(57)【要約】【課題】液滴の吐出状態を常時最適な状態に維持する。【解決手段】発光素子から光ビームを発光するよう制御する発光制御手段と、ノズルから液滴を吐出するよう制御する吐出制御手段と、発光素子とノズルとの位置関係によって定まる光ビームの検知開始時間及び検知終了時間とを取得する取得手段と、光ビームが液滴に衝突することにより発生する散乱光を計測することにより、散乱光の計測開始時間及び計測終了時間を計測する計測手段と、検知開始時間と計測開始時間との時間差及び検知終了時間と計測終了時間との間の時間差が、予め定められた閾値の範囲内であるか否かを判断する判断手段と、を含み、両時間差が閾値の範囲を超えているとき、液滴の吐出状態が不良であると判断する。【選択図】図９
2017001211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子から光ビームを発光するよう制御する発光制御手段と、
ノズルから液滴を吐出するよう制御する吐出制御手段と、
前記発光素子と前記ノズルとの位置関係によって定まる前記光ビームの検知開始時間及び検知終了時間とを取得する取得手段と、
前記光ビームが前記液滴に衝突することにより発生する散乱光を計測することにより、前記散乱光の計測開始時間及び計測終了時間を計測する計測手段と、
前記検知開始時間と前記計測開始時間との時間差及び前記検知終了時間と前記計測終了時間との間の時間差が、予め定められた閾値の範囲内であるか否かを判断する判断手段とを含み、
両時間差が前記閾値の範囲を超えているとき、前記液滴の吐出状態が不良であると判断することを特徴とする液滴吐出状態検出装置。
【請求項２】
前記計測開始時間と前記検知開始時間との時間差及び前記計測終了時間と前記検知終了時間との時間差が前記閾値の範囲より大きいとき、前記吐出制御手段は、前記液滴の吐出速度を速めることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出状態検出装置。
【請求項３】
前記液滴の吐出速度を速めた状態で、前記吐出制御手段は、再び前記ノズルから前記液滴を吐出するよう制御することを特徴とする請求項２に記載の液滴吐出状態検出装置。
【請求項４】
前記計測開始時間と前記検知開始時間との時間差及び前記計測終了時間と前記検知終了時間との時間差が前記閾値の範囲より小さいとき、前記吐出制御手段は、前記液滴の吐出速度を遅らせることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出状態検出装置。
【請求項５】
前記液滴の吐出速度を遅らせた状態で、前記吐出制御手段は、再び前記ノズルから前記液滴を吐出するよう制御することを特徴とする請求項４に記載の液滴吐出状態検出装置。
【請求項６】
前記両時間差が前記閾値の範囲を超えている回数が所定の回数以上であるとき、前記液滴の吐出状態が不良であると判断することを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出状態検出装置。
【請求項７】
前記計測手段により、前記計測開始時間及び前記計測終了時間を計測できないとき、前記液滴の吐出状態が不良であると判断することを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出状態検出装置。
【請求項８】
前記光ビームの強度は、フレネル回折式及び／又はフラウンホーファー回折式によって算出されることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の液滴吐出状態検出装置。
【請求項９】
発光素子から光ビームを発光するよう制御する工程と、
ノズルから液滴を吐出するよう制御する工程と、
前記発光素子と前記ノズルとの位置関係によって定まる前記光ビームの検知開始時間及び検知終了時間とを取得する工程と、
前記光ビームが前記液滴に衝突することにより発生する散乱光を計測することにより、前記散乱光の計測開始時間及び計測終了時間を計測する工程と、
前記検知開始時間と前記計測開始時間との時間差及び前記検知終了時間と前記計測終了時間との時間差が、予め定められた閾値の範囲内であるか否かを判断する工程と、
両時間差が前記閾値の範囲を超えているとき、前記液滴の吐出状態が不良であると判断する工程と、
を含むことを特徴とする液滴吐出状態検出方法。
【請求項１０】
液滴吐出状態検出装置のコンピュータに、
発光素子から光ビームを発光するよう制御する処理と、
ノズルから液滴を吐出するよう制御する処理と、
前記発光素子と前記ノズルとの位置関係によって定まる前記光ビームの検知開始時間及び検知終了時間とを取得する処理と、
前記光ビームが前記液滴に衝突することにより発生する散乱光を計測することにより、前記散乱光の計測開始時間及び計測終了時間を計測する処理と、
前記検知開始時間と前記計測開始時間との時間差及び前記検知終了時間と前記計測終了時間との時間差が、予め定められた閾値の範囲内であるか否かを判断する処理と、
両時間差が前記閾値の範囲を超えているとき、前記液滴の吐出状態が不良であると判断する処理と、
を実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出状態検出装置、液滴吐出状態検出方法、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、これ等の複合機等の画像形成装置において、例えばインク液滴を吐出する記録ヘッドを用いた液体吐出記録方式の画像形成装置としてインクジェット記録装置が知られている。この液体吐出記録方式の画像形成装置は、記録ヘッドからインク滴を、搬送される記録媒体に対して吐出し、画像形成を行うものであり、記録ヘッドが主走査方向に移動しながらインク液滴を吐出し画像を形成するシリアル型画像形成装置と、記録ヘッドが移動しない状態でインク液滴を吐出し画像を形成するライン型ヘッドを用いるライン型画像形成装置とがある。
