JP4875751B2 - インクジェットプリンタヘッドの噴射特性評価装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェットプリンタヘッドの噴射特性評価装置及び方法に関し、より詳しくは、インクジェットプリンタヘッドから連続的に吐出された多数のインク液滴に対する重畳液滴イメージを撮像してインクジェットプリンタヘッドの噴射特性を評価する装置及び方法に関する。

一般に、インクジェットプリンタはドットプリンタと違い、カートリッジを使用することで多様なカラーの具現が可能であって騷音が少なく、印刷したテキストが美麗なる品質を有するという多くの長所を持っており、徐々にその使用領域が拡がっている趨勢である。

インクジェットプリンタヘッドは、印刷用インクの微小な液滴を記録用紙上の所望の位置に吐出させて所定色相の画像として印刷する手段であり、その噴射方式はプリンタヘッドに設けられたノズルからインク液滴を吐出させ、吐出されたインク液滴を記録対象に弾着させる方式で行われ、その弾着間隔が緻密であるほど高画質の画像を出力することができる。

インク液滴の吐出による印刷品質は、画像の明るさ及び鮮明度などの特性値をもって評価することができ、この特性値はインクジェットプリンタヘッドのインク液滴に対する吐出、すなわち、噴射（Ｊｅｔｔｉｎｇ）特性によって左右される。

このようなインクジェットプリンタヘッドの噴射特性は、インクジェットプリンタの信頼性の検証に重要なファクターとして作用し、プリンティング工程の前にインクジェットプリンタヘッドの噴射特性を評価することが一般的である。

従来の噴射特性評価方式として、インクジェットプリンタヘッドから吐出されたインクを紙に弾着させた後、紙に印刷されたインクの弾着位置を検出する方式がある。

しかし、このような方式で検査する場合、Ａ４サイズの紙にインク液滴が重ならないように印刷できる最大液滴数は約３０万個であって、インクジェットプリンタヘッドに備えられたノズルの数は約１００個であるため、各ノズルにおいて１秒当たり数千回の噴射が行われる場合、数時間にかけて安定的に噴射が行われるか否かを判定するには、一枚の紙に収容できる液滴の数が少な過ぎるという問題点がある。

また、これを解決するため、一枚の紙の代わりに数十メートルに達する紙ロールに印刷する方式があるが、これはインク液滴の滴下位置の誤差をインク液滴別に詳しく観察できる長所はあるが、長時間を要し、また紙の使用量が多いという問題点がある。

他の方式として、デジタルカメラを用いてプリンタヘッドのノズル列に沿ってスキャンしながら噴射されるインク液滴の大きさ及び間隔を分析するインク液滴検査方法が提案された。

しかし、このようなインク液滴検査方法は、ノズル詰まりや汚染による非正常的な噴射エラーの計測は可能であるが、高精密印刷に求められる精密偏差の計測、すなわち、インク液滴の速度及び方向性による噴射特性の定量的な分析が困難である問題点がある。

さらに他の方式として、特許文献１（インクジェット式プリンタヘッド吐出検査装置）には、プリンタヘッド駆動回路、カメラ、カメラ制御回路、ストロボ、時間遅延回路、及び計測回路を備え、プリンタヘッドから吐出されたインク液滴を時間差を置いて数回撮像して、インク液滴画像の時間差からインク液滴の速度を計測する技術が開示されている。

しかし、特許文献１に開示された技術は、インク液滴の速度を計測することで吐出タイミングエラーを計測できるが、単なる吐出タイミングの偏差算出だけでは吐出方向性のエラー、すなわち、プリンタヘッドから弾着地点まで吐出されるインク液滴の軌跡を計測できず、高精密印刷に必要な複合的な微細偏差エラーを検査することができないという問題点がある。

特に、単なるイメージの観察は極端的に深刻な噴射不良は検出できるが、精度を要する基板印刷等の高精密印刷に必要なインク噴射の安定性を評価するには限界がある。

特開第１９９９−２２７１７２号公報

本発明は、上記のような問題点を解決するために創案されたものであり、同一位置で撮像された複数のインク液滴に対する重畳液滴イメージを定量的に分析することで、微細なインク噴射品質の不良原因を定量的且つ精密に判定可能なインクジェットプリンタヘッドの噴射特性評価装置及び方法を提供することを目的とする。

上記の技術的課題を達成するための本発明の一態様に係るインクジェットプリンタヘッドの噴射特性評価装置は、インク液滴を順次吐出するインクジェットプリンタヘッドの噴射特性を評価する装置であって、デジタルカメラを駆動させ、順次吐出されたインク液滴のそれぞれが目標地点に弾着する前に予め選択された撮影地点で多数のインク液滴に対する重畳液滴イメージを生成する撮像手段と、スピードライトを駆動させ、各インク液滴の吐出時点から一定遅延時間以後に前記撮影地点を通過するインク液滴に対して照明光を与える発光手段と、前記重畳液滴イメージの各ピクセル別信号対雑音比の分布を算出し、算出された信号対雑音比の分布から各ピクセルの液滴イメージ重畳度を計算して予め決められた数の液滴イメージの中心座標を計算し、計算された液滴イメージの中心座標、液滴噴射ノズルの座標、及び前記遅延時間を用いて液滴噴射速度と方向に対する変位を定量的に計算して出力する噴射特性評価手段と、を含む。

