JP2010120219A - プリンタおよびプリンタのキャリブレーション方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 読取器の光源の駆動電流による波長変動の影響を適切に補正し、高精度なカラーキャリブレーションを行なうことができる手法の提供。
【解決手段】 メディアにプリントされたキャリブレーション用のテストパターンとメディアのブランク領域のそれぞれにおいて、読取器の光源を複数の異なる駆動電流により駆動して電流値毎に反射光量を検出した結果に基づいて、前記読取器による検出を補正するための補正係数を求める。読取器によりテストパターンの反射光量を検出した結果を、上記求めた補正係数を用いて補正し、補正の結果に基づいてルックアップテーブルを作成する。そして、ルックアップテーブルを参照して画像データを補正してメディアにプリントを行なう手段を有することを特徴とするものである。
【選択図】 図５

Description

本発明は、カラーキャリブレーション機能を備えたプリンタの技術分野に関する。

カラープリンタの色再現性を高めるカラーキャリブレーション技術が知られている。典型的には、プリントされたカラーテストパターンの濃度を読取器で光学的に読み取って、プリントの際には、出力しようとする画像データに色補正処理を行なうものである。カラーテストパターンは、プリンタが持つ複数の色それぞれについて多階調のテストパターンをプリントしたものである。また、読取器としては、光源に赤、青、緑の３原色のＬＥＤを用いた反射型光学式センサが一般的である（特許文献１参照）。

ところで、ＬＥＤを光源として感光材料への露光によりプリントを行なうＬＥＤプリンタの分野で、ＬＥＤの駆動電流による波長変動について着目した提案がある。これは、駆動電流と発光波長の関係、及び波長と感光材料の感度の関係を予め記憶しておき、露光の際には、両関係を用いて適正な露光量が得られるように駆動電流を制御するものである。（特許文献２参照）
特開平６−３２８６７５号公報 特開２００１−１８４４９号公報

しかし、特許文献１に記載の装置で使用するＬＥＤ等の安価な光源は、製造工程でのばらつき、チップ温度、駆動電流等による発光波長（色）分布の変動がある。この波長変動は、キャリブレーションの際に読取器での濃度測定する際の誤差要因となる。

特許文献２は、発光波長の駆動電流への依存性についての課題認識はあるものの、あくまで適正な露光量を得るための補正に関する提案であって、キャリブレーションのための濃度測定への適用に関しては何ら開示も示唆もない。

本発明は上述の課題の認識に基づいてなされたものである。本発明の目的は、カラーキャリブレーション機能を備えたプリンタにおいて、光源の駆動電流による波長変動の影響を適切に補正し、高精度な濃度測定を行なうことができる手法の提供である。

上記課題を解決する本発明のプリンタは、電流により駆動されて光を照射する光源と、前記光源で照射された光の反射光量を検出する受光部とを含む読取器と、メディアにプリントされたキャリブレーション用のテストパターンとメディアのブランク領域のそれぞれにおいて、前記光源を複数の異なる駆動電流により駆動して電流値毎に反射光量を検出した結果に基づいて、前記読取器による検出を補正するための補正係数を求める手段と、前記読取器により前記テストパターンの反射光量を検出した結果を、前記補正係数を用いて補正し、補正の結果に基づいてルックアップテーブルを作成する手段と、前記ルックアップテーブルを参照して画像データを補正してメディアにプリントを行なう手段を有することを特徴とするものである。

本発明によれば、読取器の光源の駆動電流による波長変動の影響を適切に補正し、高精度なカラーキャリブレーションを行なうことができるプリンタおよびキャリブレーション方法を提供するものである。

以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示する。ただしこの実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、この発明の範囲をそれらのみに限定する主旨のものではない。

以下、インクジェット方式のプリンタを例に挙げて説明するが、本発明は、インクジェット方式の他、電子写真方式、サーマル方式など、カラーキャリブレーション機能を必要とするカラープリント方式の各種プリンタにも適用可能である。また、複写機能やスキャン機能を持った複合機、いわゆるマルチファンクションプリンタにも適用可能である。

