JP6569302B2 - 画像形成装置、画像形成装置の調整方法およびプログラム - Google Patents

画像形成装置、画像形成装置の調整方法およびプログラム Download PDF

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Description

本発明は、画像形成装置、画像形成装置の調整方法およびプログラムに関する。
インクジェット方式の画像形成装置は、記録ヘッドを搭載したキャリッジを主走査方向に往復移動させながら記録ヘッドからインクを吐出し、記録媒体上に画像を形成する構成のものが多い。このとき、キャリッジの往路移動時と復路移動時とでは、記録媒体上の同じ位置にインクを付着させようとしてもずれが生じる場合がある。このような位置ずれは、インクの着弾位置ずれとも呼ばれる。
インクの着弾位置ずれは、往復移動における移動方向の違いだけでなく、例えば、キャリッジに対する記録ヘッドの取り付け誤差などに起因して生じる場合もある。すなわち、複数の記録ヘッドを用いて画像形成を行う場合に、キャリッジに対する各記録ヘッドの取り付け誤差などにより記録ヘッド間の相対的な位置関係が設計通りにならず、記録ヘッド間でインクの着弾位置ずれが生じることもある。
インクの着弾位置ずれが生じる場合は、例えば、画像形成装置による画像形成の位置に関わるパラメータを調整して位置ずれを解消させることが求められる。このような画像形成位置の調整を行うために、記録媒体上に所定のテストパターンを形成してそれを様々なセンサで読み取ることで、インクの着弾位置ずれを検出する方法が知られている。例えば特許文献1には、キャリッジの往路移動時に形成される第1ドット群と、キャリッジの復路移動時に形成される第2ドット群および第3ドット群とを含むテストパターンを形成し、このテストパターンを二次元イメージセンサで撮像し、撮像画像を解析してテストパターンの二次元周波数特性を取得し、この二次元周波数特性に基づいてキャリッジの往復移動時におけるインクの着弾位置ずれを検出する方法が記載されている。
インクの着弾位置ずれに応じて画像形成位置を適切に調整するためには、その位置ずれ量を知る必要がある。ここで、特許文献1に記載の方法のように、二次元イメージセンサにより撮像されたテストパターンの撮像画像を解析してインクの着弾位置ずれを検出することを考えた場合、検出した着弾位置ずれの撮像画像における位置ずれ量から実際の位置ずれ量(実距離)が分かれば、インクの着弾位置ずれに応じて画像形成位置を適切に調整できる。
しかし、特許文献1に記載の方法では、テストパターンの撮像画像を解析することでインクの着弾位置ずれが生じていることを検出できるものの、その位置ずれ量までも検出することはできない。また、仮に撮像画像における位置ずれ量が検出できたとしても、その撮像画像における位置ずれ量から実距離を求めるには、撮像画像における距離と実距離との比率を知る必要がある。ここで、撮像画像における距離と実距離との比率は、二次元イメージセンサと被写体との間の距離が変動すると変化するため、二次元イメージセンサと検知パターンとの間の距離が変動する環境では、撮像画像における位置ずれ量から実距離を求めることができない。
上述した課題を解決するために、本発明に係る画像形成装置は、インクを吐出する記録ヘッドと、該記録ヘッドを搭載して往復移動するキャリッジとを含む画像形成部と、前記画像形成部を用いて、少なくとも、一対の第1マーカと、該一対の第1マーカとは異なる条件で形成された第2マーカと、を含むテストパターンを形成するパターン形成部と、前記テストパターンを撮像する撮像部と、前記撮像部により撮像された撮像画像における前記一対の第1マーカおよび前記第2マーカの位置を各々検出する位置検出部と、前記撮像画像における前記一対の第1マーカ間の距離と前記一対の第1マーカ間の実距離との比率を算出する比率算出部と、前記撮像画像における前記一対の第1マーカのうちの一方と前記第2マーカとの間の距離に前記比率を乗算して、前記一対の第1マーカのうちの一方と前記第2マーカとの間の実距離を算出する実距離算出部と、前記実距離算出部が算出した前記実距離に基づいて位置ずれ量を算出し、該位置ずれ量に応じて前記画像形成部による画像形成の位置に関わるパラメータを調整する調整部と、を備え、前記パターン形成部は、前記キャリッジが往路方向と復路方向のいずれかに移動している間に前記記録ヘッドからインクを吐出させて前記一対の第1マーカを形成し、前記キャリッジが前記一対の第1マーカの形成時とは逆方向に移動している間に前記記録ヘッドからインクを吐出させて前記第2マーカを形成することを特徴とする。
本発明によれば、撮像部とテストパターンとの間の距離が変動する場合であっても、撮像部により撮像された撮像画像に基づいて、位置ずれ量に応じた実距離を適切に算出できるという効果を奏する。
図1は、画像形成装置の内部を透視して示す斜視図である。 図2は、画像形成装置の内部の機械的構成を示す上面図である。 図3は、キャリッジに搭載された撮像部を説明する図である。 図4は、画像形成装置の制御機構の構成例を示すブロック図である。 図5は、CPUの機能的な構成例を示すブロック図である。 図6は、テストパターンの一例を示す図である。 図7は、テストパターンの形成方法を説明する図である。 図8は、一対の第1マーカと第2マーカとの間に相対的な位置ずれが生じた例を説明する図である。 図9は、撮像画像における一対の第1マーカ間の距離と一対の第1マーカ間の実距離との比率を説明する図である。 図10は、撮像部とテストパターンとの間の距離の変動により比率が変化することを説明する図である。 図11は、画像形成位置の調整に関わる画像形成装置の動作を説明するフローチャートである。 図12は、テストパターンの他の例を示す図である。 図13は、テストパターンの他の例を示す図である。 図14は、テストパターンの他の例を示す図である。 図15は、テストパターンの他の例を示す図である。 図16は、テストパターンの他の例を示す図である。 