JP2011002258A - 記録ヘッド検査装置および記録ヘッド検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インク液滴の着弾位置を計測する検査において、インクジェット記録ヘッドの吐出性能に起因しない計測誤差を生じず、より高精度に着弾位置を計測するインクジェット記録ヘッド検査装置およびインクジェット記録ヘッド検査方法を提供する。
【解決手段】記録ヘッドに備えられたノズルからインク液滴を吐出して記録媒体に記録を行なうインクジェット記録装置の前記記録ヘッドの吐出性能を検査する記録ヘッド検査装置であって、薄板状の第１光束を生成する第１光束生成手段と、薄板状の第２光束を生成する第２光束生成手段と、前記第１光束と前記第２光束とが、対向かつ重複するように前記第一光束および前記第二光束の生成位置を調整する光束位置調整手段と、前記記録ヘッドから吐出されたインク液滴が、前記第１光束と前記第２光束とを通過するときに発する輝点を画像に捉える撮像手段と、前記輝点の画像に基づき輝点の座標を算出する着弾位置算出手段と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、記録ヘッド検査装置および記録ヘッド検査方法に関し、特にインクジェット記録装置の記録ヘッド検査装置および記録ヘッド検査方法に関するものである。

インクジェット記録装置では、装置の性能に関する指標として、記録ヘッドの液滴吐出特性や記録媒体への浸透性等の記録位置精度に関する特性、および光学反射濃度、発色性、にじみ、耐候性等の記録品位に関する特性等が挙げられる。特に記録ヘッドの液滴吐出特性は高精細や高画質を求める上で重要となる。例えば、インク液滴の吐出量や吐出速度、着弾位置などの性能評価は、製品開発過程のみならず、記録ヘッドの生産過程においても実施されている。液滴吐出性能が不良な記録ヘッドは、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。

インク液滴の着弾位置の測定方法としては、例えば、記録ヘッドに備えられたノズルからインク液滴を吐出させ、ノズル面から離間して配置した記録媒体に着弾させる。そして、ノズルおよび着弾したインク液滴を記録媒体の下方から画像で捉えて認識し、２次元座標を測定することによってノズルに対するインク液滴の着弾点を検査する方法がある。しかしながらこの方法では、着弾時に生じるインク液滴の跳ね返りや記録媒体に浸透する際の滲み等によって、必ずしも正確な座標の計測ができないときがある。すなわち、記録媒体上にインク液滴を着弾させた後のインク液滴の２次元座標を計測するため、吐出特性に起因しない要因により、正確な計測を行なうことができないことがある。

このような着弾時のインク液滴の跳ね返りや滲みによる計測のズレが生じないようにするために、記録媒体が存在しない状態で記録ヘッドのノズルからインク液滴を吐出させてインク液的の着弾位置を測定する方法もある。この方法では、記録媒体の存在位置近傍に光束を射出させ、インク液滴が光束を通過する際の受光量の変化を検出することによってインク液滴の記録媒体における仮想的な着弾位置を求める。しかしながら、この方法では、検出するインク液滴の着弾位置ずれは一方向のみ（キャリッジ移動方向のみ）であり、２次元上の着弾位置ずれを検出することができない。

そこで、シート状の光束に対して交差するように記録ヘッドのノズルからインク液滴を吐出してインク液滴の着弾位置を測定する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この方法では、インク液滴が光束に当たることによって発する光を撮像手段で捉えてインク液滴の２次元的な位置座標を検出し、ノズルの座標と比較することによってインク液滴の着弾位置を測定している。

図１２は、特許文献１に示す従来の計測光束域と対物レンズの配置関係を示す図である。第１の薄板状の光束１０１と第２の薄板状の光束１０２により計測光束域１０３を生成し、対物レンズ１４で１０倍に拡大後、撮影デバイスで撮像される。このような測定方法であれば、インク液滴の着弾時の２次元座標のずれを計測することができる。

特開２００３−０８３７１４号公報

しかしながら、特許文献１のようなシート状の光束に対して交差するようにノズルからインク液滴を吐出してインク液滴の着弾位置を測定する方法は、計測誤差が発生することがある。すなわち、このような計測方法では、斜め下よりインク液滴を撮像するため、ピント面が傾斜する。シート状の光束に合うピントは、十字の直線上のみとなるため、インク液滴を十字の直線がクロスする点に合わせて吐出させないと、撮像した画像がピンボケとなってしまう。

