JP5305886B2 - 飛翔インク滴の速度測定装置および速度測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェット記録ヘッドから吐出されるインク滴の飛翔速度を測定するための飛翔物体の速度測定装置および速度測定方法に関するものである。

インクジェットプリンタなどに用いられるインクジェット記録ヘッドからの液滴の吐出速度の測定方法としては、特許文献１に記載されているような信号処理方法が知られている。

この方法は、図１７のような光学系を用いて、記録ヘッド９０６から吐出されるインク滴（液滴）９０７の光学像をフォトダイオード９１１，９２１に形成する。その光学系において、半導体レーザ９０３のレーザ光は、モード拡散素子部９０４から光ファイバ９０５に導かれ、その光ファイバ９０５の端部から拡散して対物レンズ９０８の周辺を照明する。その対物レンズ９０８は、インク滴９０７の光学像をフォトダイオード９１１，９２１に結像する。フォトダイオード９１１，９２１の出力信号は、アナログ回路９１２，９２２と高速ＡＤ変換器９１３，９２３によってデジタル値に変換されてから、処理部９０１に取り込まれる。処理部９０１は、電流回路９０２から半導体レーザ９０３に駆動電流を供給する。

このような光学系においては、対物レンズ９０８周辺の照明光が集光されていないため、充分な検出信号を得るために、半導体レーザ９０３として大出力のものが使用されている。この半導体レーザ９０３からのレーザ光をインク滴９０７に対して放射し、そのインク滴９０７によってレーザ光が遮られたときにフォトダイオード９１１，９２１の出力信号が低下する。その出力信号の低下を検出することにより、インク滴９０７がフォトダイオード９１１，９２１のぞれぞれに対応する位置を通過したときの時間を検出することができる。そして、２つのフォトダイオード９１１，９２１の出力信号が低下したときの時間差と、それらのフォトダイオード９１１，９２１の間の距離から、インク滴９０７の速度が算出される。

特開２００２−４８８１０号公報

しかし、上記の従来例では、使用するレーザ光源が大出力の半導体レーザであるため、レーザ光に対する安全のために、充分な遮光カバーやレーザ保護眼鏡などを用いることが必要となり、作業者はレーザ安全教育等を充分積んだ者でなければならなかった。また、レーザ光の光量を落とした場合には、その光量が少なくなって、充分なＳ／Ｎの信号が得られず、正確な測定が難しくなるおそれがある。

本発明の目的は、飛翔インク滴を照明するための照明光の光量が少なくても、その照明光を有効に利用して、飛翔インク滴の飛翔速度をより確実に検出することができる飛翔インク滴の速度測定装置おび速度測定方法を提供することにある。

本発明の飛翔インク滴の速度測定装置は、インクジェット記録ヘッドから吐出される飛翔中のインク滴を照明するための照明光を出射する光源と、照明された前記インク滴の光学像を形成する結像手段と、前記インク滴の所定の飛翔位置における前記光学像を電気信号に変換する変換手段と、前記照明光を前記飛翔位置に集光させる集光手段と、を備え、前記電気信号の出力タイミングに基づいて、前記インク滴の飛翔速度を測定可能な飛翔インク滴の速度測定装置において、前記集光手段は、前記インク滴の飛翔方向と、当該飛翔方向と直交する方向と、において前記照明光の屈折力が異なる光学素子を含み、前記光学素子は前記照明光を絞って前記飛翔位置に導き、前記インク滴の飛翔方向における前記照明光の絞り量は、前記直交する方向の絞り量よりも大きく、前記変換手段は、前記飛翔位置における前記インク滴の光学像を通過させるスリットを含み、前記インク滴の飛翔方向における前記スリットの長さは、前記直交する方向の前記スリットの長さよりも小さいことを特徴とする。

