(57)【要約】【課題】  インク液滴の大きさ、吐出速度、吐出方向を光学的に測定する方法及び計測装置を提供する。【解決手段】  インク液滴に平行光を当ててできる陰影を画像処理により識別し、インク液滴の形状、大きさを計測する。  また、一定時間だけインク液滴の吐出タイミングをずらすことで生じる陰影のずれ量を画像処理により求めて、インク液滴の飛翔速度と飛翔方向を定量化する。【選択図】  図３
2008155403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定周期で飛翔している微小粒子の飛翔方向に対し、直角方向から平行な光を同一周期で照射することにより飛翔粒子の陰影の静止画像を得て、この静止画像を画像処理する事により、陰影の形状を定量化する、
ことを特徴とする、飛翔している微小粒子の形状の計測方法。
【請求項２】
一定周期で飛翔している微小粒子の飛翔方向に対し、直角方向から平行な光を同一周期で照射することにより得た飛翔粒子の陰影の第１の静止画像と、微小粒子を飛翔させるタイミングを所定時間ずらすことで得た、陰影の位置が異なる第２の静止画像とを用いて、画像処理により各々の陰影の相対位置を定量化する、
ことを特徴とする、飛翔している微小粒子の飛翔方向の計測方法。
【請求項３】
請求項１または２において、
受光体と飛翔粒子の間に拡大光学系を用いることによって、微小粒子の陰影を拡大させる、
ことを特徴とする、飛翔している微小粒子の形状と、飛翔速度、および飛翔方向の計測方法。
【請求項４】
インクジエットヘッドに一定周期の信号を供給する、インクジェットヘッドの駆動制御系と、
インクの吐出方向に対し、直角方向にパルス平行光を照射する照射光学系、およびパルス信号を制御する制御系と、
その平行光を受光する受光素子と、画像表示部、および画像データを画像処理する画像処理装置と、その画像処理結果を表示する表示器と、
から構成することを特徴とする、飛翔している微小粒子の形状、飛翔速度、および飛翔方向の計測装置。
【請求項５】
請求項４において、
受光素子とインク吐出空間の間に拡大光学系を用いる、
ことを特徴とする、飛翔している微小粒子の形状、飛翔速度、および飛翔方向の計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット方式における、微小粒子の形状、飛翔速度、飛翔方向の計測方法および、その方法を用いた計測装置に適用される。
【背景技術】
【０００２】
（背景技術１）
インクジェットヘッドのインクの吐出の評価方法としての従来技術は示されていないが、一般的に、ストロボ発光を光源として、その発光の周期と同じ周期でインクを吐出させながら、同時にそれらに同期した信号取り込みタイミングをもつ撮像素子（ＣＣＤカメラ）で静止画像として顕微鏡観察する方法があり、インクの吐出の状態（液滴の大きさ、吐出速度、吐出方向、など）を評価している。
【０００３】
（背景技術２）
また、上記の技術を応用した例として、技術分野は異なるが、特開平０５−２９６９１５のように、尿中の粒子の画像と濃度を分析する装置で、短時間に多くの試料の分析を可能にすることを目的としたものがある。
【０００４】
その構成は、次の通りである。
【０００５】
・撮像領域と粒子検出領域を持つフローセル１に試料を平坦なシースフローを形成して流す。
【０００６】
・センサ１６で粒子の通過を検出してパルス光源２１を発光させ、粒子の静止画像を撮像し、画像処理器３２で粒子の種類と数を分析する。
【０００７】
・濃度補正器３９で撮像粒子数を補正して粒子の濃度を得る。
【０００８】
この装置により、試料を高速でフローセルに流して分析するため短時間に多くの試料を分析できるという効果が得られる。
