JP2009298012A - 液滴吐出検査装置、液滴吐出検査方法及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルから吐出された液滴の飛翔状態を１台の撮像手段で１方向のみから撮像するだけで、３次元的な液滴位置を検出することのできる液滴吐出検査装置、液滴吐出検査方法及び画像形成装置を提供すること。
【解決手段】液滴吐出ヘッド１のノズルから吐出された液滴ｄの飛翔状態を撮像する撮像手段２と、液滴吐出ヘッド１を挟んで撮像手段２と対向する位置から液滴ｄを照らす照明手段３と、撮像手段２によって撮像された液滴像から液滴位置を解析する画像解析手段とを備え、画像解析手段は、撮像手段２のレンズ光軸と垂直方向の液滴位置を液滴像の撮像座標により判定すると共に、撮像手段２のレンズ光軸方向の液滴位置を液滴像の焦点の合い具合で判定する。
【選択図】 図２

Description

本発明は液滴吐出検査装置、液滴吐出検査方法及び画像形成装置に関し、詳しくは、ノズルから吐出された液滴の飛翔状態を１台の撮像手段で１方向のみから撮像するだけで、３次元的な液滴位置を検出することのできる液滴吐出検査装置、液滴吐出検査方法及び画像形成装置に関する。

インクジェットヘッドのノズルから吐出された液滴の飛翔状態を検査する手法として、飛翔状態にある液滴をＣＣＤカメラ等によって撮像し、その撮像画像を画像処理することにより、液滴位置、液滴速度、液滴の大きさ、不吐出の有無、サテライトの有無等を検出する方法が従来から実施されている。

例えば、特許文献１には、ノズルから吐出された液滴を１台のカメラによって撮像し、得られた画像データを画像処理して撮像レンズの光軸と垂直方向のＸＺ面に対する位置座標を検出し、飛翔方向を算出する技術が開示されている。

また、特許文献２には、２台のカメラによって液滴を異なる方向から撮像する方法が開示されている。

更に、特許文献３には、撮像手段に対してヘッドのθ軸を回転させることで、１台の撮像手段だけで角度の異なる２方向からの液滴像を得る方法が開示されている。
特開平１０−２０６６２４号公報 特開平１１−１０５３０７号公報 特開２００４−３３７７７１号公報

ノズルから吐出された液滴の飛翔のばらつきは、撮像レンズの光軸と垂直方向のＸＺ面のみならず、撮像レンズの光軸方向（Ｙ方向）にも発生する。すなわち、液滴の飛翔状態は３次元的に発生する。

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、１台のカメラだけで液滴を撮像するため、液滴の２次元的な飛翔状態しか検出できない。従って、例えばノズル列方向と直交する方向から撮像を行う場合では、撮像方向と平行な方向（ノズル列方向と直交する方向）のみの液滴飛翔曲がりが生じた場合、液滴像は正常な軌道上に撮像されるために飛翔状態の異常を検出できず、飛翔曲がりが生じているにもかかわらず液滴の飛翔状態を正常であると誤って判断してしまう問題がある。

また、特許文献２に開示された技術では、液滴の飛翔状態を３次元的に検出するための２台のカメラによって液滴を異なる方向から撮像するために、撮像系と照明系とが２組必要となるため、コスト面及びスペース面で問題がある。

更に、特許文献３に開示された技術では、液滴を撮像するためだけにヘッドを回転させるための特別な機構を必要とする上に、ヘッドを回転させるための機械的な駆動時間のロスが懸念され、３次元的な液滴の飛翔状態を検出するのに多大な時間がかかる問題がある。

また、検出処理時間を短縮するために、複数の液滴を撮像すると、液滴の面積、ずれ量が大きくなり、画像解析によって飛翔状態を判定するのが困難であった。

そこで、本発明は、ノズルから吐出された液滴の飛翔状態を１台の撮像手段で１方向のみから撮像するだけで、３次元的な液滴位置を検出することのできる液滴吐出検査装置、液滴吐出検査方法及び画像形成装置を提供することを課題とする。

