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JPH0813552B2 - 階調プリンタ - Google Patents

階調プリンタ

Info

Publication number
JPH0813552B2
JPH0813552B2 JP1038609A JP3860989A JPH0813552B2 JP H0813552 B2 JPH0813552 B2 JP H0813552B2 JP 1038609 A JP1038609 A JP 1038609A JP 3860989 A JP3860989 A JP 3860989A JP H0813552 B2 JPH0813552 B2 JP H0813552B2
Authority
JP
Japan
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heating element
temperature
recording
heat storage
element substrate
Prior art date
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Application number
JP1038609A
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JPH02217267A (ja
Inventor
春生 山下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP1038609A priority Critical patent/JPH0813552B2/ja
Priority to US07/478,477 priority patent/US5066961A/en
Priority to EP90301591A priority patent/EP0383583B1/en
Priority to DE69006225T priority patent/DE69006225T2/de
Priority to KR1019900001955A priority patent/KR920010609B1/ko
Publication of JPH02217267A publication Critical patent/JPH02217267A/ja
Publication of JPH0813552B2 publication Critical patent/JPH0813552B2/ja
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/315—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of heat to a heat sensitive printing or impression-transfer material
    • B41J2/32—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of heat to a heat sensitive printing or impression-transfer material using thermal heads
    • B41J2/35—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of heat to a heat sensitive printing or impression-transfer material using thermal heads providing current or voltage to the thermal head
    • B41J2/355—Control circuits for heating-element selection
    • B41J2/36—Print density control
    • B41J2/365—Print density control by compensation for variation in temperature

Landscapes

  • Electronic Switches (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、テレビ画面のハードコピー装置として応用
されている熱転写プリンタ等に広く応用できる、多階調
の画像記録を行なう階調プリンタに関する。
従来の技術 感熱記録紙や熱転写フィルムを用いて熱的に記録を行
なうサーマル記録方式は、インクジェット方式や電子写
真方式と比べて、カラー化が容易で、装置が小型に構成
でき、さらに画質、コスト、メンテナンス等の点からも
有利であるため、ピクトリアルな画像を記録するハード
