JP2003114104A - 飛翔物体位置測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 飛翔物体、特に、液体吐出記録ヘッドから吐
出される液滴の到達面における位置を正確に測定する。 【解決手段】 光束３ａ，３ｂを横切るように液体吐出
記録ヘッド１の吐出口から液滴２を吐出し、液滴２が光
束に当たる際に発生する光を撮像部６ａ，６ｂで撮像
し、撮像した画像を処理することによって液滴２が光束
と交差した位置における光束の進行ベクトルと撮像部の
入射光軸を含む平面に垂直な方向の座標成分を算出する
ことにより、液滴２の到達面における位置を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微小液体、微小固
体等の飛翔物体の飛翔位置を測定する方法及び装置、特
に、液体吐出記録装置に用いられる液体吐出記録ヘッド
の検査に好適な飛翔物体位置測定方法及び装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より液体吐出記録ヘッド（以下、記
録ヘッドという）の吐出口から液滴を吐出し、紙やＯＨ
Ｐシート等の記録媒体に着弾させることで画像を形成す
る液体吐出記録装置が知られている。液体吐出記録装置
においては、高精細且つ高画質化が要求され、吐出され
た液滴の着弾位置にばらつきがあると、濃度むらやカラ
ー画像における色調ずれ等の影響を及ぼし、高精細且つ
高画質化の妨げとなる。こうした問題の発生を防止する
ため、製造された記録ヘッドの液滴吐出特性の検査項目
の１つとして吐出液滴の着弾位置測定を行っている。

【０００３】このような着弾位置測定方法としては、例
えば、特開平７−３２９３０２号公報に記載されている
ように記録媒体に所定の検査パターンを印字し、その印
字パターンを目視か、あるいは撮像及び画像処理を行う
ことで液滴着弾の検査を行う方法が知られている。ま
た、特開２０００−６２１５８に記載されているように
記録ヘッドの吐出口から少なくとも１個の液滴を吐出さ
せ、吐出口面から離間して位置する紙等の記録媒体に着
弾させ、吐出口及び記録媒体に着弾した液滴を、記録媒
体下方に配置された画像処理用カメラにより認識して画
像処理することによりそれぞれの座標を測定し、液滴の
着弾位置と吐出口の位置とを測定する方法がある。

【０００４】更に、特開２０００−２８０４６１で提案
されているようにレーザ光を受光素子に出射させてお
き、レーザ光の光軸に向けて液滴を吐出し、液滴を光学
的に検出することで着弾位置を求める方法も知られてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
７−３２９３０２号公報や特開２０００−６２１５８に
記載されているように記録媒体上に液滴を実際に着弾さ
せる事で着弾位置を観察、測定する方法では、着弾時に
おける液滴のはじきや広がり、あるいは滲みにより液滴
の着弾位置を測定できる精度に限界があった。

【０００６】また、特開２０００−２８０４６１で提案
されている方法では、液滴が飛翔中に液滴の飛翔位置を
検出するもので、液滴の着弾による液滴のはじき、広が
り、滲み等の問題はなく、所望の着弾位置に液滴が着弾
しているかどうかの判断は可能である。しかし、液滴の
着弾位置が所望の着弾位置からどれだけずれているのか
は、受光素子の大きさ以下の精度で測定することができ
なかった。また、特開２０００−２８０４６１の方法で
は、１方向の着弾位置しかわからなかった。

【０００７】本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされ
たもので、その目的は、飛翔物体の到達位置をより正確
に測定できる飛翔物体位置測定方法及び装置を提供する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、光束を
横切るように吐出口から飛翔物体を吐出し、前記飛翔物
体が光束に当たる際に発生する光を撮像部で撮像し、撮
像した画像を処理することによって前記飛翔物体が前記
光束と交差した位置における前記光束の進行ベクトルと
撮像部の入射光軸を含む平面に垂直な方向の座標成分を
算出することにより、前記飛翔物体の到達面における到
達位置を測定することを特徴とする飛翔物体位置測定方
法によって達成される。

【０００９】また、本発明の目的は、光束を出射する手
段と、出射した前記光束を横切るように吐出口から飛翔
物体を吐出し、前記飛翔物体が前記光束に当たる際に発
生する光を撮像する手段と、撮像した画像を処理するこ
とによって前記飛翔物体が前記光束と交差した位置にお
ける前記光束の進行ベクトルと前記撮像手段の入射光軸
を含む平面に垂直な方向の座標成分を算出することによ
り、前記飛翔物体の到達面における到達位置を測定する
手段とを備えたことを特徴とする飛翔物体位置測定装置
によって達成される。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。まず、本発明の原理
について説明する。なお、以下の説明では、飛翔物体と
して液体吐出記録ヘッドから吐出される液滴を例として
説明する。

