CN105682930A - 液滴图像传感 - Google Patents

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Abstract

一种对来自打印头喷嘴喷射的液滴成像的传感器。所述传感器具有平行的隔开的两行成像像素。在一个示例中，当从打印头喷射的液滴沿轨迹行进时，透镜将所述液滴的图像顺序投射到各行上。

Description

液滴图像传感
背景技术
诸如喷墨打印机的许多打印机通过从打印头的间隔近的喷嘴将一种或多种物质的微小液滴精确地喷射到介质上的对应期望位置而操作。在所述介质上产生的打印输出的品质取决于打印头喷嘴的正确操作。例如，喷嘴可能根本无法喷射液滴。在另一示例中，喷嘴可能喷射液滴、但不沿其预期轨迹，结果是这种液滴到达介质上的错误位置。这些和其他类型的有缺陷的喷嘴操作可能令人无法接受地降低打印机的整体操作品质。
附图说明
图1A-图1B是根据本公开的示例的成像传感器组件的示意图；
图2是根据本公开的示例的具有成像传感器组件的打印机的示意性透视图；
图3是根据本公开的示例的可用于图2中的打印机的另一种成像传感器组件的示意图；
图4是根据本公开的示例的打印机中的成像传感器组件的操作的示意图；
图5是根据本公开的示例的具有另一种成像传感器组件的打印机的示意性透视图；
图6是根据本公开的示例的具有打印机的另一种成像传感器组件的打印机的示意图；
图7是根据本公开的示例的一种测量打印机中的喷嘴状况的方法的流程图。
具体实施方式
由打印机在打印介质上产生的打印输出的品质取决于打印机中使用的打印头的喷嘴的正确操作。喷嘴可以被可控制地操作以滴下(laydown)液滴，随着打印头和/或打印介质相对于彼此移动，液滴在打印介质上的精确位置处形成预期的圆点(dot)图案。各种不同的液滴可具有一种或多种液体物质。如在此以及在权利要求书中定义的，“液体”应广义地理解为意指不是主要由一种或多种气体组成的流体。此类液体物质包括但不限于：墨水、染料或各种不同颜色的其他着色剂；诸如显影剂、定影剂或外层涂料的装饰材料；以及用于除视觉艺术之外的应用的其他液体。打印介质可为任意类型的可接收液滴的适当材料，诸如例如薄片或卷形物形式的纸张、卡片、布料或其他织物、透明胶片、胶带等等。
当喷嘴正确操作并且在预期位置处投放圆点时，可实现优异的输出品质。然而，如果打印头的一些喷嘴具有轨迹误差，则从那些喷嘴喷射的液滴可能无法沉积到预期位置处。在图像打印的情况下，轨迹误差可能会导致不期望的伪像，诸如在打印介质上可见的未打印的线条和/或打印输出的可感知视觉颗粒的差异。
为了避免此类打印缺陷，期望的是使用打印机本身来测试打印机中的打印头的所有喷嘴。这与使打印机在一张纸上打印测试图案、然后将测试图案发送给昂贵的高分辨率装置以进行扫描并且分析喷嘴性能相比没那么昂贵和复杂。还期望的是尽可能快地测试喷嘴。彩色喷墨打印机可使用一种或多种彩色墨水，例如，4种或6种不同颜色的墨水，并且每种不同颜色的墨水是从独立喷嘴的至少一个逻辑线性阵列(或“槽”)喷射的。每个逻辑槽中的喷嘴的数量由于分辨率(例如，每英寸的喷嘴的数量)的增加和/或逻辑槽的长度的增加而已增加。具有以页宽的方式布置的打印头的四色喷墨打印机可总共具有250000个或更多的喷嘴。以相对便宜的方式快速测试如此大量的喷嘴的轨迹误差的方法是非常可取的。
现在参照附图，例示了成像传感器、传感器组件、打印机和用于测量打印机中的打印头喷嘴的状况的方法的示例。成像传感器接收从打印头的喷嘴喷射的飞行中的液滴的图像。传感器同时对来自单个槽的多个喷嘴的液滴成像(也被称为“多工”)，并且对打印头的多个不同槽(提供“多路”特征)同时执行这一操作。跳跃图案(skippattern)算法确保在任意时间点处捕获的各种不同液滴图像不会在传感器上发生重叠，并且针对打印头测试传感器组件的单程(singlepass)中的所有喷嘴，使得大量喷嘴的状况能够以相对快速(比其他技术快多达40-60倍)并且相对便宜的方式被测量。如在此以及在权利要求书中定义的，术语“喷嘴状况”可广义地理解为意指喷嘴的功能品质的一个或多个测量参数，包括喷嘴是否喷射液滴以及喷嘴施加给所喷射的液滴的轨迹误差。
现在进一步详细地考虑成像传感器组件，参照图1A-图1B，一种示例性成像传感器组件100包括具有成像像素130的平行的隔开的两行120A、120B(在下文中，单独的一行可称为行120)的二维平面成像传感器110。每个像素(诸如像素130)产生(可由控制器处理的)多级信号，该多级信号代表撞击该像素130的光照的强度。成像传感器组件100还包括透镜140，随着液滴160沿着轨迹165行进，透镜140将从打印头的喷嘴170喷射的液滴160的图像150A、150B循序投射到行120A、120B上。
