JP4074920B2 - 液滴吐出装置の液滴検出装置及び液滴検出方法 - Google Patents

液滴吐出装置の液滴検出装置及び液滴検出方法 Download PDF

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Description

本発明は、液滴吐出装置の液滴検出装置及び液滴検出方法に係り、特に、インク等の液滴を記録媒体に吐出して画像記録等を行う液滴吐出装置における液滴の吐出を検出する液滴検出装置及び液滴検出方法に関する。
従来より、画像形成装置として、多数のノズル（インク吐出口）を配列させたインクジェットヘッド（インク吐出ヘッド）を有し、このインクジェットヘッドと記録媒体を相対的に移動させながら、ノズルからインク（インク液滴）を吐出することにより、記録媒体上に画像を形成するインクジェット記録装置（インクジェットプリンタ）が知られている。
このようなインクジェット記録装置におけるインク吐出方法として、従来から様々な方法が知られている。例えば、圧電素子（圧電セラミック）の変形によって圧力室（インク室）の一部を構成する振動板を変形させて、圧力室の容積を変化させ、圧力室の容積増大時にインク供給路から圧力室内にインクを導入し、圧力室の容積減少時に圧力室内のインクをノズルから液滴として吐出する圧電方式や、インクを加熱して気泡を発生させ、この気泡が成長する際の膨張エネルギーでインクを吐出させるサーマルインクジェット方式などが知られている。
インクジェット記録装置のようなインク吐出ヘッドを有する画像形成装置においては、インクを貯蔵するインクタンクからインク供給路を介してインク吐出ヘッドにインクを供給し、上記様々な吐出方法でインクを吐出しているが、インクの吐出量、吐出速度、吐出方向及び吐出されるインクの形状（体積）等が、常に所定量となるように安定して吐出する必要がある。
しかし、印字中においては、印字の指示があった場合に直ちに印字が実行されるようにインク吐出ヘッドのノズルには常にインクが満たされている。ノズルのインクは空気にさらされているため、長時間吐出が行われないノズルのインクが乾燥し、インク粘度が高くなったり、ノズルが目詰まりしたりすることがある。また、インク供給路内等に混入した気泡が溜まり、インク供給を遮断したり、あるいは長時間吐出を続けていることにより、インクのリフィルが遅れ、ノズル部のインクメニスカスが後退し、ついにはインク供給側の負圧によって気泡を吸い込む場合もある。
これらの様々な原因により、上述したような安定したインク吐出が行われなくなった場合には、吐出ヘッドのメンテナンスを行う必要がある。そこで、従来より、インクが安定して吐出されているか否かを検出する様々な方法が提案されている。
例えば、毎回スキャンする毎に、インク受けに向かって空吐を行い、その吐出状態を、吐出口面（ノズル面）の前面の一端に配設された赤外域にピーク波長を有する赤外ＬＥＤアレイの光源と、他端に配設された赤外域にピーク波長を有する赤外用ＣＣＤセンサにより、透過光を記録し、記録された濃度データにより不吐出位置を検出するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１等参照）。
また、赤外線発光ダイオード（ＬＥＤ）及び単一の横方向フォトダイオードによって形成された感知領域より成る小滴センサによって、全幅アレー印字ヘッドにおけるノズルアレーの各ノズルに対し小滴の放射及びその方向性を、一度に１ノズルずつチェックするようにしたものが知られている（例えば、特許文献２等参照）。
また、インクジェット印字ヘッドから放射されるインク小滴の存在を検出するためのセンサの出力を積分器により積分し、その積分された信号を高利得増幅器により増幅して、センサ回路出力信号を発生し、小滴が光線路を少なくとも部分的に遮るときは、積分された出力信号が小滴の存在を指示することによりインク小滴の放射を検出するようにしたものが知られている（例えば、特許文献３等参照）。
また、フォトセンサの発光素子に赤外ＬＥＤを用い、そのＬＥＤの発光面にはレンズを一体成形して略平行光を投射するようにし、フォトセンサの受光素子にはフォトトランジスタを用い、受光素子の受光面にはモールド部材により縦横０．７ｍｍの穴を光軸上に形成し、検出範囲を絞り込み、同時に検出する液滴数を減らして、検出の分解能を上げるようにしたもの（例えば、特許文献４等参照）や、同様の構成において、受光素子と発光素子の間の全域において、検出範囲を高さ方向２ｍｍ、幅方向０．５ｍｍに絞り込み、検出幅を縦横２方向で変えるようにしたもの（例えば、特許文献５等参照）が知られている。
また、記録ヘッドのインク吐出口の並び方向に対して、インク吐出を検出するフォトセンサの発光素子と受光素子とで決定される検出光軸を相対的に所定角をなすように配置し、フォトセンサによる検出範囲を広くするようにしたものが知られている（例えば、特許文献６等参照）。
また、インクジェットヘッドの移動領域内の所定位置に設けられ、インクジェットヘッドより吐出されるインクを検出するための発光素子と受光素子とを有し、インクジェットヘッドより吐出されるインク滴により受光素子に到達する光量が減少すると、その減少した電流の変化分を変化量増幅部により増幅し、その増幅した信号と所定の電圧とを比較したパルス信号により、インク吐出量を判定するようにしたものが知られている（例えば、特許文献７等参照）。
また、発光素子と受光素子の間をインク滴が横切るか否かを調べることによりドット抜けを検査するものであって、発光素子は外径が約１ｍｍ以下の光束を射出するレーザであり、射出されるレーザ光は、インク滴の飛行速度を測定し易いように、強度の弱いビームの裾の部分をスリットによってカットし、所定の厚さのレーザ光（上下を平らに遮光した偏平な平行光）に整形されて受光素子に入射され、インク滴が前記レーザ光の厚さを移動する時間を測定することにより、インク滴の飛行速度を求めることができるようにしたものが知られている（例えば、特許文献８）。
また、発光素子から照射された光束がスリットの開口部を経て受光素子に入射する場合に、このスリットを光束に対して自動的に回転させることにより、吐出されるインク滴の大きさに対応する角度にスリットを回転させて、スリット開口部の大きさを実質的に変化させることにより（アパーチャ幅を変えて）、インク滴の大きさに応じた最適な受光光量を得て、精度良くインク吐出状態を検出するようにしたものが知られている（例えば、特許文献９等参照）。
さらに、インク滴の吐出特性データを求める手段が、インク滴が光を遮るか否かを検知して吐出の有無を求め、インク滴が光を遮る量を検知してインク滴の体積を求め、光源から平行な２本の光を出力して、この２本の光の間をインク滴が通過する時間を検出してインク滴の吐出速度を求めるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１０等参照）。
特開平０６−２７０４１４号公報 特開平０８−１１８６７９号公報 米国特許第５３０４８１４号明細書 特開平０８−３０９９６４号公報 特開平０９−９４９４７号公報 特開平０９−９４９４８号公報 特開平０９−９４９５９号公報 特開２０００−２７２１３４号公報 特開２００１−１１３６８１号公報 特開２００３−１２７４３０号公報
しかしながら、上記特許文献１に記載のものでは、吐出口の吐出状態を検知するための検知手段である透過光像を記録するセンサは、具体的には１つのセンサではなくＣＣＤのような多数の画素が並んでいるものであり、検出感度の向上という点で不十分である。また、上記特許文献２に記載のものは、具体的には１つのＬＥＤ及びフォトダイオードによって形成されたセンサによって小滴を検出しているが、一度に１ノズルずつチェックしており、多数個のノズルを、より効率的に検査し、検査感度を向上させると言う点においてまだ不十分である。
また、上記特許文献３、特許文献４及び特許文献５に記載されたものでは、信号処理の方法により、あるいは、検出のためのビームを絞って同時に検出するインク滴を減らしたりして、検出感度の向上を図るようにしているが、例えば記録紙の全幅に対応するページワイドヘッドのような極めて多数のノズルを有するヘッドに対しては、まだ検出感度の向上は不十分であるという問題があった。
また、上記特許文献６に記載のものは、シャトルスキャン方式のインクジェットヘッドに対して、固定の検出系によりヘッド全体を検査するための方法であり、シャトルスキャンでなく一度に記録紙の全幅を記録できるシングルパス・ページワイドヘッドのような固定の長尺ヘッドに対しては有効な方法ではないという問題がある。
また、上記特許文献７に記載のものでは、インク吐出量は求められるが、インク吐出速度を求めることはできず、これと上記特許文献８とを組み合わせることにより、インク吐出量及びインク吐出速度を求めることができても、インク滴サイズが違った場合に対する補正方法がなく、インク滴のサイズが異なった場合には、インク吐出速度を検出することができない。
さらに、上記特許文献９に記載のものは、ビーム幅を変化させているが、これは光量を変化させて検出を安定化させるのが目的であり、検出特性を大幅に変えるものではなく、また上記特許文献１０に記載のものでは、インク吐出速度を求めるために２本の光ビームを必要としており、構成が複雑であるという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、例えば記録紙の全幅に対応するページワイドヘッドのような、極めて多数個のノズルを有する長尺のヘッドにおいて、効率良く、かつインク等の液滴が小さい場合でも高感度に液滴吐出を検出し、さらに液滴体積（液滴サイズ）及び液滴吐出速度を検出するとともに安定した吐出状態で吐出しているかを検出することのできる液滴吐出装置の液滴検出装置及び液滴検出方法を提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、液滴を吐出する液滴吐出口がその行方向が液滴吐出口の配列面の長手方向に略平行となるように千鳥で２次元マトリクス状に配列された液滴吐出手段と、光源と光センサとの間に形成される光束中を、前記光束の光軸と前記液滴吐出口から飛翔する前記液滴の飛翔方向とが略直交するようにし、且つ前記光軸が前記液滴吐出口の配列面に略平行となるように前記光源と前記光センサーを配置した検出手段と、前記光束を、前記光軸と直交する方向から前記光軸を見たときに略平行光とし、前記光束の光軸に垂直な断面形状が前記液滴吐出口の配列面の長手方向と直交する短手方向よりも前記液滴の飛翔方向に長くかつ前記配列面上で前記短手方向における同一位置以外の液滴吐出口から吐出された液滴は含まないように形成する光学系と、前記光束の光軸に垂直な断面における前記液滴の飛翔方向の長さを可変として、前記光束の光軸に垂直な断面形状を変更する変更手段と、前記光束中に前記液滴を吐出した際の前記検出手段の検出信号を基に、前記液滴の吐出状態を判定する吐出判定手段と、を備えたことを特徴とする液滴吐出装置の液滴検出装置を提供する。このように、液滴を検出する光束（光ビーム）を平行光としたため、液滴吐出手段が長尺ヘッドのように長いヘッドの場合においても、検出対象の液滴吐出口（ノズル）の位置が、光源に近い側にあっても、光センサに近い側にあっても、その位置によらず液滴の検出状態を一定にすることができる。また、光束の光軸に垂直な断面形状を、吐出された液滴の飛翔方向に長い形状とすることにより、液滴吐出直後の細長い柱状の液滴全体を光束中に捕らえることができ、検出感度を向上させることができる。
また、同様に前記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、液滴を吐出する液滴吐出口がその行方向が液滴吐出口の配列面の長手方向に略平行となるように千鳥で２次元マトリクス状に配列された液滴吐出手段と、光源と光センサとの間に形成される光束中を、前記光束の光軸と前記液滴吐出口から飛翔する前記液滴の飛翔方向とが略直交するようにし、且つ前記光軸が前記液滴吐出口の配列面に略平行となるように前記光源と前記光センサーを配置した検出手段と、前記光束を、前記光軸と直交する方向から前記光軸を見たときに略平行光とし、且つ前記液滴吐出口の配列面の長手方向と直交する短手方向の全幅に配列された１列の全液滴吐出口から吐出された液滴を含むことができるように、前記光束の光軸に垂直な断面形状が前記液滴の飛翔方向よりも前記液滴吐出口の配列面の短手方向に長くなるように形成する光学系と、前記光束の光軸に垂直な断面における前記液滴吐出口の配列面の短手方向の長さを可変として、前記光束の光軸に垂直な断面形状を変更する変更手段と、前記光束中に前記液滴を吐出した際の前記検出手段の検出信号を基に、前記液滴の吐出状態を判定する吐出判定手段と、を備えたことを特徴とする液滴吐出装置の液滴検出装置を提供する。これにより、液滴の飛翔方向や光束の位置が多少ずれても液滴の検出が可能となるとともに、複数の液滴が同時に光束中を通過することができ、あるノズル群の複数の液滴を同時に検出することができる。
また、同様に前記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、液滴を吐出する液滴吐出口がその行方向が液滴吐出口の配列面の長手方向に略平行となるように千鳥で２次元マトリクス状に配列された液滴吐出手段と、光源と光センサとの間に形成される光束中を、前記光束の光軸と前記液滴吐出口から飛翔する前記液滴の飛翔方向とが略直交するようにし、且つ前記光軸が前記液滴吐出口の配列面に略平行となるように前記光源と前記光センサーを配置した検出手段と、前記光束を、前記光軸と直交する方向から前記光軸を見たときに略平行光とし、前記光束の光軸に垂直な断面形状が前記液滴吐出口の配列面の長手方向と直交する短手方向よりも前記液滴の飛翔方向に長くかつ前記配列面上で前記短手方向における同一位置以外の液滴吐出口から吐出された液滴は含まないように形成する第１の光学系と、前記光束を、前記光軸と直交する方向から前記光軸を見たときに略平行光とし、且つ前記液滴吐出口の配列面の長手方向と直交する短手方向の全幅に配列された１列の全液滴吐出口から吐出された液滴を含むことができるように、前記光束の光軸に垂直な断面形状が前記液滴の飛翔方向よりも前記液滴吐出口の配列面の短手方向に長くなるように形成する第２の光学系と、前記光束を、その光軸に垂直な断面形状が前記液滴の飛翔方向に長くなるように前記第１の光学系によって形成された光束から、その光軸に垂直な断面形状が前記液滴吐出口の配列面の短手方向に長くなるように前記第２の光学系によって形成された光束に変更する変更手段と、前記断面形状が前記液滴の飛翔方向に長くなるように前記第１の光学系によって形成された光束及び前記断面形状が前記液滴吐出口の配列面の短手方向に長くなるように前記第２の光学系によって形成された光束中にそれぞれ前記液滴を吐出した際の前記検出手段の検出信号を基に、前記液滴の吐出状態を判定する吐出判定手段と、を備えたことを特徴とする液滴吐出装置の液滴検出装置を提供する。これにより、異常のある液滴吐出口を精度良く検出することができる。
