JP4232979B2 - 液体塗布物の画像処理方法及び装置、並びに液体塗布装置 - Google Patents

Description

本発明は、各種樹脂等の液体を対象物に塗布する場合において、その液体塗布物の高さ、さらには塗布量を測定するための液体塗布物の画像処理方法及び装置、並びにその画像処理装置を備えた液体塗布装置に関する。

従来、図９（Ａ）のように基板等の平面８０に液体を点状に塗布する場合において、その液体塗布物８１の量を測定するのに、液体塗布物８１を撮像装置（カメラ）８２で撮像し、図９（Ｂ）のモニタ画像のように、撮像装置８２の画像信号を画像処理して得た画像における液体塗布物８１の径を測定する方法が採られていた。このような方法又は装置を開示するものとして下記特許文献１〜特許文献３がある。
特許第３４１０２１４号公報 特開平９−３２３０５７号公報 特開２００５−４０６９０号公報

特許文献１〜３の従来技術では、液滴である液体塗布物の直径をもって体積を計算するため、誤差は多いが液体塗布装置の連続動作の中で測定が可能なのでフィードバック制御が可能である。但し、測定が液体塗布物の直径なので、粘度の高い液体の場合、その高さを判別できないため、直径と塗布量との間のデータの相関性の信頼性に欠ける。例えば、図１０（Ａ）,（Ｂ）のように基板等の平面８０に液体を点状に塗布して液体塗布物８１を設けた場合、（Ａ）,（Ｂ）における液体塗布物８１の径Ｄ_１，Ｄ_２は略一致していても、高さｈ_１とｈ_２とが無視できない程度相違（ｈ_１＞ｈ_２）する場合がある。

対応策として図１１（Ａ）のように横方向から基板８５上の液体塗布物８１の高さを撮像するカメラ８６を設けることが考えられるが、一枚の基板８５上に複数の液体塗布物８１を付着させる場合等は、カメラ８６と撮像対象間の所要距離ＷＤ（ワークディスタンス：Work Distance）と基板サイズによる制限が生じる可能性があり、汎用性が乏しい。例えば、図１１（Ａ）の基板８５の端部に位置する液体塗布物８１が撮像対象であれば、ワークディスタンスＷＤを確保でき、撮像可能であるが、図１１（Ｂ）のように基板８５の奥側にある液体塗布物８１が撮像対象となる場合、ワークディスタンスＷＤを確保しようとすると基板８５とカメラ８６とが干渉する位置関係となり、うまく撮像できない。

さらに、液体塗布物の径を撮像する上記従来技術では透明液体を塗布する場合や基板と同色の液体を塗布する場合等は、基板等の対象物との色相差や明度差を安定して得ることが難しく、測定対象となる液体が限定されるきらいがある。

一方、基板等の平面に液体を点状に塗布する場合において、その液体塗布物の量を測定するのに、吐出した液体の重量（質量）を実測する方法が下記特許文献４にて提案されていた。
特開２００４−２０９４２９号公報

特許文献４の従来技術では、測定専用ステージを用いて液体塗布物の重量を直接測るため、管理すべきパラメータである液体塗布物の体積は正確に求められるが、測定専用ステージが必要となるという問題がある。

本発明は、上記の点に鑑み、樹脂等の液体を対象物に点状に塗布し、その塗布量を測定する場合において、簡単かつ高精度に測定可能で、汎用性が高い液体塗布物の画像処理方法及び装置を提供することを目的とする。

さらに、本発明は、上記液体塗布物の画像処理装置を備えることで、フィードバック制御による対象物への液体の定量塗布が可能な液体塗布装置を提供することをもう１つの目的とする。

本発明のその他の目的や新規な特徴は後述の実施の形態において明らかにする。

上記目的を達成するために、本発明に係る液体塗布物の画像処理方法は、撮像手段と、該撮像手段の周囲又は該撮像手段への入射光を囲む位置関係に設けられたリング状照明とを用い、対象物に設けられた凸面状液面を持つ液体塗布物の量を測定する場合に、前記液体塗布物の前記凸面状液面は表面張力によって形成されたものであり、前記凸面状液面で反射された前記リング状照明の像を前記撮像手段で撮像し、前記リング状照明の像の寸法によって前記液体塗布物の量を測定することを特徴としている。

本発明に係る液体塗布物の画像処理装置は、撮像手段と、該撮像手段の周囲又は該撮像手段への入射光を囲む位置関係に設けられたリング状照明と、前記撮像手段で撮像された画像信号を処理する画像処理演算手段とを備え、対象物に設けられた凸面状液面を持つ液体塗布物の量を測定する構成であって、
前記液体塗布物の前記凸面状液面は表面張力によって形成されたものであり、前記凸面状液面で反射された前記リング状照明の像を前記撮像手段で撮像し、撮像された前記リング状照明の像の寸法を前記画像処理演算手段によって算出することにより、前記液体塗布物の量を測定することを特徴としている。

