JP2003121452A5 - - Google Patents

Description

【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するため、請求項１に記載の第１発明は、ノズルを備え、前記ノズルに保持した液体試料を液滴として吐出する吐出ヘッドと、前記吐出ヘッドから吐出された前記液滴が通過する位置に所定の光量の平行光束を照射可能に設けられた平行光束発生手段と、前記平行光束発生手段からの前記平行光束を受光可能な配置で設けられた光検出手段と、前記光検出手段が受光した前記平行光束の光量の変化に基づき、前記液滴の吐出状態を求めることが可能な演算回路と、を具備したことを特徴とする。

請求項２に記載の第２発明は、前記平行光束の光量の変化は、前記光検出手段が受光した前記平行光束の光量の変化量を含むことを特徴とする。

請求項３に記載の第３発明は、前記平行光束の光量の変化は、前記光検出手段が受光した前記平行光束の光量の変化時間を含むことを特徴とする。

請求項４に記載の第４発明は、前記吐出状態は、前記液滴の吐出の有無に加えて、前記液滴についてのそれ以外の状態を含むことを特徴とする。

請求項５に記載の第５発明は、前記液滴についての前記それ以外の状態は、前記液滴の大きさを含むことを特徴とする。
請求項６に記載の第６発明は、前記液滴についての前記それ以外の状態は、前記液滴の飛翔速度を含むことを特徴とする。

請求項７に記載の第７発明は、前記液滴についての前記それ以外の状態は、前記吐出ヘッドに吐出を行わせた直後に吐出されるメイン液滴に続いて吐出されるサテライト液滴の吐出状態を含むことを特徴とする。
請求項８に記載の第８発明は、前記演算回路が求める前記吐出状態は、前記サテライト液滴の吐出の有無、大きさ、飛翔速度、発生数の内の何れか１つ以上を含むことを特徴とする。

請求項９に記載の第９発明は、前記平行光束の照射方向と前記液滴の吐出方向とがほぼ直交するようにしたことを特徴とする。
請求項１０に記載の第１０発明は、前記平行光束発生手段は、前記平行光束を絞るための光束制限部材を備えることを特徴とする。

請求項１１に記載の第１１発明は、前記光束制限部材はピンホールであることを特徴とする。
請求項１２に記載の第１２発明は、吐出される前記液滴が、前記吐出ヘッドに吐出を行わせた直後に吐出されるメイン液滴と、前記メイン液滴の吐出後前記メイン液滴以外に吐出される液滴と、からなるとき、前記ピンホールの直径は、前記メイン液滴の最大径よりも小さくなるようにしたことを特徴とする。

請求項１３に記載の第１３発明は、前記光束制限部材は、前記液滴の吐出方向および前記平行光束の光軸方向とほぼ直交する方向が長軸となるように設けられたスリットであることを特徴とする。
請求項１４に記載の第１４発明は、前記吐出ヘッドから吐出された前記液滴が通過する位置で、照射された平行光束が互いに直交するように前記平行光束発生手段を２組設けるとともに、前記各平行光束発生手段に対向してそれぞれからの平行光束を受光する光検出手段を設け、前記光検出手段はポジションセンサであることを特徴とする。

請求項１５に記載の第１５発明は、前記光検出手段は、前記液滴の吐出方向に２分割された受光部と、前記２分割された受光部からの出力の差信号を生成する差信号演算回路と、を備えることを特徴とする。
請求項１６に記載の第１６発明は、前記光検出手段は、前記２分割された受光部からの出力の和信号を生成する和信号演算回路と、前記差信号を前記和信号で除算する除算回路と、をさらに備えることを特徴とする。

上記第２の目的を達成するため、請求項１７に記載の第１７発明は、 前記吐出ヘッドを複数本備え、前記各吐出ヘッドから吐出された前記液滴が前記平行光束発生手段から照射される平行光束とそれぞれ交差するように前記各吐出ヘッドを配置したことを特徴とする。

請求項１８に記載の第１８発明は、前記吐出ヘッドを移動させるアクチュエータをさらに備えるとともに、前記アクチュエータは、前記ノズルを前記液滴の吐出方向とは逆方向に移動させて、前記ノズルに保持された前記液体を吐出させることを特徴とする。
請求項１９に記載の第１９発明は、前記吐出ヘッドは、熱による液体の蒸発力により前記液滴を吐出することを特徴とする。

