JP3291995B2 - 変動液面高さ測定装置及び方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェットプ
リンタの圧電形ヘッドのノズル内のインク面などのよう
に、高さを周期的に変化させる変動液面の高さを測定す
る場合に使用して好適な変動液面高さ測定装置及び方法
に関する。

【０００２】近年、情報機器の高度化・小型化に伴い、
プリンタとして、インクジェットプリンタが注目されて
いるが、インクジェットプリンタの開発にあたっては、
圧電形ヘッドのノズル内のインク面の挙動を高精度に観
察する手段が必要となる。

【０００３】

【従来の技術】従来、高さ測定装置として、たとえば、
図６にその概念図を示すようなものが知られており、図
６中、１は被測定物、２は測定用光束を発生する測定用
光束光源、３は測定用光束光源２から発生された測定用
光束を被測定物１の方向に反射するハーフミラー、４は
対物レンズ、５は結像レンズ、６は光センサである。

【０００４】この高さ測定装置は、測定用光束光源２か
ら発生され、ハーフミラー３で反射された測定用光束を
対物レンズ４で集光して被測定物１の表面に照射し、そ
の反射光を対物レンズ４及びハーフミラー３を通過させ
て結像レンズ５により光センサ６に集光すると共に、対
物レンズ４を矢印Ａで示すように垂直方向に移動させ、
光センサ６で検出される反射光の強度が最大のときの対
物レンズ４の位置を調べることにより、被測定物１の高
さを測定するというものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この高さ測定装置は、
被測定物が停止しているものには有効であるが、インク
ジェットプリンタの圧電形ヘッドのノズル内のインク面
などのように高さを周期的に変化させる変動液面の高さ
を測定する場合には用いることができない。

【０００６】本発明は、かかる点に鑑み、高さを周期的
に変化させる変動液面の高さを短時間で測定することが
できる変動液面高さ測定装置及び方法を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の変動液面高さ測
定装置は、点灯時間をきわめて短時間とする発光、いわ
ゆる、フラッシュ光を発生するフラッシュ光発生手段
と、変動液面の変動方向に移動可能であるとともにフラ
ッシュ光発生手段から発生されるフラッシュ光を集光し
て変動液面に照射する顕微鏡と、変動液面からの反射光
の強度を顕微鏡を介して検出する反射光強度検出手段
と、フラッシュ光発生手段を制御し、変動液面の変動周
期に同期させて又は変動液面の変動周期内の複数のタイ
ミングでフラッシュ光を発生させる制御手段を有すると
いうものである。

【０００８】本発明の変動液面高さ測定方法の第１は、
本発明の変動液面高さ測定装置を使用するものであり、
フラッシュ光発生手段を制御して、フラッシュ光を変動
液面の変動周期に同期させて発生させ、反射光の強度を
顕微鏡の高さを変えながら測定し、反射光の強度が最大
の場合の顕微鏡の高さを調べることにより、変動周期内
の或るタイミングにおける変動液面の高さを測定すると
いうものである。

【０００９】本発明の変動液面高さ測定方法の第２は、
本発明の変動液面高さ測定装置を使用するものであり、
顕微鏡の高さを固定し、フラッシュ光発生手段を制御し
て、フラッシュ光を変動液面の変動の一周期内に複数の
タイミングで発生させ、各タイミングにおける反射光の
強度を測定する工程を、顕微鏡を複数の高さに移動させ
て行い、各タイミングにおいて反射光の強度が最大とな
る場合の顕微鏡の高さを調べることにより、変動周期内
の複数のタイミングにおける変動液面の高さを測定する
というものである。

【００１０】本発明の変動液面高さ測定装置によれば、
フラッシュ光を集光して変動液面に照射させることがで
きるので、たとえば、本発明の変動液面高さ測定方法の
第１を実行する場合には、変動周期内の或るタイミング
における変動液面の高さを短時間で測定することがで
き、また、たとえば、本発明の変動液面高さ測定方法の
第２を実行する場合には、変動周期内の複数のタイミン
グにおける変動液面の高さを短時間で測定することがで
きる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は本発明の変動液面高さ測定
装置の実施の形態の一例を示す概念図であり、図１中、
１０は本発明の変動液面高さ測定装置の実施の形態の一
例、１１は被測定物であるインクジュットプリンタに使
用される圧電形ヘッドである。

