiedene Ausgabegeräte, -verfahren und
-medien führen bei gleichen Steuerdaten zu verschiedenen
Farbwiedergaben. Die Zielsetzung liegt daher darin, das
Farbverhalten des Ausgabegerätes zu charakterisieren. Es
wird eine mathematische Beziehung zwischen den
Farbsteuerdaten und den tatsächlich im Ausgabeprozeß
erzeugten Farben hergestellt. Dieser Prozeß wird als
Farbcharakterisierung oder Farbprofilierung bezeichnet. Das
Ergebnis ist ein sogenanntes Farbprofil.
Zur Zeit erfolgt die Farbcharakterisierung in drei
Schritten. Im ersten Schritt wird eine sogenannte Testform
auf dem Farbausgabegerät ausgegeben. Diese Testform besteht
aus einer Anzahl von Farbfeldern. Jedes einzelne Farbfeld
wird durch definierte Farbsteuerdaten erzeugt. Die
Farbsteuerdaten für die einzelnen Felder sind so gewählt,
daß der maximal mögliche Farbumfang des Ausgabegerätes
erfaßt wird. Die Farbsteuerdaten, die die Testform
repräsentieren, werden von einem Computer an das
Farbausgabegerät geschickt.
Im zweiten Schritt wird jedes einzelne Testfeld der Testform
mit einem Farbmeßgerät farbmetrisch gemessen. Es handelt
sich dabei um Handmeßgeräte, die manuell über jedem
einzelnen Farbfeld positioniert werden oder um xy-
Koordinatenmeßtische, auf denen die Testform aufgelegt wird
und ein motorisch gesteuertes Meßgerät Farbfeld für Farbfeld
anfährt und farbmetrisch erfaßt. Die Farbmeßdaten werden an
einen Computer übertragen.
Im dritten Schritt werden die übertragenen Farbmeßdaten von
einer Farbprofilierungssoftware mit den Farbsteuerdaten in
eine mathematische Beziehung gesetzt und ein Farbprofil
berechnet. Spezifische Farbunstimmigkeiten eines Ausgabe
gerätes können durch Anwendung eines spezifischen
Farbprofiles somit kompensiert werden.
Die für die Farbcharakterisierung verwendeten Test formen
besitzen zahlreiche unterschiedlich gefärbte Meßfelder. Um
eine möglichst lückenlose Charakterisierung des gesamten
darstellbaren Farbenraumes zu erreichen, enthalten
Testformen 400 bis 2000 Farbfelder. Die genormte Testform
ANSI IT 7.8/3 zum Beispiel besitzt 928 Farbfelder mit einer
Größe von 6 × 6 mm. Die vielen Farbfelder nacheinander mit
einem Handmeßgerät zu messen, ist zeitaufwendig und mühsam,
und zwar auch dann, wenn die Meßwerte vom Meßgerät über ein
Datenkabel nach jeder einzelnen Messung von selbst zum
Computer übertragen werden, der nach Abschluß der Messungen
das Farbprofil berechnet. Die monotone Wiederholung des
Meßvorgangs führt außerdem leicht zu Bedienungsfehlern. Die
Auswertung mit einem Koordinatenmeßtisch benötigt
zusätzliche Arbeitsfläche, ist von der Bedienung her
anspruchsvoll und technisch besonders aufwendig.
Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, diese
aufwendigen und umständlichen Vorgänge zu vermeiden, und
einen Zeilendrucker der eingangs genannten Art dahingehend
umzugestalten, daß ein solches Gerät neben der ihm eigenen
Funktion des Druckens die farbmetrische Messung und gegf.
auch die Berechnung und die Anwendung des Farbprofils
ausführt, um damit den Ablauf der Farbprofilierung zu
automatisieren und den Benutzter von manueller und
fehleranfälligen Ausführung mit einem Farbmeßgerät
herkömmlicher Art zu befreien.
Diese Aufgabe ist mit einem Zeilendrucker der eingangs
genannten Art nach der Erfindung durch die im Kennzeichen
des Anspruches 1 angeführten Merkmale gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich nach den
Unteransprüchen.
