JP2002107282A - 接触角の測定装置 - Google Patents
接触角の測定装置Info
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- JP2002107282A JP2002107282A JP2000300914A JP2000300914A JP2002107282A JP 2002107282 A JP2002107282 A JP 2002107282A JP 2000300914 A JP2000300914 A JP 2000300914A JP 2000300914 A JP2000300914 A JP 2000300914A JP 2002107282 A JP2002107282 A JP 2002107282A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 サンプルを置くスペースを広げると共に、高
価な機器の使用を不要にすることができる接触角の測定
装置を提供する。 【解決手段】 基板１００の表面１０１上に滴下した液
滴１１０の接触角を測定する接触角の測定装置におい
て、液滴１１０を滴下する基板１００の表面１０１に対
し垂直の方向に配置された拡大光学系３Ａと、拡大光学
系３Ａの光路上にあって、前記光路を直角または直角に
近い角度で曲げるミラー４とを備え、ミラー４によっ
て、水平または水平に近い方向から拡大光学系３Ａが基
板１００の表面１０１上の液滴１１０を観察する。
価な機器の使用を不要にすることができる接触角の測定
装置を提供する。 【解決手段】 基板１００の表面１０１上に滴下した液
滴１１０の接触角を測定する接触角の測定装置におい
て、液滴１１０を滴下する基板１００の表面１０１に対
し垂直の方向に配置された拡大光学系３Ａと、拡大光学
系３Ａの光路上にあって、前記光路を直角または直角に
近い角度で曲げるミラー４とを備え、ミラー４によっ
て、水平または水平に近い方向から拡大光学系３Ａが基
板１００の表面１０１上の液滴１１０を観察する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体と液体との相
互作用を表す特性値である接触角の測定装置に関するも
のである。
互作用を表す特性値である接触角の測定装置に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】接触角の測定には、平板状の固体の上に
液滴を滴下したサンプルを、水平方向から顕微鏡などの
拡大光学系で観察し、液滴が固体の表面（以下、固体面
という）と接する角度を測定する方法がほとんどであっ
た。以前からの測定方式である、固体上の液滴を写真撮
影する方式から、近年では、ＣＣＤカメラで固体上の液
滴の画像を取得し、コンピュータでデータを処理する方
式などがある。
液滴を滴下したサンプルを、水平方向から顕微鏡などの
拡大光学系で観察し、液滴が固体の表面（以下、固体面
という）と接する角度を測定する方法がほとんどであっ
た。以前からの測定方式である、固体上の液滴を写真撮
影する方式から、近年では、ＣＣＤカメラで固体上の液
滴の画像を取得し、コンピュータでデータを処理する方
式などがある。
【０００３】前記方式では、接触角の測定に際して、図
４に示すように、平板状の固体２００の固体面２０１上
に液滴１１０を滴下したサンプルを、顕微鏡などの拡大
光学系によって、固体面２０１と平行な方向である横方
向Ｍから観察し、液滴１１０が固体面２０１と接する角
度、つまり接触角αを測定する。
４に示すように、平板状の固体２００の固体面２０１上
に液滴１１０を滴下したサンプルを、顕微鏡などの拡大
光学系によって、固体面２０１と平行な方向である横方
向Ｍから観察し、液滴１１０が固体面２０１と接する角
度、つまり接触角αを測定する。
【０００４】一方で、特開平８−５００８８号公報に記
載された技術では、平板状の固体２００の上に液滴１１
０を滴下したサンプルを、横方向Ｍと直角な方向である
上方向Ｎから観察して、液滴１１０が固体面２０１と接
する接触角αを測定する方法が提案されている。つま
り、液滴１１０を真上から観察することになる。ここで
用いられている光学系は、レーザ顕微鏡である。レーザ
顕微鏡では、被写界深度が狭いことを利用し、光軸方向
に合焦位置の異なる多数の画像を得て、画像の中から合
焦した部分のみを切り出して画像合成することにより、
被検物の３次元画像が取得されるため、液滴１１０の３
次元形状から、接触角αが得られる。
載された技術では、平板状の固体２００の上に液滴１１
０を滴下したサンプルを、横方向Ｍと直角な方向である
上方向Ｎから観察して、液滴１１０が固体面２０１と接
する接触角αを測定する方法が提案されている。つま
り、液滴１１０を真上から観察することになる。ここで
用いられている光学系は、レーザ顕微鏡である。レーザ
顕微鏡では、被写界深度が狭いことを利用し、光軸方向
に合焦位置の異なる多数の画像を得て、画像の中から合
焦した部分のみを切り出して画像合成することにより、
被検物の３次元画像が取得されるため、液滴１１０の３
次元形状から、接触角αが得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の測定方
法には、次のような問題があった。
法には、次のような問題があった。
【０００６】平板状の固体の上に液滴を滴下したサンプ
