JP2008018658A

JP2008018658A - 液滴速度測定装置

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Publication number: JP2008018658A
Application number: JP2006193699A
Authority: JP
Inventors: Akizo Kinoshita; 彰三木下; Kenta Hayashi; 林　　謙太; Tatsuya Fukuda; 達也福田; Toshiaki Sato; 敏明佐藤; Emiko Inotani; 映美子井ノ谷
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2006-07-14
Filing date: 2006-07-14
Publication date: 2008-01-31

Abstract

【課題】インクジェットプリンタ等の液体吐出ヘッドから吐出される液滴の速度を正確に測定可能な液滴速度測定装置を提供する。
【解決手段】２個のストロボ光源を持つ発光体２２０の光を導くファイバーライトガイド１３０を、インクジェット・ヘッド１２０に対して、エリアセンサカメラ１１０と対向する向きに同一光軸上に配置し、２個のストロボ光源をインクジェット・ヘッド１２０のノズル孔からの液滴吐出間隔内に所定の時間間隔ｔ２で発光させる。エリアセンサカメラ１１０により、インクジェット・ヘッド１２０から吐出された同一液滴が２個のストロボ光源により２回照射される位置を多重露光により撮影する。同一画面上に撮影された同一液滴の２つの位置座標から、検出用パソコン２７０により液滴速度を求める。
【選択図】図１

Description

本発明は、インクジェットプリンタ等の液体吐出ヘッドから吐出される液滴の速度を測定する液滴速度測定装置に関する。

現在、インクジェットプリンタは、通常の紙媒体への印刷だけでなく、カラーフィルタ等の紙媒体以外の印刷にも使用されており、高解像度、高画質の印画が要求される。
このような高品質の印画画像を得るには、吐出されるインクの液滴の容量や吐出速度を高度に制御する必要があり、そのために、吐出液滴の吐出速度を測定する必要がある。

従来、プリンタヘッド等のノズル孔から吐出される液滴の速度を計測する方法として、いくつかの方法が提案されている（特許文献１、特許文献２、特許文献３）。
特開平１１−１０５３０７号公報特開平１１−２２７１７２号公報特開２００６−１１０７７４号公報

特許文献１の方法は、撮影画面中の中心点を基準点とし、吐出後一定時間経過したときに撮影された画像の基準点と液滴の位置の誤差から液滴の吐出速度を算出するもので、２台のカメラとストロボを使用する。

一方、特許文献２の方法は、時間差を設けてストロボ光源を複数回発光させ、各発光のタイミングで撮像した複数枚の画像から液滴の中心位置を求め、複数の液滴中心間の相対位置と、それぞれのタイミングの時間差から吐出速度を求める。

さらに、特許文献３の方法は、２台のレーザ光源を、液滴の吐出方向に対して概直交する方向から照明する。２台のレーザ光源は、吐出方向に対して所定の間隔を置いて配置され、レーザ光源に対向して設置されたフォトセンサにより、液滴通過時の２つのレーザ光束を検出することにより、同一の液滴が光束を切るタイミング差と、２つのレーザ光束の距離から液滴の吐出速度を求める。

しかしながら、特許文献１の手法は、ノズル孔から画面中央の基準位置近傍まで液滴が落下する所定時間を定め、所定時間における基準位置との誤差から液滴速度を求めるもので、撮影画面に入らないノズル孔からの距離と時間を元に液滴速度を測定しており、誤動作等による測定誤差や誤りが発生する可能性がある。

また、特許文献２の手法は、複数枚の液滴画像から液滴中心位置を求める方法であり、対象とする液滴が同じノズル孔から吐出された同じ液滴ではなく、連続して吐出されたときの異なる液滴を用いて吐出速度を求めている。異なる液滴である場合、個々の吐出液滴が同一の落下特性を持つとは限らず、正確な液滴速度を測定しているとは言えないという問題がある。