本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。

上記課題は、以下の各発明によって解決される。

請求項１記載の発明は、液滴吐出ヘッドのノズルから吐出された液滴の飛翔状態を撮像する撮像手段と、前記液滴吐出ヘッドを挟んで前記撮像手段と対向する位置から前記液滴を照らす照明手段と、前記撮像手段によって撮像された液滴像から前記液滴位置を解析する画像解析手段とを備え、前記画像解析手段は、前記撮像手段のレンズ光軸と垂直方向の前記液滴位置を前記液滴像の撮像座標により判定すると共に、前記撮像手段のレンズ光軸方向の前記液滴位置を前記液滴像の焦点の合い具合で判定することを特徴とする液滴吐出検査装置である。

請求項２記載の発明は、前記撮像手段は、焦点位置を移動させる焦点移動手段を有し、前記画像解析手段は、前記撮像手段のレンズ光軸方向の前記液滴位置を前記液滴像の焦点位置により判定することを特徴とする請求項１記載の液滴吐出検査装置である。

請求項３記載の発明は、前記画像解析手段は、液滴無しの画像データと液滴有りの画像データとの差分画像をとり、該差分画像により前記液滴吐出ヘッドのノズルから吐出された液滴の有無及び前記液滴位置を判定することを特徴とする請求項２記載の液滴吐出検査装置である。

請求項４記載の発明は、前記撮像手段及び前記照明手段を一体として前記液滴吐出ヘッドに対して移動させる移動手段を有することを特徴とする請求項１、２又は３記載の液滴吐出検査装置である。

請求項５記載の発明は、液滴吐出ヘッドを挟んで撮像手段と照明手段とを対向配置させ、前記液滴吐出手段のノズルから吐出された液滴を前記照明手段によって照らすと共に前記撮像手段によって撮像し、撮像された液滴像に基づいて、前記撮像手段のレンズ光軸と垂直方向の液滴位置を前記液滴像の撮像座標により判定すると共に、前記撮像手段のレンズ光軸方向の前記液滴位置を前記液滴像の焦点の合い具合で判定することを特徴とする液滴吐出検査方法である。

請求項６記載の発明は、前記撮像手段は、焦点位置を移動させる焦点移動手段を有し、前記撮像手段のレンズ光軸方向の前記液滴位置を前記撮像手段により撮像される前記液滴像の焦点位置により判定することを特徴とする請求項５記載の液滴吐出検査方法である。

請求項７記載の発明は、液滴無しの画像データと液滴有りの画像データとの差分画像をとり、該差分画像により前記液滴吐出ヘッドのノズルから吐出された液滴の有無及び前記液滴位置を判定することを特徴とする請求項６記載の液滴吐出検査方法である。

請求項８記載の発明は、前記液滴吐出ヘッドは複数のノズル列を有し、前記液滴吐出ヘッドを移動することにより、前記撮像手段によって撮像される液滴を吐出する各ノズル間の移動を行い、ノズル列間の移動は、前記撮像手段及び前記照明手段を一体として前記液滴吐出ヘッドに対して移動させることにより行うことを特徴とする請求項５、６又は７記載の液滴吐出検査方法である。

請求項９記載の発明は、液滴を吐出する多数のノズルが配列された液滴吐出ヘッドと、請求項１〜４のいずれかに記載の液滴吐出検査装置とを有することを特徴とする画像形成装置である。

本発明によれば、ノズルから吐出された液滴の飛翔状態を１台の撮像手段で１方向のみから撮像するだけで、３次元的な液滴位置を検出することのできる液滴吐出検査装置、液滴吐出検査方法及び画像形成装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

図１は、液滴吐出ヘッドに本発明に係る液滴吐出検査装置の撮像ユニットを配置した状態を、液滴吐出ヘッドのノズル面側から見た図、図２は、液滴吐出ヘッドに本発明に係る液滴吐出検査装置の撮像ユニットを配置した状態を、液滴吐出ヘッドのノズル列に沿う方向から見た図、図３は、液滴吐出ヘッドに本発明に係る液滴吐出検査装置の撮像ユニットを配置した状態を、液滴吐出ヘッドのノズル列方向と直交する方向から見た図である。

図中、１は液滴吐出ヘッドであり、ノズル面に多数配列されたノズル１ａ・・・、１ｂ・・・から液滴ｄを吐出することにより所定の画像を記録形成する。この液滴吐出ヘッド１は、多数のノズル１ａが１列に配列されたノズル列と多数のノズル１ｂが１列に配列されたノズル列との２列のノズル列を平行に有しているものを示しているが１列のノズル列だけを有するものであってもよく、また、３列以上のノズル列を有するものであってもよい。更に、液滴吐出ヘッド１は単一ヘッドに限らず、例えばラインヘッド等のように、同一構造の多数の液滴吐出ヘッドが配列されたものであってもよい。

