JP2003054013A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 画像形成装置において、安定した濃度再現性
を得ることを目的とする。 【解決手段】 画像データに応じたインク滴を吐出して
画像形成を行うインクジェットヘッド４と、画像データ
の単位画素当たりの濃淡情報に基づいてインクジェット
ヘッド４からのインク吐出量を制御するヘッド制御手段
２と、所定起動タイミングでテストパターン画像６を発
生するテストパターン発生器１２と、テストパターン画
像６が形成される受容体５と、受容体５上に形成された
テストパターン画像６の濃度を検出する濃度検出手段７
と、濃度変動要因が発生したならば受容体５にテストパ
ターン画像６を形成し、濃度検出手段７で検出されたテ
ストパターン画像６の濃度情報を予め設定された基準レ
ベルと比較し、基準レベルに沿った濃度が得られるヘッ
ド駆動条件で印字を実行させるＣＰＵ９とを有する構成
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はインクを吐出して記
録媒体に記録を行う画像形成装置であるインクジェット
プリンタに関し、特にフルカラー画像を表現するための
階調記録に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より画像形成装置に用いられるイン
クジェットヘッドは、図８に示すように、インク吐出用
ノズルおよびインク収容部に連通しているインク室の壁
面の少なくとも一部に設けられ、駆動用信号の波形に応
じた圧力を加えてインク室の変形を行う圧力発生部１０
０と、ノズルの先端部のインクを吸引するため圧力を降
下させた後にインクをノズルから吐出させるため圧力を
上昇させ、その後、ノズルの先端部のインクを吸引し
て、吐出したインク流の切断を行うため圧力を降下さ
せ、その後、圧力を元に戻すために圧力を上昇させる指
示を行うよう定めた一定の駆動用信号出力部２１０とが
設けられたものである。

【０００３】これを１画素周期内で１パルス印加させる
ことでインク小滴が吐出して所定に用紙上に着弾するこ
とでドットが形成される。

【０００４】このようなインクジェットヘッドは主走査
方向駆動キャリッジ（図示せず）に配設され、１画面の
主走査を形成する。また、給紙手段（図示せず）によっ
てキャリッジ走査方向と垂直方向（副走査方向）に所定
用紙が搬送され、画像データに応じた所定の印字形成動
作が実行される。

【０００５】さて、前述した様な画像形成装置は、ホス
ト上の原画データが写真画等の階調情報（１画素に多値
データが存在）に対して良好な再現画像を得る必要性か
ら、単位画素周期内で画像濃度レベルに応じてインク吐
出量を制御するものが提案されている。

【０００６】すなわち、図９に示すように、１画素周期
内のパルス数を増減させることでインク滴の数を制御
し、印字用紙上の単位画素エリアに着弾するインク吐出
量が変化する。これにより結果的にドットサイズが変化
するため、濃度データレベルに応じた濃淡表現が可能と
なる。

【０００７】また、これとは別にパルスの波高値を増減
させることでも吐出量が制御できることが実験により確
かめられている。これは、ピエゾ振動子等をアクチュエ
ータとして用いた圧力発生部の変位量が可変でき、その
ため、飛翔するインク液滴の量が変わることによる。

【０００８】このような画像形成装置の動作を図１０の
概念図に示す。

【０００９】図示するように、１画素単位でドットサイ
ズ制御（以下、「ドット変調」という。）を行うことに
より、例えば１画素当たり３レベルで制御すれば、理論
的には３階調が制御できる。ここで、１画素を６００ｄ
ｐｉの解像度で印字したとすれば、２００線の制御マト
リックスサイズでは２７階調の制御が達成できる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで前述したよう
な従来の画像形成装置では、インク自体の物性値が温度
特性をもっていることが知られている。例えば、粘度に
ついては環境温度が０〜４０℃の間で８〜２ｃｐ程度の
変動が見られる。そして、これによるインクジェットヘ
ッドの吐出特性の変化によりインク吐出量が変動し、用
紙上に着弾したドットサイズが変動してしまう。

