JP5871686B2 - 画像記録装置および画像記録方法 - Google Patents

Description

本発明は、記録媒体に画像を記録する画像記録装置および画像記録方法に関する。

従来より、インクの微小な液滴を吐出する複数のノズルが配列された吐出部を記録媒体に対して相対的に移動することにより、記録媒体にインクジェット方式にて画像を記録する画像記録装置が用いられている。

近年、インクの液滴のサイズが微細化されることにより、高解像度の画像の再現が可能とされ、シャープな文字や線画を記録することができる。また、画像の粒状性が改善され、滑らかなグラデーション画質を得ることができる。

一方、インクの液滴のサイズが小さくなることで、自然画像やチント画像において筋ムラが目立ちやすくなる。このような傾向は、いわゆるシングルパス方式の画像記録装置において顕著である。そこで、筋ムラ（バンディングムラ）を抑制するために、特許文献１や特許文献２のように、大きさが異なる複数種類のドットを記録媒体上に形成可能な画像記録装置が利用される。

特開２０１０−２２１５８４号公報 特開平１１−３４８３２２号公報

ところで、小さいサイズの液滴が多用されると、画像の階調値の中間的な範囲（以下、「中間領域」という。）からシャドウ領域にかけて筋ムラが目立ちやすくなる。特に、記録媒体上に形成されるインクのドットが、斜め４近傍のドットと接合し始める５０％階調値以上の階調値で筋ムラが目立ちやすくなる。そこで、特許文献１の装置では、画像の階調値が増加するに従って小さいサイズの液滴の使用率を減少させることにより、筋ムラが目立つことを抑制している。

しかしながら、特許文献１の装置では、全階調値において小さいサイズの液滴が吐出され、記録媒体上に小サイズのドットが形成される。当該ドットの幅が、記録媒体上に設定された記録画素の幅よりも大きい場合、記録媒体上に着弾した液滴間において張力が働き、後から着弾したインクの液滴が先に着弾した液滴に引き寄せられるという現象が生じる。特に、近接する液滴が多くなる中間領域やシャドウ領域では、液滴の着弾による着色領域（以下、単に「着弾位置」という。）が不安定になってしまうおそれがある。また、小さいサイズの液滴は、気流等による影響を受けやすく、飛翔が不安定であるため、着弾位置はより不安定になってしまう。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、液滴の着弾位置の不安定性を軽減しつつ筋ムラの発生を抑制することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、記録媒体に画像を記録する画像記録装置であって、インクの微小液滴を記録媒体に向けて吐出する吐出部と、前記記録媒体を前記吐出部に対して相対的に移動する移動機構と、前記吐出部および前記移動機構を制御することにより、前記記録媒体上に画像を記録する制御部とを備え、前記吐出部から吐出されるインクの微小液滴のサイズが切り替え可能であり、最小サイズのインクの微小液滴により前記記録媒体上に形成されるドットの幅が、前記記録媒体上に設定された記録画素の幅よりも大きく、前記制御部に、前記記録媒体上に表現可能な最小階調値よりも大きく、かつ、前記最小階調値と最大階調値との中間に位置する５０％階調値以下の第１階調値、および、前記最小階調値よりも大きく、かつ、前記第１階調値よりも小さい第２階調値が記憶されており、前記制御部により前記吐出部が制御されることにより、前記第１階調値以上の階調値の範囲において、最大サイズのインクの微小液滴である第１液滴のみが前記記録媒体に向けて吐出され、前記第２階調値以上前記第１階調値未満の階調値の範囲において、前記第１液滴および前記第１液滴よりもサイズが小さい微小液滴である第２液滴が前記記録媒体に向けて吐出され、前記階調値の増加に従って全サイズのインクの微小液滴の吐出率を合計した合計吐出率が漸次増大するとともに、前記合計吐出率に占める前記第１液滴の吐出率の割合である第１液滴割合が漸次増大し、前記第２液滴が、前記最小サイズの微小液滴である第３液滴よりも大きく、前記第１階調値における前記合計吐出率が５０％未満である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像記録装置であって、前記第１階調値未満の一部の階調値の範囲において、前記第１液滴、前記第２液滴および前記第３液滴が前記記録媒体に向けて吐出され、前記階調値の増加に従って前記合計吐出率および前記第１液滴割合が漸次増大し、前記一部の階調値の範囲において、前記合計吐出率に占める前記第２液滴の吐出率の割合である第２液滴割合が、前記合計吐出率に占める前記第３液滴の吐出率の割合である第３液滴割合よりも大きい。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の画像記録装置であって、前記第２階調値未満の階調値の範囲における階調値の増加に対する前記合計吐出率の増加率が、前記第２階調値以上前記第１階調値未満の階調値の範囲における階調値の増加に対する前記合計吐出率の増加率よりも大きい。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の画像記録装置であって、前記制御部において、前記画像の元画像の画素値と閾値マトリクスの閾値とが比較されることにより、前記吐出部による前記全サイズのインクの微小液滴の吐出率が制御される。