本発明において、この液滴吐出ヘッド１のノズル列に沿う方向をＸ軸方向とする。

本発明に係る液滴吐出検査装置１００は、撮像手段であるＣＣＤカメラ等からなる撮像カメラ２と、この撮像カメラ２のシャッター動作に同期して発光する照明手段であるストロボ３とを有している。撮像カメラ２とストロボ３は、間に液滴吐出ヘッド１を挟んで対向し得るように共通の基台４上に所定の間隔をおいて固定され、撮像ユニット１０を構成している。

本発明において、この撮像カメラ２のレンズ光軸に沿う方向をＹ軸方向とする。このＹ軸方向はＸ軸方向と直交する方向である。

また、本発明において、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の双方と直交する方向をＺ軸方向とする。

撮像カメラ２のレンズ光軸とストロボ３の光軸とは一致するように対向しており、間に液滴吐出ヘッド１を挟むことができるように、該液滴吐出ヘッド１のノズル列方向と直交する方向となるように配置されている。従って、撮像カメラ２によって液滴吐出ヘッド１から吐出された液滴ｄを撮像すると、シャッター動作に同期してストロボ３が発光することによって、液滴ｄの背面側から光が照射された液滴像が撮像される。

この撮像ユニット１０は、図示しない移動手段によって基台４全体をＹ軸方向に沿って移動させることで、撮像カメラ２とストロボ３とが一体となってＹ軸方向に沿って移動可能に構成されている。撮像カメラ２とストロボ３との間の下方には、液滴吐出ヘッド１から吐出された液滴ｄを受け入れる受け皿５が配置されている。

この液滴吐出検査装置１００において、撮像ユニット１０の撮像カメラ２の焦点位置は、ストロボ３との間に配置された液滴吐出ヘッド１における検査対象となるいずれかのノズル列の位置に設定される。撮像カメラ２は、液滴吐出ヘッド１に対する吐出開始信号から所定の遅延時間後にシャッター動作することで、液滴吐出ヘッド１の検査対象となるノズル列のいずれかのノズルからの飛翔状態にある液滴ｄを撮像する。このとき、当該ノズル列中の検査対象となるノズルから液滴ｄが真っ直ぐ鉛直方向（Ｚ軸方向）に理想的な飛翔軌跡を描くように吐出されたと仮定した場合、撮像カメラ２によって撮像されるその液滴ｄの液滴像は、焦点が合致した正常な液滴像となる。

そこで、図４及び図５を用いて、かかる液滴吐出検査装置１００における検査方法の一形態について説明する。以下における液滴位置の判定作業は、液滴吐出検査装置１００が有する不図示の画像解析手段によって行われる。

図４（ａ）〜（ｅ）は、Ｘ軸及びＺ軸方向平面の撮像画像の概念図である。

このＸ軸、Ｚ軸については、従来同様、撮像された液滴像ｄ１の重心座標によってズレ量を算出する。液滴像ｄ１の位置の判定は、対象物（液滴像）に合わせて、基準点（理想的な液滴位置）から任意の範囲（例えば矩形状、円形状等の範囲）を設定できるものとする。ここでは基準点を中心とする正方形状の範囲ｅを示している。この範囲ｅは、例えば液滴ｄの直径φ１０μｍに対し、重心座標がＸ軸、Ｚ軸方向に目標値±５０μｍと設定することができ、撮像された液滴像ｄ１の撮像座標がこの範囲ｅ内に入っているか否かで、そのノズルからのＸ−Ｚ軸における液滴飛翔状態がＯＫ（正常）又はＮＧ（異常）であることを判定する。

図４（ａ）の場合、液滴像ｄ１はノズルからＸ軸方向のズレなく飛翔したが、範囲ｅに差し掛かっておらず、ＮＧとされる。これは例えば液滴ｄの飛翔速度が所定速度よりも遅くなった場合である。

図４（ｂ）の場合、液滴ｄは正常な飛翔速度で飛翔したが、液滴像ｄ１はノズルからＸ軸の図中左方向にズレて範囲ｅから外れているため、ＮＧとされる。これは例えば液滴ｄにＸ軸方向の飛翔曲がりが発生した場合である。

