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目的

インクジェットプリンタプロッタにおいて、精密な画像の位置決めを提供するための装置および方法を提供する。

構成

本発明の一実施例によれば、インクジェット・プリントヘッドからのインクの液滴の飛翔遅延時間を補正するための装置が提供される。該装置は、プリントヘッドを第1の軸に沿って第1の速度で走査するための第1の機構を含む。インクジェット・タイミング信号応答する制御回路は、プリントヘッドにより液滴を媒体上に放出させ、プリントヘッドが第1の軸に沿って走査されるにしたがって、テストパターンを媒体上に生成する。センサは、テスト・パターンを光学的に検出し、それに応じて飛翔時間に依存の位相信号を提供する。この信号は、位相信号に応答して第1の速度における飛翔遅延時間が補正されたインクジェット・タイミング信号を提供するために処理される。

概要

背景

 Hewlett Packard Companyにより販売されているようなインクジェットプリンタプロッタは、通常のX−Yプロッタに比べて速度の点で大幅に改善されている。インクジェット・プリンタ/プロッタは、典型的にはノズルの配列を有するペンを含んでいる。このペンは、ページを或る幅で順次横切るように移動するキャリッジの上に取り付けられている。各インクジェット・ペンは、付勢されたときに関連したノズルからインクを放出させるヒータ回路を有している。ペンが所定の位置に位置決めされると、インク・ジェットが放出され、所望の位置にインクの画素が与えられる。このようにして生成された画素のモザイクが所望の合成画像を与える。

 インクジェット技術は、周知の技術である。たとえば、1989年10月3日にW.A.Buskirkその他に発行された「PRINERHAVINGIDENTIFIABLE INTERCHANGEABLEHEADS」と題された米国特許第4,872,027号(特許文献1)、及び、1990年10月23日にM.S.Hickmanその他に発行された「PRINT QUALITY OFDOT PRINTERS」と題された米国特許第4,965,593号(特許文献2)を参照されたい。これらの特許の教示内容は、本明細書に参考として組み入れられる。

 最近、異なった色の複数のインクジェット・ペンを含むフルカラー・インクジェット・プリンタ/プロッタが開発されている。典型的なカラー・インクジェット・プリンタ/プロッタは、四つのインクジェット・ペンを有しており、一つは黒インク貯留し、三つは着色インク、たとえば、マゼンタシアン及びイエローを貯留する。三つの色のペンからの色は混合され任意の特定色が得られる。ペンは、典型的には、プリンタ/プロッタのキャリッジ上に取り付けられたアセンブリ内の仕切りに取り付けられる。キャリッジ・アセンブリは、インクジェット・ペンを位置決めし、典型的には、インクジェット・ペン内のヒータ回路とインタフェースするのに必要な回路を保持する。

 フルカラー印刷及びプロッティングは、個別のペンからの色を精密に媒体に与える必要がある。このため、キャリッジ・アセンブリを精密に整列させることが必要となる。残念ながら、従来のインクジェット・プリンタ/プロッタのペンの機械的な配列不整のために、x方向(媒体すなわち紙の軸に対して)とy方向(走査すなわちキャリッジの軸に対して)のオフセットが生じる。このキャリッジ・アセンブリの配列不整は、個別のペンにより与えられる印刷画像位置ずれとなって現れる。これに加えるに、キャリッジの速度、プラテン湾曲及び/又はノズルからの噴射に起因して他の配列不整が生じる。

 ペンを整列させるための一つの従来の解決法は、光学液滴検出器を使用することである。この技術は、1990年5月1日にCobbsその他に対して発行された「Inter Pen Offset Determination and Compensation in Multi−Pen ThermalInk Jet Printing Systems」と題された米国特許第4,922,270号に記載され特許請求されており、その教示内容は本明細書に参考として組み入れられる。この光学的液滴検出器は、各インク液滴がペンを離れるときの位置を検出する。次いで、システムは、印刷媒体上における液滴の衝突点を計算する。残念ながら、実際の衝突点は、傾きのために、その計算による衝突点とかなり異なっていることは度々ある。この傾きは、インクが放出されるときの走査軸におけるペンの移動から生じる。すなわち、インク液滴が放出されたときの時間と液滴が媒体に衝突した時間には遅延がある。この飛翔による遅延時間により、液滴は、媒体に向かって斜めに横断してゆくようになる。このため、精密な計算によって補正されていない場合には、印刷画像の歪みが生じてしまうこととなる。しかしながら、これまでは精密な計算及び補正を達成することが困難であったので、この技術はフルカラー印刷用最新製品仕様には不十分であることが判っている。

 他の従来の解決法においては、テストパターンが印刷され、この印刷像が光学的に検出され、画像の位置ずれの程度が決定される。この技術は、1991年10月31日にRobert D.Haselbyにより出願された「Automatic Print Cartridge Alignment Sensor System」と題された出願中の米国特許出願第07/786,145号に記載され特許請求されている(その教示内容は本明細書に参考として組み入れられる)。しかしながら、このシステムは、センサを整列させるための自己校正基準パターンを必要とするので、動作が遅い。
米国特許第4,872,027号明細書
米国特許第4,965,593号明細書