請求項５に記載の発明は、記録媒体に画像を記録する画像記録方法であって、ａ）インクの微小液滴を吐出部から記録媒体に向けて吐出する工程と、ｂ）前記ａ）工程と並行して前記記録媒体を前記吐出部に対して相対的に移動することにより、前記記録媒体上に画像を記録する工程とを備え、前記記録媒体上に表現可能な最小階調値よりも大きく、かつ、前記最小階調値と最大階調値との中間に位置する５０％階調値以下の第１階調値、および、前記最小階調値よりも大きく、かつ、前記第１階調値よりも小さい第２階調値が予め準備されており、前記吐出部から吐出されるインクの微小液滴のサイズが切り替え可能であり、最小サイズのインクの微小液滴により前記記録媒体上に形成されるドットの幅が、前記記録媒体上に設定された記録画素の幅よりも大きく、前記ａ）工程において前記吐出機構が制御されることにより、前記第１階調値以上の階調値の範囲において、最大サイズのインクの微小液滴である第１液滴のみが前記記録媒体に向けて吐出され、前記第２階調値以上前記第１階調値未満の階調値の範囲において、前記第１液滴および前記第１液滴よりもサイズが小さい微小液滴である第２液滴が前記記録媒体に向けて吐出され、前記階調値の増加に従って全サイズのインクの微小液滴の吐出率を合計した合計吐出率が漸次増大するとともに、前記合計吐出率に占める前記第１液滴の吐出率の割合である第１液滴割合が漸次増大し、前記第２液滴が、前記最小サイズの微小液滴である第３液滴よりも大きく、前記第１階調値における前記合計吐出率が５０％未満である。

本発明では、液滴の着弾位置の不安定性を軽減しつつ筋ムラの発生を抑制することができる。

第１の実施の形態に係る画像記録装置の構成を示す図である。 吐出ユニットを示す底面図である。 記録媒体の一部を示す図である。 制御ユニットの機能を示すブロック図である。 画像記録装置による画像記録の流れを示す図である。 元画像および閾値マトリクスを示す図である。 マトリクスセットの特性を示す図である。 第２の実施の形態に係る画像記録装置の制御ユニットの機能を示すブロック図である。 マトリクスセットの特性を示す図である。 関連技術に係る他のマトリクスセットの特性を示す図である。 他のマトリクスセットの特性を示す図である。 関連技術に係る他のマトリクスセットの特性を示す図である。 他のマトリクスセットの特性を示す図である。 他のマトリクスセットの特性を示す図である。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る画像記録装置１の構成を示す図である。画像記録装置１は、印刷用紙である記録媒体９上にインクの微小液滴を吐出することにより、複数の記録媒体９上にカラー画像を順次記録する枚様式の印刷装置（いわゆる、インクジェットプリンタ）である。

図１に示すように、画像記録装置１は、複数の記録媒体９を図１中の（＋Ｙ）方向である移動方向に移動する移動機構２、移動機構２による搬送途上の記録媒体９に向けてインクの微小液滴を吐出する吐出ユニット３、移動機構２に記録媒体９を供給する供給部５１、印刷終了後の記録媒体９を移動機構２から受け取る排出部５２、並びに、これらの機構を制御する制御部４を備える。吐出ユニット３は、移動機構２の上方（（＋Ｚ）側）に配置され、図示省略のフレームに固定される。

移動機構２は、複数のステージ２１と、環状のガイド２２と、ベルト駆動機構２３とを備える。複数のステージ２１は、それぞれが１枚のシート状の記録媒体９を吸着保持する。ガイド２２は、複数のステージ２１が接続されたベルトを内部に備え、複数のステージ２１を案内する。ベルト駆動機構２３は、ガイド２２内のベルトを図１中における反時計回りに移動させることにより、記録媒体９を保持するステージ２１を吐出ユニット３の下方（すなわち、（−Ｚ）側）において（＋Ｙ）方向に移動する。

図２は吐出ユニット３を示す底面図である。吐出ユニット３は、それぞれが互いに異なる色のインクを記録媒体９に向けて吐出する複数（本実施の形態では、４個）の吐出部であるヘッド３１を備え、これらのヘッド３１は同様の構造を有する。複数のヘッド３１はＹ方向（すなわち、移動方向）に配列されて吐出ユニット３の取付部３０に取り付けられる。各ヘッド３１は、記録媒体９の移動方向であるＹ方向に垂直なＸ方向に配列される複数の吐出口を有する。なお、複数の吐出口は、必ずしもＸ方向に配列される必要はなく、Ｙ方向に対して交差する方向に配列されていればよい。

各ヘッド３１の各吐出口から吐出されるインクの微小液滴のサイズは切替可能であり（すなわち、異なる量の微小液滴を吐出可能であり）、液滴のサイズが切り替えられることにより、当該液滴が記録媒体９上に着弾することにより記録媒体９上に形成されるドットのサイズも切り替えられる。本実施の形態では、インクの微小液滴のサイズが、ヘッド３１から吐出可能な最大サイズである「大サイズ」、および、大サイズよりも小さく、ヘッド３１から吐出可能な最小サイズである「小サイズ」の２種類の間で切り換えられることにより、記録媒体９上に形成されるインクのドットが「大ドット」および「小ドット」の間で切り換えられる。

図３は、記録媒体９の一部を示す図である。図３中では、記録媒体９上に設定された複数の記録画素９５（以下、単に「画素９５」という。）を細線にて示す。また、図３では、大サイズの液滴により形成される大ドット９６、および、小サイズの液滴により形成される小ドット９７も併せて描いてる。図３に示すように、小サイズのインクの微小液滴、すなわち、吐出ユニット３のヘッド３１から吐出される複数サイズのインクの微小液滴のうち最小サイズのインクの微小液滴により記録媒体９上に形成されるドットの幅は、Ｘ方向およびＹ方向のそれぞれにおいて、画素９５の幅よりも大きい。

図２中の最も（−Ｙ）側のヘッド３１はＫ（ブラック）の色のインクを吐出し、Ｋのヘッド３１の（＋Ｙ）側のヘッド３１はＣ（シアン）の色のインクを吐出し、Ｃのヘッド３１の（＋Ｙ）側のヘッド３１はＭ（マゼンタ）の色のインクを吐出し、最も（＋Ｙ）側のヘッド３１はＹ（イエロー）の色のインクを吐出する。なお、吐出ユニット３では、ライトシアン、ライトマゼンタ、ホワイト等の他の色用のインクジェットヘッド等も設けられてよい。

