JP2009012206A - インクジェットヘッド検査装置及び検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像画像の明度バラツキを容易で、検査工数が少なく調整できると共に、検査精度の向上も可能なインクジェットヘッド検査方法と検査装置を提供すること。
【解決手段】光源を結像させる一つ又は複数のレンズから構成される光学系の光源と像との間に、インクジェットヘッドより出射された液滴を配置し、液滴の像を撮像素子に結像させてインクジェットヘッドを検査するインクジェットヘッド検査装置において、
前記撮像素子から出力された画像データを画像処理する画像処理部を有し、前記画像処理部は、前記液滴がある状態で撮像された前記画像データを用いて前記液滴の背景部の明度を測定し、測定された明度を基準として画像処理を行うことを特徴とするインクジェットヘッド検査装置。
【選択図】図６

Description

本発明は、インクジェットヘッド検査装置及び検査方法に関する。

インクジェットプリンタの市場要求として、解像度の向上、プリント速度の高速化、低価格の方向が求められている。このため、マルチノズルでチャネル数の増加、着弾精度の向上、液滴量の低下、出射速度の増加、製造コストの低減が挙げられている。

従来、インクジェット式プリンタ用ヘッドのインク出射検査は、紙等に印字された媒体を用いて検査していた。この方法の場合、検査作業が煩雑になるという問題があり、更に記録媒体が必要となるため、そのコストが発生し、ヘッド自体の製造コストが増加するという問題があった。

このため記録媒体を用いない液滴検査装置が開発されてきている。点光源を結像させる一つ又は複数のレンズから構成される光学系の光源と像との間に、被測定対象である液滴を配置し、光源の結像位置に周辺の光を遮断する機構を設け、かつ被測定対象である液滴の像を結像させる光学系を新たに設け、この液滴の結像位置に撮像素子を配置することにより、インクヘッドから出射される液滴の状態を正確に検出することができる方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照）
また、第１および第２の画像メモリを使用し、前記第１の画像メモリはインク滴のない画像を記録し、前記第２の画像メモリはインク滴のある画像を記録し、前記第１の画像メモリと前記第２の画像メモリとの輝度レベルの比較差または色相差を検出して、インク滴の画像を抽出することにより、液滴の検出精度を高める方法が提案されている。（例えば、特許文献２参照）
特開２００１−１５０６５９号公報 特開平５−１４９７６９号公報

しかしながら、従来の方法においては、光源の光量バラツキに起因する撮像画像の明度バラツキにより、液滴の正確な検出ができないという問題があった。

また、特許文献２に開示された方法では、インク滴のない画像とインク滴のある画像の２つの画像をとる必要があり、検査工数と手間がかかるという問題があり、さらには、２つの画像はそれぞれ別の時間に撮像された画像であるため、１回の撮影毎の光源の光量バラツキにより液滴の正確な検出ができない場合があった。

特に、液滴として、インクの代わりに無色透明のダミーインクを使用する場合に背景部と液滴の明度のコントラストが小さくなるため、光源の光量バラツキの影響により液滴の検出がより一層困難になる。

本発明は、かかる問題点に鑑みて、インクジェットヘッドのノズル検査において、撮像画像の明度バラツキを容易で、検査工数が少なく調整できると共に、検査精度の向上も可能なインクジェットヘッド検査方法と検査装置を提供することを目的とする。

本発明の目的は、以下のような構成により達成される。
１．
光源を結像させる一つ又は複数のレンズから構成される光学系の光源と像との間に、インクジェットヘッドより出射された液滴を配置し、液滴の像を撮像素子に結像させてインクジェットヘッドを検査するインクジェットヘッド検査装置において、
前記撮像素子から出力された画像データを画像処理する画像処理部を有し、
前記画像処理部は、前記液滴がある状態で撮像された前記画像データを用いて前記液滴の背景部の明度を測定し、測定された明度を基準として画像処理を行うことを特徴とするインクジェットヘッド検査装置。
２．
前記画像処理部は、少なくとも２ヶ所の前記背景部の明度を測定し、最も高い明度を基準として画像処理を行うことを特徴とする前記１に記載のインクジェットヘッド検査装置。
３．
前記画像処理は、二値化処理であることを特徴とする前記１又は２に記載のインクジェットヘッド検査装置。
４．
前記液滴は、無色透明であることを特徴とする前記１乃至３の何れか１項に記載のインクジェットヘッド検査装置。
５．
光源を結像させる一つ又は複数のレンズから構成される光学系の光源と像との間に、インクジェットヘッドより出射された液滴を配置し、液滴の像を撮像素子に結像させてインクジェットヘッドを検査するインクジェットヘッド検査方法において、
前記撮像素子から出力され、前記液滴がある状態で撮像された画像データを用いて前記液滴の背景部の明度を測定し、測定された明度を基準として画像処理を行うことを特徴とするインクジェットヘッド検査方法。
６．
少なくとも２ヶ所の前記背景部の明度を測定し、最も高い明度を基準として画像処理を行うことを特徴とする前記５に記載のインクジェットヘッド検査方法。
７．
前記画像処理は、二値化処理であることを特徴とする前記５又は６に記載のインクジェットヘッド検査方法。
８．
前記液滴は、無色透明であることを特徴とする前記５乃至７の何れか１項に記載のインクジェットヘッド検査方法。

