(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクタンクからノズルにインクを供給するためのインク通路内のインクを加圧し、該ノズルからインクを吐出して、印刷媒体上にドットを形成する印刷ヘッドであって、
前記印刷ヘッドは、インク滴を分割することによって、同一のインク量でドットの分割数が異なる複数のドット形成状態を形成することが可能であり、
前記インク通路内のインクに付加される圧力を変更するための圧力変更ユニットと、
前記インクに所定の圧力波形で圧力が付加されるように前記圧力変更ユニットを制御する駆動ユニットとを備え、
該駆動ユニットは、前記インク通路内の圧力が低下する際の圧力変動に関するパラメータを、前記複数のドット形成状態に対応付けられた印刷データの階調値に応じて変更することにより、同一のインク量に対して前記複数のドット形成状態を実現可能であり、
前記所定の圧力波形は、前記インクに圧力を加える加圧波形部分と、その後に圧力を低減する減圧波形部分とを含む波形であり、
前記パラメータは、前記減圧波形部分の開始タイミングと、前記減圧波形部分における圧力の低減量と、前記減圧波形部分における圧力の変化率と、のうちのいずれかである、
印刷ヘッド。
【請求項２】
インクタンクからノズルにインクを供給するためのインク通路内のインクを加圧し、該ノズルからインクを吐出して、印刷媒体上にドットを形成する印刷ヘッドであって、
前記印刷ヘッドは、インク滴を分割することによって、同一のインク量でドットの分割数が異なる複数のドット形成状態を形成することが可能であり、
前記インク通路内のインクに付加される圧力を変更するための圧力変更ユニットと、
前記インクに所定の圧力波形で圧力が付加されるように前記圧力変更ユニットを制御する駆動ユニットとを備え、
該駆動ユニットは、前記インク通路内の圧力が低下する際の圧力変動に関するパラメータを、前記複数のドット形成状態に対応付けられた印刷データの階調値に応じて変更することにより、同一のインク量に対して前記複数のドット形成状態を実現可能であり、
前記所定の圧力波形は、前記インクに圧力を加える加圧波形部分と、該加圧波形部分に先だって圧力を低減するプレ減圧波形部分とを含む波形であり、
前記パラメータは、前記プレ減圧波形部分における圧力の低減量である印刷ヘッド。
【請求項３】
前記圧力変更ユニットは、前記インク通路内の断面積を変更することによりインクにかけられる圧力を変更するユニットである請求項１記載の印刷ヘッド。
【請求項４】
請求項３記載の印刷ヘッドであって、
前記圧力変更ユニットは、印加された電圧に応じて所定の歪みを生じる電歪素子が前記インク通路に隣接して設けられたユニットであり、
前記駆動ユニットは、前記電歪素子に印加される電圧を制御するユニットである印刷ヘッド。
【請求項５】
印刷媒体上の各画素にインクを吐出してドットを形成することにより多階調の画像を印刷する印刷装置であって、
ハーフトーン処理された印刷データを入力する入力ユニットと、
予め設定された複数種類のドットを、前記印刷データの階調値に応じて使い分けて各画素に形成するドット形成ユニットとを備え、
前記ドット形成ユニットは、インク滴を分割することによって、同一のインク量でドットの分割数及び１画素当たりのドットの総面積が異なる複数のドット形成状態を形成することが可能であり、
前記ドット形成ユニットは、インク通路内の圧力が低下する際の圧力変動に関するパラメータを前記印刷データの階調値に応じて変更することによって前記複数のドット形成状態を実現するものであり、
前記ドット形成ユニットは、
インクを吐出するためのノズルと、
インクタンクから前記ノズルにインクを供給するためのインク通路と、
該インク通路内のインクに付加される圧力を変更するための圧力変更ユニットと、
前記インクに所定の圧力波形で圧力が付加されるように前記圧力変更ユニットを制御する駆動ユニットとを備え、
該駆動ユニットは、前記インク通路内の圧力が低下する際の圧力変動に関するパラメータを、前記複数のドット形成状態に対応付けられた印刷データの階調値に応じて変更することにより、同一のインク量に対して異なる形成状態でのドットの形成を実現するユニットであり、
前記所定の圧力波形は、前記インクに圧力を加える加圧波形部分と、その後に圧力を低減する減圧波形部分とを含む波形であり、
前記パラメータは、前記減圧波形部分の開始タイミングと、前記減圧波形部分における圧力の低減量と、前記減圧波形部分における圧力の変化率と、のうちのいずれかである、
印刷装置。
【請求項６】
印刷媒体上の各画素にインクを吐出してドットを形成することにより多階調の画像を印刷する印刷装置であって、
ハーフトーン処理された印刷データを入力する入力ユニットと、
予め設定された複数種類のドットを、前記印刷データの階調値に応じて使い分けて各画素に形成するドット形成ユニットとを備え、
前記ドット形成ユニットは、インク滴を分割することによって、同一のインク量でドットの分割数及び１画素当たりのドットの総面積が異なる複数のドット形成状態を形成することが可能であり、
前記ドット形成ユニットは、インク通路内の圧力が低下する際の圧力変動に関するパラメータを前記印刷データに応じて変更することによって前記複数種類のドットの形成を実現するものであり、
前記ドット形成ユニットは、
インクを吐出するためのノズルと、
インクタンクから前記ノズルにインクを供給するためのインク通路と、
該インク通路内のインクに付加される圧力を変更するための圧力変更ユニットと、
前記インクに所定の圧力波形で圧力が付加されるように前記圧力変更ユニットを制御する駆動ユニットとを備え、
該駆動ユニットは、前記インク通路内の圧力が低下する際の圧力変動に関するパラメータを、前記複数のドット形成状態に対応付けられた印刷データの階調値に応じて変更することにより、同一のインク量に対して異なる形成状態でのドットの形成を実現するユニットであり、
前記所定の圧力波形は、前記インクに圧力を加える加圧波形部分と、該加圧波形部分に先だって圧力を低減するプレ減圧波形部分とを含む波形であり、
前記パラメータは、前記プレ減圧波形部分における圧力の低減量である印刷装置。
【請求項７】
前記圧力変更ユニットは、前記インク通路内の断面積を変更することによりインクにかけられる圧力を変更するユニットである請求項５記載の印刷装置。
【請求項８】
請求項７記載の印刷装置であって、
前記圧力変更ユニットは、印加された電圧に応じて所定の歪みを生じる電歪素子が前記インク通路に隣接して設けられたユニットであり、
前記駆動ユニットは、前記電歪素子に印加される電圧を制御するユニットである印刷装置。
【請求項９】
請求項８記載の印刷装置であって、
前記ドット形成ユニットは、
各画素に吐出するインク量を変更可能なインク吐出ユニットと、
各画素に吐出されるインク量、吐出回数および吐出位置を変更することにより前記複数のドット形成状態のいずれかでドットを形成するように前記インク吐出ユニットを制御する駆動ユニットとを備える印刷装置。
【請求項１０】
印刷媒体上にドットを形成することで多階調の画像を印刷する印刷装置であって、
所定数の階調値にハーフトーン処理された印刷データを入力する入力ユニットと、
インク通路内の圧力が低下する際の圧力変動に関するパラメータを変更することにより、同一のインク量で再現される濃度が異なるようにドットの形成状態を変更できる形成状態変更ユニットと、
印刷媒体の種類を入力する印刷媒体入力ユニットと、
前記印刷データの階調値と前記ドットの形成状態との対応関係を、前記印刷媒体ごとに予め記憶する記憶ユニットと、
前記記憶ユニットに従って前記形成状態変更ユニットを制御して、前記印刷媒体の種類に応じた形成状態でドットを形成する制御ユニットとを備え、
前記形成状態変更ユニットは、インク滴を分割することによって、同一のインク量でドットの分割数が異なる複数のドット形成状態を実現することが可能であり、
前記圧力変動は、前記インクに圧力を加える加圧波形部分と、その後に圧力を低減する減圧波形部分とを含む圧力波形によって生じる変動であり、
前記パラメータは、前記減圧波形部分の開始タイミングと、前記減圧波形部分における圧力の低減量と、前記減圧波形部分における圧力の変化率と、のうちのいずれかである、
印刷装置。
【請求項１１】
前記記憶ユニットが記憶する対応関係は、印刷データの階調値に対し、単位面積当たりに吸収可能なインク量が低い印刷媒体ほど、再現される濃度が高い形成状態を対応づけて設定された関係である請求項１０記載の印刷装置。
【請求項１２】
前記形成状態変更ユニットは、吐出されるインク滴に局所的な速度差を与えて前記インク滴を分割することによって、分割されたドットを形成するユニットである請求項１０記載の印刷装置。
【請求項１３】
前記形成状態変更ユニットは、インクを吐出する印刷ヘッドと前記印刷媒体との距離を変更することによって前記ドットの形成状態を変更するユニットである請求項１０記載の印刷装置。
【請求項１４】
請求項１０記載の印刷装置であって、
インクを吐出する印刷ヘッドを前記印刷媒体に対して往復動させる主走査ユニットを備え、
前記形成状態変更ユニットは、該主走査における移動速度を変更することによって前記ドットの形成状態を変更するユニットである印刷装置。
【請求項１５】
インク通路内の圧力が低下する際の圧力変動に関するパラメータを変更することにより、同一のインク量で再現される濃度が異なるようにドットの形成状態を変更できる形成状態変更ユニットを備える印刷装置により、印刷媒体上の各画素にドットを形成して、多階調の画像を印刷する印刷方法であって、
前記形成状態変更ユニットは、インク滴を分割することによって、同一のインク量でドットの分割数が異なる複数のドット形成状態を実現することが可能であり、
（ａ）  所定数の階調値にハーフトーン処理された印刷データを入力するステップと、
（ｂ）  印刷媒体の種類を入力するステップと、
（ｃ）  前記印刷データの階調値と前記複数のドット形成状態との対応関係について前記印刷媒体ごとに予め設定されたデータを参照して、前記印刷媒体の種類に応じた形成状態でドットを形成するステップとを備え、
前記圧力変動は、前記インクに圧力を加える加圧波形部分と、その後に圧力を低減する減圧波形部分とを含む圧力波形によって生じる変動であり、
前記パラメータは、前記減圧波形部分の開始タイミングと、前記減圧波形部分における圧力の低減量と、前記減圧波形部分における圧力の変化率と、のうちのいずれかである、
印刷方法。
【請求項１６】
インクタンクからノズルにインクを供給するためのインク通路内のインクに付加される圧力を変化させる圧力変更ユニットを備え、該圧力変更ユニットによって前記インクを加圧することで前記ノズルからインクを吐出して印刷媒体上にドットを形成する印刷ヘッドの駆動方法であって、
前記印刷ヘッドは、インク滴を分割することによって、同一のインク量でドットの分割数が異なる複数のドット形成状態を形成することが可能であり、
前記圧力変更ユニットは、前記インク通路内の圧力が低下する際の圧力変動に関するパラメータを、前記複数のドット形成状態に対応付けられた印刷データの階調値に応じて変更することにより、同一のインク量に対して前記複数のドット形成状態を実現するものであり、
圧力が低減する低減波形部分を有する所定の波形で前記圧力が変化するように前記圧力変更ユニットを駆動する際に、該低減波形部分に関するパラメータを制御することにより、同一のインク量を維持しつつドットの形成状態を制御し、
前記パラメータは、前記低減波形部分の開始タイミングと、前記低減波形部分における圧力の低減量と、前記低減波形部分における圧力の変化率と、のうちのいずれかである、
印刷ヘッドの駆動方法。
【請求項１７】
インク通路内の圧力が低下する際の圧力変動に関するパラメータを変更することにより、同一のインク量で再現される濃度が異なるように印刷媒体上におけるドットの形成状態を印刷データに応じて変更できる形成状態変更ユニットを備える印刷装置を駆動するためのプログラムをコンピュータ読みとり可能に記録した記録媒体であって、
前記形成状態変更ユニットは、インク滴を分割することによって、同一のインク量でドットの分割数が異なる複数のドット形成状態を実現することが可能であり、
印刷を行う印刷媒体の種類を入力する機能と、
前記印刷データの階調値と前記複数のドット形成状態との対応関係について前記印刷媒体ごとに予め設定された対応関係データと、
前記対応関係データに基づいて、前記形成状態変更ユニットを制御する機能とを実現するプログラムを記録した記録媒体であり、
前記圧力変動は、前記インクに圧力を加える加圧波形部分と、その後に圧力を低減する減圧波形部分とを含む圧力波形によって生じる変動であり、
前記パラメータは、前記減圧波形部分の開始タイミングと、前記減圧波形部分における圧力の低減量と、前記減圧波形部分における圧力の変化率と、のうちのいずれかである、
記録媒体。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、インクを吐出してドットを形成し多階調の画像を印刷する技術に関し、インク量はほぼ同等で形成態様の異なる複数種類のドットを用いて印刷を行う技術に関する。
背景技術
コンピュータで処理された多色多階調の画像を印刷する出力装置として、種々のプリンタが広く用いられている。かかるプリンタの一つとして、例えば、ヘッドに備えられた複数のノズルから吐出される数色のインクによりドットを形成して画像を記録するインクジェットプリンタがある。インクジェットプリンタは、通常、各画素ごとにはドットのオン・オフの２階調しか表現し得ない。従って、原画像データの有する多階調をドットの分布により表現するハーフトーン処理を施した上で画像を印刷する。
