JPH06122207A

JPH06122207A - 一次元的にランダムな点分布を用いた熱式インクジェットによるハーフトーン印刷

Info

Publication number: JPH06122207A
Application number: JP5118807A
Authority: JP
Inventors: Joseph F Stephany; ジョゼフ・エフ・ステファニー
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1992-05-26
Filing date: 1993-05-20
Publication date: 1994-05-06
Also published as: US5233366A

Abstract

(57)【要約】【構成】所定のグレイスケール部分を有した所望の像を
用紙（１４）上に印刷する方法。対応する点を前記用紙
上に印刷するために、プリントヘッド（１０）から液状
インク小滴を排出させ、前記用紙上に前記点を一連の平
行線内に整列させ、前記一連の平行線の各線内に、前記
点をランダムな間隔の分布状態に配する。【効果】線形アレイのインクジェット放射器によって、
所望の像の所定のグレイスケール部分が用紙上に印刷さ
れる。個々の放射器は、用紙が前記放射器を通り過ぎる
際に、前記放射器のランダムな作動の頻度を制御する確
率関数に従って操作される。前記作動頻度は、印刷され
る部分の所望のグレイスケールの関数になっている。結
果的に用紙上に印刷された点は、一次元においては均一
な線内に、別の次元においてはランダムに分布する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、インクジェット印刷装置を用い
て、「ハーフトーン」または「グレイスケール」部分を
有した像を生じしめる方法と装置とに関する。

【０００２】熱式インクジェット印刷では、ディジタル
命令に従ってプリントヘッド内の複数個の小滴放射器か
らインク小滴が選択的に排出されて、コピー用紙（すな
わちシート状の普通紙）上に所望の像が創り出される。
一般にプリントヘッドは、インクを用紙まで搬送するた
めの、線形アレイの放射器からなる。たとえば文字を印
刷するために、プリントヘッドがタイプライターのよう
に用紙に対して前後に移動する場合もあれば、線形アレ
イが用紙の全幅を横切って延在し、この線形アレイがプ
リントヘッドに対して移動する場合もある。前記放射器
は一般に、１つ以上の共通のインク供給マニホルドに接
続された毛管溝またはその他のインク通路からなる。適
切なディジタル信号に呼応して、前記溝内に配設された
加熱素子によって前記溝内のインクが急速に加熱され気
化するまで、マニホルドからのインクは各溝内に維持さ
れる。インクのこうした急速な気化によって、ノズルを
介して若干のインクをコピー用紙へと放射する気泡が生
じる。

【０００３】一般に、熱式インクジェット印刷処理は全
か無かの二者択一の処理である。商業的に入手可能なイ
ンクジェット印刷技術のほとんどは、用紙上において印
刷が望まれる全ての部分に点状のインクを付着させ、像
の「白色部分」が望まれるところにはインクを付着させ
ないものである。この二者択一の処理は、英数字または
その他の記号を印刷する場合には許容できるものであっ
て、実際のところ望ましいものではある。しかし写真の
印刷等、「ハーフトーン」または「グレイスケール」と
して周知の、連続的な色調での階調を有した像を印刷す
る場合には問題が起こる。従来のオフセット印刷では通
常、原稿の像の連続的な色調をハーフトーンまたは擬似
ハーフトーンの像に変貌させることによって、この問題
を解決している。ハーフトーンの像は一般に、様々なサ
イズの多数のインク点からなる。インク点のサイズは、
再現される暗度すなわち色調に対応する。用紙上におい
て点と点との間の空間にある点が人間の視力に比較して
小さい場合には、これらは見た目には閾下のものとな
り、認識されなくなる。このため、用紙上の点と空間と
が視覚的に融合し、目の錯覚を起こさせて、様々な暗度
の連続的な色調を目にしていると信じ込ませるのであ
る。擬似ハーフトーンの像は、印刷される点のサイズが
固定されかつ点の間隔が固定された印刷装置を用いて連
続的な色調の像すなわちグレイスケールを再現する処理
にあたる。従って、再現されるグレイレベルは、印刷位
置の特定の線部分すなわちマトリックスアレイの多数の
印刷出力された点によって表される。個々の点が十分に
小さければ、肉眼で見るかぎりは、前記点が点と点との
間の空間と視覚的な融合状態を形成する融合効果を発揮
して、様々な暗度の連続的な色調を目にしていると錯覚
させるのである。