望ましくは、前記噴射特性評価手段は、前記撮像手段から重畳液滴イメージを受信するイメージ受信モジュールと、前記重畳液滴イメージの各ピクセル別信号対雑音比を計算する信号対雑音比計算モジュールと、前記各ピクセル別信号対雑音比の分布から各ピクセルの液滴イメージ重畳度を算出する重畳度算出モジュールと、液滴の大きさ、各ピクセルの重畳度と重畳度が同一なピクセルの位置分布、及び撮像された液滴の数を統計的に分析し、予め決められた数の液滴イメージに対する中心座標を算出する液滴位置算出モジュールと、液滴イメージの中心座標、液滴噴射ノズルの座標、及び前記遅延時間から液滴噴射速度と方向に対する変位を定量的に計算し、外部機器を通じて出力する噴射特性値計算モジュールと、を含む。

望ましくは、前記変位は予め決められた数の液滴に対する噴射速度と方向の標準偏差である。

本発明に係る前記インクジェットプリンタヘッドの噴射特性評価装置は、前記標準偏差が閾値を超過するか否かによって噴射特性の安定性を判定し、その結果を外部機器を通じて出力する噴射安定性評価モジュールをさらに含むことができる。

選択的に、前記信号対雑音比計算モジュールは重畳液滴イメージの各ピクセル別信号対雑音比の分布を外部機器を通じて出力する。

上記の技術的課題を達成するための本発明の他の態様に係るインクジェットプリンタヘッドの噴射特性評価装置は、インク液滴を順次吐出するインクジェットプリンタヘッドの噴射特性を評価する装置であって、デジタルカメラを駆動させ、順次吐出されたインク液滴のそれぞれが目標地点に弾着する前に予め選択された撮影地点で多数のインク液滴に対する重畳液滴イメージを生成する撮像手段と、スピードライトを駆動させ、各インク液滴の吐出時点から一定遅延時間以後に前記撮影地点を通過するインク液滴に対して照明光を与える発光手段と、前記重畳液滴イメージの長軸または短軸方向において予め決められたグレーレベルを持つピクセルの中心座標と重畳液滴イメージの中心座標を噴射特性を評価しようとする液滴の中心座標として推定し、推定された液滴の中心座標、液滴噴射ノズルの座標、及び前記遅延時間を用いて液滴噴射速度と方向に対する変位を定量的に計算して出力する噴射特性評価手段と、を含む。

望ましくは、前記噴射特性評価手段は、重畳液滴イメージの長軸または短軸方向においてグレーレベルに従うヒストグラム分布を計算し、ヒストグラム分布からｋσ（ｋは定数、σは標準偏差）に該当するピクセルの座標と液滴重畳イメージの中心座標を噴射特性を評価しようとする液滴の中心座標として推定する。

望ましくは、前記液滴噴射速度と方向に対する変位は、中心座標が推定された液滴の噴射速度と方向に対する標準偏差である。

選択的に、前記噴射特性評価手段は、前記標準偏差が閾値を超過するか否かによって噴射特性の安定性を判定し、その結果を外部機器を通じて出力する。

上記の技術的課題を達成するための本発明の一態様に係るインクジェットプリンタヘッドの噴射特性評価方法は、インクジェットプリンタヘッドから連続的に吐出された多数のインク液滴を同一撮影地点で撮像した重畳液滴イメージを獲得するステップと、前記重畳液滴イメージの各ピクセル別信号対雑音比の分布を算出するステップと、算出された信号対雑音比の分布から各ピクセルの液滴イメージ重畳度を計算し、予め決められた数の液滴イメージに対する中心座標を計算するステップと、計算された液滴の中心座標、液滴噴射ノズルの座標、及び液滴噴射時点と液滴撮影のための照明提供時点との間の遅延時間を用いて液滴の噴射速度と方向変位を定量的に計算して出力するステップと、を含む。

上記の技術的課題を達成するための本発明の他の態様に係るインクジェットプリンタヘッドの噴射特性評価方法は、インクジェットプリンタヘッドから連続的に吐出された多数のインク液滴を同一撮影地点で撮像した重畳液滴イメージを獲得するステップと、前記重畳液滴イメージの長軸または短軸方向において予め決められたグレーレベルを持つピクセルの中心座標と重畳液滴イメージの中心座標を噴射特性を評価しようとする液滴の中心座標として推定するステップと、推定された液滴の中心座標、液滴噴射ノズルの座標、及び液滴噴射時点と液滴撮影のための照明提供時点との間の遅延時間を用いて液滴噴射速度と方向に対する変位を定量的に計算して出力するステップと、を含む。

本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
本発明の望ましい実施例によるインクジェットプリンタヘッドの噴射特性評価装置の構成を概略的に示したブロック図である。 本発明の望ましい実施例による駆動信号、撮像制御信号、及び発光制御信号の印加時点を示したタイムチャートである。 本発明の望ましい実施例による噴射特性評価手段の構成を概略的に示したブロック図である。 重畳液滴イメージにおいて、液滴イメージの重畳度に従って信号対雑音比が増加する現象を模式的に説明する図である。 重畳液滴イメージにおいて、液滴イメージの重畳度に従って信号対雑音比が増加する現象を模式的に説明する図である。 重畳液滴イメージにおいて、液滴イメージの重畳度に従って信号対雑音比が増加する現象を模式的に説明する図である。 本発明の望ましい実施例による重畳液滴イメージの生成過程を示したフローチャートである。 本発明の望ましい実施例によるインクジェットプリンタヘッドの噴射特性評価過程を順次示したフローチャートである。

