JP5295162B2

JP5295162B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP5295162B2
Application number: JP2010079609A
Authority: JP
Inventors: 浩行柴田
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2013-09-18
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Description

本発明は、画像形成装置に係り、特に着弾干渉によるバンディングを抑制した画像形成装置に関する。

インクジェットによる画像形成装置においては、着弾した液滴が紙等の記録媒体表面上に残存しているところへさらに液滴が着弾すると、着弾した２つの液滴の表面エネルギーを小さくするために、もしくは単位面積あたりのインク量が多いことに起因したあふれ効果により、先に着弾した液滴（ドット）と後に着弾した液滴が干渉し、液滴が移動する。液滴の理想的な着弾位置からのずれは濃度分布に偏りを生じさせバンディングとして視認されるという課題がある。

この課題を回避するために、吸水層を持つインクジェット専用紙を使ったり、ドットを吸収／乾燥する時間を確保するためにマルチパスで描画したりすることがある。しかし、前者の場合は液滴がすばやくインクジェット専用紙に吸収されるので液滴同士の干渉が抑制される一方で、インクジェット専用紙のコストが高いことが課題となっており、後者の場合は生産性が課題となっている。

また、近年、生産性を向上させるために一度のスキャンにより描画を行うシングルパス方式によるインクジェット印刷機が提案されている。上記方式による印刷機では、各ドットの着弾時間差が短いため、ドット同士の干渉によるバンディングはさらにシビアになる。

上記技術に関連して、特許文献１には、ドットとドットが接触しないようにドット質量を小さくする技術が開示されている。特許文献２には、濃小ドットと淡大ドットの明度は中間調で同一となるようにする技術が開示されている。さらに、特許文献３には、隣接との重なりに応じて着弾順を変えるとともに、定着時間を超えるように着弾時間差を設定する技術が開示されている。

特許文献４には、固定ピッチで網またはライン型にビーディングを起こす大ドットを配置してビーディングを回避する技術が開示されている。

特開平５−１０４７２６号公報特開平１１−１５１８２１号公報特開２００６−１２３５２２号公報特開２００９−１５４４９９号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、ドットが小さいとドットとドットとの間隔が広がるため（オーバーラップがなくなるため）スジが目立ちやすい。これを回避するために解像度をあげるとマルチスキャンの場合は生産性が落ちる。

また、特許文献２に開示された技術のように、異なるインクを使うことはコストの増大、機械の複雑化につながる。さらに、特許文献３に開示された技術のように、着弾順を変えることは機械の複雑化につながる。また着弾時間差を定着時間を越えるように設定することは、生産性の低下を招く。

また、特許文献４に開示された技術のように、周期的にドットを配置すると吐出不良の影響を受けてバンディングになりやすい。

このように従来の技術においては、着弾干渉によるバンディングを抑制することができないという問題点があった。

本発明は上記問題点に鑑み、着弾干渉によるバンディングを抑制可能な画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、記録媒体に対して液滴を吐出して、異なる直径の複数のドットを形成可能な液滴吐出ヘッドと、前記記録媒体に形成する画像における各画素の階調値を示す画像データに基づいて、階調値が予め定められた階調域の場合には、予め定められた直径より大きい直径の第１ドットによる記録率が下記（１）式を満足して形成されると共に、前記第１ドットの間に前記予め定められた直径以下の第２ドットが前記階調値に応じた記録率で形成されるように前記液滴吐出ヘッドから吐出される液滴のサイズを制御する制御手段と、を有する。

・・・（１）
ただし、ｉは複数のドットの個数をＮとして各ドットに直径が小さい順に付した１〜Ｎまでの番号、α_ｉはｉ番目のドットのπ／４≦α_ｉ≦１を満たす係数、Ｒ_ｉはｉ番目のドットの記録率、Ｄ_ｉはｉ番目のドットの直径、Ｌは画素の一辺の長さ、ｉ_ｓは前記予め定められた直径のドットの番号である。

ここで、請求項１に記載の発明では、液滴吐出ヘッドは記録媒体に対して液滴を吐出して、異なる直径の複数のドットを形成可能であり、制御手段により、前記記録媒体に形成する画像における各画素の階調値を示す画像データに基づいて、階調値が予め定められた階調域の場合には、予め定められた直径より大きい直径の第１ドットによる記録率が上記（１）式を満足して形成されると共に、前記第１ドットの間に前記予め定められた直径以下の第２ドットが前記階調値に応じた記録率で形成されるように前記液滴吐出ヘッドから吐出される液滴のサイズを制御することで、第１ドットは互いに接触せずかつ全面を覆うように媒体上に形成されるので、第１ドットの干渉による移動が抑制されるとともに、第２ドットの干渉による移動が第１ドットに覆われて隠されるので、着弾干渉によるバンディングを抑制可能な画像形成装置を提供することができる。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１ドットによる記録率を前記（１）式に従って設定する第１設定手段と、前記第２ドットによる記録率を前記階調値に応じて設定する第２設定手段と、を含み、前記制御手段が、設定された前記第１ドットによる記録率、及び前記第２ドットによる記録率で形成されるように前記液滴吐出ヘッドから吐出される液滴のサイズを制御する。

請求項２に記載の発明によれば、第１ドットによる記録率を設定する第１設定手段と第２ドットによる記録率を設定する第２設定手段により、各々のドットによる記録率を設定することができる。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記予め定められた階調域の下限値をＬ２、下限値Ｌ２よりも小さい値をＬ１とし、階調値ｔがｔ≦Ｌ１を満たす場合に、前記第１ドットによる記録率を０とし、前記第２ドットによる前記階調値に応じた記録率を、下記（２）式を満足するようにした。

