TWM575388U - 列印系統 - Google Patents

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TWM575388U
TWM575388U TW107213568U TW107213568U TWM575388U TW M575388 U TWM575388 U TW M575388U TW 107213568 U TW107213568 U TW 107213568U TW 107213568 U TW107213568 U TW 107213568U TW M575388 U TWM575388 U TW M575388U
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heating
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李汶雄
林君飛
呂紹瑩
黃偉聖
王信凱
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謙華科技股份有限公司
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Abstract

一種列印系統包含控制器和打印頭裝置。打印頭裝置耦接控制器。打印頭裝置包含複數個驅動元件和整合傳輸控制介面。驅動元件用以進行加熱列印。整合傳輸控制介面耦接控制器和驅動元件。整合傳輸控制介面自控制器接收補償數據、列印數據、時脈訊號、數據訊號、鎖存訊號或加熱作動訊號其中至少一者，並將補償數據、列印數據、時脈訊號、數據訊號、鎖存訊號或加熱作動訊號其中至少一者傳送至驅動元件。

Description

列印系統
本揭示內容是關於一種列印系統，且特別是關於一種熱昇華列印系統。
傳統上，加熱頭(Thermal Printing Head，TPH)和控制器之間需要大量的連接線及連接器，因而造成成本較高且穩定度和可靠性較低。
因此，如何改善此狀況，使得加熱頭和控制器之間的連接線路減少並提高穩定度和可靠性，係為本領域之重要課題。
本揭示內容的一態樣係關於一種列印系統包含控制器和打印頭裝置。打印頭裝置耦接控制器。打印頭裝置包含複數個驅動元件和整合傳輸控制介面。驅動元件用以進行加熱列印。整合傳輸控制介面耦接控制器和驅動元件。整合傳輸控制介面自控制器接收補償數據、列印數據、時脈訊號、數據訊號、鎖存訊號或加熱作動訊號其中至少一者，並將補償數據、列印數據、時脈訊號、數據訊號、鎖存訊號或 加熱作動訊號其中至少一者傳送至驅動元件。
100‧‧‧熱昇華列印系統
120‧‧‧控制器
140‧‧‧打印頭裝置
142‧‧‧整合傳輸控制介面
144‧‧‧高速序列傳輸介面電路
160‧‧‧驅動元件
162‧‧‧鎖存器
164‧‧‧移位暫存器
166‧‧‧延滯暫存器
Power‧‧‧電源傳輸線
Thermistor‧‧‧熱敏電阻傳輸線
USBD+、USBD-‧‧‧差動訊號腳位
LSync‧‧‧同步列印腳位
SW0~SW63‧‧‧像素開關
P0~P63‧‧‧加熱電阻
LA Gen‧‧‧鎖存訊號產生器
STROBE‧‧‧加熱作動訊號
LATCH‧‧‧鎖存訊號
DIN‧‧‧數據訊號
CLOCK‧‧‧時脈訊號
OUT0~OUT63‧‧‧輸出端
LA、LA0~LA5‧‧‧延滯鎖存訊號
Dn、D0~63‧‧‧列印數據
Tm、Tn‧‧‧加熱時間
ΔTn、ΔT0~ΔT63‧‧‧延遲時間
400‧‧‧列印方法
S410~S460‧‧‧操作
第1A圖係根據本揭示內容之部分實施例繪示一種熱昇華列印系統的示意圖。
第1B圖係根據本揭示內容之部分實施例繪示一種熱昇華列印系統的示意圖。
