JP2005169805A - Aligning mechanism of recording device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液滴を吐出して被記録部材に記録を行うインクジェット記録装置におけるアライメント機構に関するものである。 The present invention relates to an alignment mechanism in an ink jet recording apparatus that performs recording on a recording member by discharging droplets.
被記録部材に記録を行う1つの方法として、ヘッドに設けられたノズルから液滴を吐出させて記録を行うインクジェット方式がある。この方式を採用したものでは、カラー画像を紙に印刷するためのプリンタが最も良く知られている。 As one method for recording on a recording member, there is an ink jet method in which recording is performed by discharging droplets from nozzles provided in a head. Among those employing this method, printers for printing color images on paper are best known.
しかしながら、インクジェット方式は、微小な液滴を所定の場所に着弾させることができるという利点から、プリンタだけでなく、カラーフィルタ製造装置・DNAチップ製造装置等の製造装置にも適用されている。図7にDNAチップ製造装置の一例を示す。 However, the ink jet method is applied not only to printers but also to manufacturing apparatuses such as a color filter manufacturing apparatus and a DNA chip manufacturing apparatus because of the advantage that minute droplets can land on a predetermined place. FIG. 7 shows an example of a DNA chip manufacturing apparatus.
定盤40上には高精度に位置決め可能なY軸ステージ34及びガイドレール35a,35bが平行に固定されている。Y軸ステージ34及びガイドレール35a,35bの可動部分には高精度に位置決め可能なX軸ステージ33が精度良く取り付けられている。X軸ステージ33の可動部分には基板θステージ32が固定されており、更に基板θステージ32の上面にはチャック31が固定されている。
On the
チャック31は図示しないポンプとチューブで繋がれており、ポンプが空気を吸引することで、被記録部材であるガラス基板20はチャック31に吸着される。これにより、チャック31及びガラス基板20はXY方向に高精度に位置決め可能で、且つ、Z軸回りの角度(θ方向)の補正も可能な構成となる。又、X軸ステージ33の可動部分にはヘッドアライメントカメラ101が取り付けられている。よって、ヘッドアライメントカメラ101の撮像位置は、チャック31のXY平面内の動きに追従してくるが、チャック31の回転の動きには影響されない。
The
定盤40上に支柱42a,42bが固定されており、支柱42a,42bにはそれぞれブリッジ41a,41bが固定されている。ブリッジ41a,41bはステー103で固定されており、支柱42a,42bとブリッジ41a,41bの構造物の強度を保っている。このステー103には基板アライメントカメラ102が取り付けられている。更に、ブリッジ41a,41bの間にはヘッドθステージ30が固定されており、ヘッドθステージ30にはヘッド10が固定されている。これにより、ヘッド10はθ方向の角度補正が可能な構成となる。
DNAチップ製造装置のように、ガラス基板20への描画精度が必要とされる場合、装置の組み立て誤差やヘッド10及びガラス基板20を固定する位置・傾きの誤差による描画精度の低下を防ぐことを目的としてアライメントを行う。
When drawing accuracy on the
アライメントの方法について図8を用いて説明する。 An alignment method will be described with reference to FIG.
