JP5129777B2 - ウェブプリンタ用位置合わせシステム - Google Patents

Description

本発明は、ウェブ状連続媒体（以下単に「ウェブ」）上へのカラー画像印刷に関する。

大規模印刷装置では、ウェブ上に画像を印刷してページ別に切断する手法がよく採られている。カラー画像印刷時には、通常、ウェブ移送経路沿いに配した複数個の成像（イメージング）ステーションそれぞれで対応する基本色像を発現させ、それら基本色像同士の重ね合わせでフルカラー画像を完成させる。

米国特許出願公開第２００２／００２９６７２号明細書（Ａ１） 米国特許出願公開第２００４／０２０１６６９号明細書（Ａ１） 米国特許出願公開第２００５／００２８７０１号明細書（Ａ１） 米国特許出願公開第２００５／０１２３３３５号明細書（Ａ１） 米国特許出願公開第２００５／０１２５１８０号明細書（Ａ１） 米国特許出願公開第２００６／０１１４２８２号明細書（Ａ１） 米国特許出願公開第２００６／０１１４２８３号明細書（Ａ１）

こうした装置環境では、無論、個別の部分画像を互いに精密に位置合わせすることが肝要である。

ここに、本発明の一実施形態は、プロセス方向沿いに移動する概ね連続的なウェブ上に、複数個の部分画像からなる画像を印刷する画像印刷装置であり、基準マーク発生器及びその下流に位置する複数個の印刷ステーションを備える。基準マーク発生器は、複数個の基準マークがプロセス方向沿いに所定間隔をとりつつ発現するよう、複数個のユニークな基準マークからなる繰り返しパターンをウェブの一部に印刷する。また、各印刷ステーションはプリントヘッド及びフォトセンサを有する。プリントヘッドは、ウェブ上にマーキング素材を被着させて部分画像を形成する。フォトセンサは、その印刷ステーションに対し移動中のウェブから基準マークを読み取る。

ウェブ上にカラー画像を印刷可能なインクジェットプリンタの概略縦断面図である。 基準マーク発生器によってウェブの一部に形成される基準マークの一例を示す平面図である。 図１及び図２に示した装置を統御する制御システムにおける情報の流れを示す図である。 図１に示したものとほぼ同じ装置構成を使用する別の実施形態として、基準マーク読取結果に基づき画像データを制御するものを示す図である。

図１に、ウェブＷ上にカラー画像を印刷可能なインクジェットプリンタの概略縦断面を示す。その全体構成は米国特許出願第１１／７７３５４９号に記載のものと同様であり、プロセス方向Ｐ沿いにウェブＷを移送する仕組みを採っている。印刷であればウェブＷとして紙製のものを使用するのが普通だが、布、プラスチック等、他のどのような素材でも使用することができる。

本プリンタでは、プロセス方向Ｐ沿いのある位置に基準マーク発生器１０が配置されている。その本質はインクジェット法等による単純な印刷装置であり、図示の通り、そのプロセス方向Ｐ沿い配設部位はローラ２０とローラ２０の間にある。この配置を採るのは、ウェブＷ上の基準マーク発生器直下部分を位置ノイズ源（例えば振動源）から隔てると共に、ウェブＷの局所伸び量（後述）に関して基準を画定するためである。

プロセス方向Ｐ沿いにその下流にあるのは、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）及びブラック（Ｋ）の基本色毎に１個ずつ、都合４個の印刷ステーションである。用途によっては、これ以外の特別な色を使用することもできる。ＭＩＣＲ（磁気インク文字認識）印刷等の場合には、そのための特殊目的印刷ステーションを設けることもできる。各印刷ステーションはインクジェットプリントヘッドを１個又は複数個有している（図中の３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｙ，３０Ｋ）。移動中のウェブＷ上に形成される基本色像（基本色の部分画像）の位置がそれらプリントヘッド間で精密に揃っていれば、プロセス終了時にはフルカラー画像が完成することとなる。

また、ウェブ上に複数個の部分画像を発現させその組合せでフルカラー画像を形成するカラー印刷では、周知の通り、ウェブ上における部分画像発現位置を互いに精密に揃えること即ち「位置合わせ」（レジストレーション）が、その印刷手法を問わず決定的に重要である。これを実現するため、各印刷ステーションはフォトセンサを有している（図中の３２Ｍ，３２Ｃ，３２Ｙ，３２Ｋ）。各フォトセンサは、基準マーク発生器１０によってウェブＷ上に形成された基準マークを読み取れるよう、構成及び配置されている。本実施形態の場合、各印刷ステーションにプリントヘッド（例えば３０Ｍ）が複数個ずつある。それらのプリントヘッドは、それぞれ、インク、トナー等のマーキング素材をウェブＷ上に被着させることで、そのウェブＷ上に、対応する基本色像の少なくとも一部を発現させている。そのため、フォトセンサ（例えば３２Ｍ）は、プロセス方向Ｐ沿いに、それらプリントヘッドに混じって配置されている。

