JP2007064967A - インク滴体積測定装置及びインク滴体積測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易かつ精度よくインク滴の体積を測定できるインク滴体積測定装置を提供する。
【解決手段】 インク滴体積測定装置１０は、平板１１、撮影装置１２、算出装置１３、照明装置１４等を備える。平板１１は、水平に配置され、インクジェット記録ヘッド１から吐出されたインク滴２を受ける。撮影装置１２は、平板１１で受けられたインク滴２を略水平方向から撮影する。算出装置１３は、撮影装置１２で撮影されたインク滴２の画像を、平板１１で受けられたインク滴２の垂直方向の中心軸２１を含む断面の画像であるとするとともに、インク滴２が中心軸２１を軸とする回転体形状であるとしてインク滴２の体積を算出する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、インクジェット記録ヘッドから吐出されたインク滴の体積を測定するインク滴体積測定装置及びインク滴体積測定方法に関する。

プリンタなどに用いられるインクジェット記録ヘッドには、画像記録の高速化、画像の高画質化のために、インク滴を吐出するノズルが高密度に配列されている。各ノズルから吐出されるインク滴の体積がばらつくと画質が悪化するため、インク滴の体積は均一であることが要求される。インク滴の体積のばらつきを抑制するためには、まず各ノズルから吐出されるインク滴の体積を測定することが必要であり、従来から様々な技術でインク滴の体積の測定が行なわれてきた。

例えば、インクジェット記録ヘッドから吐出されて飛行中のインク滴の画像を、飛行方向と直交する方向から撮影し、インク滴が飛行方向の中心軸に対して回転体であるとしてインク滴の体積を算出する第１の従来技術がある（例えば、特許文献１参照。）。

また、インクジェット記録ヘッドから吐出されたインク滴を、所定の深さ及び所定の幅を持つシャーレ形態の記録媒体で受け、その記録媒体を天板で覆うことによってインク滴を円筒状に変形させ、そのインク滴の直径を測定することでインク滴の体積を算出する第２の従来技術がある（例えば、特許文献２参照。）。
特開平５−１４９７６９号公報 特開２０００−１５３６０３公報

しかし、第１の従来技術では、インク滴の吐出に同期してストロボを発光させることで飛行中のインク滴の画像を撮影するため、複雑なストロボ駆動回路が必要となる。また、インク滴の表面張力が小さい場合、主となるインク滴に続いて微小なインク滴（以下、サテライトドロップという。）が吐出されることや、インク滴が細長い尾を引いたような形状となることがある。これらサテライトドロップや細長い尾の部分は非常に微小であるため、飛行中のインク滴の体積を精度よく測定することは困難である。

また、第２の従来技術では、微細な構造を持つ記録媒体を用意する必要や、インク滴の吐出後にインク滴を天板で覆うなどの必要があり、簡易に測定できる技術であるとは言い難い。

この発明の目的は、簡易かつ精度よくインク滴の体積を測定できるインク滴体積測定装置及びインク滴体積測定方法を提供することにある。

この発明のインク滴体積測定装置は、上述の課題を解決するために以下のように構成される。

（１）インクジェット記録ヘッドに対向して水平に配置された平板と、
前記インクジェット記録ヘッドから吐出されて前記平板で受けられたインク滴の画像を含む撮影画像を略水平方向から撮影する撮影手段と、
前記インク滴の画像が前記平板で受けられた前記インク滴の垂直方向の中心軸を含む断面の画像であり、前記インク滴が前記中心軸を軸とする回転体形状であるとして、前記インク滴の画像に基づいて前記インク滴の体積を算出する算出手段と、を備えたことを特徴とする。

この構成においては、インクジェット記録ヘッドから吐出されたインクが、特定の微細な構造を有しない平板で受けられる。また、主となるインク滴に続いてサテライトドロップが吐出された場合や、インク滴が細長い尾を引いたような形状となった場合でも、インク滴を一旦平板で受けた後に体積を測定するので、サテライトドロップや細長い尾の部分を含めたインク滴の体積が測定される。

（２）前記平板に受けられた前記インク滴を挟んで前記撮影手段に対向する位置に、前記平板で受けられた前記インク滴を水平方向から照明する照明手段をさらに備えたことを特徴とする。

この構成においては、平板に受けられたインク滴は、撮影手段から見て背面側から照明された状態で撮影される。このため、インク滴のエッジが明確な画像が取得される。

（３）前記平板と前記照明手段との間に位置し、前記照明手段から照射される光を等方散乱させる光散乱物を備えたことを特徴とする。

この構成においては、照明手段から照射された光が散乱物で等方散乱されるため、一様な光がインク滴に照射される。

（４）前記平板と前記撮影手段との間に、前記平板に受けられた前記インク滴の画像を前記撮影手段に拡大して投影する光学レンズをさらに備えることを特徴とする。

この構成においては、光学レンズによって光学的に拡大された画像が撮影手段によって撮影される。このため、分解能が高い画像に基づいてインク滴の体積が算出される。

（５）前記平板は、前記インク滴の前記平板に対する静的接触角が２３度以上となる材質からなることを特徴とする。

この構成においては、インク滴の水平方向の大きさと垂直方向の大きさとの差が小さくなる。このため、高倍率の光学レンズを用いた場合でも、インク滴の全体の画像が撮影可能となる。

（６）前記算出手段は、所定の閾値に基づいて前記撮影画像を二値化し、二値化した撮影画像の水平方向の両端側の各画素から、中央の各画素に向かう際の画素値の変位点をそれぞれ抽出し、前記変位点を前記インク滴の画像のエッジ部分であると判定して前記撮影画像から前記インク滴の画像を抽出することを特徴とする。

この構成においては、インク滴の画像はその透過光の強度差により、インク滴がない部分は明るく、インク滴がある部分は影となり暗く写る。この明部と暗部の透過光強度値の間に所定の閾値が設定された際、二値化により撮影画像のうちインク滴の画像が暗部になってその他が明部となる。その後、撮影画像の水平方向の両端部から中心方向へスキャンすることにより、明部から暗部に変わる部分の存在を認識することができ、この箇所がインク滴のエッジ部分と判定される。このエッジ部分に基づいて撮影画像からインク滴の画像が抽出される。

（７）前記算出手段は、前記インク滴の画像のエッジ部分の形状に基づいて前記インク滴の実像と鏡像との境界位置を判定し、前記実像部分の前記インク滴の画像に基づいて前記インク滴の体積を算出することを特徴とする。

この構成においては、エッジ部分の形状に基づいて判定されたインク滴の画像を実像と鏡像との境界位置に基づいて実像部分のインク滴の画像についてインク滴の体積が算出される。したがって、インク滴の体積の算出に鏡像部分の体積が加えられることがない。

（８）前記算出手段は、垂直方向の各位置における前記インク滴の画像のエッジ部分の水平方向の一方から他方までの寸法の変位に基づいて前記インク滴の実像と鏡像との境界位置を判定することを特徴とする。

この構成においては、垂直方向の各位置におけるインク滴のエッジ部分間の距離（水平方向の寸法（幅））の変位から境界位置が決定される。例えば、平板に対するインク滴の接触角が９０°より大きい場合であれば、エッジ部分間の距離は、インク滴の画像の上方から下方、または下方から上方に移動するにつれて徐々に増加し、その後いったん減少してさらに増加し、その後に減少する。つまり、エッジ部分間の距離の増減の傾きの正負が変位する点が３箇所生じる。この３箇所のうちエッジ部分間の距離が減少傾向から増加傾向に変わる箇所が境界位置となる。

また、接触角が９０°以下であれば、エッジ部分間の距離は、徐々に増加した後に減少する。つまり、エッジ部分間の距離の増減の傾きの正負が変位する点が１箇所生じる。このエッジ部分間の距離が減少傾向から増加傾向に変わる箇所が境界位置となる。

（９）前記撮影手段は、インクが前記インクジェット記録ヘッドから前記平板の同一箇所に複数回にわたって吐出される際、インクの複数回の吐出が行われている間の所定タイミングで前記撮像画像を撮影し、かつ、インクの複数回の吐出が終了した後の前記撮影画像を撮影し、
前記算出手段は、前記所定タイミングで撮影された撮影画像に含まれる前記インク滴の画像からインク滴の動的接触角を測定し、インクの複数回の吐出が終了した後の前記撮影画像に含まれる前記インク滴の画像からインク滴の静的接触角を測定し、前記インク滴の前記平板に対する静的接触角をα、前記インク滴の前記平板に対する動的接触角をβとしたα及びβの関係が｜９０°−α｜≧｜９０°―β｜であるときはインクの複数回の吐出が終了した後の前記撮影画像に含まれる前記インク滴の画像に基づいて前記境界位置を判定し、α及びβの関係が｜９０°−α｜＜｜９０°―β｜であるときはインクの複数回の吐出が行われている間の所定タイミングで撮影された前記撮像画像に含まれる前記インク滴の画像に基づいて前記境界位置を判定することを特徴とする。