図8はヘッド10・ガラス基板20・ヘッドアライメントカメラ101・基板アライメントカメラ102の相対関係を示す図である。ヘッド10の下面にはヘッドアライメントマーク11a,11bが設けられている。又、ガラス基板20の表面には基板アライメントマーク21a,21bが設けられている。
FIG. 8 is a diagram showing a relative relationship among the
先ず、ヘッドアライメントカメラ101をヘッドアライメントマーク11aの下に移動させ、ヘッドアライメントマーク11aの位置を読み込む。同様に、ヘッドアライメントマーク11bの下にヘッドアライメントカメラ101を移動させ、ヘッドアライメントマーク11bの位置を読み込む。ヘッドアライメントマーク11a,11bの位置からヘッド10の傾きを算出し、その角度だけヘッド10を補正する。再度、補正後にヘッドアライメントマーク11a,11bの位置を読み込み、補正後のヘッド10の傾き・位置を記憶しておく。
First, the
次に、基板アライメントカメラ102の下に基板アライメントマーク21aを移動させ、基板アライメントマーク21aの位置を読み込む。同様に、基板アライメントマーク21bを基板アライメントカメラ102の下に移動させて、基板アライメントマーク21bの位置を読み込む。基板アライメントマーク21a,21bの位置からガラス基板20の傾きを算出し、その角度だけガラス基板20を補正する。再度、補正後に基板アライメントマーク21a,21bの位置を読み込み、ガラス基板20の傾き・位置を記憶しておく。補正後の、ヘッド10・ガラス基板20の位置から、両者の相対関係を把握し、描画開始位置を決定する。
Next, the
上記従来例の構成では、次のような問題がある。ヘッドアライメントカメラで撮像した画像を装置外部の画像処理系に取り込む場合、ヘッドアライメントカメラと画像処理系とを繋ぐケーブルが必要である。又、撮像部分に照明をあてるため、ヘッドアライメントカメラと光源をライトガイドで繋ぐ必要がある。ヘッドアライメントカメラはX軸ステージ・Y軸ステージによってXY平面内を移動するため、X軸ステージ及びY軸ステージの走査距離に従って長いケーブル・ライトガイドが必要となる。更に、ヘッドアライメントカメラの移動に伴ってケーブル・ライトガイドが屈曲を繰り返すため、耐久性の面でも問題が生じる。 The configuration of the conventional example has the following problems. When taking an image captured by the head alignment camera into an image processing system outside the apparatus, a cable connecting the head alignment camera and the image processing system is necessary. Further, in order to illuminate the imaging portion, it is necessary to connect the head alignment camera and the light source with a light guide. Since the head alignment camera moves in the XY plane by the X-axis stage and the Y-axis stage, a long cable / light guide is required according to the scanning distance of the X-axis stage and the Y-axis stage. Further, since the cable / light guide repeatedly bends as the head alignment camera moves, there is a problem in terms of durability.
これまで、カラーフィルタ製造装置等のアライメント方法として、様々な提案がなされており、基板アライメントカメラのみでアライメントを行う方法もある。 Up to now, various proposals have been made as alignment methods for color filter manufacturing apparatuses and the like, and there is also a method for performing alignment using only a substrate alignment camera.
例えば、特許文献1に記載されている提案では、液滴の着弾位置と参照マークの位置を基板アライメントカメラで比較することにより、ステージ補正を行っている。同様に、特許文献2に記載されている提案では、ガラス基板の替わりとなるブランクに液滴を吐出し、それを基板アライメントカメラで撮影した時の吐出データと、ガラス基板のアライメントマークの位置から、チャックの位置・ヘッドの角度・ガラス基板の角度を補正している。更に、特許文献3に記載されている提案では、ガラス基板の描画領域外に配置された位置合わせ部を基板アライメントカメラで検出する ことで、インクノズルと描画するべき開口部との位置決めを行っている。
For example, in the proposal described in
しかしながら、特許文献1及び特許文献2の提案では、次のような問題が生じる。被記録部材に記録を行う時の描画精度に係る最も大きな要因は、ヘッド自体の吐出性能であり、1回毎の吐出でも描画位置にバラツキが生じてしまう。よって、チャックの高精度位置決めが実現できるとしても、描画されたドットを基準にしては、チャックの位置やヘッドの回転を補正する際にヘッドの吐出性能による誤差が上積みされ、理想値からのズレが補正前よりも大きくなってしまう可能性がある。
However, the proposals of