また、同様に前記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、液滴を吐出する液滴吐出口がその行方向が液滴吐出口の配列面の長手方向に略平行となるように千鳥で２次元マトリクス状に配列された液滴吐出手段と、光源と光センサとの間に形成される光束中を、前記光束の光軸と前記液滴吐出口から飛翔する前記液滴の飛翔方向とが略直交するようにし、且つ前記光軸が前記液滴吐出口の配列面に略平行となるように前記光源と前記光センサーを配置した検出手段と、前記光束を、前記光軸と直交する方向から前記光軸を見たときに略平行光とし、前記光束の光軸に垂直な断面形状が前記液滴吐出口の配列面の長手方向と直交する短手方向よりも前記液滴の飛翔方向に長くかつ前記配列面上で前記短手方向における同一位置以外の液滴吐出口から吐出された液滴は含まないように形成する、前記光軸に直交する１つの方向において光を発散させる凹レンズであり他の方向では光学的パワーを持たないシリンレンズと、前記１つの方向と同方向において光をコリメートさせる凸レンズであり他の方向では光学的パワーを持たないシリンドリカルレンズとで構成されるガリレオタイプのビームエキスパンダ光学系、あるいは前記光軸に直交する１つの方向において光をコリメートさせる凸レンズであり他の方向では光学的パワーを持たないシリンドリカルレンズを２つ組み合わせて構成されるケプラータイプのビームエキスパンダ光学系、あるいは焦点距離の異なる２つの前記ガリレオタイプのビームエキスパンダ光学系をそれぞれが凸レンズあるいは凹レンズとなる方向を光軸に直交する平面内で互いに９０°ずらして向かい合わせに直列に２つつなげて構成したビームエキスパンダ光学系、のうちのいずれか一つの光学系と、前記光束の光軸に垂直な断面における前記液滴の飛翔方向の長さを可変として、前記光束の光軸に垂直な断面形状を変更する変更手段と、前記光束中に前記液滴を吐出した際の前記検出手段の検出信号を基に、前記液滴の吐出状態を判定する吐出判定手段と、を備え、前記光学系は前記光束の径の縦横比を連続的に変えることを可能としたことを特徴とする液滴吐出装置の液滴検出装置を提供する。
また、同様に前記目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、液滴を吐出する液滴吐出口がその行方向が液滴吐出口の配列面の長手方向に略平行となるように千鳥で２次元マトリクス状に配列された液滴吐出手段と、光源と光センサとの間に形成される光束中を、前記光束の光軸と前記液滴吐出口から飛翔する前記液滴の飛翔方向とが略直交するようにし、且つ前記光軸が前記液滴吐出口の配列面に略平行となるように前記光源と前記光センサーを配置した検出手段と、前記光束を、前記光軸と直交する方向から前記光軸を見たときに略平行光とし、前記光束の光軸に垂直な断面形状が前記液滴吐出口の配列面の長手方向と直交する短手方向よりも前記液滴の飛翔方向に長くかつ前記配列面上で前記短手方向における同一位置以外の液滴吐出口から吐出された液滴は含まないように形成する、台形状の断面を有する四角柱状のプリズムを複数用い前記光束の径の縦横比を連続的に変えることを可能とするアナモルフィックプリズムタイプのビームエキスパンダ光学系と、前記光束の光軸に垂直な断面における前記液滴の飛翔方向の長さを可変として、前記光束の光軸に垂直な断面形状を変更する変更手段と、前記光束中に前記液滴を吐出した際の前記検出手段の検出信号を基に、前記液滴の吐出状態を判定する吐出判定手段と、を備えたことを特徴とする液滴吐出装置の液滴検出装置を提供する。
また、同様に前記目的を達成するために、請求項６に記載の発明は、液滴を吐出する液滴吐出口がその行方向が液滴吐出口の配列面の長手方向に略平行となるように千鳥で２次元マトリクス状に配列された液滴吐出手段と、光源と光センサとの間に形成される光束中を、前記光束の光軸と前記液滴吐出口から飛翔する前記液滴の飛翔方向とが略直交するようにし、且つ前記光軸が前記液滴吐出口の配列面に略平行となるように前記光源と前記光センサーを配置した検出手段と、前記光束を、前記光軸と直交する方向から前記光軸を見たときに略平行光とし、前記光束の光軸に垂直な断面形状が前記液滴吐出口の配列面の長手方向と直交する短手方向よりも前記液滴の飛翔方向に長くかつ前記配列面上で前記短手方向における同一位置以外の液滴吐出口から吐出された液滴は含まないように形成する、前記光軸に直交する１つの方向において光を発散させる凹レンズであり他の方向では光学的パワーを持たないシリンレンズと、前記１つの方向と同方向において光をコリメートさせる凸レンズであり他の方向では光学的パワーを持たないシリンドリカルレンズとで構成されるガリレオタイプのビームエキスパンダ光学系の光束の出射側に平行光の幅を変える可動式のアパーチャを配置した光学系と、前記光束の光軸に垂直な断面における前記液滴の飛翔方向の長さを可変として、前記光束の光軸に垂直な断面形状を変更する変更手段と、前記光束中に前記液滴を吐出した際の前記検出手段の検出信号を基に、前記液滴の吐出状態を判定する吐出判定手段と、を備え、前記光学系は前記光束の径の縦横比を連続的に変えることを可能としたことを特徴とする液滴吐出装置の液滴検出装置を提供する。
また、同様に前記目的を達成するために、請求項７に記載の発明は、液滴を吐出する液滴吐出口がその行方向が液滴吐出口の配列面の長手方向に略平行となるように千鳥で２次元マトリクス状に配列された液滴吐出手段と、光源と光センサとの間に形成される光束中を、前記光束の光軸と前記液滴吐出口から飛翔する前記液滴の飛翔方向とが略直交するようにし、且つ前記光軸が前記液滴吐出口の配列面に略平行となるように前記光源と前記光センサーを配置した検出手段と、前記光束を、前記光軸と直交する方向から前記光軸を見たときに略平行光とし、且つ前記液滴吐出口の配列面の長手方向と直交する短手方向の全幅に配列された１列の全液滴吐出口から吐出された液滴を含むことができるように、前記光束の光軸に垂直な断面形状が前記液滴の飛翔方向よりも前記液滴吐出口の配列面の短手方向に長くなるように形成する、前記光軸に直交する１つの方向において光を発散させる凹レンズであり他の方向では光学的パワーを持たないシリンレンズと、前記１つの方向と同方向において光をコリメートさせる凸レンズであり他の方向では光学的パワーを持たないシリンドリカルレンズとで構成されるガリレオタイプのビームエキスパンダ光学系、あるいは前記光軸に直交する１つの方向において光をコリメートさせる凸レンズであり他の方向では光学的パワーを持たないシリンドリカルレンズを２つ組み合わせて構成されるケプラータイプのビームエキスパンダ光学系、あるいは焦点距離の異なる２つの前記ガリレオタイプのビームエキスパンダ光学系をそれぞれが凸レンズあるいは凹レンズとなる方向を光軸に直交する平面内で互いに９０°ずらして向かい合わせに直列に２つつなげて構成したビームエキスパンダ光学系、のうちのいずれか一つの光学系と、前記光束の光軸に垂直な断面における前記液滴吐出口の配列面の短手方向の長さを可変として、前記光束の光軸に垂直な断面形状を変更する変更手段と、前記光束中に前記液滴を吐出した際の前記検出手段の検出信号を基に、前記液滴の吐出状態を判定する吐出判定手段と、を備え、前記光学系は前記光束の径の縦横比を連続的に変えることを可能としたことを特徴とする液滴吐出装置の液滴検出装置を提供する。
また、同様に前記目的を達成するために、請求項８に記載の発明は、液滴を吐出する液滴吐出口がその行方向が液滴吐出口の配列面の長手方向に略平行となるように千鳥で２次元マトリクス状に配列された液滴吐出手段と、光源と光センサとの間に形成される光束中を、前記光束の光軸と前記液滴吐出口から飛翔する前記液滴の飛翔方向とが略直交するようにし、且つ前記光軸が前記液滴吐出口の配列面に略平行となるように前記光源と前記光センサーを配置した検出手段と、前記光束を、前記光軸と直交する方向から前記光軸を見たときに略平行光とし、且つ前記液滴吐出口の配列面の長手方向と直交する短手方向の全幅に配列された１列の全液滴吐出口から吐出された液滴を含むことができるように、前記光束の光軸に垂直な断面形状が前記液滴の飛翔方向よりも前記液滴吐出口の配列面の短手方向に長くなるように形成する、台形状の断面を有する四角柱状のプリズムを複数用い前記光束の径の縦横比を連続的に変えることを可能とするアナモルフィックプリズムタイプのビームエキスパンダ光学系と、前記光束の光軸に垂直な断面における前記液滴吐出口の配列面の短手方向の長さを可変として、前記光束の光軸に垂直な断面形状を変更する変更手段と、前記光束中に前記液滴を吐出した際の前記検出手段の検出信号を基に、前記液滴の吐出状態を判定する吐出判定手段と、を備えたことを特徴とする液滴吐出装置の液滴検出装置を提供する。
また、同様に前記目的を達成するために、請求項９に記載の発明は、液滴を吐出する液滴吐出口がその行方向が液滴吐出口の配列面の長手方向に略平行となるように千鳥で２次元マトリクス状に配列された液滴吐出手段と、光源と光センサとの間に形成される光束中を、前記光束の光軸と前記液滴吐出口から飛翔する前記液滴の飛翔方向とが略直交するようにし、且つ前記光軸が前記液滴吐出口の配列面に略平行となるように前記光源と前記光センサーを配置した検出手段と、前記光束を、前記光軸と直交する方向から前記光軸を見たときに略平行光とし、且つ前記液滴吐出口の配列面の長手方向と直交する短手方向の全幅に配列された１列の全液滴吐出口から吐出された液滴を含むことができるように、前記光束の光軸に垂直な断面形状が前記液滴の飛翔方向よりも前記液滴吐出口の配列面の短手方向に長くなるように形成する、前記光軸に直交する１つの方向において光を発散させる凹レンズであり他の方向では光学的パワーを持たないシリンレンズと、前記１つの方向と同方向において光をコリメートさせる凸レンズであり他の方向では光学的パワーを持たないシリンドリカルレンズとで構成されるガリレオタイプのビームエキスパンダ光学系の光束の出射側に平行光の幅を変える可動式のアパーチャを配置した光学系と、前記光束の光軸に垂直な断面における前記液滴吐出口の配列面の短手方向の長さを可変として、前記光束の光軸に垂直な断面形状を変更する変更手段と、前記光束中に前記液滴を吐出した際の前記検出手段の検出信号を基に、前記液滴の吐出状態を判定する吐出判定手段と、を備え、前記光学系は前記光束の径の縦横比を連続的に変えることを可能としたことを特徴とする液滴吐出装置の液滴検出装置を提供する。
また、同様に前記目的を達成するために、請求項１０に記載の発明は、液滴を吐出する液滴吐出口がその行方向が液滴吐出口の配列面の長手方向に略平行となるように千鳥で２次元マトリクス状に配列された液滴吐出手段と、光源と光センサとの間に形成される光束中を、前記光束の光軸と前記液滴吐出口から飛翔する前記液滴の飛翔方向とが略直交するようにし、且つ前記光軸が前記液滴吐出口の配列面に略平行となるように前記光源と前記光センサーを配置した検出手段と、前記光束を、前記光軸と直交する方向から前記光軸を見たときに略平行光とし、前記光束の光軸に垂直な断面形状が前記液滴吐出口の配列面の長手方向と直交する短手方向よりも前記液滴の飛翔方向に長くかつ前記配列面上で前記短手方向における同一位置以外の液滴吐出口から吐出された液滴は含まないように形成する第１の光学系と、前記光束を、前記光軸と直交する方向から前記光軸を見たときに略平行光とし、且つ前記液滴吐出口の配列面の長手方向と直交する短手方向の全幅に配列された１列の全液滴吐出口から吐出された液滴を含むことができるように、前記光束の光軸に垂直な断面形状が前記液滴の飛翔方向よりも前記液滴吐出口の配列面の短手方向に長くなるように形成する第２の光学系と、前記光束を、その光軸に垂直な断面形状が前記液滴の飛翔方向に長くなるように前記第１の光学系によって形成された光束から、その光軸に垂直な断面形状が前記液滴吐出口の配列面の短手方向に長くなるように前記第２の光学系によって形成された光束に変更する変更手段と、前記断面形状が前記液滴の飛翔方向に長くなるように前記第１の光学系によって形成された光束及び前記断面形状が前記液滴吐出口の配列面の短手方向に長くなるように前記第２の光学系によって形成された光束中にそれぞれ前記液滴を吐出した際の前記検出手段の検出信号を基に、前記液滴の吐出状態を判定する吐出判定手段と、を備え、前記第１の光学系及び前記第２の光学系は、前記光軸に直交する１つの方向において光を発散させる凹レンズであり他の方向では光学的パワーを持たないシリンレンズと、前記１つの方向と同方向において光をコリメートさせる凸レンズであり他の方向では光学的パワーを持たないシリンドリカルレンズとで構成されるガリレオタイプのビームエキスパンダ光学系、あるいは前記光軸に直交する１つの方向において光をコリメートさせる凸レンズであり他の方向では光学的パワーを持たないシリンドリカルレンズを２つ組み合わせて構成されるケプラータイプのビームエキスパンダ光学系、あるいは焦点距離の異なる２つの前記ガリレオタイプのビームエキスパンダ光学系をそれぞれが凸レンズあるいは凹レンズとなる方向を光軸に直交する平面内で互いに９０°ずらして向かい合わせに直列に２つつなげて構成したビームエキスパンダ光学系、あるいは台形状の断面を有する四角柱状のプリズムを複数用い前記光束の径の縦横比を連続的に変えることを可能とするアナモルフィックプリズムタイプのビームエキスパンダ光学系、あるいは前記光軸に直交する１つの方向において光を発散させる凹レンズであり他の方向では光学的パワーを持たないシリンレンズと、前記１つの方向と同方向において光をコリメートさせる凸レンズであり他の方向では光学的パワーを持たないシリンドリカルレンズとで構成されるガリレオタイプのビームエキスパンダ光学系の光束の出射側に平行光の幅を変える可動式のアパーチャを配置した光学系のうちそれぞれいずれか１つの光学系とし、該光学系は前記光束の径の縦横比を連続的に変えることを可能としたことを特徴とする液滴吐出装置の液滴検出装置を提供する。
また、前記検出手段は、前記液滴吐出口から前記光束中に吐出された前記液滴を、前記液滴吐出口から０．５ｍｍ以内の領域で検出することが好ましい。このように、液滴吐出口から０．５ｍｍ以内の液滴吐出口に近い領域で検出することにより、吐出された液滴が丸い球状になる前の柱状の状態で捕らえることができ、光束に対する飛翔液滴の断面積を大きくし、より大きな検出信号を得ることができる。
