CN1214925C - 控制打印头喷嘴启动时序的方法及相应的打印头和打印机 - Google Patents

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CN1214925C CNB008197113A CN00819711A CN1214925C CN 1214925 C CN1214925 C CN 1214925C CN B008197113 A CNB008197113 A CN B008197113A CN 00819711 A CN00819711 A CN 00819711A CN 1214925 C CN1214925 C CN 1214925C
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Abstract

一种用于控制一个多段打印头各个墨水通道的喷嘴行中的喷嘴启动的方法，每个段是一个打印头芯片，该方法包括：向各个段的相应通道移位寄存器装载打印数据，将所有打印数据并行传送至喷嘴使能位(每个喷嘴一位)并且利用每个通道中独立的时序启动器以在时间上互不相关的方式启动各个通道中的喷嘴。喷嘴由具有一个可编程波形的脉冲序列启动。脉冲波形由装入时序发生器的编程位确定。编程位存在于表中并装入打印头，每个通道对应一个编程位。理想地，每个通道的打印头喷嘴行以偏置对的方式排列，偏置对由异相脉冲序列启动。

Description

控制打印头喷嘴启动时序的方法及相应的打印头和打印机
技术领域
本发明涉及一种控制打印头喷嘴启动时序的方法以及按照该方法工作的打印头芯片和打印机。
背景技术
与本发明相关的各种方法、系统和装置在本发明的申请人或受让人于2000年5月24日申请的下述一起待批的申请中公开：
PCT/AU00/00518，PCT/AU00/00519，PCT/AU00/00520，PCT/AU00/00521，
PCT/AU00/00523，PCT/AU00/00524，PCT/AU00/00525，PCT/AU00/00526，
PCT/AU00/00527，PCT/AU00/00528，PCT/AU00/00529，PCT/AU00/00530，
PCT/AU00/00531，PCT/AU00/00532，PCT/AU00/00533，PCT/AU00/00534，
PCT/AU00/00535，PCT/AU00/00536，PCT/AU00/00537，PCT/AU00/00538，
PCT/AU00/00539，PCT/AU00/00540，PCT/AU00/00541，PCT/AU00/00542，
PCT/AU00/00543，PCT/AU00/00544，PCT/AU00/00545，PCT/AU00/00547，
PCT/AU00/00546，PCT/AU00/00554，PCT/AU00/00556，PCT/AU00/00557，
PCT/AU00/00558，PCT/AU00/00559，PCT/AU00/00560，PCT/AU00/00561，
PCT/AU00/00562，PCT/AU00/00563，PCT/AU00/00564，PCT/AU00/00566，
PCT/AU00/00567，PCT/AU00/00568，PCT/AI00/00569，PCT/AU00/00570，
PCT/AU00/00571，PCT/AU00/00572，PCT/AU00/00573，PCT/AU00/00574，
PCT/AU00/00575，PCT/AU00/00576，PCT/AU00/00577，PCT/AU00/00578，
PCT/AU00/00579，PCT/AU00/00581，PCT/AU00/00580，PCT/AU00/00582，
PCT/AU00/00587，PCT/AU00/00588，PCT/AU00/00589，PCT/AU00/00583，
PCT/AU00/00593，PCT/AU00/00590，PCT/AU00/00591，PCT/AU00/00592，
PCT/AU00/00594，PCT/AU00/00595，PCT/AU00/00596，PCT/AU00/00597，
PCT/AU00/00598，PCT/AU00/00516，PCT/AU00/00517和PCT/AU00/00511。
这些同样未决申请的公开内容以交叉引用的方式包括在本申请中。
另外，与本发明相关的各种方法、系统和装置在由本申请的申请人或受让人同时申请的下述同样未决的PCT申请中公开：
PCT/AU00/00754，PCT/AU00/00756和PCT/AU00/00757。
这些同样未决申请的公开内容以交叉引用的方式包括在本申请中。
需要特别注意同样未决的PCT申请号的专利申请：PCT/AU00/00591，PCT/AU00/00578，PCT/AU00/00579，PCT/AU00/00592和PCT/AU00/00590，这些申请中描述了一种在下文中称为Memjet打印头的微电机墨滴按需打印头。
上述Memjet打印头是一种由若干个能在页面的整个宽度上产生例如1600dpi的双层墨点的打印头段所构成的多段打印头。墨点很容易彼此隔离地产生，从而实现散点的抖动达到最完满。颜色平面可以以完美的重合方式进行打印，从而实现理想的重叠点打印。这种打印头可以实现利用微电机墨滴技术进行高速打印。
