(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定する飛翔物体の到達位置に相当する既知の平面にシート状に整形された光束を出射し、該光束を横切るように吐出口から飛翔物体を吐出し、前記飛翔物体が光束に当たる際に発生する光を、前記飛翔物体が前記光束と交差した位置における前記光束の進行ベクトルと撮像部の入射光軸とを含む平面が、前記既知の平面と垂直になるように配置された撮像部で撮像し、撮像した画像から前記光束の進行ベクトルと撮像部の入射光軸を含む平面に垂直な方向の座標成分を算出することにより、前記飛翔物体の到達面における到達位置を測定することを特徴とする飛翔物体位置測定方法。
【請求項２】
前記光束は複数であり、複数の光束を少なくとも１箇所で交差するように出射し、その交差域を飛翔物体が横切るように吐出することを特徴とする請求項１に記載の飛翔物体位置測定方法。
【請求項３】
前記撮像部の光軸上に複数の光束のうち対応する偏光方向のみの光束を透過する光学素子が配置されていることを特徴とする請求項２に記載の飛翔物体位置測定方法。
【請求項４】
前記光学素子の透過軸が各々の撮像部に入射する光束が複数の光束のうち対応する光束が最大となるように調整されていることを特徴とする請求項３に記載の飛翔物体位置測定方法。
【請求項５】
前記複数の光束は互いに波長が異なっており、前記撮像部の光軸上に複数の光束のうち対応する光束の波長のみを透過する波長選択素子が配置されていることを特徴とする請求項２に記載の飛翔物体位置測定方法。
【請求項６】
前記複数の光束は互いに波長が異なっており、前記撮像部はカラーＣＣＤカメラを備えていることを特徴とする請求項２に記載の飛翔物体位置測定方法。
【請求項７】
前記飛翔物体が複数の光束に当たる際に発生する光を異なる方向から撮像するための複数の撮像レンズを含み、前記複数の撮像レンズからの像を１つの撮像部の異なる位置に結像することによって前記複数の光束からの像を１つの撮像部で撮像することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の飛翔物体位置測定方法。
【請求項８】
前記撮像部は、複数の受光素子が１次元に配列された１次元受光素子を含み、前記受光素子は光束の進行ベクトルと撮像部の入射光軸とに直交する方向に並んでいることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の飛翔物体位置測定方法。
【請求項９】
前記受光素子の並び方向と撮像部の入射光軸を含む平面に対して直交する方向に撮像部への入射光を集光するレンズが配置されていることを特徴とする請求項８に記載の飛翔物体位置測定方法。
【請求項１０】
前記飛翔物体は、液体吐出記録ヘッドから吐出される液滴であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の飛翔物体位置測定方法。
【請求項１１】
測定する飛翔物体の到達位置に相当する既知の平面にシート状に整形された光束を出射する手段と、出射した前記光束を横切るように吐出口から飛翔物体を吐出し、前記飛翔物体が前記光束と交差した位置における前記光束の進行ベクトルと撮像部の入射光軸とを含む平面が、前記既知の平面と垂直になるように配置され、前記飛翔物体が前記光束に当たる際に発生する光を撮像する手段と、撮像した画像から前記光束の進行ベクトルと前記撮像手段の入射光軸を含む平面に垂直な方向の座標成分を算出することにより、前記飛翔物体の到達面における到達位置を測定する手段とを備えたことを特徴とする飛翔物体位置測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小液体、微小固体等の飛翔物体の飛翔位置を測定する方法及び装置、特に、液体吐出記録装置に用いられる液体吐出記録ヘッドの検査に好適な飛翔物体位置測定方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より液体吐出記録ヘッド（以下、記録ヘッドという）の吐出口から液滴を吐出し、紙やＯＨＰシート等の記録媒体に着弾させることで画像を形成する液体吐出記録装置が知られている。液体吐出記録装置においては、高精細且つ高画質化が要求され、吐出された液滴の着弾位置にばらつきがあると、濃度むらやカラー画像における色調ずれ等の影響を及ぼし、高精細且つ高画質化の妨げとなる。こうした問題の発生を防止するため、製造された記録ヘッドの液滴吐出特性の検査項目の１つとして吐出液滴の着弾位置測定を行っている。
