JP2003090709A

JP2003090709A - 撮像光学機構、撮像装置、液滴着弾位置測定装置、及び液滴着弾位置測定方法

Info

Publication number: JP2003090709A
Application number: JP2001281692A
Authority: JP
Inventors: Yasunobu Murofushi; 康信室伏; Yoshihiro Uehara; 良浩上原; Masahiro Kanai; 正博金井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-09-17
Filing date: 2001-09-17
Publication date: 2003-03-28

Abstract

(57)【要約】【課題】特に高速で移動する物体について、異なる２
方向からの画像を同時に撮像することができる撮像光学
機構、撮像装置、液滴着弾位置測定装置、及び液滴着弾
位置測定方法を提供する。【解決手段】撮像デバイス１を備えた撮像装置に装備
される撮像光学ユニットは、撮像対象物体６を少なくと
も２つ以上の異なる方向から撮像するための複数のレン
ズ４、４と、各レンズ４、４の光軸５上に各々配置され
た複数のミラー２、２と、撮像デバイス１の撮像面の直
前に配置されたミラー３とを具備し、各ミラー２、２、
３を、撮像対象物体６を少なくとも２つ以上の方向から
見た２つ以上の像が、撮像デバイス１の撮像面上の２つ
以上の異なった領域に結像されるように配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高速で移動する物
体のモニタに有効な撮像光学機構、撮像装置、液滴着弾
位置測定装置、及び液滴着弾位置測定方法に関し、特
に、インクジェットプリンティングにおけるノズルヘッ
ドから吐出される液滴の軌跡、液滴の着弾位置、液滴の
体積の測定に有効であり、インクジェットプリンタの製
造を行う場合の画像印刷の性能評価に利用可能な撮像光
学機構、撮像装置、液滴着弾位置測定装置、及び液滴着
弾位置測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば特開平１１−１０５３０７
号公報に記載されているように、インクジェットプリン
ティングにおいて、ノズル口から吐出されて空中を飛翔
する液滴の速度、液滴の吐出方向、液滴の体積を直接測
定するシステムが提案されている。

【０００３】前記公報記載の技術は、ノズル口から吐出
される液滴を照明手段により照明して前記液滴を撮像す
る手段と、吐出から一定時間経過したときに撮像された
画像中の前記液滴の位置を特定する手段と、前記ノズル
口の位置及び前記画像中の前記液滴位置関係に基づい
て、前記液滴の吐出方向、速さ、体積を算出する画像処
理ソフトを備え、前記撮像手段により、前記ノズル口か
ら吐出される液滴を２方向から撮像することを特徴とし
たものである。即ち、撮像手段としては、ＣＣＤカメラ
を１方向の撮像に対して１台配置する構成としたことを
特徴としている。つまり、２方向の撮像のためには、Ｃ
ＣＤカメラが２台必要となる構成となっている。

【０００４】また、前記公報には、撮像手段としてＣＣ
Ｄカメラを１台とした場合に関しても記述されている。
ＣＣＤカメラが１台の場合は、ＣＣＤカメラを回動させ
て、ノズル口から吐出される液滴を順次、２方向から撮
像するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来例（特開平１１−１０５３０７号公報）において
は次のような問題点があった。

【０００６】撮像対象の物体が特に高速で飛翔する場
合、物体を２台のＣＣＤカメラを用いて２方向から同時
に撮像することは、制御上困難である。従来例ではイ
ンクジェットプリンティングにおける液滴の撮像につい
て記述されているが、液滴は１０ｍ／ｓｅｃ前後の速度
で飛翔し、体積は１０^-15ｍ³前後であることは既知であ
る。２台のＣＣＤカメラを同期させてシャッタを切り撮
像する場合、数百μｓｅｃのズレが生じるのは，制御
上、やむを得ないことである。

【０００７】例えば、２台のＣＣＤカメラでの同期撮像
に関して、２台のＣＣＤカメラ間で１００μｓｅｃのズ
レが生じたと仮定する。液滴が１０ｍ／ｓｅｃの速度で
飛翔しているとすると、１００μｓｅｃのズレ時間で、
液滴が１ｍｍ移動してしまうことになる。更に、液滴の
体積は４×１０^-15ｍ³で、液滴径は約２０μｍであると
する。約φ２０μｍの液滴を精度よく観察するために
は、数十倍の倍率の光学系をＣＣＤカメラの撮像入射軸
上に配置することが必須であるが、例えば１０倍率の光
学系を配置した場合を考える。

【０００８】現状で製品化されているＣＣＤカメラは、
サイズ１／４インチのもので撮像エリア１０ｍｍ角以
下、また、最小サイズの１／６インチのもので撮像エリ
ア５ｍｍ角以下である。現在製品化されているＣＣＤカ
メラでは、例えばサイズ１／４インチでは一つの画素の
大きさが約６．４μｍであり、サイズが１／６インチで
は一つの画素の大きさが約４．５μｍである。１０倍率
の光学系は、配置することにより、ＣＣＤカメラの撮像
エリアが比例関係で小さくなる。つまり、サイズ１／４
インチのＣＣＤカメラの撮像エリアが１ｍｍ以下に、ま
た、サイズ１／６インチのＣＣＤカメラの撮像エリアが
０．５ｍｍ以下となる。

【０００９】従来技術では、ノズルから吐出された飛翔
している液滴が、２台のＣＣＤカメラの同期ズレにより
１ｍｍ移動してしまうということは、ＣＣＤカメラの撮
像エリアから撮像対象の液滴が外れてしまうことが大い
に考えられる。つまり、ノズルから吐出された飛翔して
いる液滴を、２台のＣＣＤカメラを同期させて撮像する
と、一方のＣＣＤカメラは液滴画像を撮像できるが、他
方のＣＣＤカメラには液滴画像が撮像されていないこと
が有り得るのである。