・・・（２）
請求項３に記載の発明によれば、第２ドットの接触が抑制され、着弾干渉が生じないようにすることができ、かつ比較的小さな第２ドットのみで描画されるので、階調値が０〜ｔまでのハイライト領域における粒状性を良好に保ちながら、バンディングを抑制することができる。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、前記予め定められた階調域の下限値をＬ２、下限値Ｌ２よりも小さい値をＬ１とし、前記階調値ｔがＬ１≦ｔ≦Ｌ２を満たす場合に、前記第１ドットによる記録率及び前記第２ドットによる記録率を、下記（３）式を満足するようにした。

・・・（３）
請求項４に記載の発明によれば、（３）式を満足する記録率とするので第２ドットのみで構成されるｔ≦Ｌ１と第１ドット及び第２ドットで構成されるｔ≧Ｌ２の階調を滑らかに接続できる。また第１ドット及び第２ドットの干渉が抑制されるのでＬ１≦ｔ≦Ｌ２におけるバンディングを抑制することができる。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記（１）式を満足する前記第１ドットに属するドットの構成が異なる、複数の前記予め定められた階調域を持つとともに、前記予め定められた階調域のうちの少なくとも一つは、第１ドットに属するドット各々の記録率を変化させることを特徴とする。

請求項５の発明によれば、第１ドットの構成の異なる複数の数１を満たす階調域を、数１を満足しながら接続することができるので、バンディングを抑制しながら滑らかな階調表現を実現できる。

また、請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の発明において、前記制御手段は、ＦＭスクリーニング方式で前記液滴吐出ヘッドから液滴を吐出させるように制御する。

請求項６に記載の発明によれば、網の周期性のためバンディングが目立ちやすいＡＭスクリーニング方式ではなく、ＦＭスクリーニング方式を用いるので、よりバンディングを抑制することができる。

本発明によれば、着弾干渉によるバンディングを抑制可能な画像形成装置を提供することができるという効果が得られる。

実施形態に係るインクジェット記録装置の全体構成を示す側面図である。インクジェット記録装置のシステム構成を示す図である。ヘッドの構造例を示す平面透視図である。ノズルレイアウト例と着弾順の例を示す図である。記録率を７５％とした場合のドットを示す図である。本発明の基本的な原理を示す模式図である。ドットＤ２の隙間にドットＤ１が形成された様子を示す図である。ドットＤ２による記録率の設定方法を説明するための図である。３値ハーフトーンの場合の各ドットによる記録率例を示す図である。４値ハーフトーンの場合の各ドットによる記録率例を示す図である。記録率設定処理の流れを示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明においては液滴をインクと表現することがある。また、記録媒体に着弾したインクをドットと表現することがある。

図１には、本発明の画像形成装置の一実施形態を示すインクジェット記録装置の全体構成図が示されている。同図に示すように、インクジェット記録装置１０には、記録媒体としての枚葉紙（以下、「用紙」という。）Ｐの搬送方向上流側に、用紙Ｐを給紙搬送する給紙搬送部１２が設けられている。この給紙搬送部１２の下流側には、用紙Ｐの搬送方向に沿って、用紙Ｐの画像記録面（以下、「記録面」ともいう。）に処理液を塗布する処理液塗布部１４、用紙Ｐの記録面に画像を記録する画像記録部１６、記録面に記録された画像を乾燥させるインク乾燥部１８、乾燥した画像を用紙Ｐに定着させる画像定着部２０、画像が定着した用紙Ｐを排出する排出部２１が設けられている。

給紙搬送部１２には、用紙Ｐが積載される積載部２２が設けられており、積載部２２の上部には、該積載部２２に積載された用紙Ｐを一枚ずつ給紙する給紙部２４が設けられている。給紙部２４の用紙Ｐの搬送方向下流側（以下、「用紙Ｐの搬送方向」を省略する場合もある。）には、複数のローラ２６対を含んで構成された搬送部２８が設けられている。給紙部２４によって給紙された用紙Ｐは、複数のローラ２６対で構成された搬送部２８を経て、処理液塗布部１４へ搬送される。

処理液塗布部１４では、処理液塗布ドラム３０が回転可能に配設されている。この処理液塗布ドラム３０には、用紙Ｐの先端部を挟持して用紙Ｐを保持する保持部材３２が設けられており、該保持部材３２を介して、処理液塗布ドラム３０の表面に用紙Ｐを保持した状態で、処理液塗布ドラム３０の回転によって該用紙Ｐを下流側へ搬送する。

なお、後述する中間搬送ドラム３４、画像記録ドラム３６、インク乾燥ドラム３８及び定着ドラム４０についても、処理液塗布ドラム３０と同様に保持部材３２が設けられている。そして、この保持部材３２によって、上流側のドラムから下流側のドラムへの用紙Ｐの受け渡しが行われる。

処理液塗布ドラム３０の上部には、処理液塗布ドラム３０の周方向に沿って、処理液塗布装置４２及び処理液乾燥装置４４が配設されており、処理液塗布装置４２によって、用紙Ｐの記録面に処理液が塗布され、処理液乾燥装置４４によって、該処理液が乾燥する。

ここで、処理液はインクと反応して色材（顔料）を凝集し、色材（顔料）と溶媒を分離促進する効果を有している。処理液塗布装置４２には、処理液が貯留している貯留部４６が設けられており、グラビアローラ４８の一部が処理液に浸されている。

このグラビアローラ４８にはゴムローラ５０が圧接して配置されており、該ゴムローラ５０が用紙Ｐの記録面側に接触して処理液が塗布される。また、グラビアローラ４８にはスキージ（図示省略）が接触しており、用紙Ｐの記録面に塗布する処理液塗布量を制御する。

