(57)【要約】  本発明は、有形の被印刷物上に設けられる印刷領域内に画像を印刷するための携帯装置に関し、この装置は、被印刷物上に手で置くことができ、被印刷物上のベンチマークの位置とは別に予め定められている関係を用いて、印刷される画像の対応する点に関係している、少なくとも１つの取り去りできるベンチマーク（９６〜９９）と、ベンチマークに対する印字ヘッドの位置を測定できる測定部と、印字ヘッドの位置の測定値からペンと被印刷物を隔てる距離を決定し、この距離が予め定められている閾値より大きい場合に、被印刷物への画像の印刷を防止できる制御部（１４）とを備えている。【選択図】図３
2013510738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有形の被印刷物上に設けられる印刷領域内に画像を印刷するための携帯装置であって、前記装置は、
−前記印刷領域内に手で置くことができ、かつ印字ヘッド（１２）を備える少なくとも１つのペン（８；９２）と、
−前記被印刷物上に手で置くことができる少なくとも１つの取り去り可能なベンチマーク（２０〜２３；９６〜９９）であって、前記被印刷物上の前記ベンチマークの位置に関係なく予め定められている関係によって、印刷される画像の対応する点に関係している前記ベンチマーク（２０〜２３；９６〜９９）と、
−前記ベンチマークに対する前記印字ヘッドの位置を測定するようになっている、前記印字ヘッドの位置を測定するための測定部と、
−前記印字ヘッドを制御し、予め定められている像点の前記被印刷物への印刷を制御するようになっている制御部（１４）であって、
・前記ベンチマークに対する前記印字ヘッドの実際の測定位置、および
・像点と前記ベンチマークとを関係付ける予め定められている関係
に従って、印刷する前記像点を決定するようになっている前記制御部（１４）とを備え、
前記制御部（１４）は、前記印字ヘッドの位置の測定値から、前記ペンと前記被印刷物との距離を決定し、前記距離が予め定められている閾値より大きい場合に、前記被印刷物への前記画像の印刷を防止するようになっていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記測定部は、前記ベンチマークに対する前記印字ヘッドの方向を測定するようにもなっており、前記制御部（１４）は、前記測定方向に応じて、前記印字ヘッドを制御するようにもなっていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記装置は、
−少なくとも２つのベンチマーク（２０〜２３；９６〜９９）と、
−前記２つのベンチマーク間の距離を測定するようになっている前記測定部と、
−前記距離に比例して前記画像を拡大または縮小するために、前記２つのベンチマーク間の前記測定距離に応じても、印刷する像点を決定するようになっている前記制御部（１４）とを備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
−前記装置は、前記ベンチマークに関係なく、手で置くことができる少なくとも１つの中継マーカ（１１２）を備え、前記中継マーカは、前記被印刷物に対するその位置に関係なく予め定められている関係によっては、像点に関係付けられておらず、
−前記測定部は、
・前記中継マーカを基準とする基準フレームにおける前記ペンの位置を検出するためのセンサ（９４）と、
・前記ベンチマークに対する前記中継マーカの位置を検出するためのセンサ（１２０）と、
・前記中継マーカを基準とする前記基準フレームで表されている前記ペンの測定位置を、前記ベンチマークに対する位置に変換するための変換器（１２２）も備えている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記測定部は、
−少なくとも１つの磁気センサ（９４）、および少なくとも１つの磁界源（１０２；１１６）であって、前記磁気センサまたは前記磁界源の一方が、前記ペンに内蔵されているのに対して、他方は、前記ベンチマークまたは前記中継マーカに内蔵されている、前記磁気センサおよび前記磁界源と、
−前記磁界源から放射される磁界について前記センサが読み取った測定値から、前記ベンチマークまたは前記中継マーカに対する前記印字ヘッドの位置を決定するための決定器（３３）とを備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記磁気センサ（９４）は、３軸磁気センサであり、前記磁界源（１０２；１１６）は、３軸磁界源であることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記測定部は、
−前記ペンと前記ベンチマーク、または前記中継マーカとの間で伝播されるようになっている波の、少なくとも１つの送信器（３０）および１つの受信器（３２）であって、前記送信器または前記受信器の一方は、前記ペンに内蔵されているのに対して、他方は、前記ベンチマークまたは前記中継マーカに内蔵されおり、
−前記送信器と前記受信器との間の前記波の伝播時間から、前記ベンチマークまたは前記中継マーカに対する前記印字ヘッドの位置を決定するための決定器（３３）を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
有形の被印刷物上に設けられる印刷領域内において、前記被印刷物上に予め定められている像点を印刷するために、前記印刷領域内に手で置くことができるペンに内蔵されている印字ヘッドを使用して、画像を印刷する方法であって、
−前記被印刷物上に、少なくとも１つの取り去り可能なベンチマークであって、前記被印刷物上の前記ベンチマークの位置とは関係なく予め定められている関係によって、印刷される前記画像の対応する点に関係している前記ベンチマークを手で置くステップ（５２）と、
−前記ベンチマークに対する前記印字ヘッドの位置を測定するステップ（５６）と、
−印刷する像点を決定するステップ（６８）であって、
・前記ベンチマークに対する前記印字ヘッドの実際の測定位置、および
・像点と前記ベンチマークとを関係付ける予め定められている関係に応じて決定するステップと、
