DE69832834T2

DE69832834T2 - Verfahren und Vorrichtung für Farbtintenstrahldruck mit Mehrfach-Durchlauf

Info

Publication number: DE69832834T2
Application number: DE69832834T
Authority: DE
Inventors: Josep Maria 08190 Sant Cugat del Valles Serra
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1997-03-04
Filing date: 1998-03-03
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2018-03-04
Also published as: JPH10244674A; DE69832834D1; EP0863480B1; EP0863480A3; EP0863480A2; US6067405A

Description

VERWANDTE PATENTDOKUMENTE
Eng verwandte Dokumente umfassen der vorliegenden Anmelderin gehördende US-Patente 4,963,882 mit dem Titel „PRINTING OF PIXEL LOCATIONS BY AN INK JET PRINTER USING MULTIPLE NOZZLES FOR EACH PIXEL OR PIXEL ROW", 4,965,593 mit dem Titel „PRINT QUALITY OF DOT PRINTERS", 5,555,006 mit dem Titel „INKJET PRINTING: MASK-ROTATION-ONLY AT PAGE EXTREMES; MULTIPASS MODES FOR QUALITY AND THROUGHPUT ON PLASTIC MEDIA" und 5,561,449 mit dem Titel „POSITION LEADING, DELAY & TIMING UNCERTAINTY TO IMPROVE POSITION & QUALITY IN BIDIRECTIONAL INKJET PRINTING"; sowie die US-Patentanmeldung 08/667,532 mit dem Titel „JITTER-FORM BACKGROUND CONTROL FOR MINIMIZING SPURIOUS GRAY CAST IN SCANNED IMAGES" und nun erteilt als US-Patent 5,859,928.
GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Maschinen und Verfahren zum Drucken von Farbtext oder Graphiken mit ultrahoher Auflösung auf Druckmedien wie z.B. Papier, Transparentmaterial oder andere Glanzmedien; und insbesondere auf eine abtastende Tintenstrahlmaschine und ein ebensolches Verfahren, die Text oder Bilder aus einzelnen Tintenpunkten, die auf einem Druckmedium in einem zweidimensionalen Pixelarray erzeugt wurden, erstellen. Die Erfindung verwendet Druckmodustechniken, um die Qualität von Farbbildern mit ultrahoher Auflösung gegenüber der Betriebszeit zu optimieren.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Eine bisherige Herstellung von Druckmaschinen und -prozeduren konzentrierte sich auf eine gemischte Auflösung. Diese Systeme verwendeten am häufigsten etwa 24 Pixel/mm (600 Pixelpunkte pro Zoll bzw. „dpi", dots per inch) in einer Wagenbewegungs- bzw. -abtastrichtung quer zum Druckmedium und 12 Pixel/mm (300 dpi) in der längs zu dem Druckmedium verlaufenden Druckmedienvorschubsrichtung- oder 24 Pixel/mm für Schwarz und 12 Pixel/mm für chromatische Farben oder relativ lange, 12 mm (ein halbes Zoll) aufweisende Stifte für schwarze Tinte und relativ kurze, 8 mm (ein drittel Zoll) aufweisende Stifte für chromatische Farben; oder Kombinationen aus diesen und anderen Mischungen von Betriebsparametern.
Diese Mischauflösungssysteme sind bezüglich eines Erhaltens eines effektiv qualitativ sehr hochwertigen Druckens mit einem Minimum an Entwicklungsverzögerung von Interesse. Bei der fortdauernden, äußerst konkurrenzstarken Entwicklung von Tintenstrahldruckerprodukten spielen die gemischten Systeme auf Grund vieler schwieriger Probleme, die mit dem Erzielen einer vollständigen ultrahohen Auflösung verbunden sind, eine sehr wichtige Rolle – beispielsweise 24 Pixel/mm-Stifte, 12 mm lang, für alle Farbmittel in einem Farbdrucksystem.
Bei der derzeitigen Maschinenproduktion verlagerte sich das Interesse darauf, diese vielen schwierigen Probleme zu lösen. Wie man erkennen wird, kennt man die meisten dieser Schwierigkeiten seit vielen Jahren, sie werden jedoch in der Umgebung einer ultrahohen Auflösung noch verschlimmert.
(a) Durchsatz und Kosten
In gewissem Sinne ergeben sich viele Probleme aus diesen zwei Überlegungen, da sich im Wesentlichen alle Probleme in Luft auflösen würden, wenn es egal wäre, wie langsam oder teuer ein Drucker ist. In der Praxis wurde es auf Grund des Druckes von Seiten des Mark tes essentiell wichtig, dass ein Drucker sowohl eine konkurrenzfähige Geschwindigkeit (auch wenn er in einem Modus einer „hohen Qualität" druckt) als auch eine konkurrenzfähige Wirtschaftlichkeit an den Tag legt.
(b) Abfeuerungsfrequenz
Somit fördert beispielsweise ein hoher Durchsatz in Kombination mit einer hohen Auflösung die Fähigkeit wirtschaftlicher Tintenstrahldüsen, bei einer ausreichend hohen Wiederholungsrate abzufeuern. Bei einer niedrigen Abfeuerungsfrequenz ist ein Tintenstrahlstift im Betrieb tendenziell am stabilsten und zeigt tendenziell die beste Leistung bezüglich des Verdeckens von Fehlern.
Eine horizontale Auflösung von 24 Pixeln/mm, wenn alles in einem einzigen Durchgang (Durchlauf) gedruckt wird, würde jedoch eine ziemlich hohe Abfeuerungsfrequenz erfordern – in der Tat für die heute Technik etwa das Doppelte der höchsten Frequenz eines zuverlässigen Betriebs bei einem wirtschaftlichen Stift. Man kann erwarten, dass sich diese Zahl bei Weiterentwicklungen von Stiften verändert.
(c) Bandbildung und Musterartefakte
Diese störenden Bildelemente sind bei Druckern einer relativ geringen Leistungsfähigkeit hinreichend bekannt, können aber wie auch andere Probleme bei der neueren Generation von Vorrichtungen sogar noch problematischer sein. Beispielsweise ist bekannt, dass manche Bandbildungseffekte durch ein Drucken von stark versetzten (d.h. überlappenden) Bahnen (Bändern) verringert werden können – dass dieses Vorgehen jedoch auch den Gesamtdurchsatz proportional reduziert. (Eine andere Art einer sichtbaren Bandbildung, die mit Farbtonverschiebungen verbunden ist, wird nachfolgend erörtert.) Somit tendiert ein hoher Durchsatz wiederum dazu, einer Beseitigung der Bandbildung entgegenzustehen, und dieser Konflikt wird durch ein Erfordernis, bei einer Auflösung zu drucken, die doppelt so fein ist, noch verschärft.
Was Musterdefekte betrifft, ist der Entwurf von Dither- bzw. Zitterarrays ein logischer Schuldiger, dem bisher ein hohes Maß an Aufmerksamkeit diesbezüglich zuteil wurde und der als hoch entwickelt angesehen werden kann. Jedoch besteht bisher bei Hochauflösungsbildern, die unter Bedingungen gedruckt werden, die die bestmögliche Bildqualität liefern sollten, immer noch eine gewisse Musterbildung fort.
Die Theorie legt nahe, dass durch einen Dither-Umentwurf kein weiterer Vorteil erzielt werden kann und dass Lösungen andernorts gesucht werden müssen. Eine Erörterung von Druckmasken in einem folgenden Teilabschnitt des vorliegenden Dokuments nimmt dieses Thema wieder auf.
Allgemein gesagt waren Hilfsmittel zum Untersuchen dieses Gebiets bisher unzureichend.
(d) Farbverschiebung
Ein wichtiger Lösungsansatz bezüglich eines Maximierens des Durchsatzes besteht darin, bidirektional zu drucken. Bei einem Bidirektionaldrucksystem drucken die Stifte, während sich der Wagen in jeder seiner zwei Richtungen bewegt – d.h. über das Druckmedium und zurück.
Diese Technik ist beim Monochrom-Drucken hinreichend bekannt und erfolgreich. Fachleute auf diesem Gebiet haben jedoch erkannt, dass bei einem Farbdrucken zwischen einem Drucken in den zwei Richtungen eine Farbtonverschiebung oder, genauer gesagt, eine Farbverschiebung auftritt.
Der Grund dafür besteht darin, dass Stifte traditionell physisch in einer spezifischen Abfolge an ihrem Wagen angeordnet sind. Wenn also zwei oder mehr der Stifte abfeuern, während sich der Wagen in einer bestimmten Richtung bewegt, werden die verschiedenen Tintenfarben in einer entsprechenden Reihenfolge aufeinander abgelegt – und während sich der Wagen in der entgegengesetzten Richtung bewegt, werden sie in der umgekehrten Reihenfolge aufeinander abgelegt.
Üblicherweise dominiert der erste Tintentropfen zweier überlagerter Tropfen tendenziell die resultierende wahrgenommene Farbe, so dass z.B. ein Ablegen von Magenta auf Cyan ein Blau erzeugt, das zum Cyan hin tendiert; wohingegen ein Drucken von Cyan auf Magenta üblicherweise ein Blau ergibt, das Magenta betont. Wenn aufeinander folgende separate Bahnen – oder separat sichtbare Farbbänder, Unterbahnen – gedruckt werden, während sich der Stift somit in eine von zwei Richtungen bewegt, ... die aufeinander folgenden Bahnen oder Teilbahnen. Die resultierende Bandbildung ist oft sehr deutlich sichtbar.
Aus diesem Grund strebten frühere Fachleute danach, ein Drucken jeglicher durch Überlagerung gebildeter Sekundärfarben in mehr als einer Reihenfolge immer zu vermeiden. Drucker, die im Handel unter den Markennamen Encad^® und Lasermaster^® erhältlich sind, verwenden insbesondere eine Taktik, die rohe Gewalt einsetzt, um Sequenzänderungen zu vermeiden: die Stifte werden bezüglich der vertikalen Richtung oder, mit anderen Worten, längs entlang dem Druckmedium versetzt.
Sie werden/sind um die vollständige Höhe jedes Düsenarrays versetzt – was am Anfang beträchtliche Bandbildungsprobleme (siehe folgende Erörterung) zwischen Farben liefert. Außerdem muss jeder der hinteren drei Stifte infolge der Anordnung des Versatzes um die vollständige Höhe eine Farbteilbahn überdrucken, die in zumindest einem vorherigen Durchlauf – von einem bis zu drei vorherigen Durchläufen, je nachdem, welcher Stift gerade betrachtet wird – gebildet wurde.
Dieses System erhält vorteilhafterweise auch beim bidirektionalen Drucken eine feststehende Farbsequenz aufrecht. Die Verwendung eines Versatzes der Stifte um die vollstän dige Höhe bedeutet jedoch ein großes Opfer bei anderen Betriebsparametern. Im Einzelnen weisen die um die vollständige Höhe versetzten Stifte eine Druckzone auf, die vier Farbbänder (Teilbahnen) hoch ist.
Notwendigerweise ist die Größe des Gesamtprodukts in der Richtung des Druckmedienvorschubs entsprechend größer, was auch für das Gewicht und die Kosten gilt. Zusätzlich ist die erweiterte Druckzone in Verbindung mit einer runden (d.h. zylindrischen) Auflageplatte umständlicher zu handhaben.
Außerdem ist es bei diesem System bedeutend umständlicher, das Druckmedium durchgehend flach und ohne relative Bewegung zu halten. Zudem überdruckt der hintere Stift ein Pixelgitter, das bereits von drei vorausgehenden Stiften eingeschwärzt wurde, und in einer viel Farbe aufweisenden Region eines Bildes bedeutet dies, dass auf die Seite bereits eine beträchtliche Menge an Flüssigkeit abgelegt wurde und die Seite ansprechend darauf einen beträchtlichen Zeitraum hatte, um sich zu verformen.
