JP2003227705A - 飛翔液滴位置測定装置及び飛翔液滴位置測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高精度に液滴の着弾位置を測定することを可
能とする飛翔液滴位置測定装置を提供する。 【解決手段】 液体吐出ヘッドから吐出された液滴が横
切る第１の光束であってパルス点灯されるものを生成す
る第１の光束生成手段と、前記液滴が前記第１の光束を
横切る時に前記液滴で発生する光を撮像する撮像手段
と、前記撮像部で撮像した光の画像を処理することによ
り、前記液滴が前記第１の光束を横切った時の前記液滴
の中心座標を測定する測定手段と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体吐出ヘッドの
吐出口から液滴を吐出して記録媒体上に前記液滴を着弾
させ、所望のパターンを描く液体吐出ヘッドの性能測定
装置に関するものである。特に、本発明は、吐出液滴の
飛翔位置を測定する技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、液体吐出ヘッド（以下、ヘッ
ドという）の吐出口から液滴を吐出し紙やＯＨＰ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。

【０００３】液体吐出記録装置においては、高精細かつ
高画質化が求められている。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、高精細か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
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
の着弾位置測定をすることが求められてきた。

【０００４】従来では、特開平７−３２９３０２号公報
に記載のように、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、撮像及び画像処理をお
こなうことで液滴着弾の検査がなされていた。

【０００５】あるいは特開２０００−６２１５８に見ら
れるように、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などの記録媒体に
着弾させ、吐出口および記録媒体に着弾した液滴を、記
録媒体下方に配置し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った。

【０００６】また特開２０００−２８０４６１で提案さ
れている方法は、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する。レーザ光
を遮る液滴を光学的に検出し着弾位置を求めるというも
のである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これら従来の
方法では、以下の課題があった。

【０００８】記録媒体上に液滴を実際に着弾させること
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、そしてにじみにより液滴の着弾
位置を測定できる精度に限界がある。また吐出の周波数
が上がると、図１３に示すように着弾した液滴同士が重
なり団子状になるので、着弾した液滴１滴１滴の中心位
置を特定するのに困難を伴う。

【０００９】また特開２０００−２８０４６１で提案さ
れている方法は、液滴が飛翔中に、その飛翔する位置を
検出するもので、液滴が着弾することによる上記従来例
の問題はなく、また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を、
受光素子の大きさ以下の精度で測定することはできな
い。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い。

【００１０】本発明は、上記の問題点に鑑みてなされた
ものであり、高精度に液滴の着弾位置を測定することを
可能とする飛翔液滴位置測定装置及び飛翔液滴位置測定
方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明の吐出液体の測定装置は、以下に示す手段を
用いる。

【００１２】本発明では、パルス点灯する光束を横切る
ように液体吐出ヘッドから液滴を吐出し、前記液滴が前
記光束に当たる際に出射される光を撮像部で観測し、取
得した画像を処理することで、前記液滴が前記光束と交
差した位置における中心座標を測定することを特徴とす
る。

【００１３】例えば、ｘｙ平面に水平でｚ方向の位置が
既知であるシート状の光束を形成しておき、そのシート
光を横切るように液体吐出ヘッドから液滴を吐出する。
前記液滴が前記光束に当たる際に出射される光をＣＣＤ
カメラ等の撮像デバイスで撮像する。撮像して取得され
た画像を処理すれば、前記液滴が前記シート光と交差し
た位置のｘｙ成分座標を算出することができる。また前
記シート光の形成位置から、前記液滴が前記シート光と
交差した位置のｚ成分座標も決定できる。つまりこれ
は、前記シート光を形成してあるｘｙ平面上での液滴の
着弾位置が計測できるということである。この方法で
は、拡大レンズにより液滴から撮像デバイスに入射する
入射光像を拡大し、さらに取得した画像を重心計算等の
画像処理を施すことで、前記液滴の着弾位置を従来の方
法では不可能だった、受光素子の大きさ以下の精度、あ
るいは液滴外径の１０倍以上高い位置精度で計測するこ
とが可能である。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、記録媒体上でのにじみ等に起因する誤差も生じ
ず、高精度な測定が可能である。

