JP2016138843A - 接触角計 - Google Patents

Abstract

【課題】いわゆる「スマートホン」や「タブレット端末」などの携帯型通信端末を利用し、小型軽量で持ち運びが容易な、かつ、低コストで、研究機関等でも容易に導入できる接触角計を提供する。【解決手段】計測対象である表面１０１上に載置される枠体１と、この枠体１に取り付けられ表面１０１に水滴１０２を滴下するディスペンサ２と、カメラ４及びこのカメラ４により撮像された画像データを送信する通信手段を内蔵し枠体１により位置決めされて保持された携帯型通信端末３とを備え、カメラ４は、ディスペンサ２により表面１０１に滴下された水滴１０２を撮像し、通信手段は、カメラ４により撮像された水滴１０２の画像データを画像処理手段となるサーバに送信する。画像処理手段は、カメラ４により撮像された水滴１０２の画像から、接触角を計測する。【選択図】図３

Description

本発明は、平面の表面処理状態や汚染状態を測定する接触角計に関し、具体的には、いわゆる「スマートホン」や「タブレット端末」などの携帯型通信端末を利用し、手軽にどこでも高精度の測定結果を得られるようにした接触角計に関する。

従来、特許文献１及び特許文献２に記載されているように、接触角計が提案されている。接触角計は、金属などの表面処理状態や汚染状態を測定するため、図５に示すように、計測対象である表面１０１に水滴１０２を滴下し、図６に示すように、その接触角（エッジ角度）θを測定し、表面１０１の状態を相対的に評価するように構成されている。

接触角計は、計測対象である表面１０１に水滴１０２を滴下する滴下手段（シリンジ）と、滴下された水滴１０２を撮像する撮像手段（画像キャプチャ用のカメラ）と、撮像手段により撮像された画像を画像処理する画像処理手段（コンピュータ装置）とを有して構成される。

特開２０１１−１７９９７３号公報 特開２０１１−１７９９７４号公報

前述のような接触角計は、半導体製造ラインや、医療分野の研究開発等において利用されている。そして、例えば、鏡面仕上げ部分の表面の汚染状況や粗度を、接触角計を用いて手軽に判断したいという要望がある。このような要望は、今後ますます増大することが予見される。すなわち、研究現場や医療現場では、瞬時に表面の汚染状況を把握できるシンプルな接触角計に対する要望がある。

しかしながら、従来の接触角計は、装置構成が大型であり、また、高価である。例えば、ハンディタイプの小型のものであっても、１００万円乃至２００万円以上など、どの研究機関でも手軽に利用できる価格ではない。また、その構造も、計測器をコンピュータ装置等にケーブルにより接続するものであって、測定対象や測定場所が制限される。計測時や保管時に一定のスペースが必要であり、例えば、研究室等の限られたスペースでは計測及び保管が困難である。

また、従来の接触角計においては、以下のような課題がある。

従来の接触角計においては、計測対象や範囲が限定されてしまう。すなわち、計測対象を測定テーブルに乗るサイズに切り取らなければならず、例えば、大型液晶パネルのガラス基板等の表面測定においても、部分的に切り取ったところしか計測できない。

また、従来の接触角計においては、計測に熟練が必要である。すなわち、計測時において、シリンジからの水滴の滴下と、画像のキャプチャとのタイミングを合わせることに習熟が必要である。

さらに、従来の接触角計においては、装置の使用者のコンピュータ装置に解析ソフトをインストールする必要があり、このインストール自体が企業や研究室のパソコン環境のセキュリティ管理ポリシーに反することがある。そうすると、この企業や研究室では、この接触角計を利用することができない。

また、従来の接触角計は、装置の使用者のコンピュータ装置に接続して機能させるため、その解析性能は、コンピュータ装置の性能に大きく依存する。例えば、型式の古いコンピュータ装置や大量のソフトウェアがインストールされているコンピュータ装置では、水滴の画像の精度を上げるためにカメラの解像度を上げると、データ転送速度が大きく落ちるなど顕著な影響が出てくる。