第2圖係根據本揭示內容之部分實施例繪示一種驅動元件的示意圖。
第3圖係根據本揭示內容之部分實施例繪示一種控制訊號的時序圖。
第4圖係根據本揭示內容之部分實施例繪示一種列印方法的流程圖。
第5圖係根據本揭示內容之其他部分實施例繪示一種控制訊號長度的示意圖。
第6圖係根據本揭示內容之部分實施例繪示一種補償參數的示意圖。
下文係舉實施例配合所附圖式作詳細說明，以更好地理解本案的態樣，但所提供之實施例並非用以限制本揭露所涵蓋的範圍，而結構操作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的 裝置，皆為本揭露所涵蓋的範圍。此外，根據業界的標準及慣常做法，圖式僅以輔助說明為目的，並未依照原尺寸作圖，實際上各種特徵的尺寸可任意地增加或減少以便於說明。下述說明中相同元件將以相同之符號標示來進行說明以便於理解。
在全篇說明書與申請專利範圍所使用之用詞(terms)，除有特別註明外，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭露之內容中與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本揭露之用詞將於下或在此說明書的別處討論，以提供本領域技術人員在有關本揭露之描述上額外的引導。
此外，在本文中所使用的用詞『包含』、『包括』、『具有』、『含有』等等，均為開放性的用語，即意指『包含但不限於』。此外，本文中所使用之『及/或』，包含相關列舉項目中一或多個項目的任意一個以及其所有組合。
於本文中，當一元件被稱為『連接』或『耦接』時，可指『電性連接』或『電性耦接』。『連接』或『耦接』亦可用以表示二或多個元件間相互搭配操作或互動。此外，雖然本文中使用『第一』、『第二』、…等用語描述不同元件，該用語僅是用以區別以相同技術用語描述的元件或操作。除非上下文清楚指明，否則該用語並非特別指稱或暗示次序或順位，亦非用以限定本發明。
請參考第1A圖。第1A圖為根據本案部分實施例所繪示的熱昇華列印系統100的示意圖。如第1A圖所示， 熱昇華列印系統100包含控制器120和打印頭裝置140。打印頭裝置140包含整合傳輸控制介面142和多個驅動元件160。驅動元件160包含延滯暫存器166。結構上，控制器120電性耦接打印頭裝置140。整合傳輸控制介面142電性耦接控制器120和多個驅動元件160。
操作上，整合傳輸控制介面142用以傳送包含時脈訊號、數據訊號、鎖存訊號和補償訊號等等的控制訊號至驅動元件160。驅動元件160用以根據控制訊號進行列印加熱。延滯暫存器166用以儲存補償訊號並輸出補償後之控制訊號。
具體而言，控制器120和打印頭裝置140之間包含電源傳輸線Power、熱敏電阻傳輸線Thermistor和其他控制訊號傳輸線。而整合傳輸控制介面142用以整合控制器120和打印頭裝置140之間的連接線和介面。在部分實施例中，整合傳輸控制介面142包含現場可程式化邏輯閘陣列(Field-programmable gate array，FPGA)。在其他部分實施例中，整合傳輸控制介面142包含特殊應用積體電路(Application-specific integrated circuit，ASIC)。
在部分實施例中，打印一個點(dot)的資料須將8bpp資料轉換為256bpp資料，以對加熱電阻進行等分加熱。一般而言，係由控制器120進行8bpp和256bpp之間的資料轉換後，再輸出256bpp資料至打印頭裝置140。在本實施例中，由控制器120直接將8bpp資料輸出至打印頭裝置140。打印頭裝置140中的整合傳輸控制介面142可進行 8bpp和256bpp之間的資料轉換。