【特許文献１】特開平５−２９６９１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、従来技術１では、被撮影物体であるインクと、顕微鏡などの光学系との距離がわずかでも変動すると、いわゆる「ピンぼけ」の状態になるので、取り込まれた画像を正確に認識する事が困難になる。
【００１０】
インクジェットヘッドの場合、ヘッドから吐出されたインクの液滴は、必ずしも常時同じ空間位置を飛翔するとは限らず、数μｍから数１０μｍ程度のバラツキ（ゆらぎ）を生じる事がある。
【００１１】
また、インクを吐出するノズルが複数ある場合、各ノズル毎にもインク液滴の吐出する方向にバラツキを生じる事もある。
【００１２】
そういった状態の液滴を静止画像に取り込もうとした場合、仮に液滴が同じ大きさ（体積とほぼ等価）であっても、吐出する方向（観察光学系の光軸に対して平行方向）にわずかなバラツキが生じただけで、画像がぼけてしまい、像の輪郭がはっきりと認識できず、異なった大きさや位置であると評価してしまうという欠点がある。
【００１３】
さらに、インクが小さく観察系の光学倍率を大きくした場合には、ピンぼけがより顕著に起こるため、画像処理結果のバラツキが更に大きくなってしまう。
【００１４】
一方、従来技術２では、「ピンぼけ」が起こらないように、あらかじめフローセルと呼ばれるトンネル状の通路に粒子を通しているため、ピントがぼけることはない。
【００１５】
ところがこの方式は、被撮影物体である粒子を何らかの透明な流体（液体、気体など）に混ぜた状態で流さなければならず、仮に被撮影物体がインク液滴である場合は、被撮影物体が液体のために、インクそのものが流体に溶け込んでしまったり、形状が崩れたりする事が考えられるため、この方法は適用しづらい。
【００１６】
いずれにしても、現行のインクジェットヘッドの製造工程における吐出の評価は、実際に紙に印字した「画像」を人ないしは自動機で計測し評価する方法が取られているため、紙の消費による製造コストが避けられない。
【００１７】
また、バブルジェット（登録商標）方式のインクジェットヘッドの場合、出荷前にエージング工程と呼ばれる空打ち（インクを無駄に吐出させる）を行なって、吐出状態が安定するようにしているが、実際に製造されるヘッドにはエージングが必要な時間（吐出回数）に固体差があり、無駄な吐出を行なっている場合もあり、インクの消費と製造タクトを増やす原因となっている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
そこで、本発明は、上記の問題に鑑みて行われたものであり、
一定周期で飛翔している微小粒子の飛翔方向に対し、直角方向から平行な光を同一周期で照射することにより飛翔粒子の陰影の静止画像を得て、この静止画像を画像処理する事により、陰影の形状を定量化する、
ことを特徴とする、飛翔している微小粒子の形状の計測方法を提供する事にある。
【００１９】
また、一定周期で飛翔している微小粒子の飛翔方向に対し、直角方向から平行な光を同一周期で照射することにより得た飛翔粒子の陰影の第１の静止画像と、平行光を照射するタイミングを一定時間ずらすことで得た、陰影の位置が異なる第２の静止画像とを用いて、画像処理により各々の陰影の相対位置を定量化する、
ことを特徴とする、飛翔している微小粒子の飛翔速度と飛翔方向の計測方法を提供する事にある。
【００２０】
また、上記２つの計測方法において、
受光体と飛翔粒子の間に拡大光学系を用いることによって、微小粒子の陰影を拡大させる、
ことを特徴とする、飛翔している微小粒子の形状と、飛翔速度、および飛翔方向の計測方法を提供する事にある。
【００２１】
