JP2007336144A - 階調再現方法、閾値マトリクス、画像処理方法、画像処理装置、プリンタドライバ、画像形成装置及びインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、濃度の高い部分においては細かな階調性は目立ちにくいという特徴を利用して、階調性と解像力を両立できる。
【解決手段】 本発明の階調再現方法は、ディザマトリクスを用いて多階調画像を各ドット２値あるいは多値の画像データに変換する。そして、本発明の階調再現方法によれば、ディザマトリクスにより多階調画像が一部の濃度において閾値化されたときに、所定方向のライン基調に形成され、かつ基調以外の部分においてはハイパスフィルタ特性を持ち、濃度に応じてハイパスフィルタ特性を持たせる範囲を異ならせることに特徴がある。よって、中間調処理後の画像において高濃度の部分は解像力が向上し、低濃度の部分は階調性が保たれることになり、階調性と解像力を両立させることができ、画像の品質を向上させることができる。
【選択図】 図１６

Description

本発明は階調再現方法、閾値マトリクス、画像処理方法、画像処理装置、プリンタドライバ、画像形成装置及びインクジェット記録装置に関する。

従来のデジタル画像出力は、「１」と「０」すなわち「ＯＮ」と「ＯＦＦ」で構成される２値画像が主であったが、作像エンジンの進歩と高画質画像のニーズの高まりにより、デジタル画像出力においても、１画素で複数の階調を表現できる少値（多値）画像記録装置が市場に出回るようになってきている。

ここで、少値とは、一般的に言われる「多値」、「２値」に対する比較であり、情報量としては「多値」≧「少値」＞「２値」の関係となる。通常、画像処理を行う場合、入力画像データとして１画素当たり８ｂｉｔ（２５６値）程度の情報量を持った多値データが使用されるが、実際にそのデータを出力する側の装置では、１画素当たり１〜３ｂｉｔ程度の表現力しか持たないため、便宜上、２値以上であるが多値と呼ぶには情報量の少ないものに対して少値と表現している。

図１９に、一般的に使用されている２値化処理及び少値化処理を適用した場合のドットパターンを示す。少値化処理は、色剤の濃淡を利用した濃度変調方式と異なるサイズのドットを利用したドットサイズ変調方式、更にはその両方を合わせた方式の３つが主に使用されている。

図１９で示したようなドットによる階調表現では、基本的に制御可能なドットサイズで情報量が決定する。制御できる段階が多ければ多い程情報量が増え、原画像データに近い高品質な出力画像が得られるが、前述したように一般的な出力装置、特に最近普及著しいインクジェット記録装置等では、１〜３段階程度の制御しかできないものがほとんどである。

インクジェット記録装置は、インクジェットヘッドの圧力発生手段、例えばサーマルインクジェット方式の場合は、気泡を発生させるための発熱抵抗体であり、ピエゾ方式の場合は液室壁を変形させるための電気機械変換素子であるピエゾ素子であり、静電方式の場合には電極に与える駆動波形の駆動電圧の大きさ、パルス幅、パルス数など変化させることで、ドットサイズを変化させるが、インクの広がりなどがあるため、せいぜい、ドットサイズとしては「大滴、中滴、小滴、印字なし」の４値程度が限界である。

このドットによる階調表現におけるドットサイズの少なさは、濃度変調方式との組み合わせである程度の改善は図れるが、その分、色剤や記録ユニットの占める割合が増えるため、コストや装置のサイズから来る制約により、倍程度にしか改善することはできない。

このような１画素当たりの情報量不足を補うために、単位面積当たりのドット数を制御することで階調表現を行う手法として、一般的には中間調処理と呼ばれる擬似階調表現が用いられる。擬似階調表現は、配置されたドットの数を濃度として表現し、点の密度を変化させて多くの階調を表現する。

擬似階調表現には、ディザ法が広く用いられ、代表的なものとして組織的ディザ法がある。組織的ディザ法はＱ×Ｑ個の閾値からなるディザマトリクスを設定し、このディザマトリクスを入力画像に重ね合わせ、対応する各画素の濃淡レベルと閾値を比較し、入力画像の値の方が大きい場合は１（白）、小さい場合は０（黒）として２値表示する。ｎ×ｎ画素の処理が済んだら、順次ディザマトリクスを次のｎ×ｎ画素の位置に移動し、同じ処理を繰り返して画像を形成する。

例えば、図２０の（ａ）に示すように入力された多値画像データに対して、同図の（ｂ）に示すような所定の方法で作成されたｎ×ｎの閾値マトリクスであるディザマトリクスとの比較を行い、同図の（ｃ）に示すように、その閾値以上（あるいは以下）の値を示す画素のみをドットに置き換える手法である。

図２０ではＯＮ／ＯＦＦのみの２値について示しているが、それ以上の組み合わせを持つ少値については、図２１に示すように再現可能な階調領域を例えば小ドット、中ドット、大ドットに区分し、図２２の（ａ）〜（ｃ）に示すように、それぞれのドットサイズに応じた閾値マトリクスを適用し、それぞれを入力画像データと比較することで対応したドットへの置き換えを行うことになる。