図17は、テストパターンの他の例を示す図である。 図18は、テストパターンの他の例を示す図である。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る距離計測装置、画像形成装置、距離計測方法およびプログラムについて詳しく説明する。なお、以下で説明する実施形態では、本発明を適用した画像形成装置の一例として、記録媒体にインクを吐出して画像を形成するインクジェットプリンタを例示する。この画像形成装置は、記録媒体に形成したテストパターンを撮像し、その撮像画像を用いてインクの着弾位置ずれが生じている場合に位置ずれ量に相当する距離を算出し、画像形成に関わるパラメータを調整する機能を持つ。つまり、本実施形態の画像形成装置は、本発明を適用した距離計測装置としての機能を有する。ただし、本発明の適用例は以下で説明する実施形態に限らない。本発明は、テストパターンを撮像し、その撮像画像を用いて位置ずれ量に相当する距離を算出する様々な距離計測装置や、様々なタイプの画像形成装置に対して広く適用できる。
<画像形成装置の機械的構成>
まず、図1乃至図3を参照しながら、本実施形態の画像形成装置100の機械的な構成例について説明する。図1は、画像形成装置100の内部を透視して示す斜視図、図2は、画像形成装置100の内部の機械的構成を示す上面図、図3は、キャリッジ5に搭載された撮像部20を説明する図である。
図1に示すように、本実施形態の画像形成装置100は、主走査方向(図中矢印A方向)に往復移動するキャリッジ5を備える。キャリッジ5は、主走査方向に沿って延設された主ガイドロッド3により支持されている。また、キャリッジ5には連結片5aが設けられている。連結片5aは、主ガイドロッド3と平行に設けられた副ガイド部材4に係合し、キャリッジ5の姿勢を安定化させる。
キャリッジ5は、駆動プーリ9と従動プーリ10との間に張架されたタイミングベルト11に連結されている。駆動プーリ9は、主走査モータ8の駆動により回転する。従動プーリ10は、駆動プーリ9との間の距離を調整する機構を有し、タイミングベルト11に対して所定のテンションを与える役割を持つ。キャリッジ5は、主走査モータ8の駆動によりタイミングベルト11が送り動作されることにより、主走査方向に往復移動する。キャリッジ5の移動量や移動速度は、例えば図2に示すように、キャリッジ5に設けられたエンコーダセンサ13がエンコーダシート14のマークを検知して出力するエンコーダ値に基づいて制御される。
キャリッジ5には、図2に示すように、記録ヘッド6y,6m,6c,6kが搭載されている。記録ヘッド6yは、イエロー(Y)インクを吐出する記録ヘッドである。記録ヘッド6mは、マゼンタ(M)インクを吐出する記録ヘッドである。記録ヘッド6cは、シアン(C)インクを吐出する記録ヘッドである。記録ヘッド6kは、ブラック(B)インクを吐出する記録ヘッドである。以下、これらの記録ヘッド6y,6m,6c,6kを総称して記録ヘッド6と表記する。記録ヘッド6は、その吐出面(ノズル面)が下方(記録媒体M側)に向くように、キャリッジ5に支持されている。
記録ヘッド6にインクを供給するためのインク供給体であるカートリッジ7は、キャリッジ5には搭載されず、画像形成装置100内の所定の位置に配置されている。カートリッジ7と記録ヘッド6はパイプで連結されており、このパイプを介して、カートリッジ7から記録ヘッド6に対してインクが供給される。
記録ヘッド6の吐出面と対向する位置には、図2に示すように、プラテン16が設けられている。プラテン16は、記録ヘッド6から記録媒体M上にインクを吐出する際に、記録媒体Mを支持するためのものである。プラテン16には、厚み方向に貫通する貫通孔が多数設けられ、個々の貫通孔を取り囲むようにリブ状の突起が形成されている。そして、プラテン16の記録媒体Mを支持する面とは逆側に設けられた吸引ファンを作動させることで、プラテン16上から記録媒体Mが脱落することを抑制する構成となっている。記録媒体Mは、後述の副走査モータ12(図4参照)によって駆動される搬送ローラにより挟持され、プラテン16上を、副走査方向(図中矢印B方向)に間欠的に搬送される。
記録ヘッド6には、副走査方向に並ぶように形成された多数のノズルが設けられている。本実施形態の画像形成装置100は、記録媒体Mを副走査方向に間欠的に搬送し、記録媒体Mの搬送が停止している間に、キャリッジ5を主走査方向に往復移動させながら、画像データに応じて記録ヘッド6のノズルを選択的に駆動し、記録ヘッド6からプラテン16上の記録媒体M上にインクを吐出して、記録媒体Mに画像を記録する。
また、本実施形態の画像形成装置100は、記録ヘッド6の信頼性を維持するための維持機構15を備える。維持機構15は、記録ヘッド6の吐出面の清掃やキャッピング、記録ヘッド6からの不要なインクの排出などを行う。
また、キャリッジ5には、図2および図3に示すように、記録媒体M上に形成された後述のテストパターンP(図6参照)を撮像するための撮像部20が搭載されている。撮像部20は、図3に示すように、CCDセンサまたはCMOSセンサなどの二次元イメージセンサ21と、記録媒体M上に形成されたテストパターンPの光学像を二次元イメージセンサ21の受光面に結像する結像レンズ22とを備える。この撮像部20は、結像レンズ22を介して入射した光を二次元イメージセンサ21により電気信号に変換し、テストパターンPの撮像画像として出力する。
撮像部20は、例えば、プラテン16上にセットされた記録媒体Mの紙面に対して結像レンズ22の光軸が垂直となる状態で、任意の取付部材によりキャリッジ5の側面部などに取り付けられる。なお、撮像部20は、記録媒体M上に形成されたテストパターンPを適切に撮像できるように配置されていればよく、必ずしもキャリッジ5に搭載されていなくてもよい。
本実施形態の画像形成装置100を構成する上記の各構成要素は、外装体1の内部に配置されている。外装体1にはカバー部材2が開閉可能に設けられている。画像形成装置100のメンテナンス時やジャム発生時には、カバー部材2を開けることにより、外装体1の内部に設けられた各構成要素に対して作業を行うことができる。