ルを、顕微鏡などの拡大光学系で横方向から観察し、液
滴が固体面と接する角度を測定する方法がほとんどであ
ったため、サンプルを置くスペースが小さく制限せざる
を得なかった。この制限のため、第１に、サンプルのサ
イズが例えば１０×１０ｍｍ以下などのように、小さく
なければならず、接触角測定用の特別なサンプルを用意
しなければならなかった。第２に、サンプル以外のも
の、例えばサンプルの温度制御を行う機構を置くことが
難しかった。
ルを、顕微鏡などの拡大光学系で横方向から観察し、液
滴が固体面と接する角度を測定する方法がほとんどであ
ったため、サンプルを置くスペースが小さく制限せざる
を得なかった。この制限のため、第１に、サンプルのサ
イズが例えば１０×１０ｍｍ以下などのように、小さく
なければならず、接触角測定用の特別なサンプルを用意
しなければならなかった。第２に、サンプル以外のも
の、例えばサンプルの温度制御を行う機構を置くことが
難しかった。
【０００７】一方、近年では、例えばフラットパネルデ
ィスプレイの基板などに関して、界面状態がどのように
分布・形成されているかを、接触角の分布で把握しよう
というニーズがある。また、界面状態が温度によってど
のように変化するかを、接触角の温度変化で把握しよう
というニーズがある。横方向から観察する前記従来の測
定方法では、これらのニーズに応えることが難しかっ
た。
ィスプレイの基板などに関して、界面状態がどのように
分布・形成されているかを、接触角の分布で把握しよう
というニーズがある。また、界面状態が温度によってど
のように変化するかを、接触角の温度変化で把握しよう
というニーズがある。横方向から観察する前記従来の測
定方法では、これらのニーズに応えることが難しかっ
た。
【０００８】上方向から観察する前記従来の測定方法
（特開平８−５００８８号公報に記載の技術）では、平
板状の固体の上に液滴を滴下したサンプルを上方向から
観察して液滴が固体面と接する角度を測定する方法であ
るため、前記ニーズに応えることが出来る。しかし、こ
の測定方法では、レーザ顕微鏡という極めて高価な機器
を用いる必要があるという問題点があった。
（特開平８−５００８８号公報に記載の技術）では、平
板状の固体の上に液滴を滴下したサンプルを上方向から
観察して液滴が固体面と接する角度を測定する方法であ
るため、前記ニーズに応えることが出来る。しかし、こ
の測定方法では、レーザ顕微鏡という極めて高価な機器
を用いる必要があるという問題点があった。
【０００９】本発明の主たる目的は、これらの問題点を
解決し、サンプルを置くスペースを広げると共に、高価
な機器の使用を不要にすることができる接触角の測定装
置を提供することにある。
解決し、サンプルを置くスペースを広げると共に、高価
な機器の使用を不要にすることができる接触角の測定装
置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者等は前述の問題
点を改善し、前記目的を達成するために以下のような手
段を見出した。
点を改善し、前記目的を達成するために以下のような手
段を見出した。
【００１１】すなわち、請求項１に記載の発明は、固体
表面上に滴下した液滴の接触角を測定する接触角の測定
装置において、前記液滴を滴下する前記固体の表面に対
し垂直の方向に配置された拡大光学系と、前記拡大光学
系の光路上にあって、前記光路を直角または直角に近い
角度で曲げる鏡部とを備え、前記鏡部によって、水平ま
たは水平に近い方向から前記拡大光学系が前記固体表面
上の液滴を観察することを特徴とする。
表面上に滴下した液滴の接触角を測定する接触角の測定
装置において、前記液滴を滴下する前記固体の表面に対
し垂直の方向に配置された拡大光学系と、前記拡大光学
系の光路上にあって、前記光路を直角または直角に近い
角度で曲げる鏡部とを備え、前記鏡部によって、水平ま
たは水平に近い方向から前記拡大光学系が前記固体表面
上の液滴を観察することを特徴とする。
【００１２】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載の接触角の測定装置において、作動距離３０ｍｍ以
上、２００ｍｍ以下、倍率１倍以上、１０倍以下である
ことを特徴とする。
載の接触角の測定装置において、作動距離３０ｍｍ以
上、２００ｍｍ以下、倍率１倍以上、１０倍以下である
ことを特徴とする。
【００１３】請求項３に記載の発明では、請求項１また
は２に記載の接触角の測定装置において、前記鏡部が、
ガラス板にアルミニウムまたは銀の薄膜を付したもので
あることを特徴とする。
は２に記載の接触角の測定装置において、前記鏡部が、
ガラス板にアルミニウムまたは銀の薄膜を付したもので
あることを特徴とする。
【００１４】請求項４に記載の発明では、請求項１また
は２に記載の接触角の測定装置において、前記鏡部が、
平面からなる底面と、底面に対し４５°の角度の平面か
らなるアルミニウムまたは銀の薄膜を付した斜面を有す
るガラスプリズムであることを特徴とする。
は２に記載の接触角の測定装置において、前記鏡部が、
平面からなる底面と、底面に対し４５°の角度の平面か
らなるアルミニウムまたは銀の薄膜を付した斜面を有す
るガラスプリズムであることを特徴とする。
【００１５】請求項５に記載の発明では、請求項１ない
し４のいずれか１項に記載の接触角の測定装置におい
て、前記固体と前記固体上の液滴とを加熱または冷却す
る温度調節手段を備えたことを特徴とする。
