(57)【要約】【課題】ノズルから吐出された飛翔中のインク液滴を複数方向から撮影してその飛翔状態を検出する際に、各方向の撮影画像の撮影条件を一致させる。【解決手段】パルス光源２００とデジタルマイクロスコープ３００との間に、２組の第１乃至第３反射ミラーＭ１１〜Ｍ３１，Ｍ１２〜Ｍ３２を有する光学系３５０を配置し、この光学系３５０により、２つの方向から見たインク液滴５００の画像をデジタルマイクロスコープ３００によって同時に撮影する。これにより、２つの方向からインク液滴５００の画像を撮影するのに用いるパルス光源２００や光学系３５０、デジタルマイクロスコープ３００がいずれも同じになる。また、デジタルマイクロスコープ３００がインク液滴５００の画像を各方向から撮影するタイミングも同じになる。よって、両方向の撮影画像の撮影条件を一致させてインク液滴５００の飛翔状態の検出精度を高めることができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルから吐出されたインク液滴の飛翔状態を検出する装置であって、
前記インク液滴の飛翔経路を挟んで互いに対向するように配置された一対の光源及び撮影手段と、
前記光源の光を前記撮影手段に導く複数の光路が、前記光源及び前記撮影手段間の一点上で交差するように形成する光学系と、
前記撮影手段の撮影画像を解析して前記インク液滴の飛翔状態を検出する飛翔状態検出手段とを備えており、
前記光学系は、前記各光路が前記ノズルからの前記インク液滴の吐出方向軸と同一の角度で交差し、かつ、前記各光路の交差点が前記吐出方向軸上に位置するように形成されており、
前記撮影手段は、同一のタイミングにおいて前記各光路により導かれた前記インク液滴の像光により、前記各光路に対応する前記インク液滴の画像を同時に撮影し、
前記飛翔状態検出手段は、前記撮影手段により撮影された前記各光路に対応する前記インク液滴の画像から、前記インク液滴の飛翔状態を検出する、
ことを特徴とするインク液滴の飛翔状態検出装置。
【請求項２】
前記光学系は、前記各光路を同一光路長で形成することを特徴とする請求項１記載のインク液滴の飛翔状態検出装置。
【請求項３】
前記光学系は、前記交差点において直交する２つの前記光路を形成することを特徴とする請求項１又は２記載のインク液滴の飛翔状態検出装置。
【請求項４】
前記光学系は、前記各光路が存在する面が前記吐出方向軸と直交するように形成されていることを特徴とする請求項１、２又は３記載のインク液滴の飛翔状態検出装置。
【請求項５】
前記光学系は、前記光源の光を反射により前記各光路の交差点に導く第１導光系と、該第１導光系により前記交差点に導かれた光を反射により前記撮影手段に導く第２導光系とを、前記各光路毎にそれぞれ有していることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載のインク液滴の飛翔状態検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルから吐出されるインク液滴の飛翔状態を検出する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット方式により画像を形成する際には、ノズルから吐出したインク液滴の印刷用紙上における着弾位置の精度が、画像の印刷品質を大きく左右する。そこで、規則的なパターン画像を印刷しその変形の程度を印刷用紙上で測定することで、インク液滴の着弾位置精度を評価することが行われている。
【０００３】
しかし、この方法では、印刷を行い、印刷後の印刷用紙を高解像度で撮影し、撮影画像を詳細に解析する必要があるので、実行に時間を要する。そのため、評価結果を制御に即反映させるフィードバック制御を行うことができない。
【０００４】
また、印刷用紙上の画像は印刷プロセスの最終結果であり、途中経過を表すものではないので、インク液滴の特に微小液滴による汚れの発生原因を特定するものとしては適切でない。微小液滴による画像の汚れの発生原因を特定し最適化するには、微小液滴の発生と飛翔中に生じた現象についての情報が必要である。
【０００５】
そこで、ノズルから吐出されて印刷用紙に向け飛翔するインク液滴の撮影画像から液滴の飛翔速度や飛翔方向を求め、これに基づいて着弾位置精度を評価することが、従来から数多く提案されている。
【０００６】
具体的には、例えば、インク液滴の飛翔状態を撮影した撮影画像に基づいて、インク液滴の体積を積分により求め、かつ、インク液滴の吐出指令から撮影タイミングまでの時間差と撮影画面上のインク液滴の飛翔位置とに基づいて、インク液滴の飛翔速度を求めることを提案したものがある（例えば、特許文献１）。
【０００７】
また、撮影方向と同じ数の撮影装置を用いて飛翔中のインク液滴を同時に撮影し、それらの撮影画像に基づいて、液滴の飛翔速度、飛翔方向、体積を測定することを提案したものがある（例えば、特許文献２）。さらに、インク液滴を飛翔させる度に撮影方向を変えて一組の撮影装置により飛翔中のインク液滴を複数回撮影し、それらの撮影画像に基づいて、インク液滴の飛翔方向の偏向を三次元的に検出することを提案したものがある（例えば、特許文献３）。
【０００８】
また、飛翔中のインク液滴を挟んで配置した光源とカメラとによるインク液滴の飛翔状態の撮影画像に基づいて、液滴の平面位置を測定すると共に、撮影画像におけるインク液滴の輝度分散に基づいて、撮影レンズの光軸方向におけるインク液滴の位置を算出することを提案したものがある（例えば、特許文献４）。
【０００９】