概要

インクジェット・プリンタ/プロッタにおいて、精密な画像の位置決めを提供するための装置および方法を提供する。本発明の一実施例によれば、インクジェット・プリントヘッドからのインクの液滴の飛翔遅延時間を補正するための装置が提供される。該装置は、プリントヘッドを第1の軸に沿って第1の速度で走査するための第1の機構を含む。インクジェット・タイミング信号応答する制御回路は、プリントヘッドにより液滴を媒体上に放出させ、プリントヘッドが第1の軸に沿って走査されるにしたがって、テスト・パターンを媒体上に生成する。センサは、テスト・パターンを光学的に検出し、それに応じて飛翔時間に依存の位相信号を提供する。この信号は、位相信号に応答して第1の速度における飛翔遅延時間が補正されたインクジェット・タイミング信号を提供するために処理される。 

目的

 本発明の課題は、インクジェット・プリンタ/プロッタにおいて、精密な画像の位置決めを提供するためのシステムや技術を提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

 インクジェットプリントヘッドからのインクが放出された時刻から液滴が媒体衝突する時刻までの飛翔による遅延時間を補正して、該プリントヘッドの移動と該プリントヘッドから該媒体までの高さとによって画像に生じる位置ずれを補正するための装置であって、 前記プリントヘッドを軸に沿って走査するための走査手段と、 前記プリントヘッドが前記軸に沿って走査される際に、飛翔時間情報を得ることのできるテストパターンを媒体上に生成するために前記プリントヘッドによりインクを媒体上に放出させる、インクジェット・タイミング信号応答する制御回路と、 前記テスト・パターンを光学的に検出し、前記テスト・パターンに応答するセンサと、 前記位相信号に応答して、前記遅延時間を補正するインクジェット・タイミング信号を提供するプロセッサと を備えて成り、 前記走査手段は、前記プリントヘッドを前記軸に沿って両方向に走査するものであり、 前記制御回路は、前記走査手段を制御して、前記テスト・パターンの第1の部分を前記プリントヘッドによってある速度により前方方向に印刷し、前記テスト・パターンの第2の部分を前記プリントヘッドによって該速度により逆方向に印刷するものであり、 前記センサは、前記第1の部分と前記第2の部分において印刷した二つの画像に生じた位置ずれを光学的に検出し、前記二つの画像にそれぞれ応答する二つの位相信号を出力するものであり、 前記プロセッサは、前記センサからの前記二つの位相信号に基づいて、該速度における前記二つの位相信号の差を算出して、前記インクジェット・タイミング信号を補正することにより前記遅延を補正するものである、装置。

請求項2

 前記テスト・パターンが、水平方向に間隔が空いた複数の垂直バーを含んでいる、請求項1に記載の装置。

請求項3

 前記テスト・パターンにおける異なる部分が、異なる速度で印刷され、前記異なる速度のそれぞれに基づいて前記遅延を補正する、請求項1または2に記載の装置。

請求項4

 前記センサが、光検出器に対して光学的に整列した位相板を有している、請求項1乃至3のいずれかに記載の装置。

請求項5

 前記位相板が、水平方向に間隔が空いた複数のアパーチャを有している、請求項4に記載の装置。

請求項6

 前記アパーチャの間隔が、前記バーの間隔に等しい、請求項5に記載の装置。

請求項7

 前記プロセッサが、前記光検出器により検出された信号の周波数を決定し、それに応答して信号を提供するようプログラムされている、請求項4、5、または6に記載の装置。

請求項8

 前記プロセッサが、前記検出された信号の前記周波数を前記テスト・パターンの空間周波数と比較し、それに応答して、前記飛翔遅延が補正されたインクジェット・タイミング信号を提供するようプログラムされている、請求項7に記載の装置。

請求項9

 前記プロセッサが、付加的な遅延を前記補正されたタイミング信号に加えて湾曲を補正する、請求項1乃至8のいずれかに記載の装置。

技術分野

0001

 本発明は、プリンタ及びプロッタに関する。更に詳細には、本発明は、マルチカラー多色)動作用のマルチ・ペン(多ペン)を有するインクジェット・プリンタ及びプロッタに関する。

背景技術

0002

 Hewlett Packard Companyにより販売されているようなインクジェット・プリンタ/プロッタは、通常のX−Yプロッタに比べて速度の点で大幅に改善されている。インクジェット・プリンタ/プロッタは、典型的にはノズルの配列を有するペンを含んでいる。このペンは、ページを或る幅で順次横切るように移動するキャリッジの上に取り付けられている。各インクジェット・ペンは、付勢されたときに関連したノズルからインクを放出させるヒータ回路を有している。ペンが所定の位置に位置決めされると、インク・ジェットが放出され、所望の位置にインクの画素が与えられる。このようにして生成された画素のモザイクが所望の合成画像を与える。

0003

 インクジェット技術は、周知の技術である。たとえば、1989年10月3日にW.A.Buskirkその他に発行された「PRINERHAVINGIDENTIFIABLE INTERCHANGEABLEHEADS」と題された米国特許第4,872,027号(特許文献1)、及び、1990年10月23日にM.S.Hickmanその他に発行された「PRINT QUALITY OFDOT PRINTERS」と題された米国特許第4,965,593号(特許文献2)を参照されたい。これらの特許の教示内容は、本明細書に参考として組み入れられる。