【０００３】
両画像形成装置の記録ヘッドは、インク液滴をノズルから記録媒体に吐出して記録を行う関係上、ノズルからの溶媒の蒸発に起因するインク粘度の上昇や、インクの固化、塵埃の付着、さらには気泡の混入等により吐出不良が発生すると、画像品質が低下することになる。
【０００４】
そこで、記録ヘッドからのインク液滴吐出状態を検出する装置として、記録ヘッドのノズル列の一方側からノズル列に沿ってレーザ光を照射し、他方側にレーザ光の光ビームの光軸からずれた位置に、インク液滴からの散乱光を受光する受光手段を配置することにより、インク液滴吐出の有無を検出する前方散乱光方式を用いた技術が存在し、既に知られている。
【０００５】
特許文献１には、光ビームを発する発光素子と、光ビームを該光ビームの中心軸から外れた位置で受光する受光素子又は光軸上に位置した受光素子とを用い、発光素子からの光ビームのインク液滴への照射で生じる散乱光又は直接光から、インク液滴が吐出された時点からインク液滴が検知されるまでの時間を計測し、所定の閾値を超えるとインク液滴の吐出状態が不良であると判断し、駆動電圧を大きくする調整手段を設けた液滴吐出装置が開示されている。
【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、従来用いられてきた前方散乱光方式では、発光素子から見たノズル位置が変化することにより、光ビームの回折光の影響が変わるため、光ビームの強度分布が変化する。そのため、ノズルの位置によって、インク液滴が吐出された時点からインク液滴が検知されるまでの時間が大きく変化するため、インク液滴吐出の有無を正確に検知することができないという問題があった。
【０００７】
また、特許文献１に記載された液滴吐出装置では、インク液滴が吐出された時点からインク液滴が検知されるまでの時間を計測する手段が設けられている。しかしながら、発光素子から見たノズルの位置が変化することにより、光ビームの回折光の影響が変わるため、光ビームの強度分布が変化してしまう。そのため、ノズルの位置により、インク液滴が吐出された時点からインク液滴が検知されるまでの時間が大きく変化してしまい、インク液滴の有無を正確に検知することができないという問題は依然として解消されていない。
【０００８】
そこで、本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、液滴の吐出状態を常時最適な状態に維持することが可能な液滴吐出状態検出装置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】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明における液滴吐出状態検出装置は、発光素子から光ビームを発光するよう制御する発光制御手段と、ノズルから液滴を吐出するよう制御する吐出制御手段と、前記発光素子と前記ノズルとの位置関係によって定まる前記光ビームの検知開始時間及び検知終了時間とを取得する取得手段と、前記光ビームが前記液滴に衝突することにより発生する散乱光を計測することにより、前記散乱光の計測開始時間及び計測終了時間を計測する計測手段と、前記検知開始時間と前記計測開始時間との時間差及び前記検知終了時間と前記計測終了時間との間の時間差が、予め定められた閾値の範囲内であるか否かを判断する判断手段とを含み、両時間差が前記閾値の範囲を超えているとき、前記液滴の吐出状態が不良であると判断することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、液滴の吐出状態を常時最適な状態に維持することが可能な液滴吐出状態検出装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係る液滴吐出状態検出装置を搭載する画像形成装置の一例の概略構成について説明する図である。
【図２】本実施形態に係る液滴吐出状態検出装置の概略構成について説明する断面図である。
【図３】本実施形態に係る液滴吐出状態検出装置において、１列１番目のノズルに光ビームを合わせた場合における図１の上面から見た図である。
【図４】本実施形態に係る液滴吐出状態検出装置において、１列ｎ番目のノズルに光ビームを合わせた場合における図１の上面から見た図である。
【図５】本実施形態に係る液滴吐出状態検出装置において、インクジェットヘッドの上面から見た場合のインクジェットヘッドのノズル配列について説明する図である。
【図６】本実施形態に係る液滴吐出状態検出装置における（ａ）各ノズルの位置と光ビームとの関係を示す断面図、（ｂ）（ａ）のＡ位置での光ビームの断面と強度分布について説明する図、（ｃ）（ａ）のＢ位置での光ビームの断面と強度分布について説明する図である。
【図７】本実施形態に係る液滴吐出状態検出装置における（ａ）図６（ａ）のＡ位置での光ビームの断面と強度分布について説明する図、（ｂ）Ａ位置でのインク液滴を吐出する駆動波形と受光素子の検知（出力）波形について説明する図、（ｃ）図６（ａ）のＢ位置での光ビームの断面と強度分布について説明する図、（ｄ）Ｂ位置でのインク液滴を吐出する駆動波形と受光素子の検知（出力）波形について説明する図である。
【図８】本実施形態に係る液滴吐出状態検出装置のハードウェアブロック図である。
【図９】本実施形態に係る液滴吐出状態検出装置の構成について説明する機能ブロック図である。