液滴160A、160B代表沿着同一液滴的轨迹165的不同位置。从打印头的喷嘴170喷射的液滴在Z方向上(即，图1A中向下)标称地行进。假设透镜140使图像反转，则液滴160A和图像150A代表时间t1处的液滴，而液滴160B和图像150B代表稍后的时间t2处的液滴。
每个像素行120A、120B中的传感器的数量N可对于两行都相同或者可对于每一行都不同。在一个示例中，N的值在从256至2048的范围内。在一个示例中，行120A、120B上的相邻像素130之间的中心到中心间距184在从12至50微米的范围内。这相当于沿该行(即，X方向)的像素分辨率为每英寸2216至508个点。在一个示例中，在轨迹误差引起大于42微米的液滴布置误差的情况下，打印介质上会出现完全丢失的线条(即，间隙)，并且会以增加的光密度打印出相邻的线条。为了检测这一误差，可使用42微米的中心到中心间距184，这相当于每英寸600个点(dpi)。在一个示例中，像素行120A、120B的长度180在6至28微米的范围内。长度180以及一行中的像素的数量N可取决于传感器110上的成像的墨水液滴150的尺寸以及传感器110上的成像的液滴150之间的期望间隔。可购得的适于用作像素行120A、120B的部件的一个示例是CMOS传感器，部件编号为S10077，由滨松(Hamamatsu)制造，具有1024个像素并且长度为14.336毫米。在此传感器中，每个像素130的尺寸为14×50微米。每个像素130收集光诱导电荷，光诱导电荷被转化为电信号并且随后被数字化。然后，检测算法使用数字化的信号来定位多个墨水液滴位置并且由此定位它们的轨迹。
每个像素130生成与撞击于其上的光照的强度对应的多级信号。此光照源于由光源(未示出)产生的、视野中的与像素130对应的位置处的液滴的光照。在一个示例中，像素130的光照强度值在0至小于1毫瓦特的范围内。
除了2个像素行120A、120B之外，传感器110还可包括打印电路组件，该打印电路组件包括联接至像素行120A、120B的传感器电子线路(electronics)(未示出)。传感器电子线路可向控制器提供与多级光照强度信号对应的数字信号以用于处理。
像素行120的布置使得传感器110构成两行×N列的二维成像传感器。在一个示例中，这两行彼此平行并且以间距182隔开，间距182在1至4毫米的范围内。在另一示例中，间距182是3毫米。成像像素130的两个隔开的线性行120的这种布置实现了比在尺寸和分辨率上足以覆盖由此两行跨越的区域的其他二维成像传感器(诸如例如，CCD或CMOS装置)便宜得多的二维成像传感器。为了计算轨迹误差以及其他依赖于在不同时间点处的液滴的测量的液滴或喷嘴参数(诸如，例如液滴速度)，可使用像素130两个隔开的行120A和120B；由例如CCD或CMOS装置以增加的成本提供的明显更多数量的行是不必要的。除了低成本之外，成像像素130的1×N个线性行120比M×N的CCD阵列操作快至少M倍，并且可具有1毫秒的刷新速度，该刷新速度相当于每秒1000次测量(即“帧”)。相比较而言，传统的低成本二维CCD或CMOS成像装置具有每秒20至40帧的慢得多的刷新速率，这会不利地限制喷嘴状况检测应用中的液滴成像吞吐量。
从喷嘴130喷射的液滴160的预期轨迹165在Z方向上。此液滴160可能不具有X或Y方向上的轨迹分量。从具有轨迹误差的喷嘴130喷射的液滴160可能具有在X和/或Y方向上的轨迹分量。相对于打印头170的线性逻辑喷嘴阵列的方位的传感器组件100的方位确定了传感器组件100测量轨迹误差的方向(X、Y或X+Y)。
所确定的方向上的轨迹误差可以以多种方式表示，诸如，在一个示例中是在误差方向(即，图1A-图1B中的X方向)上与标准或预期轨迹偏移的角，或者是在误差方向(即，图1A-图1B中的X方向)上的偏移的距离与在预期轨迹的方向(即，图1A-1B中的Z方向)上的行进的距离之间的比率。
透镜140将来自被照射的液滴160的光投射到行120的传感器像素130的范围内作为图像150。每个像素130可以感测不同的光照强度，例如，靠近投射图像150的中心的像素130具有较高的强度，而图像150的边缘附近的那些像素具有较低的强度。在一些示例中，在传感器组件100沿像素行120的长度(即，图1A-图1B中的X方向)移动的同时执行轨迹误差测量，这使得图像150在传感器110上变得模糊并且由此在该方向上被拉长。
为了测量轨迹误差，将液滴160的沿着每行120A、120B的具体液滴位置指定为这样的位置：该位置对应于沿着行120的与图像150对应的传感器像素130的范围的光照强度的质心。换言之，该位置为这样的位置：液滴在该位置的两侧上的总光照强度相等。无论是否因传感器组件100的运动而发生图像模糊，都可使用这一确定液滴位置的技术。
