JP2006281714A

JP2006281714A - Method and device for measuring minute sphere

Info

Publication number: JP2006281714A
Application number: JP2005108148A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Okabe; 正治岡部
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2005-04-05
Filing date: 2005-04-05
Publication date: 2006-10-19

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To continuously make the measurement on the flight state of droplets delivered from a liquid delivery head. <P>SOLUTION: A droplet image is projected on a slit 5 through an optical system 4 by irradiating the droplet 2 delivered from the liquid delivery head 1 with an illumination light from a light source 3, then the quantity of light received is continuously measured by making the light passing through the slit 5 strike against the photo sensor of a photoelectric conversion unit 6. The slit 5 has a pattern consisting of the first and third slit opening 11, 13 which are parallel each other and the second slit opening which is a slanting one. The speed of the droplet 2 is computed with the time difference by which the droplet image passes the first and third slit opening 11, 13. The passage position of the droplet 2 is computed with the time when the droplet image has passed the second slit opening 12. Then, the size of the minute sphere is computed with the width and height of the detected signal. The computed value is continuously recorded on a memory. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、インクジェットプリンタ等記録装置に搭載される液体吐出ヘッドの特性評価等のために、連続して吐出する液滴等微小球の飛行状態を精密に測定する微小球測定方法および微小球測定装置に関するものである。 The present invention relates to a microsphere measurement method and microsphere measurement that accurately measure the flight state of microspheres such as droplets that are continuously ejected for the purpose of evaluating characteristics of a liquid ejection head mounted on a recording apparatus such as an ink jet printer. It relates to the device.

液体吐出方式のインクジェットプリンタ等記録装置においては、高画質化の追及により、液体吐出ヘッドのノズル径がますます小径化し、そのため吐出現象がインク等液体の物性値の変化に対してこれまで以上に敏感になっている。そのような状況の中で、連続して吐出しているときの液滴の状態変化を連続的に測定することは極めて重要であり、これによって、インク成分やヘッド駆動条件などの安定した吐出条件を割り出すことができる。 In recording devices such as liquid-jet ink jet printers, the nozzle diameter of the liquid discharge head has become increasingly smaller due to the pursuit of higher image quality. Sensitive. Under such circumstances, it is extremely important to continuously measure changes in the state of droplets during continuous ejection, which enables stable ejection conditions such as ink components and head drive conditions. Can be determined.

しかしながら従来は、紙にドットパタンをプリントして、パタンの相対位置関係から液滴の飛行方向を求めたり、ストロボやレーザとテレビカメラにより間引き撮影で入力した画像データから液滴の形状や吐出方向を算出していたために、液滴の吐出状態を連続的に測定することは困難であった。 However, conventionally, a dot pattern is printed on paper and the flight direction of the droplet is obtained from the relative positional relationship of the pattern, or the shape and discharge direction of the droplet from image data input by thinning shooting with a strobe, laser or TV camera. Therefore, it was difficult to continuously measure the droplet discharge state.

例えば、特許文献１に開示された装置は、図５に示すように、液体吐出ヘッド９０１の流路９０２に液体供給室９０３からインクを供給し、発熱体９０４から発生される熱エネルギーによってノズル９０２Ａから吐出されるインク滴９０５を、ヘッド駆動部９０６に連動するストロボ９１０の発光によってＴＶカメラ９１２によって撮像し、メモリ部９０８に記録するとともにモニタＴＶ９１３の画面で確認し、液滴の画像処理を行うものである。 For example, as shown in FIG. 5, the apparatus disclosed in Patent Document 1 supplies ink from a liquid supply chamber 903 to a flow path 902 of a liquid discharge head 901, and nozzles 902 </ b> A by thermal energy generated from a heating element 904. Ink droplets 905 ejected from the camera are imaged by the TV camera 912 by light emission of the strobe 910 linked to the head driving unit 906, recorded in the memory unit 908, and confirmed on the screen of the monitor TV 913 to perform image processing of the droplet Is.

すなわち、ストロボ光源とカメラを用いて飛行中の液滴像を撮影し、液滴の通過位置や体積を測定している。 That is, a droplet image during flight is taken using a strobe light source and a camera, and the passage position and volume of the droplet are measured.

また、特許文献２には、テレセントリックレンズで倍率が変化しないようにして、ストロボ光源とカメラを用いて飛行中の液滴像を撮影し、液滴の通過位置や体積を測定し、特許文献３では、レーザを光源に用い、シート状の光で照明し、散乱された光を斜め方向からカメラで受光して液滴位置を測定する方法が開示されている。 In Patent Document 2, a telecentric lens is used so that the magnification does not change, and a droplet image in flight is captured using a strobe light source and a camera, and the passage position and volume of the droplet are measured. Discloses a method of measuring a droplet position by using a laser as a light source, illuminating with sheet-like light, and receiving scattered light with a camera from an oblique direction.

