CN1152837A - 喷墨打印机装置中用于控制深浅等级的方法和装置 - Google Patents

喷墨打印机装置中用于控制深浅等级的方法和装置 Download PDF

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Abstract

喷墨打印机中控制深浅等级的方法：(a)把输入图象数据读入第一存储器，(b)确定所考虑的象素的位置，和计算误差ε＝X-X’，(c)将误差ε分配在所考虑的象素的周围象素上，(d)根据所分配的误差，用已分配误差的数据取代周围象素的输入图象数据，(e)运用振动方法对所有输入图象数据重复执行步骤(a)至(d)，(f)将振动象素数据存入第二存储器，(g)从振动象素数据产生输出图象数据，(h)对输出图象数据进行D/A变换，和(i)用D/A变换形成的输出电压控制液墨点的直径。

Description

喷墨打印机装置中用于控制 深浅等级的方法和装置
本发明涉及其结构为在电致伸缩振动器上施加电压的喷墨打印机装置的控制深浅等级的方法和装置，电致伸缩振动器设置在用于喷射供在记录媒体上记录的液墨的打印头上。
在彩色喷墨型记录系统的彩色打印机装置中运用二种喷墨原理，一种是连续喷墨，墨水连续地变为液滴，而只有必需的液滴喷射在打印支持材料上，另一种是即付喷墨或断续喷墨，墨水为在打印支持材料上打印而变为液滴。
即付型喷墨打印机装置使用机电变换系统的打印头，其中压电元件用作电致伸缩振动器，压电元件的形变力用于改变墨水腔的体积，使墨水作为液滴通过喷嘴喷出，或者使用电蒸发系统也是一种机电变换系统的打印头，其中通过附装在喷嘴中的加热元件使墨水即时加热和蒸发，以供墨水在所产生气泡的压力下通过喷嘴喷出。机电变换系统或电加热变换系统的打印头称之为脉冲加压系统打印头。
特别地，机电变换系统的打印头可为以振动圆柱形打印头的形式，其中圆柱形电致伸缩振动器装在玻璃等制成的管子的侧面上，电压加在振动器上，用于改变墨水腔的体积，使墨水颗粒喷出。或者，打印头可为以平板形振动型打印头的形式，其中平板形板型电致伸缩振动器和振动板相互粘合，产生双压电晶片，电压加在双压电晶片上，使墨水腔体积变化，喷出墨水颗粒，或者可以为杆形打印头，其中墨水供给管和压力腔被隔为墨水腔，并且使用双压电晶片，使墨水颗粒喷出。
为了由喷墨打印机装置在作为记录媒体的记录纸上打印图象，喷出单一大小的液墨滴，使用对应于液墨滴有或没有的二等级振动方法重现深浅等级。这种振动方法属于将按照预定规则即振动形成的噪声加在输入视频信号上，供使用预定的阈值产生双电平信号。这种振动方法可以分为独立决定方法和条件决定方法，在独立决定方法中使用与输入信号无关的阈值，以设定双电平信号，在条件决定方法中阈值根据输入视频信号的状态而变化。独立决定方法还可以分为使用随机数均匀分布阈值的随机振动方法和使用周期值的系统振动方法。条件决定方法还可以分为运用多个象素误差的加权平均值校正下一象素数据值的最小平均误差方法；将在一象素中产生的误差扩散到接着的象素中的误差扩散方法；从周围象素的平均值决定阈值以决定正考虑象素的白/黑色的平均值限制方法；和目的在于压缩深浅等级画面的动态阈值方法。
在上述的具有机电变换系统的打印头和设计为使用振动方法重现深浅等级的喷墨打印机装置中，打印的画面在深浅等级上是不够的，因为运用设计为重现二个等级台阶的振动方法用单一大小的液墨滴打印画面。
在具有热电变换打印头和设计为使用该振动方法重现深浅等级的喷墨打印机装置中，与打印数据值对应的液墨滴在记录纸上的大小即点直径是不变化的，因此打印的画面在深浅等级上是不够的，因为液墨滴产生的原理与墨水蒸发现象无关。
在日本专利Kokoku出版物JP-B-6-39185(1984)中，公开一种简单振动的方法，其中液墨滴的直径对应于输入数字值而变化，从而重现多个深浅等级。在这出版物中公开的方法需要对由于墨水放出特性和电压对电致伸缩振动器的液墨滴直径特性的波动进行深浅等级校正。
本发明的一个主要目的是提供喷墨打印机装置的深浅等级控制的方法和装置，从而避免上述不便之处。
