JP2015169640A - Observation optical device and contact angle meter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば固体試料上の液滴等の各種被観察物を観察するための観察用光学装置、およびこれを備える接触角計に関し、特に側方から各種被観察物を観察するものに関する。 The present invention relates to an observation optical apparatus for observing various observation objects such as droplets on a solid sample, and a contact angle meter including the observation optical apparatus, and more particularly, to observing various observation objects from the side.
従来、接触角の測定では、固体試料上に形成した液滴を側方から観察して液滴の輪郭形状を取得し、この輪郭形状に基づいて接触角を算出している。従って、一般的な接触角計は、液滴を側方から観察する撮像装置と共に、液滴のシルエット画像を得るために撮像装置の反対側から液滴に光を照射する光源とを備えている。 Conventionally, in the measurement of the contact angle, the droplet formed on the solid sample is observed from the side to obtain the contour shape of the droplet, and the contact angle is calculated based on the contour shape. Therefore, a general contact angle meter includes an imaging device that observes a droplet from the side, and a light source that irradiates the droplet from the opposite side of the imaging device to obtain a silhouette image of the droplet. .
一般的な接触角計では、撮像装置および光源が固体試料の側方に配置されているため、
固体試料の大きさや形状等によっては、液滴を側方から観察することが困難となる場合がある。すなわち、固体試料が大きい場合には撮像装置および光源から液滴までの距離が遠くなるという問題が生じ、固体試料表面に凹凸や他の物体等が存在する場合には撮像装置や光源がこれに遮られるという問題が生じる場合がある。
In a general contact angle meter, the imaging device and the light source are arranged on the side of the solid sample.
Depending on the size and shape of the solid sample, it may be difficult to observe the droplet from the side. In other words, when the solid sample is large, there arises a problem that the distance from the imaging device and the light source to the droplet is increased, and when there are irregularities or other objects on the surface of the solid sample, the imaging device or the light source is used. There may be a problem of obstruction.
このため、プリズム等により光を偏向することで、撮像装置および光源を固体試料の上方に配置し、上述の問題が生じにくいようにした接触角計等も存在している(例えば、特許文献1参照)。また、このようにプリズムや鏡等により光を偏向することで、観察しにくい部分を観察可能とする技術は、例えば電子部品の外観検査等、接触角の測定以外にも様々な分野で利用されている(例えば、特許文献2参照)。 For this reason, there is a contact angle meter or the like in which an imaging device and a light source are arranged above a solid sample by deflecting light by a prism or the like so that the above-described problem is hardly caused (for example, Patent Document 1). reference). In addition, the technology that enables observation of difficult-to-observe parts by deflecting light using a prism, mirror, etc. is used in various fields other than contact angle measurement, such as visual inspection of electronic components. (For example, refer to Patent Document 2).
しかしながら、上記特許文献1または2に記載の技術では、単に光を直角に偏向するものに止まっているため、液滴や電子部品等の被観察物が存在する場所の状態によっては観察が不可能になるという問題があった。すなわち、観察方向に対して45°に傾斜した反射面を有するプリズム等を被観察物の側方に配置するには、比較的広いスペースを必要とすることから、被観察物が狭隘な場所に存在する場合にはプリズム等を配置できないことがあった。
However, in the technique described in
特に、上記特許文献1に記載の接触角計では、撮像装置用と光源用の2つのプリズムを被観察物の側方に配置する必要があることから、大きな固体試料上における液滴の接触角の測定に用途が略限定されるものとなっていた。また、上記特許文献2に記載の装置では、光ファイバによって被観察物を照明するようにしていることから、やはり狭隘な場所においては光ファイバを配置することが難しく、さらに、光ファイバを配置可能であったとしても、被観察物を適切に照明できない場合があった。
In particular, in the contact angle meter described in
本発明は、斯かる実情に鑑み、より狭隘な場所における観察を可能とする観察用光学装置および接触角計を提供しようとするものである。 In view of such circumstances, the present invention intends to provide an observation optical device and a contact angle meter that enable observation in a narrower place.
(1)本発明は、互いに相手側に向けて配置されると共に、被観察物側に向けて漸次互いに近接する領域を有する第1の反射面および第2の反射面と、自身の発する光が前記第1の反射面および前記第2の反射面で少なくとも一回ずつ反射した後に前記被観察物に向けて照射される位置に配置される光源と、前記被観察物に向けて照射された光が前記第1の反射面および前記第2の反射面で少なくとも一回ずつ反射した後に入射する位置に配置されるレンズ光学系と、を備えることを特徴とする、観察用光学装置である。 (1) In the present invention, the first reflecting surface and the second reflecting surface that are arranged toward each other and have regions gradually approaching each other toward the object to be observed, and the light emitted from the first reflecting surface and the second reflecting surface. A light source disposed at a position irradiated to the object to be observed after being reflected at least once by the first reflecting surface and the second reflecting surface, and light irradiated toward the object to be observed A lens optical system disposed at a position where it is incident after being reflected at least once by the first reflecting surface and the second reflecting surface.
