JP4086579B2 - 熱履歴制御装置、熱履歴制御方法、熱履歴制御用プログラム、及び熱履歴制御を行うサーマルプリンタ - Google Patents
熱履歴制御装置、熱履歴制御方法、熱履歴制御用プログラム、及び熱履歴制御を行うサーマルプリンタ Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱履歴制御装置、熱履歴制御方法、熱履歴制御用プログラム及び熱履歴制御を行うサーマルプリンタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばＰＯＳ装置等に搭載される小型のサーマルプリンタ等においてコストを下げる手段として、低性能、低価格なマイクロプロセッサの選択や、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリを低容量化するといった手法がとられることが多かった。しかしながら、印字速度の高速化、高印字品位を追求していくにつれ、これらの構成では十分な性能を得ることは困難な場合が多く、外部に専用の印字制御回路を設けておき、なるべくプロセッサ処理を軽減させておくことが必須条件となってきたが、それ故にシステムコストが再び増大してしまうことも多かった。
【０００３】
ところが、近年のマイクロプロセッサの高性能化、メモリのビット単価の低価格化に伴い、この様なアプリケーションでも比較的容易に高性能プロセッサと大容量メモリを搭載することが出来る様になった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この従来技術における第１の問題点は、外部回路、又はＬＳＩ等のコストが増大することにある。その理由は、過去の印字ラインを保持する機構を外部の専用ＬＳＩ内に設けておく必要があるが、高精度な熱履歴制御を行うためにはその保持ライン数を多くしておく必要があるからである。つまりＬＳＩにフリップフロップ回路で構成されたレジスタ回路を大量に設けておく必要があるからである。
【０００５】
第２の問題点は、ハードウェア的に制御可能な熱エネルギーの限界値が決まってしまうことにある。その理由は、専用ＬＳＩ内部に保持された過去の印字データから熱履歴制御を行うため、保持できる過去の印字ライン数以上は制御対象とは出来ないからである。同様に、サーマルヘッドの印字幅についてもこの専用ＬＳＩが保持する過去の印字データのビット幅が決定されてしまうからである。
【０００６】
本発明の目的は、専用ＬＳＩ等の代わりに高性能プロセッサ上で動作するソフトウェアにより処理を行うことでシステムのコスト低減と性能機能向上とが一度に実現されるサーマルプリンタの熱履歴制御装置、サーマルプリンタの熱履歴制御方法、及びサーマルプリンタの熱履歴制御用プログラムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の熱履歴制御装置は、これから印字するラインのドットイメージと、すでに印字が完了した後の印字ラインのドットイメージとが数ライン分保持されている印字データ格納エリアと、前記これから印字するラインのドットそれぞれに対する履歴パターンを格納している履歴パターン格納エリアとを含むＲＡＭと、前記印字データ格納エリアに格納されている前記ドットイメージのうち、前記これから印字するラインに含まれるドットが、非印字ドットである場合には通電を行わず、印字ドットである場合には、前記ドットに対して蓄熱の影響を及ぼす可能性がある過去の印字ドットの印字履歴を示す履歴要因に基づいて、前記ドットに対応する発熱素子に対する印加時間を示す通電時間から過去に印字した履歴要因に割り当てられた時間のみ間引くよう演算する熱履歴制御アルゴリズムを用いて、前記これから印字するラインに含まれるドットごとの演算結果である履歴パターンを生成する処理と、前記演算結果の前記履歴パターンを前記履歴パターン格納エリアに格納する処理と、前記各履歴要因に割り付けた時間を示す履歴タイマ値をタイマ回路へセットする処理とを実行するＣＰＵと、バスインタフェースから受けた前記履歴パターンを示すパラレルデータをシリアルデータに変換するパラレル／シリアル変換回路と、前記履歴タイマ値によりタイマカウント動作を行うタイマ回路と、前記タイマ回路で生成されたタイミングに従って、データラッチ信号の出力を調整するヘッド制御信号生成回路とを有し、前記発熱素子に出力する印加信号を生成するシフトレジスタに、前記データラッチ信号と、前記シリアルデータを出力するサーマルヘッドインタフェースＬＳＩとを備えることを特徴とする。
【０００８】
さらに、本発明の熱履歴制御方法は、印字データ格納エリアに、これから印字するラインのドットイメージと、１ライン前からｎライン前までの前記すでに印字が完了した後の印字ラインのドットイメージとが格納され、これから印字するラインの各ドットに対して、
前記印字データ格納エリアを参照し、前記これから印字するラインのドットが非印字ドットである場合には通電を行わない履歴パターンを、印字ドットである場合には、前記ドットに対して蓄熱の影響を及ぼす可能性がある過去の印字ドットの印字履歴を示す履歴要因に基づいて、前記ドットに対応する発熱素子に対する印加時間を示す通電時間から過去に印字した履歴要因に割り当てられた時間のみ間引くよう演算する熱履歴制御アルゴリズムを用いて、前記これから印字するラインに含まれるドットごとの演算結果である履歴パターンとを演算し、その結果、生成された履歴パターンを、履歴パターン格納エリアへ格納していき、過去ｎライン分全ての演算が完了した後、サーマルヘッドインタフェースＬＳＩが有するパラレル／シリアル変換回路へ、各履歴要因に対応する前記履歴パターンごとに転送を行い、同時に前記演算結果に基づき、前記履歴パターンが有する前記各履歴要因に割り付けた時間を示す履歴タイマ値を前記サーマルヘッドインタフェースＬＳＩが有するタイマ回路へセットすることで生成されたタイミングに基づいて、ヘッド制御信号生成回路から出力される制御信号に含まれるデータラッチ信号の発生タイミングを調整し、前記パラレル／シリアル変換回路から出力されるシリアルデータの出力を制御して、シフトレジスタが前記発熱素子に出力する印加信号の出力を調整することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明によるサーマルプリンタの熱履歴制御装置は、過去に印字したドットイメージの一部を記憶しておき、そのドットパターンによってサーマルヘッドの発熱素子に対する印加時間の制御を行うという、従来の熱履歴制御をソフトウェアで実現することを特徴とする。
