JP5110656B2 - 接触角測定システム及び接触角測定方法 - Google Patents

Description

本発明は接触角測定システム及び接触角測定方法に係り、特に固体表面の濡れ性などの評価に用いられる接触角の測定技術に関する。

固体表面の濡れ性制御は、医療、食品、印刷、自動車、半導体等の多くの産業分野において非常に重要な課題である。例えば、インクジェット記録装置用のインクと、記録媒体であるフィルムや紙などのメディアや部材とのぬれ性評価、導電性インク、絶縁性インクと回路基板や部材とのぬれ性評価、ＲＧＢインクとカラーフィルタ基板とのぬれ性評価などがある。

図１７に示すように、固体表面２００における濡れ性は、一般に液滴２０２の接触角θにより表され、その測定には試料表面（固体表面）２００上に液滴２０２を滴下し、水平方向から顕微鏡等の拡大光学系で観察し、液滴２０２が試料表面２００と接する角度を測定する方法がある。「接触角」とは、固体２０４、液滴２０２及び気体２０６の３相の接触点２０８において液滴２０２に引いた接線２１０と固体表面２００のなす角度のうち、液体を含む側の角度θをいう。以前からの接触角の測定方式である固体上の液滴を写真撮影する方式から、近年ではＣＣＤカメラで固体上の液滴の画像を取得し、コンピュータでデータを処理する方式等がある。

固体上の液滴を写真撮影する方式は、接触角θの測定に際して平板状の固体２０４の表面２００上に液滴２０２を滴下した試料を、顕微鏡等の拡大光学系によって固体表面２００と平行な方向である横方向から観察し、液滴２０２が固体表面２００と接する角度、つまり接触角θを測定する。しかしながら、このような方法は使用する試料の組合せや屈折率の関係から、固体２０４、液滴２０２及び空気（気体）２０６の３相の接触点（以下、単に「接触点」記載することがある。）２０８を判別することが困難であるという問題を有していた。この問題に対して、画像解析プログラムを使用して接触点を自動認識する方法や光源位置や光量調整等を行うことで接触点を判別する方法などが採られてきた。

一方、近年では、試料上の液滴を上部から観察する方法が提案されている（特許文献１，２）。また、レーザー顕微鏡を用いて試料上の液滴の高さを上方から測定し、さらに任意の手段により前記液滴の径を測定し、この液滴の高さと径の値から液滴の接触角を算出する方法が提案されている（特許文献３）。
特開平１−１２６５２３号公報 特開平５−２３２００９号公報 特開平８−５００８８号公報

しかしながら、上述した画像解析プログラムによる接触点の自動認識おいて、図１８に図示するような場合に接触点２０８の判別を誤る場合がある。同図には、ディスペンサー２１１から基板（固体）２０４の表面２００に液滴２０２を滴下した状態を基板２０４に対して水平方向からＣＣＤカメラで撮影し、撮影された画像をモニタに表示したものである。図１８において一点破線で図示した位置が現実の基板２０４の表面２００であるにもかかわらず、光の反射や屈折の影響で見かけ上の表面（撮影画像のみに見られる表面）２１２を基板２０４の表面２００として誤って認識し、符号２１４を付した位置を基板２０４と液滴２０２と気体２０６の接触点として認識してしまうことがある。

このような場合には、接触点の判別のために任意でスレッシホールド（画像上の黒い部分と白い部分の境界の値）を設定する等の画像解析パラメータを調整する必要があり、測定者によって測定値がばらつくのに加え、一回の測定及び解析に時間がかかるという問題が発生する。さらに、このような調整をより自動化、迅速化する場合は、より高機能の画像処理プログラムが必要となる。一方、光量調整による対策は反射の高い試料表面等の接触点を明確化することは困難であり、また、光量が低すぎると、液滴の形状自体が判別しづらくなる問題が発生する。

図１９には、スレッシホールドを手動で設定した場合における、基板２０４と液滴２０２と気体２０６の接触点の判別結果を図示する。スレッシホールドを手動設定した場合には、同図に示すような測定バラつきが発生する。図１９には、判別された接触点２２０から求められた基板２０４の見かけ上の表面を符号２２２で図示し、判別された接触点２２４から求められる基板２０４の見かけ上の表面を符号２２６で図示する。