(2)本発明はまた、前記第1の反射面および前記第2の反射面は、前記被観察物に対して第1の方向の両側にそれぞれ配置され、前記第1の方向に直交する第2の方向に沿って前記被観察物側に向かうにつれて漸次互いに近接する領域を有することを特徴とする、上記(1)に記載の観察用光学装置である。
(2) In the present invention, the first reflection surface and the second reflection surface are respectively disposed on both sides of the first direction with respect to the object to be observed, and are orthogonal to the first direction. 2. The observation optical apparatus according to (1), wherein the observation optical device has regions that gradually approach each other along the
(3)本発明はまた、前記レンズ光学系を介して前記被観察物を撮像する撮像装置を備えることを特徴とする、上記(1)または(2)に記載の観察用光学装置である。 (3) The present invention also provides the observation optical device according to (1) or (2), further including an imaging device that images the object to be observed through the lens optical system.
(4)本発明はまた、前記光源は、自身の発する光が前記被観察物の周辺を通過した後に前記レンズ光学系に入射する位置に配置されることを特徴とする、上記(1)乃至(3)のいずれかに記載の観察用光学装置である。 (4) The present invention is also characterized in that the light source is disposed at a position where light emitted from the light source enters the lens optical system after passing through the periphery of the object to be observed. (3) The optical device for observation according to any one of (3).
(5)本発明はまた、前記光源は、自身の発する光が前記被観察物の表面で反射した後に前記レンズ光学系に入射する位置に配置されることを特徴とする、上記(1)乃至(3)のいずれかに記載の観察用光学装置である。 (5) The present invention is also characterized in that the light source is disposed at a position where light emitted from the light source is incident on the lens optical system after being reflected by the surface of the object to be observed. (3) The optical device for observation according to any one of (3).
(6)本発明はまた、上記(3)または(4)に記載の観察用光学装置を備えることを特徴とする、接触角計である。 (6) The present invention also provides a contact angle meter comprising the observation optical device according to the above (3) or (4).
(7)本発明はまた、液体試料を吐出して前記被観察物となる液滴を形成する吐出装置と、前記光源から前記液滴に向かう光路、および前記液滴から前記レンズ光学系に向かう光路から前記吐出装置を退避させる退避装置と、を備えることを特徴とする、上記(6)に記載の接触角計である。 (7) The present invention is also directed to an ejection device that ejects a liquid sample to form a droplet to be the object to be observed, an optical path from the light source to the droplet, and from the droplet to the lens optical system. The contact angle meter according to (6), further comprising a retracting device that retracts the discharge device from the optical path.
本発明に係る観察用光学装置および接触角計によれば、より狭隘な場所における観察が可能という優れた効果を奏し得る。 According to the observation optical device and the contact angle meter according to the present invention, an excellent effect that observation in a narrower place is possible can be achieved.
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
なお、以下の説明では、水平面内の一方向をX方向、垂直方向をY方向、水平面内においてX方向と直交する方向をZ方向としている。また、以下の各図における各部の寸法や形状等は、理解を容易にするために必ずしも正確なものとはなっていない。 In the following description, one direction in the horizontal plane is the X direction, the vertical direction is the Y direction, and the direction orthogonal to the X direction in the horizontal plane is the Z direction. In addition, the dimensions, shapes, and the like of the respective parts in the following drawings are not necessarily accurate for easy understanding.
図1は、本実施形態に係る観察用光学装置1の構成を示した概略図である。本実施形態の観察用光学装置1は、X方向に略平行な任意の面P上に存在する被観察物100をX方向から観察することを可能とするものである。図1に示されるように、観察用光学装置1は、光源10と、撮像装置20と、第1の反射部材30と、第2の反射部材40と、を備えている。
FIG. 1 is a schematic view showing the configuration of an observation