−前記予め定められている像点を前記被印刷物上に印刷するために、前記印字ヘッドを制御するステップとを有し、かつ
前記印字ヘッドの位置の測定値から、前記ペンと前記被印刷物との距離を決定するステップ（６０）と、前記距離が予め定められている閾値より大きい場合に、前記被印刷物への前記画像の印刷を防止するステップ（６４）とを備えていることを特徴とする方法。
【請求項９】
前記被印刷物に対する前記印字ヘッドの方向を測定するステップと、前記ベンチマークに対する前記印字ヘッドの測定方向が、頂角および予め定められている方向によって画定されるインク射出許可円錐内に含まれていない場合に、前記被印刷物への前記画像の印刷を防止するステップとを備えていることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記被印刷物に対する前記ペンの方向を測定するステップ（５８）と、測定方向に応じて前記被印刷物に射出するインク量を調節するステップとを備えていることを特徴とする請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
電子計算機が命令を実行する時、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の方法を実施する命令を備えていることを特徴とするデータ記録媒体（１６）。
【請求項１２】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置の構成要素であるペン（８；９２）であって、前記ペンは、印字ヘッド（１２）を備えており、かつ前記印刷領域内に手で置くことができ、前記ベンチマークに対する前記印字ヘッドの位置を測定するようになっている前記測定部の要素の少なくとも一部（３０；９４）を組み込んであり、前記ペンは、前記印字ヘッドの位置の測定値から、前記ペンと前記被印刷物との距離を決定し、前記距離が予め定められている閾値より大きい場合に、前記被印刷物への前記画像の印刷を防止するようになっている制御部（１４）を備えていることを特徴とするペン。
【請求項１３】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置の構成要素である制御部（１４）であって、前記制御部（１４）は、前記印字ヘッドの位置の測定値から、前記ペンと前記被印刷物との距離を決定し、前記距離が予め定められている閾値より大きい場合に、前記被印刷物への前記画像の印刷を防止するようにプログラムされていることを特徴とする制御部。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有形の被印刷物上に設けられる印刷領域内に画像を印刷するための携帯装置および方法に関する。また本発明は、この印刷方法を実施するためのデータ記録媒体、ペンおよびベンチマークにも関する。
【０００２】
本発明は、特に「非接触」印刷装置に関する。すなわち、印刷される被印刷物に、印字ヘッドが直接物理的に接触しない印刷装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
印刷装置は、次のものを備えている。
−印刷領域内に手で置くことができ、かつ印字ヘッドを備える少なくとも１つのペンと、
−印字ヘッドの位置を測定するための測定部と、
−印字ヘッドを制御し、予め定められている像点を被印刷物上に印刷するのを制御するようになっている制御部。
【０００４】
このような装置は、例えば特許文献１（ＵＳ５，８６１，８７７）に開示されている。この公知の装置において、ペンの位置は、加速度計または同様の位置センサを用いて測定される。従って、ペンの位置は、その開始点と比較して測定される。
【０００５】
これは、画像を正しく印刷するには、画像を印刷する被印刷物に対して、ペンの開始点を正しく位置合わせする必要があることを示している。この操作を手作業で行うのは、面倒であることは理解しうる。
【０００６】
さらに、印刷プロセスが始まると、完了するまで続けなければならない。その理由は、画像の印刷が完了する前に、被印刷物からペンを引き揚げると、以前使用していたのと同じ開始点に、非常に正確にペンを位置合わせすることによってしか、この印刷を再開できないからである。画像の印刷を、印刷領域の任意の点から開始することはできない。
【０００７】
前述の第１の装置と並んで、特許文献２（ＵＳ６，８０８，３３０）は、被印刷物内に位置ラベルを組み込むことによって、ペンの位置を測定する第２の印刷装置を提案している。ペンが、これらのラベルの１つの上を通過する時、ラベルを読み取って、被印刷物に対するペンの位置を決定するようになっている。しかし、この第２の装置を使用して、位置ラベルを欠いている被印刷物上に画像を印刷することはできない。
【０００８】
特許文献３（ＤＥ１０，２００５，００３，３３３）や特許文献４（ＷＯ２００４／０１５９８０）に記載されているような他の印刷装置は、ペンの位置を検出するために、マーカを使用している。しかし、これらの装置では、被印刷物に対する本当の「非接触」印刷はできない。例えば、ペンの一部とのちょっとした物理的接触によって変形するか、または破れることがある、曲がり易いか、または傷つき易い被印刷物上に画像を印刷するために、これらの装置を使用することはできない。さらに、これらの装置には、印刷距離が不適当になるのを避けるための手段が設けられていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第５８６１８７７号明細書
【特許文献２】米国特許第６８０８３３０号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１０２００５００３３３３号明細書
【特許文献４】国際公開第２００４／０１５９８０号
【特許文献５】欧州特許第１５０２５４４号明細書
【特許文献６】仏国特許出願公開第０９５３４６２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の１つの目的は、上記の欠点の少なくとも１つを改善することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