擬似階調表現には誤差拡散法もあるが、誤差拡散法はディザ法と比べるとかなり複雑な処理となる。図２３は２値誤差拡散の手順について示したものであるが、画素毎に閾値処理を行い、その際の誤差を保持しつつ後の計算に所定の比率で反映させている。これにより、ディザ処理では強制的に切り捨てられてしまう分の情報をも出力画像にフィードバックさせることができ、解像力等の面でディザ画像を上回る品質を得ることができる。

これらのディザ法や誤差拡散法については、より高画質な出力を目指して年々高解像度化が進められてきている。これは、高解像度にすることで個々のドットのサイズや相互間距離が小さくなり、ディザ法もしくは誤差拡散法によって作成されるドットパターンが見分け辛くなるためである。パターンとして人間の目に認識できなくなれば、それは１画素で多値表現を行っているのと同義となり、最近のインクジェット記録装置では、２８８０ｄｐｉの解像度のものもある。

ところで、高解像度化によって画質面では改善されるものの、そのデメリットとして、記録ユニットにかかるコストの増加及び記録速度の低下が生じてくる。高解像度を実現するには、従来よりも小さなドットを形成する技術に加えてドット位置精度の面でもより高度な制御が必要とされ、必然的にコストが高くなり、また、１ドット当たりの被覆面積が小さくなるため、同じ構成の記録ユニットでは、より高解像の方が記録に時間がかかることになる。

ところが、実際には、速度やコストよりも高画質が要求されるケースの他に、あるレベル以上の画像品質が得られるならば速度やコストを優先する場合もあり、常に高画質のみが要求されるものではない。

しかしながら、これまでは全て高解像度化の延長で考えられており、高解像度のまま「ドット形成速度を上げる」、「記録ユニットの実装密度を上げる」というようなハードウエアによる対処法が採られている。これは、安価な装置でも画質を向上しようというアプローチではなく、あくまでも高画質記録装置における高速化を図るものである。実際、このような高速化を図った装置においては、コストや実装面積の観点から制限がかかるため、記録シーケンスそのものを変更しない限り大幅な速度向上を実現することができず、また、記録シーケンスを変更した場合には、そのままでは高解像度用の画像処理が適用できなくなるため、新たな記録シーケンスに応じた画像処理が必要となるが、従来の装置では単純な画像処理が適用されるだけで、積極的に画像品質を向上させるということは行われていない。

そこで、このような課題を解決するために、特許文献１及び特許文献２において、所定のライン基調で階調再現を行うための閾値マトリクスの作成方法が提案されている。
特開２００４−０８００６５号公報 特開２００４−１６６１６３号公報

しかしながら、これらの特許文献では、ディザマトリクスサイズは一定であるため、その大きさにより、大きければ階調性は高いが、解像力が落ち、小さければ解像力は高いが、階調性が乏しい画像となる傾向にあった。

本発明はこれらの問題点を解決するためのものであり、濃度の高い部分においては細かな階調性は目立ちにくいという特徴を利用して、階調性と解像力を両立できる階調再現方法、閾値マトリクス、画像処理方法、画像処理装置、プリンタドライバ、画像形成装置及びインクジェット記録装置を提供することを目的とする。

前記問題点を解決するために、本発明の階調再現方法は、ディザマトリクスを用いて多階調画像を各ドット２値あるいは多値の画像データに変換する。そして、本発明の階調再現方法によれば、ディザマトリクスにより多階調画像が一部の濃度において閾値化されたときに、所定方向のライン基調に形成され、かつ基調以外の部分においてはハイパスフィルタ特性を持ち、濃度に応じてハイパスフィルタ特性を持たせる範囲を異ならせることに特徴がある。よって、中間調処理後の画像において高濃度の部分は解像力が向上し、低濃度の部分は階調性が保たれることになり、階調性と解像力を両立させることができ、画像の品質を向上させることができる。

また、ハイパスフィルタ特性を持たせる範囲を高濃度の場合に小さくすることにより、中間調処理後の画像の解像力の向上を実現できる。

更に、濃度に応じてハイパスフィルタ特性を持たせる範囲を多段階に変化させることが好ましい。

また、ライン基調がＸドット毎に形成されるとしたとき、ハイパスフィルタ特性を持たせる範囲をｍＸ×ｎＸ（ｎ，ｍは正の整数）と構成としたものである。

更に、別の発明としての閾値マトリクスは、上記階調再現方法を実現する構成としたものである。

また、別の発明としての画像処理方法は、上記階調再現方法を実行する構成としたものである。

更に、別の発明としての画像処理装置は、上記画像処理方法を実行する構成としたものである。

また、別の発明としてのプリンタドライバは、上記画像処理方法を実行する構成としたものである。

更に、別の発明としての画像形成装置は、上記画像処理方法を実行し、複数のドットからなる画像を形成する。

また、画像形成装置は、インクジェット記録装置又は熱転写記録装置である。

更に、別の発明としてのインクジェット記録装置は、圧電素子の変位によって加圧液室の一部を構成する振動板を変形させ、体積変化による圧力によってインクを噴射するヘッドユニットを備え、上記画像処理方法を実行する手段を含む構成としたものである。

