JP2019124666A - 液滴体積測定方法および液滴体積測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インク液滴の体積の測定精度を向上させること。【解決手段】第１の液滴の体積に基づいて中心位置を算出する第１工程と、第１の液滴の中心輝度に基づいて焦点位置を算出する第２工程と、中心位置と焦点位置に基づいて焦点距離を算出する第３工程と、焦点距離に基づいて第１の液滴の体積を算出する第４工程と、第１工程の第１の液滴の体積および第４工程の第１の液滴の体積に基づいて所定の強度および所定の閾値を調整する第５工程と、調整後の強度の光の照射時に中心位置で撮影された第２の液滴の撮影画像に対して調整後の輝度閾値を用いた画像処理を行い、第２の液滴の体積を測定する第６工程と、を含む。【選択図】図２

Description

本発明は、吐出された液滴の体積を測定する液滴体積測定方法および液滴体積測定装置に関する。

液晶ディスプレイのカラーフィルタや、有機ＥＬディスプレイ等のデバイスを製造する方法として、例えば機能性材料を含む液状体（例えば、インク液滴。以下、液滴という）をインクジェット法により複数のノズルから吐出し、印刷対象物に機能性材料の膜を形成するパネル製造方法が知られている。

このようなパネル製造方法では、液滴の吐出量を制御する制御装置の設定と液滴の実際の吐出量との対応関係に基づいて液滴の吐出量を一定に制御することが重要である。なぜなら、液滴の吐出が不均一であると、機能性材料の膜厚に差が生じ、デバイスの不良へと繋がるからである。例えば、カラーフィルタや有機ＥＬディスプレイでは、機能性材料の膜厚の差が色むらや輝度むらとして観察される。

例えば特許文献１には、液滴吐出装置から吐出される液滴の体積を測定する方法として、液滴吐出装置から吐出されて飛行する液滴の画像を、飛行方向と直交する方向からとらえ、画像処理によって、飛行する液滴の体積を算出する方法が開示されている。

具体的には、特許文献１の方法では、飛行する液滴に対して光を発光させ、その際に撮影された画像において、予め用意された液滴の無い画像との輝度差が閾値より大きいピクセルを液滴の画像領域であると判定し、その液滴の画像領域について積分することで液滴の体積を算出している。

特開平５−１４９７６９号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、発光強度や、撮影画像における液滴の画像領域の有無を判定する際に用いられる輝度閾値に応じて、撮影画像から抽出される液滴の画像の大きさが変わり、算出される液滴の半径が変わってしまう。体積の誤差は半径の誤差の３乗に比例するため、半径の誤差を小さく抑える必要がある。

本発明の目的は、吐出された液滴の体積の測定精度を向上させる液滴体積測定方法および液滴体積測定装置を提供することである。

本発明の一態様に係る液滴体積測定方法は、第１の液滴の体積に基づいて、前記第１の液滴の中心位置を算出する第１工程と、前記第１の液滴の中心輝度に基づいて、前記第１の液滴を通過した光が集光された位置である前記第１の液滴の焦点位置を算出する第２工程と、前記中心位置と前記焦点位置との間の距離である焦点距離を算出する第３工程と、前記焦点距離に基づいて、前記第１の液滴の体積を算出する第４工程と、前記第１工程で用いられた第１の液滴の体積を、前記第４工程で算出された第１の液滴の体積に近づけるように、所定の強度および所定の閾値の少なくとも一方を調整する第５工程と、前記第１の液滴が吐出されたノズルとは別のノズルから吐出されて飛行する第２の液滴に対して前記所定の強度の光を照射し、該第２の液滴を前記中心位置で撮影して得られた撮影画像と、前記予め用意された液滴の無い画像とのピクセル毎の輝度差を前記所定の閾値と比較して前記第２の液滴の画像領域を抽出し、抽出された画像領域に基づいて第２の液滴の体積を測定する第６工程と、を含む。

本発明の一態様に係る液滴体積測定装置は、第１の液滴の体積に基づいて、前記第１の液滴の中心位置を算出し、前記第１の液滴の中心輝度に基づいて、前記第１の液滴を通過した光が集光された位置である前記第１の液滴の焦点位置を算出し、前記中心位置と前記焦点位置との間の距離である焦点距離を算出し、前記焦点距離に基づいて、前記第１の液滴の体積を算出する算出部と、前記中心位置の算出に用いられた第１の液滴の体積を、前記焦点距離に基づいて算出された第１の液滴の体積に近づけるように、所定の強度および所定の閾値の少なくとも一方を調整する調整部と、を有し、前記算出部は、前記第１の液滴が吐出されたノズルとは別のノズルから吐出されて飛行する第２の液滴に対して前記所定の強度の光を照射し、該第２の液滴を前記中心位置で撮影して得られた撮影画像と、前記予め用意された液滴の無い画像とのピクセル毎の輝度差を前記所定の閾値と比較して前記第２の液滴の画像領域を抽出し、抽出された画像領域に基づいて第２の液滴の体積を測定する。

