JP5371370B2 - プリンタおよび物体の移動検出方法 - Google Patents

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本発明は、画像処理によって物体の移動を検出する技術、および同技術を採用したプリンタの技術分野に関する。
カットシート等のプリントメディア(以下、メディアと称する)を搬送しながらプリントを行なう際、搬送精度が低いと、中間調画像の濃度ムラが生じたり、倍率誤差が生じたりして、得られるプリント画像の品質が劣化する。そのため、高精度な部品を採用し精密な搬送機構を搭載しているが、プリント品質に対する要求は厳しくさらなる精度向上が望まれている。一方ではコストに対する要求も厳しく、高精度化と低コスト化の両立が求められている。
これに対処するため、メディアの移動を高精度に検出して、フィードバック制御により安定した搬送を実現するために、メディアの表面を撮像して、画像処理によって搬送されるメディアの移動を検出する試みがなされている。
特許文献1は、このメディアの移動検出についての一手法を開示する。これは、移動するメディアの表面をイメージセンサにより複数回撮像し、得られた画像同士をパターンマッチング処理を含む画像処理によって比較して、メディアの移動量を検出するものである。
特開2007−217176号公報
上記の特許文献に開示の装置は、メディアの搬送中にリアルタイムに画像処理を行なう。そのため、メディア搬送速度が大きい場合や多パスプリントを行なう場合など、メディアの移動を検出する回数や頻度が大きい場合には、画像処理の演算が高負荷となる。すると、演算に要する時間がボトルネックとなって、プリントスループットに影響を及ぼす可能性がある。
本発明は上述の課題の認識に基づいてなされたものである。
本発明の目的は、メディアの移動情報を検出する画像処理に要する負荷を状況に応じて可変にして、スループットに与える影響を小さくすることができるプリンタの提供である。また、本発明の別の目的は、高速に物体の移動情報を検出することができる方法の提供である。
上記課題を解決する本発明は、メディアを搬送してプリントを行なうプリンタであって、メディア表面の微細凹凸形を撮像して画像データを取得するセンサと、前記センサを用いて異なるタイミングで取得した複数の画像データのうち1つの画像データの所定エリアから切り出したパターンを他の画像データと比較して前記メディアの移動情報を検出して、検出した移動情報に基づいて前記メディアの搬送を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記センサで取得した画像データを解析してメディア表面の微細凹凸形状のコントラストを判別し、前記コントラストが高いほど前記所定エリアのサイズを小さくするように設定することを特徴とする。
本発明の別の形態は、イメージセンサを用いて物体表面の微細凹凸形を撮像して画像データを取得するステップと、前記物体の移動に伴って複数の前記撮像を行ない、得られた複数の画像データのうち1つの画像データの所定エリアから切り出したパターンを他の画像データと比較して、前記イメージセンサに対する前記物体の相対的な移動情報を検出するステップと、を有する物体の移動検出方法であって前記イメージセンサで取得した画像データを解析して物体表面の微細凹凸形状のコントラストを判別し、前記コントラストが高いほど前記所定エリアのサイズを小さくするように設定することを特徴とする。
本発明によれば、メディアの移動情報を検出する画像処理に要する負荷を状況に応じて可変にして、スループットに与える影響を小さくすることができるプリンタを提供することができる。また、高速に物体の移動情報を検出することができる方法を提供することができる。
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示する。ただしこの実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、この発明の範囲をそれらのみに限定する主旨のものではない。
本発明を適用した画像形成装置の一例として、インクジェットプリンタの実施の形態を説明する。なお、本発明の適用範囲はインクジェット方式に限らない。例えば、電子写真方式、サーマル方式、ドットインパクト方式などの様々な方式のプリンタ、あるいは複写機、ファクシミリ、複合機などのプリンタを備えた機器にも適用可能である。
〔第1実施形態〕
