JPH0615863A - 階調プリンタおよび温度補償定数決定方法 - Google Patents

階調プリンタおよび温度補償定数決定方法

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JPH0615863A
JPH0615863A JP4175822A JP17582292A JPH0615863A JP H0615863 A JPH0615863 A JP H0615863A JP 4175822 A JP4175822 A JP 4175822A JP 17582292 A JP17582292 A JP 17582292A JP H0615863 A JPH0615863 A JP H0615863A
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由浩 虫鹿
Yasuki Matsumoto
泰樹 松本
Haruo Yamashita
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    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/315Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of heat to a heat sensitive printing or impression-transfer material
    • B41J2/32Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of heat to a heat sensitive printing or impression-transfer material using thermal heads
    • B41J2/35Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of heat to a heat sensitive printing or impression-transfer material using thermal heads providing current or voltage to the thermal head
    • B41J2/355Control circuits for heating-element selection
    • B41J2/36Print density control
    • B41J2/365Print density control by compensation for variation in temperature

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  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱転写方式による階調プリンタにおいて、特
に温度補償の補償精度と演算速度を改善する。 【構成】 サーマルヘッド1の放熱基台の温度を検出す
る測温手段8の出力Tと、サーマルヘッド1に与えたパ
ルス幅データを積算する積算手段7の出力Pとから次式
に従って補正データ作成手段9がパルス幅補正データτ
h を作成し、入力階調データをγ補正手段3によって変
換して得られた出力に対して加算手段4がパルス幅補正
データτh を加算することにより温度補償を行う。 τh =A1 ・(T+P)+A2 (A1 、A2 は定数)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、熱転写方式のプリンタ
に関し、特に多階調の画像記録を行うプリンタに関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】熱転写記録方式は、インクジェット方式
や電子写真方式と比べて、カラー化が容易でメンテナン
ス性がよいという特徴を有する。さらに昇華型熱転写記
録方式は、発熱体への印加エネルギを変調することで1
画素内の濃度階調がとれるため、ビデオプリンタなどの
フルカラー画像記録装置に広く利用されている。ところ
がこのような記録方式は、記録濃度が環境温度やサーマ
ルヘッドの蓄熱による影響を受けやすく、安定した濃度
再現が難しい。
【0003】これらの問題に対して、基準温度で基準畜