また、前記液滴吐出装置の液滴検出装置は、前記液滴吐出手段は前記液滴の吐出を受ける被吐出媒体の最大幅に対応する長さを有するとともに固定されており、さらに、前記液滴を検出するために、前記光束を前記液滴吐出手段から吐出される液滴に対して走査させる走査手段を有することを特徴とする。また、前記走査手段は、前記光束を、前記液滴吐出手段の、ある範囲の液滴吐出口に対応する位置を検出するように走査することが好ましい。このように光束を走査することにより、ある範囲の複数の液滴吐出口の位置を検出することが可能となる。
また、前記走査手段は、前記光束を、前記液滴吐出口の配列面の長手方向またはこれと直交する前記液滴吐出口の配列面の短手方向に略平行を保ちつつ、前記液滴吐出口の配列面に平行に走査することが好ましい。また、前記走査手段は、前記光束が前記液滴吐出手段から吐出される液滴の飛翔方向に垂直な平面上で、前記光束を走査することが好ましい。これにより、液滴吐出手段の液滴吐出口を含む面全体を走査し、すべての液滴吐出口についてその吐出状態を検出することができる。
また、前記光束は、光軸を前記液滴の飛翔方向から見たときに略平行光となり、光軸を前記液滴吐出口の配列面の短手方向から見たときに収束または発散光となっていることが好ましい。光束の光軸に垂直な断面において、液滴の飛翔方向に直交する方向では、隣の液滴吐出口に重ならないように光束を平行光とし、液滴飛翔方向では他の液滴吐出口から吐出された液滴と干渉することはないため、平行からずれてもよいようにして、効率的な検出を可能としたものである。
また、前記液滴吐出装置の液滴検出装置は、さらに、前記液滴吐出手段が前記光束中に複数の液滴を吐出する際、各液滴の吐出タイミングをずらすように前記液滴吐出手段の液滴吐出を制御する吐出タイミング制御手段を有することを特徴とする。これにより、複数の液滴を同時に検出することができる。
また、前記液滴吐出装置の液滴検出装置は、さらに、前記光束中を前記液滴が通過したことによる前記検出手段の検出信号の落ち込み量に対応して定まる前記液滴のサイズをＤ［μｍ］とし、前記光束の液滴の飛翔方向の幅をＷ［μｍ］、前記検出信号の落ち込み時間幅をΔｔ［ｓｅｃ］、前記光束の幅Ｗ及び液滴サイズＤ毎に定められた所定の誤差補正量をε（Ｗ，Ｄ）［ｍ／ｓｅｃ］とするとき、吐出された液滴の速度Ｖ［ｍ／ｓｅｃ］を次の式（１）
Ｖ＝（Ｗ＋Ｄ）×１０-6／Δｔ＋ε（Ｗ，Ｄ） ・・・（１）
によって算出する液滴速度算出手段を有することを特徴とする。これにより、吐出された液滴の飛翔速度を検出することができる。
また、前記検出手段の光源は、レーザダイオード、固体レーザ、ガスレーザ、発光ダイオード、ＥＬ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、冷陰極管、熱陰極管あるいはハロゲンランプのうちのいずれかであることが好ましい。
また、同様に前記目的を達成するために、請求項２０に記載の発明は、液滴吐出装置の液滴を吐出する液滴吐出口がその行方向が液滴吐出口の配列面の長手方向に略平行となるように千鳥で２次元マトリクス状に配列された液滴吐出手段が吐出する液滴を検出する液滴検出方法であって、光源と光センサとの間に形成される光束であって、その光軸が前記液滴吐出装置の液滴吐出口の配列面の長手方向に略平行であり、前記光束と直交する平面内の少なくとも一方向から光軸を見たときに略平行光で、かつその光軸に垂直な断面形状が前記液滴吐出口の配列面の長手方向と直交する短手方向よりも前記吐出された液滴の飛翔方向に長くかつ前記配列面上で前記短手方向における同一位置以外の液滴吐出口から吐出された液滴は含まないように形成された光束中に、前記液滴を前記光束の光軸と前記液滴の飛翔方向とが略直交するように吐出して前記光センサによって検出した検出信号に基づいて前記液滴の吐出状態を判定することを特徴とする液滴吐出装置の液滴検出方法を提供する。
これにより、液滴吐出手段が長尺ヘッドのように長いヘッドの場合においても、液滴吐出口の位置によらず液滴の検出状態を一定にすることができる。また、光束の光軸に垂直な断面形状を、吐出された液滴の飛翔方向に長い形状とすることにより、液滴吐出直後の細長い柱状の液滴全体を光束中に捕らえることができ、検出感度を向上させることができる。
また、同様に前記目的を達成するために、請求項２１に記載の発明は、液滴吐出装置の液滴を吐出する液滴吐出口がその行方向が液滴吐出口の配列面の長手方向に略平行となるように千鳥で２次元マトリクス状に配列された液滴吐出手段が吐出する液滴を検出する液滴検出方法であって、光源と光センサとの間に形成される光束であって、その光軸が前記液滴吐出装置の液滴吐出口の配列面の長手方向に略平行であり、前記光束と直交する平面内の少なくとも一方向から光軸を見たときに略平行光で、かつ前記液滴吐出口の配列面の長手方向と直交する短手方向の全幅に配列された１列の全液滴吐出口から吐出された液滴を含むことができるように、その光軸に垂直な断面形状が前記液滴の飛翔方向よりも前記液滴吐出口の配列面の短手方向に長くなるように形成された光束中に前記液滴を前記光束の光軸と前記液滴の飛翔方向とが略直交するように吐出して、前記光センサによって検出した検出信号に基づいて前記液滴の吐出状態を判定することを特徴とする液滴吐出装置の液滴検出方法を提供する。
これにより、液滴の飛翔方向や光束の位置が多少ずれても液滴の検出が可能となるとともに、複数の液滴が同時に光束中を通過することができ、ある状態で複数の液滴を同時に検出することができる。
また、同様に前記目的を達成するために、請求項２２に記載の発明は、液滴吐出装置の液滴を吐出する液滴吐出口がその行方向が液滴吐出口の配列面の長手方向に略平行となるように千鳥で２次元マトリクス状に配列された液滴吐出手段が吐出する液滴を検出する液滴検出方法であって、光源と光センサとの間に形成される光束であって、その光軸が前記液滴吐出装置の液滴吐出口の配列面の長手方向に略平行であり、前記光束と直交する平面内の少なくとも一方向から光軸を見たときに略平行光で、かつ前記液滴吐出口の配列面の長手方向と直交する短手方向の全幅に配列された１列の全液滴吐出口から吐出された液滴を含むことができるように、その光軸に垂直な断面形状が前記液滴の飛翔方向よりも前記液滴吐出口の配列面の短手方向に長くなるように形成された光束中に、前記液滴を前記光束の光軸と前記液滴の飛翔方向とが略直交するように吐出して、前記光センサによって検出した検出信号に基づいて複数の液滴を同時に検出し、不吐出の可能性のある液滴吐出口が存在する場合に、前記光束を、光源と光センサとの間に形成される光束であって、その光軸が前記液滴吐出装置の液滴吐出口の配列面の長手方向に略平行であり、前記光束と直交する平面内の少なくとも一方向から光軸を見たときに略平行光で、かつその光軸に垂直な断面形状が前記液滴吐出口の配列面の短手方向よりも前記吐出された液滴の飛翔方向に長くかつ前記配列面上で前記短手方向における同一位置以外の液滴吐出口から吐出された液滴は含まないように形成された光束に変更し、該変更された光束中に、前記液滴を前記光束の光軸と前記液滴の飛翔方向とが略直交するように吐出して、前記光センサによって検出した検出信号に基づいて不吐出の液滴吐出口を特定することを特徴とする液滴吐出装置の液滴検出方法を提供する。これにより、異常のある液滴吐出口を精度よく検出することができる。
以上説明したように、本発明に係る液滴吐出装置の液滴検出装置及び液滴検出方法によれば、多数個の液滴吐出口を有する長尺のヘッドのような液滴吐出手段においても、効率良く、複数の液滴を同時に検出でき、かつインク等の液滴が小さい場合でも高感度に液滴を検出し、さらに液滴体積（液滴サイズ）及び液滴吐出速度を検出するとともに安定した吐出状態で液滴を吐出しているかを検出することができる。
さらに、光束の幅等の形状を可変にできるようにするとともに、光束を走査するようにした場合には、複数液滴の同時検出の効率性と検出結果確認の精査検出を切り換えることができるとともに、例えば液滴吐出手段がマトリクスヘッドである場合においても一つの検出ユニットで液滴吐出手段全体の液滴吐出を検査することができる。
以下、添付した図面を参照して、本発明に係る液滴吐出装置の液滴検出装置及び液滴検出方法について詳細に説明する。
まず、本発明に係る液滴検出装置及び液滴検出方法が適用される液滴吐出装置について説明する。本実施形態では、液滴吐出装置として、インクジェット記録装置を例にとって説明する。インクジェット記録装置は、液滴として各色のインクを液滴吐出口としてのノズルから記録媒体に向けて吐出して画像等を記録するものである。
図１は、このような液滴吐出装置の一例としてのインクジェット記録装置の概略を示す
全体構成図である。
図１に示したように、このインクジェット記録装置１０は、インクの色毎に設けられた複数の印字ヘッドユニット１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙを有する印字部１２と、各印字ヘッドユニット１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部１４と、記録紙１６を供給する給紙部１８と、記録紙１６のカールを除去するデカール処理部２０と、前記印字部１２のノズル面（インク吐出面）に対向して配置され、記録紙１６の平面性を保持しながら記録紙１６を搬送する吸着ベルト搬送部２２と、印画済みの記録紙（プリント物）を外部に排紙する排紙部２６とを備えている。
図１では、給紙部１８の一例としてロール紙（連続用紙）のマガジンが示されているが、紙幅や紙質等が異なる複数のマガジンを併設してもよい。また、ロール紙のマガジンに代えて、又はこれと併用して、カット紙が積層装填されたカセットによって用紙を供給してもよい。
ロール紙を使用する装置構成の場合、図１のように、裁断用のカッター２８が設けられており、該カッター２８によってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター２８は、記録紙１６の搬送路幅以上の長さを有する固定刃２８Ａと、該固定刃２８Ａに沿って移動する丸刃２８Ｂとから構成されており、印字裏面側に固定刃２８Ａが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃２８Ｂが配置されている。なお、カット紙を使用する場合には、カッター２８は不要である。
複数種類の記録紙を利用可能な構成にした場合、紙の種類情報を記録したバーコードあるいは無線タグ等の情報記録体をマガジンに取り付け、その情報記録体の情報を所定の読取装置によって読み取ることで、使用される用紙の種類を自動的に判別し、用紙の種類に応じて適切なインク吐出を実現するようにインク吐出制御を行うことが好ましい。
給紙部１８から送り出される記録紙１６はマガジンに装填されていたことによる巻き癖が残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部２０においてマガジンの巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム３０で記録紙１６に熱を与える。このとき、多少印字面が外側に弱いカールとなるように加熱温度を制御するとより好ましい。
デカール処理後、カットされた記録紙１６は、吸着ベルト搬送部２２へと送られる。吸着ベルト搬送部２２は、ローラー３１、３２間に無端状のベルト３３が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部１２のノズル面に対向する部分が平面（フラット面）をなすように構成されている。
ベルト３３は、記録紙１６幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引孔（図示省略）が形成されている。図１に示したとおり、ローラー３１、３２間に掛け渡されたベルト３３の内側において印字部１２のノズル面に対向する位置には吸着チャンバー３４が設けられており、この吸着チャンバー３４をファン３５で吸引して負圧にすることによってベルト３３上の記録紙１６が吸着保持される。 ベルト３３が巻かれているローラー３１、３２の少なくとも一方にモータ（図示省略）の動力が伝達されることにより、ベルト３３は図１において、時計回り方向に駆動され、ベルト３３上に保持された記録紙１６は、図１の左から右へと搬送される。
縁無しプリント等を印字するとベルト３３上にもインクが付着するので、ベルト３３の外側の所定位置（印字領域以外の適当な位置）にベルト清掃部３６が設けられている。ベルト清掃部３６の構成について詳細は図示しないが、例えば、ブラシ・ロール、吸水ロール等をニップする方式、清浄エアーを吹き掛けるエアーブロー方式、あるいはこれらの組み合わせなどがある。清掃用ロールをニップする方式の場合、ベルト線速度とローラー線速度を変えると清掃効果が大きい。
なお、吸着ベルト搬送部２２に代えて、ローラー・ニップ搬送機構を用いる態様も考えられるが、印字領域をローラー・ニップ搬送すると、印字直後に用紙の印字面にローラーが接触するので、画像が滲み易いという問題がある。したがって、本例のように、印字領域では画像面と接触させない吸着ベルト搬送が好ましい。
吸着ベルト搬送部２２により形成される用紙搬送路上において印字部１２の上流側には、加熱ファン４０が設けられている。加熱ファン４０は、印字前の記録紙１６に加熱空気を吹きつけ、記録紙１６を加熱する。印字直前に記録紙１６を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。
印字部１２は、４色（ＫＣＭＹ）に対応する印字ヘッドユニット１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙからなり、各印字ヘッドユニット１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙは、それぞれが複数の吐出口を有する複数の吐出ヘッドを記録紙１６の全幅を担うように、各吐出ヘッドの長手方向を記録紙１６の幅方向に並べて構成された、最大紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを、紙搬送方向と直交する方向に配置した、いわゆるフルライン型ヘッドとなっている（図２参照）。詳しくは後述するが、各印字ヘッドユニット１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙは、インクの吐出を検出するための検出手段や検出のための光束を所定の形状に形成するための光学系や、その他インク吐出状態やインク滴サイズ、インク吐出速度等の検出に関わる様々な手段を備えている。
