JP6225517B2 - 液滴吐出状態検出装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、インク液滴の吐出不良を検出する液滴吐出状態検出装置および画像形成装置に関する。

記録ヘッドが主走査方向に移動しながら液滴を吐出して画像を形成するシリアル型画像形成装置と、記録ヘッドが移動しない状態で液滴を吐出して画像を形成するライン型ヘッドを用いるライン型画像形成装置において、記録ヘッドは、インクをノズルから記録媒体に吐出させて記録を行う関係上、ノズルからの溶媒の蒸発に起因するインク粘度の上昇や、インクの固化、塵埃の付着、さらには気泡の混入などにより吐出不良が発生すると、画像品質が低下することになる。

そこで、記録ヘッドからの滴吐出状態を検出する滴吐出状態検出装置として、記録ヘッドのノズル列の一方側からノズル列に沿ってレーザ光を射出し、他方側に光ビームの光軸からずれた位置に液滴からの散乱光を受光する受光手段を配置して滴吐出の有無を検出する前方散乱光方式の技術がある。

記録ヘッドが移動しない状態で液滴を吐出して画像を形成するライン型ヘッドを用いるライン型画像形成装置において、近接する少なくても２列のノズル列を１つの発光手段による１本の光ビームにより吐出検知を行っていたが、２列に通るビームにするにはビーム径を太くする必要があり、各ノズルへの入射光量を大きくするためには、発光量を大きくする必要があった。また、ライン幅が広くなると発光手段から受光手段までの距離が長くなり、傾きによる光軸のズレが大きくなる。その結果、ビームが液滴を通らない場合には散乱光がでないため散乱光の検出ができない。

また、ビームが受光手段に入るなどによりオフセット光量の増大による検出回路の飽和により散乱光の検出ができない。また、光軸位置と傾きのメカニカルな調整手段が必要であり、コストが増大し、実装できない。また、ヘッド列が増えた場合には、発光手段を増やす必要があるという問題があった。

特許文献１には、液吐出不良検出装置のノズル列と光ビームの光軸との位置合せの精度を上げる目的で、ビーム光軸と交差する方向に記録ヘッドを相対的に移動させるヘッド移動手段と、光軸と交差する方向および水平方向の曲がり角度を調整する手段を備えた構成が開示されている。

特許文献２には、インク液滴の液吐出状態を検出する液吐出不良検出装置の出力調整を低コストで容易に行う目的で、ビーム光軸と受光素子の高さを調整する手段と、発光素子から照射される光ビームの光量を調整する手段を備えた構成が開示されている。

しかし、特許文献１に開示された技術では、光軸と交差する方向および水平方向の曲がり角度を調整する手段を設けて角度を調整するためコストがアップするという問題があった。

また、ノズル数が多いまたはノズル間隔が広いため、発光素子からノズルまでの距離が長くなる場合に、回折の影響によりインク液滴に入射する光量が減衰するため、インク液滴からの散乱光量が減衰し、液滴の吐出不良を正確に検出できないという問題があった。

また、発光素子の特性、回折等により、光ビームのエネルギー密度が光軸と一致しない場合、ノズル列と受光素子の水平位置の距離が離れてしまい受光素子に入射する散乱光量が減衰し、液滴の吐出不良を正確に検出できないという問題があった。

さらに、特許文献２に開示された技術では、発光素子の傾きやノズル列のノズル間のずれにより、各インク液滴への入射光量が変動するという問題があった。

本発明は、前記課題を解決するためのものであり、その目的とするところは、発光手段の位置を移動できる機構と発光手段の発光量の調整手段とを設けることにより、光軸位置と傾きのメカニカルな調整手段がなく、ヘッド列が増大した場合には発光手段を増やす必要がなく、発光量とオフセット光量を増大させることなく液滴の吐出不良を正確に検出することができる液滴吐出状態検出装置を提供することである。

かかる目的を達成するために、本発明は、以下の特徴を有する。

本発明に係る液滴吐出状態検出装置は、光ビームを発光する発光素子と、前記光ビームのビーム径からずれた位置に配置された受光素子と、複数のノズルを有する２つ以上のヘッド列とを有し、前記光ビームが各ヘッド列の各ノズルからの液滴に衝突したときに発生する散乱光を前記受光素子で受光し、該受光した散乱光の受光光量を基に、前記液滴の吐出状態を検出する液滴吐出状態検出装置であって、光ビームの光軸と交差する方向に発光素子を移動する発光素子移動手段と、発光素子の発光量を調整する調整手段と、前記光ビームを平行光から収束光にするための、発光素子またはコリメータレンズの移動手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、発光手段の位置を移動できる機構と発光手段の発光量の調整手段とを設けることにより、光軸位置と傾きのメカニカルな調整手段がなく、ヘッド列が増大した場合には発光手段を増やす必要がなく、発光量とオフセット光量を増大させることなく液滴の吐出不良を正確に検出することができる。

