JP2019010778A - 印刷装置及び印刷方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ハンドヘルドプリンタのフリーハンド走査において、ユーザが印字ヘッドの大きさ又は印字画像領域を意識しなくても、印字ズレの少ない最適な印刷ができること。【解決手段】印刷装置は、ユーザによって走査され、印刷のためのインクを吐出するノズルを複数含むヘッドの移動量を検出するセンサと、振動により正方向又は負方向の加速度を発生させる複数のアクチュエータと、前記複数のアクチュエータを前記移動量に基づいて駆動して、前記ヘッドの走査方向を前記加速度によって力覚提示する駆動部とを有する。【選択図】図９

Description

本発明は、印刷装置及び印刷方法に関する。

用紙を搬送させて用紙が画像の形成位置に到達したタイミングでインクなどを吐出して画像を形成するプリンタが知られている。これに対し、ノートＰＣの小型化、スマートデバイスの普及などにより、プリンタ装置においても小型化・携帯化のニーズが高まっている。そこで、プリンタ装置から紙搬送システムを削除することで小型化されたハンドヘルドプリンタが実用化されつつある。ハンドヘルドプリンタには、紙搬送システムが搭載されていないので、人が紙面上を移動させることで紙面上を走査しインクを吐出する。

また、人が手で扱うツールの操作データを記録又は再現することで技能の伝達を可能にする目的で、操作量に応じて仮想モデルが受ける反力と実物操作ツールが受ける実測された反力との差分を算出し、該差分を反力として提示する反力提示方法及びハプティクス（Haptics）の記録と再生ができる力覚提示システムが知られている（例えば特許文献１）。

しかしながら、従来のハンドヘルドプリンタは、フリーハンド走査において、ユーザが、印字ヘッドの大きさや印字画像領域をうまく把握できず、最適な印刷(印字ズレの少ない印刷)ができない、という問題があった。また、印字ヘッドの大きさや印字画像領域が把握できない状態でフリーハンド走査すると、印字画像領域外での無効な走査が増え、ナビゲーションセンサの検出誤差が蓄積し、印字ズレが発生しやすい状況となっていた。また、フリーハンド走査、すなわち、人が手で扱うツールの操作を力覚提示するシステムにおいては、印刷データの画像領域又は印刷モードは毎回異なるため操作データの仮想モデルの記録が必須であり、ユーザが印字ヘッドの大きさや印字画像領域をうまく把握できず、最適な印刷、すなわち印字ズレの少ない印刷ができない、という問題は解消できていなかった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであって、ハンドヘルドプリンタのフリーハンド走査において、ユーザが印字ヘッドの大きさ又は印字画像領域を意識しなくても、印字ズレの少ない最適な印刷を可能にすることを目的とする。

そこで上記課題を解決するため、印刷装置は、ユーザによって走査され、印刷のためのインクを吐出するノズルを複数含むヘッドの移動量を検出するセンサと、振動により正方向又は負方向の加速度を発生させる複数のアクチュエータと、前記複数のアクチュエータを前記移動量に基づいて駆動して、前記ヘッドの走査方向を前記加速度によって力覚提示する駆動部とを有する。

ハンドヘルドプリンタのフリーハンド走査において、ユーザが印字ヘッドの大きさ又は印字画像領域を意識しなくても、印字ズレの少ない最適な印刷ができる。

ハンドヘルドプリンタ１０による印刷の例を示す図である。 本発明の実施の形態におけるハンドヘルドプリンタ１０のフリーハンド走査の例を説明するため図である。 本発明の実施の形態におけるハンドヘルドプリンタ１０のハードウェア構成例を示す図である。 ナビゲーションセンサ３０のハードウェア構成例を示す図である。 ナビゲーションセンサ３０の機能を説明するための図である。 ナビゲーションセンサ３０及びインクジェット記録ヘッドの配置を説明するための図である。 ナビゲーションセンサ３０の位置の算出式を説明するための図である。 インクジェットノズル位置の算出式を説明するための図である。 本発明の実施の形態における制御部１４の機能構成例を示す図である。 アクチュエータ２１の動作による力覚提示効果について説明するための図である。 本発明の実施の形態におけるハンドヘルドプリンタ１０による印字処理の例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態におけるハンドヘルドプリンタ１０の走査時の力覚提示について説明するための図である。 本発明の実施の形態におけるハンドヘルドプリンタ１０の改行時の力覚提示について説明するための図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１は、ハンドヘルドプリンタ１０による印刷の例を示す図である。ハンドヘルドプリンタ１０は、例えば、スマートデバイス又はＰＣ（Personal Computer）等の画像データ出力器から、画像データを受信する。続いて、ハンドヘルドプリンタ１０は、当該画像データに基づいて、印刷媒体上を平面状自由に、すなわち、フリーハンド走査し、画像を形成することができる。印刷媒体は、例えば、ノート又は定型用紙である。

ハンドヘルドプリンタ１０は、後述するようにナビゲーションセンサ３０とジャイロセンサ１７で位置を検出し、ハンドヘルドプリンタ１０が目標吐出位置に移動すると、目標吐出位置で吐出すべき色のインクを吐出する。すでにインクを吐出した場所はマスクされインクの吐出の対象とならないため、ユーザは、印刷媒体上で任意の方向にハンドヘルドプリンタ１０をフリーハンド走査することで画像を形成できる。

