喷射油墨的成像.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103648785 A (43)申请公布日 2014.03.19 CN 103648785 A (21)申请号 201280034248.9 (22)申请日 2012.05.10 13/105,373 2011.05.11 US B41J 2/175(2006.01) B41J 2/07(2006.01) (71)申请人 富士胶卷迪马蒂克斯股份有限公司 地址 美国新罕布什尔州 (72)发明人 S.H. 巴斯 (74)专利代理机构 北京市柳沈律师事务所 11105 代理人 曲莹 (54) 发明名称 喷射油墨的成像 (57) 摘要 一般来说， 在一个方面中， 激光器产生相。

2、干射 束来照亮从喷墨机的喷孔喷射的油墨， 以使被喷 射的油墨成像 ； 以及一装置用于减少在使被喷射 的油墨成像时由相干射束造成的散斑效应。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2014.01.10 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/US2012/037216 2012.05.10 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2012/154907 EN 2012.11.15 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 7 页 附图 5 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书7页 附图5页 (10)申请公布号 CN 。

3、103648785 A CN 103648785 A 1/2 页 2 1. 一种设备， 包括 激光器， 用于产生相干射束来照亮从喷墨机的喷孔喷射的油墨， 以使被喷射的油墨成 像， 以及 用于减少在使被喷射的油墨成像时由相干射束造成的散斑效应的装置。 2. 根据权利要求 1 所述的设备， 其中， 所述用于减少散斑效应的装置包括用于使射束 至少部分地不相干的装置。 3. 根据权利要求 1 所述的设备， 其中， 所述用于减少散斑效应的装置被构造为改变相 干射束的波阵面的相位方面。 4. 根据权利要求 3 所述的设备， 其中， 被改变的波阵面的相位方面是时间的或空间的， 或者既是时间的又是空间的。 5。

4、. 根据权利要求 1 所述的设备， 其中， 所述用于减少散斑效应的装置包括扩散器， 相干 射束通过所述扩散器。 6. 根据权利要求 1 所述的设备， 包括用于在成像时减少衍射效应的元件。 7. 根据权利要求 6 所述的设备， 其中， 所述元件包括透镜。 8. 根据权利要求 5 所述的设备， 其中， 所述透镜包括柱面透镜。 9. 根据权利要求 5 所述的设备， 其中， 透镜具有与被喷射的油墨的轴线平行的光轴。 10. 根据权利要求 1 所述的设备， 其中， 所述激光器包括 Nd:YAG 激光器。 11. 根据权利要求 1 所述的设备， 包括触发器， 用于使相干射束与被喷射的油墨同步。 12. 根。

5、据权利要求 1 所述的设备， 其中， 所述用于减少散斑效应的装置包括扩散器。 13. 根据权利要求 1 所述的设备， 包括柱面透镜。 14. 根据权利要求 13 所述的设备， 其中， 所述柱面透镜包括菲涅耳透镜。 15. 根据权利要求 1 所述的设备， 包括用于成像的摄像机。 16. 根据权利要求 1 所述的设备， 其中， 所述激光器被构造为提供相干射束的闪光， 所 述相干射束的闪光足够短暂， 以允许在没有运动模糊的情况下使以至少10米/秒的速度移 动的被喷射的油墨成像。 17. 根据权利要求 1 所述的设备， 其中， 所述激光器被构造为以允许使具有小于 3 微米 的所关注特征的被喷射的油墨成。

6、像的强度产生相干射束。 18. 根据权利要求 1 所述的设备， 其中， 所述成像包括视频。 19. 根据权利要求 1 所述的设备， 其中， 所述成像包括单个图像。 20.根据权利要求1所述的设备， 其中， 所述成像包括以高达15Hz的频率捕获的一系列 图像。 21.根据权利要求1所述的设备， 其中， 所述成像包括高达20倍或更多倍真实生活的光 学放大率。 22. 一种设备， 包括 激光器， 用于产生相干射束来照亮从喷墨机的喷孔喷射的油墨， 以使被喷射的油墨成 像， 所述相干射束具有允许使具有小于 3 微米的所关注特征的被喷射的油墨成像的强度， 装置， 用于通过使射束至少部分地不相干来减少在使被。