本発明は、吐出された液滴の体積の測定精度を向上させることができる。

本発明の実施の形態に係る飛翔液滴観測システムおよび液滴体積測定装置の構成例を示す図 本実施の形態の液滴体積測定装置の動作例を示すフローチャート 本実施の形態の液滴体積測定方法により得られたデータの一例を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

まず、本発明の実施の形態に係る飛翔液滴観測システムの構成について、図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態の飛翔液滴観測システムの構成例を示す図である。

図１に示すように、飛翔液滴観測システムは、液滴吐出装置２、カメラ３、照明装置４、および液滴体積測定装置１００、を有する。

液滴吐出装置２は、例えばインクジェット装置であり、ノズル（図示略）からインク液滴１を吐出する。液滴の吐出量および吐出タイミングは、液滴体積測定装置１００により制御される。図１に示すインク液滴１は、液滴吐出装置２から吐出されて飛行する液滴を示している。本実施の形態では、インク液滴１の形状を球状とみなす。

カメラ３は、例えばＣＣＤカメラであり、液滴吐出装置２から吐出されて飛行する液滴１を撮影し、撮影により得られた画像（以下、撮影画像という）を液滴体積測定装置１００へ出力する。撮像タイミングは、液滴体積測定装置１００により制御される。

照明装置４は、飛行するインク液滴１に対して光５を照射する。光５の発光強度および発光タイミングは、液滴体積測定装置１００により制御される。

液滴体積測定装置１００は、液滴吐出装置２、カメラ３、および照明装置４を制御し、インク液滴１の体積を測定する装置である。

液滴体積測定装置１００は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、制御プログラムを格納したＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶媒体、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の作業用メモリ、および通信回路（いずれも図示略）を有する。後述する各部の機能は、ＣＰＵが制御プログラムを実行することにより実現される。

液滴体積測定装置１００は、制御部１０１、算出部１０２、および調整部１０３を有する。

制御部１０１は、液滴吐出装置２の移動、液滴吐出装置２から吐出されるインク液滴１の吐出量および吐出タイミング、カメラ３の撮影タイミング、照明装置４の発光強度および発光タイミング等を制御する。

例えば、制御部１０１は、所定のタイミングで所定量のインク液滴１を液滴吐出装置２から吐出させる場合、その吐出タイミングに合わせて、光５を発光するように照明装置４を制御し、かつ、飛行するインク液滴１を撮影するようにカメラ３を制御する。

算出部１０２は、液滴焦点位置６、液滴中心位置７、液滴焦点距離８、およびインク液滴１の体積を算出する。この算出方法の詳細については後述する。

液滴中心位置７は、インク液滴１の中心の位置である。液滴焦点位置６は、照明装置４から発光された光５が、レンズとして機能するインク液滴１を通過することにより、集光される位置である。液滴焦点距離８は、液滴中心位置７と液滴焦点位置６との間の距離である。なお、カメラ３の位置および照明装置４の位置は、算出部１０２にとって既知である。

調整部１０３は、照明装置４の発光強度、および、撮影画像において各ピクセルがインク液滴１の画像領域である否かの判定（以下、画像領域判定処理という）に用いられる輝度閾値を調整する。この調整方法の詳細については後述する。

以上、本実施の形態に係る飛翔液滴観測システムの構成について説明した。

次に、本実施の形態の液滴体積測定装置１００の動作例（本発明の液滴体積測定方法の一例）について、図２を用いて説明する。図２は、本実施の形態の液滴体積測定装置１００の動作例を示すフローチャートである。

まず、算出部１０２は、液滴中心位置７を算出する（ステップＳ１）。

ここで、ステップＳ１について具体的に説明する。

まず、制御部１０１は、液滴吐出装置２をカメラ３および照明装置４の光軸方向に平行に移動させながら所定のノズルからインク液滴１を吐出させ、照明装置４を発光させ、複数の位置でインク液滴１を撮影するようにカメラ３を制御する。