【００１２】
熱履歴制御とは、例えば特開平４−１４６１５８号公報に示されるように、過去の印字履歴を参照しこれから印字しようとするドットに対して過去の印字動作による蓄熱の影響を抑える制御であり、印字完了後のラインを数ライン分保持しておき、これから印字するドットに対して蓄熱の影響を及ぼす可能性がある過去の印字ドットを調査する。仮に該当のドットを過去に印字していた場合は、何も印字していない場合と比べて蓄熱の影響があると考えられる為、サーマルヘッドへの通電時間を短くする。尚、蓄熱は過去の印字ドット数、ドット位置により影響度が異なることから、図６に示す様に過去の印字履歴を一定のパターンに従ってモデル化し、そのモデルを構成する各ドット（以降、履歴要因と呼ぶ）に対して時間的な重みを付けておく。その後、過去にどの位置のドットが印字していたかを判定し、印字していた要因に対応する時間を全体の印加時間から間引く方法がとられている。
【００１３】
本発明の特徴をより具体的に説明すると、図１において、印字データ格納エリア３１にこれから印字するドットイメージと、１ライン前からｎライン前までの、過去の印字ラインのドットイメージが格納されている。ＣＰＵ１はこれから印字するラインの各ドットに対してこの印字データ格納エリア３１を参照し、図３の様に過去の印字ラインの対応するドット列又はその左右のドットが過去に印字していたかどうかをｎライン分全てについて比較を行い該当ドットが過去に印字していた場合“０”、印字していない場合“１”とする様に演算を行う。その演算結果を履歴パターン格納エリア３２へ格納していき、過去ｎライン分全ての演算が完了した後、パラレル／シリアル変換回路４１へ、各履歴要因に対応する演算結果（以降、履歴パターンと呼ぶ）ごとに転送を行う。同時に各履歴要因に割り付けた時間をタイマ回路４２へその都度セットすることで、データラッチ信号の発生タイミングを調整し、各履歴要因に割り付けた時間的な重み付けを行うことができる（以降、この時間を履歴タイマ値と呼ぶ）。
【００１４】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
本発明の一実施の形態をブロックで示す図１を参照すると、この実施の形態のサーマルプリンタの熱履歴制御装置は、ＣＰＵ１とＲＯＭ２とＲＡＭ３とサーマルヘッドインタフェースＬＳＩ４とサーマルヘッド５とから構成される。
【００１６】
ＣＰＵ１はＲＯＭ２に格納されている熱履歴制御アルゴリズムに従い、過去の印字ドットを参照し各履歴要因に対する履歴パターンの生成処理を実行する。
【００１７】
ＲＡＭ３は印字データ格納エリア３１、履歴パターン格納エリア３２を含む。印字データ格納エリア３１は、これから印字するラインのドットイメージと、既に印字が完了した後のドットイメージとが数ライン分保持されている。ここに保持する過去の印字ライン数は、例えば高精度な熱履歴制御を行いたい場合はライン数を増やし、簡素な熱履歴制御で良いという場合は保持ライン数を少なくする。つまり、印字データ格納エリア３１に格納された印字ライン数が多ければ多い程、履歴要因数が増えることになり高精度な熱履歴制御を行うことができる。履歴パターン格納エリア３２は、過去の印字データに基づき演算された結果を各履歴要因ごとに格納している。
【００１８】
サーマルヘッドインタフェースＬＳＩ４は、サーマルヘッド５とのインタフェースを行う回路を設けており、バスインタフェースのパラレルデータをシリアルデータに変換するパラレル／シリアル変換回路４１と、各履歴要因に割り付けた時間である履歴タイマ値によりタイマカウント動作を行うタイマ回路４２と、このタイマ回路４２で生成されたタイミングに従いサーマルヘッド５に内蔵されているシフトレジスタ５１の制御信号を生成するヘッド制御信号生成回路４３とを有している。
【００１９】
次に、サーマルヘッドの特性を示す図５及び熱履歴制御の概要を示す図６を参照して、熱履歴制御の概略について説明する。 図５（１）はサーマルヘッドの理想的な熱特性を示した図である。図に示す様に、印加信号ＳＰがオン期間中は、ヘッド表面温度は初期温度ＴＩから一定の時定数に従って上昇する。次に印加信号ＳＰがオフに切り替わってから次の印加タイミングであるＴｉｍ２迄の間に再び初期温度ＴＩまで温度が戻る場合は、印加信号ＳＰのパルス幅はどんな場合でも一定に出来る。よって理想的な特性の場合は熱履歴制御の必要はない。
【００２０】
ところが、実際は図５（２）に示す様に蓄熱Ｅ１の影響により印加信号ＳＰをオフしても次の印加タイミングＴｉｍ２の発生迄に初期温度ＴＩまでサーマルヘッドの表面温度は下降しない。これは、サーマルヘッド自体の熱特性にも依存するが、印字速度を高速化させる場合にも印加周期Ｔ２が短くなるために蓄熱の影響を受けやすくなる。結果として高速印字の妨げになっていた。
【００２１】
そこで、サーマルプリンタでは過去に印字されたドットイメージを参照して、いま印字しようとしているドットの蓄熱を想定することで印加信号ＳＰのパルス幅を調節し、常に一定の熱エネルギーをサーマルヘッドに印加させるという熱履歴制御が一般的に使われている。
【００２２】
図６（１）に示す例ではこれから印字するデータと過去４ライン分のドットイメージとを保持しておき、一定のパターンに従ってモデル化する。
【００２３】
