精美画面谁描绘_喷墨打印机原理及技术分析

精美画面谁描绘 精美画面谁 描绘 ———喷墨打印机原理及技术分析　 文／图　　JL_chang 现在使用喷墨打印机的人越来越多，但大多数人对打印机的结构、工作原理和相关技术知之甚少。喷墨打印机是由哪些部件构成的? 这些部件是如何协调工作的? 打印质量又是由哪些技术指标决定的? 还有选购喷墨打印机时应该注意哪些事项呢? 相信这些都是广大消费者所关心的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。 EPSON、Canon、HP和Lexmark是目前最主要的喷墨打印机厂商，它们的产品占据了市场99%以上的份额。这几个品牌的产品都采用了许多独有的技术，在细节设计方面也有许多不同，不过作为相同的体系，各个品牌、各个型号的喷墨打印机的物理结构的工作原理基本上都是相同的。 1、​ 墨打印机的结构及工作过程 喷墨打印机由机械部件和电路系统综合构成。机械部件(图1)主要有墨盒与喷头、字车机构、输纸机构、清洗部分和传感器等五部分，它们是完成打印工作的主体，可以说是打印机的“身体”。电路系统则是一个微型化的专用计算机系统，它起到了接受命令并指挥打印机的机械部件采取相应动作的作用，可以说是打印机的“大脑”。工作时电路系统与机械系统共同合作，完成整个打印过程。 1.​ 机械部件及结构 墨盒和喷头是影响打印质量的关键部件，它们也并称为打印头。打印头有两种结构：一种是墨盒与喷头合一的体化结构，这在HP的产品中较为常见；另一类是二者各自分开的分离式结构，EPSON、Canon的产品多采用该结构。一体化结构的打印头，整体结构比较简单、体积较小，制造成本较低，但是使用成本高——如果一个墨盒的墨水用完了要换新的，就有利于保护用则必须更换包括喷头在内的整个打印头；而分离式结构则刚好相反，它的结构复杂一些，制造成本也较高，但使用成本反而低了许多——墨水用完时只需更换相应墨盒即可，这就有利于保护用户的投资。 字车机构是喷墨打印机实现打印一个点阵字符或一行字符的机构。它主要由步进电机、字车导轨、打印头和其它一些必要组件构成；打印头是字车机构中的核心组件，它装载着刚才提到的墨盒及喷头；打印时，步进电机驱动字车沿着导轨作横向间歇往返移动，移动的同时喷头根据控制信号将墨滴喷射到指定位置，也就是某一像素点打印完毕后字车自动横移到最邻近的待打印点，打完该点后继续下一点，这样一步一步作横向移动直到该行打印完毕，然后再迅速回到初始位置。 输纸机构的功能就是给字车中的打印头输送纸张。它主要由输纸步进电机、拾纸辊、输送辊、排纸辊、纸释放杆以及装纸托架、纸导引板构成。我们知道，通过字车机构的横向移动可以完成某一行字符的打印工作，但要完成整页字符的打印还需要输纸机构来帮忙——在某一行打印完毕后输纸机构驱动打印纸作纵向移动，移动的尺度则是由打印机每行打印区域的纵向宽度来决定的。通过字车机构与输纸机构的共同协作，打印机就可以顺利完成整页打印。目前打印机的输纸机构都具有多种输纸功能：既可连续输送纸又可输送单页纸或信封等。 在打印的过程中，喷头很容易沾上纸张纤维，喷嘴内部往往还残留着没用完的墨水，如果不清除的话可能对打印效果造成恶劣的影响，还可能使喷头堵塞，所以为喷头设计一个专门的清洗系统是绝对必要的。清洗系统主要由清洗电机、擦刷支架、擦刷、墨水泵和必要的传动部件构成，其中清洗电机可由字车电机或输纸电机充当，这要看不同打印机的处理方式。当作横向移动的字车返回到左端初始位置时，清洗系统就开始了对喷头的清洗工作：清洗电机通过驱动擦刷支架使擦刷在喷头表面作上下移动，将表面残留的墨水和纸张纤维清除干净；同时令墨水泵与喷嘴对接，借助于泵的抽吸将喷头内部残留的墨水抽干并换进新的墨水，这样做可以最大限度地防止墨水在喷头内部凝结。