【０００３】
このような着弾位置測定方法としては、例えば、特開平７−３２９３０２号公報に記載されているように記録媒体に所定の検査パターンを印字し、その印字パターンを目視か、あるいは撮像及び画像処理を行うことで液滴着弾の検査を行う方法が知られている。また、特開２０００−６２１５８に記載されているように記録ヘッドの吐出口から少なくとも１個の液滴を吐出させ、吐出口面から離間して位置する紙等の記録媒体に着弾させ、吐出口及び記録媒体に着弾した液滴を、記録媒体下方に配置された画像処理用カメラにより認識して画像処理することによりそれぞれの座標を測定し、液滴の着弾位置と吐出口の位置とを測定する方法がある。
【０００４】
更に、特開２０００−２８０４６１で提案されているようにレーザ光を受光素子に出射させておき、レーザ光の光軸に向けて液滴を吐出し、液滴を光学的に検出することで着弾位置を求める方法も知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平７−３２９３０２号公報や特開２０００−６２１５８に記載されているように記録媒体上に液滴を実際に着弾させる事で着弾位置を観察、測定する方法では、着弾時における液滴のはじきや広がり、あるいは滲みにより液滴の着弾位置を測定できる精度に限界があった。
【０００６】
また、特開２０００−２８０４６１で提案されている方法では、液滴が飛翔中に液滴の飛翔位置を検出するもので、液滴の着弾による液滴のはじき、広がり、滲み等の問題はなく、所望の着弾位置に液滴が着弾しているかどうかの判断は可能である。しかし、液滴の着弾位置が所望の着弾位置からどれだけずれているのかは、受光素子の大きさ以下の精度で測定することができなかった。また、特開２０００−２８０４６１の方法では、１方向の着弾位置しかわからなかった。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、飛翔物体の到達位置をより正確に測定できる飛翔物体位置測定方法及び装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、測定する飛翔物体の到達位置に相当する既知の平面にシート状に整形された光束を出射し、該光束を横切るように吐出口から飛翔物体を吐出し、前記飛翔物体が光束に当たる際に発生する光を、前記飛翔物体が前記光束と交差した位置における前記光束の進行ベクトルと撮像部の入射光軸とを含む平面が、前記既知の平面と垂直になるように配置された撮像部で撮像し、撮像した画像から前記光束の進行ベクトルと撮像部の入射光軸を含む平面に垂直な方向の座標成分を算出することにより、前記飛翔物体の到達面における到達位置を測定することを特徴とする飛翔物体位置測定方法によって達成される。
【０００９】
また、本発明の目的は、測定する飛翔物体の到達位置に相当する既知の平面にシート状に整形された光束を出射する手段と、出射した前記光束を横切るように吐出口から飛翔物体を吐出し、前記飛翔物体が前記光束と交差した位置における前記光束の進行ベクトルと撮像部の入射光軸とを含む平面が、前記既知の平面と垂直になるように配置され、前記飛翔物体が前記光束に当たる際に発生する光を撮像する手段と、撮像した画像から前記光束の進行ベクトルと前記撮像手段の入射光軸を含む平面に垂直な方向の座標成分を算出することにより、前記飛翔物体の到達面における到達位置を測定する手段とを備えたことを特徴とする飛翔物体位置測定装置によって達成される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。まず、本発明の原理について説明する。なお、以下の説明では、飛翔物体として液体吐出記録ヘッドから吐出される液滴を例として説明する。
【００１１】
本願発明者等の研究によれば、水平に位置する光束と飛翔する液滴とが交差する際に発する光を光束斜め下方から撮像すると、撮像部に入射する光は液滴全体の形状は示さず、液滴の一部から発せられた光のみが捉えられることを見い出した。図１（ａ）〜（ｃ）はそれを説明する図である。図１（ａ）、（ｂ）は光束３ａ中を液滴２が横切る際に発する光を撮像部４ａで捉える際の位置関係の一例を示す図である。図１（ａ）は側面から見た図、図１（ｂ）は上面から見た図である。光束３ａは水平（ｘｙ面に平行）、液滴はｚ軸に平行に飛翔し、撮像部４ａの光軸と光束３ａの光軸を含む平面がｙｚ面に平行に位置する。また、撮像部４ａは光束３ａの斜め下方に位置する。この位置関係で光束中に液滴２が存在する時に撮像される画像を模式的に図１（ｃ）に示す。