本発明は以上の点を鑑みてなされたものであり、インク液滴の着弾位置を計測する検査において、インクジェット記録ヘッドの吐出性能に起因しない計測誤差を生じず、より高精度に着弾位置を計測する記録ヘッド検査装置および記録ヘッド検査方法を提供する。

上記目的を達成するための本発明は、記録ヘッドに備えられたノズルからインク液滴を吐出して記録媒体に記録を行なうインクジェット記録装置の前記記録ヘッドの吐出性能を検査する記録ヘッド検査装置であって、薄板状の第１光束を生成する第１光束生成手段と、薄板状の第２光束を生成する第２光束生成手段と、前記第１光束と前記第２光束とが、対向かつ重複するように前記第一光束および前記第二光束の生成位置を調整する光束位置調整手段と、前記記録ヘッドから吐出されたインク液滴が、前記第１光束と前記第２光束とを通過するときに発する輝点を画像に捉える撮像手段と、前記輝点の画像に基づき輝点の座標を算出する着弾位置算出手段と、を備えることを特徴とする。

以上の構成によれば、二つの光束より対向かつ重複する計測光束域を生成し、インク液滴の輝点の画像を計測光束域に対して垂直方向から画像に捉え、液滴径やインク液滴の重心位置の２次元座標を算出することができる。これにより、記録媒体へ着弾する際に発生していたインク液滴の跳ね返り、記録媒体に浸透していく際に発生していた滲みによる位置ずれに影響を受けることなくインク液滴の着弾位置計測が可能となる。また、液滴の位置計測に際して液滴径による計測誤差が発生しない高精度なインク液滴の位置計測をすることができる。

本発明の第１の実施形態におけるインクジェット記録装置用記録ヘッドの記録ヘッド検査装置を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態における記録ヘッドのノズルを示す模式図である。 本発明の第１の実施形態における記録ヘッドの吐出特性の良否を判断する手順を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態における計測光束域と対物レンズの配置関係を示す図である。 本発明の第１の実施形態におけるインク液滴が計測光束域を通過して輝点を発している状況を示す図である。 本発明の第１の実施形態における光線軌跡を模式的に示す図である。 本発明の第１の実施形態におけるインク液滴の発する輝点の様子を示す図である。 図７のインク液滴の周辺の一部を拡大した図である。 本発明の第２の実施形態における計測光束域と対物レンズの配置関係を示す図である。 図９に示す３箇所の相対位置の計測データを用いて、同一ノズルから吐出したインク液滴の飛翔軌跡を三次元的に算出した結果を示した図である。 本発明の第２の実施形態における記録ヘッドの吐出特性の良否を判断する手順を示すフローチャートである。 従来の計測光束域と対物レンズの配置関係を示す図である。

以下に図面を参照して本発明における実施形態を詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態におけるインクジェット記録装置用記録ヘッドの記録ヘッド検査装置を示す斜視図である。

ヘッドカートリッジ１は、インクジェット記録ヘッド２を保持すると共に各色のインクが充填されたインクタンク３が着脱可能に搭載されている。本実施形態のインクタンク３には、顔料ブラック(Ｋ１)インクタンク３ａ、染料シアン(Ｃ)インクタンク３ｂ、染料マゼンタ(Ｍ)インクタンク３ｃ、染料イエロー(Ｙ)インクタンク３ｄ、染料ブラック(Ｋ２)インクタンク３ｅが備えられている。

第１光束生成手段および第２光束生成手段であるレーザ光源ユニット１１は、波長５３２ｎｍ、出力２００ｍＷのＹＡＧ第二高調波のグリーンレーザとファイバー入射光学系で構成されている。シリンドリカル光学系ユニット１３ａおよび１３ｂは、複数枚のシリンドリカルレンズによって構成され、シリンドリカル光束を出射する役割に担う。また、シリンドリカル光学系ユニット１３ｂは、シリンドリカル光学系ユニット１３ａに対して１８０°反転させた方向に配置しており、各々の出射光束を対向させている。

レーザ光源ユニット１１から出射された光束は、光ファイバー１２ａによりシリンドリカル光学系ユニット１３ａに伝送される。そして、第１光束生成手段であるシリンドリカル光学系ユニット１３ａにより光束厚み方向のみ絞り込まれた第１の薄板状の光束１０１（以下、第１光束とも称する。）が生成される。また、レーザ光源ユニット１１（第２光束生成手段）から出射されたもう一方の光束は、光ファイバー１２ｂによりシリンドリカル光学系ユニット１３ｂに伝送される。そして、シリンドリカル光学系ユニット１３ｂにより光束厚み方向のみ絞り込まれた第２の薄板状の光束１０２（以下、第２光束とも称する。）が生成される。シリンドリカル光学系ユニット１３ａおよび１３ｂは１８０°反転された方向に配置されているため、第２光束１０２の出射方向は、第１光束１０１に対して対向している。