豊かな階調表現を実現を図る技術として、各画素ごとに３値以上の階調表現を可能とした多値プリンタもある。多値プリンタには、同一の色相について濃度の異なる複数のインクを用いたプリンタ、ドットを形成するインク量が可変のプリンタなどがある。インク量が可変のプリンタには、インクを吐出する回数を変えて一画素へのインク量を変更するプリンタ、一回に吐出されるインク量を変更可能なプリンタが知られている。多値プリンタは階調表現を滑らかにし、画質を向上させることができる。
インクを吐出するプリンタでは、印刷画質は印刷用紙の影響も受ける。吐出されたインクの浸透が、印刷用紙に応じて異なるからである。例えば、いわゆる普通紙では、インクが用紙内部に浸透しやすい。このため、普通紙では、インクの染料を用紙表面付近に十分保持しておくことができず、本来表現されるべき濃度が実現されなくなる。従来、かかる弊害を抑制するため、普通紙などインクが浸透しやすい印刷媒体に印刷を行う際には、通常よりも吐出されるインク量を増していた。具体的には、かかる印刷媒体が選択されている場合には、ドットの記録密度が高くなるようにハーフトーン処理の内容を変更していた。
従来の多値プリンタでは、各画素あたりに表現可能な濃度が比較的限られていた。例えば、濃度の異なるインクを多数備えることにより多くの階調を表現しようとすれば、ヘッドが大型化する等の別の課題を招くことになる。また、一般に印刷媒体には、それぞれ単位面積当たりに吸収可能なインク量に上限がある（以下、デューティ制限と呼ぶ）から、各画素に吐出するインク量の変更はかかる上限の範囲内に制限されていた。特に、普通紙のようにインクが浸透しやすい印刷媒体では、デューティ制限が比較的低いため、従来の印刷装置では、表現すべき濃度を十分に実現できず、十分な画質を確保することができなかった。
インク量を変更してドットを形成する場合には、印刷速度およびヘッドの機構上の制限もあった。ヘッドの駆動周波数が一定という条件下では、一画素への吐出回数を増やすほど印刷速度が低下する。各ノズルから吐出されるインク量を変更する範囲には、ノズルの径に応じた上下限が存在する。近年では印刷の高解像度化が進んでおり、非常に微細なドットが使用される傾向にあるため、インク量を変更可能な範囲は益々制限される傾向にあった。
従来、高濃度の領域は、ドットの記録密度を高くすること、または各画素に吐出されるインク量を増やすことによって表現していた。この場合には、単位面積当たりに吐出されるインク量が増大し、にじみが生じる場合があった。
従来は、こうした要因から各画素ごとに表現可能な階調範囲が比較的制限されていた。
発明の開示
本発明は、インクを吐出して画像を印刷する印刷装置において、画素ごとに表現可能な階調値の範囲を広げ、画質の向上を図ることを目的とする。このように広汎な階調範囲を実現するための印刷ヘッドおよびその駆動方法を提供することを目的とする。インクが浸透しやすい印刷媒体に印刷を行う際に、適切な階調表現の実現を図ることを目的とする。
本発明は、インクタンクからノズルにインクを供給するためのインク通路内のインクを加圧し、該ノズルからインクを吐出して、ドットを形成する印刷ヘッドにおいて、
前記インク通路内のインクに付加される圧力を変更するための圧力変更ユニットと、
前記インクに所定の圧力波形で圧力が付加されるように前記圧力変更ユニットを制御する駆動ユニットとを備える。
かかる印刷ヘッドにおいて、該駆動ユニットが、圧力が低下する際の変動に関するパラメータを変更することにより、一のインク量に対して異なる形成態様でのドットの形成を実現する。
かかる印刷ヘッドによれば、インクにかけられる圧力の波形を変えることにより、一のインク量に対し種々の形成態様でドットを形成することができる。一定のインク量を吐出した場合であってもドットの形成態様が異なれば表現される濃度が異なる。本発明の印刷ヘッドによれば、同等のインク量で、一画素において表現される濃度を変更できる。本発明の印刷ヘッドを用いて印刷を行えば、多彩な階調表現が可能となり、画質を向上することができる。インク量を増大することなく表現できる階調範囲を広げることができるためにじみの発生を抑制することもできる。
ここで、ドットの形成態様と表現される濃度との関係について説明する。ドットの形成態様とは、一のインク量を吐出した場合に実際に印刷媒体上に形成されるドットの形状を意味する。インクを１カ所に集中して吐出した場合と、所定の面積内に拡散して吐出した場合とでは、形成されるドットの態様が相違することになる。一のインク量は、上記複数の態様で厳密に一定である必要はなく、印刷媒体が吸収可能なインク量との関係で一定とみなすことができる範囲に収まっていればよい。従来は、ドットの形成態様が異なっても、吐出されるインク量が一定であれば、全体で表現される濃度は一定と考えられていた。
本発明者は、詳細な分析の結果、ドットの形成態様が異なれば、全体のドットの総面積が相違することを見出した。ドットの総面積が相違すれば、全体として表現される濃度も変化する。
ドットの形成態様に応じて面積が変更する原理について、単一のドットを形成した場合と分割ドットを形成した場合との比較を例にとって説明する。図１は、一カ所に集中してインクを吐出した場合に形成されるドットの様子を示す説明図である。図の上段には、印刷媒体Ｐにインク滴Ｉｐが吐出された瞬間の様子を示した。このインク滴Ｉｐは、印刷媒体Ｐの深さ方向に速度Ｖｙで浸透し、面方向に速度Ｖｘで浸透する。この結果、図中の下段に示す通り直径ｄの単一のドットＤｔを形成する。吐出されたインクは、図中にハッチングを付した領域で示される断面形状で印刷媒体に浸透している。
図２は、２つのインク滴Ｉｐ１，Ｉｐ２に分割して吐出した場合に形成されるドットの様子を示す説明図である。図の上段には、印刷媒体Ｐにインク滴Ｉｐ１，Ｉｐ２が付着した瞬間の様子を示した。ここでは、同じ大きさのインク滴Ｉｐ１，Ｉｐ２に分割された場合の様子を示した。インク滴Ｉｐ１，Ｉｐ２の総量は、図１におけるインク滴Ｉｐと同じであるものとする。
このようにインク滴が分割して吐出されると、それぞれのインク滴Ｉｐ１，Ｉｐ２は図１の場合と同様、印刷媒体Ｐの深さ方向に速度Ｖｙで浸透し、面方向に速度Ｖｘで浸透する。この結果、図２の下段に示す通り、直径ｄ１からなるドットＤｔ１，Ｄｔ２が形成される。吐出されたインクは、図中にハッチングを付した領域で示される断面形状で印刷媒体に浸透している。直径ｄ１は直結ｄよりも小さい。
印刷媒体Ｐへの浸透速度はインク滴Ｉｐ（図１）の場合と、インク滴Ｉｐ１（図２）の場合とで同等となる。従って、印刷媒体に浸透した状態でのインク滴の形状（図１および図２のハッチング部分）は相似形となる。先に説明した通り、インク滴Ｉｐ１はインク滴Ｉｐの半分の体積である。従って、ドットＤｔ１とドットＤｔの相似比、即ち直径ｄ１と直径ｄの比は、体積比の３乗根で表される。この例では、ドットＤｔ１の体積はドットＤｔの体積の０．５倍であるから、直径ｄ１と直径ｄの関係は次式（１）で表される。
ｄ１＝０．５（１／３）×ｄ    …（１）
形成されたドットＤｔ、Ｄｔ１の面積は、それぞれ直径ｄ、ｄｔ１の２乗に比例する。従って、ドットＤｔ１の面積とドットＤｔの面積との関係は次式（２）で表される。
Ｄｔ１＝０．５（２／３）×Ｄｔ    …（２）
図２では、同じ面積のドットが２つ形成されている。従って、図２で形成されるドットの総面積は、次の通りとなる。
Ｄｔ１＋Ｄｔ２＝２×０．５（２／３）×Ｄｔ≒１．２６Ｄｔ
ドットを２つに分割して形成することにより、表現される濃度は約１．２６倍に濃くなる。ここでは、ドットを２つに分割して形成した場合を例にとって説明したが、更に多くに分割すれば表現される濃度は更に濃くなる。単一のドットの面積をＡ１、ｎ個に分割ドットの面積をＡｎとすれば、両者の関係は上式（１）（２）と同様の過程から次式（３）で与えられる。
Ａｎ＝（１／ｎ）（２／３）×Ａ１    …（３）
図３はドットの分割数とドット面積との関係を示すグラフである。上式（３）に基づいて分割数を１〜４まで変化させた場合の面積を演算した結果を示している。図示する通り、分割数が増えるにつれ、一定のインク量で形成されるドットの面積が増大することが分かる。表現される濃度は面積にほぼ比例すると考えられるから、分割数が増えるにつれ、表現される濃度が高くなる。
例えば、インク量ｑ１に対して単一のドットを形成した場合のドット面積は、図中の値Ａｒ１で与えられる。これに対して、インク量ｑ１により２つに分割ドットを形成した場合のドット面積は図中の値Ａｒ２で与えられる。図示する通り、これは、インク量ｑ２で単一のドットを形成した場合の濃度に相当する。インク量ｑ２はインク量ｑ１の約１．４倍に相当する。このようにドットを分割して形成すれば、インク量を大幅に増やした場合に相当する濃度を容易に実現することができる。
なお、上述の説明ではドットが完全に分離した２つのドットとして形成された場合を例示した。これに対し、２つのドットを部分的に重ねて形成する態様を採ることもできる。分割に限らずドットの形状を変形させてもよい。かかる場合には、重なる部分の大きさに応じて全体の面積が変動し、表現される濃度も変動する。
このように本発明の印刷ヘッドは、種々の態様でドットを形成するものが含まれるが、前記異なる形成態様は、分割数の異なる態様であるものとすることが望ましい。図３に示した通り、分割数を変更することによって形成態様の相違による効果が顕著に現れる。また、種々の分割数で形成するものが含まれるが、非分割のドットの他、２つに分割されたドットを形成するものが好ましい。これらのドットが最も安定して形成することができるからである。
従来は、吐出されるインク量が一定であれば、表現される濃度は一定であると考えられていたため、ドットの形成態様を変更する技術については何ら検討されてはいなかった。従来においても、インクを吐出する際の飛沫によって、本来形成すべきドットに近接して、サテライトと呼ばれる微少なドットが形成される場合があることは知られていた。しかしながら、サテライトの有無による濃度の変化については何ら調べられてはいなかった。また、サテライトは発生しない方が望ましいとされており、サテライトを積極的に生成することによりドットの形成態様を変更する技術は検討されていなかった。
本発明では、圧力が低下する際の変動に関するパラメータを変更することによって、ドットの形成態様を制御する。本発明の印刷ヘッドは、インク通路内のインクにかけられる圧力を変化させてインクを吐出する。当然、所定以上の高圧がかかった場合にインクは吐出される。本発明の発明者は、詳細な実験等の結果、圧力を高くする前後の少なくとも一方で圧力を低減する期間を設けるとともに、圧力が低減する態様を変化させることによりインク量を変えることなく、ドットの形成態様を変化させられることを見いだした。
所定の圧力波形が、前記インクに高圧力を加える高圧部と、その後に圧力を低減する減圧部とを含む波形である場合を例にとって圧力波形とドットの形成態様との関係を説明する。
この場合、圧力が低下する際の変動に関するパラメータとしては、例えば以下のパラメータを適用することができる。
第１のパラメータは、前記圧力の低減を開始するタイミングである。
第２のパラメータは、前記圧力の低減量である。
第３のパラメータは、前記圧力低減時の変化率である。
上述の種々の波形およびパラメータとの関係でドットの形成態様が変化する様子について説明する。図４は印刷ヘッドに印加される駆動波形に応じたインク滴の吐出の様子を示す説明図である。図示する通り、区間ｄ１において一旦圧力を低減してから、区間ｄ２において圧力を高くし、その後期間ｄ３の経過後、区間ｄ４において再び圧力を低くする波形でヘッドを駆動する場合を例にとって説明する。区間ｄ２〜区間ｄ４の部分が、上述した「インクに高圧力を加えた後、圧力を低減する波形」に相当する。
図４には、かかる波形につき、上記第１〜第３のパラメータを変化させる前の基準状態を示した。また、基準の波形でヘッドを駆動した場合のインクの様子を図中の状態ａ〜ｃに併せて示した。図中の状態ａ〜ｃは、それぞれ印刷ヘッドに設けられたノズルＮｚを拡大した断面図である。区間ｄ１で圧力を低減すると、この圧力変動に伴ってメニスカスと呼ばれるインクの界面は図中の状態ａに示すように凹んだ状態となる。
次に区間ｄ２で圧力を高くすると、その圧力によって状態ｂに示す通り、インク滴Ｉｐが吐出される。この際、図示する通り、メニスカスＭｅは凹んだ状態のまま、その中央付近からインク滴Ｉｐが吐出される。その後、区間ｄ４において圧力を低減すると、状態ｃに示す通り、吐出時にメニスカスに生じた振動が抑制され、吐出前の状態に戻る。吐出されたインク滴Ｉｐはそのまま飛翔し、印刷媒体上にドットＤＬを形成する。
図５は第１のパラメータを変更した場合の圧力波形を示す説明図である。第１のパラメータは圧力を低減するタイミングである。つまり、図示する通り、高い圧力をかけた後、圧力が低下し始めるまでの期間ｄ３ａ〜ｄ３ｃと等価なパラメータである。ここではタイミングが早い順に３段階に変化した状態の圧力波形を直線Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ、Ｌ３ｃで示した。これらの波形において圧力が低減する低減量および変化率は同等である。
図６は最も早いタイミングで圧力を低下させた場合のインク滴の様子を示す説明図である。図５中の直線Ｌ３ａに対応する。圧力を低下させるとメニスカスＭｅにはノズルＮｚの内部に引き込む方向に力が作用する。この結果、メニスカスＭｅにはノズル内部方向への速度成分Ｖｍｅが生じる。メニスカスＭｅに生じる速度成分Ｖｍｅは吐出されたインク滴Ｉｐを境界近傍の領域Ｉｒで分離する作用を奏する。また、インク滴ＩｐがメニスカスＭｅから完全に分離する前に上記圧力の低下が行われると、インクの表面張力によってメニスカスＭｅに生じる速度成分Ｖｍｅの影響がインク滴Ｉｐにも現れる。この結果、インク滴Ｉｐには局所的な速度差が生じる。図示する通り、吐出されたインク滴の先端部Ｉｐｆは比較的高い速度で飛翔する。インク滴の後端部Ｉｐｂは飛行速度が低くなる。図６の右側に形成されるドットの様子を示した。比較的早いタイミングでメニスカスＭｅを引き込むと、図示するように分割された状態でドットが形成される。
