(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のノズルから吐出される液滴の飛行経路に発光素子から光ビームを照射し、当該光ビームが飛行する前記液滴に衝突して生じる散乱光を受光素子で受光し、前記散乱光の光強度の変化に応じた波形データを取得する取得手段と、
複数の前記ノズルの中で不良判定を行うノズルより、前記光ビームのビーム径内に一滴の液滴が入る間隔で前記液滴を吐出する吐出手段と、
前記吐出手段が吐出した前記液滴から取得した前記波形データを記憶する記憶手段と、
複数の前記液滴から取得した前記波形データの特徴量を集計する集計手段と、
集計された前記特徴量に基づいて液吐出不良を検出する検出手段と、
を備え、
前記集計手段は、前記波形データの特徴量として複数種の特徴量を集計してマハラノビス距離を計算し、
前記検出手段は、計算された前記マハラノビス距離と予め設定された閾値とを比較して液吐出不良を検出すること、
を特徴とする液吐出不良検出装置。
【請求項２】
前記集計手段は、前記波形データに含まれる所定の液滴の波形を抽出し、当該抽出した波形の特徴量を集計すること、
を特徴とする請求項１に記載の液吐出不良検出装置。
【請求項３】
前記集計手段は、前記波形データの振幅の平均を一定に補正した補正後の波形データの特徴量を集計すること、
を特徴とする請求項１又は２に記載の液吐出不良検出装置。
【請求項４】
複数のノズルから吐出される液滴の飛行経路に発光素子から光ビームを照射し、当該光ビームが飛行する前記液滴に衝突して生じる散乱光を受光素子で受光し、前記散乱光の光強度の変化に応じた波形データを取得する取得手段と、
複数の前記ノズルの中で不良判定を行うノズルより、前記光ビームのビーム径内に一滴の液滴が入る間隔で前記液滴を吐出する吐出手段と、
前記吐出手段が吐出した前記液滴から取得した前記波形データを記憶する記憶手段と、
複数の前記液滴から取得した前記波形データの特徴量を集計する集計手段と、
集計された前記特徴量に基づいて液吐出不良を検出する検出手段と、
を備え、
前記特徴量は、前記波形データにかかる波形全体のＦＦＴスペクトルの形状を示す値であること、
を特徴とする液吐出不良検出装置。
【請求項５】
前記特徴量は、前記ＦＦＴスペクトルの形状を示す値の中の低周波成分量であること、
を特徴とする請求項４に記載の液吐出不良検出装置。
【請求項６】
前記特徴量は、前記波形データを所定の基準値で区切った区切り位置での変化量、及び当該区切り位置における波形の存在量の少なくとも一方を集計した値であること、
を特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の液吐出不良検出装置。
【請求項７】
前記特徴量は、前記波形データのピーク値の平均であること、
を特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の液吐出不良検出装置。
【請求項８】
前記特徴量は、前記波形データのピーク値の標準偏差であること、
を特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の液吐出不良検出装置。
【請求項９】
前記検出手段は、集計された前記特徴量と予め設定された閾値とを比較して液吐出不良を検出すること、
を特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の液吐出不良検出装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の液吐出不良検出装置を備えることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項１１】
複数のノズルの中で不良判定を行うノズルより、発光素子から照射される光ビームのビーム径内に一滴の液滴が入る間隔で前記液滴を吐出する工程と、
複数の前記ノズルから吐出される前記液滴の飛行経路に照射される前記光ビームが、飛行する前記液滴に衝突して生じる散乱光を受光素子で受光し、前記散乱光の光強度の変化に応じた波形データを取得する工程と、
吐出した前記液滴から取得した前記波形データを記憶する工程と、
複数の前記液滴から取得した前記波形データの特徴量を集計し、該特徴量として複数種の特徴量を集計してマハラノビス距離を計算する工程と、
計算した前記マハラノビス距離と予め設定された閾値とを比較して液吐出不良を検出する工程と、
を含むことを特徴とする液吐出不良検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液吐出不良検出装置、インクジェット記録装置、及び液吐出不良検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録装置では、微細なノズルから微小な各色インク滴（液滴）を吐出する各色のインクジェットヘッドを備え、用紙等の記録媒体に対してそのインクジェットヘッドを移動させながら液滴を吐出することで記録媒体上に画像形成を行う。高解像度の画像形成のためにはノズルを微細化して液滴サイズを微小化する必要があるが、ノズルが微細なため、印刷停止時にインクが乾燥する等してノズル詰まりが起きて液滴の吐出不良（液吐出不良）が発生し、画像にドット抜け等が生じて画像品質が低下する問題がある。
