KR102551250B1 - 1d 및 2d 이미지 획득 장치를 갖춘 잉크젯 잉크액적 고속 모니터링 시스템 및 이를 이용한 고속 모니터링 방법 - Google Patents

1d 및 2d 이미지 획득 장치를 갖춘 잉크젯 잉크액적 고속 모니터링 시스템 및 이를 이용한 고속 모니터링 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 1D 및 2D 이미지 획득 장치를 갖춘 잉크젯 잉크액적 고속 모니터링 시스템 및 및 이를 이용한 고속 모니터링 방법에 관한 것으로서, 특히 잉크젯 프린트 헤드로부터 낙하하는 잉크액적에 대해 광폭 1D 라인 스캔 카메라를 이용해 고해상도의 저용량 이미지 데이터를 획득하는 동작과 2D 에어리어 스캔 카메라를 이용해 광폭 1D 라인 스캔 카메라보다 FOV(Field of View)가 좁은 잉크액적의 형상 이미지 데이터를 획득하는 동작을 반사 거울을 이용하여 스위칭함으로써, 선택적으로 이미지 데이터를 획득하고 이미지 프로세싱하여 광폭 1D 라인 스캔 카메라로부터는 다수의 노즐로부터 낙하하는 잉크액적들의 정밀한 상대 비교 데이터를 획득하며, 2D 에어리어 스캔 카메라로부터는 이보다 적은 수의 노즐로부터 낙하하는 잉크액적의 기본적인 물리적 특징 데이터를 획득할 수 있는, 1D 및 2D 이미지 획득 장치를 갖춘 잉크젯 잉크액적 고속 모니터링 시스템 및 이를 이용한 고속 모니터링 방법에 관한 것이다.

Description

1D 및 2D 이미지 획득 장치를 갖춘 잉크젯 잉크액적 고속 모니터링 시스템 및 이를 이용한 고속 모니터링 방법{INKJET INK DROPLET HIGH-SPEED MONITORING SYSTEM WITH 1D AND 2D IMAGE ACQUISITION DEVICES AND HIGH-SPEED MONITORING SYSTEM USING THE SAME}
본 발명은 1D 및 2D 이미지 획득 장치를 갖춘 잉크젯 잉크액적 고속 모니터링 시스템 및 및 이를 이용한 고속 모니터링 방법에 관한 것으로서, 특히 잉크젯 프린트 헤드로부터 낙하하는 잉크액적에 대해 광폭 1D 라인 스캔 카메라를 이용해 고해상도의 저용량 이미지 데이터를 획득하는 동작과 2D 에어리어 스캔 카메라를 이용해 광폭 1D 라인 스캔 카메라보다 FOV(Field of View)가 좁은 잉크액적의 형상 이미지 데이터를 획득하는 동작을 반사 거울을 이용하여 스위칭함으로써, 선택적으로 이미지 데이터를 획득하고 이미지 프로세싱하여 광폭 1D 라인 스캔 카메라로부터는 다수의 노즐로부터 낙하하는 잉크액적들의 정밀한 상대 비교 데이터를 획득하며, 2D 에어리어 스캔 카메라로부터는 이보다 적은 수의 노즐로부터 낙하하는 잉크액적의 기본적인 물리적 특징 데이터를 획득할 수 있는, 1D 및 2D 이미지 획득 장치를 갖춘 잉크젯 잉크액적 고속 모니터링 시스템 및 이를 이용한 고속 모니터링 방법에 관한 것이다.
종래 디스플레이 패널의 서브픽셀들을 구성하는 일반적인 방법은 디스플레이 패널의 상부에 적색, 녹색, 청색의 삼색 중 한 색상의 컬러레지스트를 전면 도포 후 포토리소그래피 공정을 이용하여 원하는 서브픽셀에만 원하는 색상의 컬러레지스트를 남겨놓는 방식을 반복하여 디스플레이 패널의 컬러필터를 제조하였다.
그러나 이러한 방식으로 제조하는 경우 재료의 낭비가 심할 뿐만 아니라 OLED(Organic Light-Emitting Diode) 및 QD(Quantum Dot)와 같이 고가이고, 화학약품 및 고온을 사용하는 등의 후공정에 취약한 소재는 포토리소그래피 공정을 사용하기 힘든 문제가 있었다. 따라서 잉크젯과 같이 원하는 영역에 원하는 양만큼의 잉크를 도포 할 수 있는 패턴 기술이 디스플레이 산업계의 관심을 끌어왔다.
디스플레이 패널 제조 시 잉크젯의 프린터 헤드로부터 낙하하는 잉크액적의 토출 불량 또는 이상 유무를 신속히 검사할 필요성이 있었다. 종래에는 잉크액적의 형상, 부피, 속도, 노즐로부터의 토출각 등을 모니터링하기 위해 2D 에어리어 스캔 카메라에 의한 잉크액적 모니터링 방식 혹은 레이저 위상 도플러 측정 방식이 사용되었다.
그러나, 2D 에어리어 스캔 카메라에 의한 잉크액적 모니터링 방식은 좁은 FOV(Field of View)로 인해 하나의 이미지 프레임에 수 개의 노즐에서 토출되는 잉크액적들만을 관찰할 수 있기 때문에 수백 개에서 수천 개에 이르는 잉크젯 프린트 헤드의 노즐들로부터 토출되는 잉크액적들을 모두 검사하기 위해서는 수십 회 이상의 측정이 필요하기에 검사를 완료하는데 오랜 시간이 걸리는 문제가 있었다.
또한 레이저 위상 도플러 측정법은 잉크액적의 형상을 측정할 수 없으며, 특히 잉크액적에 레이저를 산란시킬 수 있는 입자들이 포함될 경우, 산란 노이즈로 인해 잉크액적의 부피, 속도, 토출각 등의 측정이 불가하다는 문제점이 있었다.