図１はインクジェット方式のプリンタの外観斜視図を示す。プリンタ筐体１００は、主走査方向に往復移動するキャリッジ１０１を内蔵する。キャリッジ１０１は、メディア１０４にインク滴を吐出するためのインクタンクと一体化したプリントヘッド１０２と、光学式の読取器１０３を搭載している。本実施形態では、ＫＣＭＹ４色のインクに対応して４つのプリントヘッド１０２を搭載するが、インクの色数に応じてプリントヘッドの数をさらに増やしてもよい。キャリッジ１０１とメディア１０４は、それぞれ駆動機構によって、キャリッジ１０１は主走査方向に、メディア１０４はそれと直交する副走査方向に移動する。プリント動作時は、メディア１０４の搬送とキャリッジの往復走査を交互に繰り返しながら、メディア１０４に対して二次元のフルカラー画像をプリントする。

読取器１０３は、メディア１０４の表面を検出するように読取面がメディア１０４の表面に対向して、キャリッジ１０１に取り付けている。設置されたメディアの端部の位置、メディア面からの高さ、メディアにプリントされたテストパターンの濃度の検出を行なう。テストパターンの濃度測定は、画像精度を向上させるための補正に使用される。具体的には、各プリントヘッドのプリント位置の補正、メディアの搬送量の補正、多階調プリントにおけるプリント濃度のガンマ補正に使用されるＬＵＴの作成のために使用されるのである。それぞれの補正量の検出のためのシーケンスに入ると、検出に最適なテストパターンをプリントした後、読取器１０３によってテストパターンの濃度測定を行なう。

図２は、読取器１０３と装置のコントローラの電気ブロック図である。ＣＰＵ２０６、ＲＯＭ２０７、ＲＡＭ２０８はプリンタ本体側に設けたコントローラの中核をなす。読取器１０３（図２の点線で囲ったブロック）の駆動制御、主走査・副走査の搬送制御、プリント動作制御、キャリブレーションのための演算や制御など、装置全体の制御を司る。

読取器１０３は、光源としてＲＧＢの３つの単色のＬＥＤ２０１、２０２、２０３を有する。赤色ＬＥＤ２０１は赤色波長（６２０〜６４０ｎｍ）、緑色ＬＥＤ２０２は緑色波長（５１０〜５３０ｎｍ）、青色ＬＥＤ２０３は青色波長（４６０〜４８０ｎｍ）の各光を発光して、メディアを照射する。また、読取器１０３は、受光部としてフォトトランジスタ２０４を有する。フォトトランジスタ２０４は、各色のＬＥＤでメディアを照明したときの反射光を受光する位置関係にあり、受光した光量に応じた電流を出力する。読取器１０３はさらに不揮発性のメモリ２０５を有し、読取器の製造工程において、所定の駆動電流（基準駆動電流）で駆動した際の各ＬＥＤの発光する光の分光特性を測定したデータを予め記憶している。また、読取器１０３は、駆動回路２０９、増幅回路２１０、Ａ／Ｄ変換器２１１を有する。駆動回路２０９は、ＣＰＵ２０６から受信した制御信号に従って各ＬＥＤの駆動電流を制御する。増幅回路２１０はフォトトランジスタ２０４の出力電流を電圧に変換して増幅する。Ａ／Ｄ変換器２１１は、増幅回路２１０の出力電圧をＡ／Ｄ変換して、得られたデジタル値をＣＰＵ２０６に送信する。

図３は、カラーキャリブレーションの動作フローを示す図である。これらの動作はコントローラによって制御する。ユーザーからの指示もしくは自動調整シーケンスより、カラーキャリブレーションシーケンスを開始する。最初に、ブランクのメディアにカラー濃度測定用のテストパターン（カラーパッチ）をプリントする（Ｓ３０１）。次に、プリントされたテストパターンの濃度を読取器１０３で測定（Ｓ３０２）する。測定した濃度と、プリントしたインクの打ち込み濃度との偏差に基づいて、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）を作成する（Ｓ３０３）。実際のプリントを行なう際には、ホスト装置から送られてくる画像データに対して、上記ルックアップテーブルを用いてガンマ補正を行なう。そして、補正された画像データに従ってプリントして画像形成する。

