JP2009241603A - 堆積高さの差を補償するための画像印刷方法 - Google Patents

Abstract

【課題】堆積高さの差を補償するための画像印刷方法を提供することを目的とする。
【解決手段】媒体巻き出し用ロールから供給される媒体上に画像を印刷する方法であって、（ａ）媒体を媒体巻き出し用ロールから印刷デバイスへと送給方向に送給するステップと、（ｂ）印刷デバイスを使って、少なくとも１つの画像を媒体上に印刷するステップと、（ｃ）印刷された媒体を巻き取り用ロールで受け取るステップと、（ｄ）少なくとも１つ画像の堆積高さの差を判定するステップと、（ｅ）判定された堆積高さの差に応答して、媒体上に印刷される後続の画像を修正するステップと、を含むことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本願で開示する実施例は、インク印刷の分野に関し、特に巻き取り式(roll-to-roll)媒体印刷の利用分野に関する。

巻き取り式印刷は一般に、１本の長い媒体上に複数の画像を生成するために使用される。巻き取り式印刷では、印刷基板の形態の長い媒体が巻き出し用ロール(input roll)から印刷デバイスに送給される。印刷デバイスは基板上に画像を印刷し、その後、この基板は巻き取り用ロール(output roll)へと送給される。

巻き取り式印刷の利用分野の１つが、軟包装産業（フレキシブルパッケージング: flexible packaging）（例えば、チップスその他のスナックのパッケージ）である。軟包装の利用分野の中には、ごく薄いフィルムの上に印刷が行われるものがある。基板上に印刷されたインク層の厚さが厚い（例えば、インク層の厚さが基板の厚さに近い）と、巻き取り用ロールの歪みを生じさせ、これが通常の動作の障害となることがある。特に、印刷されたインクの累積堆積高さ(cumulative pile height)がロール全体を通じて相対的に一定していないと、巻き取り用ロールの片側または一部のバランスが悪い状態となりうる。例えば、基板の右側に印刷される画像に多くの内容が含まれ、同じ基板の左側に印刷される画像には限られた内容しか含まれないと、基板の右側において累積堆積高さがより大きくなり、巻き取り用ロールは、右側が最終的にその左側より大きな円周となる。さらに、ロールの右側は緊張する傾向があり、その一方でロールの左側は弛緩する傾向がある。巻き取り式印刷において一般的であるように、同じまたは類似の画像が反復的に印刷される場合、この反復により、巻き取り用ロールでの堆積高さの問題が大きくなる。巻き取り用ロールの歪みは、印刷工程およびその下流の包装工程の両方において問題を生じさせる。

米国特許第５７５４３０２号明細書 米国特許第６２０３９５３号明細書

上記を鑑み、堆積高さの差を補償するための画像印刷方法を提供することが有益であろう。

長い媒体上に複数の画像を印刷する方法は、媒体を媒体巻き出し用ロールから印刷デバイスに送給するステップを含み、印刷デバイスでは画像が媒体上に印刷される。画像が媒体上に印刷されると、媒体は巻き取り用ロールに供給される。この方法はさらに、少なくとも１つの初期画像に関して、印刷された媒体上の堆積高さの差を判定するステップを含む。判定された堆積高さの差に基づいて、媒体上に印刷される後続の画像が修正される。後続の画像は、判定された堆積高さの差に基づいて修正される。

本発明によれば、堆積高さの差を補償するための画像印刷方法を提供することができる。

堆積高さの差を補償するように構成された、巻き取り式印刷の利用例を示す図である。 堆積高さの差を最小限にする際に、図１の印刷デバイスにより行われる各種の計算を示す図である。 堆積高さの差を最小限にするために、その上に各種の画像が平行移動された基板を示す図である。 堆積高さの差を最小限にするために、その上に各種の画像が回転された基板を示す図である。 堆積高さの差を最小限にするために、その上にパッチが設けられた基板を示す図である。 複数の堆積高さセンサと閉ループ制御手段を備える、図１の巻き取り式印刷の利用例の別の実施例を示す図である。