本発明によれば、インクジェットヘッドのノズル検査において、撮像画像の明度バラツキを容易で、検査工数が少なく調整できると共に、検査精度の向上も可能なインクジェットヘッド検査方法と検査装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を詳細に説明する。

図１はインクジェットヘッド検査装置の一例を示す模式図である。

図において、１０は光源、１１は該光源１０からの光を集束させるレンズ、Ａ、Ｂは液滴である。これら液滴は同一液滴であるものとする。即ち、時間の経過により、図に示すような位置に存在することになる。１２は光源１０の像が結像される位置に配置されたスリットである。該スリット１２を通過した光は、ＣＣＤ６上に液滴の像を結ぶ。このように、光源１０と像との間に液滴Ａ、Ｂを配置しており、光源の像を結ばせる光学系レンズ１１と、液滴の像を結ばせる光学系を兼用させている。ここで、光源１０としては、ストロボライト又はレーザのパルス発光を使用するようにする。これにより、移動中の液滴に対しても、正確な状態で検出することができる。

このような光学系を用いることにより、液滴Ａ、ＢはＣＣＤ６上に結像する。この結果、液滴Ａ、Ｂの画像を得ることができる。ここで、光源１０の結像点にスリット１２を配置しているのは、曲げられた光を遮断し、直線光のみを通過させて、液滴の像を正確に検出するためである。ここで、このスリットを変化させるようにすることができる。これによれば、液滴の状態に応じて最適な絞りを用いることができ、正確な液滴画像を得ることができる。

図１に示すような構成を用いると、光源と像との間に液滴を配置することにより、インクジェットヘッドから出射される液滴の状態を正確に検出することができる。即ち、高精度で複数の液滴の形状や位置が計測できる。また、広視野（１回当たり測定できる液滴数を増加できる）で計測が可能になる。これにより、出射速度、出射角度（着弾位置精度）、液滴量等が高精度で高速に測定できるようになる。

この場合において、被測定対象となる液滴として無色透明の粘度等同等なダミーインクを用いることができ、検査後コンタミネーションを防止するため、洗浄或いはインクの再充填の必要がないようにすることができる。

図２は、図１に示すインクジェットヘッド検査装置の構成を示すブロック図である。図１、図２と同一のものは、同一の符号を付して示す。

ヘッド１３は、矢印Ｘ方向に複数のノズルが配列されており、ヘッド駆動部１５からのデータや制御信号によってＹ方向に液滴を出射する。また、ヘッド１３は、その基準面を不図示のキャリアの突き当て部材に押し当てて搭載される。キャリアは移動駆動部１４からの制御信号によって矢印Ｘの方向に移動する。

ヘッド駆動部１５は、制御部８からの画像データ信号や出射タイミング信号によりヘッドの画像データ信号で指定されたノズルから液滴を出射させる。

ストロボ駆動部１６は、制御部８からの指示に基づいて光源１０をＯＮしたり、ＯＦＦしたりする。

画像処理部７は、ＣＣＤ６に結像された液滴の像を高速で画像処理し、処理された画像を制御部８に送信する。制御部では、送信された画像をディスプレイ画面に表示する。

制御部８は、例えば、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）等からなり、前記ヘッド駆動部１５，移動駆動部１４，ストロボ駆動部１６や画像処理部７を総括的に制御する。

図３（ａ）〜（ｃ）は、ＣＣＤ６に結像した液滴の像が画像処理部７で処理された後、制御部８に送信されてディスプレイ（不図示）に表示された模式図である。（ａ）は液滴Ａの画像、（ｂ）は液滴Ｂの画像、（ｃ）は（ａ）と（ｂ）を合成した画像であって液滴Ａと液滴Ｂ間の移動距離ΔＤを示す画像の模式図である。