在一个方面中，本发明提供喷墨打印机中控制深浅等级的一种方法包括以下步骤：
(a)在第一存储器装置中读入输入图象数据，(b)从由第一存储器装置中读出的输入图象数据中决定正考虑的象素的位置，和计算误差ε＝X-X’，式中X是正考虑的的输入图象数据，X’是实际打印的多级中的一个值，(c)将所述误差ε分配在正考虑象素的周围各象素上，(d)根据所分配的误差，取代已分配误差的周围象素的输入图象数据，(e)运用振动方法对所有输入图象数据重复执行步骤(a)至(d)，(f)将从振动步骤(e)中形成的振动象素数据存入第二存储器装置，(g)从由第二存储器装置读出的振动象素数据产生输出图象数据，控制每象素的墨点直径，(h)对输出图象数据进行D/A变换，和(i)将从D/A变换形成的输出电压加在打印头的电致伸缩振动器上，用以可变化地控制从打印头放出的液墨点的直径。
在另一方面中，本发明提供喷墨打印机中控制深浅等级的一种装置，它包括：
(a)用于读入输入图象数据的第一存储器装置，(b)振动控制装置，具有步骤：(i)从由第一存储器装置读出的输入图象数据决定正考虑的象素位置，计算误差ε＝X-X’，式中X是正考虑的的输入图象数据，X’是实际打印的多级中的一个值，(ii)将所述误差ε分配到正考虑象素的周围各象素上，(iii)根据所分配的误差，用已分配误差的数据，取代周围象素的输入图象数据；和(iv)运用振动方法对所有输入图象数据重复执行步骤(i)至(iii)，(c)第二存储器装置，用于存储由振动控制装置获得的振动图象数据，(d)从由第二存储器装置读出的振动图象数据产生控制每象素的墨点直径的输出图象数据并存储所产生的输出图象数据的装置，(e)D/A变换装置，用于对输出图象数据进行D/A变换，和(f)打印头驱动单元，用于将D/A变换器的输出电压加在打印头的电致伸缩振动器上，从而可变的控制通过打印头放出的液墨滴的直径。
对于依照本发明的喷墨打印机装置，振动控制装置使用振动方法设法进行控制，以便以多个深浅等级显示每个象素，而墨水控制装置可变化地控制构成每个象素的液墨滴的直径，用于通过打印头放出液墨滴。这使以多个深浅等级稳定打印图象数据成为可能，而对图象有效清晰度的抑制在可容许的范围内。因为所使用的打印头利用电致伸缩振动器的位移，而不是利用热量作为原理，这样可以使用受热易变的墨水(着色剂)，这样就扩大了墨水类型选择的可能范围。
图1是表示具有依照本发明的深浅等级控制装置的喷墨打印机装置的方块图。
图2表示所加电压和点直径之间的关系。
图3是表示振动控制器的操作顺序的流程图。
图4说明用于重现多个深浅等级的误差扩散方法。
图5是在图1所示的喷墨打印机装置中使用的第一种打印头的侧视图。
图6是在图1所示的喷墨打印机装置中使用的第二种打印头的侧视图。
图7是在图1所示的喷墨打印机装置中使用的第三种打印头的侧视图。
以下结合附图，详细地说明本发明的最佳实施例。
图1以方块图表示使用依照本发明的深浅等级控制装置的喷墨打印机装置。喷墨打印机装置包括振动控制器13和墨点直径控制器15，振动控制器13作为振动显示控制装置，用于以多个深浅等级表示每个象素，使用在每个象素的数据值上加上振动方法用于以使用预置多个阈值的多个电平表示数据值，以重现深浅等级，墨点直径控制器15作为墨水控制装置，用于可变化地以多个级别构成每个象素的液墨滴的直径。喷墨打印机装置也包括打印头17，用于放出其直径由振动控制器13和墨点直径控制器15控制的液墨滴。
现在详细说明喷墨打印机装置的操作。
来自外界的待打印的图象数据作为输入图象数据加在图1所示的喷墨打印机装置的驱动控制器10上。
由CPU1通过存储在作为只读存储器的ROM2中并自动送往CPU1的程序，或者由用户通过与CPU1连接的键盘(未图示)手工输入的并送往CPU1的内容来选择在这喷墨打印机装置中使用的以多个深浅等级表示图象的特定方法。