コピー装置として広く利用されている。
熱転写方式によるカラープリンタは、横１列に発熱体
を配列したサーマルヘッドとイエロー（Ｙ）、マゼンタ
（Ｍ）、シアン（Ｃ）の３色に塗り分けたインクシート
を用いて、３色面順次方式にて１色毎に受像紙を巻き戻
しながら記録するのが一般的である。テレビ信号のよう
なビクトリアルな画像を記録するためには、ディザや濃
度パターン法等に比べ解像度と階調性が両立でき、さら
に記録濃度をコントロールしやすく、滑らかな階調記録
を行なうことができる熱昇華転写方式と集中加熱転写方
式が優れている。
しかし、これらの両方式のように、通電パルス幅等に
より印加エネルギを変調しアナログ的に濃度階調記録を
行なう方式は、記録濃度が環境温度に依存しサーマルヘ
ッドでの蓄熱による影響を受けやすく、常に安定した濃
度再現が難しい。この温度依存性がこれらのプリンタを
開発する上で、高画質化を制限する画素になっている。
また、面順次によるフルカラー記録を考えると、色ご
との環境温度の違いや蓄熱量の差が各色の濃度バランス
を崩し、その色の色度を変えてしまうことになるため、
温度補償に対する要求がさらに厳しくなる。
これらの問題に対して、温度検出手段で検出したヘッ
ド基台の温度と時間計数手段により計数された発熱体の
前回駆駆動後の経過時間を用いて画素の印加エネルギを
制御する方式（特開昭59−127782公報）や、階調レベル
と通電パルスとの関係が設定されているROMテーブルを
複数の環境温度に対応して複数個用意し、ヘッド基台温
度等の環境温度に応じて切り換えることにより印加エネ
ルギを制御する方式（特開昭58−164368号公報）や、発
熱素子の過去数ラインと隣接素子の状態から演算した蓄
熱量に基づき各画素の印加エネルギを制御する方式（特
開昭59−127781号公報）が提案されている。
発明が解決しようとする課題 しかし、一般に用いられる薄膜型のサーマルヘッド等
は、第２図に示すような構造である。ヘッド基台の熱容
量と大気への放熱抵抗が主要因になるヘッド基台への第
１の蓄熱、発熱体基板への第２の蓄熱、および発熱体自
身への第３の蓄熱の３種が存在し、それぞれ数分、数
秒、数ミリ秒程度の大きく異なる時定数を有している。
二値記録における温度補償は、環境温度とヘッド蓄熱
によらず尾引やかすれのない安定したドット再現の記録
を高速で行なうことが目的であるため、画素毎の発熱体
自身への第３の蓄熱補償が必要であるが、補償精度はラ
フでよい。
これに対して、階調記録における温度補償は、濃度の
補正精度を階調ステップに相当するレベルまで上げ、如
何なる環境温度で記録しても、各階調ステップの濃度が
正確に再現できることが要求される。また、記録速度よ
りも画質が優先されるため、発熱体自身の第３の蓄熱に
よる影響は少なく、発熱体基板の第２の蓄熱とヘッド基
台の第１の蓄熱に対する高精度な温度補償が必要であ
る。
特開昭59−127782号公報に記載の技術は、画素毎の発
熱体自身の第３の蓄熱を前回記録後の経過時間から予測
し補正を行なうものであり、高速で二値記録を行なうこ
とを目的としたもので階調記録に対する温度補償として
は使用できない。
特開昭59−127781号公報に記載の技術は、同一素子の
過去数ラインと隣接素子の印加状態の重み付の和から発
熱体自身の第３の蓄熱を計算し次の印加エネルギを算出
するもので、蓄熱状態の演算が理論的でなく経験的で簡
易な方法であるため、二値記録を行なうことを目的には
使用できるが、階調記録では全ての階調に対して正確な
補正はできず、逆に濃度を狂わせる場合もあり正確な階
調レベルの再現は難しい。
特開昭59−127782号公報に記載の技術は、複数の環境
温度における階調レベルと通電パルスとの関係が設定さ
れているROMテーブルを、ヘッド基台温度等の環境温度
に応じて切り換えることにより印加エネルギを制御する
方式であり、階調記録を前提としているが、サーマルヘ
ッドにおいて記録中に唯一温度測定ができるヘッド基台
温度のみによる制御であるため検出の遅れ時間が大きい
だけでなく、記録画像によっては検出温度と記録濃度の
対応がつかないことが多く、十分な濃度補正を行なうこ
とができない。
また、いずれの従来例も、発熱体基板における第２の
蓄熱を考慮しておらず、数秒単位の大きな蓄熱量の変化
に対する濃度補正が行なえないため、階調記録に対する
十分な温度補正が行なえないという問題を有していた。
さらに、現実には測定することが難しい発熱体基板の
第２の蓄熱を予測できても、その蓄熱量から如何に印加
エネルギを補正すればよいかが確立されていないため、
実験やシミュレーション等による多くのデータから各温
度に対する補正値を求めていた。しかし、その補正値は
その記録条件におけるものでしかなく、それ以外の条件
における補正値は経験や試行錯誤により決めざるを得
ず、如何なる環境温度で記録しても、全階調レベルの濃
度を正しく再現させることは極めて難しいという問題点