但是即使这样，喷头被堵塞的故障还是屡屡发生，在打印机长时间不用时发生频率更高，对这种情况，各个打印机厂商也都没有行之有效的解决 办法 鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载企业年金办法下载企业年金办法下载 ，主要还是依靠用户能有一良好的使用和维护习惯。 传感器是为检查打印机各部件工作状况和精确控制打印机完成工作任务而设立的。喷墨打印机内部具有光电传感器、温度传感器和薄膜式压力传感器，其中光电传感器和温度传感用于检测部件的工作状态，如部件是否工作正常、打印机内部温度是否在合理的范围之内等；薄膜式压力传感器则用于检测墨水通道的压力，以确保打印时墨水的适量供应，并检测墨水盒的使用状态——现在市面上的打印机几乎都具备墨水剩余量显示的功能，这就是通过薄膜式压力传感器+打印头驱动电路或者专门的软件辅助实现的，该功能让用户直观地掌握墨水盒的状态，大大方便了用户的使用。 以上五个部件在工作的过程中相互协调：打印机接到打印命令后，输纸机构立即将纸张输送到待打印位置，打印头、字车机构、清洗机构都处于就绪状态。打印的数据信号一传入，打印头、字车机构立即开始动作：墨水从喷头喷出、字车机构向右横向移动，一行打印完毕之后输纸机构将纸张纵向卷动，同时字车机构快速回复到左边初始位置，清洗系统开始清洗打印头，完毕后开始新一行的打印工作。以上每一个工作步骤实际都在极短的时间内完成，但是打印一页文本或图像往往需要重复难以计数的步骤，因此无论打印文本还是打印图像，喷墨打印机的速度都不会非常快。当然，不同打印机的速度通常都会有些差异，这就是累积效应带来的后果——不同打印机完成每个步骤需要的时间差异可能非常微小，但它们的整体速度却可能有较大的差异。 2.​ 电路系统 喷墨打印机的电路系统实际上是一个完整的、微型化的计算机系统，它有自己的微处理器芯片、只读／ 随机存储器芯片和输入／输出接口，除此之外还有控制字车电机、输纸电机（清洗电机由其中之一兼任）和打印头的驱动电路，具体结构如图2所示。 图2中微处理器单无实际上是一个集成电路芯片，当然它的复杂程度远远比不上现在PC机的微处理器。输入／输出接口通过不同的插件分别与打印机的控制面板和主计算机相连，同时还通过驱动电路对打印头、字车电机和输纸电机实施专门的管理。工作时主计算机发出的打印命令和待打印数据流通过输入／输出接口被专用的CPU处理，CPU接到命令后立即“ 通知 关于发布提成方案的通知关于xx通知关于成立公司筹建组的通知关于红头文件的使用公开通知关于计发全勤奖的通知 ”驱动电路使打印头、字车电机和输纸电机处于就绪状态，同时将待打印数据存入存储器中，一切就绪后打印工作即可开始。 尽管电路系统是喷墨打印机的大脑，但它只是负责从主计算机接收数据并完成相应打印动作的转换，对于打印质量和速度的影响微乎其微。目前各厂商开发的电路系统其实都差不多，但是不同品牌、不同档次的喷墨打印机种的打印质量为何会有这么大差异呢？为了解决这个问题，我们还要从喷墨打印机的喷墨原理说起。 二、喷墨打印机的喷墨原理 按工作方式，喷墨打印机的喷墨技术分为连续喷墨和随机喷墨两种。连续喷墨技术是利用压电驱动器对喷头中的墨水加以固定的压力，使其连续喷射，再通过偏转电机来控制墨滴的喷射方向——需打印时墨水滴就高速喷射到纸面上，不需要打印时墨水滴则飞行到专用的导管、利用导管将墨水循环回收到墨水盒中。连续喷墨系统无须考虑墨滴惯性的影响，因而能够生成速度极高的墨水滴，所以打印速度较快，在各种质量的打印纸张上都可以得到高质量的打印效果。但是连续喷墨系统的机械结构非常复杂，需要加压装置和精密的墨滴回收装置，生产成本很高，而且使用时很容易出现机械故障，所以连续喷墨方式只在早期的喷墨打印机和现在的大幅面喷墨打印机中采用。 现在市面上流行的A4幅面喷墨打印机都采用随机喷墨方式工作。