各印字ヘッドユニット１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙは、図２に示すように、インクジェット記録装置１０が対象とする最大サイズの記録紙１６の少なくとも一辺を超える長さにわたってインク吐出口（ノズル）が複数配列されたライン型ヘッドを有して構成されている。
記録紙１６の搬送方向（紙搬送方向）に沿って上流側（図１の左側）から黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の順に各色インクに対応した印字ヘッドユニット１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙが配置されている。記録紙１６を搬送しつつ各印字ヘッドユニット１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙの印字ヘッドからそれぞれ色インクを吐出することにより記録紙１６上にカラー画像を形成し得る。
このように、紙幅の全域をカバーするフルラインヘッドがインク色毎に設けられてなる印字部１２によれば、紙搬送方向について記録紙１６と印字部１２を相対的に移動させる動作を一回行うだけで（すなわち、一回の走査で）記録紙１６の全面に画像を記録することができる。これにより、印字ヘッドが紙搬送方向と直交する方向に往復動作するシャトル型ヘッドに比べて高速印字が可能であり、生産性を向上させることができる。
なお、本例では、ＫＣＭＹの標準色（４色）の構成を例示したが、インク色や色数の組み合わせについては本実施形態には限定されず、必要に応じて淡インク、濃インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタ等のライト系インクを吐出する印字ヘッドを追加する構成も可能である。
図１に示したように、インク貯蔵／装填部１４は、各印字ヘッドユニット１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙに対応する色のインクを貯蔵するタンクを有し、各タンクは図示を省略した管路を介して各印字ヘッドユニット１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙの印字ヘッドと連通されている。また、インク貯蔵／装填部１４は、インク残量が少なくなるとその旨を報知する報知手段（表示手段、警告音発生手段等）を備えるとともに、色間の誤装填を防止するための機構を有している。
印字部１２の後段には、後乾燥部４２が設けられている。後乾燥部４２は、印字された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けたほうが好ましいので、熱風を吹きつける方式が好ましい。
多孔質のペーパに染料系インクで印字した場合などでは、加圧によりペーパの孔を塞ぐことでオゾンなど、染料分子を壊す原因となるものと接触することを防ぐことで画像の耐候性がアップする効果がある。
後乾燥部４２の後段には、加熱・加圧部４４が設けられている。加熱・加圧部４４は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラー４５で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。
このようにして生成されたプリント物は、排紙部２６から排出される。本来プリントすべき本画像（目的の画像を印刷したもの）とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置１０では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部２６Ａ、２６Ｂへと送るために排紙経路を切り換える選別手段（図示省略）が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター（第２のカッター）４８によってテスト印字の部分を切り離す。カッター４８は、排紙部２６の直前に設けられており、画像余白部にテスト印字を行った場合に、本画像とテスト印字部を切断するためのものである。カッター４８の構造は前述した第１のカッター２８と同様であり、固定刃４８Ａと丸刃４８Ｂとから構成されている。
また、図示を省略したが、本画像の排出部２６Ａには、オーダー別に画像を集積するソーターが設けられている。
次に、印字ヘッドユニットの構造について説明する。インク色毎に設けられている各印字ヘッドユニット１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙの構造は共通しているため、以下、これらを一つの印字ヘッドユニット５０で代表させて説明する事とする。
印字ヘッドユニット５０は、インクを吐出する吐出手段として印字ヘッド５１を有している。図３に、印字ヘッド５１の構造例を平面透視図で示す。
記録紙面上に印字されるドットピッチを高密度化するためには、印字ヘッド５１におけるノズルピッチを高密度化する必要がある。そこで、本例の印字ヘッド５１は、図３に示すように、インク滴が吐出するノズル５２と各ノズル５２に対応する圧力室５３等からなる多数のインク室ユニット５５を千鳥でマトリクス状に配置させた構造を有し、これにより見かけ上のノズルピッチの高密度化を達成している。
各ノズル５２に対応して設けられている圧力室５３は、その平面形状が概略正方形となっており、対角線上の両隅部にノズル５２とインクの供給口５４が設けられている。各圧力室５３は、供給口５４を介して図示しないインクの共通流路と連通されている。インクは、共通流路から供給口５４を通って圧力室５３に供給され、図示しないアクチュエータ等により発生された圧力により圧力室５３が変形して、ノズル５２から記録紙に向かって吐出されるようになっている。
図４は、インクジェット記録装置１０のシステム構成を示す要部ブロック図である。インクジェット記録装置１０は、通信インターフェース１２０、システムコントローラ１２２、画像メモリ１２４、モータドライバ１２６、ヒータドライバ１２８、プリント制御部１３０、画像バッファメモリ１３２、ヘッドドライバ１３４等を備えている。
通信インターフェース１２０は、ホストコンピュータ１３６から送られてくる画像データを受信するインターフェース部である。通信インターフェース１２０にはＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４、イーサネット、無線ネットワークなどのシリアルインターフェースやセントロニクスなどのパラレルインターフェースを適用することができる。この部分には、通信を高速化するためのバッファメモリ（図示省略）を搭載してもよい。ホストコンピュータ１３６から送出された画像データは通信インターフェース１２０を介してインクジェット記録装置１０に取り込まれ、一旦画像メモリ１２４に記憶される。画像メモリ１２４は、半導体素子からなるメモリに限らず、ハードディスクなど磁気媒体を用いてもよい。
システムコントローラ１２２は、通信インターフェース１２０、画像メモリ１２４、モータドライバ１２６、ヒータドライバ１２８等の各部を制御する制御部である。システムコントローラ１２２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びその周辺回路等から構成され、ホストコンピュータ１３６との間の通信制御、画像メモリ１２４の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモータ１３８やヒータ１３９を制御する制御信号を生成する。
モータドライバ１２６は、システムコントローラ１２２からの指示にしたがってモータ１３８を駆動するドライバ（駆動回路）である。ヒータドライバ１２８は、システムコントローラ１２２からの指示にしたがって後乾燥部４２（図１参照）等のヒータ１３９を駆動するドライバである。
プリント制御部１３０は、システムコントローラ１２２の制御に従い、画像メモリ１２４内の画像データから印字制御用の信号を生成するための各種加工、補正などの処理を行う信号処理機能を有し、生成した印字制御信号（印字データ）をヘッドドライバ１３４に供給する制御部である。プリント制御部１３０において所要の信号処理が施され、該画像データに基いてヘッドドライバ１３４を介して印字ヘッド５０のインク液滴の吐出量や吐出タイミングの制御が行われる。これにより、所望のドットサイズやドット配置が実現される。
プリント制御部１３０には画像バッファメモリ１３２が備えられており、プリント制御部１３０における画像データ処理時に画像データやパラメータなどのデータが画像バッファメモリ１３２に一時的に格納される。なお、図４において、画像バッファメモリ１３２はプリント制御部１３０に付随する態様で示されているが、画像メモリ１２４と兼用することも可能である。また、プリント制御部１３０とシステムコントローラ１２２とを統合して一つのプロセッサで構成する態様も可能である。
ヘッドドライバ１３４はプリント制御部１３０から与えられる印字データに基いて各色の印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙのアクチュエータを駆動する。ヘッドドライバ１３４にはヘッドの駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系を含んでもよい。
また、本実施形態におけるインクジェット記録装置１０は、この他に、印字ヘッド５０からのインクの吐出状態を検出する液滴検出装置５８を備えている。
液滴検出装置５８は、印字ヘッド５０から吐出され空中を飛翔中のインクを検出光によって検出する検出手段６０、検出光を制御する光学系６２及び変更手段６６、走査手段６８、インクの吐出状態を判定する吐出判定手段６４、吐出されたインクの飛翔速度を算出する液滴速度算出手段７０、及び複数のインク滴を同時に検出する際にその吐出タイミングをずらすように吐出制御を行う吐出タイミング制御手段７２を含んでいる。
これら液滴検出装置５８の各部について詳しくは後述するが、吐出判定手段６４及び液滴速度算出手段７０としての働きはシステムコントローラ１２２によって行われ、吐出タイミング制御手段７２としての働きはプリント制御部１３０によって行われる。
後述するように、吐出判定手段６４は、検出手段６０からの検出信号を受けてインク吐出状態を判定するものであるが、その判定用プログラムはシステムコントローラ１２２内のメモリに格納されており、検出信号を受けると判定用プログラムが呼び出されて、システムコントローラ１２２のＣＰＵにおいて判定するための演算が実行されるようになっている。また、液滴速度算出手段７０も同様に、速度算出プログラムはシステムコントローラ１２２内のメモリに格納されており、実際の速度算出演算は吐出判定手段６４から所定のデータを受け取りシステムコントローラ１２２のＣＰＵにおいて行われるようになっている。また、吐出タイミング制御手段７２は、プリント制御部１３０がシステムコントローラ１２２の制御を受けて吐出タイミングを制御するようになっている。
以下、本実施形態の液滴検出装置５８についてより詳しく説明するために、図５に、液滴検出装置５８を備えた印字ヘッドユニット５０の概略構成を示す。
図５に示すように、本実施形態の印字ヘッドユニット５０は、インクを吐出するインク（液滴）吐出手段である印字ヘッド５１に対して、吐出されたインク（液滴）を検出するインク（液滴）検出装置５８を備えている。インク検出装置５８は、主に、レーザダイオード等の光源６０ａと光センサ６０ｂとからなる検出手段６０、光源６０ａから射出された光ビームを所定の形状の光束に形成する光学系６２、検出手段６０（光センサ６０ｂ）からの検出信号を受けて吐出状態を判定する吐出判定手段６４によって構成される。
光学系６２は、光源６０ａからの光ビームを第１の幅の略平行光である第１の平行光８０とするコリメータレンズ６２ａ及びシリンドリカルレンズ６２ｂと、この第１の平行光８０を、第１の幅とは異なる第２の幅の略平行光である第２の平行光８２とするビーム変換器６２ｃとから構成されている。ビーム変換器６２ｃは、光ビームを絞ったり、横に広げたりしてビーム幅を変更するものである。
なお、これらの、平行光を異なる幅の平行光に段階的に変えたり、平行光の幅を連続的に可変とし、さらに平行光の幅の切り換え等を行う光学系については、後で詳述する。
第２の平行光８２は、印字ヘッド５１と記録紙１６との間に印字ヘッド５１の長手方向と平行に形成され、印字ヘッド５１から第２の平行光８２中にインク滴８３が吐出されるようになっている。このとき、インク滴８３は、その飛翔方向が第２の平行光８２の光軸の方向と直交するように吐出されるようになっている。
この第２の平行光８２は、集光レンズ６３によって集光され、略集光位置において、光センサ６０ｂに照射されるようになっている。光センサ６０ｂの検出信号は、吐出判定手段６４に入力され、吐出状態が判定されるようになっている。
インク検出装置５８は、この他に、第２の平行光８２の光軸に垂直な断面形状を変更する変更手段６６、第２の平行光８２を、印字ヘッド５１から吐出されるインク滴８３に対して走査させる走査手段６８、検出手段６０の検出信号に基づいてインク滴８３の飛翔速度を算出するインク（液滴）速度算出手段７０及び印字ヘッド５１が第２の平行光８２中に複数のインク滴８３を吐出する際、各インク滴８３の吐出タイミングをずらすように印字ヘッド５１を制御する吐出タイミング制御手段７２を有している。吐出判定手段６４及びインク速度算出手段７０は、具体的には図４に示すようにシステムコントローラ１２２によって構成され、それぞれ所定のプログラムに基いて演算が実行される。また、吐出タイミング制御手段７２は、プリント制御部１３０によって構成され、システムコントローラ１２２の制御を受けて吐出タイミング制御が実行される。また、変更手段６６及び走査手段６８については、後で具体的構成例を挙げて説明する。
なお、検出手段６０の光源６０ａとしては、特に限定はされず、例えば、上に述べたレーザダイオードの他、固体レーザ、ガスレーザ、発光ダイオード、ＥＬ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、冷陰極管、熱陰極管、ハロゲンランプ等のいずれでも好適に適用可能である。
ここで、印字ヘッド５１の各ノズル５２から吐出されたインク滴８３は、図６に示すように、吐出直後から丸い球状ではなく、ノズル５２から吐出された直後は、先端の大きめの球８３ａと、後端の小さめの球８３ｂとが柱体８３ｃによって結ばれた細長い柱状のインク柱をなしている。その後、インク柱は徐々に短くなって丸くなって行き、１つの球状のインク滴となる場合と、柱体８３ｃが切れて先端の大きな球８３ａと後端の小さな球８３ｂの２つの球状のインク滴となる場合がある。