【００１０】また、２台のＣＣＤカメラを同期させて、
１ｍｍ移動してしまう液滴を撮像する手法として、サイ
ズ１／２インチのＣＣＤを用いることも考えられる。し
かし、同じ画素数のＣＣＤを用いた場合、液滴径が２０
μｍに対して、サイズ１／２インチのＣＣＤカメラでの
撮像では、測定誤差が約±１０μｍとなり精度的に不十
分である。

【００１１】また、１台のＣＣＤカメラを回動し、順
次、液滴を撮像するシステムに関しては、一つの液滴に
対して、液滴の飛翔時間とＣＣＤカメラの撮像エリアと
の関係から考えても、２方向から撮像することは無理で
あり、１方向からの撮像しかできない。一方向からの撮
像では、液滴の吐出方向、液滴の体積を精度よく算出す
ることは不可能である。

【００１２】従って、従来技術は、物体の高速現象の観
察、計測において、精度的に不向きで確実にモニタでき
ない場合があるという課題がある。更に、２台のＣＣＤ
カメラを設置して液滴を撮像するためには、また、１台
のＣＣＤカメラを回動させて液滴を撮像するためには、
大きな設置スペースが必要となる課題がある。更に、コ
スト高となるという課題が挙げられる。

【００１３】本発明の目的は、特に高速で移動する物体
について、異なる２方向からの画像を同時に撮像するこ
とができる撮像光学機構、撮像装置、液滴着弾位置測定
装置、及び液滴着弾位置測定方法を提供することであ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、撮像デバイス
を備えた撮像装置に装備される撮像光学機構において、
物体を少なくとも２つ以上の異なる方向から撮像するた
めの複数のレンズと、前記各レンズの光軸上に各々配置
された複数のミラーと、前記撮像デバイスの撮像面の前
面側に配置されたミラーとを具備し、前記各ミラーを、
前記物体を前記少なくとも２つ以上の方向から見た２つ
以上の像が、前記撮像デバイスの撮像面上の２つ以上の
異なった領域に結像されるように配置したことを特徴と
する。

【００１５】また、本発明は、撮像デバイスを備えた撮
像装置において、物体を少なくとも２つ以上の異なる方
向から撮像するための複数のレンズと、前記各レンズの
光軸上に各々配置された複数のミラーと、前記撮像デバ
イスの撮像面の前面側に配置されたミラーとを具備し、
前記各ミラーを、前記物体を前記少なくとも２つ以上の
方向から見た２つ以上の像が、前記撮像デバイスの撮像
面上の２つ以上の異なった領域に結像されるように配置
したことを特徴とする。

【００１６】また、本発明は、物体を少なくとも２つ以
上の異なる方向から撮像するための複数のレンズ、前記
各レンズの光軸上に各々配置された複数のミラー、前記
撮像デバイスの撮像面の前面側に配置されたミラーを具
備し、前記各ミラーを、前記物体を前記少なくとも２つ
以上の方向から見た２つ以上の像が、前記撮像デバイス
の撮像面上の２つ以上の異なった領域に結像されるよう
に配置した構造を有する撮像装置と、液滴を吐出するノ
ズル口を有するヘッドと、前記ヘッドを三次元的に動作
させる駆動機構と、光を発生する光発生手段と、前記光
源から発生した光をシート状のシート光に変光する変光
手段とを備えた液滴着弾位置測定装置において、前記撮
像装置により、前記ヘッドの前記ノズル口から吐出され
た前記液滴が前記シート光を通過する際に発生する反射
光又は透過屈折光を撮像し、前記撮像装置により撮像し
た画像に基づき、前記液滴の飛翔方向及び着弾位置を測
定する測定手段を具備したことを特徴とする。

【００１７】また、本発明は、物体を少なくとも２つ以
上の異なる方向から撮像するための複数のレンズ、前記
各レンズの光軸上に各々配置された複数のミラー、前記
撮像デバイスの撮像面の前面側に配置されたミラーを具
備し、前記各ミラーを、前記物体を前記少なくとも２つ
以上の方向から見た２つ以上の像が、前記撮像デバイス
の撮像面上の２つ以上の異なった領域に結像されるよう
に配置した構造を有する撮像装置と、液滴を吐出するノ
ズル口を有するヘッドと、前記ヘッドを三次元的に動作
させる駆動機構と、光を発生する光発生手段と、前記光
源から発生した光をシート状のシート光に変光する変光
手段とを備えた液滴着弾位置測定装置の液滴着弾位置測
定方法において、前記撮像装置により、前記ヘッドの前
記ノズル口から吐出された前記液滴が前記シート光を通
過する際に発生する反射光又は透過屈折光を撮像し、前
記撮像装置により撮像した画像に基づき、前記液滴の飛
翔方向及び着弾位置を測定することを特徴とする。

【００１８】また、本発明の撮像光学機構は、図１を参
照し説明すると、撮像デバイス（１）を備えた撮像装置
に装備される撮像光学機構において、物体（６）を少な
くとも２つ以上の異なる方向から撮像するための複数の
レンズ（４）と、前記各レンズの光軸（５）上に各々配
置された複数のミラー（２）と、前記撮像デバイスの撮
像面の前面側に配置されたミラー（３）とを具備し、前
記各ミラーを、前記物体を前記少なくとも２つ以上の方
向から見た２つ以上の像が、前記撮像デバイスの撮像面
上の２つ以上の異なった領域に結像されるように配置し
たものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】［第１実施形態］次に、本発明の
第１実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

