JP2012501883A - ジェット性能 - Google Patents

Abstract

とりわけ、インク噴射のため、システムは、ジェットを少なくとも２５本有するプリントヘッド及びジェットの全てについて画像情報を同時に取り込むための撮像デバイスを備え、取り込まれた画像情報はジェットのそれぞれの性能の解析に有用である。

Description

本開示はジェット性能に関する。

インクジェットプリンタから噴射されたインクで基板上に形成された画像または産品の品質はプリンタのプリントヘッド内のジェットの性能による影響を受け得る。いくつかのプリントヘッドでは、ジェットがプリンタの処理方向とは異なる、例えば直交する、方向に一列ないしさらに多くの列に配置されている。それぞれのジェットはインクを受け取って加圧するポンピングチャンバ及びポンピングチャンバから基板にインクを噴射するためのノズルを有する。それぞれのポンピングチャンバに付帯する圧電素子に作動電圧を印加することにより、プリントされるべき画像に関する情報に基づいてインク液滴を噴射させることができる。

一般に、それぞれの列内のジェットは同等であり、列に沿って隣り合うジェットの対のそれぞれは等しい間隔で隔てられる。ジェットのそれぞれの列の長さは約１インチ(２５.４ｍｍ)〜約３インチ(７６.２ｍｍ)とすることができ、それぞれの列は、例えば、少なくとも２５本のジェットまたは５０本のジェットないし約５００本までのジェットを有することができる。噴射されるインク液滴のそれぞれは、ジェットの諸元及びジェットに印加される電圧に基づいて、約２ピコリットル〜約１００ピコリットルの大きさを有し得る。

一般に、ジェットは、特定の範囲内の噴射周波数で特定の作動電圧に応答して１つの大きさのインク液滴を噴射するために構成される。電圧が変化するかまたはジェットがその周波数範囲を外れた周波数で作動させられると、ジェットの性能が低下し、動作が停止することさえあり得る。それぞれが、ある噴射周波数範囲内の特定の作動電圧に応答して、いくつかの異なる大きさのインク液滴を噴射するためにジェットが構成されることもある。様々なタイプのプリントヘッド及びジェットの議論は、例えば、特許文献１，２，３，４及び５に与えられている。これらの特許文献は全て本明細書に参照として含まれる。

意図された作動電圧において、また意図された周波数範囲内で、ジェットが駆動される場合であっても、インク液滴(及び得られるプリント)の品位は、ジェットの製造欠陥または一時的機能不良(例えば、気泡、またはノズルへのインク付着)によって劣化し得る。一時的機能不良は補正できることもある。

ジェットの性能はいくつかの方法で測ることができる。一手法では、ジェットが噴射するインク液滴の定量可能な特性、例えば、インク液滴の大きさ、速度または飛跡が解析される。別の手法では、ジェットの性能が同じ列の他のジェットの性能と比較される。例えば、作動時のジェットの応答が他のジェットに対して比較され、あるいは噴射されたインク液滴の速度が他のジェットで噴射されたインク液滴に対して比較される。性能はジェットがプリントする画像または産品、例えば、ジェットでプリントされたドットが基板上に意図された大きさ及び形状で意図された位置に現れるか否か、あるいはジェットでプリントされた線が直線であり、意図された太さを有しているか否かに関する情報を解析することによっても測ることができる。

図１Ａ及び１Ｂに示されるように、ステップアンドリピート方式プリントにおいては、それぞれが(全ては示されていない)一列ないしさらに多くの列のジェット１４を収める、(全ては示されていない)１つないしさらに多くのプリントヘッド１２を有する、プリンタ１０が、静止している基板１８上に線１６をプリントする。プリントヘッド１２はレール２０に沿って(処理方向ｙに)基板１８の幅にかけてスキャンし、ジェット１４の列に平行な(ｘ方向の)連続するドット２２で線１６をプリントする。この例において、それぞれの線１６はジェット列における１つのジェット１４に対応し、ｘ方向に沿う線１６の密度は列内のジェット１４の密度に依存する。基板１８は次いでｘ方向に沿って１ステップ移動し、プリントヘッド１２が基板１８にかけてプリントプロセスを反復する。

図１Ｂを参照すれば、単パス方式プリントにおいては、それぞれが(全ては示されていない)１つないしさらに多くの列のジェット２８を収める、(全ては示されていない)１つないしさらに多くのプリントヘッド３４を有する、静止プリンタ２４が基板２６上のプリントされることが意図されている画像の幅(ｘ方向)をカバーし、線３０を連続的にプリントする。プリンタ２４は、基板２６が処理方向ｙに沿ってジェット２８の下を通過するときにジェット列(ｘ方向)に平行な、連続するドット３２の列をプリントする。

米国特許第５２６５３１５号明細書 米国特許第７０５２１１７号明細書 米国特許出願第１０/８００４６７号明細書(出願日：２００４年３月１５日) 米国特許出願第１１/６５２３２５号明細書(出願日：２００７年１月１１日) 米国特許出願第１２/１２５６４８号明細書(出願日：２００８年５月２２日)

一態様において、インクの噴射のため、システムは、ジェットを少なくとも２５本有するプリントヘッド及びジェットの全てについて画像情報を同時に取り込むための撮像デバイスを備え、取り込まれる画像情報はジェットのそれぞれの性能の解析に有用である。