また、別の発明としてのインクジェット記録装置は、加圧液室に充填したインクを急加熱し膜沸騰による体積変化を利用してインクを噴射するヘッドユニットを備え、上記画像処理方法を実行する手段を含む構成としたものである。

本発明の階調再現方法によれば、中間調処理用マスクの設計を濃度に応じてハイパスフィルタ特性を考慮する範囲を変化させることで、中間調処理後の画像において、高濃度の部分は解像力が向上し、低濃度の部分は階調性が保たれることになり、階調性と解像力を両立させることができ、画像の品質を向上させることができる。

図１は本発明のインクジェット記録装置の機構部の概略斜視図であり、図２は同機構部の側面図である。図１及び図２において、インクジェット記録装置は、記録装置本体１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ１３、キャリッジ１３に搭載したインクジェットヘッドからなる記録ヘッド１４、記録ヘッド１４へのインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部２等を収納し、記録装置本体１の下方部には前方側から多数枚の用紙３を積載可能な給紙カセット（あるいは給紙トレイでもよい）４を抜き差し自在に装着することができる。また、用紙３を手差しで給紙するための手差しトレイ５を開倒することができ、給紙カセット４あるいは手差しトレイ５から給送される用紙３を取り込み、印字機構部２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ６に排紙する。

印字機構部２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド１１と従ガイドロッド１２とでキャリッジ１３を主走査方向（図２で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ１３にはイエロー（Ｙ）、シアン（ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出するインクジェットヘッドからなる記録ヘッド１４をインク滴吐出方向を下方に向けて装着し、キャリッジ１３の上側には記録ヘッド１４に各色のインクを供給するための各インクタンク（インクカートリッジ）１５を交換可能に装着している。

インクカートリッジ１５は上方に大気と連通する大気口、下方には記録ヘッド１４へインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力により記録ヘッド１４へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。このインクカートリッジ１５からインクを記録ヘッド１４内に供給する。

ここで、キャリッジ１３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド１１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド１２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ１３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１７で回転駆動される駆動プーリ１８と従動プーリ１９との間にタイミングベルト２０を張装し、このタイミングベルト２０をキャリッジ１３に固定しており、主走査モータ１７の正逆回転によりキャリッジ１３が往復駆動される。

また、記録ヘッド１４としてここでは各色のヘッドを用いているが、各色のインク滴を噴射するノズルを有する１個のヘッドとしてもよい。更に、記録ヘッド１４として用いるインクジェットヘッドは、圧電素子などの電気機機械変換素子で液室（インク流路）壁面を形成する振動板を介してインクを加圧するピエゾ型のもの、あるいは発熱抵抗体による膜沸騰でバブルを生じさせてインクを加圧するバブル型のもの、若しくはインク流路壁面を形成する振動板とこれに対向する電極との間の静電力で振動板を変位させてインクを加圧する静電型のものなどを使用することができるが、ここではピエゾ型インクジェットヘッドを用いることにする。

一方、給紙カセット４にセットした用紙３を記録ヘッド１４の下方側に搬送するために、給紙カセット４から用紙３を分離給装する給紙ローラ２１及びフリクションパッド２２と、用紙３を案内するガイド部材２３と、給紙された用紙３を反転させて搬送する搬送ローラ２４と、この搬送ローラ２４の周面に押し付けられる搬送コロ２５及び搬送ローラ２４からの用紙３の送り出し角度を規定する先端コロ２６とを設けている。搬送ローラ２４は、副走査モータ２７によってギヤ列を介して回転駆動される。

そして、キャリッジ１３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ２４から送り出された用紙３を記録ヘッド１４の下方側へ案内する印写受け部材２９を設けている。この印写受け部材２９の用紙搬送方向下流側には、用紙３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ３１、拍車３２を設け、更に用紙３を排紙トレイ６に送り出す排紙ローラ３３及び拍車３４と、排紙経路を形成するガイド部材３５、３６とを配設している。

記録時には、キャリッジ１３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１４を駆動することにより、停止している用紙３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙３を排紙する。

また、キャリッジ１３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、記録ヘッド１４の吐出不良を回復するための信頼性維持回復装置３７を配置している。信頼性維持回復装置３７は、キャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ１３は印字待機中にはこの信頼性維持回復装置３７側に移動されてキャッピング手段で記録ヘッド１４をキャッピングされ、吐出口部（ノズル孔）を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出する（パージする）ことにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。

吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段で記録ヘッド１４の吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。

次に、図３〜図７を参照して、インクジェット記録装置の記録ヘッド１４を構成するインクジェットヘッドについて説明する。なお、図３はインクジェットヘッドの分解斜視図、図４はインクジェットヘッドの液室長手方向に沿う断面図、図５は図４の要部拡大図、図６はインクジェットヘッドの液室短手方向に沿う断面図、図７はインクジェットヘッドのノズル板の平面図である。

このインクジェットヘッドは、単結晶シリコン基板で形成した流路形成基板（流路形成部材）４１と、この流路形成基板４１の下面に接合した振動板４２と、流路形成基板４１の上面に接合したノズル板４３とを有し、これらによって液滴であるインク滴を吐出するノズル４５が連通するインク流路である加圧液室４６、流体抵抗部となるインク供給路４７を介して加圧液室４６にインクを供給する共通液室４８を形成し、これらの流路形成基板４１のインクに接する面となる加圧液室４６、インク供給路４７、共通液室４８を各壁面には有機樹脂膜からなる耐液性薄膜５０を成膜している。