【００１２】また、本発明の変動液面高さ測定装置の実
施の形態の一例１０において、１２は光学系、１３は光
学系１２を構成する顕微鏡であり、１４は光軸、１５、
１６は後述するフラッシュ光を回析限界まで小さくした
スポット光に集光することができる対物レンズ、１７は
結像レンズ、１８、１９はハーフミラーである。

【００１３】また、２０は顕微鏡１３の上端部に取り付
けられた反射光強度検出手段をなすＣＣＤ（Ｃharge Ｃ
oupled Ｄevice）カメラである。

【００１４】また、２１は位置決め等のために圧電形ヘ
ッド１１の表面を照明する照明光を発生する照明光源、
２２は照明光源２１から発生される照明光を顕微鏡１３
に伝送する光ファイバ・ケーブルであり、この光ファイ
バ・ケーブル２２から顕微鏡１３内に出力される照明光
は、ハーフミラー１８により下方に反射される。

【００１５】また、２３は半導体レーザ装置を含み、平
行光としたレーザ光からなるフラッシュ光を出力するフ
ラッシュ光源であり、このフラッシュ光源２３から顕微
鏡１３内に出力されるフラッシュ光は、ハーフミラー１
９により下方に反射される。

【００１６】また、２４は光学系１２を三次元方向に移
動自在に保持するステージ、２５はステージ２４の動き
をコントロールするステージ・コントローラ、２６は照
明光源２１からの照明光の発生及びフラッシュ光源２３
からのフラッシュ光の発生、発生間隔などをコントロー
ルする光コントローラである。

【００１７】また、２７はＣＣＤカメラ２０から出力さ
れる画像データを処理する画像処理装置、２８はステー
ジ・コントローラ２５、光コントローラ２６及び画像処
理装置２７をコントロールするメイン・コントローラ、
２９は測定データを記憶するメモリである。

【００１８】また、３０は圧電形ヘッド１１から垂直方
向に噴射されたインク滴、３１はインク滴３０を横方向
に吹き飛ばすための気体を噴射する気体噴射装置、３２
は気体噴射装置３１により吹き飛ばされたインク滴３０
を吸収するために気体を吸収する気体吸収装置である。

【００１９】また、図２は圧電形ヘッド１１の内部構造
を示す概略的断面図であり、図２中、３４はインク、３
５はインク３４に圧力を加えるインク圧力室、３６はイ
ンク圧力室３５にインク３４を補給するインク補給路、
３７はインク圧力室３５内のインク３４に圧力を加える
振動板、３８はインク滴噴射路をなすノズル、３９はノ
ズル３８内のインク面である。

【００２０】ここに、図３は本発明の変動液面高さ測定
装置の実施の形態の一例１０を使用して、変動周期内の
或るタイミングにおけるインク面３９の高さを測定する
方法（本発明の変動液面高さ測定方法の実施の形態の一
例）を説明するための図である。

【００２１】即ち、本発明の変動液面高さ測定装置の実
施の形態の一例１０を使用して、変動周期内の或るタイ
ミングにおけるインク面３９の高さを測定する場合に
は、光コントローラ２６を介してフラッシュ光源２３を
制御し、フラッシュ光をインク面３９の変動周期に同期
させて或るタイミングで発生させる。

【００２２】このフラッシュ光を顕微鏡１３に入射し、
ハーフミラー１９で下方に反射し、対物レンズ１５、１
６により集光してインク面３９に照射すると共に、イン
ク面３９で反射されるフラッシュ光の反射光の強度を顕
微鏡１３の高さを変えながらＣＣＤカメラ２０で測定す
る。

【００２３】このようにする場合には、図３に示すよう
に、顕微鏡１３の高さに対する反射光強度曲線Ｘ１を得
ることができるが、この反射光強度曲線Ｘ１から反射光
の強度が最大となる場合の顕微鏡１３の高さＨＡを調べ
ることにより、変動周期内の或るタイミングにおけるイ
ンク面３９の高さを測定することができる。

