JP3520090B2 - サーマルプリンタのための加熱制御 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、サーマルプリンタのための制御、特にサー
マルプリンタの加熱素子に供給される駆動電流の制御に
関する。

サーマルプリンタは、媒体上にイメージを形成するた
めに熱エネルギーを用いる。概して、このようなプリン
タは、媒体のイメージ特性を変更するために媒体に熱エ
ネルギーを付与するか、またはインクを媒体に転写する
ためにホットメルトワックスインクリボンに熱エネルギ
ーを与えるかのいずれかにより動作する。これらのプリ
ンタは、媒体の幅方向に延び且つ媒体上の各画素位置用
の加熱素子を有する静止ヘッドを特徴とする。加熱素子
の数は、プリンタの解像度（印刷の各行方向の、１イン
チ当たりのドット数またはdpi）とプリンタキャリッジ
の幅とに依存する。サーマルプリンタは通常、多くの加
熱素子を有し、数千〜数万個も有する場合も多い。

媒体上に形成される画素（ピクセル）は、そのサイズ
が部分的に、対応する加熱素子により与えられる熱の量
に依存する、バイナリエレメント（フルトーンまたはノ
ートーン）であってもよい。また、媒体上に形成される
ピクセルは、その強度が部分的に、対応する加熱素子に
より与えられる熱の量に依存する、コントーンエレメン
ト（ノートーンからフルトーンまでの範囲内でのグラデ
ーション）であってもよい。いずれの場合も、加熱素子
により与えられる熱の量は、部分的に、加熱素子に供給
される駆動電流の量、加熱素子の抵抗値、電流サイクル
の開始時における加熱素子の周囲温度、および隣接する
加熱素子の温度に依存する。多くのサーマルプリンタ
は、隣接する加熱素子により発生する熱による影響を克
服する、または少なくとも減少させるために、制御装置
を用いている。

Lawrence J.Lukis、J.Mark Gilbert、およびDanny J.
Vatlandにより、1994年８月31日に出願され且つ本発明
と同一の譲受人に譲渡された、米国特許出願第08/298,9
36号“Method and Apparatus for Controlling a Therm
al Print Head"において、サーマルプリントヘッドの加
熱素子に対する内部スイッチを制御することによりサー
マルプリントヘッドの駆動電流の印加を制御するために
熱イメージデータを作成する技術が記載されている。Lu
kisらの出願は、加熱素子の周囲温度と隣接する加熱素
子間の熱的相互作用とを考慮しながら、選択された加熱
素子により必要なバイナリイメージサイズを生成するた
めにヘッドの加熱素子用の駆動電流信号を生成すること
を記載している。Lukisらの出願に記載された発明の好
適な形態において、駆動電流（複数）は同時に終了する
ために右端または終了時に揃えられている（right or e
nd justified）が、電流パルスの開始時は特定の素子に
エネルギーが与えられる時間の長さに依存して変動す
る。

サーマルプリントヘッドの製造における誤差（熱的駆
動されるインクジェットプリンタの製造における誤差を
も含む）の結果、素子の抵抗値が±15％も変化すること
が知られている。さらに使用時、加熱素子は熱的に劣化
し、それにより加熱素子の抵抗値を変化（通常増加）さ
せ得る。従って、加熱素子の抵抗値の範囲は、製造時の
誤差および様々な加熱素子が劣化する様式に依存して、
30％以上であり得る。熱的劣化は、通常抵抗値を増加さ
せ、それにより与えられた印加電圧値に対して加熱素子
が発生させる熱量が減少して印刷イメージの質を劣化さ
せ且つヘッドの寿命を短縮する。そのため、プリントヘ
ッドは、意図されたよりも小さい（バイナリ印刷の場
合）または弱い（コントーン印刷の場合）ドットを生成
し得る。従って、特に製造時の誤差による抵抗値の相違
を補償するために、補償技術を用いることが一般的であ
る。

加熱素子の抵抗値は、素子の負荷電流の関数として測
定される。しかし、サーマルプリントヘッドのリーク電
流が与えられた加熱素子の負荷電流の正確な測定を妨害
し、それにより抵抗値の測定を不正確なものとする。

発明の要旨 本発明の第１局面において、サーマルプリンタはドッ
トを印刷する複数の加熱素子を有するプリントヘッドを
含む。駆動パルス源は、駆動パルスの第１部分において
それぞれの加熱素子にエネルギーを与え、駆動パルスの
第２部分においてそれぞれの加熱素子にエネルギーを与
えないよう、それぞれの加熱素子を操作する。測定回路
はそれぞれの加熱素子の加熱因子を測定し、メモリは、
測定されたそれぞれの加熱因子に基づくそれぞれの加熱
因子の補正因子を格納する。補正因子はそれぞれの駆動
パルスを調整するために用いられて、加熱素子の加熱因
子の差異によるドットサイズのばらつきを減らすよう、
第１および第２期間を変更する。

本発明の第２局面において、サーマルプリンタは、ド
ットを印刷する複数の加熱素子を有するプリントヘッド
を含む。駆動パルス源はそれぞれの加熱素子を操作し、
それによって、各駆動パルスは、それぞれの加熱素子に
エネルギーが与えられる駆動パルスの第１期間と、それ
ぞれの加熱素子にエネルギーが与えられない駆動パルス
の第２期間とを提供するように調整される。この第１期
間と第２期間は、選択されたエネルギーレベルを規定す
る。メモリは調整された駆動パルスを格納する。メモリ
は加熱素子に接続されて、調整されたそれぞれの駆動パ
ルスをそれぞれの加熱素子に供給する。

本発明の第２局面において、プリンターは、各加熱素
子の加熱因子を測定する測定回路を随意に含んでもよ
い。メモリは、測定されたそれぞれの加熱因子に基づく
各加熱素子用の補正因子を格納する。補正因子はそれぞ
れの駆動パルスを調整するために用いられて、加熱素子
の加熱因子の差異によるドット特性のばらつきを減らす
よう、第１および第２期間を変更する。補正因子を格納
するメモリは、調整された駆動パルスを格納するメモリ
と同じメモリであてもよいし、別のメモリであってもよ
い。