本発明の飛翔インク滴の速度測定方法は、インクジェット記録ヘッドから吐出される飛翔中のインク滴を照明するための照明光を出射する光源と、照明された前記インク滴の光学像を形成する結像手段と、前記インク滴の飛翔位置における前記光学像を電気信号に変換する変換手段と、前記照明光を前記飛翔位置に集光させる集光手段と、を用い、前記電気信号の出力タイミングに基づいて、前記インク滴の飛翔速度を測定可能な飛翔インク滴の速度測定方法において、前記集光手段は、前記インク滴の飛翔方向と、当該飛翔方向と直交する方向と、において前記照明光の屈折力が異なる光学素子を含み、前記光学素子によって前記照明光を絞って前記飛翔位置に導き、前記インク滴の飛翔方向における前記照明光の絞り量を前記直交する方向の絞り量よりも大きくし、前記変換手段は、前記インク滴の飛翔方向における長さが前記直交する方向長さよりも小さいスリットを含み、前記飛翔位置における前記インク滴の光学像が前記スリットを通過することを特徴とする。

本発明によれば、光源から出射された照明光を飛翔物体の飛翔位置に集光させることにより、光源からの照明光の光量が少なくても、その照明光を有効に利用して、飛翔物体の飛翔速度をより確実に検出することができる。

また、照明光を飛翔位置に集光させるために、物体の飛翔方向と、その飛翔方向と直交する方向と、において照明光の屈折力が異なる光学素子を用いることにより、物体の飛翔方向と関連した最適なプロファイルの照明光を飛翔位置に集光させることができる。例えば、物体の飛翔方向における照明幅を狭くし、飛翔方向と直交する方向の照明幅を広くすることにより、光源からの照明光を効率的に集光できると共に、物体の飛翔位置が飛翔方向と直交する方向にぶれたときの測定位置マージンを広く取ることが可能となる。また、そのような光学素子としては、例えば、シリンドリカルレンズやホログラムレンズを用いることができる。ホログラムレンズは、他の光学素子も同時に１枚のホログラムに作りこむことが可能であるため、安価に大量生産することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
図１から図７は、本発明の第１の実施形態を説明するための図である。本実施形態における飛翔物体の速度想定装置は、インクを吐出可能なジェット記録ヘッドから吐出されるインク滴（液滴）の速度を測定して、その測定結果の良否を判定するための検査機としての適用例である。

図１は本発明を最もよく表す図であり、１は、マイクロコンピュータ等の形態の小型計算機である。この小型計算機１は、キャリッジ２に装着されたインクジェット記録ヘッド３からのインクの吐出を制御すると共に、２つの半導体レーザ素子４、８のＯＮ／ＯＦＦも制御する。本例の記録ヘッド３は、いわゆるシリアルスキャンタイプやフルラインタイプのインクジェット記録装置に用いられる記録ヘッドであり、電気熱変換素子（ヒータ）やピエゾ素子などの吐出エネルギー発生素子を用いて、吐出口からインクを吐出する構成となっている。吐出エネルギー発生素子として電気熱変換素子を用いた場合には、吐出口に連通するインク流路内のインクを発泡させ、その発泡エネルギーを利用して吐出口からインク滴を吐出することができる。

半導体レーザ素子（光源）４から放射されたレーザ光（照明光）は、レンズ５によって、所定の距離の先にビームウエストができるように調整される。本例では、ワークディスタンスとして１５０ｍｍを確保したいために、ビームスプリッタ１２の先の１５０ｍｍの位置（所定の飛翔位置）で結像するように、レンズ５を調整している。６はシリンドリカルレンズであり、本例では、焦点距離が２０００ｍｍのものを用い、メリジオナル方向（光軸に対して放射線方向）とサジタル方向（光軸に対して同心円方向）において、焦点位置がわずかに異なる照明光７を生成する。照明光７は、後述するように、シリンドリカルレンズ６により絞られてから、速度の検出対象のインク滴（物体）の飛翔位置に導かれる。その照明光７の絞り量は、インク滴の飛翔方向と、それと直交する方向と、において異なる。半導体レーザ素子８、レンズ９、シリンドリカルレンズ１０も同様に、メリジオナル方向とサジタル方向において焦点位置が異なる照明光１１を生成する。

