JP2021066032A - 記録装置および記録方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高い精度で記録媒体の移動量を検出する。【解決手段】 撮像画像から複数のテンプレートを作成し、テンプレートマッチング処理を行って前記複数のテンプレート各々に対応する複数の移動量を求め、複数の移動量のうち、所定の移動量の範囲に入る移動量に基づいて、記録動作の制御を行う。【選択図】 図５

Description

本発明は用紙等の媒体の搬送を行いながら媒体に記録を行う記録装置および記録方法に関するものである。

用紙等の媒体を搬送させながら記録手段によって媒体に画像を形成する記録装置において、搬送に用いられるローラの回転をエンコーダで検出することにより、間接的に記録媒体の移動量を検出することが行われている。しかし、ローラによって搬送される記録媒体がすべった場合やローラに誤差がある場合には、検出した移動量が実際の記録媒体の移動量と一致しないことがある。そこで、高い精度で記録媒体の移動量の検出を行うために、記録媒体の表面を所定の周期で撮像し、パターンマッチング処理を行って記録媒体の変位量を算出し、搬送動作にフィードバックを行う記録装置が提案されている。

特開２０１３−０９９９０２号公報

しかしながら、上記特許文献１の方法では記録媒体の撮影画像を用いて算出した移動量が正常の範囲内かを、理論移動量に対して搬送機構の構造などで想定される変動量内か、で判断している。

そのため、正常とする範囲内が広くなることが想定され、撮影画像を用いて算出した移動量がずれていた場合でも、算出した移動量が正常と誤判断して印字制御に使用することになる。これによりかえって印刷品位を低下させてしまうことが生じる。

本発明は上記を鑑みなされたものであって、撮影画像を用いて記録媒体の移動量を正確に取得することを目的とする。

本発明は、記録媒体を搬送する搬送手段と、前記記録媒体へ記録を行うための記録手段と、前記搬送手段によって搬送されている移動中の記録媒体の表面を撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって異なるタイミングで撮像することによって得られた撮像画像を用いてテンプレートマッチング処理を行うことで前記搬送手段によって搬送される前記記録媒体の移動量を検出する検出手段と、前記検出手段によって検出された移動量に従って前記記録媒体への記録動作の制御を行う制御手段と、を備えた記録装置であって、前記撮像画像から複数のテンプレートを作成し、前記テンプレートマッチング処理を行って前記複数のテンプレート各々に対応する複数の移動量を求め、前記複数の移動量のうち、所定の移動量の範囲に入る移動量に基づいて、記録動作の制御を行うことを特徴とする記録装置である。

本発明によれば、撮影画像を用いて記録媒体の移動量を正確に取得することが可能となる。

実施形態のインクジェットプリンタの構成の一例を示す図である。 実施形態の撮像ユニットの構成の一例を示す図である。 実施形態のテンプレートマッチング処理方法を示す図である。 実施形態の搬送量制御回路部の詳細構成を示す図である。 実施形態のテンプレートマッチング処理方法を示す図である。 実施形態の判断手法を説明する図である。 記録媒体の種類によるテンプレートマッチングの成功率の説明図である。 使用するテンプレートの数を増やしてテンプレートマッチング処理を行った例を示す図である。 テンプレートの数を増やして求めた複数の移動量からどれを正常な値か判断するかを説明する図である。 記録媒体の撮影画像より使用するテンプレート数を決定する方法を説明する図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態のインクジェットプリンタの概略構成図の一例である。１００はＰＣなどの外部入力装置、１０１はインクジェットプリンタ本体である。

１０２はプリンタ特有のハードウエアの制御をおこなうＡＳＩＣである。

ＡＳＩＣ１０２は、インターフェース制御回路１０３、システム全体を制御するＣＰＵ１０４、メモリ制御回路１０５を備える。また、画像データ処理回路１０６、ヘッド制御回路１０７、転送タイミング制御回路１０８、モータ制御回路１０９、搬送量制御回路１１０を有する。ＡＳＩＣ１０２のメモリ制御回路１０５には、ＡＳＩＣ１０２の外部にあるＲＯＭ１１１、ＲＡＭ１１２が接続されている。

