JP2006218769A - インクジェット記録装置の補正のための読取り方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インクジェット記録装置の読取装置の精度アップと読取り速度の向上。
【解決手段】インクジェット記録装置において、第１のテストパターンを形成させるパターン形成手段と、前記第１のテストパターンを読込む読取り手段と、前記読取り手段で読取りの結果に基づいて記録不能となった記録素子を検出する手段により検出された記録不能の記録素子に対応する他の記録ヘッドにおける記録素子を補間し記録させる補間手段と、第２のテストパターンを形成させるパターン形成手段と、前記テストパターンの濃度を前記複数の記録素子に対応させて読取り、読取りの結果に基づいて、複数の記録素子による画像形成時の濃度を均一化し、前記複数の記録素子それぞれに対応して補正する手段から成り、前記読取り手段は、前記第１のテストパターンを読取るときには、停止して読込み、前記第２のテストパターンを読込むときには、走査しながら読込む。
【選択図】図２

Description

本発明は、ファクシミリ、複写機、プリンタ等の機能を有するインクジェット記録装置及びそれらの機能を備える複合機、ワークステーション等の出力機器として用いられるインクジェット記録装置で、特に複数の記録素子を配列して成る記録ヘッドを用いて画像形成を行うインクジェット記録装置に関し、特に、その記録ヘッドの印字特性を自動調整する、ヘッドシェーディングや不吐補完を備えた装置に有効なものである。

今日広く一般的に用いられるインク等の液体を吐出する方式としては、インクジェット記録方式が知られている。このインクジェット記録方式には、インク滴を吐出するために用いられる吐出エネルギ発生素子として電気熱変換素子（ヒータ）を利用する方法と圧電素子（ピエゾ）を利用する方法があり、何れの場合も電気的な信号によってインク滴の吐出を制御することが可能である。

例えば、電気熱変換素子を用いるインク滴吐出方法の原理は、電気熱変換素子に電気信号を与えることにより、電気熱変換素子近傍のインクを瞬時にして沸騰させ、そのときのインクの相変化により生じる急激な気泡の成長によってインク滴を高速に吐出させるものである。一方、圧電素子を用いるインク滴の吐出方法の原理は、圧電素子に電気信号を与えることにより、圧電素子が変化しこの変位時の圧力によってインク滴を吐出させるものである。

ところが、記録ヘッドのインクを吐出するノズルにゴミ等が付着してしまい、正常な吐出を妨げたり、小さなノズルをインクの不純物で塞いでインクの供給ができなくなったり、インク滴を吐出するための動力源になる電気熱変換素子（ヒータ）や圧電素子（ピエゾ）に不具合が生じてインクを吐出しなくなることがある。このような、インクの吐出不能なノズルを不吐ノズルと言い、不吐ノズルがあるとそのノズルからインクが吐出しないので形成された画像に白筋が発生し画質を著しく劣化してしまう。

そこで、不吐ノズルを検出して不吐ノズルに対応する他の記録ヘッドのノズルで補完し、不吐ノズルで記録される筈の画像データを、補完するノズルにより記録させる（以下、不吐補完と言う）プリンタドライバが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

又、印刷速度アップや印刷画質の向上のためには、インク吐出口及び液路を複数集積したマルチノズルヘッドを用いるのが一般的である。マルチノズルヘッドは、製造プロセスによる特性ばらつきやヘッド構成材料の特性ばらつき等に起因して、ノズルの記録素子を均一に製造するのは困難であり、各記録素子の特性に或る程度のばらつきが生じる。

即ち、上記マルチノズルヘッドにおいては、吐出口や液路等の形状等にばらつきが生じる。そのような記録素子間の特性の不均一は、各記録素子によって記録されるドットの大きさや濃度の不均一となって現れ、結局記録画像に濃度むらを生じさせることになる。この問題に対しては、各記録素子に与える信号を補正し、インク吐出量の調整を行って均一な画像を得るようにすること（以下、ヘッドシェーディングと言う）が有効である。

そこで、テストパターンを印刷、画像読込み装置により画像データとして読み込んだデータに基づいて、印刷むらを補正するデータを作成する印刷制御装置が提案されている。（例えば、特許文献２参照）。

