JP2017020907A - Measurement device and measurement method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、搬送中の媒体への塗布材料の浸透過程を非破壊で計測する計測装置、及び計測方法に関する。 The present invention relates to a measuring apparatus and a measuring method for measuring a penetration process of a coating material into a medium being conveyed in a nondestructive manner.
フィルムやコート紙などのシート状の媒体にインクなどの液滴を塗布することにより文書や画像、あるいは電子回路のような機能性部材を形成するプリンタ及び印刷機が提供されている。このような装置においては、形成される画像品質や液滴塗布量の最適化、機能性部材の信頼性向上のため、媒体の厚さ方向における液滴の浸透状態を評価することがある。液滴の浸透状態を評価する手法として光干渉断層計測法が知られている。 2. Description of the Related Art There are printers and printing machines that form a functional member such as a document, an image, or an electronic circuit by applying droplets such as ink on a sheet-like medium such as a film or coated paper. In such an apparatus, in order to optimize the image quality to be formed, the amount of applied droplets, and improve the reliability of the functional member, the state of penetration of the droplets in the thickness direction of the medium may be evaluated. An optical coherence tomography method is known as a method for evaluating the penetration state of a droplet.
特許文献1には、光干渉断層計測法を用いて媒体の裏面から液体が浸透する様子を断層画像として取得し、これを解析することで浸透界面位置の時間変化、即ち浸透速度を定量する技術が記載されている。即ち、特許文献1に記載の浸透過程計測装置は、光源部と、光源部からの光を参照光の光路と測定光の光路とに分割する光分割部と、参照光の光路に設けられた参照光学系と、測定光の光路に設けられかつ計測対象媒体を計測する測定光学系と、計測対象媒体による測定光の反射・散乱光と参照光学系からの参照光とを合成する光合成部と、光合成部により合成された合成光を検出して光電変換信号を出力する検出部と、光電変換信号を用いて計測対象媒体の断面を画像化する画像構築部と、画像構築部により画像化された断面画像を表示する表示部と、計測対象媒体に浸透性物質を塗布する塗布手段と、を備え、浸透性物質を計測対象媒体の裏面に塗布しながら浸透状態の計測を行う。 Patent Document 1 discloses a technique for obtaining a tomographic image of a state where a liquid permeates from the back surface of a medium using an optical coherence tomography method, and analyzing the obtained tomographic interface position, that is, a technique for quantifying a permeation speed. Is described. That is, the permeation process measuring device described in Patent Document 1 is provided in a light source unit, a light dividing unit that divides light from the light source unit into an optical path of reference light and an optical path of measurement light, and an optical path of the reference light. A reference optical system, a measurement optical system that is provided in the optical path of the measurement light and measures the measurement target medium, and a light combining unit that combines the reflected / scattered light of the measurement light by the measurement target medium and the reference light from the reference optical system A detection unit that detects the combined light combined by the light combining unit and outputs a photoelectric conversion signal, an image construction unit that images a cross-section of the measurement target medium using the photoelectric conversion signal, and an image construction unit A display unit that displays the cross-sectional image and an application unit that applies the permeable substance to the measurement target medium, and measures the penetration state while applying the permeable substance to the back surface of the measurement target medium.
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、時間分解能より短い時間で生ずる浸透挙動を計測することが容易ではない。光干渉断層計測においては、短時間での挙動を把握するために、一般に高速で干渉測定光を検出できる光検出器を使用したり、測定光の機械的走査を光学的走査に置き換えたりすることで時間分解能を向上する工夫がなされる一方、測定可能な時間が短くなったり、測定感度が低下したり、装置部材のコストが増大したりするという問題点もあった。 However, in the technique described in Patent Document 1, it is not easy to measure the permeation behavior that occurs in a time shorter than the time resolution. In optical coherence tomography, in order to grasp the behavior in a short time, generally use a photodetector that can detect the interferometric light at high speed, or replace the mechanical scanning of the measuring light with optical scanning. However, there is a problem that the measurable time is shortened, the measurement sensitivity is lowered, and the cost of the apparatus member is increased.
本発明は以上の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、媒体を破壊することなく、媒体に様々な速度で浸透する塗布物の浸透状態を任意の時間分解能をもって計測することができる計測装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to measure the penetration state of a coating material penetrating into a medium at various speeds without destroying the medium with an arbitrary time resolution. An object of the present invention is to provide a measuring device that can be used.
上記課題を解決するため、請求項1記載の発明は、光源部と、前記光源部からの光を測定光と参照光とに分割する光分割部と、前記参照光を参照ミラーに照射して参照ミラーからの戻り光を取得する参照光学系と、前記測定光を計測対象物に照射して前記計測対象物による反射光又は散乱光による戻り光を取得する観測光学系と、前記参照ミラーからの戻り光と前記計測対象物からの戻り光とを結合する光結合部と、前記光結合部で結合された光の干渉信号を検出する光検出部と、前記光検出部の検出結果を処理する処理部と、を備え、光干渉断層計測法により前記計測対象物の内部状態を計測する計測装置であって、前記干渉信号に基づく前記計測対象物の内部状態の計測時に、前記計測対象物を前記測定光の照射方向と交差する方向に搬送する搬送手段と、搬送中の前記計測対象物に塗布物を塗布する塗布手段と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problem, the invention according to claim 1 is directed to a light source unit, a light dividing unit that divides light from the light source unit into measurement light and reference light, and irradiating the reference mirror with the reference light. A reference optical system for acquiring return light from a reference mirror, an observation optical system for irradiating the measurement object with the measurement light and acquiring return light by reflected light or scattered light from the measurement object, and the reference mirror An optical coupling unit that couples the return light from the measurement object and the return light from the measurement object, a light detection unit that detects an interference signal of the light coupled by the optical coupling unit, and a detection result of the light detection unit A measurement device that measures the internal state of the measurement object by optical coherence tomography, and measures the internal state of the measurement object based on the interference signal. In the direction intersecting the irradiation direction of the measurement light Conveying means for, characterized in that it comprises a coating means for applying a coating material to the measurement object during transport.
