JP2008207398A - 画像形成装置および不吐出ノズル検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 多数のノズルを有する液体吐出ヘッドを用いる場合であっても、不吐出ノズルを的確且つ高速に検出すること。
【解決手段】 液体吐出ヘッドにより所定の被吐出媒体上に形成された不吐出ノズル検出用のパターンであって不吐出ノズルがない正常吐出状態では被吐出媒体上に等配置間隔で配置される一方で不吐出ノズルが存在している状態では抜けが発生するパターンを、撮像素子により読み取る。ＰＬＬ（Phase Locked Loop）３０３は、撮像素子から出力された読取画像信号に基づいて、パターンの等配置間隔に対応した等時間間隔のパルス列からなる不吐出ノズル検出用のタイミング信号３１１を生成する。不吐出判定部３０７は、タイミング信号３１１に同期して読取画像信号のピークを監視することにより、液体吐出ヘッドのノズルの不吐出の有無を判定する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、複数のノズルを有する液体吐出ヘッドにより所定の被吐出媒体上に形成されるパターンを読み取って読取画像信号に基づいて不吐出ノズルを検出する画像形成装置および不吐出ノズル検出方法に関する。

複数のノズルを有する液体吐出ヘッドを用いて紙などの被吐出媒体上に画像を形成する画像形成装置の分野において、特にラインヘッドを用いる場合には、ノズルの不吐出が画像欠陥（画像の濃度ムラ、すじ等）に直結するので、ノズルの不吐出検出は重要な課題である。

不吐出ノズル検出の具体的な方法としては、被吐出媒体上に特定の画像パターンを印字して、その画像パターンを撮像素子によって読み取り、読取画像データに基づいて不吐出ノズルを検出する方法が用いられている（特許文献１、２を参照）。

また、特許文献２には、テストパターンの一部として印刷されたキャリブレーションパターンを読み取って、画像読取部の受光素子とラインヘッドのノズルとの対応関係のズレを補正するキャリブレーション部を有する印刷装置が記載されている。また、画像読取部の読取解像度は、ラインヘッドの解像度のｎ倍（ｎは、２以上の自然数）であることが記載されている。
特開２００６―１９８７９３号公報 特開２００６−６９０２７号公報

しかし、高密度記録（例えば６００ｄｐｉ以上）のラインヘッドを用いて画像形成を行う場合、従来の不吐出検出には以下のような問題が生じる。

第１に、撮像素子に対する紙等の被吐出媒体の位置関係のズレが避けられないので、ノズルの密度が高い場合、撮像素子によって得られる読取画像から各ノズルを特定することが困難であり、各ノズルを特定できるにしても複雑なデータ処理が必要となる。

第２に、ノズル数が多い（例えば６００ｄｐｉ×１２インチの場合には７２００個）ので、不吐出検出の処理に時間がかかる。特に前述の第１の問題を解決しようとしてデータ処理が複雑化すると、更に処理時間がかかる。

第３に、本来、ラインヘッド採用の目的は、高速化、すなわち単位時間あたりのプリント枚数を多くすること（プリント生産性の向上）であるが、このような目的に反して、前述のように不吐出ノズル検出に時間がかかれば、それだけプリント生産性の低下を招く。

特許文献１には、高密度記録のラインヘッドにおいて不吐出ノズルを高速に検出するための具体的な方法について、記載がない。

特許文献２に記載のものは、画像読取部の受光素子とラインヘッドのノズルとの対応関係のズレを補正するためのキャリブレーションを、不吐出ノズル検出処理とは別に行う必要があり、キャリブレーションに時間がかかれば、それだけプリント生産性の低下を招いてしまうことになる。また、実際の画像形成装置では、紙等の被吐出媒体の搬送時にスキュー（斜行）などの被吐出媒体の位置ずれが発生するが、このような被吐出媒体の位置ずれは再現するとは限らず、また、再現しても一般に位置ずれの変動量が一定ではない。したがって、たとえキャリブレーションを行ったとしても、キャリブレーション後に画像読取部の受光素子とラインヘッドのノズルとの対応関係に新たなズレが生じると、不吐出ノズルを的確に検出できなくなる。

また、特許文献２には、読取解像度をラインヘッドの解像度の２倍以上とすることが記載されているが、一般に、画像読取部の素子にはレンズ系の光学的な歪みが存在し、６００ｄｐｉ以上（８０μｍ以上）の精度で絶対位置を正確に規定することが困難なので、ノズルが高密度（例えば６００ｄｐｉ以上）で配置されている場合には、前述のキャリブレーションは実現が困難である。キャリブレーションが可能であるにせよ、そのような読取解像度の高い撮像素子は、装置コストを増大させることになる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、多数のノズルを有する液体吐出ヘッドを用いて画像形成する場合であっても、不吐出ノズルを的確且つ高速に検出することができる画像形成装置および不吐出ノズル検出方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、複数のノズルを有する液体吐出ヘッドにより所定の被吐出媒体上に形成された不吐出ノズル検出用のパターンであって不吐出ノズルがない正常吐出状態では前記被吐出媒体上に等配置間隔で配置される一方で不吐出ノズルが存在している状態ではパターン抜けが発生するパターンを、前記被吐出媒体から読み取る読取手段と、前記読取手段で生成された読取画像信号に基づいて、前記パターンの前記等配置間隔に対応した等時間間隔のパルス列からなる不吐出ノズル検出用のタイミング信号を生成するタイミング信号生成手段と、前記タイミング信号に同期して前記読取画像信号のピークを監視することにより、前記液体吐出ヘッドの前記ノズルの不吐出の有無を判定する不吐出判定手段と、を備えることを特徴とする画像形成装置を提供する。