本実施形態に係る液体吐出記録方式の画像形成装置の概略図である。 第１の実施形態に係る液滴吐出状態検出装置の概略図である。 本実施形態に係るインクジェットヘッドを示す図である。 受光素子と光軸Lとの間の角度θ1と、受光素子の出力電圧Ｖと、の関係を示す図である。 光ビームの強度分布とインク液滴位置の関係を示す図である。 角度θ１とインク液滴からの散乱光の関係を示す図である。 光ビームの強度分布とインク液滴位置の関係を示す図である。 角度θ1とインク液滴からの散乱光の関係を示す図である。 第２の実施形態に係る液滴吐出状態検出装置を示す概略図である。 受光素子と光ビームの光軸Lとの間の角度θ3と、受光素子の出力電圧Ｖと、の関係を示す図である。 第３の実施形態に係る液滴吐出状態検出装置を示す概略図である。 第４の実施形態に係る液滴吐出状態検出装置を示す概略図である。 第５の実施形態に係る液滴吐出状態検出装置を示す概略図である。 第６の実施形態に係る液滴吐出状態検出装置を示す概略図である。 波長フィルタと受光素子とを１つの遮光筒内に配置したものを光ビームの外周に複数個並べて配置している例を示す図である。 １個の遮光筒内に波長フィルタと受光素子とを複数個並べて配置している例を示す図である。 波長フィルタと受光素子とを１つの遮光筒内に設置した例を示す図である。

以下、本実施形態について図面により詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係る液体吐出記録方式の画像形成装置の概略図である。点線で示す１，２，・・・ｐが本実施形態の液滴吐出状態検出装置を示している。

記録媒体Ｗは給紙モータ(図示せず)に連結された給紙搬送ローラ３と、給紙搬送従動ローラ４により給紙部から、記録媒体の所定距離の移動に応じて検出信号を出力する記録媒体送り量検出エンコーダ(以下はエンコーダと略す)５を備えた記録媒体の搬送に従動する従動ローラ６上を搬送されて、走行プレート７へと搬送される。走行プレート７に対向する位置にあるインクジェットヘッドアレイ８のインクジェットヘッド９，１０，・・・ｑより記録媒体Ｗにインク滴吐出を行う。

その後、走行プレート７上を搬送された記録媒体Ｗは、排紙モータ(図示せず)に連結された排紙搬送ローラ１１と、排紙搬送従動ローラ１２によって搬送され、インクジェット方式印刷装置の外へと排出される。なお、エンコーダ５は給紙搬送ローラ３と走行プレート７の間に搭載しているが、走行プレート７と排紙搬送ローラ１１の間に搭載してもよい。

なお、液体吐出記録方式の「画像形成装置」は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の媒体にインクを着弾させて画像形成を行う装置を意味し、また、「画像形成」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与すること（単に液滴を媒体に着弾させること）をも意味する。

また、「インク」とは、インクと称されるものに限らず、記録液、定着処理液、樹脂、液体などと称されるものなど、画像形成を行うことができるすべての液体の総称として用いる。また、「用紙」とは、材質を紙に限定するものではなく、上述したＯＨＰシート、布なども含み、インク滴が付着されるものの意味であり、被記録媒体、記録媒体、記録紙、記録用紙などと称されるものを含むものの総称として用いている。また、「画像」とは平面的なものに限らず、立体的に形成されたものに付与された画像、また立体自体を３次元的に造形して形成された像も含まれるものである。

図２は、第１の実施形態に係る液滴吐出状態検出装置の概略図である。本実施形態の液滴吐出状態検出装置１には、発光部２１と受光部２２とが備えられている。
発光部２１と受光部２２は、（ａ）に示すように、光ビーム２３の光軸Ｌがインクジェットヘッド２４のヘッドノズル面２５のノズル（１，２，・・・ｎ）から吐出されたインク液滴２６と垂直方向となる位置に配置する。発光駆動部２７では、発光量が設定される。発光素子２８、コリメートレンズ２９を載せた発光ユニット３０を移動させる移動機構３１が設置されている。

（ｂ）は１列１番目のノズルに光ビームを合わせた場合に、（ａ）の上側から見た図を示しており、（ｃ）は１列ｎ番目のノズルに光ビームを合わせた場合に、（ａ）の上側から見た図を示している。光ビーム２３の光軸Ｌが記録媒体Ｗの搬送方向に対して角度θ２(０°≦θ２＜３６０°)となる位置に配置する。

図３は、本実施形態に係るインクジェットヘッド２４の図２（ａ）の上側から見た図である。インクジェットヘッド２４のヘッドノズル面２５のノズルは、Ｍ列（１，２，・・・Ｍ）のノズル列からなり、各列はｎ個（１，２，・・・ｎ）のノズルから構成される。

発光部２１は、光ビームを発光する半導体レーザを使用して構成する発光素子２８と、発光素子２８で発光した光ビームを平行光に絞ってビーム径φ１、φ２の光ビーム２３にするコリメートレンズ２９と、を含んで構成される。φ１、φ２はビーム径の長径、短径を示す。なお、発光素子２８としては、半導体レーザに限定せず、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等を使用して構成することも可能である。発光素子２８とコリメートレンズ２９とは、発光ユニット３０に搭載されている。

