專利名稱：熱打印機(jī)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及彩色打印機(jī)，更具體地說，涉及高速彩色打印機(jī)，可以在單路介質(zhì)上從單色圖像連續(xù)地打印到全彩圖象。
現(xiàn)有的彩色打印技術(shù)之一(染料擴(kuò)散熱轉(zhuǎn)移，或D2T2)使用浸漬了染料的色帶，染料可以擴(kuò)散到介質(zhì)的表面中。由于這種方法依靠染料進(jìn)入到介質(zhì)中的擴(kuò)散過程，因此打印過程相對較慢同時不需要介質(zhì)高速運(yùn)動，給現(xiàn)有可用的染料帶來一定限制。
第二種方法，快大約十倍，使用熱蠟“色帶”(熱蠟轉(zhuǎn)移方法，或“TWT”)，目前，可以買得到使用熱蠟轉(zhuǎn)移方法工作的全彩色打印機(jī)，在該打印機(jī)中，打印頭有許多互相獨立的可尋址的電極，這些電極可以有選擇地加熱，它們把蠟點從色帶轉(zhuǎn)移到介質(zhì)上，介質(zhì)一般使用紙。這樣的打印機(jī)通常設(shè)計為在最高每英寸400點(400dpi)的打印密度下工作。
全彩色圖象由彩色蠟點的全部或者部分疊加來生成，這樣可以生成多種顏色，大部分是多色層打印型，使用幾個帶有墨水和鏤空的圖象板，每一個圖象板都使用單一顏色，并且被單獨轉(zhuǎn)移到介質(zhì)上。在大多數(shù)的彩色打印系統(tǒng)中，三種基本顏色加黑色，每種顏色的圖象對正打印，最后完成的打印件是復(fù)合圖象。其中任一區(qū)域的顏色由該區(qū)域上的每種基本顏色的相對量所決定。
使用熱蠟轉(zhuǎn)移方法打印時，使一定電流通過電板，加熱互相獨立的打印電極。載有單色蠟的薄膜放在離打印介質(zhì)，通常是紙，很近的地方，打印介質(zhì)的表面淀積蠟點。這樣形成的“三明治”(即夾層結(jié)構(gòu))通過一個卷軸與電極相對，卷軸既起到壓紙卷筒的作用，又起到散熱裝置的作用。薄膜某處的溫度超過蠟的熔點時，該處的蠟熔化。為了在打印介質(zhì)上形成所需大小的點，還必須向蠟中加以額外的熱量，以熔化足夠的蠟。當(dāng)蠟打印到溫度較低的打印介質(zhì)上時，蠟開始冷卻并且凝固。
打印介質(zhì)和色帶在離開打印頭的過程中，允許保持接觸，因為在該段時間內(nèi)，凝固的蠟優(yōu)先附著在打印介質(zhì)上，而不是色帶，然后色帶從卷筒上分離開來，再繞回去。卷筒介紙移動到下一個打印位置，重復(fù)進(jìn)行另一種顏色的蠟的打印過程。
在運(yùn)動的卷筒上打印，重要的是確定將要在哪里淀積蠟。還有一點比較重要的是，確定什么時候形成打色點。在傳統(tǒng)打印機(jī)中，通常淀積一行彩色點可用的時間是充裕的，不論什么時候確定一行打印點的正確打印位置已經(jīng)到達(dá)了打印頭時，都允許進(jìn)行打印。當(dāng)下一行打印點的打印位置到達(dá)打印頭時，就開始打印下一行。
卷筒移動時，可能會有一些必須打印一行點的“窗口”。如果人眼滿意所得到的結(jié)果，蠟點的方向必須與打印介質(zhì)移動的方向垂直(即成橫向)，而且相鄰行之間的距離必須統(tǒng)一。更進(jìn)一步，取決于文檔的主題，對齊和對正的要求可能會相當(dāng)嚴(yán)格，因為人眼對沒有對齊的打印件非常敏感，尤其是在包含有直線和平滑曲線的時候更是這樣。
目前需要一種相對高速(最高應(yīng)到每秒鐘12英寸或者更高)，全彩色(三種基本色加黑色)的熱打印機(jī)，它應(yīng)該能夠可靠、重復(fù)地打印出正確代表“圖畫”的圖象。圖象源可以是計算機(jī)中的由圖象生成程序創(chuàng)建出來的圖象文件。也可以是通過把各種來源的彩色“文檔”“掃描”到計算機(jī)中生成的文件，其方法是使用現(xiàn)有的掃描儀及其配套軟件。這樣的“文檔”可以用彩色打印機(jī)給打印出來，而不需要制做許多鏤空的打印板。
這樣的打印機(jī)應(yīng)該有直到600dpi的打印分辨，甚至更高，還應(yīng)該能夠在多種介質(zhì)上打印，例如紙，布，塑料膜或者金屬膜。調(diào)色板應(yīng)該能夠提供人眼所能感受的范圍的色彩和色度。通常每種基本顏色以及黑色的顏色范圍應(yīng)該至少為8板色度，代表32個數(shù)據(jù)位，只有這樣才夠用。
這樣，在打印過程中應(yīng)該使用單色色帶，避免需要在各顏色間反轉(zhuǎn)卷筒，四個精密的打印頭就應(yīng)該在卷筒運(yùn)動的通路上串行放置。每個打印頭打印出來的圖象應(yīng)該保持精確對正，鄰近行之間的行間距應(yīng)該保持恒定。
根據(jù)本發(fā)明，一種全彩色熱打印機(jī)，它能夠達(dá)到每秒6英寸的打印速度，使用數(shù)字計算機(jī)以及機(jī)械位置傳感器，用來參與判斷一行將要打印的點到達(dá)打印頭位置所需的“時間窗”，以及施加到各個熱打印頭電極上的用來完成打印的電子脈沖的最優(yōu)時間、延長時間以及幅度。
高分辨離編碼信號紙穿過打印機(jī)向計算機(jī)和計數(shù)器的方向移動。為每一個打印頭都提供了互相獨立的寄存器。在每個寄存器中存儲代表卷筒長度的數(shù)字。寄存器1存儲的數(shù)字代表卷筒從靜止位置到穩(wěn)速狀態(tài)的加速過程所需的卷筒長度。其它寄存器中，所存的數(shù)字代表寄存器1中所存數(shù)字加上代表打印頭距離的其它數(shù)字的總和。這些數(shù)字通過代表整個機(jī)器的熱膨脹或者收縮的校正值的數(shù)字進(jìn)行自動更新。
每一個寄存器都有一個相對應(yīng)的比較器，它的第二個輸入連接到計數(shù)器上。當(dāng)計數(shù)器值到達(dá)寄存器中所存的值時，相對應(yīng)的比較器就產(chǎn)生致動信號，施加到相應(yīng)的打印電路上。
按照優(yōu)選實施例，有幾個寄存器從計算機(jī)中調(diào)用其存儲的常數(shù)，卷筒則是高級卷筒。這些常數(shù)經(jīng)過了精確的校正，以反映測試打印運(yùn)行后，所得到的打印點間對正所需的實際距離。通過校準(zhǔn)這些常數(shù)，每一次連續(xù)的打印過程都可以從更準(zhǔn)確的存儲于計算機(jī)內(nèi)的常數(shù)開始進(jìn)行。
另一種可選的用于生成致動信號的方法是，在計數(shù)寄存器中放入負(fù)數(shù)常數(shù)，計數(shù)寄存器由編碼器輸出脈沖。這樣每個寄存器計數(shù)到零。幾種可選的實施例可被設(shè)計成達(dá)到類似的結(jié)果。只有在啟動后，打印在預(yù)定的位置間隔處開始進(jìn)行，以及在預(yù)定的間隔處繼續(xù)時，才需要這種方法。
在一種實施例中，該實施例的分辨率是300dpi，精密編碼器的設(shè)計是這樣，從一行打印到下一行時，產(chǎn)生9個脈沖。因此，定好的數(shù)字9，生成并加入到寄存器中。在計數(shù)器到達(dá)增加了的數(shù)字后，就生成新的致動脈沖，寄存器再次增加。每第九個脈沖建立“時間窗”的起點，在每個時間窗中，應(yīng)該為每一行點重新發(fā)起打印過程。
一旦打印發(fā)起，也可通過使用modulo—9計數(shù)器來得到這個結(jié)果?？商鎿Q的是，通過數(shù)9(相應(yīng)地加或減)來實現(xiàn)計數(shù)寄存器，在每一個零狀態(tài)下，可以發(fā)出信號，開始打印下一行。
對于那些將要打印不止一種顏色的地方，每種所選顏色的打色頭的電極受熱，彩色蠟熔解，并且直接淀積到前面打印機(jī)生成的蠟點上，施加到打印電極上的電脈沖的幅度和延長時間決定轉(zhuǎn)移到卷筒介質(zhì)上的蠟點的大小以及蠟點將要占據(jù)的精確位置。
當(dāng)打印多種顏色時，任何給定區(qū)域上的所感覺到的顏色是所用基本顏色加黑色以及打印蠟點的相對大小的函數(shù)，與“pointillists”或者“半調(diào)(halftone)”或者其它鏤空的打印板一樣，任何顏色的色度取決于每一個色點的大小和密度，使用兩種顏色的相同大小的點，看起來將與同樣不同顏色的不同大小的點的結(jié)果不相同，在優(yōu)選實施例中，打印機(jī)生成全部統(tǒng)一大小的蠟點。