接触点２２０における接触角は１１２．９°であり、接触点２２４における接触角は１０５．０°であり、この値は基板２０４の現実の表面２００における接触角８６．３°に対して、２０°から３０°程度の誤差を含んでいる。

図２０には、画像解析プログラムによる自動認識において、接触点２０８の判別を誤った場合を図示する。判別された測定点２３０による基板２０４の見かけ上の表面は符号２３２で図示した面であり、その接触角は９９．１°である。この値は、基板２０４の現実の表面２００における接触角８６．３°に対して１０°以上の誤差を有している。

特許文献１，２に記載された方法は、既知の体積もしくは質量の液滴を試料に付着させ、この液滴の径を上部から測定し、この体積もしくは質量と測定した径の２つのパラメータを用いて接触角を算出するものである。かかる方法において、液滴はシリンジもしくは霧吹きによって試料上に定量吐出されるため、均一な体積もしくは質量の液滴を試料上に一様に付着させることが困難であり、個々の液滴にばらつきが生ずる。さらに、液滴の径を測定する間に蒸発等によって液滴の物理量が既知の値から変化してしまう。その結果、接触角の測定において誤差が大きくなり、精度の点で問題があった。

また、特許文献３に記載された測定方法では、接触角測定装置自体が大きくなるとい問題があり、かつ、レーザー顕微鏡という極めて高価な機器が必要とである。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、必要な最小の装置構成で、簡易かつ迅速により正確な接触点を判別して好ましい接触角の測定を実現する接触角測定システム及び接触角測定方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る接触角測定システムは、基板の表面に測定対象の液滴を滴下する滴下手段と、前記基板の表面に前記基板と前記液滴の境界を判別するための境界判別部材を配置する配置手段と、前記液滴及び前記境界判別部材が同一画面内に収まるように前記基板に対して水平方向又は斜め方向から前記液滴及び前記境界判別部材を撮影する撮影手段と、前記撮影手段により得られた前記境界判別部材の画像から、前記基板と前記液滴の境界を判断する境界判断手段と、前記境界判断手段において判断された前記境界における前記基板に対する前記液滴の接触角を求める接触角導出手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、簡便かつ迅速に基板の表面を認識することができ、当該基板における接触角を正確に求めることが可能となる。また、高機能の画像解析プログラムや測定者の手作業による調整などを不要とすることで、より簡素化された接触角測定システムを構成することができる。

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。

〔接触角測定システムの構成〕
図１は、上述した接触角測定システムの全体構成図である。同図に示す接触角測定システム１０は、測定対象の液滴（不図示）が滴下される基板１２を、該液滴が滴下される表面１２Ａと反対の裏側から支持する基板支持部１４Ａを有するとともに、基板１２をＸ方向及びＹ方向に水平移動させるＸＹステージ１４と、測定対象の液滴を基板１２に滴下する吐出針１６を含むディスペンサー１８と、基板１２の表面１２Ａに光を照射する光源ユニット２０と、基板１２の表面１２Ａを水平方向から撮影するカメラユニット２２と、ディスペンサー１８とカメラユニット２２を一体に水平方向に移動させるとともに、カメラユニット２２の高さ調整を行う上下移動機構２４と、カメラユニット２２によって得られた画像データに所定の画像処理を施す画像処理装置（ＰＣ）２６と、画像処理後の画像を表示するモニタ２８と、画像処理装置２６のユーザインターフェース（キーボード３０及びマウス３２）を含んで構成されている。

本例の基板１２はフッ素樹脂膜をコーティングしたシリコン基板であり、本例では基板１２に対する純水及びインク（インクジェット記録装置に一般的に用いられるインク）の接触角を測定する場合について説明する。なお、本例に示す接触角測定システムは、金属基板、樹脂基板、ガラス基板、液晶ポリマーなど多種多様な基板を使用することができ、基板１２の表面処理（撥水膜）はフッ素樹脂膜の他にフッ素膜を含んだ共析メッキでもよく、さらに、酸化チタンコーティング膜のような親水性材料の評価も可能である。フッ素膜にはPTFE（ポリテトラフルオロエチレン(４フッ化)）や、PFA（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）などが含まれる。