【０００３】
この問題を解決するため、インクジェット記録装置には、液吐出不良を検出する液吐出不良検出装置が備えられている。例えば、ノズルから吐出する液滴に、レーザダイオード等の発光素子から射出したレーザ光を照射して遮蔽された光（遮蔽光）をフォトダイオード等の受光素子で受光し、受光素子が得る出力電圧と基準電圧値とを比較して、液滴が正常に吐出されたか否かを判定する液吐出不良検出装置が知られている。
【０００４】
上述した遮蔽光による液吐出不良検出（遮蔽光方式）では、受光素子が得る出力電圧（受光信号）のＳ／Ｎ比を上げるため、レーザ径内に複数滴入る間隔で液滴を吐出させて、レーザ径内に複数の液滴を入れることでＳ／Ｎ比の改善を経っている（特許文献１、５、６）。また、遮蔽光方式では、インクの色による透過性の違いにより受光素子で得られる出力電圧が異なることから、インクの色を問わず同等の出力電圧を得るために、インクの色によりレーザ径内に入る液滴の数の変更や、液滴の体積の変更を行うものがある（特許文献７）。また、液吐出不良を判別する方法としては、受光素子が得る出力電圧をコンパレータに入れて判別する方法（特許文献４）、複数の良波形の平均的な波形と検査対象の波形とを比較して判別する方法（特許文献３）また、遮蔽光方式などの光検知方式の他には、ヘッド内部の圧電素子に流れる電流波形により液吐出不良の判別を行う方法もある（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４２２７３９５号公報
【特許文献２】特開２００８−２５４２３９号公報
【特許文献３】特開２００２−１１８７１号公報
【特許文献４】特許第３８２０８３０号公報
【特許文献５】特許第４０７４９２０号公報
【特許文献６】特許第３８７６７００号公報
【特許文献７】特開２０００−２３３５２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来の液吐出不良検出装置では、十分な精度で液吐出不良を検出できない場合があり、誤判定となることがあった。例えば、遮蔽光方式では、受光信号のＳ／Ｎ比を上げるためにはレーザ径内に複数の液滴を入れる必要があるが、レーザ径内に入る程度の液滴数（５適程度）では、Ｓ／Ｎ比が十分に得られない場合がある。また、光検知方式以外の方式では、ヘッド内部の圧電素子に流れる電流波形を計測するための専用回路を組み込む必要があり、高コストとなる。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、液吐出不良の判別を精度よく行うことができる液吐出不良検出装置、インクジェット記録装置、及び液吐出不良検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の液吐出不良検出装置は、複数のノズルから吐出される液滴の飛行経路に発光素子から光ビームを照射し、当該光ビームが飛行する前記液滴に衝突して生じる散乱光を受光素子で受光し、前記散乱光の光強度の変化に応じた波形データを取得する取得手段と、複数の前記ノズルの中で不良判定を行うノズルより、前記光ビームのビーム径内に一滴の液滴が入る間隔で前記液滴を吐出する吐出手段と、前記吐出手段が吐出した前記液滴から取得した前記波形データを記憶する記憶手段と、複数の前記液滴から取得した前記波形データの特徴量を集計する集計手段と、集計された前記特徴量に基づいて液吐出不良を検出する検出手段と、を備え、前記集計手段は、前記波形データの特徴量として複数種の特徴量を集計してマハラノビス距離を計算し、前記検出手段は、計算された前記マハラノビス距離と予め設定された閾値とを比較して液吐出不良を検出すること、を特徴とする。
【０００９】
また、本発明の液吐出不良検出方法は、複数のノズルの中で不良判定を行うノズルより、発光素子から照射される光ビームのビーム径内に一滴の液滴が入る間隔で前記液滴を吐出する工程と、複数の前記ノズルから吐出される前記液滴の飛行経路に照射される前記光ビームが、飛行する前記液滴に衝突して生じる散乱光を受光素子で受光し、前記散乱光の光強度の変化に応じた波形データを取得する工程と、吐出した前記液滴から取得した前記波形データを記憶する工程と、複数の前記液滴から取得した前記波形データの特徴量を集計し、該特徴量として複数種の特徴量を集計してマハラノビス距離を計算する工程と、計算した前記マハラノビス距離と予め設定された閾値とを比較して液吐出不良を検出する工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、液吐出不良の判別を精度よく行うことができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本実施形態にかかる液吐出不良検出装置の主要部周辺の構成例を示す説明図である。