【図１０】本実施形態に係る液滴吐出状態検出装置の動作について説明するフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化乃至省略する。以下、本発明について説明するが、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態では、発光素子との距離が最も短い位置にあるノズルから吐出されるインク液滴の吐出状態と、距離が最も長い位置にあるノズルから吐出されるインク液滴の吐出状態とを検出する場合について説明している。しかしながら、発光素子との距離が比較的短い位置にあるノズルから吐出されるインク液滴の吐出状態と、距離が比較的長い位置にあるノズルから吐出されるインク液滴の吐出状態とを検出する場合についても適用可能である。
【００１３】
本実施形態では、発光素子から光ビームを発光し、ノズルからインク液滴を吐出させている。そして、発光素子とノズルとの位置関係によって定まる光ビームの検知開始時間と検知終了時間とを取得している。また、光ビームが液滴に衝突することにより発生する散乱光から、散乱光の計測開始時間と計測終了時間とを計測している。
【００１４】
そして、検知開始時間と計測開始時間との時間差と、検知終了時間と計測終了時間との時間差とが、予め定められた閾値の範囲内であるか否かを判断している。その結果、両時間差が閾値の範囲を超えているとき、ノズルからのインク液滴の吐出が不良状態であると判断している。この本発明の特徴について、以下の図面を用いて詳細に解説する。
【００１５】
まず、本実施形態に係る液滴吐出状態検出装置を搭載する画像形成装置の一例の概略構成について説明する。図１は、本実施形態に係る液滴吐出状態検出装置を搭載する画像形成装置の一例の概略構成について説明する図である。
【００１６】
図１に示す画像形成装置（以下、インクジェット方式印刷装置ともいう。）１０において、本実施形態に係る液滴吐出状態検出装置１０３、１１３、…、１ｎ３（以下、これらの代表を１０３とする。）が、図中点線で示されている。記録媒体Ｗは、図示しない給紙モータに連結された給紙搬送ローラ１０１と、給紙搬送従動ローラ１０２と、により給紙部から搬送される。
【００１７】
そして、記録媒体Ｗは、記録媒体Ｗの所定距離の移動に応じて検出信号を出力する記録媒体送り量検出エンコーダ（以下、エンコーダという。）１０４を備えた記録媒体Ｗの搬送に従動する従動ローラ１０５上を搬送される。その後、記録媒体Ｗは、走行プレート１０６へと搬送される。
【００１８】
走行プレート１０６に対向する位置にあるインクジェットヘッドアレイ１０７のインクジェットヘッド１００、１１０、…１ｎ０（以下、これらの代表を１００とする。）から、記録媒体Ｗに対してインク滴の吐出を行う。その後、走行プレート１０６上を搬送された記録媒体Ｗは、図示しない排紙モータに連結された排紙搬送ローラ１０８と、排紙搬送従動ローラ１０９とにより搬送され、インクジェット方式印刷装置１０の外へと排出される。なお、エンコーダ１０４を、給紙搬送ローラ１０１と走行プレート１０６との間に搭載しているが、走行プレート１０６と排紙搬送ローラ１０８との間に搭載しても良い。
【００１９】
ここで、本実施形態において、液体吐出記録方式を用いる画像形成装置１０は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の記録媒体にインクを着弾させて画像形成を行う装置を意味するものとする。また、画像形成とは、文字や図形等の意味を持つ画像を記録媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を記録媒体に付与すること、すなわち、単に液滴を記録媒体に着弾させることをも意味するものとする。
【００２０】
さらに、インクとは、インクと称されるものに限らず、記録液、定着処理液、樹脂、液体等と称されるもの等、画像形成を行うことができるすべての液体の総称として用いるものとする。そして、用紙とは、材質を紙に限定するものではなく、ＯＨＰ（Overhead Projector）シート、布等をも含む。すなわち、インク滴が付着されるものの意味であり、被記録媒体、記録媒体、記録紙、記録用紙等と称されるものを含むものの総称として用いている。
【００２１】
また、画像とは平面的なものに限定されることなく、立体的に形成されたものに付与された画像、又は、立体自体を３次元的に造形して形成された像も含まれるものである。
【００２２】
次に、本実施形態に係る液滴吐出状態検出装置の概略構成について説明する。図２は、本実施形態に係る液滴吐出状態検出装置の概略構成について説明する断面図である。図３は、本実施形態に係る液滴吐出状態検出装置において、１列１番目のノズルに光ビームを合わせた場合における図１の上面から見た図である。
【００２３】
図４は、本実施形態に係る液滴吐出状態検出装置において、１列ｎ番目のノズルに光ビームを合わせた場合における図１の上面から見た図である。図５は、本実施形態に係る液滴吐出状態検出装置において、インクジェットヘッドの上面から見た場合のインクジェットヘッドのノズル配列について説明する図である。
【００２４】
液滴吐出状態検出装置１０３は、図２、図３、及び図４の各図に示すように、発光部２２１と受光部２２２とから構成される。発光部２２１と受光部２２２とは、光ビーム２０３の光軸Ｌがインクジェットヘッド１００のヘッドノズル面２０１のノズル（１番、２番、…、ｎ番）から吐出されたインク液滴２０２と垂直方向となる位置に配置する。
【００２５】
また、光ビーム２０３の光軸Ｌが、記録媒体Ｗの搬送方向に対して角度θ２（０度≦θ２＜３６０度）となる位置に配置する。インクジェットヘッド１００は、図５に示すように、ヘッドノズル面２０１のノズルは、Ｍ列（１、２、…、Ｍ）のノズル列からなり、各列はｎ個（１番、２番、…、ｎ番）のノズルから構成される。
【００２６】