또한 광폭 1D 라인 스캔 카메라를 이용한 잉크액적 모니터링 방식은 고해상도의 고속 모니터링은 가능하나 잉크액적의 물리적 특성(길이, 폭, 부피, 속도 등)을 측정할 수 없다는 문제점이 있었다.
한국공개특허 제10-2017-0060383호(발명의 명칭: 노즐의 토출 액적 검사 장치 및 방법)
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 다수의 노즐로부터 토출되는 잉크액적의 고속 모니터링이 가능하고, 적은 수의 노즐로부터 낙하하는 잉크액적의 형상을 획득하여 기본적인 물리적 특성을 측정할 수 있는, 1D 및 2D 이미지 획득 장치를 갖춘 잉크젯 잉크액적 고속 모니터링 시스템 및 이를 이용한 고속 모니터링 방법을 제공하는 데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일실시형태에 의한 1D 및 2D 이미지 획득 장치를 갖춘 잉크젯 잉크액적 고속 모니터링 시스템은 잉크젯 프린트 헤드로부터 낙하하는 잉크액적에 대해 빛을 조사하도록 구성된 하나 이상의 LED 혹은 LEP(laser excited phosphor)를 이용한 광 스트로브; 상기 광 스트로브와 대향하여 배치되어 설정된 주기로 잉크액적을 촬영하여 고해상도의 저용량 잉크액적 이미지 데이터를 획득하도록 구성된 광폭 1D 라인 스캔 카메라; 상기 광폭 1D 라인 스캔 카메라에 대해 일정 각도를 이루면서 배치되어 특정 시각에 잉크액적의 형상 이미지 데이터를 획득하도록 구성된 2D 에어리어 스캔 카메라; 상기 광폭 1D 라인 스캔 카메라와 상기 2D 에어리어 스캔 카메라 사이에 배치되어 두 카메라의 사용을 광학적으로 스위칭하도록 구성된 광학 스위칭 부; 및 상기 광폭 1D 라인 스캔 카메라에 의해 설정된 주기 동안 촬영된 고해상도의 저용량 잉크액적 이미지 데이터를 수집하고 이미지 프로세싱하여 잉크액적 2D 시-공간 정보를 생성하고 이미지화하고 이미지화된 2D 시-공간 정보를 이용하여 잉크액적들의 상대 비교 데이터를 획득하며, 상기 2D 에어리어 스캔 카메라에 의해 특정 시각에 촬영된 잉크액적의 형상 이미지 데이터를 수집하고 이미지 프로세싱하여 특정 시각에서의 잉크액적의 2D 공간 정보를 생성하고 이미지화하고 이미지화된 잉크액적의 2D 공간 정보를 이용하여 잉크액적들의 기본적인 물리적 특징 데이터를 획득하도록 구성된 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 일실시형태에 의한 1D 및 2D 이미지 획득 장치를 갖춘 잉크젯 잉크액적 고속 모니터링 시스템은 상기 제어부로부터 획득된 잉크액적들의 상대 비교 데이터 및 기본적인 물리적 특징 데이터를 입력받아 디스플레이하도록 구성된 표시부를 더 포함할 수 있다.
상기 일실시형태에 의한 1D 및 2D 이미지 획득 장치를 갖춘 잉크젯 잉크액적 고속 모니터링 시스템에 있어서, 상기 잉크액적들의 기본적인 물리적 특징 데이터는 잉크액적의 낙하속도, 길이, 폭 및 부피를 포함할 수 있다.
상기 일실시형태에 의한 1D 및 2D 이미지 획득 장치를 갖춘 잉크젯 잉크액적 고속 모니터링 시스템에 있어서, 상기 광학 스위칭 부는 반사 거울 또는 반투명 거울일 수 있다.
상기 일실시형태에 의한 1D 및 2D 이미지 획득 장치를 갖춘 잉크젯 잉크액적 고속 모니터링 시스템에 있어서, 상기 광학 스위칭 부는 슬라이딩 장치에 의해 직선 운동하면서 상기 광폭 1D 라인 스캔 카메라와 상기 2D 에어리어 스캔 카메라의 사용을 스위칭하도록 구성되며, 이때, 상기 슬라이딩 장치는 상기 제어부에 의해 구동이 제어될 수 있다.
상기 일실시형태에 의한 1D 및 2D 이미지 획득 장치를 갖춘 잉크젯 잉크액적 고속 모니터링 시스템에 있어서, 상기 광학 스위칭 부는 폴딩 장치에 의해 경사 각도가 조절되면서 상기 광폭 1D 라인 스캔 카메라와 상기 2D 에어리어 스캔 카메라의 사용을 스위칭하도록 구성되며, 이때, 상기 폴딩 장치는 상기 제어부에 의해 구동이 제어될 수 있다.
상기 일실시형태에 의한 1D 및 2D 이미지 획득 장치를 갖춘 잉크젯 잉크액적 고속 모니터링 시스템에 있어서, 상기 광폭 1D 라인 스캔 카메라와 상기 2D 에어리어 스캔 카메라는 동일 축상 혹은 일정 각도로 대향하여 배치되어 있으며, 상기 광학 스위칭 부는 회전 장치에 의해 회전되면서 상기 광폭 1D 라인 스캔 카메라와 상기 2D 에어리어 스캔 카메라의 사용을 스위칭하도록 구성되며, 이때, 상기 회전 장치는 상기 제어부에 의해 구동이 제어될 수 있다.