対物レンズ１４は１０倍の対物レンズであり、ＣＣＤカメラ１５は撮像手段（撮影デバイス）であり、ここでは画素数１３４４×１０２４、画素サイズ６．５μｍのものを用いている。対物レンズ１４によりインク液滴４を１０倍に拡大した後、ＣＣＤカメラ１５の撮像面に結像させている。２１ａ〜２１ｄはサブμｍの送り分解能を備えたアライメント６軸ステージ（Ｘ／Ｙ／Ｚ軸及びθＸ／θＹ／θＺ軸）である。アライメント６軸ステージ２１ａ，２１ｂを調整することにより、シリンドリカル光学系ユニット１３ａ，１３ｂから出射するシリンドリカル光束の光軸方向と位置を３次元的に調整できる。一方、アライメント６軸ステージ２１ｃを調整することによって記録ヘッド２より吐出するインク液滴の吐出方向と位置を３次元的に調整できる。また、アライメント６軸ステージ２１ｄを用いることで、対物レンズを介してＣＣＤカメラで撮像するインク液滴４に対して位置と方向を３次元的に調整できる。

インク液滴４の吐出は、まずパソコン３２上に記録されている吐出液滴検査パターンがヘッド駆動ユニット３１に転送される。続いて吐出制御の役割を担うヘッド駆動ユニット３１が吐出液滴ヘッド２に対して吐出指令を発し、指定されたノズルより液滴を吐出することによって行われる。本実施形態では、各ノズルより液滴量１ｐｌ（液滴径φ１２μｍ相当）のインク液滴が吐出する記録ヘッド２を用いている。

図２は、記録ヘッド２のノズルを示す模式図である。図２に示すように、記録ヘッド２は各色毎に計５列のノズル列２ａ〜２ｅを有し、各ノズル列は２５６個のノズルで構成されている。インクタンク３ａ〜３ｅに貯留されているインクは、記録ヘッド２の対応するノズル列２ａ〜２ｅへ供給される。これによって顔料ブラックノズル列２ａはＫ１インクを、染料シアンノズル列２ｂはＣインクを、染料マゼンタノズル列２ｃはＭインクを、染料イエローノズル列２ｄはＹインクを、染料ブラックノズル列２ｅはＫ２インクを、それぞれ吐出する。

次に、記録ヘッドの吐出特性の良否を判断する手順を説明する。記録ヘッド２から吐出されたインク液滴４は計測光束域１０３を通過する際、第１光束１０１および第２光束１０２より照射される。これら光束１０１および１０２は、インク液滴４において反射や屈折、透過によって光路変化が発生する。インク液滴４の外部よりこの状態を観察すると、インク液滴４から発する輝点の存在が確認できる。本発明では、この輝点を捉えることにより、インク液滴４の位置計測を行うものである。

図３は、本実施形態の記録ヘッドの吐出特性の良否を判断する手順を示すフローチャートである。

記録ヘッドの吐出特性の良否の検査が開始されると（Ｓ１００）、光束位置調整手段により第１光束１０１および第２光束１０２の出射位置の調整を行ない、計測光束域１０３を形成する（Ｓ１０１）。まず、シリンドリカル光学系ユニット１３ａにより第１光束１０１を形成する。第１光束１０１の形成は、シリンドリカル光学系ユニットを構成するレンズ（非図示）のレンズの間隔や傾きを調整することによって行なう。第１光束１０１は、光束が最も絞られるビームスポット近傍のビームプロファイル形状を、長さ１ｍｍ×幅１ｍｍの範囲において厚み１５μｍ程度に収める。また、第２光束１０２も同様に、ビームスポット近傍のビームプロファイル形状が長さ１ｍｍ×幅１ｍｍの範囲において、厚み１５μm程度に収まるようにレンズの調整を行ない形成する。

そして、第１光束１０１および第２光束１０２のビームスポット位置がほぼ重複するように、アライメント６軸ステージ２１ａ，２１ｂを用いて調整する。この結果、ビームスポット近傍に第１光束１０１と第２光束１０２が重複した計測光束領域１０３（以下、計測光束域とも称する。）を形成する。なお、本実施形態の計測光束域１０３の幅と長さの値は、ＣＣＤカメラ１５の画素サイズと対物レンズの倍率から決定すればよい。また計測光束域１０３の厚みの値は、計測対象となるインク液滴の液滴径、および計測光束域１０３を通過する後続のインク液滴を考慮して決定すればよい。