図４（ｃ）の場合、液滴像ｄ１は適正に範囲ｅ内に位置しているためＯＫとされる。

図４（ｄ）の場合、液滴ｄは正常な飛翔速度で飛翔したが、液滴像ｄ１はノズルからＸ軸の図中右方向にズレて範囲ｅから外れているため、ＮＧとされる。これは例えば液滴ｄにＸ軸方向の飛翔曲がりが発生した場合である。

図４（ｅ）の場合、液滴像ｄ１はノズルからＸ軸方向のズレなく飛翔したが、範囲ｅを通り越しており、ＮＧとされる。これは例えば液滴ｄの飛翔速度が所定速度よりも速くなった場合である。

図５（ａ）〜（ｃ）は、Ｙ軸方向の撮像画像の概念図である。撮像カメラ２のレンズ光軸に沿う方向であるＹ軸方向については、液滴像ｄ１のコントラストの強弱によってズレの有無を判定する。

すなわち、この撮像カメラ２の焦点位置は、液滴吐出ヘッド１における検査対象となるいずれかのノズル列の位置に設定されているため、検査対象となるノズルから液滴ｄが真っ直ぐ飛翔していれば、撮像される液滴像ｄ１は正常に焦点が合った画像となるためコントラストが強い画像となる。一方、ノズルから飛翔された液滴ｄがＹ軸方向にずれ、撮像カメラ２側又はストロボ３側にずれると、いずれも液滴像ｄ１は焦点が合わない画像となるためコントラストが弱い画像となる。従って、液滴ｄのＹ軸方向のズレは、撮像された液滴像ｄ１の焦点の合い具合によって判定することができる。

図５（ａ）の場合、液滴像ｄ１は焦点が合っておらず、コントラストが弱い画像となっている。従って、このときの液滴ｄはＹ軸方向にズレが生じていると判定でき、ＮＧとされる。

図５（ｂ）の場合、液滴像ｄ１は焦点が合っており、コントラストが強い画像となっている。従って、このときの液滴ｄはＹ軸方向にズレが生じていないと判定でき、ＯＫとされる。

図５（ｃ）の場合も（ａ）の場合と同様、液滴像ｄ１は焦点が合っておらず、コントラストが弱い画像となっている。従って、このときの液滴ｄはＹ軸方向にズレが生じていると判定でき、ＮＧとされる。

実際の焦点の合い具合の画像処理上の判断は、液滴画像の輝度分散値から判定することができる。図６（ａ）〜（ｃ）は、液滴位置がＹ軸方向にずれた液滴像ｄ１を有する３枚の液滴画像とその輝度ヒストグラムを示している。

すなわち、撮像された液滴画像中の検査エリアの画素毎の輝度値をヒストグラム化し、その分散値を算出する。液滴像ｄ１の焦点距離が合っている場合、液滴像ｄ１のコントラストが強く、得られる輝度ヒストグラムは、図６（ｂ）のように輝度が大きいところと小さいところの二つの山の分布ができ、分散値が大きくなる。逆に液滴像ｄ１の焦点距離が合っていない場合、液滴像ｄ１は全体的にぼやけた画像となってコントラストが弱くなり、得られる輝度ヒストグラムは、図６（ａ）、（ｃ）のようになだらかな山のような分布になるため、分散値が小さくなる。

従って、液滴画像の輝度分散値の大小によって液滴像ｄ１の焦点の合い具合を画像処理によって判定することができる。実際の判定に当っては、例えば輝度分散値の基準閾値範囲を設定しておき、得られた輝度分散値が基準閾値範囲内である場合はＯＫ、基準閾値範囲外である場合はＮＧと判定することができる。

このように、液滴吐出検査装置１００及びこれによる液滴吐出検査方法によれば、ノズルから吐出された液滴ｄの飛翔状態を１台の撮像カメラ２で１方向のみから撮像するだけで、Ｘ−Ｚ軸方向の２次元的な液滴位置だけでなく、Ｙ軸方向の奥行き方向の液滴ｄの飛翔曲がりをも確認することができ、３次元的な液滴位置を検出することができる。

また、撮像カメラ２とストロボ３の組は１組だけで済み、しかも、それらを回転移動させて異なる方向から撮像を繰り返す必要もないため、装置の簡略化及びコストの低減化が可能である。