另外，在同样未决的PCT申请PCT/AU00/00516，PCT/AU00/00517，PCT/AU00/00511和PCT/AU00/00754，PCT/AU00/00756以及PCT/AU00/00757中描述了一种适于驱动上述引用的页宽打印头的打印引擎/控制器。
一个上述类型的多段打印头可带有1280个喷嘴。将这些所有的喷嘴一起启动会消耗太多的电力。这会引起与再次充满墨水以及喷嘴干扰有关的若干问题。
启动的逻辑电路控制喷嘴的启动。通常，一个打印头中喷嘴的启动时序是从外部控制的。所以就期望降低在外部打印头控制器中引起的复杂性。而且，在打印头上，所用的每种彩色墨水在粘度、热特性等方面具有不同的特点。因此应当为每种颜色独立地提供启动脉冲。
发明内容
本发明涉及打印头中喷嘴启动的控制，这个打印头中的喷嘴按照各个墨水通道排成行。打印数据装入各个通道相应的通道移位寄存器。所有的打印数据传送至喷嘴使能位，该喷嘴使能位为每个喷嘴一个并且利用每个通道中单独的时序发生器以在时间上互不相关的方式启动各个通道中的喷嘴。
将时序机构转移到打印头上有助于降低复杂性。另外，由于每个颜色通道都有其自己的时序器，一个给定颜色的启动模式可以在任何时刻启动。无需用另一个时序机构来确定点行的准确数目。尽管下述优选实施例中没有采用这种方式，但是这样就可以通过适当地交错各个通道的启动时序来进行重叠点打印。
通常，启动脉冲的宽度和波形在打印头的外部产生。在下述的优选实施例中，启动喷嘴的电脉冲的脉冲宽度是可编程的。
考虑到上述问题，喷嘴由电脉冲启动。对脉冲的波形进行编程以适应喷嘴中的墨水。理想地，打印头包括有多行墨水喷嘴，连续的喷嘴行形成了各个墨水通道并且由一个电脉冲序列启动这些喷嘴。对脉冲序列中的脉冲波形进行编程以适应各个通道中的墨水。理想地，通过装入一个时序发生器的编程位对脉冲波形进行调整。理想地，编程位存在于表中并装入打印头，每个通道对应一个编程位，通过打印头的串行接口对这些表进行编程。每个通道的喷嘴行优选地是以偏置对的方式排列并且由异相脉冲序列实现偏置对的启动。
在具有上述多段打印头(Memjet)技术(在参考文献中有描述)的条件下，将微电机工艺加入至构造打印头的CMOS工艺中。所得到的打印头是一种新型的打印头。与CMOS工艺的结合可以使得在打印头芯片中包括逻辑电路。这是一个放置用于启动喷嘴的时序电路的理想地点。在一个特别形式中，本发明涉及一种控制包括有若干喷嘴行的打印头的方法。连续的喷嘴行限定了各个墨水通道，其中各个通道中的喷嘴以相同的方式进行编组并且这些组相继启动。理想地，各个喷嘴行沿着其长度方向以重复喷嘴组的形式排列，一个喷嘴组中的喷嘴沿着喷嘴行相继启动；各个通道的连续喷嘴组链接为一个色度组，其中沿各个喷嘴组中的喷嘴行，喷嘴的相继启动步调一致；并且色度组的区组作为一个启动组工作，这些启动组一起启动。一个单独段中的喷嘴在物理上编组以降低供墨的复杂性和布线的复杂性。这些喷嘴还在逻辑上编组以最小化电力消耗以及实现各种打印速度，从而在不同的生产配置中实现速度/电力消耗的协调。
附图说明
图1示出了一个4色打印头段的一个排列图。
图2为图1中打印头的喷嘴区的放大视图。
图3示出了一个单独的喷嘴组及其启动顺序。
图4示出了一个单独的色度组。
图5示出了一个单独的启动组。
图6示出了段、相位组、启动组和色度组之间的关系。
图7示出了喷嘴启动的启动脉冲。
图8示出了一个多段打印头中段重叠的方式。
具体实施方式
图1示出了一个4色打印头段92中喷嘴的排列方式。一个多段打印头中的一个打印头段长度93通常为21mm。打印头段的宽度通常为80μm以用于焊点94和其它逻辑电路，以及包含在打印头段中每种颜色的宽度116μm(95)(在高速打印中还需要一个额外的定色剂颜色通道)。表1列出了最常用打印头类型的打印头段的宽度。
        表1.基于颜色数目的打印头段宽度
  颜色数  颜色通道 应用  段宽(μm)
    3  CMY 照相     484
    4  CMYK 桌面打印机     600
    5  CMYK-IR 支持网络(Netpage)     716
    6  CMYK-IR-F 支持高速网络(Netpage)     832
每个116μm色带理想的是两行喷嘴，每行喷嘴为640个，每种颜色总共有1280个喷嘴，例如黄色喷嘴行96、97。颜色的数目决定了打印头段中喷嘴的总数。表2列出了一些例子。
         表2.喷嘴数目的例子
颜色数  应用举例 每段的总喷嘴数
    1  K     1280
    3  CMY     3840
    4  CMYK     5120
    6  CMYK-IR-F     7680
图2中示出了图1中打印头喷嘴区更详细的视图。在喷嘴行98中，喷嘴之间的间隔典型地是32μm(99)，而两个喷嘴行99、100之间的偏置量为16μm(101)。两个相邻1600dpi点之间的距离实际上是15.875μm，不过打印头段相对于纸张以7.167度的角度放置从而使得打印点之间的水平距离为15.875μm。喷嘴的这种排列方式使得一行像素对应于交错的喷嘴行-一行打印偶数点，另一行打印奇数点。
请看图2中的喷嘴，很明显，如果两行打印青色的喷嘴行102、103同时启动，喷出的墨水将落在纸张的不同物理行上：奇数点落在一行，而偶数点落在另一行。同样，由打印洋红色的喷嘴行98、100打印的点也将落在完全不同的两个点行上。因此，为确保当纸张通过打印头下面时由不同喷嘴喷出的彩色墨水的混合能落在纸张上正确的点位置上，喷嘴之间的物理距离是至关重要的。两个相同颜色行之间的距离是32μm(104)，或者是两个点行。这意味着相同颜色的奇数点和偶数点打印在两个分开的点行上。相邻颜色行之间的距离是116μm(105)。应当注意的是，这就得到了7.25点行，不是点行的整数倍。因此，一种颜色的打印和下一种颜色相比在时间上交错从而与纸张移过一个完整点所需的时间相适应。如果一种颜色点行的喷嘴在T时刻启动，那么下一种颜色的对应点的喷嘴必须在(T+7.25点行)时刻启动。各个喷嘴行之间的关系可以通过定义两个变量而概括出：