0004

 最近、異なった色の複数のインクジェット・ペンを含むフルカラー・インクジェット・プリンタ/プロッタが開発されている。典型的なカラー・インクジェット・プリンタ/プロッタは、四つのインクジェット・ペンを有しており、一つは黒インク貯留し、三つは着色インク、たとえば、マゼンタシアン及びイエローを貯留する。三つの色のペンからの色は混合され任意の特定色が得られる。ペンは、典型的には、プリンタ/プロッタのキャリッジ上に取り付けられたアセンブリ内の仕切りに取り付けられる。キャリッジ・アセンブリは、インクジェット・ペンを位置決めし、典型的には、インクジェット・ペン内のヒータ回路とインタフェースするのに必要な回路を保持する。

0005

 フルカラー印刷及びプロッティングは、個別のペンからの色を精密に媒体に与える必要がある。このため、キャリッジ・アセンブリを精密に整列させることが必要となる。残念ながら、従来のインクジェット・プリンタ/プロッタのペンの機械的な配列不整のために、x方向(媒体すなわち紙の軸に対して)とy方向(走査すなわちキャリッジの軸に対して)のオフセットが生じる。このキャリッジ・アセンブリの配列不整は、個別のペンにより与えられる印刷画像位置ずれとなって現れる。これに加えるに、キャリッジの速度、プラテン湾曲及び/又はノズルからの噴射に起因して他の配列不整が生じる。

0006

 ペンを整列させるための一つの従来の解決法は、光学液滴検出器を使用することである。この技術は、1990年5月1日にCobbsその他に対して発行された「Inter Pen Offset Determination and Compensation in Multi−Pen ThermalInk Jet Printing Systems」と題された米国特許第4,922,270号に記載され特許請求されており、その教示内容は本明細書に参考として組み入れられる。この光学的液滴検出器は、各インク液滴がペンを離れるときの位置を検出する。次いで、システムは、印刷媒体上における液滴の衝突点を計算する。残念ながら、実際の衝突点は、傾きのために、その計算による衝突点とかなり異なっていることは度々ある。この傾きは、インクが放出されるときの走査軸におけるペンの移動から生じる。すなわち、インク液滴が放出されたときの時間と液滴が媒体に衝突した時間には遅延がある。この飛翔による遅延時間により、液滴は、媒体に向かって斜めに横断してゆくようになる。このため、精密な計算によって補正されていない場合には、印刷画像の歪みが生じてしまうこととなる。しかしながら、これまでは精密な計算及び補正を達成することが困難であったので、この技術はフルカラー印刷用最新製品仕様には不十分であることが判っている。

0007

 他の従来の解決法においては、テストパターンが印刷され、この印刷像が光学的に検出され、画像の位置ずれの程度が決定される。この技術は、1991年10月31日にRobert D.Haselbyにより出願された「Automatic Print Cartridge Alignment Sensor System」と題された出願中の米国特許出願第07/786,145号に記載され特許請求されている(その教示内容は本明細書に参考として組み入れられる)。しかしながら、このシステムは、センサを整列させるための自己校正基準パターンを必要とするので、動作が遅い。
米国特許第4,872,027号明細書
米国特許第4,965,593号明細書

発明が解決しようとする課題

0008

 本発明の課題は、インクジェット・プリンタ/プロッタにおいて、精密な画像の位置決めを提供するためのシステムや技術を提供することである。

課題を解決するための手段

0009

 従来技術におけるこの必要性は、インクジェット・プリントヘッドからのインクの液滴の飛翔による遅延時間を補正するための装置を提供する本発明により実現される。本発明の装置は、プリントヘッドを第1の軸に沿って第1の速度で走査するための第1の機構を含んでいる。インクジェット・タイミング信号応答する制御回路は、プリントヘッドにより液滴を媒体上に放出させ、プリントヘッドが第1の軸に沿って走査されるのにしたがって、テスト・パターンを媒体上に生成する。センサは、テスト・パターンを光学的に検出し、それに応じて飛翔時間に依存の位相信号を提供する。この信号は、位相信号に応答して第1の速度における飛翔による遅延時間が補正されたインクジェット・タイミング信号を提供するために処理される。

0010

 特定の実施例においては、プロセッサは、付加的な遅延を補正されたタイミングに加えて湾曲を補正するようにされている。

0011

 本発明の有利な点を開示するために、図示された実施例及び典型的な応用例が関連の図面を参照して説明される。図1は、本発明の教示を取り入れた熱インクジェット大型フォーマット・プリンタ/プロッタの斜視図である。プリンタ10は、スタンド14上に取り付けられたハウジング12を含んでいる。ハウジングは、左右の駆動機構囲い部材16及び18を有している。制御パネル20は、右の囲い部材18上に取り付けられている。透明カバー22の下方に仮想的に示されているキャリッジ・アセンブリ100は、同様に仮想的に示されているキャリッジ・バー24に沿って往復運動できるようにされている。水平或いはキャリッジ走査軸におけるキャリッジ・アセンブリ100の位置は、以下により詳細に説明されるように、エンコーダストリップ120(図示せず)に関するキャリッジ位置決め機構110(図示せず)により決定される。用紙のような印刷媒体30が、垂直或いは媒体軸に沿って、媒体軸駆動機構(図示せず)によって位置決めされる。当該技術において一般的であるように、媒体軸は’x’軸として表示され、走査軸は’y’軸として表示される。