Im Drucker ist also erfindungsgemäß der Meßkopf eines
Farbmeßgerätes integriert, mit dem die Farbfelder der vorher
gedruckten Testform zeilenweise automatisch abgetastet
werden, und für den kontinuierlichen Abtastvorgang wird die
ohnehin vorhandene Druckermechanik genutzt. Außerdem wird
für die Stromversorgung des Meßkopfes und für den Transport
der Meßdaten das flexible Datenkabel benutzt, das der
Bewegung des Druckkopfes folgt und diesen mit Strom und den
notwendigen Steuersignalen versorgt. Der Meßkopf wird
entweder neben dem Druckkopf installiert oder kann im
Austausch gegen den Druckkopf in dessen Halterung eingesetzt
werden. Der Meßkopf kann mit einem Teil der notwendigen
Auswerteelektronik bestückt sein, wobei jener Teil der
Auswerteelektronik bevorzugt wird, der die analogen
Meßsignale unmittelbar am Meßkopf verstärkt und eventuell
auch digitalisiert, um einen ungestörten Datentransport über
das flexible Datenkabel zu erreichen. Im Bereich der
Ruheposition des Druckkopfes und des Meßkopfes an einem Ende
der Führungsbahn wird für die gelegentliche Kalibration des
Meßkopfes ein keramischer Weißstandard angeordnet.
Außerdem kann das digitale Ausgabegerät mit einer eigenen,
im Gerät installierten Rechnereinheit ausgestattet werden,
die für das Drucken und Messen der Testform und für die
Farbcharakterisierung des Druckers unabhängig vom Computer
des DTP-Systems verschiedene Funktionen ausführt. Diese
Funktionen sind im einzelnen der Steuervorgang für das
Drucken einer oder verschiedener Testformen mit den in der
Rechnereinheit gespeicherten Farbsteuerreferenzdaten, der
Steuervorgang für das Messen der Testform, die Auswertung
der Meßdaten und die Berechnung des Farbprofils und
schließlich das Speichern eines oder mehrerer Farbprofile
und die automatische Korrektur der Steuerdaten für den
eigentlichen Druckprozeß nach einem der berechneten und
gespeicherten Farbprofile. Die im Ausgabegerät installierte
Rechnereinheit kann eine selbständige, nur für die
beschriebenen Funktionen vorgesehene Einheit sein oder die
Erweiterung eines Druckerprozessors, die in Ausgabegeräten
für professionelle Anwendungen häufig vorhanden sind. In
beiden Fällen wird das Ausgabegerät weitgehend unabhängig
vom DTP-Computer, wodurch Anschluß und Betrieb einfacher und
sicherer werden und der DTP-Computer von zusätzlichen
Rechen- und Steuerfunktionen entlastet wird.
Der erfindungsgemäße Zeilendrucker und vorteilhafte Weiter
bildungen werden nachfolgend an Hand der zeichnerischen
Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 perspektivisch den typischen Aufbau eines Zeilen
druckers;
Fig. 2 perspektivisch das Prinzip des austauschbaren Meß-
kopfes;
Fig. 3 perspektivisch eine Meßeinrichtung für die "Inline-
Messung" nach dem Dreibereichsverfahren;
Fig. 3A die Meßeinrichtung nach Fig. 3 im Schnitt;
Fig. 4 ein Blockdiagramm der vollständigen Farbmeßein
richtung nach dem Dreibereichsverfahren gemäß Fig. 3,
3A;
Fig. 5 ein Blockdiagramm zum spektralen "Inline-Meßsystem"
und
Fig. 5A einen Schnitt durch den Meßkopf des Meßsystems gemäß
Fig. 5.