そして、算出部１０２は、各位置で撮影された各撮影画像に対して画像領域判定処理を行い、各撮影画像からインク液滴１の画像領域を抽出する。例えば、特許文献１に開示されている方法と同様に、算出部１０２は、各撮影画像と、予め用意された液滴の無い画像とをピクセル毎に比較し、輝度差が輝度閾値より大きいピクセルをインク液滴１の画像領域であると判定する。これにより、各撮影画像からインク液滴１の画像領域が抽出される。

そして、算出部１０２は、抽出された各インク液滴１の画像領域に示されるインク液滴１の体積を測定する。この測定方法は、例えば、特許文献１に開示されている方法を用いてもよいし、それ以外の公知の方法を用いてもよい。

カメラ３のフォーカスが液滴中心位置７に合っている場合、インク液滴１の体積は極小値を取る。よって、算出部１０２は、測定された各インク液滴１の体積を最小２乗法によって近似し、体積の極小値を得る。算出部１０２は、極小値が得られた位置を液滴中心位置７に決定する。このときの一例を図３に示す。図３に示すように、測定された体積が極小値である位置がカメラ３のフォーカス位置であり、その位置が液滴中心位置７に決定される。

以上、ステップＳ１について具体的に説明した。以下、図２の説明に戻る。

次に、算出部１０２は、液滴焦点位置６を算出する（ステップＳ２）。

ここで、ステップＳ２について具体的に説明する。

まず、算出部１０２は、ステップＳ１で抽出された各インク液滴１の画像領域に示されるインク液滴１の中心付近に位置するピクセルの輝度（以下、中心輝度という）を測定する。

カメラ３のフォーカスが液滴焦点位置６に合っている場合、中心輝度は極大値を取る。よって、算出部１０２は、測定された中心輝度を最小２乗法によって近似し、中心輝度の極大値を得る。算出部１０２は、極大値が得られた位置を液滴焦点位置６に決定する。このときの一例を図３に示す。図３に示すように、測定された中心輝度が極大値である位置が液滴焦点位置６に決定される。

以上、ステップＳ２について具体的に説明した。以下、図２の説明に戻る。

次に、算出部１０２は、液滴中心位置７と液滴焦点位置６との間の液滴焦点距離８を算出する（ステップＳ３）。

次に、算出部１０２は、液滴焦点距離８と、予め定められたインク液滴１の屈折率とに基づいて、インク液滴１の半径ｒを算出する（ステップＳ４）。

具体的には、算出部１０２は、例えば、以下の式により半径ｒを算出する。以下の式において、ｆは液滴焦点距離８であり、ｎは予め定められたインク液滴１の屈折率である。
ｆ＝ｎｒ／２（ｎ−１）

次に、算出部１０２は、インク液滴１の半径ｒを積分変数として積分することによってインク液滴１の体積を算出する（ステップＳ５）。

次に、調整部１０３は、照明装置４の発光強度、および、上記画像領域判定処理で用いられる輝度閾値を調整する（ステップＳ６）。

具体的には、調整部１０３は、ステップＳ１において算出された極小値であるインク液滴１の体積を、ステップＳ５において液滴焦点距離８に基づいて算出されたインク液滴１の体積に近づけるように、発光強度および輝度閾値を調整する。

なお、ここでは、発光強度および輝度閾値の両方を調整する場合を例に挙げたが、発光強度および輝度閾値の少なくとも一方を調整するようにしてもよい。

次に、算出部１０２は、他のノズル（ステップＳ１においてインク液滴１を吐出したノズルとは別のノズル）から吐出されたインク液滴１の体積を算出する（ステップＳ７）。

具体的には、まず、制御部１０１は、液滴吐出装置２の他のノズルからインク液滴１を吐出させ、照明装置４を発光させ、ステップＳ１で算出された液滴中心位置７にフォーカスを合わせてインク液滴１を撮影するようにカメラ３を制御する。ここでの照明装置４の発光強度は、ステップＳ６で調整された発光強度である。

そして、算出部１０２は、液滴中心位置７で撮影された撮影画像と、予め用意された液滴の無い画像とをピクセル毎に比較し、輝度差が輝度閾値より大きいピクセルをインク液滴１の画像領域であると判定する。これにより、液滴中心位置７で撮影された撮影画像からインク液滴１の画像領域が抽出される。ここでの輝度閾値は、ステップＳ６で調整された輝度閾値である。

そして、算出部１０２は、抽出されたインク液滴１の画像領域に示されるインク液滴１の体積を測定する。この測定方法は、例えば、上述したステップＳ１の方法と同じである。

このようにステップＳ７では、ステップＳ６で調整された発光強度を用いて照明装置４を発光させ、液滴中心位置７でインク液滴１を撮影し、撮影画像に対して輝度閾値を用いてインク液滴１の画像を抽出し、その画像に基づいてインク液滴１の体積を測定する。よって、インク液滴１の半径の測定誤差を小さくでき、画像処理によるインク液滴１の体積の測定精度を向上させることができる。

