JP2016055644A - トリム制御を備える作動素子ドライバ回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】作動素子の少なくとも2つに対して共通に構成可能である共通オフセット回路60と、作動素子のそれぞれに対して構成可能である作動素子に固有のオフセット回路70と、を有し、共通駆動信号の傾斜した縁端の間、スイッチ32を制御するように構成され、共通タイミングオフセットに従って、かつ、素子に固有のタイミングオフセットのそれぞれに従って、作動素子駆動パルスの振幅をトリムするように構成されるタイミング制御回路10と、を備える、ドライバ回路。
【選択図】図2
Description
「備える(comprising)」という用語が本明細書および特許請求の範囲において使用されている場合、他の要素またはステップを除外するものではなく、その後に列挙された手段に限定されるように解釈されるべきでない。単数名詞を言及する際に、不定冠詞または定冠詞、例えば「a」または「an」、「the」が使用されている場合、何か他に明確に述べられていない限り、その名詞の複数形を含む。
作動チャンバの性能にムラがあると、印刷時の画質低下の原因となる場合がある。ムラの発生源は、製造上のバラつきによるか、または動作環境による可能性がある。例えば、作動チャンバが噴射される周波数は、ドロップ速度に影響する。個々の作動チャンバを制御して、印刷システムが、これらの影響を補償することができるようにすることが望ましい。
・(同一作動チャンバの)噴射周波数
・(同一作動チャンバの)噴射効果の履歴
・(電気的干渉、流体的干渉、機械的干渉による)隣接する作動チャンバからのクロストーク
・周囲温度およびインク温度、
・PZT(チタン酸ジルコン酸チタン酸鉛)材料/MEMS構造の経時劣化
図1は、一実施形態によるドライバ回路100の概略図を示す。本実施形態および他の実施形態は、demuxスイッチとして知られるスイッチ32を使用して、共通駆動波形から作動素子を駆動することに基づいている。demuxスイッチは、共通駆動波形の立ち上がり時間および立ち下がり時間の間の所定の時点にオンオフされる。切り換えの精度が、十分正確であれば、作動素子のそれぞれへの共通駆動信号におけるパルスの立ち上がり部分または立ち下がり部分だけを連結するコールドスイッチシステムを提供する。これは、パルス波高は、トリミングのために調節可能であり、その他の任意の波形の利益およびコールドスイッチシステムの熱的な利点がすべて維持可能であることを意味する。任意のタイプのコールドスイッチの、他の配置を使用することができる。特に、トリミングは、多数の作動素子に共通な構成要素および各作動素子に固有の構成要素を含むことが可能であり、これを実施する様々な方法および様々な追加の特徴を説明する。
図2は、図1のドライバ回路の実施形態に類似した別の実施形態によるドライバ回路の概略図を示し、必要に応じて、対応する参照符号が使用されている。この場合には、素子に固有のオフセット回路が、タイミングオフセットの一部分を供給するための静的な構成回路72を有する。共通のオフセット回路もしくは素子に固有のオフセット回路、またはそれらを両方とも更新することによって、タイミングオフセットの動的な部分を供給するための動的な構成回路74もまた存在している。ここでも再び、これらの部分は、原則として様々な方法で、例えば、デジタルレジスタ、またはアナログ信号用のバッファとして実施することができる。このように分離することにより、各ドライバ回路に対して迅速に更新されなければならないデータの量を減らすことに役立てることができる。あるいは、回路の精度要件を、例えばビット数に関して、軽減することに役立てることができる。したがって、回路構成が簡素化されるか、または、データ通信を減らすことが可能になり、これにより、例えば、コスト削減、または熱損失の低減が可能になる。
