JPH02217267A - 階調プリンタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、テレビ画面のハードコピー装置として応用さ
れている熱転写プリンタ等に広く応用できる、多階調の
画像記録を行なう階調プリンタに間する。

従来の技術 感熱記録紙や熱転写フィルムを用いて熱的に記録を行な
うサーマル記録方式は、インクジェット方式や電子写真
方式と比べて、カラー化が容易で、装置が小型に構成で
き、さらに画質、コスト、メンテナンス等の点からも有
利であるため、ビクトリアルな画像を記録・するハード
コピー装置として広く利用されている。

熱転写方式によるカラープリンタは、横１列に発熱体を
配列したサーマルヘッドとイエロー（Ｙ）、マゼンタ（
Ｍ）、シアン（Ｃ）の３色に塗り分けたインクシートを
用いて、３色面順次方式にてｉｆ！［に受像紙を巻き戻
しながら記録するのが一般的である。テレビ信号のよう
なビクトリアルな画像を記録するためには、デイザや濃
度パターン法等に比べ解像度と階調性が両立でき、さら
に記録濃度をコントロールしやすく、滑らかな階調記録
を行なうことができる熱昇華転写方式と集中加熱転写方
式が優れている。

しかし、これらの両方式のように、通電パルス幅等によ
り印加エネルギを変調しアナログ的に濃度階調記録を行
なう方式は、記録濃度が環境温度に依存しサーマルヘッ
ドでの蓄熱による影響を受けやすく、常に安定した濃度
再現が難しい。この温度依存性がこれらのプリンタを開
発する上で、高画質化を制限する要素になっている。

また、面順次によるフルカラー記録を考えると、色ごと
の環境温度の違いや蓄熱量の差が各色の濃度バランスを
崩し、その色の色度を変えてしまうことになるため、温
度補償に対する要求がさらに厳しくなる。

これらの問題に対して、温度検出手段で検出したヘッド
基台の温度と時閉計数手段により計数された発熱体の前
回！＠駆動後の経過時間を用いて画業の印加エネルギを
制御する方式（特開昭５９−１２７７８２公報）や、階
調レベルと通電パルスとの関係が設定されているＲＯＭ
テーブルを複数の環境温度に対応して複数個用意し、ヘ
ッド基台温度等の環境温度に応じて切り換えることによ
り印加エネルギを制御する方式（特開昭５８−１６４３
６８号公報）や、発熱素子の過去数ラインと隣接素子の
状態から演算した蓄熱量に基づき各画素の印加エネルギ
な制御する方式（特開昭５９−１２７７８１号公報）が
提案されている。

発明が解決しようとする課題 しかし、一般に用いられる薄膜型のサーマルヘッド等は
、第２図に示すような構造である。ヘッド基台の熱容量
と大気への放熱抵抗が主要因になるヘッド基台への第１
の蓄熱、発熱体基板への第２の蓄熱、および発熱体自身
への第３の蓄熱の３種が存在し、それぞれ数分、数秒、
数ミリ秒程汝の大きく異なる時定数を有している。

二値記録における温度補償は、環境温度とヘッド蓄熱に
よらず尾引やかすれのない安定したドツト再現の記録を
高速で行なうことが目的であるため、画素毎の発熱体自
身への第３の蓄熱補償が必要であるが、補償精度はラフ
でよい。

これに対して、階調記録における温度補償は、濃度の補
正精度を階調ステップに相当するレベルまで上げ、如何
なる環境温度で記録しても、各階調ステップの濃度が正
確に再現できることが要求される。また、記録速度より
も画質が優先されるため、発熱体自身の第３の蓄熱によ
る影響は少なく、発熱体基板の第２の蓄熱とヘッド基台
の第１の蓄熱に対する高精度な温度補償が必要である。

特開昭５９−１２７７８２号公報に記載の技術は、画素
毎の発熱体自身の第３の蓄熱を前回記録後の経過時間か
ら予測し補正を行なうものであり、高速で二値記録を行
なうことを目的としたもので階調記録に対する温度補償
としては使用できない。

特開昭５９−１２７７８１号公報に記載の技術は、同一
素子の過去数ラインと隣接素子の印加状態の重み付の和
から発熱体自身の第３の蓄熱を計算し次の印加エネルギ
を算出するもので、蓄熱状態の演算が理論的でなく経験
的で簡易な方法であるため、二値記録を行なうことを目
的には使用できるが、階調記録では全°Ｃの階調に対し
て正確な補正はできず、逆に濃度を狂わせる場合もあり
正確なＮ調しベルの再現は難しい。