多数（例えば１０００個）のノズルが配列された液体吐出ヘッドでは、不吐出ノズルが発生したとしても、全体のノズル数に対して不吐出ノズル数は極僅かである（最大でも１％以下であろう）。したがって、多数の正常ノズルにより形成される不吐出ノズル検出用のパターンは、被吐出媒体上にほぼ等配置間隔で配置されていることになり、本発明によれば、このようなパターンを読み取って得られた読取画像信号に基づいて不吐出ノズル検出用のタイミング信号を生成するので、各種の外乱に対して最も有効で安定したタイミング信号の生成が可能である。具体的には、媒体スキュー（被吐出媒体が媒体搬送方向に対して斜めに傾いた状態）や媒体レジずれ（被吐出媒体が媒体搬送方向に対して直交する方向において位置ずれした状態）が発生しても、的確に不吐出ノズルを検出できる。また、従来のような不吐出ノズル検出とは全く別のキャリブレーションを行う必要がないので、高速に不吐出ノズルを検出できる。

また、不吐出ノズル検出用のパターンが被吐出媒体上でほぼ等配置間隔で配置されており、不吐出ノズル検出用のタイミング信号を容易に生成できる。パターンの配置間隔をノズルピッチよりも大きくした場合、パターンの読取手段として低解像度の撮像素子を用いても、極めて高速且つ安定して、不吐出ノズルを検出できる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記タイミング信号生成手段は、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路を有し、該ＰＬＬ回路により前記タイミング信号の前記パルスを前記読取画像信号の前記ピークに同期させることを特徴とする画像形成装置を提供する。

この発明によれば、ＰＬＬを用いて不吐出検出用のタイミング信号のパルス列の周期および位相を読取画像信号のピークの周期および位相に高速に同期させることができるので、的確な不吐出ノズル検出を容易に実現できるとともにリアルタイムに近い高速の不吐出ノズル検出を実現できる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記読取手段は、その１読取サイクルである１ラインを単位とする１フレームの前記読取画像信号を生成し、１ラインに相当する前記フレーム内で前記正常吐出状態における前記ピークの周期を一定に保つとともに、ライン間に相当する前記フレーム間の時間間隔を前記ピークの前記周期の整数倍とし、前記タイミング信号生成手段は、前記フレーム間で前記タイミング信号の周期を一定に保つことを特徴とする画像形成装置を提供する。

この発明によれば、読取手段がその１読取サイクル（「１撮像サイクル」ともいう）である１ラインを単位として１フレームを形成し、複数のフレームから読取画像信号が構成される場合でも、１ライン（１読取サイクル）の先頭のパターンに対応するノズルの不吐出を的確に検出できる。

請求項４に記載の発明は、複数のノズルを有する液体吐出ヘッドにより所定の被吐出媒体上に不吐出ノズル検出用のパターンを形成する際に不吐出ノズルがない正常吐出状態では前記被吐出媒体上に等配置間隔に配置される一方で不吐出ノズルが存在している状態ではパターン抜けが発生するパターンを形成し、前記パターンを前記被吐出媒体から読み取り、前記液体吐出ヘッドの前記各ノズルの実際の吐出状態が反映された読取画像信号を生成し、前記読取画像信号に基づいて、前記パターンの前記等配置間隔に対応した等時間間隔のパルス列からなる不吐出ノズル検出用のタイミング信号を生成し、前記タイミング信号に同期して前記読取画像信号のピークを監視することにより、前記液体吐出ヘッドの前記ノズルの不吐出の有無を判定することを特徴とする不吐出ノズル検出方法を提供する。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記パターンを前記被吐出媒体上に形成する際に、前記ノズルの並び方向に平行な方向において、同一色のパターン間に他の色のパターンを配置することを特徴とする不吐出ノズル検出方法を提供する。

この発明によれば、複数色（例えば３色）について１回で不吐出ノズルを検出できるので、テストパターン（パターン群の全体である）の長さを短くできる。

本発明によれば、多数のノズルを有する液体吐出ヘッドを用いて画像形成する場合であっても、不吐出ノズルを的確且つ高速に検出することができる。

以下、添付図面に従って、本発明の実施形態について、詳細に説明する。

図１は、本発明に係る画像形成装置１０の一例のブロック図である。

ラインヘッド５０（液体吐出ヘッド）は、インクを吐出する複数のノズルを有し、これらのノズルから被吐出媒体８６に向けてインクを吐出することにより、被吐出媒体８６上に画像を形成するものである。ラインヘッド５０の具体例は、後に詳細に説明する。被吐出媒体は、紙などの記録媒体に特に限定されず、転写ベルトなどの中間媒体でもよい。

通信部９８は、ホストコンピュータ９６と通信して、被吐出媒体８６に形成しようとする所望の画像データ（以下「入力画像データ」と称する）をホストコンピュータ９６から受信する。通信部９８は、外部から入力画像データが入力される画像入力手段を構成している。入力画像データとしては、例えば、多階調画像、文字画像などが挙げられる。ホストコンピュータ９６との通信は、有線通信および無線通信のいずれで行ってもよい。なお、画像入力手段は、通信部９８に特に限定されず、メモリカード、光ディスクなどのリムーバブルメディアから入力画像データを読み取る手段を設けてもよい。入力画像データは、打滴データ生成部１００へ送られる。

打滴データ生成部１００は、入力画像データから、ラインヘッド５０の各ノズルについて、打滴の有無、大滴／小滴の選択、などを示す打滴データを生成する。打滴データは、不吐出補正用の打滴データ補正部１０１へ送られる。