【００２３】
【発明の効果】
第１発明によれば、ノズルに保持した液体試料を液滴として吐出する吐出ヘッドから吐出された前記液滴が通過する位置には所定の光量の平行光束を照射可能に平行光束発生手段が設けられており、前記平行光束発生手段からの前記平行光束を受光可能な配置で光検出手段が設けられており、前記光検出手段が受光した前記平行光束の光量の変化に基づき前記液滴の吐出状態を求めることが可能な演算回路を具備しているため、前記液滴が正常に吐出された場合には前記光検出手段が検出する平行光束の光量が前記液滴の通過に応じて変化し、前記液滴が吐出されなかった場合には前記光検出手段が検出する平行光束の光量が変化しないので、光量変化の有無によって吐出ヘッドから液体試料の液滴が正常に吐出されたか否かを判定できるようになる。したがって、液体試料の吐出状態を正確に検出し得るようにした液体分注装置を提供することができる。

第２発明によれば、前記平行光束の光量の変化は、前記光検出手段が受光した前記平行光束の光量の変化量を含むから、前記液滴の大きさをリアルタイムで求めることができる。

第３発明によれば、前記平行光束の光量の変化は、前記光検出手段が受光した前記平行光束の光量の変化時間を含むから、前記液滴の飛翔速度をリアルタイムで求めることができる。

第４発明によれば、前記吐出状態は、前記液滴の吐出の有無に加えて、前記液滴についてのそれ以外の状態を含むから、吐出された前記液滴の状態をリアルタイムで求めることができる。

第５発明によれば、前記液滴についての前記それ以外の状態は、前記液滴の大きさを含むから、前記液滴の吐出量を正確に求めることができる。
第６発明によれば、前記液滴についての前記それ以外の状態は、前記液滴の飛翔速度を含むから、吐出された前記液滴が正確な位置に着弾するかを求めることができる。

第７発明によれば、前記液滴についての前記それ以外の状態は、前記吐出ヘッドに吐出を行わせた直後に吐出されるメイン液滴に続いて吐出されるサテライト液滴の吐出状態を含むから、着弾する前記液滴の品質を安定化することができる。なお、メイン液滴とは、吐出ヘッドに吐出指令（例えば所定の吐出ヘッド駆動電圧波形）を与えた直後に当該吐出ヘッドから吐出される液滴のことを表わすものとし、サテライト液滴とは、吐出ヘッドからメイン液滴が吐出された後に吐出される液滴（一般的に、メイン液滴よりも小さくなる）のことを表わすものとする。
第８発明によれば、前記演算回路が求める前記吐出状態は、前記サテライト液滴の吐出の有無、大きさ、飛翔速度、発生数の内の何れか１つ以上を含むから、前記サテライト液滴の状態をリアルタイムで求めることができる。

第９発明によれば、前記平行光束の照射方向と前記液滴の吐出方向とがほぼ直交するようにしたから、液体分注装置内において前記平行光束発生手段および前記光検出手段が占有するスペースが最小限になるので、液体分注装置内に効率良く前記平行光束発生手段および前記光検出手段を収容することができる。
第１０発明によれば、前記平行光束発生手段は、前記平行光束を絞るための光束制限部材を備えるから、前記液滴が前記平行光束を通過するのに要する時間が短縮されることになるので、前記液体試料の液滴が正常に吐出されたか否かの判定を高速化することができる。

第１１発明によれば、前記光束制限部材はピンホールであるから、入射した平行光束を所望の断面円形状の平行光束に絞ることができる。
第１２発明によれば、吐出される前記液滴が、前記吐出ヘッドに吐出を行わせた直後に吐出されるメイン液滴と、前記メイン液滴の吐出後前記メイン液滴以外に吐出される液滴と、からなるとき、前記ピンホールの直径は、前記メイン液滴の最大径よりも小さくなるようにしたから、メイン液滴全体とサテライト液滴全体とが同時に前記ピンホールで絞った平行光束内に入り込む状態が生じることが防止され、メイン液滴の場合とサテライト液滴の場合とを確実に識別することができるともに、光検出手段の検出信号のＳ／Ｎ比を向上させることができる。

第１３発明によれば、前記光束制限部材は、前記液滴の吐出方向および前記平行光束の光軸方向とほぼ直交する方向が長軸となるように設けられたスリットであるから、入射した平行光束を所望の断面矩形形状の平行光束に絞ることができるとともに、前記スリットの長軸方向において前記吐出ヘッドをラフに配置することができるようになる。
第１４発明によれば、前記吐出ヘッドから吐出された前記液滴が通過する位置で、照射された平行光束が互いに直交するように前記平行光束発生手段を２組設けるとともに、前記各平行光束発生手段に対向してそれぞれからの平行光束を受光する光検出手段を設け、前記光検出手段はポジションセンサであるので、各ポジションセンサの検出信号に基づいて、吐出ヘッドから液体試料の液滴が正常に吐出されたか否かを判定できるばかりでなく、吐出ヘッドから吐出された液滴の吐出位置（液滴が着弾した部材における着弾位置）を検出できるようになる。