プリンタ１０１はその他にインクジェット記録ヘッド１１３、キャリッジエンコーダー１１４、搬送モータ１１５、搬送ローラ１１６、エンコーダー１１７、撮像ユニット１１８、排出ローラ１１９などの機構・電気部品を有する。１２０は記録媒体である。

次にインクジェットプリンタ１０１の動作について説明する。

プリンタ１０１は、ＵＳＢインターフェース回路やＬＡＮインターフェース回路などで構成されるＡＳＩＣ１０２のインターフェース制御回路１０３により外部入力装置１００と接続され、印刷する画像データを受け取る。メモリ制御回路１０５は、ＲＯＭ１１１及びＲＡＭ１１２の読み書きを制御する。ＲＯＭ１１１にはＣＰＵ１０４が実行するプログラムや各種パラメータが書き込まれている。ＲＯＭ１１１に書き込まれているプロクラムは圧縮して格納されていて、ＲＡＭ１１２に展開してからＣＰＵ１０４で実行される。またＲＡＭ１１２は外部入力装置１００から受け取った画像データの格納や画像データ処理回路１０６のワークバッファなどにも用いられる。

外部入力装置１００から受け取った画像データは画像データ処理回路１０６で記録ヘッド１１３のノズル配置に合わせた吐出画像データに変換される。転送タイミング制御回路１０８は、記録ヘッド１１３の移動によりキャリッジエンコーダー１１４から出力される信号から吐出画像データの転送タイミング信号を生成している。ヘッド制御回路１０７は、転送タイミング信号に同期して吐出画像データを記録ヘッド１１３へ転送し、ヘッドの移動に合わせてインクを吐出させ画像を形成する。

ＣＰＵ１０４がモータ制御回路１０９により搬送モータ１１５を駆動し搬送ローラ１１６を回転させることで記録媒体１２０を搬送する。搬送ローラ１１６の回転量は搬送ローラ１１６に取り付けられたエンコーダー１１７で電気信号に変換され搬送量制御回路１１０に入力される。搬送ローラ１１６による記録媒体１２０の所定の距離の搬送と、記録ヘッド１１３が移動しながら静止した記録媒体にインクを吐出することを交互に繰り返し画像を形成していく。

搬送量制御回路１１０には、エンコーダー１１７からの信号と、撮像ユニット１１８によって記録媒体の表面、ここでは裏からであるが表面（ひょうめん）を撮像した画像が入力される。エンコーダユニット１１７からの信号から算出した記録媒体１２０の移動量と、撮像ユニット１１８で撮像した画像から算出した移動量をＣＰＵ１０４へ送る。ＣＰＵ１０４がそれらの移動量から実際の記録媒体１２０の移動量を決定し、画像データ処理回路１０６から記録ヘッド１１３に転送する吐出データの搬送方向の位置を変えるか、モータ制御回路１０９による搬送モータ１１５の回転量の補正に使用する。なお、搬送制量御回路１１０の詳細に関しては後述する。

図２は本実施形態の撮像ユニット１１８の構成の一例を示す図である。撮像ユニット１１８は、イメージセンサ２０１、光源２０２、レンズ２０３から構成される。イメージセンサ２０１は、受光素子を２次元に配列したエリアセンサでＣＣＤやＣＭＯＳなどを用いた物を使用することができる。光源２０２は、ＬＥＤやレーザーを用いることができる。光源２０２は、記録媒体１２０に光を照射できるものであれば、上記に限らない。レンズ２０３は、記録媒体１２０に入射した反射光をイメージセンサ２０１に集光するためのレンズである。撮像ユニット１１８の動作原理は、記録媒体１２０に対して光源２０２により光を照射し、イメージセンサ２０１にその反射光により記録媒体１２０の光照射面上の像を結像し、画像データに変換する。また、ここではイメージセンサ２０１は、光源２０２により記録媒体１２０からの反射光を取り込む構成を例示したが、光源２０２を記録媒体１２０の裏面側に配置し、透過光を取り込む構成でもよい。