本発明のさらに別の局面によると、測定装置は選択さ
れた加熱素子の抵抗を測定する。その測定装置はキャパ
シタなどの電荷蓄積装置を含む。第１の充電回路は、す
べての加熱素子のリーク電流を表す電荷で電荷蓄積装置
を充電する。第２の充電回路は、選択された加熱素子の
負荷電流とすべての加熱素子のリーク電流とを表す信号
を電荷蓄積装置に供給する。電荷蓄積装置に接続された
出力回路は、負荷電流を表す出力信号を供給する。

本発明のさらに別の局面によると、サーマルプリント
ヘッドの選択された加熱素子の抵抗は、サーマルプリン
トヘッドを電源から切り離すことによって測定される。
電荷蓄積装置を有する測定回路は、サーマルプリントヘ
ッドに接続される。測定電圧源は、選択された加熱素子
を動作させない間にサーマルプリントヘッドに供給さ
れ、それによって、測定電圧とサーマルプリントヘッド
のリーク電流とを表す電荷で電荷蓄積装置を充電する。
その後、選択された加熱素子は、測定電圧源によって動
作し、電荷蓄積装置の電圧を、選択された加熱素子の負
荷電流を表す量だけ変化させる。電荷蓄積装置の電圧の
変化を表す信号が、メモリテーブルなどに出力される。

本発明のさらに別の局面によると、サーマルプリンタ
は、抵抗性をもつ複数の加熱素子を有するサーマルプリ
ントヘッドと、加熱素子に負荷電流を供給するパワーサ
プライとを有する。スイッチは、パワーサプライをサー
マルプリントヘッドに選択的に接続する。測定回路は測
定信号を供給し、サーマルプリントヘッドに接続され、
且つサーマルプリントヘッドに測定信号を供給する出力
を有する。測定回路は、スイッチがパワーサプライをサ
ーマルプリントヘッドに接続するとき、信号回路がパワ
ーサプライからの電流をシンクする（sink）ことを防ぐ
防止手段を含む。感知回路は信号回路に接続され、スイ
ッチがパワーサプライをサーマルプリントヘッドから切
り離すとき、サーマルプリントヘッドを通る電流を測定
する。

図面の簡単な説明 図１は、サーマルプリンタのブロック図である。

図２は、本発明によるプリントヘッド駆動制御装置の
ブロック図である。

図３は、メモリ構造を説明する際に有用なメモリ内の
データ配置を表す図である。

図４は、本発明のプリントヘッド駆動制御装置におい
て用いられるメモリ構造を示す図である。

図５は、サーマルプリントヘッドの加熱素子の抵抗値
を測定する抵抗測定回路の回路図である。

好適な実施形態の詳細な説明 図１は、サーマルプリンタのサーマルプリントヘッド
50の加熱素子を駆動する制御システム100のブロック図
である。プリンタは、熱の存在下においてイメージ特性
を変化させる媒体を用いるタイプであってもよいし、イ
ンクを媒体に転写するためにホットメルトワックスイン
クリボンを用いるタイプであってもよい。ホスト102
は、原イメージデータを生成する１以上のソフトウェア
アプリケーションが動作するコンピュータまたは他のプ
ロセッサである。ホスト102はまた、ビデオカメラまた
はスキャナなどの従来の撮像装置であってもよい。ホス
ト102からのイメージは、磁気ディスクドライブなどの
格納装置104に転送される。格納装置104は、原イメージ
を表す階調を、規則的な間隔を有する、ノートーンから
中間階調を経てフルトーンまでの範囲の連続したトーン
として受け取る。あるいは、原イメージを、格納装置10
4に格納される中間階調イメージに変換するために、イ
ンタプリタを設けることもできる。プロセッサ106は、
格納装置104から階調イメージデータを受け取って、適
切な駆動制御信号をプリントヘッド駆動制御装置112に
供給する。プロセッサ106は、ルックアップテーブル108
を用いて、サーマルプリントヘッド50内の各加熱素子用
の駆動エネルギーまたは駆動レベルを生成する。これら
の駆動信号は、サーマルプリントヘッド50の各加熱素子
に、駆動エネルギーを表すゲート信号を供給するため
に、駆動信号を処理するプリントヘッド駆動制御装置11
2に供給される。プロセッサ106は、メモリテーブル324
に格納されたディジタル変換された抵抗測定データを用
いて、抵抗補償データに応じて駆動電流パルスを調整
し、それにより各加熱素子用の最終駆動電流パルス信号
を作成する。

プリントヘッド駆動制御装置112は、サーマルプリン
トヘッド50の加熱素子のうちの選択された加熱素子をノ
ード316に接続するために、サーマルプリントヘッド50
内の内部スイッチ（図示せず）にゲート信号または駆動
信号を供給する。パワーサプライ345は、スイッチネッ
トワーク342を介してノード316に接続されている。スイ
ッチネットワーク342は、以下に述べる目的のために、
ノード343を介して、プリントヘッド駆動制御装置112か
ら制御されている。サーマルプリントヘッド50のスイッ
チは、各加熱素子をノード316および（動作モードにお
いて）パワーサプライ345に接続し、それにより各加熱
素子にエネルギーを与えるために、当該分野でよく知ら
れた様式で且つプリントヘッド駆動制御装置112からの
駆動信号の制御下において動作する。抵抗測定回路310
は、ノード316に接続された出力を有しており、テスト
中の加熱素子の抵抗値を測定する。抵抗測定回路310は
また、ノード320および326を介してアナログ／ディジタ
ル（A/D）変換器322に接続された出力を有しており、デ
ィジタル変換された抵抗測定データをメモリテーブル32
4に供給する。抵抗測定回路310は、ノード312を介して
パワーサプライ345により電力を与えられる。