また、図６（２）の様に過去に何も印字していない場合に必要な印加時間をＴとして、これをモデル化した過去の印字要因（履歴要因）でこの時間を分割する。この時、それぞれ分割する時間配分は各履歴要因がこれから印字するドットに及ぼす蓄熱の影響度により決定する。例えば、図のモデルにおいて直前ドットＴａと３ライン前のドットＴｃ０では、Ｔａの方がこれから印字するドットに対する蓄熱影響度が大きい為、Ｔｃ０よりも大きな時間を割当てておくのが一般的である。その後、これから印字するドットに着目した時に、過去にどの履歴要因を印字しているかを調査し、印字していた履歴要因に対応する部分を通電しないデータとして“０”を、印字していない履歴要因部分を通電データとして“１”をセットする。つまり、履歴制御を無視して純粋に感熱紙が発色する様な熱エネルギーに対応する印加時間をＴとすると、そこから過去に印字した要因があれば時間的に間引くことで、結果として印加信号ＴＳを調節する方法がとられている。
【００２４】
図６（２）の例では、これから印字するドットに対して、過去に印字していたドットはＴｂ２、Ｔｂ０、Ｔｃ０の３箇所である。つまり、過去に何も印字していない場合に比べ、この時点でこれら３箇所の印加による蓄熱が発生していると考えられるため、印加時間＝Ｔ−（Ｔｂ２＋Ｔｂ０＋Ｔｃ０）
とすることで熱エネルギーが補正される。この時、Ｔｂ２、Ｔｂ０、Ｔｃ０にはそれぞれ予め蓄熱の影響度に応じた重み付けとして、各要因に時間が割り当てられている。
【００２５】
この様にして１ライン中の全ドットに対して同様の処理を行い、これらの処理結果を１履歴要因づつサーマルヘッドへ転送していく。つまり１ラインを印字する為に、印加すべきデータを複数回（本例の場合だとこれから印字するドット位置に対する要因Ｔ０も含めて９要因）をサーマルヘッドに転送する。
【００２６】
以上の動作を過去の印字ラインの保持も含めて、これまでは専用回路を用いてハードウェアで行っていた。
【００２７】
次に、本発明の一実施の形態の動作について図１、図２及び図３を用いて説明する。
図１において、いまＲＡＭ３内の印字データ格納エリア３１には、これから印字するドットイメージと、１ライン前から４ライン前までの、過去の印字ラインのドットイメージが格納されているものとする。印字動作を開始するにあたり、ＲＯＭ２に格納されている履歴パタ―ン生成アルゴリズムで履歴パターンを生成していく。
【００２８】
図３に履歴パターン生成アルゴリズムの一例を示す。
まず、第一番目の履歴要因であるＴａの生成を行うものとすると、印字データ格納エリア３１からこれから印字する印字データ（Ｎ）の最下位側から３２ビットと、１ライン過去の印字データ（Ｋ１）の最下位側から３２ビットを、ＣＰＵ１内部の演算用レジスタへロードする。本例では３２ビット単位でロードしているが、ＣＰＵ１内蔵レジスタが１６ビットや８ビットの場合等は、それぞれに見合ったサイズでロードしてくるものとする。各々をロード後、履歴パターンの演算処理を行う。尚、図３に示す演算式は一例であるが、本演算式は履歴要因Ｔａに対応する履歴パターンの生成式である。これから印字する各ドットに対して、まずそのドット自身が印字ドットなのか否かについて判断し、もし非印字ドットであれば、無条件に通電しないデータ“０”とする。その上で履歴パターンの生成として、第一番目の履歴要因であるＴａの位置で印字していれば“０”、印字していなければ“１”となる様に演算する。演算結果は、履歴パターン格納エリア３２へ格納していく。この処理を１ライン分、すなわち本例では６４０ドットであるから６４０ビット分行い履歴要因Ｔａの履歴パターン生成を完了する。
【００２９】
次に、第二番目の履歴要因であるＴｂ１に対応する履歴パターンの生成処理に移行する。図６（１）を参照するとＴｂ１はこれから印字するドットＴ０から見て直前ドットＴａの左側に位置しており、同様に印字データ格納エリア３１からレジスタへロード後１ビット右へシフト演算してから履歴パターンの演算処理を行う。尚、その際予め３３ビット目の値を調べておき、“１”であれば右シフト後の最上位ビットは１を挿入する演算を追加で行う。本例では“０”として記述している（図４参照）。その後、Ｔａと同様に履歴パターン格納エリア３２へストアしていき、この処理を１ライン分に相当する回数分行う。 第三番目の履歴要因であるＴｂ２は、図６（１）を参照するとＴｂ１とは逆に、直前ドットの右側に位置していることから、ロード後は左シフトして同様の演算を行っていく。
【００３０】
以降、第四番目の履歴要因であるＴｂ０から第八番目の履歴要因であるＴｄまでを同様のアルゴリズムで履歴パターン生成していき、全ての履歴パターンが生成を完了させる。
【００３１】
その後、図１のパラレル／シリアル変換回路４１へ、各履歴要因に対応する、履歴パターンを転送し、一つの履歴パターンの転送が終了した時点で、その履歴パターンごとの印加時間を決定する履歴タイマ値をタイマ回路４２へセットし、並行して印加中の一つ前の履歴要因の印加が終了するのを待つ。
【００３２】
タイマ回路４２はセットされた値をカウント後、ヘッド制御信号生成回路４３へカウントアップを通知する。ヘッド制御信号生成回路４３は、タイマ回路４２からのカウントアップ通知を受けて、データラッチ信号をサーマルヘッド５内のシフトレジスタ５１へ出力する。シフトレジスタ５１は、データラッチ信号を受信し、それまでにシフトインしていた履歴パターンをラッチして次のラッチ信号が受信されるまで、発熱素子を駆動する。ヘッド制御信号生成回路４３はこのデータラッチ信号の他、発熱素子の駆動を許可する印加許可信号と、実際に履歴パターンをシフトインさせるために必要なシフトクロック信号の出力も行う。
【００３３】
本動作例によるタイミングを図２に示す。尚、履歴パターンの転送順序、印加許可信号の電気的論理、及び、履歴要因数は本実施の形態に適用するものであって、これに限定するものではない。 本発明の他の実施の形態としては、図１において、サーマルヘッドインタフェースＬＳＩ４を用いているが、使用するＣＰＵによりＣＰＵ自体に内蔵される、タイマ回路、シリアルインタフェース回路等を用いて、サーマルヘッド５を直接制御することも可能である。この場合、サーマルヘッドインタフェースＬＳＩ４は不要となり、よりコストの低減が見込まれる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の第１の効果は、履歴パターンの生成処理をソフトウェアで行うことにより、システムのコスト低減が可能となることである。
