JP6938978B2 - 画像形成装置、インク吐出方法、液体吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置および画像形成装置のインク吐出方法、液体吐出装置に関する。

産業用のインクジェットプリンタは、家庭用やオフィス用のインクジェットプリンタとは異なり、高速化や多色化を図るために複数のインクジェットヘッドを搭載している。産業用のインクジェットプリンタに搭載すべきインクジェットヘッドの数は、用途や機種によって異なる。

インクジェットヘッドを複数搭載する際、共通設計のインクジェットヘッドを使用して、これらを複数組み合わせて１つのユニットとして作成した方が、各ヘッドを個別に設計するよりも、開発工数やコストなどを抑えることができる。

複数のインクジェットヘッドごとに制御部を有し、これらヘッド制御部それぞれが、各インクジェットヘッドのインクの吐出制御をする技術が知られている。

ヘッド制御部を複数有する構成の場合、想定通りの印刷物を得るためには、ヘッド制御部同士が連動して動作する必要があり、これに伴い、複雑な動作制御を行う必要が生じ、開発工数やコストが増加する傾向となる。またヘッド制御部がそれぞれ異なる動作を行うと、ヘッド制御部それぞれを個別に設計する必要がある。よって、その分開発工数やコストがかかる。

また、複数のインクジェットヘッドに対応するため、１つの印刷制御装置をマスタ側コントローラとし、他の印刷制御装置をスレーブ側コントローラとする技術が開示されている（例えば引用文献１）。この文献には、マスタ側コントローラは、スレーブ側コントローラから受信したコマンドと、自身のコマンドとが揃った段階で、キャリッジ系および搬送系のメカコントローラへコマンドを送信する技術が開示されている。

引用文献１には、上位のコントローラについて言及されているものの、インクジェットヘッドを直接制御するヘッド制御ユニットについては言及されていない。

本発明は、各インクジェットヘッドを制御する制御部間の連動動作を可能にするとともに、開発工数やコストを低減させることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、複数のノズル列を備えるヘッドを１つまたは複数備え、各ノズル列からそれぞれ異なる色のインクを記録媒体に吐出させることで、当該記録媒体に画像を形成する画像形成装置であって、前記記録媒体に形成される前記画像の全体に係る全体画像データから、前記各ヘッドの走査位置に応じた印刷領域ごとに、前記各ヘッドの各ノズル列に応じた色のデータをそれぞれ抽出して振り分けるデータ振り分け部と、前記データ振り分け部によって抽出されたそれぞれの色のデータに対応するノズル列において当該データを入力として画像処理を実行する第１処理部と、前記各ノズル列における画像処理を実行する各第１処理部における前記画像処理の実行後のデータのうち、自己に対応したデータに従って前記ノズル列から前記インクを吐出させるインク吐出の制御を行うマスタヘッド制御部と、前記マスタヘッド制御部が生成した信号の入力タイミングに基づいて、自己に対応したデータに従って前記ノズル列から前記インクを吐出させるインク吐出の制御を行う複数のスレーブヘッド制御部と、を有する。

本発明によれば、複数の制御部を有する構成において開発工数や開発コストを抑制することができる。

本実施形態の画像形成装置の構成例を示す図である。 本実施形態のインクジェットヘッドの構成例を示す図である。 本実施形態の１ヘッド構成の機能ブロックを例示する図である。 本実施形態の３ヘッド構成の機能ブロックを例示する図である。 本実施形態の画像処理のフローチャートを示し、機能部ごとの処理分担例を示す図である。 本実施形態のデータ振り分けについて説明する図である。 本実施形態の１ヘッド構成でのハードウェア実装例について示す図である。 本実施形態の３ヘッド構成でのハードウェア実装例について示す図である。 本実施形態のＦＰＧＡの内部構成例について示す図である。

本実施形態では、ホストＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）から送信される印刷データの画像を、記録媒体に形成する画像形成装置について説明する。実施形態の画像形成装置は、１つまたは複数のインクジェットヘッドを有するインクジェットプリンタである。画像形成装置は、インクジェットヘッドからシートにインクを直接吹き付けることで、ホストＰＣから送信される印刷データの画像を、シート上に形成する。インクジェットヘッドには、吐出する色ごとにノズルの列が形成されている。この列をノズル列と称する。

なお、本実施形態において画像が形成される対象となる「記録媒体」とは、一般的には紙などのシート状の部材である。したがって、画像が形成される場所はシート上であるものとして説明する。しかし、本実施形態において、画像の形成対象はこれに限られるものではない。例えば、一般的な普通紙の他に、コート紙、ラベル紙等の他、オーバヘッドプロジェクタシート、フィルム、可撓性を持つ薄板等を対象にする。したがって、記録媒体は、液体であるインクが付着可能なものであればよく、インクが少なくとも一時的に付着可能なものも含み、付着して固着するもの、付着して浸透するものなども含む。その具体例としては、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布などの被記録媒体、電子基板、圧電素子（圧電部材）などの電子部品、粉体層（粉末層）、臓器モデル、検査用セルなどの媒体である。なお、特に限定しない限り、液体が付着する全ての材質からなるものを含み、例えば、その材質として、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、を含む。

実施形態の画像形成装置は、ホストＰＣから送信される印刷データに対し、大きく３つのステップに分けて処理を行い、処理後の画像をシート上に形成する。実施形態の画像形成装置は、第１のステップとして、１シート上に形成される画像データ全体を処理対象とした、全体データ処理を行う。次いで画像形成装置は、第２のステップとして、全体画像データから、インクジェットヘッドごと、且つノズル列ごとのデータに振り分けるデータ振り分け処理を行う。そして、第３のステップとして、インクジェットヘッドごと且つノズル列ごとに振り分けられた各データを処理対象とし、各データをそれぞれ並列で個別に画像処理を施す、ノズル列データ処理を行う。画像形成装置は、これらの各処理を行った後のデータに基づき、１つまたは複数のインクジェットヘッドから各色のインクを吐出して画像形成を行う。

