JP2010264714A - 液滴撮像装置及びインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カメラをインクジェットヘッドに近接配置させることが困難な場合であっても、低コストで良好に液滴を撮影する。
【解決手段】飛翔する液滴Ｄに光を照射するストロボ４１と、ストロボ４１により光が照射された液滴Ｄを撮影するカメラ４２とを備え、記録ヘッド２２が有するノズル２３，…から吐出された液滴Ｄを撮影する液滴撮像装置４であって、ストロボ４１から照射されて液滴Ｄの飛翔経路を通過した光をノズル面２２ａから離間させる方向へ反射する第１の反射面４３ａと、第１の反射面４３ａによって反射された光をレンズ４２１の光軸Ｌに沿ってカメラ４２に入射させる方向へ反射する第２の反射面４３ｂと、を有するプリズム４３を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、液滴撮像装置及びインクジェット記録装置に関する。

従来、複数のノズルから液滴を吐出して所望の画像を記録するインクジェット記録装置として、吐出された液滴を撮影し、その飛翔状態を観察して吐出タイミングの調整等を行うための液滴撮像装置を備えるものが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

この液滴撮像装置２００には、図７に示すように、インクジェットヘッド３００下面のノズルから着弾プレート３０２へ向けて吐出される液滴Ｄを挟むようにしてストロボ２１０とカメラ２２０とが対向配置されている。そして、液滴撮像装置２００は、液滴Ｄへ向けてストロボ２１０から光を照射しつつ、カメラ２２０で撮影を行うように構成されている。

このような液滴撮像装置２００では、被写体の液滴Ｄが微小であるため、カメラ２２０のレンズ２２１は拡大光学系となっており、レンズ２２１前面から被写体である液滴Ｄまでの距離、いわゆるワーキングディスタンスＷＤ（以下、ＷＤという）は数ｍｍ〜数十ｍｍ程度の短い距離となっている。また、カメラ２２０のレンズ２２１は、高い分解能が必要となることから、これに応じた一定以上の開口数のもの、つまり比較的大きなレンズ径のものが使用される。加えて、インクジェットヘッド３００と着弾プレート３０２との間の距離は、数ｍｍ程度の狭いギャップとなっている。

つまり、液滴撮像装置２００では、液滴Ｄがレンズ２２１前面から短いＷＤの距離にあり、且つ、インクジェットヘッド３００と着弾プレート３０２との狭いギャップがレンズ２２１の光軸上にあるように、比較的に大きなカメラ２２０を配置する必要があった。要するに、カメラ２２０をインクジェットヘッド３００に近接配置させる必要があった。

特開２００２−３４７２２４号公報 特開２００４−１６５０３５号公報

しかしながら、上記従来の液滴撮像装置２００では、インクジェットヘッド３００がカメラ２２０の配置方向に大きいものであったり、複数のインクジェットヘッド３００が配列されたラインヘッド型のインクジェット記録装置に設けられたりする場合、カメラ２２０とインクジェットヘッド３００とが干渉して接触してしまい、カメラ２２０を上記のようにインクジェットヘッド３００に近接配置させることが困難となる結果、良好に液滴Ｄを撮影することができなかった。

このとき、撮影可能なＷＤがより長いカメラ２２０を用いれば、カメラ２２０をインクジェットヘッド３００に近接配置できなくとも液滴Ｄの撮影が可能であるが、このようなＷＤの長いカメラ２２０は、性能が低く良好に液滴Ｄを撮影できないか、或いは性能が良くとも価格が高く、装置を高コストにしてしまう。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、カメラをインクジェットヘッドに近接配置させることが困難な場合であっても、低コストで良好に液滴を撮影することのできる液滴撮像装置及びこれを備えるインクジェット記録装置の提供を課題とする。

