具有测温功能的喷墨头驱动电路 本发明涉及一种加热和测温装置，特别涉及一种适用于驱动喷墨头的加热和测温装置。
近年来，在高科技产业的带动下，所有的电子相关产业均蓬勃发展，各项现代化的产品，如计算机、计算机周边、家电及事务机器等，不论功能或外观，比以往均有长足的进步。以打印机为例，才不过几年功夫，打印技术便已从撞针式、黑白激光进步到彩色喷墨及彩色激光等，可谓一日千里。目前一般的家庭使用者，由于打印大量文件的机会不多，是以在选购打印机时，为兼顾打印品质与价格二者间的平衡，仍以彩色喷墨打印机为首先；若预算充裕，便另添购黑白激光打印机以做为文件打印之用。目前的打印机市场可谓群雄割据，竞争十分激烈，各大厂无不绞尽脑汁研发效能更佳，且更具有价格优势的机种，以赢得消费者的青睐，增加市场占有率。因此，如何在有限的预算内使产品的效能提升，便是所有研究人员共同的努力方向。
目前市面上的喷墨打印机，大多采用气泡式或是压电式喷墨头以将墨水散布至纸张上完成打印工作。对气泡式喷墨头而言，其主要构件包括有加热器、墨水及喷孔。加热器的作用在于加热墨水以产生气泡，并使气泡逐渐涨大推挤墨水，遭挤压的墨水则经由喷孔排出，落在纸张上形成墨点。在打印时，仅需控制墨水的浓度及落点，即可将众多墨点组合成所需的文字或图形。
打印机的打印品质，与其解析度有很直接的关系，目前彩色喷墨列表机的入门机种，解析度约为720×720dpi或1440×720dpi，解析度越高，表示墨点越细致，而墨点的细致程度，则与其内聚力有关。举例来说，若形成墨点地墨水量相同，则墨点内聚力大者，其向外扩散的范围较小，表现便较为细致；反之，墨点的内聚力小者，则其向外扩散的范围也较大，表现便较为粗糙。由此可知，墨点的内聚力直接影响了打印品质。以一般的气泡式喷墨技术而言，若欲驱动某一特定喷孔使其喷出墨水，会先致能该喷孔所相对应的加热器，以使该喷孔所属的喷墨室内墨水温度升高产生气泡。此时，墨水的粘稠度会因温度的升高而降低；若控温不良，使墨水被过度加热，便会造成墨水粘稠度低于正常水准，而使得打印时所形成的墨点内聚力变差，降低了解析度。另一方面，在正常状况下，加热墨水时，喷墨室内的墨水温度会先上升，而后部分热能被喷出的墨水带走，使喷墨室内墨水的温度下降；但，当发生墨水不足或是墨水未排出等不正常现象时，即会造成喷墨室内墨水温度高于预期，使墨水粘稠度低于正常水准。另外，部分喷孔由于频频喷出墨水，因此该喷墨室内的墨水温度较高、粘稠度较低；另外部分的喷孔久未喷出墨水，因此该喷墨室内的墨水温度较低、粘稠度较高。以上种种现象均造成墨水粘稠度不稳定，间接影响打印品质。因此，如何准确地对监控墨水温度，便成了提高打印品质的关键。
参照图1a，其绘示传统的喷墨打印机的控制方块图。喷墨打印机10包括致动模块11及喷墨模块15，需要将资料打印出来时，控制装置12便会依据资料内容控制驱动装置13，将选取信号14馈入喷孔阵列16内，此时，喷孔阵列16即会依据选取信号14，将对应的加热器19加热，以印出资料。另一方面，可利用热阻器环绕在喷孔阵列16中部分喷孔的周围，作为测温装置17，用以检测喷孔温度，并将此温度资料回馈控制装置12，作为温控时的参考依据。参照图1b，其绘示图1a中喷孔阵列16的喷孔的剖面结构。如图所示，加热器19位于喷孔18附近，用以对喷墨室21内的墨水加热，产生气泡20；气泡20推挤喷墨室21内的墨水，使其自喷孔18喷出，即可落于纸张上形成墨点。下文中，将针对如何依据选取信号14选取对应的加热器使墨水自喷孔喷出，详细说明参照图2。
