JP2013193404A - Droplet observation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液滴吐出ヘッドに形成されたノズルから吐出された液滴を観察及び評価するための液滴観察装置に関するものである。 The present invention relates to a droplet observation apparatus for observing and evaluating droplets ejected from nozzles formed on a droplet ejection head.
この種の液滴吐出ヘッドは、例えば、複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ等の画像形成装置の記録ヘッドとして用いられる。ここでいう画像形成装置は、記録材上に画像を形成するものであるが、その記録材の材質は紙に限定されるものではなく、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等のあらゆる記録材に液体を吐出して画像形成を行う装置を意味する。そして、画像形成とは、文字や図形等の意味を持つ画像を記録材に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を記録材に付与する(単に液滴を吐出する)ことをも意味する。また、液滴として吐出される液体は、所謂インクに限るものではなく、吐出されるときに液体となるものであれば特に限定されるものではなく、例えばDNA試料、レジスト、パターン材料なども含まれる。 This type of droplet discharge head is used as a recording head of an image forming apparatus such as a copying machine, a printer, a facsimile machine, or a plotter. The image forming apparatus here forms an image on a recording material, but the material of the recording material is not limited to paper, and is a thread, fiber, fabric, leather, metal, plastic, glass, It means an apparatus for forming an image by discharging a liquid onto any recording material such as wood or ceramics. Image formation not only applies an image having a meaning such as a character or a figure to a recording material, but also applies an image having no meaning such as a pattern to the recording material (simply ejects a droplet). ) Also means. The liquid ejected as droplets is not limited to so-called ink, and is not particularly limited as long as it becomes liquid when ejected, and includes, for example, DNA samples, resists, pattern materials, and the like. It is.
このような液滴吐出装置に代表されるインクジェット記録装置では、良好な塗布パターンを形成させるために、インクを吐出するノズルを備えたヘッドと、ノズルから吐出させるインクと、インクが着弾する記録媒体との互いの整合性を確保する必要がある。そのためには、ヘッド、インク、記録媒体の個々の特性に加えて、これらを組み合わせた場合の記録プロセス全体の特性を把握しておく必要がある。そのため様々な液滴観察装置が提案されている。例えば、特許文献1に記載されているものが知られている。この特許文献1の液滴観察装置は、ヘッドのノズルプレートに遮られない斜めの方向から、ノズルから吐出されて被着弾部材に相当するワークに着弾する液滴やワーク上に着弾した液滴を高速度カメラなどの撮像手段を用いて光学像を作成して観察するものである。
In an ink jet recording apparatus typified by such a droplet discharge apparatus, in order to form a good coating pattern, a head including a nozzle for discharging ink, an ink discharged from the nozzle, and a recording medium on which the ink lands It is necessary to ensure consistency with each other. For this purpose, in addition to the individual characteristics of the head, ink, and recording medium, it is necessary to grasp the characteristics of the entire recording process when these are combined. For this reason, various droplet observation apparatuses have been proposed. For example, what is described in
しかしながら、上記特許文献1の液滴観察装置は、ヘッドのノズルプレートとワークとの間の間隙が十分に確保できる場合に限られる。ヘッドのノズルプレートとワークとの間の隙間が小さくなると、ワーク上に着弾した着弾液滴がノズルプレートで遮られて着弾液滴を撮像手段で撮像できずに観察することができない。上記特許文献1の液滴観察装置とは異なる手段として上記被着弾部材に透光性の部材を使用して、透光性の被着弾部材の裏面から透視して飛翔している液滴を観察する方法が考えられる。この方法では、ノズルプレートと部材との間隙が小さくなっても、透光性の被着弾部材のおもて面上の着弾した液滴を観察できる。しかし、着弾した液滴の評価においては、サテライトと呼ばれ、メインとなる主液滴の周囲に付着する微小液滴の発生原因を知りたい場合がある。このような評価目的に対して、透光性の被着弾部材の着弾側の反対側である裏面から飛翔している液滴を観察する方法では、ノズルから吐出される液滴を吐出方向と対峙する方向から観察しているので、上記評価目的を評価することが難しい。具体的には、透光性の被着弾部材を介して透光性の被着弾部材上に付着した微小液滴を観察しようとした場合、付着した微小液滴が飛翔中に主液滴から分離した微小液滴であるのか、あるいは着弾時の反動で主液滴から分離した微小液滴であるかが、区別しづらい。また、一般に着弾した液滴の形状は立体であって平坦ではない。このため、透光性の部材上の着弾した液滴の裏側を見ても、おもて側の着弾した液滴の立体的な形状を観察することは困難であり、着弾した液滴の観察としては不十分である。
However, the droplet observation apparatus of
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、ヘッドのノズルプレートと被着弾部材との間の間隙が小さくなっても、ノズルから吐出されて被着弾部材に着弾する液滴を観察することができると共に、被着弾部材に着弾した液滴を十分に観察することができる液滴観察装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to provide a liquid that is ejected from the nozzle and landed on the landing member even when the gap between the nozzle plate of the head and the landing member is reduced. It is an object of the present invention to provide a droplet observation device that can observe a droplet and sufficiently observe a droplet that has landed on a landing member.
