(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーマルヘッドを構成する複数の発熱抵抗素子を、多値の印字データに基づいて駆動するサーマルヘッド駆動装置において、
入力される印字データに対し、前記サーマルヘッドにより印字・形成される画像の濃度特性がリニア特性となる１階調印字のストローブパルス幅データを格納した補正データ格納手段と、
前記補正データ格納手段の前記ストローブパルス幅データを電圧変化を示すアナログのデータに変換するデータ変換手段と、
前記データ変換手段が出力する前記電圧変化が予め定めた電圧レベルに達したか否かを監視する電圧レベル監視手段と、
前記電圧レベル監視手段の電圧レベルが所定値以上の場合に制御信号を出力し、アナログのデータに変換された前記１階調印字のストローブパルス幅データを用い、印字する階調レベルに応じてヘッド駆動電圧を変化させるヘッド駆動手段と、
を備えたことを特徴とするサーマルヘッド駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、サーマルヘッドを用いて階調画像を形成する各種のプリンタに利用されるサーマルヘッド駆動装置およびサーマルプリンタに関し、より詳細には、印字データによるガンマ変換補正に代わり、サーマルヘッドに印加する１階調印字あたりのエネルギー量を補正し、入力データが有する階調数を減らさずに、かつ滑らかなガンマ変換を行うサーマルヘッド駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、サーマルヘッドは、発熱抵抗体を等間隔でライン状に形成し、発熱抵抗体により発生するジュール熱を用いて記録を行うものである。サーマルヘッドによる記録は、感熱記録方式と熱転写方式に大別され、構造が簡単で、かつ保守性・操作性・静粛性に優れ、しかも経済的で信頼性が高いという特長を有している。さらに、モノクロ画像からカラー画像までの記録が可能であるため、用途が拡大してきており、このため、ファクシミリ、券売機、パーソナルコンピュータやビデオ装置の出力装置、電子黒板、ＯＡ関連機器の記録装置、といった各種の装置に広く使用されている。
【０００３】
さて、昇華型カラープリンタなどの階調記録を行うプリンタでは、昇華リボンに塗布された昇華染料をサーマルヘッドにより加熱し、昇華染料の昇華作用により、被印字用紙（受容紙）に階調画像を形成する。この形成された階調画像の入力データに対する出力画像濃度の特性は図５に示す如くとなる。この図５において、たとえば、入力画像データを１画素８ｂｉｔ（２５６階調）とした場合、入力データの０〜６８階調程度ではサーマルヘッドの発熱量が微小であるため、昇華リボンの染料を十分に昇華させることができず、この結果、画像がほとんど記録されないことになる。また、入力データの２００〜２５５階調程度では、サーマルヘッドをさらに加熱しても、それ以上に出力画像濃度が高くならず、飽和状態となってしまうことになる。
【０００４】
さらに、中間調部分では、図５に示すように、入力データに対する出力画像濃度は非常に立った状態の特性となるため、中間調部分において滑らかな画像を得ることができないといった不具合もあった。
【０００５】
そこで、上記不具合を解消するために、従来は図６に示す如く、入力データに対してあらかじめ用意したγ変換テーブルを参照し、出力データを補正する、いわゆるガンマ変換補正を行っている。なお、通常、このガンマ変換は、入力データに対して記録された出力画像の明度特性あるいは濃度特性がリニアな状態となるように、入力データをＲＯＭにルックアップテーブルとして用意し、これを非線形変換して出力データを作成し、該出力データに基づいて画像形成を行っている。
【０００６】
この従来におけるガンマ変換を用いた装置の概略構成を図７のブロック図に示す。図７において、７０１はγ変換テーブルデータを書き込んだＲＯＭ、７０２はＲＯＭ７０１を用いてガンマ変換し、出力されたデータを２値の２５６レベルのデータとして出力するサーマルヘッド駆動回路、７０３はサーマルヘッド駆動回路７０２からのデータに基づいて複数の発熱抵抗素子が駆動されるサーマルヘッドである。
【０００７】
