CN105682929B - 具有前和后成像系统的打印机 - Google Patents

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Abstract

一种打印系统包括用于捕获接收介质的图像的多个成像系统。照射系统采用照射图案来照射接收介质，由此提供反射照射图案和透射照射图案。第一成像系统定位成捕获包括反射照射图案的接收介质的第一面的第一图像，以及第二成像系统定位成捕获包括透射照射图案的接收介质的相对第二面的第二图像。分析所捕获的第一和第二图像，以确定第一图像中的反射照射图案和第二图像中的透射照射图案的相对位置。供对齐采用第一和第二成像系统所捕获的图像中使用的成像系统对齐参数响应所确定的相对位置而确定。

Description

具有前和后成像系统的打印机
技术领域
本发明一般涉及数控打印系统领域，以及具体来说涉及用于对齐图案、例如这些系统所打印的图像或文本中使用的成像系统的配准。
背景技术
许多打印系统配置成在接收介质的正面和背面进行打印。通常，使用打印系统的一部分在接收介质的正面打印图案(例如图像或文本)。在接收介质传输到打印系统的另一部分之后，在接收介质的背面打印第二图案(例如图像或文本)。
当墨水由打印系统的打印头施加到接收介质时，它由接收介质来吸收，并且通常使接收介质膨胀。这种膨胀沿轨迹内和跨轨迹方向发生，并且常常随接收介质上的位置而改变。接收介质的膨胀常常不利地影响接收介质相对于打印系统的介质传输的对齐，这能够导致打印质量的降低。另外，墨水由接收介质的吸收(常常与操作打印系统环境(例如温度或湿度条件相结合)常常使接收介质在打印期间伸展，这能够导致打印质量的进一步降低。
为了实现可接受的打印质量等级，例如在接收介质的正面所打印的图案应当与接收介质的背面所打印的图案适当配准。
授予荣格的标题为“用于调整图像形成装置的图像对齐的方法和装置”的美国专利7295223描述一种用于调整使用热打印头在介质两面进行打印的打印机中的图像对齐的方法。介质的第一面的第一打印图案和介质的第二面的打印图案由传感器来检测。位置偏差被确定并且用来调整打印区位置。
授予布拉德利等人的标题为“用于图像配准的装置、系统和方法”的美国专利7394475描述一种涉及打印第一和第二配准标记的打印配准的方法。传感器模块通过检测第一配准标记通过第一光通道模块时以及第二配准标记通过第二光通道模块时的光转变来检测配准。在一些配置中，在页面的相对面打印第一和第二配准标记。
授予米塞斯的标题为“双工网络打印机系统配准技术”的美国专利申请发表2010/0329756描述一种用于配准接收器的相对面上打印的图像的方法。在接收器的两面打印配准标记。接收器的一面上的传感器用来通过使光经过接收器透射来检测两组标记。
授予杜克等人的标题为“多个介质面上的配准图案”的共同转让美国专利申请发表2013/0050329以及授予杜克等人的标题为“多面介质图案配准系统”的相关美国专利申请发表2013/0050763描述一种用于对齐在接收器的两面所打印的图案的方法。第一照相装置定位成捕获包括第一打印图案的介质的第一面的图像，以及第二照相装置定位成捕获包括第二打印图案的介质的第二面的图像。二面基准设置成在两个照相装置的视场中与介质的边缘相邻。基准的位置在所捕获图像中检测，并且用来定义每个图像中的基准原点。打印图案的位置在各图像中相对于基准原点来确定，并且用来调整后续打印图像的配准。这种方式的缺点在于，它要求硬件来再定位照相装置，或者它要求照相装置的视场的一部分专用于打印介质外部的成像区。
仍然存在对改进打印系统所打印的图案的配准的持续需要。
发明内容
本发明表示一种打印系统，其包括用于捕获接收介质的图像的多个成像系统，包括：
传输系统，用于沿传输通路经过打印系统来传输接收介质，接收介质具有第一面和相对的第二面；
一个或多个打印模块，用于在接收介质上形成打印图像；
照射系统，用于采用提供照射图案的光来照射接收介质的第一面，其中照射图案中的光的一部分从接收介质的第一面来反射，由此提供反射照射图案，并且照射图案中的光的一部分经过接收介质透射到接收介质的第二面，由此提供透射照射图案；
第一成像系统，定位成捕获接收介质的第一面的至少一部分的图像，第一成像系统具有包括反射照射图案的至少一部分的视场；
第二成像系统，定位成捕获接收介质的第二面的至少一部分的图像，第二成像系统具有包括透射照射图案的至少一部分的视场；
数据处理系统；以及
程序存储器，在通信上连接到数据处理系统，并且存储指令，其配置成使数据处理系统实现用于对齐第一和第二成像系统的方法，其中该方法包括：
使用第一成像系统来捕获接收介质的第一面的第一图像，第一图像包括反射照射图案的至少一部分；
使用第二成像系统来捕获接收介质的第二面的第二图像，第二图像包括透射照射图案的至少一部分；
分析所捕获的第一和第二图像，以确定第一图像中的反射照射图案和第二图像中的透射照射图案的相对位置；
响应所确定的相对位置而确定一个或多个成像系统对齐参数；以及
将所确定的成像系统对齐参数存储在处理器可访问存储器中，以供以后将采用第一成像系统所捕获的图像与采用第二成像系统所捕获的图像对齐中使用。
本发明的优点在于，能够对齐成像系统，而无需使用任何打印配准标记。
它具有附加优点：照射图案的位置与接收介质的位置无关，并且是从接收介质的任一面可查看的。
它具有另一优点：对齐的成像系统能够用来捕获打印系统所产生的打印图案的图像，以便促进打印系统的对齐。
附图说明
图1A是用于在接收介质的正面和背面进行打印的常规打印系统的示意侧视图；
图1B示出具有在接收介质的第一面所打印的第一图案和在接收介质的第二面所打印的第二图案的接收介质；
图2是按照本发明的一个实施例、包括用于将在接收介质的第一面所打印的第一图案与在接收介质的第二面所打印的第二图案进行配准的图像配准系统的数字打印系统的示意侧视图；
图3是沿线条A-A所截取的图2的图像配准系统的示意截面图；
图4示出具有覆盖有与第一和第二成像系统的视场对应的第一和第二图像区域的投射照射图案的接收介质；
图5是示出照射系统与成像系统之一集成的图像配准系统的备选实施例的示意图；
图6是示出多个成像系统定位在接收介质的同一面的图像配准系统的备选实施例的示意图；
图7示出包括适合与一维传感器阵列配合使用的多个线性特征的示范照射图案；
图8示出用于产生图7的照射图案的照射源的示范实施例；
图9示出如沿线条B-B所查看的图8的线条生成器组合件的视图；
图10示出如沿线条C-C所查看的图8的鲍威尔棱镜的截面；
图11示出使用投影透镜将照射图案投射到接收介质上的照射源的另一个示范实施例；
图12是示出多个成像系统定位在接收介质的两面的图像配准系统的备选实施例的示意图；
图13是按照本发明的实施例、用于对齐打印图像的方法的流程图；以及
图14示出包括动态对齐元件的可拆卸照射模块。
要理解，附图是为了便于示出本发明的概念，而不是按规定比例。
具体实施方式
在以下描述中，将按照通常实现为软件程序的方面来描述本发明的一些实施例。本领域的技术人员将易于知道，这种软件的等效方面也可通过硬件来构成。因为图像操纵算法和系统是众所周知的，所以本描述将具体针对形成按照本发明的方法的组成部分或者与其更直接协作的算法和系统。本文中没有具体示出或描述的这类算法和系统的其他方面连同用于产生和以其他方式处理所涉及的图像信号的硬件和软件可从本领域已知的这类系统、算法、组件和元件中选取。在给定如以下按照本发明所述的系统的情况下，本文没有具体示出、建议或描述的、对于实现本发明有用的软件是常规的并且属于这类领域的技术人员了解的范围之内。