随机喷墨是指墨滴只有在需要打印时才喷射，不需要时则不喷射，也就是说墨滴的喷射动作是间歇性的。与连续喷墨系统相比，随机喷墨系统有结构简单、制造成本低、可靠性高等优点，故而得到广泛采用。由于受射流惯性的影响，随机喷墨方式的墨滴速度不能太高，否则墨滴在惯性作用下容易喷射到不希望打印的位置，所以相比之下，随机喷墨打印机的速度会慢一些，为弥补这一缺陷，现在的打印机普遍采用多喷头技术来提高打印速度。 按不同的喷墨原理，随机喷墨技术分为热气泡式(Thermal Bubble)和微压电式(Piezoelectric)两种。 1.热气泡喷墨技术 热气泡喷墨技术主要应用在HP、C a n o n和Lexmark的喷墨打印中。这些打印机的喷头管壁有一个加热元件，热气泡喷墨的原理是利用电流对加热元件加热，瞬间使它升至3、4百度的高温，升温的同时加热元件也对喷头内的墨水加热，在同样的瞬间靠近加热元件的小部分墨水可被加热沸腾产生气泡，气泡受热膨胀形成强大的压力将墨水自喷嘴推挤而出，喷射到预定的着墨点上。墨滴喷出后，由于毛细管的作用墨水会迅速从墨盒中被吸出并注入到喷头内部、重新填满喷头。完成这一个周期约需250微秒，亦即1秒钟可以完成4000次这样的动作。热气泡墨的工作过程如图3所示。 根据喷头的结构，热气泡式打印头还可细分为端面开口型和侧面开口型。其中Canon公司的BJ系列喷墨打印机就采用这种端面开口型，而HP的打印机多采用侧面开口型（出称为热喷墨式），这两种型号的实际效果几乎没什么差别。 热气泡式喷墨打印机具有高喷嘴密度、工艺成熟和制造成本较低等优点。但由于喷头中的电极始终受电解和腐蚀的影响，容易造成喷头的堵塞；加上长时间时冷时热的动作，打印头的寿命一般都较短，因此热气泡式喷墨打印机的打印头通常采用一体化结构，墨水用完了就换掉整个打印头，不过这样一来，用户的使用成本也增加了，在实际应用中，我们可以给墨盒注墨水来缓解这个问题——墨水刚好耗完时，就立即给墨盒加注同样的墨水，这就节约不少耗费用。 热气泡喷墨技术还有一个缺点，它在打印时必须加热墨水，而墨水在高温状态下很容易发生化学变化，这样打出图像的色彩真实性就会差一些；另一方面，气泡驱动使得墨滴的方向性与体积大小都不容易掌握，打印线条边缘容易参差不齐，这也一定程度影响了打印质量。不过Canon和HP公司发展了很多新技术来解决这些问题，比如Canon的精细喷墨头技术、HP的第三代富丽图技术等。 除了HP和C a n o n的打印机外，来自泰克（Tektronix）公司的喷蜡打印机也采取了热气泡喷墨技术。喷蜡打印机也称为固态喷墨打印机或热升华打印机，它是泰克公司的专利技术。在常温状态下，该打印机用的原料呈固态蜡状，故而得名。打印时腊质的原料先被加温溶化成液体，接着局部墨水再被迅速加热至沸腾状态，然后再按前面所述的气泡喷墨方法工作。喷蜡打印机的优点是原料的耐水性较好，打印质量非常高，而且不会有喷头堵塞的问题。但是目前喷蜡打印机的生产成本很高，市场上产品稀少，价格也非常昂贵，只有对图像质量非常苛刻、且无需考虑经济因素的用户才会感兴趣。 2.微压电喷墨技术 EPSON的打印机一向以高打印精度著称，它的法宝就是采用微压电喷墨技术。微压电技术在打印头的喷嘴管壁安装了许多小的压电晶体或压电陶瓷装置，工作时驱动电路通过微压电制动器施加电流脉冲于压电晶体／陶瓷上——压电晶体／陶瓷在电流脉冲的作用下会发生一伸一缩的物理形变，物理形变直接导致了对喷嘴内墨水的挤压或放松，墨滴就在这种挤压／放松作用下作间歇性的高速喷射，从而完成打印工作。微压电喷墨打印原理见图4。　　 微压电喷墨技术具有许多优点。