JP2013119229A - 画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】着弾干渉の発生を考慮しつつ、記録媒体上に形成される画像の微視的濃度について適切に制御可能な画像形成装置を提供する。
【解決手段】2以上のラインヘッド45は、複数の色(CMYK)毎にそれぞれ設けられており、複数の色(CMYK)のうち特定色(K)のドット152、154を形成する2以上のラインヘッド45、45の矢印Y方向に沿った配置間隔は、残余の色(CMY)のドット152、154を形成する2以上のラインヘッド45の矢印Y方向に沿った配置間隔よりも大きい。
【選択図】図8

Description

本発明は、配列方向に沿って配列された複数のドット形成素子をそれぞれ有し、該複数のドット形成素子から液滴を吐出することで同色のドットを記録媒体上にそれぞれ形成可能な2以上のドット形成部を備える画像形成装置に関する。
近時、インクジェット技術の飛躍的進歩に伴い、インクジェット方式の画像形成装置による高速・高画質を両立したカラー大判印刷が実現されている。この装置は、特にサイン・ディスプレイ用途において幅広い分野で用いられ、例えば、店頭POP(Point Of Purchase)や壁面ポスター、屋外広告・看板等の印刷にも適用可能である。例えば、インクジェット方式では、印刷媒体上に複数種のインク(例えばCMYKインク)の液滴を吐出して多数のドットを形成することで、印刷物を得ることができる。そして、同色のインク滴を吐出可能な記録ヘッド(ドット形成部)を複数用いることで、高画質の画像を形成するインクジェット技術が種々提案されている。
例えば、特許文献1では、チップ(記録ヘッドの構成要素)の配列方向の中心線から外側に向かって線対称に、各色の均等色空間上の座標が原点から近い順に配色した記録ヘッドが提案されている。具体的には、記録媒体の幅方向に往復走査しながら画像を形成させるマルチパス方式に対し、当該記録ヘッドを適用することで、インク滴の着弾ずれによる画像の劣化を視覚的に緩和可能である旨が記載されている。
特開2004−66468号公報
ところで、インクジェット方式のうち、配列方向(以下、主方向という場合がある。)に沿って配列された複数のノズルを備える記録ヘッド(以下、ラインヘッドという。)を使用するシングルパス方式が特に注目されている。なぜならば、記録媒体又はラインヘッドを1回だけ所定方向に移動させることで記録媒体上の画像を完成可能であり、サイン・ディスプレイ用途で要求される各種仕様(高速化・低電力化・高画質化)をすべて両立し得るからである。
しかし、記録方式の差異から、シングルパス方式に対して特許文献1に係る記録ヘッドを適用したとしても、インク滴の着弾ずれによる画像の劣化を視覚的に緩和する効果が得られない。さらに、一のラインヘッドから先に着弾されたインク滴と、別のラインヘッドから後に着弾されたインク滴との間に着弾干渉が発生する可能性もあり、この着弾干渉による画像の劣化が懸念される。
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、着弾干渉の発生を考慮しつつ、記録媒体上に形成される画像の微視的濃度について適切に制御可能な画像形成装置を提供することを目的とする。
本発明は、配列方向に沿って配列された複数のドット形成素子をそれぞれ有し、該複数のドット形成素子から液滴を吐出することで同色のドットを記録媒体上にそれぞれ形成可能な2以上のドット形成部を備える画像形成装置に関する。
前記2以上のドット形成部と前記記録媒体との間の相対移動の下、各前記ドット形成部を独立に制御することで、複数のタイミングで前記同色のドットを順次形成させて各画像列を生成するドット形成制御部を有し、前記相対移動は、前記配列方向の垂直方向に沿った移動であり、前記2以上のドット形成部は、複数の色毎にそれぞれ設けられており、前記複数の色のうち特定色のドットを形成する前記2以上のドット形成部の前記垂直方向に沿った配置間隔は、残余の色のドットを形成する前記2以上のドット形成部の前記垂直方向に沿った配置間隔よりも大きいことを特徴とする。
このように、2以上のドット形成部は、複数の色毎にそれぞれ設けられており、前記複数の色のうち特定色のドットを形成する前記2以上のドット形成部の垂直方向に沿った配置間隔を、残余の色のドットを形成する前記2以上のドット形成部の前記垂直方向に沿った配置間隔よりも大きくしたので、特定色における各液滴の着弾時間差が大きくなり、残余の色と比べて着弾干渉の発生を相対的に抑制可能である。すなわち、着弾干渉の発生を考慮しつつ、記録媒体上に形成される画像の微視的濃度について適切に制御できる。
また、前記垂直方向に沿った配置間隔は、ドットの色の視認性に基づいて決定され、前記特定色は、前記複数の色のうち前記視認性が最も高い色であることが好ましい。これにより、液滴同士の着弾干渉の発生による画像への影響度を考慮しつつ、記録媒体上に形成される画像の微視的濃度について適切に制御できる。特に、視認性が最も高い特定色における配置間隔を相対的に大きくすることで、着弾干渉の悪影響を最小限に抑制できる。
さらに、前記視認性は、人間の視覚応答特性を考慮した粒状度に基づいて定量化されることが好ましい。
さらに、前記視認性は、前記記録媒体の色と、前記記録媒体上に形成される前記ドットの色との色差に基づいて定量化されることが好ましい。
さらに、前記垂直方向に沿った配置間隔は、前記視認性が高くなるにつれて大きくなっていることが好ましい。
また、前記垂直方向に沿った配置間隔は、前記同色のドットの合一性に基づいて決定され、前記特定色は、前記複数の色のうち前記合一性が最も高い色であることが好ましい。
さらに、前記合一性は、少なくとも前記同色のドットを前記記録媒体上に形成して得た画像の計測に基づいて定量化されることが好ましい。
さらに、前記合一性は、隣接する前記同色のドット間の着弾干渉に起因する、ドットの形成位置の変動量に基づいて定量化されることが好ましい。
さらに、前記合一性は、隣接する前記同色のドット間の着弾干渉に起因する、ドットの変形度に基づいて定量化されることが好ましい。
さらに、前記合一性は、隣接する前記同色のドット間の着弾干渉に起因する、前記画像の画質の変化度に基づいて定量化されることが好ましい。