従って、本発明は、携帯印刷装置に関し、
−被印刷物上に手で置くことができる、少なくとも１つの取り去り可能なベンチマークを備え、このベンチマークは、被印刷物上のベンチマークの位置とは関係なく予め定められている関係によって、印刷される画像の対応する点に関係付けられており、
−印刷装置の測定部は、ベンチマークに対する印字ヘッドの位置を測定するようになっており、
−印刷装置の制御部は、
・ベンチマークに対する印字ヘッドの実際の測定位置と、
・像点とベンチマークとを関係付ける予め定められている関係とに応じて、印刷される像点を決定するようになっており、
−さらに、制御部は、印字ヘッドの位置の測定値から、ペンと被印刷物との距離を決定し、この距離が予め定められている閾値より大きい場合に、被印刷物への画像の印刷を防止するようになっている。
【００１２】
被印刷物上に少なくとも１つのベンチマークを置き、このベンチマークに対するペンの位置を測定することにより、ベンチマークを基準とする基準フレームにおけるペンの位置を特定することができる。従って、測定位置は、ペンの開始点とは関係がない。従って、この印刷装置においては、開始点にペンを正確に位置合わせする必要はない。また、印刷が中断されたとき、印刷領域の任意の点から印刷プロセスを再開することもできる。
【００１３】
ベンチマークは、被印刷物とは別の機構である。従って、この印刷装置は、任意の被印刷物に印刷することができる。
【００１４】
最後に、ペンと被印刷物との距離が限度を超えていることから生じる不適切な印刷を、回避することができる。
【００１５】
本発明の印刷装置の実施形態は、次の特徴を１つ以上備えているのがよい。
・測定部は、ベンチマークに対する印字ヘッドの方向を測定するようにもなっており、制御部は、この方向の測定値に応じて印字ヘッドを制御するようにもなっている。
・印刷装置は、
−少なくとも２つのベンチマークと、
−これら２つのベンチマーク間の距離を測定するようになっている測定部と、
−この距離に比例して画像を拡大または縮小するために、これら２つのベンチマーク間の測定距離に応じても、印刷する像点を決定するようになっている制御部とを備えている。
・印刷装置は、ベンチマークとは関係なく、手で置くことができる少なくとも１つの中継マーカを備え、この中継マーカは、被印刷物に対するその位置とは関係なく予め定められている関係で像点に関係付けられてはおらず、さらに、測定部は、
−この中継マーカを基準とする基準フレームにおけるペンの位置を検出するセンサと、
−ベンチマークに対する中継マーカの位置を検出するセンサと、
−中継マーカを基準とする基準フレームで表されたペンの測定位置を、ベンチマークに対する位置に変換する変換器とを備えている。
・測定部は、
−磁気センサまたは磁界源のどちらか一方が、ペンに内蔵されているのに対して、他方は、ベンチマークまたは中継マーカに内蔵されている、少なくとも１つの磁気センサおよび少なくとも１つの磁界源と、
−磁界源が放射した磁界を、磁気センサが測定した測定値から、ベンチマークまたは中継マーカに対する印字ヘッドの位置を決定する決定器とを備えている。
・磁気センサは、３軸磁気センサであり、磁界源は３軸磁界源である。
・測定部は、
−送信器または受信器のどちらか一方がペンに内蔵されているのに対して、他方は、ベンチマークまたは中継マーカに内蔵されており、ペンとベンチマークまたは中継マーカとの間を伝播するようになっている波の、少なくとも１つの送信器および１つの受信器と、
−送信器と受信器との間の波の伝播時間から、ベンチマークまたは中継マーカに対する印字ヘッドの位置を決定する決定器とを備えている。
【００１６】
さらに、印刷装置の実施形態は、次の利点を有する。
−印刷中にベンチマークに対する印字ヘッドの方向を考慮することにより、印刷品質を改善している。
−少なくとも２つのベンチマークを使用し、これら２つのベンチマーク間の距離を測定することにより、この測定距離に比例して印刷画像を拡大または縮小している。
−中継マーカを使用することにより、ペン位置の測定に使用する信号の電力を増大することなしに、印刷領域を拡大している。
−磁気センサおよび磁界源を使用することにより、ベンチマークに対するペンの位置を正確に測定している。
−３軸磁気センサおよび３軸磁界源を使用することにより、同時に同じ磁気センサおよび同じ磁界源を使用して、ベンチマークに対するペンの位置および方向を測定できる。
−送信器および受信器を使用することにより、波の伝播時間からペンの位置を測定しており、その結果、正確な測定値を得ている。
【００１７】
また、本発明は、予め定められている像点を被印刷物上に印刷するために、印刷領域内に手で置くことができるペンに内蔵されている印字ヘッドを使用して、有形の被印刷物上に設けられる印刷領域内に画像を印刷する方法にも関し、この方法は、
−被印刷物上に、少なくとも１つの取り去り可能なベンチマークで、被印刷物上のベンチマークの位置とは関係なく予め定められている関係によって、印刷される画像の対応する点に関係しているベンチマークを手で置くステップと、
−ベンチマークに対する印字ヘッドの位置を測定するステップと、
−印刷する像点を、
・ベンチマークに対する印字ヘッドの実際の測定位置、および
・像点とベンチマークとを関係付ける予め定められている関係に応じて、決定するステップと、
−予め定められている像点を被印刷物上に印刷するように印字ヘッドを制御するステップと、
−印字ヘッドの位置の測定値からペンと被印刷物との距離を決定し、この距離が予め定められている閾値より大きい場合に、被印刷物への画像の印刷を防止するステップとを備えている。
【００１８】
この印刷プロセスの実施形態は、次の特徴を備えているのがよい。
・被印刷物に対する印字ヘッドの方向を測定するステップと、ベンチマークに対する印字ヘッドの方向測定値が、頂角および予め定められている方向によって画定されるインク射出許可円錐内に含まれていない場合に、被印刷物への画像の印刷を防止するステップとを備えている。
・被印刷物に対するペンの方向を測定するステップと、方向測定値に応じて、被印刷物上に射出するインク量を調節するステップとを備えている。
【００１９】
また、本発明は、電子計算機が実行すると、上記の印刷方法を実施する指令を有する