【図２】図２は、受光部、データ処理部の構成例を示す図である。
【図３】図３は、液吐出不良の検出処理の一例を示すフローチャートである。
【図４】図４は、波形データの一例を示すグラフである。
【図５−１】図５−１は、波形データの特徴量の取得を説明するための概念図である。
【図５−２】図５−２は、波形データの特徴量の取得を説明するための概念図である。
【図５−３】図５−３は、波形データの特徴量の取得を説明するための概念図である。
【図５−４】図５−４は、波形データの特徴量の取得を説明するための概念図である。
【図６】図６は、液滴の吐出を例示する概念図である。
【図７】図７は、波形データの一例を示す概念図である。
【図８】図８は、変形例にかかる液吐出不良の検出処理の一例を示すフローチャートである。
【図９】図９は、波形データから求めたＦＦＴスペクトルの一例を示す概念図である。
【図１０】図１０は、波形データから求めたＦＦＴスペクトルの一例を示す概念図である。
【図１１】図１１は、液吐出不良検出装置を備えるインクジェット記録装置の一例の構成を正面から示す概念図である。
【図１２】図１２は、インクジェット記録装置の一部を斜め上から観察した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる液吐出不良検出装置、インクジェット記録装置、及び液吐出不良検出方法の一実施形態を詳細に説明する。
【００１３】
図１は、一実施形態にかかる液吐出不良検出装置の主要部周辺の構成例を示す説明図である。図１に示すように液吐出不良検出装置１は、複数のノズル１０１を有し、各ノズル１０１からインク滴（液滴）を画像信号に応じて吐き出して用紙等の記録媒体に記録を行なう記録ヘッド１００の液吐出不良を検出する装置であり、インクジェット記録装置（詳細は後述する）に備えられている。
【００１４】
具体的には、液吐出不良検出装置１は、複数のノズル１０１の中で不良判定を行うノズル１０１より液滴１０７を吐出させ、その液滴１０７の飛行経路にレーザダイオード等の発光素子１０２から平行光に補正するコリメートレンズ１０３を介して光ビーム１０４（レーザ光）を照射する。すなわち、液滴１０７の飛行経路の途上では、光ビーム１０４の光ビーム光軸１０５が略直交するように交わっている。この時、光ビーム１０４が飛行する液滴１０７に衝突して散乱光１０８、前方散乱光１０９が生じる。
【００１５】
受光部１０６は、光ビーム光軸１０５のビーム径から外れた位置で、光ビーム１０４が液滴１０７に衝突して角度θで生じる前方散乱光１０９を受光する。図２は、受光部１０６、データ処理部１１２の構成例を示す図である。
【００１６】
図２に示すように、液吐出不良を検出する際には、ｎ１〜ｎＮの複数のノズル１０１の中で、液吐出不良の検出を行うノズル１０１（ｎＸ）から所定の間隔で液滴１０７（ｄ１〜ｄＫ）を吐出させる。吐出された液滴１０７は、ノズル１０１から距離Ｈ飛行したところで光ビーム１０４と交わる。この光ビーム１０４と液滴１０７との交わりにより、上述した散乱光１０８、前方散乱光１０９が生じる。生じた前方散乱光１０９は、光ビーム１０４の下に配置した受光部１０６により受光される。なお、距離Ｈは、記録ヘッド１００のノズル１０１が設けられた底面から光ビーム光軸１０５までの高さであり、具体的には３ｍｍ〜７ｍｍ程度である。
【００１７】
受光部１０６は、受光素子１０６１、電流電圧変換部１０６２、ハイパスフィルタ部１０６３、増幅部１０６４、Ａ／Ｄ変換部１０６５を有する構成である。受光素子１０６１は、受光した光強度に応じた電流を出力するフォトダイオードなどである。電流電圧変換部１０６２は、入力された電流を電圧に変換する回路などであり、受光素子１０６１が出力する電流を電圧に変換して出力する。ハイパスフィルタ部１０６３は、電流電圧変換部１０６２より出力される電圧のＤＣ成分（ノイズ成分）を除去・低減する。増幅部１０６４は、ハイパスフィルタ部１０６３より出力された電圧を増幅する。Ａ／Ｄ変換部１０６５は、増幅部１０６４により増幅された電圧（アナログ）をディジタル変換してデータ処理部１１２へ出力する。
【００１８】
これにより、データ処理部１１２は前方散乱光１０９の光強度の変化に応じた電圧値（波形データ）を得る。図では受光部１０６は、光ビーム１０４の下に配置しており、光ビーム径と受光部１０６の受光面が重ならない位置で、できるだけ光ビーム光軸１０５の中心近くに受光素子１０６１を配設することにより、効率の良い検出が可能となる。また、受光部１０６はこの散乱光１０８、特に散乱光１０８の中で光強度が強い前方散乱光１０９を受光することにより、その光強度を電圧値として計測することができ、光ビーム１０４のビーム径内に１滴の液滴１０７が入れば十分にＳ／Ｎ比を持った電圧値を得ることができるため、１滴ごとの液滴１０７の挙動を電圧値の波形として捉えることができる。また、インク色による電圧値の出力差も生じないことから、インク色ごとに吐出条件等を変更する必要もない。
【００１９】
