(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インク滴を印刷媒体上に放出し、これによって前記印刷媒体上にドットを生成する、プリントヘッドの複数の行の複数のノズルと、
前記複数の行の間に配置される結像センサであって、制御信号に応じて前記複数のノズルの所定の１つによって前記印刷媒体上に生成されたドットを検出し、複数の光検出器を有する結像センサと、
前記結像センサとは別個のセンサであり、前記複数の行の間で前記プリントヘッドが動く方向と略直交する方向で前記結像センサに隣接して配置され、前記複数のノズルの所定の１つによって生成されたドットを検出する画素センサと、
複数のＡ／Ｄ変換器、及び前記複数のＡ／Ｄ変換器に接続される別個のシリアルプロセッサと、
を備え、
前記複数の光検出器が、前記複数のノズルの画素密度よりも大きな密度の複数の行の２次元のアレイで構成され、
前記画素センサが前記複数のノズルが生成するドットを検出することによって、前記結像センサがトリガされ、
前記複数のＡ／Ｄ変換器の各々が前記複数の光検出器の行の１つに対応し、各Ａ／Ｄ変換器がそのＡ／Ｄ変換器に対応する行内の選択された前記光検出器を示すデジタル値を生成し、
前記別個のシリアルプロセッサは、前記複数のＡ／Ｄ変換器の前記デジタル値を処理し、
前記各プロセッサがそのプロセッサに対応する前記行について生成されたＡ／Ｄ値をもとに計算を行い、前記プロセッサの出力値に基づいて、前記光検出器が走査した前記ドットの位置及び大きさについての情報を提供することを特徴とするプリントヘッド。
【請求項２】
前記画素センサは、前記ドットを検出して前記制御信号を生成する回路を有することを特徴とする請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項３】
前記結像アレイの前記複数の光検出器は、前記複数のノズル間の間隔よりも小さい距離だけ互いに離れて配置されたことを特徴とする請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項４】
前記プリントヘッドが、ポインタをさらに備え、
前記選択された光検出器が前記ポインタによって指定されることを特徴とする請求項３に記載のプリントヘッド。
【請求項５】
前記行のそれぞれに対応する１ワードを有する出力レジスタをさらに備え、前記出力レジスタは前記プロセッサが生成した前記出力値を記憶することを特徴とする請求項４に記載のプリントヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はコンピュータのプリンタに係り、特に、インクジェットプリンタ等に利用されるプリントヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
インク滴を紙に向けて吐出する印字機構をベースにしたコンピュータのプリンタは、「インクジェット」プリンタと呼ばれることが多い。こういったプリンタは、レーザをベースにしたプリンタと比較してコストはかなり低く、解像度やカラー印字能力も同等である。しかしながら、インクカートリッジのコストが高いために、白黒印字のページ当たりのコストはレーザをベースにしたプリンタで得られるものよりも高くなってしまう。
【０００３】
インクジェットプリンタは、内部を通ってインクを吐出する多数のノズルを有するプリントヘッドを利用している。プリントヘッドには、加熱されたインクが膨張して毛管の端に最も近いインクが吐出されるように毛管内のインクを加熱することによって、インク滴が吐出されるタイプのものがある。各ノズルは、このような毛管を１本、および加熱手段を駆動する回路を有する。該回路は、通常、プリントヘッドの一部である「チップ」上に収容されている。カートリッジは、通常、１つのインク槽で供給されるべきインクが使い果たされると廃棄されるが、インク槽を再補充するキットが入手可能である。しかしながら、プリントヘッドの寿命は限られており、摩耗とノズルの詰まりとによって決まる。したがって、印字品質が許容できないものとなる前に、比較的少しの再補充しか利用することができない。