在图1B中，假设来自具体喷嘴170的液滴的标准或预期轨迹在行120A上的像素191处和在行120B上的像素192处产生限定了路径190的光照强度的质心。然而，来自该具体喷嘴170的液滴的实际轨迹在行120A上的像素196处和在行120B上的像素197处产生限定了路径195的光照强度的质心。由此，由传感器110测得的、喷嘴170在该方向上的轨迹误差角可计算为像素196、197在沿着行120的方向上的距离之差的反正切除以各行之间的间距182。其中，如图1B所示，各行的轴线对应于X方向，并且各行之间的间隔对应于Z方向，则轨迹误差角采取以下公式：
α＝arctan((Xpixel197－Xpixel196)/Zspacing182)
在一些示例中，由于制造公差或其他原因，传感器110可能在其平面内(在此示例中是围绕Y轴)稍微旋转，这使得标准的预期轨迹具有X方向上的分量。在这些示例中，可通过校准来排除传感器110的位置的转动的影响。
可基于单个液滴确定喷嘴170的轨迹误差，或者可替换地，可基于多个液滴确定喷嘴170的轨迹误差。例如，误差可确定为多个液滴的轨迹误差的平均值，或者可以以其他方式分析每个液滴的单独的误差以确定喷嘴的总体轨迹误差。在一个示例中，从喷嘴170喷射液滴的串(burst)，并且对每个液滴进行测量和分析。在一个示例中，该串可多达8个液滴。
现在考虑具有成像传感器组件的打印机，参照图2和图3，一种示例性打印机200包括具有二维平面成像传感器110的成像传感器组件。图2例示了系统200的示意性透视图，而图3例示了向打印头250的喷嘴平面251看过去(即，液滴将从页面的平面喷射而出)时系统200的二维视图。成像传感器组件包括传感器110和透镜210。在一些示例中，成像传感器组件还可包括光源230，而在另一些示例中，光源230可为打印机200的分立元件。打印机200还包括可移动托架(carriage)240、打印头250和控制器270。液滴可以可控制地从打印头250朝向表面290喷射，表面290在一些示例中可为打印介质、打印机的压纸卷轴、墨水容器或浮质风扇。成像传感器组件包括传感器100、透镜210和光源230。
打印头250包括平行布置的至少两个线性喷嘴阵列252。图2-图3中例示了四个线性喷嘴阵列252：喷射黑色(K)墨水液滴254A的喷嘴阵列252A、喷射蓝绿色(C)墨水液滴254B的喷嘴阵列252B、喷射品红色(M)墨水液滴254C的喷嘴阵列252C以及喷射黄色(Y)墨水液滴254D的喷嘴阵列252D。组合的KCMY墨水使得能够进行全彩色打印。线性喷嘴阵列252平行布置并且形成打印头250的喷嘴平面。如可从图3了解到的，每个喷嘴阵列252A-D设置在距传感器110的平面不同的距离处。喷嘴可控为根据控制器270的指示朝向表面290喷射液态液滴。
图3包括两个喷嘴阵列252C-D的一部分的放大视图，其进一步例示了示例性打印头250的结构。如先前解释过的，每个喷嘴阵列252为喷嘴的逻辑线性阵列。具有给定分辨率的逻辑线性阵列可构造为具有该给定分辨率的一半的分辨率的两行280A-B喷嘴，其中，这两行在行方向上偏移喷嘴间(nozzle-to-nozzle)间隔的一半的距离。在一个示例中，沿每行280A-B的喷嘴间距282为每英寸600个点(dpi)或为42.34微米，其又使得逻辑喷嘴阵列的有效间距284相当于1200dpi或21.17微米。此外，喷嘴阵列252的这两行280A-B以间距286隔开，而相邻的喷嘴阵列252以间距288隔开。在一个示例中，间距286可为210微米，间距288可在0.5毫米与2.0毫米之间的范围内。
透镜210设置在传感器110与从打印头250喷射的液滴的飞行轨迹之间。透镜210包括前部光学件212和后部光学件216。后部光学件216包括至少两个后部微透镜218。前部光学件212包括至少两个前部微透镜214。图2和图3例示了四个前部微透镜214A-D和四个对应的后部微透镜218A-D。每对前部微透镜214和后部微透镜218被构造为具有不同的焦距，焦距是从传感器110的平面到从打印头250喷射的液滴的轨迹上的焦点的距离。就这一点而言，前部微透镜214的位置是阶梯状的(即，在Y方向上偏移)，以使得每个前部微透镜214A-D以不同的距离与其对应的后部微透镜218A-D隔开。每对前部微透镜214和后部微透镜218之间的不同距离限定了每对微透镜214、218的不同的固定焦距。每个固定焦距对应于这样的距离：沿着从对应的喷嘴阵列252A-D喷射的液滴被成像的液滴轨迹的、从传感器110的平面到视野220A-D的距离。从一对微透镜214、218到下一对的焦距的差异对应于喷嘴阵列252之间的间距288。在一个示例中，每对微透镜214、218在传感器110处提供4：1的成像液滴放大倍数。