D1＝点行中两个相同颜色点行之间的距离＝2
D2＝两种颜色的相同喷嘴行之间的距离＝7.25
这时我们可以认为，如果喷嘴的第一行是L行，那么颜色C的第一行是点行：
L-(C-1)D2
颜色C的第二行是点行：
L-(C-1)D2-D1
作为一个例子，表3示出了6色打印头中不同喷墨行之间的关系。应当注意的是，这六种颜色中有一种是必须首先使用的定色剂。
               表3.不同喷墨行之间的关系
颜色     行     点行     当D1＝2，D2＝7.25时
1(定色剂)     第1行     L     L
    第2行     L-D1     L-2
2(黑色)     第1行     L-D2     L-7.25
    第2行     L-D2-D1     L-9.25
 3(黄色)     第1行     L-2D2     L-14.5
    第2行     L-2D2-D1     L-16.5
 4(洋红色)     第1行     L-3D2     L-21.75
    第2行     L-3D2-D1     L-23.75
 5(青色)     第1行     L-4D2     L-29
    第2行     L-4D2-D1     L-31
 6(红外)     第1行     L-5D2     L-36.25
    第2行     L-5D2-D1     L-38.25
打印头中所用的每种彩色墨水在粘性、热特性等方面具有不同的特性。因此每种颜色的启动脉冲单独地产生。这将在下文中进一步说明。
另外，尽管在打印中可使用铜版纸，但是对于普通纸张上的高速打印应用需要使用定色剂。在使用定色剂时，它应当在任何其它的墨水打印至其点位置之前进行打印。定色剂表示该点位置的数据的“或”操作。首先打印定色剂还对纸张进行了预处理以使得后续液滴扩散至正确的大小。
一个打印头段总共包含有1280C个喷嘴，其中C是该打印头段中的颜色数目。一个打印循环最多包括所有这些喷嘴的启动，这取决于待打印的信息。一个装载循环包括在后续的打印循环期间向打印头段中装载待打印的信息。
每个喷嘴具有一个确定该喷嘴在打印循环期间是否启动的相关喷嘴使能位(NozzleEnable bit)。喷嘴使能位(个喷嘴一位)通过一组移位寄存器进行装载。
在逻辑上，每个打印头段有C个移位寄存器(每种颜色一个)，每个移位寄存器有1280个位。随着给定颜色的位移入移位寄存器，它们被导入交流脉冲上的低位喷嘴和高位喷嘴。在内部，每个1280位的移位寄存器由两个640位的移位寄存器构成：一个用于高位喷嘴，另一个用于低位喷嘴。交替的位移入交替的内部寄存器。然而，对于外部接口，每个位只是1280位移位寄存器中的1个位。
一旦所有的移位寄存器已经完全装满(1280位装载脉冲)，所有的位并行传送至适当的喷嘴使能位。这等于一个1280位的并行传送。一旦进行了传送，就可以开始打印循环。只要所有喷嘴使能位的并行装载在打印循环结束时已经进行，就能同时进行打印循环和装载循环。
装载循环与将下一打印循环的喷嘴使能位装载入打印头段的移位寄存器有关。
每个打印头段具有与C个移位寄存器直接相关的C个1位输入(这里C是该打印头段中颜色的数目)。这些输入命名为Dn，其中n为1至C(例如，一个四色打印头段有四个输入，标记为D1、D2、D3和D4)。打印头段的SClk线路上的一个脉冲将C个位分别传送至适当的移位寄存器。交流脉冲分别将这些位传送至低位和高位喷嘴。数据的完全传送总共需要1280个脉冲。一旦已经传送了全部的1280C个位，TEn线路上的一个脉冲会使得数据从移位寄存器中并行传送至适当的喷嘴使能位。
通过TEn上一个脉冲的并行传送必须在打印循环结束之后进行。否则正在打印的行的喷嘴使能位就会产生错误。
应当注意的是，尽管在同一个打印循环中打印，但是奇数和偶数点输出不会出现在同一物理输出行上。打印头中奇数和偶数喷嘴的物理分隔连同不同颜色喷嘴的分隔保证了它们在页面的不同行上产生点。在将数据装入打印头时必须要考虑这种相对间距。行间的实际间距取决于打印头中所用喷墨机构的特点。这个间距可以用变量D1和D2来限定，其中D1是不同颜色的喷嘴之间的距离，D2是相同颜色的喷嘴之间的距离。表4示出了在前4个脉冲时向一个C颜色端所传送的点。
表4.传送至一个段的点的顺序
脉冲 点 第一个颜色的行 第二个颜色的行 第三个颜色的行 第C个颜色的行
1234 0123 NN+D2 11NN+D2 N+D1 10N+D1+D2N+D1N+D1+D2 N+2D1N+2D1+D2N+2D1N+2D1+D2 N+(C-1)D1N+(C-1)D1+D2N+(C-1)D1N+(C-1)D1+D2
10 D1＝相邻颜色的喷嘴之间的行数(可能为6-10)
11 D2＝相同颜色的两个喷嘴行之间的行数(可能为2)
所有的1280个脉冲都是如此。由喷嘴的物理排列可以得到有关行间距的更多信息。
数据最高可以以80MHz的速率装载入段中，这时装载全部1280C位数据需要16μs。