次に、計測光束域１０３に対する記録ヘッド２と対物レンズ１４の位置調整を行なう（Ｓ１０２）。記録ヘッド２から吐出したインク液滴４が計測光束域１０３を通過する際、インク液滴４が計測光束域１０３にほぼ直交するように調整を行なう。調整は、アライメント６軸ステージ２１ｃにより、記録ヘッド２を搭載するヘッドカートリッジ１の位置や傾きを調整する。この時の記録ヘッド２と計測光束域１０３間の距離は、計測したい条件に従い設定すればよい。

次に計測光束域１０３に対する対物レンズ１４の調整について説明する。

図４は、本実施形態の計測光束域１０３と対物レンズ１４の配置関係を示す図である。対物レンズの光軸は、記録ヘッド（非図示）に向かって、かつ計測光束域に対して垂直に配置することが望ましい。また、対物レンズ１４は計測光束域１０３のほぼ中央の位置にピント面が合うように調整するのが望ましい。これにより対物レンズを介してＣＣＤカメラで撮像される輝点の画像から、インク液滴４が計測光束域１０３を通過する際の２次元上の位置を検出することができる。

計測光束域１０３に対する対物レンズ１４の調整に際し、計測光束域１０３に薄板状のターゲットを配置する。本実施形態ではターゲットとして１５μｍ厚のＳＵＳ製シムを用いている。計測光束域１０３に重複するようにシムの配置を調整した後、シム表面上にピントが合うように対物レンズの位置を調整する。この結果、計測光束域１０３に対して垂直に配置した対物レンズは、図４に示すように、計測光束域１０３の厚み内にピント面を合わせることができる。

次に、記録ヘッド２からインク液滴４を吐出させる（Ｓ１０３）。インク液滴４の吐出は、まずパソコン３２上に記憶されている吐出液滴検査パターンが、記録ヘッド駆動ユニット３１に転送される。吐出制御の役割を担うヘッド駆動ユニット３１が吐出液滴ヘッド２に対して吐出指令を発し、指定されたノズルより指令されたタイミングで駆動することによって、液滴４が吐出される。

記録ヘッド２の検査パターンとして、記録ヘッド２が有する染料シアンノズル列２ｂの複数のノズルに対して同期駆動指令を発した場合、すなわちインク液滴が同時に吐出した場合の吐出状態の検査について説明する。

図５は、計測光束域１０３の幅方向に並べた染料シアンノズル列２ｂから、同期駆動させて吐出した複数のインク液滴４が計測光束域を通過して、各々輝点を発している状況を示す図である。予め、アライメント６軸ステージ２１ｃを用いて記録ヘッド２を回転させ、染料シアンノズル列２ｂを計測光束域１０３の幅方向に一致させる。計測光束域１０３の幅方向に複数のインク液滴が並んで吐出し、インク液滴４の全てに対して第１光束および第２光束が遮られることなく照射される。

次に、液滴４が発する輝点を撮像する（Ｓ１０４）。吐出した各々のインク液滴４は、計測光束域１０３を通過する際に、各々のインク液滴４は輝点を発する。各々のインク液滴４より発生した輝点は、対物レンズ１４で１０倍に拡大後、ＣＣＤカメラ１５で撮像される。輝点の画像はパソコン３２に転送され、保存される。また、輝点の画像に画像処理が施され輝点を抽出し、着弾位置算出手段により輝点の位置座標を算出してパソコン３２内に保存する。

図６は、第１光束１０１および第２光束１０２がインク液滴４に照射された場合の光線軌跡を模式的に示している。図６（ａ）は、インク液滴が染料シアンインクの場合の軌跡を示し、図６（ｂ）は、染料イエローインクの場合の軌跡を示している。また、図６（ｃ）は、対向する光束が照射された染料シアンのインク液滴４が発する輝点の光線軌跡を示している。尚、インク液滴４は、理想的な球体形状と考えて算出されている。本実施形態で用いるレーザ波長領域（λ５３２ｎｍ）では、イエロー以外のインク液滴が発する輝点は、図６（ａ）で示すように液滴表面上の反射光が主要因となる。一方、イエローインク液滴は液滴表面では反射せずにほとんどが透過し、液滴内部で２回反射した光が輝点としてＣＣＤカメラで撮像される。この場合の輝点は、図６（ａ）の場合よりも微弱光のため、レーザパワーを大きくするかカメラ感度を向上させて計測するなど、図６（ａ）の計測条件と変えて行う必要がある。

