JP2020127921A - ノズル検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吐出ノズルから吐出された飛翔中の液滴を高倍率・高解像度で撮像することができるノズル検査装置を提供すること。【解決手段】検査対象とする吐出ノズルＮから吐出された液滴Ｑを撮像し、当該吐出ノズルの状態を検査するノズル検査装置１であって、液滴が飛翔する経路に向けて照明光を照射する照明光照射部２と、照明光を受光しつつ液滴の飛翔状態を撮像する撮像カメラ３と、撮像カメラで撮像された液滴の飛翔状態に基づいて、吐出ノズルの状態を検査する検査部４を備え、前記照明光照射部から前記撮像カメラまでの間の光路中に、光路を変更する光路変更手段５を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、インクジェット方式により基板に液滴塗布を行う塗布装置に用いられる、液滴を吐出される吐出ノズルの状態を検査するノズル検査装置に関する。

カラー液晶ディスプレイ等のフラットパネルディスプレイには、色形成の中核を成す部材としてカラーフィルタが用いられている。カラーフィルタは、ガラス基板上に微細なＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の３色の画素が多数並べられて形成されている。

このカラーフィルタを製造する装置として、Ｒ、Ｇ、Ｂの各インク（以下、液滴と言う）を吐出するノズル（以下、吐出ノズルと言う）を有する吐出ユニット（いわゆる、インクジェットヘッド）の各ノズルからガラス基板上に形成された多数の微細な画素部に向けて液滴を吐出（つまり、塗布）して、Ｒ、Ｇ、Ｂの色画素を形成するインクジェット方式の塗布装置が近年用いられるようになってきている。

吐出ユニットには各色用の吐出ノズルが多数配列されており、これらの吐出ノズルから複数の画素部へ同時にインクを吐出することにより複数の色画素を同時に形成することができるが、これらノズルからインクが正常に吐出されていなかったり、ノズル近傍に異物が存在したりすると、色抜けや混色のある不良のカラーフィルタとなってしまう。そこで、このような塗布に異常をきたす塗布不良要因は事前に検知し、検知結果に基づいて当該ノズルを清掃する又は使用しない、代替可能な予備ノズルを使用する、インクジェットヘッドを交換するなど、基板へのインクの塗布前にメンテナンスを行うことが必要である。

そのため、吐出ノズルの状態を検査する技術が種々提案されている（例えば、特許文献１〜３）。

特開平１０−２０６６２４号公報 特開２００４−３３７７７１号公報 特開２００５−１４２１６号公報

吐出ノズルから吐出された液滴の体積（いわゆる、ワンショットの液滴量）等を高精度で測定しようとすると、飛翔中の液滴を高倍率・高解像度で撮像する必要がある。そのために、撮像カメラのレンズやフィルタ、照明光を照射するユニット等を大型化させることとなる。

しかし、撮像カメラのレンズ等を大型化しようとすると、吐出ユニットと接近しすぎて干渉が生じる。つまり、所望の精度を得るために大型化ができず、液滴を高精度で測定できないという課題があった。そして、この課題は、吐出ユニットを複数備えている場合に、検査対象でない他の吐出ユニットとの干渉が顕著となるため、液滴の高倍率・高解像度で撮像がより困難であった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、吐出ノズルから吐出された飛翔中の液滴を高倍率・高解像度で撮像することができるノズル検査装置を提供することを目的としている。

以上の課題を解決するために、本発明に係る一態様は、
検査対象とする吐出ノズルから吐出された液滴を撮像し、当該吐出ノズルの状態を検査するノズル検査装置であって、
液滴が飛翔する経路に向けて照明光を照射する照明光照射部と、
照明光を受光しつつ液滴の飛翔状態を撮像する撮像カメラと、
撮像カメラで撮像された液滴の飛翔状態に基づいて、吐出ノズルの状態を検査する検査部を備え、
前記照明光照射部から前記撮像カメラまでの間の光路中に、光路を変更する光路変更手段を備えている。

上記のノズル検査装置によれば、撮像カメラのレンズ等及び／又は照明光照射部と吐出ユニットとの干渉を避けることができ、撮像カメラのレンズ等及び／又は照明光照射部を大型化させることができる。

吐出ノズルから吐出された飛翔中の液滴を高倍率・高解像度で撮像することができる。

本発明を具現化する形態の一例の全体構成を示す概略図である。 本発明による検査対象とする吐出ノズルの一例を示す斜視図である。 本発明を具現化する形態の別の一例の全体構成を示す概略図である。

以下に、本発明を実施するための形態について、図を用いながら説明する。なお、以下の説明では、直交座標系の３軸をＸ、Ｙ、Ｚとし、ＸＹ平面を水平面、Ｚ方向を鉛直方向とする。特に、Ｚ方向は矢印の方向を上、その逆方向を下と表現する。

