CN87106472A - 用于控制印刷设备的加热头的系统 - Google Patents

Abstract

用于印刷设备的脉宽调制控制电路，包括一个贮存数字图象数据的存储器，连到该存储器的主转换器，以将数字图象数据的较高位转换成基于第一单元持续时间的主脉宽调制信号，连到存储器的付转换器，以将数字图象信息的其余位转换成基于第二单元持续时间的付脉宽调制信号，以及连到主转换器和付转换器的驱动电路，用以根据主脉宽调制信号和付脉宽调制信号产生驱动信号。整个印刷屏的每个水平行传送的数字色调数据量变小了，同时加热头的色密度特性被适当地维持在一个满意的范围内。

Description

本发明概括来说涉及用于控制一种热敏式印刷设备的加热元件的系统，所述系统以脉宽调制（PWM）方式调制视频信号的半色调数据，并以PWM方式控制加热头元件。在一台具有加热头的全色印刷机中，一个用于驱动加热头的电路通过根据所接收到的半色调数据脉宽调制信号（缩写为PWM信号）来控制加热头元件产生热，以提供相应于各种色浓度的不同信号。

现已被采用的使用这种PWM信号来驱动加热头的方法有两种。

一种方法是1982年3月24日公告的日本特许公报JP57-14315所说明的方法。

在上述的日本专利中，一个模拟形式的视频图象信号为一个模/数（A/D）转换器所接收，后者将该模拟视频信号转换成一个同来自控制器的基准时钟信号同步的四位数字数据。存储器根据来自所述控制器的一个写命令将该经数字转换后的4比特半色调数据存入预定的存储区中。该存储器响应来自控制器的读信号，将该所存的4比特半色调数据加到与加热头相连的移位寄存器上。该数据从所述存储器转移到移位寄存器是以下述方式来实现的，即来自待印刷的一个水平行上的数据的各最高有效（二进制数）位数据（比特“1”和“0”的第n位数据），即第4位数据首先被串行地加到所述移位寄存器。一旦根据所述最高有效位数据的加热头驱动完成时，各第二最高有效位数据（第三位数据）便接着被串行地加到该移位寄存器。就这样，当各最低有效位数据被串行地加至该移位寄存器时，便完成了一个水平行的数据传输。

如前所述，所述控制器将基准时钟信号输出至A/D转换器的同时，输出一选通信号至锁存与驱动电路。该锁存与驱动电路在相应于所述选通信号的脉宽持续时间内锁存移位寄存器已寄存的内容，同时向加热头元件组中相应于所述寄存器中被寄存比特“1”的比特部分的加热头元件供电。反之，相应于所述寄存器中被寄存比特“0”的比特部分的任意其它的加热头元件不被锁存与驱动电路所供电。

上述选通信号的每个脉冲宽度随着数据各位的加权而有所不同。也就是说，当第四位数据是“1”时选通信号的脉宽是8d，当第三位数据是“1”时，选通信号的脉宽是4d，当第二位数据是“1”时，选通信号的脉宽为2d，而当第一位数据是“1”时，选通信号的脉宽是D。这样，可以用不同脉宽的选通信号的按序组合来构成对应于16种色调的浓度的信号。

另一种方法是为1976年11月28日所公开的未经审查的日本专利申请JOP51-123511所说明的方法。

在上述后者的日本专利中，存储器顺序地将一个水平行的4位半色调数据加到一个比较器上。此外，色调计数器将从第一色调直至第16色调的16个基准色调信号按顺序输出至所述比较器。该比较器先将来自存储器的一个水平行（n）上的4位色调数据A同作为来自所述色调计数器的第一色调的第一基准色调信号B作比较。若A≥B，则比较器产生一个逻辑信号“1”。若A＞B，则比较器产生一个逻辑信号“0”。这些输出信号的每一个都被从比较器传到移位寄存器。接着，来自存贮器对应的水平行（n）中的4位色调数据A又被输出至比较器。然后，比较器将色调数据A同作为来自色调计数器的第二色调的基准色调信号B进行比较。表明这一比较结果的两个输出信号的任一个则从比较器被传送至移位寄存器。上述这一比较操作被重复直至移位寄存器。上述这一比较操作被重复直至第十六色调。一俟完成输出信号从比较器到移位寄存器的数据传输，控制器便将具有较窄脉宽的选通信号输出至锁存锁与驱动电路。锁存与驱动电路响应选通信号的上升边沿而锁存寄存在移位寄存器中的数据并继续该数据的锁存直至后面的选通信号出现为止。若下一个来自比较器的输入数据呈现“1”，则锁存与驱动电路继续给加热头元件供电。因此，可形成对应于16种色调的色浓度的各信号。

