JP6423823B2 - 制御装置及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、制御装置及び制御方法に関する。

インクジェットプリンタを用いて印画を行う場合、例えば液滴を吐出するノズルの特性等により、印画結果として出力される画像の濃度分布が一様にならず、印画された画像にスジ及びムラ等が生じる場合がある。これに対し、従来、スジ及びムラ等の発生を抑えることを目的とした、インク液滴量を調整する技術が知られている。例えば引用文献１には、テストパターンの印画結果の濃度分布に基づいて、補正データを生成し、補正データに基づいて画像印画時のインク液滴量を調整する装置が開示されている。

特許第３０４０４２５号公報

しかしながら、特許文献１に開示された装置においては、スジ及びムラ等の発生を適切に抑えることができない場合がある。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、印画画像におけるスジ及びムラ等を、より適切に抑制可能な制御装置及び制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の一実施形態に係る制御装置は、入力信号に基づいて印画装置を制御する制御信号を生成する制御装置である。前記制御装置は、前記入力信号から、印画濃度の誤差の配分を決定する拡散マトリクスから出力される誤差拡散出力信号を減算して誤差拡散処理信号を生成する演算器と、前記誤差拡散処理信号に対して、前記印画濃度の誤差に対する補正量を制御する補正ゲインを乗算して中間信号を生成する乗算器と、前記中間信号を量子化して前記制御信号を生成する量子化器と、を備える。

また、上記目的を達成する本発明の一実施形態に係る制御方法は、入力信号に基づいて印画装置を制御する制御信号を生成する制御装置による制御方法である。前記制御方法は、前記制御装置が、前記入力信号から、印画濃度の誤差の配分を決定する拡散マトリクスから出力される誤差拡散出力信号を減算して誤差拡散処理信号を生成するステップと、前記制御装置が、前記誤差拡散処理信号に対して、前記印画濃度の誤差に対する補正量を制御する補正ゲインを乗算して中間信号を生成するステップと、前記中間信号を量子化して前記制御信号を生成するステップとを含む。

本発明の一実施形態に係る制御装置及び制御方法によれば、印画画像におけるスジ及びムラ等を、より適切に抑制可能である。

本発明の一実施形態に係る印画装置による信号の処理手順の一例を示すブロック図である。 入力信号と印画濃度の平均値との関係を示す図である。 印画濃度の平均濃度ずれ量を示す図である。 従来の印画装置による信号の処理手順の一例を示すブロック図である。 デバイス特性による印画濃度の変動を模式的に示す図である。 量子化器における信号の入出力関係の一例を示す図である。

まず、従来の印画装置による信号処理の一例について説明する。図４は、従来の印画装置による信号の処理手順の一例を示すブロック図である。印画装置は、図４のブロック図に示す処理を実行する制御装置として機能する。印画装置は、印画装置全体を制御及び管理するプロセッサである制御部を備える。制御部は、制御手順を規定したプログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサで構成される。

印画装置の制御部は、入力される画像データの信号（入力信号）ｕに対し、所定の演算を実行して、出力する画像データの信号（出力信号）ｙを生成する。制御部は、生成した出力信号ｙに基づいて、印画装置が備えるノズルからインクを吐出させる。これにより、印画装置による印画が実行される。ここでは、制御部が、従来公知のいわゆる誤差拡散法を用いて出力信号ｙを生成する場合の例について説明する。

また、ここでは、印画装置がシングルパス方式であるとして説明する。シングルパス方式の印画装置では、印画装置においてノズルが設けられたヘッドキャリッジが固定されており、搬送される印画用紙にノズルからインクが吐出されることにより、印画が行われる。印画装置のヘッドキャリッジには、印画時に印画用紙が搬送される方向（搬送方向）に向かって直交する方向に配列された複数のノズルを備える。

制御部は、印画装置が備える複数のノズルのそれぞれに対して出力信号ｙを生成する。ここで、制御部が行う出力信号ｙの生成処理について説明する。ここでは、搬送方向に向かって右からｉ番目のノズルからのインクの吐出を制御するための出力信号ｙ_iの生成処理について説明する。以下、ｉ番目のノズルの制御に関する各信号には、符号ｉを下付き文字で付して表す。

図４のブロック図には、乗算器２１０と、第１演算器２２０と、量子化器２３０と、第２演算器２４０と、拡散マトリクス２５０とが含まれる。第１演算器２２０及び第２演算器２４０は、例えばそれぞれ加算器により構成される。

