RAM 容量削減のためのプリンタエンジン制御方法
Printer Engine Control Method to Reduce RAM Capacity

近藤正

生＊

Kondo, Masao

日高真

聡＊

Hitaka, Masatoshi

要旨
カラータンデムプリンタのエンジン制御において，レ土井隆

広＊Doi, Takahiro

１ はじめにジスト（色重ねズレ）補正制御におけるパターン位置検

カラープリンタ市場においては，年々価格競争が激化

出の演算を１パターン分のデータをサンプリングした時しており，新製品においては機能，性能を向上させて且点から順次実行し，演算の完了したデータから順次外部つ，コスト削減をすることが要求されている。その実現解析装置に掃き出すことでRAM使用量を大幅に削減し，のため，従来もモータ制御や高電圧電源制御などのプリンタエンジン制御ではCPU内蔵RAMのみを使用するフィードバック制御をソフトウェアで行うことで，ハーようにした。

ド回路のコストダウンを図ってきている。今回は，エンジン制御基板上の拡張RAMを削減することで，部品費のAbstract

コストダウン，更にRAM削除に伴う実装面積とCPU−

The RAM-size needed for color registration adjustment

RAM間のバス配線のための面積の削減で基板のコストダ

control in an engine controller of a tandem color printer isウンを実施し，プリンタエンジンとして製品への搭載のsignificantly reduced by sequential processing of data, to目途が立ったために報告する。

require use of only the internal RAM in CPU.
Data of a pattern of registration adjustment control aresequentially sampled, part by part, and the position of thesensed pattern of each part is computed after its sampling

２ 従来のプリンタエンジンにおける RAM 容量の分析

has finished. When computing of the data of a pattern part

従来までのタンデム方式のプリンタエンジンでは，CPUis completed, it is sent out sequentially to an external analy-

内蔵のRAM（12〜32Kbyte），更に拡張RAM（128Kbyte）

sis device.

を使用する構成であった。コストダウンのために，この拡張RAMを削除するという今回の課題に対して，最初にRAM使用量の分析を行った。その結果，Fig.１に示すよ
うに当初の予想通り画像安定化制御，レジスト補正制御で大量（約90Kbyte）のRAMを使用していることが確認できた。他の制御においても，RAMに余裕があるための設計，コーディングとなっていることも確認できたた
め，画像安定化制御，レジスト補正制御でのRAM使用量を減らすことができれば，外部の拡張RAMを削除しても製品仕様を満足できると判断した。そこで，上記２つの＊コニカミノルタビジネステクノロジーズ㈱機器開発本部 機器第３開発センター 第 33 開発部

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Fig.1 RAM share in a current method

KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.3（2006）

制御について，内部の処理を詳細に分析し，RAMの削減ングの完了で演算を行っていた。つまり，RAM容量はシ方法の検討を行った。

ステム（製品）として必要なパターン長とそのサンプリ①画像安定化制御では，Fig.２に示すようなパターンのング周期に大きく影響されていた。ここでの演算は，以濃度をセンサーにて検出して，最適な現像条件と露光条下のような処理を行い，各色の基準色からの書き出し位件を決定している。この制御においては，サンプリング置補正量を算出している。

周期は約１mm程度，現像条件を決定した後，その条件でサンプリングしたデータに対して，現像したパターンを使って露光条件を決定する。これら・ノイズ除去，スムージングなどのデータ処理の決定処理は順次計算となるため，本来必要となるRAM・各パターンの中心（もしくは重心）算出

サイズは，各色毎の現像条件と露光条件の数十byteとな・１ユニット毎に各色毎の基準色との距離の算出る。しかし，これらのデータは，カラープリンタの画質・16ユニットの平均から補正量の算出決定の基準となるため，画質に問題が発生した場合の解ここまでで，副走査方向の画像書き出し位置補正量を算

析には，サンプリングした濃度データ，演算過程のデー出し，更に別のパターンを用いて，同様の演算処理にてタを全て必要とすることがあった。そのため，RAMに全主走査方向の画像書き出し位置補正量，倍率補正量などデータを保持していたことから，約55KbyteのRAMを必を求めている。このような制御を実施していたことで，要としていた。

レジスト補正制御のデータのサンプリングのために約35KbyteのRAMを使用していた。

Fig.2 Sample pattern for image stabilization control②レジスト補正制御では，Fig.３のようなパターンをFig.3 Sample pattern for color registration adjustment control