そして、振動板４２の外面側（液室と反対面側）に各加圧液室４６に対応して積層型の圧電素子５２を接合し、この積層型の圧電素子５２はベース基板５３に接合して固定し、この圧電素子５２の列の周囲にはスペーサ部材５４をベース基板５３に接合している。

この圧電素子５２は、図５にも示すように、圧電材料５５と内部電極５６とを交互に積層したものである。この圧電常数がｄ３３である圧電素子５２の伸縮により加圧液室４６を収縮、膨張させるようになっている。圧電素子５２に駆動信号が印加され充電が行われると、図５の矢示Ａ方向に伸長し、また圧電素子５２に充電された電荷が放電すると矢示Ａ方向と反対方向に収縮するようになっている。ベース基板５３及びスペーサ部材５４には共通液室４８に外部からインクを供給するためのインク供給口４９を形成する貫通穴を形成している。

また、流路形成基板４１の外周部及び振動板４２の下面側外縁部をエポキシ系樹脂あるいはポリフェニレンサルファイトで射出成形により形成したヘッドフレーム５７に接着接合し、このヘッドフレーム５７とベース基板５３とは図示しない部分で接着剤などを用いて相互に固定されている。更に、圧電素子５２には駆動信号を与えるために半田接合またはＡＣＦ（異方導電性膜）接合もしくはワイヤボンディングでＦＰＣケーブル５８を接続し、このＦＰＣケーブル５８には各圧電素子５２に選択的に駆動波形を印加するためのヘッド駆動回路（ドライバＩＣ）５９を実装している。

ここで、流路形成基板４１は、結晶面方位の単結晶シリコン基板を水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ）などのアルカリ性エッチング液を用いて異方性エッチングすることで、各加圧液室４６となる貫通穴、インク供給路４７となる溝部、共通液室４８となる貫通穴をそれぞれ形成している。

振動板４２は、ニッケルの金属プレートから形成したもので、エレクトロフォーミング法で製造している。この振動板４２は加圧液室４６に対応する部分に変形を容易にするための薄肉部６１及び圧電素子５２と接合するための厚肉部６２を形成するとともに、液室間隔壁６０に対応する部分にも厚肉部６３を形成し、平坦面側を流路形成基板４１に接着剤接合し、厚肉部をヘッドフレーム５７に接着剤接合している。この振動板４２の液室間隔壁に対応する厚肉部６３とベース基板５３との間には支柱部６４を介設している。この支柱部６４は圧電素子５２と同じ構成である。

ノズル板４３は、各加圧液室４６に対応して直径１０〜３０μｍのノズル４５を形成し、流路形成基板４１に接着剤接合している。ここで、複数のノズル４５が複数のドット形成手段を構成しており、図７に示すように、ノズル４５の列（ノズル列）を主走査方向に対して直交させて配置し、ノズル間のピッチは２×Ｐｎである。また、１つのヘッドには距離Ｌを隔ててノズル列を２列、各ノズル列を副走査方向にピッチＰｎだけずらして千鳥状に配置している。したがって、ピッチＰｎの画像を１回の主走査及び副走査で形成することができる。

このノズル板４３としては、ステンレス、ニッケルなどの金属、金属とポリイミド樹脂フィルムなどの樹脂との組み合わせ等からなるものを用いることができる。また、ノズル面（吐出方向の表面：吐出面）には、インクとの撥水性を確保するため、メッキ被膜、あるいは撥水剤コーティングなどの周知の方法で撥水膜を形成している。

このように構成したインクジェットヘッドにおいては、圧電素子５２に対して選択的に２０〜５０Ｖの駆動パルス電圧を印加することによって、パルス電圧が印加された圧電素子５２が積層方向に変位して振動板４２をノズル４５方向に変形させ、加圧液室４６の容積／体積変化によって加圧液室４６内のインクが加圧され、ノズル４５からインク滴が吐出（噴射）される。

そして、インク滴の吐出に伴って加圧液室４６内の液圧力が低下し、このときのインク流れの慣性によって加圧液室４６内には若干の負圧が発生する。この状態の下に、圧電素子５２への電圧の印加をオフ状態にすることによって、振動板４２が元の位置に戻って加圧液室４６が元の形状になるため、更に負圧が発生する。このとき、インク供給口４９から共通液室４８、流体抵抗部であるインク供給路４７を経て加圧液室４６内にインクが充填される。そこで、ノズル４５のインクメニスカス面の振動が減衰して安定した後、次のインク滴吐出のために圧電素子５２にパルス電圧を印加し、インク滴を吐出させる。