【０００４】しかし、インクジェット印刷においては、
用紙上に付着させる個々のインク小滴によって様々なサ
イズの点を生じしめて、信頼性のある精度すなわち正確
さでハーフトーンを創り出すことは困難である。周囲温
度等の様々な外部要因が、インクジェット印刷処理にお
いて個々の小滴が生じしめる実際の点サイズに重大な影
響を及ぼすのである。温度にかかわりなしに一貫したサ
イズの点を確実に生じしめるために様々な技術が提案さ
れてきたが、ハーフトーンのために個々の点サイズを直
接制御する方法は現時点では、技術的または商業的に実
用化されていない。

【０００５】本発明の実施態様に従って、プリントヘッ
ドから液状のインク小滴を排出して用紙上に対応する点
を印刷する段階からなる、所定のグレイスケール部分を
有した所望の像を用紙上に印刷する方法を提供する。前
記点は、用紙上において一連の平行線内に整列するとと
もに、前記点は前記一連の平行線の各線内においてラン
ダムな間隔の分布状態に配置される。

【０００６】図１Ａ、ＢおよびＣは、グレイスケールを
形成させるために部分内に分布させたインク点の比較図
である。

【０００７】図２は、用紙上に点を配置しているインク
ジェット・プリントヘッドを示す正面略図である。

【０００８】図３は、本発明に従って部分内に分布させ
たインク点を示す詳細図である。

【０００９】図４は、本発明の一実施例を示す系統図で
ある。

【００１０】図５は、本発明に従って、所望のハーフト
ーン像を形成させるために用紙上に設けられたセルを示
す図である。

【００１１】図１Ａに、部分内において相互作用状態に
分布させた点の例を示す。相互作用状態の場合には、Ａ
×Ａ（Ａ²）の大きさを持つセル内に、各々が半径Ｒ
（よって面積πＲ²）のＮ個の点を配したとすると、前
記セル内の半径Ｒの点Ｎ個が前記セル上において吸収す
る光の比率として定義される透過率Ｔ（すなわち、言い
換えれば、前記セル内の総面積に対するインク被覆部の
面積率）は次のように計算される。Ｔ_int＝１−（ＮπＲ² ／Ａ²）

【００１２】部分内において非相互作用状態に分布させ
た点の例を図１Ｂに示す。セル内において非相互作用状
態に点が配されている場合は、Ｔの計算は若干異なった
ものになる。Ｔ_non＝［１−（πＲ²／Ａ²）］^N この式は以下のように導出される：自身上に半径Ｒの点
を各１個有した各々面積Ａ²の透明板がＮ枚あるとす
る。よって、各板の平均の透過率は、総透過率から前記
板の総面積に対する前記１個の点の面積率を引いた値、
すなわち［１−（πＲ²／Ａ²）］となる。非相互作用
状態の数個の点を有したセルを見ている場合には、作用
としては、自身上に各１個の点を有した数枚の透明板を
通して見ていることになる。このような板がＮ枚（相互
作用状態の場合のように自身上にＮ個の点を有した１個
のセルの場合とは逆に）あるのだから、総透過率はＮ枚
の板全部の積となり、前記の式になるわけである。この
式では、点の個数Ｎが指数になっているというところが
重要である。

【００１３】光学においては、グレイスケールの肉眼に
よる知覚を評価するための好適な基準は「光学濃度」で
ある。光学濃度は、所定の面積から反射される微量な光
の、−１０を底とする対数として計算される。光学濃度
における等増分は、目には暗度の等増分となって見え
る。この反応はあらゆる感覚器官に一般的な反応であっ
て、「ウェーバー・フェヒナーの法則」として知られて
いる。ハーフトーンの像が得られる装置を作る際には、
光学濃度と各セル内の点の個数Ｎとを線形の関係にする
ことよって、像内のハーフトーンのセルは最も効果的な
暗度になり、所定の個数の点について可能な限りすぐれ
た品質の印刷が生み出される。言い換えれば、ハーフト
ーンを生じしめる最も効果的な装置とは、点の個数Ｎを
線形に増加させることによって、所定のセル内に点が皆
無の状態から所定のセルが点すなわちインクでほぼ完全
に覆われる状態まで、Ｎの全範囲にわたって均等な階調
の光学濃度を生じしめる装置である。セルを満たす点の
構成において、光学濃度Ｄは単純に−１０を底とする透
過率Ｔの対数である。従って、相互作用状態の点の場合
は、濃度の式は、点の個数Ｎの合成関数かつＴ_intの式
の対数となる：Ｄ_int＝−log₁₀［１−（ＮπＲ²／Ａ²）］

