阅读说明：本技术 带标准计算机接口的喷墨打印头 (Ink jet printhead with standard computer interface ) 是由 D·L·克尼黑姆 于 2019-05-27 设计创作，主要内容包括：打印头具有标准化计算机接口,以允许打印头直接连接到标准计算机,喷射器阵列,其根据来自标准计算机的图像数据将油墨沉积在基材上,处理元件,其通过标准化计算机接口接收图像数据,缓存器,其存储通过标准化计算机接口接收的图像数据并且当由点时钟触发时将图像数据发送到喷射器阵列,所述缓存器在所述处理元件的控制下并具有灵活的存储深度,以及驱动器,其根据所述图像数据触发所述喷射器阵列中的各个喷射器。(The printhead has a standardized computer interface to allow the printhead to be directly connected to a standard computer, an ejector array to deposit ink on a substrate according to image data from the standard computer, a processing element to receive the image data through the standardized computer interface, a buffer to store the image data received through the standardized computer interface and to send the image data to the ejector array when triggered by a dot clock, the buffer being under control of the processing element and having a flexible storage depth, and a driver to trigger individual ejectors in the ejector array according to the image data.)

带标准计算机接口的喷墨打印头

技术领域

本公开涉及打印头，更具体地涉及打印头和用于打印头的控制电子设备。

背景技术

喷墨打印机通常依赖于图像数据源，例如某种计算机，其将图像数据发送到打印系统内的打印控制器。打印控制器通常位于打印头外部的打印系统或打印机中。然后，打印控制器根据图像数据将控制信号发送到打印头。打印头包含歧管和其他油墨路径结构，以及墨滴发生器和它们各自的致动器。

打印控制器通常产生或接收时钟，有时称为“点时钟”，以触发打印头的墨滴喷射。打印控制器可以从计算机接收图像数据作为每个墨滴发生器的数据字，每个字控制其相关墨滴发生器的多个连续墨滴喷射。然后，打印控制器在每个点时钟之后立即生成用于墨滴发生器的电压波形组，将这些波形发送到打印头。波形组可以包括限定电压极性和定时的模拟电压和控制线。每个点时钟还触发控制器将数据发送到打印头，以限定在下一个点时钟之后为下一个波形组选择哪个喷射器。波形组和数据都被精确地与由点时钟触发的墨滴喷射定时地发送到打印头。

通常，每台打印机都有自己的控制电子架构，旨在为打印头提供必要的波形、控制线和数据。但是，可以将打印控制器排除在打印头外部，并简化和高效化打印系统。

发明内容

一个实施例包括打印头，其具有标准化计算机接口，以允许打印头直接连接到标准计算机，喷射器阵列，其根据来自标准计算机的图像数据将油墨沉积在基材上，处理元件，其通过标准化计算机接口接收图像数据，缓存器，其存储通过标准化计算机接口接收的图像数据并且当由点时钟触发时将图像数据发送到喷射器阵列，所述缓存器在所述处理元件的控制下并具有灵活的存储深度，以及驱动器，其根据所述图像数据触发所述喷射器阵列中的各个喷射器。

附图说明

图1示出了打印系统的现有技术实施例。

图2示出了独立打印头的实施例。

图3示出了用于独立打印头的处理电路的实施例。

具体实施方式

目前可用的打印系统需要外部控制电子设备。通常，控制电子设备位于打印机内但位于打印头外部。如图1所示，计算机系统10有线或无线连接到打印系统12。计算机系统具有图像处理器14，其可以是专用图像处理器，或是包括计算机系统的中央处理单元的通用处理器。

计算机10将图像数据传递给打印系统12中的打印头控制器16。打印头控制器16与计算机10和打印头18连接。然后打印头18控制喷射器堆叠20。喷射器堆叠通常由一组板组成，这些板堆叠在一起以形成一系列通道和腔室，用于将油墨引导到油墨喷射器或喷嘴22的阵列，然后可以将油墨滴在印刷基材24上。

在这里公开的实施例中，没有分开的打印控制器。相反，打印头18在其内部具有所有电子器件，如图2所示。这些可包括处理元件26、驱动喷射器堆叠20的驱动器28及其各个喷射器22。

打印头18通过诸如通用串行总线(USB)的标准化计算机接口30接收图像数据。如将更详细地讨论的，这可以包括USB类型C，其将允许实施例扩展到全频应用。对于普通USB2连接上的高频应用，可以将外部DC电源应用于打印头。

打印头可包括内部产生的“点时钟”或击发信号。点时钟触发波形组，该波形组使得诸如22的喷射器致动并将油墨从喷射器喷射到印刷基材24。点时钟可以在打印头内部或外部产生。内部源可以锁相到外部编码器。图3示出了具有内部处理电子器件的打印头的实施例的打印头架构，这里也称为“独立”打印头。应该注意，术语“独立”并不排除使用外部组件，但它们是独立的，因为它们是可选的。