熱量におけるγ特性関数を作成し、このγ特性関数から
得られたパルス幅被補正データに対して、発熱体基板温
度を予測して求めた補償系数を乗じる温度補償方法が特
開平2-98456 号にて提案されている。
【0004】図7は従来の階調プリンタの一例を示した
構成図である。図7において、101は発熱体基板上に直
線状にn個の発熱体を設けたサーマルヘッドで、一定速
度で記録紙を送ることでライン記録を行う。102 はサー
マルヘッドに電力を供給する電源、103 は第mライン目
において各発熱体i(i=1〜n)の印字すべき濃度デ
ータD(m,i)を、対応するパルス幅被補正データτ
(m,i)に変換するγ補正手段、104 はパルス幅被補
正データτ(m,i)に補償係数k(m)を乗じる乗算
手段、105 はサーマルヘッド101 を乗算手段104 の出力
k(m)・τ(m,i)に応じた多段階のパルス幅で駆
動するヘッド駆動手段、106 は1ライン分の乗算手段10
4 の出力k(m)・τ(m,i)〜k(m)・τ(m,
n)を積算し平均パルス幅データτav(m)を算出する
パルス幅平均手段、107 は平均パルス幅データを(1) 式
に示した漸化式に従って1ライン毎に積算し、積算値P
(m)を出力する積算手段である。積算値P(m)はサ
ーマルヘッド101 の発熱体基板における畜熱量を表わし
ている。
【0005】P(m)=α・P(m−1)+(1−α)
・A3 ・τav(m−1) …(1) (αは0<α<1の定数、A3 は定数、P(0)=0) 108 はサーミスタなどからなりサーマルヘッド101 のヘ
ッド基台温度T(m)を検出する測温手段、109 は測温
手段108 が検出したヘッド基台温度T(m)と積算手段
107 の出力P(m)とから(2) 式に基づいて補償係数k
(m)を算出する係数決定手段である。
【0006】
【数1】
【0007】α、A3 、A4 、A5 はサーマルヘッドの
熱特性や記録条件による定数であるが、実際にこれらの
定数を求める際には恒温室を用いて異なる環境温度を設
定し、こうした条件下で記録実験を行った結果から決定
している。これらの構成により、環境温度、ヘッド基台
に対する畜熱、および発熱体基板における畜熱の影響に
よる濃度変化を補正する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような温度補償方式はプリンタの記録速度が比較的遅い
ときには精度の良い補償を行うことができるものの、プ
リンタの記録速度が高速になるに従って補償精度が劣化
し、温度変化に対する記録濃度の再現性が不十分になっ
てくるという問題があった。また、各々の発熱体に与え
られる印加パルス幅に対して補償係数を乗ずるために、
1ラインの記録時間内に少なくとも発熱体の数だけの乗
算演算を繰り返す必要がある。一般のCPUでは乗算は
比較的長い演算時間が必要で、たとえば加減算などに比
較して数倍の演算時間を要するため、この演算時間が記
録速度の高速化を妨げる要因になったり、専用の乗算器
などを用いた場合には装置の高価格化を招いたりしてい
た。
【0009】本発明は上記問題に鑑み、高速記録時にも
精度の良い温度補償を簡単に行うことができる階調プリ
ンタを提供することを目的とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の階調プリンタは、支持体上に複数の発熱体を
形成したサーマルヘッドと、前記支持体近傍の温度を測
定する測温手段と、前記発熱体に与えたパルス幅データ
をライン毎に積算する積算手段と、前記測温手段の出力
と前記積算手段の出力とからパルス幅補正データを作成
する補正データ作成手段と、記録すべき階調データを変
換してパルス幅被補正データを出力するγ補正手段と、
前記パルス幅被補正データに前記パルス幅補正データを
加算して前記パルス幅データを作成する補正手段とを備
えたものである。
【0011】
【作用】本発明は上記した構成によって、補正データ作
成手段が乗算と加減算演算によってパルス幅補正データ
の作成を可能にし、補正手段がパルス幅補正データから
γ補正手段の出力を補正する際に、加減算演算による補
正演算を行うことにより、高速記録時の補正精度を向上
させるとともに、簡単な演算回路構成で記録速度の高速
化を実現することができる。
【0012】
【実施例】以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明