用いて，パターン間隔の測定を行い，その結果から画像書き出しタイミングの調整を行っている。つまり，各色毎の画像書き出し位置補正量を求めるのがレジスト補正制御である。測定用のパターンをパターン検出用センサーにてモニターするとFig.４のような波形が得られる。
これは，センサーのアパーチャ径が数mmあることから，パターン通りの検出波形とはならない。センサーによる読み取り（サンンプリング周期）を書き込みと同じ解像度（600dpi）で行っても，やはりFig.４のような波形となって検出される。このセンサーのアパーチャ径が600dpi相当もしくはそれ以下であれば，このセンサー検出波形からエッジを検出することで，パターンの正確な位置が把握でき，各色毎の画像書き出し位置補正量は簡単に求Fig.4 Sensor detected waveform for the pattern in Fig. 3めることができる。本制御では，各色のパターンとそのパターン間の余白部も全て，600dpi周期でサンプリングするため，パターン長が長くなるとそれだけ，サンプリン

３ RAM 容量削減手法と課題グ数が増えることとなる。今回の検討は，各色のパターRAM容量を削減する方法としては，サンプリング数をン幅が１mm，間隔が５mm，パターンの繰り返しが16回減らす（600dpi → 300dpi，パターンのユニット数削減）（16ユニット）として検討した。この場合，総パターンか，サンプリングしたデータを全てRAMに保持するので長が384mmとなる。これを600dpiでサンプリングするとはなく，リアルタイムで演算を行っていく方法でしか削サンプリング回数は9071回，更にセンサーは左右に２つ減はできない。これは，画像安定化制御，レジスト補正あるため，計18142個のデータをサンプリングすることと制御の両方の制御に当てはまる。

なる。従来のカラータンデムプリンタにおいては，このサンプリング数を減らすとした場合には，従来同等のサンプリングデータを全て一旦RAMに保持し，サンプリ精度を維持できるのかという点で課題があり，課題をクKONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.3（2006）47

リアするために，他部署を含めた検証に非常に多くの工数を要することが考えられることから今回は選択を見送った。

３．１

リアルタイム演算処理

最初に，サンプリングしながらの演算は，演算が可能な単位のデータのサンプリングが完了した時点で行い，残ったリアルタイムで演算を行う方法については，①演算の完了したデータエリア（RAM）は開放して，次の演算の処理時間によって他の制御に影響を与えないのデータの一時保管用に使用することで，サンプリングにか，②従来可能であった評価時，問題発生時にサンプリ使用するRAMエリアを削減できる。

ングデータを外部解析装置で取り込んで解析するという今回の検討は，A4タンデムプリンタのミドルクラスへ開発ツールとしての機能をどうやって実現するのかといの適用ということで，システム速度120mm/s，エンジンう２つの課題があった。

制御の基準周期を10msとして検討を行った。現状の解像

１つ目の課題の判断基準はCPUの負荷がどの程度になるのかということである。プリンタエンジン制御は一定周期でFig.１で抽出したような決められた処理を繰り返し，或いはシーケンシャルに実行しているが，この一定周期の中でCPUがどれだけ処理を行っているかという割合

度は，600dpiであるので，サンプリングも600dpiで行う。
従って，サンプリング周期は，25.4mm/600dpi/120mm/s×1000＝0.3528msとなるので，１周期でのサンプリングデータ数は，10ms/0.3528ms＝28.3個 → 29個をCPU負荷としている。予定した処理がこの周期内で完したがって，今回のシステムでは１周期で29個分のRAM了しないと言うことは，シーケンスが正しく動かない可が必要となる。センサー出力は，１サンプル当たり８bit能性があるため，エンジンの動作を保証できないというのA/D変換結果として取得するため，29byte分のRAMがことになる。従来の経験から，この負荷が80％程度であ必要である。システム速度が上がれば，この必要容量がれば，突発的な要因が発生しても，現状のシステムであ増えることとなる。レジスト補正制御では，この１周期れば正しく制御していけると判断している。したがっ分のデータで演算が行える訳ではなく，Fig.４のBk Searchて，このリアルタイムでの演算も一度にどれだけのデーRange（探索範囲），C Search Rangeに相当するデータをタをどれだけの時間で演算するかによって処理時間が異サンプリングした後にそのパターンの中心（もしくは重なるため，C P U 負荷は変動する。しかしこの演算処理心）を求める演算を行って，各パターンの位置を算出は，従来機にて行っているアルゴリズムであるため，そし，そこから各色毎の画像書き出し位置補正量を求めての時間を見積もることができる。そこで，CPU負荷としいく。この演算処理には，非常に多くの処理時間を必要て問題とならないような演算の周期とデータ数を求めるとすることから，上記の１周期（10ms）内で１度に処理ことで１つ目の課題を解決できると考えた。