さらに、特許文献４に開示された方法は、インク吐出方向の正面からカメラでノズルの位置に対する液滴位置を測定し、特許文献５では、紙にドットパタンをプリントして、パタンの相対位置関係から液滴の飛行方向を求めている。
特開平０５−１４９７６９号公報特開２００１−１５０６９６号公報特開２００３−０８３７１４号公報特開２０００−０６２１５８号公報特開平０７−３２９３０２号公報 Furthermore, the method disclosed in Patent Document 4 measures the droplet position with respect to the nozzle position with a camera from the front in the ink ejection direction. In Patent Document 5, the dot pattern is printed on paper, and the relative positional relationship of the patterns. From this, the flight direction of the droplet is obtained.
JP 05-149769 A JP 2001-150696 A JP 2003-083714 A JP 2000-062158 JP 07-329302 A

しかしながら、紙にドットパタンをプリントする方法では、特に高濃度のプリント状態では、ドットの位置を測定することが不可能である。なぜなら、測定しようとするドットとその隣のドットとが密接してプリントされるため、つながってしまうからである。 However, in the method of printing a dot pattern on paper, it is impossible to measure the position of the dot, particularly in a high density printing state. This is because the dots to be measured and the adjacent dots are printed closely and are connected.

また、カメラで飛行中の液滴を観察し計測する方法は、観察方法が様々に工夫されているものの、連続した吐出を連続的に測定するのは不可能である。例えば、高速度カメラを用いれば連続した吐出に見合う高速度撮影ができるが、一度に入力可能な画像枚数が限られており、連続した吐出状態を連続的に測定するのが難しい。また、一般のカメラでは画像処理を毎画像入力ごとに行って結果を連続的に出力できるものの、対応できる吐出周波数は１００Ｈｚ程度までで、それ以上の吐出周波数では連続処理はできない。 In addition, the method of observing and measuring droplets in flight with a camera has various devised observation methods, but it is impossible to continuously measure continuous ejection. For example, if a high-speed camera is used, high-speed shooting corresponding to continuous discharge can be performed, but the number of images that can be input at one time is limited, and it is difficult to continuously measure the continuous discharge state. In addition, although a general camera can perform image processing for each image input and output the results continuously, the discharge frequency that can be handled is up to about 100 Hz, and continuous processing cannot be performed at higher discharge frequencies.

本発明は上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、液体吐出ヘッドから吐出される液滴等の微小球の飛行状態を連続的に計測できる微小球測定方法および微小球測定装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above-mentioned unsolved problems of the prior art, and a microsphere measuring method and micrometer capable of continuously measuring the flight state of microspheres such as liquid droplets ejected from a liquid ejection head. An object of the present invention is to provide a sphere measuring device.

上記目的を達成するため、本発明の微小球測定方法は、微小球の飛行状態をシルエット像によって計測する微小球測定方法において、微小球のシルエット像を、その飛行方向に対して傾斜した斜め開口部をもつスリットに投影し、スリットを通過した光による検出信号を得る工程と、得られた検出信号に基づいて、微小球の通過位置を演算する工程と、を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a microsphere measurement method of the present invention is a microsphere measurement method for measuring a flight state of a microsphere by a silhouette image, wherein the silhouette image of the microsphere is inclined with respect to the flight direction. And a step of obtaining a detection signal based on light that has passed through the slit, and a step of calculating a passage position of the microsphere based on the obtained detection signal.

斜め開口部を持つスリットおよびフォトダイオード等の受光センサを組み合わせた光学系を用いて、液滴等微小球のシルエット像をスリット上に結像させ、スリットを通過した光を連続的に受光センサで受光し光電変換する。このとき得られる検出信号には、微小球の位置情報が含まれるため、スリットパターンに合わせた信号処理をすることで、微小球の通過位置や飛行速度等を連続的に測定できる。 Using an optical system that combines a slit with an oblique opening and a light receiving sensor such as a photodiode, a silhouette image of a microsphere, such as a droplet, is formed on the slit, and the light passing through the slit is continuously received by the light receiving sensor. Receives light and performs photoelectric conversion. Since the detection signal obtained at this time includes the position information of the microsphere, the position of the microsphere, the flight speed, and the like can be continuously measured by performing signal processing according to the slit pattern.

この方法でインク等液滴の飛行状態を連続的に計測することで、液体吐出ヘッドの吐出性能を正確に評価する装置を実現できる。 By continuously measuring the flight state of liquid droplets such as ink by this method, an apparatus for accurately evaluating the discharge performance of the liquid discharge head can be realized.

図１の（ａ）に示すように、液体吐出ヘッド１から連続的に吐出されている微小球である液滴２の飛行経路に、光源３から、均一で脈動のない照明光を照射し、シルエット像である液滴像を光学系４を経てスリット５に結像させ、スリット５を通った光を、光電変換ユニット６の受光センサで受光し、検出信号である電気信号に変換して演算手段であるコントローラ７に入力する。 As shown in FIG. 1 (a), the flight path of droplets 2, which are microspheres continuously ejected from the liquid ejection head 1, is irradiated with illumination light that is uniform and has no pulsation from the light source 3. A droplet image, which is a silhouette image, is formed on the slit 5 through the optical system 4, and the light passing through the slit 5 is received by the light receiving sensor of the photoelectric conversion unit 6 and converted into an electric signal as a detection signal. It inputs into the controller 7 which is a means.