また、インクジェットヘッドに一定周期の信号を供給する、インクジェットヘッドの駆動制御系と、インクの吐出方向に対し、直角方向にパルス平行光を照射する照射光学系、およびパルス信号を制御する制御系と、その平行光を受光する受光素子と、画像表示部、および画像データを画像処理する画像処理装置と、その画像処理結果を表示する表示器と、から構成することを特徴とする、飛翔している微小粒子の形状、飛翔速度、および飛翔方向の計測装置を提供する事にある。
【００２２】
また、上記の計測装置において、
受光素子とインク吐出空間の間に拡大光学系を用いる、
ことを特徴とする、飛翔している微小粒子の形状、飛翔速度、および飛翔方向の計測装置を提供する事にある。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によって、
従来技術１に記載のように、被撮影体の吐出方向によって画像の輪郭がぼける事が無く、陰影の輪郭の鮮明な像を得る事ができ、その結果、画像処理による陰影の形状や重心の計算結果のバラツキを飛躍的に小さくすることができた。
【００２４】
また、この測定方法では、飛翔粒子がインクのような液体でも陰影として像を捕らえることができるので、被測定粒子の形態の範囲が従来技術２のように制限されることがない。
【００２５】
また、インクジェットヘッドの製造工程における評価工程の１つに、この測定方法を用いる事により、実際に紙を使った印字評価を行なわずに済むため、評価用の紙の消費が無くなる。
【００２６】
また、従来のエージング工程では一定時間の「空打ち」を行なっていたが、本発明の計測方法を用いれば、吐出量と吐出速度が所定の値に達した時点でエージングを終了させるので、無駄なエージング時間がなくなり、結果的にエージング工程の平均タクトを最小限に抑える事ができ、結果的に製造コストの削減に貢献する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
（第１の形態）
図１ａのように、粒子の供給体であるインクジェットヘッド１０７から一定の時間的な周期（数Ｈｚから数ｋＨｚ）１０６で吐出する微小粒子であるインク液滴１０３ａの吐出方向に対して、直角方向から、周期１０６と同期またはその整数倍で同期させたパルス平行光１０５を光学系１０１より投入し、さらに受光体１０２の信号取り込み周波数をパルス平行光１０５の発光タイミングと同期またはその整数倍で同期させることにより、陰影１０４ａの静止画像を得ることができる。
【００２８】
ここで得た静止画像データを二値化などの画像処理を施す事により、インク液滴の形状の情報（縦横寸法、面積、重心など）を導き出す事ができる。
【００２９】
光源１０１は、高周波なパルス発光が安定的に可能なもので、なおかつ１回の発光時間ができるだけ短く、かつできるだけ光量が多く均一な分布のものが好ましく、ストロボ発光体や、レーザー発光体などが好ましい。
【００３０】
また、受光体１０２で受光される光１０５は、受光体１０２の受光面と飛翔粒子であるインク液滴１０３ａとの光学的距離関係が多少の変動を生じても、得られる画像のピントがぼけないようにするように、光源から発せられた散乱光はその直後に平行光学系を用いて平行光に修正しておく。
【００３１】
受光体１０２は、ここではＣＣＤ素子などの受光素子や写真用の感光フィルムを用いるが、感光フィルムを用いた場合は、後に現像して得た画像をイメージスキャナ等の画像入力装置を用いて画像データに変換することで、インク液滴の形状の情報を得ることができる。
【００３２】
本形態を具現化するための計測装置は、以下の内容で構成されており、図３を用いて説明する。
【００３３】
（１）インクジェットヘッド３１１に一定周期の信号を供給する、インクジェットヘッドの駆動制御器３１２。
【００３４】
（２）インクの吐出方向に対し、直角方向にパルス平行光を照射する照射光学系３２１の、パルス信号を制御するパルス制御器３２２。
【００３５】
（３）パルス平行光を受光する受光素子３３１と、入力された像をモニターする画像表示部３３２、および画像データを画像処理する画像処理器３３３と、その画像処理結果を表示する表示器３３４。