本描述将具体针对形成按照本发明的设备的组成部分或者更直接地与其协作的元件。要理解，没有具体示出或描述的元件可采用本领域的技术人员众所周知的各种形式。在以下描述和附图中，相同参考标号在可能的情况下用来表示相同元件。
本发明包括本文所述实施例的组合。提到“具体实施例”等表示本发明的至少一个实施例中存在的特征。单独提到“一实施例”或“具体实施例”等不一定表示相同的一个或多个实施例；但是，这类实施例并不是互斥的，除非另加说明或者如本领域的技术人员易于清楚知道的。
在表示元件和组件中的单数或复数的使用不受限制。另外，诸如第一、第二等的提法意在仅供参考，而不应当被理解为意味着任何特定顺序是预计的或者是使本公开正确起作用所需的。应当注意，除非另加明确说明或者上下文要求，否则词语“或者”在本公开中用于非排他意义。
为了清楚起见，本发明的示例实施例示意地而不是按比例示出。本领域的技术人员将能够易于确定本发明的示例实施例的元件的具体大小和互连。
喷墨打印涉及将墨水非接触式地施加到接收介质。通常，两种类型的喷墨机制被使用，并且根据技术来分类为“按需喷墨”(DOD)或者“连续喷墨”(CIJ)。第一种技术、即“按需喷墨”打印提供墨滴，其使用加压致动器(例如热、压电或静电致动器)来填入记录表面。一种常用按需喷墨技术使用热致动从喷嘴喷射墨滴。位于喷嘴处或附近的加热器将墨水充分加热到沸腾，从而形成蒸汽泡，其创建足够内部压力以喷射墨滴。这种形式的喷墨通常称作“热喷墨”(TIJ)。
通常称作连续喷墨打印的第二种技术使用加压墨水源、通过在压力下迫使墨水经过喷嘴来产生连续液体墨水流。墨水流使用液滴形成机构来扰动，使得液体喷射按照可预测方式分解为墨滴。一种连续喷墨打印技术使用采用加热器的液体流的热激励，以形成最终成为打印液滴和非打印液滴的液滴。打印通过有选择地偏转打印液滴和非打印液滴并且捕获非打印液滴进行。已经开发用于有选择地偏转液滴的各种方式，包括静电偏转、空气偏转和热偏转。
本文所述的本发明适合与任一种类型的喷墨打印过程或者与其他类型的数字打印过程配合使用，包括例如流通液体分配过程、电子照相打印过程或者热打印过程。
如本文所述，本发明的示例实施例提供通常用于喷墨打印系统中的打印系统或配准系统。但是，许多其他应用正在兴起，其使用喷墨打印头来发射需要细微地计量并且以高空间准确性来沉积的液体(除了墨水之外)。除了包括一个或多个染料或色素的墨水(例如水性墨水或溶剂型墨水)之外，这些液体还能够包括各种基底涂层和处理、各种药材以及对于形成例如各种电路组件或结构组件是有用的功能材料。示例药材包括施加到皮肤和经皮药用贴片、用来向皮肤或者经过皮肤输送特定药物剂量的那些药材。因此，如本文所述的术语“液体”和“墨水表示由以下所述的打印系统或打印头所喷射的任何材料。另外，术语“接收介质”意在包括各种介质类型，包括例如纸张、纸板、卡纸板、乙烯基、药用贴片基底、用于食品、服装和其他消费者商品的包装中的材料(例如塑料袋原料)以及用于印刷电路中的基底(例如聚酰亚胺(包括)、PEEK和透明导电聚酯)。
参照图1A，示出用于在接收介质10的第一面10A和第二面10B进行打印的常规打印系统1。接收介质10的等距视图在图1B中示出。打印系统1包括打印控制器6，其控制第一打印头20和第二打印头25。接收介质10经过打印系统1相对于第一和第二打印头20、25经由介质传输系统12(其也由打印控制器6来控制)来传输。
接收介质10是连续介质带、通常称作接收介质的连续卷筒纸，使其沿经过介质传输系统12的行进通路移动。介质传输系统12通常包括驱动辊、卷筒纸引导辊和卷筒纸张力装置。接收介质10经过介质传输系统12来路由，并且介质传输系统12中的张力提供驱动辊与接收介质10之间的摩擦，以防止滑动。因此，驱动辊的各旋转能够与接收介质10(其在打印系统1中传输)的线性长度或行程相互关连。通常，辊的至少一个包括编码器13，其在驱动辊的每转创建所定义数量的脉冲。驱动辊的圆周和编码器13的每转的脉冲的所定义数量由打印控制器6用来确定打印系统1中的接收介质行程。
当接收介质10经过打印系统1来传输时，接收介质10的第一面10A(通常称作正面)在第一打印头20下面通过，以用于打印第一面图像。接收介质10随后由翻转机构15来反转，使得接收介质10的第二面10B(有时称作背面)面向第二打印头25，以用于打印第二面图像。在一些实施例中，第一打印头20在接收介质10的第一面10A打印提示标记32(图1B所示)。在接收介质10由翻转机构15来反转之后，存在提示传感器9，其在感测提示标记32时与打印控制器6进行通信，从而为打印控制器6提供确定接收介质位置的参考点。提示传感器9通常是光电二极管或者其他光敏装置、照相装置或图像捕获装置，其能够感测从空白接收介质10所反射的光与从打印提示标记32所反射的光的差。备选地，接收介质10能够包括预先打印提示标记，其由提示传感器9来感测。当预先打印提示标记包含在接收介质10上时，另一个提示传感器9b能够用来检测提示标记，以便使第一面图像能够相对于预先打印提示标记来定位。
参照图1B，接收介质10包括在第一目标位置在接收介质10的第一面所打印的第一图案30以及在第二目标位置在接收介质10的第二面10B所打印的第二图案35。各目标位置采用沿介质行进方向的轨迹内位置以及与介质行进方向垂直的跨轨迹位置来定义。轨迹内位置用来表示沿接收介质10的长度的位置，而跨轨迹位置用来表示跨接收介质10的宽度的位置。反转的第一图案30A和反转的提示标记32A分别示出如从第二面10B所查看的第一图案30和提示标记32的位置。第一和第二目标位置具有对应相对位置，其包括相对轨迹内位置和相对跨轨迹位置。
用于定位沿轨迹内方向的打印的过程与用于定位沿跨轨迹方向的打印的过程有所不同。当接收介质10经过打印系统1来传输时，接收介质上的第一和第二目标轨迹内位置相对于打印头移动。第一打印头20和第二打印头25在适当的第一和第二轨迹内目标位置在其下面通过时被提示进行打印。因此，当第一目标轨迹内位置在第一打印头20下面通过时，打印控制器6确定第一提示时间，从而考虑打印液滴从打印头到接收介质的飞行时间。在第一提示时间，提示第一打印头20打印第一图案30。
在打印第一图案30并且接收介质10经过打印系统1来传输之后，当第二目标轨迹内位置在第二打印头下面通过时，打印控制器6确定第一与第二打印头20、25之间的接收介质10行程，以便确定第二提示时间。在第二提示时间，提示第二打印头25打印第二图案35。
当接收介质10沿传输通路来传输时，打印控制器6发信号通知第一打印头20打印提示标记32以及在适当提示延迟(第一提示延迟)之后打印第一图案30。提示延迟通常根据编码器脉冲的数量来测量。在接收介质10由翻转机构15来反转之后，反转的提示标记32A通过并且由提示传感器9来检测。在考虑提示传感器9与第二打印头25之间的距离以及第二图案35相对于反转的提示标记32A的预期放置的适当提示延迟(第二提示延迟)之后，第二打印头25打印第二图案35。
虽然在轨迹内目标位置进行打印取决于跟踪接收介质10在穿过打印系统1时的运动，但是在第一和第二跨轨迹目标位置进行打印取决于第一打印头20和第二打印头25相对于接收介质10的机械跨轨迹对齐，并且能够通过控制第一打印头20和第二打印头25中的哪些喷嘴用于打印来调整。通常，第一打印头20和第二打印头25包括重叠喷嘴阵列，其覆盖接收介质10的跨轨迹宽度。打印控制器6控制选择哪些喷嘴将墨水喷射到接收介质10上，以便在第一和第二跨轨迹目标位置进行打印。