図４は本実施形態における搬送量制御回路１１０内で行うテンプレートマッチング処理方法の説明図である。テンプレートマッチング処理とは、ある時間周期で撮像ユニットが撮像を行い、あるタイミングでの紙面画像を基準画像とし、その基準画像内の特徴点（テンプレート）が、別の周期の紙面画像で検出される位置を求める方法である。図３では説明のために、仮に、テンプレートサイズが４×４ピクセル、基準紙面画像３００、探索紙面画像３０３は、画像サイズが８×３２ピクセルで撮像された画像とする。用紙搬送方向は、図示の矢印の方向とする。また、用紙搬送方向の移動量を算出するため、用紙搬送方向（Ｙ方向）を長手方向とする。Ｘ方向はＹ方向に比べて移動量が少ないので画素サイズを小さくしている。

まず、あるタイミングで撮像された基準紙面画像３００からテンプレート３０１を生成する。生成したテンプレート３０１を用いて時間をおいて撮像された探索紙面画像３０３の全体を探索し最も一致している箇所３０２を求める。そして、テンプレート３０１の座標と一致度が最も高い箇所３０２（目標画像）の座標との差分を移動量として検出する。テンプレート決定方法としては、撮像画像の中の一番特徴的な領域を検出し、その箇所をテンプレートとする方法などがある。テンプレートマッチング処理の代表的な計算手法として、ＳＡＤ（Ｓｕｍ ｏｆ Ａｂｓｏｌｕｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）、ＳＳＤ（Ｓｕｍ ｏｆ Ｓｑｕａｒｅｄ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）を用いることができる。また、ＺＮＣＣ（Ｚｅｒｏ−ｍｅａｎ Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ Ｃｒｏｓｓ−Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）を用いてもよい。しかし、ＺＮＣＣは変動に強いため精度の高い計算が期待できるが、計算負荷が大きい。反対に、ＳＡＤは計算負荷が小さいため高速だが、変動には弱い傾向がある。テンプレートサイズが、精度と処理時間に与える影響はトレードオフの関係にあり、大きくすると、相関精度は高くなるが処理時間が長くなり、小さくすると処理時間は短くなるが相関精度が低くなる。

図４は本実施形態における搬送量制御回路１１０の詳細構成を示す図である。

搬送制御回路１１０は撮像制御回路４００、画像入力回路４０１、テンプレート生成回路４０２、テンプレートマッチング回路４０３、移動量算出回路４０４とエンコーダー１１７からの信号で移動量を算出する移動量算出回路４０５から構成される。

撮像制御回路４００は撮像ユニット１１８を制御する制御信号を生成する。画像入力回路４０１は撮像ユニット１１８のイメージセンサ２０１からの画像データを取得する。テンプレート生成回路４０２は画像入力回路４０１からの画像データからテンプレートを生成する。テンプレートマッチング回路４０３は画像入力回路４０１で取得した画像とテンプレート生成回路４０２で生成したテンプレートを用いてテンプレートマッチングを行う。移動量算出回路４０４はテンプレートマッチング回路４０３の出力から記録媒体の移動量を求める。さらにモータを回転させた量と搬送機構の構造で決まる記録媒体の理論移動量を求める。本実施例ではもう１つの移動量算出回路４０５によって搬送ローラ１１６の回転を検出するエンコーダー１１７の信号から記録媒体の論理移動量を求める。おのおのの移動量はＣＰＵ１０４に送られそれをもとに記録媒体の移動量を決定し、記録動作の制御に係るパラメータ（搬送速度、搬送距離、吐出データの搬送方向の位置など）を設定する。