図４は、上記ステップ３０１で形成したカラーキャリブレーション用のテストパターンの一例である。同図に示すように、ＫＣＭＹの各色インク毎に多階調に形成しており、それぞれ単位面積あたりのインク滴を吐出する数（以下、プリントデューティと称する）を１６段階で徐々に変化させて、計６４個のカラーパッチをプリントしたものである。上記ステップ３０２ではこの全てのカラーパッチについて、読取器１０３で濃度を読み取って、各色について色補正を行なうためのルックアップテーブルを作成する。実際のプリント動作にあたっては、このルックアップテーブルを参照して、所望のプリント濃度が得られるプリントデューティを選択する。

図５は、上記ステップ３０２の濃度測定の詳細なシーケンスを示す図である。実際には、検出する全てのＬＥＤと複数色の濃度パッチの組み合わせについてこのシーケンスを適用するが、ここでは便宜上、ある一色についてＬＥＤの発光色と濃度パッチの組み合わせについて説明する。

最初に黒レベルの検出を行なう（Ｓ５０１）。黒レベルとは、ＬＥＤを発光させない状態での受光部の検出出力であり、これを検出レベル（Ｉｄ）とする。フォトトランジスタの暗電流や、周囲光、各回路素子の特性等に起因してオフセットがかかった値となる。

次に、白レベルの検出を行なう（Ｓ５０２）。白レベルとは、メディア自体の反射光レベルを示すものであり、メディアのプリントされていないブランク領域に読取器１０３を移動させて、ＬＥＤを発光させた状態で反射光レベルを検出する。このときのＬＥＤの駆動電流は、読取器１０３のメモリ２０５に記憶した分光特性データを測定した際に使用した基準駆動電流と同じ値とする。さらに白レベルの調整を行なう（Ｓ５０３）。これは、メディアの種類や、ＬＥＤの発光特性の経年変化等によって、白レベルの反射光量が変化するので、反射光量が低下した場合でも、十分なダイナミックレンジを得るためである。具体的には、検出レベルが検出可能な範囲内でなるべく大きくなるように、ＬＥＤの発光出力を増大させ、このときの、フォトトランジスタでの検出レベルとＬＥＤを駆動した電流の関係を保存する。これは後述の補正係数の算出で使用する。

次に、カラーパッチを検出する（Ｓ５０４）。ＬＥＤの光量調整に伴う発光波長変動に対する補正係数の算出するために、読取器１０３をカラーパッチ上に移動させて、基準駆動電流でＬＥＤを駆動する。さらに、ステップＳ５０３の時と同じ電流でＬＥＤを駆動して、それぞれの駆動でのフォトトランジスタの出力を保存する。次いで、補正係数（α）を算出する（Ｓ５０５）。補正係数算出の手順の詳細は後述する。

以上が濃度測定に先立って行われる初期化シーケンスであり、濃度測定の際の基準となる重要な値となるため、極力、装置ノイズの影響を受けにくい環境で検出を行なう。具体的には、全ての駆動系を停止させ、通常の検出よりもサンプリング回数を多くして平均化する方法を採用する。

以上の初期化シーケンスの後、６４個の全カラーパッチについて濃度測定を行なう（Ｓ５０６）。検出レベル（Ｉ）および白レベル（Ｉｗ）、さらには黒レベル（Ｉｄ）から、各カラーパッチの反射率を算出する。そして、これにステップＳ５０５で得た補正係数（α）を掛けて、最終的なカラーパッチの濃度を算出する。算出式は以下の（式１）及び（式２）のとおりである。
反射率＝（Ｉ−Ｉｄ）／（Ｉｗ−Ｉｄ） （式１）
濃度＝反射率×α （式２）
ここで、上記ステップＳ５０５での補正係数αの算出方法の詳細を説明する。