半導体レーザ素子４からの照明光７と、半導体レーザ素子８からの照明光１１は、それらの光軸が平行になるように各レンズやレーザ素子の位置が調整されており、それらの光軸の間隔は３００μｍとなっている。照明光７，１１は、図１においては、それぞれほぼ１点に集光して描かれている。しかし、それぞれの集光部分の大きさは１００μｍ以下であり、２箇所のそれぞれを別々の照明光７，１１によって照明するようになっている。１３は、記録ヘッド３から吐出されたインク滴であり、その寸法が小さいためにインクの表面張力の影響が支配的になり、ほぼ球状をなして飛翔する。同図中の矢印は、インク滴１３の飛翔方向を表している。

１４は結像光学系であり、スリット１５が配置されている位置に、インク滴１３の像を結像させる。スリット１５には２本のスリット部が形成されており、それらのスリット部の間隔は、結像光学系１４の倍率分だけ、照明光７，１１の間隔を拡大した間隔となっている。１６はホトダイオードであり、スリット１５を通過した光を電気信号に変換する。その電気信号はアンプ１７によって増幅され、さらにアナログデジタル変換機１８によってデジタル信号に変換されてから、小型計算機１に入力される。小型計算機１は、その入力信号に基づいてインク滴１３の飛翔速度を計算し、その測定結果をモニタやプリンタなどの出力装置１９に出力する。

結像光学系１４、スリット１５、ホトダイオード１６は、図２のように、照明光７、１１に対して所定の角度をもって配置される。図２は、図１とは別の方向から視た光学系の説明図である。図２において、記録ヘッド３は破線によって示されており、その記録ヘッド３から吐出されるインク滴１３は、紙面に対して垂直な方向に飛行する。同図においては、図面が分かり難くなることを避けるために、半導体レーザ４、レンズ５、およびシリンドリカルレンズ６の図示や省略している。それらを図示した場合には、それらはビームスプリッタ１２と重なる位置に示されることになる。

図２のような方向から照明光７，１１を見た場合、それらはビームスプリッタ１２を通過した後に重なる。これらの照明光７，１１が結像光学系１４に入射しないように、結像光学系１４の光軸は、照明光７、１１の光軸に対して角度θだけ傾けられている。この角度θが変わることにより、ホトダイオード１６の受光レベルは図３の実測値のように変化する。同図は、検出信号の振幅を受光レベルとしてプロットしたものである。結像光学系１４の結像レンズの大きさとの関係から、角度θが５度よりも小さい場合には、照明光７、１１が直接結像レンズに入射して、ホトダイオード１６上に強力な迷光として入るため、測定ができなくなる。そこで本例においては、角度θを８度より大きくしてデータを取っている。この図３のデータを考慮して、角度θが投受光効率のよい３０度以下となるように、結像光学系１４を配置した。

図４および図５は、照明光７，１１のビームプロファイルの説明図である。

レーザダイオード素子４、８から放射された照明光７，１１は、それぞれレンズ５，９およびシリンドリカルレンズ６，１０を通り、ビームスプリッタ１２によって同一方向に向けられる。このとき、照明光７，１１の光軸が平行になるように、また、これらの光軸の間隔が約３００μｍとなるように、それぞれの部品の位置を調整しておく。ビームスプリッタ１２における照明光７，１１の出射口位置では、それらの照明光７，１１は集光されず、それらのビームプロファイルの輪郭は図５（ａ）のような形状となる。

照明光７，１１は、ワークディスタンスだけ離れた位置では、図５（ｂ）のように、上下方向において最も細くなる。この測定位置におけるビームプロファイルの実測値は、図６のような形状となる。照明光７，１１は、ワークディスタンスよりも離れた位置では、図５（ｃ）のように、左右方向に細くなり、かつ上下方向に広がり始める。照明光７，１１は、さらに離れた位置では、図５（ｄ）のように広がったビームプロファイルとなる。

シリンドリカルレンズ６，１０の焦点距離は、ワークディスタンスに対して、５倍から３０倍くらいの長さが丁度よい。それが５倍を下回った場合には、ビームプロファイルが横に広がり過ぎ、集光した光のピーク値が低くなり過ぎて好ましくない。また、それが３０倍以上となった場合には、ビームプロファイルがあまり横に広がらず、インク滴１３と測定器の位置合わせのマージンが小さくなってしまう。本例の場合は、ワークディスタンスが１５０ｍｍのときに、焦点距離が２０００ｍｍのシリンドリカルレンズ６，１０を使用する。照明光７，１１の測定において、それが図６のような形状となることにより、それらを効率的に集光させることができる。