Beträchtliche und unkontrollierbare Probleme bezüglich der Ausrichtung zwischen einzelnen Farben darf man erwarten – insbesondere hinsichtlich der Tatsache, dass dieser Flüssigkeitsvorladeeffekt zwischen den mehreren Stiften unterschiedlich ist. Mit anderen Worten liegt er sogar bei dem zweiten Stift in der Abfolge vor, bei dem dritten und vierten jedoch mit zunehmender Schwere.
Die Encad/Lasermaster-Systeme verwenden ein bidirektionales Drucken für zumindest den so genannten „schnellen" und möglicherweise „normalen" Druckmodus, jedoch nicht für den Modus der „besten" Qualität (der unidirektional druckt). Selbstverständlich zieht die Verwendung des unidirektionalen Druckens als Druckmodus der besten Qualität eine Durchsatzeinbuße des Faktors 2 nach sich. (Da der Rücklauf bei einer schnelleren Anstiegsgeschwindigkeit erfolgen kann, kann der Faktor weniger als 2 betragen.) Eine derartige Einbuße kann sehr beträchtlich sein.
Somit gelang es der Technik auf dem Fachgebiet bisher nicht, Farbtonverschiebungen effektiv beizukommen – ein Hindernis auf dem Weg der vollständigen Nutzung des Potentials des bidirektionalen Druckens als Mittel der Erhöhung des Durchsatzes.
(e) Flüssigkeitsbeladung
Jedoch ist die Farbtonverschiebung nicht das einzige Problem, das mit bidirektionalem Drucken verbunden ist. Ein weiteres Problem ist die Mikrokoaleszenz. Dies kann als besonderer Fall (der besonders einen Betrieb bei einer ultrahohen Auflösung betrifft) einer übermäßigen Einschwärzung mit ihren historisch bekannten Problemen – die nachfolgend zusammengefasst sind – angesehen werden.
Bei einer weiteren Schwierigkeit können die Enden oder Satelliten von Sekundärfarbpunkten, die in entgegengesetzte Richtungen zeigen, texturelle Artefakte erzeugen, wenn die von links nach rechts verlaufende Reihenfolge umgekehrt wird.
Übermäßiges Einschwärzen ist ein Problem, mit dem man mehr vertraut ist. Um beim Tintenstrahldrucken mit wässrigen Tinten lebendige Farben zu erzielen und um den weißen Raum zwischen adressierbaren Pixelpositionen im Wesentlichen zu füllen, müssen große Tintenmengen aufgebracht werden. Dafür muss jedoch die Wasserbasis später beseitigt werden – durch Verdampfung (und, bei manchen Druckmedien, Absorption) – und dieser Trocknungsschritt kann übermäßig zeitaufwändig sein.
Wenn in jedem Abschnitt eines Bildes im Wesentlichen zur selben Zeit eine große Tintenmenge abgelegt wird, ergeben sich außerdem darauf bezogene nachteilige Massenfärbungseffekte: ein so genanntes „Zerfließen" einer Farbe in eine andere (was an Farbgrenzen, die scharf sein sollten, besonders deutlich ist), ein „Blockieren" oder ein Versatz eines Farbmittels bei einem gedruckten Bild auf die Rückseite eines benachbarten Blattes mit der Folge, dass die zwei Blätter aneinander kleben bleiben (oder dass ein Blatt an Teilen der Vorrichtung oder an Schutzhüllen, die zum Schutz des abgebildeten Blattes verwendet werden, klebt) sowie eine „Verwerfung" bzw. eine Fältelung des Druckmediums. Man kennt verschiedene Techniken zur kombinierten Verwendung, um diese nachteiligen Trocknungszeiteffekte und Massen- oder Vollfarbmitteleffekte abzumildern.
f) Bisherige Druckmodustechniken
Eine nützliche und hinreichend bekannte Technik besteht darin, in jedem Durchgang des Stiftes lediglich einen Bruchteil der in jedem Abschnitt des Bildes benötigten Gesamttinte abzulegen – so dass Bereiche, die in jedem Durchgang weiß belassen werden, durch einen oder mehr spätere Durchgänge gefüllt werden. Dies dämmt tendenziell das Zerfließen, Blockieren und Verwerfen ein, indem die Flüssigkeitsmenge, die sich zu einem gegeben Zeitpunkt auf der Seite befindet, verringert wird, und dies kann auch eine Verkürzung der Trocknungszeit ermöglichen.
Das in jedem Durchgang verwendete spezifische Partialeinschwärzungsmuster und die Art und Weise, wie diese verschiedenen Muster zusammen ein einziges vollständig eingeschwärztes Bild ergeben, ist als „Druckmodus" bekannt. Bisher entwickelten Fachleute auf diesem Gebiet nach und nach Möglichkeiten, das Einschwärzen bei jedem Durchgang mehr und mehr zu trennen.
In der US-Patentschrift 4,748,453 – die an Xerox Corporation übertragen ist – lehrte Larry W. Lin die Verwendung eines einfachen Schachbrettmusters bezüglich des Unterteilens des Einschwärzens für eine einzelne Bildregion in zwei verschiedene komplementäre Partien, was zu seiner Zeit revolutionär war. Lins System erhält jedoch einen Kontakt zwischen Pixeln, die entlang Diagonalen Nachbarn sind, aufrecht, und somit gelingt es ihm nicht, dem Koaleszenzproblem vollständig beizukommen.
Die oben erwähnte US-Patentschrift 4,965,593, die im Namen von Mark S. Hickman vorliegt, lehrt ein Drucken mit Tintentropfen, die in jeder Richtung – in jedem Druckdurchgang – durch zumindest ein Leerpixel getrennt sind. Die Hickman-Technik bewerkstelligt dies jedoch, indem sie eine Düsenbeabstandung und eine Abfeuerungsfrequenz verwendet, die Vielfache der Pixelgitterbeabstandung in der vertikalen und der horizontalen Richtung (d.h. der Medienvorschubs- bzw. der Bewegungsachse) sind.
Dementsprechend ist Hickmans System nicht in der Lage, auf dazwischen liegenden Zeilen oder in dazwischen liegenden Spalten zwischen den voneinander beabstandeten Tintentropfen seines Systems zu drucken. Diese Einschränkung behindert den Gesamtdurchsatz beträchtlich, da die Gelegenheit, in jedem Durchgang derartige weitere dazwischen liegende Informationen zu drucken, verloren ist.
Außerdem ist das Hickman-System weniger vielseitig. Es büßt die Fähigkeit ein, in den dazwischen liegenden Zeilen und Spalten zu drucken, sogar in Bezug auf Druckmodi, bei denen Probleme eines übermäßigen Einschwärzens oder Koaleszenzprobleme nicht vorliegen – z.B. bei einem Einfachdurchgangsmodus einer hohen Qualität zum Drucken von Schwarzweiß-Text.
Die oben erwähnte US-Patentschrift 5,555,006, die auf den Namen Lance Cleveland lautet, lehrt ein Bilden einer Druckmaske als mehrere diagonale Linien, die deutlich voneinander getrennt sind. Cleveland führt Druckmodi ein, die mehrere derartige Masken verwenden, so dass er (im Gegensatz zu Hickman) in der Lage ist, auf komplementäre Weise zwischen gedruckten Elementen aufzufüllen.
Es besteht sicherlich nicht die Absicht, die Lehre von Cleveland, die sowohl gegenüber Lin als auch gegenüber Hickman einen sehr beträchtlichen Fortschritt in der Technik darstellt, in Frage zu stellen. Clevelands Absicht ist jedoch teilweise auf eine andere Gruppe von Problemen gerichtet und wirkt sich somit selbstverständlich nur begrenzt auf das hier erörterte allgemeine Problem des übermäßigen Einschwärzens aus. Insbesondere möchte Cleveland die Auffälligkeit einer durch ein Heizelement hervorgerufenen Verformung am Ende einer Seite minimieren.
Somit behält sogar Clevelands System den Nachteil einer Koaleszenz von Tintentropfen entlang Diagonalen und manchmal – da er sehr steil angewinkelte diagonale Linien fordert, die in manchen Segmenten durch benachbarte vertikale Pixel gebildet werden – sogar entlang Spalten bei.
Eine weitere paradoxe diesbezügliche Entwicklung besteht darin, dass die Versuche, Flüssigkeitsbeladungsprobleme durch Druckmaskentaktiken zu lösen, in manchen Fällen zu Musterartefakten beitragen. Man wird erkennen, dass alle oben erörterten Druckmodi – diejenigen von Lin, Hickman, Cleveland und anderen nicht erwähnten Fachleuten – allesamt äußerst systematisch und somit repetitiv sind.
Beispielsweise tendieren manche Druckmodi wie z.B. quadratische oder rechteckige schachbrettartige Muster dazu, unerwünschte Moire-Effekte zu erzeugen, wenn in den Mustern erzeugte Frequenzen oder Oberschwingungen zu nahe bei den Frequenzen oder Oberschwingungen von in Wechselwirkung stehenden Teilsystem liegen. Derartige Störfrequenzen können in Zitter-Teilsystemen entstehen, die manchmal verwendet werden, um den Papiervorschub oder die Stiftgeschwindigkeit steuern zu helfen.
(g) Bekannte Druckmodi-Technologie
Eine besonders einfache Art und Weise, eine gewünschte Tintenmenge in mehr als einen Stiftdurchgang aufzuteilen, ist das bereits erwähnte Schachbrettmuster: bei einem Durchgang wird jede zweite Pixelstelle gedruckt, und beim nächsten Durchgang werden dann die Leerstellen aufgefüllt.
Um Probleme einer horizontalen „Bandbildung", die oben erörtert wurden, zu vermeiden (und manchmal, um die Moire-Muster zu minimieren) kann ein Druckmodus erstellt werden, so dass das Druckmedium zwischen jedem Anfangsbahn-Durchlauf des Stiftes und dem bzw. den entsprechenden Auffüllbahn-Durchlauf bzw. -Durchläufen vorgeschoben wird. Dies kann derart erfolgen, dass jeder Stiftdurchlauf teilweise als Anfangsbahn-Durchlauf (für einen Abschnitt des Druckmediums) und teilweise als Auffüllbahn-Durchlauf fungiert.
Diese Technik tendiert dazu, den Druckmechanismus betreffende Fehler, deren Reduktion unmöglich oder kostspielig ist, zu verteilen statt anzusammeln. Das Resultat besteht darin, die Augenfälligkeit des Fehlers zu minimalen Kosten zu minimieren – oder, einfacher gesagt, den Fehler zu minimalen Kosten zu verstecken.
Das beim Drucken jedes Düsenabschnitts verwendete Muster ist als „Druckmodus-Maske" oder „Druckmaske" oder manchmal einfach als „Maske" bekannt. Der Begriff „Druckmodus" ist allgemeiner, wobei er üblicherweise eine Beschreibung einer Maske – oder mehrerer Masken, die in einer wiederholten Abfolge oder einer so genannten „Rotation" verwendet werden – und die Anzahl von Durchgängen, die zum Erreichen einer vollständigen Dichte erforderlich sind, und ferner die Anzahl von Tropfen pro Pixel, die definieren, was mit „vollständiger Dichte" gemeint ist, umfasst.
Betriebsparameter können so ausgewählt werden, dass eine Maskenrotation in der Tat erfolgt, obwohl das Stiftmuster über das gesamte Stiftarray hinweg gleich bleibend ist und zwischen Durchgängen niemals verändert wird. Im übertrage nen Sinn kann dies als „automatische" Rotation oder einfach „Autorotation" angesehen werden.