し４のいずれか１項に記載の接触角の測定装置におい
て、前記固体と前記固体上の液滴とを加熱または冷却す
る温度調節手段を備えたことを特徴とする。
【００１６】前記構成によれば、固体表面上に滴下した
液滴を観察する拡大光学系の光路を、光路上に配置した
鏡部で直角または直角に近い角度で曲げることにより、
拡大光学系をサンプルである固体の表面に対し垂直の方
向に配置することを可能にしたものである。つまり、本
発明は、単にミラーで光路を曲げるという、単純な仕組
みで成り立っている。これを可能にしたのは、近年のＣ
ＣＤカメラの発達により、拡大光学系を通じて得た画像
をモニターで確認できるようになったことが技術的な背
景となっている。
液滴を観察する拡大光学系の光路を、光路上に配置した
鏡部で直角または直角に近い角度で曲げることにより、
拡大光学系をサンプルである固体の表面に対し垂直の方
向に配置することを可能にしたものである。つまり、本
発明は、単にミラーで光路を曲げるという、単純な仕組
みで成り立っている。これを可能にしたのは、近年のＣ
ＣＤカメラの発達により、拡大光学系を通じて得た画像
をモニターで確認できるようになったことが技術的な背
景となっている。
【００１７】従来からの接触角の測定では、平板状の固
体の上に液滴を滴下したサンプルを顕微鏡などの拡大光
学系で横方向から観察し、液滴が固体面と接する角度を
測定する方法がほとんどであったため、サンプルを置く
スペースを小さく制限せざるを得なかった。しかし、本
発明によって、スペースの制約を無くした。そのため、
第１に、サンプルのサイズに制限は無くなり、さらに、
第２に、サンプル以外のもの、例えばサンプルの温度制
御を行う機構を置くことも容易となった。
体の上に液滴を滴下したサンプルを顕微鏡などの拡大光
学系で横方向から観察し、液滴が固体面と接する角度を
測定する方法がほとんどであったため、サンプルを置く
スペースを小さく制限せざるを得なかった。しかし、本
発明によって、スペースの制約を無くした。そのため、
第１に、サンプルのサイズに制限は無くなり、さらに、
第２に、サンプル以外のもの、例えばサンプルの温度制
御を行う機構を置くことも容易となった。
【００１８】
【発明の実施の形態】つぎに、本発明の実施の形態につ
いて、図面を参照して説明する。
いて、図面を参照して説明する。
【００１９】［実施の形態１］図１は、本発明の実施の
形態１を示す、接触角の測定装置の構成図である。図１
の接触角の測定装置は、保持部１、滴下部２、観察処理
部３、および、鏡部としてミラー４を備え、平板状の固
体として基板１００の上に滴下された液滴１１０の接触
角を測定する。つまり、実施の形態１では、基板１００
と、基板１００の上に滴下された液滴１１０とがサンプ
ルになる。
形態１を示す、接触角の測定装置の構成図である。図１
の接触角の測定装置は、保持部１、滴下部２、観察処理
部３、および、鏡部としてミラー４を備え、平板状の固
体として基板１００の上に滴下された液滴１１０の接触
角を測定する。つまり、実施の形態１では、基板１００
と、基板１００の上に滴下された液滴１１０とがサンプ
ルになる。
【００２０】保持部１は、基板１００を置くと共に、滴
下部２、観察処理部３の一部分およびミラー４を設置す
るためのものであり、除振台１Ａと架台１Ｂとを備えて
いる。除振台１Ａの形状は平板状であり、除振台１Ａに
は、基板１００が置かれる。除振台１Ａは、保持部１に
伝わってくる振動を、内部に設けられている空気ばねに
よって吸収する。装置周辺で振動が発生しても、除振台
１Ａが振動を吸収するので、表面１０１上の液滴１１０
が揺れ動くことを防ぐ。これによって、接触角の測定が
確実に行われる。
下部２、観察処理部３の一部分およびミラー４を設置す
るためのものであり、除振台１Ａと架台１Ｂとを備えて
いる。除振台１Ａの形状は平板状であり、除振台１Ａに
は、基板１００が置かれる。除振台１Ａは、保持部１に
伝わってくる振動を、内部に設けられている空気ばねに
よって吸収する。装置周辺で振動が発生しても、除振台
１Ａが振動を吸収するので、表面１０１上の液滴１１０
が揺れ動くことを防ぐ。これによって、接触角の測定が
確実に行われる。
【００２１】架台１Ｂは、本体部分１Ｂ1と、本体部分
１Ｂ1の水平部分に設けられた位置決め部分１Ｂ2とを備
えている。
１Ｂ1の水平部分に設けられた位置決め部分１Ｂ2とを備
えている。
【００２２】本体部分１Ｂ1は、Ｈ型の形状をしてい
る。本体部分１Ｂ1の横部分には、後で述べるＸＹＺθ
ステージ２ＡとＸＹＺステージ３Ｂとが設置可能であ
る。本体部分１Ｂ1は、除振台１Ａにマグネットで固定
されている。この結果、本体部分１Ｂ1を取リ外して、
プロセス装置などに直接取付けることが出来る。本体部
分１Ｂ1の横部分には、位置決め部分１Ｂ2が取り付けら
れている。位置決め部分１Ｂ 2は、液滴１１０の画像が
拡大光学系３Ａに到達するように、ミラー４の保持と位
置決めとをする。
る。本体部分１Ｂ1の横部分には、後で述べるＸＹＺθ
ステージ２ＡとＸＹＺステージ３Ｂとが設置可能であ
る。本体部分１Ｂ1は、除振台１Ａにマグネットで固定
されている。この結果、本体部分１Ｂ1を取リ外して、
プロセス装置などに直接取付けることが出来る。本体部
分１Ｂ1の横部分には、位置決め部分１Ｂ2が取り付けら
れている。位置決め部分１Ｂ 2は、液滴１１０の画像が
拡大光学系３Ａに到達するように、ミラー４の保持と位
置決めとをする。