この構成においては、インクの複数回の吐出中に撮影された平板上に堆積したインク滴の体積が増加していく際の平板上のインク滴の画像からインク滴の動的接触角が測定される。また、複数回にわたるインクの吐出がされた後に撮影された平板上に堆積したインク滴の画像からインク滴の静的接触角が測定される。

その後、動的接触角及び静的接触角のいずれかの接触角が、実像と鏡像との境界の区別が最も困難な接触角９０°から離れているのか比較し、より離れている方のインク滴の画像を選択して実像と鏡像との境界位置が判定される。

（１０）前記算出手段は、前記インク滴の画像を高さが均等な垂直方向の複数の領域に分割し、各領域について前記中心軸から前記インク滴のエッジ部分までの複数の寸法の平均値を算出し、前記平均値を用いて領域毎の体積を算出し、さらに全ての領域の体積を加算することで、前記インク滴の体積を算出することを特徴とする。

この構成においては、まず、インク滴の画像が中心軸と同じである垂直方向に高さが均等な複数の領域に分割される。つぎに、領域毎に半径の平均値が算出される。つぎに、領域毎に、その半径の平均値の二乗値と円周率πとの乗算値に、その領域の高さ寸法が乗じられることで領域毎の体積が算出される。そして、全ての領域の体積が加算されることで、インク滴の体積が算出される。

（１１）前記算出手段は、前記インク滴の画像を高さが均等な垂直方向の複数の領域に分割し、各領域について前記インク滴の一方のエッジ部分から他方のエッジ部分までの寸法を算出し、この寸法の値を用いて領域毎の体積を算出し、さらに全ての領域の体積を加算することで、前記インク滴の体積を算出することを特徴とする。

この構成においては、インク滴の画像が中心軸と同じである垂直方向に高さが均等な複数の領域に分割される。つぎに、領域毎にエッジ部分間の距離が算出される。この距離の値がこの領域内のインク滴の直径となる。つぎに、領域毎に、直径から求まる半径の二乗値と円周率πとの乗算値に、その領域の高さ寸法が乗じられることで領域毎の体積が算出される。そして、全ての領域の体積が加算されることで、インク滴の体積が算出される。

（１２）前記算出手段は、同一箇所に複数回にわたって前記平板が受けたインク滴の体積を算出し、前記複数のインク滴の体積を前記平板が受けた回数で除算することで、前記平板が受けた１回あたりのインク滴の体積を算出することを特徴とする。

この構成においては、まず複数回にわたって平板が受けたインク滴の体積が算出され、つぎにインク滴の体積が平板が受けた回数で除算されることで、平板が受けた１回あたりのインク滴の体積が算出される。

（１３）前記算出手段は、インク滴が前記平板上に吐出された後の複数の撮影タイミングで撮影された前記インク滴の画像からそれぞれの撮影タイミングにおける前記インク滴の体積を算出し、各撮影タイミングにおける吐出時からの経過時間と算出した前記インク滴の体積との関係に基づいて、吐出直後の前記インク滴の体積を算出することを特徴とする。

この構成においては、インク滴が平板上に吐出された後の複数の撮影タイミングでインク滴が撮影され、各撮影タイミングにおけるインク滴の体積が算出される。そして、各撮影タイミングにおける吐出時からの経過時間とインク滴の体積との関係に基づいて吐出直後のインク滴の体積が算出される。

（１４）前記平板は、前記インク滴の前記平板に対する静的接触角が８１度以上となる材質からなり、前記算出手段は、前記平板で前記インク滴を受けてから前記インク滴の全てが乾燥するまでに要する時間の最初の１０％の時間内における前記複数の撮影タイミングで撮影された前記インク滴の画像からそれぞれの撮影タイミングにおける前記インク滴の体積を算出し、各撮影タイミングにおける前記インク滴の吐出時からの経過時間と算出したインク滴の体積との関係に基づいて、前記インク滴の吐出直後の体積を算出することを特徴とする。

乾燥時にインク滴が相似形を維持しながら縮小する場合のインク滴の変形形態を相似縮小モデルといい、乾燥時に平板に対するインク滴の接触角が減少し、平板とのインク滴の接触面が一定のままインク滴が縮小する場合のインク滴の変形形態を接触面一定縮小モデルというとする。

この構成においては、相似縮小モデルと接触面一定縮小モデルとの体積の差が非常に小さくなる。このため、乾燥時のインク滴の変形形態が接触面一定縮小モデルの場合であっても、相似縮小モデルであると仮定してインク滴の体積を算出しても、誤差が小さくなる。

（１５）前記インクジェット記録ヘッドに出力されるインク吐出情報に基づいて前記インクジェット記録ヘッドからインクが吐出される吐出タイミングを検出し、前記吐出タイミングに基づいて前記撮影手段に前記撮影画像の撮影を行わせる同期手段を備えたことを特徴とする。

この構成においては、インクジェット記録ヘッドに出力される吐出信号等のインクジェット記録ヘッドに出力されるインク吐出情報を利用してインクが吐出される吐出タイミングに同期させて、平板上に蓄積されたインク滴の画像を含む撮影画像が撮像される。したがって、吐出により平板上に液滴が堆積していくタイミングがずれることなく撮影が行われる。

（１６）撮影手段に、水平に配置された平板がインクジェット記録ヘッドから受けたインク滴の画像を含む撮影画像を略水平方向から撮影させ、
算出手段に、前記インク滴の画像が前記平板で受けられた前記インク滴の垂直方向の中心軸を含む断面の画像であり、前記インク滴が前記中心軸を軸とする回転体形状であるとして、前記インク滴の画像に基づいて前記インク滴の体積を算出させることを特徴とする。

この構成においては、インクジェット記録ヘッドから吐出されたインクが、特定の微細な構造を有しない平板で受けられる。また、主となるインク滴に続いてサテライトドロップが吐出された場合や、インク滴が細長い尾を引いたような形状となった場合でも、インク滴を一旦平板で受けた後に体積を測定するので、サテライトドロップや細長い尾の部分を含めたインク滴の体積が測定される。

（１７）前記算出手段に、所定の閾値に基づいて前記撮影画像を二値化させ、二値化した撮影画像の水平方向の両端側の各画素から、中央の各画素に向かう際の画素値の変位点を抽出させ、前記変位点を前記インク滴の画像のエッジ部分と判定させて前記撮影画像から前記インク滴の画像を抽出させることを特徴とする。

この構成においては、インク滴の画像はその透過光の強度差により、インク滴がない部分は明るく、インク滴がある部分は影となり暗く写る。この明部と暗部の透過光強度値の間に所定の閾値が設定された際、二値化により撮影画像のうちインク滴の画像が暗部になってその他が明部となる。その後、撮影画像の水平方向の両端部から中心方向へスキャンすることにより、明部から暗部に変わる部分の存在を認識することができ、この箇所がインク滴のエッジ部分と判定される。このエッジ部分に基づいて撮影画像からインク滴の画像が抽出される。

（１８）前記算出手段に、前記インク滴の画像のエッジ部分の形状に基づいて前記インク滴の実像と鏡像との境界位置を判定させ、実像部分の前記インク滴の画像に基づいて前記インク滴の体積を算出させることを特徴とする。

この構成においては、エッジ部分の形状に基づいて判定されたインク滴の画像を実像と鏡像との境界位置に基づいて実像部分のインク滴の画像についてインク滴の体積が算出される。したがって、インク滴の体積の算出に鏡像部分の体積が加えられることがない。

（１９）前記算出手段に、垂直方向の各位置における前記インク滴の画像のエッジ部分の水平方向の一方から他方までの寸法の変位に基づいて前記インク滴の実像と鏡像との境界位置を判定させることを特徴とする。

この構成においては、垂直方向の各位置におけるインク滴のエッジ部分間の距離（水平方向の寸法（幅））の変位から境界位置が決定される。例えば、平板に対するインク滴の接触角が９０°より大きい場合であれば、エッジ部分間の距離は、インク滴の画像の上方から下方、または下方から上方に移動するにつれて徐々に増加し、その後いったん減少してさらに増加し、その後に減少する。つまり、エッジ部分間の距離の増減の傾きの正負が変位する点が３箇所生じる。この３箇所のうちエッジ部分間の距離が減少傾向から増加傾向に変わる箇所が境界位置となる。

また、接触角が９０°以下であれば、エッジ部分間の距離は、徐々に増加した後に減少する。つまり、エッジ部分間の距離の増減の傾きの正負が変位する点が１箇所生じる。このエッジ部分間の距離が減少傾向から増加傾向に変わる箇所が境界位置となる。