発光部２２１は、発光素子２０４と、コリメートレンズ２０５と、絞り部材２０６と、発光ユニット２０７とから構成される。発光部２２１の関連部は、発光制御部２０８と、発光ユニット移動部２０９と、発光素子移動部２１０とから構成される。発光素子２０４は、光ビーム２０３を発光する半導体レーザ等で構成するが、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等を使用して構成することも可能である。
【００２７】
コリメートレンズ２０５は、光ビーム２０３を平行光、収束光、拡散光等に設定するレンズである。発光ユニット２０７は、発光素子２０４、コリメートレンズ２０５、絞り部材２０６を固定するユニットである。絞り部材２０６は、光ビーム２０３を絞ることにより、光ビーム２０３の形状や大きさ等を変更するもので、アパーチャやスリット等がある。
【００２８】
この絞り部材２０６により、光ビーム２０３のビーム径が細くなるため、受光素子２１５と光ビーム２０３の光軸Ｌとの角度を小さくすることができる。また、光ビーム２０３が記録媒体Ｗ、インク液滴吐出ヘッド等に反射して生じる反射光、外乱光等のノイズ光Ｎと、インク液滴２０２の吐出時に光ビーム２０３がインク液滴２０２に照射することにより生ずる散乱光Ｓとの比（Ｓ／Ｎ）を稼ぐことができる。これにより、インク液滴２０２の吐出不良の検知を確実なものとしている。
【００２９】
さらに、発光素子２０４の光ビーム２０３の周辺部やコリメートレンズ２０５周辺部では、色づき、ボケ、歪みといった収差の影響を小さくすることができる。これにより、光ビーム２０３は光強度のばらつき、波面ズレ等を抑えることができる。また、光ビーム２０３がインク液滴２０２に照射することにより生ずる散乱光Ｓにおいても、光強度のばらつき、波面ズレ等が抑えられる。そのため、受光素子２１５の光量ばらつきや変化等が抑えられ、散乱光Ｓの検出精度が向上し、後述するインク液滴２０２の吐出不良の検知を確実なものとしている。
【００３０】
発光制御部２０８は、発光素子２０４の発光量を設定する制御部である。発光制御部２０８により、受光部２２２が受光する散乱光Ｓの量が、オフセット光の限界値未満となるよう発光素子２０４の発光量を調整できる。したがって、散乱光Ｓの検出精度が向上し、後述するインク液滴２０２の吐出不良の検知を確実にすることができる。
【００３１】
発光ユニット移動部２０９は、光ビーム２０３が、各ノズルから吐出されたインク液滴２０２に照射するよう位置を合わせるために発光ユニット２０７を移動するものである。発光素子移動部２１０は、図３、図４の太線矢印で示すように、発光素子２０４を、光軸Ｌと水平方向又は垂直方向に移動させ、平行光、収束光、及び拡散光等の設定を行うものである。
【００３２】
発光素子２０４を移動させることにより、光ビーム２０３がインク液滴２０２に照射することによって発生する散乱光Ｓと、不要な光成分であるノイズ光Ｎとの比（Ｓ／Ｎ）を最も稼ぐことができる位置を得ることが可能となる。また、発光素子２０４を移動させることにより、光ビーム２０３の収束率を変更することができる。したがって、ノズル１１から１ｎまでのインク液滴２０２に対する照射光量が最適値となるよう収束率を設定することができる。なお、コリメートレンズ２０５を移動することにより、平行光、収束光、及び拡散光等の設定を行うようにすることも可能である。
【００３３】
ノズル１１から１ｎまでの照射光量を最適値にすることにより、受光光量は大きくなり、ノイズ光Ｎよる光量と、散乱光Ｓによる光量との比（Ｓ／Ｎ）が大きくなり、散乱光Ｓの検出精度が向上し、後述するインク液滴２０２の吐出不良の検知が確実となる。また、収束率を最適値にすることにより、発光光量の増加を抑えつつ受光光量を同程度に維持することができる。平行光と比較して発光光量を下げることが可能となり、発光素子の定格出力を下げることができるので、発光素子２０４の安全性を高めることが可能となる。また、併せてコストを下げる効果も期待できる。
【００３４】
図２、図３、及び図４に示すφ１、φ２は光ビーム２０３のビーム径を示し、図３のθ１１Ｎ、θ１１Ｆ、及び図４のθ１ｎＮ、θ１ｎＦは、それぞれインク液滴２０２と受光素子２１５との角度を示している。φ１は光ビーム２０３の長径、φ２は光ビーム２０３の短径をそれぞれ示している。φ１、φ２の何れを長径又は短径とするか、また、φ１＝φ２とするかは、様々な条件によって変化する。
【００３５】
条件としては、光ビーム２０３の波長と強度分布、ノズル列の各列の間隔、インク液滴２０２の形状とサイズ、発光素子２０４の種類と放射角、発光素子２０４とコリメートレンズ２０５との間隔、発光素子２０４とインク液滴２０２との間隔等が挙げられる。また、他の条件としては、インク液滴２０２と受光素子２１５との間隔、受光素子２１５の位置とサイズ、インクジェットヘッド１００と記録媒体Ｗとの間隔等が挙げられる。
【００３６】
図３のθ１１Ｎは、１列１番のノズルと受光素子２１５の列１側に近い端面との角度を示し、θ１１Ｆは、１列１番のノズルと受光素子２１５の列１側より遠い端面との角度を示している。図４のθ１ｎＮは、１列ｎ番のノズルと受光素子２１５の列１側に近い端面との角度を、θ１ｎＦは、１列ｎ番のノズルと受光素子２１５の列１側より遠い端面との角度を示している。
【００３７】
受光部２２２は、フォトダイオード等を使用して構成する受光素子２１５から成る。受光部２２２は、受光素子２１５の受光面２１６が光ビーム２０３のビーム径φ２内に入らないように、光ビーム２０３のビーム径φ２から離間した位置に配置する。ただし、受光部２２２は、ビーム径φ２に隣接する位置に配置することが好ましい。受光部２２２は、光ビーム２０３の光軸Ｌに対して角度θ１だけ離間した位置で、かつ、光軸Ｌの垂直方向（Ｘ方向）に対してθ２（０≦θ２≦θ１）の角度を有する位置に配置する。
【００３８】