このように、インク滴が丸くなるまでのノズル５２からの距離は、インクの物性値が同じで、インク滴８３のサイズが同じ場合には、略インク滴８３の飛翔速度に比例する。従って、ノズル５２から吐出されてからインク滴８３が丸くなるまでの時間は略同じである。これは、インク滴がインク柱の状態から丸い玉の状態になる力は、インクの表面張力と球になる抵抗となる粘性力であり、インク柱形状が略同じなら、これらの力は、インク飛翔速度によらないため、インク柱から球になる時間が略同じになるからであると考えられる。
一般のインクの物性値は、例えば、表面張力は３０［ｍＮ／ｍ］前後、粘度は３［ｃＰ］前後であり、またインクの吐出速度も吐出直後で１０［ｍ／ｓｅｃ］前後、インク滴が球状になる位置で６〜７［ｍ／ｓｅｃ］前後である。このとき、実験によれば、インク滴８３が丸くなる位置はノズル５２から約０．４［ｍｍ］であった。
このようにインク滴８３が丸い玉となる前の状態においては、表面積が大きく、吐出の検出信号が大きくなる。従って、ノズル面から少なくとも０．５［ｍｍ］までの範囲の領域で、よりノズル５２に近い位置でインク滴８３を検出するようにすれば、インク柱の状態でインクを検出でき、同一体積の場合、球より柱状の方が表面積が大きいので、大きな検出信号を得ることができる。
そこで、図７に斜線で示すように、第２の平行光８２の光軸に垂直な断面形状をインク滴８３の飛翔方向に沿った方向に長い、楕円形状または矩形状となるように形成し、かつ、第２の平行光８２を印字ヘッド５１のノズル面５１ａ（ノズル配列面）からの距離が０．５［ｍｍ］以内の領域で柱状のインク滴８３を検出できるように配置するようにする。
また、第２の平行光８２の幅（ビーム幅）は、印字ヘッド５１と、ここでは図示を省略した記録紙１６（図５参照）との間の距離よりは狭い範囲で、しかもインク柱の長さよりは広くなるようにする。また、第２の平行光８２がインク滴８３を検出する検出ビーム位置は、インク滴８３がインク柱の状態である範囲を検出可能となるようにする。また、第２の平行光８２は、その光軸に直交する断面形状を図７に示すように、光軸に直交する面内の２つの方向で平行光の幅が異なるように形成されている。すなわち、インク滴８３の飛翔方向に長く（広く）、また印字ヘッド５１のノズル面５１ａの短手方向に短く（狭く）なるように第２の平行光８２を形成する。ここで、広い方のビーム幅をＬとし、それに垂直な方向の狭い方のビーム幅をＤとするとき、これらの比がＬ／Ｄ≧２となるような範囲でインク滴８３を検出するのが好ましい。
また、このとき、第２の平行光８２の狭い方の幅Ｄは、図７を第２の平行光８２の射出側から見た図８に示すように、隣のノズルから吐出されたインク滴を含まないような値とすることが好ましい。具体的には図８に示すように、インク滴直径をｄ［μｍ］、ノズルピッチをＰt ［μｍ］とすると、Ｄ＜２×Ｐt −ｄとするのが良い。これにより、異常のあるノズルを正確に検出することができる。
また、このとき第２の平行光８２は、図９に示すように、ノズル面５１ａの短手方向では略平行であるが、ノズル配列面の長手方向に向かって発散光または収束光（図９では発散光として表示している。）となるようにしてもよい。図９には図示しないが、発散光または収束光は集光レンズ６３に入射するように構成する。
すなわち、この場合、図８にも示したように、ノズル面５１ａの短手方向では、その方向の隣のノズルから吐出されたインク滴と重ならないようにするために、ノズル面５１ａの短手方向では略平行光でなければならないが、ノズル面５１ａの長手方向においては、他のインク滴が邪魔にはならないため、ノズル面５１ａの長手方向に向かっては平行からずれていてもよい。
また、図１０に示すように、第２の平行光８２の光軸に垂直な断面形状を、ノズル面５１ａの短手方向に長い、楕円形状または矩形状となるように形成した場合には、第２の平行光８２のビーム位置がインク滴８３の飛翔方向に多少ずれてもインク滴８３の検出が可能である。特に、図１０に示すように、複数のインク滴８３を同時に検出することができる。
また、図１０に示す第２の平行光８２の幅Ｌは、ノズル１つ分のインク滴のみを検出する幅から、検出方向から見た印字ヘッド５１の幅全体に及ぶノズル数まで同時に検出できる幅まで変更することができるようになっていることが好ましい。
変更手段６６は、第２の平行光８２の光軸に垂直な断面形状を、図７に示すようなインク滴の飛翔方向に沿って細長い形状と、図１０に示すようなノズル面５１ａの短手方向に細長い形状との間で変更するものである。
ここで、平行光を異なる幅の平行光に段階的に変えたり、平行光の幅を連続的に可変とするビーム変換器６２ｃや、平行光の光軸に垂直な断面形状の切り換を行う変更手段６６の具体的構成例について詳しく説明することとする。
まず、ビーム変換器６２ｃは、コリメータレンズ６２ａ及びシリンドリカルレンズ６２ｂによって光源６０ａからの光をコリメートした第１の平行光８０を、これとは異なる幅の第２の平行光８２とするレンズ系であり、一般に、無限遠のものを見る状態において入射光及び出射光をともに平行光とする「望遠鏡」と同様の光学系として構成される。すなわち、望遠鏡の光学系に対し、「接眼レンズ側」から光を入射すると、望遠鏡の光学系はビームエキスパンダとして機能する。このような光学系の基本構成の例を次に示す。
図１１に示すのは、光源からの光をコリメートした平行光を異なる幅の平行光に変換する光学系の基本構成の第１の例であり、図１１（ａ）は平面図、図１１（ｂ）は正面図である。これはガリレオタイプのビームエキスパンダ光学系であり、光軸に直交する２つの軸の内、特に図１１（ｂ）に示す１つの方向で、レンズ１００ａは光を発散させる凹レンズであり、レンズ１００ｂは光をコリメートさせる凸レンズとなっており、ビーム幅をｄ１からｄ２へと変換するビームエキスパンダとして機能している。また、図１１（ａ）に示すように、光軸に直交する他の方向では、光学的なパワーを持たないシリンドリカルタイプのビームエキスパンダとなっている。これにより、縦横のサイズが異なる矩形状の平行光を形成することができる。
次に図１２に、このような光学系の基本構成の第２の例を示す。図１２（ａ）は平面図、図１２（ｂ）は正面図である。この第２の例は、ケプラータイプのビームエキスパンダ光学系であり、光軸に直交する２つの軸の内、特に図１２（ｂ）に示す方向で、レンズ１０２ａ及びレンズ１０２ｂともに凸レンズとなっており、ビームエキスパンダとして機能し、ビーム幅を変換している。また、図１２（ａ）に示すように、光軸に直交する他の方向では、光学的なパワーを持たないシリンドリカルタイプのビームエキスパンダとなっている。以上の図１１および図１２のどちらの光学系を用いてもビームエキスパンダとして使用可能である。
また、図１３に示す基本構成の第３の例は、上述した図１１のタイプで焦点距離の異なる２つのガリレオタイプのビームエキスパンダを向かい合わせに直列に２つつなげて使用した例である。すなわち、図１３（ａ）に示すように、レンズ１０４ａは凸レンズ、レンズ１０４ｂは凹レンズ、そしてレンズ１０４ｃ及びレンズ１０４ｄは光学的パワーを持たないシリンドリカルレンズとなっており、同時に図１３（ｂ）に示すように、レンズ１０４ａ及びレンズ１０４ｂは光学的パワーを持たないシリンドリカルレンズで、レンズ１０４ｃは凹レンズ、レンズ１０４ｄは凸レンズとなっている。
この場合、図１３（ａ）に示される方向では、入射光前段のレンズ１０４ａ及びレンズ１０４ｂからなるビームエキスパンダで平行光幅が狭くされ、図１３（ｂ）に示される方向では、入射光後段のレンズ１０４ｃ及びレンズ１０４ｄからなるビームエキスパンダで平行光幅が広くされている。
また、図１４に基本構成の第４の例を示す。この例は、アナモルフィックプリズムを使用したビームエキスパンダである。図１４（ａ）は平面図、図１４（ｂ）は正面図である。これらの図に示すように、台形状の断面を持った四角柱状のプリズム１０６ａ、１０６ｂを用いることにより平行光の入射角に応じて出射光の幅を連続的に変えることができる（図１７参照）。このプリズム１０６ａ、１０６ｂを２つペアで使用してこれらを適切な位置関係に置くことにより、入射光軸と出射光軸を平行にすることができる（ただし、一致はしない。）。また、これらのプリズム１０６ａ、１０６ｂを２つ使用することで、平行光の幅を変えられる範囲が大きくなる。
さらに、図１４では、これらのプリズム１０６ａ、１０６ｂの後に平面鏡（ミラー）１０６ｃを置き、このミラー１０６ｃの位置を調整することで、平行光の幅を変換した後の光軸を一定にするようにしている。またこの場合、プリズム１０６ａ、１０６ｂを透過した後の光軸は入射光と平行である必要はなく、ミラー１０６ｃの位置と角度を同時に調整することにより、常にミラー１０６ｃを反射した後の出射光の光軸を一定にすることができる。
次に、平行光の幅を可変とする、すなわち入射光と出射光の幅の関係を可変とする光学系の構成例について説明する。
まず、前述した図１１あるいは図１２に示したようなレンズを用いた系では、これらの図の左側の入射側レンズと右側の出射側レンズの一方あるいは両方に、一般的に知られたズーム光学系を用い、焦点距離を可変にすることで、入射光と出射光の幅の関係を連続的に可変とすることができる。この場合図１１、図１２に示したようにシリンドリカルレンズを用いたズーム光学系となる。
図１５に、平行光幅を可変とする第１の構成例を示す。図１５（ａ）は平面図、図１５（ｂ）は正面図である。この例は、図１１に示したものと同様の光学系であり、光軸に直交する一の方向で凹レンズ、他の方向でシリンドリカルレンズとなっているレンズ１０８ａと、一の方向で凸レンズ、他の方向でシリンドリカルレンズとなっているレンズ１０８ｂとで構成され、特に、出射側のレンズ１０８ｂの焦点距離を図１１の例よりも短くしたものである。
すなわち、出射側のレンズ１０８ｂの焦点距離をいろいろと変えることにより入射光の幅ｄ３と出射光の幅ｄ４との関係を変えることができる。これにより、出射側のレンズの焦点距離の異なる、図１１あるいは図１５のような光学系を複数用意して置き、これらを切り換えることにより必要な幅の平行光を得ることができる。ただし、これでは複数の光学系を必要とするため装置構成が複雑となる。
次に、図１６に平行光幅を可変とする第２の構成例を示す。これは出射側に平行光の幅を変える可動式のアパーチャを配置した例である。図１６（ａ）は平面図、図１６（ｂ）は正面図である。図１６（ａ）及び（ｂ）に示すように、本例の基本的なレンズ構成は図１１に示すものと同様であり、入射側のレンズ１１０ａは光軸に直交する一方向に凹レンズ、他の方向にはシリンドリカルレンズとなっており、また出射側のレンズ１１０ｄは、光軸に直交する一方向に凸レンズ、他の方向にはシリンドリカルレンズとなっている。さらに、本例では、出射側のレンズ１１０ｄの後方に平行光の幅を変えるための可動式のアパーチャ１１２が設けられている。アパーチャ１１２は、図１６（ｂ）に矢印で示したように駆動し、その間隙を調整して平行光の幅を可変にするようになっている。
また、本例では、出射側のレンズ１１０ｄに対し、複数のレンズ１１０ｂ、１１０ｃを組み合わせて収差を良好に補正するようにしている。このように、収差補正した光学系を使用することで、本発明のようなインク滴の検出に用いるように、比較的長い距離に平行光を通す目的での使用に好適な構成となる。
また、図１７に平行光幅を可変とする第３の例を示す。これは、図１４のような２つのプリズムの位置関係を変えることにより平行光の幅を可変とするものである。図１７（ａ）は平面図、図１７（ｂ）は正面図であり、図１４と同様の構成を示すもので、プリズム１０６ａ、１０６ｂの位置関係を変えて平行光の幅を変えるようにしたものである。
次に、平行光幅を、平行光の光軸に垂直な断面形状がインク滴の飛翔方向に長い場合と、それと直交する方向に長い場合とを切り換える変更手段６６について説明する。
平行光幅の縦横を切り換える１つの方法としては、光軸の周りに光学系を回転させる方法がある。すなわち、上で説明した図１１〜図１７のいずれの光学系でも、光軸に対して直交した２つの方向で入射平行光に対する影響が異なっているため、これらのうちプリズムを用いた図１４及び図１７のものを除いて、光学系を光軸の周りに９０度回転させれば、図７及び図１０のように縦長断面の平行光を横長断面の平行光に切り換えることができる。また、図１４あるいは図１７の場合には、プリズム部分を出射光軸周りに９０度回転させれば、同様に平行光幅を切り換えることができる。これらの場合には、変更手段６６としては、これらの光学系（レンズあるいはプリズム）を機械的に回転させる駆動系で構成される。いずれの場合にも、光軸に対して直交する２つの方向で平行光の関係が入れ替わればよい場合に有効である。
また、平行光幅の縦横を切り換える他の方法としては、上で図１５〜図１７に示した平行光幅を可変とするビームエキスパンダを２つ直列に、それぞれ光軸に対して直交する２つの方向で平行光の幅が独立に変わるように用いる方法が考えられる。図１３に示したものも２つのビームエキスパンダを直列につないだものであったが、図１５〜図１７に示したビームエキスパンダの２つをこのように直列に、しかも、それぞれ光軸に対して直交する２つの方向で平行光の幅が独立に変わるように用いることにより、縦長断面の平行光を横長断面の平行光に変換することができる。
このとき、特に、ズームレンズやアナモルフィックプリズムのペアー等、平行光の幅を連続で可変にできるものを使用することで、図７と図１０の状態の間を連続で切り換えることができるため、本発明の目的には好適な構成である。
本実施形態では、平行光束の中にインク滴を吐出してその検出光を受光し、検出信号を基にして吐出状態を検知するようにしているが、複数のノズルから吐出された複数のインク滴を同時に検出する場合には、各ノズルからの吐出タイミングをわずかずつ遅延させて吐出タイミングをずらして吐出し、各インク滴が順番に光ビームを横切るようにする。
例えば、図１８に示すように、３つのインク滴８３ａ、８３ｂ、８３ｃを第２の平行光８２で同時に検出する場合、吐出タイミング制御手段７２により、印字ヘッド５１を制御して、まず一つのノズル（ノズルはすべて図示省略）から第１のインク滴８３ａを吐出し、次に少し遅れて次のノズルから第２のインク滴８３ｂを吐出し、次にその次のノズルから第３のインク滴８３ｃを吐出する。
図１８において、インク液滴８３ａ、８３ｂ、８３ｃの吐出インターバルをδｔ［ｓｅｃ］、インク液滴の飛翔速度をＶ［ｍ／ｓｅｃ］、検出の対象とする飛翔液滴の数をｎ、平行光のビーム幅をＤ［μｍ］とすると、次式δｔ×Ｖ×（ｎ−１） ＜ Ｄ×１０-6 を満足するように吐出インターバルδｔを設定するのが好ましい。
