JP4643279B2

JP4643279B2 - インクジェット記録装置

Info

Publication number: JP4643279B2
Application number: JP2005017073A
Authority: JP
Inventors: 紀行菊地
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 2005-01-25
Filing date: 2005-01-25
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2025-01-25
Also published as: JP2006205389A

Description

本発明は、複数のインク吐出ノズルを並べた記録ヘッドを有するインクジェット記録装置に関する。

インクジェット記録装置として、例えば、オンデマンド型のラインインクジェット記録装置が知られている。ラインインクジェット記録装置は、例えば、図１３及び図１４に示すように、多数のインク室１を設けたノズル部２と、各インク室１にインクを供給する共通インク室３を設けた本体部４と、共通インク室３にインクを供給するインク供給路５を備えた記録ヘッドを設け、インク室１内に体積変動を与えることでインク室１のインク吐出口６からインク滴が吐出してドット印字を行うようになっている。また、インク室１で消費されたインクは共通インク室３から補充されるようになっている。インク室１内に体積変動を与える制御方式としては、圧電部材の歪み変形を利用した圧電制御方式や発熱体の発熱を利用した熱制御方式がある。

このようなインクジェット記録装置では、ノズルからのインク吐出方向のばらつきやインク吐出量のばらつき等が存在するので、各階調に固定のドットパターンを用いて記録を行うと、ノズル毎のばらつきの影響を受けてスジムラが発生し画像品質を著しく低下させるという問題がある。これを解決するために、複数の異なるドットパターンを格納するドットパターンテーブルを階調値の各々に対して設け、各画素の階調値情報に基づきＮ個のドットパターンテーブルから１つのドットパターンテーブルを選択し、さらに、画素が示す位置情報に基づき選択されたドットパターンテーブルから１つのドットパターンを選択し、その選択されたドットパターンを用いて記録を行うものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−５４９５６号公報

しかし、従来のインクジェット記録装置では、ノズルとインクを着弾させる記録媒体とのギャップが一定の場合にはノズル毎のばらつきの影響によるスジムラの発生による画像品質の低下を防止できても、ノズルと記録媒体とのギャップが変化することによる画像品質の低下に対しては対処することはできなかった。

すなわち、図１５の(a)に示すように、例えば、搬送ベルト１０によって比較的厚い記録媒体１１を搬送し、この記録媒体１１に記録ヘッド１２のインク吐出ノズル１３からインクを吐出して記録を行う場合には、ノズル１３と記録媒体１１とのギャップＶgapが小さくなるので、インク吐出方向にばらつきが有っても図１５の(b)に示すように、その影響をほとんど受けずに記録媒体１１にインクを着弾してドット１４を形成できる。従って、画像品質がそれほど低下することはない。

これに対し、図１６の(a)に示すように、例えば、搬送ベルト１０によって比較的薄い記録媒体１５を搬送し、この記録媒体１５に記録ヘッド１２のインク吐出ノズル１３からインクを吐出して記録を行う場合には、ノズル１３と記録媒体１５とのギャップＶgapが大きくなるので、インク吐出方向のばらつきの影響を受けて図１６の(b)に示すように、隣接するドット間に隙間ができるなど、画像品質が大きく低下することになる。特に、ライン記録ヘッドを使用しヘッドを左右に移動させずに１ラインを１回で記録するタイプではインク吐出方向のばらつきの影響を大きく受け、画像品質の低下も顕著になる。しかし、従来のインクジェット記録装置では、このような画像品質の低下に対しては対処することができなかった。

本発明は、このような課題を解決するために為されたもので、インク吐出ノズルと記録媒体とのギャップの変化による画像品質の低下を防止できるインクジェット記録装置を提供する。

本発明は、複数のインク吐出ノズルを並べた記録ヘッドと、この記録ヘッドにより画像記録を行うために用紙などの記録媒体を搬送する、例えばベルト、ドラム、ローラなどの搬送手段と、記録ヘッドのインク吐出ノズルとインクを着弾させる記録媒体面とのギャップを検知するギャップ検知手段と、１画素Ｍビットの入力画像データをディザ処理により１画素Ｎ（但し、Ｍ＞Ｎ≧１）ビットの画像データに変換する擬似中間調処理手段と、ギャップ検知手段が検知するギャップが大きくなると、擬似中間調処理手段がディザ処理に使用するディザパターンを、ギャップの増加によって発生する記録ヘッドのインク吐出特性の影響を打ち消す方向にドットが発生するディザパターンに切替え、ギャップがさらに大きくなると、擬似中間調処理手段がディザ処理に使用するディザパターンのパターン設定を、インク吐出量を増加させるパターン設定に切替える切替え手段とを備えたインクジェット記録装置にある。