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、ノズルから吐出され被着弾部材に着弾する液滴及び着弾した液滴を観察する液滴観察装置において、前記被着弾部材を透光性の部材で構成し、前記被着弾部材を挟んで前記ノズルと反対側に、前記被着弾部材に着弾する液滴及び着弾した液滴で反射及び散乱された光を前記ノズルが形成されているノズルプレートに反射させて光学像を得るように構成された観察光学手段を設けたことを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention provides a droplet observation apparatus for observing a droplet discharged from a nozzle and landing on a landing member and a droplet that has landed on the landing member. A nozzle plate that is formed of a member and has the nozzle formed on the opposite side of the nozzle with the landing member interposed between the droplets that land on the landing member and the light reflected and scattered by the landed droplets An observation optical means configured to obtain an optical image by being reflected on the surface is provided.
本発明では、透光性の被着弾部材に着弾する液滴及び着弾した液滴に対して照明されてこれらの液滴から反射及び散乱された光が発生する。その反射及び拡散された光は、ノズルプレートで反射されて透光性の被着弾部材を透過して観察光学手段に至り、この観察光学手段によって光学像が得られる。ノズルから吐出されて被着弾部材に着弾する液滴にはノズルプレートで反射された光が照射される。このため、ヘッドのノズルプレートと被着弾部材との間の間隙が小さくなったとしても被着弾部材に着弾する液滴から反射された光は観察光学手段に到達して被着弾部材に着弾する液滴の光学像は得られる。また、被着弾部材に着弾した液滴を観察する場合は、被着弾部材の裏側からの反射光ではなく、被着弾部材のおもて側から着弾した液滴に照射されて着弾した液滴で反射した光をノズルプレートで反射した光を透光性の被着弾部材を透過して観察光学手段で被着弾部材に着弾した液滴の光学像は得られる。このため、被着弾部材に着弾した液滴の立体的な形状を十分に観察することができる、という特有な効果が得られる。 In the present invention, the droplets that land on the translucent landing member and the landed droplets are illuminated, and light reflected and scattered from these droplets is generated. The reflected and diffused light is reflected by the nozzle plate, passes through the translucent landing member, reaches the observation optical means, and an optical image is obtained by the observation optical means. The liquid droplets ejected from the nozzle and landed on the landing member are irradiated with light reflected by the nozzle plate. For this reason, even if the gap between the nozzle plate of the head and the landing member becomes small, the light reflected from the liquid droplets landing on the landing member reaches the observation optical means and reaches the landing member. An optical image of the drop is obtained. In addition, when observing a droplet that has landed on the landing member, it is not a reflected light from the back side of the landing member, but a droplet that has landed by irradiating the droplet landing from the front side of the landing member. An optical image of a droplet is obtained in which the reflected light is reflected by the nozzle plate through the translucent landing member and landed on the landing member by the observation optical means. For this reason, the specific effect that the three-dimensional shape of the droplet landed on the landing member can be sufficiently observed is obtained.