さらに、前記画質は、前記画像の粒状性、鮮鋭性、モトル、筋むら、バンディング、階調性、及び平均濃度のうち少なくとも1つの評価値に基づいて定量化されることが好ましい。
さらに、前記垂直方向に沿った配置間隔は、前記合一性が高くなるにつれて大きくなっていることが好ましい。
本発明に係る画像形成装置によれば、2以上のドット形成部は、複数の色毎にそれぞれ設けられており、前記複数の色のうち特定色のドットを形成する前記2以上のドット形成部の垂直方向に沿った配置間隔を、残余の色のドットを形成する前記2以上のドット形成部の前記垂直方向に沿った配置間隔よりも大きくしたので、特定色における各液滴の着弾時間差が大きくなり、残余の色と比べて着弾干渉の発生を相対的に抑制可能である。すなわち、着弾干渉の発生を考慮しつつ、記録媒体上に形成される画像の微視的濃度について適切に制御できる。
本実施の形態に係る画像形成装置の構成を表す断面側面図である。 図1に示す画像形成装置のシステム構成を表す電気的なブロック図である。 図1に示すラインヘッドの構成例を表す平面透視図である。 図3のIV−IV線に沿った概略断面図である。 図2に示す画像処理部における画像処理流れを表す機能ブロック図である。 組織的ディザ法によるハーフトーン処理(2値化処理)の概略説明図である。 複数のラインヘッドの配置例を表す概略説明図である。 インク滴の用紙上への吐出順番を表す概略説明図である。 図9A〜図9Cは、第1液滴と第2液滴との吐出タイミングが離れている場合における各ドットの形成過程を時系列的に表す概略説明図である。 図10Aは、ドットパターンを表す画像データを可視化した概略説明図である。図10Bは、図10Aに示す画像データに対してFFTを施して得られる二次元パワースペクトルの、動径方向における平均値である。 ドゥーリー・ショー関数(観察距離300mm)のグラフである。 第1評価値の算出方法を示す概略説明図である。 図13A及び図13Bは、各ドットクラスタの形態を表す模式図である。 着弾時間差に対するドット移動量の関係を表すグラフである。 図15A及び図15Bは、第2評価値の算出方法を示す概略説明図である。
以下、本発明に係る画像形成方法について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して説明する。本明細書において、画像を形成することを「印刷」という場合がある。
[画像形成装置10の構成]
図1に示すように、本実施の形態に係る画像形成装置10には、記録媒体としての枚葉紙(以下、「用紙12」という)の搬送方向上流側に、用紙12を給紙搬送する給紙搬送部14が設けられている。この給紙搬送部14の下流側には、用紙12の搬送方向に沿って、用紙12の記録面(以下、画像形成面という。)に処理液を塗布する処理液塗布部16と、前記画像形成面にインク(色材)を付着することで画像を形成する画像形成部18と、用紙12上に形成された処理液層のインクを乾燥させるインク乾燥部20と、処理液層の画像を用紙12に定着させる画像定着部22と、画像が定着した用紙12を排出する排出部24とが設けられている。
給紙搬送部14は、用紙12を積載可能に設けられた積載部26と、該積載部26に積載された用紙12を一枚ずつ給紙する給紙部28と、該給紙部28により給紙された用紙12を処理液塗布部16に搬送する搬送部30とを備える。
処理液塗布部16は、回転可能に設けられた処理液塗布ドラム32と、用紙12の画像形成面に処理液を塗布する処理液塗布装置34と、前記処理液を乾燥する処理液乾燥装置36とを備える。これにより、用紙12の画像形成面上に薄膜の処理液層が塗布される。
処理液塗布部16と画像形成部18との間には、回転可能に設けられた第1中間搬送ドラム38が配置されている。第1中間搬送ドラム38の表面に用紙12を保持した状態で該第1中間搬送ドラム38を回転させることにより、処理液塗布部16側から供給された用紙12は、画像形成部18側へ搬送される。
画像形成部18は、回転可能に設けられた画像形成ドラム40(搬送部)と、該画像形成ドラム40により搬送される用紙12にインクの液滴(以下、インク滴)を吐出する2つのヘッドユニット42、44とを備えている。各ヘッドユニット42、44は、少なくとも基本色であるY(イエロー)、M(マゼンタ)、C(シアン)、K(ブラック)のラインヘッド45(ドット形成部)を備えている。換言すれば、異なる色(CYMK)毎に、2つのラインヘッド45がそれぞれ設けられている。
各ラインヘッド45は、画像形成ドラム40の周方向に沿って配列されている。これにより、用紙12の画像形成面上に塗布された処理液層上に、各色の画像を順次形成させる。なお、この処理液には、インクの溶媒中に分散した色材(顔料)及びラテックス粒子を凝集させる効果を持たせているので、用紙12上での色材流れ等を防止可能である。
画像形成部18とインク乾燥部20との間には、回転可能に設けられた第2中間搬送ドラム46が配置されている。第2中間搬送ドラム46の表面に用紙12を保持した状態で該第2中間搬送ドラム46を回転させることにより、画像形成部18側から供給された用紙12は、インク乾燥部20側へ搬送される。
インク乾燥部20は、回転可能に設けられたインク乾燥ドラム48と、用紙12の処理液層を乾燥する複数の熱風ノズル50と、複数の赤外線ヒータ(ヒータ52)とを備える。これにより、用紙12の処理液層に滞留するインクの溶媒を乾燥させる。
インク乾燥部20と画像定着部22との間には、回転可能に設けられた第3中間搬送ドラム54が配置されている。第3中間搬送ドラム54の表面に用紙12を保持した状態で該第3中間搬送ドラム54を回転させることにより、インク乾燥部20側から供給された用紙12は、画像定着部22側へ搬送される。
画像定着部22には、回転可能に設けられた画像定着ドラム56と、画像定着ドラム56の表面に近接して配置された加熱ローラ58と、該画像定着ドラム56の表面に圧接した状態で配置された定着ローラ60とを備える。これにより、処理液層で凝集するラテックス粒子が加熱・加圧されて溶融し、用紙12上に画像として固定・定着される。
上記した各工程を経て、画像形成面の画像が定着した用紙12は、画像定着ドラム56の回転により、画像定着部22の下流側に設けられた排出部24側へ搬送される。