상기 일실시형태에 의한 1D 및 2D 이미지 획득 장치를 갖춘 잉크젯 잉크액적 고속 모니터링 시스템에 있어서, 상기 광학 스위칭 부가 반투명 거울일 경우, 상기 광폭 1D 라인 스캔 카메라와 상기 2D 에어리어 스캔 카메라는 동시 관측이 가능하며, 이때, 상기 광 스트로브는 반투명 거울에 의해 1D 라인 스캔 및 2D 에어리어 스캔 카메라에 입사되는 광량의 감소량을 보상하도록 고휘도의 빛을 발생하도록 구성될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 다른 실시형태에 의한 잉크젯 잉크액적 고속 모니터링 방법은 제어부가 광폭 1D 라인 스캔 카메라에 의해 설정된 주기 동안 잉크젯 프린트 헤드로부터 낙하하는 잉크액적을 촬영하여 획득된 고해상도의 저용량 잉크액적 이미지 데이터를 수집하는 단계; 상기 제어부가 수집된 고해상도의 저용량 잉크액적 이미지 데이터를 이미지 프로세싱하여서 잉크액적 2D 시-공간 정보를 생성하고 이미지화하는 단계; 상기 제어부가 이미지화된 상기 잉크액적 2D 시-공간 정보를 이용하여 잉크액적들의 상대 비교 데이터를 획득하는 단계; 상기 제어부가 2D 에어리어 스캔 카메라에 의해 특정 시각에 잉크젯 프린트 헤드로부터 낙하하는 잉크액적을 촬영하여 획득된 잉크액적의 형상 이미지 데이터를 수집하는 단계; 상기 제어부가 수집된 잉크액적의 형상 이미지 데이터를 이미지 프로세싱하여 특정 시각에서의 잉크액적의 2D 공간 정보를 생성하고 이미지화하는 단계; 상기 제어부가 이미지화된 상기 잉크액적의 2D 공간 정보를 이용하여 잉크액적들의 기본적인 물리적 특징 데이터를 획득하는 단계; 및 표시부가 상기 제어부에 의해 획득된 상기 잉크액적들의 상대 비교 데이터 및 기본적인 물리적 특징 데이터를 입력받아 디스플레이하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시형태에 의한 1D 및 2D 이미지 획득 장치를 갖춘 잉크젯 잉크액적 고속 모니터링 시스템 및 이를 이용한 고속 모니터링 방법에 의하면, 광폭 1D 라인 스캔 카메라와 2D 에어리어 스캔 카메라 사이에 배치된 광학 스위칭 부에 의해 두 카메라의 사용이 광학적으로 스위칭되며, 광폭 1D 라인 스캔 카메라에 의해 설정된 주기 동안 촬영된 고해상도의 저용량 잉크액적 이미지 데이터를 수집하고 이미지 프로세싱하여 잉크액적 2D 시-공간 정보를 생성하고 이미지화하고 이미지화된 2D 시-공간 정보를 이용하여 잉크액적들의 상대 비교 데이터를 획득하며, 상기 2D 에어리어 스캔 카메라에 의해 특정 시각에 촬영된 잉크액적의 형상 이미지 데이터를 수집하고 이미지 프로세싱하여 특정 시각에서의 잉크액적의 2D 공간 정보를 생성하고 이미지화하고 이미지화된 잉크액적의 2D 공간 정보를 이용하여 잉크액적들의 기본적인 물리적 특징 데이터를 획득하도록 구성됨으로써, 광폭 1D 라인 스캔 카메라로는 다수의 노즐로부터 토출되는 잉크액적의 2D 시-공간 정보에 대한 고속 모니터링이 가능하고, 2D 에어리어 스캔 카메라로는 적은 수의 노즐로부터 낙하하는 잉크액적의 특정 시각에서의 2D 공간에서의 형상을 획득하여 기본적인 물리적 특성을 측정할 수 있다는 뛰어난 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 1D 및 2D 이미지 획득 장치를 갖춘 잉크젯 잉크액적 고속 모니터링 시스템의 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 잉크젯 잉크액적 고속 모니터링 시스템의 개략적인 사시도이다.
도 3은 도 2의 잉크젯 프린트 헤드 및 광 스트로브를 나타낸 측면도이다.
도 4는 도 2의 잉크젯 잉크액적 고속 모니터링 시스템에서 광학 스위칭부가 반사 거울로 구성될 경우, 슬라이딩 동작에 의해 광폭 1D 라인 스캔 카메라가 잉크액적을 관측가능한 상태 및 영역을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 2의 잉크젯 잉크액적 고속 모니터링 시스템에서 광학 스위칭부가 반사 거울로 구성될 경우, 슬라이딩 동작에 의해 2D 에어리어 스캔 카메라가 잉크액적을 관측가능한 상태 및 영역을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 2의 잉크젯 잉크액적 고속 모니터링 시스템에서 광학 스위칭부가 반투명 거울로 구성될 경우, 광폭 1D 라인 스캔 카메라 및 2D 에어리어 스캔 카메라가 동시에 잉크액적을 관측가능한 상태 및 영역을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 1에서 제어부가 광폭 1D 라인 스캔 카메라에 의해 획득된 고해상도의 저용량 잉크액적 이미지 데이터를 수집하고 이미지 프로세싱하여서 잉크액적 2D 시-공간 정보를 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 1에서 광폭 1D 라인 스캔 카메라에 의해 획득된 고해상도의 저용량 잉크액적 이미지 데이터로부터 생성된 연속적인 시간 t에서 2D 시-공간 정보와, 2D 에어리어 스캔 카메라에 의해 획득된 잉크액적의 형상 이미지 데이터로부터 생성된 특정 시각 t에서의 잉크액적의 2D 공간 정보의 차이를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 의한 잉크젯 잉크액적 고속 모니터링 시스템을 이용한 고속 모니터링 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
도 10은 광폭 1D 라인 스캔 카메라로 촬영한 잉크액적들의 2D 시-공간 이미지의 한 예이다.
도 11은 2D 에어리어 스캔 카메라로 촬영한 특정 시각에서의 잉크액적들의 2D 공간 정보에 대한 이미지의 한 예이다.