此外，在部分實施例中，整合傳輸控制介面142可包含萬用串列匯流排(Universal Serial Bus，USB)，但本揭示內容並不以此為限。亦即，整合傳輸控制介面142可包含USB2.0或USB3.0之差動訊號腳位USBD+、USBD-，用以傳輸補償數據或列印數據。整合傳輸控制介面142亦可包含同步列印腳位LSync。同步列印腳位LSync整合了時脈訊號、數據訊號、鎖存訊號和/或加熱作動訊號等等控制訊號的傳輸線路，用以隨機械運動進行同步列印。
換言之，整合傳輸控制介面142匯集多個傳輸線路。整合傳輸控制介面142用以接收包含時脈訊號、數據訊號(例如：列印數據、加熱時間)的控制訊號，並用以根據控制訊號分別輸出多個打印命令至相對應的驅動元件160以進行列印。
如此一來，透過打印頭裝置140中的整合傳輸控制介面142便能降低控制器120的腳位(pin)數量，以及減少控制器120和打印頭裝置140之間的走線(wire)數量。據此，達到降低成本和電路複雜度，並提高傳輸效率。
關於打印頭裝置140中驅動元件160的詳細說明，請參考第2圖。第2圖係根據本揭示內容之部分實施例繪示一種打印頭裝置140中驅動元件160的示意圖。操作上，驅動元件160用以根據控制訊號透過輸出端OUT0~OUT63輸出打印命令至相對應的加熱電阻P0~P63進行列印。具體而言，驅動元件160用以根據數據訊號DIN、時脈 訊號CLOCK、加熱作動訊號STROBE和鎖存訊號LATCH進行補償值設定，以產生各加熱電阻相對應之加熱時間補償值。
驅動元件160中的移位暫存器164用以根據數據訊號DIN和時脈訊號CLOCK依序接收列印數據。驅動元件160中的鎖存器162用以根據鎖存訊號LATCH將列印數據鎖存於緩衝區。驅動元件160中的延滯暫存器166用以儲存補償訊號並輸出補償訊號。像素開關SW0~SW63用以根據加熱作動訊號STROBE、列印數據和補償訊號決定導通或關斷。
在部分實施例中，驅動元件160包含鎖存訊號產生器LA Gen。鎖存訊號產生器LA Gen用以根據加熱作動訊號STROBE和鎖存訊號LATCH進行補償值設定，以產生鎖存訊號LA及/或延滯鎖存訊號LA0~LA5。在其他部分實施例中，驅動元件160更包含上電重製電路(Power on reset)POR，用於在啟動時將驅動元件160內部進行重置。在其他部分實施例中，驅動元件160更包含外接電阻REXT，用以調節各加熱電阻加熱時間補償值的最大值。
具體而言，請一併參考第2圖和第3圖。第3圖係根據本揭示內容之部分實施例繪示一種控制訊號的時序圖。如第3圖所示，數據訊號DIN係為列印數據Dn的串列資料。列印數據Dn為0或1。1代表要打印的點，0代表不要打印的點。在部分實施例中，由整合傳輸控制介面142將數據訊號DIN從左到右輸入至驅動元件160。移位暫存器164根 據時脈訊號CLOCK上升時接收一個數據訊號DIN的列印數據Dn，並將上一個數據訊號DIN的列印數據Dn複製到下一位元。
換言之，當時脈訊號CLOCK上升次數與像素(加熱電阻P0~P63)數目相同之後，移位暫存器164接收了整行的列印數據Dn(例如第3圖所示的列印數據D0~D63)。舉例來說，在部分實施例中，移位暫存器164為64位元，驅動元件160包含64個加熱電阻P0~P63。因此，當時脈訊號CLOCK上升64次之後，移位暫存器164即接收一行64個點的列印數據Dn。值得注意的是，上述數值僅為方便說明的示例，並非用以限制本案。
請一併參閱第1B圖，其繪示於一實施例中的熱昇華列印系統100的示意圖。於第1B圖所示的實施例中，整合傳輸控制介面142與熱昇華列印系統100的控制器120通訊連接，整合傳輸控制介面140自控制器120接收補償數據(例如第2圖所示的儲存在延滯暫存器166的延滯鎖存訊號LA0~LA5)、列印數據(例如第3圖所示的列印數據D0~D63)、時脈訊號(例如第2圖所示的時脈訊號CLOCK)、數據訊號(例如第2圖所示的數據訊號DIN)、鎖存訊號(例如第2圖所示的鎖存訊號LATCH)或加熱作動訊號其中至少一者。