インク滴１３に対しては、図５（ｂ）のように上下方向に細いビームプロファイルの照明光７，１１が当たる。そのため、同じ放射光量の光源（半導体レーザ素子４，８）を用いた場合に、本例のようなビームプロファイルとすることにより、ビームプロファイルが広がった照明光よりもインク滴１３に当たる光量が大きくなり、必然的に、受光信号の強度も大きくなる。ワークディスタンスだけ離れた位置において、照明光７，１１のビームプロファイルは、図５（ｂ）のように、インク滴１３が飛ぶ方向には最も細く絞られているものの、その方向と直交する方向に少しだけ広がっている。そのビームプロファイルの広がりにより、測定対象であるインク滴１３の飛行経路がぶれたときにも安定して測定することでき、インク滴１３と測定器の位置合わせのマージンを大きくすることができる。

図７は、スリット１５におけるスリット部のパターンと、結像光学系１４にて結像されるインク滴１３の像の範囲と、の関係の説明図である。

スリット１５自体はガラス製であり、図７中の斜線部分は、アルミニュームが蒸着されて光が通過できない部分である。１５１，１５２はスリット部であり、アルミニュームが蒸着されていないために、光が透過できる領域である。結像光学系１４は、このスリット部１５１，１５２の位置にインク滴１３の像を結像する。そのとき、インク滴１３による反射光は、範囲２０７および２１１に結像する可能性のある。相対的に、インク滴１３の大きさは、これらの範囲２０７および２１１よりも小さい。そのため、これらの範囲２０７および２１１内にインク滴１３の像が結像される。

このようにインク滴１３の像が結像する可能性のある範囲２０７および２１１が２箇所に分かれているのは、照明光７，１１が当る空間が図５（ｂ）のような形状になっているからである。したがって、照明光７，１１が当たる領域にインク滴１３が存在する場合のみ、そのインク滴１３による反射光が観測できることになる。インク滴１３による照明光７の反射光が結像する可能性のある範囲２０７と、スリット部１５１の開口位置と、が一致するように、位置調整をする。同様に、インク滴１３による照明光１１の反射光が結像する可能性のある範囲２１１と、スリット部１５２の開口位置と、が一致するように、位置調整をする。このような位置調整により、最も効率的に反射光を捉えて、受光信号の強度を高めることができる。

インク滴１３が飛行して、このスリット１５を横切るときに、スリット部１５１，１５２の開口部分を光が通過するため、フォトダイオード１６から光信号が２回出力されることになる。図８は、その光信号の波形を示す。その波形においては、まず、スリット部１５１を通過した光による信号パルス１５１０が現れ、それから時間Δｔだけ経過した後に、スリット部１５２を通過した光による信号パルス１５２０が現れる。時間の間隔Δｔは、スリット部１５１，１５２の間隔ｄが広くなると長くなり、また、インク滴１３の飛行速度ｖが遅くなっても長くなる。

すなわち、それらの間隔Δｔ，間隔ｄ，飛行速度ｖは、下式（１）の関係にある。
Δｔ＝ｄ／（ｋ・ｖ） ・・・（１）
ここでｋは結像光学系１４の光学倍率である。スリット部１５１，１５２の間隔ｄと結像光学倍率ｋは、固定値であるから、間隔Δｔを測定することにより、下式（２）によって飛行速度ｖを求めることができる。
ｖ＝ｄ／（ｋ・Δｔ） ・・・（２）
このようにして求めたインク滴の速度ｖは、出力装置１９に表示される。また小型計算機１は、速度ｖの測定値が予め設定しておいた許容速度の範囲内に入っている場合に、本例の検査機の上位の生産ラインを制御している不図示のシーケンサに対して、測定対象の記録ヘッドが良品であることを示す良品信号を出力することができる。速度ｖの測定値が予め設定しておいた許容速度の範囲内に入っていない場合には、そのシーケンサに対して、測定対象の記録ヘッドが不良品であることを示す不良信号を出力する。これにより、記録ヘッドによって記録用紙などの記録媒体にテストパターンを記録することなく、その記録ヘッドの品質を検査して、その品質を保証することが可能となる。