次に、図８を参照してインクジェット記録装置の制御部の概要を説明する。
この制御部は、この記録装置全体の制御を司るＣＰＵ（中央演算処理ユニット）８０と、所要の固定情報を格納したＲＯＭ８１と、ワーキングメモリ等として使用するＲＡＭ８２と、ホスト側から転送される画像データ（ドットデータあるいはドットパターンデータと称する。）を格納する画像メモリ（ラスタデータメモリ）８３と、パラレル入出力（ＰＩＯ）ポート８４と、入力バッファ８５と、パラレル入出力（ＰＩＯ）ポート８６と、駆動波形生成回路８７とを内部バス９０を介してそれぞれ接続されて構成し、更にヘッド駆動回路８８及びドライバ８９等を備えている。

ここで、ＰＩＯポート８４にはホスト１００のプリンタドライバ１０１側から転送される画像データなどの各種情報及びデータ、各種センサからの検知信号等が入力され、またこのＰＩＯポート８４を介してホスト１００側や操作パネル側に対して所要の情報が送出される。

また、駆動波形生成回路８７は、記録ヘッド１４の圧電素子５２に対して印加する駆動波形を生成出力する。この駆動波形生成回路８７としては、後述するように、ＣＰＵ８０からの駆動波形データをＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器を用いることで、簡単な構成で所要の駆動波形を生成出力することができる。

ヘッド駆動回路８８は、ＰＩＯポート８６を介して与えられる各種データ及び信号に基づいて、記録ヘッド１４の選択されたチャンネルの圧電素子５２に対して駆動波形生成回路８７からの駆動波形を印加する。

更に、ドライバ８９は、ＰＩＯポート８６を介して与えられる駆動データに応じて主走査モータ１７及び副走査モータ２７を各々駆動制御することで、キャリッジ１３を主走査方向に移動走査し、搬送ローラ２４を回転させて用紙３を副走査方向に所定量搬送させる。

図９〜図１１を参照して、この制御部のうちのヘッド駆動制御に係わる部分について説明する。なお、図９は同ヘッド駆動制御に係わる部分のブロック図、図１０はヘッド駆動回路のブロック図、図１１は同ヘッド駆動制御に係わる部分の作用を説明するための図である。

主制御部９１は、ホスト１００側から送られてくる印字データとしてのフォントデータ（ドットデータ）を処理して、ヘッドの並びに対応した縦横変換を行い、また、インク滴を大滴、中滴、小滴、非印字の４値を打ち分けるために必要な２ビットの駆動データＳＤを生成してヘッド駆動回路８８に出力する。

また、ヘッド駆動回路８８に対しては、この他、クロック信号ＣＬＫ、ラッチ信号ＬＡＴ、駆動波形として画像ドットを形成するサイズのドット（大滴）に対応した駆動波形、中滴に対応した駆動波形を選択するための駆動波形及び小滴に対応した駆動波形を選択するための駆動波形選択信号Ｍ１〜Ｍ３を出力する。更に、この主制御部９１はＲＯＭ８１に格納した駆動波形データを読み出して駆動波形生成回路８７に与える。

駆動波形生成回路８７は、主制御部９１から与えられる駆動波形データをＤ／Ａ変換してアナログ信号として出力するＤ／Ａコンバータ９２と、Ｄ／Ａコンバータ９２からのアナログ信号を実際の駆動電圧まで増幅する増幅器９３と、ヘッドを駆動するのに十分な電流を供給できるように電流を増幅する電流増幅器９４とを含み、例えば、図１１に示すような１駆動周期内に複数の駆動パルスを含む駆動波形Ｐｖを生成してヘッド駆動回路８８に与える。

このヘッド駆動回路８８は、図１０に示すように、主制御部９１からのクロック信号ＣＫによって駆動データＳＤを取り込むシフトレジスタ９５と、シフトレジスタ９５のレジスト値をラッチ信号ＬＡＴでラッチするラッチ回路９６と、ラッチ回路９６にラッチされた２ビットの駆動データによって駆動波形選択信号Ｍ１〜Ｍ３（ロジック信号）を選択するデータセレクタ９７と、データセレクタ９７の出力（ロジック信号）を駆動電圧レベルに変換するレベルシフタ９８と、このレベルシフタ９８の出力でオン／オフが制御されるトランスミッションゲート９９とからなる。このトランスミッションゲート９９は、駆動波形生成回路８７からの駆動波形Ｐｖが与えられ、記録ヘッド（インクジェットヘッド）１４の各ノズルに対応する圧電素子５２に接続されている。

従って、このヘッド駆動回路８８は、駆動データＳＤに応じてデータセレクタ９７により、駆動波形選択信号Ｍ１〜Ｍ３の１つが選択され、ロジック信号である選択した駆動波形選択信号Ｍ１〜Ｍ３をレベルシフタ９８により駆動電圧レベルに変換し、トランスミッションゲート９９のゲートに与える。

これにより、トランスミッションゲート９９は選択された駆動波形選択信号Ｍ１〜Ｍ３の長さに応じてスイッチングされるので、トランスミッションゲート９９が開状態になっているチャンネルに対して駆動波形Ｐｖを構成する駆動パルスが印加される。

