JP2021032823A - 液滴量計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液滴吐出ノズルから吐出された飛翔中の液滴を高倍率・高解像度で撮像できる液滴量計測装置を提供する。【解決手段】液滴吐出ノズルＮから吐出された液滴Ｑを撮像し液滴の体積を測定する液滴量計測装置１であって、液滴吐出ノズルを所定の姿勢で保持する液滴ノズル姿勢保持部２と、液滴吐出ノズルの吐出口の側方に設けられた反射面Ｒに向けて所定の傾斜角度で照明光Ｌを照射させ、反射面で反射した照明光が液滴の飛翔する経路を横切るように傾斜角度が設定されている照明光照射部３と、液滴の飛翔する経路を横切った照明光を撮像素子４３で受光して液滴の横断面形状を撮像する撮像カメラ４と、撮像カメラで撮像された液滴の横断面形状から液滴の体積を算出する体積算出部５を備え、撮像カメラは撮像素子と液滴の飛翔する経路とがシャインプルーフ配置またはシフト配置に設定された結像レンズ４１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等に液滴塗布を行う塗布装置に用いられる液滴吐出ノズルから吐出された液滴の体積を測定する液滴量計測装置に関する。

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、液滴吐出ノズルと言う）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液滴吐出ノズルが多数配列されており、これらの液滴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、各液滴吐出ノズルから吐出される液滴の体積（いわゆる、液滴量）を予め計測し、液滴量を高精度にコントロールしたいという要望がある。

具体的には、吐出中の液滴をストロボ撮影して吐出量を計測する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開平１０−２０６６２４号公報

液滴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、液滴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液滴量計測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、
液滴吐出ノズルから吐出された液滴を撮像し、当該液滴の体積を測定する液滴量計測装置であって、
液滴吐出ノズルを所定の姿勢で保持する液滴ノズル姿勢保持部と、
液滴吐出ノズルの吐出口の側方に設けられた反射面に向けて、所定の傾斜角度で照明光を照射させ、当該反射面で反射した照明光が液滴の飛翔する経路を横切るように傾斜角度が設定されている照明光照射部と、
液滴の飛翔する経路を横切った照明光を撮像素子で受光しつつ当該液滴の横断面形状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横断面形状から、当該液滴の体積を算出する体積算出部を備え、
撮像カメラは、撮像素子と液滴の飛翔する経路とがシャインプルーフ配置またはシフト配置に設定された結像レンズを備えている。

上記の液滴量計測装置によれば、撮像カメラのレンズ等及び／又は照明光照射部の光軸が、液滴吐出ノズルに対して斜め配置されているため、当該液滴吐出ユニットとの干渉を避けることができる。

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容易となり、液滴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液滴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。 本発明を具現化する別の形態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、水平方向をＸ方向、Ｙ方向と表現し、ＸＹ平面に垂直な方向（つまり、重力方向）をＺ方向と表現する。また、Ｚ方向は、重力に逆らう方向を上、重力がはたらく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、本発明に係る液滴量計測装置１の概略図が示されている。

液滴量計測装置１は、吐出ユニットＪに備えられた液滴吐出ノズルＮの状態を検査するものである。具体的には、液滴量計測装置１は、検査対象とする液滴吐出ノズル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、当該液滴吐出ノズルの状態を検査する。より具体的には、液滴量計測装置１は、液滴ノズル姿勢保持部２、照明光照射部３、撮像カメラ４、体積算出部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液滴吐出ノズルの一例を示す斜視図である。図２には、検査対象とする液滴吐出ノズル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は、液滴Ｑを吐出する複数の液滴吐出ノズルＮを有しており、任意の液滴吐出ノズルＮから液滴Ｑを下方に吐出させる構成をしている。より具体的には、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。

なお、図２では具体例として、Ｙ方向に一列のみ複数の液滴吐出ノズルＮが並んだ構成を示しているが、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液滴吐出ノズル（以下、赤色用の液滴吐出ノズル群と言う）と、緑色の液滴を吐出する複数の液滴吐出ノズル（以下、緑色用の液滴吐出ノズル群と言う）と、青色の液滴を吐出する複数の液滴吐出ノズル（以下、青色用の液滴吐出ノズル群と言う）とを有し、各色用の液滴吐出ノズル群を複数列備えた構成の場合もある。

なお、各液滴吐出ノズル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、各液滴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。

そして、吐出ユニットＪは、液滴吐出ノズルＮの吐出口の側方に反射面Ｒが設けられている。この反射面Ｒは、下述する照明光Ｌを反射させるものであり、平坦で所定の面積を有している。具体的には、反射面Ｒとして、吐出ユニットＪの下面に露出しているガラス基板や鏡面部分、ミラーや反射シール等を貼り付けたもの等が例示できる。

液滴ノズル姿勢保持部２は、液滴吐出ノズルＮを所定の姿勢で保持するものである。
具体的には、液滴吐出ノズルＮから吐出される液滴Ｑが後述する撮像カメラ４で撮像できる姿勢となるよう、吐出ユニットＪの筐体の一部（例えば、下面側の端部）をＬ字型の固定用金具２１等で支持しつつ挟持する構成をしている。