Wie oben erwähnt wurde, tragen manche dieser Techniken in der Tat dazu bei, die unerwünschte Musterbildung, die sich aus der Periodizität von bisher verwendeten Druckmasken ergibt, einzudämmen. Trotzdem sind für die aktuelle neue Generation von Farbdruckern mit ultrahoher Auflösung die Standards der Druckqualität allgemein gesprochen höher, und es wird eine ausgefeiltere Eindämmung dieses Problems benötigt.
(h) Schlussfolgerung
Somit behindern anhaltende Probleme bezüglich der Abfeuerungsfrequenz, der Farbtonverschiebung, der Flüssigkeitsbeladung und der Musterartefakte, wenn sie an vorherrschenden Belangen von Durchsatz und Kosten gemessen werden, bisher das Erzielen eines gleichmäßig hervorragenden Tintenstrahldruckens. Man mag hinzufügen, dass bestimmten Kombinationen dieser Schwierigkeiten bei dem einen oder anderen Druckmedium leichter beizukommen ist; jedoch bleiben zumindest manche dieser Probleme bezüglich aller industriell wichtigen Druckmedien bedeutend.
Wie man sehen kann, sind somit wichtige Aspekte der auf dem Gebiet der Erfindung verwendeten Technologie weiterhin einer sinnvollen Weiterentwicklung zugänglich.
Die EP 0677390 offenbart ein Verfahren zum Verbessern des Druckens grafischer Bilder und eine verwandte Tintenstrahlpunktmatrixdruckvorrichtung. Die Vorrichtung umfasst eine bewegliche Tintenstrahldruckkopfeinrichtung zum Erzeugen eines Farbbilds als Tintentropfen in einem Pixelgitter von mehreren Zeilen und Spalten, wobei die Druckkopfeinrichtung einen Düsenabstand gleich der Pixelzeilenbeabstandung aufweist. Ein Drucken wird durch ein Unterteilen des Gitters in eine ungerade Anzahl N von Gruppen von Punkten, die nicht horizontal benachbart sind, und dann werden N Abtast- Operationen durchgeführt, um das erforderliche Bild zu drucken.
Die US 5,594,478 offenbart eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung zum abschnittsweisen Treiben eines Aufzeichnungskopfs mit einer Mehrzahl von Tintenstrahlöffnungen, die in Blöcke gruppiert sind.
Die EP 0738068 offenbart Zufallsdrucktechniken für Flüssigtintendrucker. Die Techniken umfassen ein Bilden von Masken in einem Zufallsmaskenpuffer. Die Zufälligkeit der Masken verbessert eine Druckqualität und reduziert Druckkopfsignaturprobleme, die aus Druckkopf defekten resultieren, einschließlich fehlgerichteter oder funktionsunfähiger Düsen oder Strahlen.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Die vorliegende Erfindung führt eine derartige Weiterentwicklung durch ein Vorsehen einer Vorrichtung zum Drucken eines Farbbilds auf ein Druckmedium gemäß Anspruch 1 ein. Die Vorrichtung umfasst eine Einrichtung zum Erzeugen eines Farbbilds als Tintentropfen in einem Pixelgitter von mehreren Zeilen und Spalten auf einem derartigen Druckmedium.
Für die Zwecke der Allgemeinheit und Breite bei der Beschreibung und Erörterung der vorliegenden Erfindung wird diese Einrichtung als „Abtastdruckkopfeinrichtung" oder manchmal einfach nur als die „Abtasteinrichtung" oder „Druckkopfeinrichtung" bezeichnet. Die Abtasteinrichtung bewirkt, dass die Zeilen durch eine Zeilenbeabstandung beabstandet sind, und die Abtasteinrichtung selbst weist einen Düsenabstand gleich dieser Zeilenbeabstandung auf.
Ferner ist eine Einrichtung zum Erstellen einer Druckmaske enthalten, wobei Positionsregeln im Wesentlichen ein Adressieren irgendwelcher benachbarten Pixel innerhalb jeder Abtastung in irgendeine Horizontale, vertikale oder diagonale Richtung verhindern. Wiederum für die Zwecke der Allgemeinheit und Breite wird diese Einrichtung „die Erstelleinrichtung" genannt.
Durch den Begriff „Erstellen" ist nicht beabsichtigt, die „Erstelleinrichtung" auf eine Vorrichtung zu begrenzen, die ein Druckmaskenmuster anfänglich erzeugt, obwohl sich natürlich eine derartige Echtzeit-Druckmaskenerzeugungsvorrichtung innerhalb des Schutzbereichs der genannten „Erstelleinrichtung" befindet. Vielmehr ist der Ausdruck „Einrichtung zum Erstellen einer Druckmaske" breiter beabsichtigt, um auch eine Vorrichtung zu umschließen, die einfach Informationen für eine Verwendung bei einem Reproduzieren der Wirkung der Druckmaske hält und liefert.
Zusätzlich umfasst die Vorrichtung dieses ersten Hauptaspekts der Erfindung eine Einrichtung zum Anwenden der Druckmaske, um die Tintenstrahldruckkopfeinrichtung zu steuern. Diese Einrichtung wird die „Anwendungseinrichtung" genannt.
Das Vorstehende kann eine Beschreibung oder Definition der Erfindung in ihrer breitesten oder allgemeinsten Form darstellen. Jedoch kann man sogar bei dieser allgemeinen Form erkennen, dass dieser Aspekt der Erfindung die im Stand der Technik ungelösten Schwierigkeiten beträchtlich abmildert.
Insbesondere mag zuerst angemerkt werden, dass die vorliegende Erfindung die vorhergehend beschriebene Anordnung vermeidet, bei der die Düsenbeabstandung ein Mehrfaches der Pixelzeilenbeabstandung ist. Folglich unterliegt diese Erfindung nicht den zugeordneten Nachteilen dieser Anordnung: relativ geringer Durchsatz und Inflexibilität bei Verwendung.
Während dieser Vorteil beibehalten wird, minimiert die erste Hauptfacette der Erfindung außerdem eine Flüssigkeitsbeladung – in dem Sinn die Menge an Tinte, die sich zu irgendeinem Zeitpunkt in flüssiger Form auf dem Druckmedium befinden kann. Die Erfindung erzielt dies durch ein Vermeiden der Nächster-Nachbar-Bedingungen, die getrennte Tropfen zu größeren Pfützen ziehen, die dazu neigen, einem Trocknen zu widerstehen. Somit greift die Erfindung die Probleme einer Koaleszenz oder einer Pfützenbildung und die früher erwähnten, resultierenden Erscheinungen einer Verwerfung, eines Runzelns, eines Blockierens, etc. an.
Obwohl die Erfindung, wie sie somit in ihrer breitesten Form in Worte gefasst ist, einen beträchtlichen Fortschritt auf dem Fachgebiet des Farbtintentropfendruckens mit ultrahoher Auflösung darstellt, wird die Erfindung dennoch vorzugsweise in Verbindung mit mehreren zusätzlichen Merkmalen oder Charakteristika praktiziert, die den Nutzen ihrer Vorteile maximieren.
Bei einer bevorzugten Form der Erfindung beispielsweise erfordert ein vollständiges Einfärben jeder Region des Druckmediums fünf Durchläufe; und die Druckmaske identifiziert den Durchlauf, bei dem jedes Pixel adressiert wird, durch dieses Sechzehn-mal-Fünf-Muster von Durchlaufzahlen:
Wie es zu bemerken ist, tritt keine der Durchlaufzahlen in diesem Muster zweimal benachbart in irgendeine Richtung auf.
Bei einer anderen bevorzugten Form der Erfindung erfordert ein vollständiges Einfärben jeder Region des Druckmediums sechs Durchläufe; und die Druckmaske identifiziert den Durchlauf, bei dem jedes Pixel adressiert wird, durch dieses Sechzehn-mal-Zehn-Muster von Durchlaufzahlen:
Wiederum ist zu bemerken, dass keine Durchlaufzahl in irgendeine Richtung zweimal in Folge auftritt – einschließlich nicht nur eine horizontale Folge, sondern auch vertikal und diagonal.
Vorzugsweise verhindern Positionsregeln ferner im Wesentlichen bei jeder Abtastung ein Adressieren irgendwelcher vertikal benachbarter Pixel innerhalb der gesamten Höhe der Druckmaske. Bei einer speziellen Form dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung gibt es beispielsweise zehn Durchläufe, und die Druckmaske identifiziert den Durchlauf, bei dem jedes Pixel adressiert wird, durch dieses Sechzehn-mal-Fünf-Muster von Durchlaufzahlen:
Bei noch einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung verhindern Positionsregeln ferner im Wesentlichen bei jeder Abtastung ein Adressieren irgendwelcher horizontal benachbarter Pixel innerhalb der gesamten Breite der Druckmaske. Beispielsweise ist die Druckmaske vorteilhafterweise ein Acht-mal-Acht-„Springer"-Muster – wie es hierin im Folgenden definiert wird; oder es gibt vier Durchläufe und die Druckmaske identifiziert den Durchlauf, bei dem jedes Pixel adressiert wird, durch dieses Vier-mal-Vier-Muster von Durchlaufzahlen:
Vorzugsweise verhindert die Druckmaske ein Adressieren irgendwelcher unmittelbar benachbarter Pixel in irgendeine Richtung entlang Grenzen zwischen vertikal angrenzenden Bändern oder horizontal angrenzenden Masken oder beidem. Dieser spezielle Vorzug ist auf alle Hauptfacetten oder Aspekte der Erfindung anwendbar.
Diese Erfindung sieht ferner ein Verfahren zum Erzeugen und Verwenden einer Druckmaske für eine verbesserte Druckqualität bei einem Tintenstrahldrucker gemäß Anspruch 1. Das Verfahren umfasst den Schritt eines automatischen Erzeugens einer Reihe von Zahlen für eine Verwendung bei einem Definieren von Zeilen oder Spalten – oder beidem – eines Pixelgitters zum Drucken in aufeinanderfolgenden Durchläufen eines Druckkopfs.
Dasselbe umfasst ferner den Schritt eines automatischen Testens jeder Zahl bezüglich Positionsregeln für eine Minimierung einer Tintenkoaleszenz und einer Pfützenbildung. Zusätzlich ist der Schritt eines automatischen Sammelns der Zahlen als ein strukturiertes Array zum Definieren von Zeilen und Spalten eines Pixelgitters zum Drucken in aufeinanderfolgenden Durchläufen eines Druckkopfs enthalten.
Zusätzlich umfasst dieses Verfahren den Schritt eines wirksamen Überprüfens einer Leistungsfähigkeit des Arrays und anderer, die ähnlich erzeugt sind, für eine Auswahl zumindest eines bevorzugten Arrays. Das Verfahren umfasst ferner den Schritt eines Speicherns des Arrays in einem greifbaren Medium für einen späteren automatischen Abruf und eine Verwendung bei einem Steuern eines Druckers.
Das Vorstehende kann eine Beschreibung oder Definition des durch diese Erfindung vorgesehenen Verfahrens in ihrer breitesten oder allgemeinsten Form darstellen. Jedoch kann man sogar bei dieser allgemeinen Form erkennen, dass dieselbe den Stand der Technik vorteilhaft voranbringt, indem ein Weg eines Erzeugens neuer Druckmasken geliefert wird, auf eine Weise, die größtenteils automatisiert sein kann und die dennoch Masken erzeugt, die Koaleszenzprobleme sehr stark abhalten.
Dennoch können gewisse Präferenzen auch für diese Facette der Erfindung dargelegt werden. Beispielsweise ist es bevorzugt, den Schritt des Abrufens und Verwendens des gespeicherten Musters von dem greifbaren Medium für eine Verwendung beim Steuern eines Druckers zu umfassen.