図1は本実施形態に係る液滴観察装置の構成を示す概略図である。同図に示す本実施形態の液滴観察装置は、インク吐出ユニット10と観察光学ユニット20とを含んで構成されている。インク吐出ユニット10は、ノズルプレート13に形成されている複数のインク吐出ノズルから液滴を吐出させるインク吐出ヘッド11と、吐出液滴を着弾させるための透光性の被着弾部材12とを有している。観察光学ユニット20は、被着弾部材12に着弾した着弾液滴30を観察するためのものである。後述するように、着弾液滴30の観察にはノズルプレート13での反射光を利用するため、ノズルプレート13のおもて面が鏡面であることが望ましいが、光吸収性の材料で構成されていたり、おもて面に光散乱を生じる凹凸があったりしてもよい。そして、着弾液滴30の撮像に必要な光束が確保できる状態、つまり後述する撮像素子の撮像面上に着弾液滴30の像が形成される状態であれば構わない。透光性の被着弾部材12としては、ガラスや樹脂などの単一材料によるものや、これらの基板上に液滴の濡れ広がりを抑制するためのコーティングを施したもの、さらには複数の基板を重ねて形成したものなどを用いることができる。この被着弾部材12を透過させて着弾液滴30を観察するため、被着弾部材12は使用する光の波長において透明であることが望ましいが、光を多少吸収するような材料で構成されていたとしても着弾液滴の撮像に必要な透過率が確保されていれば問題ない。また、観察光学ユニット20の撮像素子24の撮像面上に着弾液滴30の像が形成される状態であれば、被着弾部材12のおもて面に多少の光散乱を生じるような凹凸などがあったとしても構わない。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a droplet observation apparatus according to the present embodiment. The droplet observation apparatus of the present embodiment shown in the figure includes an
インク吐出ヘッド11のノズルプレート13と被着弾部材12との間の距離(ギャップ)は、このインク吐出ヘッド11を用いて実際に塗布パターンを形成させる際と同じ距離となるように配置している。具体的には、例えば、0.1[μm]〜3[mm]の間の距離に配置している。一方、観察光学ユニット20は、着弾液滴に光を当てるための照明光学系と、着弾液滴からの散乱光を撮像素子上に結像させるための撮像光学系とを部分反射ミラー22を用いて一体化させた構成としている。照明光学系では、先ず光源であるランプ25からの光をレンズ26によってファイバー導光路27の入射側に入射し、ファイバー導光路27の出射側の端面より光を出射させる。ファイバー導光路27の出射側の端面からの光に対しては、後述する撮像光学系においてファイバー導光路27の出射端面の像が撮像素子上に結像して着弾液滴30の画像に重なるなどの不具合を生じないように、ピンホール28とレンズ29を用いて光束を調整し部分反射ミラー22に入射させている。部分反射ミラー22では、ファイバー導光路27から出射される光量の一部が反射して対物レンズ21に入射される。そして、この対物レンズ21によって、図1中の線で示す仮想線での焦点の位置と反転した位置がノズルプレート13で反射した光の焦点位置になる。つまり、ノズルプレート13の反射面と仮想線の焦点位置までの距離D1と、ズルプレート13の反射面とノズルプレート13で反射した光の焦点位置まで距離D2とはほぼ等しい。
The distance (gap) between the
ここで、部分反射ミラー22は、着弾液滴30を照明するための光量と着弾液滴30からの散乱光を撮像素子24に導く際の光量の比率を制御するためのものである。そして、部分反射ミラー22には、ガラス基板や、ガラス基板上に誘電体の膜を形成させたものなどを用いることができる。部分反射ミラー22の反射率の値としては、例えば1〜10%程度のものを用いることができる。詳細な値は、照明用のランプ25の光量や撮像素子24の感度、ノズルプレート13の反射率などから決定される。この部分反射ミラー22は、照明光学系で照明光を対物レンズ21側へ反射させるが、撮像光学系においては、対物レンズ21からの光を透過させて結像レンズ23へ導くようになっている。その際、光量の一部はここで反射され残りの光が結像レンズ23に入射されることになる。照明光学系において対物レンズ21を出射した光は、図2に示すように透光性の塗布基板を透過し、インク吐出ヘッド11のノズルプレート13のおもて面で反射して着弾液滴をノズルプレート側から照明するようになっている。
Here, the
一方、撮像光学系では、図2のように着弾液滴30で散乱された光のうちノズルプレート13の表面で反射された光を利用して着弾液滴をインク吐出ヘッド側(ノズルプレート側)から見た光学像を取得るようにしている。つまり、結像光学系を成す対物レンズ21と結像レンズ(図示せず)は、図2のようにノズルプレート13を反射させた光路にて着弾液滴30と撮像素子24の結像関係が成立するようにしている。本実施形態では、観察光学ユニット20の光軸は、ノズルと着弾液滴30を結ぶ軸と一致させるように構成しているので、着弾液滴30からの散乱光のうち対物レンズ21に入射される光は、図3に示したようなノズル31の周辺領域32で反射されたものである。ノズル内のインクによる反射光も存在するが、一般にメニスカスの形状は曲率を有しているため結像関係は成立していない。前述したように、反射面として利用する図3の周辺領域32は鏡面であることが望ましいが、汚れや凹凸などによる吸収、散乱等によって、例えば図3の半分程度の周辺領域が結像に寄与しなくても図2の撮像素子24において着弾液滴30の像を取得することは可能である。また、図2からわかるように、着弾液滴30から対物レンズ21へ向かう光線の一部は、着弾した液滴自身によっても遮られるが、液滴が被着弾部材12上で濡れ広がって、例えば対物レンズ21に入射される光線の半分程度を遮ったとしても着弾液滴30の像を取得することは可能である。
On the other hand, in the imaging optical system, as shown in FIG. 2, the light reflected by the surface of the
このような光学系を構成するために用いる対物レンズ及び結像レンズとしては、光学顕微鏡に用いられているレンズを利用することができる。レンズの仕様は、観察に使用する光の波長や倍率に加えて、対物レンズにおいて必要となる開口数やワーキングディスタンス(対物レンズの焦点とレンズ表面までの距離)などから決めるようにしている。例えば、ワーキングディスタンスについては、対物レンズ21が透光性の被着弾部材12と接触しないようにする。そのために、図2における透光性の被着弾部材12の厚みをd1とし、かつノズル面と被着弾部材12の表面との離間距離をd2とすると、ワーキングディスタンスはd1×2+d2より大きいものを用いている。