も有している。
本発明は、このような従来の技術の課題に鑑み、様々
な濃度分布の画像を、如何なる環境温度で記録しても、
全階調レベルの濃度が正確に再現できるような温度補正
を行なえる階調プリンタを提供することを目的としてい
る。
課題を解決するための手段 本発明は、サーマルヘッドの発熱体基板近傍の蓄熱量
の予測値とサーマルヘッドのヘッド基台近傍の温度の測
定値の両方を用いて電圧補正係数を決定し、温度補正を
行なうよう構成されている。
補正係数は、プリンタを構成する要素の諸条件の特定
の関係を用いることにより定められている。
作用 本発明は、ヘッド基台の蓄熱による温度上昇とサーマ
ルヘッドの置かれている環境の温度との和をヘッド基台
温度として温度検出手段で測定し、過去の印加エネルギ
ーによる発熱体基板の蓄熱による温度上昇を、パルス幅
積算手段が算出したサーマルヘッドのライン毎の印加エ
ネルギーを用いて、蓄熱量予測手段が予測する。これら
の、環境の温度およびヘッド基台の蓄熱と発熱体基板の
蓄熱による記録濃度の影響を補正するような電圧の補正
係数を係数決定手段によりライン毎に決定し、この補正
係数を用いて次のラインの印加電圧を補正する。
実施例 以下に、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第１図は、入力された濃度データに対して忠実にその
濃度を記録することを目的とし、感熱記録方式でパルス
幅制御により階調を記録する本発明の階調プリンタの一
実施例である。
27は発熱体基板の上にライン状に多数の発熱体を設け
たサーマルヘッド、29はサーマルヘッド27に電力を供給
する電源、20は濃度データを対応する印加パルス幅に変
換するγ補正手段、22はサーマルヘッド27をγ補正手段
20の出力にしたがい多段階のパルス幅で駆動するヘッド
駆動手段、23はγ補正手段22の出力に基づき１ライン分
のパルス幅を積算するパルス幅積算手段、24はサーマル
ヘッド27の発熱体基板の蓄熱量を予測する蓄熱量予測手
段、25はサーマルヘッド27のヘッド基台の温度を検出す
る温度検出手段、26は温度検出手段25が検出したヘッド
基台温度と蓄熱量予測手段24が予測した発熱体基板の蓄
熱量とから補正係数を算出し、電源29の電圧を制御する
係数決定手段である。
熱転写記録や感熱記録おいて、印加エネルギと記録濃
度との間には第７図に示すようなγ特性と呼ぶ非線型な
関係があり、精度良い濃度階調を得るためには、このγ
特性を補正する必要がある。本実施例のγ補正手段20
は、ROMテーブルにより構成しており、基準となるヘッ
ド基台温度でかつ基準となる発熱体基板に対する蓄熱量
のときに、入力されたデータに対応する濃度を記録する
ために必要な印加パルス幅が書き込まれており、濃度デ
ータをROMのアドレスに与えると、その濃度を記録する
のに必要な印加パルス幅がデータとして読み出される。
パルス幅積算手段23は、ヘッド駆動手段23で記録され
る１ラインの全画素のパルス幅を積算し、サーマルヘッ
ド27全体に対して１ラインの記録により加わった蓄熱量
に比例するパルス幅を算出する。その結果を用いて、蓄
熱量予測手段24は、今までにサーマルヘッド27に印加さ
れたエネルギーによる蓄熱量を後述する方法等で予測す
る。
係数決定手段26は、蓄熱量予測手段24が予測した発熱
体基板の蓄熱量と、温度検出手段25が検出したヘッド基
台温度を用いて、前述の基準基台温度でかつ発熱体基板
の基準蓄熱量のときに１の値を取り、温度と蓄熱量のど
ちらに対しても単調減少になるような補正係数を算出す
るものであり、本実施例では蓄熱量予測手段24と温度検
出手段25の出力をアドレスとして与えると補正係数を出
力するように設定されたROMテーブルを使用している。
例えば、第８図に示すように、kmは基準となるT3とPmの
ときに１の値を取り、温度と蓄熱量に対して放物面的な
関係をROMテーブルに設定してある。
これらの構成により、環境温度、ヘッド基台に対する
蓄熱、および発熱体基板における蓄熱の影響による濃度
変化を補正することができる。
次に、補正係数を決定する方法について述べる。
第２図は、薄膜型サーマルヘッド27の断面図である。
１は発熱体、２はセラミックでできた発熱体基板、３は
アルミで構成されたヘッド基台、４はグレーズ層、５は
接着層、６は耐摩耗層である。
第２図に示したサーマルヘッドの各部の温度と蓄熱量
を理論的に解明し補正係数を得るために、本発明では、
第３図に示す熱的等価回路によるモデルを提案した。
この等価回路は、サーマルヘッド27の熱抵抗と熱容量
の大きさを考慮した近似を基にモデル化したもので、電
気抵抗は熱抵抗、電気容量は熱容量、電圧は温度、電流
は単位時間あたりのエネルギーを表わしている。
11、12、13は発熱体１、発熱体基板２、ヘッド基台３
に対応した熱容量、14はグレーズ層を中心とした発熱体
１と発熱体基板２の間の熱抵抗、15は発熱体基板２とヘ