入力信号ｕ_iは、乗算器２１０に入力される。入力信号ｕ_iは、乗算器２１０において、補正ゲインａ_iが乗算される。補正ゲインａ_iは、印画濃度の誤差に対する補正量を制御するものである。補正ゲインａ_iは、例えばｉ番目のノズルのデバイス特性ｄ_iの逆数として定義される。すなわち、次の式（１）が成立する。
ａ_i＝１／ｄ_i （１）

ここで、デバイス特性ｄ_iは、ｉ番目のノズルに入力された信号に対する、実際にｉ番目のノズルにより印画されるｉ番目の画素の印画濃度の特性を示す。例えば、デバイス特性ｄ_i＝０．５である場合、デバイス特性ｄ_i＝１．０である場合と比較して、ｉ番目のノズルにより印画されるｉ番目の画素の印画濃度が半分になる。仮に、ｉ番目のノズルのデバイス特性ｄ_iがｄ_i＝０．５であり、他のノズルのデバイス特性が１．０である場合、デバイス特性について考慮せずに同一の入力信号を入力して印画を行うと、ｉ番目の画素が他の画素と比較して印画濃度が薄くなり、印画画像にスジができる。

図５は、デバイス特性ｄ_iによる印画濃度の変動を模式的に示す図である。ｉ番目のノズルに係る制御信号ｙ_iに対し、デバイス特性ｄ_iによる変動が発生し、実際の印画濃度は、ｙ´_iとなる。印画濃度ｙ´_iと制御信号ｙ_iとの関係は、次の式（２）のように表される。
ｙ´_i＝ｙ_i＊ｄ_i （２）

第１演算器２２０は、乗算器２１０から出力される信号に対し、拡散マトリクス２５０からの誤差拡散出力信号ε´_iを減算することにより、中間信号φ_iを生成する。拡散マトリクス２５０は、誤差拡散法で用いられる誤差の配分テーブルであり、その詳細については後述する。中間信号φ_iは、次の式（３）のように表される。
φ_i＝ａ_i＊ｕ_i−ε´_i （３）
従来の印画装置では、このように、誤差拡散出力信号ε´_iによる減算を行う前に、補正ゲインが乗算される。

量子化器２３０は、中間信号φ_iを量子化することにより、制御信号ｙ_iを生成する。量子化器２３０には、量子化誤差ｎが入力される。ここでの例において、量子化誤差ｎは、誤差拡散入力信号ε´_iと同値であるとする。制御信号ｙ_iは、量子化処理を示す関数Ｑを用いて、次の式（４）のように表される。
ｙ_i＝Ｑ（φ_i） （４）
印画装置は、式（４）により算出される制御信号ｙ_iに基づいて、印画を行う。

図６は、量子化器２３０における信号の入出力関係の一例を示す図である。図６は、制御部により処理される信号が８ビットである場合の一例を示す図である。ここでの例では、量子化器２３０は、図６に示されるように、入力される中間信号φ_iに対し、階段状の制御信号ｙ_iを生成する。

第２演算器２４０は、さらに制御信号ｙ_iから中間信号φ_iを減算して誤差拡散入力信号ε_iを生成する。誤差拡散入力信号ε_iは、次の式（５）のように表される。
ε_i＝Ｑ（φ_i）−φ_i （５）

誤差拡散入力信号ε_iは、拡散マトリクス２５０に入力される。拡散マトリクス２５０は、誤差拡散入力信号ε_iに基づいて、所定の処理を実行し、誤差拡散出力信号ε´_i+1を生成する。拡散マトリクス２５０は、例えば、注目画素（ｉ番目のノズルにより印画される画素）との相対的な距離に基づいて実験的に設定された誤差の配分テーブルである。本実施形態において、拡散マトリクス２５０は、印画濃度の誤差を次画素へ全て拡散する特性を有するとする。誤差拡散出力信号ε´_i+1は、誤差拡散による誤差のフィードバックとして、ｉ＋１番目のノズルに係る制御信号ｙ_i+1の生成において使用される。拡散マトリクス２５０が上記特性を有する場合、拡散マトリクス２５０から出力される誤差拡散出力信号ε´_i+1は、拡散マトリクス２５０における処理を示す関数Ｆを用いて、次の式（６）のように表される。
ε´_i+1＝Ｆ（ε_i） （６）
ここでの例では、拡散マトリクス２５０から、誤差拡散出力信号ε´_i+1として、誤差拡散入力信号ε_iと同値の信号が出力されるとする。