処理液膜厚はヘッド打滴の液滴より十分小さいことが理想である。例えば２ｐｌの打滴量の場合、ヘッド打滴の液滴の平均直径は１５．６ｕｍであり、処理液膜厚が厚い場合、インクドットは用紙の記録面と接触することなく処理液内で浮遊する。２ｐｌの打滴量で着弾ドット径を３０ｕｍ以上得るには処理液膜厚を３ｕｍ以下にすることが好ましい。

一方、処理液乾燥装置４４には、熱風ノズル５４及び赤外線ヒーター５６（以下、「ＩＲヒーター５６」という。）が処理液塗布ドラム３０の表面に近接して配設されている。この熱風ノズル５４及びＩＲヒーター５６により、処理液中の水などの溶媒を蒸発させ、固体もしくは薄膜処理液層を用紙Ｐの記録面側に形成する。処理液乾燥工程で処理液を薄層化することで、画像記録部１６でインク打滴したドットが用紙Ｐの表面と接触して必要なドット径が得られると共に、薄層化した処理液と反応し色材凝集して用紙Ｐの表面に固定する作用が得られやすい。

このようにして、処理液塗布部１４で記録面に処理液が塗布、乾燥された用紙Ｐは、処理液塗布部１４と画像記録部１６の間に設けられた中間搬送部５８へ搬送される。

中間搬送部５８には、中間搬送ドラム３４が回転可能に設けられており、中間搬送ドラム３４に設けられた保持部材３２を介して、中間搬送ドラム３４の表面に用紙Ｐを保持し、中間搬送ドラム３４の回転によって該用紙Ｐを下流側へ搬送する。

画像記録部１６には、画像記録ドラム３６が回転可能に設けられており、画像記録ドラム３６に設けられた保持部材３２を介して、画像記録ドラム３６の表面に用紙Ｐを保持し、画像記録ドラム３６の回転によって該用紙Ｐを下流側へ搬送する。

画像記録ドラム３６の上部には、画像記録ドラム３６の表面に近接して、シングルパス方式のインクジェットラインヘッド（以下、単に「ヘッド」ともいう。）６４で構成されたヘッドユニット６６が配設されている。このヘッドユニット６６では、少なくとも基本色であるＹＭＣＫのヘッド６４が画像記録ドラム３６の周方向に沿って配列され、処理液塗布部１４で用紙Ｐの記録面に形成された処理液層上に各色の画像を記録する。

処理液はインク中に分散する色材（顔料）とラテックス粒子を処理液に凝集する効果を持たせ、用紙Ｐ上で色材流れなど発生しない凝集体を形成する。インクと処理液の反応の一例として、処理液内に酸を含有しＰＨダウンにより顔料分散を破壊し、凝集するメカニズムを用い色材滲み、各色インク間の混色を回避する。

ヘッド６４は、画像記録ドラム３６に配置された回転速度を検出するエンコーダ（図示省略）に同期して打滴を行うことで、高精度に着弾位置を決定すると共に、画像記録ドラム３６の振れ、回転軸６８の精度、ドラム表面速度に依存せず、打滴ムラを低減することが可能となる。

ヘッドユニット６６は、画像記録ドラム３６の上部から退避可能とされており、ヘッド６４のノズル（吐出口）面清掃や増粘インク排出などのメンテナンス動作は、該ヘッドユニット６６を画像記録ドラム３６の上部から退避させることで実施される。

インクジェット記録装置１０は、ＹＭＣＫのヘッド６４の各々に供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部６５を備えている。インク貯蔵／装填部６５は、ＹＭＣＫのヘッド６４の各々に対応する色のインクを貯蔵するインクタンクを有し、各タンクは所定の管路を介してＹＭＣＫのヘッド６４と連通されている。

画像記録部１６において記録面に画像が記録された用紙Ｐは、画像記録ドラム３６の回転によって、画像記録部１６とインク乾燥部１８の間に設けられた中間搬送部７０へ搬送されるが、中間搬送部７０については、中間搬送部５８と構成が略同一であるため説明を省略する。

インク乾燥部１８には、インク乾燥ドラム３８が回転可能に設けられており、インク乾燥ドラム３８の上部には、インク乾燥部１８の表面に近接して、熱風ノズル７２及びＩＲヒーター７４が複数配設されている。

ここでは、一例として、上流側と下流側に熱風ノズル７２が配置されるようにして、熱風ノズル７２と平行配列された一対のＩＲヒーター７４を交互に配置している。これ以外にも、上流側にＩＲヒーター７４を多く配置して上流側で熱エネルギーを多く照射し水分の温度を上昇させ、下流側に熱風ノズル７２を多く配置して飽和水蒸気を吹き飛ばすようにしても良い。

ここで、熱風ノズル７２は、熱風の吹きつけ角度を用紙Ｐの後端側に傾けて配置するようにしている。これにより、熱風ノズル７２による熱風の流れを一方向に集めることができ、また、インク乾燥ドラム３８側へ用紙Ｐを押し付け、該インク乾燥ドラム３８の表面に用紙Ｐを保持させた状態を維持することができる。

これらの熱風ノズル７２及びＩＲヒーター７４による温風によって、用紙Ｐにおける画像が記録された部分では、色材凝集作用により分離された溶媒が乾燥され、薄膜の画像層が形成される。

温風は用紙Ｐの搬送速度によっても異なるが、通常は５０℃〜７０℃に設定され、ＩＲヒーター７４の温度を２００℃〜６００℃に設定する事で、インク表面温度が５０℃〜６０℃になるよう設定されている。蒸発した溶媒はエアーと共にインクジェット記録装置１０の外部へ排出されるが、エアーは排出される。このエアーは、冷却器／ラジエータ等で冷却して液体として排出しても良い。