【００１４】上記方法では、１回の撮像の間に複数の液
滴がシート光を通過すると、複数の液滴から発せられた
光がその区別なく撮像デバイスの受光素子に受光され、
１つの画像が得られる。複数の液滴がシート光と交差す
る位置のばらつきが十分小さく、そのため各液滴から発
せられる入射光像が互いに重なる場合、取得した画像か
らはその入射光の区別は困難である。そのため、取得し
た画像から液滴各々のシート光との交差位置を求めるの
は、不可能ではないかもしれないが算出精度は悪くなら
ざるをえない。

【００１５】本発明では、シート状の光束をパルス点灯
する。光束が連続点灯ではなくパルス点灯であれば、吐
出周波数が大きくても撮影中にシート光に当たる液滴の
数は少なくなる。よって取得した画像から液滴各々のシ
ート光との交差位置を求める際の精度が、シート光を連
続発光させた場合よりも高くなることが期待しうる。

【００１６】さらに本発明では、前記光束のパルス点灯
は、１回の撮像に対し１回おこなわれることを特徴とす
る。

【００１７】このようにし、かつ十分発光時間を短くす
れば、取得する画像には１滴分あるいは小数滴分の入射
光しか入らないか、シート光の点灯中に液滴がシート光
を通過しなければ、何も光が入らない。入射光像のとれ
ている画像だけ選択的に処理すれば、そこから得られる
測定値の精度は、より高くなると考えられる。

【００１８】また、前記光束のパルス点灯は前記液体吐
出ヘッドの吐出信号に同期していることを特徴とする。

【００１９】１滴の液滴がシート光の形成されるエリア
を通過する間だけ、シート光が発光されていれば、得ら
れる画像にはシート光を通過した１滴の液滴から出射さ
れる光の像のみ描かれる。そのため複数の液滴の像が１
つの画像として得られる問題は生じない。本発明ではシ
ート光の発光タイミングは液体吐出ヘッドの吐出信号に
同期する。液滴が吐出されてからシート光の形成域に達
する時間が同等だとすると、測定対象とする１滴の液滴
がシート光の形成されるエリアを通過する時点前後の
み、シート光を発光させることが本発明で可能になる。
これにより撮影したすべての画像には、液滴１滴分の入
射光像のみ得られることになる。そのため計測精度がよ
り向上する。また取得した画像すべてを利用できるた
め、無駄がなく、利用する画像データを選択する手間も
必要ない。

【００２０】さらに、前記液体吐出ヘッドの液滴を吐出
させる吐出口と前記液滴が前記光束にあたる地点の間
に、前記液滴の飛翔ルートを横切るように、前記光束と
は別の光束を形成し、該別の光束を受光して、受光量に
対応した受光信号を出力する受光信号出力手段を装備
し、前記受光信号の出力変化に同期して、前記撮像部で
観測する光をもたらす前記光束を点灯することを特徴と
する。

【００２１】これにより、撮像系に入射する光をもたら
すシート光の形成域を液滴が通過するタイミングを、よ
り正確に把握できる。そのため多少液滴の飛翔する速度
にばらつきがあっても、前記シート光形成域を液滴が通
過する時点前後のみ、シート光を点灯させることが可能
となる。そのため、より信頼性のある測定が可能にな
る。

【００２２】また本発明では、光束を横切るように液体
吐出ヘッドから液滴を吐出し、前記液滴が前記光束に当
たる際に出射される光を前記液体吐出ヘッドの吐出信号
に同期した撮像タイミングで撮像し、取得した画像を処
理することで、前記液滴が前記光束と交差した位置にお
ける中心座標を測定することを特徴とする。

【００２３】これにより、撮像デバイスの露光時間を十
分短くすれば、前記シート状の光束をパルス点灯しなく
ても、撮影中にシート光に当たる液滴の数を少なくする
ことができる。つまり、液滴吐出される周波数が大きく
ても高い測定精度を期待できる。

【００２４】さらに、光束を横切るように液体吐出ヘッ
ドから液滴を吐出し、前記液滴が前記光束に当たる際に
出射される光を、前記液体吐出ヘッドの液滴を吐出させ
る吐出口と前記液滴が前記光束にあたる地点の間に、前
記液滴の飛翔ルートを横切るように、前記光束とは別の
光束を形成し、該別の光束を受光して、受光量に対応し
た受光信号を出力する受光信号出力手段を装備し、前記
受光信号の出力変化に同期した撮像タイミングで撮像
し、取得した画像を処理することで、前記液滴が前記光
束と交差した位置における中心座標を測定することを特
徴とする。