【００１１】本願発明者等の研究によれば、水平に位置
する光束と飛翔する液滴とが交差する際に発する光を光
束斜め下方から撮像すると、撮像部に入射する光は液滴
全体の形状は示さず、液滴の一部から発せられた光のみ
が捉えられることを見い出した。図１（ａ）〜（ｃ）は
それを説明する図である。図１（ａ）、（ｂ）は光束３
ａ中を液滴２が横切る際に発する光を撮像部４ａで捉え
る際の位置関係の一例を示す図である。図１（ａ）は側
面から見た図、図１（ｂ）は上面から見た図である。光
束３ａは水平（ｘｙ面に平行）、液滴はｚ軸に平行に飛
翔し、撮像部４ａの光軸と光束３ａの光軸を含む平面が
ｙｚ面に平行に位置する。また、撮像部４ａは光束３ａ
の斜め下方に位置する。この位置関係で光束中に液滴２
が存在する時に撮像される画像を模式的に図１（ｃ）に
示す。

【００１２】図１（ｃ）には液滴２の外形が描かれてい
るが、この液滴の外形は全方位から照明したと仮定した
場合に見える像である。しかし、ここでは１方向からの
み光束を当てている場合を想定しているので、図１
（ｃ）のような液滴中央断面の外形は見えない。撮影さ
れるのは、液滴の一部より発せられる入射光画像１５の
みである。この入射光画像１５と液滴外形とは、Ｙ軸に
平行な軸に対して対称で、その対称軸は一致する。

【００１３】よって、撮像される入射光画像１５を画像
処理しその対称軸のＸ方向成分を算出することで、液滴
が光束と交差した位置における液滴中心のｘ方向の位置
を決定できる。この位置精度は取得画像の解像度による
が、撮像部にレンズ倍率を高いものを用い入射光画像１
５を拡大し、重心計算等の画像処理を施してｘ方向の位
置を決定すれば、従来例では不可能であった受光素子の
大きさ以下の精度、液滴外径の１０分の１以下の位置精
度まで測定可能である。

【００１４】このように本発明においては、液滴が光束
と交差した位置における、光束の進行ベクトルと撮像部
の入射光軸を含む平面に垂直な方向の成分を液滴径以下
の高精度で測定できる。また、従来例とは異なり液滴が
飛翔している間に計測を行うので、従来例で生じていた
記録媒体に着弾させることによる、液滴着弾時の液滴の
はじきや広がり、記録媒体上での滲みといった誤差も生
じず、高精度な測定が可能である。

【００１５】次に、このような原理をふまえて本発明の
実施の形態について説明する。

【００１６】（第１の実施形態）図２は本発明の飛翔物
体位置測定装置の第１の実施形態を示す図である。図１
において、１は液滴を吐出することにより画像を形成す
る液体吐出記録ヘッド（以下、記録ヘッド）である。本
実施形態では、記録ヘッド１から吐出される液滴の到達
面における到達位置を測定する場合を例として説明す
る。記録ヘッド１は鉛直方向下向きに液滴２を吐出する
ようにステージコンポーネントに設置され、所望の位置
に調整することが可能である。

【００１７】具体的には、記録ヘッド１はｘｙステージ
１０、ｚステージ１１により３次元的に移動可能であ
る。ｘｙステージ１０は記録ヘッド１を図１の紙面に対
して横方向及び奥行方向に移動させてｘｙ面の位置を調
節する。ｚステージ１１は記録ヘッド１をｚ方向（紙面
の上下方向）に移動させてｚ方向の位置を調節する。ｘ
ｙステージ１０及びｚステージ１１の位置分解能は０．
１μｍである。また、記録ヘッド１は回転用機構部１３
とあおり（チルト）用機構部１２によって回転方向及び
高さの平行度を０．１μｍの精度で位置決め可能であ
る。即ち、あおり用機構部１２で記録ヘッド１のｘｙ面
の水平度調節を行い、回転用機構部１３で記録ヘッド１
のｘｙ面での角度調整を行う。これらのステージ等の稼
動コンポーネントはすべて電動モータ（図示せず）を持
っていて、外部からの制御によって動作する。

【００１８】次に、記録ヘッド１の位置決め方法につい
て説明する。記録ヘッド１を位置決めするには、まず、
ｚ方向の平行度を調整する。その際、測定域下部に配置
している精度０．１μｍ以下のレーザ変位計９が用いら
れる。このレーザ変位計９により記録ヘッド１の下面の
所定の３点とレーザ変位計９までの３点の距離を測長
し、その長さが一致するようにあおり（チルト）用機構
部１２を用いて平行度を調節する。次いで、記録ヘッド
１の吐出口下面のｚ方向位置がｚ原点に位置するように
ｚステージ１１を動作させる。ｚ原点はレーザ変位計９
の出力が０となる位置としている。そこで、レーザ変位
計９により記録ヘッド１の吐出口下面とレーザ変位計９
までの距離を測長し、レーザ変位計９が出力が０となる
ようにｚステージ１１を動作させる。以上により、記録
ヘッド１のｚ方向の平行度の調整を終了する。