好適な一実施形態において、プロセッサ106、格納装
置104、およびルックアップテーブル108の詳細が上記Lu
kisからの出願に記載されており、上記Lukisらの出願を
参考のためここに援用する。プリントヘッド駆動制御装
置112に入力される駆動制御信号の生成の完全な理解の
ために、その出願の開示内容を参照すべきである。プリ
ントヘッド駆動制御装置112および抵抗測定回路310の詳
細を、スイッチネットワーク342、パワーサプライ345、
A/D変換器322およびメモリテーブル324との関係と共
に、以下に述べる。しかし、まずプリントヘッド駆動制
御装置112に入力される駆動制御信号の性質を理解する
ことが有用である。

本発明を、バイナリ印刷、すなわち、トーンまたはノ
ートーンを有するドットの印刷であって、且つそのサイ
ズおよび配置が原イメージにより忠実なバイナリ出力イ
メージを生成する印刷、に関連づけて説明する。ドット
のサイズは、ドットを形成するエネルギー量に依存し、
そのことは加熱素子に対する駆動電流量、加熱素子の熱
的特性、および隣接する加熱素子の温度の影響により影
響を受ける。

上記Lukisらの出願に記載の装置において、加熱素子
に対する駆動信号は、好適には右端または終了時に揃え
られている。すなち、駆動信号は、駆動信号のデューテ
ィまたは加熱サイクル中の様々な時点で各加熱素子にエ
ネルギーを与え始めるが（加熱素子に印刷されるエネル
ギー量に基づく）、駆動信号は全てサイクルの終了時に
同時に終了する。本発明をLukisらの出願におけるよう
に右端または終了時に揃えられた信号と関連づけて説明
するが、本発明は、先行技術のように左端または開始時
に揃えられた（left or start justified）駆動信号を
用いた印刷、あるいは重複した又は他の関係に従わない
駆動信号を用いた印刷などの、バイナリ印刷の他の形態
にも均等に適用可能である。さらに、本発明はまた、ト
ーンのイリュージョンがドットの位置および／またはサ
イズにより生成されるハーフトーン印刷、そしてトーン
がドットの強度によって生成されるコントーン印刷にも
適用可能である。

Lukisらの出願に記載の駆動信号は、一連の、バイナ
リの０または１として割り当てられ、連続した期間に調
整することができる（このような100の期間に調整する
ことが好適な一実施形態である）駆動パルスである。従
って、駆動信号は、連続する100ビットを含む。バイナ
リの０が加熱素子に対するエネルギーの付与の「オフ」
状態を表す場合、与えられた加熱素子に対する典型的な
デューティまたは加熱サイクルは、バイナリの０から始
まり且つ連続する100ビットの期間内のある時点でバイ
ナリの１に変化する、100ビットの駆動信号により表さ
れる。従って、50％のエネルギー付与レベルを有する駆
動信号は、50のバイナリの０とそれに続く50のバイナリ
の１とを有する。他方、20％のエネルギー付与レベルを
有する駆動信号は、80のバイナリの０とそれに続く20の
バイナリの１とを有する。駆動信号のデューティサイク
ルは、期間固定型である。

図２は、本発明によるプリントヘッド駆動制御装置11
2のブロック図である。プリントヘッド駆動制御装置
は、入力がプロセッサ106（図１）の出力に接続され且
つ出力がランダムアクセスメモリ（RAM）302の入力に接
続された、ファーストインファーストアウト（FIFO）レ
ジスタ300を含む。RAM302の出力は、電圧制御回路304に
入力され、電圧制御回路304の出力は、サーマルプリン
タのサーマルプリントヘッド50の各加熱素子にパワーサ
プライ345（図１）からの電流を印加するために用いら
れるサーマルプリントヘッド内の内部スイッチ（図示せ
ず）の各々に直接接続される。

上記したように、加熱素子に印刷された駆動パルスは
様々なエネルギー付与期間を有し、その期間内に電流が
各加熱素子に供給されてイメージを形成する。媒体上の
与えられた位置の与えられたドットのサイズは、ドット
位置に隣接し且つドット位置の周囲にある加熱素子に供
給される駆動電流に依存し、従って、各加熱素子に対す
るエネルギー付与期間に依存する。また上記のように、
各加熱素子用の駆動信号の調整は、与えられた行のため
の加熱素子に供給されるべきエネルギーを表す、例えば
100の別々のセグメントまたはパス（pass）に対して、
プロセッサ106によって決定される。100のパスまたはセ
グメントは各々、そのパス用に加熱素子に供給されるべ
きエネルギーレベルを表すバイナリ信号からなる。上記
のLukisらの出願において説明されている理由により、
エネルギー付与の終わりは、好適には、加熱素子に対す
るエネルギー付与開始時（初期エネルギー付与パス）が
加熱素子の駆動専用のデューティサイクルの量に基づい
て変動するように、駆動信号のデューティサイクル（ま
たはパルスサイクル）の終了時にある。しかし、エネル
ギー付与の終了時は、全加熱素子において、デューティ
サイクルの終了時と一致する。従って、デューティサイ
クルは２つの期間、すなわち、各加熱素子にエネルギー
が与えられないバイナリの０の第１の期間と、それに続
く、各加熱素子にエネルギーが与えられるバイナリの１
の第２の期間とに分割される。電圧制御回路304は、RAM
302内のデータにより指示されるように、デューティサ
イクル中の複数の期間の間、サーマルプリントヘッドの
加熱素子の内部スイッチを動作させる。

本発明の好適な形態において、ヘッドは、ヘッドの幅
である303ミリメートル（11.95インチ）にわたって、１
インチ当たり600個の加熱素子の間隔（600dpi）で7168
個の加熱素子を含む。好適には、各信号パルスのデュー
ティサイクルは、５ミリ秒である。図３は、7168個の加
熱素子の各々に対して与えられる駆動信号の100のパス
またはセグメントの各々に対するビット値を有するテー
ブルを示す。従って、図３の横軸は加熱素子を特定し、
縦軸は加熱素子用の５ミリ秒のデューティサイクルのパ
スまたは区画番号を特定する。