在本發(fā)明的優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，大力地使用了數(shù)字計算機(jī)，從將要打印的文檔中存儲或者恢復(fù)數(shù)據(jù)文件。計算機(jī)同樣提供了必要的操作控制，以控制卷筒驅(qū)動系統(tǒng)的部件，計算機(jī)決定什么時候以及加載什么到不同的打印機(jī)緩沖區(qū)和寄存器中，用以正確地向各個打印頭的熱電極施加打印信號，打印出全彩色圖象。
例如，將要打印的全彩色文檔開始存儲在打印機(jī)內(nèi)存中，內(nèi)存單元數(shù)與整個文檔的點數(shù)相同。在一個實施例中，每個內(nèi)存單元中有一個“單詞(word)”，對于8″×10″的文檔來說，內(nèi)存必須至少有2,400列和3,000行，才能按照300dpi的密度打印，每一個存儲的單詞包含四組預(yù)定的位(bit)數(shù)，各組代表各自將要打印的顏色。
在本例中，可優(yōu)選遵循常規(guī)4—色壓紙打印機(jī)的例子，在該打印機(jī)中使用三種基本顏色以及黑色。在為本例所選擇的打印機(jī)中，所選擇的顏色，依打印順序為黃(“y”)，紅(“m”)，綠(“c”)以及黑(“k”)。為易于解釋，與每種顏色相對應(yīng)的特定元件將加上相應(yīng)的字母下標(biāo)，y，m，c或者k。
每一個打印頭有一個對應(yīng)的寄存器，存儲文檔的位置，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在第一個寄存器或者黃色寄存器Ry中存儲大約一英寸，或者400行的文檔是很方便的。第二個或者紅色寄存器Rm存儲同樣數(shù)量的數(shù)據(jù)加上對應(yīng)于額定的打印頭之間距離的數(shù)據(jù)量，這里距離是“4”或者1,200行，因此紅色寄存器Rm中儲有1600行的紅色數(shù)據(jù)。
相似地，綠色寄存器Rc存儲400行加上1,200行(代表黃色與紅色間距離)以及另外的1,200行(代表紅色頭和綠色頭之間的距離)。與所期待的一致，黑色寄存器Rk存儲的行數(shù)等于Rc寄存器中存儲的行數(shù)加上1,200行(代表綠色頭到黑色頭之間的距離)。
各個打印頭可以從供應(yīng)商那里買到，打印頭提供了存儲和尋址能力，因此有一個通訊協(xié)議，該協(xié)議由所選擇來打印的打印頭來指定。
正如早期注意到的那樣，位置編碼器導(dǎo)致周期性打印脈沖的產(chǎn)生，打印脈沖做為選通脈沖施加到打印頭上，打開一個時間窗，在該段時間內(nèi)，預(yù)定幅度和延長時間的特定能量脈沖施加到各個電極上，把它們加熱到足夠的溫度，從色帶上把蠟熔解下來并且轉(zhuǎn)移到卷筒介質(zhì)上。
在熱打印過程中在有滯后問題，通過施加能量脈沖可以使打印電極或者打印針的溫度迅速升高，但打印針冷卻的時間比升溫的時間長，通常沿指數(shù)曲線下降，因為受到打印頭周圍溫度的影響。卷筒或者介質(zhì)的速度為3～6ips(每秒3～6英寸)時，打印針需要5～10個打印行，才能冷卻到周圍打印頭的溫度?？赏ㄟ^安裝一個致冷的散熱裝置來提高冷卻速度，例如使用熱傳導(dǎo)材料，這些材料在市上可以買到。
由于打印針冷卻的速度低于升溫的速度，因此在上一行打印的打印針(“熱”打印針)的溫度將高于上一行沒有打印的打印針的溫度。更進(jìn)一步，連續(xù)兩行沒有打印的打印針的溫度更低。比較重要的是，鄰近所討論的打印針的旁邊的打印針的狀態(tài)。如果旁邊的打印針在上一行打印過，是熱打印針，由于熱傳導(dǎo)性，將把其一部分熱量傳遞到所討論的打針針上。
各個打印針電路的阻抗同樣對打印針在正確時間里熔解正確數(shù)量的蠟有影響。進(jìn)一步說，每一條彩蠟色帶都有它自己的特征，包括熔點，流體流動性質(zhì)等。這些也影響了所加能量脈沖的幅度和延長時間，以及什么時候應(yīng)該施加脈沖，什么時候應(yīng)該終止脈沖，相對于介質(zhì)通過打印頭來說。
為解決這些問題，有幾種建議的處理方法。一種建議是，根據(jù)打印針的不同狀態(tài)，“冷、”“溫”、“熱”等，生成不同延長時間的許多熱能脈沖。另一種建議是，所有施加的熱能脈沖應(yīng)該在同一時間終止，另外還有一種不同的建議是，所有打印針的靜態(tài)溫度應(yīng)該提高到剛好低于打印所需溫度的水平，方法是在每個設(shè)有打印的間隔內(nèi)施加“維持”脈沖。
另一種可選擇的方案是，在上一個打印行中讓冷打印針獲得能量，打印應(yīng)該開始時，溫度應(yīng)該足夠高，使得施加較短延長時間的脈沖就能夠打印。還有另一種方案使用成二進(jìn)制的時間間隔向每個打印針施加能量脈沖，最長的時間間隔是最短的間隔的128倍，任一種特定間隔的延長時間應(yīng)該在4～512毫秒之間。這些方案已經(jīng)在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中通過計算機(jī)軟件控制得到了機(jī)械實現(xiàn)。
打印速度提高時，所有這上結(jié)方案就更加重要。例如，打印速度從每秒3英寸提高到每秒6英寸時，打印時的時間間隔和打印針冷卻的速度減半。蠟熔解或者流動的速度不變，與打印速度無關(guān)。同樣，打印速度提高時，可能有必要考慮提前開始打印。
打印有實心顏色或者黑色區(qū)域的文本或者全彩色文檔時，有必要使各個點成絕對的方形，全部占用分配給該點的位置。這個可由各個打印針的寬度來完成，當(dāng)充分加熱時，可以熔解超過打印針寬度的蠟點面積、能量脈沖的延長時間和幅度決定將要淀積的蠟點的“長度”，但是，制造商建議，打印針最大打印的圓點不應(yīng)該超過幾個打印行的58％，那樣的話在“冷”打印針溫度的基礎(chǔ)上打印實心區(qū)域時就超出了連續(xù)的能量級。
但是，打印實心顏色區(qū)域時，可能更需要打印略微大一點的蠟點，因為這樣可以蓋住旁邊的蠟點，使得各個蠟點的周圍不出現(xiàn)“邊界”。通過檢查文檔的內(nèi)容，可以預(yù)先知道將要打印實心顏色的區(qū)域，這樣就可以提高施加到打印電極上的能量脈沖，使實心顏色區(qū)域的蠟點略微大一點，確保平滑覆蓋。
為易于討論本發(fā)明及其各種實施例，采用了一些傳統(tǒng)記號。字母“T”用于代表溫度，字母“t”用于代表時間，字母“N”用于指定打印針，字母“π”用于代表脈沖。
已經(jīng)實現(xiàn)的一種方案允許選擇“n”個間隔中的一個，這里n的值至少為15。對于給定顏色的每一行，打印寄存器將在要打印的地方存儲“1”，不打印的地方存儲“0”，一個邏輯單元存儲對應(yīng)于打印記號的最后一行的數(shù)字，通過使用計數(shù)器實現(xiàn)該方案，對于每一個存為“1”的位置再設(shè)置為“1”，對于每一個存為“0”的位置，增加“1”，計數(shù)器限定總數(shù)為n，打印脈沖指定π1到πn，延長時間逐步加長。
已經(jīng)確定優(yōu)先使所有打印針的打印脈沖同時停止。因此，打印頭加載入n子間隔，每一個對應(yīng)于打印脈沖π1到πn。對應(yīng)于每個打印針的打印頭存儲單元中，將要接受πn脈沖的單元被首先加載，先于πn脈沖的出現(xiàn)。下一步，對應(yīng)于將要接受πn-a脈沖的打印針的存儲單元被加載，先于πn-1脈沖的出現(xiàn)，接受πn-2和πn-3脈沖的單元隨后被加載，最后，對應(yīng)于將要接受π1脈沖的熱打印針的單元得以最后加載。
在這種方案中，取決于實現(xiàn)方法，每個打印針將接受或者連續(xù)的脈沖，持續(xù)整個間隔，或者一系列的順序脈沖，它們看起來也是充分連續(xù)的。這個過程的一個優(yōu)勢是，已經(jīng)打印的所有打印針，在打印間隔的未端，都將在同一時間處于所需的溫度。
另一個需要注意的問題是非恒定速度。如果速度的變化大于百分之幾，就將影響到打印針的冷卻時間，并且速度上的任何有規(guī)律的變化都將使打印行的密度發(fā)生顯著變化。由于速度信息可以從編碼器中得到，因此計算機(jī)中的一個適當(dāng)例程可以調(diào)整不同選通打印脈沖的長度，以適應(yīng)速度的變化。