コントローラ７は、液滴２の吐出制御や光源３の明るさの制御を行い、得られた電気信号から液滴の通過位置等を連続的に計測し、コントローラ７内部のメモリに記録すると同時に、表示器８に出力する。 The controller 7 controls the discharge of the droplet 2 and the brightness of the light source 3, continuously measures the passage position of the droplet from the obtained electrical signal, and records it in the memory inside the controller 7, Output to the display 8.

光源３からの照明光は液滴２を後方から照明し、スリット５上の液滴像は影（シルエット像）として結像される。 The illumination light from the light source 3 illuminates the droplet 2 from behind, and the droplet image on the slit 5 is formed as a shadow (silhouette image).

光源３は、ハロゲンランプやメタルハライドランプのような安定した発光源を用いる。あるいはレーザでもよい。 The light source 3 uses a stable light source such as a halogen lamp or a metal halide lamp. Alternatively, a laser may be used.

スリット５の開口形状は、例えば、図１の（ｂ）に示すように第１ないし第３のスリット開口１１、１２、１３をＺ字形に配置し、液滴像が各スリット開口を順番に横切るように構成したスリットパターン１０を用いる。液滴像の飛行方向に直交する平行スリット開口である第１および第３のスリット開口１１、１３を液滴像が通過した時刻から、液滴２の速度（飛行速度）を測定し、斜めスリット開口（斜め開口部）である第２のスリット開口１２を通過したときの時刻から、液滴２の通過位置を算出する。 As for the opening shape of the slit 5, for example, as shown in FIG. 1B, the first to third slit openings 11, 12, and 13 are arranged in a Z shape, and the droplet image crosses each slit opening in order. The slit pattern 10 configured as described above is used. From the time when the droplet image passes through the first and third slit apertures 11 and 13 which are parallel slit apertures orthogonal to the flight direction of the droplet image, the velocity (flight velocity) of the droplet 2 is measured, and the oblique slit The passage position of the droplet 2 is calculated from the time when it passes through the second slit opening 12 which is an opening (oblique opening).

あるいは、図１の（ｃ）に示すように、液滴像の飛行方向に離間した２個の三角形状のスリット開口２１、２２を上下左右反対向きすなわち軸対称に配設したスリットパターン２０を用いて、液滴像が２個のスリット開口２１、２２を順番に横切る時の２つの信号値の和から液滴２の大きさを算出し、２つの信号値の差から通過位置を算出する。 Alternatively, as shown in FIG. 1 (c), a slit pattern 20 is used in which two triangular slit openings 21 and 22 spaced in the flight direction of the droplet image are arranged in opposite directions, that is, axially symmetrical. Thus, the size of the droplet 2 is calculated from the sum of the two signal values when the droplet image crosses the two slit openings 21 and 22 in order, and the passage position is calculated from the difference between the two signal values.

また照明方法として、本発明のような液滴のシルエットがスリットに結像するような照明を用いることで、検出パルスの大きさと、微小液滴球の大きさとの対応関係を良好にすることができる。これは液滴による散乱光では散乱角度による光量変化の影響が大きいのに対して、照明によりシルエット像を検出するほうが、そのような散乱角度による影響が小さくなるため、微小液滴球の大きさ測定の精度がよい。 In addition, as an illumination method, by using illumination in which a droplet silhouette forms an image on a slit as in the present invention, the correspondence between the size of a detection pulse and the size of a minute droplet sphere can be improved. it can. This is because the scattered light from a droplet is greatly affected by the change in the amount of light depending on the scattering angle, but the effect of such a scattering angle is smaller when the silhouette image is detected by illumination. The measurement accuracy is good.

本実施例は、図１の（ｂ）に示すスリットパターン１０を用いる。 In this embodiment, a slit pattern 10 shown in FIG.

図１の（ａ）に示す装置において、液滴２が液体吐出ヘッド１より吐出されて矢印で示すように図示上方から下方へ飛ぶとき、光源３により液滴２を照明する。光源３は測定対象である液滴２を挟んで受光光学系４と対向する位置に配置した透過照明となっている。光学系４で結像される液滴像（シルエット像）は倒立像であるから、図２の（ａ）に示す第１ないし第３のスリット開口１１〜１３を下から上に向かって進む。液滴２の飛行中に第１ないし第３のスリット開口１１〜１３を液滴像が横切るときだけ光電変換ユニット６の受光量が小さくなり、例えば図示左側を通過するときは、図２の（ｂ）に示すような信号波形が光電変換ユニット６から出力される。 In the apparatus shown in FIG. 1A, when the droplet 2 is ejected from the liquid ejection head 1 and flies from the upper side to the lower side as shown by the arrow, the light source 3 illuminates the droplet 2. The light source 3 is transmitted illumination arranged at a position facing the light receiving optical system 4 with the droplet 2 to be measured interposed therebetween. Since the droplet image (silhouette image) formed by the optical system 4 is an inverted image, it proceeds from the bottom to the top through the first to third slit openings 11 to 13 shown in FIG. The amount of light received by the photoelectric conversion unit 6 is reduced only when the droplet image crosses the first to third slit openings 11 to 13 during the flight of the droplet 2, for example, when passing through the left side in the figure, A signal waveform as shown in b) is output from the photoelectric conversion unit 6.