0012

 図2は、キャリッジ・アセンブリ100、キャリッジ位置決め機構110、及びエンコーダ・ストリップ120の斜視図である。キャリッジ位置決め機構110は、キャリッジ位置モータ112を含んでおり、このモータ112は、そこから伸延して貫通するシャフト114を有し、モータが小ベルト116を駆動する。小ベルト116を介して、キャリッジ位置モータ112は、アイドラ122をそのシャフト118を介して駆動する。次に、アイドラ122は第2のアイドラ126により固定されたベルト124を駆動する。ベルト124は、キャリッジ100に取り付けられ、それを貫通して摺動するようにされている。

0013

 走査軸におけるキャリッジ・アセンブリの位置は、コード・ストリップ120を使用することにより精密に決定される。コード・ストリップ120は、一端が支柱128で固定され、他端が支柱129で固定されている。コード・ストリップ120は、1991年10月30日にWilcoxその他により出願された「Improved Code Strip in a Large−Format Image−Related Device」と題された出願中の米国特許出願第07/785,376号に記載され特許請求されている方法で実施することができる。この参照文に開示されているように、光学的読み取り器(図示せず)が、キャリッジ・アセンブリ上に配置されており、以下に説明するような方法で、光学的な画像の位置決めを達成するために本発明により使用されるキャリッジ位置信号を提供する。

0014

 図3は、本発明のプリンタにおいて使用される媒体位置決めシステム150を単純化して表した斜視図である。媒体位置決めシステム150は、媒体ローラ154と同軸のモータ152を含んでいる。媒体ローラ154の位置は、媒体位置エンコーダ156により決定される。媒体位置エンコーダは、中に複数のアパーチャ159を有する円盤158を含んでいる。光学的読み取り器160は、ローラ154と、したがって、媒体30の位置も同様に決定することを容易にする複数の出力パルスを提供する。位置エンコーダは、周知の技術である。たとえば、Howard C. Epsteinその他著:「Economical,High−Performance Optical Encoders」,Hewlett Packard Journal,1988年10月,第99頁〜第106頁参照のこと。媒体及びキャリッジの位置情報は、本発明のペン整列技術と関連して使用されるキャリッジ・アセンブリ100(図2)上に配置された回路基板170上のプロセッサに与えられる。(当該技術で一般的であるように、ここではペンとカートリッジという用語は、交換可能に使用される。)

0015

 図1に戻ると、プリンタ10は、異なった色、たとえば、ブラック、イエロー、マゼンタ及びシアンのインクをそれぞれ貯留する四つのインクジェット・ペン102、104、106及び108を有している。キャリッジ・アセンブリ100が、x及びy軸に沿って媒体30に対して移動すると、熱インクジェット・カートリッジ・ペン102、104、106及び108の中の選択されたノズルが付勢され、インクが媒体30に付着する。三つの色のインクジェット・ペンからの色は混合され、他の任意の特定色が得られる。

0016

 図4は、センサ・モジュール200を示す本発明のキャリッジ・アセンブリ100の右底部から見た斜視図である。キャリッジ・アセンブリ100は、インクジェット・ペンを位置決めし、インクジェット・ペン内のヒータ回路とインタフェースするのに必要な回路を保持する。キャリッジ・アセンブリ100は、前面スライダ103と背面スライダ105の上で往復できるようにされたキャリッジ101を含んでいる。第1のペン・カートリッジ102は、カートリッジ101の第1の区切り内に取り付けられている。各ペンのインクジェット・ノズル107は、センサ・モジュール200と同じ線上にあることに注意すべきである。

0017

 上記したように、フルカラー印刷及びプロッティングは、個別のペンからの色を精密に媒体に与える必要がある。このため、キャリッジ・アセンブリを精密に整列させることが必要となる。残念ながら、用紙の滑り、用紙の曲がり、従来のインクジェット・プリンタ/プロッタのペンの機械的な配列不整のために、x方向(媒体すなわち紙の軸に対して)とy方向(走査すなわちキャリッジの軸に対して)のオフセットが生じる。このキャリッジ・アセンブリの配列不整は、個別のペンにより与えられる印刷画像の位置ずれとなって現れる。マルチ・カラー印刷は、1インチの1000分の1、すなわち、1ミル以内の各カートリッジからの画像位置決め精度を必要とするので、これは一般に受容できない。

0018

 本発明の教示に従い以下に詳細に説明されるように、テスト・パターン40は、いずれかのカートリッジが、選択されたペンの中の選択されたノズルの付勢により妨害される度に生成される。テスト・パターンは、図5の拡大図に図示されている。テスト・パターン40が生成されて精密な画像位置決めを実現するために使用される方法は、以下に詳細に検討される。

0019

 図2に最も明瞭に図示されているように、光学的センサ・モジュール200は、キャリッジ・アセンブリ100の上に取り付けられている。光学的センサは周知の技術である。たとえば、1992年12月8日にBeauchampその他に発行された「Optical Sensor for Plotter PenVerification」と題された米国特許第5,170,047号を参照されたい。この特許の教示内容は、本明細書に参考として組み入れられる。センサ・モジュール200は、光学的にテスト・パターンを検出し、画像の位置決めを表す電気信号を回路基板170上のプロセッサに与える。

