JP4023053B2 - インクジェット射出検査装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はインクジェット射出検査装置に関し、更に詳しくは液滴を正確に検出することができるようにしたインクジェット射出検査装置に関する。
【０００２】
インクジェットプリンタの市場要求として、高解像度の向上、プリント速度の高速化、低価格の方向が求められている。このため、マルチノズルでチャネル数の増加、着弾精度の向上、液滴量の低下、射出速度の増加、製造コストの低減が挙げられている。
【０００３】
【従来の技術】
従来、インクジェット式プリンタ用ヘッドのインク吐出検査は、紙等に印字された媒体を用いて検査していた。この方法の場合、検査作業が煩雑になるという問題があり、更に記録媒体が必要となるため、そのコストが発生し、ヘッド自体の製造コストが増加するという問題があった。
【０００４】
このため記録媒体を用いない液滴検査装置が開発されてきている（例えば特開平１１−２２７１７２号公報）。
図６は従来装置の構成例を示す図である。図において、１はストロボ光源、２は該ストロボ光源１を取り囲むように配置された反射鏡である。３はストロボ発光を受ける２次光源で、例えば白色散乱体又は拡散板等が用いられる。２次光源３からの光は、液滴Ａ、Ｂに入射し、その透過光はレンズ４を介してＣＣＤ６上に結像される。７は、ＣＣＤを移動させるカメラ移動機構である。
【０００５】
このように構成された装置において、ｄは液滴Ａ、Ｂ間の距離でその視野は２ｄで表される。θは光束の広がり角で、２次光源３からレンズ４までの距離をＬ、レンズ４の口径をＤとすると、θ＝Ｄ／Ｌで表される。また、光束の入射角φは、φ＝ｄ／Ｌで表される。そして、液滴像は、ＣＣＤ６上に結像することになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
液滴の位置、速度をストロボ等閃光光源でとらえることは周知の技術となってきている。例えば、特開平５−１４９７６９号公報記載の発明では、照明の記載がなく、特開平１１−２２７１７２号公報記載の発明では、ストロボ照明を複数回測定しており、照明方法の記載はなかった。
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、インクヘッドから吐出される液滴の状態を正確に検出することができるインクジェット射出検査装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（１）請求項１記載の発明は、点光源を結像させる一つ又は複数のレンズから構成される光学系の光源と像との間に、被測定対象である液滴として無色透明のダミーインクを配置し、光源の結像位置に周辺の光を遮断する機構を設け、かつ前記光源の結像位置とは異なる位置に被測定対象である液滴の像を結像させる光学系を設け、この液滴の結像位置に撮像素子を配置して構成されることを特徴とする。
【０００９】
このように構成すれば、光源と像との間に液滴を配置することにより、インクヘッドから吐出される液滴の状態を正確に検出することができる。
（２）請求項２記載の発明は、前記光源としてストロボライト又はレーザのパルス発光を用いることを特徴とする。
【００１０】
このように構成すれば、移動中の液滴に対しても、正確な状態で検出することができる。
（３）請求項３記載の発明は、前記結像位置にシャッタ付きカメラを配置することを特徴とする。
【００１１】
このように構成すれば、高速でシャッタを切ることにより、吐出された液滴をほぼ静止した状態で撮影することができる。
（４）請求項４記載の発明は、前記点光源の結像位置に絞り機構を設けたことを特徴とする。
【００１２】
このように構成すれば、曲げられた光を遮断し、直線光のみを通過させることにより、液滴の画像を正確に検出することができる。
（５）請求項５記載の発明は、前記絞りを変化させることを特徴とする。
【００１３】
このように構成すれば、液滴の状態に応じて最適な絞りを用いることができ、正確な液滴画像を得ることができる。
（６）請求項６記載の発明は、液滴中央の明るい部分を重心測定前にマスクすることを特徴とする。
【００１４】
このように構成すれば、液滴中央をマスクして好ましい液滴画像を得ることができ、液滴を正確に認識することができる。
（７）請求項７記載の発明は、前記撮像素子から出力された液滴外形部分の濃度値から液滴外径を認識することを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、液滴外径部分のコントラストが向上するため、液滴外径部分の濃度値から最大の分解能で液滴外径を認識することができる。
（８）請求項８記載の発明は、測定視野を移動させた際、予め液滴のない状態で撮像した画像を記憶しておき、液滴がある状態で撮像した画像から前記液滴のない状態で撮像した画像を差し引くことを特徴とする。
【００１６】
このように構成すれば、得られた液滴画像のシェーディング補正を行なうことができる。
【００１７】