次に、輝点画像から液滴径算出手段により各インク液滴の液滴径を算出する（Ｓ１０５）。

図７は、染料シアンのインク液滴４が計測光束域１０３において、第１光束１０１および第２光束１０２によって照射された際に発する輝点の様子を示している。また、図８は、図７のインク液滴４の周辺の一部を拡大して図示したもので、液滴径の異なるインク液滴が発する輝点の様子を示す。

シアンのインク液滴４が発する輝点は、図６（ｃ）に示したように１つのインク液滴に対して２点存在し、それぞれ第１光束１０１および第２光束１０２の入射光束が液滴表面で反射したものである。これら輝点の間隔Ｓは液滴径に応じて変化する。

まず、ステップＳ１０４で求められた輝点の位置座標から、２つの輝点間の間隔Ｓ’を算出する。次に、算出した輝点間の間隔Ｓ’に対し、光線追跡より求められる輝点間の間隔Ｓが一致する場合の液滴径Ｄを算出する。間隔Ｓと液滴径Ｄの関係は、予めパソコン３２内に記憶されている。これにより、計測光束域１０３を通過するインク液滴４の液滴径Ｄが算出できる。

次に、液滴４の重心の座標の算出を行なう（Ｓ１０６）。図６（ｃ）に示すように光線追跡の結果、対向する光束が照射された染料シアンのインク液滴４が発する２つの輝点間の中心位置は、重心位置を２次元座標系（Ｘ，Ｙ）で算出した場合のｘ座標の位置と一致する。本実施形態では、インク液滴４の重心位置を液滴の位置と定義する。すなわち、インク液滴の位置座標を表現する際に重心位置を用いることにより、液滴径による位置誤差は発生しないことになる。

ステップＳ１０４で算出された各インク液滴４の輝点の位置座標を用い、各インク液滴４の２つの輝点間の重心位置を２次元座標系で算出する。識別子ｎとしたインク液滴４の重心位置は、（Ｘｎ，Ｙｎ）で表現する。このようにして、輝点の画像に捉えた各インク液滴４の重心位置を算出する。

次に、インク液滴間の相対位置のずれを相対位置算出手段により算出する（Ｓ１０７）。計測光束域１０３を通過する複数のインク液滴４の相対位置ずれは、各インク液滴４の重心位置を比較することにより算出する。具体的には、まず識別子１〜nまでのインク液滴の理想的な着弾位置（Ｘｎ’，Ｙｎ’）を算出する。この時の座標系は、識別子１のインク液滴を基準にして、すなわち理想的な着弾位置（Ｘ１’，Ｙ１’）＝（Ｘ１，Ｙ１）が成立する座標系で算出する。したがって、識別子１のインク液滴の相対位置ずれは基準点なので（０，０）となる。識別子２のインク液滴の相対位置ずれは（Ｘ２−Ｘ２'，Ｙ２−Ｙ２’）として算出し、同様に識別子３のインク液滴の相対位置ずれは（Ｘ３−Ｘ３'，Ｙ３−Ｙ３’）、識別子ｎのインク液滴の相対位置ずれは（Ｘｎ−Ｘｎ'，Ｙｎ−Ｙｎ’）として算出する。このようにして全インク液滴に対し、インク液滴間の相対位置ずれを算出する。

次に、記録ヘッドの良否判定を行なう（Ｓ１０８）。この良否判定は、ステップＳ１０５で算出された液滴４の液滴径と、ステップＳ１０７で算出されたインク液滴間の相対位置のずれの結果と、予め定められた規格値と比較をすることにより行なう。規格値に含まれれば検査パターンの吐出性能検査に対して良判定となり、規格値より外れた場合は不良判定となる。

このように記録ヘッド２に対して、様々な検査パターンを発することによって記録ヘッドの吐出性能が把握できる。最終的には様々な検査パターンの計測結果を用いて総合的に判断し、記録ヘッドの良品／不良品判定を下すことになる。