画像記録装置１では、Ｘ方向に関し、各ヘッド３１が記録媒体９上の記録領域の全体に亘って（本実施の形態では、記録媒体９のＸ方向の全体に亘って）設けられる。そして、制御部４の本体制御部４１（図４参照）により吐出ユニット３と移動機構２とが制御され、記録媒体９が、吐出ユニット３の複数のヘッド３１に対向する位置を１回だけ通過することにより、記録媒体９への画像の記録が完了する。換言すれば、画像記録装置１では、記録媒体９に対するシングルパス印刷が行われる。

制御部４は、各種演算処理を行うＣＰＵ、基本プログラムを記憶するＲＯＭ、および、各種情報を記憶するＲＡＭをバスラインに接続した一般的なコンピュータシステムの構成となっている。図４は、制御部４の機能を示すブロック図である。図４では、制御部４に接続される画像記録装置１の構成の一部を併せて示す。制御部４は、上述の本体制御部４１と、各種演算を行う演算部４２とを備える。

演算部４２は、画像メモリ４２１と、複数のマトリクス記憶部４２２（ＳＰＭ（Ｓｃｒｅｅｎ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｍｅｍｏｒｙ）とも呼ばれる。）と、比較器４２３（ハーフトーン化回路）とを備える。画像メモリ４２１は、外部から入力されるカラーの元画像のデータ（以下、「元画像データ」という。）を記憶する。複数のマトリクス記憶部４２２は、複数の色成分に対応する閾値マトリクスがそれぞれ記憶されるメモリである。比較器４２３は、元画像データと閾値マトリクスとを色成分毎に比較する比較部である。なお、当該比較部はソフトウェアにて実現されてもよい。

各マトリクス記憶部４２２には、大ドット用の閾値マトリクスである大ドット用マトリクス８１１と、小ドット用の閾値マトリクスである小ドット用マトリクス８１３とが記憶される。大ドット用マトリクス８１１および小ドット用マトリクス８１３はそれぞれ、不規則に配置されるドットの個数を変更することにより階調を表現するＦＭ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ）スクリーニングに用いられる閾値マトリクスである。図４では１つのマトリクス記憶部４２２に記憶される大ドット用マトリクス８１１および小ドット用マトリクス８１３を図示しているが、他の色成分のマトリクス記憶部４２２にもそれぞれ、大ドット用マトリクス８１１および小ドット用マトリクス８１３が記憶される。以下の説明では、大ドット用マトリクス８１１と小ドット用マトリクス８１３とをまとめて「マトリクスセット」とも呼ぶ。

本体制御部４１は、吐出制御部４１１と、移動制御部４１２とを備える。移動制御部４１２は、演算部４２からの出力に基づいて、移動機構２による記録媒体９の吐出ユニット３に対する相対移動を制御する。吐出制御部４１１は、演算部４２からの出力に基づいて、記録媒体９の相対移動に同期して吐出ユニット３の複数の吐出口からのインクの吐出を制御する。

次に、画像記録装置１による画像記録について図５を参照しつつ説明する。なお、図５は１枚の記録媒体９に注目した画像記録の流れを示している。以下の説明ではブラック、シアン、マゼンタおよびイエローの４つの色成分に対してそれぞれ準備されるマトリクスセットのうち一の色成分のマトリクスセットのみに注目するが、他の色成分のマトリクスセットについても同様の処理が行われる。

画像記録装置１にて画像記録が行われる際には、まず、比較器４２３において、元画像データが示す各画素の画素値と、マトリクスセットの大ドット用マトリクス８１１および小ドット用マトリクス８１３が有する閾値とが比較されることにより、元画像がハーフトーン化され（すなわち、網掛け処理が行われ）、画像記録に用いられるハーフトーン画像データが生成される（ステップＳ１１）。

ここで、元画像のハーフトーン化（網点化）について説明する。図６は、元画像および閾値マトリクスを抽象的に示す図である。図６ではマトリクスセットの１つの閾値マトリクスを符号８１にて示している。閾値マトリクス８１では、記録媒体９の幅方向に対応する行方向（図６中にてｘ方向として示す。）、および、移動方向に対応する列方向（図６中にてｙ方向として示す。）に複数の要素が配列されており、元画像７０においても行方向および列方向に複数の画素が配列されている。以下の説明では、元画像７０は０から２５５の階調値（すなわち、各画素がとりうる画素値）にて表現されるものとする。

元画像７０のハーフトーン化の際には、元画像７０を、図６に示すように、同一の大きさの多数の領域に分割してハーフトーン化の単位となる繰り返し領域７１が設定される。マトリクス記憶部４２２は１つの繰り返し領域７１に相当する記憶領域を有し、この記憶領域の各アドレス（座標）に閾値が設定されることにより閾値マトリクス８１を記憶している。そして、概念的には元画像７０の各繰り返し領域７１と各色成分の閾値マトリクス８１とを重ね合わせ、繰り返し領域７１の各画素の画素値と閾値マトリクス８１の対応する閾値とが比較される。画素値と閾値との比較は、２種類のドットサイズに対応する２つの閾値マトリクス（すなわち、大ドット用マトリクス８１１および小ドット用マトリクス８１３）に対して行われ、これにより記録媒体９上のその画素の位置に描画を行うか否か、および、描画されるドットのサイズが決定される。