なお、以上のように構成すれば、ダミーインクを使用することにより、検査後、コンタミネーションを防止するため、洗浄或いはインクの再充填の必要がない。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を詳細に説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態例を示す図である。図６と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、１０は光源、１１は該光源１０からの光を集束させるレンズ、Ａ、Ｂは液滴である。１２は光源１０の像が結像される位置に配置されたスリットである。該スリット１２を通過した光は、ＣＣＤ６上に液滴の像を結ぶ。このように、本発明では、光源１０と像との間に液滴Ａ、Ｂを配置しており、光源の像を結ばせる光学系レンズ１１と、液滴の像を結ばせる光学系を兼用させている。ここで、光源１０としては、ストロボライト又はレーザのパルス発光を使用するようにする。これにより、移動中の液滴に対しても、正確な状態で検出することができる。
【００１９】
このような光学系を用いることにより、液滴Ａ、ＢはＣＣＤ６上に結像する。この結果、液滴Ａ、Ｂの画像を得ることができる。ここで、光源１０の結像点にスリット１２を配置しているのは、曲げられた光を遮断し、直線光のみを通過させて、液滴の像を正確に検出するためである。ここで、このスリットを変化させるようにすることができる。これによれば、液滴の状態に応じて最適な絞りを用いることができ、正確な液滴画像を得ることができる。
【００２０】
図１に示すような構成を用いると、光源と像との間に液滴を配置することにより、インクヘッドから吐出される液滴の状態を正確に検出することができる。即ち、高精度で複数の液滴の形状が計測できる。また、広視野（１回当たり測定できる液滴数を増加できる）で計測が可能になる。これにより、射出速度、射出角度（着弾位置精度）、液滴量等が高精度で高速に測定できるようになる。
【００２１】
この場合において、被測定対象となる液滴として着色していない粘度等同等なダミーインクを用いることができ、検査後コンタミネーションを防止するため、洗浄或いはインクの再充填の必要がないようにすることができる。
【００２２】
更に、結像位置にシャッタ付きカメラを配置してカメラで液滴を撮影することができる。これによれば、ストロボの代わりに通常の例えばハロゲンランプ等の光源を用いても、吐出した液滴をほぼ静止した状態で撮影することができ、被測定対象の移動による測定誤差を除去することができる。図２は光の液滴入射の説明図である。光が、液滴２１に入射すると、液滴内に入射する光と入射しない光に分けられる。液滴２１に入射した光は、液滴２１を透過して角度βで抜けていく。液滴２１に入射しない光は入射点で反射し、角度αで反射する。ここで、液滴中心から入射光までの距離をＸとすると、前記α＝２×ａｒｃｃｏｓ（Ｘ／ｒ）で表され、前記β＝２×（ａｒｃｓｉｎ（Ｘ／ｒ）−ａｒｃｓｉｎ（Ｘ／ｒ×ｎ））で表される。ここで、ｎは屈折率、ｒは液滴の半径である。ここで、θ＞βである場合には、液滴内部に抜けが発生し、θ＞αの場合には液滴外径が細る。ここで、θは図６の光束広がり角である。この図より、θが小さいほど特性が向上することが分かる。つまり、本発明によりこのθを測定視野全体に均一に小さくすることが可能となる。
【００２３】
図３は本発明の第２の実施の形態例を示す図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。閃光光源１０から出射された光は、スリット１３を通過し、続くレンズ２０で平行光に変換される。この平行光を続くレンズ２２で集束し、スリット１２を通過した液滴像をＣＣＤ６上に結像させる。ここで、液滴２１はレンズ２０と２２との間に配置される。
【００２４】
このように平行光を使用することにより、焦点深度が増加し、多段ノズルの測定の際のピントの調整しなおしの必要がなくなり、測定時間を短縮することができる。
【００２５】
この場合において、β＞θの領域となる液滴中央の明るい部分を液滴の重心或いは径を測定前にマスクするようにすれば、液滴中央をマスクして好ましい液滴画像を得ることができ、液滴を正確に測定することができる。
【００２６】
また、本発明の光学系を使用することによって、液滴外径部分のコントラストが向上する。この効果を利用し、撮像素子（例えばＣＣＤ）から出力された液滴外形部分の濃度値から１画素以内の分解能で、液滴外径を認識することができる。
【００２７】
更に、測定視野を移動させた際、被測定対象である液滴を除き、照明光学系と受光光学系の関係が変わらないことを利用し、予め液滴のない状態で撮像した画像を記憶しておき、液滴がある状態で撮像した画像から、液滴のない状態で撮像した画像を差し引くようにする。これにより、得られた液滴画像のシェーディング補正を行なうことができる。
【００２８】
図４は本発明の第３の実施の形態例を示す図である。図１、図３と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、１０は閃光光源、２３はスリット１３を通過して閃光光源１０の光を集束するレンズ、１２はスリットで、６はスリット１２を通過してきた画像を結像させるＣＣＤである。２４は液滴像を結像させるレンズである。
【００２９】
３０はＣＣＤ６から読み出された電気信号を受けて、高速で液滴の画像処理を行なう高速画像処理ボード、３１は該高速画像処理ボード３０と接続され、装置全体の制御を行なうパソコン（ＰＣ）、３２はヘッド駆動、ステージ駆動、ストロボ駆動を行なう駆動部で、パソコン３１と接続されている。液滴は、レンズ２３とレンズ２４との間に配置されている。このように構成された装置の動作を図５のタイミングチャートを使用しながら説明すれば、以下の通りである。
【００３０】
このように構成された装置において、垂直同期信号に同期してヘッド駆動パルスが（ａ）に示すように立ち上がると、ストロボ駆動信号は（ｃ）に示すようにヘッド駆動パルスの立ち上がりからτ１だけ遅れて立ち上がる。それから更にΔτ１だけ遅れて閃光源（ストロボ）１０が発光する。