図1は、インクジェットプリンタの主要部の構成を示す斜視図である。キャリッジ1は、インクジェット方式のプリントヘッドを搭載して移動する。プリントヘッドは、発熱体を用いた方式、ピエゾ素子を用いた方式、静電アクチュエータを用いた方式、MEMS素子を用いた方式など、さまざまなインクジェット方式を用いることができる。
キャリッジモータ2は、キャリッジ1を主走査方向に移動させるための駆動源であり、その回転駆動力はベルト4でキャリッジ1に伝達する。キャリッジ1は、シャーシ9に対して主走査方向に往復移動する。キャリッジ1の主走査方向における位置は、リニアエンコーダで検出してモニタする。リニアエンコーダは、シャーシ9に取り付けた直線状のエンコーダパターン3と、それを光学的、磁気的あるいは機械的に読み取る、キャリッジ1に搭載された読取部(不図示)からなる。
移動する物体であるシート状のメディアMは、プラテン11上で、キャリッジ1の主走査方向と直交する副走査方向(図中の矢印方向)に搬送される。この搬送は、搬送ローラ5、ベルト8、搬送モータ6からなる駆動機構により行なう。搬送ローラ5の駆動状態(回転量、回転速度)は、ロータリーエンコーダ31で検出してモニタする。ロータリーエンコーダ31は、搬送ローラ5と共に回転する円周状のエンコーダパターン7と、それを光学的、磁気的あるいは機械的に読み取る読取部10からなる。
メディアセンサ20は、プラテン11上に搬送されるメディアMを、プリント面側または裏面側から検出するものである。メディアセンサ20によって、メディアMの移動情報(移動量、移動速度、移動方向など)やメディアの表面状態を検出する。その構成や動作の詳細は後述する。なお、メディアセンサ20は、複数個設けるようにしてもよいし、配設する位置もこの限りではない。
コントローラである制御部90は、プリンタ全体の各種動作の制御を司る。例えば、メディア搬送系のサーボ制御は、制御目標値と、ロータリーエンコーダ31の検出値によるフィードバックループを形成する。
次に、メディアセンサ20の詳細を説明する。図2は物理的な構成、図3は電気的な構成を示す。図2において、メディアセンサ20は、発光素子71、レンズ72、光電変換素子73を含む一体化された読取ユニットである。発光素子71は、LED、LD、OLED等が用いられる。光電変換素子73は、CCDやCMOS構造の撮像素子からなる二次元イメージセンサである。例えば、10μm×10μmのセルが、搬送方向に400画素×主走査方向に200画素配列されたものである。
図3において、光電変換素子73の出力は、A/D変換回路74でデジタルに変換して、インターフェース75を経て、制御部90にデジタル信号として出力する。また、インターフェース75を経て、発光素子71の発光が制御される。この構成において、発光素子71から発する光でメディアMの表面をスポット照明する。照明されたメディアMからの散乱反射光は、レンズ72で集光して、光電変換素子73で受ける。メディアMの照明されたエリアと光電変換素子73の受光面とはレンズ72によって結像関係となっており、光電変換素子73はメディアM表面の精密な画像情報を取得する。
図4は、制御部90を中心とした、プリンタ全体の電気ブロック図である。制御部90は、CPU91、ROM92、RAM93を有している。制御部90には、キャリッジ1の移動量を検出するリニアエンコーダ30、および搬送ローラ5の回転を検出するロータリーエンコーダ31のそれぞれの読取部からの信号が入力される。さらにメディアセンサ20からの信号が入力される。また、制御部90からは、キャリッジモータ2を駆動するモータ駆動回路32、および搬送モータを6駆動するモータ駆動回路33に駆動信号が出力される。各モータは、それぞれ制御部90からの指令に従って駆動される。さらに、制御部90には、プリンタインターフェース34を介して外部コンピュータ35が接続され、また、操作パネル36が接続されている。操作パネル36はユーザーインターフェースとなる表示器と操作ボタンを有している。
次に、メディアセンサ20を使用したメディア搬送量の検出を含む動作手順について、図5のプリント動作を示すフローチャート図を参照して説明する。メディア搬送量の検出は、大きく分けて、テンプレートパターンの抽出(S100)、メディア搬送(S200)、テンプレートマッチングによるメディア搬送量の算出(S300)の順序で行なう。