本発明によれば、媒体を破壊することなく、媒体に様々な速度で浸透する塗布物の浸透状態を任意の時間分解能をもって計測することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the penetration | infiltration state of the coating material which osmose | permeates a medium at various speeds can be measured with arbitrary time resolution, without destroying a medium.
以下、本発明を図面に示した実施の形態に詳細に説明する。
本発明は、媒体を破壊することなく、媒体に様々な速度で浸透する塗布物の浸透状態を任意の時間分解能をもって計測するため以下の構成を有する。
即ち、本発明の計測装置は、光干渉断層計測法を用いて計測対象物の内部状態を計測するための計測装置であって、光を発生させる光源部と、前記光源からの光を参照光と測定光に分割する分割部と、前記計測対象物からの反射光又は散乱光と前記参照光との結合光を検出する検出部と、前記検出部で検出した信号を処理したのち表示する処理部と、を備えた計測装置において、前記計測装置には、前記計測対象物に材料を塗布する塗布手段と、前記計測対象物を搬送する搬送手段が設けられており、前記材料を前記計測対象物に連続的に塗布しながら、前記搬送手段により搬送中の前記計測対象物の内部状態計測を行うことを特徴とする。
以上の構成を備えることにより、媒体を破壊することなく、媒体に様々な速度で浸透する塗布物の浸透状態を任意の時間分解能をもって計測することができる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings.
The present invention has the following configuration in order to measure the penetration state of a coating material that penetrates a medium at various speeds without destroying the medium with an arbitrary time resolution.
That is, the measurement apparatus of the present invention is a measurement apparatus for measuring the internal state of a measurement object using an optical coherence tomography method, and includes a light source unit that generates light and light from the light source as reference light. A dividing unit that divides the light into measurement light, a detection unit that detects a combined light of reflected light or scattered light from the measurement object and the reference light, and a process that displays after processing the signal detected by the detection unit A measuring device comprising: an application unit that applies a material to the measurement object; and a conveying unit that conveys the measurement object, and the material is measured by the measurement device. The internal state of the measurement object being conveyed is measured by the conveying means while being continuously applied to the object.
By providing the above configuration, it is possible to measure the penetration state of the coating material penetrating into the medium at various speeds without destroying the medium with an arbitrary time resolution.
まず本発明の技術背景及び概要について説明する。
液体を吸収するシート状の媒体である計測対象物の片面に塗布物として液体を塗布すると、液体は塗布面から計測対象物深さ方向に時間の経過に伴って浸透していく。このとき、液体の浸透が完了するまで、即ち液体浸透界面が液体塗布面とは反対側に達するまで、又は液体浸透界面の移動が終了するまでに要する時間は、計測対象物と塗布する液体の組み合わせによってミリ秒程度から数時間以上まで様々である。
光干渉断層計測法においては、計測対象物の表面や内部に照射した光の反射光、あるいは散乱光を光の干渉を利用して検出し、検出した干渉信号を電気信号に変換し、電気信号を信号強度に基づいて輝度値に変換する。これにより、計測対象物の内部構造や内部状態を断層画像として知ることができる。
First, the technical background and outline of the present invention will be described.
When a liquid is applied as an application to one side of a measurement object that is a sheet-like medium that absorbs the liquid, the liquid penetrates from the application surface in the depth direction of the measurement object with time. At this time, the time required until the liquid permeation is completed, that is, until the liquid permeation interface reaches the side opposite to the liquid application surface or the movement of the liquid permeation interface is completed, Depending on the combination, it can vary from milliseconds to several hours.
In optical coherence tomography, the reflected or scattered light of the light irradiated on the surface or inside of the measurement object is detected using light interference, and the detected interference signal is converted into an electrical signal. Is converted into a luminance value based on the signal intensity. Thereby, the internal structure and internal state of the measurement object can be known as a tomographic image.
計測対象物の一部に液体が浸透した状態で断層画像を取得すると、浸透していない状態で取得した断層画像と比較して、液体が浸透している領域の画像強度は変化している。計測対象物への液体の浸透は、計測対象物内部の微細な空隙が液体で次第に満たされていくことで進んでいく。計測対象物内部の空隙の界面に光が照射されると、空気と計測対象物との間には屈折率差があるため、フレネルの関係式に基づいて反射光と透過光にある割合で分割される。 When a tomographic image is acquired in a state where the liquid has permeated a part of the measurement object, the image intensity of the region in which the liquid has permeated is changed as compared with the tomographic image acquired in a state where the liquid is not permeated. The penetration of the liquid into the measurement object proceeds as the minute voids inside the measurement object are gradually filled with the liquid. When light is applied to the interface of the air gap inside the measurement object, there is a difference in refractive index between the air and the measurement object, so the light is divided at a certain ratio between reflected light and transmitted light based on the Fresnel relational expression. Is done.
しかし、液体が浸透し液体で満たされた空隙の界面に光が照射された場合、一般に液体と計測対象物の屈折率差は空気と計測対象物の屈折率差と比較して異なるため、照射光が反射光と透過光に分割される割合も変化する。したがって、断層画像に基づいて液体の浸透が進んだ領域を知るためには、液体を浸透させた状態(液体の塗布時)における断層画像と、液体を浸透させていない状態(液体の非塗布時)における断層画像と比較した差分断層画像を生成し、輝度値に一定以上の差分が発生している箇所を見つければよいことになる。 However, when light is applied to the interface of a gap that is infiltrated and filled with liquid, the difference in refractive index between the liquid and the measurement object is generally different compared to the difference in refractive index between air and the measurement object. The ratio at which light is divided into reflected light and transmitted light also changes. Therefore, in order to know the region where the liquid penetration has progressed based on the tomographic image, the tomographic image in a state where the liquid has penetrated (when the liquid is applied) and a state where the liquid has not penetrated (when the liquid is not applied) It is only necessary to generate a differential tomographic image compared with the tomographic image in FIG.