すなわち、液滴像がスリット開口１１〜１３を通過する時刻で出力が小さくなるため、液滴像がこれら３本のスリット開口１１〜１３を順次通過する過程で、１個の液滴について３個のパルス状の信号が得られる。ここで、最初にスリット開口１１を通過するときのパルスをパルス１１、スリット開口１２を通過するときのパルスをパルス１２、スリット開口１３を通過するときのパルスをパルス１３とすると、第１のスリット開口１１と第３のスリット開口１３は平行に配置してあるので、パルス１１からパルス１３までの時間差が液滴２の飛行速度（液滴速度）を表す。すなわち、以下の式による関係が成立する。
（液滴速度）＝（スリット開口１１からスリット開口１３までの距離）÷（光学倍率）÷（パルス１１からパルス１３までの時間差） That is, since the output becomes small at the time when the droplet image passes through the slit openings 11 to 13, three droplets per one droplet in the process in which the droplet image sequentially passes through these three slit openings 11 to 13. A pulse-like signal is obtained. Here, when the pulse when first passing through the slit opening 11 is the pulse 11, the pulse when passing through the slit opening 12 is the pulse 12, and the pulse when passing through the slit opening 13 is the pulse 13, the first slit Since the opening 11 and the third slit opening 13 are arranged in parallel, the time difference from the pulse 11 to the pulse 13 represents the flight speed (droplet speed) of the droplet 2. That is, the relationship according to the following formula is established.
(Droplet velocity) = (Distance from slit opening 11 to slit opening 13) ÷ (Optical magnification) ÷ (Time difference from pulse 11 to pulse 13)

図２の（ａ）において左寄りを液滴像が通過した場合は、（ｂ）に示すようにパルス１２はパルス１１寄りの波形として観測され、逆に液滴像が図２の（ａ）において右寄りを通過した場合は、（ｃ）に示すようにパルス１２が遅れるので、パルス１３寄りの波形として観測される。スリット開口１２は斜めに配置されているので、パルス１１とパルス１３の中央を時刻０としたパルス１２の発生時刻と、液滴像がスリット中心に対してどこを通過したかという通過位置が比例関係になる。すなわち、以下の式による関係が成立する。
（液滴の通過位置）＝（パルス１２の発生時刻）×（比例係数） When the droplet image passes on the left side in FIG. 2A, the pulse 12 is observed as a waveform near the pulse 11 as shown in FIG. 2B, and conversely, the droplet image is observed in FIG. When passing the right side, the pulse 12 is delayed as shown in FIG. Since the slit opening 12 is disposed obliquely, the generation time of the pulse 12 with the center of the pulse 11 and the pulse 13 being time 0 is proportional to the passage position where the droplet image has passed with respect to the slit center. Become a relationship. That is, the relationship according to the following formula is established.
(Droplet passing position) = (Pulse 12 generation time) × (Proportional coefficient)

ただし、比例係数は以下の式で表される。
（比例係数）＝（スリット開口１２の横方向長さ）÷（パルス１１とパルス１３の時間差） However, the proportionality coefficient is expressed by the following formula.
(Proportional coefficient) = (lateral length of slit opening 12) / (time difference between pulse 11 and pulse 13)

このようにして、液滴速度と通過位置を測定することができる。コントローラ７の中では、コンパレータで検出信号を閾値以上か以下かのデジタルパルス信号に変換し、最初のパルスの発生時刻ｔ１、次のパルスの発生時刻ｔ２、３つめのパルスの発生時刻ｔ３をラッチするレジスタがあり、これらの時刻ｔ１〜ｔ３をメモリに連続的に記録すると同時に、上述した計算式に従ってハードウエアで演算処理することで、液滴速度と通過位置を求めて表示ユニット８に出力する。 In this way, the droplet velocity and passage position can be measured. In the controller 7, the detection signal is converted into a digital pulse signal that is greater than or less than a threshold by a comparator, and the first pulse generation time t1, the next pulse generation time t2, and the third pulse generation time t3 are latched. The time t1 to t3 are continuously recorded in the memory, and at the same time, the processing is performed by hardware according to the above-described calculation formula, so that the droplet velocity and passage position are obtained and output to the display unit 8. .

なお、演算は高速のマイクロプロセッサでソフトウエア処理することも可能であり、２値化した信号の立ち上がりではなく、多値信号のままパルスの重心演算を行い、各パルスの発生時刻ｔ１〜ｔ３を求めることも可能である。 The calculation can also be performed by software with a high-speed microprocessor, and the center of gravity of the pulse is calculated with the multilevel signal instead of the rise of the binarized signal, and the generation times t1 to t3 of each pulse are calculated. It is also possible to ask for it.