参照图2，其绘示图1a中的喷孔阵列16的电路图。如图所示，喷孔阵列16是一M×N的二维阵列电路，在设计时，由电阻R耦接晶体管Q形成一单元，每一单元均与一喷孔对应设置。当某晶体管Q导通时，与其耦接的电阻R便有电流流过，以产生热量对喷墨室21内的墨水加热，使气泡自对应的喷孔18喷出。换句话说，此处的电阻R即作为加热器19，用以对墨水加热。重要的是，打印时的喷孔选择，是依据选取信号14而定，为简化信号数，选取信号14可利用列选取信号与行选取信号共同组成，并据以择出所欲加热的喷孔。图中，标号X1，X2，X3，…，XM为选取信号14中的列选取信号Xa，a＝1，2，…，M，而标号Y1，Y2，Y3，…，YN则为选取信号14中的行选取信号Yb，b＝1，2，…，N，下文中将继续沿用此种标号方式，不另说明。举例来说，当列选取信号X1与行选取信号Y1馈入喷孔阵列16时，即可令晶体管Q11导通，电流流过电阻R11使墨水自对应的喷孔喷出；依此类推，当列选取信号XM与行选取信号YN馈入喷孔阵列16时，即可令晶体管QMN导通，电流流过电阻RMN使墨水自对应的喷孔喷出。由此，依据选取信号14中的列选取信号与行选取信号，即可准确地致能与信号对应的喷孔以打印资料。
参照图3，其绘示图1b的喷孔18处，在墨水喷出前后，喷孔温度与时间的变化关系图。在正常情况下，加热墨水会使温度升高，而墨水自喷孔喷出后会将热量散逸，因此喷孔处的温度复又降低，正常喷孔的温度变化会近似图中实线所示。反之，若喷孔阻塞等不正常状况发生，墨水无法自喷孔喷出，自然也无法将热能散逸，是以喷孔处的温度降幅有限，异常喷孔的温度变化会近似图中虚线所示。
由图1可知，传统的喷墨模块15中，是使用一环绕部分喷孔的热阻作为测温装置17，并通过此热阻的阻值变化得到喷孔的温度。以此方式所测得的温度，为部分或所有喷孔的温度平均值，无法得到单一喷孔温度的变化。因此，即使某一或某些喷孔发生异常使墨水温度升高，此种结构依然无法准确地找出问题症结，温度补偿的效果极其有限。
由此，本发明的目的就是在提供一种具有测温功能的喷墨头驱动电路，可分别量测各喷孔处的温度变化，并得知喷孔状态。
本发明的另一目的就是在提供一种具有测温功能的喷墨头驱动电路，可在不大幅更动原设计下任意读出喷孔处的温度或对喷孔加热。
根据本发明的目的，提出一种具有测温功能的喷墨头驱动电路，将测温器及加热器设于喷孔处，用以对墨水加热使其自喷孔喷出，并测知喷孔处的墨水温度。此种具有测温功能的喷墨头驱动电路是依据选取信号读取喷孔温度，而依据选取信号及致温信号加热墨水，以避免读取温度时造成误印。此种具有测温功能的喷墨头驱动电路包括测温模块及加热模块，测温模块用以检测喷孔温度，而加热模块用以对墨水加热。测温模块由测温器及检温闸所组成，测温器设于喷孔处，并可产生与喷孔温度相对应的测温信号；检温闸则与测温器耦接，当选取信号馈入检温闸时，即将测温信号检出；另一方面，加热模块包括加热器及致温闸，加热器设于喷孔处以加热墨水，致温闸则与加热器耦接。当选取信号及致温信号均馈入加热模块时，方可令加热器加热，以进行打印工作。
为使本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
图1a绘示传统的喷墨打印机控制方块图。
图1b绘示乃图1a中喷孔阵列的喷孔的剖面结构。
图2绘示乃图1a中的喷孔阵列电路图。
图3绘示乃图1b的喷孔处，在墨水喷出前后，喷孔温度与时间的变化关系图。