本発明では一定速度で搬送されるシート状の媒体に連続的に液体を塗布し、計測対象物の液体塗布面上の搬送方向と直交する軸を含まない面である撮像面を断層画像として取得する。これにより、差分断層画像上の搬送方向成分を含む軸(距離を表す)のひとつを媒体搬送速度の軸方向成分で除することで時間軸に変換する。また、差分断層画像上の搬送方向軸と垂直な軸(距離を表す)を、計測対象物の厚み(深さ)方向軸に射影することで、液体塗布後経過時間に対する液体の浸透深さの変化、即ち浸透速度特性を計測することができる。 In the present invention, liquid is continuously applied to a sheet-like medium that is conveyed at a constant speed, and an imaging surface that is a surface that does not include an axis orthogonal to the conveyance direction on the liquid application surface of the measurement object is acquired as a tomographic image. To do. As a result, one of the axes (representing the distance) including the transport direction component on the differential tomographic image is divided by the axial direction component of the medium transport speed to convert to the time axis. In addition, by projecting the axis (representing the distance) perpendicular to the conveyance direction axis on the differential tomographic image to the thickness (depth) direction axis of the measurement object, the penetration depth of the liquid with respect to the elapsed time after liquid application Changes, i.e. permeation rate characteristics, can be measured.
また、本発明によれば、計測対象物の搬送速度を調整したり、計測対象物に対する撮像面の位置関係を調整したりすることで浸透速度特性を計測できる時間領域を制御することができる。このため、浸透速度の異なる液体と計測対象物の組み合わせにおいても、光干渉断層計測の断層画像取得速度を変化させることなく、高い時間分解能で浸透速度特性を計測することができる。 Further, according to the present invention, it is possible to control the time region in which the penetration rate characteristic can be measured by adjusting the conveyance speed of the measurement object or adjusting the positional relationship of the imaging surface with respect to the measurement object. For this reason, even in a combination of a liquid and a measurement object having different penetration speeds, the penetration speed characteristics can be measured with high temporal resolution without changing the tomographic image acquisition speed of the optical coherence tomography measurement.
<実施形態>
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。図1は本発明の実施形態に係る光干渉断層計測装置の光学系及び制御系を示す概略図である。本発明の実施形態に係る計測装置である光干渉断層計測装置1は、観測光学系2と、参照光学系3と、干渉計部4と、搬送装置11と、液体塗布装置18と、処理制御部20とを備える。
<Embodiment>
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the components, types, combinations, shapes, relative arrangements, and the like described in this embodiment are merely illustrative examples and not intended to limit the scope of the present invention only unless otherwise specified. . FIG. 1 is a schematic diagram showing an optical system and a control system of an optical coherence tomography measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. An optical coherence tomography measuring apparatus 1 which is a measuring apparatus according to an embodiment of the present invention includes an observation
干渉計部4は、光源部である光源6と、光分割部と光結合部を兼ねるファイバカプラ7と、光検出部14とを備える。光源6は、中心波長が近赤外の波長域に属した広帯域光を発生させる。例えば、光源6が発生させる光は、中心波長が0.7マイクロメートル〜2.0マイクロメートルの近赤外の波長域にあり、可干渉距離が20マイクロメートル以下の広帯域光である。
ファイバカプラ7は、光分割手段及び光結合手段として機能する。ファイバカプラ7は、導光ファイバ7a、測定光ファイバ7b、参照光ファイバ7c、測定ファイバ7d、光分割結合部7eを備える。光源6からの光は、導光ファイバ7aに入射され、光分割結合部7eで測定光と参照光とに分割されて、測定光が測定光ファイバ7bから、参照光が参照光ファイバ7cから射出される。測定光ファイバ7bからの光は観測光学系2に入射され、参照光ファイバ7cからの光は参照光学系3に入射される。
観測光学系2からの戻り光は測定光ファイバ7bを経て光分割結合部7eに至り、参照光学系3からのからの戻り光は参照光ファイバ7cを経て光分割結合部7eに至る。これらの光は光分割結合部7eで結合され、測定ファイバ7dから射出される。この射出された光は光検出部14に入射し、光検出部14は測定ファイバ7dからの結合光の干渉状態を検出する。光検出部14は光電変換素子で構成される。
The interferometer unit 4 includes a light source 6 that is a light source unit, a fiber coupler 7 that serves as a light splitting unit and an optical coupling unit, and a
The fiber coupler 7 functions as an optical dividing unit and an optical coupling unit. The fiber coupler 7 includes a
The return light from the observation
観測光学系2は、レンズL2と、ガルバノスキャナ8と、走査レンズ10とを備える。測定光ファイバ7bからの測定光は、レンズL2を経てガルバノスキャナ8で走査される。ガルバノスキャナ8は2台のガルバノミラー8a、8bを備える。ガルバノミラー8a、8bは、制御部21によって駆動制御される。
本例においてガルバノミラー8a、8bは、両者とも往復振動駆動される。このようにガルバノミラー8a、8bを駆動することにより2次元及び3次元の断面画像データを取得することができる。
The observation
In this example, the galvanometer mirrors 8a and 8b are both driven to reciprocate. By driving the galvanometer mirrors 8a and 8b as described above, two-dimensional and three-dimensional cross-sectional image data can be acquired.