図７の構成において、γ変換テーブルデータを書き込んだＲＯＭ７０１のアドレスに入力画像データを入力し、ガンマ変換を行う。ガンマ変換後の出力データを、サーマルヘッド駆動回路７０２によって、サーマルヘッドが印字可能な２値の２５６レベルのデータに変換し、１ライン周期間にサーマルヘッド７０３に２５６回レベルデータを転送し、印字する。このようにガンマ変換を行った場合における階調画像の入力データに対する出力画像濃度の特性は、概略的に見れば図８に示すように、リニアな特性となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記に示されるような従来の技術にあっては、２５６階調の入力データに対する出力データは、２５５−６８＝１８７階調程度しか使用することができないため、結果的に入力データの２５６階調をすべて表現することができず、図８に示す如く、粗い階段状の階調表現しか得ることができないという問題点があった。換言すれば、出力画像においては滑らかな階調変化部分に、疑似輪郭を生じさせるという画質低下を招来させていた。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、サーマルヘッドに印加する１階調印字あたりのエネルギー量を補正することにより、入力データが有する階調数を減らすことなく、かつ滑らかなガンマ変換を行い、出力画像の階調数を入力データの階調数のままの状態で表現し、画像品質の向上を図るサーマルヘッド駆動装置を提供することを第１の目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に係るサーマルヘッド駆動装置にあっては、サーマルヘッドを構成する複数の発熱抵抗素子を、多値の印字データに基づいて駆動するサーマルヘッド駆動装置において、入力される印字データに対し、前記サーマルヘッドにより印字・形成される画像の濃度特性がリニア特性となる１階調印字のストローブパルス幅データを格納した補正データ格納手段と、前記補正データ格納手段の前記ストローブパルス幅データを電圧変化を示すアナログのデータに変換するデータ変換手段と、前記データ変換手段が出力する前記電圧変化が予め定めた電圧レベルに達したか否かを監視する電圧レベル監視手段と、前記電圧レベル監視手段の電圧レベルが所定値以上の場合に制御信号を出力し、アナログのデータに変換された前記１階調印字のストローブパルス幅データを用い、印字する階調レベルに応じてヘッド駆動電圧を変化させるヘッド駆動手段と、を備えたものである。
【００１２】
すなわち、請求項１のサーマルヘッド駆動装置によれば、補正データ格納手段に、入力される印字データに対し、サーマルヘッドが印字・形成する記録画像の明度特性あるいは濃度特性がリニアとなるような階調レベルに対応した印字エネルギー補正データを格納しておき、さらに、この印字エネルギー補正データを電圧変化データに変換し、該電圧変化データに基づいてサーマルヘッドが印字する階調レベルに応じて印字エネルギーを変化させ、サーマルヘッドを駆動することにより、入力画像データが有する階調数を減らすことのないガンマ変換が実現する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るサーマルヘッド駆動装置について添付図面を参照し、詳細に説明する。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、本発明のサーマルヘッド駆動装置が適用されるに好適なサーマルプリンタの電気的な概略構成を示すブロック図である。図において、１０１は制御プログラムに基づいて装置内の各部の制御を司るＣＰＵ、１０２はＣＰＵ１０１により１ライン分の多値データが書き込まれるバッファＲＡＭ（入力データ格納手段に該当する）、１０３はバッファＲＡＭ１０２に書き込んだ多値データを６４バイトおきに１６バイト読み出し、読み出した８ｂｉｔ／１画素の階調データを２値の２５６レベルデータに変換し、出力ＲＡＭ１０４に書き込み、かつＲＯＭ１０５に対してレベルカウント値を出力する２値化部（２値化手段に該当する）、１０４は階調データを２値の２５６レベルデータに変換する２値化部１０３でレベル変換された印字データを格納する出力ＲＡＭ（出力データ格納手段に該当する）である。
【００２３】
また、１０５はＣＰＵ１０１がバッファＲＡＭ１０２に書き込んだ印字データに対し、サーマルヘッド１０８により印字・形成される記録画像の明度特性あるいは濃度特性がリニアとなるような階調レベルに対応した￣ＳＴＢパルス幅テーブルが格納されているＲＯＭ（補正データ格納手段に該当する）、１０６はストローブパスル￣ＳＴＢ（￣はＬＯＷアクティブを示す）を発生してサーマルヘッド１０８に供給するストローブジェネレータ（エネルギー可変手段に該当する）である。
【００２４】