本実施形態の画像形成装置は、インクジェットヘッドが複数ある場合、これらインクジェットヘッドと１対１の対応付けとなるように、ヘッド制御部も複数有する構成となる。ヘッド制御部を複数有する場合、１つのヘッド制御部がマスタなるように設定され、その他のヘッド制御部はスレーブとして設定される。マスタとして設定されたヘッド制御部は、自己が制御対象としているインクジェットヘッドの吐出制御を行うとともに、スレーブとして設定された他のヘッド制御部に対して、吐出タイミングを計るための信号を出力する。スレーブとして設定されたヘッド制御部は、マスタが生成した信号を入力し、この入力タイミングに従い、インクジェットヘッドに対して吐出制御を行う。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る画像形成装置、インク吐出方法の詳細に説明する。まず、本実施形態に係る画像形成装置の構成について、図１を参照して説明する。

画像形成装置１は、主制御部１０、画像処理部２０、表示操作部３０、画像形成部４０、ネットワークＩ/Ｆ５０（Ｉ/Ｆ：Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を有し、これらがバス７０を介して接続している。

主制御部１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１１、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１２、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１３、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）１４を有し、画像形成装置１の内部ハードウェアを統括的に制御する。ＣＰＵ１１は演算処理装置であり、画像形成装置１全体の動作を制御する。ＲＡＭ１２は、データを高速に読み書きすることが可能な揮発性記憶媒体であり、ＣＰＵ１１が情報を処理する際の作業領域として用いられる。ＲＯＭ１３は、読み出し専用の不揮発性記憶媒体であり、ファームウェア等のプログラムが格納されている。ＨＤＤ１４は、データの読み書きが可能な不揮発性記憶媒体であり、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）や各種制御プログラム、アプリケーションプログラム等が格納される。

画像処理部２０は、シート上に画像を形成する前段階として、インクジェットヘッドの出力に適したデータとなるように、印刷データに対して画像処理を行う。画像処理部２０は、上記の全体データ処理、およびデータ振り分け処理を行う。なお、主制御部１０が画像処理部２０で実施する処理の一部または全てを実行してもよい。

表示操作部３０は、コピー処理などの際に、ユーザからコピー部数や濃度値などのパラメータの入力を受け付け、また動作状態や処理結果を表示するユーザインターフェイスである。表示操作部３０は、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）３１、および操作部３２を含む。ＬＣＤ３１は、ユーザが画像形成装置１の状態を確認するための視覚的ユーザインタフェースである。操作部３２は、物理キーやタッチパネルなど、画像形成装置１に情報を入力するためのユーザインタフェースである。

画像形成部４０は、ホストＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）２から送信される印刷データやスキャナで読み取られた画像を、インクを吐出することでシート上に形成する。画像形成部４０は、上記のノズル列データ処理を実行する。画像形成部４０の詳細構成は後述する。

ネットワークＩ/Ｆ５０は、ホストＰＣ２などの外部機器との間でデータの送受信を行うためのインターフェイスボードを含む。図１の例では、ネットワークＩ/Ｆ５０は、ホストＰＣ２から印刷データを受信し、ステータスや処理結果をホストＰＣ２に返信する。

図２は、本実施形態のインクジェットヘッドの構成について説明する図である。図２（Ａ）は、インクジェットヘッドを１つとした場合の構成を例示しており、図２（Ｂ）は、インクジェットヘッドを３つとし、これらで１つのユニットとして構成させた場合を例示している。

図２（Ａ）に示すヘッド４１Ａには、ノズルの列が４列ある。各ノズル列では、３２０ドット、すなわち３２０個のノズルが一定間隔で並んでいる。本実施形態では、ノズル列ごとに一意の識別番号が事前に割り振られている。また図２（Ａ）の例では、第１ノズル列にシアン（Ｃ）、第２ノズル列にマゼンタ（Ｍ）、第３ノズル列にイエロー（Ｙ）、第４ノズル列にブラック（Ｋ）の各色インクが割り当てられている。

図２（Ｂ）には、ヘッド４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃの３つのインクジェットヘッドを含んだ構成を示している。またヘッド４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃは、それぞれ図２（Ａ）に示すヘッド４１Ａと同じ内部構成となっている。

図２（Ｂ）に示すように、ヘッド４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃの配置は、それぞれ有するノズル列における副走査方向の端部の一方を第１端部とし、他方を第２端部とした場合における各ノズル列の端部が互いに重複するような位置関係になっている。即ち、ヘッド４１Ａが有するノズル列の第２端部と、ヘッド４１Ｂが有するノズル列の第１端部とが、副走査方向において互いに重複するような位置になるようにヘッド４１Ａとヘッド４１Ｂは配置されている。またヘッド４１Ｂが有するノズル列の第２端部と、ヘッド４１Ｃが有するノズル列の第１端部とが、副走査方向において互いに重複するような位置関係になっている。すなわち３ヘッド構成の場合、ヘッド４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃは、副走査方向において各ノズル列の第１端部と第２端部を隣接するもの同士で重複するような位置関係にさせながら、主方向において隣接する位置に組み込まれる。このようにヘッド４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃを配置することにより、１回の主走査において印刷可能な領域を増やすことができ、生産性を向上させることができる。

以降の説明においても、１ヘッドの構成と３ヘッドの構成について言及するが、ヘッドの個数や各ヘッドの位置関係はあくまでも例示であり、様々な構成が考えられる。

図３、図４は、本実施形態の要部について示した機能ブロック図であり、図３に１ヘッドの場合の構成例を示し、図４に３ヘッドの場合の構成例を示している。

全体データ処理部２１は、図１に示す画像処理部２０に含まれた機能部であり、１ヘッド構成、３ヘッド構成共に共通である。全体データ処理部２１は、ホストＰＣ２から受信した印刷データに対して、画像形式を変換する処理や色調変換処理を行う。これら処理は、１シート上に形成される画像全体を処理対象として行われる。

