CN101360613A - 喷墨打印头及喷墨打印的方法 - Google Patents

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Abstract

一种喷墨打印头，包括多个激励小区(10)，分别适于产生墨滴，所述激励小区(10)排列形成多个矩阵(15)；控制电路(20)，用于选择性地激活所述激励小区(10)；所述控制电路(20)包括：第一存储寄存器(30)，用于存储定义哪些激励小区(10)必须在第一打印操作期间被激活的主打印数据；第二存储寄存器(40)，用于存储定义哪些激励小区(10)必须在第二打印操作期间被激活的辅助打印数据；处理单元(50)，可操作地与所述第一和第二存储寄存器(30，40)相关联，以用于将所述辅助打印数据传递到所述第一存储寄存器中，从而定义哪些激励小区必须在所述第二打印操作期间被激活；激励单元(120)，用于向所述矩阵(15)发送单个激励信号(200，201)以用于每个打印操作。也公开了一种喷墨打印的方法。

Description

喷墨打印头及喷墨打印的方法
本发明涉及喷墨打印头以及喷墨打印的方法。更具体而言，本发明涉及热喷墨打印头和热喷墨打印的方法。
喷墨打印机通过喷射很小的墨滴到一般是纸张的打印介质上来打印点，并且喷墨打印机典型地包括一个可移动托架，其支撑各自具有喷墨嘴(或喷孔)的一个或多个打印头。托架在打印介质表面上横向移动，并且喷嘴被控制根据来自微机或其它控制器的命令而在适当时间喷射墨滴，其中期望喷射墨滴的定时对应于所打印图像的像素的图案。
热喷墨打印机的打印头包括一个或多个储墨室和具有喷墨嘴阵列的喷嘴板、与各个喷嘴连通的多个墨蒸发室、以及已知为“激励电阻(firing resistor)”的多个加热电阻，其位于蒸发室内并且与喷墨嘴相对，由蒸发室与喷墨嘴隔开。
为了打印单个墨点，来自外部电源的电流穿过所选择的加热电阻。从电阻到蒸发室内所限定体积的墨的局部热传递蒸发所述体积的墨并且导致其膨胀，从而导致墨滴通过相关喷孔喷射到打印介质上。适当排列的喷嘴形成点矩阵图案。
也提供了一个控制单元，与激励电阻相连以用于选择性地激活激励电阻。当所选电阻要被激活时，并且因此当相关喷嘴将要喷射墨滴时，控制单元产生命令信号，使得电流流经所选电阻，从而加热该电阻。去往激励电阻的这种命令信号也称为激励信号，通常是一个脉冲信号。
在热喷墨技术中有一种趋势，即增加在单个打印头上构造的喷嘴的数量，以及增加那些喷嘴的激励速度。随着喷嘴数量增加，外部连接的数量增加，从而增加打印头及其布线结构的硬件复杂度。可以进行复用，其中墨水激励电阻在时分复用的基础上共享某些连接，以减少到打印头的互连的数量。
在一种已知的复用机制中，选通晶体管电连接到每个激励电阻并且电流仅在选择相关的选通晶体管时才流过其电阻。
美国专利6543882公开了一种打印头，其中激励电阻排列为行和列构成的多个矩阵。更具体地，所引用的专利公开了一种基于动态存储器的墨水激励小区，其包括激励电阻和动态存储电路。每个激励电阻与一个驱动晶体管相关联。驱动晶体管的栅极形成存储节点电容，用作存储晶体管接通或激励数据的动态存储元件。
当评估打印头的整体质量并且因此当设计打印头时，通常需要考虑一些重要的参数。第一个相关参数是最大激励速度，这是每个电阻可以连续被接通的激励速度，也称为“工作频率”。换言之，需要一些时间来产生墨滴、喷射墨滴、以及准备好开始通过加热相同电阻从相同喷嘴新生成墨滴。可以确定打印头的功能性的其它参数是不同电阻的连续激励之间的时间(激励周期)以及可以在一个激励周期中激励的电阻的数量。
申请人观察到，只要激励信号处于高状态下(即，在激励脉冲期间)，被寻址的矩阵的每个激励小区中的打印数据就需要是稳定的，直到所需图案已经完成打印工作。因而得出结论，具有动态存储元件的打印头的工作频率会很低，因为每个激励小区在激励脉冲结束之前不能加载新数据。
申请人进一步观察到，当在激励小区中使用动态存储元件时，打印数据必须存在，直到激励步骤的结束(典型地对应于打印操作)：因此，在将新数据存储在用作动态存储元件的存储节点之前，有必要等待到激励步骤的结束，其中激励步骤涉及驱动晶体管和激励小区的相关激励电阻。
申请人意识到，如果利用执行第一激励步骤的时间加载对执行第一激励步骤之后的第二激励步骤所需要的新数据的至少一部分，则可以可观地减少打印操作的整体时间。换言之，如果在第一激励步骤期间，即，在将脉冲能量传递到激励小区期间，执行用于下一个激励步骤的接通二进制数据的加载，则可以实现打印头工作频率的提高。
具体地，由于耗时的步骤是从控制单元接收打印数据的步骤，因此可以有利地在将第一激励脉冲从控制单元传输到激励小区的同时执行这一步骤，由此节省第一激励脉冲的传输和第二(后续的)激励脉冲的传输之间的时间。