【００３６】
照射光学系３２１の光源３２３は、（株）菅原研究所製の商品名「ナノパルスライト」を使用した。
【００３７】
受光素子３３１は、東京電子工業（株）製の型式「ＣＳ８３３０Ｃ」のＣＣＤカメラを使用した。
【００３８】
（第２の形態）
まず、図１ａのように、粒子の供給体であるインクジェットヘッド１０７から一定の時間的な周期（数Ｈｚから数ｋＨｚ）１０６で吐出する微小粒子であるインク液滴１０３ａの吐出方向に対して、直角方向から、周期１０６と同期またはその整数倍で同期させたパルス平行光１０５を光学系１０１より投入し、さらに受光体１０２の信号取り込み周波数をパルス平行光１０５の発光タイミングと同期またはその整数倍で同期させることにより得たインク液滴１０３ａの陰影１０４ａの第１の静止画像１０８ａを記録媒体に記録する。
【００３９】
つぎに、図１ｂのように、
（１）パルス平行光１０５の条件はそのままにして、吐出しはじめるタイミングを所定時間ずらしたインク液滴１０３ｂをインクジェットヘッド１０７から供給する。
【００４０】
（２）イングジェットヘッド１０７から吐出されるタイミングはそのままに、パルス平行光１０５の発光タイミングを僅かに遅らせる。
【００４１】
上記（１）または（２）のどちらかを行なうことにより、受光体の撮像面における位置が異なった陰影１０４ｂの第２の静止画像１０８ｂを記録媒体に記録する。
【００４２】
つぎに、図１ｃのように、これら２つの静止画像データを合成させ、合成画像１０８ｃを得て、合成画像１０８ｃにおける陰影１０４ａと１０４ｂの相対位置の情報を、二値化などの画像処理方法を用いることによって、飛翔粒子の飛翔速度（重心と重心の距離）と飛翔方向（重心と重心のベクトル）を導き出す事ができる。
【００４３】
具体的には、図では陰影１０４ａと１０４ｂの距離Ｌが飛翔速度をあらわし、横方向の相対位置ずれ量Ｘと縦方向の相対位置ずれ量Ｙの合成ベクトルが飛翔方向を示す。
【００４４】
ここで用いる光源１０１、パルス平行光１０５、受光体１０２は、前述の第１の形態と同様に考慮されたものを用いる。
【００４５】
ただし受光体１０２が写真用の感光フィルムである場合、２枚の写真を撮影してその都度画像処理すると、イメージスキャナ等で画像入力する際に基準位置がないことから相対位置の算出ができなくなるので、その場合、１枚の写真に露光量を２分の１に絞った静止画像を２枚（静止画像１０８ａと１０８ｂ）を重ね撮りするとよい。
【００４６】
本形態を具現化するための計測装置は、第１の形態に示したものと同様のものを使用した。
【００４７】
（第３の形態）
仮に、飛翔粒子が非常に小さいなどの理由により、取り込まれる陰影が小さすぎて、画像処理分解能との兼ね合いによっては、計測精度が悪くなると思われるときには、図２に示すように、第１の形態ないし第２の形態に付け加えて、受光体１０２と飛翔粒子１０３の間に拡大光学系２０１を用いる事によって、受光体１０２に受ける陰影１０４の像を拡大させ、画像処理の分解能を高めることで測定精度の低下を抑制する。
【００４８】
拡大光学系は、一般的なレンズ光学系を用いれば、ほぼ所望の拡大倍率を得ることができるが、レンズの光学的な精度の良否によっては、記録媒体に記録される陰影の形状や位置などに誤差が生じる事があるため、記録媒体に記録される範囲においての光学的な精度をある程度有するものを使用するのが好ましい。
【００４９】
拡大光学系の拡大倍率は、受光体に取り込まれる陰影の大きさと、飛翔速度や飛翔方向を測定するのに必要な陰影の「移動しろ」を含めて決定する。
【００５０】
本形態を具現化する、拡大光学系を用いた計測装置の構成図を図３に示す。
【００５１】
受光素子３３１とインク吐出空間の間に、図では簡略化しているが、１個又は複数個のレンズから構成される拡大光学系３４１を用いる。