本発明によれば、インク吐出ノズルとインクを着弾させる記録媒体面とのギャップが大きくなると、擬似中間調処理手段がディザ処理に使用するディザパターンを、ギャップの増加によって発生する記録ヘッドのインク吐出特性の影響を打ち消す方向にドットが発生するディザパターンに切替えるので、インク吐出ノズルと記録媒体とのギャップの変化による画像品質の低下を防止できるインクジェット記録装置を提供できる。

以下、本発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、この実施の形態は本発明を、単色印字を行うインクジェット記録装置に適用したものについて述べる。
図１及び図２はインクジェット記録装置の要部構成を示す図で、１対の駆動ローラ２１，２２間に搬送ベルト２３を架設して用紙などの記録媒体２４を図中矢印方向に搬送する搬送手段を形成している。

前記搬送ベルト２３の中央部に、記録媒体２４の搬送方向と直交する方向に図１３と同様に多数のインク吐出ノズルを所定の間隔で配置した長尺な記録ヘッド２５を前記搬送ベルト２３の面に対して所定の距離隔てて配置している。また、前記搬送ベルト２３の搬送方向の前記記録ヘッド２５の後方部には前記記録媒体２４に着弾したインクを乾燥させ定着させる定着装置２６を配置している。

図３はこのインクジェット記録装置の制御部構成を示すブロック図である。図中３１は制御部本体を構成するＣＰＵ（中央処理装置）、３２はこのＣＰＵ３１が印字動作やメンテナンス処理などのために各部を制御するためのプログラム等を記憶したＲＯＭ（リード・オンリー・メモリ）、３３はＣＰＵ３１がデータ処理を行うときに使用するメモリ等を設けたＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）、３４は画素処理パラメータテーブル、３５はＩ／Ｏポート、３６はホストコンピュータ３７と通信を行うＩ／Ｆ（インターフェース）である。

前記ＲＯＭ３２には、ディザパターンを選択するディザパターン選択プログラム３２１や画像処理を行う画像処理プログラム３２２も格納されている。前記ＲＡＭ３３には、特に、入力された印字記録用の画像を装置に最適な画像に変換する画像処理に必要なテーブルとプログラムを一時的に格納する画像処理パラメータエリア３３１、印字記録するための入力画像並びに画像処理プログラムにより装置に最適な画像に変換された出力画像を格納するための入出力画像エリア３３２、前記ホストコンピュータ３７から受信した印字データを一時的に格納する受信バッファ３３３が設けられている。前記画像処理パラメータエリア３３１に一時的に格納される画像処理に必要なテーブルは前記画素処理パラメータテーブル３４から読み出される。

前記Ｉ／Ｏポート３５には、前記記録ヘッド２５を駆動制御するヘッドドライバ３８、前記駆動ローラ２１，２２を回転駆動する搬送モータ３９を駆動制御するモータドライバ４０、前記記録ヘッド２５のメンテナンス時に動作するメンテナンス機構４１を駆動制御するメンテナンスドライバ４２がそれぞれ接続されている。

また、前記Ｉ／Ｏポート３５には、前記記録ヘッド２５のインク吐出ノズルと記録媒体２４の表面とのギャップを検知するギャップ検知手段としてのギャップ検知部４３、記録ヘッド２５の近傍の温度を検知するヘッド温度センサ４４及び電源スイッチ４５が接続されている。前記ギャップ検知部４３としては、例えば、記録ヘッド２５を定位置から移動させ記録媒体２５に当接したときの移動距離によってギャップを検知するものを使用する。