照明光照射部３は、液滴吐出ノズルＮの吐出口の側方に設けられた反射面Ｒに向けて、所定の傾斜角度で照明光Ｌを照射させるものである。なお、反射面Ｒで反射した照明光Ｌが、液滴吐出ノズルＮから吐出された液滴Ｑの飛翔する経路を横切るように傾斜角度が設定されている。
具体的には、照明光照射部３は、発光部３１と電源部３２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３１から閃光を発する。

撮像カメラ４は、液滴Ｑの飛翔する経路を横切った照明光Ｌを撮像素子４３で受光しつつ当該液滴Ｑの横断面形状を撮像するものである。
具体的には、撮像カメラ４は、カメラ本体４０、結像レンズ４１等を備えている。

カメラ本体４０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４０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４０は、ＣＭＯＳやＣＣＤ等の撮像素子４３を備えたものが例示できる。

結像レンズ４１は、撮像エリアＦの像をカメラ本体４０の撮像素子４３に結像させるものである。なお、レンズ倍率は、液滴吐出ノズル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。さらに、結像レンズ４１は、撮像素子４３と液滴Ｑの飛翔する経路とがシャインプルーフ配置に設定されている。つまり、液滴吐出ノズルＮから液滴Ｑが下方に吐出する構成であれば、撮像カメラ４は、斜め下方から斜め上方を見上げて液滴Ｑを撮像するような配置をしている。

体積算出部５は、撮像カメラ４で撮像された液滴Ｑの横断面形状から、当該液滴Ｑの体積Ｖを算出するものである。
具体的には、体積算出部５は、液滴Ｑと背景との輪郭を抽出し、当該輪郭で囲まれた領域の画素をカウントし、１画素当たりの面積から当該液滴Ｑの断面積を算出し、当該液滴Ｑが当該断面積を有する回転体であるとみなして、当該液滴Ｑの体積Ｖ（つまり、液滴量）を算出する構成をしている。
より具体的には、体積算出部５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、上述の処理や演算（輪郭抽出や画素カウント、断面積や体積の算出）を行う構成をしている。

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４の撮像エリアＦの外であって、液滴吐出ノズル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４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、液滴吐出ノズルＮと対向する位置で、液滴吐出ノズル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が液滴吐出ノズルＮから下方に向けて吐出される構成であれば、導管６１は、液滴吐出ノズル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、液滴吐出ノズルＮ、照明光照射部３、撮像カメラ４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、検査対象とする液滴吐出ノズルＮから液滴Ｑを吐出させる。
２）照明光照射部３の電源部３２に制御信号（いわゆる、トリガ信号）を出力し、発光部３１から閃光を発光させる。
３）撮像カメラ４のカメラ本体４０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３、撮像カメラ４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、本発明に係る液滴量計測装置１は、撮像カメラ４のレンズ４１等及び／又は照明光照射部３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４のレンズ４１等及び／又は照明光照射部３を大型化させることができる。そのため、液滴吐出ノズル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。

［変形例］
なお上述では、本発明に係る液滴量計測装置１として、撮像カメラ４は、撮像素子４３と液滴Ｑの飛翔する経路とがシャインプルーフ配置に設定された結像レンズ４１を備えた構成を例示した。

しかし、本発明を具現化する上で、上述の様な構成の液滴量計測装置１に限らず、異なる構成の撮像カメラ４Ｂを備えた液滴量計測装置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、本発明に係る液滴量計測装置１Ｂの概略図が示されている。

撮像カメラ４Ｂは、撮像素子４３と液滴Ｑの飛翔する経路とがシフト配置に設定された結像レンズ４２を備えた構成をしている。

この様な構成をしているため、本発明に係る液滴量計測装置１Ｂは、撮像カメラ４のレンズ４２等及び／又は照明光照射部３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４のレンズ４２等及び／又は照明光照射部３を大型化させることができる。そのため、液滴吐出ノズル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。

［別の形態］
なお上述では、本発明に係る液滴量計測装置１，１Ｂのノズル姿勢保持部２で保持する
吐出ユニットＪが、液滴吐出ノズルＮの吐出口の側方に反射面Ｒを設けている構成を例示した。しかし、本発明を具現化する上で、反射面Ｒが吐出ユニットＪに設けられた構成に限らず、吐出ユニットＪを保持するノズル姿勢保持部２の下面や、装置フレーム等に連結された部材等を介して、液滴吐出ノズルＮの吐出口の側方に反射面Ｒを設けた構成であっても良い。

図４は、本発明を具現化する別の形態の一例の全体構成を示す概略図である。図４には、本発明に係る液滴量計測装置１Ｃの概略図が示されている。

液滴量計測装置１Ｃは、上述の液滴量計測装置１Ｂと概ね同様の構成をしているが、相違点に着目して詳細な説明を行う。

液滴ノズル姿勢保持部２は、液滴吐出ノズルＮを所定の姿勢で保持するものであり、液滴吐出ノズルＮを備える吐出ユニットＪ２の筐体の一部（例えば、下面側の側方端部）をＬ字型の固定用金具２２，２３等で支持しつつ挟持する構成をしている。さらに、固定用金具２３には、反射面Ｒが取り付けられており、液滴吐出ノズルＮの吐出口の側方に反射面Ｒが配置されている。つまり、液滴吐出ノズルＮの吐出口の側方に反射面Ｒが設けられている。