（第２の実施形態）
図９から図１１は、本発明の第２の実施形態を説明するための図である。
本実施形態においては、第１の実施形態におけるシリンドリカルレンズ６，１０を使用しない構成となっている。シリンドリカルレンズを用いないことにより、ワークディスタンスだけ離れた位置における照明光７，１１のビームプロファイルは、図１１（ｂ）のように、メリジオナル方向とサジタル方向において等方的なスポットになる。照明光７，１１のスポットサイズに比べて、記録ヘッド３を充分に高い精度で位置決めできる場合には、前述した実施形態の図５（ｂ）ように照明光７，１１を左右方向に広げておく必要がなくなり、本実施形態のようにシリンドリカルレンズが不要になる。本実施形態の場合には、照明光７，１１をさらに小さい範囲に絞り込むため、光密度がさらにアップし、シリンドリカルレンズを使用するときよりも受光信号を大きくすることができる。

（第３の実施形態）
図１２は、本発明の第３の実施形態を説明するための図である。
本実施形態においては、ビームスプリッタ１２の後ろにシリンドリカルレンズ６１が１個だけ配置されている。前述した第１の実施形態と同様に、本実施形態においてもメリジオナル方向とサジタル方向で屈折力を異ならせることが可能であり、図４および図５と同様のビームプロファイルビームとすることができる。本実施形態では、シリンドリカルレンズの個数を減らすことによって、計測器をコストダウンを図ることができる。

（第４の実施形態）
図１３および図１４は、本発明の第４の実施形態を説明するための図である。
本実施形態においては、前述した実施形態におけるスリット１５がなく、その代わりに、２つのフォトダイオード１６１、１６２が配置されている。これらのフォトダイオード１６１、１６２における受光面の位置の間隔は、前述した第１の実施形態におけるスリット部１５１，１５２の間隔ｄに相当する。図１３では、２個のフォトダイオード１６１、１６２を個別に構成されたものとして表している。しかし、１パッケージに複数のフォトダイオードを備えたものを用いることにより、さらに計測器の小型化を図ることができる。フォトダイオード１６１、１６２の出力信号は、それぞれ、対応するアンプ１７１，１７２によって増幅され、さらにアナログデジタル変換機１８１，１８２によってデジタル信号に変換されてから、小型計算機１に入力される。フォトダイオード１６１、１６２の出力信号は、インク滴１３が通過することにより、図１４のようにパルス１６１０、１６２０を１回ずつ出力する。これらのパルス１６１０、１６２０の時間間隔Δｔは、前述した実施形態における間隔Δｔに相当する。したがって、前述した第１の実施形態と同様に速度ｖを求めることができる。

本実施形態においては、記録ヘッド３から連続的にインク滴１３が吐出された場合に、連続する２つのインク滴に対応する受光信号は、フォトダイオード１６１、１６２の信号線に分離して検出することができる。すなわち、連続的に吐出されるインク滴１３の間隔がフォトダイオード１６１、１６２の間隔（第１の実施形態におけるスリット部１５１，１５２の間隔ｄに相当）以下となる場合でも、それらのインク滴１３の速度ｖを測定することができる。そのため、速度が測定可能なインク滴の吐出間隔を短くして、それらのインク滴を連続的に吐出するときの連続吐出周波数をより高くすることが可能となる。しかも、より遅いインク滴の速度の測定も可能となる。

（第５の実施形態）
図１５および図１６は、本発明の第５の実施形態を説明するための図である。
本実施形態においては、前述した実施形態におけるビームスプリッタ１２がなく、照明光７，１１が直接、インク滴１３に照射される構成となっている。ビームスプリッタがなくても光が照射できるように、半導体レーザ素子４、レンズ５、およびシリンドリカルレンズ６の光軸と、半導体レーザ素子８、レンズ９、およびシリンドリカルレンズ１０の光軸と、がねじれの位置となるように、それらを配置する。