又、特許文献3の提案では、次のような問題が生じる。カラーフィルタ製造装置とは異なり、DNAチップ製造装置ではガラス基板に描画を行うための液滴の種類や描画パターンは様々な組み合わせが考えられ、その度にヘッドを交換する必要がある。よって、ヘッドを交換すれば、その度に固定位置に誤差が生じてしまうため、ガラス基板のアライメントだけでなく、ヘッドのアライメントも必要である。ここでのアライメントとは、ガラス基板及びヘッドの角度補正と、ガラス基板とヘッドの相対的な位置合わせがある。ガラス基板及びヘッドの角度補正において、描画位置の誤差を最小限にするためには、ガラス基板の描画される方向とヘッドのノズル列を一致させるのではなく、ガラス基板の描画される方向及びヘッドのノズル列をそれぞれステージの走査方向に一致させる必要がある。 The proposal of Patent Document 3 has the following problems. Unlike the color filter manufacturing apparatus, in the DNA chip manufacturing apparatus, there are various combinations of types of liquid droplets and drawing patterns for drawing on the glass substrate, and it is necessary to change the head each time. Therefore, if the head is replaced, an error occurs in the fixed position each time. Therefore, not only the alignment of the glass substrate but also the alignment of the head is necessary. Here, the alignment includes correction of the angle between the glass substrate and the head and relative alignment between the glass substrate and the head. In order to minimize the error of the drawing position in the angle correction of the glass substrate and the head, the drawing direction of the glass substrate and the head are not made to match the drawing direction of the glass substrate and the nozzle array of the head. It is necessary to match each nozzle row with the scanning direction of the stage.
本発明の目的は、以上のような問題点に鑑み、アライメント機構の構成の問題を解決しながらも、記録装置の記録位置精度の向上を図ることができるアライメント機構を提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an alignment mechanism that can improve the recording position accuracy of the recording apparatus while solving the problem of the configuration of the alignment mechanism.
上記目的を達成するため、請求項1記載の発明は、被記録部材に記録を行なうためのヘッドと、前記ヘッドの回転角度を補正する第1角度補正手段と、前記被記録部材を固定する固定手段と、前記固定手段の回転角度を補正する第2角度補正手段と、前記固定手段を搭載した水平面内を移動可能なステージとを備えた記録装置において、前記ヘッドは透過部分を有し、前記透過部分に設けられた複数の第1アライメントマークと、前記被記録部材又は前記固定手段に設けられた複数の第2アライメントマークと、前記ヘッド上方に配置された撮像手段と、前記撮像手段を鉛直方向及び水平方向に移動させるための移動手段と、前記撮像手段が捕らえた前記第1アライメントマーク及び前記第2アライメントマークの情報から前記第1角度補正手段及び前記第2角度補正手段を補正する制御手段を有することを特徴とする。
In order to achieve the above-mentioned object, the invention described in
請求項2記載の発明は、被記録部材に記録を行なうためのヘッドと、前記ヘッドの回転角度を補正する第1角度補正手段と、前記被記録部材を固定する固定手段と、前記固定手段の回転角度を補正する第2角度補正手段と、前記固定手段を搭載した水平面内を移動可能なステージとを備えた記録装置において、前記ヘッドは透過部分を有し、前記透過部分に設けられた複数の第1アライメントマークと、前記被記録部材又は前記固定手段に設けられた複数の第2アライメントマークと、前記ヘッド上方に配置された撮像手段と、前記撮像手段の撮像位置を前記第1アライメントマークの位置へと導く光学手段と、前記撮像手段が捕らえた前記第1アライメントマーク及び前記第2アライメントマークの情報から前記第1角度補正手段及び前記第2角度補正手段を補正する制御手段を有することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a head for recording on a recording member, first angle correction means for correcting a rotation angle of the head, fixing means for fixing the recording member, and fixing means. In a recording apparatus including a second angle correction unit that corrects a rotation angle and a stage that is movable in a horizontal plane on which the fixing unit is mounted, the head includes a transmission part, and a plurality of units provided in the transmission part A first alignment mark, a plurality of second alignment marks provided on the recording member or the fixing unit, an imaging unit disposed above the head, and an imaging position of the imaging unit with the first alignment mark The first angle correction means and the first angle correction means based on the information of the first alignment mark and the second alignment mark captured by the imaging means; Characterized in that it has a control means for correcting the second angular correction means.