図５は本実施形態の構成で４つのテンプレートを用いて各々のテンプレートに対して移動量を求め、それぞれを比較して算出した移動量が正常かを判断して移動量を求める場合の例を説明したものである。まず、あるタイミングで撮像された基準紙面画像３００からテンプレートＡの３０１ａ、テンプレートＢの３０１ｂ、テンプレートＣの３０１ｃ、テンプレートＤの３０１ｄの４つのテンプレートを生成する。次に時間をおいて撮像された探索紙面画像３０３の全体を４つのテンプレートを用いて探索し、それぞれのテンプレートと最も一致している箇所３０２ａ〜３０２ｄを求める。テンプレートＡの３０１ａとそれと最も一致している箇所３０２ａの距離から移動量Ａ、テンプレートＢ３０１ｂとそれと最も一致している箇所３０２ｂの距離から移動量Ｂ、同様に移動量Ｃ、移動量Ｄと４つの移動量が算出される。さらに移動量算出回路４０５で２つの画像を撮像する間の記録媒体の理論移動量を求める。

次いで図６を用いて移動量算出回路４０４で求めた複数の移動量の値から記録媒体１２０の移動量を決定する方法を説明する。図６の中で×印の位置は前述した方法で求めた理論移動量の値とテンプレートを用いて算出した４つの移動量Ａ〜Ｄの値を示す。図６では左側が移動量が少なく右側に行くほど移動量が多いことを示す。破線で示した正常範囲はテンプレートを用いて求めた複数の移動量の値の中で、この範囲に入ったものが正常な移動量と判断する、と設定した範囲である。記録媒体の種類や印刷品位などを変えた、いろいろな印刷条件でテンプレートを用いて求める移動量がどの位の誤差の範囲に入るかを検討して範囲は決定される。使用するテンプレートの数などをパラメータとして事前に複数決めておき実際の印刷条件に合った範囲を使用する。この正常範囲の枠を移動量方向に移動させていきその中に移動量Ａ〜Ｄの４つの値のうち一番多くの数が入った時に、その中に入っている移動量の値を正常と判断する。

図６（ａ）は記録媒体の移動量の測定結果の一例で正常範囲の枠の中に移動量Ａ〜Ｄの４つの値すべてが入っているので移動量Ａ〜Ｄの４つの値が正常と判断して、４つの移動量を用いて記録媒体の移動量を算出する。正常と判断した４つの移動量の値の使用の仕方は、例えば４つ値の単純平均値を移動量とする、最小自乗平均値を移動量とする、などがある。図６（ｂ）は移動量の測定結果の別の例で、正常範囲の枠の中に最大３つの移動量の測定値が入る。この場合移動量Ｃの値はテンプレートマッチングに失敗した異常な値であると判断して除外し、移動量Ａ、Ｂ、Ｄの３つの値を用いて記録媒体の移動量を算出する。

図６（ｃ）の移動量の測定結果の例では正常範囲の枠の中に移動量Ａ〜Ｄの４つ値すべてが入っているが理論移動量とは異なった値となっているが、この場合では移動量Ａ〜Ｄの４つ値がすべて正常と判断し、４つの移動量を用いて記録媒体の移動量を算出する。このような論理移動量と違った移動量の測定結果が出る場合として、記録媒体が搬送時に滑って搬送ローラーで送ったつもりの搬送量に対して実際の記録媒体の移動量が少なかった、などが考えられる
以上説明したように複数のテンプレートを用いて各々に算出した複数の移動量を比較して判断することにより、記録媒体の撮影画像を用いて算出した移動量が正常か異常かを正しく判断することが可能となる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態として記録媒体の移動量を求めるのに使用するテンプレートの数を変える機能について説明する。第１の実施形態では４つのテンプレートを用いて移動量を求める場合について説明した。

しかし印刷に用いる記録媒体の種類や印刷品位・印刷速度などの印刷条件によってテンプレートを用いて求める移動量の誤差の大きさだけでなく、テンプレートマッチング処理に失敗して異常な移動量の値を得てしまう確率も変わる。

そこで、印刷条件によって記録媒体の移動量を求めるのに使用するテンプレートの数を変え適正な数のテンプレートを用いることで、移動量測定に失敗することなく移動量検出処理時間の増加による印刷速度の低下を必要最小限に抑制することができる。