도 12는 폴딩 방식으로 광학 스위칭부를 접거나 폄으로써 1D 라인 스캔 카메라 및 2D 에어리어 스캔 카메라를 스위칭하는 일예이다.
도 13은 회전 방식으로 광학 스위칭부를 회전함으로써 1D 라인 스캔 카메라 및 2D 에어리어 스캔 카메라를 스위칭하는 일예이다.
본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예를 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적으로 해석되어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
도면에서 도시된 각 시스템에서, 몇몇 경우에서의 요소는 각각 동일한 참조 번호 또는 상이한 참조 번호를 가져서 표현된 요소가 상이하거나 유사할 수가 있음을 시사할 수 있다. 그러나 요소는 상이한 구현을 가지고 본 명세서에서 보여지거나 기술된 시스템 중 몇몇 또는 전부와 작동할 수 있다. 도면에서 도시된 다양한 요소는 동일하거나 상이할 수 있다. 어느 것이 제1 요소로 지칭되는지 및 어느 것이 제2 요소로 불리는지는 임의적이다.
본 명세서에서 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 자료 또는 신호를 '전송', '전달' 또는 '제공'한다 함은 어느 한 구성요소가 다른 구성요소로 직접 자료 또는 신호를 전송하는 것은 물론, 적어도 하나의 또 다른 구성요소를 통하여 자료 또는 신호를 다른 구성요소로 전송하는 것을 포함한다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 1D 및 2D 이미지 획득 장치를 갖춘 잉크젯 잉크액적 고속 모니터링 시스템의 블록구성도이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 잉크젯 잉크액적 고속 모니터링 시스템의 개략적인 사시도이며, 도 3은 도 2의 잉크젯 프린트 헤드 및 광 스트로브를 나타낸 측면도이다.
본 발명의 실시예에 의한 1D 및 2D 이미지 획득 장치를 갖춘 잉크젯 잉크액적 고속 모니터링 시스템은, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 광 스트로브(S), 광폭 1D 라인 스캔 카메라(100), 2D 에어리어 스캔 카메라(200), 광학 스위칭 부(300), 제어부(400) 및 표시부(500)를 포함한다.
광 스트로브(S)는 잉크젯 프린트 헤드(H)로부터 낙하하는 잉크액적에 대해 빛을 조사하는 역할을 한다. 예컨대, 도 2 및 3에 도시된 바와 같이, 잉크젯 프린트 헤드(H)를 기준으로 전방에 광 스트로브(S)가 배치되어 잉크액적에 빛을 조사함으로써, 광 스트로브(S)에 대향하는 광폭 1D 라인 스캔 카메라(100), 및 광폭 1D 라인 스캔 카메라(100)와 일정 각도(예컨대, 90도)를 이루는 2D 에어리어 스캔 카메라(200)가 각각 잉크젯 프린트 헤드(H)로부터 낙하하는 잉크액적의 1D 이미지(광폭 1D 라인 스캔 카메라) 및 2D 이미지(2D 에어리어 스캔 카메라)를 촬영할 수 있게 한다.
광 스트로브(S)는 하나 이상의 고휘도 LED로 구성된 클러스터 혹은 바 형태이거나, 단파장의 레이저를 형광체판에 조사하여 결맞음이 없는 빛을 얻는 LEP (laser excited phosphor) 방식을 이용하여 1 마이크로세컨드 이하의 단펄스(short pulse) 구동이 가능한, 좀 더 바람직하게는 0.5 마이크로세컨드 이하의 초단펄스(ultra short pulse) 구동이 가능한 고휘도 서브 마이크로세컨드 펄스광 스트로브로 구성할 수 있다.
광폭 1D 라인 스캔 카메라(100)는 광폭 1D 라인 스캔 카메라용 렌즈(120) 및 경통(110)을 통해 광 스트로브(S)와 대향하여 배치되어서 설정된 주기로 잉크액적을 촬영하여 1D 고해상도의 저용량 잉크액적 이미지 데이터를 획득하는 역할을 한다.
광폭 1D 라인 스캔 카메라(100)는 2D 에어리어 스캔 카메라(200)보다 훨씬 많은 노즐로부터 토출되는 잉크액적을 동시에 고속으로 측정가능하다. 광폭 1D 라인 스캔 카메라(100)는 2D 에어리어 스캔 카메라(200)와는 달리 연속된 시간에 따라 공간정보가 어떻게 변화하는가를 측정하며, 이를 이미지화한 정보를 이용하여 노즐에서 토출되는 잉크액적들의 정밀한 상대 비교가 가능하다(도 10 참고).
2D 에어리어 스캔 카메라(200)는 광폭 1D 라인 스캔 카메라(100)에 대해 일정 각도를 이루면서 배치되어 특정 시각에 잉크액적의 형상 이미지 데이터를 획득하는 역할을 한다. 도 2에서는 2D 에어리어 스캔 카메라(200)가 광폭 1D 라인 스캔 카메라(100)에 대해 90도를 이루면서 배치된 것을 나타내었으나, 광폭 1D 라인 스캔 카메라(100)에 대해 0도 내지 180도 이내의 각도를 이루면서 배치가능하다. 2D 에어리어 스캔 카메라(200)는 2D 에어리어 스캔 카메라용 렌즈(210)를 통해 빛을 받아들여 잉크액적을 촬영할 수 있다(도 11 참고).
2D 에어리어 스캔 카메라(200)에 의해 획득된 특정 시각에서의 잉크액적의 형상 이미지 데이터는 2차원 공간정보이다. 이를 이용하여 잉크액적의 기본적인 물리적 특성(잉크액적의 낙하속도, 길이, 폭 및 부피)을 측정할 수 있다.
광학 스위칭 부(300)는 광폭 1D 라인 스캔 카메라(100)와 2D 에어리어 스캔 카메라(200) 사이에 배치되어 두 카메라의 사용을 스위칭하는 역할을 한다. 광학 스위칭 부(300)는 반사 거울 또는 반투명 거울일 수 있으며, 다음과 같이 3가지 방식에 의해 구동될 수 있다.