また、測定対象の液体は、純水の他に一般的な産業分野で用いられる液体や、医療分野で用いられる生体物質（細胞、薬品）を使用することができる。

ＸＹステージ１４は、基板１２上における液滴の滴下点を変更するために、ディスペンサー１８と基板１２とを相対移動させる手段である。

ディスペンサー１８は、ガラス製であり注射筒の容量が１ミリリットルであって、基板１２の被測定面に滴下される液滴量を調整可能に構成されている。なお、基板１２の被測定面に滴下される液滴量は、測定対象物（基板）、液滴の種類によって適宜選択可能であり、JIS規格のJIS R 3257(1999)『基板ガラス表面のぬれ性試験方法』によれば、１マイクロリットル以上４マイクロリットル以下が適している。

また、ディスペンサー１８はカメラユニット２２と一体に支持され、ガイド部材に沿って移動可能に構成されている。

光源ユニット２０は、基板１２の液滴に対してカメラユニット２２による撮影に必要な光を照射する手段であり、光量を多段階に可変可能に構成されている。光源ユニット２０の光量調節は、カメラユニット２２や画像処理装置２６から送られる指令信号にしたがって自動調節する態様が好ましい。また、光源種は白色光などの可視光が適用される。

カメラユニット２２の構成についての詳細な図示は省略するが、カメラユニット２２は、撮影レンズを含む光学系と、被写体像を撮影信号に変換するＣＣＤ撮像素子と、ＣＣＤ撮像素子から得られた撮影信号に所定の信号処理を施す信号処理部と、所定の信号処理が施された画像データを記憶するメモリと、画像処理装置２６（外部装置）と接続するための外部インターフェースと、を含んで構成されている。

カメラユニット２２は外部の制御装置から送られる指令信号に応じて、基板１２に滴下された液滴の静止画像を撮影し、当該静止画像のデータを画像処理装置２６に送出する手段として機能している。外部の制御装置として画像処理装置２６を適用し、モニタ２８に表示されたスルー画を見ながら撮影を行うように構成してもよいし、上述した信号処理部及びメモリを画像処理装置２６に備え、カメラユニット２２に撮像系及び外部インターフェースを含む構成としてもよい。

また、カメラユニット２２に電子ファインダーなどの表示装置を備え、撮影者が表示装置に表示された画像を確認しながら手動で撮影を行うことができるように構成してもよい。

カメラユニット２２はディスペンサー１８との相対的な位置関係が固定され、吐出針１６の先端部と吐出針１６から滴下された液滴の基板１２上の着弾位置とを含む撮影エリアに合焦するように光学系が調整される。例えば、基板１２の端部に液滴を滴下する場合には、ＸＹステージ１４を動作させて基板１２の端部（滴下点）をディスペンサー１８の直下に移動させて、ディスペンサー１８から基板１２の端部に液滴を滴下する。

上下移動機構２４は、カメラユニット２２とディスペンサー１８を支持する支持部材と、該支持部材を上下方向に移動させる上下スライド機構とを含んで構成され、基板１２の表面１２Ａとディスペンサー１８の高さ合わせを行う手段として機能する。

図１に示す上下移動機構２４は、基板１２の厚みに応じて、ディスペンサー１８とカメラユニット２２との相対的な位置関係を固定したままでカメラユニット２２（及びディスペンサー１８）の高さ調整を行うように構成されている。

図１に示す接触角測定システムでは、上述したＸＹステージ１４と、ディスペンサー１８と、光源ユニット２０と、カメラユニット２２が固定台２５に固定されている。

画像処理装置２６は、カメラユニット２２によって得られた基板１２上の液滴の撮影データに画像解析処理を施すとともに、モニタ２８に該液滴の撮影画像を映し出すための映像信号を送出する。また、画像処理装置２６は撮影データに基づき基板１２に対する液滴の接触角を算出する手段として機能する。

すなわち、画像処理装置２６は接触角測定に必要な画像処理（画像解析）を行うプログラム（ソフトウエア）を実行することができ、撮影画像から基板１２と測定対象液滴の境界面（基板１２と測定対象液滴と空気の接触点）を自動認識する機能や、該境界面を補正する機能、該境界面に基づき接触角を算出する機能などを有している。

