JP2007132929A - 液量測定装置およびそれを用いた液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吐出された液体により形成された液滴の液量を簡便かつ正確に測定できる液量測定装置を提供すること。
【解決手段】液量測定装置は、所定時間に吐出された液体を受け止めて滴状の液滴として保持する受止部と、前記液滴に光を照射する照明部と、液滴の表面から反射する反射光の範囲および液滴の底面の範囲を観測する観測部と、観測された反射光の範囲および液滴の底面の範囲に基づいて液滴の液量を導き出す液量特定部を備える。
【選択図】図３

Description

この発明は、液体等の物体の量を測定する測定装置およびそれを用いた液体吐出装置に関し、詳しくは、インクジェットヘッドの吐出口から吐出されるインク量を測定する装置に関するものである。

この発明に関連する従来技術としては、以下のような２つの方法でインクジェットヘッドから吐出されるインク量を測定する測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
一つ目の方法は、インクジェットヘッドから吐出されるインク液滴を所定の深さと所定の幅をもつシャーレ形態の記録媒体に受けた後、その記録媒体を天板で覆い、円筒状に変形したインク液滴の上底或いは下底の直径を測定し、その測定されたサイズに基づいて、インク液滴の体積を算出する方法である。
二つ目の方法は、インクジェットヘッドから吐出されるインク液滴を所定の深さと長辺と短辺からなる直方体状の容器に受けたあと、インクが前記容器内でその長辺方向に広がった長さを測定することにより、インク液滴の体積を求める方法である。
特開２０００−１５３６０３号公報

液晶表示装置の普及に伴い、その構成部品であるカラーフィルタの生産が大きく伸びている。カラーフィルタの生産方法において近年主流となっている方法にインクジェットヘッドを用いてＲ・Ｇ・Ｂの各画素を描画するインクジェット法がある。このようなインクジェット法において、インクジェットヘッドの各吐出口から吐出されるインク量を互いに所望の関係を有するように正確に調整することは、色ムラのないカラーフィルタを生産するうえで重要である。
つまり、インクジェットヘッドの各吐出口から吐出されるインク量を互いに所望の関係を有するように調整することが、最終完成品である液晶表示装置の高画質化につながる。そのためには、吐出インク量を正確に、瞬時に、且つ容易に測定することが、生産工程の効率化の観点からみて重要である。

この観点から従来技術をみると、一つ目の方法において、シャーレ形態の記録媒体を天板で覆う際、インクが容器内壁に付着しないように細心の注意を必要とするため、特に繰り返し測定する場合においては相当の手間と時間を要し、作業効率の悪化が懸念される。また、二つ目の方法においては、長辺方向へのインクの広がりが均一にならないことにより、求めた体積に誤差が生じる恐れがある。さらには、一つ目の方法と同様に、インクを容器に受けるという工程により、手間と時間を要するので、作業効率に欠ける等の問題もある。

このように従来技術では、いずれの方法においても、インク液滴の体積を測定する際に、インク液滴を測定に適した形状に変形させるためにシャーレ形態の記録媒体、あるいは直方体状の容器に受け入れるという工程を必要とし、作業効率に優れたものではなかった。

この発明は、以上のような事情を考慮してなされたものであり、吐出された液体により形成された液滴の液量をより簡便かつ正確に測定できる液量測定装置とそれを用いた液体吐出装置を提供するものである。

この発明は、所定時間に吐出される液体を受け止めて滴状の液滴として保持する受止部と、前記液滴に光を照射する照明部と、液滴の表面から反射する反射光の範囲および液滴の底面の範囲を観測する観測部と、観測された反射光の範囲および液滴の底面の範囲に基づいて液滴の液量を導き出す液量特定部とを備える第１の液量測定装置を提供するものである。

また、この発明は、所定時間に吐出される液体を受け止めて滴状の液滴として保持する受止部と、前記液滴に光を照射する照明部と、液滴の表面から反射する反射光の範囲を観測する観測部と、観測された反射光の範囲に基づいて液滴の液量を導き出す液量特定部とを備え、液量特定部は反射光の範囲と液量との相関関係を示すデータをメモリーとして格納し、回帰分析により反射光の範囲から液量を導き出すことを特徴とする第２の液量測定装置を提供するものでもある。

また、この発明は、所定時間に吐出される液体を受け止めて滴状の液滴として保持する受止部と、前記液滴に光を照射する照明部と、液滴の表面から反射する反射光の範囲を観測する観測部と、観測された反射光の範囲に基づいて液滴の液量を導き出す液量特定部とを備え、液量特定部は測定すべき液滴に対して相対的な基準となる基準液滴の反射光の範囲を予め求めておくことを特徴とする第３の液量測定装置を提供するものでもある。

また、この発明は、液体を液滴として保持する受止部と、前記液滴に光を照射するために分散して配置された複数の光源を有する照明部と、液滴の表面から反射する反射光の位置を観測する観測部と、観測された反射光の位置と照明部の各光源の位置との位置関係に基づいて液滴の形状を特定し、液滴の液量を導き出す液量特定部とを備える第４の液量測定装置を提供するものである。

この発明の第１の液量測定装置によれば、観測部が受止部上に保持された滴状の液滴の表面から反射する反射光の範囲および液滴の底面の範囲を観測し、液量特定部が反射光の範囲および液滴の底面の範囲に基づいて液量を導き出すので、吐出された液体を容器に収容することなく簡便で効率のよい液量測定を正確に行うことができる。

また、この発明の第２の液量測定装置によれば、反射光の範囲のみに基づいて液量を導き出すことができるので、液量測定に要する時間が短縮され、より効率的な液量測定を行うことができる。

また、この発明の第３の液量測定装置によれば、個々の液滴の液量を算出することなく、基準となる液滴の反射光の範囲に対する同範囲の広狭を相対的に比較するのみで、液量が適切であるか否かを判断できるので、液量測定に要する時間が短縮され、より効率的な液量測定を行うことができる。

また、この発明の第４の液量測定装置によれば、分散して配置された複数の光源を有する照明部から液滴に照射される各光源の光は液滴表面で反射し、光源毎に独立した反射面として観測部に観測される。この各反射面の位置と、反射面に対応する光源の位置との位置関係に基づいて、各反射面間の表面形状を特定し、特定した表面形状に基づいて液量を導き出すので、より正確な液量の測定を行うことができる。