レンズL2は、測定光ファイバ7bから射出された光を平行光束に変換する。平行光束は測定光として走査レンズ10に入射する。走査レンズ10は、ガルバノスキャナ8からの平行光束を常に計測対象物12に対して垂直方向から入射させてスポット光を形成する役割を有する。このように、計測対象物12に対して垂直方向から平行光束を入射させて結像させることにより、断面画像を正確に取得することができる。計測対象物12からの戻り光は、走査レンズ10、ガルバノスキャナ8を経てレンズL2から測定光ファイバ7bに入射される。
The lens L2 converts the light emitted from the measurement
また、参照光学系3は、レンズL3、レンズL4、参照ミラー13を備える。参照光ファイバ7cからの参照光は、レンズL3、L4を経て参照ミラー13に照射され、参照ミラー13で全反射されてレンズL4、レンズL3を経て参照光ファイバ7cに戻る。
The reference
搬送装置11は計測対象物12を、計測対象物12に照射される測定光の照射方向と交差する所定の搬送方向に搬送する。計測対象物12は、膜状若しくは板状の物体、又は印刷媒体である。液体塗布装置18は、計測対象物12の内部状態の計測時に、計測対象物12を間に挟んで、測定光の照射側である走査レンズ10とは反対側の面に液体を塗布する。
The
処理制御部20は制御手段である制御部21、処理部22、記憶部23、表示部24を備える。制御部21はCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等を備えるコンピュータとして構成されている。制御部21においては、CPUがROM又は記憶部23に記憶された所定のプログラムを読み出してRAMに展開して実行することにより、各手段の機能を実現する。
処理部22は、光検出部14で取得された信号を光干渉断層法に基づいたプログラムにより処理する。記憶部23は計測により取得した信号データや断層画像を格納する。また、表示部24は計測により取得した信号データや断層画像を表示する。
The
The processing unit 22 processes the signal acquired by the
光干渉断層計測装置1において、光源6から出力された光はレンズL1を通してファイバカプラ7の導光ファイバ7aの端部に導かれる。この光は光分割結合部7e内で分割され、それぞれ測定光ファイバ7bを経て観測光学系2へ、参照光ファイバ7cを経て参照光学系3へと向かう。観測光学系2へ向かった光はレンズL2を通して平行ビームとされた後、ガルバノスキャナ8により計測対象物12に照射され、計測対象物12の表面に沿って走査される。
ここで、ガルバノスキャナ8の動作について説明する。図1中、左右方向(計測対象物12の搬送方向に沿った方向)をx軸方向、図1の紙面に垂直な方向をy軸方向、図1中上下方向をz軸方向と仮定する。ガルバノスキャナ8は2台のガルバノミラー8a、8bを備える。一方のガルバノミラー8aは、z軸を中心に(z軸周りに)往復揺動し、測定光をxy平面内で搬送方向と交差する方向に走査する。また、他方のガルバノミラー8bは、y軸を中心に(y軸周りに)往復揺動し、測定光をxy平面内で搬送方向に走査する。この動作により、ガルバノスキャナ8は計測対象物12に対して測定光を少なくとも搬送方向に走査した3次元の断面画像データを取得することができる。なお、2つのガルバノミラーの揺動方向は入れ替えても構わない。
光干渉断層計測装置1では、少なくとも一方のガルバノミラー、例えばガルバノミラー8bをy軸周りに揺動させることにより、測定光を計測対象物12の搬送方向に走査して2次元以上の断面画像データを取得する。なお、測定光の走査方向は、少なくとも計測対象物12の面内(xy平面内)において、搬送方向と直交しない方向であればよい。即ち、搬送方向と直交する方向(y軸方向)を第一の方向とした場合に、測定光は第一の方向と交差する第二の方向に走査されればよい。これにより、少なくとも搬送方向成分を含む断面画像データを得られる。
また、ガルバノスキャナ8は制御部21によって駆動制御される。計測対象物12は搬送装置11によって一定方向(図1中右方向)に搬送されている。計測対象物12に照射された光は計測対象物12の表面及び内部における反射及び散乱によって一部の光が、観測光学系2を介してファイバカプラ7へと戻る。一方、参照光学系3へ向かった光は、レンズL3とレンズL4を通して参照ミラー13へ照射、反射され、参照光学系3を介して、ファイバカプラ7とへ戻る。
In the optical coherence tomography measuring apparatus 1, the light output from the light source 6 is guided to the end of the
Here, the operation of the
In the optical coherence tomography measuring apparatus 1, at least one galvanometer mirror, for example, the galvanometer mirror 8b, is swung around the y-axis to scan the measurement light in the transport direction of the
The
観測光学系2及び参照光学系3のそれぞれからの戻り光はファイバカプラ7の光分割結合部7e内で干渉し、レンズL5とレンズL6を通して光検出部14へ入力される。光検出部14によって検出された干渉信号は電気信号に変換され、処理制御部20へ取り込まれたのち、処理部22の信号処理によって断層画像化され、そのデータは記憶部23に記憶され、表示部24に適宜表示される。
The return light from each of the observation
このような構成により、光干渉断層計測装置1は、制御部21によってガルバノスキャナ8、搬送手段である搬送装置11及び塗布手段である液体塗布装置18を駆動して、計測対象物12に液体塗布装置18から塗布しつつ液体が計測対象物12に浸透した状態又は浸透する過程を計測できる。なお、搬送装置11は、計測対象物12の搬送速度を自在に変更可能である。搬送速度の制御は、制御部21によって実行される。
With such a configuration, the optical coherence tomography measuring apparatus 1 drives the
図2は本実施形態に係る光干渉断層計測装置の観測光学系周辺の位置関係を示す概略図である。この図は観測光学系2の一部を測定光の光軸と直交する方向から見た状態を示している。
測定光は走査レンズ10通して計測対象物12へ照射される。計測対象物12は搬送装置11により速度vで一方向に搬送されている。このため、液体は計測対象物12中を搬送されながら浸透していく。断層画像の取得中は速度vを一定に保持するため、断層画像の取得タイミングや単位時間当たりの断層画像取得数によらず、見かけ上同様の浸透領域32の形状をもつ断層画像を経時的に取得できる。図2において、液体塗布装置18から吐出された液滴30は、搬送装置11で搬送される計測対象物12に塗布物31として塗布される。そして、塗布物31は計測対象物12の基体33内に浸透し、基体33内に浸透領域32が形成される。
ここで、液体塗布装置18は、液体を計測対象物12に対して搬送方向と交差する方向に沿って線状に塗布することにより、液体が計測対象物12の塗布面において面状に広がるようにする。これにより、ガルバノスキャナ8による走査位置の調整が容易になる。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the positional relationship around the observation optical system of the optical coherence tomography measuring apparatus according to the present embodiment. This figure shows a state in which a part of the observation
The measurement light is applied to the
Here, the