【００２４】また、図４、図５は本発明の変動液面高さ
測定装置の実施の形態の一例１０を使用して、変動周期
内の複数のタイミングにおけるインク面３９の高さを測
定する方法（本発明の変動液面高さ測定方法の実施の形
態の他の例）を説明するための図である。

【００２５】即ち、本発明の変動液面高さ測定装置の実
施の形態の一例１０を使用して、変動周期内の複数のタ
イミングにおけるインク面３９の高さを測定する場合に
は、顕微鏡１３の高さを、たとえば、Ｈ１に固定すると
共に、光コントローラ２６を介してフラッシュ光源２３
を制御し、インク面３９の変動の一周期内において、フ
ラッシュ光をタイミングＴ₁、Ｔ₂・・・Ｔ_nで発生させ
る。

【００２６】これらフラッシュ光を顕微鏡１３に入射
し、ハーフミラー１９で下方に反射し、対物レンズ１
５、１６により集光してインク面３９に照射すると共
に、インク面３９で反射されるフラッシュ光の反射光の
強度をＣＣＤカメラ２０で測定する。

【００２７】このようにする場合には、たとえば、図４
に曲線Ｙ１で示すような、タイミングＴ₁、Ｔ₂・・・Ｔ
_nに対する反射光強度曲線を得ることができる。

【００２８】次に、顕微鏡１３の高さをＨ２（＞Ｈ１）
に移動して固定し、インク面３９の変動の一周期内にお
いて、フラッシュ光をタイミングＴ₁、Ｔ₂・・・Ｔ_nで
発生させ、同様にして、反射光の強度をＣＣＤカメラ２
０で測定する。

【００２９】このようにする場合には、たとえば、図４
に曲線Ｙ２で示すような、タイミングＴ₁、Ｔ₂・・・Ｔ
_nに対する反射光強度曲線を得ることができる。

【００３０】次に、顕微鏡１３の高さをＨ３（＞Ｈ２）
に移動して固定し、インク面３９の変動の一周期内にお
いて、フラッシュ光をタイミングＴ₁、Ｔ₂・・・Ｔ_nで
発生させ、同様にして、反射光の強度をＣＣＤカメラ２
０で測定する。

【００３１】このようにする場合には、たとえば、図４
に曲線Ｙ３で示すような、タイミングＴ₁、Ｔ₂・・・Ｔ
_nに対する反射光強度曲線を得ることができる。

【００３２】ここに、タイミングＴaの場合には、顕微
鏡１３の高さがＨ１にある場合に反射光の強度が最大と
なっているので、タイミングＴaにおけるインク面３９
の高さＺ１は、顕微鏡１３の高さＨ１から相対的に知る
ことができる。

【００３３】また、タイミングＴbの場合には、顕微鏡
１３の高さがＨ２にある場合に反射光の強度が最大とな
っているので、タイミングＴbにおけるインク面３９の
高さＺ２は、顕微鏡１３の高さＨ２から相対的に知るこ
とができる。

【００３４】また、タイミングＴcの場合には、顕微鏡
１３の高さがＨ３にある場合に反射光の強度が最大とな
っているので、タイミングＴcにおけるインク面３９の
高さＺ３は、顕微鏡１３の高さＨ３から相対的に知るこ
とができる。

【００３５】したがって、この場合には、たとえば、図
５に示すように、タイミングＴ₁、Ｔ₂・・・Ｔ_nに対す
るインク面３９の変動曲線Ｗ１を得ることができ、イン
ク面３９の挙動を知ることができる。

【００３６】なお、フラッシュ光の発生タイミングを固
定して顕微鏡１３を上下に移動させて、或るタイミング
におけるインク面３９の高さを測定する工程を、タイミ
ングを変えて複数回行う場合にも、変動周期内の複数の
タイミングにおけるインク面３９の高さを測定すること
ができるが、このようにする場合には、顕微鏡１３を上
下に頻繁に往復させることになるため、バックラッシュ
によるメカ的な測定誤差という問題が生じてしまうが、
本発明の変動液面高さ測定方法の実施の形態の他の例に
よれば、このような問題は生じない。