【０００４】
インクジェットのプリントヘッドは、常に予想された印字位置に真っ直ぐに発射されるわけではない。インク滴が当たる位置やインク滴の形状は、１つには、インク滴を吐出するために用いる駆動電圧によって決まる。インク滴が吐出される速度は、そのインク滴の後方の液体（インク）を膨張させる過熱手段であるヒータに印加される電力によって、制御することができる。プリントヘッドはまた、印字工程中に移動するので、インク滴が当たる位置は、インク滴の速度とプリントヘッドの速度とによって決まる。さらに、紙上のインク滴によるドットの形状もまた、１つには、インク滴が吐出される速度によって決まる。インク滴が吐出される速度が速すぎると、インク滴は飛んでいく途中でばらばらになってしまったり、紙に当たるとはね散ってしまったりする。
【０００５】
製造後、プリントヘッドは検査され、インク滴の発射（吐出）が所要精度に満たないものが除去される。さらに、プリントヘッドの自然の摩耗によって、インク滴の形状および軌道（飛翔経路）が変化し、制御されない領域に乱れた線が現れることがあるため、表示品質に影響を与えることがある。製造後にインク滴の発射が所要精度の範囲に収まらないプリントヘッドを廃棄しなければならなくなると、製造ラインの歩留まりが低下するため、プリントヘッドのコストが増大する。また、摩耗に関連する故障があるとプリントヘッドの寿命が短くなるため、これによってもまたインクジェットプリンタでの印字コストが増大する。
【０００６】
もし較正のためのシーケンス中に、各ノズルの状態を得ることができれば、ノズルに供給する電力やインク滴の発射タイミングを調整し、発射不良を引き起こす問題がなくなるように補正することによって、問題の多くを解決することができる。例えば、発射されたインク滴が紙上をはね散るようなインク滴を吐出するノズルに対しては、インク滴を吐出するために供給される電力を低くして、インク滴が紙に衝突する速度が遅くすることによって、修正することができる。同様に、プリントヘッドの動く方向に沿った紙上のドットの位置も、各ノズルのインク滴の発射タイミングを調整することによって変えることができる。
【０００７】
さらに、定期的に較正することによって、カートリッジが有効に使用され得る寿命を延ばすことができる。上述のように、再補充した場合であっても、インクジェットのプリントヘッドは摩耗するため、比較的寿命が短い。摩耗に関連する問題には、個々のノズルの駆動パラメータを調整することによって解決できるものがある。したがって、プリンタに較正システムを設けることによって、プリントヘッドの有効寿命も長くすることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、概して、改良されたインクジェットのプリントヘッドを提供すること、また、各ノズルから吐出されたインク滴の位置を感知可能なインクジェットのプリントヘッドを提供すること、さらに、各ノズルが生成するドットの形状を感知可能なインクジェットのプリントヘッドを提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、インクジェットプリンタ等に用いられるプリントヘッドに関する。プリントヘッドは、インク滴を印刷媒体上に放出し、それによって印刷媒体上にドットを生成する複数のノズルを有する。プリントヘッドはまた、制御信号に応じて該制御信号によるドットで画像を形成する結像センサを有する。プリントヘッド内の制御手段は、画像情報をプリントヘッドに接続されたプロセッサに読み出す。本発明の一実施形態において、画像は、一ノズルからのドットの結像センサによる検出に応答して形成され読み出される。本発明の好適な実施形態において、ノズルは各ノズル間の間隔に特徴のある規則的なアレイに配置され、結像センサは光検出器の規則的な２次元のアレイから成る。光検出器は、ノズル間の間隔よりも小さい距離だけ互いに離れて配置されている。