また、従来の接触角計においては、解析ソフトが違法コピーされてしまうという問題も生じている。

そこで、本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであって、いわゆる「スマートホン」や「タブレット端末」などの携帯型通信端末を利用し、小型軽量で持ち運びが容易な、かつ、低コストで、研究機関等でも容易に導入できる接触角計を提供することを目的とする。

また、本発明は、広い面積の多点測定が可能であって、試験片を採取しなくても計測でき、また、工場での大量生産品の品質検査などにおいて、誰でも安定した計測ができる接触角計を提供することを目的とする。

さらに、本発明は、企業や研究室のパソコン環境のセキュリティ管理ポリシーに抵触せず、また、使用者のパソコン環境に依存しない信号処理系を有し、さらに、解析ソフトの違法コピーが防止された接触角計を提供することを目的とする。

以上のような課題を解決するために、撮像手段、画像処理手段及びデータ通信機能を内蔵したいわゆる「スマートホン」や「タブレット端末」などの携帯型通信端末を利用して接触角計を構成し、データ保存やデータ処置（画像処理）のための通信も行えるようにした。携帯型通信端末及びプリズムを利用することにより、本体をコンパクト化し、画像処理をセンターサーバで行なうことにより、常に最新の画像処理ソフトウェアを利用することができる。ユーザは市販の携帯型通信端末を用いて、接触角計測を行うことが可能となる。

すなわち、前述の課題を解決し、前記目的を達成するため、本発明に係る接触角計は、以下の構成を有するものである。

〔構成１〕
計測対象である表面上に載置される枠体と、枠体に取り付けられ表面に水滴を滴下する滴下手段と、撮像手段及びこの撮像手段により撮像された画像データを送信する通信手段を内蔵し枠体により位置決めされて保持された携帯型通信端末とを備え、撮像手段は、滴下手段により表面に滴下された水滴を撮像し、通信手段は、撮像手段により撮像された水滴の画像データを画像処理手段となるサーバに送信し、画像処理手段は、撮像手段により撮像された水滴の画像から接触角を計測し、計測結果を携帯型通信端末に送信することを特徴とするものである。

〔構成２〕
計測対象である表面上に載置される枠体と、枠体に取り付けられ表面に水滴を滴下する滴下手段と、撮像手段及びこの撮像手段により撮像された画像を画像処理する画像処理手段を内蔵し枠体により位置決めされて保持された携帯型通信端末とを備え、撮像手段は、滴下手段により表面に滴下された水滴を撮像し、画像処理手段は、撮像手段により撮像された水滴の画像から、接触角を計測することを特徴とするものである。

〔構成３〕
構成１、または、構成２を有する接触角計において、枠体には、撮像手段による撮像方向を屈曲させ、水滴を側方より撮像することを可能とするプリズムが取り付けられていることを特徴とするものである。

構成１を有する本発明に係る接触角計においては、計測対象である表面上に載置される枠体により保持された携帯型通信端末に内蔵された撮像手段は、枠体に取り付けられた滴下手段により表面に滴下された水滴を撮像し、携帯型通信端末に内蔵された通信手段は、撮像手段により撮像された水滴の画像データを画像処理手段となるサーバに送信するので、小型軽量で持ち運びが容易で、かつ、低コストで、研究機関等でも容易に導入でき、また、広い面積の多点測定が可能であって、試験片を採取しなくても計測できる。また、工場での大量生産品の品質検査などにおいて、誰でも安定した計測ができる。さらに、企業や研究室のパソコン環境のセキュリティ管理ポリシーに抵触せず、また、使用者のパソコン環境に依存しない信号処理系を有し、さらに、解析ソフトの違法コピーが防止されている。そして、画像処理をセンターサーバで行なうことにより、常に最新の画像処理ソフトウェアを利用することができる。

構成２を有する本発明に係る接触角計においては、計測対象である表面上に載置される枠体により保持された携帯型通信端末に内蔵された撮像手段は、枠体に取り付けられた滴下手段により表面に滴下された水滴を撮像し、携帯型通信端末に内蔵された画像処理手段は、撮像手段により撮像された水滴の画像から、接触角を計測するので、小型軽量で持ち運びが容易で、かつ、低コストで、研究機関等でも容易に導入でき、また、広い面積の多点測定が可能であって、試験片を採取しなくても計測できる。また、工場での大量生産品の品質検査などにおいて、誰でも安定した計測ができる。さらに、企業や研究室のパソコン環境のセキュリティ管理ポリシーに抵触せず、また、使用者のパソコン環境に依存しない信号処理系を有する。