【００１２】
図１（ｃ）には液滴２の外形が描かれているが、この液滴の外形は全方位から照明したと仮定した場合に見える像である。しかし、ここでは１方向からのみ光束を当てている場合を想定しているので、図１（ｃ）のような液滴中央断面の外形は見えない。撮影されるのは、液滴の一部より発せられる入射光画像１５のみである。この入射光画像１５と液滴外形とは、Ｙ軸に平行な軸に対して対称で、その対称軸は一致する。
【００１３】
よって、撮像される入射光画像１５を画像処理しその対称軸のＸ方向成分を算出することで、液滴が光束と交差した位置における液滴中心のｘ方向の位置を決定できる。この位置精度は取得画像の解像度によるが、撮像部にレンズ倍率を高いものを用い入射光画像１５を拡大し、重心計算等の画像処理を施してｘ方向の位置を決定すれば、従来例では不可能であった受光素子の大きさ以下の精度、液滴外径の１０分の１以下の位置精度まで測定可能である。
【００１４】
このように本発明においては、液滴が光束と交差した位置における、光束の進行ベクトルと撮像部の入射光軸を含む平面に垂直な方向の成分を液滴径以下の高精度で測定できる。また、従来例とは異なり液滴が飛翔している間に計測を行うので、従来例で生じていた記録媒体に着弾させることによる、液滴着弾時の液滴のはじきや広がり、記録媒体上での滲みといった誤差も生じず、高精度な測定が可能である。
【００１５】
次に、このような原理をふまえて本発明の実施の形態について説明する。
【００１６】
（第１の実施形態）
図２は本発明の飛翔物体位置測定装置の第１の実施形態を示す図である。図１において、１は液滴を吐出することにより画像を形成する液体吐出記録ヘッド（以下、記録ヘッド）である。本実施形態では、記録ヘッド１から吐出される液滴の到達面における到達位置を測定する場合を例として説明する。記録ヘッド１は鉛直方向下向きに液滴２を吐出するようにステージコンポーネントに設置され、所望の位置に調整することが可能である。
【００１７】
具体的には、記録ヘッド１はｘｙステージ１０、ｚステージ１１により３次元的に移動可能である。ｘｙステージ１０は記録ヘッド１を図１の紙面に対して横方向及び奥行方向に移動させてｘｙ面の位置を調節する。ｚステージ１１は記録ヘッド１をｚ方向（紙面の上下方向）に移動させてｚ方向の位置を調節する。ｘｙステージ１０及びｚステージ１１の位置分解能は０．１μｍである。また、記録ヘッド１は回転用機構部１３とあおり（チルト）用機構部１２によって回転方向及び高さの平行度を０．１μｍの精度で位置決め可能である。即ち、あおり用機構部１２で記録ヘッド１のｘｙ面の水平度調節を行い、回転用機構部１３で記録ヘッド１のｘｙ面での角度調整を行う。これらのステージ等の稼動コンポーネントはすべて電動モータ（図示せず）を持っていて、外部からの制御によって動作する。
【００１８】
次に、記録ヘッド１の位置決め方法について説明する。記録ヘッド１を位置決めするには、まず、ｚ方向の平行度を調整する。その際、測定域下部に配置している精度０．１μｍ以下のレーザ変位計９が用いられる。このレーザ変位計９により記録ヘッド１の下面の所定の３点とレーザ変位計９までの３点の距離を測長し、その長さが一致するようにあおり（チルト）用機構部１２を用いて平行度を調節する。次いで、記録ヘッド１の吐出口下面のｚ方向位置がｚ原点に位置するようにｚステージ１１を動作させる。ｚ原点はレーザ変位計９の出力が０となる位置としている。そこで、レーザ変位計９により記録ヘッド１の吐出口下面とレーザ変位計９までの距離を測長し、レーザ変位計９が出力が０となるようにｚステージ１１を動作させる。以上により、記録ヘッド１のｚ方向の平行度の調整を終了する。
【００１９】
次いで、ＣＣＤカメラ６ａ，６ｂで記録ヘッド１の吐出口を撮像し、前もって決めた任意のモニタ上の原点の位置に吐出口が位置するようにｘｙステージ１０をマニュアル操作で動作させる。なお、ｚ原点で焦点が合うように撮像部４ａ，４ｂ、ＣＣＤカメラ６ａ，６ｂは位置合わせされている。ここで、記録ヘッド１の吐出口は複数並んで形成されており、吐出口の並び方向をｘｙステージ１０のどちらか一方の送り方向（図１の紙面に対して横方向又は奥行方向）、あるいはシート光３ａ，３ｂの進行方向に一致させる。そして、ｘｙステージ１０で以上のいずれかの方向に記録ヘッド１を移動させつつモニタ上で吐出口の位置を確認し、複数の吐出口の位置がｘｙステージ１０の送り方向と直交する方向にずれないように回転用機構部１３を用いて記録ヘッド１のθ方向（ｘｙ面での記録ヘッドの回転方向）を調整する。