【００１１】また、インクジェットヘッドの吐出用ノズ
ルの径も個々にばらつきがあり、さらに、圧力発生器内
部のアクチュエータの材料にもばらつきがあることか
ら、同じ駆動波形を印加しても個々に変位量がばらつく
ため、飛翔するインク液滴量も変動する。

【００１２】さらに、これとは別に、駆動波形自体もハ
ードウェアの構成素子が個々に特性のばらつきがあるた
め、パルス振幅、パルス形状にばらつきが発生する。そ
の結果、インク吐出量が変動することになる。

【００１３】すなわち従来の画像形成装置では、環境温
度の変化、装置間のハードウェア、圧力発生部の構成部
品精度のばらつきでインク吐出量が変化し、最終的に用
紙上濃度が変動する結果となる。もとより、階調表現、
色再現を行う画像形成装置はホスト上の各色濃度データ
レベルに対して常に一義的な濃度再現が絶対不可欠であ
り、前述したような課題が顕在化すると、ホスト上での
所定の色指定に対して、正確な色再現ができないという
重大な問題に発展する。

【００１４】そこで、本発明は、環境温度の変化、装置
間のハードウェアや圧力発生部の構成部品精度のばらつ
きがあっても安定した濃度再現性が得られる画像形成装
置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明の画像形成装置は、画像データに応じたイン
ク滴を吐出して画像形成を行うインクジェットヘッド
と、画像データの単位画素当たりの濃淡情報に基づいて
インクジェットヘッドからのインク吐出量を制御するヘ
ッド制御手段と、所定起動タイミングでテストパターン
画像を発生するテストパターン発生器と、テストパター
ン画像が形成される受容体と、受容体上に形成されたテ
ストパターン画像の濃度を検出する濃度検出手段と、濃
度変動要因が発生したならば受容体にテストパターン画
像を形成し、濃度検出手段で検出されたテストパターン
画像の濃度情報を予め設定された基準レベルと比較し、
基準レベルに沿った濃度が得られるヘッド駆動条件で印
字を実行させる制御部とを有する構成としたものであ
る。

【００１６】このように、受容体にテストパターン画像
を形成してこの濃度を予め設定された基準レベルと比較
することにより、当該基準レベルに沿った濃度が得られ
るヘッド駆動条件で印字を行うこととしているので、環
境温度の変化、装置間のハードウェアや圧力発生部の構
成部品精度のばらつきがあっても安定した濃度再現性を
得ることが可能になる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、画像データに応じたインク滴を吐出して画像形成を
行うインクジェットヘッドと、画像データの単位画素当
たりの濃淡情報に基づいてインクジェットヘッドからの
インク吐出量を制御するヘッド制御手段と、所定起動タ
イミングでテストパターン画像を発生するテストパター
ン発生器と、テストパターン画像が形成される受容体
と、受容体上に形成されたテストパターン画像の濃度を
検出する濃度検出手段と、濃度変動要因が発生したなら
ば受容体にテストパターン画像を形成し、濃度検出手段
で検出されたテストパターン画像の濃度情報を予め設定
された基準レベルと比較し、基準レベルに沿った濃度が
得られるヘッド駆動条件で印字を実行させる制御部とを
有する画像形成装置であり、環境温度の変化、装置間の
ハードウェアや圧力発生部の構成部品精度のばらつきが
あっても安定した濃度再現性を得ることが可能になると
いう作用を有する。

【００１８】本発明の請求項２に記載の発明は、請求項
１記載の発明において、制御手段は、インクジェットヘ
ッドを駆動する駆動波形の１画素周期当たりのパルス数
および電圧を制御する画像形成装置であり、環境温度の
変化、装置間のハードウェアや圧力発生部の構成部品精
度のばらつきがあっても安定した濃度再現性を得ること
が可能になるという作用を有する。