【００１９】次いで、ＣＣＤカメラ６ａ，６ｂで記録ヘ
ッド１の吐出口を撮像し、前もって決めた任意のモニタ
上の原点の位置に吐出口が位置するようにｘｙステージ
１０をマニュアル操作で動作させる。なお、ｚ原点で焦
点が合うように撮像部４ａ，４ｂ、ＣＣＤカメラ６ａ，
６ｂは位置合わせされている。ここで、記録ヘッド１の
吐出口は複数並んで形成されており、吐出口の並び方向
をｘｙステージ１０のどちらか一方の送り方向（図１の
紙面に対して横方向又は奥行方向）、あるいはシート光
３ａ，３ｂの進行方向に一致させる。そして、ｘｙステ
ージ１０で以上のいずれかの方向に記録ヘッド１を移動
させつつモニタ上で吐出口の位置を確認し、複数の吐出
口の位置がｘｙステージ１０の送り方向と直交する方向
にずれないように回転用機構部１３を用いて記録ヘッド
１のθ方向（ｘｙ面での記録ヘッドの回転方向）を調整
する。

【００２０】次に、モニタ上で測定対象の吐出口を原点
近くに寄せたら画像処理による原点アライメント制御に
より、原点と吐出口中心点を０．１μｍ以下の精度でア
ライメントする。以上の操作により、記録ヘッド１の吐
出口の位置をｘ，ｙ，ｚ，θ方向において０．１μｍ以
下の精度で位置決めできる。また、ｚステージ１１を動
作させて記録ヘッド１をｚ方向に規定の長さ上昇させ
る。この長さが記録ヘッド１の吐出面と測定面（液滴の
到達面）との長さに相当し、本実施形態では１．２ｍｍ
としている。ここで、本実施形態では、液滴の飛翔位置
を測定する装置であるが、シート光３ａ，３ｂの中心軸
をなす平面を到達平面とみなし、液滴の到達位置を測定
する。従って、本実施形態による測定値は記録ヘッド１
の吐出口中心に対する液滴の到達位置のずれ量を示し、
到達面と記録ヘッド１の吐出口面の距離も既知であるの
で、液滴の飛翔方向も算出できる。

【００２１】また、本実施形態では、２つのシート状の
光束３ａ，３ｂを用いている。即ちｚ＝０の水平面に
は、２本の幅４ｍｍ、最小厚さ１０μｍのシート状のレ
ーザ光３ａ，３ｂが互いに直交するようにレイアウトさ
れている。シート光３ａ，３ｂはその進行方向中心軸の
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。シート光３ａ，３ｂの光源
であるレーザ７としてはＣＣＤカメラ６ａ，６ｂとの相
性が良く、短波長なため位置測定計測をする上で精度的
にも有利な波長５３２ｎｍのＹＡＧ２倍高調波の連続発
光型グリーンレーザを用いている。レーザ７の出力は５
００ｍＷである。

【００２２】レーザ７のレーザ光はファイバーケーブル
２２により２方向に分岐され、分岐された光はそれぞれ
シート光整形用光学系８によりシート状の光束３ａ，３
ｂに整形され、互いに直交するように出射される。光束
をシート状に整形すると、光束のｚ方向厚さが薄い程、
光束中心軸をｚ＝０の位置に位置合わせしやすい、光束
をシート状にした方が光束のエネルギー密度が増し液滴
が光束に当たりそこから出射される光も強くなるので、
コントラストの良い画像を取得できる、等の利点があ
る。

【００２３】このように液滴がシート光３ａ，３ｂの交
点中心に向けて吐出され、シート光を通過する際に発生
する散乱光を２つの撮像部４ａ，４ｂのＣＣＤカメラ６
ａ，６ｂで撮像する。ＣＣＤカメラ６ａ，６ｂには撮像
光学系５ａ，５ｂが取り付けられており、撮像対象を１
０倍に拡大して撮像する。また、撮像部４ａの光軸のｘ
ｙ面への投影軸がシート光３ａの中心軸と一致し、撮像
部４ａの光軸とシート光３ａの中心軸のなす角度が４５
度になるように、且つ、撮像部４ｂの光軸のｘｙ面への
投影軸がシート光３ｂの中心軸と一致し、撮像部４ｂの
光軸とシート光３ｂの中心軸のなす角度が４５度になる
ように２つの撮像部４ａ，４ｂは配置されている。

【００２４】なお、撮像部４ａ（４ｂ）の光軸のｘｙ面
への投影軸上に、３ａ（３ｂ（４ｂに対応））の進行ベ
クトルがあれば測定は十分できる。ただ光束は中心に近
いほどエネルギー密度が高い。よって、上記のようにす
れば、液適から出射される光量をより多くすることがで
きる。