透镜210的每对微透镜214、218具有视野220，视野220同时对已从对应的线性喷嘴阵列252的多个隔开的喷嘴喷射的液滴成像(即，将其图像投射到传感器110上)。此操作可被称为“多工(multiplexing)”。在多工操作中，沿着与传感器110的平面正交的轴线(即，在Y方向上)，喷射的每个液滴的预期轨迹与传感器110的平面具有相同的距离。在一个示例中，从给定阵列252的以9个喷嘴的间隙隔开的喷嘴同时喷射出的四个液滴同时在传感器110上成像。在另一个示例中，可从给定阵列252的喷嘴同时喷射多达10个液滴。沿着传感器110的区域222中的单个(即，区域222A、B、C或D)内的每一行120A-B，多个喷嘴被成像到不同的非重叠位置上。每个区域222对应于不同的微透镜对214、218。在从给定阵列252的以9个喷嘴的间隙隔开的喷嘴同时喷射出的四个液滴的示例中，微透镜对214、218的视野220跨越足够的距离以同时成像来自全部四个喷嘴的液滴。在一个示例中，两个液滴在视野边缘附近被成像，由此，视野220的跨距(span)224是液滴之间距离的至少三倍(即，9个喷嘴之间间隔的三倍)。在每对微透镜214、218提供4：1的放大倍数的示例中，投射图像219(为了清楚起见，图3中例示了两个投射图像219A、219D而不是所有四个投射图像)的传感器行120A、120B上的跨距226是视野220的跨距224的四倍。为了确保四对微透镜214A-D、218A-D的投射图像不会在传感器行120A、120B上发生重叠，相邻视野220之间的中心到中心间距228等于或者大于跨距226。为了实现间距228，对于喷嘴阵列252A-D中的每个而言，以给定时间喷射液滴的喷嘴都不相同。视野220A-D位于沿Z轴的相同位置221处。
在操作中，每对微透镜214、218接收液滴在微透镜214处反射的非准直光、将准直光从微透镜214传送至微透镜218，然后微透镜218将非准直光聚焦到传感器110上。
而且，至少两个不同的微透镜对214、218各自同时将来自不同线性喷嘴阵列252(在不同的视野220处观察到的)的多个液滴成像到传感器110的不同的对应且不重叠的区域222。这可被称为“多路(multichannel)”操作。在多路操作中，所喷射的液滴的预期轨迹位于沿着与传感器110的平面正交的轴线(即，在Y方向上)的彼此不同的距离处。在一个示例中，微透镜对214A、218A将(在视野220A处观察到的)液滴成像到区域222A上；微透镜对214B、218B将(在视野220B处观察到的)液滴成像到区域222B上；微透镜对214C、218C将(在视野220C处观察到的)液滴成像到区域222C上；而微透镜对214D、218D将(在视野220D处观察到的)液滴成像到区域222D上。成像传感器110的两行120A、120B具有一定长度足以确保来自给定阵列252的多个液滴可被成像到该些行上的不重叠位置上，并且确保来自不同喷嘴阵列252的液滴可被成像到不同的不重叠区域222上。如上文已讨论过的，从一个阵列252喷射的液滴可为与从不同的阵列252喷射的液滴不同的物质或与不同的颜色。
托架240与喷嘴平面251在Z方向上隔开。传感器110、透镜210和光源230安装至或者以其他方式设置在托架240上。托架可沿X轴移动。运动控制机构(为清楚起见未示出)可包括皮带传动、齿轮传动或适于移动托架240的其他机构。托架240可移动足够的距离以允许由传感器110测量所有阵列252A-D中的所有喷嘴的喷嘴状况，包括轨迹误差。在此示例中测得的轨迹误差是在沿X轴的方向上。
其中，成像传感器110被设置为平行于喷嘴阵列252(即，两者都沿着相同的方向延伸；在此情况下是X方向)。
光源230可为成像传感器组件中的发散光源或准直光源，或者可设置在托架240上、设置在透镜210的(并且由此传感器110的)的视野220内的位置处，该位置在液滴沿自己的轨迹行进时持续照射232每个喷射的液滴。换言之，在每个不同时间中的每个时间从多个喷嘴阵列252A-D同时喷射的所有液滴在液滴位于对应视野220A-D内时被同时持续照射。如随后参照图4讨论的，在轨迹误差测量期间，托架240可以以预定速率移动，并且液滴喷射和液滴轨迹测量的各种不同时间可与该移动相配合。
在一个示例中，光源230可为简单的LED。一种示例性LED具有较小的散度或者较小的束发散，其足以以一些小余裕覆盖从喷嘴喷射的墨水液滴被成像的区域(即，视野220A-D的区域)。LED还具有足够的功率，以使得由液滴散射的光可被线性阵列感测到。在一个示例中，LED具有在50至150豪瓦的范围内的功率。欧司朗(Osram)为这种合适的LED的一个制造商。光源230被设置为使得从所有打印头槽252A-D同时喷射的所有液滴都可被同时照射。