図２は、本発明の実施の形態におけるハンドヘルドプリンタ１０のフリーハンド走査の例を説明するため図である。ハンドヘルドプリンタ１０は、ナビゲーションセンサ３０の検出情報から吐出ノズルの位置を常に算出することで、ユーザのフリーハンド走査に追従して正確な位置に印刷することが可能なアルゴリズムを備えている。しかしながら、理想的な走査経路から大きく外れた経路が入力された場合、ナビゲーションセンサ３０の検出誤差が蓄積し、理想的な経路であった場合と比べ印刷結果に差が生じて、印刷品位が劣化する。

そこで、ハンドヘルドプリンタ１０は、複数のアクチュエータを備え、方向を示すような振動又は摩擦等の仮想力覚をユーザに知覚させるように特定パターンでアクチュエータを駆動して、当該力覚提示(ハプティクス)効果によって、ユーザのフリーハンド走査を適切な走査方法へ誘導する特徴を有する。

図２に示される矢印のように、ハンドヘルドプリンタ１０本体に備えたアクチュエータは２個であり、それぞれＸ方向又はＹ方向に対応する。往路又は復路の走査方向及び改行方向、又は改行量を力覚提示してユーザにガイドする。図２に示される点線の矢印のように、適切な操作方向（例えば、最短の経路）から外れると、振動でユーザに知らせ、摩擦感覚を上げるか又は下げる。また、ハンドヘルドプリンタ１０は、力覚提示機能をＯＮ／ＯＦＦすることができる。

図３は、本発明の実施の形態におけるハンドヘルドプリンタ１０のハードウェア構成例を示す図である。ハンドヘルドプリンタ１０は、印刷媒体に画像を形成する画像形成装置の一例である。ハンドヘルドプリンタ１０は、電源１１、電源回路１２、メモリ１３、制御部１４、ＩＪ（インクジェット）記録ヘッド駆動回路１５、画像データ通信Ｉ／Ｆ１６、ジャイロセンサ１７、ＯＰＵ（Operation panel Unit）１８、ＩＪ記録ヘッド１９、アクチュエータ駆動回路２０、アクチュエータ２１及びナビゲーションセンサ３０を有する。

電源１１には、主に電池が利用される。太陽電池、交流商用電源、燃料電池等が用いられてもよい。電源回路１２は、電源１１が供給する電力をハンドヘルドプリンタ１０の各部に分配する。また、電源回路１２は、電源１１の電圧を各部に適した電圧に降圧又は昇圧する。また、電源１１が充電可能な電池である場合、電源回路１２は、例えば交流電源の接続を検出して電池の充電回路に接続し、電源１１の充電を可能にする。

メモリ１３は、ハンドヘルドプリンタ１０のハードウェア制御を行うファームウェア、ＩＪ記録ヘッド１９の駆動波形データ、その他ハンドヘルドプリンタ１０の初期設定に必要なデータ等を格納するＲＯＭ（Read Only Memory）を含む。ＲＯＭは、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrical Erasable ROM）、フラッシュメモリ又は外部記憶媒体であるメモリカード等のいずれであってもよいし、それらの複数を含んでもよい。

また、メモリ１３は、ＲＡＭ（Random Access Memory）を含み、制御部１４がファームウェアを実行するときにワークメモリとして使用され、画像データ通信Ｉ/Ｆ１６が受信した画像データを記憶し、展開されたファームウェアの実行のために使用される。ＲＡＭは、ＤＲＡＭ（Dynamic RAM）、ＳＲＡＭ（Static RAM）、ＳＤＲＡＭ（Synchronous DRAM）等のいずれであってもよいし、それらの複数を含んでもよい。

制御部１４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等に含まれるワイヤードロジック回路を有し、ハンドヘルドプリンタ１０の全体を制御する。例えば、制御部１４は、ナビゲーションセンサ３０により検出される移動量及び角速度、又はジャイロセンサ１７により検出される角速度に基づいて、ＩＪ記録ヘッド１９の各ノズルの位置を決定し、当該位置に応じてインクを吐出し画像を形成する制御を行う。また、制御部１４は、アクチュエータ駆動回路２０を介してアクチュエータ２１を駆動させる。制御部１４について詳細は後述する。

ＩＪ記録ヘッド駆動回路１５は、制御部１４から供給される駆動波形データを用いて、ＩＪ記録ヘッド１９を駆動するための駆動波形を生成する。ＩＪ記録ヘッド駆動回路１５は、インクの液滴のサイズなどに応じた駆動波形を生成できる。

ＩＪ記録ヘッド１９は、インクを吐出するためのヘッドであり、複数のノズルを有する。図３においては、ＣＭＹＫの４色のインクを吐出可能になっているが、単色でもよく５色以上の吐出が可能であってもよい。ＩＪ記録ヘッド１９には、色ごとに一列又は複数列となるように、複数のインク吐出用のノズルが配置されている。また、インクの吐出方式はピエゾ方式でもサーマル方式でもよく、この他の方式でもよい。

画像データ通信Ｉ／Ｆ１６は、スマートデバイス又はＰＣ（Personal Computer）等の画像入力機器から画像データの受信を行う。画像データ通信Ｉ／Ｆ１６は、例えば、無線ＬＡＮ、Bluetooth（登録商標）、ＮＦＣ（Near Field Communication）、赤外線、携帯電話の通信方式である３Ｇ又はＬＴＥ（Long Term Evolution）等の通信規格に対応した通信インタフェースである。また、画像データ通信Ｉ／Ｆ１６は、このような無線通信の他、有線ＬＡＮ、ＵＳＢケーブルなどを用いた有線通信に対応した通信装置であってもよい。