图4绘示依照本发明一较佳实施例所提供的一种喷孔剖面结构示意图。
图5绘示本实施例所提供的喷墨打印机控制方块图。
图6绘示乃图5中喷孔阵列的控制电路图。
图7绘示乃图6中具有测温功能的喷墨头驱动电路的方块图。
图8a绘示乃图6中测温模块的电路图。
图8b绘示乃图6中测温模块的另一电路图。
图9a绘示乃图6中加热模块的电路图。
图9b绘示乃图6中加热模块的另一电路图。
图10绘示直线式喷孔的控制电路图。
图11绘示乃图10中具有测温功能的喷墨头驱动电路的方块图。
图12a绘示乃图11中测温模块的电路图。
图12b绘示乃图11中测温模块的另一电路图。
图13绘示乃图11中加热模块的电路图。
参照图4，其绘示依照本发明一较佳实施例所提供的一种喷孔结构示意图。喷孔18处设有加热器450及测温器410。加热器450的功用在于加热墨水以产生气泡，举例来说，加热器450可以是电阻或其他可达此类似功能的装置。而测温器410则用以检测喷孔18处的温度，举例来说，测温器410可以是热敏电阻或其他可达此类似功能的装置。由于测温器410会随着温度改变产生对应的测温信号，因此仅需将测温信号检出，即可得知喷孔18处的温度变化。将此种结构设于每一喷孔处，便可准确得知各喷孔处的温度变化。
参照图5，其绘示本实施例所提供的喷墨打印机控制方块图。喷墨打印机500包括致动模块510及喷墨模块550，其中，致动模块510包括控制装置520，及驱动装置530，用以将选取信号14及致温信号H馈入喷孔阵列560，以择取对应的喷孔动作。此外，喷孔阵列560包括有加热模块及测温模块(未绘示)，用以检测喷孔温度或对喷孔加热。需要读取喷孔温度时，可由驱动装置530将选取信号14馈入喷孔阵列560内，并依据选取信号14中的列选取信号Xa及行选取信号Yb，选择欲读取温度的喷孔18后，将测温信号580送出；针对不同需求，可选择仅读取单一喷孔的温度资料，或是一次读出多个，甚至所有喷孔的个别温度资料，均随心所欲。
需要注意的是，当需要打印资料时，除需将选取信号14馈入喷孔阵列560以外，另需将致温信号H馈入，方可依据选取信号14将对应的喷孔18加热，以逐行打印工作。换句话说，致温信号H，是用以区隔加热墨水与读取温度两不同功能，若致温信号H不馈入，则仅依据选取信号14读取喷孔温度；当选取信号14与致温信号H均馈入时，即依据选取信号14打印资料。如此，才不致在读取温度时驱动加热模块，造成误印的情况发生。喷孔阵列560的结构，将在图6中加以说明。测温信号580检出后，可将其馈入A/D转换器570，并通过模拟/数字转换，将喷孔18的温度资料回馈至控制装置520，以利温控工作的执行。
需要注意的是，选取信号14可分为两种型态，其一，利用列选取信号与行选取信号组成，可减少信号数，使电路简化，此为目前所普遍采用的设计方式；其二，喷孔阵列560内每一单元均利用独立的选取信号加以控制，称为直线式喷孔结构，此种设计方式会增加信号数，使电路复杂，目前已较少采用。但本发明的结构可同时适用于两不同的控制方式，故下文将以两实例分别详述本发明的技术内容。
参照图6，其绘示乃图5中喷孔阵列560的控制电路图。喷孔阵列560是一M×N的二维阵列电路，由M×N个具有测温功能的喷墨头驱动电路600所构成。其中，每一具有测温功能的喷墨头驱动电路600均与喷孔一对一对应设置，并耦接至相对的列选取信号Xa与行选取信号Yb。此外，每一具有测温功能的喷墨头驱动电路600亦耦接至致温信号H，并据以决定打印时机。为使附图简化，此处并未详细绘出信号耦接的细节，而详细的信号耦接方式，将于下文中继续说明。