図3は、図1のドライバ回路の実施形態に類似した別の実施形態によるドライバ回路の概略図を示し、必要に応じて、対応する参照符号が使用されている。この場合には、タイミング制御回路は、時間遅れが基準時間信号に相関的に構成可能な、遅延信号を供給するように構成されるデジタルカウンタ12を有する。タイミングのためのデジタルカウンタを有する共通タイミングオフセットおよび固有のタイミングオフセットを別々に有することによって、すべての作動素子に供給が必要なカウンタビットが少なくてすむので、回路が簡素になり、安価になる。この例では、印刷信号をイネーブル回路への論理入力として使用して、共通駆動信号の一部分をその作動素子のうちの1つに供給するようにスイッチを制御させるために、遅延信号を使用するかどうかを制御する。これは印刷信号の使用法の1つであるが、他の方法を想定することができる。例えば、印刷信号を使用して、デジタルカウンタをイネーブルにすることもできるであろう。
図4は、図1のドライバ回路の実施形態に類似した別の実施形態によるドライバ回路の概略図を示し、必要に応じて、対応する参照符号が使用されている。この場合には、タイミング制御回路は、時間遅れが基準時間信号に相関的に構成可能な、遅延信号を供給するように構成されるアナログ遅延回路16を有する。これを使用して、遅延信号に従ってスイッチ制御信号のタイミングを制御することができる。アナログ遅延回路を有する共通タイミングオフセットおよび固有のタイミングオフセットを別々に設けることによって、すべての作動素子に対して回路構成が簡素化できるので、回路が簡素、安価になり、さらに高い精度を、回路サイズを相応に大きくせずに実現することができる。ここでも再び、印刷信号は論理入力としてイネーブル回路14に連結され、遅延信号を使用して共通駆動信号の一部分をその作動素子のうちの1つに供給するように、スイッチを制御させるかどうかを制御する。
図5は、図4のドライバ回路の実施形態に類似した別の実施形態によるドライバ回路の概略図を示し、必要に応じて、対応する参照符号が使用されている。この場合には、アナログ遅延回路16は、タイミング基準によってトリガされ、所定の勾配のランプを供給するように構成されるランプ回路18を有する。時間遅れが基準時間信号に相関的に構成可能な、遅延信号が、アナログコンパレータ19の出力によって生成される。これは、ランプ回路によって生成されたランプを基準値と比較するために、連結される。遅延は、様々な方法で、例えば、オフセット値を使用することによって、ランプの勾配を制御するか、または、何らかの方法でランプをオフセットするか、またはコンパレータに対する基準値入力を変更するように構成することができる。ランプおよびコンパレータは、回路構成の量、すなわち空間を最小限にすることで、コストを小さく抑える方法の1つである。ランプもしくは基準値のいずれか一方または両方を、共通タイミングオフセットおよび素子に固有のタイミングオフセットに従って調節可能にすることは、タイミングを構成可能にするための、すなわち少ない量の回路構成および空間を使用するための、したがってコストを低く抑えるための比較的簡単な方法である。
図6は、図5のドライバ回路の実施形態に類似した別の実施形態によるドライバ回路の概略図を示す。この場合には、ランプが、容量性負荷103を駆動する電流源101によって供給される。放電スイッチおよび制御回路105が設けられ、キャパシタを放電し、共通駆動信号のパルスと同期した、ランプの開始をトリガする。制御可能な電圧基準107が、所望のオフセット値、共通オフセットおよび素子に固有のオフセットに従って制御される。図5におけるように、コンパレータ19によって出力された遅延信号が、スイッチ制御ロジック109に供給されるが、スイッチ制御ロジック109は、例えば、印刷信号および/またはサブドロップタイミング信号とのゲートを供給することができる。スイッチ制御ロジックの出力を使用して、波形発生器111から作動素子1までの共通駆動波形の連結を制御するようにスイッチ32を制御する。
図7は、一部分の図6のドライバ回路の実施形態に類似した別の実施形態によるドライバ回路の概略図を示す。この場合には、固定した基準電圧発生器119があり、ランプは可変電流源121を使用して、調節可能になっており、トリミング制御レジスタ123に従って調節されている。