本发明涉及一种喷墨打印头，包括适于喷墨(典型地为墨滴)的多个激励小区。激励小区(firing cell)包括加热电阻和优选地是驱动晶体管的驱动开关元件，驱动开关元件可操作地连接到所述加热电阻，其中当其相关的驱动开关元件(例如对于具有ON和OFF位置的双位置开关元件来说)处于ON位置时，电流流经该加热电阻。如果开关元件是驱动晶体管，则晶体管的选择对应于晶体管导通的情况。特别地，激励小区适于将热量从加热电阻传递到加热电阻(典型地在蒸发室内)附近的墨水体积，从而引起墨水通过与加热电阻相关联的喷嘴喷射。根据优选实施例，所述多个激励小区被分为多个激励组，每个组按照行和列的矩阵排列。
申请人注意到，当多个矩阵中的每个矩阵与其它矩阵分开地被寻址，并且在不同于其它矩阵的时间接收激励信号时，与每个矩阵相关的喷嘴在与多个矩阵中其它矩阵相关联的喷嘴不同的时间喷射墨滴。换言之，作为N个激励信号的序列执行相应于打印操作的激励步骤，其中N是多个矩阵的数量。
申请人已经验证，为了通过这种打印头获得精确的打印，必须使用一种复杂的并且不总是完全可靠的控制技术，因为发送到矩阵的激励信号需要与支撑打印头的托架的运动同步。
这是因为在两个连续的激励信号(每个信号针对不同的矩阵)之间，打印头相对于要被打印的典型为纸的记录介质而言改变其位置。因此，将每个激励信号发送到N个矩阵中的每一个的时刻应考虑打印头在该时刻的位置。在缺乏理想的同步化的情况下，打印在介质上的墨点的线条将无法适当地排列，从而显著降低打印处理的质量。
申请人意识到，通过将单个激励信号发送给所有矩阵，可以增加在每个激励周期(即，不同的电阻的连续激励之间的时间)同时激活的激励小区的数量，使得实现墨点在打印介质上的适当排列。
由于每个矩阵的激励小区同时接通，所以打印头相对于记录介质的位置在激活不同矩阵期间不发生改变，因此确保了墨点在记录介质上正确排列。
申请人发现，通过使用两个分开的存储寄存器，第一存储寄存器用于存储当前打印步骤的打印数据，并且第二存储寄存器用于存储下一个打印步骤的打印数据，可以保持较高的最大激励速度(即，每个寄存器可以连续接通的频率，也称为打印头的“工作频率”)，并且可以减少为打印头正确工作所进行的对激励小区的寻址所必需的连线。第二存储寄存器的加载可以与当前打印步骤至少部分重叠地发生，优选地发生在当前打印步骤期间。
具体而言，在第一方面，本发明涉及一种喷墨打印头，包括：
多个激励小区，每个适于产生墨滴，所述激励小区排列形成多个矩阵；
控制电路，可操作地与所述激励小区相关联，以用于选择性地激活激励小区；
其中，所述控制电路包括：
第一存储寄存器，用于存储定义哪些激励小区必须在第一打印操作中被激活的主打印数据；
第二存储寄存器，用于存储定义哪些激励小区必须在第二打印操作中被激活的辅助打印数据；
处理单元，可操作地与所述第一和第二存储寄存器相关联，以用于将所述辅助打印数据传递到所述第一存储寄存器中，从而定义哪些激励小区必须在所述第二打印操作期间被激活；
激励单元，可操作地与所述矩阵相关联，以用于向所述矩阵发送单个激励信号以用于每个打印操作。
在一个不同的方面中，本发明涉及一种打印的方法，所述方法包括以下步骤：
布置具有多个激励小区的打印头，每个激励小区适于产生墨滴，所述激励小区排列形成多个矩阵；
在第一存储寄存器中存储主打印数据，其适于选择哪些激励小区必须在第一打印操作中被激活；
向所述矩阵发送第一单个激励信号，以用于通过所述主打印数据所选择的激励小区执行所述第一打印操作；
在第二存储寄存器中存储辅助打印数据，其定义哪些激励小区必须在第二打印操作中被激活；
将所述辅助打印数据传递到所述第一存储寄存器中，从而定义新的主打印数据；
向所述矩阵发送第二单个激励信号，以用于通过所述新的主打印数据所选择的激励小区执行所述第二打印操作。
进一步的特征和优点将从对根据本发明的打印头和打印方法的优选但不唯一的实施例的具体描述中变得更加明显。此描述将在以下参考附图进行阐述，以非限制性实例的方式给出，其中：
图1是根据本发明的优选实施例的打印头的框图；
图1a-1c示出图1的功能块的细节；
图2是图1的打印头的一部分的电路图；
图3是作为时间的函数示出在图1的打印头中使用的信号的示意图；
图4a和4b是示出图1的打印头中使用的连接和由其所发送的数据的表格；
图5a和5b示出总线和图1的打印头的激励小区的矩阵之间连接的不同实施例。
参考附图，根据本发明的打印头被总的标注为参考标号1。
打印头1包括多个激励小区10，每个激励小区适于产生墨滴(图1a)。在打印头是热打印头的情况下，墨水流动到每个激励小区10，其依靠加热电阻选择性地加热电阻附近的少量墨水，并且使墨水以小滴的形式通过与该加热电阻相关联的喷嘴开口喷射到要打印的介质上。
每个墨滴的体积可以是例如4pl(即，4×10-12升)。
优选地，每个激励小区10包括加热电阻13和驱动开关元件14，驱动开关元件14可操作地与加热电阻13相关联(例如，电连接)以用于选择性地将电信号提供给该电阻(图2)。
当激励小区10将要被激活时，驱动开关元件14变为导通，使得预置电流流经各个激励电阻13。从激励电阻13传递到墨水的热量使得墨水膨胀并且喷出墨滴。
