JP2006176337A - レーザを用いた２次元光学式プリンタエンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】２次元光学式プリンタエンコーダの提供
【解決手段】本発明は、Ｘ方向及びＹ方向の双方で用紙の実際の動きを正確に表す光学式エンコーダ(11)を含むプリンタ(30)である。光学式エンコーダ(11)は、コヒーレントな照明源又は準コヒーレントな照明源を使用する。検出器(16)を用いて、印刷媒体の反射光から生成された画像を取り込むことができる。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、レーザを用いた２次元光学式プリンタエンコーダに関する。

インクジェットプリンタは、インクジェットペンの各印刷スワス（swath：幅帯状区画）毎に用紙を送る。理想的には、用紙は、或る印刷スワスから次の印刷スワスへノズルパターンに一致するのに必要な量だけ正確に送られる。このように結果としての印刷された画像は、１つの連続したペンによって印刷されたように見え、高い画質を有する。しかしながら、用紙の送られる距離が長すぎたり、又は短すぎたりする場合、ノズルのグループ化の不連続性が小さなものであっても、人間の目には容易に識別できる。用紙の送りがあまりにも長いと、そうでなければ途切れない印刷に高いコントラストの白色のギャップが生じる。用紙の送りがあまりにも短く、ノズル印刷が重なり合うと、黒ずんだバンドとして見える可能性がある。どちらにしても、常に長い又は短い用紙送り誤差は、結局は印刷画像を歪めることになり、例えば、印刷された円は、わずかに楕円に見える可能性がある。さらに、用紙は横方向に移動することがあり、それによりテキストが、もはや同一直線上になかったり、又は不正確なカーニングを有するという結果になる。

駆動モータ又はローラに結合されたシャフトエンコーダを使用するインクジェットプリンタは、上述したようなスワス送り誤差を起こしやすい。シャフトエンコーダは、シャフト／ローラの回転の正確なフィードバックを与えることができるが、この正確なフィードバックは、用紙の正確な動きには必ずしも対応しない。駆動ローラが公称の直径よりも大きな直径を有する場合、その駆動ローラは、用紙を所望の量よりも多く送ることになる。駆動ローラが公称の直径よりも小さな直径を有する場合、その駆動ローラは、同じ量の角度回転に対して、所望の送りよりも小さな送りを与えることになる。さらに、中間の駆動ローラ又は歯車が、偏心誤差を有する中心の回りを回転する場合、それらは、用紙の送りについて、変化する大きな及び小さなスワス誤差を与える可能性がある。シャフトエンコーダの別の限界は、シャフトエンコーダが１次元の動きしか追跡しないことである。印刷媒体の左右の動きは、シャフトエンコーダを使用して検出されることができない。

特許文献１には、１９９０年代の初期にヒューレット・パッカード社で開発された、発光ダイオード（ＬＥＤ）光源を使用して斜めの角度で印刷媒体を照明する光学式エンコーダが説明されている。ＬＥＤ光の傾斜した照明によって、大きな粗さの特徴を有する表面に明るい部分と影の部分が生成される。画像センサを使用して、印刷媒体上の影の画像が取り込まれ、相関に基づくアルゴリズムを使用して、用紙とエンコーダとの間の相対的な動きを求めることができる。このタイプの光学式エンコーダは、非常に正確な用紙の動きのフィードバックを提供できることが示されており、スワスの送りは、スワスの送りごとに１マイクロメートルまで正確になるように測定されている。また、印刷媒体の２Ｄの動きを符号化できることも、この方法を用いて実証されている。
米国特許第５，１４９，９８０号 米国特許出願第１０／６８０５２５号

しかしながら、斜めのＬＥＤを用いた光学式エンコーダの有用性は、例えば白色ボンド紙といった大きな表面粗さを有する媒体タイプによって制限される。非常に滑らかな表面を有する印刷媒体は、生成され得る影の画像のコントラストがあまりにも低すぎて、画像相関アルゴリズムが機能することができない。斜めのＬＥＤを用いた光学式エンコーダは、フォト光沢紙及び透明なフィルムでは機能しないことが判明している。