また、第１ないし第３のスリット開口１１、１２、１３のそれぞれ後方に別々の光電変換ユニットを３台配置し、パルス１１、パルス１２、パルス１３を別々の信号チャンネルに分離してコントローラ７に入力するようにしてもよい。この場合は、連続した次の液滴が、第１のスリット開口１１と第３のスリット開口１３との間隔よりも接近して飛行してくる場合、パルス１１、パルス１２、パルス１３の分離が容易になるので、より高い吐出周波数まで測定できるメリットがある。 Three separate photoelectric conversion units are arranged behind the first to third slit openings 11, 12, and 13, and the pulse 11, pulse 12, and pulse 13 are separated into separate signal channels to be sent to the controller 7. You may make it input. In this case, when the next successive droplets fly closer than the distance between the first slit opening 11 and the third slit opening 13, the separation of the pulse 11, the pulse 12 and the pulse 13 is performed. Since it becomes easy, there is an advantage that it is possible to measure up to a higher discharge frequency.

また、本実施例により得られる信号波形から、微小液滴球の大きさを求めることもできる。図４の（ａ）は、微小液滴球の大きさが変化したときの検出信号波形の変化の理論値を示す。ここでは検出に５μｍ幅のスリットを用いたときの例である。この信号の９０％を閾値として算出したパルス幅と、微小液滴球の大きさとの対応をプロットすると図４の（ｂ）となり、ほぼ直線上にのる。そこで大きさを求めるには、検出信号波形のパルス幅を測定し、そのパルス幅に対する微小液滴球の大きさを逆算すればよい。または、パルス幅と微小液滴球の大きさとの対応テーブルを予め作成しておき、これを参照することによっても微小球の大きさが求められる。 In addition, the size of the fine droplet sphere can be obtained from the signal waveform obtained in this embodiment. FIG. 4A shows the theoretical value of the change in the detection signal waveform when the size of the microdroplet sphere is changed. In this example, a slit having a width of 5 μm is used for detection. When the correspondence between the pulse width calculated with 90% of this signal as a threshold value and the size of the microdroplet sphere is plotted, FIG. 4B is obtained, which is substantially on a straight line. Therefore, in order to obtain the size, the pulse width of the detection signal waveform is measured, and the size of the micro droplet sphere with respect to the pulse width may be calculated backward. Alternatively, a correspondence table between the pulse width and the size of the microdroplet sphere is created in advance, and the size of the microsphere can be obtained by referring to this table.

このようにして、液体吐出ヘッドから連続して吐出されるインク等液滴の吐出速度や吐出方向、および液滴の大きさを連続的に測定し、液体吐出ヘッドの吐出性能を正確に評価することが可能となる。 In this way, the discharge speed and direction of the liquid droplets such as ink continuously discharged from the liquid discharge head and the size of the liquid droplets are continuously measured to accurately evaluate the discharge performance of the liquid discharge head. It becomes possible.

本実施例は、図１の（ｃ）に示すスリットパターン２０を用いる。 In this embodiment, a slit pattern 20 shown in FIG.

図１の（ａ）に示す装置において、液滴２が液体吐出ヘッド１より吐出されて矢印で示すように上から下へ向かって飛ぶとき、光源３により液滴２を照明する。光源３は測定対象である液滴２を挟んで受光光学系４と対向する位置に配置した透過照明となっている。液滴像は図３の（ａ）に示すスリットパターン２０を下から上へ通過し、光電変換ユニット６から出力される。スリットパターン２０は、それぞれ液滴の飛行方向に対して傾斜した斜め開口縁（斜め開口部）を有する２本の三角形状のスリット開口２１、２２によって構成されており、第１、第２のスリット開口２１、２２を１個の液滴が通過するごとに、２個のパルス状の信号が得られる。ここで、第１のスリット開口２１を通過するときに検出されるパルスをパルス２１、第２のスリット開口２２を通過するときに検出されるパルスをパルス２２と呼ぶことにする。 In the apparatus shown in FIG. 1A, when the droplet 2 is ejected from the liquid ejection head 1 and flies from top to bottom as indicated by the arrow, the light source 3 illuminates the droplet 2. The light source 3 is transmitted illumination arranged at a position facing the light receiving optical system 4 with the droplet 2 to be measured interposed therebetween. The droplet image passes through the slit pattern 20 shown in FIG. 3A from the bottom to the top, and is output from the photoelectric conversion unit 6. The slit pattern 20 includes two triangular slit openings 21 and 22 each having an oblique opening edge (oblique opening portion) that is inclined with respect to the flight direction of the droplet, and the first and second slits. Each time one droplet passes through the openings 21 and 22, two pulse signals are obtained. Here, a pulse detected when passing through the first slit opening 21 is referred to as a pulse 21, and a pulse detected when passing through the second slit opening 22 is referred to as a pulse 22.

