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JP2002522755A - 液滴測定装置および方法 - Google Patents

液滴測定装置および方法

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JP2002522755A
JP2002522755A JP2000564008A JP2000564008A JP2002522755A JP 2002522755 A JP2002522755 A JP 2002522755A JP 2000564008 A JP2000564008 A JP 2000564008A JP 2000564008 A JP2000564008 A JP 2000564008A JP 2002522755 A JP2002522755 A JP 2002522755A
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JP
Japan
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path
light
sheet
along
laser
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Application number
JP2000564008A
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English (en)
Inventor
ツォン−シン レウ，
Original Assignee
サーノフ コーポレイション
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Publication date
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    • G—PHYSICS
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Pathology (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
  • Ink Jet (AREA)

Abstract

(57)【要約】 インク滴などの液滴の特性を測定する装置（１０）は、光ビーム（１４）を発生させて経路に沿って投射するレーザ（１２）を含む。ビームはフォトダイオード（２２）などの光検出器（２２）に向けられ、該光検出器が、ビームによって提供される光の量を検出し、検出された光の量に対応する電気信号を提供する。レーザ（１２）の出力端に隣接して、光ビーム（１４）を焦点（１９）の位置に集束し、ビームを焦点（１９）の位置でシート状に形成するレンズがある。焦点（１９）の位置でインク・ジェット・ヘッドはビームの経路に隣接している。光検出器（２２）によって検出される光の量が変化するように、インク・ヘッドはインク滴を、ビームのシート部分を通して投射する。光検出器（２２）の電気信号出力から、滴の大きさ、形状、および速度など、滴の様々な特性を特定することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本出願は、１９９８年８月４日出願の米国特許仮出願第６０／０９５，３３３
号および１９９８年１２月１７日出願の米国特許出願第０９／２１５０１８号の
利益の所有権を主張するものである。
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液滴の測定装置および方法に関し、特にインク・ジェット・プリン
タ・ヘッドによって噴射される液滴についての量的情報を提供する装置および方
法に関する。
【０００３】
【発明の背景】
インク・ジェット・プリンタにおいては、語、画像等を印刷するためにインク
の滴を枚葉紙等に噴射する複数のノズルを有するプリンタ・ヘッドにインクが供
給される。インク滴の大きさ、形状、速度、および滴形成の頻度と安定性などの
特性は、印刷される線等の特性をもたらす。したがって、所望の特性の印刷を達
成するためにプリンタ・ヘッドをどのように制御するかを決定できるようにする
ために、プリンタ・ヘッドから噴射されるインク滴の様々な特性を測定できるこ
とが望ましい。
【０００４】
【発明の概要】
液滴測定装置は、照射ビームを発生させて投射する手段と、ビームの一部分を
シートの形状に形成する手段とを含む。液滴を形成し照射ビームのシート部分を
通して投射する手段が提供される。また、滴がビームを通過した後、ビームを検
出する手段も提供される。
【０００５】 本発明の液滴を測定する方法は、照射ビームを形成するステップと、経路に沿
って投射するステップを含む。ビームの一部分はシートの形状に形成される。液
滴は、照射ビームのシート部分を通して投射される。滴がビームを通過した後の
ビームが測定され、滴の特性が特定される。
【０００６】
【本発明の詳細な説明】
最初に図１および図２を参照すると、本発明の液滴測定装置は概して１０と指
定されている。測定装置１０は、照射ビームの供給源１２を備える。好ましくは
、ビーム源１２はレーザであり、特にＨｅＮｅレーザであることが好ましい。レ
ーザ１２は光ビームを発生させ、比較的まっすぐな経路に沿って放出することが
できる。レーザ１２の出口端に、光ビーム１４の大きさを拡大するビーム拡大器
１６がある。光ビーム１４の経路に沿って次にあるのは、光ビーム１４を光ビー
ム１４の経路に沿った所望の点１９に集束させるための集束レンズ１８である。
次いで、光ビーム１４を焦点１９の位置でマイクロ・シート３６の形状に形成す