実際の動作では、図４の比較器４２３が有するアドレス発生器からのアドレス信号に基づいて画像メモリ４２１から元画像７０の１つの画素の画素値が読み出される。一方、アドレス発生器では当該画素に対応する繰り返し領域７１中の位置を示すアドレス信号も生成され、大ドット用マトリクス８１１および小ドット用マトリクス８１３の２つの閾値が特定されてマトリクス記憶部４２２から読み出される。２つの閾値では、大ドット用マトリクス８１１の閾値が大きく、小ドット用マトリクス８１３の閾値が小さい。そして、上記画素値と２つの閾値とが比較器４２３にて比較されることにより、出力画像であるハーフトーン画像の各画素の位置（すなわち、各描画位置）におけるドットサイズが順次決定される。

具体的には、元画像７０の画素値（以下、「入力画素値」という。）と大ドット用マトリクス８１１の閾値とが比較され、入力画素値が閾値よりも大きい場合には、ハーフトーン画像の対応する画素に値「２」が付与される。以下、ハーフトーン画像の画素値を「ハーフトーン画素値」という。入力画素値が大ドット用マトリクス８１１の閾値以下の場合には、入力画素値と小ドット用マトリクス８１３の閾値とが比較される。入力画素値が小ドット用マトリクス８１３の閾値よりも大きい場合には、ハーフトーン画像の対応する位置にハーフトーン画素値「１」が付与され、閾値以下の場合にはハーフトーン画素値「０」が付与される。

画像記録装置１では、最初に印刷される部分の各色成分のハーフトーン画素値の集合であるハーフトーン画像データが生成されると、移動制御部４１２が移動機構２を駆動することにより記録媒体９の移動方向への移動が開始される（ステップＳ１２）。そして、ハーフトーン画像データの生成に並行して、記録媒体９の移動に同期しつつ吐出ユニット３のヘッド３１が吐出制御部４１１により制御され、複数の吐出口からインクが吐出される（ステップＳ１３）。

ハーフトーン画像の各画素のＸ方向の位置はいずれかの吐出口に対応付けられており、吐出口の下方に到達した記録媒体９上の吐出位置（すなわち、画素の位置）に対応するハーフトーン画素値が「２」である場合には当該吐出位置に大ドットが形成され、「１」である場合には小ドットが形成される。また、ハーフトーン画素値が「０」である場合には当該吐出位置にドットは形成されない。

上記印刷動作がブラック、シアン、マゼンタおよびイエローのそれぞれに関して行われることにより、記録媒体９上にカラーの元画像を表現するカラーのハーフトーン画像が記録される。既述のように記録媒体９は供給部５１により逐次供給されるとともに画像記録後に排出部５２に回収され、所望の枚数の記録媒体９上にハーフトーン画像の全体が記録されると、記録媒体９の供給が停止され、画像記録動作が終了する（ステップＳ１４）。

次に、マトリクスセットの特性について述べる。図７では、一様な階調値の元画像を画像記録装置１にて記録する場合の吐出率を縦軸に示しており、横軸は元画像の階調値を示している。上述の吐出率とは、記録媒体９上の単位領域においてインクのドットが付与可能な位置として定義されている位置の個数を基準個数として、単位領域に対して一のヘッド３１から実際に吐出されて付与されるドットの個数の基準個数に対する割合を示す値である。吐出率は、階調値が２５５（すなわち、記録媒体９上に表現可能な最大階調値）である場合には通常１００％となり、階調値が０（すなわち、記録媒体９上に表現可能な最小階調値）である場合には０％となる。

図７では、大サイズのインクの微小液滴の吐出率を符号Ａ１を付す実線にて示す。以下の説明では、大サイズおよび小サイズのインクの微小液滴の吐出率をそれぞれ「大ドットの吐出率」および「小ドットの吐出率」という。図７では、また、全サイズのインクの微小液滴の吐出率である合計吐出率、すなわち、大ドットおよび小ドットの吐出率の和を符号Ａ３を付す破線にて示す。後述する図１０および図１１の縦軸および横軸、並びに、実線および破線は、図７と同様のものを示す。

大ドット用マトリクス８１１の閾値の範囲は６４から２５４であり、小ドット用マトリクス８１３の閾値の範囲は０から１１５である。既述のように、マトリクスセットの２つの閾値マトリクスにおいて互いに対応する位置では、小ドット用マトリクス８１３の閾値よりも大ドット用マトリクス８１１の閾値の方が大きい。そして、１つの位置に大ドットが形成されると、小ドットは入力画素値が閾値を上回っても描画されない。

図７に示すように、元画像の階調値が０から６４まで増加するに従って、小ドットのみによる吐出率は、破線Ａ３にて示すように０％から３０％まで線形に増加する。階調値が６４から１１５まで増加する際には、合計吐出率は、破線Ａ３にて示すように３０％から４５％まで線形に増加し、大ドットの吐出率は実線Ａ１にて示すように０％から４５％まで線形に増加する。破線Ａ３と実線Ａ１との差は、小ドットの吐出率に相当し、小ドットの吐出率は、階調値の増加に従って漸次減少する。破線Ａ３にて示すように、階調値が６４未満の範囲における合計吐出率の増加率（すなわち、階調値の増加に対する合計吐出率の増加の割合）は、階調値が６４以上１１５未満の範囲における合計吐出率の増加率よりも大きい。階調値が１１５から２５５まで増加する際には、大ドットのみによる吐出率が、実線Ａ１にて示すように４５％から１００％まで線形に増加する。また、小ドットの吐出率は０％であり、小サイズのインクの微小液滴は吐出されない。

マトリクスセットの各ドットサイズに対応する閾値マトリクスが生成される際には、例えば、特開２００８−１９９１５４号公報に開示された方法にて元となる閾値マトリクスが作成され、閾値の範囲を必要に応じて狭めるとともに最小閾値がそのサイズのドットの出現階調値に合うように各閾値にオフセット値が加えられる。