打滴データ補正部１０１は、後述する不吐出ノズル検出部１１２から出力される不吐出判定信号３１３およびノズル番号信号３１４に基づいて打滴データの補正（不吐出補正）を行う。不吐出補正としては、例えば、第１に、不吐出ノズルに隣接する隣接ノズルの大滴の比率（大滴を打滴する隣接ノズル数／全隣接ノズル数）を大きくする、第２に、不吐出ノズルの隣接ノズルの打滴数を多くする、などが挙げられる。補正された打滴データは、ヘッド駆動部１０２へ送られる。

ヘッド駆動部１０２は、補正後の打滴データに基づいて、ヘッド駆動信号を生成し、ラインヘッド５０を駆動する。そうすると、ラインヘッド５０から被吐出媒体８６に向けてインクが吐出され、被吐出媒体８６上に所望の画像が形成される。

テストパターン発生部１０３は、不吐出ノズル検出用のテストパターンの打滴データを生成する。テストパターンの例としては、後に詳説する図２のテストパターン２００が挙げられる。生成されたテストパターン２００の打滴データは、ヘッド駆動部１０２へ送られて、ヘッド駆動部１０２でヘッド駆動信号となる。このテストパターン２００のヘッド駆動信号がラインヘッド５０に与えられると、ラインヘッド５０により被吐出媒体８６に向けてインクが吐出され、被吐出媒体８６上にテストパターン２００が形成される。

撮像素子１０８は、被吐出媒体８６からテストパターン２００を光学的に読み取り、読取画像信号１２０を生成する。撮像素子１０８の例としては、第１に、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）センサ、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサなど、ライン状の撮像素子（いわゆる「ラインセンサ」）が挙げられ、第２に、レーザスキャナおよびフォトダイオードからなるスキャン型の撮像素子が挙げられる。読取画像信号１２０は、不吐出ノズル検出部１１２へ送られる。

不吐出ノズル検出部１１２は、撮像素子１０８で生成された読取画像信号１２０に基づいて、ラインヘッド５０の不吐出ノズルの検出を行い、不吐出ノズル検出結果としての不吐出判定信号３１３およびノズル番号信号３１４を生成する。不吐出ノズル検出部１１２の詳細については後述する。不吐出判定信号３１３およびノズル番号信号３１４は、打滴データ補正部１０１および制御部１０５へ送られる。

制御部１０５は、画像形成装置１０の各部を統括制御する。制御部１０５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）およびその周辺回路によって構成されている。制御部１０５は、不吐出ノズル検出部１１２から出力された不吐出判定信号３１３およびノズル番号信号３１４に基づいて、ラインヘッド５０の複数のノズルのうちでどのノズルに不吐出が発生しているかを判別する。

表示部１０６は、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）によって構成されており、制御部１０５の指示に従って、各種の表示を行う。不吐出ノズル検出部１１２で不吐出ノズルが検出されたときには、制御部１０５の指示により、不吐出ノズルの発生状況を表示する。

モータ１０７は、制御部１０５の指示に従って、被吐出媒体８６を所定の媒体搬送方向（図中に矢印Ｓで示す方向である）において搬送する媒体搬送手段を構成している。

以下では、媒体搬送方向Ｓと直交する方向（図中に矢印Ｍで示す方向である）を「主走査方向」といい、媒体搬送方向Ｓを「副走査方向」ということもある。

また、以下では、撮像素子１０８としてラインセンサを用いた場合を例に説明し、図１の撮像素子１０８を「ラインセンサ」という。ラインセンサ１０８は、ラインの走査を行う形で、各ライン毎に時系列の読取画像信号１２０を出力する。

図２は、被吐出媒体８６上に形成された不吐出ノズル検出用のテストパターンの一例を示す。

図２において、テストパターン２００は、ラインヘッド５０に不吐出ノズルがない正常吐出状態で被吐出媒体８６上に形成された画像である。このテストパターン２００は、被吐出媒体８６上に２次元配列された、線分形状の複数のパターン２１（以下「線分パターン」という）によって構成されている。

複数の線分パターン２１は、ラインヘッド５０のノズル並び方向（主走査方向Ｍ）において、被吐出媒体８６上に等配置間隔で形成されている。また、各線分パターン２１は、ラインヘッド５０の同一のノズルのみによる打滴により、媒体搬送方向Ｓに沿って被吐出媒体８６上に一定区間連続して形成されている。

ラインヘッド５０に不吐出ノズルがない正常吐出状態では、図２に示すように、全ての線分パターン２１が主走査方向Ｍにおいて被吐出媒体８６上に等配置間隔で配置される。その一方で、ラインヘッド５０に不吐出ノズルが存在している不吐出ノズル発生状態では、不吐出ノズルに対応する線分パターン２１のみが被吐出媒体８６上で抜ける「パターン抜け」が発生する。

ラインヘッド５０のノズル並び方向（主走査方向Ｍ）における線分パターン２１の間隔ｄは、ラインヘッド５０のノズルピッチよりも大きい。本例では、線分パターン２１の間隔ｄは、５０ノズルピッチ以上であり、例えば５０〜１００ノズルピッチの範囲内とする。主走査方向Ｍにおいて１２００ｄｐｉのノズルピッチを有するラインヘッド５０を用いる場合、被吐出媒体８６上での線分パターン２１の間隔ｄは１〜２ｍｍとなる。