光源10は、例えばLEDやハロゲンランプ等から構成され、被観察物100を観察する場合に被観察物100を照明するものである。光源10は、図示を省略した筐体または支持部材等に支持され、被観察物100に対してY方向に離隔した位置に配置されている。また、光源10は、自身の光軸10aを所定の方向に向けた状態で配置されている。
The
撮像装置20は、例えば被観察物100の像を拡大して結像するレンズ光学系22を備えたCCDカメラ等から構成され、被観察物100を撮像するものである。撮像装置20は、図示を省略した筐体または支持部材に支持され、被観察物100に対してY方向に離隔した位置に配置されている。また、撮像装置20は、自身の(レンズ光学系22の)光軸20aを所定の方向に向けた状態で配置されている。
The
第1の反射部材30は、例えば鏡面等の光を反射する第1の反射面32を備えた部材である。同様に、第2の反射部材40は、例えば鏡面等の光を反射する第2の反射面42を備えた部材である。第1の反射部材30および第2の反射部材40は、図示を省略した筐体または支持部材に支持され、被観察物100側の端部が被観察物100をX方向の両側から挟んだ状態となるように配置されている。
The first reflecting
また、第1の反射部材30は、第1の反射面32を第2の反射部材40側に向けた状態で配置されている。同様に、第2の反射部材40は、第2の反射面42を第1の反射部材30側に向けた状態で配置されている。すなわち、第1の反射部材30および第2の反射部材40は、互いに対向しており、第1の反射面32および第2の反射面42が相互に光を反射する状態となるように配置されている。
The first reflecting
さらに、第1の反射部材30および第2の反射部材40は、第1の反射面32および第2の反射面42がそれぞれY方向に対して所定の角度θをなすように配置され、光源10および撮像装置20側の端部よりも被観察物100側の端部が互いに近接した状態となっている。すなわち、第1の反射面32および第2の反射面42は、被観察物100側に向けて漸次互いに近接する状態で配置されている。
Furthermore, the first reflecting
本実施形態では、第1の反射面32および第2の反射面42をこのように配置することで、きわめて簡素且つコンパクトな構成でありながらも、図1に示されるように、光源10からの光Lを被観察物100に向けてY方向に誘導すると共に、最終的に被観察物100に対してX方向から光Lを照射することを可能としている。また、被観察物100に向けて照射された後に被観察物100の周辺を通過したX方向からの光Lを撮像装置20に向けてY方向に誘導し、最終的に撮像装置20のレンズ光学系22に光Lを入射させることを可能としている。
In the present embodiment, by arranging the first reflecting
なお、この例では、Y方向に対する傾斜角度である角度θの値を約10°に設定している。また、ここでは、光源10から被観察物100までの光路L1および被観察物100からレンズ光学系22までの光路L2において、それぞれ光Lを3回反射させる場合を例として説明するが、光Lの反射回数はこれに限定されるものではなく、光路L1および光路L2においてそれぞれ少なくとも2回以上(すなわち、第1の反射面32および第2の反射面42で少なくとも1回ずつ)光Lを反射させるようにすればよい。
In this example, the value of the angle θ that is the tilt angle with respect to the Y direction is set to about 10 °. Here, the case where the light L is reflected three times in the optical path L1 from the
図2(a)は、第1の反射面32および第2の反射面42における光Lの反射の態様を示した概略図である。上述のようにこの例では、光源10からの光Lは、第2の反射面42における位置R1、第1の反射面32における位置R2、および第2の反射面42における位置R3の順に3回反射した後に、被観察物100に向けて照射されるようになっている(光路L1)。また、光Lは、被観察物100に向けて照射された後に被観察物100の周辺を通過し、第1の反射面32における位置R4、第2の反射面42における位置R5、および第1の反射面32における位置R6の順に3回反射した後に、撮像装置20のレンズ光学系22に入射するようになっている(光路L2)。
FIG. 2A is a schematic view showing a manner of reflection of light L on the first reflecting
上述のように、第1の反射面32および第2の反射面42はY方向に対してそれぞれ角度θだけ傾いているため、第1の反射面32の垂線(法線)32aおよび第2の反射面42の垂線(法線)42aは、それぞれX方向に対して角度θだけ傾いている。すると、第1の反射面32および第2の反射面42で交互に反射して両者の間隔が広い方から狭い方へと向かう光L、すなわち光源10から光路L1に沿って被観察物100に向かう光Lは、1回の反射ごとに入射角および反射角を2θ(第1の反射面32の傾斜角度と第2の反射面42の傾斜角度の和)ずつ減少させることとなる。また、第1の反射面32および第2の反射面42で交互に反射して両者の間隔が狭い方から広い方へと向かう光L、すなわち被観察物100周辺から光路L2に沿って撮像装置20に向かう光Lは、1回の反射ごとに入射角および反射角を2θ(第1の反射面32の傾斜角度と第2の反射面42の傾斜角度の和)ずつ増大させることとなる。
As described above, since the first reflecting
すなわち、第1の反射面32および第2の反射面42を被観察物100側に向けて漸次互いに近接するように配置することで、光源10からの光Lを被観察物に向けてY方向に誘導しつつ、その進行方向を反射ごとに変化させる(偏向する)ことが可能となり、この結果、光Lの進行方向を最終的にX方向とすることができる。また、被観察物100周辺を通過した光Lを、その進行方向を反射ごとに変化させつつ、撮像装置20に向けてY方向に誘導することができる。
That is, by arranging the first reflecting
被観察物100に対して光LをX方向から照射するためには、位置R3に対して光Lを入射角θで入射させて反射角θで反射させればよい。従って、光源10からの光Lを3回反射させた後にX方向から被観察物100に照射するためには、光源10からの光Lを入射角5θ(=θ+2θ+2θ)で位置R1に入射させるようにすればよい。具体的には、光軸10aが位置R1において第2の反射面42と角度5θで交差するように光源10を配置すればよい。
In order to irradiate the
同様に、被観察物100周辺を通過してX方向に進む光Lを撮像装置20で受光し、被観察物100をX方向から観察、撮像するためには、位置R6において反射角5θで反射した光Lが撮像装置20のレンズ光学系22に入射するようにすればよい。具体的には、光軸20aが位置R6において第1の反射面32と角度5θで交差するように撮像装置20を配置すればよい。
Similarly, in order to receive the light L passing through the periphery of the object to be observed 100 and traveling in the X direction by the