【００１９】本発明の請求項３に記載の発明は、請求項
１または２記載の発明において、濃度検出手段は、受容
体に形成されたテストパターン画像を構成するインク液
滴の透過光量を検出する光電変換素子である画像形成装
置であり、環境温度の変化、装置間のハードウェアや圧
力発生部の構成部品精度のばらつきがあっても安定した
濃度再現性を得ることが可能になるという作用を有す
る。

【００２０】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図７を用いて説明する。なお、これらの図面におい
て同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複
した説明は省略されている。

【００２１】図１は本発明の一実施の形態である画像形
成装置を機能的に示すブロック図、図２は図１の画像形
成装置におけるテストパターン画像形成用の受容体周辺
の構成を示す説明図、図３は図１の画像形成装置におけ
る駆動パルス生成のための部材構成を示すブロック図、
図４は図１の画像形成装置における駆動パルスのモード
とテストパターン画像との関係を示す説明図、図５は図
１の画像形成装置における出力信号のタイミングチャー
ト、図６は図１の画像形成装置における画像データと駆
動パルスの変換テーブルを示す説明図、図７は図１の画
像形成装置における用紙上濃度と光電流との関係を示す
グラフである。

【００２２】図１において、画像形成装置は、画像デー
タを生成してこれを画像形成装置に送出するホストコン
ピュータ１、画像データに対応したインク滴を吐出して
画像形成を行うインクジェットヘッド４、画像データの
単位画素当たりの濃淡情報に基づいてインクジェットヘ
ッド４からのインク吐出量を制御するヘッド制御手段
２、インクジェットヘッド４の内部に設置されたアクチ
ュエータを駆動する増幅器３、非実印字期間に画像走査
される無端ベルト状の受容体５、所定のタイミングで走
査されるテストパターン画像６の濃度を検出する濃度検
出手段７、濃度検出手段７で検出された濃度情報を所定
タイミングで取り込む入出力ポート８、画像形成装置の
印字動作を制御するＣＰＵ（制御部）９、制御動作の手
順情報が格納されたＲＯＭ１０、印字動作制御に必要な
データの読み出しおよび書き込みを行うＲＡＭ１１、所
定起動タイミングでテストパターンデータを発生するテ
ストパターン発生器１２を備えている。

【００２３】そして、ホストコンピュータ１は、ＲＧＢ
データを色材で印字可能とするためのＣＭＹ変換、ＵＣ
Ｒおよびマスキング補正を行う色補正部１０１と、γ補
正を行うγ補正部１０２とを有している。

【００２４】図２に示すように、テストパターン画像印
字時に使用される受容体５の周辺には、受容体５の表面
に付着したテストパターン画像６の印字でのインク液滴
を裏面から照射して濃度検出手段７へ受光させる発光手
段２０、濃度検出後のテストパターン画像６を受容体５
から掻き取るゴムブレード２１、受容体５上の残液滴を
吸い取るスポンジローラ２３、受容体５から除去された
排インクが貯蔵されるタンク２２が配置されている。な
お、符号２４は実印字時に用紙が通過する経路である。

【００２５】以上のように構成された画像形成装置にお
いて、印字濃度が安定する動作概念を説明する。

【００２６】先ず、ホストコンピュータ１から出力され
る画像データを印字出力する実印字期間以外の所定起動
タイミングでＣＰＵ９よりトリガ信号が発せられ、テス
トパターン発生器１２よりテストパターンデータが出力
される。このテストパターンデータはパッチ状のデジタ
ル濃度情報であり、ヘッド制御手段２に入力されたテス
トパターンデータは、濃度レベルに応じた駆動波形に変
換される。