在一个示例中，光源230A设置在Y方向上的位置处的托架240上，该位置落入与喷嘴平面251在Y方向上的位置相同的范围内。在此情况下，托架240可使光源230A在打印头250与表面290之间移动(即，在打印头250“下方”)。在另一示例中，光源230B设置在Y方向上的位置处的托架240上，该位置超出喷嘴平面251所占据的在Y方向上的位置的范围。在此情况下，托架240不使光源230A在打印头250与表面290之间移动(即，不在打印头250“下方”)，而是与打印头250“并排”。光源230A、230B的位置均允许如已讨论的那样同时且持续照射液滴。光源230A的位置可能是有利的，因为在一些示例中光源230A可在打印机中设置在打印头250的一侧的固定位置处，而不是设置在可移动托架240上。光源230B的位置可能是有利的，因为更多的散射光被引导到传感器110。
控制器270可通信地联接至打印头240、传感器110和托架240(即，托架运动控制)。控制器270在移动托架240的同时在多个时间中的每个时间同时从打印头250的多个喷嘴喷射液滴。这可由控制器270通过指示托架240的运动控制机构移动并指示打印头250从哪个喷嘴阵列252的哪个喷嘴何时喷射液滴来完成。结果是，在一些示例中，传感器上的液滴图像可能会因托架240的运动而模糊。控制器270还基于由每一行顺序检测到的针对喷射液滴中的每个液滴的照射强度来计算每个喷嘴的轨迹误差。术语“顺序检测”指的是：随着给定液滴沿其轨迹行进，首先将液滴成像到一个传感器行120上，然后将其成像到另一传感器行120上。控制器270有利地计算：相对于打印头250的、托架240的单程中的打印头250的至少所有非端部喷嘴的轨迹误差。由此，如随后参照图4讨论的，控制器270采用的跳跃图案考虑了打印头喷嘴的喷射频率、托架运动的速度、在托架运动期间进行传感器测量所导致的图像模糊、传感器110的测量周期以及传感器110上的液滴图像的非重叠性。换言之，对于打印头250中的每个线性喷嘴阵列252而言，控制器270根据防止在托架运动期间多个液滴图像在传感器110上重叠的跳跃图案来确定多个喷嘴和多个时间，这允许打印头250的至少非端部喷嘴的轨迹测量将在单程中被确定。
控制器270可以以硬件、固件、软件或这些技术的组合实施。在一些示例中，控制器270可包括可通信地联接至存储器274的处理器272。存储器274可包括固件和/或软件276，其包括机器可读指令，处理器272可运行该指令以执行在此描述的功能和操作。
现在考虑打印机中成像传感器组件的操作的一个示例，该打印机可为打印机200，参照图4，如先前注意到的，可由打印机的控制器使用跳跃图案算法来配合托架运动、打印头液滴喷射和传感器测量，以这种方式使得能够确保在传感器上的所喷射的液滴图像不发生重叠。在一些示例中，可能存在如下限制：托架可达到的速度范围、打印头的液滴喷射频率的上限、传感器的行的预定长度、传感器的测量频率的上限以及喷嘴的最大预估轨迹误差。至少基于这些约束并且为了在托架的单程期间测量打印头的所有非端部喷嘴的状况(包括轨迹误差)，限定了跳跃图案。跳跃图案指定：(a)在单个打印头喷嘴阵列中即将同时喷射液滴的喷嘴的数量，而且该液滴稍后将同时被成像到传感器上并由传感器进行测量；(b)这些操作的喷嘴之间的间隙；以及(c)当进行下次喷射/测量操作时，打印头阵列中的将被跳过的喷嘴的数量。
举例说明，在一种实施方式中，如图3所例示的打印头250具有沿每行280A-B的21.17微米(1200dpi)的逻辑喷嘴阵列有效喷嘴间距284。此外，传感器110可具有1.3毫秒的测量周期时间。在测量周期时间期间，为了将成像传感器110的像素的某个范围的位置从一个喷嘴移动至其相邻的喷嘴(这样，在第一次测量周期结束之后，成像传感器110将会准备测量该相邻的喷嘴)，托架240可以以约0.64英寸/秒(ips)的速度行进。然而，在一种实施方式中，托架240可能能够更快地移动，最快可达3.0ips。更快地移动托架240是有利的(这使得可以以增加的托架速率测量打印头喷嘴阵列252的所有喷嘴)，因为其减少了传感器遍历并测量打印头喷嘴阵列252的所有喷嘴所花的时间量。在最大托架速度处，每个测量周期可遍历相当于4.69个喷嘴的跨距的距离。然而，为了在托架以选定的恒定速率持续移动的同时测量阵列252的所有喷嘴，该速率限于托架240所支持的喷嘴间速率的最大整数倍。因此，选择2.56ips的托架速率，其对应于在每个测量周期遍历四个喷嘴。由此，分配的“跳数”是4；在一种实施方式中，在一个测量周期期间，按像素的某个范围对喷嘴#25成像，在下一个周期期间，将由那些像素对喷嘴#29成像，在接下来的周期期间，对喷嘴#33成像，以此类推。