【００１４】これからわかるように、相互作用状態の場
合には、相互作用する点の光学濃度は点の個数Ｎの合成
関数となる。しかし、非相互作用状態の場合には、光学
濃度は以下のように計算される：Ｄ_non＝−Ｎlog₁₀［１−（πＲ²／Ａ²）］この場合には、点の個数ＮはＴ_nonの計算では指数だっ
たので、対数の場合はこの指数Ｎが単なる因数となる。
ＮとＤ_nonとの間のこうした線形関係が、たとえば電子
写真方式によるハーフトーンよりも写真の像の方が「写
実的」に見えがちな主要な理由になっている。

【００１５】本発明に従って、点の配置は、用紙上にお
いて一次元においてのみ非相互作用状態に行なわれる。
前記点は等間隔の平行線に沿って用紙上に配されるが、
各線に沿って前記点を、所望の像内の特定のセルの光学
濃度に従ってランダムに点を配置させる確率関数に従っ
て分布させる。この点構成を図１Ｃに示す。用紙上にお
けるこうした半ランダム(semi-random) な点構成は、視
覚的な見地から有利であるばかりでなく、商業製品のイ
ンクジェット印刷機に特に適している。

【００１６】図２は、全幅アレイのインクジェット・プ
リントヘッドの基本的な構成を示す正面略図であって、
前記プリントヘッドは、プリントヘッドに対して放射器
の線形アレイの線に垂直な処理方向（Ｐに示す）に移動
する用紙上に、等間隔の平行線内において、一組の点を
印字している。図２に示すプリントヘッド１０は一方向
に延在するとともに、各々１つの熱式インクジェット放
射器に付随した、図２では下向きの一連のノズル１２を
含んでいる。１インチ（２．５４ｃｍ）あたりノズル６
００個の解像力を有した実施例が現在提案されている
が、商業的に入手可能な一般的なインクジェト・プリン
トヘッドの実施例では、ノズル１２に、１インチあたり
線形アレイノズル３００個の解像力が付与されている。
線形アレイの１インチあたりのノズル数は直接、１イン
チあたりの点の解像力に換算される。図２では、図解の
ために、ノズル１２によって用紙１４上に創り出される
点の大きさは明らかに誇張されている。用紙１４の移動
方向に配置される点の解像力は、像に合わせて個々のノ
ズルの操作とプリントヘッド１２に対する用紙１４の動
きとを調整することによって達成される。

【００１７】本発明に従って全幅アレイのプリントヘッ
ド１２を作動させた時は、用紙１４が線形アレイのプリ
ントヘッド１２に対してこれに垂直な方向に移動する一
方で前記線形アレイのプリントヘッドに沿った個々のノ
ズルの間隔によって、前記線形アレイ内の放射器が創り
出す各平行線内において一次元的なランダム状態の点分
布がもたらされる。従って、プリントヘッド１０内に全
幅アレイのノズルが設けられている場合は、各ノズルか
ら点を放射するタイミングを用紙１４の動きに対して制
御する装置において本発明を実施してもよい。