（２０）前記撮影手段に、インクが前記インクジェット記録ヘッドから前記平板の同一箇所に複数回にわたって吐出される際、インクの複数回の吐出が行われている間の所定タイミングで前記撮像画像を撮影させ、かつ、インクの複数回の吐出が終了した後の前記撮影画像を撮影させ、
前記算出手段に、前記所定タイミングで撮影された撮影画像に含まれる前記インク滴の画像からインク滴の動的接触角を測定させ、インクの複数回の吐出が終了した後の前記撮影画像に含まれる前記インク滴の画像からインク滴の静的接触角を測定させ、前記インク滴の前記平板に対する静的接触角をα、前記インク滴の前記平板に対する動的接触角をβとしたα及びβの関係が｜９０°−α｜≧｜９０°―β｜であるときはインクの複数回の吐出が終了した後の前記撮影画像に含まれる前記インク滴の画像に基づいて前記境界位置を判定させ、α及びβの関係が｜９０°−α｜＜｜９０°―β｜であるときはインクの複数回の吐出が行われている間の所定タイミングで撮影された前記撮像画像に含まれる前記インク滴の画像に基づいて前記境界位置を判定させることを特徴とする。

この構成においては、インクの複数回の吐出中に撮影された平板上に堆積したインク滴の体積が増加していく際の平板上のインク滴の画像からインク滴の動的接触角が測定される。また、複数回にわたるインクの吐出がされた後に撮影された平板上に堆積したインク滴の画像からインク滴の静的接触角が測定される。

その後、動的接触角及び静的接触角のいずれかの接触角が、実像と鏡像との境界の区別が最も困難な接触角９０°から離れているのか比較し、より離れている方のインク滴の画像を選択して実像と鏡像との境界位置が判定される。

（２１）前記算出手段に、前記インク滴の画像を高さが均等な垂直方向の複数の領域に分割させ、各領域について前記中心軸から前記インク滴のエッジ部分までの複数の寸法の平均値を算出させ、前記平均値を用いて領域毎の体積を算出させ、さらに全ての領域の体積を加算させて前記インク滴の体積を算出させることを特徴とする。

この構成においては、まず、インク滴の画像が中心軸と同じである垂直方向に高さが均等な複数の領域に分割される。つぎに、領域毎に半径の平均値が算出される。つぎに、領域毎に、その半径の平均値の二乗値と円周率πとの乗算値に、その領域の高さ寸法が乗じられることで領域毎の体積が算出される。そして、全ての領域の体積が加算されることで、インク滴の体積が算出される。

（２２）前記算出手段に、前記インク滴の画像を高さが均等な垂直方向の複数の領域に分割させ、各領域について前記インク滴の一方のエッジ部分から他方のエッジ部分までの寸法を算出させ、この寸法の値を用いて領域毎の体積を算出させ、さらに全ての領域の体積を加算させて前記インク滴の体積を算出させることを特徴とする。

この構成においては、インク滴の画像が中心軸と同じである垂直方向に高さが均等な複数の領域に分割される。つぎに、領域毎にエッジ部分間の距離が算出される。この距離の値がこの領域内のインク滴の直径となる。つぎに、領域毎に、直径から求まる半径の二乗値と円周率πとの乗算値に、その領域の高さ寸法が乗じられることで領域毎の体積が算出される。そして、全ての領域の体積が加算されることで、インク滴の体積が算出される。

（２３）前記算出手段に、同一箇所に複数回にわたって前記平板が受けたインク滴の体積を算出させ、前記複数のインク滴の体積を前記平板が受けた回数で除算させて前記平板が受けた１回あたりのインク滴の体積を算出させることを特徴とする。

この構成においては、まず複数回にわたって平板が受けたインク滴の体積が算出され、つぎにインク滴の体積が平板が受けた回数で除算されることで、平板が受けた１回あたりのインク滴の体積が算出される。

（２４） 前記撮影手段に、インク滴が前記平板上に吐出された後の複数の撮影タイミングで撮影させ、
前記算出手段に、前記複数の撮影タイミングで撮影された前記インク滴の画像からそれぞれの撮影タイミングにおける前記インク滴の体積を算出させ、各撮影タイミングにおける吐出時からの経過時間と算出した前記インク滴の体積との関係に基づいて、吐出直後の前記インク滴の体積を算出することを特徴とする。

この構成においては、インク滴が平板上に吐出された後の複数の撮影タイミングでインク滴が撮影され、各撮影イミングにおけるインク滴の体積が算出される。そして、各撮影タイミングにおける吐出時からの経過時間とインク滴の体積との関係に基づいて吐出直後のインク滴の体積が算出される。

（２５）前記複数の撮影タイミングは、前記インク滴の前記平板に対する静的接触角が８１度以上となる材質からなる前記平板で前記インク滴を受けてから前記インク滴の全てが乾燥するまでに要する時間の最初の１０％の時間内に設定されていることを特徴とする。

乾燥時にインク滴が相似形を維持しながら縮小する場合のインク滴の変形形態を相似縮小モデルといい、乾燥時に平板に対するインク滴の接触角が減少し、平板とのインク滴の接触面が一定のままインク滴が縮小する場合のインク滴の変形形態を接触面一定縮小モデルというとする。

この構成においては、相似縮小モデルと接触面一定縮小モデルとの体積の差が非常に小さくなる。このため、乾燥時のインク滴の変形形態が接触面一定縮小モデルの場合であっても、相似縮小モデルであると仮定してインク滴の体積を算出しても、誤差が小さくなる。

この発明によれば、以下の効果を奏することができる。

（１）吐出されたインクを特定の微細な構造を有しない平板で受けるので、簡易な構成でインク滴の体積を測定することができる。また、インク滴を一旦平板で受けた後に体積を測定するので、サテライトドロップや細長い尾の部分を含めて、インク滴の体積を精度よく測定することができる。

（２）平板に受けられたインク滴を、撮影手段から見て背面側から照明した状態で撮影するので、インク滴のエッジが明確になり、正確なインク滴の画像を取得することができる。したがって、インク滴の体積をいっそう精度よく測定することができる。

（３）照明手段から照射された光を散乱物で等方散乱させることによって、一様な光でインク滴を照射できるので、照明手段の固定箇所の揺らぎなどに起因した照射光強度、照射角の揺らぎ、およびそれに伴う撮影画像内のインク滴の明暗によるサイズの揺らぎがなくなり、測定精度を向上させることができる。

（４）光学レンズによって光学的に拡大された画像を撮影することで、分解能が高い画像を取得することができる。したがって、分解能が高い画像に基づいてインク滴の体積をいっそう精度よく測定することができる。

（５）インク滴の静的接触角が２３度以上となる材質からなる平板を用いることで、平板に受けられたインク滴の水平方向の大きさと垂直方向の大きさとの差を小さくすることができ、高倍率の光学レンズを用いた場合でもインク滴の全体の画像を撮影できる。したがって、さらに分解能が高い画像に基づいて、インク滴の体積をいっそう精度よく測定することができる。

（６）画像の明暗からインク滴の体積を算出するのではなく、両端部から中心方向にスキャンし、明部から暗部に変わる部分をインク滴のエッジ部分と認識することによって、測定箇所の外乱の影響によりインク滴中心が明部となった場合においても、その影響を排除し、より正確な体積測定が可能となる。

（７）インク滴の画像に鏡像が含まれる場合においても、実像部分のみについてインク滴の体積を算出できるので、より正確な体積測定が可能となる。

（８）エッジ部分間の距離の変位に基づいてインク滴の画像の実像と鏡像との境界位置を判定することで、画像処理の段階で容易に境界位置を判定することができ、インク滴の体積の算出がより簡便になる。さらには、インク滴の画像からでは実像と鏡像との境界位置の判定が困難であった接触角７５°〜１１５°のインク滴の体積を測定する場合においても、正確に実像と鏡像との境界位置を判定できるため、体積の測定の精度が向上する。

（９）動的接触角が測定できるインク滴の画像と静的接触角が測定できるインク滴の画像とを比べ、より実像と鏡像との境界位置が明確になる方を選択することによって、より正確に境界位置を判定することができる。これによって、より正確に実像部分のみのインク滴の体積の測定が可能となり、体積の測定の精度がより向上する。

（１０）撮影したインク滴の画像を垂直方向の複数の領域に分割して領域毎の体積を算出し、さらに全ての領域の体積を加算することでインク滴の体積を算出するので、簡易かつ精度よくインク滴の体積を測定することができる。

（１１）撮影したインク滴の画像を垂直方向の複数の領域に分割して各領域のエッジ部分から反対側のエッジ部分までの寸法を算出し、その寸法をもとに体積を算出することによって、中心軸を求めなくとも体積が算出できる。

（１２）まず複数回にわたって平板が受けたインク滴の体積を算出し、つぎにインク滴の体積を平板が受けた回数で除算するので、平板が受けた１回あたりのインク滴が微小である場合でも精度よく１回の吐出でのインク滴の体積を測定することができる。