以上、本実施の形態に係る液滴体積測定装置１００の動作例について説明した。

なお、本発明は、上記実施の形態の説明に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。

本発明は、液晶ディスプレイのカラーフィルタや、有機ＥＬディスプイ等のデバイスなどを製造する液滴吐出式の印刷装置の高性能化に寄与する。

１ インク液滴
２ 液滴吐出装置
３ カメラ
４ 照明装置
５ 光
６ 液滴焦点位置
７ 液滴中心位置
８ 液滴焦点距離
１００ 液滴体積測定装置
１０１ 制御部
１０２ 算出部
１０３ 調整部

Claims (6)

1. 第１の液滴の体積に基づいて、前記第１の液滴の中心位置を算出する第１工程と、
   前記第１の液滴の中心輝度に基づいて、前記第１の液滴を通過した光が集光された位置である前記第１の液滴の焦点位置を算出する第２工程と、
   前記中心位置と前記焦点位置との間の距離である焦点距離を算出する第３工程と、
   前記焦点距離に基づいて、前記第１の液滴の体積を算出する第４工程と、
   前記第１工程で用いられた第１の液滴の体積を、前記第４工程で算出された第１の液滴の体積に近づけるように、所定の強度および所定の閾値の少なくとも一方を調整する第５工程と、
   前記第１の液滴が吐出されたノズルとは別のノズルから吐出されて飛行する第２の液滴に対して前記所定の強度の光を照射し、該第２の液滴を前記中心位置で撮影して得られた撮影画像と、前記予め用意された液滴の無い画像とのピクセル毎の輝度差を前記所定の閾値と比較して前記第２の液滴の画像領域を抽出し、抽出された画像領域に基づいて第２の液滴の体積を測定する第６工程と、を含む、
   液滴体積測定方法。
2. 前記第１工程では、
   前記第１の液滴を複数の位置で撮影して得られた各撮影画像と、前記予め用意された液滴の無い画像とをピクセル毎に比較し、輝度差が前記所定の閾値より大きいピクセルを前記第１の液滴の画像領域であると判定することにより、前記第１の液滴の画像領域を抽出し、抽出された各画像領域に示される前記第１の液滴の体積をそれぞれ測定し、極小値が得られた撮影位置を、前記第１の液滴の中心位置に決定する、
   請求項１に記載の液滴体積測定方法。
3. 前記第２工程では、
   前記抽出された各画像領域に示される前記第１の液滴の中心輝度をそれぞれ測定し、極大値が得られた撮影位置を、前記第１の液滴の焦点位置に決定する、
   請求項２に記載の液滴体積測定方法。
4. 前記第４工程では、
   前記焦点距離および予め定められた液滴の屈折率に基づいて前記第１の液滴の半径を算出し、該半径に基づいて前記第１の液滴の体積を算出する、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の液滴体積測定方法。
5. 前記第６工程では、
   前記第２の液滴の撮影画像と、前記予め用意された液滴の無い画像とをピクセル毎に比較し、輝度差が、前記第５工程で調整された閾値より大きいピクセルを前記第２の液滴の画像領域であると判定することにより、前記第２の液滴の画像領域を抽出し、抽出された画像領域に示される第２の液滴の体積を測定する、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の液滴体積測定方法。
6. 第１の液滴の体積に基づいて、前記第１の液滴の中心位置を算出し、前記第１の液滴の中心輝度に基づいて、前記第１の液滴を通過した光が集光された位置である前記第１の液滴の焦点位置を算出し、前記中心位置と前記焦点位置との間の距離である焦点距離を算出し、前記焦点距離に基づいて、前記第１の液滴の体積を算出する算出部と、
   前記中心位置の算出に用いられた第１の液滴の体積を、前記焦点距離に基づいて算出された第１の液滴の体積に近づけるように、所定の強度および所定の閾値の少なくとも一方を調整する調整部と、を有し、
   前記算出部は、
   前記第１の液滴が吐出されたノズルとは別のノズルから吐出されて飛行する第２の液滴に対して前記所定の強度の光を照射し、該第２の液滴を前記中心位置で撮影して得られた撮影画像と、前記予め用意された液滴の無い画像とのピクセル毎の輝度差を前記所定の閾値と比較して前記第２の液滴の画像領域を抽出し、抽出された画像領域に基づいて第２の液滴の体積を測定する、
   液滴体積測定装置。