0020

 図6aは、本発明のシステムにおいて使用されるセンサ・モジュール200の右前方から見た斜視図である。センサ・モジュール200は、第1及び第2の取り付けねじを受け止めるようにされた二つの突起212と214を備えた外部ハウジング210を含んでいる。外部ハウジング210は、モジュール200に対する静電放電ESD:electrostatic discharge)保護を提供する。

0021

 図6bは、センサ・モジュール200の右後方から見た斜視図である。図6cは、外部ハウジング210と内部アセンブリ220を明らかにするために部分的に分解されたセンサ・モジュールの右後方から見た斜視図である。内部アセンブリ220は、外部ハウジング210の内部に保持されるようになされている。可撓性の回路216は、内部アセンブリ220の上に配置されている。可撓性の回路216は、以下により詳細に述べるように、プロセッサに対してインタフェースするための増幅器接点とを含んでいる。

0022

 図6dは、部分的に分解された本発明のセンサ・モジュール200の内部アセンブリ220を右後方から見た斜視図である。図6dに図示されているように、内部アセンブリは、光学部品ホルダ222とカバー224を含んでいる。図6eは、分解された本発明のセンサ・モジュールの光学部品ホルダを右後方から見た斜視図である。図6eに示されているように、光学部品ホルダ222は、第1及び第2のレンズ226及び228を、位相板230に対して固定位置に保持するようにされている。図6dに戻って、第1及び第2の発光ダイオードLED)232及び234は、光検出器240や増幅器や他の回路素子(図示せず)と共に可撓性の回路216の上に取り付けられている。発光ダイオード及び光検出器は、一般的な設計のものであり、ペン102−108(偶数のみ)により与えられるインクの色の周波数包含する帯域幅を有している。LED232及び234は、ホルダ222のカバー224の中に、第1及び第2のアパーチャ236及び238により或る角度
に保持される。カバー224は、カバー224の中の第1及び第2のアパーチャ235及び236を通ってそれぞれ伸延し、ホルダ222の中のねじ山(図示せず)により受け止められる第1及び第2のねじ231及び233によりホルダ222に固定される。

0023

 センサ・モジュールの構成要素の機能的な関係が、図7の概略図に図示されている。LED232及び234からの光エネルギは、媒体30上のテスト・パターン40に衝突し、第1及び第2のレンズ226及び228のそれぞれと位相板230を介して光検出器240へ反射される。レンズ226及び228は、位相板230を介して光検出器240上にエネルギ集束させる。位相板230は、プラスチックや他の適当な不透明な材料から構成された対称格子である。

0024

 図8aは、位相板230の平面図である。対称に配列された透明な開口242は、不透明な材料の中に設けられる。本発明の教示によれば、図8bに図示されるように、図5のテスト・パターン40におけるキャリッジ軸パターン404及び406の線幅は、位相板230の中の透明な開口242の間の水平間隔に等しい。同様に、図8cに図示されるように、図5のテスト・パターン40における媒体軸パターン408の線幅は、位相板230の中の透明な開口242の間の垂直間隔に等しい。位相板230を使用することにより、パターンを各移動方向に迅速に走査するのに使用される簡単で安価な光学的な構成が可能となる。

0025

 センサ・モジュール200は、テスト・パターン40をキャリッジ走査軸及び媒体走査軸のいずれにも走査するので、正弦波状に変化する出力信号が得られる。以下に更に詳細に説明されるように、本発明の回路は、これらの信号を蓄積しこれらの信号の位相関係検査して、各移動方向毎にペンの整列を決定する。システムが、キャリッジ軸の配列不整、用紙軸の配列不整及び速度と湾曲に起因するオフセットを補正する本発明の整列手続きが、以下に開示される。整列手続きにおける最初のステップとして、図5のテスト・パターン40が生成される。第1のパターン402は、ペン102−108(偶数のみ)を慣熟させる目的で走査軸方向に生成される。第1のパターン402は、使用される各カートリッジ毎に、一つのセグメントを含んでいる。たとえば、第1のセグメント410はイエロー、第2のセグメント412はシアン、第3のセグメント416はマゼンタ、そして第4のセグメント418は黒である。

0026

 次に、第2、第3、及び第4のパターン404、406、及び408が、それぞれ生成される。第2のパターン404は、速度と湾曲に起因するペンのオフセットを検査するために使用される。第4のパターン408は、媒体軸における配列不整を検査するために使用される。本発明は、キャリッジ及び媒体走査軸整列技術を参照して最もよく理解される。

0027

 〔キャリッジ(走査)軸におけるペンのオフセットの補正〕
 キャリッジ走査軸整列パターン406は、各ペンで複数の水平方向に間隔が空いた垂直バーを印刷させることにより生成される。上記したように、バーの厚みはその間隔に等しく、また、位相板230の中の透明な開口の幅とその間隔に等しい。第3のパターン406において、第1のセグメント420がシアン、第2のセグメント422がマゼンタ、第3のセグメント424がイエロー、そして、第4のセグメント426が黒である。