図3は本実施形態に係る光干渉断層計測装置で取得した計測対象媒体搬送速度に対する取得断層画像の差異を示す概略図である。図3(a)、(b)、(c)の順に時間が経過している。尚、各図では塗布された塗布物自体の像(計測対象物に浸透していない塗布物の像)は省略している。液体塗布位置に対して搬送が進むほど浸透領域32が計測対象物12の基体33の深部へと拡大していることがわかる。差分断層画像には計測対象物の不均一さに由来する差分成分が画像ノイズとして現れることがある。この影響を低減するために同じ搬送条件、塗布条件で異なる時刻に取得した差分断層画像を平均化処理したものを新たに差分断層画像として扱うことができる。
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a difference in acquired tomographic images with respect to a measurement target medium conveyance speed acquired by the optical coherence tomography measuring apparatus according to the present embodiment. Time elapses in the order of FIGS. 3A, 3B, and 3C. In each figure, an image of the applied application itself (an image of the application that does not penetrate the measurement object) is omitted. It can be seen that the
ここで、計測対象物12の搬送速度をv0、v1、v2と変化させる(但し、v0>v1>v2、とする)と、浸透界面位置の形状が変化する。断層画像上での液体塗布位置からの距離は、液体塗布後経過時間と搬送速度の積である。したがって、搬送速度vが一定かつ既知であれば、浸透界面位置の形状は液体塗布後経過時間に対する液体の浸透深さの関係を表すグラフに変換することができる。
Here, when the conveyance speed of the
計測対象物12に対してある速度で浸透する液体の浸透速度を測定する場合、例えば計測対象物12の搬送速度v1で図3(b)に示すような断層画像が取得されたとする。液体の塗布後、より長時間での浸透挙動を把握したい場合は、計測対象物12の搬送速度をv2に低下させて図3(c)に示すような断層画像を取得する。(液体塗布後経過時間)=(断層画像上での液体塗布位置からの距離)/(搬送速度)の関係から速度を低下させたことにより、浸透深さが評価できる時間をより長く取ることができる。
一方、液体の塗布後、より短時間での浸透挙動を詳細に把握したい場合は、計測対象物12の搬送速度をv0に上昇させて図3(a)に示すような断層画像を取得する。(液体塗布後経過時間)=(断層画像上での液体塗布位置からの距離)/(搬送速度)の関係から、搬送速度を増したことにより、浸透深さが評価できる時間をより短くすることができる。
即ち、断層画像の幅とピクセルピッチは固定されているため、あるいは、測定毎に断層画像の幅とピクセルピッチを既知のものとすることにより、より短時間における浸透挙動を計測するにはより高速で、より長時間における浸透挙動を計測するにはより低速で計測対象物12を搬送することで、浸透速度定量の時間分解能を自在に変化させることができる。
When measuring the permeation speed of the liquid that permeates the
On the other hand, when it is desired to grasp the permeation behavior in a shorter time after applying the liquid, the tomographic image as shown in FIG. (Elapsed time after liquid application) = (Distance from liquid application position on tomographic image) / (Conveyance speed) By increasing the conveyance speed, the time during which the penetration depth can be evaluated is shortened. Can do.
That is, because the tomographic image width and pixel pitch are fixed, or by making the tomographic image width and pixel pitch known for each measurement, it is faster to measure penetration behavior in a shorter time. Thus, in order to measure the permeation behavior for a longer time, the time resolution of the permeation rate determination can be freely changed by conveying the
異なる搬送速度設定で取得した断層画像に基づいて求められた、液体塗布後経過時間に対する液体の浸透深さの関係を表すグラフは重ね合わせることができる。図4は同光干渉断層計測装置で取得した各搬送速度設定において判断された浸透界面位置の時刻暦を示す概略図である。図4においてグラフAは搬送速度v0、グラフBは搬送速度v1、グラフCは搬送速度v2で取得した断層画像に基づいて定量したものである(なお、v0>v1>v2である)。例えば、図3(a)〜(c)の断層画像上で一定のピクセルピッチごとに浸透深さのデータを取得する場合、搬送速度が大きいほど単位時間あたりのデータの個数は増大しているが、データを取得可能な時間的範囲が狭くなっていることがわかる。なお、図4では、液体の浸透速度はグラフの傾きとして現れている。 Graphs representing the relationship of the penetration depth of the liquid with respect to the elapsed time after the liquid application obtained based on the tomographic images acquired at different conveyance speed settings can be superimposed. FIG. 4 is a schematic diagram showing the time calendar of the permeation interface position determined in each conveyance speed setting acquired by the optical coherence tomography measurement apparatus. In FIG. 4, the graph A is quantified based on the tomographic image acquired at the transport speed v0, the graph B is at the transport speed v1, and the graph C is at the transport speed v2 (v0> v1> v2). For example, when acquiring penetration depth data for each fixed pixel pitch on the tomographic images of FIGS. 3A to 3C, the number of data per unit time increases as the conveyance speed increases. It can be seen that the time range in which data can be acquired is narrow. In FIG. 4, the permeation rate of the liquid appears as the slope of the graph.