ジャイロセンサ１７は、印刷媒体に垂直な軸を中心にハンドヘルドプリンタ１０が回転したときの角速度を検出するセンサである。なお、ジャイロセンサ１７は、必須の構成ではなく、ハンドヘルドプリンタ１０に含まれてもよいし、含まれなくてもよい。ジャイロセンサ１７が、ハンドヘルドプリンタ１０に含まれない場合、当該角速度は、複数のナビゲーションセンサ３０から算出されてもよい。

ＯＰＵ１８は、ハンドヘルドプリンタ１０の状態を表示するＬＥＤ（Light Emitting Diode）、液晶ディスプレイ、ユーザがハンドヘルドプリンタ１０に画像形成を指示するためのタッチパネル等を有する。また、ＯＰＵ１８は、音声入力機能を有していてもよい。

ナビゲーションセンサ３０は、所定のサイクル時間ごとにハンドヘルドプリンタ１０の移動量を検出するセンサである。ナビゲーションセンサ３０は、例えば、ＬＥＤ又は半導体レーザ等の光源と、印刷媒体を撮像する撮像センサを有する。ユーザが、ハンドヘルドプリンタ１０に、印刷媒体上を走査させると、印刷媒体の微小なエッジが次々に撮像又は検出され、当該エッジ間の距離を解析することで移動量が得られる。本発明の実施の形態においては、ナビゲーションセンサ３０は、ハンドヘルドプリンタ１０の底面に２つ搭載されて移動量及び角速度を算出してもよい。また、ナビゲーションセンサ３０は、ハンドヘルドプリンタ１０の底面に１つ搭載されて移動量を算出し、角速度はジャイロセンサ１７が算出してもよい。ナビゲーションセンサ３０の詳細は後述する。なお、ナビゲーションセンサ３０として、さらに多軸の加速度センサを用いてもよく、ハンドヘルドプリンタ１０は加速度センサに基づいて移動量を検出してもよい。

アクチュエータ駆動回路２０は、制御部１４からの制御によりアクチュエータ２１を駆動させる信号を生成し、アクチュエータ２１に当該信号を供給して駆動させる。

アクチュエータ２１は、ユーザに、方向又は摩擦等の仮想力覚を感じさせる特定パターンで振動する装置である。当該力覚提示（ハプティクス）効果によって、ユーザのフリーハンド走査を適切な走査方向に誘導する。アクチュエータ２１の種類は、例えば、慣性を利用した偏心モータ（ERM：Eccentric Rotating Mass）、リニア共振アクチュエータ（LRA：Linear Resonant Actuator）、又は電圧印加による圧電材料の屈曲を利用した圧電素子（ピエゾ素子）があるが、力覚の方向がより強く提示できる、リニア共振アクチュエータ又は圧電素子が望ましい。アクチュエータ２１の個数は、装置本体が平面状に走査する前提において、少なくともＸ方向とＹ方向の２個のアクチュエータが必要となる。

図４は、ナビゲーションセンサ３０のハードウェア構成例を示す図である。ナビゲーションセンサ３０は、ホストＩ／Ｆ３１、イメージプロセッサ３２、ＬＥＤ／ＬＡＳＥＲドライバ３３、レンズ３４、イメージアレイ３５及びレンズ３６を有する。ＬＥＤ／ＬＡＳＥＲドライバ３３は、ＬＥＤ又は半導体レーザと制御回路とが一体となっており、イメージプロセッサ３２からの命令によりレンズ３６を介して印刷媒体に光を照射する。イメージアレイ３５は、印刷媒体からの反射光を、レンズ３４を介して受光する。２つのレンズ３４及びレンズ３６は、印刷媒体表面に対して光学的な焦点を調整するために設置されている。

イメージアレイ３５は、光の波長に感度を有するフォトダイオード等の受光素子を有し、受光した光からイメージデータを生成する。イメージプロセッサ３２は、イメージアレイ３５からイメージデータを取得して、イメージデータからナビゲーションセンサの移動距離を算出する。図４に示されるΔＸは、Ｘ軸方向の移動量、ΔＹはＹ軸方向の移動量を示す。イメージプロセッサ３２は、算出した移動距離をホストＩ/Ｆ３１を介して、制御部１４へ出力する。

光源として使用されるＬＥＤは、表面が粗い印刷媒体、例えば紙を使用する場合に有用である。表面が粗い場合、影が発生するため、その影を特徴部分として、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の移動距離を正確に算出することが可能になるからである。一方、表面が滑らか、あるいは透明な印刷媒体に対しては、光源としてレーザ光を発生させる半導体レーザ(ＬＤ)を使用することができる。半導体レーザで、印刷媒体上に例えば縞模様等を形成することで特徴部分を作ることができ、それを基に正確に移動距離を算出することができるからである。

図５は、ナビゲーションセンサ３０の機能を説明するための図である。イメージプロセッサ３２は、反射光を受光したイメージアレイ３５から規定のサンプリングタイミングごとに取得したデータを、規定の分解能単位でマトリックス化し、直前のサンプリングタイミングと現時点のサンプリングタイミングとの差分を検知し、移動量を算出する。

例えば、図５に示される場合では、あるサンプリングタイミング：Ｓａｍｐ１のときの画像からＳａｍｐ２、Ｓａｍｐ３と進むにつれて、黒又はグレイで表示される画像が移動していることがわかる。

