CN1669049A

CN1669049A - 使用细长像素的喷墨打印

Info

Publication number: CN1669049A
Application number: CNA038171139A
Authority: CN
Inventors: 斯蒂芬·坦普尔
Original assignee: Xaar Ltd
Current assignee: Xaar Ltd; Xaar Technology Ltd
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2003-09-01
Publication date: 2005-09-14
Anticipated expiration: 2023-09-01
Also published as: ES2417018T3; EP1552469A1; KR20050057026A; GB0220227D0; CN100356396C; AU2003260762A1; JP2005537155A; BR0313800A; WO2004021268A1; JP4391939B2; EP2573714A1; US20050285897A1; RU2005108979A; CA2492111A1; EP1552469B1; RU2327216C2; US7722157B2; MXPA05001980A

Abstract

一种喷墨或其他类型的打印机，用于对每行输入像素打印连续“超像素”的两个叠加行，每个打印像素能够从N个超像素接收打印贡献。所述超像素是输入像素的宽度的两倍，且一行超像素与另一行超像素偏离超像素宽度的一半。由此提供重复性以便抵抗打印元素的丢失。通过边缘增强工艺能够降低图像的平滑效果。

Description

使用细长像素的喷墨打印

技术领域

本发明涉及一种打印技术，尤其是涉及一种喷墨打印头。

背景技术

存在对于即能够提供高的处理量又能够提供高的打印质量的数字式打印机的需求，所述打印机具有越过打印页面的整个宽度而延伸的打印头。

在具有必需的大量的封闭地间隔开的墨室和喷嘴的这种特征的喷墨打印机中，作为制造误差、或使用中由于喷嘴堵塞或其他故障引起的结果，总是存在一个或更多个喷嘴出现故障(失败)的危险。

可以检测并丢弃甚至具有单个故障喷嘴的所制造的打印头。然而，由于每个打印头中的巨大数量的喷嘴和由于制造工艺的复杂，这样的质量控制措施易于导致不经济的制造产量。

在打印头的使用中，由在被打印的衬底被移动通过打印头时缺陷的空间相关性，即使单个喷嘴的故障也能够导致可觉察的打印缺陷。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种改进的打印方法和改进的打印头，它们能够消除由于喷嘴故障引起的缺陷或横越打印行的与标准打印性能的其他偏差。

因此，本发明的第一方面在于提供一种在衬底上打印连续像素的平行行的方法，所述衬底在正交于所述行的方向上被移动(索引或分度移动)(indexed)，所述方法包括以下步骤：为每一行像素打印N个叠加的连续超像素(super pixel)行，每个打印像素能够从N个超像素接收打印贡献(print contribution)，且每个超像素优选在行方向上伸长并具有N∶1的纵横比。

有利的是，连续超像素的N个叠加行的每一行相对于其他叠加行中的每一个在行方向上偏离，且所述偏离的距离优选是在行方向上超像素尺寸的1/N。

优选的是，打印数据以打印数据像素阵列的形式被接收，且其中每个超像素的值作为优选至少三个相应数据像素的加权和而被导出，并且每个超像素优选相对于打印数据像素对称地设置。

有利的是，应用于所述加权和中的相应数据像素的至少一个加权系数为负的。

在本发明的一个优选方式中，测量每个超像素的适印性，且对被那个超像素覆盖的那些像素的贡献全部或部分地转移给一个或更多个其他的超像素，所述那些像素能够根据那个超像素的适印性中的任何测量偏差从所述其他的像素接收打印贡献。

合适地，对于每个超像素测量适印性中的误差，且其中每个超像素的值的确定包括适印性中的测量误差的函数，所述函数优选为多项式且包括至少三次幂的项。

根据另一方面，本发明在于提供一种喷墨打印机，该打印机具有多个墨室，每个墨室都设置有喷嘴装置，所述多个墨室布置成在衬底上打印一行连续打印元素，每个墨室的喷嘴装置为与那个墨室相关联的打印元素在行方向上伸长且具有至少2∶1的纵横比。