<画像形成装置の制御機構の概略構成>
次に、図4を参照しながら、本実施形態の画像形成装置100の制御機構の概略構成について説明する。図4は、画像形成装置100の制御機構の構成例を示すブロック図である。
本実施形態の画像形成装置100は、図4に示すように、CPU110、ROM102、RAM103、記録ヘッドドライバ104、主走査ドライバ105、副走査ドライバ106、制御用FPGA(Field-Programmable Gate Array)120、記録ヘッド6、エンコーダセンサ13、撮像部20、主走査モータ8、および副走査モータ12を備える。CPU110、ROM102、RAM103、記録ヘッドドライバ104、主走査ドライバ105、副走査ドライバ106、および制御用FPGA120は、メイン制御基板130に搭載されている。記録ヘッド6、エンコーダセンサ13、および撮像部20は、上述したようにキャリッジ5に搭載されている。
CPU110は、画像形成装置100の全体の制御を司る。例えば、CPU110は、RAM103を作業領域として利用して、ROM102に格納された各種の制御プログラムを実行し、画像形成装置100における各種動作を制御するための制御指令を出力する。特に、本実施形態の画像形成装置100では、テストパターンを形成する機能や距離計測装置としての機能、距離に基づいて画像形成の位置に関わるパラメータを調整する機能などを、このCPU110により実現する。なお、これらの機能の詳細については後述する。
記録ヘッドドライバ104、主走査ドライバ105、副走査ドライバ106は、それぞれ、記録ヘッド6、主走査モータ8、副走査モータ12を駆動するためのドライバである。
制御用FPGA120は、CPU110と連携して画像形成装置100における各種動作を制御する。制御用FPGA120は、機能的な構成要素として、例えば、CPU制御部121、メモリ制御部122、インク吐出制御部123、センサ制御部124、およびモータ制御部125を備える。
CPU制御部121は、CPU110と通信を行って、制御用FPGA120が取得した各種情報をCPU110に伝えるとともに、CPU110から出力された制御指令を入力する。
メモリ制御部122は、CPU110がROM102やRAM103にアクセスするためのメモリ制御を行う。
インク吐出制御部123は、CPU110からの制御指令に応じて記録ヘッドドライバ104の動作を制御することにより、記録ヘッドドライバ104により駆動される記録ヘッド6からのインクの吐出タイミングを制御する。
センサ制御部124は、エンコーダセンサ13から出力されるエンコーダ値などのセンサ信号に対する処理を行う。例えばセンサ制御部124は、エンコーダセンサ13から出力されるエンコーダ値に基づいて、キャリッジ5の位置、移動速度、移動方向などを計算する処理を実行する。
モータ制御部125は、CPU110からの制御指令に応じて主走査ドライバ105の動作を制御することにより、主走査ドライバ105により駆動される主走査モータ8を制御して、キャリッジ5の主走査方向への移動を制御する。また、モータ制御部125は、CPU110からの制御指令に応じて副走査ドライバ106の動作を制御することにより、副走査ドライバ106により駆動される副走査モータ12を制御して、プラテン16上の記録媒体Mの副走査方向への移動を制御する。
なお、以上の各部は、制御用FPGA120により実現する制御機能の一例であり、これら以外にも様々な制御機能を制御用FPGA120により実現する構成としてもよい。また、上記の制御機能の全部または一部を、CPU110または他の汎用のCPUにより実行されるプログラムによって実現する構成であってもよい。また、上記の制御機能の一部を、制御用FPGA120とは異なる他のFPGAやASIC(Application Specific Integrated Circuit)などの専用のハードウェアにより実現する構成であってもよい。
記録ヘッド6は、CPU110および制御用FPGA120により動作制御される記録ヘッドドライバ104により駆動され、プラテン16上の記録媒体Mにインクを吐出して画像を形成する。
エンコーダセンサ13は、エンコーダシート14のマークを検知して得られるエンコーダ値を制御用FPGA120に出力する。このエンコーダ値は、制御用FPGA120のセンサ制御部124において、キャリッジ5の位置、移動速度および移動方向を計算するために用いられる。センサ制御部124がエンコーダ値から計算したキャリッジ5の位置、移動速度および移動方向は、CPU110に送られる。CPU110は、このキャリッジ5の位置、移動速度および移動方向に基づき、主走査モータ8を制御するための制御指令を生成してモータ制御部125に出力する。
撮像部20は、CPU110による制御のもとで記録媒体M上に形成されたテストパターンを撮像し、テストパターンの撮像画像を出力する。撮像部20から出力されるテストパターンの撮像画像は、制御用FPGA120に送られて、例えばRAM103などの所定の記憶領域に一時的に保存される。撮像部20は、二次元イメージセンサ21の光電変換により得られたアナログ信号をデジタルの画像データにAD変換し、その画像データに対してシェーディング補正やホワイトバランス補正、γ補正、画像データのフォーマット変換などの各種の画像処理を行った後に出力する機能を内蔵している。二次元イメージセンサ21の各種動作条件の設定は、CPU110から制御用FPGA120を介して転送される各種設定信号に従って行われる。なお、画像データに対する各種の画像処理は、その一部あるいは全部を撮像部20の外部で行うようにしてもよい。
本実施形態の画像形成装置100では、上述のCPU110および制御用FPGA120によって制御される記録ヘッドドライバ104、主走査ドライバ105および副走査ドライバ106と、これらにより駆動される記録ヘッド6、主走査モータ8および副走査モータ12により、記録媒体Mに画像を形成する画像形成部が構成される。