7、喷射的油墨成像时由相干射束 造成的散斑效应， 触发器， 用于使相干射束与被喷射的油墨同步， 并且用于导致所述相干射束的闪光足 权 利 要 求 书 CN 103648785 A 2 2/2 页 3 够短暂， 以允许在没有运动模糊的情况下使以至少10米/秒的速度移动的被喷射的油墨成 像， 以及 相机， 用于成像。 23. 一种方法， 包括 从喷墨机的喷孔喷射油墨， 在被喷射的油墨处于运动中的同时， 从激光器到被喷射的油墨施加相干射束， 在被喷射的油墨处于运动中的同时， 使被喷射的油墨成像， 以及 减少由相干射束作用在成像的被喷射的油墨上而引起的散斑效应。 24. 根据权利要求 23 所述的方法， 。

8、其中， 减少散斑效应包括 ： 使相干射束至少部分地不 相干。 25. 根据权利要求 24 所述的方法， 其中， 减少散斑效应包括 ： 改变相干射束的波阵面的 相位方面。 26. 根据权利要求 25 所述的方法， 其中， 改变包括 ： 改变相位的时间方面或空间方面， 或者改变两者。 27. 根据权利要求 23 所述的方法， 包括 ： 使相干射束的闪光与被喷射的油墨的运动同 步。 28. 根据权利要求 23 所述的方法， 其中， 成像包括 ： 捕获单个图像、 一系列图像或视频。 29. 根据权利要求 23 所述的方法， 其中， 成像包括 ： 在成像时使被喷射的油墨放大至少 10 倍真实生活。 30。

9、. 根据权利要求 23 所述的方法， 包括 ： 导致相干射束的闪光足够短暂， 以允许在没有 运动模糊的情况下使以至少 10 米 / 秒的速度移动的被喷射的油墨成像。 31. 根据权利要求 23 所述的方法， 包括 ： 以允许使具有小于 3 微米的所关注特征的被 喷射的油墨成像的亮度产生相干射束。 权 利 要 求 书 CN 103648785 A 3 1/7 页 4 喷射油墨的成像 0001 相关申请的交叉引用 0002 本申请要求 2011 年 5 月 11 日提交的美国申请序列号 13/105,373 的优先权， 该申 请的全部内容引入本文。 技术领域 0003 本说明书涉及喷射油墨的成像。。

10、 背景技术 0004 例如， 使从喷墨头的喷孔 ( 有时也称为喷嘴 ) 在它的途中喷射到基板的油墨成像 在设计或建造所述头以及在限定或改变操作协议以喷射油墨之中可以是有用的。 发明内容 0005 我们在此描述的喷射油墨的成像其特征可体现为一个或多个以下方面、 特征和实 现方式等。 0006 一般情况下， 在一个方面中， 激光产生相干射束， 以照亮从喷墨机的喷孔喷射的油 墨， 用于使被喷射的油墨成像 ； 并且一种装置用于减少在使被喷射的油墨成像时由相干射 束引起的散斑效应。 0007 实现方式可包括一个或多个以下特征。 用于减少散斑效应的装置包括用于使射束 至少部分地不相干的装置。 用于减少散斑。

11、效应的装置被构造为改变相干射束的波阵面的相 位方面。被改变的波阵面的相位方面是时间的或空间的， 或者既是时间的又是空间的。用 于减少散斑效应的装置包括扩散器， 相干射束通过该扩散器。 0008 提供了一种元件用于减少成像中的衍射效应。该元件包括透镜。该透镜包括柱面 透镜。该透镜具有光轴， 该光轴大致平行于被喷射的油墨的轴线。激光器包括 Nd:YAG 激光 器。触发使相干射束与被喷射的油墨同步。用于减少散斑效应的装置包括扩散器。还具有 柱面透镜用于减少衍射效应。柱面透镜包括菲涅耳透镜。具有用于成像的摄像机。 0009 相干射束的闪光足够短暂， 以允许在没有运动模糊的情况下使以至少10米/秒的 速。