Ｓａｍｐ１を基準とした場合、Ｓａｍｐ２での出力値（ΔＸ，ΔＹ）は、（１，０）となる。ΔＸ、ΔＹは、ナビゲーションセンサ３０の向きを基準とした水平方向、垂直方向の移動量を示す。なお、ナビゲーションセンサ３０が１つの場合、センサが印刷媒体上で回転したとしても、回転成分を検知することはできない。移動量の分解能は、搭載されるデバイスの要求に依存するが、プリンタを想定した場合、例えば１２００ｄｐｉ程度の分解能を要する。

図６は、ナビゲーションセンサ３０及びインクジェット記録ヘッドの配置を説明するための図である。図６には、ハンドヘルドプリンタ１０の底面にナビゲーションセンサ３０が２つ搭載されている場合が示される。図６に示されるナビゲーションセンサ３０間の距離ｃに関して、図７で説明する位置算出演算時、距離ｃが長いほど演算誤差が少なくなる。

また、ナビゲーションセンサ３０とＩＪ記録ヘッド１９とは、図６に示される距離ａ、距離ｂで配置される。ナビゲーションセンサ３０の位置を算出した後に、ＩＪ記録ヘッド１９端と先頭ノズル間距離ｄ、ノズル間距離ｅを用いて、各ノズル位置を算出する。

印刷媒体にＸ軸Ｙ軸（例えば横方向をＸ軸、縦方向をＹ軸）を定義し、ナビゲーションセンサの出力軸をＸ'軸Ｙ'軸とすると、図６に示されるように、ハンドヘルドプリンタ１０が印刷媒体上で角度θ傾いた場合、ナビゲーションセンサ３０のΔＸ、ΔＹの出力値は、Ｘ'軸Ｙ'軸に対する水平方向、垂直方向の成分となり、印刷媒体のＸ軸Ｙ軸に対するΔＸ、ΔＹではなくなる。そのため、ナビゲーションセンサ３０は、Ｘ'軸Ｙ'軸の出力値に基づいて、印刷媒体のＸ軸Ｙ軸に対する位置を逐次算出することにより、自機の正常な位置を把握する。

図７は、ナビゲーションセンサ３０の位置の算出式を説明するための図である。図７においては、ＩＪ記録ヘッド１９の両端部に搭載された二つのナビゲーションセンサ３０を、ナビゲーションセンサｓ０、ナビゲーションセンサｓ１とする。また、ナビゲーションセンサｓ０の印刷媒体における座標を（Ｘ_０，Ｙ_０）、ナビゲーションセンサｓ１の印刷媒体における（Ｘ_１，Ｙ_１）とする。ナビゲーションセンサ３０は、図７に示されるサンプリング時刻Ｔ＝０を基準とし、次のサンプリング時刻Ｔ＝１におけるナビゲーションセンサ３０の位置算出を、回転成分と平行成分の２つに分離して以下のように行う。

図７に示される回転成分の差分ｄθは、ナビゲーションセンサｓ０、ナビゲーションセンサｓ１のＸ方向の出力の差分から、数１に基づいて算出される。

ｄｘ_ｓ０は、ナビゲーションセンサｓ０のＸ軸方向の出力値であり、ｄｘ_ｓ１は、ナビゲーションセンサｓ１のＸ軸方向の出力値であり、Ｌは、ナビゲーションセンサｓ０とナビゲーションセンサｓ１間の距離である。Ｌは、図６に示される距離ｃと同様である。

平行移動成分ｄＸ_０、ｄＹ_０は、Ｔ＝０時のＩＪ記録ヘッド１９の傾きθ及び数１により求められたＴ＝１における回転成分の差分ｄθから、数２に基づいて算出される。

したがって、Ｔ＝１におけるナビゲーションセンサｓ０の位置は、（Ｘ_０＋ｄＸ_０、Ｙ_０＋ｄＹ_０）で求められる。Ｔ＝１におけるナビゲーションセンサｓ１の位置（Ｘ_１，Ｙ_１）は、Ｔ＝１におけるナビゲーションセンサｓ０の座標と、ＩＪ記録ヘッド１９の傾きθ＋ｄθ、ＩＪ記録ヘッドの長さＬから、数３に基づいて算出される。

また、加法定理、及びｓｉｎ（ｄθ）＝ｔａｎ（ｄθ）＝ｄθ（ｄθ＜＜１のとき）の近似を、上記の式の計算時に使用する。ナビゲーションセンサ３０が検知する移動量ΔＸ、ΔＹをサンプリングして実際のＩＪ記録ヘッド１９の位置を算出する際、ｄθは十分小さな値となる。

例えば、Ｌ＝１インチ＝２５．４ｍｍ、４００ｍｍ／ｓという高速走査、サンプリング周期が１００ｕｓである条件において、１サンプリング周期で移動できる距離は４０ｕｍのため、Ｌを回転運動の半径とした場合に回転できる最大の角度ｄθは、ｄθ＝２π×（円周上の移動距離）／（円周長）＝２π×（４０×１０^−６）／（２π×２５．４×１０^−３）＝０．００１５［ｒａｄ］となる。ｄθ＜＜１として近似演算すると、ｓｉｎ（ｄθ）＝０．００１５、ｔａｎ（ｄθ）＝０．００１５となる。

この時、例えばｃｏｓ（θ＋ｄθ）を計算してＹ_１を求める場合、ｓｉｎ（ｄθ）及びｃｏｓ（ｄθ）を求める計算を省略し、数４のようにｓｉｎθ及びｃｏｓθでｃｏｓ（θ＋ｄθ）を求めることができる。