總之，確定施加到每個電極上的用來在所需位置生成所需大小的彩色蠟點的電子脈沖的幅度和延遲時間，需要使用一定的算法，這些算法利用打印電極打印過程的函數(shù)，以及該電極兩側(cè)的電極的打印過程等進(jìn)行計算。
其它算法檢查卷筒的速度，用以校正速度的變化。算法還考慮打印頭的總體溫度以及各個部分的溫度，卷筒的特征，彩蠟的特征，以及打印間上每個電極的阻抗，甚至文檔中還沒有打印到的內(nèi)容等。其它重要的參數(shù)還有每個打印頭的熱轉(zhuǎn)移特征，每個打印頭的散熱，以及打印壓紙器等。
在一個實施例中，特定電極的打印過程與相鄰電極的打印過程(打印循環(huán)稍少一點)以及再遠(yuǎn)一點的電極的打印過程(打印循環(huán)更少一點)等組合在一起進(jìn)行考慮。
由于打印過程中需要使每一個打印電極的電壓非常穩(wěn)定，同時電流需求是施加到各個電極上的打印脈沖的幅度和延長時間的函數(shù)，因此現(xiàn)在已經(jīng)知道，在計算機(jī)內(nèi)存中同創(chuàng)建對打印頭的各個子區(qū)域系列的電流需求的估計值，是很有幫助的。
這可以通過檢查文檔文件或者其打印緩站區(qū)寄存器，記錄哪一根電極將需要電流，將要向所有電極施加多大電流的方法來完成。一種方案是計算每個電極的“權(quán)”，修改施加到該電極上的脈沖的延長時間，確保施加了充分的能量，以得到所需結(jié)果。
另一種方法是把打印頭細(xì)分成幾個區(qū)域，從總共可用能量中確定各個區(qū)域可用能量以及所需的施加到每個打印電極上的能量。還有一種方法也可以使用，如果看起來電流似乎不夠用，就提前幾行進(jìn)行“預(yù)熱”某些電極，以降低打印脈沖所需的幅度和延長時間，同時又足夠淀積蠟點。
為更好地控制蠟點大小和形狀，可能需要把每個電極的“靜態(tài)”溫度維持在與蠟的熔點相當(dāng)接近的溫度。這樣可以使打印脈沖更短，幅度更低，從而徹底控制蠟的實際熔融時間以及轉(zhuǎn)移到卷筒介質(zhì)上的時間。這些時間對于要把彩色蠟點正確對正來說，都是基本控制參量。
另一種確保在更高速度下可靠打印的技術(shù)是使向“冷”電極中施加打印電流的時間先于向“暖”電極中施加電流的時間。由于打印脈沖之間的間隔已經(jīng)通過位置編碼器被細(xì)分，因此用特定電極打印應(yīng)該在上一間隔中用小于9的數(shù)字開始，或者，取決于卷筒速度，可以從前面一行的打印開始。
本發(fā)明的目的之一即是提供電路和系統(tǒng)，在移動的卷筒上通過控制彩色蠟點，形成其它顏色的打印點。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種熱打印機(jī)，它的打印電極各自獨立地通過脈沖加電，脈沖的幅度和延長時間取決于需要打印的圖象的特性。
本發(fā)明還有一個目的是提供一種熱打印機(jī)，它的打印電極各自獨立地通過脈沖加電，脈沖的幅度和延長時間取決于介質(zhì)的速度。
做為本發(fā)明的特征的精巧功能，如操作的結(jié)構(gòu)和方法，進(jìn)一步的目標(biāo)和優(yōu)勢，將可以從下面的描述以及附圖中得到進(jìn)一步理解，附圖通過示范，示出了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。但是，很快可以理解到，附圖僅僅是做示范和描述用，它們并不是限定本發(fā)明。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的實際的彩色熱打印機(jī)的透視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的打印機(jī)的操作元件的原理圖；圖3是指示本發(fā)明中的打印機(jī)的方塊圖；圖4是本發(fā)明中的打印機(jī)的特殊電路的方塊圖；圖5包括圖5a—5d，示出了缺乏滯后校正的典型的打印針的溫度—時間圖。
圖6包括圖6a—6d，示出了類似的反映滯后控制的影響的圖；圖7示出了幾個間隔π1—π5之間的關(guān)系；圖8是基于打印過程的滯后控制電路的方塊圖；圖9是基于卷筒移動速度的滯后控制電路的方塊圖；圖10是某打印針及其附近打印針的打印過程的理想原理圖；圖11是基于某打印針及其附近打印針的打針過程的滯后控制電路的原理圖；圖12，包括圖12a和12b，是包括涉及到的打印針的圖以及基于某打印針及其旁邊的打印針的過去及將來打印情況的滯后控制電路的方框圖，用以控制圖象密度。
圖13是允許在提高了的速度及精度上進(jìn)行操作的邏輯電路的原理圖；圖14，包括圖14a和14b，是一組示出了在溫度保持下的滯后情況的時基圖；以及圖15是校正電流不足的電路的方塊圖。
首先參見圖1，它示出了一種四色熱打印機(jī)，該打印機(jī)在Charles V.Tolle，Mark A.Hitz，Robert P.Johnson以及Steven C.Szabo的正在審批中的專利申請中有詳細(xì)描述，其名稱為“高速介質(zhì)控制設(shè)備”，與本專利申請同時提交，其受讓人與本發(fā)明的相同。該申請的許多內(nèi)容示于圖1。
圖1示出了本發(fā)明所使用的高速熱打印機(jī)10。打印機(jī)10包括框架12，其上有一個用鉸鏈連接的門14。介質(zhì)或者卷筒16用于接受圖象，它們最好是紙。
供應(yīng)源18，可以或者是一卷紙，或者是Z一折疊的放在框架12底部的一摞紙。卷筒16伸展到框架12的整個長度，(配置成垂直)，放在框架12(包含大多數(shù)操作元件)和門14(其中有一些輔助操作元件)之間。掛鉤13位于門14的側(cè)面，鉤在框架12的凸出部位15上，把兩個部分鎖在一起并使之牢固。
圖2是圖1中裝置的部分打開的側(cè)視圖，它示出了組成打印機(jī)10的一些元件。如圖中所示那樣，介質(zhì)16與編碼器元件26相接觸，二者之間都非滑動接觸，編碼器26在介質(zhì)16運(yùn)動時傳感信號。在打印密度設(shè)計成300dpi的優(yōu)選實施例中，編碼器每圈產(chǎn)生4,000個脈沖，或者從一行開始到下一行開始產(chǎn)生9個脈沖。每個脈沖信號代表介質(zhì)16移動了3.7×10-4英寸或者0.37mils。
驅(qū)動滾22用做介質(zhì)16的“導(dǎo)向器’，并且一起拉伸介質(zhì)16和浸了彩蠟的色帶30，通過第一個打印位置，包括制動色帶支持輥32，支持色帶30，支撐輥34、36，導(dǎo)向色帶30與介質(zhì)16進(jìn)行接觸。驅(qū)動滾22支持介質(zhì)16和色帶30，二者和打印頭40密切接觸，40包括許多打印電極(打印針)。在一個實施例中，使用一種市面上可買到的打印頭，其打印密度為300dpi，含有超過3,500個互相獨立的可尋址的打印針。
介質(zhì)16和色帶30離開打印頭時，色帶30從介質(zhì)16上通過分離支撐器44分離開來，后者把用畢的色帶30導(dǎo)向到卷軸46上，46上加電以避免傾斜。介質(zhì)16繼續(xù)到第二個打印位置，該位置包含所有的第一個打印位置的元件。為了在第三個基本顏色和黑色中打印，后面還提供了第三個第四個打印位置，每個打印位置打印一種顏色。
在優(yōu)選實施例中，打印機(jī)10的安排方法是第一個打印位置打印黃色，第二個位置打印紅色，第三個位置打印綠色，第四個位置打印黑色。因此，涉及到不同打印位置的相似元件的討論時，便用下標(biāo)“y”，“m”“c”和“k”分別代表“黃”、“紅”、“綠”、和“黑”。
圖3是指示打印機(jī)中的數(shù)據(jù)流程的方塊圖。數(shù)據(jù)，代表將要打印的文檔，可以存儲在硬盤50中，其容量應(yīng)該超過1GB(10億字節(jié))。在存儲的數(shù)據(jù)文件中，順序地安排文擋，整個文檔中一點接著一點，一行接著一行，典型的8位數(shù)據(jù)包含2個點的信息，其中有該點所需要的各個顏色的信息。例如，典型的8位格式將按顏色和打印針進(jìn)行安排。