Der in Fig. 1 dargestellte Zeilendrucker, der nur der
Vollständigkeit halber erläutert sei, da an sich bekannt,
besteht aus dem Gehäuse 1, mit der Papierzu
führungseinrichtung 2 und der Ausgabevorrichtung 3 für die
bedruckten Bögen. Die Papierzuführungseinrichtung 2 kann
mehrere Blätter aufnehmen und über einen nicht dargestellten
Einzelblatteinzug der eigentlichen Druckvorrichtung
zuführen. Die Druckvorrichtung besteht aus dem
Druckerschlitten 4 mit dem auswechselbaren Druckkopf 5, in
dem Patronen 6 für die Druckfarben sitzen, die bei den weit
verbreiteten Tintenstrahldruckern in Form kleiner Tröpfchen
auf das Papier übertragen werden, was zu einem punktförmigen
Bildaufbau nach dem Prinzip der subtraktiven Farbmischung
führt. Die Farbtröpfchen werden entweder thermisch oder mit
Piezokristallen durch digitalisierte Stromstöße erzeugt, die
nach dem Bestand der Bilddaten im Computer oder im
Druckerprozessor gesteuert werden. Der Druckerschlitten 4
mit dem Druckkopf 5 wird auf der Führungsschiene 7 hin- und
herbewegt, wobei der Antrieb vorzugsweise durch einen über
Rollen geführten Zahnriemen 8 erfolgt. Bei jedem Hin- und
Rücklauf des Druckkopfes wird eine Reihe von Punkten
gedruckt und der Druckbogen durch die Transportwalze 9 ein
kleines Stück weiter in Richtung der Ausgabevorrichtung 3
transportiert. Mit 10 ist in Fig. 1 das flexible
Druckerkabel bezeichnet, das als Flachbandkabel ausgeführt
ist und mehrere Kupferleitungen trägt und die bewegliche
elektrische Verbindung zwischen der Druckereinheit und der
nicht dargestellten Steuereinheit des digitalen Farbaus
gabegerätes herstellt. Mit dem Transportmechanismus,
bestehend aus dem Druckerschlitten 4, der Führungsschiene 7,
dem Zahnriemenantrieb 8, der Transportwalze 9 und dem
flexiblen Datenkabel 10 sind alle Elemente vorhanden, die
für eine "Inline-Messung" mit einem austauschbaren Meßkopf
11 oder einem neben dem Druckkopf 5 auf dem Druckerschlitten
4 befestigten Meßkopf erforderlich sind.
Fig. 2 zeigt das Prinzip eines gegen den Druckkopf 5
austauschbaren Meßkopfes 11. Kontaktbuchsen 12 auf der Seite
des Druckerschlittens 4 und Kontaktstifte 13 auf der Seite
des Meßkopfes stellen über das flexible Flachbandkabel 10
die elektrische Verbindung zwischen dem Druckerkontroller,
der Steuer- und Auswerteelektronik und dem Meßkopf 11 her.
Die Steuer- und Auswerteelektronik ist jener fest im Drucker
installierte Teil der Farbmeßeinrichtung, der mit einem
eigenen Prozessor die Meßsignale zu digitalen Farbdaten
aufbereitet und in einem festgelegten Datenformat an die
Rechnereinheit im Drucker oder an den DTP-Computer
überträgt, was noch näher erläutert wird. Mit 14 ist
schematisch jener Teil der Meßelektronik dargestellt, der
sich mit dem Meßkopf 11 hin und her bewegt und hauptsächlich
für die Verstärkung der Meßsignale unmittelbar am Ort ihrer
Gewinnung sorgt. Für einen festen Sitz des Meßkopfes 11 im
Druckerschlitten 4 sind Buchsen und Raststifte 15 (siehe
Fig. 3A) oder eine ähnliche leicht lösliche mechanische
Verbindung vorgesehen. Mit 17 ist ein Weißstandard (siehe
Fig. 2) für die gelegentliche Kalibration der Farb
meßeinrichtung bezeichnet, der im Bereich der Ruheposition
angeordnet ist. Er besteht vorzugsweise aus Keramik mit
einer glatten, porenfreien Oberfläche, die leicht gereinigt
werden kann und wird vorteilhaft auf dem Führungsblech 16
befestigt, das den Papierbogen zur Transportwalze 9 führt.
Die Führung des Papierbogens erfolgt beim Bedrucken von der
Papierzuführungseinrichtung 2 in Richtung Ausgabevorrichtung
3. Für das anschließende Messen auf der gedruckten Testform
kann der Bogen der Ausgabevorrichtung 3 entnommen und über
die Zuführungseinrichtung 2 nochmals durch den Drucker
geführt werden. Der Papiertransport kann aber auch
dahingehend programmiert werden, daß nach dem Bedrucken mit
der Testform der Bogen automatisch zurücktransportiert wird
und für den Meßvorgang ebenfalls automatisch nochmals durch
den Drucker geführt wird. Weiterhin kann vorgesehen werden,
daß die Messungen bereits beim Rücktransport des bedruckten
Blattes ausgeführt werden.
Die beschriebene Ausführung, wonach Druckkopf 5 und Meßkopf
11 gegeneinander ausgetauscht werden, ist eine besonders
kostengünstige Lösung, besitzt aber den Nachteil, daß der
Austausch vom Benutzer vorgenommen werden muß. Etwas
aufwendiger aber vorteilhafter ist es, wenn der
Druckerschlitten zwei Aufnahmeeinrichtungen aufweist, so daß
Druckkopf und Meßkopf nebeneinander im Drucker verbleiben
können. Dafür ist es allerdings notwendig, neben den zwei
Aufnahmeeinrichtungen zusätzliche Leitungen in dem flexiblen
Flachbandkabel anzuordnen und den Drucker wenigstens um die
Breite des Meßkopfes zu verbreitern, damit das bedruckbare
und meßbare Format erhalten bleibt. Auch bei dieser Lösung
muß dafür gesorgt werden, daß Druckkopf und Meßkopf schnell
und leicht ausgewechselt werden können, damit der Meßkopf
gereinigt und die Farbpatronen ersetzt werden können.
