液滴沉積裝置的製作方法

2023-04-25 11:23:51

專利名稱：液滴沉積裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及噴墨印表機和其它液滴沉積裝置。
儘管噴墨印表機在很多種應用中都提供了較大優勢，但噴墨技術的特性是列印精度在高速下只能通過非常精確地控制影響噴墨行為的許多製造和設計因素獲得。
在更高要求的應用中，列印精度與製造產量之間的折衷經常是不可避免的。
本發明的一個目的是提高液滴沉積裝置的精度，而不以降低製造產量未代價。
因此，本發明一方面包括一種液滴沉積裝置，其中響應輸入數據D，選定個數的標稱均勻的液滴沉積到介質上規則排列的點陣，該裝置對每個點陣都包括至少一個值d，特徵在於對接收到的輸入數據應用變換T的逆變換，它表示特定裝置相對於正常特性偏離的測量結果。
參考相應附圖，現在通過實例對本發明進行描述，其中

圖1是說明第一類噴射誤差的圖示；圖2是說明圖1所示噴射誤差效果的圖示；圖3是說明根據本發明一方面的液滴距離誤差分類方式的圖示；圖4是說明第二類噴射誤差的圖示；圖5是說明圖4所示噴射誤差效果的圖示；圖6是一種已知噴墨印表機的示意性表示；及圖7是類似於圖6的示意圖，說明根據本發明的噴墨印表機。
假設彩色灰度級圖象的數據可以0到n(一般為255)範圍內的數字dkij的形式利用，表示在點陣i，j所需顏色k的數量(CMYK)。灰度級噴墨列印頭一般只有有限的灰度級數。如在專利申請人共同未決的PCT專利申請No.WO97/35421中公開的算法可用於從dkij產生0到m(一般為7或15)範圍內減少的數字集1kij,表示在第i，j個點陣列印的顏色k的每滴液滴數(dpd)。就矩陣而言，L＝RD，其中dkij是D的元素，1kij是L的元素，而R是表示數據簡化算法中變換的一個張量。概括而言，因為1kij近似地是由(m+1)dkij/n-(1/2)給出的，所以R是一種線性變換；但是，由於1必須是整數，因此在每個點陣都必須選擇是上捨入還是下捨入，而且這要考慮最接近的整數值。
一種噴射顏色k的1個液滴的一滴所要求的理想列印頭將產生面積為skl的點。這樣在理論上，減少的數據1kij就在第i，j個點陣產生正確定位的面積為wkij=sk1的圓點，其中1＝1kij。
這樣，所需要的可以由矩陣W來表示，其元素是通過W＝SL與矩陣L相關的wkij。變換S是一個對角矩陣，它利用在每個點陣s和1之間的近似線性關係。
遵循變換的系列，所需要的是點面積W＝SL＝SDR。D與W之間的關係是大致線性的。
根據本發明的一方面，實際列印的大小錯誤和位置錯誤的點是由另一個矩陣G來表示的，即它們被認為實際上等價於大小錯誤但位置正確的圓點集gkij。這種等價在下面討論；它嚴格地只在列印誤差不大時才有效。
所需要的和實際得到的是通過矩陣變換G＝TW關聯的，其中T通常是一個張量。這樣，通常，gkij=∑∑tkijefwkef，其中tkijef是張量T的一個元素，而求和是對所有下標e和f進行的。
本發明一個重要的方面是以下觀點如果T可以求逆，則數據可以調整以修正個別列印頭的錯誤行為。這樣，如果要求列印頭列印T-1W，則它實際上可以產生近似於所需要的結果。點仍舊是大小錯誤和位置錯誤的，但結果看起來是正確的。