开关元件14优选地是驱动晶体管，更优选地是N沟道FET(场效应晶体管)。如图2中的实施例所示，加热电阻13的一端电连接到驱动晶体管14的漏-源通路。该漏-源通路也电连接到参考电压，比如地。加热电阻13的另一端通过输入端19d电连接到接收激励信号200和201的激励线。激励信号优选地是能量脉冲的形式。
为了将墨滴喷射到要打印的介质上，为打印头1提供多个喷嘴11，每个喷嘴与相应的加热电阻13相关联。
通过控制电路20(图1)提供打印数据，激励小区10根据打印数据被选择性地激活。
控制电路20包括用于存储主打印数据的第一存储寄存器30，主打印数据定义哪些激励小区10必须在第一打印操作中被激活，以及用于存储辅助打印数据的第二存储寄存器40，辅助打印数据定义哪些激励小区10必须在第二打印操作中被激活，第二打印操作优选地跟在所述第一打印操作之后。
利用第一激励信号200激活第一打印操作，而利用第二激励信号201激活第二打印操作。
应注意，在本文中，“打印操作”意在包括为了打印第一存储寄存器中存储的数据所定义的图案而执行的一个或多个步骤，一般来说是一组步骤。这种步骤组基本上包括根据存储在第一存储寄存器中的主打印数据，在激励之前的某个时刻选择和激活必要的激励小区10。
优选地，将第一存储寄存器30划分为多个第一存储小区32(图1b)，每个存储小区32与相应激励小区10相关联，以存储关于相应激励小区10的主打印数据。
具体而言，如图2中所示，第一存储寄存器30的每个第一存储小区32包括电容31a。驱动晶体管14的栅极电连接到电容31a。当该电容充电时(即，存储主打印数据的一个比特)时，驱动晶体管的逻辑电平是“1”，而当该电容放电时，驱动晶体管的逻辑电平是“0”。
根据一个优选实施例，电容31a不是与确定晶体管14分立的元件，而是晶体管14的栅极的寄生电容。该寄生电容可以是例如0.1pF或更小。
优选地，第二存储寄存器40包括多个第二存储小区42，每个第二存储小区与一个相应的激励小区10相关联，以存储关于这样的相应激励小区10的辅助打印数据。
具体而言，如图2中所示，第二存储寄存器40的每个第二存储小区42包括电容41a。当该电容充电(即，存储主打印数据的一个比特)时，驱动晶体管的逻辑电平是“1”，而当该电容放电时，驱动晶体管的逻辑电平是“0”。
根据一个优选实施例，该电容41a是晶体管14的栅极的寄生电容，后面将对其进行描述。该寄生电容可以是例如0.1pF或更小。
第二存储寄存器40的每个第二存储小区42进一步连接到第一存储寄存器30的相应第一存储小区32，使得，如将在以下描述的，当第一存储小区32从主打印数据放电时，辅助打印数据可以从相对应的第二存储小区42传递到第一存储小区32，并且可以执行第二打印操作。
具体而言，参考图2，电容41a电连接到驱动晶体管41b的栅极。驱动晶体管41b的漏-源通路与晶体管17a的漏-源通路电串联，晶体管17a又与电容31a的一端相连接。
当打印信息的一个比特要从第二存储小区42传递到第一存储小区32时，晶体管17a通过输入端17b所接收的信号而呈导通，使得第二存储小区42和第一存储小区32彼此连接，并且存储在电容41a中的该比特数据可以传递到电容31a。
优选地，激励小区10被排列形成N个矩阵15(N＞1)，每个矩阵由C列和R行限定。根据优选实施例，每个矩阵具有相同的行数和列数。
优选地，排列第一存储寄存器30的第一存储小区32，以形成所述第一存储寄存器31的多个矩阵，每个矩阵31与激励小区10的相应矩阵15相关联。优选地，每个这种矩阵由C列和R行所定义，以形成与激励小区10的矩阵15的大小相同的存储矩阵31。
优选地，将第二存储寄存器40的第二存储小区42分组，以形成所述第二存储寄存器40的多个矩阵41，每个矩阵41与相应的激励小区10的矩阵15相关联。有利地，每个矩阵41由C列和R行所定义。
例如，打印头1可以包括激励小区的六个矩阵、第一存储小区的六个矩阵(第一存储寄存器)、以及第二存储小区的六个矩阵(第二存储矩阵)。
每个矩阵可以具有8列和16行、总共128个小区；因此可以提供768个激励小区、768个第一存储小区和768个第二存储小区。
控制电路20进一步包括处理单元50，其可操作地与第一和第二存储寄存器30、40相关联，以用于将辅助打印数据传递到第一存储寄存器30中，从而定义新的主打印数据，并且优选地用于加载新的辅助打印数据到所述第二存储寄存器40中。
换言之，第一存储寄存器30包含用于第一打印操作的主打印数据；激励小区10由第一激励信号200激活，以执行所述第一打印操作。
当完成第一打印操作时，辅助打印数据从第二存储寄存器40传递到第一存储寄存器30，使得这种辅助打印数据定义新的主打印数据，即，在后续的第二打印操作中所采用的打印数据。
利用第二激励信号201，激活激励小区10以完成第二打印操作。
打印过程可以通过将新的辅助打印数据加载到第二存储寄存器40中而继续进行，使得当这种新的辅助数据传递到第一存储寄存器30中时可以执行另一个打印操作。优选地，在第二打印操作结束之后将新的辅助数据加载到第一存储寄存器中。