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。

本発明の実施例において、インクジェットプリンタヘッドの「噴射（Ｊｅｔｔｉｎｇ）安定性」はインクジェットプリンタヘッドに備えられたノズルから吐出されたインク液滴の「弾着正確性」と対応する概念として定義する。

図１は、本発明によるインクジェットプリンタヘッドの噴射特性評価装置の構成を概略的に示したブロック図である。

図１を参照すれば、本発明によるインクジェットプリンタヘッドの噴射特性評価装置は、インク液滴Ａが吐出されるインクジェットプリンタヘッド１０１の駆動を制御する駆動モジュール１００、吐出されたインク液滴Ａに向かって光を照射するスピードライト２０１の発光を制御する発光モジュール２００、予め選択された撮影地点を通過する多数のインク液滴Ａを撮像するデジタルカメラ３０１の駆動を制御する撮像モジュール３００、前記デジタルカメラ３０１によって撮像された多数のインク液滴Ａに対する重畳液滴イメージを用いてインク液滴の噴射特性を評価する噴射特性評価手段４００、及び各構成部１００から４００の動作を全般的に制御する制御モジュール５００を含む。

前記駆動モジュール１００、発光モジュール２００、及び撮像モジュール３００は、制御モジュール５００の制御信号を送受信するための回路から構成される。一例として、駆動モジュール１００、発光モジュール２００、撮像モジュール３００、及び制御モジュール５００は、ＰＣＢ（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）形態で具現できるが、本発明がこれに限られることはない。前記制御モジュール５００は駆動モジュール１００に駆動信号を印加し、前記発光モジュール２００及び撮像モジュール３００にはそれぞれ前記駆動信号と同期化された発光制御信号及び撮像制御信号を印加する。

ここで、前記駆動信号の印加時点は、インク液滴Ａがインクジェットプリンタヘッド１０１から吐出される時点と実質的に同一である。前記発光制御信号の印加時点は、駆動信号印加時点より所定時間遅れる。前記発光制御信号印加時点と駆動信号印加時点間の時間差は、インク液滴Ａがインクジェットプリンタヘッド１０１から吐出された後、デジタルカメラ３０１の液滴撮影地点を通過するまでかかる時間である。前記撮像制御信号の印加時点は前記駆動信号の印加時点と同期化されているが、前記発光制御信号の印加時点より先行する。そして、前記撮像制御信号の印加周期は発光制御信号の印加周期より長い。よって、撮像制御信号が１回印加される間に複数の発光制御信号が印加される。前記駆動モジュール１００は、制御モジュール５００から駆動信号を受信する度にインクジェットプリンタヘッド１０１を駆動させ、ノズル（図示せず）からインク液滴Ａを吐出させてターゲットＢの目標地点にインク液滴Ａを弾着させる。ここで、前記ターゲットＢは電子回路及びディスプレイ素子を製造するための基板であることが望ましいが、これに限定されることはない。

前記発光モジュール２００は、制御モジュール５００から発光制御信号を受信する度にスピードライト２０１を駆動させ、インク液滴Ａの撮影のための照明を提供する。

前記撮像モジュール３００は、制御モジュール５００から撮像制御信号を受信する度にデジタルカメラ３０１を駆動させ、予め選択された撮影地点を通過する多数のインク液滴Ａを１つのフレーム映像として撮影する。前記撮像制御信号が１回印加される間に多数の発光制御信号が印加されるため、前記デジタルカメラ３０１は撮影地点を通過する複数のインク液滴Ａに対する重畳液滴イメージを生成する。すなわち、デジタルカメラ３０１は、複数のインク液滴Ａが通過する間、露出状態を維持するため、露出状態が維持される間に印加された発光制御信号に対応する数分のインク液滴Ａのイメージを同時に撮影して重畳液滴イメージを生成する。重畳液滴イメージは多数の液滴イメージが重畳している形態である。前記撮像モジュール３００は、重畳液滴イメージが生成されれば、これを噴射特性評価手段４００に出力する。

ここで、前記スピードライト２０１及びデジタルカメラ３０１は、撮影地点を基準に相互対向するように設けられることが望ましい。前記デジタルカメラ３０１は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳ素子を含むイメージセンサーカメラであることが望ましく、前記スピードライト２０１は発光制御信号の印加によって瞬間的に放電光を発生させるストロボ（Ｓｔｒｏｂｏ）ライトであることが望ましい。

前記噴射特性評価手段４００は、制御モジュール５００の制御に従ってデジタルカメラ３０１によって撮像された重畳液滴イメージの信号対雑音比の分布を算出し、算出された信号対雑音比の分布から各ピクセルの液滴イメージ重畳度を算出し、インク液滴の噴射速度と噴射方向に対する特性を定量的に評価してその結果を出力する。