請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の発明において、前記第1アライメントマーク同士を結んだ直線が前記ヘッドのアライメント後に前記ステージの走査方向と一致するように前記第1アライメントマークは前記ヘッドに複数設けられ、前記第2アライメントマーク同士を結んだ直線が前記被記録部材のアライメント後に前記ステージの走査方向と一致するように前記第2アライメントマークは前記被記録部材又は前記固定手段に複数設けられ、前記第1アライメントマーク同士の間隔と前記第2アライメントマーク同士の間隔が略一致していることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the invention, the first alignment mark is arranged such that a straight line connecting the first alignment marks coincides with the scanning direction of the stage after the alignment of the head. The second alignment mark is provided on the recording member or the fixing means so that a plurality of straight lines connecting the second alignment marks are aligned with the scanning direction of the stage after the recording member is aligned. A plurality of the alignment marks are provided, and an interval between the first alignment marks and an interval between the second alignment marks are substantially the same.
請求項4記載の発明は、請求項2記載の発明において、前記撮像手段の光路中にシャッターを有することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, a shutter is provided in the optical path of the imaging means.
本発明によれば、アライメントカメラが1台だけでも、ステージの動作と組み合わせることで、ヘッド・被記録部材のアライメントを精度良く行うことができる。 According to the present invention, even when only one alignment camera is used, the head and the recording member can be accurately aligned by combining with the operation of the stage.
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
<実施の形態1>
図1は本発明の実施の形態1に係るDNAチップ製造装置の概略構成を示す斜視図である。
<
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a DNA chip manufacturing apparatus according to
描画系の構成については、従来例と同一であるため、従来例と同一の番号を付してその説明は省略する。アライメント系の構成については、ヘッド10上方にアライメントカメラ1を配置する。アライメントのためのカメラは、アライメントカメラ1のみである。アライメントカメラ1はカメラZステージ2に固定されており、カメラZステージ2はブリッジ41a,41b間に渡されたカメラXステージ3に固定されている。
Since the configuration of the drawing system is the same as that of the conventional example, the same number is assigned to that of the conventional example, and the description thereof is omitted. Regarding the configuration of the alignment system, the
図2は本発明に係るヘッドの構成を示す斜視図である。 FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the head according to the present invention.
ヘッド10は、ノズルプレート12・インク収納部13・ヘッドフレーム14から構成されている。インク収納部13は、ヘッドフレーム14の内側の部分であり、透過性の材料から作られている。インク収納部13は、図示しない複数の液室に分かれており、多種類のインクを混色させることなく保管することができる。インク収納部13の液室に保管されていたインクは、図示しないインク流路によって、インク収納部13下面に取り付けられたノズルプレート12へ導かれる。ノズルプレート12に電圧を掛けることによって、インクはヘッド10下方へ吐出される。
The
ヘッド10下面にはヘッドアライメントマーク11aも設けられている。ヘッドアライメントマーク11aが設けられている位置は、インク収納部13下面で、且つ、ノズルプレート12が取り付けられていない位置であるため、ヘッド10上方からヘッドアライメントマーク11aを観察することが可能である。ヘッドアライメントマーク11aのノズルプレート12を挟んだ反対側には、図示しない同様のヘッドアライメントマーク11bが設けられている。
A head alignment mark 11 a is also provided on the lower surface of the
図3は本発明に係るアライメント系の位置関係を示す斜視図である。 FIG. 3 is a perspective view showing the positional relationship of the alignment system according to the present invention.
被記録部材であるガラス基板20には基板アライメントマーク21a,21bが設けられている。基板アライメントマーク21a,21b間の距離は、ヘッドアライメントマーク11a,11b間の距離と同じである。又、ヘッドアライメントマーク11a,11bを結ぶ直線、及び、基板アライメントマーク21a,21bを結ぶ直線はX軸ステージ33の走査方向と一致するように配置されている。図3に示す構成により、ヘッド10上方に配置されたアライメントカメラ1は、ヘッド10下面に設けられたヘッドアライメントマーク11a,11b及びヘッド下方に存在する基板アライメントマーク21a,21bの観察が可能となる。
Substrate alignment marks 21a and 21b are provided on the
ここで、被記録部材の材料をガラスとしたが、インクを受容可能であり、且つ、製造されたDNAチップの検査も可能であるプラスチック・フィルム・セラミック等でも良い。 Here, the material of the member to be recorded is made of glass, but it may be a plastic film, ceramic, or the like that can accept ink and can inspect the manufactured DNA chip.