データ振り分け部２２は、図１に示す画像処理部２０に含まれた機能部である。データ振り分け部２２は、全体データ処理部２１によって処理された後の画像データを、図２に示したヘッド単位且つノズル列単位のデータに振り分ける。図２（Ａ）に示す１ヘッド構成の場合、全体画像データを、第１ノズル列〜第４ノズル列の４つの出力データ、換言すると、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の各色に色分解したデータを作成する。図２（Ｂ）に示す３ヘッド構成の場合、データ振り分け部２２は、ヘッドごと且つノズル列ごとのデータ、すなわち３ヘッド×４列＝１２データに全体画像データを分ける。このように、データ振り分け部２２は、１ヘッド構成と３ヘッド構成とでデータの分け方が異なる。

図３に示すノズル列データ処理部４３Ａは、画像形成部４０に含まれた機能部であり、データ振り分け部２２で振り分けられたヘッドごと、ノズル列ごとのデータを取得する。そしてノズル列データ処理部４３Ａは、得られたデータごとに並列で画像処理を行う。図３においては、ノズル列データ処理部４３Ａは、第１ノズル列データ処理部４０１Ａ、第２ノズル列データ処理部４０２Ａ、第３ノズル列データ処理部４０３Ａ、第４ノズル列データ処理部４０４Ａ、の４つの処理部を有する。本実施形態における第１〜第４ノズル列データ処理部を、例えば第１処理部とする。

第１ノズル列データ処理部４０１Ａは、データ振り分け部２２で振り分けられたデータのうち、第１ノズル列で吐出するためのデータ、すなわちシアン（Ｃ）のデータを入力して処理する。第２ノズル列データ処理部４０２Ａは、データ振り分け部２２で振り分けられたデータのうち、第２ノズル列で吐出するためのデータ、すなわちマゼンタ（Ｍ）のデータを入力して処理する。第３ノズル列データ処理部４０３Ａ、第４ノズル列データ処理部４０４Ａも同様に、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）のデータをそれぞれ入力して処理する。このように、ノズル列データ処理部４３Ａは、ヘッド４１Ａの各ノズル列から吐出するためのデータを、互いに干渉し合うことなく並列で算出する。

ヘッド制御部４２Ａは、ノズル列データ処理部４３Ａの演算結果に従い、ヘッド４１Ａの各ノズルを形成する圧力室壁に電圧をかける。これにより圧力室壁が変形して各ノズルからインクが吐出する。

図４に示す３ヘッド構成の場合、画像形成装置１は、ヘッド４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃそれぞれに対応したノズル列データ処理部４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃを有する。ノズル列データ処理部４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃの内部構成は、図３に示したノズル列データ処理部４３Ａと同様であり、それぞれ第１〜第４のノズル列データ処理部を有している。第１〜第４のノズル列データ処理部の符号については、図４に記載のとおりとする。また、画像形成装置１は、各ヘッド４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃそれぞれに対応したヘッド制御部４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃを有する。

図４のように、複数のインクジェットヘッドが存在する場合、１つのヘッド制御部がマスタとなり、それ以外はスレーブとなる。本実施形態では、ヘッド制御部４２Ａがマスタとなり、その他のヘッド制御部４２Ｂ、４２Ｃがスレーブとなる。マスタであるヘッド制御部４２Ａは、ヘッド４１Ａの制御を行うとともに、スレーブ側へ、各ヘッドを制御するタイミングを計るための制御信号を出力する。スレーブのヘッド制御部４２Ｂ、４２Ｃは、マスタのヘッド制御部４２Ａが生成する制御信号を入力し、この信号に従い、ヘッド４１Ｂ、４１Ｃに対して電圧制御を行う。

次に、本実施形態のデータ処理の動作について、図５のフローチャートを参照しつつ説明する。上記のとおり、本実施形態では、大きく分けて全体データ処理、データ振り分け処理、ノズル列データ処理を行う。

（全体データ処理）
画像処理部２０の全体データ処理部２１は、プリンタ描画処理を行う（Ｓ５１）。プリンタ描画処理は、ページ記述言語であるＰＤＬ（page-description language）から、ラスタデータであるｂｉｔｍａｐイメージを生成する処理である。全体データ処理部２１は、レッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、ブルー（Ｂ）の各色のｂｉｔｍａｐイメージを生成する。

全体データ処理部２１は、色変換処理を行う（Ｓ５２）。色変換処理は、ｂｉｔｍａｐイメージのＲＧＢデータから、インクに合わせた色空間に変換する処理である。この処理は、規定の計算式を用いてＲＧＢデータから色空間の変換処理を行う。本実施形態では、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）のＣＭＹＫの色空間に変換する。これ以外にも、印刷モードや機器によっては、例えばホワイト（Ｗ）を加えたＣＭＹＫＷなどのインクを使用する場合もある。

次いで全体データ処理部２１は、階調処理を行う（Ｓ５３）。階調処理は、誤差拡散処理やディザ処理を用いて、多値（８ｂｉｔ：２５６階調）のデータからヘッド４１Ａ〜４１Ｃが対応可能な階調へ変換する。本実施形態では、４階調または２階調に減色変換するものとするが、これに限定されない。

（データ振り分け処理）
画像処理部２０のデータ振り分け部２２は、ノイズ色版割り当て処理を行う（Ｓ５４）。この処理について、図６を参照しつつ説明する。図６（Ａ）に示すように、３ヘッド構成の場合、各ヘッドの走査位置が決まっているため、各ヘッドの印刷する領域も決まっている。図６（Ａ）の例では、ヘッド４１Ａは印刷領域Ａを走査対象としてインクの吐出を行い、ヘッド４１Ｂは印刷領域Ａの下側の印刷領域Ｂを走査対象としてインクの吐出を行う。ヘッド４１Ｃは、印刷領域Ｂの下側の印刷領域Ｃを走査対象としてインクの吐出を行う。このように、各ヘッド４１Ａ〜４１Ｃは、走査位置が互いに異なっており、各走査位置に応じた印刷領域にインクを吐出する。