当墨水喷射到接收介质10上时，它被吸收，从而使接收介质10沿轨迹内和跨轨迹方向扩张。干燥接收介质上的墨水通常涉及向接收介质施加热，从而不仅干燥墨水，而且还使接收介质10的非打印部分的水分含量下降。当接收介质10的水分含量下降时，在打印和非打印区域中，接收介质10通常沿轨迹内和跨轨迹方向收缩。轨迹内膨胀使接收介质10的长度增加，这影响接收介质10行程的确定，因为介质传输系统12中的编码器13具有固定圆周和每转脉冲的所定义数量。由于接收介质10的长度的增加，要求介质传输系统12中的编码器的更多转数，以便补偿接收介质10的增加长度。没有任何补偿，当打印控制器6提示第二打印头25打印第二图案35时，接收介质10行程比第一图案30与第二图案35之间的正确相对轨迹内位置原本所需的要小。因此，第二图案35和第一图案30的配准会不正确。
补偿膨胀通过打印覆盖的差进一步复杂化。例如，如果在接收介质10的第一面10A所打印的第一图案30要求重覆盖而第二面10B只要求轻覆盖，则接收介质10将以不同速率膨胀。另外，当覆盖面积沿跨轨迹方向改变时，轨迹内膨胀将跨接收介质10改变。这能够使接收介质10在其沿介质传输系统12移动时沿跨轨迹方向漂移，因为张力跨驱动辊不是均匀的。当接收介质10漂移时，第一图案30和第二图案35的跨轨迹位置受到影响。轨迹内膨胀变化也能够导致接近打印头的接收介质中的歪斜。这能够产生打印图像中的歪斜。
另外，例如温度和湿度等的操作条件也能够影响接收介质10膨胀。当打印系统1加热时，或者当操作条件发生变化时，打印系统1中的温度和湿度将发生变化。这能够影响诸如墨水吸收以及墨水干燥的速率之类的因素，因而影响轨迹内和跨轨迹膨胀。
打印系统1一般将包括例如在初始设置或维护循环期间用于校准的特征，以便确保第一图案30和第二图案35的配准。校准通常要求测试图案的打印以表征诸如组件的机械位置、墨滴的飞行时间、接收介质行进速率之类的属性。系统能够通过进行组件的各种机械或电气调整并且调整诸如提示延迟和喷嘴偏移之类的各种参数来校准。但是，这种类型的校准常常需要打印系统1脱机。但是，上述问题常常在校准之后的正常打印操作期间发生。因此，常常需要不仅在打印系统1的初始安装和设置期间而且在正常打印操作期间确定和校准第一图案30和第二图案35的配准。
如本文所述，本发明的示例实施例包括用于确定在接收介质的第一面和第二面所打印的图案(例如图像或文本)的配准的打印系统、组件和方法。
参照图2，示出数字打印系统3，其除了以上参照图1A所述的组件之外还包括图像配准系统5，以用于配准由打印系统1在接收介质10的第一面10A和第二面10B所打印的图像。图像配准系统5包括第一成像系统40和第二成像系统45，其位于第二打印头25的下游。第一成像系统40定位成查看和捕获接收介质10的第一面10A的至少一部分的图像，以及第二成像系统45定位成查看和捕获接收介质10的第二面10B的至少一部分的图像。第一成像系统40有时称作第一照相装置，而第二成像系统45有时称作第二照相装置。第一成像系统40和第二成像系统45将所捕获图像传递给图像配准控制器7，其处理图像并且将与第一和第二面打印图像的相对放置相关的数据传送给打印控制器6，从而使打印控制器能够校正接收介质10的第一面10A和第二面10B上随后打印的图案的配准。
参照图3，示出如沿图2中的线条A-A所查看的图像配准系统5的示范实施例。第一成像系统40具有第一视场42，并且定位在接收介质10下面，使得它能够捕获接收介质10的第一面10A的至少一部分的图像，以及第二成像系统45具有第二视场46，并且定位在接收介质10上面，使得它能够捕获接收介质10的第二面10B的至少一部分的图像。在这个布置中，第一图案30(图1B)在由第一成像系统40的第一视场42所捕获的接收介质10的第一面10A的部分中打印，以及第二图案35(图1B)在由第二成像系统45的第二视场46所捕获的接收介质10的第二面10B的部分中打印。
在所示实施例中，光源44与第一成像系统40和第二成像系统45关联，以便提供照相装置获取在接收介质10所打印的图案的图像所需的光。在一些实施例中，光源44是与接收介质10的运动同步的频闪光源，其产生足够短时长以使图像能够由第一成像系统40和第二成像系统45没有模糊地捕获的光脉冲。一种常见形式的频闪光源是LED频闪光源，其具有频闪红色、绿色和蓝色LED阵列，其组合输出产生自然白光照射。在备选实施例中，光源44不是频闪的，以及第一成像系统40和第二成像系统45使用充分短以使无模糊图像能够被捕获的图像捕获曝光时间。可以是照相装置或其他成像装置的第一成像系统40和第二成像系统45附连到结构组件8，使得这些组件在打印操作期间相互之间没有移动。但是，能够包括适合于安装和机械对齐的适当调整特征。
又参照图2，在本发明的一些示范实施例中，介质传输系统12的一个或多个组件(例如辊)位于图像配准系统5附近，以便提供对接收介质10的支承，使得接收介质10在第一成像系统40和第二成像系统45的视场中没有摆动。第一成像系统40和第二成像系统45定位成使得介质传输系统12的组件没有干扰查看接收介质10的相应面。
为了使成像系统40、45能够提供与在接收介质10的第一面10A与第二面10B所打印的图像之间的空间关系有关的有意义数据，必须确定第一成像系统40与第二成像系统45之间的空间关系或者更准确地说是其相应视场的空间关系。为此，按照本发明的优选实施例，提供照射系统48，其采用投射光55(其在接收介质10上产生照射图案50)来照射接收介质10的第一面10A(或者备选地的第二面10B)。
照射图案50中的光的一部分从接收介质10的第一面10A来反射，由此提供反射照射图案52，以及照射图案50中的光的一部分经过接收介质10来透射到第二面10B，由此提供透射照射图案54。透射照射图案54和反射照射图案52直接彼此相对位于接收介质10的两面，使得反射照射图案52的轨迹内和跨轨迹位置以及透射照射图案54的轨迹内和跨轨迹位置基本上相互重合。
由第一成像系统40所捕获的照射图案50的第一图像以及由第二成像系统45所捕获的照射图案50的第二图像能够基本上同时来捕获，或者备选地能够在不同时间来捕获。这表示优于涉及捕获接收介质10上的物理标记的图像以便对齐多个照相装置的方法的显著优点。通过这类方法，如果接收介质不是静止的，以及如果图像不是在正好相同时刻来捕获，则物理标记在两种图像中将不会处于相同物理位置。通过本发明中使用的方式，照射图案50将保持在相同物理位置，即使介质处于运动中，以及即使图像在不同时间来捕获。
在一些实施例中，如果图像在不同时间来捕获，则照射系统48将照射图案50投射到接收介质10上的强度能够在两个图像的捕获之间来调整。这允许照射图案50在使用第二成像系统45来捕获透射照射图案54的图像时采用较高强度来投射，以便提供可接受对比度。照射图案50的强度在使用第一成像系统40来捕获反射照射图案52的图像时能够降低，使得所捕获图像没有被过度曝光降级。在一些实施例中，照射强度能够通过调整施加到照射系统48的功率级来调整。在其他实施例中，滤波器能够插入照射系统48的光路中，以衰减投射照射图案50的强度。
知道反射照射图案52和透射照射图案54的位置相互重合使第一成像系统40和第二成像系统45的空间关系能够被确定。具体来说，能够确定相对轨迹内和跨轨迹位置以及第一成像系统40相对于第二成像系统45的任何或者绕照相装置轴的旋转。此外，也能够确定任何图像放大差。
图4示出其上投射照射图案50的接收介质10的一部分。在优选实施例中，照射图案50包括一个或多个基准。基准能够包括光斑、标线、线条、正方形或其他几何图案。