図７は中間のタイミングで圧力を低下させた場合のインク滴の様子を示す説明図である。図５中の直線Ｌ３ｂに対応する。タイミングを遅らせることによってインク滴とメニスカスとを分離する効果、およびインク滴に局所的な速度のバラツキを生じさせる効果の作用の様子が変わる。タイミングを遅らせた場合には、図示する通りインク滴Ｉｐがノズルから遠くまで飛翔し始めた状態でメニスカスＭｅの引き込みが行われる。従って、局所的な速度が低下する部分が比較的小さくなる。この結果、図示する通り、後方部分のドットＩｐｂの体積が小さくなる。そして、図中の右側に示す通り、比較的大きなドットに小さなインク滴が隣接する態様でドットが形成されるようになる。
図８は遅いタイミングで圧力を低下させた場合のインク滴の様子を示す説明図である。図５中の直線Ｌ３ｃに対応する。タイミングを遅らせると、インク滴Ｉｐがほとんど吐出された状態でメニスカスＭｅの引き込みが行われる。従って、メニスカスＭｅの引き込みがインク滴Ｉｐの挙動に与える影響は非常に小さくなる。この結果、図中の右側に示す通り、単一のドットが形成される。このようにメニスカスＭｅの引き込みのタイミングを種々変更することにより、分割されたドットを形成することができるとともに、後方のドットの大きさおよびその飛行速度を調整することが可能となる。
図９は、第１のパラメータを変更した場合の実験結果を示すグラフである。横軸に第１のパラメータ、即ち圧力を低減し始めるまでの時間ｄ３を取り、分割して吐出されるドットの飛行速度および面積の変化を示した。Ｖｆ，Ｖｂ，Ｉｐｆ，Ｉｐｂの各記号は、図６〜図８と同じ意味である。図示する通り、パラメータｄ３の増加につれて、前方のドットは、飛行速度Ｖｆはほぼ一定のまま、体積Ｉｐｆが増大することが分かる。後方のドットは、飛行速度Ｖｂが増大しつつ、体積Ｉｐｂが減少していくことが分かる。パラメータｄ３がある臨界値を超えると、インク滴は分割せず単一のドットを形成する。図中に示す領域Ｆ６，Ｆ７，Ｆ８の領域はそれぞれ先に示した図６〜図８の状態に対応する。
次に第２のパラメータによる影響について説明する。図１０は第２のパラメータを変更した場合の圧力波形を示す説明図である。第２のパラメータは圧力の低減量である。ここでは、高い圧力をかけた後の低下量を３段階に変えた場合を例示した。図中の波形Ｌ４ａ、Ｌ４ｂ、Ｌ４ｃの順に圧力の低下量が大きくなる。なお、図中の波形Ｌ４ｂ，Ｌ４ｃではインク吐出前の基準圧力よりも圧力が低くなっている。かかる場合には、インク滴の吐出を完了した後、ノズルからインクが吐出されない程度の割合でインクの圧力を基準圧力まで戻すことになる。
図１１は圧力の低下量が最も小さい場合のインク滴の様子を示す説明図である。図１０中の波形Ｌ４ａに対応する。図１２は圧力の低下量が中間の場合のインク滴の様子を示す説明図である。図１０中の波形Ｌ４ｂに対応する。図１３は圧力の低下量が最も多い場合のインク滴の様子を示す説明図である。図１０中の波形Ｌ４ｃに対応する。
先に図５〜図８においてメニスカスＭｅを引き込んだ場合の影響について説明した。圧力の低下量を変更した場合には、メニスカスＭｅの引き込み量が変わる。従って、メニスカスＭｅの引き込みの影響を受ける部分の速度が変動する。この結果、メニスカスＭｅの引き込み量を増やすことによって、図１１〜図１３に示される通り、分割されたドットのうち後方の部分Ｉｐｂの速度が低下する。つまり、図１１〜図１３の右側に示す通り、メニスカスＭｅの引き込み量の増大に伴って、各ドットは後方のインク滴で形成される部分（図中の左側に位置するドット）のノズル内部方向への速度成分Ｖｍｅが大きくなり、インク滴が分断されるとともに、後方の部分の速度が低下する。従って、図１１〜図１３の右側に示す通り、分割されたドット間の間隔が広がる。図１１〜図１３では、完全に分離した２つのドットを示したが、２つのドット同士の重なり具合が変化する場合もある。
図１４は、第１のパラメータを変更した場合の実験結果を示すグラフである。横軸に第２のパラメータ、即ち圧力の低下量を取り、分割して吐出されるドットの飛行速度および面積の変化を示した。図示する通り、圧力低下量を大きくするにつれて、前方のドットは、飛行速度Ｖｆはほぼ一定のまま、体積Ｉｐｆが増大することが分かる。後方のドットは、飛行速度Ｖｂ、体積Ｉｐｂともに減少していくことが分かる。図中に示す領域Ｆ１１，Ｆ１２，Ｆ１３の領域はそれぞれ先に示した図１１〜図１３の状態に対応する。
次に第３のパラメータによる影響について説明する。図１５は第３のパラメータを変更した場合の圧力波形を示す説明図である。第３のパラメータは圧力を低下する際の変化率である。変化率とは単位時間当たりの低減量をいう。ここでは、高い圧力をかけた後の変化率を３段階に変えた場合を例示した。図中の波形Ｌ４ｄ、Ｌ４ｅ、Ｌ４ｆの順に圧力の低下量が小さくなる。
図１６は圧力の変化率が最も大きい場合のインク滴の様子を示す説明図である。図１５中の波形Ｌ４ｄに対応する。図１７は圧力の変化率が中間の場合のインク滴の様子を示す説明図である。図１５中の波形Ｌ４ｅに対応する。図１８は圧力の変化率が最も多い場合のインク滴の様子を示す説明図である。図１７中の波形Ｌ４ｆに対応する。
圧力を低下する際の変化率は、メニスカスＭｅの引き込み速度に影響を与える。圧力を低下する際の変化率が緩くなれば、図１６〜図１８に示す通り、メニスカスＭｅの引き込み速度Ｖｍｅが小さくなる。従って、吐出されるインク滴Ｉｐに与える局所的な速度差が小さくなる。局所的な速度差が小さくなれば、図１６〜図１８に示した通り、インク滴の先端部Ｉｐｆと後端部Ｉｐｂが印刷媒体に着弾する位置が接近する。図１８では、２つのドットが接近して形成された様子を模式的に示してあるが、実際にはにじみの影響により、左右方向に長い楕円状のドットが形成されることになる。本明細書では、インク滴に局所的な速度差が生じ、歪んだドットが形成される場合も「分割」の一態様と捉えて説明するものとする。
図１９は、第３のパラメータを変更した場合の実験結果を示すグラフである。横軸に第３のパラメータ、即ち圧力の低減率を取り、分割して吐出されるドットの飛行速度および面積の変化を示した。図示する通り、低減率を大きくしても、即ち、急激に圧力を低減しても、前方のドットは、飛行速度Ｖｆ、体積Ｉｐｆ共にほぼ一定であることが分かる。後方のドットは、体積Ｉｐｂは一定であるが、飛行速度Ｖｂは減少していくことが分かる。図中に示す領域Ｆ１６，Ｆ１７，Ｆ１８の領域はそれぞれ先に示した図１６〜図１８の状態に対応する。
以上で説明した通り、インク滴Ｉｐを吐出した後の圧力の低下に関与するパラメータを種々変更させることによって、ドットの形成態様を調整することができる。つまり、非分割のドットを形成したり、分割されたドットまたは歪んだ形状のドットを形成したりすることができる。また、分割されたドット同士の間隔やドットの先端部分と後端部分の体積を調整することもできる。なお、上述した各パラメータはインク滴の吐出に関与する部分の圧力（図４中の区間ｄ２）を一定に維持したまま変更することが可能である。従って、上記各パラメータを変更することにより一定のインク量を維持しつつドットの形成態様を種々変更することが可能である。
次に、前記所定の波形が、前記所定の波形は、前記インクに高圧力を加える高圧部と、該高圧部に先だって圧力を低減するプレ減圧部とを含む波形であり、前記パラメータは、前記プレ減圧部における圧力の低減量である場合について図４に示した基準の波形を例にとって説明する。
図４中の区間ｄ１〜区間ｄ２の部分が「インクに高圧力を加えるのに先だって、圧力を低減する波形」に相当する。図２０は区間ｄ１における圧力の低減量を変化させた場合の圧力波形を示す説明図である。ここでは、圧力の低減量が小さい場合（波形Ｌ１ａ）と大きい場合（波形Ｌ１ｂ）の２種類を例示した。なお、インクを吐出する際の圧力（図４中の区間ｄ２に相当）は、波形Ｌ１ａおよび波形Ｌ１ｂの両者でピーク圧力を共通としてもよいし、圧力差を共通としてもよい。ピーク圧力を共通とすれば、波形Ｌ１ａおよび波形Ｌ１ｂの両者で図２０中の波形Ｌ２ａを使用することになる。圧力差を共通とすれば、波形Ｌ１ａに対しては波形Ｌ２ａを使用し、波形Ｌ１ｂに対しては波形Ｌ２ｂを使用することになる。
図２１は圧力の低減量の変化に応じたメニスカスＭｅの状態を示す説明図である。左側には圧力の低減量が小さい場合（図２０中の波形Ｌ１ａ）に対応した状態を示した。右側には圧力の低減量が大きい場合（図２０中の波形Ｌ１ｂ９）に対応した状態を示した。圧力の低減量が小さい場合、圧力の低下に応じてメニスカスＭｅは左側に図示する通りノズルＮｚの内部に凹んだ状態となる。
圧力の低減量が大きくなるとメニスカスＭｅは図２１の右側に示す通り凹みが大きくなるとともに中央付近に隆起Ｓが生じることが観察されている。かかる現象が生じる原因について完全には解明されていないが、メニスカスを急速にノズル内に引き込むことにより、メニスカスの表面張力のバランスが崩れ、最も表面張力の低いメニスカス中央付近が反転する振動が発生するためであると推測される。この隆起Ｓの発生が吐出されるインク滴の速度に影響する。
図２２は圧力の低下量が小さい場合のインク滴の様子を示す説明図である。図２０中の波形Ｌ１ａに対応する。図２３は圧力の低下量が大きい場合のインク滴の様子を示す説明図である。図２０中の波形Ｌ１ｂに対応する。先に説明した通り、圧力の低下量を変更すると、インクを吐出する直前のメニスカスＭｅの速度を変更することができる。低下量を大きくした場合（図２１の右側）の方がメニスカス中央付近で吐出方向（図中のＤｉｒ方向）の速度成分が高くなるため、高い速度でインク滴を吐出することができる。従って、図２２および図２３に示す通り、圧力の低下量を変更することによってインク滴Ｉｐの先端部分Ｉｐｆの速度を調整することができ、分割して形成されるドットの間隔を調整することができる。
図２４はピーク圧力を一定に維持した状態で圧力の低下量を変更した場合の実験結果を示すグラフである。横軸に圧力の低下量を取り、分割して吐出されるドットの飛行速度の変化を示した。図示する通り、低下量が小さいうちはインク滴は分割されず単一ドットを形成する。低下量がある臨界値以上となると、インク滴は前方、後方に分割する。そして、低下量を大きくするにつれて、前方、後方の速度差が大きくなる。図中に示す領域Ｆ２２，Ｆ２３の領域はそれぞれ先に示した図２２、図２３の状態に対応する。
以上で説明した通り、インクを吐出する前後の少なくとも一方で圧力が低下する部分を設けた波形とし、圧力の低下の態様を調整することによりドットの形成態様を種々変更することができる。当然、インクを吐出する前後双方に圧力が低下する部分を設けるものとしてもよい。
なお、上述の説明では圧力の低下の様子を段階的に変化させた場合を例示したが、連続的に変化させるものとしても構わない。また、それぞれのパラメータは、印刷に使用すべきドットの形成態様が実現されるよう、ノズル径やインクの粘度等に応じて適切な値を設定すればよい。上記説明では、それぞれのパラメータがドットの形成態様に与える主な影響に着目して説明した。実際には、各パラメータは密接に影響する。
本発明の印刷ヘッドにおいて、
前記圧力変更ユニットは、前記インク通路内の断面積を変更することによりインクにかけられる圧力を変更するユニットであるものとすることができる。
特に、前記圧力変更ユニットは、印加された電圧に応じて所定の歪みを生じる電歪素子が前記インク通路に隣接して設けられたユニットであり、前記制御ユニットは、前記電歪素子に印加される電圧を制御することによって前記圧力を変化させるユニットであるものとすることが好ましい。電歪素子としては、例えばピエゾ素子を適用することができる。
これらのユニットを圧力変更ユニットとして適用すれば、高い応答性でインクの圧力を変更することができる。従って、印刷ヘッドを高い周波数で駆動することができる。この結果、該印刷ヘッドを用いれば、高い印刷速度を維持しつつ、高画質な印刷を実現することができる。
以上で説明した印刷ヘッドは、インク量の異なるドットを形成可能としてもよい。例えば、一画素に吐出されるインク量を大小の２種類に変更可能なヘッドにおいては、いずれか一方のインク量について上記複数の態様でドットを形成可能としてもよいし、双方のインク量について上記複数の態様でドットを形成可能としてもよい。
本発明では、印刷媒体上の各画素にインクを吐出してドットを形成することにより多階調の画像を印刷する印刷装置において、
ハーフトーン処理された印刷データを入力する入力ユニットと、
予め設定された複数種類のドットを、前記印刷データに応じて使い分けて各画素に形成するドット形成ユニットとを備え、
前記複数種類のドットには、同等のインク量で面積が異なる複数の形成態様に対応した２種類以上のドットが含まれる構成を採用した。
かかる印刷装置によれば、面積が異なる複数の態様でドットを形成することができる。先に説明した通り、表現される濃度はドットの面積によって変化する。従って、本発明の印刷装置は、各画素ごとに複数の濃度を表現することができる。この結果、本発明の印刷装置によれば、滑らかな階調表現を実現することができ、印刷の画質を向上することができる。かかる効果は、特にいわゆる低階調の領域で顕著に得られる。
従来、一定の濃度のインクを用いて複数の濃度を表現する技術としては、各画素に吐出されるインク量を変更する技術のみが提案されていた。先に説明した通り、各画素へのインクの吐出回数を変更する技術や、一回当たりのインクの吐出量を変更する技術が提案されているが、全て各画素に吐出される総インク量を変更することにより、多段階の濃度を表現する技術である。
しかし、先に説明した通り、インク量が同等であってもドットの形成態様を変えることにより表現する濃度を変えることができる。本発明の印刷装置は、かかる原理に基づき、滑らかな階調表現を実現する。濃度の異なるインクを多数備えることによるヘッドの大型化等の弊害を招くこともない。もちろん、濃度の異なるインクを用いる構成が排除される訳ではない。濃度の異なるインクを備えつつ、上記異なる態様でドットを形成するものとすれば、更に滑らかな階調表現を実現可能となることはいうまでもない。