一个单独的Memjet打印头段包含有1280个喷嘴。将它们同时启动将耗费太多的电能并且可能会产生与墨水再充满以及喷嘴干扰相关的问题。当我们考虑到一个典型的Memjet打印头由多个段组成，并且每个段都有1280个喷嘴时，这个问题将会更加明显。
因此在一个段内将喷嘴在逻辑上进行编组从而实现多种打印速度。这些组允许在不同的产品配置中达到速度/电能消耗的协调。
在最低速打印模式中，对于每种颜色，每次启动打印头段中的10个喷嘴。启动喷嘴的确切数目取决于打印头中出现了多少种颜色。例如，在一个6色打印(例如CMYK-IR-F)环境中，同时启动60个喷嘴。要启动一个段中的所有喷嘴，必须启动128个不同喷嘴组。
在最高速打印模式中，对于每种颜色，每次启动打印头段中的80个喷嘴。启动喷嘴的确切数目取决于打印头中出现了多少种颜色。例如，在一个6色打印(例如CMYK-IR-F)环境中，同时启动480个喷嘴。要启动一个段中的所有喷嘴，必须启动16个不同喷嘴组。
最低速模式中的电能消耗是最高速模式中的八分之一。然而应当注意的是，在这两种情况中打印一页的电能消耗是相同的。
喷嘴在逻辑上编组为喷嘴组、色度组、相位组、启动组以及最后的打印头段本身。
一个喷嘴组由一个单独物理行中的8个连续的喷嘴所组成。以1600dpi进行打印时，每个喷嘴在间距为15.875μm的网格中产生直径为22.5μm的点。图3示出了一个单独喷嘴组的喷嘴排列，其中喷嘴根据它们应当启动的顺序进行了编号。
尽管喷嘴以这个顺序启动，但是喷嘴之间的关系与打印页上点的物理排列之间的关系是不同的。一个喷嘴组中的喷嘴之间间隔两个点，从而让中间点由其它的喷嘴行打印。因此一个单独的行就表示一种颜色的奇数点或偶数点。
每种颜色的嘴组在逻辑上一起编组成色度组。一个色度组中的喷嘴组数目取决于具体应用。在单色打印系统中(例如只打印黑色的系统)，只有一种颜色因而也就只有一个喷嘴组。照片打印应用打印头需要3种颜色(青色、洋红、黄色)，因此用于这些应用的打印头段中，每个色度组有三个喷嘴组(每种颜色一个喷嘴组)。相比之下，桌面打印机可包含有6个喷嘴组，其中青色、洋红、黄色、黑色、红外和定色剂各使用一个。一个色度组表示不同行上相同水平的8点组的不同颜色成分。不同颜色喷嘴组之间的确切间距取决于打印操作参数，并且对不同的打印头设计而不同。在打印时必须要将这个间距考虑进去：例如由青色喷嘴打印的点与由洋红、黄色或黑色喷嘴打印的点处于不同的行上。图4示出了一个4色CMYK打印应用中的一个色度组。
8个色度组编组为一个启动组。之所以称为启动组是因为在一个给定启动相位时一个启动组内的喷嘴组同时启动(这将在下文中更详细地说明)。由8个色度组形成一个启动组完全是为了多速打印。在低速打印中，在一个给定启动脉冲，8个色度组中只有一个会启动给定启动脉冲的喷嘴。在高速打印中，所有8个色度组都会启动喷嘴。由于高速打印启动的喷嘴数量式低速打印的8倍，因此低速打印所需时间是高速打印的8倍。因此对于一种颜色，一个启动组包含有64个喷嘴。其排列如图5所示，色度组编号为0-7并且以CMYK色度组为例。需要注意的是，为了清楚起见，放大了相邻色度组之间的间距。
10个启动组编成一个相位组，每个打印头段中有两个相位组。偶数相位组只包含偶数喷嘴行，而奇数相位组包含奇数喷嘴行。两个启动线路，使偶能(EvenEnable)线路和使奇能(OddEnable)线路，将两个相位组作为不同的启动相独立地控制其启动。由于一个相位组里的所有启动组共享同一启动脉冲，这些启动组就同时启动。其排列如图6所示。为了清楚起见，放大了相邻组之间的间距。表5是一个段中喷嘴编组的总结。
表5.一个段中的喷嘴编组
编组名称 组成 复制比  喷嘴数
喷嘴 基本单元 1∶1  1
喷嘴组 每个喷嘴组的喷嘴 8∶1  8
色度组 每个色度组的喷嘴组 C∶1  8C
启动组 每个启动组的色度组 8∶1  64C
相位组 每个相位组的启动组 10∶1  640C
打印头段 每个打印头段的相位组 2∶1  1280C
逻辑喷嘴组支持很多打印速度，如表6所示。
       表6打印头支持的打印速度
    速度   相位数     每个相位启动的喷嘴数
    1     128     10C12(每启动组C个)
    2     64     20C(每启动组2C个)
    3     32     40C(每启动组4C个)
    4     16     80C(每启动组8C个)
12 C＝颜色数
通过串行接口可以将打印速度编程入Memjet打印头中。打印速度的理解依赖于对打印头间隔的理解，因此对打印头间隔的说明如下：
在给定启动脉冲启动的喷嘴由以下确定：
·3位喷嘴选择位(NozzleSelect)(从一个喷嘴组的8个喷嘴中选择一个)
·8位色度组选择位(ChromapodSelect)(选择要启动的0-8个色度组)
当设定了一个色度组选择位时，只有确定的色度组的喷嘴以色度组选择位和喷嘴选择位所确定的方式启动。当设定了色度组选择位的全部八位时，这个色度组的所有喷嘴都会启动。当通过NPSync线路上的脉冲开始打印一行时，对于色度组选择位值的每一个有效设置，打印头内部的状态机都会从0-7遍历喷嘴选择位。为了遍历色度组选择位的有效设置，色度组选择位移动至一个具体数目的位。当色度组选择位和初始色度组选择位相符合时，增加喷嘴选择位的值。这有助于在打印一行期间电能和热量在打印头上的均匀分布。表7列出了各种打印速度和色度组选择位的相关设置以及移位量。
  表7色度组选择位的初始设置
  速度 色度组选择位(ChromapodSelect)   移位
    1     10000000   1