然而，在上述两分日本专利申请文件中所揭示的两种方法各有其下述缺点。

对前一方法而言，由于每一水平行的数据传输量表现为4×n，而且选通信号是以脉宽调制方式而根据每位的加权被调制的，这样，加热头的驱动脉冲是以一种不连续的PWM信号方式构成，在这种方式中，在分别都存在“1”的数据情况下，一个驱动脉冲与另一个驱动脉冲在时间上是隔开的。因此，加热头元件的热特性是这样一种特性，以致在由宽度为8d的的驱动脉冲所产生的热量差不多散失后，具有宽度为d的驱动脉冲被被触发。此外，同具有连续脉宽为9d的连贯的驱动脉冲驱动相应的加热头元件的情况相比，产生的热量变小了。所以不能获得适当的无失真的热特性。

另一方面，就后一种方法来说，由于以连续的PWM信号形式形成了连贯的驱动脉冲，从而可得到对应于驱动脉冲的每个脉宽所产生的热量。因此，可获得适当的无失真的热特性。然而，每一水平行被传送到加热头的打印数据的量表示为16×n，这比前一种方法的4×n的传送数据量要大多了。所以，若色调数是前一种方法的二倍，所传送数据的量是二倍，则所需打印色调数据的时间也变成二倍了。

本发明的一个目的是为提供用于控制这样一种印刷设备的加热头的电路和方法，该设备能维持打印图象中的适当的色密度特性同时以能传送缩减的色调数据量的能力来实现高速印刷。

上述目的可由提供一种用于印刷设备的PWM控制系统来达到，该控制系统包括：用于存储数字化的图象信息的存储装置;连接到该存储装置的主转换装置，用以装数字化的图象信息的较高位转换成一种基于第一单元时间宽度的主脉宽调制信号;连到所述存储装置的付转换装置，用以将数字化图象信息的其余位转换成基于第二单元时间宽度的付脉宽调制信号;以及连到主转换装置和付转换装置的驱动电路装置，用以产生根据主脉宽调制信号和付脉宽调制信号的加热头驱动信号。

上述目的还能通过一个如下系统来达到，该系统包括a，第一装置，用于接收数字化的色调数据并且在将整个印刷屏幕的每个水平行的数字化的色调数据传输到印刷设备的加热头的同时，无论所分析的色调数的多少都保持整个印刷屏的每个水平行所传送的色调数据的数量不变;和b，第二装置，用于根据所接收到的数字化的色调数据的幅度而将印刷设备的加热头的色浓度特性维持在一个令人满意的范围内。

上述的目的也可通过提供一种控制印刷设备的加热头的方法来达到，该方法包括如下步骤：a，贮存数字化的图象色调数据;b，将所述数字化的色调数据的预定低数位转换成一个付脉宽调制信号，C，将所述数字化的色调数据的其余数位转换成一个主脉宽调制信号;以及d，根据所述主脉宽调制信号和付脉宽调制信号产生加热头的头驱动信号。

由下列结合附图所作的详细说明中我们可获得对本发明的更全面的理解，各图中相同标号表示相同的元件，就附图而言：

图1是根据本发明用于控制印刷设备的加热头的电路的第一实施例的简化电路方块图;

图2是图1所示电路的各基本部分的信号定时图;