【００２０】
次に、モニタ上で測定対象の吐出口を原点近くに寄せたら画像処理による原点アライメント制御により、原点と吐出口中心点を０．１μｍ以下の精度でアライメントする。以上の操作により、記録ヘッド１の吐出口の位置をｘ，ｙ，ｚ，θ方向において０．１μｍ以下の精度で位置決めできる。また、ｚステージ１１を動作させて記録ヘッド１をｚ方向に規定の長さ上昇させる。この長さが記録ヘッド１の吐出面と測定面（液滴の到達面）との長さに相当し、本実施形態では１．２ｍｍとしている。ここで、本実施形態では、液滴の飛翔位置を測定する装置であるが、シート光３ａ，３ｂの中心軸をなす平面を到達平面とみなし、液滴の到達位置を測定する。従って、本実施形態による測定値は記録ヘッド１の吐出口中心に対する液滴の到達位置のずれ量を示し、到達面と記録ヘッド１の吐出口面の距離も既知であるので、液滴の飛翔方向も算出できる。
【００２１】
また、本実施形態では、２つのシート状の光束３ａ，３ｂを用いている。即ちｚ＝０の水平面には、２本の幅４ｍｍ、最小厚さ１０μｍのシート状のレーザ光３ａ，３ｂが互いに直交するようにレイアウトされている。シート光３ａ，３ｂはその進行方向中心軸の交点中心と、モニタ上の原点の位置が一致するように組立時に位置調整されている。シート光３ａ，３ｂの光源であるレーザ７としてはＣＣＤカメラ６ａ，６ｂとの相性が良く、短波長なため位置測定計測をする上で精度的にも有利な波長５３２ｎｍのＹＡＧ２倍高調波の連続発光型グリーンレーザを用いている。レーザ７の出力は５００ｍＷである。
【００２２】
レーザ７のレーザ光はファイバーケーブル２２により２方向に分岐され、分岐された光はそれぞれシート光整形用光学系８によりシート状の光束３ａ，３ｂに整形され、互いに直交するように出射される。光束をシート状に整形すると、光束のｚ方向厚さが薄い程、光束中心軸をｚ＝０の位置に位置合わせしやすい、光束をシート状にした方が光束のエネルギー密度が増し液滴が光束に当たりそこから出射される光も強くなるので、コントラストの良い画像を取得できる、等の利点がある。
【００２３】
このように液滴がシート光３ａ，３ｂの交点中心に向けて吐出され、シート光を通過する際に発生する散乱光を２つの撮像部４ａ，４ｂのＣＣＤカメラ６ａ，６ｂで撮像する。ＣＣＤカメラ６ａ，６ｂには撮像光学系５ａ，５ｂが取り付けられており、撮像対象を１０倍に拡大して撮像する。また、撮像部４ａの光軸のｘｙ面への投影軸がシート光３ａの中心軸と一致し、撮像部４ａの光軸とシート光３ａの中心軸のなす角度が４５度になるように、且つ、撮像部４ｂの光軸のｘｙ面への投影軸がシート光３ｂの中心軸と一致し、撮像部４ｂの光軸とシート光３ｂの中心軸のなす角度が４５度になるように２つの撮像部４ａ，４ｂは配置されている。
【００２４】
なお、撮像部４ａ（４ｂ）の光軸のｘｙ面への投影軸上に、３ａ（３ｂ（４ｂに対応））の進行ベクトルがあれば測定は十分できる。ただ光束は中心に近いほどエネルギー密度が高い。よって、上記のようにすれば、液適から出射される光量をより多くすることができる。
【００２５】
撮像部４ａ，４ｂには偏光板１４ａ，１４ｂが取り付けられ、シート光整形用光学系８内には１／２波長板が設置されている。吐出された液滴をＣＣＤカメラ６ａ，６ｂで撮像しつつ偏光板１４ａ，１４ｂと１／２波長板の回転方向位置を調整し、シート光３ａからの光がＣＣＤカメラ６ａに、シート光３ｂからの光がＣＣＤカメラ６ｂに入射するようにし、シート光３ａからの光は偏光板３ｂでカットし、シート光３ｂからの光は偏光板３ａでカットするようにする。なお、１／２波長板がなくても適切に偏光板１４ａ，１４ｂの透過軸を調整すれば、ＣＣＤカメラ６ａに入射する光のうちシート光３ａからの光がシート光３ｂからの光よりも多く、ＣＣＤカメラ６ｂに入射する光のうちシート光３ｂからの光がシート光３ａからの光よりも多くすることができる。この場合、画像処理での処理、例えば両入射光の輝度値の違いで、２つの入射光を分離できる。なお、偏光板の代わりに偏光ビームスプリッターを利用しても良い。
【００２６】
ここで、ある特定の進行方向を持つ１つの光束が液滴に当たる場合、液滴から発せられる光の方向は、液滴面が曲面であることから多方面にわたる。そのため複数の光束が１つの液滴に当たる場合、光束の進行方向は互いに異なっていてもその液滴から発せられる光が、同じ１つの撮像部に入射する可能性がある。すると、そうした複数の光束からもたらされる入射光が区別されることなく、１つの画像が得られることになる。