本発明の印刷装置は、一画素に吐出されるインク量を変化させることなくドットの面積を変更することができる。従って、印刷媒体が単位面積当たりに吸収可能なインク量の制限（以下、デューティ制限という）に関わらず、各画素ごとに表現可能な階調値を変更することが可能である。この結果、デューティ制限が低い印刷媒体においても滑らかな階調表現を実現することができる。
本発明の印刷装置は、第１の構成として、先に説明したドット形成ユニットとして、印刷ヘッドを適用することにより実現することができる。
第２の構成として、前記ドット形成ユニットを、一度に吐出するインク量を変更可能なインク吐出ユニットと、吐出されるインク量、吐出回数および吐出位置を変更することにより前記複数の形成態様でドットを形成するように前記インク吐出ユニットを制御する駆動ユニットとを備えるものとしてもよい。
例えば、図２に示した２つに分割されたドットを形成する場合には、一度に吐出されるインク量を半分に減らすとともに、吐出位置を変えて２回吐出する。印刷装置はヘッドを印刷媒体に対して相対的に往復動しながら（以下、主走査という）、印刷を実行するのが通常である。かかる場合には、所定の時間間隔で２回に分けてインクを吐出すれば吐出位置を変えてドットを形成することが可能となる。２つのドットは必ずしも１回の主走査で形成される必要はなく、２回の主走査に分けて形成してもよい。ここでは、２つに分割されたドットを形成する場合を例示したが、分割数が多い場合も同様にしてドットを形成することが可能である。
第２の構成では、分割されたドットを安定して形成することができる利点がある。従来から、一度に吐出するインク量を変更する機構は種々提案されている。例えば、ノズル内に設けられたヒータに通電することでインク内に生じる気泡の圧力によってインクを吐出する機構を採用するヘッドにおいては、ヒータの数および通電量を調整することにより一度に吐出されるインク量を変更することができる。また、ピエゾ素子に電圧を印加した際に生じる歪みを利用してインクを吐出する機構を採用するヘッドにおいては、印加される電圧の波形を変更することにより、一度に吐出されるインク量を変更することができる。上記発明のヘッドとしては、これらの方式に限らず、インク量を変更可能な種々のヘッドを適用することが可能である。
以上で説明した印刷装置は、３値以上の濃度を表現可能な印刷装置として構成することが望ましい。３値以上にハーフトーン処理された後の各階調値は、それぞれのドットにより各画素ごとに表現される濃度の評価値に対応していることが前提となる。ハーフトーン処理は、必ずしも印刷装置で行う必要はなく、予めハーフトーン処理されたデータを受けて印刷を行うものとしてもよい。もちろん、多階調の画像データからハーフトーン処理した上で印刷するものとしてもよい。ハーフトーン処理には、いわゆる誤差拡散法やディザ法など種々の方法を適用することができる。
本発明は、印刷媒体上にドットを形成することで多階調の画像を印刷する印刷装置において、
所定数の階調値にハーフトーン処理された印刷データを入力する入力ユニットと、
インク量が同等で表現される濃度が異なるようにドットの形成態様を変更できる形成態様変更ユニットと、
印刷媒体の種類を入力する印刷媒体入力ユニットと、
前記印刷データの階調値と前記ドットの形成態様との対応関係を、前記印刷媒体ごとに予め記憶する記憶ユニットと、
前記記憶ユニットに従って前記形成態様変更ユニットを制御して、前記印刷媒体の種類に応じた形成態様でドットを形成する制御ユニットとを備える構成とすることができる。
かかる印刷装置によれば、印刷媒体の種類に応じた形成態様でドットを形成することができる。一般にインクを吐出した際の浸透の特性は印刷媒体ごとに異なるため、一定のインクを吐出してドットを形成しても表現される濃度は印刷媒体ごとに相違する。上記印刷装置では、印刷媒体ごとにドット形成態様を変更することにより、インクの浸透特性が印刷媒体ごとに相違することに起因して生じる濃度差を補償する。従って、印刷媒体ごとに、適切な階調表現を実現することができる。
画質向上の効果は、デューティ制限の低い印刷媒体で特に顕著である。デューティ制限の低い印刷媒体では一般にインクの浸透速度が速い。従って、吐出されたインクが速やかに印刷媒体の深さ方向に浸透するため、インクの染料が表面付近に保持されにくく、十分な濃度を表現できない。その一方でデューティ制限が低いため、十分な濃度を表現可能な程にインク量を増やすこともできない。本発明の印刷装置によれば、ドットの形成態様を変更することにより、インク量を増やすことなく表現される濃度を高くすることが可能である。従って、デューティ制限の低い印刷媒体でも十分な階調表現が可能となり、画質を向上することができる。
先に図２５で説明した通り、インク量が一定であっても、ドットの分割数が変われば表現される濃度が変化する。但し、図１８に示したのは、単一の印刷媒体上での比較である。インクが浸透しやすい印刷媒体と浸透が抑制された印刷媒体とでドットの形成態様を比較した場合を考える。同一の量のインクを吐出した場合、前者の印刷媒体に形成されたドットは後者の印刷媒体に形成されたドットよりも面積が大きくなる。しかしながら、前者では印刷媒体の深さ方向にもインクが浸透するため、後者のドットよりも表現される濃度が低い。このようにドットの面積と表現される濃度との関係は、印刷媒体ごとに相違する。
図２５は、単一の印刷媒体について見れば、単一のドットを形成した場合よりも分割ドットを形成した場合の方が表現される濃度が高いことを意味する。従って、同一の量のインクを吐出した場合、インクが浸透しやすい印刷媒体には分割ドットを形成し、浸透が抑制された印刷媒体には単一のドットを形成するものとすれば、双方で表現される濃度の差違を小さくすることができる。本発明の印刷装置はかかる原理により印刷媒体ごとに適切な階調表現を実現する。
本発明の印刷装置は、形成されるドットと印刷データとの対応関係が従来と異なる点に特徴がある。従来の印刷装置では形成すべきドットの種類と印刷データとの対応関係は印刷媒体に依らず一定であるのが通常であった。例えば、各画素ごとにドットのオン・オフの２値で濃度を表現可能な印刷装置の場合、ドットのオンを意味する印刷データに対しては印刷媒体の種類に関わらず一定のドットを形成していた。各画素ごとに３段階以上の濃度を表現可能な印刷装置の場合も同様であった。従来は、印刷媒体の種類に応じてドットの記録密度を変えることにより、インクの浸透特性の相違に基づく濃度の差違を補償していた。
これに対し、本発明の印刷装置では形成されるドットと印刷データとの対応関係が印刷媒体ごとに相違する。ドットのオンを意味する印刷データに対し、印刷媒体が異なれば異なる形成態様でドットが形成される。インクの浸透特性の相違に基づく濃度の差違を、ドットの形成態様の変更で十分補償可能な場合には、印刷媒体の種類に関わらず共通の印刷データを用いて印刷を行うことも可能である。もちろん、印刷媒体に応じてドットの記録密度を変更する方法と、ドットの形成態様を変更する方法とを組み合わせて適用すれば、濃度の差違をより適切に補償することができる。
ここで、前記記憶ユニットが記憶する対応関係は、印刷データの階調値に対し、単位面積当たりに吸収可能なインク量が低い印刷媒体ほど、表現される濃度が高い形成態様を対応づけて設定された関係とすることが望ましい。
一般に単位面積当たりに吸収可能なインク量、即ちデューティ制限が低い印刷媒体では、インクが深さ方向にも浸透しやすいため、表現される濃度が低くなる傾向にある。従って、かかる印刷媒体では、分割ドット等、表現される濃度が高くなる態様でドットを形成する設定とすれば、それぞれの印刷媒体で表現される濃度の差違を小さくすることができ、適切な階調表現を実現することができる。
なお、印刷媒体の種類とドットの形成態様との関係は、必ずしも上述の関係に限られるものではない。それぞれの印刷媒体におけるインクの浸透特性を考慮して適切な階調表現が実現されるよう種々の設定が可能である。また、全ての印刷媒体で異なる態様とする必要もない。
本発明の印刷装置においては、前記形成態様変更ユニットも種々の構成を適用することが可能である。
第１の構成として、形成態様変更ユニットは、インクを吐出する際の分割数を変更することにより、前記濃度の異なる複数の態様でドットを形成可能なユニットとすることができる。先に説明した印刷ヘッドを用いた構成に相当する。なお、分割数には、ドットを非分割で形成する場合に相当する値１を含む。ドットを分割するユニットは、インクを吐出するヘッドの機構に応じて種々の方法を採用することが可能である。例えば、分割ドットを形成する際にのみ用いるサブノズルを、インクを吐出するノズルに隣接して設けることができる。また、吐出時にノズルを振動させるものとしてもよい。
また、必ずしも分割ドットを一度に形成する必要もない。例えば、半分のインク量からなるドットを一画素に２回に分けて形成することにより、２つに分割ドットを形成するものとしてもよい。
第２の構成として、形成態様変更ユニットは、吐出されるインク滴に局所的な速度差を与えることによって前記ドットの形成態様を変更するユニットであるものとすることができる。
かかる構成は、ドットを分割するユニットとして適用することもできる。インク滴に局所的な速度差を与えつつ吐出すれば、その速度差の程度に応じてインク滴の形状が変化し、種々の態様でドットを形成する。速度差が大きい場合には、分割ドットが形成される。局所的な速度差は、吐出する際にインクに加えられる圧力を変動させることで生じさせることができる。例えば、インク滴を吐出する初期の圧力を高くし、終期の圧力を低くすれば、吐出された一のインク滴のうちノズルに近い部分ほど飛行速度が遅くなる。
第３の構成として、前記形成態様変更ユニットは、前記ヘッドと前記印刷媒体との距離を変更することによって前記ドットの形成態様を変更するユニットであるものとすることができる。
第３の構成は、ドットを分割するユニットとして適用することもできる。インク滴は飛翔中に空気抵抗によって変形する。ヘッドと印刷媒体との距離が近い場合には、空気抵抗が働く時間が短いため、変形は比較的小さい。この距離が大きくなれば、空気抵抗が働く時間が長くなり、変形が大きくなる。インク滴が２つ以上に分割する場合もある。このようにヘッドと印刷媒体との距離を変更すればドットの形成態様を変更することができる。
第４の構成として、前記印刷装置が、印刷時に前記ヘッドを前記印刷媒体に対して往復動させる主走査ユニットを備える場合には、
前記形成態様変更ユニットは、該主走査における移動速度を変更することによって前記ドットの形成態様を変更するユニットであるものとすることができる。
第４の構成は、ドットを分割するユニットとして適用することもできる。第３の構成で説明した通り、インク滴は飛翔中に空気抵抗によって変形する。インク滴に働く空気抵抗は、インク滴の吐出速度とヘッドの移動速度との合成速度によって影響を受ける。一般的に空気抵抗は速度の２乗に比例して大きくなることが知られている。従って、インク滴に働く空気抵抗が変われば、その空気抵抗によるインク滴の変形量が変化する。このようにヘッドの移動速度を変更することによってドットの形成態様を変更することができる。
本発明は、以上で説明した態様の他、印刷ヘッドの駆動方法、印刷方法など種々の態様で構成可能である。印刷ヘッドまたは印刷装置を駆動するプログラム、このプログラムと同視し得る種々の信号、かかるプログラムを記録した記録媒体として構成してもよい。ここで、記憶媒体としては、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ、光磁気ディスク、ＩＣカード、ＲＯＭカートリッジ、パンチカード、バーコードなどの符号が印刷された印刷物、コンピュータの内部記憶装置（ＲＡＭやＲＯＭなどのメモリ）および外部記憶装置等、コンピュータが読取り可能な種々の媒体を利用できる。
発明を実施するための最良の形態
Ａ．装置の構成：
図２５は、本発明の一実施例としての画像処理装置を適用した印刷装置の構成を示すブロック図である。図示するように、コンピュータＰＣにスキャナ１２とプリンタＰＲＴとが接続されている。このコンピュータＰＣに所定のプログラムがロードされ実行されることにより画像データの多値化を実行し、プリンタＰＲＴと併せて印刷装置として機能する。本印刷装置は、例えば、スキャナ１２で読み込んだカラー画像に種々のレタッチを施した上でプリンタＰＲＴにより印刷を行う機能を実現することができる。
印刷装置の一部を構成するコンピュータＰＣは、プログラムに従って印刷に関わる動作を制御するＣＰＵ８１、ＲＯＭ８２、ＲＡＭ８３を中心に、バス８０により相互に接続された次の各部を備える。入力インターフェイス８４は、スキャナ１２やキーボード１４からの信号の入力を司り、出力インタフェース８５は、プリンタＰＲＴへのデータの出力を司る。ＣＲＴＣ８６は画像を表示可能なＣＲＴ２１への信号出力を制御し、ディスクコントローラ（ＤＤＣ）８７は、ハードディスク１６やＣＤ−ＲＯＭドライブ１５あるいは図示しないフレキシブルドライブとのデータの授受を制御する。ハードディスク１６には、ＲＡＭ８３にロードされて実行される各種プログラムやデバイスドライバの形式で提供される各種プログラムなどが記憶されている。
このほか、バス８０には、シリアル入出力インタフェース（ＳＩＯ）８８が接続されている。このＳＩＯ８８は、モデム１８に接続されており、モデム１８を介して、公衆電話回線ＰＮＴに接続されている。コンピュータＰＣは、このＳＩＯ８８およびモデム１８を介して、外部のネットワークに接続されており、特定のサーバーＳＶに接続することにより、画像の印刷に必要なプログラムをハードディスク１６にダウンロードすることも可能である。また、必要なプログラムをフレキシブルディスクＦＤやＣＤ−ＲＯＭによりロードし、コンピュータＰＣに実行させることも可能である。当然、これらのプログラムは、印刷に必要なプログラム全体をまとめてロードする態様を採ることもできるし、その一部のみをモジュールとしてロードする態様を採ることもできる。