以上のように本実施形態では、二つの光束より対向かつ重複した計測光束域を生成し、記録ヘッドのノズルから吐出したインク液滴が計測光束域を通過する際に発する輝点の画像を捉えて画像処理を施す。これにより、液滴径やインク液滴の重心位置が算出できる。そして、各インク液滴の重心位置より、複数のインク液滴間の相対的な位置関係を計測することができる。このように本実施形態では、各インク液滴の重心位置を液滴の位置とするため、液滴径による計測誤差は生じず、高精度な液滴の位置計測が可能となる。また、記録媒体へ着弾する際に発生するインク液滴の跳ね返り、記録媒体に浸透していく際に発生していた滲みによる位置ずれも防止することができる。したがって、この吐出性能計測結果を基に、高精度な記録ヘッドの良否判定が可能となる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、複数のノズルより同時にインク液滴４を吐出させ、計測光束域を通過する複数のインク液滴４間の相対位置を計測する方法により記録ヘッドの良否の判定を行なった。しかしながら本発明はさらに、液滴の飛翔軌跡を算出することにより記録ヘッドの良否を判定するものであってもよい。

本実施形態では、記録ヘッド２と計測光束域１０３間の相対距離を変えた３箇所において、計測光束域１０３を通過する複数のインク液滴４間の相対位置の計測を行うものである。そして、これら相対位置の計測データより同一ノズルから吐出したインク液滴４の飛翔軌跡を三次元的に算出することができる。

本実施形態で用いる記録ヘッド検査装置は、第１の実施形態で用いたものと基本的には同様の構成であるが、実記録時に記録媒体が配置される位置に記録媒体に代わって薄い透過媒体４１を配置する点が異なる。検査時の条件を実記録時の条件と一致させるためである。

図９は、計測光束域１０３と対物レンズ１４の配置関係を示す図である。本実施形態では、記録ヘッド２と計測光束域１０３の間の相対距離Ｌの異なる３箇所に複数のノズルよりインク液滴４を同時に吐出させる。検査時の条件を実記録時の条件と一致させるために配置される透過媒体は、厚み１７０μmのカバーガラス４１を採用している。なお、一般的に、カバーガラス４１を対物レンズ１４と計測光束域１０３間に配置することによって、ディストーションなど僅かな光学的エラー成分の発生が懸念される。これについて本実施形態では、被写体を輝点の代わりに校正用テストチャートを用いた計測を予め実施して光学エラー成分として記憶させておき、計測結果から光学エラー成分を除去する対策を施している。

図１０は、図９に示す３箇所の相対位置の計測データを用いて、同一ノズルから吐出したインク液滴の飛翔軌跡を三次元的に算出した結果を示した図である。図９に示す３箇所において記録ヘッド２より吐出したインク液滴４が、計測光束域の通過する位置を計測し、それら計測データを用いて、各インク液滴４の３次元的な飛翔軌跡を算出する。

図１１は、本実施形態の記録ヘッドの吐出特性の良否を判断する手順を示すフローチャートである。

記録ヘッドの吐出特性の良否の検査が開始されると（Ｓ２００）、光束位置調整手段により、第１光束１０１および第２光束１０２の出射位置の調整を行ない、計測光束域１０３を形成する（Ｓ２０１）。計測光束域１０３の形成は、第１の実施形態と同様に行なう。

次に、記録ヘッド２と計測光束域１０３間の距離を間隔調整手段により調整する（Ｓ２０２）。記録ヘッド２から吐出したインク液滴４が計測光束域１０３を通過する際にほぼ直交し、かつ、記録ヘッド２と計測光束域１０３間が指定された相対距離Ｌとなるように、アライメント６軸ステージ２１ｃを用いて、記録ヘッド２の位置を調整する。なお、アライメント６軸ステージ２１ｃにおける鉛直方向移動と、アライメント６軸ステージ２１ｄにおける鉛直方向移動は、予めそれぞれの移動方向を一致させておく（走りを合わせておく）必要がある。移動方向が異なると、算出するインク液滴の重心位置に誤差が生じるためである。アライメント６軸ステージの移動精度の関係上、移動方向を一致させることが出来ない場合は、光学式測長機などを用いて移動誤差を検出し、算出したインク液滴の重心位置に補正を加えることで対応する。

本実施形態では３箇所でインク液滴の通過位置を計測するため、図９（ａ）から図９（ｃ）に示すように、輝点画像の撮影を行なうごとに、相対距離ＬをＬ１，Ｌ２およびＬ３に調節する。

次に、第１の実施形態と同様に、計測光束域１０３に対する対物レンズの位置調整を行い（Ｓ２０３）、記録ヘッド２からインク液滴４を吐出させ（Ｓ２０３）、液滴４が発する輝点を撮像する（Ｓ２０４）。

