JP2021148950A - 液滴撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像対象とする液滴の飛翔方向や速度に影響を与えることなく、当該飛翔中の液滴を撮像する際に飛散したミストが照明やレンズ等の光学部品に付着するのを防ぐことができる、液滴撮像装置を提供する。【解決手段】液滴吐出ノズルから吐出された飛翔中の液滴Ｑを撮像する液滴撮像装置１であって、液滴吐出ノズルＮから吐出された液滴が飛翔する経路に設定された撮像領域に向けて照明光を照射する照明部２と、撮像領域を撮像する撮像カメラ３と、撮像領域を通過する液滴の横断面形状を、撮像カメラの撮像素子に結像させるレンズ部４を備え、照明部の発光部及びレンズ部の少なくとも一方の撮像領域側には、液滴の吐出に起因して飛散したミストのうち、当該発光部及び／又は当該レンズ部の光学部品に付着して汚濁の原因となる汚濁原因ミストＭｄを帯電させて捕集するミスト帯電捕集部５を備えた。【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、飛翔中の液滴を撮像する液滴撮像装置に関する。

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。そのため、各液滴吐出ノズルから吐出される液滴ストロボ撮影して、吐出状況（飛翔方向や粒径、目詰まり等）を検査し、吐出された液滴を受けて回収する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。

飛翔中の液滴を観察する場合、液滴吐出ノズルから液滴が吐出されると微小なミストが、液滴の飛翔経路やその周囲の雰囲気中を飛散するため、照明や観察手段（レンズやフィルタ等の光学部品）にミストが付着しやすい。照明や観察手段にインクやミストが付着すると、撮像の明るさや像の鮮明さが低下するため液滴が正しく観察できなくなる。

一方、インクジェット方式の印刷システムにおいて、ミストが印刷ドラム、記録用紙等に付着しない様に、負圧吸引等によりミストを収集する技術が提案されている（例えば、特許文献２）。

特開２００４−１６５０３５号公報 特開昭５７−１５２９５７号公報

特許文献２の様な負圧吸引等液滴のによりミストを収集する技術では、撮像対象とする液滴が飛翔する雰囲気に気流が生じ、液滴の飛翔方向や速度に影響が生じるおそれがあった。

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、
撮像対象とする液滴の飛翔方向や速度に影響を与えることなく、当該飛翔中の液滴を撮像する際に飛散したミストが照明やレンズ等の光学部品に付着するのを防ぐことができる、液滴撮像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飛翔中の液滴を撮像する液滴撮像装置であって、
液滴吐出ノズルから吐出された液滴が飛翔する経路に設定された撮像領域に向けて照明光を照射する照明部と、
撮像領域を撮像する撮像カメラと、
撮像領域を通過する液滴の横断面形状を、撮像カメラの撮像素子に結像させるレンズ部を備え、
照明部の発光部及びレンズ部の少なくとも一方の撮像領域側には、液滴の吐出に起因して飛散したミストのうち、当該発光部及び／又は当該レンズ部の光学部品に付着して汚濁の原因となる汚濁原因ミストを帯電させて捕集するミスト帯電捕集部を備えた。

上述の液滴撮像装置によれば、レンズ部の前方に備えられたミスト帯電捕集部にて、飛散したミストを帯電させて捕集することができる。

また、上記の課題を解決するために、本発明に係る別の一態様は、
液滴吐出ノズルから吐出された飛翔中の液滴を撮像する液滴撮像装置であって、
液滴吐出ノズルから吐出された液滴が飛翔する経路に設定された撮像領域に向けて照明光を照射する照明部と、
撮像領域を撮像する撮像カメラと、
撮像領域を通過する液滴の横断面形状を、撮像カメラの撮像素子に結像させるレンズ部を備え、
照明部の発光部及びレンズ部の少なくとも一方の撮像領域側には、液滴の吐出に起因して帯電しつつ飛散したミストのうち、当該発光部及び／又は当該レンズ部の光学部品に付着して汚濁の原因となる汚濁原因ミストを捕集する帯電ミスト捕集部を備えた。