As the objective lens and the imaging lens used for configuring such an optical system, a lens used in an optical microscope can be used. In addition to the wavelength and magnification of the light used for observation, the lens specifications are determined from the numerical aperture required for the objective lens and the working distance (distance between the focal point of the objective lens and the lens surface). For example, with respect to the working distance, the
一方、対物レンズの開口数については、以下に述べる複数の条件を満たす範囲で設定している。第1に図3に示すノズル31の周辺領域32の反射領域が確保できていること、第2に透光性の塗布基板上に着弾した液滴で結像に必要な光線が遮られてしまうようなことがないことがある。第3に撮像光学系の焦点深度が、ノズルと透光性の塗布基板の間の距離(図2における距離d2)より小さな値であることがある。第4に着弾液滴の形状観察に必要な光学的解像度が確保できていることもある。
On the other hand, the numerical aperture of the objective lens is set within a range that satisfies a plurality of conditions described below. First, the reflection region of the
上記第1と第2の各条件は、本発明の構成で光学像を得るための必要条件である。例えば、図2におけるノズルと透光性の塗布基板との間の距離d1が500[μm]、ノズルの直径が20[μm]とした場合、上記図3の周辺領域32を確保するためには、対物レンズの開口数は少なくとも0.02以上のものを使用することによって上記第1の条件が満足される。この条件に加えて、例えば、着弾液滴の直径が80[μm]の場合には、上記第2の条件が満足されず、この場合には開口数として0.08以上のものが必要となる。上記第3の条件は光学像を得るための必須条件ではないが、ノズル面と被着弾部材のおもて面との離間距離(図2の距離d2)が小さく、焦点深度の大きな対物レンズを使用した際、着弾液滴の像にノズルプレートの像や着弾液滴を対物レンズ側から見た像が重なって観察されてしまい、着弾液滴のみの観察に支障を生じる場合がある。この状況に対処するため、本発明では撮像光学系の焦点深度を調節して着弾液滴だけを良好に観察できるようにしている。例えば、上記の例においては、ノズル面と被着弾部材の表面との離間距離(図2の距離d2)より十分に焦点深度が小さな値となる0.3程度の開口数の対物レンズを使用することで良好な観察を行うことができる。同様に上記第4の条件も、ノズルの径や着弾液滴の大きさが数μmといった極端に小さな場合でない限り光学像を形成するための必須条件ではない。しかし、着弾液滴の大きさを測定するなどの要求に対しては適切な解像度が必要であり、この要求を満たす開口数の対物レンズを使用する必要がある。
Each of the first and second conditions is a necessary condition for obtaining an optical image with the configuration of the present invention. For example, when the distance d1 between the nozzle and the translucent coating substrate in FIG. 2 is 500 [μm] and the nozzle diameter is 20 [μm], in order to secure the
この他に、通常の顕微鏡用の対物レンズは、レンズと観察対象の間が空気で満たされている条件で設計されているため、開口数が大きくなると透光性の被着弾部材を透過させることによる収差が大きくなって撮像素子で得られる像がぼやけてくる。このような場合において本発明では、被着弾部材の光路長(基板の屈折率と光線が通る距離の積)に対する光学的な補正が施された対物レンズを使用するようにしている。例えば、透光性の被着弾部材が厚み1[mm]のガラス基板で、対物レンズの開口数が0.4必要な場合にはこのような対物レンズを使用している。 In addition to this, an objective lens for a normal microscope is designed under the condition that the space between the lens and the observation target is filled with air, so that the light-transmitting landing member is transmitted when the numerical aperture is increased. As a result, the aberration caused by the image becomes larger and the image obtained by the image sensor becomes blurred. In such a case, the present invention uses an objective lens that is optically corrected for the optical path length of the landing member (the product of the refractive index of the substrate and the distance through which the light passes). For example, when the translucent landing member is a glass substrate having a thickness of 1 [mm] and the numerical aperture of the objective lens is 0.4, such an objective lens is used.