実施形態は以下の特徴の内の１つないしさらに多くを有することができる。プリントヘッドはジェットを少なくとも１００本有する。プリントヘッドはジェットを少なくとも２００本有する。撮像デバイスは線走査型カメラを含む。撮像デバイスは直線上に配置されたピクセルを有し、それぞれのピクセルは約２μｍ〜約１０μｍの分解能を有する。撮像デバイスは約２０００ピクセル〜約１２０００ピクセルを有する。撮像デバイスは少なくとも約５ｋＨｚの最高周波数で画像を撮る。撮像デバイスは約３０メガピクセル/秒〜約５０メガピクセル/秒のレートで画像情報を転送する。システムは、ジェットがインク液滴をその上に噴射する基板も備え、画像情報は、ジェットと基板の間の領域において、噴射されるインク液滴画素がその領域を通過する間に取り込まれる。それぞれのジェットの性能は、対応するジェットから噴射される液滴の速度、液滴の大きさ、液滴の形状、液滴の飛跡及び、噴射方向に直交する方向での、液滴とその隣の液滴の間隔の内の少なくとも１つを含む。撮像デバイスはジェットから噴射される液滴の飛跡から約５０ｍｍ〜約２００ｍｍに配置される。システムは、それぞれのジェットがインク液滴をその上に噴射して線をプリントする基板も備え、画像情報はプリントされた線の情報である。ジェットの性能は線の直線性及び線の太さを含む。撮像デバイスは基板から約５０ｍｍ〜約２００ｍｍに配置される。撮像デバイスはプリントヘッドに対して静止している。ジェットの内の少なくともいくつかは一列に配置される。システムは撮像デバイスで生成された画像を処理し、ジェットの性能を評価するためのデバイスも備える。システムはインク噴射中のジェットの性能に基づいてプリントヘッドのアスペクトを自動的に調節するための制御機構も備える。

別の態様において、インク噴射に用いるため、方法は、連続する期間においてインクジェットから噴射されたインク液滴の一部についての画像情報をそれぞれ取り込む少なくとも２つの部分画像に基づいて合成液滴画像を生成する工程を含み、それぞれの期間は画像情報取込期間である。

実施形態は以下の特徴の内の１つないしさらに多くを有することができる。液滴はジェットから噴射される連続液滴である。部分画像はジェットの噴射周波数とは異なる撮像周波数で生成される。液滴の部分画像はジェットの噴射方向に沿って合成される。方法は合成液滴画像に基づくインク液滴速度の計算によりジェットの性能を測定する工程も含む。方法は、別の合成液滴の別の画像を生成する工程並びに合成液滴の画像及び別の合成液滴の別の画像に基づくインク液滴飛跡の計算によりジェットの性能を測定する工程も含む。方法は測定されたジェット性能に基づいてジェットのアスペクトを調節する工程も含む。ジェットは２５本より多くのジェットを有するプリントヘッド内に含まれ、方法はそれぞれのジェットから噴射されるインク液滴の一部についての画像情報をそれぞれ取り込む少なくとも２つの部分画像に基づいて合成液滴画像を同時に生成する工程も含む。それぞれの画像スライスは約２μｍ〜約１０μｍの分解能を有する。

別の態様において、ジェットを少なくとも２５本収めるプリントヘッド内のジェットの性能の測定に用いるため、方法はジェットのそれぞれの性能の解析に用いるためにジェットの全てについて画像情報を同時に取り込む工程を含む。

実施形態は以下の特徴の内の１つないしさらに多くを有することができる。取り込む工程はそれぞれのジェットから噴射されるインク液滴を同時に撮像する工程を含む。取り込む工程は線走査型カメラを用いてなされる。線走査型カメラは約８０００〜約１２０００の直線上に配置されたピクセルを有し、それぞれのピクセルは約２μｍ〜約１０μｍの分解能を有する。方法は約３０メガピクセル/秒〜約５０メガピクセル/秒のレートで画像情報を送り出す工程も含む。ジェットは一列に配置され、取り込む工程はジェット列がインク液滴を噴射する周波数とは異なる周波数で行われる。取り込む工程は、ジェットの噴射方向に沿い、時間シーケンスにしたがって画像情報を合成する工程も含む。方法は取り込む工程に基づいてプリントヘッドにフィードバックを送る工程及びフィードバックに基づいてプリントヘッドのアスペクトを調節する工程も含む。ジェットは基板上にインク液滴を噴射して第１の画像を形成し、取り込む工程は第１の画像に基づいて第２の画像を形成する工程を含む。第２の画像を形成する工程は線走査型カメラを用いて第１の画像をスキャンする工程を含む。線走査型カメラは第１の画像の形成中に第１の画像をスキャンする。第１の画像は線を含み、ジェットのそれぞれの性能を解析する工程は第２の画像に基づいてそれぞれの線の直線性または幅を解析する工程を含む。

別の態様において、インクジェットからのインクの噴射に用いるため、方法は連続する期間においてインクジェットから噴射される液滴の全てには満たない部分の画像を取り込む工程を含み、それぞれの期間は、画像を取り込み、取り込まれた画像を用いてインクジェットから噴射される液滴のそれぞれの特徴に関する情報を推定する期間である。部分は約１/１０〜約１/２である。