於第1B圖所示的實施例中，整合傳輸控制介面142包含高速序列傳輸介面電路144，實際應用中，高速序列傳輸介面電路144可以由萬用串列匯流排(USB)加以實 現。高速序列傳輸介面電路144用以自控制器120接收補償數據(例如第2圖所示的儲存在延滯暫存器166的延滯鎖存訊號LA0~LA5)及/或列印數據(例如第3圖所示的列印數據D0~D63)。
因為打印頭裝置140一次列印一整行的影像，需要同時利用一整行的列印數據，傳統做法中若一整行包含256個像素點，則需要安排256條列印數據排線，將使得傳統打印頭裝置與控制器之間需要設置較多數量的排線，需占用較多的空間。於第1B圖所示之實施例中，高速序列傳輸介面電路144可以透過序列方式高速傳輸一整行的列印數據，如第1B圖所示，僅透過一對差動訊號線(如第1B圖所示的差動訊號腳位USBD+、USBD-)即可整合延滯鎖存訊號LA0~LA5)及/或列印數據(例如第3圖所示的列印數據D0~D63)的傳輸。
接著，請繼續參考第3圖。鎖存訊號LATCH係用於控制鎖存列印數據Dn。當鎖存訊號LATCH轉為低準位時，移位暫存器164將整行的列印數據Dn傳送至鎖存器162。鎖存器162將列印數據Dn儲存於緩衝區。當鎖存訊號LATCH轉為高準位後，加熱作動訊號STROBE轉為低準位以控制加熱時間。當加熱作動訊號STROBE為低準位時，像素開關SW0~SW63分別根據列印數據Dn決定是否導通。換言之，像素開關SW0~SW63根據每個像素對應的列印數據Dn為1而導通，使得打印命令透過輸出端OUT0~OUT63輸出至加熱電阻P0~P63以進行加熱打印。當加熱 作動訊號STROBE轉為高準位時，所有像素開關SW0~SW63關斷。
舉例來說，如第3圖所示，時脈順序為0之列印數據Dn0係對應到輸出端OUT63之打印命令Off，時脈順序為1之列印數據Dn1係對應到輸出端OUT62之打印命令On。以此類推，時脈順序為63之列印數據Dn係對應到輸出端OUT0之打印命令On。換言之，數據訊號DIN依序為0、1、1…1、0、1，因此，對應到輸出端OUT0~OUT63的訊號為On、Off、On…On、On、Off。如此一來，驅動元件160可藉由像素開關SW0~SW63根據每個像素(加熱電阻P0~P63)對應的列印數據Dn決定是否導通開關以進行加熱。
然而，在相同電壓及相同的加熱時間下，若電阻值大小不同會產生不同的功耗，因而導致列印濃度不均。進一步說明，在相同電壓下，電阻值越大者，功耗越小，因而導致列印濃度較淺。因此，為了提高列印品質的均勻度，須使得不同電阻達到相同的功耗。換言之，在相同電壓下，應根據電阻值差異調整加熱時間。
據此，打印命令更包含加熱時間及相應於加熱時間的延滯訊號。像素開關SW0~SW63係分別根據相對應的加熱時間決定導通的時間總長，並分別根據相對應的延滯訊號決定開始導通的時間點。換言之，像素開關SW0~SW63係分別根據每個像素對應的加熱時間及延滯訊號以控制訊號輸出至加熱電阻P0~P63。
具體而言，延滯暫存器166用以儲存並輸出包含延滯訊號ΔT0~ΔT63的補償訊號。延滯訊號ΔT0~ΔT63係於打印頭裝置140製造過程中利用由計算器根據多個像素分別對應的多個電阻值和最大電阻值，分別計算對應於多個像素的多個加熱時間。由計算器根據多個加熱時間計算分別對應的多個延滯訊號ΔT0~ΔT63。在部分實施例中，計算器可為治具及/或應用軟體。打印頭裝置140中的驅動元件160用以根據加熱時間和延滯訊號ΔT0~ΔT63分別調整相對應不同像素的加熱電阻P0~P63導通時間。