特開昭５９−１２７７８２号公報に記載の技術は、複数
の環境温度における階調レベルと通電パルスとの関係が
設定されているＲＯＭテーブルを、ヘッド基台温度等の
環境温度に応じて切り換えることにより印加エネルギを
制御する方式であり、階調記録を前提としているが、サ
ーマルヘッドにおいて記録中に唯一温度測定ができるヘ
ッド基台温度のみによる制御であるため検出の遅れ時間
が大きいだけでなく、記録画像によっては検出温度と記
録濃度の対応がつかないことが多く、十分な濃度補正を
行なうことができない。

また、いずれの従来例も、発熱体基板における第２の蓄
熱を考慮しておらず、数秒単位の大きな蓄熱量の変化に
対する濃度補正が行なえないため、階調記録に対する十
分な温度補正が行なえないという問題を有していた。

さらに、現実には測定することが難しい発熱体基板の第
２の蓄熱を予測できても、その蓄熱量から如何に印加エ
ネルギを補正すればよいかが確立されていないため、実
験やシミュレーション等による多くのデータから各温度
に対する補正値を求めていた。しかし、その補正値はそ
の記録条件におけるものでしかなく、それ以外の条件に
おける補正値は経験や試行錯誤により決めざるを得ず、
如何なる環境温度で記録しても、全階調レベルの濃度を
正しく再現させることは極めて難しいという問題点も有
している。

本発明は、このような従来の技術の課題に鑑み、様々な
濃度分布の画像を、如何なる環境温度で記録しても、全
階調レベルの濃度が正確に再現できるような温度補正を
行なえる階調プリンタを提供することを目的としている
。

課題を解決するための手段 本発明は、サーマルヘッドの発熱体基板近傍の蓄熱量の
予測値とサーマルヘッドのヘッド基台近傍の温度の測定
値の両方を用いて電圧補正係数を決定し、温度補正を行
なうよう構成されている。

補正係数は、プリンタを構成する要素の諸条件の特定の
関係を用いることにより定められている。

作用 本発明は、ヘッド基台の蓄熱による温度上昇とサーマル
ヘッドの置かれている環境の温度との和をヘッド基台温
度として温度検出手段で測定し、過去の印加エネルギー
による発熱体基板の蓄熱による温度上昇を、パルス幅積
算手段が算出したサーマルヘッドのライン毎の印加エネ
ルギーを用いて、蓄熱微予測手段が予測する。これらの
、環境の温度およびヘッド基台の蓄熱と発熱体基板の蓄
熱による記録濃度の影響を補正するような電圧の補正係
数を係数決定手段によりライン毎に決定し、この補正係
数を用いて次のラインの印加電圧を補正する。

実施例 以下に、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は、人力された濃度データに対して忠実にその濃
度を記録することを目的とし、感熱記録方式でパルス幅
制御により階調を記録する本発明の階調プリンタの一実
施例である。

２７は発熱体基板の上にライン状に多数の発熱体を設け
たサーマルヘッド、２９はサーマルヘッド２７に電力を
供給する電源、２０は濃度データを対応する印加パルス
幅に変換するγ補正手段、２２はサーマルヘッド２７を
γ補正手段２２の出力にしたがい多段階のパルス幅で駆
動するヘッド駆動手段、２３はγ補正手段２２の出力に
基づきｌライン分のパルス幅を積算するパルス幅積算手
段、２４はサーマルヘッド２７の発熱体基板の蓄熱量を
予測する蓄熱量予測手段、２５はサーマルヘッド２７の
ヘッド基台の温度を検出する温度検出手段、２６は温度
検出手段２５が検出したヘッド基台温度と蓄熱量予測手
段２４が予測した発熱体基板の蓄熱量とから補正係数を
算出し、電源２９の電圧を制御する係数決定手段である
。

熱転写記録や感熱記録おいて、印加エネルギと記録濃度
との間には第７図に示すようなγ特性と呼ぶ非線型な関
係があり、精度良い濃度階調を得るためには、このγ特
性を補正する必要がある。

本実施例のγ補正手段２０は、ＲＯＭテーブルにより構
成しており、基準となるヘッド基台温度でかつ基準とな
る発熱体基板に対する蓄熱量のときに、人力されたデー
タに対応する濃度を記録するために必要な印加パルス幅
が書き込まれており、濃度データをＲＯＭのアドレスに
与えると、その濃度を記録するのに必要な印加パルス幅
がデータとして読み出される。

パルス幅積算手段２３は、ヘッド駆動手段２３で記録さ
れるｌラインの全画素のパルス幅を積算し、サーマルヘ
ッド２７全体に対してｌラインの記録により加わった蓄
熱量に比例するパルス幅を算出する。その結果を用いて
、蓄熱量予測手段２４は、今までにサーマルヘッド２７
に印加されたエネルギーによる蓄熱量を後述する方法等
で予測する。