る円柱レンズ２０がある。マイクロ・シート３６は、厚さ約１０ミクロン、高さ
約１００ミクロンであることが好ましい。
【０００７】 ビーム経路に沿って、ビームがシートの形状を取る焦点１９の位置から間隔を
おいた位置に、光ビーム１４を受け取って検出する光検出器２２がある。光検出
器２２はＰＩＮフォトダイオードであることが好ましい。光検出器２２の前に、
集束レンズ２４がある。集束レンズ２４の前には、光学帯域フィルタ２６がある
。フィルタ２６の前にはスリット２８がある。スリット２８、フィルタ２６、お
よび集束レンズ２４はそれぞれ、ビームの大きさを絞り、背景照明を弁別し、光
信号を光検出器２２のフォトダイオードの作用区域に集合させる。
【０００８】 焦点１９の位置にインク・ジェット・ヘッド３０があり、これは、液体インク
の滴を放出するための複数のノズル（図示せず）を有する。インク・ジェット・
ヘッド３０は、放出ノズルが光ビームのシートの面側に向くように配置される。
したがって、液体インクの放出滴は、光ビーム１４のシートを通して投射される
。液体インクの滴が光ビーム１４のシートを通して適切に投射されるように、イ
ンク・ジェット・ヘッド３０を並進ステージ３２上に取り付けてインク・ジェッ
ト・ヘッド３０の位置を調節可能にできる。
【０００９】 測定装置１０の作動時には、レーザ１２が起動して光などの照射を発生させ、
光をビーム１４として光検出器２２まで経路に沿って放出する。光ビームの大き
さは最初にビーム拡大器１６によって拡大され、次いで、集束レンズ１８および
円柱レンズ２０によって、焦点１９の位置にマイクロ光シートとして集束される
。次いで、光ビーム１４はスリット２８、フィルタ２６、および集束レンズ２４
を通過して光検出器２２のフォトダイオードに達する。ＰＩＮフォトダイオード
は、影が正の信号になるように、逆電圧モードに設定されている。図４ａを参照
すると、光ビーム１４の正常入力信号から得られるフォトダイオード２２の出力
が示されている。
【００１０】 インク・ジェット・ヘッド３０が起動して、インクの滴を形成してノズルから
噴射する。インク・ジェット・ヘッド３０は、図３に示すように、焦点１９の位
置にある光ビーム１４のマイクロ・シート３６を通して、インク滴３４を投射す
る。インク滴３４が光ビーム１４のシート３６を通過するときに光ビームの一部
分を遮蔽し、したがって影を形成し、それがフォトダイオード２２によって検出
される。インク滴３４の大きさの変化により影の量が変化し、したがってフォト
ダイオード２２の電気的出力が変化する。図４ｂは、図３に示すような形状のイ
ンク滴が光ビーム１４のシート３６を通過した結果としてのフォトダイオード２
２の出力を示す。信号の形状は、インク滴３４の形状および大きさを示すもので
ある。インク・ジェット・ヘッド３０を既知の距離だけ光ビーム１４のシート３
６から遠ざけて、デバイスの入力信号と検出信号との間の時間遅延のずれ（ｄＴ
）を測定することによって、インク滴３４の速度を概算することができる。光ビ
ーム１４のシート３６からインク・ジェット・ヘッド３０までの距離をＳ1およ
びＳ2とした場合、位置（ｄＳ2＋ｄＳ1）／２における滴の速度Ｖは、Ｖ＝（ｄ
Ｓ2−ｄＳ1）／（ｄＴ2−ｄＴ1）を用いることによって概算することができる。
装置１０は、滴の形成の頻度および安定性についての統計情報を提供することが
できる。性能特性は、位相平均値算出技法ならびに滴の大きさおよび噴出率の標
準偏差を用いて計算することができる。
【００１１】 図５を参照すると、本発明の装置１０用の制御システムが示されている。この
制御システムは、表示装置４０を有するコンピュータ３８を含む。フォトダイオ
ード２２の出力は、アナログ・デジタル変換器４２を介してコンピュータ３８に
接続される。インク・ジェット・ヘッド３０の移動をコンピュータで制御できる
ように、コンピュータ３８はインク・ジェット・ヘッド３０の並進ステージ３２
に接続される。コンピュータ３８はまた、インク・ジェット・ヘッド３０への駆
動信号をコンピュータで制御できるように、波形発生器４４を介してインク・ジ
ェット・ヘッド３０に接続される。したがって、コンピュータ３８はフォトダイ
オード２２から出力信号を受け取り、その信号を表示装置４０に表示することが
できる。コンピュータはまた、フォトダイオード２２からの信号をインク滴３４
に関する他の情報に変換して、そうした情報を表示装置４０上に表示するように
、プログラムすることもできる。
【００１２】 したがって、本発明によって、インクの滴の特性を測定する装置および方法が
提供される。そのような特性には、インク滴の形状、大きさ、速度、頻度、およ
び安定性が含まれる。これは全て、インク滴をシート状の光ビームに通し、滴に
よってもたらされる影の変化を検出することによって達成される。本発明をイン
クの滴に関連して説明したが、どんな液体においてもその滴の特性を測定するた
めに使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の装置の上方平面図である。
【図２】 図３に示す装置の側面図である。
【図３】 本発明の装置の光ビームを通過する液滴を示す略図である。
【図４】 分図（ａ）は、本発明のデバイスの入力信号を示す図、分図（ｂ）は、液滴が
光ビームを通過した結果得られる本発明の装置の出力信号の変化を示す図である
。