为了允许已被跳过的三个中间喷嘴(例如，喷嘴#26、#27和#28)仍能在单程中被测量，由传感器110对来自给定打印头喷嘴阵列252的多个喷嘴的液滴同时成像。除其它因素之外，所选择的用于同时成像的多个喷嘴的数量取决于传感器行120的长度、透镜210的放大倍数(其确定成像的液滴在传感器110上的尺寸)、由托架的运动引入的模糊的量以及液滴喷射期间产生的浮质。在2.56ips的情况下，在视野220内，每个液滴发生约82.0微米的运动模糊，当由透镜210以4：1放大时，传感器110上该运动模糊转换到每个液滴约328微米的模糊。在一个示例中，基于与透镜210的部件(即，微透镜对214、218)的尺寸和放大倍数对应的光学视野220的限制，同时成像四个液滴。为了将成像传感器组件保持为尽可能小，喷嘴的成像视野不应大于透镜的孔径。透镜的直径受到打印头250的打印区域的下方或周围的可用空间的约束。由此，可选择光学件孔径尺寸和放大倍数以允许四个喷嘴可在同一时间被成像到传感器110上而不发生重叠。
一旦已经确定了喷嘴阵列252的即将被同时成像到传感器110上的液滴的数量，就可根据以下公式确定对应于每个液滴的喷嘴间隙：
喷嘴间隙＝同时成像的液滴的数量×2+1。
因此，对于同时成像的四个液滴，采用九个液滴的喷嘴间隙。换言之，从喷嘴阵列252中的每九个喷嘴喷射液滴。例如，在一个测量周期期间，来自喷嘴#1、#10、#19和#28的液滴是被同时喷射并成像的，并且它们的轨迹误差是被同时测量的。
图4的示例例示了：对于最初的9个测量周期(t1至t9)以及单个打印头喷嘴阵列252的最初的60个喷嘴，沿喷嘴阵列252的长度的传感器110的X方向上的位置、阵列252的喷射液滴的喷嘴以及液滴在传感器110的一个区域222上的图像402。在测量周期t1开始时，托架240开始以选定的恒定速率持续移动，来自喷嘴#1、#10、#19和#28的液滴被成像到传感器110上并且被测量。在该第一个测量周期结束时，托架240已将传感器110移动到所显示的针对t2的位置处，来自喷嘴#5、#14、#23和#32的液滴被成像到传感器110上并且被测量。从测量周期t3直至t9重复这一过程。
可观察到，从周期t7开始，已测量到从#25至#27的每个喷嘴的轨迹误差。喷嘴#37至#60(以及更大编号的喷嘴)都可在随后的测量周期中进行测量。还可观察到，在这一过程中，没有测量到靠近喷嘴阵列252的端部的一些喷嘴，具体为喷嘴#2-4、#5-8、#11-12、#15-16、#20以及#24。喷嘴阵列252的另一端(未示出)处的互补的喷嘴组也出现了类似的情形。对于喷嘴阵列252的这些并不测量所有喷嘴的端部部分中的喷嘴，可采用修改的轨迹误差过程。在一个示例中，托架速率可降低至0.64ips的速度，并且顺序测量端部部分的喷嘴。在另一个示例中，托架240可多次经过端部部分。在打印头喷嘴阵列252包括较多数量的喷嘴的情况下，因使用不同的测量技术而对整个打印头喷嘴阵列252的测量吞吐量产生的影响对于端部部分而言是可忽略不计的。对于具有1200个喷嘴的1英寸长的1200dpi喷嘴阵列，将修改的测量技术用于约4％的喷嘴。对于具有7200个喷嘴的6英寸长的阵列，将修改的测量技术应用于约0.7％的喷嘴。
注意到，图4例示了针对单个喷嘴阵列252的测量操作。如先前参照图2-图3讨论的，来自四个通道(即，四个喷嘴阵列252A-D)的液滴同时被成像到传感器110的不同区域222上。结果是，每1.3毫秒可同时成像来自打印头250的16个不同喷嘴的16个液滴(每个喷嘴阵列252/4个液滴)。这相当于总共12307个喷头/秒。由此，可在约18秒内测试超过220000个喷嘴的喷嘴阵列。相较于其它轨迹误差测量技术，这在性能上提高了40-60倍。
现在考虑具有成像传感器组件的另一种打印机，参照图5，示例性打印机500包括在其成像传感器组件中的折叠式反射镜502。如同打印机200，打印机500包括成像传感器110、透镜210、光源230、托架240、打印头250和控制器(未示出)。反射镜502设置在托架240上，且相对于由后部光学件218投射的液滴图像呈一定角度，从而在不同的方向上反射液滴图像。在一个示例中，相对于液滴图像的该角度为大致45度，并且液滴图像在X-Y平面内大致偏转90度。
反射镜502可有利地使得成像传感器组件：被制造得更紧凑；呈现与图2的成像传感器组件不同的形状因子；并/或具有更长的焦距，该焦距为从前部微透镜214到视野220中的液滴的距离。可修改或调整透镜210和成像传感器110的参数以适应反射镜502。例如，可修改前部微透镜214和/或后部微透镜218的焦距或者它们的放大倍数。对于成像传感器110，可修改行120A、120B的长度和/或行120A、120B之间的间隔。