するのは困難である。したがって，これを複数の周期に２つ目の課題のとして挙げた開発ツールとしての機能維持については，直接センサー出力をモニターして，記跨って演算を行うことで，CPU負荷の集中を避けることとした。

憶させるような外部治具を新規に設計して対応する方法

今回のレジスト補正パターンからFig.４で示す探索範囲が提案された。しかし，この場合は，外部治具でサンプ内のサンプリング数は，140dotであるが，初期のズレ量をリングしたデータと，プリンタエンジン側のサンプリン考慮して，その1.25倍の範囲を探索範囲として設計を行

グタイミングとの同期が取れないこと，エンジンがどのう。この場合の探索範囲内のドット数は，175dotである。

ように検出して，その結果を導き出したのかが判断でき175dotに対して，ノイズ除去，スムージングなどのデータないことから従来機能を満足しないために採用できない処理を行って，パターンの中心（重心）まで算出する処と判断した。また，開発段階のみ拡張RAMを設けて，量理時間を見積もると，15ms程度である。従来機の実績に産段階では拡張RAMを未実装にするという提案もあった

おいて，プリント中，演算を含まないレジスト補正制御

が，これについては当初の目的である基板面積の削減にの処理は，１周期において３ms程度であることが，複数繋がらず，更には量産ライン等でのデータ取り等が一切のCPUにおいて検証ができている。したがって，４周期行えないということから採用しないこととした。そこ（40ms）をかけて演算を完了すれば，他の処理に影響をで，最終的には従来からの外部解析装置とプリンタエン与えないで演算できると判断した。１周期にサンプリンジン間のシリアル通信の速度を上げて，リアルタイムでグされるデータ29個を基準に必要なRAMサイズを求め演算したサンプリングデータをそのまま外部解析装置へる。４周期では，29×４＝116dotがサンプリングされる

送信することで従来機と同等の開発ツールとしての機能が，175dot単位での演算となるため，RAMとしては，を満足させる方法を選択した。しかし，通信速度が上が175dot以上で且つ116dotの倍数となる容量（232byte）がるということは，ある周期内に処理するデータ数が増え必要となる。演算タイミングとの関係からこれを２セッることとなり，CPU負荷が上がることになる。したがっト用意することでサンプリングしたデータに対して確実て，２つ目の課題を解決する場合も，CPUの負荷を考慮に演算を行ってからRAMを開放するという制御を実現でする必要があった。

きる。したがって，センサー１つに対して，464byte（2948KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.3（2006）

×４×２×２＝464）のRAMが必要となり，センサーが２３．２

リアルタイムデータ掃き出し

つの今回のシステムでは，928byteのRAMが，レジスト補

単にRAMを削減するだけでは，開発ツールの一部とし正制御のデータのサンプリングに必要と言うことになての機能を損なうため，同等の機能を維持するためにサる。これにて，従来機と比較して30Kbyte以上のRAMのンプリングデータを演算が完了した所から順次解析装置削減が可能となる。

へと掃き出すことが必要となる。プリンタエンジンと外ここで，RAMサイズの妥当性を確認する。上記１周期部解析装置とは，シリアル通信にてデータの送受信を内でのサンプリングに必要なRAMサイズ29個を１つの行っている。外部解析装置へのリアルタイムでのデータバッファと定義してFig.５を使って説明する。

掃き出しの課題は，処理時間である。ここで言う処理時・サンプリング周期間は，①単純にデータを送信する時間と②通信に必要な25.4mm/600dpi/120mm/s＝352.8μs・140dot分のサンプリング時間ソフト的な処理に要する時間である。①は，RAM使用量t1:に関係し，②はCPUの処理時間というところに関連する。
３．２．１