更に、液滴ｄを被記録材に着弾させて印字を行う必要もないため、被記録材を無駄に消費することもない。

液滴ｄの実際の検査時は、液滴吐出検査装置１００の撮像カメラ２とストロボ３との間に液滴吐出ヘッド１を配置させ、検査対象となるノズル列に対する焦点位置合わせを、撮像ユニット１０をＹ軸方向に沿って移動させることによって行う。撮像カメラ２とストロボ３との間に配置された液滴吐出ヘッド１のＹ軸方向の位置を一定としておくことにより、撮像ユニット１０のＹ軸方向の位置をエンコーダ等の適宜の位置検出手段を用いて検出することで、撮像カメラ２の焦点位置とノズル列との位置合わせを行うことができる。

液滴ｄの検査はノズル毎に行い、ノズル間の移動は、撮像ユニット１０を停止させた状態で、液滴吐出ヘッド１をノズル列方向に沿うＸ軸方向にノズルピッチずつ移動させることによって行う。また、撮像ユニット１０をＸ軸方向にも移動可能に設けることで、ノズル間の移動の際、撮像ユニット１０をノズルピッチずつ移動させる構成とすることもできる。

一つのノズル列の検査が終了したら、撮像ユニット１０をＹ軸方向に移動させ、撮像カメラ２の焦点位置を隣接するノズル列に合致させて当該ノズル列の各ノズルについて同様の処理を行う。

液滴吐出検査装置１００は、例えば液晶表示パネル等からなる不図示の表示手段を備えることができ、全てのノズルの検査が終了したら、その検査結果を表示手段に表示することで、作業者に確認させるようにすることができる。作業者は、その表示結果から、飛翔状態が異常なノズル又はヘッドを特定することができ、その特定のノズル又はヘッドに対してのみ、異常飛翔状態を回復させるためのメンテナンス処理を実行させることができる。従って、正常な飛翔状態を保っているノズル又はヘッドに対してメンテナンス処理を行う時間的ロス、インクの無駄な消費を抑えることができる。

メンテナンス処理としては、例えば特定のノズルから強制的にインクを吸引するインク吸引処理、特定ヘッドのノズル面を弾性材料からなるブレード等によって摺擦するワイピング処理、特定のノズルから強制的にインクを射出する強制射出処理、特定のヘッドのノズル面に洗浄液を吹き付ける洗浄処理等の適宜公知の処理のいずれか１種又は２種以上を組合せて行えばよい。

以上説明した液滴吐出検査装置１００及び液滴吐出検査方法では、液滴ｄのＹ軸方向の液滴位置について、液滴像ｄ１の焦点の合い具合でＯＫかＮＧかを判定するだけで、具体的な液滴座標位置を求めることまではしていない。そこで、以下に、液滴ｄのＹ軸方向の具体的な液滴位置を求めることのできる液滴吐出検査装置及び液滴吐出検査方法について説明する。

図７は、液滴ｄのＹ軸方向の具体的な液滴位置を求めることのできる液滴吐出検査装置１０１の一例を示す構成ブロック図である。図１と同一符号の部位は同一構成の部位を示している。また、撮像ユニット１０の構成は液滴吐出検査装置１００と同一である。ここでは、撮像カメラ２及びストロボ３がＰＣ（パーソナルコンピュータ）６によって制御されるものを示しているが特に限定されない。

ＰＣ６は、画像取込ボード６１、ソフトウェア制御ボード６２、モーションコントローラー６３及びカウンタボード６４を有している。

画像取込ボード６１は、シャッター動作により撮像カメラ２から液滴像の画像データを取り込む画像データ取込部６１１を有している。画像取込ボード６１は、このシャッター動作に同期してカウンターボード６４にシャッター同期信号を出力する。

ソフトウェア制御ボード６２は、画像処理演算部６２１、データ収集分析部６２２、移動距離算出部６２３を有している。

画像処理演算部６２１は、画像取込ボード６１に取り込まれた液滴像の画像データ（液滴有り画像データ）と予め記憶されている液滴無し画像データ６２４との差分画像を得て、画像データ中の液滴以外の背景の影響を取り除き、液滴付近の像を抽出する処理を行う。

データ収集分析部６２２は、画像処理演算部６２１で生成されたノズル毎の液滴像の画像データ（差分画像データ）を収集し、それら各画像データから輝度分散値を算出する。

移動距離算出部６２３は、データ収集分析部６２２によって算出された輝度分散値からノズル毎の距離−輝度分散値データを作成し、液滴像の焦点距離（焦点位置）を算出する。この焦点位置がＹ軸方向の液滴位置となる。