この発明による第１の液量測定装置は、所定時間に吐出される液体を受け止めて滴状の液滴として保持する受止部と、前記液滴に光を照射する照明部と、液滴の表面から反射する反射光の範囲および液滴の底面の範囲を観測する観測部と、観測された反射光の範囲および液滴の底面の範囲に基づいて液滴の液量を導き出す液量特定部とを備えることを特徴とする。

この発明による第２の液量測定装置は、所定時間に吐出される液体を受け止めて滴状の液滴として保持する受止部と、前記液滴に光を照射する照明部と、液滴の表面から反射する反射光の範囲を観測する観測部と、観測された反射光の範囲に基づいて液滴の液量を導き出す液量特定部とを備え、液量特定部は反射光の範囲と液量との相関関係を示すデータをメモリーとして格納し、回帰分析により反射光の範囲から液量を導き出すことを特徴とする。

この発明による第３の液量測定装置は、所定時間に吐出される液体を受け止めて滴状の液滴として保持する受止部と、前記液滴に光を照射する照明部と、液滴の表面から反射する反射光の範囲を観測する観測部と、観測された反射光の範囲に基づいて液滴の液量を導き出す液量特定部とを備え、液量特定部は測定すべき液滴に対して相対的な基準となる基準液滴の反射光の範囲を予め求めておくことを特徴とする。

この発明による第４の液量測定装置は、液体を液滴として保持する受止部と、前記液滴に光を照射するために分散して配置された複数の光源を有する照明部と、液滴の表面から反射する反射光の位置を観測する観測部と、観測された反射光の位置と照明部の各光源の位置との位置関係に基づいて液滴の形状を特定し、液滴の液量を導き出す液量特定部とを備えることを特徴とする。

この発明による第１、第２、第３および第４の液量測定装置において、所定時間に吐出される液体とは、特に限定されるものではないが、例えば、インクジェットヘッド等から吐出されるインク等の液体が挙げられる。

液滴とは、所定時間内に吐出された液体が滴状になって受止部上に保持されたものを意味し、この発明では、このような液滴が乾燥して固形物になったものも「液滴」に含まれる。

この発明による第１、第２および第３の液量測定装置において、反射光の範囲とは、観測部から液滴を見たときに液滴表面に映る照明部の範囲を意味する。

また、第４の液量測定装置における反射光の位置とは、観測部から液滴を見たときに液滴表面に映る照明部の各光源の位置を意味する。

受止部とは、吐出される液体を受け止めることができるものであればよく、その形状や形態については特に限定されるものではないが、例えば、所定時間に吐出される液体を受け止めて、滴状の液滴に留めておく水平な観測ステージが挙げられる。受止部の材質には撥水性を有するものが用いられてもよい。

照明部とは、液滴表面に光を照射する照射装置を意味し、その構成や形態は特に限定されるものではない。

この発明による第１の液量測定装置において、観測部とは、少なくとも、液滴の表面から反射する反射光の範囲と液滴の底面の範囲を観測できるものであればよく、第２および第３の液量測定装置にあっては、少なくとも、液滴の表面から反射する反射光の範囲を測定できるものであればよく、第４の液量測定装置にあっては、少なくとも反射光の位置を観測できるものであればよい。
観測部の構成や形態は特に限定されるものではないが、例えば、前記液滴を光学的に観測する顕微鏡などの観測装置が挙げられる。

この発明による第１の液量測定装置において、液量特定部とは、観測部によって観測された反射光の範囲と液滴の底面の範囲に基づいて液滴の液量を導き出すことができるものであればよく、第２および第３の液量測定装置にあっては、反射光の範囲に基づいて液滴の液量を導き出すことができるものであればよく、また、第４の液量測定装置にあっては、観測された反射光の位置と照明部の各光源の位置との位置関係に基づいて液滴の形状を特定し、液滴の液量を導き出すことができるものであればよい。
なお、液滴の形状から液滴量を算出する方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、液滴の形状から得られた各円弧を平均化して、液滴の各断面を求め、３次元方向すなわち各断面の奥行き方向に積分して求める方法等が挙げられる。
液量特定部の構成は特に限定されるものではないが、例えば、ＣＰＵ、主記憶装置、及び外部記憶装置等で構成されるコンピュータ等の演算処理装置が挙げられ、処理を効率よく行うために、この構成の他にキーボード、マウス、モニタ、プリンタなどの外部接続する入出力装置等が加わっていてもよい。

この発明による第１、第２、第３および第４の液量測定装置において、受止部は、液滴の表面を円弧に近似させるための凹部が一部に形成されていてもよい。このような構成によれば、凹部に吐出された液体を受け止めることにより液滴の表面を円弧に近づけることができ、液滴の液量特定の精度が向上する。

この発明による第１、第２および第３の液量測定装置において、照明部は観測部と一体化し液滴上方から光を照射する同軸落射照明であり、観測部は所定範囲の観測視野を有し、その観測視野中央において液滴を上方から観測してもよい。

ここで、同軸落射照明とは、観測部の観測視野に対して上方から光を照射できるものであればよく、その構成は特に限定されるものではないが、例えば、光源としてＬＥＤを備え、ＬＥＤ光を拡散板で均等化したものをハーフミラーで観測部から同軸関係になるように、液滴に真上から照射する機能を有するものが挙げられる。

また、この発明による第４の液量測定装置において、照明部は、液滴表面に光を照射する、分散して配置された複数の光源を有していてもよい。
このような構成によれば、観測部に液滴からの反射光として捉えられる液滴上の反射面が、独立した反射面として観測されるため、液量特定部が液滴の液量を導き出す上で、各反射面の位置と各光源の位置関係に基づいて液滴の形状を特定し、液滴の液量をより正確に算出することができる。

光源の種類としては、特に限定されるものではないが、例えば複数のＬＥＤやレーザーまたは小型電球を配置させたもの、蛍光灯や冷極陰管、電球等の既成の照明器具をスリットや複数の貫通孔を有する覆いで覆ったもの等が挙げられる。
さらに、光源には２色以上の複数色の光源を用いてもよく、この場合、複数色の光源の位置を予め設定しておくことで、液量算出の際に光源位置や計測対象位置を調整することが可能になる。これにより、液量算出の精度をさらに向上させることが可能になる。