特開２０００−０１５８４５号公報 特開平１０−０００７６４号公報

しかしながら、前記従来例では、不吐補完、ヘッドシェーディングをするのに別々にテストパターンを印刷して読取って補正しなければならない。

本発明は、ヘッドシェーディングのための濃度読取りでは、読取り手段を走査しながらの読込むことによりノズルの濃度の情報を正確に読むことができ、不吐検知のパターンを読込むときは、停止して効率的に読込むことができるので、インクジェット記録装置の読取装置の精度アップと読取り速度の向上を目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１のインクジェット記録装置の補正のための読取り方法は、複数の記録素子が配列された複数の記録ヘッドを用い、前記記録ヘッドを記録媒体に対して走査させることにより記録を行い、記録ヘッドの前記走査方向と異なる方向に記録媒体を一定の移動量で相対的に副走査させて画像を形成するインクジェット記録装置であって、第１のテストパターンを形成させるパターン形成手段と、前記第１のテストパターンを読込む読取り手段と、前記読取り手段で読取りの結果に基づいて記録不能となった記録素子を検出する手段により検出された記録不能の記録素子に対応する他の記録ヘッドにおける記録素子を補間し記録させる補間手段と、第２のテストパターンを形成させるパターン形成手段と、前記テストパターンの濃度を前記複数の記録素子に対応させて読取り、読取りの結果に基づいて、前記複数の記録素子による画像形成時の濃度を均一化し、前記複数の記録素子それぞれに対応して補正する手段から成り、前記読取り手段は、前記第１のテストパターンを読取るときには、停止して読込み、前記第２のテストパターンを読込むときには、走査しながら読込むことを特徴とする。

又、本発明のインクジェット記録装置の補正のための読取り方法は、前記読取り手段は、前記第２のテストパターンを走査しながら読込み、反転するために停止する時に第１のテストパターンを読込むことを特徴とする。

又、本発明のインクジェット記録装置の補正のための読取り方法は、前記第１のテストパターンは、前記読取り手段の主走査の走査開始地点と、走査終了地点に設けたことを特徴とする。

本発明によれば、ヘッドシェーディングのための濃度読取りでは、主走査しながらの読み込みにより、主走査方向に広い範囲の情報を読むことができるので正確に読むことができ、不吐検知のパターンを読み込むときは、停止して読み込むので、効率的に読み込むことができるので、インクジェット記録装置の補正のための読取手段の読取り精度アップと読取り速度が向上する。

以下に本発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明に係るインクジェットプリンタの一例の要部を示す概略斜視図である。インクジェット記録装置において、記録ヘッドを固定するキャリッジ２００は無端ベルト２０１に固定され且つガイドシャフト２０２にそって移動可能になっている。無端ベルト２０１は、プーリ２０３，２０４に巻回されている。プーリ２０３には、キャリッジ駆動モータ２０４の駆動軸が連結されている。

従って、キャリッジ２００は、モータ２０４の回転駆動によってガイドシャフト２０２にそって往復方向（Ａ方向）に主走査される。キャリッジ２００上には、複数のインク吐出ノズルが並設された記録ヘッド１とインクを収納する容器としてのインクタンク２０５が搭載されている。

記録ヘッド１には、記録媒体としての用紙Ｐと対向する面に、用紙Ｐの搬送方向に並設された複数個のインク吐出口が形成されている。記録ヘッド１には、この複数個の吐出口のそれぞれに連通してインク路が設けられ、それぞれのインク路に対応して、インク吐出のための熱エネルギーを発生する電気熱変換体が設けられている。電気熱変換体は、駆動データに応じて電気パルスを印加されることによって熱を発生し、これによりインクに膜沸騰を生じさせ、その気泡の生成に伴って上記吐出口からインクを吐出させる。各インク路には、これらに共通に連通する共通液室が設けられており、この共通液室は、インクタンク２０５に接続されている。

又、この装置には、キャリッジの移動位置を検出する等のためにリニアエンコーダ２０６が設けられている。即ち、キャリッジ２００の移動方向に沿ってリニアスケール２０７があり、このリニアスケール２０７には１インチ間に６００個等の等間隔でスリットが形成されている。