図１を参照すると、包装用の巻き取り式印刷システム１０が示されている。巻き取り式印刷システム１０は、コンピュータワークステーション１２、印刷デバイス１４、媒体巻き出し用ロール１６、媒体巻き取り用ロール１８を備える。媒体巻き出し用ロール１６は長い媒体基板２０を有し、媒体基板２０は印刷デバイス１４へと送給方向２２に送給される。印刷デバイスが基板２０上に画像を印刷すると、基板は巻き取り用ロール１８に送給される。

巻き取り式印刷システム１０を使って反復的に印刷されるべき１つまたは複数の画像は、コンピュータワークステーション１２において作成および／または記憶される。コンピュータワークステーション１２はまた、媒体基板２０上に印刷された場合の画像の予定レイアウトに関する情報を含む。画像データとレイアウトデータを含むデジタル包装データが、ワークステーションから印刷デバイス１４に送られる。

印刷デバイス１４は、コントローラ２４とマーキングシステム３０を備えるデジタルプリンタである。コントローラ２４はプロセッサ２６を備え、このプロセッサ２６は、コンピュータワークステーション１２から受け取ったデジタル包装データを処理し、基板２０上のどこに、いつ、印刷すべきかをマーキングシステム３０に指示するように構成されている。マーキングシステム３０は、基板２０上に所望の画像を形成するために、基板にマーキング材料を供給するように構成されたコンポーネントを有する。したがって、マーキングシステム３０は、例えば、インクを供給するための印刷ヘッド、トナーを供給するための感光画像形成(imaging)ドラムあるいは、着色剤を基板に供給するように構成されたその他のデバイスその他を備えていてもよい。「マーキング材料」という用語は、基板上に載置されるべき材料を指し、これらは例えば、インク、トナーまたはその他の材料である。「着色剤」という用語は、例えば顔料、染料、これらの混合物を指し、これらは、染料の混合物、顔料の混合物、染料と顔料の混合物、その他である。

前述のように、印刷された画像の上のあちこちの地点で、基板２０に供給された着色剤は、基板２０の表面から立ち上がる、特定の堆積高さを有する。しかしながら、画像全体を通じて堆積高さが著しく異なると、大きな堆積高さの差によって巻き取り用ロール１８の歪みが生じる。コントローラ２４は、印刷された画像における堆積高さの差を監視し、このような堆積高さの差の影響を、基板上に印刷された画像を調整することによって軽減するように構成される。

少なくとも１つの実施例において、コントローラ２４は、基板２０の上に印刷された画像の位置を調整することによって、印刷画像における堆積高さの差の影響を軽減するように構成される。従来の面付けの原理にしたがい、コントローラは、基板の大きさと、打ち抜き等の仕上げ作業の設計と複雑さを考え、廃棄部分を最小限にし、できるだけ多くの画像を基板上に面付けするように構成される。しかしながら、コントローラ２４はまた、送給方向２２に沿って、および／または送給方向２２を横切って、基板上に印刷された画像の堆積高さを比較的均一に保持することにより、巻き取り用ロール１８を比較的均一に保つようにも構成される。

比較的均一な堆積高さを維持するために、コントローラ２４はまず、印刷されるべき１つまたは複数の画像について、印刷される高さのプロファイルを計算する。これは、画像の上のいずれかの地点における画像堆積高さを推測することによって行うことができる。いずれかの画素位置における画像の画素の高さは、画素の高さが一般に、画素値（つまり、色分解の各レベルの数値）に関して一定であると仮定することによって推測できる。例えば、各画像画素位置での画像ベクトルおよび／または各色分解についての画像値を考え、また特定の印刷工程またはデバイスを考え、堆積高さの比例定数が経験的に計算される。この情報を用いて、画素値から堆積高さへの変換行列を決定できる。あるいは、単純なルックアップテーブルを作成して、いずれかの特定の画素位置における堆積高さを判定してもよい。どちらの場合も、印刷された画像について、いずれかの画素位置における堆積高さの推測値が得られる。