【００３１】
この時の、液滴像は、レンズ２４を介してＣＣＤ６上に結像する。このＣＣＤ６で検出された信号は、続く高速画像処理ボード３０に入り、画像処理が行われる。この時の画像をｆ１とする。次の、ヘッド駆動パルスの立ち上がりで立ち上がりからτ２だけ遅れてストロボ駆動信号（ｃ）が立ち上がる。それから更にΔτ２だけ遅れて閃光源１０が発光する。この時の液滴像は、レンズ２４を介してＣＣＤ６上に結像する。この時の画像をｆ２とする。ｆ１の液滴画像と、ｆ２の液滴画像の差から液滴の速度その他の情報を測定することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、以下の効果が得られる。
（１）請求項１記載の発明によれば、点光源を結像させる光学系の光源と像との間に、被測定対象である液滴を配置し、光源の結像位置に周辺の光を遮断する機構を設け、かつ被測定対象である液滴の像を結像させる光学系を設け、この液滴の結像位置に撮像素子を配置することにより、光源と像との間に液滴を配置することで、インクヘッドから吐出される液滴の状態を正確に検出することができる。
【００３６】
（２）請求項２記載の発明によれば、前記光源としてストロボライト又はレーザのパルス発光を用いることにより、移動中の液滴に対しても、正確な状態で検出することができる。
【００３７】
（３）請求項３記載の発明によれば、前記結像位置にシャッタ付きカメラを配置することにより、高速でシャッタを切ることで、吐出された液滴をほぼ静止した状態で撮影することができる。
【００３８】
（４）請求項４記載の発明によれば、前記点光源の結像位置に絞り機構を設けたことにより、曲げられた光を遮断し、直線光のみを通過させることで、液滴の画像を正確に検出することができる。
【００３９】
（５）請求項５記載の発明によれば、前記絞りを変化させることにより、液滴の状態に応じて最適な絞りを用いることができ、正確な液滴画像を得ることができる。
【００４０】
（６）請求項６記載の発明によれば、液滴中央の明るい部分を重心測定前にマスクすることにより、液滴中央をマスクして好ましい液滴画像を得ることができ、液滴を正確に測定することができる。
【００４１】
（７）請求項７記載の発明によれば、前記撮像素子から出力された液滴外形部分の濃度値から液滴外径を認識することにより、液滴外径部分のコントラストが向上するため、液滴外径部分の濃度値から最大の分解能で液滴外径を認識することができる。
【００４２】
（８）請求項８記載の発明によれば、測定視野を移動させた際、予め液滴のない状態で撮像した画像を記憶しておき、液滴がある状態で撮像した画像から前記液滴のない状態で撮像した画像を差し引くことにより、得られた液滴画像のシェーディング補正を行なうことができる。
【００４３】
（９）また、以上の請求項１記載の発明によれば、インクの代わりに着色していないダミーインクを使用することにより、検査後、コンタミネーションを防止するため、洗浄或いはインクの再充填の必要がない。
【００４４】
このように、本発明によれば、インクヘッドから吐出される液滴の状態を正確に検出することができるインクジェット射出検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態例を示す図である。
【図２】光の液滴入射の説明図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態例を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態例を示す図である。
【図５】第３の実施の形態例の動作タイムチャートである。
【図６】従来装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
６ ＣＣＤ
１０ 光源
１１ レンズ
１２ スリット

Claims (8)

1. 点光源を結像させる一つ又は複数のレンズから構成される光学系の光源と像との間に、被測定対象である液滴として無色透明のダミーインクを配置し、
   光源の結像位置に周辺の光を遮断する機構を設け、かつ前記光源の結像位置とは異なる位置に被測定対象である液滴の像を結像させる光学系を設け、
   この液滴の結像位置に撮像素子を配置して構成されることを特徴とするインクジェット射出検査装置。
2. 前記光源としてストロボライト又はレーザのパルス発光を用いることを特徴とする請求項１記載のインクジェット射出検査装置。
3. 前記結像位置にシャッタ付きカメラを配置することを特徴とする請求項１記載のインクジェット射出検査装置。
4. 前記点光源の結像位置に絞り機構を設けたことを特徴とする請求項１記載のインクジェット射出検査装置。
5. 前記絞りを変化させることを特徴とする請求項４記載のインクジェット射出検査装置。
6. 液滴中央の明るい部分を重心測定前にマスクすることを特徴とする請求項１記載のインクジェット射出検査装置。
7. 前記撮像素子から出力された液滴外形部分の濃度値から液滴外径を測定することを特徴とする請求項１記載のインクジェット射出検査装置。
8. 測定視野を移動させた際、予め液滴のない状態で撮像した画像を記憶しておき、液滴がある状態で撮像した画像から前記液滴のない状態で撮像した画像を差し引くことを特徴とする請求項１記載のインクジェット射出検査装置。

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