よって、全体画像内の任意の画素は、その画素の座標値が分かることで、当該任意の画素がいずれのヘッドのデータであるかを導出することができる。また、第１ノズル列〜第４ノズル列も、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の各色に対応している。このことから、全体画像内の任意の画素について、いずれのヘッドのいずれのノズル列から出力されるデータであるかを、この任意の画素の座標値や色から導出することができる。図６（Ｂ）の表は、このことをまとめている。データ振り分け部２２は、全体画像データから注目画素を取得し、当該画素の座標値や色に応じて、印刷領域Ａ〜Ｃごと、且つシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の色ごとにデータを振り分ける。そしてデータ振り分け部２２は、ヘッドごと且つノズル列ごとの各データを記憶領域に記憶させる。データ振り分け部２２は、例えば印刷領域Ａでシアン（Ｃ）を吐出するためのデータを、ヘッド４１Ａ且つ第１ノズル列用の記憶領域に記憶させる。データ振り分け部２２は、印刷領域Ａでマゼンタ（Ｍ）を吐出するためのデータを、ヘッド４１Ａ且つ第２ノズル列用の記憶領域に記憶させる。またデータ振り分け部２２は、印刷領域Ｃでブラック（Ｋ）を吐出するためのデータを、ヘッド４１Ｃ且つ第４ノズル列用の記憶領域に記憶させる。その他の印刷領域や色についても同様である。このようにデータ振り分け部２２は、各ヘッドが走査する領域ごと、且つノズル列の色ごとに、画像データを分けて、これらに応じた記憶領域にデータを記憶させる。

（ノズル列データ処理）
次に、ノズル列データ処理について説明する。ノズル列データ処理は、主に画像データとノズルの物理的な位置などの差を補間する処理である。なお、図５のフローチャートに関する以降の説明では、ノズル列データ処理部４３Ａについて説明しているが、他のノズル列データ処理部４３Ｂ、４３Ｃについても同様である。

画像形成部４０のノズル列データ処理部４３Ａは、副走査インタレース処理を行う（Ｓ５５）。一般的に、印刷原稿の解像度とノズルの間隔に依拠したノズル解像度とは一致しない。ノズル解像度が例えば１５０ｄｐｉであり、このノズル解像度で６００ｄｐｉの原稿を印刷する場合、シートを６００ｄｐｉ単位で副走査方向に移動させて、１５０ｄｐｉ内に４ドット分副走査方向に吐出するようにする。これにより、副走査方向においては１５０ｄｐｉのノズル解像度で６００ｄｐｉ相当の解像度の印刷を行うことができる。なお、１５０ｄｐｉのノズル解像度で６００ｄｐｉ原稿を印刷する場合、データを４ライン毎に抜き出して、ノズルに入力する必要がある。この抜き出し処理を副走査インタレースと呼ぶ。

ノズル列データ処理部４３Ａは、主走査間引き処理を行う（Ｓ５６）。ノズル列データ処理部４３Ａは、例えば主走査方向の解像度が１５０ｄｐｉのノズルで、６００ｄｐｉの解像度の原稿を印刷する場合、同じ主走査ラインを４回印字する必要がある。すなわち画像形成部４０は、１回の走査で１５０ｄｐｉ相当の印刷を行い、これを４回行うことで、６００ｄｐｉの解像度の印刷を行う。

また印刷の際、当該走査中にインクを吐出する画素のみを抽出する動作、すなわち主走査間引き処理を行う。例えば、主走査方向を２回に分けて印字する２パスの動作の場合、ノズル列データ処理部４３Ａは、２Ｎ回目のヘッドの走査の場合は偶数画素を抽出し、２Ｎ＋１回目のヘッドの走査の場合は奇数画素を抽出する。また、主走査方向を４回に分けて印字する４パスの動作の場合、ノズル列データ処理部４３Ａは、４Ｎ回目のヘッドの走査の際に４の倍数番目画素を抽出し、４Ｎ＋１回目のヘッドの走査は４の倍数＋１番目画素を抽出する。同様に、４Ｎ＋２回目のヘッドの走査の場合、ノズル列データ処理部４３Ａは、４の倍数＋２番目画素を抽出し、４Ｎ＋３回目のヘッド走査の場合は４の倍数＋３番目画素を抽出する。

ノズル列データ処理部４３Ａは、バンディング低減処理を行う（Ｓ５７）。製造時にヘッドを組み付ける際に生じる位置ズレや、シートの搬送送りの精度のズレに起因して、ヘッド走査間の継ぎ目のムラ、すなわち副走査方向での継ぎ目のムラが発生する。好適な印刷物を得るためには、このムラを目立たなくする必要がある。本実施形態では、ヘッド間で数ドット分のノズル列を重ねて組み付けを行い、ノズル列データ処理部４３Ａは重なりのある部分についてはいずれの走査で印字するかをランダムに選択する。この処理がバンディング低減処理である。

ノズル列データ処理部４３Ａは、マルチパス補間処理を行う（Ｓ５８）。マルチパス補間処理は、ヘッドのノズルにおいてインク詰まりが発生している場合、他のノズルで代替してインクを吐出するための処理である。

ノズル列データ処理部４３Ａは、回転処理を行う（Ｓ５９）。データを効率良くアクセスできるようにするため、ヘッド４１Ａへのデータ供給順に合わせて、記憶領域内のデータ順序の並び替え（回転）を行う。

次に、具体的なハードウェアを例示しつつ本実施形態の実装例について説明する。図７は、１ヘッド構成の場合の具体的な実装例を示した図であり、図８は、３ヘッド構成の場合の具体的な実装例を示した図である。まずは１ヘッド構成の場合について図７を用いて説明し、３ヘッド構成との差分については図８を用いて説明する。