構成３を有する本発明に係る接触角計においては、枠体には、撮像手段による撮像方向を屈曲させ、水滴を側方より撮像することを可能とするプリズムが取り付けられているので、撮像手段により撮像された水滴の画像から、正確に接触角を計測することができる。

すなわち、本発明は、いわゆる「スマートホン」や「タブレット端末」などの携帯型通信端末を利用し、小型軽量で持ち運びが容易な、かつ、低コストで、研究機関等でも容易に導入できる接触角計を提供することができるものである。

また、本発明は、広い面積の多点測定が可能であって、試験片を採取しなくても計測でき、また、工場での大量生産品の品質検査などにおいて、誰でも安定した計測ができる接触角計を提供することができるものである。

さらに、本発明は、企業や研究室のパソコン環境のセキュリティ管理ポリシーに抵触せず、また、使用者のパソコン環境に依存しない信号処理系を有し、さらに、解析ソフトの違法コピーが防止された接触角計を提供することができるものである。

本発明の実施の形態に係る接触角計の構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係る接触角計の構成を示す側面図である。 本発明の実施の形態に係る接触角計の使用状態を示す側面図である。 本発明の実施の形態に係る接触角計のデータ通信を示すブロック図である。 計測対象である表面上に滴下された水滴を示す斜視図である。 表面上に滴下された水滴の接触角を説明する側面図である。

以下、本発明に係る接触角計を実施するための形態について、図面を参照して説明する。

本発明に係る接触角計は、金属などの表面処理状態や汚染状態を測定するため、計測対象である表面に水滴を滴下し、その接触角（エッジ角度）を測定し、表面の状態を相対的に評価する装置である。

図１は、本発明の実施の形態に係る接触角計の構成を示す斜視図である。

図２は、本発明の実施の形態に係る接触角計の構成を示す側面図である。

図３は、本発明の実施の形態に係る接触角計の使用状態を示す側面図である。

本発明に係る接触角計は、図１乃至図３に示すように、計測対象である表面１０１上に載置される枠体１を備えている。この枠体１は、表面１０１上に安定して載置されるように、下面部は平面状となっている。この枠体１には、表面１０１に水滴１０２を滴下する滴下手段となるディスペンサ２が取り付けられている。枠体１の下面部中央には、透孔６が設けられている。ディスペンサ２が滴下する水滴は、透孔６を通じて、計測対象である表面１０１上に滴下される。

そして、枠体１の上面部には、携帯型通信端末３が位置決めされて保持されている。この携帯型通信端末３は、いわゆる「スマートホン」や「タブレット端末」などであって、撮像手段となるカメラ４及びこのカメラ４により撮像された画像データを送信する通信手段を内蔵している。

この携帯型通信端末３は、カメラ４を下方に向けており、上面部が表示部７となっている。表示部７は、液晶表示パネルからなり、種々の情報を表示することができる。

枠体１には、カメラ４による撮像方向を屈曲させ、水滴１０２を側方より撮像することを可能とする反射プリズム５が取り付けられている。カメラ４は、ディスペンサ２により表面１０１に滴下された水滴１０２を、反射プリズム５を介して撮像する。

図４は、本発明の実施の形態に係る接触角計のデータ通信を示すブロック図である。

通信手段は、図４に示すように、カメラ４により撮像された水滴１０２の画像データを、インターネット通信網１０３を介して、サーバ９に送信する。サーバ９には、画像処理手段となる画像処理ソフト（解析ソフト）が保存されている。この画像処理ソフトは、インターネット通信網１０３を介して、携帯型通信端末３により操作される。携帯型通信端末３には、画像処理ソフトを操作するためのアプリケーションがインストールされている。