液体塗布直後ではなく、液体塗布から任意時間経過後の浸透特性を詳細に知りたい場合は、計測対象物12から取得する断層画像の位置を計測対象物12の搬送方向に(液体塗布位置から離間する方向に)移動させればよい。つまり、計測対象物12のうち、液体の塗布から任意時間が経過した地点を含む所定範囲に測定光を照射して断層画像を取得すればよい。このような断層画像を取得するため、本実施形態に係る光干渉断層計測装置1は、液体塗布装置18又は観測光学系2を計測対象物12の搬送方向に沿って進退移動させるモータ等の駆動手段を備え、制御部21が駆動手段を駆動制御する構成とすることができる。断層画像の取得位置を変更した場合、例えばグラフDのようなデータを取得できる。
When it is desired to know in detail the penetration characteristics after an arbitrary time has elapsed since the liquid application, not immediately after the liquid application, the position of the tomographic image acquired from the
何れの場合も、液体の浸透速度は、断層画像上の時間軸方向における基準位置(例えば液体塗布位置や浸透計測開始位置)から特定位置(例えば浸透計測終了位置)までの搬送方向距離を計測対象物12の搬送速度に基づいて時間軸に変換し、基準位置と特定位置における夫々の浸透深さに基づいて算出することができる。
In any case, the penetration speed of the liquid is measured by measuring the distance in the transport direction from the reference position (eg, liquid application position or penetration measurement start position) in the time axis direction on the tomographic image to a specific position (eg, penetration measurement end position). Conversion to a time axis based on the conveyance speed of the
光干渉断層計測装置1においては、ガルバノスキャナ8のふたつのガルバノミラー8a、8bのうち一方のみを駆動すると2次元の断層画像が、スキャナをふたつとも駆動すると2次元又は3次元の断層画像が取得できる。
2次元の断面画像を取得する場合、ガルバノスキャナ8は、測定光を取得する断層画像の何れかの軸に浸透挙動の時間変化が記録される方向に走査する。即ち、ガルバノスキャナ8のうちの一方のガルバノミラーを適切に駆動して、少なくとも計測対象物12の搬送方向成分を含む方向、即ち搬送方向に垂直でない方向に走査する。言い換えれば、計測対象物12に対する塗布物の塗布面内において、計測対象物12の搬送方向と直交する方向(図3中紙面に垂直な方向)を第一の方向と定義した場合、ガルバノスキャナ8は第一の方向と交差する第二の方向に計測対象物12を走査する。そして、処理部22は、ガルバノスキャナ8が走査した方向を横軸に厚さ方向を縦軸に取った断層画像を取得する。この場合、搬送方向に対して斜めに角度をなすように断層画像を取得することもできる。これは浸透速度測定の時間分解能を向上させたいときに行われる。
一方、3次元の断面画像を取得する場合、測定光は任意の方向に走査される。取得した3次元の断層画像から計測対象物12を搬送方向に沿って走査した断層画像に相当する2次元の断層画像を得ることが可能である。この場合、例えば計測対象物12の搬送方向に沿った方向を横軸とし、計測対象物12の厚さ方向に沿った方向を縦軸として、両軸によって規定される平面に3次元の断層画像を投影して得られる画像を2次元の断層画像とする。このようにして得られる2次元の断層画像は、測定光を計測対象物の搬送方向に走査することにより得られる断層画像として取り扱うことができる。
In the optical coherence tomography measuring apparatus 1, a two-dimensional tomographic image is acquired when only one of the two galvanometer mirrors 8a and 8b of the
When acquiring a two-dimensional cross-sectional image, the
On the other hand, when acquiring a three-dimensional cross-sectional image, the measurement light is scanned in an arbitrary direction. It is possible to obtain a two-dimensional tomographic image corresponding to a tomographic image obtained by scanning the
本実施形態では2次元の断層画像の一方の軸が計測対象物12の搬送方向、もう一方の軸が媒体厚み方向である場合について説明したが、2次元断層画像の一方の軸が計測対象物12の搬送方向とある角度をなす方向(但し、この方向は搬送方向と直交しない方向であるとする)、もう一方の軸が計測対象物の厚み方向とある角度をなす方向(但し、この方向は計測対象物の厚み方向と直交しない方向であるとする)である場合においても、それぞれの角度が既知であれば断層画像の幾何学的な関係に基づく補正等により浸透特性が定量可能である。また、3次元断層画像においても2次元断層画像と同様の手続きにより、例えば計測対象物12の浸透特性の計測対象物の面内で搬送方向に垂直な方向分布として定量することができる。
In the present embodiment, the case where one axis of the two-dimensional tomographic image is the conveyance direction of the
以上のように、本実施形態に係る光干渉断層計測装置は、観測光学系と、参照光学系と、干渉計部と、処理制御部を備え、更に観測光学系からの測定光が照射される計測対象物を搬送する搬送手段と、搬送手段によって搬送中の計測対象物に対して測定光の照射側とは反対側の面に液体を塗布するように設置された液体塗布装置を備えている。これにより、搬送中の計測対象物に液体を塗布した後に浸透していく過程を、塗布面とは反対側からの計測により液体の光学的影響を受けずに断層画像として記録できる。計測対象物を搬送する搬送手段は、搬送速度を制御することができるので、断層画像に記録する時間情報を変化させることができる。 As described above, the optical coherence tomography measurement apparatus according to the present embodiment includes the observation optical system, the reference optical system, the interferometer unit, and the processing control unit, and is further irradiated with the measurement light from the observation optical system. A transport unit configured to transport a measurement object; and a liquid application device installed so as to apply a liquid to a surface opposite to the measurement light irradiation side of the measurement object being transported by the transport unit. . Thereby, the process of infiltrating after applying the liquid to the measurement object being transported can be recorded as a tomographic image without being affected by the optical effect of the liquid by measurement from the side opposite to the application surface. Since the transport means for transporting the measurement object can control the transport speed, the time information recorded in the tomographic image can be changed.
また、記憶部には計測対象物へ液体が浸透していく過程の断層画像とそれに対応する搬送速度情報が記録されており、処理部はこれらを読み出し、非浸透時の断層画像と比較処理を行い、処理結果に基づいて液体浸透界面位置の時刻暦と判断する。即ち、液体浸透速度を自在な時間分解能で算出することができる。
尚、上記実施形態では、光干渉断層計測装置1は単独で使用し、液体の媒体への浸透状態を計測するものとして説明したが、光干渉断層計測装置1をインクジェットプリンタに組み込み、媒体への印刷を行いつつ計測を行うことができる。その他、液薬や塗布材をシート材に塗布する装置やシステムに組み込むことも可能である。
In addition, the storage unit records a tomographic image of the process of liquid permeating into the measurement object and the corresponding conveyance speed information, and the processing unit reads these and performs comparison processing with the tomographic image at the time of non-penetration. And the time calendar of the liquid permeation interface position is determined based on the processing result. That is, the liquid permeation rate can be calculated with free time resolution.
In the above-described embodiment, the optical coherence tomography measuring apparatus 1 is described as being used alone and measuring the penetration state of a liquid into the medium. However, the optical coherence tomography measuring apparatus 1 is incorporated in an ink jet printer, Measurement can be performed while printing. In addition, it is also possible to incorporate a liquid medicine or a coating material into a device or system for coating a sheet material.