上記及びその他の態様及び特徴は、またそれらの組合せは、方法、装置、システム、機能を実施するための手段、及びその他の態様で表すことができる。

その他の特徴及び利点は以下の詳細な説明から、また特許請求の範囲から、明らかであろう。

図１Ａは(比例尺で描かれていない)プリンタの簡略な上面図である。 図１Ｂは(比例尺で描かれていない)プリンタの簡略な上面図である。 図２は(比例尺で描かれていない)ジェット性能測定のためのシステムの簡略な側面図である。 図２Ａは(比例尺で描かれていない)ジェット性能測定のためのシステムの簡略な正面図である。 図２Ｂは(比例尺で描かれていない)図２のシステムの一部の簡略な拡大側面図である。 図２Ｃは画像スライスの略図である。 図３は写真である。 図３Ａは噴射周波数範囲及び液滴速度範囲の格子である。 図３Ｂは写真である。 図３Ｃは写真である。 図４Ａは写真である。 図４Ｂは写真である。 図５Ａはブロック図である。 図５Ｂはブロック図である。

ジェットの性能は、ステップアンドリピート方式プリンタ及び単パス方式プリンタのいずれについても、本明細書に説明されるシステムによって測定、解析、評価及び改良することができる。作業は、設計または製造中に、またジェットが作動させられる前に行うことができ、プリントジョブの実行の間に実施するに十分迅速に終わらせることができる。いくつかの場合には、プリントジョブ中にオンザフライで連続実施することが可能であり得る。この結果、インクジェットの設計、製造、保守及び動作(及びプリントされる画像の品位)を向上させることができる。

図２を参照すれば、いくつかの例において、線走査型カメラ３６が(図１Ａまたは図１Ｂのプリントヘッド１２または３４のような)プリントヘッド４０から噴射されるインク液滴４４の画像を取り込み、画像情報からプリントヘッド４０内のジェット４２の性能が決定される。この例において、プリントヘッド４０及び基板３８は図１Ｂのプリントヘッド３４及び基板２６の配置と同様に配置される。この場合、性能測定の目的のため、基板３８はｘ方向に平行な軸線４８を中心にして回転しているドラム４６の表面４５である。ジェット４２は軸線４８の上方で軸線４８に平行に一列になっており、基板３８の上方の距離Ｈ(例えば、約１ｍｍ〜約２０ｍｍまたは約１ｍｍから約１０ｍｍ)にある。表面４５は、基板３８上に噴射されたインクが清掃され、例えば拭われて、再使用され得るように、インクを吸収しない材料、例えば金属とすることができる。その他の基板、例えばロール送出し−ロール巻取り式ウエブを用いることもできる。

線走査型カメラ３６はジェット４２の直下の、噴射された液滴４４がそこを通過する、領域４３に焦点を合わせて、空中にある液滴４４の画像を撮る。線走査型カメラ３６は、液滴がカメラによって焦点が合わせられて撮像され得るように、ジェットと軸４８の間の線から水平距離ｄにあり、ジェット４２のほぼ下で垂直距離ｌにある。距離ｄは、例えば、少なくとも約４０ｍｍ、５０ｍｍ、６０ｍｍ、７０ｍｍ、または８０ｍｍ、及び／または約２００ｍｍ、１８０ｍｍ、１５０ｍｍ、１３０ｍｍ、または１００ｍｍまでであり、距離ｌは、例えば、ジェット４２がプリンタ内で使用されているときのジェット４２から基板までの距離と同様の、約１ｍｍ〜約５ｍｍである。いくつかの実施形態において、レンズ(図示せず)を線走査型カメラ３６の前面に配置して液滴の合焦点像を形成することができ、領域４３を照らしてインク液滴の撮像を補助するために、例えばカメラ３６に対向させて、光源５０を配置することができる。

図２Ａを参照すれば、線走査型カメラ３６は、与えられた時点においてプリントヘッド４０の全ジェット４２から噴射されるインク液滴４４の全てをそれぞれが取り込む高分解能画像を撮ることができ、高周波数で連続画像の取込みを反復することができる。線走査型カメラ３６は直線にまたジェット４２の列に平行に配置された約８０００〜約１２０００のピクセル５２を有する。それぞれのピクセル５２は約２μｍ〜約１０μｍの分解能を有する。図に示される例において、線走査型カメラ３６は、それぞれのピクセルの最高分解能において、約１２ｃｍまでの長さＬ及び約１０μｍまでの幅ｗを有する画像を撮ることができ、カメラを通っている全ジェット４２からの全インク液滴を同時に捕らえることができる。例えば、少なくとも５ｋＨｚ，６ｋＨｚ，７ｋＨｚ，または８ｋＨｚ，及び／または約１２ｋＨｚ，１１ｋＨｚ，または１０ｋＨｚまでの、最高周波数ｆ_ｉで、複数の画像を連続して撮ることができ、約３０メガピクセル/秒〜約５０メガピクセル/秒、例えば、４０メガピクセル/秒(それぞれのピクセル毎に８ビットまたは１バイトの情報)のレートで画像情報を送り出すことができる。液滴４４の特徴に関する情報を画像情報から抽き出すことができ、プリントヘッド４０に対するジェット性能特性測定を短期間内に、例えば数秒で終わらせることができ、個々のジェットの他のジェットに対する性能に関する情報を得ることもできる。線走査型カメラ３６は(カナダ国ウォータールー(Waterloo)の)Dalasa Corpから入手できる品番がP2-23-08k-40のカメラとすることができる。

