JP2007313745A - 画像処理による寸法位置測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被対象物の寸法位置の測定を光学収差を補正して高精度に且つ安価に行うことができる画像処理における寸法位置測定方法を提供する。
【解決手段】撮影手段によって、複数の検査パターン２０１が並設されたスケール２００を検査パターン２０１の１つが画像１１０の中心となるように撮影し、画像１１０を画像処理することにより、当該画像１１０の中心の検査パターン２０１を基準パターン２０１ａとして、基準パターン２０１ａを基準とした検査パターン２０１のそれぞれの位置を測定して画像位置データを取得すると共に、画像位置データとスケール２００の実際の基準パターン２０１ａを基準とした検査パターン２０１のそれぞれの位置データである基準位置データとに基づいて画像位置における光学系の光学収差を取得し、光学収差に基づいて被対象物の画像処理による寸法位置を補正する。
【選択図】図３

Description

本発明は、被対象物を撮影して画像処理する際に光学収差を補正して被対象物の寸法位置を測定する画像処理による寸法位置測定方法に関し、特に、液体噴射ヘッドの各ノズル開口毎に印字パターンからなるテストパターンを印刷し、印字パターンを撮影して画像処理することにより、印字パターンの位置データを取得する画像処理による寸法位置測定方法に関する。

一般的に、被対象物の寸法位置の測定は、レンズ等の光学系、ＣＣＤカメラ及び光源などを有する撮影手段によって被対象物を撮影して画像を取得し、この画像を画像処理することにより、被対象物の寸法位置を測定していた。

しかしながら、光学系の光学収差によって画像処理により取得した被対象物の寸法位置と、実際の被対象物の寸法位置とに誤差が生じてしまい、高精度な測定が行えないという問題がある。

また、光学収差が補正された光学系を使用することにより、光学収差による誤差を解消することができるが、光学収差の補正がどの程度行われているか不明であると共に、光学収差が補正された光学系は高価であるという問題がある。

また、インクジェット式記録ヘッドの印刷品質を検査するためには、インクジェット式記録ヘッドによって各ノズル開口毎に印字パターンを印刷し、並設された印字パターンからなるテストパターンを形成し、このテストパターン全体の印字パターンの相対的な位置を測定することで行われる。この印字パターンの位置の測定は、例えば、レンズ等の光学系を有するカメラと、移動可能に設けられて移動位置が座標として取得可能な移動ステージとを用いて行われていた。すなわち、カメラの中心がテストパターンの各印字パターンに合うように移動ステージを移動し、このときの移動ステージの位置を各印字パターン毎に測定することで、テストパターン全体の印字パターンの相対的な位置を測定していた。

しかしながら、カメラと移動ステージとを用いた印字パターンの位置測定では、カメラの中心を各印字パターン毎に合わせなくてはならず、煩雑であると共に測定に時間がかかってしまうという問題がある。

また、カメラと移動ステージとを用いた印字パターンの位置測定では、移動テーブルの位置決め精度が印字パターンの位置に含まれてしまうため、高精度な測定を行うことができないという問題がある。

さらに、テストパターンをカメラにより撮影して画像を取得し、この画像を画像処理することで、印字パターンの位置を容易に且つ高速に測定することができるが、光学系の光学収差によって画像処理により取得した印字パターンの位置と、実際の印字パターンの位置とに誤差が生じてしまい、高精度な測定が行えないという問題がある。

また、インクジェット方式によりインク滴が滴下されてインクが塗布される領域にダミー画素形成部を設け、このダミー画素形成部にインクを滴下してパターンを観察及び解析し、インクの吐出量及び吐出タイミングを決定するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１の方法では、パターンを観察する装置自体が高コストになってしまうと共に、各ノズル開口による印字パターンの相対的な位置を観察することができず、測定に時間がかかり煩雑であるという問題がある。

なお、このような問題はインクを吐出するインクジェット式記録ヘッドの印字パターンを測定する画像処理における寸法位置測定方法だけでなく、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドの印字パターンを測定する画像処理における寸法位置測定方法においても同様に存在する。