一方、キャリッジ２００には、例えば、発光部及び受光センサーを有するスリットの検出系２０８及び信号処理回路が設けられている。従って、エンコーダ２０６からは、キャリッジ２００が移動されるに従って、インクの吐出タイミングを示す信号及びキャリッジの位置情報が出力される。スリット検出毎にインクを吐出すれば、主走査方向に６００ｄｐｉの解像度の印刷を実行することが可能となる。

又、記録媒体としての記録紙Ｐは、キャリッジ２００のスキャン方向と直交する矢印Ｂ方向に間欠的に搬送される。記録紙Ｐは、上流側の一対のローラユニット２０９，２１０と、下流側一対のローラユニット２１１，２１２とにより支持され、一定の張力を印可されてヘッド１に対する平面性を確保した状態で搬送される。各ローラユニットに対する駆動力は、この場合図示しない用紙搬送モータ（ＰＦモータ）によって付与される。

このような構成によって、キャリッジ２００の移動に伴いヘッド吐出口の配列幅に対応した幅のプリントと用紙Ｐの送りを交互に繰り返しながら、用紙Ｐ全体にプリントがなされる。

キャリッジ２００は、記録開始時又は記録中に必要に応じてホームポジションで停止する。このホームポジションには、各ヘッドの吐出面側をキャッピングするキャップ部材２１３が設けられ、このキャップ部材２１３には、吐出口から強制的にインクを吸収して吐出口の目詰まりを防止するための不図示の吸引回復手段が接続されている。

１０７は、読取手段で、ランプ、ＬＥＤ等の発光素子とシリコンフォトダイオード（ＳＰＤ）やフォトトランジスター、電荷結合素子（ＣＣＤ）、ＣＭＯＳセンサー等の光センサーとの対で構成されており、チェックパターンを印刷した画像をＬＥＤで照射し、その反射光を検知することにより不吐や濃度むらの情報を得る。読取手段は、キャリッジ２００に固定されており、キャリッジと共に主走査方向に駆動し、又、前記チェックパターンを印刷したメディアを副操作方向に走査させることにより任意の位置の情報を得ることができる。

図２はインクジュット記録装置の制御系の構成を示すものである。

ＣＰＵ１００は、中央演算装置で、ホスト装置から印刷情報を受け取ると、記録装置各部の制御やデータ処理等を実行する。ＲＯＭ１０１には、ＣＰＵ１００の各処理手順に関する処理プログラムが記憶され、ＲＡＭ１０２はその処理手順実行の際のワークエリア等として用いられる。即ち、ＣＰＵ１００は、ＲＯＭ１０１に記憶されている制御プログラムにより、ホスト装置から受信した印字情報をＲＡＭ１０２等の周辺ユニットを用いて処理し、印字データに変換する等の処理を実行する。

又、ＣＰＵ１００は、上記した電気熱変換体の駆動データ、即ち印字データ及び駆動制御信号をヘッドドライバ１０３に出力する。ヘッドドライバ１０３は、入力された駆動データに基づき、記録ヘッド１の電気熱変換体を駆動してインクを吐出することによって印刷する。

又、ＣＰＵ１００は、キャリッジ２００を往復運動させるためのキャリッジ駆動モータ２０４及び記録用紙Ｐを搬送するための用紙搬送（ＰＦ）モータ１０４をモータドライバ１０５，１０６を介してそれぞれ制御する。ヘッドドライバ１０３は、上記エンコーダ２０６から吐出タイミング信号及びキャリッジの位置情報が入力される。読取手段１０７は、メディアの反射光を測定することにより反射濃度を読取ることができる。

読取手段１０７の詳細を図３〜図５を用いて説明する。尚、図３は読取手段を縦方向に切段した断面図、図４は読取手段に用いられているセンサーの受光部分の正面図、図５は図３の中の光学関係部品を記載したものである。