Alle vorstehenden Betriebsprinzipien und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden auf eine Betrachtung der folgenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen hin besser verständlich. Es zeigen:
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine isometrische oder perspektivische Außenansicht eines großformatigen Druckers/Plotters, der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
1A ist ein äußerst schematisches Blockdiagramm desselben Produkts, das insbesondere Schlüsselsignale zeigt, die von und zu einem digitalen elektronischen zentralen Mikroprozessor fließen, um ein Drucken zu bewirken, während die Stifte in jeder von zwei entgegengesetzten Richtungen wandern;
1B ist ein Flussdiagramm, das ein Abwechseln zwischen einer vollständigen Hin- und Herbewegung der Stifte und jedem Vorschub des Druckmediums bei manchen Druckmodi, die von besonderem Interesse sind, zeigt;
2 ist eine ähnliche Ansicht eines Wagens und Wagenantriebsmechanismus, der in dem Gehäuse oder der Abdeckung der Vorrichtung der 1 angebracht ist;
3 ist eine ähnliche Ansicht eines Druckmedienvorschubsmechanismus, der ebenfalls in dem Gehäuse oder der Abdeckung der Vorrichtung der 1 angebracht ist, in Verbindung mit dem Wagen, wie in der gestrichelten Linie in 3 angegeben ist;
4 ist eine ähnliche, aber detailliertere Ansicht des Wagens der 2, die die Druckkopfeinrichtung oder die Stifte, die sie trägt, zeigt;
5 ist eine Unteransicht der Stifte, die ihre Düsenarrays zeigt;
6 ist eine perspektivische oder isometrische Ansicht einer Tintenwiederauffüllkassette zur Verwendung bei den Stiften der 4 und 5;
7 ist eine ähnliche Ansicht, die mehrere Wiederauffüllkassetten (für verschiedene Tintenfarben) ge mäß 6 in einer Wiederauffüllkassettenstation (oder in einer solchen installiert) in dem linken Ende des Gehäuses in der Vorrichtung der 1 zeigt;
8 ist eine sehr stark vergrößerte schematische Darstellung zweier Nutzungsmodi des Punktbildungssystems mit ultrahoher Auflösung der vorliegenden Erfindung;
9 ist eine schematische Darstellung von generischen Druckmaskenstrukturen zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung;
10 ist ein Flussdiagramm, das die Funktionsweise einer Druckmaskenerzeugungseinrichtung oder eines Entwicklungshilfsmittels zeigt, wobei bestimmte Aspekte der vorliegenden Erfindung implementiert sind;
11 ist ein Diagramm, das Beziehungen zwischen bestimmten unterschiedlichen Arten von Druckmodi und Druckmasken zeigt;
12 ist ein Diagramm, das schematisch Beziehungen zwischen Bahnen zeigt, die in einem versetzten oder halb-versetzten Druckmodus gedruckt sind;
13 ist ein Diagramm, das die elementaren Abmessungen einer generischen Druckmaske zeigt;
14 ist ein Diagramm, das schematisch Beziehungen zwischen drei Schreibweisen oder Konventionen zum Darstellen eines exemplarischen Satzes von Druckmasken zeigt;
15 ist ein Satz von Diagrammen, die Pixel zeigen, zwischen denen Beziehungen bei der Praxis von Po sitionsregelaspekten der vorliegenden Erfindung zu testen sind;
16 ist ein Diagramm, das Durchgangsnummern zum Drucken jedes Pixels in einer Acht-mal-Acht-Pixel-Druckmaske zeigt, die als „Springer"-Muster („knight" pattern) bezeichnet wird – zur Verwendung bei Acht-Durchgänge-Druckmodi, mit acht Vorschüben für Glanzmaterial, oder vier für Vinyl;
17 ist ein ähnliches Diagramm für eine Sechzehn-mal-Fünf-(Spalten-mal-Reihen)Druckmaske, zur Verwendung bei einem Zehn-Durchgänge-Druckmodus;
18 ist ein ähnliches Diagramm für eine andere Sechzehn-mal-Fünf-Druckmaske zur Verwendung bei einem Fünf-Durchgänge-Druckmodus;
19 ist ein ähnliches Diagramm für eine Sechzehn-mal-Zehn-Druckmaske zur Verwendung bei einem Sechs-Durchgänge-, Sechs-Vorschübe-Druckmodus;
20 ist ein ähnliches Diagramm für eine Vier-mal-Vier-Druckmaske zur Verwendung bei einem Vier-Durchgänge-, Vier-Vorschübe-Druckmodus;
21 ist ein ähnliches Diagramm für eine Vier-mal-Vier-Druckmaske zur Verwendung bei einem Vier-Durchgänge-, Zwei-Vorschübe-Druckmodus;
22 ist ein ähnliches Diagramm für eine andere Vier-mal-Vier-Druckmaske zur Verwendung bei einem Zwei-Durchgänge-, Ein-Vorschub-Druckmodus;
23 ist eine Probe einer Graurampe, die unter Verwendung der vorliegenden Erfindung – in einem so genannten „Schnell"-Druckmodus – gedruckt wurde;
24 ist eine ähnliche Probe – jedoch für einen „Normal"-Druckmodus; und
25 ist eine ähnliche Probe – jedoch für einen „Beste Qualität"-Modus.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1. BIDIREKTIONALES FARBDRUCKEN BEI HOHER AUFLÖSUNG MIT ZUMINDEST TEILWEISE AUSGERICHTETEN STIFTEN
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der erste kommerzielle Farbdrucker/-plotter mit hoher Auflösung, der bidirektional ohne einen Versatz der Stifte um die vollständige Höhe in der parallel zum Druckmedienvorschub verlaufenden Richtung druckt. Wie man erkennen wird, weist die Erfindung mehrere wichtige Vorteile auf, indem sie die erweiterte Druckzone, die man bisher bei allen bidirektional arbeitenden Hochauflösungsfarbdruckern antrifft, vermeidet.
Im Einzelnen ermöglicht die vorliegende Erfindung die Verwendung eines Mechanismus, der kompakter, vom Gewicht her leichter und sparsamer ist – und sich besser für einen Betrieb mit einer zylindrischen Auflageplatte eines bescheidenen Durchmessers eignet. Sie/Er ist weniger anfällig für eine Bandbildung zwischen einzelnen Farben, eine differentielle Verzerrung und eine Fehlausrichtung auf Grund einer differentiellen Flüssigkeitsvorbeladung unter den mehreren Stiften.
Der Drucker/Plotter umfasst ein Hauptgehäuse 1 (1) mit einem Fenster 2 und einem linken Magazin 3, das ein Ende des Chassis umschließt. In diesem Magazin befinden sich Wagenträger- und -antriebsmechanik und ein Ende des Druck medienvorschubsmechanismus sowie eine Stiftwiederauffüllstation mit zusätzlichen Tintenkassetten.
Der Drucker/Plotter umfasst ferner eine Druckmedienrollabdeckung 4 und ein Aufnahmefach 5 für Längen oder Blätter eines Druckmediums, auf dem Bilder erzeugt wurden und die aus der Maschine ausgestoßen wurden. Ein(e) untere Strebe und Speicherregal 6 überspannt die Beine, die die zwei Enden des Gehäuses 1 tragen.
Direkt über der Druckmedienabdeckung 4 befindet sich ein Eintrittsschlitz 7 zur Aufnahme kontinuierlicher Längen eines Druckmediums 4. Ebenfalls enthalten sind ein Hebel 8 zur Steuerung des Greifens des Druckmediums durch die Maschine.
Eine Frontbedienfeldanzeige 11 und Steuerungen 12 sind in der Außenhaut des rechten Magazins 13 angebracht. Dieses Magazin umschließt das rechte Ende der Wagenmechanik und des Medienvorschubsmechanismus und ferner eine Druckkopfreinigungsstation. In der Nähe des unteren Endes des rechten Magazins für den leichtesten Zugang ist ein Bereitschaftsschalter 14.
In dem Gehäuse 1 und den Magazinen 3, 13 wird die Wagenanordnung 20 (2) in einer Hin und Herbewegung durch einen Motor 31 – entlang doppelter Träger- und Führungsschienen 32, 34 – mittels eines Antriebsriemens 35 getrieben. Der Motor 31 unterliegt der Steuerung von Signalen 31A von einem digitalen elektronischen Mikroprozessor 17 (1A). In einer Blockdiagrammdarstellung ist die Wagenanordnung separat bei 20 dargestellt, wenn sie sich nach links bewegt 16, während sie Tinte abgibt 18, und bei 20', wenn sie sich nach rechts bewegt 17, während sie Tinte abgibt 19.
Ein sehr fein abgestufter Codierstreifen 33 erstreckt sich straff entlang des Abtastweges der Wagenanordnung 20, 20' und wird durch einen automatischen optoelektronischen Sensor 37 gelesen, um Positions- und Geschwindigkeitsinformationen 37B für den Mikroprozessor 15 zu liefern. (In dem Blockdiagramm fließen alle veranschaulichten Signale von links nach rechts, mit Ausnahme der Informationen 37B, die von dem Sensor zurückgekoppelt werden – wie durch den dazugehörigen linksgerichteten Pfeil angegeben ist.) Der Codierstreifen 33 ermöglicht somit eine Bildung von Farbtintentropfen mit ultrahoher Präzision (wie an früherer Stelle erwähnt wurde, üblicherweise 24 Pixel/mm) während des Abtastens bzw. Bewegens der Wagenanordnung 20 in jeder Richtung – d.h. entweder von links nach rechts (vorwärts 20') oder von rechts nach links (rückwärts 20).
Eine derzeit bevorzugte Position für den Codierstreifen 33 liegt in der Nähe der Rückseite der Wagenablage (fern von dem Raum, in den Benutzerhände eingeführt werden, um die Stiftwiederauffüllkassetten zu bedienen). Unmittelbar hinter den Stiften ist eine weitere vorteilhafte Position für den Streifen 36 (3). Für beide Positionen ist der Sensor 37 so angeordnet, dass sein optischer Strahl durch Öffnungen oder transparente Abschnitte einer in dem Streifen gebildeten Skala gelangt.
Eine zylindrische Auflageplatte 41 – die durch einen Motor 42, eine Schnecke 43 und ein Schneckengetriebe 44 unter der Steuerung von Signalen 42A von dem Prozessor 15 angetrieben wird – dreht sich unter der Abtastspur der Wagenanordnung 20, um Blätter oder Längen eines Druckmediums 4A in einer senkrecht zum Abtasten verlaufenden Medienvorschubsrichtung anzutreiben. Dadurch wird das Druckmedium 4A aus der Druckmedienrollenabdeckung 4 gezogen, unter den Stiften an der Wagenanordnung 20, 20' durchgeleitet, um Tintentropfen 18, 19 zur Bildung eines gewünschten Bildes aufzunehmen, und in das Druckmedienfach 5 ausgestoßen.
Die Wagenanordnung 20, 20' umfasst eine zuvor erwähnte rückwärtige Ablage 21 (4), die verschiedene elektroni sche Einrichtungen trägt. Ferner umfasst sie Buchten 22 für vorzugsweise vier Stifte 23–26, die Tinte vier verschiedener Farben halten – vorzugsweise in dem äußerst linken Stift 23 Gelb, dann Cyan 24, Magenta 25 und Schwarz 26.