図2は、図1に示す画像形成装置10のシステム構成を表すブロック図である。画像形成装置10は、2つのヘッドユニット42、44及びヒータ52(図1参照)の他、通信インタフェース62と、システムコントローラ64と、画像メモリ66と、ROM68と、モータドライバ70と、モータ72と、ヒータドライバ74と、プリント制御部76と、画像バッファメモリ78と、画像処理部80(信号変換部)と、ROM82と、ヘッドドライバ84(ドット形成制御部)とを備える。
通信インタフェース62は、ユーザが画像形成装置10に対して画像形成の指示等を行うため等に用いられるホスト装置86とのインタフェース部である。通信インタフェース62にはUSB(Universal Serial Bus)、IEEE1394、イーサネット(登録商標)、無線ネットワーク等のシリアルインタフェースやセントロニクス等のパラレルインタフェースを適用することができる。この部分には、通信を高速化するための図示しないバッファメモリを搭載してもよい。
ホスト装置86から送出された画像信号は、通信インタフェース62を介して画像形成装置10に取り込まれ、画像メモリ66に一旦記憶される。画像メモリ66は、通信インタフェース62を介して入力された画像信号を記憶する記憶手段であり、システムコントローラ64を通じて情報の読み書きが行われる。画像メモリ66は、半導体素子からなるメモリに限らず、ハードディスク等の磁気媒体を用いてもよい。
システムコントローラ64は、中央演算処理装置(CPU)及びその周辺回路等から構成され、所定のプログラムに従って画像形成装置10の全体を制御する制御装置として機能すると共に、各種演算を行う演算装置として機能する。すなわち、システムコントローラ64は、通信インタフェース62、画像メモリ66、モータドライバ70、ヒータドライバ74等の各部を制御する。また、システムコントローラ64は、ホスト装置86との間の通信制御、画像メモリ66及びROM68の読み書き制御等を行う。さらに、システムコントローラ64は、用紙搬送系のモータ72、ヒータ52を制御する制御信号を生成する。なお、プリント制御部76に対しては、制御信号の他に、画像メモリ66に記憶された画像信号を送信する。
ROM68には、システムコントローラ64のCPUが実行するプログラム及び制御に必要な各種データ等が格納されている。画像メモリ66は、画像信号の一時記憶領域として利用されると共に、プログラムの展開領域及びCPUの演算作業領域としても利用される。
モータドライバ70は、システムコントローラ64からの指示に従って用紙搬送系のモータ72を駆動するドライバ(駆動回路)である。ヒータドライバ74は、システムコントローラ64からの指示に従ってヒータ52を駆動するドライバである。
一方、プリント制御部76は、CPU及びその周辺回路等から構成され、システムコントローラ64の制御に従い、画像処理部80と協働して画像メモリ66内の画像信号から吐出制御用の信号を生成するための各種加工、補正等の処理を行うと共に、生成したインク吐出データ(制御信号)をヘッドドライバ84に供給して各ヘッドユニット42、44の吐出駆動を制御する。
プリント制御部76には、プリント制御部76のCPUが実行するプログラム及び制御に必要な各種データ等が格納されているROM82が接続されている。ROM82は、書き換え不能な記憶手段であってもよいが、各種のデータを必要に応じて更新する場合は、EEPROMのような書き換え可能な記憶手段を用いることが好ましい。
画像処理部80は、入力された画像信号(以下、入力画像信号という。)からインク色別のドット配置データを生成する。すなわち、入力画像信号に対してハーフトーン処理を行うことで、ドットの形成位置(インクの吐出タイミング)を決定する。このハーフトーン処理には、組織的ディザ法、誤差拡散法、濃度パターン法、ランダムドット法等を適用することができる。本実施形態では、組織的ディザ法を用いたハーフトーン処理を中心に説明する。
なお、図2では、画像処理部80は、システムコントローラ64やプリント制御部76とは別個のものとして図示している。例えば、画像処理部80は、システムコントローラ64或いはプリント制御部76に含まれて、その一部を構成するようにしてもよい。
また、プリント制御部76は、画像処理部80で生成されたドット配置データに基づいてインクの吐出データ(ラインヘッド45のノズルに対応するアクチュエータの制御信号)を生成するインク吐出データ生成機能と、駆動波形生成機能とを有している。
インク吐出データ生成機能にて生成されたインク吐出データはヘッドドライバ84に与えられ、各ヘッドユニット42、44のインク吐出動作が制御される。駆動波形生成機能は、ラインヘッド45の各ノズルに対応したアクチュエータを駆動するための駆動信号波形を生成する機能である。当該駆動波形生成機能にて生成された信号(駆動波形)は、ヘッドドライバ84に供給される。ヘッドドライバ84は、インクの吐出量を適切に制御することで、略同サイズの直径を備えるドット、あるいは複数のサイズを備えるドットを形成可能である。
なお、ヘッドドライバ84は、ヘッドユニット42が備える各ラインヘッド45を独立して制御可能な第1ドライバ88と、ヘッドユニット44が備える各ラインヘッド45を独立して制御可能な第2ドライバ90として機能する。すなわち、ヘッドドライバ84は、各ヘッドユニット42、44を独立して制御可能に構成されている。
プリント制御部76には画像バッファメモリ78が備えられており、プリント制御部76における画像信号の処理時に画像信号やパラメータ等のデータが画像バッファメモリ78に一時的に格納される。
図3は、図1に示すラインヘッド45の構造例を表す平面透視図である。図4は、図3のIV−IV線に沿った概略断面図である。
図3に示すように、ラインヘッド45は、千鳥でマトリクス状に配列された複数のインク室ユニット100(ドット形成素子)を備える。各インク室ユニット100は、ノズル102と、圧力室104と、供給口106とをそれぞれ備える。平面形状が概略正方形である圧力室104には、その対角線上の両隅部の一方にノズル102側への流出口が設けられ、他方に共通流路108からの流入口(供給口106)が設けられている。
図4に示すように、各圧力室104は、供給口106を介して共通流路108とそれぞれ連通する。そして、共通流路108は、インクの供給源である図示しないインクタンクと連通する。これにより、前記インクタンクから供給されるインクは、共通流路108を介して各圧力室104に分配・供給される。