【００２３】滴下部２は、基板１００の表面１０１に液
滴１１０を落とすためのものであり、ＸＹＺθステージ
２Ａとディスペンサー２Ｂとを備えている。ディスペン
サー２Ｂは、基板１００の表面１０１に向けて液滴１１
０を滴下する。ディスペンサー２Ｂは、ＸＹＺθステー
ジ２Ａに固定されている。ＸＹＺθステージ２Ａは、デ
ィスペンサー２Ｂを移動させる。
滴１１０を落とすためのものであり、ＸＹＺθステージ
２Ａとディスペンサー２Ｂとを備えている。ディスペン
サー２Ｂは、基板１００の表面１０１に向けて液滴１１
０を滴下する。ディスペンサー２Ｂは、ＸＹＺθステー
ジ２Ａに固定されている。ＸＹＺθステージ２Ａは、デ
ィスペンサー２Ｂを移動させる。
【００２４】ミラー４は、光路を直角に近い角度で曲げ
るものである。ミラー４として、直角プリズムと一般に
言われている光学部品を用いた。１辺５ｍｍのガラス立
方体を斜めに２つに分割したものである。ミラー４の斜
面４Ａには、アルミニウムコートが施されている。斜面
４Ａは、反射面として用いられている。ミラー４は、液
滴１１０の画像を拡大光学系３Ａに向けて斜面４Ａで反
射する。
るものである。ミラー４として、直角プリズムと一般に
言われている光学部品を用いた。１辺５ｍｍのガラス立
方体を斜めに２つに分割したものである。ミラー４の斜
面４Ａには、アルミニウムコートが施されている。斜面
４Ａは、反射面として用いられている。ミラー４は、液
滴１１０の画像を拡大光学系３Ａに向けて斜面４Ａで反
射する。
【００２５】ミラー４としては、前記直角プリズムのほ
かに、ミラー面を持つものであれば良く、また、斜面４
Ａには、銀コートが施されたものであっても良い。さら
に、ミラー４としては、直角プリズムでなく、板状のミ
ラーであっても良い。ミラー４と基板１との間隔は、最
初に１ｍｍ以下に調整した。
かに、ミラー面を持つものであれば良く、また、斜面４
Ａには、銀コートが施されたものであっても良い。さら
に、ミラー４としては、直角プリズムでなく、板状のミ
ラーであっても良い。ミラー４と基板１との間隔は、最
初に１ｍｍ以下に調整した。
【００２６】観察処理部３は、ミラー４を経由して液滴
１１０を観察し、液滴１１０の接触角を測定するもので
ある。このために、観察処理部３は、拡大光学系３Ａ、
ＸＹＺステージ３Ｂ、ＣＣＤカメラ３Ｃ、ＣＣＤカメラ
コントロールユニット３Ｄ、モニタ３Ｅ、コンピュータ
３Ｆおよび画像入力ボード３Ｇを備えている。
１１０を観察し、液滴１１０の接触角を測定するもので
ある。このために、観察処理部３は、拡大光学系３Ａ、
ＸＹＺステージ３Ｂ、ＣＣＤカメラ３Ｃ、ＣＣＤカメラ
コントロールユニット３Ｄ、モニタ３Ｅ、コンピュータ
３Ｆおよび画像入力ボード３Ｇを備えている。
【００２７】拡大光学系３Ａは、ミラー４の斜面４Ａに
映し出された液滴１１０の像を拡大する。拡大光学系３
Ａとして、作動距離３６ｍｍで倍率２．５〜１０倍のも
のと、作動距離２００ｍｍで倍率１〜２倍のものとの２
種類を用意し、交換可能とした。実施の形態１では、前
者を用いている。拡大光学系３Ａは、ＸＹＺステージ３
Ｂに取り付けられている。
映し出された液滴１１０の像を拡大する。拡大光学系３
Ａとして、作動距離３６ｍｍで倍率２．５〜１０倍のも
のと、作動距離２００ｍｍで倍率１〜２倍のものとの２
種類を用意し、交換可能とした。実施の形態１では、前
者を用いている。拡大光学系３Ａは、ＸＹＺステージ３
Ｂに取り付けられている。
【００２８】ＸＹＺステージ３Ｂは、拡大光学系３Ａを
移動させる。ＸＹＺステージ３Ｂは、粗動ステージと微
動ステージの２段構成とした。これは、Ｚステージが拡
大光学系３の合焦機構を兼ねているためである。ＸＹＺ
ステージ３Ｂの粗動ステージでは、Ｘ方向およびＹ方向
がストローク１６０ｍｍで送り分解能が０．１ｍｍであ
り、Ｚ方向がストローク８０ｍｍで送り分解能が０．１
ｍｍである。微動ステージでは、ストローク１０ｍｍで
送り分解能が２μｍである。
移動させる。ＸＹＺステージ３Ｂは、粗動ステージと微
動ステージの２段構成とした。これは、Ｚステージが拡
大光学系３の合焦機構を兼ねているためである。ＸＹＺ
ステージ３Ｂの粗動ステージでは、Ｘ方向およびＹ方向
がストローク１６０ｍｍで送り分解能が０．１ｍｍであ
り、Ｚ方向がストローク８０ｍｍで送り分解能が０．１
ｍｍである。微動ステージでは、ストローク１０ｍｍで
送り分解能が２μｍである。
【００２９】ＣＣＤカメラ３Ｃは、３６万画素の１／
４”のものを用いた。１／２”や２／３”サイズのＣＣ
Ｄカメラでも良いが、１／４”の方が取得画像の拡大率
が大きくなる。ＣＣＤカメラ３Ｃからは、１／３０秒周
期で画像が送出される。ＣＣＤカメラコントロールユニ
ット３Ｄは、ＣＣＤカメラ３Ｃを制御する。
４”のものを用いた。１／２”や２／３”サイズのＣＣ
Ｄカメラでも良いが、１／４”の方が取得画像の拡大率
が大きくなる。ＣＣＤカメラ３Ｃからは、１／３０秒周
期で画像が送出される。ＣＣＤカメラコントロールユニ
ット３Ｄは、ＣＣＤカメラ３Ｃを制御する。
【００３０】モニタ３Ｅは、ＣＣＤカメラコントロール
ユニット３Ｄを経由して入力された画像を映し出す。モ
ニタ３Ｅは、任意であるが、実施の形態１では、１０”
のＴＶを用いた。
ユニット３Ｄを経由して入力された画像を映し出す。モ
ニタ３Ｅは、任意であるが、実施の形態１では、１０”
のＴＶを用いた。
【００３１】画像入力ボード３Ｇは、コンピュータ３Ｆ
の中に設置されている。画像入力ボード３Ｇは、コント