在一些实施例中，可能只需要确定第一成像系统40和第二成像系统45的原点的偏移。在这种情况下，照射图案50能够包括采取单个光斑形式的单个基准。在需要确定第一成像系统40与第二成像系统45之间的照相装置旋转或照相装置放大的移位的实施例中，照射图案50则必须包括相互间隔开的两个或更多照射特征。两个或更多照射特征能够包括两个或更多光斑或者相互之间具有所定义空间关系的更复杂几何形状的两个或更多可识别特征、例如正方形基准的角或者圆形基准的中心。在一些实施例中，照射图案50包括分布在跨接收介质10的宽度的不同位置的多个照射特征。
在图4的示例中，照射图案50包括第一特征56和第二特征58，其相互之间具有所定义空间关系。在这种情况下，特征是圆形光斑，但是这并不是限制。(虽然第一特征56和第二特征58在图中示为黑色圆圈，但是它们在实际图像中将通常是较暗背景上的亮光斑。)第一成像系统40(图3)和第二成像系统45(图3)定位成捕获照射图案50的图像。第一成像系统40捕获反射照射图案52(图3)(其从面向照射系统48的接收介质10的第一面10A所反射)，而第二成像系统45捕获透射照射图案54(其经过接收介质10透射到相对第二面10B)的图像。
第一成像系统40具有第一视场42(图3)(其捕获第一图像区域70)，以及第二成像系统45具有第二视场46(图3)(其捕获第二图像区域72)。第一图像区域70和第二图像区域72通常不是相互完全对齐，而是存在包括投射照射图案50的重叠区域。第一图像区域70与第二图像区域72之间的未对齐通常是定位第一成像系统40和第二成像系统45的硬件中的容差的结果。
图4中，第二图像区域72示为沿轨迹内方向71并且沿跨轨迹方向移位，并且还围绕照相装置轴(与接收介质10的平面垂直)相对于第一图像区域70旋转。第一图像区域70具有带第一原点的第一坐标系64，以及第二图像区域72具有带第二原点62的第二坐标系66。在这个图示中，第二原点62示为在视场的右边，而第一原点60在左边，如第二成像系统45在接收介质中与第一成像系统40的相对面时的情况那样。但是，这个惯例是任意的，因为任一个图像能够翻转或旋转到任何便利取向，并且原点的位置的名称是任意的。
图像配准控制器7(图3)分析由第一成像系统40和第二成像系统45所捕获的图像，以确定与各照相装置关联的视场中的照射图案50的特征的位置。在这个示例中，照射图案50具有两个特征：第一特征56和第二特征58。在第一图像区域70中，第一特征56具有坐标(xA,yA)，以及第二特征具有第二坐标(xB,yB)。类似地，在第二图像区域72中，第二特征58具有坐标(xA',yA')，以及第二特征具有第二坐标(xB',yB')。特征的坐标能够通过应用众所周知的图像分析方法以分析由第一成像系统40和第二成像系统45所捕获的图像。例如，如果特征是圆形光斑，则所捕获图像能够阈值化，并且能够识别落在阈值之上的连续像素编组。然后能够确定像素编组的质心，以确定特征的关联坐标。
通过由图像配准控制器7分别分析第一坐标系64和第二坐标系66中的第一特征56和第二特征58的测量坐标，能够确定两个坐标系之间的坐标变换，其考虑第一原点60与第二原点62之间的任何轨迹内和跨轨迹位置移位和第二坐标系66相对于第一坐标系64的旋转以及任何放大差。坐标变换能够使用下式来表达
其中(x,y)是第一坐标系64中的点的坐标，(x',y')是第二坐标系66中的对应点的坐标，以及a、b、c和d是常数。常数的值能够通过将第一特征56和第二特征58的所测量x和y坐标代入等式(1)来确定，这给出具有四个未知数(常数a、b、c和d)的四个等式：
然后能够使用本领域的技术人员众所周知的标准方法对其求解四个常数的值。
一旦确定坐标变换，它随后能够由图像配准控制器7用来将从成像系统之一所捕获的图像数据所确定的位置数据变换为成像系统的坐标系，或者变换为相对于打印系统的轨迹内和跨轨迹方向所定义的全局坐标系。诸如原点偏移值、坐标系旋转角和放大值之类的这些所确定坐标变换(或者与所确定坐标变换相关的图像系统对齐参数)能够存储在存储器中，供后续用于配准第一面和第二面打印图像中。
在后续打印操作期间，能够打印文档，其具有在接收介质10的第一面10A和第二面10B所打印的配准标记。第一成像系统40和第二成像系统45能够捕获接收介质10的图像，其包括接收介质10的第一面10A和第二面10B上的配准标记。图像配准控制器7能够分析所捕获图像，以确定与第一成像系统40关联的第一坐标系64中的第一面配准标记的位置以及与第二成像系统45关联的第二坐标系66中的第二面配准标记的位置。第一坐标系64与第二坐标系66之间的所确定坐标变换能够用来将所捕获图像变换为公共坐标系，使得能够确定打印图像上的配准标记的相对位置。备选地，接收介质10的两面上的配准标记的位置数据能够在原始捕获图像中确定，以及配准标记的位置数据能够变换为公共坐标系。
基于第一面和第二面配准标记的所确定相对位置，图像配准控制器7则能够影响随后打印的文档的第一和第二面图像的至少一个的位置的移位，以校正任何图像配准误差。在一些实施例中，图像配准控制器7通过向打印控制器6(其然后改变打印数据，以产生一个或多个图像平面的预期移位)发送图像平面移位参数来影响这个图像移位。在其他实施例中，图像配准控制器将图像平面移位数据发送给打印头(第一打印头20和第二打印头25)，其在接收来自打印控制器6的图像数据时产生预期移位。
图3中的照射系统48与光源44截然不同。光源44提供覆盖第一成像系统40和第二成像系统45的视场的大致均匀照明的宽图案，使得所捕获图像具有充分亮度，以准确地检测在接收介质10所打印的图案。另一方面，照射系统48将不均匀照射图案50投射到接收介质10上，使得第一成像系统40和第二成像系统45能够捕获照射图案50本身的图像。通常，光源44不是与照射系统48同时被激励。这是因为在捕获接收介质10上的打印图案的图像时，照射系统48所产生的不均匀照射图案50会使来自光源44的照明的均匀性降级。类似地，在照相装置对齐过程期间捕获照射图案50的图像时，来自光源44的均匀照明图案会使接收介质10上的投射照射图案50的对比度降级。
图3示出定位到第一成像系统40侧面的照射系统48，其中投射光55以某个角度定向到接收介质10。在图5所示的备选实施例中，第一成像系统40包括附连到图像捕获装置138的透镜组合件136。透镜组合件136包括照射系统48与其附连的侧端口142。来自照射装置以用于形成照射图案50的投射光55经过侧端口142来定向，并且由分束器144经过透镜140来反射并且反射到接收介质10上。来自反射照射图案52的光由透镜140来捕获，并且经过分束器144来定向，其中它由图像捕获装置138来检测。
图6示出本发明的另一个实施例，其中第一成像系统40和第二成像系统45均位于接收介质10的同一面。在这个示例中，它们均定位成捕获接收介质的第一面10A的图像。(例如，在第一打印头20与翻转机构15之间的数字打印系统3(图2)中的位置。)这个实施例适合于数字打印系统3，其中接收介质10的宽度超过成像系统的视场的宽度，使得要求两个或更多成像系统跨接收介质10的全宽度来捕获图像。第一成像系统40的第一视场42部分重叠第二成像系统45的第二视场46。照射系统48将投射光55投射到接收介质10上，从而产生照射图案50。照射图案50落在第一成像系统40的第一视场42和第二成像系统45的第二视场46之内。接收介质上的照射图案50的图像采用第一成像系统40和第二成像系统45来捕获。按照与相对于图3-4所述的方法类似的方式，所捕获图像由图像配准控制器7来分析，以确定第一成像系统40和第二成像系统45的视场中的照射图案50的特征的位置。图像配准控制器7然后分析照射图案50的特征的位置数据，以确定能够用来对齐由第一成像系统40和第二成像系统45所捕获的图像的坐标变换。