例えば、図１１の（ａ）に示すような複数の駆動パルスを含む駆動波形Ｐｖが与えられているとき、期間Ｔ０〜Ｔ１の間だけ開状態になるトランスミッションゲート９９からは同図の（ｂ）に示すように１個の駆動パルスが出力されて圧電素子５２に印加されるので、吐出される滴の大きさは小滴となる。同様に、期間Ｔ０〜Ｔ２の間だけ開状態になるトランスミッションゲート９９からは同図の（ｃ）に示すように２個の駆動パルスが出力されて圧電素子５２に印加されるので、吐出される滴の大きさは中滴となる。更に同様に、期間Ｔ０〜Ｔ３の間だけ開状態になるトランスミッションゲート９９からは同図の（ｄ）に示すように５個の駆動パルスが出力されて圧電素子５２に印加されるので、吐出される滴の大きさは大滴となる。

このよう複数の駆動パルスを含む駆動波形を生成して、圧電素子に印加する駆動パルス数を選択することで、１つの駆動波形から小滴用、中滴用、大滴用の各波形を生成しているので、駆動波形を供給する回路、信号線が１つでよく、コスト低減、回路基板、伝送線の小型化が図れる。

次に、このインクジェット記録装置で中間調処理時に使われる本発明の中間調処理用マスクの作成方法を説明する前に、上記特許文献１及び特許文献２の「所定のライン基調で階調再現を行うための閾値マトリクスの作成方法」について概説する。

Ｂａｙｅｒ型ディザや誤差拡散処理のような中間調処理方法では、単に階調レベルと面積率の整合を取っているだけではなく、ドットの配置に偏りが生ないようにほぼ均等に配置され、配置パターンそのものも目に留まりにくい高周波特性を持つように調整されている。これらの処理を６００ｄｐｉ、１２００ｄｐｉといった高解像度記録に適用すると、ドットの配置パターンが殆ど目につかず、ドットの分布にムラも無い非常に良好な画像品質を得ることができる。

これに対して、１５０ｄｐｉ、３００ｄｐｉといった低解像度記録を行うと、高周波特性を持つように調整された処理であっても、さすがにドットの配置パターンそのものが目につくようになってくる。本来、原画像データでは１画素で表現しているところを、複数の画素を用いて表現しているため、元々の原画像にはないテクスチャーパターンが出力画像上に形成されることになる。

したがって、低解像度で良好な画像品質を得るには、整列性の良いドット配置パターンを形成し、それを各階調レベルに渡って変化させない（もしくは、変化を感じさせない）ことが必要である。そこで、ディザマトリクスは、ドット配置パターンのみですべての中間調レベルにおいて常に所定のライン基調（整列性を持ったドット配置パターン）を維持したドット再現を行うマトリクス構成とし、これにより、低解像度で１〜３ｂｉｔ程度の少値表現を行うインクジェット記録装置で記録する場合の画像品質を向上することができる。中でも、ドット径変調が可能なインクジェット記録装置に好適な印字データを得ることができるようになる。

インクジェット記録装置では、用紙の送りに合わせて記録ユニットが主走査方向移動しながら記録を行っていくが、このとき、副走査方向の紙送り精度や主走査方向のヘッド移動速度にムラが発生すると、ドットの基調と干渉して、縦横のスジとして認識されてしまうおそれがある。

そこで、人間の目は、０°や９０°（１８０°や２７０°）方向に対して感度が高く、斜め方向に対してはやや感度が鈍くなるため、垂直・水平の基調よりも斜め基調のドット配置の方が目立ち難いという特性を利用して、４５°斜め基調や１３５°斜め基調などの万線基調を用いることによって、主走査方向及び副走査方向のいずれの変動に対しても等しい効果が得られるようにする。

一般的なディザ処理では、処理機構の単純化（高速化と低コスト化のため）を目指して、同じマスクが正方形状にタイリングされて使用されるため、１階調レベル当たり１ドットや２ドットではタイリングの周期で垂直・水平等に揃ったパターンとして認識されてしまうので、１階調レベル当たり３ドット以上を同時に発生させるようにする。

例えば、斜め万線基調で再現を行う場合、図１２の（ａ）に示すように１階調レベル当たり１ドットのマスクを同図の（ｂ）に示すようにタイリングすると、同図の（ｃ）に示すような垂直・水平の格子基調となってしまう。

また、図１３の（ａ）に示すように１階調レベル当たり２ドットのマスク（これ自体は斜めにドットが配置されている）を同図の（ｂ）に示すようにタイリングすると、同図の（ｃ）に示すような斜め基調となるものの、４５°と１３５°が交わった基調となってしまう。

これに対して、図１４の（ａ）に示すように、１階調レベル当たりのドット数を３ドット以上とすることで、同図の（ｂ）に示すようにタイリングを行っても、同図の（ｃ）に示すように、一方向の斜め基調のみとなる。

次に、マスクサイズの拡大について説明する。図１５の（ａ）に示すような斜め万線基調となる基準マスクを基準として、同図の（ｂ）に示すように４ドット同時発生時のマスクを形成し、更に同図の（ｃ）に示すように基準となるマスクの１マス１マスを、必要な階調数となるように更に細かいサブマトリクスへと分割する。この際、分割するサブマトリクスは基準となるマスクと相似形の斜め万線型とすることで、基調を崩すパターンが発生するのを防ぐことができる。