また、この発明による第４の液量測定装置において、照明部は液滴の上方から光を照射する環状の照明装置であり、観測部は所定範囲の観測視野を有し、前記照明装置により規定される環状の開口部を介して液滴を上方から観測してもよい。
このような構成によれば、液滴がより広い範囲から光を照射されるので、観測部は液滴の反射光からより多くの情報を観測でき、液量特定部はより多くの観測情報から更に正確に液量を導き出すことが可能になる。

さらに、この発明による第４の液量測定装置において、照明部は液滴を取り囲むように周囲から光を照射するドーム状の照明装置であり、前記照明装置はその頂上部に液滴からの反射光を通過させる貫通孔を備え、観測部は所定範囲の観測視野を有し、前記照明装置の貫通孔を介して液滴を上方から観測してもよい。
このような構成によれば、前述の環状照明装置と同様に、液滴がより広い範囲から光を照射されるので、観測部は液滴の反射光からより多くの情報を観測でき、液量特定部はより多くの観測情報から更に正確に液量を導き出すことが可能になる。また、光源の配置が３次元形状となっているので前述の環状照明装置と同レベルの範囲の照射をより小型のサイズで実現することができる。

この発明による第１の液量測定装置において、液量特定部は、液滴の表面形状が球の表面に近似した形状で球と同様の円弧を有すると仮定すると共に、液滴の底面の範囲が液滴の底面の径であると判断し、観測部に入射した液滴の反射光の範囲に基づいて仮定した球の半径を算出し、前記半径及び底面の径から、液滴の高さを次の式（１）により算出してもよい。

この発明による第１の液量測定装置において、液量特定部は、前記半径及び底面の径、並びに前記式（１）により算出された液滴の高さから、液滴の体積を次の式（２）により算出してもよい。

この発明による第１の液量測定装置において、液量特定部は、液滴の縦断面における表面形状が円弧であると仮定すると共に、円弧の両端間の距離を前記断面の底辺の長さであると判断し、観測部に入射した液滴の反射光の範囲に基づいて仮定した円弧の半径を算出し、前記半径及び底辺の長さから、液滴の断面の高さを次の式（３）により算出してもよい。

また、この発明による第４の液量測定装置において、液量特定部は導き出された液滴量から受止部の濡れ性を評価する機能をさらに備えてもよい。
このような構成によれば、所定量の液滴を受止部上で所望の面積に広がるように、受止部表面の親水性や撥水性を調整することが可能になり、液量測定装置の精度をさらに向上することができる。

また、この発明による第４の液量測定装置において、液量特定部は導き出された液滴量から、液滴が乾燥して固形化した後の膜厚する機能をさらに備えてもよい。
このような構成によれば、受止部上の液滴が実際に乾燥して固形化するのを待たずに、吐出された液滴の状態から迅速に固形化後の膜厚を把握することができる。
なお固形化した後の膜厚の推定方法としては、特に限定されるものではないが、例えば吐出される液滴の固形分率と吐出された液滴量との関係から算出する方法が挙げられる。

この発明は別の観点からみると、少なくとも１つ以上の吐出口を有する吐出部と、この発明による上述の第１、第２または第３の液量測定装置と、吐出する液量を調整する制御部を備え、液量測定装置が測定した情報に基づいて制御部が吐出口から吐出される液量を調整する液体吐出装置を提供するものである。
このような構成によれば、測定された液量を、吐出部の吐出口から吐出される液量の調整にフィードバックできる。

また、この発明による上記の液体吐出装置は、吐出部が複数の吐出口を有し、液量測定装置が測定した情報に基づいて制御部が各吐出口から吐出される液滴の液量を所望の関係を有するように調整してもよい。

このような構成において、吐出部は、上述のとおり複数の吐出口を有しているものであればよく、その構成は特に限定されるものではないが、例えば、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の３原色のインクをそれぞれ吐出する複数の吐出口を有するものが挙げられる。
この場合、任意の１つの吐出口から吐出されたインクで形成された１つの液滴の液量のみを測定してもよいし、あるいは、複数の吐出口、例えば、Ｒに対応した複数の吐出口から吐出されたインクで形成された複数の液滴の液量をそれぞれ測定し、それらの平均値を吐出量として採用してもよい。

なお、上記の液体吐出装置において、制御部としては吐出部を駆動制御できるものであればよく、特に限定されるものではないが、例えばＣＰＵ、主記憶装置、及び外部記憶装置等で構成されるコンピュータ等の演算処理装置が挙げられ、液量測定装置を構成する液量特定部が制御部を兼ねてもよい。

また、この発明は、さらに別の観点からみると、この発明による上記の液体吐出装置を用いて、液晶表示装置のカラーフィルタを製造する方法を提供するものでもある。

また、この発明は、さらに別の観点から見ると、液滴状の物体を受け止める受止部と、前記物体に光を照射するために分散して配置された複数の光源を有する照明部と、物体の表面から反射する反射光を観測する観測部と、観測された反射光と照明部の各光源との位置関係に基づいて物体の形状を特定する形状特定部を備える表面形状測定装置を提供するものである。
このような構成によれば、液体に限らず、照明光を反射する表面を有する液滴状の形態をした物体であればいかなるものであっても、その表面形状を特定し、特定した表面形状から物体の体積を導き出すことができる。

この発明による表面形状測定装置において液滴状の物体とは、例えば、受止部に受け止められた液滴のように、受止部表面より盛り上がった状態で、その表面が曲面で形成されるような形態の物体が挙げられる。物体の種類としては、特に限定されるものではないが、例えば樹脂、油脂、固形物全般などが挙げられる。
なお、表面形状を特定する方法については、特に限定されるものではないが、例えば分散して２次元または３次元形状に配置された複数の各光源と、物体上で観測される各光源に対応する複数の点状の反射面との位置関係より、物体の３次元形状を算出する方法が挙げられる。

以下、図面に示す実施例に基づいてこの発明を詳細に説明する。

（実施例1）
図１は実施例１による液体吐出装置の全体構成を示す斜視図、図２は制御部と制御部により制御される各部との関係を示すブロック図、図３は図１の要部拡大斜視図、図４は実施例１による液体吐出装置に組み込まれた液量測定装置により液滴の液量が測定される原理を説明する説明図、図５は受止部の変形例を示す説明図である。