图3示出示意性地表示用于激活各个打印操作a1、a2和a3的激励信号(A)；用于激活从第二到第一存储寄存器的数据传递的传递信号(B)，和用于激活新的辅助数据到第二存储寄存器的加载的数据加载信号(C)的时序图。在该图中，示出了三个打印操作(a1、a2和a3)和相应的加载操作c1、c2和c3。如图3中示意性地示出的，将辅助数据加载到第二存储寄存器中可以有利地与打印操作至少部分重叠地执行。例如，在第一打印操作(a1)期间，执行用于执行第二打印操作(a2)的数据加载(c2)。
控制电路20可以包括第一时序单元61，其可操作地与第二存储寄存器40相关联，以用于在第一打印操作期间激活将辅助打印数据存储到第二存储寄存器40中。
以这种方式，当根据第一存储寄存器30中存储的主打印数据执行第一打印操作时，将辅助打印数据40加载到第二存储寄存器40中，从而使得在第一打印操作结束时，辅助数据可用于传递到第一存储寄存器30中。
控制电路20可以包括第二时序单元62，其可操作地与处理单元50相关联(例如，电连接)，以用于在第一打印操作结束后激活辅助打印数据从第二存储寄存器40到第一存储寄存器30的传递。
在完成第一打印操作之后，第一存储寄存器30的内容可以通过将用于第二打印操作的辅助打印数据(即，新的主打印数据)加载到其中而进行更新。
控制电路20可以包括第三时序单元63，以用于在将辅助打印数据从第二存储寄存器40传递到第一存储寄存器30结束之后，激活第二打印操作。
优选地，为了将控制电路20连接到矩阵15，并且更具体而言连接到矩阵15的激励小区10，为打印头1提供总线连接70。
根据将要执行的功能步骤(即，在激励脉冲之前加载数据或对行进行寻址)，总线连接70可以承载不同类型的数据。
根据一个优选实施例，激励小区10的每个矩阵15的每行15a连接到总线70的相应通道71，并且每个所述矩阵15的每列15b连接到总线70的至少一个相应通道71；为了清楚起见，这种连接已经在分别的图中示出(1a和5a、5b)。
例如，当辅助打印数据必须被加载到第二存储寄存器40中时，总线连接70承载所述第二存储寄存器40的被寻址矩阵41的每列的打印数据(图1c)。
根据本发明的优选实施例，总线连接70的通道71的数量M(图1a-1c)等于C，即，激励小区10的每个矩阵15的列数，并且更优选地等于第一和第二存储寄存器30、40的每个矩阵的列数。
因此，激励小区10的每个矩阵15的每列15a优选地与总线连接70中相应通道71相关联，使得相应通道71承载关于所述列15a的打印数据。第二存储寄存器40的每个矩阵的每列连接到总线连接70的相应通道71，这是与每个激励矩阵15的第一列15a所关联的通道相同的通道。在图1的实例中，其中，第二存储寄存器40包括六个矩阵，第一矩阵的第一列、第二矩阵的第一列……第六矩阵的第一列连接到总线连接的第一通道；第一矩阵的第二列、第二矩阵的第二列……第六矩阵的第二列连接到总线连接的第二通道，依此类推。
在图1a-1c所示出的实例中，总线70具有八个通道71，每个通道对应于每个矩阵15、31、41的一列(即，C＝8)。
根据一个优选实施例，激励小区10的矩阵15水平地并排排列，使得每个矩阵最右边的列与右边相邻矩阵的最左边的列相邻并且基本上平行。
优选地，第一存储寄存器30的矩阵和第二存储寄存器40的矩阵也以这种方式排列。
当辅助打印数据要存储在第二存储寄存器40中时，第二存储寄存器40的矩阵被选择性地并且逐步地接通，以存储总线70所承载的数据。
应注意，总线通道71所承载的数据同时输入到第二存储寄存器40的所有矩阵。但是，如将在以下明确的，在特定时间，仅有通过相应选通信号选择的矩阵将被加载所承载的打印数据。
例如，当辅助打印数据要被存储在第二存储寄存器40的第一矩阵41中时，总线70的每个通道71承载相应列的数据；同时，将一个选通信号发送到该第一矩阵(而不发送到第二存储寄存器40的其它矩阵)，使得总线连接70所承载的数据仅存储在第一矩阵中。
优选地，在第一矩阵的每列的所有存储小区中，加载同一条数据(即，例如，如果总线连接70的第三通道承载“0”，则“0”将存储在第一矩阵的第三列的所有小区中)；稍后将利用选择单元100(将在后面具体描述)执行对将被激活以用于打印操作的行的选择。
然后，对第二存储寄存器40的每个其它矩阵执行相同的步骤。第二矩阵的数据由总线连接70承载，并且一个选通信号被发送到第二矩阵；接着，第三矩阵的数据由总线连接70承载，并且一个选通信号被发送到第三矩阵，依此类推。
在实践中，将选通信号选择性地发送到第二存储寄存器40的每个矩阵，使得每个所述矩阵被选择性地接通以存储总线70所承载的新的打印数据。
因此，对第二存储寄存器40的所有矩阵逐渐加载各自的辅助打印数据。
如以上参考第二存储寄存器40的第一矩阵所公开的，同样在第二存储寄存器40的所有其它矩阵中，每列的所有小区存储同一条数据；换言之，在第一列的每个小区中，将存储某条数据(或比特)；在第二列的每个小区中，将存储另一条数据(或比特)，依此类推。
以这种方式，存储在某个矩阵的行中的数据的顺序将是相同的。