さらに、特許文献３の手法は、２台のレーザ光源を異なるタイミングで発光させ、それぞれのレーザ光束を切る同一の液滴をフォトセンサにより検出し、その時間差から液滴速度を求めている。しかしながら、レーザ光束の場合、光束が絞られているため、液滴が概垂直に吐出されなかった場合にレーザ光束からはずれてしまう可能性があり、その場合、液滴速度の測定が不可能になるという問題がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、インクジェットプリンタ等の液体吐出ヘッドから吐出される液滴の速度を正確に測定可能な液滴速度測定装置を提供することである。

前述した課題を解決するための本発明は、プリンタヘッドから吐出される液滴の速度特性を測定する液滴速度測定装置であって、液滴の吐出間隔時間内に２回以上パルス発光する発光手段と、前記発光手段による最初のパルス発光開始から最後のパルス発光終了までの時間よりも長い露光時間で、かつ、最初のパルス発光開始と同時あるいはパルス発光開始よりも前に撮影を開始する撮影手段と、前記撮影手段により撮影された画面上の１つの液滴の２つの落下点の位置座標と、前記パルス発光間隔から、前記液滴の速度を算出する液滴速度算出手段と、を有することを特徴とする液滴速度測定装置である。

すなわち、連続して吐出される複数の液滴の吐出間隔内に２回以上パルス発光させ、液滴の吐出間隔よりも短く、最初のパルス発光開始から最後のパルス発光終了までの時間よりも長い露光時間で撮影することにより、１つの液滴を同一画面上で２回以上撮影する。同一液滴の画面上での２回の位置関係と、パルス発光の時間間隔から、液滴速度を算出する。

ここで、前記発光手段は、２個以上のストロボ光源とストロボ遅延生成手段からなり、前記ストロボ遅延生成手段は、前記プリンタヘッドからの吐出タイミングから第１の所定時間後に第１のストロボ光源を発光させ、第１のストロボ光源発光後、次の液滴吐出前の第２の所定時間後に第２のストロボ光源を発光させることが好ましい。

また、前記発光手段は、１つの発光体と、スリットを有する回転遮光板と、前記回転遮光板を回転させる駆動手段とからなり、前記駆動手段は、液滴の吐出間隔時間内に２回以上、発光体の光をスリットを介して液滴に照射するよう前記回転遮光板を回転させるようにしてもよい。
また、前記回転遮光板は、2個以上のスリットを有するようにしてもよい。これにより、液滴吐出間隔内に２回、スリットを介して光線を液滴に照射することが可能になる。

スリットを有する回転遮光板からなる構成を採ることにより、発光体はストロボ発光ではなく、定常的に発光させておけばよく、より安価な発光体を使用できる。液滴の吐出間隔内に２回以上、同一の液滴に光を照射することが可能になり、同一液滴を同一画面上に多重露光により撮影することが可能になる。

本発明によれば、同一の液滴の２つ以上の落下位置を同一画面上に多重露光により撮影することが可能になり、正確な液滴速度を測定することが可能になる。

以下、図面に基づいて本発明の第１の好適な実施形態について詳細に説明する。
図１は、液滴速度測定装置１の機能構成図である。

図１（ａ）は、一実施の形態による液滴速度測定装置の機能構成図である。インクジェットプリンタのヘッド１２０と、エリアセンサカメラ１１０、ストロボ光源２２０、ファイバーライトガイド１３０等からなる。
インクジェット・ヘッド１２０ノズル孔から液滴が所定の間隔で吐出される。例えば、液滴（ｎ−１）１４１、液滴ｎ１４２、液滴（ｎ＋１）１４３が順にヘッド１２０のノズル孔から吐出される。