0028

 キャリッジ走査軸におけるペンの配列不整が、図9に図示されており、そこには、キャリッジ走査軸に沿って移動できるように媒体30より高さ’h’だけ上方に配置された第1、第2、第3及び第4のインクジェット・カートリッジ102、104、106及び108の正面図が示されている。従来技術において知られているように、キャリッジの間の距離D12、D23、及びD24は、機械的な精度及び装置の製造上の不完全さが原因となって変化する。これにより、或るカートリッジのインク液滴の配置の、他のカートリッジのそれに対する好ましくない移動を生じることになる。

0029

 キャリッジ走査軸におけるペンの配列不整は、センサ・モジュール200でキャリッジ走査軸に沿って第3のパターン406を走査することにより補正される。センサ・モジュール200が第3のパターン406を照明すると、そのレンズ226及び228(図6e)が、画像を位相板230及び光検出器240に集束させる。これに応答して、光検出器240は位相板のパターンとテスト・パターン406との数学的なコンボリューションである正弦波状の出力信号を生成する。

0030

 図10は、本発明の整列システムにおいて使用される電子回路300のブロック図である。回路300は、増幅及びフィルタリング回路302、アナログ−デジタル変換器304、スレーブマイクロプロセッサ制御器306、サンプル・パルス発生器回路308、キャリッジ位置エンコーダ310、媒体位置エンコーダ312、マスター制御及びデータ処理ユニット314、キャリッジ及び媒体軸サーボ制御機構316、デジタルアナログ変換器318、及び光制御回路320を含んでいる。センサ・モジュール200からの電気信号は、スレーブ・マイクロプロセッサ306により、増幅され、フィルタリングされ、そしてサンプリングされる。キャリッジ位置エンコーダ310は、キャリッジ・アセンブリ100が図1及び図2のエンコーダ・ストリップに沿って移動するにしたがって、サンプル・パルスを出力する。サンプル・パルス発生器回路308は、実行される検査に応じてキャリッジ位置エンコーダ310或いは媒体位置エンコーダ312からのパルスを選択する。

0031

 図11は、キャリッジ位置エンコーダと媒体位置エンコーダの90度の位相差を有する出力を示すグラフである。図12は、サンプル・パルス発生器回路308により生成されるサンプル・パルスの図である。スレーブ・マイクロプロセッサ306は、サンプル・パルスを使用して、アナログ−デジタル変換器304のためのサンプル制御信号を生成する。サンプル制御信号を受信すると、アナログ−デジタル変換器304は、増幅及びフィルター回路302の出力をサンプリングする。

0032

 これは、図13図14及び図15に図示されている。センサ・モジュール200の出力は、図13に図示されている。図14は、センサ・モジュール200の出力が、増幅及びフィルタリングの後にどのように現れるかを示している。図15は、増幅及びフィルタリング回路302の出力がどのようにサンプリングされて、スレーブ・マイクロプロセッサ制御器306への入力であるデータを提供するかを示すグラフである。デジタル化されたサンプルは、スレーブ・マイクロプロセッサ制御器306内に、各移動方向毎にメモリに蓄積される。マスター制御及びデータ処理ユニット314は、最小自乗適合アルゴリズム或いは他の一般的なアルゴリズムを使用して、基準正弦波メモリ内に蓄積されたサンプル点に数学的に一致させ、基準正弦波と検出された正弦波との間の位相差を計算する。位相差の位置は、どのカートリッジが整列から外れている程度を示す。位相差の極性は、配列不整の方向を示し、位相差の大きさは、配列不整の大きさを示している。各カートリッジ毎のオフセットは、装置内に設けられたマスター制御及びデータ処理ユニットにより生成される。これらのオフセットは、アセンブリがサーボ機構316によりキャリッジ軸において走査されるにしたがって、ペンの付勢を制御するために使用される。センサ・モジュールの光の点灯は、スレーブ・マイクロプロセッサ306、デジタル−アナログ変換器318及び光制御回路320により与えられる。

0033

 〔速度及び湾曲に起因するオフセットの補正〕
 キャリッジ走査軸において行わなければならない他の補正は、1)キャリッジの速度に起因する画像の位置のずれに対するものと、及び、2)プラテンの湾曲に起因する画像の移動に対するものである。図16は、ペン・カートリッジ102、104、106及び108のそれぞれの熱インクジェット・ノズルの拡大底面図である。典型的には、104個のノズルの内の96個(たとえば、5番から100番まで)だけが印刷のために使用される。残りの8個のノズルは、以下に更に詳細に検討するように、オフセット調整のために使用される。

0034

 図9に示されるように、プリントヘッドが、媒体30より高さ’h’だけ上方で、順方向及び逆方向に移動するにしたがって、ノズルにより生成された画像は、図17に示されるように、理想状態から逸脱する。図17は、速度と印刷画像に対するプラテン湾曲の作用に起因するオフセットを示している。速い速度V2では、理想状態からのオフセットが大きくなる。図3において154で示されているように、媒体が湾曲したプラテンにより支持されているときには、図18に図示されているように、高さの差Δが存在する。図18は、湾曲したプラテン154の上方のノズル102の拡大側面図である。プラテンの湾曲に起因する高さの変動は、インクが媒体に到達するまでの遅延時間を増加させる。これは、点線理想的な画像の形状と位置を表している図17の(d)に図示されているように、ラインの曲がりとなって現れる。