図１６は、このような光軸のねじれ部分を説明するための平面図である。２つの照明光７，１１の光軸は、高さ方向に３００μｍの差を設け、横方向に角度（θ１−θ２）をもたせる。結像光学系１４は、どちらの照明光７，１１も入射しないように、角度θ２をもたせて配置する。本実施形態においては、ビームスプリッタによる光の損失がないため、半導体レーザ素子４、８として、出力が小さい安価なものを用いることができ、計測器のコストダウンを図ることができる。

（他の実施形態）
本発明は、飛翔中の物体を照明するための照明光を出射する光源と、照明された物体の光学像を形成する結像光学系と、物体の所定の飛翔位置における光学像を電気信号に変換する変換部と、を備える種々の飛翔物体の速度測定装置として、広く適用することができる。その速度測定装置は、変換部の電気信号の出力タイミングに基づいて、物体の飛翔速度を測定することができるものであればよい。

また、照明光を飛翔位置に集光させるために、物体の飛翔方向と、その飛翔方向と直交する方向と、において照明光の屈折力が異なる光学素子を用いることにより、物体の飛翔方向と関連した最適なプロファイルの照明光を飛翔位置に集光させることができる。例えば、物体の飛翔方向における照明幅を狭くし、飛翔方向と直交する方向の照明幅を広くすることにより、光源からの照明光を効率的に集光できると共に、物体の飛翔位置が飛翔方向と直交する方向にぶれたときの測定位置マージンを広く取ることが可能となる。また、そのような光学素子としては、例えば、シリンドリカルレンズやホログラムレンズを用いることができる。

また、１つの飛翔位置における物体の光学像を検出し、その検出タイミング（変換部の電気信号の出力タイミング）と、その物体を飛翔開始のタイミング、あるいは物体が所定位置を通過したときのタイミングと、に基づいて物体の飛翔速度を測定することもできる。また、２つの飛翔位置（第１および第２の飛翔位置）における物体の光学像を検出し、その検出タイミングの差に基づいて、その物体の飛翔速度を測定することもできる。

また、物体の第１および第２の飛翔位置に、個別の第１の照明光および第２の照明光を集光させるように、第１の光源および第２の光源を備えてもよい。その場合、それら第１および第２の照明光の光軸を平行とすることにより、第１および第２の光源を容易に位置決めすることができる。例えば、光源としてストロボ光源やハロゲンランプなどを用いる場合には、それらの照明光の光路を細くして、それらの光源を容易に配置することができる。また、第１および第２の光源に対して１つの照明光学系を備え、その照明光学系の第１の集光部および第２の集光部によって、第１および第２の照明光を別々に集光させてもよい。この場合には、１つの照明光学系を共通化して、装置構成の簡素化および低下価格化を図ることができる。

また、第１のスリットを通して、第１の飛翔位置における物体の光学像を通過させ、第２のスリットを通して、第２の飛翔位置における物体の光学像を通過させて、それらのスリットを通過した２つの光学像を１つの光電変換素子によって検出することができる。これにより、光電変換素子を共通化し、さらに信号増幅用のアンプなども共通化して、装置構成の簡素化および低下価格化を図ることができる。また、第１および第２のスリットを通過した２つの光学像を別々の第１の光電変換素子および第２の光電変換素子によって検出することにより、複数の物体が極めて短い間隔で連続的に飛翔する場合にも、それらの物体の飛翔速度を検出することができる。また、物体の飛翔速度が極めて遅い場合にも、その飛翔速度を検出することができる。

また、飛翔位置に集光する照明光の光軸と、検出対象の物体の光学像の光軸と、が、５度から３０度の範囲となるように、照明光学系と結像光学系を配置することにより、物体により散乱された光を結像光学系によって光電変換素子などに導くことができる。その場合、物体が飛翔位置にないときには光電変換素子の出力信号がなく、その物体が存在するときは出力信号が現れる。それらの光軸が５度から３０度の範囲においては、物体による光の散乱の強度分布が大きく、その強度分布が大きい空間に結像光学系を配置することができる。この結果、同じ放射強度の照明光を用いた場合であっても、より大きい検出信号を得ることができる。仮に、それらの光軸の角度が５度よりも小さい場合には、照明光が直接結像光学系に入射して、物体が存在しないときにも検出信号が現れるしまうおそれがある。また、それらの光軸の角度が３０度を越えた場合には、結像光学系に入射する照明光の散乱強度が小さくなり、効率的に検出信号を得ることが難しくなる。