する。図1は、入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
第1の実施例のブロック構成図である。
【0013】図1において、1はn個(nは2以上の整
数)の発熱体が図示しない発熱体基板上にライン状に配
設されて、図示しない放熱基台上に取付けられたサーマ
ルヘッドであり、一定のライン周期でライン記録を行
う。2はサーマルヘッド1に電力を供給する電源、3は
γ補正手段で、第mライン目(mは1以上の整数)にお
いて各発熱体i(i=1〜n)の印字すべき濃度データ
D(m,i)を、対応するパルス幅被補正データτ
(m,i)に変換する。このγ補正手段3はROMテー
ブルにより構成されており、濃度データに相当するアド
レスをROMに与えると、その濃度を記録するのに必要
なパルス幅がデータとして読み出される。この読み出さ
れたパルス幅被補正データと濃度データとの対応はある
基準となる温度条件の下で実験的に求められたものであ
る。基準となる温度条件は、ここでは全発熱体を所定の
パルス幅τ0 で連続的に印字し、発熱体基板の畜熱量が
飽和した状態で放熱基台温度Tがある基準温度TSTとな
った状態と定める。
【0014】4はパルス幅被補正データの補正手段とし
ての加算手段であり、γ補正手段3によって変換された
パルス幅被補正データτ(m,i)に補正データ作成手
段9で決定されたパルス幅補正データτh (m)を加算
してパルス幅データτ(m,i)+τh (m)を出力す
る。加算手段4は特許請求の範囲で記載した補正手段に
対応する。5はヘッド駆動手段であり、パルス幅データ
τ(m,i)+τh (m)に比例して第mライン目にお
ける発熱体iへの通電時間を与える。
【0015】6はパルス幅平均手段であり、加熱手段4
が出力する1ライン分の全画素のパルス幅データτ
(m,i)+τh (m)〜τ(m,n)+τh (m)を
積算して平均し、平均パルス幅データτav(m)を出力
する。7は積算手段であり、パルス幅平均手段6から出
力された平均パルス幅データτav(m)を(1) 式に示し
た漸化式に従って1ライン毎に積算し、積算値P(m)
を出力する。(1) 式の漸化式は(3) 式と等価であり、第
mライン目の積算値P(m)は第1ライン目から第(m
−1)ライン目までのパルス幅平均手段6の出力を1ラ
イン毎に重み付け積算したものとなっている。
【0016】
【数2】
【0017】特許請求の範囲で記載した積算手段はパル
ス幅平均手段6と積算手段7とを含めたものに対応す
る。
【0018】8は、サーマルヘッド1の放熱基台に埋設
されたサーミスタと、サーミスタの抵抗値を温度データ
に変換する変換手段とからなる測温手段であり、1ライ
ン毎の放熱基台の温度T(m)を出力する。補正データ
作成手段9は測温手段8の出力T(m)と積算手段7の
出力P(m)とから(4) 式に従ってパルス幅補正データ
τh (m)を算出する。
【0019】τh (m)=A1 ・(T(m)+P(m))
+A2 (A1 、A2 は定数)…(4) (4) 式の中で、積算値P(m)はサーマルヘッド1の発
熱体基板と放熱基台との温度差の予測値を表わしている
ため、(T(m)+P(m))は発熱体基板温度の予測値
を意味している。以上述べた構成により、毎ライン順次
温度補償を行いつつ記録を行う。
【0020】ここで、定数α、A1 、A2 、A3 を決定
する方法について述べる。図2は発熱体の熱応答を説明
する図である。サーマルヘッドの全発熱体に対して、図
2(a) に示すように、ある時刻t=0からステップ状に
印加電力W0 を与え、発熱体温度を放射温度計あるいは
TCR法(発熱体抵抗値の温度変化を利用した温度測定
法)により測定すると同時に、サーミスタなどで放熱基
台の温度測定を行う。印加電力W0 は発熱体温度の上昇
率が放熱基台温度の上昇率とほぼ等しくなる程度まで十
分長い時間印加する(数秒以上)。すると図2(b) に図
示したようなグラフが得られるので、次に発熱体温度T
h (t) のインデンシャル応答を(5) 式の近似式で表し、
実測値との比較から定数C1 、C2 、R1 、R2 を求め
る。ここで、C1 は発熱体の発熱容量、C2 は発熱体基
板の発熱容量、R1 は発熱体と発熱体基板との間の熱抵
抗、R2 は発熱体基板と放熱基台との間の熱抵抗であ
る。温度測定対象の発熱体は、全発熱体の平均抵抗値に