（１３）インク滴が平板上に吐出された後の複数の撮影タイミングで撮影された画像に基づいて、吐出直後のインク滴の体積を算出するので、インク滴の乾燥が速い場合や吐出直後のインク滴を撮影できない場合でも、吐出直後のインク滴の体積を精度よく測定することができる。

（１４）乾燥時のインク滴の変形形態が相似縮小モデルである場合と接触面一定縮小モデルである場合とのインク滴の体積の差が小さくなるので、インク滴の乾燥が接触面一定縮小モデルの場合であっても相似縮小モデルであると仮定して、簡易かつ精度よくインク滴の体積を測定することができる。

（１５）インクの吐出に同期してインク滴の画像を撮像できるため、吐出により平板上に液滴が堆積していく様子を画像として保存できる。したがって、インク滴の接触角について静的接触角に加えて、動的接触角も正確に測定できる。

以下に、この発明の実施形態について図面に基づいて説明する。図１は、この発明の実施形態に係るインク滴体積測定装置１０の概略の構成を示す図である。インク滴体積測定装置１０は、平板１１、撮影装置１２、算出装置１３、照明装置１４、光散乱物１６などを備えている。

インクジェット記録ヘッド１は、下面に、１つ又は複数のノズルと、ノズルに連通するとともにピエゾ素子が設けられた液室とを有している。インクジェット記録ヘッド１は、ピエゾ素子に印加される電圧の変化によって液室の容積を変化させ、ノズルからインク滴を図１における下方向に吐出する。なお、インクジェット記録ヘッド１へのインクの供給は、インクジェット記録ヘッド１に接続されたチューブを介してインクタンクから行われる。

平板１１は、例えばフッ素樹脂からなり、インクジェット記録ヘッド１の下方において水平に配置されており、インクジェット記録ヘッド１から吐出されたインク滴２を受ける。

撮影装置１２として、例えばＣＣＤカメラが用いられる。撮影装置１２は、平板１１上に吐出されたインク滴２の画像を含む撮影画像を略水平方向から撮影する。撮影装置１２は、この発明の撮影手段に相当する。

算出装置１３は、撮影装置１２に接続されたコンピュータであり、撮影装置１２によって撮影されたインク滴２の画像が、平板１１で受けられたインク滴２の垂直方向の中心軸を含む断面の画像であり、インク滴２が中心軸を軸とする回転体形状であるとして、インク滴２の画像に基づいてインク滴２の体積を算出する。体積を算出する方法の詳細については後述する。算出装置１３は、ＣＰＵ、所定のプログラムが格納されたＲＯＭ、ＣＰＵの作業領域となり不揮発性半導体メモリ等からなるＲＡＭ、液晶表示部、及び、入力部などを備えている。算出装置１３は、この発明の算出手段に相当する。

照明装置１４として、例えば蛍光灯が用いられる。照明装置１４は、平板１１に受けられたインク滴を挟んで撮影装置１２に対向するように配置され、平板１１に受けられたインク滴２を水平方向から照明する。照明装置１４は、この発明の照明手段に相当する。

光散乱物１６は、照明装置１４と平板１１の間に配置され、照明手段により照射された光を散乱させる。これにより、照明装置１４の平板に対する照射角度がずれても、光散乱物１６を透過した光量はほとんど変化せず、一様な光をインク滴に照射することができる。これにより、照明手段の固定箇所の揺らぎなどに起因した照射光強度、照射角の揺らぎ、およびそれに伴う画像内のインク滴の明暗によるサイズの揺らぎがなくなり、測定精度を向上させることができる。

図２は、１滴あたりのインク滴２の体積を測定する算出装置１３の概略の処理手順を示すフローチャートである。算出装置１３は、まず、インクジェット記録ヘッド１から平板１１に向けて１滴のインク滴を吐出する（Ｓ１）。次に、算出装置１３は、撮影装置１２から見て背面側から平板１１上のインク滴を照明装置１４で照明するとともに、撮影装置５で平板１１上のインク滴２を撮影する（Ｓ２）。そして、算出装置１３は、撮影した撮影画像を撮影装置１２から取得し、撮影画像からインク滴の形状のみを抽出して、インク滴２の体積を算出する（Ｓ３）。

ここで、Ｓ３において撮影装置１２によって撮影された撮影画像からインク滴２の体積を算出する方法を、図３を用いて説明する。図３（Ａ）は、撮影装置１２によって撮影された撮影画像であり、この画像は平板１１と平板１１で受けられたインク滴２とを含んでいる。

算出装置１３は、まず、撮影画像からインク滴２の形状を取得する。具体的には、例えば、算出装置１３は、予めインク滴２を受ける前の平板１１の画像を取得しておき、図３（Ａ）に示すインク滴２を吐出した後の撮影画像と比較することによってインク滴２の形状を取得する。なお、オペレータの判断で撮影画像からインク滴２の部分だけを抜き出すようにしてもよい。図３（Ｂ）は、上述のようにして得られたインク滴２のみの画像を示している。

次に、算出装置１３は、図３（Ｃ）に示すように、インク滴２の底面（平板１１との接触面）の中心を通る垂直方向の中心軸２１を引く。インク滴２は平板１１上で水平方向に等方的に広がっており、中心軸２１を軸とする回転体形状を呈しているとみなすことができる。

次に、算出装置１３は、図３（Ｄ）に示すように、図３（Ｃ）に示すインク滴２の画像を、中心軸２１に沿った方向（垂直方向）に高さが均等な複数の領域に分割し、各領域について中心軸２１とインク滴２のエッジとの距離の平均値Ｒ１〜Ｒ４を取得する。１つの領域の高さ寸法をＬとしたとき、１つの領域の体積は、例えばπＲ１^２×Ｌで表すことができる。したがって、算出装置１３は、平均値Ｒ１〜Ｒ４の二乗値と円周率πとを乗じた値に、１つの領域の高さ寸法Ｌを乗じることで、領域毎の体積を算出する。算出装置１３は、これによって得られた全ての領域の体積を加算することで、インク滴２の体積を算出する。

本実施形態では、各領域における中心軸２１から図３（Ｄ）に示す右端側のインク滴２のエッジまでの距離と、中心軸２１から図３（Ｄ）に示す左端側のインク滴２のエッジまでの距離との平均値を各領域の半径としているが、特にこれに限定されるものではなく、平均値を半径とすればよい。例えば、各領域の高さ方向の複数の位置における中心軸２１からインク滴２のエッジまでの距離の平均値を半径としてもよい。

図３（Ｄ）に示したようにインク滴２の画像を複数の領域に分割する際、１つの領域の高さ寸法Ｌを小さくするほど、より高い精度でインク滴２の体積を測定することができる。しかし、１つの領域の高さ寸法Ｌを画像の分解能より小さくすることはできず、また、１つの領域の高さ寸法Ｌを画像の分解能の最小単位と同じにした場合以上に精度よくインク滴２の体積を測定することもできない。このため、インク滴２の体積を精度よく測定するためには、分解能の高い画像を取得することが必要である。分解能の高い画像を取得するためには、撮影装置１２になるべく大きくインク滴２の全体が投影されるように、平板１１と撮影装置１２との間に適切な倍率を有する光学レンズ１５を設置し、拡大されたインク滴２の画像を撮影するようにすればよい。

ここでいう適切な倍率は、インク滴２の体積が同じであっても、インク滴２の形状によって異なる。平板１１に対するインク滴２の静的接触角が小さく、平板１１上のインク滴２の水平方向の大きさが垂直方向の大きさに比べて非常に大きい場合、インク滴２の水平方向の全域を撮影するために、低倍率の光学レンズを用いることになる。低倍率の光学レンズを用いた場合は低分解能の画像しか得ることができない。一方、平板１１に対するインク滴２の静的接触角が大きく、平板１１上のインク滴２の水平方向の大きさと垂直方向の大きさとが同程度の形状となるような材質の平板１１を用いれば、同じ体積のインク滴２を、高倍率の光学レンズを用いて大きく撮影できるので、高分解能の画像を得ることができる。

ここで、平板１１の種類や撮像装置１２、照明装置１４の配置位置によっては、インク滴２の鏡像が平板１１に写った状態で撮影画像が取得される場合がある。この場合における体積の算出方法について、図７（Ａ）〜（Ｄ）を用いて以下に説明する。

まず、図７（Ａ）に示すように撮影装置１２により撮影画像を取得する。次に、図７（Ｂ）に示すように撮影画像をその明度により二値化する。具体的には、照明光の強度を調整し、取得した撮影画像においてインク滴２と平板１１の明度の間の値を所定の閾値として予め算出装置１３に設定しておき、撮影画像を閾値で明、暗の二つに二値化することでインク滴２の画像のみを撮影画像から抽出する。照明光の強度が強すぎる場合、光の回折現象によりインク滴のエッジ部分が実際よりも明るくなり、インク滴２のサイズが小さく認識される場合があるので注意する。