図6に基づいて、詳細なアライメント方法を説明する。 Based on FIG. 6, a detailed alignment method will be described.
図中では、ヘッドアライメントマーク11a,11bを「〇」で、基板アライメントマーク21a,21bを「+」で示す。先ず、図6(a)に示すように、ステージの走査方向に対して、ヘッド10及びガラス基板20が傾いて固定されたとする。ここで、ステージの走査方向は図中のXY方向である。アライメントカメラ1のXY平面内の位置はヘッドアライメントマーク11aを捕らえる位置に固定する。その後、アライメントカメラ1の焦点がガラス基板20表面となるように、ヘッドアライメントカメラ1の高さをカメラZステージ2で調整する。そして、アライメントカメラ1で基板アライメントマーク21bを捕らえることができるように、ガラス基板20を移動させる。この時点で、アライメントカメラ1が捕らえた画像の中で、基板アライメントマーク21bがどの位置にいるのかを記憶させる。
In the drawing, the head alignment marks 11a and 11b are indicated by “◯” and the
次に、図6(b)に示すように、アライメントカメラ1で基板アライメントマーク21aを捕らえられるように、ガラス基板をX方向のみに移動させる。ここで、アライメントカメラ1が捕らえた画像の中で、基板アライメントマーク21aがどの位置にいるのかを記憶させる。先に記憶した基板アライメントマーク21bの画像情報と基板アライメントマーク21aの画像情報及びステージの移動量からガラス基板20のX方向からの傾きを算出し、その傾き分だけガラス基板20の角度を補正する。
Next, as shown in FIG. 6B, the glass substrate is moved only in the X direction so that the
このとき、画像情報及びステージ移動量から、基板アライメントマーク21a,21b間の距離も算出しておく。これで、ガラス基板20の基板アライメントマーク21a,21bが示す方向とステージのX方向が一致したことになる。この状態で再度基板アライメントマーク21aの画像を読み込み、アライメントカメラ1の高さをカメラZステージ2で変えて焦点をヘッドアライメントマーク11aに合わせて画像を読み込む。基板アライメントマーク21bの画像情報とヘッドアライメントマーク11aの画像情報から2つのマークのずれ量を算出し、基板アライメントマーク21bとヘッドアライメントマーク11aがXY平面内で同じ位置に来るように、ガラス基板20の位置を補正する。その上で、アライメントカメラ1がヘッドアライメントマーク11bを捕らえる位置に、カメラXステージ3でアライメントカメラ1を移動させる。この時点が、図6(c)に示す状態である。
At this time, the distance between the
ここで、ヘッドアライメントマーク11bの画像を読み込み、アライメントカメラ1の高さをカメラZステージ2で変えて焦点を基板アライメントマーク21bに合わせて画像を読み込む。そして、基板アライメントマーク21bの画像情報・ヘッドアライメントマーク11bの画像情報・先ほど算出した基板アライメントマーク21a,21b間の距離からヘッド10の傾きを算出し、その傾きだけヘッド10の角度を補正する。これで、ヘッド10のヘッドアライメントマーク11a,11bが示す方向とステージのX方向が一致したことになる。最後に、再度、アライメントカメラ1の高さをカメラZステージ2で変えて基板アライメントマーク21bとヘッドアライメントマーク11bの画像を読み込み、画像情報から2つのマークのずれ量を算出し、基板アライメントマーク21bとヘッドアライメントマーク11bがXY平面内で同じ位置に来るように、ガラス基板20の位置を補正する。この位置をヘッド10とガラス基板20の相対位置関係の基準とすることができる。
Here, the image of the
<実施の形態2>
本発明の実施の形態2について説明する。
<
A second embodiment of the present invention will be described.