プリント動作をスタートすると、ステップS1で、プリントが最初の1ライン目であるかを判定する。1ライン目である場合(YES)は、ステップS2にて、指令する1パスの搬送量に目標搬送量(制御目標値)を設定する。1ライン目でない場合(NO)は、ステップS3にて、フィードバック制御のため、目標搬送量とRAM93に記憶した実際の搬送量の差がなくなるように指令する1パスの搬送量を設定する。実際の搬送量については、以下に示すステップのパターンマッチングの画像処理によって求める。
ステップS4では、制御部90のCPU91からメディアセンサ20へ画像読取の指令を出す。これに応答してメディアセンサ20は発光素子71を点灯させ、光電変換素子73で二次元画像を読み取って画像データを取得する。
図6は、メディアセンサでの画像データの読取領域701と、その中でパターンマッチングを行なう所定エリア(エリア702、エリア703)の関係を示す図である。読取領域701は、搬送方向4mm(400画素)×主走査方向2mm(200画素)からなる。メディアセンサは図6(a)の読取領域701の全範囲の画像データを取り込み、取得した画像データは制御部90のRAM93に記憶する。
ステップS5では、RAM93に記憶された画像データの中で、エリア702に対応するデータを切り出して、これをテンプレートパターンとしてRAM93に記憶する。エリア702は、読取領域701の中で、搬送方向上流に位置する所定サイズの正方形の領域である。また、エリア703は、エリア702と同サイズの領域であり、エリア702から1ラインのメディア搬送量の目標値分(距離Y)だけ搬送方向の下流側に設定したものである。これらエリア702、703のサイズは、プリントモード、具体的にはプリントパス数に応じて可変としている。図6(a)の例では1mm×1mm(100画素×100画素)の領域であり、図6(b)の例では0.5mm×0.5mm(50画素×50画素)の領域である。プリントパス数に応じていずれかのサイズを設定して切り出しを行なう。詳しくは後述する。
ステップS6(ステップS200)では、CPU91の指令により搬送モータ6を駆動して、搬送ローラ5を回転させて1ライン分の設定したステップ量だけメディアを搬送する。
ステップS7では、CPU91はメディアセンサ20に再度の画像読み取り指令を出し画像を取得する。メディアセンサ20で取得した読取領域701の画像データは、制御部90のRAM93に記憶する。
ステップS8は、メディア搬送前に得たエリア702のテンプレートパターンと、新たに得た読取領域701の画像データのうちエリア703に相当する画像パターンとを比較して、テンプレートマッチング処理を行なう。これは、テンプレートパターンに含まれる特異的なパターンが、エリア703の中のどこに存在するかを、搬送方向(副走査方向)に画像サーチして求める。
ステップS9では、その結果からメディア搬送前のテンプレートパターンの位置と、メディア搬送後の類似パターンの位置の画素数差から、この間のメディアの移動距離を算出する。この値はRAM93に記憶する。もし、エリア702とエリア703の画像パターンがずれなく一致していれば、目標搬送量どおりに搬送されたことを意味し、搬送方向に画素数のずれがあれば、そのずれ分だけ実際の搬送量に誤差が生じたことを意味する。すなわち、メディアの実際の搬送量は、目標値搬送量(距離Y)+パターンマッチングのずれ量から求めることができる。
ステップS10で、1ライン分のプリントを行なう。そしてステップS11で、1ページ分のプリントが完了したかを判別して、YESの場合は終了し、NOの場合はステップS1に戻って、同様の動作を繰り返す。
次に、パターンマッチング処理に用いる切り出しエリアのサイズの設定について説明する。低パス(1パス)プリントの際は、図6(a)のように1回あたりの搬送距離Yが長いため、目標搬送量と実際の搬送量の誤差も大きくなる傾向がある。この差が大きくなっても、パターンマッチング処理が問題なく行なえるようにするため、エリア702、エリア703のサイズを大きくする。この例では、1mm×1mm(100画素×100画素)の領域を設定する。エリアが大きくなるほど含まれる画素数が増えるために画像処理の処理量が増大するが、1パス送りあたりの搬送距離が長いことから、画像処理を行なう頻度は低くプリントスループットには影響を与えない。