【００２５】撮像部４ａ，４ｂには偏光板１４ａ，１４
ｂが取り付けられ、シート光整形用光学系８内には１／
２波長板が設置されている。吐出された液滴をＣＣＤカ
メラ６ａ，６ｂで撮像しつつ偏光板１４ａ，１４ｂと１
／２波長板の回転方向位置を調整し、シート光３ａから
の光がＣＣＤカメラ６ａに、シート光３ｂからの光がＣ
ＣＤカメラ６ｂに入射するようにし、シート光３ａから
の光は偏光板３ｂでカットし、シート光３ｂからの光は
偏光板３ａでカットするようにする。なお、１／２波長
板がなくても適切に偏光板１４ａ，１４ｂの透過軸を調
整すれば、ＣＣＤカメラ６ａに入射する光のうちシート
光３ａからの光がシート光３ｂからの光よりも多く、Ｃ
ＣＤカメラ６ｂに入射する光のうちシート光３ｂからの
光がシート光３ａからの光よりも多くすることができ
る。この場合、画像処理での処理、例えば両入射光の輝
度値の違いで、２つの入射光を分離できる。なお、偏光
板の代わりに偏光ビームスプリッターを利用しても良
い。

【００２６】ここで、ある特定の進行方向を持つ１つの
光束が液滴に当たる場合、液滴から発せられる光の方向
は、液滴面が曲面であることから多方面にわたる。その
ため複数の光束が１つの液滴に当たる場合、光束の進行
方向は互いに異なっていてもその液滴から発せられる光
が、同じ１つの撮像部に入射する可能性がある。する
と、そうした複数の光束からもたらされる入射光が区別
されることなく、１つの画像が得られることになる。

【００２７】一方、上記方法で液滴位置を特定するに
は、光束の進行が既知であることと、その光束が液滴に
当たり液滴から発する光を他からもたらされる光と区別
して認識できなければならない。よって、取得画像で得
られる入射光画像が複数の光束からもたらされる入射光
により形成されたもので、更にそれが各光束からの入射
光別に分離判断しにくい場合は、画像から液滴座標を求
める際に大きな誤差が生じる可能性がある。そこで、撮
像部の光軸上に偏光板等の特定の偏光方向のみの光を透
過する光学素子を配置すれば、入射する光の偏光状態の
違いにより不要な光をカットすることができる。

【００２８】本実施形態では、記録ヘッド１の吐出周波
数を１００Ｈｚ、ＣＣＤカメラ６ａ，６ｂの取込み周波
数を１０Ｈｚで駆動する。ＣＣＤカメラ６ａ，６ｂの露
光時間及びその開始タイミングは、外部から入力する信
号の信号ＯＮ時間と信号がＯＮに切り替わるタイミング
で制御している。本実施形態では、１回の撮影における
露光時間を１００μｓとし、記録ヘッド１の駆動信号は
図示しない間引き回路と遅延器を経由してＣＣＤカメラ
６ａ，６ｂに入力する。間引き回路で、周波数１００Ｈ
ｚの信号から１０Ｈｚの信号が取り出され、１回の撮影
で１滴の液滴を撮影するように遅延器でＣＣＤカメラ６
ａ，６ｂに入力する信号のタイミングを調節している。

【００２９】また、液滴としてプリンタのインクとして
用いられているシアンインクを用い、吐出される液滴の
外径は２０μｍ前後である。このようにして記録ヘッド
１から吐出された液滴をＣＣＤカメラ６ａ，６ｂで撮像
する。ＣＣＤカメラ６ａにより撮像された液滴の画像を
図３に示す。また、図４は得られる液滴座標を説明する
ためのｚ方向から見た概略図を示す。

【００３０】ここで、図３において液滴はＺ軸に平行な
軸に対して対称である。これは、撮像部４ａの光軸とシ
ート光３ａの中心軸を含む平面が液滴の飛翔する方向ｚ
軸方向と概略平行であるためである。また、ＣＣＤカメ
ラ６ａに入射する光は、シート光３ａからのものであ
り、シート光３ｂからの光は偏光板１４ａによりカット
されているためである。そこで、前述のように撮影され
た液滴の対称軸のＸ方向位置と、図４における被撮影物
である液滴のｘ方向位置とは一致するので、モニタ原点
に対する液滴画像の重心を計算し、重心位置のＸ座標値
を液滴２のｘ方向位置とする。同様に、ＣＣＤカメラ６
ｂで撮影した画像から液滴２のｙ方向位置を決定する。

【００３１】これらの計算処理は図示しない演算処理部
（マイクロコンピュータ）で行う。本実施形態では、撮
像した画像の分解能は０．６μｍであり、重心計算を施
していることから計測誤差は１画素分以下と考えてよ
い。つまり、液滴の外径の１０分の１以下の精度で液滴
の位置を測定できる。なお、画像上の２次元座標を実空
間上での位置座標に変換し、液滴２の到達面における位
置を決定する。また、本実施形態では、前述のように記
録ヘッド１の吐出口中心点をｘｙ面における原点として
おり、その位置決め精度を０．１μｍとしている。よっ
て、吐出口に対する液滴の着弾位置が０．１μｍ精度で
計測できる。更に、測定ｘｙ面と記録ヘッド１の吐出口
面との距離もわかっているので、着弾位置だけではなく
液滴の飛翔方向もわかる。