上述した従来の提案におけるインク液滴の撮影は、一般に、所謂同期法によって行われる。具体的には、一定周期でインク液滴をノズルが吐出する吐出動作において、そのトリガ信号を基準に任意の時間遅らせたタイミングでインク液滴の飛翔状態を撮影する。インク液滴の飛翔状態が毎回同じであると仮定すれば、毎回の撮影タイミングを一定にすることで同じ飛翔状態の撮影画像を複数枚得ることができる。また、毎回の撮影タイミングを少しずつずらせば、飛翔状態が徐々に進行する複数枚の撮影画像を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平５−１４９７６９号公報
【特許文献２】特開平１１−１０５３０７号公報
【特許文献３】特開２００９−３３７７７１号公報
【特許文献４】特開２００９−２９８０１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、インク液滴の撮影画像は撮影平面上にインク液滴の像を投射した２次元情報である。一方、インク液滴は三次元座標で位置を表し体積で液量を表すことができる三次元物体である。このため、２次元情報であるインク液滴の撮影画像では、三次元物体であるインク液滴の飛翔状態を評価するのに情報不足となる。そこで、インク液滴の飛翔状態を三次元情報で評価することが重要となる。
【００１２】
しかも、例えば不吐出や吐出不良等が生じるインク液滴の不安定な飛翔状態を改善するために、インク液滴の飛翔状態を評価する際には、インク液滴がノズルの軸方向から外れて飛翔することが多い。このような場合は、インク液滴の形状がノズル軸を中心軸とする回転体にならなくなる。
【００１３】
したがって、インク液滴の飛翔状態を三次元情報で評価する際には、インク液滴の飛翔状態を２以上の方向から撮影した画像を解析する等して、インク液滴の飛翔状態の三次元座標情報を得る必要がある。
【００１４】
インク液滴の飛翔状態の三次元座標情報を得るには、例えば、ノズルから吐出したインク液滴を、吐出のトリガ信号を基準にした経過時間ｔのタイミングで、インク液滴の吐出方向（Ｚ軸方向）に対して直交する２方向（例えば、互いに直交するＹ軸方向及びＸ軸方向）からそれぞれ撮影する。そして、各方向の撮影画像から、インク液滴の特徴点（重心点等）の座標値（ＸＺ座標値やＹＺ座標値）を測定する。
【００１５】
Ｙ軸方向からの撮影とＸ軸方向からの撮影とを同期法により行う場合は、例えば、Ｙ軸方向からの撮影を、ノズルからｎ回目に吐出したインク液滴について、吐出のトリガ信号を基準にした経過時間ｔのタイミングで行う。また、Ｘ軸方向からの撮影を、ノズルからｎ＋１回目に吐出したインク液滴について、吐出のトリガ信号を基準にした経過時間ｔのタイミングで行う。
【００１６】
この場合、ｎ回目の吐出の際にＹ軸方向から撮影した画像から、インク液滴の特徴点のＸＺ座標値（（Ｘｎ，ｔ），（Ｚｎ，ｔ））を測定し、ｎ＋１回目の吐出の際にＸ軸方向から撮影した画像から、インク液滴の特徴点のＹＺ座標値（（Ｙｎ＋１，ｔ），（Ｚｎ＋１，ｔ））を測定する。
【００１７】
この測定の際に、インク液滴の飛翔状態が不安定であると、飛翔状態の繰り返し性が悪く吐出の度にインク液滴の飛翔状態が変化する。このため、Ｙ軸方向からの撮影とＸ軸方向からの撮影とを同期法により同じタイミング（経過時間ｔ）で行っても、両方向の撮影画像におけるインク液滴の吐出方向（Ｚ軸方向）における特徴点の座標値（（Ｚｎ，ｔ）と（Ｚｎ＋１，ｔ））は、一般に等しくならない。
【００１８】
このため、撮影したタイミングが同じ経過時間ｔであるからと言って、ｎ回目の吐出の際にインク液滴の特徴点がＸＺ座標値（Ｘｎ，ｔ），（Ｚｎ，ｔ）を通過するのと同時に、Ｙ軸上の座標値（Ｙｎ＋１，ｔ）を通過するとは限らない。同じく、撮影したタイミングが同じ経過時間ｔであるからと言って、ｎ＋１回目の吐出の際にインク液滴の特徴点がＹＺ座標値（Ｙｎ＋１，ｔ），（Ｚｎ＋１，ｔ）を通過するのと同時に、Ｘ軸上の座標値（Ｘｎ，ｔ）を通過するとは限らない。
【００１９】
以上のことから、インク液滴の飛翔状態を２以上の方向から撮影する際には、正確な三次元座標情報を得るために、各方向からの撮影を同時に行う必要がある。
【００２０】
ところが、上述した特許文献１及び特許文献４の提案では、インク液滴の飛翔状態を単一方向から撮影するので、そもそも、三次元的なインク液滴の飛翔状態を評価することができない。
【００２１】
一方、特許文献２の提案では、撮影方向と同数の撮影装置を用いてインクの飛翔状態を複数方向から撮影するので、三次元的なインク液滴の飛翔状態を評価することができる。この提案では、各方向から同じインク液滴を撮影するので、インク液滴の飛翔状態の再現性の良し悪しを考慮する必要がなくなる。その代わり、各方向からの撮影に使用する撮影装置が異なるので、撮影装置の光学系の特性が各方向の撮影画像にそれぞれ個別に現れる。そのため、各撮影装置の光学系の特性が一致しないと、それぞれの特性が現れた各方向の撮影画像からインク液滴の飛翔状態を一義的に求めることが難しくなる。
【００２２】
その上、各撮影装置の光学系の特性が一致しても、各撮影装置の撮影タイミングが一致しないと、各方向の撮影画像に写るインク液滴の飛翔経路上における飛翔位置が一致しないので、やはり、各方向の撮影画像からインク液滴の飛翔状態を一義的に求めることが難しくなる。
【００２３】
また、特許文献３の提案では、撮影の度に撮影装置の撮影方向を変えてインクの飛翔状態を複数方向から撮影するので、特許文献２の提案と同様に、三次元的なインク液滴の飛翔状態を評価することができる。この提案では、各方向からの撮影に同じ撮影装置を使用するので、撮影装置の光学系の特性が各方向の撮影画像に同じように現れる。そのため、各方向の撮影画像間で撮影装置の相違による影響を考慮する必要がない。しかし、各方向から撮影したインク液滴が異なるので、インク液滴の飛翔状態の再現性が低いと、各方向の撮影画像からインク液滴の飛翔状態を一義的に求めることが難しくなる。