φ１、φ２のどちらを長径とするか、φ１＝φ２とするかは、光ビームの波長と強度分布、各列の間隔、液滴の形状とサイズ、発光素子の種類と放射角、発光素子とコリメータレンズとの間隔、発光素子と液滴との間隔、液滴と受光素子との間隔、受光素子の位置とサイズ、ヘッドと印刷媒体の間隔などの条件により変わる。
移動機構３１は、発光ユニット３０から発光された光ビームを各ノズルから吐出されたインク液滴に照射されるように位置を合わせるように移動させる。

受光部２２は、フォトダイオード等が使用される受光素子３２を含んで構成される。受光部２２は、受光素子３２の受光面３３が光ビーム２３のビーム径φ２内に入らないように、光ビーム２３のビーム径φ２から外れた位置に配置する。但し、受光部２２は、ビーム径φ２に隣接する位置に配置することが好ましい。受光部２２は、光ビーム２３の光軸Ｌに対して角度θ１開いた位置で、且つ、光軸Ｌの垂直方向に対してθ２（０≦θ２≦θ１）の角度をもった位置に配置する。

θ１１Ｎは１列１番と受光素子３２の列１側に近い端面との角度を、θ１１Ｆは１列１番と受光素子３２の列１側より遠い端面との角度を示している。θ１ｎＮは１列ｎ番と受光素子３２の列１側に近い端面との角度を、θ１ｎＦは１列ｎ番と受光素子の列１側より遠い端面との角度を示している。

本実施形態の画像形成装置は、インクジェットヘッド２４のヘッドノズル面２５の各ノズル（１列１番、１列２番、・・・１列ｎ番、２列１番、２列２番、・・・２列ｎ番、・・・Ｍ列１番、Ｍ列２番、・・・Ｍ列ｎ番）からインク液滴２６を吐出し、そのインク液滴２６に光ビーム２３が衝突することで散乱光Ｓが発生する。

本実施形態の液滴吐出状態検出装置１は、上記発生した散乱光Ｓのうち、受光素子３２の受光面３３に到達して得られた受光光量を受光素子３２において光−電圧変換し、その光−電圧変換した出力電圧Ｖを計測することで、散乱光Ｓの受光データを取得する。その受光データを基に、インク液滴２６の吐出の有無、インク液滴２６の吐出ずれ等の液滴吐出状態を検出する。

図４は、受光素子３２と光ビーム２３の光軸Ｌとの間の角度θ１と、受光素子３２の出力電圧Ｖと、の関係を示す図である。図４において横軸は、受光素子３２と光軸Ｌとの間の角度θ１を示し、縦軸は、受光素子３２の出力電圧Ｖを示す。図４に示すように、散乱光Ｓによる出力電圧Ｖは角度依存性をもっており、θ１が大きくなるに従い、散乱光Ｓによる出力電圧Ｖは小さくなる。

但し、θ１≦θ１minにおいては、以下の（１）、（２）の理由によりインク液滴２６を吐出しない状態においても飽和状態Ｖmaxとなるため、散乱光Ｓを検出できなくなる。θ１minは、（１）または（２）の条件での受光素子３２と光軸Ｌとの間の最小角度である。（１）は、光ビーム２３のビーム径φ１内に受光素子３２がある場合である。

また、（２）は受光素子３２の受光光量がオフセット光限界値以上となる位置に受光素子３２がある場合である。光ビーム径φ１外にもビームの周辺光があり、また、記録媒体Ｗ、インクジェットヘッド２４、その他の周辺部品等からの反射光など（以下は、合わせてオフセット光と呼ぶ）があるため、受光素子３２にオフセット光が入射する。

このオフセット光が増大すると、インク液滴２６を吐出さない状態においても、受光素子３２の出力電圧Ｖは飽和状態Ｖmaxとなり、散乱光Ｓを検出できなくなる。このときのオフセット光の値をオフセット光限界値とする。

このため、受光素子３２と光軸Ｌとの間の角度θ１は、θ１＞θ１minでなければならない。図４では、角度θに対して右下がりの曲線で示しているが、液滴の形状とサイズによっては、波動形状の右下がりの曲線となる。

図５は、光ビームの強度分布とインク液滴位置の関係を示す図である。（ａ）はガウス分布の場合を示しており、（ｂ）は波動形状のガウス分布の場合を示している。上図が光ビームの強度分布を示しており、横軸が図２のＹ方向、縦軸が光の強度である。下図が光ビームの断面を示している。なお、（ａ），（ｂ）は、強度分布の一例である。図に示すように、光の強度はＹ方向により変わる。