【００１８】図３に、点面積８（点１個を配置可能な面
積）×点面積８のセル見本を示す。この場合も、意図さ
れているのは、点自体に１インチあたり３００個、また
はおそらく１インチあたり６００個の解像力を持たせる
ことであって、こうしたセルの実際の大きさがわかる。
図３のセルにおいて、等間隔のインクジェット・ノズル
は、セルの処理方向Ｐにのみランダムに点を配置するパ
ルスによって、ランダムに変調される。Ｎ_maxを、点を
重複させることなく面積Ａ×Ａのセル内に配置可能な点
の総数、そして各縦列内の点の数をＹまたはＹ＋１と
し、セル内においてＹ個の点を有する列の数を［（Ｎ
_max）^1/2−Ｘ］、Ｙ＋１個の点を有する列の数をＸと
すると、Ｙは（Ｎ_max）^1/2よりも大きくなりうるが、
ＸはＮ_maxの平方根より大きくはなりえない。よって、
透過量、すなわち前記半セルの総面積に対するセル内の
点の面積率は以下の式により求められる：Ｔ＝［１−（Ｎ_max）^-1/2］^Y（１−（［Ｘ／
（Ｎ_max）］ここでは、セルの縦列内の点の数に１個を上回る差はな
いと仮定している。従って、前記式に基づいて、セルの
光学濃度は以下のように求められる：Ｄ＝Ｙlog₁₀［１−（Ｎ_max）^-1/2］^-1＋（Ｘ／Ｎ_max）l
og_e ^-1(10)

【００１９】前記式からわかるように、ＹとＸとに対す
る光学濃度Ｄの従属状態は線形の関係になっており、こ
れは、光学濃度が、わずかな誤差しか生じずに依然とし
て線形に増加する（点配置が完全に非相互作用状態の望
ましい場合のように）ことを意味する。従って、一方向
にのみ点の位置をランダム化することによって、非相互
作用状態の点配置の十分な近似化が可能であることは明
らかである。図３のセルにおいて、図に示すように、各
列内の点は均一な状態で隣接した放射器によって創り出
されるため、処理方向Ｐの点列構成は均一かつ等距離に
なり、一方、用紙が放射器に対して移動するにつれて時
間をかけて行なわれる放射器の作動に対応する横行内の
点構成は、各列内においてランダムなものになる。した
がって、セル内の点構成は処理方向Ｐについては均一
（相互作用状態）になり、もう一方の次元についてはラ
ンダム（非相互作用状態）になる。

【００２０】所望の像の所定のセル内に配置される点の
数は、意図されるセルの暗度の関数であること、そし
て、セルの各線内において点をランダムに配置すること
が必要になることから、本発明の理論を実行するには、
確率関数に従って各セル内の利用可能な面積内に点を配
置しなければならないことになる。すなわち、所望の暗
度を得るには、所定のセル内に特定の総数の点を配置す
ることが必要になるかもしれないが、必要なランダム性
を有した実際の点配置を得るには、セル内の所定の面積
内における点配置の是非について、所定の確率によって
制約された決定を下すことが必要になるのである。たと
えば、印刷される所望の像の所定のセルをインク被覆率
５０％にする必要がある場合は、前記セル内の線に沿っ
て配置可能点を実質的に１つおきに点で埋めて、残りの
部分を空白状態まま残しておかなればならない。しか
し、セル内の点の印刷と無印刷とをチェッカー盤のよう
に単に交番させるだけでは、特にインク被覆率５０％前
後のセルの場合には、写実性を得る上で必要とされる
「非相互作用」性を得られないかもしれない。従って、
点配置の非相互作用性を維持させながら所望のインク被
覆率を達成させるためには、ランダム源を導入しなけれ
ばならない。コイン投げを繰り返すことによって自動的
に完璧に表裏が交番する確度が低いのと同じくらい、た
とえ被覆率が５０％でも、確率関数を用いた場合に点と
無印刷部分との単純な交番状態を得られる確度は低いの
である。

【００２１】その部分の所望の暗度に従って各セル内に
必要とされる所望数の点を得るとともに、各セル内にお
いて確実にランダムな点分布を得るためには、印刷され
るセルの所望の暗度に従って自身の出力が処理される乱
数発生器を用いることが好ましい。たとえば例証のため
に、所定のランダム数発生器が０から９９までの数を出
力し、かつ、像内の所定セルの所望の明度が３０％であ
ると仮定するとともに、所定のセルが点６４個分の面積
を有すると仮定すると、各点面積に対するランダム数発
生器の出力によって、各点面積の印刷（利用可能面積に
点を配置するか否かにかかわりなく）が行なわれなけれ
ばならない。暗度３０％の場合は、たとえばランダム数
発生器の所定の出力が３０未満の場合にのみ、セル内の
特定の点面積に点が配置されなければならない。セルの
被覆率を７０％にすることが望まれる場合は、ランダム
数が７０未満の場合にのみ、点が印刷されなければなら
ないことになる。当業者には、この一般技術の変形は明
らかであろう。セル内の所定の点面積内に点を印刷する
か否かを決定する際にその都度適用されるこうした確率
関数の目的は、所望の非相互作用状態の光学効果を生じ
しめる、点配置の必要なランダム性を維持しながら、確
実に、セル内に印刷される所望の点の総数に少なくとも
きわめて近い結果を得ることにある。