【００２０】（１）構成の説明図１は本発明の第１実施形態の撮像光学ユニット（物体
撮像用光学系）の構成を示す斜視図である。図１におい
て、１がＣＣＤカメラ（撮像デバイス）、２が第一のミ
ラー、３が第二のミラー、４が倍率化レンズ、５が撮像
の光軸、６が撮像対象の物体を表す。

【００２１】撮像光学ユニットにおいて、撮像対象の物
体６における任意の２面の撮像の光軸を５とすると、撮
像部位は倍率化レンズ４を介して適切な画像の大きさに
倍率化され、更に、第一のミラー２で光路が変更され
る。そして、変更された光路に対応した光学像が、ＣＣ
Ｄカメラ１の撮像面直前に配置された第二のミラー３に
よって、撮像デバイスの撮像面上の２つの異なった領域
に結像されるものである。

【００２２】即ち、撮像光学ユニットは、物体を少なく
とも２つの異なる方向から撮像するための複数の倍率化
レンズ４、４と、各倍率化レンズ４、４の光軸上に配置
された複数の第一のミラー２と、ＣＣＤカメラ１の撮像
面直前に配置された第二のミラー３とを具備し、各ミラ
ー２、３を、物体を少なくとも２つの方向から見た２つ
以上の像が、ＣＣＤカメラ１の撮像面上の２つの異なっ
た領域に結像されるように配置したものである。

【００２３】図２は本発明の第１実施形態の、図１に示
した構成を有する撮像光学ユニット１０を組み込んで試
作したインクジェットプリンティングの液滴着弾位置を
評価するための液滴着弾位置測定装置である。液滴着弾
位置測定装置は、ＣＣＤカメラ（撮像デバイス）１、レ
ンズユニット（整光レンズ）７、レーザ本体９、撮像光
学ユニット１０、Ｘステージ１５、Ｙステージ１６、Ｚ
ステージ１７、回転用機構部（θステージ）１８、あお
り（チルト）機構部１９、レーザ変位計２０を備えてい
る。図中８はノズル口を有するヘッドである。

【００２４】ヘッド８は、鉛直方向に液滴を吐出するこ
とができる。また、ヘッド８は、Ｘステージ１５、Ｙス
テージ１６、Ｚステージ１７により、３次元的に動作さ
せることが可能である。Ｘステージ１５、Ｙステージ１
６、Ｚステージ１７の位置分解能は、０．１μｍであ
る。更に、ヘッド８は、回転用機構部１８と、あおり
（チルト）用機構１９によって、回転方向、高さの平行
度を０．１μｍの精度で位置決め可能である。

【００２５】位置決めの方法は、１／４サイズのＣＣＤ
カメラ１によりヘッド８のノズル口を撮像し、前もって
決めた任意のモニタ上の原点の位置へ各軸マニアル動作
にて動作させ、最後は画像処理による原点アライメント
機構により、原点とノズル口中心点を０．１μｍ以下の
精度でアライメントする。高さ方向の平行度は、精度
０．１μｍ以下のレーザ変位計２０により、ノズル口下
面とレーザ変位計２０までの３点の距離を測長し、モニ
タ上に３点の距離を表示し、マニアル動作にて平行度を
出す。前記操作により、ヘッド８のノズル口の位置は、
Ｘ−Ｙ−Ｚ−θ−高さ方向において、０．１μｍ以下で
位置決めされる。

【００２６】ヘッド８の鉛直方向には、直交する２本の
幅４ｍｍ、厚さ１０μｍのシート状のレーザ光（以下シ
ート光）１２がレイアウトされ、２本のシート光１２の
交点中心とモニタ上の原点の位置が一致するように、組
立時に位置調整されている。レーザとしては、ＣＣＤカ
メラ１との相性が良く、短波長であり、精度的にも良い
波長５３２ｎｍのＹＡＧ２倍高調波のグリーンレーザを
用いた。レーザ本体９から発射されたレーザ光は、ファ
イバケーブルにより２方向に分光され、２つのレンズユ
ニット７により２本のシート光１２に変光され、分光さ
れた２本のシート光１２が直交するように行路を変えて
いる。

【００２７】インクはブラックインクを用いた（ブラッ
クインクは特性上、光の吸収が多く透過しづらいため、
反射光を捕らえることになる）。シート光を液滴が通過
する際に発生する反射光の場合は、捕らえることが可能
な光の光量が微量であるため、撮像光学ユニット１０に
組み込まれるミラーの光を反射する表面は、反射率が良
好なものが望ましい。本実験においては、表面に銀を蒸
着したミラーを用いて実施した。

【００２８】（２）動作の説明次に、本発明の第１実施形態の動作について図１〜図６
を参照して詳細に説明する。

【００２９】図３は、ヘッド８のノズル口１１から吐出
された飛翔する液滴を観測する方法を示す説明図であ
る。ノズル口１１より吐出された液滴は、レーザ本体９
を光源とする幅４ｍｍ、厚さ１０μｍのシート光１２を
通過する。ＣＣＤカメラ１で撮像する画像は、シート光
を液滴が通過する際に発生する反射光または透過屈折光
である。