液滴吐出状態検出装置１０３は、インクジェットヘッド１００のヘッドノズル面２０１の各ノズル（１列１番、…、１列ｎ番、…、Ｍ列ｎ番）から吐出されたインク液滴２０２に、光ビーム２０３が照射することで発生する散乱光Ｓを検出する。散乱光Ｓの一部は、受光素子２１５の受光面２１６に到達する。
【００３９】
受光素子２１５は、受光光量を光電変換して、受光光量に応じたで電圧波形を出力する。この出力された電圧波形と、インクジェットヘッド１００の各ノズル位置でのインク液滴２０２を吐出する駆動波形とに基づいて、インク液滴２０２の吐出の有無、検知時間、吐出ずれ等の状態を検出する。
【００４０】
次に、本実施形態に係る液滴吐出状態検出装置における各ノズルの位置と光ビームとの関係について説明する。図６（ａ）は、本実施形態に係る液滴吐出状態検出装置における各ノズルの位置と光ビームとの関係を示す断面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ位置での光ビームの断面と強度分布について説明する図である。図６（ｃ）は、図６（ａ）のＢ位置での光ビームの断面と強度分布について説明する図である。
【００４１】
なお、図６（ｂ）の左図は、（ａ）のＡ位置での光ビームの断面を示しており、点線矢印は、液滴吐出方向を示している。右図は、左図の点線矢印位置における光ビームの強度分布を示している。図６（ｃ）の左図は、（ａ）のＢ位置での光ビームの断面を示しており、点線矢印は液滴吐出方向を示している。右図は、左図の点線矢印位置における光ビームの強度分布を示している。
【００４２】
光ビームの強度分布は、発光素子２０４とノズル位置との間の距離により変化する。発光素子２０４とノズル位置との間の距離ｚが短いＡ位置は、フレネル領域と呼ばれる。発光素子２０４とノズル位置との距離ｚが長いＢ位置は、フラウンホーファー領域と呼ばれる。なお、フレネル領域とフラウンホーファー領域とは、発光素子２０４とノズル位置との間の距離ｚと、絞り部材２０６の径Ｄと、光ビーム２０３の波長λとの関係により決定される。
【００４３】
フレネル領域では、以下の式（１）で示すフレネル回折式によって光ビームの強度分布が算出される。フラウンホーファー領域では、以下の式（２）式（３）で示すフラウンホーファー回折式によって光ビームの強度分布が算出される。
【００４４】
＜フレネル回折式＞（１）
Ｕ（ｘ2，ｙ2，ｚ）＝ｊｅｘｐ（−ｊｋｚ）／λｚ・ｅｘｐ（−ｊ（ｋ／２ｚ）（ｘ22＋ｙ22））×∬Ｕ（ｘ1，ｙ1，０）・ｅｘｐ（（−ｊ（ｋ／２ｚ）（ｘ12＋ｙ12））・ｅｘｐ（ｊ（ｋ／ｚ）（ｘ2ｘ1＋ｙ2ｙ1））ｄｘ1ｄｙ1
ここで、（ｘ1，ｙ1，０）は、開口部の電界の複素振幅であり、Ｕ（ｘ2，ｙ2、ｚ）は、観察面の電界の複素振幅を示す。
【００４５】
＜矩形開口のフラウンホーファー回折式＞（２）
Ｕ（ｘ，ｙ，ｚ）＝Ｒ0・ａ・ａ・ｓｉｎｃ（ａｘ／λｚ）・ｓｉｎｃ（ａｙ／λｚ）
Ｒ０＝ｊｅｘｐ（−ｊｋｚ）／λｚ・ｅｘｐ（（−ｊ（ｋ／２ｚ）（ｘ2＋ｙ2））×ｕ0）、
ｓｉｎｃ（Ｘ）＝ｓｉｎ（πＸ）／（πＸ）
ここで、ｘ＝（ｎ＋１）・λ・ｚ／ａ（ｎは第ｎ回折光）であり、ｙ＝（ｎ＋１）・λ・ｚ／ａ（ｎは第ｎ回折光）である。
なお、記号Ｘと記号ｘとは別の変数であり、ａは、菱形又は正方形の開口の一辺の長さを意味する。ただし、ｎはｎ次の回折光、ｘは、絞り部材２０６の開口中心からの距離ｚの位置におけるｎ次の回折光についてのＹ方向の振幅が０となる位置を示す変数である。
【００４６】
＜円形開口のフラウンホーファー回折式＞（３）
Ｕ（ρ，φ，ｚ）＝Ｒ0・２Ｊ1（ｋａρ／ｚ）／（ｋａρ／ｚ）
Ｒ0＝ｊｅｘｐ（−ｊｋｚ）／（λｚ）・ｅｘｐ（−ｊ（ｋ／２ａ）（ρ2））・ｕ0・π・ａ2
ここで、Ｊ1は、第１種１次のベッセル関数である。
Ｊm（Ｕ）＝（ｊ-m）／２λ・∫02πｅｘｐ（ｊ（ｍＶ＋ＵｃｏｓＶ）ｄｖ
ρ＝０．６１０λ／（ＮＡ）、（ＮＡ＝ａ／ｚ）、だだし、ρはエアリーディスク半径である。
【００４７】
次に、本実施形態に係る液滴吐出状態検出装置における各ノズル位置でのインク液滴を吐出する駆動波形と受光素子の出力波形との関係について説明する。図７（ａ）は、本実施形態に係る液滴吐出状態検出装置における図６（ａ）のＡ位置での光ビームの断面と強度分布について説明する図、図７（ｂ）は、Ａ位置でのインク液滴を吐出する駆動波形と受光素子の検知（出力）波形について説明する図である。
【００４８】
また、図７（ｃ）は、図６（ａ）のＢ位置での光ビームの断面と強度分布について説明する図、図７（ｄ）は、Ｂ位置でのインク液滴を吐出する駆動波形と受光素子の検知（出力）波形について説明する図である。
【００４９】
図７（ｂ）、図７（ｄ）のように、インク液滴２０２を吐出する駆動波形として台形状の波形が示されているが、台形状の波形を繰り返す駆動波形もある。なお、台形状の波形を繰り返すことにより、複数のインク液滴２０２を吐出しマージして大きなインク液滴２０２を生成することができる。また、受光素子の検知（出力）波形は、インク液滴２０２に光ビーム２０３が衝突することで発生した散乱光Ｓを検出した波形である。インク液滴２０２からの散乱光Ｓは、光ビーム２０３の強度に比例した出力が得られる。
【００５０】
光ビーム２０３の強度の違いにより、図７（ａ）に示すように、Ａ位置では２つの大きな振幅の出力波形となり、図７（ｃ）に示すように、Ｂ位置では１つの大きな振幅の出力波形となる。Ａ位置では、図７（ｂ）の点線矢印方向にしたがってインク液滴２０２が吐出すると、ノズル側に光ビーム２０３の強度が大きくなる位置が存在するため、図７（ｂ）に示すように、検知（出力）波形として、１個目の大きな振幅が現れる。その後、インク液滴２０２の吐出が進むと、記録媒体Ｗ側に光ビーム強度が大きくなる位置が存在するため、図７（ｂ）に示すように、検知（出力）波形として、２個目の大きな振幅が現れる。
【００５１】