前記ＣＰＵ３１は、ＲＯＭ３２に格納された画像処理プログラム３２２に基づいてディザ処理を行い、入力される１画素Ｍビットの画像データを１画素Ｎ（但し、Ｍ＞Ｎ≧１）ビットの画像データに変換する（擬似中間調処理手段）。例えば、８ビットの入力画像データをより小さい階調数である３ビットの画像データに変換するようになっている。

次に、ディザ処理の基本的なアルゴリズムについて説明する。
図４に示すように、画素毎に異なる閾値Ｔijを設定した閾値手段ＴＨを設け、この閾値手段ＴＨにて入力信号の原画素値Ｘijを閾値Ｔijと比較して画素のオン、オフを決定し、出力信号Ｙijとして出力する。すなわち、０〜２５５の２５６階調の場合には、Ｘij≧Ｔijのときには、Ｙij＝２５５とし、Ｘij＜Ｔijのときには、Ｙij＝０とする。

ディザ法は、ディザ信号の加え方により、組織的ディザ法とランダムディザ法とに分類することができるが、大きく、条件付き決定法と独立決定法に分け、組織的ディザ法を独立決定法の領域に入れる分類法もある。

組織的ディザ法を多値化する手法について説明する。最も単純な例として、出力値が０、１２７、２５５の３値の場合について考える。この場合は、原画像の画素値が０〜１２７のものは対応する画素を０又は１２７とし、画素値が１２７〜２５５のものは対応する画素を１２７又は２５５とする。そこで、入力画素値が０〜１２７の画素に対応する閾値マトリックスＴ0と、入力画素値が１２７〜２５５の画素に対応する閾値マトリックスＴ1の２種類を用意し、入力画素値に応じてこれらの閾値マトリックスを切替えて用いることにより出力値を３値にできる。この方法を使用すれば出力値を４値以上にすることも容易にできる。

画像処理プログラム３２２に基づいてディザ処理を行う場合に、ＣＰＵ３１は、前記ギャップ検知部４３が検知する記録ヘッド２５のインク吐出ノズルと記録媒体２４とのギャップに基づいてディザパターン選択プログラム３２１を使用しディザ処理に使用するディザパターンを切替える（切替え手段）。すなわち、検出したギャップが小さい場合は、図１５に示すように、インク吐出方向にばらつきが有ってもその影響をほとんど受けずに記録ヘッド２５のインク吐出ノズルから記録媒体２４にインクを着弾させることができる。例えば、隣接するインク吐出ノズル間でインクの吐出方向が互いに離間する方向であっても離間が大きくなる前にインクが着弾するので、画像品質がそれほど低下することはない。

しかし、検出したギャップが大きい場合は、図１６に示すように、インク吐出方向にばらつきが有ると、その影響を大きく受け、例えば、隣接するインク吐出ノズル間でインクの吐出方向が互いに離間する方向のときには両者の着弾したインクが本来あるべき位置よりも両側に離れる。すなわち、記録ヘッド２５の特性が記録媒体２４の搬送方向と直交する方向に現れる。

このような影響を打ち消すには、ＣＰＵ３１は、ディザ処理に使用するディザパターンを、インクの着弾によるドットの発生方向を記録媒体２４の搬送方向とは異なる方向、例えば、図５に示すように、斜め方向にドットが発生するようなディザパターンに切替える。

このようなディザパターンを使用してディザ処理を行うことで得られる出力画像データに基づいて記録ヘッド２５が記録媒体２４にドット記録を行うことで図６の(a)に示すような印字結果が得られた。これに対し、ギャップが大きくなってもディザパターンを切替えずにディザ処理を行うことで得られる出力画像データに基づいて記録ヘッド２５が記録媒体２４にドット記録を行うと図６の(b)に示すようになる。

また、記録ヘッド２５のインク吐出ノズルと記録媒体２４とのギャップがさらに大きくなると、記録ヘッド２５の記録特性が強調されるのみにとどまらず、記録ヘッド２５と記録媒体２４との間で、インクの吐出量が少ないときには飛翔中のインク滴が記録ヘッド２５と記録媒体２４の相対移動によって生じる気流の影響を受けて流され、インクの着弾精度が極端に劣化するという現象も生じる。