線分パターン２１の間隔の範囲について、さらに具体的に説明する。第１に、線分パターン２１の間隔ｄは、打滴の位置ばらつき（一般に数μｍ〜数１０μｍ）よりも十分に大きい。すなわち、打滴ばらつきに因り被吐出媒体８６上で線分パターン２１同士が重なることがないようにする。第２に、線分パターン２１の間隔ｄは、ラインセンサ１０８の読取解像度（例えば３００ｄｐｉのとき８０μｍ）よりも十分に大きい。すなわち、ラインセンサ１０８の読み取り結果としての読取画像信号上で線分パターン２１同士が重なることがないようにする。このような２つの条件を満たすように、テストパターン発生部１０３がテストパターンの打滴データを生成する。

ただし、線分パターン２１の間隔ｄをあまり大きくすると、ラインセンサ１０８の１ライン（１撮像サイクル）の読み取りに対応するノズル数が少なくなり、結果としてテストパターン２００が全体的に媒体搬送方向Ｓにおいて長くなってしまうので、線分パターン２１の間隔は前述した範囲が適当である。

媒体搬送方向Ｓにおける線分パターン２１の長さは、例えば数ｍｍ程度にする。１２０ｐｐｍ／Ａ４相当の印字速度とすると、媒体搬送速度は４００ｍｍ／ｓｅｃ程度になるが、例えば、ラインセンサ１０８の撮像サイクル（ＣＣＤの場合には蓄積時間）が０．５ｍｓｅｃとすると、ラインセンサ１０８の１撮像サイクル（１ライン）に必要な長さは２００μｍとなる。線分パターン２１の長さを５ｍｍとすれば、１つの線分パターン２１に対して２５回（２５ライン）の撮像が可能になるので十分である。線分パターン２１の長さは、あまり長くするとテストパターン２００が媒体搬送方向Ｓにおいて、長くなってしまうので、最大でも５ｍｍ程度が適切である。

ラインセンサ１０８によって読み取られるテストパターンにはラインヘッド５０の吐出状態が反映されているので、ラインセンサ１０８から出力される読取画像信号１２０にも、ラインヘッド５０の吐出状態が反映される。

ラインセンサ１０８の読取解像度は、画像読取の分野において一般的な、３００〜６００ｄｐｉ程度でよい。これは、前述のように、テストパターン２００を構成する複数の線分パターン２１が、低解像度で読み取っても、線分パターン２１同士が重ならず区別可能な間隔ｄで形成されているからである。

図３は、図１の不吐出ノズル検出部１１２の詳細を示すブロック図である。

図３において、Ａ／Ｄ変換器３０１は、図１のラインセンサ１０８から出力されたアナログの読取画像信号１２０のサンプリングおよび量子化を行うことにより、アナログの読取画像信号１２０を被吐出媒体８６上の濃度に比例するディジタルデータへ変換する。ここで、撮像素子１０８の各画素（受光素子）にディジタルデータの１個（例えば１バイト）を対応付けるようにサンプリングするのが一般的である。Ａ／Ｄ変換器３０１から出力されたディジタルの読取画像信号は、ピーク検出部３０２に入力される。

ピーク検出部３０２は、読取画像信号１２０のピーク（濃度ピーク）を検出し、ピークを検出したタイミングを示すピーク信号３１０を出力する。ピーク信号３１０は、ＰＬＬ（Phase Locked Loop：位相同期回路）３０３に入力される。

ＰＬＬ３０３は、ピーク信号３１０に基づいて、後述の不吐出判定部３０７で各ノズル毎の不吐出の発生の有無を判定するタイミングを示す検出タイミング信号３１１を生成する。

ＰＬＬ３０３は、位相比較器３０４と、ＬＰＦ（Low Pass Filter：低域フィルタ）３０５と、発振器３０６を有する。発振器３０６は、電圧制御により発信周波数ｆｏが可変の電圧制御発振器（ＶＣＯ：Voltage Controlled Oscillator）からなり、発振周波数ｆｏを有する出力信号（検出タイミング信号３１１）を生成し、この出力信号は位相比較器３０４に帰還入力される。位相比較器３０４は、発振器３０６の出力信号（検出タイミング信号３１１）とＰＬＬ３０３の入力信号（ピーク信号３１０）との位相差を示す位相差信号としてパルス電圧を生成し、このパルス電圧は、ＬＰＦ３０５を通り、発振器３０６の発振周波数ｆｏを制御する制御電圧となる。この制御電圧により発振器３０６の発振周波数ｆｏは、ＰＬＬ３０３の入力信号の周波数ｆｉに近づく方向に制御される。ＰＬＬ３０３の入力信号の周波数ｆｉにＰＬＬ３０３の出力信号の周波数ｆｏが一致し、且つ、ＰＬＬ３０３の入力信号の位相にＰＬＬ３０３の出力信号の位相が一致した状態をフェーズロック状態という。すなわち、ＰＬＬ３０３によって、ピーク信号３１０と周波数および位相が合った検出タイミング信号３１１が生成される。また、位相比較器３０４で生成されたパルス電圧（位相差信号）から、急峻な位相差変動成分がＬＰＦ３０５により除去されて、発振器３０６に入力される。すなわち、ピーク信号３１０のピークの位相変動が急峻であり高い周波数成分からなるときには、そのような位相変動量がＬＰＦ３０５によりカットされた位相差信号が発振器３０６に入力される。具体的には、第１に、被吐出媒体８６上のゴミや汚れなどに因りピーク信号３１０に雑音としてのピークが存在したとき、第２に、不吐出ノズル発生に因りピーク信号３１０にピーク抜けが発生したとき、ＬＰＦ３０５により位相変動量はカットされ発振器３０６に入力されない。