在过程的此阶段，不执行对行的选择；将通过选择单元100选择被激活以用于打印的行15b，选择单元100将在后面具体描述。
当辅助打印数据加载到第二存储寄存器40中时，根据存储在第一存储寄存器30中的主打印数据执行第一打印操作。
第一存储寄存器30的每个矩阵包含在前一个数据加载步骤期间存储在其中的主打印数据。
优选地，在第一存储寄存器30的矩阵的每列的所有小区中加载同一条数据(即，例如，在某个矩阵的第二列的所有小区中将存储“0”，而在同一个矩阵的第四列的所有小区中将存储“1”)。
换言之，特定时刻在第一存储寄存器30的每个矩阵中存储的打印数据仅涉及一行激励小区10；存储在第一存储寄存器的一个矩阵的每行中的打印数据与存储在同一矩阵的其它行中的打印数据相同。
如将在以下公开的，由选择单元100执行对将被激活的一行激励小区的选择。
存储在第一存储寄存器30的每个矩阵中的主打印数据优选地仅涉及相对应的矩阵15的一行15b激励小区10。
为了选择要在每个打印操作中激活的激励小区10，控制电路20包括选择单元100。
具体而言，选择单元100包括寻址块101，用于选择性地每次寻址每个矩阵15的至少一行15b，所述至少一行15b包括可以在打印操作期间被接通的激励小区10。
在实践中，选择单元100，具体而言是寻址块101，每次选择矩阵15的一行。
优选地，激励小区10的矩阵15并排排列，使得矩阵15的每行与每个相邻矩阵的相对应的行轴向对齐。
尽管第一和第二存储寄存器的每个矩阵与激励小区的矩阵优选地具有相同尺寸(即，R×C)，但本发明构想了这样的情况，即存储矩阵与激励小区的矩阵具有不同的尺寸。
寻址块101同时选择每个矩阵15的一行。例如，寻址块101在寻址步骤开始时选择第一矩阵的第一行、第二矩阵的第一行……直到第N(在图1中，N＝6)矩阵的第一行，以执行第一打印操作。
然后，对于第二打印操作，寻址块101选择第一矩阵15的第二行、第二矩阵的第二行……直到第N矩阵的第二行。
控制电路20进一步包括激励单元120，用于将激励信号200、201发送到激励小区10以激活激励小区10。
具体而言，激励单元120发送单个激励信号到所有矩阵15以进行每个打印操作。
优选地，激励单元120发送第一激励信号200到所有矩阵15以进行第一打印操作，而在第二打印操作期间发送第二激励信号201到所有矩阵15。
具体而言，将激励信号200、201发送到每个矩阵15的所有激励小区10，而不管哪些小区10将根据打印数据被设为喷射墨滴。对要被激活的小区(即，要被激活的行)的选择由选择单元100执行。
以这种方式，执行以下基本步骤：
将主打印数据存储在第一存储寄存器30的每个小区中；
由选择单元100，并且具体而言由寻址块101，执行对行15b的选择；
将激励信号发送到所有激励小区10。
因此，每个激励小区10在以下条件得到满足时喷射墨滴：
在对应于该激励小区10的第一存储寄存器30的小区32中存储了表示“喷射”的数据比特(例如“1”)；
选择单元100选择了该激励小区10所属的行15a；
所述激励小区接收到激励信号(例如，前述的第一或第二激励信号200、201)。
所选激励小区10的驱动开关元件14使得预设的电流流经所选的加热电阻13，使得所选图案的墨滴喷射到打印介质上。
应注意，在打印操作开始时，第一存储寄存器30的每行存储相同的主打印数据，即，第一存储寄存器30的每行呈现相同顺序的比特。
当选择单元100(即寻址块101)被激活时执行选择，使得仅所选行(其可包括喷射和非喷射小区)实现当前打印操作的主打印数据所标识的打印图案。
根据第一实施例，每个矩阵15的行的数量R等于或小于总线连接70的通道71的数量。图5a示出一个实施例，其中每行15b与相对应的通道71相关联，使得当要选择预设的行15b时，寻址块101通过与该预设的行相关联的通道71发送选择信号(例如，“1”脉冲)。
在实践中，为了选择在某个打印操作期间必须被接通以喷墨的矩阵15中的行，将单个信号(即，前述的选择信号)从寻址块101发送到该行，使得在打印操作中激活该行。
根据第二实施例，矩阵15的行的数量R大于通道71的数量(图5b)。在这种情况下，可用的通道不足以按一一对应的方式寻址所有行15b。控制电路20包括解码单元80，其可操作地插入总线连接70和矩阵15之间，以用于将该矩阵15的每行15b与通道71的组合相关联，例如，两个通道的组合被关联到行15a。
因此，每一个通道71可以连接到多于一个行15b。
作为示例，假如采用具有八个通道的总线来寻址十六行，图4a示出一个表格，其中矩阵15的每行15b由通道71的组合来标识。例如，行1对应于通道7和6的组合。
如果数字电子控制使用负的双极逻辑，则正电压代表逻辑“0”。通过将值“0”赋予所选通道，并且将值“1”赋予非所选通道，获得图4b的对应码。
优选地，总线连接70仅包括一条总线；在这种情况下，控制电路20和矩阵15与存储寄存器30、40之间的连接的总数显著减少，根据本发明的打印头1的总体硬件复杂度也显著减小。