第１、第２のスリット開口２１、２２はそれぞれの中心軸は互いに平行に配置してあるため、パルス２１とパルス２２との時間差が液滴２の飛行速度（液滴速度）を表す。すなわち、以下の式による関係が成立する。
（液滴速度）＝（スリット開口２１の中心線とスリット開口２２の中心線との間の距離）÷（光学倍率）÷（パルス２１とパルス２２との時間差） Since the center axes of the first and second slit openings 21 and 22 are arranged in parallel to each other, the time difference between the pulse 21 and the pulse 22 represents the flight speed (droplet speed) of the droplet 2. That is, the relationship according to the following formula is established.
(Droplet velocity) = (distance between the center line of the slit opening 21 and the center line of the slit opening 22) ÷ (optical magnification) ÷ (time difference between the pulse 21 and the pulse 22)

また、スリット開口２１、２２は三角形が逆向きに配置してあることから、垂直に液滴像が通過するなら、開口部のどこを通過しても、以下の式による関係が成立する。
（スリット開口２１を通過したところの幅）＋（スリット開口２２を通過したところの幅）＝一定 Further, since the slit openings 21 and 22 are arranged in a reverse triangle, if the droplet image passes vertically, the relationship according to the following equation is established regardless of where the droplet image passes.
(Width when passing through slit opening 21) + (width when passing through slit opening 22) = constant

そして、光電変換ユニット６は、入力される光量に比例した電圧を出力することから、液滴２が等速度運動しているとみなせるならば、パルス２１とパルス２２の波形の作る面積の和は、液滴２の大きさを表わす一定値となる。 Since the photoelectric conversion unit 6 outputs a voltage proportional to the amount of light input, if the droplet 2 can be regarded as moving at a constant speed, the sum of the areas formed by the waveforms of the pulse 21 and the pulse 22 is , A constant value representing the size of the droplet 2.

すなわち、以下の式による関係が成立する。
∫（パルス２１の波形）ｄｔ＋∫（パルス２２の波形）ｄｔ＝一定値 That is, the relationship according to the following formula is established.
∫ (pulse 21 waveform) dt + ∫ (pulse 22 waveform) dt = constant value

図３の（ａ）において左寄りを液滴像が通過した場合、同図の（ｂ）に示すようにパルス２１はパルス２２よりも振幅の大きい波形として観測され、逆に液滴像が図３の（ａ）において右寄りを通過した場合は、同図の（ｃ）に示すようにパルス２２の方がパルス２１より大きい波形として観測される。 When the droplet image passes to the left in FIG. 3A, the pulse 21 is observed as a waveform having a larger amplitude than that of the pulse 22, as shown in FIG. When passing the right side in (a), the pulse 22 is observed as a waveform larger than the pulse 21 as shown in (c) of FIG.

そして、第１、第２のスリット開口２１、２２の左右で幅の大小関係が逆であることから、パルス２１とパルス２２の波形の作る面積の差と、液滴像がスリット中心に対してどこを通過したかという通過位置が比例関係になる。すなわち、以下の式による関係が成立する。
（液滴の通過位置）＝｛∫（パルス２２の波形）ｄｔ−∫（パルス２１の波形）ｄｔ｝×（比例係数） Since the width relationship between the left and right sides of the first and second slit openings 21 and 22 is opposite, the difference in the area created by the waveforms of the pulses 21 and 22 and the droplet image with respect to the slit center. There is a proportional relationship between the passage position and the passage location. That is, the relationship according to the following formula is established.
(Droplet passing position) = {∫ (pulse 22 waveform) dt−∫ (pulse 21 waveform) dt} × (proportional coefficient)

ただし、比例係数は以下の式で表される。
（比例係数）＝（スリット開口２１とスリット開口２２の横方向長さ）÷｛∫（パルス２２の波形）ｄｔ＋∫（パルス２１の波形）ｄｔ｝÷２ However, the proportionality coefficient is expressed by the following formula.
(Proportional coefficient) = (lateral length of slit opening 21 and slit opening 22) ÷ {∫ (pulse 22 waveform) dt + ∫ (pulse 21 waveform) dt} / 2

このようにして、液滴速度と通過位置を測定することができる。コントローラ７の中では、光電変換ユニット６から出力された信号を、ＡＤ変換機で多値デジタルデータに変換し、デジタルシグナルプロセッサで信号処理することで、上述の計算式に従って演算処理をして、液滴速度と通過位置を計算して表示器８に出力する。 In this way, the droplet velocity and passage position can be measured. In the controller 7, the signal output from the photoelectric conversion unit 6 is converted into multi-value digital data by an AD converter, and signal processing is performed by a digital signal processor. The droplet velocity and passage position are calculated and output to the display 8.