図２６は実施例の印刷装置のソフトウェア構成を示すブロック図である。コンピュータＰＣでは、所定のオペレーティングシステムの下で、アプリケーションプログラムＡＰが動作している。オペレーティングシステムにはプリンタドライバ９０が組み込まれている。アプリケーションプログラムＡＰは、スキャナ１２からレッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、ブルー（Ｂ）の階調値で表されるカラー画像データＯＲＧを読み込み、画像のレタッチなどの処理を行う。
このアプリケーションプログラムＡＰが、印刷命令を発すると、コンピュータＰＣのプリンタドライバ９０が、画像データをアプリケーションプログラムＡＰから受け取り、これをプリンタＰＲＴが処理可能な信号に変換している。図２６に示した例では、プリンタドライバ９０の内部には、解像度変換モジュール９１と、色補正モジュール９２および色補正テーブルＬＵＴと、ハーフトーンモジュール９３と、ラスタライザ９４とが備えられている。なお、プリンタドライバ９０には、画像データとともに、入力装置１４を通じて印刷モードに関するデータも与えられる。印刷モードに関するデータとは、印刷時の解像度や、印刷媒体の種類などが含まれる。
解像度変換モジュール９１は、アプリケーションプログラムＡＰが扱っているカラー画像データの解像度、即ち単位長さ当たりの画素数を印刷条件に応じた解像度に変換する役割を果たす。色補正モジュール９２は、色補正テーブルＬＵＴを参照して、各画素ごとに画像データの色成分をＲＧＢから、プリンタＰＲＴが使用する各インクに対応した階調値に変換する。
後述する通り、プリンタＰＲＴには、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロ（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の４色が備えられている。色補正テーブルＬＵＴ１およびＬＵＴ２は、ＲＧＢの階調値で与えられた色を表現するために各色インクで形成されるドットの記録率を与えるテーブルである。本実施例では、印刷媒体に応じて２種類の態様を使い分けてドットを形成する。ドットの形成態様が異なればＲＧＢの階調値で与えられた色を表現するために必要となる各色ドットの記録率も相違する。従って、本実施例では、２種類のドットの形成態様に応じて２種類の色補正テーブルＬＵＴ１，ＬＵＴ２を用意している。色補正モジュール９２は、印刷媒体の種類に応じた適切な色補正テーブルを参照して色補正処理を行う。本実施例では、各インクごとに８ビット、即ち２５６階調のデータを与えるものとした。
ハーフトーンモジュール９３は、色補正された階調値をプリンタＰＲＴで表現可能な階調値に変換する多値化処理を実行する。ハーフトーンモジュール９３は、画像データの階調値に基づいて、各インクおよび各画素ごとにいずれのドットを形成すべきかを設定する。本実施例では、後述する通り、各画素ごとにドットの非形成、分割しないドット（以下、単一ドットと呼ぶ）の形成、２分割されたドット（以下、分割ドットと呼ぶ）の形成という３つの態様でドットを形成することができる。従って、ハーフトーンモジュール９３は、各画素のデータをドットの形成態様に対応した３つの階調値に３値化する。
こうして処理された画像データは、副走査の送りデータとともに、最終的な印刷データＦＮＬとしてプリンタＰＲＴに出力される。プリンタＰＲＴは、プリンタドライバ９０から転送された印刷データＦＮＬに基づいて、ヘッドを主走査および副走査しつつ、印刷用紙上にドットを形成して、画像を印刷する。本実施例では、プリンタＰＲＴは印刷データＦＮＬに従ってドットを形成する役割を果たすのみであり画像処理は行っていないが、もちろんこれらの処理をプリンタＰＲＴ側で行うものとしても差し支えない。
図２７はプリンタＰＲＴの機能ブロックを示す説明図である。プリンタＰＲＴには、入力部１９１、バッファ１９２、主走査部１９３、副走査部１９４、ヘッド駆動部１９５が備えられている。入力部１９１は、コンピュータＰＣから印刷データＦＮＬを受け取り、一旦バッファ１９２に蓄える。コンピュータＰＣから与えられる印刷データＦＮＬは、２次元的に配列された各画素ごとに３値化された階調値を与えるデータである。主走査部１９３は、印刷データＦＮＬに基づいてプリンタＰＲＴのヘッドを印刷用紙に対して相対的に往復動する主走査を行う。副走査部１９４は、主走査が終了する度に印刷用紙を主走査方向に直交する方向に搬送する副走査を行う。
ヘッド駆動部１９５は、主走査中にバッファ１９２に記憶された印刷データＦＮＬに基づいてプリンタＰＲＴのヘッドを駆動し、印刷媒体に応じた態様で印刷用紙上にドットを形成する。印刷媒体とドットの形成態様との関係は、形成態様テーブル１９６に記憶されている。入力部１９１が受け取る印刷データＦＮＬには、印刷媒体の種類を示すデータも含まれている。ヘッド駆動部１９５は、形成態様テーブル１９６を参照し、指定された印刷媒体の種類に応じて特定される態様でドットの形成を行う。
図２８は実施例としての印刷ヘッドを搭載したプリンタの概略構成を示す説明図である。このプリンタはキャリッジ３１を往復動する主走査を行いつつ、印刷ヘッド６１〜６４からインクを吐出して印刷用紙Ｐ上にラスタを形成する。ラスタが形成されると副走査を行う。つまり、用紙送りモータ２３を駆動してプラテン２６上の印刷用紙Ｐを搬送する。このように主走査と副走査とを繰り返し実行することにより本実施例のプリンタはコンピュータＰＣからの印刷データに応じた画像の印刷を行う。
主走査を行うための機構は、次の通り構成されている。キャリッジ３１は、プラテン２６の軸と並行に架設された摺動軸３４に摺動可能に保持されている。キャリッジ３１は、キャリッジモータ２４の回転を無端の駆動ベルト３６によって伝達することで往復駆動される。駆動ベルト３６はキャリッジモータ２４とプーリ３８との間に張設されている。また、主走査を制御するために、キャリッジ３１の原点位置を検出する位置検出センサ３９が設けられている。
このキャリッジ３１には、黒インク（Ｋ）用のカートリッジ７１とシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロ（Ｙ）の３色のインクを収納したカラーインク用カートリッジ７２が搭載可能である。キャリッジ３１の下部には各色に対応した計４個の印刷ヘッド６１〜６４が形成されている。キャリッジ３１にカートリッジ７１、７２を装着すると、各インクカートリッジからヘッド６１〜６４にインクが供給される。図２９は、印刷ヘッド６１〜６４におけるノズルＮｚの配列を示す説明図である。本実施例の印刷ヘッド６１〜６４は、図示する通り、各色ごとにインクを吐出する４８個のノズルＮｚが備えられている。
インクを吐出する機構について説明する。図３０はインク吐出用ヘッド２８の内部の概略構成を示す説明図である。図示の都合上Ｋ、Ｃ、Ｍの３色について示した。ヘッド６１〜６４には、各ノズルごとにピエゾ素子ＰＥが配置されている。図３０に示すように、ピエゾ素子ＰＥは、ノズルＮｚまでインクを導くインク通路６８に接する位置に設置されている。ピエゾ素子ＰＥは、周知のように、電圧の印加により結晶構造が歪み、極めて高速に電気−機械エネルギの変換を行う素子である。本実施例では、ピエゾ素子ＰＥの両端に設けられた電極間に所定時間幅の電圧を印加することにより、ピエゾ素子ＰＥが電圧の印加時間だけ伸張し、図中の矢印で示すようにインク通路６８の一側壁を変形させる。この結果、インク通路６８の体積はピエゾ素子ＰＥの伸張に応じて収縮し、この収縮分に相当するインクが、粒子Ｉｐとなって、ノズルＮｚの先端から高速に吐出される。このインク粒子Ｉｐがプラテン２６に装着された用紙Ｐに染み込むことにより印刷が行われる。
プリンタＰＲＴは、一画素に一つの単一ドットを形成したり、分割ドットを形成したりすることができる。図３１はプリンタＰＲＴにより形成されるドットの様子を示す説明図である。最上段にはヘッド２８に印加される電圧の時間的変化（以下、駆動波形と呼ぶ）を示す。中断には一つに単一ドットＤＬを形成する際のインク滴の様子を示す。下段には分割ドットＤＤを形成する際のインク滴の様子を示す。プリンタＰＲＴは駆動波形を変えることにより態様の異なるドットを形成することができる。単一ドットＤＬを形成するための駆動波形と、分割ドットを形成するための駆動波形とを用意し、両者を使い分けることによって、それぞれの画素に任意の態様でドットを形成可能としているのである。
駆動波形を変更することによりドットの形成態様を変化させる原理について説明する。図３１の上段に示す通り、駆動波形は区間ｄ１において、一旦基準電圧よりも低い電圧値となる。かかる電圧が印加されると、ノズルに設けられたピエゾ素子は、インク供給路を拡張する方向に歪む。インクタンクからインク通路へのインクの供給は、この変形に追随できない。従って、インク供給路の拡張に伴い、ノズル先端のインク界面（メニスカス）Ｍｅは図３１中の状態ａに示す通り、内部にへこんだ状態となる。
次に区間ｄ２において駆動波形を高電圧にすると、先に説明した原理に従ってインク滴Ｉｐが吐出される。この際、駆動波形の電圧を高電圧にする傾きに応じてインク滴Ｉｐの吐出速度を変化させることができる。図３１中の区間ｄ２で示したように比較的緩やかな傾きで電圧値を高くすれば、状態ｂで示した通り低い速度でインク滴Ｉｐが吐出される。図３１中の区間ｄ２’で示したように比較的急激な傾きで電圧値を高くすれば、Ｂで示した通り高い速度でインク滴Ｉｐが吐出される。
こうしてインク滴Ｉｐを吐出した後、図３１中の区間ｄ３およびｄ３’で示したように駆動波形は基準電圧に戻る。区間ｄ２，ｄ２’でメニスカスＭｅは、先端方向への速度を持つ。区間ｄ３，ｄ３’は、こうしたメニスカスＭｅの速度を抑えることにより、吐出されるインク滴ＩｐとメニスカスＭｅとを分離させる働きを有する。この際、区間ｄ３で示したように比較的緩やかな傾きで基準電圧に戻した場合には、メニスカスＭｅの挙動が吐出されるインク滴Ｉｐに与える影響は比較的小さい。従って、この場合には、図３１の上段に示す通り、インク滴Ｉｐは分割されることなく飛翔し、一つの単一ドットＤＬを形成する。
一方、区間ｄ３’で示したように駆動波形を比較的急激に基準電圧に戻した場合には、メニスカスＭｅの速度が急激に低下する。また、インクの表面張力により、インク滴Ｉｐをノズル側に戻す力が作用する。従って、この場合には図３１のＣに示す通り、インク滴Ｉｐの先端部分は吐出時の速度Ｖｆで飛翔し、後端部分は飛行速度がＶｂに低減されることになる。特に区間ｄ２’で高い飛行速度でインク滴Ｉｐを吐出している場合には速度差が大きくなる。このようにインク滴Ｉｐ内で飛行速度のばらつきが生じる結果、インク滴は２つに分割されて印刷用紙に着弾し、分割ドットＤＤを形成する。
本実施例では、ドットがほぼ同等に分割されて形成されるように、区間ｄ２’の傾きおよび区間ｄ３’の傾きを調整している。なお、吐出されるインク量には区間ｄ１におけるメニスカスＭｅの形状が大きく影響することが知られている。本実施例では、区間ｄ１を共通にした２つの駆動波形を用いており、ドットＤＬとドットＤＤとはほぼ同等のインク量となっている。
先に図１および図２を用いて説明した通り、一定のインク量を用いてドットを形成した場合であっても、分割ドットは、単一ドットよりも大きな面積を有する。つまり、一画素で表現される濃度は、分割ドットを形成した場合の方が高くなる。本実施例では、コンピュータＰＣから各画素ごとに「０，１，２」のいずれかに３値化された印刷データを受け取って印刷を実行する。値が高くなる程、各画素で表現される濃度が高くなる。従って、値０はドットの非形成、値１は単一ドットＤＬの形成、値２は分割ドットＤＤの形成に対応づけられている。
インクの吐出は、制御回路４０および発信器５０により制御されている。図３２は制御回路４０の内部構成を示す説明図である。図示する通り、この制御回路４０の内部には、ＣＰＵ４１，ＰＲＯＭ４２，ＲＡＭ４３の他、コンピュータＰＣとのデータのやりとりを行うＰＣインタフェース４４と、紙送りモータ２３、キャリッジモータ２４および操作パネル３２などとの信号をやりとりする周辺入出力部（ＰＩＯ）４５と、計時を行うクロック４６と、ヘッド６１〜６４にドットのオン・オフの信号を出力する駆動用バッファ４７などが設けられており、これらの素子および回路はバス４８で相互に接続されている。また、制御回路４０には、駆動波形を出力する発信器５０、および発信器５０からの出力をヘッド６１〜６４に所定のタイミングで分配する分配出力器５５も設けられている。
制御回路４０は、コンピュータＰＣで処理された画像データを受け取り、これを一時的にＲＡＭ４３に蓄え、所定のタイミングで駆動用バッファ４７に出力する。発信器５０は、ＣＰＵ４１からの制御信号に従い、後述する駆動波形Ｗ１またはＷ２のいずれかを出力する。駆動用バッファ４７は、画像データに従って各画素ごとに駆動波形のオン・オフを決定し、分配出力器５５に出力する。
印刷ヘッド６１〜６４の構造および駆動波形について詳述する。図３３は印刷ヘッドに設けられたインク吐出機構の詳細構成を示す説明図である。ここでは、一つのノズルについての断面図を示した。図示する通り、インク吐出機構は、大きくはアクチュエータユニット１２１と流路ユニット１２２とから構成されている。アクチュエータユニット１２１は、ピエゾ素子ＰＥ，第１の蓋部材１３０，第２の蓋部材１３６，スペーサ１３５から構成されている。第１の蓋部材１３０は、厚さ６μｍ程度のジルコニアの薄板から構成されている。第１の蓋部材１３０の表面には一方の極となる共通電極１３１が形成されている。この表面にピエゾ素子ＰＥが固定され、更にその表面にＡｕ等の比較的柔軟な金属の層からなる駆動電極１３４が形成されている。