また、光の強度分布は、発光素子とコリメータレンズと後述する絞り部材の各特性と位置、発光素子、コリメータレンズからインク液滴までの距離（Ｚ方向）などにより変わる。そのため、各ノズルから吐出されたインク液滴２６の位置では、Ｙ方向位置により強度分布内での位置が変わり、発光素子、コリメータレンズからインク液滴までの距離（Ｚ方向）が変わるため、各ノズルから吐出されたインク液滴２６での光強度は変わる。

図６は、角度θ１とインク液滴からの散乱光の関係を示す図(Ｘ＝０)である。インク液滴からの散乱光は、角度依存性のある波形状の分布である。インク液滴に入射する光の波長とインク液滴の成分と形状とサイズにより、波形の減衰率、振幅の高さ、振幅の幅は変わる。

ノズル１列１番より吐出されたインク液滴から受光素子３２への入射角度がθ１１Ｎ〜θ１１Ｆの範囲にあり、Ｓ１が受光素子３２に入射する受光光量である。ノズル１列ｎ番より吐出されたインク液滴から受光素子３２への入射角度がθ１ｎＮ〜θ１ｎＦの範囲にあり、Ｓｎが受光素子３２に入射する受光光量である。
入射角度は、インク液滴に入射する光と、受光素子の受光面との位置、受光素子の受光面の形状とサイズにより決定する。

図７は、光ビームの強度分布とインク液滴位置の関係を示す図である。（ａ）はガウス分布(ノズル１列ｎ番)の場合を示しており、（ｂ）は波動形状のガウス分布(ノズル１ｎ)の場合を示している。上図が光ビームの強度分布を示しており、横軸が図２のＹ方向、縦軸が光の強度である。下図が光ビームの断面を示している。なお、（ａ）、（ｂ）は、強度分布の一例である。

光の強度はＹ方向により変わる。また、光の強度分布は、発光素子とコリメータレンズと後述する絞り部材の各特性と位置、発光素子、コリメータレンズからインク液滴までの距離（Ｚ方向）などにより変わる。

そのため、各ノズルから吐出されたインク液滴２６の位置では、Ｙ方向位置により強度分布内での位置が変わり、発光素子、コリメータレンズからインク液滴までの距離（Ｚ方向）が変わるため、各ノズルから吐出されたインク液滴２６での光強度は変わる。

本実施形態では、発光ユニット３０を移動することにより、光ビームの光軸を各ノズルの液滴２６の照射されるように最適な位置に移動することにより、各ノズルの液滴２６に入射するビーム光量を最適値に設定する。通常は、光ビームの光軸を各ノズルの液滴２６の中心位置に移動することにより、各ノズルの液滴２６に入射するビーム光量を大きくする。

図８は、角度θ１とインク液滴からの散乱光の関係を示す図（Ｘ＝０）である。インク液滴からの散乱光は、角度依存性のある波形状の分布である。インク液滴に入射する光の波長とインク液滴の成分と形状とサイズにより、波形の減衰率、振幅の高さ、振幅の幅は変わる。

ノズル１列１番より吐出されたインク液滴から受光素子３２への入射角度がθ１１Ｎ〜θ１１Ｆの範囲にあり、Ｓ１が受光素子３２に入射する受光光量である。ノズル１ｎより吐出されたインク液滴から受光素子３２への入射角度がθ１ｎＮ〜θ１ｎＦの範囲にあり、Ｓｎが受光素子３２に入射する受光光量である。
入射角度は、インク液滴に入射する光と、受光素子の受光面との位置、受光素子の受光面の形状とサイズにより決定する。

図８の実線が、発光ユニット３０を移動することにより、光ビームの光軸を各ノズルの液滴２６の照射されるように最適な位置に移動と、発光量を設定する発光駆動部２７により、発光素子２８の発光光量を最適値に設定した後の散乱光分布を示しており、破線が設定前の散乱光分布を示している。

受光光量は、インク液滴への入射光量αと、散乱光量率β(散乱光量／入射光量)と、受光素子入射率γ(受光素子に入射する散乱光量／全散乱光量)とから、
受光光量＝インク液滴への入射光量α×散乱光量率β×受光素子入射率γとして求められる。

各ノズル位置でのインク液滴への入射光量αは、Ａ発光光量、Ｂインク液滴に入射する位置での光ビームの強度分布、Ｃ強度分布内でのインク液滴位置、Ｄ液滴形状、Ｅ液滴成分等により決定する。Ａ発光光量は、制御可能であり各ノズル位置で発光光量を設定できる。

Ｂインク液滴に入射する位置での光ビームの強度分布は、発光素子の特性、発光素子とコリメータレンズと後述する絞り部材の特性と間隔、コリメータレンズからインク液滴までの距離により決定する回折により変わるため、各ノズル位置で強度分布を同一には設定できない。

Ｃ強度分布内でのインク液滴位置は、光ビームとノズル位置により決定するため、発光素子の水平位置を移動することにより制御可能となり、各ノズル位置でインク液滴位置と光ビームの強度分布を最適位置に設定できる。

