JP2008018659A

JP2008018659A - 液滴速度測定装置

Info

Publication number: JP2008018659A
Application number: JP2006193701A
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】ストロボ光源２２０のパルス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、ストロボ光源２２０をインクジェット・ヘッド１２０のノズル孔から連続して吐出される２滴目の吐出タイミング後に発光させる。エリアセンサカメラ１１０により、ストロボ発光のタイミングで撮影を行うことにより、連続した２液滴が同一画面上に撮影される。同一画面上に撮影された２液滴の位置関係と吐出間隔から、検出用パソコン２７０が液滴速度を求める。
【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カメラとストロボ光源を備える液滴速度測定装置であって、前記プリンタヘッドが連続して吐出する第１の液滴と第２の液滴において、前記ストロボ光源を、第２の液滴吐出後に発光させ、前記カメラにより、前記第１の液滴と第２の液滴を同一画面上に撮影し、前記同一画面上の２個の液滴の位置関係と第１の液滴と第２の液滴の吐出間隔から、液滴速度を算出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２個の液滴を同一画面上に撮影し、それらの位置座標と吐出間隔から液滴の速度を求めるものである。

本発明によれば、２個の液滴の位置関係から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、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、パルス発光体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、液滴（ｎ＋２）１４４が順にヘッド１２０のノズル孔から吐出される。

エリアセンサカメラ１１０とパルス発光体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。パルス発光体１３０は、反Ａ方向に液滴にパルス光を照射する。

パルス発光体１３０は、インクジェット・ヘッド１２０からの液滴吐出タイミングを元にパルス発光のタイミングを生成する。すなわち、連続する２個目の液滴吐出後に発光するようにする。
同図に示すように、液滴（ｎ）１４２が吐出され、次の液滴（ｎ＋１）１４３が吐出されるタイミングから、液滴（ｎ＋１）１４３が吐出された後にパルス発光体１３０を発光させる。
液滴（ｎ＋１）１４３吐出タイミングからパルス発光のタイミングまでの時間は、吐出間隔およびインクジェット・ヘッド１２０とパルス発光体１３０までの液滴吐出方向の距離に依存して前もって定める。

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）に示すように、エリアセンサカメラ１１０のＹ方向撮像範囲は、２個の液滴が撮像範囲に入るように設定しておく。

パルス発光体１３０の発光時にエリアセンサカメラ１１０のシャッターを開くことにより、液滴（ｎ）１４２および液滴（ｎ＋１）１４３が同一画面上に撮像される。

図１（ｂ）、（ｃ）に示すように、撮影画像には、２個の液滴（１４２および１４３）が表示される。
この２個の液滴の中心座標の差から２個の液滴の距離が求め、吐出間隔で除することにより液滴の速度が求まる。

図１（ｂ）は、液滴ｎ１４２、液滴（ｎ＋１）１４３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１４３のＸ座標が同じであるから、Ｙ座標の差から距離Ｌを求める。
一方、同図（ｃ）は、液滴が斜め方向に飛翔してしまっている場合の図である。
この場合、位置１４２と位置１４３のＸ座標は異なり、２つの液滴の位置は、Ｘ方向にＬ２、Ｙ方向にＬ１異なる。Ｌ１からインクジェット・ヘッド１２０に垂直方向の液滴速度を算出し、Ｌ２から飛翔角度を算出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１４３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、ストロボ光源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を図２の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を介して露光時間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ＲＳ-２３２Ｃ等で接続され、ヘッド搬送ステージ２１０の駆動信号等を送受信する。

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、ノズル孔から液滴が吐出される。

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からなり、ストロボ遅延装置２５０は、ストロボの発光タイミング信号を、カメラトリガ装置２６０は、エリアセンサカメラ１１０の撮影タイミング信号を生成する。タイミングの詳細については後述する。

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２２０を発光させるためのタイミング信号を生成し、ストロボ光源２２０に送る。
ストロボ光源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２２０の発光を導き、ヘッド１２０から吐出される液滴にパルス光を照射する。このファイバーライトガイド１３０は、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（ｋＨｚ）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、撮影タイミング、露光時間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ｔ１を生成する。すなわち、例えば、同時撮影する２滴の液滴のうちの１滴目が吐出されるタイミング・パルスの立下りタイミングからストロボ発光タイミングまでの時間をｔ１として設定する。
例えば、時間ｔ１を１/Ｍ（ｍ秒）とすると、２滴目の吐出タイミング・パルスの立下りタイミングが、ストロボ発光の遅延トリガパルスの立ち上がりタイミングとなり、このタイミングでストロボ光源２２０を発光させ、ファイバーラインガイドから２液滴に光を照射することにより、エリアセンサカメラ１１０の撮像範囲内にある２液滴が撮影できる。
ストロボは、実際には、図３に示すように、ストロボ遅延トリガの立ち上がりから発光遅れ時間ｔ２後から発光時間ｔ３の間だけ発光する。

検査用パソコン２７０は、カメラトリガを入力として、シャッタータイミング、露光時間等を設定する。このとき、シャッタータイミングは、ストロボ光源２２０の発光タイミング前とし、ストロボ発光の完了後に露光を終了するようにすればよい。

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、シャッタータイミング、露光時間等が設定される。

エリアセンサ１１０にはズームレンズ１７０が付属している。ズームレンズ１７０等を調節することにより、２滴の液滴がＹ方向撮像範囲（図１（ｂ）、（ｃ））に入るようにしておく。
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ｎ１４２および液滴（ｎ＋１）１４３を同時に撮影する。

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１４３）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１４３）の位置座標から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（Ｌ１およびＬ２）を液滴の吐出間隔１/Ｍ（ｍ秒）で除することにより算出される。

以上のように、エリアセンサカメラ１１０のＹ方向の撮像範囲を連続する２液滴が入るように調整するとともに、連続する２液滴目が吐出された後にストロボ発光させ、エリアセンサカメラ１１０で撮影することにより、連続する２滴が同一画面上に撮影され、この２滴の位置関係から、液滴の吐出速度を求め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。

本実施の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

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………パルス発光体（ファイバーライトガイド）
１４１、１４２、１４３，１４４………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カメラとストロボ光源を備える液滴速度測定装置であって、
前記プリンタヘッドが連続して吐出する第１の液滴と第２の液滴において、
前記ストロボ光源を、第２の液滴吐出後に発光させ、
前記カメラにより、前記第１の液滴と第２の液滴を同一画面上に撮影し、
前記同一画面上の２個の液滴の位置関係と第１の液滴と第２の液滴の吐出間隔から、液滴速度を算出することを特徴とする液滴速度測定装置。