【００２４】
即ち、特許文献２や特許文献３の提案では、複数方向からの撮影画像を用いてインク液滴の飛翔状態を三次元的に評価することはできるものの、正確な三次元座標情報に基づく評価を行うことができない。
【００２５】
本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、ノズルから吐出された飛翔中のインク液滴を複数方向から撮影してその飛翔状態を検出する際に、各方向の撮影画像の撮影条件を一致させてインク液滴の飛翔状態の検出精度を高めることができるインク液滴の飛翔状態検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上記目的を達成するために本発明は、
ノズル（例えば、図３（ｋ）のノズル５ａ）から吐出されたインク液滴（例えば、図３（ａ）のインク液滴５００）の飛翔状態を検出する装置であって、
前記インク液滴の飛翔経路を挟んで互いに対向するように配置された一対の光源（例えば、図４のパルス光源２００）及び撮影手段（例えば、図４のデジタルマイクロスコープ３００）と、
前記光源の光を前記撮影手段に導く複数の光路（例えば、図５の光路Ｌ１，Ｌ２）が、前記光源及び前記撮影手段間の一点上（例えば、図５の交差点Ｐ）で交差するように形成する光学系（例えば、図５の光学系３５０）と、
前記撮影手段の撮影画像（例えば、図３（ａ）〜（ｋ）の画像）を解析して前記インク液滴の飛翔状態を検出する飛翔状態検出手段（例えば、図４の演算処理部４４０）とを備えており、
前記光学系は、前記各光路が前記ノズルからの前記インク液滴の吐出方向軸（例えば、図３の吐出方向Ｚにおけるノズル５ａの延長線）と同一の角度で交差し、かつ、前記各光路の交差点が前記吐出方向軸上に位置するように形成されており、
前記撮影手段は、同一のタイミングにおいて前記各光路により導かれた前記インク液滴の像光により、前記各光路に対応する前記インク液滴の画像を同時に撮影し、
前記飛翔状態検出手段は、前記撮影手段により撮影された前記各光路に対応する前記インク液滴の画像から、前記インク液滴の飛翔状態を検出する、
ことを特徴とする。
【００２７】
上記発明によれば、インク液滴の吐出方向の軸線上に各光路の交差点が存在するので、各光路の像光により撮影手段が撮影するのは、互いに異なる複数方向からのインク液滴の画像ということになる。しかも、各方向からインク液滴の画像を撮影するのに用いる光源、光学系、撮影手段はいずれも同一のものであり、かつ、各方向からインク液滴の画像を撮影するタイミングも同一である。このため、各方向の撮影画像の撮影条件を一致させてインク液滴の飛翔状態の検出精度を高めることができる。
【００２８】
また、上記発明において、前記光学系は、前記各光路を同一光路長で形成することを特徴とする。
【００２９】
上記発明によれば、各光路が同一光路長であることから、光源から撮影手段に到達するまでの各光路の像光の減衰度が一致する。このため、撮影手段が撮影する各方向からのインク液滴の画像の輝度を均一化させて、撮影画像からのインク液滴の画像の特定や、特定した画像の解析によるインク液滴の飛翔状態の検出を、容易にすることができる。
【００３０】
さらに、上記発明において、前記光学系は、前記交差点において直交する２つの前記光路を形成することを特徴とする。
【００３１】
上記発明によれば、インク液滴の撮影画像に現れる飛翔方向は撮影画像面に沿った二次元方向である。そのため、互いに直交する２方向からの撮影画像には、互いに直交する撮影画像面に沿った二次元方向のインク液滴の飛翔方向がそれぞれ現れる。したがって、これら直交する２方向からの撮影画像を用いることで、三次元方向に飛翔するインク液滴の飛翔方向を精度よく特定し、インク液滴の飛翔状態を正確に検出することができる。
【００３２】
また、上記発明において、前記光学系は、前記各光路が存在する面が前記吐出方向軸と直交するように形成されていることを特徴とする。
【００３３】
上記発明によれば、インク液滴の吐出方向軸に対する撮影手段の撮影方向が直角に対して傾かないので、撮影画像に写るインク液滴の吐出方向における１画素当たりの長さが、撮影画像上の画素位置によって異なることがない。このため、撮影画像からインク液滴の形状を正確に把握して、インク液滴の飛翔状態を正確に検出することができる。
【００３４】
さらに、上記発明において、前記光学系は、前記光源の光を反射により前記各光路の交差点に導く第１導光系（例えば、図５の第１反射ミラーＭ１１，Ｍ１２）と、該第１導光系により前記交差点に導かれた光を反射により前記撮影手段に導く第２導光系（例えば、図５の第２反射ミラーＭ２１，Ｍ２２、第３反射ミラーＭ３１，Ｍ３２）とを、前記各光路毎にそれぞれ有していることを特徴とする。
【００３５】
上記発明によれば、第１及び第２のどちらかの導光系の配置や角度を変えることで、その導光系を有する光路を選択的に形成、消滅させることができ、撮影手段が撮影するインク液滴の画像の方向を任意に切り替えることができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、ノズルから吐出された飛翔中のインク液滴を複数方向から撮影してその飛翔状態を検出する際に、各方向の撮影画像の撮影条件を一致させてインク液滴の飛翔状態の検出精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の評価方法で評価する画像を形成するインクジェットプリンタの概略構成を示す説明図である。