なお、本実施形態におけるインク滴体積測定装置１０では、その構成要素の配置から取得される撮影画像はインク滴２の透過画像となる。そのため、撮影画像内においてインク滴２の画像がもっとも暗くなり、次に平板１１が暗く、なにもなく照明が透過してきたところが最も明るくなる。

また、二値化した撮影画像の水平方向の両端側の各画素から、中央の各画素に向かう際の画素値の変位点（明から暗に最初に変わる部分）をエッジ部分としてそれぞれ抽出し、このエッジ部分より内側をインク滴２の画像であるとして二値化してもよい。これは、測定場所の照明等による外乱の影響で、インク滴２の中央部が反射し明るくなることにより、図８（Ｈ）に示すようにインク滴２の中央部の二値化画像が明になり、インク滴２の体積を算出する領域から除外されることが多いからである。したがって、変位点をエッジ部分として判定し、内側をインク滴２の画像であるとすることにより、外乱の影響を排除した形で二値化画像を取得でき、正確な体積の算出を行うことができる。

ただし、この場合、平板１１上に蓄積したダスト等の異物を変位点として誤認する可能性があるため、平板１１をクリーンにする必要がある。また、予め測定するインク滴２概略サイズがわかっており、異物に対して十分大きいのであるならば、図８（Ｉ）に示すように、撮影画像内で異物が平板１１上に蓄積される領域２３を指定し、その範囲において二値化画像の明暗の変位点をすべて抽出し、例えば二値化画像の水平方向の一端から他端に向かって、明から暗に切り替わる点と、その次に暗から明に切り替わる点までの距離を求め、その距離が予め設けた閾値よりも小さいものは異物２４として認識し、排除してもよい。

次に、取得した二値化画像からインク滴２の実像と鏡像との境界位置を判断し、図７（Ｃ）に示すように境界線２２を二値化画像内に引く。これはインク滴２の平板１１に対する接触角を見て判断する。例えば、接触角＞９０°の場合は、撮影画像は図８（Ｆ）に示すような画像になり、Ａ点、Ｂ点が境界点であることがわかる。一方、接触角≦９０°の場合は、撮影画像は図８（Ｇ）に示すような画像となるので、Ａ′点、Ｂ′点が境界点であることがわかる。

本実施形態では、まず図３（Ｄ）に示す同様の方法で、インク滴２の画像を垂直方向に沿って高さが均等な複数の領域に分割し、各領域のインク滴２のエッジ部分間の距離（水平方向の寸法（幅））の変位点とその数を求める。図８（Ｆ）に示すような平板に対するインク滴の接触角が９０°より大きい場合は、垂直方向の上部から各領域のエッジ部分間の距離を順に比較していくと、エッジ部分間の距離が増加傾向から減少傾向に変わる位置、減少傾向から増加傾向に変わる位置、その後また増加傾向から減少傾向に変わる位置の３箇所の変位点が存在する。一方、図８（Ｇ）に示すような接触角が９０°以下の場合は、エッジ部分間の距離が増加傾向から減少傾向に変わる位置の１箇所のみ変位点が存在する。

つぎに、変位点の数から境界位置を決定する。具体的には、変位点が３箇所存在する場合、インク滴の接触角が９０°より大きくなるため、変位点の２箇所目、つまり、エッジ部分間の距離が減少傾向から増加傾向に変わる位置（図８（Ｆ）に示す点Ａ−Ｂ間）を境界位置として決定する。また、変位点が１箇所のみ存在する場合、インク滴の接触角が９０°以下になるため、エッジ部分間の距離が増加傾向から減少傾向に変わる位置（図８（Ｇ）に示す点Ａ′−Ｂ′間）を境界位置として決定する。

このようなインク滴２のエッジ部分間の距離の変位に基づいて境界位置を決定する構成は、画像からでは実像と鏡像との境界の判定が困難であった接触角７５°〜１１５°のインク滴２の体積を測定する際に特に有効である。

その後、ＡＢ間に境界線２２を引くことにより、実像と鏡像との境界位置を明確にする。

次に、図７（Ｄ）に示すようにインク滴２の画像のうち境界線２２より上方の実像部分の画像だけを残し、図３（Ｃ）、図３（Ｄ）と同様の方法でインク滴２を回転体形状として体積を算出する。

本実施形態では、図２に示すＳ３の処理において図３（Ｃ）に示すように中心軸をとり、図３（Ｄ）に示すように複数の領域に分けた後、各領域においてインク滴２の半径を求め体積を算出するが、中心軸をとらずに、各領域についてインク滴２の一方のエッジ部分から他方のエッジ部分までの寸法を算出し、この寸法の値を用いて領域毎の体積を算出し、さらに全ての領域の体積を加算することでインク滴２の体積を算出してもよい。

また、本実施形態では、撮影画像を二値化してから実像と鏡像との境界位置を決定したが、先に実像と鏡像とを判断してから撮影画像を二値化してもよい。

なお、上述した撮影画像の二値化処理、境界線２２の判定、エッジ部分の抽出を行う処理装置は、撮影装置１２に接続された算出装置１３等のコンピュータによって行われる。

図４は、体積が同じであるインク滴を、種々の静的接触角となる平板上に吐出した時の、インク滴の垂直方向の大きさに対する水平方向の大きさの割合を示した説明図である。図４が示すように、平板１１に対するインク滴２の静的接触角が２３度以上となる材質の平板１１を用いることによって、平板１１上のインク滴２の水平方向の大きさを垂直方向の大きさに対して１０倍以下にすることができる。例えば、インクが水である場合、平板１１としてガラスを用いるよりも、ポリテトラフルオロエチレン樹脂を用いたほうがよい。ガラスに対する水の静的接触角は１０度程度であり、１０ｐＬの水をガラスに吐出すると、水平方向の大きさは８３μｍ、垂直方向の大きさは４μｍとなる。一方、ポリテトラフルオロエチレン樹脂に対する水の静的接触角は１００度程度であり、１０ｐＬの水をポリテトラフルオロエチレン樹脂に吐出すると、水平方向の大きさは３１μｍ、垂直方向の大きさは１８μｍとなる。すなわち、平板としてガラスを用いた場合に比べて、ポリテトラフルオロエチレン樹脂を用いた場合は、インク滴２の水平方向の大きさを２．５分の１程度にすることができるので、２．５倍程度高倍率な光学レンズを用いて撮影することができる。これによって、高分解能のインク滴２の画像を取得することができるので、より精度の高いインク滴２の体積を測定することができる。

この実施形態では、上述のように平板１１はフッ素樹脂で形成されている。一般的にフッ素樹脂は、撥水性が高く、耐薬品性にも優れるので、この発明に用いる平板１１として好ましい。

インク滴体積測定装置１０によれば、吐出されたインク滴２を特定の微細な構造を有しない平板１１で受けるので、簡易な構成でインク滴２の体積を測定することができる。また、インク滴２を一旦平板１１で受けた後に体積を測定するので、サテライトドロップや細長い尾の部分を含めて、インク滴２の体積を精度よく測定することができる。

さらに、平板１１に受けられたインク滴２を、撮影装置１２から見て背面側から照明した状態で撮影するので、インク滴２のエッジが明確になり、正確なインク滴２の画像を取得することができる。したがって、インク滴２の体積をいっそう精度よく測定することができる。

なお、図２のＳ１において平板１１上に吐出するインク滴は、１滴であることに限定されず、平板１１上の同一箇所に複数回にわたって吐出された際のインク滴を吐出してもよい。この場合、図２のＳ３において、上述のようにして算出した体積をさらにインクを吐出した回数で除算することで、インクの吐出１回あたりのインク滴の体積を算出できる。

これによれば、平板１１上のインク滴２が大きくなり、大きいインク滴２の画像を算出装置１２で取得できるので、測定上の誤差を低減させることができる。また、インク滴２の全体積に対する、単位時間当たりに乾燥するインクの体積の割合を小さくすることができるので、インクの乾燥による体積変動が測定結果に及ぼす影響を低減させることができる。

図５は、他の実施形態に係るインク滴体積測定装置１０Ａにおける算出装置１２の概略の処理手順を示すフローチャートである。インク滴体積測定装置１０Ａは、インク滴２の体積を測定する手順を除いて、インク滴体積測定装置１０と同様に構成されている。なお、説明の便宜上、インク滴体積測定装置１０と同様の構成については同じ符号を用いて説明する。