近い抵抗値を持つ発熱体を選んでいる。印加電力W0
必ずしも記録時に必要な印加電力と同じである必要はな
く、記録時よりも低い電力に設定することにより発熱体
の熱破損を防ぐことができる。なお、ここでは発熱体に
ステップ状の印加電力を与えたときの温度の立ち上がり
の特性からインデンシャル応答を実測したが、印加電力
を与え続けた後にステップ状に印加電力を遮断したとき
の温度の立ち下がりの特性からインデンシャル応答を実
測してもよい。
【0021】
【数3】
【0022】定数αおよびA3 は、上記の定数C1 、C
2 、R1 、R2 と階調プリンタのライン周期τL 記録時
の印加電力Wとから(6) 式、(7) 式に従って決定する。
【0023】
【数4】
【0024】
【数5】
【0025】定数A1 、A2 の決定に当たっては、実際
に階調記録を行って濃度を測定した評価結果を用いる。
この評価はγ補正手段3のパルス幅被補正データと濃度
データとの対応を求める方法と兼用しているが、以下こ
の方法について説明する。
【0026】図3はγ特性関数を得るとともに定数
1 、A2 を決定する工程を示した流れ図である。図3
において、21は恒温槽などを利用して環境温度T0 を設
定し十分な時間サーマルヘッドを放置して放熱基台温度
Tを環境温度T0 と一致させる工程である。たとえば、
放熱基台の基準温度Tstを仮に30℃と定めた場合、環境
温度T0 は26℃程度に設定する。22は第1の記録工程
で、サーマルヘッドの主走査方向(発熱体配列方向)に
何段階かパルス幅の異なる階調画像を濃度測定に必要十
分な幅で記録する。23は第2の記録工程で、サーマルヘ
ッドの主走査方向の温度分布が均一になるように全発熱
体に対して所定のパルス幅τ0 を与えてベタ画像を記録
し、これを放熱基台温度Tが基準温度Tst(30℃)にな
るまで繰返す。パルス幅τ0 は最大パルス幅の約半分程
度の値が適当であり、第1の記録工程22で各発熱体与え
たパルス幅の平均値としている。第2の記録工程で放熱
基台温度Tが基準温度30℃になると、第3の記録工程24
を行う。第3の記録工程24は第1の記録工程22と全く同
様にサーマルヘッドの主走査方向に何段階かパルス幅の
異なる階調画像を濃度測定に必要十分な幅で記録するも
のである。
【0027】ここで、第2の記録工程23で記録した記録
時間、すなわち放熱基台温度TがT stになるまでの時間
tが時定数C2 2 よりも大きければ記録終了であり、
小さいときや大きすぎて記録紙上に第3の記録工程24に
よる画像を記録できなかったときは、環境温度を変更し
て放熱基台温度の初期設定を変更し、再度記録を行う。
【0028】25は濃度測定工程であり、第1の記録工程
22と第3の記録工程24により記録された階調画像の各階
調の濃度を測定する。記録濃度の測定点は各記録工程2
2、24における最初の1ラインの画素であり、この濃度
をマイクロ濃度計で測定するが、アパーチャーサイズの
小さい反射濃度計で記録工程22、24の開始部の濃度を測
定してもほぼ同じ結果が得られる。26は濃度測定工程25
で得られたパルス幅被補正データと濃度データとを対応
させてγ特性関数を得るとともに定数A1 、A2を決定
する工程である。
【0029】これらの工程により定数A1 、A2 を決定
する手法の詳細について、図4の説明図を用いて説明す
る。図4(A)は上記の記録工程で得られた記録画像で
あり、41は第1の記録工程で得られた第1の階調画像
で、41a〜41qは各々0〜最大パルス幅までの17段階の
パルス幅により記録を行った各領域である。この記録時
の放熱基台温度Tは環境温度T0 にほぼ等しく、積算値
Pはほぼ0である。したがって、このときのサーマルヘ
ッドの発熱体基板温度(T+P)はT0 と求められる。
42は第3の記録工程で得られた第2の階調画像で、42a
〜42qは各々41a〜41qと等しいパルス幅の17段階の階
調記録を行った各領域である。このときの放熱基台温度
Tはほぼ基準温度Tstに等しく、積算値Pはほぼ(τ0
/τL )・R2 ・Wに等しい。したがってサーマルヘッ
ドの発熱体基板温度(T+P)はT st+(τ0 /τL
・R2 ・Wと求められる。この状態を基準条件と定めた
ことは既述したとおりである。
【0030】図4(B) は図4(A) の記録画像の階調画像
部の記録濃度を測定し、パルス幅被補正データと濃度デ
ータとの対応をプロットしたグラフである。43は第1の