光検出器の好適な２次元のアレイは、複数のＡ／Ｄ変換器と接続された複数行の光検出器であって、各Ａ／Ｄ変換器は行の１つに対応する。各Ａ／Ｄ変換器は、そのＡ／Ｄに対応する行内の選択された光検出器を示すデジタル値を生成し、選択される光検出器はポインタによって指定される。本発明の一実施形態において、それぞれが各行に対応する複数のプロセッサがさらに、Ａ／Ｄ変換器の出力を処理する。各プロセッサは、そのプロセッサに対応する行についてのＡ／Ｄ出力をもとに計算を行い、その行についての出力を生成する。出力された値は、その行の光検出器が走査したドットの位置および大きさについての情報を提供する。出力値はレジスタ内に記憶され、レジスタの内容は制御手段が読み出す。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は、ノズルが作成したインク滴の位置および形状を測定することのできる、内蔵された結像システムを有するプリントヘッドである。本発明の好適な実施形態において、較正動作中に各ドットの基準ドットに対する位置が測定される。情報はプリンタドライバが用いるために符号化され、ドットの飛翔経路が修正される。プリントヘッドには集積回路チップが既に含まれているので、本発明は、好ましくはその集積回路チップに組み込まれている。したがって、本発明によってプリントヘッドやプリンタのコストが著しく増大することはない。
【００１１】
本発明のプリントヘッドは、図１を参照して容易に理解することができる。図１は、本発明の一実施形態に係るプリントヘッド１０の一部を示す底面図である。プリントヘッド１０は、１２，１３で示す２行のノズルを有する。代表的なノズルを１４で示す。ノズルの各行は、異なったカラーのインクに用いられる。図１においては簡略化のために、通常のプリントヘッドで見られる行の内の２つのみを示すが、通常はノズルの行がさらに存在する、ということが理解されるべきである。カラーのプリントヘッドであれば、通常３行または４行のノズルがある。
【００１２】
２行のノズル間には、結像アレイ１５が配置されている。このアレイは、好ましくは、画素密度がノズルの画素密度よりも大きい２次元のアレイであり、ノズルが生成するドットの位置および形状が、ノズル間の間隔よりも高い精度まで決定することができるようになっている。本発明の好適な実施形態において、それぞれのノズルに対して２つの結像検出器がある。典型的な光検出器を１６で示す。プリントヘッドは１８の矢印で示すように２方向に動く。
【００１３】
各行のノズルの出力は、別個に測定される。プリントヘッド１０が印刷媒体である紙の上を動く向きは、結像アレイ１５が現在の行のノズルが生成するドットの上を通るように選択される。本発明の好適な実施形態において、結像アレイ１５は、ノズル１９が生成するドットを画素センサ１７が検出することによってトリガされる。現在測定中の行のノズルが生成する画像が、確実に結像アレイ１５の中央に来る。
【００１４】
本発明は、好ましくは、結像動作に電子シャッタを利用する。好適な結像アレイは、ＣＭＯＳ能動画素フォトダイオードのアレイである。アレイ内の光検出器は、アレイが最後にリセットされてから各光検出器が受光した光の総和を示す(integrate)。したがって、アレイに入ってくる光を制御する別個の電子シャッタが設けられていない場合には、アレイからデータを素早く読み出さなければならない。本発明の好適な実施形態において、アレイは、３００個のノズル出力測定用の６００×６４個の光検出器から成る。このアレイ内のデータは、１０ミリ秒以下で読み出さなければならない。
【００１５】
プリンタは通常、比較的低速の通信リンクによってコンピュータに接続されている。したがって、結像アレイからのデータは、プリンタに取り付けられたコンピュータが直接読み出すことはできない。したがって、データはまずチップ上で処理されて、それから較正システムが用いるようにコンピュータに送られなければならない。データは、最低限アナログ形式からデジタル形式に変換され、記憶されなければならない。
【００１６】