上述の液滴撮像装置によれば、レンズ部の前方に備えられた帯電ミスト捕集部にて、帯電しつつ飛散したミストを捕集することができる。

撮像対象とする液滴の飛翔方向や速度に影響を与えることなく、当該飛翔中の液滴を撮像する際に飛散したミストが照明やレンズ等の光学部品系に付着するのを防ぐことができる。

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。 本発明を具現化する形態の一例の要部を示す断面図である。 本発明を具現化する別の形態の一例の要部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、本発明に係る液滴撮像装置１と、それを備えたインクジェット塗布装置Ｋの概略図が示されている。

インクジェット塗布装置Ｋは、吐出ユニットＪに備えられた液滴吐出ノズルＮから塗布液の液滴（以下、単に「液滴」と言う）Ｑを吐出させ、予め規定された位置に液滴Ｑを各々着弾させることで、基板等に所定の塗布動作を行うものである。

具体的には、インクジェット塗布装置Ｋは、ノズル保持部Ｈ、吐出ユニットＪ、制御部ＣＮ等と、液滴量測定装置１を備えている。

ノズル保持部Ｈは、吐出ユニットＪ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が液滴量測定装置１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字型の固定用金具等で支持しつつ挟持する構成をしている。

吐出ユニットＪは、基板等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、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、後述する制御部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が吐出される。

制御部ＣＮは、液滴吐出ノズルＮや、詳細を下述する照射部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、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。

液滴撮像装置１は、液滴吐出ノズルＮから吐出された飛翔中の液滴Ｑを撮像するものである。
具体的には、液滴撮像装置１は、液滴吐出ノズルＮを備えた吐出ユニットＪの下方の、液滴Ｑが飛翔する経路に設定された撮像領域Ｆを通過する液滴Ｑを、飛翔方向と直交する方向から撮像するものである。図では、液滴Ｑが下向きに吐出されており、飛翔中の液滴ＱをＸ方向から撮像する様子が示されている。
より具体的には、液滴撮像装置１は、照明部２、撮像カメラ３、レンズ部４、ミスト帯電捕集部５、制御部ＣＮ等を備えている。

照明部２は、液滴吐出ノズルＮから吐出された液滴Ｑが飛翔する経路に設定された撮像領域Ｆに向けて照明光Ｌを照射するものである。
具体的には、照明部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から撮像領域Ｆに向けて閃光を発する。

撮像カメラ３は、撮像領域Ｆを撮像するものである。
具体的には、撮像カメラ３は、カメラ本体３０に撮像素子３１等を備えている。
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、撮像領域Ｆの像を取り込み、画像信号や画像データとして外部機器（表示器Ｄ等）へ出力するものである。撮像素子３１は、受光した光の強度に応じて電気信号を出力するもので、ＣＭＯＳやＣＣＤ等が例示できる。

なお、制御部ＣＮから液滴吐出ノズルノズルＮ、照射部２、撮像カメラ３に出力される制御信号は、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が設定されている。

レンズ部４は、撮像領域Ｆを通過する液滴Ｑの横断面形状を、撮像カメラ３の撮像素子３１に結像させるものである。

ミスト帯電捕集部５は、液滴Ｑの吐出に起因して飛散したミストＭのうち、照明部２の発光部２１及び／又はレンズ部４の光学部品（レンズやフィルタ等）に付着して汚濁の原因となる汚濁原因ミストＭｄを帯電させて捕集するもので、照明部２の発光部２１及びレンズ部４の少なくとも一方の撮像領域Ｆ側（発光部２１やレンズ部４の前方とも言う）に取り付けられている。

図２は、本発明を具現化する形態の一例の要部を示す概略図である。図２には、撮像領域Ｆを通過する液滴Ｑと、撮像カメラ３、レンズ部４、ミスト帯電捕集部５が示されている。なお、図２には、レンズ部４とミスト帯電捕集部５の断面が示されている。

具体的には、ミスト帯電捕集部５は、筐体５０、帯電用電極５１、回収用電極５２、固定リング５３、直流電源５４，５５等を備えている。なお、ミスト帯電捕集部５の各部は、撮像カメラ３とレンズ部４による撮像領域Ｆの撮像を妨げないよう、画角の外側に配置されている。