图3是用于控制印刷设备的加热头的电路的各基本部分在第二实施例中的另一种信号定时图，以及

图4是根据本发明印刷机的一个色密度特性图。

为便于对本发明的了解，下面将参照附图详细说明本发明的最佳实施例。

图1表示在第一最佳实施例中，用于控制印刷设备的加热头的电路的简化的电路方块图。

模拟式视频图象信号被加到放大器2的输入端1。

放大器2将该视频图象信号放大，然后将放大的信号加到A/D（模拟→数字）转换器3和控制器4。A/D转换器3接收来自控制器4的基准时钟信号并将视频图象信号转换成由同基准时钟信号同步的5位数字信号构成的半色调数据。被转换成的该5位数字化的色调数据则以位平行方式被传送到帧存贮器5。

帧存储器5具有的存储容量与一个水平方向上n点和垂直方向上m点的印刷屏幕（screen）（nxm）相对应。整个印刷屏幕的色调数据（一点＝5比特并表示为n×m×5）随着来自控制器4的写信号的出现而被贮存在预定的存储区内。

行存储器6暂时贮有沿印刷屏水平方向上的一行的色调数据（一点＝5位并表示为n×5）。所述行存储器6将色调数据的各预定位加到比较器7和数据选择器8，所述色调数据象如以下描述的那样被分离。也就是说，如图2的信号定时图所示，色调数据的预定位（在本实施例中是5位）被分离为主位部分A和辅位部分B。在第一个最佳实施例中，主位部分A包括高4位，辅位部分B包括低1位。所述主位部分A被传送到比较器7，同时辅位部分B被传送到数据选择器8。

根据来自控制器4的一种控制信号，半色调计数器9按顺序输出表示由第一色调至第16色调的每个半色调的基准半色调信号。该基准半色调信号包括4位。

比较器7将来自行存储器6的高4位色调数据同来自色计数器9的各所述基准半色调信号进行比较。如果所述色调数据的值大于或等于各基准半色调信号的值，则比较器7将一个H（高电平）信号加至数选择器8。反之，若所述色调数据的值小于该基准信号的值，则比较器7给数据选择器8加一个L（低电平）信号。

数据选择器8有选择地或接收来自存储器6的数据或接收来自行比较7的输出信号。这些数据2被有选择地加到加热头部分10的移位寄存器11上。对数据选择8的输入数据的选择是借助来自连到控制器4的辅助印刷脉冲发生器12的辅助印刷脉冲来实现的。移位寄存器11具有能存储n个加热头元件TH-1至TH-n中每一个加热元件的信息的驱动和非驱动比特（驱动信息由H信号体现而非驱动信息由L信号体现）的存储容量（n×1比特），并根据来自控制器4的移位时钟信号而将来自数据选择器8的数据存入其预定的存储区。

锁存电路13根据来自控制器4的选通信号而锁存所述移位寄存器11的所存内容并将该所存内容加到各自的与门电路14-1至14-n。

14-1至14-n的各与门电路接收或门电路15的输出信号和移位寄存器11的相应的驱动信息或非驱动信息。14-1至14-n的各与门电路的输出端被连到其相应晶体管（Tr1至Trn）的基极。

Tr1至Trn的各晶体管通过其集电极而连到作为热量产生元件的相应的加热头元件TH-1至TH-n并通过其发射极共同接地。

TH-1至TH-n的各加热头元件构成加热头元件组16。也就是说，加热头元件组16是由n个加热头元件组成，数n对应于水平方向一行的点数。辅助印刷脉冲（H信号）的脉冲宽度是主位部分A的最窄脉宽的一半。

如上所述，控制器4为锁存电路13提供选通信号。一旦完成一个水平行的全部数据（n）从数据选择器8至移位寄存器11的传送过程，便得到所述选通信号。当主位部分A的数据被传送到移位寄存器11时，由控制器4产生15个选通信号，第一个选通信号与由主印刷脉冲发生器18所产生的主印刷印冲的出现同时产生，而且相邻通信号间的间隔是常数d。TH-1至TH-n的各加热头元件由源17供以偏压。