図３に基づいて読取手段の構成を説明する。

図中、１１０，１１１，１１２、センサーで、センサー１１２のリードフレーム上に１１１のセンサチップが載っており、周りを１１０の透明なパッケージにて封印している。１１４はＬＥＤで、フレキシブル基板１１３に実装されている。フレキシブル基板１１３は、ポリイミド樹脂上に回路を銅箔パターンで印刷して形成したもので、自由な形状にでき曲げることができる基板である。１１５はレンズで、１１６はＬＥＤの光が直接レンズに入らないようにするための遮光版である。これらの部品は、読取手段１０７の本体に内蔵されている。

図５は図３のうちで光学部品のみ記載した図である。

図中、ＬＥＤ１１４で発光した光がメディア５を照らす。メディア５は、不吐やむらが目立ち易いように印刷されたパターンで、詳細は後述する。メディア５より反射した光は、レンズ１１５で集光され、センサチップ１１１上に結像する。

図４はセンサチップの受光範囲を示しており、図中、３１２が受光エリアでＳＰＤ（シリコンフォトダイオード）で構成されており、この範囲に照射された光がセンサー電流に変換される。本実施の形態では、ＳＰＤを用いたが、光を電流に変換する素子であれば良いので、ＰＳＤ（半導体位置検出器）やＣＣＤ（電荷結合素子）やＣＭＯＳセンサー等を用いても良い。このセンサー電流は、不図示の電子回路にて増幅され、アナログデジタル変換（ＡＤ変換）されてＣＰＵに送られる。

次に、不吐補完について説明する。

不吐補完は、不吐検知して不吐のノズルを検知しそのノズルをマルチパスでは他のパスで補完する。又、１パスでは、隣のノズルで補完する隣接補完や、他の色で補完する多色補完等で補完することができる。

不吐ノズルの検知の方法を、図６を用いて説明する。図６の（ａ）の１は記録ヘッドでインクを吐出する多数のノズル３が並べて設置してある。

実際の製品には数百から１万近くのノズルを持つものがあるが、図６（ａ）では、説明を簡単にするために８ノズルにしてある。図６（ｂ）は、不吐検知パターンの説明図で、図６（ｃ）は、記録ヘッド２を主走査方向にスキャンしながら印刷した時のメディアに印刷された図である。図６（ｂ）中の桝目は、画素で、インクを吐出しない画素は、白で示し、インクを吐出する画素を●印で示している。このとき、ヘッドのノズルと画素の対応を点線で示す。図のようなパターンでは、主走査方向は同じノズルでしか印刷しないようにしているので、もし不良の不吐出のノズルがあるとそこが目立つ。

又、隣のノズルのインクドロップレットがくっつかないように隣のノズルでは打たないパターンにしている。図６（ｃ）は、図６（ｂ）の不吐検知パターンを印刷したところの図である。図中、５は、紙等、インクが着弾する媒体のメディアである。６はインクが着弾してできたインクドロップレットで丸くに滲んで広がっている。９の破線は、キャリッジに接続されている読取手段１０７の読取範囲を示し、キャリッジを主走査させ、メディアを副走査させることにより任意の位置を測定することができる。

不吐検知は、先ず、図６（ｂ）のパターンを印刷し、不吐検知の読取範囲で測光する。読取手段１０７は、キャリッジ２００に接続されているので、キャリッジ２００を主走査することにより、任意の主走査方向に読取範囲を移動でき、更に、図６（ｃ）の不吐検知パターンを印刷したメディアを復走査方向に移動させることにより、読取範囲を任意に移動できる。

不吐検知パターンのノズルに対応するインクドロップレットの有無を測光すると、不吐のノズルは、インクを吐出できないのでインクドロップレットが形成できない。よって、そこを測光しても信号が減らないが、正常ノズルでインクが吐出されインクドロップレットが形成されたところを測光すると信号が下がってしまう。このように、各ノズルに対応するパターンを測光することによりそのレベルの差によって不吐を検知する。

不吐ノズルを検出して不吐ノズルに対応する他の記録ヘッドのノズルで補完し、不吐ノズルで記録される筈の画像データを、補完するノズルにより記録させさせれば、不吐による白筋が解消され高品位の画質になる。ここで、読取り手段１０７を主走査しながら読込むと、読込んだ画像で隣接するドットが接合した画像になり、ノズル毎の不吐を検知するのが難しくなるので、読取り手段は停止して読み込む。