第１５発明によれば、前記光検出手段は、前記液滴の吐出方向に２分割された受光部と、前記２分割された受光部からの出力の差信号を生成する差信号演算回路と、を備えるから、前記２分割された受光部からの出力の差信号を用いることにより、前記光量変化の検出感度を向上させることができる。
第１６発明によれば、前記光検出手段は、前記２分割された受光部からの出力の和信号を生成する和信号演算回路と、前記差信号を前記和信号で除算する除算回路と、をさらに備えるから、前記光量変化の検出信号の僅かな変化を捉えることができるようになり、検出信号のＳ／Ｎ比を大幅に向上させることができる。

第１７発明によれば、前記吐出ヘッドを複数本備え、前記各吐出ヘッドから吐出された前記液滴が前記平行光束発生手段から照射される平行光束とそれぞれ交差するように前記各吐出ヘッドを配置したから、複数の吐出ヘッドに対して１組の平行光束発生手段および光検出手段を設けるだけで全ての吐出ヘッドの吐出状態を検出することができるようになる。したがって、液体試料の吐出状態を正確に検出し得るようにした安価な液体分注装置を提供することができる。

第１８発明によれば、前記吐出ヘッドを移動させるアクチュエータをさらに備えるとともに、前記アクチュエータは、前記ノズルを前記液滴の吐出方向とは逆方向に移動させて、前記ノズルに保持された前記液体を吐出させるから、目詰まり時には前記ノズルのみを交換するだけでよいので、ランニングコストを削減することができる。
第１９発明によれば、前記吐出ヘッドは、熱による液体の蒸発力により前記液滴を吐出するから、一般に知られている吐出ヘッドを用いることができる。

また、異なる液体試料１１５を吐出する場合、それぞれの液体物理定数の違いから、圧電素子１１９に同じ電圧を印加しても吐出される液滴１１１の大きさが異なるものになったり、サテライト液滴１３７が発生したりしなかったりするため、今まで吐出の安定性を確保することは非常に困難であるとされてきたが、本実施形態の吐出状態検出方法により、検査プレート１０６に吐出する前に別のプレート上や洗浄槽１０４内でダミー吐出を行ってそのときの液滴１１１の大きさやサテライト液滴１３７の有無を検出しておき、検出結果に応じて圧電素子１１９へ印加する電圧波形の形状（電圧変化量および電圧印加時間）を変更し、所望の液滴１１１が得られるように補正してから、検査プレート１０６に正式に吐出することにより、検査プレート１０６上に着弾付着させる液滴１１１の品質を安定化することができる。

この差信号（Ａ−Ｂ）を全光量信号電圧（Ａ＋Ｂ）により除算するので、検出信号の検出感度が高くなり、非常に極微細なサテライト液滴１３７であっても確実に検出できるようになり、液滴１１１，１３７の大きさを算出する際の分解能を向上させることができる。図１１において、液滴１１１，１３７の大きさはマイナス電圧値とプラス電圧値との差分値１５１として検出され、液滴１１１，１３７の飛翔速度は電圧波形がＧＮＤレベルから変化を開始してＧＮＤレベルを横切った後に再びＧＮＤレベルに復帰するまでの時間１５２として検出されることになる。その際、光検出部材１４３からの出力信号の演算を行う演算回路（図示せず）は、差信号演算回路、和信号演算回路および除算回路として機能することになる。

本実施形態の液体分注装置では、上記各実施形態のような液滴の吐出状態（正常に吐出したか否かや、液滴の大きさや飛翔速度）の検出に加えて、液滴１１１の吐出位置も求めることができる。以下に液滴１１１の吐出位置の求め方を説明する。

平行光束１５４中を液滴１１１が通過する際に、一次元ポジションセンサ１５５，１５７内の光量分布に変化が生じる。一次元ポジションセンサ１５５，１５７は受光部１５６の中央が０Ｖとなり、中央から水平方向の両側に向かって離れるにつれて、プラスの電圧およびマイナスの電圧が演算回路１５５ａ，１５７ａより出力される。このことを利用して、平行光束１５４の長辺における液滴１１１の通過位置を検出することにより、液滴１１１の着弾位置を演算により求めることができる。

また、同様にして、サテライト液滴１３７の着弾位置を検出することができるので、許容できないレベルで吐出されたサテライト液滴１３７があるか否かをリアルタイムで検出して、製作された検査プレート１０６の品質の良否を判別することができる。なお、一次元ポジションセンサ１５５，１５７からは上記とは別に全光量の電圧値も検出できるので、第１実施形態と同様な検出波形が得られ、この検出波形に基づいて液滴１１１の大きさ、飛翔速度、サテライト液滴１３７の有無等を求めることができる。