在主位部分A的数据被传送到所述移位寄存器11的时间间隔内，主印刷脉冲发生器18将“H”信号加至或门电路15，并基于该数据进行印刷。

在辅位部分B的数据被传送到所述移位寄存器11的时间间隔期间，辅印刷脉冲发生器12将“H”信号加至或门电路15和数据选择器8并基于数据值α进行印刷。在出现由辅印刷脉冲发生器12产生的辅印刷脉冲的同时辅位部分B的数据被传送。在响应所述选通信号而由锁存电路13锁存所述驱动数据时，加热头元件TH-1至TH-n被驱动，直到辅印刷脉冲下降。辅位部分B的脉冲宽度是主位部分A的最小脉冲宽度的一半。因此，正如图2所示，色调数据（00001）代表色调1的数据，色调数据（00010）代表透明2的数据，色调数据（00011）代表色调3的数据……，等等。这样，便可获得具有与色调数据的幅度成比例的脉冲宽度的驱动脉冲。

下面接着对第一个最佳实施例中用于控制印刷设备加热头的电路的操作部分进行描述。

借助于放大器2，经由输入端1输入的视频信号被放大并传送到A/D转换器3和控制器4。A/D转换器3将视频信号转换成与基准时钟信号同步的含有五位数字信号的色调数据。把经过A/D转换器3转换的整个印刷屏幕的色调数据存入帧存储器5。第一水平行的色调数据被送到用于暂存的行存储器6。辅位部分B的色调数据先是响应控制器4的读命令信号从行存储器6取出而放入数据选择器8，然后按顺序送到移位寄存器11。当第一水平行数据（其数目为n）被送到移位寄存器11时，锁存电路13接收来自控制器4的选通信号，同时辅印刷脉冲发生器12产生辅印刷脉冲并将其加到数据选择器8和与门14，至14n。当驱动位数据存入移位寄存器11的1比特部分时，锁存电路13随着选通信号的上升边沿而锁存该数据并将其加到与门电路TH-1至TH-n中的一个对应的与门电路上。然后，该对应的与门电路在接收选通信号期间将基极电压信号加到晶体管Tr1至Trn中的一个相关的晶体管上以使其导通，从而使电源17的电压施加到加热头元件TH-1至TH-n中的一个相关元件上。电源17对该相应的加热头元件（TH-1至TH-n）的供电一直继续到所述辅助印刷脉冲下降为止。

当付位色调数据刚被锁存电路13锁存时，贮存在行存储器6中的色调数据的主位部分A就被顺序地传送到比较器7。比较器7接收代表来自色调计数器9的第一色调的基准半色调信号并将主位部分A的4位数据同该基准色调信号进行比较。比较器7根据该比较结果，经由数据选择器8给移位寄存器11输出“H”信号或“L”信号。当一个水平行全部数据（n）被传送到移位寄存器11时，选通信号被送到锁存电路13并由主印刷脉冲发生器18产生主印印脉冲。对应于其内存有“H”信号的任何寄存器比特段的任何TH-1至TH-n中的加热头元件得到电源17的电压而对应其内存有“L”信号的任何寄存器比特段的加热头元件未得到电源17的电压。

当移位寄位器11的数据响应来自控制器4的选通信号而被锁存时，行存储器6中的主位部分A被顺序地传送到比较器7。比较器7接收来自半色调计数器9的第二色调的基准半色调信号并将主位部分A的数据同该基准半色调信号进行比较。当体现该比较结果的“H”或“L”信号经由数据选择器8从比较器7传送到移位寄存器11时，移位寄存器11中的数据随着顺序输入的选通信号而被更新和锁存。对应于仍继续贮存驱动数据的寄存器比特段的任何加热头元件（TH-1至TH-n）得到电源17的供电电压。此外，若在先数据是驱动数据而现时数据是非驱动数据，则在选通信号的上沿时间，切断对TH-1至TH-n的相应的加热头元件的电源17的供电电压。

当第二数据被锁存在锁存电路13内时，幅度比较器7将该第二数据同第三色调的基准半色调信号进行比较。数据和基准色调信号间的幅度比较就这样重复进行着相同的操作，直到完成第16个色调的基准半色调信号的比较，则通过这些加热头元件的一个水平行的印刷操作也就完成了。