一方、多パス(1より多いパス数)プリントの際は、図6(b)のように1回あたりの搬送距離Yが相対的に短くなって、その分、画像処理を行なう頻度が高くなる。このとき、エリア702、703のサイズを低パスプリント時のように大きくとったのでは、メディアの搬送速度にパターンマッチングの画像処理が追いつかずにプリントスループットが低下する可能性がある。そこで、多パスプリントの時には、低パスプリントの時に較べて、パターンマッチングを行なうエリアのサイズを小さくして、画像処理の処理量を減らして1回あたりの計算時間を短縮する。この例では0.5mm×0.5mm(50画素×50画素)の領域を設定して計算量を4分の1に軽減させている。多パスプリントの場合は、1パス送りあたりの距離が短いため、目標搬送量と実際のメディア搬送量との誤差は小さくなる傾向にある。従って、エリア702のパターンの多くはエリア703に含まれ、事実上、問題なくパターンマッチング処理を行なうことができる。
なお、本実施形態においては、1パス送りの開始前と開始後でエリア702とエリア703の画像を抽出しているが、1パス送りの途中で異なるタイミングでエリア702とエリア703の画像を抽出するようにしてもよい。また、エリア702とエリア703は四角形に限定されるものではなく、例えば多角形や円形(楕円を含む)であってもよい。これは、以下の他の実施形態についても同様でである。
〔第2実施形態〕
第2実施形態について説明する。なお、先の例と装置構成は同一であり動作フローも共通部分が多いので、重複する部分の説明は省略する。
図7に示すように、メディアの搬送方向が本来の搬送方向(副走査方向)に対して傾いて、軌跡Sのように斜行が生じる場合がある。斜行が起きると、搬送前後で主走査方向にもずれが生じるため、斜行を考慮してエリア703の位置を設定しないとパターンマッチング処理に支障を生じる可能性がある。これはとくに、テンプレート処理に用いる切り出しエリアのサイズが小さい場合に顕著となる。
そこで、エリア703の中心713が斜行の軌跡Sの上に位置するように、斜行量に応じて、エリア702に対してエリア703を主走査方向にずらして設定する。斜行量は1ラインの搬送ごとにメディアセンサ20を用いて検出する。
図8に動作手順のフローチャートを示す。ステップS11にてプリントが1ライン目の場合はステップS12に移行し、1ライン目でない場合(NO)は、ステップS13に移行する。ステップS13では、フィードバック制御のため、目標搬送量とRAM93に記憶した実際の搬送量の差がなくなるように指令する1パスの搬送量を設定する。次いで、ステップS14にて、エリア702の中心位置に対する、斜行量に応じたエリア703の主走査方向におけるずらし量を設定する。すなわち、エリア702の中心712およびエリア703の中心713が共に、斜行の軌跡Sの上に位置するように、両エリアの相対位置を設定する。斜行量の算出は、メディアセンサで取得した画像データに基づいて行なう。
ステップS15乃至S18は、先の図5のステップS4乃至S7と同様である。
ステップS19では、メディア搬送前に得たエリア702のテンプレートパターン用いて、新たに得た読取領域701の画像データのうちエリア703に相当する画像についてテンプレートマッチング処理を行なう。これは、テンプレートパターンに含まれる特異的なパターンが、エリア703の中のどこに存在するかを、搬送方向(副走査方向)ならびにそれを直交する方向(主走査方向)に画像サーチして求める。
ステップS20では、その結果からメディア搬送前のテンプレートパターンの位置と、メディア搬送後の類似パターンの位置の副走査方向における画素数差から、この間のメディアの移動距離を算出する。また、主走査方向の画素数差からこの間に変化した斜行量を算出する。これらの値はRAM93に記憶する。もし、エリア702とエリア703の画像パターンがいずれの方向にもずれなく一致していれば、目標搬送量どおりに搬送され且つ斜行量に変化は無いことを意味する。
ステップS21で、1ライン分のプリントを行なう。そしてステップS21で、1ページ分のプリントが完了したかを判別して、YESの場合は終了し、NOの場合はステップS11に戻って、同様の動作を繰り返す。
〔第3実施形態〕
第3実施形態について説明する。多パスプリントでは、1パス送りあたりの距離が短いため、目標搬送量と実際の搬送量との誤差は一般には小さいが、とくに1ページのプリントの初期には、メディアの搬送抵抗が変動して安定しないので、誤差が大きくなる可能性がある。
そこで、メディア上のプリント領域に応じて、所定エリアのサイズおよび相対位置の少なくとも一方を可変にする。具体的には、1ページのプリントの1ライン目から所定数のラインまでは、図9(a)のようにエリア702、703のサイズを大きくして、エリア702に含まれる特異的なパターンがエリア703で確実に検出できるようにする。所定数のラインを過ぎた後は、図9(b)のようにエリア702とエリア703のサイズを小さくして、パターンマッチングの計算負荷を減らす。さらに、第2実施形態のように図9(a)と図9(b)とで、斜行に応じて主走査方向の相対位置を可変にしてもよい。