ある画像のさまざまな画素位置における堆積高さの推測値を用いて、コントローラ２４は、１つまたは複数の画像に関する堆積高さの差を判定できる。堆積高さの差は、２つまたはそれ以上の異なる位置における堆積高さ（つまり累積堆積高さ）の違いの何らかの指標となる、単純な測定値である。堆積高さの差は、１つまたは複数の画像について、送給方向に垂直な横方向あるいは送給方向に平行な方向に判定される。例えば、図２に示すように、送給方向に垂直な方向の画素の各ライン（つまり、印刷された画素の各行）について、堆積高さの差の平均平方が計算される。したがって、コントローラ２４は、各印刷行について、以下の計算を行う。
Σ_i（ｐ_ij−￣ｐ_ij）²
ここで、ｐ_ijは、ある行の中の各画素に関する各堆積高さであり、
￣ｐ_ijは、その行の平均堆積高さである。

この総和値は、ある行（つまり、ロールの軸に沿った１行）における堆積高さのばらつきが相対的に大きいか小さいかを示す堆積高さの差を示す。比較的平滑な行の場合は、総和値が小さく、これはその行を通じた堆積高さのばらつきが小さいことを示す。比較的でこぼこな行の場合、総和値は大きく、これはその行を通じた堆積高さのばらつきが大きいことを示す。したがって、コントローラ２４は、ある特定の行が、巻き取り用ロールの歪みの原因となりうる大きな堆積高さの差か、あるいは巻き取り用ロールの歪みの原因となる可能性が低い小さな堆積高さの差のどちらを有するか（あるいは有することになるか）を監視するように構成される。

各行の堆積高さの差を監視することに加え、コントローラ２４はまた、送給方向に平行な２つまたはそれ以上のラインに沿って（つまり、印刷された画素の複数の列に沿って）累積堆積高さの差を監視してもよい。行における堆積高さの差が、ロールが軸に沿ってどれだけ平滑かを示すのに対し、行に垂直な（つまり、送給方向に平行な）列に沿った累積堆積高さの差は、ロールがどれだけ円筒状かを示す。ロールが円筒状でなく、極度な楕円状となる、またはその他の状態に歪められる場合、巻き取り式動作は支障を受ける。したがって、少なくとも１つの実施例において、２つまたはそれ以上の列の累積堆積高さが測定される。図２の実施例では、３列の累積堆積高さが計算される。図２に示すように、コントローラは以下の計算を行う。
Ｈ₁＝Σ_i1jｐ_ij
Ｈ₂＝Σ_i2jｐ_ij
Ｈ₃＝Σ_i3jｐ_ij
ここで、Ｈ_iは、ある列の累積堆積高さを示す。

累積堆積高さを計算した後、コントローラは累積堆積高さを比較して、列に関する累積堆積高さの差を判定する。具体的には、コントローラは次式に従って累積堆積高さの差を計算する。
Σ_i（Ｈ_i−￣Ｈ_i）²
ここで、￣Ｈ_iは、すべての列の平均累積堆積高さを示す。

ロールの幅に応じて、累積堆積高さを最小限にするために、２つまたはそれ以上の地点が選択されることがわかるであろう。狭いウェブの場合は２つの地点（各縁辺について１つずつ）が選択され、フィルムが薄く、ウェブの幅が大きい場合には、３つまたはそれ以上の地点が選択される。

行と列の堆積高さの差を計算することにより、コントローラは、印刷画像の中で堆積高さの差が相対的に大きい部分を、印刷画像の他の部分から識別することができる。次に、コントローラは、計算された差の平均平方値について最小化処理を実行する。この最小化処理によって、累積堆積高さの差を最小限にし、ひいては巻き取り用ロール１８における歪みを最小限にするために、後続の印刷画像をどのように再配置すべきかの指標が得られる。後続の画像の再配置は、画像の平行移動（つまり、その後に印刷される画像を横方向に移動させる）によって、あるいは画像の回転（つまり、その後に印刷される画像を、例えば９０°または１８０°回転させる）によって行うことができる。