記録面の画像が乾燥した用紙Ｐは、インク乾燥ドラム３８の回転によって、インク乾燥部１８と画像定着部２０の間に設けられた中間搬送部７６へ搬送されるが、中間搬送部７６については、中間搬送部５８と構成が略同一であるため説明を省略する。

画像定着部２０には、画像定着ドラム４０が回転可能に設けられており、画像定着部２０は、インク乾燥ドラム３８上で形成された薄層の画像層内のラテックス粒子が加熱／加圧されて溶融し、用紙Ｐ上に固着定着する機能を有する。

画像定着ドラム４０の上部には、画像定着ドラム４０の表面に近接して、加熱ローラ７８が配設されている。この加熱ローラ７８は熱伝導率の良いアルミなどの金属パイプ内にハロゲンランプが組み込まれており、該加熱ローラ７８によって、ラテックスのＴｇ温度以上の熱エネルギーが付与される。これにより、ラテックス粒子を溶融し、用紙上の凹凸に押し込み定着を行うと共に画像表面の凹凸をレベリングし光沢性を得ることを可能とする。

加熱ローラ７８の下流側には、定着ローラ８０が設けられている、この定着ローラ８０は画像定着ドラム４０の表面に圧接した状態で配置され、画像定着ドラム４０との間でニップ力を得るようにしている。このため、定着ローラ８０又は画像定着ドラム４０のうち、少なくとも一方は表面に弾性層を持ち、用紙Ｐに対して均一なニップ幅を持つ構成とする。

以上のような工程により、記録面の画像が定着した用紙Ｐは、画像定着ドラム４０の回転によって、画像定着部２０の下流側に設けられた排出部２１側へ搬送される。

なお、本実施形態では、画像定着部２０について説明したが、インク乾燥部１８で記録面に形成された画像を乾燥・定着させることができれば良いため、この画像定着部２０は必ずしも必要ではない。

次に、図２を参照して、本実施の形態に係るインクジェット記録装置１０のシステム構成を説明する。

同図に示されるように、インクジェット記録装置１０は、通信インタフェース８３、システムコントローラ８４、画像メモリ８５、ＲＯＭ８６、モータドライバ８７、ヒータドライバ８８、ファン・モータドライバ８１、プリント制御部８９、ＲＯＭ９４、画像バッファメモリ９０、画像処理部９１、ヘッドドライバ９２等を備えている。

通信インタフェース８３は、ユーザがインクジェット記録装置１０に対して画像形成の指示等を行うため等に用いられるホスト装置９９とのインタフェース部である。通信インタフェース８３にはＵＳＢ（Universal Serial Bus）、ＩＥＥＥ１３９４、イーサネット（登録商標）、無線ネットワークなどのシリアルインタフェースやセントロニクスなどのパラレルインタフェースを適用することができる。この部分には、通信を高速化するためのバッファメモリ（不図示）を搭載してもよい。

ホスト装置９９から送出された画像情報は通信インタフェース８３を介してインクジェット記録装置１０に取り込まれ、一旦画像メモリ８５に記憶される。画像メモリ８５は、通信インタフェース８３を介して入力された画像データを記憶する記憶手段であり、システムコントローラ８４を通じて情報の読み書きが行われる。画像メモリ８５は、半導体素子からなるメモリに限らず、ハードディスクなど磁気媒体を用いてもよい。

システムコントローラ８４は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）およびその周辺回路等から構成され、所定のプログラムに従ってインクジェット記録装置１０の全体を制御する制御装置として機能すると共に、各種演算を行う演算装置として機能する。すなわち、システムコントローラ８４は、通信インタフェース８３、画像メモリ８５、モータドライバ８７、ヒータドライバ８８、ファン・モータドライバ８１等の各部を制御し、ホスト装置９９との間の通信制御、画像メモリ８５およびＲＯＭ８６の読み書き制御等を行うと共に、用紙搬送系のモータ９３やＩＲヒーター５６、７４を制御する制御信号を生成する。なお、プリント制御部８９に対しては、制御信号の他に、画像メモリ８５に記憶された画像データを送信する。

また、ＲＯＭ８６には、システムコントローラ８４のＣＰＵが実行するプログラムおよび制御に必要な各種データなどが格納されている。ＲＯＭ８６は、書き換え不能な記憶手段であってもよいが、各種のデータを必要に応じて更新する場合は、ＥＥＰＲＯＭのような書き換え可能な記憶手段を用いることが好ましい。

画像メモリ８５は、画像情報の一時記憶領域として利用されると共に、プログラムの展開領域およびＣＰＵの演算作業領域としても利用される。

モータドライバ８７は、システムコントローラ８４からの指示に従って用紙搬送系のモータ９３を駆動するドライバ（駆動回路）である。また、ヒータドライバ８８は、システムコントローラ８４からの指示に従ってＩＲヒーター５６、７４を駆動するドライバである。

また、ファン・モータドライバ８１は、システムコントローラ８４からの指示に従って、各ファン・モータ７３およびファン・モータ結線回路７１を駆動するドライバである。

一方、プリント制御部８９は、ＣＰＵおよびその周辺回路等から構成され、システムコントローラ８４の制御に従い、画像処理部９１と協働して画像メモリ８５内の画像データから吐出制御用の信号を生成するための各種加工、補正等の処理を行うと共に、生成したインク吐出データをヘッドドライバ９２に供給してヘッドユニット６６の吐出駆動を制御する。

プリント制御部８９には、プリント制御部８９のＣＰＵが実行するプログラムおよび制御に必要な各種データなどが格納されているＲＯＭ９４が接続されている。ＲＯＭ９４もまた書き換え不能な記憶手段であってもよいが、各種のデータを必要に応じて更新する場合は、ＥＥＰＲＯＭのような書き換え可能な記憶手段を用いることが好ましい。