12、度移动的被喷射油墨成像。激光器以允许使具有小于 3 微米的所关注特征的被喷射油墨 成像的亮度产生相干射束。成像包括视频。成像包括单一图像。成像包括以高达 15Hz( 或 在某些情况下超过 15Hz) 的频率捕获的一连串图像。成像包括高达 20 倍真实生活 ( 或在 某些情况下高达 35 倍真实生活或更高 ) 的光学放大率。 0010 一般情况下， 在一个方面中， 油墨从喷墨机的喷孔喷射， 来自激光的相干射束被施 加到所喷射的油墨， 同时被喷射的油墨处于运动中， 在被喷射的油墨处于运动中的同时使 被喷射的油墨成像， 并减少由成像的所喷射油墨上的相干射束引起的散斑效应。 0011 实现方式可包括一。

13、个或多个以下特征。减少散斑效应包括 ： 使相干射束至少部分 地不相干。 减少散斑效应包括 ： 改变相干射束的波阵面的相位方面。 改变包括 ： 改变相位的 时间方面或空间方面或改变两者。相干射束的闪光与被喷射油墨的运动同步。成像包括 ： 说 明 书 CN 103648785 A 4 2/7 页 5 捕获单个图像或一系列图像或视频。 成像包括 ： 使成像时被喷射的油墨放大至少10倍的真 实生活。相干射束的闪光足够短暂， 以允许在没有运动模糊的情况下使以至少 10 米 / 秒的 速度移动的被喷射油墨成像。以允许使具有小于 3 微米的所关注特征的被喷射油墨成像的 亮度产生相干射束。 0012 这些和其。

14、它的特征和方面以及它们的组合可以表达为用于执行功能、 完成事物的 方法以及采用其它方式的系统、 部件、 设备、 方法、 装置或步骤。 0013 根据说明书和权利要求， 其它特征、 方面、 实现方式和优点将是显而易见的。 附图说明 0014 图 1 是喷墨的示意性透视图。 0015 图 2A 是光学装置的示意性透视图。 0016 图 2B 是光学装置的示意性透视图。 0017 图 3 是图像的序列。 0018 图 4A 和 4B 是图像。 具体实施方式 0019 如图1所示， 在喷墨机印刷期间， 从喷墨机印刷头10(示意性地示出)的喷孔板25 喷孔 20 喷射的油墨 5 开始表现为沿着喷射轴线 。

15、30 从喷孔产生的墨流 11。射流快速 ( 在微 秒内 ) 经历复杂的变换， 以形成例如一个或多个墨滴 60， 随之它朝向目标基板 80( 例如， 要 在上面印刷的纸或织物或其它介质 ) 跨过小的间隙 70( 在图中未按比例示出 )。这种变换 的详情在图 3 中示出， 并在下面讨论。我们使用术语喷墨在广义上是指， 例如液体从喷嘴或 喷孔的任何推进。 0020 在一些实现方式中， 每个墨滴 60 的直径为几微米 ( 例如， 小于 30m、 小于 20m、 小于 10m、 小于 5m)， 且体积为 10 微微升 (10-12l) 量级或以下， 例如约为 2 微微升。在 某些情况下， 油墨的一个或多。

16、个卫星液滴 65 也形成在射流的变换中。例如， 每个卫星液滴 65 可以拖拽或引导主墨滴 60。例如， 每个卫星液滴 65 可具有小至约 2m 的直径和若干毫 微微升 (10-151) 的体积。 0021 被喷射的墨流11、 液滴60和卫星液滴65都代表着我们所说的喷射油墨的特征。 所 喷射油墨特征的其它形状、 大小、 体积和量可形成在喷射油墨并将其传递到基板的过程中。 0022 如图 1 示意性地示出的， 喷墨由波形发生器 12 触发并控制， 波形发生器 12 向一 组致动器 15( 通常与喷孔一对一 ) 发送电波形或信号 13。喷墨机的设计和构造 ( 例如， 喷 孔、 墨室和致动器的几何形。

17、状 ) 以及施加到致动器 15 的波形会影响喷墨的特性。这些特 性可以包括油墨离开喷孔的速度、 喷墨的容积、 射流的形状、 在喷墨时形成的所喷射油墨的 量、 大小、 形状和体积特征、 所喷射油墨在它朝向基板行进时随时间推移而带来的变换以及 其它特征。除其它事项外， 可以消除卫星液滴， 或者可以获得期望的墨滴轮廓。 0023 在设计、 制造和操作喷墨头及相关装备中， 选择和设计油墨来实现喷墨时期望的 特性， 并在理解喷墨故障模式 ( 如卫星液滴的生成、 喷射方向性问题、 液滴形成的不稳定 性、 作为喷射频率函数的液滴输出的变化和 / 或射流发出、 射流消亡等的量 ) 中， 非常有用 的是生成、 。