上述实施例使用了二维(2D)成像系统，其将2D图像传感器阵列用于捕获接收介质10上的2D区域的图像。2D成像系统用来捕获由照射系统48投射到接收介质10上的照射图案50的2D图像以及由第一打印头20和第二打印头25在接收介质10所打印的图案的图像。当使用2D成像系统时，照射图案50能够包括一个或多个光斑或者更复杂的图案，其处于第一成像系统40和第二成像系统45的视场中。(如果只需要确定两个成像系统的原点之间的偏移，则照射图案50能够包括单个特征、例如圆形光斑。如果需要确定两个成像系统之间的照相装置旋转或者照相装置放大变化，则要求两个特征作为最小数。)
在成像系统其中之一或两者使用线性一维(1D)传感器阵列(其捕获接收介质10上的线性图像区域的图像)的情况下，也能够采用本发明。通过这类成像系统，能够通过在接收介质10移过成像系统时使用1D传感器阵列捕获1D图像线的时间序列，来捕获2D图像。然后能够组装1D图像线，以形成2D图像。通过使用1D传感器阵列的成像系统，能够假定1D传感器阵列沿轨迹内方向(其对应于1D传感器阵列的单像素宽视场)以充分精度来对齐，以便使点状图像特征处于第一成像系统40和第二成像系统45的视场中。克服这个问题要求照射图案50的特征沿轨迹内方向至少延长短距离，以确保照射特征与第一成像系统40和第二成像系统45的视场相交。
图7示出适合用于成像系统使用线性1D传感器阵列的本发明的实施例中的示范照射图案50的一实施例。所示照射图案50包括四个线性特征76、78、79、80，其中线性特征78和79不是与线性特征76和80平行。本领域的技术人员将会清楚地知道，按照本发明能够使用大量不同照射图案50，其将实现预期目的。一般来说，线性特征的至少一部分应当以不同的倾斜角来排列，使得照射图案50的位置能够响应相交点之间的距离而确定，其中线性特征越过与成像系统40、45关联的1D图像区域。例如，照射图案50能够包括“M形”图案(其中接合线性特征76、78、79、80)，或者它能够包括“V形”图案、“Z形”图案或者交叉线图案。在最一般情况下，“线性特征”无需是直线，只要它们具有明确定义的几何结构。但是，所检测图像的分析会更复杂。
第一成像系统40具有与线性第一图像区域70对应的视场，以及第二成像系统45具有与线性第二图像区域72对应的视场。第二图像区域72示为沿轨迹内方向和跨轨迹方向相对于第一图像区域70偏移。第二图像区域72也相对于第一图像区域70旋转。第一图像区域70相对于跨轨迹方向以角度α1来旋转，以及第二图像区域72相对于通过轴75所示的跨轨迹方向以角α2来旋转。线性特征76、78、79、80的每个与第一图像区域70和第二图像区域72相交。
四个投射线性特征76、78、79、80在相交点82、84、85和86与第一图像区域70相交，其中沿第一图像区域70的长度的相交点的坐标分别为XA、XB、XC和XD。同样，线性特征76、78、79、80在相交点88、90、91和92与第二图像区域72，其中沿第一图像区域70的长度的相交点的坐标分别为XA'、XB'、XC'和XD'。由第一成像系统40和第二成像系统45所捕获的图像由图像配准控制器7来分析，以确定相交点82、84、85、86、88、90、91、92的位置。知道投射线性特征76、78、79、80的间距和取向以及相交点82、84、85、86、88、90、91、92的所确定位置使图像配准控制器7能够确定第一图像区域70和第二图像区域72的位置和取向。
作为举例，在图7的布置中，第一线性特征76和第四线性特征80是平行和垂直的(即，沿轨迹内方向延伸)，并且它们相互之间具有已知间距(K)。第二线性特征78和第三线性特征79相对于水平(即，跨轨迹方向)倾斜45°角，并且在中线81(其在第一线性特征76与第四线性特征80中间)相交。设DAB＝XB-XA、DBC＝XC-XB、DCD＝XD-XC、DAB'＝XB'-XA'、DBC'＝XC'-XB'、DCD'＝XD'-XC'，它能够使用图像区域的旋转角由下式给出的简单几何和三角法来表明：
其中α1是第一成像系统40的旋转角，以及α2是第二成像系统45的旋转角。
同样，能够表明，图像区域的轨迹内位置由下式给出：
其中，Y1是在中线81的第一成像系统40的轨迹内位置，以及Y2是在中线81的第二成像系统45的轨迹内位置。
类似地，能够表明，图像区域的跨轨迹位置由下式给出
其中，X1是在照射图案的中线81的第一成像系统40的跨轨迹坐标，以及X2是在照射图案的中线81的第二成像系统45的跨轨迹坐标。
还能够表明，两个成像系统的放大由下式给出：
其中，m1是第一成像系统40的放大，以及m2是第二成像系统45的放大。
一旦确定了第一图像区域70和第二图像区域72的位置、取向和放大，则能够确定采用第一成像系统40和第二成像系统45所捕获的图像的坐标系之间的坐标变换。一旦确定了坐标变换，它随后能够由图像配准控制器7用来将从成像系统之一所捕获的图像数据所确定的位置数据变换为另一成像系统的坐标系，或者变换为相对于打印系统的轨迹内和跨轨迹方向所定义的全局坐标系。诸如轨迹内和跨轨迹原点偏移值、坐标系旋转角和放大值之类的这些所确定坐标变换(或者与所确定坐标变换相关的图像系统对齐参数)能够存储在存储器中，供后续用于配准第一面和第二面打印图像中。
图8示出能够用来形成照射图案50、例如图7所示的照射图案(其包括四个线性特征76、78、79、80)的照射系统48的一个实施例。图8的照射系统48包括激光器94、分束器组合件97和线条生成器组合件107。分束器组合件97包括第一分束器98a、第二分束器98b、第三分束器98c和棱镜104。线条生成器组合件107包括四个鲍威尔棱镜108a、108b、108c和108d。
来自激光器94的激光束96定向在分束器组合件97的第一分束器98a。第一分束器98a允许激光束96中的光的一部分作为第一激光束96a朝线条生成器组合件107的第一鲍威尔棱镜108a传递。光的第二部分由第一分束器98a来偏转，并且定向到第二分束器98b。第二分束器98b分出第二激光束96b，其定向到线条生成器组合件107的第二鲍威尔棱镜108b。光的第三部分经过第二分束器98b，并且定向到第三分束器98c。第三分束器98c分出第三激光束96c，其定向到线条生成器组合件107的第三鲍威尔棱镜108c。光的第四部分96d经过第三分束器98c，并且由棱镜104作为第四激光束96d反射到线条生成器组合件107的第四鲍威尔棱镜108d。第一激光束96、第二激光束96b、第三激光束96c和第四激光束96d相互平行，以及四个激光束的间距通过分束器组合件97的几何结构来定义。
线条生成器组合件107包括四个鲍威尔棱镜108a、108b、108c和108d。这在图9中进一步示出，图9示出如沿图8的线条B-B所查看的线条生成器组合件107的视图。鲍威尔棱镜是本领域众所周知的，并且是向各种供应商可购买的。当激光束定向在透镜的脊线时，这类透镜产生具有相当均匀照射的发散光扇形。在这种情况下，鲍威尔棱镜108a具有形成第一线性特征76的脊线112a，鲍威尔棱镜108b具有形成第二线性特征78的脊线112b，以及鲍威尔棱镜108c具有形成第三线性特征80的脊线112c。