画像処理部９１は、入力された画像情報からインク色別のドット配置データを生成するものであり、入力画像情報に対してハーフトーニング処理（中間階調処理）を行って高品質のドット位置を決定する。

なお、図２において、画像処理部９１は、システムコントローラ８４やプリント制御部８９とは別個のものとして図示しているが、例えば、画像処理部９１は、システムコントローラ８４或いはプリント制御部８９に含まれて、その一部を構成するようにしてもよい。

また、プリント制御部８９は、画像処理部９１で生成された記録率に応じたドット配置データに基づいてインクの吐出データ（ヘッド６４のノズルに対応するアクチュエータの制御信号）を生成するインク吐出データ生成機能と、駆動波形生成機能とを有している。

インク吐出データ生成機能にて生成されたインク吐出データはヘッドドライバ９２に与えられ、ヘッドユニット６６のインク吐出動作が制御される。

プリント制御部８９には画像バッファメモリ９０が備えられており、プリント制御部８９における画像情報処理時に画像データやパラメータ等のデータが画像バッファメモリ９０に一時的に格納される。特に、画像バッファメモリ９０は、用紙に形成する画像における各画素の階調値を示す画像データが記憶された記憶手段である。なお、図２において画像バッファメモリ９０はプリント制御部８９に付随する態様で示されているが、画像メモリ８５と兼用することも可能である。

また、プリント制御部８９とシステムコントローラ８４とを統合して１つのプロセッサで構成する態様も可能である。

図３はヘッド６４の構造例を示す平面透視図である。用紙上に印字されるドットピッチを高密度化するためには、ヘッド６４におけるノズルピッチを高密度化する必要がある。本例のヘッド６４は、インク吐出口である複数のノズル１５１と、各ノズル１５１に対応する圧力室１５２等からなる複数のインク室ユニット（液滴吐出素子）１５３を千鳥でマトリクス状に（２次元的に）配置させた構造を有し、これにより、ヘッド長手方向（紙送り方向と直交する方向）に沿って並ぶように投影される実質的なノズル間隔（投影ノズルピッチ）の高密度化を達成している。また、このヘッド６４は、複数の直径のドットを形成可能なインクを吐出するようになっている。

このようにヘッド６４は、インク滴を吐出する複数のノズル１５１が、インク滴が吐出される用紙の搬送方向、及び該搬送方向と交差する交差方向に並べて設けられたものとなっている。

同図に示されるようなヘッド６４では着弾干渉に起因するバンディングが生じやすい。まず着弾干渉の発生によるドット移動について説明する。図４は、ノズル１５１が吐出する順番、すなわち着弾する順番を示す図である。

図３に示したように、ノズル１５１が送り方向に分布していることに起因して着弾順にローカリティーが生じる。図４では、同図の左側に示されるようにノズル番号が、１、２、４、３の順で着弾することと、同図の右側に示されるように、ノズル番号が１、４、３、２の順に着弾することが示されているが、このように同一のヘッド６４においても局所的な部分で順番が若干異なることも多い。

図４に示されるノズル１５１の配置の場合においては横方向に隣接する画素間で着弾順にローカリティーが生じる。着弾干渉は先に打たれたドットに対して、後に打たれたドットが動くので着弾順のローカリティーはバンディングを引き起こす。

図５に記録率を７５％とした場合のドットを示す。同図には、ドット着弾順と、ドットの理想的な着弾位置と、実際に着弾した場合のドット移動の様子とが示されている。ドット移動に示されるように、例えば順番を振った３つのドットは、１番目に着弾したドットに２番目に着弾されたドットが移動し、さらにその２番目に着弾したドットに４番目（この行では３番目）に着弾したドットが移動する。このようにドットが移動すると、着弾順が４の箇所には白スジが、１の箇所には黒スジが発生することとなる。

次に、本発明の基本的な原理について説明する。なお、本発明は多値滴サイズを吐出可能なシングルパス方式のインクジェット記録装置１０に好適なハーフトーン処理方法である。入力された画像データは多値の打滴データに変換される。なお多値ハーフトーン処理は方法を問わないが、シングルパス方式の場合、各ノズル１５１の吐出ばらつきが画質に影響を与えやすい。とくにＡＭスクリーニング方式であれば、網の周期性のためバンディングが目立ちやすい。よってＦＭスクリーニング方式のほうがより好適である。

本発明の特徴は、記録率の設定方法にあるが、その方法の基本的な原理について、図６を用いて説明する。図６には、大滴であるドットＤ２、小滴であるドットＤ１の２つのドットのうち、大滴によるドットが形成された３種類のパターンが示されている。このうち、同図（ａ）に示されるパターンは、ドット同士が全く接触しないパターンを示し、同図（ｂ）に示されるパターンは、ドットが互い接触するかいなかぎりぎりとなる記録率(互いにほとんど接触せず、かつ全体を覆うような記録率)の場合のパターンを示し、同図（ｃ）に示されるパターンは、ドット同士がかなりの割合で重なっているパターンを示している。

本発明は、同図（ｂ）に示されるパターンで、ドットＤ２を形成するようにする。そして、ドットＤ２の隙間にドットＤ１を形成するようにする。より具体的には、図７（ａ）に示されるパターンのようにドットＤ２を形成するようにドットＤ２による記録率を設定し、形成されたドットＤ２の隙間に、ドットＤ１が階調値に応じて形成されるようにドットＤ１による記録率を設定する。このようにドットＤ１とドットＤ２を形成した場合、ドットＤ２は、Ｄ２同士は互いに干渉しないためドット移動を起こさず、またＤ１とは干渉するがＤ２のほうが質量が大きいため移動を起こさないのでバンディングの原因とはならない。一方ドットＤ１は、Ｄ１同士もしくはＤ２との干渉により移動しバンディングの原因となりうるが、全面を覆っていてかつ移動を起こさないＤ２がＤ１の移動を隠すのでバンディングは視認されない。