その理由は、これまで履歴パターン生成処理は、図８に示す様に外部に設けた専用回路である熱履歴制御回路４４により行っており、また過去の印字データを保持する機構もこの回路に設ける必要があった。この為、回路規模が非常に大きくなり、結果的にシステムコストの増大を招いていたが、近年のマイクロプロセッサの高速化により、この様な処理をソフトウェアで実現することが可能となったからである。
【００３５】
第２の効果は、より高精度な熱履歴制御を行うことができることである。
その理由は、図８に示す様に従来の方法では、外部に設けた熱履歴制御回路４４を用いて、履歴パターンの生成処理を行っており、過去の印字データを保持する機構もこの回路に設けておく必要があるが、この為、ハードウェアとして保持できる印字ライン数が固定されてしまい、結果として最大で生成できる履歴パターン数が限られてしまう。これは更なる印字速度の高速化等で、より高精度な熱履歴制御を行う必要が出てきた場合には大きな障壁となる。本発明では従来熱履歴制御回路４４に頼っていた処理をソフトウェアで処理することにより、マイクロプロセッサの性能と物理的な印加周期の制限を除けば理論上は無限に履歴パターンを生成出来るからである。
【００３６】
第３の効果は、従来の熱履歴制御のアルゴリズムでは不可能だった制御を行うことで、より的確な熱エネルギーのコントロールを行えることにある。
【００３７】
その理由は、従来の熱履歴制御は、単純に過去の印字ドットが印加されていれば、印字を行わないという原理に成り立っており、この仕組みだけでも実際は十分熱エネルギーの制御は可能である。しかしながら厳密に言えば、例として図７の様なパターンを考えた時、まずパターンＡとパターンＢでは理論上はパターンＢの方が蓄熱が多いと考えられるが、実際は共に蓄熱による影響を最も与える直前ドットＴａを印字しており、蓄熱量としてはその後方のドットＴｂ０の有無を無視出来る程に影響を与えている場合が多い。この為パターンＡとパターンＢにおいてＴ０を印加する時点では、ほぼ同等の蓄熱量と考えられる。ところが、熱履歴制御によりパターンＡの方はＴｂ０を印字していない為、Ｔｂ０に対応する履歴パターンは通電するデータとして生成され印加される。
この結果、パタ―ンＡとパターンＢでの印字結果に印字濃度の差が出てしまう可能性がある。これを回避するには、Ｔｂ０に割り当てている時間、つまり履歴タイマ値を小さくすることによりＴｂ０の通電する時間を短くする必要がある。
【００３８】
一方、パターンＣとパターンＤを見ると、パターンＣはＴｂ０を印加しているため、Ｔ０に対する蓄熱の影響を考慮する必要があるが、ここで先の理由でＴｂ０に割り当てている時間を短くしていた場合、十分な熱エネルギーの減衰が出来なく、結果として、パターンＤを印加する場合と同様、最大に近いエネルギーで印加されることになる。故にこれらの相反する現象を回避するには、直前ドットＴａを印字した場合にのみＴｂ０の印字結果を無視すれば良いが、従来の熱履歴制御ではハードウェアで制御方法が固定化されており、この様な処理に柔軟に対応できなかった。
【００３９】
本発明のソフトウェアで熱履歴制御を行う方法の場合は、この様な処理にも対応でき各サーマルヘッドの特性に合致した制御を柔軟に行えるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】この実施の形態おける動作タイミングチャートの一例を示す図である。
【図３】この実施の形態における履歴要因Ｔａに対応する履歴パターンの生成例を示す図である。
【図４】この実施の形態における履歴要因Ｔｂ１に対応する履歴パターンの生成例を示す図である。
【図５】この実施の形態におけるサーマルヘッドの特性を示す図である。
【図６】この実施の形態における熱履歴制御の概要
【図７】この実施の形態における熱履歴制御のパターン例を示す図である。
【図８】従来例の構成を示すブロック図である。
【図９】従来例の動作タイミングを示す図である。
【符号の説明】
１ ＣＰＵ
２ ＲＯＭ
３ ＲＡＭ
４ サーマルヘッドインタフェースＬＳＩ
５ サーマルヘッド
３１ 印字データ格納エリア
３２ 履歴パターン格納エリア
４１ パラレル／シリアル変換回路
４２ タイマ回路
４３ ヘッド制御信号生成回路
５１ シフトレジスタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱履歴制御装置、熱履歴制御方法、熱履歴制御用プログラム及び熱履歴制御を行うサーマルプリンタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばＰＯＳ装置等に搭載される小型のサーマルプリンタ等においてコストを下げる手段として、低性能、低価格なマイクロプロセッサの選択や、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリを低容量化するといった手法がとられることが多かった。しかしながら、印字速度の高速化、高印字品位を追求していくにつれ、これらの構成では十分な性能を得ることは困難な場合が多く、外部に専用の印字制御回路を設けておき、なるべくプロセッサ処理を軽減させておくことが必須条件となってきたが、それ故にシステムコストが再び増大してしまうことも多かった。
【０００３】
ところが、近年のマイクロプロセッサの高性能化、メモリのビット単価の低価格化に伴い、この様なアプリケーションでも比較的容易に高性能プロセッサと大容量メモリを搭載することが出来る様になった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この従来技術における第１の問題点は、外部回路、又はＬＳＩ等のコストが増大することにある。その理由は、過去の印字ラインを保持する機構を外部の専用ＬＳＩ内に設けておく必要があるが、高精度な熱履歴制御を行うためにはその保持ライン数を多くしておく必要があるからである。つまりＬＳＩにフリップフロップ回路で構成されたレジスタ回路を大量に設けておく必要があるからである。
【０００５】