図１は、本発明を具現化する形態の一例の全体構成を示す概略図である。図１には、本発明に係るノズル検査装置１の概略図が示されている。

ノズル検査装置１は、吐出ユニットＪに備えられた吐出ノズルＮの状態を検査するものである。具体的には、ノズル検査装置１は、検査対象とする吐出ノズルＮから吐出された塗布液の液滴（以下、単に「液滴」と言う）Ｑを撮像し、当該吐出ノズルの状態を検査する。より具体的には、ノズル検査装置１は、照明光照射部２、撮像カメラ３、検査部４、光路変更手段５、液滴回収部６、制御部ＣＮ等を備えている。

図２は、本発明による検査対象とする吐出ノズルの一例を示す斜視図である。図２には、検査対象とする吐出ノズルＮが備えられた吐出ユニットＪを下方から斜め上方に見上げた様子が示されている。

吐出ユニットＪは、基板や検査面等３に向けて複数の液滴Ｑを逐次吐出するものである。
具体的には、吐出ユニットＪには、吐液タンクＴから塗布液が供給される。また、吐液タンクＴには、圧力調節機構（レギュレータ等）が備えられ、内部を所定の圧力（正圧〜負圧）に維持することができる構成をしている。

例えば、吐出ユニットＪは、液滴Ｑを吐出する複数の吐出ノズル群を有している。より具体的には、吐出ユニットＪは、赤色の液滴を吐出する複数の吐出ノズル（以下、赤色用の吐出ノズル群と言う）と、緑色の液滴を吐出する複数の吐出ノズル（以下、緑色用の吐出ノズル群と言う）と、青色の液滴を吐出する複数の吐出ノズル（以下、青色用の吐出ノズル群と言う）とを有している。

なお、各吐出ノズルＮは、吐出ユニットＪの本体内部に備えられた液滴吐出機構（図示せず）と個別に接続されている。具体的には、液滴吐出機構はピエゾバルブなどの体積変化により液滴Ｑを吐出させるものが例示できる。そして、各液滴吐出機構は、制御部ＣＮからの制御信号に基づいて、各吐出ノズルから液滴Ｑを吐出させる／吐出させないの制御ができる構成をしている。

照明光照射部２は、液滴Ｑが飛翔する経路に向けて照明光Ｌを照射する
具体的には、照明光照射部２は、吐出ノズルＮから吐出された飛翔中の液滴Ｑに向けて照明光Ｌを照射するものである。より具体的には、照明光照射部２は、発光部２１と電源部２２を備えたストロボ照明が例示でき、制御部ＣＮから出力された制御信号（いわゆる、トリガ信号）を入力して、発光部２１から閃光を発する。

撮像カメラ３は、照明光Ｌを受光しつつ液滴Ｑの飛翔状態を撮像するものである。
具体的には、撮像カメラ３は、吐出ノズルＮから吐出された飛翔中の液滴Ｑを、液滴Ｑの飛翔方向と直交する方向（つまり、真横）ないし交差する方向（つまり、斜め側方）から撮像し、当該液滴Ｑの飛翔状態を撮像するものである。より具体的には、撮像カメラ３は、カメラ本体３０、レンズ３１、フィルタ等を備えている。

カメラ本体３０は、撮像エリアＦの像を取得するものである。具体的には、カメラ本体３０は、制御部ＣＮから出力された制御信号（いわゆる、トリガ信号）を入力して、撮像エリアＦの像を取り込み、画像信号や画像データとして検査部へ出力する。より具体的には、カメラ本体３０は、ＣＭＯＳやＣＣＤ等のイメージセンサ３３を備えたものが例示できる。

レンズ３１は、撮像エリアＦの像をカメラ本体３０のイメージセンサ３３に結像させるものである。なお、レンズ倍率は、吐出ノズルＮから吐出された飛翔中の液滴Ｑが、撮像エリアＦ内に収まるように、設定しておく。

検査部４は、撮像カメラ３で撮像された液滴Ｑの飛翔状態に基づいて、吐出ノズルＮの状態を検査するものである。具体的には、検査部４は、取得画像中の液滴Ｑの飛翔方向、液滴量、分裂の有無などが検査項目として例示でき、各項目について予め規定された範囲内であるかどうか判定（つまり、検査）を行う。より具体的には、検査部４は、画像処理機能を有するコンピュータ（ハードウェア）とその実行プログラム（ソフトウェア）を備え、取得画像の中から液滴Ｑの外縁を検出し、液滴Ｑの傾斜角度や断面積を演算処理等により算出し、液滴Ｑの飛翔方向、液滴量、分裂の有無などを算出したり、予め規定された範囲内にあるかどうか判定したりするものである。