前記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
飛翔する液滴に光を照射する光源（ストロボ）と、
前記光源により光が照射された前記液滴を撮影する撮像手段（カメラ）と、を備え、
インクジェットヘッドが有する複数のノズルから吐出された液滴を撮影する液滴撮像装置であって、
前記撮像手段は、前記複数のノズルが配列された前記インクジェットヘッドのノズル面に平行な光軸の撮像レンズ（レンズ）を有し、
前記光源から照射されて前記液滴の飛翔経路を通過した光を、前記インクジェットヘッドのノズル面から離間させる方向へ反射する第１の反射手段と、
前記第１の反射手段によって反射された光を、前記撮像レンズの光軸に沿って前記撮像手段に入射させる方向へ反射する第２の反射手段と、
を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の液滴撮像装置であって、
前記光源、前記撮像手段、前記第１の反射手段及び前記第２の反射手段は、前記インクジェットヘッドに対し相対的に移動しつつ、前記複数のノズルから吐出される液滴を順次撮影することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の液滴撮像装置であって、
前記光源からの光を前記液滴へ向けて反射させる第３の反射手段を備えることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の液滴撮像装置であって、
前記光源からの光を前記液滴へ向けて伝送する光導波路を備えることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、インクジェット記録装置であって、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の液滴撮像装置を備えることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、光源（ストロボ）から照射されて液滴の飛翔経路を通過した光を、第１の反射手段によってインクジェットヘッドのノズル面から離間させる方向へ反射させた後、第２の反射手段によって撮像レンズ（レンズ）の光軸に沿って撮像手段（カメラ）に入射させる方向へ反射させることができる。これにより、レンズ前面から液滴までのＷＤを長く伸ばすことなく、インクジェットヘッドに干渉しない位置まで当該インクジェットヘッドからカメラを離間させることができる。したがって、カメラをインクジェットヘッドに近接配置させることが困難な場合であっても、ＷＤの長い高価なカメラを使用する必要がなく、低コストで良好に液滴を撮影することができる。

請求項３，４に記載の発明によれば、第３の反射手段又は光導波路を備えることによりストロボをインクジェットヘッドから離間させることができ、ノズル面と着弾プレートとのギャップが極めて狭い場合であっても、ストロボとインクジェットヘッドとを干渉させることなく当該ギャップ間を飛翔する液滴に好適に光を照射することができる。

インクジェット記録装置の要部を示す模式図である。 ヘッドユニットの斜視図である。 カメラ及びプリズムをカメラの正面から見た図である。 インクジェット記録装置の制御構成を示すブロック図である。 インクジェット記録装置の第１の変形例の要部を示す模式図である。 インクジェット記録装置の第２の変形例の要部を示す模式図である。 従来の液滴撮像装置を備えるインクジェット記録装置の要部を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係るインクジェット記録装置１の要部を示す模式図であり、図２は、後述するヘッドユニット２の斜視図である。
インクジェット記録装置１は、図１に示すように、ヘッドユニット２と、着弾プレート３と、液滴撮像装置４とを備えている。

このうち、ヘッドユニット２は、図２に示すように、ヘッドプレート２１を備えており、ヘッドプレート２１には、列毎に矢印Ｘの方向（以下、副走査方向Ｘという）へ配列された複数の記録ヘッド２２，…が、千鳥配置となるように、副走査方向Ｘに直交する矢印Ｙの方向（以下、主走査方向Ｙという）へ２列設けられている。このように、ヘッドユニット２は、複数の記録ヘッド２２，…が配設された、いわゆるラインヘッド型のものである。

記録ヘッド２２，…の下面は、複数のノズル２３，…が副走査方向Ｘに配列されたノズル面２２ａを形成している。ノズル２３，…は、付設された図示しない圧電素子に電圧が印加されることにより、液滴Ｄを下方へ向けて吐出するように構成されている。

また、ヘッドユニット２は、Ｘ方向移動機構２４及びＹ方向移動機構２５（図４参照）を備えており、これらＸ方向移動機構２４及びＹ方向移動機構２５により副走査方向Ｘ及び主走査方向Ｙへ移動可能に構成されている。

着弾プレート３は、図１に示すように、ノズル２３，…から吐出された液滴Ｄを着弾させるためのものであり、記録ヘッド２２の下方に所定の距離だけ離間させて配設されている。また、着弾プレート３は、記録ヘッド２２のノズル面２２ａよりも一回り小さい主走査方向Ｙの幅及び副走査方向Ｘの長さに形成されている。なお、ノズル面２２ａから着弾プレート３上面までの上下方向の距離は、本実施形態においては、数ｍｍとなっている。