図６は、イエロー色パッチの分光反射特性と、青色ＬＥＤの発光の分光特性を相対発光強度として示したグラフ図である。フォトトランジスタの検出レベルは、ＬＥＤの分光特性と、濃度パッチの分光吸収特性と、更にフォトトランジスタ固有の分光感度特性との積和に比例した値となる。濃度パッチの分光吸収特性は、インクの分光特性に濃度を掛け合わせたものとなる。従って、各分光特性が一定であるならば、ＬＥＤの発光光量と色パッチの濃度のそれぞれに比例した検出レベルとなるはずである。ところが、実際にはＬＥＤの分光特性は、その駆動電流によって変動する現象がある。これは、電流やジャンクション温度の変動によって、ＬＥＤの順方向電圧が変化するために起こる現象であって、その変化量は、個々のＬＥＤの製造上のばらつきに起因し、これを予測することは困難とされる。

図６はその一例を示すものである。実線に示すグラフは、青色ＬＥＤの駆動電流を１ｍＡから２０ｍＡまで１０段階に変化させた際に得られる分光発光特性の変化を示す。駆動電流が小さいほど、ＬＥＤの発光光度は小さく且つ発光波長（ピーク位置）は大きくなっており、逆に、駆動電流が大きいほど、ＬＥＤの発光光度は大きく且つ発光波長（ピーク位置）は小さくなっていることが判る。一方、破線は、イエロー色パッチの反射率の分光特性を示す。イエロー色パッチの分光特性は、このＬＥＤの発光する波長領域内（５００ｎｍ付近）で急峻に変動し始めているため、イエロー色パッチを検出した際には、この波長変動分が誤差として検出結果に重畳されてしまう。

図７は、ＬＥＤの駆動電流の変化に伴う反射光量の変化を示すグラフ図である。ＬＥＤの駆動電流を変化させた際に、イエロー色パッチの領域とブランク領域（非プリント領域）のそれぞれでの検出特性の変化を、駆動電流２０ｍＡ時の検出レベルを１として相対値として表したものである。ブランク領域はメディアの白色部分であるため、波長の変動による影響は事実上なく、検出レベルの変化はＬＥＤの発光する光量の変化のみを反映したものと考えることができる。ＬＥＤの光量が変化した場合、波長変動がなければ、イエロー色パッチの検出レベルはＬＥＤの光量に比例して直線となるはずであるが、図７によれば、完全には比例せず、電流の変化が大きいほど光量と検出レベルの差は大きくなっている。

本実施形態は、補正係数を求めるために、メディアにプリントされたキャリブレーション用のテストパターン（カラーパッチ）とメディアのブランク領域のそれぞれにおいて、ＬＥＤを複数の異なる駆動電流により駆動して電流値毎に読取器で反射光量を検出する。この検出結果に基づいてテストパターンの反射率を求める。具体的には、まず白レベル（ブランク領域）及びカラーパッチそれぞれの検出において、ＬＥＤの駆動電流を変更する前（例えば駆動電流２０ｍＡ）の検出レベルから反射率を算出する。さらにＬＥＤの駆動電流を変更した後（例えば駆動電流５ｍＡ）の検出レベルから反射率を算出する。そして算出した駆動電流を変更する前と後での反射率の比を算出する。この比が補正係数αであり、ＬＥＤの駆動電流の変更による反射率の変動比、すなわちＬＥＤの発光強度と検出レベルの関係の非線形性を表す。カラーパッチの濃度測定の際には、上記（式１）のように補正係数αを検出結果に掛け合わせることによって、ＬＥＤの波長変動分の影響を補正する。

図８は、ＬＥＤの駆動電流を変化に伴う補正係数の変化を示すグラフ図であり、図７の特性を持つ検出系における補正係数を計算によって求めたものである。図８では、ＬＥＤの駆動電流の基準を２０ｍＡとしているが、これは、前述のように、分光特性データの測定の際の基準駆動電流と同じ値である。それに対して、例えば、駆動電流を５ｍＡとして濃度測定を行なう場合は、補正係数は１．０８程度となる。なお、図８に示したようなグラフ特性をデータテーブルとして記憶しておく必要は必ずしもなく、基準となる電流でＬＥＤを駆動した際の濃度測定結果と、駆動電流調整後の濃度測定結果とから、容易に補正係数を求めることができる。