例えば、５ミリ秒のデューティサイクルの50％の間に
エネルギーを付与されて「オン」またはハイになる第１
の加熱素子と、５ミリ秒のデューティサイクルの20％の
間にエネルギーを付与されて「オン」またはハイになる
第２の加熱素子とを考えられたい。本発明によると、駆
動信号パルスデューティサイクルのオンまたはエネルギ
ー付与期間の制御は、選択された調整期間または区画の
間、駆動信号パルスを調整し且つ駆動パルスを選択的に
動作させてオンまたはハイにすることにより行われる。
第１のパスの間、両方の加熱素子はオフ（テーブルにお
いてバイナリの０）である。従って、加熱素子への駆動
信号はローである。第２のパスの間、バイナリの０が再
び、オフ状態と両方の加熱素子に対するロー駆動信号と
を示す。51番目のパスにおいて第１の加熱素子に対する
駆動信号の値は、バイナリの１になる（且つ101番目の
パスまで１のままであり続ける）。他方、第２の加熱素
子に対する駆動信号の値は、バイナリの０のままであ
る。第２の加熱素子は、パス81までエネルギーを与えら
れない。従って、第１の加熱素子は図３のテーブルにお
いて、パス１〜50まで０の値を有し、パス51〜100まで
は１の値を有する。他方、第２の加熱素子は、パス１〜
80まで０の値を有し、パス81〜100までは１の値を有す
る。電圧制御回路304は、図３のテーブルにおける０の
ビット値に応答して各加熱素子に対してローまたは０の
駆動信号を生成し、１のビット値に応答して各加熱素子
に対してハイまたは非０の（non−zero）電流値を生成
する。

図３のテーブルは、実際にはRAM302内で実行されるこ
とが理解される。テーブルの構造を図４に示す。RAM302
は、各々少なくとも716,800ビット（約90Kバイト）を格
納することが可能である、１対のバンク306および308を
含む。１バイトは、単一のパスの間にサーマルプリント
ヘッドの８個の加熱素子に対する駆動信号のエネルギー
付与値を表す、８ビットを含む。従って、7168個の加熱
素子の場合、各パスに対して896バイトのデータが必要
である。５ミリ秒の加熱サイクルの場合、896バイトの
データを有する各パスは、7168個の加熱素子を50マイク
ロ秒の間に動作させる。

RAMの第２のバンク308は第１のバンク306と同一であ
り、7168個の加熱素子の全てに対して計100のパスに対
するデータを格納するように動作可能である。

従って、バンク306および308の各々は、１行全体のデー
タに対して加熱素子を動作させるためのデータを含む。
ここに記載した様式でバンクを分割することにおける１
つの特徴は、データが一方のバンクから電圧制御回路30
4（図２）に読み出されると、次の行のために他方のバ
ンクにデータがロードされることである。このように、
一方のバンクが１行分のデータを印刷するために駆動信
号を生成している間、他方のバンクが印刷すべき次行の
データをロードするように同時に動作する。

電圧制御回路304（図２）は、各パスに対するバイナ
リ値のデータに応答して、RAM内の対応する位置のバイ
ナリ値のデータに基づいて各加熱素子スイッチに対し
て、バイナリの１またはバイナリの０のいずれかの駆動
信号を生成する。電圧制御回路304が、各加熱素子スイ
ッチに対してバイナリの１の駆動信号を生成すると、加
熱素子スイッチは導電状態に設定されて、スイッチネッ
トワーク342の状態により、電流がパワーサプライ345
（図１）または抵抗測定回路310から各加熱素子を介し
て流れることを可能にする。逆に、電圧制御回路304が
バイナリの０の駆動信号を生成すると、各加熱素子スイ
ッチはオープンの状態になり各加熱素子を介する電流の
流れはなくなる。

本発明において駆動信号パルスは調整されて、各加熱
素子にエネルギーが与えられない駆動パルスの第１の期
間と、各加熱素子にエネルギーが与えられる駆動パルス
の第２の期間とを提供する。第１および第２の期間は、
所望のドットサイズを選択するために選択されたエネル
ギー付与レベルを規定する。RAM302は、加熱素子のため
の調整された駆動信号パルスを格納する。RAMは、先行
技術におけるように、シフトレジスタおよびカウンタに
関連する代価（expense）または遅延を導入することは
ない。RAM302は、各加熱素子スイッチを動作させるため
に、駆動信号パルスを電圧制御装置304に供給する。

サーマルプリンタに共通の１つの問題点は、サーマル
プリントヘッドの加熱素子の抵抗値が経時的に変化する
ことがしばしばあり且つ±15％も変化し得るという事実
にある。さらに、抵抗値は通常経時的に増加し、ヘッド
の性能に悪影響を与える。本発明の一局面は、製造時の
ばらつきおよび加熱素子の劣化による抵抗値差を補償す
ることである。これは、各加熱素子の加熱因子または抵
抗値を定期的に測定し、測定された加熱因子または抵抗
値に基づく補償値または補正因子のディジタル表示を図
１に示すメモリテーブル324に格納し、補償値または補
正因子に基づく量だけ加熱サイクルのオンまたはハイの
期間の長さを変更することにより達成される。図５は、
ヘッドの加熱素子の加熱値または抵抗値を測定する抵抗
測定回路310の回路図である。