不図示のキャリアの突き当て部材に基準面を押し当てられたヘッド１３は、移動駆動部１４によって初期位置に移動する。初期位置は指定のノズルがＣＣＤ６の中央に結像される位置である。

次に制御部８から指定されたノズルのみを出射させる画像データ信号と出射タイミング信号がヘッド駆動部１５に送信される。ヘッド駆動部１５は出射タイミング信号に基づいて指定されたノズルから液滴を出射させ、ストロボ駆動部１６が動作してＣＣＤ６が液滴の像を結像し、結像された像は画像処理部７で処理された後、制御部８へ転送される。

図４は、図２の構成にて、ヘッド１３のノズルからの液滴出射の検査の流れのメインルーチンを示すフローチャートであり、図５は図４に示す液滴出射の検査の流れにおける画像処理のサブルーチンを示すフローチャートである。フローチャートに従って検査の手順を説明する。

被検査ヘッド１３をキャリアの突き当て部材に当接させて検査を開始する。

ステップＳ１では、制御部８は、移動駆動部１４に初期化指示を出してキャリアを移動して初期位置に停止する。

ステップＳ２では、制御部８は、ヘッド駆動部１５に画像データ信号と出射タイミング信号を送信する。ヘッド駆動部１５では、受信した画像データ信号で指定されたノズルからのみ出射する。

ステップＳ３では、制御部８は、ストロボ駆動部１６に出射タイミング信号より所定時間ｔ１遅らせたストロボＯＮを出力する。ストロボ駆動部では、ストロボＯＮ信号を受けてストロボ発光を行う。

ステップＳ４では、ＣＣＤ６は、出射された液滴Ａの像を取り込み、画像処理部７に出力する。

ステップＳ５では、画像処理のサブルーチンが実行される。画像処理部７は、取り込んだ画像データの画像処理を高速で行う。画像処理のサブルーチンの具体的な内容は図５を用いて後に詳述する。

ステップＳ６では、画像処理部７は、画像処理を行った画像データを制御部８へ送る。

ステップＳ７では、制御部８は、ストロボ駆動部１６に出射タイミング信号より所定時間ｔ２（ｔ１＜ｔ２）遅らせたストロボＯＮを出力する。ストロボ駆動部では、ストロボＯＮ信号を受けてストロボ発光を行う。なお、このステップＳ７の処理は、ステップＳ５〜ステップＳ６の処理と並行して実行される場合がある。

ステップＳ８では、ＣＣＤ６は、移動後の液滴Ｂの像を取り込み、画像処理部７に出力する。

ステップＳ９では、画像処理のサブルーチンが実行される。画像処理部７は、取り込んだ画像データの画像処理を高速で行う。画像処理のサブルーチンの具体的な内容は図５を用いて後に詳述する。

ステップＳ１０では、画像処理部７は、画像処理を行った画像データを制御部８へ送る。

ステップＳ１１では、制御部８は、画像処理部７から送られた２枚の画像データから液滴Ａ、Ｂの中心位置および滴径を計測し、遅延時間差（Δｔ＝ｔ２−ｔ１）と、液滴Ａ、Ｂの位置の差ΔＤとから滴速を計測する。滴径、液滴の滴速が予め定められた範囲に入るかどうかをチェックし、滴径、液滴の滴速が予め定められた範囲に入らない場合、そのノズルは出射異常有りと判断する。出射異常がない場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）はステップＳ１２へ、出射異常がある場合（ステップＳ１１：ＮＯ）はステップＳ１５へ進む。

ステップＳ１２では、全ノズルのチェックが終わったかを確認する。終わった場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）は、ステップＳ１６へ、終わっていない場合（ステップＳ１２：ＮＯ）は、ステップＳ１３へ進む。

ステップＳ１３では、移動設定値を移動駆動部１４へ送る。

ここで、移動設定値とは図３に示すディスプレイに表示された液滴から次の液滴が表示されるまでヘッドを移動する距離を意味する。すなわち、図３に示すように所定のノズルからの液滴が表示された場合、ヘッド１３を移動設定値に基づく距離を移動すると、隣接した次のノズルから出射された液滴の像がＣＣＤ６に結像し、ディスプレイに表示される。

本実施形態では、ノズル列の一端を初期位置とし、順次に検査をするので、初期位置からのヘッド移動の移動回数の情報からノズル列の一端から何番目のノズルから出射が行われなかったかが判明する。