ジェット性能測定中、ドット３２の列(図１Ｂ)をプリントするため、全ジェット４２が最高噴射周波数ｆ_ｊで送り出される選ばれた電圧によって作動させられる。最高噴射周波数ｆ_ｊは約２ｋＨｚ〜約１００ｋＨｚ，例えば約５ｋＨｚ〜約１０ｋＨｚである。それぞれのジェットのポンピングチャンバに印加される電圧は約１０Ｖ〜約１００Ｖ，例えば約２０Ｖ〜約８０Ｖであり、様々な速度、例えば約２ｍ/秒〜約２０ｍ/秒で基板に向かう液滴を発生させることができる。いくつかの実施形態において、異なる電圧によって、または最高噴射周波数ｆ_ｊより低い周波数で、異なるジェット４２を作動させることができる。連続線３０以外のパターンを基板３８上に形成することができる。

図２Ｂを参照すれば、線走査型カメラ３６は噴射方向ｚに沿う撮像範囲Ｉを有する。インク液滴４４が撮像範囲内のどこかにあれば、線走査型カメラが撮る画像に液滴の少なくともいくらかの部分を捕らえることができる。撮像範囲Ｉは(液滴が実質的に丸いと仮定して)それぞれの液滴の直径Ｄ約２倍＋幅ｗである(液滴は他の形状、例えば長い尾をもつ丸い液滴を有することができる)。上で説明したように、それぞれの液滴４４は約１ピコリットル〜約１００ピコリットルないしさらに大きく、よってそれぞれの液滴４４の直径Ｄは約１０μｍ及び／または約５０μｍまでであり、線走査型カメラ３６の撮像幅ｗより大きい。したがって、液滴４４が線走査型カメラ３６の撮像範囲Ｉを通って線走査型カメラが画像を撮るときには、液滴４４の一部、例えば約１/１０ないし約１/２以下までしか、画像に捕らえられない。撮像範囲Ｉは液滴４４の形状に基づいて変えることができる。

線走査型カメラ３６の撮像周波数ｆ_ｉはｎｆ_ｊまたは１/(ｎｆ_ｊ)とすることができる。ここで、ｎは正の整数であり、ｆ_ｊはジェット４２の列の噴射周波数である。液滴４４の速度及び線走査型カメラ３６とジェット４２の間の垂直距離Ｌは、１つのジェット４２からの１つの液滴４４の少なくとも一部を画像スライスの形態の画像５６に捕らえることができるように、調節することができる。あるジェットから噴射される連続または不連続の液滴の連続像を取り込むことによって、液滴の画像スライスを取り込むことができ、画像スライス５６を噴射方向ｚに沿って「積み重ねる」ことができる。

例えば、特定の１つのジェットからの撮像された液滴４４が、図２Ｃの画像５４において、積み重ねられた合成スライスとして示される。第１の液滴４４ａの一部が時刻ｔ_１において撮像され、同じジェットからの第２の液滴４２ｂの同じ部分が時刻ｔ_２に撮像される。ここでｔ_２−ｔ_１は連続する画像の時間間隔である。この(撮像周波数ｆ_ｉが噴射周波数ｆ_ｊのｎ倍または１/ｎである)手法においては、それぞれの画像スライス５６上の液滴４４の撮像された小部分はおそらくジェット性能の解析においてそれほど有効ではないであろう。さらに、ジェット４２のいくつかからの液滴は、適切に撮像されているジェットに対するそれらのジェットの応答遅延または異なるジェットからのインク液滴４４の速度差のため、画像に捕らえ損ねることがあり得る。

線走査型カメラ３６の撮像周波数ｆ_ｉは、２ｆ_ｊより小さく、ただし１/(ｎｆ_ｊ)とは異なるようにすることができる。線走査型カメラ３６の(撮像周波数の逆数である)撮像間隔Ｔ_ｉと噴射間隔の倍数ｎＴ_ｊ(Ｔ_ｊはジェット４２の列の噴射周波数の逆数)の間の時間差ΔＴを、組み合わせて合成液滴画像にすることができる複数の画像スライス５６を生成するために導入することができる。合成液滴画像は、単一液滴の画像ではなく、単一ジェットから与えられた作動電圧を用いて一定の噴射周波数で噴射された液滴は同じ特徴を有する傾向をもつであろうという仮定に基づいて表される液滴４４の特徴である。時間差ΔＴは、Ｉ/液滴速度の分数、例えば、１/２，１/４，１/１０またはその他の分数となるように選ぶことができる。線走査型カメラ３６は、時刻ゼロにおけるそれぞれのジェットから第１の液滴を噴射するためのジェット４２の列の作動と同時に撮像を開始することができ、ｍＴ_ｉ後の液滴４４の位置を(ｍ＋１)番目の画像スライスとして捕らえることができる。ここでｍ＝０，１，２,…である。