Die gemeinsame Anordnung von Druckkopf 5 und Meßkopf 11
erlaubt eine Programmierung, nach der das Drucken und Messen
in einem Durchlauf der Testform erfolgt. Das simultane, nur
um einen kleinen zeitlich Abstand versetzte Drucken und
Messen bietet einen besonderen Vorteil, wenn die Farbmessung
nicht an einer Testform, sondern bei der Ausgabe von Bildern
geschieht. Solche Messungen direkt im Bild sind von
Interesse, wenn die Forderung besteht, daß an festgelegten
Bildstellen eine bestimmte Farbe eingehalten wird. Mit den
Bilddaten, die den Druckvorgang steuern, können vom DTP-
Computer oder vom Druckerkontroller auch die Steuerbefehle
für die Messungen übertragen werden, wenn vorher bei der
Bildbearbeitung am DTP-Computer die Bildstellen festgelegt
sind. Werden bei der Bildbearbeitung außerdem die für die
Bildstelle gewünschten Farbkennwerte und zulässigen
Toleranzen festgelegt, kann der Druckprozeß dahin
kontrolliert werden, daß das überschreiten der Toleranzen
durch ein akustisches oder optisches Signal angezeigt wird
oder daß eine Anzeige der Meßwertabweichung am Bildschirm
des DTP-Systems oder durch ein besonderes Display am Drucker
erfolgt. Statt einer solchen Anzeige der Meßwertabweichung
kann auch vorgesehen werden, daß nach der Ausgabe der Bilder
der Drucker automatisch ein Meßprotokoll ausdruckt, das die
Meßstellen, die Sollwerte, die Toleranzen, die Istwerte und
die Abweichungen enthält. Schließlich liefert das simultane
Messen im Bild die Möglichkeit, die Ausgabe mit korrigierten
Steuerdaten zu wiederholen, wobei die Korrektur im DTP-
Computer oder im Druckerprozessor auf Basis der vorher
gemessenen Farbabweichungen erfolgt. Damit gelingt es, wenn
entsprechend vielen Sollwerten spezifiziert werden, den
Ausdruck von Bildern über den ganzen Bildumfang zu
kontrollieren.
Eine weitere Kontrollmöglichkeit für den farbgenauen
Ausdruck von Bildern kann unter Verwendung der ohnehin im
DTP-Computer oder im Druckerkontroller als L*a*b-Werte oder
der XYZ-Normspektralwerte abgelegten Bilddaten erfolgen.
Damit wird eine nahezu lückenlose Farbkorrektur im gesamten
Bild erreicht.
Da Drucken und Messen im beschriebenen Fall kurz
hintereinander erfolgen, kann es für naßdruckende Tinten
erforderlich sein, zwischen Drucken und Messen eine
Trocknung durchzuführen. Die Trocknung erfolgt vorteilhaft
mit einer Vorrichtung, die auf dem Druckerschlitten 4
zwischen Druckkopf 5 und Meßkopf 11 angeordnet ist, wie in
Fig. 3 schematisch dargestellt und mit 18' bezeichnet. Eine
solche Trockenvorrichtung 18' kann je nach chemischer
Zusammensetzung der Tinte eine Infrarot-Lichtquelle, eine
UV-Lichtquelle oder eine Heizspirale sein.
Für die Farbmessung stehen zwei Verfahren zur Auswahl, das
Dreibereichsverfahren und das spektrale Verfahren, die beide
unter anderen in der neunteiligen Norm DIN 5033 beschrieben
sind.
Fig. 3 zeigt einen für die Inline-Messung besonders
geeigneten Meßkopf für das Dreibereichsverfahren, der in
ähnlicher Form in dem Patent DE 43 05 968 C2 beschrieben
ist. Oben in der perspektivischen Darstellung ist der
Meßkopf 18 in seinen Umrissen über dem Ausschnitt 19 der
ausgedruckten Testform mit den Farbfeldern 20 dargestellt.