まず、ドットＤ２による記録率の設定について数式を用いて説明する。簡単のためドットサイズが２種類の場合について考える。図８には、ドット、画素、及びドットを囲む最小の正方形が示されている。ドットＤ２の記録率Ｒは「ドットが互い接触するかいなかぎりぎりとなる記録率」とするので、「記録率×ドットの面積＝長さＬの画素の面積」を満たす記録率とする。ただしここでＬは印刷解像度で規定される画素の長さであり、１２００ｄｐｉの場合は２１．１７ｕｍである。ここでドットの面積＝直径(ドット径)Ｄの円とすると「ドットが互い接触するかいなかぎりぎりとなる記録率Ｒ」は下記数４を満たす。

実際には、ドットは一辺Ｌの格子点(画素)上にしか置くことしかできないので、「ドットの面積＝直径Ｄの円」で計算した記録率にてドットを形成すると、ドットＤ２同士が接触する確率は高くなる。またドットが干渉によって移動するか否かはインクの物性にも依存する。このためドットの面積＝ドットに外接する正方形とした場合の「ドットが互い接触するかいなかぎりぎりとなる記録率」を計算し、これを「ドットが互い接触するかいなかぎりぎりとなる記録率」の下限とする。

数４おいて、記録率Ｒと面積比の積の係数（αとする）はπ/４であり、数５おいて、記録率Ｒと面積比の積の係数は１である。従って、αがπ/４以上で１以下であればドットが互い接触するかいなかぎりぎりとなる記録率とする。従って、記録率Ｒは下記数６を満足する式として表現できる。

この数６を異なる直径の複数のドットに対して拡張して一般化すると数７に示される式となる。なお、数７は、ドットの種類がＮだけ存在し（Ｎ値：直径がＮ種類）、第１ドットとは、予め定められたサイズより大きいサイズのドットを示している。例えば、３値（滴なし、小滴、大滴）の場合は、大滴によるドットが第１ドットに相当するようにしても良い。

このように、ｉは複数のドットの個数をＮとして各ドットに直径が小さい順に付した１〜Ｎまでの番号、α_ｉはｉ番目のドットのπ／４≦α_ｉ≦１を満たす係数、Ｒ_ｉはｉ番目のドットの記録率、Ｄ_ｉはｉ番目のドットの直径、Ｌは画素の一辺の長さ、ｉ_ｓは前記予め定められた直径のドットの番号である。

この数７を用いて第１ドットによる記録率を設定し、形成された第１ドットの隙間に、予め定められたサイズ以下のサイズの第２ドットが階調値に応じて形成されるように第２ドットによる記録率を設定する。

このように設定された記録率によりドットを形成することでバンディング及びインク量を抑制できる。この理由について説明する。比較的大きなドット（数７で言えば第１ドット）を互いに接触するような記録率とすると、接触した第１ドット同士が干渉により移動しバンディングが発生する。一方これら第１ドットによる記録率を必要以上に低くすると、第１ドットの隙間を埋める比較的小さな第２ドットの干渉によるドット移動が視認され、やはりバンディングを生じさせる。

そこで第１ドットを互いに接触するか否かの記録率により形成し、かつその隙間をより小さなドットである第２ドットによってドットを形成する。こうすると第１ドットに関しては、第１ドット同士は接触率がわずかなことにより干渉しないので移動せず、また第１ドットと第２ドットの干渉に関しては、第１ドットは第２ドットと比較して質量が大きいので、接触したとしても第１ドットは移動を起こさない。すなわち第１ドットは移動を起こさないのでバンディングの原因とならない。一方で第２ドットは第１ドットとの干渉、あるいは第２ドット同士の干渉により移動を起こしバンディングの原因となりうるが、移動を起こさずかつ全面を被覆している第１ドットが、第２ドットを覆い、バンディングの視認性を下げる。このような理由からバンディングの発生を抑制することができる。

さらに、第１ドットを互いに接触するか否かの記録率にて形成することで、よりインク量の多い第１ドットが互いにほとんど接触せずに全面を被覆しているのでインク量を抑制することができる。したがって、本実施の形態によれば、カール、カックルなどのインクによる用紙変形現象に対しても抑制効果がある。

以下、具体例を説明する。この具体例に示される処理は、画像処理部９１により実行される処理である。図９は、簡単のために３値ハーフトーン(Ｄ１=30um Ｄ２=40um Ｌ=21.17um(1200dpi)）の場合の各ドットによる記録率例を示す図である。数７を適用したのは、領域３である。すなわち、予め定められた階調域は、Ｌ２≦ｔ≦Ｌ３となる階調域であり、この領域３に対して適用している。そして、第１ドットはＤ２に対応し、第２ドットはＤ１に対応する。領域３では、第１ドットによる記録率Ｒ₂が、下記数式に示されるように０．２８となっている。

そして、第２ドットによる記録率Ｒ₁を、０．２２から０．７２まで変化するように階調値に応じて設定された記録率によりドットを形成することで階調表現を行っている。なお、第２ドットによる記録率Ｒ₁の設定方法は、第１ドットによる記録率Ｒ₂が定まり、階調値も定まっているため、第１ドットで足りない分を補完するように設定すればよい。