輝点の画像はパソコン３２に転送され、保存される。また、輝点の画像に画像処理が施され輝点を抽出し、着弾位置算出手段により輝点の位置座標を算出してパソコン３２内に保存する。本実施形態では、３箇所においてインク液滴の通過位置を計測する。このため、相対距離Ｌ１，Ｌ２およびＬ３の場合の各輝点の位置座標をそれぞれ、位置座標結果Ｐ１，Ｐ２およびＰ３として、それぞれ保存する。

次に、輝点画像の撮像が完了したか否かを判定する（Ｓ２０６）。すなわち、計測光束域１０３を通過する複数のインク液滴４が発する輝点画像の撮像は、記録ヘッド２と計測光束域１０３間の相対距離を変えた３箇所において完了したかを判定する。完了していない場合には、ステップＳ２０２に戻り、ステップＳ２０２からＳ２０５の工程を繰り返す。完了した場合には、ステップＳ２０７に進む。

次に、輝点画像毎に、液滴径算出手段により各インク液滴の液滴径を算出する（Ｓ２０７）。ステップＳ２０５で求められた、相対距離を変えた３箇所それぞれの各輝点の位置座標から、２つの輝点間の間隔Ｓ’を算出する。次に、算出した輝点間の間隔Ｓ’に対し、光線追跡より求められる輝点間の間隔Ｓが一致する場合の液滴径Ｄを算出する。間隔Ｓと液滴径Ｄの関係は、予めパソコン３２内に記憶されている。この処理を各位置座標の結果の夫々のインク液滴４について行なう。これにより、計測光束域１０３を通過するインク液滴４の液滴径Ｄが算出できる。

次に、輝点画像毎に、各インク液滴４の重心の座標の算出を行なう（Ｓ２０８）。重心の座標の算出は、位置座標結果Ｐ１，Ｐ２およびＰ３を用いて、各位置座標結果の各々のインク液滴４に対する２つの輝点間の重心位置を２次元座標系で算出する。

図９（ａ）に示す相対距離Ｌ１の場合の識別子ｎとしたインク液滴４の重心位置は、Ｐ１（Ｘｎ，Ｙｎ）で表現する。同様に図９（ｂ）に示す相対距離Ｌ２の場合の識別子ｎとしたインク液滴４の重心位置はＰ２（Ｘｎ，Ｙｎ）、図９（ｃ）に示す相対距離Ｌ３の場合の識別子ｎとしたインク液滴４の重心位置はＰ３（Ｘｎ，Ｙｎ）で表現する。このようにして、各位置座標結果の各々のインク液滴４に対する重心位置を算出する。

次に、同一ノズルから吐出されたインク液滴の飛翔軌跡を飛翔軌跡算出手段により算出する（Ｓ２０９）。３箇所でのインク液滴の通過位置の計測に基づいた重心位置の算出結果に基づき、重心位置を３次元的に積み重ねる演算処理を実施する。具体的には、識別子ｎのインク液滴４の重心位置Ｐ１（Ｘｎ，Ｙｎ）、Ｐ２（Ｘｎ，Ｙｎ）およびＰ２（Ｘｎ，Ｙｎ）と、それぞれの相対距離Ｌ１、相対距離Ｌ２および相対距離Ｌ３を用いて、同一な３次元座標系に積み重ねる演算処理を実施する。すなわち、図１０に示すように、同一ノズルより吐出したインク液滴４の飛翔軌跡を算出することができる。

次に、記録ヘッドの良否判定を行なう（Ｓ２１０）。この良否判定は、ステップＳ２０７で算出された液滴４の液滴径と、ステップＳ２０９で算出されたインク液滴の飛翔軌跡の結果と、予め定められた規格値と比較をすることにより行なう。規格値に含まれれば検査パターンの吐出性能検査に対して良判定となり、規格値より外れた場合は不良判定となる。

このように記録ヘッド２に対して、様々な検査パターンを発することによって記録ヘッドの吐出性能が把握できる。最終的には様々な検査パターンの計測結果を用いて総合的に判断し、記録ヘッドの良品／不良品判定を下すことになる。

なお、本実施形態では、記録ヘッド２と計測光束域１０３間の相対距離を変えた３箇所において、複数のインク液滴４間の相対位置の計測を行うものであったが、本発明は３箇所に限定されるものではない。すなわち、２以上の箇所における輝点を計測することによりインク液滴の飛翔軌跡を３次元的に算出するものであればよい。