次に、図７を用いて、ヘッドシェーディングの動作について説明する。

図７（ａ）の１は記録ヘッドでインクを吐出する多数のノズルが並べて設置してある。実際の製品には数百から１万近くのノズルを持つものがあるが、図７（ａ）では、説明を簡単にするために８ノズルにしてある。図６（ｂ）は、記録ヘッド２を主走査方向にスキャンしながら印刷、ヘッドシェーディングのための濃度むら検知パターンをメディアに印刷したところの図である。

ヘッドシェーディングのための濃度むら検知パターンはベタで印刷する。図７（ｃ）は、読取手段１０７によって、読取った、むら検知パターンを読取ったノズルに対応する濃度断面のグラフである。縦軸が濃度で横軸はノズルの位置に対応する。ノズルのあるところではインクが吐出されるので濃度が高い。例えば、図７（ａ）のノズル１０の吐出量が多くて、ノズル１１の吐出量が少ないとする。すると、図１４（ｂ）のように、ノズル１０で印刷されたところのドット径が大きくなり濃度が周りより濃くなり、ノズル１１で印刷されたところのドット径が小さくなり濃度が周りより薄くなる。

読取手段１０７で復走査方向に読取範囲を移動し測光することによりノズル毎の濃度断面を得ることができる。このデータの平均値との差により補正データを得る。ヘッドシェーディングのための濃度むら検知パターンは、均一な画像であるがノズルの吐出量にむらがあると濃度断面にもむらが出る。これは、濃度が濃いところの画像では、黒スジとなり、濃度が薄い所は白スジとなり画像品位を著しく低下してしまう。

そこで、印刷する画像を、補正データに元いて補正する。これを図８を用いて説明する。図８は８ｂｉｔ画像の変換テーブルの一例を示す図で、０が黒で２５５が白を示し、横軸が入力値で縦軸が補正後の出力値である。

図中、ａは補正なしのテーブルで、入力０のとき出力０で、入力ｎのときはｎで、入力２５５のとき出力２５５になる。図中ｂは、薄く補正するのテーブルで、入力０のとき出力０だがそれ以上では、入力＜出力の関係がある。但し、２５５を超えると２５５に固定される。図中、ｃは濃く補正するのテーブルで、入力０のとき出力０だがそれ以上では、入力＞出力の関係がある。

ヘッドにむらが無い場合には、補正を掛けなくて良いので、図８においてａにて示すグラフのテーブルを使う。図７（ａ）の１０のような吐出量の多いノズルの画素データは、このまま印刷すると黒すじとなるので、図８ｂのグラグのテーブルにより補正すると白い方向に補正されて、吐出量の誤差を打ち消すことができる。

又、図７の１１のような吐出量の少ないノズルの画素データは、このまま印刷すると白すじとなるので、図８ｃのグラグのテーブルにより補正すると黒い方向に補正されて、吐出量の誤差を打ち消すことができる。

このように、画像形成時の濃度を均一化するための補正データを元に濃度の高いノズルはインクの吐出量が多いので元画像を薄くして印刷し、インクの吐出量の少ないノズルは、元画像を濃くすることより、インクの吐出量の誤差を打ち消して、高品位の画像を形成することができる。本実施の形態では、説明を簡単にするために、ａ，ｂ，ｃの３本のルックアップテーブルで補正したが、更に本数を増やせばより高画質の補正ができる。

次に、図９を用いて本実施の形態における不吐検出とヘッドシェーディングのテストパターンを説明する。図中の目は、画素で、インクを吐出しない画素は、白で示し、インクを吐出する画素を●印で示している。このとき、ヘッド１のノズルと画素の対応を点線で示す。ヘッド１は、説明を簡単にするために、１６ノズルにしている。

図中点線で囲った（ａ）と（ｃ）のエリアは、不吐補完のための不吐検知のテストパターンで、（ｂ）のエリアは、ヘッドシェーディングのパターンで、図では説明を簡単にするために、主走査方向の画素幅は１６画素であるが、実際には、２５６画素以上ないと精度が悪くなってしまう。