實際上，假定無論如何印表機都不會列印得太糟糕，則T-1中的調整將會很精細。因此，不可能將T-1當作非整數值結果直接應用到簡化的數據1kij,而且(假定合適的範圍是0到m)捨入到最接近的整數將產生過大的誤差。因此，T-1是應用到原始數據的用∑∑(T-1)kijefdkef代替dkij送入數據簡化過程。數字足夠大(0到n)，從而捨入到最接近的整數不會產生嚴重誤差；並象平常一樣應用(數據簡化)。這樣，調整的數據T-1D輸入到整個過程，依次產生簡化的數據RT-1D，期望的點面積SRT-1D，及實際獲得的點面積TSRT-1D，它近似於期望值SRD。
如果列印頭正確列印，則它將產生中心在點陣中的圓點。實際上，它在兩個平面上以錯誤的速度朝錯誤的方向噴射大小錯誤的液滴，產生在兩個方向都偏離正確位置的不規則點。表示所有列印誤差的張量可能是很難求逆的，因此我們將依次考慮可能的誤差，並在最後設法將它們結合。
要校正的最簡單誤差是當列印頭以正確的速度朝正確的方向噴射大小不正確的液滴時。那麼，gkij＝bk1qwkij,其中bk1q表示當由第q個列印頭通道產生時，1dpd和顏色k的點過大的因子。在j、k和q之間有一個簡單的關係，其中j表示圖象中的列，k表示所考慮的顏色，q表示用來列印該顏色的列印頭通道。
這種形式的誤列印很容易校正，因為每個點陣和顏色都是被獨立於其它所有點陣和顏色的方式影響，因此變換T是元素為bk1q的簡單對角矩陣B。B的逆矩陣是另一個元素由(B-1)k1q＝1/bk1q給出的對角矩陣。這樣，需要送入數據簡化算法的調整數據是dkij/bk1q，而不是dkij。換句話說，如果一個通道噴射了過大的液滴，則由該通道列印的圖象列是通過稍微簡化了一點的數據送入的。
對於所討論的列印頭，必須測量因子bk1q。需要一種能夠利用黑墨確定在醋酸纖維上點大小的列印測試；通過將通道的點直徑除以通過該列印頭的dpd的平均直徑，可以確定用於每條通道和每個dpd值的因子。有可能將該列印測試應用到其它顏色，但是有必要假設即使點的絕對大小不同，這些因子也將應用到其它顏色和其它襯底。
困難在於只有當數據簡化完成後才能知道1的值。這樣，需要應用R來產生一個初步的L；然後在應用R產生另一個L以後，計算B-1並應用到數據D；然後這應當用於調整B-1，以此類推進行迭代。如果在實際中因子bk1q不隨1變化，則不需要這種迭代操作。
接下來假設列印頭以正確的速度噴射正確量的液滴，所有噴射都在一個平面內；但是當噴射顏色k的1dpd液滴時，第q次噴射(用來列印圖象的第j列)在平面內向右偏離了角度αk1q。這在圖1中說明。
如圖1所示，其結果是點在圖象上偏離了距離αk1qH。
一個重要的假設是對於小的偏移αk1qH＜＜ph，在第i，j個點陣錯放的點實際上可以認為等價於一個正確放置在該點陣的點加上一個在其相鄰點陣的小點。這在圖3中說明。
對於正αk1q，第i，j個點陣中的有效點是面積(1-αk1qH/ph)乘以標準大小，而第i，j+1個點陣中的有效點是(αk1qH/ph)乘以標準大小。通過將第i，j個點陣中的點表示為(1-|xk1q|)，其中xk1q＝αk1qH/ph，而|z|是z的量值，這可以歸納為正或負αk1q；並且承認第i，j+1個點陣中大小為xk1q和第i，j-1個點陣中大小為-xk1q的小有效點的存在。這裡z表示z的一個函數，該函數當z0時等於z，而當z0時等於0；其結果是由於點偏移到左邊或者右邊但不是兩個都偏移，因此兩個輔助點中只有一個存在。