図2(b)は、観察用光学装置1によって被観察物100を撮像した画像を示した概略図である。上述のようにこの例では、被観察物100に向けてX方向から照射され、被観察物100の周辺を通過した光Lを主に受光することによって被観察物100が撮像されることとなる。従って、被観察物100は、図2(b)に示されるように、Y−Z平面において被観察物100が暗い領域として映し出された、明瞭なコントラストのシルエット画像として撮像される。すなわち、観察用光学装置1によれば、一般的な画像処理によって被観察物100の輪郭形状を高精度に抽出することが可能となっている。
FIG. 2B is a schematic diagram illustrating an image obtained by imaging the
このように、観察用光学装置1では、被観察物100側に向けて漸次互いに近接する状態で配置した第1の反射面32および第2の反射面42において光Lを交互に反射させることにより、被観察物100に対してY方向からアプローチしながらもX方向から光を照射してX方向から被観察物100を観察する観察方法を、きわめて簡素且つコンパクトな装置構成で実現することが可能となっている。
As described above, in the observation
さらに、観察用光学装置1では、光路L1および光路L2においてそれぞれ少なくとも2回以上光Lを反射させることにより、角度θ、すなわち第1の反射面32および第2の反射面42のY方向に対する傾斜角度を従来よりも十分に小さい値とすることができる。このため、光を一度だけ偏向する従来の装置と比較して、被観察物100の近傍に配置する必要のある部材(第1の反射部材30および第2の反射部材40)が占めるスペース、特にX方向において占める範囲を大幅に削減することが可能となっている。
Furthermore, the observation
図3(a)〜(d)は、観察用光学装置1の使用例を示した概略図である。観察用光学装置1によれば、例えば図3(a)に示されるように、試料200が有する窪み202の底部204に被観察物100が存在するような場合においても、窪み202内に第1の反射部材30および第2の反射部材40を配置可能であれば、窪み202の深さ方向(Y方向)に直交する方向(X方向)から被観察物100を観察することが可能となっている。
FIGS. 3A to 3D are schematic views showing an example of use of the observation
同様に、図3(b)に示されるように、容器210内の底部212に被観察物100が存在しているような場合や、図3(c)に示されるように、障害物220が被観察物100に対してX方向に隣接している場合においても、観察用光学装置1によれば、X方向から被観察物100を観察することが可能となっている。
Similarly, as shown in FIG. 3B, when the object to be observed 100 exists at the bottom 212 in the
特に、観察用光学装置1では、上述のように被観察物100の近傍に配置する第1の反射部材30および第2の反射部材40の占めるスペースを従来以上に小さくすることができるため、より狭隘な場所や、より障害物220等に近接した場所においても、被観察物100を適切に照明して観察することが可能となっている。また、図3(d)に示されるように、幅広の試料230の表面232上に被観察物100が存在する場合においても、観察用光学装置1によれば、試料230の大きさに影響されることなく、表面232に平行な方向(X方向)から被観察物100を観察することが可能となっている。
In particular, in the observation
次に、観察用光学装置1のその他の形態の例について説明する。図4(a)は、撮像装置20に代えてレンズ光学系22のみを設けるようにした場合の一例を示した概略図である。観察用光学装置1は、被観察物100を撮像するものに限定されず、例えば図4(a)に示されるように、接眼レンズ24を備えたレンズ光学系22を備え、肉眼により被観察物100を観察するように構成されるものであってもよい。
Next, examples of other forms of the observation
図4(b)は、光源10から被観察物100までの光路L1の長さと、被観察物100からレンズ光学系22までの光路L2の長さを異ならせるようにした場合の一例を示した概略図である。観察用光学装置1は、光路L1および光路L2の長さが同一に設定されるものに限定されず、例えば図4(b)に示されるように、光路L1および光路L2における反射回数を異ならせることでそれぞれの光路長を異ならせたものであってもよい。
FIG. 4B shows an example in which the length of the optical path L1 from the
このようにして光路L1および光路L2の光路長を適宜に調整することにより、光源10および撮像装置20(レンズ光学系)の性能等に影響されることなく、光源10による照明範囲を撮像装置20による撮像範囲(レンズ光学系22による観察範囲)に合わせて適切に設定することが可能となる。また、光源10および撮像装置20(レンズ光学系22)の配置の自由度を高めることが可能となる。
In this way, by appropriately adjusting the optical path lengths of the optical path L1 and the optical path L2, the illumination range by the
なお、図示は省略するが、反射回数を異ならせるのではなく、光源10と第1の反射面32または第2の反射面42との間の距離、および撮像装置20(レンズ光学系22)と第1の反射面32または第2の反射面42との間の距離を調整することで、光路L1および光路L2の長さを調整するようにしてもよいことは言うまでもない。また、光路L1および光路L2における反射回数を異ならせる場合に、図4(b)に示す例のように第2の反射部材40の一部を切り欠くのではなく、第2の反射部材40(またはその一部)をハーフミラーから構成することで、光源10を図4(b)の例と同様の位置に配置可能とするようにしてもよい。
Although illustration is omitted, the number of reflections is not varied, but the distance between the
図5(a)および(b)は、第1の反射面32および第2の反射面42をそれぞれ複数の領域に分割して設けるようにした場合の例を示した概略図である。第1の反射面32および第2の反射面42はそれぞれ複数の領域に分割して設けられるものであってもよい。換言すれば、第1の反射面32および第2の反射面42をそれぞれ複数設けるようにしてもよい。このように、光Lの反射に必要な領域のみに限定して第1の反射面32および第2の反射面42を設けるようにすることで、観察に不要な光の反射を抑制することができるため、被観察物100をより明瞭に観察、撮像することが可能となる。
FIGS. 5A and 5B are schematic views showing an example in which the first reflecting