【００２７】
一方、上記方法で液滴位置を特定するには、光束の進行が既知であることと、その光束が液滴に当たり液滴から発する光を他からもたらされる光と区別して認識できなければならない。よって、取得画像で得られる入射光画像が複数の光束からもたらされる入射光により形成されたもので、更にそれが各光束からの入射光別に分離判断しにくい場合は、画像から液滴座標を求める際に大きな誤差が生じる可能性がある。そこで、撮像部の光軸上に偏光板等の特定の偏光方向のみの光を透過する光学素子を配置すれば、入射する光の偏光状態の違いにより不要な光をカットすることができる。
【００２８】
本実施形態では、記録ヘッド１の吐出周波数を１００Ｈｚ、ＣＣＤカメラ６ａ，６ｂの取込み周波数を１０Ｈｚで駆動する。ＣＣＤカメラ６ａ，６ｂの露光時間及びその開始タイミングは、外部から入力する信号の信号ＯＮ時間と信号がＯＮに切り替わるタイミングで制御している。本実施形態では、１回の撮影における露光時間を１００μｓとし、記録ヘッド１の駆動信号は図示しない間引き回路と遅延器を経由してＣＣＤカメラ６ａ，６ｂに入力する。間引き回路で、周波数１００Ｈｚの信号から１０Ｈｚの信号が取り出され、１回の撮影で１滴の液滴を撮影するように遅延器でＣＣＤカメラ６ａ，６ｂに入力する信号のタイミングを調節している。
【００２９】
また、液滴としてプリンタのインクとして用いられているシアンインクを用い、吐出される液滴の外径は２０μｍ前後である。このようにして記録ヘッド１から吐出された液滴をＣＣＤカメラ６ａ，６ｂで撮像する。ＣＣＤカメラ６ａにより撮像された液滴の画像を図３に示す。また、図４は得られる液滴座標を説明するためのｚ方向から見た概略図を示す。
【００３０】
ここで、図３において液滴はＺ軸に平行な軸に対して対称である。これは、撮像部４ａの光軸とシート光３ａの中心軸を含む平面が液滴の飛翔する方向ｚ軸方向と概略平行であるためである。また、ＣＣＤカメラ６ａに入射する光は、シート光３ａからのものであり、シート光３ｂからの光は偏光板１４ａによりカットされているためである。そこで、前述のように撮影された液滴の対称軸のＸ方向位置と、図４における被撮影物である液滴のｘ方向位置とは一致するので、モニタ原点に対する液滴画像の重心を計算し、重心位置のＸ座標値を液滴２のｘ方向位置とする。同様に、ＣＣＤカメラ６ｂで撮影した画像から液滴２のｙ方向位置を決定する。
【００３１】
これらの計算処理は図示しない演算処理部（マイクロコンピュータ）で行う。本実施形態では、撮像した画像の分解能は０．６μｍであり、重心計算を施していることから計測誤差は１画素分以下と考えてよい。つまり、液滴の外径の１０分の１以下の精度で液滴の位置を測定できる。なお、画像上の２次元座標を実空間上での位置座標に変換し、液滴２の到達面における位置を決定する。また、本実施形態では、前述のように記録ヘッド１の吐出口中心点をｘｙ面における原点としており、その位置決め精度を０．１μｍとしている。よって、吐出口に対する液滴の着弾位置が０．１μｍ精度で計測できる。更に、測定ｘｙ面と記録ヘッド１の吐出口面との距離もわかっているので、着弾位置だけではなく液滴の飛翔方向もわかる。
【００３２】
なお、液滴がｘｙ平面に対して斜めに飛翔する場合、シート光の厚さがある分、取得される入射光画像も斜めになるが、液滴の重心座標の各Ｘ，Ｙ座標はｚ＝０のｘｙ平面での飛翔液滴の中心位置ｘ，ｙに対応しているので、上記の方法で処理すれば精度上問題なく計測値を算出できる。更に、本実施形態では、シート光３ａと撮像部４ａ、シート光３ｂと撮像部４ｂの２つの組み合わせで液滴座標を求めたが、シート光１つと撮像部１つの場合でも液滴の座標を得ることは可能である。この場合、シート光は１つなので、別のシート光が液滴に当たり発する光をカットする必要もない。そのため、偏光板や１／２波長板は必要ない。また、これまで説明した方法により高さ方向ｚと、シート光の進行ベクトル及び撮像部の光軸に直交する方向の座標値を決定できる。
【００３３】
更に、残りの一軸（図１（ｃ）のＹ軸）を決定したい場合は、図３の入射光画像のＺ方向位置から算出する。即ち、図１（ｃ）に示すように入射光画像１５の重心と全方位から照明したと仮定した場合に見える液滴外形像（図４では見えない）の重心とは、両者のＺ方向座標が異なる。しかし、計測対象である液滴の外形が既知であれば、入射光画像１５の光が液滴のどの位置からもたらされたものかを計算できるので、入射光画像１５の重心のＺ座標値から、液滴のシート光進行方向の位置を特定することは可能である。