<本発明の実施態様例の構成、作用、効果>
<第1態様>
本態様は、光源6と、光源6からの光を測定光と参照光とに分割する光分割部であるファイバカプラ7と、参照光を参照ミラー13に照射して参照ミラー13からの戻り光を取得する参照光学系3と、測定光を計測対象物12に照射して計測対象物による反射光又は散乱光による戻り光を取得する観測光学系2と、参照ミラー13からの戻り光と前記計測対象物からの戻り光とを結合する光結合部であるファイバカプラ7と、ファイバカプラ7で結合された光の干渉信号を検出する光検出部14と、光検出部14の検出結果を処理する処理部22と、を備え、光干渉断層計測法により前記計測対象物の内部状態を計測する計測装置であって、干渉信号に基づく計測対象物12の内部状態の計測時に、計測対象物12を測定光の照射方向と交差する方向に搬送する搬送装置11と、搬送中の計測対象物12に塗布物を塗布する液体塗布装置18と、を備えることを特徴とする。
本態様によれば、搬送装置11により搬送されている計測対象物12に液体塗布装置18から塗布物を塗布しつつ光断層計測を行う。これにより計測対象物12を破壊することなく、計測対象物12に様々な速度で浸透する塗布物の浸透状態を任意の時間分解能をもって計測することができる。
<Configuration, operation and effect of exemplary embodiment of the present invention>
<First aspect>
In this embodiment, the return light from the
According to this aspect, optical tomography measurement is performed while applying the coating material from the
<第2態様>
本態様において、計測対象物12は膜状若しくは板状の物体、又は印刷媒体であり、塗布手段が塗布する塗布物は液体であることを特徴とする。
本態様によれば、プリンタ、印刷機における液体の膜状若しくは板状の物体、又は印刷媒体への内部への浸透状態の計測を実現できる。
<Second aspect>
In this aspect, the
According to this aspect, it is possible to measure the state of penetration of liquid into a film or plate-like object or a printing medium in a printer or a printing press.
<第3態様>
本態様において、液体塗布装置18は、計測対象物12を間に挟んで測定光の照射側とは反対側に設けられていることを特徴とする。
本態様によれば、塗布物は計測対象物12に測定光の反対側から塗布される。これにより、液体の光学的影響を受けずに計測を行うことができる。
<Third aspect>
In this embodiment, the
According to this aspect, the application is applied to the
<第4態様>
本態様において、液体塗布装置18は、搬送方向と交差する方向に沿って前記塗布物を線状に塗布することを特徴とする。
例えば、2次元断層画像を得る場合には測定光を搬送方向に沿って走査するが、搬送方向と交差する方向における塗布物の広がりが少ない場合、測定光の走査位置を厳密に調整する必要がある。本態様において、塗布物は計測対象物に対して搬送方向と交差する方向に線状に塗布される。計測対象物は搬送方向に搬送されているので、塗布物は計測対象物の塗布面に面状に広がる。その結果、測定光の照射位置の調整が容易になり、塗布物が浸透する状態を断層像として計測しやすくなる。
<4th aspect>
In this embodiment, the
For example, when obtaining a two-dimensional tomographic image, the measurement light is scanned along the conveyance direction. However, when the spread of the coating material in the direction intersecting the conveyance direction is small, it is necessary to strictly adjust the scanning position of the measurement light. is there. In this aspect, the application is applied linearly in the direction intersecting the conveyance direction with respect to the measurement object. Since the measurement object is conveyed in the conveyance direction, the application object spreads in a planar shape on the application surface of the measurement object. As a result, it becomes easy to adjust the irradiation position of the measurement light, and it becomes easy to measure the state where the coating material penetrates as a tomographic image.
<第5態様>
本態様は、計測対象物12の液体塗布面内において搬送方向と直交する方向を第一の方向とした場合、処理部22は第一の方向と交差する第二の方向における計測対象物12の断層画像を生成することを特徴とする。
第二の方向は、搬送方向とは直交しない方向であるから、断層画像には計測対象物12の搬送による時間的変化が記録される。従って、本態様によれば、詳細に塗布物の浸透状態を測定できる。
<5th aspect>
In this aspect, when the direction orthogonal to the transport direction in the liquid application surface of the
Since the second direction is a direction that is not orthogonal to the transport direction, a temporal change due to transport of the
<第6態様>
本態様において、処理部22は、塗布物の塗布時における断層画像と、塗布物の非塗布時における断層画像との差分である差分断層画像を生成すること特徴とする。
処理部22は、断層画像上で塗布物の浸透が進んだ領域を知るために、塗布物が計測対象物に浸透した状態での断層画像と、塗布物が計測対象物に浸透していない状態での断層画像とを比較した差分断層画像を生成する。差分断層画像において輝度値に一定以上の差分が発生している箇所が、塗布物の浸透が進んだ領域である。処理部22は差分断層画像を生成することにより、詳細に塗布物の浸透状態を測定できる。
<Sixth aspect>
In this aspect, the processing unit 22 generates a differential tomographic image that is a difference between a tomographic image when the coating material is applied and a tomographic image when the coating material is not applied.
The processing unit 22 has a tomographic image in a state in which the coating material has penetrated the measurement object and a state in which the coating material has not penetrated the measurement object in order to know a region where the coating material has penetrated on the tomographic image. A differential tomographic image is generated by comparing with a tomographic image at. In the differential tomographic image, a portion where a difference of a certain value or more is generated in the luminance value is a region where the penetration of the coating material has progressed. The processing unit 22 can measure the penetration state of the coating in detail by generating a differential tomographic image.
<第7態様>
本態様において、処理部22は、計測対象物12の搬送速度と、断層画像から得られる基準位置である塗布物の塗布位置から特定位置までの搬送方向距離、基準位置における前記塗布物の浸透深さ、及び前記特定位置における前記塗布物の浸透深さと、に基づいて、塗布物の浸透速度を算出する。
本態様においては、基準位置から特定位置までの搬送方向距離を計測対象物12の搬送速度によって時間軸に変換する。従って、基準位置と特定位置における塗布物の夫々の浸透深さがわかれば、塗布物の浸透速度を算出することができる。
<Seventh aspect>
In this aspect, the processing unit 22 is configured such that the conveyance speed of the
In this aspect, the conveyance direction distance from the reference position to the specific position is converted into a time axis according to the conveyance speed of the
<第8態様>
本態様において、搬送装置11は、計測対象物12の搬送速度を変更可能であることを特徴とする。
本態様によれば、計測対象物12を様々な速度で搬送しつつ測定を行うことができる。これにより、塗布物の浸透速度を任意の時間分解能で計測することができる。
<Eighth aspect>
In this aspect, the
According to this aspect, it is possible to perform measurement while conveying the
<第9態様>
本態様は、光源6が出力する光は、中心波長が近赤外の波長域に属した広帯域光であることを特徴とする。
本態様によれば、光源6は計測対象物12を中心波長が近赤外の波長域に属した広帯域光を出力する。これにより、計測対象物12の深い領域まで観測を行うことができる。
<Ninth aspect>
This aspect is characterized in that the light output from the light source 6 is broadband light whose central wavelength belongs to the near-infrared wavelength region.