測定回路は、各加熱素子の負荷電流を測定および比較
することにより加熱素子間の抵抗差を測定する。しか
し、加熱素子の数が多いためにリーク電流の量が大きい
場合は特に、リーク電流が測定に影響を与え得る。加熱
素子を介するリーク電流は、10マイクロアンペアにもな
り得る。7168個の加熱素子を有するサーマルプリントヘ
ッドを用いる本発明において、リークはヘッド全体で72
ミリアンペアにもなり得る。通常の動作状態において、
各加熱素子は約4.5ミリアンペアを引き出す（draw）。
従って、72ミリアンペアのリーク電流がある場合、測定
回路は4.5ミリアンペアの負荷電流を見積もらなければ
ならない。サーマルプリントヘッドの測定電圧が4.5ミ
リアンペアの負荷電流を生成するように意図されている
場合、従来の測定回路を用いて72ミリアンペアのリーク
電流の存在下において1/10または2/10ミリアンペア以下
の変化を正確に測定することは不可能である。図５は、
加熱素子を介した相対的負荷電流の正確な測定を提供す
る、本発明による抵抗測定回路310を示す。

パワーサプライ345（図１）は、スイッチネットワー
ク342（図１）を介してノード316（図１および図５）に
調整された24ボルトサプライを供給する。スイッチネッ
トワーク342の導電状態は、以下に述べるように、ノー
ド343における、プリントヘッド駆動制御装置112からの
論理信号により確立される。抵抗器R1（図５）は、基準
電圧源を介して接地される。基準電圧源は、ツェナーダ
イオードD1により供給されており、FET Q1により分路さ
れる。FET Q1の導電状態は、ノード314における論理信
号により制御される。導電状態にある場合、FET Q1は増
幅器U1の非反転入力325をグラウンドに引き出す。他
方、非導電状態にある場合、FET Q1はツェナーダイオー
ドD1を分路せず、ツェナーダイオードD1は、増幅器U1の
非反転入力325に基準電圧を供給する。増幅器U1の非反
転入力に供給される基準電圧は、ツェナーダイオードD1
の特定されたツェナー電圧と等価である。好適な実施形
態において、ツェナーダイオードD1のツェナー電圧は、
12ボルトである。

電圧調整回路340は、増幅器U1と、ツェナーダイオー
ドD1と、ダイオードD3と、FET Q2と、抵抗器R2、R3、R6
およびR7とを含む閉ループシステムとして動作する。ノ
ード325において増幅器U1の非反転入力が接地されてい
る場合、増幅器U1は、FET Q2のゲートに本質的に０ボル
ト信号を供給してFET Q2をオフにするために、ダイオー
ドD1を介して動作する。12ボルトなどの基準電圧がノー
ド325において増幅器U1の非反転入力に印加されると、
増幅器U1の出力電圧がノード329において供給され、そ
れによりFET Q2のゲートを駆動してノード327における
電圧を、ノード325における基準電圧と等しい値へと調
整する。抵抗器R6を介して無視できる電流が流れ、ノー
ド316における電圧はノード327における電圧に等しい。

動作モードにおいて、プリントヘッド駆動制御装置11
2（図１）は、ノード343に論理信号を供給し、それによ
りスイッチネットワーク342を動作させてパワーサプラ
イ345からの電力をノード316とサーマルプリントヘッド
50とに供給する。例えば、スイッチネットワーク342
は、サーマルプリントヘッドの7168個の加熱素子に電力
を供給するために必要な高電流（例えば30アンペア）を
搬送するように設計されたパラレルパワートランジスタ
のバンクであり得る。FET Q1を導電状態にして増幅器U1
の非反転入力325を接地しFET Q2を非導電状態にするた
めには、ノード314（図５）における入力信号が論理的
ハイであることが好ましい。しかし、FET Q2は、印刷
中、ノード316に24ボルトの電源が存在するために、電
圧を有していない。さらに、ダイオードD3は、電圧調整
回路340が電流をシンクすることがなく電流を生成のみ
できるように、ユニポーラであることを保証する。従っ
て、測定回路310は、動作モードの間印刷動作を妨害せ
ず、印刷中サーマルプリントヘッド50に接続されていて
も24ボルトの電源により被害を受けるはずはない。

動作中、上記のように、パワーサプライ345は、プリ
ントヘッド駆動制御装置112からの駆動信号の制御下に
おいて選択的に動作し、サーマルプリントヘッド50の加
熱素子に24ボルトの電力を供給する。

加熱素子の抵抗を測定することが望まれる場合、プリ
ントヘッド駆動制御装置112（図１）はノード343におけ
る論理信号の状態を変化させて、スイッチネットワーク
342を非導電状態にし、それによりパワーサプライ345
と、ノード316およびサーマルプリントヘッド50との接
続を断つ。

測定モードにおいて、ノード318（図５）における入
力信号は、まず論理的にローに設定され、それによりFE
T Q4を強制的に非導電状態にしてFET Q5を強制的に導電
状態にする。ツェナー電圧基準ダイオードD2は、FET Q5
を介して蓄積キャパシタC1の片側にあるノード333に基
準電圧を供給する。ノード333に供給された基準電圧
は、ツェナーダイオードD2の特定されたツェナー電圧と
等価である。好適な実施形態において、ツェナーダイオ
ードD2をツェナー電圧は、1.2ボルトである。

次に、ノード314における入力信号が論理的ローに設
定され、それによりFET Q1を非導電状態にし且つダイオ
ードD1からの分路を除去する。その結果、12ボルトの基
準信号が、増幅器U1の非反転入力に供給されることにな
る。増幅器U1およびFET Q2は、抵抗器R2およびR3（総抵
抗は100.0Ω）と共に線形調整器を形成し、増幅器U1の
反転入力を介したフィードバックにより、ノード316に
おける出力をツェナーダイオードD1の電圧降下（例えば
12ボルト）に等しい値に調整する。ツェナーダイオード
D2は、調整された1.2ボルトの源をキャパシタC1の一方
の側（ノード333）に供給し続ける。キャパシタC1の他
方の側はノード330に接続される。ノード330における電
圧は、抵抗器R2およびR3をわたって如何なる電圧が現れ
ようとも、その電圧とノード316における電圧とを合計
した値に等しい。このとき、抵抗器R2およびR3をわたる
電圧は、サーマルプリントヘッドの全リーク電流に比例
する。