ＳｏＣ（System on a Chip）７０１は、画像処理に特化した集積回路であり、画像処理の機能を一つのチップに実装したものである。ＳｏＣ７０１には、たとえば演算処理装置であるＣＰＵ、ＳｏＣ−ＤＤＲ（Double-Data-Rate）メモリ７０２と接続するＩ／Ｆを含む。ＳｏＣ７０１は、ホストＰＣ２と接続してデータの送受信を行うためのＵＳＢ−Ｉ／ＦやＧｉｇａｂｉｔ−Ｅｔｈｅｒｎｅｔ−Ｉ／Ｆを有してもよい。ＳｏＣ７０１は、上記の画像処理部２０に相当し、全体データ処理部２１、データ振り分け部２２で行われる各処理を実行する。

ＳｏＣ−ＤＤＲメモリ７０２は、ＳｏＣ７０１内部のＣＰＵの作業用の記憶領域を有し、印刷データのバッファとして使用される記憶部である。

ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）７１１Ａは、ノズル列データ処理部４３Ａ、ヘッド制御部４２Ａの各機能を実現するように設計された、プログラマブルな集積回路である。ＦＰＧＡ−ＤＤＲメモリ７１３Ａは、ＦＰＧＡ７１１Ａのデータバッファとして使用される。エンコーダセンサ７１２Ａは、ヘッド４１Ａの走査方向やその移動量を検知するためのセンサである。

ホストＰＣ２は、作成したＰＤＬデータをＵＳＢもしくはＧｉｇａｂｉｔ−Ｅｔｈｅｒｎｅｔ経由でＳｏＣ７０１に送信する。このＰＤＬデータは、ＳｏＣ７０１に接続されたＳｏＣ−ＤＤＲメモリ７０２に記憶される。ＳｏＣ７０１は、ＰＤＬデータに対して図５で説明した全体データ処理（Ｓ５１〜Ｓ５３）を施す。ＳｏＣ７０１は、ステップＳ５３の階調処理後のデータを、ＳｏＣ−ＤＤＲメモリ７０２に記憶する。

次いでＳｏＣ７０１は、ＳｏＣ−ＤＤＲメモリ７０２に記憶した階調処理後のデータを、色に応じてノズル列ごとのデータに分け、これらのノズル列データをＳｏＣ−ＤＤＲメモリ７０２の記憶領域にそれぞれ記憶する。なお、図７の例は１ヘッド構成であることから、ノズル列のみでデータを分ける。複数ヘッド構成の場合については後述する。

ＳｏＣ７０１は、ＦＰＧＡ７１１Ａに対して、ノズル列データが記憶されているＳｏＣ−ＤＤＲメモリ７０２のアドレス、データサイズ等の情報をＰＣＩｅ（ＰＣＩ Ｅｘｐｒｅｓｓ）経由で通知する。

ＦＰＧＡ７１１Ａは、通知された情報に基づき、ＰＣＩｅ経由でＳｏＣ−ＤＤＲメモリ７０２にアクセスし、該当するノズル列データをリードして、ノズル列データ処理を行う。ＦＰＧＡ−ＤＤＲメモリ７１３Ａは、ノズル列データ処理のバッファとして使用される。またＦＰＧＡ−ＤＤＲメモリ７１３Ａは、ＦＰＧＡ７１１Ａで行われた処理後のデータを記憶する。

ＦＰＧＡ７１１Ａは、エンコーダセンサ７１２Ａからの出力に基づき、データ出力のタイミングを生成して、ＦＰＧＡ−ＤＤＲメモリ７１３Ａから処理後のノズル列データを入力し、ヘッド４１Ａの各ノズルのインク吐出の制御を行う。

図８は、３ヘッドの場合の実装例について説明する図である。３ヘッドの場合、接続ポートを増やすためにＰＣＩｅ−Ｓｗｉｔｃｈ８０１を有する構成となる。またＰＣＩｅ−Ｓｗｉｔｃｈ８０１を介して、ＦＰＧＡ７１１Ａ、７１１Ｂ、７１１ＣがＳｏＣ７０１と接続している構成となる。ＦＰＧＡ７１１Ａ、７１１Ｂ、７１１Ｃは、同じ機能を有するデバイスであるが、ＦＰＧＡ７１１Ａはマスタ設定となっており、ＦＰＧＡ７１１Ｂ、７１１Ｃはスレーブ設定となっている。

ＳｏＣ７０１内部のデータ振り分け部２２の機能は、１ヘッドの場合と３ヘッドの場合とで異なっている。ＳｏＣ７０１は、３ヘッド構成の場合、印刷領域や色に応じて、ヘッドやノズル列ごとのデータを抽出し、ＳｏＣ−ＤＤＲメモリ７０２に記憶する。

ＳｏＣ７０１は、ＦＰＧＡ７１１Ａ、７１１Ｂ、７１１Ｃに対して、各ノズル列データが記憶されるＳｏＣ−ＤＤＲメモリ７０２のアドレス、データサイズ等の情報を、ＰＣＩe経由で通知する。ＦＰＧＡ７１１Ａ、７１１Ｂ、７１１Ｃは、ＳｏＣ７０１から通知された情報に基づき、それぞれがＰＣＩｅ経由でＳｏＣ−ＤＤＲメモリ７０２にアクセスし、該当するノズル列データをリードして、ノズル列データ処理を行う。

マスタとなるＰＦＧＡ７１１Ａは、エンコーダセンサ７１２Ａの出力に基づき、データ出力タイミングを生成し、スレーブとなるＦＰＧＡ７１１Ｂ、７１１Ｃにデータ出力タイミング制御信号を出力する。またＦＰＧＡ７１１Ａは、生成したタイミングでヘッド４１Ａの制御を行い、ＦＰＧＡ７１１Ｂ、７１１Ｃは、ＦＰＧＡ７１１Ａから入力したデータ出力タイミング制御信号に基づき、ヘッド４１Ｂ、４１Ｃの制御を行う。