    2     11000000   2
    3     11110000   4
    4     11111111   0(8)
对于高速打印模式，状态机在16相位上产生的启动顺序如表8所列：
       表8高速打印的启动顺序
    色度组选择位   喷嘴选择     相位
    11111111     0     偶与奇
    11111111     1     偶与奇
    11111111     2     偶与奇
    11111111     3     偶与奇
    11111111     4     偶与奇
    11111111     5     偶与奇
    11111111     6     偶与奇
    11111111     7     偶与奇
较低打印模式时的启动顺序也类似。然而，与设置色度组选择位的所有位不同，只是设置这些位的1，2或4位。设置的位数越少，启动的喷嘴就越少。当只是设置色度组选择位的1位时，要启动所有喷嘴的时间就是高速模式的8倍。最低速打印的启动顺序如表9所示。
           表9低速打印的启动顺序
  色度组选择位  喷嘴选择      相位
    10000000     0     偶与奇
    01000000     0     偶与奇
    00100000     0     偶与奇
    00010000     0     偶与奇
    00001000     0     偶与奇
    00000100     0     偶与奇
    00000010     0     偶与奇
    00000001     0     偶与奇
    10000000     1     偶与奇
    01000000     1     偶与奇
                   …等等…
    00000010     7     偶与奇
    00000001     7     偶与奇
对于每种颜色分别产生使偶能(EvenEnable)和使奇能(OddEnable)，以使启动脉冲可以重叠。这样一个低速打印循环的128个相位就由64位偶相位和64个奇相位组成。与之相似地，一个高速打印循环的16个相位由8位偶相位和8个奇相位组成。
因此每种颜色有两个独立的时序发生器。每一个时序发生器使用其自己的200位输入脉冲的可编程配置文件。当每个输入限定了一个10ns的时间间隔时，这个200个1位输入总的时间就是2μs。由于一个启动脉冲的通常持续时间是1.3-1.8μs，2μs的持续时间已经足够。因此打印头上的每种颜色需要有两个200位的表。通过打印头的串行接口可以对这两个表进行编程。奇数和偶数脉冲波形相同是非常合理的，不过考虑到脉冲重叠，它们通常会彼此间隔1μs。图7示出了在一个典型的打印循环期间一种颜色的使偶能位和使奇能位的例子，其中的脉冲非常简单。
一种给定颜色的脉冲波形取决于墨水的粘度(取决于温度和墨水特性)以及打印头可用的功率。墨水的粘度曲线可以从墨水源的QA芯片获得。由于两个相位有重叠，所以各种打印速度的行时间是其首次出现时的两倍。打印速度在表10中列出。
           表10各种打印速度的行时间
  速度   相位数     行时间 每秒的打印行数
    1     128     128μs     7812
    2     64     64μs     15,625
    2     32     32μs     31,250
    16     16μs     62,500
一个喷嘴的启动会引起这个喷嘴的墨水腔在一时序间内的声学扰动。这个扰动会干扰这个喷嘴在下一行的启动。喷嘴启动之间的最短时间间隔是32μs(最快打印速度)。由于墨水通道是300μm长并且声音在墨水中的传播速度约为1500m/s，因此墨水通道的谐振频率是2.5MHz。高速模式会产生80个谐振周期，这是达到了最小的声学扰动。
一个打印头段产生几种类型的反馈，这些反馈都可以用于调整启动脉冲的时序。由于多个打印头段集成在一个打印头中，可以将反馈线作用一个三态总线共享，此时同一时刻只有一个打印头段将反馈信息放在反馈线上。
如果特定的打印头段提供反馈，打印头段的CCEn线路的脉冲和D1上的数据进行“与”操作。反馈感应线路将来自于这个打印头段直至下一个CCEn脉冲到来。这种反馈是下述之一：
·T感应  通知控制器打印头的温度。由于温度影响墨水的粘度，这将允许控制器调整启动脉冲波形。
·V感应  通知控制器可以为调节器提供的电压。这使得控制器可以通过调整脉冲宽度以对扁电池或高压源进行补偿。
·R感应  通知控制器调节器的加热器的电阻率(欧姆/平方)。这使得控制器可以调节脉冲宽度从而维持能量不随加热器电阻率变化。
·W感应  通知控制器加热器关键部分的宽度，由于平版印刷和蚀刻工艺的偏差，这个宽度会有±5％的变化。这将使得控制器可以适当地调节脉冲宽度。
打印过程有保持在平衡温度的强烈趋势。为了保证打印页面的第一部分具有尺寸一致的点，在打印任何点之前要达到平衡温度。这通过一个预热过程来实现。预热过程包括在1秒内对一个打印头段的所有喷嘴进行装墨的装载过程(例如，设置所有要启动的喷嘴)，以及每个喷嘴的很多短启动脉冲。脉冲的持续时间必须不能足以启动墨滴，但是却足以加热墨水。每个喷嘴总共需要大约200个脉冲，脉冲的循环顺序和标准打印顺序相同。T感应提供有预热模式期间的反馈，并且持续下去直至达到平衡温度(超过环境温度大约30℃)。预热模式持续大约50微秒，并且取决于墨水成分。在每个打印任务之前都要进行预热。这不会影响其性能，因为这是在当数据向打印机传送时进行。