データ処理部１１２では、複数の液滴１０７を吐出させて液滴１０７ごとの波形データを記憶手段としてのメモリ１１２１に記憶し、記憶した波形データの特徴量（詳細は後述する）を集計手段としての演算部１１２２で集計する。液吐出不良検出装置１では、この集計した値をもとに液滴１０７が正常に吐出されたか否かを判定する。
【００２０】
上述した動作を制御する構成として、液吐出不良検出装置１は、制御部１１０、ノズル駆動部１２０、発光駆動部１３０を備える。制御部１１０は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、タイマーなどを有するマイクロコンピュータシステムで構成され、ＲＯＭに格納されたプログラムをＲＡＭに展開してＣＰＵが順次実行することで、液吐出不良検出装置１の動作を中央制御する。制御部１１０は、上述したＣＰＵがプログラムを順次実行することで、吐出制御部１１１、データ処理部１１２、不良判定部１１３としての機能を実現する。
【００２１】
吐出制御部１１１は、ノズル１０１からの液滴１０７の吐き出しを行うノズル駆動部１２０や、発光素子１０２の発光を行う発光駆動部１３０に制御信号を出力して、記録ヘッド１００の液吐出不良を検出する際の液滴１０７の吐出や発光素子１０２の発光を制御する。具体的には、記録ヘッド１００の液吐出不良の検出開始に伴い、発光素子１０２の発光を開始させ、液吐出不良の検出を行うノズル１０１からの液滴１０７の吐き出しを開始させる。吐出制御部１１１による液滴１０７の吐き出し間隔は、光ビーム１０４のビーム径内に１滴の液滴１０７が入る程度の間隔であり、吐出される液滴１０７の速度やビーム径などの設計事項をもとに工場出荷時などに予め設定された値（例えば５００Ｈｚ）である。
【００２２】
データ処理部１１２は、複数の液滴１０７を吐出させて液滴１０７ごとの波形データの特徴量を集計するデータ処理を行う。具体的には、制御部１１０のＲＡＭに確保された作業領域をメモリ１１２１とし、ＣＰＵがプログラムを順次実行することで演算部１１２２としての機能を実現することで、上述したデータ処理を行う。不良判定部１１３は、データ処理部１１２が集計した値をもとに液滴１０７が正常に吐出されたか否かを判定することで、液吐出不良の検出を行う。
【００２３】
ここで、データ処理部１１２、不良判定部１１３による液吐出不良の検出処理の詳細について説明する。図３は、液吐出不良の検出処理の一例を示すフローチャートである。図３に示すように、本実施形態では、ＭＴ（Mahalanobis  Taguchi）法を用い、複数の液滴１０７から取得した波形データの特徴量を集計して得られたマハラノビス距離ＭＤを基に液吐出不良の判定を行っている。
【００２４】
なお、液吐出不良の検出処理に先立って、メモリ１１２１には、液吐出不良の検出を行うノズル１０１（ｎＸ）から複数の液滴１０７を吐出させた際に受光部１０６で検出された波形データが格納されているものとする。図４は、波形データの一例を示すグラフである。図４に示すように、メモリ１１２１は、例えばノズル１０１から３滴の液滴１０７（ｄ１〜ｄ３）が吐出された場合には、そのｄ１〜ｄ３対応のピークを含む波形データが格納される。具体的には、ｄ１の液滴１０７に対応した時間ｔｄ１における電圧ｖｄ１のピーク、ｄ２の液滴１０７に対応した時間ｔｄ２における電圧ｖｄ２のピーク、ｄ３の液滴１０７に対応した時間ｔｄ３における電圧ｖｄ３のピークがある波形データが格納される。
【００２５】
また、本実施形態では、マハラノビス距離ＭＤを基に液吐出不良の判定を行う際に必要な単位空間情報を取得するため、正常なノズル１０１から吐出された３滴（Ｋ＝３）の波形データを１００波形（ｎ＝１００）分、サンプルとして取得しているものとする。ここで、ノズル１０１ごとのばらつきを考慮するため、異なるノズル１０１でサンプルを取得しておいてもよい。
【００２６】
先ず、マハラノビス距離ＭＤを基に液吐出不良の判定を行うための単位空間情報の取得フローについて説明する。図３に示すように、単位空間情報の取得フローが開始されると、データ処理部１１２は、正常なノズル１０１のサンプルとして取得した１００波形分の特徴量をｉ番目から順次抽出するため、ｉ＝１を設定する（Ｓ１０）。
【００２７】
次いで、演算部１１２２は、ｉ番目のサンプルからメモリ１１２１に格納された波形データの入力を受け付け（Ｓ１１）、ディジタルフィルタによりノイズ成分を除去する（Ｓ１２）。次いで、演算部１１２２は、ノイズ成分を除去した波形データより、波形の特徴量を取得する（Ｓ１３）。
【００２８】
波形の特徴量としては、波形のピークにおける電圧値の標準偏差等、正常なノズル１０１による波形と、液吐出不良があるノズル１０１による波形との間で差異が生じる特徴量であればいずれであってよい。本実施形態では、複数の基準電圧を閾値とし、その閾値と波形の交点により算出する変化量、存在量を特徴量とする。
【００２９】