図９は、ＦＰＧＡ７１１Ａの内部構成詳細について説明する図である。図９に示す構成は、ＦＰＧＡ７１１Ｂ、７１１Ｃも同様である。

ＰＣＩｅ−Ｅｎｄｐｏｉｎｔ９０１は、外部とＰＩＣｅ経由で接続するためのＩ／Ｏデバイスである。ＰＣＩｅ−Ｅｎｄｐｏｉｎｔ９０１は、図７の例ではＳｏＣ７０１と接続し、図８の例ではＰＣＩｅ−Ｓｗｉｔｃｈ８０１と接続する。ＰＣＩｅ−Ｅｎｄｐｏｉｎｔ９０１は、割り込み制御部９０４からの割り込み要求に従い、ＰＣＩｅ経由でＳｏＣ７０１へ割り込み通知を行う。またＰＣＩｅ−Ｅｎｄｐｏｉｎｔ９０１は、ＰＣＩｅ経由で、設定されたＦＰＧＡ７１１Ａのレジスタ値をレジスタ制御部９０５に出力する。

ＤＤＲメモリコントローラ９０２は、ＦＰＧＡ−ＤＤＲメモリ７１３Ａの制御を行う。ヘッド制御部４２ＡのＲＤＭＡＣ４２５が主体となり、ＦＰＧＡ−ＤＤＲメモリ７１３Ａに対してアクセスを行う。

インターコネクト９０３は、ＲＤＭＡＣ４１２、およびＲＤＭＡＣ４２５からのアクセス要求を調停し、ＰＣＩｅ側へのアクセスとＦＰＧＡ−ＤＤＲメモリ７１３Ａ側へのアクセスとを振り分けて出力する。

割り込み制御部９０４は、ＦＰＧＡ７１１Ａの内部モジュールからの割り込み要因に基づき、ＰＣＩｅ側へ割り込み要求を行う。レジスタ制御部９０５は、ＰＣＩｅ経由で設定されたＦＰＧＡ７１１Ａのレジスタ値を、各モジュールに配布する。

ノズル列データ処理部４３Ａは、第１ノズル列データ処理部４０１Ａ、第２ノズル列データ処理部４０２Ａ、第３ノズル列データ処理部４０３Ａ、第４ノズル列データ処理部４０４Ａの４つの処理部を有する。これら処理部は、色ごとに対応付けられた各ノズル列から吐出するデータをそれぞれで処理する。第１ノズル列データ処理部４０１Ａは、第１ノズル列から吐出するシアン（Ｃ）のデータを処理し、第２ノズル列データ処理部４０２Ａは、第２ノズル列から吐出するマゼンタ（Ｍ）のデータを処理する。第３ノズル列データ処理部４０３Ａは、第３ノズル列から吐出するイエロー（Ｙ）のデータを処理し、第４ノズル列データ処理部４０４Ａは、第４ノズル列から吐出するブラック（Ｋ）のデータを処理する。

第１ノズル列データ処理部４０１Ａは、ノズル列データ処理コア４１１、ＲＤＭＡＣ（Read Direct Memory Access Controller）４１２、ＷＤＭＡＣ（Write Direct Memory Access Controller）４１３の各ハードウェアによって実装される。第２ノズル列データ処理部４０２Ａ、第３ノズル列データ処理部４０３Ａ、第４ノズル列データ処理部４０４Ａも同様に、ノズル列データ処理コア４１１、ＲＤＭＡＣ４１２、ＷＤＭＡＣ４１３によって実装される。

ＲＤＭＡＣ４１２は、ＰＣＩｅ−Ｅｎｄｐｏｉｎｔ９０１およびＰＣＩｅ経由でＳｏＣ−ＤＤＲメモリ７０２にアクセスし、ノズル列毎に振り分けられたデータをリードして、ノズル列データ処理コア４１１に出力する。ＷＤＭＡＣ４１３は、ノズル列データ処理コア４１１で処理されたノズル列データを、ＦＰＧＡ−ＤＤＲメモリ７１３Ａにライトする。ノズル列データ処理コア４１１は、ノズル列データ処理、すなわち図５に示すＳ５５〜Ｓ５９の各処理を行う。この際、ノズル列データ処理コア４１１は、ＲＤＭＡＣ４１２経由で対象データを入力し、ＷＤＭＡＣ４１３経由でＦＰＧＡ−ＤＤＲメモリ７１３Ａに演算結果を出力する。

ヘッド制御部４２Ａは、４つのノズル列それぞれに応じたＲＤＡＭＣ４２５およびバッファ４２４を有する。ＲＤＭＡＣ４２５は、ＦＰＧＡ−ＤＤＲメモリ７１３Ａから、ノズル列データ処理コア４１１で行われた演算結果のデータをリードし、バッファ４２４に出力する。バッファ４２４それぞれは、１ノズル列のデータを記憶することができる記憶領域を２つ備えている。バッファ４２４の一方の記憶領域に記憶されたノズル列データでヘッド４１Ａの出力が行われている最中に、ＲＤＭＡＣ４２５は、ＦＰＧＡ−ＤＤＲメモリ７１３Ａにアクセスし、バッファ４２４の他方の記憶領域にデータを入力する。この動作を２つの記憶領域間で交互に繰り返すことで、ＦＰＧＡ−ＤＤＲメモリ７１３Ａからヘッド４１Ａへ向けて連続してデータを出力することができる。