また、第１、第２のスリット開口２１、２２のそれぞれ後方に別々の光電変換ユニットを配置し、パルス２１とパルス２２を別々の信号チャンネルに分離してコントローラ７に入力してもよい。この場合、連続した次の液滴が、第１のスリット開口２１と第２のスリット開口２２との間隔よりも接近して飛行してくる場合、パルス２１とパルス２２の分離が容易になるので、より高い吐出周波数まで測定できるメリットがある。 Alternatively, separate photoelectric conversion units may be arranged behind the first and second slit openings 21 and 22, and the pulses 21 and 22 may be separated into separate signal channels and input to the controller 7. In this case, when the next successive droplets fly closer than the distance between the first slit opening 21 and the second slit opening 22, the pulse 21 and the pulse 22 can be easily separated. There is an advantage that it is possible to measure up to a higher discharge frequency.

また、本実施例により得られる信号波形から、微小液滴球の大きさを求めることもできる。図４の（ａ）は、微小液滴球の大きさが変化したときの検出信号波形の変化の理論値を示す。ここでは検出に５μｍ幅のスリットを用いたときの例である。この信号の９０％を閾値として算出したパルス幅と、微小液滴球の大きさとの対応をプロットすると図４の（ｂ）となり、ほぼ直線上にのる。そこで大きさを求めるには、検出信号波形のパルス幅を測定し、そのパルス幅に対する微小液滴球の大きさを逆算すればよい。なおスリット幅によってもパルス幅と微小液滴球の大きさとの対応関係は変わるため、予め求めてある液滴の通過位置より対応するスリット部位の幅を算出して、そのスリット幅におけるパルス幅と微小液滴球の大きさとの対応関係を用いて大きさを計算すればよい。または、パルス幅と微小液滴球の大きさとスリット幅との３つの値の対応テーブルを予め作成しておき、これを参照することによっても微小球の大きさが求められる。 In addition, the size of the fine droplet sphere can be obtained from the signal waveform obtained in this embodiment. FIG. 4A shows the theoretical value of the change in the detection signal waveform when the size of the microdroplet sphere is changed. In this example, a slit having a width of 5 μm is used for detection. When the correspondence between the pulse width calculated with 90% of this signal as a threshold value and the size of the microdroplet sphere is plotted, FIG. 4B is obtained, which is substantially on a straight line. Therefore, in order to obtain the size, the pulse width of the detection signal waveform is measured, and the size of the micro droplet sphere with respect to the pulse width may be calculated backward. Since the correspondence relationship between the pulse width and the size of the micro droplet sphere also varies depending on the slit width, the width of the corresponding slit portion is calculated from the previously obtained droplet passage position, and the pulse width at the slit width What is necessary is just to calculate a magnitude | size using the correspondence with the magnitude | size of a micro droplet sphere. Alternatively, a correspondence table of three values of the pulse width, the size of the microdroplet sphere, and the slit width is prepared in advance, and the size of the microsphere can be obtained by referring to this table.

このように、連続して吐出される液滴の大きさ、速度および通過位置を連続的に測定することで、液体吐出ヘッドの吐出性能を正確に評価することが可能となる。 In this way, by continuously measuring the size, speed, and passage position of the droplets that are continuously ejected, it is possible to accurately evaluate the ejection performance of the liquid ejection head.

液体吐出ヘッドの吐出性能の評価に限定されることなく、液滴以外の飛行する微小球の飛行速度や飛行方向等を高精度で計測することができる。 Without being limited to the evaluation of the discharge performance of the liquid discharge head, the flight speed, flight direction, etc. of the flying microspheres other than the droplets can be measured with high accuracy.

実施例１による微小球測定装置を説明する図である。It is a figure explaining the microsphere measuring apparatus by Example 1. FIG. 実施例１によるスリットパターンと検出信号を示す図である。It is a figure which shows the slit pattern and detection signal by Example 1. FIG. 実施例２によるスリットパターンと検出信号を示す図である。It is a figure which shows the slit pattern and detection signal by Example 2. FIG. 微小球の大きさの変化に対する検出信号の変化、および、微小球の大きさの実測値と理論値との対応を示す図である。It is a figure which shows the response | compatibility with the change of the detection signal with respect to the change of the magnitude | size of a microsphere, and the measured value and theoretical value of the magnitude | size of a microsphere. 一従来例を説明する図である。It is a figure explaining a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

１液体吐出ヘッド
２液滴
３光源
４光学系
５スリット
６光電変換ユニット
７コントローラ
８表示器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Liquid discharge head 2 Droplet 3 Light source 4 Optical system 5 Slit 6 Photoelectric conversion unit 7 Controller 8 Display

Claims

微小球の飛行状態をシルエット像によって計測する微小球測定方法において、
微小球のシルエット像を、その飛行方向に対して傾斜した斜め開口部をもつスリットに投影し、スリットを通過した光による検出信号を得る工程と、
得られた検出信号に基づいて、微小球の通過位置を演算する工程と、を有することを特徴とする微小球測定方法。 In the microsphere measurement method that measures the flight state of the microsphere by silhouette image,
Projecting a silhouette image of a microsphere onto a slit having an oblique opening inclined with respect to the flight direction, and obtaining a detection signal by light passing through the slit;
And a step of calculating a passing position of the microsphere based on the obtained detection signal.