为了减少喷嘴被堵塞的几率，在每个打印任务之前进行一个清理过程。每个喷嘴向吸收海绵里喷射若干次。清理循环包括有一个在1秒内对一个打印头段的所有喷嘴进行装墨的装载过程(例如，设置所有要启动的喷嘴)，以及每个喷嘴的很多启动脉冲。喷嘴通过和标准打印过程相同的喷嘴启动顺序进行清理。每个喷嘴启动的次数取决于墨水成分以及打印机空闲的时间。和预热过程相同，清理过程对打印性能没有任何影响。
打印头段通过一个I2C串行接口进行编程。其包括设置下列参数：
·每种颜色的两组200位脉冲波形
·打印速度
·反馈数据类型(温度、电阻率等)
另外，合并后的打印头特征向量通过串行接口读回。这个特征向量包括有堵塞的喷嘴信息以及相对段排列数据。每个打印头段都可以通过其低速串行总线进行查询从而返回这个打印头段的一个特征向量。多段打印头的特征向量可以合并在一起从而为整个打印头创建一个喷嘴缺陷列表并允许打印引擎在打印期间对有缺陷的喷嘴进行补偿。只要有缺陷的喷嘴很少，这种补偿就能产生与那些不带有缺陷的喷嘴的打印头没有可见区别的结果。
每个打印头段的特征向量有384位，其组成有：
·64位标记和打印头段信息，包括打印头段中表示颜色的序列号和数目
·16位相对于前一个打印头段的排列数据(0＝第一打印头段)
·一个可变长度的用尽其余位的有缺陷喷嘴列表
有缺陷的喷嘴列表的长度是可变的，并且每组有缺陷的喷嘴具有下述结构：
·5位计数(0＝列表末端)
·3位颜色
·计数×11位，每个有缺陷的喷嘴一条记录
通常，一个打印头段具有如表11所定义的连接。应当注意到，对于多种颜色，某些连接是重复的。
              表11打印头段连接
名称   多种颜色打印头段的重复        功能
D[n]     是     图像数据的通道n
SClk     否     串行数据传输时钟
NPSync     否     喷嘴相位同步
PLL     否     相位锁闭环路时钟
TEn     否     并行传输启动
Reset     否     控制复位
SCl     否     用于控制的I2C串行时钟
SD     否     用于控制的I2C串行数据
CCEn[n]     否     控制芯片启动[n]
Gnd     否     模拟接地
Sense     否     模拟感应输出
V-     是     负极驱动电源
V+     是     正极驱动电源
Vss     是     负极逻辑电源
Vdd     是     正极逻辑电源
21mm长的打印头段在300μm的中心处有64个焊点。这些焊点中的24个是向驱动装置提供V-电源，20个是向驱动装置提供V+电源。其余的20个连接是CMOS逻辑电源、信号以及数据连接。表12详细说明了这些连接。
                表12 6色打印头段的连接
编号  名称 功能
1-6  V- 负极驱动电源
7  Vss 负极逻辑电源
8  D1[n] 图像数据[n]的通道1(第6通道打印头为定色剂)
9  D2[n] 图像数据[n]的通道2(第6通道打印头为红外)
10  SClk 串行数据传输时钟
11  Vdd 正极逻辑电源
12-16  V+ 正极驱动电源
17-22  V- 负极驱动电源
23  NPSync 喷嘴相位同步
24  D3[n] 图像数据[n]的通道3(第6通道打印头为黑色)
25  D4[n] 图像数据[n]的通道4(第6通道打印头为黄色)
26  PLL 相位锁闭环路时钟
27  TEn 并行传输启动
28-32  V+ 正极驱动电源
33-38  V- 负极驱动电源
39  Reset 控制重启动
40  D5[n] 图像数据[n]的通道5(第6通道打印头为洋红)
41  D6[n] 图像数据[n]的通道6(第6通道打印头为青色)
42  SCl 用于控制的I2C串行时钟
43  SD 用于控制的I2C串行数据
44-48  V+ 正极驱动电源
49-54  V- 负极驱动电源
55  Vdd 负极逻辑电源
56  Gnd 模拟接地
57  CCEn[n] 控制芯片启动[n]
58  Vss 负极逻辑电源
59  Sense 模拟感应输出
60-64  V+ 正极驱动电源
理想地，一个多段打印头由若干个相同的打印头段组成。这些打印头段典型地是制造在一起或者制造后装配在一起以形成预期长度的打印头的21mm打印头。这些打印头段可以根据需要设置为有重叠以实现打印头段之间的平滑过渡。每个21mm英寸打印头段在页面的不同部分上打印1600dpi的双层点以产生最终图像。尽管每个打印头段产生最终图像的1280个点，但是每个点都是由彩色墨水的组合所构成。例如，15个打印头段并排组合在一起实现一个12英寸的打印头。每个打印头段都可视为具有一个引入区、一个中央区和一个引出区。一个打印头段的引出区对应下一个打印头段的引入区。
在图8中，通过示出两个重叠段106、107，可以看出一个打印头段的三个区。注意到，打印头段S(110)的引出区108对应于打印头段S+1(107)的引入区。一个打印头段的中央区就是没有重叠的区域(106中的110段以及107中的111段)。虽然该图示出了垂直错排的打印头段，但是打印头段以一个小角度错排以使得它们在垂直方向上对齐。
在给打印头接线时要多加注意。随着打印头宽度的增加，打印头段的数目会增加，连接的数目也会增加。每个打印头段有其自己的Dn个连接(共有C组)，还有SClk和其它用于装载和打印的连接。