Ｄ液滴形状は、ノズルおよび駆動回路の特性により決まり、液滴形状（大きさ）は画質向上のため最適な形状（大きさ）に任意に設定されるため、各ノズル位置での液滴形状を同一には設定できない。

Ｅ液滴成分は、使用インクにより変わるため、各ノズル位置で別のインクを使用した場合は、液滴成分を同一には設定できない。よって、各ノズルによりインク液滴への入射光量αは、Ａ発光素子の発光光量と、Ｃ強度分布内でのインク液滴位置を制御することにより、任意の値に設定することが可能となる。

各ノズル位置での散乱光量率βは、散乱光量/入射光量からなり、Ｄ液滴形状、Ｅ液滴成分、Ｆ光ビームの波長等から決定する。Ｆ光ビームの波長は、同一の光ビームを使用することにより制御可能となる。しかし、前述のように、Ｄ液滴形状を同一に設定できないので、散乱光量率βは、任意の値に設定することができない。

各ノズル位置での受光素子入射率γは、受光素子に入射する散乱光量／全散乱光量からなり、散乱光量は角度依存性が高く、Ａ発光光量、Ｂインク液滴に入射する位置での光ビームの強度分布、Ｃ強度分布内でのインク液滴位置、Ｄ液滴形状、Ｅ液滴成分、Ｇ光ビームと受光素子との角度により決定する。Ｇ光ビームと受光素子との角度は同一にすることはできない等により、受光素子入射率γは、任意の値に設定することができない。

本実施形態では、発光量を設定する発光駆動部２７により、発光素子２８の発光光量を最適値に設定し、発光素子２８、コリメートレンズ２９を載せた発光ユニット３０を移動させる移動機構３１により、発光ユニット３０を移動してインク液滴位置と光ビームの強度分布を最適位置に設定することにより、各ノズルのインク液滴２６への入射光量αを変えることにより、受光素子３２に入射する受光光量を最適値に設定する。通常は、光ビームの最大光量位置を各ノズルの液滴２６の中心位置に移動することにより、各ノズルのインク液滴２６への入射光量αを大きくする。

（第２の実施形態）
図９は、第２の実施形態に係る液滴吐出状態検出装置を示す概略図である。本実施形態の液滴吐出状態検出装置は、第１の実施形態の装置に、コリメートレンズ２９の光ビーム２３の方向の下流側に、発光素子２８が発光した光ビーム２３を絞る絞り部材４１を設置している。発光素子２８、コリメートレンズ２９、絞り部材４１は発光ユニット３０に搭載されている。

絞り部材４１としては、例えば、アパーチャやスリットなどが挙げられる。第１の実施形態の構成例に対して、絞り部材４１を搭載することにより、発光素子２８が発光した光ビーム２３を絞り部材４１で絞ることにより、光ビーム２３のビーム径φ４、φ３を小さくすることができる（φ４＜φ２、φ３＜φ１）。φ４、φ３はビーム径の長径、短径を示す。その結果、受光素子３２と光軸Ｌとの間の角度θ３を第１の実施形態のθ１より小さくすることができる。

図１０は、受光素子３２と光ビーム２３の光軸Ｌとの間の角度θ３と、受光素子３２の出力電圧Ｖと、の関係を示す図である。図１０において横軸は、受光素子３２と光軸Ｌとの間の角度θ３を示し、縦軸は、受光素子３２の出力電圧Ｖを示す。

散乱光Ｓによる出力電圧Ｖは角度依存性をもっており、角度θ３が大きくなるに従い、散乱光Ｓによる出力電圧Ｖは小さくなる。このため、角度θ３がθ３＜θ１の条件では、散乱光Ｓによる受光光量が大きくなり、受光素子３２で光−電圧変換された出力電圧Ｖ３は、Ｖ１（θ１での出力電圧）＜Ｖ３（θ３での出力電圧）となる。

また、発光素子２８が発光した光ビーム２３を絞ることにより、発光素子２８から発光する光ビーム２３の光強度のばらつき、波面ズレなどが抑えられるため、光ビーム２３がインク液滴２６に照射することで発生する散乱光Ｓも、光強度のばらつき、波面ズレなどが抑えられた散乱光Ｓとなる。

よって、絞り部材４１により光ビーム２３のビーム径が細くなるため、受光素子３２と光ビーム２３の光軸との角度を小さくすることができる。これにより、光ビーム２３の記録媒体、液滴吐出ヘッド等での反射光、外乱光などのノイズ光Ｎによる受光素子３２の受光光量に対する、インク吐出時に光ビーム２３がインク液滴に入射することにより生ずる散乱光Ｓによる受光素子３２での光量が大きくなるため、ＳＮ比が大きくなりインク吐出不良の検知が確実となる。

また、発光素子２８の光ビーム２３の周辺部やレンズ周辺部では収差の影響を小さくできるため、光ビーム２３は光強度のばらつき、波面ズレなどが抑えられ、光ビームが液滴に入射することにより生ずる散乱光においても光強度のばらつき、波面ズレなどが抑えられる。そのため、受光素子３２の受光光量のばらつきや変化などが抑えられ、検出精度が向上してインク吐出不良の検知が確実となる。