図8は、図6の回路に対応する回路の、さらに詳細な概略図を示す。LDMOSデバイスの形態のスイッチM2を制御するためのスイッチ制御信号sw_ctrlを生成するためのタイミング回路構成が、示されている。M2のドレインが、容量性負荷C2によって表される作動素子の一方の側(上側)に連結されている。作動素子のもう一方の側は、共通波形発生器V7に連結されている。タイミング回路構成は、キャパシタC1に連結された電流源I1を含む。放電トランジスタM1が、キャパシタの両端に連結され、放電トランジスタのゲートに連結された放電信号の制御の下でキャパシタを放電する。放電信号は、共通駆動信号と同期される。同期は、様々な方法で実行することができる。その一例は、データパケットのスタートコードを、以下に記述する図18に示されるプリンタ回路構成170のような、共通駆動波形を生成するのに使用される回路からのデータストリームの一部として送信することである。スタートコードの送信は、同期を行うために、共通駆動波形をトリガするのに使用されるのと同じ共通クロックで計時することができる。
1−ランプレートを、電流源の調節によって変更することができる。
2−基準電圧を、調節することができる。
図10は、共通駆動波形の単一のパルスを示し、切り換えのタイミングを制御することの効果を示している。これは、コールドスイッチドライバ波形(共通駆動波形とも呼ばれる)を示し、トリミングされていない35vではなく、25vに電圧レベルをトリミングした効果が点線A−Bで示されている。これらの電圧は、作動素子または作動チャンバのタイプに応じて選択することができる。この場合には、パルス傾斜は長さ300nsであるが、他の値を選択することができる。以下に、さらなるトリム信号によって行われる制御に対応するスイッチ状態の、対応する波形が示されている。スイッチがオンになると、作動素子の両端の電圧は、共通駆動波形に追従する。スイッチ状態がオフになると、作動素子の両端の電圧は、ほぼ一定のままになる。したがって、示されている例では、作動素子の状態は、波形がA点で25vに変わるまで、負の傾斜の間はほとんどオンである。その後、トリム信号に従って制御されたタイミングで、作動素子状態がオフに切り換えられる。これは、作動素子の両端の電圧が、実線に追従するのではなく、点線に追従することを意味する。B点で、スイッチ状態が、オン状態に変わる。作動素子の両端の電圧は、共通駆動波形の正の傾斜を追従する。
プリントヘッドの作動素子をすべて同時に噴射させると、(例えば、機械的相互作用、流体的相互作用および電子的相互作用による)クロストーク効果を起こすおそれがある。これは、吐出時のドロップ速度および量に影響する可能性がある。そのような同時の作動にともなう別の問題は、プリントヘッド内の任意の共有信号/電源プレーンが、(ピーク電流減少の原因となる)時間をずらせた電流ではなく、すべての作動素子に同時に電流を搬送する必要がある、ということである。ドロップ位置決め制御に加え、サブドロップ液滴のオフセット時に液滴を位置決めする性能は、画質に関する問題の原因となるおそれがある他の要因について修正する性能を加えている。
図13は、一実施形態によるプリントヘッドの概略図を示す。共通駆動信号が、作動素子1に連結されており、共通リターン経路が、スイッチ32を介して連結されている。この場合には、タイミング制御回路10が点線で示されており、スイッチロジック72、タイマー74および任意選択で、製造上のバラつきを補償するための、固定したトリミングタイミング部76を有する。これらのロジック部およびスイッチ20を、ASIC82に示されるように実施することができる。LVDS/シフトレジスタ84の1つのインスタンスが、すべての作動素子に共通に与えられる一方で、ASICのその他の部品、すなわちスイッチ32、スイッチロジック72、およびタイマー74を含むタイミング回路構成、ならびに固定したトリミングタイミング部76が、各作動素子に対して1組設けられる。任意選択で、スイッチロジックがスイッチのゲートを駆動することを可能にする、レベルシフタ回路(ここでは図示せず)が存在する。LVDS/シフトレジスタ部84を配置して、各作動素子に対する画素グレースケールのような印刷信号を多重分離することができる。また、タイマー部74をトリミングするための任意の動的なタイミング情報を送信することができる。ASICの外側に、ロジック入力信号を、例えばプリンタ回路基板上のFPGA120からASICに連結するためのLVDSインターフェース86が示されている。これらの入力信号は、例えば、各作動素子の配列に対するグレースケール値の形態の画素値のような印刷信号を含むことができる。また、任意選択で、より安定し、かつ、より正確な印刷を確実に行うのに役立ち得る任意の動的なトリミングタイミング情報を含むことができる。原則として、パルス継続時間、またはパルスのピーク電圧差に関して調節を行うことができる。駆動波形が、傾斜移行部を有する場合には、タイミングが変化した結果、電圧差として出現するランプの過不足が生じる場合があり、作動素子の両端のピーク電圧差の変化として、これが事実上出現し得る。