データ記録媒体にも関する。
【００２０】
また、本発明は、上記の印刷装置の構成要素であるペンにも関し、このペンは、ベンチマークに対する印字ヘッドの位置を測定するようになっている測定部の要素の少なくとも一部を内蔵し、制御部は、印字ヘッドの位置の測定値からペンと被印刷物との距離を決定し、この距離が予め定められている閾値より大きい場合に、被印刷物上に画像を印刷するのを防止するようになっている。
【００２１】
最後に、本発明は、上記の印刷装置の構成要素である制御部にも関し、この制御部は、印字ヘッドの位置の測定値からペンと被印刷物のとの距離を決定し、この距離が予め定められている値より大きい場合に、被印刷物上に画像を印刷するのを防止するようにプログラムされている。
【００２２】
本発明は、添付の図面を参照して、限定することなく単なる例として挙げる、以下の説明を読むことによって、よりよく理解しうると思う。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】印刷装置の第１の実施形態の概略の斜視図である。
【図２】図１の装置を使用する印刷方法のフロー図である。
【図３】印刷装置の第２の実施形態の概略の斜視図である。
【図４】携帯印刷装置の第３の実施形態の概略の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
全ての図において、同一の要素には、同じ符号を使用している。
【００２５】
以下の説明において、当業者に公知の特徴および機能については、詳細には説明しない。
【００２６】
図１は、水平に置かれている有形の被印刷物４上に、画像を印刷するための装置２を示している。
【００２７】
本明細書において、画像とは、被印刷物４上に印刷しうるあらゆる種類のパターンのことである。これらのパターンは、白黒、または灰色の濃淡、または必要なら色の濃淡を有するカラーであってもよい。これらのパターンは、写真、幾何学模様などに相当してもよい。
【００２８】
被印刷物４は、平らで水平な上面を有している。被印刷物４は、印刷することができるあらゆる種類の材料から作られる。本明細書において、被印刷物４は、印字ヘッドと直接接触すると、損傷する恐れがある材料から作られているものとする。例えば、被印刷物４は、人間の皮膚、蜘蛛の巣、ミルクの膜、ビールの泡等のような曲がり易く、傷つき易い膜であってもよい。
【００２９】
印刷装置２は、携帯用である。すなわち、工学的な持ち上げ手段を必要としないで、人間が直接運搬することができる。そのため、印刷装置２の要素の全重量は、１０ｋｇより軽く、特に５〜１ｋｇより軽い方が好ましい。運搬を容易にするために、印刷装置２の要素の全容積は、通常０．１５ｍ3より小さく、１０-3〜１０-4ｍ3より小さい方が好ましい。
【００３０】
印刷装置２は、ペン８を備えており、このペン８は、被印刷物４の上面に設けられ、その内部に画像が印刷される印刷領域１０上に、操作者が手で置くことができる。ペン８は、被印刷物と直接接触するのを避けるために、ゼロでない閾値Ｓ3より大きい高さｈだけ、被印刷物４から垂直に離れていなければならない。
【００３１】
印刷領域１０は、ここでは、幅Ｌおよび長さＬｇの長方形である。
【００３２】
ペン８は、基本的に長さ方向の軸Ａ１に沿って延びている。操作者の手によって容易に扱うことができるように、ペン８の寸法は定められている。例えば、ペン８の長さは、２０ｃｍより短く、その幅は、５ｃｍより狭い。ペン８の重さは、通常、１ｋｇより軽く、２００ｇより軽い方が好ましい。
【００３３】
ペン８は、この被印刷物４への印刷に必要な全ての要素を集めている印字ヘッド１２を備えている。例えば、印字ヘッド１２は、次のものを備えるインクジェット印字ヘッドである。
−被印刷物４に射出するインクの１つ以上の貯蔵部と、
−少なくとも１つのインク射出ノズルと、
−貯蔵部からインクをノズルに転送し、被印刷物にインクを射出する少なくとも１つの作動部。
【００３４】
本明細書においては、各インク射出ノズルは、基本的に軸Ａ１に平行に延びていると想定している。
【００３５】
また、ペン８は、次のものも備えている。
−印字ヘッドを制御する制御部１４と、
−被印刷物４上に印刷される画像を有するメモリ１６と、
−インタフェース１８と、
−電池などの操作に必要な電源（図示せず）。
【００３６】
制御部１４は、メモリ１６に接続されている。メモリ１６に記録されている画像は、例えば「ビットマップ」フォーマットなどの標準フォーマットなどで、符号化されている。ここでは、印刷される画像は、長方形の画像である。
【００３７】
制御部１４は、データ記録媒体に記録されている命令を実行するようになっている、プログラム可能な電子計算機から作成されている。このため、メモリ１６は、制御部１４が実行すると、図２の方法を実行するのに、必要な命令を備えている。
【００３８】
インタフェース１８は、印刷される画像をメモリ１６に記録するために、ペン８をコンピュータに接続する働きをする。
【００３９】
また、印刷装置２は、被印刷物４上に手で置くことができる取り除き可能なベンチマークも備えている。この実施形態では、印刷装置は、４つのベンチマーク２０〜２３を備えている。
【００４０】
ベンチマーク２０〜２３は、既に存在する被印刷物４の上に付加される。従って、これらのベンチマークは、被印刷物４とは別の機構であり、操作者が自由に被印刷物４上に置くことができる。ここでは、ベンチマークは、この被印刷物４上に置かれ、重力だけを利用して、被印刷物４上の位置を維持するようになっている。
【００４１】
これらのベンチマークのそれぞれは、被印刷物上のベンチマークの位置とは関係なく、予め定められている関係によって、印刷される画像の点に関係付けられている。この予め定められている関係は、例えばメモリ１６に記録されている。ここでは、この予め定められている関係は、ベンチマーク２０〜２３のそれぞれが、印刷される長方形の画像の角に対応することを示しているものとする。従って、これらのベンチマークは、印刷領域１０の範囲を定めていることになる。
【００４２】