筐体５０は、レンズ部４に対して帯電用電極５１と回収用電極５２とを所定の位置関係で固定するものである。具体的には、筐体５０は、略円筒状の形状をしており、一端（図では右側）がレンズ部４とネジ等で連結しており、内壁に帯電用電極５１と回収用電極５２とが取り付けられている。

帯電用電極５１は、汚濁原因ミストＭｄを帯電させるものである。
具体的には、帯電用電極５１は、ミスト帯電捕集部５の筐体５０内を通過する汚濁原因ミストＭｄを帯電させるものである。
より具体的には、帯電用電極５１は、リング状の導電性材料で構成されており、固定リング５３で筐体５０内の所定位置に固定されている。そして、帯電用電極５１には、所定の電圧が印加されている。

回収用電極５２は、帯電した汚濁原因ミストＭｄを回収するものである。
具体的には、回収用電極５２は、帯電させた汚濁原因ミストＭｄを引き寄せ、集めて回収するものであり、円弧状の導電性材料で構成されている。
より具体的には、回収用電極５２は、帯電用電極５１よりもレンズ部４側（つまり、撮像領域Ｆより遠い方）に取り付けられた、回収用第１電極５２ａと、回収用第２電極５２ｂを備えている。

回収用第１電極５２ａには、帯電用電極５１と同じ極性の電圧が印加されている。一方、回収用第２電極５２ｂには、回収用第１電極５２ａとは異なる極性の電圧が印加されている。そして、回収用第１電極５２ａは、レンズ部４の撮像光軸Ｌｘよりも重力上方に配置されており、回収用第２電極５２ｂは、レンズ部４の撮像光軸Ｌｘよりも重力下方に配置されている。

具体的には、帯電用電極５１は、直流電源５４の正極側と接続されている。
一方、回収用第１電極５２ａは、直流電源５５の正極側と接続されており、回収用第２電極５２ｂは、直流電源５５の負極側と接続されている。

このような構成をしているため、汚濁原因ミストＭｄが、レンズ部４の前方に配置しているミスト帯電捕集部５の筐体５０内を通過する際に、帯電用電極５１を横切るときにプラス側に帯電する。その後、プラス側に帯電した汚濁原因ミストＭｄがレンズ部４の方に向かって浮遊すると、回収用電極５２を横切るときに、回収用第１電極５２ａとは反発し、回収用第２電極５２ｂに引き寄せられて付着する。

なお、照明部２の発光部２１の前方（つまり、撮像領域Ｆ側）にも、上述と同様の構成のミスト帯電捕集部５を備えておく。

つまり、本発明によれば、照明部２の発光部２１やレンズ部４の前方に備えられたミスト帯電捕集部５にて、汚濁原因ミストＭｄを帯電させて捕集することができる。
そのため、撮像対象とする液滴Ｑの飛翔方向や速度に影響を与えることなく、当該飛翔中の液滴Ｑを撮像する際に汚濁原因ミストＭｄが照明やレンズ等の光学部品に付着するのを防ぐことができる。

［別の形態］
なお上述では、本発明に係る液滴撮像装置１として、ミスト帯電捕集部５を備えた構成を例示したが、ミスト帯電捕集部５に代えて、帯電ミスト捕集部６を備えた構成としても良い。

図３は、本発明を具現化する別の形態の一例の要部を示す概略図である。図３には、撮像領域Ｆ側から帯電ミスト捕集部６を見た様子が示されている。

帯電ミスト捕集部６は、液滴Ｑの吐出に起因して帯電しつつ飛散したミストＭ’のうち当該レンズ部４の光学部品に付着して汚濁の原因となる汚濁原因ミスト（つまり、帯電している汚濁原因ミスト）Ｍｄ’を捕集するもので、レンズ部４の前方（つまり、撮像領域Ｆ側）に取り付けられている。
具体的には、帯電ミスト捕集部６は、筐体６０、回収用電極６１、直流電源６５等を備えている。なお、帯電ミスト捕集部６の各部は、撮像カメラ３とレンズ部４による撮像領域Ｆの撮像を妨げないよう、画角の外側に配置されている。

筐体６０は、レンズ部４に対して回収用電極６１を所定の位置関係で固定するものである。具体的には、筐体６０は、略角筒状の形状をしており、一端（図では紙面奥側）がレンズ部４とネジ等で連結しており、内壁に詳細を後述する回収用電極６２が取り付けられている。