以上の演算を、サンプリング周期ごとに実施し続けることにより、２つのナビゲーションセンサ３０の印刷媒体に対する２次元座標を逐次把握することができる。

図８は、インクジェットノズル位置の算出式を説明するための図である。図７で説明した方法によってナビゲーションセンサ３０の位置を算出した後、図８に示される、ナビゲーションセンサ３０とＩＪ記録ヘッド１９の距離ａ、距離ｂ、また、ＩＪ記録ヘッド１９端と先頭ノズル間距離ｄ、のノズル間距離ｅ、ＩＪ記録ヘッドの傾きθにより、ナビゲーションセンサ３０の位置（Ｘ_０，Ｙ_０）から、先頭ノズル（図８におけるノズル１）の座標（ＮＺＬ１＿Ｘ，ＮＺＬ１＿Ｙ）を数５に基づいて求めることができる。

図９は、本発明の実施の形態における制御部１４の機能構成例を示す図である。制御部１４は、図９に示されるように、ＣＰＵ１０１、位置算出部１０２、メモリ制御部１０３、内部メモリ１０４、画像読み取り部１０５、アクチュエータ制御部１０６、ジャイロセンサＩ／Ｆ１０７、ナビゲーションセンサＩ／Ｆ１０８、印字／センサタイミング生成部１０９、ＩＪ記録ヘッド制御部１１０、割り込み通知部１１１の各機能部を有する。また、制御部１４のハードウェアとしての構成は、例えば図９に示されるようなＳｏＣ（System on Chip）とＡＳＩＣ/ＦＰＧＡとから構成され、ＳｏＣ及びＡＳＩＣ/ＦＰＧＡは、バスを介して通信して接続されてもよい。ＡＳＩＣ/ＦＰＧＡはどちらの実装技術で設計されてもよいことを意味し、ＡＳＩＣ/ＦＰＧＡ以外の他の実装技術で構成されてよい。また、制御部１４は、ＳｏＣとＡＳＩＣ/ＦＰＧＡを別のチップにすることなく１つのチップ又は基板で構成されてもよい。あるいは、制御部１４は、３つ以上のチップ又は基板で実装されてもよい。また、制御部１４が有する各機能部は、ＣＰＵ１０１が実行するファームウェアによって実現されてもよいし、ＳｏＣ、ＡＳＩＣ／ＦＰＧＡに含まれるワイヤードロジック回路によって実現されてもよい。

ＣＰＵ１０１は、メモリ１３に展開されたファームウェアをメモリ制御部１０３を介して読み込み、実行することにより、制御部１４の各機能部を実現する機能部である。

位置算出部１０２は、ナビゲーションセンサ３０が検出するサンプリング周期ごとの移動量及び角速度、あるいはジャイロセンサ１７が検出するサンプリング周期ごとの角速度に基づいて、ハンドヘルドプリンタ１０の位置を算出する。正確な印刷をするために必要なハンドヘルドプリンタ１０の位置とは、厳密にはノズルの位置であるが、ナビゲーションセンサ３０の位置が分かれば、図８で説明したようにノズルの位置を算出できる。本発明の実施の形態では、特に断らない限りナビゲーションセンサ３０の位置としては、図７に示されるナビゲーションセンサＳ０の位置をいう。また、位置算出部１０２は、インクの目標吐出位置を算出する。なお、位置算出部１０２は、ＣＰＵ１０１がファームウェアを実行することにより実現されてもよいし、ワイヤードロジック回路により実現されてもよい。

メモリ制御部１０３は、各機能部からのメモリ１３に対する読み込み又は書き込みを制御する。

内部メモリ１０４は、読み書きに高速性が必要とされる情報の記憶に使用される。例えば、ナビゲーションセンサ３０の位置情報、メモリ１３から読み込んだ画像データ等が記憶される。内部メモリ１０４のハードウェアは、例えばＳＲＡＭで構成されてもよい。

画像読み取り部１０５は、ナビゲーションセンサ３０の位置情報から、ＩＪ記録ヘッド１９に搭載されている各ノズル位置を算出し、当該ノズル位置に応じた画像データをメモリ１３から読み込んで、ＩＪ記録ヘッド制御部１１０が要求する並び順でデータを送信する。

アクチュエータ制御部１０６は、ＣＰＵ１０１からの制御に基づき、アクチュエータ駆動回路２０に信号を供給して、ユーザに方向又は摩擦等の仮想力覚を感じさせる特定パターンで振動するようにアクチュエータ２１を駆動させる。

ジャイロセンサＩ／Ｆ１０７は、印字／センサタイミング生成部１０９により生成されたタイミングになると、ジャイロセンサ１７が検出する角速度を取得して、メモリ１３又は制御部１４内のレジスタ等に格納する。なお、ハンドヘルドプリンタ１０が、ジャイロセンサ１７を搭載していない場合は、ジャイロセンサＩ／Ｆ１０７は制御部１４に含まれなくてよい。

ナビゲーションセンサＩ／Ｆ１０８は、ナビゲーションセンサ３０と通信し、ナビゲーションセンサ３０からの情報として移動量ΔＸ、ΔＹを受信し、当該移動量をメモリ１３又は制御部１４内のレジスタに格納する。

印字／センサタイミング生成部１０９は、ナビゲーションセンサＩ／Ｆ１０８及びジャイロセンサＩ／Ｆ１０７が、センサから情報を読み取るタイミングを通知し、また、ＩＪ記録ヘッド制御部１１０に駆動タイミングを通知する。