0035

 本発明は、以下に検討するように、速度及び湾曲に起因するオフセットを補正する。速度に起因するオフセットは、各方向において三つの異なった速度で単一のカートリッジ(たとえば、黒のカートリッジ102)から画像を印刷することにより最初に補正される。これは、図5のテスト・パターン40の双方向パターン404において430−440(偶数のみ)で図示されている。双方向パターン404は、各ペンに水平方向に間隔が空いた複数の垂直線を印刷させることにより生成される。上記したように、バーの厚みはその間隔に等しく、また、位相板230の中の透明な開口の幅とその間隔に等しい。

0036

 最初に、第1のセクション430が最低速度で、たとえば、13.33インチ/秒(ips)で右から左へ印刷される。次に、第2のセクション432が同じ速度で左から右に印刷される。次いで、第3のセクション434が、最高速度に次ぐ速度(16.67ips)で右から左へ印刷され、第4のセクション436が同じ速度で左から右に印刷される。最後に、最高速度、たとえば、26.67ipsで第5のセクション438が右から左へ印刷され、次いで、第6のセクション440が同じ速度で左から右に印刷される。次に、パターン404が走査され、各セクション毎位相が上述した方法で決定される。測定されたセクション間の位相差により、図17(e)に図示されるように、速度に起因する補正が可能となる。

0037

 所定の速度における走査軸方向のオフセットを補正するために、二つの移動方向に関連したパターンのセクションの間の位相の差が計算され、飛翔による遅延値Bの時間に変換される。各速度毎の遅延Bは、最少自乗適合線510を決定するために使用される。これは、図19の遅延対速度のグラフに図示されている。この最小自乗適合計算により、線の傾斜’m’及びB軸交差点’BO ’が判る。方程式は、B=mVC +BO 〔1〕となる。但し、mは傾斜、VCは速度、そしてBO はB軸交差点を表す定数である。速度VC が与えられ、傾斜mと定数BO が既知であれば、オフセットを補正するために必要な遅延Bの計算を行うことができる。湾曲の補正は、付加的な遅延(たとえば、25%すなわち1.25×B)を加えることにより実現することができる。図17(f)に図示されているように、これはセグメントの湾曲した尾部を結合する作用を有しており、一般の観察者裸眼に対して湾曲が識別されにくい画像を生成することができる。

0038

 〔媒体軸におけるペンのオフセット及びペン間のペンのオフセットの補正〕
 画像の位置ずれが引き起こされる他の原因は、ローラすなわちプラテン154上の用紙の滑りである。本発明の教示にしたがって、用紙すなわち媒体の滑りの補正は、図5のテスト・パターン40の媒体軸テスト・パターン408を最初に印刷することにより実現される。上記したように、バーの厚みはその間隔に等しく、また、位相板230の中の透明な開口の幅とその間隔に等しい。テスト・パターン408は、垂直方向に間隔が空いた水平バー1−5の五つの列を含んでいる。各列の第1行は、キャリッジ・アセンブリ100をキャリッジ軸において走査させ一つのカートリッジ(たとえば、シアン・インクを含むカートリッジ)で印刷させることにより生成される。このように、各列は、シアン色のバーの第1行を有している。第2行においては、シアン・カートリッジ108が第1及び第5列の第2行において付勢されることを除いて、各列において異なった色のカートリッジが付勢される。最後に、シアン・カートリッジが、パターン408の各列の第3のために付勢される。媒体軸ペン整列は、媒体軸に沿ってセンサ・モジュール200でパターン408を、1列づつ走査して、上述したように位相データPijを計算することにより実現される。ここで、iは行を示し、jは列を示す。位相データは、以下に示されるように、マトリックス内に蓄積される。

0039

0040

 理想的には、P11=P31である。このように、第1行の位相と第3行の位相とを比較することにより、用紙の滑り、すなわち、所定距離にわたる一つのペンにおける「さまよい(walk)」を検出して、上述した方法で補正することができる。

0041

 各色の間の画像の位置決めは、以下に示す方法で計算される。 Pm/c =(P22−P12)−1/2(P32−P12) 〔3〕 Py/c =(P23−P13)−1/2(P33−P13) 〔4〕 Pk/c =(P24−P14)−1/2(P34−P14) 〔5〕ここで、Pm/c は、シアン・ペン108とマゼンタ・ペン106との間の媒体軸におけるペンのオフセットを表し、Py/c は、シアン・ペン108とイエロー・ペン104との間の媒体軸におけるペンのオフセットを表し、Pk/c は、シアン・ペン108と黒ペン102との間の媒体軸におけるペンのオフセットを表す。

0042

 各ペンの間の媒体軸におけるペンのオフセットは、或るノズルを選択して付勢することにより補正される。図16においては、たとえば、すべてのペンについて最初に5番目から100番目までのノズルを付勢することができる。位相差の計算の結果として、第2のペン104の3番目から98番目までのノズル、第3のペン106の1番目から96番目までのノズル、そして、第4のペン108の7番目から102番目までのノズルを付勢することが必要となる。