顏色分離塊52把信息分到四個隨機(jī)訪問內(nèi)存區(qū)域My(54)，Mm(56)，Mc(58)以及Mk(60)中，每個區(qū)域?qū)?yīng)一種顏色。每個隨機(jī)訪問內(nèi)存區(qū)域都有一行中所有點以及文檔中所有行的地址。如果要打印一個點，就在相應(yīng)的行和點的位置上存“1”，如果不打印，就在該位置存“0”。
獨立的圖象內(nèi)存62分配給每種顏色以及該顏色對應(yīng)的打印頭。黃色寄存器Ry中大約可存儲6英寸數(shù)據(jù)或者1,75行數(shù)據(jù)。紅色寄存器Rm66存儲1,750行加上黃色和紅色打印頭之間的距離或者3,250行數(shù)據(jù)。同樣，綠色寄存器Rc68存儲1.750行加上從黃色打印頭到綠色打印頭之間的距離(3,000)，總共是4,750行數(shù)據(jù)。黑色寄存器70存儲1,750行加上從黃色到黑色打印頭之間距離(4,500)，總共是6,250行數(shù)據(jù)。
滯后邏輯塊72提供門控信息，使打印頭能夠被調(diào)入打印操作信息。在一個實施例中，完成了延長時間的脈沖選通施加到打印頭上的能量脈沖。滯后模塊72中的滯后電路決定需要哪一個“n”脈沖，π1到πn。在一個實施例中，選擇n為5。π5將要施加的打印針的數(shù)據(jù)位在第一個子間隔中被調(diào)入，然后調(diào)入π4脈沖將要打印的數(shù)據(jù)，再接著是π3，π2和π1脈沖。
由于打印頭制造商所提供的特殊電路，兩行數(shù)據(jù)成組調(diào)入打印頭中，組的大小由打印頭的需要所決定。所有打印一行所需要的信息通過滯后邏輯模塊72施加到打印頭接口模塊74，后者連接到打印頭76。
這里所描述的打印機(jī)的特定電路如圖4的方框圖所示。打印頭76的每一根打印針都有一對串聯(lián)的閂鎖電路78、80，它們的輸出接到雙輸入與門82的一個輸入端上。另一個與門輸入端分別從πn到π1的打印選通脈沖，由打印頭接口74提供。在本例中，n等于5。與門82的輸出施加到驅(qū)動電路84，其輸出則給各個打印針86提供能量?？梢岳斫獾?，對于超過3000個打印針86的每一根打印針，都有一對閂鎖電路，一個與門和一個驅(qū)動電路。使用大規(guī)模集成電路，這些不成問題。
如果滯后電路確定打印針Ni將要打印，同時它是“非常冷”的打印針，則在本實施例中，將為該行指定π5脈沖。在最早機(jī)會下，代表打印針Ni的打印點的“1”首先調(diào)入。對于溫度稍多的打印針，將在完成循環(huán)后調(diào)入代表打印點的“1”，這樣，完成了對每一個將要打印的打印針的能量供給之后，所有的能量脈沖將同時終止。
可以結(jié)合圖5和圖6來解釋滯后影響的問題。這兩個圖都示出了打印頭的溫度隨時間變化的曲線，以及同一時間上，儲能的打印脈沖的時間圖，所需的熔化的蠟的輸出隨時間的變化圖，以及實際的熔化的蠟的輸出隨時間的變化圖。
首先參見圖5a，典型打印針的溫度—時間圖，有三個代表限制的時間點。第一個點是Tmax，代表打印針不被破壞時所能達(dá)到的最高溫度。第二個點是色帶上的蠟熔化并且轉(zhuǎn)移到介質(zhì)上的溫度，Tmelt。第三個點是Troom，代表操作環(huán)境的周圍溫度。
打印針得到能量后，它的溫度迅速升高到Tmelt，蠟熔化時，溫升變慢，因為蠟的熔化吸收熱量。在一些預(yù)定的時間點，脈沖終止，溫度向室溫Troom方向呈指數(shù)下降。選擇預(yù)定的時間點，是為了使蠟一直熔化到打印間隔結(jié)束。
如果要在下一行打印點，下一個能量脈沖將施加到打印針上。但是，如所示那樣，由于打印針已經(jīng)高于蠟熔點溫度Tmelt，因此打印針在相同延長時間的能量脈沖的作用下溫度升得更高。由于冷卻的時間沒有變，在間隔未期，打印針溫度將仍然高于熔點Tmelt。如果現(xiàn)在要打印第三個點，則再一次施加能量脈沖，使打印針的溫度升高到一個更高的溫度。這樣，將要打印的圖象如果需要打印一連串的點，以生成實心的線，那么事實上針的溫度就一直不會低于熔點Tmelt，因此Tmelt的作用在打印的圖象中并不顯著。
只有在打印了一系列的點后不再打印點時才會出現(xiàn)問題。正如能夠看到的那樣，打印了四個點后停止打印一個點。那么，當(dāng)?shù)谒膫€點的時間間隔完成時，已經(jīng)冷卻了的打印針的溫度仍然高于熔點Tmelt，并且在能量停止供給后仍維持一個明顯的時間段。所需的輸出圖示出，理想情況下，每一個點之間都應(yīng)該有一段非常小的分隔、不幸的是，一系列點的通常結(jié)果是多打印了一小點，而事實上應(yīng)該是空白區(qū)。這種情況可由圖5d的斜線區(qū)域中看出來。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖6，包括圖6a—6d，該圖給出了滯后控制的影響。圖6a中，示出了打印針溫度隨時間變化的關(guān)系。打印脈沖的施加導(dǎo)致打印針溫度上升，超過蠟的熔點Tmelt，但是，如圖6b所示，打印脈沖的延遲時間變短，因此可用時間變短。做為結(jié)果，打印針?biāo)_(dá)到的峰值溫度降低，允許打印針在打印階段結(jié)束后冷卻到蠟的熔點溫度Tmelt之下。
連續(xù)的打印脈沖的延遲時間都一樣，或者更短，使打印針在打印階段達(dá)到其最高溫度后，允許打印針在打印階段結(jié)束后冷卻下來。因此，在下一個或者第五個間隔，即不打印的點，打印針的溫度已經(jīng)冷卻到低于熔點Tmelt，不會打印出多余的點。
對此所需要的輸出(圖6c)與實際輸出(圖6d)，將可以看到每一個蠟點都分離開來，盡管連續(xù)蠟點間的距離小于所需的值。
如圖6b所示，滯后控制由調(diào)整打印脈沖的延長時間來完成，不影響脈沖的幅度。在其它可選擇的方案中，可能修改延長時間或者使幅度可變，或者二者都修改，允許打印間隔開始的打印針溫度隨預(yù)定溫度變化。
一種通過改變打印脈沖的延長時間校正滯后從而提高了打印質(zhì)量的方法是在前面的間隔中啟動較長的脈沖，然后在后面的間隔中使用較短的脈沖，這樣對于所有的打印針來說，所有的能量脈沖同時終止，不管是不是在間隔的后面終止。一種方法，已經(jīng)利用優(yōu)選實施例中的結(jié)構(gòu)，可以用圖4的電路來實現(xiàn)，如圖7所示。
根據(jù)這種機(jī)械實現(xiàn)，滯后電路決定特定行Li的打印一個點所需的脈沖的延長時間，考慮將要打印點時打印針的估計溫度。一系列的階段π1—πn的延長時間逐漸增加。在一個特殊的實施例中，n值等于5，在這個實施例中，各個階段可以由五個連續(xù)的時鐘脈沖電路來生成，時鐘脈沖電路可記作t1-tn，并且繼續(xù)預(yù)定數(shù)量的附加時鐘脈沖，直到最終的脈沖tc。例如，階段π5由所有五個連續(xù)的時鐘脈沖t1—t5直到tc生成。較短的間隔，π3由時鐘脈沖t3到t5直到tc生成。最短的間隔，π1由時鐘脈沖t5到tc生成。從圖7中的圖可以看到這種情況，該圖示出了逐漸增加延長時的脈沖。
可替換的是，可提供一套獨立的脈沖生成器，每一個能夠提供所需延長時間的脈沖，適當(dāng)?shù)拈T和開關(guān)電路互相連接，使各個針接收正確延長時間的打印脈沖，滿足滯后電路的需要。每一個打印脈沖的起始時間都適當(dāng)?shù)劐e開，使所有的脈沖同時終止。
轉(zhuǎn)向圖4，為實現(xiàn)滯后方案，打印頭每打印一行就“n”次調(diào)入數(shù)據(jù)，以接受打印脈沖π1—πn。對于n＝5，第一個將要調(diào)入的數(shù)據(jù)在時間t0處，被從打印頭接口電路74轉(zhuǎn)移到第一個閂鎖78?？梢岳斫獾?，有許多閂鎖78，其數(shù)量與打印頭76中所含的打印針86的數(shù)量相同。這個開始的數(shù)據(jù)由滯后電路所決定，需要最長的打印間隔。滯后電路，當(dāng)認(rèn)識到需要π5間隔時，把“1”信號連續(xù)地送出，持續(xù)整個數(shù)據(jù)加載脈沖的t_t4的時間。
下一個數(shù)據(jù)，代表需要脈沖π4的打印命令以及π5脈沖的“1′”的在時間t1處被調(diào)入到第一個閂鎖78中，同時，第一個閂鎖78的內(nèi)容轉(zhuǎn)移到第二個閂鎖80中。打印選通脈沖控制阻止第二個閂鎖80中的內(nèi)容進(jìn)入到被供給能量的打印針中，直到在第二個閂鎖80中存儲了“1”。