<CPUにより実現される機能>
次に、図5を参照しながら、CPU110により実現される特徴的な機能について説明する。図5は、CPU110の機能的な構成例を示すブロック図である。CPU110は、例えば、RAM103を作業領域として利用して、ROM102に格納された制御プログラムを実行することにより、図5に示すように、パターン形成部111、位置検出部112、比率算出部113、実距離算出部114、および調整部115などの機能的な構成要素を実現する。
パターン形成部111は、例えばROM102などに予め格納されたパターンデータを読み込み、このパターンデータに応じた画像形成動作を上述した画像形成部に行わせることにより、記録媒体M上にテストパターンPを形成する。図6は、テストパターンPの一例を示す図である。テストパターンPは、少なくとも、一対の第1マーカM1a,M1bと第2マーカM2とを含む。第2マーカM2は、一対の第1マーカM1a,M1bとは異なる条件で形成される。ここで、異なる条件とは、例えば、記録ヘッド6を搭載したキャリッジ5の移動方向の違いや、インクを吐出する記録ヘッド6の違いなどである。
以下では、第2マーカM2を、一対の第1マーカM1a,M1bとはキャリッジ5の移動方向(往路移動か復路移動か)が異なる条件で形成するものとして説明する。キャリッジ5の往路移動時と復路移動時とでは、上述したように、インクの着弾位置ずれが生じる場合がある。したがって、テストパターンPに含まれる一対の第1マーカM1a,M1bと第2マーカM2のうち、一対の第1マーカM1a,M1b同士の位置関係はほとんど変動しないのに対し、一対の第1マーカM1a,M1bに対する第2マーカM2の相対的な位置関係にはずれが生じ得る。この位置ずれが、キャリッジ5の往路移動時と復路移動時との違いによるインクの着弾位置ずれである。
なお、第2マーカM2を、一対の第1マーカM1a,M1bとは異なる記録ヘッド6を用いて形成した場合にも同様の説明が成り立つ。すなわち、キャリッジ5に対する記録ヘッド6の取り付け誤差などにより記録ヘッド6間の相対的な位置関係が設計値からずれると、インクの着弾位置ずれとなって現れる。この場合、第2マーカM2を、一対の第1マーカM1a,M1bとは異なる記録ヘッド6を用いて形成すると、テストパターンPに含まれる一対の第1マーカM1a,M1bと第2マーカM2のうち、一対の第1マーカM1a,M1b同士の位置関係はほとんど変動しないのに対し、一対の第1マーカM1a,M1bに対する第2マーカM2の相対的な位置関係にはずれが生じることになる。
図6では、一対の第1マーカM1a,M1b間の中点に相当する位置に第2マーカM2を形成するテストパターンPを例示しており、以下ではテストパターンPをこのように形成するものとして説明する。ただし、テストパターンPは、一対の第1マーカM1a,M1bと、これら一対の第1マーカM1a,M1bとは異なる条件で形成される第2マーカM2と、を含んだ構成であればよく、一対の第1マーカM1a,M1bと第2マーカM2との位置関係は任意に設定できる。テストパターンPに含まれる一対の第1マーカM1a,M1bおよび第2マーカM2それぞれを形成する位置やタイミング(このタイミングによりキャリッジ5の往路移動時に形成するか復路移動時に形成するかが決まる)は、上記のパターンデータによって示されている。
図7は、図6に例示したテストパターンPの形成方法を説明する図である。テストパターンPに含まれる一対の第1マーカM1a,M1bは、例えば図7(a)に示すように、キャリッジ5の往路移動時(図中矢印A1方向への移動時)に、キャリッジ5に搭載された記録ヘッド6が有する複数のノズルのうち、図中破線の丸で示す所定のノズルから記録媒体M上にインクを吐出することにより形成される。一方、テストパターンPに含まれる第2マーカM2は、例えば図7(b)に示すように、キャリッジ5の復路移動時(図中矢印A2方向への移動時)に、キャリッジ5に搭載された記録ヘッド6が有する複数のノズルのうち、一対の第1マーカM1a,M1bの形成時にインクを吐出したノズルと同一のノズルから記録媒体M上にインクを吐出することにより形成される。これにより、一対の第1マーカM1a,M1bと第2マーカM2とが主走査方向に沿って並ぶ図6に示したようなテストパターンPが、記録媒体M上に形成される。
なお、図7の例では、キャリッジ5の往路移動時に一対の第1マーカM1a,M1bを形成し、キャリッジ5の復路移動時に第2マーカM2を形成しているが、これとは逆に、キャリッジ5の往路移動時に第2マーカM2を形成し、キャリッジ5の復路移動時に一対の第1マーカM1a,M1bを形成してもよい。また、以上の説明では、一対の第1マーカM1a,M1bと第2マーカM2とを、記録ヘッド6が有する複数のノズルのうち、同一のノズルからインクを吐出させて形成するものとしたが、一対の第1マーカM1a,M1bの形成時にインクを吐出するノズルと、第2マーカM2の形成時にインクを吐出するノズルが異なっていてもよい。この場合、これらのノズル間に主走査方向での位置ずれがあるとその影響を受けるが、1つの記録ヘッド6におけるノズル間の位置ずれは、キャリッジ5の移動方向の違いによるインクの着弾位置ずれに比べるとごく僅かであり、無視できるレベルである。
パターン形成部111により記録媒体M上に形成された以上のようなテストパターンPは、撮像部20により撮像される。そして、撮像部20から出力されるテストパターンPの撮像画像が、制御用FPGA120を介してRAM103などに格納され、一時的に保持される。
図5に戻り、位置検出部112は、撮像部20により撮像されてRAM103などに格納されたテストパターンPの撮像画像を読み出し、この撮像画像に対して2値化処理などの所定の処理を施すことによって、撮像画像における一対の第1マーカM1a,M1bおよび第2マーカM2の位置を各々検出する。ここで検出される位置は、pixel単位で表される画像の二次元座標上の位置である。撮像画像における一対の第1マーカM1a,M1bおよび第2マーカM2は、多くの場合、複数のpixelの塊として検出されるが、例えばその塊の重心位置などの予め定めた代表位置を、第1マーカM1a,M1bや第2マーカM2の位置として検出すればよい。位置検出部112により検出された撮像画像における一対の第1マーカM1a,M1bおよび第2マーカM2の位置は、比率算出部113に渡される。