【図２】図１の制御ユニットがプリンタ部のインクジェットヘッドに出力する駆動信号の波形とインク室内のインク圧力の変化との関係を示す説明図である。
【図３】（ａ）〜（ｋ）は図１のインクジェットヘッドのノズルから吐出されたインク液滴の飛翔状態を吐出からの経過時間別に示す説明図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る飛翔状態検出装置の概略構成を示す説明図である。
【図５】図４の光学系の概略構成を示す説明図である。
【図６】（ａ）〜（ｆ）は図４のカメラレコーダがデジタルマイクロスコープの撮影画像を動的２値化する際の画像処理内容を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。以下の説明では、まず、本発明の検出方法によって飛翔状態を検出するインク液滴を吐出するインクジェットプリンタの構造とインク液滴の飛翔状態の傾向を、下記の
１．インクジェットプリンタ
１．１．インクジェットプリンタの構成
１．２．インク液滴の飛翔状態
の項目順で説明する。
【００３９】
また、これに続いて、本発明の実施形態に係るインク液滴の飛翔状態検出装置の構成と、検出処理において用いる飛翔状態の前提とする、インク液滴の累積体積関数や飛翔状態の評価値の一般的な求め方と、評価値を用いて飛翔状態を評価する際に用いる評価データの内容、そして、それらを用いた飛翔状態の評価処理の内容を、下記の
２．インク液滴の飛翔状態検出装置
２．１．飛翔状態検出装置の構成
２．２．動的しきい値を用いた画像の２値化処理
２．３．インク液滴の飛翔状態の検出処理
２．４．変形例
の項目順で説明する。
【００４０】
（１．インクジェットプリンタ）
（１．１．インクジェットプリンタの構成）
まず、本発明の検出方法によって飛翔状態を検出するインク液滴を吐出するインクジェットプリンタの概略構成を、図１の説明図を参照して説明する。図１に示す本実施形態のインクジェットプリンタ１は、給紙部Ａと、プリンタ部Ｂと、搬送部Ｃと、排紙部Ｄと、反転部Ｅと、これらの動作を制御する制御ユニット２９とを備えている。
【００４１】
給紙部Ａは、記録紙ＰＡ（印刷用紙）を給紙するものである。給紙部Ａは、記録紙ＰＡの搬送経路の最も上流側に配置されている。給紙部Ａは、給紙台Ａ１から記録紙ＰＡをプリンタ部Ｂへと給紙する。
【００４２】
プリンタ部Ｂは、給紙部Ａの下流側に配置されている。プリンタ部Ｂは、レジストローラＢ１やベルト搬送部Ｂ２等を用いて記録紙ＰＡを搬送部Ｃに搬送しつつ、記録紙ＰＡに画像を印刷する。
【００４３】
レジストローラＢ１は、給紙部Ａまたは反転部Ｅから搬送される記録紙ＰＡをベルト搬送部Ｂ２へと搬送する。ベルト搬送部Ｂ２は、レジストローラＢ１から搬送された記録紙ＰＡを吸引しつつ、搬送部Ｃへと搬送する。
【００４４】
搬送部Ｃは、記録紙ＰＡの搬送経路のうち、排紙部Ｄと反転部Ｅの分岐部分に記録紙ＰＡを搬送する経路を構成しており、印刷済みの記録紙ＰＡを搬送する。搬送部Ｃは、プリンタ部Ｂの下流側に配置されている。排紙部Ｄには、印刷済みの記録紙ＰＡが排紙されて積層される。排紙部Ｄは、搬送部Ｃの下流側に配置されている。
【００４５】
反転部Ｅには、排紙部Ｄと切り替えて、両面印刷の片面印刷済の記録紙ＰＡが送り込まれる。反転部Ｅは、片面が印刷された記録紙ＰＡを反転させてプリンタ部Ｂへと搬送する。
【００４６】
上述したプリンタ部Ｂでは、記録紙ＰＡに対する画像の印刷が行われる。そのためにプリンタ部Ｂは、ベルト搬送部Ｂ２の上方に配置されたヘッドユニットＢ３を有している。ヘッドユニットＢ３は、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）の各色のインクに対応する４列のインクジェットヘッド５を備えている。
【００４７】
各インクジェットヘッド５は、図１中での図示を所略するが、インクを吐出するノズルと、このノズルに連通するインク室とを有しており、インク室は、ＰＺＴ（ＰｂＺｒＯ３  −ＰｂＴｉＯ３  ）等の公知の圧電材料からなる隔壁を有している。
【００４８】
インク室は、制御ユニット２９からの駆動信号により隔壁の電極に印加される電圧を変化させて隔壁をせん断変形させることで、容積を増減変化させることができる。この容積変化を適切なパターンで行わせることにより、インク室のインクをノズルから液滴として吐出させることができる。
【００４９】
なお、図１のインクジェットプリンタ１は、所謂マルチドロップ機能を有している。したがって、１つの画素に対してノズルが吐出するインク液滴は、その画素の階調に応じて１ドロップ〜複数ドロップ（例えば７ドロップ）の範囲で変えることができる。
【００５０】
制御ユニット２９は、マイクロコンピュータなどによって構成されており、いずれも図示を省略するＲＯＭに格納されたプログラムをＣＰＵがＲＡＭの作業領域を使用しながら実行することで、不図示のドライバ回路を通じて各インクジェットヘッド５に、上述した駆動信号を出力する。この制御ユニット２９は、ノズルからインク液滴を１ドロップ吐出させる毎に、駆動信号をインクジェットヘッド５に出力する。
【００５１】
制御ユニット２９が出力する駆動信号は、例えば、図２の実線で示すような、駆動パルスＰ１，Ｐ２を含む波形とすることができる。この駆動信号によりインクジェットヘッド５の不図示のインク室の隔壁を駆動すると、まず、最初の駆動パルスＰ１の開始（ｔ１のタイミング）によりインク室の容積が拡大される。これにより、図２の破線で示すように、インク室内のインク圧力が減少し、インク室にインクが流れ込む。