【００３０】図４は、前記各構成要素により構成された
図２の液滴着弾位置評価装置（実験装置）により撮像さ
れた画像を示す説明図である。左上の白点は、左側から
撮像したノズル口の像であり、右上の白点は、右側から
撮像したノズル口の像であり、左下の白点は、左側から
撮像した液滴の像であり、右下の白点は、右側から撮像
した液滴の像である。なお、ノズル口の像は、液滴の像
を撮る前に撮っておき、これらの像を画像処理により同
一の写真に含ませている。すなわち、ノズル口に斜め下
方からハロゲン光を照射してノズルの像を撮像した後
に、ノズル口をＺ方向上方に移動する。そして、ノズル
口から液滴を吐出して、吐出された液滴を撮像してい
る。この場合、ノズル口の画像と液滴の画像は略同一の
高さに形成されるが、画像合成時に高さを異ならせてい
る。座標算出手段は、左上の白点と左下の白点の横軸方
向の座標の差と、右上の白点と右下の横軸方向の座標の
差を算出する。この２つの差によりノズル口を鉛直方向
（Ｚ軸方向）から見たときのノズル口の座標に対する液
滴の座標の二次元的なずれ（ＸＹ平面上のずれ）を算出
することができる。なお、図３の例は、ノズルの座標と
液滴の座標が良く揃っている場合の例である。

【００３１】図６は、本実験においてヘッド８のノズル
口中心を（０、０）の原点とし、任意の液滴吐出打数目
の液滴着弾位置座標を画像処理ソフトにより演算し求め
た結果を示す説明図である。

【００３２】図５は、ヘッド８のノズル口の位置と液滴
のばらつきを示す説明図である。２３は観察したノズル
口、２１はノズル口２３の原点、２２は液滴の反射光を
撮像した画像から求めた液滴、２４は液滴２２の原点を
示している。互いの原点のずれが着弾位置のばらつきに
なる。

【００３３】以上説明したように、本発明の第１実施形
態によれば、インクジェットプリンティングにおけるヘ
ッドのノズル口から吐出される液滴の着弾位置測定に関
して、一台のＣＣＤカメラ（撮像デバイス）１の異なる
２つの領域に、同時に撮像した液滴画像を取り込むこと
ができ、ノズル口から吐出された液滴の飛翔方向や着弾
位置を確実に且つ信頼性高く測定することができる。

【００３４】［第２実施形態］次に、本発明の第２実施
形態について図面を参照して詳細に説明する。

【００３５】（１）構成の説明本発明の第２実施形態の物体撮像用光学系の構成（図
１）、撮像光学ユニット１０を組み込んで試作したイン
クジェットプリンティングの液滴着弾位置測定装置の構
成（図２）は、第１実施形態と同様である。詳細は第１
実施形態で説明したので省略する。

【００３６】（２）動作の説明次に、本発明の第２実施形態の動作について図２、図７
を参照して詳細に説明する。

【００３７】本発明の第２実施形態では、液滴着弾位置
測定装置において、レーザを５００ｍＷのＨｅ−Ｎｅレ
ーザに変えて実験を行った。Ｈｅ−Ｎｅレーザは、安定
した出力波形をもち、輝度の安定化を図ることができ、
確実な実験を行うことができる。また、Ｈｅ−Ｎｅレー
ザは、コスト的にも有利な最も流通しているレーザであ
るため、利点が大きい。また、Ｈｅ−Ｎｅレーザは、当
然、入手性も良く、入手で問題になることはない。Ｈｅ
−Ｎｅレーザをレンズユニット７により幅４ｍｍ、厚さ
１０μｍのシート光に整光した後、シート光を液滴が通
過する際の透過屈折光を捕らえた。

【００３８】本実験においては、インクはマゼンダイン
クを用いた（マゼンダインクは特性上、光の透過が多い
ため、インクを透過屈折した光を捕らえることにな
る）。また、本実験においては、撮像光学ユニット１０
内のミラーとして、表面にアルミニウムを蒸着したミラ
ーを用いて実施した。測定結果を図７に示す。図７はＣ
ＣＤカメラ１にて撮像したノズル口と液滴の画像を示す
説明図である。

【００３９】以上説明したように、本発明の第２実施形
態によれば、第１実施形態と同様に、一台のＣＣＤカメ
ラ（撮像デバイス）１の異なる２つの領域に、同時に撮
像した液滴画像を取り込むことができ、ノズル口から吐
出された液滴の飛翔方向や着弾位置を確実且つ信頼性高
く測定することができる。

【００４０】［第３実施形態］次に、本発明の第３実施
形態について図面を参照して詳細に説明する。

【００４１】（１）構成の説明本発明の第３実施形態の物体撮像用光学系の構成（図
１）、撮像光学ユニット１０を組み込んで試作したイン
クジェットプリンティングの液滴着弾位置測定装置の構
成（図２）は、第１実施形態と同様である。詳細は第１
実施形態で説明したので省略する。

【００４２】（２）動作の説明次に、本発明の第３実施形態の動作について図２、図８
を参照して詳細に説明する。

【００４３】本発明の第３実施形態では、着弾位置測定
装置において、レーザを５００ｍＷのＨｅ−Ｎｅレーザ
に変えて実験を行った。Ｈｅ−Ｎｅレーザをレンズユニ
ット７により幅４ｍｍ、厚さ１０μｍのシート光に整光
した後、シート光を液滴が通過する際の透過屈折光を捕
らえた。