特開２００４−２５３３３２号公報（第６〜１１頁、第１〜２２図）

本発明はこのような事情に鑑み、被対象物の寸法位置の測定を光学収差を補正して高精度に且つ安価に行うことができる画像処理における寸法位置測定方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、光学系を有する撮影手段により、被対象物を撮影して画像を取得し、該画像を画像処理することにより前記被対象物の寸法位置を測定する際に、前記撮影手段によって、複数の検査パターンが並設されたスケールを前記検査パターンの１つが画像の中心となるように撮影し、前記画像を画像処理することにより、当該画像の中心の前記検査パターンを基準パターンとして、該基準パターンを基準とした前記検査パターンのそれぞれの位置を測定して画像位置データを取得すると共に、該画像位置データと前記スケールの実際の前記基準パターンを基準とした前記検査パターンのそれぞれの位置データである基準位置データとに基づいて画像位置における前記光学系の光学収差を取得し、該光学収差に基づいて前記被対象物の画像処理による寸法位置を補正することを特徴とする画像処理による寸法位置測定方法にある。
かかる第１の態様では、光学収差が補正された高価な光学系を用いることなく、被対象物の寸法位置を画像処理により安価で且つ高精度に測定することができる。

本発明の第２の態様は、前記スケールの前記検査パターンが直線状に形成されたものであることを特徴とする第１の態様の画像処理による寸法位置測定方法にある。
かかる第２の態様では、直線状の検査パターンが並設されたスケールを用いることで、並設方向の光学収差を高精度に取得することができる。

本発明の第３の態様は、前記画像位置データから近似式を算出し、この近似式と基準位置データとの差から光学収差補正式を算出し、該光学収差補正式に基づいて前記被対象物の画像処理による寸法位置を補正することを特徴とする第１又は２の態様の画像処理による寸法位置測定方法にある。
かかる第３の態様では、近似式及び光学収差補正式により、画像処理により取得した寸法位置を容易に且つ高精度に補正することができる。

本発明の第４の態様は、前記被対象物が、液体を噴射するノズル開口が並設された液体噴射ヘッドによって、被記録媒体に前記ノズル開口毎に印刷された印字パターンが並設されたテストパターンであると共に、測定する前記被対象物の寸法位置が、前記テストパターンの１つの前記印字パターンを基準とした他の印字パターンの位置データであることを特徴とする第１〜３の何れかの態様の画像処理による寸法位置測定方法にある。
かかる第４の態様では、実際の印字パターン全体の相対位置を画像処理により安価に且つ高精度に取得することができると共に、従来のようにカメラと移動ステージとを用いた印字パターンの位置測定に比べて、短時間で高精度な測定を行うことができる。

本発明の第５の態様は、前記スケールの前記検査パターンが、前記印字パターンと略同一の間隔で設けられたものであることを特徴とする第１〜４の何れかの態様の画像処理による寸法位置測定方法にある。
かかる第５の態様では、画像処理により取得した印字パターンの位置データの補正を行う際に、同一の分解能で取得した光学収差に基づいて補正することができるため、高精度な補正を行うことができる。

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る被記録媒体の平面図である。図１に示すように、本実施形態では、画像処理により寸法位置を測定する被対象物として、液体噴射ヘッドの代表例であるインクジェット式記録ヘッドによって紙やガラス板などの被記録媒体Ｓにテストパターン１を印刷したものを用いる。

詳しくは、インクジェット式記録ヘッドによって被記録媒体Ｓに、各ノズル開口毎に直線状の印字パターン２を印刷する。例えば、インクジェット式記録ヘッドに１８０個のノズル開口からなるノズル列が設けられている場合、１８０本の直線状の印字パターンを印刷する。

次に、被記録媒体Ｓのテストパターン１を撮影することにより、画像を取得する。
ここで、テストパターン１を撮影する測定装置について図２を参照して説明する。なお、図２は、測定装置を示す平面図及びそのＡ−Ａ′断面図である。図２に示すように、測定装置１０は、テストパターン１が印刷された被記録媒体Ｓが載置されるステージ２０と、ステージ２０の被記録媒体Ｓが載置される一方面に相対向する領域に設けられた撮影手段３０とを具備する。撮影手段３０は、レンズ等の光学系、ＣＣＤカメラ及び光源などからなる。