図２に、基準マーク発生器１０によってウェブＷの一部に形成される基準マークの一例を平面的に示す。図示例では、ユーザ所望の画像が印刷される主部Ｍと、ウェブＷの一辺沿いに位置する基準エリアＦとに区分して、ウェブＷを使用する。基準マーク発生器１０はそのうち基準エリアＦ内に複数個の基準マークを形成する。その際には、それらの基準マークが、プロセス方向Ｐに沿ってあるパターンで繰り返されるようにする。図示例の場合、昇順二進数列を表す基準マーク群を印刷している。この例では、１値をドット、０値をドット間スペースで表すクロスプロセス方向（方向Ｐに対し直交する方向）沿いドット列によって、個々の二進数値を表現している。個々のドットの形成形態は、例えば肉眼では読めない着色剤でマーキングする、非光学的手段例えば磁界でしか検知できないマーキング剤で形成する等、或いはそれらの併用等、様々な形態としうる。要は、何らかの手段で読み取ることができればよい。また、それらの基準マークは、個々の二進数値がそのパターン繰り返し周期中に「ユニーク」に出現するよう発生させる。そのため、図示例では、十進表記で０の二進数値から始まり、十進表記で２５５の二進数値に達した後、再び十進表記で０の二進数値に戻るように、二進数値を昇順発生させている。これに代え、乱数発生、グレイコード等を用いその出現をユニークにすることも可能であるし、個々のパターン繰り返し周期の全長（数列長乃至物理長）をその用途に従い変えることもできる。いずれにせよ、こうした基準マークはウェブ移送経路沿いに読取装置（フォトセンサ等）を設けて読み取ることができ、ひいてはウェブＷ上における基準マーク位置（０〜２５５の範囲内で周期的繰り返す二進数値）を識別することができる。更に、相隣接する２個の基準マーク（二進数値）間の読取時刻差をウェブ移送中に計測することによって、任意時点におけるウェブ移送速度を求めることもできる。

例えば、基準マーク発生器１０による基準マーク形成の時間間隔Δｔが一定、基準マーク発生器配設個所でのウェブ移送速度の平均値がｖであり、従って隣接基準マーク間隔の平均値がｖΔｔであるとする。また、繰り返されるパターン内で第ｉ番目の位置にある基準マークが二進数値Ｎｉを表しており、その読取元位置をはっきり知ることができるようパターン長が設定されているとする。この場合、ウェブＷ例えば紙は、二進数値Ｎ１を表す基準マークが読み取られてから二進数値Ｎ２を表す基準マークが読み取られるまでの期間に、平均して距離（Ｎ２−Ｎ１）ｖΔｔに亘り移送される。

同じく図２から読み取れるように、フォトセンサ３２Ｍ，３２Ｃ，３２Ｙ，３２Ｋは、基準エリアＦ内の基準マークを読み取れるようウェブＷの一辺に沿って配置されている。また、本実施形態では、各フォトセンサ３２Ｍ，３２Ｃ，３２Ｙ，３２Ｋが、その直下を通る基準マークを互いに同時にスナップショット撮影している。従って、その結果を画像処理に供することで、そのウェブＷの絶対位置の指標となる二進数値を識別することができる。更に、あるフォトセンサで識別した二進数値と他のフォトセンサで識別した二進数値との差分は、それらのフォトセンサ間に存するウェブＷ例えば紙の長さを反映している。ただ、その差分には、基準マーク発生器１０の近傍（マーキングゾーン）におけるウェブＷの局所伸び量と、フォトセンサ３２Ｍ，３２Ｃ，３２Ｙ，３２Ｋの近傍（プリンティングゾーン）におけるウェブＷの局所伸び量との差が、反映している。即ち、両ゾーン間で局所伸び量に差がなければ、識別した二進数値間の差分はセンサ間ウェブ長の計測値でありフォトセンサ間距離と一致するが、マーキングゾーン内伸び量がプリンティングゾーン内伸び量より大きければその差分はフォトセンサ間距離相当値よりも小さく、小さければ大きい。更に、その差分の変化分はウェブＷの局所伸び量に比例している。