鲍威尔棱镜108的脊线112a与鲍威尔棱镜108d的脊线112d是平行和成一直线的。来自第一鲍威尔棱镜108a、形成线性特征76(其与脊线112a垂直)的发散光扇形因此与来自第四鲍威尔棱镜108d、形成线性特征80(其与脊线112d垂直)的发散光扇形平行。第二鲍威尔棱镜108b旋转成使得其脊线112b不是与另外两个鲍威尔棱镜108a、108d的脊线112a、112d平行。在这个示例中，它旋转45度，使得发散光扇形和所产生的线性特征78相对于第一和第四鲍威尔棱镜108a、108d所产生的线性特征旋转45度。同样，第三鲍威尔棱镜108c旋转成使得其脊线112c不是与其他鲍威尔棱镜108a、108b、108d的任一个平行。在这个示例中，它相对第一和第四鲍威尔棱镜108a、108d旋转-45度，而相对于第二鲍威尔棱镜108b旋转90度。发散光扇形和所产生的线性特征79相对于第一和第四鲍威尔棱镜108a、108d所产生的线性特征旋转-45度。
图10示出如沿图8中的线条C-C所查看的鲍威尔棱镜108a的截面。鲍威尔棱镜108a的正面(面向激光束96a)具有顶点110(其形成图9所示的对应脊线112a)，并且朝胎肩116逐渐变细。当激光束96a定向在顶点110时，形成发散光线条118，其产生照射图案50(图7)中的对应线性特征76。
图11示出照射系统48的另一个实施例。这个实施例使用传统投影系统，其中来自光源120的光经过聚光透镜122，并且入射到投影掩模124(其包括投影图案132)上。投影透镜126聚焦经过投影掩模124的光线130，以在接收介质10上形成投影图案132的图像，由此产生投射照射图案50。这种方式能够用来形成包括多个基准和其他特征的复合照射图案50。在一些实施例中，投影掩模124能够被去除或者采用备选掩模来替代，以便使照射系统48能够提供均匀照明分布。这类实施例使照射系统48能够还用作光源44(图3)其中之一。
图12示出本发明的另一个实施例，其中多个照相装置用来捕获跨接收介质10的正面和背面的宽度的图像。示范系统包括具有第一视场42的第一成像系统40、具有第二视场46的第二成像系统45、具有第三视场51的第三成像系统47以及具有第四视场53的第四成像系统49。第一成像系统40和第三成像系统47定位成捕获接收介质10的第一面10A的图像，以及第二成像系统45和第四成像系统49定位成捕获接收介质10的第二面10B的图像。
照射系统48采用投射光55来照射接收介质10的第一面10A(或者备选的第二面10B)，其在接收介质10上产生照射图案50。在优选实施例中，照射图案50由一个或多个照射特征、例如基准来组成。(基准能够包括光斑、标线、线条、正方形或其他几何图案。)照射图案中的照射特征相互之间具有已知空间关系。在一些实施例中，照射图案50中的所有照射特征在成像系统40、45、47、49的视场42、46、51、53的重叠区域中形成。在其他实施例中，照射图案50能够包括分布于接收介质10的宽度的照射特征。
照射图案50中的光的一部分从接收介质10的第一面10A来反射，由此提供反射照射图案52，以及照射图案50中的光的一部分经过接收介质10来透射到第二面10B，由此提供透射照射图案54。反射照射图案52的至少一部分位于第一成像系统40的第一视场42中；透射照射图案54的至少一部分位于第二成像系统45的第二视场46中；反射照射图案52的至少一部分位于第三成像系统47的第三视场51中；以及透射照射图案54的至少一部分位于第四成像系统49的第四视场53中。
视场42、46、51、53的每个中包含的照射特征的至少一部分相互之间具有已知空间关系，由此使相应成像系统40、45、47、49所捕获的图像能够相互对齐。在优选实施例中，照射图案50中的照射特征的至少一部分是第一成像系统40和第二成像系统45可检测的；以及照射图案50中的照射特征的至少一部分是第三成像系统47和第四成像系统49可检测的。在一些实施例中，由第一成像系统40可检测的照射特征之间的空间关系相对于由第三成像系统47可检测的照射特征具有所定义轨迹内偏移和所定义跨轨迹偏移。在一些实施例中，由第一成像系统40可检测的特征与由第三成像系统47可检测的特征之间的所定义空间关系在于相同照射特征是第一视场42和第三视场51共同的。反射照射图案52的部分在第一成像系统40和第三成像系统47所获取的图像中捕获，以及透射照射图案54的部分在第二成像系统45和第四成像系统49所获取的图像中捕获。
按照本发明的实施例、例如图3、图6和图12所示的那些实施例，能够应用图13所示的方法，以对齐采用多个成像系统所捕获的图像。虽然该方法将针对图12所示配置来描述，但是本领域的技术人员将会清楚的知道，它也易于一般化到其他配置。图13的方法使用数据处理系统、例如图像配准控制器7(图12)响应程序存储器中存储的所存储指令的程序来实现。词语“数据处理系统”预计包括任何数据处理装置，例如中央处理器(“CPU”)、台式计算机、膝上型计算机、大型计算机或者用于处理数据、管理数据或操控数据的任何其他装置，无论采用电、磁、光、生物组件还是其他方式来实现。
在采用照射图案照射接收介质步骤200中，数据处理系统使照射系统48(图12)采用照射图案50(图12)来照射接收介质10(图12)。在捕获照射图案的图像步骤205中，使多个成像系统(例如第一成像系统40、第二成像系统45、第三成像系统47和第四成像系统49)捕获接收介质10的图像，由此提供对应一组照射图案图像210。所捕获照射图案图像210的每个包括照射图案50的至少一部分。成像系统的一部分(例如第一成像系统40和第三成像系统47)能够捕获反射照射图案52的图像，而其他成像系统(例如第二成像系统45和第四成像系统49)能够捕获透射照射图案54的图像。
所获取照射图案图像210使用确定相对照射图案位置步骤215自动分析，以确定相对照射图案位置。这一般涉及确定照射图案图像210的每个中包含的照射图案50的部分中的一个或多个特征的位置。
确定成像系统对齐参数步骤220然后用来确定一组成像系统对齐参数225，其能够用来对齐多个成像系统所捕获的图像。如先前所述，在优选实施例中，与特定成像系统关联的成像系统对齐参数225能够是坐标变换的参数(其能够用来将关联的捕获图像变换为参考坐标系)。参考坐标系能够是与成像系统之一关联的坐标系，或者它能够是任何其他便利坐标系。在一些实施例中，成像系统对齐参数225能够采取其他形式来表示。例如，成像系统对齐参数225能够包括轨迹内偏移参数、跨轨迹偏移参数、歪斜角偏移参数或放大调整参数。
成像系统对齐参数225存储在处理器可访问存储器中，供后续用于对齐采用成像系统的每个所捕获的图像中。词语“处理器可访问的存储器”预计包括任何处理器可访问的数据存储装置，无论是易失性还是非易失性、电子、磁、光还是其他方式，包括但不限于寄存器、软盘、硬盘、致密光盘、DVD、闪速存储器、ROM和RAM。
打印图像数据步骤235然后用来使数字打印系统3(图2)在接收介质10上打印图像数据230，由此产生打印图像240。在一些实施例中，数字打印系统3能够在接收介质10的两面打印图像数据。在一些实施例中，图像数据230能够包括对齐标记、例如基准，其能够用来便利地评估接收介质10上的打印图像240的部分。
捕获打印图案的图像步骤245然后用来使成像系统(例如第一成像系统40、第二成像系统45、第三成像系统47和第四成像系统49)捕获打印图像240的图像，由此提供打印图案图像250。
然后应用对齐打印图案图像步骤255，以便使用成像系统对齐参数225来确定对应的对齐打印图案图像260。如先前所述，这能够通过为用来打印图案图像250的关联成像系统应用坐标变换(在确定成像系统对齐参数步骤220所确定)进行。