在時間t2處，以及π5，π4脈沖對應(yīng)的時間處，π3數(shù)據(jù)以及π5，π4對應(yīng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到第一個閂鎖78中，原來的內(nèi)容被轉(zhuǎn)移到第二個閂鎖80中。打印選通脈沖即給所有的第二個閂鎖80中存儲了“1”的打印針86提供能量。這個過程持續(xù)到打印行中的所有數(shù)據(jù)都被調(diào)入到鎖存器中以及相應(yīng)的針全部被施加以能量為止。
圖8中示出了實現(xiàn)其中一方案的邏輯電路，它利用打印針的打印過程狀況，判斷適當(dāng)?shù)哪芰块g隔。圖8中，一部分隨機(jī)存取存儲器(RAM)90中保持將要打印的下一個單行信息。為每個打印針提供的邏輯電路92生成并且接收做為附加輸入的從1變化到n的數(shù)值，該數(shù)值由n—行打印歷史模塊94來決定。在本實施例中，n＝5。邏輯電路92的輸出按一套規(guī)則操作，反饋到打印歷史模塊94。邏輯模塊的第二個輸出是一個具有二進(jìn)制值的數(shù)字，其范圍為從0到n，本例中為5。
如果邏輯電路92生成了數(shù)字，打印歷史模塊94中的全部內(nèi)容就成重置成1，然后接著的打印命令將取值為1，命令最短的打印間隔π1。但是，如果沒有打印命令在RAM90中對應(yīng)“1”)，那么存儲在打印歷史模塊94中的每一行就增加“1”。取決于行數(shù)，直到下一個打印命令邏輯電路92的輸出將繼續(xù)地從2增加到5，在所描述的實施例中，打印歷史模塊94中，5是任何行里可以存儲的最高數(shù)字。
可以看到，如果在連續(xù)的打印命令之間只有1行，數(shù)字2將施加到電路中，并且生成打印脈沖π2。同樣地，兩個打印命令間隔2，3和4行時，將產(chǎn)生數(shù)字3，4和5，對應(yīng)于打印脈沖π3，π4和π5。
在圖9中，示出了校正介質(zhì)速度變化的電路。如果介質(zhì)速度發(fā)生了變化，不同打印脈沖的時間間隔將發(fā)生變化，導(dǎo)致打印密度比最佳密度或者變深，或者變淺，其原因是速度相對于設(shè)計的打印間隔或者變慢，或者變快。因此，如果瞬間速度與所需速度不同，那么所有的打印脈沖就都必須按照下面的公式進(jìn)行修改 在圖9中，編碼器24(參見圖1，2)給速度電路98提供脈沖，速度電路98向除法電路100的除數(shù)輸入端施加代表瞬間速度的信號，除法電路100的被除數(shù)輸入端從CPU處接受代表所需速度的信號。輸出結(jié)果施加到脈沖延長時間校正電路104處，由該電路基于CPU時鐘處得到的時間信息來生成打印脈沖。
在可替換的實施例中，校正輸入端104處的校正信號輸入應(yīng)該從以所需速度減掉實際速度的電路中得到。校正值是差值的函數(shù)，如果差值為正，就增加打印脈沖的延長時間，如果為負(fù)，就應(yīng)該縮短打印脈沖的延長時間。
另一個校正滯后重要的系數(shù)，從每個打印針的打印過程狀況分離出來，如上面所討論的，應(yīng)該是所討論打印針的相鄰打印針的影響。這些相鄰的打印針做為“鄰居”，它們的打印過程將對所討論的打印針產(chǎn)生影響，尤其是當(dāng)它們正在打印，而所討論的打印針沒有在打印的時候影響更大。旁邊打印針的熱量將通過熱傳導(dǎo)，使所討論的打印針的溫度升高，如果旁邊的針在打印，那么兩旁的針中間的打印機(jī)的溫度也將是較高的，盡管它并沒有打印。因此，僅僅依賴于所討論的過程狀況會得到具有欺騙性的結(jié)果。滯后電路可能需要π5間隔的打印針，由于其旁邊的打印針使其溫度很高，因此實際上可能只需要π3甚至π2脈沖就足夠打印了。
參見圖10，該圖示出了粗略的原理圖，滯后算法中應(yīng)該考慮的系數(shù)包括了旁邊打印針的打印史，因為它改變了N0問題中打印針的打印史的影響情況。在圖10中，N0右邊的打印針用負(fù)數(shù)下標(biāo)，N0左邊的打印針用E下標(biāo)。用時間升序的負(fù)下標(biāo)代表已經(jīng)打印了的行。將要打印的本行指定為R0，前一行為R-1，再前一行為R-2。
在打印針Ni處打印所需的能量足打印針Ni的打印史的函數(shù)，可能以表達(dá)為f[(Ni，R-1)(Ni，R-2)，…，(Ni，R-n)]。對于實際情況來說，n＝5即可以得到有用的結(jié)果，更早的輸入可能僅有微弱的數(shù)值影響。由于旁邊打印針的熱量是需要計算的系數(shù)，因此同樣必須考慮f〔(Ni-1，R-1)，(Ni+1，R-1)，(Ni-1，R-2)，(Ni+1，R-2)，(Ni-1，R-3)，(Ni+1，R-3)，…(Ni-1，R-n)，(Ni+1，R-n)〕。
轉(zhuǎn)向圖11，該圖示出類似于圖8中的適當(dāng)?shù)臏箅娐返脑韴D，利用旁邊打印針的打印史情況生成控制信號，確定打印脈沖的延長時間。打印數(shù)據(jù)寄存器110為每個打印針向邏輯電路112。對于每一行，“1”代表打印點，“0”代表沒有打印點。如同數(shù)據(jù)寄存器110的信息施加到邏輯電路112一樣，打印歷史模塊為每個打印針提供了一個數(shù)字信號，代表上一次打印信號送到該針以來所間隔的行數(shù)，由代表旁邊打印針活動的加權(quán)數(shù)字來修改，在前面的行中預(yù)先選擇好數(shù)字。
在一個實施例中，只考慮了前一行的旁邊針的活動以及只考慮了兩側(cè)再下一個鄰近的打印針的情況。更進(jìn)一步，旁邊打印針的貢獻(xiàn)的加權(quán)系數(shù)定為0.25，其考慮為假設(shè)只有一半熱量會流動到旁邊的針，并且只有一半可能的貢獻(xiàn)會在打印行之間的間隔中傳導(dǎo)到相鄰的打印針中。每個打印針打印時，它的打印歷史重新記錄到最小值。對于沒有打印的每一行，打印史中的數(shù)據(jù)增加“1”。在這種情況中，每個打印針的歷史數(shù)據(jù)減去相鄰打印針的歷史數(shù)據(jù)的四分之一。
一種可選擇的方法是保持估計的打印針溫度的記錄，通過相鄰打印針的加權(quán)溫度貢獻(xiàn)來適當(dāng)?shù)匦薷乃烙嫷臏囟?。在這種修改中，應(yīng)道循以下規(guī)則1.a如果打印針Ni打印，則溫度T設(shè)置為Tmax；b如果打印針Ni沒有打印，則溫度T＝T×K，K是冷卻百分?jǐn)?shù)；2.a.如果任一個旁邊的打印針打印了，那么第T＝T＋γ，這里γ＝鄰近打印針的熱量貢獻(xiàn)。
b.如果旁邊的兩個打印針都打印了，則T＝T＋2γ。
滯后電路及其算法的一個目標(biāo)是產(chǎn)生一致大小和密度的打印點，但是，經(jīng)常有時需要略大一點尺寸的打印點，例如打印實心顏色時，如打印大尺寸的文本或者圖形區(qū)域等。
還有許多其它時候需要打印小一點尺寸的打印點，以控制亮、暗區(qū)域的對比度，尤其在彩色打印時更是這樣。與需要操作器插入干涉，以使部分或者整個的滯后校正不起作用的方法不同，已經(jīng)確定了通過判斷哪一個鄰近的針將要打印當(dāng)前行，哪一個針在前面行中打印過，以及哪一個針將要在下一個的未來行中打印，來生成一個數(shù)字，影響打印間隔πi的生成，i從1變化到n，n可以是15。
圖12是適當(dāng)?shù)男薷臏罂刂埔皂憫?yīng)將要打印的點的活動的原理圖。在圖12a中，有一個模塊示出了在這實施種中的打印針的情況。信息從八個打印可能性中收集過來，這八個打印可能性環(huán)繞著所討論的打印針。即，針N0及其鄰近針N-1和N+i的前面打印情況由前面的行(N0，-1)，(N-1，-1)，(N+1，-1)，以及下一個還沒有打印的行(N0，+1)，(N-1，+1)，(N+1，-1)來檢查。
圖12b中示出了這種情況，行寄存器120，122，124為打印針N0及其鄰近打印針N-1，N+1查看打印(“1”)或者沒有打印(“0”)位。計數(shù)單元的輸出數(shù)值在0至8之間，其原因是由于N0，0位用于打印命令。如果所有的針都在前面的行(R-1)中進(jìn)行了打印，將在本行(Ro)中打印，并且在下一行(R+1)中也打印，則計數(shù)值最大，為8。