（第３の実施形態）
図１１は、第３の実施形態に係る液滴吐出状態検出装置を示す概略図である。本実施形態の液滴吐出状態検出装置は、第１，２の実施形態の装置に、光ビームを平行光から収束光としている。

上述したように、受光光量は、受光光量＝インク液滴への入射光量×散乱光量率×受光素子入射率として求められる。平行光の場合、発光素子から近いノズル１列１番から、発光素子から遠いノズル１列ｎ番に離れるに従い、回折の影響により光ビームの強度分布が広がりビーム最大強度が減衰する。そのため、発光素子の発光光量を増加させ、発光素子移動手段により発光素子を移動してインク液滴位置と光ビームの強度分布を最適位置に設定する。

光ビームを平行光から収束光にすることにより、平行光よりノズル１列１番から１列ｎ番に向かって入射光量が増加するので、受光光量を増加させることができる。受光光量は大きくなり、ノイズ光Ｎによる受光光量と、散乱光Ｓによる受光光量と、のＳＮ比が大きくなり、検出精度が向上し、インク吐出不良の検知が確実となる。

また、収束率を最適値にすることにより、発光光量の増加を抑えながら、受光光量は同程度にすることができる。平行光に比べ、発光光量を下げることが可能となり、発光素子の定格出力を下げることが可能となり、発光素子の危険レベルを下げることが可能となる。また、コストを下げる効果も期待できる。

（第４の実施形態）
図１２は、第４の実施形態に係る液滴吐出状態検出装置を示す概略図である。本実施形態の液滴吐出状態検出装置は、第１〜３の実施形態の装置に、光ビームを平行光から収束光とするため、発光素子２８の移動手段５１を備えている。上述したように、受光光量は、受光光量＝インク液滴への入射光量×散乱光量率×受光素子入射率として求められる。

発光素子の移動手段５１を備えることにより収束率を変更することが可能となるため、ノズル１列１番から１列ｎ番でのインク液滴への入射光量が最適値となるように収束率を設定する。ノズル１列１番から１列ｎ番での入射光量を最適値に設定することにより、受光光量は大きくなり、ノイズ光Ｎよる受光光量と、散乱光Ｓによる受光光量と、のＳＮ比が大きくなり、検出精度が向上し、インク吐出不良の検知が確実となる。

また、収束率を最適値にすることにより、発光光量の増加を抑えながら、受光光量は同程度にすることができる。平行光に比べ、発光光量を下げることが可能となり、発光素子の定格出力を下げることが可能となり、発光素子の危険レベルを下げることが可能となる。また、コストを下げる効果も期待できる。

（第５の実施形態）
図１３は、第５の実施形態に係る液滴吐出状態検出装置を示す概略図である。本実施形態の液滴吐出状態検出装置は、第１〜４の実施形態の装置に、発光素子２８から発光した光ビーム２３の波長と同じ波長の散乱光Ｓのみを透過する波長フィルタ６１を受光素子３２の前方側に備えている。

受光素子３２の受光面３３と同様に、波長フィルタ６１が光ビーム２３のビーム径φ８内に入らないように、光ビーム２３のビーム径φ８から外れた位置に配置する。但し、受光部Ｂは、ビーム径φ８に隣接する位置に配置することが好ましい。

波長フィルタ６１を受光素子３２の前段に備えることにより、外乱光などのノイズ光Ｎが、受光素子３２に進入するのを抑えられ、ノイズ光Ｎによる受光光量と散乱光Ｓによる受光光量とのＳＮ比が大きくなり、インク吐出不良の検知が確実となる。

また、滴吐出状態を検出する少なくても２つの液滴吐出状態検出装置から構成される場合に、波長の違う光ビーム２３を発光する発光素子２８と、その波長の光のみを透過する波長フィルタ６１を受光素子３２の前段におくことにより、任意の吐出状態を検出する液滴吐出状態検出装置から散乱光が、他の吐出状態を検出する液滴吐出状態検出装置の波長フィルタ６１を透過せず、受光素子３２に入射しなくなり、インク吐出不良の検知が確実となる。

（第６の実施形態）
図１４は、第６の実施形態に係る液滴吐出状態検出装置を示す概略図である。本実施形態の液滴吐出状態検出装置は、第１〜５の実施形態の装置に、遮光筒７１を有し、波長フィルタ６１と受光素子３２とを１つの遮光筒７１内に配置している。

波長フィルタ６１と受光素子３２とを１つの遮光筒７１内に配置することで、波長フィルタ６１と受光素子３２との間から進入するノイズ光Ｎを防止し、ノイズ光Ｎによる受光光量を小さくすることができる。