18、存储、 分析、 跟踪并使用所喷射油墨的图像、 图像序列和视频以及其从它开始喷 说 明 书 CN 103648785 A 5 3/7 页 6 射时到它到达基板时的非常短的时间周期以上的演化细节。 射流消亡是指完全停止运作的 射流。从运作到非运作射流的过渡有时可观察到， 并提供了与故障模式有关的信息。 0024 例如， 我们使用术语成像非常广泛地包括任何技术或装备， 只要它在一瞬间、 在紧 密间隔的相继时刻或者在间隔开的时间内捕获图像、 图像序列、 视频或任何其它种类的可 视化或图形表示， 并分析、 跟踪、 操纵、 处理、 重放、 存储、 组合或者分离这样的可视化或图形 表示。 0025 除其它事。

19、项外， 使被喷射的油墨成像有助于喷墨机印刷头性能的最优化、 液滴行 为的研究、 波形的设计、 喷射故障模式的理解、 不同喷墨机设计的研究、 喷墨机响应输入波 形的评估。 (除其它事项外， 我们使用术语喷墨机来包括例如具有使液体从中喷射的喷孔和 响应波形以导致液体从喷孔中喷射的元件的装置。) 0026 被喷射的油墨的成像也有助于研究喷孔处的液滴形成 ( 如尾部解体 (tail breakup)、 卫星成形(satellite formation)和弯月面成形。 例如， 尾部解体是指在墨流尾 端 ( 该部分更靠近喷嘴 ) 的截断点处截断墨流， 借此墨流 ( 位于从喷嘴起的截断点的另一 侧 ) 的部。

20、分聚结以形成基本球形的墨滴。例如， 卫星成形是指形成比 ( 主 ) 墨滴更小 ( 例 如， 小于 20 倍以上、 小于 10 倍以上、 小于 5 倍以上、 小于 2 倍以上 ) 的一个或多个墨滴。由 于被喷射的油墨可能移动得非常迅速 ( 在 25 米 / 秒的数量级 )， 并且由于在被喷射的油墨 移向目标基板时形成的墨滴和其它特征可能很微小 ( 在毫微微升的数量级 )， 因此使被喷 射的油墨和特征形成图像需要大量的光。 0027 微小油墨特征(具有微米数量级的大小和若干毫微升到微微升的体积)的成功成 像需要高的放大率， 反过来需要较高的光强度。 0028 另外， 高速(例如， 高于10m/s、。

21、 或15m/s、 或20m/s、 或25m/s)的被喷射的油墨可以 在使用太久曝光期而捕获的图像中产生运动模糊。例如， 如果曝光跨越了使墨滴行进距离 等于其直径的时间， 则所得到的图像将表现出在多个位置由墨滴的图像重叠所引起的运动 模糊 ( 即， 模糊不清的图像 )。这表明， 需要短暂的曝光时间。 0029 另一方面， 当被喷射的油墨的连续帧的高速动画或视频要被捕获时， 相机将以较 高的快门速度 ( 每秒快门的周期数， 例如 50MHz 或以上 ) 操作。然后， 为了在每一帧中使被 喷射的油墨令人满意地成像， 用于每一帧的 “快门打开” 周期可能过于简短， 至少在使用较 低强度的光源时如此。 。

22、0030 图像的曝光时间可受以下条件影响 ： 成像装置 ( 如数码摄像机 ) 的快门保持打开 状态有多久、 或者在快门打开同时曝光所使用的闪光的持续时间、 或者它们的组合。 限制还 在于， 动画或摄像机的机械或电子快门在打开后可以以多快的速度关闭。 0031 即使为了防止运动模糊致使最短的快门打开时间过长， 运动模糊也可以通过使用 能够传递比快门打开周期更简短的脉冲或光闪烁的光源来减少或消除。 光源与连续快门打 开同步地重复脉冲化， 以例如依次生成多个图像。通过使用光的强烈的短暂闪烁， 于是， 可 以减少运动模糊， 但提供足够的照明使放大率达到需要的程度。以 25m/s 行进的 1m 直径 的。