撮像素子については、CCDカメラやCMOSカメラなど、2次元の画像データを取得可能な素子を用いることができる。高速度カメラを使用すれば、着弾の様子をより詳細に観察することが可能となる。撮像素子から出力される信号は、図示しないコンピュータに転送することでディスプレイ上において着弾の様子を観察することができる。また、着弾液滴の大きさを測定したり、電子データとして保存したりすることも可能である。 As the imaging element, an element capable of acquiring two-dimensional image data such as a CCD camera or a CMOS camera can be used. If a high-speed camera is used, it becomes possible to observe the landing state in more detail. The signal output from the image sensor can be transferred to a computer (not shown) to observe the landing state on the display. It is also possible to measure the size of the landing droplet or save it as electronic data.
次に、以上のような装置構成を用いて実際に着弾液滴を観察する手順例を簡単に述べる。
(1)インク吐出ヘッドのノズル面と被着弾部材のおもて面との離間距離を観察したい条件の値に調整する。
(2)液滴を吐出させるノズルが観察されるように観察光学ユニットの位置を調整する。
(3)液滴を着弾させる被着弾部材のおもて面に焦点が合うように、図2の紙面上にいて上の方向に観察光学ユニット(または対物レンズのみ)を移動させる。
(4)液滴を吐出させ、この液滴が着弾する様子を撮像し画像データとして取得する。
Next, an example of a procedure for actually observing the landing droplet using the apparatus configuration as described above will be briefly described.
(1) The separation distance between the nozzle surface of the ink ejection head and the front surface of the landing member is adjusted to a value for a condition to be observed.
(2) The position of the observation optical unit is adjusted so that the nozzle for discharging the droplet is observed.
(3) The observation optical unit (or only the objective lens) is moved in the upward direction on the paper surface of FIG. 2 so that the front surface of the landing member on which the droplet is landed is focused.
(4) A droplet is ejected, and an image of the landing of the droplet is captured and acquired as image data.
以上のように液滴観察装置を動作させることによって、着弾液滴をインク吐出ヘッド側(ノズル側)から着弾液滴の形状を観察したり、サテライトの発生原因が着弾前か着弾後かを区別したりといった評価が可能となる。 By operating the droplet observation device as described above, the shape of the landing droplet can be observed from the ink discharge head side (nozzle side), and whether the satellite is generated before landing or after landing It is possible to evaluate such as.