本発明の好適な実施形態において、データは、コンピュータに送られるデータ量をさらに小さくするために処理される。必要な処理速度とするために、アレイ内の６００行の各画像センサに対して、別個の１ビットＡ／Ｄ変換器および別個のビットシリアルプロセッサが設けられる。次に図２を参照する。図２は、本発明の実施形態に係る結像システムを示すブロック図である。結像システム２０は、図１に示したような結像アレイ２１を有する。シャッタ画素２６が基準ドットを検出すると、結像アレイ２１がリセットされる。結像アレイ２１が十分露光されると、制御手段２７が結像アレイ２１の読み出しを開始する。露光時間は、プリントヘッドが１インクドットの距離を動くのに必要な時間と比較すると短い。したがって、結像アレイ２１は動作を「停止」する。
【００１７】
各行からのデータは、Ａ／Ｄ変換器のアレイ２２内の対応する１ビットＡ／Ｄ変換器によってＡ／Ｄ変換後、プロセッサのアレイ２３内の対応するプロセッサ内にシフトする。プロセッサのアレイ２３内の各ビットシリアルプロセッサの出力は、出力レジスタ２４内で対応する９ビットのワード（word）に記憶される。このレジスタの内容は、その後、プリンタに接続されたコンピュータに読み出される。任意の所与の時間において処理中の結像アレイ２１内の特定のビットも、そのビットに対応するＡ／Ｄ変換器に接続されビットシリアルプロセッサにアドレスを供給するアドレスポインタ２５によって特定される。結像アレイ２１内の全ての光検出器が処理されると、制御手段２７の制御のもとで出力レジスタ２４の出力がプロセッサに送られる。そしてこのプロセスは、ノズルの全てが検査（examine）され、較正手続きが完了するまで繰り返される。出力レジスタ２４からプロセッサまでのデータ通信は、従来技術であるので、ここではこれ以上の説明は行わない。
【００１８】
本発明の好適な実施形態において、ビットシリアルプロセッサは、各行の画素について３つのパラメータを決定する。第１のパラメータは、「ＡｄｄｒＣ」と呼ばれるインク滴の重心の位置である。出力レジスタ２４の９ビットの内の６ビットがこのパラメータに利用される。第２のパラメータは、「Ｗｔ」と呼ばれるインク滴の大きさである。出力レジスタの９ビットの内の２ビットがこのパラメータに用いられる。第３のパラメータは、「ＢｉｇＤｏｔ」と呼ばれるエラーフラグであり、これは出力レジスタ２４の１ビットを占める。エラーフラグは、幅が３画素よりも大きいドットを示すように設定される。これらのパラメータ、「Ｓｐａｃｅ」、「Ｐａｓｓ」、および「Ｍｄｏｔ」という内部パラメータは、読み出し動作の最初にゼロにリセットされる。
【００１９】
各クロックサイクルにおいて、現在のポインタ位置ＡｄｄｒＮにおける画素は、１ビットＡ／Ｄ変換器によって２進数の「ＤｏｔＮ」に変換される。この動作は、制御手段２７の一部であるクロックの立ち上がりによってトリガされる。クロック信号の立ち下がりは、ビットシリアルプロセスをトリガして以下のアルゴリズムを実行する。
【００２０】
１．ＤｏｔＮ＝０かつＷｔ＝０かつＰａｓｓ＝０の場合、
Ｎｏ  Ａｃｔｉｏｎ
（ラインは、ＡｄｄｒＮがこの値になるまでブランク。）
【００２１】
２．ＤｏｔＮ＝０かつＰａｓｓ＝１の場合、
Ｎｏ  Ａｃｔｉｏｎ
（ラインは、１個以上の暗画素（dark pixel）の後ブランク。）
【００２２】
３．ＤｏｔＮ＝０かつ（Ｗｔ＝１またはＷｔ＝２またはＷｔ＝３）かつＳｐａｃｅ＝１かつＰａｓｓ＝０の場合、
Ｐａｓｓ＝１
（重心の計算は完了。インク滴の最後を示すのに１よりも多いスペースが用いられることに注意。）
【００２３】
４．ＤｏｔＮ＝０かつ（Ｗｔ＝２またはＷｔ＝３）かつＳｐａｃｅ＝０かつＰａｓｓ＝０の場合、
Ｓｐａｃｅ＝１
（インク滴の最後を検出する第１のステップとして、スペース変数を「１」にセット。本アルゴリズムにおいて、２つの暗ドット（ＤｏｔＮ＝１）の間にスペースが１個（ＤｏｔＮ＝０）である場合も、有効なインクドットの一部とされる。）
【００２４】
５．ＤｏｔＮ＝１かつＷｔ＝３かつＰａｓｓ＝０の場合、