図１には、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）やイーサネット（登録商標）などの汎用インターフェースを用いて画像処理装置２６とカメラユニット２２をケーブルにより接続する形態を図示したが、無線ＬＡＮなどの無線接続形態を適用してもよい。画像処理装置２６やモニタ２８をカメラユニット２２と一体に構成することも可能である。

図１のモニタ２８に映し出された吐出針１６の先端部から液滴４０が滴下される直前の静止画像を図２に示す。図２に示すように、モニタ２８に映し出された画像には、反射及び屈折により現実の表面１２Ａとは異なる位置に見かけ上の表面４２が存在している。本例に示す接触角測定システム及び接触角測定方法は、見かけ上の表面４２が存在する場合にも正確に接触点を認識することができ、正確な接触角測定が実現されるように構成されている。

〔接触角の測定方法の説明〕
次に、接触角の測定方法について詳細に説明する。本例に示す接触角測定方法は、測定対象の液滴と同一平面内における測定対象の液滴の近傍に、基板１２、測定対象液滴、空気の接触点を判別するための基準となる接触点判別部材（境界判別部材）を配置し、接触点判別部材の撮影画像に基づき接触点、すなわち、基板と液滴の境界面（基板１２の現実の表面）を判断し、当該境界面を基準として測定対象の液滴の接触角を算出するものである。

以下に、測定対象の液滴と同一種類であり、測定対象の液滴に対して十分に少ない液滴量を有する液体を接触点判別部材として適用した場合について説明する。具体的には、測定対象の液滴の滴下量は２μｌ（マイクロリットル）であり、接触点判別部材の滴下量は測定対象の液滴の滴下量の１／４０である０．０５μｌ（マイクロリットル）である。

図３は、モニタ２８（図１参照）に映し出された画像であり、基板１２の表面１２Ａ（一点破線で図示）上の測定対象の液滴の画像５０及び接触点判別部材の画像５２が映し出されている。図３に示すように、測定対象液滴の画像５０には、現実の液滴の画像５０Ａと反射による液滴の鏡像５０Ｂが含まれている。また、接触点判別部材の画像５２にも、現実の接触点判別部材の画像５２Ａと反射による接触点判別部材の鏡像５２Ｂが含まれている。

図３に示す接触点判別部材の画像５２は、水平方向について線対称の横長だ円形状であり、長軸を基板１２の現実の表面１２Ａとみなすことができる。接触点判別部材は測定対象の液滴よりも十分に少ない液量であり、その画像５２の下側の輪郭線が見かけ上の表面４２に達していないので全体の輪郭を把握することができる。したがって、接触点判別部材の画像５２における短軸の中点（最大高さの中点）を求め、該中点を通る水平方向に平行な線が長軸である線対称軸となる。

すなわち、本例に示す接触角測定方法では、接触点判別部材の画像５２における線対称軸を基板１２の表面１２Ａ（基板１２と測定対象液滴の境界面）とみなし、該線対称軸を測定対象液滴の画像５０に適用して、測定対象液滴と基板１２と気体５４の接触点における接触角が算出される。また、接触点判別部材の画像５２の全体が撮影画像として認識できる大きさとなるように接触点判別部材の大きさ（滴下量）が決められている。

具体的には、モニタ２８に映し出された画面において、マウス３２（図１参照）を操作して接触点判別部材の画像５２の線対称軸を引き、この線対称軸を基板１２の表面１２Ａとして画像解析プログラム上で設定し、接触角が自動計算される。また、画面に映し出された画像や印刷された画像から直接測定することも可能である。

図４には、モニタ２８に映し出された画面上で、対称軸線６０を引いた状態を図示する。図４に示す対称軸線６０に基づいて求められた接触角は８６．３°である。また、図４には、画像解析プログラムにより自動認識された基板１２の表面（撮影画像に現れる見かけ上の基板１２の表面）６２，６４を図示する。画像解析プログラムによる自動認識においてしきい値等の設定を変えることで、符号６２で示す位置や符号６４で示す位置を見かけ上の基板の表面と認識される。しかし、いずれの場合にも基板１２の表面を正確に認識していない。

