JP2005212344A - 画像形成装置及び該画像形成装置のサーマルヘッドの熱制御方法 - Google Patents

Abstract

【目的】使用するインクリボンや印刷媒体の温度特性データを予め記憶しておく必要がなく、印刷に使用されるインクリボンや印刷媒体の特性の変化や差に影響されることなく、サーマルヘッドの発熱量を補正することで、忠実な階調及び色を再現することが可能な画像形成装置及びサーマルヘッドの熱制御方法を提供する。
【構成】印刷媒体３の画像を読み取るための画像入力手段１４を備え、印刷動作時に、印刷媒体の余白部分２１に階調レベル補正用の階調補正チャート２４を印刷するとともに、画像入力手段により階調補正チャートの階調レベルを読み取り、読み取った階調レベルに基づいてサーマルヘッド４の発熱量を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発熱体素子を有するサーマルヘッドの発熱量を制御してインクリボンのインクを印刷媒体に転写させることにより多値画像印刷を行う画像形成装置及び該画像形成装置のサーマルヘッドの熱制御方法に関する。

パーソナルコンピュータやデジタルカメラ等のデジタル機器に接続し、サーマルヘッドと熱転写型のインクリボンを用いてデジタル機器の画像データを印刷媒体に印刷する画像形成装置が使用されている。この種の画像形成装置として、直線状に配置された多数の発熱体素子を有するサーマルヘッドの発熱量を制御し、該サーマルヘッドの発熱によりインクリボン上のインクを溶融又は昇華し、印刷媒体としての印刷用紙に転写することで多値の階調からなる画像印刷を行う熱転写型プリンタが使用されている。このような画像形成装置では、一般的に、予め使用されるサーマルヘッド、インク、インクリボン及び印刷用紙の温度特性データを装置内部に記憶しておき、印刷直前のサーマルヘッド温度と装置内の前記温度特性データとに基づいて、印刷動作時のサーマルヘッドの発熱量を制御することにより、印刷される画像の階調及び色を再現する画像形成方法が採られている。

このようなサーマルヘッドを用いた印刷装置として、例えば、印字中のインクシートのシワ、サーマルヘッドの熱不平衡状態に起因する濃度ムラを防止することを目的として、印刷装置の印字エリア内で、印字しない程度の印加パルスをサーマルヘッドに常に通電するように制御する構成を備えた印刷装置の構成が特許文献１に開示されている。また、特許文献２には、画像を形成する記録媒体の種類毎に最適な転写を行うことができる熱転写プリンタを提供することを目的として、搬送される記録媒体の上面の状態をＣＣＤ等で構成されたセンサによって読み取り、読み取った結果に従って、入力されたデータに基づいて最適な転写が行えるようにサーマルヘッドの発熱量や、記録媒体、インクリボンの搬送速度を制御する構成を開示している。
特開平０５−００８４３０号公報 特開平１１−１３８８８５号公報

しかしながら、上記のような従来の画像形成装置においては、以下に列挙するような技術的課題があった。すなわち、第１に、使用されるインクリボンの特性又はインクリボンの種類が限定されている。第２に、使用される印刷用紙の特性または印刷用紙の種類が限定されている。第３に、使用されるインクリボンや印刷用紙に経時変化が生じたり、温度や湿度等の環境の差などによりインクリボンや印刷用紙の温度特性に変化が生じた場合に、装置内部に記憶しているサーマルヘッド、インクリボン及び印刷用紙の温度特性データに基づいてサーマルヘッドの熱制御（発熱量の制御）が行われるが、このようなサーマルヘッドの熱制御によっては、印刷される画像の階調や色を忠実に再現することは困難である。第４に、印刷動作時にサーマルヘッド温度、環境温度、あるいはリボン温度特性のわずかな変化によっても印刷画像の階調表現に大きな影響を与えてしまうため、サーマルヘッドの熱制御においては非常に複雑な補正演算処理や膨大な温度特性データが必要となる。

本発明はこのような技術的課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、印刷に使用されるインクリボンや印刷媒体の特性の変化や差に影響されることなく、サーマルヘッドの発熱制御を補正することで、忠実な階調及び色を再現することができる画像形成装置及び該画像形成装置のサーマルヘッドの熱制御方法を提供することである。