ピエゾ素子ＰＥは、第１の蓋部材１３０とによりたわみ振動型のアクチュエータとなる。ピエゾ素子ＰＥは、高電位の電圧が印加されると収縮して圧力発生室１３２の容積を縮める方向に変形する。電圧が低くなると伸長して圧力発生室１３２の容積を元に拡げる方向に変形をする。
第１の蓋部材１３０の下部に設けられたスペーサ１３５は、圧力発生室１３２を形成するのに適した厚さのジルコニア（ＺｒＯ２）などのセラミック板に通孔を穿設して構成されている。本実施例では厚さ１００μｍである。スペーサ１３５は第２の蓋部材１３６と第１の蓋部材１３０により両面を封止されて圧力発生室１３２を形成する。
第２の蓋部材１３６はスペーサ１３５の他端に固定されている。第２の蓋部材１３６はジルコニア等のセラミックを材質として構成されている。この第２の蓋部材１３６には、圧力発生室１３２との間でインク通路を構成する二つの連通孔１３８，１３９が穿設されている。連通孔１３８は、後述するインク供給口１３７と圧力発生室１３２とを接続するものであり、連通孔１３９は、ノズル開口Ｎｚと圧力発生室１３２の他端とを接続するものである。
これら各部材１３０，１３５，１３６は、粘土状のセラミックス材料を所定の形状に成形し、これを積層して焼成することにより接着剤を使用することなくアクチュエータユニット１２１としてまとめられている。
次に流路ユニット１２２について説明する。流路ユニット１２２は、インク供給口形成基板１４０，インク室形成基板１４３，ノズルプレート１４５から構成される。インク供給口形成基板１４０には、圧力発生室１３２側の一端にインク供給口１３７が設けられ、他端にノズル開口Ｎｚが設けられている。インク供給口形成基板１４０はアクチュエータユニット１２１の固定基板を兼ねている。インク供給口１３７は各ノズル共通のインク室１４１と圧力発生室１３２とを接続する連通路である。インク供給口１３７の断面積は連通孔１３８などと比べて十分に小さく、オリフィスとして機能する断面積である。
インク室形成基板１４３はインク供給口形成基板１４０と共にインク室１４１を形成する部材である。インク室形成基板１４３はインク供給口形成基板１４０に対向する面がノズルプレート１４５により封止されている。また、インク室形成基板１４３にはノズルＮｚと接続するノズル連通孔１４４が設けられている。インク室１４１は、インクタンクからインクが流入するよう、インクカートリッジ７１，７２に連なるインク通路６８に接続されている。図３３ではインク通路６８の図示を省略した。
これらインク供給口形成基板１４０、インク室形成基板１４３、及びノズルプレート１４５は、各々の間に熱溶着フィルムや接着剤等の接着層１４６，１４７により固定されており、全体として流路ユニット１２２を構成している。この流路ユニット１２２と前述のアクチュエータユニット１２１とは、熱溶着フィルムや接着剤等の接着層１４８により固定されており、印刷ヘッド６１〜６４を構成している。
上記の構成により、ピエゾ素子ＰＥの駆動電極１３１，１３４間に電圧を印加すると、ピエゾ素子ＰＥは、収縮して圧力発生室１３２の容積は縮小する。このときインク通路６８内の圧力が高くなり、インクがノズルＮｚから吐出される。逆に電圧を低くすると、ピエゾ素子ＰＥは、伸張して圧力発生室１３２の容積は増大する。圧力発生室１３２が膨張すると、インク通路６８のインクの圧力が低下する。圧力の低下に伴い、インクタンクからインク通路６８にインクが供給される。また、圧力の低下に伴って、ノズルＮｚのインク界面、即ちメニスカスＭｅの状態が種々変化する。本実施例は印刷ヘッド６１〜６４に駆動波形として２種類の電圧波形を出力することにより後述する通り、異なる態様のドットを形成することができる。
ここで、駆動波形の生成について説明する。図３４は発信器５０の内部構成を示す説明図である。図示するように、この発信器５０は、駆動波形の形状を特定するパラメータを記憶しておくメモリ５１、このメモリ５１の内容を読み出して一時的に保持するラッチ５２、このラッチ５２の出力と後述するもう一つのラッチ５４の出力とを加算する加算器５３、ラッチ５４の出力をアナログデータに変換するＤ／Ａ変換器５６、変換されたアナログ信号をピエゾ素子ＰＥ駆動用の電圧振幅まで増幅する電圧増幅部５７、増幅された電圧信号に対応した電流供給を行なうための電流増幅部５８とから構成されている。ここで、メモリ５１は、駆動波形を決める所定のパラメータを記憶しておくものである。図示する通り、発信器５０には、クロック信号１，２，３、データ信号、アドレス信号およびリセット信号が入力される。
クロック信号１，２，３は制御回路４０内のクロック４６から出力される３種類のタイミング信号である。クロック信号１はメモリ５１にデータ信号を入力する際の同期を司る信号である。クロック信号２はメモリ５１に記憶された複数のスルーレートのうち、駆動波形の生成に使用されるデータを切り替えるタイミングを司る信号である。クロック信号３は駆動波形の電圧変化を司る信号である。
図３５は駆動波形を生成する様子を示す説明図である。駆動波形の生成に先立って、駆動信号のスルーレートを示すいくつかのデータがメモリ５１に送られる。スルーレートとは、単位時間当たりの電圧の変化量を意味する。スルーレートが正であれば一定の変化率で電圧は上昇し、負であれば一定の変化率で電圧が低下する。メモリ５１には最大１６種類のスルーレートが各アドレスに記憶される。ここではアドレスＡ，Ｂ，Ｃに３種類のデータが記憶される場合を図示した。
駆動波形の生成が開始された時点で、アドレスＢが指定されると、アドレスＢに対応したスルーレートがクロック信号２に同期して第１のラッチ５２に保持される。一方、第２のラッチ５４にはクロック信号３に同期してアドレスＢに対応したスルーレートが逐次加算された値が保持される。発信器５０から出力される電圧は、第２のラッチ５４の出力に応じて変化する。
次に、アドレスＡが指定されると電圧の変化率はアドレスＡに対応したスルーレートで定まる値となる。本実施例では、アドレスＡに対応したスルーレートを値０としている。従って、図示する通り、アドレスＡが指定された区間では、電圧はフラットな状態に保たれる。また、アドレスＣに対応したスルーレートは負の値が設定されている。従って、図示する通り、アドレスＣが設定された区間では電圧は一定の割合で低下する。
このように発信器５０に対してアドレス信号とクロック信号２とを送信することにより、種々の変化率で電圧を変化させることができ、駆動波形を生成することができる。本実施例では、かかる方法により印刷媒体上のドットの形成態様が異なる２種類の駆動波形を生成している。
図３６は本実施例における駆動波形の様子を示す説明図である。上述の通り、本実施例では２種類の駆動波形Ｗ１，Ｗ２を生成する。両者はＣＰＵ４１の制御によって印刷媒体その他の印刷条件に応じて使い分けられる。図示する通り、いずれの駆動波形も基準電圧から一旦電圧を低下し（図中の電圧Ｔ１１，Ｔ２１）、電圧を高くし（図中の電圧Ｔ１２，Ｔ２２）、再度電圧を低下する（図中の電圧Ｔ１３，Ｔ２３）という波形になっている。駆動波形Ｗ１では波形Ｔ１３における低下により電圧は基準値まで低下する（図中の電圧Ｔ１４）。駆動波形Ｗ２では波形Ｔ２３における低下により電圧は基準値よりも低くなる（図中の電圧Ｔ２４）。駆動波形Ｗ２は最後に基準電圧まで電圧を緩やかにさせる（図中の電圧Ｔ２５）。両者の駆動波形は、電圧を上昇する部分、即ち電圧Ｔ１２，Ｔ２２は共通の波形を使用する。両者は電圧が低下する部分のパラメータが相違する。
図３６にはそれぞれの駆動波形により形成されるドットの様子を併せて示した。駆動波形Ｗ１によれば図の左側に示す通り単一のドットが形成される。駆動波形Ｗ２によれば図の右側に示す通り分割されたドットが形成される。駆動波形Ｗ１は先に図４の上段に示した圧力波形に相当する。電圧Ｔ１１に相当する区間ｄ１の部分では圧力の低下に対してインクタンクからのインクの供給が間に合わず、メニスカスＭｅはノズルＮｚの内部方向に凹んだ状態となる（図４中の状態ａ）。電圧Ｔ１２が印加されるとメニスカスＭｅの中央付近からインク滴が吐出される（図４中の状態ｂ）。その後、電圧Ｔ１３が印加されるとノズル先端方向に速度を持ったメニスカスＭｅの速度が低下し制振される。
電圧Ｔ１１の傾きを急激にすると、圧力が急激に低下し、インクの供給不足が激しくなるため、メニスカスＭｅの曲率が大きくなる。インクの吐出量は吐出時のメニスカスＭｅの曲率に影響を受けることが知られている。本実施例の駆動波形Ｗ１，Ｗ２は電圧Ｔ１１、Ｔ２１の傾きが同等であるため、吐出されるインク量はほぼ等しい。
駆動波形Ｗ１，Ｗ２では、電圧Ｔ１２，Ｔ２１における電圧の低下量が相違する。また、電圧Ｔ１３，Ｔ２３における電圧の低下のタイミング、低下量、変化率がそれぞれ相違する。これらのパラメータは、ドットの形成態様に影響を与える。
即ち、電圧Ｔ１３，Ｔ２３における低下のタイミングは、図５〜図８に示す通り、分割されたドットのうち後方のドットの大きさおよびその飛行速度に影響を与える。電圧Ｔ１３，Ｔ２３における電圧の低下量は、図１０〜図１３に示す通り、分割されたドットのうち後方の部分の飛行速度に影響を与え、先端部と後端部が印刷媒体に着弾する位置に影響を与える。電圧Ｔ１３，Ｔ２３における電圧の低下率は、図１５〜図１８に示す通り、分割されたドットのうち、先端部と後端部が印刷媒体に着弾する位置に影響を与える。また、電圧Ｔ１２，Ｔ２１の低下量は、図２０〜図２３に示す通り、インク滴Ｉｐの先端部分Ｉｐｆの速度、および分割して形成されるドットの間隔に影響を与える。
以上で説明した通り、インク滴Ｉｐを吐出した後の圧力の低下に関与するパラメータを種々変更させることによって、ドットの形成態様を調整することができる。これらのパラメータは、所望の形成態様が得られるように、印刷ヘッドの構成に応じて実験等により設定することができる。本実施例では、ほぼ同程度の大きさの２つのドットが形成されるように上述の種々のパラメータが設定されている。本実施例では、２つに分割する場合を例示しているが、駆動波形を種々変更することにより、インク量の異なるドットなど、更に多くの種類のドットを形成可能である。
以上説明したハードウェア構成を有するプリンタＰＲＴは、紙送りモータ２３により用紙Ｐを搬送しつつ（以下、副走査という）、キャリッジ３１をキャリッジモータ２４により往復動させ（以下、主走査という）、同時に印字ヘッド２８の各色ヘッド６１〜６４のピエゾ素子ＰＥを駆動して、各色インクの吐出を行い、ドットを形成して用紙Ｐ上に多色の画像を形成する。
なお、本実施例では、上述の通りピエゾ素子ＰＥを用いてインクを吐出するヘッドを備えたプリンタＰＲＴを用いているが、他の方法によりインクを吐出するプリンタを用いるものとしてもよい。例えば、インク通路に配置したヒータに通電し、インク通路内に発生する泡（バブル）によりインクを吐出するタイプのプリンタに適用するものとしてもよい。
Ｂ．ドット形成制御：
図３７はドット形成制御処理ルーチンのフローチャートである。この処理は、コンピュータＰＣのＣＰＵ８１が実行する処理である。この処理が開始されるとＣＰＵ８１は、まず画像データを入力する（ステップＳ１０）。この画像データは、アプリケーションプログラム９５から受け渡されるデータであり、画像を構成する各画素ごとにＲ，Ｇ，Ｂそれぞれの色について、値０〜２５５の２５６段階の階調値を有するデータである。この画像データの解像度は、原画像のデータＯＲＧの解像度等に応じて変化する。
ＣＰＵ８１は、必要に応じて、入力された画像データの解像度をプリンタＰＲＴが印刷するための解像度に変換する（ステップＳ２０）。画像データＯＲＧが印刷解像度よりも低い場合には、線形補間により隣接する原画像データの間に新たなデータを生成することで解像度変換を行う。逆に画像データが印刷解像度よりも高い場合には、一定の割合でデータを間引くことにより解像度変換を行う。画像データの解像度が直接プリンタで印刷可能な解像度である場合には、かかる処理を行わずに印刷を実行するものとしても構わない。
次に、ＣＰＵ８１は、色補正処理を行う（ステップＳ３０）。色補正処理とはＲ，Ｇ，Ｂの階調値からなる画像データをプリンタＰＲＴで使用するＣ，Ｍ，Ｙ，Ｋの各インクごとの階調値データに変換する処理である。この処理は、Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれの組み合わせからなる色をプリンタＰＲＴで表現するための各インクの組み合わせを記憶した色補正テーブルＬＵＴ（図２６参照）を用いて行われる。色補正テーブルＬＵＴを用いて色補正する処理自体については、公知の種々の技術が適用可能であり、例えば補間演算による処理が適用できる。
こうして色補正された画像データに対して、ＣＰＵ８１は各インクごとにハーフトーン処理を行う。ハーフトーン処理とは、原画像データの階調値（本実施例では２５６階調）をプリンタＰＲＴが各画素ごとに表現可能な階調値に変換することをいう。本実施例では、「ドットの非形成」「単一ドットＤＬの形成」「分割ドットＤＤの形成」の３階調へのハーフトーン処理を行う。
図３８はハーフトーン処理のフローチャートである。ハーフトーン処理は、誤差拡散法やディザ法など周知の種々の処理を適用可能である。本実施例では、画質に優れる特性を有する誤差拡散法によりハーフトーン処理を行うものとした。
この処理が開始されるとＣＰＵ８１は、画像データＣＤを入力する（ステップＳ１０５）。また、画像データＣＤに拡散誤差を反映した補正データＣＤＸを生成する（ステップＳ１１０）。誤差拡散法では、ドットのオン・オフの判定済みの画素で生じた局所的な濃度誤差を所定の割合で周辺の未処理の画素に拡散する。ドットのオン・オフを判定しようとしている着目画素は、処理済みの画素から拡散されてきた誤差を階調データに反映した上で、ドットのオン・オフを判定する。この着目画素でオン・オフを判定した結果生じた濃度誤差はさらに周辺の未処理の画素に拡散される。誤差を拡散する割合を図３９に示した。着目画素ＰＰで生じた濃度誤差は、図中に示す割合で主走査方向および副走査方向に数画素に亘って拡散される。かかる処理でドットのオン・オフを判定するため、ステップＳ１１０では、拡散された誤差を画像データＣＤに加えることで反映させて、補正データＣＤＸを得ているのである。