また、１０７は内部システムクロック、ヘッドドライブ回路内の各種タイミング信号、およびサーマルヘッド１０８を駆動するタイミング信号（ＨＣＬＫ、ラッチパルス￣ＬＡＴＣＨ（￣はＬＯＷアクティブを示す））を生成するタイミングコントローラ、１０８は昇華リボン（図示せず）を介して被印字用紙に熱定着を行うサーマルヘッド、１０９は印字モードにおいてサーマルヘッド１０８に対して駆動電圧を供給するヘッド駆動電源である。また、バス１００にはＣＰＵ１０１およびバッファＲＡＭ１０２が接続されている。
【００２５】
図２は、図１におけるサーマルヘッド１０８の詳細な回路構成例を示すものである。サーマルヘッドドライバー２００が図２に示すように、１チップ６４画素構成となっている。サーマルヘッド１０８へのデータ転送はＨＤＡＴＡ１〜１６のシリアルデータを１６本パラレルで転送するように構成されている。
【００２６】
詳述すれば、サーマルヘッド１０８は、ライン状に配置され、一端がＶH ライン（電源ライン）に並列に接続され、他端がスイッチング回路ＴＲ1 〜ＴＲ1024に接続された複数の発熱抵抗素子Ｒ１〜Ｒ１０２４と、ヘッドドライブ回路（図示せず）から入力されるシリアルの印字データをパラレルのデータに変換する６４ｂｉｔシフトレジスタ２０１と、タイミングコントローラ１０７から供給されるラッチパルス￣ＬＡＴＣＨ（￣はＬＯＷアクティブを示す）に基づいてラッチする６４ｂｉｔラッチ回路２０２とを備えている。
【００２７】
さらに、６４ｂｉｔラッチ回路２０２の出力線とストローブジェネレータ１０６から供給される発熱抵抗素子Ｒ１〜Ｒ１０２４を駆動するためのストローブパルス￣ＳＴＢの供給線とに接続され、６４ｂｉｔラッチ回路２０２のラッチ信号￣ＬＡＴＣＨとストローブパルス￣ＳＴＢとの論理積信号を出力するアンドゲートＡＮＤ1 〜ＡＮＤ1024と、アンドゲートＡＮＤ1 〜ＡＮＤ1024からの出力により開閉制御され、発熱抵抗素子Ｒ１〜Ｒ１０２４に記録電流を流すスイッチング回路ＴＲ1 〜ＴＲ1024と、を備えている。
【００２８】
なお、スイッチング回路ＴＲ、アンドゲートＡＮＤ、６４ｂｉｔシフトレジスタ２０１、６４ｂｉｔラッチ回路２０２は、図示の如く６４ｂｉｔごとにドライブＩＣとして構成される。
【００２９】
つぎに、以上のように構成されたサーマルプリンタの動作について、図１、図２と共に、図３に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。図３において、（Ａ）はＣＰＵ１０１から出力されるスタート信号￣ＳＴＲＴ（￣はＬＯＷアクティブを示す）の波形、（Ｂ）はタイミングコントローラ１０７がＣＰＵ１０１に対して出力するライン同期割込信号￣ＬＳＹＮＣの波形、（Ｃ）は２値化部１０３のレベル変換動作を示す波形、（Ｄ）はサーマルヘッド１０８に対する転送データ、（Ｅ）はタイミングコントローラ１０７と２値化部１０３間によるＨＣＬＫ、（Ｆ）はストローブジェネレータ１０６がサーマルヘッド１０８に対して出力するストローブパルス￣ＳＴＢである。
【００３０】
また、（Ｇ）は２値化部１０３がＲＯＭ１０５に出力するレベルデータ（レベルカウント値：ＲＯＭ１０５のアドレス）、（Ｈ）はタイミングコントローラ１０７から出力されるラッチパルス￣ＬＡＴＣＨの波形、（Ｉ）は上記（Ｆ）の詳細な波形であり、ＲＯＭ１０５のデータによりストローブジェネレータ１０６によって生成された可変デューティの印字ストローブパルス、（Ｊ）は１レベルデータを示すＨＤＡＴＡ１〜１６、（Ｋ）は上記（Ｅ）の１ラインあたりのＨＣＬＫの波形である。
【００３１】
印字動作を行う場合、まず、ＣＰＵ１０１はバッファＲＡＭ１０２に１ライン（この実施の形態では８ｂｉｔ／１画素の１０２４画素のデータ）分の多値の印字データを書き込み、タイミングコントローラ１０７に対し、図３（Ａ）に示す如くスタート信号￣ＳＴＲＴをアクティブにし、印字動作のスタート指示を出力する。
【００３２】
タイミングコントローラ１０７は、２値化部１０３を制御してバッファＲＡＭ１０２からＣＰＵ１０１が書き込んだデータを６４バイトおきに１６バイト読み出す。読み出された８ｂｉｔ／１画素の階調データは、２値化部１０３で１６個のマグニチュードコンパレータで内部カウンタで発生した重みと比較し、２値の２５６レベルデータに変換して出力ＲＡＭ１０４へ１６ｂｉｔで書き込む。以上の動作を６４回行い、印字データを出力ＲＡＭ１０４に準備する。
【００３３】
つぎに、２値化部１０３は、出力ＲＡＭ１０４から前ラインの第１レベルの１６ｂｉｔデータを６４回順次読み出し、図３（Ｊ）に示す如くＨＤＡＴＡ１〜ＨＤＡＴＡ１６としてサーマルヘッド１０８へ転送する。