有利的是，设置至少两组墨室，每组墨室布置成打印一行连续的打印元素，由各组墨室打印的连续打印元素行被叠加。

合适的是，一组墨室的打印元素在行方向上相对于另一组墨室的打印元素而偏离，且所述偏离优选为纵横比的倒数。

在本发明的另一方面中，本发明在于提供一种在打印介质上打印打印数据像素阵列的表示的方法，所述方法包括以下步骤：将打印数据从所述打印数据像素阵列以分布函数分布到超像素阵列之上，从而每个超像素从至少两个打印数据像素接收打印数据贡献且每个打印数据像素将打印数据贡献给至少两个超像素；及在介质上形成打印像素，从而每个打印像素从至少两个超像素接收打印贡献。

优选的是，打印像素从其接收打印贡献的所述至少两个超像素从打印数据像素的不同组合接收打印数据贡献。

有利的是，每个超像素从至少三个打印数据像素接收打印数据贡献，且打印数据贡献优选在所述打印数据像素之间的标记内变化。

合适的是，所述方法还包括以下步骤：测量每个超像素的打印效率，且所述分布函数优选包括测量的打印效率。

在本发明的优选方式中，在介质上形成打印像素从而每个打印像素从至少两个超像素接收打印贡献的步骤包括以下步骤：以通过一个超像素确定的量在每个打印像素上沉积墨水同时所述沉积的墨水仍然保持为流体，其中打印像素从所述一个超像素接收打印贡献，及以通过另一个超像素确定的量沉积墨水，其中打印像素从所述另一个超像素接收打印贡献。

在另一方面，本发明在于提供一种打印机，所述打印机包括能够接收打印数据像素阵列的输入端口；用于在打印介质上形成重叠超像素的打印装置，和打印处理器，该打印处理器能够将打印数据以分布函数从所述打印数据像素阵列分布到超像素之上，从而每个超像素从至少两个打印数据像素接收打印数据贡献且每个打印数据像素将打印数据贡献给至少两个超像素。

附图说明

通过结合附图以示例的方式描述本发明，其中：

图1是根据现有技术的喷墨打印头的示意图；

图2是根据本发明一个实施例的喷墨打印机的侧视图，其中为了清楚移除了喷嘴板；

图3是图2所示喷墨打印机的截面侧视图；

图4是根据本发明另一实施例的喷墨打印机的透视图，其中为了清楚移除了部件；

图5是与图1类似的根据本发明实施例的喷墨打印头的示意图；

图6和图7是示出了输入数据像素、超像素和打印在衬底上的像素的对准的视图；

图8是示出根据本发明实施例的喷墨打印机的性能的视图。

具体实施方式

参考附图1，喷墨打印头具有由压电壁结构12限定的第一阵列墨室10。紧固到壁结构12的喷嘴板14限定了用于每个墨室10的喷嘴。这个第一阵列墨室10示出为在合适的衬底上沉积墨滴16。

这种通常形式的喷墨打印头例如描述在EP-A-0277703和EP-A-0278590中。

为对于打印行的单位长度增加能够沉积的墨滴数量，以前提出了设置第二阵列墨室18，该第二阵列墨室18类似地由压电壁结构20限定且具有限定每个墨室18一个喷嘴的喷嘴板22。第二阵列墨室18示出为在衬底上沉积墨滴24。这样，与由在单个阵列墨室内间隔开的喷嘴限定的“固有”分辨率相比，可以有效地使打印分辨率加倍。

每个墨室10可以形成为细长通道，该通道与形成相应的一个墨室18的细长通道在同一直线上且共享相同的供墨端口。然后，墨水通道的平行阵列成一定的角度以便在两组喷嘴中产生偏离。

如果一个墨室或喷嘴出现故障(如在X处示意性标记出的)在打印行上将存在不可打印的像素。即使每单位长度打印行的墨滴数量可以很高(360dpi)，由于当打印衬底被相对于打印头移动时缺陷的空间相关性，使得单个不可打印的像素仍会产生视觉上不可接受的缺陷。