ロールユニット３Ｄを経てＣＣＤカメラ３Ｃから送出さ
れた画像を、非圧縮またはＭｏｔｉｏｎ−ＪＰＥＧ（Jo
int Photographic Experts Group）で圧縮して取り込
む。画像の取り込み周期は、１／３０Ｈｚから数分に１
回の周期に設定可能である。画像を圧縮して取り込むと
きにＭｏｔｉｏｎ−ＪＰＥＧを用いたのは、ＭＰＥＧ
（Moving Picture Experts group）と異なり、任意の１
画像を静止画像として取リ出し、計測のための画像解析
をするためである。画像入力ボード３Ｇは、取り込んだ
画像をコンピュータ３Ｆに送る。
の中に設置されている。画像入力ボード３Ｇは、コント
ロールユニット３Ｄを経てＣＣＤカメラ３Ｃから送出さ
れた画像を、非圧縮またはＭｏｔｉｏｎ−ＪＰＥＧ（Jo
int Photographic Experts Group）で圧縮して取り込
む。画像の取り込み周期は、１／３０Ｈｚから数分に１
回の周期に設定可能である。画像を圧縮して取り込むと
きにＭｏｔｉｏｎ−ＪＰＥＧを用いたのは、ＭＰＥＧ
（Moving Picture Experts group）と異なり、任意の１
画像を静止画像として取リ出し、計測のための画像解析
をするためである。画像入力ボード３Ｇは、取り込んだ
画像をコンピュータ３Ｆに送る。
【００３２】コンピュータ３Ｆは、画像入力ボード３Ｇ
から画像を取り込む。コンピュータ３Ｆが１／３０秒周
期で画像を取り込むことが考えられるため、コンピュー
タ３Ｆとして、３００ＭＨｚのＣＰＵを搭載したパーソ
ナルコンピュータを使用した。コンピュータ３Ｆは、取
り込んだ画像を基にして接触角を演算する。
から画像を取り込む。コンピュータ３Ｆが１／３０秒周
期で画像を取り込むことが考えられるため、コンピュー
タ３Ｆとして、３００ＭＨｚのＣＰＵを搭載したパーソ
ナルコンピュータを使用した。コンピュータ３Ｆは、取
り込んだ画像を基にして接触角を演算する。
【００３３】以上の構成で製作された接触角の測定装置
の光学的な性能は、次の表に示す通りであった。表１
は、拡大光学系３Ａとして作動距離３６ｍｍで倍率２．
５〜１０倍の光学系を用いた場合の性能を示す。
の光学的な性能は、次の表に示す通りであった。表１
は、拡大光学系３Ａとして作動距離３６ｍｍで倍率２．
５〜１０倍の光学系を用いた場合の性能を示す。
【００３４】
【表１】
【００３５】拡大光学系３Ａとして作動距離２００ｍｍ
で倍率１倍の光学系を用いた場合の性能は、次の通りで
ある。 視野 約３．２×２．４ｍｍ 被写界深度は約１ｍ
ｍ
で倍率１倍の光学系を用いた場合の性能は、次の通りで
ある。 視野 約３．２×２．４ｍｍ 被写界深度は約１ｍ
ｍ
【００３６】なお、被写界深度とは、測定者が画像にど
の程度の鮮明さを求めるのかによって、値が変化する特
性値である。ここで示した数値は、画像が目視で鮮明に
見える被写界深度であって、接触角測定のために、この
値より多少大きな値でも良い。
の程度の鮮明さを求めるのかによって、値が変化する特
性値である。ここで示した数値は、画像が目視で鮮明に
見える被写界深度であって、接触角測定のために、この
値より多少大きな値でも良い。
【００３７】つぎに、実施の形態１の動作について説明
する。接触角の測定をする前に、あらかじめ、基板１０
０を除振台１Ａの上にセットして、斜面４Ａの位置調整
を行う。また、ＸＹＺθステージ２ＡとＸＹＺステージ
３Ｂと操作して、ディスペンサー２Ｂと拡大光学系３Ａ
とを移動し、最適な滴下位置と撮影位置とを設定する。
この後、ディスペンサー２Ｂによって、液滴１１０が基
板１００の表面１０１上に落とされる。
する。接触角の測定をする前に、あらかじめ、基板１０
０を除振台１Ａの上にセットして、斜面４Ａの位置調整
を行う。また、ＸＹＺθステージ２ＡとＸＹＺステージ
３Ｂと操作して、ディスペンサー２Ｂと拡大光学系３Ａ
とを移動し、最適な滴下位置と撮影位置とを設定する。
この後、ディスペンサー２Ｂによって、液滴１１０が基
板１００の表面１０１上に落とされる。
【００３８】液滴１１０の横方向の像は、ミラー４の斜
面４Ａによって、ほぼ直角方向に曲げられる。これによ
って、液滴１１０の像は、上方向にある拡大光学系３Ａ
に入射する。拡大光学系３Ａは、液滴１１０の像を拡大
し、ＣＣＤカメラ３Ｃは、コントロールユニット３Ｄの
制御によって、液滴１１０の像を電気信号つまり画像に
変換する。画像は、コントロールユニット３Ｄを経て画
像入力ボード３Ｇに取り込まれる。画像入力ボード３Ｇ
は、取り込んだ画像をコンピュータ３Ｆに送り、コンピ
ュータ３Ｆは、受け取った画像に基づいて、基板１００
上の液滴１１０の接触角を演算する。
面４Ａによって、ほぼ直角方向に曲げられる。これによ
って、液滴１１０の像は、上方向にある拡大光学系３Ａ
に入射する。拡大光学系３Ａは、液滴１１０の像を拡大
し、ＣＣＤカメラ３Ｃは、コントロールユニット３Ｄの
制御によって、液滴１１０の像を電気信号つまり画像に
変換する。画像は、コントロールユニット３Ｄを経て画
像入力ボード３Ｇに取り込まれる。画像入力ボード３Ｇ
は、取り込んだ画像をコンピュータ３Ｆに送り、コンピ
ュータ３Ｆは、受け取った画像に基づいて、基板１００
上の液滴１１０の接触角を演算する。
【００３９】実施の形態１で接触角測定を行った際に得
られたデータの一例を示す。なお、測定で用いたサンプ
ルは、２５．４×２５．４ｍｍのソーダライムガラスの
基板と、その上に滴下した純水の液滴である。結果は次