光路変更手段５は、照明光照射部２から撮像カメラ３までの間の光路（オプティカルパス）Ｐを変更するものである。
具体的には、光路変更手段５は、照明光路変更手段５Ａ、撮像光路変更手段５Ｂを備えている。なお、光路Ｐは、照明光路Ｐ１と撮像光路Ｐ２を含んでいる。

照明光路変更手段５Ａは、照明光照射部２から撮像カメラ３の撮像エリアＦまでの間の光路（つまり、照明光路）Ｐ１を変更するものである。具体的には、照明光路変更手段５Ａは、照明光路の方向を変更するものであり、照明光路Ｐ１中に、１つ又は複数の反射部材が配置されている。より具体的には、照明光路変更手段５Ａとして、照明光路Ｐ１中に４５度の傾きで配置された、２つの反射ミラー５１，５２やプリズム等が例示できる。図１に例示する構成の場合、照明光路Ｐ１が途中で２回、９０度ずつ折り曲げられている。

撮像光路変更手段５Ｂは、撮像カメラ３の撮像エリアＦから撮像カメラ３までの間の光路（つまり、撮像光路）Ｐ２を変更するものである。具体的には、撮像光路変更手段５Ｂは、撮像光路の方向を変更するものであり、撮像光路Ｐ２中に、１つ又は複数の反射部材が配置されている。より具体的には、撮像光路変更手段５Ｂとして、撮像光路Ｐ２中に４５度の傾きで配置された、２つの反射ミラー５６，５７やプリズム等が例示できる。図１に例示する構成の場合、撮像光路Ｐ２が途中で２回、９０度ずつ折り曲げられている。

液滴回収部６は、吐出ユニットＪのノズルＮから吐出された液滴Ｑを回収するものである。具体的には、液滴回収部６は、撮像カメラ３の撮像エリアＦの外であって、吐出ノズルＮから吐出される液滴Ｑの飛翔方向の延長線上（つまり、飛翔先）に配置されている。より具体的には、液滴回収部６は、導管６１、負圧吸引手段６３を備えている。

導管６１は、吐出された液滴Ｑを導くものである。具体的には、導管６１は、液滴Ｑがが飛散したり、飛翔方向から逸脱したりするのを防ぎつつ、撮像カメラ３の撮像エリアＦを通過した液滴Ｑを所定の場所や方向へ導くものである。そして、導管６１は、吐出ノズルＮと対向する位置で、吐出ノズルＮから吐出される液滴Ｑの飛翔方向の延長線上（つまり、飛翔先）に配置されている。より具体的には、導管６１は、円形ないし角形等の断面を有する筒状の部材で構成されており、管内の空気が外気に漏れるのを制限しつつ、液滴Ｑを一方の開口部（入口）から管内に導き、導いた液滴Ｑを他方の開口部（出口）から外部に排出する構成をしている。そして、液滴Ｑが吐出ノズルＮから下方に向けて吐出される構成であれば、導管６１は、吐出ノズルＮの下方に配置されている。

負圧吸引手段６３は、導管６１内を外気よりも負圧にするものである。具体的には、負圧吸引手段６３は、液滴Ｑやその成分（インク材料、溶剤等）が逆流しないように、導管６１内の一方の開口部（入口）から他方の開口部（出口）にかけて、エアの流れを生じさせるものである。より具体的には、負圧吸引手段６３は、排気ブロワやエジェクタ等が例示できる。

制御部ＣＮは、塗布ノズルＮ、照明光照射部２、撮像カメラ３等に対して制御信号やデータ等を出力し、各部を制御するものである。

具体的には、制御部ＣＮは、以下の機能を備えている。
１）吐出ユニットＪに制御信号（いわゆる、駆動信号）を出力し、検査対象とする吐出ノズルから液滴Ｑを吐出させる。
２）照明光照射部２の電源部２２に制御信号（いわゆる、トリガ信号）を出力し、発光部２１から閃光を発光させる。
３）撮像カメラ３のカメラ本体３０に制御信号（いわゆる、トリガ信号）を出力し、撮像エリアＦを撮像した画像を取得させる。

より具体的には、制御部ＣＮは、コンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ、制御用コントローラなど（ハードウェア）と、その実行プログラム（ソフトウェア）で構成されており、信号入出力手段やデータ通信手段などを介して各部を制御することができる。なお、制御部ＣＮから塗布ノズルＮ、照明光照射部２、撮像カメラ３に出力する制御信号は、吐出した液滴Ｑが撮像エリアＦに収まるタイミングとなるよう、それぞれ適宜ディレイ時間を設定する。

この様な構成をしているため、本発明に係るノズル検査装置１は、撮像カメラ３のレンズ３１等及び／又は照明光照射部２と、吐出ユニットＪとの干渉を避けることができ、撮像カメラ３のレンズ３１等及び／又は照明光照射部２を大型化させることができる。そのため、吐出ノズルＮから吐出された飛翔中の液滴Ｑを高倍率・高解像度で撮像することができる。