比率算出部113は、撮像画像における一対の第1マーカM1a,M1b間の距離と、一対の第1マーカM1a,M1b間の実距離との比率を算出する。実距離とは、記録媒体M上に形成されたテストパターンPにおける実際の距離であり、例えばmmなどの単位で表される。上述したように、テストパターンPに含まれる一対の第1マーカM1a,M1b同士の位置関係はほとんど変動しないため、パターンデータから求まる一方の第1マーカM1aの形成位置と他方の第1マーカM1bの形成位置との間の距離を、一対の第1マーカM1a,M1b間の実距離とみなすことができる。また、撮像画像における一対の第1マーカM1a,M1b間の距離は、位置検出部112により検出された撮像画像における一方の第1マーカM1aの位置と他方の第1マーカM1bの位置との間のpixel単位の距離として求めることができる。比率算出部113は、このように求めた撮像画像における一対の第1マーカM1a,M1b間の距離と、一対の第1マーカM1a,M1b間の実距離との比率を算出する。比率算出部113により算出された上記の比率は、実距離算出部114に渡される。
ここで、図6に例示したテストパターンPを記録媒体Mに形成した際に、一対の第1マーカM1a,M1bと第2マーカM2との間に相対的な位置ずれが生じた場合について考える。図8は、テストパターンPに含まれる一対の第1マーカM1a,M1bと第2マーカM2との間に相対的な位置ずれが生じた例を説明する図である。図6に例示したテストパターンPは、上述したように、一対の第1マーカM1a,M1b間の中点に相当する位置に第2マーカM2が形成されるはずであるが、往路移動時と復路移動時との移動方向の違いに起因するインクの着弾位置ずれによって、図8に示すように、第2マーカM2が第1マーカM1bに近い位置に形成されたとする。このときの撮像画像上における第1マーカM1aと第2マーカM2との間の距離をaとし、撮像画像上における第1マーカM1bと第2マーカM2との間の距離をbとする。これらの撮像画像上における距離a,bは、位置検出部112の検出結果を用いて求めることができ、いずれもpixel単位の距離である。
一対の第1マーカM1a,M1bと第2マーカM2との間に相対的な位置ずれが生じた場合であっても、一対の第1マーカM1a,M1bは同じ条件(移動方向が同じ)で形成されるため、一対の第1マーカM1a,M1b間の実距離に変動はない。つまり、図8におけるa+bに対応する実距離は、一対の第1マーカM1a,M1bと第2マーカM2との間に相対的な位置ずれが生じても変動しない。したがって、撮像画像における一対の第1マーカM1a,M1b間の距離a+bと、一対の第1マーカM1a,M1b間の実距離との比率は、撮像画像における距離と実距離との比率(画像倍率)を表していると言える。
図9は、撮像画像における一対の第1マーカM1a,M1b間の距離と一対の第1マーカM1a,M1b間の実距離との比率を説明する図であり、一対の第1マーカM1a,M1b間の中点を原点とし、実距離を横軸、撮像画像上の距離を縦軸とする座標上で、一対の第1マーカM1a,M1bそれぞれの位置をプロットしたものである。この図9の例では、一対の第1マーカM1a,M1bと第2マーカM2との間に、図8のような相対的な位置ずれが生じているものとしている。
図9において、プロットされた一対の第1マーカM1a,M1bそれぞれの位置を結ぶ直線の傾きが、撮像画像における一対の第1マーカM1a,M1b間の距離と一対の第1マーカM1a,M1b間の実距離との比率に相当する。つまり、この直線の傾きが、撮像画像における距離と実距離との比率(画像倍率)を表している。また、一対の第1マーカM1a,M1bと第2マーカM2との間に相対的な位置ずれが生じていない場合の第2マーカM2の位置は原点となるので、プロットされた一対の第1マーカM1a,M1bそれぞれの位置を結ぶ直線と横軸との交点と、原点との間の距離sが、一対の第1マーカM1a,M1bに対する第2マーカM2の位置ずれ量である。
一対の第1マーカM1a,M1b間の実距離2xは、上述したようにパターンデータから求めることができるので、撮像画像における一対の第1マーカM1a,M1b間の距離a+bが分かれば、上記の比率を算出できる。撮像画像における一対の第1マーカM1a,M1b間の距離a+bは、上述したように、位置検出部112の検出結果を用いて求めることができるので、上記の比率を算出することができる。
上記の比率は、撮像部20とテストパターンPとの間の距離の変動により変化する。本実施形態の画像形成装置100は、上述したように、リブ状の突起が形成された凹凸形状を有するプラテン16上に、テストパターンPが形成された記録媒体Mを支持する構成であるため、プラテン16の凹凸形状の影響により撮像部20とテストパターンPとの間の距離が変動し、上記の比率が変化することがある。
図10は、撮像部20とテストパターンPとの間の距離の変動により比率が変化することを説明する図である。撮像部20とテストパターンPとの距離が小さくなると、撮像画像上における第1マーカM1aと第2マーカM2との間の距離は、図8に示したaよりも大きい値のa’となり、撮像画像上における第1マーカM1bと第2マーカM2との間の距離は、図8に示したbよりも大きい値のb’となる。このため、プロットされた一対の第1マーカM1a,M1bそれぞれの位置を結ぶ直線の傾き、つまり上記の比率は、図9の例よりも大きくなる。一方、撮像部20とテストパターンPとの距離が大きくなると、撮像画像上における第1マーカM1aと第2マーカM2との間の距離は、図8に示したaよりも小さい値のa’’となり、撮像画像上における第1マーカM1bと第2マーカM2との間の距離は、図8に示したbよりも値の小さいb’’となる。このため、プロットされた一対の第1マーカM1a,M1bそれぞれの位置を結ぶ直線の傾き、つまり上記の比率は、図9の例よりも小さくなる。なお、一対の第1マーカM1a,M1bに対する第2マーカM2の位置ずれ量sは、当然のことながら、上記の比率が変化しても変わらない。