計數(shù)單元的輸出施加到滯后邏輯單元，后者也從滯后內(nèi)存單元130中接收輸入，以及從其它對應(yīng)于決定打印脈沖延長時間的校正系數(shù)的電路中接收輸入，例如考慮速度的電路，考慮針阻抗的電路，考慮打印頭溫度的電路等等?？紤]所有這些不同的輸入，由計數(shù)單元輸出來修改，滯后邏輯單元128發(fā)送一個命令信號到打印脈沖生成器132中，它可以向打印針中施加打印數(shù)據(jù)和打印脈沖π1—πn(本例中n＝5)。
計數(shù)單元126的數(shù)字計數(shù)影響選擇打印脈沖π1到π5的程度是設(shè)計選擇的主題，可能需要打印機(jī)操作人員的主觀判斷。因此，這個系數(shù)作為電子比較調(diào)整系數(shù)，可以在使用裝置根據(jù)前面作時受操作者控制。在使用不同延長時間的打印脈沖進(jìn)行滯后控制時，假定了介質(zhì)的移動速度，較長的打印脈沖可在一定時間間隔內(nèi)完成，該間隔是指將要打印的點行靠近打印頭后并且在指示下一行已經(jīng)準(zhǔn)備好打印的下一個致動信號發(fā)出之前的時間間隔。
如果提高了介質(zhì)速度，可能會出現(xiàn)分配給打印的時間短于可能有必要使用“冷”打印針時所需要的最長延長時間脈沖的情況。通過檢查未打印部分的數(shù)據(jù)，并且考慮打印歷史，乃至其周邊打印針的打印歷史，可以判斷出什么時候需要長打印脈沖，打印預(yù)期為多長等。例如，如果πn脈沖的延長時間大于分配給一行或者兩行的打印時間，通過“向前看”，可以提前一行或者多行啟動πn脈沖，使得在該行中終止較短的打印脈沖。
由于可得到的熱打印頭的結(jié)構(gòu)限制，限制了流過各個打印針的電流，進(jìn)一步需要觀察50％的打印循環(huán)，用熱針溶解單點蠟需要的時間不能大于在給定的介質(zhì)速度和打印機(jī)分辨率情況下，分配給單行的時間的一半。圖13示出了一種允許提高速度和分辨率的邏輯電路。如圖13所示，第一個寄存器134存儲了當(dāng)前行L0的數(shù)據(jù)，第二個寄存器存儲了下一行L+1的數(shù)據(jù)，這一行還沒有開始打印。
寄存器134，136把它們中的所討論的打印針的數(shù)據(jù)施加到預(yù)測性邏輯電路138中。歷史記錄寄存器140為預(yù)測性邏輯電路138提供了一路輸入，138的輸出反饋到歷史記錄寄存器140中以更新其中的內(nèi)容。140可以保存直到n行的信息，每一行代表是否打印脈沖命令施加到了連續(xù)的在前的行上。這里，n＝5，最長的打印脈沖將是π5。
操作規(guī)則是，如果打印針要打印，歷史記錄寄存器140中的內(nèi)容就被迫為“1”值。對于每一個不打印的行，每一個存儲的數(shù)字加“1”。如果打印針是“熱”的，并且將要打印當(dāng)前行，就命令使用最短的打印脈沖π1。如果打印針是“冷”的，上一行使用了打印脈沖π5，那么就繼續(xù)使用π5脈沖。如果打印針是“冷”的，并且本行不打印，但是下一行，N+1將要打印，就在下一行開始使用π5脈沖。
在更高速下，可能需要修改電路，向前查看兩行，并且提前兩行啟動最長的打印脈沖π5，至少提前一行啟動稍短一點的打印脈沖，例如π4或者π3。由于編碼器24為每一行提供了多個脈沖，因此脈沖可以在前面的行中開始啟動。
另一種可選擇的使用不同延長時間的打印脈沖的方法是，每當(dāng)該行不打印時，使用短維持脈沖πm，以把打印針的溫度維持在剛好低于Tmelt的溫度上。這樣不論任何時候，最短的打印脈沖π1也將足夠用來打印，而不管打印針的打印歷史到底如何。圖14示出了這種可選的方案，包括圖14a和圖14b。
首先看圖14a，那里示出了時間坐標(biāo)、打印針150的溫度以及控制打印的數(shù)據(jù)信號152。如圖中所示，在t0、t2和tn時間，有用于打印的“1”信號，而在t1、t3和t4時間為不打印的“0”信號。象所示出的那樣，打印針已經(jīng)冷卻到了室溫Troom，最長脈沖π5施加到了打印針上，使之溫度很快上升，超過了Tmelt，在打印間隔內(nèi)生成打印點。在下一個間隔內(nèi)，t1，打印針冷卻到了需要π2脈沖以在t3時間打印的水平。對于下兩個間隔，打印針再次允許冷卻，因此t5時間處，需要脈沖π3。
可替換的是，示于圖14b中的“常溫”方案，該圖給出了同樣的打印數(shù)據(jù)，t0處打印針處在標(biāo)稱“靜態(tài)”溫度下，Trest，略低于Tmelt。打印針可被認(rèn)為是“熱”的，這樣可以使用最短的π1脈沖。在t1時間中，由于數(shù)據(jù)行中沒有打印命令，因此施加了維持脈沖πm154。它把溫度重新提高到Trest上。t2處的打印命令施加到仍然是“熱”的打印針上，π1即可用來進(jìn)行打印。
在每一個后續(xù)的時間間隔，t3和t4中，都施加了維持脈沖πm154，加熱打印針，使溫度始終在Trest附近。但是，這個溫度對于脈沖π1來說已經(jīng)足夠讓打印針在數(shù)據(jù)信號152處傳來打印命令時進(jìn)行打印。維持脈沖152在打印間隔中施加，這樣可在施加下一個打印脈沖前，產(chǎn)生一個簡短的間隔。這種可選方案可通過使用不止一個維持脈沖的方法來稍加改變。例如，如果由于打印歷史和旁邊打印針的影響，需要使維持脈沖的延長時間和幅度小于πm，避免把蠟溶解掉，打印出多余的點，在這種情況下就可以使用第二個維持脈沖πm，依靠經(jīng)驗確定打印針溫度非常接近Tmelt，避免使用正常的維持脈沖πm。
在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的打印機(jī)中，打印頭安裝了一個或者多個熱傳感器，傳感打印頭的溫度，并把信號送到CPU中。由于打印頭的溫度將影響打印針與打印針之間、打印針與安裝在打印機(jī)上的散熱裝置之間的熱傳遞速率。因此代表從熱傳感器傳來的信號的溫度在選擇適當(dāng)?shù)拇蛴∶}沖時，被做為一個系數(shù)。如果局部溫度上升，電路可以生成較短的打印脈沖，影響該局部的打印針的冷卻速率。
一個影響任何打印脈沖幅度的參數(shù)是每個打印針Ni的電阻ri。系統(tǒng)地測試所有的打印針以判斷每個打印針的電阻，并且把信息存入“查詢”表中是可行的?？梢詾槊總€打印針確定標(biāo)稱熱值，其值為使用π5脈沖把“冷”針加熱到可以打印時所需的熱量。如果某特定針的電阻高于預(yù)定值，那么相同電壓下流過該針的電流就將減少，能量，取決于電流的平方(E＝I2R)也將減少。因此，對于該針來說，打印脈沖的延長時間將需要增加，這樣才能向蠟色帶施加同樣的熱量。同樣，電阻小的針將通過更多的電流，向蠟色帶中施加更多的能量。
有必要對打印間隔時間進(jìn)行修改，使所有的針?biāo)D(zhuǎn)移的能量都相等，修改結(jié)果可以計算出來并存儲為“查詢”表中的校正因子，該表可為每一根針提供一個校正值。這樣就可以在打印過程中為每一根針增加或者減少π1到πn打印脈沖的延長時間，使得在打印間隔中每一根針向蠟色帶上施加的熱量相同。
如果打印頭的電源或者地線的電勢降落少于正確的設(shè)計的電勢降落，就產(chǎn)生了另外的、但是有關(guān)的問題，因為這樣就減少了打印針可用的能量?！巴昝馈钡慕鉀Q方法是通過計算每一根針的“校正”值來為所有的針確定所需的總能量并且向每根針施加校正后的結(jié)果，但是這樣做太復(fù)雜，目前成本不合算。
圖15示出了一種更現(xiàn)實的解決方法，其中將要打印的行存儲在行寄存器160中。寄存器160中存儲的各個1在加和裝置162中加總，以判斷打印該行所需的總能量。打印頭被細(xì)分成子區(qū)域，每個區(qū)域中所有打印針的數(shù)據(jù)存儲在一組區(qū)域寄存器164中。每個區(qū)域的能量在加和裝置162中加總。
為每個打印針N1到Nn都提供了能量電路166，166把打印針作為其輸入，從加和裝置162得到的該行所需的總能量連接到行寄存器160，從加和裝置162處得到的打印針?biāo)巺^(qū)域需要的總能量連接到區(qū)域寄存器164，代表從中央處理器供給的所需能量的數(shù)值可為打印針電阻的函數(shù)。每個打印針的能量電路判斷打印所需的能量，并且向打印電路中施加信號，在正確的時間向打印針發(fā)送適當(dāng)數(shù)量的能量。