図５−１〜図５−４は、波形データの特徴量の取得を説明するための概念図である。図５−１〜図５−４に示すように、本実施形態では、電圧Ｖｔ１〜Ｖｔ４を閾値として波形との交点を求める。変化量は、電圧Ｖｔ１〜Ｖｔ４のそれぞれにおける波形との交点の数を表す。具体的には、図５−１〜図５−３の場合、電圧Ｖｔ１〜Ｖｔ３と波形との交点の数は６であることから、電圧Ｖｔ１〜Ｖｔ３における変化量は６となる。また、図５−４の場合、電圧Ｖｔ４と波形との交点の数は２であることから、電圧Ｖｔ４における変化量は２となる。
【００３０】
存在量は、電圧Ｖｔ１〜Ｖｔ４のそれぞれにおける波形との交点で、立ち上がりから立ち下がりまでの面積の総和を表す。例えば、図５−１の場合、電圧Ｖｔ１と波形との交点において、立ち上がりから立ち下がりまでの面積の総和（交点から電圧ｖｄ１、ｖｄ２、ｖｄ３を通る波形の面積（図５−１の斜線部の面積））は２２であることから、電圧Ｖｔ１における存在量は２２となる。同様に、電圧Ｖｔ２における存在量は１４（図５−２の斜線部の面積）、電圧Ｖｔ３における存在量は１０（図５−３の斜線部の面積）、電圧Ｖｔ４における存在量は２（図５−４の斜線部の面積）となる。この面積の求め方は、単純に閾値とした電圧からピークの電圧までの差を足し合わせる方法であってもよい。したがって、Ｓ１３では、電圧Ｖｔ１〜Ｖｔ４における変化量及び存在量の８つの特徴量が取得される。なお、この８つの特徴量はそれぞれ変数（１）〜変数（８）とする。
【００３１】
次いで、演算部１１２２は、ｉをインクリメント（ｉ＝ｉ＋１）し（Ｓ１４）、ｉがサンプル数（ｎ）以上であるか否かを判定する（Ｓ１５）。サンプル数以上でない場合（Ｓ１５：ＮＯ）には、次のサンプルの処理を行うため、Ｓ１１へ処理を戻す。サンプル数以上である場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）には、Ｓ１１〜Ｓ１４の処理を終えてＳ１６へ処理を進める。
【００３２】
Ｓ１６において、演算部１１２２は、１〜ｎまでの各サンプルにおける変数（１）〜変数（８）を単位空間データ表に割り当てる。次の（表１）は単位空間データ表の一例である。
【００３３】
【表１】
0005594050.tif 000002
【００３４】
本実施形態では、変数の数は８であることから、ｋ＝８となる。各サンプルの変数（１）〜変数（８）は、該当するサンプル番号のセルに格納される。また、各変数においては、式（１）を用いて平均値が演算部１１２２により算出される。算出された平均値は変数ごとのセルに格納される。
【００３５】
【数１】
0005594050.tif 000003
【００３６】
また、各変数においては、式（２）を用いて標準偏差が演算部１１２２により算出される。算出された標準偏差は変数ごとのセルに格納される。
【００３７】
【数２】
0005594050.tif 000004
【００３８】
次いで、演算部１１２２は、（表１）に例示した単位空間データ表の正規化を行う（Ｓ１７）。この正規化は、式（３）を用いて行う。
【００３９】
【数３】
0005594050.tif 000005
【００４０】
（表２）は正規化後の単位空間データ表の一例である。
【００４１】
【表２】
0005594050.tif 000006
【００４２】
次いで、演算部１１２２は、（表２）に例示した正規化後の単位空間データ表と、式（４）を用いて相関行列Ｒを求める。
【００４３】
【数４】
0005594050.tif 000007
【００４４】
求めた相関行列Ｒは式（５）のとおりである。
【００４５】
【数５】
0005594050.tif 000008
【００４６】
マハラノビス距離ＭＤを基に液吐出不良の判定を行うための単位空間情報は、相関行列Ｒの逆行列であることから、演算部１１２２は、相関行列Ｒの逆行列を取得し（Ｓ１８）、単位空間情報の取得フローを終了する。
【００４７】
次に、マハラノビス距離ＭＤを基にした液吐出不良の判定フローについて説明する。判定フローが開始されると、演算部１１２２は、液吐出不良の検出を行うノズル１０１（ｎＸ）から吐出されたＫ滴の波形データ（図４参照）の入力をメモリ１１２１より受け付ける（Ｓ２０）。次いで、演算部１１２２は、ディジタルフィルタによりノイズ成分を除去し（Ｓ２１）、ノイズ成分を除去した波形データより、波形の特徴量を取得する（Ｓ２２）。
【００４８】
波形の特徴量の取得では、上述したＳ１３と同様に行い、電圧Ｖｔ１〜Ｖｔ４における変化量、存在量を特徴量として取得する。取得した変化量、存在量は、式（６）のｙ１〜ｙｋに割り当てる。具体的には取得した変数（１）〜変数（８）をｙ１〜ｙ８に割り当てる。
【００４９】
【数６】
0005594050.tif 000009
【００５０】
次いで、演算部１１２２は、（表１）に例示した単位空間データ表の平均値、標準偏差値と、式（６）に割り当てたデータを用いて、式（３）で正規化を行う（Ｓ２３）。ただし、ｙｊ＝ｘｉｊとする。式（７）は正規化を行った結果を示す。
【００５１】
【数７】
0005594050.tif 000010
【００５２】
次いで、演算部１１２２は、式（７）に示す結果と、先にＳ１８で求めた単位空間情報（相関行列Ｒの逆行列）から、式（８）を用いてマハラノビス距離ＭＤを算出する（Ｓ２４）。
【００５３】
【数８】
0005594050.tif 000011