第２の問題点は、ハードウェア的に制御可能な熱エネルギーの限界値が決まってしまうことにある。その理由は、専用ＬＳＩ内部に保持された過去の印字データから熱履歴制御を行うため、保持できる過去の印字ライン数以上は制御対象とは出来ないからである。同様に、サーマルヘッドの印字幅についてもこの専用ＬＳＩが保持する過去の印字データのビット幅が決定されてしまうからである。
【０００６】
本発明の目的は、専用ＬＳＩ等の代わりに高性能プロセッサ上で動作するソフトウェアにより処理を行うことでシステムのコスト低減と性能機能向上とが一度に実現されるサーマルプリンタの熱履歴制御装置、サーマルプリンタの熱履歴制御方法、及びサーマルプリンタの熱履歴制御用プログラムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の熱履歴制御装置は、これから印字するラインのドットイメージと、すでに印字が完了した後の印字ラインのドットイメージとが数ライン分保持されている印字データ格納エリアと、前記これから印字するラインのドットそれぞれに対する履歴パターンを格納している履歴パターン格納エリアとを含むＲＡＭと、前記印字データ格納エリアに格納されている前記ドットイメージのうち、前記これから印字するラインに含まれるドットが、非印字ドットである場合には通電を行わず、印字ドットである場合には、前記ドットに対して蓄熱の影響を及ぼす可能性がある過去の印字ドットの印字履歴を示す履歴要因に基づいて、前記ドットに対応する発熱素子に対する印加時間を示す通電時間から過去に印字した履歴要因に割り当てられた時間のみ間引くよう演算する熱履歴制御アルゴリズムを用いて、前記これから印字するラインに含まれるドットごとの演算結果である履歴パターンを生成する処理と、前記演算結果の前記履歴パターンを前記履歴パターン格納エリアに格納する処理と、前記各履歴要因に割り付けた時間を示す履歴タイマ値をタイマ回路へセットする処理とを実行するＣＰＵと、バスインタフェースから受けた前記履歴パターンを示すパラレルデータをシリアルデータに変換するパラレル／シリアル変換回路と、前記履歴タイマ値によりタイマカウント動作を行うタイマ回路と、前記タイマ回路で生成されたタイミングに従って、データラッチ信号の出力を調整するヘッド制御信号生成回路とを有し、前記発熱素子に出力する印加信号を生成するシフトレジスタに、前記データラッチ信号と、前記シリアルデータを出力するサーマルヘッドインタフェースＬＳＩとを備えることを特徴とする。
【０００８】
さらに、本発明の熱履歴制御方法は、印字データ格納エリアに、これから印字するラインのドットイメージと、１ライン前からｎライン前までの前記すでに印字が完了した後の印字ラインのドットイメージとが格納され、これから印字するラインの各ドットに対して、
前記印字データ格納エリアを参照し、前記これから印字するラインのドットが非印字ドットである場合には通電を行わない履歴パターンを、印字ドットである場合には、前記ドットに対して蓄熱の影響を及ぼす可能性がある過去の印字ドットの印字履歴を示す履歴要因に基づいて、前記ドットに対応する発熱素子に対する印加時間を示す通電時間から過去に印字した履歴要因に割り当てられた時間のみ間引くよう演算する熱履歴制御アルゴリズムを用いて、前記これから印字するラインに含まれるドットごとの演算結果である履歴パターンとを演算し、その結果、生成された履歴パターンを、履歴パターン格納エリアへ格納していき、過去ｎライン分全ての演算が完了した後、サーマルヘッドインタフェースＬＳＩが有するパラレル／シリアル変換回路へ、各履歴要因に対応する前記履歴パターンごとに転送を行い、同時に前記演算結果に基づき、前記履歴パターンが有する前記各履歴要因に割り付けた時間を示す履歴タイマ値を前記サーマルヘッドインタフェースＬＳＩが有するタイマ回路へセットすることで生成されたタイミングに基づいて、ヘッド制御信号生成回路から出力される制御信号に含まれるデータラッチ信号の発生タイミングを調整し、前記パラレル／シリアル変換回路から出力されるシリアルデータの出力を制御して、シフトレジスタが前記発熱素子に出力する印加信号の出力を調整することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明によるサーマルプリンタの熱履歴制御装置は、過去に印字したドットイメージの一部を記憶しておき、そのドットパターンによってサーマルヘッドの発熱素子に対する印加時間の制御を行うという、従来の熱履歴制御をソフトウェアで実現することを特徴とする。
【００１２】
熱履歴制御とは、例えば特開平４−１４６１５８号公報に示されるように、過去の印字履歴を参照しこれから印字しようとするドットに対して過去の印字動作による蓄熱の影響を抑える制御であり、印字完了後のラインを数ライン分保持しておき、これから印字するドットに対して蓄熱の影響を及ぼす可能性がある過去の印字ドットを調査する。仮に該当のドットを過去に印字していた場合は、何も印字していない場合と比べて蓄熱の影響があると考えられる為、サーマルヘッドへの通電時間を短くする。尚、蓄熱は過去の印字ドット数、ドット位置により影響度が異なることから、図６に示す様に過去の印字履歴を一定のパターンに従ってモデル化し、そのモデルを構成する各ドット（以降、履歴要因と呼ぶ）に対して時間的な重みを付けておく。その後、過去にどの位置のドットが印字していたかを判定し、印字していた要因に対応する時間を全体の印加時間から間引く方法がとられている。
【００１３】
本発明の特徴をより具体的に説明すると、図１において、印字データ格納エリア３１にこれから印字するドットイメージと、１ライン前からｎライン前までの、過去の印字ラインのドットイメージが格納されている。ＣＰＵ１はこれから印字するラインの各ドットに対してこの印字データ格納エリア３１を参照し、図３の様に過去の印字ラインの対応するドット列又はその左右のドットが過去に印字していたかどうかをｎライン分全てについて比較を行い該当ドットが過去に印字していた場合“０”、印字していない場合“１”とする様に演算を行う。その演算結果を履歴パターン格納エリア３２へ格納していき、過去ｎライン分全ての演算が完了した後、パラレル／シリアル変換回路４１へ、各履歴要因に対応する演算結果（以降、履歴パターンと呼ぶ）ごとに転送を行う。同時に各履歴要因に割り付けた時間をタイマ回路４２へその都度セットすることで、データラッチ信号の発生タイミングを調整し、各履歴要因に割り付けた時間的な重み付けを行うことができる（以降、この時間を履歴タイマ値と呼ぶ）。