撮像画像から求まる距離を実距離に変換するには上記の比率が必要となるが、この比率は、撮像部20とテストパターンPとの間の距離の変動によって変化する。しかし、本実施形態の方法によれば、撮像部20とテストパターンPとの間の距離の変動によって上記の比率が変化したとしても、位置検出部112の検出結果から求まる撮像画像上の一対の第1マーカM1a,M1b間の距離を用いて、上記の比率を算出することができる。
図5に戻り、実距離算出部114は、撮像画像における一対の第1マーカM1a,M1bのうちの一方と第2マーカM2との間の距離に、比率算出部113により算出された比率を乗算して、一対の第1マーカM1a,M1bのうちの一方と第2マーカM2との間の実距離を算出する。この実距離算出部114が算出する実距離と、パターンデータから求まる本来の実距離との差分が、一対の第1マーカM1a,M1bに対する第2マーカM2の位置ずれ量sに相当する距離となる。なお、撮像画像における一対の第1マーカM1a,M1bのうちの一方と第2マーカM2との間の距離は、位置検出部112により検出された撮像画像における一対の第1マーカM1a,M1bのうちの一方の位置と第2マーカM2の位置との間のpixel単位の距離として求めることができる。実距離算出部114により算出された実距離は、調整部115に渡される。
調整部115は、実距離算出部114が算出した実距離に基づいて位置ずれ量sを算出し、該位置ずれ量sに応じて画像形成部による画像形成位置に関わるパラメータを調整する。画像形成位置に関わるパラメータとは、例えば、記録ヘッド6のインク吐出タイミングを制御するパラメータ、キャリッジ5の移動速度を制御するパラメータなどである。調整部115は、これらのパラメータの調整値を制御用FPGA120に伝えることで、インク吐出制御部123やモータ制御部125などによる制御動作を調整する。
<画像形成装置の動作>
次に、図11を参照しながら、画像形成装置100の画像形成位置の調整に関わる動作の概要について説明する。図11は、画像形成位置の調整に関わる画像形成装置100の動作を説明するフローチャートである。
プラテン16上に記録媒体Mがセットされると、まず、パターン形成部111が、ROM102などから読み込んだパターンデータに応じた画像形成動作を画像形成部に行わせることにより、記録媒体M上にテストパターンPを形成する(ステップS101)。
次に、撮像部20が、ステップS101で形成されたテストパターンPを撮像し、テストパターンPの撮像画像を出力する(ステップS102)。
次に、位置検出部112が、ステップS102で出力されたテストパターンPの撮像画像を解析し、この撮像画像における一対の第1マーカM1a,M1bおよび第2マーカM2の位置を各々検出する(ステップS103)。
次に、比率算出部113が、ステップS103により検出された一対の第1マーカM1a,M1bの撮像画像における位置と、ステップS101でテストパターンPの形成に用いたパターンデータとを用いて、撮像画像における一対の第1マーカM1a,M1b間の距離と、一対の第1マーカM1a,M1b間の実距離との比率を算出する(ステップS104)。
次に、実距離算出部114が、ステップS103により検出された一対の第1マーカM1a,M1bおよび第2マーカM2の撮像画像における位置と、ステップS101でテストパターンPの形成に用いたパターンデータと、ステップS104で算出された比率とを用いて、撮像画像における一対の第1マーカM1a,M1bのうちの一方と第2マーカM2との間の距離に上記の比率を乗算して、一対の第1マーカM1a,M1bのうちの一方と第2マーカM2との間の実距離を算出する(ステップS105)。
次に、調整部115が、ステップS105で算出された実距離をパターンデータから求まる本来の実距離と比較することにより、インクの着弾位置ずれが生じているか否かを判定する(ステップS106)。ここでインクの着弾位置ずれが生じていないと判定された場合は(ステップS106:No)、そのまま一連の動作が終了する。一方、インクの着弾位置ずれが生じていると判定された場合は(ステップS106:Yes)、調整部115が、ステップS105で算出された実距離と本来の実距離との差分である位置ずれ量を算出し、この位置ずれ量に基づいて、画像形成の位置に関わるパラメータを調整して(ステップS107)、一連の動作が終了する。
以上、具体的な例を挙げながら詳細に説明したように、本実施形態の画像形成装置100は、一対の第1マーカM1a,M1bと、該一対の第1マーカM1a,M1bとは異なる条件で形成された第2マーカM2と、を含むテストパターンPを形成し、このテストパターンPを撮像部20により撮像する。そして、撮像画像における一対の第1マーカM1a,M1b間の距離と一対の第1マーカM1a,M1b間の実距離との比率を算出し、撮像画像における一対の第1マーカM1a,M1bのうちの一方と第2マーカM2間の距離に上記の比率を乗算して、一対の第1マーカM1a,M1bのうちの一方と第2マーカM2間の実距離を算出する。そして、この実距離に基づいてインクの着弾位置ずれの位置ずれ量を算出し、該位置ずれ量に応じて画像形成位置に関わるパラメータを調整する。したがって、本実施形態の画像形成装置100によれば、撮像部20とテストパターンPとの間の距離が変動する環境であっても、テストパターンPの撮像画像をもとにインクの着弾位置ずれの位置ずれ量に応じた実距離を算出することができ、位置ずれ量に応じて画像形成位置に関わるパラメータを調整することで、画像品質を向上させることができる。
<テストパターンの変形例>
本実施形態で用いるテストパターンPは、図6に示した例に限らず、様々な変形が可能である。以下、このようなテストパターンPの変形例を説明する。