また、ＰＬＬ３０３の位相比較器３０４には、位相比較のオン状態とオフ状態とを切り換える位相比較制御端子３２４が設けられている。この位相比較制御端子３２４には、有効信号３１２が入力される。

ここで、ＰＬＬ３０３の構成要素として、ＶＣＯ３０６やＬＰＦ３０５などのアナログ部品を例として示したが、ディジタル部品を用いてＰＬＬ３０３を構成してもよい。例えば、ＶＣＯの代りにＤＣＯ：Digital Control Oscillatoryを用い、ＬＰＦの代りにディジタルフィルタを用いる。

不吐出判定部３０７は、検出タイミング信号３１１に基づいてピーク信号３１０をサンプリングすることにより、正常吐出状態では被吐出媒体８６上に形成されるべき全ての線分パターン２１について実際のパターン抜けの有無を判定し、ラインヘッド５０の各ノズル毎に不吐出の有無を示す不吐出判定信号３１３を出力する。すなわち、不吐出判定部３０７は、検出タイミング信号３１１に同期して読取画像信号１２０のピークを監視することにより、ラインヘッド５０の各ノズル毎に不吐出の有無を判定する。

また、不吐出判定部３０７には、不吐出判定のオン状態とオフ状態とを切り換える判定制御端子３２７が設けられている。この判定制御端子３２７には、有効信号３１２が入力される。

ノズル番号カウンタ３０８は、検出タイミング信号３１１に基づいてノズル番号をカウントし、ノズル番号信号３１４を出力する。

また、ノズル番号カウンタ３０８には、ノズル番号のカウントのオン状態とオフ状態とを切り換えるカウント制御端子３２８が設けられている。このカウント制御端子３２８には、有効信号３１２が入力される。

有効信号生成部３０９は、制御部１０５の指示に従い、ラインセンサ１０８の撮像状況に応じて有効信号３１２を生成する。有効信号３１２は、読取画像信号１２０によって示される読取画像のうちで線分パターン２１の画像が含まれている領域（有効パターン領域）を示す。すなわち、読取画像信号１２０の不吐出検出に有効な期間（不吐出検出有効期間）を示す。このような有効信号３１２は、ラインセンサ１０８と被吐出媒体８６上の線分パターン２１との位置関係と、ラインセンサ１０８の読取画像信号１２０の各ライン毎の出力タイミングとに基づいて、生成される。生成された有効信号３１２は、ＰＬＬ３０３の位相比較器３２４の位相比較制御端子３２４と、不吐出判定部３０７の判定制御端子３２７と、ノズル番号カウンタ３０８のカウント制御端子３２８に入力される。

なお、図３では、有効信号生成部３０９を不吐出ノズル検出部１１２内に設けた場合を例に示したが、ラインセンサ１０８内に設けてもよいし、別個に設けてもよい。

次に、図３の不吐出ノズル検出部１１２の動作について説明する。

図２に示す不吐出検出用のテストパターン２００は、図１のラインヘッド５０に不吐出ノズルが全く無い正常吐出状態で被吐出媒体８６上に形成された複数の線分パターン２１から構成されており、複数の線分パターン２１が、媒体搬送方向Ｓと直交する方向（主走査方向Ｍ）において等配置間隔で形成されている。このような正常吐出状態のテストパターン２００を読み取ったラインセンサ１０８から出力される読取画像信号１２０には、図６（Ａ）に示すように、ピーク２２（濃度ピーク）が等時間間隔Ｔｐで現れる。

図４（Ａ）は、不吐出ノズル発生状態のテストパターン２００であって媒体スキューおよび媒体レジずれが発生した状態を示し、図４（Ｂ）は、正常吐出状態のテストパターン２００であって媒体スキューおよび媒体レジずれがない状態を示す。

ラインヘッド５０に不吐出ノズルが発生すると、図４（Ａ）に示すように、不吐出ノズルに対応する線分パターン２１が抜けたパターン抜け４２１が発生する。このようなパターン抜け４２１を有するテストパターン２００を読み取ったラインセンサ１０８から出力される読取画像信号１２０には、図６（Ｂ）に示すように、ピーク抜け６２２が発生してピーク２２の周期が不規則になり、すなわちピーク２２が等時間間隔ではなくなるので、ピーク検出部３０２から出力されるピーク信号３１０にはパルス抜けが発生する。

媒体スキューが発生すると、図４（Ａ）に示すように、被吐出媒体８６が媒体搬送方向Ｓに対して斜めに傾くことにより、線分パターン２１が媒体搬送方向Ｓ（ラインセンサ１０８の長手方向と直交する方向）に対して斜めに傾く。

媒体レジずれが発生すると、図４（Ａ）に示すように、ラインセンサ１０８の一端部と先頭の線分パターン２１との距離ｒｅが、図４（Ｂ）に示す正常時の距離ｒｃに対して、主走査方向Ｍにおいてずれる。

媒体スキューが発生したときには、図５（Ａ）に示すように、設計上のピーク２３に対して読取画像信号１２０のピーク２１に周期ずれ（すなわち周波数ずれ）が発生する。また、媒体レジずれが発生したときには、図５（Ｂ）に示すように、設計上のピーク２３に対して読取画像信号１２０のピーク２１に位相ずれが発生する。これらのように読取画像信号１２０のピーク２１に周期ずれ（周波数ずれ）や位相ずれが発生すると、ピーク検出部３０２から出力されるピーク信号３１０のパルスにも周期ずれ（周波数ずれ）や位相ずれが発生することになる。