なお、例えば、比較的濃度の濃いカラーパッチを検出する際にはＬＥＤの発光量を大きくして、淡い濃度のカラーパッチを検出する際にはＬＥＤの発光量を小さくするなどの方法によって、ダイナミックレンジをより拡大することができる。

以上の処理により、ＬＥＤの発光量を最適に調整し且つＬＥＤの波長変動の影響を補正することができるため、より正確にカラー濃度測定を行なうことができる。すなわち、より正確なカラーキャリブレーションが可能で、安定したプリント色再現を実現するものである。

インクジェット方式のプリンタの外観斜視図を示す図 読取器と装置のコントローラの電気ブロック図 カラーキャリブレーションの動作フローを示す図 カラーキャリブレーション用のパッチの一例を示す図 濃度測定のシーケンスを示す図。 ＬＥＤの駆動電流を変化させた際の青色ＬＥＤとイエロー色パッチの分光特性の変化を示すグラフ図 ＬＥＤの駆動電流の変化に伴う反射光量の変化を示すグラフ図 ＬＥＤの駆動電流を変化に伴う補正係数の変化を示すグラフ図

符号の説明

１００ プリンタ筐体
１０１ キャリッジ
１０２ プリントヘッド
１０３ 読取器
１０４ メディア

Claims (8)

1. 電流により駆動されて光を照射する光源と、前記光源で照射された光の反射光量を検出する受光部とを含む読取器と、
   メディアにプリントされたキャリブレーション用のテストパターンとメディアのブランク領域のそれぞれにおいて、前記光源を複数の異なる駆動電流により駆動して電流値毎に反射光量を検出した結果に基づいて、前記読取器による検出を補正するための補正係数を求める手段と、
   前記読取器により前記テストパターンの反射光量を検出した結果を、前記補正係数を用いて補正し、補正の結果に基づいてルックアップテーブルを作成する手段と、
   前記ルックアップテーブルを参照して画像データを補正してメディアにプリントを行なう手段、
   を有することを特徴とするプリンタ。
2. 前記光源は複数の色のＬＥＤであることを特徴とする、請求項１記載のプリンタ。
3. 前記複数の色のＬＥＤにそれぞれについて前記補正係数を求めることを特徴とする、請求項２記載のプリンタ。
4. 前記補正係数を求める際には、前記複数の駆動電流における検出の結果からそれぞれ反射率を求めて、これら反射率の比を前記補正係数とすることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか記載のプリンタ。
5. 前記ルックアップテーブルを作成する際には、複数色の前記テストパターンについて、前記テストパターンの反射光量及び前記ブランク領域の反射光量を前記読取器で検出した結果から前記テストパターンの反射率を算出し、前記算出した反射率に前記補正係数を掛けて前記テストパターンの濃度を求めることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか記載のプリンタ。
6. 前記反射率の算出には、前記光源を発光させない状態での前記受光部の検出出力も用いることを特徴とする、請求項５のいずれか記載のプリンタ。
7. 前記プリントはインクジェット方式で行なうことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか記載のプリンタ。
8. 読取器を用いてプリンタのキャリブレーションを行なう方法であって、
   メディアにプリントされたキャリブレーション用のテストパターンとメディアのブランク領域のそれぞれにおいて、前記光源を複数の異なる駆動電流により駆動して電流値毎に、読取器を用いて反射光量を検出するステップと
   前記検出に基づいて、前記読取器による検出の補正係数を求めるステップと、
   前記読取器により前記テストパターンの反射光量を検出した結果を前記補正係数を用いて補正し、補正の結果に基づいてルックアップテーブルを作成するステップと、
   前記ルックアップテーブルを参照して画像データを補正してメディアにプリントを行なうステップと、
   を有することを特徴とするプリンタのキャリブレーション方法。

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