【００５４】
なお、Ｓ２４では、単位空間情報を生成したｎサンプルについても同様にマハラノビス距離が求められる。なお、ｎサンプルのマハラノビス距離の平均は１となる。すなわち、ｎサンプルのマハラノビス距離から平均的な波形から離れた波形、すなわち液吐出不良の波形として判別できるため、ｎサンプルのマハラノビス距離を液吐出不良の検出のための閾値として、良／不良判別が可能となる。なお、閾値の決定方法は、不良サンプルを複数取得してその不良サンプルにかかるマハラノビス距離を取得し、先に取得したｎサンプルのマハラノビス距離と完全に分離できる範囲で設定することが好ましい。その範囲において、良を不良と判定する過検出を減らしたい場合には小さく、不良を良と判定する誤検出を減らしたい場合には大きく設定すればよい。十分な検出性能を出すには、吐出液滴の数Ｋ＝１００、変数ｋ＝５２（基準電圧の数を２６とし、変化量：２６、存在量：２６）、単位空間サンプル数ｎ＝１０００程度で行うとよい。
【００５５】
次いで、不良判定部１１３は、Ｓ２４で算出したマハラノビス距離ＭＤと、ｎサンプルのマハラノビス距離による閾値とを比較し、マハラノビス距離ＭＤが閾値未満であるか否かを判定する（Ｓ２５）。上述したように、閾値未満である場合（Ｓ２５：ＹＥＳ）には、液吐出不良のない平均的な波形に近いことから良判定とし（Ｓ２６）、処理を終了する。また、閾値以上である場合（Ｓ２５：ＮＯ）には、平均的な波形から離れていることから液吐出不良であると判定とし（Ｓ２７）、処理を終了する。
【００５６】
以上のように、液吐出不良検出装置１では、複数のノズル１０１から吐出される液滴１０７の飛行経路に発光素子１０２から光ビーム１０４を照射し、光ビーム１０４が飛行する液滴１０７に衝突して生じる前方散乱光１０９を受光部１０６で受光し、前方散乱光１０９の光強度の変化に応じた波形データを取得する。吐出制御部１１１は、不良判定を行うノズル１０１より、光ビーム１０４のビーム径内に一滴の液滴が入る間隔で液滴１０７を吐出させる。データ処理部１１２は、吐出した液滴１０７から取得した波形データを記憶し、複数の液滴１０７から取得した波形データの特徴量を集計する。不良判定部１１３は、集計された特徴量に基づいて液吐出不良を判定する。
【００５７】
したがって、遮蔽光方式では、受光信号のＳ／Ｎ比を上げるためにはレーザ径内に複数の液滴を入れる必要があるが、液吐出不良検出装置１では、前方散乱光１０９を受光部１０６で受光していることから、１滴で十分なＳ／Ｎ比の波形データを取得することができる。また、取得した波形データの特徴量を集計して液吐出不良を判定するため、ヘッド内部の圧電素子に流れる電流波形を計測するための専用回路を組み込むなどのコストを発生させることなく、液吐出不良の判別を精度よく行うことができる。
【００５８】
＜変形例＞
次に、上述した液吐出不良の検出処理の変形例について説明する。変形例では、波形の特徴量を取得する前処理として、特定の波形のみを選択（抽出）する処理や、波形の振幅補正など行う。
【００５９】
図６は、液滴の吐出を例示する概念図である。図６に示すように、ｎＸのノズルより液滴を吐出した場合は、液吐出不良又は正常を問わず、主となる液滴ｄ１に続いて微小な液滴ｄ１ａ（以下、サテライトと呼ぶ）も吐出される。このサテライトｄ１ａは、距離Ｈ（図２参照）を７ｍｍ程度に大きくすることにより、液滴ｄ１よりも速度を遅くすることができる。したがって、サテライトｄ１ａはビーム径内をゆっくりと通過することから、波形データにおいてサテライト成分は周波数の低い成分となって現れる。よって、距離Ｈを大きくする場合、サテライト成分はハイパスフィルタ部１０６３で除去される。しかしながら、過剰判定を防止するため等、距離Ｈを小さくする場合（３ｍｍ程度）は、サテライト成分がハイパスフィルタ部１０６３で完全に除去できなくなる。
【００６０】
図７は、波形データの一例を示す概念図であり、具体的にはサテライト成分を含む波形データの一例を示す概念図である。図７に示すように、主となる液滴ｄ１、ｄ２、ｄ３の波形に続いて、サテライトｄ１ａ、ｄ２ａ、ｄ３ａの波形が波形データに含まれることとなる。具体的には、サテライトｄ１ａに対応した時間ｔｗ１ａに電圧ｖｄ１ａのピークをもつ波形、サテライトｄ２ａに対応した時間ｔｗ２ａに電圧ｖｄ２ａのピークをもつ波形、サテライトｄ３ａに対応した時間ｔｗ３ａに電圧ｖｄ３ａのピークをもつ波形が含まれる。したがって、波形の特徴量として、電圧Ｖｔ１〜Ｖｔ４で変化量、存在量を取得した場合には、サテライトｄ１ａ、ｄ２ａ、ｄ３ａの成分も含まれてしまい、検出精度に影響を及ぼすこととなる。
【００６１】
そこで演算部１１２２は、波形データに含まれる所定の波形のみを選択し、その選択した波形から特徴量を取得する。具体的には、サテライト成分は主となる液滴ｄ１、ｄ２、ｄ３の成分より出力が小さいことから、液滴の吐出を行う時間間隔ｔｄで波形データを区切り、その区切られた範囲ｒ１〜ｒ３の中で最大ピークの波形のみを選択して抽出する。これにより、主となる液滴ｄ１、ｄ２、ｄ３の成分のみを用いて波形の特徴量を取得できる。