圧力室104の一面(図4例では、天面に相当する。)は加圧板110で構成されており、該加圧板110は共通電極を兼ねている。加圧板110の上部には、圧力を付与して該加圧板110を変形させるアクチュエータとしての圧電素子112が接合されている。そして、圧電素子112の上面には、個別電極114が形成されている。
2つの電極、すなわち、共通電極としての加圧板110と個別電極114との間に駆動電圧を印加すると、前記2つの電極に挟設された圧電素子112は、変形させられる。この物理的変形により、圧力室104の容積が変化することで、インクがノズル102から外部に押し出され、インク滴として吐出される。そして、インク滴が吐出された後は、圧電素子112の変位が元に戻る際に、共通流路108から供給口106を通って圧力室104にインクが再び充填される。
図3に戻って、ノズル102の配置の特徴について説明する。本図において、ラインヘッド45の長手方向及び短手方向をそれぞれ矢印X方向、矢印Y方向と定義する。このとき、用紙12の搬送方向(図1参照)は、矢印X方向に直交するとともに、矢印Y方向に平行する。
第L1列における各ノズル102は、矢印X方向に沿って所定間隔(4単位長に相当する。)おきに等間隔に配置されている。第L2列〜第L4列における各ノズルについても、第L1列と同様に配置されている。以下、矢印X方向を、ノズル102(インク室ユニット100)の「配列方向」という場合がある。
第L2列の各ノズル102は、第L1列の各ノズル102の位置を基準として、矢印Xの左方向に1単位長だけシフトした位置に配置されている。第L3列の各ノズル102は、第L2列の各ノズル102の位置を基準として、矢印Xの左方向に1単位長だけシフトした位置に配置されている。第L4列の各ノズル102は、第L3列の各ノズル102の位置を基準として、矢印Xの左方向に1単位長だけシフトした位置に配置されている。これにより、ラインヘッド45の長手方向に沿って並ぶように投影される実質的なノズル102の間隔(投影ノズルピッチ)の高密度化を達成している。
なお、ラインヘッド45によるインク滴の吐出機構として、種々の方式を採り得る。図3及び図4に示したように、ピエゾ素子(圧電素子)等で構成されるアクチュエータの変形によってインク滴を吐出する方式を適用してもよい。また、ヒータ等の発熱体を介してインクを加熱することで気泡を発生させ、その圧力でインク滴を吐出するサーマルジェット方式を適用してもよい。
図5は、図2に示す画像処理部80における画像処理流れを表す機能ブロック図である。画像処理部80は、解像度変換部120と、CMYK色変換部122と、ハーフトーン処理部124とを基本的に備える。
画像処理部80に入力される画像信号(入力画像信号)は、複数のカラーチャンネルからなる連続調画像信号である。例えば、8ビット(1画素当り256階調)RGBのTIFF形式データであってもよい。
解像度変換部120は、画像サイズを拡大又は縮小する画像拡縮処理を用いて、入力画像信号の解像度を、画像形成装置10に応じた出力解像度に変換する。ここで得られる第1中間画像信号は、入力画像信号とデータ定義は同一であるが、データサイズが異なっている。この画像拡縮処理には、補間演算を含む公知のアルゴリズムを種々適用してもよい。
CMYK色変換部122は、公知のカラーマッチング手法を用いて、解像度変換部120から取得した第1中間画像信号を、画像形成装置10で取り扱うデバイス色信号(CMYK色信号)に変換する。ここで得られる第2中間画像信号は、連続調のCMYK色信号に相当する。
ハーフトーン処理部124は、CMYK色変換部122から取得した第2中間画像信号を、インク滴を適切に吐出制御するための制御信号(ヘッドユニット42、44の制御に供される信号)に変換する。ここで得られる制御信号は、各ラインヘッド45(図1及び図3参照)に対してインク滴の吐出動作の有無(オン・オフ)を時系列的に制御するCMYK毎の2値データ(あるいは多値データ)である。本実施の形態では、ROM82から読み出された閾値マトリクスMtを用いて、組織的ディザ法によるハーフトーン処理方法について説明する。
図6は、組織的ディザ法によるハーフトーン処理の概略説明図である。一例として、ベイヤー型の閾値マトリクスMtを用いた2値化の概念を示す。先ず、多値CMYK色信号の各アドレスと、閾値マトリクスMtの各行列要素とを対応付ける。そして、着目する画素での画素値と、着目する行列要素での閾値との大小関係をそれぞれ比較し、画素値の方が大きい場合には「1(オン)」を割り当て、それ以外の場合には「0(オフ)」を割り当てる。このようにして、画像信号の階調数を多値から2値に変換することができる。なお、2値の場合に限られず、各階調レベルに対応する閾値をそれぞれ設けることにより、3値以上の多値画像信号を作成可能である。
ハーフトーン処理部124により作成された制御信号は、ヘッドユニット42側に供給される第1制御信号と、ヘッドユニット44側に供給される第2制御信号とが混成されてなる。この制御信号は、格納されたメモリアドレスに応じて第1又は第2制御信号のいずれかに振り分けられる。例えば、制御信号から矢印X方向の奇数列アドレスのみを抽出することで、第1制御信号が得られる。また、制御信号から矢印X方向の偶数列アドレスのみを抽出することで、第2制御信号が得られる。
図7は、複数のラインヘッド45の配置例を表す概略説明図である。以下、図7及び図8において、ラインヘッド45の種類を区別するため、参照符号の数字の後にアルファベット(c、k、m、y)を付して表記する。
ヘッドユニット42は、上から順に、Kのラインヘッド45k、Mのラインヘッド45m、Cのラインヘッド45c、及びYのラインヘッド45yを備えている。一方、ヘッドユニット44は、上から順に、Yのラインヘッド45y、Cのラインヘッド45c、Mのラインヘッド45m、及びKのラインヘッド45kを備えている。換言すれば、K、M、C、Yの順で、2つのラインヘッド45、45の矢印Y方向(搬送方向)に沿った配置間隔が大きくされている。
本図例では、ヘッドユニット42、44に関し、内側から外側に向かって、Y、C、M、Kの順番でラインヘッド45が線対称に配列されている。この場合、部品としての各ヘッドユニット42、44の共通化が可能であり、画像形成装置10の生産上の観点でより好ましい。一方、色の配列順番をヘッドユニット毎に異ならせてもよいことは言うまでもない。