ヘッド制御部４２Ａは、さらにデータ出力制御部４２１、セレクタ４２２、データ出力タイミング生成部４２３を有する。データ出力制御部４２１は、セレクタ４２２から出力されたセレクト後のデータ出力タイミング信号に従い、ヘッド４１Ａのインク吐出の制御を行う。データ出力タイミング生成部４２３は、エンコーダセンサ７１２Ａから出力される信号に基づき、データ出力のタイミングを計り、内部データ出力タイミング制御信号と外部データ出力タイミング制御信号を生成する。データ出力タイミング生成部４２３は、内部データ出力タイミング制御信号をセレクタ４２２に出力し、外部データ出力タイミング制御信号をＦＰＧＡ７１１Ｂ、ＦＰＧＡ７１１Ｃに出力する。

セレクタ４２２は、マスタ／スレーブ設定信号（１：マスタ設定、０：スレーブ設定）に従い、外部から入力された外部データ出力タイミング制御信号と内部で生成された内部データ出力タイミング制御信号の切り替えを行う。マスタ設定の場合、データ出力タイミング生成部４２３で生成した内部データ出力タイミング制御信号に従い、データ出力制御部４２１がデータ出力を行う。マスタからの外部データ出力タイミング制御信号は、スレーブ側のセレクタ４２２に入力される。スレーブ設定の場合、外部データ出力タイミング制御信号がセレクタ４２２により選択され、外部データ出力タイミング制御信号に従い、データ出力制御部４２１がデータ出力を行う。また、スレーブ設定の場合、データ出力タイミング生成部４２３はエンコーダセンサからの入力がないため使用されない。

上記の実施形態では、ホストＰＣからの要求を受け付け、シートに画像を形成する印刷動作を主に説明した。これ以外にも、画像形成装置１に組み込まれたスキャナで原稿を読み取り、当該原稿データをシートに画像を形成する複写動作やＦＡＸ受信機能など、シート上に画像を形成する態様に、本実施形態を適用させることができる。

上記のように、ヘッド制御部４２Ａ〜４２Ｃおよびノズル列データ処理部４３Ａ〜４３Ｃは、プログラマブルな集積回路であるＦＰＧＡで実装されている。よって、インクジェットヘッドの数の増減に応じて、ノズル列データ処理部、ヘッド制御部の数も容易に増減させることができる。すなわち、ヘッド数の多い機種、少ない機種にも、容易に適応することができる。さらに、ノズル列データ処理部それぞれの動作は、記憶領域のいずれのアドレスからデータを入力するかなどのパラメータの違いはあるものの、互いに動作上の差異はない。ヘッド制御部のそれぞれも同様に、マスタ／スレーブの設定の差異はあるものの、互いに動作上の差異はない。よって、ノズル列データ処理部やヘッド制御部の各機能部を１つずつ製造することで、この機能部を横展開して複数製造することも容易となる。すなわち、開発工数やコストを抑制することができる。

本実施形態では、画像形成装置に特化した説明を行ったが、インク以外の例えば樹脂性の液体を噴射して、物体を製造する３Ｄプリンティング装置にも適用させることができる。このような３Ｄプリンティング装置は、立体像を形成するため像全体のデータを入力し、この全体像データに基づき、樹脂性の液体を用いて立体像を製造する。

また、図３、図４に示す構成を、本実施形態では、画像形成装置１として説明したが、３Ｄプリンティング装置としてもよい。また、図３、図４に示す構成を液体吐出装置として提供してもよい。さらには、この図３、図４の構成を液体吐出装置とした場合、液体吐出装置を画像形成装置や３Ｄプリンティング装置に組み込んでもよい。図３、図４の構成を液体吐出装置とした場合、各図面を用いて説明した動作、実装も可能となる。また、本実施形態では、各ノズル列からは、異った色のインクを吐出するものとしたが、態様はこれに限定されず、粘性率や濃度など、吐出する液体の物性に応じて各ノズル列を分けてもよい。

画像処理は、元のデータから他のデータに変換するデータ変換処理の一態様である。

本実施形態では、各インクジェットヘッド且つ各ノズル列で吐出制御するためのデータを全体画像データからそれぞれ抽出し、このデータごとに画像処理する実装とした。すなわち、インクジェットヘッド同士の連動動作に際しては、画像処理については考慮すること無く、出力タイミングの制御に特化することができる。これにより、連動動作を簡素化することができる。

以上、本実施形態の態様により、各インクジェットヘッドを制御するヘッド制御部間の連動動作を簡素化することができ、複数の制御部を有する構成においては、開発工数や開発コストを抑制することができる。

１ ：画像形成装置、２ ：ホストＰＣ、１０ ：主制御部
１１ ：ＣＰＵ、１２ ：ＲＡＭ、１３ ：ＲＯＭ
１４ ：ＨＤＤ、２０ ：画像処理部、２１ ：全体データ処理部
２２ ：データ振り分け部、３０ ：表示操作部、３１ ：ＬＣＤ
３２ ：操作部、４０ ：画像形成部、４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ ：ヘッド
４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ ：ヘッド制御部、
４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ ：ノズル列データ処理部
５０ ：ネットワークＩ/Ｆ、７０ ：バス、
４０１Ａ ：第１ノズル列データ処理部、４０２Ａ ：第２ノズル列データ処理部
４０３Ａ ：第３ノズル列データ処理部、４０４Ａ ：第４ノズル列データ処理部
４１１ ：ノズル列データ処理コア、４１２ ：ＲＤＭＡＣ
４１３ ：ＷＤＭＡＣ、４２１ ：データ出力制御部、４２２ ：セレクタ、
４２３ ：データ出力タイミング生成部、４２４ ：バッファ、
４２５ ：ＲＤＭＡＣ、７０２ ：ＳｏＣ−ＤＤＲメモリ、
７１１Ａ、７１１Ｂ、７１１Ｃ ：ＦＰＧＡ、７１２Ａ ：エンコーダセンサ
７１３Ａ ：ＦＰＧＡ−ＤＤＲメモリ、９０２ ：ＤＤＲメモリコントローラ
９０３ ：インターコネクト、９０４ ：割り込み制御部、
９０５ ：レジスタ制御部