现在考虑具有成像传感器组件的另一种打印机，参照图6，示例性打印机600包括用于测量包括轨迹误差的喷嘴状况的成像传感器组件。在系统600中测得的轨迹误差是在沿Y轴的方向上，而不是如在打印机200(图2)和打印机500(图5)中测得的那样在沿X轴的方向上。成像传感器组件包括：具有隔开的两行成像像素的传感器110、透镜610和光源230。打印机还包括具有多个喷嘴阵列252的打印头250、托架(未示出)和控制器(未示出)。
透镜610具有对从所有不同打印头喷嘴阵列252A-D喷射的液滴同时成像的单个光学件。从每个阵列252A-D的喷嘴喷射的液滴的轨迹在透镜610的视野中全部处于相同的焦距处。在一些示例中，同时从每个喷嘴阵列252A-D的相同数量的喷嘴喷射液滴。由透镜610将每个液滴图像投射到成像传感器110的不同区域上。光源230的投射光的位置允许对来自所有喷嘴阵列252A-D的液滴的同时且连续地照射。
在测量操作过程期间，托架沿X轴的方向移动成像传感器组件。托架使组件中的至少传感器110和透镜610在打印头250与表面(未示出，位于图6的页面的平面的上方)之间朝向液滴被引导的方向移动(即，传感器110和透镜610在打印头250“下方”移动)。测量操作是多路操作但不是多工操作：在每个测量周期期间，液滴是从每个喷嘴阵列252A-D的一个喷嘴喷射的。托架速率与测量周期时间相配合，以使得下一次测量周期中测量的液滴是从每个阵列252A-D中的下一个喷嘴喷射的。由此，不使用先前讨论的跳跃图案算法。以此方式，可在单程中确定打印头250的所有喷嘴的状况。
现在参照图7考虑一种测量打印机中的喷嘴液滴状况的方法700的一个示例性方法的流程图。可替换地，图7的流程中的一些或全部可被视为是由打印机中的诸如控制器270(图2)的控制器实施的方法700中的步骤。
在步骤702处，从喷液式喷嘴的平行线性阵列中的以二维布置的线性阵列中的每个的N个隔开的喷嘴同时喷射液滴。N个喷嘴可以以2×N+1个喷嘴位置的间隙等距隔开。在一个示例中，在步骤704处，从给定喷嘴喷射多达8个液滴的串。在一个示例中，在步骤706处，在喷射期间，沿多个线性阵列的长度、以速率V将具有平行的隔开的两行成像像素的传感器持续推进与N个喷嘴位置对应的距离。
在步骤708处，用传感器对从每个线性阵列的N个喷嘴喷射的液滴成像，每个成像的液滴在沿每行的像素位置的范围内生成光照强度。可大致同时对液滴成像。N的值确保了：当以速率V持续推进传感器时，成像的液滴不会在传感器上发生重叠。
在步骤710处，基于光照强度和像素位置、计算每个喷嘴的轨迹误差。在一个示例中，在步骤712处，沿着行的液滴位置被确定为：成像的液滴在沿着该行的与成像的液滴对应的像素位置处的光照强度的质心。在一个示例中，在步骤714处，基于从喷嘴喷射的液滴的沿着两行的液滴位置的差异，计算对应喷嘴的轨迹误差。
在步骤716处，N个喷嘴在推进方向上以N个喷嘴位置的间隙偏移；在步骤718处，使用位于偏移喷嘴位置处的N个喷嘴、重复执行同时喷射。
由上文可知，本公开提供的成像传感器组件、打印机和方法代表本领域中的重要改进。尽管已描述并且例示了多个具体示例，但本公开不限于在此描述和例示的具体方法、形式或部件布置。例如，虽然本公开描述了可使用跳跃图案算法在传感器组件的针对打印头的单程中测试所有喷嘴，但在另一些示例中，可采用不同的跳跃图案算法和传感器组件的针对打印头的多程来测试所有喷嘴，从而减少、最小化或消除打印机中的浮质的不利影响。方位和相对位置的术语(比如“顶”、“底”、“侧”等)不旨在要求任意元件或组件的特定的方位，而是仅为了便于例示和说明而使用。本描述应理解为包括在此描述的所有元件的新颖的且非显而易见的组合，并且可在本申请或在后续申请中针对这些元件的任意新颖的且非显而易见的组合而提出权利要求。前述示例是示意性的，并且单独的特征或元件并非对可在本申请或后续申请中请求的所有可能的组合而言都是必要的。除非另外指明，方法权利要求的步骤不必按特定顺序执行。类似地，示图中的块或数字(比如(1)、(2)等)不应被解释为步骤必须以特定顺序进行。可添加额外的块/步骤，可移除一些块/步骤，或者可更改块/步骤的顺序，这些仍落入所公开的示例的范围内。此外，在不同附图中讨论的方法或步骤可被添加到其他附图中的方法或步骤上或者与其他附图中的方法或步骤交换。再者，具体数字的数据值(诸如，具体数量、数字、分类等)或其他具体信息应解释为是示意性的以用于讨论示例。此类具体信息不用于限制示例。本公开不限于上述实施方式，而是由随附权利要求书根据其等同方案的完整范围进行限定。在权利要求书中记载了其等同方案的“一”或“第一”元件或类似的情况下，此权利要求应理解为包括一个或多个此类元件的合并，既不要求也不排除两个或更多个此类元件。

Claims (20)

1.一种成像传感器组件，包括：
二维成像传感器，具有平行的隔开的两行成像像素，每个像素产生指示撞击该像素的光照强度的多级信号；以及