本実施形態では、照明光学系にファイバー導光路を用いた構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ファイバー導光路を使用せずに、ランプとレンズだけで構成するものや、光源としてLEDを使用する構成などを用いることができる。また、対物レンズと結像レンズを組み合わせた無限系の構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、図4に示す実施形態の変形例1のような有限系の構成であっても構わない。
In the present embodiment, the configuration using the fiber light guide for the illumination optical system has been exemplified, but the present invention is not limited to this, and the light guide is configured only by the lamp and the lens without using the fiber light guide. Or the structure which uses LED as a light source can be used. In addition, although an infinite system configuration in which the objective lens and the imaging lens are combined is illustrated, the present invention is not limited to this, and a finite system configuration as in
次に、実施形態の変形例2について概略構成を示す図5を用いて説明する。図5において、図1と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。実施形態の変形例2の液滴観察装置では、図5に示すように、着弾液滴の照明用としての照明光学系を対物レンズの周囲に配置したリング形状のリング照明ユニット41を用いた構成となっている。この構成は、光学顕微鏡において暗視野像を得るための構成と同様である。図6は塗布基板側から対物レンズとリング照明ユニットの部分の構成を見た図である。図5に示すように、リング照明ユニット41としては、光学顕微鏡(主に実態顕微鏡)で用いられている照明ユニットを利用することができる。例えば、上記実施形態1のように光源のランプからの光をファイバー導光路を用いて対物レンズの近くまで光を運びリング状に放射させるものや、LEDを円形に複数配列させた構成のものなどを用いることができる。照明光学系以外の撮像光学系の構成は上記実施形態1と同様である。このような構成では、リング照明ユニット41から放射された光のうち透光性の被着弾部材12を透過した後、ノズルプレート13で反射されて着弾液滴30に向かう光線によって着弾液滴30が照明される。一方、着弾液滴30からの散乱光は、部分反射ミラーによる損失を除いて上記実施形態1と同じようにして撮像素子24に結像するようになっている。本実施形態の構成では、照明光がノズルプレートに達する前に透光性の被着弾部材などで反射されて撮像素子に達するなど、着弾液滴以外からの余分な光が撮像素子に取り込まれることを抑制することができる。特に、透光性の被着弾部材による照明光の反射が大きく、上記実施形態1の構成では着弾液滴の像が撮像素子において十分なコントラストを持って得られないような場合に有効である。
Next, a second modification of the embodiment will be described with reference to FIG. 5, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same components. As shown in FIG. 5, the droplet observation apparatus according to the second modification of the embodiment includes a ring-shaped
次に、実施形態の変形例3について概略構成を示す図7を用いて説明する。図7において、図5と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。実施形態の変形例3の液滴観察装置では、図7に示すように着弾液滴の形状をより立体的に観察できるようにしている。そのために、対物レンズ21の光軸を透光性の被着弾部材12のおもて面に対して垂直な方向から角度を持たせた構成とした。その角度は、着弾液滴を観察したい向きに合わせて調整している。但し、対物レンズ21のワーキングディスタンスや、観察光学ユニット20の焦点深度などの制約などがある。このため、観察光学ユニット20が塗布基板と接触しない範囲、撮像素子24において着弾液滴30の光学像が得られる範囲で調整している。撮像光学系の光軸が傾斜しているため、着弾液滴30の光学像が撮像素子の中心に位置するように配置させる場合には、撮像光学系の光軸はノズルの中心からずれた位置となる。例えば、図7において、撮像素子24の光軸(一点鎖線で示す)はノズルの中心軸(点線で示す)から図中右側に少しずれた位置となる。
Next,
次に、実施形態の変形例4について概略構成を示す図8を用いて説明する。図8において、図1と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。実施形態の変形例4の液滴観察装置では、図8に示すように、着弾液滴を照明するための照明光がノズルの液滴に当たることを抑制するため照明光束の中心部分を遮光してリング形状の光束となるようにしている。具体的には、レンズ29と部分反射ミラー22との間の光路上に遮光素子51を設けた構成となっている。遮光素子51は、光束の中心部分の光を遮ることができる構成であればよく、例えば、図9に示すようなガラス基板52上にクロムなどの材料を蒸着して遮光膜53を形成し、遮光膜53の周りに照明光の照射領域54が存在する構成にすることができる。これにより、着弾液滴を照明するための光がノズルのインクに当たってインクの特性が変化してしまう場合の問題が解決され、観察に伴う照明を行っていない場合と同じ本来の着弾状態を観察できるようなる。