为了以多个深浅等级表示图象，例如可以任选地使用三种方法。第一种方法是使记录媒体上液墨直径即墨点直径与适合半深浅色的大小相匹配。第二种方法是减小墨点直径到比适合半深浅色的大小的值小一至二级，并安排液墨直径欠缺正如周围象素具有较小墨点直径那样，用于全面表示半深浅色，而第三种方法排列若干具有较小直径的液墨点，用于全面表示半深浅色。对于第一种方法，图象有较高有效清晰度，然而，使用较大的墨点直径，因此图象颗粒度差。因此，第二或第三种方法用于照片的图象打印，在降低有效清晰度的同时改善其颗粒度，而第一种方法用于打印设计图等的图象。第二种方法用于对高清晰度和颗粒粒度皆要求的图象。假如在单一图象中要求局部很高有效清晰度和颗粒度。可以在CPU1控制下自动转换第一、第二和第三种方法。
在驱动控制器10中，用以多个深浅等级振动的图象数据取代输入图象数据，用于振动的图象数据控制用于振动的图象数据的液墨点直径，即墨点直径，并接着输出作为打印头驱动信号，用于控制打印头驱动单元4。驱动控制器10也输出打印头进给电机驱动信号至电机驱动单元5。
现在说明驱动控制器10的详细操作。
输入驱动控制器10的图象数据通过数据输入接口单元(数据输入I/F单元11)存储在RAM12中。数据输入I/F单元11进行控制，避免RAM12中输入图象数据的溢出。当RAM12中输入图象数据达到RAM12的可存储量的上限时，数据输入I/F单元11向外界输出输入图象数据控制信号。从而停止图象数据的进入。当在RAM12中存储整幅图象的图象数据或几行的图象数据时，所存储的输入图象数据被送往振动控制器13。
振动控制器13将加至其上的图象数据存储在RAM14中，然后运用振动方法将待打印的图象数据或者用于振动的图象数据取代所存入的输入图象数据。被这样取代后的振动的图象数据又存入RAM14中。假如RAM14的存储容量足以存储全部的振动图象数据，那么，在存储所有输入图象数据以后借助于振动方法进行图象数据取代。假如RAM14的存储容量不足以存储全部的振动图象数据，那么，在RAM14中存储几行振动图象数据。存储在RAM14中用于振动的图象数据被送往墨点直径控制器15。
墨点直径控制器15将加在其上的振动图象数据存入RAM16中，并随之产生与振动图象数据对应的输出图象数据，从而控制每个象素的墨点直径。当驱动打印头7的与象素数目对应的输出图象数据量存入RAM16时，这输出数据作为D/A(数/模)变换控制信号送至D/A(数/模)变换器17。
即，把用于振动的图象数据变换成与电压-墨液滴直径一致的输出图象数据，如接着将说明的那样。
而且，根据墨水放出特性和墨水粘度来改变输出图象数据。例如，假如用于振动的图象数据是[0，63，127，199，255]，根据墨水放出特性被改变为输出图象数据[0，102，153，204，255]。
D/A变换器17通过D/A变换变换输出图象数据，并输出经变换的数据。
把打印位置传感器信号馈送到时间控制器3，以便输出电机驱动触发信号至电机控制器18。电机控制器18根据电机驱动触发信号输出打印头进给电机驱动信号至驱动单元5，同时输出记录纸进给电机驱动信号至驱动单元6。电机驱动单元5根据打印头进给电机驱动信号输出能驱动打印头进给电机8的电压和电流值，作为加至打印头进给电机8的电机脉冲，用于驱动打印头进给电机8。电机驱动单元5还根据记录纸进给电机驱动信号输出能驱动记录纸进给电机9的电压和电流值，作为加至记录纸进给电机9的电机脉冲，用于驱动记录纸进给电机9。
当打印头进给电机8启动，并且打印头7的喷嘴到达记录纸的打印位置时，由时间控制器3读出所述时序。然后控制器3输出D/A变换触发信号至D/A变换器17。D/A变换器17根据该D/A变换触发信号将来自RAM16的输出图象数据变换为模似信号，即预置电压值。
具体地说，正如下面说明的，输出图象数据转变为用于施加到电致伸缩振动器上的电压电平，如图2所示，该电压电平对应于图象数据的每个象素的记录纸上液墨滴直径，即墨点直径。根据以下因素，即，由于作为电致伸缩振动器的位移的不稳定因素的静电充电或滞后特性引起的所加波形的变化，作为打印头7整体上墨水放出特性的不稳定因素、由打印头组装中的起伏引起的墨水放出特性的误差，由墨水物理特性例如粘度引起的墨水放出特性的波动，振动板特性(如以下说明的)，或记录纸上液墨滴直径相对于所加电压变化的变化，来预先设置墨点直径和电压电平之间的关系。