なお、符号６２で示す位置を基板１２の表面と認識した場合の接触角算出値αは１１２．９°であり、符号６４で示す位置を基板１２の表面と認識した場合の接触角算出値は１０５．０°である。

図３及び図４に示す測定対象液滴の画像５０の形状は、基板１２上の位置（基板１２の表面１２Ａにおける反射光の分布）にも影響を受け変化する。特に、反射の大きい基板（反射の大きい表面処理を施した基板）は、目視による接触点の判別が困難な画像となってしまう。したがって、基板１２上の位置の違いによる測定対象液滴の画像５０の形状の違いを把握しておく必要がある。

図５（ａ）には、図１に示す接触角測定システム１０を用いて、基板１２の端面からの距離の違いによる測定対象液滴の画像５０の形状の違いを測定したときの測定条件を図示する。符号７０Ａで示す測定点（０ｃｍ）は基板１２のカメラユニット２２側の端面であり、符号７０Ｂで示す測定点は基板１２の端面（０ｃｍ）から基板１２の内側へ３ｃｍの位置であり、符号７０Ｃで示す測定点は基板１２の端面（０ｃｍ）から基板１２の内側へ５ｃｍの位置である。

なお、図５（ｂ）に示すように、図１に図示した接触角測定システム１０は、ディスペンサー１８とカメラユニット２２の距離が固定されているので、上述した測定ではカメラユニット２２と測定点７０Ａ〜７０Ｃの距離は固定されている。

図６は、図５（ａ）の測定点７０Ａの撮影画像８０Ａを示す。測定点７０Ａでは測定対象の液滴の後ろ側からの反射のみであり、現実の液滴の形状と類似する形状となっている。図６に示す撮影画像８０Ａを画像解析プログラムにより自動判別した境界面は符号８２Ａを付した位置である。一方、境界位置判別部材の画像５２を用いて判別した境界面は符号８４Ａを付した位置である。画像解析プログラムにより求められた接触角は８７．３°であり、本例の接触角測定方法により求められた接触角の値は８６．１°である。

図７には、図５（ａ）の測定点７０Ｂの画像８０Ｂを示す。また、図８には図５（ａ）の測定点７０Ｃの画像８０Ｃを示す。図７に示す画像８０Ｂや図８に示す画像８０Ｃは即定点７０Ｂ，７０Ｃの後方だけでなく前方からの反射の影響を受け、現実の液滴の形状とは異なりほぼ球形状として認識されてしまい、自動認識により自動判別した境界点がいずれの位置になるかはパラメータの設定等により大きなバラつきが生じてしまう。

これに対して境界位置判別部材の画像５２を用いて判別した境界面は、図７の符号８４Ｂ、図８の符号８４Ｃを付した位置であり、バラつきを生じることなく許容されうる一定の位置として認識される。すなわち、本例に示す接触角測定方法によれば、基板１２内のいずれの位置においても、基板１２と測定対象液滴との境界面を確実にかつ、再現性よく認識することができる。

上述した基板１２の表面による反射は、光源ユニット（図１参照）から放射される光量を絞ることで小さくすることができる。すなわち、光源ユニットの光量を小さくすることで、図３に示す見かけ上の表面４２が上方向に移動して現実の表面１２Ａに近づき、現実の表面１２Ａを確認できる可能性があるが、接触点判別部材がない場合にはその移動する基板表面（光量で調整した基板表面）をどこまで移動させるか判断ができない。

一方、光量を絞り過ぎると撮影に必要な光量を得ることができず、測定対象液滴の認識が困難になる。したがって、ディスペンサー１８の吐出針１６の先端部にピントを合わせるため、及び接触点判別部材のエッジ部が確認できる画像を得るために光量を調整する必要がある。

図１に示す構成において、撮影に適した光量範囲を測定する方法（構成）を図９に示す。同図に示すように、光源ユニット２０の中心点とカメラユニット２２の中心点が一致するように（光源ユニット２０の光軸上にカメラユニット２２の撮像系の光軸が位置するように）、光源ユニット２０とカメラユニット２２の位置を調整し、図９に破線で図示した２点を結ぶ直線Ｙ上の測定点Ｐ_１〜Ｐ_３のそれぞれで測定を行う。