このようにして、制御部は、入力信号ｕ_iに基づいて制御信号ｙ_iを生成する。

ここで、制御部による信号の処理について、具体的な数値を用いて説明する。ここでは、ｉ−２番目からｉ＋１番目までのノズルへの入力信号が、８ビット換算で１１１であるとする。すなわち、ｕ_i-2＝ｕ_i-1＝ｕ_i＝ｕ_i+1＝１１１であるとする。

また、ノズルのデバイス特性として、ｉ番目のノズルのデバイス特性ｄ_iはｄ_i＝０．５であり、ｉ−２番目、ｉ−１番目及びｉ＋１番目のノズルのデバイス特性ｄ_i-2、ｄ_i-1及びｄ_i+1は、ｄ_i-2＝ｄ_i-1＝ｄ_i+1＝１．０であるとする。この場合、上式（１）により、ｉ番目のノズルの補正ゲインａ_iは、ａ_i＝１／ｄ_i＝２．０となり、ｉ−２番目、ｉ−１番目及びｉ＋１番目のノズルの補正ゲインａ_i-2、ａ_i-1及びａ_i+1は、ａ_i-2＝ａ_i-1＝ａ_i+1＝１．０となる。

さらに、ｉ−２番目のノズルに係る制御信号ｙ_i-2の生成で用いられる誤差拡散出力信号ε´_i-3が、ε´_i-3＝０であるとする。

上記条件において、ｉ−２番目からｉ＋１番目までのノズルに対する制御信号を算出すると、次のような結果となる。
ｙ_i-2＝８５，ｙ_i-1＝１７０，ｙ_i＝１７０，ｙ_i+1＝１７０

従って、上式（２）を用いて印画画像の印画濃度は、次のようになる。
ｙ´_i-2＝８５，ｙ´_i-1＝１７０，ｙ´_i＝８５，ｙ´_i+1＝１７０

ｉ番目のノズルの特性変動を、その前後の画素で補正するためには、ｉ番目とｉ−１番目とｉ＋１番目との３画素の印画濃度の平均値ｙ´_aveが、入力信号の平均値となればよい。上記例では、印画濃度の平均値ｙ´_aveは、ｙ´_ave＝（ｙ´_i-1＋ｙ´_i＋ｙ´_i+1）／３≒１４１となる。

これに対し、ｉ番目とｉ−１番目とｉ＋１番目とのノズルの制御における入力信号の平均値ｕ_aveは、１１１である。

従って、実際の印画濃度の平均値ｙ´_aveの、理想値である入力信号の平均値ｕ_aveからの平均濃度ずれ量Δｙは、Δｙ＝ｙ´_ave−ｕ_ave＝３０となる。この平均濃度ずれ量Δｙが小さいほど、ｉ番目のノズルの特性変動がその前後の画素で補正され、ムラ及びスジ等が発生していない状態となる。平均濃度ずれ量Δｙが正の値に大きくずれるほど、印画濃度が濃い状態となり、平均濃度ずれ量Δｙが負の値に大きくずれるほど、印画濃度が薄い状態となる。すなわち、平均濃度ずれ量Δｙの絶対値が大きいほど、ムラ及びスジ等が顕在化した状態となる。

次に、上記のようなスジ及びムラ等をより適切に抑制可能な、本実施形態に係る印画装置について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る印画装置による信号の処理手順の一例を示すブロック図である。印画装置は、図１のブロック図に示す処理を実行する制御装置として機能する。図１のブロック図には、第１乗算器１１０と、第１演算器１２０と、量子化器１３０と、第２演算器１４０と、拡散マトリクス１５０と、第２乗算器１６０とが含まれる。第１演算器１２０及び第２演算器１４０は、例えばそれぞれ加算器により構成される。

本実施形態では、第１乗算器１１０が、第１演算器１２０と量子化器１３０との間に配置されている。つまり、本実施形態では、第１演算器１２０による処理が実行された後に、第１乗算器１１０による処理が実行される。また、第２演算器１４０と、拡散マトリクス１５０との間に第２乗算器１６０が配置されている。ここで、本実施形態における制御部による制御信号ｙ_iの生成処理について説明する。