【００３２】なお、液滴がｘｙ平面に対して斜めに飛翔
する場合、シート光の厚さがある分、取得される入射光
画像も斜めになるが、液滴の重心座標の各Ｘ，Ｙ座標は
ｚ＝０のｘｙ平面での飛翔液滴の中心位置ｘ，ｙに対応
しているので、上記の方法で処理すれば精度上問題なく
計測値を算出できる。更に、本実施形態では、シート光
３ａと撮像部４ａ、シート光３ｂと撮像部４ｂの２つの
組み合わせで液滴座標を求めたが、シート光１つと撮像
部１つの場合でも液滴の座標を得ることは可能である。
この場合、シート光は１つなので、別のシート光が液滴
に当たり発する光をカットする必要もない。そのため、
偏光板や１／２波長板は必要ない。また、これまで説明
した方法により高さ方向ｚと、シート光の進行ベクトル
及び撮像部の光軸に直交する方向の座標値を決定でき
る。

【００３３】更に、残りの一軸（図１（ｃ）のＹ軸）を
決定したい場合は、図３の入射光画像のＺ方向位置から
算出する。即ち、図１（ｃ）に示すように入射光画像１
５の重心と全方位から照明したと仮定した場合に見える
液滴外形像（図４では見えない）の重心とは、両者のＺ
方向座標が異なる。しかし、計測対称である液滴の外径
が既知であれば、入射光画像１５の光が液滴のどの位置
からもたらされたものかを計算できるので、入射光画像
１５の重心のＺ座標値から、液滴のシート光進行方向の
位置を特定することは可能である。

【００３４】また、本実施形態の装置構成は、液滴にシ
ート光が当たり、透過屈折した光が撮像部に入射するよ
うになっているが、シート光３ａ，３ｂの進行方向がそ
れぞれ逆になるような配置をとっても良い。この場合、
液滴にシート光が当たり反射した光を撮像することにな
る。特に、液滴が顔料インクの場合、光は透過しないの
で、反射光を撮像する構成でなければならない。

【００３５】（第２の実施形態）図５は本発明の飛翔物
体位置測定装置の第２の実施形態を示す図である。第１
の実施形態との違いは、２つの異なる波長のレーザ７ａ
と７ｂを用いている点、ファイバーケーブルは用いずレ
ーザ７ａ，７ｂから出射されたレーザ光をシート光整形
用光学系８に直接入射する点、偏光板１４ａ，１４ｂの
代わりにバンドパスフィルタ１６ａ，１６ｂを用いてい
る点である。その他の構成は、図２と同様である。

【００３６】レーザ７ａは波長５３２ｎｍのＹＡＧ２倍
高調波のＣＷグリーンレーザで出力は２００ｍＷ、レー
ザ７ｂは波長４８８ｎｍのＣＷ空冷Ａｒレーザで出力は
１００ｍＷである。両レーザから出力されたレーザ光は
シート光整形用光学系８に入射し、第１の実施形態と同
様に幅４ｍｍ、最小厚さ１０μｍのシート状のレーザ光
３ａ，３ｂに整形され、互いに直交するように出射され
る。なお、第１の実施形態とは異なり、シート光整形用
光学系８には１／２波長板は必ずしも含んでいなくても
よい。

【００３７】撮像部４ａ，４ｂには、それぞれバンドパ
スフィルタ１６ａ，１６ｂが設置されている。バンドパ
スフィルタ１６ａは、波長５３２ｎｍの光を透過し、波
長４８８ｎｍの光は透過しない。また、バンドパスフィ
ルタ１６ｂは、波長４８８ｎｍの光を透過し、波長５３
２ｎｍの光は透過しない。これにより、撮像部４ａには
シート光３ａからの光が、撮像部４ｂにはシート光３ｂ
からの光のみ入射する構成である。

【００３８】また、吐出する液滴としてはプリンタのイ
ンクとして用いられているシアンインクとし、この装置
構成で液滴を吐出させたところ撮像された画像は図３と
同様であった。従って、第１の実施形態と同様に両ＣＣ
Ｄカメラで撮像される画像から、撮像部の光軸とシート
光の中心軸を含む平面に垂直方向の液滴位置座標を算出
でき、液滴の着弾位置を測定できる。

【００３９】（第３の実施形態）図６は本発明の第３の
実施形態を示す図である。第２の実施形態との違いは、
撮像部の２つの光軸がミラー１８と三角プリズム１９で
折り曲げられ、同一のＣＣＤカメラ６の撮像面に結像す
る構成になっている点である。この構成により、使用す
るＣＣＤカメラは１つで済むため、取得する画像の数と
データ容量が半分になるという利点がある。また、コス
トも低減できる。