如果我們現在考慮第i，j個點陣中的有效點，我們看到gkij＝wkij(1-|xk1q|) 其中1＝1kij+wki，j-1xk1q其中1＝1ki，j-1+wki，j+1-xk1q其中1＝1ki，j+1第一項表示第i，j個點陣中點的面積，減小到允許其錯位。第二項是由於第i，j-1個點陣中點的錯位而對第i，j個點陣中有效點的影響；而第三項是來自第i，j+1個點陣的影響。有可能後兩項都存在；第i，j-1個點陣中的點可以向右錯位，而第i，j+1個點陣中的點向左錯位。
W和G之間的關係是G＝WV，其中V是一個三對角矩陣gkij=∑wkirvkrj，對所有r求和其中，Vkrj＝xkjq對於r＝j-1，1＝1ki，j-1＝(1-|xkjq|) 對於r＝j，1＝1kij＝-xkjq對於r＝j+1，1＝1ki，j+1＝0 對於其它r為了校正這種列印缺陷，V必須求逆，而數據∑dkir(V-1)krj代替dkij送入數據簡化過程。無須額外的計算時間，三對角矩陣就可以根據數值求逆，所以這是可行的。(方形)矩陣的大小對應於圖象中垂直於運動方向的點陣個數。
注意，如預期的，vkrj是r的函數，也是依賴於j的q函數。更難用的是，vkrj還是1依賴於i和j的函數；這意味著對V的求逆必須利用對逆矩陣的查表對每個i值，或者對1ki，j-1、1ki，j、1ki，j+1的所有m3種組合單獨進行。如在點大小誤差的情況下，需要對簡化數據的迭代。如果角偏差隨1變化不大，則對V的求逆只需要進行一次，而且不需要迭代。
上標k始終都存在表示還必須對每種顏色單獨進行分析。
一種列印測試用來利用黑墨確定對於每次噴射和每個點大小的噴射偏差；一開始假設偏差對其它顏色也是一樣的。
一個簡單的實例是有用的如果只有一次噴射有偏差，而且它對所有點大小都有相同的小正角偏差α，而且圖象只有一列是通過它來列印的，則V的大部分象單位矩陣。其一部分如下10000001000000 1-x x00000100000010000001其中x＝αH/ph。則其逆矩陣的一部分是10 0 0 0001 0 0 0000 1/(1-x) -x/(1-x) 0000 0 1 0000 0 0 1000 0 0 01這表示必須應用到錯誤列中點面積的校正是乘以1/(1-x)；即，它們必須變大以補償它們方向的誤差。將應用到錯誤列右邊列中點的校正是其正常大小加上-x/(1-x)乘以其左邊點的大小；由於加的是負數，因此點的大小減小，這補償了一些點從其相鄰位置的「到來」。
當兩次或多次相鄰噴射有偏差時，由於最近的相鄰結果混合，且校正不能以上述方式在局部應用；因此矩陣必須根據數值求逆。
參考圖4，接下來假設列印頭以正確速度在液滴平面內朝正確方向噴射正確列的液滴；但是當噴射顏色k的1dpd液滴時，第q次噴射(用來列印圖象的第j列)在紙張運動方向偏移出平面一個角度θkjq。
如圖5所示，這種誤差的結果是點在運動方向上錯位。
可以用與上述用於平面內偏差類似的方式處理這種錯位。第i，j個點陣中的有效點是gkij＝wkij(1-|yk1q|)其中1＝1kij+wki-1，jyk1q其中1＝1ki-1，j
+wki+1，j-yk1q其中1＝1ki+1，j這裡yk1q＝θk1qH/pm。第一項表示第i，j個點陣中點的面積，減小到允許其錯位。第二項是由於第i-1，j個點陣中點的錯位而對第i，j個點陣中有效點的影響；而第三項是來自第i+1，j個點陣的影響。儘管不一定有，還是有可能後兩項都存在；不管是否由同一列印頭通道噴射，是否每種情況的dpd都不同，上面點陣中的點可以向下錯位，而下面點陣中的點可以向上錯位。更有可能的是，由於給定的通道往往將任意大小的液滴錯用相同的程度，因此所有三項中的y都是相似的；在這種情況下，後兩項中只有一項將存在。