ッド基台３の間の熱抵抗、16はヘッド基台と周囲の空気
との間の熱抵抗（放熱板等を含む）、17は単位時間あた
りにヘツド全体に加えた印加エネルギー（電力）、18は
周囲の空気等の環境温度であり、発熱体の熱容量11と熱
抵抗14は各々１ラインの全発熱体の熱容量と熱抵抗の総
和を意味している。
以下この等価回路を用いて、サーマルヘッド27におけ
る蓄熱の解析を行なう。印加電力17は、現実の記録条件
を考慮して、第４図に示す様に毎ライン異なる印加電力
を設定した。また、連続で記録する場合やカラー記録の
際の２色目および３色目における記録を考慮して、ヘッ
ド基台温度T3の初期値が環境温度T0と一致しない条件を
設定した。
このとき、時刻ｔにおける印加電力E17の平均値は式
１で表わせる。
（ただし、τ-1＝０、ｘ≧０のときＵ（ｘ）＝１、 ｘ＜０のときＵ（ｘ）＝０とする。） このとき、ヘッド基台温度T3は、ヘッド基台３に設置
されたサーミスタ等による温度検出手段25により１ライ
ン記録の毎にかなり正確に測定することが可能であるた
め、発熱体基板温度T2は各温度の初期値と印加電力17だ
けで予測するよりも、温度検出手段25による実測値も併
用する方が精度の点から望ましい。
したがって、第３図の等価回路をT2−T3について解き
時刻ｔにおけるT2を求めると次の式になる。
さらに、ｔ＝ｍτＬ、α＝exp（−τL/（C2R2））と
おき離散化すると、ｍライン目のT2は次式で表わせる。
この式の第２項は過去全ラインの記録による発熱体基
板への蓄熱を表わしている。
次に、発熱体温度T1は、発熱体の蓄熱の時定数が発熱
体基板の時定数に比べて３桁程度小さいため、発熱体の
蓄熱による温度上昇分を発熱体基板温度に加算して求め
ることができる。ｍライン目の１ラインを記録するとき
のT1の温度変化は、 であり、昇華または溶融等によるインクの発色温度をTs
としたとき、記録に寄与するエネルギーは第５図に示す
Ts以上の斜線の面積に比例する。斜線の面積Ｓは次式に
なる。
Ｓ＝R1em（τｍ−τａ） −｛Ts−T2（ｍ）｝（τｂ−τａ） −（５） この式は、通電パルス幅τｍに対して第６図に示すよ
うな関係があり、記録に対して有効なパルス幅の範囲で
は次の一次関数で近似できことが判る。
Ｓ＝｛R1em−Ts＋T2（ｍ）｝τｍ−TOFF −（６） 次に、基準となるγ補正の温度と蓄熱に対する変化に
ついて述べる。
感熱記録における第７図に示すようなγ特性は、カラ
ーシート、受像紙、サーマルヘッドの特性、記録条件
（記録速度、記録duty、印加電力）だけでなく発熱体基
板の温度T2によっても変化する。しかし、温度以外の条
件は装置が定まれば固定であるから、T2がある基準温度
T2STのときの通電パルス幅に対する記録濃度を表わすγ
特性をｆとすると、ある濃度を記録するのに要する通電
パルス幅を表わすγ補正関数は、f-1で表わされ、γ補
正手段20のROMに設定する。
この補正関数を求めるには、標準印加電力estでかつ
パルス幅τｐのエネルギーを発熱体基板の時定数より長
く連続印加することにより発熱体基板の蓄熱量を基準と
する値に設定し、かつそのときのヘッド基台温度が基準
となる温度T3STになったとき、即ち発熱体基板温度T2が T2ST＝T3ST＋R2estτp/τＬ −（８） になったときに、多段階の階調画像を発生させ各濃度を
測定することにより求めることができる。
したがって、基準温度、基準蓄熱において濃度Ｄを記
録するとき、記録に寄与するエネルギに比例する第５図
の面積Ｓ′は次式になる。
Ｓ′＝（R1est−TS＋T2ST）f-1（Ｄ）−TOFS −（９） 次に、環境温度、ヘッド基台温度および発熱体基板へ
の蓄熱による影響を電源電圧で補正するためにＳ＝Ｓ′
とおき、基準電源電圧に対する補正係数をkmとすると、
発熱体基板温度がT2（ｍ）であるｍライン目に濃度Ｄを
記録するための補正係数は、式６、式８、式９より、次
式であらわせる。
この式のT3（ｍ）はサーミスタ等によりリアルタイム
に測定することができるが、発熱体基板への蓄熱による
温度上昇を表わす部分は、１ラインの記録のために、過
去の全ラインのパルス幅の情報による演算が必要である
ため、後になるほど膨大な演算量になる。
本発明では、過去のパルス幅の積算の部分を式11のよ
うにPmと置き漸化式で表わすことにより演算量の減少を
図っている。
とおくとPmは漸化式 したがって、補正係数は、 を用いて、リアルタイムで算出できる。以上述べてきた
補正係数をヘッド基台温度T3と発熱体基板の蓄熱量Pmを
パラメータとしてグラフに示したものが第８図であり、
T3とPmのそれぞれに対する放物面になる。図中のstanda
rtdと示されている点は、γ補正データの測定状態を表
わしており、この１点のみで得られた基準となるγ補正
のデータは、本発明の補正係数kmにより任意のヘッド基
台温度および発熱体基板の蓄熱状態へ拡張できることを