【００６２】
また、液滴１０７に衝突して生じる前方散乱光１０９を受光して得られる出力電圧は、治具の取り付け方による誤差や、ノズル１０１の誤差によりばらつきが生じる。主に液吐出不良の検出を行う上で重要なものは、波形のピーク値の標準偏差や、波形幅の成分であることから、出力電圧が一定以上で安定している場合には波形幅に異常がない限り良判定とすべきことが多い。しかしながら、出力電圧が低すぎる場合には不良としたい場合もある。そこで、波形のピーク値の平均が一定以上のときは、波形の振幅を一定値に補正することで、過剰検出の防止を図ることができる。
【００６３】
図８は、変形例にかかる液吐出不良の検出処理の一例を示すフローチャートである。図８に示すように、Ｓ１３、Ｓ２２と同様の処理を行うＳ１３ｂ、Ｓ２２ｂの前に、演算部１１２２は、波形の振幅を一定値に補正する（Ｓ１３ａ、Ｓ２２ａ）。
【００６４】
具体的には、図７に例示した液滴ｄ１、ｄ２、ｄ３の波形の場合、平均Ａｖｅは、Ａｖｅ＝（ｖｄ１＋ｖｄ２＋ｖｄ３）÷３で求められる。よって、一定値として電圧値Ｖｘに補正する場合、波形のｎサンプル目のデータ列をＷ［ｎ］、補正後の波形のデータ列をＷ’［ｎ］とすると、Ｗ’［ｎ］＝Ｗ［ｎ］×Ｖｘ÷Ａｖｅとし、波形全体に補正値Ｖｘ÷Ａｖｅを乗算することで、波形のピークの平均値をＶｘとなるように補正することができる。
【００６５】
また、波形の特徴量の一つとして、波形のピーク値の平均を用いる方法がある。液吐出不良のノズル１０１から吐出される液滴１０７の中には曲がって吐出されるものがある。このように曲がって吐出された液滴１０７が、光ビーム１０４の強度分布上弱い所を飛行すれば受光した際の出力電圧が全体として低下し、平均値が低下する。この平均値の低下によって、液吐出不良がない場合の波形と液吐出不良がある場合の波形に特徴量の差が現れる。また、平均値の低下を検出することによって、液滴１０７が曲がって吐出されていることが推定できるため、予め設定された閾値と比較することによって、液吐出不良の検出を行うことも可能である。
【００６６】
また、波形の特徴量の一つとして、波形のピーク値の標準偏差を用いる方法がある。液吐出不良のノズル１０１から吐出される液滴１０７の中には、ばらついて着弾するものがある。このばらつきは、波形のピーク値のばらつきとなることから、標準偏差を大きくすることとなる。この標準偏差の大小によって、液吐出不良がない場合の波形と液吐出不良がある場合の波形に特徴量の差が現れる。また、標準偏差の増加を検出することによって、ばらついて液滴１０７が吐出されていることが推定できるため、予め設定された閾値と比較することによって、液吐出不良の検出を行うことも可能である。
【００６７】
また、波形の特徴量の一つとして、波形全体のＦＦＴ（高速フーリエ・コサイン・サイン変換）スペクトルの形状を数値化したものを用いる方法がある。具体的には、演算部１１２２は、メモリ１１２１に格納された波形データを読み出してＦＦＴ変換を行い、周波数ごとのＦＦＴスペクトル成分を算出する。図９に示すように、液滴を時間ｔ間隔で吐出させた際の波形データのＦＦＴスペクトルを求めた場合は、１／ｔごとにピークをもつ波形が現れる。また、液吐出不良がない場合は、ピークを最小二乗法等で結ぶ近似曲線ｓはなだらかなものとなる。
【００６８】
これに対し、液滴が分裂するなどの液吐出不良がある場合は、図１０に示すように、ピークを最小二乗法等で結ぶ近似曲線ｓａにはうねりが生じることとなる。このうねりを数値化して閾値と比較することで、液吐出不良を検出できる。具体的には、演算部１１２２は、１／ｔごとの点（ピーク）より最小二乗法等で近似曲線を求め、その曲線の微分値を一定区間で積分することで、うねりの数値化を行う。例えば、うねりが大きければ積分値は大きくなり、うねりが小さければ積分値は小さくなる。したがって、うねりを数値化した値が所定の閾値よりも大きくなることを検出することで、液滴が分裂するなどの液吐出不良の発生を推定できる。なお、波形全体のＦＦＴスペクトルの形状を数値化した値から液吐出不良の検出を行う場合には、液滴の吐出間隔を５００Ｈｚ、距離Ｈを７ｍｍ程度、最小二乗法の次数を６次程度で行うことが好ましい。
【００６９】
また、上述した波形全体のＦＦＴスペクトルの形状を数値化した値から液吐出不良の検出を行う場合においては、特徴量としてＦＦＴスペクトルの形状を示す値の中の低周波成分量（例えば１ｋＨｚ未満）を用いる方法がある。この低周波成分量は、演算部１１２２がＦＦＴスペクトルの１ｋＨｚ未満の成分を足し合わせることで求められる。ノズル１０１から吐出した液滴１０７が飛び散って複数の微小な液滴が光ビーム１０４のビーム径内を飛行する場合、上述した低周波成分量が多くなる。したがって、低周波成分量が所定の閾値よりも大きくなることを検出することで、液滴が複数の微小な液滴に飛び散っているなどの液吐出不良の発生を推定できる。
【００７０】
ここで、上述した液吐出不良検出装置１を備えるインクジェット記録装置を図１１、図１２を参照して説明する。図１１は、液吐出不良検出装置１を備えるインクジェット記録装置２の一例の構成を正面から示す概念図である。図１２は、インクジェット記録装置２の一部を斜め上から観察した図である。