控制电路20也可以包括一个加热控制电路110，以用于至少使得激励小区10的一个预设组在一个或多个打印操作开始之前，在给定的温度下进行预热。
加热控制电路110具有维持激励小区的温度基本上随时间恒定的一般目的，以避免在打印操作期间所产生的墨滴体积发生变化。
具体而言，根据优选的实施例，在执行每个打印操作之前以大约50℃加热所有激励小区10。
发送到激励小区以用于预热步骤的每个脉冲的持续时间可以根据要喷射的墨滴的体积而变化(墨滴越小，脉冲越短)；例如，该持续时间可以在200ns和500ns之间。
根据另一个优选实施例，仅预热那些属于为了下一个打印操作而选择的行15b的激励小区10。
由加热控制电路110所产生的预热脉冲优选地比激励单元120所产生的激励脉冲(或激励信号)短，从而保持激励小区的温度足够高，而不产生墨滴。
优选地，激励脉冲的持续时间在1μs和2μs之间。例如，激励脉冲的持续时间大约是1.5μs。
优选地，打印头1进一步包括设置单元90，其可操作地与第一存储寄存器30相关联以用于在辅助打印数据从第二存储寄存器40传输过来之前，将所述第一存储寄存器30的第一存储小区设置成相同的条件。
在实践中，第一存储寄存器30的第一存储小区32可根据打印数据在两个操作条件之间驱动；所述条件可以对应于例如“0”状态和“1”状态。
在辅助数据从第二存储寄存器40传输到第一存储寄存器30之前，设置单元90将第一存储寄存器30的所有第一存储小区32设置为相同的逻辑状态(即，“0”状态或“1”状态)。
以这种方式，先前存储的数据从第一存储寄存器中被删除，使得辅助打印数据可以加载到第一存储寄存器30的预设小区中。
优选地，第一存储寄存器30的第一存储小区32被设为“1”状态；然后，不打算激活相对应的激励小区的小区将被驱动到“0”状态，而打算激活相对应的激励小区10的第一存储小区32将保持在“1”状态。
优选地，打印头1的工作频率在15kHz和20kHz之间，并且具体而言基本上等于约18kHz。
图2示出激励小区10的一个优选实施例，其与第一存储寄存器30的第一存储小区32和第二存储寄存器40的第二存储小区42相关联。
通过输入端16a接收选通信号，以用于激活晶体管16c和使得辅助打印数据能够存储到第二存储小区42中；通过输入端16b接收辅助打印数据。
电容41a是其中加载有辅助数据的存储元件；优选地，该电容41a是晶体管41b的寄生电容，并且具体而言是晶体管41b的栅极和源极之间限定的电容。
可以添加辅助的驱动晶体管16d，以增加第二存储小区42的存储能力的持续时间。
如已经描述过的，激励小区10包括加热电阻13和驱动开关元件(晶体管)14；由电容31a限定与该激励小区10相关联的第一存储寄存器30的第一存储小区32。
加热电阻13可以具有例如大约120Ω的电阻；对加热电阻13供电的电压可以是例如在12V和13V之间。
电容31a优选地是晶体管14的寄生电容，被限定在该晶体管的栅极和源极之间。
利用晶体管17a执行辅助打印数据从第二存储小区42到第一存储小区32的传输，晶体管17a通过输入端17b接收来自处理单元50的使能信号。
如果晶体管41b是导通(ON)的(即，电容41a中存储的是“1”)，则电容31a放电并且激励小区10将不会被接通。
如果晶体管41b是关断(OFF)的(即，电容41a中存储的是“0”)，则电容31a将保持其电荷并且激励小区10将能够被激活。
应注意到，假如在将辅助数据传输到第一存储寄存器中之前执行一个设置(或预充电)步骤，则将执行上述步骤(即，对应于将不被激活的激励小区的电容31a放电)。在此情况下，在该传输之前，电容31a一直充电。
很明显，很容易修改上述工作机制使其适合不执行预充电操作的电路。
利用晶体管19a执行设置或预充电步骤，晶体管19a通过输入端19c供电并且通过输入端19b接通。
为了选择激励小区10，可以提供解码单元80；优选地，解码单元80包括多个解码电路80a。
在优选的实施例中，每个激励小区10与相应的解码电路80a相关联；在另一个优选的实施例中，每行激励小区与相应的解码电路80a相关联。
解码电路80a分别插入总线连接70和相应激励小区10或激励小区10的行之间。
图2中所示的解码电路具有两个输入端81、82，各自连接到总线连接70的相应通道71。
根据通过通道71传输的信号，可以选择或不选择激励小区10。
再参考执行预充电的电路，解码电路80a包括一对晶体管83、84，它们分别与输入端81、82相连接。
如果输入端81、82都承载“0”信号(即，所选激励小区10的行——参见图4a和4b的表格)，电容31a将保持其电荷并且激励小区10将能够被激活。
另外，如果输入端81、82中的至少一个承载“1”，电容31a将放电并且激励小区10将不能接通。
在图2的电路中，通过晶体管18a能够进行行的选择，由一个命令信号通过输入端18b适当地激活晶体管18a。
输入端19d适于接收激励信号，使得，如果选择了激励小区10所属的行，并且存储在电容31a中的主打印数据是“1”，则当接收到激励信号时，加热电阻13适当地使得一滴墨滴被产生并且通过与该激励小区10相关联的喷嘴11将其喷射出。