本発明は、デカルト座標系のＸ方向及びＹ方向の双方で用紙の実際の動きを正確に測定するモーションエンコーダである。光学式エンコーダは、コヒーレントな照明源又は準コヒーレントな照明源を使用する。アレイセンサを用いて、印刷媒体の反射光から生成された表面の画像、スペックルパターン、又は屈折像を取り込むことができる。

一実施形態では、屈折像が検出される。屈折パターンのコントラストは、光源のコヒーレンスの度合いに関係しており、表面のタイプとは無関係である。

本発明によれば、媒体の表面タイプの影響を受けず、大きな被写界深度（ＤＯＦ）にわたって一定の空間解像度を提供することが可能な２次元光学式プリンタエンコーダが提供される。

本発明は、印刷媒体の動きを追跡するための２次元（２Ｄ）光学式エンコーダを含むプリンタである。例えば、レーザダイオード又は垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）等のレーザ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、又は広帯域光源及び光フィルタの組み合わせである、コヒーレント光源又は準コヒーレント光源が、印刷媒体の表面を照射する。表面検出技術は、反射光の予め選択された角度分布が検出器によって捕捉された際に開始する。例えば、アレイセンサである検出器は好ましくは、表面から画像を取り込むように配置される。画像は、表面に直接対応することができるか、或いは例えば、印刷媒体の反射光から生成されたスペックルパターン又は回折像といった表面情報の派生物とすることができる。

一実施形態では、画像は、図１に示されるような反射光の正反射方向から得られる。鏡面反射は一般に、影パターン画像手法と比較して、より良い信号を提供する。この構成によって、極めて滑らかな表面であっても、高コントラストの画像を得ることが可能になる。さらに、光はこれまで通りに正反射方向に散乱されるので、画質は、均等拡散面に関して維持される。鏡面反射画像は照明源に依存し、例えば、照明源の帯域幅が減少するにつれて、鏡面反射画像のコントラストは増加する。従って、レーザを用いた照射は、最も高いコントラストを提供する。この技術は、Xie他によって２００３年１０月６日に出願され、アジレント・テクノロジーに譲渡された「Method and Device for Optical Navigation」と題する特許文献２に、より詳細に説明されている。

図２Ａ〜図２Ｃは、本発明のエンコーダ１１を用いた用紙搬送アセンブリ１０を示す。図２Ａでは、ＶＣＳＥＬ光源１２が使用される。任意の結像光学系１４が、例えば２Ｄ検出器アレイといった画像センサ１６と共に、反射光の正反射方向に沿って配置される。この構成は反射光を効率的に収集する。結像光学系１４は、印刷面の画像、スペックルパターンの画像、又は回折像のいずれかを２Ｄ検出器１６上へ形成するように設計される。この画像は、画像センサ１６の前に任意の結像レンズ１８を含めることによって、さらに改良され得る。画像プロセッサ（図示せず）が、例えば画像相関といった既知の技術を使用して、用紙の位置、及び例えば、速度といった用紙の動きの特性を求める。その結果は、絶対位置とすることもできるし、又は用紙搬送アセンブリの既知の基準に対する位置とすることもできる。検出された位置情報は、閉ループ制御及び用紙／印刷ヘッダの誤差の補償のために画像プロセッサへフィードバックされる。

図２Ｂは、プリントヘッド（図示せず）の一部として一体化され得る、レーザを用いたモーションエンコーダ１１を示す。図２Ｃは、プリンタのシャーシ（図示せず）の定位置に取り付けられた独立型エンコーダユニットとしての状態にされた、レーザを用いたモーションエンコーダ１１を示す。