23、墨滴移动的距离等于其在 40ns 下的直径。为了消除所产生的图像的运动模糊， 光源应能 够脉冲持续小于 40ns 的时间。 0032 发光二极管 (LED) 可以是脉冲的， 以获得具有小于 40ns 的脉冲持续时间的光脉 冲， 但其处于相对较低的输出强度。氩或氙闪光灯提供高强度的光， 处于 200s 数量级的 说 明 书 CN 103648785 A 6 4/7 页 7 相对较长的脉冲持续时间 ( 但是至少一个供应商使氩闪光灯具有标称 40ns 的脉冲持续时 间 )。 0033 脉冲激光源可以同时提供高强度光和短脉冲持续时间。在相干激光 ( 其相干之处 在于， 它在空间和/或时间上与自身或与另。

24、一光源具有特定的相位关系)下， 相干光的不同 部分可以干涉而生成干涉图案， 诸如随机强度的所谓的散斑图案， 其通过一组波阵面相互 干涉而产生。减少散斑的方法之一是分裂相干光、 平行发送分裂的相干光通过具有不同光 路长度的光学元件、 然后重新准直通过光学元件的光。 0034 在使被喷射的油墨成像的一些示例中， 含有荧光染料元素的扩散器被放置在相干 激光的射束路径中， 以减少或消除其相干性。 在一般情况下， 我们使用术语扩散器是指例如 使光扩散或散开或散射以产生可以被称为柔光的任何装置。在一些示例中， 荧光染料扩散 器吸收入射于扩散器上的相干激光， 并发射特定颜色的非相干光的二次脉冲串， 特定颜色。

25、 的光具有相对于入射光移位的波长。 0035 在一些实施方式中， LaVision高效率扩散器光学器件(部件编号1108417)用作扩 散器。由于扩散器的效率高， ( 从 532nm 到 550-600nm 有 30的转换效率 )， 到达被喷射的 油墨的光量仍然很高， 且成像放大率可以例如高达已知系统放大率的10倍。 来自LaVision 高效率扩散器光学器件的输出光的直径为 120mm。放大率的可能上限基于记录在成像检测 器处的最小图像对比度来确定， 成像检测器需要用于观察和分析图像。 0036 在图 2 中， 照明系统 300 用于照明从喷墨机印刷头 10 的喷孔 ( 例如， 喷嘴 20)。

26、 喷 射的油墨， 照明系统 300 包括激光放大器和控制器 310， 控制器 310 连接 311 为驱动和控制 Nd:YAG 激光器 320。激光器将射束 321 传递到荧光染料扩散器 330。光纤 340 在一端 341 连接到扩散器330， 在另一端343连接到射束准直器350。 我们使用术语射束准直器来包括， 例如， 导致射束的传播方向在一 ( 例如， 准直或平行 ) 方向上变得更一致的任何装置。准直 的光束具有例如几乎平行的射线， 因此将随着射束传播而慢慢散开。 0037 射出射束准直器350的光349是不相干的， 并具有例如120mm的直径。 该输出光通 过线性透镜 360( 例如。

27、， 柱面透镜 ) 聚焦在由喷孔之一喷射的油墨 347 上。在一般情况下， 透镜是转送和折射光使光束会聚或发散的光学装置。线性透镜 ( 例如， 柱面透镜 ) 仅在一 个维度上使光会聚或发散， 在本情况下为维度 C。在图 2 所示的示例中， 聚焦的光的垂直跨 距仅沿着喷射轴线 30 覆盖所喷射油墨的一部分长度。在其它布置中， 整个长度可通过来自 长的线性透镜的聚焦照明来点亮。 0038 被描绘为照明光 40 的从线性透镜 360 出来的光照亮了被喷射的油墨特征 60。从 聚焦照明场反射和转送的光由光检测器 50( 例如， 具有传感器 51 的数字相机或数字摄像 机， 传感器 51 捕获被喷射的油墨。