【００２７】図３に示すように、テストパターンデータ
が駆動パルスに変換される処理ブロックは、テストパタ
ーンデータ（パラレル）を転送するタイミング調整のた
めにこれを一時的に格納してラスタ画像データに変換す
るバッファメモリ３１、ＣＰＵ９よりの波形設定信号に
基づいてシフトレジスタに数値を設定する波形情報発生
器３２、波形情報発生器３２から出力されるデジタル値
を時系列のアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータ３
３、ブロック毎に配置されたラスタ画像データをインク
ジェットヘッド４のピン配置に応じて再配置するデータ
制御部３５、画像データ（Ｖｉｄｅｏ）の濃度レベルに
応じて増幅器３４の出力波形ＶａをＯＮ／ＯＦＦするア
ナログスイッチ３６、画像データ（Ｖｉｄｅｏ）の補正
を行うＲＡＭで構成された参照テーブル３７、駆動パル
ス数制御信号Ｐ１，Ｐ２、Ｐ３，Ｐ４を選択する第１の
セレクタ３８、駆動パルス振幅制御信号Ｖ０，Ｖ１，Ｖ
２，Ｖ３を選択する第２のセレクタ３９から構成されて
いる。

【００２８】なお、本実施の形態の波形情報発生器３２
では、４種類の波形生成が実行されるようになってい
る。但し、４種類以外の波形が生成されるようになって
いてもよい。

【００２９】図３に表したファンクションブロックの各
々の出力信号のタイミングチャートを図５に示す。

【００３０】ここで、このタイミングチャートと図３に
より動作を詳述する。

【００３１】図５において、テストパターンデータＴの
各パッチの濃度レベルは１６ステップの４ｂｉｔで構成
され、Ｔのデータレベルが４Ｈの場合、データ制御部３
５から出力される４ｂｉｔデータＤ０〜Ｄ３の論理は
（０，１，０，０）となる。

【００３２】ここで、参照テーブル３７はテストパター
ン印字時は４ｂｉｔ入力に対し４ｂｉｔ出力のリニアな
変換テーブルをＣＰＵ９によりマッピングされている。

【００３３】この出力信号において、第１のセレクタ３
８に４ｂｉｔデータＤ２，Ｄ３が、また第２のセレクタ
３９に４ｂｉｔデータＤ０，Ｄ１が入力され、各々駆動
パルス数制御信号Ｐ１〜Ｐ４、駆動パルス振幅制御信号
Ｖ０〜Ｖ３の１波形ずつを選択する。ここで、駆動パル
ス数制御信号Ｐ１〜Ｐ４は、１画素周期で１〜４パルス
の所望の出力を可能とするために発生される。また、駆
動パルス振幅制御信号Ｖ０〜Ｖ３は振幅レベルＶ０〜Ｖ
３を形成するシリアルのデジタルデータであり、１画素
周期毎に波形が確定する。

【００３４】データレベルＴが４Ｈであれば、第１のセ
レクタ３８は駆動パルス数制御信号Ｐ４を、第２のセレ
クタ３９は駆動パルス振幅制御信号Ｖ０を選択し、各々
Ｐ、ＶＤとして出力する。Ｐはアナログスイッチ３６の
イネイブルとして機能し、レベルがＨの時間のみＯＮ状
態となる。

【００３５】一方、選択されたデジタルデータＶＤはシ
リアルインタフェイスのＡ／Ｄコンバータ３３に入力さ
れて１画素周期より十分短い周期でサンプリングされ、
アナログの矩形波ＶＡとして出力される。

【００３６】このようにして選択されたデータレベル４
Ｈに相当する波形の駆動パルス振幅制御信号Ｖ０と駆動
パルス数制御信号Ｐ２がアナログスイッチ３６に入力さ
れ、ヘッド用駆動波形Ｖｈ（２パルス、駆動パルス振幅
制御信号Ｖ０）が得られる。実際には駆動パルス振幅制
御信号Ｖ０の波高値は０ＶのためにＶｈは０Ｖとなり、
インクは吐出されないため、非印字状態となる。