また、Ｂ位置では、図７（ｃ）の点線矢印にしたがってインク液滴２０２吐出すると、図７（ｃ）に示すように、ノズルと記録媒体Ｗとの中央付近に光ビーム２０３の強度が大きい位置があるため、図７（ｄ）に示すように、１個の大きな振幅が現れる。図７（ｂ）のＴ１は、駆動波形の立ち上がり終了時（インク液滴２０２の吐出開始時）から、受光素子２１５の出力波形の立ち上がり開始時、すなわち、インク液滴２０２に光ビーム２０３が照射することにより生じる散乱光Ｓの検出開始までの時間である。また、Ｔ２は、インク液滴２０２に光ビーム２０３が照射することにより生じる散乱光Ｓの検出を開始した時点から、当該散乱光Ｓの検出を終了するまでの時間である。さらに、Ｔ３は、再びインク液滴２０２に光ビーム２０３が照射することにより生じる散乱光Ｓの検出を開始した時点から、当該散乱光Ｓの検出を終了するまでの時間である。
【００５２】
図７（ｄ）のＴ４は、駆動波形の立ち上がり終了時（インク液滴２０２の吐出開始）から、受光素子２１５の出力波形の立ち上がり開始時、すなわち、インク液滴２０２に光ビーム２０３が照射することにより生じる散乱光Ｓの検出開始までの時間である。また、Ｔ５は、インク液滴２０２に光ビーム２０３が照射することにより生じる散乱光Ｓの検出を開始した時点から、当該散乱光Ｓの検出を終了するまでの時間である。
【００５３】
次に、本実施形態に係る液滴吐出状態検出装置のハードウェアブロックについて説明する。図８は、本実施形態に係る液滴吐出状態検出装置のハードウェアブロック図である。
【００５４】
図８において、本実施形態に係る液滴吐出状態検出装置１０３は、ハードウェア構成として、液滴吐出状態検出装置１０３の装置全体を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）（制御部）３０１を備えている。また、各種データや各種プログラムを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）３０３やＲＡＭ（Random Access Memory）３０４等の主記憶部を備えている。さらに、各種データや各種プログラムを記憶するＨＤＤ（Hard Disk Drive）３０２等の補助記憶部を備えている。
【００５５】
また、図１に示したようにインクジェットヘッドアレイ１０７の各インクジェットヘッド１００と接続するためのインタフェース部３０５を備えている。さらに、発光素子２０４を有する発光部３０６と、受光素子２１５を有する受光部３０７とを備えている。そして、受光部３０７で受光した散乱光Ｓを電流に変換する変換部３０８を備えている。
【００５６】
そして、ＣＰＵ３０１、ＲＯＭ３０３、ＲＡＭ３０４、インタフェース部３０５、発光部３０６、受光部３０７、及び変換部３０８は、バス３０９によって接続されている。そして、液滴吐出状態検出装置１０３における各種処理は、ＣＰＵ３０１が、ＲＯＭ３０３、ＲＡＭ３０４、及びＨＤＤ３０２に記憶されている各種プログラムを実行することにより実現されるものである。なお、これに限らず、これらの機能を個別のハードウェア等の回路を用いて実現することも可能である。
【００５７】
次に、本実施形態に係る液滴吐出状態検出装置の構成について説明する。図９は、本実施形態に係る液滴吐出状態検出装置の構成について説明する機能ブロック図である。
【００５８】
本実施形態に係る液滴吐出状態検出装置１０３は、主な機能ブロックとして、吐出制御部５０１と、発光制御部５０２と、検知部５０３と、計測部５０４と、算出部５０５と、判断部５０６とを備えている。吐出制御部５０１は、複数のノズルで構成されるノズル列が１列以上で構成されているインクジェットヘッド１００を制御し、各々のノズルからインク液滴２０２を吐出させる。発光制御部５０２は、発光部２２１を制御し、インク液滴２０２に光ビーム２０３を照射させる。
【００５９】
算出部５０５は、フレネル回折式、フラウンホーファー回折式、又は両方の式により、各ノズル位置における光ビーム２０３の強度分布から、図７（ｂ）、図７（ｄ）において説明した各検知時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５を算出する。算出部５０５は、各検知時間を算出することに代えて、予め算出された各検知時間をＲＡＭ３０４等のメモリに格納しておき、当該メモリに格納された各検知時間を読み出すようにしても良い。このようにして、算出部５０５は、各検知時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５を取得する。
【００６０】
検知部５０３は、インク液滴２０２からの散乱光Ｓを受光する受光部２２２の出力からインク液滴２０２の吐出状態を検知する。計測部５０４は、各検知時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５を計測する。判断部５０６は、計測部５０４で計測された各検知時間が、算出部５０５によって算出された各検知時間、又はＲＡＭ３０４等のメモリに格納された予め算出された各検知時間における予め定められた閾値の範囲内にあるか否かを判断する。
【００６１】
各検知時間が予め定められた閾値の範囲外にある場合、インク液滴２０２の吐出不良と判断する。そして、各検知時間が予め定められた閾値の範囲外にある場合、吐出制御部５０１を用いてインク液滴２０２を最適に吐出するための駆動波形を算出する。そして、インクジェットヘッド１００を制御することにより、最適な駆動波形に基づいて、各々のノズルからインク液滴２０２の吐出をさせる。
【００６２】
次に、本実施形態に係る液滴吐出状態検出装置の動作について説明する。図１０は、本実施形態に係る液滴吐出状態検出装置の動作について説明するフロー図である。
【００６３】