Claims (19)

1. ノズルを備え、前記ノズルに保持した液体試料を液滴として吐出する吐出ヘッドと、
   前記吐出ヘッドから吐出された前記液滴が通過する位置に所定の光量の平行光束を照射可能に設けられた平行光束発生手段と、
   前記平行光束発生手段からの前記平行光束を受光可能な配置で設けられた光検出手段と、
   前記光検出手段が受光した前記平行光束の光量の変化に基づき、前記液滴の吐出状態を求めることが可能な演算回路と、
   を具備したことを特徴とする液体分注装置。
2. 前記平行光束の光量の変化は、前記光検出手段が受光した前記平行光束の光量の変化量を含むことを特徴とする請求項１記載の液体分注装置。
3. 前記平行光束の光量の変化は、前記光検出手段が受光した前記平行光束の光量の変化時間を含むことを特徴とする請求項１記載の液体分注装置。
4. 前記吐出状態は、前記液滴の吐出の有無に加えて、前記液滴についてのそれ以外の状態を含むことを特徴とする請求項１記載の液体分注装置。
5. 前記液滴についての前記それ以外の状態は、前記液滴の大きさを含むことを特徴とする請求項４記載の液体分注装置。
6. 前記液滴についての前記それ以外の状態は、前記液滴の飛翔速度を含むことを特徴とする請求項４記載の液体分注装置。
7. 前記液滴についての前記それ以外の状態は、前記吐出ヘッドに吐出を行わせた直後に吐出されるメイン液滴に続いて吐出されるサテライト液滴の吐出状態を含むことを特徴とする請求項４記載の液体分注装置。
8. 前記演算回路が求める前記吐出状態は、前記サテライト液滴の吐出の有無、大きさ、飛翔速度、発生数の内の何れか１つ以上を含むことを特徴とする請求項７記載の液体分注装置。
9. 前記平行光束の照射方向と前記液滴の吐出方向とがほぼ直交するようにしたことを特徴とする請求項１記載の液体分注装置。
10. 前記平行光束発生手段は、前記平行光束を絞るための光束制限部材を備えることを特徴とする請求項１または９記載の液体分注装置。
11. 前記光束制限部材はピンホールであることを特徴とする請求項１０記載の液体分注装置。
12. 吐出される前記液滴が、前記吐出ヘッドに吐出を行わせた直後に吐出されるメイン液滴と、前記メイン液滴の吐出後前記メイン液滴以外に吐出される液滴と、からなるとき、
    前記ピンホールの直径は、前記メイン液滴の最大径よりも小さくなるようにしたことを特徴とする請求項１１記載の液体分注装置。
13. 前記光束制限部材は、前記液滴の吐出方向および前記平行光束の光軸方向とほぼ直交する方向が長軸となるように設けられたスリットであることを特徴とする請求項１０記載の 液体分注装置。
14. 前記吐出ヘッドから吐出された前記液滴が通過する位置で、照射された平行光束が互いに直交するように前記平行光束発生手段を２組設けるとともに、前記各平行光束発生手段に対向してそれぞれからの平行光束を受光する光検出手段を設け、
    前記光検出手段はポジションセンサであることを特徴とする請求項１３記載の液体分注装置。
15. 前記光検出手段は、
    前記液滴の吐出方向に２分割された受光部と、
    前記２分割された受光部からの出力の差信号を生成する差信号演算回路と、
    を備えることを特徴とする請求項１記載の液体分注装置。
16. 前記光検出手段は、
    前記２分割された受光部からの出力の和信号を生成する和信号演算回路と、
    前記差信号を前記和信号で除算する除算回路と、
    をさらに備えることを特徴とする請求項１５記載の液体分注装置。
17. 前記吐出ヘッドを複数本備え、前記各吐出ヘッドから吐出された前記液滴が前記平行光束発生手段から照射される平行光束とそれぞれ交差するように前記各吐出ヘッドを配置したことを特徴とする請求項１記載の液体分注装置。
18. 前記吐出ヘッドを移動させるアクチュエータをさらに備えるとともに、
    前記アクチュエータは、前記ノズルを前記液滴の吐出方向とは逆方向に移動させて、前記ノズルに保持された前記液体を吐出させることを特徴とする請求項１記載の液体分注装置。
19. 前記吐出ヘッドは、熱による液体の蒸発力により前記液滴を吐出することを特徴とする請求項１記載の液体分注装置。