液滴撮像装置４は、ノズル２３，…から吐出された液滴Ｄを撮影するものであり、ストロボ４１と、カメラ４２と、プリズム４３とを備えている。
このうち、ストロボ４１は、ノズル２３，…から着弾プレート３までを飛翔する液滴Ｄに光を照射する光源であり、ヘッドユニット２の下方であって着弾プレート３よりも上側に配設されている。このストロボ４１は、主走査方向Ｙに沿って、ノズル面２２ａに略平行な方向へ光を照射するように構成されている。

カメラ４２は、ストロボ４１により光が照射された液滴Ｄを撮影する撮像手段であり、ヘッドユニット２の下方で主走査方向Ｙに沿って着弾プレート３を挟むようにストロボ４１と並設されている。このカメラ４２は、光を取り込むレンズ４２１を有しており、このレンズ４２１の光軸Ｌが主走査方向Ｙに沿ってノズル面２２ａに略平行となるように当該レンズ４２１の前面（図１の左端の面）をストロボ４１側へ向けて配設されている。また、カメラ４２は、微小な液滴Ｄの撮影が可能な所定の望遠倍率を有するものであり、レンズ４２１の前面から被写体である液滴Ｄまでの主走査方向Ｙに沿った距離、いわゆるワーキングディスタンスＷＤ（以下、ＷＤという）は、本実施形態においては、数ｍｍ〜数十ｍｍとなっている。

図３は、カメラ４２及びプリズム４３をカメラ４２の正面から見た図である。
プリズム４３は、図１及び図３に示すように、ストロボ４１から照射された光の方向を変えるためのものであり、一組の対角が４５°の平行四辺形断面に形成された略平板状の透明体である。このプリズム４３は、副走査方向Ｘに垂直な断面において上面及び下面が主走査方向Ｙから４５°の方向を向くように、レンズ４２１前面の上側半分を覆って当該レンズ４２１前面の直前に配設されている。

より詳しくは、プリズム４３は、上面の中央がストロボ４１の発光部と略同じ上下方向の位置にあり、下面の中央がレンズ４２１中央の光軸Ｌに略一致するように配設されている。そして、このプリズム４３の上面は、ストロボ４１から主走査方向Ｙに沿って照射された光を直角に下方へ反射する第１の反射面４３ａを形成している。また、プリズム４３の下面は、第１の反射面４３ａによって反射されてプリズム４３内を下方へ伝播した光を、レンズ４２１の光軸Ｌに沿って主走査方向Ｙへ直角に反射する第２の反射面４３ｂを形成している。このようなプリズム４３により、図１の一点鎖線で示すように、レンズ４２１の光軸Ｌを折り曲げることができる。

なお、プリズム４３の上面である第１の反射面４３ａは、ストロボ４１からの光を直角に下方へ反射するものでなくともよく、ストロボ４１から照射されて液滴Ｄの飛翔経路を通過した光を、ノズル面２２ａから離間させる方向へ反射するものであればよい。同様に、プリズム４３の下面である第２の反射面４３ｂは、プリズム４３内を下方へ伝播した光を直角に反射するものでなくともよく、第１の反射面４３ａによって反射された光を、レンズ４２１の光軸Ｌに沿ってカメラ４２に入射させる方向へ反射するものであればよい。

以上の構成を具備する液滴撮像装置４では、ノズル２３から液滴Ｄが吐出されると、ストロボ４１から副走査方向へ光が照射される。この光は、液滴Ｄを含む領域を照射してその飛翔経路を通過した後、プリズム４３の第１の反射面４３ａで下方へ反射され、プリズム４３内を伝播して第２の反射面４３ｂで主走査方向Ｙへ反射される。そして、この光は、レンズ４２１の光軸Ｌに沿って露出状態のカメラ４２に入射する。こうして、飛翔する液滴Ｄが撮影され、その飛翔状態が観察される。この観察によって液滴Ｄの大きさや吐出方向、吐出タイミング等の情報が得られ、これらの情報に基づいて記録ヘッド２２，…等のメンテナンスが行われる。

続いて、インクジェット記録装置１の制御構成について、図４を参照して説明する。
図４は、インクジェット記録装置１の制御構成を示すブロック図である。
この図に示すように、インクジェット記録装置１は、制御部１０を備えている。