就上述方法而言，由于在第一最佳实施例中，驱动脉冲是由连续的主脉宽调制段所构成，后者由连到辅脉宽调制段的主位部分A的数据组成，而辅脉宽调制段由辅位部分B的数据组成，这就获得了按照色调数据幅度控制的热生成特性。既然，在一个水平行有n个点的印刷设备中，需要传送5位色调数据的辅位部分B的数据传送量是n，而且主位部分A的数据传送量是16×n（实际是15×n），那么，传送数据的量便变成实施本发明的背景技术段所述的后一种方法时的一半，因为后一种方法的传送数据量为16×2×n。

下面，将描述用于控制根据本发明的印刷设备的加热头的电路的第二最佳实施例。

在第二最佳实施例中的具体的电路配置几乎与图1所示的第一最佳实施例中的一样。

在第二最佳实施例中，A/D转换器3配备包括6位数字信号的色调数据。然后该色调数据被分为包含高四位的主体部分A和包含低二位的辅位部分B。当辅位部分B的低第二位的数据被首先传送到移位寄存器11时，辅助印刷脉冲发生器12产生脉宽是主位部分A的最窄脉宽的一半（1/2d）的辅印刷脉冲。当将最低有效位数据从数据选择器8传送到移位寄存器11时，辅助印刷脉冲发生器12产生具有最低有效位数据的脉宽的一半的1/4d脉宽辅印刷脉冲。

下面参照图3说明第二最佳实施例的操作。

如图3所示，色调数据（000001）表示第一色调，色调数据（000010）表示第二色调，色调数据（000011）表示第三色调，……，以此类推。因此可得到具有与色调数据幅度成比例变化的脉宽的驱动脉冲。

在第二最佳实施例中，由辅位部分B产生的各驱动脉冲的辅助驱动脉冲段随该辅位部分脉冲宽度不同而变得不连续，但如图3所示，并不是彼此隔得很远。因此，可使产生的热量与色调数数据相当。此外，由于在一个水平行具有n个点的印刷设备中，传送由6位构成的色调数据所需要的辅位部分B的传送数据量共计2×n，而主位部分A的传送数据量共计16×n（实际为15×n），故一个水平行的传送数据量大约是本发明背景技术部分所描述的后一种方法中的1/3左右，因为所述后一种方法的传送数据量共计16×6×n。

图4表示印出的图象的色密度相对于电源对加热头元件供电持续时间的特性曲线。正如图4中的实线所示，在本发明的情况下，所述色密度大致与持续时间成正比增加。然而，如图4中的点划线所表示的那部分色密度特性已超出由图4的实线所限定的令人满意的范围。

由于在根据本发明用于控制印刷设备的加热头电路中，由多位数字信号构成的色调数据被分为主位部分和辅位部分，主位部分的脉宽调制是通过将主位部分的同各个代表色调的相应基准色调信号作比较来实现的，色调数据的辅位部分脉宽调制的实现则取决于所述辅位部分各比特的加权，辅位部分每一位的脉宽是逐渐窄到主付部最窄脉宽的一半的，而作为印刷设备的每个加热头元件的驱动脉冲是由主和辅位部分的脉冲所组成，因此，在适当保持色密度特性的同时减少了每个水平行方向上传送的色调数据的量，从而可获得该印刷设备的高速印刷性能。

Claims (16)

1、用于印刷设备的一种脉宽调制(PWM)控制系统，其特征在于包括：

-用于贮存数字化的图象信息的存储装置；

-连到所述存储装置的主转换装置，用以将所述数字化的图象信息的高位转换成基于第一单元时间宽度的主脉宽调制信号；

-连到所述存储装置的付转换装置，用以将所述数字化的图象信息的其余各位转换成基于第二单元时间宽度的付脉宽调制信号；和

-连到所述主转换装置和付转换装置的驱动电路装置，用以根据所述主脉宽调到信号和付脉宽调制信号来产生印刷头驱动信号。

2、如权利要求1所述的PWM控制系统，其特征在于其中所述主转换装置包括一个用以产生基准半色调信号的半色调发生器以及一个连到所述存储装置和半色调发生器的幅度比较器。