ＩＪ記録ヘッド制御部１１０は、画像データにディザ処理等を施して大きさと密度で画像を表す点の集合に画像データを変換する。当該変換により、画像データは、吐出位置と点のサイズのデータとなる。ＩＪ記録ヘッド制御部１１０は、点のサイズに応じた制御信号をＩＪ記録ヘッド駆動回路１５に出力する。ＩＪ記録ヘッド駆動回路１５は、当該制御信号に対応する駆動波形データを用いて、駆動波形を生成する。また、ＩＪ記録ヘッド制御部１１０は、ノズルの位置に応じて吐出ノズル可否判定を行い、インクを吐出すべき目標吐出位置があればインクを吐出し、目標吐出位置がなければ吐出しないと判定する。

割り込み通知部１１１は、ナビゲーションセンサＩ／Ｆ１０８が、ナビゲーションセンサ３０との通信が完了したことを検知して、ＣＰＵ１０１に通知するための割り込み信号を出力する。ＣＰＵ１０１は割り込みにより、ナビゲーションセンサＩ/Ｆ１０８が内部レジスタに記憶するΔＸ、ΔＹを取得する。また、割り込み通知部１１１は、エラー等のステータス通知機能も有する。ジャイロセンサＩ/Ｆ１０７に関しても同様に、割り込み通知部１１１はＣＰＵ１０１に対し、ジャイロセンサ１７との通信が終了したことを通知するための割り込み信号を出力する。

図１０は、アクチュエータ２１の動作による力覚提示効果について説明するための図である。アクチュエータ２１を特定のパターンで振動させることで、所定の方向軸に関してプラス方向又はマイナス方向の加速度を発生させてユーザに知覚させる。特定のパターンとは例えば、図１０に示される入力パターンのようにＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号による信号の周期又はＨｉｇｈ／Ｌｏｗのｄｕｔｙ比によって、アクチュエータ２１に発生する加速度のパターンである。アクチュエータ２１が発生した加速度の積分値は０であり、総和として力又は移動は発生していないが、人間の知覚は、加速度の小さな運動は感じず、加速度の大きな運動のみ感じる特性があるため、人間の知覚機構においては、方向を持った力として感じる。

図１０（ａ）は、加速度がプラス方向への力覚を示している。図１０（ｂ）は、加速度がマイナス方向への力覚を示している。また、アクチュエータ２１の加速度の大きな運動の量を制御して、人間が知覚する力覚の提示量を変動させることもできる。

図１１は、本発明の実施の形態におけるハンドヘルドプリンタ１０による印字処理の例を示すフローチャートである。

ステップＳ２０１において、ユーザが、ハンドヘルドプリンタ１０の電源ボタンを押下すると、ハンドヘルドプリンタ１０は動作を開始する。続いて、ハンドヘルドプリンタ１０は、電源から電源供給され、制御部１４は、位置センサ等のデバイスの初期化を実施し、各デバイスを立ち上げる（Ｓ１０１）。初期化が完了すると（Ｓ１０２）、例えばＬＥＤを点灯してユーザに印刷可能状態であることを通知する（Ｓ１０３）。ユーザは、当該通知を確認して、印刷したい画像を画像入力機器（例えばスマートデバイス又はＰＣ）によって、印刷したい画像を選択する（Ｓ２０２）。続いて、画像入力機器に搭載されているアプリ又はプリンタドライバから、ＴＩＦＦやＪＰＥＧ等の画像データを無線でデータ出力する等の印刷ＪＯＢを実行する（Ｓ２０３）。ハンドヘルドプリンタ１０は、画像データが入力されると、例えばＬＥＤ点滅等でユーザに通知する（Ｓ１０４）。

ステップＳ２０４において、ユーザは、ハンドヘルドプリンタ１０を印刷したい媒体（例えばノート）の上で初期位置を決め、ハンドヘルドプリンタ１０に備わる印刷開始ボタンを押下する（Ｓ２０５）。その後、ユーザは印刷媒体上の平面上を自由に走査（フリーハンド走査）し、画像を形成していく。（Ｓ２０６）
ステップＳ２０５及びステップＳ２０６がユーザによって実行されているとき、ハンドヘルドプリンタ１０は、印刷開始ボタン押下を受け、ナビゲーションセンサ３０の位置情報を読み込むよう、ナビゲーションセンサＩ／Ｆ１０８に通知する。続いて、ナビゲーションセンサ３０は位置情報の検知を開始し、制御部１４の内部メモリ１０４に格納する（Ｓ３０１）。ナビゲーションセンサＩ／Ｆ１０８は、ナビゲーションセンサ３０と通信し、位置情報を読み込む（Ｓ１０５）。続いて、ハンドヘルドプリンタ１０は、当該位置情報を初期位置とし、例えば座標（０，０）とする（Ｓ１０６）。

続いて、制御部１４内部の印字／センサタイミング生成部１０９によって時間計測し（Ｓ１０７）、予め設定されたナビゲーションセンサ３０への読み込みタイミング（＝ＩＪ記録ヘッド制御部１１０の駆動周期）ごとに、（Ｓ１０８）位置情報の読み込みを繰り返す（Ｓ１０９）。ステップＳ１１０において、制御部１４は、読み込まれた位置情報に基づいて、前回算出したナビゲーションセンサ３０の座標（Ｘ，Ｙ）と、今回リードした移動量（ΔＸ，ΔＹ）から、図７及び図８において説明した方法で、現在のナビゲーションセンサ３０の座標を算出し、制御部１４の内部メモリ１０４に格納する（Ｓ１１０）。続いて、制御部１４は、算出した現在の各ナビゲーションセンサ３０の位置情報と、ナビゲーションセンサ３０とＩＪ記録ヘッド１９の予め定められた組み付け位置情報とに基づいて、ＩＪ記録ヘッド１９上の各ノズルの位置座標を算出する（Ｓ１１１）。