根據(jù)本發(fā)明，已經(jīng)描述的一種熱打印機(jī)，能夠可靠地在介質(zhì)上打印顏色譜，介質(zhì)的移動速度大于每秒鐘3英寸，打印密度從300dpi直到1200dpi，并且，如果需要，還可以更高。盡管編碼器可以檢測到什么時候介質(zhì)到達(dá)需要打印的位置，但是電路必須確定啟動打印脈沖的最優(yōu)時間以及打印脈沖的延長時間及幅度。
根據(jù)優(yōu)選實施例，有選擇地使用幾種打印脈沖，打印脈沖的延長時間從短變化到長，如果打印針剛剛打過一行，是“熱”打印針，就使用相對短的脈沖，如果打印針已經(jīng)有好幾行沒有打印，是“冷”打印針，就使用相對長的脈沖。
提供了可以檢查和估計每個打印針的打印歷史情況，用以判斷做為什么時候打印針最后加電的函數(shù)的最優(yōu)化打印脈沖的電路。電路可能同樣考慮感興趣的打印針的旁邊的打印針的情況，以及這些“旁邊”打印針是否在前面的行中打印過，因為它們的熱量將會傳導(dǎo)到感興趣的打印針上。相鄰打印針在上一行的狀況可能會減少為使感興趣的打印針正常打印所需施加的能量。
提供了其它電路，允許介質(zhì)速度發(fā)生瞬時變化，這種變化如果不予處理，也會影響打印質(zhì)量。測量介質(zhì)移動的編碼器還可用來確定瞬時速度，把它和所需的恒定速度相比較，可產(chǎn)生誤差信號，修改打印脈沖的激發(fā)和終止時間。
為優(yōu)化質(zhì)量，確定了不同延長時間的幾種脈沖，它們是滯后控制所要求的，必須同時終止。因此，在打印間隔期間提供了連續(xù)的選通脈沖或者時鐘脈沖，那些將要接受更長延長時間的脈沖的針通過時鐘脈沖提前供給能量。那些將要接受更短延長時間的脈沖的打印針通過時鐘脈沖滯后提供能量。這樣使得所有的打印針同時終止提供能量。
對待“冷”、“熱”針問題的另一種可選擇的方法是給每根針在每個不打印的間隔內(nèi)提供維持脈沖。通過這種方法，最短的打印間隔也足以打印，因為不會有“冷”針。這種方法的一個變種考慮從鄰近的打印針中貢獻(xiàn)來的熱量以及上一行執(zhí)行的打印指令。這種變種方法允許有限地選擇打印脈沖，取決于某打印針及其周邊打印針是否連續(xù)幾行沒有打印并且需要維持，或者是否該打印針及其周邊打印針已經(jīng)打印了好幾行，是“熱”針，因為從所討論的行的前面行中吸收了能量。
為了允許更高速打印，將檢查下面情況中將要打印的行，即某打印機(jī)已經(jīng)幾行沒有打印，因此所需施加的最長延長時間的脈沖可能會超過高速打印中分配給該打印行的時間間隔。在這種情況下，可能會提前一到兩行啟動打印脈沖，使在需要時能夠打印。由于編碼器能夠把一行細(xì)分成幾個小區(qū)域，并且由于數(shù)據(jù)存儲器和寄存器可以訪問，生成與將要打印的行有關(guān)的信息，因此可以充分提前某打印脈沖，以在適當(dāng)?shù)臅r間內(nèi)得到所需的效果。
同樣還可以通過檢查打印針及其周邊打印針的打印歷史狀況，以及打印針及其周邊打印針的下一步將要進(jìn)行的打印情況，來調(diào)整將要打印上顏色的區(qū)域的蠟點大小。在某些情況下，有必要在打印暗的、實心顏色時，使所有蠟點的尺寸略大。在另外一些情況下，顏色區(qū)域可能不需要很明亮和很耀眼，就需要蠟點按其正確尺寸打印，或者打印尺寸略小一點。檢查過去、現(xiàn)在和將要打印的行的適當(dāng)電路可以確定應(yīng)該使用n種打印脈沖中的哪一個來取得所需的效果。
由于打印頭構(gòu)造方面的質(zhì)量變化，因此打印頭的每一根針的電阻可能不等于所需的或者指定的電阻，或者制造誤差允許在打印針電阻的附近進(jìn)行有限的波動。由于這樣的變化將會影響到打印質(zhì)量，因此各個打印針的電阻可以測量出來，并把每根針的校正值存儲在查詢表中。在打印過程中，可查閱“查詢”表，為每一根針判斷是否需要校正，如果需要，那么需要什么校正行為，使用這些措施來確保甚至統(tǒng)一打印過程。
以上即示出了在運(yùn)動介質(zhì)上打印高分辨率彩色的熱打印機(jī)的控制系統(tǒng)。精通本領(lǐng)域的人可以做出附加的修改和變化，因此，本發(fā)明的范圍將限定在以下附加的權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種熱打印裝置，具有在連續(xù)的打印點之間確定適當(dāng)?shù)臅r間間隔的電路，以及許多可操作的打印電極，響應(yīng)施加的打印脈沖，在介質(zhì)上形成打印點；還具有確定施加到各個打印電極上的打印脈沖的啟動時間、延長時間以及幅度的電路，包含以下組合a.數(shù)據(jù)存儲裝置，為各個打印電極存儲信號，對應(yīng)于該電極在構(gòu)成文檔的介質(zhì)上打印或者不打?。籦.脈沖生成裝置，用以生成一組打印脈沖，每個脈沖都有預(yù)先選擇好的延長時間和幅度；以及c.打印脈沖選擇裝置，連接到所說的數(shù)據(jù)存儲裝置以及所說的脈沖生成裝置，根據(jù)所說的數(shù)據(jù)存儲裝置中保存的數(shù)據(jù)，在每個適當(dāng)?shù)臅r間間隔中，為每個打印電極選擇所說的一組打印脈沖中的一個。
2.權(quán)利要求1中所說的裝置，其中所說的打印脈沖選擇裝置，根據(jù)前面打印間隔中施加到所說的所選擇的打印電極上的脈沖數(shù)目，為后續(xù)的打印間隔選擇打印脈沖到所選擇的打印電極上。
3.權(quán)利要求2中所說的裝置，其中所說的打印脈沖選擇裝置，根據(jù)前面打印間隔中施加到所說的所選擇的打印電極上的預(yù)定數(shù)目脈沖，為后續(xù)的打印間隔選擇打印脈沖到所選擇的打印電極上。
4.權(quán)利要求2中所說的裝置，進(jìn)一步包含連接到所說的脈沖生成裝置的裝置，用來啟動所選擇的一組打印脈沖中的一個，在打印間隔到來之前把它施加到所說的選定電極上，所選擇的脈沖用來打印一個點。
5.權(quán)利要求1中所說的裝置，其中所說的打印脈沖選擇裝置，根據(jù)前面打印間隔中施加到所說的所選擇的打印電極上的脈沖的延長時間，為后續(xù)的打印間隔選擇打印脈沖到所選擇的打印電極上。
6.權(quán)利要求5中所說的裝置，進(jìn)一步包含連接到所說的脈沖生成裝置的裝置，用來啟動所選擇的一組打印脈沖中的一個，在打印間隔到來之前把它施加到所說的選定電極上，所選擇的脈沖用來打印一個點。
7.權(quán)利要求1中所說的裝置，其中所說的打印脈沖選擇裝置，根據(jù)前面打印間隔中施加到所說的所選擇的打印電極上的預(yù)定數(shù)目脈沖的延長時間，為后續(xù)的打印間隔選擇打印脈沖到所選擇的打印電極上。
8.權(quán)利要求1中所說的裝置，其中所說的打印脈沖選擇裝置，根據(jù)前面打印間隔中，施加到所說的所選擇的打印電極的下一個鄰近電極上的脈沖數(shù)目，為后續(xù)的打印間隔選擇打印脈沖到所選擇的打印電極上。
9.權(quán)利要求8中所說的裝置，其中所說的打印脈沖選擇裝置，根據(jù)前面打印間隔中，施加到所說的所選擇的打印電極的鄰近電極中的預(yù)定一個電極的脈沖數(shù)目，為后續(xù)的打印間隔選擇打印脈沖到所選擇的打印電極上。
10.權(quán)利要求1中所說的裝置，其中所說的打印脈沖選擇裝置，根據(jù)前面打印間隔中，施加到所說的所選擇的打印電極的下一個鄰近電極上的預(yù)定數(shù)目脈沖，為后續(xù)的打印間隔選擇打印脈沖到所選擇的打印電極上。
11.權(quán)利要求1中所說的裝置，其中所說的打印脈沖選擇裝置，根據(jù)前面打印間隔中，施加到所說的所選擇的打印電極的鄰近電極中的預(yù)定一個電極的脈沖數(shù)目，為后續(xù)的打印間隔選擇打印脈沖到所選擇的打印電極上。
12.權(quán)利要求1中所說的裝置，其中所說的打印脈沖選擇裝置，根據(jù)前面打印間隔中，施加到所說的所選擇的打印電極的下一個鄰近電極上的脈沖的幅度和延長時間，為后續(xù)的打印間隔選擇打印脈沖到所選擇的打印電極上。