の通りであった。
られたデータの一例を示す。なお、測定で用いたサンプ
ルは、２５．４×２５．４ｍｍのソーダライムガラスの
基板と、その上に滴下した純水の液滴である。結果は次
の通りであった。
【００４０】
【表２】
【００４１】以上より、実施の形態１で製作した測定装
置によれば、次のような結果を得た。 （１）基板１００の上に液滴１１０を滴下したとき、液
滴１１０の横方向から見た画像を取得でき、その画像か
ら接触角の値を得ることが出来る。 （２）液滴１１０の径が約５０μｍ〜１ｍｍの範囲にあ
れば、液滴１１０の画像が鮮明で、接触角の値を得るの
に十分である。 （３）基板１００のサイズは小さくなくて良く、基板１
００のサイズに合わせて架台１Ｂを製作すれば、任意の
サイズの基板１００に対する液滴１１０の接触角の測定
が出来る。 （４）接触角の測定装置を架台１Ｂごと取り外して、プ
ロセス装置などに直接取り付け、プロセス上での接触角
測定も出来る。 （５）基板１００の上に滴下した液滴１１０の横方向か
ら見た画像を、時間的に連続してコンピュータ３Ｆに取
り込むことが出来て、接触角の時間的な変化も測定でき
る。
置によれば、次のような結果を得た。 （１）基板１００の上に液滴１１０を滴下したとき、液
滴１１０の横方向から見た画像を取得でき、その画像か
ら接触角の値を得ることが出来る。 （２）液滴１１０の径が約５０μｍ〜１ｍｍの範囲にあ
れば、液滴１１０の画像が鮮明で、接触角の値を得るの
に十分である。 （３）基板１００のサイズは小さくなくて良く、基板１
００のサイズに合わせて架台１Ｂを製作すれば、任意の
サイズの基板１００に対する液滴１１０の接触角の測定
が出来る。 （４）接触角の測定装置を架台１Ｂごと取り外して、プ
ロセス装置などに直接取り付け、プロセス上での接触角
測定も出来る。 （５）基板１００の上に滴下した液滴１１０の横方向か
ら見た画像を、時間的に連続してコンピュータ３Ｆに取
り込むことが出来て、接触角の時間的な変化も測定でき
る。
【００４２】［実施の形態２］図２は、本発明の実施の
形態２を示す、接触角の測定装置の構成図である。な
お、図２では、図１と同じ構成要素には、図１と同じ参
照符号を付けて、その説明を省略する。
形態２を示す、接触角の測定装置の構成図である。な
お、図２では、図１と同じ構成要素には、図１と同じ参
照符号を付けて、その説明を省略する。
【００４３】実施の形態２では、保持部５が実施の形態
１と異なる。
１と異なる。
【００４４】保持部５は、基板１００の温度を変える機
能を持ち、除振台５Ａ、架台５Ｂおよびプレート５Ｃを
備えている。除振台５Ａおよび架台５Ｂは、図１の除振
台１Ａおよび架台１Ｂとそれぞれ同じであるので、それ
らの説明を省略する。
能を持ち、除振台５Ａ、架台５Ｂおよびプレート５Ｃを
備えている。除振台５Ａおよび架台５Ｂは、図１の除振
台１Ａおよび架台１Ｂとそれぞれ同じであるので、それ
らの説明を省略する。
【００４５】プレート５Ｃは、基板１００を加熱または
冷却する温度調節手段である。プレート５Ｃは、温度が
変化する金属プレートであり、約１５０×２００ｍｍの
大きさである。プレート５Ｃの温度制御機構によって変
化できる温度範囲は、４〜８０℃である。加熱は一般的
に使われている抵抗加然のヒータにより行い、冷却はペ
ルチェ効果を用いて行っている。
冷却する温度調節手段である。プレート５Ｃは、温度が
変化する金属プレートであり、約１５０×２００ｍｍの
大きさである。プレート５Ｃの温度制御機構によって変
化できる温度範囲は、４〜８０℃である。加熱は一般的
に使われている抵抗加然のヒータにより行い、冷却はペ
ルチェ効果を用いて行っている。
【００４６】以上の構成の測定装置を用い、基板１００
および液滴１１０の温度を変えて、接触角の測定を行っ
た。測定で用いたサンプルは、２５．４×２５．４ｍｍ
のソーダライムガラスの基板と、その上に滴下した純水
の液滴である。このときの液滴１１０の径は、８２０μ
ｍであった。その測定結果を図３に示す。
および液滴１１０の温度を変えて、接触角の測定を行っ
た。測定で用いたサンプルは、２５．４×２５．４ｍｍ
のソーダライムガラスの基板と、その上に滴下した純水
の液滴である。このときの液滴１１０の径は、８２０μ
ｍであった。その測定結果を図３に示す。
【００４７】このように、実施の形態２によれば、サン
プルの接触角の測定が広い温度範囲で可能になった。
プルの接触角の測定が広い温度範囲で可能になった。
【００４８】
【発明の効果】以上、述べてきたように、本発明による
接触角の測定装置では、固体表面上に滴下した液滴を観
察する拡大光学系の光路を、光路上に配置した鏡部で直
角または直角に近い角度で曲げることにより、サンプル
である固体の表面に対し垂直の方向に拡大光学系を配置
することを可能にした。これにより、従来の接触角の測
定では、平板状の固体の上に液滴を滴下したサンプルを
顕微鏡などの拡大光学系で横方向から観察し、液滴が固
体面と接する角度を測定する方法がほとんどであったた
め、サンプルを置くスペースを小さく制限せざるを得な
かった。本発明は、このスペースの制約を無くしたもの
である。そのため、第１に、サンプルのサイズに制限が
無くなり、さらに、第２に、サンプル以外のもの、例え
ばサンプルの温度制御を行う機構を置くことも容易とな
った。
接触角の測定装置では、固体表面上に滴下した液滴を観
察する拡大光学系の光路を、光路上に配置した鏡部で直