図4及び図5は本発明の実施の形態2に係るDNAチップ製造装置の特徴を示す斜視図である。実施の形態1と異なる部分は図4及び図5に示すカメラの構成であり、その他の部分は図1に示す実施の形態1と同一である。実施の形態1と同一部分については同一符号を付してその説明は省略する。
4 and 5 are perspective views showing the features of the DNA chip manufacturing apparatus according to
図4にカメラ系の概観を示す。 FIG. 4 shows an overview of the camera system.
ブリッジ41a,41bの間にカメラ系固定板4が固定されている。カメラ系固定板4にはカメラZステージ2が取り付けられており、カメラZステージ2の可動部分にアライメントカメラ1が固定されている。アライメントカメラ1は、ヘッド10上方に配置されている。アライメントカメラ1とヘッド10の間には、鏡筒5が固定されている。
A camera
図5に鏡筒5の構成の詳細を示す。 FIG. 5 shows details of the configuration of the lens barrel 5.
鏡筒5は、ケース6・ハーフミラー7・ミラー8a,8b,8cから構成されており、ケース6はカメラ系固定板4の固定部4a,4b,4cに固定されている。ヘッド10のヘッドアライメントマーク11aの画像は、ミラー8aで反射し、更にミラー8bで反射し、ハーフミラー7は透過してアライメントカメラ1に取り込まれる。又、図示しないヘッドアライメントマーク11bがミラー8cの直下にある。ヘッドアライメントマーク11bの画像は、ミラー8bで反射し、更にハーフミラー7で反射してアライメントカメラ1に取り込まれる。これにより、カメラZステージ2でアライメントカメラ1の高さ調整をすることによって、ヘッドアライメントマーク11a,11bと、ヘッド10下方に移動してきたガラス基板20の基板アライメントマーク21a,21bとを、アライメントカメラ1で選択的に観察することができる。
The lens barrel 5 includes a case 6, a half mirror 7, and mirrors 8 a, 8 b, 8 c, and the case 6 is fixed to the fixing
又、ミラー8aと8bの間、及び、ハーフミラー7とミラー8cの間には図示しないシャッターが組み込まれている。このシャッターを開閉することで、ヘッドアライメントマーク11aか11b、又は、基板アライメントマーク21aか21bの画像を選択的にアライメントカメラ1に取り込むことができる。
Further, shutters (not shown) are incorporated between the mirrors 8a and 8b and between the half mirror 7 and the
上記構成によれば、アライメントカメラ1を水平方向に移動させることなく、実施の形態1で説明した方法と同様の工程で、ヘッド10及びガラス基板20のアライメントを行うことができる。
According to the above configuration, the
本実施の形態において、アライメントカメラ1の撮像位置を、ヘッドアライメントマーク11a,11bの位置へと導く手段としてミラー8a,8b,8cとハーフミラー7を使用したが、プリズム・光ファイバー等の光学手段でも良い。
In the present embodiment, the
本発明は、液滴を吐出して被記録部材に記録を行うインクジェット記録装置におけるアライメント機構に対する利用が可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for an alignment mechanism in an ink jet recording apparatus that performs recording on a recording member by discharging droplets.
1 アライメントカメラ
2 カメラZステージ
3 カメラXステージ
4 カメラ系固定板
5 鏡筒
6 ケース部
7 ハーフミラー
8a〜8c ミラー
10 ヘッド
11a,11b ヘッドアライメントマーク
12 ノズルプレート
13 インク収納部
14 ヘッドフレーム
20 ガラス基板
21a,21b 基板アライメントマーク
30 ヘッドθステージ
31 チャック
32 基板θステージ
33 X軸ステージ
34 Y軸ステージ
35a,35b ガイドレール
40 定盤
41a,41b ブリッジ
42a,42b 支柱
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