Links neben dem Meßkopf ist die vorerwähnte, mit 18'
bezeichnete Trockenvorrichtung dargestellt. Weitere
Einzelheiten des Meßkopfes 18 zeigt der Schnitt in Fig. 3A
längs Linie A-B in Fig. 3. Die Testform 21 wird durch die
Meßlichtlampe 22 und die vorgeschaltete Meßlichtoptik 23
senkrecht beleuchtet. Die Sammlung des von der Testform
remittierten Lichts erfolgt unter 45°, wodurch die genormte
Meßgeometrie 0°/45° entsteht. Das remittierte Licht wird
drei Siliziumdioden 24 mit vorgeschalteten Linsen und den
Tristimulusfiltern 25 zugeführt, wovon in der
Schnittdarstellung nur zwei Dioden dargestellt sind. Die als
Meßsignal gewonnenen Diodenströme werden der Verstär
kerelektronik 26 mit den Operationsverstärkern 27 zugeführt.
Die weitere elektrische Verbindung zum flexiblen
Flachbandkabel 10 erfolgt über die Kontaktstifte 13, für die
im Druckerschlitten 4 entsprechende Buchsen 12, wie
vorerwähnt, vorhanden sind. In den Meßkopfkörper 28 sind
mindestens zwei Raststifte 15 eingepreßt, für die zur
mechanischen Fixierung des Meßkopfes entsprechende Buchsen
im Gehäuse des Druckerschlittens 4 angeordnet sind. Von
besonderer Bedeutung ist der staubdichte Abschluß des
Meßkopfes durch die beidseitig entspiegelte dünne Glasplatte
29 auf der Unterseite des Meßkopfes. Durch sie wird
verhindert, daß Papierstaub und ähnliche Verunreinigungen in
den Meßkopf eindringen und störendes Streulicht verursachen
können. Am herausgenommenen Meßkopf kann die Glasplatte
leicht gereinigt werden. Ein ballig ausgeführtes Gleitstück
30 aus leicht gleitfähigem Kunststoff sorgt für einen
gleichbleibenden Abstand zwischen Meßkopf und Testform, so
daß keine Abstandsänderung die Messung beeinflussen können.
Schließlich schützt eine mit dem Meßkopfkörper 28
verschraubte Abdeckung 31 die Verstärkerelektronik 26 und
die Photodioden 24 vor Verunreinigungen.
Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm der vollständigen Inline-
Farbmeßeinrichtung, unterteilt in den beweglichen Teil A des
Meßkopfes und Teil B, der die im Drucker fest installierte
Steuer- und Auswerteelektronik darstellt. Beide Teile sind
durch das flexible Flachbandkabel 10 miteinander verbunden.
Das Licht der Lampe 32 ist auf die Testform 19 gerichtet. Die
analogen Meßsignale der drei Photodioden 24 mit den
vorgeschalteten Tristimulusfiltern 25 werden den drei
Operationsverstärkern 33 zugeführt. Die verstärkten
Meßsignale werden an die stationär angeordnete Steuer- und
Auswerteelektronik in Teil B weitergeleitet und gelangen
dort zunächst zum Multiplexer 34, der die Meßsignale der
drei Dioden 24 in hoher Frequenz nacheinander schaltet,
wobei der Takt des Multiplexers 34 vom Prozessor 35
gesteuert wird. Die getakteten analogen Meßsignale werden im
Analogdigitalwandler 36 in digitale Signale gewandelt, der
ebenfalls vom Prozessor 35 gesteuert wird, und die digitalen
Signale werden dem Prozessor zur weiteren Auswertung
übergeben. Der Speicher 37 enthält das Programm für den
gesamten Ablauf der Inline-Messung. Das Programm steuert
zuerst den Ausdruck der Testform und dann die vollständige
Meßroutine. Der Speicher 38 nimmt nach der Auswertung durch
den Prozessor 35 die Meßwerte auf, wobei es sich
vorzugsweise um die Farbkennwerte L*a*b* oder um die
Normspektralwerte XYZ handelt. Beide Speicher kommunizieren
bidirektional mit dem Prozessor 35, der nach der Anforderung
durch den Druckerprozessor oder den Prozessor des DTP-
Computers die L*a*b*- oder XYZ-Werte zur Berechnung des
Farbprofils über die bidirektionale Schnittstelle 39 an
einen der genannten Prozessoren überträgt. Der Voll
ständigkeit halber ist in Fig. 4 mit 40' noch die Spannungs
versorgung für das ganze "Inline-Meßsystem" angedeutet, die
aber auch von der ohnehin vorhandenen Spannungsversorgung
des Druckers übernommen werden kann.