ツェナーダイオードD1と電圧調整回路340とによりノ
ード316に12ボルトの電圧が供給された場合、電流は、
サーマルプリントヘッド50の全加熱素子を介したリーク
電流という形態で、ヘッド50を介して流れる。通常、24
ボルトの電圧の場合の全リーク電流は72ミリアンペアに
もなる。12ボルトの電圧の場合、リーク電流は約36ミリ
アンペアにもなり、抵抗器R2およびR3により形成された
100オームの検知抵抗に現れる。例えば、リーク電流が3
0ミリアンペアであれば、抵抗器R2およびR3を介した電
圧降下は3.0ボルトである。従って、ノード330における
総電圧は、約15.0ボルトである（基準電圧の正確なレベ
ルに依存する）。キャパシタC1にかかる電圧は、ノード
330と333との電圧差、すなわち13.8ボルトに等しい。

次に、ノード318におけるリセット信号が、論理的ハ
イに設定されて、FET Q4をオンにし且つFET Q5をオフに
する。FET Q5をオフにすることにより、ツェナーダイオ
ードD2により供給される1.2ボルトの基準電圧から、キ
ャパシタC1は有効に除去される。従って、少量（２〜３
ナノメータのオーダー）の電流はキャパシタC1を介して
増幅器U2に流れる。

次に、テスト中の加熱素子は、ノード316における12
ボルトの電圧により動作する。これは、サーマルプリン
トヘッド50（図１）の加熱素子内の内部スイッチを、テ
スト中の単一の加熱素子のみをノード316における測定
電圧により駆動するように制御するために、RAM302と電
圧制御装置304（図２）とを動作させることにより達成
される。ノード316と回路接地ノード331との間に接続さ
れたテスト中の加熱素子に12ボルトの電圧が印加された
場合、加熱素子を介した負荷電流（通常約2.25ミリアン
ペア、すなわち24ボルトでの4.5ミリアンペアの引き出
しの半分）が、全加熱素子のリーク電流と共に、抵抗器
R2およびR3の100オームの抵抗を介して通過して、それ
によりテスト中の加熱素子の負荷電流を表す量だけノー
ド330における電圧を変化させる。より特定すると、テ
スト中の加熱素子の負荷電流が2.25ミリアンペアであれ
ば、ノード330における電圧はノード316における電圧
（12.0ボルト）と負荷電流により抵抗器R2およびR3に現
れる電圧（0.225ボルト）とリーク電流により抵抗器R2
およびR3に現れる電圧（3.0ボルト）との和、すなわち1
5.225ボルトに等しくなる。しかし、キャパシタC1の電
圧（13.8ボルト）は変化せず、従って、ノード333にお
ける電圧も、負荷電流により抵抗器R2およびR3に現れる
電圧に等しい量だけ増加して、その結果、負荷電流によ
る電圧とツェナーダイオードD2の基準電圧との和（この
実施例では1.425ボルト）に等しくなる。この電圧は、
増幅器U2の非反転入力への入力として供給される。ツェ
ナーダイオードD2からの基準電圧（例えば1.2ボルト）
は増幅器U2の反転入力へも供給されるため、増幅器は、
その入力における信号間の差（0.225ボルト）を増幅す
る。好適な実施形態において、増幅器U2は10の利得を有
し、増幅器U2は、ノード320における出力電圧を2.25ボ
ルト変化させる（1.2ボルトの基準電圧から3.45ボルト
へ）。

ツェナーダイオードD2により供給された調整電圧（例
えば1.2ボルト）は、ノード326にも供給される。図１に
示すように、ノード320と326との出力電圧差（この実施
例では2.25ボルト）はA/D変換器322により処理されて、
サーマルプリントヘッドのテスト中の加熱素子の加熱値
のディジタル表示を得る。抵抗値のディジタル表示は、
後の使用のためにメモリテーブル324に格納される。

ノード320における電圧がノード326における電圧と異
なる量は抵抗を示し、従って、各加熱素子の加熱因子を
示す。ノード326における電圧は、ツェナーダイオードD
2の特定されたツェナー電圧に本質的に等しい。本発明
において、ダイオードD2の特定されたツェナー電圧は、
1.2ボルトである。従って、ノード320と326との間の電
圧差をアナログ−ディジタル変換することにより、サー
マルプリントヘッド内の各加熱素子の抵抗値を決定する
ことが可能になる。A/D変換器322（図１）は、ノード32
0と326とのディジタル化された電圧差を比較し、且つ、
メモリテーブル324に格納すべき補正因子を得てイメー
ジデータと組み合わせてサーマルプリントヘッド50に対
する駆動信号を調整するために、ルックアップテーブル
を用いてもよい。

抵抗測定回路310は、サーマルプリントヘッド50の加
熱素子に対する24ボルトの電力をオフにすることにより
動作する。抵抗測定回路310は、まずスイッチネットワ
ーク342を動作させて、それによりサーマルプリントヘ
ッド50内の加熱素子に対する24ボルトの電圧を取り除く
ことにより動作する。その後、測定回路310は、ノード3
14に論理的ロー信号を印加することにより活性され、こ
れによってノード316における12ボルトの一定出力をサ
ーマルプリントヘッド50に供給する。

ノード318における信号が論理的ローに設定されて、
キャパシタC1を、ノード330（サーマルプリントヘッド
のリーク電流を表す）とノード333（ツェナーダイオー
ドD2により確立された基準電圧）との間の電圧差に等し
い電圧にまで充電する。この動作は、実際の測定の準備
において、ノード333およびキャパシタC1の電圧を有効
に初期化する。キャパシタC1を充電することを可能にす
る短い時間（好適な実施形態においては約300マイクロ
秒）の後、ノード318は論理的ハイに設定されてFET Q5
を強制的に非導電状態にしてキャパシタC1用の充電路を
排除する。その後、テスト中の加熱素子は、プリントヘ
ッド駆動制御装置112（図１）によりオンにされ、ノー
ド316において12ボルトの測定信号下において動作す
る。キャパシタC1の電圧は変化し得ないため、テスト中
の加熱素子における負荷電流を表す電圧が、増幅器U2の
非反転入力に直接印加される。印加された電圧は増幅さ
れ、その信号はA/D変換器322により処理される。その
後、プリントヘッド駆動制御装置は、加熱素子を閉じる
ように動作し、抵抗を測定すべき各加熱素子に関して、
ノード318における信号を論理的ローに設定することか
ら始まるこのサイクルが反復される。