Jeder dieser Stifte, besonders in einem großformatigen Drucker/Plotter, wie gezeigt, umfasst vorzugsweise ein jeweiliges Tintenwiederauffüllventil 27. Im Gegensatz zu den Stiften bei früheren Druckersystemen mit gemischter Auflösung sind die Stifte alle relativ lang und weisen alle eine Düsenbeabstandung 29 (5) auf, die ein Zwölftel Millimeter beträgt – entlang jeder von zwei parallelen Spalten von Düsen. Diese zwei Spalten enthalten die ungeradzahligen Düsen 1 bis 299 bzw. die geradzahligen Düsen 2 bis 300.
Die zwei Spalten, die jeweils insgesamt einhundertfünfzig Düsen aufweisen, sind um die Hälfte der Düsenbeabstandung vertikal versetzt, so dass der effektive Abstand jedes aus zwei Spalten bestehenden Düsenarrays etwa 1/24 Millimeter beträgt. Die natürliche Auflösung des Düsenarrays in jedem Stift lautet somit etwa vierundzwanzig Düsen (was vierundzwanzig Pixel ergibt) pro Millimeter.
Zum Zweck einer Neuversorgung jedes Stiftes mit Tinte umfasst das System eine Wiederauffüllkassette 51 (6) mit einem Ventil 52, einem Schlauch 53 und einem Verbindernippel 54. Letzterer passt zu einer Vorratsschlauchleitung in der Drucker-/Plotter-Wiederauffüllstation (in dem linken Magazin 3).
Jede Vorratsschlauchleitung wiederum kann die Verbindung mit dem zuvor erwähnten Wiederauffüllventil 27 an einem entsprechenden der Stifte abschließen, wenn der Wagen an der Wiederauffüllstation angehalten wird. Ein Benutzer führt jede Wiederauffüllkassette 51 nach Bedarf manuell in die Wiederauffüllstation ein (7).
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind alle Druckmodi bidirektional. Mit anderen Worten werden aufeinander folgende Durchgänge gedruckt 19, 18, während eine Bewegung in beide Richtungen erfolgt, wobei sich von links nach rechts verlaufende Durchläufe 17 sich mit von rechts nach links verlaufenden Durchläufen 16 abwechseln.
Vorzugsweise werden Schwarz (oder ein anderes Monochrom) und Farbe bezüglich der Geschwindigkeit und der meisten anderen Parameter identisch behandelt. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt die Anzahl verwendeter Druckkopfdüsen immer zweihundertvierzig von den dreihundert Düsen (5) in den Stiften.
Unter anderem ermöglicht diese Anordnung eine Software-/Firmware-Anpassung der effektiven Abfeuerungshöhe des Stiftes über eine Bandbreite von ±30 Düsen, bei etwa 24 Düsen/mm oder ±30/24 = ±1 ¼ mm, ohne jegliche mechanische Bewegung des Stiftes entlang der Druckmedienvorschubsrichtung. Die Ausrichtung der Stifte kann automatisch geprüft und durch Verwendung der zusätzlichen Düsen korrigiert werden. Wie man erkennen wird, eignet sich die Erfindung zur Verwendung mit einer sehr großen Vielfalt bezüglich der Anzahl tatsächlich verwendeter Düsen.
Das System des bevorzugten Ausführungsbeispiels weist drei Druckgeschwindigkeits-/Qualitätseinstellungen auf, die die Auflösung, die Anzahl von Durchgängen, um das Einschwärzen jeder Bahn (oder, genauer gesagt, jeder Teilbahn) abzuschließen, und Wagengeschwindigkeiten etwa wie folgt bestimmen.
Die hier angegebenen variierenden Wahlmöglichkeiten sind für entsprechend unterschiedliche Medien gedacht – beispielsweise beträgt die Wagengeschwindigkeit 63 ½ cm/Sek, mit der Ausnahme, dass 51 cm/Sek für ein Drucken mit höchster Qualität auf Glanzmaterial verwendet wird. Die Auflösung ist sowohl in der horizontalen als auch der vertikalen Richtung dieselbe, d.h. die Reihen- und Spaltenbeabstandung ist dieselbe, so dass Pixel 57 (8) für alle Einstellungen 24 mm im Quadrat betragen.
Das gesamte Drucken, sogar der Betrieb bei niedrigerer Auflösung (12 Pixel/mm), wird in der Tat gesteuert und an dem Hochauflösungsgitter (24-mal-24-Pixel/mm-Gitter) erzeugt. Ein Hochauflösungsdrucken berechnet jedoch die Einschwärzung für jede Position in dem Gitter unabhängig voneinander und implementiert dieses Einschwärzen unabhängig mit einem oder mehr Tintentropfen 56 in jedem Pixel.
Das Niedrigauflösungsdrucken berechnet stattdessen das Einschwärzen lediglich für jede zweite Position in dem Gitter (entlang jeder der senkrechten Achsen oder Abmessungen) und implementiert dieses Einschwärzen mit einer oder mehr zusammengesetzten Doppelhöhe-, Doppelbreite-Tintentropfenstrukturen 58 – von denen jede aus einer aus zwei mal zwei bestehenden Ansammlung einzelner Tintentropfen besteht. Da Berechnungen lediglich für die Hälfte der Reihen und die Hälfte der Spalten durchgeführt werden, beträgt die Anzahl berechneter Punkte lediglich ein Viertel aller Punkte in dem Gitter.
2. ZUFÄLLIG ANGEORDNETE MASKEN
(a) Allgemeine Erörterung
Eine Druckmaske ist ein Binärmuster, das exakt bestimmt, welche Tintentropfen in einem gegebenen Durchgang (Durchlauf) gedruckt werden oder, um dasselbe anders auszudrücken, welche Durchgänge verwendet werden, um jedes Pixel zu drucken. Bei einem Druckmodus einer bestimmten Anzahl von Durchgängen sollte jeder Durchgang – von allen zu druckenden Tintentropfen – einen Bruchteil drucken, der ungefähr gleich dem Kehrwert dieser Anzahl ist.
In der Praxis sind Druckmasken jedoch dazu entworfen, mit den Pixeln umzugehen, die adressiert und nicht „gedruckt" werden sollen. Der Unterschied liegt in den Einzelheiten eines einzelnen Bildes, die bestimmen, ob jedes bestimmte Pixel in einer oder einer anderen Farbe gedruckt oder leer gelassen werden soll.
Somit wird eine Druckmaske verwendet, um zu bestimmen, in welchem Durchgang jedes Pixel adressiert wird, und das Bild bestimmt, während es durch verschiedene andere Aufbereitungsschritte bearbeitet wird, ob jedes adressierte Pixel tatsächlich gedruckt wird, und falls dies der Fall ist, mit welcher Farbe oder mit welchen Farben. Die Druckmaske wird dazu verwendet, um die verwendeten Düsen zwischen Durchgängen gewissermaßen derart zu „vermischen", um an früherer Stelle erörterte unerwünschte sichtbare Druckartefakte – Bandbildung usw. – zu verringern.
Während sich die Aufmerksamkeit bisher auf Zittermasken als Quellen einer Musterbildung und anderer Artefakte richtete, versucht die vorliegende Erfindung, die Beiträge von Druckmasken zu diesen Problemen – und zu deren Lösungen – zu isolieren. Insbesondere strebt die vorliegende Erfindung die Weiterentwicklung der zufälligen Anordnung als Paradigma bei Druckmasken an.
Dieses Streben läuft aller bisherigen Weisheit auf dem Fachgebiet zuwider, die bisher einheitlich auf Druckmaskenmodule und Entwurfstechniken gerichtet war, die gänzlich systematisch und repetitiv sind – genau das Gegenteil der Zufallsverteilung. Durch diesen vorliegenden entgegengesetzten Lösungsansatz wurde ein überraschend guter Erfolg erzielt.
(b) Masken gemäß der vorliegenden Erfindung
Bei dem vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel wird für jede Farbe eine gemeinsame Druckmaske verwendet (jedoch ist diese gemeinsame Maske für verschiedene Modi unterschiedlich). Überdies wird die für jede Farbe verwendete gemeinsame Maske insofern synchronisiert, als jedes Pixel für alle Farbebenen in demselben Durchgang adressiert wird.
Als sehr allgemeine Regel lassen sich für bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zwei Hauptarten von Masken erkennen:
„Eins-von-Vier"-Masken für die meisten „normalen" und „schnellen" Druckqualitätseinstellungen – mit Ausnahme von durchschnittlichen Eins von Sechs für manche Medien, und
„Eins-von-Acht"-Masken für die Einstellung „beste Qualität" – mit Ausnahme von durchschnittlichen Eins von Zehn für matt.
Der Ausdruck „Eins von Vier" bedeutet, dass jede Düse bei einem Vierteil der maximal zulässigen Frequenz abgefeuert wird, und „Eins von Acht" hat die hierzu analoge Bedeutung.
Druckmasken gemäß der vorliegenden Erfindung wurden mit einem Hauptaugenmerk auf Einzelfeldmasken entwickelt. Ein Druckmasken-„Feld" F (9) ist eine Maskeneinheit bzw. ein Baustein, deren bzw. dessen Breite, in Pixeln gemessen, gleich der Anzahl von Durchgängen ist.
Somit ist eine „Einzelfeld"-Druckmaske eine Druckmaske, deren Gesamtbreite W gleich der Anzahl von Durchgängen ist. Die Breite, in Pixeln, einer Mehrfeldmaske kann integral durch die so definierte Breite (d.h. durch die Anzahl von Durchgängen) teilbar sein oder kann einen integralen Restbetrag R, der als Rest bezeichnet wird, aufweisen.
(c) Software-Entwurfshilfsmittel, das beim Implementieren der vorliegenden Erfindung verwendet wird
Die fundamentale Strategie zum Erzeugen von Einzelfelddruckmasken lautet Massiv-Zufall-Iteration, die einen einfachen Algorithmus verwendet, der als Software-Entwurfshilfsmittel implementiert ist, das in der „C"-Programmiersprache beschrieben ist und in einem gewöhnlichen Mehrzweckcomputer arbeitet – wobei die Ergebnisse einer Anwendung von Positionsregeln unterworfen sind. Die Positions- bzw. Punktplatzierungsregeln werden in einem späteren Teilabschnitt des vorliegenden Dokuments wieder aufgenommen.
Das Programm beginnt mit einer Eingabe eines so genannten „Keims" 61 (10) zur Verwendung durch die Funktion „rand()" (von engl. „randomization, zufällige Anordnung bzw. Randomisierung) der „C"-Sprache. Das Programm verwendet eine interne Druckmaskendatenstruktur, die Breite, Höhe, Daten, aktuelle Zeile, aktueller Wert und vorübergehende Nachbarn des aktuellen Werts enthält.
In dem ersten Modul 62 erzeugt der Algorithmus die erste Zeile einer Druckmaske, jeweils immer nur ein Pixelwert zu jedem Zeitpunkt, aus dem Keim und der rand()-Funktion und den Positionsregeln. Schließlich wird jeder „Pixelwert" als die Durchgangsnummer interpretiert, bei der das entsprechende Pixel adressiert wird.
Somit besteht die Funktion „Generate Line" („Erzeuge Zeile") in dem gezeigten ersten Modul 62 aus der Funktion „Generate Value" („Erzeuge Wert"), wobei die aus der Befehlszeile gekeimte rand()-Funktion verwendet wird, wie bereits erwähnt wurde, kombiniert mit einem Test 63 und einem Rückkopplungspfad 64 im Fall eines Versagens.
Die Zeile wird bezüglich der Positionsregeln getestet, entweder nach Abschluss der gesamten Zeile oder nach Hinzufügen jedes Pixelwerts. Wenn gegeben ist, dass so weit keine anderen Datenzeilen vorliegen, ist die Anzahl von Einschränkungen in dem Erste-Zeile-Block 62 minimal. Wenn die Zeile (oder der einzelne Wert, je nach dem Testprotokoll) nicht gültig ist, wird sie (er) verworfen, und eine neue (ein neuer) wird erzeugt. Dieses Vorgehen wird wiederholt, bis eine gültige erste Zeile erzeugt wurde und zu Referenzzwecken für den Entwerfer ausgedruckt werden kann 65.