また、第1の反射面32および第2の反射面42は、領域ごとに傾斜角度を異ならせたものであってもよく、さらにこの場合、図5(b)に示されるように、第1の反射面32および第2の反射面42が互いに平行となる領域を設けるようにしてもよい。また、図示は省略するが、第1の反射面32および第2の反射面42が被観察物100の反対側に向けて漸次互いに近接する領域を設けるようにしてもよい。すなわち、第1の反射面32および第2の反射面42は、少なくとも一部の領域において被観察物100側に向けて漸次互いに近接していればよい。
Further, the first reflecting
このように、第1の反射面32および第2の反射面42の傾斜角度を領域ごと(すなわち、光Lの反射位置ごと)に変更することで、光Lの進行方向の変化を適宜に調整することができるため、光源10および撮像装置20(レンズ光学系22)の配置の自由度を高めることが可能となる。また、光LのY方向における誘導距離を必要な距離に調整することが可能となるため、例えば深穴の底部に存在する被観察物100を観察するような場合に特に好適である。
As described above, the change in the traveling direction of the light L is appropriately adjusted by changing the inclination angles of the first reflecting
なお、図5(a)および(b)に示す例では、複数の第1の反射部材30および複数の第2の反射部材40を設けることで、複数の第1の反射面32および複数の第2の反射面42を設けるようにしているが、1つの第1の反射部材30に設けられた第1の反射面32および1つの第2の反射部材40に設けられた第2の反射面42を、例えばマスク処理等によって複数の領域にそれぞれ分割するようにしてもよい。
In the example shown in FIGS. 5A and 5B, a plurality of first reflecting
また、図示は省略するが、第1の反射面32および第2の反射面42を複数の領域に分割するのではなく、第1の反射面32および第2の反射面42をそれぞれ曲折する、または第1の反射面32および第2の反射面42をそれぞれ曲面から構成することで、光Lの反射位置ごとに傾斜角度を変更するようにしてもよい。また、第1の反射面32および第2の反射面42のいずれか一方のみを複数設けるようにしてもよい。
Although not shown, the first reflecting
図6(a)および(b)は、光源10およびレンズ光学系22と第1の反射面32および第2の反射面42との間に、光Lを誘導する誘導補助部材50を配置するようにした場合の例を示した図である。例えば図6(a)に示されるように、誘導補助部材50として補助反射部材52を配置する、または図6(b)に示されるように、誘導補助部材50として光ファイバ54を配置することで、光Lを所望の方向に誘導することが可能となる。
6A and 6B, a guidance
これにより、光源10および撮像装置20(レンズ光学系22)の配置の自由度を高め、観察用光学装置1の汎用性をさらに向上させることができる。また、光路L1および光路L2の長さを調整することができる。なお、光路L1および光路L2のいずれか一方のみに誘導補助部材50を配置するようにしてもよいことは言うまでもない。また、補助反射部材52および光ファイバ54を適宜に組み合わせて使用するようにしてもよい。
Thereby, the freedom degree of arrangement | positioning of the
図7(a)および(b)は、被観察物100の観察および照明をX方向の同一側から行うようにした場合の例を示した概略図である。観察用光学装置1は、上述の例のように被観察物100の観察および照明をそれぞれX方向の反対側から行うものに限定されず、同一側から行うものであってもよい。この場合、例えば図7(a)に示されるように、誘導補助部材50であるハーフミラー56を介して光路L1と光路L2を略一致させるようにしてもよいし、図7(b)に示されるように、第1の反射部材30または第2の反射部材40(またはその一部)をハーフミラーから構成することで、光路L1と光路L2を略一致させるようにしてもよい。また、図7(a)および(b)において、光源10と撮像装置20(レンズ光学系22)の配置を入れ替えるようにしてもよいことは言うまでもない。
FIGS. 7A and 7B are schematic diagrams illustrating an example in which observation and illumination of the object to be observed 100 are performed from the same side in the X direction. The observation
このように、観察および照明を同一側に揃えることで、主に被観察物100の表面で反射した光Lを受光して被観察物100を観察することが可能となる。すなわち、図7(a)および(b)に示す例は、被観察物100の表面の状態を観察したいような場合に、特に好適である。
Thus, by arranging observation and illumination on the same side, it is possible to receive the light L reflected mainly on the surface of the
なお、図示は省略するが、光源10を同軸落射照明装置として撮像装置20またはレンズ光学系22に組み込むようにしてもよい。また、被観察物100を観察とは逆側から照明する光源10と共に、観察と同一側から照明する光源10を設け、観察の目的等に応じて2つの光源10を使い分けるようにしてもよい。さらに、その他の方向から被観察物100を照明する光源10を追加するようにしてもよい。
Although not shown, the
図8(a)および(b)は、X方向に対して角度を有する方向から被観察物100を観察するようにした場合の例を示した概略図である。被観察物100の観察方向は、X方向に限定されず、例えば図8(a)および(b)に示されるように、X方向に対して所定の角度αをなす方向であってもよい。同様に、被観察物100の照明方向は、X方向に限定されず、X方向に対して所定の角度αをなす方向であってもよい。 FIGS. 8A and 8B are schematic diagrams illustrating an example in which the object to be observed 100 is observed from a direction having an angle with respect to the X direction. The observation direction of the object to be observed 100 is not limited to the X direction, and may be a direction that forms a predetermined angle α with respect to the X direction, for example, as shown in FIGS. Similarly, the illumination direction of the object to be observed 100 is not limited to the X direction, and may be a direction that forms a predetermined angle α with respect to the X direction.