角または直角に近い角度で曲げることにより、サンプル
である固体の表面に対し垂直の方向に拡大光学系を配置
することを可能にした。これにより、従来の接触角の測
定では、平板状の固体の上に液滴を滴下したサンプルを
顕微鏡などの拡大光学系で横方向から観察し、液滴が固
体面と接する角度を測定する方法がほとんどであったた
め、サンプルを置くスペースを小さく制限せざるを得な
かった。本発明は、このスペースの制約を無くしたもの
である。そのため、第１に、サンプルのサイズに制限が
無くなり、さらに、第２に、サンプル以外のもの、例え
ばサンプルの温度制御を行う機構を置くことも容易とな
った。
【００４９】さらに、本発明では、プロセス装置などに
直接取り付け、プロセス上での接触角測定も可能であ
る。また、ＣＣＤカメラで時間的に連続して画像をコン
ピュータに取り込むことにより、接触角の時間的な変化
も測定できる。
直接取り付け、プロセス上での接触角測定も可能であ
る。また、ＣＣＤカメラで時間的に連続して画像をコン
ピュータに取り込むことにより、接触角の時間的な変化
も測定できる。
【図１】図１は、本発明の実施の形態１を示す、接触角
の測定装置の構成図である。
の測定装置の構成図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態２を示す、接触角
の測定装置の構成図である。
の測定装置の構成図である。
【図３】温度による接触角の変化を示したグラフであ
る。
る。
【図４】接触角の測定を説明するための説明図である。
【符号の説明】 １ 保持部 １Ａ、５Ａ 除振台 １Ｂ、５Ｂ 架台 １Ｂ1 本体部分 １Ｂ2 位置決め部分 ２ 滴下部 ２Ａ ＸＹＺθステージ ２Ｂ ディスペンサー ３ 観察処理部 ３Ａ 拡大光学系 ３Ｂ ＸＹＺステージ ３Ｃ ＣＣＤカメラ ３Ｄ ＣＣＤカメラコントロールユニット ３Ｅ モニタ ３Ｆ コンピュータ ３Ｇ 画像入力ボード ４ ミラー ４Ａ 斜面 ５ 保持部 ５Ｃ プレート １００ 基板 １０１ 表面 １１０ 液滴 ２００ 固体 ２０１ 固体面 Ｍ 横方向 Ｎ 上方向
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小倉 全昭 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA32 BB07 BB22 BB23 BB24 CC00 DD00 DD02 FF04 JJ03 JJ26 KK01 LL12 MM06 PP04 PP12 PP24 TT06
Claims (5)
- 【請求項１】 固体表面上に滴下した液滴の接触角を測
定する接触角の測定装置において、 前記液滴を滴下する前記固体の表面に対し垂直の方向に
配置された拡大光学系と、前記拡大光学系の光路上にあ
って、前記光路を直角または直角に近い角度で曲げる鏡
部とを備え、 前記鏡部によって、水平または水平に近い方向から前記
拡大光学系が前記固体表面上の液滴を観察することを特
徴とする接触角の測定装置。 - 【請求項２】 前記拡大光学系が、作動距離３０ｍｍ以
上、２００ｍｍ以下、倍率１倍以上、１０倍以下である
ことを特徴とする請求項１に記載の接触角の測定装置。 - 【請求項３】 前記鏡部が、ガラス板にアルミニウムま
たは銀の薄膜を付したものであることを特徴とする請求
項１または２に記載の接触角の測定装置。 - 【請求項４】 前記鏡部が、平面からなる底面と、底面
に対し４５°の角度の平面からなるアルミニウムまたは
銀の薄膜を付した斜面を有するガラスプリズムであるこ
とを特徴とする請求項１または２に記載の接触角の測定
装置。 - 【請求項５】 前記固体と前記固体上の液滴とを加熱ま
たは冷却する温度調節手段を備えたことを特徴とする請
求項１ないし４のいずれか１項に記載の接触角の測定装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000300914A JP2002107282A (ja) | 2000-09-29 | 2000-09-29 | 接触角の測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000300914A JP2002107282A (ja) | 2000-09-29 | 2000-09-29 | 接触角の測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002107282A true JP2002107282A (ja) | 2002-04-10 |
Family
ID=18782525
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000300914A Withdrawn JP2002107282A (ja) | 2000-09-29 | 2000-09-29 | 接触角の測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002107282A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2861170A1 (fr) * | 2003-10-16 | 2005-04-22 | Tijani Gharbi | Dispositif optique pour determiner au moins une caracteristique dimensionnelle d'une goutte de liquide |