本発明に係る液体塗布装置は、対象物に液体を塗布するディスペンサと、該ディスペンサの液体吐出量を制御するディスペンスコントローラと、前記液体塗布物の画像処理装置とを備え、
前記液体塗布物の量の測定値を前記ディスペンスコントローラにフィードバックして、前記液体塗布物の量を所望範囲内に制御することを特徴としている。

前記液体塗布装置において、前記ディスペンサによって対象物に液体を塗布する塗布ステージとは別のステージで、前記対象物に塗布された液体塗布物の量を測定して、前記塗布ステージにある次の対象物への液体塗布のために測定値をフィードバックする構成でもよい。

前記液体塗布装置において、前記ディスペンサによって対象物に液体を塗布する塗布ステージで、前記対象物に塗布された液体塗布物の量を測定して、前記塗布ステージでの当該対象物への液体塗布のために測定値をフィードバックする構成でもよい。

本発明に係る液体塗布物の画像処理方法及び装置は、リング照明で凸面状液面を持つ液体塗布物を照らして撮像する場合に、その凸面状液面で反射されたリング状照明の像の寸法と凸面状液面の曲率との間に相関があることを利用するものである。つまり、液滴である液体塗布物の表面が凸面の場合は表面張力が液体塗布物全面に作用するため、凸面鏡の原理が適用でき、撮像手段で撮像すると凸面の曲率半径が大きい場合はリング状照明の反射像の径が大きく、凸面の曲率半径が小さくなるのに従ってリング状照明の反射像の径は小さくなる。この原理を利用し、リング状照明の反射像の径を計測演算することで、液体塗布物表面の曲率を求め、液体塗布物の塗布高さ、さらには塗布量を求めることができる。そして、塗布量の測定のために特別な測定ステージを設けることなく簡単、高精度に測定可能である。

また、対象物と液体塗布物との間に明度や色彩の差は不要であり、透明液体等であってもよく、測定可能な液体の範囲が広く、汎用性がある。

なお、液体塗布物の径も同時に画像処理で実測可能であれば、液体塗布物の径の実測値も利用することでより高精度の塗布量算出が可能である。

また、本発明に係る液体塗布装置によれば、前記液体塗布物の画像処理装置を備えることで、ディスペンサで塗布した液体塗布物の量を測定してフィードバックし、液体塗布量の高精度制御及び安定化を図ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態として、液体塗布物の画像処理方法及び装置、並びに液体塗布装置の実施の形態を図面に従って説明する。

図１乃至図３で本発明に係る液体塗布物の画像処理方法の実施の形態を説明する。図１乃至図３において、撮像手段としての撮像装置１はＣＣＤカメラ等であり、撮像装置１の周囲（又は撮像装置１への入射光を囲む位置関係）にリング状照明２が配置されている。リング状照明２は例えば多数の発光ダイオード３をケース４の下面側に円環状に配置固定したものである。従って、全体として円環状に発光する。画像処理演算手段としての画像処理演算部５は撮像装置１で撮像された画像信号を処理するものであり、表示手段としてのモニタ６は画像演算処理部の処理結果を表示するものである。

図３は、撮像装置１（ＣＣＤカメラ等）及びリング状照明２、並びに対象物としての基板１０を支持する全体的な機構を示す。基板１０をＸ−Ｙテーブル４０で位置決め保持する場合、撮像装置１及びこれに一定位置関係で配置されたリング状照明２は装置基台５０に対して固定される。つまり、装置基台５０に立設固定された支柱５１、水平シャフト５２、垂直シャフト５３及び取付部材５４を介して撮像装置１及びリング状照明２は、所定高さに支持され、基板１０との間でワークディスタンスを確保している。

図１（Ａ）に示す対象物としての基板１０は上面１１が平面であり、この上面１１上に液体塗布装置により樹脂等の液体が塗布されている。この場合、上面１１に点状に塗布された液滴である液体塗布物２０は表面張力が液体塗布物全面に作用するため凸面状液面（表面）２０ａを成し、光学的に見ると凸面鏡の原理が適用できる。つまり、撮像装置１で撮像すると凸面の曲率半径が大きい場合（基板の所定の基準面からの液面高さ小の場合）はリング状照明２の反射像（虚像）の径が大きく、凸面の曲率半径が小さくなる（基板の所定の基準面からの液面高さが大きくなる）のに従ってリング状照明の反射像の径は小さくなる。