係数決定手段２６は、蓄熱量予測手段２４が予測した発
熱体基板の蓄熱量と、温度検出手段２５が検出したヘッ
ド基台温度を用いて、前述の基準基台温度でかつ発熱体
基板の基準蓄熱量のときにｌの値を取り、温度と蓄熱量
のどちらに対しても単調減少になるような補正係数を算
出するものであり、本実施例では蓄熱量予測手段２４と
温度検出手段２５の出力をアドレスとして与えると補正
係数を出力するように設定されたＲＯＭテーブルを使用
している。例えば、第８図に示すように、ｋ、は基準と
なるＴ３とＰｍのときに１の値を取り、温度と蓄熱量に
対して放物面的な関係をＲＯＭテーブルに設定しである
。

これらの構成により、環境温度、ヘッド基台に対する蓄
熱、および発熱体基板における蓄熱の影響による濃度変
化を補正することができる。

次に、補正係数を決定する方法について述べる。

第２図は、薄膜型サーマルヘッド２７の断面図である。

１は発熱体、２はセラミックでできた発熱体基板、３は
アルミで構成されたヘッド基台、４はグレーズ層、５は
接着層、６は耐摩耗層である。

第２図に示したサーマルヘッドの各部の温度と蓄熱量を
理論的に解明し補正係数を得るために、本発明では、第
３図に示す熱的等価回路によるモデルを提案した。

この等価回路は、サーマルヘッド２７の熱抵抗と熱容量
の大きさを考慮した近似を基にモデル化したもので、電
気抵抗は熱抵抗、・電気容量は熱容量、電圧は温度、電
流は単位時間あたりのエネルギーを表わしている。

１１％　１２．１３は発熱体１１　発熱体基板２、ヘッ
ド基台３に対応した熱容量、１４はグレーズ層を中心と
した発熱体１と発熱体基板２の閏の熱抵抗、１５は発熱
体基板２とヘッド基台３の間の熱抵抗、１６はヘッド基
台と周囲の空気との間の熱抵抗（放熱板等を含む）、１
７は単位時間あたりにヘッド全体に加えた印加エネルギ
ー（電力）、１８は周囲の空電等の環境温度であり、発
熱体の熱容量１１と熱抵抗１４は各々ｌラインの全発熱
体の熱容量と熱抵抗の総和を意味している。

以下この等価回路を用いて、サーマルヘッド２７におけ
る蓄熱の解析を行なう、印加電力１７は、現実の記録条
件を考慮して、第４図に示す様に毎ライン異なる印加電
力を設定した。また、連続で記録する場合やカラー記録
の際の２色目および３色目における記録を考慮して、ヘ
ッド基台温度Ｔ３の初期値が環境温度Ｔ＠と一致しない
条件を設定した。

このとき、時刻ｔにおける印加電力Ｅ１７の平均値は式
ｌで表わせる。

（ただし、ｒ　−＋”０、　　Ｘ≧０　のとき　Ｕ（ｘ
）＝１、ｘ＜０　　のときり（ｘ）＝０　　　とする、
）このとき、ヘッド基台温度Ｔ３は、ヘッド基台３に設
置されたサーミスタ等による温度検出手段２５により１
ライン記録の毎にかなり正確に測定することが可能であ
るため、発熱体基板温度Ｔ２は各温度の初期値と印加電
力１７だけで予測するよりも、温度検出手段２５による
実測値も併用する方が精度の点から望ましい。

したがって、第３図の等価回路を７２−７３について解
き時刻ｔにおけるＴ２を求めると次の式になる。

さらに、ｔ＝ｔｓｒｐ、ａ　＝ｅｘｐ（−ｒ　Ｌ／（Ｃ
２Ｒ２））とおき離散化すると、ｍライン目のＴ２は次
式で表わせる。

この式の第２項は過去全ラインの記録による発熱体基板
への蓄熱を表わしている。

次に、発熱体温度Ｔ１は、発熱体の蓄熱の時定数が発熱
体基板の時定数に比べて３桁程度小さいため、発熱体の
蓄熱による温度上昇分を発熱体基板温度に加算して求め
ることができる。１１ライン目の１ラインを記録すると
きのＴ１の温度変化は、であり、昇ｉ！または溶融等に
よるインクの発色温度をＴｓとしたとき、記録に寄与す
るエネルギーは第５図に示すＴｓ以上の斜線の面積に比
例する。斜線の面積Ｓは次式になる。