為便於說明起見，上述操作將於以下段落中搭配圖式進行說明。請參考第4圖。第4圖係根據本揭示內容之部分實施例繪示一種列印方法400的流程圖。如第4圖所示，列印方法400包含操作S410、S420、S430、S440、S450和S460。
首先，在操作S410中，由計算器量測打印頭裝置140中各個像素分別對應的各電阻值。
接著，在操作S420中，由計算器決定電阻值中最大之一者為最大電阻值。
接著，在操作S430中，由計算器決定最大電阻值相應的最長加熱時間。
接著，在操作S440中，由計算器根據打印頭裝置140中各個像素對應的各個電阻值和最大電阻值計算分別對應於各個像素的加熱時間。具體舉例而言，計算器根據下式計算各個像素的加熱時間：
其中，R n 為第n個像素的電阻值，R m 為n個像素之電阻值中最大電阻值Rm，t n 為第n個像素所需之加熱時間，t m 為具有最大電阻值的像素所需的加熱時間。換言之，具有最大電阻值Rm的像素所對應的加熱時間為最長加熱時間Tm。
值得注意的是，上述式子僅為方便說明之示例，並非用以限制本案。此外，在其他部分實施例中，計算器可根據打印頭裝置140中各個像素的溫度或其他因子等等，分別調整各個像素的加熱時間。
接著，在操作S450中，由計算器根據各個像素的各個加熱時間計算相應於各個像素的延滯訊號。舉例來說，如第5圖所示，Tm係為最大電阻值Rm所相應的最長加熱時間。Tn係為第n個電阻值所相應的加熱時間。第n個電阻所相應的延滯訊號ΔTn即為Tm-Tn。
具體而言，包含延滯訊號的補償數據係由延滯暫存器166透過延滯鎖存訊號LA0~LA5以調整打印命令。在部分實施例中，如第2圖所示，每個像素對應6階延滯鎖存訊號LA0~LA5。舉例來說，當最長延滯訊號的時間約為4微秒，6階延滯鎖存器可控制26=64段，則每段可達約4微秒/64=62.5奈秒的精度。又舉例來說，當最長延滯訊號的時間約為2微秒，6階延滯鎖存器可控制26=64段，則每段可達約2微秒/64=31.25奈秒的精度。值得注意的是，上述數值僅為方便說明的示例，並非用以限制本案。
此外，在其他部分實施例中，驅動元件160更用以經延遲斜率(Delay Skew)的設定以取得相同的實際延滯訊號的時間。因製程變異影響，驅動元件160的實際延滯訊號的時間會有所差異。因此，在結合加熱器和走線之前，先藉由給予最大延滯時間訊號來量測實際的延滯訊號的時間以取得延遲斜率DS，如第6圖所示。具體而言，係由第2圖中的外掛電阻REXT調整延遲斜率DS。
舉例來說，預計延滯訊號的時間約為4微秒，而實際量測所得延滯訊號的時間為3.8微秒，則可經由延遲斜率DS的調整以補償製程變異造成的0.2微秒差異。如此一來，經由驅動元件160根據最大延滯時間訊號調整各該像素的延滯訊號的時間，便可使得不同驅動元件160獲得相同的實際延滯訊號的時間。
上述部份操作可於打印頭裝置140製造過程中利用計算器(例如：治具及/或應用軟體)完成。而針對每個打印頭裝置140所計算出來的補償數據可儲存在打印頭裝置140中非揮發性記憶體(non-volatile memory)，或可儲存在可傳送給產品使用者的資料庫中，再將補償數據載入延滯暫存器166。
最後，在操作S460中，由像素開關SW0~SW63根據各個加熱時間和各個延滯訊號控制打印頭裝置140中相應的各個像素開始進行加熱打印。如第3圖所示，在加熱作動訊號STROBE轉為低準位與輸出端OUT0~OUT63的訊號轉為低準位之間分別包含多個延滯訊號 ΔT0~ΔT63。換言之，每一個像素開關SW0~SW63開始導通作動的時間點係根據相應於各像素的延滯訊號而有不同時間長度的延遲。而所有像素開關SW0~SW63同時停止導通作動。亦即，所有加熱電阻P0~P63皆於同時停止加熱打印。