【００３４】
また、本実施形態の装置構成は、液滴にシート光が当たり、透過屈折した光が撮像部に入射するようになっているが、シート光３ａ，３ｂの進行方向がそれぞれ逆になるような配置をとっても良い。この場合、液滴にシート光が当たり反射した光を撮像することになる。特に、液滴が顔料インクの場合、光は透過しないので、反射光を撮像する構成でなければならない。
【００３５】
（第２の実施形態）
図５は本発明の飛翔物体位置測定装置の第２の実施形態を示す図である。第１の実施形態との違いは、２つの異なる波長のレーザ７ａと７ｂを用いている点、ファイバーケーブルは用いずレーザ７ａ，７ｂから出射されたレーザ光をシート光整形用光学系８に直接入射する点、偏光板１４ａ，１４ｂの代わりにバンドパスフィルタ１６ａ，１６ｂを用いている点である。その他の構成は、図２と同様である。
【００３６】
レーザ７ａは波長５３２ｎｍのＹＡＧ２倍高調波のＣＷグリーンレーザで出力は２００ｍＷ、レーザ７ｂは波長４８８ｎｍのＣＷ空冷Ａｒレーザで出力は１００ｍＷである。両レーザから出力されたレーザ光はシート光整形用光学系８に入射し、第１の実施形態と同様に幅４ｍｍ、最小厚さ１０μｍのシート状のレーザ光３ａ，３ｂに整形され、互いに直交するように出射される。なお、第１の実施形態とは異なり、シート光整形用光学系８には１／２波長板は必ずしも含んでいなくてもよい。
【００３７】
撮像部４ａ，４ｂには、それぞれバンドパスフィルタ１６ａ，１６ｂが設置されている。バンドパスフィルタ１６ａは、波長５３２ｎｍの光を透過し、波長４８８ｎｍの光は透過しない。また、バンドパスフィルタ１６ｂは、波長４８８ｎｍの光を透過し、波長５３２ｎｍの光は透過しない。これにより、撮像部４ａにはシート光３ａからの光が、撮像部４ｂにはシート光３ｂからの光のみ入射する構成である。
【００３８】
また、吐出する液滴としてはプリンタのインクとして用いられているシアンインクとし、この装置構成で液滴を吐出させたところ撮像された画像は図３と同様であった。従って、第１の実施形態と同様に両ＣＣＤカメラで撮像される画像から、撮像部の光軸とシート光の中心軸を含む平面に垂直方向の液滴位置座標を算出でき、液滴の着弾位置を測定できる。
【００３９】
（第３の実施形態）
図６は本発明の第３の実施形態を示す図である。第２の実施形態との違いは、撮像部の２つの光軸がミラー１８と三角プリズム１９で折り曲げられ、同一のＣＣＤカメラ６の撮像面に結像する構成になっている点である。この構成により、使用するＣＣＤカメラは１つで済むため、取得する画像の数とデータ容量が半分になるという利点がある。また、コストも低減できる。
【００４０】
撮像部５は、１０倍の顕微鏡レンズ１７とバンドパスフィルタ１６ａ，１６ｂ、ミラー１８と三角プリズム１９を内包する構造になっている。図６において撮像部５の左側の光軸は、ＣＣＤカメラ６の撮像面の左端面から受光部サイズの１／４の長さだけ内側に入った位置に、撮像部５の右側の光軸は、ＣＣＤカメラ６の撮像面の右端面から受光部サイズの１／４の長さだけ内側に入った位置にそれぞれ結像するように位置調整されている。第１の実施形態で説明した画像原点も結像位置に対応したモニタ上の位置に決められる。
【００４１】
バンドパスフィルタ１６ａは第２の実施形態と同様に波長５３２ｎｍの光を透過し、波長４８８ｎｍの光は透過しない。バンドパスフィルタ１６ｂは、波長４８８ｎｍの光を透過し、波長５３２ｎｍの光は透過しない機能を持つ。その他の構成は図５と同様である。
【００４２】
ここで、シート光３ａ，３ｂの進行中心軸を含むｚ＝０の平面に、クロムで正方格子パターンが描画されているガラス基盤を設置し、撮像部５で撮影した画像を図７に示す。図７において、格子の対角線方向がシート光３ａ，３ｂの進行方向に一致するように設置されており、格子の間隔は２０μｍである。この取得した画像によりキャリブレーションを行う。即ち、取得した画像により画像上の２次元座標を実空間上での位置座標に変換する計算アルゴリズムを決定する。
【００４３】