利用输入端18b和19d，借助于晶体管18a执行电路110的用于预热步骤的功能。为要执行的打印操作所选择的行被激活，并且通过输入端19d将一个预热信号(例如，预热脉冲)提供到激励小区10。预热激励脉冲的持续时间优选地在为产生墨滴而发送的激励信号(或激励脉冲)的持续时间的5％和40％之间，并且特别在10％和20％之间。

Claims (43)

1.一种喷墨打印头，包括：
多个激励小区(10)，分别适于喷墨，所述激励小区(10)排列形成由行和列组成的多个矩阵(15)；
控制电路(20)，可操作地与所述激励小区(10)相关联，以便选择性地激活激励小区(10)；
其中，所述控制电路(20)包括：
第一存储寄存器(30)，用于存储定义哪些激励小区(10)必须在第一打印操作期间被激活的主打印数据；
第二存储寄存器(40)，用于存储辅助打印数据；
处理单元(50)，可操作地与所述第一和第二存储寄存器(30，40)相关联，以便将所述辅助打印数据传递到所述第一存储寄存器中，从而定义哪些激励小区必须在第二打印操作期间被激活；
激励单元(120)，可操作地与所述矩阵(15)相关联，以便向所述矩阵(15)发送用于所述第一和第二打印操作中的每一个的激励信号(200，201)。
2.如权利要求1的喷墨打印头，其中，所述控制电路(20)进一步包括第一时序单元(61)，其可操作地与所述第二存储寄存器(40)相关联，以便在至少部分地与第一打印操作重叠的时间期间激活将所述辅助打印数据存储到所述第二存储寄存器(40)中。
3.如权利要求1或2的喷墨打印头，其中，所述控制电路(20)进一步包括第二时序单元(62)，其可操作地与所述处理单元(50)相关联，以便当所述第一打印操作一结束就激活所述辅助打印数据从所述第二存储寄存器(40)传递到所述第一存储寄存器(30)。
4.如权利要求3的喷墨打印头，其中，所述控制电路(20)进一步包括第三时序单元(63)，以用于在所述传递结束之后激活所述第二打印操作。
5.如权利要求1的喷墨打印头，其中，所述激励单元(120)通过发送对所有所述矩阵(15)共用的单个激励信号(200，201)来激活所述第一和第二打印操作中的每一个。
6.如权利要求1的喷墨打印头，其中，每个激励小区(10)包括：
加热电阻(13)；
驱动开关元件(14)，可操作地与所述加热电阻(13)相关联以便根据所述打印数据选择性地驱动所述加热电阻(13)导通。
7.如权利要求6的喷墨打印头，进一步包括多个喷嘴(11)，每个喷嘴(11)与相应的激励小区(10)相关联以便喷射所产生的墨滴。
8.如权利要求1的喷墨打印头，其中，排列所述激励小区(10)以限定多个矩阵(15)，所述多个矩阵中的每个矩阵(15)具有C列(15a)和R行(15b)激励小区(10)。
9.如权利要求1的喷墨打印头，进一步包括总线连接(70)，以便连接所述控制电路(20)和所述矩阵(15)。
10.如权利要求9的喷墨打印头，其中，所述总线连接(70)具有的通道(71)的数量等于所述矩阵(15)的列数C，每个所述列(15a)与所述总线(70)中相应的通道(71)相关联。
11.如权利要求9或10的喷墨打印头，其中，所述数量R等于或小于所述总线(70)的通道(71)的数量，每个所述行(15b)与所述总线(70)中相应的通道(71)相关联。
12.如权利要求9或10的喷墨打印头，其中，所述数量R大于所述总线(70)的通道(71)的数量。
13.如权利要求12的喷墨打印头，进一步包括解码单元(80)，其可操作地插入所述总线(70)和所述激励小区(10)的矩阵(15)之间，以便将每行(15b)与所述总线(70)的通道(71)的相应组合相关联。
14.如前述任何一项权利要求的喷墨打印头，其中，所述控制电路(20)利用基本上同时发送到激励小区(10)的所有矩阵(15)的单个激励信号(200，201)来激活每个打印操作。
15.如前述任何一项权利要求的喷墨打印头，其中，所述第一存储寄存器(30)包括多个第一存储小区(32)，它们排列形成多个第一存储矩阵(31)，每个第一存储矩阵(31)与相应的激励小区(10)的矩阵(15)相关联，并且适于存储与所述相应矩阵(15)的激励小区(10)相关的主打印数据。
16.如权利要求15的喷墨打印头，其中，所述第一存储寄存器(30)的每个矩阵(31)具有C列和R行。
17.如前述任何一项权利要求的喷墨打印头，其中，所述第二存储寄存器(40)包括多个第二存储小区(42)，它们排列形成多个第二存储矩阵(41)，每个第二存储矩阵(41)与相应的激励小区(10)的矩阵(15)相关联，并且适于存储与所述相应矩阵(15)的激励小区(10)相关的辅助打印数据。
18.如权利要求17的喷墨打印头，其中，所述第二存储寄存器(40)的每个矩阵(41)具有C列和R行。
19.如权利要求16的喷墨打印头，其中，每个所述第一存储小区(32)与相应的激励小区(10)相关联以便存储其主打印数据。