各ヘッドユニット42、44は、矢印Y方向に沿って並設されている。搬送方向下流側に存在するヘッドユニット44は、ヘッドユニット42の位置を基準として、矢印Xの右方向に所定量Δだけシフトした位置に配置されている。例えば、所定量Δは、上述した2単位長(すなわち、図3に示すノズル102の配置間隔の半分)にされている。
図8は、インク滴の用紙12上への吐出順番を表す概略説明図である。説明の簡略化のため、Cのラインヘッド45cが備える複数のノズル102(図3参照)のうち、同一の列(例えば、第L4列)に属する4個のノズル102を用いて画像を形成した場合を例に説明する。
本図に示す矩形格子内の各セルは、形成される画像のうち1画素分の領域を表す。余白のセルは、各吐出時点(t)において、インク滴が未だ吐出(着弾)していない画像位置を表す。また、セル内に表記された算用数字は、その画像位置にインク滴を吐出(着弾)したヘッドユニット42、44の属性を表す。より詳細には、ヘッドユニット42に属するラインヘッド45cを用いた場合は「1」、ヘッドユニット44に属するラインヘッド45cを用いた場合は「2」と表記する。
画像形成ドラム40(図1参照)の回転動作に伴って用紙12が一定速度で搬送される状態下、Cのインク滴は、所定の時間間隔(本図例ではΔt=1)で、ヘッドユニット42、44のラインヘッド45cからそれぞれ吐出され、用紙12上に着弾される。これにより、シアン(C)の複数のドットは、用紙12の搬送方向に沿って順次形成される。
吐出時点t=1〜8の間、搬送方向上流側に存在するヘッドユニット42により、複数のドットが形成される。また、吐出時点t=7〜14の間、搬送方向下流側に存在するヘッドユニット44により、複数のドットが生成される。このように、複数(本図では2つ)のタイミングでドットを順次形成させることで、矢印X方向に沿った画像列がそれぞれ生成(完成)される。
このように、ヘッドユニット42、44は、一のラインヘッド45c(k、m、y)により形成される同色のドットの矢印X方向の隙間を、残余のラインヘッド45c(k、m、y)により形成される同色のドットで補完する位置関係下に配置されているので、矢印X方向の解像度を高くすることができる。
なお、各ラインヘッド45は、図3例(第L1列〜第L4列)に限られることなく、少なくとも1列のノズル列が配列方向(矢印X方向)に沿って配置されていればよい。また、同色のドットを形成可能なヘッドユニット42、44は複数であればよく、例えば3つ以上であってもよい。
続いて、以上のように構成されたヘッドユニット42、44を備える画像形成装置10を用いて、用紙12上に画像を形成することで得られる画質の改善効果について、図9A〜図9Cを参照しながら説明する。
以下、ヘッドユニット42から吐出され、用紙12上に先に着弾するインク滴を第1液滴142という。また、ヘッドユニット44から吐出され、用紙12上に後に着弾するインク滴を第2液滴144という。説明の簡略化のため、第1液滴142(第2液滴144)は、用紙12を着色する顔料142a(顔料144a)と、該顔料142a(顔料144a)を分散する溶媒142b(溶媒144b)とから組成されるものとする。また、画像形成部18による画像の形成前において、用紙12の表面には処理液塗布部16により処理液が塗布されており、処理液層146が形成されている。
図9A〜図9Cは、第1液滴142と第2液滴144との吐出タイミングが離れている場合における、各ドットの形成過程を時系列的に表す概略説明図である。ここでは、第1液滴142と第2液滴144とは、矢印X方向(配列方向)に隣接した位置に吐出されたものとする。
先ず、第1液滴142は、用紙12の画像形成面148上に着弾する(図9A参照)。その着弾後、第1液滴142は用紙12側に吸収される。溶媒142bは、処理液層146及び用紙12の内部に徐々に拡散される。一方、顔料142aは、処理液との化学反応により、図示しないラテックス粒子と共に凝集され、処理液層146内に捕捉される。
そして、第1液滴142が着弾して十分に時間が経過した後、第2液滴144は、用紙12の画像形成面148上に着弾する(図9B参照)。この時点では、第1液滴142は、画像形成面148上に残存しておらず、用紙12側にすべて吸収されている。すなわち、第2液滴144は、第1液滴142との着弾干渉を生じることなく、用紙12側に吸収される。その後、第2液滴144の吸収過程は、第1液滴142の場合と同様である。
そして、第2液滴144が着弾して十分に時間が経過した後、顔料142aによるドット152と、顔料144aによるドット154とが処理液層146上にそれぞれ形成される(図9C参照)。以下、矢印X方向に対して連結された複数のドット群をドットクラスタ156という。画像形成面148上での第1液滴142及び第2液滴144の接触(干渉)が発生しないので、安定したドットクラスタ156の形状、ひいては印刷色が得られる。
以上のように、2以上のラインヘッド45は、複数の色(CMYK)毎にそれぞれ設けられており、複数の色(CMYK)のうち特定色(K)のドット152、154を形成する2以上のラインヘッド45、45の矢印Y方向に沿った配置間隔を、残余の色(CMY)のドット152、154を形成する2以上のラインヘッド45の矢印Y方向に沿った配置間隔よりも大きくした。これにより、特定色(K)における第1液滴142、第2液滴144間の着弾時間差が大きくなるので、残余の色(CMY)と比べて着弾干渉の発生を相対的に抑制可能である。すなわち、着弾干渉の発生を考慮しつつ、用紙12上に形成される画像の微視的濃度について適切に制御できる。
[複数のラインヘッド45の配列の決定方法]
続いて、複数のラインヘッド45の配列の決定方法について、図10A〜図15Bを参照しながら説明する。この決定方法として、例えば、[1]ドットの色の視認性を考慮した方法、及び[2]同色のドットの合一性を考慮した方法が挙げられる。
(第1評価値EV11、EV12、EV13の算出方法)
第1の方法では、ドットの色の視認性について定量化した第1評価値EV11〜EV13に基づいて、各ラインヘッド45の配列を決定する。以下、図10A〜図12を参照しながら具体的に説明する。
先ず、第1評価値EV11の算出方法について説明する。この第1評価値EV11は、ノイズ粒状性(ざらつき感)を評価するための評価値である。