Ｓ＝Ｒ＋ｅ、（τ、−τ、）−（Ｔｓ−７２（ｍ））（
ｒｂ−ｒ、）　　−（５）この式は、通電パルス幅Ｔヨ
に対して第６図に示すような関係があり、記録に対して
有効なパルス幅の範囲では次の一次関数で近似できこと
が判る。

Ｓ　＝　（Ｒ＋ｅ＊−Ｔｓ＋Ｔ２（ｍ））τ、　　−Ｔ
ＯＦＦ　　　　　　　　−（６）次に、基準となるγ補
正の温度と蓄熱に対する変化について述べる。

感熱記録における第７図に示すようなγ特性は、カラー
シート、受像紙、サーマルヘッドの特性、記録条件（記
録速度、記録ｄｕｔｙ、印加電力）だけでなく発熱体基
板の温度Ｔ２によっても変化する。

しかし、温度以外の条件は装置が定まれば固定であるか
ら、Ｔ２がある基準温度Ｔ’ＳＴのときの通電パルス幅
に対する記録濃度を表わすγ特性なｆとすると、ある濃
度を記録するのに要する通電パルス幅を表わすγ補正間
数は、（ｌで表わされ、γ補正手段２０のＲＯＭに設定
する。

この補正間数を求めるには、標準印加電力ｅｓｔでかつ
パルス幅τｐのエネルギーを発熱体基板の時定数より長
く連続印加することにより発熱体基板の蓄熱量を基準と
する値に設定し、かつそのときのヘッド基台温度が基準
となる温度Ｔ３ＳＴになったとき、即ち発熱体基板温度
Ｔ２が Ｔ２ＳＴ＝　Ｔ３ＳＴ＋　Ｒ２ｅ　ｓｔ　ｒ　ｐ／　Ｔ
　Ｌ　　　　　−（８）になフたときに、多段階の階調
画像を発生させ各濃度を測定することにより求めること
ができる。

したがって、基準温度、基準蓄熱において濃度りを記録
するとき、記録に寄与するエネルギに比例する第５図の
面積Ｓ′は次式になる。

Ｓ’　”（Ｌｅｓｔ−Ｔｓ＋Ｔ２ｓｔ）ｆ　−’（Ｄ）
　−Ｔｏｐｓ　　　−（９）次に、環境温度、ヘッド基
台温度および発熱体基板への蓄熱による影響を電源電圧
で補正するためにｓ＝ｓ’とおき、基準電源電圧に対す
る補正係数をに、とすると、発熱体基板温度がＴ２（１
１）である渭ライン目に濃度りを記録するための補正係
数は、弐６、式８、式９より、次式であられせる。

ｋヨ２＝１ Ｒ＋ｅｓｒ この式のＴ３（Ｉｌ＋）はサーミスタ等によりリアルタ
イムに測定することができるが、発熱体基板への蓄熱に
よる温度１稈を表わす部分は、ｌラインの記録のために
、過去の全ラインのパルス幅の情報による演算が必要で
あるため、後になるほど膨大な演算量になる。

本発明では、過去のパルス幅の積算の部分を式ｌｌのよ
うにＰｍと置き漸化式で表わすことにより演算量の減少
を図っている。

Ｐｍ＝　ＣＩ　Ｐｓ−＋　　＋　Ｔ　ｍ−１８ｓ−１−
（１１）（Ｐｓ＝０、■≧１）　　で求まる。

したがって、補正係数は、 Ｒり Ｒ＋ｅｓｖ を用いて、リアルタイムで算出できる０以上述べてきた
補正係数をヘッド基台温度Ｔ３と発熱体基板の蓄熱量Ｐ
ｍをパラメータとしてグラフに示したものが第８図であ
り、Ｔ３とＰｍのそれぞれに対する放物面になる。図中
の５ｔａｎｄａｒｔｄと示されている点は、γ補正デー
タの測定状態を表わしており、この１点のみで得られた
基準となるγ補正のデータは、本発明の補正係数に、に
より任意のヘッド基台温度および発熱体基板の蓄熱状態
へ拡張できることを表わしている。

なお、入力は濃度データとしたが、輝度データであって
もよいことは言うまでもない。

発明の効果 以上述べたように、本発明は、記録時の環境温度、ヘッ
ド基台の蓄熱に影響されないだけでなく、記録画像の内
容によってはライン毎に大きく変化する発熱体基板の蓄
熱も補正し、全濃度範囲の各濃度をそれぞれ一定に保つ
ことができる。したがって、従来高濃度部の直後の低い
濃度を記録すると蓄熱のために濃度高く記録されるとい
う現象を無くすことができ、３色面順次記録の各色の濃
度の違いによる色度の狂いもなく常に高画質な画像を記
録できる。