このような測定装置１０の撮影手段３０によって、テストパターン１を撮影し、画像を取得する。

そして、測定装置１０によって取得したテストパターン１の画像を画像処理することにより、画像の中心を基準（０）として、各印字パターン２の並設方向の距離を測定し、各印字パターンの位置データを取得する。

このとき、撮影手段３０の光学系の光学収差によって、テストパターン１を撮影した画像を画像処理することにより取得した印字パターン２の位置データと、実際の印字パターンの位置とに誤差が生じてしまう。

このため、予め撮影手段３０の光学系の光学収差を取得し、この光学収差に基づいてテストパターン１を撮影した画像を画像処理することにより取得した印字パターン２の位置データを補正する。

具体的には、図３（ａ）に示すように、基準となる検査パターン２０１が形成されたスケール２００を用意する。スケール２００としては、例えば、ガラス板やセラミック板、ステンレス板等の金属板等が挙げられる。また、検査パターン２０１としては、例えば、直線状に形成されたものが挙げられる。このような検査パターン２０１は、スケール２００に蒸着法等により高精度に形成することができる。さらに、検査パターン２０１は、印字パターン２と略同一の間隔で形成するのが好ましい。これにより、画像処理により取得した印字パターン２の位置データの補正を行う際に、同一の分解能で取得した光学収差に基づいて補正することができるため、高精度な補正を行うことができる。

また、実際のスケール２００の各検査パターン２０１の間隔Ｙ_１、Ｙ_２、Ｙ_３〜Ｙ_Ｘを測定する。この測定は、高精度な測定を行える測定装置により測定することができる。なお、検査パターン２０１の設計値を用いると、設計値と実際の検査パターン２０１との誤差が存在するため、正確な光学収差を得ることができない。

そして、このスケール２００を撮影手段３０により撮影して図３（ｂ）に示すような画像１１０を取得する。このとき、撮影手段３０によって画像１１０内の一方向に亘って検査パターン２０１が並設されるように撮影する。また、撮影手段３０によってスケール２００を撮影して画像１１０を取得する際に、画像１１０を画像処理する際の寸法位置の基準となる中心が、スケール２００の１つの検査パターン２０１となるように撮影する。これにより、画像処理して位置データを取得する際の寸法位置の基準となる中心に撮影された１つの検査パターン２０１を基準パターン２０１ａとする。

次に、画像１１０を画像処理することによって、画像１１０の寸法位置の基準となる中心に写る基準パターン２０１ａを基準とした検査パターン２０１のそれぞれの位置Ｚ_１、Ｚ_２、Ｚ_３〜Ｚ_Ｘ及びＺ_−１、Ｚ_−２、Ｚ_−３〜Ｚ_−Ｘを測定して画像位置データを取得する。

また、上述したように、実際のスケール２００の検査パターン２０１の間隔Ｙ_１、Ｙ_２、Ｙ_３〜Ｙ_Ｘから、画像１１０の寸法位置の基準となる基準パターン２０１ａを基準とした各検査パターン２０１の位置データである基準位置データを算出する。

次に、画像処理により取得した画像位置データと、実際のスケール２００の基準位置データとに基づいて光学収差を算出する。すなわち、画像位置データは、撮影手段３０の光学系の光学収差によって実際のスケール２００の基準位置データとは誤差が生じるため、画像位置データと、実際のスケール２００の基準位置データとに基づいて誤差を解消するための光学収差を算出する。

実際には、画像位置データから最小二乗法により近似式を算出し、この近似式により算出した値と、基準位置データとの差からｎ次式からなる光学収差補正式を算出する。

そして、この光学収差補正式に基づいて、テストパターン１の画像を画像処理することにより取得した各印字パターン２の位置データを補正する。これにより、テストパターン１を撮影した画像を画像処理することによって、実際の印字パターンの位置と同じ寸法位置を高精度に取得することができる。したがって、撮影手段３０として光学収差が補正された光学系を使用する必要がなく、印字パターン２の寸法位置を安価で且つ高精度に測定することができる。また、従来のようにカメラと移動ステージとを用いた印字パターンの位置測定に比べて、短時間で高精度な測定を行うことができる。