【００２５】これにより、撮像系に入射する光をもたら
すシート光の形成域を液滴が通過するタイミングを、よ
り正確に把握できる。そのため多少液滴の飛翔する速度
にばらつきがあっても、前記シート光形成域を液滴が通
過する時点前後のみ、撮像デバイスの露光制御をするこ
とが可能となる。そのため、より信頼性のある測定が可
能になる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、実施形態に基づいて本発明
を具体的に説明する。

【００２７】［実施形態１］図１に本発明が適用される
液体吐出ヘッドの液滴飛翔位置測定装置の概略構成の一
例を示す。１は液体吐出ヘッドで鉛直下向きに液滴２を
吐出するようステージコンポーネントに設置されてい
る。ヘッド１は、ｘｙステージ１０、ｚステージ１１に
より３次元的に動作可能である。ｘｙ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。さら
にヘッド１は回転用機構部１３とあおり（チルト）用機
構部１２を有することによって回転方向、高さの平行度
を０．１μｍの精度で位置決め可能である。これらのス
テージ等の稼動コンポーネントは、すべて電動モーター
を持ち、外部からの制御により動作する。

【００２８】ヘッド１の位置決め方法を次に説明する。

【００２９】まずｚ方向の平行度を出す。その際、測定
域下部に配置してある精度０．１μｍ以下のレーザ変位
計９を使用する。レーザ変位計９によりヘッド１の吐出
口下面とレーザ変位計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１２
を操作し平行度を出す。次にヘッド１の吐出口下面のｚ
方向位置がｚ原点に来るように、ｚステージ１１を動作
させる。ここでｚ原点はレーザ変位計９の出力が０にな
る位置としている。よってレーザ変位計９により吐出口
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の出力が０になるようにｚステージ１１を操作す
る。

【００３０】次にＣＣＤカメラ６ａ、６ｂにてヘッドの
吐出口を撮像し、前もって決めた任意のモニタ上の原点
の位置へ吐出口が来るように、ｘｙステージをマニュア
ル操作にて動作させる。なおｚ原点で焦点があうように
撮像部４ａ、４ｂ、ＣＣＤカメラ６ａ、６ｂは位置合わ
せされている。ヘッド１の吐出口が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あるいは以後説明するシート光３
ａ、３ｂの進行方向とに一致させたい場合は、ｘｙステ
ージ１０で上記いずれかの方向にヘッドを移動させつ
つ、モニタ上で吐出口の位置を確認し、複数の吐出口の
位置がステージ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を操作しヘッドのθ方向を調整
する。次にモニタ上で、測定対象とする吐出口を原点の
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、前記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。これらの操作によりノズル口の
位置はｘ−ｙ−ｚ−θにおいて０．１μｍ以下で位置決
めされる。

【００３１】次に、ｚステージ１１を動作させ、規定の
長さだけステージをｚ方向に上昇させる。この長さが、
ヘッド吐出面と測定面との長さに相当する。本実施形態
では、この長さを１．２ｍｍとする。

【００３２】本装置は液滴の飛翔位置を測定する装置だ
が、シート光３ａ、３ｂの中心軸がなす平面を着弾平面
とみなせば、液滴の着弾位置を測定する装置とも考えら
れる。そう考えると本実施形態での測定値は、ヘッド吐
出口中心に対する着弾位置のずれであり、着弾面とヘッ
ド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。

【００３３】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。またシート光
３ａ、３ｂはその進行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７ａ、７
ｂは出射光の波長が異なる。レーザ７ａは波長５３２ｎ
ｍのＹＡＧ２倍高調波のＣＷグリーンレーザで出力は２
００ｍＷ、レーザ７ｂは波長４８８ｎｍのＣＷ空冷Ａｒ
レーザで出力は１００ｍＷである。前記両レーザから出
力されたレーザ光は音響光学変調器（ＡＯＭ）１５に入
射される。ＡＯＭ１５を駆動するとレーザ光が偏向しシ
ート光整形用光学系８に入射され、シート状の光束３
ａ、３ｂに整形され、互いに直交するように出射され
る。ＡＯＭ１５を駆動していない時は、レーザ光は直進
しシート光整形用光学系８には入射しない。