モーションコントローラー６３は、モーター制御部６３１を有している。

モーター制御部６３１は、撮像カメラ２の焦点用レンズを移動させる焦点合わせ用モーター２１に対して制御信号を出力する。この制御信号は焦点用レンズの位置信号であり、同時に移動距離算出部６２３に対しても出力する。

カウンタボード６４は、ストロボ信号作成部６４１を有している。

ストロボ信号作成部６４１は、画像取込ボード６１から送られるシャッター同期信号によってストロボ３に対して発光信号を出力する。

次に、かかる液滴吐出検査装置１０１による液滴像ｄ１のＹ軸方向の液滴位置の算出方法について図８のフローチャートを用いて説明する。なお、Ｘ−Ｚ軸方向の液滴位置の算出方法については上述した液滴吐出検査装置１００と同一であるため省略する。

いま、撮像カメラ２の焦点位置は、液滴吐出ヘッド１の検査対象となるノズル列の位置に合致しているものとする。画像取込ボード６１は、液滴吐出ヘッド１に対する吐出開始信号から所定の遅延時間後に撮像カメラ２をシャッター動作させると共に、カウンタボード６４にシャッター同期信号を出力してストロボ３を発光させることにより、検査対象のノズルから吐出された液滴ｄを撮像し、その画像データを取り込む（Ｓ１）。

取り込まれた画像データには、液滴無し画像データとの差分画像処理が行われ、画像データ中の液滴以外の背景の影響を取り除いて液滴付近の像を抽出する（Ｓ２）。

得られた液滴像の画像データから輝度分散値を算出する（Ｓ３）。算出された輝度分散値データは、距離−輝度分散値のグラフを作成するためのデータとして収集（記憶）される（Ｓ４）。

ここで、撮像カメラ２の焦点が液滴ｄに合っているか否かの判定は、距離−輝度分散値のグラフから輝度分散値の傾きを求め、その輝度分散値のピーク位置を探索することによって行われる。図９は、一つのノズルから吐出される液滴ｄを、撮像カメラ２の焦点距離をＳＰ１〜ＳＰ８の異なる位置でそれぞれ撮像して得られた距離−輝度分散値のグラフを示しており、これに示されるように、輝度分散値は、焦点距離が近いところ（ＳＰ１）から遠いところ（ＳＰ８）の間でひとつの山（ピーク）ができる分布となる。すなわち、この距離−輝度分散値のグラフのピーク位置が、撮像カメラ２の焦点が液滴ｄに合っている位置であると判定することができる。

実際のピーク位置の探索は、例えば焦点距離が近いところから遠いところへ向けて順に輝度分散値の今回値−前回値を算出して傾きを算出し、その算出値により傾きが上昇しているか、下降しているか、ゼロ付近（上昇から下降に変化する位置）かを判断することにより行うことができる。例えば図９では、撮像カメラ２の焦点距離がＳＰ５のときに前後の傾きがゼロ付近となっており、このＳＰ５の位置がピーク位置（焦点が合っている位置）と判断でき、そのときの距離（焦点用レンズの位置）ＳＰ５により液滴ｄのＹ軸方向の位置を検出することができる。

このように輝度分散値の傾きを算出するためには、撮像カメラ２の２以上の異なる焦点距離における輝度分散値のデータが必要であるため、データが２以上であるか否かを判断する（Ｓ５）。

ここでは未だデータ数が１であるため（Ｓ５においてNO）、初期のレンズ位置に対して、例えば焦点用レンズの位置を＋（正）側に所定距離移動させる（Ｓ６）。その後、ステップＳ１からの処理を繰り返し、１つのノズルからの液滴像を異なる焦点用レンズの位置で取得し、複数の異なる焦点距離の輝度分散値データを取得する。

再び輝度分散値データが取得されたら（Ｓ５においてYESの場合）、輝度分散値の今回値−前回値を算出して傾きを算出し、その算出結果がゼロ付近か否かを判断する（Ｓ７）。

その結果、ゼロ付近でない、すなわち、算出結果が傾きを示している場合（Ｓ７においてNOの場合）、その傾きが正（上昇）か否か、すなわち負（下降）かを判断する（Ｓ８）。