本発明による画像形成装置は、上記目的を達成するため、発熱体素子を有するサーマルヘッドの発熱量を制御してインクリボンのインクを印刷媒体に転写させることにより多値画像印刷を行う画像形成装置において、印刷媒体の画像を読み取るための画像入力手段を備え、印刷動作時に、印刷媒体の余白部分に階調レベル補正用の階調補正チャートを印刷するとともに、前記画像入力手段により前記階調補正チャートの階調レベルを読み取り、読み取った階調レベルに基づいて前記サーマルヘッドの発熱量を制御することを特徴とする。

本発明による画像形成装置のサーマルヘッドの熱制御方法は、上記目的を達成するため、発熱体素子を有するサーマルヘッドの発熱量を制御してインクリボンのインクを印刷媒体に転写させることにより多値画像印刷を行う画像形成装置のサーマルヘッドの熱制御方法において、印刷媒体の画像を読み取るための画像入力手段を設け、印刷動作時に、印刷媒体の余白部分に階調レベル補正用の階調補正チャートを印刷する工程と、前記画像入力手段により前記階調補正チャートの階調レベルを読み取る工程と、読み取った階調レベルに基づいて前記サーマルヘッドの発熱量を制御する工程とを実行することを特徴とする。

本発明の画像形成装置によれば、印刷動作時に、印刷媒体の余白部分に階調レベル補正用の階調補正チャートを印刷するとともに、前記画像入力手段により前記階調補正チャートの階調レベルを読み取り、読み取った階調レベルに基づいて前記サーマルヘッドの発熱量を制御するので、予め使用できるインクリボンや印刷媒体を限定する必要がなく、使用するインクリボンや印刷媒体の温度特性データを予め記憶しておく必要もなく、印刷に使用されるインクリボンや印刷媒体の特性の変化や差に影響されることなく、サーマルヘッドの発熱量制御を補正することで、忠実な階調及び色を再現することが可能となる。

本発明の画像形成装置のサーマルヘッドの熱制御方法によれば、印刷動作時に、印刷媒体の余白部分に階調レベル補正用の階調補正チャートを印刷する工程と、前記画像入力手段により前記階調補正チャートの階調レベルを読み取る工程と、読み取った階調レベルに基づいて前記サーマルヘッドの発熱量を制御する工程とを実行するので、予め使用できるインクリボンや印刷媒体を限定する必要がなく、使用するインクリボンや印刷媒体の温度特性データを予め記憶しておく必要もなく、印刷に使用されるインクリボンや印刷媒体の特性の変化や差に影響されることなく、サーマルヘッドの発熱量を補正することで、忠実な階調及び色を再現することが可能となる。

以下図面を参照して本発明の実施の形態を具体的に説明する。なお、各図面を通して同一符号は同一又は対応する部分を示す。図１は本発明を適用した画像形成装置の一実施形態を示す模式的縦断面図である。図１において、１は外装ケース、２は画像印刷用のインクが塗布してあるインクリボン、３は印刷媒体（記録媒体）となる印刷用紙、４はサーマルヘッドである。サーマルヘッド４は、直線状に配置された多数の発熱体素子を有しており、これらの発熱体素子を選択的に発熱させることによりインクリボン２のインクを印刷用紙３に転写することで画像形成を行うものである。なお、本実施形態のサーマルヘッド４は、画像を形成するためのインクリボン２のインクを昇華させるものであるが、これはインクリボン２のインクを溶融するものであってもよい。

５はインクリボン２の巻き取りローラ、６はインクリボン２の供給ローラ、７はインクリボン２のカートリッジである。８はインクリボン２を巻き取るためにローラ５を駆動するための伝達ベルト、９は印刷媒体３を搬送するための駆動ローラ、１０は駆動ローラ９と対になって印刷用紙３を挟み込むバックアップローラ、１１はインクリボン２及び印刷用紙３を搬送するための搬送モータ、１２は搬送モータ１１から駆動ローラ９へ回転を伝達するためのギアである。