来自D/A变换器17的模似信号作为打印头驱动信号送至打印头驱动单元4。打印头驱动单元4把打印头驱动信号放大到偏移电致伸缩振动器所需要的功率，并把放大后的信号作为打印头外加信号至送打印头7。所需要的功率不小于7v。这就由打印头7实现在记录纸上打印图象数据。
记录纸进给电机9以与打印头的驱动同步的关系不时地送进记录纸。
记录纸和打印头的进给以及加在打印头上的电压的施加可以通过重复以上系列操作而实现。
参阅图3的流程图，说明振动控制器13的控制操作。尤其是说明振动方法中使用误差传播方法的重现多等级的方法。
在步骤S1，输入图象数据读入RAM14。假如在步骤S2发现输入图象数据的二行或多行已读入RAM14，那么，在步骤S3设置用于振动的所考虑的象素的位置。具体地说，在行L1，L2，L3，…中行L2是所考虑的行，而这行L2中象素A2是所考虑的象素。
那么，假如所考虑的象素A2的输入图象数据的输入值是X，在步骤S4这输入图象数据X被变换为具有(N+1)级实际可能值的值X’，从而被作为用于振动的图象数据。具体地说，假如在步骤S4所考虑的象素的误差是ε，那么，这种ε可以用以下方程(1)计算：
     ε＝X-X’               …(1)式中X就是图象数据的输入值，即要求的打印值，X’是对应于加在电致伸缩振动器的电压的实际打印的多级的值。
输入值X不少于256等级，而只有几种输入值X’，通常为4，6，8和16级。为将输入值X变换为值X’，在第一种方法中把输入值X变换为在(N+1)级中最接近输入值X的值X’。而在第二种方法中在(N+1)级中最接近输入值X的值假定为具有最高可能性，离输入值最远的值假定为具有最低可能性。
然后，在步骤S6，误差ε分配在所考虑象素A2周围的各象素上。分配误差的各象素和分配比可以按要求的情况加以选择。例如，误差ε可以分配给所考虑象素周围的象素，或者可以将可能性的变量值给予所考虑象素周围的象素，用以在特定一个象素上反映误差ε。具体地说，在分配误差ε给所有周围象素时，7/16ε，3/16ε，5/16ε和1/16ε分配给L2行邻近所考虑象素A2的象素A3，和在所考虑行下一行L3的象素A1，A2和A3。
在步骤S7，根据分配后的数据而取代周围象素的输入图象数据。假如超出最小打印值或最大打印值，超出部分舍入成整数，为设置最大打印值和最小打印值不理舍入成整数的部分。或者，舍入成整数的部分以上述可能性值再分配到周围象素上。这样读入图1的RAM14中的输入图象数据按上述进行处理，用于产生供打印用的振动图象数据。
在步骤S8确定输入图象数据是否已全部变换为供打印用的振动图象数据。
假如确定不是所有输入图象数据已被变换，处理过程返回到步骤S3，确定所考虑的下一象素位置，执行步骤S4至S7用于振动的控制操作。假如确定所有输入图象数据已被变换，处理过程转移到步骤S9，振动的图象数据存入RAM14中。然后在步骤S10确定一页输入图象数据是否已振动。假如在步骤S10确定一页输入图象数据已振动，对振动的控制操作就走向结束。假如在步骤S10确定一页输入图象数据还未被振动完，处理过程返回S1，以将从数据输入I/F单元11发送的下面的图象数据读入RAM14。然后对这下面的输入图象数据执行从步骤S2到步骤S9的控制操作。
具体地说，把如图5至7中作为例子所示结构的打印头7中的一个作为依照本发明的喷墨打印机装置中使用的打印头7。
如图5所示的第一种打印头是圆筒形振动器型打印头，它由圆筒形电致伸缩元件35安装在圆筒形玻璃管30的侧表面上组成的。墨水通过墨水供给导管33送入墨水腔31。对于该第一种打印头，电压通过记录信号源34产生的打印头外加信号加在圆筒形电致伸缩元件35上，记录信号源34具有打印头驱动单元4和驱动控制器10，用以产生墨水腔31的体积变化，使墨水腔31的液墨滴通过喷嘴32作为墨水颗粒37放出。