以上のように本実施形態では、記録ヘッドと計測光束域間の相対距離Ｌを変えながら複数箇所でインク液滴の２次元的な位置計測を行なう。そして、同一ノズルから吐出したインク液滴の２次元的な位置計測データを相対距離Ｌに応じて立体的に積み重ねることにより、インク液滴の飛翔軌跡を３次元的に算出することが可能となる。これにより、各インク液滴の液滴径や飛翔位置の他、吐出方向の算出をすることができ、より高精度な記録ヘッド検査装置を提供することができる。

２ 記録ヘッド
４ インク液滴
１１ レーザ光源
１４ 対物レンズ
１５ ＣＣＤカメラ
３２ パソコン
１０１ 第１の薄板状の光束(第１光束)
１０２ 第２の薄板状の光束(第２光束)
１０３ 重複した計測光束領域（計測光束域）

Claims (10)

1. 記録ヘッドに備えられたノズルからインク液滴を吐出して記録媒体に記録を行なうインクジェット記録装置の前記記録ヘッドの吐出性能を検査する記録ヘッド検査装置であって、
   薄板状の第１光束を生成する第１光束生成手段と、薄板状の第２光束を生成する第２光束生成手段と、
   前記第１光束と前記第２光束とが、対向かつ重複するように前記第１光束および前記第２光束の出射位置を調整する光束位置調整手段と、
   前記記録ヘッドから吐出されたインク液滴が、前記第１光束と前記第２光束とを通過するときに発する輝点を画像に捉える撮像手段と、
   前記輝点の画像に基づき輝点の座標を算出する着弾位置算出手段と、
   を備えることを特徴とする記録ヘッド検査装置。
2. 前記着弾位置算出手段は、一の前記インク液滴により発する複数の輝点に基づき前記インク液滴の液滴径を算出する液滴径算出手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の記録ヘッド検査装置。
3. 前記着弾位置算出手段は、複数の前記ノズルから吐出したインク液滴により発する複数の輝点に基づき、前記インク液滴間の相対位置を算出する相対位置算出手段を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の記録ヘッド検査装置。
4. 前記対向かつ重複するように調整された前記第１光束および前記第１光束の出射位置と前記記録ヘッドとの間の相対距離を調整するための間隔調整手段と、該間隔調整手段により前記出射位置と前記記録ヘッドとの間の相対距離を変えて前記撮影手段により撮影された２以上の前記輝点を捉えた画像に基づき、前記インク液滴の飛翔軌跡を算出する飛翔軌跡算出手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の記録ヘッド検査装置。
5. 前記光束生成手段は、少なくともレーザ光源とシリンドリカルレンズを含むことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の記録ヘッド検査装置。
6. 記録ヘッドに備えられたノズルからインク液滴を吐出して記録媒体に記録を行なうインクジェット記録装置の前記記録ヘッドの吐出性能を検査する記録ヘッド検査方法であって、
   薄板状の第１光束を生成する第１光束生成工程と、薄板状の第２光束を生成する第２光束生成工程と、
   前記第１光束と前記第２光束とが、対向かつ重複するように前記第１光束および前記第２光束の出射位置を調整する位置を調整する光束位置調整工程と、
   前記記録ヘッドから吐出されたインク液滴が、前記第１光束と前記第２光束とを通過するときに発する輝点を画像に捉える撮像工程と、
   前記輝点の画像に基づき輝点の座標を算出する着弾位置算出工程と、
   を備えることを特徴とする記録ヘッド検査方法。
7. 前記着弾位置算出工程は、一の前記インク液滴により発する複数の輝点に基づき前記インク液滴の液滴径を算出する液滴径算出工程を備えていることを特徴とする請求項６に記載の記録ヘッド検査方法。
8. 前記着弾位置算出工程は、複数の前記ノズルから吐出したインク液滴により発する複数の輝点に基づき、前記インク液滴間の相対位置を算出する相対位置算出工程を備えていることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の記録ヘッド検査方法。
9. 前記対向かつ重複するように調整された前記第１光束および前記第２光束の出射位置と前記記録ヘッドとの間の相対距離を調整するための間隔調整工程と、該間隔調整工程により前記出射位置と前記記録ヘッドとの間の相対距離を変えて前記撮影工程により撮影された２以上の前記輝点を捉えた画像に基づき、前記インク液滴の飛翔軌跡を算出する飛翔軌跡算出工程をさらに備えることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれかに記載の記録ヘッド検査方法。
10. 前記光束生成工程は、少なくともレーザ光源とシリンドリカルレンズを含むことを特徴とする請求項６から請求項９のいずれかに記載の記録ヘッド検査方法。

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