【００３４】なお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
あわせしやすい、光束をシート状にしたほうが光束のエ
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、などの利点がある。

【００３５】前記液滴が前記シート光３ａ、３ｂの交点
中心に向けて吐出され、前記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
６ａ、６ｂで撮像する。前記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１０倍に拡大して撮像できる。また撮像部４ａの光
軸のｘｙ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
が４５度になるように、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。

【００３６】撮像部４ａ、４ｂには、それぞれバンドパ
スフィルタ１４ａ、１４ｂが設置されている。バンドパ
スフィルタ１４ａは、波長５３２ｎｍの光を透過し、波
長４８８ｎｍの光は透過させない。また、バンドパスフ
ィルタ１４ｂは、波長４８８ｎｍの光を透過し、波長５
３２ｎｍの光は透過させない。

【００３７】これにより、撮像部４ａにはシート光３ａ
からの光のみを入射し、撮像部４ｂにはシート光３ｂか
らの光のみを入射する。

【００３８】本実施形態では、ヘッド１を１０ｋＨｚの
吐出周波数で、ＣＣＤカメラ６ａ、６ｂを１０Ｈｚの取
込み周波数で駆動する。ＣＣＤカメラ６ａ、６ｂの露光
時間およ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
に対応する。本実施形態では、１回の撮影における露光
時間を１０００μｓとした。またヘッド１の駆動信号
は、間引き回路を経由してＣＣＤカメラに入力するよう
になっている。間引き回路で、周波数１０ｋＨｚの信号
から１０Ｈｚの信号が取り出される。

【００３９】また間引き回路から出た信号は遅延器を経
由し、ＡＯＭ１５にも入力される。ＡＯＭ１５では駆動
信号が入力されると、入射しているレーザ光を偏向しシ
ート光整形用光学系８に入射させる。駆動信号がＯＦＦ
の時は、レーザ光はシート光整形用光学系８に入射せ
ず、測定域にはシート光３ａ、３ｂは形成されない。遅
延器での信号の遅延時間の調整は、液滴２を吐出させ撮
影しながら遅延時間を変更し、１回の撮影で１滴の液滴
が撮影されるように０．１μｓの分解能で調整される。
また本実施形態ではＡＯＭ１５の駆動時間は１回につき
５０μｓに設定された。液滴１の飛翔速度は約１０ｍ／
ｓで、シート光３ａ、３ｂの厚さが１０μｍであること
から、シート光３ａ、３ｂを通過する時間は約１μｓと
計算される。シート光３ａ、３ｂが形成されている５０
μｓという時間は、液滴１のシート光３ａ、３ｂの通過
時間１μｓより十分大きく、液滴１の吐出間隔１００μ
ｓの半分である。そのため液滴１の飛翔速度がばらつ
き、液滴１がシート光３ａ、３ｂを通過するタイミング
が少々ばらついても、液滴１はシート光３ａ、３ｂを通
過できる。以上説明したヘッド１の駆動、ＡＯＭ１５の
駆動、ＣＣＤカメラ６ａ、６ｂの露光のタイミングチャ
ートを図２に示す。

【００４０】本実施形態では、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た。吐出
される液滴の外径は１０μｍ前後である。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に、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。

【００４１】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である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からの光はバンドパスフィルタ１４ａによりカ
ットされている。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、前記重心位置のＸ座標値を液滴２のｘ方向位置と
する。同様にＣＣＤカメラ６ｂで撮影した画像から液滴
２のｙ方向位置を決定する。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画素分以下と考えられる。つま
り本発明により液滴の外径（１０μｍ前後）の１０倍以
上高い精度で液滴の位置を特定できる。

【００４２】また本測定装置では、これまで説明したよ
うにヘッド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でおこなってい
る。よって吐出口に対する液滴の着弾位置が０．１μｍ
精度で計測できることになる。さらに、測定ｘｙ面とヘ
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。

【００４３】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。しかし、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。