以下に、記録媒体の種類によってテンプレートの数を変える場合の動作を説明をする。

テンプレートマッチングでは基準紙面画像３００から作成したテンプレートを用いて探索紙面画像３０３の全体を探索し、最も一致している箇所を求める。そのため記録媒体を撮影した画像に相関が出やすい特徴がある記録媒体と、出にくい特徴が少ない録媒体とでは成功率が変わる。図７に記録媒体の差によるテンプレートマッチング成功率の一例を示す。普通紙と比較して成功率が高い光沢紙では使用するテンプレートの数を減らすことができ、成功率が低いマット紙ではテンプレート数を増やすことが必要で、記録媒体の種類によって使用するテンプレートの数を変えることが有効である。

記録媒体がコート紙のように成功率が低い場合にテンプレーの数を９個に増やして各々に対しての移動量を求めそれぞれを比較して算出した移動量が正常かを判断して移動量を求める場合の例を説明する。

図８で示したようにあるタイミングで撮像された基準紙面画像３００からテンプレートＡの３０１ａ〜テンプレートＩの３０１ｉの９つのテンプレートを生成する。次に時間をおいて撮像された探索紙面画像３０３の全体を９つのテンプレートを用いて探索し、それぞれのテンプレートと最も一致している箇所３０２ａ〜３０２ｉを求めその距離から移動量Ａ〜Ｉの９つの移動量を算出する。

図９の中で×印の位置は前述した方法で求めた理論移動量の値とテンプレートを用いて算出した９つの移動量Ａ〜Ｉの値を示す。破線で示した正常範囲はテンプレートを用いて求めた複数の移動量の値の中で、この範囲に入ったものが正常な移動量と判断する、と設定した範囲である。図９（ａ）は移動量の測定結果の例で、移動量ＦとＨは全くの異常値でプロットの範囲外で図中には無く正常範囲の枠の中に最大３つの移動量の測定値が入る。この場合移動量Ｂ、Ｃ、Ｉの値が正常でそれ以外はテンプレートマッチングに失敗し異常な値であると判断し除外して、移動量Ｂ、Ｃ、Ｉの３つの値を用いて記録媒体の移動量を算出する。図９（ｂ）の例では理論移動量とは離れた値ではあるが正常範囲の枠の中に移動量Ａ、Ｄ、Ｆ、Ｉの４つが入って、この４つを正常な値と判断し記録媒体の移動量の算出に用いる。

紙種によるテンプレート数の設定値は、図７の３種類の用紙だけに限らない。表１のように印刷設定で選択できるフィルムやトレッシングペーパーなどの紙種と印刷モードの組み合わせで測定したテンプレートマッチング成功率から、あらかじめ使用する数を決めて設定値として記憶しておく。そして印刷前に行う印刷設定によりあらかじめ記憶されている設定値の中から条件に合うテンプレート数を設定し印刷時の移動量の検出を行う

また印刷設定で表２のように印刷目的を設定する場合には、設定された印刷目的により決まる印刷モードと使用されると予想される紙種から表１で対応するテンプレート数を求め設定する。

記録媒体の種類によって使用するテンプレート数を変更する他の方法として、印刷の前に記録媒体を撮影した画像を得てその画像の特徴からテンプレートマッチング成功率を推定し使用するテンプレートの数を変更することも可能である。記録装置が行う方法を図１０のフローチャートを用いて説明する。

以下のフローはＲＯＭ１１１に格納されたプログラムに従い、ＣＰＵ１０４が記録装置の各構成要素を制御して実行する。

印刷開始前にＳ１で印刷設定を取得する。ここでは、「線画・文字」や「写真・イラスト」などの設定された印刷モードの情報を取得する。

Ｓ２では印刷開始指示を取得する。ユーザーが印刷開始のボタンを押すことで印刷開始指示がプリンタに送られ、これを取得する。このＳ２のステップにおいて、印刷開始指示とともに、印刷設定を取得するようにしてもよい。

Ｓ３では、記録装置１０１は撮像ユニット１１８を用いて記録媒体の撮影画像を修得し、Ｓ４で撮影した画像をＦＦＴなどの処理を行うことで記録媒体の撮影画像の特徴を検出する。