ｋ＝１,２,…として、Ｔ_ｉがｋＴ_ｊより小さいが(ｋ−１/２)Ｔ_ｊよりは大きい、例えば、Ｔ_ｉが１９８マイクロ秒、Ｔ_ｊが２００マイクロ秒で、ΔＴが２マイクロ秒である場合、１つのジェットからの第１の液滴４４ｃの一部が、図２Ｃの画像５８に示される、時刻ｔ_１に撮られた画像スライス５６に捕らえられる。引き続いて、線走査型カメラ３６が時刻ｔ_１から１Ｔ_ｉ後の時刻ｔ_２に画像を撮ると、同じジェットからの第２の液滴４４ｄが撮像範囲を通るが、第２の液滴４４ｄは第１の液滴４４ｃの、第１の液滴４４ｃが撮像範囲に対して撮像された、位置の直上(２マイクロ秒×液滴４４ｄの速度の位置)にある。同様に、時間差ΔＴにより、連続する液滴４４ｅ〜４４ｉの異なる部分が連続する画像スライスによって捕らえられる。これらの画像スライスを噴射方向ｚに沿って積み重ねると、液滴４４ｃ〜４４ｉのそれぞれの部分が１つの大きな合成液滴６０を生成する。それぞれのジェット４２が実質的に同等の特徴を有する液滴を噴射すると仮定すれば、合成液滴６０は液滴４４ｃ〜４４ｉのそれぞれの特徴を良好に表すことができる。それぞれの液滴の大きさ及び形状は合成液滴６０の画像から計算することができる。ｋが１より大きい別の例においても、画像スライス５６と同様の連続画像スライスを用いて合成液滴６０と同様の合成液滴を生成することができるが、それぞれの連続スライスは同じジェットから噴射されてはいるが(少なくとも時間(ｋ−１)Ｔ_ｊだけ隔てられた)不連続な液滴の１つを捕らえている。

ジェット４２からの液滴の速度は、図２Ｃの積み重ねられた画像スライスの画像情報から得ることができる、液滴がジェット４２から撮像範囲Ｉに飛び込むまでの時間で垂直距離Ｌを除すことによって計算することができる。例えば、いかなる瞬間にもそれぞれのジェット４２から多くとも１つの液滴４４がジェット４２とカメラ３６の間の垂直距離間を飛行しているように、線走査型カメラ３６とジェット４２が調節されていれば、図２Ｃの画像５８または６２を用い、Ｌ/(ΔＴ×(ｔ_１/Ｔ_ｉ−１))として特定のジェット４２からの液滴の速度を計算することができる。一般に、そのような配置のための条件は、ジェット４２と基板３８の間の液滴の総飛行時間よりもＴ_ｊが大きいとき、すなわち液滴速度が高く噴射周波数が低いときに満たされる。１つより多くの液滴がジェット４２と基板３８(図２)の間を飛行している状況において、液滴の速度はＬ/(ΔＴ×(ｔ_１/Ｔ_ｉ−１))から計算された値を処理することによって得ることができる。例えばそれぞれのジェット４２について計算された値を、例えば、約２ｍ/秒〜約２０ｍ/秒のような、妥当な範囲に値があるように制限するために、フィルタリングすることができ、あるいは１つより多くの合成液滴、例えば約１０個の合成液滴から計算され、フィルタリングされた、複数の値を平均することができる。合成液滴の画像に基づいて液滴速度を計算するために他のアルゴリズムを用いることもできる。それぞれのジェットについて得られた液滴速度は高い、例えば変動範囲が１％以内の、精度を有することができる。

ｋ＝１,２,３,…として、Ｔ_ｉがｋＴ_ｊより大きいが(ｋ＋１/２)Ｔ_ｊよりは小さい場合には、連続または不連続の液滴４４ｊ〜４４ｐのそれぞれの液滴が、それぞれの液滴の画像が撮られた瞬間において撮像範囲Ｉに対して直前の液滴の位置の下方(２マイクロ秒×液滴４４ｂの速度の位置)にあることを除いて、合成液滴６４の画像６２を合成液滴６０の画像５８と同様の態様で生成することができる。同じ仮定に基づいて、合成液滴６４で表される液滴の速度、大きさ及び形状を計算することができる。

合成液滴６０または６４の画像５８または６２を生成するために用いられる画像スライス５６の総数は、適する時間差ΔＴを選択することによって選ぶことができる。それぞれの液滴は線走査型カメラ３６の撮像範囲を約(２Ｄ＋ｗ)/(液滴速度)の時間内に通る。合成液滴を生成するためにｑ枚の連続画像スライス内にｑ個の連続または不連続の液滴を捕らえるため、時間差ΔＴを(２Ｄ＋ｗ)/(液滴速度×ｑ)に選ぶことができる。ジェットの性能測定に先立ち、液滴の速度を評価することができる。

線走査型カメラ３６の撮像範囲Ｉを通る連続または不連続の液滴４４ｃ〜４４ｉまたは４４ｊ〜４４ｐの最終液滴４４ｉまたは４４ｐを取り込んだ後も、時刻ｔ_ｎにおいて液滴４４ｃ'または４４ｊ'の一部が画像スライスに取り込まれるまで、後続する１つないしさらに多くの液滴が撮像されずに撮像範囲を通ることができる。以降の液滴４４ｄ'〜４４ｉ'または４４ｋ'〜４４ｐ'の一部を画像スライス５６'に取り込むことができ、合成液滴６０'及び６４'の画像を生成することができる。与えられたジェットから噴射された液滴から生成された合成液滴６０及び６０'または６４及び６４'(あるいはさらに多くの合成液滴)の画像は、そのジェットからの液滴の飛跡を測定するために用いることができる。飛跡測定は高い、例えば１ミリラジアンのオーダーの、精度を有することができる。