【００４４】また本実施形態の装置構成は、液滴にシー
ト光があたり、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、シート光の進行方向が逆になるような
配置をとっても良い。この場合、液滴にシート光があた
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。

【００４５】［実施形態２］図５に本発明が適用される
液体吐出ヘッドの液滴飛翔位置測定装置の概略構成の一
例を、図６に本測定装置でのタイミング図を、図７に信
号の流れを示すブロック図を示す。

【００４６】本実施形態の測定装置は、実施形態１の測
定装置に発光素子１６と受光素子１７が追加されたもの
である。発光素子１６から発せられた光束１８はｘｙ面
に水平に、またシート光３ａ、３ｂの両中心軸の交差部
から鉛直方向上に約３００μｍほど離れた地点を通過す
るように位置合わせされる。発光素子１６にはレンズが
付属しており、ｚ方向厚さ５０μｍ、ｘｙ方向幅４ｍｍ
の平行光を出射する。受光素子１７は、受光する光量に
応じた電圧をリアルタイムに出力する。

【００４７】実施形態１同様にヘッド１の位置合わせを
おこない液滴２を吐出すると、吐出された液滴２は光束
１８を横切る。すると、受光素子１７で受光される光量
が減るので、出力電圧も減少する。

【００４８】液滴２の吐出される周波数を２０ｋＨｚと
すると、受光素子１７の出力も周波数２０ｋＨｚで変動
する。この出力信号は間引き回路に送られる。さらにパ
ルス発振器から１０Ｈｚのトリガ信号が間引き回路に送
られる。トリガ信号が間引き回路に入力してから２０μ
ｓ以上経過後に、最初に入力した受光素子１７の変動出
力をトリガとして、１０ＨｚのＡＯＭ駆動信号が遅延器
に送られる。遅延器で一定時間遅延されたＡＯＭ駆動信
号がＡＯＭ１５に送られる。

【００４９】一方、パルス発振器から出力されるトリガ
信号はＣＣＤカメラ６ａ、６ｂにも送られる。

【００５０】ＣＣＤカメラ６ａ、６ｂはトリガ信号を受
け露光を開始する。本実施形態での露光時間は１０００
μｓである。

【００５１】ＡＯＭ１５では駆動信号が入力されると、
レーザ７ａ、７ｂから入射されているレーザ光を偏向し
シート光３ａ、３ｂを生成する。本実施形態の場合、１
回あたりＡＯＭ１５によりレーザ光が偏向をうける時間
は１０μｓである。遅延器で設定される遅延時間は、液
滴２を吐出させ撮影しながら遅延時間を変更し、液滴２
が確実に撮影されるように０．１μｓの分解能で事前に
調整される。

【００５２】本実施形態では２０ｋＨｚの周波数で、プ
リンタで用いられているシアンインクが吐出された。本
装置では、光束１８とシート光３ａ、３ｂの間隔が３０
０μｍと短く、液滴２が光束１８を通過する時点に同期
してＡＯＭ１５を駆動しているため、液滴２がシート光
３ａ、３ｂを通過するタイミングをより正確に把握する
装置構成になっている。そのためシート光３ａ、３ｂが
生成される時間は１回あたり１０μｓしかないが、すべ
ての取得画像において１滴の液滴２を撮影することがで
きた。撮影された画像は実施形態１同様に処理され飛翔
位置が算出された。

【００５３】［実施形態３］図８に本発明が適用される
液体吐出ヘッドの液滴飛翔位置測定装置の概略構成の一
例を示す。本実施形態の測定装置は実施形態１の測定装
置と異なり、ＡＯＭ１５がなくレーザ７ａ、７ｂから出
射されたレーザ光はシート光整形用光学系８に直接入射
される。そのためシート光３ａ、３ｂは、実施形態１で
はパルス的に形成されたが、本装置では常時形成されて
いる。ＣＣＤカメラは電子シャッタ機能を備えており、
５０μｓの短時間露光が可能である。