１３は印刷時にサーマルヘッド４と対になってインクリボン２を印刷用紙３に密着させるためのプラテンローラである。１４は印刷直後に印刷された画像（階調補正チャート）を読み取るためのリニアイメージセンサである。このリニアイメージセンサ１４は画像入力手段として機能するものであり、印刷媒体３の印刷面（画像形成面）に対向し、サーマルヘッド４と平行になるように取り付けられている。１５はリニアイメージセンサ１４の黒シェーディング補正処理に用いられる黒シェーディング板である。１６、１７は印刷用紙３の搬送状態及び印刷開始位置を検出するための用紙検知センサである。１８は本画像形成装置に印刷用紙３を供給する際、及び印刷開始位置に印刷用紙３を戻すための給紙搬送方向を示す矢印であり、１９は印刷時の印刷用紙３の印刷搬送方向を示す矢印である。２０は本装置全体の制御を行う制御回路基板である。この制御回路基板２０は、例えばサーマルヘッド４の発熱量制御や用紙検知センサ１６、１７に基づく搬送モータ１１の制御などを行う。

図２は本発明を適用した画像形成装置の一実施形態において階調補正チャート及び画像を印刷した印刷媒体の一例を示す説明図である。図２において、印刷媒体としての印刷用紙３は、搬送方向前後端部に所定幅で設けられた余白エリア２１とその間に設けられた印刷エリア２２とを有し、印刷エリア２２には印刷画像２３が形成されている。印刷用紙３の一方（図示左側）の余白エリア２１にはサーマルヘッド４の熱制御（発熱量制御）を補正するための階調補正チャート２４が設けられている。２５は印刷動作を行う際の印刷方向を示す矢印である。

図３は本発明を適用した画像形成装置の一実施形態における単位時間当たりに加えたサーマルヘッドの熱量と印刷された階調レベルの実測値との関係の一つの態様を示す図表であり、図４は図３の関係から画像印刷（任意の階調レベル）に要するサーマルヘッドの単位時間当たりの熱量の関係を求めた図表である。また、図５は本発明を適用した画像形成装置の一実施形態における単位時間あたりに加えたサーマルヘッドの熱量と印刷された階調レベルの実測値との関係の他の態様を示す図表であり、図６は図５の関係から、画像印刷（任意の階調レベル）に要するサーマルヘッドの単位時間あたりの熱量との関係を求めた図表である。以下、本発明を適用した画像形成装置における印刷動作の際にサーマルヘッドの発熱量を制御（補正）するための手順を説明する。

本実施形態に係る昇華型の熱転写式画像形成装置では、印刷用紙３の給紙動作の前に、黒シェーディング板１５を用いてリニアイメージセンサ１４の黒シェーディング補正処理が行われる。次いで、矢印１８で示す給紙搬送方向に向かって印刷用紙３を印刷開始位置まで引き込む動作（給紙動作）が行われる。このとき、画像形成装置の前後に配設された用紙検知センサ１６及び１７のいずれもが用紙先端の通過を検知した後、リニアイメージセンサ１４の白シェーディング補正処理が行われる。これらのリニアイメージセンサの黒シェーディング補正処理及び白シェーディング補正処理は、フラットベッドスキャナ等で一般的に広く行われているイメージセンサの補正処理技術であり、その目的は、イメージセンサにおけるランプの長さ方向の光量不均一性あるいはＣＣＤの画素毎の感度ムラ等を補正するためである。

次いで、印刷開始位置まで搬送された印刷用紙３と該印刷用紙３に押圧されたインクリボン２とをいっしょに印刷搬送方向１９に向かって搬送する動作を開始し、印刷用紙３の余白エリア２１にサーマルヘッド４により階調補正チャート２４を印刷する。階調補正チャート２４は、サーマルヘッド４の主走査方向の長さを数ブロック単位に分割し、各ブロックに加える単位時間あたりの熱量を０〜１００％となるように変化させ、各熱量に対する印刷レベル（階調レベル）を測定するための階調チャートである。階調補正チャート２４を印刷した後、引き続き搬送を行い、印刷された階調補正チャート２４がリニアイメージセンサ１４の下を通過する際に、印刷された階調補正チャート２４の階調レベルをリニアイメージセンサ１４によって読み込む。そして、この読み込みによるリニアイメージセンサ１４のアナログ出力を制御回路基板２０により量子化（ＡＤ変換処理）し、図３に示すようなサーマルヘッドに単位時間あたりに加えた熱量ｘと実際に印刷された印刷階調レベル（階調補正チャートの測定値）ｙとの関係を示す階調関数（ｙ＝ｆ（ｘ））の推定を行う。