在图3中，计算机40具有到打印头18的标准化计算机接口30。接口30可以实现为支持USB 2.0到计算机40以及ULPI到处理元件26的USB到ULPI物理接口芯片。ULPI是UTMI(通用收发器宏单元接口)低引脚接口。应该注意，这只是标准化计算机接口的一个例子。任何符合已发布标准的计算机接口。

图像数据以32位字的形式来自计算机40，在标准化计算机接口电缆上以喷射数顺序每个喷射一个字，其是图像列顺序。打印头在外部或内部提供点时钟时消耗数据。计算机接口连接到处理元件26。处理元件是可以缓存和处理图像数据以产生使驱动器击发喷射所必需的波形的任何装置。在一些实施例中，这可以是现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)，或者能够响应于点时钟缓存数据和生成喷射波形的其他设备，意味着制造并编程以提供对打印头的控制的集成电路。

来自计算机40的图像数据通常以与点时钟不同步的突发(例如USB分组)到达。处理元件26使用诸如USB未确认(NAK)令牌之类的机制将图像数据存储到内部缓存器中，用信号通知计算机在缓存器满时暂停图像数据传输。

在每个点时钟之后，处理元件26执行两个同时操作。一种操作是从内部缓存器读取图像数据并将其发送到驱动器28以便在下一个点时钟之后使用。

该图像数据通常为每个喷射1比特，但对于能够喷射多个墨滴尺寸的打印头可以大于1比特。到驱动器28的图像数据通常也不是喷射数(图像列)顺序，而是按照驱动器28和喷射器堆叠20的物理布局所规定的顺序。因此，处理元件26以其写入的不同顺序从其内部缓存器读取数据，并为每个喷射器选择每个32位图像字的特定子集。在发生足够的点时钟以使用图像字的所有32位之后，

该字从缓存器中移除，释放空间以从计算机接收更多图像数据。

处理元件26的第二同时操作是产生由驱动器28使用的VPP和VSS波形以击发诸如22的喷射器。处理元件外部的模拟电路完成VPP和VSS波形轨34和36的实现。这可以包括模拟脉冲放大器，例如美国专利5,677,647中所发现的。它还可以包括连接到外部DC电源44或者来自计算机的USB接口的电源的DC电源转换器32。在产生VPP和VSS的同时，处理元件26向驱动器28发送控制信号，指示启用的喷射器何时应连接到VPP或连接到VSS或两者都不连接。根据前一个点时钟之后发送给驱动程序的图像数据启用或禁用喷射器。

类似地，点时钟可以在内部产生，或者以固定频率产生，或者响应于向处理元件提供诸如ENC A和B的编码器信号的位置编码器42产生。这些信号可用于启动和停止点时钟，并相锁定点时钟以跟踪编码器位置。或者，编码器输入可以直接用作点时钟，这里称为外部点时钟。点时钟是内部还是外部生成可能取决于打印应用程序。例如，固定频率的内部速率发生器可以在印刷基材的移动不变并且处于已知速度的情况下很好地工作。如果印刷基材的速度确实变化，则编码器可以对点时钟进行相位锁定以跟踪印刷基材的位置。这可以包括在处理元件26内使用锁相环(PLL)以提供编码器分辨率的比例因子的打印分辨率。

PLL点时钟发生器的一个例子可以在美国专利6,076,922中找到，该专利全文并入本文。

位置编码器根据打印头和打印支撑构件沿所述第一轴的相对移动产生编码器脉冲信号。数字锁相环电路包括相位比较器，用于接收编码器脉冲信号和反馈信号，并产生具有至少第一和第二状态的相位差信号。点时钟发生器具有积分器，该积分器输出表示相对于相位差信号的时间积分的数字信号；响应于数字信号的脉冲发生器，其用于产生具有取决于积分的周期的脉冲输出信号；以及输出电路，其用于接收脉冲发生器的脉冲输出信号并提供第一输出信号和第二输出信号。第一输出信号是反馈信号，第二输出信号是点时钟信号，并且其中输出电路包括分频计数器，用于将脉冲输出信号的频率除以选定的常数以产生第二输出信号。

而且，如上所述，对于普通USB2连接上的较高频率应用，打印头将连接到外部DC电源，例如来自DC电源44的DC电源。当以更高的分辨率打印(以每英寸点数表示)时，点时钟使得喷射器在给定间隔内随着打印基材移动而更快地喷射。因此更高的分辨率需要更高的频率操作。

机载处理电子设备的一个方面是当点时钟发生时图像数据被缓存和消耗，而不必触发用于传输图像数据的计算机时钟。处理元件包括灵活深度缓存器，其允许处理元件在接收点时钟时为喷射器存储变化量的数据。

在一个实施例中，打印头具有喷射器和所有必要的喷射波形，包括VPP和VSS电源轨、其内部的控制和数据信号。内部处理可以包括PLL并从打印头外部的编码器接收编码器信号。这允许系统设计者选择是否包括来自编码器的输入。这也适用于在打印头外部提供DC电源。