本実施形態においては、入力信号は第１演算器１２０に入力される。第１演算器１２０は、入力信号ｕ_iに対し、誤差拡散出力信号ε´_iを減算することにより、誤差拡散処理信号を生成する。第１乗算器１１０は、誤差拡散処理信号に対し、補正ゲインｂ_iを乗算することにより、中間信号φ_iが生成される。補正ゲインｂ_iは、例えば補正ゲインａ_iと同様に、デバイス特性ｄ_iの逆数として定義される。中間信号φ_iは、次の式（７）のように表される。
φ_i＝ｂ_i＊（ｕ_i−ε´_i） （７）

量子化器１３０は、中間信号φ_iを量子化することにより、制御信号ｙ_iを生成する。本実施形態の量子化器１３０による量子化処理は、例えば図６を参照して説明した従来の量子化器２３０による量子化処理と同様であってよいため、ここではその詳細な説明を省略する。制御信号ｙ_iは、量子化処理を示す関数Ｑを用いて、次の式（８）のように表される。
ｙ_i＝Ｑ（φ_i） （８）

そして、第２演算器１４０は、制御信号ｙ_iから中間信号φ_iを減算する。本実施形態では、さらに、第２演算器１４０により生成される信号が、第２乗算器１６０で処理されて、誤差拡散入力信号ε_iが生成される。第２乗算器１６０は、補正ゲインの逆数値ｃ_iを乗算する。すなわち、ｃ_i＝１／ｂ_iが成立する。従って、誤差拡散入力信号ε_iは、次の式（９）のように表される。
ε_i＝ｃｉ＊（Ｑ（φ_i）−φ_i） （９）

拡散マトリクス１５０は、入力された誤差拡散入力信号ε_iに対して所定の処理を実行し、誤差拡散出力信号ε´_i+1を生成する。拡散マトリクス１５０から出力される誤差拡散出力信号ε´_i+1は、拡散マトリクス１５０における処理を示す関数Ｆを用いて、次の式（１０）のように表される。
ε´_i+1＝Ｆ（ε_i） （１０）

ここでの例では、拡散マトリクス１５０から、誤差拡散出力信号ε´_i+1として、誤差拡散入力信号ε_iと同値の信号が出力されるとする。そして、誤差拡散出力信号ε´_i+1を用いて、ｉ＋１番目のノズルに係る制御信号ｙ_i+1が算出される。

ここで、制御部による信号の処理について、上記説明した従来の印画装置における処理の例と同様に、具体的な数値を用いて説明する。ここで、上述の例との比較のため、入力信号ｕ及びデバイス特性ｄとして、上述の例で用いた値と同様の値を用いて説明する。すなわち、ｉ−２番目からｉ＋１番目までのノズルへの入力信号が、８ビット換算で１１１である（ｕ_i-2＝ｕ_i-1＝ｕ_i＝ｕ_i+1＝１１１である）とする。また、ｉ番目のノズルのデバイス特性ｄ_iはｄ_i＝０．５であり、ｉ−２番目、ｉ−１番目及びｉ＋１番目のノズルのデバイス特性ｄ_i-2、ｄ_i-1及びｄ_i+1は、ｄ_i-2＝ｄ_i-1＝ｄ_i+1＝１．０であるとする。従って、ｉ番目のノズルの補正ゲインｂ_iは、ｂ_i＝１／ｄ_i＝２．０となり、ｉ−２番目、ｉ−１番目及びｉ＋１番目のノズルの補正ゲインｂ_i-2、ｂ_i-1及びｂ_i+1は、ｂ_i-2＝ｂ_i-1＝ｂ_i+1＝１．０となる。これにより、補正ゲインの逆数ｃについても、ｃ_i＝０．５、ｃ_i-2＝ｃ_i-1＝ｃ_i+1＝１．０と算出される。さらに、ｉ−２番目のノズルに係る制御信号ｙ_i-2の生成で用いられる誤差拡散出力信号ε´_i-3は、ε´_i-3＝０であるとする。

上記条件において、ｉ−２番目からｉ＋１番目までのノズルに対する制御信号を算出すると、次のような結果となる。
ｙ_i-2＝８５，ｙ_i-1＝１７０，ｙ_i＝１７０，ｙ_i+1＝８５

従って、ｉ−２番目からｉ＋１番目までの各ノズルのデバイス特性ｄにより、各ノズルによる印画画像の印画濃度は、次のようになる。
ｙ´_i-2＝８５，ｙ´_i-1＝１７０，ｙ´_i＝８５，ｙ´_i+1＝８５