次に、生成された補正データＣＤＸが所定の閾値ＴＨ０以上であるか否かの判定を行う（ステップＳ１１５）。補正データＣＤＸが閾値ＴＨ０以上である場合には、濃度の評価値が最も高い「分割ドットＤＤ」を形成すべきと判定し、判定結果を記憶する結果値ＲＤに値２を入力する（ステップＳ１２０）。結果値ＲＤは印刷データＦＮＬとしてプリンタＰＲＴに受け渡されるデータであり、値２は分割ドットＤＤの形成を意味する値である。
補正データＣＤＸが閾値ＴＨ０よりも小さい場合には、次に、補正データＣＤＸが第２の閾値ＴＨ１以上であるか否かの判定を行う（ステップＳ１２５）。補正データＣＤＸが閾値ＴＨ１以上である場合には、濃度の評価値が低い「単一ドットＤＬ」を形成すべきと判定し、判定結果を記憶する結果値ＲＤに値１を入力する（ステップＳ１３０）。値１は単一ドットＤＬの形成を意味する値である。
補正データＣＤＸが第２の閾値ＴＨ１よりも小さい場合には、ドットを形成すべきでないと判定し、結果値ＲＤに値０を入力する（ステップＳ１４５）。値０はドットの非形成を意味する値である。
上述の閾値ＴＨ０およびＴＨ１はドットのオン・オフを判定する基準となる値であり、いずれの値に設定することも可能である。本実施例では、閾値ＴＨ０を分割ドットの濃度評価値と画像データの最大の階調値（値２５６）に設定した。また、第２の閾値ＴＨ１を単一ドットの濃度評価値の半分の値に設定した。
ドットのオン・オフを決定すると、ＣＰＵ８１は、結果値ＲＤに基づいて誤差計算および誤差拡散処理を行う（ステップＳ１５０）。誤差とは、多値化結果に応じて形成されるドットによって着目画素ＰＰで表現される濃度と、補正データＣＤＸに基づいて表現されるべき濃度との誤差をいう。着目画素ＰＰにドットが形成された場合に表現される濃度は、単一ドットＤＬおよび分割ドットＤＤのそれぞれについて、予め設定された濃度評価値ＲＶＬ、ＲＶＤに基づいて求められる。
誤差ＥＲＲは、補正データＣＤＸと濃度評価値ＲＶＬ，ＲＶＤを用いて、「ＥＲＲ＝ＣＤＸ−ＲＶＬ」または「ＥＲＲ＝ＣＤＸ−ＲＶＤ」で求められる。例えば、ドットの濃度評価値が階調データで２５５相当であるとした場合、補正データＣＤＸが値１９９であるにも関わらずドットを形成したとすれば、そこには１９９−２５５＝−５６なる濃度誤差が生じていることになる。これは、その画素で表現される濃度が濃すぎることを意味する。
誤差拡散とは、こうして求められた誤差を着目画素ＰＰの周辺の画素に図３９で示した所定の重みを付けて拡散する処理をいう。誤差は未処理の画素に拡散される。誤差が「−５６」であれば、現在処理している画素ＰＰの隣の画素には、誤差「−５６」の１／４に相当する「−１４」が拡散される。この誤差は、次に画素Ｐ１を処理する際に、ステップＳ１１０において反映される。例えば、画素Ｐ１の階調データが値２１４であれば、拡散された誤差「−１４」を加えて、補正データＣＤＸを値２００とする。ＣＰＵ８１は、以上で説明した処理を全画素について実行すると（ステップＳ１５５）、ハーフトーン処理ルーチンを終了してドット形成制御処理ルーチンに戻る。
ＣＰＵ８１はハーフトーン処理によって生成されたデータを副走査の送り量データとともに印刷データＦＮＬとして、シリアルまたはパラレルの転送ケーブルを通じてプリンタＰＲＴに出力する。
プリンタＰＲＴは転送された印刷データＦＮＬを受け取って印刷を行う。印刷はプリンタＰＲＴ側のＣＰＵ４１が印刷ルーチンを実行することで行われる。図４０は印刷ルーチンのフローチャートである。この処理が開始されるとＣＰＵ４１は印刷データＦＮＬを入力する（ステップＳ４１０）。ＣＰＵ４１はこのデータを一旦ＲＡＭ４３に記憶しつつ、続く処理を並行して実行する。
印刷データＦＮＬの入力に続いてＣＰＵ４１は駆動用バッファ４７にデータを設定する（ステップＳ４２０）。入力された印刷データＦＮＬから、各ノズルが印刷を実行するラスタに対応した印刷データを選択し、それぞれ駆動用バッファ４７に格納するのである。こうして格納された印刷データに基づいてＣＰＵ４１は、キャリッジ３１を主走査しつつドットを形成する（ステップＳ４３０）。ドットは印刷データの値に応じた態様で形成される。データが値０の場合にはドットは非形成となり、値１の場合には単一ドットが形成され、値２の場合には分割ドットが形成される。
先に説明した通り、ドットの形成態様の変更は２種類の駆動波形を使い分けることによって実現される。ＣＰＵ４１は、それぞれの印刷媒体に応じた駆動波形が出力されるように駆動波形を出力する発信器５０を制御する。
こうして主走査が終了すると、ＣＰＵ４１は所定量だけ印刷用紙を搬送する副走査を実行する（ステップＳ４４０）。副走査の送り量は、ヘッド２８のノズルピッチおよび印刷モードに応じて定まる。本実施例では、いわゆるインタレース方式による記録が実行される。インタレース方式における送り量の設定方法は周知であるため、詳細な説明を省略する。ＣＰＵ４１は、画像全体を印刷し終えるまで（ステップＳ４５０）、以上の動作を繰り返し実行する。
以上で説明した本実施例の印刷装置によれば、単一ドットＤＬと分割ドットＤＤとを使い分けることにより、各画素ごとに多段階の濃度を表現することができる。この結果、滑らかな階調表現を実現することができ、画質を向上することができる。
また、本実施例の印刷装置によれば、以下に示す種々の利点もある。第１に本実施例の印刷装置は、吐出されるインク量を変化させることなく、各画素ごとに表現される濃度を変化させることができる。従って、デューティ制限が低い印刷媒体においても滑らかな階調表現を実現することができる。図３に示した例で説明する。本実施例では、インク量ｑ１で２分割されたドットを形成した。図から明らかな通り、かかるドットの面積Ａｒ２に相当する単一のドットを形成するためには、値ｑ２のインク量が必要となる。これは、インク量ｑ１の約１．４倍の値である。本実施例の印刷装置によれば、インク量を増大することにより生じるにじみを招くことなく、各画素ごとに表現される濃度を向上することができる。インク量を節約することができる利点があることはいうまでもない。
第２に本実施例の印刷装置は、一種類のインクにより、多段階の階調表現が可能となる。従って、濃度の異なるインクを多数備えることによるヘッドの大型化等の弊害を招くことなく滑らかな階調表現を実現することができる。
本実施例では、一定のインク量でドットを形成する場合を例にとって説明した。これに対し、インク量の異なるドットを併せて用いるものとしてもよい。変形例として、かかる場合の印刷装置について説明する。
図４１は異なるインク量でインク滴を吐出する原理を示す説明図である。先に説明した通り、駆動波形は区間ｄ１において一旦電圧を低くする。この際の傾きに応じてメニスカスＭｅの挙動が変化する。図中の区間ｄ１‘で示したように緩やかに電圧を下げた場合には、急激に電圧を下げた場合に比較して、インク通路の変形に追随してインクの供給が行われる。従って、図中の状態ａ’に示す通り、メニスカスＭｅがノズル内部に凹まなくなる。かかる状態で区間ｄ２においてインクを吐出すると、メニスカスＭｅがノズル内部に大きく凹んだ場合よりも大きなインク滴が吐出される（図４１中の状態ｂ‘および状態ｃ’）。このように区間ｄ１の傾きが異なる２つの駆動波形を使い分けることにより、吐出されるインク量を変化させることができる。
変形例の印刷装置では、吐出されるインク量を変えるとともに、各画素に対応する駆動波形の数も変更している。図４２は変形例における駆動波形の種類を示す説明図である。図の左側には第１の駆動波形を示した。第１の駆動波形では、大きなインク量で各画素に一つドットＤＬが形成される。図の右側には第２の駆動波形を示した。第２の駆動波形では、第１の駆動波形によるインク量の半分のインク量でドットが形成される。第２の駆動波形では各画素に２つの波形を対応させることにより、図示する通り２つのドットを形成する。第２の駆動波形によれば、ドットＤＬを分割して形成した場合に相当する態様でドットＤＤを形成することができる。なお、第２の駆動波形において、各画素に対応した２つの波形の一方のみをオンにすれば、第１の駆動波形のドットＤＬの半分のインク量の単一のドットＤＳを画素に形成することも可能となる。
このように変形例の印刷装置によれば、ドットＤＳ，ＤＤ，ＤＬの３つの態様でドットを形成することができる。それぞれのドットにより表現される濃度について図３を参照して説明する。小さいドットＤＳのインク量を値ｑ１とする。ドットＤＳは単一のドットであるため、面積Ａｒ１に応じた濃度が表現される。値ｑ１の倍のインク量を値ｑ３として図３中に示した。ドットＤＬは値ｑ３のインク量からなる単一のドットであるため、面積Ａｒ３に応じた濃度が表現される。ドットＤＤは値ｑ３のインク量からなる分割されたドットである。従って、面積Ａｒ４に応じた濃度が表現される。
変形例の印刷装置によれば、このように画素ごとに多段階の濃度を表現することができる。従って、滑らかな階調表現を実現でき、画質を大きく向上することができる。上述の変形例では、小さいドットＤＳを分割して形成する態様を含めない場合を例にとって説明した。実施例で説明した原理に基づいて小さいドットＤＳを分割して形成可能な駆動波形を用意すれば、図３中の面積Ａｒ２に応じた濃度も表現可能となる。このようにインク量の変調とドットの分割とを組み合わせて用いるものとすれば、細かな幅で多段階の階調表現が可能となり、画質の向上効果が大きい。特に、微妙な階調表現が画質に大きな影響を与えやすい低階調の領域でその効果が顕著に現れる。濃度の異なるインクを併せて用いるものとすれば更に滑らかな階調表現を実現可能であることはいうまでもない。
Ｃ．第２実施例：
第１実施例では、ハーフトーン処理された印刷データの階調値に応じて、形成態様の異なるドットを使い分けることにより、滑らかな階調表現を実現する印刷装置を例示した。第２実施例では、印刷媒体の種類に応じて形成態様の異なるドットを使い分ける印刷装置を例示する。第２実施例における印刷装置のハードウェア構成は、第１実施例と同じである。第２実施例では、ドット形成制御処理および印刷処理の内容が第１実施例と相違する。ドット形成制御処理においては、色補正処理（図３７中のステップＳ３０）の内容が第１実施例と相違する。第１実施例では、単一の色補正テーブルＬＵＴを使用することを前提に色補正処理の内容を説明したが、第２実施例では、印刷媒体の種類に応じて２種類の色補正テーブルを使い分けている。
第２実施例で使用する２種類の色補正テーブルＬＵＴ１，ＬＵＴ２の設定について説明する。図４３は色補正テーブルの一部のデータを示す説明図である。ここでは、シアン（Ｃ）の階調値を与える部分を図示した。横軸は画像データの階調値であり、実際にはＲ，Ｇ，Ｂの３次元的なデータの組合せで表される。Ｒ，Ｇ，Ｂの階調値で構成される３次元の色空間内のある直線に沿って階調値を変化させた場合について、該階調値とＣの階調値との関係を与えるデータを意味している。シアン（Ｃ）の階調値は、シアン（Ｃ）で形成されるドットの記録率と等価なパラメータである。図示する通り、２種類の色補正テーブルＬＵＴ１、ＬＵＴ２ではＣの階調値が相違する。色補正テーブルＬＵＴ１が普通紙などインクが浸透しやすい印刷媒体に対するデータであり、ＬＵＴ２が専用紙などインクの浸透が抑制された印刷媒体に対するデータである。
図４４は印刷媒体の種類およびドットの分割数と濃度評価値との関係を示す説明図である。濃度評価値とは、印刷媒体上で各ドットにより表現される濃度を数値で表したものである。普通紙および専用紙のそれぞれについて「分割数＝１」、即ち単一のドットを形成した場合の濃度評価値を「●」のシンボルで示した。「分割数＝２」、即ち分割ドットを形成した場合の濃度評価値を「■」のシンボルで示した。普通紙に単一のドットを形成した場合の濃度評価値は値ｄ１となり、分割ドットを形成した場合の濃度評価値は値ｄ２となる。専用紙に単一のドットを形成した場合の濃度評価値は値Ｄ１となり、分割ドットを形成した場合の濃度評価値は値Ｄ２となる。
先に説明した通り、それぞれの印刷媒体において、分割数を増やせば濃度評価値は高くなる。但し、形成されたドットと濃度評価値との関係は、印刷媒体ごとに相違する。普通紙の場合は専用紙よりも用紙の深さ方向にインクが浸透しやすいため、単一のドットに対する濃度評価値ｄ１は、専用紙に形成された単一のドットに対する濃度評価値Ｄ１よりも低くなる。同様に普通紙に形成された分割ドットに対する濃度評価値ｄ２は、専用紙に形成された分割ドットによって表現される濃度評価値Ｄ２よりも低くなる。普通紙に形成された分割ドットに対する濃度評価値ｄ２と専用紙に形成された単一ドットに対する濃度評価値Ｄ１との大小関係は、各印刷媒体におけるインクの浸透特性に応じて定まる。第２実施例では、前者の値ｄ２の方が後者の値Ｄ１よりも低くなっている。
第２実施例では、それぞれの印刷媒体でほぼ同等の濃度評価値が得られるようにドットの形成態様を選択している。図４４より、普通紙に対しては分割ドットを形成し、専用紙に対しては単一ドットを形成するものとしている。双方の印刷媒体について単一ドットを形成すれば、濃度評価値が値ｄ１および値Ｄ１となり、大きな差違が生じる。第２実施例では、印刷媒体ごとにドットの形成態様を変えることにより、インクの浸透特性に起因して生じる濃度評価値の差違を補償しているのである。
しかしながら、図４４に示す通り、両者の濃度評価値には微少ながら差違が残存している。第２実施例では、印刷媒体ごとにドットの記録密度を変えることによりこの差違をさらに補償している。ドットの記録密度は色補正テーブルを変えることにより用意に変更することができる。かかる観点から、第２実施例では印刷媒体ごとに２種類の色補正テーブルＬＵＴ１、ＬＵＴ２を使用するものとしている。図４４に示した通り、濃度評価値ｄ２は、濃度評価値Ｄ１よりも低い。従って、普通紙用の色補正テーブルＬＵＴ１は、専用紙用の色補正テーブルＬＵＴ２よりも記録率を高く設定してある。