20.如权利要求19的喷墨打印头，其中，排列所述第一存储小区(32)以限定第一存储寄存器(30)的所述矩阵，每个所述矩阵由C×R个第一存储小区限定。
21.如权利要求17的喷墨打印头，其中，所述每个第二存储小区(42)与相应的激励小区(10)相关联，以便存储其辅助打印数据。
22.如权利要求18和21的喷墨打印头，其中，排列所述第二存储小区(42)以限定第二存储寄存器(40)的所述矩阵，每个所述矩阵优选地由C×R个第二存储小区限定。
23.如权利要求19的喷墨打印头，其中，所述每个所述第一存储小区(32)可根据所述打印数据在至少两个不同的操作状态之间驱动。
24.如权利要求23的喷墨打印头，其中，所述控制电路(20)进一步包括设置单元(90)，其可操作地与所述第一存储寄存器(30)相关联，以便在所述辅助打印数据从所述第二存储寄存器(40)传递之前，将所述第一存储寄存器(30)的第一存储小区设置成相同的逻辑状态。
25.如前述任何一项权利要求的喷墨打印头，其中，所述控制电路(20)进一步包括选择单元(100)，其可操作地与所述激励小区(10)相关联，以便在每个打印操作期间选择哪些激励小区必须被激活。
26.如权利要求8和25的喷墨打印头，其中，所述选择单元(100)包括寻址块(101)，以用于每次选择性地寻址每个所述矩阵(15)的至少一行(15b)，所述被寻址的至少一行(15)包括要在下一个打印操作中被激活的激励小区(10)。
27.如前述任何一项权利要求的喷墨打印头，其中，所述控制电路(20)进一步包括一个加热控制电路(110)，以用于在一个或多个所述打印操作开始之前，至少使得一个预设组的激励小区(10)被加热。
28.如权利要求27的喷墨打印头，其中，所述预设组的激励小区(10)是属于为下一个打印操作所选择的行(15b)的激励小区(10)。
29.如前述任何一项权利要求的喷墨打印头，其中，所述处理单元(50)与所述第二存储寄存器(40)可操作地相关联，以便将新的辅助打印数据加载到所述第二存储寄存器(40)中。
30.一种喷墨打印方法，包括：
设置具有多个激励小区(10)的打印头(1)，每个激励小区(10)适于喷墨，所述激励小区(10)排列形成多个矩阵(15)；
在第一存储寄存器(30)中存储主打印数据，其适于选择哪些激励小区(10)必须在第一打印操作期中被激活；
向所述矩阵(15)发送第一激励信号(200)，以便通过由所述主打印数据选择的激励小区(10)执行所述第一打印操作；
在第二存储寄存器(40)中存储辅助打印数据；
将所述辅助打印数据传递到所述第一存储寄存器(30)中，从而定义哪些激励小区(10)必须在第二打印操作中被激活；
向所述矩阵(15)发送第二激励信号(201)，以便通过由所述新的主打印数据选择的激励小区(10)执行所述第二打印操作。
31.如权利要求30的方法，进一步包括将新的辅助打印数据加载到所述第二存储寄存器(40)中的步骤。
32.如权利要求30或31的方法，其中，在所述第二存储寄存器(40)中存储所述辅助打印数据的所述步骤至少部分地在所述第一打印操作期间执行。
33.如权利要求30至32中任何一项的方法，其中，将所述辅助打印数据从所述第二存储寄存器(40)传递到所述第一存储寄存器(30)中的步骤在所述第一打印操作结束之后执行。
34.如权利要求30至33中任何一项的方法，其中，在将所述辅助打印数据从所述第二存储寄存器(40)传递到所述第一存储寄存器(30)的步骤结束之后，执行所述第二打印操作。
35.如权利要求31至34中任何一项的方法，其中，将所述新的辅助打印数据加载到所述第二存储寄存器(40)中的步骤至少部分地在所述第二打印操作期间执行。
36.如权利要求30至35中任何一项的方法，其中，每个所述打印操作包括基本上同时向所有所述矩阵(15)发送单个激励信号(200)的步骤。
37.如权利要求30至36中任何一项的方法，其中，每个所述矩阵(15)由C列(15a)和R行(15b)的激励小区(10)限定。
38.如权利要求37的方法，进一步包括在每个打印操作中顺序地寻址所述矩阵(15)的行(15b)、以便在其中识别要被激活的激励小区(10)的步骤。
39.如权利要求30至38中任何一项的方法，其中，所述第一存储寄存器(30)包括多个第一存储小区(32)，分别与相应的激励小区(10)相关联，并且为其存储主打印数据。
40.如权利要求39的方法，其中，每个第一存储小区(32)可根据所述打印数据可在至少两个不同的操作状态之间驱动。
41.如权利要求40的方法，进一步包括在执行打印操作之前，将每个所述第一存储小区(32)设置为相同的逻辑状态的步骤。
42.如权利要求30至41中任何一项的方法，进一步包括在执行一个或多个打印操作之前加热预设组的激励小区(10)的步骤。
43.如权利要求42的方法，其中，所述预设组的激励小区(10)是在要执行的打印操作中要被激活的激励小区(10)。
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