図10Aは、ドットパターンDPTを表す画像データを可視化した概略説明図である。本図例は、64画素を一辺とする正方形状の閾値マトリクスMtを用いて、ハーフトーン処理部124(図5参照)により実際に作成された50%のハーフトーン画像に相当する。
図10Bは、図10AのドットパターンDPTに対してFFTを施して得られる二次元パワースペクトルの、動径方向における平均値である。以下、平均化されたパワースペクトルを単にスペクトルSPCという。スペクトルSPCは、低〜中空間周波数帯域にかけて強度レベルが小さくなり、高い空間周波数帯域のみ強度レベルが高くなるいわゆるハイパス型(いわゆるブルーノイズ型)の空間周波数特性を有している。
ノイズ粒状性を評価する例として、ドットパターンDPTに対してRMS(Root Mean Square)を求めてもよい。しかし、図10Bに示すように、ブルーノイズ型のスペクトルSPCを有するドットパターンDPTでは、観察者による視認性が良好であるにもかかわらず、RMSの値が大きくなる傾向がある。すなわち、評価値としてのRMSと官能評価結果とが対応しない場合がある。そこで、本実施の形態では、人間の視覚応答特性を評価に採り入れ、さらに改良した第1評価値EV11を用いている。
図11は、人間の標準視覚応答特性の一例である、ドゥーリー・ショー(Dooley-Shaw)関数(観察距離300mm)のグラフである。
本実施の形態では、人間の標準視覚応答特性として、観察距離300mmでのドゥーリー・ショー関数を用いている。ドゥーリー・ショー関数は、VTF(Visual Transfer Function)の一種であり、人間の標準視覚応答特性を模した代表的な関数である。具体的には、輝度のコントラスト比特性の2乗値に相当する。なお、グラフの横軸は空間周波数(単位:cycle/mm)であり、縦軸はVTFの値(単位は無次元)である。
第1評価値EV11は、スペクトルSPCの値をF(Ux,Uy)とするとき、次の(1)式で算出される。
Figure 2013119229
ウィナー・ヒンチン(Wiener-Khintchine)の定理によれば、スペクトルSPCを全空間周波数帯域で積分した値は、RMSの2乗値に一致する。このスペクトルSPCに対してVTFを乗算し、この新たなスペクトルSPCを全空間周波数帯域で積分した値は、人間の視覚特性に略一致する評価指標となる。この第1評価値EV11は、人間の視覚応答特性を考慮した粒状度ということができる。通常のRMSと同様に、第1評価値EV11は、常に0以上の値を取り、色の視認性が高いほど(視認し易いほど)大きい値を取り、且つ、色の視認性が低いほど(視認し難いほど)小さい値を取る。
なお、第1評価値EV11を算出するための対象画像は、上記したドットパターンDTPであってもよいし、実際に形成されたハードコピーを図示しないスキャナ装置で読み込んだ画像であってもよい。
また、図11に示すVTFに対して逆フーリエ変換(例えば、IFFT)を施すことで、VTFに対応する実空間上のマスクを算出し、評価対象の画像データに対して該マスクを作用して畳み込み演算を行い、新たな画像データに対してRMSを求めてもよい。これにより、(1)式を用いた上記方法と同等の演算結果を得ることができる。
次に、第1評価値EV12、EV13の算出方法について説明する。この第1評価値EV12、EV13は、所定の基準色に対するドットの色差を評価するための評価値である。第1評価値EV12は、CIELAB色空間において、評価対象の色を(L,a,b)、用紙12の色を(Lo,ao,bo)とするとき、次の(2)式で算出される。
Figure 2013119229
すなわち、第1評価値EV12は、用紙12の色と、用紙12上に形成されたドットの色との明度差(ΔL)に相当する。第1評価値EV12は、色の視認性が高いほど(視認し易いほど)大きい値を取り、且つ、色の視認性が低いほど(視認し難いほど)小さい値を取る。
図12に示すように、用紙12(W)の色(白色点)が(93,0,−3)であり、Cの色が(54,−36,−49)であり、Mの色が(46,72,−5)であり、Yの色が(88,−6,−90)であり、Kの色が(16,0,0)であったとする。この場合、第1評価値EV12が大きい順に、K、M、C、Yと並べられる。図7例では、上記した色の順番に従って、ラインヘッド45、45の配置間隔(すなわち配列順番)が決定されている。換言すれば、各ラインヘッド45、45の配置間隔は、色の視認性が高くなるにつれて大きくなっている。
また、別の観点から、第1評価値EV13は、次の(3)式で算出される。
Figure 2013119229
ここで、第1評価値EV13は、用紙12の色と、用紙12上に形成されたドットの色との彩度差(クロマ)に相当する。第1評価値EV12とは対象的に、第1評価値EV13は、色の視認性が高いほど(視認し易いほど)小さい値を取り、且つ、色の視認性が低いほど(視認し難いほど)大きい値を取る。図12例では、第1評価値EV13が小さい順に、K、C、M、Yと並べられる。このように、図7例と異なる配置、具体的には、ラインヘッド45cと、ラインヘッド45mとをそれぞれ入れ替えて配置してもよい。
なお、第1評価値EV12、EV13を算出する際の色空間は、装置特性に依存しない色座標系であるデバイス非依存色空間であることが好ましい。デバイス非依存色空間として、CIELABの他、CIELUV、CIEXYZ、CIEHSV(Hue-Saturation-Value)、CIEHLS(Hue-Lightness-Saturation)、CIECAM02等の種々の表色系を用いてもよい。
このように、ドットの色の視認性について定量化した第1評価値EV11〜EV13に基づいてラインヘッド45の配置間隔を決定することで、インク滴同士の着弾干渉の発生による画像への影響度を考慮しつつ、用紙12上に形成される画像の微視的濃度について適切に制御できる。特に、視認性が最も高い特定色(本実施形態ではK)における配置間隔を相対的に大きくすることで、着弾干渉の悪影響を最小限に抑制できる。
(第2評価値EV21、EV22の算出方法)
第2の方法では、同色のドットの合一性について定量化した第2評価値EV21、EV22に基づいて、各ラインヘッド45の配列を決定する。第2評価値EV21、EV22は、具体的には、少なくとも同色のドットにより形成された画像の計測(ここでは、微視的な計測)に基づく値である。以下、図13A〜図15Bを参照しながら具体的に説明する。