図２（Ａ）,（Ｂ）で具体的に説明すると、同図（Ａ）よりも（Ｂ）の方が液体塗布物２０の凸面状液面２０ａの曲率半径が小さい場合を示している。図中、矢印ｘ＋はｘ軸の正方向（基板面に平行）、矢印ｙ＋はｙ軸の正方向（基板面に垂直）を示し、角度θはｘ＋を基準としてｙ＋方向の回転を正とする。（Ａ）のときの凸面状液面２０ａの高さをｈ_１、反射面角度をα_１、（Ｂ）のときの凸面状液面２０ａの高さをｈ_２、反射面角度α_２すると、液体塗布物２０の底面径が同じ条件下でｈ_１＜ｈ_２、α_１＜α_２となり、凸面状液面２０ａによるリング状照明２の反射光の像はそれぞれ点線で示され、その像の径は（Ａ）ではＤ_１、（Ｂ）ではＤ_２となり、Ｄ_１＞Ｄ_２となる。つまり、リング状照明の反射光による像の径は凸面状液面２０ａの高さが大きくなるのに従って小さくなる関係となる。

また、図１（Ｂ）のように、基板１０（又はその他の対象物）の上面１１が平面であり、ここに非貫通開口部としての凹部１２が形成されており、凹部１２に液体塗布物２０が上面１１より盛り上がるように塗布されて凸面状液面２０ａを構成する場合にも、上面１１を基準とした凸面状液面２０ａの高さについて上記図２と同様な関係が得られる。凹部１２の形状は問わないが、図示の場合、底面が平坦な円形面で、開口となる円形面の方が、底面の円形面よりも大径となった、台形を反転した断面形状となっている。

以上の事象から、リング状照明２の反射像を撮像装置１で捉え、撮像された画像信号からリング状照明２の反射像の直径寸法を画像処理演算部５で画像処理で算出することにより、基板１０の上面１１を基準とした液体塗布物２０の凸面状液面２０ａの高さを測定することができ、さらに、液体塗布物２０の凸面状液面２０ａの高さから液体塗布物２０の塗布量を検知、測定可能である。前記反射像の直径から凸面状液面２０ａの高さを求め、さらに塗布量を求める演算は図示しないコントローラで行うことができる。

この実施の形態によれば、次の通りの効果を得ることができる。

(1) 液体塗布物２０の凸面状液面２０ａで反射されたリング状照明の像を撮像装置１で撮像し、撮像されたリング状照明２の像の寸法によって凸面状液面２０ａの高さ測定することができ、さらに凸面状液面２０ａの高さから液体塗布量を高精度で測定できる。また、特別の撮像のためのステージは不要であり、測定が簡単である。

(2) 基板１０等の平面対象物と液体との明度や色彩の差は利用しないため、基板と同色の液体や透明液体の場合でも検知、測定できるから、多様な液体の塗布に応用でき、汎用性が高い。

(3) なお、撮像装置１を用いて液体塗布物２０の真上より見た径を実測可能であれは、さらに液体塗布量の測定を高精度で行うことができる。

(4) また、図１（Ｂ）に示した基板（又はその他の対象物）１０の上面１１より上に盛り上がるように液体塗布物２０を既知形状の凹部１２に塗布する場合には、凹部１２の形状で液体塗布物２０の径がほぼ定まるため、液体塗布量を精度良く測定可能である。

図４（Ａ）,（Ｂ）は上述の液体塗布物の画像処理装置を備えた本発明による液体塗布装置（ディスペンス装置）の実施の形態の正面図及び側断面図、図５は斜視図であり、図６は液体塗布装置の模式的構成図である。

図４及び図５に示すように、液体塗布装置は、装置フレーム５５上に基板ローダ６０、ディスペンス部６１、操作パネル６２、基板アンローダ６３を設けたものであり、ディスペンス部６１はディスペンサにより基板に液体（各種樹脂等）を塗布する部分であり、基板ローダ６０はディスペンス部６１への基板の供給を行い、基板アンローダ６３はディスペンス部６１で液体を塗布後の基板を排出するものである。

液体塗布装置の基本は、基板搬送系と撮像装置とディスペンサとの組み合わせで、基板搬送系には少なくとも一つのステージを持つ。図６の例では、基板搬送系７０は予熱ステージＳ１、塗布ステージＳ２及び冷却ステージＳ３の３個のステージを有している。基板１０は予熱ステージＳ１、塗布ステージＳ２及び冷却ステージＳ３の順に搬送されるようになっている。