また、この装置構成で撮像された液滴の撮像例を図８に示す。撮像された液滴は、プリンタのインクとして用いられているシアンインクである。図７の場合も同様であるが、撮像部の構造が原因で飛翔方向が斜めに傾いている。図９は図７の左側取得像を拡大した画像、図１０は図８の左側の入射光像を拡大した画像を示す。空間軸方向ｘ，ｚ方向は、取得した画像では格子の対角線方向Ｘ，Ｚに相当する。入射光画像の中心位置のＸ座標値と液滴中心のｘ座標値は一致するので、撮像した入射光像の重心を計算することで液滴中心のｘ座標を算出でき、同様に右側の撮像画から液滴中心のｙ座標を算出できる。なお、計算アルゴリズムを用いて画像上の２次元座標を実空間上での位置座標に変換し、液滴の到達面での位置を決定する。
【００４４】
（第４の実施形態）
図１１は本発明の第４の実施形態を示す図である。第３の実施形態との違いは撮像デバイスとしてカラーＣＣＤカメラ６´を用いている点、バンドパスフィルタ１６ａ、１６ｂを設置していない点である。
【００４５】
この装置構成では、シート光３ａ，３ｂの光は共に、撮像部５のどちらの光軸とも通り、カラーＣＣＤカメラ６´に入射する。カメラで取得した画像を画像処理し、Ｇ（緑）とＢ（青）の色成分のみの画像を得る。Ｇ（緑）色成分の画像には、緑色であるシート光３ａからの光による像しかうつらない。よって、画像の左側の液適像は、図１０と同様である。この左側の液適画像を第３の実施形態と同様に処理することで、液適の到達面でのｘ座標を決定する。また，Ｂ（青）の色成分の画像には、青色であるシート光３ｂからの光による像しかうつらない。よって、右側の液適画像を第３の実施形態と同様に処理することで、液適の到達面でのｙ座標を決定する。
【００４６】
（第５の実施形態）
図１２は本発明の第５の実施形態を示す図である。第２の実施形態との違いは、撮像デバイスとしてラインセンサカメラ２０ａ，２０ｂを用いている点、撮像部５ａ，５ｂの光軸上にシリンドリカルレンズ２１ａ，２１ｂを設置している点である。ラインセンサカメラ２０ａ，２０ｂは素子並び方向がｘｙ面に平行で素子面が上４５度を向くように設置されている。シリンドリカルレンズ２１ａ，２１ｂはラインセンサカメラの素子並び方向と撮像部の光軸に垂直な方向に入射光を集光させるよう配置されている。その他の構成は図５と同様である。
【００４７】
本実施形態で用いたラインセンサカメラ２０ａ，２０ｂは最大ラインレートが６４ｋＨｚであり、本実施形態における作動モードでは、露光時間及びその開始タイミングは、外部から入力する信号の信号ＯＮ時間と信号がＯＮに切り替わるタイミングで制御される。
【００４８】
記録ヘッド１の駆動信号は、遅延器に経由してラインセンサカメラ２０ａ，２０ｂに入力するようになっており、１回の撮影で１滴の液滴を撮影するように遅延器でＣＣＤカメラに入力する信号のタイミングが調節される。なお、第１の実施形態では記録ヘッド１と遅延器の間に間引き回路を設け、ＣＣＤカメラに入力する信号の周波数を１０Ｈｚに落としたが、本実施形態で使用するラインセンサカメラ２０ａ，２０ｂの最大ラインレートは、現在考えられる記録ヘッドの最高駆動周波数３０ｋＨｚよりも速いので、ラインセンサカメラ２０ａ，２０ｂのラインレートは記録ヘッド１の吐出周波数と同じにしている。
【００４９】
吐出する液滴はプリンタのインクとして用いられているシアンインクとし、記録ヘッド１の駆動周波数を１０ＫＨｚにして液滴を吐出し、撮像された液滴の撮像例を図１３に示す。この場合、シリンドリカルレンズを光軸上に挿入しているため、第１、第２の実施形態とは異なり、２次元ＣＣＤの同一縦ライン上にある光が１つの素子上に集光される。そのため、よりコントラストの高い画像が得られる。取得した画像の入射光画像の中心を画像処理で算出し、ラインセンサカメラ２０ａの取得画像から、液滴中心のｘ方向座標が、ラインセンサカメラ２０ｂの取得画像から、液滴中心のｙ方向座標が得られる。このようにラインセンサカメラを用いることにより、高い吐出周波数で液滴を吐出させた場合でも計測対象の液滴を間引くことなく、ある一定時間の間、全ての液滴に対して着弾位置の計測が可能になる。
【００５０】
以上の実施形態で説明した本発明による方法や装置を用いて記録ヘッドの検査を行うことにより、出荷する記録ヘッドの品質を高いレベルに保証することができる。また、この際、計測したデータを製造工程にフィードバックすれば、より信頼性の高い記録ヘッドを効率良く生産でき、製造コストも低減することができる。更に、本発明による装置をプリンタ等の描画装置内に設けて記録ヘッドの検査機能を付加することも可能である。こうすることにより、より高精度、より高信頼性の描画装置を実現できる。
【００５１】