如图6所示的第二种打印头是平板振动器型，其中膜片46粘在打印头基板40上，平板形电致伸缩元件45粘在膜片46的顶面上。墨水通过墨水供应导管43送入墨水腔41。对于该第二种打印头，电压通过由记录信号源44产生的打印头外加信号加在平板型电致伸缩元件45上，用以产生墨水腔41的体积变化，使墨水腔41的液墨滴通过喷嘴42作为墨水颗粒47放出。
如图7所示的第三种打印头在打印头基板50内侧有墨水腔51和墨水供给导管53。它是杆型(双腔型)，有平板形电致伸缩元件55装在打印头基板50朝向墨水腔51的一侧面上。对于该第三种打印头，电压通过由记录信号源54产生的打印头外加信号加在平板型电致伸缩元件55上，用于产生墨水腔51的体积变化，使墨水腔51的液墨滴通过墨水供给导管53和喷嘴52作为墨水颗粒57放出。

Claims (10)

1.喷墨打印机控制深浅等级的一种方法，它包括以下步骤：
(a)把输入图象数据读入第一存储器装置中，
(b)从由第一存储器装置中读出的输入图象数据中确定所考虑的象素的位置，和计算误差ε＝X-X’，式中X是所考虑的的输入图象数据，X’是实际打印的多级中的一个值，
(c)将所述误差ε分配在所述所考虑象素的周围各象素上，
(d)根据所分配的误差，用已分配误差的数据取代周围象素的输入图象数据，
(e)运用振动方法对所有输入图象数据重复执行步骤(a)至(d)，
(f)将从振动步骤(e)中形成的振动象素数据存入第二存储器装置，
(g)从由所述第二存储器装置读出的振动象素数据产生输出图象数据，控制每象素的墨点直径，
(h)对所述输出图象数据进行D/A变换，和
(i)将从D/A变换形成的输出电压加在所述打印头的电致伸缩振动器上，用以可变化地控制从所述打印头放出的液墨点的直径。
2.按照权利要求1规定的该方法，其特征在于：产生控制所述墨点直径的输出图象数据的所述步骤设定为对所述打印头的墨水放出特性敏感。
3.按照权利要求1规定的该方法，其特征在于：产生控制所述墨点直径的输出图象数据的所述步骤设定为对所述打印头的墨水粘度敏感。
4.按照权利要求1规定的该方法，其特征在于：产生控制所述墨点直径的输出图象数据的所述步骤设定为对加在所述电致伸缩振动器上电压变化和液墨点直径的变化敏感。
5.按照权利要求1规定的该方法，其特征在于：加在所述电致伸缩元件的所述输出电压是变化的，用以可变化地以多个级别控制所述液墨点的直径。
6.喷墨打印机装置的控制深浅等级的一种装置，它包括：
(a)用于读入输入图象数据的第一存储器装置，
(b)振动控制装置，具有步骤：(i)从由第一存储器装置读出的输入图象数据确定所考虑的象素位置，计算误差ε＝X-X’，式中X是所考虑的的输入图象数据，X’是实际打印的多级中的一个值，(ii)将所述误差ε分配到所考虑象素的周围各象素上，(iii)根据所分配的误差，用已分配误差的数据取代周围象素的输入图象数据；和(iv)运用振动方法对所有输入图象数据重复执行步骤(i)至(iii)，
(c)第二存储器装置，用于存储由所述振动控制装置获得的振动图象数据，
(d)从由所述第二存储器装置读出的振动图象数据产生控制每个象素的墨点直径的输出图象数据并存储所产生的输出图象数据的装置，
(e)D/A变换装置，用于对所述输出图象数据进行D/A变换，和
(f)打印头驱动单元，用于将所述D/A变换器的输出电压加在所述打印头的电致伸缩振动器上，从而可变化地控制通过所述打印头放出的所述液墨滴的直径。
7.按照权利要求6规定的该装置，其特征在于：产生控制所述墨点直径的输出图象数据的所述步骤设定为对所述打印头的墨水放出特性敏感。
8.按照权利要求6规定的该装置，其特征在于：产生控制所述墨点直径的输出图象数据的所述步骤设定为对所述打印头的墨水粘度敏感。
9.按照权利要求6规定的该装置，其特征在于：产生控制所述墨点直径的输出图象数据的所述步骤设定为对加在所述电致伸缩振动器上电压的变化和液墨点直径的变化敏感。
10.按照权利要求6规定的该装置，其特征在于：加在所述电致伸缩元件的所述输出电压是变化的，用以可变化地以多个级别控制所述液墨点的直径。
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