0043

 以上、本発明の実施例について詳述したが、以下、本発明の各実施例毎に列挙する。

0044

 インクジェット・プリントヘッドからのインクの液滴の飛翔による遅延時間を補正するための装置であって、前記プリントヘッドを第1の軸に沿って第1の速度で走査するための第1の移動手段と、前記プリントヘッドにより液滴を媒体上に放出させるためのインクジェット・タイミング信号に応答して、前記プリントヘッドが前記第1の軸に沿って走査されるのにしたがって、テスト・パターンを媒体上に生成する制御手段と、前記テスト・パターンを光学的に検出し、それに応じて飛翔時間に依存の位相信号を提供するセンサ手段と、前記位相信号に応答して前記第1の速度における飛翔による遅延時間が補正されたインクジェット・タイミング信号を提供するプロセッサ手段とを含んでいる装置。

0045

 前記テスト・パターンが、水平方向に間隔が空いた複数の垂直バーを含んでいる実施例1に記載の装置。

0046

 前記センサ手段が、光検出器に対して光学的に整列した位相板を有しているセンサ・モジュールを含んでいる実施例2に記載の装置。

0047

 前記位相板が、水平方向に間隔が空いた複数のアパーチャを含んでいる実施例3に記載の装置。

0048

 前記アパーチャの間隔が、前記バーの間隔に等しい実施例4に記載の装置。

0049

 前記プロセッサ手段が、前記光検出器により検出された信号の周波数を決定し、これに応じた信号を提供するための手段を含んでいる実施例5に記載の装置。

0050

 前記プロセッサ手段が、前記検出された信号の前記周波数と前記テスト・パターンの空間周波数を比較し、これに応答して前記飛翔遅延が補正されたインクジェット・タイミング信号を提供するための手段を含んでいる実施例6に記載の装置。

0051

 前記プロセッサ手段が、更に、付加的な遅延を前記補正されたタイミング信号に加えて湾曲を補正するための手段を含んでいる実施例1に記載の装置。

0052

 前記付加的な遅延が、25パーセントである実施例8に記載の装置。

0053

 インクジェット・プリントヘッドからのインクの液滴の飛翔による遅延時間を補正するための方法であって、前記プリントヘッドを第1の軸に沿って第1の速度で走査するステップと、インクジェット・タイミング信号に応答して前記プリントヘッドにより液滴を媒体上に放出させ、前記プリントヘッドが前記第1の軸に沿って走査されるのにしたがって、テスト・パターンを媒体上に生成するステップと、前記テスト・パターンを光学的に検出し、それに応じて飛翔時間に依存の位相信号を提供するステップと、前記位相信号に応答して前記第1の速度における飛翔による遅延時間が補正されたインクジェット・タイミング信号を提供するステップとを含む方法。

0054

 更に、付加的な遅延を前記補正されたタイミングに加えて湾曲を補正するためのステップを含んでいる実施例10に記載の方法。

0055

前記付加的な遅延が、25パーセントである実施例11に記載の方法。

図面の簡単な説明

0056

本発明の教示を取り入れた熱インクジェット大型フォーマット・プリンタ/プロッタの斜視図である。
本発明のプリンタ/プロッタのキャリッジ・アセンブリ、キャリッジ位置決め機構、及び用紙位置決め機構の斜視図である。
本発明のプリンタにおいて使用される媒体位置決めシステムを単純化して表した斜視図である。
センサ・モジュールを示す本発明のキャリッジ・アセンブリの右底部から見た斜視図である。
本発明の教示に従ってペン整列を行うために使用されるテスト・パターンの拡大図である。
本発明のシステムにおいて使用されるセンサ・モジュールの右前方から見た斜視図である。
本発明のシステムにおいて使用されるセンサ・モジュールの右後方から見た斜視図である。
外部ハウジングと内部アセンブリを明らかにするために部分的に分解されたセンサ・モジュールの右後方から見た斜視図である。
部分的に分解された本発明のセンサ・モジュールの内部アセンブリを右後方から見た斜視図である。
分解された本発明のセンサ・モジュールの光学部品ホルダを右後方から見た斜視図である。
本発明のセンサ・モジュールの光学部品の概略図である。
本発明のセンサ・モジュールの位相板の平面図である。
本発明の整列システムにおいて使用されるテスト・パターンのキャリッジ軸パターンの図である。
本発明の整列システムにおいて使用されるテスト・パターンの媒体軸パターンの図である。
キャリッジの走査軸に沿った移動における媒体上に位置決めされた第1、第2、第3及び第4のインクジェット・カートリッジの正面図である。
本発明の整列システムにおいて使用される電子回路のブロック図である。
キャリッジ位置エンコーダと媒体位置エンコーダの出力を示す図である。
本発明のサンプル・パルス発生器回路により生成されるサンプル・パルスの図である。
本発明のセンサ・モジュールの出力の図である。
増幅及びフィルタリング後に本発明のセンサ・モジュールの出力がどのように現れるかを示す図である。
増幅及びフィルタリング回路の出力がどのようにサンプリングされて、本発明のスレーブ・マイクロプロセッサへの入力であるデータを提供するかを示す図である。
ペン・カートリッジのそれぞれの熱インクジェット・ノズルの拡大底面図である。
速度とプラテンの湾曲の影響による印刷画像に対するオフセットを示す図である。
湾曲したプラテンの上方のノズルの拡大側面図である。
本発明の図示された熱インクジェット・プリンタにおける印刷画像遅延(B)対キャリッジ速度の図である。

符号の説明

0057

 40:テスト・パターン
 402:第1のパターン
 404,406:キャリッジ軸パターン
 408:媒体軸パターン

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