なお、以上の実施形態では、液体吐出記録ヘッドの液滴の飛翔位置を計測する場合を例として説明したが、本発明はこれに限ることなく、微小液体、微小固体等の飛翔位置の測定にも使用することができる。例えば、球状粉体や噴霧滴等の飛翔位置の測定に使用できる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、以下の効果がある。
（１）飛翔物体が光束と交差した位置における光束の進行ベクトルと撮像部の入射光軸を含む平面に垂直な方向の座標成分を算出することにより飛翔する物体の位置を測定しているので、受光素子の大きさ以下の精度で飛翔物体の位置を測定できる。また、飛翔物体の到達面におけるはじきや広がり、あるいは滲みといった誤差が生じることはないため、従来に比べてより正確に飛翔物体の到達面における位置を測定できる。
（２）複数の光束を少なくも１箇所で交差するように出射し、その交差域に飛翔物体が横切るように吐出することにより、飛翔物体の位置を２次元あるいは３次元に決定でき、より正確に飛翔物体の位置を測定できる。
（３）光束をシート状に整形することにより、光束の位置合わせが容易、光束のエネルギー密度が増し、飛翔物体が光束に当たり、そこから出射する光が強くなるのでコントラストの良い画像が得られる等の利点がある。
（４）飛翔物体が複数の光束に当たる際に発生する光を異なる方向から撮像する複数の撮像レンズによって１つの撮像部の異なる領域に像を結像することにより、撮像部が１つで済むばかりでなく、露光タイミング制御等の操作制御量を軽減でき、取得画像数も減少する等の利点がある。
（５）撮像部にラインセンサカメラを用いることにより、取込みデータ量が少なく、高速で撮像できる。
（６）また、ラインセンサカメラを用いた時に入射光を集光するレンズを配置することにより、撮像部に入射する光が微弱であっても撮像可能となり、感度の低い撮像デバイスでも使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を説明するための図である。
【図２】本発明の飛翔物体位置測定装置の第１の実施形態を示す図である。
【図３】図２のＣＣＤカメラで撮像された液滴の画像を示す図である。
【図４】図２の実施形態の液滴座標を説明する図である。
【図５】本発明の第２の実施形態を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施形態を示す図である。
【図７】図６の実施形態の撮像部で撮像されたキャリブレーション用格子パターンの画像の例を示す図である。
【図８】図６の実施形態で撮像された液滴画像の例を示す図である。
【図９】図７の画像を拡大して示す図である。
【図１０】図８の液滴画像を拡大して示す図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態を示す図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態を示す図である。
【図１３】図１２の実施形態で撮像された液滴画像の例を示す図である。
【符号の説明】
１    液体吐出記録ヘッド
２    液滴
３ａ，３ｂ    シート光
４ａ，４ｂ    撮像部
５，５ａ，５ｂ    撮像光学系
６，６ａ，６ｂ    ＣＣＤカメラ
６´    カラーＣＣＤカメラ
７    レーザ
７ａ    グリーンレーザ
７ｂ    ブルーレーザ
８    シート光整形用光学系
９    レーザ変位計
１０    ｘｙステージ
１１    ｚステージ
１２    あおり（チルト）機構部
１３    回転用機構部
１４ａ，１４ｂ    偏光板
１５    入射光画像
１６ａ，１６ｂ    バンドパスフィルタ
１７    レンズ
１８    ミラー
１９    三角プリズム
２０ａ，２０ｂ    ラインセンサカメラ
２１ａ，２１ｂ    シリンドリカルレンズ
２２    ファイバーケーブル
【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】
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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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【図１３】
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