次いで、上記階調関数ｆ（ｘ）の逆関数である熱量関数（ｘ＝ｇ（ｙ））を求めることにより、図４に示すような実際に印刷を行う画像データの階調出力（階調レベル）に要求されるサーマルヘッド４の単位時間あたりの熱量を計算し、これをそれ以降のサーマルヘッド４の発熱量制御（熱制御）に用いる補正テーブルデータとする。図３及び図４において、Ａ点（ｘ＝ａ（％））はインクリボン２のインクが昇華することで印刷が可能となり始める熱量であることを示し、Ｂ点（ｘ＝ｂ（％））は階調レベルが飽和する熱量であることを示す。本実施形態では、図３に示すサーマルヘッド４に加えた単位時間あたりの熱量ｘと実際に印刷された印刷階調レベルｙの各実測値との関係を上記Ａ点から上記Ｂ点において線形近似によりデータ補完することにより、図４に示す補正テーブルデータを作成した。図４に示すような補正データテーブルは、前記線形近似補完の他に、曲線近似補完等の手法を用いて作成してもよい。

図３及び図４の図表（グラフ）の目盛りは、シェーディング補正処理後のリニアイメージセンサ１４の出力（ＡＤ変換処理による量子化出力）を８bit(２５６階調：０〜２５６）とし、印刷画像の階調レベルも８bit(２５６階調：０〜２５６）とした場合のテーブルデータの一例を示している。また、Ｂ点の階調レベルは、印刷条件によっては、図５に示すように量子化出力の最大値（２５５）に達しないこともある。その場合は、Ｂ点が最大値（２５５）に相当になるように次式により全テーブルデータの換算を行い、そして図４に相当する補正データテーブルを作成する。
ｙ＝γ・ｆ（ｘ）、（γ＝２５５／ｆ（ｂ））
また、このようなテーブルデータの換算を行わずに補正データテーブルを作成する場合は、図６に示すように、Ｂ点における階調レベルｙ´から最大値（２５５）までの熱量関数をｘ＝ｂとし、補正データテーブルの拡張を行ってもよい。

前述のような補正データテーブルの作成は、余白エリア２１の搬送中に行い、印刷用紙３の印刷エリア２２が到達するまでに処理を完了させる。このような手順で実際に使用される印刷用紙とインクリボンを用いて、任意の階調を出力するために必要とされるサーマルヘッドの単位時間あたりの熱量を制御するための補正テーブルデータの計算を行う。このような手順を可能にするため、印刷媒体（印刷用紙）３の搬送方向におけるサーマルヘッド４と画像入力手段（イメージセンサ）１４との間隔は余白部分２１の幅より小さく設定されている。次いで、前記補正テーブルデータに基づいてサールヘッド４に加える熱量（発熱量）を制御しながら、印刷エリア２２の印刷画像を形成するための印刷動作が実行される。このような印刷動作により、印刷に使用されるインクリボンや印刷用紙の特性の変化や差に影響されることなく、サーマルヘッド４に加える単位時間あたりの熱量を適正に制御することができ、それによって、適切なインク量を昇華させて印刷用紙３に転写することで、忠実な階調及び色の再現を実現することができる。