次に領域３以外による記録率について説明する。まず領域１であるが、この領域１は階調値ｔ≦Ｌ１＜Ｌ２となる階調域である。そして、領域１はハイライト領域であり、ハイライト側は粒状性の観点から、比較的小さな滴のみで打つことが望ましい。一方で小滴を増やしすぎると小滴同士が接触してバンディングが生じる。よってより大きなドットである第１ドットの記録率Ｒ₂を０にすると共に、より小さなドットである第２ドットによる記録率Ｒ₁を、第２ドット同士が互いに接触させないように設定する。すなわち以下の数式を満足するようにする。

これを一般化すると数１０に示される式となる。

このように、ハイライト領域では、大きい滴を使わず、小さい滴を互いに接触させないように記録率を設定する。領域１の小滴の記録率の最大値であるＲ₁ ^maxに関しては、粒状性の観点からは数１０におけるＲ₁であるところの、

であることが望ましいが、さらに高濃度側（領域２）で大きな滴を加えた場合に大きな滴と接触してバンディングを起こす可能性がある。従ってこれを避けるために記録率Ｒ₁ ^maxを数１１に示される値より若干小さめに設定するのが良い。

次に、領域２であるが、この領域２は階調値Ｌ１≦ｔ≦Ｌ２となる階調域である。まず、第２ドットによる記録率Ｒ₁を、数１１を満足するような、第２ドット同士が接触するかいなかぎりぎりの記録率として設定した場合、第２ドットによる記録率を固定したまま第１ドットを加えると、第１ドットと第２ドットが接触しバンディングを起こす。したがって、第２ドットによる記録率Ｒ₁は下げることが望ましい。一方で下げすぎると濃度階調が反転する。

そこでまず記録率の下限として、以下の数１２を満足する記録率とすると濃度階調が反転することを回避できる。

一般的には以下のように設定する。第１ドットを用いる直前の階調値(図９ではＬ１)における第２ドットによる記録率Ｒ_ｉを用いてＲ₁ ^maxを一般化した記録率、Ｒ^max _smallを、以下の数１３のように定義する。

Ｒ^max _smallを使うと数１２は以下のように一般化できる。

次に第１ドットと第２ドットが接触しバンディングを起こすことを回避するために、記録率に上限を課す。このため第１ドット及び第２ドットによる記録率の和がｉ_ｓ番目のドットにおける接触するか否かの記録率を下回るようにする。すなわち以下のように設定する。

以上、数１４と数１５をまとめると、以下の数１６となる。

数１６における左辺に示されるように、第１ドット及び第２ドットによる記録率の和が領域１と領域２との境界での値を下回らないように設定されているので階調が反転することがない。また右辺に示されるように、領域２の記録率の和（第１ドット及び第２ドットの記録率の和）はｉ_ｓ番目のドットにおける接触するか否かの記録率を上回ることがないので、接触(干渉)によって移動してバンディングを生じることもない。このように設定すると、領域１と領域３の階調域を領域２によってバンディングを回避しながら、階調を滑らかにつなげることができる。

なお、本実施の形態（図９）では、

としている。

以上説明したように、画像処理部９１及びプリント制御部８９により用紙に形成する画像における各画素の階調値を示す画像データに基づいて、階調値ｔが予め定められた階調域［Ｌ２、Ｌ３］の場合には、予め定められた直径Ｄ_isより大きい直径の第１ドットによる記録率が数７を満足して形成されると共に、前記第１ドットの間に前記予め定められた直径Ｄ_is以下の第２ドットが前記階調値に応じた記録率で形成されるようにヘッド６４から吐出されるインクのサイズを制御する。なお、予め定められた階調域は、後述するように、中間階調値を含む階調域であれば好適である。

また、前記第１ドットによる記録率を前記数７に従って設定する第１設定手段（画像処理部９１）と、前記第２ドットによる記録率を前記階調値に応じて設定する第２設定手段（画像処理部９１）と、を含み、プリント制御部８９が、設定された前記第１ドットによる記録率、及び前記第２ドットによる記録率で形成されるようにヘッド６４から吐出される液滴のサイズを制御する。

さらに、予め定められた階調域を［下限値Ｌ２、上限値Ｌ３］とし、さらにＬ１をＬ１≦Ｌ２を満足する値とし、前記階調値ｔがｔ≦Ｌ１＜Ｌ２を満たす場合に、前記第１ドットによる記録率を０とし、前記第２ドットによる前記画素による記録率を、数１０に示される式を満足するようにする。

また、前記階調値ｔがＬ１≦ｔ≦Ｌ２を満たす場合に、前記第１ドットによる記録率及び前記第２ドットによる記録率を、数１６に示される式を満足するようにする。

以上により階調値Ｌ３(＞Ｌ２＞Ｌ１)以下のすべての階調において干渉に起因するドット移動によるバンディングを抑制できる。

図９では、３値で説明したが、４値（滴なし、小滴（30um）、中滴（40um）、大滴（50um））の場合について図１０を用いて説明する。同図には、領域が５つあり、それぞれ領域１は０〜Ｍ１、領域２はＭ１〜Ｍ２、領域３はＭ２〜Ｍ３、領域４はＭ３〜Ｍ４、領域５はＭ４〜Ｍ５となっている（Ｍ１＜Ｍ２＜Ｍ３＜Ｍ４＜Ｍ５）。

そして、領域１では小滴のみ、領域２、３では小滴及び中滴、領域４、５では小滴、中滴及び大滴がそれぞれ用いられている。

このうち、領域３において、第１ドットに対応するものは、中滴であり、第２ドットに対応するものは小滴である。領域４において、第１ドットに対応するものは、中滴及び大滴であり、第２ドットに対応するものは小滴である。また、領域５において、第１ドットに対応するものは、大滴であり、第２ドットに対応するものは小滴及び中滴である。領域３、４、５では第１ドットの構成は異なっているが、いずれの場合においても、数７を満足しているのでバンディングの発生は抑制される。