Next, a fourth modification of the embodiment will be described with reference to FIG. 8, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same components. In the droplet observation apparatus according to the fourth modification of the embodiment, as shown in FIG. 8, the central portion of the illumination light beam is shielded to prevent the illumination light for illuminating the landing droplet from hitting the droplet of the nozzle. A ring-shaped light beam is formed. Specifically, the
実施形態の変形例4における照明光学系において、ファイバー導光路27から出射しピンホール28とレンズ29で光束を調整された光は、遮光素子51を透過することによって光束の中心部分だけが遮光された断面がリング状の光束となる。リング状の照明光は、部分反射ミラー22、対物レンズ21、透光性の被着弾部材12を介してインク吐出ヘッド11に達し、ノズルプレート13で着弾液滴30に向けて反射される。その際、断面がリング形状の照明光の中心部分がノズルの中心と重なるように配置されている。図10はこの様子を説明するためのもので、図10(a)にはノズルの断面図を示し、図10(b)はノズル近傍に照射される照明光の光強度分布をグラフで示している。この図10のように、ノズル61の近傍に照射される光強度分布は、中心部分が弱くノズル61に充填されたインクへの照射が抑制された状態となっている。光強度の弱い中心部分の大きさは、図10のようにノズル61の大きさとほぼ等しくなっている状態が望ましく、図9の遮光素子51における遮光膜53の大きさで調節することができる。
In the illumination optical system according to the modified example 4 of the embodiment, the light emitted from the
以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
(態様1)
被着弾部材を透光性の部材で構成し、被着弾部材を挟んでノズルと反対側に、被着弾部材に着弾する液滴及び着弾した液滴で反射及び散乱された光をノズルが形成されているノズルプレートに反射させて光学像を得るように構成された観察光学手段を設けた。これによれば、上記実施形態について説明したように、透光性の被着弾部材12に着弾する液滴及び着弾した液滴に対して照明されてこれらの液滴から反射及び散乱された光が発生する。その反射及び拡散された光は、ノズルプレート13で反射されて透光性の被着弾部材12を透過して観察光学ユニット20に至り、この観察光学ユニット20によって光学像が得られる。ノズルから吐出されて被着弾部材12に着弾する液滴にはノズルプレート13で反射された光が照射される。このため、ヘッドのノズルプレート13と被着弾部材12との間の間隙が小さくなったとしても被着弾部材12に着弾する液滴から反射された光は観察光学ユニット20に到達して被着弾部材12に着弾する液滴の光学像は得られる。また、被着弾部材12に着弾した液滴を観察する場合は、被着弾部材12の裏側からの反射光ではなく、被着弾部材12のおもて側から着弾した液滴に照射され、かつ着弾した液滴で反射した光をノズルプレート13で反射した光を透光性の被着弾部材12を透過する。その透過した光に基づいて観察光学ユニット20によって被着弾部材12に着弾した液滴の光学像は得られる。このため、被着弾部材12に着弾した液滴の立体的な形状を十分に観察することができる。
(態様2)
(態様1)において、観察光学手段は、液滴からの反射光から光学像を作成する撮像手段と、液滴からの反射光を撮像手段に集光させる光学部材とを有し、該光学部材が対物レンズと結像レンズの組み合わせで構成するレンズ系を含み、レンズ系の焦点深度が被着弾部材とノズルプレートとの離間距離より小さくなるレンズ系を用いる。これによれば、上記実施形態について説明したように、被着弾部材12に着弾する液滴又は被着弾部材12に着弾した着弾液滴30の画像にノズルの画像が重なって、着弾液滴30の様子が観察しにくくなるという場合の問題が解決され、撮像素子24において着弾液滴30のみの画像を良好に観察することができる。
(態様3)
(態様1)において、対物レンズを介さず、対物レンズの周囲から光を発してノズルプレートに反射させて被着弾部材に着弾する液滴及び着弾した液滴に光を照明するための照明手段を備える。これによれば、上記実施形態の変形例1について説明したように、ノズルプレート13と被着弾部材12との隙間が微小であっても着弾液滴30をノズル面側から観察することができる。
(態様4)
(態様1)において、照明手段からの光をノズル内の液体に照射させない遮光部材を備える。これによれば、上記実施形態の変形例4について説明したように、ノズルのインクに照明光が当たることを抑制することで、着弾液滴30を照明するための照明光がノズルのインクに当たってインクの特性が変化してしまう問題が解決され、観察に伴う照明を行っていない場合と同じ本来の着弾状態を観察できるようなる。
(態様5)
(態様2)において、光学部材は、塗布基板の光学的厚みに対する光学的補正が施されている。これによれば、上記実施形態の変形例4について説明したように、観察光学ユニット20の対物レンズ21に被着弾部材12の光学的厚みに対する光学的補正を施した構成とすることで、被着弾部材12の厚みによる光学的収差によって着弾液滴30の画像がぼけてしまうような場合の問題が解決され、ぼけのない良好な画像が得られる。
What has been described above is merely an example, and the present invention has a specific effect for each of the following modes.