図２は、インクジェットプリンタヘッド１０１の噴射特性を評価する過程における駆動信号、発光制御信号、及び撮像制御信号の印加時点を示すタイムチャートである。

図１及び図２を参照すれば、制御モジュール５００は時点Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、…で駆動信号αを駆動モジュール１００に印加し、インクジェットプリンタヘッド１０１からインク液滴Ａを吐出させる。制御モジュール５００は、時点Ｔ１から所定時間Δｔ１が経過すれば、撮像制御信号βを撮像モジュール３００に印加してデジタルカメラ３０１のシャッターを動作させる。デジタルカメラ３０１は撮像制御信号βが印加された時点から所定時間露出状態を維持する。この状態で、制御モジュール５００は時点Ｔ１から所定時間Δｔ２が経過すれば、発光制御信号γを発光モジュール２００に印加する。発光制御信号γは、インク液滴Ａが撮影地点を通過する時点と同期化されており、デジタルカメラ３０１の露出が維持されている間に数回にかけて印加される。したがって、デジタルカメラ３０１は一回の露出で複数のインク液滴Ａに対する重畳液滴イメージを撮像するようになる。

図３は、本発明による噴射特性評価手段４００の概略的な構成を示したブロック図である。

図３を参照すれば、前記噴射特性評価手段４００は、制御モジュール５００の制御に従ってインクジェットプリンタヘッド１０１の噴射特性を定量的に評価し、その結果を出力する。

前記噴射特性評価手段４００は、イメージ受信モジュール４１０、信号対雑音比計算モジュール４２０、重畳度算出モジュール４３０、液滴位置算出モジュール４４０、噴射特性値計算モジュール４５０、及び噴射安定性評価モジュール４６０を含む。

前記イメージ受信モジュール４１０は、撮像モジュール３００から重畳液滴イメージの入力を受け、信号対雑音比計算モジュール４２０に出力する。
前記信号対雑音比計算モジュール４２０は、重畳液滴イメージの各ピクセルに対する信号対雑音比を計算する。信号対雑音比はグレーレベル分析法（Ｇｒａｙ ｌｅｖｅｌ ａｎａｌｙｓｉｓ）を適用して算出する。しかし、本発明がこれに限られることはない。

重畳液滴イメージのピクセル別信号対雑音比は、液滴イメージの重畳回数に比例して増加する。これはアンサンブル平均理論（ｅｎｓｅｍｂｌｅ ａｖｅｒａｇｅ ｔｈｅｏｒｙ）によって説明することができる。すなわち、ｎ個の液滴イメージを重畳させたとき、重畳液滴イメージに含まれた各ピクセル信号の和は個別液滴イメージの該当ピクセル信号Ｓ_ｘのｎ倍であり、重畳液滴イメージに含まれた各ピクセルの雑音は、雑音のランダムな特性により、個別液滴イメージの該当ピクセルの雑音Ｎ_ｘの

倍である。よって、重畳液滴イメージの各ピクセルに対する信号対雑音比は、下記数式１のように、個別液滴イメージのピクセル別信号対雑音比に重畳回数ｎの平方根

を乗じた値と等しい。

数式１において、Ｓ／Ｎは重畳液滴イメージのピクセル別信号対雑音比であり、Ｓ_ｘ／Ｎ_ｘは個別液滴イメージのピクセル別信号対雑音比である。

図４から図６は、重畳液滴イメージにおいて、個別液滴イメージの重畳回数に従って信号対雑音比が増加する概念を模式的に示した図である。

図４は、インク噴射の速度偏差が生じ、発光制御信号の印加によってスピードライトが作動するとき、液滴が垂直方向で相異なる位置を通過する場合を示した図である。図４に示されたように、重畳液滴イメージが生成されれば、Ａ１領域にあたるピクセルには３個の液滴イメージが、Ａ２領域にあたるピクセルには２個の液滴イメージが重畳され、Ａ３領域にあたるピクセルには液滴イメージの重畳がない。したがって、Ａ３領域からＡ１領域に行くほどイメージのぼやけ（ｂｌｕｒｒｉｎｇ）現象が少なく、信号対雑音比が増加する。

図５は、インク噴射の方向偏差が生じ、発光制御信号の印加によってスピードライトが作動するとき、液滴が水平方向で相異なる位置を通過する場合を示した図である。図５に示されたように、重畳液滴イメージが生成されれば、Ａ１領域にあたるピクセルには３個の液滴イメージが、Ａ２領域にあたるピクセルには２個の液滴イメージが重畳され、Ａ３領域にあたるピクセルには液滴イメージの重畳がない。したがって、Ａ３領域からＡ１領域に行くほどイメージのぼやけ現象が少なく、信号対雑音比が増加する。

図６は、インク噴射の速度及び方向偏差が同時に生じ、発光制御信号の印加によってスピードライトの作動するとき、液滴が対角線方向で相異なる位置を通過する場合を示した図である。図６に示されたように、重畳液滴イメージが生成されれば、Ａ１領域にあたるピクセルには３個の液滴イメージが、Ａ２領域にあたるピクセルには２個の液滴イメージが重畳され、Ａ３領域にあたるピクセルには液滴イメージの重畳がない。したがって、Ａ３領域からＡ１領域に行くほどイメージのぼやけ現象が少なく、信号対雑音比が増加する。

前記信号対雑音比計算モジュール４２０は、重畳液滴イメージにおいて、信号対雑音比が同一なピクセルに対しては同一色を与え、信号対雑音比が大きいほど陰影を増加させて信号対雑音比の分布を生成した後、外部機器に出力することができる。ここで、外部機器とは、公知された印刷装置またはディスプレイ装置であり得る。