[슬라이딩 방식]
도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 슬라이딩 장치(310)에 의해 광학 스위칭 부(300)를 직선 운동시키면서 광폭 1D 라인 스캔 카메라(100)와 2D 에어리어 스캔 카메라(200)의 사용을 스위칭하도록 구성되며, 슬라이딩 장치(310)는 제어부(400)에 의해 구동이 제어될 수 있다.
도 4는 광학 스위칭 부(300)가 반사 거울로 구성될 경우, 슬라이딩 동작에 의해 광폭 1D 라인 스캔 카메라(100)가 잉크액적을 관측가능한 상태를 나타낸다. L은 광폭 1D 라인 스캔 카메라(100)로 관측 가능한 영역을 나타낸다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 1D 라인 스캔 카메라의 이미지 서클이 대략 82 mm에 5배 렌즈를 사용할 경우 대략 16.4 mm이다.
도 5는 광학 스위칭 부(300)가 반사 거울로 구성될 경우, 슬라이딩 동작에 의해 2D 에어리어 스캔 카메라(200)가 잉크액적을 관측가능한 상태를 나타낸다. L은 2D 에어리어 스캔 카메라(200)에 의해 관측 가능한 영역을 나타내며, 관측될 수 있는 FOV 영역의 수평폭은 대략 2.1㎜이다.
도 6은 광학 스위칭 부(300)가 반투명 거울로 구성될 경우, 광폭 1D 라인 스캔 카메라(100) 및 2D 에어리어 스캔 카메라(200)가 동시에 잉크액적을 관측가능한 상태를 나타낸다. L1은 광폭 1D 라인 스캔 카메라(100)에 의하여, L2는 2D 에어리어 스캔 카메라(200)에 의해 관측될 수 있는 영역을 나타낸다. 단, 광 스트로브(S)의 빛이 양분되어 광폭 1D 라인 스캔 카메라(100) 및 2D 에어리어 스캔 카메라(200)에 입사되기 때문에 각 카메라에서 획득한 이미지의 밝기가 어두울 수 있으며, 이를 방지하기 위해 광 스트로브(S)의 조명은 매우 휘도가 높아야 한다.
[폴딩 방식]
광학 스위칭 부(300)는 도 12에 도시된 바와 같이 폴딩 장치(310)에 의해 경사 각도가 조절되면서 광폭 1D 라인 스캔 카메라(100)와 2D 에어리어 스캔 카메라(200)의 사용을 스위칭하는 방식이다.
여기서, 폴딩 장치(310)는 제어부(400)에 의해 구동이 제어될 수 있다.
[회전 방식]
광폭 1D 라인 스캔 카메라(100)와 2D 에어리어 스캔 카메라(200)가 동일 축상에 배치되어 있는 상태(즉, 서로 평행한 상태) 혹은 180도 이내의 각도로 배치되어 있을 경우 도 13에 도시된 바와 같이 광학 스위칭 부(300)가 회전 장치(310)에 의해 회전되면서 광폭 1D 라인 스캔 카메라(100)와 2D 에어리어 스캔 카메라(200)의 사용을 스위칭하는 방식을 적용할 수 있다. 여기서, 회전 장치(310)는 제어부(400)에 의해 구동이 제어될 수 있다.
그 외 광학 스위칭부(300)은 반사도를 조절하거나, 프리즘, 옵티컬 스위치 등을 사용하여 1D 라인 스캔 카메라와 2D 에어리어 스캔 카메라의 사용을 스위칭할 수 있는 방법들을 포괄한다.
제어부(400)는 광폭 1D 라인 스캔 카메라(100)에 의해 설정된 주기 동안 촬영된 고해상도의 저용량 잉크액적 이미지 데이터를 수집하고, 이미지 프로세싱하여 잉크액적 2D 시-공간 정보를 생성하여 이미지화하고, 이미지화된 2D 시-공간 정보를 이용하여 잉크액적들의 상대 비교 데이터를 획득하는 역할을 한다.
이때, 잉크젯 프린트 헤드(H)에서 토출되는 잉크액적의 토출 주파수가
Figure 112023049629054-pat00001
이라고 할 때, 광폭 1D 라인 스캔 카메라(100) 및 광 스트로브(S)의 작동 주파수를
Figure 112023049629054-pat00002
과 동일하되 잉크젯 프린트 헤드(H)에 인가되는 구동 전압의 시작점에 대해 가변적인 지연시간을 가짐으로써 순차적인 시간에 따른 고해상도의 저용량 1D 이미지 데이터들을 획득할 수 있다. 이때, 이미지 촬영마다 기존 보다
Figure 112023049629054-pat00003
만큼 더 지연된 시점에서 광폭 1D 라인 스캔 카메라(100)와 광 스트로브(S)가 작동하도록 제어부(400)가 개입하여야 한다. 즉, 제어부(400)는 광폭 1D 라인 스캔 카메라(100) 및 광 스트로브(S)의 촬영 종료 신호를 수신하고, 이에 따라 다음 촬영을 위해 기존 지연시간에
Figure 112023049629054-pat00004
를 더하여 새롭게 지연시간을 설정하고, 가변된 지연시간에 따라 광폭 1D 라인 스캔 카메라(100)와 광 스트로브(S)에 새로운 구동 시점을 알리는 신호를 발신하도록 한다.