参考图2和图3，一组打印室0由压电壁结构12限定。在这种情况下，喷嘴板14用于限定每个墨室10的两个喷嘴。两个喷嘴中的每一个与图1中的单个喷嘴装置具有相同或相似的尺寸且每个墨室的两个喷嘴设置成在衬底上形成单个墨滴30，所述墨滴30的体积大体上是图1所示布置中的墨滴16的体积两倍。每个墨滴在打印行方向方上伸长，且具有2∶1的纵横比，并且每个墨滴具有这样的长度，即它们越过打印行连续。

所述室结构可以修改，从而其提供较窄的壁结构12和较宽的打印室10，以便允许用于两个喷嘴的空间。所述壁可以薄到25微米且没有严重的活度损失。

图2和图3中的打印头为通常已知的“端射器”结构。例如，从在此通过参考并入的EP-A-0277703可知，通道10形成在压电材料制成的块体32内，所述块体32在箭头35所示的方向上被极化。形成在侧壁36的相对表面上的电场横穿电极34的应用导致侧壁的压电材料以剪切模式偏斜，由此引起墨滴从与通道相联的喷嘴的喷出。喷嘴在室内的位置被示意性示出并且可以或没有完全设置在通道内。通常，喷嘴的一部分可以重叠所述壁并且喷射特性没有严重的变化。

通道终止于喷嘴板14，其中喷嘴形成在所述喷嘴板14内，如图3所示，图3是沿通道的纵向轴线剖切的截面图。

图4中的打印头是通常已知的“侧射器”结构。喷嘴38设置在盖板37内并且设置在位于通道的端部之间的点上。对于每个通道10有两个喷嘴。墨水端口(未示出)设置在通道的任一端以允许墨水通过喷射室循环。仅具有单个喷嘴的这种类型的打印头在WO91/17051中有描述。所述喷嘴被示意性示出并且没有成比例。

如图5示意性所示(图5与图1类似并且示出了图2和图3所示实施例或图4所示实施例中任一实施例的喷嘴和通道布置，第二组墨室被设置并且由压电结构20再次限定，且喷嘴板或盖板22限定每个墨室18两个喷嘴。这两个喷嘴组合形成墨滴32，所述墨滴32类似地具有2∶1的纵横比并形成连续的行。

第二组墨室18可以位于单独的打印头内，所述打印头包括第一组墨室10或者为WO00/29217中描述的相同打印头的一部分。

来自第一阵列墨室的墨滴30沿打印行相对于第二组墨室18的墨滴32偏离墨室节距的一半。利用这种布置，如果存在如图X处示意性所示的单个墨室的故障，没有像素保持不可打印。

将细长的墨滴30和32认为是打印“超像素”非常方便，打印在衬底上的每个像素从多达两个超像素接收贡献。打印的像素结构在图5中显示为线40上的单元A、B、C、D。在用于打印头的控制和驱动装置中，准备是将用于特定像素的期望打印密度分布在对那个像素作出贡献的两个超像素之间。在典型的布置中，建立在合适灰度上的用于像素的期望打印密度将分布给两个相应的超像素各50％。在检测到墨室(或相关联的喷嘴)故障的情况下，打印密度的分布可以切换，从而由现在丢失的超像素覆盖的两个像素中的每一个从覆盖那个像素的另一个超像素接收100％的期望打印密度。通过相邻超像素的灰度的变化对丢失超像素的补偿将影响相邻的像素。这种影响比不可打印的像素更不明显。在一种改进中，采取增加噪声(通过减去或增加灰度水平)以便将丢失线的影响分布到一个或更多个相邻超像素之上并且减小缺陷的空间相关性。

尽管超像素13(奇数超像素1，3，5...)的行在图5中示出为与超像素32(偶数超像素2，4，6...)的行横向分离开，但这仅仅是为了图示方便。两行超像素被有效地叠加。

下面是从被接收作为输入打印数据的灰度像素值导出用于超像素的灰度水平的方法。

每个超像素的灰度值设定为由超像素覆盖的两个像素的灰度值的和的四分之一，因此：

S₁＝(P_A+P_B)/4 S₂＝(P_B+P_C)/4

这个处理将用作打印图像的低通空间过滤器。在这个空间过滤对图像具有显著影响的区域内，例如，作为边缘，将可以改变算法或预强调边缘从而过滤具有更少的显著影响。

在本发明的一个实施例中，进行打印测试以便对于标定全黑打印密度在每个超像素处测量打印速率。此信息然后用作校准工艺中，所述校准工艺在打印头的将来使用中确定超像素灰度值S₁，S₂...怎样从输入像素灰度值P_A，P_B...导出。