由于它采用很容易控制的电流脉冲作为驱动力，可以通过调节电流脉冲来调节墨滴大小和使用方式，因此对墨滴的控制能力强；理论上说压电晶体／陶瓷的工作频率可达到电脉冲的频率，因此墨滴喷射动多——目前微压电技术墨滴的喷射频率是5khz，即每秒钟可做多达5000次的墨水喷射动作，可惜微压电技术要求打印头中喷嘴的数目不能太多，这样就抵消了压电晶体／陶瓷高频工作带来的速度提升，综合这两项因素，微压电打印机在速度上也没有明显的优势。微压电喷墨技术可在常温下实现打印，打印头的使用寿命较长，但是它的制造成本较高，幸好EPSON采用分离式设计，这有利于降低用户的使用成本。 从纯技术角度考虑，微压电技术比热气泡打印技术的确优秀一些，但它也不是十全十美，比如使用过程中喷头要是堵塞了，无论是疏通或更换都不易操作，往往需要专业的维修人员才能解决问题。 三、影响打印质量好坏的技术因素 对于打印质量，大多数消费者可能都存在误解，认为厂家宣扬的dpi值越高，打印效果就越好——这种说法很流行但不完全正确。要解决这个问题我们要先明确有关图像质量的概念——图像质量主要是通过画面精细度和色彩逼真度两方面来衡量的，而这两方面的技术也正是各厂商发展的要点。 画面精细度的指标是打印机的分辨率（单位是dpi，英文dots per inch首字母的缩写，意即每平方英寸的像素数目），分辨率越高，人的视觉系统所能感受和分辨到的图像就越精细。我们知道，打印图像中的像素是一个或多个墨滴喷射到同一位置所形成的墨点——墨点越小，单位面积能容纳的墨点数量就越多，也就是说分辨率越高。当墨滴的体积低于1微微升时，视觉系统就完全无法分辨，不过对大多数人而言，小于6微微升的墨滴形成的像素就几乎难以分辨，此时画面已相当精细了！除墨滴本身的体积外，它附着在打印纸上的墨点形状也是影响画面精细度的重要因素，墨点越接近规则的圆形，图像就会显得越饱满、越接近真实。 但是仅有精细的图像还是不够的，色彩也是影响视觉感受的主要因素，在某些时候真实的色彩甚至比精细的画面更加重要！一般说来，当墨滴体积小于6微微升时，人眼已经基本无法分辨，此时色彩表现就成为打印质量的关键因素。C a n o n、HP、EPSON和Lexmark都充分意识到这一点，他们在提高分辨率的同时也非常注重提高产品的色彩表现力；提高色彩表现力主要从控制墨滴成分和提高像素点允许叠加的墨点数等方面实现的，比如HP的富丽图技术、Canon的多重色控技术等。目前市场上主流的喷墨打印机种都具有非常的分辨率，人眼根本感觉不出画面的颗粒感，因此笔者建议，读者采购喷墨打印机时不要过分苛求分辨率，而应该在色彩表现方面仔细考量。 不论画面精细度还是色彩表现力，各家厂商都竭尽全力提高自己的技术水平，意图增加自身产品的市场竞争力。在这些技术中，最具有代表性的就是Canon精细喷墨头技术、HP第三代富丽图技术和EPSON真彩转换技术。 1.​ Canon精细喷墨头技术 由于热气泡打印原理的固有缺陷，Canon只好通过超高精细喷墨头来提高打印精度，这在去年推出的高档机种BJC-8200上得到体现。BJC-8200的喷嘴非常小，其喷射墨滴的最小体积仅有4微微升，再加上采用1／6浓度墨水，使得每个墨滴生成的墨点尺寸只有4×1／6=0.67微微升，低于人视觉系统能够分辨的最低极限，Canon将其称为“0颗粒”打印，完全弥补了热气泡打印在精度上的先天不足(图5)。 BJC-8200可在同一像素点上喷射42个墨滴，并采用了多重色控技术使每种颜色具有33个层次变化，这样在同一像素点中，多个色调不同的墨滴就可以调和出极为丰富的色彩数目。不仅如此，BJC-8200的喷墨头还采用了独特的星形喷嘴，这样可以使喷射出的墨点形状更加接近规则的圆形，避免了墨点形状不规则导致重叠后产生的模糊现象。相比普通的圆形喷嘴，星形喷嘴的效果无疑会更好一些(图6)。 2.​ HP第三代富丽图技术 富丽图（photoREt，照片分辨率增强技术）是HP独自发展的打印质量提升技术。