잉크액적 촬영을 위한 광폭 1D 라인 스캔 카메라(100)와 광 스트로부(S) 제어의 복잡성을 회피하기 위해 잉크젯 프린트 헤드(H)의 잉크액적 토출 주파수
Figure 112023049629054-pat00005
과 광폭 1D 라인 스캔 카메라(100)와 광 스트로브(S)의 작동 주파수
Figure 112023049629054-pat00006
를 상이하게 설정할 수 있다. 잉크젯 프린트 헤드의 작동 주파수
Figure 112023049629054-pat00007
과 광폭 1D 라인 스캔 카메라 및 광 스트로브의 작동 주파수
Figure 112023049629054-pat00008
를 다르게 설정할 경우, 잉크젯 프린트 헤드의 한 구동 주기마다 지연되는 시간
Figure 112023049629054-pat00009
는 다음의 [수학식 1]에 의해 계산될 수 있으며 가변 지연시각은 구동 주기마다 지연된
Figure 112023049629054-pat00010
의 누계이다.
[수학식 1]
Figure 112023049629054-pat00011
[여기서
Figure 112023049629054-pat00012
은 잉크젯 프린트 헤드의 작동 주파수,
Figure 112023049629054-pat00013
는 광폭 1D 라인 스캔 카메라 및 광 스트로브의 작동 주파수를 나타냄. 따라서
Figure 112023049629054-pat00014
는 잉크젯 프린트 헤드의 잉크액적 토출 주기,
Figure 112023049629054-pat00015
는 광폭 1D 라인 스캔 카메라 및 광 스트로브의 작동 주기가 되며, 이 두 주기의 차이
Figure 112023049629054-pat00016
는 잉크액적이 토출될 때마다 1D 라인 스캔 카메라 및 광 스트로브가 작동되는 시점의 지연시각
Figure 112023049629054-pat00017
를 나타냄]
위와 같이, 잉크젯 프린트 헤드(H)의 토출 주파수(
Figure 112023049629054-pat00018
), 그리고 광폭 1D 라인 스캔 카메라(100) 및 광 스트로브(S)의 작동 주파수(
Figure 112023049629054-pat00019
)를 다르게 설정할 경우, 제어부(400)가 촬영마다 지연시간을 변경하기 위해 간섭하지 않아도 되기에 제어의 편리성이 있을 뿐만 아니라, 두 주파수 역수의 차이
Figure 112023049629054-pat00020
의 주기로 광폭 1D 라인 스캔 카메라(100)의 촬영이 이루어지기 때문에, 높은 시간 해상력을 제공할 수 있다.
도 7에서는 설명의 편의상 잉크젯 프린트 헤드(H)의 다수의 노즐 중 하나의 노즐에서만 잉크액적이 토출된다고 가정한 상태에서, 제어부(400)가 설정된 주기 동안 광폭 1D 라인 스캔 카메라(100)에 의해 획득된 1D 고해상도의 저용량 잉크액적 이미지 데이터들을 수집하고, 이를 이미지 프로세싱하여 잉크액적 2D 시-공간 정보를 획득하는 과정이 설명되어 있다.
도 7의 우측 하단에 도시된 시-공간 그래프는 이미지 프로세싱된 잉크액적 2D 시-공간 정보를 나타내며, 저장된 기준 잉크액적 2D 시-공간 정보와 비교되어 잉크액적의 정상 여부가 결정될 수 있다.
제어부(400)는 또한 광폭 1D 라인 스캔 카메라(100)에서 2D 에어리어 스캔 카메라(200)로 스위칭한 후 특정 시각에 촬영된 잉크액적의 형상 이미지 데이터를 수집하고, 수집된 이미지 데이터를 이미지 프로세싱하여 특정 시각에서의 잉크액적의 2D 공간 정보를 생성한 후 이미지화하고, 이미지화된 잉크액적의 2D 공간 정보를 이용하여 잉크액적들의 기본적인 물리적 특징 데이터(잉크액적의 낙하속도, 길이, 폭 및 부피)를 획득하는 역할을 한다.
도 8은 광폭 1D 라인 스캔 카메라(100)에 의해 획득된 고해상도의 저용량 잉크 액적 이미지 데이터로부터 생성된 연속적인 시간 t에서 2D 시-공간 정보와, 2D 에어리어 스캔 카메라(200)에 의해 획득된 잉크액적의 형상 이미지 데이터로부터 생성된 특정 시각 t에서의 잉크액적의 2D 공간 정보의 차이를 나타낸 도면이다.
제어부(400)는 광학 스위칭 부(300)를 구동시키는 장치(즉, 슬라이딩 장치, 폴딩 장치, 회전 장치)의 동작을 제어할 수 있다.
표시부(500)는 제어부(400)로부터 획득된 잉크액적들의 상대 비교 데이터 및 기본적인 물리적 특징 데이터를 입력받아 디스플레이하는 역할을 한다. 디스플레이 되는 항목은 잉크액적들의 상대 비교 데이터 및 기본적인 물리적 특징 데이터외에 광폭 1D 라인 스캔 카메라(100)에 의해 획득된 1D 고해상도 저용량 잉크액적 이미지 및 이미지 프로세싱하여 생성된 잉크액적 2D 시-공간 정보와, 2D 에어리어 스캔 카메라(200)에 의해 특정 시각에 촬영된 잉크액적의 형상 이미지 및 이미지 프로세싱하여 생성된 특정 시각에서의 잉크액적의 2D 공간 정보가 될 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 의한 1D 및 2D 이미지 획득 장치를 갖춘 잉크젯 잉크액적 고속 모니터링 시스템을 이용한 잉크액적 고속 모니터링 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 의한 잉크젯 잉크액적 고속 모니터링 시스템을 이용한 고속 모니터링 방법을 설명하기 위한 플로우챠트로서, 여기서 S는 스텝(step)을 의미한다.