【００１４】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
本発明の一実施の形態をブロックで示す図１を参照すると、この実施の形態のサーマルプリンタの熱履歴制御装置は、ＣＰＵ１とＲＯＭ２とＲＡＭ３とサーマルヘッドインタフェースＬＳＩ４とサーマルヘッド５とから構成される。
【００１６】
ＣＰＵ１はＲＯＭ２に格納されている熱履歴制御アルゴリズムに従い、過去の印字ドットを参照し各履歴要因に対する履歴パターンの生成処理を実行する。
【００１７】
ＲＡＭ３は印字データ格納エリア３１、履歴パターン格納エリア３２を含む。印字データ格納エリア３１は、これから印字するラインのドットイメージと、既に印字が完了した後のドットイメージとが数ライン分保持されている。ここに保持する過去の印字ライン数は、例えば高精度な熱履歴制御を行いたい場合はライン数を増やし、簡素な熱履歴制御で良いという場合は保持ライン数を少なくする。つまり、印字データ格納エリア３１に格納された印字ライン数が多ければ多い程、履歴要因数が増えることになり高精度な熱履歴制御を行うことができる。履歴パターン格納エリア３２は、過去の印字データに基づき演算された結果を各履歴要因ごとに格納している。
【００１８】
サーマルヘッドインタフェースＬＳＩ４は、サーマルヘッド５とのインタフェースを行う回路を設けており、バスインタフェースのパラレルデータをシリアルデータに変換するパラレル／シリアル変換回路４１と、各履歴要因に割り付けた時間である履歴タイマ値によりタイマカウント動作を行うタイマ回路４２と、このタイマ回路４２で生成されたタイミングに従いサーマルヘッド５に内蔵されているシフトレジスタ５１の制御信号を生成するヘッド制御信号生成回路４３とを有している。
【００１９】
次に、サーマルヘッドの特性を示す図５及び熱履歴制御の概要を示す図６を参照して、熱履歴制御の概略について説明する。 図５（１）はサーマルヘッドの理想的な熱特性を示した図である。図に示す様に、印加信号ＳＰがオン期間中は、ヘッド表面温度は初期温度ＴＩから一定の時定数に従って上昇する。次に印加信号ＳＰがオフに切り替わってから次の印加タイミングであるＴｉｍ２迄の間に再び初期温度ＴＩまで温度が戻る場合は、印加信号ＳＰのパルス幅はどんな場合でも一定に出来る。よって理想的な特性の場合は熱履歴制御の必要はない。
【００２０】
ところが、実際は図５（２）に示す様に蓄熱Ｅ１の影響により印加信号ＳＰをオフしても次の印加タイミングＴｉｍ２の発生迄に初期温度ＴＩまでサーマルヘッドの表面温度は下降しない。これは、サーマルヘッド自体の熱特性にも依存するが、印字速度を高速化させる場合にも印加周期Ｔ２が短くなるために蓄熱の影響を受けやすくなる。結果として高速印字の妨げになっていた。
【００２１】
そこで、サーマルプリンタでは過去に印字されたドットイメージを参照して、いま印字しようとしているドットの蓄熱を想定することで印加信号ＳＰのパルス幅を調節し、常に一定の熱エネルギーをサーマルヘッドに印加させるという熱履歴制御が一般的に使われている。
【００２２】
図６（１）に示す例ではこれから印字するデータと過去４ライン分のドットイメージとを保持しておき、一定のパターンに従ってモデル化する。
【００２３】
また、図６（２）の様に過去に何も印字していない場合に必要な印加時間をＴとして、これをモデル化した過去の印字要因（履歴要因）でこの時間を分割する。この時、それぞれ分割する時間配分は各履歴要因がこれから印字するドットに及ぼす蓄熱の影響度により決定する。例えば、図のモデルにおいて直前ドットＴａと３ライン前のドットＴｃ０では、Ｔａの方がこれから印字するドットに対する蓄熱影響度が大きい為、Ｔｃ０よりも大きな時間を割当てておくのが一般的である。その後、これから印字するドットに着目した時に、過去にどの履歴要因を印字しているかを調査し、印字していた履歴要因に対応する部分を通電しないデータとして“０”を、印字していない履歴要因部分を通電データとして“１”をセットする。つまり、履歴制御を無視して純粋に感熱紙が発色する様な熱エネルギーに対応する印加時間をＴとすると、そこから過去に印字した要因があれば時間的に間引くことで、結果として印加信号ＴＳを調節する方法がとられている。
【００２４】
図６（２）の例では、これから印字するドットに対して、過去に印字していたドットはＴｂ２、Ｔｂ０、Ｔｃ０の３箇所である。つまり、過去に何も印字していない場合に比べ、この時点でこれら３箇所の印加による蓄熱が発生していると考えられるため、印加時間＝Ｔ−（Ｔｂ２＋Ｔｂ０＋Ｔｃ０）
とすることで熱エネルギーが補正される。この時、Ｔｂ２、Ｔｂ０、Ｔｃ０にはそれぞれ予め蓄熱の影響度に応じた重み付けとして、各要因に時間が割り当てられている。
【００２５】
この様にして１ライン中の全ドットに対して同様の処理を行い、これらの処理結果を１履歴要因づつサーマルヘッドへ転送していく。つまり１ラインを印字する為に、印加すべきデータを複数回（本例の場合だとこれから印字するドット位置に対する要因Ｔ０も含めて９要因）をサーマルヘッドに転送する。
【００２６】
以上の動作を過去の印字ラインの保持も含めて、これまでは専用回路を用いてハードウェアで行っていた。
【００２７】
次に、本発明の一実施の形態の動作について図１、図２及び図３を用いて説明する。
図１において、いまＲＡＭ３内の印字データ格納エリア３１には、これから印字するドットイメージと、１ライン前から４ライン前までの、過去の印字ラインのドットイメージが格納されているものとする。印字動作を開始するにあたり、ＲＯＭ２に格納されている履歴パタ―ン生成アルゴリズムで履歴パターンを生成していく。
【００２８】
図３に履歴パターン生成アルゴリズムの一例を示す。