次に、図３を参照すると、平行移動による画像の再配置の一例が示されている。図３において、第一の画像３１が基板２０の中央部分に印刷される。第一の画像は、堆積高さが非常に大きい２つの領域３４および３５を含む。領域３４は、例えば、第一の隆起したパッケージの図柄等(feature)が印刷される領域でもよく、領域３５は、第二の隆起したパッケージの図柄等が印刷される領域でもよい。コントローラはすでに画像の堆積高さの差を計算し、計算された堆積高さの差がその後に印刷される画像を平行移動させることによって補償されると判断している。したがって、第二の印刷画像３２は、基板の右側縁辺３７へと横方向に移動される。また、第三の印刷画像３３は、基板の左側縁辺３６へと横方向に移動される。第二と第三の画像３２および３３を第一の画像に関して基板上で平行移動させると、そのロールの累積堆積高さの差は、いずれ最小限となる。累積堆積高さの差を最小限にすることにより、巻き取り用ロールは基板全体に均一な張力を与えることができ、その結果、比較的円形で均一で、包装工程の下流での問題を発生させる可能性が低い、より緊張した巻き取り用ロール１８が得られる。

図４を参照すると、回転による画像の再配置の一例が示されている。図４において、第一の画像４１は基板２０の中央部分に印刷される。第一の画像は、堆積高さが非常に大きい領域４４を含む。領域４４は、パッケージヘッダ(packaging header)が印刷される領域であってもよい。コントローラは、その画像に関する計算された堆積高さの差をすでに計算し、計算された堆積高さの差の補償が、その後の印刷画像を回転することによって実現できると判断している。したがって、第二の印刷画像４２は、基板上で、第一の印刷画像４１に関して１８０°回転される。また、第三の印刷画像４３は、基板上で、第二の印刷画像４２に関して１８０°回転される。第一、第二、第三の画像４１，４２および４３が上記のように交互に回転されて配置されると、堆積高さの差の平均平方が、送給方向に対して垂直な方向に最小限となり、そのロールの累積堆積高さの差はやがて最小限となる。その結果、比較的円形で均一で、包装工程の下流での問題を発生させる可能性が低い、より緊張した巻き取り用ロール１８が得られる。

次に、図１，２および５に関して、ある実施例では、コントローラ２４は、印刷デバイスを使って媒体上に印刷される画像を修正することにより、印刷画像における堆積高さの差の影響を軽減するように構成される。この方法によれば、基板２０上の選択された堆積高さ管理領域に、パッチ５０が印刷される。パッチは、堆積高さ管理領域内に高さプロファイルがわかっている追加画像として設置しても、あるいは媒体上に印刷されるべき実際の所望の画像の上に堆積高さプロファイルを増大させるために置かれる追加のマーキング材料（例えば、トナーやインク）として設置してもよい。

パッチが所望の画像の上に追加のマーキング材料として設置される場合、画像に余分なマーキング材料が追加され、画像上の特定の位置における画像の堆積高さが増大する。この追加のマーキング材料は、画像上のある特定の位置において特定の色を生成するために必要な量に追加される、余分な量のマーキング材料として設置される。例えば、印刷ヘッドに対して、画像上の特定の画素位置において通常の量の２倍の黒インクを供給し、その位置における堆積高さを所望の高さまで高めるように命令することができる。あるいは、画像全体または画像の一部を重ね刷りして、画像全体を通じた堆積高さを有効に増大させてもよい。したがって、画像を一度重ね刷りすると、画像全体を通じた堆積高さが有効に２倍となる。

パッチが堆積高さ管理領域内に追加画像として設置される場合、パッチ５０は、線、長方形、点等の数種の形態のいずれでも、その他の形状もしくはデザイン等のいずれでもよい。パッチは、送給方向２２に基板２０の長さに沿って、連続的または周期的に設置できる。送給方向２２に沿ってパッチが均一で連続的であるほど、巻き取り用ロールはその地点において、より円形に近くなる。