図４から図６に示されたように、重畳液滴イメージの信号対雑音比の分布は噴射速度及び／または方向で偏差が生じることで固有な形態を有する。もちろん、噴射速度及び方向の偏差が生じなければ、全ての液滴イメージが同一位置で撮影されるため、液滴イメージ配列の方向性が現れないことは明らかである。したがって、信号対雑音比の分布の形態を分析すれば、インク噴射の不良原因がインク噴射の速度偏差にあるか、インク噴射の方向偏差にあるか、インク噴射の速度と方向両方にあるかを容易に確認することができる。

前記重畳度算出モジュール４３０は、各ピクセルの信号対雑音比から各ピクセルの液滴イメージ重畳度を計算する。ここで、液滴イメージ重畳度は該当ピクセルのイメージデータが幾つの液滴イメージが重畳されて生成されたものであるかを示す定量的ファクターである。液滴イメージ重畳度が大きければ、それほど多数の液滴イメージが重畳されたことを意味する。各ピクセルの液滴イメージ重畳度は、下記数式２によって計算することができるが、本発明がこれに限られることはない。

数式２において、Ｓ_ｎ−ｉ／Ｎ_ｎは本発明によって撮像された重畳液滴イメージの各ピクセル別信号対雑音比であり、Ｓ_ｎ／Ｎ_ｎはすべての液滴イメージが完璧に重畳されたときを仮定した各ピクセル別信号対雑音比であり、ｎとｉはそれぞれ液滴イメージの総数と重畳されない液滴イメージの数である。各ピクセルの液滴イメージ重畳度は、Ｓ_ｎ−ｉ／Ｎ_ｎとＳ_ｎ／Ｎ_ｎの比で計算する。

一方、前記重畳度算出モジュール４３０は、液滴イメージの重畳回数に従う信号対雑音比の値を実験を通じて予め得た後、液滴イメージの重畳数と信号対雑音比の値をルックアップテーブルの形態で構成し、該ルックアップテーブルを参照して重畳液滴イメージの各ピクセル別重畳度を算出することもできる。

前記重畳度算出モジュール４３０は、各ピクセルの重畳度を計算して液滴位置算出モジュール４４０に出力する。すると、液滴位置算出モジュール４４０は、液滴の大きさ、重畳液滴イメージの各ピクセルに対する重畳度と重畳度が同じピクセルの分布、及び撮像された液滴の数を統計的に分析し、重畳液滴イメージを構成する各液滴イメージの中心座標を計算する。すなわち、図４から図６に例示した重畳液滴イメージを構成する各液滴イメージの中心座標を算出する。

代案として、前記液滴位置算出モジュール４４０は、すべての液滴イメージの中心座標を算出することなく、重畳液滴イメージの長軸または短軸方向において予め決められたグレーレベルを持つピクセルの座標と重畳液滴イメージの中心座標を噴射特性を分析する液滴イメージの中心座標として推定する。このような場合、前記液滴位置算出モジュール４４０の動作過程は次のようである。参照として、中心座標を推定する液滴の数は３個であると予め仮定する。しかし、本発明がこれに限られることはない。まず、液滴イメージの真円度（ｃｉｒｃｕｌａｒｉｔｙ）、及び長軸（ｌｏｎｇｅｓｔ ａｘｉｓ）と幅（ｗｉｄｔｈ、長軸の垂直方向で測定したイメージの最大幅）の長さと方向の確認を行う。その後、長軸または短軸に沿って各ピクセルのグレーレベルデータを抽出する。次いで、長軸または短軸を構成する各ピクセルの位置別グレーレベルのヒストグラムを求める。このようにして得られたヒストグラムは正規分布を持つが、この分布から統計的方法によって平均値と標準偏差を求める。その後、標準偏差値１σと２σ（特定グレーレベルを示す）に該当する２個のピクセルの座標と重畳液滴イメージの中心ピクセルに対する座標を求める。このようにして得られた３個の座標は、推定しようとする液滴の中心座標になる。前記標準偏差値の数を増加させると中心座標が推定されるインク液滴の数も増加することは、本発明が属した技術分野で通常の知識を持つ者にとって自明なことである。

前記液滴位置算出モジュール４４０は、個別液滴イメージの中心座標を得た後、これを噴射特性値計算モジュール４５０に出力する。前記噴射特性値計算モジュール４５０は、中心座標が得られた液滴に対する噴射特性値を算出する。噴射特性値は中心座標が得られた各液滴の噴射速度と方向、そしてこれらの平均値と標準偏差を含む。液滴の噴射速度は、液滴イメージの中心座標とインク噴射ノズルの終端に割り当てられた座標間の距離、及びインク液滴噴射のための駆動信号と撮像制御信号間の遅延時間によって計算する。液滴の噴射方向は液滴イメージの中心座標とインク噴射ノズルの終端に割り当てられた座標間のベクトルから計算する。前記噴射特性値計算モジュール４５０は、各液滴の噴射速度と噴射方向を計算した後、噴射速度と方向に対する平均値と標準偏差を計算する。前記噴射特性値計算モジュール４５０には、液滴位置算出モジュール４４０から制限された数の液滴に対する推定された中心座標が入力され得るが、このような場合、液滴の噴射速度と方向、これらの平均値と標準偏差は推定された中心座標を用いて算出する。

前記噴射特性値計算モジュール４５０は、計算された噴射特性値を外部機器を通じて出力することができる。ここで、外部機器は公知の印刷装置またはディスプレイ装置であり得る。このように出力された情報は、インクジェットプリンタヘッドの噴射特性の補正に活用され得る。選択的に、前記噴射特性値計算モジュール４５０は、計算された噴射特性値情報を噴射安定性評価モジュール４６０に出力することができる。