図6に例示したテストパターンPは、一対の第1マーカM1a,M1b間の中点に相当する位置に第2マーカM2を形成する構成としたが、図12に示すように、一対の第1マーカM1a,M1bの外側に第2マーカM2を形成する構成であってもよい。
また、図6に例示したテストパターンPは、一対の第1マーカM1a,M1bと第2マーカM2とが主走査方向(図中矢印A方向)に並ぶように形成する構成としたが、図13に示すように、一対の第1マーカM1a,M1bと第2マーカM2のそれぞれを副走査方向(図中矢印B方向)の異なる位置に形成する構成であってもよい。この場合、一対の第1マーカM1a,M1bと第2マーカM2のそれぞれは、記録ヘッド6の異なるノズルから吐出されたインクにより形成される。
また、図6に例示したテストパターンPは、1つの記録ヘッド6を用いて形成することを想定したものであるが、このようなテストパターンPをキャリッジ5に搭載されている各色の記録ヘッド6ごとに各々形成してもよい。また、この場合、図14に示すように、各色の記録ヘッド6ごとに各々形成したテストパターンPにおいて、第2マーカM2を共通化する構成としてもよい。図14では、記録ヘッド6kを用いて形成された一対の第1マーカM1a_k,M1b_kと、記録ヘッド6cを用いて形成された一対の第1マーカM1a_c,M1b_cおよび第2マーカM2と、記録ヘッド6mを用いて形成された一対の第1マーカM1a_m,M1b_mと、記録ヘッド6yを用いて形成された一対の第1マーカM1a_y,M1b_yと、を含むテストパターンPを例示している。この構成の場合、記録ヘッド6cを用いて形成された第2マーカM2が、各色のテストパターンにおいて共通の第2マーカM2として用いられる。
また、以上説明したテストパターンPは、一対の第1マーカM1a,M1bおよび第2マーカM2をドットとして形成する構成としたが、図15乃至図18に示すように、一対の第1マーカM1a,M1bおよび第2マーカM2を、キャリッジ5の移動方向である主走査方向と直交する方向である副走査方向(図中矢印B方)に延びる線状に形成する構成であってもよい。図15は、図6に例示したテストパターンPを線状のマーカにより構成した例を示し、図16は、図12に例示したテストパターンPを線状のマーカにより構成した例を示し、図17は、図13に例示したテストパターンPを線状のマーカにより構成した例を示し、図18は、図14に例示したテストパターンPを線状のマーカにより構成した例を示している。このように、テストパターンPを線状のマーカにより構成することによって、記録媒体Mに付着したゴミやインクミストによる汚れなどの外乱の影響によりマーカの位置を誤検出する不都合を有効に抑制することができ、距離の計測をより高精度に行うことができる。
<補足説明>
本実施形態の画像形成装置100の画像形成位置の調整に関わる機能的な構成要素は、上述したように、CPU110が所定のプログラムを実行することによって実現することができる。CPU110により実行されるプログラムは、例えば、画像形成装置100内部のROM102などに予め組み込まれて提供される。また、CPU110により実行されるプログラムを、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルでCD−ROM、フレキシブルディスク(FD)、CD−R、DVD(Digital Versatile Disc)などのコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供するようにしてもよい。また、CPU110により実行されるプログラムを、インターネットなどのネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また、CPU110により実行されるプログラムを、インターネットなどのネットワーク経由で提供または配布するように構成してもよい。
CPU110により実行されるプログラムは、本実施形態の画像形成装置100の上述した各機能的な構成要素(パターン形成部111、位置検出部112、比率算出部113、実距離算出部114および調整部115)を含むモジュール構成となっており、実際のハードウェアとしては、例えば、CPU110がこのプログラムをROM102から適宜読み出して実行することにより、上述した各機能的な構成要素がRAM103上に生成されるようになっている。
以上、本発明の具体的な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で様々な変形や変更を加えながら具体化することができる。
例えば、上述した実施形態では、パターン形成部111、位置検出部112、比率算出部113、実距離算出部114および調整部115を、CPU110により実行されるプログラムにより実現しているが、これらの一部または全部を、例えばコプロセッサと呼ばれる専用のプロセッサ、あるいはASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGAなどの専用のハードウェアを用いて実現することも可能である。
また、上述した実施形態では、位置検出部112、比率算出部113および実距離算出部114の機能を画像形成装置100のメイン制御基板130に実装されたCPU110が実現する構成としているが、位置検出部112、比率算出部113および実距離算出部114の機能を撮像部20において実現する構成としてもよい。この場合、撮像部20は、プログラムを実行するプロセッサやメモリなどのハードウェア資源、あるいはASICやFPGAなどの専用のハードウェアを備えた構成とされる。この形態では、撮像部20が本発明を適用した距離計測装置として機能することになる。
また、上述した実施形態では、シリアルヘッド方式のインクジェットプリンタとして構成された画像形成装置100への適用例を説明したが、本発明は、様々なタイプの画像形成装置に適用できる。例えば、ラインヘッド方式のインクジェットプリンタでは、記録ヘッド間の位置ずれに起因するインクの着弾位置ずれが生じ得る。本発明を適用することにより、このようなインクの着弾位置ずれが生じた場合にその位置ずれ量を正しく求めることができ、位置ずれ量に応じて画像形成位置に関わるパラメータを調整することで、画像品質を向上させることができる。