表わしている。
なお、入力は濃度データとしたが、輝度データであっ
てもよいことは言うまでもない。
発明の効果 以上述べたように、本発明は、記録時の環境温度、ヘ
ッド基台の蓄熱に影響されないだけでなく、記録画像の
内容によってはライン毎に大きく変化する発熱体基板の
蓄熱も補正し、全濃度範囲の各濃度をそれぞれ一定に保
つことができる。したがって、従来高濃度部の直後の低
い濃度を記録すると蓄熱のために濃度高く記録されると
いう現象を無くすことができ、３色面順次記録の各色の
濃度の違いによる色度の狂いもなく常に高画質な画像を
記録できる。
また、本発明の蓄熱量予測手段を用いると、非常に少
ない計算量で過去の全ラインの影響による蓄熱量を演算
でき、温度補正の精度を高めることができる。
さらに、本発明の係数決定手段を用いるとヘッドの特
性と記録条件とγ補正データ作成時の印加エネルギーか
ら、計算により極めて精度よく補正係数を決定できる。
したがって、多くの実験や試行錯誤により係数を決める
必要はなく、印加エネルギーや記録速度などの記録条件
を変える場合にも新たな実験無しで補正係数を決められ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例における階調プリンタのブロ
ック図、第２図はサーマルヘッドの断面図、第３図は同
実施例のサーマルヘッドの熱的等価回路によるモデルを
示す図、第４図は同実施例の印加電力波形図、第５図は
同実施例の発熱体の温度変化を示す図、第６図は同実施
例の記録に寄与するエネルギーを示す図、第７図は記録
におけるγ特性を示す図、第８図はヘッド基台温度と蓄
熱量に対する補正係数を示す特性図である。 １……発熱体、２……発熱体基板、３……ヘッド基台、
４……グレーズ層、５……接着層、６……耐摩耗層、11
……発熱体の熱容量、12……発熱体基板の熱容量、13…
…ヘッド基台の熱容量、14……発熱体から発熱体基板へ
の熱抵抗、15……発熱体基板からヘッド基台への熱抵
抗、16……ヘッド基台から大気への熱抵抗、17……印加
電力、18……環境温度、20……γ補正手段、22……ヘッ
ド駆動手段、23……パルス幅積算手段、24……蓄熱量予
測手段、25……温度検出手段、26……係数決定手段、27
……サーマルヘッド、29……電源。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ヘッド基台の上に設けよられた発熱体基板
    上にライン状に発熱素子を配列したサーマルヘッドと、
    所定のヘッド基台温度でかつ所定の前記発熱体基板近傍
    の蓄熱量の条件下で、入力濃度データが指示する記録濃
    度を得るのに必要なパルス幅データを出力するγ補正手
    段と、前記γ補正手段の出力に応じて前記サーマルヘッ
    ドの前記各発熱素子をパルス幅変調駆動するヘット駆動
    手段と、記録ライン毎に、前記ライン状に配列された前
    記発熱素子全体に印加されたエネルギーを算出するパル
    ス幅積算手段と、前記パルス幅積算手段の出力を用いて
    ページの記録開始から前記発熱素子全体に印加されてき
    たエネルギーによる前記発熱体基板と前記ヘッド基台の
    温度差を推定する前記発熱体基板近傍の蓄熱量予測手段
    と、前記ヘッド基台近傍の温度を測定する温度検出手段
    と、前記温度検出手段の出力と前記蓄熱量予測手段の出
    力から補正係数を決定する係数決定手段と、前記補正係
    数に応じて電源電圧を可変できる前記サーマルヘッドの
    電源とを備えた階調プリンタ。
  2. 【請求項２】発熱体基板の熱容量をC2、前記発熱体基板
    からヘッド基台への熱抵抗をR2、ｍライン目（ｍ正の整
    数）のパルス幅の平均値と印加電力τｍとem記録周期を
    τＬとし、α＝exp（−τL/（C2R2））とおいたとき、
    蓄熱量予測手段は、ｍライン目までの発熱体基板と前記
    ヘッド基台の温度差に比例する蓄熱量Pmが次の漸化式 Pm＝τm-1em-1＋Pm-1α（PO＝Ｏ） に従って演算するように構成された請求項１記載の階調
    プリンタ。
  3. 【請求項３】発熱体から発熱体基板への熱抵抗をR1、記
    録インクの発色温度をTS、第ｍラインを記録中のヘッド
    基台温度T3mとしたとき、係数決定手段は、印加電力eST
    かつパルス幅τＰのエネルギーを発熱体基板の時定数C2
    R2より長く連続印加して実現した基準蓄熱量で、かつ基
    準ヘッド基台温度T3 STにおける電源電圧を基準とした
    ｍライン目の補正係数Kmを次式、 で表されるように、T3mとPmに対する各々放物線的な関
    係に設定するよう構成する請求項２または３記載の階調
    プリンタ。
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