画像処理ソフトは、カメラ４により撮像された水滴１０２の画像データを画像処理して、輪郭を抽出し、水滴１０２の接触角（エッジ角度）を計測する。接触角の計測は、近接法（自動エッジ検出）や、θ／２法（手動エッジ検出）によって行うことができる。画像処理ソフトは、画面上に設定したトリガーに水滴が検出されると計測を開始するトリガー機能や、設定時間内に連続測定を行う連続測定機能を有している。さらに、画面上に水平ライン及び座標を表示する機能や、校正用マスターを測定し接触角を補正する校正機能を有している。

そして、画像処理ソフトは、計測された接触角に基づいて、予め記憶された数値テーブル及び計算ルールに従って、表面１０１の濡れ性や、その他の状態を算出する。このように算出された計測結果は、ターネット通信網１０３を介して、携帯型通信端末３に送信される。

携帯型通信端末３は、送信された計測結果を、表示部７において表示する。

なお、カメラ４により撮像された画像を画像処理する画像処理ソフト（解析ソフト）は、携帯型通信端末３に内蔵しておいてもよい。この場合には、画像データをサーバ９に送信する必要はなく、携帯型通信端末３の内部において、画像処理が行われる。

枠体１の大きさは、例えば、長さ１５０ｍｍ、幅７０ｍｍ、高さ５０ｍｍ程度であり、極めてコンパクトである。そのため、この接触角計は、可搬性に優れており、保管時の省スペース化も実現できる。

そして、この接触角計においては、枠体１を計測対象である表面１０１上に載置して接触角の計測ができるので、広い面積の多点測定が可能であって、試験片を採取しなくても計測でき、また、狭い箇所の測定も可能である。

画像処理は、携帯型通信端末３の通信機能を利用して、サーバ９に直接画像データを送信して行うので、大型のコンピュータ装置は不要であり、コンピュータ装置との接続のためのケーブルも不要である。したがって、この接触角計は、工場での大量生産品の品質検査などにおいて、誰でも安定した計測ができる。

また、画像処理ソフトをサーバ９に保存していることにより、企業や研究室のパソコン環境のセキュリティ管理ポリシーに抵触せず、また、使用者のパソコン環境に依存しない信号処理系を有し、また、画像処理ソフトの違法コピーを防止することができる。さらに、画像処理ソフトのバージョン管理や、ユーザ管理も、サーバ９において一括して行うことができる。

本発明は、平面の表面処理状態や汚染状態を測定する接触角計に適用され、具体的には、いわゆる「スマートホン」や「タブレット端末」などの携帯型通信端末を利用し、手軽にどこでも高精度の測定結果を得られるようにした接触角計に適用される。

１ 枠体
２ ディスペンサ
３ 携帯型通信端末
４ カメラ
５ プリズム
６ 透孔
７ 表示部
９ サーバ
１０１ 表面
１０２ 水滴
１０３ インターネット通信網

Claims (3)

1. 計測対象である表面上に載置される枠体と、
   前記枠体に取り付けられ、前記表面に水滴を滴下する滴下手段と、
   撮像手段及びこの撮像手段により撮像された画像データを送信する通信手段を内蔵し、前記枠体により位置決めされて保持された携帯型通信端末と
   を備え、
   前記撮像手段は、前記滴下手段により前記表面に滴下された水滴を撮像し、
   前記通信手段は、前記撮像手段により撮像された水滴の画像データを、画像処理手段となるサーバに送信し、
   前記画像処理手段は、前記撮像手段により撮像された水滴の画像から、接触角を計測し、計測結果を前記携帯型通信端末に送信する
   ことを特徴とする接触角計。
2. 計測対象である表面上に載置される枠体と、
   前記枠体に取り付けられ、前記表面に水滴を滴下する滴下手段と、
   撮像手段及びこの撮像手段により撮像された画像を画像処理する画像処理手段を内蔵し、前記枠体により位置決めされて保持された携帯型通信端末と
   を備え、
   前記撮像手段は、前記滴下手段により前記表面に滴下された水滴を撮像し、
   前記画像処理手段は、前記撮像手段により撮像された水滴の画像から、接触角を計測する
   ことを特徴とする接触角計。
3. 前記枠体には、前記撮像手段による撮像方向を屈曲させ、前記水滴を側方より撮像することを可能とするプリズムが取り付けられている
   ことを特徴とする請求項１、または、請求項２記載の接触角計。