これにより、印画濃度の平均値ｙ´_aveは、ｙ´_ave＝（ｙ´_i-1＋ｙ´_i＋ｙ´_i+1）／３≒１１３となる。

そして、ｉ番目とｉ−１番目とｉ＋１番目とのノズルの制御における入力信号の平均値ｕ_aveは、１１１であるため、印画濃度の平均値ｙ´_aveの、理想値である入力信号の平均値ｕ_aveからの平均濃度ずれ量Δｙは、Δｙ＝ｙ´_ave−ｕ_ave＝２となる。このように、本実施形態に係る印画装置によって処理される信号の平均濃度ずれ量Δｙは、上述の例で説明した従来の印画装置によって処理される信号の平均濃度ずれ量Δｙよりも小さくなっている。従って、上記条件においては、本実施形態に係る印画装置による処理の方が、従来の印画装置による処理と比較して、ｉ番目のノズルの特性変動がその前後の画素で補正されているため、スジ及びムラ等が発生しにくくなっている。

図２は、入力信号ｕと、３画素の印画濃度の平均値ｙ´_aveとの関係を示す図である。すなわち、図２は、ｉ番目のノズルと、ｉ番目とその前後（つまりｉ−１番目及びｉ＋１番目）のノズルとによる、３画素の印画濃度の平均値ｙ´_aveとの関係を、入力信号ｕ_iが０から２５５までの範囲について示す図である。図２には、入力信号ｕと印画濃度の平均値ｙ´_aveとの、理想的な特性（理想特性）と、従来の制御の特性と、本実施形態における制御の特性とが示されている。図２に示されるように、本実施形態における制御による特性は、０から２５５までの全体にわたって平均すると、従来の制御による特性よりも、理想特性により近付いている。

図３は、印画濃度の平均濃度ずれ量Δｙを示す図である。図３には、従来の制御と本実施形態による制御とにおける、理想値からの平均濃度ずれ量Δｙの大きさ（絶対値）が示されている。図３によれば、入力信号ｕ_iが０から２５５までの全体にわたって平均すると、従来の制御よりも、本実施形態における制御の方が、平均濃度ずれ量Δｙが小さくなっている。従って、本実施形態に係る印画装置（制御装置）によれば、従来の制御と比較して、より適切にスジ及びムラ等を補正できる。

なお、本発明は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、各構成部等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

例えば、上記実施形態において、必ずしも第２乗算器１６０による処理が実行されなくてもよい。つまり、誤差拡散入力信号εは、第２加算器１４０により生成された制御信号ｙと中間信号φとの差分であってもよい。このような処理であっても、従来の制御の場合と比較して、より適切にスジ及びムラ等を補正できる。

１１０ 第１乗算器
１２０、２２０ 第１演算器
１３０、２３０ 量子化器
１４０、２４０ 第２演算器
１５０、２５０ 拡散マトリクス
１６０ 第２乗算器
２１０ 乗算器

Claims (3)

1. 入力信号に基づいて印画装置を制御する制御信号を生成する制御装置であって、
   前記入力信号から、印画濃度の誤差の配分を決定する拡散マトリクスから出力される誤差拡散出力信号を減算して誤差拡散処理信号を生成する演算器と、
   前記誤差拡散処理信号に対して、前記印画濃度の誤差に対する補正量を制御する補正ゲインを乗算して中間信号を生成する乗算器と、
   前記中間信号を量子化して前記制御信号を生成する量子化器と、
   を備える、制御装置。
2. 前記制御信号と前記中間信号との差分に対して前記補正ゲインの逆数値を乗算して、前記拡散マトリクスに入力される拡散マトリクス入力信号を生成する第２乗算部をさらに備える、請求項１に記載の制御装置。
3. 入力信号に基づいて印画装置を制御する制御信号を生成する制御装置による制御方法であって、
   前記制御装置が、前記入力信号から、印画濃度の誤差の配分を決定する拡散マトリクスから出力される誤差拡散出力信号を減算して誤差拡散処理信号を生成するステップと、
   前記制御装置が、前記誤差拡散処理信号に対して、前記印画濃度の誤差に対する補正量を制御する補正ゲインを乗算して中間信号を生成するステップと、
   前記中間信号を量子化して前記制御信号を生成するステップと
   を含む、制御方法。

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