Als Nächstes tritt das Programm in die Hauptschleife 66 ein. Hier ist die Funktionsweise stark parallel zu dem Erste-Zeile-Modul 62 und weicht lediglich in Bezug auf drei Hauptaspekte ab:

• das Testen 67 ist auf Grund der größeren Anzahl von Einschränkungen von bereits festgelegten Zeilen ausgefeilter,
• ein Testen an der untersten Zeile der Maske ist besonders ausgefeilt, da es einen Test bezüglich der bereits festgelegten obersten Zeile umfasst, die vertikal benachbart sein wird, wenn die Maske schrittweise über das vollständige Pixelgitter bewegt wird, und
• ein Extra-Test 68 ist enthalten, um das System vor einem unendlichen zyklischen Durchlaufen zu schützen, wenn zuvor festgestellte Werte oder Zeilen ein schwer zu lösendes Auswählproblem bezüglich späterer Werte oder Zeilen darstellen.

Was den zuletzt erwähnten Test betrifft, ermöglicht er ein erneutes zyklisches Durchlaufen 69 – immer noch in der Hauptschleife 66 – bis zu einer vordefinierten begrenzenden Anzahl von Ausfällen, verwirft dann jedoch die gesamte in Frage kommende Maske und folgt dem Schleifenpfad 71, um die gesamte Prozedur erneut zu beginnen. Derartige völlige Ausfälle scheinen katastrophal zu sein, sind jedoch in Maschinenzeit ausgedrückt sehr kostengünstig und in Entwerferzeit ausgedrückt fast unbedeutend.
Im Idealfall besteht die Gesamtwirkung der beschriebenen Prozedur darin, sowohl eine Reihenrandomisierung als auch eine Spaltenrandomisierung zu erzeugen. Mit anderen Worten wird gewünscht, dass der zum Drucken jeder Reihe verwendete Durchgang (wobei, um ein vereinfachtes Beispiel zu nennen, lediglich Pixel in einer bestimmten Spalte in Betracht gezogen werden) zufällig ausgewählt wird; und dass die zum Drucken jeder Spalte verwendete Reihe ebenfalls zufällig ausgewählt wird.
In der Praxis können die anhand dieser Prozedur erzeugten Masken als „randomisiert" oder „halbzufällig" bezeichnet werden: sie werden durch die Verwendung von Zufallszahlen entwickelt, dann jedoch Ausschlüssen unterworfen, die in vielen Fällen ziemlich rigoros sind. Selbstverständlich kann das fertig gestellte Array nicht als wahrhaft zufällig betrachtet werden, da ein wahrhaft zufälliges Array viele Koinzidenzen aufweisen würde, die in dieser Umgebung verboten sind.
Während dieser vorläufigen Erzeugungsstufe erzeugt das Programm einfach ein sehr spezielles numerisches Array, selbstverständlich nimmt das Array jedoch in der Phase einer späteren Nutzung eine feste physische Bedeutung an – während das numerische Muster direkt angewendet wird, um den elektromechanischen Betrieb des Druckers zu steuern.
Die beschriebene algorithmische Prozedur wurde bisher verwendet, um 8-mal-15-Pixel-, 8-Durchgänge-Masken als Teil bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und auch manche kleinere Masken zu machen, wie man sehen wird. Es ist sehr allgemein charakteristisch für die erfolgreichsten Masken, die für die „beste Qualität"-Einstellungen bei bidirektionalen Farbdruckern/-plottern mit ultrahoher Auflösung verwendet werden, dass sie viel größer sind als bisher verwendete Druckmasken. Manche bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendeten Masken sind sechzehn Pixel breit und einhundertzweiund neunzig Pixel hoch – das heißt, dass die Breite 87 (13) sechzehn Pixel beträgt und die Höhe 88 einhundertzweiundneunzig Pixel beträgt.
Für sehr kleine Masken, und besonders für sehr einfache, wie die in 21, gibt es immer noch einen Platz beim Lösen von Schnell-Modusv-Anforderungen für die relativ weniger launischen Druckmedien. Derartige Masken können leicht manuell ausgearbeitet werden, da die Anzahl der Möglichkeiten ziemlich gering ist; demgemäß wird der algorithmische Lösungsansatz allgemein nicht für die sehr kleinen Masken verwendet.
(d) Entwicklerbeteiligung, um die Maskierung für jeden Betriebsparametersatz zu perfektionieren
Das Ziel dieser Maskenerzeugungsübungen besteht darin, eine randomisierte Maskierung als Mittel zum Minimieren von Musterungsartefakten und übermäßigem Einschwärzen auszuarbeiten. Das Resultat dieser Vorgehensweise kann somit nicht aus dem Umfang der Randomisierung erhalten werden, die gegebenen Masken tatsächlich verliehen wird, da die Artefakte und die Probleme des übermäßigen Einschwärzens, um die es hier geht, komplexe Produkte von Wechselwirkungen zwischen Tinte und Medium sind.
Diese Wechselwirkungen sind während des Verfassens des vorliegenden Dokuments, mit einigen Ausnahmen, völlig unvorhersehbar. Die Physik der Mikrokoaleszenz, die Chemie der Tinten und der Papierleimung, die Biochemie mancher Druckmedien auf Faserbasis und die Elektrostatik Anderer, die synthetisch sind, sind alle miteinander verflochten, um einen Morast der Variabilität in Bezug auf beobachtbares Verhalten zu erzeugen – was oft über das nur Verwunderliche hinausgeht und wahrlich launisch ist.
Demgemäß stützt sich die vorliegende Erfindung stark auf Beobachtung durch Menschen und ästhetische Bewertung durch Menschen, um tatsächlich nützliche Lösungen aus den Erzeug ten auszuwählen. Die Auswahl basiert auf einem tatsächlichen Ausprobieren der Druckmasken, wie sie beim Drucken sowohl gesättigter als auch ungesättigter Bilder angewendet werden.
In hohem Umfang ist das Prinzip „Versuch und Irrtum" daran beteiligt, die besten zu finden: manche Masken sind für manche Kombinationen aus Medium und Qualitäts-/Geschwindigkeitsanforderungen besser, andere Masken für andere Kombinationen. Durch umfassendes Testen entschied man sich bei der Erfindung schließlich für drei Masken zur Verwendung bei unterschiedlichen Druckqualitätseinstellungen für jedes Medium.
(e) Weiterentwicklungen
Wie an früherer Stelle angemerkt wurde, kann eine randomisierte Druckmaske gemäß der vorliegenden Erfindung als fertig gestelltes Produkt ziemlich weit davon entfernt sein, zufällig zu sein. Die relativ strengen Positionsregeln (siehe nachstehenden Abschnitt 4), die für diese Besonderheit bei der Auswahl verantwortlich sind, sind teilweise auf Einschränkungen bezüglich der Abfeuerungsfrequenz oder die Intensität der Koaleszenz bei modernen Tinten zurückzuführen.
In absehbarer Zukunft kann mit Fortschritten auf dem Gebiet der relevanten elektronischen und chemischen Systeme eine Lockerung beider dieser Arten der Beschränkung erwartet werden. Das Ergebnis sollten ein höheres Maß an Zufälligkeit bei dem Vorgang der Druckmaskenerzeugung sein – und stärker zufällige Muster bei den tatsächlichen Fertigproduktmasken.
Derartige Entwicklungen werden zu einer ständig verbesserten Druckqualität führen. Derartige Qualitätsverbesserungen können insbesondere zum Beispiel bei gleichmäßigen Bildern Wirklichkeit werden, die unter Verwendung der Schnell-Modus-Einstellungen gedruckt werden.
Ein weiteres Gebiet einer betrachteten Erweiterung der vorliegenden Arbeit liegt in der Richtung von Mehrfeldmasken ohne „Rest", wie dies zuvor definiert wurde; dann von Mehrfeldmasken mit einem Rest; und auch in an Kundenwünsche anpassbaren Punktplatzierungsregeln. Alle derartigen Weiterentwicklungen fallen in den Schutzumfang der Erfindung, der durch bestimmte der beigefügten Patentansprüche definiert wird.
3. HALBVERSETZTER DRUCKMODUS
(a) Terminologie
Für die Zwecke des vorliegenden Dokuments ist eine „Bahn" (ein Band) eine Druckregion, die durch die Anzahl verfügbarer und tatsächlich verwendeter Düsen eines Stiftes und die tatsächlich verwendete Breite eines Druckmediums definiert wird. Bei einem „Einzeldurchgangs"-Druckmodus 76 (11) werden alle Düsen eines Stiftes abgefeuert, um eine vollständige Deckung für eine gegebene Bahn von Bilddaten zu liefern.
Einzeldurchgangsmodi weisen den Vorteil der Geschwindigkeit auf, sind jedoch in Bezug auf Koaleszenz oder Tintenbeladung nicht optimal. Somit werden Bahnen oft in Mehrfachdurchgangsmodi 77 gedruckt, wobei jede Bahn lediglich einen Teil der Einschwärzung enthält, die benötigt wird, um ein Bild in einer bestimmten Region des Druckmediums abzuschließen.
In diesem Fall feuert bei jedem Durchgang, in jeder Spalte des Pixelgitters lediglich ein Bruchteil aller Düsen ab. Das Mehrfachdurchgangsfarbdrucken erzeugte bisher Bahnen, die entweder überlagert 78 oder versetzt 80 sind.
Im Fall von überlagerten Bahnen 78 wird eine Sequenz von Druckmasken verwendet, eine nach der anderen, und zwar alle, um einen gemeinsamen Abschnitt des Bildes zu drucken. Erst dann wird die Seite vorgeschoben – um die vollständige Bahnhöhe, da die Einschwärzung für den vorliegenden Abschnitt abgeschlossen ist – und dann wird der nächste Überlagerte-Bahn-Abschnitt des Bildes gedruckt.
Mit Blick darauf, dass alle Bahnen aufeinander gedruckt werden, muss jeder Durchgang unterschiedlich oder „asymmetrisch" sein, um eine vollständige Bedeckung ohne Doppelung zu erzielen. Dieses Schema führt tendenziell zu einer Bandbildung und wird für die derzeitige Generation von Druckerprodukten nicht sehr hoch geschätzt.
Im Fall von versetzten Bahnen 80 wird ein konstanter Pixelversatz verwendet, um den Stift während des Druckens um einen Bruchteil der Bahnhöhe vorzuschieben. Dank dieses repetitiven schrittweisen Bewegens des Druckmediums überlappen sich resultierende gedruckte Bahnen in der Richtung des Druckmedienvorschubs. Entweder eine symmetrische Maskierung 82 oder eine asymmetrische Maskierung 83 kann an versetzte Bahnen 80 angepasst sein – wie in der zuvor erwähnten Cleveland-Patentschrift 5,555,006 in gewissem Umfang erläutert wurde.
Ein Beispiel ist sehr schematisch in 12 zu sehen. Hier stellt der vertikale Vorschub 85 – um sukzessive kleine Versätze 86 – dank des Druckmedienvorschubs (in der zu dem Pfeil 85 entgegengesetzten Richtung) sukzessive Platzierungen von Bahnen 1–4 dar.
(In dieser Zeichnung sind die leichten horizontalen Versätze zwischen Bahn-Rechtecken 1, 2, ... nur enthalten, um es einfacher zu machen, die aufeinander folgenden Bahnpositionen zu visualisieren. Beim eigentlichen Drucken erfolgt selbstverständlich keine derartige horizontale Verschiebung.)