此外，在其他實施例中，每一個像素開關SW0~SW63可在相同的時間點開始導通作動，並依據相應於各像素的延滯訊號在不同的時間點停止加熱打印。如此一來，藉由延滯訊號ΔT0~ΔT63的時間長短不同，使得打印頭裝置140中各個像素進行加熱打印的時間總長不同，以補償不同電阻達到相同功耗，提高列印品質的均勻度。
具體而言，當熱昇華列印系統100通電時，從打印頭裝置140中內部的記憶體來讀取補償數據至延滯暫存器166，或者透過控制器120從遠端電腦、伺服器等儲存相對應打印頭裝置140的數據庫讀取補償數據。接著，根據打印頭裝置140的規格將對應的補償數據編程至驅動元件160中的延滯暫存器166。然後，根據補償數據中各個加熱時間和各個延滯訊號控制打印頭裝置140中對應的驅動元件160的像素開關SW0~SW63開始導通以加熱電阻P0~P63進行打印。
雖然本文將所公開的方法示出和描述為一系列的步驟或事件，但是應當理解，所示出的這些步驟或事件的順序不應解釋為限制意義。例如，部分步驟可以以不同順序發生和/或與除了本文所示和/或所描述之步驟或事件以外的其他步驟或事件同時發生。另外，實施本文所描述的一 個或多個態樣或實施例時，並非所有於此示出的步驟皆為必需。此外，本文中的一個或多個步驟亦可能在一個或多個分離的步驟和/或階段中執行。
需要說明的是，在不衝突的情況下，在本揭示內容各個圖式、實施例及實施例中的特徵與電路可以相互組合。圖式中所繪示的電路僅為示例之用，係簡化以使說明簡潔並便於理解，並非用以限制本案。此外，上述各實施例中的各個裝置、單元及元件可以由各種類型的數位或類比電路實現，亦可分別由不同的積體電路晶片實現，或整合至單一晶片。上述僅為例示，本揭示內容並不以此為限。
綜上所述，本案藉由整合傳輸控制介面142便能降低控制器120的腳位數量，以及減少控制器120和打印頭裝置140之間的走線數量。據此，達到降低成本和電路複雜度，並提高傳輸效率和訊號的穩定性及可靠性。
雖然本揭示內容已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭示內容，所屬技術領域具有通常知識者在不脫離本揭示內容之精神和範圍內，當可作各種更動與潤飾，因此本揭示內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (6)

  1. 一種列印系統，包含：一控制器；以及一打印頭裝置，耦接該控制器，該打印頭裝置包含：複數個驅動元件，用以進行加熱列印；以及一整合傳輸控制介面，耦接該控制器和該些驅動元件，該整合傳輸控制介面自該控制器接收一補償數據、一列印數據、一時脈訊號、一數據訊號、一鎖存訊號或一加熱作動訊號其中至少一者，並將該補償數據、該列印數據、該時脈訊號、該數據訊號、該鎖存訊號或該加熱作動訊號其中至少一者傳送至該些驅動元件。
  2. 如請求項1所述之列印系統，其中該整合傳輸控制介面包含一高速序列傳輸介面電路，該高速序列傳輸介面電路用以自該控制器接收該補償數據或該列印數據其中至少一者。
  3. 如請求項1所述之列印系統，其中該整合傳輸控制介面更用以將該列印數據轉換為一打印命令，並將該打印命令送至該些驅動元件。
  4. 如請求項1所述之列印系統，其中該整合傳輸控制介面包含一現場可程式化邏輯閘陣列或一特殊應用積體電路。
  5. 如請求項1所述之列印系統，其中該補償數據或該列印數據是透過該整合傳輸控制介面的兩個差動訊號腳位進行傳輸。
  6. 如請求項1所述之列印系統，其中該時脈訊號、該數據訊號、該鎖存訊號或該加熱作動訊號是透過該整合傳輸控制介面的一同步列印腳位進行傳輸。
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