印刷装置２は、ベンチマーク２０〜２３に対する印字ヘッド１２の位置および方向を測定するユニットを備えている。このユニットは、印字ヘッドの６つの自由度を測定する。このため、印字ヘッドの位置および方向は、ベンチマーク２０に対して何らの自由度もなく固定されている直交ＸＹＺ基準フレームで表される２つのトリプレットからなる座標（ｘ，ｙ，ｚ）および座標（θx，θy，θz）によって、それぞれ示されている。ここで、ＸＹＺ基準フレームのＸおよびＹ方向は、被印刷物４の上面に平行であるのに対して、Ｚ方向は、垂直に延びている。角度θx、θy、θzは、軸Ａ１とそれぞれＸ、Ｙ、Ｚ方向とが成す角度に相当している。
【００４３】
印字ヘッド１２の位置を決定するために、この実施形態では、ペン８およびベンチマーク２０〜２３は、それぞれ電磁波の送信器３０および受信器３２を備えている。例えば、送信器３０および受信器３２は、略語ＵＷＢの方がよく知られているウルトラワイドバンド波の送信器および受信器である。これらの送信器および受信器のそれぞれは、送信器３０と受信器３２との間の波の伝播時間を測定するために、波の送信時刻および受信時刻を測定するためのタイマを備えている。
【００４４】
また、制御部１４は、伝播時間の測定値からペン８とそれぞれのベンチマーク２０〜２３との距離を決定する決定器３３も備えている。
【００４５】
印字ヘッドの方向は、ここでは、印字ヘッドを基準とする軸Ａ１の方向によって示されている。従って、印字ヘッド１２の方向を測定することは、角度θx、θy、θzを測定することである。このため、測定部は、次のものも備えている。
−ペン８に対して何らの自由度もなく固定されている加速度計３４および磁力計３６と、
−ベンチマーク２０〜２３のそれぞれに対して何らの自由度もなく固定されている加速度計３８および磁力計４０。
【００４６】
例えば、加速度計３４および磁力計３６は、ペン８に内蔵されている。加速度計３８および磁力計４０は、ベンチマーク２０〜２３のそれぞれに内蔵されている。
【００４７】
加速度計３４は、軸Ａ１と地球の重力場の局所的方向によって示される鉛直方向とが成す角度を測定する。磁力計３６は、軸Ａ１と地球の磁界の磁北とが成す角度を測定する。
【００４８】
軸Ａ１の方向測定の精度を向上するために、加速度計３４および磁力計３６は、ペン８の印字ヘッド１２から最も遠い部分に設けられるのが好ましい。
【００４９】
加速度計３８は、ベンチマークを基準とする軸Ａ２と鉛直線とが成す角度を測定する。磁力計４０は、この軸Ａ２と磁北とが成す角度を測定する。
【００５０】
軸Ａ２の方向は、被印刷物４の上面の方向を表す必要がある。このため、本明細書では、各ベンチマークは、被印刷物４上に置かれるとき、軸Ａ２が被印刷物４の上面に正しく垂直になるようになっている。例えば、それぞれのベンチマークは、軸Ａ２に垂直で、かつ被印刷物４の上面に直接載るようになっている、少なくとも１つの平面を備えている。各ベンチマークは、これらの平面を２つより多く持たず、かつベンチマークの他の面は、凹面であることが好ましい。ここで、各ベンチマークは、円筒形であり、その円筒形の回転軸が軸Ａ２である。
【００５１】
以下、印刷装置２の動作について、図２の方法に関して詳細に説明する。
【００５２】
最初のステップ５０では、印刷される画像が、メモリ１６に記録されることが好ましい。このため、例えば、ペン８は、インタフェース１８を介してコンピュータに接続されている。
【００５３】
次いで、ステップ５２では、ベンチマーク２０〜２３が、被印刷物４上に手で置かれる。ここでは、ベンチマーク２０〜２３は、印刷領域１０の角を定めるように配置されている。
【００５４】
ステップ５４では、ペン８に電圧が加えられ、次いで印刷領域１０の方に運ばれる。
【００５５】
次いで、ステップ５６では、ベンチマーク２０〜２３に対する印字ヘッド１２の位置が測定される。このため、決定器３３は、送信器／受信器３０からベンチマーク２０〜２３に送信される電磁波の伝播時間を測定する。次いで、これらの伝播時間を使用して、制御部１４が、印字ヘッド１２からベンチマーク２０〜２３のそれぞれまでの距離を決定する。同様に、ステップ５６では、ベンチマーク２０〜２３の相互の距離が測定される。これらの種々の伝播時間に基づき、制御部１４は、例えば三角測量によって、ＸＹＺ基準フレームにおける印字ヘッド１２の座標（ｘ，ｙ，ｚ）を決定する。
【００５６】
並行して、ステップ５８では、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向に対する軸Ａ１の方向も測定される。このため、加速度計３４および磁力計３６は、それぞれ鉛直線および磁北に対する軸Ａ１の方向を測定する。同時に、ベンチマーク２０〜２３のそれぞれの加速度計３８および磁力計４０は、それぞれ鉛直線および磁北に対する軸Ａ２の方向を測定する。次いで、これらの測定値は、制御部１４に伝達され、この制御部１４は、これらの値を組み合わせて、ＸＹＺ基準フレームにおける軸Ａ１の角座標（θx，θy，θz）を取得する。
【００５７】
ペン８の位置および方向測定値に基づき、ステップ６０では、制御部１４は、印字ヘッド１２から被印刷物４までの垂直距離ｈ（図１）、および軸Ａ１と垂直方向Ｚとの角θzの値を決定する。
【００５８】
ステップ６２では、制御部１４は、ペンが被印刷物４の面にほぼ垂直のインク射出許可円錐内にあるかどうかを調べる。このため、例えば、距離ｈおよび角θzの絶対値は、それぞれ予め定められている閾値Ｓ1およびＳ2と比較される。距離ｈが閾値Ｓ1より大きい場合、または角θzの絶対値が閾値Ｓ2より大きい場合、ステップ６４において、印字ヘッド１２から被印刷物４へインクを射出するのが、自動的に防止される。従って、閾値Ｓ1およびＳ2は、インク射出許可円錐を画定している。ペンがこの円錐内にない場合、すなわち被印刷物４から遠すぎるか、またはこの被印刷物に対して傾き過ぎている場合、印刷を適正に行うことができないので、印刷は、中止されなければならない。
【００５９】
逆にペンが円錐内にある場合、続いてステップ６６に進み、被印刷物４上のインクの堆積点Ｐ（図１）の座標を計算する。点Ｐは、印字ヘッド１２が射出するインクが堆積する、印刷領域１０の位置である。点Ｐの座標は、印字ヘッドの座標（ｘ，ｙ，ｚ）および座標（θx，θy，θz）から得られる。例えば、点Ｐの座標は、印字ヘッドから射出されるインクの軌道と、印刷領域１０との交点の座標を計算することによって得られる。