特許５６５１９５８号

Claims (13)

1. 複数のノズル列を備えるヘッドを１つまたは複数備え、各ノズル列からそれぞれ異なる色のインクを記録媒体に吐出させることで、当該記録媒体に画像を形成する画像形成装置であって、
   前記記録媒体に形成される前記画像の全体に係る全体画像データから、前記各ヘッドの走査位置に応じた印刷領域ごとに、前記各ヘッドの各ノズル列に応じた色のデータをそれぞれ抽出して振り分けるデータ振り分け部と、
   前記データ振り分け部によって抽出されたそれぞれの色のデータに対応するノズル列において当該データを入力として画像処理を実行する第１処理部と、
   前記各ノズル列における画像処理を実行する各第１処理部における前記画像処理の実行後のデータのうち、自己に対応したデータに従って前記ノズル列から前記インクを吐出させるインク吐出の制御を行うマスタヘッド制御部と、
   前記マスタヘッド制御部が生成した信号の入力タイミングに基づいて、自己に対応したデータに従って前記ノズル列から前記インクを吐出させるインク吐出の制御を行う複数のスレーブヘッド制御部と、
   を有する画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置において、
   さらに、前記記録媒体に形成される画像データの全体を処理対象にした画像処理を行う全体データ処理部を有し、
   前記データ振り分け部は、前記全体データ処理部が処理した後の全体画像データに対し、前記抽出を行う、
   画像形成装置。
3. 請求項２に記載の画像形成装置において、
   前記全体データ処理部は、前記画像処理として、プリンタ描画処理、色変換処理、階調処理のいずれかまたは全てを実行する、
   画像形成装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置において、
   前記第１処理部は、前記画像処理として、副走査インタレース処理、主走査間引き処理、バンディング低減処理、マルチパス補間処理、回転処理のいずれかまたは全てを実行する、
   画像形成装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像形成装置において、
   前記第１処理部および前記スレーブヘッド制御部は、前記ヘッドの数に応じて増減させることが可能な、一つまたは複数の集積回路で実装されている、
   画像形成装置。
6. 複数のノズル列を備えるヘッドを１つまたは複数備え、各ノズル列からそれぞれ異なる色のインクを記録媒体に吐出させることで、当該記録媒体に画像を形成する画像形成装置のインク吐出方法であって、
   前記画像形成装置は、複数の第１処理部と、１つまたは複数のヘッド制御部とを有し、
   前記記録媒体に形成される前記画像の全体に係る全体画像データから、前記各ヘッドの走査位置に応じた印刷領域ごとに、前記各ヘッドの各前記ノズル列に応じた色のデータをそれぞれ抽出して振り分け、
   複数の第１処理部それぞれが、抽出された前記それぞれの色のデータに対応するノズル列において当該データを入力として画像処理を実行し、
   マスタヘッド制御部において、前記第１処理部における前記画像処理の実行後のデータのうち、自己に対応したデータに従って、自己に対応した前記ヘッドのインク吐出の制御を実行し、
   複数のスレーブヘッド制御部において、前記マスタヘッド制御部が生成した信号の入力タイミングに基づいて、自己に対応したデータに従って前記ノズル列から前記インクを吐出させるインク吐出の制御を実行する、
   インク吐出方法。
7. 請求項６に記載のインク吐出方法において、
   さらに、前記記録媒体に形成される画像データの全体を処理対象にした画像処理を行い、
   当該画像処理が行われた後の全体画像データに対し、前記抽出を行う、
   インク吐出方法。
8. 請求項７に記載のインク吐出方法において、
   前記抽出される前の前記画像処理は、プリンタ描画処理、色変換処理、階調処理のいずれかまたは全てである、
   インク吐出方法。
9. 請求項６乃至８のいずれか１項に記載のインク吐出方法において、
   前記第１処理部それぞれが実行する前記画像処理は、副走査インタレース処理、主走査間引き処理、バンディング低減処理、マルチパス補間処理、回転処理のいずれかまたは全てである、
   インク吐出方法。
10. 請求項６乃至９のいずれか１項に記載のインク吐出方法において、
    前記第１処理部および前記ヘッド制御部は、前記ヘッドの数に応じて増減させることが可能な、一つまたは複数の集積回路で実装されている、
    インク吐出方法。
11. 複数のノズル列を備えるヘッドを１つまたは複数備え、各ノズル列からそれぞれ物性の異なる液体を吐出させる液体吐出装置であって、
    形成される画像の全体に係る全体画像データから、前記各ヘッドの走査位置に応じた印刷領域ごとに、前記各ヘッドの各ノズル列に応じた色のデータをそれぞれ抽出して振り分けるデータ振り分け部と、
    前記データ振り分け部によって抽出されたそれぞれのデータのうち、自己に対応したデータを入力して、それぞれにおけるデータ変換処理を実行する複数の第１処理部と、
    前記各ノズル列に係るデータ変換処理を実行する各第１処理部における前記データ変換処理の実行後のデータのうち、自己に対応したデータに従って前記ノズル列から前記液体を吐出させるインク吐出の制御を行うマスタヘッド制御部と
    前記マスタヘッド制御部が生成した信号の入力タイミングに基づいて、自己に対応したデータに従って前記ノズル列から前記液体を吐出させるインク吐出の制御を行う複数のスレーブヘッド制御部と、
    を有する液体吐出装置。
12. 請求項１１に記載の液体吐出装置において、
    さらに、形成される像の全体に係る全体像データを処理対象にしたデータ変換処理を行う全体データ処理部を有し、
    前記データ振り分け部は、前記全体データ処理部が処理した後の全体像データに対し、前記抽出を行う、
    液体吐出装置。
13. 請求項１１又は１２に記載の液体吐出装置において、
    前記第１処理部および前記スレーブヘッド制御部は、前記ヘッドの数に応じて増減させることが可能な、一つまたは複数の集積回路で実装されている、
    液体吐出装置。

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