由此，在像素的灰度值将在两个超像素之间被共享50％-50％的情况下，一个超像素比另一个将被以更低效率打印的在先知识会导致进行替代的分割。在一个超像素根本没有被打印的情况下，可以进行0％-100％的分割。如果由于某些制造变化的原因，存在超像素的打印重量上的简单降低，那么诸如50％；75％的分布是合适的。

下面是在从被接收作为输入打印数据的灰度值导出用于超像素的灰度水平的同时校正打印头内的两个误差和加强边缘的方法：

一个全黑参考图像被打印并且对于每个超像素测量光学密度。平均光学密度被计算出并且利用下面的方程式计算对于每个超像素的误差：

E_P＝1-(OD_P/OD_平均)

其中E_P为误差；OD_P为超像素p的被测光学密度；及OD_平均为横穿超像素行的被计算出的平均光学密度。

分布误差从下面的方程式计算出：

DE_P＝2E_P ⁿ-E_P+1 ⁿ-E_P-1 ⁿ

其中n为比1大的值并且被选择以便只有总误差通过该项被分布。该值为4是合适的。

图像数据作为0(没有图像数据)到1(对于每个打印数据像素为全黑)之间的值被输入。对于每个打印数据像素的灰度值由项g表示。

超像素如图6示意性所示被限定。可以看出，每个打印数据像素(表示为输入灰度水平g_p)与超像素(表示为计算出的基础灰度水平G_p)对称地对齐。每个像素具有2∶1的纵横比，沿行方向延伸的距离为打印数据像素的两倍。超像素布置成两行，分别是与偶数打印数据像素在一行内对齐的超像素和与奇数打印数据像素在另一行内对齐的超像素。

需要指出的是，可以确定替换的布置(如图7所示)，其中超像素阵列相对于输入数据像素阵列没有对称地对齐。

用于每个超像素的基础水平G从下面的方程式计算出：

G_p＝(g_p+(g_p+1+g_p-1)/2)/2

上面已经提及，将输入打印数据值分布到超像素之上的效果可以软化行方向上的被打印的表示。如果合适，打印数据中的边缘可以被预加强从而降低这种软化的感觉到的效果。在本例子中，这种增强通过限定下面的式子可方便地起作用：

Edge_p＝EHF*(2g_p-g_p+1-g_p-1)

EHF是在要求的边缘增强上所选择的任意值，典型的值为打约0.5。

每个超像素的灰度值上的误差(源于测量的误差和该误差在相邻超像素之上的分布)然后从下面的方程式计算出：

G^误差 _p＝G_p*(E_p-DE_p*EECF)

其中EECF为任意边缘误差校正系数；典型的值大约为0.5。

用于每个超像素的打印数据顺序地从下面的方程式计算出：

打印＝G_p/2+G^误差 _p/2+Edge_p

计算的打印数据送到喷射通道以便打印所需要的图像。

如图6示意性所示，衬底上的第p个被打印像素P从两个超像素接收打印贡献。在利用两行喷射室将两行像素打印到单个通过(pass)的布置中，来自两个超像素的墨组合以便产生由用于那些超像素的打印值的和确定的光学密度。

此描述的布置具有许多优点。如果特定的喷射室不可操作(从而测量的误差E_p＝1)，则误差分布的效果将相应地增加重叠“失败”超像素的另一行内的那些超像素的灰度水平。因此这避免了直线的不可打印像素的高度可视的缺陷。这示意性地显示在图8中。

否则将伴随打印能力降低的软化通过边缘增强工艺而被降低，所述边缘增强工艺通过将负项添加到输入数据像素的加权和而实施，其中用于超像素的打印值从所述输入数据像素的加权和计算出。