すなわち、観察用光学装置1は、被観察物100をX方向以外の方向から観察するものであってもよい。また、X方向に対する角度αを適宜に調整することで、例えば面Pや被観察物100表面における光の反射の影響を低減し、被観察物100をより明瞭に観察、撮像することが可能となる。
That is, the observation
なお、角度αの値は、光源10および撮像装置20(レンズ光学系22)の位置、ならびにそれぞれの光軸10a、20aの方向を調整することで調整することができる。また、角度αの値は、観察方向と照明方向で同一にしてもよいし、異ならせてもよい。また、観察方向および照明方向のいずれか一方のみをX方向に対して角度を有する方向としてもよい。
Note that the value of the angle α can be adjusted by adjusting the positions of the
その他、図示は省略するが、観察用光学装置1は、光源10および撮像装置20の動作を制御する制御装置を備えるものであってもよいし、この制御装置によって被観察物100の撮像を自動的に行うものであってもよい。さらに、観察用光学装置1は、撮像した画像に既知の画像処理を施すことで各種パラメータを導出する画像処理装置を備えるものであってもよいし、撮像した画像や導出したパラメータ等を表示する表示装置を備えるものであってもよい。
In addition, although illustration is omitted, the observation
また、観察用光学装置1は、光源10、撮像装置20(レンズ光学系22)、第1の反射部材30および第2の反射部材40等が1つの筐体や支持部材等に支持され、一体的に構成されるものであってもよいし、光源10、撮像装置20(レンズ光学系22)、第1の反射部材30および第2の反射部材40等が複数の架台や支持部材等によって個別に支持されるものであってもよい。
The observation
また、観察用光学装置1は、第1の反射部材30および第2の反射部材40と固体試料300の相対的な位置を変化させる相対移動機構や、第1の反射部材30および第2の反射部材40と光源10または撮像装置20(レンズ光学系22)の相対的な位置を変化させる位置調整機構等を備えるものであってもよい。また、図4〜7に基づいて説明した各形態を組み合わせるようにしてもよいことは言うまでもない。
The observation
次に、観察用光学装置1を備える接触角計2について説明する。観察用光学装置1は、被観察物100が存在する面Pと略平行な方向から被観察物100を観察する、すなわち被観察物100を側方から観察するものであり、さらに観察とは逆側から被観察物100を照明可能なものであるため、接触角計用の光学装置として特に好適である。
Next, the
図9(a)および(b)は、本実施形態に係る接触角計2の構成の一例を示した概略図である。接触角計2は、固体試料300上に形成した液体試料の液滴102を側方から撮像することにより、接触角を測定するものである。これらの図に示されるように、接触角計2は、光源10、撮像装置20、第1の反射部材30および第2の反射部材40を備える観察用光学装置1に加え、液体試料を吐出する吐出装置60、およびこの吐出装置60を退避させる退避装置70を備えている。
FIGS. 9A and 9B are schematic views showing an example of the configuration of the
吐出装置60は、上方から固体試料300に向けて液体試料を吐出し、被観察物100となる液滴102を固体試料300の測定面302上に形成するものである。吐出装置60は、シリンダおよびプランジャ等の既知の構造と共に管状の針62を備えており、針62の先端である針先62aから所定量の液体試料を吐出して液滴102を形成する。また、吐出装置60は、第1の反射部材30と第2の反射部材40の間に液滴102を形成する位置に配置されている。
The
退避装置70は、モータおよびラックアンドピニオン等の既知の構造を備え、吐出装置60を固体試料300の測定面302に対して近接離隔するようにY方向に移動させるものである。退避装置70は、液滴102を形成する際には、図9(a)に示されるように、吐出装置60を移動させて針先62aを、第1の反射部材30と第2の反射部材40の間において固体試料300の測定面302に近接させた状態とする。退避装置70はまた、液滴102を撮像する際には、図9(b)に示されるように、吐出装置60を移動させて光路L1および光路L2から吐出装置60を退避させる。
The retracting
なお、吐出装置60および退避装置70は、光源10、撮像装置20、第1の反射部材30および第2の反射部材40と同様に、図示を省略した筐体または支持部材によって支持されている。また、観察用光学装置1は、この例では、光源10から液滴102までの光路L1および液滴102から光源10までの光路L2において、それぞれ光Lを2回反射させるように構成されているが、光路L1または光路L2における光Lの反射回数が3回以上であってもよいことは言うまでもない。また、図4〜7に基づいて説明した各形態またはこれらの組合せを接触角計2において適用してもよいことは言うまでもない。
The
このように、観察用光学装置1を接触角計2に備えるようにすることで、例えば図9(a)および(b)に示されるように測定面302が窪み304の底部である場合等、従来の接触角計では測定が困難であった場所においても接触角を測定することが可能となり、特に、従来以上に狭隘な場所においても接触角を測定することが可能となる。また、吐出装置60を接触角計2に備えるようにすることで、接触角計2および固体試料300を適切に配置するだけで、測定面302上に液滴102を確実且つ容易に形成することが可能となる。
Thus, by providing the observation
さらに、退避装置70を接触角計2に備えるようにすることで、液滴102の確実且つ容易な形成を可能としながらも、接触角の測定時に吐出装置60によって光Lが遮られるのを防止することが可能となる。この結果、光源10および撮像装置20(レンズ光学系)の性能等に影響されることなく、液滴102を十分な光量下で撮像し、コントラストの明瞭な画像を得ることができるため、高精度に接触角を測定することが可能となる。
Further, by providing the