Wie im Fall überlagerter Bahnen enthält jede versetzte Bahn lediglich einen Teil des Einschwärzens, der benötigt wird, um einen Bildstreifen abzuschließen – da die Bahnen nun jedoch nicht alle an derselben Stelle abgelegt werden, ist dieser „Streifen" lediglich ein Bruchteil des Bereiches einer der Bahnen. Wenn man Endeffekte an dem oberen und dem unteren Ende einer Seite (oder eines Blattes oder einer Länge) des Mediums ignoriert, kann dieser elementare „Streifen", in dem die Anzahl von zum Abschluss benötigten Durchgängen ausgewertet werden kann, als „Teilbahn" oder „Band" bezeichnet werden.
Somit ist beispielsweise bei 12 die einzige Teilbahn, die tatsächlich als abgeschlossen gezeigt ist – d.h. mit einer Einschwärzung aus den vier Bahnen, die benötigt werden, um ihre Bildelemente abzuschließen – der Streifen, der in der Tat das Bezugszeichen „4" enthält, neben der Versatzmarkierung „86". Die oberen drei Teilbahnen (die, wie gezeichnet, die Bezugszeichen „1" bis „3" enthalten) erfordern zum Abschluss früher gebildete Bahnen; während die unteren drei (die keine Bezugszeichen enthalten) zum Abschluss später gebildete Bahnen erfordern.
Die Höhe 86 einer Teilbahn oder eines Bandes ist gewöhnlich gleich dem Versatzabstand jeglicher zweier aufeinander folgender versetzter Bahnen – d.h. dem vertikalen Abstand, um den sie versetzt sind. Dieser Versatz, der wiederum normalerweise ein Bruchteil der Gesamtbahnhöhe ist, wird oft in Pixeln ausgedrückt.
(b) Ein Hybridmodus, der beim Farbdrucken neuartig ist
Die vorliegende Erfindung verwendet einen bidirektionalen Farbdruckmodus 79, der ein Hybrid der überlagerten Bahnen 78 und versetzten Bahnen 80 beinhaltet, der als „halbversetzt" bezeichnet werden kann. Bei diesem System drucken die Stifte, während sie in jede Richtung wandern, und das Druckmedium wird um versetzte Bahnen vorgeschoben – jedoch nicht nach jedem Durchgang, sondern vielmehr erst nach jedem zweiten Durchgang.
Im Einzelnen wird das Medium 42A (1B) nach jeder vollständigen Hin und Herbewegung 19, 18 des Stiftwagens vorgeschoben, und die Strecke dieses Vorschubs ist am häufigsten ein Bruchteil der Höhe jedes verwendeten Düsenarrays (d.h. jeder verwendeten Bahn). Was aufeinander folgende Durchgänge betrifft, zwischen denen das Medium nicht vorgeschoben wird, erfolgt der Betrieb wie bei überlagerten Bahnen; was aufeinander folgende Durchgänge betrifft, zwischen denen das Medium vorgeschoben wird, erfolgt der Betrieb wie bei versetzten Bahnen.
Wie an früherer Stelle erläutert wurde, wird ein Halbversetzen von Bahnen ohne weiteres ausgenutzt, um Farbtonverschiebungen im Wesentlichen zu eliminieren, und es eliminiert bzw. minimiert stark bestimmte gerichtete Arten von Koaleszenzartefakten. Es eignet sich zur Verwendung bei Druckmasken, die Probleme eines übermäßigen Einschwärzens minimieren.
Ein Beispiel einer Mehrfachdurchgang-Versetzte-Bahn-Maskierung, die bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann in einer von zumindest drei äquivalenten Schreibweisen 91, 92, 93 (14) dargestellt werden. Die graphisch einfachste Schreibweise 92 ist im Wesentlichen eine Darstellung eines Teils des Pixelgitters, wie es bei jedem von vier Durchgängen adressiert wird.
Bei dieser Schreibweise wird jeder Durchgang durch ein separates Rechteck dargestellt, das Zahlen (Einsen und Nullen) in Reihen und Spalten enthält. Jede Reihe in jedem Rechteck ist Teil einer Reihe in einem bestimmten Abschnitt des Gesamtpixelgitters des Bildes, und jede Spalte in jedem Rechteck ist Teil einer Spalte in demselben Abschnitt des Gesamtpixelgitters. Im Betrieb werden diese Rechtecke wiederholt schrittweise bewegt, so dass das Muster viele Male wieder verwendet wird; bei den meisten bevorzugten Druckmodi hoher Qualität ist die Maske jedoch viel größer als das Beispiel, so dass wesentlich weniger Wiederholung vorliegt.
Alle vier Rechtecke stellen die selben Pixelgitterabschnitte dar. Somit stellt jede Zahl („1" oder „0") in den Rechtecken dar, was an einem spezifischen Pixel in einem Teil des Gesamtpixelgitters geschieht.
Bei diesen Darstellungen bedeutet eine „1", dass dieses bestimmte Pixel während des Durchgangs, der durch das betrachtete Rechteck dargestellt wird, adressiert wird – d.h. gedruckt wird, wenn es etwas zu drucken gibt.
Somit adressiert das System bei dem ersten Durchgang das zweite Pixel von links in der oberen Reihe, das Pixel ganz rechts in der zweiten Reihe und das ganz links in der dritten Reihe. Ferner adressiert es das dritte Pixel von links in der unteren Reihe.
Genau dasselbe wird durch die Zahlen 91 auf der linken Seite des Diagramms gezeigt – d.h. die Zahlen „4", „1", „8" und „2" –, die einfach hexadezimale (oder dezimale) Codierungen der Muster in den Rechtecken sind, die als Binärzahlen gelesen werden. Mit anderen Worten ist „0100" binär gleich „4" in der hexadezimalen oder dezimalen Schreibweise, „0001" ist gleich „1" in hex, „1000" gleich „8" in hex und „0010" gleich „2".
Wiederum wird dasselbe gezeigt, indem die Zahlen „1" in dem einzelnen Rechteck 93 auf der rechten Seite herausgenommen werden. Jede derartige „1" bedeutet, dass die Pixelposition, an der die „1" erscheint, in dem Durchgang Nummer Eins – dem obersten der bereits erörterten Rechtecke 92 – gedruckt wird.
Entsprechend bedeuten die Zahlen „3142" über die obere Reihe des Rechtecks 93 hinweg, dass die Pixelpositionen, in denen diese Zahlen erscheinen, in den Durchgängen Nummer drei, eins, vier bzw. zwei adressiert werden. Dieses System kann auf die mittleren Rechtecke 92 bezogen werden, indem festgestellt wird, welches dieser Rechtecke 92 eine „1" in denselben jeweiligen Pixelpositionen aufweist: das dritte Rechteck für das obere linke Pixel, das erste Rechteck für das zweite Pixel usw.
Obwohl, wie oben angemerkt wurde, die Vorschubsstrecke gewöhnlicherweise ein Bruchteil der Bahnhöhe ist, erfordert ein Zwei-Durchgänge-/Ein-Vorschub-Modus, wie er z.B. in 21 gezeigt ist, einen Vorschub um die vollständige Höhe. In einem solchen Fall grenzen aufeinander folgende Bahnpaare aneinander an, was zu einer gewissen Bandbildung führt; jedoch stellt 21 in der Tat einen optimalen Schnell-Modus für bestimmte Medien dar.
4. POSITIONSREGELN
Wie an früherer Stelle erwähnt wurde, besteht ein ideales Ziel in einer Reihen- und Spaltenrandomisierung, um eine Musterbildung zu minimieren und gleichzeitig den Durchsatz aufrechtzuerhalten. Dagegen besteht ein anderes wichtiges ideales Ziel in einer breiten Trennung zwischen Tintentropfen, die in demselben Durchgang – und auch in zeitlich nahe gelegenen Durchgängen – abgelegt werden, um eine Pfützenbildung zu minimieren und gleichzeitig den Durchsatz aufrechtzuerhalten.
Diese Ziele sind unvereinbar, da wahrhaft zufällige Durchgangszuweisungen gelegentlich nähere Nachbarn erzeugen als mit einer guten Flüssigkeitshandhabung vereinbar ist. Es wird ein optimaler Kompromiss zwischen den zwei Idealen gewünscht.
Am stärksten bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beachten die folgenden Regeln:

• keine unmittelbaren Nachbarn in jeglicher Richtung – horizontal, vertikal oder diagonal;
• nicht mehr als ein Pixel in jeder Reihe, innerhalb der gesamten Breite der Druckmaske;
• nicht mehr als ein Pixel in jeder Spalte, innerhalb der gesamten Höhe der Druckmaske;
• keine unmittelbaren Nachbarn in jeglicher Richtung bei dem unmittelbar vorausgehenden Durchgang; und
• Befolgen der Keine-Unmittelbaren-Nachbarn-Regel über die Nahtstellen zweier vertikal angrenzender Masken oder horizontal angrenzender Masken, oder beides.

Die erste dieser Regeln leitet sich von hinreichend bekannten Koaleszenz- oder Pfützenbildungsüberlegungen, d.h. von Belangen des übermäßigen Einschwärzens, ab. Sie konzentriert sich auf einen unmittelbar angrenzenden horizontalen Nachbarn 4 (15) – wobei das mittige Pixel 95 in dem Diagramm ein derzeit betrachtetes Pixel darstellt – und auch auf einen unmittelbar angrenzenden vertikalen Nachbarn 5 und einen unmittelbar angrenzenden diagonalen Nachbarn 3.
Die zweite Regel entsteht in der Tat aus Einschränkungen der Abfeuerungsfrequenz, wie zuvor erwähnt wurde, trägt jedoch selbstverständlich auch dazu bei, ein übermäßiges Einschwärzen zu minimieren, indem gedruckte Punkte so stark wie möglich verteilt werden. Sie konzentriert sich auf „Abfeuerungsfrequenznachbarn" 2.
Für aktuelle Stifte beträgt die maximale Abfeuerungsfrequenz 7,5 kHz, und ein Ziel des Entwurfs besteht darin, zumindest einen Faktor 2 unter diesem Wert zu bleiben. Bei den meisten der ausgewählten Masken ist die effektive Frequenz vier bis acht mal niedriger als dieser Wert, für einen sehr absolut effektiven Fehlerspielraum.
Die dritte Regel betrifft übermäßiges Einschwärzen und konzentriert sich auf „Vertikalfrequenz"-Nachbarn 1. Die vierte Regel betrifft dasselbe, jedoch in Bezug auf möglicherweise unvollständig getrocknete Tintentropfen, die bei dem unmittelbar vorausgehenden Durchgang aufgebracht wurden – d.h. was als „horizontal-zeitlicher" Nachbar 6, „vertikal-zeitlicher" Nachbar 8 und „diagonal-zeitlicher" Nachbar 7 bezeichnet werden kann.
Die fünfte und letzte Regel ist im Wesentlichen dieselbe wie die erste, konzentriert sich jedoch auf die Regionen, in denen angrenzende Masken zusammenkommen.
Somit werden die Positionen 1 und 2 vorwiegend durch Stiftparameter (Abfeuerungsfähigkeiten) beeinflusst, während die anderen Positionen für Tinten- und Medienartefakte kritisch sind.
Allgemein war es bisher möglich, all die angegebenen Kriterien bei Acht-Durchgänge-Modi (d.h. Druckmasken mit zumindest acht Reihen) zu erfüllen. Eine unzureichende Flexibilität ist bei Sechs- und Vier-Durchgänge-Modi verfügbar; somit ist eine gewisse Lockerung der Regeln erforderlich. Beispielsweise ist die Abfeuerung bei einem Vier-Durchgänge-Modus Eins von Vier und nicht Eins von Acht.