回収用電極６２は、帯電している汚濁原因ミストＭｄ’を回収するものである。
具体的には、回収用電極６２は、帯電している汚濁原因ミストＭｄ’を引き寄せ、集めて回収するものである。
より具体的には、回収用電極６２は、回収用第１電極６２ａと回収用第２電極６２ｂを備えている。
回収用第１電極６２ａと回収用第２電極６２ｂは、極性の異なる電圧が印加されており、板状や棒状の導電性材料で構成されている。
例えば、回収用第１電極６２ａは、直流電源６５の正極側と接続されており、マイナス側に帯電している汚濁原因ミストＭｄ’を捕集することができる。
一方、回収用第２電極６２ｂは、直流電源６５の負極側と接続されており、プラス側に帯電している汚濁原因ミストＭｄ’を捕集することができる。

このような構成をしているため、帯電している汚濁原因ミストＭｄ’が、レンズ部４の前方に配置している帯電ミスト捕集部６の筐体６０内を浮遊している際に、回収用第１電極６２ａ又は回収用第２電極６２ｂのどちらか一方に引き寄せられて付着する。

つまり、本発明によれば、レンズ部４の前方に備えられた帯電ミスト捕集部６にて、帯電している汚濁原因ミストＭｄ’を捕集することができる。
そのため、撮像対象とする液滴Ｑの飛翔方向や速度に影響を与えることなく、当該飛翔中の液滴Ｑを撮像する際に、帯電している汚濁原因ミストＭｄ’がレンズ等の光学部品に付着するのを防ぐことができる。

［変形例］
［回収用電極について］
なお上述では、ミスト帯電捕集部５において、帯電させた汚濁原因ミストＭｄを回収用第２電極５２ｂに引き寄せて付着させることで捕集する構成を示した。このような構成の場合、捕集されたミストは集合して液滴となり、回収用第２電極５２ｂの表面に溜りやすい。

そこで、回収用第２電極５２ｂの表面は、平滑な面で構成されていても良いが、以下の様な構成が好ましい。
例えば、回収用第２電極５２は、表面が粗面（凹凸状）でも良いし、表面に溝や孔を設けたものでも良い。或いは、回収用第２電極５２は、表面ないし内部が焼結金属等にて多孔質構造をしていても良い。回収用第２電極５２は、付着したミストが下方に流れやすくなるため、ミストの堆積を防ぐことができる。また、表面積が多い状態を保つことができるため、ミストの捕集能力が低下しづらい。

なお上述では、回収用電極５２として、
回収用第１電極５２ａが、レンズ部４の撮像光軸Ｌｘよりも重力上方に配置されており、回収用第２電極５２ｂが、レンズ部４の撮像光軸Ｌｘよりも重力下方に配置されている構成を例示した。

しかし、回収用第１電極５２ａと回収用第２電極５２ｂは、この様な構成に限らず、レンズ部４の撮像光軸Ｌｘを挟んで、左右に配置されていても良い。

また、上述の帯電ミスト捕集部６において、回収用第１電極６２ａと回収用第２電極６２ｂは、表面が平滑な面で構成されていても良いが、表面が粗面（凹凸状）でも良いし、表面に溝や孔を設けたものでも良いし、表面ないし内部が焼結金属等にて多孔質構造をしていても良い。そうすることで、回収用第１電極６２ａと回収用第２電極６２ｂに、付着したミストが下方に流れやすくなるため、ミストの堆積を防ぐことができる。また、表面積が多い状態を保つことができるため、ミストの捕集能力が低下しづらい。

なお上述のミスト帯電捕集部５や帯電ミスト捕集部６は、照明部２の発光部２１とレンズ部４の双方に備えた構成が好ましいが、照明部２の発光部２１とレンズ部４の少なくとも一方に備えた構成であっても良い。

［捕集ミスト収容部７について］
なお上述のミスト帯電捕集部５や帯電ミスト捕集部６は、ミスト帯電捕集部５の回収用第２電極５２ｂや帯電ミスト捕集部６の回収用電極６２の表面等の形状や、回収用電極５２，６１の配置に関わらず、捕集ミスト収容部７を備えた構成であっても良い。