【００５２】
その後、インクの流入によりインク圧力が増加し、ｔ２のタイミングにおける駆動パルスＰ１の終了により、インク室の容積が元の大きさに縮小される。これにより、インク室内のインク圧力がさらに増加し、インク室のインクが不図示のノズルから液滴として吐出される。
【００５３】
以後、インク室内のインク圧力は減少に転じ、インク液滴の吐出が終了する。そして、２つ目の駆動パルスＰ２の開始（ｔ３のタイミング）により、インク室の容積が縮小される。これにより、インク室内のインク圧力の減少がインク室容積の縮小に伴うインク圧力の増加でキャンセルされる。そのため、駆動パルスＰ２が終了（ｔ４のタイミング）した後、インク室のインク圧力が通常圧力に戻るまでの所要時間が短縮され、次にノズルからインクを吐出する準備が早く整うようになる。
【００５４】
（１．２．インク液滴の飛翔状態）
次に、インクジェットヘッド５から吐出されたインク液滴の飛翔状態について説明する。図３（ａ）〜（ｋ）はインク液滴の飛翔状態を吐出からの経過時間別に示す説明図であり、各図中下方にあるインクジェットヘッド５のノズル５ａから上方に向けてインク液滴が吐出された場合を示している。なお、図３（ａ）〜（ｆ）では、ノズル５ａがインク液滴により隠れている。
【００５５】
図３（ａ）は吐出動作開始からの経過時間ｔ＝５０μｓのタイミングにおける飛翔状態を示し、図３（ｂ）以降は経過時間ｔが５μｓずつ後のタイミングにおける飛翔状態をそれぞれ示している。よって、最後の図３（ｋ）では、経過時間ｔ＝１００μｓのタイミングにおける飛翔状態を示している。なお、図３（ａ）〜（ｋ）では、１つの画素に５ドロップ連続でインク液滴を吐出した場合を示している。
【００５６】
図３（ａ）に示すように、ノズル５ａから吐出方向Ｚに吐出されたインク液滴５００は当初、ドロップに対応する主滴５１０の後に、細い尾を引いて飛翔する。そのため、各主滴５１０の後には細径の液柱５２０が尾を引いてそれぞれ繋がっている。なお、図３（ａ）のタイミングでは既に、先頭のドロップに対応する主滴が２つ目のドロップに対応する主滴５１０に吸収されて１つになっている。
【００５７】
インク液滴５００の飛翔中に液柱５２０は主滴５１０から分離し、分離後に主滴５１０の後方を飛翔する液柱５２０は、図３（ｅ）〜（ｋ）に示すように、やがて吐出方向Ｚにおいて複数に分裂し、微小液滴（サテライト）５３０となる。微小液滴の体積及び質量は、主滴の概ね１／１０乃至それ以下である。
【００５８】
空気中を飛翔する液滴はその大きさが小さいほど抗力による減速が顕著なので、飛翔を続けるうちに微小液滴５３０は前方の主滴５１０から遅れて離れていく。そして、吐出方向Ｚの前後２つの主滴５１０間を飛翔する微小液滴５３０は、飛翔中に後方の主滴５１０に追いつかれて吸収される。しかし、図３（ｋ）に示すように、ノズル５ａが最後に吐出した主滴５１０の後を飛翔する微小液滴５３０は飛翔速度が低下していき、その一部は、主滴５１０に吸収されることなく記録紙ＰＡに着弾する。
【００５９】
上述したように、インク液滴５００の形状は、ノズルから吐出した後の時間の経過と共に変化する。このため、例えばインク液滴５００の記録紙ＰＡに対する着弾位置精度を評価するために、インク液滴５００の撮影画像から飛翔状態（飛翔速度や飛翔方向、飛翔位置、液滴量、形状等）を検出する場合は、例えばインク液滴５００の形状が安定するタイミング等、インク液滴５００が検出するのに適した飛翔状態となるタイミングの撮影画像を用いることが好ましい。
【００６０】
また、インク液滴５００は三次元方向に飛翔するので、その飛翔状態を、インク液滴５００を１つの方向から撮影した平面的な画像から的確に把握するには限界がある。そこで、後述する本発明の一実施形態に係る飛翔状態検出装置では、飛翔中のインク液滴５００を異なる２以上の方向から撮影した画像によってインク液滴５００の飛翔状態を求めるようにしている。
【００６１】
（２．インク液滴の飛翔状態検出装置）
（２．１．飛翔状態検出装置の構成）
次に、本発明の一実施形態に係る飛翔状態検出装置について、図４を参照して説明する。図４の飛翔状態検出装置は、例えば上述したようにしてインクジェットヘッド５のノズル５ａから吐出されたインク液滴５００の飛翔状態を、本発明の検出方法を適用して検出するのに用いることができる。
【００６２】
図４に示す本実施形態の飛翔状態検出装置は、図１の制御ユニット２９に代わって駆動信号を出力しインクジェットヘッド５を駆動するために、コントローラとしての制御用パーソナルコンピュータ（制御用ＰＣ）１００と、ドライバとしてのＩＪヘッド駆動装置１５０を用いる。ＩＪヘッド駆動装置１５０は、制御用ＰＣ１００からインク吐出の指示信号を受信すると、駆動信号をインクジェットヘッド５に出力する。
【００６３】
また、本実施形態の飛翔状態検出装置は、インクジェットヘッド５が下方に吐出したインク液滴５００の飛翔経路を照明するパルス光を発光するパルス光源２００と、インク液滴５００を撮影するデジタルマイクロスコープ３００と、デジタルマイクロスコープ３００から撮影信号を取り込み処理するパーソナルコンピュータとを有している。また、飛翔状態検出装置は、パルス光源２００のパルス光をデジタルマイクロスコープ３００に導く光学系３５０をさらに有している。
【００６４】