本実施の形態では、主走査方向の読取り画素数は、少ない画素のセンサーを用いているが、多画素のセンサーのすると大きくなりコストが上がってしまうので、読取り手段７を主走査しながら読込むようにして、少ない画素のセンサーでも主走査方向に多画素の情報を読込めるようにいる。

次に、図１０を用いて読み取り時の動作説明をする。説明を簡単にするためにヘッドのノズルの密度とテストパターンの画像の密度と読取り手段の読み込んだ画像の画素の密度が、共に等しく１２００ｄｐｉとする。又、読取り手段は、縦８列、横８行の６４画素の面センサーとする。

先ず、テストパターンを印刷し、次に読取りモードにはいる。テストパターン左上の点線で囲ったエリア１０に、読取り手段を移動させた後、不吐検出のテストパターンを読み込む。次に、右方向にキャリッジを主走査しながら、点線で囲まれたエリア１１のヘッドシェーディングのパターンを読み込みながら、右上の点線で囲まれたエリア１２まで移動して停止する。

エリア１２では、不吐検出のテストパターンを読み込む。次に、メディア５を搬送し副走査して右下の点線で囲まれたエリア１３に移動させて停止して、不吐検出のテストパターンを読み込む。次に、左方向にキャリッジを主走査しながら、点線で囲まれたエリア１４のヘッドシェーディングのパターンを読み込みながら、左下の点線で囲まれたエリア１５まで移動して停止して、不吐検出のテストパターンを読み込む。

尚、読取手段の視野範囲全てがヘッドシェーディングのパターン上にいるときのみ読込むものとする。実際の記録ヘッドは、ノズル数が多く、テストパターンも副走査方向に縦長になるので読取装置の往復回数も増えることになる。

本発明におけるインクジェット記録装置の要部を示す概略斜視図である。 本発明におけるインクジェット記録装置の制御系構成図である。 本発明における読取手段の断面図である。 本発明における読取手段のセンサーの正面図である。 本発明における読取手段の光学系の図面である。 本発明における不吐検知の説明図である。 本発明におけるヘッドシェーディングの濃度読取り説明図である。 本発明におけるヘッドシェーディングの濃度補正説明図である。 本発明におけるテストパターンの図である。 本発明におけるテストパターンの読込み順を示す図である。

符号の説明

１ インクジェット記録ヘッド
３ ノズル
５ 記録媒体（メディア）
９ 読取りエリア
１００ ＣＰＵ
１０１ ＲＯＭ
１０２ ＲＡＭ
１０７ 読取り手段
１１０ センサー
１１４ 光源
１１５ レンズ
１１６ 遮光板
２００ キャリッジ

Claims (3)

1. 複数の記録素子が配列された複数の記録ヘッドを用い、前記記録ヘッドを記録媒体に対して走査させることにより記録を行い、記録ヘッドの前記走査方向と異なる方向に記録媒体を一定の移動量で相対的に副走査させて画像を形成するインクジェット記録装置であって、第１のテストパターンを形成させるパターン形成手段と、前記第１のテストパターンを読込む読取り手段と、前記読取り手段で読取りの結果に基づいて記録不能となった記録素子を検出する手段により検出された記録不能の記録素子に対応する他の記録ヘッドにおける記録素子を補間し記録させる補間手段と、第２のテストパターンを形成させるパターン形成手段と、前記テストパターンの濃度を前記複数の記録素子に対応させて読取り、読取りの結果に基づいて、前記複数の記録素子による画像形成時の濃度を均一化し、前記複数の記録素子それぞれに対応して補正する手段から成り、前記読取り手段は、前記第１のテストパターンを読取るときには、停止して読込み、前記第２のテストパターンを読込むときには、走査しながら読込むことを特徴とするインクジェット記録装置の補正のための読取り方法。
2. 前記読取り手段は、前記第２のテストパターンを走査しながら読込み、反転するために停止する時に第１のテストパターンを読込むことを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置の補正のための読取り方法。
3. 前記第１のテストパターンは、前記読取り手段の主走査の走査開始地点と、走査終了地点に設けたことを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置の補正のための読取り方法。

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