本実施形態で使用されるインクリボン２は、イエロー、マゼンダ、シアン及びオーバーコート層により構成されている。印刷動作が開始され、１色分の印刷が終了すると、搬送モータ１１を逆転させ、印刷用紙３を印刷開始位置まで戻して次色の印刷の準備を行い、同様の制御により次色の印刷動作を実行する。このように各色のインクについて同様の手順を繰り返してサーマルヘッド４の適切な熱制御を実現することができる。本実施形態では、イエロー、マゼンダ及びシアンの印刷終了後、印刷面を保護するためのオーバーコートリボン層により、透明色のオーバーコート処理が行われる。このオーバーコート処理の場合は、イエロー、マゼンダ及びシアンのうち、リボンの温度特性が最も似ている色のリボンの補正テーブルデータを用いて印刷動作を行ってもよい。本実施形態では、シアンの補正テーブルデータを用いてオーバーコート層の印刷を実施した。

印刷用紙３の余白エリア２１は、印刷終了後、容易に切り離し可能なように予め印刷用紙に切れ目などを入れてあるものを使用することが望ましい。本実施形態における階調補正チャート２４の印刷では、余白エリア２１内でイエロー、マゼンダ及びシアンの各色が互いに重ならないように印刷されているが、各色を重ね合わせて印刷し、これらの階調をリニアイメージセンサ１４で読み取ることにより前述と同様の手順で補正を行うことも可能である。本実施形態では、サーマルヘッド４に単位時間当たりに加える熱量の制御、つまりサーマルヘッド４の発熱量の制御は、該サーマルヘッド４を構成する発熱体素子に供給する電力を制御することである。この供給電力の制御は、個々の発熱体素子に与える電流又は電圧のレベルを制御したり、あるいは電流又は電圧のデューティ比を制御することにより実現することができる。また、本実施形態では、インクリボン２として昇華型の熱転写リボンを用いる昇華型の画像形成装置を例に挙げて説明したが、本発明は、溶融型の熱転写リボンを用いる溶融型の画像形成装置に対しても同様に適用することができ、同様の作用効果が得られるものである。

本実施形態では、画像印刷面に対向してイメージセンサ１４等の画像入力手段を設け、画像印刷の直前に、印刷に使用するインクリボン及び印刷用紙を使用し該印刷用紙の余白部分に階調補正チャートの印刷を行い、画像入力手段１４により実際に印刷された階調補正チャートを読み取るように構成されている。さらに、読み取った階調補正チャートのレベルを量子化し、このデータに基づいて、印刷を行う画像データの階調レベルとサーマルヘッドに単位時間あたりに必要となる熱量との関係を表す補正用のテーブルデータを作成する。次に、画像を印刷する際に、前記テーブルデータに基づき、任意の印刷レベルを再現するために必要とされるサーマルヘッドの単位時間あたりに加える熱量の逆関数を求め、印刷に最適な補正テーブルデータを用いてサーマルヘッド４の熱制御を行う。

また、本実施形態では、印刷手段としてのサーマルヘッド４と画像入力手段としてのリニアイメージセンサ１４の取り付け間隔は、印刷用紙３の搬送方向における余白エリア２１の幅より狭い間隔にされている。これによって、印刷動作のときに、目的の画像印刷を行う前に、余白部分２１に階調補正チャート２４の印刷を行い、余白部分２１の搬送動作中に画像入力手段１４により階調補正チャート２４の印画レベルを実測することで、熱量の補正テーブルデータを作成することができる。そして、目的の画像印刷を行うときに該補正テーブルデータに基づいてサーマルヘッド４の熱制御を実行することができ、従って、１度の搬送動作中に階調補正チャートの印刷と読み込み、並びに適正な階調及び色の印刷画像を形成するようにサーマルヘッド４の熱制御（発熱量の制御）を補正することができる。さらに、本実施形態では、画像入力手段としてイメージセンサ１４を使用し、印刷用紙３の印刷面上の白色部分をイメージセンサ１４の白シェーディング補正処理に用いることにより、該イメージセンサ１４の補正処理に必要な白シェーディング板を省略することが可能となる。