また、図６、図７および図８は実施例１で用いられる照明部の変形実施例を示すための説明図である。図９および図１０は実施例１の変形実施例を示すための説明図である。

図１に示されるように、実施例１による液体吐出装置１００は、複数の吐出口を有する吐出部６と、液量測定装置１０と、各吐出口（図示せず）から吐出される液量を液量測定装置１０が測定した情報に基づいて互いに所望の関係を有するように調整する制御部４により構成される。
ここで液量測定装置１０は、吐出部６が所定時間に吐出するインクを受け止めて滴状の液滴Ｘ（図３参照）として保持する受止部１と、前記液滴Ｘに光を照射する照明部２と、液滴Ｘの表面から反射する反射光の範囲および液滴Ｘの底面の範囲を観測する観測部３と、観測された反射光の範囲および液滴Ｘの底面の範囲に基づいて液滴Ｘの液量を導き出す制御部（液量特定部）４とを備えている。

図１に示されるように、吐出部６は、Ｘ軸ステージ２１に装着されたＺ軸ステージ２３に上下移動可能に取り付けられ、被描画媒体が載置されるＹ軸ステージ２２上の任意の場所に移動できる。
受止部１はＹ軸ステージ２２の一縁に設けられたレール２４に沿ってＸ軸方向に移動できる。
液量測定装置１０によって液量の測定が行われる際には、吐出部６および受止部１がそれぞれ移動し、受止部１は吐出部６の任意の１つの吐出口から所定時間吐出されたインクを液滴Ｘ（図３参照）として受け止めた後、Ｙ軸ステージ２２の隅に配設された観測部３の下方に移動する。

図２に示されるように制御部４は、Ｘ軸ステージ２１、Ｚ軸ステージ２３、受止部１、吐出部６および観測部３と接続され、これらの各部を駆動制御する機能を備えると共に、観測部３より観測された反射光の範囲および液滴Ｘの底面の範囲に基づいて液滴Ｘの液量を導き出し、導き出された液量に基づいて吐出部６から吐出される液量を調整する機能を備えている。

図３に示されるように、液滴Ｘを保持した受止部１が観測部３の下方に移動した後、観測部３の視野中央で液滴Ｘが観測される。照明部２は液滴Ｘを真上から照射する同軸落射照明であり、観測部３と一体化されている。

なお、照明部２から照射される光の光径は液滴Ｘの底面の範囲以上である必要がある。なぜならば、この発明は、観測部３に入射する液滴Ｘの表面の反射光の範囲などの光学情報に基づいて液滴Ｘの液量を導き出すため、液滴Ｘを照射する照明の範囲が液滴Ｘの底面の範囲よりも小さい場合、観測部３に入射すべき液滴Ｘ表面の反射光の範囲が本来よりも小さくなって観測データに誤りが生じ、液滴Ｘの正確な液量を導き出せなくなるからである。

また、照明部２は観測部３と一体化されている同軸落射照明の代わりに、図７で示されるようにリング型の照明装置（環状の照明装置）１５であり、図６で示されるように、観測部がリング型照明装置の概中心部の孔を通して液滴Ｘを観測できてもよい。
さらに、図８で示されるように、液滴Ｘを取り囲むように覆うドーム状の照明装置１６であって、観測部がドーム頂上部付近の孔を通して液滴Ｘを観測できてもよい。
図６および図７のリング型照明装置および図８のドーム状照明装置は、いずれも複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）１７からなる点状の光源により形成され、さらに、いずれも中心部より同心円状に複数列にわたりＬＥＤが複数個配置されている。

図４に示されるように、照明部２から液滴Ｘに照射された照射光８のうち、光を取り込める観測部３（図３参照）の口径Ｄ及び口径Dを決める位置と物点との距離Ｌに対応する円弧部分７からの反射光９が観測部３に入射する。
この際、観測部３は、その視野に直径２ａを有する液滴Ｘの全体の輪郭を捉えるとともに、液滴Ｘの全体の輪郭内に同心円状に輝いた半径ｍを有する円弧部分７の輪郭（反射光の範囲）を捉える。

観測部３が、液滴Ｘの全体の輪郭と円弧部分７の輪郭とを同心円状に観測するためには、液滴Ｘを観測部３の観測視野中央において上方（真上）から観測する必要がある。なぜならば、同軸落射照明で液滴Ｘに照射され、液滴Ｘの表面から観測部３の対物レンズに入射する円弧部分７の反射光９が、観測視野の中央からずれると、図４に示す状態が再現されず、後述の式による液量の算出が困難となるからである。また、後述のように他の液滴との比較測定や、繰り返し測定をする場合には、観測条件の相違により、正確な測定ができなくなるからである。

液滴Ｘの円弧部分７の弦長の１／２である半径ｍは、観測部３が捉えた画像を解析し、円弧部分７の弦長２ｍが測定されることにより求められる。画像解析によって長さを測定する方法としては、液滴Ｘとスケールとを一緒に撮影しておいて測定する方法や、顕微鏡に設けられたデジタルカメラの画素数に基づいて測定する方法などがある。

円弧部分７の弦長の１／２としてｍの長さが求められると、観測部３の口径Ｄ及び口径Dを決める位置と物点との距離Ｌとの関係から、次の式（４）により円弧部分７を有すると仮定した球の鉛直中心軸と円弧部分７の外縁とを結ぶ線とがなす中心角θが求められる。

中心角θが求められると、次の式（５）により円弧部分７を有すると仮定した球の半径ｒが求められる。

なお、口径Dを決める位置と物点との距離Ｌ、観測部３の口径Ｄは、例えば次式（６）〜（８）のように近似できる。

ただし、WDはワーキングディスタンス、NAは開口数である。

次に求められた半径ｒから、以下の手順にて、液量、例えば、液滴Ｘの高さまたは体積が求められる。
まず、円弧部分７の弦長の１／２としてｍを測定したのと同様に、液滴Ｘの底面に観測部３のピントを合わせて、液滴Ｘの底面の範囲、すなわち液滴Ｘの底面の直径２ａを測定し、半径ａを求める。