上述の階調値「１１５」および「６４」をそれぞれ、「第１階調値」および「第２階調値」と呼ぶと、画像記録装置１では、上述の特性を有するマトリクスセットがマトリクス記憶部４２２に記憶されることにより、第１階調値および第２階調値が、実質的に制御部４に記憶される。第１階調値は、画像記録装置１が記録媒体９上に表現可能な最小階調値（０）よりも大きく、かつ、最小階調値（０）と最大階調値（２５５）との中間に位置する５０％階調値（１２８）以下の範囲で適宜変更されてよい。また、第２階調値は、最小階調値（０）よりも大きく、かつ、第１階調値よりも小さい範囲で適宜変更されてよい。

また、大サイズおよび小サイズのインクの微小液滴をそれぞれ、「第１液滴」および「第２液滴」と呼ぶと、画像記録装置１では、本体制御部４１により移動機構２およびヘッド３１が制御されることにより、最小階調値（０）以上、かつ、第２階調値（６４）未満の階調値の範囲において、第２液滴のみが記録媒体９に向けて吐出される。第２階調値（６４）以上、かつ、第１階調値（１１５）未満の階調値の範囲においては、第１液滴および第２液滴が記録媒体９に向けて吐出され、階調値の増加に従って合計吐出率（すなわち、第１液滴の吐出率と第２液滴の吐出率の和）が漸次増大するとともに、合計吐出率に占める第１液滴の吐出率の割合である第１液滴割合が漸次増大する。第１階調値（１１５）における合計吐出率は５０％未満である。そして、第１階調値（１１５）以上の階調値の範囲において、第１液滴のみが記録媒体９に向けて吐出される。

これにより、階調値が最小階調値（０）に近いハイライト領域において、記録媒体９に記録される画像の粒状性を改善することができる。また、記録媒体９上のドットの空間周波数が最大となって筋ムラが生じやすい５０％階調値（１２８）、および、５０％階調値（１２８）よりも大きい階調値の範囲において、ヘッド３１から吐出可能な最大サイズのインクの微小液滴のみを使用して画像を記録することにより、インクの微小液滴の着弾位置の不安定性を軽減しつつ筋ムラの発生を抑制することができる。

画像記録装置１では、第２階調値（６４）未満の階調値の範囲における合計吐出率の増加率が、第２階調値（６４）以上第１階調値（１１５）未満の階調値の範囲における合計吐出率の増加率よりも大きいことにより、第１液滴の吐出が開始される第２階調値（６４）近傍の階調値の範囲におけるトーンジャンプを抑制することができる。

画像記録装置１では、制御部４において、元画像の画素値とマトリクスセットに含まれる閾値マトリクスの閾値とが比較されることにより、吐出ユニット３のヘッド３１による全サイズのインクの微小液滴の吐出率が制御される。これにより、複数サイズのインクの微小液滴の吐出率を容易に制御することができる。

図８は、本発明の第２の実施の形態に係る画像記録装置の制御部４の機能を示すブロック図である。図８に示すように、第２の実施の形態に係る画像記録装置では、制御部４の各マトリクス記憶部４２２に、大ドット用マトリクス８１１および小ドット用マトリクス８１３に加えて、中ドット用マトリクス８１２も記憶される。その他の構成は、図１および図２に示す画像記録装置１と同様であり、以下の説明において対応する構成に同符号を付す。

第２の実施の形態に係る画像記録装置では、制御部４の吐出制御部４１１により吐出ユニット３が制御されることにより、各ヘッド３１の各吐出口から吐出されるインクの微小液滴のサイズが、最大サイズである「大サイズ」、最小サイズである「小サイズ」、および、大サイズよりも小さく、かつ、小サイズよりも大きい「中サイズ」の３種類の間で切り換えられる。これにより、記録媒体９上に形成されるインクのドットが「大ドット」「小ドット」および「中ドット」の間で切り換えられる。

中ドット用マトリクス８１２は、大ドット用マトリクス８１１および小ドット用マトリクス８１３と同様に、不規則に配置されるドットの個数を変更することにより階調を表現するＦＭスクリーニングに用いられる閾値マトリクスである。以下の説明では、大ドット用マトリクス８１１、中ドット用マトリクス８１２および小ドット用マトリクス８１３をまとめて「マトリクスセット」とも呼ぶ。３つの閾値マトリクスの同じ位置では、大ドット用マトリクス８１１の閾値が最も大きく、小ドット用マトリクス８１３の閾値が最も小さい。また、中ドット用マトリクス８１２の閾値は、大ドット用マトリクス８１１および小ドット用マトリクス８１３の両閾値の間の値である。

第２の実施の形態に係る画像記録装置による画像記録の流れは、第１の実施の形態とほぼ同様であるため、以下、図５を参照しつつ説明する。画像記録が行われる際には、まず、図８に示す比較器４２３において、画像メモリ４２１に記憶された元画像データ７０（図６参照）が示す各画素の画素値と、マトリクスセットの大ドット用マトリクス８１１、中ドット用マトリクス８１２および小ドット用マトリクス８１３が有する閾値とが比較されることにより、元画像がハーフトーン化されてハーフトーン画像データが生成される（ステップＳ１１）。

元画像のハーフトーン化の際には、上述のように、図６に示す各繰り返し領域７１の各画素の画素値と、３種類のドットサイズに対応するマトリクスセットの３つの閾値マトリクス（すなわち、大ドット用マトリクス８１１、中ドット用マトリクス８１２および小ドット用マトリクス８１３）の閾値とが比較される。これにより記録媒体９上のその画素の位置に描画を行うか否か、および、描画されるドットのサイズが決定される。