その結果、波長フィルタ６１と受光素子３２とを１つの遮光筒７１内に配置することで、光ビームの記録媒体、液滴吐出ヘッド等での反射光、外乱光などのノイズ光Ｎが、波長フィルタと受光素子との間から進入するのを抑えて、ノイズ光Ｎによる受光素子での光量に対するインク吐出時に光ビームがインク液滴に入射することにより生ずる散乱光Ｓによる受光素子での受光光量が大きくなるため、ノイズ光Ｎによる受光光量と散乱光Ｓによる受光光量とのＳＮ比が大きくなり、インク吐出不良の検知が確実となる。

また、遮光筒７１に光ビーム２３が直接入らない範囲で遮光筒７１を波長フィルタ６１より発光素子２８側に伸ばすことが好ましい。これにより、ノイズ光Ｎの進入をさらに減らすことができ、ノイズ光Ｎによる受光光量と散乱光Ｓによる受光光量とのＳＮ比がさらに大きくなり、インク吐出不良の検知が確実となる。

（第７の実施形態）
図１５は、波長フィルタ６１と受光素子３２とを１つの遮光筒７１内に配置したものを光ビーム２３のビーム径φ２の外周に複数個並べて配置している例を示す図である。図１６は、光ビーム２３のビーム径φ２より大きい１個の遮光筒７１内に波長フィルタ６１と受光素子３２とを複数個並べて配置している例を示す図である。図１７は、波長フィルタ６１と受光素子３２とを１つの遮光筒７１内に設置した例を示す図である。

図１５から図１７は、第７の実施形態の液滴吐出状態検出装置の構成例を示す図である。
本実施形態の液滴吐出状態検出装置は、波長フィルタ６１と受光素子３２とを１つの遮光筒７１内に配置したものを光ビーム２３のビーム径φ７の外周に複数個配置している。φ７＝φ８の場合を示しているが、φ７≠φ８でも良い。

図１５から図１７では、１例として８個の遮光筒７１を光ビーム２３のビーム径φ７の外周に配置した状態を示しているが、遮光筒７１の形状は、他の形状でも良く、また、個数も任意である。

本実施形態の液滴吐出状態検出装置は、光ビーム２３のビーム径φ７の外周に、波長フィルタ６１と受光素子３２とを１つの遮光筒７１内に配置したものを複数個並べて配置することで、発光素子２８から発光した光ビーム２３の光量が小さい場合でも、検出測定に使用する散乱光Ｓによる受光光量を、各受光素子３２の受光光量の総和にすることで大きくすることができる。

このため、光ビーム２３のビーム径φ７の外周に、遮光筒７１を複数個並べて配置することで、発光素子２８から発光した光ビーム２３の光量が小さい場合でも、散乱光Ｓによる受光光量を、各受光素子３２での受光光量の総和にし、インク液滴２６の吐出状態を検出することができる。

なお、図１５は、光ビーム２３のビーム径φ７の外周に遮光筒７１を複数個並べて配置した場合である。図１６は、光ビーム２３のビーム径φ７より大きい１個の遮光筒７１内に波長フィルタ６１と受光素子３２とを複数個並べて配置した場合である。なお、図１６に示す波長フィルタ６１と受光素子３２とは他の形状でも良く、個数も任意である。また、遮光筒７１も円形状に限定せず、他の形状でも良い。

また、上述した図１５に示すように、光ビーム２３のビーム径φ７の外周に遮光筒７１を複数個並べた範囲を満足するような図１７に示す大きさの径の波長フィルタ６１と受光素子３２とを、１個の遮光筒７１内に設置したものを配置し、ビーム径φ７のエリア内に光ビーム２３を透過しない部材８１を配置することも可能である。図１７では、１例として、波長フィルタ６１と受光素子３２と円形状の遮光筒７１とで示しているが、他の形状でも良い。

このように、本実施形態の液滴吐出状態検出装置は、光ビーム２３のビーム径φ７の外周に波長フィルタ６１と受光素子３２とを設置することで、発光素子２８から発光した光ビーム２３の光量が小さい場合でも、受光素子３２で受光した受光光量を大きくすることができるため、インク液滴２６の吐出状態を検出することができる。

以上より、本実施形態によれば、吐出状態を検出する処理に際して、発光素子の傾きやノズル間のずれがある場合、発光素子の特性、回折等により、光ビームのエネルギー密度が高い位置と光軸と一致しない場合でも、光ビームのエネルギー密度が高い位置がインク液滴の中心と一致するように発光素子を移動手段により移動することと、発光素子の発光量を変えることにより、各ノズルから吐出されたインク液滴に入射する光量を一定または任意に設定することことにより、受光素子に入射する散乱光量を最適値にすることができる。

また、本実施形態によれば、発光素子の発光量を変えることにより、各ノズルから吐出されたインク液滴に入射する光量を一定または任意に設定でき、光軸と交差する方向および水平方向の曲がり角度を調整する手段が削減できるので、光軸と交差する方向および水平方向の曲がり角度を調整する手段を設けないためコストダウンできる。

また、本実施形態によれば、発光素子の発光量を変えることにより、各ノズルから吐出されたインク液滴に入射する光量を一定または任意に設定できるので、ノズル数が多いまたはノズル間隔が広いため発光素子からノズルまでの距離が長くなる場合にも、インク液滴からの散乱光量が減衰せず、インク液滴の吐出不良を正確に検出できる。