ここで、画像位置データから最小二乗法により近似式を求め、この近似式により算出した値と、各基準位置データとの差である近似差を算出し、さらに、近似差からｎ次式からなる光学収差補正式、例えば、５次式からなる光学収差補正式を求め、画像位置データを光学収差補正式により補正した補正値を算出する。

そして、画像位置データと画像位置データを光学収差補正式により補正した補正値との差、すなわち補正量を図４のグラフに示す。

図４に示すように、画像位置データと画像位置データを光学収差補正式により補正した補正値との差、すなわち補正量は、光学系の中心位置ではほとんどなく、光学系の端では大きくなっていることが分かる。すなわち、光学系の光学収差は、光学系の中心位置ではほとんどなく、光学系の端では大きくなっている。

なお、本実施形態では、画像位置データ及び基準位置データとして、検査パターン２０１の中心の位置を位置データとして取得するようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、検査パターン２０１の並設方向両側のエッジの位置を位置データとして取得するようにすれば、データ量を２倍にすることができ、さらに高精度な測定及び補正を行うことができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態１を説明したが、本発明は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態１では、直線状の検査パターン２０１を並設することで、光学系の検査パターン２０１の並設方向の光学収差を取得するようにしたが、特にこれに限定されず、直線状の検査パターンが並設された検査パターンの列を互いに交差するように２列設けることで、光学系の交差する方向での光学収差を取得することができる。

また、上述したインクジェット式記録ヘッドによって印刷した印字パターン２が並設されたテストパターン１を被対象物として、印字パターン２の位置を画像処理により測定するようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、機械部品等の一般的な部材の寸法を画像処理により測定する際にも本発明を用いることができる。

また、上述した実施形態１では、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドにより印字した印字パターンからなるテストパターンの位置を測定する画像処理における寸法位置測定方法を例示したが、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドの液体により印刷された印字パターンからなるテストパターンの位置を測定する画像処理における寸法位置測定方法においても勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。

実施形態１に係る被記録媒体の平面図である。 実施形態１に係る測定装置の平面図及び断面図である。 実施形態１に係るスケールの平面図及び画像を示す図である。 実施形態１に係る補正量を示すグラフである。

符号の説明

１ テストパターン、 ２ 印字パターン、 １０ 測定装置、 ２０ ステージ、 ３０ 撮影手段、 １１０ 画像、 ２００ スケール、 ２０１ 検査パターン、 ２０１ａ 基準パターン、 Ｓ 被記録媒体

Claims (5)

1. 光学系を有する撮影手段により、被対象物を撮影して画像を取得し、該画像を画像処理することにより前記被対象物の寸法位置を測定する際に、
   前記撮影手段によって、複数の検査パターンが並設されたスケールを前記検査パターンの１つが画像の中心となるように撮影し、前記画像を画像処理することにより、当該画像の中心の前記検査パターンを基準パターンとして、該基準パターンを基準とした前記検査パターンのそれぞれの位置を測定して画像位置データを取得すると共に、該画像位置データと前記スケールの実際の前記基準パターンを基準とした前記検査パターンのそれぞれの位置データである基準位置データとに基づいて画像位置における前記光学系の光学収差を取得し、該光学収差に基づいて前記被対象物の画像処理による寸法位置を補正することを特徴とする画像処理による寸法位置測定方法。
2. 前記スケールの前記検査パターンが直線状に形成されたものであることを特徴とする請求項１記載の画像処理による寸法位置測定方法。
3. 前記画像位置データから近似式を算出し、この近似式と基準位置データとの差から光学収差補正式を算出し、該光学収差補正式に基づいて前記被対象物の画像処理による寸法位置を補正することを特徴とする請求項１又は２記載の画像処理による寸法位置測定方法。
4. 前記被対象物が、液体を噴射するノズル開口が並設された液体噴射ヘッドによって、被記録媒体に前記ノズル開口毎に印刷された印字パターンが並設されたテストパターンであると共に、測定する前記被対象物の寸法位置が、前記テストパターンの１つの前記印字パターンを基準とした他の印字パターンの位置データであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の画像処理による寸法位置測定方法。
5. 前記スケールの前記検査パターンが、前記印字パターンと略同一の間隔で設けられたものであることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の画像処理による寸法位置測定方法。
   

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