実際の動作では、まず、元画像の画素値である入力画素値と大ドット用マトリクス８１１の閾値とが比較され、入力画素値が閾値よりも大きい場合には、ハーフトーン画像の対応する画素にハーフトーン画素値「３」が付与される。入力画素値が大ドット用マトリクス８１１の閾値以下の場合には、入力画素値と中ドット用マトリクス８１２の閾値とが比較される。入力画素値が中ドット用マトリクス８１２の閾値よりも大きい場合には、ハーフトーン画像の対応する位置にハーフトーン画素値「２」が付与される。入力画素値が中ドット用マトリクス８１２の閾値以下の場合には、入力画素値と小ドット用マトリクス８１３の閾値とが比較される。入力画素値が小ドット用マトリクス８１３の閾値よりも大きい場合には、ハーフトーン画像の対応する位置にハーフトーン画素値「１」が付与され、閾値以下の場合にはハーフトーン画素値「０」が付与される。

画像記録装置では、最初に印刷される部分のハーフトーン画像データが生成されると、本体制御部４１の移動制御部４１２により移動機構２が制御され、記録媒体９の移動方向への移動が開始される（ステップＳ１２）。そして、ハーフトーン画像データの生成に並行して、記録媒体９の移動に同期しつつ複数の吐出口からインクが吐出される（ステップＳ１３）。このとき、記録媒体９上の吐出位置（すなわち、画素の位置）に対応するハーフトーン画素値が「３」である場合には当該吐出位置に大ドットが形成され、「２」である場合には中ドットが形成され、「１」である場合には小ドットが形成される。また、ハーフトーン画素値が「０」である場合には当該吐出位置にドットは形成されない。

上記印刷動作がブラック、シアン、マゼンタおよびイエローのそれぞれに関して行われることにより、記録媒体９上にカラーの元画像を表現するカラーのハーフトーン画像が記録される。そして、所望の枚数の記録媒体９上にハーフトーン画像の全体が記録されると、記録媒体９の供給が停止され、画像記録動作が終了する（ステップＳ１４）。

次に、第２の実施の形態に係るマトリクスセットの特性について述べる。図９では、一様な階調値の元画像を画像記録装置にて記録する場合の吐出率を縦軸に示しており、横軸は元画像の階調値を示している。図９では、大ドットの吐出率を符号Ａ１を付す実線にて示し、大ドットの吐出率と中ドットの吐出率（すなわち、中サイズのインクの微小液滴の吐出率）との和を、符号Ａ２を付す一点鎖線にて示す。また、全サイズのインクの微小液滴の吐出率である合計吐出率、すなわち、大ドット、中ドットおよび小ドットの吐出率の和を符号Ａ３を付す破線にて示す。後述する図１２ないし図１４の縦軸および横軸、並びに、実線、一点鎖線および破線は、図９と同様のものを示す。

図９に示すように、大ドット用マトリクス８１１の閾値の範囲は７５から２５４であり、中ドット用マトリクス８１２の閾値の範囲は５１から１０２である。また、小ドット用マトリクス８１３の閾値の範囲は０から１０２である。既述のように、マトリクスセットの３つの閾値マトリクスにおいて互いに対応する位置では、小ドット用マトリクス８１３の閾値よりも中ドット用マトリクス８１２の閾値の方が大きく、中ドット用マトリクス８１２の閾値よりも大ドット用マトリクス８１１の閾値の方が大きい。そして、１つの位置に大ドットが形成されると、小ドットおよび中ドットは入力画素値が閾値を上回っても描画されず、１つの位置に中ドットが形成されると、小ドットは入力画素値が閾値を上回っても描画されない。

元画像の階調値が０から５１まで増加するに従って、小ドットのみによる吐出率は破線Ａ３にて示すように０％から３０％まで線形に増加する。階調値が５１から７５まで増加する際には、合計吐出率（小ドットおよび中ドットの吐出率の和）は破線Ａ３にて示すように３０％から３８％まで線形に増加し、中ドットの吐出率は一点鎖線Ａ２にて示すように０％から３０％まで線形に増加する。破線Ａ３と一点鎖線Ａ２との差は、小ドットの吐出率に相当し、小ドットの吐出率は、階調値の増加に従って漸次減少する。破線Ａ３にて示すように、階調値が５１未満の範囲における合計吐出率の増加率は、階調値が５１以上７５未満の範囲における合計吐出率の増加率よりも大きい。

階調値が７５から１０２まで増加する際には、合計吐出率（小ドット、中ドットおよび大ドットの吐出率の和）は破線Ａ３にて示すように３８％から４０％まで線形に増加し、中ドットと大ドットの吐出率の和も一点鎖線Ａ２にて示すように３０％から４０％まで線形に増加する。また、大ドットの吐出率も実線Ａ１にて示すように０％から４０％まで線形に増加する。破線Ａ３と一点鎖線Ａ２との差は、小ドットの吐出率に相当し、小ドットの吐出率は、階調値の増加に従って漸次減少する。一点鎖線Ａ２と実線Ａ１との差は、中ドットの吐出率に相当し、中ドットの吐出率も、階調値の増加に従って漸次減少する。階調値が７５以上１０２未満の範囲では、各階調値における中ドットの吐出率は、小ドットの吐出率よりも大きい。破線Ａ３にて示すように、階調値が５１以上７５未満の範囲における合計吐出率の増加率は、階調値が７５以上１０２未満の範囲における合計吐出率の増加率よりも大きい。

階調値が１０２から２５５まで増加する際には、大ドットのみによる吐出率が、実線Ａ１にて示すように４０％から１００％まで線形に増加する。また、小ドットおよび中ドットの吐出率は０％であり、小サイズおよび中サイズのインクの微小液滴は吐出されない。