維 以上説明した実施の形態によれば、発熱体素子を有するサーマルヘッドの発熱量を制御してインクリボンのインクを印刷媒体に転写させることにより多値画像印刷を行う画像形成装置において、印刷媒体の画像を読み取るための画像入力手段を備え、印刷動作時に、印刷媒体の余白部分に階調レベル補正用の階調補正チャートを印刷するとともに、前記画像入力手段により前記階調補正チャートの階調レベルを読み取り、読み取った階調レベルに基づいて前記サーマルヘッドの発熱量を制御するように構成したので、予め使用できるインクリボンや印刷用紙を限定する必要がなく、使用されるインクリボンや印刷用紙の温度特性データを本体内部に記憶しておく必要もなく、しかも、インクリボンや印刷用紙の経時変化による特性変化に影響されることなく、常に忠実な色の再現（階調表現）が可能なサーマルヘッドの熱制御を実現することができる。

本発明を適用した画像形成装置の一実施形態を示す模式的縦断面図である。 本発明を適用した画像形成装置の一実施形態において階調補正チャート及び画像を印刷した印刷媒体の一例を示す説明図である。 本発明を適用した画像形成装置の一実施形態における単位時間当たりに加えたサーマルヘッドの熱量と印刷された階調レベルの実測値との関係の一つの態様を示す図表である。 図３の関係から画像印刷（任意の階調レベル）に要するサーマルヘッドの単位時間当たりの熱量の関係を求めた図表である。 本発明を適用した画像形成装置の一実施形態における単位時間あたりに加えたサーマルヘッドの熱量と印刷された階調レベルの実測値との関係の他の態様を示す図表である。 図５の関係から画像印刷（任意の階調レベル）に要するサーマルヘッドの単位時間あたりの熱量との関係を求めた図表である。

符号の説明

１ 外装ケース ２ インクリボン
３ 印刷媒体（印刷用紙）
４ サーマルヘッド
５ 巻き取りローラ
６ 供給ローラ
７ インクリボンカートリッジ
８ 伝達ベルト
９ 駆動ローラ
１０ バックアップローラ
１１ 搬送モータ
１２ ギア
１３ プラテンローラ
１４ 画像入力手段（リニアイメージセンサ）
１５ 黒シェーディング板
１６ 用紙検知センサ
１７ 用紙検知センサ
１８ 給紙搬送方向
１９ 印刷搬送方向
２０ 制御回路基板
２１ 余白エリア
２２ 印刷エリア
２３ 印刷画像
２４ 階調補正チャート
２５ 印刷方向

Claims (6)

1. 発熱体素子を有するサーマルヘッドの発熱量を制御してインクリボンのインクを印刷媒体に転写させることにより多値画像印刷を行う画像形成装置において、
   印刷媒体の画像を読み取るための画像入力手段を備え、印刷動作時に、印刷媒体の余白部分に階調レベル補正用の階調補正チャートを印刷するとともに、前記画像入力手段により前記階調補正チャートの階調レベルを読み取り、読み取った階調レベルに基づいて前記サーマルヘッドの発熱量を制御することを特徴とする画像形成装置。
2. 印刷媒体の搬送方向における前記サーマルヘッドと前記画像入力手段との間隔が前記余白部分の幅より小さいことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記画像入力手段がイメージセンサであり、前記余白部分を前記イメージセンサのシェーディング補正処理に用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 発熱体素子を有するサーマルヘッドの発熱量を制御してインクリボンのインクを印刷媒体に転写させることにより多値画像印刷を行う画像形成装置のサーマルヘッドの熱制御方法において、
   印刷媒体の画像を読み取るための画像入力手段を設け、印刷動作時に、印刷媒体の余白部分に階調レベル補正用の階調補正チャートを印刷する工程と、前記画像入力手段により前記階調補正チャートの階調レベルを読み取る工程と、読み取った階調レベルに基づいて前記サーマルヘッドの発熱量を制御する工程とを実行することを特徴とする画像形成装置のサーマルヘッドの熱制御方法。
5. 印刷媒体の搬送方向における前記サーマルヘッドと前記画像入力手段との間隔を前記余白部分の幅より小さく選定することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置のサーマルヘッドの熱制御方法。
6. 前記画像入力手段としてイメージセンサを使用し、前記余白部分を前記イメージセンサのシェーディング補正処理に用いることを特徴とする請求項４又は５に記載の画像形成装置のサーマルヘッドの熱制御方法。

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