また、物体の飛翔速度として、インクジェット記録ヘッドから吐出されるインク滴の速度を測定することにより、記録ヘッドの特性を確認することができ、インク滴の速度の測定結果に基づいて記録ヘッドの品質の良否を判定することもできる。そのため、記録ヘッドから記録用紙などの記録媒体にインク滴を吐出して、その記録媒体上におけるインク滴の着弾位置や着弾状態から記録ヘッドの特性を検査する必要がない。そのような検査においては、記録媒体におけるインクのにじみなどのバラツキの影響を受けるおそれがある。このような検査をせずに記録ヘッドの特性が検査できるため、その検査精度が向上し、記録ヘッドの生産効率を上げて、その生産コストを下げることもできる。また、記録用紙などを用いることなく検査ができるため、資源環境の面からも好ましい。

また、飛翔速度の測定対象として物体は、インクジェット記録ヘッドから吐出されるインク滴のみに特定されない。要は、所定の飛翔位置を通過したときに、光学像が形成できる物体あればよい。

本発明の第１の実施形態における速度測定装置の要部の構成図である。 図１の速度測定装置における照明光学系と結像光学系との配置関係を説明するための平面図である。 図２における結像光学系の角度と受光レベルとの関係の説明図である。 図１の速度測定装置における照明光のビームプロファイルの説明図である。 （ａ）は、図４のＶａ−Ｖａに沿うビームプロファイルの断面図、（ｂ）は、図４のＶｂ−Ｖｂに沿うビームプロファイルの断面図、（ｃ）は、図４のＶｃ−Ｖｃに沿うビームプロファイルの断面図、（ｄ）は、図４のＶｄ−Ｖｄに沿うビームプロファイルの断面図である。 測定位置における照明光のビームプロファイルの説明図である。 図１におけるスリットと結像との位置関係の説明図である。 図１におけるフォトダイオードの出力波形の説明図である。 本発明の第２の実施形態における速度測定装置の要部の構成図である。 図９の速度測定装置における照明光のビームプロファイルの説明図である。 （ａ）は、図１０のＸＩａ−ＸＩａに沿うビームプロファイルの断面図、（ｂ）は、図１０のＶＩｂ−ＸＩｂに沿うビームプロファイルの断面図、（ｃ）は、図１０のＸＩｃ−ＸＩｃに沿うビームプロファイルの断面図である。 本発明の第３の実施形態における速度測定装置の要部の構成図である。 本発明の第４の実施形態における速度測定装置の要部の構成図である。 図１３におけるフォトダイオードの出力波形の説明図である。 本発明の第５の実施形態における速度測定装置の要部の構成図である。 図１５の速度測定装置における照明光学系と結像光学系との配置関係を説明するための平面図である。 従来の速度測定装置の一例を説明するための要部の構成図である。

符号の説明

１ 小型計算機
２ キャリッジ
３ 記録ヘッド
４，８ 半導体レーザ素子
５，９ レンズ
６，１０ シリンドリカルレンズ
７，１１ 照明光
１２ ビームスプリッタ
１３ インク滴（液滴）
１４ 結像光学系
１５ スリット
１６ フォトダイオード

Claims (12)