【００５４】図９に本測定装置のタイミング図を示す。
本実施形態では、ヘッド１を１０ｋＨｚの吐出周波数で
駆動する。ＣＣＤカメラ６ａ、６ｂの露光時間およびそ
の開始タイミングは、外部から入力する駆動信号のパル
ス長とパルスが立ち上がるタイミングに対応する。ヘッ
ド１の周波数１０ｋＨｚの駆動信号が、間引き回路で１
０Ｈｚの信号として取り出され、さらに遅延器を経由し
ＣＣＤカメラに入力される。遅延器では、出力信号の１
パルスあたりのパルス長は５０μｓに設定された。また
遅延器での遅延時間は、液滴２を吐出させ撮影しながら
遅延時間を変更し、液滴２が確実に撮影されるように
０．１μｓの分解能で調整された。

【００５５】本実施形態では、プリンタで用いられてい
るシアンインクが吐出され液滴２の撮影がされた。撮影
された画像は実施形態１同様に処理され飛翔位置が算出
された。

【００５６】［実施形態４］図１０に本発明が適用され
る液体吐出ヘッドの液滴飛翔位置測定装置の概略構成の
一例を、図１１にタイミング図を、図１２に信号の流れ
を示すブロック図を示す。

【００５７】本実施形態の測定装置は、実施形態３の測
定装置に発光素子１６と受光素子１７が追加されたもの
である。発光素子１６から発せられた光束１８はｘｙ面
に水平に、またシート光３ａ、３ｂの両中心軸の交差部
から鉛直方向上に約３００μｍほど離れた地点を通過す
るように位置合わせされる。発光素子１６にはレンズが
付属しており、ｚ方向厚さ５０μｍ、ｘｙ方向幅４ｍｍ
の平行光を出射する。受光素子１７は、受光する光量に
応じた電圧をリアルタイムに出力する。

【００５８】実施形態１と同様にヘッド１の位置合わせ
がおこなわれ、液滴２が吐出される。吐出された液滴２
は光束１８を横切る。すると、受光素子１７で受光され
る光量が減るので、出力電圧も減少する。

【００５９】液滴２の吐出される周波数を１０ｋＨｚと
すると、受光素子１７の出力も周波数１０ｋＨｚで変動
する。この出力信号は間引き回路に送られる。さらにパ
ルス発振器から１０Ｈｚのトリガ信号が間引き回路に送
られる。トリガ信号が間引き回路に入力してから２０μ
ｓ以上経過後に、最初に入力した受光素子１７の変動出
力をトリガとして、１０Ｈｚの駆動信号が遅延器に送ら
れる。遅延器で一定時間遅延された駆動信号がＣＣＤカ
メラ６ａ、６ｂに送られる。

【００６０】ＣＣＤカメラ６ａ、６ｂの露光時間および
その開始タイミングは、外部から入力する駆動信号のパ
ルス長とパルスが立ち上がるタイミングに対応する。本
実施形態では、遅延器から出力される信号の１パルスあ
たりのパルス長は３０μｓに設定された。また遅延器で
の遅延時間は、液滴２を吐出させ撮影しながら遅延時間
を変更し、液滴２が確実に撮影されるように０．１μｓ
の分解能で調整された。

【００６１】本実施形態では１０ｋＨｚの周波数で、プ
リンタで用いられているシアンインクが吐出された。本
装置では実施形態２の装置同様、光束１８とシート光３
ａ、３ｂの間隔が約３００μｍと短く、液滴２が光束１
８を通過する時点に同期してカメラの露光をしているた
め、液滴２がシート光３ａ、３ｂを通過するタイミング
をより正確に把握する装置構成になっている。そのため
カメラの露光時間は１回あたり３０μｓしかないが、す
べての取得画像において１滴の液滴２を撮影することが
できた。撮影された画像はこれまでの実施形態同様に処
理され飛翔位置が算出された。

【００６２】

【発明の効果】これまで説明したように、本発明によ
り、高い周波数で連続的に吐出される液滴の飛翔する位
置を正確に測定することができる。

【００６３】それにより、液体吐出装置の吐出特性の解
析が可能になり、吐出された液滴の着弾位置のばらつき
がなくなるように調整することで、形成される画像を高
精細かつ高画質にすることができる。

【００６４】また製造したヘッドを本発明の測定装置で
測定することで、出荷するヘッドの品質を高いレベルに
保証することができる。また計測したデータを各製造工
程にフィードバックすれば、より信頼性の高いヘッドを
効率良く生産できるようになり、かつ製造コストの低減
も図れる。