(Aspect 1)
The landing member is composed of a translucent member, and the nozzle is formed on the opposite side of the nozzle with the landing member sandwiched between the droplets landing on the landing member and the light reflected and scattered by the landed droplets. An observation optical means configured to obtain an optical image by reflecting on a nozzle plate is provided. According to this, as described in the above embodiment, the liquid droplets landing on the
(Aspect 2)
In (Aspect 1), the observation optical unit includes an imaging unit that creates an optical image from the reflected light from the droplet, and an optical member that condenses the reflected light from the droplet on the imaging unit. Includes a lens system composed of a combination of an objective lens and an imaging lens, and uses a lens system in which the focal depth of the lens system is smaller than the separation distance between the landing member and the nozzle plate. According to this, as described in the above embodiment, the image of the nozzle overlaps the image of the droplet that landed on the
(Aspect 3)
In (Aspect 1), there is provided a droplet that irradiates light on a landing droplet and a droplet that shines on the landing member by emitting light from the periphery of the objective lens without passing through the objective lens and landing on the landing member. Prepare. According to this, as described in the first modification of the above embodiment, the landing
(Aspect 4)
In (Aspect 1), a light shielding member that does not irradiate the liquid in the nozzle with the light from the illumination unit is provided. According to this, as described in the fourth modification of the above embodiment, the illumination light for illuminating the
(Aspect 5)
In (Aspect 2), the optical member is optically corrected for the optical thickness of the coated substrate. According to this, as described in the fourth modification of the above-described embodiment, the
10 照明
11 インク吐出ヘッド
12 着弾対象基板
13 ノズルプレート
20 観察光学ユニット
21 対物レンズ
22 部分反射ミラー
23 結像レンズ
24 撮像素子
25 ランプ
26 レンズ
27 ファイバー導光路
28 ピンホール
29 レンズ
30 着弾液滴
31 ノズル
32 周辺領域
41 リング照明ユニット
51 遮光素子
52 ガラス基板
53 遮光膜
54 照射領域
61 ノズル
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記被着弾部材を透光性の部材で構成し、前記被着弾部材を挟んで前記ノズルと反対側に、前記被着弾部材に着弾する液滴及び着弾した液滴で反射及び散乱された光を前記ノズルが形成されているノズルプレートに反射させて光学像を得るように構成された観察光学手段を設けたことを特徴とすることを特徴とする液滴観察装置。 In a droplet observation apparatus for observing a droplet discharged from a nozzle and landing on a landing member and a landed droplet,
The landing member is made of a translucent member, and the droplets that land on the landing member and the light reflected and scattered by the landing droplets are disposed on the opposite side of the nozzle with the landing member interposed therebetween. An apparatus for observing liquid droplets, characterized in that an observation optical unit configured to obtain an optical image by reflecting on a nozzle plate on which the nozzle is formed is provided.
前記観察光学手段は、液滴からの反射光から光学像を作成する撮像手段と、液滴からの反射光を前記撮像手段に集光させる光学部材とを有し、該光学部材が対物レンズと結像レンズの組み合わせで構成するレンズ系を含み、前記レンズ系の焦点深度が前記被着弾部材と前記ノズルプレートとの離間距離より小さくなる前記レンズ系を用いることを特徴とする液滴観察装置。 The droplet observation apparatus according to claim 1,
The observation optical unit includes an imaging unit that creates an optical image from reflected light from a droplet, and an optical member that focuses the reflected light from the droplet on the imaging unit, and the optical member is an objective lens. A droplet observation apparatus comprising: a lens system configured by a combination of imaging lenses, wherein the lens system has a focal depth smaller than a separation distance between the landing member and the nozzle plate.
前記対物レンズを介さず、前記対物レンズの周囲から光を発して前記ノズルプレートに反射させて前記被着弾部材に着弾する液滴及び着弾した液滴に光を照明するための照明手段を備えることを特徴とする液滴観察装置。 The droplet observation apparatus according to claim 1,
A light source that emits light from the periphery of the objective lens without being passed through the objective lens and is reflected by the nozzle plate to land on the landing member, and illumination means for illuminating the landed liquid droplet A droplet observation apparatus characterized by the above.
照明手段からの光をノズル内の液体に照射させない遮光部材を設けることを特徴とする液滴観察装置。 In the droplet observation apparatus according to any one of claims 1 to 3,
A liquid droplet observation apparatus, comprising: a light shielding member that does not irradiate the liquid in the nozzle with light from the illumination unit.
前記光学部材は、前記被着弾部材の光学的厚みに対する光学的補正が施されていることを特徴とする液滴観察装置。 In the droplet observation apparatus according to claim 2,
The droplet observation apparatus, wherein the optical member is optically corrected for the optical thickness of the landing member.
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