通过测量工艺检测到的更小的总误差也当然得到补偿。用以对测量的超像素“适印性”提供此补偿的线性和多项式项的使用当然也仅仅是多个替换方法中的一种方法。总误差(典型地源于喷射室的故障)可以通过给测量的误差设阈值并且如果该阈值被超过用另一个误差分布函数替代而被检测。

当然，需要理解的是，上述计算结论仅代表用于将输入打印值分布到超像素之上的技术的一个示例。在特定的应用中，可以省略测量超像素的适印性的步骤。在另外的应用中，可以采用非代数技术。同样，如果合适，可以使分布随输入打印数据而变化。

在另外的替换布置中，多于两个的许多个超像素可以对每个像素作出贡献。由此，可以采用具有三个打印室阵列的布置，其中每个超像素覆盖三个像素且每个像素从三个超像素接收打印贡献。该布置可以预料到能以增加空间过滤的代价增加对超像素失败的恢复力。在这种情况下，对于N＝3(而不是如先前描述的实施例N＝2)，超像素行之间的偏离在那个方向上可以为超像素尺寸的1/N。在另外的布置中，在子像素的叠加行之间可以没有偏离。

试验已经证明利用压电操作的喷墨打印头，可以使墨水通道的喷嘴数量翻倍，且需要的激励电压仅仅适度增加。如果必要，形成在应用的喷嘴板内的喷嘴可以从压电壁结构悬垂一定程度且不会显著地削弱操作。本领域的技术人员可以认识到，存在许多用于打印具有2∶1、3∶1或更大纵横比的细长超像素的替换技术。在本发明的特定应用中，超像素可以具有1∶1的纵横比。

在优选实施例的描述中，已经举例喷墨打印机具有横过打印介质延伸(或扫描)的N行喷墨室，在每个通过之后，所述介质在正交于行方向的方向上移动。在替换例中，来自一个通过的超像素用来自另一个通过的超像素叠加。需要注意的是，N个超像素对于每个打印像素作出贡献；例如，这可以通过确保所有N个超像素被打印同时墨水仍保持为湿的或未固化的(在可固化墨水的情况下)而实现。

这里描述的概念可以应用在其他打印装置中。尤其是，在打印介质上打印打印数据像素阵列的表示的方法包括以下步骤：将打印数据以分布函数从所述打印数据像素的阵列分布到超像素阵列之上，从而每个超像素从至少两个打印数据像素接收打印数据贡献且每个打印数据像素将打印数据贡献给至少两个超像素；及在所述介质上形成打印像素，从而每个打印像素从至少两个超像素接收打印贡献。还可以发现在除喷墨打印机以外的布置中的有用的应用和在除横过打印介质移动的一维打印头外的布置中的有用的应用。

Claims

1、一种在衬底上打印连续像素的平行行的方法，所述衬底在正交于所述行的方向上被移动，所述方法包括以下步骤：对于每一行像素打印N个叠加行的连续超像素，每个打印像素能够从N个超像素接收打印贡献。

2、根据权利要求1所述的方法，其中所述每个超像素在所述行方向上被伸长且具有N∶1的纵横比。

3、根据权利要求1或2所述的方法，其中N个叠加行的连续超像素中的每一个在所述行方向上都相对于其他叠加行中的每一个偏离。

4、根据权利要求3所述的方法，其中所述偏离的距离为所述行方向上的超像素尺寸的1/N。

5、根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中N＝2或3。

6、根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中打印数据以打印数据像素阵列的形式被接收，且其中每个超像素的值被作为相应数据像素的加权和而被导出。

7、根据权利要求6所述的方法，其中每个超像素相对于打印数据像素对称地设置。

8、根据权利要求6或7所述的方法，其中每个超像素的值作为至少三个相应数据像素的加权和而被导出。

9、根据权利要求6-8中任一项所述的方法，其中在所述加权和中应用于相应数据像素的至少一个加权系数为负的。

10、根据权利要求6-9中任一项所述的方法，其中每一个超像素都作为不同的相应数据像素的加权和而被导出。

11、根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中每个超像素的适印性被测量，且对被那个超像素覆盖的那些像素的贡献被全部或部分地转移到一个或更多个其他的超像素，那些像素从所述其他的超像素能够根据那个超像素的适印性中的任何测量偏离来接收打印贡献。