各テストにおいて、抵抗測定回路310から得られた信
号が、A/D変換器322を介して処理されてメモリテーブル
324（または以下に述べるようにRAM302）内に格納され
る。測定回路310は、プリンタが活性化されるごとに
（各印刷ジョブの開始時など）、又は他の都合のよい時
に、プロセッサ106（図１）により活性化される。本発
明において、各加熱素子の抵抗測定は約10ミリ秒で行わ
れる。従って、ヘッド全体の全7168個の加熱素子の測定
時間の合計は、約1.25分で完了する。

テスト中の加熱素子をオンにする時と、A/D変換器を
初期化してノード320における電圧を安定化させるため
の変換プロセスを開始する時との間に、時間的遅延があ
る。

図５に示す抵抗測定回路310の１つの特徴は、動作モ
ードの間、サーマルプリントヘッドに接続されたノード
316もまたスイッチ342を介して24ボルトの電圧源に接続
されていることである。しかし、測定回路310は、動作
モード中にはノード316に現れる24ボルトの電圧によっ
て悪影響を受け得ず、スイッチネットワーク342によっ
て強制的に24ボルトの電圧を与えられるためノード316
による動作を妨害することはない。これは、ノード312
と316とが、測定回路310とスイッチネットワーク342と
の両方に共通しており、それによってプリンタが動作モ
ードにあるときにFET Q2に電圧が印加されていないこと
による結果であり、且つ、電圧調整回路340がユニポー
ラであり、これによって電流をシンクすることがなく電
流源となるのみであることの結果である。このことは、
大量の電流（例えば最大30アンペア）が、測定回路310
を通過することなくサーマルプリントヘッドに送達され
ることを可能にし、且つ、サーマルプリントヘッドに対
する測定回路の永久的接続を可能にする。本発明の別の
特徴は、FET Q5の動作によって1.2の基準電圧を増幅器U
2の非反転入力に印加され、増幅器が活性状態に維持さ
れることである。1.2の基準電圧はまた、ノード326にお
いてA/D変換器322（図６）に出力される。このことは、
A/D変換器が、ノード320と326との間の電圧差を変換し
て共通のモードノイズを補償することを可能にする。

図５の抵抗測定回路は、熱エネルギーを用いてインク
サプライを起動することによりインク滴を媒体に向けて
射出するインクジェットプリンタだけでなく、熱エネル
ギーを媒体またはインクワックスリボンに付与すること
により印刷するサーマルプリンタにも適用可能であるこ
とが、当業者には理解される。

選択された加熱素子に供給された熱エネルギーは、駆
動電圧が加熱素子に印加される時間に比例し、且つ加熱
素子の抵抗に反比例する。加熱素子が、抵抗測定回路に
よって、平均より10％高い抵抗値を有していると判定さ
れると、特定のデューティサイクルの間に選択された加
熱素子に同一の総エネルギーを供給するために、駆動電
圧が印加される時間が10％増加されなければならない。
これは、プロセッサ106が駆動信号期間にメモリテーブ
ル324に格納された乗算因子を掛けるよう動作させるこ
とによって、達成される。例えば、平均の抵抗より10％
高い加熱素子に割り当てられた、50％のエネルギー付与
レベルを有する駆動信号は、プロセッサ106により55％
のエネルギー付与レベルに調整される。

乗算因子による各駆動信号のエネルギー付与時間の変
更は、プロセッサ106に望ましくない負荷を課し得る。
そのため、本発明の別の実施形態は、各加熱素子用の加
算調整値をメモリテーブル324に格納することにより、
プロセッサの負荷を減少させる。加算調整値は、プロセ
ッサ106により、各加熱素子に対する駆動信号に加算さ
れる。加算調整値は、エネルギー付与レベルの有用な範
囲にわたって、十分な正確さで、乗算スケール因子を近
似する。上記の実施例においては、平均の抵抗より10％
高い抵抗を有する加熱素子は、メモリテーブル324に格
納された加算調整値５を有し得る。この場合、50％のエ
ネルギー付与レベルは、50％から55％に正確に増加され
る。他のエネルギー付与レベルもまた、同量だけ増加さ
れ、その結果不正確さは小さくなる。（例えば、40％の
エネルギー付与レベルは44％ではなく45％に増加され
る。） 駆動エネルギー付与レベルの補正によって起こるプロ
セッサ106の負荷をさらに減少させるために、メモリテ
ーブルからの加算調整値は、RAM302に直接書き込まれ、
プロセッサ106の側では動作はほとんどないか又は全く
ない。

上記に記載し且つ特に図３に示すように、加熱素子
は、加熱サイクルの開始時よりも終了時において、エネ
ルギーを付与されるか又は「オン」になることが好まし
い。このことは、ヒステリシスを扱う際に、および上記
の最終イメージの質を向上させる際に、望ましい効果を
もたらす。駆動パルスの立ち下がりにおけるエネルギー
の付与は、補正因子とイメージエネルギー付与データと
を各加熱素子に対する最も高いパス位置に書き込み、最
も低い残りのパス位置をエネルギー付与レベル０に設定
することにより達成される。従って、加熱素子補正因子
は、最も高いパス位置（100）から始めて、そこから逆
方向にRAM302に書き込まれ得る。その後、特定のイメー
ジを扱うデータは、補正因子がなくなったパス位置から
RAM302に読み込まれる。図３の実施例を用いると、ビッ
ト位置１が補正因子10を必要とすれば、パス91〜100の
位置が１によって書き込まれる。そうすると、イメージ
データは50％の信号が第１の素子に印加されることを必
要とするため、パス41〜90の位置に１が書き込まれ、パ
ス１〜40の位置は０のままにされる。そのため、補正デ
ータはイメージデータと連結される。