【００７１】
図１１に示すように、インクジェット記録装置２の筐体１０の左右の側板１１、１２には、ガイドシャフト１３とガイド板１４とが平行に掛け渡して設けられている。ガイドシャフト１３およびガイド板１４は、キャリッジ１５に摺動可能に貫通される。キャリッジ１５には、不図示の無端ベルトが取り付けられる。無端ベルトは、筐体１０内の左右に設けられる図示しない駆動プーリと従動プーリに掛けまわされる。そして、駆動プーリの回転と共に従動プーリが従動回転されて無端ベルトを走行させる。これにより、キャリッジ１５が、図１１の矢印で示されるよう左右に移動される。  
【００７２】
キャリッジ１５には、イエロ、シアン、マゼンタ、ブラックの４色のインクジェットヘッド１６ｙ、１６ｃ、１６ｍ、１６ｂ（以下、ヘッド１６で代表させて記述する）が、キャリッジ１５の移動方向に並列配置されている。各ヘッド１６は、下向きのノズル面に複数のノズルを直線状に並べたノズル列を有する。図示しないが、直線状のノズル列は、キャリッジ１５の移動方向と直交する方向に設けられる。
【００７３】
そして、キャリッジ１５が図１１のように右端のホームポジションに存在するときには、各ヘッド１６は、筐体１０内の底板１７上に設置する単独回復装置１８と対向する。単独回復装置１８は、液吐出不良検出装置１で液吐出不良を検出したノズルからインクを吸い出し、インクジェット記録装置２自身で単独で液体吐出不良を回復する装置である。
【００７４】
液吐出不良検出装置１は、筐体１０内の底板１７上に、単独回復装置１８に隣接して配置される。液吐出不良検出装置１は、ヘッド１６の各ノズルの液吐出不良を上述した検出処理によって検出する。
【００７５】
液吐出不良検出装置１に隣接する位置には、板状のプラテン２２を設置する。プラテン２２の背面側には、記録媒体である用紙２３をプラテン２２上に供給する給紙台２４が斜めに立てて設けられる。また、図示を省略するが、給紙台２４上の用紙２３をプラテン２２上に送り出す給紙ローラが備えられる。さらに、プラテン２２上の用紙２３を矢示方向に搬送して正面側に排出する搬送ローラ２５が設けられる。  
【００７６】
筐体１０内の底板１７上には、さらに左端に駆動装置２６が設置される。駆動装置２６は、不図示の給紙ローラや搬送ローラ２５などを駆動するとともに、上述した駆動プーリを駆動することにより無端ベルトを走行させてキャリッジ１５を移動する。
【００７７】
そして、記録時は、駆動装置２６で駆動されることにより用紙２３がプラテン２２上に移動され、所定位置に位置決めされる。また、キャリッジ１５が移動されて用紙２３上を走査され、左方向に移動しながら４色のヘッド１６ｙ、１６ｃ、１６ｍ、１６ｂを用いて順にそれぞれのノズルから液滴が吐出され、用紙２３上に画像が記録される。画像記録後、キャリッジ１５が右方向に戻されるとともに、用紙２３が図１２の矢印の方向に所定量搬送される。
【００７８】
次いで、再びキャリッジ１５が左方向に移動されながら往路で４色のヘッド１６ｙ、１６ｃ、１６ｍ、１６ｂを用いて順にそれぞれのノズルから液滴が吐出され、用紙２３上に画像が記録される。そして、同様に画像記録後、キャリッジ１５が右方向に戻されるとともに、用紙２３が図１２の矢印の方向に所定量搬送される。以下同様の動作が繰り返され、１枚の用紙２３上に画像が記録される。
【符号の説明】
【００７９】
１…液吐出不良検出装置、２…インクジェット記録装置、１０…筐体、１１…側板、１２…側板、１３…ガイドシャフト、１４…ガイド板、１５…キャリッジ、１６…ヘッド、１７…底板、１８…単独回復装置、２２…プラテン、２３…用紙、２４…給紙台、２５…搬送ローラ、２６…駆動装置、１００…記録ヘッド、１０１…ノズル、１０２…発光素子、１０３…コリメートレンズ、１０４…光ビーム、１０５…光ビーム光軸、１０６…受光部、１０７…液滴、１０８…散乱光、１０９…前方散乱光、１１０…制御部、１１１…吐出制御部、１１２…データ処理部、１１３…不良判定部、１２０…ノズル駆動部、１３０…発光駆動部、１０６１…受光素子、１０６２…電流電圧変換部、１０６３…ハイパスフィルタ部、１０６４…増幅部、１０６５…Ａ／Ｄ変換部、１１２１…メモリ、１１２２…演算部、Ｈ…距離
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５−１】
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【図５−２】
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【図５−３】
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【図５−４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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