まず、第一番目の履歴要因であるＴａの生成を行うものとすると、印字データ格納エリア３１からこれから印字する印字データ（Ｎ）の最下位側から３２ビットと、１ライン過去の印字データ（Ｋ１）の最下位側から３２ビットを、ＣＰＵ１内部の演算用レジスタへロードする。本例では３２ビット単位でロードしているが、ＣＰＵ１内蔵レジスタが１６ビットや８ビットの場合等は、それぞれに見合ったサイズでロードしてくるものとする。各々をロード後、履歴パターンの演算処理を行う。尚、図３に示す演算式は一例であるが、本演算式は履歴要因Ｔａに対応する履歴パターンの生成式である。これから印字する各ドットに対して、まずそのドット自身が印字ドットなのか否かについて判断し、もし非印字ドットであれば、無条件に通電しないデータ“０”とする。その上で履歴パターンの生成として、第一番目の履歴要因であるＴａの位置で印字していれば“０”、印字していなければ“１”となる様に演算する。演算結果は、履歴パターン格納エリア３２へ格納していく。この処理を１ライン分、すなわち本例では６４０ドットであるから６４０ビット分行い履歴要因Ｔａの履歴パターン生成を完了する。
【００２９】
次に、第二番目の履歴要因であるＴｂ１に対応する履歴パターンの生成処理に移行する。図６（１）を参照するとＴｂ１はこれから印字するドットＴ０から見て直前ドットＴａの左側に位置しており、同様に印字データ格納エリア３１からレジスタへロード後１ビット右へシフト演算してから履歴パターンの演算処理を行う。尚、その際予め３３ビット目の値を調べておき、“１”であれば右シフト後の最上位ビットは１を挿入する演算を追加で行う。本例では“０”として記述している（図４参照）。その後、Ｔａと同様に履歴パターン格納エリア３２へストアしていき、この処理を１ライン分に相当する回数分行う。 第三番目の履歴要因であるＴｂ２は、図６（１）を参照するとＴｂ１とは逆に、直前ドットの右側に位置していることから、ロード後は左シフトして同様の演算を行っていく。
【００３０】
以降、第四番目の履歴要因であるＴｂ０から第八番目の履歴要因であるＴｄまでを同様のアルゴリズムで履歴パターン生成していき、全ての履歴パターンが生成を完了させる。
【００３１】
その後、図１のパラレル／シリアル変換回路４１へ、各履歴要因に対応する、履歴パターンを転送し、一つの履歴パターンの転送が終了した時点で、その履歴パターンごとの印加時間を決定する履歴タイマ値をタイマ回路４２へセットし、並行して印加中の一つ前の履歴要因の印加が終了するのを待つ。
【００３２】
タイマ回路４２はセットされた値をカウント後、ヘッド制御信号生成回路４３へカウントアップを通知する。ヘッド制御信号生成回路４３は、タイマ回路４２からのカウントアップ通知を受けて、データラッチ信号をサーマルヘッド５内のシフトレジスタ５１へ出力する。シフトレジスタ５１は、データラッチ信号を受信し、それまでにシフトインしていた履歴パターンをラッチして次のラッチ信号が受信されるまで、発熱素子を駆動する。ヘッド制御信号生成回路４３はこのデータラッチ信号の他、発熱素子の駆動を許可する印加許可信号と、実際に履歴パターンをシフトインさせるために必要なシフトクロック信号の出力も行う。
【００３３】
本動作例によるタイミングを図２に示す。尚、履歴パターンの転送順序、印加許可信号の電気的論理、及び、履歴要因数は本実施の形態に適用するものであって、これに限定するものではない。 本発明の他の実施の形態としては、図１において、サーマルヘッドインタフェースＬＳＩ４を用いているが、使用するＣＰＵによりＣＰＵ自体に内蔵される、タイマ回路、シリアルインタフェース回路等を用いて、サーマルヘッド５を直接制御することも可能である。この場合、サーマルヘッドインタフェースＬＳＩ４は不要となり、よりコストの低減が見込まれる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の第１の効果は、履歴パターンの生成処理をソフトウェアで行うことにより、システムのコスト低減が可能となることである。
その理由は、これまで履歴パターン生成処理は、図８に示す様に外部に設けた専用回路である熱履歴制御回路４４により行っており、また過去の印字データを保持する機構もこの回路に設ける必要があった。この為、回路規模が非常に大きくなり、結果的にシステムコストの増大を招いていたが、近年のマイクロプロセッサの高速化により、この様な処理をソフトウェアで実現することが可能となったからである。
【００３５】
第２の効果は、より高精度な熱履歴制御を行うことができることである。
その理由は、図８に示す様に従来の方法では、外部に設けた熱履歴制御回路４４を用いて、履歴パターンの生成処理を行っており、過去の印字データを保持する機構もこの回路に設けておく必要があるが、この為、ハードウェアとして保持できる印字ライン数が固定されてしまい、結果として最大で生成できる履歴パターン数が限られてしまう。これは更なる印字速度の高速化等で、より高精度な熱履歴制御を行う必要が出てきた場合には大きな障壁となる。本発明では従来熱履歴制御回路４４に頼っていた処理をソフトウェアで処理することにより、マイクロプロセッサの性能と物理的な印加周期の制限を除けば理論上は無限に履歴パターンを生成出来るからである。
【００３６】
第３の効果は、従来の熱履歴制御のアルゴリズムでは不可能だった制御を行うことで、より的確な熱エネルギーのコントロールを行えることにある。
【００３７】
その理由は、従来の熱履歴制御は、単純に過去の印字ドットが印加されていれば、印字を行わないという原理に成り立っており、この仕組みだけでも実際は十分熱エネルギーの制御は可能である。しかしながら厳密に言えば、例として図７の様なパターンを考えた時、まずパターンＡとパターンＢでは理論上はパターンＢの方が蓄熱が多いと考えられるが、実際は共に蓄熱による影響を最も与える直前ドットＴａを印字しており、蓄熱量としてはその後方のドットＴｂ０の有無を無視出来る程に影響を与えている場合が多い。この為パターンＡとパターンＢにおいてＴ０を印加する時点では、ほぼ同等の蓄熱量と考えられる。ところが、熱履歴制御によりパターンＡの方はＴｂ０を印字していない為、Ｔｂ０に対応する履歴パターンは通電するデータとして生成され印加される。
この結果、パタ―ンＡとパターンＢでの印字結果に印字濃度の差が出てしまう可能性がある。これを回避するには、Ｔｂ０に割り当てている時間、つまり履歴タイマ値を小さくすることによりＴｂ０の通電する時間を短くする必要がある。