このときの検出信号の様子を図１９に示す。まだインク滴８３ａ〜８３ｃがいずれも第２の平行光８２の光路中に入っていないときは、全く光が遮られていないため、検出信号の出力はｓ１のように大きい。次に最初のインク滴８３ａが光路中に入るとその分光量が落ち、検出信号の出力もｓ２のように少し下がる。次に第２のインク滴８３ｂが光路中に入ると、２つのインク滴８３ａ、８３ｂのためさらに光量が落ち、検出信号の出力はｓ３のようにまた下がる。
次に第３のインク滴８３ｃが光路中に入ると、３つのインク滴８３ａ〜８３ｃが光路中に存在することとなり、最も光量が落ちて、検出信号の出力もｓ４のように最低となる。次に、第１のインク滴８３ａが光路中から外へ出ると、光路中にあるのは２つのインク滴８３ｂと８３ｃとなるので、少し光量が増し、検出信号の出力はｓ５となる。以下、第２のインク滴８３ｂも光路から外へ出ると光路中にあるのは第３のインク滴８３ｃのみであり、検出信号の出力はｓ６となり、最後に第３のインク滴８３ｃが光路外へ出ると再び検出信号の出力は最初と同じレベルのｓ７（＝ｓ１）に戻る。
このように、複数のインク滴８３ａ〜８３ｃの吐出タイミングを少しずつずらすことで、図１９に示すような階段状の出力波形が得られる。複数のインク滴８３ａ〜８３ｃの吐出タイミングと、得られた検出信号の出力波形とを比較することで、吐出異常を検知することができる。なお、各インク滴８３ａ〜８３ｃの吐出タイミングのずれがあまり大きいと、図１９のような階段状の波形は得られずに、単純に複数の同じパルス波形が３つ並んだ出力波形が得られることになる。
また、インク滴８３を検出する第２の平行光８２として、レーザのガウシアンビームのような強度分布があるものを用いると、インク滴サイズが略同じである場合には、検出信号の大きさから平行光ビームの中心に対するインク滴８３の通過位置を検出することができる。したがって、このときノズル位置と平行光ビームの位置関係が予め規定されていれば、インク滴８３がノズル５２からノズル面５１ａに垂直に飛んでいるか、曲がって飛んでいるかという、飛翔方向を検出することができる。
なお、インク滴８３が小さくなってしまった場合には、平行光ビームの中心付近を通過しているにも関わらず検出信号が小さくなり、平行光ビームの中心から外れた位置を通過しているように検出されてしまう虞がある。しかし、インク滴８３が曲がって飛んでいる場合も、インクサイズが小さく所定のサイズと異なっているような場合も、いずれも望ましくないため、いずれの場合においても印字ヘッド５１のクリーニング等のメンテナンス動作を行う必要があり、特に、飛翔方向の異常とインクサイズの異常とを区別して識別する必要はない。
次に、インク滴検出方法について説明する。
光源６０ａから光ビームを射出し、これを光学系６２によって図７あるいは図１０に示すような、所定の平行光ビームとし、この平行光ビーム（第２の平行光８２）の中に、インク滴８３を吐出する。このとき、例えば、図７に示すような平行光ビームの場合には、印字ヘッド５１にマトリクス状に配列されたノズル５２のうち行方向の複数のノズル５２から吐出されたインク滴８３を同時に検出することができる。また、図１０に示すような平行光ビームの場合には、印字ヘッド５１にマトリクス状に配列されたノズル５２のうち列方向の複数のノズル５２から吐出されたインク滴８３を同時に検出することができる。
複数のノズル５２から吐出された複数のインク滴８３を同時に検出して異常が検出された場合には、さらに検出範囲及び検出するインク滴８３の個数を変えて、この中から異常のあるノズル５２を絞り込んでいけばよい。
また、このとき、図７のような第２の平行光８２を用いる場合には、印字ヘッド５１のマトリクス状に配列された他の行のノズルについての検出を行う場合には、この第２の平行光８２を走査手段６８により、印字ヘッド５１に対して走査（スキャン）する必要がある。
これは例えば、図２０に示すように光路中にミラー８４を配置して、ミラー８４で反射した第２の平行光８２をその光軸が印字ヘッド５１のノズル面５１ａの長手方向と平行な方向に、印字ヘッド５１のノズル面５１ａに平行に射出し、ミラー８４を図中矢印Ｆで示したように（図２０で）上下に移動して、第２の平行光８２をノズル面５１ａの長手方向あるいは短手方向（幅方向）に略平行となるように保ちながら、ノズル面５１ａに平行に走査（スキャン）すればよい。もちろん光学系全体を移動してもよいが、ミラー８４のみを移動させる方が構成が簡単でコスト的にも有利である。
このようにして検出手段６０で検出した検出信号を吐出判定手段６４に送り、吐出判定手段６４によって、例えば図１９に示したような検出信号を解析することによって吐出状態が判定される。
または次のようにして異常ノズルを正確に検出することもできる。すなわち、まず、図１０に示すように、その光束の光軸に垂直な断面形状がノズル面５１ａの短手方向に長く、楕円形状または矩形状に形成された第２の平行光８２によって複数のインク滴８３を同時に検出し、もしその複数のノズル５２中に不吐出の可能性のあるノズル５２が含まれていると思われる場合には、今度は、図７に示すように、その光束の光軸に垂直な断面形状がインク滴８３の飛翔方向に長く、楕円形状または矩形状に形成された第２の平行光８２によってその複数の不吐出の可能性のあるノズル５２の中から不吐出ノズルを確定する。
また、第２の平行光８２は、少なくとも印字ヘッド５１の、ある範囲のノズル５２に対応する位置を検出できるように走査が可能であるようにすることが好ましい。このように印字ヘッド５１の、ある範囲のノズル５２を走査する方法として、例えば、図２１に示すように、印字ヘッド５１の長手方向中央部付近で、この長手方向に垂直な直線上に中心８６を有する扇形８７状に第２の平行光８２を走査するようにしてもよい。
図２１（ａ）は、平面図であり、図示された印字ヘッド５１においては、ノズル面は図の紙面の裏側であり、インク滴は図の紙面の裏方向に吐出されるように表されている。ノズル面５１ａの長手方向中央部で印字ヘッド５１から少し離れた点を中心８６とした扇形８７を描くように第２の平行光８２が走査される。この第２の平行光８２による走査光がインク滴を透過した後到達する印字ヘッド５１縁部にライトガイド８８が設けられている。第２の平行光８２は、印字ヘッド５１の後部に配置されたライトガイド８８によって受光され、ライトガイド８８の端部に設けられた光センサ９０に導かれるようになっている。この光センサ９０は１つでもよいし、複数個設置してもよい。
また、図２１（ｂ）に、これを下側から見た斜視図を示す。第２の平行光８２によって形成される扇形８７は、印字ヘッド５１の下面のノズル面５１ａから吐出されたインク滴８３の飛翔方向と直交するようになっている。なお、図示したものでは、ライトガイド８８と光センサ９０の組み合わせを用いたが、光センサが印字ヘッド５１の長手方向全体にわたって棒状に並んでいるような構成としてもよい。
以下、検出手段６０による検出信号のパルス高さよりインク滴サイズ（インク滴体積）を求め、パルス高さとパルス幅よりインク滴速度を求める方法について説明する。
図２２に、１つのインク滴８３に対する検出信号の出力波形を示す。図２１に示すように、インク滴８３が光路を横切る時間Δｔの間、光が遮られ、光量が低下し、検出信号の出力が最大ΔＳだけ落ち込んでいる。この出力信号の落ち込みの最大値ΔＳは、光強度とビーム形状、インク滴のビーム内通過位置及びインク滴サイズによって決まる。
ここで、これらの条件の内、始めの３つの条件が一定であるとすれば、インク滴サイズと出力信号の落ち込み量は一対一に対応するため、出力信号の落ち込み量からインク滴サイズを求めることができる。この一対一の関係ｆ（ｘ）は、実験によって容易に求めることができ、予め実験により対応表を作成しておくのが望ましい。
また、ビーム形状は、光源に近い位置からセンサーに近い位置まで多少変化するので、ノズルの位置ごとに対応表を複数持つことがより望ましい。
図２２に示すように、出力信号の落ち込み量をΔＳとし、インク滴サイズＤと出力信号の落ち込み量ΔＳとの関係をｆ（ｘ）とすると、インク滴サイズＤは、次の式（２）によって求めることができる。
Ｄ＝ｆ（ΔＳ） ・・・（２）
次に、図２２の出力信号の落ち込み時間幅Δｔは、ビーム形状とインク滴のビーム内通過位置すなわちビームの幅、インク滴サイズ及びインク滴速度によって決まる。上記式（２）によってインク滴サイズＤが求まると、ビーム幅が一定であればインク滴速度を求めることができる。
さらに、光強度が弱いビームの端にインク滴が接している状態は、検出精度が低いので、この誤差を補正するための誤差補正値は、ビーム幅、インク滴サイズ毎に実験によって容易に求めることができる。
そこで、ビーム幅をＷ［μｍ］、出力信号の落ち込み時間幅をΔｔ［ｓｅｃ］、ビーム幅及びインク滴サイズ毎の誤差補正値をε（Ｗ，Ｄ）［ｍ／ｓｅｃ］とするとインク滴速度Ｖ［ｍ／ｓｅｃ］は、次の式（３）によって算出することができる。
Ｖ＝（Ｗ＋Ｄ）×１０-6／Δｔ＋ε（Ｗ，Ｄ） ・・・（３）
また、Ｗおよびε（Ｗ，Ｄ）は、ビーム形状が光源に近い位置からセンサーに近い位置まで多少変化するので、ノズルの位置ごとに値を持つことがより望ましい。
すなわち、液滴速度算出手段７０は、吐出判定手段６４より速度算出に必要なデータを受け取り、上記式（３）によってインク滴速度Ｖを算出する。
図２３に、液滴吐出検出方法の詳細を示し、吐出検出方法についてさらに詳しく説明する。すなわち、図２３に示すように、システムコントローラ１２２は、吐出検出方法決定手段５０１、測定部条件決定手段５０２を有する。
吐出検出方法決定手段５０１は、１ノズルを検査するか複数ノズルを検査するか、どのノズルを検査するかを決定する。さらに、吐出検出方法決定手段５０１は、そのノズルが液滴を吐出しているかどうか自体を検出するのか、そのノズルが吐出した液滴の吐出体積（液滴体積）を検出するのか、あるいはそのノズルが吐出した液滴の吐出速度（液滴速度）を検出するのかを決定し、これらの決定結果を測定部条件決定手段５０２に指示する。
測定部条件決定手段５０２は、吐出検出方法決定手段５０１の指示に従い、走査手段６８の走査条件、ビーム変更手段６６の条件、吐出タイミング制御手段７２の吐出条件（対象ノズル、吐出体積）、波形のＡ／Ｄ変換器２０４のサンプリング条件を決定し、それぞれの決定結果を各部に指示する。
この結果、印字ヘッド５１から吐出されたインク滴８３は、検出手段６０によって検出され、光センサ６０ａから出力されたインク滴検出信号は、信号波形増幅手段２０１で適切な振幅に増幅される。さらに、ローパス、またはハイパスあるいはバンドパスのいずれかの特性を持ったノイズフィルタ２０２により、不要な周波数のノズルを低減し、続いてサンプリングによって折り返し歪みが発生しないように、サンプリング周波数の１／２以下の遮断周波数を持つサンプリング用ローパスフィルタ２０３によって高周波成分を低減した後、波形Ａ／Ｄ変換器２０４によってデジタル信号に変換される。
波形のＡ／Ｄ変換器２０４によってデジタル信号に変換されたインク滴検出信号は、システムコントローラ１２２に送られ、吐出判定手段６４及び液滴速度算出手段７０において以下のような処理が行われる。
まず、ステップＳ３０１において、波形とスレッシュレベルとの比較を行い、また一方ステップＳ２１０において波形からΔＳを検出するとともに、ステップＳ２１１において、波形からΔｔの検出が行われる。この際、波形とスレッシュレベルとの比較（ステップＳ３０１）、波形からのΔＳの検出（ステップＳ２１０）、及び波形からΔｔの検出（ステップＳ２１１）は、インク滴検出信号に対して適切なタイミングで各動作を行うために、測定部条件決定手段５０２が出力するタイミング信号４０１によって同期が取られる。
まずステップＳ３０１の波形とスレッシュレベルとの比較について説明する。この波形とスレッシュレベルとの比較（ステップＳ３０１）においては、測定部条件決定手段５０２が出力する条件選択信号４０２によってメモリ３０８から正常時のインク液滴体積毎、液滴数毎に相当するインク滴検出信号のスレッシュレベルデータが取り出され、波形のＡ／Ｄ変換器２０４からのインク滴検出信号と比較される。続いて、ステップＳ３０２において、ステップＳ３０１における波形とスレッシュレベルとの比較結果と測定部条件決定手段５０２の設定条件とが取り込まれ、ステップＳ３０３において、この比較結果と設定条件とが比較される。
その結果、比較結果が設定条件と一致した場合（判定Ｙの場合）には、ステップＳ３０５において、該当ノズルまたは該当部分は正常と判定する。また、比較結果が設定条件と一致しない場合（判定Ｎの場合）は、続いてステップＳ３０４において１ノズル対象かを判断する。その結果、１ノズル対象と判断した場合（判断Ｙの場合）には、ステップＳ３０６において、該当ノズルはメンテナンスが必要であると判定する。また、１ノズル対象でないと判断した場合（判断Ｎの場合）には、ステップＳ３０７において、該当部分を１ノズル毎の検出に切り替えるとし、吐出検出方法決定手段５０１に伝達する。
なお、上の判断において１ノズル対象でない場合であっても、該当部分が一括してメンテナンス対象になっても差し支えなければ、図示はしないが、該当部分はメンテナンスが必要であると判定してもよい。
次にステップＳ２１０における波形からのΔＳの検出について説明する。
波形からのΔＳの検出においては、波形のＡ／Ｄ変換器２０４からのインク滴検出信号から、出力信号の落ち込み量ΔＳが検出される。ステップＳ２１２において、測定部条件決定手段５０２が出力する条件選択信号４０２によってメモリ２１４からノズル毎に測定されたｆ（ｘ）データを取り出し、これと上記ステップＳ２１０で波形から検出された出力信号の落ち込み量ΔＳを用いて、ステップＳ２１６においてＤを求め、液滴サイズが算出される。液滴サイズを算出すれば吐出体積を求めることができる。
次に、ステップＳ２１１における波形からのΔｔの検出について説明する。
波形からのΔｔの検出においては、波形のＡ／Ｄ変換器２０４からのインク滴検出信号から、出力信号の落ち込み時間幅Δｔが検出される。
ステップＳ２１３において、測定部条件決定手段５０２が出力する条件選択信号４０２によってメモリ２１５からノズル毎に測定されたＷおよびε（Ｗ，Ｄ）データを取り出すとともに、ステップＳ２１２で上記式（２）Ｄ＝ｆ（ΔＳ）から算出したＤと、ステップＳ２１１において波形から検出した出力信号の落ち込み時間幅Δｔに対し、次の式（３）Ｖ＝（Ｗ＋Ｄ）×１０-6／Δｔ＋ε（Ｗ，Ｄ）を適用してＶを求め、ステップＳ２１７において液滴速度（吐出速度）を算出する。
以上、説明したように、本実施形態によれば、インク滴を検出する光ビームを平行光としたため、長さの長いヘッドでの検出において、光源寄り、光センサ寄りのいずれの位置におけるノズルに対しても検出状態を一定にすることができ、安定した検出（判定）を行うことができる。