ＢｉｇＤｏｔ＝１
Ｐａｓｓ＝１
（インクドットの大きさが３画素よりも大きい場合には、そのインクドットは大きすぎると考えられる。出力フラグ（ＢｉｇＤｏｔ＝１）を用いてこの状況を示す。この変数を用いて、１ビットＡ／Ｄ変換器内の比較器の基準レベルを、アレイ読み出し時の第２のパス用に調整しても良い。）
【００２５】
６．ＤｏｔＮ＝１かつＷｔ＝０かつＰａｓｓ＝０の場合、
Ｗｔ＝１
ＡｄｄｒＣ＝ＡｄｄｒＮ
（これは、インクドットの存在を示す最初の画素である。Ｗｔは「１」にセットされ、重心は現在のＡｄｄｒＮである。）
【００２６】
７．ＤｏｔＮ＝１かつＷｔ＝１かつＳｐａｃｅ＝０かつＰａｓｓ＝０の場合、
Ｗｔ＝２
ＡｄｄｒＣ＝ＡｄｄｒＮ
（これは、最初の画素に隣接する第２の暗画素である。Ｗｔはインクリメントされ、重心はＡｄｄｒＮの現在の値に変更される。）
【００２７】
８．ＤｏｔＮ＝１かつＷｔ＝２かつＳｐａｃｅ＝０かつＰａｓｓ＝０の場合、
Ｗｔ＝３
（これは、第２の画素に隣接する第３の暗画素である。Ｗｔはインクリメントされ、重心は変わらない。）
【００２８】
９．ＤｏｔＮ＝０かつＷｔ＝１かつＳｐａｃｅ＝０かつＰａｓｓ＝０の場合、
Ｓｐａｃｅ＝１
Ｍｄｏｔ＝１
（一スペースは、暗画素間の一有効スペースまたはインクドットの終わりのどちらかを示す。重心の値は変わらず、変数Ｓｐａｃｅは「１」に設定され、一時的変数（Ｍｄｏｔ）は「１」に設定される。）
【００２９】
１０．ＤｏｔＮ＝１かつＳｐａｃｅ＝１かつＷｔ＝１かつＭｄｏｔ＝１かつＰａｓｓ＝０の場合、
ＡｄｄｒＣ＝ＡｄｄｒＮ
Ｍｄｏｔ＝０
Ｗｔ＝２
（これは、一スペースの後の暗画素であり、重心アドレスはＡｄｄｒＮに変更され、一時的な変数Ｍｄｏｔは「０」にリセットされ、ドット重量変数はインクリメントされる。）
【００３０】
１１．ＤｏｔＮ＝１かつＳｐａｃｅ＝１かつＷｔ＝２かつＭｄｏｔ＝１かつＰａｓｓ＝０の場合、
Ｗｔ＝３
（これは、一スペースの後の暗画素であり、重心アドレスは上述の第７ステップで定義されたＡｄｄｒＣに等しく、一時的変数Ｍｄｏｔは「０」にリセットされ、ドット重量変数はインクリメントされる。）
【００３１】
１２．ＤｏｔＮ＝１かつＳｐａｃｅ＝１かつＷｔ＝２かつＭｄｏｔ＝０かつＰａｓｓ＝０の場合、
Ｗｔ＝３
Ｍｄｏｔ＝０
（これは、一スペースの後の一暗画素の次の暗画素であり、重心アドレスは上述の第１０ステップで決定されたＡｄｄｒＣに等しく、一時的変数Ｍｄｏｔは「０」にリセットされ、ドット重量変数はインクリメントされる。）
【００３２】
１３．ＤｏｔＮ＝１かつＰａｓｓ＝１の場合、
ＢｉｇＤｏｔ＝１
（エラー状態：暗画素の間に２以上のスペース。）
【００３３】
本発明の好適な実施形態は、上述のオンチップ処理を行うが、上述の説明から、当業者には、このような処理を行わない本発明の実施形態もまた構成することができることが明白であろう。このような実施形態の１つにおいて、図２に示すプロセッサのアレイ２３は削除され、出力レジスタ２４が幅６４ビットに拡張される。
【００３４】
本発明は、紙上に生成されるドットを画像センサ内に結像するのに十分な周辺光が利用可能であると仮定している。したがって、チップ上には光源は供給されない。本発明は、較正中の使用を意図しているので、周辺光が十分ではない場合には、印字カートリッジ上の一位置に光を供給しても良い。しかし、上述の説明から、当業者には、センサが結像アレイがカバーする領域を照明する１つまたは複数のＬＥＤを含んでも良い、ということが明白であろう。ライトパイプを用いて、プリントヘッド近傍に搭載された個々のＬＥＤからの光を伝送し、プリントヘッド下の結像領域を照明しても良い。この場合、ＬＥＤは光パルスを供給するように周期的に動作させても良い。この光パルスは電子シャッタの役割をする。このようなシャッタ手段が利用されれば、画像は、その結像アレイをＡ／Ｄ変換器を介してプロセッサが直接読み出すのに十分な時間だけ、結像アレイ上に記憶することができる。すなわち、出力レジスタ２４もまた削除することができる。
【００３５】