図６（Ａ）は、媒体スキュー及び媒体レジずれが発生したときにラインセンサ１０８から出力される読取画像信号１２０、および、ＰＬＬ３０３の発振器３０６で初期に生成される検出タイミング信号３１１の一例を示す。この初期の検出タイミング信号３１１は、ＰＬＬ３０３の発振器３０６に設計上の発振周波数を設定して生成した。すなわち、図６（Ａ）に示す検出タイミング信号３１１のパルス２４の周期Ｔｄは、設計上のピーク周期に設定されている。

図６（Ａ）において、読取画像信号１２０の濃度ピークの周期Ｔｐと検出タイミング信号３１１の周期Ｔｄとの間に媒体スキューに起因した不一致（Ｔｒ≠Ｔｄ）が生じ、且つ、媒体レジずれに起因した位相ずれも生じている。このような不一致状態が生じても、図３のＰＬＬ３０３の機能により、図６（Ｂ）に示すように、読取画像信号１２０のピーク２２の周期ＴｐにＰＬＬ３０３の発振器３０６で生成される検出タイミング信号３１１のパルス２４の周期Ｔｄが一致し（Ｔｐ＝Ｔｄ）、且つ、位相も一致することになる。すなわち、ＰＬＬ３０３のフィードバック制御により、検出タイミング信号３１１がピーク信号３１０に追従する。

また、被吐出媒体８６上のゴミや被吐出媒体の汚れなどに起因して、読取画像信号１２０に期待しないピークがノイズとして入ることにより、ＰＬＬ３０３の位相比較器３０４の出力信号（位相差信号）に急峻な位相差変動成分が混入しても、そのような急峻な位相差変動成分は、ＰＬＬ３０３のＬＰＦ３０５により除去される。不吐出ノズルに起因して、図６（Ｂ）に示すように、読取画像信号１２０にピーク抜け６２２が生じ、ＰＬＬ３０３の位相比較器３０４の出力信号（位相差信号）に急峻な位相差変動成分が混入しても、そのような急峻な位相差変動成分は、ＰＬＬ３０３のＬＰＦ３０５により除去される。

図７は、撮像素子１０８から出力される読取画像信号１２０、有効信号生成部３０９から出力される有効信号３１２、ＰＬＬ３０３から出力される検出タイミング信号３１１、ノズル番号カウンタ３０８から出力されるノズル番号信号３１４、および、不吐出判定部３０７から出力される不吐出判定信号３１３の例を示す。

図２に示すように、ラインセンサ１０８は、被吐出媒体８６の画像形成面を主走査方向沿って１ライン毎に撮像して、読取画像信号１２０を生成する。このようなラインセンサ１０８により生成される読取画像信号１２０は、図８に示すように、時系列の複数のフレーム１２によって構成されている。ラインセンサ１０８の１撮像サイクルである１ラインに対してひとつのフレーム１２が割り当てられる。すなわち、読取画像信号１２０の各１フレーム毎にひとつの有効期間が存在し、先頭フレームよりも前、フレーム間（ライン間）、および、最終フレームよりも後は、無効期間ということになる。具体的には、有効信号生成部３０９により、各フレーム１２の開始時点（１ラインの先頭に対応する時点である）に有効信号３１２がオフ状態からオン状態に切り換わり、また、各フレーム１２の終了時点（１ラインの末尾に対応する時点である）に有効信号３１２がオン状態からオフ状態に切り換わる。

読取画像信号１２０の先頭フレームよりも前では、ＰＬＬ３０３の発振器３０６に設計上のピーク周波数が発振周波数として設定されている。以前の読取画像信号で設定されていた発振周波数を保持しておき用いてもよい。

ＰＬＬ３０３は、有効信号３１２がオン状態である有効期間のみ、フィードバック制御を行って、検出タイミング信号３１１の周期および位相をピーク信号３１０に同期させる。ＰＬＬ３０３は、有効信号３１２がオフ状態である無効期間には、フィードバック制御を行わず、これによりＰＬＬ３０３の発振器３０６は一定の周波数および位相で発振する。これには、有効信号３１２によってＰＬＬ３０３の位相比較器３０４の動作を制御し、無効期間では、検出タイミング信号３１１をピーク信号３１０に追従させないようにすればよい。

不吐出判定部３０７は、有効信号３１２がオン状態である有効期間のみ、ピーク信号３１０をサンプリングして不吐出判定を行う。このようにすることで、不吐出判定部３０７は、各撮像サイクルとしての各ライン（各フレーム）の最初の濃度ピークを精度よく検知することができ、的確に不吐出判定できる。

ノズル番号カウンタ３０８は、有効信号３１２がオン状態である有効期間のみ、検出タイミング信号３１１をカウントして、ノズル番号をカウントする。

図９は、読取画像信号１２０のフレーム１２間において検出タイミング信号３１１を位相合わせする処理の一例を説明するための説明図である。

図９において、検出タイミング信号３１１を構成しているパルス２４の時間間隔（周期）は時系列において略等しい。実際には、媒体スキューなどに応じてパルス２４の周期が変動するが、その変動は緩やかである。有効信号３１２がオフ状態からオン状態に切り換わった直後の検出タイミング信号３１１の最初のパルス２４は、いずれのフレーム１２においても位相が同じとなるように合わせる。読取画像信号１２０がラインセンサ１０８の１ライン読み取りに対して読取画像信号がひとつのフレーム１２が生成される場合（すなわち１フレーム／ラインの場合）には、ひとつのラインの最後の線分パターン２１に対応するピーク２２の検出タイミングと、次ラインの最初の線分パターン２１に対応するピーク２２の検出タイミングとで、位相を合わせる。