前記噴射安定性評価モジュール４６０は、噴射速度及び方向に対する標準偏差の大きさを予め設定した閾値と比べ、閾値を超えているか否かによって噴射安定性可否を判定する。すなわち、噴射速度と方向の標準偏差が閾値を超過しなければ、噴射安定性に問題がないと判断し、その結果を外部機器を通じて出力することができる。一方、噴射速度と方向の標準偏差が閾値を超過すれば、噴射安定性に問題があると判断し、その結果を外部機器を通じて出力することができる。このとき、出力される情報は安定性に問題がある噴射特性（速度及び／または方向）の種類と閾値超過の割合を含むことが望ましい。

以下、本発明によるインクジェットプリンタヘッドの噴射特性評価装置の作動過程を図７及び図８を参照して詳しく説明する。

まず、図１及び図７を参照して重畳液滴イメージを生成する過程を説明すれば、制御モジュール５００から駆動モジュール１００に駆動信号を出力すれば、前記駆動モジュール１００は駆動信号に従ってインクジェットプリンタヘッド１０１を駆動させ、前記インクジェットプリンタヘッド１０１のノズルからインク液滴を吐出させる（Ｓ１１０からＳ１３０）。

次いで、前記制御モジュール５００は撮像モジュール３００及び発光モジュール２００に撮像制御信号及び発光制御信号をそれぞれ印加する（Ｓ１４０及びＳ１５０）。ここで、撮像制御信号及び発光制御信号の印加時点及び周期については、図２を参照して既に説明した。すると、発光モジュール２００はインク液滴Ａが撮影地点を通過する度に、スピードライト２０１を動作させて照明を提供し（Ｓ１６０）、撮像モジュール３００はデジタルカメラ３０１の露出状態を所定時間維持させ、撮影地点を通過する多数のインク液滴Ａを撮像して重畳液滴イメージを生成する（Ｓ１７０、Ｓ１８０、Ｓ１９０）。その後、撮像モジュール３００は生成された重畳液滴イメージを噴射特性評価手段４００に伝送する（Ｓ２００）。

次に、図１及び図８を参照してインクジェットプリンタヘッド１０１の噴射特性を定量的に評価する過程を説明すれば、噴射特性評価手段４００は制御モジュール５００の制御に従って撮像モジュール３００から重畳液滴イメージを受信する（Ｓ２１０）。

次いで、前記噴射特性評価手段４００は重畳液滴イメージの各ピクセルに対する信号対雑音比を算出する（Ｓ２２０）。

その後、前記噴射特性評価手段４００は重畳液滴イメージの信号対雑音比の分布から各ピクセルの重畳度を計算する（Ｓ２３０）。

その後、前記噴射特性評価手段４００は、液滴の大きさ、重畳液滴イメージの各ピクセルに対する重畳度と重畳度が同じピクセルの分布、及び撮像された液滴の数を統計的に分析し、重畳液滴イメージを構成する各個別液滴イメージの中心座標を算出する（Ｓ２４０）。代案として、前記噴射特性評価手段４００は、統計的な分析を通じて制限された数の液滴イメージに対して中心座標を推定することもできる。このような中心座標の推定方法については既に述べてある。

次いで、前記噴射特性評価手段４００は噴射特性値を計算する（Ｓ２５０）。ここで、噴射特性値は中心座標が得られた液滴の噴射速度と方向、そしてこれらの平均値と標準偏差を含むが、各噴射特性値の計算方法は既に述べてある。

最後に、前記噴射特性評価手段４００は、ステップＳ２５０で計算された噴射特性値のうち、液滴の噴射速度と方向に対する標準偏差を予め設定した閾値と比べ、閾値を超過するか否かによってインク噴射の安定性可否を判定し、その結果を外部機器に出力する（Ｓ２６０）。

一方、前記噴射特性評価手段４００は、ステップＳ２２０で算出した重畳液滴イメージのピクセル別信号対雑音比の分布とステップＳ２５０で計算した噴射特性値を外部機器を通じて出力することができる。すると、信号対雑音比分布の形態を用いて噴射特性を定性的に判定でき、噴射特性値を用いてインクジェットプリンタヘッドの噴射特性を定量的に評価することができる。

上述した噴射特性評価手段４００が行う動作過程は、コンピューターによって実行可能なプログラムアルゴリズムとして符号化されて汎用コンピューターに搭載され得る。このような場合、噴射特性評価手段４００を構成する単位モジュールはプログラムの機能的論理ブロックとして理解できることは明らかである。また、重畳液滴イメージは汎用コンピューターの入出力インターフェースを通じて噴射特性評価手段４００に伝達されることができる。噴射特性評価手段４００がプログラムとして具現される場合、そのプログラムはコンピューター可読記録媒体に書き込むことができる。前記コンピューター可読記録媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などを単独でまたは組み合わせて含むことができる。前記媒体に記録されるプログラム命令は、本発明のために特別に設計され構成されたもの、またはコンピュータープログラム分野の当業者に公知されて使用可能なものであり得る。コンピューター可読記録媒体の例としては、ハードディスク、フロッピーディスク、及び磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤのような光記録媒体、フロプティカルディスク（ｆｌｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｓｋ）のような磁気−光媒体（ｍａｇｎｅｔｏ−ｏｐｔｉｃａｌ ｍｅｄｉａ）、及びＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリーなどのようなプログラム命令を記憶して遂行するように特別に構成されたハードウェア装置が含まれる。上記のような媒体はプログラム命令、データ構造などを指定する信号を伝送する搬送波を含む光または金属線、導波管などの伝送媒体でもあり得る。プログラム命令の例としては、コンパイラによって変換される機械語コードだけでなく、インタプリタなどを使ってコンピューターによって実行できる高級言語コードを含む。上記のようなハードウェア装置は、本発明の動作を行うために１つ以上のソフトウェアモジュールとして動作するように構成されることができ、その逆の同様である。