図10にプリント動作のフローチャートを示す。1ライン目では、ステップS33にて、エリア702、エリア703のサイズを大きくとる。また、1ライン目以降は、ステップS34で、所定ライン数(例えば100ライン)を過ぎたかを判別して、YESの場合はステップS35でエリア702、エリア703のサイズを小さく設定し直す。NOの場合は、ステップS35はスキップして、ステップS36に移行する。これ以降のステップS37乃至S44の動作は、先の図5のステップS4乃至S11と同様である。
多パスプリントにおいて、図9(a)のように広いエリアでパターンマッチング処理を行なうと、本来の搬送速度に計算処理が追いつかずに、搬送速度を落とさざるを得ない場合もある。これに対して、本実施形態では、計算量が多いのは1ページの中の一部領域(プリントの初期)だけなので、トータルで見たプリントスループットの低下はごく僅かである。
〔第4実施形態〕
メディアの表面状態に応じて、エリア702とエリア703のサイズを可変とするようにしてもよい。表面状態は使用するメディアの種類によって異なる。表面状態を判別する一つの方法は、メディアセンサ20で取得する画像を解析することである。例えば、メディアの表面が粗い場合は、メディアセンサ20で取得する画像は微細な表面凹凸形状のコントラストが鮮明となるので、コントラストから表面状態を判別することができる。コントラストが高い場合は、エリア702とエリア703のサイズを小さく設定して計算量を減らすことができる。また、使用するメディアの種類から表面状態を判別することができる。使用するメディアの種類は、ユーザーがプリンタ本体やプリンタドライバに指定するので判る。
プリンタの主要部の構成を示す斜視図 メディアセンサの物理的な構成を示す図 メディアセンサの電気的な構成を示す図 プリンタ全体の電気ブロックを示す図 第1実施形態における動作手順を示すフローチャート図 画像データの中でパターンマッチングを行なうエリアの示す図 画像データの中でパターンマッチングを行なうエリアの示す図 第2実施形態における動作手順を示すフローチャート図 画像データの中でパターンマッチングを行なうエリアの示す図 第3実施形態における動作手順を示すフローチャート図
符号の説明
1 キャリッジ
20 メディアセンサ
90 制御部
M メディア

Claims (4)

  1. メディアを搬送してプリントを行なうプリンタであって、
    メディア表面の微細凹凸形状を撮像して画像データを取得するセンサと、
    前記センサを用いて異なるタイミングで取得した複数の画像データのうち1つの画像データの所定エリアから切り出したパターンを他の画像データと比較して前記メディアの移動情報を検出して、検出した移動情報に基づいて前記メディアの搬送を制御する制御部と、を有し、
    前記制御部は、前記センサで取得した画像データを解析してメディア表面の微細凹凸形状のコントラストを判別し、前記コントラストが高いほど前記所定エリアのサイズを小さくするように設定することを特徴とするプリンタ。
  2. 前記制御部は、メディアの搬送速度、メディアのプリントパス数、メディアの斜行量、メディア上のプリント領域の少なくともいずれかに応じて、前記所定エリアのサイズおよび相対位置の少なくとも一方を設定することを特徴とする請求項1記載のプリンタ。
  3. インクジェット方式でプリントを行なうことを特徴とする請求項1または2記載のプリンタ。
  4. イメージセンサを用いて物体表面の微細凹凸形状を撮像して画像データを取得するステップと、
    前記物体の移動に伴って複数の前記撮像を行ない、得られた複数の画像データのうち1つの画像データの所定エリアから切り出したパターンを他の画像データと比較して、前記イメージセンサに対する前記物体の相対的な移動情報を検出するステップと、を有する物体の移動検出方法であって
    前記イメージセンサで取得した画像データを解析して物体表面の微細凹凸形状のコントラストを判別し、前記コントラストが高いほど前記所定エリアのサイズを小さくするように設定することを特徴とする物体の移動検出方法。
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