まず、算出装置１２は、インクジェット記録ヘッド１から平板１１に向けて１滴のインク滴２を吐出する（Ｓ１１）。次に、算出装置１２は、変数Ｊに１を定義し（Ｓ１２）、平板１１上にインク滴２を吐出してから所定時間が経過したか否かを判定する（Ｓ１３）。算出装置１２は、所定時間が経過したと判定した場合、撮影装置１２によって平板１１上のインク滴２を撮影してインク滴２の画像を含む撮影画像を取得し（Ｓ１４）、その画像に基づいてインク滴２の体積を算出する（Ｓ１５）。この際のインク滴２の体積の算出方法は、上述の実施形態で示した方法と同じである。

そして、算出装置１２は、変数Ｊに１を加算し（Ｓ１６）、変数Ｊが予め設定される所定の繰り返し数Ｎ（但し、Ｎは２以上の正の整数である。）を超えるまでＳ１３からＳ１７までの処理を繰り返し（Ｓ１７）、所定時間毎の複数の撮影タイミングにおけるインク滴２の体積を算出する。

算出装置１２は、各撮影タイミングにおけるインク滴２の吐出時からの経過時間と、各撮影タイミングにおけるインク滴２の体積との相関関係に基づいて、平板１１上に吐出された直後のインク滴２の体積を算出する（Ｓ１８）。

Ｓ１８における、各撮影タイミングにおける経過時間と体積との相関関係に基づいて吐出直後のインク滴２の体積を算出する方法を以下に示す。

乾燥時にインク滴２は相似形を維持しながら縮小するとすれば、インク滴２の体積Ｖと表面積Ｓとの間には、比例定数をＡとして、次の関係が成立する。

Ｓ^１／２＝Ａ×Ｖ^１／３ ・・・（１）
また、乾燥による単位時間当たりのインク滴２の体積の変化量Ｕはインク滴２の表面積Ｓに比例するので、比例定数をＢとして、次のように表せる。

Ｕ＝Ｂ×Ｓ ・・・（２）
変化量Ｕは体積Ｖの時間微分であることを考慮して上述の式（１）と式（２）とを解くと、経過時間Ｔとインク滴２の体積Ｖとの相関関係は、定数Ｃ，Ｄを用いて次のように表せる。

Ｖ＝（Ｃ×Ｔ＋Ｄ）^３ ・・・（３）
例えば、平板１１上へのインク滴２の吐出時から５秒後における体積Ｖが６．５ｐＬ、１０秒後における体積Ｖが４．２ｐＬ、１５秒後における体積Ｖが２．４ｐＬ、２０秒後における体積Ｖが１．２ｐＬと算出されたとする。これらのデータに基づいて、最小二乗法によって上述の関係式（３）における定数Ｃ，Ｄの値を算出すると、Ｃ＝−０．０５３７、Ｄ＝２．１４が得られる。平板１１上への吐出直後のインク滴２の体積Ｖは、関係式（３）において経過時間Ｔ＝０の場合の体積Ｖであり、体積Ｖ＝９．８ｐＬであると算出される。

インク滴体積測定装置１０Ａによれば、インク滴２を平板１１で受けた後すぐにインク滴２を撮影できない場合や、インク滴２の乾燥が速い場合でも、吐出直後のインク滴２の体積を精度よく測定することができる。

なお、Ｓ１３の所定時間は、繰り返しの度に異なってもよいが、精度よくインク滴２の体積を測定するためには同程度の時間にすることが望ましい。

つぎに、さらに他の実施形態に係るインク滴体積測定装置１０Ｂについて説明する。インク滴体積測定装置１０Ｂは、平板１１に対するインク滴２の静的接触角が８１度以上になる材質の平板１１を用い、かつ、平板１１でインク滴２を受けてからインク滴２の全てが乾燥するまでに要する時間の最初の１０％の時間内において図５のＳ１３〜Ｓ１７の処理の繰り返しを行うことを除いて、インク滴体積測定装置１０Ａと同様に構成されている。

なお、説明の便宜上、インク滴体積測定装置１０と同様の構成については同じ符号を用いて説明する。ここで、平板１１を傾けたときにインク滴２が滑り落ち始めるときの平板１１の角度を転落角という。さらに、インク滴２が滑り落ちるときの、インク滴２の進行方向の後ろ側の平板１１に対する接触角を、後退接触角という。

吐出時のインク滴２の平板１１に対する接触角は静的接触角と等しいが、乾燥時のインク滴２の接触角は、静的接触角よりも後退接触角に近くなる。平板１１に対するインク滴２の転落角が大きいほど後退接触角は小さくなるので、転落角が大きい場合は静的接触角と後退接触角との差が大きくなる。このため、転落角が大きい場合は、乾燥時のインク滴２の接触角の変化が顕著に表れる。

したがって、乾燥時においてインク滴２は、平板１１に対するインク滴２の転落角が大きい場合、相似形を維持しながら（接触角が一定のまま）ではなく、平板１１に対する接触角が小さくなりながら縮小する。このような場合における、経過時間とインク滴２の体積との相関関係を理論的に導くことは一般的には困難である。しかし、この実施形態に係るインク滴体積測定装置１０Ｂによれば、平板１１に対するインク滴２の転落角が大きい場合でも、インク滴２は相似形を維持しながら縮小するとみなして、インク滴２の体積を精度よく測定することができる。

図６は、相似縮小モデルで縮小したインク滴２の体積に対する、接触面一定縮小モデルで縮小したインク滴２の体積の比率の時間推移を示す説明図である。ここで、乾燥時にインク滴２が相似形を維持しながら縮小する場合のインク滴の変形形態を相似縮小モデルといい、乾燥時に平板１１に対するインク滴２の接触角が減少し、平板１１とのインク滴２の接触面が一定のままインク滴２が縮小する場合のインク滴の変形形態を接触面一定縮小モデルというとする。

なお、図６には、インク滴２と平板１１との静的接触角αごとのデータを示している。図６の横軸には、インク滴２が吐出されてから完全に乾燥するまでの時間を１００％とし、インク滴２を平板１１で受けてからの経過時間を百分率で示している。縦軸には、相似縮小モデルにおけるインク滴２の体積に対する、接触面一定縮小モデルにおけるインク滴２の体積の比率を百分率で示している。

図６に示すように、接触角αが８１度以上であり、かつ、経過時間が１０％以内である場合、２つのモデルの体積の比率が、９９．５％〜１００．５％の間になる。すなわち、１００％±０．５％以内となる。

したがって、接触角αが８１度以上であり、かつ、経過時間が１０％以内である場合、乾燥時のインク滴２の変化形態が接触面一定縮小モデルの場合であっても相似縮小モデルであると仮定してインク滴２の体積を算出しても、誤差が小さいので、簡易かつ精度よくインク滴２の体積を測定することができる。

なお、インク滴２が完全に乾燥するまでの時間を長くするために、平板１１の周囲をインクの蒸気で満たすようにしてもよい。

また、インク滴体積測定装置１０Ａ，１０Ｂにおいても平板１１上に吐出するインク滴は、インクの吐出回数が１回であることに限定されず、平板１１上の同一箇所に複数回にわたって吐出された際のインク滴を吐出してもよい。インク滴体積測定装置１０Ｂにおいて平板１１の同一箇所に複数回にわたってインクを吐出した場合、上述のように取得する画像が大きくなって測定誤差を低減できる等の効果に加えて、インク滴２が完全に乾燥するまでの時間を長くできるという効果も奏することができる。

さらに、撮影装置１２によるインク滴２の撮影は、厳密に水平方向からではなく、若干水平方向からずれていた場合でも、補正処理を行うことで精度よくインク滴２の体積を測定することができる。

つぎに、さらに他の実施形態に係るインク滴体積測定装置１０Ｃについて説明する。図９は、本実施形態に係るインク滴体積測定装置１０Ｃの概略構成を示す図である。なお、説明の便宜上、インク滴体積測定装置１０と同様の構成については同じ符号を用いて説明する。

インク滴体積測定装置１０Ｃは、同期装置３１及びシャッタ装置３２を備えている。同期装置は、本発明の同期手段に相当し、インクジェット記録ヘッド１への吐出信号と同期させて撮影装置１２に撮影画像を撮影させる。シャッタ装置３２は、撮影装置１２もしくは照明装置１４と平板１１との間に位置し、シャッタの開閉により照明装置１４から照射される光を遮る。本実施の形態ではシャッタ装置３２は、撮影装置１２と平板１１との間に備えるものとして説明する。

インクジェット記録ヘッド１からインクを吐出させる際、インクジェット記録ヘッド１に外部から吐出信号を与える必要がある。例えば、圧電材料の剪断変形を利用したインクジェットヘッドでは、ヘッド内部の圧電材料（ピエゾ素子）に剪断変形を加えるため、圧電材料の壁面に配置された電極に電圧を印加する。同期装置３１は、分配された吐出信号等のインク吐出情報を取得する。