参照图7，其绘示乃图6中具有测温功能的喷墨头驱动电路600的方块图。具有测温功能的喷墨头驱动电路600包括有测温模块610及加热模块650，二者均与列选取信号Xa及行选取信号Yb耦接，但唯有加热模块650耦接至致温信号H，以避免读取温度时误驱动加热模块650。首先，将说明测温模块610的操作机制，参照图8a。图8a绘示乃图6中测温模块610的电路图，包括测温装置615及检温闸619，其中，测温装置615是用以检测喷孔18温度并对应产生一测温信号580，而检温闸619是用以依据选取信号14将测温信号580检出。测温装置615是由定电压源VCC偏压电阻R及电阻RT构成。需要注意的是，电阻R为定电阻，阻值固定；而电阻RT为温控电阻，阻值随温度而变，如热敏电阻(thermistor)等。在实际应用上，可将热敏电阻RT置于喷孔18处作为测温器410使用，当喷孔18温度升高时，热敏电阻RT的阻值减小，因此分压后，电压VT亦较低；反之，当喷孔18温度降低时，热敏电阻RT的阻值增加，因此分压后，电压VT亦较高，由此，可将电压VT作为测温信号580，由此等机制作用，可谓测温信号580(即电压VT)是依据喷孔温度而对应产生。此外，可将晶体管Q1与晶体管Q2耦接，作为检温闸619，用以将测温信号580检出。在实际应用上，可将晶体管Q1与列选取信号Xa耦接，将晶体管Q2与列选取信号Yb耦接，由附图中可知，唯有当两信号均馈入时，方可将测温信号580检出，因此，当需要读取温度资料时，仅需将列选取信号Xa及行选取信号Yb馈入检温闸619令其导通，即可将测温信号580检出，据以得知喷孔温度。
参照图8b，其绘示乃图6中测温模块610的另一电路图，其中，测温装置615是利用热偶(TC，thermocouple)装置予以实现。在实际应用上，可将热偶装置置于喷孔18处，作为测温器410使用，喷孔18温度越高，热偶装置所产生的电压VT也越高；反之，若喷孔18温度越低，热偶装置所产生的电压VT也越低。由此，可将电压VT作为测温信号580，藉此种机制作用，可谓测温信号580(即电压VT)是依据喷孔温度而对应产生。图8b中检温闸619的结构与功能和图8a相同，于此便不再赘述。
接着，参照图9a，其绘示乃图6中加热模块650的电路图，包括有致温闸659及加热器450。在实际应用上，可利用电阻RH作为加热器450，设于喷孔18处，用以对墨水加热，并耦接至列选取信号Xa；另一方面，可将晶体管Q3与晶体管Q4耦接，作为致温闸659，并耦接至加热器450，用以控制加热器450的加热时机，其耦接方式如图中所绘示。在实际应用上，可将晶体管Q3耦接至行选取信号Yb及致温信号H，并利用晶体管Q4与加热器450耦接。由图中可知，若仅有列选取信号Xa及行选取信号Yb两信号馈入，尚无法致能加热器450；唯有当列选取信号Xa、行选取信号Yb及致温信号H三者均馈入加热模块650，方可令加热器450加热。因此，可谓此种加热模块650，是依据致温信号H与列选取信号Xa及行选取信号Yb令加热器450加热。当然，此种加热模块650也有它种实施方式，另一种加热模块650电路将配合图9b加以说明。