図14は、別の実施形態によるプリントヘッド回路の概略図を示す。この図面は、ブロックレベルで示された信号経路の要素であって、プリントヘッドモジュール自体に存在する下位レベルの電子機器回路を実施するためのASIC(特定用途向け集積回路)として実施される信号経路の要素に焦点を当てている。ASICは、複数のプリントヘッドを駆動するプリント回路基板(PCB)の上位レベルの電子機器回路から信号を受信するために連結される。スイッチ32は、LDMOSデバイスのような、高電圧トランジスタの形態で実施されており、ボディダイオードの形態であるか、または、ドレインからソースまでの導通を可能にするために連結された追加の構成要素としてのダイオード142を有する。低電圧レベルシフタ145は、スイッチを制御するための信号の電圧レベルをシフトするために設けられている。スイッチは、作動チャンバおよび駆動信号発生器(図示せず)と直列に連結されている。
グローバルな回路構成および作動チャンバごとの回路構成で、デジタルタイミングとアナログタイミングのやり方をいくつか組み合わせて、アナログ精度の依存性、デジタル領域と、相互接続配線の使用との間でトレードオフを生み出すこともまた可能である。例えば、図15に示されるように、共通オフセット回路60は、異なって遅延された多数のバージョンのタイミング基準であって、すべてが共通に素子に固有のオフセット回路か、または少なくともオフセット回路のグループに送られるタイミング基準を供給する、複数の異なる遅延回路215の形態で、候補タイミング回路構成210を有することができる。この例では、(任意の他の数も想定することができる)異なって遅延された8つのバージョンがあり、そのうちの1つが、各作動素子に対する素子に固有のオフセット回路で選択され、作動素子出力間の差異を補償するのに役立っている。したがって、作動チャンバごとのタイミング調節の3つの最上位ビットを使用して、どの候補バージョンを使用するのかを選択することができる。この選択は、素子に固有のオフセット回路に連結された8つのグローバルな候補タイミング信号線のうちの1つを選択する素子に固有のオフセット回路内のマルチプレクサの形態のセレクタ220によって実施することができる。これら8つの信号のそれぞれから来る信号の遅延を、互いから均等に遅らせることができる。その結果、これら8つの信号のうちの1つを選択することは、時間的に均等に隔たった8つの遅延のうちの1つを選択することになる。選択された遅延タイミング基準を、カウンタまたは可変遅延部225のような回路構成に連結して、トリミングのためのさらに精度の高いタイミングオフセット実施することができる。セレクタ220による選択を、レジスタ240に記憶されたオフセット値によって調整することができる。値の最上位ビット(MSB:most significant bit)を、この選択のために使用することができる。また、最下位ビット(LSB:least significant bit)を、カウンタまたは可変遅延部225によるさらに精度の高いトリム調節のために使用することができる。カウンタまたは可変遅延部の出力を、スイッチ制御部9に対するトリガ信号として供給することができる。この部品は、印刷信号によってイネーブルにされたスイッチ制御信号を生成することができ、タイミング基準時に、スイッチをオンに切り換え、かつ、共通駆動波形の前縁端の間、トリガ信号により設定された、所望の慎重に調時された時点でスイッチをオフに切り換える信号を供給することができる。このようにして、カウンタ方式の作動チャンバのタイミング機能の、特に作動チャンバに固有の回路構成のMSBに必要な作動チャンバのデジタルロジックを最小化することも可能であろう。複数の異なる遅延の使用は、半導体を構築するのに使用される選択プロセスにおいて、それら8つのワイヤーを相互接続するコストが許容可能であることを前提とする。