液滴Ｘの底面の半径ａが求められると、次の式（９）により液滴Ｘの高さｈが求められる。

さらに、必要であれば、次の式（１０）により液滴Ｘの体積Ｖを導き出すこともできる。

なお、上記の式（９）および（１０）から明らかなように、体積Ｖは、未知数ａおよびｒが分れば求められる。ｈは式（９）によりｒとａから算出され、ｒは式（５）によりｍとθから算出され、θは式（４）によりｍ、ＤおよびＬから算出され、ＬおよびＤは式（６）及び式（７）に示されるように規定値である。
よって、観測部３で円弧部分７の弦長２ｍと、液滴Ｘの底面の直径２ａの２要素のみ測定すれば、あとは前記各式にｍ、ａ及び各式で求められた未知数の解を順次代入していくことで最終的に液滴Ｘの液量、例えば、液滴Ｘの高さまたは液滴Ｘの体積を、式（９）または式（１０）により導き出すことができる。

また、液滴Ｘの表面は必ずしも仮定された球の一部である必要はなく、受止部１に対して垂直方向に断面された液滴Ｘの表面形状が円弧であれば、式（４）〜（９）が成り立ち、円弧の高さ、つまり、縦断面における液滴Ｘの高さが求められる。

実施例１において液滴Ｘの液量として、例えば、液滴Ｘの体積を算出する場合には、液滴Ｘの表面形状を球の一部と仮定して計算するので、実際の液滴Ｘの表面形状が円弧に近い程、液滴Ｘの高さまたは体積の算出精度は向上する。そのためには、受止部１を撥水性のある材質にして、液滴Ｘの表面形状を球の一部に限りなく近似させることが望ましい。

このような観点から、図５に示されるように、受止部１の変形例として、凹部１１が形成された受止部１２が用いられてもよい。
凹部１１の表面は撥水性があり、凹部１１に収容される液滴Ｘは、図５（ａ）に示されるように凹部１１の体積より少なくてもよく、また図５（ｂ）に示されるように凹部１１から盛り上がる程度に多くてもよい。いずれの場合も液滴Ｘの底面形状が規制され、表面形状が円弧に近くなるとともに、液滴Ｘの形状の再現性がよくなる。
なお、図５（ｂ）に示されるように液滴Ｘが凹部１１から盛り上がっている場合には、凹部１１から盛り上がった半球状の部分の体積と凹部１１内の円柱状部分の体積とを個々に算出する。

観測部３により測定される液滴Ｘは、吐出部６の任意の１つの吐出口から所定時間に吐出された１滴または複数滴のインクが合成して形成されたものであるが、いずれの場合も円弧状に近似させるためには、自重でつぶれない程度の体積であることが望ましい。

また、液滴Ｘについて、図６、図７および図８で示される点状の光源を有する照明部を用いて、以下の手順および数式から液滴Ｘの形状を求めてから、液量すなわち液滴Ｘの体積を求めることができる。

図６は照明部にリング状照明装置１５を用いた液量測定装置５０の説明図である。図７は図６のリング状照明装置１５の底面および側面の概略図であり、上図が底面を、下図が側面を示す。図８は照明部にドーム状照明装置１６を用いた液量測定装置６０の説明図である。

図９は、図６のリング型照明装置１５の断面図の断面上に配置された各ＬＥＤ、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５、Ｅ６から照射された光が液滴Ｘの表面に反射し、観測部３に反射光として捉えられる、液滴Ｘ表面上の反射面ＲＥ１、ＲＥ２、ＲＥ３、ＲＥ４、ＲＥ５、ＲＥ６を示す。
ＬＥＤのＥ１〜Ｅ６がいわゆる点状の光源であるため、観測部３に反射光として捉えられる液滴Ｘ上の反射面ＲＥ１〜ＲＥ６は独立した点状の反射面として観測される。

図１０は、図９で示されるＬＥＤのうちの２箇所Ｅ４およびＥ５の反射面ＲＥ４およびＲＥ５から、液滴Ｘの形状を導き出し、さらにその形状から液滴Ｘの体積を求める手順を示す説明図である。
図１０において、観測部３が観測する液滴は、観測部３よりＯＦＦ分ずらして配置されている。これより以下の手順の計算により、ＲＥ４〜ＲＥ５間の円弧部を求める。

（１１）、（１２）、（１３）および（１４）から

として求められる。

上述のとおり光源を点状に配置することにより、各点間の表面形状を求めることができる。点状の光源は液滴Ｘ上において反射部分の面積が小さいほど、観測誤差が小さくなるので望ましい。したがって、点状の各光源のサイズは小さい方が望ましい。
また、各点状光源を２次元配置することにより、３次元の形状を求めることが可能になる。
（１１）〜（１５）で求められた円弧から液滴の体積を求めるには、（１１）〜（１５）の手順と同様に、ＲＥ１〜ＲＥ２間、ＲＥ２〜ＲＥ３間、ＲＥ５〜ＲＥ６間の円弧を求め、求められた各円弧を平均化して、（４）〜（１０）により各断面の円弧を求め、３次元方向すなわち各断面の奥行き方向に積分する。
または、（１１）〜（１５）で求められた円弧を用いて断面描画し、それを積分することにより断面の面積を求め、さらに、求められた断面の面積を３次元方向すなわち各断面の奥行き方向に積分することにより体積を求めることができる。

さらに、前述のリング型照明装置１５の代わりに、図８のように計測対象の液滴Ｘが中心となるように、点状の光源をドーム状に配置した照明装置１６によっても、前述のリング型照明装置同様に液滴Ｘの形状を求めてから液量すなわち液滴Ｘの体積を求めることができる。

計測対象の液滴Ｘの表面では、点状光源の位置が液滴Ｘの円法線に、入射角に対して等しい反射角で反射する。液滴Ｘの下端に近い箇所を求めるためには、すなわち点状光源からの光を液滴Ｘの下端付近に入射させてから観測部３に向かって反射させるためには、前述のリング型照明装置１５のような点状光源が２次元状に配置された照明装置の場合、液滴Ｘと観測部３との間の軸線からの垂直方向の距離で、相当離れた箇所に光源を配置する必要がある。図８のように光源をドーム状に配置することにより、液滴Ｘの下端付近の箇所を求めるのに、光源を前記のリング型照明装置１５ほど離れた箇所に配置しなくても同様の入射角および反射角を実現できるので、照明装置を小型化することが可能になる。