Fig. 5 zeigt das spektrale "Inline-Meßsystem". Spektrale
Farbmeßgeräte unterteilen das sichtbare Spektrum in einzelne
Bandbreiten, deren Intensität durch Photoelemente gemessen
und zu einer Remissionskurve ausgewertet wird. Aus der
Remissionskurve werden die farbmetrischen L*a*b*-Werte, die
Normspektralwerte XYZ und alle anderen gebräuchlichen
Kennwerte berechnet. Die Aufteilung des Spektrums in
Bandbreiten kann durch mehrere schmalbandige Filter oder
durch optische Gitter erfolgen. In modernen Geräten werden
fast ausschließlich Gitter eingesetzt, die das zerlegte
Licht auf eine Diodenzeile Projizieren. In Fig. 5 sind die
wesentlichen Komponenten eines solchen spektralen
Farbmeßgerätes als Blockdiagramm dargestellt und in Fig. 5A
im Schnitt der Meßkopf 40 gemäß Fig. 5. Das Blockdiagramm
ist von besonderem Interesse, weil es zeigt, daß die
Komponenten eine unterschiedliche Anordnung im Zeilendrucker
zulassen. Das remittierte Meßlicht wird über den Lichtleiter
41 zum Monochromator 42 (ein Gitter-Dioden-Modul) geleitet.
Am holographischen Gitter 43 erfolgt die spektrale Zerlegung
des Meßlichts, das auf die Diodenzeile 44 fokussiert wird.
Üblich sind Diodenzeilen mit 256 aneinandergereihten Dioden,
wodurch eine hohe, mit Filtergeräten nicht mögliche
Auflösung des Spektrums erzielt wird. Die Signale der
Diodenzeile 44 werden der Verstärkerschaltung 45 und dann
der Steuer- und Auswerteelektronik 46 zugeführt, die im
wesentlichen wie in Fig. 4 aus dem Prozessor, dem
Multiplexer, dem AD-Wandler, dem Speicher, der Schnittstelle
und der Stromversorgung besteht. Die Leiterplatte mit der
Verstärkerschaltung 45 wird grundsätzlich unmittelbar auf
die Ausgänge der Diodenzeile 44 gesetzt, um Störungen der
unverstärkten Signale zu vermeiden. Gitter-Dioden-Modul 42
und Verstärkerschaltung 45 bilden damit immer eine Einheit.
Die Steuer- und Auswerteelektronik 46 wird man vorteilhaft
im Drucker fest installieren. Für die Anordnung von Meßkopf
und Monochromator auf dem beweglichen Druckerschlitten 4
stehen zwei Möglichkeiten zur Wahl: So kann der Meßkopf 40
gemeinsam mit dem Gitter-Dioden-Modul 42 und der
Verstärkerschaltung 45 auf dem Druckerschlitten 4 angeordnet
werden. In diesem Fall genügt zur Verbindung mit der Steuer-
und Auswerteelektronik das flexible Datenkabel 10. Ferner
ist es möglich, nur den Meßkopf 40 auf dem Druckerschlitten
4 zu befestigen und das Gitter-Dioden-Modul 42 samt
Verstärkerschaltung 45 gemeinsam mit der Steuer- und
Auswerteelektronik im Drucker stationär unterzubringen. In
diesem Fall muß der Lichtleiter 41 beweglich angeordnet
werden, um gemeinsam mit dem flexiblen Flachbandkabel 10 der
Bewegung des Druckerschlittens 4 folgen zu können. Das ist
technisch möglich, weil der Lichtleiter dünn und flexibel
ist und außerdem aus mehreren dünnen Fasern besteht, die zum
Beispiel auch als flexibles Band angeordnet werden können,
ähnlich den Kupferleitungen im flexiblen Flachbandkabel 10.
Die getrennte Anordnung von Meßkopf 40 vom Gitter-Dioden-
Modul 42 erfordert allerdings eine steckbare Kopplung 47 für
den Lichtleiter 41 unmittelbar am Meßkopf 40, damit dieser
auswechselbar bleibt. Welche Art der Anordnung von Meßkopf
und Monochromator vorteilhaft ist, hängt von der
Konstruktion des Zeilendruckers ab. Für kleinformatige
Drucker wird man die getrennte Anordnung bevorzugen, während
für großformatige Drucker die gemeinsame Unterbringung von
Meßkopf und Gitter-Dioden-Modul Vorteile bietet, weil hier
vom Druckerschlitten längere Wege zurückgelegt werden
müssen, was zwangsläufig zu einer höheren Beanspruchung des
flexiblen Lichtleiters führt.