図４に戻って、
ステップＳ１４では、移動駆動部１４は、制御部８から送られた移動設定値に基づく量のヘッド１３を移動を行う。すなわち、１ノズル分の距離のヘッド移動を行う。その後、ステップＳ２に戻る。

ステップＳ１５では、制御部８は、出射異常があった不良ノズルがノズル列の一端から何番目であったかを記憶部（不図示）に記憶する。

ステップＳ１６では、制御部８は、画像データ信号の転送を停止し、ヘッド駆動部１５へ送信を停止する。

ステップＳ１７では、制御部８は、ストロボ駆動部１６にストロボＯＦＦを出力する。ストロボ駆動部１６は、ストロボ発光を停止する。

ステップＳ１８では、制御部８は、ステップＳ１５で記憶部（不図示）に記憶した出射不良情報をチェックする。出射不良が皆無であった場合（ステップＳ１８：ＹＥＳ）は、ステップＳ１９へ、出射不良があった場合（ステップＳ１８：ＮＯ）は、ステップＳ２０へ進む。

ステップＳ１９では、ヘッド１３は良品であるので、良品処理を行う。

ステップＳ２０では、ヘッド１３はノズル不良品であるので、例えば、不良ノズル番号のタグ等をヘッドに添付して不良品処理を行う。

次に、上述した画像処理のサブルーチンを図５を用いて説明する。

図４に示すノズル検査の流れを示すフローチャートにおいてＳ４の処理が終了したとき、あるいは、Ｓ８の処理が終了したときに図５に示す画像処理のサブルーチンは開始される。

ステップＳ３１では、画像処理部７は、取り込んだ画像データを用いて、液滴の背景部の明度を測定する。本実施形態では図６（ａ）に示すように、光源の光量が液滴の回りで暗く、それ以外の部分では明るい光量分布である場合を例に挙げて説明する。このような画像が得られる場合、コントラストの低下により正確な検査ができなくなる場合がある。

本実施形態では、図６（ａ）に示すＰ３とＰ４における明度を測定する。明度を測定する位置は任意に設定可能であるが、少なくとも２ヶ所の背景部の明度を測定することが好ましい。

ステップＳ３２では、画像処理部７は、図６（ｂ）に示すように、Ｐ３よりＰ４の方が明度が高いので、Ｐ４の明度を基準にして二値化処理の閾値Ｌを決定する。補正値αをＰ４の明度から減算した（Ｐ４の明度−α）を閾値Ｌとする。補正値αは、実験的に求めて設定しておく。

比較のために、図６（ｂ）に対応する明度を示す図を図７（ａ）、（ｂ）に示す。図６（ｂ）に比較して光源の光量が低下した状態の場合は、図７（ａ）のような明度分布が得られるが、かかる図７（ａ）のような場合には、補正値αを新たに測定されたＰ４の明度から減算した（Ｐ４の明度−α）を閾値Ｌとする。このように、液滴を検出するための閾値を明るい部分の背景部の明度よりも一定量小さく設定することにより、光源にばらつきがある場合でも、光量が多い場合は背景部の明度が高くなり、閾値も高くなり、逆に光量が少ない場合は背景部の明度が低くなり、閾値も低くなる。よって、光源のバラツキにより明度が変動した場合も、液滴検出の閾値の設定を確実に行うことが可能になる。

また、図６（ｂ）に比較して液滴の回りの暗い部分の光量が増加した状態の場合は、図７（ｂ）のような明度分布が得られるが、かかる図７（ｂ）のような場合にも、補正値αをＰ４の明度から減算した（Ｐ４の明度−α）を閾値Ｌとする。このことにより、光源のバラツキにより暗くなる部分の明度が変動した場合も、液滴検出の閾値の設定を確実に行うことが可能になる。

ステップＳ３３では、画像処理部７は、閾値Ｌ以上を１（明）、閾値Ｌ未満を０（暗）として、Ｐ１ーＰ２線上データが図６（ｄ）、二次元画像が図６（ｃ）に示すような二値化画像データに変換される、
以上に説明した一連の動作が終了すると、画像処理のサブルーチンの処理（Ｓ５またはＳ９）が終了するので、処理は図４に示すノズル検査の流れを示すフローチャートへ戻る。

その他、インクジェットヘッド検査装置を構成する各構成の細部構成及び細部動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。