また、この実施例においては、計測した液滴形状結果をもとに、液滴体積を算出し、算出された液滴体積から吐出液を焼成した後の膜厚を推定し、注入する液晶の量を算出することができる。

本実施例においては、液体の状態で吐出量の管理をしているが、一般的に液体状で吐出した後に、焼成炉またはホットプレート等でプリベイク、ポストベイク処理が行われ、液滴は固形化する。
この固形分は液状の際、固形分率で管理されている。本来液晶パネルを製作する際の液晶注入においては、所定のカラーフィルタ膜厚、所定のセルギャップを管理することで液晶注入量が定まっている。

この発明の例においては、液滴体積を計測すること、および液体の固形分率が事前に分かっていることから、焼成後の膜厚を推定することができる。例えば、固形分率が１５％の場合、液滴体積の１５％が膜厚として残ることになるので、単位面積あたり１０μｍの液滴量であれば、膜厚は平均して１．５μｍとなる。
前述のように液晶注入量はカラーフィルタ膜厚および所定のセルギャップで管理されているが、万一吐出量が異なる場合においても、本発明による液量測定を行うことにより、事前にカラーフィルタの膜厚が求められ、液晶の注入量を求めることができる。

また、上記の膜厚の推定方法、液滴形状の計測および液滴体積の算出を応用して時間経過とともに変化する液滴の乾燥度合いを推定することができる。
図１１に示されるように、受止部に吐出された液滴は時間経過とともに蒸発し、その形状が（ａ）から（ｂ）へ、さらに（ｃ）へと変化していく。
しかし、吐出された液滴形状の計測結果をもとに算出した液滴体積と、液滴の固形率分の関係から、液滴中の蒸発する溶媒部分の割合および体積を求めることができるので、液滴体積の減少分はすべて溶媒部分の減少分であることが導き出され、蒸発して減少した体積と吐出直後の液滴中の溶媒体積の割合より液滴の乾燥度合いを推定することが可能になる。

さらに、この発明の実施例において、液滴形状の計測結果をもとに、液滴量を算出し、下地の濡れ性の良否判断を行い、下地の親水撥水性前処理の条件をフィードバックすることができる。これにより、液滴を測定する精度が更に向上し、かつ、吐出する液滴液量と液滴の広がる面積の両方を任意かつ正確に調整することが可能になる。これを応用して液晶パネルのカラーフィルタ製造の精度を更に向上することが可能になる。

具体的には、事前に下地に親撥水処理が必要なため、親水処理後に撥水処理を行う。親水処理では、レーザーパワーおよび処理時間による有機物除去処理条件を、また撥水処理ではＣＦ４によるフッ素量および処理時間率による撥水率の条件を変える。これらの条件は、処理タクトと使用したガス量等の条件が相反するため、処理タクト効率と処理結果とを鑑み両方を満足させる最適制御を行う。

以上のように、実施例１による液体吐出装置１００によれば、求められた液量に基づき制御部４が、吐出部６の各吐出口から吐出されるインクの吐出量を互いに所望の関係を有するように調整することができ、これを液晶表示装置のカラーフィルタの製造に用いれば高品質なカラーフィルタの製造が可能になる。

すなわち、インクジェット方式によるカラーフィルタの製造に用いられた場合には、各吐出口から吐出されるインクの吐出量の違いによる色ムラをなくすために、各吐出口の吐出量が互いに所望の関係になるように調整され、色ムラのない高品質なカラーフィルタの製造が可能になる。なお、吐出量の調整方法としては、吐出部６（インクジェットヘッド）の圧電体を駆動する電圧の波形を調整する等の方法がある。

なお、制御部４による液量の測定及び吐出量の調整は繰り返し行ってもよく、また繰り返すことにより調整精度が向上する。

（実施例２）
実施例２が実施例１と異なるところは、液量測定方法にあり、液体吐出装置１００および液量測定装置１０の装置構成は実施例１と同様であるが、観測部３については液滴Ｘの底面の範囲を測定する機能を備えていなくてもよく、制御部４については、液滴Ｘの反射光の範囲から液滴Ｘの液量を導き出すことができるように構成されていればよい。

つまり、実施例２では、他の測定方法により測定された液滴Ｘの液量と、液滴Ｘの円弧部分７から測定される弦長２ｍの相関関係を予め求めておくことにより、液量測定装置１０で実際に測定された弦長２ｍの数値から、回帰分析により液量を導き出すものである。

手順としては、まず、液量特定に必要な校正曲線を求める。
ここで言う校正曲線とは、複数の異なる液量について、受止部１に受け止められた液滴Ｘの円弧部分７の弦長２ｍの数値を測定すると共に、対応する液量について他の測定方法で実際の液量を測定することにより作成された液滴Ｘの円弧部分７から測定される弦長２ｍと液滴Ｘの液量との相関関係を示す曲線である。
なお、他の測定方法で測定した液量としては、例えば、重量法で測定された液滴の体積や、レーザーで測定された液滴の高さ等がある。

前記の校正曲線から、任意の液量の液滴Ｘに対応する反射範囲７の弦長２ｍが回帰分析により一意に導き出すことができる。
また、液量と液滴Ｘの反射範囲の弦長２ｍとの関係が満たされるものであれば、液滴Ｘに照射される照明は、一定方向から照射するものである限り、例えば斜め方向から照射するものであってもよく、必ずしも真上からの照射に限定されるものではない。

実施例１と同様に、実施例２による液体吐出装置によっても、色ムラのない均一なカラーフィルタの製造が可能になる。

（実施例３）
実施例３が実施例１と異なるところは、液量測定方法にあり、液体吐出装置１００および液量測定装置１０の装置構成は実施例１と同様であるが、観測部３については液滴Ｘの底面の範囲を測定する機能を備えていなくてもよく、制御部４については、液滴Ｘの反射光の範囲から液滴Ｘの液量を導き出すことができるように構成されていればよい。