ストロボ２２０は、２個のストロボ光源からなり、所定の液滴の吐出間隔内にそれぞれのストロボ光源が１回発光する。発光したストロボ光はファイバーライトガイド１３０に導かれる。
エリアセンサカメラ１１０およびファイバーライトガイド１３０は、インクジェット・ヘッド１２０の下方の同一光軸上に対向して配置される。
エリアセンサカメラ１１０は、インクジェット・ヘッド１２０から吐出される液滴をＡ方向から撮影する。ファイバーライトガイド１３０は、反Ａ方向に液滴にストロボ光を照射する。
エリアセンサカメラ１１０の露光時間を、液滴ｎ１４２がＹ方向撮像範囲を通過するのに十分な時間に設定しておく。次の液滴（ｎ＋１）１４３が撮像範囲内に入ったとしても、暗室内の場合、ストロボ発光していないので、次の液滴（ｎ＋１）１４３が写ることはないので、露光時間を一般的な時間（１/３０秒＝３３ｍｓ）としてもよい。

まず、第１のストロボ発光時に、エリアセンサカメラ１１０は、液滴ｎ１４２が第１ストロボ発光時の位置にあるのを撮影し、第２のストロボ発光時に、同一の液滴ｎ１４２が第２のストロボ発光時の位置（１４２’）にあるのを撮影する。

撮影画像の例を図１（ｂ）、（ｃ）に示す。エリアセンサカメラ１１０は、同図に示すように、Ｙ方向撮影範囲１５０とＸ方向撮像範囲１６０を持ち、Ｙ方向は、インクジェット・ヘッド１２０からの垂線方向であり、Ｘ方向は、Ｙ方向と垂直で、図１（ａ）の紙面に垂直な方向である。

図１（ｂ）、（ｃ）に示すように、撮影画像には、同一液滴の２時点の位置（１４２および１４２’）が表示される。
この２時点の液滴の中心座標から、第１ストロボ発光と第２ストロボ発光の間に落下した距離を求め、これと、第１ストロボ発光と第２ストロボ発光の時間間隔から、液滴の速度を求める。

図１（ｂ）は、液滴ｎ１４２が垂直方向に落下した場合を示しており、この場合、位置１４２と位置１４２’のＸ座標が同じであるから、Ｙ座標の差から落下距離Ｌを求める。
一方、同図（ｃ）は、液滴ｎ１４２が斜め方向に吐出された場合の図である。
この場合、位置１４２と位置１４２’のＸ座標は異なり、Ｘ方向にＬ２、Ｙ方向にＬ１進んだことになる。これにより、インクジェット・ヘッド１２０に垂直方向の液滴速度とともに、吐出方向を測定することが可能になる。
尚、この場合の液滴速度は、位置１４２と位置１４２’の距離、すなわち、（Ｌ１^２＋Ｌ２^２）^１/２から算出する。

図２は、液滴速度測定装置１のシステム構成図である。
液滴速度測定装置１は、インクジェット・ヘッド１２０、ヘッド搬送ステージ２１０、一軸ステージ・コントローラ２１５、エリアセンサカメラ１１０、検査用パソコン２７０、ディスプレイ装置２８０、ストロボ２２０、ファイバーライトガイド１３０、パルスジェネレータ２３０、シーケンサ２４０等からなる。

インクジェットプリンタ・ヘッド１２０には、紙面に垂直方向に複数のノズル孔が設けられており、液滴速度測定装置１では、そのうちの１個のノズル孔から吐出される液滴を撮影し、速度を測定する。
ヘッド搬送ステージ２１０は、インクジェット・ヘッド１２０を紙面に垂直方向に移動させるための搬送ステージであり、ヘッド１２０に設けられた各ノズル孔を、エリアセンサカメラ１１０およびファイバーライトガイド１３０の光軸上に搬送する。これにより、ヘッド１２０に設けられた各ノズル孔について、吐出される液滴の速度を測定することが可能になる。
ヘッド搬送ステージ２１０は、一軸ステージ・コントローラ２１５により駆動制御される。

検査用パソコン２７０は、例えば、ＣＰＵ（central processing unit）、ＲＯＭ(read-only memory)、ＲＡＭ(random access memory)等からなる制御部２７１と、ＲＡＭ、ハードディスク装置等からなる記憶部２７３、外部機器とのインタフェースである入出力インタフェース２７５がバス２７７で接続された構成を採る。