【００３８】
一方、パターンＣとパターンＤを見ると、パターンＣはＴｂ０を印加しているため、Ｔ０に対する蓄熱の影響を考慮する必要があるが、ここで先の理由でＴｂ０に割り当てている時間を短くしていた場合、十分な熱エネルギーの減衰が出来なく、結果として、パターンＤを印加する場合と同様、最大に近いエネルギーで印加されることになる。故にこれらの相反する現象を回避するには、直前ドットＴａを印字した場合にのみＴｂ０の印字結果を無視すれば良いが、従来の熱履歴制御ではハードウェアで制御方法が固定化されており、この様な処理に柔軟に対応できなかった。
【００３９】
本発明のソフトウェアで熱履歴制御を行う方法の場合は、この様な処理にも対応でき各サーマルヘッドの特性に合致した制御を柔軟に行えるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】この実施の形態おける動作タイミングチャートの一例を示す図である。
【図３】この実施の形態における履歴要因Ｔａに対応する履歴パターンの生成例を示す図である。
【図４】この実施の形態における履歴要因Ｔｂ１に対応する履歴パターンの生成例を示す図である。
【図５】この実施の形態におけるサーマルヘッドの特性を示す図である。
【図６】この実施の形態における熱履歴制御の概要
【図７】この実施の形態における熱履歴制御のパターン例を示す図である。
【図８】従来例の構成を示すブロック図である。
【図９】従来例の動作タイミングを示す図である。
【符号の説明】
１ ＣＰＵ
２ ＲＯＭ
３ ＲＡＭ
４ サーマルヘッドインタフェースＬＳＩ
５ サーマルヘッド
３１ 印字データ格納エリア
３２ 履歴パターン格納エリア
４１ パラレル／シリアル変換回路
４２ タイマ回路
４３ ヘッド制御信号生成回路
５１ シフトレジスタ
Claims (5)
- これから印字するラインのドットイメージと、すでに印字が完了した後の印字ラインのドットイメージとが数ライン分保持されている印字データ格納エリアと、
前記これから印字するラインのドットそれぞれに対する履歴パターンを格納している履歴パターン格納エリアとを含むＲＡＭと、
前記印字データ格納エリアに格納されている前記ドットイメージのうち、前記これから印字するラインに含まれるドットが、
非印字ドットである場合には通電を行わず、
印字ドットである場合には、前記ドットに対して蓄熱の影響を及ぼす可能性がある過去の印字ドットの印字履歴を示す履歴要因に基づいて、前記ドットに対応する発熱素子に対する印加時間を示す通電時間から過去に印字した履歴要因に割り当てられた時間のみ間引くよう演算する熱履歴制御アルゴリズムを用いて、前記これから印字するラインに含まれるドットごとの演算結果である履歴パターンを生成する処理と、
前記演算結果の前記履歴パターンを前記履歴パターン格納エリアに格納する処理と、
前記各履歴要因に割り付けた時間を示す履歴タイマ値をタイマ回路へセットする処理とを実行するＣＰＵと、
バスインタフェースから受けた前記履歴パターンを示すパラレルデータをシリアルデータに変換するパラレル／シリアル変換回路と、前記履歴タイマ値によりタイマカウント動作を行うタイマ回路と、前記タイマ回路で生成されたタイミングに従って、データラッチ信号の出力を調整するヘッド制御信号生成回路とを有し、前記発熱素子に出力する印加信号を生成するシフトレジスタに、前記データラッチ信号と、前記シリアルデータを出力するサーマルヘッドインタフェースＬＳＩとを備える熱履歴制御装置。 - 前記ＣＰＵは、前記熱履歴制御アルゴリズムに基づいて、
前記これから印字するラインのドットイメージの各ドットに対して、
前記印字データ格納エリアを参照し、
前記すでに印字が完了した後の印字ラインのドットイメージのうち、
前記各ドットを印字する各発熱素子が過去に印字したドットを示すドット列であり、かつ過去ｎライン分の印字ラインに含まれる印字ドット、及びその左右の印字ドットが過去に印字していた場合“０”、印字していない場合“１”として演算を行うことで、履歴パターンを生成する処理を行う請求項１に記載の熱履歴制御装置。 - 印字データ格納エリアに、これから印字するラインのドットイメージと、１ライン前からｎライン前までの前記すでに印字が完了した後の印字ラインのドットイメージとが格納され、
これから印字するラインの各ドットに対して、
前記印字データ格納エリアを参照し、
前記これから印字するラインのドットが、
非印字ドットである場合には通電を行わない履歴パターンを、
印字ドットである場合には、前記ドットに対して蓄熱の影響を及ぼす可能性がある過去の印字ドットの印字履歴を示す履歴要因に基づいて、前記ドットに対応する発熱素子に対する印加時間を示す通電時間から過去に印字した履歴要因に割り当てられた時間のみ間引くよう演算する熱履歴制御アルゴリズムを用いて、前記これから印字するラインに含まれるドットごとの演算結果である履歴パターンとを演算し、その結果、生成された履歴パターンを、
履歴パターン格納エリアへ格納していき、
過去ｎライン分全ての演算が完了した後、サーマルヘッドインタフェースＬＳＩが有するパラレル／シリアル変換回路へ、各履歴要因に対応する前記履歴パターンごとに転送を行い、同時に前記演算結果に基づき、前記履歴パターンが有する前記各履歴要因に割り付け た時間を示す履歴タイマ値を前記サーマルヘッドインタフェースＬＳＩが有するタイマ回路へセットすることで生成されたタイミングに基づいて、
ヘッド制御信号生成回路から出力される制御信号に含まれるデータラッチ信号の発生タイミングを調整し、前記パラレル／シリアル変換回路から出力されるシリアルデータの出力を制御して、シフトレジスタが前記発熱素子に出力する印加信号の出力を調整する熱履歴制御方法。 - 請求項３記載の熱履歴制御を行うことを特徴とするサーマルプリンタ。
- コンピュータに請求項２に記載の前記熱履歴制御アルゴリズムの処理を実行させるための熱履歴制御用プログラム。
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