微小球の飛行状態をシルエット像によって計測する微小球測定方法において、
微小球のシルエット像を、その飛行方向に対して直交する一対の平行スリット開口と、傾斜した斜めスリット開口とを有するスリットに投影し、スリットを通過した光による検出信号を得る工程と、
得られた検出信号に基づいて、一対の平行スリット開口をそれぞれ微小球のシルエット像が通過した時刻から微小球の飛行速度を算出し、斜めスリット開口を微小球のシルエット像が通過した時刻から微小球の通過位置を算出する工程と、を有することを特徴とする微小球測定方法。 In the microsphere measurement method that measures the flight state of the microsphere by silhouette image,
Projecting a silhouette image of a microsphere onto a slit having a pair of parallel slit openings orthogonal to the flight direction and an inclined oblique slit opening, and obtaining a detection signal by light passing through the slit;
Based on the obtained detection signals, the flight speed of the microsphere is calculated from the time when the silhouette image of the microsphere passes through each of the pair of parallel slit openings, and the speed of the microsphere is calculated from the time when the silhouette image of the microsphere passes through the oblique slit opening. And a step of calculating a passing position of the sphere.

前記検出信号の幅と高さから微小球の寸法を算出する工程をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の微小球測定方法。 The microsphere measurement method according to claim 2, further comprising a step of calculating a dimension of the microsphere from the width and height of the detection signal.

微小球の飛行状態をシルエット像によって計測する微小球測定方法において、
微小球のシルエット像を、その飛行方向に離間した第１および第２の三角形状のスリット開口を備えたスリットに投影し、スリットを通過した光による検出信号を得る工程と、
得られた検出信号に基づいて、第１および第２の三角形状のスリット開口をそれぞれ微小球のシルエット像が通過した時刻から微小球の飛行速度を算出し、第１および第２の三角形状のスリット開口をそれぞれ微小球のシルエット像が通過したときの信号値の和および差から微小球の大きさおよび通過位置をそれぞれ算出する工程と、を有することを特徴とする微小球測定方法。 In the microsphere measurement method that measures the flight state of the microsphere by silhouette image,
Projecting a silhouette image of a microsphere onto a slit having first and second triangular slit openings spaced apart in the flight direction to obtain a detection signal by light passing through the slit;
Based on the obtained detection signal, the flight speed of the microsphere is calculated from the time when the silhouette image of the microsphere passes through the first and second triangular slit openings, and the first and second triangular shapes are calculated. And a step of calculating the size and passage position of the microsphere from the sum and difference of the signal values when the silhouette image of the microsphere passes through the slit opening, respectively.

微小球の飛行経路に照明光を照射する光源と、前記照明光の照射領域を前記微小球が通過することによって得られるシルエット像を結像させる光学系と、前記光学系の結像位置において、前記シルエット像の飛行方向に対して直交する一対の平行スリット開口と傾斜した斜め開口部とをもつスリットと、前記スリットを通過した光を受光して光電変換し、検出信号を得る光電変換ユニットと、前記検出信号に基づいて前記微小球の飛行速度と通過位置と大きさとを演算する演算手段と、を有することを特徴とする微小球測定装置。 In a light source that irradiates illumination light to the flight path of the microsphere, an optical system that forms a silhouette image obtained by passing the illumination area of the illumination light, and an imaging position of the optical system, A slit having a pair of parallel slit openings perpendicular to the flight direction of the silhouette image and an inclined oblique opening; a photoelectric conversion unit that receives and photoelectrically converts light that has passed through the slits to obtain a detection signal; A microsphere measuring device, comprising: a calculating means for calculating a flight speed, a passing position, and a size of the microsphere based on the detection signal.

微小球の飛行経路に照明光を照射する光源と、前記照明光の照射領域を前記微小球が通過することによって得られるシルエット像を結像させる光学系と、前記光学系の結像位置において、その飛行方向に離間した第１および第２の三角形状のスリット開口を備えたスリットと、前記スリットを通過した光を受光して光電変換し、検出信号を得る光電変換ユニットと、前記検出信号に基づいて前記微小球の飛行速度と通過位置と大きさとを演算する演算手段と、を有することを特徴とする微小球測定装置。 In a light source that irradiates illumination light to the flight path of the microsphere, an optical system that forms a silhouette image obtained by passing the illumination area of the illumination light, and an imaging position of the optical system, A slit having first and second triangular slit openings spaced apart in the flight direction, a photoelectric conversion unit that receives and photoelectrically converts light that has passed through the slit, and obtains a detection signal; and A microsphere measuring device, comprising: a calculation means for calculating a flight speed, a passing position, and a size of the microsphere based on the calculation means.

前記微小球は液体吐出ヘッドから連続的に吐出される液滴であり、前記検出は連続して行われることを特徴とする請求項５または６に記載の微小球測定装置。 The microsphere measuring device according to claim 5 or 6, wherein the microspheres are droplets ejected continuously from a liquid ejection head, and the detection is continuously performed.