【００３７】データレベルＦＨについても、同様の動作
により、ヘッド駆動波形Ｖｈ（４パルス、駆動パルス振
幅制御信号Ｖ３）が得られる。

【００３８】そして、当該出力が駆動用アンプ３を介し
てヘッド４に印加され、受容体５上に駆動波形に応じた
インク吐出量でパッチ印字が実行される。

【００３９】図４は、予め定められたデータレベルＴと
選択波形Ｐ、Ｖの関係、および実印字濃度の関係を表し
ている。

【００４０】ところで、テストパターン画像６の印字時
には受容体５上の濃度が検出されるが、本質的には実際
の用紙上濃度が認識される必要がある。

【００４１】そこで次に、実際の用紙上濃度をＣＰＵ９
が認識する手順を述べる。

【００４２】図１に示した濃度検出手段７はフォトダイ
オード等の光電変換素子で構成され、本発明の検出構成
ではインク液滴の透過光量を検出する。すなわち、イン
ク液滴の付着量が多くなるほど透過光量は低くなり、光
電流は比例的小さくなる。この付着量と光電流との関係
は一義的に決まるため、予め実験データとして採取され
る。そして、受容体５への付着量と用紙上の濃度との関
係については、予め同様のテストパターン画像６を用紙
上にも印字し、専用の濃度測定器で実測する。

【００４３】この操作により、用紙上濃度と付着量のと
関係が導出できるため、最終的に用紙上濃度と光電流と
の関係を得ることができる。

【００４４】これらの相関関係を図７に示す。

【００４５】当該グラフのデータは、ＣＰＵ９が理解で
きる正規化データの形でＲＡＭ１１の内部に変換テーブ
ルとして蓄積されている。そして、この構成により、Ｃ
ＰＵ９は濃度検出手段からの透過光量情報と当該変換テ
ーブルを参照することで、用紙上パッチ濃度を認識する
ことが可能となる。

【００４６】ここで、一画素内で３レベルのドット制御
を行う画像形成装置において、そのドットサイズの安定
化および濃度の安定化を図ることについて説明する。

【００４７】ドット制御を行う３レベルの基準濃度値を
Ｒｄ１，Ｒｄ２，Ｒｄ３と予め設定し、ＲＡＭ１１内部
に記憶させておく。

【００４８】受容体５上にテストパターン画像６が印字
されると、印字された１６個のパッチ濃度は順次、基準
値と比較される（図４参照）。そして、現時点での基準
値に最も近い値の駆動条件Ｐ、Ｖが決定される。図４に
おいて、Ｒｄ１→Ｖ２／Ｐ１、Ｒｄ２→Ｖ１／Ｐ２、Ｒ
ｄ３→Ｖｍ／Ｖｎあり、この最適駆動条件が出力可能な
４ｂｉｔデータＤ０〜Ｄ３の論理がＣＰＵ９に認識され
る。

【００４９】そしてこの決定に基づき、参照テーブル３
７の内容が更新される。この参照テーブル３７の内容お
よび実印字時の画像データが所望の駆動波形に変換され
る概念を図６に示す。同図において、実印字時の１画素
内のドットサイズは３レベルで制御するため、参照テー
ブル３７に入力される画像データ幅は下位２ｂｉｔであ
り、これをＲＡＭ１１のアドレスポートに入力し、画像
データレベルに対応したアドレスのデータ値（４ｂｉｔ
データＤ０〜Ｄ３）がアクセスされる。前述したよう
に、当該データ値は現時点での最適駆動パルスを選択で
きるものであり、用紙上ドットサイズ（濃度）は所定の
基準値と同等の値が得られることになる。

【００５０】当該テストパターン動作の起動をどのよう
なタイミングで行うかについては画像形成装置での濃度
変動要因を予め把握しておき、例えば、環境変化や、ヘ
ッド、インクカートリッジの交換時に実行させればよ
い。

【００５１】環境変化については、装置内に温度センサ
を設け、濃度と温度の相関性を実験により掌握し、テス
トパターン印字が必要な環境温度を決定し、起動制御シ
ーケンスとしてＲＯＭ１０に記憶させておく。