28、的图像 ) 进行检测。除了记录单一图像， 检测器 50 还可以 记录一连串图像或动画。 0039 在一些实施方式中， 在各具有 5ns 脉冲持续时间的 30 毫焦耳脉冲中， 532nm 激光 束以 15Hz 的重复率从 LaVision Nd:YAG 双腔脉冲激光器 ( 部件编号 1103032) 传递到扩散 器。LaVision 激光器包括激光器头 320 以及具有集成控制面板 305 的单个电源 306。 0040 中央定时器模块 (CTM)201 协调 ( 同步化 ) 触发信号 205 和发送到检测器 50 的 触发信号 210。分出去的信号 212 被发送到激光放大器和控制器 310。。

29、在激光脉冲闪光从 激光器头 320 发射之前 200s， 触发信号 210 导致检测器 50 打开其快门。200s 这一延 说 明 书 CN 103648785 A 7 5/7 页 8 迟考虑到与激光放大器 310 相关联的 Q 开关延迟。Q 开关是通过它使激光可以产生脉冲式 输出射束的技术。激光放大器和控制器 310( 例如， LaVision 激光器 ) 可以基于从 CTM201 得到的输入 ( 例如， 分路信号 212) 而发出每个脉冲。CTM201 生成三个信号 (202、 205 和 210)， 其关系由软件控制， 并且这些信号驱动检测器 50 和激光器电源 306 的输入。触发信 。

30、号 205(“选通” 输出 ) 相对于信号 202(“发出” 输出 ) 延迟了在启动信号 202(“发出” 脉 冲 ) 之后人们想要观察液滴的时间量。触发信号 210(“摄像机” 输出 ) 触发检测器 50 的 快门， 也启动激光发出 - 这是因为 Q 开关的最佳时间相对固定， 这发生在激光以 “选通” 输 出 ( 200s)Q 开关化之前的固定时间。 0041 图 2B 与图 2A 不同之处在于 LED 频闪 211， LED 频闪 211 以与激光放大器和控制器 310 相同的方式连接到触发信号 205(“选通” 输出 )。在一些实施方式中， LED 频闪 211 用 于不包括激光的系统中。

31、。在一些实现方式中， 在适当的时候， 激光系统和 LED 频闪 211 两者 一起使用。利用 LED 频闪， 有利于稍微在因信号传播在检测器 50 中几 s 的延迟而使闪光 从 LED 频闪 211 射出之前打开检测器 50 的快门。CTM201 也向印刷头放大器 17 发送信号 202， 其包括波形发生器 12( 图 1)。印刷头放大器 17 将信号 203 发送到印刷头 10， 导致致 动器从喷嘴 20 喷墨。 0042 在无散斑图案的情况下， 在由于生成高强度短脉冲时扩散器 330 的高效率而成为 可能的高放大率下， 成像光学器件作用在图像上的衍射效应变得更加突出。衍射效应可以 包括位于。

32、所喷射油墨特征周围的光晕。在成像光路中加入柱面透镜 360( 例如， 在图 2 中 ) 基本上减少了所观察到的衍射效应。通过对准柱面透镜聚光的轴线 362 使之平行于所喷射 油墨移动的方向 30， 沿液滴或其它喷射油墨特征的长度的衍射可以大大减小。 0043 可能的是， 在使用柱面透镜时， 来自准直器350边缘的光(具有光路351和352， 其 更加远离光束的中心路径 353) 将降低图像 55 的边缘 56 的锐度。在一般情况下， 照明源的 数值孔径 (NA) 应匹配 ( 例如， 等于 ) 位于检测器 50 处的相机 50 透镜的 NA。 0044 在一些实施方式中， 可使用适当的聚光器透镜。

33、(例如球面透镜)来代替柱面透镜。 在一些实施方式中， 柱面透镜是菲涅耳透镜。在一些实施方式中， 可以使用 Edmunds 光学器 件 NT46-114 菲涅耳透镜， 焦距为 6 英寸。 0045 再次参照图 1 的示意性示例， 成像光 40 沿着光路 45 照射到卫星液滴 65 和墨滴 60， 与喷嘴板 25 的平面 26 呈 角。轴线 30 标记油墨喷射的方向 ( 我们有时说， 由于通常 喷墨头这样取向使得喷射发生在朝向基板的向下方向上， 所以油墨沿着轴线 30 标记的方 向下降 )。轴线 30 垂直于喷嘴板 20 的平面 25。成像光 40 从喷嘴表面反射， 并被检测器 50 捕获。 可替。