【００３７】このように、本発明の変動液面高さ測定装
置の実施の形態の一例によれば、フラッシュ光を集光し
てインク面３９に照射させることができるので、たとえ
ば、本発明の変動液面高さ測定方法の実施の形態の一例
を実行する場合には、変動周期内の或るタイミングにお
けるインク面３９の高さを短時間で測定することがで
き、また、たとえば、本発明の変動液面高さ測定方法の
実施の他の例を実行する場合には、変動周期内の複数の
タイミングにおける変動液面の高さを短時間で測定する
ことができる。

【００３８】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、高さを
周期的に変化させる変動液面の高さを測定する場合に
は、変動周期内の或るタイミング又は複数のタイミング
における変動液面の高さを短時間で測定することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の変動液面高さ測定装置の実施の形態の
一例を示す概念図である。

【図２】圧電形ヘッドの内部構造を示す概略的断面図で
ある。

【図３】本発明の変動液面高さ測定装置の実施の形態の
一例を使用して、変動周期内の或るタイミングにおける
インク面の高さを測定する方法（本発明の変動液面高さ
測定方法の実施の形態の一例）を説明するための図であ
る。

【図４】本発明の変動液面高さ測定装置の実施の形態の
一例を使用して、変動周期内の複数のタイミングにおけ
るインク面の高さを測定する方法（本発明の変動液面高
さ測定方法の実施の形態の他の例）を説明するための図
である。

【図５】本発明の変動液面高さ測定装置の実施の形態の
一例を使用して、変動周期内の複数のタイミングにおけ
るインク面の高さを測定する方法（本発明の変動液面高
さ測定方法の実施の形態の他の例）を説明するための図
である。

【図６】従来の高さ測定装置の一例を示す概念図であ
る。

【符号の説明】

１５、１６ 対物レンズ １７ 結像レンズ １８、１９ ハーフミラー ３０ インク滴

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−222124（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−99356（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−26665（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01F 23/00 - 25/00

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】変動液面の高さを測定する変動液面高さ測
   定装置であって、 フラッシュ光を発生するフラッシュ光発生手段と、 前記変動液面の変動方向に移動可能であるとともに前記
   フラッシュ光発生手段から発生されるフラッシュ光を集
   光して前記変動液面に照射する顕微鏡と、 前記変動液面からの反射光の強度を前記顕微鏡を介して
   検出する反射光強度検出手段と、 前記フラッシュ光発生手段を制御し、前記変動液面の変
   動周期に同期させて又は前記変動液面の変動周期内の複
   数のタイミングでフラッシュ光を発生させる制御手段 を有することを特徴とする変動液面高さ測定装置。
2. 【請求項２】前記顕微鏡は、 前記フラッシュ光を集光する対物レンズを有すること を特徴とする請求項１に記載の変動液面高さ測定装置。
3. 【請求項３】前記変動液面は、液滴を噴射させるための
   液滴噴射路内の液面であり、 前記液滴噴射路内の液滴を除去するための手段が設けら
   れていること を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の変動液面高
   さ測定装置。
4. 【請求項４】変動液面の高さを測定する変動液面高さ測
   定方法であって、 フラッシュ光を前記変動液面の変動周期に同期させて発
   生させ該変動液面に照射し、 前記変動液面からの反射光の強度を顕微鏡の高さを変え
   ながら測定し、 前記反射光の強度が最大となる場合の顕微鏡の高さを調
   べ、 前記変動液面の高さを測定すること を特徴とする変動液面高さ測定方法。
5. 【請求項５】変動液面の高さを測定する変動液面高さ測
   定方法であって、 顕微鏡の高さを固定する第１の工程と、 前記変動液面の変動周期内の複数のタイミングでフラッ
   シュ光を発生させて該変動液面に照射する第２の工程
   と、 前記変動液面からの反射光の強度を前記複数のタイミン
   グにおいて測定する第３の工程と、 顕微鏡の高さを変えて前記第１の工程と前記第２の工程
   と前記第３の工程とを少なくとも１回以上繰り返す第４
   の工程とを有し、 前記複数のタイミングのそれぞれにおいて反射光の強度
   が最大となる場合の顕微鏡の高さを調べ、 前記変動液面の高さを測定すること を特徴とする変動液面高さ測定方法。