液滴吐出状態検出装置１０３の動作が開始すると、ステップＳ１の処理で、算出部５０５は、フレネル回折式、フラウンホーファー回折式、又は両方の式より、各ノズル位置における光ビームの強度分布から、各検知時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５を算出する。また、ステップＳ１の処理において、算出部５０５は、各検知時間を算出することに代えて、ＲＡＭ３０４等のメモリに格納されている予め算出された各検知時間を読み出すようにしても良い。そして、ステップＳ２の処理へ移行する。
【００６４】
ステップＳ２の処理において、発光制御部５０２は、発光部２２１に対して光ビームの発光の設定・指示を行い、ステップＳ３の処理へ移行する。ステップＳ３の処理において、発光部２２１は光ビーム２０３を発光し、ステップＳ４の処理へ移行する。ステップＳ４の処理において、吐出制御部５０１は、インクジェットヘッド１００に対して、各々のノズルからインク液滴２０２を吐出させるための駆動波形を設定し、ステップＳ５の処理へ移行する。
【００６５】
なお、この駆動波形は、各々のノズルからインク液滴２０２を吐出させるために必要な駆動波形の電圧値をルックアップテーブルに予め記憶しておき、ステップＳ４の処理を行う際に当該ルックアップテーブルから読み出すようにしても良い。これにより、ステップＳ４の処理における駆動波形の設定時間を短縮することが可能となる。
【００６６】
ステップＳ５の処理において、インクジェットヘッド１００は、ステップＳ４の処理において設定した駆動波形にしたがって各々のノズルからインク液滴２０２を吐出し、ステップＳ６の処理へ移行する。ステップＳ６の処理において、インク液滴２０２に対して光ビーム２０３が照射することにより散乱光Ｓが発生し、ステップＳ７の処理へ移行する。ステップＳ７の処理において、受光部２２２が散乱光Ｓを検出して光電流を発生し、ステップＳ８の処理へ移行する。
【００６７】
ステップＳ８の処理において、検知部５０３は、ステップＳ７の処理で光電変換して得られた検知信号を発生させ、ステップＳ９の処理へ移行する。ステップＳ９の処理において、計測部５０４は、図７で説明した駆動波形と受光素子の検知（出力）波形とに基づいて、各検知時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５を計測し、ステップＳ１０の処理へ移行する。ステップＳ１０の処理において、判断部５０６は、計測部５０４において各検知時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５を計測できるか否かを判断する。
【００６８】
ステップＳ１０の処理において、検知時間を計測できない（ステップＳ１０：Ｎｏ）場合、判断部５０６は、ノズルからのインク液滴２０２の吐出が不良状態であると判断して、ステップＳ１４の処理へ移行する。ステップＳ１４の処理において、エラー処理を実行する。ステップＳ１０の処理において、検知時間を計測できる（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）場合、ステップＳ１１の処理へ移行する。ステップＳ１１の処理では、計測部５０４が計測した各検知時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５が、算出部５０５が算出した各検知時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５の予め定められた閾値の範囲外になる回数がｎ回目以上であるか否かを判断する。
【００６９】
なお、この予め定められた閾値をルックアップテーブルに予め記憶しておき、ステップＳ１０の処理の際にルックアップテーブルから読み出すようにしても良い。これにより、ステップＳ１１の処理の際に、算出部５０５によって算出された各検知時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５の閾値を設定するのに要する時間を短縮することができる。
【００７０】
計測された各検知時間が、算出された各検知時間の予め定められた閾値外になるのがｎ回目以上である（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）場合、判断部５０６は、ノズルからのインク液滴２０２の吐出が不良状態であると判断して、ステップＳ１４の処理へ移行する。ステップＳ１４の処理において、エラー処理を実行する。計測された各検知時間が、算出された各検出時間の予め定められた閾値外になるのがｎ回目未満である（ステップＳ１１：Ｎｏ）場合、ステップＳ１２の処理へ移行する。
【００７１】
ステップＳ１２の処理において、閾値外となった検知時間が、閾値より大きいか否かを判断する。閾値外となった検知時間が閾値より大きい（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）場合、ステップＳ１５の処理へ移行する。ステップＳ１５の処理において、検知時間が閾値より大きいということは、ノズルからのインク液滴２０２の吐出速度が遅いということを意味する。したがって、吐出制御部５０１は、インクジェットヘッド１００の駆動波形の電圧値を大きくし、インク液滴２０２の吐出速度を速めて再びステップＳ４の処理へ移行する。
【００７２】
このように、検知時間が閾値外であっても、検知時間に合わせてインクジェットヘッド１００の駆動波形を最適値に再設定することで、インク液滴２０２の吐出不良状態を改善することとしている。これにより、インク液滴２０２の着弾位置精度を向上させると共に、画質の向上を図ることができる。
【００７３】