【００６５】さらに本発明の方法を使用すれば、液体吐
出ヘッドの吐出液滴に限らず、微小液体、微小固体の飛
翔位置を高精度に計測することが可能である。例えば球
状紛体や噴霧滴の飛翔位置測定が可能と考えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１を説明するための、液体吐
出ヘッドの液滴飛翔位置測定装置の概略構成図である。

【図２】実施形態１でのタイミング図である。

【図３】実施形態１で撮像した液滴画像の１例である。

【図４】液滴座標を説明するための液滴飛翔方向から見
た概略図である。

【図５】本発明の実施形態２を説明するための、液体吐
出ヘッドの液滴飛翔位置測定装置の概略構成図である。

【図６】実施形態２でのタイミング図である。

【図７】実施形態２でのブロック図である。

【図８】本発明の実施形態３を説明するための、液体吐
出ヘッドの液滴飛翔位置測定装置の概略構成図である。

【図９】実施形態３でのタイミング図である。

【図１０】本発明の実施形態４を説明するための、液体
吐出ヘッドの液滴飛翔位置測定装置の概略構成図であ
る。

【図１１】実施形態４でのタイミング図である。

【図１２】実施形態４でのブロック図である。

【図１３】従来技術に係る液滴の状態を示す図である。

【符号の説明】

１ 液体吐出ヘッド ２ 液滴 ３ａ、３ｂ シート光 ４ａ、４ｂ 像部 ａ、５ｂ 像部光学系 ６ａ、６ｂ ＣＤカメラ 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 バンドパスフィルタ １５ ＡＯＭ １６ 発光素子 １７ 受光素子 １８ 光束

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2C056 KD10 2F065 AA03 AA17 BB07 CC00 FF04 GG04 GG08 HH05 HH14 JJ03 JJ05 JJ26 LL57 PP12 QQ11