つまり、上述の実施例１および２では液滴Ｘの絶対的な液量を導き出してきたが、吐出部６から吐出される液量の調整においては、各吐出口からの吐出量を等しくする場合等、必ずしも絶対的な液量を導く必要がない場合がある。
このため、実施例３では、任意の吐出口から吐出された液滴Ｘを基準液滴とし、この基準液滴の液量に対して他の吐出口から吐出された液滴の液量を相対的に比較することにより、液量が適正な範囲内であるかを判断し、必要であれば調整を行う。

実施例３では、まず、任意の吐出口から吐出され受止部１に保持された液滴Ｘを基準液滴とし、この基準液滴の反射光の範囲である円弧部分７の弦長２ｍを基準弦長とする。
そして、他の吐出口から吐出された液滴の円弧部分７の弦長２ｍを測定して、基準弦長との大小を比較する。
測定された弦長２ｍが基準弦長より短ければ液量は基準液量より少なく、長ければ基準液量より多いと判断し、必要であれば吐出量の調整を行う。

なお、実施例３で用いられる照明は、実施例２と同様に、液量と液滴Ｘの反射範囲の弦長２ｍとの関係が満たされるものであれば、液滴Ｘに照射される照明は、一定方向から照射するものである限り、例えば斜め方向から照射するものであってもよく、必ずしも真上からの照射に限定されるものではない。
また、基準弦長との比較のみならず、各液滴Ｘの弦長同士が比較されることにより、各液滴Ｘの大小関係が比較されてもよい。

また、実施例３の変形実施例として、図３の照明部２に代えて、図６および図７で示すような点状の光源が配置されたリング状照明１５を用いて、液滴Ｘの反射光パターンを、予め液量特定部（図示せず）に格納された相対的な基準となるパターンデータと比較することにより、適切な吐出量を測定あるいは判断する方法を、図１２および図１３に示す。

図１２は点状のＬＥＤ光源１７で構成されるリング状照明から照射を受けた、液滴Ｘの反射光のパターンを示している。図１２の上の図に示される長方形の形状２８は、カラーフィルタの１画素分に相当し、１画素分の区画に液滴が吐出された状態を真上から観察した状態を示す。図１２の下の図は前述の上図を線分Ａ１の位置で切り取った側断面を示したものである。上図に示されるように、液滴Ｘの表面には「○」で示されるリング状照明１５のＬＥＤの各光源が反射して映りこんでおり、液滴Ｘの液量によって、ＬＥＤ光の反射光の位置や形状のパターンが異なるものとなる。下図の側断面図において、上図を線分Ａ１の位置で切り取った断面からみた液滴Ｘの断面およびＬＥＤ光の反射光２７の位置が示されている。

なお、図１２においてはＬＥＤ反射光が同軸状に１重にしか示されていないが、実際には、図７で示されるようなリング状照明装置１５のように、ＬＥＤ光源が同軸状に複数列配置されている場合には、複数列分の反射光が観察される。
図１２に示される例では、液晶パネルの１画素分に相当する長方形の区画の中にインク液滴Ｘが均等な状態で吐出されているので、液滴Ｘの反射光のパターンは、１画素分の長方形の端部からほぼ均等な距離にＬＥＤ光の反射光がある良好なパターンが示されている。

一方、図１３に示される例では、インク液滴Ｘが液晶パネルの１画素分に相当する長方形の区画の中に、均等な状態で吐出されていない不良パターンが示されている。なお図１３は、図１２に対して左右いずれかに９０°回転させた状態が示されており、上図には１画素分の区画に液滴が吐出された状態を真上から観察した状態を示され、下図には上図を線分Ａ２の位置で切り取った液滴Ｘの側断面およびＬＥＤ光の反射光２７の位置が示されている。
図１３では、インク液滴Ｘの吐出量が少なかったために、中央部が凹み、１画素の区画内の長手方向に２つの凸部が形成されている。このため、反射光のパターンは８の字状となり、インク液滴Ｘのピーク位置が２箇所形成されていることが分かる。
なお、図１３においてはＬＥＤ反射光が同軸状に１重にしか示されていないが、実際には、図７で示されるようなリング状照明装置１５のように、ＬＥＤ光源が同軸状に複数列配置されている場合には、複数列分の反射光が観察される。

このように、図１３の反射光パターンは、図１２と比べて不均等となり、インク液滴Ｘの吐出状態が良好ではないことが、観測部３により観測され液量特定部（図示せず）で測定される。なおここで記載する、インク液滴Ｘの吐出状態が良好ではない例として、インク液滴量の過不足や吐出位置のずれ等が挙げられる。
なお、図８に示されるようなドーム状の照明装置１６を用いても、同様の測定や判断が可能である。

実施例１及び２と同様に、実施例３による液体吐出装置によっても色ムラのない均一なカラーフィルタの製造が可能になる。

この発明は、吐出された液体によって形成された液滴の液量を簡便かつ正確に測定できる液量測定装置を提供するものである。例えばインクジェットヘッドの各吐出口の吐出量を所望の関係に調整する際などに好適に利用できる。

なお、この発明による液量測定装置は原理上、照射された光を反射する表面を有し、反射面を特定できる液滴Ｘのような形状の物体であれば、液体に限らずどのような物体でも測定可能である。したがって上述の実施例１、２および３により、インク液滴以外に、例えば凝固した接着剤、レンズ、樹脂、油脂、その他の固形物の形状を特定し、体積を導き出すことが可能である。

この発明の実施例１による液体吐出装置の全体構成を示す斜視図である。 制御部と制御部により制御される各部との関係を示すブロック図である。 図１の要部拡大斜視図である。 図１に示される液体吐出装置に組み込まれた液量測定装置により液滴の液量が測定される原理を説明する説明図である。 受止部の変形例を示す説明図である。 照明部の変形例を示す説明図である。 図６のリング状照明装置の底面および側面を示す概略図である。 照明部の変形例を示す説明図である。 図６のリング型照明装置の断面図の断面上に配置された各ＬＥＤから照射された光が液滴の表面に反射し、観測部に反射光として捉えられる、液滴表面上の反射面を示す説明図である。 、図９で示されるＬＥＤのうちの２箇所およびその反射面から、液滴の形状を導き出し、さらにその形状から液滴の体積を求める手順を示す説明図である。 受止部に吐出された液滴が時間経過とともに蒸発し、形状が変化していくことを示す説明図である。 点状のＬＥＤ光源で構成されるリング状照明から照射を受けた、液滴Ｘの反射光のパターンを示す説明図である。 点状のＬＥＤ光源で構成されるリング状照明から照射を受けた、液滴Ｘの反射光のパターンを示す説明図である。