それぞれの印刷媒体に対する濃度評価値は、ドットの形成態様およびインクの浸透特性で相違する。図４４中の濃度評価値ｄ２が濃度評価値Ｄ１よりも高くなる場合もある。かかる場合には、普通紙用のＬＵＴ１の記録率は専用紙用のＬＵＴ２の記録率よりも低くなる。また、濃度評価値ｄ２と濃度評価値Ｄ１とが有意差を生じないほど一致する場合もある。かかる場合には、印刷媒体の種類に依らず共通の色補正テーブルを使用することができる。
以上で説明した通り、印刷媒体に応じて色補正テーブルＬＵＴ１，ＬＵＴ２を使い分けて色補正処理を行った後、ＣＰＵ８１は各インクごとにハーフトーン処理を行う（図３７のステップＳ１００）。ハーフトーン処理は、誤差拡散法やディザ法など周知の種々の処理を適用可能である。誤差拡散法を適用する場合には、第１実施例で示した処理（図３８参照）を適用することができる。説明の便宜上、第２実施例では２値、即ちドットのオン・オフのハーフトーン処理を行うものとする。この処理は、第１実施例の処理（図３８）中のステップＳ１１５，Ｓ１２０における処理を省略することにより容易に実現することができる。もちろん、第２実施例においても第１実施例と同様、３値以上への多値化処理を行ってもよい。
プリンタＰＲＴは転送された印刷データＦＮＬを受け取って印刷を行う。印刷はプリンタＰＲＴ側のＣＰＵ４１が印刷ルーチンを実行することで行われる。図４５は印刷ルーチンのフローチャートである。この処理が開始されるとＣＰＵ４１は印刷データＦＮＬを入力する（ステップＳ５１０）。印刷データＦＮＬには、印刷媒体の種類などの印刷モードを特定するデータも含まれている。ＣＰＵ４１はこのデータを一旦ＲＡＭ４３に記憶しつつ、続く処理を並行して実行する。
印刷データＦＮＬの入力に続いてＣＰＵ４１は駆動用バッファ４７にデータを設定する（ステップＳ５２０）。入力された印刷データＦＮＬから、各ノズルが印刷を実行するラスタに対応した印刷データを選択し、それぞれ駆動用バッファ４７に格納するのである。
次にＣＰＵ４１は、印刷媒体が普通紙であるか否かを判定する（ステップＳ５３０）。先に説明した通り印刷媒体に応じてドットの形成態様を使い分けるためである。普通紙が指定されていると判断された場合には、キャリッジを主走査しつつ分割ドットを形成する（ステップＳ５４０）。専用紙が指定されていると判断された場合には、主走査しつつ単一ドットを形成する（ステップＳ５５０）。
ドットの分割態様の変更は２種類の駆動波形を使い分けることによって実現される。ＣＰＵ４１は、それぞれの印刷媒体に応じた駆動波形が出力されるように駆動波形を出力する発信器５０を制御する。
こうして主走査が終了すると、ＣＰＵ４１は所定量だけ印刷用紙を搬送する副走査を実行する（ステップＳ５６０）。副走査の送り量は、ヘッド２８のノズルピッチおよび印刷モードに応じて定まる。第２実施例では、いわゆるインタレース方式による記録が実行される。インタレース方式における送り量の設定方法は周知であるため、詳細な説明を省略する。ＣＰＵ４１は、画像全体を印刷し終えるまで（ステップＳ５７０）、以上の動作を繰り返し実行する。
以上で説明した第２実施例の印刷装置によれば、印刷媒体の種類に応じて単一ドットと分割ドットとを使い分けることにより、それぞれの印刷媒体について適切な階調表現を実現することができる。即ち、インクの浸透特性が印刷媒体ごとに相違することにより生じる濃度の差違を、ドットの形成態様を変更することで補償することができる。第２実施例では、ドットの形成態様と併せてドットの記録密度による補償も行っているため、より適切な階調表現を実現することが可能となる。この結果、本発明の印刷装置によれば、それぞれの印刷媒体において、十分な画質で印刷を実行することができる。特に、デューティ制限の低い普通紙における画質を大きく向上することができる。
第２実施例では、普通紙と専用紙の２種類の媒体についてドットの形成態様を使い分ける場合を例示した。更に多くの印刷媒体に対してそれぞれ異なるドットの形成態様を使用するものとしてもよい。当然、数種類の印刷媒体について単一ドットを形成し、別の数種類の印刷媒体について分割ドットを形成するように対応づけるものとしても構わない。
第２実施例では、画素ごとにドットのオン・オフの２つの濃度表現のみを行う２値プリンタを例にとって説明した。画素ごとに３段階以上の濃度表現が可能な多値プリンタに適用することも可能である。多値プリンタにおいて、普通紙の場合にはそれぞれのインク量で分割ドットを形成し、専用紙の場合にはそれぞれのインク量で単一ドットを形成するものとしてもよい。インクの浸透特性に起因する濃度表現の差違が大きい一部のインク量についてのみドットの形成態様を使い分けるものとしてもよい。
第２実施例では、駆動波形の形状を変えることによってドットを分割する例を示した（図３１参照）。ドットを分割する方法は、その他、種々の方法を適用することが可能である。例えば、ドットの形成態様を変更する第１の変形例として、先に図４１および図４２で示したように、インク量が半分のドットを連続的に形成することで分割ドットを形成するものとしてもよい。
ドットの形成態様を変更する第２の変形例として、キャリッジ３１とプラテン２６の距離を変更する態様について説明する。図４６はキャリッジ３１から吐出されたインク滴Ｉｐの飛翔の様子を示す説明図である。図示する通り、吐出されたインク滴Ｉｐは印刷用紙Ｐに着弾するまでの間に空気抵抗により変形する。この変形量は、キャリッジ３１から印刷用紙Ｐ、即ちプラテン２６までの距離（以下、プラテンギャップという）に応じて変化する。
図４７はプラテンギャップが大きい場合のインク滴Ｉｐの様子を示す説明図である。プラテンギャップが大きくなると空気抵抗の作用する時間が長くなるため、インク滴Ｉｐの変形量が大きくなる。プラテンギャップの大きさに応じて円形からひずんだ形状のドットが形成されるようになる。形状のひずみに応じてドットの濃度評価値は変化する。また、プラテンギャップを所定量以上に大きくすれば、図示するようにインク滴Ｉｐが分割する。ドットの形成態様の変更は、このようにプラテンギャップを調整することで行うものとしてもよい。
プラテンギャップの調整は、種々の方法により実現可能である。例えば、図４６に示す通り、プラテン２６の軸受け部分を電動アクチュエータＡＣＴにより、軸と垂直方向に移動するものとしてもよい。また、ソレノイドとバネとの組合せでプラテンギャップを広狭の２段階で調整可能な機構を適用するものとしてもよい。即ち、図４７に示すようにプラテン２６の軸受け部に永久磁石ＭＧＴを設け、ケースにソレノイドＳＮＤを固定する。ケースと軸受け部との間にバネＳＰＧを介装する。かかる構成で、ソレノイドＳＮＤに通電すると、ソレノイドＳＮＤと永久磁石ＭＧＴとの間に引き合う方向の磁力が作用し、バネＳＰＧの弾性力に対抗して所定の距離までプラテン２６をソレノイドＳＮＤ側に引きつける。この結果、プラテンギャップは小さくなる。通電を中止すれば、磁力が働かなくなるため、バネＳＰＧの弾性力によりプラテン２６はソレノイドＳＮＤから遠ざかる方向に移動する。この結果、プラテンギャップは大きくなる。永久磁石ＭＧＴの極性を逆にして、通電時にプラテンギャップが大きくなり、通電を中止した時にプラテンギャップが小さくなるように構成してもよい。このように種々の方法によりプラテンギャップの調整が可能である。
ドットの形成態様を変更する第３の変形例として、キャリッジ３１の移動速度を変更する態様について説明する。図４８はキャリッジ３１の移動速度が低い場合におけるインク滴Ｉｐの飛翔の様子を示す説明図である。図示する通り、吐出されたインク滴Ｉｐは印刷用紙Ｐに着弾するまでの間に空気抵抗により変形する。インク滴Ｉｐには、キャリッジ３１の移動速度Ｖｃ１とインク滴Ｉｐの吐出速度Ｖｊの合成速度による空気抵抗が作用する。
図４９はキャリッジ３１の移動速度が高い場合におけるインク滴Ｉｐの飛翔の様子を示す説明図である。一般に空気抵抗は速度の２乗に比例することが知られている。従って、キャリッジ３１の移動速度がＶｃ１からＶｃ２に大きくなれば、インク滴Ｉｐに作用する空気抵抗も大きくなる。この結果、キャリッジ３１の移動速度に応じて円形からひずんだ形状のドットが形成されるようになる。形状のひずみに応じてドットの濃度評価値は変化する。また、キャリッジ３１の移動速度を所定量以上に大きくすれば、図示するようにインク滴Ｉｐが分割する。ドットの形成態様の変更は、このようにキャリッジ３１の移動速度を調整することで行うものとしてもよい。
キャリッジ３１の移動はキャリッジモータ２４により制御されている。キャリッジ３１の主走査方向の位置を精度良く制御するため、キャリッジモータ２４はステッピングモータが使用されている。従って、キャリッジモータ２４に出力される制御パルスの周波数を変更することによりキャリッジ３１の移動速度は比較的容易に制御することが可能である。ドットの形成態様の変更は、その他種々の方法により行うことが可能である。
以上、本発明の種々の実施例について説明してきたが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々の形態による実施が可能である。例えば、上記実施例で説明した種々の制御処理は、その一部または全部をハードウェアにより実現してもよい。
産業上の利用可能性
本発明は、インクを吐出してドットを形成して多階調の画像を印刷する印刷装置に利用することができる。特に、画素ごとに３値以上の階調値を表現可能な印刷装置に有効に利用できる。
【図面の簡単な説明】
図１は、一カ所に集中してインクを吐出した場合に形成されるドットの様子を示す説明図である。
図２は、２つのインク滴Ｉｐ１，Ｉｐ２に分割して吐出した場合に形成されるドットの様子を示す説明図である。
図３は、ドットの分割数と面積との関係を示すグラフである。
図４は、印刷ヘッドに印加される駆動波形に応じたインク滴の吐出の様子を示す説明図である。
図５は、第１のパラメータを変更した場合の圧力波形を示す説明図である。
図６は、最も早いタイミングで圧力を低下させた場合のインク滴の様子を示す説明図である。
図７は、中間のタイミングで圧力を低下させた場合のインク滴の様子を示す説明図である。
図８は、遅いタイミングで圧力を低下させた場合のインク滴の様子を示す説明図である。
図９は、第１のパラメータを変更した場合の実験結果を示すグラフである。
図１０は、第２のパラメータを変更した場合の圧力波形を示す説明図である。
図１１は、圧力の低下量が最も小さい場合のインク滴の様子を示す説明図である。
図１２は、圧力の低下量が中間の場合のインク滴の様子を示す説明図である。
図１３は、圧力の低下量が最も多い場合のインク滴の様子を示す説明図である。
図１４は、第２のパラメータを変更した場合の実験結果を示すグラフである。
図１５は、第３のパラメータを変更した場合の圧力波形を示す説明図である。
図１６は、圧力の変化率が最も大きい場合のインク滴の様子を示す説明図である。
図１７は、圧力の変化率が中間の場合のインク滴の様子を示す説明図である。
図１８は、圧力の変化率が最も多い場合のインク滴の様子を示す説明図である。
図１９は、第３のパラメータを変更した場合の実験結果を示すグラフである。
図２０は、区間ｄ１における圧力の低減量を変化させた場合の圧力波形を示す説明図である。
図２１は、圧力の低減量の変化に応じたメニスカスＭｅの状態を示す説明図である。
図２２は、圧力の低下量が小さい場合のインク滴の様子を示す説明図である。
図２３は、圧力の低下量が大きい場合のインク滴の様子を示す説明図である。
図２４は、区間ｄ１における圧力の低減量を変化させた場合の実験結果を示すグラフである。
図２５は、本発明の一実施例としての画像処理装置を適用した印刷装置の構成を示す説明図である。
図２６は、実施例の印刷装置の機能ブロックを示す説明図である。
図２７は、プリンタＰＲＴの機能ブロックを示す説明図である。
図２８は、プリンタＰＲＴの概略構成を示す説明図である。
図２９は、ヘッド６１〜６４におけるノズルＮｚの配列を示す説明図である。
図３０は、インク吐出用ヘッド２８の内部の概略構成を示す説明図である。
図３１は、プリンタＰＲＴにより形成されるドットの様子を示す説明図である。
図３２は、制御回路４０の内部構成を示す説明図である。
図３３は、印字用ヘッドに設けられたインク吐出機構の詳細構成を示す説明図である。
図３４は、発信器５０の内部構成を示す説明図である。
図３５は、駆動波形を生成する様子を示す説明図である。
図３６は、本実施例における駆動波形の様子を示す説明図である。
図３７は、ドット形成制御処理ルーチンのフローチャートである。
図３８は、ハーフトーン処理のフローチャートである。
図３９は、誤差拡散の重みを示す説明図である。
図４０は、印刷ルーチンのフローチャートである。
図４１は、異なるインク量でインク滴を吐出する原理を示す説明図である。
図４２は、変形例における駆動波形の種類を示す説明図である。
図４３は、色補正テーブルの一部のデータを示す説明図である。
図４４は、印刷媒体の種類およびドットの分割数と濃度評価値との関係を示す説明図である。
図４５は、印刷ルーチンのフローチャートである。
図４６は、キャリッジ３１から吐出されたインク滴Ｉｐの飛翔の様子を示す説明図である。
図４７は、プラテンギャップが大きい場合のインク滴Ｉｐの様子を示す説明図である。
図４８は、キャリッジ３１の移動速度が低い場合におけるインク滴Ｉｐの飛翔の様子を示す説明図である。
図４９は、キャリッジ３１の移動速度が高い場合におけるインク滴Ｉｐの飛翔の様子を示す説明図である。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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