5. TATSÄCHLICH AUSGEWÄHLTE MASKEN
16 bis 21 zeigen die Masken, die nach dem Testen, wie oben beschrieben wurde, aus denjenigen ausgewählt werden, die zufällig erzeugt werden. Wie zuvor erwähnt wurde, wurden manche der kleineren Masken manuell erzeugt, jedoch trotzdem unter Beachtung einer zufälligen Auswahl der Zahlen.
Es stellte sich heraus, dass die Maske der 16 die beste Druckbildqualität für glänzendes Material und auch für ein Vinyldruckmedium liefert, und dementsprechend wurde sie zur Verwendung bei der „Bester"-Modus-Einstellung für diese zwei Medien ausgewählt. Sie wird informell als „Springer"-Druckmaske bezeichnet, da die jedem Durchgang zugewiesenen Pixel relativ zueinander zwei Pixel hinüber und eines nach unten erscheinen – wie die Bewegung der Figur, die beim Schachspiel als „Springer" bezeichnet wird.
Die Maske der 17 erzeugte, als sie getestet wurde, die beste Bildqualität auf mattem Material, und der 18 die beste Bildqualität, wenn sie hintergrundbeleuchtet wurde – mit anderen Worten, wenn sie für eine Overhead-Projektion oder einfach in einem hintergrundbeleuchteten Anzeigerahmen wie bei manchen Arten von Werbeanzeigen verwendet wurde. Sie ist ein „Zweihundert-Prozent-Tinte"-Modus, bei dem die gesamte normale Einschwärzung verdoppelt ist. Die Maske der 17 wird als „Beste"-Druckqualität-Einstellung auf matt verwendet, und 18 für hintergrundbeleuchtete Transparente.
Die Maske der 19 wird bei der „Normal"-Einstellung für glänzend, schwer matt und Vinyl verwendet. Eine Prüfung der Informationen zeigt deutlich, dass mehrere der Positionsregeln gelockert sind.
20 zeigt eine Maske, die für ein „normales" Bedrucken von hintergrundbeleuchteten Transparentmedien (bei einer zweihundertprozentigen Einschwärzung) und auch für ein „schnelles" Bedrucken von glänzendem und Vinylmaterial verwendet wird – alles mit vier Durchgängen und vier Vorschüben. 21 wird für „normales" Bedrucken von matt mit vier Durchgängen und zwei Vorschüben verwendet; und 22 wird als „Schnell"-Einstellung auf einem matten Medium mit zwei Durchgängen und einem Vorschub verwendet.
Die Maske der 22 mag auf einen Blick trivial erscheinen, ist jedoch in der Tat das Ergebnis beträchtlicher Überlegungen. Wie in 5 gezeigt ist, ist jeder Druck kopf – konventionsgemäß – mit zwei Düsenreihen hergestellt, wobei die zwei Reihen um die Hälfte der Düsenbeabstandung in jeder Reihe versetzt sind. Wenn ein Druckmodus zufällig ein Adressieren verlangt, z.B. alle ungeradzahligen Düsen in einem Durchgang und alle geradzahligen in dem nächsten Durchgang, weist diese scheinbar willkürliche Spezifikation eine physische Bedeutung auf, die unbeabsichtigt sein mag: bei schwer eingeschwärzten Regionen feuert bei dem ersten Durchgang die gesamte linke Düsenspalte und dann, im zweiten, die gesamte rechte Spalte ab.
In der Praxis der Konstruktionseinzelheiten werden Stifte allgemein mit einem gemeinsamen Tintenvorratskanal, der alle Tintenkammern in der linken Reihe versorgt, und mit einem anderen gesonderten gemeinsamen Kanal, der alle Kammern in der rechten Reihe versorgt, hergestellt. Ein Abfeuern aller ungeradzahligen oder aller geradzahligen Düsen bedeutet somit einen selektiven Abzug lediglich aus einem oder dem anderen Vorratskanal und tendiert durch Flüssigkeitsströmungsimpedanzeffekte dazu, jegliche Tendenz mancher Düsen, schwach abzufeuern, zu verstärken. Dies können beispielsweise die Düsen sein, die am weitesten von den Einlässen der Kanalquelle entfernt sind – oder diejenigen, die zufällig mit Aperturgrößen hergestellt wurden, die im unteren Toleranzbereich liegen.
Die Maske der 22 erfordert ein Abfeuern, in einem einzigen Durchgang (z.B. Durchgang „1"), zweier vertikal benachbarter Pixel in der rechten oberen Ecke der Maske – was zwei Düsen bedeutet, die in der Nummerierungsabfolge aufeinander folgen. Diese sind physisch eine benachbarte Düse in jeder der zwei Spalten. Dadurch wird die Flüssigkeitsbeladung gleichmäßig zwischen den zwei Vorratskanälen verteilt und nicht in einem oder dem anderen konzentriert. Unabhängig davon, welcher Durchgang betrachtet wird – es erfolgt immer dieselbe Verteilung der hydraulischen Beladung.
Diese Überlegungen reichten aus, um die Maske der 22 in diejenigen aufzunehmen, die Vergleichstests unterworfen werden sollten. Bei diesen Tests stellte man fest, dass die Maske der 22 eine etwas bessere Bildqualität lieferte als ihre natürliche Alternative, ein einfaches Schachbrettmuster. Dementsprechend kommt nun die Maske der 22 zum Einsatz – jedoch lediglich auf mattem Material, für das Koaleszenzprobleme minimal sind.
6. BETRIEB UNTER VERWENDUNG DER AUSGEWÄHLTEN MASKEN
Im Betrieb werden die Masken einfach automatisch aufgerufen. Sie werden gemäß der Kombination der Druckqualitäts- und der Druckmedien-Einstellung, die ein Benutzer des Druckers/Plotters an dem Steuerbedienfeld 12 eingibt, wie durch die Anzeige 11 verifiziert wird, ausgewählt.
Jede Durchgangsnummer in einer bestimmten Zelle einer Maske wird direkt durch den Zentralprozessor des Systems angewendet, um zu bewirken, dass der Wagenantrieb 31, der Medienvorschubsantrieb 42–44, der Codiersensor 37 und Stiftdüsen (5) mit zugeordneten Abfeuerungsvorrichtungen alle beim Implementieren der Durchgangsnummerangabe zusammenwirken. Das heißt, dass sie derart zusammenwirken, dass alle Pixel, die dieser bestimmten Zelle entsprechen, während des angegebenen Durchgangs gedruckt werden – wenn es bei diesen Pixeln jeweils etwa zu drucken gibt.
Die physischen Ergebnisse sind direkt in 23 bis 25 zu sehen, die die durch die Verwendung der vorliegenden Erfindung erhältlichen relativen Qualitätsniveaus – mit dazugehörigen Druckgeschwindigkeiten – deutlich angeben sollten.
Die obige Offenbarung ist lediglich beispielhaft gemeint und soll den Schutzumfang der Erfindung – der durch Bezugnahme auf die beigefügten Patentansprüche bestimmt werden soll – nicht einschränken.

Claims

Vorrichtung zum Drucken eines Farbbilds auf einem Druckmedium (4A); wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist: eine bewegliche Tintenstrahldruckkopfeinrichtung (20, 20', 31, 42) zum Erzeugen eines Farbbilds als Tintentropfen (18, 19) in einem Pixelgitter von mehreren Zeilen und Spalten auf einem derartigen Medium, wobei die Zeilen durch eine Zeilenbeabstandung (28) beabstandet sind; wobei die Druckkopfeinrichtung einen Düsenabstand (28) aufweist, der gleich der Pixelzeilenbeabstandung ist; eine Einrichtung zum Erstellen einer Druckmaske, wobei Positionsregeln (63, 67) im Wesentlichen innerhalb jeder Abtastung ein Adressieren irgendwelcher unmittelbar benachbarter Pixel (3–5) in irgendeiner horizontalen, vertikalen oder diagonalen Richtung verhindern; und eine Einrichtung (15) zum Anwenden der Druckmaske, um die Tintenstrahldruckkopfeinrichtung zu steuern (20B, 31A, 42A).
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der: eine volle Einfärbung jeder Region des Druckmediums fünf Durchläufe erfordert; und die Druckmaske den Durchlauf, bei dem jedes Pixel adressiert wird, durch dieses Sechzehn-mal-Fünf-Muster von Durchlauf zahlen identifiziert:
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der: ein volles Einfärben jeder Region des Druckmediums sechs Durchläufe erfordert; und die Druckmaske den Durchlauf, bei dem jedes Pixel adressiert wird, durch dieses Sechzehn-mal-Zehn-Muster von Durchlaufzahlen identifiziert:
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Druckmaskenerstelleinrichtung ferner eine Einrichtung zum Erstellen der Druckmaske aufweist, so dass: die Druckmaske eine Höhe (88) aufweist; und Positionsregeln ferner im Wesentlichen bei jeder Abtastung (16, 17) ein Adressieren irgendwelcher vertikal benachbarter Pixel (96) innerhalb der gesamten Höhe der Druckmaske verhindern.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 4, bei der: es zehn Durchläufe gibt; und die Druckmaske den Durchlauf, bei dem jedes Pixel adressiert wird, durch dieses Sechzehn-mal-Fünf-Muster von Durchlaufzahlen identifiziert:
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 4, bei der die Druckmaskenerstelleinrichtung ferner eine Einrichtung zum Erstellen der Druckmaske aufweist, so dass: die Druckmaske ferner eine Breite (87) aufweist; und Positionsregeln ferner bei jeder Abtastung (16, 17) im Wesentlichen ein Adressieren irgendwelcher horizontal benachbarter Pixel (97) innerhalb der gesamten Breite der Druckmaske verhindern.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 6, bei der: die Druckmaske ein Acht-mal-Acht-„Springer"-Muster ist.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 6, bei der: es vier Durchläufe gibt; und die Druckmaske den Durchlauf, bei dem jedes Pixel adressiert wird, durch dieses Vier-mal-Vier-Muster von Durchlaufzahlen identifiziert:
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der: die Druckmaske insbesondere ein Adressieren irgendwelcher unmittelbar benachbarter Pixel (3–5) in irgendeine Richtung entlang Grenzen zwischen vertikal angrenzenden Bändern (67) oder horizontal angrenzenden Masken (F) oder beidem verhindert.
Ein Verfahren zum Erzeugen und Verwenden einer Druckmaske für eine verbesserte Druckqualität bei einem Tintenstrahldrucker; wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: automatisches Erzeugen einer Reihe von Zahlen für eine Verwendung bei einem Definieren von Zeilen oder Spalten, oder beidem, eines Pixelgitters zum Drucken in aufeinanderfolgenden Durchläufen (18, 19) eines Druckkopfs (20, 20', 23–26); automatisches Testen (63, 67) jeder Zahl bezüglich Positionsregeln für eine Minimierung einer Tintenkoaleszenz und einer Pfützenbildung; automatisches Sammeln (65, 72) der Zahlen als ein strukturiertes Array zum Definieren von Zeilen und Spalten eines Pixelgitters zum Drucken in aufeinanderfolgenden Durchläufen (16, 17) eines Druckkopfs; wirksames Überprüfen einer Leistungsfähigkeit des Arrays und anderer, die ähnlich erzeugt sind, für eine Auswahl zumindest eines bevorzugten Arrays; und Speichern des Arrays für einen späteren automatischen Abruf und eine Verwendung bei einem Steuern (20B, 31A, 32A) eines Druckers.
Das Verfahren gemäß Anspruch 10, das ferner folgenden Schritt aufweist: Abrufen und Verwenden des gespeicherten Musters zum Steuern (20B, 31A, 32A) eines Druckers.