符号の説明

１，１２ 受止部
２ 照明部
３ 観測部
４ 液量特定部及び制御部
６ 吐出部
７ 円弧部分（反射光の範囲）
８ 照射光
９ 反射光
１０，５０，６０ 液量測定装置
１１ 凹部
１５ リング状照明装置
１６ ドーム状照明装置
１７ ＬＥＤ（発光ダイオード）
２１ Ｘ軸ステージ
２２ Ｙ軸ステージ
２３ Ｚ軸ステージ
２４ レール
２７ ＬＥＤ光の反射光
１００ 液体吐出装置
ａ 液滴底面の半径
Ｄ 光を取り込める観測部の口径
Ｌ 口径Dを決める位置と物点との距離
ｈ 液滴の高さ
ｍ 液滴の円弧部分の弦長の１／２
ｒ 仮定した球体の半径
θ 仮定した球体の鉛直中心軸と、球体の中心と円弧部分の外縁とを結ぶ線とがなす中心角
Ｘ 液滴（または液滴が乾燥した固形物）

Claims (17)

1. 所定時間に吐出される液体を受け止めて滴状の液滴として保持する受止部と、前記液滴に光を照射する照明部と、液滴の表面から反射する反射光の範囲および液滴の底面の範囲を観測する観測部と、観測された反射光の範囲および液滴の底面の範囲に基づいて液滴の液量を導き出す液量特定部とを備える液量測定装置。
2. 照明部は観測部と一体化し液滴の上方から光を照射する同軸落射照明であり、観測部は所定範囲の観測視野を有し、その観測視野中央において液滴を上方から観測することを特徴とする請求項1に記載の液量測定装置。
3. 液量特定部は、液滴の表面形状が球の表面に近似した形状で球と同様の円弧を有すると仮定すると共に、液滴の底面の範囲が液滴の底面の径であると判断し、観測部に入射した液滴の反射光の範囲に基づいて仮定した球の半径を算出し、前記半径及び底面の径から、液滴の高さを次の式（１）により算出することを特徴とする請求項１に記載の液量測定装置。
   

   
4. 液量特定部は、前記半径及び底面の径、並びに前記式（１）により算出された液滴の高さから、液滴の体積を次の式（２）により算出することを特徴とする請求項３に記載の液量測定装置。
   

   
5. 液量特定部は、液滴の縦断面における表面形状が円弧であると仮定すると共に、円弧の両端間の距離を前記断面の底辺の長さであると判断し、観測部に入射した液滴の反射光の範囲に基づいて仮定した円弧の半径を算出し、前記半径及び底辺の長さから、液滴の断面の高さを次の式（３）により算出することを特徴とする請求項１に記載の液量測定装置。
   

   
6. 所定時間に吐出される液体を受け止めて滴状の液滴として保持する受止部と、前記液滴に光を照射する照明部と、液滴の表面から反射する反射光の範囲を観測する観測部と、観測された反射光の範囲に基づいて液滴の液量を導き出す液量特定部とを備え、液量特定部は反射光の範囲と液量との相関関係を示すデータをメモリーとして格納し、回帰分析により反射光の範囲から液量を導き出すことを特徴とする液量測定装置。
7. 所定時間に吐出される液体を受け止めて滴状の液滴として保持する受止部と、前記液滴に光を照射する照明部と、液滴の表面から反射する反射光の範囲を観測する観測部と、観測された反射光の範囲に基づいて液滴の液量を導き出す液量特定部とを備え、液量特定部は測定すべき液滴に対して相対的な基準となる基準液滴の反射光の範囲を予め求めておくことを特徴とする液量測定装置。
8. 液体を液滴として保持する受止部と、前記液滴に光を照射するために分散して配置された複数の光源を有する照明部と、液滴の表面から反射する反射光の位置を観測する観測部と、観測された反射光の位置と照明部の各光源の位置との位置関係に基づいて液滴の形状を特定し、液滴の液量を導き出す液量特定部とを備える液量測定装置。
9. 照明部は液滴の上方から光を照射する環状の照明装置であり、観測部は所定範囲の観測視野を有し、前記照明装置により規定される環状の開口部を介して液滴を上方から観測することを特徴とする請求項８に記載の液量測定装置。
10. 照明部は液滴を取り囲むように周囲から光を照射するドーム状の照明装置であり、前記照明装置はその頂上部に液滴からの反射光を通過させる貫通孔を備え、観測部は所定範囲の観測視野を有し、前記照明装置の貫通孔を介して液滴を上方から観測することを特徴とする請求項８に記載の液量測定装置。
11. 液量特定部は、導き出された液滴の液量から受止部の濡れ性を評価する機能をさらに備える請求項８に記載の液量測定装置。
12. 液量特定部は、導き出された液滴の液量から液滴が乾燥して固形化した後の膜厚を推定する機能をさらに備える請求項８に記載の液量特定装置。
13. 受止部は液滴の表面を円弧に近似させるための凹部が一部に形成されていることを特徴とする請求項1〜１２のいずれか１つに記載の液量測定装置。
14. 少なくとも１つ以上の吐出口を有する吐出部と、請求項１〜１３のいずれか１つに記載の液量測定装置と、吐出する液量を調整する制御部を備え、液量測定装置が測定した情報に基づいて制御部が吐出口から吐出される液量を調整することを特徴とする液体吐出装置。
15. 吐出部は複数の吐出口を有し、制御部は液量測定装置が測定した情報に基づいて各吐出口から吐出される液滴の液量が互いに所望の関係を有するように調整することを特徴とする請求項１４に記載の液体吐出装置。
16. 請求項１５に記載の液体吐出装置を用いて、液晶表示装置のカラーフィルタを製造する方法。
17. 液滴状の物体を受け止める受止部と、前記物体に光を照射するために分散して配置された複数の光源を有する照明部と、物体の表面から反射する反射光を観測する観測部と、観測された反射光と照明部の各光源との位置関係に基づいて物体の形状を特定する形状特定部を備える表面形状測定装置。

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