また、その光束の光軸に垂直な断面形状がインク滴の飛翔方向に細長い平行光ビームとしたためインク吐出直後の細長いインク柱全体を光ビーム中に捕らえることができ、検出感度を向上させることが可能となる。また、その光束の光軸に垂直な断面形状をノズル配列面の短手方向に細長い平行光ビームとした場合には、複数インク滴を同時に検出することができる。さらに、これら２通りの検出方法を切り換えるようにしたことで、同時検出の効率性と検出結果確認の精査検出を切り換えることが可能となる。
また、平行光ビームを印字ヘッドから吐出されるインク滴に対して走査（スキャン）するようにしたため、ノズルをマトリクス状に配列した印字ヘッドにおいても、一つの検出ユニットで印字ヘッド全体の検査が可能となった。
以上、本発明の液滴吐出装置の液滴検出装置及び液滴検出方法について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。
液滴吐出装置の一例としてのインクジェット記録装置の概略を示す全体構成図である。 図１のインクジェット記録装置の印字部周辺の要部平面図である。 印字ヘッドの構造例を示す平面透視図である。 インクジェット記録装置のシステム構成を示す要部ブロック図である。 インク検出装置（液滴検出装置）を備えた印字ヘッドユニットの概略構成を示す一部ブロックを含む構成図である。 ノズルから吐出されたインク滴の状態を示す説明図である。 光軸に垂直な断面形状がインク滴飛翔方向に細長い平行光を示す説明図である。 図７を平行光の射出方向から見た側面図である。 光軸に垂直な断面形状がインク滴飛翔方向に細長い平行光の他の例を示す説明図である。 光軸に垂直な断面形状がインク滴飛翔方向に直交する方向に細長い平行光を示す説明図である。 平行光を異なる幅の平行光に変換する光学系の基本構成の第１の例を示す構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 同じく平行光を異なる幅の平行光に変換する光学系の基本構成の第２の例を示す構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 同じく平行光を異なる幅の平行光に変換する光学系の基本構成の第３の例を示す構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 同じく平行光を異なる幅の平行光に変換する光学系の基本構成の第４の例を示す構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 平行光幅を可変にする光学系の第１の例を示す構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 平行光幅を可変にする光学系の第２の例を示す構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 平行光幅を可変にする光学系の第３の例を示す構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 複数のインク滴を同時に検出する場合の例を示す説明図である。 図１８の例における検出信号の例を示す線図である。 平行光の走査手段の例を示す構成図である。 平行光を扇形に走査する例を示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は下から見た斜視図である。 インク滴速度を求める際の検出信号の例を示す線図である。 液滴吐出検出方法の詳細を示す説明図である。
符号の説明
１０…インクジェット記録装置、１２…印字部、１４…インク貯蔵／装填部、１６…記録紙、１８…給紙部、２０…デカール部、２２…吸着ベルト搬送部、２６…排紙部、２８…カッター、３０…加熱ドラム、３１、３２…ローラー、３３…ベルト、３４…吸着チャンバー、３５…ファン、３６…ベルト清掃部、４０…加熱ファン、４２…後乾燥部、４４…加熱・加圧部、４５…加圧ローラー、４８…カッター、５０…印字ヘッドユニット、５１…印字ヘッド、５１ａ…ノズル面、５２…ノズル、５３…圧力室、５４…供給口、５５…インク室ユニット、６０…検出手段、６０ａ…光源、６０ｂ…光センサ、６２…光学系、６２ａ…コリメータレンズ、６２ｂ…シリンドリカルレンズ、６２ｃ…ビーム変換器、６４…吐出判定手段、６６…変更手段、６８…走査手段、８０…第１の平行光、８２…第２の平行光、８３…インク滴、８６…中心、８７…扇形、８８…ライトガイド、９０…光センサ

Claims (22)

  1. 液滴を吐出する液滴吐出口がその行方向が液滴吐出口の配列面の長手方向に略平行となるように千鳥で２次元マトリクス状に配列された液滴吐出手段と、
    光源と光センサとの間に形成される光束中を、前記光束の光軸と前記液滴吐出口から飛翔する前記液滴の飛翔方向とが略直交するようにし、且つ前記光軸が前記液滴吐出口の配列面に略平行となるように前記光源と前記光センサーを配置した検出手段と、
    前記光束を、前記光軸と直交する方向から前記光軸を見たときに略平行光とし、前記光束の光軸に垂直な断面形状が前記液滴吐出口の配列面の長手方向と直交する短手方向よりも前記液滴の飛翔方向に長くかつ前記配列面上で前記短手方向における同一位置以外の液滴吐出口から吐出された液滴は含まないように形成する光学系と、
    前記光束の光軸に垂直な断面における前記液滴の飛翔方向の長さを可変として、前記光束の光軸に垂直な断面形状を変更する変更手段と、
    前記光束中に前記液滴を吐出した際の前記検出手段の検出信号を基に、前記液滴の吐出状態を判定する吐出判定手段と、
    を備えたことを特徴とする液滴吐出装置の液滴検出装置。
  2. 液滴を吐出する液滴吐出口がその行方向が液滴吐出口の配列面の長手方向に略平行となるように千鳥で２次元マトリクス状に配列された液滴吐出手段と、
    光源と光センサとの間に形成される光束中を、前記光束の光軸と前記液滴吐出口から飛翔する前記液滴の飛翔方向とが略直交するようにし、且つ前記光軸が前記液滴吐出口の配列面に略平行となるように前記光源と前記光センサーを配置した検出手段と、
    前記光束を、前記光軸と直交する方向から前記光軸を見たときに略平行光とし、且つ前記液滴吐出口の配列面の長手方向と直交する短手方向の全幅に配列された１列の全液滴吐出口から吐出された液滴を含むことができるように、前記光束の光軸に垂直な断面形状が前記液滴の飛翔方向よりも前記液滴吐出口の配列面の短手方向に長くなるように形成する光学系と、
    前記光束の光軸に垂直な断面における前記液滴吐出口の配列面の短手方向の長さを可変として、前記光束の光軸に垂直な断面形状を変更する変更手段と、
    前記光束中に前記液滴を吐出した際の前記検出手段の検出信号を基に、前記液滴の吐出状態を判定する吐出判定手段と、
    を備えたことを特徴とする液滴吐出装置の液滴検出装置。
  3. 液滴を吐出する液滴吐出口がその行方向が液滴吐出口の配列面の長手方向に略平行となるように千鳥で２次元マトリクス状に配列された液滴吐出手段と、
    光源と光センサとの間に形成される光束中を、前記光束の光軸と前記液滴吐出口から飛翔する前記液滴の飛翔方向とが略直交するようにし、且つ前記光軸が前記液滴吐出口の配列面に略平行となるように前記光源と前記光センサーを配置した検出手段と、
    前記光束を、前記光軸と直交する方向から前記光軸を見たときに略平行光とし、前記光束の光軸に垂直な断面形状が前記液滴吐出口の配列面の長手方向と直交する短手方向よりも前記液滴の飛翔方向に長くかつ前記配列面上で前記短手方向における同一位置以外の液滴吐出口から吐出された液滴は含まないように形成する第１の光学系と、
    前記光束を、前記光軸と直交する方向から前記光軸を見たときに略平行光とし、且つ前記液滴吐出口の配列面の長手方向と直交する短手方向の全幅に配列された１列の全液滴吐出口から吐出された液滴を含むことができるように、前記光束の光軸に垂直な断面形状が前記液滴の飛翔方向よりも前記液滴吐出口の配列面の短手方向に長くなるように形成する第２の光学系と、
    前記光束を、その光軸に垂直な断面形状が前記液滴の飛翔方向に長くなるように前記第１の光学系によって形成された光束から、その光軸に垂直な断面形状が前記液滴吐出口の配列面の短手方向に長くなるように前記第２の光学系によって形成された光束に変更する変更手段と、
    前記断面形状が前記液滴の飛翔方向に長くなるように前記第１の光学系によって形成された光束及び前記断面形状が前記液滴吐出口の配列面の短手方向に長くなるように前記第２の光学系によって形成された光束中にそれぞれ前記液滴を吐出した際の前記検出手段の検出信号を基に、前記液滴の吐出状態を判定する吐出判定手段と、
    を備えたことを特徴とする液滴吐出装置の液滴検出装置。
  4. 液滴を吐出する液滴吐出口がその行方向が液滴吐出口の配列面の長手方向に略平行となるように千鳥で２次元マトリクス状に配列された液滴吐出手段と、
    光源と光センサとの間に形成される光束中を、前記光束の光軸と前記液滴吐出口から飛翔する前記液滴の飛翔方向とが略直交するようにし、且つ前記光軸が前記液滴吐出口の配列面に略平行となるように前記光源と前記光センサーを配置した検出手段と、
    前記光束を、前記光軸と直交する方向から前記光軸を見たときに略平行光とし、前記光束の光軸に垂直な断面形状が前記液滴吐出口の配列面の長手方向と直交する短手方向よりも前記液滴の飛翔方向に長くかつ前記配列面上で前記短手方向における同一位置以外の液滴吐出口から吐出された液滴は含まないように形成する、前記光軸に直交する１つの方向において光を発散させる凹レンズであり他の方向では光学的パワーを持たないシリンレンズと、前記１つの方向と同方向において光をコリメートさせる凸レンズであり他の方向では光学的パワーを持たないシリンドリカルレンズとで構成されるガリレオタイプのビームエキスパンダ光学系、あるいは前記光軸に直交する１つの方向において光をコリメートさせる凸レンズであり他の方向では光学的パワーを持たないシリンドリカルレンズを２つ組み合わせて構成されるケプラータイプのビームエキスパンダ光学系、あるいは焦点距離の異なる２つの前記ガリレオタイプのビームエキスパンダ光学系をそれぞれが凸レンズあるいは凹レンズとなる方向を光軸に直交する平面内で互いに９０°ずらして向かい合わせに直列に２つつなげて構成したビームエキスパンダ光学系、のうちのいずれか一つの光学系と、
    前記光束の光軸に垂直な断面における前記液滴の飛翔方向の長さを可変として、前記光束の光軸に垂直な断面形状を変更する変更手段と、
    前記光束中に前記液滴を吐出した際の前記検出手段の検出信号を基に、前記液滴の吐出状態を判定する吐出判定手段と、
    を備え、前記光学系は前記光束の径の縦横比を連続的に変えることを可能としたことを特徴とする液滴吐出装置の液滴検出装置。
  5. 液滴を吐出する液滴吐出口がその行方向が液滴吐出口の配列面の長手方向に略平行となるように千鳥で２次元マトリクス状に配列された液滴吐出手段と、
    光源と光センサとの間に形成される光束中を、前記光束の光軸と前記液滴吐出口から飛翔する前記液滴の飛翔方向とが略直交するようにし、且つ前記光軸が前記液滴吐出口の配列面に略平行となるように前記光源と前記光センサーを配置した検出手段と、
    前記光束を、前記光軸と直交する方向から前記光軸を見たときに略平行光とし、前記光束の光軸に垂直な断面形状が前記液滴吐出口の配列面の長手方向と直交する短手方向よりも前記液滴の飛翔方向に長くかつ前記配列面上で前記短手方向における同一位置以外の液滴吐出口から吐出された液滴は含まないように形成する、台形状の断面を有する四角柱状のプリズムを複数用い前記光束の径の縦横比を連続的に変えることを可能とするアナモルフィックプリズムタイプのビームエキスパンダ光学系と、
    前記光束の光軸に垂直な断面における前記液滴の飛翔方向の長さを可変として、前記光束の光軸に垂直な断面形状を変更する変更手段と、
    前記光束中に前記液滴を吐出した際の前記検出手段の検出信号を基に、前記液滴の吐出状態を判定する吐出判定手段と、
    を備えたことを特徴とする液滴吐出装置の液滴検出装置。
  6. 液滴を吐出する液滴吐出口がその行方向が液滴吐出口の配列面の長手方向に略平行となるように千鳥で２次元マトリクス状に配列された液滴吐出手段と、
    光源と光センサとの間に形成される光束中を、前記光束の光軸と前記液滴吐出口から飛翔する前記液滴の飛翔方向とが略直交するようにし、且つ前記光軸が前記液滴吐出口の配列面に略平行となるように前記光源と前記光センサーを配置した検出手段と、
    前記光束を、前記光軸と直交する方向から前記光軸を見たときに略平行光とし、前記光束の光軸に垂直な断面形状が前記液滴吐出口の配列面の長手方向と直交する短手方向よりも前記液滴の飛翔方向に長くかつ前記配列面上で前記短手方向における同一位置以外の液滴吐出口から吐出された液滴は含まないように形成する、前記光軸に直交する１つの方向において光を発散させる凹レンズであり他の方向では光学的パワーを持たないシリンレンズと、前記１つの方向と同方向において光をコリメートさせる凸レンズであり他の方向では光学的パワーを持たないシリンドリカルレンズとで構成されるガリレオタイプのビームエキスパンダ光学系の光束の出射側に平行光の幅を変える可動式のアパーチャを配置した光学系と、
    前記光束の光軸に垂直な断面における前記液滴の飛翔方向の長さを可変として、前記光束の光軸に垂直な断面形状を変更する変更手段と、
    前記光束中に前記液滴を吐出した際の前記検出手段の検出信号を基に、前記液滴の吐出状態を判定する吐出判定手段と、
    を備え、前記光学系は前記光束の径の縦横比を連続的に変えることを可能としたことを特徴とする液滴吐出装置の液滴検出装置。
  7. 液滴を吐出する液滴吐出口がその行方向が液滴吐出口の配列面の長手方向に略平行となるように千鳥で２次元マトリクス状に配列された液滴吐出手段と、
    光源と光センサとの間に形成される光束中を、前記光束の光軸と前記液滴吐出口から飛翔する前記液滴の飛翔方向とが略直交するようにし、且つ前記光軸が前記液滴吐出口の配列面に略平行となるように前記光源と前記光センサーを配置した検出手段と、
    前記光束を、前記光軸と直交する方向から前記光軸を見たときに略平行光とし、且つ前記液滴吐出口の配列面の長手方向と直交する短手方向の全幅に配列された１列の全液滴吐出口から吐出された液滴を含むことができるように、前記光束の光軸に垂直な断面形状が前記液滴の飛翔方向よりも前記液滴吐出口の配列面の短手方向に長くなるように形成する、前記光軸に直交する１つの方向において光を発散させる凹レンズであり他の方向では光学的パワーを持たないシリンレンズと、前記１つの方向と同方向において光をコリメートさせる凸レンズであり他の方向では光学的パワーを持たないシリンドリカルレンズとで構成されるガリレオタイプのビームエキスパンダ光学系、あるいは前記光軸に直交する１つの方向において光をコリメートさせる凸レンズであり他の方向では光学的パワーを持たないシリンドリカルレンズを２つ組み合わせて構成されるケプラータイプのビームエキスパンダ光学系、あるいは焦点距離の異なる２つの前記ガリレオタイプのビームエキスパンダ光学系をそれぞれが凸レンズあるいは凹レンズとなる方向を光軸に直交する平面内で互いに９０°ずらして向かい合わせに直列に２つつなげて構成したビームエキスパンダ光学系、のうちのいずれか一つの光学系と、