予熱ステージＳ１は液体塗布前の基板１０に対して予熱が必要な場合、ヒータ等の予熱手段で基板１０の温度を上げ、塗布ステージＳ２での液体塗布における流動性を上げる役割を持つ。

塗布ステージＳ２の基板１０に対して液体塗布を行うディスペンサ７１の構造自体は周知であり、例えば液体を収容するシリンジの下端にニードル（ノズル）を連結したものであり、シリンジにより適量の液体を押し出してニードル先端から液体を吐出する構成である。液体吐出量、すなわち液体塗布量はディスペンサ７１が接続されたディスペンスコントローラ７２で制御される。塗布ステージＳ２では基板１０に１箇所あるいは複数箇所に液体（液滴）を点状に塗布する。

冷却ステージＳ３は塗布ステージＳ２で上昇した基板１０の温度を下げ、塗布された液体を凝固、安定させる働きを持つ。

撮像装置１及びリング状照明２は用途に応じて塗布ステージＳ２、冷却ステージＳ３の一方又は両方に設けられる。また、撮像装置１で撮像された画像信号を処理する画像処理演算部５及びその処理結果を表示するモニタ６が設けられている。さらに、画像処理演算部５の処理結果（つまり、リング状照明の反射像の直径）を受けて撮像結果から測定された液体吐出量を算出し、ディスペンスコントローラ７２をフィードバック制御するコントローラ７５が設けられている。なお、コントローラ７５は装置全体の各種制御も行う。

前記コントローラ７５は予め設定された液体塗布量の最適範囲（最適値）と画像処理演算部５の処理結果（リング状照明の反射像の直径）から求めた液体塗布量の測定値とを比較して、ディスペンスコントローラ７２を介してディスペンサ７１の液体吐出圧力、吐出時間の一方又は両方を増減して液体塗布量が最適範囲となるようにフィードバック制御を行う。

なお、塗布ステージＳ２が水平面内で前後左右の直交２軸方向に動くＸ−Ｙテーブルとしての機能を有する場合、ディスペンサ７１はＺ方向（上下方向）の動作を行えればよいが、塗布ステージＳ２が基板１０の位置決め保持機能は有するがＸ−Ｙテーブルとしての機能を有しないときは、ディスペンサ７１はＸ−Ｙ−Ｚ方向（直交３軸方向）に移動する機能を有する必要がある。この場合、ディスペンサ７１を保持する塗布ヘッドで撮像装置１及びリング状照明２も保持して、Ｘ−Ｙ方向に移動可能とする。

前記フィードバック制御の方法がいくつか考えられるが、以下に３つの方法を例示する。

(1) 図７の基本動作フロー１の方法
塗布ステージＳ２で基板１０の代表点ａに塗布した液体塗布物を冷却ステージＳ３で前述の本発明の実施の形態で示した画像処理方法で測定して塗布量を確認し、画像確認データを用いてディスペンスコントローラ７２にフィードバックをかける方法である。塗布動作と測定動作がパラレルで（並行して）行われるため、スループットを優先したいときに用いることができる。図７の画像確認データ処理のステップでは、複数枚の基板に対する画像確認データの平均化処理を行い、平均化処理した数値の増減判断及び増減割合の算出を行い、その算出結果数値を用いてフィードバック制御を行うことができる。

(2) 図８の基本動作フロー２の方法
塗布ステージＳ２で基板１０の代表点ａに塗布した液体塗布物を、同じく塗布ステージＳ２で前述の本発明の実施の形態で示した画像処理方法で測定して塗布量を確認し、画像確認データを用いてディスペンスコントローラ７２にフィードバックをかけて、以降の塗布点に順次塗布する方法である。塗布動作と測定動作がシリアルとなるため、スループットは不利だが、測定直後にフィードバックをかけるため、精度を優先したいときに用いる。図８の画像確認データ処理のステップでは、複数枚の基板に対する画像確認データの平均化処理を行い、平均化処理した数値の増減判断及び増減割合の算出を行い、その算出結果数値を用いてフィードバック制御を行うことができる。

(3) 図８の基本動作フロー２において全ての塗布点について画像確認処理を行う方法
塗布ステージＳ２で基板１０に塗布した液体塗布物を、同じく塗布ステージＳ２で前述の本発明の実施の形態で示した画像処理方法で測定して塗布量を確認し、画像確認データを用いてディスペンスコントローラ７２にフィードバックをかけて、再び基板の次の塗布点に液体を塗布、以後この動作を繰り返す。この場合、スループットは不利だが、より高精度が要求される場合に用いる。

以上本発明の実施の形態及び実施例について説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者には自明であろう。