【００４４】本実験においては、ノズル口から連続して
吐出される飛翔中の液滴画像を撮像した。つまり、モニ
タには、液滴を吐出するノズル口の画像と、連続して撮
像された２つの液滴画像が表示される。液滴の吐出周波
数は１００００Ｈｚで、液滴を連続吐出した。インクは
第２実施形態と同様にマゼンタインクを用いた。また、
本実験においては、撮像光学ユニット１０内のミラーと
して、表面にアルミニウムを蒸着したミラーを用いて実
施した。測定結果を図８に示す。図８はＣＣＤカメラ１
にて撮像したノズル口と液滴の画像を示す説明図であ
る。なお、図８に示す像において、左上の白点は、左側
から撮像したノズル口の像であり、右上の白点は、右側
から撮像したノズル口の像であり、左中央の白点は、左
側から撮像した第１の液滴の像であり、右中央下の白点
は、右側から撮像した第１の液滴の像であり、左下の白
点は、左側から撮像した第２の液滴の像であり、右下の
白点は、右側から撮像した第２の液滴の像である。な
お、ノズル口の像、第１の液滴の像及び第２の液滴の像
は別々に撮っておき、これらの像を画像処理により同一
の写真に含ませている。すなわち、ノズル口に斜め下方
からハロゲン光を照射してノズルの像を撮像した後に、
ノズル口をＺ方向上方に移動する。そして、ノズル口か
ら第１の及び第２の液滴を連続して吐出して、吐出され
た液滴を撮像している。この場合、ノズル口の画像並び
に第１及び第２の液滴の画像は略同一の高さに形成され
るが、画像合成時に高さを異ならせている。座標算出手
段は、左上の白点と左中央の白点の横軸方向の座標の差
と、右上の白点と右中央の横軸方向の座標の差を算出す
る。この２つの差によりノズル口を鉛直方向（Ｚ軸方
向）から見たときのノズル口の座標に対する第１の液滴
の座標の二次元的なずれ（ＸＹ平面上のずれ）を算出す
ることができる。同様に、座標算出手段は、左上の白点
と左下の白点の横軸方向の座標の差と、右上の白点と右
下の横軸方向の座標の差を算出する。この２つの差によ
りノズル口を鉛直方向（Ｚ軸方向）から見たときのノズ
ル口の座標に対する第２の液滴の座標の二次元的なずれ
（ＸＹ平面上のずれ）を算出することができる。なお、
図８の例は、ノズルの座標と第１及び第２の液滴の座標
が良く揃っている場合の例である。

【００４５】以上説明したように、本発明の第３実施形
態によれば、撮像光学ユニット１０が、高速且つ連続す
る物体の撮像にも有効であることを証明した。

【００４６】［第４実施形態］次に、本発明の第４実施
形態について図面を参照して詳細に説明する。

【００４７】（１）構成の説明本発明の第４実施形態の物体撮像用光学系の構成（図
１）、撮像光学ユニット１０を組み込んで試作したイン
クジェットプリンティングの液滴着弾位置測定装置の構
成（図２）は、第１実施形態と同様である。詳細は第１
実施形態で説明したので省略する。

【００４８】（２）動作の説明次に、本発明の第４実施形態の動作について図２、図７
を参照して詳細に説明する。

【００４９】本発明の第４実施形態では、着弾位置測定
装置において、レーザを５００ｍＷのＡｒレーザに変え
て実験を行った。Ａｒレーザをレンズユニット７により
幅４ｍｍ、厚さ１０μｍのシート光に整光した後、シー
ト光を液滴が通過する際の反射光を捕らえた。インクは
ブラックインクを用いた（ブラックインクは特性上、光
の反射が多いため、インクに反射した光を捕らえること
になる）。

【００５０】本実験においては、撮像光学ユニット１０
内のミラーとして、表面に銀を蒸着したミラーを用いて
実施した。図７はＣＣＤカメラ１にて撮像したノズル口
と液滴の画像を示す説明図である。測定結果を図７に示
す。第２実施形態でＣＣＤカメラ１にて撮像した画像と
同様な画像を撮像することができた。

【００５１】以上説明したように、本発明の第４実施形
態によれば、第１実施形態と同様に、一台のＣＣＤカメ
ラ（撮像デバイス）１の異なる２つの領域に、同時に撮
像した液滴画像を取り込むことができ、ノズル口から吐
出された液滴の飛翔方向や着弾位置を確実且つ信頼性高
く測定することができる。

【００５２】［第５実施形態］次に、本発明の第５実施
形態について図面を参照して詳細に説明する。

【００５３】（１）構成の説明本発明の第５実施形態の物体撮像用光学系の構成（図
１）、撮像光学ユニット１０を組み込んで試作したイン
クジェットプリンティングの液滴着弾位置測定装置の構
成（図２）は、第１実施形態と同様である。詳細は第１
実施形態で説明したので省略する。

【００５４】（２）動作の説明次に、本発明の第５実施形態の動作について図２、図７
を参照して詳細に説明する。

【００５５】本発明の第５実施形態では、着弾位置測定
装置において、光源を１００Ｗのハロゲンランプに変え
て実験を行った。ハロゲンランプからの光をレンズユニ
ット７により幅４ｍｍ、厚さ１０μｍのシート光に整光
した後、シート光を液滴が通過する際の透過屈折光を捕
らえた。インクはイエローインクを用いた（イエローイ
ンクは特性上、光の透過が多いため、インクを透過屈折
した光を捕らえることになる）。

【００５６】本実験においては、撮像光学ユニット１０
内のミラーとして、表面にアルミニウムを蒸着したミラ
ーを用いて実施した。測定結果を図７に示す。第２実施
形態でＣＣＤカメラ１にて撮像した画像と同様な画像を
撮像することができた。

【００５７】以上説明したように、本発明の第５実施形
態によれば、第１実施形態と同様に、一台のＣＣＤカメ
ラ（撮像デバイス）１の異なる２つの領域に、同時に撮
像した液滴画像を取り込むことができ、ノズル口から吐
出された液滴の飛翔方向や着弾位置を確実且つ信頼性高
く測定することができる。

【００５８】［第６実施形態］次に、本発明の第６実施
形態について図面を参照して詳細に説明する。

【００５９】（１）構成の説明本発明の第６実施形態の物体撮像用光学系の構成（図
１）、撮像光学ユニット１０を組み込んで試作したイン
クジェットプリンティングの液滴着弾位置測定装置の構
成（図２）は、第１実施形態と同様である。詳細は第１
実施形態で説明したので省略する。