図１に示す発明の形態において、補正因子はメモリテ
ーブル324に格納され、イメージデータとの連結のため
にプロセッサ106とFIFO300とを介してRAM302に転送され
る。このことは、プロセッサがメモリテーブル324を、
入力イメージデータに補正データを供給するルックアッ
プテーブルとして用いることを可能にする。さらに、与
えられたピクセルに対するイメージデータが、100のパ
スのいずれの間においても加熱素子にエネルギーが与え
られないことを必要とする場合、その特定の素子に対し
てはRAM302に補正因子を挿入しないことが望ましいこと
があり得る。これは単に、全てが０であれば、メモリ32
4からメモリ302に補正因子を転送させない加熱素子用の
イメージの値をテストすることにより達成される。

また、補正因子は、RAM302の最も高いパス位置に単に
格納され、イメージデータはRAM302内で補正データに単
に連結されてもよい。このアプローチは、コンピュータ
のメモリと処理とを節約する結果をもたらし得る。補償
因子の値は、各加熱素子の加熱レベルの閾値に達しそう
にないため、補償因子がイメージに影響を与える可能性
は少ない。

いずれの場合も、補正因子は、入力されたイメージデ
ータと組み合わされて、加熱素子の抵抗のばらつきに対
して調節された、サーマルプリントヘッド用の駆動信号
を引き出す。

このように本発明は、各加熱素子を動作させるための
駆動パルス信号源を提供する。各駆動パルスは、駆動パ
ルスの第１の部分の間は各加熱素子にエネルギーを与え
ず且つ第２の部分の間は各加熱素子にエネルギーを与え
るように動作する。測定回路は各加熱素子の加熱因子を
測定し、メモリは各測定された加熱因子に基づいて各加
熱素子の補正因子を格納する。補正因子は、第１および
第２の期間を変更して加熱素子の加熱因子の差によるド
ットサイズのばらつきを減少させるために、各駆動信号
を調整するために用いられる。

本発明を好適な実施形態に照らして説明してきたが、
本発明の思想および範囲から逸脱することなく形態およ
び詳細の改変が可能であることを当業者は認識するであ
ろう。

フロントページの続き (72)発明者 エリオット， ジョナサン ディー． エリオット アメリカ合衆国 ミネソタ 55424， セント ルイス パーク，マッキー ア ベニュー 4364 (72)発明者 バトランド， ダニー ジェイムズ アメリカ合衆国 ミネソタ 55317， チャンハッセン，カーバーズ ポイント ロード 7290 (72)発明者 ギルバート， ジョン マーク アメリカ合衆国 ミネソタ 55406， ミネアポリス，44ティーエイチ アベニ ュー サウス 3143 (56)参考文献 特開 平１−110166（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−84953（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−92599（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/35

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】サーマルプリントヘッドであって、少なく
   とも隣接する加熱素子の選択された駆動エネルギーレベ
   ルに基づいた物理特性をそれぞれ有する複数のドットを
   隣接する媒体に印刷する複数の加熱素子を有する、サー
   マルプリントヘッドと、 それぞれの加熱素子を動作させ、複数のドットを表す画
   像データを受信する格納装置と、該画像データに基づい
   て各駆動パルスを計算するプロセッサとを備えた駆動パ
   ルス源であって、各駆動パルスは、該それぞれの加熱素
   子にエネルギーを与えない第１期間の駆動パルスと、該
   それぞれの加熱素子にエネルギーを与える第２期間の駆
   動パルスとを提供するように調整され、該第１および第
   ２の期間があわさって該選択された駆動エネルギーレベ
   ルを規定する、駆動パルス源と、 各駆動パルスのバイナリ表示を格納するメモリであっ
   て、該バイナリ表示は、該それぞれの加熱素子を動作さ
   せて媒体に印刷するには不十分な駆動エネルギーレベル
   を表す第１の値と、該それぞれの加熱素子を動作させて
   媒体に印刷するのに十分な駆動エネルギーレベルを表す
   第２の値とを有し、該メモリに格納されて該第１の値を
   有する該バイナリ表示は該駆動パルスの該第１期間を表
   し、該メモリに格納されて該第２の値を有する該バイナ
   リ表示は該駆動パルスの該第２期間を表す、メモリと、 該それぞれの加熱素子の抵抗を次々と測定して、該それ
   ぞれの加熱素子の抵抗を表す電圧値を出力する測定回路
   と、 該測定回路に接続されて、各出力電圧値をデジタル信号
   に変換するアナログ／デジタル変換器と、 該それぞれの加熱素子に対して、該アナログ／デジタル
   変換器から信号を受信して、乗算因子および加算因子か
   ら選択された補正データを格納するメモリテーブルと を備え、 該プロセッサは、該それぞれの加熱素子に対して、該第
   ２期間の長さに該乗算因子を乗算するか、該第２期間の
   長さに該加算因子を加算するかのいずれかによって該駆
   動パルスの第２期間の長さを補正して、該加熱素子の加
   熱因子における差異によるドットサイズのばらつきを減
   少させる、サーマルプリンタ。
2. 【請求項２】前記第２期間が前記第１期間のあとに続
   き、基本的にあわさって全駆動パルス長を構成する、請
   求項１に記載のサーマルプリンタ。
3. 【請求項３】前記補正データが、第２の値を有するバイ
   ナリ表示を含み、該補正データを格納する前記メモリが
   各駆動パルスの該バイナリ表示を格納するメモリであ
   り、該メモリは、該補正データと前記第２期間のバイナ
   リ表示とを連結し、それにより、該第２期間の実効的な
   持続時間を延ばし、且つ前記第１期間の実効的な持続時
   間を縮めて、前記加熱素子の前記加熱因子における差異
   によるドットサイズのばらつきを減少させる、請求項１
   に記載のサーマルプリンタ。