例えば、同１５の（ｄ）はサブマトリクスを３×３としたもので３６階調を表現可能になる。また、同図の（ｅ）はサブマトリクス４×４としたもので６４階調を表現可能になる。なお、同図の（ｆ）に示すように２×２のマトリクスも可能であるが、２×２のマトリクスではチェッカーフラグ様の基調が階調表現の過程で発生してしまう。また、６×６以上のサブマトリクスも可能であるが、基調が荒くなり、基調そのものが目につきやすく、汚く見えてしまう。また、マトリクスのサイズが大きくなると、それだけ処理時間が必要になるという不具合もある。

そこで、サブマトリクスの最小単位を３×３、最大単位を５×５、最適には４×４の斜め万線マスクとする。

ところで、上述したような万線基調等の所定方向のライン基調に形成されるディザマトリクスを使用する場合であっても、一部の濃度において、低線数化、すなわち階調の連続性が途切れることによる画質低下が発生する場合がある。

そこで、所定方向のライン基調に形成されるようなディザマトリクスにおいて、一部の濃度における低線数化による画質の低下を解決するため、低線数化した濃度範囲部分を選定し、双方の濃度間のマトリクスのドット配置をハイパスフィルタ特性及び所定方向のライン基調を持つように改めて配置する。ここで、ハイパスフィルタ特性には、空間周波数分析による人間の視覚の空間周波数特性を適用し、空間周波数特性の低いものを抽出する。

上述した特許文献１及び特許文献２の「所定のライン基調で階調再現を行うための閾値マトリクスの作成方法」でハイパスフィルタ特性はディザマトリクスのサイズで考慮しているため、ディザマトリクスのサイズが大きな場合、階調性は高いが、解像力が落ちる画像となる傾向があり、ディザマトリクスのサイズが小さな場合は、解像力はあるが、階調性に乏しい画像となる傾向にある。

そこで、本発明ではハイパスフィルタ特性をもつ範囲を濃度に応じて変化させる。図１６〜図１８は本発明の一実施の形態例に係る階調再現方法におけるディザマトリクスの一例を示す図である。図１６〜図１８に示す例として、階調を０から２５５までの、ライン基調が５ドット毎でありサイズが４０×４０のディザマトリクスを考える。図１６に示すように、０から階調Ｘまでは、基調以外の部分のハイパスフィルタ特性はサイズ４０×４０で考慮してディザマトリクスを作成する。そして、図１７に示すように、階調Ｘ＋１から階調Ｙまでは、基調以外の部分のハイパスフィルタ特性はサイズ２０×２０で考慮してディザマトリクスを作成する。更に、図１８に示すように、階調Ｙ＋１から階調２５５までは、基調以外の部分のハイパスフィルタ特性はサイズ１０×１０で考慮してディザマトリクスを作成する。図１６〜図１８に示すように、ライン基調がＸドット毎に形成されるとすると、ハイパスフィルタ特性を持たせる範囲をｍＸ×ｎＸ（ｍ，ｎは正の整数）と構成するディザマトリクスを作成する。

このようにすることで、高濃度ではディザマトリクスのサイズが小さくなるため中間調処理後の画像の解像力の向上を実現している。即ち、本発明の階調再現方法によれば、ディザマトリクスにより多階調画像が一部の濃度において閾値化されたときに、所定方向のライン基調に形成され、かつ基調以外の部分においてはハイパスフィルタ特性を持ち、濃度に応じてハイパスフィルタ特性を持たせる範囲を異ならせている。更に、具体的には、ハイパスフィルタ特性を持たせる範囲を濃度に応じて多段階に変化させている。

なお、本発明は上記実施の形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。

インクジェット記録装置の一例を示す機構部の概略斜視図である。 図１の機構部の側面図である。 インクジェットヘッドの分解斜視図である。 インクジェットヘッドの液室長手方向に沿う断面図である。 図４の要部拡大図である。 インクジェットヘッドの液室短手方向に沿う断面図である。 インクジェットヘッドのノズル板の平面図である。 インクジェット記録装置の制御部の概要を説明するブロック図である。 制御部のヘッド駆動制御に係わる部分のブロック図である。 ヘッド駆動回路のブロック図である。 ヘッド駆動制御に係わる部分の作用を説明するための図である。 マスクが１階調レベル当たり１ドットの場合のタイリングと基調についての説明図である。 マスクが１階調レベル当たり２ドットの場合のタイリングと基調についての説明図である。 マスクが１階調レベル当たり３ドットの場合のタイリングと基調についての説明図である。 基本マトリクスからサブマトリクスへの分割の説明図である。 ハイパスフィルタ特性を持たせるサイズを４０×４０とする説明図である。 ハイパスフィルタ特性を持たせるサイズを２０×２０とする説明図である。 ハイパスフィルタ特性を持たせるサイズを１０×１０とする説明図である。 ２値化及び少値化により階調表現を行ったときに実際に配置されるドットの説明図である。 ディザ法による２値化処理ついての説明図である。 少値化処理におけるサイズ変調ドットとディザマトリクスの対応についての説明図である。 各ドットサイズのディザマトリクスの一例である。 ２値誤差拡散処理の手順についての説明図である。