【００６０】
次いで、ステップ６８では、制御部１４は、メモリ１６に記録されている、点Ｐに関係している画像の点を特定する。このために、各ベンチマークと像点に関する予め定められている関係が使用される。
【００６１】
例えば、画像の点がまだ特定されていない場合、動作７０の間、制御部１４は、ペン８に対する種々のベンチマーク２０〜２３の位置から、印刷領域１０のサイズを計算する。次いで、この動作７０中に、制御部１４は、ＸＹＺ基準フレームで表されている点Ｐの座標を、印刷される画像のピクセルに対応する座標に変換するために使用できる伸縮係数を計算する。例えば、Ｘ方向およびＹ方向にそれぞれ沿った２つの伸縮係数ＣxおよびＣyが、次の式を用いて計算される。
Ｃx＝（Ｌimg／Ｌ）
Ｃy＝（Ｌｇimg／Ｌｇ）
上式で、ＬimgおよびＬｇimgは、印刷される画像のそれぞれ幅および長さである。
【００６２】
従って、ベンチマーク間の間隔は、印刷画像の寸法を決定する。言い換えると、ベンチマーク間の間隔が広くなればなるほど、印刷画像は大きくなる。逆に、ベンチマーク相互間が近くなればなるほど、印刷画像は小さくなる。本明細書では、全ての例において、印刷画像は、印刷領域全体を占有する。
【００６３】
この特定の例では、印刷領域および印刷される画像が長方形なので、伸縮係数ＣxおよびＣyは、点Ｐの座標（ｘ，ｙ）にかかわらず一定である。
【００６４】
しかし、印刷領域と印刷される画像が同じ形状でない（例えば、定められている印刷領域が台形であり、印刷される画像は長方形である）場合、画像が常に印刷領域を完全に満たすように、伸縮係数ＣxおよびＣyは、点Ｐの座標（ｘ，ｙ）に応じて変わる。
【００６５】
伸縮係数ＣxおよびＣyが決定されると、動作７２中に、それらの伸縮係数を使用して、堆積位置の座標（ｘ，ｙ）から印刷されるピクセルの座標が得られる。例えば、ｘおよびｙの座標に、それぞれ伸縮係数ＣxおよびＣyを掛け算するだけで得られる。
【００６６】
印刷されるピクセルが特定されると、ステップ７４中に、制御部１４は、ステップ６８において特定されたピクセルを印刷するように印字ヘッドに命令する。このステップ中に、ペン８の測定方向に応じて、被印刷物に射出されるインク量が調節されることが好ましい。
【００６７】
次いで、ステップ７７中に、印刷されたピクセルの座標が、例えばメモリ１６などに記憶され、次いで、制御部１４は、全ての画像ピクセルが既に印刷されているか、それともまだ印刷されていないかを調べる。
【００６８】
全てのピクセルが既に印刷されている場合、ステップ７８に進み、印刷プロセスは自動的に終了する。次いで、ペンの電源が切られ、ベンチマーク２０〜２３は、被印刷物４から取り去られる。被印刷物４への画像の印刷が終了する。
【００６９】
逆に、まだ全てが印刷されていない場合には、ステップ８０中に、操作者は、印刷領域１０の印刷がまだ行われていない場所の方に、ペン８を手で動かす。このステップ８０の完了時に、印刷される画像の全てのピクセルが被印刷物４上に印刷されていない限り、ステップ５６〜８０は繰り返される。
【００７０】
図３は、印字ヘッド１２の位置および方向を測定するためのユニットが異なる点を除いては、印刷装置２と全く同じ印刷装置９０を示している。より具体的には、今度の測定部は、少なくとも１つの３軸磁界源、および少なくとも１つの３軸磁気センサを用いて作成されている。
【００７１】
「３軸磁界源」は、同一直線状にない少なくとも三つの異なる方向に、磁界を送信できる磁界源のことである。通常、これらの伝達方向は、互いに直交している。例えば、このような３軸磁界源は、三つの互いに直交する巻線軸の周りにそれぞれ巻かれた三つのコイルを用いて作成されている。例えば、各コイルの巻線は、三つの巻線軸の交点Ｏの各側にほぼ同等に分散されている。このような３軸磁界源は、遠方界において、点Ｏを中心とする三つの磁気双極子として、モデル化することができる。点Ｏからの距離が、３軸磁界源の最大寸法の少なくとも３〜４倍であるとき、遠方界にいると見なされる。３軸磁界源の最大寸法は、例えば、コイルの最大長に等しい。３軸磁界源は、伝達軸のそれぞれに沿って同時に、または時間的に順次に磁界を送信する。
【００７２】
「３軸磁気センサ」は、相互に同一直線状にない少なくとも三つの測定軸上の磁界の大きさを測定できるセンサのことである。通常、これらの測定軸は、互いに直交している。このような３軸磁気センサは、例えば、コイルが、磁界を送信するためではなく、磁界の大きさを測定するために使用されるということを除いて、３軸磁界源と同様に作成されている。
【００７３】
図３の実施形態では、ペン８は、ペン８と同じペン９２によって置換されている。しかしながら、加速度計３４および磁力計３６は、３軸磁気センサ９４によって置換されている。この３軸磁気センサ９４は、ペン９２に付加され、例えばこのペンに内蔵されている。
【００７４】
ベンチマーク２０〜２３は、ベンチマーク９６〜９９と置換されている。これらのベンチマーク９６〜９９は、加速度計３８および磁力計４０が、ベンチマーク９６においては３軸磁界源１０２によって、ベンチマーク９７〜９９においては、３軸磁気センサ１０４によって置換されていることを除いて、ベンチマーク２０〜２３と全く同じである。
【００７５】
送信器３０および受信器３２は、ペンとベンチマーク９６〜９９とのデータの交換を可能にするために設けられている。このデータ交換は、例えば３軸磁界源１０２と３軸磁気センサ１０４とを、時間同期させるために使用される。
【００７６】
決定器３３は、連立方程式を解くことにより、ベンチマーク９６に何らの自由度なく固定されているＸＹＺ基準フレームにおける印字ヘッド１２の位置および方向を決定する。この連立方程式は、３軸磁界源１０２と３軸磁気センサ９４との間の磁気相互作用をモデル化することにより得られる。この連立方程式においては、印字ヘッドの座標（ｘ，ｙ，ｚ）および座標（θx，θy，θz）は、未知数である。この連立方程式についての詳細なデータについては、特許文献５（ＥＰ１，５０２，５４４）に見ることができる。また、特許文献６（ＦＲ０９，５３，４６２）を参照することもできる。