以上、本発明がたとえ限定された実施例と図面によって説明されたが、本発明はこれによって限定されることなく、本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。

本発明によれば、重畳液滴イメージを用いて噴射特性値を定量的に判定することで、高精密印刷で求められる複合的な微細偏差エラーを容易に判定できる長所がある。

また、インクジェットプリンタヘッドから弾着地点まで吐出されるインク液滴の速度及び方向性を定量的に分析することができる。

さらに、インクジェットプリンタヘッドの噴射安定性を精密に判定でき、電子回路及び表示素子を製造するインクジェット工程の安定性及び効率を向上させることができる。

Claims (21)

1. インク液滴を順次吐出するインクジェットプリンタヘッドの噴射特性を評価する装置において、
   デジタルカメラを駆動させ、順次吐出されたインク液滴のそれぞれが目標地点に弾着する前に予め選択された撮影地点で多数のインク液滴に対する重畳液滴イメージを生成する撮像手段と、
   スピードライトを駆動させ、各インク液滴の吐出時点から一定の遅延時間の後に撮影地点を通過するインク液滴に対して照明光を与える発光手段と、
   前記重畳液滴イメージの各ピクセル別信号対雑音比の分布を算出し、前記算出された前記信号対雑音比の分布から各ピクセルの液滴イメージ重畳度を計算して予め決められた数の液滴イメージの中心座標を計算し、前記計算された前記液滴イメージの中心座標、液滴噴射ノズルの座標、及び前記遅延時間を用いて液滴噴射速度と方向に対する変位を定量的に計算して出力する噴射特性評価手段と、を含むことを特徴とするインクジェットプリンタヘッドの噴射特性評価装置。
2. 前記噴射特性評価手段は、
   前記撮像手段から前記重畳液滴イメージを受信するイメージ受信モジュールと、
   前記重畳液滴イメージの各ピクセル別信号対雑音比を計算する信号対雑音比計算モジュールと、
   前記各ピクセル別信号対雑音比の分布から各ピクセルの液滴イメージ重畳度を算出する重畳度算出モジュールと、
   液滴の大きさ、重畳度が同じ各々のピクセルの位置分布、及び撮像された液滴の数を統計的に分析して予め決められた数の液滴イメージに対する中心座標を算出する液滴位置算出モジュールと、
   前記液滴イメージの中心座標、液滴噴射ノズルの座標、及び前記遅延時間から液滴噴射速度及び方向に対する変位を定量的に計算して外部機器を通じて出力する噴射特性値計算モジュールと、を含むことを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリンタヘッドの噴射特性評価装置。
3. 前記変位は予め決められた数の液滴に対する噴射速度と方向の標準偏差であり、
   前記標準偏差が閾値を超過するか否かによって噴射特性の安定性を判定し、その結果を外部機器を通じて出力する噴射安定性評価モジュールをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のインクジェットプリンタヘッドの噴射特性評価装置。
4. 前記信号対雑音比計算モジュールは前記重畳液滴イメージの前記各ピクセル別信号対雑音比の分布を外部機器を通じて出力することを特徴とする請求項２または３に記載のインクジェットプリンタヘッドの噴射特性評価装置。
5. 各インク液滴の吐出時点より第１遅延時間後に前記発光手段に発光制御信号を印加し、撮像対象になる多数のインク液滴が撮影地点を通過する間に露出状態を維持するように、最初のインク液滴が吐出された時点より第２遅延時間後に前記撮像手段に撮像制御信号を印加する制御手段をさらに含み、
   前記第２遅延時間より前記第１遅延時間が長いことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のインクジェットプリンタヘッドの噴射特性評価装置。
6. 前記各ピクセル別信号対雑音比は、前記液滴イメージの重畳度に比例して増加することを特徴とする請求項１から５の何れかに記載のインクジェットプリンタヘッドの噴射特性評価装置。
7. インク液滴を順次吐出するインクジェットプリンタヘッドの噴射特性を評価する装置において、
   デジタルカメラを駆動させ、順次吐出されたインク液滴のそれぞれが目標地点に弾着する前に予め選択された撮影地点で多数のインク液滴に対する重畳液滴イメージを生成する撮像手段と、
   スピードライトを駆動させ、各インク液滴の吐出時点から一定の遅延時間の後に前記撮影地点を通過するインク液滴に対して照明光を与える発光手段と、
   前記重畳液滴イメージの長軸または短軸方向において予め決められたグレーレベルを持つピクセルの中心座標と前記重畳液滴イメージの中心座標を噴射特性を評価しようとする液滴の中心座標として推定し、前記推定された前記液滴の中心座標、液滴噴射ノズルの座標、及び前記遅延時間を用いて液滴噴射速度と方向に対する変位を定量的に計算して出力する噴射特性評価手段と、を含むことを特徴とするインクジェットプリンタヘッドの噴射特性評価装置。
8. 前記噴射特性評価手段は、前記重畳液滴イメージの長軸または短軸方向において前記グレーレベルに従うヒストグラム分布を計算し、前記ヒストグラム分布からｋσ（ｋは定数、σは標準偏差）に該当するピクセルの座標と液滴重畳イメージの中心座標を噴射特性を評価しようとする液滴の中心座標として推定することを特徴とする請求項７に記載のインクジェットプリンタヘッドの噴射特性評価装置。