エリアセンサカメラ１１０およびディスプレイ装置２８０は、入出力インタフェース２７５を介して検査用パソコン２７０と接続される。
検査用パソコン２７０からは入出力インタフェース２７５を介してシャッター速度やシャッタータイミング等のカメラ制御情報がエリアセンサカメラ１１０に送られ、エリアセンサカメラ１１０は、撮影した画像データを入出力インタフェース２７５を介して検査用パソコン２７０に送る。
エリアセンサカメラ１１０から送られた画像データは、記憶部２７３に格納されるとともに、ディスプレイ装置２８０に撮像画像２８５として表示される。

また、一軸ステージ・コントローラ２１５は、入出力インタフェース２７５を介して検査用パソコン２７０と接続され、検査用パソコン２７０からの指示信号を一軸ステージ・コントローラ２１５を受け取り、ヘッド搬送ステージ２１０を駆動する。

パルスジェネレータ２３０は、インクジェット・ヘッドのノズル孔から吐出される液滴の吐出間隔を制御する。すなわち、パルスジェネレータ２３０が生成するパルス間隔で、ノズル孔からの液滴の吐出が実行される。

パルスジェネレータ２３０が生成するパルス信号は、シーケンサ２４０にも入力される。
シーケンサ２４０は、ストロボ遅延装置２５０およびカメラトリガ装置２６０からなる。

ストロボ２２０は、２個のストロボ光源２２１、２２３を備える。
ストロボ遅延装置２５０は、パルスジェネレータ２３０からのパルス信号を入力として、ストロボ光源２２１とストロボ光源２２３を順次所定の遅延時間で発光させるためのトリガ信号を生成し、各ストロボ光源２２１および２２３に送る。
ストロボ２２０は、ファイバーライトガイド１３０に接続されており、ストロボ光源２２１および２２３の発光を導き、ヘッド１２０から吐出される液滴にストロボ光を照射する。このファイバーライトガイド１３０は、２入力１出力であり、入力側は２つのストロボ光源２２１および２２３に接続されており、出力は１つで、ヘッド１２０からの吐出液滴に向けられている。

カメラトリガ装置２６０は、パルスジェネレータ２３０が生成する液滴吐出用トリガパルスを入力として、カメラ撮影のトリガパルスを生成する。生成したトリガパルスは、入出力インタフェース２７５を介して検査用パソコン２７０に入り、カメラ制御情報としてエリアセンサカメラ１１０に送られる。

図３は、液滴速度測定装置の各部のタイミング説明図である。

パルスジェネレータ２３０は、インクジェット・ヘッド１２０のノズル孔から吐出される液滴の吐出間隔トリガ、すなわち、吐出周波数を生成する（図３の最上段のパルス列）。例えば、吐出周波数をＭ（ｋＨｚ）とすると、１/Ｍ（ｍ秒）間隔で液滴が吐出される。例えば、Ｍ＝２０とすると、液滴は５０μ秒間隔でノズル孔から吐出される。

カメラトリガ装置２６０は、この吐出間隔トリガＭ（ｋＨｚ）を入力として、カメラの駆動トリガ（カメラトリガ）を生成し、検査用パソコン２７０に入力する。検査用パソコン２７０は、カメラトリガを入力とし、シャッタースピード等のカメラ制御信号をエリアセンサカメラ１１０に出力する。

一方、ストロボ遅延装置２５０は、吐出間隔トリガＭ（ｋＨｚ）を入力としてストロボ発光のタイミングを生成する。すなわち、第１のストロボ光源２２１の発光タイミングを吐出間隔トリガから時間ｔ１後とし、第２のストロボ光源２２３の発光タイミングを吐出間隔トリガから時間ｔ１＋ｔ２後とする。ただし、実際には、ストロボは、ストロボ遅延トリガから時間ｔ３後にストロボ発光が時間ｔ４の間発光する。