【００７７】
印刷装置９０の動作は、印字ヘッドの位置および方向の測定の仕方が異なることを除いて、図２に関して述べた動作と全く同じである。
【００７８】
図４は、例えば少なくとも１つの中継マーカを備えていることを除いて、印刷装置９０と全く同じ印刷装置１１０を示す。図４を簡単にするために、中継マーカ１１２を、１つだけ示している。
【００７９】
中継マーカ１１２は、印字ヘッドの位置および方向を測定するために使用される信号の電力を必ずしも増大することなく、印刷領域１０の寸法を拡大する働きをする。より具体的には、この実施形態において、ベンチマーク９６に内蔵されている３軸磁界源１０２から送信される磁界の実用範囲は、カバレッジエリア１１４によって示されている。ここでは、このカバレッジエリア１１４は、ベンチマーク９７および９８を含むほど十分に広くはないと想定している。
【００８０】
中継マーカ１１２は、他のベンチマークおよびペン９２とデータを交換するための送信器／受信器３２を備えている。また、この中継マーカ１１２は、３軸磁界源１１６も備え、この３軸磁界源は、例えば３軸磁界源１０２と全く同じである。この３軸磁界源１１６の実用範囲は、カバレッジエリア１１８で示されている。中継マーカ１１２は、自装置のカバレッジエリア１１８がベンチマーク９７および９８を含むように、カバレッジエリア１１４内に設けられている。さらに、ペン９２は、カバレッジエリア１１８内にあり、カバレッジエリア１１４内にはない。
【００８１】
最後に、中継マーカ１１２は、例えば３軸磁気センサ１０４と全く同じ、３軸磁気センサ１２０を備えている。
【００８２】
また、ペン９２内には、座標変換部１２２も設けられている。
【００８３】
ベンチマーク９７、９８およびペン９２が、もっぱらカバレッジエリア１１８内だけにあるので、これらのベンチマーク９７、９８およびペン９２の位置および方向は、中継マーカ１１２に対して何らの自由度なく固定されているＸ’Ｙ’Ｚ’基準フレームで表される（図４は、Ｘ’方向およびＹ’方向だけを示している）。しかしながら、中継マーカ１１２は、３軸磁気センサ１２０を備えているので、ベンチマーク９６に対するこの中継マーカ１１２の位置および方向を測定する。これらの測定値から、変換部１２２は、ＸＹＺ基準フレームにおける中継マーカ１１２の位置および方向が分かっているので、Ｘ’Ｙ’Ｚ’基準フレームで表されているペン９２の座標（ｘ’，ｙ’，ｚ’）を、ＸＹＺ基準フレームで表される座標（ｘ，ｙ，ｚ）に変換する。これ以降の印刷装置１１０の動作は、印刷装置９０の動作と全く同じである。
【００８４】
多数の他の実施形態も、実施可能である。特に、インクジェット印刷以外の他の種類の印刷も、実施可能である。例えば、印字ヘッドを、熱転写によって、電子写真または他の方法によって印刷できる、別の印字ヘッドに置換することができる。
【００８５】
被印刷物は、任意の形状、鉛直線に対する任意の傾き、および任意の大きさ、あるいは任意の被印刷物の材質を有してもよい。例えば、被印刷物は、１枚の紙、硝子板、壁、天井、裏地であってもよい。被印刷物の材質に、インクだけを必要に応じて適合させればよい。被印刷物が鉛直線に対して傾いているとき、ベンチマークは、これを被印刷物４に取り付ける手段を備えていることが好ましい。例えば、被印刷物と接触するようになっているこのベンチマークの平らな面は、このベンチマークを被印刷物に接着させ、次いで、このベンチマークを被印刷物から手で取り外せる接着剤で覆われている。
【００８６】
印刷領域が、印字ヘッドの位置および方向を測定するために使用する信号の範囲より大きい場合、中継マーカを使用する代わりに、ベンチマークを、より大きい電力、およびより広い範囲に届く信号を送信できるベンチマークと、置換してもよい。
【００８７】
ベンチマークの数は、４つより多くてもよい。例えば、４つを超えるベンチマークは、例えば５角形の印刷領域などの、角が４つより多い印刷領域の範囲を定めるのに役立つ。
【００８８】
また、ベンチマークの数は、４つより少なくてもよいが、簡略化した場合でも、１つは必要である。例えば、図３の実施形態では、印刷装置９０のベンチマーク９７〜９９を削除しうる。しかし、ベンチマークが１つの場合、伸縮係数は、もはや２つのベンチマーク間の距離の関数ではなくなる。従って印刷領域の寸法は、一定か、または画像の寸法に等しいと体系的に想定するか、または画像の寸法だけから決定する。
【００８９】
替わりに、ベンチマークと画像のピクセルとを関係付ける予め定められている関係は、１つ以上の第１のベンチマークに関してだけ予め記録されており、１つ以上の第２のベンチマークに関しては、予め記録されていない。例えば、第１のベンチマークが１つだけあると想定する。この場合、計算によって、第２のベンチマークに関する予め定められている関係が求められる。例えば、第２のベンチマークに関する予め定められている関係は、第１のベンチマークに対する第２のベンチマークの位置の測定値と、第１のベンチマークと画像のピクセルとを関係付ける予め定められている関係から決定される。
【００９０】
被印刷物４については、印刷面が平面という特定の例について説明した。しかし、この印刷面は、必ずしも平面ではなくてもよい。例えば、半球形でもよいし、また他の隆起を有していてもよい。種々のベンチマーク間の被印刷物の形状についての知識に基づき、かつベンチマークに対するペンの位置および方向の測定から、ペンから被印刷物までの距離、および被印刷物に対するペンの方向を、決定することができる。
【００９１】
ベンチマークは、必ずしも画像の角に対応しない。例えば、代替として、各ベンチマークは、画像の角以外の画像の予め定められている点に関係している。具体的には、あるベンチマークが、画像の中心に関係していてもよいのに対して、別のベンチマークは、画像の上辺の中点に関係していてもよいということである。
【００９２】
一方にペンがあり、他方にベンチマークがある図に関して説明してきた種々の要素の配置は、変更することができる。例えば、代替として、制御部およびメモリを、ベンチマークに内蔵することができる。一般に、ペンの要素によって行われると本明細書で説明している機能は、ペンとベンチマークとの間で異なるように分散されていてもよい。