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体吐出ヘッドから吐出された液滴が横
   切る第１の光束であってパルス点灯されるものを生成す
   る第１の光束生成手段と、 前記液滴が前記第１の光束を横切る時に前記液滴で変化
   する光を撮像する撮像手段と、 前記撮像手段で撮像した光の画像を処理することによ
   り、前記液滴が前記第１の光束を横切った時の前記液滴
   の中心座標を測定する測定手段と、 を備えることを特徴とする飛翔液滴位置測定装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の飛翔液滴位置測定装置
   において、 前記第１の光束生成手段は、前記第１の光束のパルス点
   灯を、１回の撮像に対し１回行うことを特徴とする飛翔
   液滴位置測定装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の飛翔液滴位置測
   定装置において、 前記第１の光束生成手段は、前記第１の光束のパルス点
   灯を、前記液体吐出ヘッドから前記液滴を吐出させるた
   めの吐出信号に同期して行うことを特徴とする飛翔液滴
   位置測定装置。
4. 【請求項４】 請求項１又は２に記載の飛翔液滴位置測
   定装置において、 前記液体吐出ヘッドの前記液滴を吐出させる吐出口と前
   記液滴が前記第１の光束を横切る位置との間において、
   前記液滴の飛翔ルートを横切るような第２の光束を生成
   する第２の光束生成手段と、 前記第２の光束を前記液滴が横切る時に変化する前記第
   ２の光束を受光して、前記第２の光束の受光量に対応し
   た受光信号を出力する受光信号出力手段と、 を更に備え、 前記第１の光束生成手段は、前記第１の光束をパルス点
   灯を、前記受光信号の変化に同期して行うことを特徴と
   する飛翔液滴位置測定装置。
5. 【請求項５】 液体吐出ヘッドから吐出された液滴が横
   切る光束を生成する光束生成手段と、 前記液滴が前記光束を横切る時に前記液滴で変化する光
   を、前記液体吐出ヘッドから前記液滴を吐出させるため
   の吐出信号に同期して撮像する撮像手段と、 前記撮像手段で撮像した光の画像を処理することによ
   り、前記液滴が前記光束を横切った時の前記液滴の中心
   座標を測定する測定手段と、 を備えることを特徴とする飛翔液滴位置測定装置。
6. 【請求項６】 液体吐出ヘッドから吐出された液滴が横
   切る第１の光束を生成する第１の光束生成手段と、 前記液体吐出ヘッドの前記液滴を吐出させる吐出口と前
   記液滴が前記第１の光束を横切る位置との間において、
   前記液滴の飛翔ルートを横切るような第２の光束を生成
   する第２の光束生成手段と、 前記第２の光束を前記液滴が横切る時に変化する前記第
   ２の光束を受光して、前記第２の光束の受光量に対応し
   た受光信号を出力する受光信号出力手段と、 前記液滴が前記第１の光束を横切る時に前記液滴で変化
   する光を、前記受光信号に同期して撮像する撮像手段
   と、 前記撮像手段で撮像した光の画像を処理することによ
   り、前記液滴が前記第１の光束を横切った時の前記液滴
   の中心座標を測定する測定手段と、 を備えることを特徴とする飛翔液滴位置測定装置。
7. 【請求項７】 液体吐出ヘッドから吐出された液滴が横
   切る第１の光束であってパルス点灯されるものを生成す
   る第１の光束生成ステップと、 前記液滴が前記第１の光束を横切る時に前記液滴で変化
   する光を撮像する撮像ステップと、 前記撮像ステップで撮像した光の画像を処理することに
   より、前記液滴が前記第１の光束を横切った時の前記液
   滴の中心座標を測定する測定ステップと、 を備えることを特徴とする飛翔液滴位置測定方法。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の飛翔液滴位置測定方法
   において、 前記第１の光束生成ステップは、前記第１の光束のパル
   ス点灯を、１回の撮像に対し１回行うことを特徴とする
   飛翔液滴位置測定方法。
9. 【請求項９】 請求項７又は８に記載の飛翔液滴位置測
   定方法において、 前記第１の光束生成ステップは、前記第１の光束のパル
   ス点灯を、前記液体吐出ヘッドから前記液滴を吐出させ
   るための吐出信号に同期して行うことを特徴とする飛翔
   液滴位置測定方法。
10. 【請求項１０】 請求項７又は８に記載の飛翔液滴位置
    測定方法において、 前記液体吐出ヘッドの前記液滴を吐出させる吐出口と前
    記液滴が前記第１の光束を横切る位置との間において、
    前記液滴の飛翔ルートを横切るような第２の光束を生成
    する第２の光束生成ステップと、 前記第２の光束を前記液滴が横切る時に変化する前記第
    ２の光束を受光して、前記第２の光束の受光量に対応し
    た受光信号を出力する受光信号出力ステップと、 を更に備え、 前記第１の光束生成ステップは、前記第１の光束をパル
    ス点灯を、前記受光信号の変化に同期して行うことを特
    徴とする飛翔液滴位置測定方法。
11. 【請求項１１】 液体吐出ヘッドから吐出された液滴が
    横切る光束を生成する光束生成ステップと、 前記液滴が前記光束を横切る時に前記液滴で変化する光
    を、前記液体吐出ヘッドから前記液滴を吐出させるため
    の吐出信号に同期して撮像する撮像ステップと、 前記撮像ステップで撮像した光の画像を処理することに
    より、前記液滴が前記光束を横切った時の前記液滴の中
    心座標を測定する測定ステップと、 を備えることを特徴とする飛翔液滴位置測定方法。
12. 【請求項１２】 液体吐出ヘッドから吐出された液滴が
    横切る第１の光束を生成する第１の光束生成ステップ
    と、 前記液体吐出ヘッドの前記液滴を吐出させる吐出口と前
    記液滴が前記第１の光束を横切る位置との間において、
    前記液滴の飛翔ルートを横切るような第２の光束を生成
    する第２の光束生成ステップと、 前記第２の光束を前記液滴が横切る時に変化する前記第
    ２の光束を受光して、前記第２の光束の受光量に対応し
    た受光信号を出力する受光信号出力ステップと、 前記液滴が前記第１の光束を横切る時に前記液滴で変化
    する光を、前記受光信号に同期して撮像する撮像ステッ
    プと、 前記撮像ステップで撮像した光の画像を処理することに
    より、前記液滴が前記第１の光束を横切った時の前記液
    滴の中心座標を測定する測定ステップと、 を備えることを特徴とする飛翔液滴位置測定方法。