階調画像のγ特性関数であり、領域41a〜41qの17点の
パルス幅被補正データと記録濃度データとの対応をプロ
ットし、各データ間をスプライン補間などの補間法によ
り内挿したものである。44は第2の階調画像のγ特性関
数であり、領域42a〜42qの17点のパルス幅被補正デー
タと記録濃度データとの対応をプロットし、各データ間
をスプライン補間などの補間法により内挿したものであ
る。ここで得られた基準温度Tstにおけるγ特性関数44
をγ補正手段ROMに設定する。
【0031】図4(B) において、第1の階調画像のγ特
性関数43と第2の階調画像のγ特性関数44との横軸方向
の平均シフト量をτd( τd>0)とする。これは第1
の階調画像のγ特性関数43を横軸に沿って平行移動させ
たときに、第2の階調画像のγ特性関数44と最も良く一
致させるための移動量である。
【0032】定数A1 、A2 は平均シフト量τd と2つ
の発熱体基板温度から(8) 式、(9)式のように求める。
【0033】
【数6】
【0034】
【数7】
【0035】本実施例の定数A1 、A2 決定方法によれ
ば、低温から高温まで環境温度を変化させて記録実験を
行う必要がなく、1回の画像記録による濃度測定だけで
簡単に温度補償の定数を求めることができる。
【0036】このように定めた定数α、A1 、A2 、A
3 をROMに設定している。以上のように構成した階調
プリンタにより温度補償演算を行った場合について、1
ラインn画素として1ライン分の温度補償に必要な演算
量を従来例と比較して(表1)に示す。
【0037】
【表1】
【0038】パルス幅補正データ作成手段9として本実
施例ではCPU(モトローラ製6809)を用いているが、
(4) 式に示すように、除算を用いずに乗算を行っている
ために従来例に比べて演算が高速化できる。これは除算
はCPUの命令としてサポートされていないため、サブ
ルーチンを組むなどの処理が必要で演算時間がかかるの
に対し、乗算はCPUの命令として直接実行できるため
である。
【0039】補正手段である加算手段4としては本実施
例ではCPU(モトローラ製6809)を用いているが、加
減算は乗算よりも高速に実行できるため、やはり高速に
補正処理ができる。乗算演算は1演算に11マシンサイク
ルが必要であるが、加減算は2〜8マシンサイクルでよ
いため、約2〜6倍の補正演算速度の向上になってい
る。これは特に画素数nが多いほど全体の補正時間短縮
に大きな効果がある。
【0040】このように、本実施例によれば特別な演算
器などを要することなく高速に温度補償を行なうことが
できる。次に本実施例の温度補償の精度に関して従来例
と比較して説明する。従来例の階調プリンタはライン周
期33ms/1ine 以上の低速記録では十分な補償精度を有し
ていたが、記録速度が速くなるに従い誤差が大きくな
る。これに対して本実施例の階調プリンタは特に高速記
録時に補償精度が高い特徴を有している。図5はライン
周期4〜16ms/1ine における補正誤差を示した説明図で
ある。補正誤差とは目標の記録濃度と実際の温度補償後
の記録濃度との差である。記録濃度の測定は室温におい
て(1) 記録開始直後、(2) 中間濃度ベタ連続記録後、
(3) 最高濃度ベタ連続記録後の3条件で階調パターンを
記録して行なった。
【0041】本実施例による温度補償の補正誤差を(a)
、従来例による温度補償の補正誤差を(b) に示してい
る。このときの記録条件を(表2)に示す。
【0042】
【表2】
【0043】温度補償方式以外の全ての記録条件は本実
施例と従来例とで同一に設定している。ライン周期4お
よび8ms/1ine 時は印字dutyが40%であるが、ライ
ン周期16ms/1ine 時は印字dutyが25%であり単純な
比較はできないが、参考に記載している。
【0044】補償のための定数は濃度変化の大きい中間
濃度部で最も補償精度が良くなるようにそれぞれ決定し
ている。したがって、補正誤差は低濃度部と高濃度部で
大きく、このうち最も誤差が大きいものを誤差範囲とし
てプロットしている。目標濃度よりも実測濃度が高い場
合を正、低い場合を負としている。
【0045】図5から、本実施例によれば従来例に比較
して温度補償の補正誤差が約半分程度に低減し、精度の
高い補償結果が得られていることがわかる。また、本実
施例は従来例が有していた以下の特徴をいささかも損な
うことなく具備している。これは第1に、発熱体基板で