続いて、画像読み取り部１０５は、ステップＳ１１１で算出した各ノズルの位置情報に基づいて、ＩＪ記録ヘッド１９又は各ノズル周辺の画像データをメモリ１３から読み込み、位置情報により特定されたＩＪ記録ヘッド１９の位置及び傾きに応じて回転したのち、内部メモリ１０４に記憶させる（Ｓ１１２）。続いて、画像読み取り部１０５は、内部メモリ１０４に記憶させた画像データと、各ノズル位置の座標比較を実施し（Ｓ１１３）、設定された吐出条件を満たすと判断した場合（Ｓ１１４のＹＥＳ）、ＩＪ記録ヘッド制御部１１０へ画像データを出力する（Ｓ１１５）。設定された吐出条件を満たさないと判断した場合（Ｓ１１４のＮＯ）、ステップＳ１０８に戻る。

上記ステップＳ１０８〜ステップＳ１１５を繰り返すことで、印刷媒体上に画像を形成していき、全データが吐出された場合（Ｓ１１６のＹＥＳ）、ハンドヘルドプリンタ１０は、例えばＬＥＤ点灯等の手段で、ユーザに印刷完了を通知する（Ｓ１１７）。全データが吐出されていない場合（Ｓ１１６のＮＯ）、ステップＳ１０８に戻る。

なお、全データを吐出しなくても、ユーザが十分と判断した際には、印字完了ボタンを押下し、印字を完了しても良い。

図１２は、本発明の実施の形態におけるハンドヘルドプリンタ１０の走査時の力覚提示について説明するための図である。図１２（ａ）は、ハンドヘルドプリンタ１０の走査時の力覚提示の処理を示すフローチャートである。図１２（ｂ）は、ハンドヘルドプリンタ１０に搭載されたアクチュエータ２１を、アクチュエータＸ及びアクチュエータＹとして、当該アクチュエータの動作状況を示す。図１２（ｂ）に示されるように、アクチュエータＸが駆動されて力覚を提示できる方向の軸が、適切な走査方向とする。印刷媒体の印刷対象の領域を、印字画像領域という。

ハンドヘルドプリンタ１０は、停止した状態から往路方向への印字を開始すると、ステップＳ４０１において、図１２（ｂ）に示されるアクチュエータＸを駆動して、Ｘ軸＋方向へ力覚を提示する。続いて、ハンドヘルドプリンタ１０は、走査中は位置情報を定期的に読み込み（Ｓ４０２）、適切な走査経路と比較し（Ｓ４０３）、経路からずれている（Ｙ軸の＋又は−成分がある）場合（Ｓ４０３）、アクチュエータＹを駆動して、検出したＹ軸成分と反対方向へ力覚提示し、経路へ戻るよう誘導する（Ｓ４０４、Ｓ４０５）。Ｙ軸成分を検出していない場合は、アクチュエータＹの駆動を停止する。ハンドヘルドプリンタ１０が、印字画像領域内を走査中は、アクチュエータＸはＸ軸＋方向への力覚提示を継続する。

ステップＳ４０６において、ハンドヘルドプリンタ１０が印字画像領域を超えて、領域外に達した場合、アクチュエータＸの駆動を切替え、走査方向と反対方向のＸ軸−方向へ力覚提示し、印字画像領域端へ戻るよう誘導する（Ｓ４０７）。印字画像領域端でなければ（Ｓ４０８のＮＯ）、ステップＳ４０７に戻る。力覚提示量は、印字画像領域端との距離によって変動する（離れるほど提示量は大きくなる等）としてもよい。印字画像領域端へ戻ったら（Ｓ４０８のＹＥＳ）、アクチュエータＸの駆動を停止する（Ｓ４０９）。

復路での力覚提示は、アクチュエータＸの力覚提示方向が往路方向と逆となること以外は、往路での力覚提示と同様である。

図１３は、本発明の実施の形態におけるハンドヘルドプリンタ１０の改行時の力覚提示について説明するための図である。図１３（ａ）は、ハンドヘルドプリンタ１０の改行時の力覚提示の処理を示すフローチャートである。図１３（ｂ）は、ハンドヘルドプリンタ１０に搭載されたアクチュエータ２１を、アクチュエータＸ及びアクチュエータＹとして、当該アクチュエータの動作状況を示す。図１３（ｂ）に示されるように、アクチュエータＹが駆動されて力覚を提示できる方向の軸が、適切な走査方向とする。印刷媒体の印刷対象の領域を、印字画像領域という。

ハンドヘルドプリンタ１０は、停止した状態から往路方向への印字を開始すると、ステップＳ５０１において、図１３（ｂ）に示されるアクチュエータＹを駆動して、Ｙ軸−方向へ力覚を提示する。続いて、ハンドヘルドプリンタ１０は、走査中は位置情報を定期的に読み込み（Ｓ５０２）、適切な走査経路と比較し（Ｓ５０３）、経路からずれている（Ｘ軸の＋又は−成分がある）場合（Ｓ５０３）、アクチュエータＸを駆動して、検出したＸ軸成分と反対方向へ力覚提示し、経路へ戻るよう誘導する（Ｓ５０４、Ｓ５０５）。Ｘ軸成分を検出していない場合は、アクチュエータＸの駆動を停止する。ハンドヘルドプリンタ１０が、改行の走査中は、アクチュエータＹはＹ軸−方向への力覚提示を継続する。