【００６０】（２）動作の説明次に、本発明の第６実施形態の動作について図２、図７
を参照して詳細に説明する。

【００６１】本発明の第６実施形態では、着弾位置測定
装置において、光源を１００Ｗのハロゲンランプに変え
て実験を行った。ハロゲンランプからの光をレンズユニ
ット７により幅４ｍｍ、厚さ１０μｍのシート光に整光
した後、シート光を液滴が通過する際の透過屈折光を捕
らえた。インクはシアンインクを用いた（シアンインク
は特性上、光の透過が多いため、インクを透過屈折した
光を捕らえることになる）。

【００６２】本実験においては、撮像光学ユニット１０
内のミラーとして、表面にアルミニウムを蒸着したミラ
ーを用いて実施した。測定結果を図７に示す。第２実施
形態でＣＣＤカメラ１にて撮像した画像と同様な画像を
撮像することができた。

【００６３】以上説明したように、本発明の第６実施形
態によれば、第１実施形態と同様に、一台のＣＣＤカメ
ラ（撮像デバイス）１の異なる２つの領域に、同時に撮
像した液滴画像を取り込むことができ、ノズル口から吐
出された液滴の飛翔方向や着弾位置を確実且つ信頼性高
く測定することができる。

【００６４】［他の実施形態］上記実施形態では、撮像
デバイスをＣＣＤカメラとしたが、Ｃ−ＭＯＳセンサ等
の電子カメラ、一次元ラインセンサを用いてもよい。

【００６５】また、ミラーで赤外線領域の光を反射させ
る場合は、ミラーの反射膜として金を用いてもよい。

【００６６】また、ミラーである特定波長の光のみを反
射させる場合やミラーの反射率を高める場合は、ミラー
の表面に誘電体多層膜を蒸着したものを用いてもよい。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
物体を異なる方向から見た２つ以上の像が、撮像デバイ
スの撮像面上の２つ以上の異なった領域に結像されるよ
うに、撮像面直前にミラーを配置した構造を有する撮像
光学機構により、１台の撮像デバイスにより同時に２つ
以上の画像を取り込むことができる。これにより、従来
技術の課題であった２台のカメラで物体を撮像する場合
の同期ズレの問題が解消され、同じ撮像タイミングの２
つ以上の画像を撮像することができる。

【００６８】また、撮像デバイスにより同じ撮像タイミ
ングの２つ以上を画像を撮像できることによって、画像
処理ソフト等の手段により、物体（液滴）の飛翔方向や
体積、運動軌跡などを計測することができ、信頼性が高
く且つ高精度で物体（液滴）の特性評価を行うことがで
きる。

【００６９】また、物体の大きさや撮像したい部位によ
っては、撮像デバイスの撮像面の問題や倍率化レンズの
フォーカス距離の問題が生じる場合があるが、ヘッドを
三次元的に駆動する駆動機構を備えることにより、換言
すれば、撮像光学機構を構成するレンズ又はミラーをヘ
ッドに対して相対的にＸ−Ｙ−θ方向に動作させること
で、対応可能である。

【００７０】また、撮像される物体によっては照明の種
類が限定され、ミラーの表面材質を選定しなければなら
ない場合がある。例えば、インクジェットプリンティン
グに用いられるインクの黒色は光の大半を吸収してしま
い、微量な光量の反射光を撮像することになる。そこ
で、光源としては、光量の大きな波長４８８ｎｍのＡｒ
レーザ、波長５３０ｎｍのＹＡＧ２倍高調波レーザ、Ｈ
ｅ−Ｎｅレーザを用いることで対応可能である。

【００７１】また、Ａｒレーザ、ＹＡＧ２倍高調波レー
ザ、Ｈｅ−Ｎｅレーザの場合、分光反射率の関係から、
ミラー反射面はレーザの波長帯において最高反射率を有
する銀が望ましい。

【００７２】また、インクジェットプリンティングで用
いられるマゼンダ色は、光を透過屈折する光量が大き
く、透過屈折光を撮像デバイスでとらえることになる
が、この場合の光源は、レーザ光源に比べて取り扱いが
容易で安価なハロゲンランプなどの光源を用いることで
対応可能である。ハロゲンランプなどの光には多種の波
長の光が混在しており、ミラーの表面には、広波長域で
良好な反射率を有するアルミニウムが適している。

【００７３】また、赤外線領域の光では、ミラーの反射
膜としては金が良好である。

【００７４】また、ミラーの表面に誘電体多層膜を蒸着
することで、ある特定波長のみを反射させることや、ミ
ラー表面の反射率を高めることも可能である。

【００７５】本発明により、従来技術での課題であった
物体の２方向からの画像を同時に撮像することが困難で
あることを克服し、高精度で確実な物体のモニタが可能
である。特に、物体の高速現象を観察、計測することに
有効であり、例えばインクジェットプリンティングにお
ける液滴の吐出特性である着弾位置測定や速度測定、体
積測定おいては有効な手法となる。

【００７６】また、１台の撮像デバイスで液滴画像のモ
ニタが可能であるため、装置の省スペース化、調整の容
易化、コストの軽減を図ることができる。

【００７７】以上、本発明の効果をまとめると、特に高
速で移動する物体について、異なる２方向からの画像を
同時に撮像する場合に有効であり、物体の位置、速度、
大きさなどの特性を観察、評価することに適するという
効果がある。特にインクジェットプリンティングにおけ
るノズルから吐出されるインク液滴の飛翔中の撮像等に
有効であり、液滴の飛翔方向、液滴の体積等の画像印刷
に係わる性能評価を正確に行うことが可能であるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１〜第６実施形態の物体撮像用光学
系の構成を示す斜視図である。