図２Ａ〜図２Ｃに示されるように、レーザを用いたエンコーダ１１は、例えば垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）等のレーザであるコヒーレント光源１２、及び例えばＣＭＯＳ画像アレイ又はＣＭＯＳイメージャである検出器１６を含む。コヒーレント光源１２は、表面に対する或る照射角の光ビームで印刷媒体を照射する。検出器１６は、表面に対して或る反射角で配置され、表面からの光ビームの反射部分を受け取るように動作可能であり、この場合、この反射角は照射角と実質的に等しい。

検出されるパターンがスペックルである場合、図３は、本発明のエンコーダの動作を示す。レーザは表面の近傍に配置される。反射光は検出器に入射する。入射角は反射角に等しくなくてもよい。絞り２４を光収集経路に配置して、統計的な空間分布が予め選択された平均サイズを有するスペックルパターンを得ることができる。

検出されるパターンが回折である場合、図４は、光学コリメーティングレンズ及び結像レンズの双方を使用したエンコーダ１１を示す。任意の絞り２４が光収集経路に配置される。この実施形態では、絞り２４は画像のコントラストを改善する。この結像構成では、結像レンズ１８は、印刷面の画像が検出器上へ形成されるように配置される。

図５は、光学コリメーティングレンズ１４及び結像レンズ１８の双方を使用する代替のエンコーダ１１を示す。このエンコーダ１１は、図４のものと類似しており、回折パターンを検出する。任意の絞り２４が光収集経路に配置される。結像光学系１８は、印刷媒体と一致しない空間の平面を画像センサ１６上へ投影するように設計される。換言すると、エンコーダの結像経路の焦点は印刷面から外れている。焦点が外れた構成は、印刷面上の任意の一方向性パターン又は繰り返しパターンをフィルタリングするのに役立つ。

図４及び図５は、さまざまな表面の検出を可能にする。これらのエンコーダの１つを使用するプリンタは、大きな被写界深度にわたって空間解像度が比較的一定であるので、用紙の厚さ、及び送り方向に対して垂直な用紙の動きの影響を受けない。さらに、プリンタの製造公差を緩和することもできる。レーザナビゲーション技術を適用したプリンタによって、印刷媒体の直接的な２Ｄの動きの追跡が可能になる。この新しい方法は、表面のタイプの影響を受けず、大きな被写界深度（ＤＯＦ）にわたって一定の空間解像度を提供する。

図６は、本発明のレーザプリンタ３０を示す。ビデオコントローラ３２は、ビデオブロック３４を含み、制御エンジン３６及びレーザ３８に接続される。定着ユニット４０は、制御エンジン３６に双方向に接続される。制御エンジン３６は、トナーカートリッジ４２、及び例えば用紙搬送アセンブリといった媒体搬送アセンブリ１０に接続される。

代案として、レーザを用いたモーションエンコーダ１１は、インクジェットプリンタに使用され得る。インクジェットプリンタは、媒体に印刷するためのプリントヘッドを含む。このプリントヘッドは、印刷動作中、印刷領域に配置されて、制御された態様で媒体の表面上へインク滴を噴射する。印刷媒体の入力サプライは、主媒体経路の入力端部に配置される。この経路は、入力サプライから印刷領域を通過するように媒体を案内する。レーザを用いたエンコーダは、主媒体経路の近傍に配置されて、印刷媒体の位置を示す信号を生成する。インクジェットプリンタはさらに、入力サプライから主媒体経路の入力端部に１枚の媒体を送るための第１の手段、及び印刷領域から上流の主経路上の位置から、主送り経路を通って媒体を送り、プリントヘッドに対して媒体を位置決めするための第２の手段を含む。

上述した実施形態のすべては、媒体の位置を求めるための制御エンジンによって解析される画像のシーケンスを生成する。媒体の位置のスナップショットを所望の経路と比較することができる。この所望の経路は、最適な印刷品質を与えるものとして知られている。この経路は、用紙の移動及び印刷機構の動きを含むパラメータによって決まる。閉ループフィードバック制御の下では、制御エンジンは、所望の経路に一致するように、搬送アセンブリ又は印刷機構を調整することができる。さらに、制御エンジンは、用紙の速度を求めて、紙づまりの状態を検出することもできる。