当打印头段的数目S很小时，利用一根共用的SClk线路并向打印头段的每个Dn输入提供C位数据，可以同时装载所有的打印头段。在一个4段4色打印机中，在一个SClk脉冲中传送至打印头的总位数是16。然而对于一个六通道启动(C＝6)的12英寸打印机，S＝15，不太可能有90根数据线路从打印数据发生器连接至打印头。作为代替，为了装载目的可以将若干打印头段编组在一起。每组打印头段足够小以致可以同时装载并共用一个SClk线路。例如，一个12英寸打印头可以有两个段组，每个段组包含有8个打印头段。两个组可以共用48根Dn线路，并有两个SClk线路，每个段组一个。即使第二个8段组没有打印头段，将打印头段进行分组仍然是很有好处的。因此，在最后一个组中可能不会使用到一些位。
随着段组数目的增加，装载打印头所需的时间也会增加。当只有一组时，需要1280个装载脉冲(每个脉冲传送C个数据位)。当有G组时，需要1280G个装载脉冲。数据发生器和打印头之间连接带宽必须能够应付这种情况并且在具体应用的可允许时序参数范围内。如果G是段组的数目并且L是一个组中打印头段的最大数目，打印头需要L×C个颜色数据线路和G个SClk线路。不管G是多少，只需要一个TEn线路，所有的打印头段可以共用此线路。由于每个段组里的L个打印头段由一个SClk脉冲进行装载，任何打印进程必须以正确的顺序为打印头产生数据。例如，当G＝2并且L＝4时，第一个SClk1脉冲将为下一个打印循环的点0、1280、2560和3840传送Dn个位。第一个SClk2脉冲将为下一个打印循环的点5120、6400、7680和8960传送Dn个位。第二个SClk1脉冲将为下一个打印循环的点1、1281、2561和3841传送Dn个位。第二个SClk2脉冲将为下一个打印循环的点5121、6401、7681和8961传送Dn个位。
在1280G个SClk脉冲(每个SClk1和SClk2都是1280个)之后，整个线路的数据都已经装载入打印头并且可以发出共用的TEn脉冲。
很需要注意的是，奇数和偶数颜色输出尽管在相同的打印循环期间打印，但是并不显示在相同的物理输出行上。打印头内奇数和偶数喷嘴的物理分隔以及不同颜色的喷嘴间的分隔保证了它们在页面的不同行上产生点。在将数据装载入打印头时一定要考虑到这个相对间距。在只考虑一个段组的情况下，表13示出了在共用的SClk的前4个脉冲期间传送至打印头的第S段的点。
     表13在一个多段打印头中传送至第S段的点的顺序
  脉冲   点   颜色1行   颜色2行   颜色C行
  1234   1280S131280S+11280S+21280S+3   NN+D215NC+D2   N+D1 14N+D1+D2N+DN+D1+D2   N+(C-1)D1N+(C-1)D1+D2N+(C-1)D1N+(C-1)D1+D2
13 S＝段编号
14 D1＝相邻颜色的喷嘴之间的行数(可能为7-10)
15 D2＝相同颜色的两个喷嘴行之间的行数(可能为2)
这个具体段组的所有1280个SClk脉冲都是如此。
对于打印，在最低速打印模式时每个段用10C个喷嘴打印，在最高速打印模式时每个段用80C个喷嘴打印。
尽管可以用任何方式给段接线，但是本文中只考虑所有段同时启动的情况。这是因为低速打印模式实现小打印头(例如2英寸和4英寸)的低能耗打印，并且控制器芯片的设计假定有足够的电能可以用于大的打印尺寸(例如8-18英寸)。如果一个具体的应用需要，很容易改变打印头中的连接以实现启动的分组。当所有段同时启动时，在低速打印模式时启动10C×S个喷嘴，在高速打印模式时启动80C×S个喷嘴。由于所有段同时打印，打印逻辑和上述相同并且线路时间和表10所定义的相同。
如上所述，一个打印头段产生一个模拟反馈线路。这个反馈用于调整启动脉冲的波形。由于多段打印头集成入一个打印头，可以将这个线路作为一个三态总线共用，同一时间只有一个段将反馈信息置于反馈线路上。由于选择哪个段将反馈信息置于共用感应线路上取决于D1，用于装载数据的段分组可以有效地用于选择反馈的段。正如有G条SClk线路(同一段组的段之间共用的一个线路)的情况，有G条CCEn线路以相同的方式共用。当正确的CCEn线路产生脉冲时，设置为D1位的那个组的段将开始将数据置于共用的反馈线上。同时必须将前面提供反馈的段通过将其D1位设置为0而禁用，并且这个段可以在一个不同的段组中。因此当存在多个段组时，改变反馈段需要两个步骤：禁用旧的段，以及启用新的段。
以下假定一个打印头由上述的若干个段所构成。还假定为了装载数据，这些段分为G个段组，最大段组中有L个段。假定这个打印头中有C种颜色。假定这个打印头的启动机制是所有的段同时启动，并且同一时间只有一个段将反馈信号置于一个共用的三态总线上。在上述假定之上，表14列出了一个打印头上可用的外部连接：
                   表14打印头的连接
    名称   针脚名称 说明
    Dn     CL 给段0至L-1的C个移位寄存器的输入
    SClk     G SClk[n](第n个移位寄存器时钟)上的一个将当前值从Dn线路装入段组N的第L个段中的脉冲
    NPSync     1 NPSync上的一个为启动所有段打印一行的脉冲
    PLL     1 产生打印头中时序信号的相位锁闭环路时钟
    Ten     1 从移位寄存器向内部喷嘴使能位(每个喷嘴一位)并行传送数据
    Reset     1 控制复位
    SCl     1 用于控制的I2C串行时钟