パルス光源２００は、制御用ＰＣ１００の制御によりパルス光源制御装置２５０が出力するパルス信号に応じてパルス光を発光する。デジタルマイクロスコープ３００は、例えば、ＲＧＢ２４ビットで縦１６００×横１２００画素の無圧縮画像信号を、１５フレーム／秒の高レートで転送出力する。したがって、パーソナルコンピュータ４００には、デジタルマイクロスコープ３００の信号転送レートに応じたサンプリングレートで画像信号の取り込み及び記録（録画）が可能な画像記録部４１０として機能する装置を使用する。
【００６５】
光学系３５０は、図５に示すように、パルス光源２００の光を２つの光路Ｌ１，Ｌ２によってデジタルマイクロスコープ３００に導くもので、各光路Ｌ１，Ｌ２は、第１乃至第３反射ミラーＭ１１〜Ｍ３１，Ｍ１２〜Ｍ３２によりそれぞれ３回反射されてデジタルマイクロスコープ３００に導かれる。
【００６６】
各光路Ｌ１，Ｌ２の第１反射ミラーＭ１１．Ｍ１２どうし、第２反射ミラーＭ２１，Ｍ２２どうし、第３反射ミラーＭＭ３１，Ｍ３２どうしは、それぞれデジタルマイクロスコープ３００の画角中心軸Ｓを挟んで線対称の位置に配置されている。したがって、光路Ｌ１の光路長と光路Ｌ２の光路長とは同じである。なお、第３反射ミラーＭ３１，Ｍ３２は、断面二等辺三角形の三角柱の両斜面で構成されている。
【００６７】
各光路Ｌ１，Ｌ２は、図５の紙面と平行な平面内に延在している。そして、各光路Ｌ１，Ｌ２は、第１反射ミラーＭ１１，Ｍ１２から第２反射ミラーＭ２１，Ｍ２２に至る途中で直角に交差する。一方、インク液滴５００の飛翔（吐出）方向は、図５中に記号で示すように、図５の紙面の表裏方向である。そして、交差点Ｐは、インク液滴５００の吐出方向Ｚにおけるノズル５ａの延長線上、即ち、インク液滴５００の吐出方向軸上に位置している。したがって、インク液滴５００の吐出方向軸は、光路Ｌ１，Ｌ２の延在平面と直交し、インク液滴５００が吐出方向軸上をまっすぐに飛翔した場合は、２つの光路Ｌ１，Ｌ２の交差点Ｐをインク液滴５００が通過する。
【００６８】
即ち、上述した光学系３５０では、第１反射ミラーＭ１１，Ｍ１２によりパルス光源２００の光を光路Ｌ１，Ｌ２の交差点Ｐに導光し、第２反射ミラーＭ２１，Ｍ２２及び第３反射ミラーＭ３１，Ｍ３２により、交差点Ｐに導光された光をデジタルマイクロスコープ３００に導光する。
【００６９】
これにより、デジタルマイクロスコープ３００の正面に存在する第３反射ミラーＭ３１，Ｍ３２には、第２反射ミラーＭ２１，Ｍ２２で反射されたインク液滴５００の正立虚像が写る。このため、デジタルマイクロスコープ３００は、光路Ｌ１，Ｌ２上を導びかれたインク液滴５００の像光により、各第２反射ミラーＭ２１，Ｍ２２から交差点Ｐに向かう２つの方向から見たインク液滴５００の画像を同時に撮影することができる。
【００７０】
なお、デジタルマイクロスコープ３００が同時に撮影する２方向からのインク液滴５００の撮影画像は、画面の左半分が光路Ｌ１に対応する第２及び第３反射ミラーＭ２１，Ｍ３１の反射像（ＹＺ平面像）、右半分が光路Ｌ２に対応する第２及び第３反射ミラーＭ２２，Ｍ３２の反射像（ＸＺ平面像）となる。この２方向から見たインク液滴５００が写ったデジタルマイクロスコープ３００の撮影画像は、パーソナルコンピュータ４００の画像記録部４１０に記録（録画）される。
【００７１】
前記制御用ＰＣ１００は、ＩＪヘッド駆動装置１５０によりインクジェットヘッド５のノズル５ａから下方にインク液滴５００を吐出させるための駆動信号を出力した後、一定時間遅れてパルス光源２００を発光させる。パルス光源２００が発光している間にデジタルマイクロスコープ３００が撮影した画像には、インクジェットヘッド５が吐出動作を開始してから一定時間が経過した飛翔中のインク液滴５００が、２方向から撮影される。
【００７２】
したがって、例えば図３（ｉ）のタイミング（経過時間ｔ＝９０μｓ）でインク液滴５００を撮影する場合は、インク液滴５００の吐出動作開始後９０μｓ経過した時点でパルス光源２００を点灯させる。なお、図３（ａ）〜（ｋ）の画面の縦横比（アスペクト比）と、デジタルマイクロスコープ３００の無圧縮画像信号の画面の縦横比とは異なっている。
【００７３】
ここで、パーソナルコンピュータ４００は、上述した画像記録部４１０に録画した２方向からの飛翔中のインク液滴５００が写った画像を２値化する画像処理部４２０として機能する。また、パーソナルコンピュータ４００は、２値化したインク液滴５００の飛翔状態の撮影画像から、２つの方向から見たインク液滴５００の形状をそれぞれ特定する形状解析部４３０として機能する。
【００７４】
また、パーソナルコンピュータ４００は、形状解析部４３０が特定した２方向から見たインク液滴５００の形状を解析して、インク液滴５００の飛翔状態（飛翔速度、飛翔方向、飛翔位置、液滴量、形状パラメータ等）を、それを示す数値として検出する演算処理部４４０として機能する。なお、パーソナルコンピュータ４００には、検出したインク液滴５００の飛翔状態を示す数値を、インク液滴５００の飛翔状態を評価するためのデータとして記憶するハードディスク等の評価データ記憶部４５０が設けられている。
【００７５】
パーソナルコンピュータ４００の画像処理部４２０は、画像記録部４１０に記録した２方向から見たインク液滴５００の飛翔状態の撮影画像から、インク液滴５００（主滴５１０、液柱５２０、微小液滴５３０）の部分と背景部分とを判別するための画像処理を、各方向毎に行う。この画像処理は、例えば、適切なしきい値を用いた撮影画像の２値化によって行うことができる。
【００７６】
ここで、インク液滴５００とその背景とで輝度（明るさ）が明らかに異なる場合は、画像を単一のしきい値で２値化することで、飛翔中のインク液滴５００（主滴５１０、液柱５２０、微小液滴５３０）と背景部分とを精度よく特定することができる。