例えば図２で例示する捕集ミスト収容部７は、ミスト帯電捕集部５で捕集したミストを収容するものである。具体的には、捕集ミスト収容部７は、回収用第２電極５２ｂに付着したミストの集まり（液滴）を集め、適宜導流しつつ、所定の場所に一時的に貯めておくものである。より具体的には、捕集ミスト収容部７は、中空容器やスポンジ等で構成されている。

ミスト帯電捕集部５に捕集ミスト収容部７が備えられていれば、捕集されたミストが集合して液滴となっても、筐体５０内で（具体的には、回収用第２電極５２ｂの表面に）溜まることを防ぐことができる。そのため、帯電した汚濁原因ミストＭｄの捕集能力が低下しづらい。

１ 液滴撮像装置
２ 照明部
３ 撮像カメラ
４ レンズ部
５ ミスト帯電捕集部
６ 帯電ミスト捕集部
７ 捕集ミスト収容部
２１ 発光部
２２ 電源部
３０ カメラ本体
３１ 撮像素子
５１ 帯電用電極
５２ 回収用電極
５２ａ 回収用第１電極
５２ｂ 回収用第２電極
５４，５５ 直流電源
６２ａ 回収用第１電極
６２ｂ 回収用第２電極
Ｊ 吐出ユニット
Ｎ 液滴吐出ノズル
Ｑ 液滴
Ｍ 飛散したミスト
Ｍｄ 汚濁原因ミスト
Ｍｄ’ 帯電している汚濁原因ミスト
Ｆ 撮像エリア
Ｌｘ 撮像光軸

Claims (5)

1. 液滴吐出ノズルから吐出された飛翔中の液滴を撮像する液滴撮像装置であって、
   前記液滴吐出ノズルから吐出された前記液滴が飛翔する経路に設定された撮像領域に向けて照明光を照射する照明部と、
   前記撮像領域を撮像する撮像カメラと、
   前記撮像領域を通過する前記液滴の横断面形状を、前記撮像カメラの撮像素子に結像させるレンズ部を備え、
   前記照明部の発光部及び前記レンズ部の少なくとも一方の前記撮像領域側には、前記液滴の吐出に起因して飛散したミストのうち、当該発光部及び／又は当該レンズ部の光学部品に付着して汚濁の原因となる汚濁原因ミストを帯電させて捕集するミスト帯電捕集部を備えた
   ことを特徴とする、液滴撮像装置。
2. 前記ミスト帯電捕集部は、
   前記汚濁原因ミストを帯電させる帯電用電極と、
   帯電した汚濁原因ミストを回収する回収用電極とを備えた
   ことを特徴とする、請求項１に記載の液滴撮像装置。
3. 前記回収用電極は
   前記帯電用電極と同じ極性の電圧が印加された回収用第１電極と、
   前記回収用第１電極とは異なる極性の電圧が印加された回収用第２電極を備え、
   前記回収用第１電極は、前記レンズ部の撮像光軸よりも重力上方に配置されており、
   前記回収用第２電極は、前記レンズ部の撮像光軸よりも重力下方に配置されている
   ことを特徴とする、請求項２に記載の液滴撮像装置。
4. 液滴吐出ノズルから吐出された飛翔中の液滴を撮像する液滴撮像装置であって、
   前記液滴吐出ノズルから吐出された前記液滴が飛翔する経路に設定された撮像領域に向けて照明光を照射する照明部と、
   前記撮像領域を撮像する撮像カメラと、
   前記撮像領域を通過する前記液滴の横断面形状を、前記撮像カメラの撮像素子に結像させるレンズ部を備え、
   前記照明部の発光部及び前記レンズ部の少なくとも一方の前記撮像領域側には、前記液滴の吐出に起因して帯電しつつ飛散したミストのうち、当該発光部及び／又は当該レンズ部の光学部品に付着して汚濁の原因となる汚濁原因ミストを捕集する帯電ミスト捕集部を備えた
   ことを特徴とする、液滴撮像装置。
5. 前記ミスト帯電捕集部または前記帯電ミスト捕集部で捕集したミストを収容する捕集ミスト収容部を備えた
   ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の液滴撮像装置。

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