図３に、図１及び図２に示した装置を統御する制御システム５０における情報の流れを示す。本実施形態では、その上流に位置する基準マーク発生器１０の動作が図示しないパターン発生器やトリガ発生器４０との連携で制御されている。パターン発生器はウェブＷ上に基準マークとして記すべき二進数値を決め、トリガ発生器４０は基準マーク発生器１０に一定時間間隔で基準マーク形成を行わせる。トリガ発生器４０は、更に、基準マークのスナップショット撮影を行う頻度を決め、フォトセンサ３２Ｍ，３２Ｃ，３２Ｙ，３２Ｋを一定時間間隔でトリガする。このトリガリングの頻度で、プリンティングゾーンにおけるウェブＷの局所伸び量の計測頻度が決まる。このトリガリングは、フォトセンサ間で必ずしも同時でなくてもよい。トリガリング実施中に所定時刻が到来したら、その時点を含む期間におけるウェブＷの移送距離を計算しその局所伸び量を計測する。即ち、基準マーク読取結果を制御システム５０内に経時的に収集及び解析し、種々の基準マークに係る二進数値に基づきウェブＷの局所伸び量を求める。なお、印刷の状況次第では、ウェブＷの温度が故意又は不意に下がって“伸び”が負になることもあるが、そうした負の“伸び”即ち縮みも計測可能である。また、制御システム５０で周期を決め、その周期に従い同時スナップショット撮影を行うようにすれば、基準マーク読取結果からウェブＷの速度や動的な不定性を求めることができる。ここでいう不定性とは、基準マーク読取結果のフォトセンサ間差分が、ウェブＷのゆっくりとした伸び等により経時的に変化することをいう。特定のフォトセンサ対間における基準マーク読取結果差分の変化分、例えばフォトセンサ３２Ｙの対における基準マーク読取結果差分とフォトセンサ３２Ｋの対における基準マーク読取結果差分の差から、そうした不定性を検知できるので、装置内ローラの動作乱れ等が原因でウェブＷの移送速度ｖや局所伸び量に変動が生じた場合でも、それを検知して分離することができる。

ウェブＷの伸縮や速度変化は各色画像間位置ずれの発生原因となる。この制御システム５０では、ウェブＷにおける種々の不定性を検知・判別できるので、検知した不定性が打ち消されるよう、プリントヘッド３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｙ，３０Ｋに対する出力データやタイミング指令を調整することができ、ひいては各色画像間の位置合わせ精度を所望水準にすることができる。また、検知した不定性が所定水準を上回っている場合や特別な種類のものであったりした場合には、ウェブＷの移送を司る駆動システム６０を制御しウェブ張力（テンション）を細かく変化させればよい。

図４に、基準マーク読取結果に基づき画像データを制御する“リフレックス”型の他種実施形態を示す。本実施形態で使用する装置の構成は図１に示したものとほぼ同じであり、それぞれフォトセンサ（例えば３２Ｍ）及びプリントヘッド（例えば３０Ｍ）を有する印刷ステーションがプロセス方向Ｐ沿いに複数個配されているが、本実施形態ではそれらの印刷ステーションを互いにほぼ独立に動作させている。そのやり方は複数通りある。第１のやり方では、最新のウェブ移送速度検出値に相応する値になるようプリントヘッド作動頻度を制御する。そのため、フォトセンサ下を過ぎっていく個々の基準マークから、その基準マークが表している二進数値を識別し、その二進数値をその時刻についての二進数値期待値と比較する。もし、その二進数値が期待値より大きければ（早めに検出されれば）、プリントヘッド作動頻度（この場合インク吐出頻度）が少々低いということであるので、インク吐出先位置と基準マーク位置とが揃うまでインク吐出頻度を徐々に高めていく。逆に、その二進数値が期待値より小さければ（遅めに検出されれば）、インク吐出頻度が少々高いということであるので、インク吐出先位置と基準マーク位置とが揃うまでインク吐出頻度を徐々に低めていく。また、第２のやり方では、印刷したいラスタ画像のうち、フォトセンサ（例えば３２Ｍ）により読み取られた基準マークに係る二進数値に対応する部分を、その二進数値を基準に精密に定めたタイミングでプリントヘッドからインクを吐出させることで、印刷する。例えば、第０〜第２５５ラインからなるラスタ画像をウェブＷ上に順次印刷していく場合、その画像の個々のライン例えば第１７５ラインの画像データを、インク吐出直前にプリントヘッドにロードさせる。次いで、そのラインに対応する二進数値（ラインイネーブルデータ）がフォトセンサ３２Ｍによって実際に読み取られたら、その後ある所定の時間が経過した時点でインク吐出を行わせ、ロードされている画像データに基づきそのラインを印刷する。基準マークはあるパターンで繰り返されるので、このプロセスは、そのパターン内の個々の基準マーク（従って個々の二進数値）毎に実行する。また、基準マークと基準マークの狭間に位置するラインについては、適宜補間を実行する。従って、本実施形態では、各印刷ステーションを互いに（ある程度まで）独立に動作させることができる。即ち、個々の印刷ステーションはウェブＷ上の比較的狭い範囲を“見て”いればよいので、ウェブＷの局所伸び量等といった長区間に亘る不定性を調べる必要がない。