【００３４】
サーマルヘッド１０８では、まず、６４ｂｉｔシフトレジスタ２０１が、供給されるクロック￣ＨＣＬＫのタイミングで、供給される１ライン分のデータを取り込み、６４ｂｉｔラッチ回路２０２に順次出力する。
【００３５】
アンドゲートＡＮＤでは、６４ｂｉｔラッチ回路２０２から供給されるデータとストローブパルス￣ＳＴＢとの論理積が演算され、そこで得られる論理積信号が、スイッチング回路ＴＲのトランジスタベースに出力される。これにより、トランジスタが動作し、トランジスタのコレクタに接続された発熱抵抗体Ｒが発熱し、１ラインごとの印字が行われる。
【００３６】
この結果、昇華リボン（図示せず）の表面に塗布された昇華性インクが昇華し、記録紙に転写される。あるいは、感熱紙を用いた記録の場合には、サーマルヘッド１０８の発熱部分に該当する部分が発色し、記録紙に転写される。
【００３７】
ところで、ここで本発明では、ストローブジェネレータ１０６により生成される１階調レベルのストローブパルス￣ＳＴＢのパルス幅（図３（Ｉ）参照）は、２値化部１０３が出力するレベルカウントの値をアドレスとしたＲＯＭ１０５の出力データに基づいて決定される。
【００３８】
ＲＯＭ１０５には、ＣＰＵ１０１がバッファＲＡＭ１０２に書き込んだ印字データに対し、サーマルヘッド１０８が印字して形成される記録画像の明度特性あるいは濃度特性がリニアとなるような階調レベルに対応した￣ＳＴＢパルス幅テーブルが格納されており、サーマルヘッド１０８が印字する階調レベルに応じてストローブパルス￣ＳＴＢのパルス幅を変化させる。つまり、サーマルヘッド１０８に加えるエネルギーを、印字される階調レベルに応じて変化させることによってガンマ変換を行う。
【００３９】
また、この実施の形態では階調レベルに対応した￣ＳＴＢパルス幅テーブルをあらかじめ格納したＲＯＭ１０５を用いているが、このＲＯＭ１０５はＲＡＭなどの記憶手段を用いて格納テーブルデータをＣＰＵ１０１がプリンタの初期化などに、プログラムが格納されたＲＯＭ（図示せず）などから転送するように構成してもよい。
【００４０】
以上説明したような、サーマルヘッド１０８に対するデータ転送動作および印字動作を第１階調レベルから第２５６階調レベルまで実行し、１ライン目の印字を終了すると共に、タイミングコントローラ１０７は、ＣＰＵ１０１に対してライン同期割込信号￣ＬＳＹＮＣ（図３（Ｂ）参照）をアサートし、次ラインの印字データの転送を要求する。
【００４１】
この動作は、ＣＰＵ１０１がスタート信号￣ＳＴＲＴをデアクティブにするまで継続され、被印字用紙および昇華リボン（いずれも図示せず）をライン同期割込信号￣ＬＳＹＮＣに同期させて搬送することにより、被印字用紙に階調画像が形成される。
【００４２】
（実施の形態２）
この実施の形態２では、前述した実施の形態１に対し、１階調印字中のサーマルヘッドの駆動電圧を変化させることにより、ガンマ特性の変換を行う例について述べる。
【００４３】
図４は、実施の形態２に係るサーマルプリンタの主要構成を示すブロック図である。図において、４０１はＲＯＭ１０５が出力するデジタルデータをアナログデータ（電圧値を示すデータ）に変換するＤ／Ａ変換器（データ変換手段に該当する）、４０２はＤ／Ａ変換器４０１が出力する電圧を入力・保持するバッファである。
【００４４】
また、ヘッド駆動電源１０９（ヘッド駆動手段に該当する）は、バッファ４０２を介してＤ／Ａ変換器４０１が出力する電圧を入力し、その電圧が予め定めた設定電圧レベルに達したか否かを監視し、入力電圧レベルが設定電圧レベル以上の場合に光点灯することでトランジスタがＯＮし、そのトランジスタによる信号をコントロール部４０４に供給するフォトカプラ４０３と、フォトカプラ４０３の出力に基づいてスイッチング部４０５を制御するコントロール部４０４と、コントロール部４０４の出力信号に基づいて供給する電源入力をスイッチングするスイッチング部４０５と、を備えている。なお、他の構成要素は前述した図１の構成と同一であるため、ここでは省略している。
【００４５】
つぎに、以上のように構成されたサーマルプリンタの動作について説明する。図４において、まず、ＲＯＭ１０５に格納してある１階調印字のストローブパルス幅テーブルからデータを出力する。この出力データはデジタルデータであるので、これをＤ／Ａ変換器４０１によりアナログ変換（電圧変化を示すデータ）する。さらに、この電圧変化のデータを電圧安定化のためにバッファ４０２を介してヘッド駆動電源１０９のフォトカプラ４０３に供給する。