352.8μs×140dot＝49.392ms
・上記t1間に使用されたバッファ数
140dot/29＝4.827個・175dot分のサンプリング＆演算時間

転送速度

最初に，通信速度であるが，サンプリングより早い速度でデータを外部に送ることができれば，演算処理の完
t2:352.8μs×175dot＋40ms＝101.74ms

了したデータから順次解析装置に送信することで，RAMを開放することができる。

・上記t2間に使用されたRAM容量

１周期でのサンプリング数は，センサーが２つである

101.74ms/352.8μs＝288.37byte

ので，29×２＝58dot

・上記t2間に使用したバッファ数

つまり，サンプリング速度は288.37/29＝9.944個

58dot/10ms → 5800byte/s

サンプリング開始から最初の演算タイミングは，175dotのつまり 実質の通信速度がこれ以上であれば，通信のためサンプリングが完了した時点である（CP1）。そこからは，に余分なRAMを必要としないこととなる。今回，115200演算を行いながらサンプリングを継続して実行していbpsを選択することで，スタートビット，ストップビッる。その為，バッファは開放することができず，演算がト，パリティービットを考慮しても完了した時点で初めてRAMの開放が可能となる（CP2）。
以115200bps/11bit → 10472.7byte/s

降は，140dot周期で演算を実行する（CP3，CP4）。各となるため，目標に対して十分に速い速度でサンプリンチェックポイント（CP1〜CP4）でのバッファ残量は，グデータを解析装置に送信できる。
３．２．２

CP1：16−9.944＝6.056個
CP2：6.056＋4.827＝10.883個 ＝ CP4
CP3：10.883−4.827＝6.056個

CPU処理能力

リアルタイムデータ掃き出しにおけるもう一つの課題
は，通信速度があがることによるCPU負荷の増大であった。通信速度が上がることで，割り込み回数が増え，そとなり，常に６個以上のバッファが空いており，演算がのオーバーヘッド等が心配されたが，画像書き出し位置完了してないバッファが新しいデータで上書きされない補正量の演算処理同様に現在使用が考えられるCPUでのことが確認できたので，現状確保したバッファサイズで処理時間を見積もったところ，通信割り込みの締める割十分に今回の制御を実現できることが確認できた。

合が１周期の約20％以下（今回の場合２ms以下）であった。
３．１

リアルタイム演算処理で記載したように，従来の処理で３ms，上記からリアルタイムデータ掃き出しのための通信処理で２ms ということで１周期の約50％を使っている。別途40ms間で実行する演算処理が15ms必要ということで，４周期内の空き時間 20ms内で演算処理を実行することが可能であることから，CPUの能力としても今回のリアルタイム演算処理，リアルタイムデータ掃き出し処理を実現できることが確認できた。
同時に，演算周期を40msとしたことの妥当性も確認できた。
Fig.5 Verification of necessary RAM size

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４ RAM 削減の実現
画像安定化制御，レジスト補正以外の処理について
は，レジスト補正制御がないために元々外部拡張RAMを使用しない設計をしている４サイクルカラープリンタと同様の設計方法に改めた。
画像安定化制御においては，サンプリングデータ，演算過程データを順次外部解析装置に掃き出すこと（リアルタイムデータ掃き出し）で，約55Kbyte使用していたRAMを数十byteへと削減できた。レジスト補正においては，サンプリングしたデータをパターンごとに演算するようにし（リアルタイム演算処理），更には演算の完了したデータを画像安定化制御同様に順次外部解析装置側へ高速で掃き出すことで，従来約3 5 K b y t e 使用していたRAMを１Kbyte以下とすることが確認できた。これら，全ての対応を実施することで，Fig.６に示すように外部拡張RAM無しでプリンタエンジン制御を実現できることが確認できた。

Fig.6 Improvement of RAM utilization

５ おわりに
今回は，コストダウンのための外部拡張RAMの削除という目標をA4カラータンデムプリンタのミドルクラスの製品で達成可能であることが検証できた（今回の検証は，システム速度120mm/sにて行ったが，160mm/sまでであれば今回の制御方法が適用できる見込みである）。次は，今回課題として挙げ，検討したものを更に条件を厳しくしてシミュレーションを行い，高速機分野（A3機（MFP）を含む）への適用を考えていきたい。

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