このようなフレーム１２間の位相合わせを行う方法としては、第１に、フレーム１２間の時間間隔が読取画像信号１２０のピーク２２の周期の整数倍となるように、ラインセンサ１０８のフレーム１２の出力タイミングを設定する態様がある。具体的には、図１の制御部１０５がラインセンサ１０８に対してフレーム２１間の時間間隔を指示し、ラインセンサ１０８がフレーム１２間の時間間隔を調整する。ここで、ピーク２２の周期は、ラインヘッド５０に不吐出ノズルがない正常吐出状態での読取画像信号１２０のピーク２２の周期（すなわち等配置間隔で配置されている線分パターン２１のその配置間隔に対応した時間間隔）である。第２に、フレーム２１間の時間間隔が読取画像信号１２０のピーク２２の周期の整数倍となるように、線分パターン２１の配置位置を設定する態様がある。

なお、図２に示すテストパターン２００は、一色（例えば黒）のインクで形成される場合に特に限定されない。複数のラインヘッド５０（例えば、シアンインク吐出用のヘッド、マゼンタインク吐出用のヘッド、イエロインクの吐出ヘッド）を用いて、被吐出媒体８６に向けて複数色のインクを吐出し、複数の各色毎の線分パターン２１（例えば、シアンの線分パターン、マゼンタの線分パターン、イエロの線分パターン）からなるテストパターン（カラーテストパターン）を、被吐出媒体８６上に形成するようにしてもよい。

具体的には、図１のテストパターン発生部１０３がカラーテストパターン用の打滴データが生成することにより、被吐出媒体８６上にカラーテストパターンが形成される。

このようなカラーテストパターンを用いる場合、被吐出媒体８６上の主走査方向（ノズルの並び方向に平行な方向である）において、ある色（例えばシアン）のパターン間に、他の色（例えばマゼンタ、イエロー）のパターンを配置することが、好ましい。これにより、３色分の不吐出ノズル検出をひとつのテストパターンで行うことができるので、テストパターンが短くなる。図１のラインセンサ１０８としては、カラー読取可能な周知の撮像素子（カラー撮像素子）を用いる。カラー撮像素子は、複数の各色毎の線分パターン２１（例えばシアンの線分パターン、マゼンタの線分パターン、イエロの線分パターン）を、１ラインで同時読み取りし、カラーの読取画像信号を出力する。カラー撮像素子を用いれば、容易に、各色毎の信号を分けて取り出すことができる。

また、ラインセンサ１０８からの出力信号（アナログ信号）に対して、ラインセンサ１０８の画素数と一致するサンプリングを行ってディジタル化しその後の処理を行うのが一般的であるが、サンプリング後のディジタル信号を、さらに細かい周波数で再度サンプリング（サブサンプリング）してもよく、こうすれば、最初のサンプリング間隔よりも高い時間精度が得られるので、それにより検出タイミング信号の生成を行えば、さらに検出タイミングを高精度にできる。

なお、ラインセンサ１０８により撮像素子を構成した場合を例に説明してきたが、本発明はラインセンサを用いる場合に特に限定されず、スキャン型の撮像素子を用いた場合にも適用できる。

図１０（Ａ）は、ラインヘッド５０（以下単に「ヘッド」と称する）の一例の全体構成を示す平面透視図である。

図１０（Ａ）に一例として示すヘッド５０は、いわゆるフルラインヘッドであり、被吐出媒体８６の搬送方向（図１０（Ａ）中に矢印Ｓで示す副走査方向）と直交する方向（図中に矢印Ｍで示す主走査方向）において、被吐出媒体８６の幅Ｗｍに対応する長さにわたり、被吐出媒体８６に向けてインクを打滴する多数のノズル５１（液体吐出口）を２次元的に配列させた構造を有している。

ヘッド５０は、液体を吐出するノズル５１、ノズル５１に連通する圧力室５２、圧力室５２へ液体を供給するための液体供給口５３などを含んでなる複数の液体吐出素子５４が、主走査方向Ｍおよび主走査方向Ｍに対して所定の鋭角θ（０度＜θ＜９０度）をなす斜め方向の２方向に沿って配列されている。なお、図１０（Ａ）では、図示の便宜上、一部の液体吐出素子５４のみ描いている。

ノズル５１は、具体的には、主走査方向Ｍに対して所定の鋭角θをなす斜め方向において、一定のピッチｄで配列されており、これにより、主走査方向Ｍに沿った一直線上にｄ×ｃｏｓθの間隔で配列されたものと等価に取り扱うことができる。

図１０（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った垂直断面を、図１０（Ｂ）に示す。

図１０（Ｂ）において、ヘッド５０は、液体を吐出するノズル５１と、ノズル５１に連通し液体が充填される圧力室５２と、圧力室５２へ液体を供給するための液体供給口５３と、液体供給口５３を介して圧力室５２に連通する共通流路５５と、圧力室５２内の圧力を変化させる圧電アクチュエータ５８を含んで構成される。

なお、図１０（Ｂ）には、図示の便宜上、ひとつの液体吐出素子５４のみ描かれているが、ヘッド５０は、実際には、図１０（Ａ）に示したように２次元配列された複数の液体吐出素子５４によって構成されている。ひとつの液体吐出素子５４は、具体的には、ノズル５１、圧力室５２、液体供給口５３、および、圧電素子５８を、それぞれひとつずつ有する。すなわち、ヘッド５０は、実際には、複数のノズル５１、複数の圧力室５２、複数の液体供給口５３、および、複数の圧電素子１０を備えている。