同期装置３１では、吐出信号を受信するとともに、所定タイミングでシャッタを開閉する信号をシャッタ装置３２に送る。シャッタ装置３２は、信号を受信した際にシャッタを開閉する。これにより、シャッタが開いたときのみ撮影装置１２に撮影画像が取り込まれる。したがって、インクの吐出タイミングと同期した構成でインク滴２の体積の測定が可能となる。また、同期装置３１に加えてシャッタ装置３２も本発明の同期手段に含まれる。

同期装置３１は、インクが吐出されたときから任意の経過時間や、インクの吐出回数が任意の回数を超えたとき等の任意の設定タイミングでシャッタを開閉する信号を出力することができる。例えば、インクの連続吐出時の１０００発目、２０００発目の吐出時を所定タイミングとして設定した場合、１０００発、２０００発のインクが吐出された状態の平板１１上のインク滴の画像を取得でき、その際のインク滴２の体積を算出することができる。したがって、任意の時間、任意の吐出数で吐出中の体積を測定できる。その結果、算出したインク滴の体積に基づいて、駆動による発熱等によってインクの吐出体積が変動する割合を算出でき、より精密な吐出量制御が可能となる。

また、インクが複数回にわたって吐出される際、平板１１上のインク滴２は徐々にその体積が増加していく状態となるため、撮影されるインク滴２の平板１１に対する接触角は動的接触角となる。そのため、インク滴２の動的接触角を簡便に測定できる。

なお、本実施形態では、同期装置３１とシャッタ装置３２とを接続し、インクの吐出タイミングと撮影タイミングを同期させているが、特にこれに限定されるものではない。例えば、照明装置１４としてストロボを用い、同期装置３１と照明装置１４とを接続し、インクの吐出タイミングと同期してストロボが発光する構成であってもよい。この場合、ストロボが発光する際にのみ、インク滴２の透過像が撮影される。また、同期装置３１と算出装置１３とを接続し、同期装置３１から信号を受け取った時のみ算出装置１３が、撮影装置１２により撮像された撮影画像を受け取って画像処理を行う構成であってもよい。

なお、本実施形態の同期装置３１は、インクジェット記録ヘッド１を駆動させる電圧を供給する図示しない駆動波形発生装置と同じであってもよい。

本実施形態では、動的接触角及び静的接触角の角度に基づいて、インク滴２の画像の実像と鏡像とを分ける境界位置を判定するのに用いる撮影画像を選択している。つまり、接触角９０°におけるインク滴２の画像は実像と鏡像との境界の区別が最も困難となるため、接触角が９０°より離れているほうの接触角が現れている撮影画像を選択し、境界位置を判定する。

具体的には、算出装置３１は、インクの複数回の吐出が行われている間において設定タイミングで撮影された撮影画像に含まれるインク滴２の画像からインク滴の動的接触角を測定し、インクの複数回の吐出が終了した後の撮影画像に含まれるインク滴２の画像からインク滴２の静的接触角を測定する。接触角の測定方法は、例えば、液滴の左右端点と頂点を結ぶ直線の、固体表面に対する角度から接触角を求める周知の１／２θ法などを用いる。

算出装置１３は、静的接触角をα、動的接触角をβとしたα及びβの関係が｜９０°−α｜≧｜９０°―β｜であるときは、インクの複数回の吐出が終了した後の撮影画像に含まれるインク滴２の画像に基づいて境界位置を判定する。その後、インクの複数回の吐出が終了した後の撮影画像に含まれるインク滴２の画像に基づいてインク滴２の体積を算出する。

一方、算出装置３１は、α及びβの関係が｜９０°−α｜＜｜９０°―β｜であるときはインクの複数回の吐出が行われている間の所定タイミングで撮影された撮像画像に含まれるインク滴２の画像に基づいて境界位置を判定する。その後、インクの複数回の吐出が終了した後の撮影画像に含まれるインク滴２の画像に境界位置のデータを反映させ、インク滴２の体積を算出する。

これは、一般に液体の動的接触角と静的接触角とは異なるため、動的接触角の方が実像と鏡像との境界が明確な場合、動的接触角が現れている撮影画像から実像と鏡像との境界を求めた方がより正確にインク滴２の実像部分を抽出することができるからである。

本実施形態では、インクの複数回の吐出が行われている間の所定タイミングで撮影された各撮影画像から求められる動的接触角の値のうち静的接触角αとの差が最大のものを動的接触角βとして使用し、そのときの撮影画像を採用する。なお、本実施形態のように静的接触角αとの差が最大のものを動的接触角βとして用いなくてもよく、例えば複数の撮影画像から取得した動的接触角の平均値であってもよい。

例えば、インクとして水系インクを用い、平板１１としてフッ素系樹脂を用いた場合、静的接触角は約９５°であった。これに対し、同一のインク、平板１１を用いたときの動的接触角の最大値は約１１５°であり、インクの吐出後の撮影画像よりも吐出時の撮影画像の方が実像と鏡像との境界が明確であった。このように、静的接触角のほうが９０°近傍、特に８５°〜１００°の実像と鏡像との境界の判別が困難な範囲においては、複数回のインクの吐出中の撮影画像から境界位置を決定し、撮影画像内の境界位置のデータをインクの複数回の吐出の終了後の撮影画像に反映させる。

一方、界面活性剤を加え、フッ素系樹脂の平板１１に対する静的接触角を約７５°にしたインクにおいては、動的接触角の最大値が約９５°となり、インクの複数回にわたる吐出後の撮影画像の方がより境界が明確となった。このような場合、静的接触角が現れている撮影画像から境界位置を決定する。

これにより、より正確に境界位置を判定でき、インク滴２の体積の測定精度を向上させることができる

この発明の実施形態に係るインク滴体積測定装置の概略の構成を示す図である。 １滴あたりのインク滴の体積を測定する算出装置の概略の処理手順を示すフローチャートである。 （Ａ）は撮影装置によって撮影された画像を示し、（Ｂ）は（Ａ）に示す画像から抜き出されたインク滴のみの画像を示し、（Ｃ）はインク滴の画像に中心軸を引いた画像を示し、（Ｄ）はさらに垂直方向の複数の領域に分割した画像を示す説明図である。 体積が同じであるインク滴を、種々の静的接触角となる平板上に吐出した時の、インク滴の垂直方向の大きさに対する水平方向の大きさの割合を示す説明図である。 他の実施形態に係るインク滴体積測定装置における算出装置の概略の処理手順を示すフローチャートである。 相似縮小モデルで縮小したインク滴の体積に対する、接触面一定縮小モデルで縮小したインク滴の体積の比率の時間推移を示す説明図である。 撮影画像を二値化してインク滴の画像（実像）を抽出する過程を示す説明図である。 撮影画像を示す説明図である。 この発明の他の実施形態に係るインク滴体積測定装置の概略の構成を示す図である。

符号の説明

１ インクジェット記録ヘッド
２ インク滴
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ インク滴体積測定装置
１１ 平板
１２ 撮影装置（撮影手段）
１３ 算出装置（算出手段）
１４ 照明装置（照明手段）
１５ 光学レンズ
１６ 光散乱物
２１ 中心軸
２２ 境界線
３１ 同期装置
３２ シャッタ装置

Claims (25)