の畜熱を予測して温度検出の遅れを補正しているため数
秒単位の大きな畜熱量の変化に対する時間遅れのない温
度補償ができること、第2に2値記録でなく多階調記録
に対応できること、第3に任意の入力信号や記録条件に
対応できることである。
【0046】図6は本発明の階調プリンタの第2の実施
例のブロック構成図である。図中1〜5および7〜9は
それぞれ第1の実施例において記載した構成と同一であ
る。パルス幅平均手段61は、γ補正手段3の出力である
パルス幅被補正データτ(m,i)を積算して平均した
後に、補正データ作成手段9の出力であるパルス幅補正
データτh を加算することで平均パルス幅データτ
av(m)を出力する。こうした構成によっても第1の実
施例と全く同じように温度補償の効果を得ることができ
る。
【0047】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、補正デー
タ作成手段が乗算と加減算演算によってパルス幅補正デ
ータの作成を可能にし、補正手段がパルス幅補正データ
を用いてγ補正手段の出力を補正する際に、加減算演算
による補正演算を行なうことにより、補正精度を向上さ
せるとともに、簡単な演算回路構成で記録速度の高速化
を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の階調プリンタのブロッ
ク構成図である。
【図2】本発明の第1の実施例の階調プリンタにおける
温度補償定数α、A3 の決定方法の説明図である。
【図3】本発明の第1の実施例の階調プリンタにおける
温度補償定数A1 、A2 を決定する工程の流れ図であ
る。
【図4】本発明の第1の実施例の階調プリンタにおける
温度補償定数A1 、A2 の決定方法を説明する図であ
る。
【図5】本発明の第1の実施例の階調プリンタと従来例
の階調プリンタの補正誤差の比較を説明する図である。
【図6】本発明の第2の実施例の階調プリンタのブロッ
ク構成図である。
【図7】従来例の階調プリンタのブロック構成図であ
る。
【符号の説明】
1 サーマルヘッド 3 γ補正手段 4 加算手段 6,61 パルス幅平均手段 7 積算手段 8 測温手段 9 補正データ作成手段 22 第1の記録工程 23 第2の記録工程 24 第3の記録工程 25 濃度測定工程 26 定数A1 、A2 決定工程

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ライン記録を行う階調プリンタであっ
    て、支持体上に複数の発熱体を形成したサーマルヘッド
    と、前記支持体近傍の温度を測定する測温手段と、前記
    発熱体に与えるパルス幅に対応するデータをライン毎に
    積算する積算手段と、前記測温手段の出力と前記積算手
    段の出力とからパルス幅補正データを作成する補正デー
    タ作成手段と、記録すべき階調データを変換してパルス
    幅被補正データを出力するγ補正手段と、前記パルス幅
    被補正データに前記パルス幅補正データを加算する補正
    手段とを備えた階調プリンタ。
  2. 【請求項2】 測温手段の出力をT、積算手段の出力を
    Pとし、補正データ作成手段が次式によってパルス幅補
    正データτh を作成することを特徴とする請求項1記載
    の階調プリンタ。 τh =A1 ・(T+P)+A2 (A1 、A2 は定数)
  3. 【請求項3】 サーマルヘッドの発熱体を複数個のグル
    ープに分割し、各グループ毎に階段的に異なるパルス幅
    を印加して副走査方向に所定時間の記録を行う第1の記
    録工程と、所定のパルス幅を前記サーマルヘッドの各発
    熱体に均一に印加してベタ画像の記録を行う第2の記録
    工程と、前記サーマルヘッドの発熱体を複数個のグルー
    プに分割し、各グループ毎に階段的に異なるパルス幅を
    印加して副走査方向に所定時間の記録を行う第3の記録
    工程と、前記第1の記録工程と前記第3の記録工程によ
    る画像の濃度を測定し、パルス幅と濃度の関係を示す2
    つのγ特性関数を得る濃度測定工程と、前記2つのγ特
    性関数から温度補償定数を決定する定数決定工程とを有
    する階調プリンタの温度補償定数決定方法。
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