【００２２】図４は、前記の確率関数が熱式インクジェ
ット印刷機、この場合は全幅アレイの熱式インクジェッ
ト印刷機にどのように適用可能であるかを示す簡単な系
統図である。（本発明は、相対的に小さなプリントヘッ
ドが繰り返し帯状に用紙を横切って走査する熱式インク
ジェット印刷機にも実施可能であり、当業者には、本発
明をこうした装置に適応させられることは明らかであろ
う。）図５に、図４の装置によって用紙１４上に印刷さ
れた一組のセルを記号Ｃに示す。再び図４において、印
刷される像に関してディジタル化された原稿の像データ
は、中央処理装置２０によって制御される記憶装置内に
維持される。この記憶装置と中央処理装置２０とを、ネ
ットワーク化された印刷機またはディジタル・コンピュ
ータ等、何らかの種類のディジタル画像処理装置の一部
分にすることもできる。前記記憶装置において、印刷さ
れる所望の像に関する個々の画素データは、一組のアド
レス番号として維持される。所望の像内の個々の画素
を、印刷機のインクジェット放出器と１対１で対応させ
てもよいが、本発明の場合には、少なくともハーフトー
ン状態にすることが意図されている所望の像部分におい
ては、自身に関連あるデータを有した個々の画素の各々
を像内のセル（たとえばインクジェット・ノズルによっ
て印刷される８×８の点面積）に対応させることが好ま
しい。記憶装置内に記憶されているこの原稿データか
ら、像データが一度に１線ずつバッファ２２にオフロー
ドされる。図５において、像データの１「線」Ｌは、全
てのインクジェット放射器によって一度に処理される
線、すなわち図２に示すように用紙の処理方向Ｐに垂直
な線内の線である。オフロードされたこうした各像デー
タ内において、（さしあたり、用紙上に印刷されるデー
タが全てハーフトーン像の形をとるものと仮定する）隣
接する画素データは全てグループ化されて、所定の線Ｌ
内の隣接する個々のセルになる。各セルＣが８×８の点
面積を持つアレイの例では、セルを生じしめるために、
各放射器ごとの情報量は各々、隣接するグループ８つに
グループ化される。したがって、全幅アレイのインクジ
ェット印刷機は、プリントヘッド１０内の放射器によっ
て、前記放射器が作動する度毎に、線Ｌにわたってセル
Ｃの一部分を印刷する。

【００２３】ランダム数発生器２８は、好ましくは、ラ
ンダム数の表が複数個ロードされたＲＯＭ（固定記憶装
置）の形をとるものとする。本例では、印刷されるグレ
イスケールの範囲はレベル総数６４に達すると推定され
る。このような場合には、ランダム数発生器２８のＲＯ
Ｍ内にある各表には、０〜６３のランダム数がロードさ
れる。記憶装置２２とランダム数発生器２８とは、カウ
ンタ３０によって制御される。好適な実施例において、
カウンタ３０は、複数のビットを有した一連のディジタ
ルワードを出力する。カウンタ３０から出力される最下
位部分、すなわち低位ビットがランダム数発生器２８へ
と導かれる。カウンタ３０の高位またはより上位の出力
はランダム数発生器２８とバッファ２２との両方に導か
れる。