ここで、傾きが正（上昇）である場合（Ｓ８においてYESの場合）、ピーク位置は更に焦点距離が＋（プラス）側にあると判断できるため、撮像カメラ２の焦点用レンズ位置を＋（プラス）側に予め設定された所定距離移動させる（Ｓ９）。その後、ステップＳ１からの処理を繰り返し、ステップＳ７において再び輝度分散値の今回値−前回値を算出して傾きを算出し、その算出結果がゼロ付近か否かを判断する。

また、傾きが正（上昇）でない、すなわち傾きが負（下降）である場合（Ｓ８においてNOの場合）、ピーク位置は焦点距離が−（マイナス）側にあると判断できるため、撮像カメラ２の焦点用レンズ位置を−（マイナス）側に予め設定された所定距離移動させる（Ｓ１０）。その後、ステップＳ１からの処理を繰り返し、ステップＳ７において再び輝度分散値の今回値−前回値を算出して傾きを算出し、その算出結果がゼロ付近か否かを判断する。

ステップＳ７において、算出結果がゼロ付近であると判断されると、輝度分散値のピーク位置であると判断される。従って、移動距離算出部６２３において、そのときの撮像カメラ２の焦点距離から液滴ｄのＹ軸方向の位置（ずれ量）を算出し（Ｓ１１）、Ｙ軸方向の液滴位置の検出を終了する。

このように、液滴吐出検査装置１０１及びこれによる液滴吐出検査方法によれば、ノズルから吐出された液滴ｄの飛翔状態を１台の撮像カメラ２で１方向のみから撮像するだけで、Ｘ−Ｚ軸方向の２次元的な液滴位置だけでなく、Ｙ軸方向の液滴位置を含めた３次元的な液滴位置を検出することができる。

かかる液滴吐出検査装置１００、１０１は、画像形成装置とは別体にそれ単独で構成されるものであってもよいが、画像形成装置に組み込まれたものであってもよい。

図１０は、このような液滴吐出検査装置１００又は１０１を備えた画像形成装置の一例を示す斜視図を示している。

この画像形成装置２００は、基台２０１上に立設されたＸ軸アーム２０２に、Ｙ軸アーム２０３がＸ軸方向及びＹ軸方向に沿って移動可能に設けられており、このＹ軸アーム２０３に液滴吐出ヘッド１が、ノズル面を下に向けて設けられている。基台２０１上にはワーク台２０４が設けられ、このワーク台２０４上に、液滴吐出ヘッド１によって画像が形成される被記録材３００が載置されている。

液滴吐出検査装置１００又は１０１は、基台２０１上においてワーク台２０４に並置されている。

例えば予め決められた所定のタイミングが来ると、液滴吐出ヘッド１は、液滴吐出検査装置１００又は１０１の撮像カメラ２とストロボ３との間の所定位置まで移動して停止し、上述したように、ノズル毎の液滴ｄの撮像を行って吐出状態を検査する。検査結果は、不図示の表示手段に表示される。

この画像形成装置２００は基台２０１上にメンテナンス手段２０５を備えており、表示手段に表示された検出結果から、作業者はメンテナンス処理が必要なヘッド又はノズルを特定し、そのヘッド又はノズルに対してメンテナンス手段２０５によってピンポイントにメンテナンス処理を実行する。

このメンテナンス処理は、画像形成装置２００内のＣＰＵ等の不図示の制御手段が、液滴吐出検査装置１００又は１０１の検出結果に基づいて、自動的にメンテナンス処理が必要なヘッド又はノズルを特定することにより、そのヘッド又はノズルに対して自動的に実行するようにしてもよい。

液滴吐出ヘッドに本発明に係る液滴吐出検査装置の撮像ユニットを配置した状態を、液滴吐出ヘッドのノズル面側から見た図 液滴吐出ヘッドに本発明に係る液滴吐出検査装置の撮像ユニットを配置した状態を、液滴吐出ヘッドのノズル列に沿う方向から見た図 液滴吐出ヘッドに本発明に係る液滴吐出検査装置の撮像ユニットを配置した状態を、液滴吐出ヘッドのノズル列方向と直交する方向から見た図 （ａ）〜（ｅ）はＸ軸及びＺ軸方向平面の撮像画像の概念図 （ａ）〜（ｃ）はＹ軸方向の撮像画像の概念図 （ａ）〜（ｃ）は液滴位置がＹ軸方向にずれた液滴像を有する液滴画像とその輝度ヒストグラム 液滴像のＹ軸方向の具体的な液滴位置を求めることのできる液滴吐出検査装置の一例を示す構成ブロック図 Ｙ軸方向の液滴位置の算出方法を説明するフローチャート 距離−輝度分散値のグラフ 画像形成装置の一例を示す斜視図