3、如权利要求2所述的PWM控制系统，其特征在于其中所述付转换装置包括一个数据选择器，该选择器连到所述存储装置和所述主转换装置的所述幅度比较器，用以将所述付脉宽调制信号加到基于所述数字化的图象信号其余比特的比特状态的所述主脉宽调制信号上。

4、如权利要求3所述的PWM控制系统，其特征在于其中所述驱动电路装置包括一个连接到所述付转换装置的所述数据选择器的移位寄存器。

5、一种电路系统，特征在于包括：

a，第一装置，用于接收数字色调数据和将整个印刷屏的每一水平行的所述数字色调数据传送到印刷设备的加热头、同时不论所分析的色调数目多少均维持整个印刷屏的每条水平行的所传送的色调数据量为一个不变量;以及

b，第二装置，用以根据所接收的数字化的色调数据的幅度，将印刷设备的加热头的色密度特性维持在一个令人满意的范围内。

6、如权利要求5所述的电路系统，特征在于其中的第一装置包括：

a，第三装置，用以贮存所述数字化的色调数据;

b，第四装置，用以接收整个印刷屏的每个水平行的数字色调数据，并用以将数字色调数据的预定有效数位转换成基于第一单元时间宽度的第一脉宽调制信号;以及

c，第五装置，用以将数字化的色调数据的其余数位转换成一个基于第二单元时间宽度的第二脉宽调制信号。

7、如权利要求6所述的电路系统，特征在于其中的第二装置包括一套用以产生加热头驱动信号的驱动电路，以使该印刷设备的加热头的色密度特性处于与第一和第二脉宽调制信号相一致的令人满意的范围内。

8、如权利要求6所述的系统，特征在于其中的第四装置包括：一个半色调发生器，用于根据所分析的色调数去产生各基准半色调信号;一个连接到第三装置和半色调发生器的幅度比较器，用以按顺序把数字色调数据的预定有效数字和基准半色调信号进行比较。

9、如权利要求8所述系统，特征在于其中所述数字色调数据有5个数位以及所述半色调发生器包括一个16位的半色调计数器。

10、如权利要求8所述系统，特征在于其中数字色调数据有6个数位以及所述半色调发生器包括一个16位的半色调计数器。

11、如权利要求8所述系统，特征在于其中第五装置根据各其余数位的加权，将数字色调数据的其余数位转换成第二脉宽调制信号。

12、如权利要求9所述系统，特征在于其中数字色调数据的高4位数位借助于幅度比较器同半色调发生器的基准半色调信号的4位进行幅度比较。

13、如权利要求11的所述系统，特征在于其中第五装置包括一个数据选择器，用以有选择地输出来自第三装置的数字色调数据的其余数位和第一脉冲调制信号。

14、如权利要求13所述的系统，特征在于其中第五装置包括一个脉冲发生器，以产生脉冲宽度随数字色调数据的各其余数位的加权不同而减少的脉冲信号;还包括一套门电路，用于将从所述数据选择器输出的所述数字色调数据的其余数位加到由所述脉冲发生器产生的所述脉冲信号上，以便产生所述第二脉宽调制信号。

15、如权利要求14所述的系统，特征在于其中驱动电路包括一个锁存电路，该电路按顺序锁存所述数字色调数据的其余数位和所述第一脉宽调制信号，并按序将被锁存的数据和信号输出至所述门电路。

16、用于控制印刷设备的加热头的一种方法，其特征在于包括如下步骤：

-（a）贮存数字图象色调数据;

-（b）将该数字色调数据的预定的低数位转换成一种付脉冲宽度调制信号;

-（c）将该数字色调数据的其余的高数位转换成一种主脉冲宽度调制信号;以及

-（d）根据主脉宽调制信号和付脉宽调制信号产生用于加热头的头驱动信号。

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