According to this aspect, the light source 6 outputs the broadband light belonging to the wavelength range of the near-infrared wavelength of the
<第10態様>
本態様は、光源6と、前記光源部からの光を測定光と参照光とに分割する光分割部であるファイバカプラ7と、参照光を参照ミラー13に照射して参照ミラー13からの戻り光を取得する参照光学系3と、測定光を計測対象物12に照射して計測対象物12による反射光又は散乱光による戻り光を取得する観測光学系2と、参照ミラー13からの戻り光と計測対象物12からの戻り光とを結合する光結合部であるファイバカプラ7と、光結合部で結合された光の干渉信号を検出する光検出部14と、光検出部の検出結果を処理する処理部22と、を備え、光干渉断層計測法により前記計測対象物の内部状態を計測する計測装置における計測方法であって、測定光の照射方向と交差する方向に搬送中の前記計測対象物に塗布物を塗布しつつ、前記干渉信号に基づいて前記計測対象物の内部状態の計測を行うことを特徴とする。
本態様によれば、搬送装置11により搬送されている計測対象物12に液体塗布装置18から塗布物を塗布しつつ光断層計測を行う。これにより計測対象物12を破壊することなく、計測対象物12に様々な速度で浸透する塗布物の浸透状態を任意の時間分解能をもって計測することができる。
<10th aspect>
In this embodiment, the light source 6, the fiber coupler 7 that is a light splitting unit that splits the light from the light source unit into measurement light and reference light, and the
According to this aspect, optical tomography measurement is performed while applying the coating material from the
1…光干渉断層計測装置、2…観測光学系、3…参照光学系、4…干渉計部、6…光源、7…ファイバカプラ、8…ガルバノスキャナ、11…搬送装置(搬送手段)、12…計測対象物、14…光検出部、18…液体塗布装置(塗布手段)、20…処理制御部、21…制御部、22…処理部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical coherence tomography measuring device, 2 ... Observation optical system, 3 ... Reference optical system, 4 ... Interferometer part, 6 ... Light source, 7 ... Fiber coupler, 8 ... Galvano scanner, 11 ... Conveyance apparatus (conveyance means), 12 ... Measurement object, 14 ... light detection unit, 18 ... liquid coating device (application unit), 20 ... processing control unit, 21 ... control unit, 22 ... processing unit
Claims (10)
前記光源部からの光を測定光と参照光とに分割する光分割部と、
前記参照光を参照ミラーに照射して参照ミラーからの戻り光を取得する参照光学系と、
前記測定光を計測対象物に照射して前記計測対象物による反射光又は散乱光による戻り光を取得する観測光学系と、
前記参照ミラーからの戻り光と前記計測対象物からの戻り光とを結合する光結合部と、
前記光結合部で結合された光の干渉信号を検出する光検出部と、
前記光検出部の検出結果を処理する処理部と、
を備え、光干渉断層計測法により前記計測対象物の内部状態を計測する計測装置であって、
前記干渉信号に基づく前記計測対象物の内部状態の計測時に、前記計測対象物を前記測定光の照射方向と交差する方向に搬送する搬送手段と、
搬送中の前記計測対象物に塗布物を塗布する塗布手段と、
を備えることを特徴とする計測装置。 A light source unit;
A light splitting unit for splitting light from the light source unit into measurement light and reference light;
A reference optical system for irradiating a reference mirror with the reference light to obtain return light from the reference mirror;
An observation optical system that irradiates the measurement object with the measurement light and obtains return light by reflected light or scattered light from the measurement object;
An optical coupling unit that couples the return light from the reference mirror and the return light from the measurement object;
A light detection unit for detecting an interference signal of light coupled by the light coupling unit;
A processing unit for processing a detection result of the light detection unit;
A measuring device for measuring the internal state of the measurement object by optical coherence tomography,
Transport means for transporting the measurement object in a direction intersecting the irradiation direction of the measurement light when measuring the internal state of the measurement object based on the interference signal;
An application means for applying an application to the measurement object being conveyed;
A measuring device comprising:
前記光源部からの光を測定光と参照光とに分割する光分割部と、
前記参照光を参照ミラーに照射して参照ミラーからの戻り光を取得する参照光学系と、
前記測定光を計測対象物に照射して前記計測対象物による反射光又は散乱光による戻り光を取得する観測光学系と、
前記参照ミラーからの戻り光と前記計測対象物からの戻り光とを結合する光結合部と、
前記光結合部で結合された光の干渉信号を検出する光検出部と、
前記光検出部の検出結果を処理する処理部と、
を備え、光干渉断層計測法により前記計測対象物の内部状態を計測する計測装置における計測方法であって、
前記測定光の照射方向と交差する方向に搬送中の前記計測対象物に塗布物を塗布しつつ、前記干渉信号に基づいて前記計測対象物の内部状態の計測を行うことを特徴とする計測方法。 A light source unit;
A light splitting unit for splitting light from the light source unit into measurement light and reference light;
A reference optical system for irradiating a reference mirror with the reference light to obtain return light from the reference mirror;
An observation optical system that irradiates the measurement object with the measurement light and obtains return light by reflected light or scattered light from the measurement object;
An optical coupling unit that couples the return light from the reference mirror and the return light from the measurement object;
A light detection unit for detecting an interference signal of light coupled by the light coupling unit;
A processing unit for processing a detection result of the light detection unit;
A measuring method in a measuring apparatus for measuring the internal state of the measurement object by optical coherence tomography,
A measurement method comprising: measuring an internal state of the measurement object based on the interference signal while applying an application to the measurement object being transported in a direction crossing the irradiation direction of the measurement light. .
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---|---|---|---|---|
JP2019196949A (en) * | 2018-05-09 | 2019-11-14 | 学校法人光産業創成大学院大学 | Optical interference device and OCT device |
JP2020044672A (en) * | 2018-09-14 | 2020-03-26 | 株式会社リコー | Recording device and recording method |
-
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