W和G之間的變換關係是G＝UW，其中U是一個三對角矩陣gkij＝∑uirwrj，其中，uir＝yk1q 對於r＝i-1，1＝1ki-1，j＝(1-|yk1q|) 對於r＝i，1＝1kij＝-yk1q 對於r＝i+1，1＝1ki+1，j＝0 對於其它r為了校正這種列印缺陷，U必須求逆，而數據∑(U-1)kirdkrj代替dkij送入數據簡化過程。注意，uir是r和i(通過1)與j(通過q和1)的函數；因此求逆必須對每個j值單獨進行。這必須對每種顏色單獨進行。
如果給定噴射的角偏差不隨點的大小變化，則yk1q不隨矩陣U變化，而j保持恆定不變。那麼矩陣(現在只有兩對角)可以根據分析求逆。它可以示為(U-1)ir＝1/(1-|ykq|)對於r＝i＝(--ykq)(r-i)/(1-|ykq|)(r-i+1)對於ri＝(-ykq)(i-r)/(1-|ykq|)(i-r+1)對於ri其中現在的不變量yk1q簡單地寫作ykq。這裡，(r-i)等等是冪，而不是上標。
簡單的實例是有益的。設想對於給定的列印頭通道q和顏色k，噴射稍微向下一點噴射，則ykq雖小，但是正數。則(U-1)ii＝1/(1-|ykq|)，(U-1)i,i-1≈-ykq，而其它項很小或者是0。第i，j點陣的調整數據是dkij/(1-|ykq|)-dki-1，jykq。第一項是dkij的增強形式，彌補第i，j點陣中點向下偏移的事實；而第二項是負的，它避免對數據的調整使整個圖象變暗。
該列印測試可以利用黑墨確定每次噴射和每個點大小的噴射偏差；它必須假設對於其它顏色偏差也是相同的。
接下來要分析的列印誤差是速度變化。假設所有噴射都朝正確的方向噴射正確大小的液滴，但是速度為sk1qv，其中v是所有噴射的平均速度，而sk1q是第q條通道過快噴射1dpd和顏色k的液滴的因子。飛行時間比液滴以平均速度(H/v)(1-1/sk1q)飛行的時間要短。由於紙張以速度fpm移動，其中f是點陣頻率，因此點在紙張運動方向相對於其額定位置的位移是(fHpm/v)(1-1/sk1q)。這可以利用以上給出的用於偏離出水平面的公式進行校正，還可以利用有效偏移(θeff)k1q＝θk1q+(fpm/v)(1-1/sk1q)則可以構造一個有效矩陣Ueff，並且對其求逆以產生對速度誤差和偏離出水平面的校正。
該列印測試可以確定對於每個點大小的噴射速度，再次使用黑墨表示所有顏色。
以上討論的列印誤差有可能一次全部發生。如果認為它們都獨立地起作用，則它們都可以通過用U-1DB-1V-1代替數據D來校正，即用∑∑∑(Ueff-1)kie(D)ef(B-1)kfg(V-1)kg1來代替dkij，對所有e、f和g求和。
圖6是一種已知噴墨印表機的示意性表示。輸入數據D在數據簡化單元602中利用上述張量R變換為值L。值L充當向各噴墨通道606提供致動信號的通道致動器604的輸入。當然，這些可以採取多種形式。
然後，圖7示出了對根據本發明的一種逆變換單元708的介紹，它執行所述對輸入數據的逆變換T-1。單元708可以，例如，包括一個微處理器或一個或一系列查找表。該逆變換T-1的參數是以所述測試模式確定的並在完成組合過程之前寫入單元708。在某些應用中，對於T-1參數的修改可以在輔助或維護操作中進行簡化。