別の有用なトレードオフ、すなわち必要な回路構成の量を減らすことには、1組の、例えば、4つの別個のプログラム可能なタイミングを供給する1組のグローバルなデジタル機能が、作動チャンバのタイミングのための基礎として使用されるように意図することが必要である。図16は、図15の実施形態に類似した実施形態を示し、候補タイミング回路構成が、複数の異なる候補タイミングオフセットを、素子に固有のオフセット回路のそれぞれに供給するように配置されている共通オフセット回路の別の例を示す。しかし、複数の異なる共通の候補タイミング基準を生成するのではなく、図16は、複数の異なる共通のプログラム可能なシーケンスの形態である候補タイミングオフセットを示す。これは、共通の候補信号が、図15の例の場合よりも完全で、所望の出力スイッチ制御信号に、より接近していることを意味する。このことを、タイミング制御回路構成に必要な、素子に固有のロジックの量を減らすのに役立てることができる。4つのそのようなシーケンスを供給する例については、その後、作動チャンバの2ビットを使用して、これらの4つのグローバルに供給されたプログラム可能なタイミングシーケンスのどれを使用するかを選択することが可能であろう。この選択を、共通シーケンスのうちのどれを使用するかを選択するロジック320によって行って、より一層精度の高いトリミングを行うことができる。
ASICは、各作動素子の両端の電圧差動として外部から供給される駆動信号波形を、印刷信号に基づいてあらかじめプログラムされた時間インターバルの間に供給するように、スイッチを制御する。波形が、作動チャンバでインクを撹拌することにより、ある一定量のインクを媒体上のある一定の画素位置で堆積させてイメージが構築されることになる。1つの画素位置に到達させるために、印刷データが、作動チャンバから2つ以上のドロップの吐出を必要とする場合がある。これらのインクドロップはそれぞれ、「サブドロップ」と呼ばれる。
上述したプリントヘッドの配置は、様々なタイプのプリンタで使用することができる。2つの注目すべきタイプのプリンタは、次の通りである。
a)ページ幅プリンタ。このプリンタでは、プリントヘッドが印刷媒体の全幅に及び、印刷媒体(タイル、紙、ファブリックなど)がプリントヘッドの下で回転する。
b)走査型プリンタ。このプリンタでは、プリントヘッドの束が、印字バーの上を前後に摺動する一方、印刷媒体がプリントヘッドの下で回転しながら一定の距離ずつ前進するが、プリントヘッドが端から端まで走査している間は静止している。このタイプの装置では、多数の、例えば、16個または32個、またはその他の数の、前後に動くプリントヘッドが存在することができる。
Claims (14)
- 印刷用の作動素子(1、2)を駆動するためのドライバ回路(100)であって、
前記作動素子のそれぞれの1つに対するスイッチ(32)であって、
共通駆動信号を選択的に連結して、印刷信号に従って、前記それぞれの作動素子を駆動する素子駆動パルスを供給するように構成されるスイッチ(32)と、
タイミング制御回路(10)であって、
タイミング基準に相関的な共通タイミングオフセットを供給する共通オフセット回路(60)であって、前記作動素子の少なくとも2つに対して共通に構成可能である共通オフセット回路(60)と、
前記タイミング基準に相関的な素子に固有のタイミングオフセットを供給する素子に固有のオフセット回路(70)であって、前記作動素子のそれぞれの1つに対して構成可能である素子に固有のオフセット回路(70)と、
を有し、
前記共通駆動信号の傾斜した縁端の間、前記スイッチを制御するように構成され、前記共通タイミングオフセットに従って、かつ、前記素子に固有のタイミングオフセットのそれぞれに従って、前記作動素子駆動パルスの振幅をトリムするように構成されるタイミング制御回路(10)と、
を備える、ドライバ回路(100)。 - 前記素子に固有のオフセット回路が、前記タイミングオフセットの静的な構成要素を供給するための静的な構成回路(72)を備え、かつ、前記ドライバ回路が、前記タイミングオフセットを動的に更新するための動的な構成回路(74)を有する、請求項1に記載のドライバ回路。