また、本実施形態によれば、発光素子の特性、回折等により、光ビームのエネルギー密度が高い位置と光軸と一致しない場合でも、光ビームのエネルギー密度が高い位置がインク液滴の中心と一致するように発光素子を移動手段により移動して、ノズル列と受光素子の水平位置の距離を同じにできるので、発光素子の特性、回折等により、光ビームのエネルギー密度が光軸と一致しない場合でも、ノズル列と受光素子の水平位置の距離が同じにできるため、受光素子に入射する散乱光量が減衰しないため、インク液滴の吐出不良を正確に検出できる。

さらに、本実施形態によれば、発光素子の傾きやノズル間のずれがあっても、光ビームのエネルギー密度が高い位置がインク液滴の中心と一致するように発光素子を移動手段により移動して、各ノズルから吐出されたインク液滴に入射する光量を一定または任意に設定できるので、発光素子の傾きやノズル間のずれがあっても、各ノズルから吐出されたインク液滴に入射する光量を一定または任意に設定できる。

なお、上述する実施形態は、本発明の好適な実施形態であり、上記実施形態のみに本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施した形態での実施が可能である。

例えば、上述した本実施形態の画像形成装置や液滴吐出状態検出装置を構成する各部における制御動作は、ハードウェア、または、ソフトウェア、あるいは、両者の複合構成を用いて実行することも可能である。

また、ソフトウェアを用いて処理を実行する場合には、処理シーケンスを記録したプログラムを、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータ内のメモリにインストールして実行させることが可能である。あるいは、各種処理が実行可能な汎用コンピュータにプログラムをインストールして実行させることが可能である。

例えば、プログラムは、記録媒体としてのハードディスクやROM（Read Only Memory）に予め記録しておくことが可能である。あるいは、プログラムは、リムーバブル記録媒体に、一時的、あるいは、永続的に格納（記録）しておくことが可能である。このようなリムーバブル記録媒体は、いわゆるパッケージソフトウエアとして提供することが可能である。

また、リムーバブル記録媒体としては、フロッピー（登録商標）ディスク、CD-ROM（Compact Disc Read Only Memory）、MO（Magneto optical）ディスク、DVD（Digital Versatile Disc）、磁気ディスク、半導体メモリなどが挙げられる。

また、プログラムは、上述したようなリムーバブル記録媒体からコンピュータにインストールすることになる。また、ダウンロードサイトから、コンピュータに無線転送することになる。また、ネットワークを介して、コンピュータに有線で転送することになる。

さらに、本実施形態における画像形成装置や液滴吐出状態検出装置は、上記実施形態で説明した処理動作に従って時系列的に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力、あるいは、必要に応じて並列的にあるいは個別に実行するように構築することも可能である。

１ 液滴吐出状態検出装置
２１ 発光部
２２ 受光部
２３ 光ビーム
２４ インクジェットヘッド
２５ ヘッドノズル面
２６ インク液滴
２７ 発光駆動部
２８ 発光素子
２９ コリメートレンズ
３０ 発光ユニット
３１ 移動機構
４１ 絞り部材
５１ 移動手段
６１ 波長フィルタ
７１ 遮光筒
８１ 透過しない部材

特開２０１２−２１８４２０号公報 特開２０１２−３５５２２号公報

Claims (6)

1. 光ビームを発光する発光素子と、前記光ビームのビーム径からずれた位置に配置された受光素子と、複数のノズルを有する２つ以上のヘッド列とを有し、前記光ビームが各ヘッド列の各ノズルからの液滴に衝突したときに発生する散乱光を前記受光素子で受光し、該受光した散乱光の受光光量を基に、前記液滴の吐出状態を検出する液滴吐出状態検出装置であって、
   光ビームの光軸と交差する方向に発光素子を移動する発光素子移動手段と、
   発光素子の発光量を調整する調整手段と、
   前記光ビームを平行光から収束光にするための、発光素子またはコリメータレンズの移動手段と、を有することを特徴とする液滴吐出状態検出装置。
2. 前記発光素子から発光した光ビームを絞る絞り部材を有することを特徴とする請求項１記載の液滴吐出状態検出装置。
3. 前記発光素子から発光した光ビームの波長と同じ波長の前記散乱光のみを透過する波長フィルタを前記受光素子の前方側に有し、
   前記受光素子は、前記波長フィルタを透過した前記散乱光を受光することを特徴とする請求項１または２に記載の液滴吐出状態検出装置。
4. 前記波長フィルタと前記受光素子とは、少なくとも１つの遮光筒内に設けられていることを特徴とする請求項３記載の液滴吐出状態検出装置。
5. 前記波長フィルタと前記受光素子とは、前記光ビームのビーム径の外周に設置されていることを特徴とする請求項３または４に記載の液滴吐出状態検出装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の液滴吐出状態検出装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

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