上述の階調値「１０２」「７５」および「５１」をそれぞれ、「第１階調値」「第２階調値」および「第３階調値」と呼ぶと、画像記録装置１では、上述の特性を有するマトリクスセットがマトリクス記憶部４２２に記憶されることにより、第１階調値、第２階調値および第３階調値が、実質的に制御部４に記憶される。第１階調値は、最小階調値（０）よりも大きく、かつ、５０％階調値（１２８）以下の範囲で適宜変更されてよい。また、第２階調値は、最小階調値（０）よりも大きく、かつ、第１階調値よりも小さい範囲で適宜変更されてよく、第３階調値は、最小階調値（０）よりも大きく、かつ、第２階調値よりも小さい範囲で適宜変更されてよい。

また、大サイズ、中サイズおよび小サイズのインクの微小液滴をそれぞれ、「第１液滴」「第２液滴」および「第３液滴」と呼ぶと、画像記録装置１では、最小階調値（０）以上、かつ、第３階調値（５１）未満の階調値の範囲において、第３液滴のみが記録媒体９に向けて吐出される。第３階調値（５１）以上、かつ、第２階調値（７５）未満の階調値の範囲においては、第２液滴および第３液滴が記録媒体９に向けて吐出され、階調値の増加に従って合計吐出率（すなわち、第２液滴の吐出率と第３液滴の吐出率の和）が漸次増大するとともに、合計吐出率に占める第２液滴の吐出率の割合である第２液滴割合が漸次増大する。

また、第２階調値（７５）以上、かつ、第１階調値（１０２）未満の階調値の範囲において（すなわち、第１階調値未満の一部の階調値の範囲において）、第１液滴、第２液滴および第３液滴が記録媒体９に向けて吐出され、階調値の増加に従って合計吐出率（すなわち、第１液滴、第２液滴および第３液滴の吐出率の和）、並びに、第１液滴割合が漸次増大する。第１階調値（１０２）における合計吐出率は５０％未満である。そして、第１階調値（１０２）以上の階調値の範囲において、第１液滴のみが記録媒体９に向けて吐出される。

これにより、第１の実施の形態と同様に、階調値が最小階調値（０）に近いハイライト領域において、記録媒体９に記録される画像の粒状性を改善することができる。また、５０％階調値（１２８）以上の階調値の範囲において、ヘッド３１から吐出可能な最大サイズのインクの微小液滴のみを使用して画像を記録することにより、インクの微小液滴の着弾位置の不安定性を軽減しつつ筋ムラの発生を抑制することができる。

第２の実施の形態に係る画像記録装置では、第２階調値（７５）以上、かつ、第１階調値（１０２）未満の階調値の範囲において、第２液滴割合が第３液滴割合（すなわち、合計吐出率に占める第３液滴の吐出率の割合）よりも大きい。これにより、筋ムラの発生をさらに抑制することができる。

また、第３階調値（５１）以上第２階調値（７５）未満の階調値の範囲における合計吐出率の増加率が、第２階調値（７５）以上第１階調値（１０２）未満の階調値の範囲における合計吐出率の増加率よりも大きいことにより、第１液滴の吐出が開始される第２階調値（７５）近傍の階調値の範囲におけるトーンジャンプを抑制することができる。さらに、第３階調値（５１）未満の階調値の範囲における合計吐出率の増加率が、第３階調値（５１）以上第２階調値（７５）未満の階調値の範囲における合計吐出率の増加率よりも大きいことにより、第２液滴の吐出が開始される第３階調値（５１）近傍の階調値の範囲におけるトーンジャンプを抑制することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

例えば、本発明に関連する技術に係る画像記録装置のマトリクスセットでは、図１０に示すように、第２階調値（６４）以上第１階調値（１１５）未満の階調値の範囲における合計吐出率Ａ３が、５０％未満の一定の値であってもよい。また、第１の実施の形態に係る画像記録装置１のマトリクスセットでは、図１１に示すように、第１階調値（１１５）未満の階調値の範囲における合計吐出率Ａ３は、元画像の階調値の増加に従って線形に増加してもよい。

本発明に関連する技術に係る画像記録装置のマトリクスセットでは、図１２に示すように、第３階調値（５１）以上第１階調値（１０２）未満の階調値の範囲における合計吐出率Ａ３が、５０％未満の一定の値であってもよい。また、第２の実施の形態に係る画像記録装置のマトリクスセットでは、図１３に示すように、第１階調値（１０２）未満の階調値の範囲における合計吐出率Ａ３、および、大ドットの吐出率と中ドットの吐出率との和Ａ２は、元画像の階調値の増加に従って線形に増加してもよい。

さらに、図１４に示すように、中ドットの吐出率（一点鎖線Ａ２と実線Ａ１との差）が０％となる第１階調値（１０２）よりも小さい階調値（８８）において、小ドットの吐出率（破線Ａ３と一点鎖線Ａ２との差）が０％となってもよい。図１４に示す例では、階調値７５以上８８未満において（すなわち、第１階調値未満の一部の階調値の範囲において）、第１液滴、第２液滴および第３液滴が記録媒体９に向けて吐出され、階調値の増加に従って合計吐出率および第１液滴割合が漸次増大し、また、第２液滴割合が第３液滴割合よりも大きい。これにより、上記と同様に、筋ムラの発生を抑制することができる。

第１および第２の実施の形態に係る画像記録装置のマトリクスセットでは、最大階調値よりも小さい階調値において合計吐出率が１００％となってもよく、最大階調値における合計吐出率が１００％未満であってもよい。

閾値マトリクスによるハーフトーン化には、規則的に配列されたドットの集合であるクラスタの大きさを変えることにより階調を表現するＡＭ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ）スクリーニングが用いられてもよい。あるいは、誤差拡散方式により元画像がハーフトーン化されてもよい。