    SD 1   用于控制的I2C串行数据
    CCEn G   CCEnN上与D1[n]上数据进行“与”运算的脉冲选择用于段组N的段n的感应线路
    Sense 1   模拟感应输出
    Gnd 1   模拟感应接地
    V- 很多，取决于颜色数   负极驱动电源
    V+   正极驱动电源
    Vss   负极逻辑电源
    Vdd   正极逻辑电源
本说明书的目的是描述本发明的优选实施例，而不是将本发明限定于任何一个实施例或具体特点的组合。本领域的技术人员可以在具体实施例之上实现各种变化，但是这些变化很显然应当在本发明的范围内。

Claims (23)

1.一种控制打印头中各个墨水通道的喷嘴行上喷嘴启动的方法，其包括：
将打印数据装入打印头各个段上的各个通道移位寄存器；
将打印数据传至喷嘴使能位，每个喷嘴一位；和
利用每个通道各自的时序发生器以在时间上互不相关的方式启动各个通道中的喷嘴。
2.如权利要求1所述的控制打印头中各个墨水通道的喷嘴行上喷嘴启动的方法，其中一个通道的启动可以在一个设定时间开始，允许以选定的时间延迟进行打印以实现交错行打印和重叠点打印。
3.如权利要求1所述的控制打印头中各个墨水通道的喷嘴行上喷嘴启动的方法，其中喷嘴由电脉冲启动并且对脉冲波形进行编程以适应喷嘴中的墨水。
4.如权利要求3所述的控制打印头中各个墨水通道的喷嘴行上喷嘴启动的方法，其中通过装入一个时序发生器的编程位对脉冲波形进行调整，编程位通过打印头的串行接口从表中装入打印头，每个通道对应一个编程位。
5.如权利要求3或4任一项所述的控制打印头中各个墨水通道的喷嘴行上喷嘴启动的方法，其中对于每个通道，打印头的喷嘴行以偏置对的方式排列并且这个偏置对的启动由异相脉冲序列执行。
6.如权利要求1所述的控制打印头中各个墨水通道的喷嘴行上喷嘴启动的方法，其中各个通道中的喷嘴以相同的方式编组并且各个组里的喷嘴相继启动。
7.如权利要求6所述的控制打印头中各个墨水通道的喷嘴行上喷嘴启动的方法，其中各个喷嘴行沿着每个喷嘴行的长度方向上组织为重复的喷嘴组，一个喷嘴组里的喷嘴沿着行的方向相继启动；各个通道的连续喷嘴组链接为一个色度组，沿着各个喷嘴组中的喷嘴行，每个通道中喷嘴的相继启动同步；和
色度组的区组作为一个启动组工作，这些启动组一起启动。
8.如权利要求7所述的控制打印头中各个墨水通道的喷嘴行上喷嘴启动的方法，其中喷嘴的启动通过设置启动组里色度组的启动模式进行控制。
9.如权利要求7所述的控制打印头中各个墨水通道的喷嘴行上喷嘴启动的方法，其中对于每个通道，打印头喷嘴行以偏置对的方式排列，启动组的区组构成相位组，两个相位组驱动一个分段打印头的每个段，这两个偏置对喷嘴行的每行有一个相位组。
10.一种包括有喷嘴行的打印头，连续的喷嘴行限定了各个墨水通道，该打印头包括有：
用于接收打印数据的各个通道移位寄存器；
若干喷嘴使能位，每个喷嘴一位，在该处从各个通道移位寄存器接收打印数据；
每个通道中单独的时序发生器，其用于以时间上互不相关的方式执行各个通道中喷嘴的启动。
11.如权利要求10所述的打印头，其中喷嘴由一个电脉冲序列启动，脉冲的波形是可编程的。
12.如权利要求11所述的打印头，其中脉冲波形由装入时序发生器的编程位确定。
13.如权利要求12所述的打印头，其中编程位存在表中并装入打印头中，每个通道一个编程位。
14.如权利要求13所述的打印头，其中可通过打印头的串行接口对表进行编程。
15.如权利要求10至14中任一项所述的打印头，其中对于每个通道，打印头喷嘴行以偏置对的方式排列并且偏置对由异相脉冲序列所启动。
16.如权利要求10至14中任一项所述的打印头，其包括一个连接至打印头的接口，通过该接口，可通过一个低速串行接口对时序参数从外部设置。
17.如权利要求10所述的打印头，其中各个通道中的喷嘴以相同的方式编组并且各个喷嘴组相继启动。
18.如权利要求17所述的打印头，其中各个喷嘴行沿着每个喷嘴行的长度方向组织为重复的喷嘴组，一个喷嘴组中的喷嘴沿着喷嘴行的方向相继启动；
各个通道的连续喷嘴组链接为一个色度组，其中沿着各个喷嘴组中喷嘴行的方向，每个通道中喷嘴的相继启动一致；并且喷嘴的启动通过设置色度组的启动模式进行控制。
19.如权利要求18所述的打印头，其中每个通道由两个偏置的喷嘴行形成，色度组按区组组织为启动组，启动组中的色度组同时启动从而形成两个相位组，每个相位组驱动分段打印头一段中的一个偏置行的所有喷嘴。
20.一种打印机，其具有一个包括有若干喷嘴行并且连续喷嘴行限定了相应墨水通道的打印头，其包括：
用于接收打印数据的各个通道移位寄存器；
若干喷嘴使能位，每个喷嘴一位，在该处从各个通道的移位寄存器接收打印数据；
每个通道中单独的时序发生器，其以在时间上互不相关的方式启动各个通道中的喷嘴。
21.如权利要求20所述的打印机，其中喷嘴由一个电脉冲序列启动，脉冲波形是可编程的并且由装入时序发生器的编程位确定。
22.如权利要求21所述的打印机，其中编程位存在于表中并通过一打印头接口装入打印头，每个通道一个编程位。
23.如权利要求20所述的打印机，其中各个喷嘴行沿着每个喷嘴行的长度方向组织为重复的喷嘴组，一个喷嘴组中的喷嘴沿着喷嘴行的方向相继启动；
各个通道的连续喷嘴组链接为一个色度组，其中沿着各个喷嘴组中喷嘴行的方向，每个通道中喷嘴的相继启动一致；并且喷嘴的启动通过设置色度组的启动模式进行控制。
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