堆積高さ管理領域は、基板上の廃棄領域（例えば、後に切り取られることになる所定の領域または線）であっても、堆積高さ管理のために画像上に意図的に残される空白部分であってもよい。面付けされるべき画像のプロファイルに応じて、自然に発生する廃棄領域を堆積高さ管理に利用できるか、あるいは印刷されるべき画像の境界内に特に設計された空白領域を追加する必要があるか否かを判断することができる。空白領域を画像に追加する必要があるか否かを試験するための１つの方法は、前述の堆積高さの差の計算結果を使って、堆積高さの差の数値が経験的に決定された閾値を上回るか否かを確認する方法である。堆積高さ管理領域が分かると、印刷デバイスは動的に印刷時に画像パッチを基板に追加して、計算された堆積高さの差を補償する。この場合、累積的な画像の差は、選択された堆積高さ管理領域にパッチを追加してＨ_iの値を変化させることによって、最小限にされる。

次に図５を参照すると、長い基板２０が示されており、堆積高さ管理領域が、基板の側方縁辺に沿った廃棄領域５６に設けられている。各印刷画像５１〜５３は、基板上の堆積高さ増大領域５５を含む。長方形の複数のパッチ５７が、廃棄領域５６の中に周期的に設置される。複数のパッチ５７は、累積堆積高さＨ₁がＨ₂の累積堆積高さと略同じになるような堆積高さを有する。パッチ５７がないと、基板２０の右側の累積堆積高さ（Ｈ２）はすぐに、基板２０の左側の累積堆積高さ（Ｈ１）より大きくなるであろう。その結果、送給先ロール(destination roll)１８の左側と右側の累積堆積高さの差が大きくなり、したがって、送給先ロール１８が歪む。しかしながら、図５のようにパッチ５７が基板の左側に設けられると、累積堆積高さの差は最小限となり、送給先ロール１８はより均一となる。

スマート画像調整(smart image adjustment)では、コントローラへの入力は所望の画像（ある程度の位置的制約とともにコントローラに供給される）であり、コントローラからの出力は基板上に表示される調整済み画像である。コントローラで画像情報が確認されると、断面の高さの差と累積堆積高さの差が動的に計算され、巻き取り用ロール１８における堆積高さの差の影響を軽減するためにパッチに追加される新しい画像が算出される。したがって、スマート画像調整の実施例では、原画像が印刷され、後続の画像は、原画像にパッチを追加することによって修正される。パッチは、空白領域内の所望の画像の境界の中に設置しても、あるいは図５に示すように、所望の画像の境界外の、基板の廃棄領域内に印刷してもよい。

図１および６に関して、１つの実施例では、印刷画像における堆積高さの差の影響が、巻き取り用ロールの堆積高さを実時間で測定し、測定された堆積高さ情報をコントローラ２４にフィードバックすることによって軽減される。コントローラ２４に供給された測定堆積高さ情報に基づいて、画像パッチを印刷画像に追加することにより、巻き取り用ロールで測定された累積堆積高さの差を最小限にすることができる。

図６の実施例においては、堆積高さセンサ６０が巻き取り用ロール１８に設置され、巻き取り用ロールの複数の位置における累積堆積高さが監視される。例えば、図６には３つの堆積高さセンサ６１−６３が示されており、センサ６１は巻き取り用ロール１８の左側、センサ６２は巻き取り用ロール１８の中央、センサ６３は、巻き取り用ロール１８の右側にそれぞれ設けられている。センサ６１〜６３は、例えば、センサの位置でロール１８と物理的に接触し、堆積高さを測定する機械的センサとすることができる。別の例として、センサ６１〜６３は、センサ位置で堆積高さを測定できるレーザ等の光センサであってもよい。

センサ６１〜６３の各々は、センサの位置でロール１８の累積堆積高さを測定し、測定値を出力する。センサ測定値は、画像の堆積高さを変更するように設計された負のフィードバックとして、コントローラ２４に戻される。コントローラ２４は、センサ測定値を受け取り、巻き取り用ロール１８における累積堆積高さの差を補償するために印刷画像に追加されるべきパッチを計算する。前述のように、パッチは基板上の堆積高さ管理領域に設置される。したがって、コントローラ２４に堆積高さの測定値をフィードバックするセンサにより、図６の実施例では、巻き取り用ロール１８における累積堆積高さの差の閉ループ制御が行われる。