【図５】 本発明の装置用の制御システムのブロック図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，Ｇ Ｈ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ， ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，Ｍ Ｗ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ， ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 照射ビームを発生させて、経路に沿って投射する手段と； 前記ビームの一部分をシートの形状に形成する手段と； 液滴を前記ビームのシート部分を通して投射する手段と； 液滴が前記ビームを通過した後で、前記ビームを検出する手段と、 を備える、滴測定装置。
  2. 【請求項２】 前記照射ビームを発生させる前記手段が、光ビームを発生さ
    せて投射するレーザを含む、請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記ビームの一部分をシートの形状に形成する前記手段が、
    前記ビームの経路に沿った円柱レンズを含む、請求項２に記載の装置。
  4. 【請求項４】 ビームがシートとして形成される焦点の位置にビームが集束
    されるように、前記ビームの経路に沿って前記円柱レンズと前記レーザとの間に
    位置する集束レンズをさらに含む、請求項３に記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記ビームの経路に沿って前記レーザと前記集束レンズとの
    間に位置するビーム拡大器をさらに含む、請求項４に記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記光ビームを検出する前記手段が光検出器を含む、請求項
    １に記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記光検出器がフォトダイオードを含む、請求項６に記載の
    装置。
  8. 【請求項８】 前記ビームの経路に沿って、且つ前記フォトダイオードの前
    に、ビームの大きさを絞り、背景照明を弁別し、ビームを前記フォトダイオード
    の作用区域に集束させる手段を含む、請求項７に記載の装置。
  9. 【請求項９】 滴を前記ビームのシート部分に投射する前記手段がプリント
    ・ヘッドを含む、請求項１に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 光ビームを発生させて、経路に沿って投射するレーザと； 前記ビームの経路に沿って位置し、前記ビームを受け取り、受け取ったビーム
    の量に対応する電気出力を提供する光検出器と； 前記ビーム経路に沿って前記レーザの前に位置し、前記経路に沿った焦点の位
    置で前記ビームをシートの形状に形成するレンズと； 前記焦点で前記ビーム経路に隣接し、インク滴を前記ビームシートの方向に前
    記ビームシートを通して投射するインク・ジェット・ヘッドと、 を備えた、インク滴の特性測定装置。
  11. 【請求項１１】 前記レンズが、前記レーザに隣接するビーム拡大器と、焦
    点レンズと、円柱レンズとを含む、請求項１０に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 表示装置を有するコンピュータをさらに含み、前記光検出
    器の出力を前記表示装置に表示することができるように、前記出力が前記コンピ
    ュータに接続される、請求項１０に記載の装置。
  13. 【請求項１３】 前記光検出器の出力がアナログ・デジタル変換器を介して
    前記コンピュータに接続される、請求項１２に記載の装置。
  14. 【請求項１４】 前記コンピュータは前記インク・ジェット・ヘッドに接続
    されて前記ヘッドへの駆動信号を制御する、請求項１２に記載の装置。
  15. 【請求項１５】 前記インク・ジェット・ヘッドが、前記ヘッドを前記ビー
    ム経路に対して移動させる並進ステージ上に装着され、前記コンピュータは前記
    並進ステージに接続されて前記インク・ジェット・ヘッドの運動を制御する、請
    求項１４に記載の装置。
  16. 【請求項１６】 経路に沿って光ビームを投射するステップと； 前記ビームを焦点位置に集束させるステップと； 前記ビームの一部分を前記焦点位置でシートの形状に形成するステップと； 前記焦点を通過した後の前記ビームを検出し、検出した光の量に対応する電気
    信号を提供するステップと； 液滴に前記ビームの前記シート部分を通過させて、検出手段によって検出され
    る光の量を変化させるステップと、 を備える、液滴の特性測定方法。
  17. 【請求項１７】 前記光ビームがレーザによって生成されて、経路に沿って
    投射される、請求項１６に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記ビームが光検出器によって検出され、前記光検出器が
    、検出された光の量に対応する電気出力を提供する、請求項１６に記載の方法。
JP2000564008A 1998-08-04 1999-08-04 液滴測定装置および方法 Pending JP2002522755A (ja)

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US9533398P 1998-08-04 1998-08-04
US09/215,018 1998-12-17
US60/095,333 1998-12-17
US09/215,018 US6305777B1 (en) 1998-08-04 1998-12-17 Apparatus and method for measurement of a liquid droplet
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