制御部１０は、ヘッドユニット２の各記録ヘッド２２に接続され、ノズル２３，…からの液滴Ｄの吐出タイミングを制御可能に構成されているとともに、Ｘ方向移動機構２４及びＹ方向移動機構２５に接続され、ヘッドユニット２の副走査方向Ｘ及び主走査方向Ｙへの移動を制御可能に構成されている。また、制御部１０は、ストロボ４１に接続され、ストロボ４１の発光タイミングを制御可能に構成されているとともに、カメラ４２に接続され、カメラ４２の撮影タイミングを制御可能に構成されている。

このような構成により、制御部１０は、ノズル２３，…からの液滴Ｄの吐出タイミング，ストロボ４１の発光タイミング及びカメラ４２の撮影タイミングを制御して、液滴Ｄを良好に撮影させるようになっている。また、制御部１０は、ヘッドユニット２を副走査方向Ｘ及び主走査方向Ｙへ移動させつつ液滴Ｄを撮影させることで、各記録ヘッド２２の複数のノズル２３，…から吐出される液滴Ｄを順次撮影させるようになっている。

以上のように、本実施形態における液滴撮像装置４によれば、ストロボ４１から照射されて液滴Ｄの飛翔経路を通過した光を、プリズム４３の第１の反射面４３ａによって記録ヘッド２２のノズル面２２ａから離間させる方向へ反射させた後、第２の反射面４３ｂによってレンズ４２１の光軸Ｌに沿ってカメラ４２に入射させる方向へ反射させることができる。これにより、レンズ４２１前面から液滴ＤまでのＷＤを長く伸ばすことなく、記録ヘッド２２，…（ヘッドユニット２）に干渉しない位置まで当該記録ヘッド２２，…からカメラ４２を離間させることができる。したがって、カメラ４２を記録ヘッド２２，…に近接配置させることが困難な場合であっても、ＷＤの長い高価なカメラを使用する必要がなく、低コストで良好に液滴Ｄを撮影することができる。

［変形例１］
続いて、上記実施形態におけるインクジェット記録装置１の第１の変形例について、図５を参照して説明する。なお、上記実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図５は、インクジェット記録装置１Ａの要部を示す模式図である。
この図に示すように、インクジェット記録装置１Ａは、液滴撮像装置４Ａを備えている。液滴撮像装置４Ａは、上記実施形態と同様のストロボ４１，カメラ４２及びプリズム４３に加え、反射ミラー４４を備えている。但し、ストロボ４１は、上記実施形態における配設位置よりも下方に配設されているとともに、ノズル面２２ａに略平行な方向でなく上方へ向けて光を照射するように構成されている。

反射ミラー４４は、ストロボ４１からの上方への光を、主走査方向Ｙに沿って液滴Ｄへ向けて反射させるものである。

以上のように、本実施形態の第２の変形例における液滴撮像装置４Ａによれば、反射ミラー４４を設けることによりストロボ４１をヘッドユニット２から離間させることができ、ノズル面２２ａと着弾プレート３とのギャップが極めて狭い場合であっても、ストロボ４１とヘッドユニット２とを干渉させることなく当該ギャップ間を飛翔する液滴Ｄに好適に光を照射することができる。

［変形例２］
続いて、上記実施形態におけるインクジェット記録装置１の第２の変形例について、図６を参照して説明する。なお、上記実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図６は、インクジェット記録装置１Ｂの要部を示す模式図である。
この図に示すように、インクジェット記録装置１Ｂは、液滴撮像装置４Ｂを備えている。液滴撮像装置４Ｂは、上記実施形態と同様のストロボ４１，カメラ４２及びプリズム４３に加え、光導波路４５及び集光レンズ４６を備えている。但し、ストロボ４１は、上記実施形態における配設位置よりも下方であって着弾プレート３から離間した主走査方向Ｙの位置に配設されている。

光導波路４５は、ストロボ４１からの光を液滴Ｄへ向けて伝送する光ファイバーであり、ストロボ４１からの光が主走査方向Ｙに沿って入射面に入射されるとともに、出射面からの光が主走査方向Ｙに沿って液滴Ｄへ向けて出射されるように配設されている。なお、この光導波路４５は、光ファイバーに限定されず、ストロボ４１からの光を液滴Ｄへ向けて伝送するものであればよい。