また、例えば、タンデム型の電子写真方式の画像形成装置においては、各色の像を形成する感光体ドラムの位置ずれなどにより、インクジェットプリンタでのインクの着弾位置ずれに相当する画像の位置ずれが生じ得る。本発明を適用することにより、このような画像の位置ずれが生じた場合にその位置ずれ量を正しく求めることができ、位置ずれ量に応じて画像形成位置に関わるパラメータを調整することで、画像品質を向上させることができる。
5 キャリッジ
6 記録ヘッド
20 撮像部
100 画像形成装置
110 CPU
111 パターン形成部
112 位置検出部
113 比率算出部
114 実距離算出部
115 調整部
M 記録媒体
P テストパターン
M1a,M1b 第1マーカ
M2 第2マーカ
特開2011−161718号公報

Claims (5)

  1. インクを吐出する記録ヘッドと、該記録ヘッドを搭載して往復移動するキャリッジとを含む画像形成部と、
    前記画像形成部を用いて、少なくとも、一対の第1マーカと、該一対の第1マーカとは異なる条件で形成された第2マーカと、を含むテストパターンを形成するパターン形成部と、
    前記テストパターンを撮像する撮像部と、
    前記撮像部により撮像された撮像画像における前記一対の第1マーカおよび前記第2マーカの位置を各々検出する位置検出部と、
    前記撮像画像における前記一対の第1マーカ間の距離と前記一対の第1マーカ間の実距離との比率を算出する比率算出部と、
    前記撮像画像における前記一対の第1マーカのうちの一方と前記第2マーカとの間の距離に前記比率を乗算して、前記一対の第1マーカのうちの一方と前記第2マーカとの間の実距離を算出する実距離算出部と、
    前記実距離算出部が算出した前記実距離に基づいて位置ずれ量を算出し、該位置ずれ量に応じて前記画像形成部による画像形成の位置に関わるパラメータを調整する調整部と、を備え
    前記パターン形成部は、前記キャリッジが往路方向と復路方向のいずれかに移動している間に前記記録ヘッドからインクを吐出させて前記一対の第1マーカを形成し、前記キャリッジが前記一対の第1マーカの形成時とは逆方向に移動している間に前記記録ヘッドからインクを吐出させて前記第2マーカを形成することを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記パターン形成部は、前記記録ヘッドが有する複数のノズルのうち、同一のノズルからインクを吐出させて前記一対の第1マーカと前記第2マーカとを形成することを特徴とする請求項に記載の画像形成装置。
  3. 前記パターン形成部は、前記一対の第1マーカおよび前記第2マーカを、前記キャリッジの移動方向と垂直な方向に延びる線状に形成することを特徴とする請求項1または2に記載の画像形成装置。
  4. インクを吐出する記録ヘッドと、該記録ヘッドを搭載して往復移動するキャリッジとを含む画像形成部を用いて、少なくとも、一対の第1マーカと、該一対の第1マーカとは異なる条件で形成された第2マーカと、を含むテストパターンを形成するステップと、
    前記テストパターンを撮像するステップと、
    撮像された撮像画像における前記一対の第1マーカおよび前記第2マーカの位置を各々検出するステップと、
    前記撮像画像における前記一対の第1マーカ間の距離と前記一対の第1マーカ間の実距離との比率を算出するステップと、
    前記撮像画像における前記一対の第1マーカのうちの一方と前記第2マーカとの間の距離に前記比率を乗算して、前記一対の第1マーカのうちの一方と前記第2マーカとの間の実距離を算出するステップと、
    算出された前記実距離に基づいて位置ずれ量を算出し、該位置ずれ量に応じて前記画像形成部による画像形成の位置に関わるパラメータを調整するステップと、を含み、
    前記テストパターンを形成するステップでは、前記キャリッジが往路方向と復路方向のいずれかに移動している間に前記記録ヘッドからインクを吐出させて前記一対の第1マーカを形成し、前記キャリッジが前記一対の第1マーカの形成時とは逆方向に移動している間に前記記録ヘッドからインクを吐出させて前記第2マーカを形成することを特徴とする画像形成装置の調整方法。
  5. インクを吐出する記録ヘッドと、該記録ヘッドを搭載して往復移動するキャリッジとを含む画像形成部を用いて、少なくとも、一対の第1マーカと、該一対の第1マーカとは異なる条件で形成された第2マーカと、を含むテストパターンを形成するパターン形成部の機能と、
    前記テストパターンを撮像した撮像画像における前記一対の第1マーカおよび前記第2マーカの位置を各々検出する位置検出部の機能と、
    前記撮像画像における前記一対の第1マーカ間の距離と前記一対の第1マーカ間の実距離との比率を算出する比率算出部の機能と、
    前記撮像画像における前記一対の第1マーカのうちの一方と前記第2マーカとの間の距離に前記比率を乗算して、前記一対の第1マーカのうちの一方と前記第2マーカとの間の実距離を算出する実距離算出部の機能と、
    前記実距離算出部が算出した前記実距離に基づいて位置ずれ量を算出し、該位置ずれ量に応じて前記画像形成部による画像形成の位置に関わるパラメータを調整する調整部の機能と、画像形成装置に実現させ
    前記パターン形成部は、前記キャリッジが往路方向と復路方向のいずれかに移動している間に前記記録ヘッドからインクを吐出させて前記一対の第1マーカを形成し、前記キャリッジが前記一対の第1マーカの形成時とは逆方向に移動している間に前記記録ヘッドからインクを吐出させて前記第2マーカを形成することを特徴とするプログラム。
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