検査用パソコン２７０は、カメラトリガを入力として、露光時間等を設定するが、このとき、露光時間は、第１のストロボ光源２２１が発光開始してから第２のストロボ光源２２３が発光終了するまでの時間ｔ５よりも長くする。
露光開始のタイミングは、第１のストロボ光源２２１が発光すると同時、すなわち、ストロボ遅延トリガから時間ｔ３経過後にすればよいが、図３では、タイミングの取り易さを考慮し、ストロボ遅延トリガと同時としている。

検査用パソコン２７０の制御部２７１のＲＯＭには、これらのカメラ制御情報生成プログラムが格納されており、ＣＰＵがこのプログラムを実行することにより、シャッタースピード等が設定される。

エリアセンサ１１０にはズームレンズ１７０が付属している。
検査用パソコン２７０からのカメラ制御情報を受けて、エリアセンサカメラ１１０は、インクジェット・ヘッド１２０のノズル孔から吐出される液滴ｎ（１４２）について、カメラトリガから時間ｔ１経過後にシャッターを開け、吐出後の時間ｔ１＋ｔ３および時間ｔ１＋ｔ２＋ｔ３のストロボ発光時の液滴の位置（１４２および１４２’）を多重撮影する。

撮影画像２８５は、ディスプレイ２８０に表示される。
検査用パソコン２７０の記憶部２７３または制御部２７１のＲＯＭには、撮影された２つの液滴位置（１４２および１４２’）から液滴速度を算出するプログラムが格納されており、このプログラムをＣＰＵで実行することにより、液滴速度が求められる。

すなわち、撮影画像２８５上の２つの液滴位置（１４２および１４２’）の座標から２つの液滴位置の差Ｌ（Ｌ１およびＬ２）を求める。液滴速度は、差Ｌを第１および第２のストロボ発光の時間差であるｔ２で除することにより算出される。

次に、第２の好適実施例について説明する。
図４（ａ）は、第２の好適実施例の機能構成図である。第２の好適実施例は、第１の好適実施例とパルス発光手法が異なるが、それ以外は同様である。

インクジェット・ヘッド１２０のノズル孔から吐出される液滴ｎ１４２をエリアセンサカメラ１１０で撮影する。インクジェット・ヘッド１２０に対してエリアセンサカメラ１１０と対抗する側に発光体４１０および回転遮光板４２０が設けられる。

エリアセンサカメラ１１０と発光体４１０は、同一光軸上に設置される。また、回転遮光板４２０にはスリット４２１とスリット４２２が設けられ、発光体４１０の光軸を垂直に切断し、回転時に、スリット４２１とスリット４２２が発光体４１０の光軸上を通るように、回転遮光板４２０を配置する。

このような構成では、発光体４１０はストロボ発光する必要はなく、例えばＬＥＤ等で構成できる。

図５は、第２の実施例の液滴速度測定装置１のシステム構成図、図４（ｂ）は、タイミングを説明する図である。
第１の実施例との違いは、光源４１０と回転遮光板４２０、および、それらの駆動回路（４４０、４３０）等である。

光源には、ＬＥＤ光源４１０等を用いることができ、図４（ｂ）（発光体）に示すように、測定期間中、点灯したままでよい。ＬＥＤ光源４１０のＯＮ/ＯＦＦは、検査用２７０からの信号により発光体駆動回路４４０を介して行われる。

第１の実施例と同様に、パルスジェネレータ２３０が液滴の吐出周波数Ｍ（ｋＨｚ）を生成する。吐出周波数Ｍはインクジェット・ヘッド１２０に送られ、液滴の吐出を行うとともに、シーケンサ２４０に入力され、シーケンサ２４０のカメラトリガ生成回路２６０がカメラの駆動トリガ（カメラトリガ）を生成する。
カメラトリガは、入出力インタフェース２７５を介して検査用パソコン２７５に入力され、検査用パソコン２７５はカメラトリガおよびシャッタースピード等のカメラ制御情報をエリアセンサカメラ１１０に送る。