1. インクジェット記録ヘッドに対向して水平に配置された平板と、
   前記インクジェット記録ヘッドから吐出されて前記平板で受けられたインク滴の画像を含む撮影画像を略水平方向から撮影する撮影手段と、
   前記インク滴の画像が前記平板で受けられた前記インク滴の垂直方向の中心軸を含む断面の画像であり、前記インク滴が前記中心軸を軸とする回転体形状であるとして、前記インク滴の画像に基づいて前記インク滴の体積を算出する算出手段と、を備えたことを特徴とするインク滴体積測定装置。
2. 前記平板に受けられた前記インク滴を挟んで前記撮影手段に対向する位置に、前記平板で受けられた前記インク滴を水平方向から照明する照明手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のインク滴体積測定装置。
3. 前記平板と前記照明手段との間に位置し、前記照明手段から照射される光を等方散乱させる光散乱物を備えたことを特徴とする請求項２に記載のインク滴体積装置。
4. 前記平板と前記撮影手段との間に、前記平板に受けられた前記撮影画像を前記撮影手段に拡大して投影する光学レンズをさらに備えたことを特徴とする請求項１から３に記載のインク滴体積測定装置。
5. 前記平板は、前記インク滴の前記平板に対する静的接触角が２３度以上となる材質からなることを特徴とする請求項４に記載のインク滴体積測定装置。
6. 前記算出手段は、所定の閾値に基づいて前記撮影画像を二値化し、二値化した撮影画像の水平方向の両端側の各画素から、中央の各画素に向かう際の画素値の変位点をそれぞれ抽出し、前記変位点を前記インク滴の画像のエッジ部分であると判定して前記撮影画像から前記インク滴の画像を抽出することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のインク滴体積測定装置。
7. 前記算出手段は、前記インク滴の画像のエッジ部分の形状に基づいて前記インク滴の実像と鏡像との境界位置を判定し、前記実像部分の前記インク滴の画像に基づいて前記インク滴の体積を算出することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のインク滴体積測定装置。
8. 前記算出手段は、垂直方向の各位置における前記インク滴の画像のエッジ部分の水平方向の一方から他方までの寸法の変位に基づいて前記インク滴の実像と鏡像との境界位置を判定することを特徴とする請求項７に記載のインク滴体積測定装置。
9. 前記撮影手段は、インクが前記インクジェット記録ヘッドから前記平板の同一箇所に複数回にわたって吐出される際、インクの複数回の吐出が行われている間の所定タイミングで前記撮像画像を撮影し、かつ、インクの複数回の吐出が終了した後の前記撮影画像を撮影し、
   前記算出手段は、前記所定タイミングで撮影された撮影画像に含まれる前記インク滴の画像からインク滴の動的接触角を測定し、インクの複数回の吐出が終了した後の前記撮影画像に含まれる前記インク滴の画像からインク滴の静的接触角を測定し、前記インク滴の前記平板に対する静的接触角をα、前記インク滴の前記平板に対する動的接触角をβとしたα及びβの関係が｜９０°−α｜≧｜９０°―β｜であるときはインクの複数回の吐出が終了した後の前記撮影画像に含まれる前記インク滴の画像に基づいて前記境界位置を判定し、α及びβの関係が｜９０°−α｜＜｜９０°―β｜であるときはインクの複数回の吐出が行われている間の所定タイミングで撮影された前記撮像画像に含まれる前記インク滴の画像に基づいて前記境界位置を判定することを特徴とする請求項８に記載のインク滴体積測定装置。
10. 前記算出手段は、前記インク滴の画像を高さが均等な垂直方向の複数の領域に分割し、各領域について前記中心軸から前記インク滴のエッジ部分までの複数の寸法の平均値を算出し、前記平均値を用いて領域毎の体積を算出し、さらに全ての領域の体積を加算することで、前記インク滴の体積を算出することを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のインク滴体積測定装置。
11. 前記算出手段は、前記インク滴の画像を高さが均等な垂直方向の複数の領域に分割し、各領域について前記インク滴の一方のエッジ部分から他方のエッジ部分までの寸法を算出し、この寸法の値を用いて領域毎の体積を算出し、さらに全ての領域の体積を加算することで、前記インク滴の体積を算出することを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のインク滴体積測定装置。
12. 前記算出手段は、同一箇所に複数回にわたって前記平板が受けたインク滴の体積を算出し、前記複数のインク滴の体積を前記平板が受けた回数で除算することで、前記平板が受けた１回あたりのインク滴の体積を算出することを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載のインク滴体積測定装置。
13. 前記算出手段は、インク滴が前記平板上に吐出された後の複数の撮影タイミングで撮影された前記インク滴の画像からそれぞれの撮影タイミングにおける前記インク滴の体積を算出し、各撮影タイミングにおける吐出時からの経過時間と算出した前記インク滴の体積との関係に基づいて、吐出直後の前記インク滴の体積を算出することを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載のインク滴体積測定装置。
14. 前記平板は、前記インク滴の前記平板に対する静的接触角が８１度以上となる材質からなり、
    前記算出手段は、前記平板で前記インク滴を受けてから前記インク滴の全てが乾燥するまでに要する時間の最初の１０％の時間内における前記複数の撮影タイミングで撮影された前記インク滴の画像からそれぞれの撮影タイミングにおける前記インク滴の体積を算出し、各撮影タイミングにおける前記インク滴の吐出時からの経過時間と算出したインク滴の体積との関係に基づいて、前記インク滴の吐出直後の体積を算出することを特徴とする請求項１３に記載のインク滴体積測定装置。
15. 前記インクジェット記録ヘッドに出力されるインク吐出情報に基づいて前記インクジェット記録ヘッドからインクが吐出される吐出タイミングを検出し、前記吐出タイミングに基づいて前記撮影手段に前記撮影画像の撮影を行わせる同期手段を備えたことを特徴とする請求項１から１４のいずれかに記載のインク滴体積測定装置。
16. 撮影手段に、水平に配置された平板がインクジェット記録ヘッドから受けたインク滴の画像を含む撮影画像を略水平方向から撮影させ、
    算出手段に、前記インク滴の画像が前記平板で受けられた前記インク滴の垂直方向の中心軸を含む断面の画像であり、前記インク滴が前記中心軸を軸とする回転体形状であるとして、前記インク滴の画像に基づいて前記インク滴の体積を算出させることを特徴とするインク滴体積測定方法。
17. 前記算出手段に、所定の閾値に基づいて前記撮影画像を二値化させ、二値化した撮影画像の水平方向の両端側の各画素から、中央の各画素に向かう際の画素値の変位点を抽出させ、前記変位点を前記インク滴の画像のエッジ部分と判定させて前記撮影画像から前記インク滴の画像を抽出させることを特徴とする請求項１６に記載のインク滴体積測定方法。
18. 前記算出手段に、前記インク滴の画像のエッジ部分の形状に基づいて前記インク滴の実像と鏡像との境界位置を判定させ、実像部分の前記インク滴の画像に基づいて前記インク滴の体積を算出させることを特徴とする請求項１６又は１７に記載のインク滴体積測定方法。
19. 前記算出手段に、垂直方向の各位置における前記インク滴の画像のエッジ部分の水平方向の一方から他方までの寸法の変位に基づいて前記インク滴の実像と鏡像との境界位置を判定させることを特徴とする請求項１８に記載のインク滴体積測定方法。
20. 前記撮影手段に、インクが前記インクジェット記録ヘッドから前記平板の同一箇所に複数回にわたって吐出される際、インクの複数回の吐出が行われている間の所定タイミングで前記撮像画像を撮影させ、かつ、インクの複数回の吐出が終了した後の前記撮影画像を撮影させ、
    前記算出手段に、前記所定タイミングで撮影された撮影画像に含まれる前記インク滴の画像からインク滴の動的接触角を測定させ、インクの複数回の吐出が終了した後の前記撮影画像に含まれる前記インク滴の画像からインク滴の静的接触角を測定させ、前記インク滴の前記平板に対する静的接触角をα、前記インク滴の前記平板に対する動的接触角をβとしたα及びβの関係が｜９０°−α｜≧｜９０°―β｜であるときはインクの複数回の吐出が終了した後の前記撮影画像に含まれる前記インク滴の画像に基づいて前記境界位置を判定させ、α及びβの関係が｜９０°−α｜＜｜９０°―β｜であるときはインクの複数回の吐出が行われている間の所定タイミングで撮影された前記撮像画像に含まれる前記インク滴の画像に基づいて前記境界位置を判定させることを特徴とする請求項１９に記載のインク滴体積測定装置。
21. 前記算出手段に、前記インク滴の画像を高さが均等な垂直方向の複数の領域に分割させ、各領域について前記中心軸から前記インク滴のエッジ部分までの複数の寸法の平均値を算出させ、前記平均値を用いて領域毎の体積を算出させ、さらに全ての領域の体積を加算させて前記インク滴の体積を算出させることを特徴とする請求項１６から２０のいずれかに記載のインク滴体積測定装置。
22. 前記算出手段に、前記インク滴の画像を高さが均等な垂直方向の複数の領域に分割させ、各領域について前記インク滴の一方のエッジ部分から他方のエッジ部分までの寸法を算出させ、この寸法の値を用いて領域毎の体積を算出させ、さらに全ての領域の体積を加算させて前記インク滴の体積を算出させることを特徴とする請求項１６から２０のいずれかに記載のインク滴体積測定装置。
23. 前記算出手段に、同一箇所に複数回にわたって前記平板が受けたインク滴の体積を算出させ、前記複数のインク滴の体積を前記平板が受けた回数で除算させて前記平板が受けた１回あたりのインク滴の体積を算出させることを特徴とする請求項１６から２１のいずれかに記載のインク滴体積測定方法。
24. 前記撮影手段に、インク滴が前記平板上に吐出された後の複数の撮影タイミングで撮影させ、
    前記算出手段に、前記複数の撮影タイミングで撮影された前記インク滴の画像からそれぞれの撮影タイミングにおける前記インク滴の体積を算出させ、各撮影タイミングにおける吐出時からの経過時間と算出した前記インク滴の体積との関係に基づいて、吐出直後の前記インク滴の体積を算出することを特徴とする請求項１６から２２のいずれかに記載のインク滴体積測定方法。
25. 前記複数の撮影タイミングは、前記インク滴の前記平板に対する静的接触角が８１度以上となる材質からなる前記平板で前記インク滴を受けてから前記インク滴の全てが乾燥するまでに要する時間の最初の１０％の時間内に設定されていることを特徴とする請求項２４に記載のインク滴体積測定方法。

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