なお、光源10、撮像装置20、吐出装置60および退避装置70の動作を制御する制御装置を接触角計2に設けるようにしてもよく、この制御装置によって接触角の測定を自動的に行うようにしてもよい。また、撮像した液滴102の画像に既知の画像処理を施して接触角およびその他の各種パラメータを導出する画像処理装置を、接触角計2に設けるようにしてもよいし、撮像した画像や導出したパラメータ等を表示する表示装置を、接触角計2に設けるようにしてもよい。
Note that a controller for controlling the operations of the
また、接触角計2は、光源10、撮像装置20(レンズ光学系22)、第1の反射部材30、第2の反射部材40、吐出装置60および退避装置70等が1つの筐体や支持部材等に支持され、一体的に構成されるものであってもよいし、光源10、撮像装置20(レンズ光学系22)、第1の反射部材30,第2の反射部材40、吐出装置60および退避装置70等が複数の架台や支持部材等によって個別に支持されるものであってもよい。
The
また、第1の反射部材30および第2の反射部材40と固体試料300の相対的な位置を変化させる相対移動機構や、第1の反射部材30および第2の反射部材40と光源10または撮像装置20(レンズ光学系22)の相対的な位置を変化させる位置調整機構等を、接触角計2に設けるようにしてもよい。また、液滴102の撮像と同一側から照明する光源10や、その他の方向から液滴102を照明する光源10を、接触角計2に追加するようにしてもよい。
In addition, a relative movement mechanism that changes the relative positions of the first reflecting
また、退避装置70は、例えばZ方向等、Y方向以外の方向に吐出装置60を移動させて光路L1およびL2から退避させるものであってもよいし、吐出装置60を回動させて光路L1およびL2から退避させるものであってもよい。また、退避装置70は、例えば吐出装置60の針62等、吐出装置60の一部のみを移動させて光路L1およびL2から退避させるものであってもよい。また、既存の注射器等を使用して手動で測定面302に液滴102を形成するようにし、吐出装置60および退避装置70を省略するようにしてもよい。すなわち、観察用光学装置1は、自身単体で接触角計2として機能し得るものである。
Further, the retracting
以上説明したように、本実施形態に係る観察用光学装置1は、互いに相手側に向けて配置されると共に、被観察物100側に向けて漸次互いに近接する領域を有する第1の反射面32および第2の反射面42と、自身の発する光Lが第1の反射面32および第2の反射面42で少なくとも一回ずつ反射した後に被観察物100に向けて照射される位置に配置される光源10と、被観察物100に向けて照射された光Lが第1の反射面32および第2の反射面42で少なくとも一回ずつ反射した後に入射する位置に配置されるレンズ光学系22と、を備えている。
As described above, the observation
このような構成とすることで、より狭隘な場所においても被観察物100を観察することが可能となる。すなわち、被観察物100の近傍に配置する部材の占めるスペースを従来以上に小さくしながらも、被観察物100を適切に照明した状態で適切な方向から観察することができる。
With such a configuration, the
また、第1の反射面32および第2の反射面42は、被観察物100に対して第1の方向(X方向)の両側にそれぞれ配置され、第1の方向に直交する第2の方向(Y方向)に沿って被観察物100側に向かうにつれて漸次互いに近接する領域を有している。このようにすることで、より狭隘な場所に存在する被観察物100を従来困難であった方向から観察するような場合にも光源10およびレンズ光学系22を適切に配置することができる。
The first reflecting
また、観察用光学装置1は、レンズ光学系22を介して被観察物100を撮像する撮像装置20を備えるものであってもよい。このようにすることで、より狭隘な場所に存在する被観察物100の画像を取得することが可能となるため、被観察物100に関してより多くの情報を取得することができる。
Further, the observation
また、光源10は、自身の発する光Lが被観察物100の周辺を通過した後にレンズ光学系22に入射する位置に配置されるものであってもよい。このようにすることで、より狭隘な場所においても被観察物100のシルエット画像を取得することが可能となるため、被観察物100の輪郭形状をより高精度に抽出することができる。
The
また、光源10は、自身の発する光Lが被観察物100の表面で反射した後にレンズ光学系22に入射する位置に配置されるものであってもよい。このようにすることで、より狭隘な場所においても被観察物100の表面の状態等を観察することができる。
The
また、本実施形態に係る接触角計2は、観察用光学装置1を備えている。このようにすることで、より狭隘な場所においても液滴102を撮像して接触角を測定することが可能となる。すなわち、液滴102の近傍に配置する部材の占めるスペースを従来以上に小さくしながらも、液滴102を適切に照明した状態で適切な方向から観察し、接触角を測定することができる。
Further, the
また、接触角計2は、液体試料を吐出して被観察物100となる液滴102を形成する吐出装置60と、光源10から液滴102に向かう光路L1、および液滴102からレンズ光学系22に向かう光路L2から吐出装置60を退避させる退避装置70と、を備えている。このようにすることで、より狭隘な場所においても吐出装置60によって適切に液滴102を形成し、これを撮像して接触角を測定することができる。さらに、退避装置70によって吐出装置60が接触角の測定を阻害しないようにすることができる。
In addition, the
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の観察用光学装置および接触角計は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the observation optical device and the contact angle meter of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various types can be used without departing from the gist of the present invention. Of course, changes can be made.