さらに、ノズル検査装置１は、液滴回収部６を備え、液滴Ｑを導く導管６０の内部が外気よりも負圧に設定されているため、吐出された液滴Ｑやその成分が飛散して、光路変更手段５の反射ミラー５１，５２，５６，５７に付着することを防止できる。

［変形例］
なお上述では、本発明に係るノズル検査装置１として液滴回収部６を備え、液滴Ｑを負圧にて吸引する構成を例示した。

しかし、本発明を具現化する上で、上述の様な構成のノズル検査装置１に限らず、異なる構成の液滴回収部６Ｂを備えたノズル検査装置１Ｂであっても良い。

図３は、本発明を具現化する形態の別の一例の全体構成を示す概略図である。図３には、本発明に係るノズル検査装置１Ｂの概略図が示されている。

ノズル検査装置１Ｂは、液滴回収部６Ｂとして、吐出された液滴Ｑを吸収させる手段（つまり、液滴吸収手段）６６を備えている。

液滴吸収手段６６は、例えば不織布、吸水性ポリマー、多孔質、スポンジ材料などで構成され、吐出された液滴Ｑの飛翔先に配置されている。そして、この液滴吸収手段６６は、所定量の液滴Ｑを吸収させた後に取り外し、新品（つまり、液滴が未吸収のもの）と交換する構成とする。ノズル検査装置１Ｂは、この様な構成の液滴回収部６Ｂを備えているので、吐出された液滴Ｑが飛散することを防ぎ、光路変更手段５の反射ミラー５１，５２，５６，５７に付着することを防止できる。

なお、本発明を具現化する上で、ノズル検査装置において液滴回収部６，６Ｂは必須の構成では無い。例えば、吐出ノズルから吐出させた液滴を、飛翔状態の検査のみならず、基板に着弾させて着弾位置や着弾状態の検査を行う場合がある。この様な場合、ノズル検査装置は、液滴回収部６，６Ｂを備えない構成であっても良く、光路変更手段５を備えていれば良い。

［別の変形例］
なお上述では、光路変更手段５として、照明光路変更手段５Ａと撮像光路変更手段５Ｂの双方を備えた構成を例示した。

しかし、光路変更手段５は、照明光路変更手段５Ａと撮像光路変更手段５Ｂのうち、どちらか一方を備えた構成であっても良い。

［別の変形例］
なお上述では、液滴回収部６は、撮像カメラ３の撮像エリアＦの外であって、吐出ノズルＮから吐出される液滴Ｑの飛翔方向の延長線上（つまり、飛翔先）に配置されている構成を例示した。しかし、吐出ノズルＮから吐出された飛翔中の液滴Ｑが、撮像エリアＦの内の中央や上方に収まっており、液滴回収部６と干渉しない状態で撮像できるのであれば、液滴回収部６は、撮像エリアＦの内（例えば、下方）に配置されても良い。

１ ノズル検査装置
２ 照明光照射部
３ 撮像カメラ
４ 検査部
５ 光路変更手段
５Ａ 照明光路変更手段
５Ｂ 撮像光路変更手段
６ 液滴回収部
６Ｂ 液滴回収部
２１ 発光部
２２ 電源部
３０ カメラ本体
３１ レンズ
５１，５２ 反射ミラー
５６，５７ 反射ミラー
６１ 導管
６３ 負圧吸引手段
６６ 液滴吸収手段
Ｊ 吐出ユニット
Ｎ 吐出ノズル
Ｑ 液滴
Ｆ 撮像エリア
Ｐ 光路
Ｐ１ 照明光路
Ｐ２ 撮像光路

Claims (3)

1. 検査対象とする吐出ノズルから吐出された液滴を撮像し、当該吐出ノズルの状態を検査するノズル検査装置であって、
   前記液滴が飛翔する経路に向けて照明光を照射する照明光照射部と、
   前記照明光を受光しつつ前記液滴の飛翔状態を撮像する撮像カメラと、
   前記撮像カメラで撮像された前記液滴の飛翔状態に基づいて、前記吐出ノズルの状態を検査する検査部を備え、
   前記照明光照射部から前記撮像カメラまでの間の光路中に、当該光路を変更する光路変更手段を備えたことを特徴とする、ノズル検査装置。
2. 前記吐出ノズルから吐出された液滴を回収する液滴回収部を備えた
   ことを特徴とする、請求項１に記載のノズル検査装置。
3. 前記液滴回収部は、前記吐出された液滴を導く導管を備え、当該導管内が外気よりも負圧に設定されている
   ことを特徴とする、請求項２に記載のノズル検査装置。

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