【００４０】撮像部５は、１０倍の顕微鏡レンズ１７と
バンドパスフィルタ１６ａ，１６ｂ、ミラー１８と三角
プリズム１９を内包する構造になっている。図６におい
て撮像部５の左側の光軸は、ＣＣＤカメラ６の撮像面の
左端面から受光部サイズの１／４の長さだけ内側に入っ
た位置に、撮像部５の右側の光軸は、ＣＣＤカメラ６の
撮像面の右端面から受光部サイズの１／４の長さだけ内
側に入った位置にそれぞれ結像するように位置調整され
ている。第１の実施形態で説明した画像原点も結像位置
に対応したモニタ上の位置に決められる。

【００４１】バンドパスフィルタ１６ａは第２の実施形
態と同様に波長５３２ｎｍの光を透過し、波長４８８ｎ
ｍの光は透過しない。バンドパスフィルタ１６ｂは、波
長４８８ｎｍの光を透過し、波長５３２ｎｍの光は透過
しない機能を持つ。その他の構成は図５と同様である。

【００４２】ここで、シート光３ａ，３ｂの進行中心軸
を含むｚ＝０の平面に、クロムで正方格子パターンが描
画されているガラス基盤を設置し、撮像部５で撮影した
画像を図７に示す。図７において、格子の対角線方向が
シート光３ａ，３ｂの進行方向に一致するように設置さ
れており、格子の間隔は２０μｍである。この取得した
画像によりキャリブレーションを行う。即ち、取得した
画像により画像上の２次元座標を実空間上での位置座標
に変換する計算アルゴリズムを決定する。

【００４３】また、この装置構成で撮像された液滴の撮
像例を図８に示す。撮像された液滴は、プリンタのイン
クとして用いられているシアンインクである。図７の場
合も同様であるが、撮像部の構造が原因で飛翔方向が斜
めに傾いている。図９は図７の左側取得像を拡大した画
像、図１０は図８の左側の入射光像を拡大した画像を示
す。空間軸方向ｘ，ｚ方向は、取得した画像では格子の
対角線方向Ｘ，Ｚに相当する。入射光画像の中心位置の
Ｘ座標値と液滴中心のｘ座標値は一致するので、撮像し
た入射光像の重心を計算することで液滴中心のｘ座標を
算出でき、同様に右側の撮像画から液滴中心のｙ座標を
算出できる。なお、計算アルゴリズムを用いて画像上の
２次元座標を実空間上での位置座標に変換し、液滴の到
達面での位置を決定する。

【００４４】（第４の実施形態）図１１は本発明の第４
の実施形態を示す図である。第３の実施形態との違いは
撮像デバイスとしてカラーＣＣＤカメラ６´を用いてい
る点、バンドパスフィルタ１６ａ、１６ｂを設置してい
ない点である。

【００４５】この装置構成では、シート光３ａ，３ｂの
光は共に、撮像部５のどちらの光軸とも通り、カラーＣ
ＣＤカメラ６´に入射する。カメラで取得した画像を画
像処理し、Ｇ（緑）とＢ（青）の色成分のみの画像を得
る。Ｇ（緑）色成分の画像には、緑色であるシート光３
ａからの光による像しかうつらない。よって、画像の左
側の液適像は、図１０と同様である。この左側の液適画
像を第３の実施形態と同様に処理することで、液適の到
達面でのｘ座標を決定する。また，Ｂ（青）の色成分の
画像には、青色であるシート光３ｂからの光による像し
かうつらない。よって、右側の液適画像を第３の実施形
態と同様に処理することで、液適の到達面でのｙ座標を
決定する。

【００４６】（第５の実施形態）図１２は本発明の第５
の実施形態を示す図である。第２の実施形態との違い
は、撮像デバイスとしてラインセンサカメラ２０ａ，２
０ｂを用いている点、撮像部５ａ，５ｂの光軸上にシリ
ンドリカルレンズ２１ａ，２１ｂを設置している点であ
る。ラインセンサカメラ２０ａ，２０ｂは素子並び方向
がｘｙ面に平行で素子面が上４５度を向くように設置さ
れている。シリンドリカルレンズ２１ａ，２１ｂはライ
ンセンサカメラの素子並び方向と撮像部の光軸に垂直な
方向に入射光を集光させるよう配置されている。その他
の構成は図５と同様である。

【００４７】本実施形態で用いたラインセンサカメラ２
０ａ，２０ｂは最大ラインレートが６４ｋＨｚであり、
本実施形態における作動モードでは、露光時間及びその
開始タイミングは、外部から入力する信号の信号ＯＮ時
間と信号がＯＮに切り替わるタイミングで制御される。