画像記録装置では、吐出ユニット３の各ヘッド３１が吐出可能なインクの微小液滴のサイズの数は２または３に限定されず、４以上であってもよい。また、画像記録装置における元画像データの生成および印刷動作は並行して行われる必要はなく、本体制御部４１内に十分大きなメモリを設けることが可能であれば、元画像全体のハーフトーン画像データの生成が完了してから画像記録動作が開始されてもよい。

上述の画像記録装置では、記録媒体９が吐出ユニット３に対してＹ方向に相対的に移動するのであれば、例えば、停止している記録媒体９の上方にて、吐出ユニット３が移動機構２によりＹ方向に移動してもよい。画像記録装置の構造は、例えば、インターレス印刷を行う画像記録装置に適用されてもよく、また、長尺状のロール紙に画像を記録する画像記録装置に適用されてもよい。記録媒体９は、印刷用紙以外にフィルムや金属薄板等であってもよい。

上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。

１ 画像記録装置
２ 移動機構
４ 制御部
９ 記録媒体
３１ ヘッド
７０ 元画像
８１ 閾値マトリクス
９５ 画素
９７ 小ドット
８１１ 大ドット用マトリクス
８１２ 中ドット用マトリクス
８１３ 小ドット用マトリクス
Ｓ１１〜Ｓ１４ ステップ

Claims (5)

1. 記録媒体に画像を記録する画像記録装置であって、
   インクの微小液滴を記録媒体に向けて吐出する吐出部と、
   前記記録媒体を前記吐出部に対して相対的に移動する移動機構と、
   前記吐出部および前記移動機構を制御することにより、前記記録媒体上に画像を記録する制御部と、
   を備え、
   前記吐出部から吐出されるインクの微小液滴のサイズが切り替え可能であり、
   最小サイズのインクの微小液滴により前記記録媒体上に形成されるドットの幅が、前記記録媒体上に設定された記録画素の幅よりも大きく、
   前記制御部に、前記記録媒体上に表現可能な最小階調値よりも大きく、かつ、前記最小階調値と最大階調値との中間に位置する５０％階調値以下の第１階調値、および、前記最小階調値よりも大きく、かつ、前記第１階調値よりも小さい第２階調値が記憶されており、
   前記制御部により前記吐出部が制御されることにより、
   前記第１階調値以上の階調値の範囲において、最大サイズのインクの微小液滴である第１液滴のみが前記記録媒体に向けて吐出され、
   前記第２階調値以上前記第１階調値未満の階調値の範囲において、前記第１液滴および前記第１液滴よりもサイズが小さい微小液滴である第２液滴が前記記録媒体に向けて吐出され、前記階調値の増加に従って全サイズのインクの微小液滴の吐出率を合計した合計吐出率が漸次増大するとともに、前記合計吐出率に占める前記第１液滴の吐出率の割合である第１液滴割合が漸次増大し、前記第２液滴が、前記最小サイズの微小液滴である第３液滴よりも大きく、前記第１階調値における前記合計吐出率が５０％未満であることを特徴とする画像記録装置。
2. 請求項１に記載の画像記録装置であって、
   前記第１階調値未満の一部の階調値の範囲において、前記第１液滴、前記第２液滴および前記第３液滴が前記記録媒体に向けて吐出され、前記階調値の増加に従って前記合計吐出率および前記第１液滴割合が漸次増大し、前記一部の階調値の範囲において、前記合計吐出率に占める前記第２液滴の吐出率の割合である第２液滴割合が、前記合計吐出率に占める前記第３液滴の吐出率の割合である第３液滴割合よりも大きいことを特徴とする画像記録装置。
3. 請求項１または２に記載の画像記録装置であって、
   前記第２階調値未満の階調値の範囲における階調値の増加に対する前記合計吐出率の増加率が、前記第２階調値以上前記第１階調値未満の階調値の範囲における階調値の増加に対する前記合計吐出率の増加率よりも大きいことを特徴とする画像記録装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の画像記録装置であって、
   前記制御部において、前記画像の元画像の画素値と閾値マトリクスの閾値とが比較されることにより、前記吐出部による前記全サイズのインクの微小液滴の吐出率が制御されることを特徴とする画像記録装置。
5. 記録媒体に画像を記録する画像記録方法であって、
   ａ）インクの微小液滴を吐出部から記録媒体に向けて吐出する工程と、
   ｂ）前記ａ）工程と並行して前記記録媒体を前記吐出部に対して相対的に移動することにより、前記記録媒体上に画像を記録する工程と、
   を備え、
   前記記録媒体上に表現可能な最小階調値よりも大きく、かつ、前記最小階調値と最大階調値との中間に位置する５０％階調値以下の第１階調値、および、前記最小階調値よりも大きく、かつ、前記第１階調値よりも小さい第２階調値が予め準備されており、
   前記吐出部から吐出されるインクの微小液滴のサイズが切り替え可能であり、
   最小サイズのインクの微小液滴により前記記録媒体上に形成されるドットの幅が、前記記録媒体上に設定された記録画素の幅よりも大きく、
   前記ａ）工程において前記吐出機構が制御されることにより、
   前記第１階調値以上の階調値の範囲において、最大サイズのインクの微小液滴である第１液滴のみが前記記録媒体に向けて吐出され、
   前記第２階調値以上前記第１階調値未満の階調値の範囲において、前記第１液滴および前記第１液滴よりもサイズが小さい微小液滴である第２液滴が前記記録媒体に向けて吐出され、前記階調値の増加に従って全サイズのインクの微小液滴の吐出率を合計した合計吐出率が漸次増大するとともに、前記合計吐出率に占める前記第１液滴の吐出率の割合である第１液滴割合が漸次増大し、前記第２液滴が、前記最小サイズの微小液滴である第３液滴よりも大きく、前記第１階調値における前記合計吐出率が５０％未満であることを特徴とする画像記録方法。

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