【００７７】
しかし、例えば図３（ａ）に示すように、インク液滴５００の背景にノズル５ａやインクジェットヘッド５等が写っている場合は、インク液滴５００との間に輝度差がないので、単一のしきい値で２値化することでは、飛翔中のインク液滴５００と背景部分とを精度よく特定するのは難しい。
【００７８】
そこで、このような場合は、動的しきい値を用いて画像を動的２値化する。以下、パーソナルコンピュータ４００の画像処理部４２０が動的しきい値を用いてデジタルマイクロスコープ３００の撮影画像を動的２値化する際の画像処理内容を、その前処理の内容を含めて、図６（ａ）〜（ｆ）の説明図を参照して説明する。
【００７９】
なお、図６では、図４に示す飛翔状態検出装置のレイアウトに合わせて、図３とは逆に、インク液滴５００の飛翔方向を上下反転させている。したがって、図６では、ノズル５ａが図中の上方に位置し、インク液滴５００の吐出方向Ｚが図中の上方から下方となる向きで示している。
【００８０】
（２．２．動的しきい値を用いた画像の２値化処理）
まず、図６（ａ）に示す、デジタルマイクロスコープ３００で撮影したインク液滴５００の吐出動作開始前の画像の各画素値を、図６（ｂ）に示す、同じアングルでデジタルマイクロスコープ３００が撮影した飛翔中のインク液滴５００の画像の対応する各画素値から減算する。これにより、図６（ｃ）の差分画像を生成する。
【００８１】
ここで、図６（ｂ）の画像に写ったインク液滴５００には、背景部分とのコントラスト比が大きい部分（吐出方向Ｚにおける先頭から４番目の主滴５１０の下端部分よりも上側）と小さい部分（残りの下側部分）とがある。このため、図６（ｃ）の差分画像を単一のしきい値で２値化すると、図６（ｅ）に示すように、４，５番目の主滴５１０の部分等においてインク液滴５００を精度よく特定できない可能性がある。
【００８２】
そこで、図６（ｃ）の画像のうち背景部分とのコントラスト比が小さい部分（吐出方向Ｚにおける先頭から４番目の主滴５１０の下端部分から下側部分）にコントラスト強調処理（線形濃度変換やヒストグラム平坦化）を行って図６（ｄ）の画像を生成する。そして、これを、コントラスト比に応じてしきい値を動的に変える動的しきい値を用いて２値化する。動的しきい値のしきい値マップは、例えば、コントラスト強調処理した図６（ｄ）の画像に「ガウスぼかし」を施し、さらに、「ガウスぼかし」後の画素値を一定値オフセット（加算）させて得ることができる。
【００８３】
上述したしきい値マップで定義される動的しきい値を用いて、コントラスト強調処理後の図６（ｄ）の画像を動的２値化することで、図６（ｆ）に示すように、４，５番目の主滴５１０の部分等も含めて、インク液滴５００の画像部分を精度よく特定することができる。
【００８４】
インク液滴５００の画像部分を特定した２値化画像は、インク液滴５００の飛翔状態（飛翔速度、飛翔方向、飛翔位置、液滴量、形状パラメータ等）を示す数値を演算処理部４４０で算出するのに利用される。
【００８５】
そして、２値化画像には、図６（ｆ）に示す画像を用いることができる。また、図６（ｆ）に示す画像のインク液滴５００の画像部分で図６（ｂ）や図６（ｄ）の画像をマスクし、マスク外の背景画像を除去した画像を、図６（ｆ）に示す画像の代わりに飛翔状態の検出に利用してもよい。
【００８６】
形状解析部４３０は、２方向から見たインク液滴５００の飛翔状態の撮影画像に関する画像処理部４２０による２値化後の画素値から、各方向について、インク液滴５００の部分と背景部分とを区別してインク液滴５００の形状を特定する。演算処理部４４０は、形状解析部４３０が特定した各方向のインク液滴５００の形状から、画像解析によりインク液滴５００の飛翔状態（飛翔速度、飛翔方向、飛翔位置、液滴量、形状パラメータ等）を示す数値を検出する。検出したインク液滴５００の飛翔状態を示す数値は、飛翔状態に基づいて種々の評価を行うためのデータとして評価データ記憶部４５０に記憶され、必要に応じて利用される。
【００８７】
（２．３．インク液滴の飛翔状態の検出処理）
続いて、飛翔状態検出装置によるインク液滴５００の飛翔状態の検出処理について説明する。まず、制御用ＰＣ１００が、ハードディスク等に記憶された撮影タイミングに合わせてパルス光源２００を発光させ、そのタイミングでデジタルマイクロスコープ３００が光学系３５０を介して撮影した２方向からのインク液滴５００の飛翔状態を写した撮影画像を、パーソナルコンピュータ４００の画像記録部４１０に録画する。
【００８８】
そして、パーソナルコンピュータ４００の画像処理部４２０が、記録したインク液滴５００の飛翔状態の撮影画像を２値化処理する。また、形状解析部４３０が、画像処理部４２０が処理した２値化画像から、各方向について、インク液滴５００とその背景部分とを区別しインク液滴５００の形状を特定する。
【００８９】
さらに、演算処理部４４０が、形状解析部４３０の算出した各方向から見たインク液滴５００の形状に基づいて、インク液滴５００の飛翔状態を示す数値を解析により検出し、検出した数値を評価データ記憶部４５０に記憶する。
【００９０】
評価データ記憶部４５０に記憶したインク液滴５００の飛翔状態を示す数値は、例えば、インク液滴５００の飛翔状態の安定性や、インク液滴５００の記録紙ＰＡに対する着弾位置精度、あるいは、インク液滴５００によって記録紙ＰＡに形成される画像の元画像に対する再現性等をそれぞれ評価するのに用いることができる。
【００９１】
このように本実施形態では、パルス光源２００とデジタルマイクロスコープ３００との間に配置した光学系３５０により、２つの方向から見たインク液滴５００の画像をデジタルマイクロスコープ３００によって同時に撮影する構成とした。