Die Übertragung des remittierten Lichts über einen flexiblen
Lichtleiter 41 kann dazu führen, daß durch die veränderliche
Verbiegung des Lichtleiters bei der Bewegung des
Druckerschlittens 4 die Übertragungsleistung nicht konstant
bleibt, sondern leichten Schwankungen unterliegt. Solche
Schwankungen sind bekannt und treten auch dann auf, wenn die
Krümmung der Lichtleiter das kritische Maß nicht
überschreitet, das die Totalreflexion des Lichts im
Lichtleiter beeinflussen sollte. Die Schwankungen können
kompensiert werden, indem man im Meßkopf 40 ein konstantes
Meßlicht erzeugt und ihn mit dem Druckerschlitten einmal
über die ganze Druckbreite hin und her bewegt. Die dabei
auftretenden Schwankungen der vom Gitter-Dioden-Modul 42
ausgehenden Signale werden in Abhängigkeit von der
zurückgelegten Wegstrecke von der Steuer- und
Auswerteelektronik 46 aufgezeichnet und in einen besonderen
Speicher abgelegt. Es ist empfehlenswert, die Schwankungen
sowohl für den Hinlauf als auch für den Rücklauf
auszuwerten. Die gespeicherten Schwankungen können mit Hilfe
eines Korrekturprogramms vom Prozessor der Steuer- und
Auswerteelektronik zur Korrektur der späteren Meßwerte
benutzt werden. Das für den Testlauf erforderliche konstante
Meßlicht wird auf einfache Weise dadurch erzeugt, indem der
Meßkopf über einen unbedruckten Bogen geführt wird. Das
beschriebene Korrekturverfahren setzt natürlich voraus, daß
der Lichtleiter 41 beim Bewegen des Druckerschlittens 4
immer wieder die gleichen Krümmungen ausführt, was durch
eine geeignete Anordnung des Lichtleiters im Drucker
erreicht wird.
Der Meßkopf 40 des spektralen Meßgeräts ist, wie der Schnitt
gemäß Fig. 5A zeigt, ähnlich aufgebaut, wie der Meßkopf des
Dreibereichsgeräts gemäß Fig. 3A. Die Sammlung des
remittierten Meßlichts erfolgt hier allerdings durch den
Lichtleiter 41', dem eine Optik in Form einer Stablinse 48
und ein Infrarotsperrfilter 49 vorgeschaltet ist.
Claims (17)
1. Zeilendrucker für die digitale Ausgabe und farbmetrische
Messung von farbigen Bildern, bestehend aus einem Gehäuse
(1), einer Papierzuführungseinrichtung (2), einer
Papierausgabeeinrichtung (3), einem quer zum
Papiervorschub beweglichen Druckerschlitten (4) samt
Druckkopf (5) und flexiblem Druckerkabel (10), einer
Transportwalze (9) für den Papiervorschub und einem
Druckerkontroller für die Steuerung der Druckfunktionen,
dadurch gekennzeichnet,
daß am Druckerschlitten (4) anstelle oder neben dem
Druckkopf (5) ein Farbmeßkopf (11; 18; 40) für
Remissionsmessungen fixierbar angeordnet ist, der mit
seiner Meßöffnung gegen die Papierdurchlaufebene
orientiert und der mit seiner inner- oder außerhalb des
Druckers angeordneten Verstärker- (14; 26; 45), Steuer-
und Auswertelektronik (46) verbunden ist.
2. Zeilendrucker nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verstärkerelektronik (14; 26; 45) am Farbmeßkopf
(11; 18; 40) angeordnet ist.
3. Zeilendrucker nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Farbmeßkopf (11; 18; 40) mit einer mechanischen
Rasteinrichtung (15) am Druckerschlitten (4) fixiert ist.
4. Zeilendrucker nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Farbmeßkopf (11; 18; 40) über Kontaktstifte (13)
mit dem flexiblen Druckerkabel (10) am Druckerschlitten
(4) verbunden ist, wobei die Rastanordnung der
Kontaktstifte (13) der Rastanordnung der Kontakt
stiftaufnahmen am Druckerschlitten (4) für die Kontakt
stifte des Druckkopfes entspricht.