例えば、上記実施形態では、X方向を水平方向、Y方向を垂直方向とした場合を例として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、X方向およびY方向はその他の方向であってもよい。また、被観察物100は面P上に存在するものに限定されず、例えば気体中や液体中に浮遊しているものであってもよい。 For example, in the above embodiment, the case where the X direction is the horizontal direction and the Y direction is the vertical direction has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the X direction and the Y direction are other directions. There may be. Further, the object to be observed 100 is not limited to the one existing on the surface P, and may be one that floats in a gas or liquid, for example.
また、上記実施形態では、第1の反射部材30に第1の反射面32を設け、第2の反射部材40に第2の反射面42に設けた場合の例を示したが、第1の反射面32および第2の反射面42は、例えば1つの部材の内側面に設けられるものであってもよい。また、レンズ光学系22は、被観察物100の像を拡大して結像するものに限定されず、入射した光Lを被観察物100の観察が可能な状態に調整するものであればよい。
Moreover, in the said embodiment, although the 1st
また、上記実施形態において示した作用および効果は、本発明から生じる最も好適な作用および効果を列挙したものに過ぎず、本発明による作用および効果は、これらに限定されるものではない。 In addition, the functions and effects shown in the above embodiment are merely a list of the most preferable functions and effects resulting from the present invention, and the functions and effects of the present invention are not limited to these.
本発明に係る観察用光学装置および接触角計は、各種観察や各種測定の分野において利用することができる。 The observation optical device and contact angle meter according to the present invention can be used in the fields of various observations and various measurements.
1 観察用光学装置
2 接触角計
10 光源
20 撮像装置
22 レンズ光学系
32 第1の反射面
42 第2の反射面
60 吐出装置
70 退避装置
100 被観察物
102 液滴
L 光
L1 光源から被観察物までの光路
L2 被観察物からレンズ光学系までの光路
DESCRIPTION OF
Claims (7)
自身の発する光が前記第1の反射面および前記第2の反射面で少なくとも一回ずつ反射した後に前記被観察物に向けて照射される位置に配置される光源と、
前記被観察物に向けて照射された光が前記第1の反射面および前記第2の反射面で少なくとも一回ずつ反射した後に入射する位置に配置されるレンズ光学系と、を備えることを特徴とする、
観察用光学装置。 A first reflecting surface and a second reflecting surface that are disposed toward each other and have regions that gradually approach each other toward the object side;
A light source disposed at a position at which the light emitted from itself is reflected toward the object to be observed after being reflected at least once by the first reflecting surface and the second reflecting surface;
A lens optical system disposed at a position where the light irradiated toward the object to be observed is incident on the first reflection surface and the second reflection surface after being reflected at least once. And
Optical device for observation.
請求項1に記載の観察用光学装置。 The first reflecting surface and the second reflecting surface are respectively disposed on both sides in a first direction with respect to the object to be observed, and the object to be observed along a second direction orthogonal to the first direction. It is characterized by having regions that gradually approach each other toward the object side,
The optical device for observation according to claim 1.
請求項1または2に記載の観察用光学装置。 It comprises an imaging device that images the object to be observed through the lens optical system,
The optical device for observation according to claim 1 or 2.
請求項1乃至3のいずれかに記載の観察用光学装置。 The light source is disposed at a position where light emitted from the light source enters the lens optical system after passing through the periphery of the object to be observed.
The observation optical device according to claim 1.
請求項1乃至3のいずれかに記載の観察用光学装置。 The light source is disposed at a position where light emitted from the light source is incident on the lens optical system after being reflected by the surface of the object to be observed.
The observation optical device according to claim 1.
接触角計。 The observation optical device according to claim 3 or 4 is provided.
Contact angle meter.
前記光源から前記液滴に向かう光路、および前記液滴から前記レンズ光学系に向かう光路から前記吐出装置を退避させる退避装置と、を備えることを特徴とする、
請求項6に記載の接触角計。 An ejection device for ejecting a liquid sample to form droplets to be the object to be observed;
An optical path from the light source toward the droplet, and a retracting device that retracts the ejection device from an optical path from the droplet toward the lens optical system.
The contact angle meter according to claim 6.
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