- 前記共通オフセット回路が、複数の異なる候補タイミングオフセットを、前記素子に固有のオフセット回路のそれぞれに供給するように配置された候補タイミング回路構成(210、215、310)を有し、かつ、前記素子に固有のオフセット回路がそれぞれ、前記候補タイミングオフセットのどれを使用するかを選択するためのセレクタ(220、320)を備える、請求項1または2に記載のドライバ回路。
- 前記共通オフセット回路が、前記トリムの上位部分を供給し、かつ、前記素子に固有のオフセット回路が、前記トリムの下位部分を供給する、請求項1〜3のいずれか1項に記載のドライバ回路。
- 前記スイッチが、ボディダイオードまたは他の類似した構成であるダイオード(142)を有するトランジスタを備え、かつ、前記共通駆動波形の前縁端の間、前記スイッチがオフに切り換えられた後に、前記ボディダイオードまたは同等な機能性ダイオードが、前記共通駆動波形の後縁端の間、導通して、前記素子駆動パルスが前記共通駆動波形の前記後縁端を追従することができるようなオープンドレイン構成に連結される、請求項1〜4のいずれか1項に記載のドライバ回路。
- 前記タイミング制御回路が、時間遅れが基準時間信号に相関的に構成可能な遅延信号を供給するように構成されるデジタルカウンタ(12)であって、前記遅延信号に従って、前記スイッチ制御信号のタイミングを制御するように構成されるデジタルカウンタ(12)を有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載のドライバ回路。
- 前記タイミング制御回路が、時間遅れが基準時間信号に相関的に構成可能な遅延信号を供給するように構成されるアナログ遅延回路であって、前記遅延信号に従って、前記スイッチ制御信号の前記タイミングを制御するように構成されるアナログ遅延回路を有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載のドライバ回路。
- 前記アナログ遅延回路が、前記基準時間信号によってトリガされるランプ信号を供給するように構成されるランプ回路と、入力が前記ランプ信号に連結されたアナログコンパレータであって、前記ランプ信号が基準値に達したときに、前記遅延信号を出力するように構成されるアナログコンパレータと、を備える、請求項7に記載のドライバ回路。
- 前記アナログ遅延回路が、前記ランプ信号の前記ランプおよび前記基準信号の値のいずれかが、前記共通タイミングオフセットおよび前記素子に固有のタイミングオフセットに従って、調節可能であるように構成される、請求項8に記載のドライバ回路。
- 前記素子駆動パルスに所望される周波数の少なくとも2倍の周波数を有する共通駆動パルスを有する共通駆動信号に使用されるドライバ回路であって、前記共通駆動パルスの少なくとも2つにわたって延在する素子駆動パルスを供給するために、スイッチコントローラが、前記スイッチを制御して、前記共通駆動パルスの1番目の前縁端および前記共通駆動パルスの選択された後続の1つの後縁端に前記作動素子をそれぞれ連結するように構成される、請求項1〜9のいずれか1項に記載のドライバ回路。
- 隣接した作動素子の前記素子駆動パルス間に位相オフセットを供給するために、前記スイッチコントローラが、前記作動素子のそれぞれに対して、隣接した作動素子に対して連結された縁端とは異なる縁端を連結するように構成される、請求項10に記載のドライバ回路。
- 前記共通のオフセット回路が、前記共通オフセットに対する値を記憶するためのデジタルレジスタを有し、かつ、前記素子に固有のオフセット回路が、前記素子に固有のオフセットに対する値を記憶するためのデジタルレジスタ(240)を有する、請求項1〜11のいずれか1項に記載のドライバ回路。
- サブドロップタイミング信号を受信するために、サブドロップ回路が連結され、かつ前記サブドロップタイミング信号に従って、ドロップ内のサブドロップのシーケンスに対応するオフセット値のシーケンスを生成するように構成され、かつ、前記スイッチ制御信号のタイミングの制御に使用するために、前記タイミング制御回路に前記シーケンスを出力するように構成される、請求項1〜12のいずれか1項に記載のドライバ回路。
- 請求項1〜13のいずれか1項に記載のドライバ回路を有するプリンタ(440)。
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