図9A〜図9Cにおいて上述したように、第1液滴142、第2液滴144間の着弾時間差が十分に大きい場合、画像形成面148上で相互に干渉されずに略同径のドット152、154が順次形成される。その結果、図13Aに示すように、理想的なドットクラスタ156が形成される。
一方、第1液滴142、第2液滴144間の着弾時間差が小さい場合、画像形成面148上において着弾干渉が発生する。この場合、第1液滴142の一部は、用紙12側に既に吸収されているが、第1液滴142の残余部は、画像形成面148上に未だ存在している。このため、第2液滴144は、第1液滴142の残余部に連結し、その後、表面張力の作用により両者の間で液滴の移送が行われる。その結果、図13Bに示すように、第2液滴144に対応するドット154の形成位置(例えば重心)は、ドット152側に向けて所定量だけシフトされる。以下、ドット154の形成位置の変動量を用いて、隣接する同色のドット152、154の合一性について定量化する。
図14は、着弾時間差に対するドット移動量Dmの関係を表すグラフである。グラフの横軸は、第1液滴142の着弾時から第2液滴144の着弾時までの時間間隔、すなわち着弾時間差(単位:ms)である。グラフの横軸は、後に着弾したドット154の重心位置のシフト量、すなわちドット移動量Dm(単位:μm)である。
本図から諒解されるように、インクの色に関わらず、着弾時間差が小さいほどドット移動量Dmが小さくなり、着弾時間差が大きいほどドット移動量Dmが大きくなる共通の傾向がみられた。そして、インクの色に応じて、具体的にはK、M、C、Yの順でドット移動量Dmが大きくなっている。
そこで、本図が示す特性曲線から第2評価値EV21を求めてもよい。例えば、着弾時間差が所定値(例えば、20ms)である場合のドット移動量Dmを、第2評価値EV21として求めてもよい。また、各色のデータから近似曲線(一例として回帰直線)をそれぞれ算出し、当該回帰直線の勾配の絶対値を、第2評価値EV21として求めてもよい。この場合、第2評価値EV21は、ドットの合一性が高いほど大きい値を取り、且つ、ドットの合一性が低いほど小さい値を取る。
図7例では、上記した色の順番に従って、ラインヘッド45の配置間隔(すなわち配列順番)が決定されている。換言すれば、各ラインヘッド45、45の配置間隔は、同色のドットの合一性が高くなるにつれて大きくなっている。
次に、第2評価値EV22の算出方法について説明する。具体的には、ドットクラスタ156、158(又は、その構成要素であるドット152、154)の変形度を用いて、隣接する同色のドット152、154の合一性について定量化する。
図15A及び図15Bは、第2評価値EV22の算出方法を表す概略説明図である。より詳細には、図15Aは、図13Aに示すドットクラスタ156についての別の評価結果を表す図である。また、図15Bは、図13Bに示すドットクラスタ158についての別の評価結果を表す図である。
図15Aに示すように、ドットクラスタ156に外接する矩形160の長辺(矢印X方向に平行な辺)の長さをLx、短辺(矢印Y方向に平行な辺)の長さをLyとするとき、第2評価値EV22は、次の(4)式で算出される。
Figure 2013119229
ここで、第2評価値EV22は、矩形160に内接する楕円形162の扁平率(アスペクト比)に相当する。図13Aに示すドットクラスタ156は、略同径の円形状のドット152、154が隣接して構成される。この場合、第2評価値EV22は、概ね0.5である。一方、図13Bに示すドットクラスタ158は、第1液滴142、第2液滴144間の表面張力の作用により、真円度が高くなっている。この場合、第2評価値EV22は、概ね1である。すなわち、第2評価値EV21は、ドットの合一性が高いほど1に近い値を取り、且つ、ドットの合一性が低いほど0.5に近い値を取る。
このように、同色のドットの合一性について定量化した第2評価値EV21、EV22に基づいて、ラインヘッド45の配置間隔を決定することで、インク滴同士の着弾干渉の発生程度を考慮しつつ、用紙12上に形成される画像の微視的濃度について適切に制御できる。特に、合一性が最も高い特定色(本実施形態ではK)における配置間隔を相対的に大きくすることで、着弾干渉の発生を最小限に抑制できる。
(第3評価値EV3の算出方法)
第3の方法では、同色のドットの合一性について定量化した第3評価値EV3に基づいて、各ラインヘッド45の配列を決定する。第3評価値EV3は、具体的には、少なくとも同色のドットにより形成された画像の計測(ここでは、巨視的な計測)に基づく値である。
先ず、ユーザは、画像形成装置10を用いて、通常の画像形成条件下で、用紙12上に所定のテストパターンを印刷する。このテストパターンは、例えば色が均一な画像や細線画像等であり、評価対象の色のドットを少なくとも含む。他の色のインク滴との着弾干渉の発生を避けるため、評価対象の色のみでテストパターンを印刷することが好ましい。
次いで、ユーザは、公知の評価手法を用いて、印刷されたテストパターンの画質評価を行う。画質の評価項目として、粒状性、鮮鋭性、モトル(斑点模様)、筋むら(インク滴の着弾位置の誤差に起因する濃淡差)、バンディング(用紙12の搬送に起因する濃淡差)、階調性、及び平均濃度(濃度の均一性)の少なくとも1つであってもよい。また、評価指標は公知の物理指標を種々用いることができ、上記した評価項目を2以上適宜組み合わせた総合的な指標であってもよい。さらに、物理指標の他、官能評価により得られた指標であってもよい。このようにして得られた画質の評価値をQorgとする。
次いで、ユーザは、画像形成装置10を用いて、インク滴の着弾干渉が発生しないか、あるいは殆ど発生しない画像形成条件(以下、理想条件という。)下で、用紙12上に上記と同じ形態のテストパターンを印刷し、上記と同じ評価方法を用いて画質評価を行う。なお、理想条件とは、例えば、通常の画像形成条件に対して、(a)用紙12の搬送速度を遅くし、(b)吸収量が多く、あるいは吸収速度が速い用紙12を用い、(c)ヘッドユニット42、44の矢印Y方向に沿った配置間隔を大きくし、又は(d)ヘッドユニット42、44の制御方法を変更した画像形成条件である。このようにして得られた画質の評価値をQidealとする。