9. 前記液滴噴射速度と方向に対する変位は前記中心座標が推定された液滴の噴射速度と方向に対する標準偏差であることを特徴とする請求項７または８に記載のインクジェットプリンタヘッドの噴射特性評価装置。
10. 前記噴射特性評価手段は前記標準偏差が閾値を超過するか否かによって噴射特性の安定性を判定し、その結果を外部機器を通じて出力することを特徴とする請求項９に記載のインクジェットプリンタヘッドの噴射特性評価装置。
11. インクジェットプリンタヘッドの噴射特性を評価する方法において、
    （ａ）インクジェットプリンタヘッドから連続的に吐出された多数のインク液滴を同一撮影地点で撮像した重畳液滴イメージを獲得するステップと、
    （ｂ）前記重畳液滴イメージの各ピクセル別信号対雑音比の分布を算出するステップと、
    （ｃ）前記算出された前記信号対雑音比の分布から各ピクセルの液滴イメージ重畳度を計算して予め決められた数の液滴イメージに対する中心座標を計算するステップと、
    （ｄ）前記計算された液滴の前記中心座標、液滴噴射ノズルの座標、及び液滴噴射時点と液滴撮影のための照明提供時点との間の遅延時間を用いて液滴の噴射速度と方向変位を定量的に計算して出力するステップと、を含むことを特徴とするインクジェットプリンタヘッドの噴射特性評価方法。
12. 前記（ａ）ステップは、
    スピードライトを駆動させて各インク液滴の吐出時点から一定の遅延時間の後に前記撮影地点を通過するインク液滴に対して照明光を与えるステップと、
    撮像対象になる多数のインク液滴が前記撮影地点を通過する間、撮影地点に設けられたデジタルカメラを露出させて多数のインク液滴に対する重畳液滴イメージを生成するステップと、
    前記生成された前記重畳液滴イメージが入力されるステップ、を含むことを特徴とする請求項１１に記載のインクジェットプリンタヘッドの噴射特性評価方法。
13. 前記信号対雑音比の分布を外部機器を通じて出力するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１１または１２に記載のインクジェットプリンタヘッドの噴射特性評価方法。
14. 前記噴射速度及び方向の変位は中心座標が算出された前記液滴の噴射速度及び方向に対する標準偏差であることを特徴とする請求項１１から１３の何れかに記載のインクジェットプリンタヘッドの噴射特性評価方法。
15. 前記標準偏差が閾値を超過するか否かによって噴射特性の安定性を判定し、その結果を出力するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載のインクジェットプリンタヘッドの噴射特性評価方法。
16. 前記（ｃ）ステップにおいて、
    前記各ピクセルの液滴イメージ重畳度は該当ピクセルの信号対雑音比に比例することを特徴とする請求項１１から１５の何れかに記載のインクジェットプリンタヘッドの噴射特性評価方法。
17. 前記（ｃ）ステップは、
    液滴の大きさ、重畳度が同じ各々のピクセルの位置分布、及び撮像された液滴の数を統計的に分析して個別液滴イメージの位置を算出するステップであることを特徴とする請求項１１から１６の何れかに記載のインクジェットプリンタヘッドの噴射特性評価方法。
18. （ａ）インクジェットプリンタヘッドから連続的に吐出された多数のインク液滴を同一撮影地点で撮像した重畳液滴イメージを獲得するステップと、
    （ｂ）前記重畳液滴イメージの長軸または短軸方向において予め決められたグレーレベルを持つピクセルの中心座標と前記重畳液滴イメージの中心座標を噴射特性を評価しようとする液滴の中心座標として推定するステップと、
    （ｃ）前記推定された前記液滴の中心座標、液滴噴射ノズルの座標、及び液滴噴射時点と液滴撮影のための照明提供時点との間の遅延時間を用いて液滴噴射速度と方向に対する変位を定量的に計算して出力するステップと、を含むことを特徴とするインクジェットプリンタヘッドの噴射特性評価方法。
19. 前記（ｂ）ステップは、
    前記重畳液滴イメージの長軸または短軸方向において前記グレーレベルに従うヒストグラム分布を計算するステップと、
    前記ヒストグラム分布からｋσ（ｋは定数、σは標準偏差）に該当するピクセルの座標と前記液滴重畳イメージの中心座標を噴射特性を評価しようとする液滴の中心座標として推定するステップと、を含むことを特徴とする請求項１８に記載のインクジェットプリンタヘッドの噴射特性評価方法。
20. 前記液滴噴射速度と方向に対する変位は中心座標が推定された前記液滴の噴射速度と方向に対する標準偏差であることを特徴とする請求項１８または１９に記載のインクジェットプリンタヘッドの噴射特性評価方法。
21. 前記標準偏差が閾値を超過するか否かによって噴射特性の安定性を判定し、その結果を外部機器を通じて出力するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２０に記載のインクジェットプリンタヘッドの噴射特性評価方法。

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