JP6277837B2 - 液滴吐出状態検出装置及びこの液滴吐出状態検出装置を備えた画像形成装置 - Google Patents
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Description
前記発光部は、発光素子と、該発光素子からの光を集光して光ビームとして射出させる集光レンズと、前記光ビームを通過させるアパーチャ開口が形成された絞り部材とを有し、
前記アパーチャ開口は菱形又は矩形からなり、前記受光素子の受光面は、前記菱形又は矩形のアパーチャ開口を通じて輪郭が規定された菱形又は矩形の光ビームの対角線の延長線上であって前記記録媒体の搬送方向にずらして配置されていることを特徴とする。
図1は本発明の実施例に係る画像形成装置の概略構成を示す説明図である。
その図1において、1は記録ヘッドアレイ、Wは記録用紙(記録媒体)である。その記録用紙Wの搬送方向Yには、給紙ローラ2、その給紙ローラ2により従動回転する従動ローラ3、テンションローラ4、記録用紙Wの送り量を検出するエンコーダ5を有する従動ローラ6、排紙ローラ7、排紙ローラ7により従動回転する従動ローラ8、テンションローラ9が記録用紙Wの搬送方向Yの適宜箇所に設けられている。排紙ローラ7は、駆動モータ(図示を略す)により回転駆動される。
記録ヘッドアレイ1と走行プレート10との間には液滴吐出状態検出装置11が設けられている。その液滴吐出状態検出装置11は、インクジェットヘッド1a1、1a2、…、1anにそれぞれ対応して設けられている。そのインクジェットヘッド1a1、1a2、…、1anにそれぞれ対応する液滴吐出状態検出装置11にそれぞれ符号11a1、11a2、…、11anを付する。
発光部20は、発光素子20aと、集光レンズ20bと、絞り部材20cとを有する。
その発光素子20aは、ここでは、半導体レーザから構成されるものとして説明するが、これに限られるものではない。例えば、LED(Light Emitting Diode)により構成されていても良い。その半導体レーザは、レーザ駆動部22により駆動される。
対角線20eは記録用紙Wの搬送方向Yと平行方向とされ、対角線20fは記録用紙W及びインクジェットヘッド1a1のヘッドノズル面1a1S(図2参照)に対して垂直方向とされている。
受光部21はフォトダイオード等の受光素子から構成され、図2、図4において、符号21aはその受光面を示す。
計測回路はその受光出力電圧Vを用いて受光データを作成し、これにより、各ノズルからの液滴の吐出状態を検出する。
図7は、説明の便宜のため、アパーチャ開口20dを円形とした場合の光ビームPの回折光のパターンと強度分布を示している。図7(a)はその回折パターンを示し、図7(b)はその図7(a)に示す回折パターンの強度分布を示す。
(数1)
u(ρ2、φ2、z)=R0・2J1(kaρ2/z)/(kaρ2/z)
R0=j・exp(―jkz)/λz・(―j(k/2a)・(ρ2 2))u0・π・a2
なお、J1は第1種第1次のベッセル関数、m次のベッセル関数は、
Jm(U)=j-m/2π∫2π0ej(mV+UcоsV)dV
zは既述したようにアパーチャ開口20dの開口中心O’から受光面21aまでの光軸間距離、kはk方向の単位ベクトル、jはj方向の単位ベクトル、λは光ビームの波長、
x2=ρ2・cоsφ2、y2=ρ2・sinφ2である。記号x2、y2は光軸方向に直交する平面内での位置座標を示す。
また、記号ρはエリアディスクの半径で、ρ=0.610λ/NA
NAは開口数で、NA=a/Z=sinθ
その図8(a)において、中央の光束は主光であり、主光束から離れるに伴って減衰し、順次1次、2次、…の回折光が生じる。
(数2)
U(x、y、z)=R0・a・a・sinc(ax/λz)・sinc(ay/λz)
R0=j・exp(―jkz)・exp(−j(k/2z)・(x2+y2))×u
sinc(X)=sin(πX)/(πX)
x=(n+1)・λ・z/a、y=(n+1)・λ・z/λ
記号Xは記号xとは別の変数であり、aは正方形の開口の一辺の長さを意味する。
記号x、yは光軸方向に直交する平面内での位置座標を示す。
図4に示す角度θ1が大きくなると、受光素子の受光面21aに入射するオフセット光Ofの光量と散乱光P’の光量との和の光量は減少するため、受光素子の受光出力電圧Vは図9に示すように角度θ1によって変化する。
図10(a)は回折パターンを示し、図10(b)は対角線20eの方向の光ビームPの強度分布を示している。
すなわち、液滴の粒子径(例えば、数μmないし数10μm)≧光の波長(例えば、レーザ光の波長λは100nm)であり、いわゆるミー散乱により、散乱光P’の光量は光の進行方向(散乱角度)0度で最も散乱光量が大きく、散乱角度が増加するに伴って波状に減衰するという角度依存特性を有している。
発光素子20aの光軸Oがヘッドノズル面1a1Sに対して傾いているものとし、受光位置(アパーチャ開口20dの中心O’から光軸方向に距離zだけ離れた位置)において、受光面21aの中心は光軸Oの傾きがないとした場合の位置からLS(ずれ量という)だけずれていると仮定する。また、ヘッドノズル面1a1Sと記録用紙Wとの間隔をLとする。