【００２４】線形アレイ内の隣接する放射器の各グルー
プが所望の像内の１つのセルＣに関連した全幅アレイに
おいて１線が印刷される際には、事象順は次のようにな
る。中央処理装置２０が、グレイスケールの符号化デー
タの１線をバッファ２２にロードする。このデータは、
各々のセルにつき１ワードで構成され、データのワード
数は１線あたりのグレイ・セルの数に等しい。グレイス
ケール能力が６４レベルの場合には、各グレイ・セルは
自身に関連ある５ビットワードを持つことになる。印刷
周期の開始時点で、カウンタ３０が０にセットされる。
その後、中央処理装置２０がカウンタ３０に指令を出し
て、グレイスケール・データの第１のワードをディジタ
ル比較器２６へと送らせるとともに、同時に、ディジタ
ル比較器２６に送られる０から６３までの対応するラン
ダム数のオフロードを開始する。ランダム数発生器２９
からのランダム数がデータの５ビットワードの値よりも
大きければ、比較器の出力は１となり、ランダム数が前
記データの値以下であれば、比較器の出力は０となる。
したがって、より高値のグレイスケールワードをより濃
いグレイスケールに対応させるこうした規則を用いる
と、グレイスケールワードが高値であればあるほど、前
記ワードがランダム数発生器２８からの所定のランダム
数よりも大きくなる確度は高まり、従って比較器２６か
ら出力される「１」の数が増えることになる。

【００２５】比較器２６からの出力が１か０かにかかわ
りなく、その後前記ビットは送りレジスタ３２にロード
されて、カウンタ３０が進められる。次の周期では、前
記同じグレイスケールワードが、ランダム数発生器２８
からの新しいランダム数とともに比較器２６に送られ、
前記送りレジスタにセル幅１つ分がロードされるまで、
前記処理が何度も繰り返される。送りレジスタ３２に送
られたビット数がセルの幅に等しくなると、比較器の処
理を経て次のセルまたは画素に関するデータを送れるよ
うに、バッファ２２へのアドレスが進められる。この比
較処理は、印刷されるセルＣの線Ｌ上における１線分の
点面積からなる１線分の１と０とが送りレジスタ内に配
置された状態になるまで繰り返される。この線全体が送
りレジスタ３２にロードされると、その後、中央処理装
置２０がラッチ３４に通知を出して、１と０との線デー
タが送りレジスタ３２からラッチ３４へとロードされ
る。一旦１線分のデータが送りレジスタ３２からオフロ
ードされると、カウンタ３０を０にリセットして、次の
線に対するデータがロードされる。その後、ラッチ３４
内のデータを用いて、用紙が点１つ分の幅だけ前進する
間に、線形アレイのインクジェット放射器１０を作動さ
せて前記線の像が印刷出力される。

【００２６】一般例では、ハーフトーンの各セルは８×
８の点面積からなる。このため、各々のセルの幅は、線
内にある８つの隣接した１と０とに対応し、従って、図
３のように、ハーフトーンのセル列は全て線Ｌ８本分の
点を用いて印刷出力される。このように、８本の線が印
刷されて、ハーフトーンのセルが１列形成される（すな
わち、もっと一般的に言えば、ハーフトーンのセル幅に
等しい数の線が完成する）と、中央処理装置２０からバ
ッファ２２へと新たな線のグレイスケール・データがロ
ードされ、中央処理装置がランダム数発生器２８からラ
ンダム数の新たな表を選択して前記段階が繰り返され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】グレイスケールを形成させるために部分内に
分布させたインク点の比較図である。

【図２】用紙上に点を配置しているインクジェット・
プリントヘッドを示す正面略図である。

【図３】本発明に従って部分内に分布させたインク点
を示す詳細図である。

【図４】本発明の一実施例を示す系統図である。

【図５】本発明に従って、所望のハーフトーン像を形
成させるために用紙上に設けられたセルを示す図であ
る。

【符号の説明】１０プリントヘッド、１２ノズル、１４用紙、２
０中央処理装置、２２バッファメモリ、２６比較
器、２８疑似ランダム数発生器、３０カウンタ、３
２シフトレジスタ、３４ラッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定のグレイスケール部分を有した所望
の像を用紙上に印刷する、次の段階を含む方法：対応す
る点を前記用紙上に印刷するために、プリントヘッドか
ら液状インク小滴を排出させる；前記用紙上に前記点を
一連の平行線内に整列させる；そして前記一連の平行線
の各線内に、前記点をランダムな間隔の分布状態に配す
る。