【００５２】
第３の形態の実施例を以下に示す。
【００５３】
図１ａのように、インクジェットヘッド１０７から６００Ｈｚの周期１０６で吐出しているインク１０３ａの吐出方向に対して直角方向から、１００Ｈｚのパルス平行光１０５を光学系１０１より投入し、そこに信号取り込み周波数が６０ＨｚのＣＣＤカメラ１０２で受光して、インク１０３ａの１０発に１発ずつの陰影１０４ａの静止画像を得る。
【００５４】
ただし、吐出しているインクの外形が５０μｍ程度と非常に微小なので、ＣＣＤカメラとインク１０３ａの間に２０倍の拡大光学系２０１を用い、ＣＣＤ素子の４．８ｍｍ×３．６ｍｍの取り込み面の中に直径約１ｍｍのインクの陰影１０４ａが映るようにした。
【００５５】
つぎに、図１ｂのように、パルス平行光１０５の条件は１００Ｈｚのままにして、吐出しはじめるタイミング（ディレイタイム）を相対的に１５μｓずらしたインク１０３ｂをインクジェットヘッド１０７から供給することにより、ＣＣＤカメラの撮像面における位置が約３ｍｍずれた陰影１０４ｂの第２の静止画像１０８ｂを記録媒体に記録する。
【００５６】
ここでは、吐出しているインク（陰影）の直径が５０．２μｍ、陰影の面積が１９７９．２平方μｍ、吐出速度が１０．１ｍ／ｓ、吐出方向が０．９°という結果を得た。
【００５７】
また、拡大光学系と平行光学系との間のインクジェットヘッドの位置を１ｍｍ光源の方向に移動させても、測定結果の差は１％以下であった。
【００５８】
実際の製造工程における評価では、吐出方向に対して直角な面の縦軸と横軸の２つの軸方向に、本発明の評価方法を用いて同時に評価を行なった。
【００５９】
評価内容は、以下の３点である。
【００６０】
（１）インク液滴の大きさ（画積）から算出した体積
（２）インク液滴の吐出速度
（３）インク液滴の吐出方向（角度）
これらの計測項目を、１２８個のノズルをもつヘッドに対して、５ノズル（５回）測定し、全ての項目において計測結果が所定の範囲に収まっていれば、このヘッドは良品であると判断する。
【００６１】
上記の計測方法によるヘッドの評価工程を製造工程に用いたところ、この工程ではヘッドの脱着も含めて、１ヘッドの評価を１０秒で行なうことができた。
【００６２】
また、エージング工程において、全ノズルで吐出させながら特定のノズルを上記の計測方法でリアルタイムにモニターしておくことにより、吐出量と吐出速度が安定した時点でエージングを終了させる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】（ａ）実施形態及び実施例における、インクが吐出されたと同時に平行光を照射して陰影１０４ａを形成する事を説明した図。  （ｂ）図１（ａ）に対して、インクの吐出タイミングをずらしたときに陰影１０４ｂの位置がずれる事を説明した図。  （ｃ）図１（ａ）と図１（ｂ）によって得られた２つの陰影１０４ａと１０４ｂの相対位置ずれのイメージを示す図。
【図２】陰影を拡大させるために拡大光学系を用いた事を説明した図。
【図３】本発明の評価装置の構成を示した図。
【符号の説明】
【００６４】
１０１  光源
１０２  受光体
１０３ａ  インク液滴
１０４、１０４ａ、１０４ｂ  陰影
１０５  パルス平行光
１０６  周期
１０７  インクジェットヘッド
１０８ａ  第１の静止画像
１０８ｂ  第２の静止画像
１０８ｃ  合成画像
３１１  インクジェットヘッド
３１２  駆動制御器
３２１  照射光学系
３２２  パルス制御器
３２３  光源
３３１  受光素子
３３２  画像表示部
３３３  画像処理器
３３４  表示器
【図１】
2008155403.tif 000003
【図２】
2008155403.tif 000004
【図３】
2008155403.tif 000005