| KR100621351B1 (ko) | 2005-03-18 | 2006-09-07 | 주식회사 에스이오 | 접촉각 측정기 |
| JP2006284295A (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Ishii Hyoki Corp | インク滴広がり検査方法及びインク滴広がり検査装置 |
| US8342636B2 (en) | 2004-08-23 | 2013-01-01 | Kabushiki Kaisha Ishiihyoki | Discharge rate control method for ink-jet printer, ink spread inspecting method, and oriented film forming method |
| CN104330338A (zh) * | 2014-11-06 | 2015-02-04 | 西北工业大学 | 一种在超重力环境下测量接触角的装置及方法 |
| JP2015169640A (ja) * | 2014-03-11 | 2015-09-28 | 協和界面科学株式会社 | 観察用光学装置および接触角計 |
| CN113504157A (zh) * | 2021-06-15 | 2021-10-15 | 西安理工大学 | 一种不同温度下液滴接触角与滚动角测试装置及测试方法 |
| TWI834108B (zh) * | 2022-01-13 | 2024-03-01 | 友威科技股份有限公司 | 水滴角量測機 |
-
2000
- 2000-09-29 JP JP2000300914A patent/JP2002107282A/ja not_active Withdrawn
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2861170A1 (fr) * | 2003-10-16 | 2005-04-22 | Tijani Gharbi | Dispositif optique pour determiner au moins une caracteristique dimensionnelle d'une goutte de liquide |
| WO2005038392A2 (fr) * | 2003-10-16 | 2005-04-28 | Tijani Gharbi | Dispositif optique pour determiner au moins une caracteristique dimensionnelle d’une goutte de liquide |
| WO2005038392A3 (fr) * | 2003-10-16 | 2005-10-20 | Tijani Gharbi | Dispositif optique pour determiner au moins une caracteristique dimensionnelle d’une goutte de liquide |
| US8342636B2 (en) | 2004-08-23 | 2013-01-01 | Kabushiki Kaisha Ishiihyoki | Discharge rate control method for ink-jet printer, ink spread inspecting method, and oriented film forming method |
| US8960844B2 (en) | 2004-08-23 | 2015-02-24 | Kabushiki Kaisha Ishiihyoki | Discharge rate control method for ink-jet printer, ink spread inspecting method, and oriented film forming method |
| KR100621351B1 (ko) | 2005-03-18 | 2006-09-07 | 주식회사 에스이오 | 접촉각 측정기 |
| JP2006284295A (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Ishii Hyoki Corp | インク滴広がり検査方法及びインク滴広がり検査装置 |
| JP2015169640A (ja) * | 2014-03-11 | 2015-09-28 | 協和界面科学株式会社 | 観察用光学装置および接触角計 |
| CN104330338A (zh) * | 2014-11-06 | 2015-02-04 | 西北工业大学 | 一种在超重力环境下测量接触角的装置及方法 |
| CN113504157A (zh) * | 2021-06-15 | 2021-10-15 | 西安理工大学 | 一种不同温度下液滴接触角与滚动角测试装置及测试方法 |
| TWI834108B (zh) * | 2022-01-13 | 2024-03-01 | 友威科技股份有限公司 | 水滴角量測機 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20070330 |
|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20071204 |