図３を参照すれば、プリントヘッド４０の３２本のジェット(水平軸におけるジェット番号１５〜４６)の幅をカバーする、積み重ね画像スライス５６(例示であり、比例拡縮されていない)でつくられた部分画像６６が、プリントヘッド４０のジェット４２の全て、例えば２５６本のジェットの幅をカバーする、全幅積み重ね画像スライスから抜き取られ、目視観察及び解析のために拡大されて示されている。ジェット４２の列の噴射周波数は約５ｋＨｚである。図に示されるほとんどのジェットのそれぞれに対して、２ないし３個の合成液滴の画像が、それぞれ、約１２枚の画像スライス５６または１２個の液滴から、生成される。プリントヘッドの全ジェットからの液滴を表す画像は迅速に形成することができ、例えば１００枚の画像スライス５６を約２０ミリ秒で取り込むことができる。部分画像６６の解析及びプリントヘッド４０のジェット性能の評価を容易にするために、撮像後プロセス、例えば画像鮮鋭化のためのフィルタリング、直線性基準線６８の配置及び／またはジェットＩＤ７０の配置を行うことができる。

プリントヘッド４０のジェット性能に関する、上述したような噴射液滴の速度、大きさ及び形状以外の、情報を部分画像６６から得ることができる。例えば、微弱で不安定なジェットＪ１８及びＪ２９並びに欠落したジェットＪ３７及びＪ４５が識別される。例えばジェットＪ１６及びＪ２０の始動時応答及び噴射液滴速度は、例えばジェットＪ３２及びＪ３６の応答及び速度とは異なっている。さらに、対応するジェットの対の間隔を示す、隣り合うジェットから噴射された液滴の様々な対の間隔は全て同じとはなってはいない。例えば、ジェットＪ２７から噴射された液滴はＪ２８から噴射された液滴よりもＪ２６から噴射された液滴に近づいている。ジェットの性能に関するその他の有用な情報も部分画像６６から抽き出すことができる。ジェット性能測定からの情報は、プリントヘッド４０の設計、製造、保守及び適用に使用することができる。

高品位の性能が達成される噴射周波数及び液滴速度の範囲を識別するため、あるいは設計で意図された噴射周波数及び液滴速度の範囲内でジェットが高品位の性能を実際に示すか否かを判定するため、選ばれた噴射周波数及び(ジェットに印加される電圧を選択することで選ばれた)液滴速度におけるプリントヘッド４０内のジェットの性能をそれぞれが測定している、複数の、部分画像６６のような画像を生成することができる。例えば、図３Ａを参照すれば、それぞれの格子点７６は、５ｋＨｚ〜２００ｋＨｚの範囲内の１つの噴射周波数及び２ｍ/秒〜２０ｍ/秒の範囲内の１つの液滴速度を表す。例えば、高電圧で作動させて液滴を高速度で噴射する場合の低品位のジェット性能を、液滴、例えば合成液滴８０及び８２が長い尾８４及び８６を引いている、図３Ｂの部分画像７８に識別することができる。プリントヘッド４０に対し、図３Ａのそれぞれの格子点７６について部分画像６６のような画像を１枚生成することができ、最適性能範囲７４、例えば、１０ｋＨｚ〜２５ｋＨｚ及び１２ｍ/秒〜１８ｍ/秒を、プリントヘッドの全ジェットについて識別することができる。

いくつかの実施形態において、異なるジェットには異なる作動電圧が印加されているときにジェットの性能が測定される。例えば、図３Ｃの部分画像８８は、高速度の、それぞれが高電圧で作動された奇数番号のジェットから噴射された合成液滴９０と、低速度の、それぞれが低電圧で作動された偶数番号のジェットから噴射された合成液滴９２を示す。合成液滴９０は合成液滴９２より長い尾を引いている。ジェットの２つのセットに印加される高電圧及び低電圧を独立に調節して、その範囲内では全ジェットが高品位で動作する、最適作動電圧範囲(したがって最適液滴速度範囲)を見いだすことができる。

上述したようにジェットの性能を測定するためにジェットから噴射されたインク液滴をモニタする代わりに、噴射されたインク液滴によって基板上に形成される出力、例えば画像をモニタすることでジェット性能を測定することもできる。いくつかの実施形態において、空中のインク液滴及びインク液滴によって形成される出力の両者を同時にモニタすることでジェット性能を測定することができる。

図４Ａを参照すれば、図１Ａのインクジェットプリンタ１０または図１Ｂのインクジェットプリンタ２４を用いて、それぞれのジェット１４または２８がそれぞれのジェット列の噴射周波数でインク液滴を噴射するように作動されたときに基板、例えば紙の上に、平行線１００を含む画像９４が形成される。画像９４の分解能を維持し、線１００のそれぞれの様相を拡大している画像９６が、先に説明したように線走査型カメラ３６を用いて生成される。詳しくは、画像９４の上方約５０ｍｍ〜約１００ｍｍに配置された線走査型カメラ３６が線１００に平行な方向に沿って画像９４をスキャンして、カメラのスキャン方向に沿って積み重ねられた、連続する画像スライス(図示せず)を生成する。画像９６は線１００のそれぞれの直線性及び／または線幅を解析するために用いることができる。そのような解析を容易にするため、画像９６には妨害、例えばその上に線１００が形成される紙基板の表面模様がないことが望ましい。