ステップＳ５０６において、ハンドヘルドプリンタ１０が改行量分の走査が完了した場合（Ｓ５０６のＹＥＳ）、アクチュエータＹの駆動を切替え、走査方向と反対方向のＹ軸＋方向へ力覚提示し、これ以上の走査をしないように誘導する（Ｓ５０７）。改行量分の走査が完了していない場合（Ｓ５０６のＮＯ）、ステップＳ５０２に戻る。力覚提示量は、改行すべき位置との距離によって変動する（離れるほど提示量は大きくなる等）としてもよい。

上述のように、本発明の実施の形態によれば、ハンドヘルドプリンタ１０は、フリーハンド走査において、アクチュエータを用いてユーザに力覚提示することによって、印字画像領域外での無効な走査を低減して、ナビゲーションセンサ３０の検出誤差を蓄積させず、適切な走査方向に誘導して印刷媒体に印刷を実行する。すなわち、ハンドヘルドプリンタのフリーハンド走査において、ユーザが印字ヘッドの大きさ又は印字画像領域を意識しなくても、印字ズレの少ない最適な印刷ができる。

なお、本発明の実施の形態において、ＩＪ記録ヘッド１９は、ヘッドの一例である。ナビゲーションセンサ３０は、センサの一例である。制御部１４は、駆動部の一例である。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は斯かる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ ハンドヘルドプリンタ
１１ 電源
１２ 電源回路
１３ メモリ
１４ 制御部
１５ ＩＪ記録ヘッド駆動回路
１６ 画像データ通信Ｉ／Ｆ
１７ ジャイロセンサ
１８ ＯＰＵ
１９ ＩＪ記録ヘッド
２０ アクチュエータ駆動回路
２１ アクチュエータ
３０ ナビゲーションセンサ
３１ ホストＩ／Ｆ
３２ イメージプロセッサ
３３ ＬＥＤ／ＬＡＳＥＲドライバ
３４、３６ レンズ
３５ イメージアレイ
１０１ ＣＰＵ
１０２ 位置算出部
１０３ メモリ制御部
１０４ 内部メモリ
１０５ 画像読み取り部
１０６ アクチュエータ制御部
１０７ ジャイロセンサＩ／Ｆ
１０８ ナビゲーションセンサＩ／Ｆ
１０９ 印字／センサタイミング生成部
１１０ ＩＪ記録ヘッド制御部
１１１ 割り込み通知部

特許第５１７７５６０号公報

Claims (10)

1. ユーザによって走査される印刷装置であって、
   印刷のためのインクを吐出するノズルを複数含むヘッドの移動量を検出するセンサと、
   振動により正方向又は負方向の加速度を発生させる複数のアクチュエータと、
   前記複数のアクチュエータを前記移動量に基づいて駆動して、前記ヘッドの走査方向を前記加速度によって力覚提示する駆動部とを有する印刷装置。
2. 前記複数のアクチュエータは、印刷媒体に対して水平方向に加速度を発生させるアクチュエータと、印刷媒体に対して垂直方向に加速度を発生させるアクチュエータとを含む請求項１記載の印刷装置。
3. 前記力覚提示する印刷装置の走査方向は、印刷装置が印字を行う往路方向及び復路方向である請求項２記載の印刷装置。
4. 前記力覚提示する印刷装置の走査方向は、印刷装置が次の行の印字を行うために改行する改行方向である請求項２記載の印刷装置。
5. 前記走査方向が前記印刷媒体の水平方向であり、かつ、前記センサが検出した移動量に垂直方向の成分が含まれているとき、前記印刷媒体に対して垂直方向に加速度を発生させるアクチュエータは、前記センサが検出した移動量の垂直方向の成分とは逆方向に力覚提示する請求項３記載の印刷装置。
6. 前記走査方向が前記印刷媒体の水平方向であり、かつ、印刷装置が印刷すべき印字画像領域外に位置するとき、前記印刷媒体に対して水平方向に加速度を発生させるアクチュエータは、前記センサが検出した移動量の水平方向の成分とは逆方向に力覚提示する請求項３記載の印刷装置。
7. 前記走査方向が前記印刷媒体の垂直方向であり、かつ、印刷装置が改行すべき改行量を走査完了していないとき、前記印刷媒体に対して垂直方向に加速度を発生させるアクチュエータは、改行方向に力覚提示する請求項４記載の印刷装置。
8. 前記走査方向が前記印刷媒体の垂直方向であり、かつ、印刷装置が改行すべき改行量を走査完了しているとき、前記印刷媒体に対して垂直方向に加速度を発生させるアクチュエータは、改行方向の逆方向に力覚提示する請求項４記載の印刷装置。
9. 前記走査方向が前記印刷媒体の垂直方向であり、かつ、前記センサが検出した移動量に水平方向の成分が含まれているとき、前記印刷媒体に対して水平方向に加速度を発生させるアクチュエータは、前記センサが検出した移動量の水平方向の成分とは逆方向に力覚提示する請求項４記載の印刷装置。
10. ユーザによって印刷装置が走査されることによる印刷方法であって、
    印刷のためのインクを吐出するノズルを複数含むヘッドの移動量を検出する検出手順と、
    振動により正方向又は負方向の加速度を発生させる複数のアクチュエータを前記移動量に基づいて駆動して、前記ヘッドの走査方向を前記加速度によって力覚提示する駆動手順と、
    前記ノズルからインクを吐出する印刷手順を実行する印刷方法。