１０ 基準マーク発生器、２０ ローラ、３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｙ，３０Ｋ インクジェットプリントヘッド、３２Ｍ，３２Ｃ，３２Ｙ，３２Ｋ フォトセンサ、４０ トリガ発生器、５０ 制御システム、６０ 駆動システム、Ｆ 基準エリア、Ｍ 主部、Ｐ プロセス方向、Ｗ ウェブ。

Claims (8)

1. プロセス方向沿いに移動する概ね連続的なウェブ上に、部分画像を含む画像を印刷する画像印刷装置であって、
   複数のユニークな基準マークを含むパターンが繰り返されることで形成された繰り返しパターンを前記ウェブの一部に印刷する基準マーク発生器であって、前記基準マークがプロセス方向沿いに所定間隔で生成される、基準マーク発生器と、
   前記基準マーク発生器より下流に配置された少なくとも２つの印刷ステーションであって、それぞれが、前記ウェブ上にマーキング素材を被着させて部分画像を形成するプリントヘッドと、該印刷ステーションに対し移動中のウェブから基準マークを読み取るフォトセンサとを有する少なくとも２つの印刷ステーションと、
   前記印刷ステーションに関連づけられた前記フォトセンサからの基準マークの読み取り結果を取得し、かつ、予め定められた周期でほぼ同時に求められた少なくとも２つのフォトセンサによる異なる基準マークの読み取り結果に関して前記ウェブの伸び量を計算するべく構成された、制御システムと、
   を備え、
   前記繰り返しパターンの長さは、２つのフォトセンサの間の距離よりも長い、画像印刷装置。
2. 請求項１記載の画像印刷装置であって、ユニークな前記基準マークがそれぞれ、前記プロセス方向に対して垂直に延びるように配列された複数のドットまたはドットスペースを含む、画像印刷装置。
3. 請求項１記載の画像印刷装置であって、前記制御システムが、ほぼ同時に求められた少なくとも２つのフォトセンサによる異なる基準マークの読み取り結果に基づいて、前記ウェブの速度を計算する、画像印刷装置。
4. 請求項１記載の画像印刷装置であって、前記制御システムが、ほぼ同時に求められた少なくとも２つのフォトセンサによる異なる基準マークの読み取り結果に基づいて、前記ウェブの伸び量を計算する、画像印刷装置。
5. プロセス方向沿いに移動する概ね連続的なウェブ上に、部分画像を含む画像を印刷する画像印刷装置であって、
   複数のユニークな基準マークを含むパターンが繰り返されることで形成された繰り返しパターンを前記ウェブの一部に印刷する基準マーク発生器であって、前記基準マークがプロセス方向沿いに所定間隔で生成される、基準マーク発生器と、
   前記基準マーク発生器より下流に配置された少なくとも２つの印刷ステーションであって、それぞれが、前記ウェブ上にマーキング素材を被着させて部分画像を形成するプリントヘッドと、該印刷ステーションに対し移動中のウェブから基準マークを読み取るフォトセンサとを有する少なくとも２つの印刷ステーションと、
   前記印刷ステーションに関連づけられた前記フォトセンサからの基準マークの読み取り結果を取得し、かつ、予め定められた周期でほぼ同時に求められた少なくとも２つのフォトセンサによる異なる基準マークの読み取り結果に関して前記ウェブの速度を計算するべく構成された、制御システムと、
   を備え、
   前記繰り返しパターンの長さは、２つのフォトセンサの間の距離よりも長い、画像印刷装置。
6. 請求項５記載の画像印刷装置であって、前記制御システムが、ほぼ同時に求められた少なくとも２つのフォトセンサによる異なる基準マークの読み取り結果に基づいて、前記ウェブの伸び量を計算する、画像印刷装置。
7. 請求項６記載の画像印刷装置であって、前記制御システムが、前記計算されたウェブの伸び量と前記計算されたウェブの速度との少なくとも一方に基づき、少なくとも１つのプリントヘッドの動作に作用する、画像印刷装置。
8. 請求項６記載の画像印刷装置であって、前記制御システムが、前記計算されたウェブの伸び量と前記計算されたウェブの速度との少なくとも一方に基づき、前記ウェブの駆動システムの動作に作用する、画像印刷装置。
   
   

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