閾値外となった検知時間が閾値より大きくない（ステップＳ１２：Ｎｏ）場合、ステップＳ１３の処理へ移行する。ステップＳ１３の処理において、閾値外となった検知時間が、閾値より小さいか否かを判断する。閾値外となった検知時間が閾値より小さい（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）場合、ステップＳ１６の処理へ移行する。
【００７４】
ステップＳ１６の処理において、検知時間が閾値より小さいということは、ノズルからのインク液滴２０２の吐出速度が速いということを意味する。したがって、吐出制御部５０１は、インクジェットヘッド１００の駆動波形の電圧値を小さくし、インク液滴２０２の吐出速度を遅らせて再びステップＳ４の処理へ移行する。このように、検知時間が閾値外であっても、検知時間に合わせてインクジェットヘッド１００の駆動波形を最適値に再設定することで、インク液滴２０２の吐出不良状態を改善することとしている。これにより、インク液滴２０２の着弾位置精度を向上させると共に、画質の向上を図ることができる。
【００７５】
閾値外となった検知時間が、閾値より短くない（ステップＳ１３：Ｎｏ）場合、インク液滴２０２の吐出速度は最適な速度に設定されているので処理を終了する。なお、上記説明においては、検知時間として、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５の各々の時間を用いた場合について説明している。しかしながら、例えば、Ｔ１＋Ｔ２、Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３、Ｔ２＋Ｔ３、Ｔ４＋Ｔ５といった様々な組み合わせの時間を検知時間として採用しても良い。図１０のステップＳ４に戻るフィードバック制御を常時実行することにより、液滴吐出状態を常時検知することができ、インク液滴２０２の吐出速度を最適な速度に常時設定することができる。
【００７６】
なお、図１０に示した本実施形態に係る液滴吐出状態検出装置を構成する各機能ブロックの各動作は、コンピュータ上のプログラムに実行させることもできる。すなわち、液滴吐出状態検出装置１０３のＣＰＵ３０１が、ＲＯＭ３０３、ＲＡＭ３０４、及びＨＤＤ３０２にそれぞれ格納されたプログラムをロードする。そして、プログラムの各処理ステップが順次実行されることによって実現される。
【００７７】
このように、本実施形態は、光ビームとノズルとの位置により光ビームの光強度が異なる点、及び、ノズルの位置により、光ビームがインク液滴に照射することによって生じる散乱光の検出波形（出力波形）が異なる点に着目している。具体的には、各ノズル位置において、インク液滴に照射する光ビームの散乱光の強度分布を、フレネル領域及び／又はフラウンホーファー領域における回折式に基づいて算出する。
【００７８】
また、各ノズル位置において、インク液滴に照射する光ビームの散乱光から得られる検知信号から、インク液滴が吐出されてから散乱光が検知されるまでの検知時間を計測する。そして、計測した検知時間と、上記算出した強度分布から得た検知時間とを比較し、計測した検知時間が所定の閾値の範囲を超えた場合、ノズルからのインク液滴の吐出が不良状態であると判断している。
【００７９】
本発明によれば、液滴の吐出状態を常時最適な状態に維持することが可能な液滴吐出状態検出装置、液滴吐出状態検出方法、及びプログラムが得られる。
【００８０】
以上、これまで本発明の実施形態について説明してきたが、本発明の実施形態は上述した実施形態に限定されるものではない。すなわち、他の実施形態、追加、変更、削除等、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、何れの態様においても本発明の作用効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００８１】
１０    画像形成装置
１００、１１０、…、１ｎ０    インクジェットヘッド
１０１    給紙搬送ローラ
１０２    給紙搬送従動ローラ
１０３、１１３、…、１ｎ３    液滴吐出状態検出装置
１０４    エンコーダ
１０５    従動ローラ
１０６    走行ブレート
１０７    インクジェットヘッドアレイ
１０８    排紙搬送ローラ
１０９    給紙搬送従動ローラ
２０１    ヘッドノズル面
２０２    インク液滴
２０３    光ビーム
２０４    発光素子
２０５    コリメートレンズ
２０６    絞り部材
２０７    発光ユニット
２０８、５０２    発光制御部
２１０    発光素子移動部
２１５    受光素子
２１６    受光面
２２１、３０６    発光部
２２２、３０７    受光部
３０１    ＣＰＵ（制御部）
３０２    ＨＤＤ
３０３    ＲＯＭ
３０４    ＲＡＭ
３０５    インタフェース部
３０８    変換部
３０９    バス
５０１    吐出制御部
５０３    検知部
５０４    計測部
５０５    算出部
５０６    判断部
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８２】
【特許文献１】特開２０１２−００６２５６号公報
【図１】
2017001211.tif 000003
【図２】
2017001211.tif 000004
【図３】
2017001211.tif 000005
【図４】
2017001211.tif 000006
【図５】
2017001211.tif 000007
【図６】
2017001211.tif 000008
【図７】
2017001211.tif 000009
【図８】
2017001211.tif 000010
【図９】
2017001211.tif 000011
【図１０】
2017001211.tif 000012