本発明の上述の各実施形態は、結像アレイをトリガする画素センサ１７を利用している。しかし、上述の説明から、当業者には、このアレイはノズルのインク滴発射後所定の時点でトリガしても良い、ということが明白であろう。トリガは、較正中の特定のノズルのアレイには依存しないので、画素センサ１７を用いるのが好ましい。
【００３６】
上記説明および添付図面から、当業者には、本発明の様々な変形が明白となろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるべきである。
【００３７】
以下に本発明の実施の形態を要約する。
１．インク滴を印刷媒体上に放出し、該インク滴の放出によって前記印刷媒体上にドットを生成する複数のノズル（１２乃至１４）と、
制御信号に応じて前記ドットで画像を形成する結像センサ（１５，２１）と、
前記画像から得られる情報を読み出す制御手段（２７）と、
を備えたプリントヘッド（１０，２０）。
【００３８】
２．前記ノズル（１２乃至１４）の所定の１つによって生成されたドットを検出する光検出器と、該ドットを検出する前記光検出器に応答して前記制御信号を発生する回路と、を有する画素センサ（１７，２６）をさらに備えた上記１記載のプリントヘッド（１０，２０）。
【００３９】
３．前記ノズル（１２乃至１４）は、ノズル間の間隔に特徴のある規則的なアレイに配置され、前記結像センサ（１５，２１）は、前記ノズル間の間隔よりも小さい距離だけ互いに離れて配置された、前記光検出器の規則的な２次元のアレイを有して構成された上記１記載のプリントヘッド（１０，２０）。
【００４０】
４．前記光検出器の２次元のアレイが複数行の光検出器を有して構成され、
当該プリントヘッド（１０，２０）は、ポインタ（２５）および複数のＡ／Ｄ変換器（２２）をさらに備え、各Ａ／Ｄ変換器が前記行の１つに対応し、該Ａ／Ｄ変換器に対応する前記行内の選択された光検出器を示すデジタル値を生成し、前記選択された光検出器が前記ポインタ（２５）によって指定される上記３記載のプリントヘッド（１０，２０）。
【００４１】
５．前記Ａ／Ｄ変換器の出力を処理する複数のプロセッサ（２３）をさらに備え、
前記複数のプロセッサの１つが前記行のそれぞれに対応し、各プロセッサが該プロセッサに対応する行について生成されたＡ／Ｄ値をもとに計算を行い、該行に対応する出力を生成する上記４記載のプリントヘッド（１０，２０）。
【００４２】
６．前記出力値が、前記プロセッサに対応する前記行の前記光検出器によって結像（image）されたドットの一部の画像の位置を示す上記５記載のプリントヘッド（１０，２０）。
【００４３】
７．前記出力値が、前記プロセッサに対応する前記行の前記光検出器によって結像されたドットの一部の画像の大きさを示す上記５記載のプリントヘッド（１０，２０）。
【００４４】
８．前記行のそれぞれに対応する１ワードを有する出力レジスタ（２４）をさらに備え、
前記出力レジスタ（２４）は、前記プロセッサ（２３）が生成した前記出力値を記憶する上記５記載のプリントヘッド（１０，２０）。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のプリントヘッドによれば、各ノズルから吐出されたインク滴の位置を感知することができ、また、各ノズルが生成するドットの形状を感知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るプリントヘッドの一部を示す底面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る結像システムを示すブロック図である。
【符号の説明】
１２〜１４  ノズル
１５，２１  結像センサ
２７  制御手段
１０，２０  プリントヘッド
１７，２６  画素センサ
２５  アドレスポインタ
２２  Ａ／Ｄ変換器のアレイ
２３  プロセッサのアレイ
２４  出力レジスタ
【図１】
0004328410.tif 000002
【図２】
0004328410.tif 000003