它的主要特点就是不偏重于机械提高dpi，而是采用多墨滴量的工作方式，打印时根据不同需要，富丽图技术可以对喷出的墨滴大小和色深进行精细控制。富丽图技术打印出的图像非常细腻，色彩丰富，真实感强，表现相当不错。 目前H P已将富丽图技术发展到第三代（H P photoREt III）。第三代富丽图能够实现细微的墨滴喷射——在标准模式下，它的最小墨滴容量只有5微微升，而在最佳模式下，墨滴更小至4.3微微升，人眼几乎无法识别。不仅如此，第三代富丽图还可以对喷出的墨滴量施行精确控制：同颜色的墨滴可以有29种不同的大小，一种颜色的墨滴具有17个层次的色阶。第三代富丽图技术还采用了先进的半色调算法，在色调连续变化的过渡区域，墨滴的喷射位置被作了一定的渗透优化，使得色彩的过渡相当自然，仅凭肉眼完全无法分辨出任何墨滴的痕迹，第三代富丽图技术的图像质量可达到传统打印机2400×1200dpi的水平。 由于富丽图技术不是一味依靠提高物理dpi、而是通过对墨滴的精细调节来改善画质，因此在提高打印质量的同时并没有增加信息量，这样富丽图技术就兼具高质量和高速打印的优点。 3.​ EPSON真彩转换技术 微压电喷墨技术在打印精度方面具有先天优势，所以EPSON将改善画质的重点放在色彩控制方面。我们知道，喷墨打印机采用CMYK四色系统，而PC机采用RGB三原色系统，二者对色彩的解析方法不同，打印出来的图像的真实色彩与人们在显示器上看到的图像色彩就会产生差异，无法实现“所见即所得”的输出。为了尽量降低这种偏差，EPSON研发出一套真彩转换技术（Acuphoto Halftoning）。它利用一组三维速算记录表将RGB三原色对应CMYK四色的正确色彩记录起来，并利用色彩学上的标准完成正确换算。真彩转换技术实际效果非常完美，打印图像精致细腻，色彩饱满逼真，与人们在显示器上看到的样子几乎完全相同，让人有一种栩栩如生的感觉。 4.​ Lexmark的墨水技术 相较Canon、HP和Epson， Lexmark在喷墨打印机市场上的影响稍微小些，但它的技术创新能力也不甘人后。Lexmark提高图像质量主要依靠其独创的6色墨水和油性、快干墨水技术。 我们知道，墨水的颜色越多，打印机可表现的色彩就越丰富，但是随之而来成本就会增加，因此大多数打印机都以4色墨水为主。Lexmark一反其他厂商的做法，将6色墨水技术运用在自己的产品中，虽说成本稍稍提高了，但是打印图像质量确实获得了极好的改观。 在提高图像精度方面，Lexmark也是从墨水的角度处理的，它在产品中大量运用了油性墨水和快干墨水技术。根据前文的分析，分辨率决定于墨滴附在纸上的墨点的大小，而在非照片级打印纸上，普通液态墨水很容易产生 “洇纸”现象——墨点会沿着纸张纤维微微扩散，导致墨点的附着面积变大，使分辨率达不到预期指标。而解决“洇纸”现象有两个办法：一是采用照片级打印纸，另一种就是改变墨水的性质，让墨滴不再“洇纸” ，也就是使用所谓的油性墨水。快干墨水则是Lexmark在此基础上进一步发展的技术，该技术将油性墨滴干涸、附着在打印纸上的时间大为缩短，避免了油性墨滴可能产生的渗漏现象，保证了打印精度不受影响。 除此之外，Lexmark还通过软件优化来增强对Web页面的打印效果，希望更好地满足办公网络化的严格要求，这种人性化设计无疑值得我们的称赞。 4、​ 写在最后 我们在本文中详细介绍了喷墨打印机的结构组成与工作原理，并简单分析了影响图像质量的关键因素和一些厂商研发的主要技术，希望读者借助本文能对喷墨打印机有一定的了解。但是这些只是对打印原理和技术的分析解释，而非评价产品好坏的标准，因为好的技术并不一定代表好的产品。读者如果想购买喷墨打印机的话，那么除了上述指标外，读者还需关注打印机的速度、噪音和综合使用成本；要了解这些，读者最好去参考相关媒体关于喷墨打印机产品的测试报告，本文只能作为了解知识和分析技术的参考。NH