接着，参照图9b，其绘示乃图6中加热模块650的另一电路图，包括有致温闸659及加热器450。与图9a不同的是，致温闸659是利用晶体管Q5与晶体管Q6耦接加以实现，在实际应用上，可将晶体管Q5的栅极耦接至行选取信号Yb，并将晶体管Q6的栅极耦接至致温信号H。由图中可知，此种结构亦能达到上述功能，而不脱离本发明的精神。需要注意的是，实例一中所提供的加热模块650电路，其精神在于：唯有当列选取信号Xa、行选取信号Yb及致温信号H三者均馈入加热模块650时，方可令加热器450加热。然此三者的馈入方法，并不应以图为限，本领域的技术人员可知，若三信号的馈入端相互更替，仍可发挥上述功能，而不脱离本发明的精神。
图10绘示直线式喷孔的控制电路图，每一具有测温功能的加热装置100均由列选取信号Xa及致温信号H加以控制。列选取信号Xa馈入后，即可读取与该信号对应的喷孔温度，当列选取信号Xa与致温信号H一并馈入时，即可择取与列选取信号Xa对应的喷孔将墨水喷出。其机制与实例一相似，故不赘述。
参照图11，其绘示乃图10中具有测温功能的喷墨头驱动电路100的方块图。具有测温功能的喷墨头驱动电路100包括有测温模块110及加热模块150，二者均与列选取信号Xa耦接，但唯有加热模块150耦接至致温信号H，以避免读取温度时误驱动加热模块150。参照图12a，其绘示乃图11中测温模块110的电路图。测温装置615的操作机制与实例一相同，在此不再赘述。测温模块110与测温模块610不同之处，在于此种电路中的列选取信号Xa只有一个，故检温闸119仅需利用一晶体管Q1即可实现。在实际应用上，可将晶体管Q1与测温模块615耦接，当列选取信号Xa馈入晶体管Q1令其导通后，即可将测温信号580(即电压VT)检出，并据以得知喷孔温度。
参照图12b，其绘示图11中测温模块110的另一电路图。测温装置615是利用热偶TC予以实现，其操作机制与实例一同，在此不再赘述。同样的，可将晶体管Q1作为检温闸119并与测温模块615耦接，当列选取信号Xa馈入后，即可将测温信号580(即电压VT)检出，并据以得知喷孔温度。
接着，参照图13，其绘示乃图11中加热模块150的电路图，包括有致温闸159及加热器450。在实际应用上，可利用电阻RH作为加热器450，设于喷孔18处，并耦接至列选取信号Xa，另一方面，由于列选取信号Xa为一独立信号，故仅需利用一晶体管Q作为致温闸159即可。当列选取信号Xa与致温信号H均馈入加热模块150后，即可令加热器450加热。
需要注意的是，本发明的较佳实施例中，是利用金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)组成检温闸及致温闸，唯金属氧化物半导体场效应晶体管并非电路构成的唯一选择，本领域的技术人员亦可利用双极结型晶体管(BJT)或结型场效应晶体管(JFET)等元件组成此种电路，而达到与本发明类似的功能，不脱离本发明的精神。此外，实施例中所使用的信号馈入方式仅为本发明的一例，并非用以限制本发明的适用条件，任何本领域的技术人员均可更动信号的馈入端而达到与本发明类似的功能，唯仍不脱离本发明的精神。本发明的适用产品，除文中提及的喷墨式打印机外，传真机、打印机等办公事务机器上的喷墨头均可适用，以增进温控效果，提高打印品质。
本发明上述实施例所揭露的具有测温功能的喷墨头驱动电路，其主要优点在于，仅增加一控制信号即可读取所有喷孔温度，温控精准，对提升打印品质有极大助益。
综上所述，虽然本发明已以一较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以权利要求范围所界定的为准。