    前記光束の光軸に垂直な断面における前記液滴吐出口の配列面の短手方向の長さを可変として、前記光束の光軸に垂直な断面形状を変更する変更手段と、
    前記光束中に前記液滴を吐出した際の前記検出手段の検出信号を基に、前記液滴の吐出状態を判定する吐出判定手段と、
    を備え、前記光学系は前記光束の径の縦横比を連続的に変えることを可能としたことを特徴とする液滴吐出装置の液滴検出装置。
  8. 液滴を吐出する液滴吐出口がその行方向が液滴吐出口の配列面の長手方向に略平行となるように千鳥で２次元マトリクス状に配列された液滴吐出手段と、
    光源と光センサとの間に形成される光束中を、前記光束の光軸と前記液滴吐出口から飛翔する前記液滴の飛翔方向とが略直交するようにし、且つ前記光軸が前記液滴吐出口の配列面に略平行となるように前記光源と前記光センサーを配置した検出手段と、
    前記光束を、前記光軸と直交する方向から前記光軸を見たときに略平行光とし、且つ前記液滴吐出口の配列面の長手方向と直交する短手方向の全幅に配列された１列の全液滴吐出口から吐出された液滴を含むことができるように、前記光束の光軸に垂直な断面形状が前記液滴の飛翔方向よりも前記液滴吐出口の配列面の短手方向に長くなるように形成する、台形状の断面を有する四角柱状のプリズムを複数用い前記光束の径の縦横比を連続的に変えることを可能とするアナモルフィックプリズムタイプのビームエキスパンダ光学系と、
    前記光束の光軸に垂直な断面における前記液滴吐出口の配列面の短手方向の長さを可変として、前記光束の光軸に垂直な断面形状を変更する変更手段と、
    前記光束中に前記液滴を吐出した際の前記検出手段の検出信号を基に、前記液滴の吐出状態を判定する吐出判定手段と、
    を備えたことを特徴とする液滴吐出装置の液滴検出装置。
  9. 液滴を吐出する液滴吐出口がその行方向が液滴吐出口の配列面の長手方向に略平行となるように千鳥で２次元マトリクス状に配列された液滴吐出手段と、
    光源と光センサとの間に形成される光束中を、前記光束の光軸と前記液滴吐出口から飛翔する前記液滴の飛翔方向とが略直交するようにし、且つ前記光軸が前記液滴吐出口の配列面に略平行となるように前記光源と前記光センサーを配置した検出手段と、
    前記光束を、前記光軸と直交する方向から前記光軸を見たときに略平行光とし、且つ前記液滴吐出口の配列面の長手方向と直交する短手方向の全幅に配列された１列の全液滴吐出口から吐出された液滴を含むことができるように、前記光束の光軸に垂直な断面形状が前記液滴の飛翔方向よりも前記液滴吐出口の配列面の短手方向に長くなるように形成する、前記光軸に直交する１つの方向において光を発散させる凹レンズであり他の方向では光学的パワーを持たないシリンレンズと、前記１つの方向と同方向において光をコリメートさせる凸レンズであり他の方向では光学的パワーを持たないシリンドリカルレンズとで構成されるガリレオタイプのビームエキスパンダ光学系の光束の出射側に平行光の幅を変える可動式のアパーチャを配置した光学系と、
    前記光束の光軸に垂直な断面における前記液滴吐出口の配列面の短手方向の長さを可変として、前記光束の光軸に垂直な断面形状を変更する変更手段と、
    前記光束中に前記液滴を吐出した際の前記検出手段の検出信号を基に、前記液滴の吐出状態を判定する吐出判定手段と、
    を備え、前記光学系は前記光束の径の縦横比を連続的に変えることを可能としたことを特徴とする液滴吐出装置の液滴検出装置。
  10. 液滴を吐出する液滴吐出口がその行方向が液滴吐出口の配列面の長手方向に略平行となるように千鳥で２次元マトリクス状に配列された液滴吐出手段と、
    光源と光センサとの間に形成される光束中を、前記光束の光軸と前記液滴吐出口から飛翔する前記液滴の飛翔方向とが略直交するようにし、且つ前記光軸が前記液滴吐出口の配列面に略平行となるように前記光源と前記光センサーを配置した検出手段と、
    前記光束を、前記光軸と直交する方向から前記光軸を見たときに略平行光とし、前記光束の光軸に垂直な断面形状が前記液滴吐出口の配列面の長手方向と直交する短手方向よりも前記液滴の飛翔方向に長くかつ前記配列面上で前記短手方向における同一位置以外の液滴吐出口から吐出された液滴は含まないように形成する第１の光学系と、
    前記光束を、前記光軸と直交する方向から前記光軸を見たときに略平行光とし、且つ前記液滴吐出口の配列面の長手方向と直交する短手方向の全幅に配列された１列の全液滴吐出口から吐出された液滴を含むことができるように、前記光束の光軸に垂直な断面形状が前記液滴の飛翔方向よりも前記液滴吐出口の配列面の短手方向に長くなるように形成する第２の光学系と、
    前記光束を、その光軸に垂直な断面形状が前記液滴の飛翔方向に長くなるように前記第１の光学系によって形成された光束から、その光軸に垂直な断面形状が前記液滴吐出口の配列面の短手方向に長くなるように前記第２の光学系によって形成された光束に変更する変更手段と、
    前記断面形状が前記液滴の飛翔方向に長くなるように前記第１の光学系によって形成された光束及び前記断面形状が前記液滴吐出口の配列面の短手方向に長くなるように前記第２の光学系によって形成された光束中にそれぞれ前記液滴を吐出した際の前記検出手段の検出信号を基に、前記液滴の吐出状態を判定する吐出判定手段と、
    を備え、前記第１の光学系及び前記第２の光学系は、前記光軸に直交する１つの方向において光を発散させる凹レンズであり他の方向では光学的パワーを持たないシリンレンズと、前記１つの方向と同方向において光をコリメートさせる凸レンズであり他の方向では光学的パワーを持たないシリンドリカルレンズとで構成されるガリレオタイプのビームエキスパンダ光学系、あるいは前記光軸に直交する１つの方向において光をコリメートさせる凸レンズであり他の方向では光学的パワーを持たないシリンドリカルレンズを２つ組み合わせて構成されるケプラータイプのビームエキスパンダ光学系、あるいは焦点距離の異なる２つの前記ガリレオタイプのビームエキスパンダ光学系をそれぞれが凸レンズあるいは凹レンズとなる方向を光軸に直交する平面内で互いに９０°ずらして向かい合わせに直列に２つつなげて構成したビームエキスパンダ光学系、あるいは台形状の断面を有する四角柱状のプリズムを複数用い前記光束の径の縦横比を連続的に変えることを可能とするアナモルフィックプリズムタイプのビームエキスパンダ光学系、あるいは前記光軸に直交する１つの方向において光を発散させる凹レンズであり他の方向では光学的パワーを持たないシリンレンズと、前記１つの方向と同方向において光をコリメートさせる凸レンズであり他の方向では光学的パワーを持たないシリンドリカルレンズとで構成されるガリレオタイプのビームエキスパンダ光学系の光束の出射側に平行光の幅を変える可動式のアパーチャを配置した光学系のうちそれぞれいずれか１つの光学系とし、該光学系は前記光束の径の縦横比を連続的に変えることを可能としたことを特徴とする液滴吐出装置の液滴検出装置。
  11. 前記検出手段は、前記液滴吐出口から前記光束中に吐出された前記液滴を、前記液滴吐出口から０．５ｍｍ以内の領域で検出することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の液滴吐出装置の液滴検出装置。
  12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の液滴吐出装置の液滴検出装置であって、前記液滴吐出手段は前記液滴の吐出を受ける被吐出媒体の最大幅に対応する長さを有するとともに固定されており、さらに、前記液滴を検出するために、前記光束を前記液滴吐出手段から吐出される液滴に対して走査させる走査手段を有することを特徴とする液滴吐出装置の液滴検出装置。
  13. 前記走査手段は、前記光束を、前記液滴吐出手段の、ある範囲の液滴吐出口に対応する位置を検出するように走査することを特徴とする請求項１２に記載の液滴吐出装置の液滴検出装置。
  14. 前記走査手段は、前記光束を、前記液滴吐出口の配列面の長手方向またはこれと直交する前記液滴吐出口の配列面の短手方向に略平行を保ちつつ、前記液滴吐出口の配列面に平行に走査することを特徴とする請求項１２または１３に記載の液滴吐出装置の液滴検出装置。
  15. 前記走査手段は、前記光束が前記液滴吐出手段から吐出される液滴の飛翔方向に垂直な平面上で、前記光束を走査することを特徴とする請求項１２または１３に記載の液滴吐出装置の液滴検出装置。
  16. 前記光束は、光軸を前記液滴の飛翔方向から見たときに略平行光となり、光軸を前記液滴吐出口の配列面の短手方向から見たときに収束または発散光となっていることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の液滴吐出装置の液滴検出装置。
  17. 請求項１〜１６のいずれか１項に記載の液滴吐出装置の液滴検出装置であって、さらに、前記液滴吐出手段が前記光束中に複数の液滴を吐出する際、該複数の液滴が前記光束中に異なる時刻に進入し、かつ同時に光束中に複数の液滴が存在するように、各液滴の吐出タイミングをずらすように前記液滴吐出手段の液滴吐出を制御する吐出タイミング制御手段を有することを特徴とする液滴吐出装置の液滴検出装置。
  18. 請求項１〜１７のいずれか１項に記載の液滴吐出装置の液滴検出装置であって、さらに、前記光束中を前記液滴が通過したことによる前記検出手段の検出信号の落ち込み量に対応して定まる前記液滴のサイズをＤ［μｍ］とし、前記光束の液滴の飛翔方向の幅をＷ［μｍ］、前記検出信号の落ち込み時間幅をΔｔ［ｓｅｃ］、前記光束の幅Ｗ及び液滴サイズＤ毎に定められた所定の誤差補正量をε（Ｗ，Ｄ）［ｍ／ｓｅｃ］とするとき、吐出された液滴の速度Ｖ［ｍ／ｓｅｃ］を次の式（１）
    Ｖ＝（Ｗ＋Ｄ）×１０-6／Δｔ＋ε（Ｗ，Ｄ） ・・・（１）
    によって算出する液滴速度算出手段を有することを特徴とする液滴吐出装置の液滴検出装置。
  19. 前記検出手段の光源は、レーザダイオード、固体レーザ、ガスレーザ、発光ダイオード、ＥＬ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、冷陰極管、熱陰極管あるいはハロゲンランプのうちのいずれかであることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１項に記載の液滴吐出装置の液滴検出装置。
  20. 液滴吐出装置の液滴を吐出する液滴吐出口がその行方向が液滴吐出口の配列面の長手方向に略平行となるように千鳥で２次元マトリクス状に配列された液滴吐出手段が吐出する液滴を検出する液滴検出方法であって、
    光源と光センサとの間に形成される光束であって、その光軸が前記液滴吐出装置の液滴吐出口の配列面の長手方向に略平行であり、前記光束と直交する平面内の少なくとも一方向から光軸を見たときに略平行光で、かつその光軸に垂直な断面形状が前記液滴吐出口の配列面の長手方向と直交する短手方向よりも前記吐出された液滴の飛翔方向に長くかつ前記配列面上で前記短手方向における同一位置以外の液滴吐出口から吐出された液滴は含まないように形成された光束中に、前記液滴を前記光束の光軸と前記液滴の飛翔方向とが略直交するように吐出して前記光センサによって検出した検出信号に基づいて前記液滴の吐出状態を判定することを特徴とする液滴吐出装置の液滴検出方法。
  21. 液滴吐出装置の液滴を吐出する液滴吐出口がその行方向が液滴吐出口の配列面の長手方向に略平行となるように千鳥で２次元マトリクス状に配列された液滴吐出手段が吐出する液滴を検出する液滴検出方法であって、
    光源と光センサとの間に形成される光束であって、その光軸が前記液滴吐出装置の液滴吐出口の配列面の長手方向に略平行であり、前記光束と直交する平面内の少なくとも一方向から光軸を見たときに略平行光で、かつ前記液滴吐出口の配列面の長手方向と直交する短手方向の全幅に配列された１列の全液滴吐出口から吐出された液滴を含むことができるように、その光軸に垂直な断面形状が前記液滴の飛翔方向よりも前記液滴吐出口の配列面の短手方向に長くなるように形成された光束中に前記液滴を前記光束の光軸と前記液滴の飛翔方向とが略直交するように吐出して、前記光センサによって検出した検出信号に基づいて前記液滴の吐出状態を判定することを特徴とする液滴吐出装置の液滴検出方法。
  22. 液滴吐出装置の液滴を吐出する液滴吐出口がその行方向が液滴吐出口の配列面の長手方向に略平行となるように千鳥で２次元マトリクス状に配列された液滴吐出手段が吐出する液滴を検出する液滴検出方法であって、
    光源と光センサとの間に形成される光束であって、その光軸が前記液滴吐出装置の液滴吐出口の配列面の長手方向に略平行であり、前記光束と直交する平面内の少なくとも一方向から光軸を見たときに略平行光で、かつ前記液滴吐出口の配列面の長手方向と直交する短手方向の全幅に配列された１列の全液滴吐出口から吐出された液滴を含むことができるように、その光軸に垂直な断面形状が前記液滴の飛翔方向よりも前記液滴吐出口の配列面の短手方向に長くなるように形成された光束中に、前記液滴を前記光束の光軸と前記液滴の飛翔方向とが略直交するように吐出して、前記光センサによって検出した検出信号に基づいて複数の液滴を同時に検出し、不吐出の可能性のある液滴吐出口が存在する場合に、前記光束を、光源と光センサとの間に形成される光束であって、その光軸が前記液滴吐出装置の液滴吐出口の配列面の長手方向に略平行であり、前記光束と直交する平面内の少なくとも一方向から光軸を見たときに略平行光で、かつその光軸に垂直な断面形状が前記液滴吐出口の配列面の短手方向よりも前記吐出された液滴の飛翔方向に長くかつ前記配列面上で前記短手方向における同一位置以外の液滴吐出口から吐出された液滴は含まないように形成された光束に変更し、該変更された光束中に、前記液滴を前記光束の光軸と前記液滴の飛翔方向とが略直交するように吐出して、前記光センサによって検出した検出信号に基づいて不吐出の液滴吐出口を特定することを特徴とする液滴吐出装置の液滴検出方法。
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