そこで、ＣＰＵ３１は、ディザパターンを切替えて使用する場合、ギャップが大きくなっても極端でないときには、出力画像の３値に対しては、図７の(a)、(b)、(c)に示すディザパターンを使用するように切替えるが、ギャップが極端に大きくなったときには、出力画像の３値に対しては、図８の(a)、(b)、(c)に示すディザパターンを使用するように切替える。すなわち、３ビットの出力値を２ビットに切替え、階調値が小さいときの１つのインク吐出量を増加させることで、飛翔中のインク滴が流されるのを防止する。すなわち、図７の(a)のディザパターンを図８の(a)に示すディザパターンに切替え、図７の(b)のディザパターンを図８の(b)に示すディザパターンに切替える。なお、図７の(c)と図８の(c)は同じである。

このように、記録ヘッド２５のインク吐出ノズルと記録媒体２４とのギャップが大きくなると、ディザ処理に使用するディザパターンを切替えることで、視覚的に記録ヘッド２５の記録特性が改善される方向に着弾するドットを修正することができ、画像品質が低下するのを防止することができる。

なお、前述した実施の形態は、本発明を、単色印字を行うインクジェット記録装置に適用したものについて述べたが、カラー印字を行うインクジェット記録装置にも適用できるのは勿論である。

カラー印字を行うインクジェット記録装置は、図９に示すように、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びブラック（Ｋ）の各色のインクを吐出する記録ヘッド２５１、２５２、２５３、２５４を、互いに所定の間隔を開けて搬送ベルト２３の面に対して所定の距離隔てて配置している。

このインクジェット記録装置においては、搬送ベルト２３によって搬送される記録媒体２４に対して、イエローの記録ヘッド２５１によりイエロー色のドットを印字し、マゼンタの記録ヘッド２５２によりマゼンタ色のドットを印字し、シアンの記録ヘッド２５３によりシアン色のドットを印字する。そして、これらのドットを重ね合わせることでカラー画像を記録する。なお、黒の場合は専用の記録ヘッド２５４を使用して記録を行う。

この場合におけるＲＯＭに格納される画像処理プログラムが実行する画像処理機能を機能ブロックで示すと、図１０に示すようになる。すなわち、色変換部５１、ＢＧ／ＵＣＲ処理部５２、階調補正部５３、擬似階調処理部５４からなる。

この機能は、先ず、入力される１画素Ｍビットのカラー画像データ、例えば、各色８ビットの、モニタなどで標準的なＲＧＢ画像信号を、前記色変換部５１に入力し、この色変換部５１により本インクジェット記録装置での色再現色のＣＭＹ色に変換する。

次に、ＢＧ／ＵＣＲ処理部５２において、ＣＭＹ色から墨成分を抽出し、かつ、その後のＣＭＹ色を決定し、最終的にＣＭＹＫ色に変換する。次に、階調補正部５３において、本インクジェット記録装置の実質出力特性に応じた補正を行う。そして最後に、疑似階調処理部５４において、色毎にディザ処理を施し、１画素のデータを本インクジェット記録装置の印字能力に合わせた各色Ｎビット、例えば、各色３ビットの、多値画像データＣ′Ｍ′Ｙ′Ｋ′に変換する。

従って、擬似階調処理部５４では色毎にディザ処理を施すが、そのディザ処理で使用するディザパターンを、前述した実施の形態と同様に、ギャップ検知部４３が検知する記録ヘッド２５のインク吐出ノズルと記録媒体２４とのギャップが大きくなると図７あるいは図８に示すディザパターンに切替える。

これにより、カラー印字を行うインクジェット記録装置においても、視覚的に各記録ヘッド２５１〜２５４の記録特性が改善される方向に着弾するドットを修正することができ、画像品質が低下するのを防止することができる。

なお、前述した各実施の形態は、記録ヘッドを１つのヘッドモジュールで構成したものについて述べたがこれに限定するものではなく、複数のヘッドモジュールからなる記録ヘッドを使用したものにおいても適用できるものである。すなわち、多数のインク吐出ノズルを有する長尺なライン記録ヘッドを製造することはインク吐出ノズルの数が増えるほど困難になる。このため、例えば、図１１及び図１２に示すように、多数のインク吐出ノズル６０を所定のピッチで配置した３個のヘッドモジュール６１、６２、６３を、基板６４の両面に、ヘッドモジュール６２を一面側の中央部に、ヘッドモジュール６１，６３を他面側の両端側に位置させて張り合わせて構成する。これにより、多数のインク吐出ノズルを有する長尺な記録ヘッド６５の製造が容易になる。