잉크젯 잉크액적 고속 모니터링 방법을 설명하기에 앞서, 하나 이상의 광 스트로브(S)에 의해 잉크젯 프린트 헤드(H)로부터 낙하하는 잉크액적에 대해 빛을 조사하고, 광폭 1D 라인 스캔 카메라(100)가 설정된 주기 동안 잉크액적을 촬영하여 1D 고해상도의 저용량 잉크액적 이미지 데이터를 획득하고, 2D 에어리어 스캔 카메라(200)에 의해 특정 시각에 잉크액적의 형상 이미지 데이터가 획득된 상태라고 가정한다.
먼저, 제어부(400)는 광폭 1D 라인 스캔 카메라(100)로부터 설정된 주기 동안 잉크젯 프린트 헤드(H)로부터 낙하하는 잉크액적을 촬영하여 획득한 고해상도의 저용량 잉크 액적 이미지 데이터를 수집한다(S10).
다음, 제어부(400)는 수집된 고해상도의 저용량 잉크액적 이미지 데이터를 이미지 프로세싱하여서 잉크액적 2D 시-공간 정보를 생성하고 이미지화한다(S20).
다음, 제어부(400)가 이미지화된 잉크액적 2D 시-공간 정보를 이용하여 잉크액적들의 상대 비교 데이터를 획득한다(S30).
다음, 제어부(400)가 2D 에어리어 스캔 카메라(200)로부터 특정 시각에 잉크젯 프린트 헤드(H)로부터 낙하하는 잉크액적을 촬영하여 획득된 잉크액적의 형상 이미지 데이터를 수집한다(S40).
다음, 제어부(400)가 수집된 잉크액적의 형상 이미지 데이터를 이미지 프로세싱하여 특정 시각에서의 잉크액적의 2D 공간 정보를 생성하고 이미지화한다(S50).
다음, 제어부(400)가 이미지화된 잉크액적의 2D 공간 정보를 이용하여 잉크액적들의 기본적인 물리적 특징 데이터를 획득한다(S60).
다음, 제어부(400)는 표시부(500)를 통해 스텝(S30)에서 획득한 잉크액적들의 상대 비교 데이터, 및 스텝(S60)에서 획득한 기본적인 물리적 특징 데이터를 디스플레이한다(S70).
본 발명의 실시형태에 의한 1D 및 2D 이미지 획득 장치를 갖춘 잉크젯 잉크액적 고속 모니터링 시스템 및 이를 이용한 고속 모니터링 방법에 의하면, 광폭 1D 라인 스캔 카메라와 2D 에어리어 스캔 카메라 사이에 배치된 광학 스위칭 부에 의해 두 카메라의 사용이 광학적으로 스위칭되며, 광폭 1D 라인 스캔 카메라에 의해 설정된 주기 동안 촬영된 고해상도의 저용량 잉크액적 이미지 데이터를 수집하고 이미지 프로세싱하여 잉크액적 2D 시-공간 정보를 생성하고 이미지화하고 이미지화된 2D 시-공간 정보를 이용하여 잉크액적들의 상대 비교 데이터를 획득하며, 상기 2D 에어리어 스캔 카메라에 의해 특정 시각에 촬영된 잉크액적의 형상 이미지 데이터를 수집하고 이미지 프로세싱하여 특정 시각에서의 잉크액적의 2D 공간 정보를 생성하고 이미지화하고 이미지화된 잉크액적의 2D 공간 정보를 이용하여 잉크액적들의 기본적인 물리적 특징 데이터를 획득하도록 구성됨으로써, 광폭 1D 라인 스캔 카메라로는 다수의 노즐로부터 토출되는 잉크액적의 2D 시-공간 정보에 대한 고속 모니터링이 가능하고, 2D 에어리어 스캔 커메라로는 적은 수의 노즐로부터 낙하하는 잉크액적의 특정 시각에서의 2D 공간에서의 형상을 획득하여 기본적인 물리적 특성을 측정할 수 있다.
도면과 명세서에는 최적의 실시예가 개시되었으며, 특정한 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 실시형태를 설명하기 위한 목적으로 사용된 것이지 의미를 한정하거나 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
H: 잉크젯 프린트 헤드
S: 광 스트로브
L: 카메라에 의하여 관측 가능한 영역
L1: 광폭 1D 라인 스캔 카메라가 관측 가능한 영역
L2: 2D 에어리어 스캔 카메라가 관측 가능한 영역
100: 광폭 1D 라인 스캔 카메라
110: 경통
120: 광폭 1D 라인 스캔 카메라용 렌즈
200: 2D 에어리어 스캔 카메라
210: 2D 에어리어 스캔 카메라용 렌즈
300: 광학 스위칭 부
310: 슬라이딩 장치/폴딩 장치/회전 장치
400: 제어부
500: 표시부

Claims (10)

  1. 잉크젯 프린트 헤드(H)로부터 낙하하는 잉크액적에 대해 빛을 조사하도록 구성된 하나 이상의 LED 혹은 LEP(laser excited phosphor)를 이용한 광 스트로브(S);
    상기 광 스트로브와 대향하여 배치되어 설정된 주기로 잉크액적을 촬영하여 고해상도의 저용량 잉크액적 이미지 데이터를 획득하도록 구성된 광폭 1D 라인 스캔 카메라(100);
    상기 광폭 1D 라인 스캔 카메라에 대해 일정 각도를 이루면서 배치되어 특정 시각에 잉크액적의 형상 이미지 데이터를 획득하도록 구성된 2D 에어리어 스캔 카메라(200);
    상기 광폭 1D 라인 스캔 카메라와 상기 2D 에어리어 스캔 카메라 사이에 배치되어 두 카메라의 사용을 광학적으로 스위칭하도록 구성된 광학 스위칭 부(300); 및
    상기 광폭 1D 라인 스캔 카메라에 의해 설정된 주기 동안 촬영된 고해상도의 저용량 잉크액적 이미지 데이터를 수집하고 이미지 프로세싱하여 잉크액적 2D 시-공간 정보를 생성하고 이미지화하고 이미지화된 2D 시-공간 정보를 이용하여 잉크액적들의 상대 비교 데이터를 획득하며, 상기 2D 에어리어 스캔 카메라에 의해 특정 시각에 촬영된 잉크액적의 형상 이미지 데이터를 수집하고 이미지 프로세싱하여 특정 시각에서의 잉크액적의 2D 공간 정보를 생성하고 이미지화하고 이미지화된 잉크액적의 2D 공간 정보를 이용하여 잉크액적들의 기본적인 물리적 특징 데이터를 획득하도록 구성된 제어부(400);를 포함하는, 1D 및 2D 이미지 획득 장치를 갖춘 잉크젯 잉크액적 고속 모니터링 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부(400)로부터 획득된 잉크액적들의 상대 비교 데이터 및 기본적인 물리적 특징 데이터를 입력받아 디스플레이하도록 구성된 표시부(500)를 더 포함하는, 1D 및 2D 이미지 획득 장치를 갖춘 잉크젯 잉크액적 고속 모니터링 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 잉크액적들의 기본적인 물리적 특징 데이터는
    잉크액적의 낙하속도, 길이, 폭 및 부피를 포함하는, 1D 및 2D 이미지 획득 장치를 갖춘 잉크젯 잉크액적 고속 모니터링 시스템.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 광학 스위칭 부(300)는
    반사 거울 또는 반투명 거울인, 1D 및 2D 이미지 획득 장치를 갖춘 잉크젯 잉크액적 고속 모니터링 시스템.