【００９３】
また、印刷される画像を記録しているメモリも、必ずしもペンにも、ベンチマークの１つの中にもある必要はない。例えば、インタフェース１８を介してペン８と通信できるコンピュータ内に配置されていてもよい。この場合、ペンは、必要に応じて、印刷する画像のデータを読み出すことができる。
【００９４】
また、磁界源をベンチマークの中ではなく、ペンの中に入れることも可能であり、少なくとも１つがベンチマーク内に、少なくとも１つがペン内にある複数の磁界源を同時に使用することも可能である。
【００９５】
代替として、３軸磁界源１１６および３軸磁気センサ１２０は、巻線軸が同一直線状にない３つのコイルからなる同じ３軸セットから作成される。この場合、３軸セットは、ソースモードまたはセンサモードで制御される。３軸セットのコイルがソースモードで制御されるとき、コイルは、電力を供給されて、磁界を生成する。ソースモードでは、３軸セットは、上述の３軸磁界源の１つと全く同じである。センサモードでは、コイルに電圧は加えられない。その結果、コイルを通過する周囲の磁束により電流が生じ、それによって周囲の磁界を測定できる。センサモードでは、３軸セットは、上述の３軸磁気センサの１つと全く同じである。
【００９６】
ウルトラワイドバンド波以外の種類の波も使用することができる。例えば、音波を使用することができる。
【００９７】
伸縮係数は、例えば２つのベンチマーク間の距離だけから決定することができる。この場合には、ベンチマークは、印刷される画像の対角線に印をつけるために使用され、この対角線の両端に置かれることが好ましい。
【００９８】
別の代替形態では、伸縮係数の計算が省略される。この場合、印刷領域のサイズは、一定であるか、またはメモリ１６に記録されている画像の寸法のみによって決定される。
【００９９】
代替として、印字ヘッドの位置だけが測定され、その方向は測定されない。この場合、未知数の数が減少するので、磁気センサおよび磁界源の軸数を、減少させることができる。例えば、３軸磁気センサまたは３軸磁界源の代わりに、２軸磁気センサまたは２軸磁界源を使用することができる。また、使用する軸数も、３軸磁気センサまたは３軸磁界源の数を減らすことによって、減らすことができる。
【０１００】
また、ペンの方向は、４元数によって表してもよい。
【０１０１】
各磁界源が、特定の周波数パターンで周期的磁界を継続的に生成する場合、送信器３０および受信器３２を介しての３軸磁界源１０２と３軸磁気センサ９４および１０４との時間同期は、不要である。その代わりに、同期検出を使用することができる。
【０１０２】
また、印刷方法も変更することができる。例えば、印刷の自動中断を除くことができる。この場合、被印刷物４への印刷は、操作者によって停止され、自動的には停止されない。
【０１０３】
ステップ７７を、印刷領域の同じ点に複数のインクの層を連続して重ねて印刷できるように変更することができる。例えば、ステップ７７中、被印刷物４の点Ｐに印刷するたびに、印刷したピクセルおよび印刷した色を記録する。次いで、ペン８の点Ｐの２回目の通過中に、制御部１４は、この点Ｐに印刷する２番目のインクを自動的に選択する。ペンが同じ点を通過するたびに堆積させるインクは、異なっても、異ならなくてもよい。同じ点に堆積される連続する層のインクは、混じり合っても、混じり合わなくてもよい。印刷領域の各点Ｐに塗料の層が全て堆積するまで、印刷を停止しない。
【０１０４】
ステップ６２は、印刷を自動的に防止する条件に関して、他の決定基準に従うように変更することができる。例えば、簡易化した代替形態では、閾値Ｓ1またはＳ2との比較が省略される。
【０１０５】
別の代替形態では、測定距離ｈが予め定められている閾値Ｓ3より小さいとき、印刷は自動的に防止される。高さｈがこの閾値Ｓ3より低くなると、ペン８が被印刷物４に近すぎて、この印刷物と接触する恐れがあることを、ユーザに警告するために、例えば音響信号などの警報が自動的にトリガされる。被印刷物４にペン８が接触すると、被印刷物を損傷する恐れがあるからである。
【０１０６】
ステップ６８中の印字ヘッドの制御は、軸Ａ１の方向の関数でもよい。例えば、インクの流速またはインクの射出量は、鉛直線に対する軸Ａ１の方向に応じて調節される。逆に、測定方向の関数としてのインクの射出量の調節を、省略してもよい。
【０１０７】
別の実施形態では、印刷装置２は、同じ印刷領域内に同じ画像を同時に印刷するために使用される複数のペンを備えている。この場合、複数の操作者が、同じ印刷領域内に同時に同じ画像を印刷することに取り組むことができる。それぞれのペンによって印刷される同じ画像の種々の部分を完全に揃えて配置するためには、それぞれのペンの位置を、ベンチマークに関係する同じ基準フレームで測定するだけで十分である。
【０１０８】
特許請求の範囲の従属項に記載する特徴については、画像の印刷を自動的に防止できる特徴から独立して実施してもよい。具体的には、ペンが印刷物から遠すぎるか、または印刷物に対して傾きすぎている場合に、画像の印刷を防止する特徴を実施する必要なしに、中継マーカを使用することができる。
【符号の説明】
【０１０９】
２、９０、１１０  印刷装置
４  被印刷物
８、９２  ペン
１０  印刷領域
１２  印字ヘッド
１４  制御部
１６  メモリ
１８  インタフェース
２０〜２３、９６〜９８  ベンチマーク
３０  送信器
３２  受信器
３４、３８  加速度計
３６、４０  磁力計
５０〜６８、７４〜８０  ステップ
７０、７２  動作
１１２  中継マーカ
１１４、１１８  カバレッジエリア
１１６  ３軸磁界源
１２０  ３軸磁気センサ
１２２  座標変換部
Ａ１、Ａ２  軸
ｈ  高さ
Ｌ  幅
Ｌｇ  長さ
Ｐ  点
【図１】
2013510738.tif 000003
【図２】
2013510738.tif 000004
【図３】
2013510738.tif 000005
【図４】
2013510738.tif 000006
【国際調査報告】
2013510738.tif 000007
2013510738.tif 000008
2013510738.tif 000009
2013510738.tif 000010