ヘッド５０は、ノズル５１が形成されているノズル板５０１を、圧力室５２などが形成されている圧力室板５０２に接合して、構成されている。すなわち、ノズル板５０１の一方の面は、図１０（Ａ）に示すようにノズル５１が２次元配列されたノズル面５０１ａとなっており、ノズル板５０１の他方の面は、圧力室板５０２に接合された接合面５０１ｂとなっている。

圧力室板５０２には、圧力室５２と、液体供給口５３と、共通流路５５が形成されている。

圧力室板５０２のノズル板５０１との接合面５０１ｂとは反対側の面には振動板５６が接合されており、圧力室５２の上面板を構成している。振動板５６上には、圧電アクチュエータ１０が形成されている。

なお、図１のラインヘッド５０は、図１０（Ａ）および（Ｂ）に示したものに特に限定されない。

本発明は、本明細書において説明した例や図面に図示された例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の設計変更や改良を行ってよいのはもちろんである。

本発明に係る画像形成装置の一例のブロック図 不吐出ノズル検出用のテストパターンの一例を示す図 不吐出ノズル検出部の一例の詳細を示すブロック図 （Ａ）不吐出ノズル発生状態で形成されたテストパターンであって媒体スキューおよび媒体レジずれがない状態を示す説明図、（Ｂ）正常吐出状態で形成されたテストパターンであって媒体スキューおよび媒体レジずれが発生した状態を示す説明図 （Ａ）読取画像信号のピークの周期ずれの説明に用いる説明図、（Ｂ）読取画像信号のピークの位相ずれの説明に用いる説明図 （Ａ）読取画像信号に対して周期および位相がずれている初期の検出タイミング信号を示す説明図、（Ｂ）読取画像信号に追従して周期および位相が一致した検出タイミング信号を示す説明図 不吐出ノズル検出処理の流れの説明に用いる説明図 複数のフレームからなる読取画像信号を示す説明図 フレーム間の位相合わせの説明に用いる説明図 （Ａ）は液体吐出ヘッドの一例の全体構成を示す平面透視図、（Ｂ）はその液体吐出ヘッドのＢ−Ｂ線に沿った断面図

符号の説明

２１…線分パターン（パターン）、２２…読取画像信号のピーク、２３…設計上のピーク、２４…検出タイミング信号のパルス、５０…ラインヘッド（液体吐出ヘッド）、８６…被吐出媒体、１００…打滴データ生成部、１０１…打滴データ補正部、１０２…ヘッド駆動部、１０３…テストパターン発生部、１０５…制御部、１０６…表示部、１０７…媒体搬送用のモータ、１０８…ラインセンサ（撮像素子）、１１２…不吐出ノズル検出部、１２０…読取画像信号、２００…テストパターン、３０１…Ａ／Ｄ変換器、３０２…ピーク検出部、３０３…ＰＬＬ（位相同期回路）、３０４…位相比較器、３０５…ＬＰＦ（低域フィルタ）、３０６…発振器（電圧制御発振器）、３０７…不吐出判定部、３０８…ノズル番号カウンタ、３０９…有効信号生成部、３１０…ピーク信号、３１１…検出タイミング信号、３１２…有効信号、３１３…不吐出ノズル検出信号、３１４…ノズル番号信号

Claims (5)

1. 複数のノズルを有する液体吐出ヘッドにより所定の被吐出媒体上に形成された不吐出ノズル検出用のパターンであって不吐出ノズルがない正常吐出状態では前記被吐出媒体上に等配置間隔で配置される一方で不吐出ノズルが存在している状態ではパターン抜けが発生するパターンを、前記被吐出媒体から読み取る読取手段と、
   前記読取手段で生成された読取画像信号に基づいて、前記パターンの前記等配置間隔に対応した等時間間隔のパルス列からなる不吐出ノズル検出用のタイミング信号を生成するタイミング信号生成手段と、
   前記タイミング信号に同期して前記読取画像信号のピークを監視することにより、前記液体吐出ヘッドの前記ノズルの不吐出の有無を判定する不吐出判定手段と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記タイミング信号生成手段は、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路を有し、該ＰＬＬ回路により前記タイミング信号の前記パルスを前記読取画像信号の前記ピークに同期させることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記読取手段は、その１読取サイクルである１ラインを単位とする１フレームの前記読取画像信号を生成し、１ラインに相当する前記フレーム内で前記正常吐出状態における前記ピークの周期を一定に保つとともに、ライン間に相当する前記フレーム間の時間間隔を前記ピークの前記周期の整数倍とし、
   前記タイミング信号生成手段は、前記フレーム間で前記タイミング信号の周期を一定に保つことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 複数のノズルを有する液体吐出ヘッドにより所定の被吐出媒体上に不吐出ノズル検出用のパターンを形成する際に不吐出ノズルがない正常吐出状態では前記被吐出媒体上に等配置間隔に配置される一方で不吐出ノズルが存在している状態ではパターン抜けが発生するパターンを形成し、
   前記パターンを前記被吐出媒体から読み取り、前記液体吐出ヘッドの前記各ノズルの実際の吐出状態が反映された読取画像信号を生成し、
   前記読取画像信号に基づいて、前記パターンの前記等配置間隔に対応した等時間間隔のパルス列からなる不吐出ノズル検出用のタイミング信号を生成し、
   前記タイミング信号に同期して前記読取画像信号のピークを監視することにより、前記液体吐出ヘッドの前記ノズルの不吐出の有無を判定することを特徴とする不吐出ノズル検出方法。
5. 前記パターンを前記被吐出媒体上に形成する際に、前記ノズルの並び方向に平行な方向において、同一色のパターン間に他の色のパターンを配置することを特徴とする請求項４に記載の不吐出ノズル検出方法。

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