【００５２】また、インクジェットプリンタでは、種々
の要因で、インクの不吐出現象が発生する。

【００５３】このとき、ピンの不具合を確認する意味で
ピンチエックパターンをテスト印字させる必要が生じ
る。そして、テスト印字で不吐出があれば、正常印字に
なるまで、パージ、強制吐出の画像回復動作が実行され
る。当該テスト印字動作が実行された場合、結果的に装
置の濃度変化を誘発したした可能性がある。よって、画
像回復動作直後に本発明のテストパターン印字を実行さ
せれば、実印字での濃度変動を未然に防げる。

【００５４】このように、本実施の形態の画像形成装置
によれば、濃度変動要因が発生したならば、受容体にテ
ストパターン画像６を形成して、ＣＰＵ９により当該濃
度を予め設定された基準レベルと比較することにより、
当該基準レベルに沿った濃度が得られるヘッド駆動条件
で印字を行うこととしているので、環境温度の変化、装
置間のハードウェアや圧力発生部の構成部品精度のばら
つきがあっても安定した濃度再現性を得ることが可能に
なる。

【００５５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、濃度変
動要因が発生したならば、受容体にテストパターン画像
を形成してこの濃度を予め設定された基準レベルと比較
することにより、当該基準レベルに沿った濃度が得られ
る駆動条件で印字を行うこととしているので、環境温度
の変化、装置間のハードウェアや圧力発生部の構成部品
精度のばらつきがあっても安定した濃度再現性を得るこ
とが可能になるという有効な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態である画像形成装置を機
能的に示すブロック図

【図２】図１の画像形成装置におけるテストパターン形
成用の受容体周辺の構成を示す説明図

【図３】図１の画像形成装置における駆動パルス生成の
ための部材構成を示すブロック図

【図４】図１の画像形成装置における駆動パルスのモー
ドとテストパターンとの関係を示す説明図

【図５】図１の画像形成装置における出力信号のタイミ
ングチャート

【図６】図１の画像形成装置における画像データと駆動
パルスの変換テーブルを示す説明図

【図７】図７は図１の画像形成装置における用紙上濃度
と光電流との関係を示すグラフ

【図８】従来の画像形成装置に用いられたインクジェッ
トヘッドを示すブロック図

【図９】従来の画像形成装置におけるパルス数変調の概
念図

【図１０】従来の画像形成装置におけるパルス振幅変調
の概念図

【符号の説明】

２ ヘッド制御手段 ４ インクジェットヘッド ５ 受容体 ６ テストパターン画像 ７ 濃度検出手段 ９ ＣＰＵ（制御部） １２ テストパターン発生器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】画像データに応じたインク滴を吐出して画
   像形成を行うインクジェットヘッドと、 前記画像データの単位画素当たりの濃淡情報に基づいて
   前記インクジェットヘッドからのインク吐出量を制御す
   るヘッド制御手段と、 所定起動タイミングでテストパターン画像を発生するテ
   ストパターン発生器と、 前記テストパターン画像が形成される受容体と、 前記受容体上に形成された前記テストパターン画像の濃
   度を検出する濃度検出手段と、 濃度変動要因が発生したならば前記受容体にテストパタ
   ーン画像を形成し、前記濃度検出手段で検出された前記
   テストパターン画像の濃度情報を予め設定された基準レ
   ベルと比較し、前記基準レベルに沿った濃度が得られる
   ヘッド駆動条件で印字を実行させる制御部とを有するこ
   とを特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】前記制御手段は、前記インクジェットヘッ
   ドを駆動する駆動波形の１画素周期当たりのパルス数お
   よび電圧を制御することを特徴とする請求項１記載の画
   像形成装置。
3. 【請求項３】前記濃度検出手段は、前記受容体に形成さ
   れた前記テストパターン画像を構成するインク液滴の透
   過光量を検出する光電変換素子であることを特徴とする
   請求項１または２記載の画像形成装置。