上記実施形態では、同一液滴についての２つの画像を用いた例を示したが、本発明はこれに限るものではなく、同一ノズルから出射された異なる２つの液滴を用いても良い。第１の液滴の測定時と第２の液滴の測定時で、出射タイミングからストロボ発光タイミングまでの時間を変えて測定すれば良い。

上記実施形態では、１つのノズルからの液滴を順次撮像する場合の例を示したが、本発明はこれに限るものではなく、複数のノズルから出射された複数の液滴を同時に撮像するようにしても良い。

本実施形態のインクジェットヘッド検査方法と検査装置によれば、インクジェットヘッドのノズル検査において、液滴がある状態で撮像された画像データを用いて液滴の背景部の明度を測定し、測定された明度を基準として画像処理を行うことにより、光源の光量バラツキに起因する撮像画像の明度バラツキを容易で、検査工数が少なく調整できると共に、検査精度の向上も可能となる。液滴として、インクの代わりに無色透明のダミーインクを使用する場合に特に有効である。

更に、少なくとも２ヶ所の背景部の明度を測定し、最も高い明度を基準として画像処理を行うことにより、より容易かつ確実な画像処理が可能になる。

更に、画像処理として二値化を用いることにより、より容易かつ確実な画像処理が可能になる。

インクジェットヘッド検査装置の一例を示す模式図である。 図１に示すインクジェットヘッド検査装置の構成を示すブロック図である。 （ａ）は液滴Ａの画像、（ｂ）は液滴Ｂの画像、（ｃ）は（ａ）と（ｂ）を合成した画像であって液滴Ａと液滴Ｂ間の移動距離ΔＤを示す画像の模式図である。 図４は、図２の構成にて、ヘッド１３のノズルからの液滴出射の検査の流れのメインルーチンを示すフローチャートである。 図４に示す液滴出射の検査の流れにおける画像処理のサブルーチンを示すフローチャートである。 （ａ）はＣＣＤから出力された画像処理前の液滴の画像を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の画像のＰ１−Ｐ２線における明度を示す図であり、（ｃ）は閾値Ｌを基準として二値化された液滴の画像を示す図であり、（ｄ）は二値化された（ｃ）の画像のＰ１−Ｐ２線における明度を示す図である。 （ａ）は光源の光量が低下した場合の画像のＰ１−Ｐ２線における明度を示す図であり、（ｂ）は液滴の回りの暗い部分の光量が増加した場合の画像のＰ１−Ｐ２線における明度を示す図である。

符号の説明

６ ＣＣＤ
７ 画像処理部
８ 制御部
１０ 光源（ストロボ）
１１ レンズ
１２ スリット
１３ ヘッド
１４ 移動駆動部
１５ ヘッド駆動部
１６ ストロボ駆動部

Claims (8)

1. 光源を結像させる一つ又は複数のレンズから構成される光学系の光源と像との間に、インクジェットヘッドより出射された液滴を配置し、液滴の像を撮像素子に結像させてインクジェットヘッドを検査するインクジェットヘッド検査装置において、
   前記撮像素子から出力された画像データを画像処理する画像処理部を有し、
   前記画像処理部は、前記液滴がある状態で撮像された前記画像データを用いて前記液滴の背景部の明度を測定し、測定された明度を基準として画像処理を行うことを特徴とするインクジェットヘッド検査装置。
2. 前記画像処理部は、少なくとも２ヶ所の前記背景部の明度を測定し、最も高い明度を基準として画像処理を行うことを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド検査装置。
3. 前記画像処理は、二値化処理であることを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェットヘッド検査装置。
4. 前記液滴は、無色透明であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のインクジェットヘッド検査装置。
5. 光源を結像させる一つ又は複数のレンズから構成される光学系の光源と像との間に、インクジェットヘッドより出射された液滴を配置し、液滴の像を撮像素子に結像させてインクジェットヘッドを検査するインクジェットヘッド検査方法において、
   前記撮像素子から出力され、前記液滴がある状態で撮像された画像データを用いて前記液滴の背景部の明度を測定し、測定された明度を基準として画像処理を行うことを特徴とするインクジェットヘッド検査方法。
6. 少なくとも２ヶ所の前記背景部の明度を測定し、最も高い明度を基準として画像処理を行うことを特徴とする請求項５に記載のインクジェットヘッド検査方法。
7. 前記画像処理は、二値化処理であることを特徴とする請求項５又は６に記載のインクジェットヘッド検査方法。
8. 前記液滴は、無色透明であることを特徴とする請求項５乃至７の何れか１項に記載のインクジェットヘッド検査方法。

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