このとき、第3評価値EV3は、評価値Qorg、Qidealを用いて、次の(5)式で算出される。
Figure 2013119229
ここで、第3評価値EV3は、隣接する同色のドット間の着弾干渉に起因する、テストパターン(画像)の画質の変化度に相当する。第3評価値EV3は、常に0以上の値を取り、画質の変化度が大きいほど(同色のドットの合一性が高いほど)大きい値を取り、且つ、画質の変化度が小さいほど(同色のドットの合一性が低いほど)小さい値を取る。なお、(5)式は、画質の変化度を示す演算式であればよく、減算のみならず、除算等のその他の演算に代替してもよい。また、画像形成条件の一部(例えば、用紙12の搬送速度、吸収速度)を種々変化させた場合での評価値Qorgをそれぞれ算出し、得られた画質の変化特性に基づいて第3評価値EV3を算出してもよい。
このように、同色のドットの合一性について定量化した第3評価値EV3に基づいて、ラインヘッド45の配置間隔を決定することで、インク滴同士の着弾干渉の発生程度を考慮しつつ、用紙12上に形成される画像の巨視的濃度について適切に制御できる。
なお、この発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。
例えば、本実施の形態では主にCMYK(4つの色版)を中心に説明したが、これに限定されることなく、任意の色版の種類及び版数に設計変更できる。例えば、CMYKの標準インクと、LC(ライトシアン)、LM(ライトマゼンタ)等の淡色やW(白色)等のオプションインクとを組み合わせてもよい。
また、本実施の形態では、画像形成ドラム40の回転により用紙12のみを搬送させているが、ヘッドユニット42、44及び用紙12のうち少なくとも一方を搬送させればよい。両者を相対移動させる構成であれば、本発明を適用できるからである。
さらに、本実施の形態では、すべての色(CMYK)に関して同数(2つ)のラインヘッド45、45をそれぞれ備えているが、色の種類に応じてラインヘッド45の数が異なっていてもよい。例えば、一の色に関して1つのラインヘッド45を備えるとともに、別の色に関して3以上のラインヘッド45を備える構成であってもよい。
10…画像形成装置 12…用紙
40…画像形成ドラム 42、44…ヘッドユニット
45(c、k、m、y)…ラインヘッド 80…画像処理部
82…ROM 84…ヘッドドライバ
88…第1ドライバ 90…第2ドライバ
100…インク室ユニット 102…ノズル
104…圧力室 106…供給口
142…第1液滴 144…第2液滴
152、154…ドット 156、158…ドットクラスタ

Claims (12)

  1. 配列方向に沿って配列された複数のドット形成素子をそれぞれ有し、該複数のドット形成素子から液滴を吐出することで同色のドットを記録媒体上にそれぞれ形成可能な2以上のドット形成部を備える画像形成装置であって、
    前記2以上のドット形成部と前記記録媒体との間の相対移動の下、各前記ドット形成部を独立に制御することで、複数のタイミングで前記同色のドットを順次形成させて各画像列を生成するドット形成制御部を有し、
    前記相対移動は、前記配列方向の垂直方向に沿った移動であり、
    前記2以上のドット形成部は、複数の色毎にそれぞれ設けられており、
    前記複数の色のうち特定色のドットを形成する前記2以上のドット形成部の前記垂直方向に沿った配置間隔は、残余の色のドットを形成する前記2以上のドット形成部の前記垂直方向に沿った配置間隔よりも大きい
    ことを特徴とする画像形成装置。
  2. 請求項1記載の画像形成装置において、
    前記垂直方向に沿った配置間隔は、ドットの色の視認性に基づいて決定され、
    前記特定色は、前記複数の色のうち前記視認性が最も高い色である
    ことを特徴とする画像形成装置。
  3. 請求項2記載の画像形成装置において、
    前記視認性は、人間の視覚応答特性を考慮した粒状度に基づいて定量化されることを特徴とする画像形成装置。
  4. 請求項2記載の画像形成装置において、
    前記視認性は、前記記録媒体の色と、前記記録媒体上に形成される前記ドットの色との色差に基づいて定量化されることを特徴とする画像形成装置。
  5. 請求項2〜4のいずれか1項に記載の画像形成装置において、
    前記垂直方向に沿った配置間隔は、前記視認性が高くなるにつれて大きくなっていることを特徴とする画像形成装置。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の画像形成装置において、
    前記垂直方向に沿った配置間隔は、前記同色のドットの合一性に基づいて決定され、
    前記特定色は、前記複数の色のうち前記合一性が最も高い色である
    ことを特徴とする画像形成装置。
  7. 請求項6記載の画像形成装置において、
    前記合一性は、少なくとも前記同色のドットを前記記録媒体上に形成して得た画像の計測に基づいて定量化されることを特徴とする画像形成装置。
  8. 請求項7記載の画像形成装置において、
    前記合一性は、隣接する前記同色のドット間の着弾干渉に起因する、ドットの形成位置の変動量に基づいて定量化されることを特徴とする画像形成装置。
  9. 請求項7記載の画像形成装置において、
    前記合一性は、隣接する前記同色のドット間の着弾干渉に起因する、ドットの変形度に基づいて定量化されることを特徴とする画像形成装置。
  10. 請求項7記載の画像形成装置において、
    前記合一性は、隣接する前記同色のドット間の着弾干渉に起因する、前記画像の画質の変化度に基づいて定量化されることを特徴とする画像形成装置。
  11. 請求項10記載の画像形成装置において、
    前記画質は、前記画像の粒状性、鮮鋭性、モトル、筋むら、バンディング、階調性、及び平均濃度のうち少なくとも1つの評価値に基づいて定量化されることを特徴とする画像形成装置。
  12. 請求項6〜11のいずれか1項に記載の画像形成装置において、
    前記垂直方向に沿った配置間隔は、前記合一性が高くなるにつれて大きくなっていることを特徴とする画像形成装置。
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