存在对确定对齐打印图案图像260可能是有用的许多不同原因。在示范实施例中，对齐打印图案图像260用于执行数字打印系统3的对齐过程的过程中。例如，在接收介质10的第一面10A所打印的图像内容能够与在接收介质10的第二面10B所打印的图像内容对齐，或者能够对齐图像内容，以校正未对齐的其他来源、例如第一和第二打印头20、25的歪斜。未对齐能够产生于机械容差或者其他来源、例如打印过程期间的接收介质10的膨胀或收缩。
确定相对打印图案位置步骤265用来自动分析对齐的打印图案图像260，以确定对应的相对打印图案位置。对于在接收介质10的两面打印图像内容的情况，这能够包括确定第一面打印图像中的打印图案和第二面打印图像中的打印图案的相对位置。
确定打印系统对齐参数步骤270然后用来确定打印系统对齐参数275，其适合校正在相对打印图案位置中检测的任何对齐误差。打印系统对齐参数能够用来将在接收介质10的不同部分所打印的打印图案相互对齐(例如第一面10A上的打印图案能够与第二面10B对齐，或者一个颜色通道中的打印图案能够与不同颜色通道中的打印图案对齐)。备选地，打印系统对齐参数能够用来将打印图案与目标位置对齐(例如，校正介质大小变化、打印头歪斜)。打印系统对齐参数275能够包括多种不同参数，例如轨迹内偏移参数、跨轨迹偏移参数、歪斜角偏移参数或放大调整参数。打印系统对齐参数275一般将存储在处理器可访问存储器中，供后续用于对齐将来打印的图像中。
调整图像位置步骤280然后用来响应所确定打印系统对齐参数而调整通过打印图像数据步骤235所打印的后续图像的位置。例如，在接收介质10的第二面10B所打印的图像数据230的位置能够调整成使得它与在接收介质10的第一面10A所打印的图像数据230正确对齐。在一些情况下，图像位置能够通过调整打印图像数据230的时间(例如通过调整提示延迟)或者通过调整哪些喷嘴用来打印图像数据230(例如沿跨轨迹方向将图像移位)来调整。在其他情况下，图像位置能够通过操纵被打印的图像数据230(例如通过引入歪斜偏移或者应用放大因子)来调整。
在一些情况下，确定打印系统对齐参数275的过程能够在初始打印机设置过程期间或者在维护循环期间来执行。在其他情况下，它能够在操作数字打印系统3以提供实时对齐校正的同时执行。
对于其中成像系统(例如第一成像系统40、第二成像系统45、第三成像系统47和第四成像系统49)相对于接收介质10的介质通路安装在固定位置的数字打印系统3，成像系统之间的空间关系趋向于保持为固定。因此，极少需要周期地执行确定成像系统对齐参数225的过程。通常，这个对齐过程在组装和安装具有多个成像系统的图像配准系统5的数字打印系统3时执行一次。在这类系统中，可以不需要结合照射系统48作为打印系统的永久组件。
在一些实施例中，可期望以不频繁间隔来执行对齐成像系统的过程。在这类情况下，照射系统48能够结合到可拆卸照射模块148、例如图14所示的模块中。可拆卸照射模块148则能够当对齐过程将要执行以确定两个或更多成像系统的对齐时安装在数字打印系统3中。在其他时间，可拆卸照射模块148能够从数字打印系统3中移开。
在一些实施例中，可拆卸照射模块148包括对齐特征，其能够接合数字打印系统3的框架或另一固定结构上的对齐特征，以便使可拆卸照射模块148能够按照可再现方式来安装。在一些实施例中，对齐特征包括动态对齐元件，例如图14所示的“2-2-2底座”或“三槽底座”。可拆卸照射模块148由耦合构件154(其中固定了照射系统48)组成。图14中，可拆卸照射模块148处于反转位置，以示出一组三个定位结构150。定位结构150的每个包括V型槽152，其连同对应定位元件156一起设置在耦合构件154中。V型槽152包括多个表面，其适合形成与其对应定位元件156的接触。如所示，V型槽152的每个沿与大致位于照射系统48的基本上的公共点相交的方向延伸。对应一组定位元件156定位成使得定位元件156与V型槽152的各相应V型槽相接触。在这个示例实施例中，定位元件156的每个包括球体。备选地，定位元件156能够包括半球体，其具有半球面和平坦表面。当三个定位元件156的间距通过打印系统中的某个结构(其在图13中被隐藏，以便更好地示出各种元件的接合)来固定时，三个V型槽152能够仅在一个位置接合三个定位元件156(即，每个V型槽152在两个点接触对应定位元件156的球面或半球面)，从而限制耦合构件154的全部六个自由度。三个定位元件156固定在通常在数字打印系统3的安装结构中形成的套口中。当可拆卸照射模块148与定位元件156分离时，可拆卸照射模块148能够通过再次接合定位结构150以高放置准确性返回到原始位置。在备选实施例中，三个V型槽152可在数字打印系统3的安装结构中形成，并且三个定位元件156可固定到可拆卸照射模块148的耦合构件154。
虽然2-2-2底座用于图14的示范实施例中，但是在本发明的其他实施例中，能够采用其他众所周知的动态底座配置、例如“3-2-1底座”。在又称作“锥体、槽和平坦”底座的3-2-1底座中，动态底座的一个部分包括三个球形或者半球形定位元件，以及动态底座的第二部分包括限制三个自由度的锥形定位元件、限制两个自由度的V型槽形定位元件以及限制一个自由度的平坦形状定位元件。这样，能够定义照射模块的全部六个自由度，以确保照射模块与打印系统的支承结构的可再现对齐。
在一些实施例中，包括成像系统40、45和照射系统48的整个图像配准系统5(图2)能够作为可拆卸模块(其能够有选择地安装到数字打印系统3(图2)中)来提供。例如，图像配准系统5能够在周期维护循环期间来安装，以执行对齐过程。在这种情况下，图像配准系统5优选地安装在框架结构(其提供有能够用来将它定位在可重复位置中的动态对齐元件)中。
所示实施例所述的照射系统48仅作为示例来提供。预计备选地能够使用各种其他类型的照射系统48，包括全息投影部件、多个激光器以及各种非激光投影部件。照射图案50不一定限制到针对非照射背景的照射特征。照射图案50也能够包括针对照射背景的非照射特征。
通常，成像系统将对电磁谱的可见部分是敏感的。因此，照射系统48一般将适合发射可见谱中的光。但是，在一些实施例中，如果成像系统对检测对应辐射是敏感的，则照射系统48能够发射可见谱外部的“光”(例如红外或紫外辐射)。如果接收介质10包括荧光燃料或色素，则照射系统能够以不被成像系统所检测、而是激发接收介质10的荧光材料的波长来发射光，从而使它以能够由成像系统来检测的不同波长来发射光。
一种计算机程序产品能够包括一个或多个非暂时有形计算机可读存储介质，例如：磁存储介质，例如磁盘(例如软盘)或磁带；光存储介质，例如光盘、光带或机器可读条形码；固态电子存储装置，例如随机存取存储器(RAM)或只读存储器(ROM)；或者用来存储具有用于控制一个或多个计算机来实施按照本发明的方法的指令的计算机程序的任何其他物理装置或介质。
部件列表
1 打印系统
3 数字打印系统
5 图像配准系统
6 打印控制器
7 图像配准控制器
8 结构组件
9 提示传感器
9b 提示传感器
10 接收介质
10A 第一面
10B 第二面
12 介质传输系统
13 编码器
15 翻转机构
20 第一打印头
25 第二打印头
30 第一图案
30A 反转第一图案
32 提示标记
32A 反转提示标记
35 第二图案
40 第一成像系统
42 第一视场
44 光源
45 第二成像系统
46 第二视场
47 第三成像系统
48 照射系统
49 第四成像系统
50 照射图案
51 第三视场
52 反射照射图案
53 第四视场
54 透射照射图案
55 投射光
56 第一特征
58 第二特征
60 第一原点
62 第二原点
64 第一坐标系
66 第二坐标系
70 第一图像区域
71 轨迹内方向