  5. 제1 항에 있어서,
    상기 광학 스위칭 부(300)는
    슬라이딩 장치(310)에 의해 직선 운동하면서 상기 광폭 1D 라인 스캔 카메라(100)와 상기 2D 에어리어 스캔 카메라(200)의 사용을 스위칭하도록 구성되며,
    이때, 상기 슬라이딩 장치는 상기 제어부(400)에 의해 구동이 제어되는, 1D 및 2D 이미지 획득 장치를 갖춘 잉크젯 잉크액적 고속 모니터링 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 광학 스위칭 부(300)는
    폴딩 장치(310)에 의해 경사 각도가 조절되면서 상기 광폭 1D 라인 스캔 카메라(100)와 상기 2D 에어리어 스캔 카메라(200)의 사용을 스위칭하도록 구성되며,
    이때, 상기 폴딩 장치는 상기 제어부(400)에 의해 구동이 제어되는, 1D 및 2D 이미지 획득 장치를 갖춘 잉크젯 잉크액적 고속 모니터링 시스템.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 광폭 1D 라인 스캔 카메라(100)와 상기 2D 에어리어 스캔 카메라(200)는 동일 축상 혹은 일정 각도로 대향하여 배치되어 있으며,
    상기 광학 스위칭 부(300)는
    회전 장치(310)에 의해 회전되면서 상기 광폭 1D 라인 스캔 카메라와 상기 2D 에어리어 스캔 카메라의 사용을 스위칭하도록 구성되며,
    이때, 상기 회전 장치는 상기 제어부(400)에 의해 구동이 제어되는, 1D 및 2D 이미지 획득 장치를 갖춘 잉크젯 잉크액적 고속 모니터링 시스템.
  8. 제4 항에 있어서,
    상기 광학 스위칭 부(300)가 반투명 거울일 경우, 상기 광폭 1D 라인 스캔 카메라(100)와 상기 2D 에어리어 스캔 카메라(200)는 동시 관측이 가능하며,
    이때, 상기 광 스트로브(S)는 반투명 거울에 의해 1D 라인 스캔 및 2D 에어리어 스캔 카메라에 입사되는 광량의 감소량을 보상하도록 고휘도의 빛을 발생하도록 구성되는, 1D 및 2D 이미지 획득 장치를 갖춘 잉크젯 잉크액적 고속 모니터링 시스템.
  9. 1D 및 2D 이미지 획득 장치를 갖춘 잉크젯 잉크액적 고속 모니터링 시스템을 이용하는 잉크젯 잉크액적 고속 모니터링 방법으로서,
    제어부(400)가 광폭 1D 라인 스캔 카메라(100)에 의해 설정된 주기 동안 잉크젯 프린트 헤드로부터 낙하하는 잉크액적을 촬영하여 획득된 고해상도의 저용량 잉크액적 이미지 데이터를 수집하는 단계;
    상기 제어부가 수집된 고해상도의 저용량 잉크액적 이미지 데이터를 이미지 프로세싱하여서 잉크액적 2D 시-공간 정보를 생성하고 이미지화하는 단계;
    상기 제어부가 이미지화된 상기 잉크액적 2D 시-공간 정보를 이용하여 잉크액적들의 상대 비교 데이터를 획득하는 단계;
    상기 제어부가 2D 에어리어 스캔 카메라(200)에 의해 특정 시각에 잉크젯 프린트 헤드로부터 낙하하는 잉크액적을 촬영하여 획득된 잉크액적의 형상 이미지 데이터를 수집하는 단계;
    상기 제어부가 수집된 잉크액적의 형상 이미지 데이터를 이미지 프로세싱하여 특정 시각에서의 잉크액적의 2D 공간 정보를 생성하고 이미지화하는 단계;
    상기 제어부가 이미지화된 상기 잉크액적의 2D 공간 정보를 이용하여 잉크액적들의 기본적인 물리적 특징 데이터를 획득하는 단계; 및
    표시부(500)가 상기 제어부에 의해 획득된 상기 잉크액적들의 상대 비교 데이터 및 기본적인 물리적 특징 데이터를 입력받아 디스플레이하는 단계;를 포함하는 잉크젯 잉크액적 고속 모니터링 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 잉크액적들의 기본적인 물리적 특징 데이터는
    잉크액적의 낙하속도, 길이, 폭 및 부피를 포함하는, 잉크젯 잉크액적 고속 모니터링 방법.
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