本発明の一実施形態を示す図である。 本発明の用紙搬送アセンブリを示す図である。 本発明の用紙搬送アセンブリを示す図である。 本発明の用紙搬送アセンブリを示す図である。 本発明の一実施形態を示す図である。 本発明の一実施形態を示す図である。 本発明の一実施形態を示す図である。 本発明のレーザプリンタを示す図である。

符号の説明

10 用紙搬送アセンブリ
11 エンコーダ
12 光源
14 結像光学系
16 画像センサ
30 プリンタ
36 制御エンジン

Claims (18)

1. 印刷媒体を受容し、前記印刷媒体の近傍に配置され、前記印刷媒体の位置を示す信号を生成する２Ｄ光学式エンコーダ（11）を含む、媒体搬送アセンブリ（10）と、及び
   前記信号を受信して応答を生成する印刷制御エンジン（36）とを含み、
   前記媒体搬送アセンブリが前記応答を受信する、プリンタ（30）。
2. 前記２Ｄ光学式エンコーダが、
   表面に対する入射角の傾斜をもつ光ビームで前記印刷媒体を照射し、コヒーレント光源又は準コヒーレント光源の一方である、光源（12）と、及び
   前記表面に対する反射角で配置され、前記表面からの光ビームの反射部分に対応するパターンを受け取るように動作可能である、検出器（16）とを含む、請求項１に記載のプリンタ。
3. 前記光源（12）がコヒーレント光源であり、そのコヒーレント光源が、レーザダイオード、及び垂直共振器型面発光レーザから成るグループから選択される、請求項２に記載のプリンタ。
4. 前記光源が準コヒーレント光源（12）であり、その準コヒーレント光源が、発光ダイオード、及び光フィルタを有する広帯域光源から成るグループから選択される、請求項３に記載のプリンタ。
5. 前記検出器（16）がＣＭＯＳイメージャである、請求項２に記載のプリンタ。
6. 前記入射角が前記反射角に実質的に等しい、請求項２に記載のプリンタ。
7. 前記表面の回折像を前記検出器上へ投影するために動作可能であるように配置されたレンズ（14）をさらに含む、請求項２に記載のプリンタ。
8. 前記表面が前記検出器の公称の画像平面に存在しない、請求項７に記載のプリンタ。
9. 前記パターンが、スペックル像、回折像、及び表面画像を含むグループから選択される、請求項２に記載のプリンタ。
10. プリンタの中で媒体を移動させ、
    コヒーレント光源及び準コヒーレント光源の一方である光源を前記媒体の表面に向けて照射し、
    前記表面の反射に対応するパターンを検出し、及び
    前記パターンを解析して、前記媒体の実際の位置を求めることを含む、方法。
11. 前記パターンが、スペックル像、回折像、及び表面画像を含むグループから選択される、請求項１０に記載の方法。
12. 前記解析することが、
    前記表面の前記実際の位置を好ましい経路と比較し、及び
    前記表面の前記実際の位置と前記好ましい経路との差に従って前記媒体を位置決めすることを含む、請求項１０に記載の方法。
13. 前記解析することが、
    前記表面の前記実際の位置を好ましい経路と比較し、及び
    前記比較に従って印刷機構を調整することを含む、請求項１０に記載の方法。
14. 前記光源がコヒーレント光源であり、そのコヒーレント光源が、レーザダイオード、及び垂直共振器型面発光レーザから成るグループから選択される、請求項１０に記載の方法。
15. 前記光源が準コヒーレント光源であり、その準コヒーレント光源が、発光ダイオード、及び光フィルタを有する広帯域光源から成るグループから選択される、請求項１０に記載の方法。
16. 前記検出器がＣＭＯＳ画像アレイである、請求項１０に記載の方法。
17. 前記表面の回折像を前記検出器上へ投影するためのレンズを配置することを含む、請求項１０に記載の方法。
18. 前記表面が前記検出器の公称の画像平面に存在しない、請求項１０に記載の方法。
    

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