本発明に係る液体塗布物の画像処理方法及び装置の実施の形態であって、（Ａ）は対象物としての基板上面に液体を塗布した場合の一部を正断面とした構成図、（Ｂ）は対象物としての凹部を有する基板の当該凹部に液体が凸面を成すように塗布した場合の正断面図である。 前記実施の形態において、液体塗布物の凸面状液面の高さとリング状照明の反射像（虚像）の直径との相関を示し、（Ａ）は凸面状液面の曲率半径が大きい場合の説明図、（Ｂ）は凸面状液面の曲率半径が小さい場合の説明図である。 実施の形態における撮像装置、リング状照明及び基板を支持する機構を示す正面図である。 本発明に係る液体塗布装置の実施の形態の全体外観であって、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側断面図である。 同斜視図である。 前記液体塗布装置の実施の形態の構成図である。 前記液体塗布装置の実施の形態における基本動作フロー１を示すフローチャートである。 前記液体塗布装置の実施の形態における基本動作フロー２を示すフローチャートである。 基板等の平面上に液体を点状に塗布する場合の従来の液体塗布量の測定方法であって、（Ａ）は正面図、（Ｂ）はモニタ画像の例を示す正面図である。 基板等の平面上に液体を点状に塗布した場合に、径が略同一でも液体塗布物の凸面状液面の曲率によって高さ（ひいては量）が変化することを示し、（Ａ）は液面高さが高い場合の説明図、（Ｂ）は液面高さが低い場合の説明図である。 基板等の平面上に液体を点状に塗布した場合に、その液体塗布物の高さを直接撮像する構成であって、（Ａ）は対象となる液体塗布物をカメラで撮像可能な場合の説明図、（Ｂ）はカメラのワークディスタンスの関係で対象となる液体塗布物を撮像できない場合の説明図である。

符号の説明

１ 撮像装置
２ リング状照明
３ 発光ダイオード
４ ケース
５ 画像処理演算部
６ モニタ
１０ 基板
１１ 上面
１２ 凹部
２０ 液体塗布物
４０ Ｘ−Ｙテーブル
５０ 装置基台
５１ 支柱
５４ 取付部材
６０ 基板ローダ
６１ ディスペンス部
６２ 操作パネル
６３ 基板アンローダ
７０ 基板搬送系
７１ ディスペンサ
７２ ディスペンスコントローラ
７５ コントローラ
Ｓ１ 予熱ステージ
Ｓ２ 塗布ステージ
Ｓ３ 冷却ステージ

Claims (5)

1. 撮像手段と、該撮像手段の周囲又は該撮像手段への入射光を囲む位置関係に設けられたリング状照明とを用い、対象物に設けられた凸面状液面を持つ液体塗布物の量を測定する液体塗布物の画像処理方法であって、
   前記液体塗布物の前記凸面状液面は表面張力によって形成されたものであり、前記凸面状液面で反射された前記リング状照明の像を前記撮像手段で撮像し、前記リング状照明の像の寸法によって前記液体塗布物の量を測定することを特徴とする液体塗布物の画像処理方法。
2. 撮像手段と、該撮像手段の周囲又は該撮像手段への入射光を囲む位置関係に設けられたリング状照明と、前記撮像手段で撮像された画像信号を処理する画像処理演算手段とを備え、対象物に設けられた凸面状液面を持つ液体塗布物の量を測定する液体塗布物の画像処理装置であって、
   前記液体塗布物の前記凸面状液面は表面張力によって形成されたものであり、前記凸面状液面で反射された前記リング状照明の像を前記撮像手段で撮像し、撮像された前記リング状照明の像の寸法を前記画像処理演算手段によって算出することにより、前記液体塗布物の量を測定することを特徴とする液体塗布物の画像処理装置。
3. 対象物に液体を塗布するディスペンサと、該ディスペンサの液体吐出量を制御するディスペンスコントローラと、前記請求項２記載の液体塗布物の画像処理装置とを備え、
   前記液体塗布物の量の測定値を前記ディスペンスコントローラにフィードバックして、前記液体塗布物の量を所望範囲内に制御することを特徴とする液体塗布装置。
4. 前記ディスペンサによって対象物に液体を塗布する塗布ステージとは別のステージで、前記対象物に塗布された液体塗布物の量を測定して、前記塗布ステージにある次の対象物への液体塗布のために測定値をフィードバックすることを特徴とする請求項３記載の液体塗布装置。
5. 前記ディスペンサによって対象物に液体を塗布する塗布ステージで、前記対象物に塗布された液体塗布物の量を測定して、前記塗布ステージでの当該対象物への液体塗布のために測定値をフィードバックすることを特徴とする請求項３記載の液体塗布装置。

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