なお、ヘッドモジュール６１、６３のインク吐出口とヘッドモジュール６２のインク吐出口は記録媒体の搬送方向と直交するライン方向に対して直線上に並ばないが、これに対してはヘッドモジュール６１、６３とヘッドモジュール６２のインク吐出タイミングを調整することでライン方向の直線上に並んだときと同じ印字結果が得られる。そして、このような制御を行うことは容易である。

また、この実施の形態は、記録媒体を搬送ベルトによって平面的に搬送するものについて述べたが、記録媒体の搬送方法はこれに限らず、ドラムに記録媒体を巻き付けて搬送するものであってもよい。この場合は、ドラム面に対向して配置した記録ヘッドからインクを吐出して記録媒体に記録を行うので、記録ヘッドのインク吐出ノズルとドラムに巻きつけた記録媒体とのギャップを検知することになる。

本発明の一実施の形態に係る、インクジェット記録装置の要部構成を示す斜視図。同実施の形態に係る、インクジェット記録装置の要部構成を示す側面図。同実施の形態に係る、インクジェット記録装置の制御部構成を示すブロック図。同実施の形態においてディザ処理の基本的なアルゴリズムについて説明するための図。同実施の形態においてギャップが大きい場合にディザ処理に使用するディザパターン例を示す図。同実施の形態においてギャップが大きい場合にディザパターンを切替えて印字した例とディザパターンを切替えずに印字した例とを比較して示す図。同実施の形態においてギャップが大きい場合に実際に切替えて使用するディザパターンを示す図。同実施の形態においてギャップがさらに大きくなった場合に実際に切替えて使用するディザパターンを示す図。本発明の他の実施の形態に係る、インクジェット記録装置の要部構成を示す斜視図。同実施の形態における画像処理プログラムが実行する画像処理機能を示す機能ブロック図。本発明の他の実施の形態に係る記録ヘッドの斜視図。同実施の形態に係る記録ヘッドのインク吐出ノズルの配置を示す図。オンデマンド型のラインインクジェット記録装置の記録ヘッドの構成例を示す断面図。同ラインインクジェット記録装置の記録ヘッドのインク吐出ノズルの配置を示す図。同ラインインクジェット記録装置において記録ヘッドのノズルと記録媒体とのギャップが小さい場合の記録媒体上のドット形成状態を示す図。同ラインインクジェット記録装置において記録ヘッドのノズルと記録媒体とのギャップが大きい場合の記録媒体上のドット形成状態を示す図。

符号の説明

２３…搬送ベルト、２４…記録媒体、２５…記録ヘッド、３１…ＣＰＵ、３２…ＲＯＭ、３２１…ディザパターン選択プログラム、３２２…画像処理プログラム、３８…ヘッドドライバ、４３…ギャップ検知部。

Claims

複数のインク吐出ノズルを並べた記録ヘッドと、
この記録ヘッドにより画像記録を行うために記録媒体を搬送する搬送手段と、
前記記録ヘッドのインク吐出ノズルとインクを着弾させる記録媒体面とのギャップを検知するギャップ検知手段と、
１画素Ｍビットの入力画像データをディザ処理により１画素Ｎ（但し、Ｍ＞Ｎ≧１）ビットの画像データに変換する擬似中間調処理手段と、
前記ギャップ検知手段が検知するギャップが大きくなると、前記擬似中間調処理手段がディザ処理に使用するディザパターンを、ギャップの増加によって発生する前記記録ヘッドのインク吐出特性の影響を打ち消す方向にドットが発生するディザパターンに切替え、ギャップがさらに大きくなると、前記擬似中間調処理手段がディザ処理に使用するディザパターンのパターン設定を、インク吐出量を増加させるパターン設定に切替える切替え手段と、
を備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
前記切替え手段は、ギャップ検知手段が検知するギャップが大きくなると、擬似中間調処理手段がディザ処理に使用するディザパターンを、記録媒体の搬送方向と異なる斜め方向にドットが発生するディザパターンに切替えることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置。