13.權(quán)利要求12中所說的裝置，其中所說的打印脈沖選擇裝置，根據(jù)前面打印間隔中，施加到所說的所選擇的打印電極的下一個鄰近電極上的預(yù)定數(shù)目脈沖的幅度和延長時間，為后續(xù)的打印間隔選擇打印脈沖到所選擇的打印電極上。
14.權(quán)利要求12中所說的裝置，其中所說的打印脈沖選擇裝置，根據(jù)前面打印間隔中，施加到所說的所選擇的打印電極的鄰近電極中的預(yù)定一個電極上的預(yù)定數(shù)目脈沖的幅度和延長時間，為后續(xù)的打印間隔選擇打印脈沖到所選擇的打印電極上。
15.權(quán)利要求1中所說的裝置，進(jìn)一步包括a.支持所有打印電極的打印頭；以及b.溫度傳感裝置，連接到所說的打印頭和所說的打印脈沖選擇裝置上，用來傳感所說的打印頭的溫度，這里所說的打印脈沖選擇裝置使用所說的打印頭的溫度來為打印電極選擇打印脈沖。
16.權(quán)利要求15中所說的裝置，其中所說的溫度傳感裝置檢測所說的打印頭的局部溫度，以及打印脈沖選擇裝置使用所說的打印頭局部溫度，為位于所說的打印頭局部內(nèi)的預(yù)定打印電極選擇打印脈沖。
17.權(quán)利要求1中所說的裝置，進(jìn)一步包含檢測介質(zhì)相對于打印電極的速度的裝置，連接到所說的打印脈沖選擇裝置，這里為每個打印電極所選擇的打印脈沖，同樣也基于介質(zhì)速度。
18.權(quán)利要求1中所說的裝置，進(jìn)一步包含數(shù)據(jù)輸入裝置，用來檢測打印點源的預(yù)定參數(shù)，該裝置連接到所說的打印脈沖選擇裝置，這里為每個打印電極所選擇的打印脈沖，同樣也基于打印點源的預(yù)定參數(shù)。
19.權(quán)利要求18中所說的裝置，其中打印點源是彩色蠟，預(yù)定參數(shù)包括蠟的熔點。
20.權(quán)利要求1中所說的裝置，進(jìn)一步包括數(shù)據(jù)輸入裝置，用來檢測打印裝置各部件的預(yù)定參數(shù)，該裝置連接到所說的打印脈沖選擇裝置，這里為每個打印電極所選擇的打印脈沖，同樣也基于打印裝置各部件的預(yù)定參數(shù)。
21.權(quán)利要求1中所說的裝置，進(jìn)一步包括電壓選擇裝置，連接到所說的脈沖生成裝置以及所說的脈沖選擇裝置上，其中打印脈沖的延長時間和幅度是施加到打印電極上的電壓的函數(shù)。
22.權(quán)利要求21中所說的裝置，進(jìn)一步包括修改打印脈沖電壓的裝置，用來校正預(yù)定打印電極組的溫度。
23.權(quán)利要求21中所說的裝置，進(jìn)一步包括修改打印脈沖電壓的裝置，用來校正施加了打印脈沖的打印電極的旁邊的預(yù)定數(shù)目的打印電極的溫度。
24.權(quán)利要求21中所說的裝置，進(jìn)一步包括修改打印脈沖電壓的裝置，用來校正施加了打印脈沖的打印電極上的溫度。
25.權(quán)利要求1中所說的裝置，進(jìn)一步包括脈沖延長時間選擇裝置，連接到所說的脈沖生成裝置和所說的脈沖選擇裝置，其中打印脈沖的延長時間和幅度是施加到打印電極上的電壓的函數(shù)。
26.權(quán)利要求1中所說的裝置，進(jìn)一步包括使用經(jīng)驗確定打印電極溫度的裝置，以及作為這樣所確定的溫度的函數(shù)的，用來選擇將要施加到打印電極上的一組打印脈沖中的一個打印脈沖的裝置。
27.權(quán)利要求1中所說的裝置，進(jìn)一步包括使用經(jīng)驗確定鄰近選定電極的打印電極的溫度的裝置，以及作為這樣所確定的溫度的函數(shù)的，用來選擇將要施加到打印電極上的一組打印脈沖中的一個打印脈沖的裝置。
28.權(quán)利要求27中所說的裝置，進(jìn)一步包括使用經(jīng)驗確定選定打印電極的溫度的裝置，以及使用所選電極的溫度作為附加的系數(shù)，選擇將要施加到所選電極上的一組打印脈沖中的一個打印脈沖的裝置。
29.權(quán)利要求1中所說的裝置，進(jìn)一步包括數(shù)據(jù)分析裝置，連接到所說的數(shù)據(jù)存儲裝置以及所說的打印脈沖選擇裝置，用來給每個打印電極從一組根據(jù)對將要打印的文檔的分析，延長時間不同的打印脈沖中選擇一個打印脈沖。
30.權(quán)利要求29中所說的裝置，其中所說的數(shù)據(jù)分析裝置到所說的打印脈沖選擇裝置的輸出，是將要打印的文檔中沒有打印部分的函數(shù)，是為鄰近所選電極的旁邊的打印電極設(shè)計的。
31.權(quán)利要求29中所說的裝置，其中所說的數(shù)據(jù)分析裝置到所說的打印脈沖選擇裝置的輸出，是將要打印的文檔中沒有打印部分的函數(shù)。
32.權(quán)利要求31中所說的裝置，其中所說的數(shù)據(jù)分析裝置到所說的打印脈沖選擇裝置的輸出，是將要打印的文檔中沒有打印部分的函數(shù)，是為所選擇的電極設(shè)計的。
33.權(quán)利要求31中所說的裝置，其中所說的數(shù)據(jù)分析裝置到所說的打印脈沖選擇裝置的輸出，是將要打印的文檔中沒有打印部分的函數(shù)，是為鄰近選定電極的預(yù)定數(shù)目的打印電極設(shè)計的。
34.權(quán)利要求1中所說的裝置，其中所說的打印脈沖選擇裝置進(jìn)一步包括控制施加到所有打印電極上的打印脈沖啟動的裝置，使各打印電極按一定順序打印，這樣所有打印脈沖就可以同時終止。
35.一種熱打印裝置，具有在連續(xù)的打印點之間確定適當(dāng)?shù)臅r間間隔的電路，以及許多可操作的打印電極，響應(yīng)施加的打印脈沖，在介質(zhì)上形成打印點，還具有確定施加到各個打印電極上的打印脈沖的啟動時間、延長時間以及幅度的電路，包含以下組合a.數(shù)據(jù)存儲裝置，為各個打印電極存儲信號，對應(yīng)于該電極在構(gòu)成文檔的介質(zhì)上打印或者不打印；b.脈沖生成裝置，用來生成預(yù)定延長時間和幅度的打印脈沖；c.打印脈沖選擇裝置，連接到所說的數(shù)據(jù)存儲裝置以及所說的脈沖生成裝置，根據(jù)所說的數(shù)據(jù)存儲裝置中保存的數(shù)據(jù)，在每個適當(dāng)?shù)臅r間間隔中，為每個打印電極選擇所說的一組打印脈沖中的一個。d.溫度維持脈沖生成裝置，用來維持脈沖，其延長時間小于所說的打印脈沖；以及e.連接到所說的數(shù)據(jù)存儲裝置的裝置，用來在任何不施加打印脈沖的打印間隔內(nèi)向不施加打印脈沖的電極施加維持脈沖。
36.權(quán)利要求35中所說的熱打印機(jī)裝置，其中所說的溫度維持脈沖的幅度小于所說的打印脈沖的幅度。
37.一種熱打印裝置，具有在連續(xù)的打印點之間確定適當(dāng)?shù)臅r間間隔的電路，以及許多可操作的打印電極，響應(yīng)施加的打印脈沖，在介質(zhì)上形成打印點，還具有校正打印電極的電阻變化的裝置，包括a.裝置一用于存儲電極組中每個電極所測量的電阻值；b.裝置二連接到所說的裝置一上，用來為電極組中的每個電極計算代表測量電阻值與所需電阻值之間差值的校正系數(shù)；以及c.裝置三，連接到所說的裝置二，并且適合于連接到打印脈沖生成裝置，用來施加校正系數(shù)，為電極組中的每個電極修改打印脈沖，以適應(yīng)所說的電阻差值的需要。
38.權(quán)利要求37中所說的裝置，其中所說的裝置三包括查詢表，里面存儲了所有打印電極的校正系數(shù)。
全文摘要
一種改進(jìn)的熱打印機(jī)，其電路根據(jù)打印機(jī)的預(yù)選參數(shù)及欲被打印的文件的內(nèi)容，有選擇地啟動打印電極，當(dāng)電極打印時，施加到電極上的能量可變。其它的電路會產(chǎn)生有選擇的方案，以響應(yīng)于是否與預(yù)選電極相鄰的電極要打印，以及這種打印何時發(fā)生。在各種實施例中，電路不僅使用預(yù)選電極及其相鄰電極的歷史，還利用未被打印的文件部分以幫助選擇合適的打印脈沖。
文檔編號H04N1/032GK1126534SQ94192485
公開日1996年7月10日 申請日期1994年6月7日 優(yōu)先權(quán)日1993年6月17日
發(fā)明者查爾斯V·托爾, 加里L(fēng)·馬拉里, 羅伯特P·約翰遜 申請人:戴特梅特克斯公司