符号の説明

１：液滴吐出ヘッド
１ａ、１ｂ：ノズル
２：撮像カメラ
２１：焦点合わせ用モーター
３：ストロボ
４：基台
５：受け皿
６：ＰＣ
６１：画像取込ボード
６１１：画像データ取込部
６２：ソフトウェア制御ボード
６２１：画像処理演算部
６２２：データ収集分析部
６２３：移動距離算出部
６２４：液滴無し画像データ
６３：モーションコントローラー
６３１：モーター制御部
６４：カウンタボード
６４１：ストロボ信号作成部
１０：撮像ユニット
１００、１０１：液滴吐出検査装置
ｄ：液滴
ｄ１：液滴像
ｅ：範囲
２００：画像形成装置
２０１：基台
２０２：Ｘ軸アーム
２０３：Ｙ軸アーム
２０４：ワーク台
２０５：メンテナンス手段
３００：被記録材

Claims (9)

1. 液滴吐出ヘッドのノズルから吐出された液滴の飛翔状態を撮像する撮像手段と、
   前記液滴吐出ヘッドを挟んで前記撮像手段と対向する位置から前記液滴を照らす照明手段と、
   前記撮像手段によって撮像された液滴像から前記液滴位置を解析する画像解析手段とを備え、
   前記画像解析手段は、前記撮像手段のレンズ光軸と垂直方向の前記液滴位置を前記液滴像の撮像座標により判定すると共に、前記撮像手段のレンズ光軸方向の前記液滴位置を前記液滴像の焦点の合い具合で判定することを特徴とする液滴吐出検査装置。
2. 前記撮像手段は、焦点位置を移動させる焦点移動手段を有し、
   前記画像解析手段は、前記撮像手段のレンズ光軸方向の前記液滴位置を前記液滴像の焦点位置により判定することを特徴とする請求項１記載の液滴吐出検査装置。
3. 前記画像解析手段は、液滴無しの画像データと液滴有りの画像データとの差分画像をとり、該差分画像により前記液滴吐出ヘッドのノズルから吐出された液滴の有無及び前記液滴位置を判定することを特徴とする請求項２記載の液滴吐出検査装置。
4. 前記撮像手段及び前記照明手段を一体として前記液滴吐出ヘッドに対して移動させる移動手段を有することを特徴とする請求項１、２又は３記載の液滴吐出検査装置。
5. 液滴吐出ヘッドを挟んで撮像手段と照明手段とを対向配置させ、前記液滴吐出手段のノズルから吐出された液滴を前記照明手段によって照らすと共に前記撮像手段によって撮像し、撮像された液滴像に基づいて、前記撮像手段のレンズ光軸と垂直方向の液滴位置を前記液滴像の撮像座標により判定すると共に、前記撮像手段のレンズ光軸方向の前記液滴位置を前記液滴像の焦点の合い具合で判定することを特徴とする液滴吐出検査方法。
6. 前記撮像手段は、焦点位置を移動させる焦点移動手段を有し、
   前記撮像手段のレンズ光軸方向の前記液滴位置を前記撮像手段により撮像される前記液滴像の焦点位置により判定することを特徴とする請求項５記載の液滴吐出検査方法。
7. 液滴無しの画像データと液滴有りの画像データとの差分画像をとり、該差分画像により前記液滴吐出ヘッドのノズルから吐出された液滴の有無及び前記液滴位置を判定することを特徴とする請求項６記載の液滴吐出検査方法。
8. 前記液滴吐出ヘッドは複数のノズル列を有し、
   前記液滴吐出ヘッドを移動することにより、前記撮像手段によって撮像される液滴を吐出する各ノズル間の移動を行い、ノズル列間の移動は、前記撮像手段及び前記照明手段を一体として前記液滴吐出ヘッドに対して移動させることにより行うことを特徴とする請求項５、６又は７記載の液滴吐出検査方法。
9. 液滴を吐出する多数のノズルが配列された液滴吐出ヘッドと、
   請求項１〜４のいずれかに記載の液滴吐出検査装置とを有することを特徴とする画像形成装置。