照明光照射部３は、液滴吐出ノズルＮの吐出口の側方に設けられた反射面Ｒに向けて、所定の傾斜角度で照明光Ｌを照射させるものであり、反射面Ｒで反射した照明光Ｌが、液滴吐出ノズルＮから吐出された液滴Ｑの飛翔する経路を横切るように傾斜角度が設定されている。

撮像カメラ４Ｂは、液滴Ｑの飛翔する経路を横切った照明光Ｌを撮像素子４３で受光しつつ当該液滴Ｑの横断面形状を撮像するものであり、液滴吐出ノズルＮから液滴Ｑが下方に吐出する構成であれば、撮像カメラ４Ｂは、斜め下方から斜め上方を見上げて液滴Ｑを撮像するような配置をしている。

この様な構成をしているため、本発明に係る液滴量計測装置１Ｃは、撮像カメラ４のレンズ４２等及び／又は照明光照射部３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４のレンズ４２等及び／又は照明光照射部３を大型化させることができる。そのため、液滴吐出ノズル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。

なお上述では、撮像カメラ４Ｂは、撮像素子４３と液滴Ｑの飛翔する経路とがシフト配置に設定された結像レンズ４２を備えた構成を例示しているが、図１を示して例示した液滴量計測装置１の撮像カメラ４のように、撮像素子４３と液滴Ｑの飛翔する経路とがシャインプルーフ配置に設定された結像レンズ４１を備えた構成であっても良い。そうすることで、液滴吐出ノズル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。

［液滴回収部について］
なお上述では、本発明に係る液滴量計測装置１，１Ｂ，１Ｃ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。本発明を具現化する上で、この液滴回収部６は必須の構成では無いが、この様な構成の液滴回収部６を備えていれば、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、発光部３１や結像レンズ４１，４２等に付着することを防止できる。

また、液滴回収部６を備える構成の場合、上述の様な負圧吸引方式に限らず、下述のような液滴吸収手段を備えた構成であっても良い。

具体的には、液滴吸収手段は、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。この様な構成の液滴吸収手段を備えていれば、吐出された液滴Ｑが飛散することを防ぎ、発光部３１や結像レンズ４１，４２に液滴Ｑやミスト等が付着することを防止できる。

１ 液滴量計測装置
１Ｂ 液滴量計測装置
１Ｃ 液滴量計測装置
２ ノズル姿勢保持部
３ 照明光照射部
４ 撮像カメラ
４Ｂ 撮像カメラ
５ 体積算出部
６ 液滴回収部
２１，２２，２３ 固定用金具
３１ 発光部
３２ 電源部
４０ カメラ本体
４１ 結像レンズ（シャインプルーフ配置）
４２ 結像レンズ（シフト配置）
４３ 撮像素子
６１ 導管
６３ 負圧吸引手段
Ｊ，Ｊ２ 吐出ユニット
Ｒ 反射面
Ｎ 液滴吐出ノズル
Ｑ 液滴
Ｌ 照明光
Ｆ 撮像エリア
ＣＮ 制御部

Claims (2)

1. 液滴吐出ノズルから吐出された液滴を撮像し、当該液滴の体積を測定する液滴量計測装置であって、
   前記液滴吐出ノズルを所定の姿勢で保持するノズル姿勢保持部と、
   前記液滴吐出ノズルの吐出口の側方に設けられた反射面に向けて、所定の傾斜角度で照明光を照射させ、当該反射面で反射した照明光が前記液滴の飛翔する経路を横切るように前記傾斜角度が設定されている照明光照射部と、
   前記液滴の飛翔する経路を横切った照明光を撮像素子で受光しつつ当該液滴の横断面形状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横断面形状から、当該液滴の体積を算出する体積算出部を備え、
   前記撮像カメラは、前記撮像素子と前記液滴の飛翔する経路とがシャインプルーフ配置に設定された結像レンズを備えた
   ことを特徴とする、液滴量計測装置。
2. 液滴吐出ノズルから吐出された液滴を撮像し、当該液滴の体積を測定する液滴量計測装置であって、
   前記液滴吐出ノズルを所定の姿勢で保持するノズル姿勢保持部と、
   前記液滴吐出ノズルの吐出口の側方に設けられた反射面に向けて、所定の傾斜角度で照明光を照射させ、当該反射面で反射した照明光が前記液滴の飛翔する経路を横切るように前記傾斜角度が設定されている照明光照射部と、
   前記液滴の飛翔する経路を横切った照明光を撮像素子で受光しつつ当該液滴の横断面形状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横断面形状から、当該液滴の体積を算出する体積算出部を備え、
   前記撮像カメラは、前記撮像素子と前記液滴の飛翔する経路とがシフト配置に設定された結像レンズを備えた
   ことを特徴とする、液滴量計測装置。

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