シーケンサ２４０には、回転遮光板の回転速度生成回路５１０が設けられる。
回転遮光板回転速度生成回路５１０は、吐出周波数Ｍを入力として、回転遮蔽板４２０の回転周波数を生成する。
例えば、回転周波数を吐出周波数よりも小さくし、かつ、エリアセンサカメラ１１０の露光時間よりも長くすると、吐出間隔内に、スリット４２１とスリット４２２が１回ずつ発光体４１０の光軸上を通り、発光体４１０の発光を液滴ｎ１４２に照射することが可能になる。

検査用パソコン２７０は、カメラトリガを入力としてシャッターを開く。次の液滴吐出タイミングまでにシャッターを閉じるようにシャッタースピードを制御する。
これにより、スリット４２１を通して同一液滴に２回発光体４１０からの光が照射された撮像データがエリアセンサカメラ１１０から入出力インタフェース２７５を介して検査用パソコンに取り込まれ、ディスプレイ２８０に撮影画像２８５として表示される。

撮像画像２８５に表示された液滴ｎ１４２の２つの位置（１４２および１４２’）からの液滴速度の算出方法は、第１の実施形態と同様である。

以上のように、１液滴吐出間隔内に同一液滴に２回光を照射し、その像を同一画像上に多重撮影することにより、液滴の速度を正確に測定することが可能になる。

尚、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の改変が可能であり、それらも、本発明の技術範囲に含まれる。

第１の実施形態に係る液滴速度測定装置１の機能構成図液滴速度測定装置１のシステム構成図液滴速度測定装置１のタイミング説明図第２の実施形態に係る液滴速度測定装置１の機能構成図第２の実施形態に係る液滴速度測定装置１のシステム構成図

符号の説明

１………液滴速度測定装置
１１０………エリアセンサカメラ
１２０………インクジェット・ヘッド
１３０………ファイバーライトガイド
１４１、１４２、１４３………液滴
２１０………ヘッド搬送ステージ
２２０………ストロボ光源
２３０………パルスジェネレータ
２４０………シーケンサ
２５０………ストロボ遅延装置
２６０………カメラトリガ装置
２７０………検査用パソコン
２８０………ディスプレイ装置

Claims

プリンタヘッドから吐出される液滴の速度特性を測定する液滴速度測定装置であって、
液滴の吐出間隔時間内に２回以上パルス発光する発光手段と、
前記発光手段による最初のパルス発光開始から最後のパルス発光終了までの時間よりも長い露光時間で、かつ、最初のパルス発光開始と同時あるいはパルス発光開始よりも前に撮影を開始する撮影手段と、
前記撮影手段により撮影された画面上の１つの液滴の２つの落下点の位置座標と、前記パルス発光間隔から、前記液滴の速度を算出する液滴速度算出手段と、
を有することを特徴とする液滴速度測定装置。
前記発光手段は、２個以上のストロボ光源とストロボ遅延生成手段からなり、
前記ストロボ遅延生成手段は、前記プリンタヘッドからの吐出タイミングから第１の所定時間後に第１のストロボ光源を発光させ、第１のストロボ光源発光後、次の液滴吐出前の第２の所定時間後に第２のストロボ光源を発光させることを特徴とする請求項１記載の液滴速度測定装置。
前記発光手段は、１つの発光体と、スリットを有する回転遮光板と、前記回転遮光板を回転させる駆動手段とからなり、
前記駆動手段は、液滴の吐出間隔時間内に２回以上、発光体の光をスリットを介して液滴に照射するように前記回転遮光板を回転させることを特徴とする請求項１記載の液滴速度測定装置。
前記回転遮光板は、2個以上のスリットを有することを特徴とする請求項３記載の液滴速度測定装置。