透镜，当从打印头喷射的液滴沿轨迹行进时，所述透镜将所述液滴的图像顺序投射到各行上。
2.如权利要求1所述的成像传感器组件，其中，每行的像素沿着该行以每英寸至少508个点的分辨率设置。
3.如权利要求1所述的成像传感器组件，其中，
所述打印头同时从所述打印头的至少两个不同喷嘴喷射液滴；并且
所述透镜同时将所述液滴中每个液滴的图像投射到沿着每行的非重叠位置上。
4.如权利要求3所述的成像传感器组件，其中，所述液滴中的至少两个液滴的预期轨迹位于沿着与所述传感器的平面正交的轴线的彼此不同的距离处。
5.如权利要求4所述的成像传感器组件，其中，所述液滴中的所述至少两个液滴是彼此不同的物质。
6.如权利要求3所述的成像传感器组件，其中，沿着与所述传感器的平面正交的轴线，所述液滴中的至少两个液滴的预期轨迹与所述传感器的所述平面具有相同的距离。
7.如权利要求1所述的成像传感器组件，其中，所述透镜包括：
后部光学件，具有至少两个后部微透镜；以及
前部光学件，具有至少两个前部微透镜，每个前部微透镜与所述后部微透镜中的不同的后部微透镜对应，所述前部光学件呈阶梯状以使得每个前部微透镜与其对应的后部微透镜间隔不同距离，所述不同距离限定每对前部微透镜和后部微透镜的不同的固定焦距。
8.如权利要求1所述的成像传感器组件，
其中，每个液滴的投射图像撞击给定行上的多个相邻像素，并且
其中，所述液滴沿着所述给定行的位置被限定为相邻像素的强度值的质心。
9.一种打印机，包括：
托架，与可控制为喷射液滴的打印头的喷嘴平面隔开，所述托架能够沿所述喷嘴平面中的至少一个线性喷嘴阵列、平行于所述喷嘴平面而移动；
位于所述托架上的传感器，具有平行的隔开的两行成像像素，每行的尺寸适于在给定时间对多个飞行中的液滴成像；以及
控制器，在持续移动所述托架的同时，在多个时间中的每个时间从多个喷嘴喷射液滴，并且基于对应液滴的光照强度来计算给定喷嘴的轨迹误差，所述强度是由所述每行顺序测量的。
10.如权利要求9所述的打印机，包括：
透镜，设置在所述传感器与所喷射的液滴之间，并且构造为具有将来自给定线性喷嘴阵列的喷嘴中的多个隔开的喷嘴的液滴同时成像到所述传感器的单个对应区域内的不同位置上的视野。
11.如权利要求10所述的打印机，其中，所述喷嘴平面包括至少两个平行的线性喷嘴阵列，并且其中，所述透镜包括：
至少两对微透镜，被构造为各自具有不同的焦距，其中，每个焦距与从所述传感器到线性阵列中的不同线性阵列所喷射的液滴的距离对应。
12.如权利要求11所述的打印机，其中，每对微透镜将来自每个不同的线性喷嘴阵列的多个液滴同时成像到所述传感器的不同的对应区域上。
13.如权利要求9所述的打印机，其中，所述控制器计算：在相对于所述打印头的所述托架的单程中的、所述打印头的非端部部分的所有喷嘴的所述轨迹误差。
14.如权利要求9所述的打印机，其中，对于每个线性喷嘴阵列，所述控制器根据跳跃图案来确定所述多个喷嘴和所述多个时间，所述跳跃图案防止在托架运动期间多个液滴图像在所述传感器上发生重叠。
15.如权利要求9所述的打印机，包括：
光源，设置在所述托架上的一位置处，当所述液滴位于所述传感器的视野内时，所述光源在所述位置处持续照射在所述多个时间中的每个时间喷射的所有液滴。
16.一种用于测量打印机的喷嘴液滴状况的方法，所述打印机具有打印头喷嘴的平行线性阵列的二维布置，所述方法包括：
从每个所述线性阵列中的N个隔开的喷嘴同时喷射液滴；
用具有平行的隔开的两行像素的传感器对来自每个所述线性阵列的N个喷嘴的液滴同时成像，每个成像的液滴在沿着每行的像素位置的范围内产生光照强度；以及
基于对应液滴的所述光照强度和所述像素位置，计算每个喷嘴的轨迹误差。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述N个喷嘴以2×N+1个喷嘴位置的间隙等距隔开，所述方法还包括：
在执行所述同时喷射的同时，沿着多个线性阵列的长度将所述传感器持续推进与N个喷嘴位置对应的距离；
使所述N个喷嘴在推进方向上以N个喷嘴位置的间隙发生偏移；以及
使用N个偏移的喷嘴重复所述同时喷射。
18.如权利要求16所述的方法，其中，N的值确保：当以相关联的速率V持续推进所述传感器时，成像的液滴在所述传感器上不发生重叠。
19.如权利要求16所述的方法，其中，所述计算包括：
将沿着行的液滴位置确定为：成像的液滴在沿着所述行的与所述成像的液滴对应的所述像素位置处的光照强度的质心；以及
基于沿着所述两行的液滴位置的差异，计算对应喷嘴的所述轨迹误差。
20.如权利要求16所述的方法，其中，所述喷射包括：
从喷嘴喷射多达8个液滴的串。
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