5. Zeilendrucker nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Drucker ein keramischer Weißstandard (17) für die
Kalibration des Farbmeßsystems an einem Ende der
Führungsbahn (7) des Druckerschlittens (4) angeordnet
ist.
6. Zeilendrucker nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Farbmeßkopf (11; 18; 40) auf seiner unteren, der
Meßfläche zugewandten Seite durch eine entspiegelte
Glasplatte (29) abgeschlossen ist.
7. Zeilendrucker nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Farbmeßkopf (11; 18; 40) auf seiner unteren, der
Meßfläche zugewandten Seite mit einem balligen
Abstandshalter (30) versehen ist.
8. Zeilendrucker nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei Anordnung des Farbmeßkopfes (11; 18; 40) neben
dem Druckkopf (5) zwischen Farbmeßkopf (11; 18; 40) und
Druckkopf (5) ein Trockner (18') angeordnet ist.
9. Zeilendrucker nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Farbmeßkopf (18) eine Meßlichtlampe (22) mit
vorgeschalteter Optik, drei Photoelemente (24) mit
vorangestellten Linsen und Tristimulusfiltern (25) und
eine Verstärkerelektronik mit drei Operationsverstärkern
(27, 33) enthält.
10. Zeilendrucker nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Meßkopf (40) für die Lichtsammlung einen
Lichtleiter (41') aufweist mit eingangsseitig voran
gestellter Optik (48) und ausgangsseitig mit einem
steckbaren Verbindungsteil (47) zur Kopplung an einen mit
einem Gitter-Dioden-Monochromator (42) verbundenen
flexiblen, am Druckerschlitten (4) angeordneten Licht
leiter (41).
11. Zeilendrucker nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß der spektrale Monochromator (42) in fester Zuordnung
am Lichteintritt einen zum Spalt aufgefächerten Licht
leiter (41), ein holographisches fokusierendes Gitter
(43), eine Diodenzeile (44) und eine unmittelbar mit den
Kontakten der Diodenzeile verbundene Verstärkereinheit
(45) besitzt und gemeinsam mit dem Meßkopf (40) steckbar
mit elektrischen Kontaktstiften (13) und einer
mechanischen Rasteinrichtung (15) auf dem Drucker
schlitten (4) angeordnet ist.
12. Zeilendrucker nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß der spektrale Monochromator (42) mit der Ver
stärkerelektronik (45) durch einen flexiblen am Druckkopf
(4) befestigten Lichtleiter (41) oder ein flexibles
Lichtleiterband mit dem beweglichen Meßkopf (40) ver
bunden und fest im Zeilendrucker angeordnet ist.
13. Zeilendrucker nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Farbmeßsystem eine im Drucker fest angeordnete
Steuer- und Auswerteelektronik (46) mit Prozessor (35),
Multiplexer (34), Analogdigitalwandler (36), Programm
speicher (37), Meßdatenspeicher (38), mit einer bi
direktionalen Schnittstelle (39) für die Verbindung zum
Druckerkontroller und zum Computer des DTP-Systems und
ein flexibles Druckerkabel (10) als elektrische Ver
bindung zum Druckkopf (5) und zum Meßkopf (11; 18; 40)
besitzt.
14. Zeilendrucker nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuer- und Auswerteelektronik (46) ein Programm
und einen Speicher für die Korrektur von Lichtverlusten
im bewegten flexiblen Lichtleiter oder Lichtleiterband
(41) enthält.
15. Zeilendrucker nach einen der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuer- und Auswerteelektronik (46) des Meß-
systems oder der Druckerkontroller ein Programm für die
Berechnung und einen Speicher für das Speichern von
Farbprofilen und Bildkorrektur enthält.
16. Zeilendrucker nach einem der Ansprüche 1 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Druckerkontroller zusätzliche Einrichtungen für
die Steuer- und Auswertefunktionen für das Farbmeßsystem
und neben den Programmen für das Drucken und Messen
mehrere DTP-Programme für Schriften, Seitenaufbau und
sonstige DTP-Funktionen und einen Rasterbildprozessor
(RIP) enthält.
17. Zeilendrucker nach einem der Ansprüche 1 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuer- und Auswerteelektronik (46) ein Programm
für Steuerbefehle und die Papiervorschubwalze (9) einen
in der Drehrichtung umkehrbaren Antrieb besitzt für den
automatischen Rücktransport der ausgedruckten Testform in
die Papierzuführeinrichtung (2).
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