【００４８】記録ヘッド１の駆動信号は、遅延器に経由
してラインセンサカメラ２０ａ，２０ｂに入力するよう
になっており、１回の撮影で１滴の液滴を撮影するよう
に遅延器でＣＣＤカメラに入力する信号のタイミングが
調節される。なお、第１の実施形態では記録ヘッド１と
遅延器の間に間引き回路を設け、ＣＣＤカメラに入力す
る信号の周波数を１０Ｈｚに落としたが、本実施形態で
使用するラインセンサカメラ２０ａ，２０ｂの最大ライ
ンレートは、現在考えられる記録ヘッドの最高駆動周波
数３０ｋＨｚよりも速いので、ラインセンサカメラ２０
ａ，２０ｂのラインレートは記録ヘッド１の吐出周波数
と同じにしている。

【００４９】吐出する液滴はプリンタのインクとして用
いられているシアンインクとし、記録ヘッド１の駆動周
波数を１０ｋＨｚにして液滴を吐出し、撮像された液滴
の撮像例を図１２に示す。この場合、シリンドリカルレ
ンズを光軸上に挿入しているため、第１、第２の実施形
態とは異なり、２次元ＣＣＤの同一縦ライン上にある光
が１つの素子上に集光される。そのため、よりコントラ
ストの高い画像が得られる。取得した画像の入射光画像
の中心を画像処理で算出し、ラインセンサカメラ２０ａ
の取得画像から、液滴中心のｘ方向座標が、ラインセン
サカメラ２０ｂの取得画像から、液滴中心のｙ方向座標
が得られる。このようにラインセンサカメラを用いるこ
とにより、高い吐出周波数で液滴を吐出させた場合でも
計測対象の液滴を間引くことなく、ある一定時間の間、
全ての液滴に対して着弾位置の計測が可能になる。

【００５０】以上の実施形態で説明した本発明による方
法や装置を用いて記録ヘッドの検査を行うことにより、
出荷する記録ヘッドの品質を高いレベルに保証すること
ができる。また、この際、計測したデータを製造工程に
フィードバックすれば、より信頼性の高い記録ヘッドを
効率良く生産でき、製造コストも低減することができ
る。更に、本発明による装置をプリンタ等の描画装置内
に設けて記録ヘッドの検査機能を付加することも可能で
ある。こうすることにより、より高精度、より高信頼性
の描画装置を実現できる。

【００５１】なお、以上の実施形態では、液体吐出記録
ヘッドの液滴の飛翔位置を計測する場合を例として説明
したが、本発明はこれに限ることなく、微小液体、微小
固体等の飛翔位置の測定にも使用することができる。例
えば、球状粉体や噴霧滴等の飛翔位置の測定に使用でき
る。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、以下の効
果がある。 （１）飛翔物体が光束と交差した位置における光束の進
行ベクトルと撮像部の入射光軸を含む平面に垂直な方向
の座標成分を算出することにより飛翔する物体の位置を
測定しているので、受光素子の大きさ以下の精度で飛翔
物体の位置を測定できる。また、飛翔物体の到達面にお
けるはじきや広がり、あるいは滲みといった誤差が生じ
ることはないため、従来に比べてより正確に飛翔物体の
到達面における位置を測定できる。 （２）複数の光束を少なくも１箇所で交差するように出
射し、その交差域に飛翔物体が横切るように吐出するこ
とにより、飛翔物体の位置を２次元あるいは３次元に決
定でき、より正確に飛翔物体の位置を測定できる。 （３）光束をシート状に整形することにより、光束の位
置合わせが容易、光束のエネルギー密度が増し、飛翔物
体が光束に当たり、そこから出射する光が強くなるので
コントラストの良い画像が得られる等の利点がある。 （４）飛翔物体が複数の光束に当たる際に発生する光を
異なる方向から撮像する複数の撮像レンズによって１つ
の撮像部の異なる領域に像を結像することにより、撮像
部が１つで済むばかりでなく、露光タイミング制御等の
操作制御量を軽減でき、取得画像数も減少する等の利点
がある。 （５）撮像部にラインセンサカメラを用いることによ
り、取込みデータ量が少なく、高速で撮像できる。 （６）また、ラインセンサカメラを用いた時に入射光を
集光するレンズを配置することにより、撮像部に入射す
る光が微弱であっても撮像可能となり、感度の低い撮像
デバイスでも使用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を説明するための図である。