また、本発明の蓄熱量予測手段を用いると、非常に少な
い計算量で過去の全ラインの影響による蓄熱量を演算で
き、温度補正の精度を高めることができる。

さらに、本発明の係数決定手段を用いるとヘッドの特性
と記録条件とγ補正データ作成時の印加エネルギーから
、計算により極めて精度よく補正係数を決定できる。し
たがって、多くの実験や試行錯誤により係数を決める必
要はなく、印加エネルギーや記録速度などの記録条件を
変える場合にも新たな実験層して補正係数を決められる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における階調プリンタのブロ
ック図、第２図はサーマルヘッドの断面図、第３図は同
実施例のサーマルへ・ソドの熱的等価回路によるモデル
を示す図、第４図は同実施例の印加電力波形図、第５図
は同実施例の発熱体の温度変化を示す図、第６図は同実
施例の記録に寄与するエネルギーを示す図、第７図は記
録におけるγ特性を示す図、第８図はヘッド基台温度と
蓄熱量に対する補正係数を示す特性図である。 ｌ・・発熱体、２・・発熱体基板、３・・ヘッド基台、
４・・グレーズ層、５・・接着層、６・・耐摩耗層、ｌ
ｌ・・発熱体の熱容量、１２・・発熱体基板の熱容量、
１３・・ヘッド基台の熱容量、１４・・発熱体から発熱
体基板への熱抵抗、１５・・発熱体基板からヘッド基台
への熱抵抗、１６・・ヘッド基台から大気への熱抵抗、
１７・・印加電力、１８・・環境温度、２０・・γ補正
手段、２２・・ヘッド駆動手段、２３・・パルス幅積算
手段、２４・・蓄熱量予測手段、２５・・温度検出手段
、２６・・係数決定手段、２７・・サーマルヘッド、２
９・・電源。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名区 需鞭 第 図 第 図 ＯＮ　　、　　　　　　ＯＦＦ　　　　　　。 第 図 第 図 第 図 第 図 １ｅ江 ノウレス１ｉ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力データを対応するパルス幅データに変換する
   γ補正手段と、ライン状に発熱素子を配列したサーマル
   ヘッドと、このサーマルヘッドの各発熱素子を駆動する
   ヘッド駆動手段と、前記サーマルヘッドに電力を供給す
   る電源と、前記γ補正手段の出力に基づき１ラインの印
   加パルス幅を積算するパルス幅積算手段と、前記サーマ
   ルヘッドの発熱体基板近傍の蓄熱量を予測する蓄熱量予
   測手段と、前記サーマルヘッドのヘッド基台近傍の温度
   を測定する温度検出手段と、この温度検出手段の出力と
   前記蓄熱量予測手段の出力から前記電源の電圧補正係数
   を決定する係数決定手段を備えた階調プリンタ。
2. （２）発熱体基板の熱容量をＣ＿２、前記発熱体基板か
   らヘッド基台への熱抵抗をＲ＿２、ｍライン目（ｍ正の
   整数）のパルス幅の平均値と電源電圧をτ＿ｍとｅ＿ｍ
   、記録周期をτ＿Ｌとし、α＝ｅｘｐ（−τ＿Ｌ／（Ｃ
   ＿２Ｒ＿２））とおいたとき、蓄熱量予測手段は、ｍラ
   イン目までの発熱体基板の蓄熱量に比例した値Ｐ＿ｍが
   次の漸化式 Ｐ＿ｍ＝τ＿ｍ＿−＿１ｅ＿ｍ＿−＿１＋Ｐ＿ｍ＿−＿
   １α（Ｐ＿０＝０）に従って演算するよう構成された請
   求項１記載の階調プリンタ。
3. （３）発熱体から発熱体基板への熱抵抗をＲ＿１、記録
   インクの発色温度をＴ＿ｓ、第ｍラインを記録中のヘッ
   ド基台温度Ｔ＿３＿ｍとしたとき、係数決定手段は、印
   加電力ｅ＿ｇ＿ｔかつパルス幅τ＿ｐのエネルギーを発
   熱体基板の時定数αより長く連続印加して実現した基準
   蓄熱量で、かつ基準ヘッド基台温度Ｔ＿３＿Ｓ＿Ｔにお
   ける電源電圧を基準としたｍライン目の補正係数ｋ＿ｍ
   を次式、 ▲数式、化学式、表等があります▼ で表わされるように、Ｔ＿３＿ｍとＰ＿ｍに対する各々
   放物線的な関係に設定するよう構成する請求項２または
   ３記載の階調プリンタ。