72 第二图像区域
73 跨轨迹方向
75 轴
76 线性特征
78 线性特征
79 线性特征
80 线性特征
81 中线
82 相交点
84 相交点
85 相交点
86 相交点
88 相交点
90 相交点
91 相交点
92 相交点
94 激光器
96 激光束
96a 第一激光束
96b 第二激光束
96c 第三激光束
96d 第四激光束
97 分束器组合件
98a 第一分束器
98b 第二分束器
98c 第三分束器
104 棱镜
107 线条生成器组合件
108a 第一鲍威尔棱镜
108b 第二鲍威尔棱镜
108c 第三鲍威尔棱镜
108c 第四鲍威尔棱镜
110 顶点
112a 脊线
112b 脊线
112c 脊线
112d 脊线
116 胎肩
118 发散光线条
120 光源
122 聚光透镜
124 投影掩模
126 投影透镜
130 光线
132 投影图案
136 透镜组合件
138 图像捕获装置
140 透镜
142 侧端口
144 分束器
148 可拆卸照射模块
150 定位结构
152 V型槽
154 耦合构件
156 定位元件
200 采用照射图案照射接收介质的步骤
205 捕获照射图案的图像的步骤
210 照射图案图像
215 确定相对照射图案位置的步骤
220 确定成像系统对齐参数的步骤
225 成像系统对齐参数
230 图像数据
235 打印图像数据的步骤
240 打印图像
245 捕获打印图案的图像的步骤
250 打印图案图像
255 对齐打印图案图像的步骤
260 对齐打印图案图像
265 确定相对打印图案位置的步骤
270 确定打印系统对齐参数的步骤
275 打印系统对齐参数
280 调整图像位置的步骤

Claims (15)

1.一种打印系统，包括用于捕获接收介质(10)的图像的多个成像系统，包括：
传输系统(12)，用于沿传输通路经过所述打印系统来传输接收介质(10)，所述接收介质(10)具有第一面(10A)和相对的第二面(10B)；
一个或多个打印模块(20)，用于在所述接收介质(10)上形成打印图像，
其特征在于还包括：
照射系统(48)，用于采用提供照射图案(50)的光来照射所述接收介质(10)的所述第一面(10A)，其中所述照射图案(50)中的所述光的一部分从所述接收介质(10)的所述第一面(10A)来反射，由此提供反射照射图案(52)，并且所述照射图案(50)中的所述光的一部分经过所述接收介质(10)透射到所述接收介质(10)的所述第二面(10B)，由此提供透射照射图案(54)；
第一成像系统(40)，定位成捕获所述接收介质(10)的第一面(10A)的至少一部分的图像，所述第一成像系统(40)具有包括所述反射照射图案(52)的至少一部分的视场；
第二成像系统(45)，定位成捕获所述接收介质(10)的所述第二面(10B)的至少一部分的图像，所述第二成像系统(45)具有包括所述透射照射图案(54)的至少一部分的视场；
数据处理系统(7)；以及
程序存储器，在通信上连接到所述数据处理系统(7)，并且存储指令，其配置成使所述数据处理系统(7)实现用于对齐所述第一和第二成像系统(40,45)的方法，其中所述方法包括：
使用所述第一成像系统(40)来捕获所述接收介质(10)的所述第一面(10A)的第一图像，所述第一图像包括所述反射照射图案(52)的至少一部分；
使用所述第二成像系统(45)来捕获所述接收介质(10)的所述第二面(10B)的第二图像，所述第二图像包括所述透射照射图案(54)的至少一部分；
分析所述所捕获的第一和第二图像，以确定所述第一图像中的所述反射照射图案(52)和所述第二图像中的所述透射照射图案(54)的相对位置；
响应所述所确定的相对位置而确定一个或多个成像系统对齐参数(225)；以及
将所述所确定的成像系统对齐参数(225)存储在处理器可访问存储器中，以供以后将采用所述第一成像系统(40)所捕获的图像与采用所述第二成像系统(45)所捕获的图像对齐中使用。
2.如权利要求1所述的打印系统，其中，所述成像系统对齐参数(225)包括轨迹内偏移参数、跨轨迹偏移参数、歪斜角偏移参数或放大调整参数。
3.如权利要求1所述的打印系统，其中，所述成像系统对齐参数(225)包括将采用所述第一成像系统(40)或所述第二成像系统(45)所捕获的图像的坐标变换成参考坐标系的坐标变换的参数。
4.如权利要求3所述的打印系统，其中，所述参考坐标系是与所述第一成像系统(40)或者所述第二成像系统(45)关联的坐标系。
5.如权利要求1所述的打印系统，其中，所述第二图像以与所述第一图像基本上相同的时间来捕获。
6.如权利要求1所述的打印系统，其中，所述第二图像在与所述第一图像不同的时间来捕获。
7.如权利要求1所述的打印系统，其中，所述照射系统(48)是可拆卸模块，其能够安装在所述打印系统中，同时它执行对齐所述第一和第二成像系统(40,45)的所述方法，并且能够在其他时间从所述打印系统中移开。
8.如权利要求1所述的打印系统，其中，所述照射图案(50)包括位于跨所述接收介质(10)的宽度的不同位置的多个照射特征。
9.如权利要求1所述的打印系统，其中，所述成像系统的至少一个包括二维传感器阵列，其捕获所述接收介质(10)上的二维区域的图像。
10.如权利要求9所述的打印系统，其中，所述照射图案(50)包括一个或多个基准。
11.如权利要求1所述的打印系统，其中，所述成像系统的至少一个包括一维传感器阵列，其捕获所述接收介质(10)上的线性图像区域的图像。
12.如权利要求11所述的打印系统，其中，所述照射图案(50)包括与所述线性图像区域相交的多个线性特征，所述线性特征的至少一部分具有不同的倾斜角。
13.如权利要求12所述的打印系统，其中，所述所捕获图像之一中的所述照射图案(50)的位置通过下列步骤来确定：
分析所述捕获图像，以确定所述线性特征与所述线性图像区域相交的相交点；以及
响应所确定相交点之间的距离而确定所述照射图案(50)的所述位置。
14.如权利要求1所述的打印系统，其中，所述程序存储器还存储指令，其配置成使所述数据处理系统(7)实现用于对齐所述接收介质(10)的所述第一和第二面(10A,10B)上的打印图像的方法，其中所述方法包括：
使用所述一个或多个打印模块(20)在所述接收介质(10)的所述第一面(10A)打印第一面打印图像，并且在所述接收介质(10)的所述第二面(10B)打印第二面打印图像；
使用所述第一成像系统(40)来捕获所述接收介质(10)的所述第一面(10A)的第一面捕获图像，所述第一面捕获图像包括所述第一面打印图像的至少一部分；
使用所述第二成像系统(45)来捕获所述接收介质(10)的所述第二面(10B)的第二面捕获图像，所述第二面捕获图像包括所述第二面打印图像的至少一部分；
使用所述所存储的成像系统对齐参数（225）将所述第一面捕获图像与所述第二面捕获图像对齐；
分析所述所对齐的第一面捕获图像和所述所对齐的第二面捕获图像，以确定所述第一面打印图像和所述第二面打印图像的相对打印图像位置；
响应所述所确定的相对打印图像位置而确定一个或多个打印系统对齐参数（275）；以及
响应所述打印系统对齐参数（275）而调整使用所述一个或多个打印模块（20）所打印的后续图像的位置。
15.如权利要求14所述的打印系统，其中，所述第一面打印图像和所述第二面打印图像包括配准标记，并且其中所述相对打印图像位置响应所述所对齐的第一面捕获图像和所述所对齐的第二面捕获图像中的所述配准标记的位置来确定。
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