【００４６】
すなわち、上記電圧変化をバッファ４０２を介してヘッド駆動電源１０９にフィードバックする。そして、その電圧が予め定めた設定電圧レベルに達したか否かを監視し、入力電圧レベルが設定電圧レベル以上の場合に光点灯することでトランジスタがＯＮし、そのトランジスタによる信号をコントロール部４０４に供給する。コントロール部４０４は、フォトカプラ４０３の出力レベルに応じて制御信号を出力し、印字する階調レベルに応じたヘッド駆動電圧ＶH を変化させることにより、サーマルヘッド１０８に加える印字エネルギーを階調ごとに変化させて、ガンマ変換を行う。
【００４７】
つぎに、この実施の形態１、２が奏する効果について述べる。まず、従来のガンマ変換は、入力画像データをγ変換テーブルに基づいて変換し、これを出力画像データとしていたため、出力画像の階調性が減少し、その結果、滑らかな階調表現を行うことが困難である旨については先に述べた通りである。
【００４８】
これに対し、この実施の形態では、ＲＯＭ１０５に、入力画像データに対し、サーマルヘッド１０８が印字・形成する記録画像の明度特性あるいは濃度特性がリニアとなるような階調レベルに対応した印字エネルギー補正データ（ストローブパルス幅データ、ヘッド電源電圧データ）を格納しておき、この格納された印字エネルギー補正データを用い、サーマルヘッド１０８に印加する印字エネルギーを印字される階調レベルに応じて変化させることにより、入力画像データが有する階調数を減らすことのないガンマ変換が実現する。
【００４９】
したがって、入力画像データのもつ階調数をそのままの状態で画像出力することになり、滑らかな階調変化をそのまま表現することが可能となり、非常に高品位の記録画像を提供することができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るサーマルヘッド駆動装置（請求項１）によれば、正データ格納手段に、入力される印字データに対し、サーマルヘッドが印字・形成する記録画像の明度特性あるいは濃度特性がリニアとなるような階調レベルに対応した印字エネルギー補正データを格納しておき、さらに、この印字エネルギー補正データを電圧変化データに変換し、該電圧変化データに基づいてサーマルヘッドが印字する階調レベルに応じて印字エネルギーを変化させ、サーマルヘッドを駆動するため、入力画像データが有する階調数を減らすことのないガンマ変換が実現し、入力画像データのもつ階調数をそのままの状態で画像出力することになり、滑らかな階調変化をそのまま表現することが可能となり、非常に高品位の記録画像が得られるサーマルヘッド駆動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のサーマルヘッド駆動装置が適用されるに好適なサーマルプリンタの電気的な概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１におけるサーマルヘッドの詳細な回路構成例を示すものである。
【図３】本発明による実施の形態に係るサーマルヘッドの駆動タイミングを示すフローチャートである。
【図４】本発明による実施の形態２に係るサーマルプリンタの主要構成を示すブロック図である。
【図５】従来における階調画像の入力データに対する出力画像濃度の特性（ガンマ補正前）を示すグラフである。
【図６】従来におけるガンマ変換補正例を示すグラフである。
【図７】従来におけるガンマ変換によるサーマルヘッド駆動装置の構成を示すブロック図である。
【図８】従来におけるガンマ変換補正を行った場合の階調画像の入力データに対する出力画像濃度の特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１０１  ＣＰＵ
１０２  バッファＲＡＭ
１０３  ２値化部
１０４  出力ＲＡＭ
１０５  ＲＯＭ
１０６  ストローブジェネレータ
１０７  タイミングコントローラ
１０８  サーマルヘッド
１０９  ヘッド駆動電源
２００  サーマルヘッドドライバ
２０１  ６４ｂｉｔシフトレジスタ
２０２  ６４ｂｉｔラッチ回路
４０１  Ｄ／Ａ変換器
４０２  バッファ
４０３  フォトカプラ
４０４  コントロール部
４０５  スイッチング部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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