儘管給出了關於D的逆變換操作的一種實例U-1DB-1V-1，但是還存在很多可選方案。關於具體噴墨印表機體系結構中的誤差，個別元件可以如上或以不同的通信方式或者與其它元件組合或者被其它元件代替來使用。
權利要求
1.一種液滴沉積裝置，其中響應輸入數據D，選定個數的標稱均勻的液滴沉積到介質上規則排列的點陣，該裝置對每個點陣都包括至少一個值d，特徵在於對接收到的輸入數據應用變換T的逆變換，它表示特定裝置相對於正常特性偏離的測量結果。
2.根據權利要求1的裝置，其中變換T表示在精確有規則排列的點陣沉積覆蓋面積和(或)覆蓋位置的誤差方面，所有相對於額定沉積特性的偏差。
3.根據權利要求1或權利要求2的裝置，其中以一組0到n範圍內的數字dij的形式表示的輸入數據D變換為一組0到m範圍內的數字1ij，其中n表示在點陣i，j期望的顏色數量，而m小於n並表示可以沉積在一個點陣的液滴顏色的最大數量，其中變換T的逆變換在所述變換之前應用到數字dij。
4.一種製造液滴沉積裝置的方法，其中，響應輸入數據D，選定個數的額定均勻的液滴沉積到介質上規則排列的點陣，該裝置對每個點陣都包括至少一個值d，該裝置包括用於接收數據D的輸入端子，用於響應通道激勵信號沉積選定個數液滴的液滴沉積通道和用於響應所述數據D產生合適通道激勵信號的控制器；該方法包括以下步驟響應測試數據啟動所有通道；測量相對於額定液滴沉積特性的偏離；以變換T的形式表示所述偏離的特徵並且使控制器對數據D應用變換T的逆變換。
5.根據權利要求4的方法，其中變換T依據在精確有規則排列點陣上沉積覆蓋面積的誤差，表示相對於額定液滴沉積行為的偏離的特徵。
6.根據權利要求4或權利要求5的方法，其中以一組0到n範圍內的數字dij的形式表示的輸入數據D變換為一組0到m範圍內的數字1ij，其中n表示在點陣i，j期望的顏色數量，而m小於n並表示可以在一個點陣沉積的液滴顏色的最大數量，其中控制器適於將變換T的逆變換在所述變換之前應用到數字dij。
7.根據權利要求6的方法，其中在點陣i，j的液滴錯位是通過將輸入數據D調整到點陣i，j中液滴大小及至少一個鄰近點陣中液滴大小來校正的。
8.根據權利要求7的方法，其中點陣i，j中液滴方向偏差角度α的錯位是通過對輸入數據D應用如下調整來校正的將點陣i，j中要求的液滴的大小除以(1-αH/p)，其中H是射程距離，而p是錯位方向上的點陣間距；及用等於點陣i，j中額定大小的數值乘以(αH/p)/(1-(αH/p)}，減小點陣i，j鄰近點陣中要求的液滴在錯位方向上的大小。
9.根據權利要求7或權利要求8的方法，其中液滴速度誤差是通過對數據D應用對有效位置方向錯位θeff的校正來校正的，其中θeff＝實際位置方向錯位加上(fp/v)(1-1/s)，其中f是點陣頻率p是點陣間距v是沒有速度誤差的噴射的平均液滴速度s是有速度誤差的噴射的液滴速度區別於v的因子
10.根據權利要求7、8或9任何一項的方法，其中液滴大小誤差是通過要求一個額定大小除以b的液滴來校正的，其中b是液滴大小有誤差的因子。
全文摘要
對噴墨印表機的數據輸入進行一種變換，該變換是表示對具體噴墨印表機測量的液滴位置誤差的變換的逆變換。
文檔編號H04N1/401GK1446430SQ01813980
公開日2003年10月1日 申請日期2001年6月13日 優先權日2000年8月11日
發明者S·特姆普勒, H·J·曼寧 申請人:薩爾技術有限公司