【図２】本発明の飛翔物体位置測定装置の第１の実施形
態を示す図である。

【図３】図２のＣＣＤカメラで撮像された液滴の画像を
示す図である。

【図４】図２の実施形態の液滴座標を説明する図であ
る。

【図５】本発明の第２の実施形態を示す図である。

【図６】本発明の第３の実施形態を示す図である。

【図７】図６の実施形態の撮像部で撮像されたキャリブ
レーション用格子パターンの画像の例を示す図である。

【図８】図６の実施形態で撮像された液滴画像の例を示
す図である。

【図９】図７の画像を拡大して示す図である。

【図１０】図８の液滴画像を拡大して示す図である。

【図１１】本発明の第４の実施形態を示す図である。

【図１２】本発明の第５の実施形態を示す図である。

【図１３】図１２の実施形態で撮像された液滴画像の例
を示す図である。

【符号の説明】

１ 液体吐出記録ヘッド ２ 液滴 ３ａ，３ｂ シート光 ４ａ，４ｂ 撮像部 ５，５ａ，５ｂ 撮像光学系 ６，６ａ，６ｂ ＣＣＤカメラ ６´ カラーＣＣＤカメラ ７ レーザ ７ａ グリーンレーザ ７ｂ ブルーレーザ ８ シート光整形用光学系 ９ レーザ変位計 １０ ｘｙステージ １１ ｚステージ １２ あおり（チルト）機構部 １３ 回転用機構部 １４ａ，１４ｂ 偏光板 １５ 入射光画像 １６ａ，１６ｂ バンドパスフィルタ １７ レンズ １８ ミラー １９ 三角プリズム ２０ａ，２０ｂ ラインセンサカメラ ２１ａ，２１ｂ シリンドリカルレンズ ２２ ファイバーケーブル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2C056 EA24 EB08 EB36 KD06 2C057 AF93 AL14 AL40 AP82 2F065 AA04 AA09 CC00 DD04 FF04 GG04 HH00 HH14 JJ03 JJ26 QQ03 QQ24 QQ28

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光束を横切るように吐出口から飛翔物体
   を吐出し、前記飛翔物体が光束に当たる際に発生する光
   を撮像部で撮像し、撮像した画像を処理することによっ
   て前記飛翔物体が前記光束と交差した位置における前記
   光束の進行ベクトルと撮像部の入射光軸を含む平面に垂
   直な方向の座標成分を算出することにより、前記飛翔物
   体の到達面における到達位置を測定することを特徴とす
   る飛翔物体位置測定方法。
2. 【請求項２】 前記光束は複数であり、複数の光束を少
   なくとも１箇所で交差するように出射し、その交差域を
   飛翔物体が横切るように吐出することを特徴とする請求
   項１に記載の飛翔物体位置測定方法。
3. 【請求項３】 前記飛翔物体の到達位置に相当する既知
   の平面に光束を出射し、その光束を横切るように飛翔物
   体を吐出することを特徴とする請求項１〜２のいずれか
   １項に記載の飛翔物体位置測定方法。
4. 【請求項４】 前記光束はシート状に整形されているこ
   とを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の飛
   翔物体位置測定方法。
5. 【請求項５】 前記撮像部の光軸上に複数の光束のうち
   対応する偏光方向のみの光束を透過する光学素子が配置
   されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１
   項に記載の飛翔物体位置測定方法。
6. 【請求項６】 前記光学素子の透過軸が各々の撮像部に
   入射する光束が複数の光束のうち対応する光束が最大と
   なるように調整されていることを特徴とする請求項５に
   記載の飛翔物体位置測定方法。
7. 【請求項７】 前記複数の光束は互いに波長が異なって
   おり、前記撮像部の光軸上に複数の光束のうち対応する
   光束の波長のみを透過する波長選択素子が配置されてい
   ることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載
   の飛翔物体位置測定方法。
8. 【請求項８】 前記複数の光束は互いに波長が異なって
   おり、前記撮像部はカラーＣＣＤカメラを備えているこ
   とを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の飛
   翔物体位置測定方法。
9. 【請求項９】 前記飛翔物体が複数の光束に当たる際に
   発生する光を異なる方向から撮像するための複数の撮像
   レンズを含み、前記複数の撮像レンズからの像を１つの
   撮像部の異なる位置に結像することによって前記複数の
   光束からの像を１つの撮像部で撮像することを特徴とす
   る請求項１〜８のいずれか１項に記載の飛翔物体位置測
   定方法。
10. 【請求項１０】 前記撮像部は、複数の受光素子が１次
    元に配列された１次元受光素子を含み、前記受光素子は
    光束の進行ベクトルと撮像部の入射光軸とに直交する方
    向に並んでいることを特徴とする請求項１〜９のいずれ
    か１項に記載の飛翔物体位置測定方法。
11. 【請求項１１】 前記受光素子の並び方向と撮像部の入
    射光軸を含む平面に対して直交する方向に撮像部への入
    射光を集光するレンズが配置されていることを特徴とす
    る請求項１０に記載の飛翔物体位置測定方法。
12. 【請求項１２】 前記飛翔物体は、液体吐出記録ヘッド
    から吐出される液滴であることを特徴とする請求項１〜
    １１のいずれか１項に記載の飛翔物体位置測定方法。
13. 【請求項１３】 光束を出射する手段と、出射した前記
    光束を横切るように吐出口から飛翔物体を吐出し、前記
    飛翔物体が前記光束に当たる際に発生する光を撮像する
    手段と、撮像した画像を処理することによって前記飛翔
    物体が前記光束と交差した位置における前記光束の進行
    ベクトルと前記撮像手段の入射光軸を含む平面に垂直な
    方向の座標成分を算出することにより、前記飛翔物体の
    到達面における到達位置を測定する手段とを備えたこと
    を特徴とする飛翔物体位置測定装置。