図４Ｂを参照すれば、画像９４の処理された、例えばフィルタリングされた、画像９８に基づいて、画像９６の生成と同様の態様で線走査型カメラ３６を用いて、画像１０２が生成される。図３の部分画像６６と同様に、画像１０２も、画像の解析を補助するためにジェットＩＤ１０６及び直線性基準線１０８を含めるように処理される。処理された画像１０２のサンプル部分１０４はＩＤが１４４〜１６９のジェットによってプリントされた線１００を示す。プリントされたそれぞれの線の品位、例えば直線性及び幅は十字(’＋')１１０を用いて格付けされている。十字１１０が中心基準線１０８に近いほど、プリントされた線１００がより直線に近く、したがって対応するジェットの性能品位がより高いことを示す。例えば、ジェット１５６でプリントされた線は劣悪な直線性を示し、垂直方向高くに配置された十字１１０がジェット１５６の劣悪な性能を示す。

ジェットで形成される出力のモニタリングは、図３Ａに関して論じた異なる噴射周波数及び液滴速度での液滴モニタリングにおける線走査型カメラ３６の適用と同様の、プリントヘッドの噴射周波数及び液滴速度の最適範囲の策定にも用いることができる。出力のモニタリングにおける線走査型カメラ３６の使用により、プリントヘッドのそれぞれのジェットの性能の同時高速解析が可能になる。

上述したジェット性能測定は、図１Ａのプリンタ１０または図１Ｂのプリンタ２４がプリントジョブを実行しているときに行うこともできる。図５Ａを参照すれば、線走査型カメラ３６は、プリントジョブを実行しているステップアンドリピート方式プリンタまたは単パス方式プリンタのプリントヘッド４０に対して静止させられていて、図２，２Ａ及び２Ｂで説明した態様と同様の態様で、プリントヘッド４０によって噴射されるインク液滴４４をモニタする。線走査型カメラ３６で生成される画像はプロセッサ１１４で処理されてプリントヘッド４０内のジェットの性能の測定値にされる。測定値は、ユーザの査閲のため、ユーザインターフェース１１６，例えばコンピュータスクリーンに送り出すことができる。ユーザは、例えばジェット性能を向上させるためのプリントヘッドの保守のためにプリントジョブを一時的に停止させて、プリントヘッドのステータスまたはアスペクトを調節することができる。測定値は、プリントジョブの以降の部分、例えば以降のページのプリントにおけるジェット性能を向上させるため、調節、例えば１つないしさらに多くの特定のジェットに関わる作動電圧の変更を、プリントジョブを中断させずに行うことができるように、プリントヘッド４０の制御機構(図示せず)にフィードバックとして送ることもできる。

図５Ｂを参照すれば、図５Ａの線走査型カメラ３６，プロセッサ１１４及びユーザインターフェース１１６は、基板１１８上のプリントヘッド４０の出力をモニタして、上で説明したようにプリントヘッド４０のジェットの性能を測定するために用いることもできる。線走査型カメラ３６は、線走査型カメラ３６が基板１１８上のプリントヘッド４０による出力の形成と実質的に同期する態様で出力の画像を生成するように、プリントジョブの処理方向に沿ってプリントヘッド４０内のジェット列と平行に、またジェット列の背後に(下流に)配置される(プリントヘッド４０が単パス方式プリンタ内にある場合は基板１１８がｙ方向に移動し、プリントヘッド４０がステップアンドリピート方式プリンタ内にある場合はプリントヘッド４０と線走査型カメラ３６がｙ方向に沿って移動する)。プリントヘッド４０のステータスまたはアスペクトの補正または調節は、ジェット性能の測定値に基づいて、プリントプロセスを中断せずに行うことができる。

本明細書における実施形態例ではプリント液としてインクが用いられるが、インクは、非画像形成液を含む広範なプリント液及びその他の液体を含める意味合いで用いられている。例えば、３次元モデル造型ペーストを選択的に被着してモデルを造型することができる。生物学的試料を分析トレー上に載せることができる。

線走査型カメラ及び画像を取り込むことができるその他の種類のデバイスを指して、撮像デバイスがときに用いられる。

他の実施形態も、添付される特許請求の範囲内にある。

１０，２４ プリンタ
１２，３４，４０ プリントヘッド
１４，２８，４２ ジェット
１６，３０ 線
１８，２６，３８ 基板
２０ レール
２２，３２ ドット
３６ 線走査型カメラ
４３ 撮像領域
４４ インク液滴
４５ ドラム表面
４６ ドラム
４８ 軸線
５０ 光源

Claims (41)