図６において、センサから戻される数値はセンサ６１のＰｈ₁、センサ６２のＰｈ₂、センサ６３のＰｈ₃を含む。コントローラ２４は、対応する位置の画像パッチ堆積高さを（１−正規化（Ｐｈ₁））、（１−正規化（Ｐｈ₂））、（１−正規化（Ｐｈ₃））に設定する。センサの数値の正規化は、正規化のための３つの数値の最大値を使って動的とすることができ、つまり、次式となる。
正規化（Ｐｈｉ）＝Ｐｈｉ／ｍａｘ（Ｐｈ１，Ｐｈ２，Ｐｈ３）

この動的正規化(dynamic normalization)は、追加される画像パッチのコストを最小限にするのに役立つ。特に、センサにより、補正コスト（つまり、インクおよび画像形成コスト）が発生する前に、特定のエラー閾値をクリアすることが可能となる。その上、これは累積的測定値であるため（つまり、センサは限られた枠内だけではなく、それまで印刷された基板の長さ全体を通じた堆積高さを有効に測定する）、フィルムのより短い部分で発生した小さな高さの差が累積ベースではしばしば相殺され、したがって、その時点での補正が不要となる。

前述のように、画像パッチは、廃棄領域または指定領域に連続的または定期的に追加される。しかしながら、追加される堆積高さは、排出される堆積高さに反比例の関係とされる。

さらに別の正規化の方法は、画像パッチについて一定の高い数値を使用することである。したがって、一定の高い数値を用いる方法により、１つまたは複数の印刷管理領域に、既知の堆積高さが継続的に提供される。既知の堆積高さの累積効果は、画像管理領域における累積堆積高さの数値が高くなることである。２つまたはそれ以上の一定の高い数値のパッチが基板全体および基板の両側に追加されると、比較的均一な巻き取り用ロールが容易に実現される。一定の高い数値を用いる正規化の利点は、堆積高さのバランスを素早くとれることである。

１０ 巻き取り式印刷システム、１２ コンピュータワークステーション、１４ 印刷デバイス、１６ 媒体巻き出し用ロール、１８ 媒体巻き取り用ロール、２０ 媒体基板、２２ 送給方向、２４ コントローラ、２６ プロセッサ、３０ マーキングシステム、３１，４１ 第一の画像、３２，４２ 第二の画像、３３，４３ 第三の画像、５０，５７ パッチ、５１〜５４，印刷画像、５５ 堆積高さが高い領域、５６ 廃棄領域、６０，６１，６２，６３ 堆積高さセンサ

Claims (4)

1. 媒体巻き出し用ロールから供給される媒体上に画像を印刷する方法であって、
   ａ）媒体を媒体巻き出し用ロールから印刷デバイスへと送給方向に送給するステップと、
   ｂ）印刷デバイスを使って、少なくとも１つの画像を媒体上に印刷するステップと、
   ｃ）印刷された媒体を巻き取り用ロールで受け取るステップと、
   ｄ）少なくとも１つ画像の堆積高さの差を判定するステップと、
   ｅ）判定された堆積高さの差に応答して、媒体上に印刷される後続の画像を修正するステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、
   堆積高さの差を判定するステップは、画像のうちの少なくとも１つについて、印刷された堆積高さプロファイルを推測するステップを含むことを特徴とする方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、
   媒体上に印刷される後続の画像を修正するステップは、媒体上に印刷される後続の画像の位置を、少なくとも１つの画像が媒体上に印刷された位置に関して調整するステップを含むことを特徴とする方法。
4. 請求項５に記載の方法であって、
   後続の画像の位置を調整するステップは、印刷された媒体上の後続画像を、少なくとも１つの画像が媒体上に印刷された位置から平行移動させるステップを含むことを特徴とする方法。

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