符号の説明

１；記録装置本体、２；印字機構部、３；用紙、
４；給紙カセット、５；手差しトレイ、６；排紙トレイ、
１１；主ガイドロッド、１２；従ガイドロッド、
１３；キャリッジ、１４；記録ヘッド、
１５；インクカートリッジ、１７；主走査モータ、
１８；駆動プーリ、１９；従動プーリ、
２０；タイミングベルト、２１；給紙ローラ、
２２；フリクションパッド、２３；ガイド部材、
２４；搬送ローラ、２５；搬送コロ、２６；先端コロ、
２７；副走査モータ、２９；印写受け部材、３１；搬送コロ、
３２，３４；拍車、３３；排紙ローラ、
３５，３６；ガイド部材、３７；信頼性維持回復装置、
４１；流路形成基板、４２；振動板、４３；ノズル板、
４５；ノズル、４６；加圧液室、４７；インク供給路、
４８；共通液室、４９；インク供給口、５０；耐液性薄膜、
５２；圧電素子、５３；ベース基板、５４；スペーサ部材、
５５；圧電材料、５６；内部電極、５７；ヘッドフレーム、
５８；ＦＰＣケーブル、
５９；ヘッド駆動回路（ドライバＩＣ）、６０；液室間隔壁、
６１；薄肉部、６２，６３；厚肉部、６４；支柱部、
８０；ＣＰＵ、８１；ＲＯＭ、８２；ＲＡＭ、
８３；画像メモリ、８４；ＰＩＯポート、
８５；入力バッファ、８６；ＰＩＯポート、
８７；駆動波形生成回路、８８；ヘッド駆動回路、
８９；ドライバ、９０；内部バス、９１；主制御部、
９２；Ｄ／Ａコンバータ、９３；増幅器、９４；電流増幅器、
９５；シフトレジスタ、９６；ラッチ回路、
９７；データセレクタ、９８；レベルシフタ、
９９；トランスミッションゲート。

Claims (15)

1. ディザマトリクスを用いて多階調画像を各ドット２値あるいは多値の画像データに変換する階調再現方法において、
   前記ディザマトリクスにより多階調画像が一部の濃度において閾値化されたときに、所定方向のライン基調に形成され、かつ基調以外の部分においてはハイパスフィルタ特性を持ち、濃度に応じてハイパスフィルタ特性を持たせる範囲を異ならせることを特徴とする階調再現方法。
2. ハイパスフィルタ特性を持たせる範囲を高濃度の場合に小さくする請求項１記載の階調再現方法。
3. 濃度に応じてハイパスフィルタ特性を持たせる範囲を多段階に変化させる請求項１又は２に記載の階調再現方法。
4. ライン基調がＸドット毎に形成されるとしたとき、ハイパスフィルタ特性を持たせる範囲をｍＸ×ｎＸ（ｍ，ｎは正の整数）とする請求項１〜３のいずれかに記載の階調再現方法。
5. 多階調画像を各ドット２値あるいは多値の画像データに変換するための閾値マトリクスにおいて、
   多階調画像が閾値化されたときに、所定方向のライン基調に形成され、かつ基調以外の部分においてはハイパスフィルタ特性を持ち、濃度に応じてハイパスフィルタ特性を持たせる範囲を異ならせることを特徴とする閾値マトリクス。
6. ハイパスフィルタ特性を持たせる範囲を高濃度の場合に小さくする請求項５記載の閾値マトリクス。
7. 濃度に応じてハイパスフィルタ特性を持たせる範囲を多段階に変化させる請求項５又は６に記載の閾値マトリクス。
8. ライン基調がＸドット毎に形成されるとしたとき、ハイパスフィルタ特性を持たせる範囲をｍＸ×ｎＸ（ｍ，ｎは正の整数）とする請求項５〜７のいずれかに記載の閾値マトリクス。
9. 多色画像を複数の色成分に分解し、少なくとも１つの色成分の原画像を入力画像として、ディザマトリクスを用いて各ドット２値あるいは多値の画像データに変換処理する画像処理方法において、
   請求項１〜４のいずれかに記載の階調再現方法を実行することを特徴とする画像処理方法。
10. 複数のドットからなる画像を出力するための画像データを処理する画像処理装置において、
    請求項９記載の画像処理方法を実行する手段を含むことを特徴とする画像処理装置。
11. 複数のドットからなる画像を形成する画像形成装置用の画像データを処理するプリンタドライバにおいて、
    請求項９記載の画像処理方法を実行する手段を含むことを特徴とするプリンタドライバ。
12. 複数のドットからなる画像を形成する画像形成装置において、
    請求項９記載の画像処理方法を実行する手段を含むことを特徴とする画像形成装置。
13. 請求項１２記載の画像形成装置は、インクジェット記録装置又は熱転写記録装置であることを特徴とする画像形成装置。
14. 圧電素子の変位によって加圧液室の一部を構成する振動板を変形させ、体積変化による圧力によってインクを噴射するヘッドユニットを備え、請求項９記載の画像処理方法を実行する手段を含むことを特徴とするインクジェット記録装置。
15. 加圧液室に充填したインクを急加熱し膜沸騰による体積変化を利用してインクを噴射するヘッドユニットを備え、請求項９記載の画像処理方法を実行する手段を含むことを特徴とするインクジェット記録装置。

Images