1. インク噴射に用いるためのシステムにおいて、前記システムが、
   ジェットを少なくとも２５本有するプリントヘッド、及び
   前記ジェットの全てについての画像情報を同時に取り込むための撮像デバイス、
   を備え、
   前記取り込まれた画像情報が前記ジェットのそれぞれの性能の解析に有用であることを特徴とするシステム。
2. 前記プリントヘッドがジェットを少なくとも１００本有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記プリントヘッドがジェットを少なくとも２００本有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
4. 前記撮像デバイスが線走査型カメラを含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
5. 前記撮像デバイスが直線上に配置されたピクセルを有し、前記ピクセルのそれぞれが約２μｍ〜約１０μｍの分解能を有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
6. 前記撮像デバイスが約２０００ピクセル〜約１２０００ピクセルを有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
7. 前記撮像デバイスが少なくとも約５ｋＨｚの最高周波数で画像を撮ることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
8. 前記撮像デバイスが約３０メガピクセル/秒〜約５０メガピクセル/秒のレートで前記画像情報を送り出すことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
9. 前記ジェットがインク液滴をその上に噴射する基板も備え、前記ジェットと前記基板の間の領域において、前記噴射されたインク液滴が前記領域を通過する間に、前記画像情報が取り込まれることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
10. 前記ジェットのそれぞれの前記性能が、対応するジェットから噴射される液滴の速度、前記液滴の大きさ、前記液滴の形状、前記液滴の飛跡、及び噴射方向に直交する方向での前記液滴と前記液滴の隣の液滴の間隔の内の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項９に記載のシステム。
11. 前記撮像デバイスが、前記ジェットから噴射される液滴の前記飛跡から約５０ｍｍ〜約２００ｍｍに配置されることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
12. 前記システムが、前記ジェットのそれぞれがインク液滴をその上に噴射して線をプリントする基板も備え、前記画像情報が前記プリントされた線の情報であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
13. 前記ジェットの前記性能が前記線の直線性及び前記線の太さを含むことを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
14. 前記撮像デバイスが前記基板から約５０ｍｍ〜約２００ｍｍに配置されることを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
15. 前記撮像デバイスが前記プリントヘッドに対して静止していることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
16. 前記ジェットの少なくともいくつかが一列に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
17. 前記撮像デバイスによって生成された画像を処理し、前記ジェットの前記性能を評価するためのデバイスも備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
18. インク噴射中に前記ジェットの前記性能に基づいて前記プリントヘッドのアスペクトを自動的に調節するための制御機構も備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
19. インクの噴射に用いる方法において、連続する期間にジェットから噴射されるインク液滴の一部についての画像情報をそれぞれ取り込む少なくとも２つの部分画像に基づいて合成液滴の画像を生成する工程を含み、前記期間のそれぞれが前記画像上の前記取込みの期間であることを特徴とする方法。
20. 前記液滴が、前記ジェットから噴射される連続液滴であることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
21. 前記部分画像が、前記ジェットの噴射周波数とは異なる撮像周波数で生成されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
22. 前記液滴の前記部分画像が前記ジェットの噴射方向に沿って合成されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
23. 前記合成液滴の前記画像に基づいて前記インク液滴の速度を計算することによって前記ジェットの性能を測定する工程も含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
24. 別の合成液滴の別の画像を生成する工程、並びに前記合成液滴の前記画像及び前記別の合成液滴の前記別の画像に基づいて前記インク液滴の飛跡を計算することによって前記ジェットの性能を測定する工程も含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
25. 前記画像情報に基づいて前記ジェットの性能を測定する工程及び前記ジェットの前記測定された性能に基づいて前記ジェットのアスペクトを調節する工程も含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
26. ジェットを２５本より多く有するプリントヘッド内に前記ジェットが含まれ、前記方法が、前記ジェットのそれぞれから噴射されるインク液滴の一部についての画像情報をそれぞれ取り込む少なくとも２つの部分画像に基づいて合成液滴の画像を同時に生成する工程も含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
27. それぞれの画像スライスが約２μｍ〜約１０μｍの分解能を有することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
28. ジェットを少なくとも２５本収めるプリントヘッド内のジェットの性能の測定に用いる方法において、前記方法が前記ジェットのそれぞれの性能の解析に用いるために前記ジェットの全てについて画像情報を同時に取り込む工程を含むことを特徴とする方法。
29. 前記取り込む工程が、前記ジェットのそれぞれから噴射されるインク液滴を同時に撮像する工程を含むことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
30. 前記取り込む工程が線走査型カメラを用いて行われることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
31. 前記線走査型カメラが、直線上に配置された約８０００〜約１２０００のピクセルを有し、前記ピクセルのそれぞれが約２μｍ〜約１０μｍの分解能を有することを特徴とする請求項３０に記載の方法。
32. 約３０メガピクセル/秒〜約５０メガピクセル/秒のレートで前記画像情報を送り出す工程も含むことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
33. 前記ジェットが一列に配置され、前記ジェット列が前記インク液滴を噴射する周波数とは異なる周波数で前記取り込む工程が行われることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
34. 前記ジェットの噴射方向に沿い、時間シーケンスにしたがって前記画像情報を合成する工程も含むことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
35. 前記取り込む工程に基づいて前記プリントヘッドにフィードバックを送る工程及び前記フィードバックに基づいて前記プリントヘッドのアスペクトを調節する工程も含むことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
36. 前記ジェットが基板上にインク液滴を噴射して第１の画像を形成し、前記取り込む工程が前記第１の画像に基づいて第２の画像を生成する工程を含むことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
37. 前記生成する工程が、線走査型カメラを用いて前記第１の画像をスキャンする工程を含むことを特徴とする請求項３６に記載の方法。
38. 前記線走査型カメラが、前記第１の画像の前記形成中に前記第１の画像をスキャンすることを特徴とする請求項３７に記載の方法。
39. 前記第１の画像が線を含み、前記ジェットのそれぞれの前記性能を解析する工程が、前記第２の画像に基づいて前記線のそれぞれの直線性または幅を解析する工程を含むことを特徴とする請求項３６に記載の方法。
40. インクジェットからのインクの噴射に用いる方法において、前記方法が、
    連続する期間に前記ジェットから噴射されるそれぞれの液滴の全てには満たない部分の画像情報を取り込む工程であって、前記期間のそれぞれは前記取り込む工程の期間である工程、及び
    前記インクジェットから噴射される前記液滴のそれぞれの特徴に関する情報を推定するために前記取り込まれた画像を用いる工程、
    を含むことを特徴とする方法。
41. 前記部分が約１/１０〜約１/２であることを特徴とする請求項４０に記載の方法。

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