あらかじめ印刷モードと記録媒体の画像の特徴の組み合わせからテンプレートマッチング成功率を測定し、使用するテンプレートの数を記憶してあるテーブルを用いてＳ５で印刷に使用するテンプレート数を決めて設定し、Ｓ６でそのテンプレート数で印刷を開始する。

他の要因で使用するテンプレートの数を変える実施例として、搬送速度によって使用するテンプレートの数を変える動作を説明する。

印刷中にイメージセンサ２０１で記録媒体を撮影して基準紙面画像３００と探索紙面画像３０３を撮影する場合は記録媒体が移動しているため搬送方向にぼけたような画像流れが生じた画像が得られる。搬送速度が速くなるほど画像流れが多くなり特徴が少なく相関がとりにくい画像となりンプレートマッチングの成功率が低くなる。印刷条件の設定で搬送速度が第１の速度である遅い印刷モードの場合はテンプレートマッチング成功率が高いので使用するテンプレートの数を、例えば２〜４個というように少なくする。搬送速度が第１の速度より速く、第２の速度となるような印刷モードの場合は使用するテンプレートの数を例えば６〜８個というように多くするように変更する。これにより、移動量測定に失敗することなく移動量検出処理の回数が増えるのを抑えることができる。また、上述した説明では移動している媒体を撮像することで移動量を検出し、精度を求めたが、静止状態の媒体を複数回撮像して精度を求めることもできる。

Claims (8)

1. 記録媒体を搬送する搬送手段と、前記記録媒体へ記録を行うための記録手段と、前記搬送手段によって搬送される記録媒体の表面を撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって異なるタイミングで撮像することによって得られた撮像画像を用いてテンプレートマッチング処理を行うことで前記搬送手段によって搬送される前記記録媒体の移動量を検出する検出手段と、前記検出手段によって検出された移動量に従って前記記録媒体への記録動作の制御を行う制御手段と、を備えた記録装置であって、
   前記撮像画像から複数のテンプレートを作成し、前記テンプレートマッチング処理を行って前記複数のテンプレートそれぞれに対応する複数の移動量を求め、前記複数の移動量のうち、所定の移動量の範囲に入る移動量に基づいて、記録動作の制御を行うことを特徴とする記録装置。
2. 記録媒体の移動量を求めるために使用するテンプレートの数を変える変更手段をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
3. 前記変更手段は、記録媒体の種類に応じて前記テンプレートの数を変えることを特徴とする請求項２に記載の記録装置。
4. 前記変更手段は、前記搬送手段による記録媒体の搬送速度が第１の速度の場合よりも、前記搬送速度が前記第１の速度より速い第２の速度である場合の前記テンプレートの数を多くすることを特徴とする請求項２に記載の記録装置。
5. 前記記録の制御は搬送手段による記録媒体の搬送速度の制御であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の記録装置。
6. インクを吐出することによって前記記録媒体へ記録を行うためのインクジェット記録ヘッドを前記記録手段として備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の記録装置。
7. 前記記録ヘッドが静止した記録媒体の上を移動することと、前記搬送手段が記録媒体を搬送することとを交互に行って記録を行い、前記撮像手段は、静止している記録媒体を撮像することを特徴とする請求項７に記載の記録装置。
8. 搬送手段によって搬送される記録媒体の表面を撮像し、異なるタイミングでの撮像によって得られた撮像画像を用いてテンプレートマッチング処理を行うことで前記搬送手段によって搬送される前記記録媒体の移動量を検出し、検出された移動量に従って前記搬送手段によって搬送される前記記録媒体への記録動作の制御を行う記録方法であって、
   前記撮像画像から複数のテンプレートを作成して、前記テンプレートマッチング処理を行って前記複数のテンプレートに各々対応する複数の移動量を求め、前記複数の移動量のうち、所定の移動量の範囲に入る移動量に基づいて、前記記録動作の制御を行うことを特徴とする記録方法。

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