1. インクジェット記録ヘッドから吐出される飛翔中のインク滴を照明するための照明光を出射する光源と、照明された前記インク滴の光学像を形成する結像手段と、前記インク滴の所定の飛翔位置における前記光学像を電気信号に変換する変換手段と、前記照明光を前記飛翔位置に集光させる集光手段と、を備え、前記電気信号の出力タイミングに基づいて、前記インク滴の飛翔速度を測定可能な飛翔インク滴の速度測定装置において、
   前記集光手段は、前記インク滴の飛翔方向と、当該飛翔方向と直交する方向と、において前記照明光の屈折力が異なる光学素子を含み、前記光学素子は前記照明光を絞って前記飛翔位置に導き、前記インク滴の飛翔方向における前記照明光の絞り量は、前記直交する方向の絞り量よりも大きく、
   前記変換手段は、前記飛翔位置における前記インク滴の光学像を通過させるスリットを含み、前記インク滴の飛翔方向における前記スリットの長さは、前記直交する方向の前記スリットの長さよりも小さい
   ことを特徴とする飛翔インク滴の速度測定装置。
2. 前記光学素子は、シリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項１に記載の飛翔インク滴の速度測定装置。
3. 前記光学素子は、ホログラムレンズであることを特徴とする請求項１または２に記載の飛翔インク滴の速度測定装置。
4. 前記飛翔位置は、第１および第２の飛翔位置を含み、
   前記光源は、前記第１の飛翔位置の前記インク滴を照明するための第１の照明光を出射する第１の光源と、前記第２の飛翔位置の前記インク滴を照明するための第２の照明光を出射する第２の光源と、を含み、
   前記集光手段は、前記第１の照明光を前記第１の飛翔位置に集光させ、前記第２の照明光を前記第２の飛翔位置に集光させる集光部を備える
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の飛翔インク滴の速度測定装置。
5. 前記集光部は、前記第１および第２の飛翔位置に向かう前記第１および第２の照明光の光軸を平行とすることを特徴とすることを特徴とする請求項４に記載の飛翔インク滴の速度測定装置。
6. 前記集光手段は、前記第１の照明光を前記第１の飛翔位置に集光させる第１の集光部と、前記第２の照明光を前記第２の飛翔位置に集光させる第２の集光部と、を含むことを特徴とする請求項４または５に記載の飛翔インク滴の速度測定装置。
7. 前記スリットは、前記第１の飛翔位置における前記インク滴の光学像を通過させる第１のスリットと、前記第２の飛翔位置における前記インク滴の光学像を通過させる第２のスリットと、を含み、
   前記変換素子は、前記第１および第２のスリットを通過した前記２つの光学像を電気信号に変換する光電変換素子を含むことを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の飛翔インク滴の速度測定装置。
8. 前記光電変換素子は、前記第１のスリットを通過した前記光学像を電気信号に変換する第１の光電変換素子と、前記第２のスリットを通過した前記光学像を電気信号に変換する第２の光電変換素子と、を含むことを特徴とする請求項７に記載の飛翔インク滴の速度測定装置。
9. 前記変換手段は、前記第１および第２の飛翔位置における前記インク滴の前記光学像を電気信号に変換し、
   前記速度測定装置は、前記電気信号の出力タイミングに基づいて前記インク滴の飛翔速度を測定する測定手段を備える
   ことを特徴とする請求項４から８のいずれかに記載の飛翔インク滴の速度測定装置。
10. 前記飛翔位置に集光される前記照明光の光軸と、前記結像手段によって形成される前記光学像の光軸と、は、５度から３０度の範囲の角度をなすことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の飛翔インク滴の速度測定装置。
11. 前記インク滴の飛翔速度の測定結果に基づいて、前記インクジェット記録ヘッドの良否を判定する手段を備えることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の飛翔インク滴の速度測定装置。
12. インクジェット記録ヘッドから吐出される飛翔中のインク滴を照明するための照明光を出射する光源と、照明された前記インク滴の光学像を形成する結像手段と、前記インク滴の飛翔位置における前記光学像を電気信号に変換する変換手段と、前記照明光を前記飛翔位置に集光させる集光手段と、を用い、前記電気信号の出力タイミングに基づいて、前記インク滴の飛翔速度を測定可能な飛翔インク滴の速度測定方法において、
    前記集光手段は、前記インク滴の飛翔方向と、当該飛翔方向と直交する方向と、において前記照明光の屈折力が異なる光学素子を含み、前記光学素子によって前記照明光を絞って前記飛翔位置に導き、前記インク滴の飛翔方向における前記照明光の絞り量を前記直交する方向の絞り量よりも大きくし、
    前記変換手段は、前記インク滴の飛翔方向における長さが前記直交する方向長さよりも小さいスリットを含み、前記飛翔位置における前記インク滴の光学像が前記スリットを通過する
    ことを特徴とする飛翔インク滴の速度測定方法。

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