12、根据权利要求11所述的方法，其中对于每个超像素适印性中的误差被测量，且其中每个超像素的值的确定包括适印性中的测量误差的函数。

13、根据权利要求12所述的方法，其中所述函数为多项式。

14、根据权利要求13所述的方法，其中所述多项式函数包括至少三次幂的项。

15、根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中所述N个叠加行的超像素在单个通过中被打印。

16、根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中用于每个打印像素的期望打印密度被分布在像素能够从其接收贡献的那些超像素中。

17、根据权利要求16所述的方法，其中所述期望打印密度比通过单个超像素得到的打印密度大。

18、根据权利要求16或17所述的方法，其中所述分布用于对每个超像素行中超像素之间的打印重量的测量差异进行补偿。

19、根据权利要求16所述的方法，其中每个作出贡献的超像素的打印重量在所述期望打印密度的0％到100％之间。

20、根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中每个超像素被作为来自喷墨打印机的多个墨滴而打印。

21、一种喷墨打印机，具有多个墨室，每个墨室设置有喷嘴装置，多个墨室布置成在衬底上打印一行连续打印元素，每个墨室的喷嘴装置是与那个墨室相关联的打印元素在所述行方向上被伸长且具有至少2∶1的纵横比。

22、根据权利要求21所述的喷墨打印机，其中设置至少两组墨室，每一组墨室都布置为打印一行连续的打印元素，由各组墨室打印的连续打印元素的行被叠加。

23、根据权利要求21或22所述的喷墨打印机，其中一组墨室的打印元素相对于另一组墨室的打印元素在行方向上偏离。

24、根据权利要求23所述的喷墨打印机，其中所述偏离为纵横比的倒数。

25、一种用于在打印介质上打印打印数据像素阵列的表示的方法，包括以下步骤：将打印数据从所述打印数据像素阵列以分布函数分布到超像素阵列之上，从而每个超像素从至少两个打印数据像素接收打印数据贡献，且每个打印数据像素将打印数据贡献给至少两个超像素；及在所述介质上形成打印像素，从而每个打印像素从至少两个超像素接收打印贡献。

26、根据权利要求25所述的方法，其中每个超像素从至少三个打印数据像素接收打印数据贡献。

27、根据权利要求26所述的方法，其中打印数据贡献在所述打印数据像素之间的标记内变化。

28、根据权利要求25-27中任一项所述的方法，其中打印像素从其接收打印贡献的至少两个超像素从不同的打印数据像素的组合接收打印数据贡献。

29、根据权利要求25-28中任一项所述的方法，其中还包括测量每个超像素的打印效率的步骤。

30、根据权利要求29所述的方法，其中所述分布函数包括测量的打印效率。

31、根据权利要求25-30中任一项所述的方法，其中在所述介质上形成打印像素从而每个打印像素从至少两个超像素接收打印贡献的步骤包括以下步骤：在每个打印像素处，以通过打印像素从其接收打印贡献的一个超像素所确定的量沉积墨水，且同时那个沉积的墨水保持为流体，以通过打印像素从其接收打印贡献的另一个超像素所确定的量沉积墨水。

32、根据权利要求31所述的方法，其中所述墨水通过喷墨打印沉积。

33、一种打印机，包括能够接收打印数据像素阵列的输入端口；用于在打印介质上形成重叠超像素的打印装置，及打印处理器，所述打印处理器能够将打印数据以分布函数从打印数据像素阵列分布到超像素之上，从而每个超像素从至少两个打印数据像素接收打印数据贡献且每个打印数据像素将打印数据贡献给至少两个超像素。

34、根据权利要求33所述的打印机，其中每个超像素从至少三个打印数据像素接收打印数据贡献。

35、根据权利要求34所述的打印机，其中打印数据贡献在所述打印数据像素之间的标记内变化。

36、根据权利要求33-35中任一项所述的打印机，还包括能够保持每个超像素的测量出的打印效率的存储器，且其中所述分布函数包括测量的打印效率。

37、根据权利要求33-36中任一项所述的打印机，其中所述超像素通过喷墨打印而形成。