集光レンズ４６は、ストロボ４１からの光を光導波路４５の入射面に集光させるものであり、光導波路４５の入射面の直前に配設されている。

以上のように、本実施形態の第２の変形例における液滴撮像装置４Ｂによれば、光導波路４５を設けることによりストロボ４１をヘッドユニット２から離間させることができ、ノズル面２２ａと着弾プレート３とのギャップが極めて狭い場合であっても、ストロボ４１とヘッドユニット２とを干渉させることなく当該ギャップ間を飛翔する液滴Ｄに好適に光を照射することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。

例えば、上記実施形態並びにその第１の変形例及び第２の変形例では、液滴撮像装置４，４Ａ，４Ｂは、インクジェット記録装置１，１Ａ，１Ｂに備えられるものとして記載したが、インクジェット記録装置１，１Ａ，１Ｂから独立した取り外し可能な装置であってもよい。この場合には、制御部１０に代えて、液滴撮像装置４，４Ａ，４Ｂ及びインクジェット記録装置１，１Ａ，１Ｂのそれぞれを制御する制御手段であって互いに接続可能なものを、それぞれに設ければよい。

また、第１の反射面４３ａ及び第２の反射面４３ｂは、プリズム４３の上面及び下面として一体に設けられるものとして記載したが、別体の反射手段であってもよい。

また、液滴撮像装置４は、制御部１０によりヘッドユニット２が移動されている状態で、各記録ヘッド２２のノズル２３，…から吐出される液滴Ｄを順次撮影するものとして記載したが、少なくともストロボ４１、カメラ４２及びプリズム４３が、記録ヘッド２２に対し相対的に移動しつつ、ノズル２３，…から吐出される液滴Ｄを順次撮影するものであればよい。

また、ヘッドユニット２は、複数の記録ヘッド２２，…が配設されたラインヘッド型のものとして記載したが、カメラ４２の上方まで及ぶ程度に主走査方向Ｙへ大きいものであれば、単一の記録ヘッド２２だけを備えるものであってもよい。

１，１Ａ，１Ｂ インクジェット記録装置
４，４Ａ，４Ｂ 液滴撮像装置
２２ 記録ヘッド（インクジェットヘッド）
２２ａ ノズル面
２３ ノズル
４１ ストロボ（光源）
４２ カメラ（撮像手段）
４３ プリズム
４３ａ 第１の反射面（第１の反射手段）
４３ｂ 第２の反射面（第２の反射手段）
４４ 反射ミラー（第３の反射手段）
４５ 光導波路
４２１ レンズ（撮像レンズ）
Ｄ 液滴
Ｌ 光軸

Claims (5)

1. 飛翔する液滴に光を照射する光源と、
   前記光源により光が照射された前記液滴を撮影する撮像手段と、を備え、
   インクジェットヘッドが有する複数のノズルから吐出された液滴を撮影する液滴撮像装置であって、
   前記撮像手段は、前記複数のノズルが配列された前記インクジェットヘッドのノズル面に平行な光軸の撮像レンズを有し、
   前記光源から照射されて前記液滴の飛翔経路を通過した光を、前記インクジェットヘッドのノズル面から離間させる方向へ反射する第１の反射手段と、
   前記第１の反射手段によって反射された光を、前記撮像レンズの光軸に沿って前記撮像手段に入射させる方向へ反射する第２の反射手段と、
   を備えることを特徴とする液滴撮像装置。
2. 前記光源、前記撮像手段、前記第１の反射手段及び前記第２の反射手段は、前記インクジェットヘッドに対し相対的に移動しつつ、前記複数のノズルから吐出される液滴を順次撮影することを特徴とする請求項１に記載の液滴撮像装置。
3. 前記光源からの光を前記液滴へ向けて反射させる第３の反射手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の液滴撮像装置。
4. 前記光源からの光を前記液滴へ向けて伝送する光導波路を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の液滴撮像装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の液滴撮像装置を備えることを特徴とするインクジェット記録装置。

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