【００９２】
このため、２つの方向からインク液滴５００の画像を撮影するのに用いるパルス光源２００や光学系３５０、デジタルマイクロスコープ３００がいずれも同じになる。また、デジタルマイクロスコープ３００がインク液滴５００の画像を各方向から撮影するタイミングも同じになる。よって、両方向の撮影画像の撮影条件を一致させてインク液滴５００の飛翔状態の検出精度を高めることができる。
【００９３】
また、本実施形態では、光学系３５０が形成する２つの光路Ｌ１，Ｌ２を同一光路長としたので、パルス光源２００からデジタルマイクロスコープ３００に到達するまでの各光路Ｌ１，Ｌ２の像光の減衰度が一致する。このため、デジタルマイクロスコープ３００が撮影する各方向からのインク液滴５００の画像の輝度を均一化させて、撮影画像からのインク液滴５００の画像の特定や、特定した画像の解析によるインク液滴５００の飛翔状態の検出を、容易にすることができる。
【００９４】
さらに、本実施形態では、各光路Ｌ１，Ｌ２を同一面上に延在させ、この面を、インク液滴５００の吐出方向Ｚに対して直交するように配置した。このため、吐出方向Ｚに対するデジタルマイクロスコープ３００の撮影方向が直角に対して傾かないので、撮影画像に写るインク液滴５００の吐出方向Ｚにおける１画素当たりの長さが、撮影画像上の画素位置によって異なることがない。このため、撮影画像からインク液滴５００の形状を正確に把握して、インク液滴５００の飛翔状態を正確に検出することができる。
【００９５】
また、本実施形態では、光路Ｌ１に対応する第１乃至第３反射ミラーＭ１１〜Ｍ３１と光路Ｌ２に対応する第１乃至第３反射ミラーＭ１２〜Ｍ３２とを、デジタルマイクロスコープ３００の画角中心軸を挟んで線対称となる位置に配置した。このため、各反射ミラーＭ１１〜Ｍ３１，Ｍ１２〜Ｍ３２を、光路Ｌ１，Ｌ２を形成するのに適した配置や角度に容易に設定することができる。
【００９６】
（２．４．変形例）
なお、本実施形態では、反射ミラーＭ１１〜Ｍ３１，Ｍ１２〜Ｍ３２の配置や角度を固定としている。しかし、光路Ｌ１，Ｌ２毎に、反射ミラーＭ１１〜Ｍ３１，Ｍ１２〜Ｍ３２の配置や角度を変化できるようにしてもよい。そうすれば、第１乃至第３のいずれかの反射ミラーＭ１１〜Ｍ３１，Ｍ１２〜Ｍ３２の配置や角度を変えることで、その反射ミラーＭ１１〜Ｍ３１，Ｍ１２〜Ｍ３２の反射により形成される光路Ｌ１，Ｌ２を選択的に形成、消滅させることができる。これにより、デジタルマイクロスコープ３００が撮影するインク液滴５００の画像の方向を、インク液滴５００の撮影画像を必要とする任意の方向に切り替えることができる。
【００９７】
また、本実施形態では、デジタルマイクロスコープ３００の撮影画像の２値化から、インク液滴５００の飛翔状態の検出までを、全てパーソナルコンピュータ４００が行うものとした。しかし、それらの一部又は全部を例えば制御用ＰＣ１００によって行うようにしてもよい。
【００９８】
さらに、検出したインク液滴５００の飛翔状態を示す数値として、良好と評価する範囲から外れる数値を取得した場合に、その範囲からどのくらい外れているかに応じた内容で、良好でない飛翔状態を良好な状態に戻すために、インクの材料や駆動信号の波形、電圧等、インク液滴５００の吐出条件を変更するフィードバックを行うようにしてもよい。
【００９９】
また、本実施形態では、光学系３５０によって形成するインク液滴５００の像光の光路Ｌ１，Ｌ２を、インク液滴５００の吐出方向Ｚの延長線上の交差点Ｐで直交し光路長が同じ２つとした。しかし、インク液滴５００の吐出方向Ｚの延長線上で全ての光路が交差する限り、光学系によって形成する光路は３つ以上であってもよく、各光路の光路長が異なっていてもよい。さらに、光学系によって構成する複数の光路は、吐出方向Ｚに対して直交する平面上に延在していなくてもよい。
【０１００】
但し、三次元方向に飛翔するインク液滴５００の飛翔状態を効率的に検出するには、本実施形態のように、互いに直交する２方向からの撮影画像を用いて飛翔状態の検出を行うのが好ましい。
【符号の説明】
【０１０１】
１  インクジェットプリンタ
５  インクジェットヘッド
５ａ  ノズル
２９  制御ユニット
１００  制御用パーソナルコンピュータ（制御用ＰＣ）
１５０  ＩＪヘッド駆動装置
２００  パルス光源（光源）
２５０  パルス光源制御装置
３００  デジタルマイクロスコープ（撮影手段）
３５０  光学系
４００  パーソナルコンピュータ
４１０  画像記録部
４２０  画像処理部
４３０  形状解析部
４４０  演算処理部（飛翔状態検出手段）
５００  インク液滴
５１０  主滴
５２０  液柱
５３０  微小液滴
Ａ  給紙部
Ａ１  給紙台
Ｂ  プリンタ部
Ｂ１  レジストローラ
Ｂ２  ベルト搬送部
Ｂ３  ヘッドユニット
Ｃ  搬送部
Ｄ  排紙部
Ｅ  反転部
Ｌ１，Ｌ２  光路
Ｍ１１，Ｍ１２  第１反射ミラー（第１導光系）
Ｍ２１，Ｍ２２  第２反射ミラー（第２導光系）
Ｍ３１，Ｍ３２  第３反射ミラー（第２導光系）
Ｐ  交差点
ＰＡ  記録紙
Ｓ  画角中心軸
Ｚ  吐出方向
【図１】
2014231209.tif 000003
【図２】
2014231209.tif 000004
【図３】
2014231209.tif 000005
【図４】
2014231209.tif 000006
【図５】
2014231209.tif 000007
【図６】
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