34、代地， 光路可大致平行于喷嘴表面， 使得光直接从光源行进到检测器。 检测器50 可以包括成像光学器件， 诸如变焦透镜和物镜。所喷射的油墨特征 60 中断了照明光 40， 使 得它的影子投射到检测器 50 上。可替代地， 同轴照明可以反射离开所喷射的油墨特征 60， 并由检测器 50 进行成像。同轴照明涉及将分束器放置在附接至检测器 50 的光学器件中， 使得可沿着当返回到检测器时光遵循的相同路径但在相反方向上引导光。 0046 在图 1 中， 喷嘴布置在喷嘴板 20 的网格图案 21 中。然而， 其它布置也是可行的。 在一些实施方式中， 每个喷嘴20具有22m的尺寸。 在一些实施方案中， 角可。

35、约为15。 取决于成像光学器件的焦深和照射光入射的角度， 从多个喷嘴喷射的油墨可捕获在图像 中， 无论是无意地还是故意地均如此。在一些实施方式中， 检测器 50 是以外部触发模式进 说 明 书 CN 103648785 A 8 6/7 页 9 行操作的索尼 XCD-X710 摄像机。外部触发模式允许摄像机与油墨的喷射同步。检测器 50 可以包括 Optem Zoom70XL 变焦透镜和 Mitutoyo M Plan APO10X 物镜。 0047 如前面参考图 2 所述， 为了将喷射与摄像机同步， 从波形发生器 12 发送到致动器 25 以触发喷墨的信号 13 也被馈送到摄像机。在接收每个信。

36、号 13 之后的一段固定时间内， 这些信号 13 导致相机 ( 例如， 通过打开相机的快门以捕获用于成像的光 ) 开始获取用于每 个连续图像帧的图像数据。相同的信号或相关的信号也可以用来触发激光以发出脉冲。 0048 在一些实施方式中， 激光脉冲具有 5ns 的脉冲持续时间， 并且相机的曝光时间可 设定为大于 20ns 或大于 200ns， 以允许 Q 开关延迟。在实践中， 在一些实现方式中， 曝光时 间可以是 1/ 帧的速率， 可以是 1/5 秒或者 200ms。在同步化操作模式下， 每次可以选择 性地发出激光脉冲， 以在油墨离开喷嘴 20 时照亮被喷射的油墨， 并且计时摄像机来捕获该 图像。

37、。曝光时间至少部分由激光脉冲的长度来确定。例如， 为了捕捉由来自全激光脉冲的 光所生成的图像， 曝光时间设定为比激光脉冲的闪光更长。然而， 在非常短的激光脉冲 ( 例 如， 约 5ns) 的情况下， 由于对快门速度的限制， 相机的曝光时间比激光脉冲更长。相机相比 于激光脉冲持续时间更长的曝光时间某种程度上与图像捕捉无关， 除非在相机的较长曝光 时间导致捕获到杂散光的情况下才相关。 0049 在图 3 中， 从喷嘴 20 喷射的油墨图像 A-S 的序列每次以约 20 倍的光学放大率和 小于 20ns 的曝光进行记录。成像的帧速率为 5Hz。在这个成像帧速率下， 当直接在视频显 示器上观察时， 液。

38、滴的图像并没有通过人类视觉系统(例如， 眼或大脑)中的图像延时而平 均化。序列中的每个图像是由不同的发出脉冲生成的不同液滴。这样， 即使连续图像不是 同一液滴的图像， 人们也可以依靠液滴形成的可重复性来研究被喷射的油墨的特征。在一 些实施方式中， 其中油墨以15kHz喷射并且成像的帧速率是5Hz， 在图像之间发出3000个液 滴。所喷射油墨从一次发射到另一次的这种可重复性是压电喷墨技术的属性。 0050 在这个示例序列中， 油墨 5 最初作为墨流 11 从喷嘴 20 喷射而出。然后例如在射 流 11 的下部 16 形成一个或多个墨滴。一旦墨流 11 的顶端 304( 也描述为墨流的 “尾部” 。