発光素子の傾き0の光軸Oからの受光素子のずれ量LSを考慮すると、
Dpd≦L−LS …(1)
ピタゴラスの定理により、
(Dpd/2)2+(Cpd/2)2=(2x)2
Dpd=(16x2―Cpd2)―2… (2)
菱形の辺20d1と辺20d2とが為す角度をθ10として、サイン方程式により
Cpd/2=2・x・sin(θ10/2)であるから、
Cpd=4・x・sin(θ10/2)…(3)
この(3)式を(2)式に代入すると、
Dpd=(16x2―(4・x・sin(θ10/2))2)―2
=(16x2―16x2((1−cоs(2・θ10/2))/2)―2
=4x((1−cоs(θ10))/2)―2…(4)
矩形開口のフラウンホーファーの回折式により、
x=(n+1)・λ・z/aであるので、
主光の場合、
x=λ・z/a… (5)
(5)式を(4)式に代入すると、
Dpd=4・λ・z/a(1−cоs(θ10))/2)―2…(6)
(6)式を(1)式に代入すると、
4・λ・z/a(1−cоs(θ10))/2)―2≦(L−LS)
従って、
a≧4・λ・z(1−cоs(θ10))/2)―2/(L−LS)
n次の回折光まで間隔L内を通過させるには、
a≧4・n・λ・z(1−cоs(θ10))/2)―2/L−LS…(7)
実施例1では、発光部20を構成する集光レンズ20bをコリメートレンズにより構成して、光ビームPを平行光束に変換した。この実施例2では、図17、図18に示すように、集光レンズ20bを凸レンズから構成し、光ビームPが発光素子から受光素子に向かうに伴って収束される収束光束とされている。
例えば、ソフトウエアを用いて制御を行う場合には、処理シーケンスプログラムが記録された記録媒体から専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータのメモリにプログラムをインストールして行わせることが可能である。また、各種の処理を行うことが可能な汎用のコンピュータに処理シーケンスプログラムをインストールして実行させることも可能である。
(Cоmpact Disc Read Only Memоly)、MO(Magnet Optical)ディスク、DVD(Digital Versatile Disc)、磁気ディスク、半導体メモリを含む。
21…受光部(受光素子)
20a…発光素子
20b…集光レンズ
20c…絞り部材
20d…アパーチャ開口
P…光ビーム
P’…散乱光
W…記録用紙(記録媒体)
1a1…インクジェットヘッド
1a1S…ノズル面
Claims (8)
- 記録媒体の搬送方向と直交する幅方向に整列配置されて前記記録媒体に向けて液滴を吐出する複数個のノズルと、前記記録媒体の搬送方向と直交する幅方向一方の側に設けられた発光部と、前記記録媒体の幅方向他方の側に設けられた受光部とを備え、
前記発光部は、発光素子と、該発光素子からの光を集光して光ビームとして射出させる集光レンズと、前記光ビームを通過させるアパーチャ開口が形成された絞り部材とを有し、
前記アパーチャ開口は菱形又は矩形からなり、前記受光素子の受光面は、前記菱形又は矩形のアパーチャ開口を通じて輪郭が規定された菱形又は矩形の光ビームの対角線の延長線上であって前記記録媒体の搬送方向にずらして配置されていることを特徴とする液滴吐出状態検出装置。 - 前記アパーチャ開口の対角線の一方は、前記記録媒体の搬送方向と平行方向とされ、前記アパーチャ開口の対角線の他方は記録媒体に対して垂直方向とされ、前記光ビームが前記アパーチャ開口を通過した際に生じる前記光ビームの回折光が前記アパーチャ開口の輪郭を規定する各辺が存在する方向に生じることを特徴とする請求項1に記載の液滴吐出状態検出装置。
- 前記発光部を、前記ノズルの位置に対応させて前記記録媒体の搬送方向に移動させる移動機構を備えていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の液滴吐出状態検出装置。
- 前記ノズルの整列配置方向に対して前記発光素子の光軸は傾いて設けられていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の液滴吐出状態検出装置。
- 前記受光部の受光面は、前記発光素子の光軸に垂直な直線に対して前記発光素子の側に向けて所定角度傾いて設けられていることを特徴とする請求項4に記載の液滴吐出状態検出装置。
- 前記集光レンズが前記光ビームを平行光束に変換するコリメートレンズ又は前記光ビームを収束光束に変換する凸レンズであることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の液滴吐出状態検出装置。
- 前記集光レンズが前記光ビームのビーム径を変更可能なレンズから構成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の液滴吐出状態検出装置。
- 請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の液滴吐出状態検出装置を備えた画像形成装置。
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