【図２】本発明の第１〜第６実施形態の液滴着弾位置測
定装置の構成を示す斜視図である。

【図３】本発明の第１実施形態のノズル口から吐出され
た飛翔する液滴を観測する方法を示す説明図である。

【図４】本発明の第１実施形態の撮像したノズル口と液
滴の画像を示す説明図である。

【図５】本発明の第１実施形態の撮像したノズル口の位
置と液滴着弾位置のばらつきを示す説明図である。

【図６】本発明の第１実施形態の液滴吐出回数と液滴着
弾位置座標を示す説明図である。

【図７】本発明の第２、第４、第５、第６実施形態の撮
像したノズル口と液滴の画像を示す説明図である。

【図８】本発明の第３実施形態の撮像したノズル口と液
滴の画像を示す説明図である。

【符号の説明】

１撮像デバイス２第一のミラー３第二のミラー４倍率化レンズ５撮像の光軸６撮像対象物体７レンズユニット（整光レンズ）８ノズル口を有するヘッド９レーザ本体１０撮像光学ユニット１１ノズル口１２シート光１４液滴１５Ｘステージ１６Ｙステージ１７Ｚステージ１８ θステージ１９チルト機構部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者金井正博東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 2C056 EB08 EB36 KD10 2F065 AA03 AA07 BB05 BB22 CC00 FF05 GG05 HH05 JJ03 JJ26 KK03 LL04 LL12 MM03 PP12 TT02 UU07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮像デバイスを備えた撮像装置に装備さ
れる撮像光学機構において、物体を少なくとも２つ以上の異なる方向から撮像するた
めの複数のレンズと、前記各レンズの光軸上に各々配置
された複数のミラーと、前記撮像デバイスの撮像面の前
面側に配置されたミラーとを具備し、前記各ミラーを、
前記物体を前記少なくとも２つ以上の方向から見た２つ
以上の像が、前記撮像デバイスの撮像面上の２つ以上の
異なった領域に結像されるように配置したことを特徴と
する撮像光学機構。
【請求項２】前記ミラーの表面に銀を蒸着したことを
特徴とする請求項１記載の撮像光学機構。
【請求項３】前記ミラーの表面にアルミニウムを蒸着
したことを特徴とする請求項１記載の撮像光学機構。
【請求項４】前記ミラーの表面に誘電体多層膜を蒸着
したことを特徴とする請求項１記載の撮像光学機構。
【請求項５】前記ミラーの反射膜に金を用いたことを
特徴とする請求項１記載の撮像光学機構。
【請求項６】撮像デバイスを備えた撮像装置におい
て、物体を少なくとも２つ以上の異なる方向から撮像するた
めの複数のレンズと、前記各レンズの光軸上に各々配置
された複数のミラーと、前記撮像デバイスの撮像面の前
面側に配置されたミラーとを具備し、前記各ミラーを、
前記物体を前記少なくとも２つ以上の方向から見た２つ
以上の像が、前記撮像デバイスの撮像面上の２つ以上の
異なった領域に結像されるように配置したことを特徴と
する撮像装置。
【請求項７】前記ミラーの表面に銀を蒸着したことを
特徴とする請求項６記載の撮像装置。
【請求項８】前記ミラーの表面にアルミニウムを蒸着
したことを特徴とする請求項６記載の撮像装置。
【請求項９】前記ミラーの表面に誘電体多層膜を蒸着
したことを特徴とする請求項６記載の撮像装置。
【請求項１０】前記ミラーの反射膜に金を用いたこと
を特徴とする請求項６記載の撮像装置。
【請求項１１】前記撮像デバイスをＣＣＤカメラとし
たことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項１２】前記撮像デバイスをＣ−ＭＯＳセンサ
等の電子カメラとしたことを特徴とする請求項１記載の
撮像装置。
【請求項１３】前記撮像デバイスを一次元ラインセン
サとしたことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項１４】物体を少なくとも２つ以上の異なる方
向から撮像するための複数のレンズ、前記各レンズの光
軸上に各々配置された複数のミラー、前記撮像デバイス
の撮像面の前面側に配置されたミラーを具備し、前記各
ミラーを、前記物体を前記少なくとも２つ以上の方向か
ら見た２つ以上の像が、前記撮像デバイスの撮像面上の
２つ以上の異なった領域に結像されるように配置した構
造を有する撮像装置と、液滴を吐出するノズル口を有す
るヘッドと、前記ヘッドを三次元的に動作させる駆動機
構と、光を発生する光発生手段と、前記光源から発生し
た光をシート状のシート光に変光する変光手段とを備え
た液滴着弾位置測定装置において、前記撮像装置により、前記ヘッドの前記ノズル口から吐
出された前記液滴が前記シート光を通過する際に発生す
る反射光又は透過屈折光を撮像し、前記撮像装置により撮像した画像に基づき、前記液滴の
飛翔方向及び着弾位置を測定する測定手段を具備したこ
とを特徴とする液滴着弾位置測定装置。
【請求項１５】前記ミラーの表面に銀を蒸着したこと
を特徴とする請求項１４記載の液滴着弾位置測定装置。
【請求項１６】前記ミラーの表面にアルミニウムを蒸
着したことを特徴とする請求項１４記載の液滴着弾位置