39、) 在截断点 305 处截断， 则球状液滴 331 形成在被截断的墨流 307 的上部 306。一个或多个卫 星液滴65也形成在墨流的尾端308。 由于图像的比例和它相对于触发脉冲所占用的时间是 已知的， 所以液滴大小和液滴速率可以在单一图像中加以确定。 0051 在将电波形施加到致动器 15 以从喷嘴 20 喷墨之前， 捕获图像 A。当大量油墨 302 离开喷嘴 20 时， 捕获图像 B。油墨体积的描绘为位于喷嘴上方的部分 301 是位于喷嘴下方 的油墨体积 302 的光反射。图像 C-D 显示了在因所喷射油墨的初始速度导致的动量的影响 下使油墨延长到减薄射流11中的体积以及油墨的表面张紧。。

40、 在图像E-I中， 墨流继续延长。 在此期间， 由于油墨的表面张紧和所喷射油墨的初始速度， 新生的球形液滴 14 开始形成在 墨流的下部 16。 0052 在捕获图像 I 的随后时间， 墨流的下部退出成像装置的视场 (FOV)。我们使用术 语 FOV 来包括可以由成像装置捕获的空间程度。在图像 K 中， 开始终止油墨从喷嘴 20 的流 出， 并且墨流变得更薄。如图像 M 所示， 墨流的顶部 303 开始获得球形。在图像 N 中， 墨流 解体， 并且墨流的具有球面形状的上部从残留墨流 320 终止。由于油墨的表面张紧， 被截断 的墨流 307 的顶部继续变得更加类似球形。图像 O 显示， 残留墨。

41、流 320 闯入液滴， 其被称为 卫星液滴或薄雾。图像 C 和 D 中的卫星液滴出自于之前的液滴喷射事件 - 小的卫星液滴 说 明 书 CN 103648785 A 9 7/7 页 10 行进缓慢 ( 它们可能接近零速率 )， 并需要很长的时间退出 FOV。卫星液滴通常在接下来的 液滴喷射事件中由墨滴清扫。卫星液滴的位置在很大程度上可变， 并从发出墨滴的时间内 变得尤为更远。例如， 如果油墨以 10kHz 进行喷射， 则卫星液滴可能已经以约 100s 进 行漂浮。卫星的形成不如主液滴 ( 例如， 球形液滴 331) 的形成那么可重复， 因此， 卫星液滴 通常不能从帧到帧地在图像 O-S 中进行。

42、追踪。具有 1MHz 帧速率的探测器将需要看起来是 1s 连续间隔的同一液滴 ( 如在图 3 所示的这些序列 )。 0053 使用图2和图3的装置其中包括线性透镜360(例如， 柱面透镜)， 在图4A和4B中， 衍射影响到所采集的图像。柱面透镜 360( 图 2) 聚集照明光 40， 以具有沿轴线 30 较窄的轮 廓 ( 图 2)。图 4A 所示的喷嘴 20 具有 22m 的宽度。喷嘴 20 是正方形， 但由于照明光 40 以小角度例如 15 度入射于其上而在一个方向上被缩短。由于使用柱面透镜 360， 被喷射的 油墨 500 具有尖锐的轮廓。被喷射的油墨 500 具有由墨柱 502 连接到较。

43、大下部球形部 503 的一较小上部球形部 501 的形状。取决于所喷射油墨的速率及其表面张紧， 上部和下部球 形部 501 和 503 以及墨柱 502 聚结， 以形成基本球形的液滴。 0054 图 4B 是在没有使用柱面透镜时检测器处的图像。图 4B 中的放大率约为图 4A 中 放大率的一半。顶部的矩形结构 24 为具有 22m 长度的同一喷嘴 20。光 512 在墨滴 510 左侧的亮边是由于衍射造成的。衍射的存在表示， 进一步放大该图像也不会对数据分析有 用。在较高的放大率下， 因衍射造成的伪影的存在将使被喷射的油墨的特征越来越模糊。 0055 其它实现方式也在所附权利要求的范围内。 说 明 书 CN 103648785 A 10 1/5 页 11 图 1 说 明 书 附 图 CN 103648785 A 11 2/5 页 12 图 2A 说 明 书 附 图 CN 103648785 A 12 3/5 页 13 图 2B 说 明 书 附 图 CN 103648785 A 13 4/5 页 14 图 3 说 明 书 附 图 CN 103648785 A 14 5/5 页 15 说 明 书 附 图 CN 103648785 A 15 。