なお、領域３と領域５では第１ドットを固定して、第２ドットの記録率を変化させているのに対し、領域４では第１ドットに属する各ドットの記録率を変化させることで階調表現を行っている。このように第１ドットを固定する階調域と第１ドットを変化させる階調域を併用することで、バンディングを抑制しながら第１ドットの構成が異なる各階調域を滑らかに接続することができる。

また、領域１では第１ドットはなく、第２ドットである小滴は数１０を満たし、第２ドットは互いに干渉を起こさないのでバンディングが発生しない。領域２では第１ドットは中滴にあたり、第２ドットは小滴にあたるが、両者は数１６を満たす。したがってこれらの領域においてもバンディングは抑制される。

すなわち本技術を適用することで、領域１〜５までの広い階調域において、干渉によって生じるドット移動によるバンディングを抑制することができる。

以上説明した記録率設定の処理の流れを示すフローチャートを、図１１を用いて説明する。この処理は、画像処理部９１及びプリント制御部８９のＣＰＵにより実行される処理である。また、図９で説明した場合における処理を示している。

まずステップ１０１で、画像データから各画素の階調値を取得する。この画像データは画像バッファメモリ９１に記憶されている。

次のステップ１０２で、画素の階調値が領域１の階調域内か否か判定する。ステップ１０２で肯定判定した場合は、ステップ１０３で第１、第２ドットによる記録率を数１０を満足させるように設定して、ステップ１０８の処理に進む。

ステップ１０２で否定判定した場合には、ステップ１０４で画素の階調値が領域２の階調域内か否か判定する。ステップ１０２で肯定判定した場合は、ステップ１０５で第１、第２ドットによる記録率を数１４を満足させるように設定して、ステップ１０８の処理に進む。

ステップ１０４で否定判定した場合には、画素値が１２７．５以上であるので、ステップ１０６で、第１ドットによる記録率を数７を満足させるように設定し、ステップ１０７で第１ドットによる記録率と階調値に応じて第２ドットによる記録率を設定して、ステップ１０８の処理に進む。なお、図９で説明したように、領域３のみに対してはステップ１０７、ステップ１０８を適用し、領域３の上限より大きい階調値については、一般的な記録率で制御するようにしても良い。

そして、ステップ１０８で、全ての画素についての処理が終了したか否か判定し、終了していない場合にはステップ１０９で次の画素を用意し、ステップ１０２の処理に戻る。一方、全ての画素についての処理が終了した場合には、ステップ１１０で、第１ドット、第２ドットの各々の記録率で形成されるようインクサイズを制御して処理を終了する。

なお、以上説明した各フローチャートの処理の流れは一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で処理順序を入れ替えたり、新たなステップを追加したり、不要なステップを削除したりすることができることは言うまでもない。

また、上述した記録率設定処理では、従来技術に記載されたような、小さいドットのみを用いることなく、また、異なるインクを用いることもなく、さらに着弾時間差を定着時間を超えるようにすることもないので、生産性及び低コストを両立させた上でバンディングを抑制することができる。

１０インクジェット記録装置
６４ヘッド
８９プリント制御部
９０画像バッファメモリ
９１画像処理部
１５１ノズル

Claims

記録媒体に対して液滴を吐出して、異なる直径の複数のドットを形成可能な液滴吐出ヘッドと、
前記記録媒体に形成する画像における各画素の階調値を示す画像データに基づいて、階調値が予め定められた階調域の場合には、予め定められた直径より大きい直径の第１ドットによる記録率が下記（１）式を満足して形成されると共に、前記予め定められた直径以下の第２ドットが前記階調値に応じた記録率で形成されるように前記液滴吐出ヘッドから吐出される液滴のサイズを制御する制御手段と、
を有する画像形成装置。

・・・（１）
ただし、ｉは複数のドットの個数をＮとして各ドットに直径が小さい順に付した１〜Ｎまでの番号、α_ｉはｉ番目のドットのπ／４≦α_ｉ≦１を満たす係数、Ｒ_ｉはｉ番目のドットの記録率、Ｄ_ｉはｉ番目のドットの直径、Ｌは画素の一辺の長さ、ｉ_ｓは前記予め定められた直径のドットの番号である。
前記第１ドットによる記録率を前記（１）式に従って設定する第１設定手段と、
前記第２ドットによる記録率を前記階調値に応じて設定する第２設定手段と、
を含み、前記制御手段が、設定された前記第１ドットによる記録率、及び前記第２ドットによる記録率で形成されるように前記液滴吐出ヘッドから吐出される液滴のサイズを制御する請求項１に記載の画像形成装置。
前記予め定められた階調域の下限値をＬ２、下限値Ｌ２よりも小さい値をＬ１とし、階調値ｔがｔ≦Ｌ１を満たす場合に、前記第１ドットによる記録率を０とし、前記第２ドットによる前記階調値に応じた記録率を、下記（２）式を満足するようにした請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。

・・・（２）
前記予め定められた階調域の下限値をＬ２、下限値Ｌ２よりも小さい値をＬ１とし、前記階調値ｔがＬ１≦ｔ≦Ｌ２を満たす場合に、前記第１ドットによる記録率及び前記第２ドットによる記録率を、下記（３）式を満足するようにした請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の画像形成装置。

・・・（３）
前記（１）式を満足する前記第１ドットに属するドットの構成が異なる、複数の前記予め定められた階調域を持つとともに、前記予め定められた階調域のうちの少なくとも一つは、第１ドットに属するドット各々の記録率を変化させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
前記制御手段は、ＦＭスクリーニング方式で前記液滴吐出ヘッドから液滴を吐出させるように制御する請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の画像形成装置。