測定装置。
【請求項１７】前記ミラーの表面に誘電体多層膜を蒸
着したことを特徴とする請求項１４記載の液滴着弾位置
測定装置。
【請求項１８】前記ミラーの反射膜に金を用いたこと
を特徴とする請求項１４記載の液滴着弾位置測定装置。
【請求項１９】前記撮像デバイスをＣＣＤカメラとし
たことを特徴とする請求項１４記載の液滴着弾位置測定
装置。
【請求項２０】前記撮像デバイスをＣ−ＭＯＳセンサ
の電子カメラとしたことを特徴とする請求項１４記載の
液滴着弾位置測定装置。
【請求項２１】前記撮像デバイスを一次元ラインセン
サとしたことを特徴とする請求項１４記載の液滴着弾位
置測定装置。
【請求項２２】前記光発生手段をＹＡＧ２倍高調波レ
ーザ発生手段としたことを特徴とする請求項１４記載の
液滴着弾位置測定装置。
【請求項２３】前記光発生手段をＨｅ−Ｎｅレーザ発
生手段としたことを特徴とする請求項１４記載の液滴着
弾位置測定装置。
【請求項２４】前記光発生手段をＡｒレーザ発生手段
としたことを特徴とする請求項１４記載の液滴着弾位置
測定装置。
【請求項２５】前記光発生手段をハロゲンランプとし
たことを特徴とする請求項１４記載の液滴着弾位置測定
装置。
【請求項２６】物体を少なくとも２つ以上の異なる方
向から撮像するための複数のレンズ、前記各レンズの光
軸上に各々配置された複数のミラー、前記撮像デバイス
の撮像面の前面側に配置されたミラーを具備し、前記各
ミラーを、前記物体を前記少なくとも２つ以上の方向か
ら見た２つ以上の像が、前記撮像デバイスの撮像面上の
２つ以上の異なった領域に結像されるように配置した構
造を有する撮像装置と、液滴を吐出するノズル口を有す
るヘッドと、前記ヘッドを三次元的に動作させる駆動機
構と、光を発生する光発生手段と、前記光源から発生し
た光をシート状のシート光に変光する変光手段とを備え
た液滴着弾位置測定装置の液滴着弾位置測定方法におい
て、前記撮像装置により、前記ヘッドの前記ノズル口から吐
出された前記液滴が前記シート光を通過する際に発生す
る反射光又は透過屈折光を撮像し、前記撮像装置により
撮像した画像に基づき、前記液滴の飛翔方向及び着弾位
置を測定することを特徴とする液滴着弾位置測定方法。
【請求項２７】表面に銀を蒸着した前記ミラーを備え
た前記撮像装置により撮像した画像に基づき、前記液滴
の飛翔方向及び着弾位置を測定することを特徴とする請
求項２６記載の液滴着弾位置測定方法。
【請求項２８】表面にアルミニウムを蒸着した前記ミ
ラーを備えた前記撮像装置により撮像した画像に基づ
き、前記液滴の飛翔方向及び着弾位置を測定することを
特徴とする請求項２６記載の液滴着弾位置測定方法。
【請求項２９】表面に誘電体多層膜を蒸着した前記ミ
ラーを備えた前記撮像装置により撮像した画像に基づ
き、前記液滴の飛翔方向及び着弾位置を測定することを
特徴とする請求項２６記載の液滴着弾位置測定方法。
【請求項３０】反射膜に金を用いた前記ミラーを備え
た前記撮像装置により撮像した画像に基づき、前記液滴
の飛翔方向及び着弾位置を測定することを特徴とする請
求項２６記載の液滴着弾位置測定方法。
【請求項３１】ＣＣＤカメラを前記撮像デバイスとし
て備えた前記撮像装置により撮像した画像に基づき、前
記液滴の飛翔方向及び着弾位置を測定することを特徴と
する請求項２６記載の液滴着弾位置測定方法。
【請求項３２】Ｃ−ＭＯＳセンサの電子カメラを前記
撮像デバイスとして備えた前記撮像装置により撮像した
画像に基づき、前記液滴の飛翔方向及び着弾位置を測定
することを特徴とする請求項２６記載の液滴着弾位置測
定方法。
【請求項３３】一次元ラインセンサを前記撮像デバイ
スとして備えた前記撮像装置により撮像した画像に基づ
き、前記液滴の飛翔方向及び着弾位置を測定することを
特徴とする請求項２６記載の液滴着弾位置測定方法。
【請求項３４】前記撮像装置により、前記ヘッドの前
記ノズル口から吐出された前記液滴がＹＡＧ２倍高調波
レーザから変光された前記シート光を通過する際に発生
する反射光又は透過屈折光を撮像し、前記撮像装置によ
り撮像した画像に基づき、前記液滴の飛翔方向及び着弾
位置を測定することを特徴とする請求項２６記載の液滴
着弾位置測定方法。
【請求項３５】前記撮像装置により、前記ヘッドの前
記ノズル口から吐出された前記液滴がＨｅ−Ｎｅレーザ
から変光された前記シート光を通過する際に発生する反
射光又は透過屈折光を撮像し、前記撮像装置により撮像
した画像に基づき、前記液滴の飛翔方向及び着弾位置を
測定することを特徴とする請求項２６記載の液滴着弾位
置測定方法。
【請求項３６】前記撮像装置により、前記ヘッドの前
記ノズル口から吐出された前記液滴がＡｒレーザから変
光された前記シート光を通過する際に発生する反射光又
は透過屈折光を撮像し、前記撮像装置により撮像した画
像に基づき、前記液滴の飛翔方向及び着弾位置を測定す
ることを特徴とする請求項２６記載の液滴着弾位置測定
方法。
【請求項３７】前記撮像装置により、前記ヘッドの前
記ノズル口から吐出された前記液滴がハロゲンランプの
光から変光された前記シート光を通過する際に発生する
反射光又は透過屈折光を撮像し、前記撮像装置により撮
像した画像に基づき、前記液滴の飛翔方向及び着弾位置
を測定することを特徴とする請求項２６記載の液滴着弾
位置測定方法。