測定点Ｐ_１はカメラユニット２２のレンズ位置であり、測定点Ｐ_２はＸＹステージ１４の中心位置であり、測定点Ｐ_３は光源ユニットの照射面位置である。光源ユニット２０の出力値を可変させながら撮影画像を確認し、反射による影響がある程度抑制されるとともに輪郭を視認し得る程度に鮮明な画像を得ることができる光量の範囲を実測する。

光量の条件の一例を挙げると、測定点Ｐ１における光量範囲は１００ルクス以上７００ルクス以下であり、測定点Ｐ２における光量範囲は２００ルクス以上１５００ルクス以下である。また、測定点Ｐ３における光量範囲は９００ルクス以上２００００ルクス以下である。

上述した３点の測定結果から、基板１２上の任意の位置における好ましい光量範囲を求めることができる。なお、基板１２の種類や基板１２の表面１２Ａの表面により補正が必要な場合があるが、使用する基板１２（表面処理）を用いて実測することで、あらゆる基板、表面処理に適用することができる。

〔境界点判別部材の説明〕
次に、境界点判別部材の形状、大きさ等の条件について詳述する。図１０〜１４には、本例の接触角測定方法に適用可能な境界点判別部材を例示する。

図１０（ａ）には、水平方向の投影形状（カメラユニットによる撮像面の平面形状）が台形形状（上底＞下底）を有する固体の境界点判別部材９０を図示し、図１０（ｂ）には水平方向の投影形状が、図１０（ａ）の台形を上下反転させた台形形状（上底＜下底）有する固体の境界点判別部材９２を図示する。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示す境界点判別部材９０，９２には、ハンドリングのためのハンドリング部９１，９３が設けられている。

図１１（ａ）には、図１０（ａ）に示す境界点判別部材９０が基板１２上に置かれた画像を模式的に図示する。図１１（ａ）に示すように、基板１２の反射部分（図１１（ａ）にドットハッチを付して図示した部分）に鏡像９０Ｂが見えることで、基板１２の現実の表面１２Ａを認識することが可能である。図１１（ｂ）に示す境界点判別部材９２についても同様であり、基板１２の反射部分に鏡像９２Ｂが見えることで、基板１２の現実の表面１２Ａを認識することが可能である。

また、図１２（ａ）に示すような水平方向の投影形状が横長だ円形状の境界点判別部材９４や、図１２（ｂ）に示すような水平方向の投影形状が縦長だ円形状の境界点判別部材９６も同様の効果をえることが可能である。

すなわち、境界点判別部材の水平方向の投影形状は、正方形及び長方形を除く四角形（例えば、台形、平行四辺形）、三角形、五角形以上の多角形、円、半円、長だ円などが適用される。言い換えると、境界点判別部材の水平方向の投影形状は、基板１２の表面１２Ａに対して９０°未満又は９０°を超える角度で接する辺（又は接線）を有する形状であればよい。

また、境界点判別部材に液体を用いる場合には、測定対象の液滴と異なる種類の（異なる物性を有する）液体を用いてもよい。図１３には、測定対象の液滴よりも基板１２に対する接触角が大きい液体を用いた場合の撮影画像を示す。

図１３には、インクジェット記録装置用のインクを用いた測定対象の液滴の撮影画像１００と、純水を用いた境界点判別部材の撮影画像１０２を図示する。同図に示すように測定対象の液体よりも基板１２に対する接触角が大きい液体を用いることで、境界面１０４（境界点）を確実に認識することができる。また、このような条件では、境界点判別部材の液滴量は測定対象の液滴量よりも十分に小さいといった制限もない。

図１３に示す例では、インクの滴下量は２μｌ（マイクロリットル）であり、境界点判別部材（純水）の滴下量もインクの滴下量と同じく２μｌ（マイクロリットル）である。また、境界点判別部材の基板１２に対する接触角は９０°以上であれば、基板１２の現実の表面１２Ａを判別することが可能である。

図１４〜図１６には、境界点判別部材に異なる種類の液体を用いる場合のディスペンサーの構成例を示す。図１４に示すディスペンサー１１８は、測定対象の液滴１１０を滴下する測定対象液滴用吐出針１１６Ａと、境界点判別部材の液滴１１０を滴下する境界点判別部材用吐出針１１６Ｂを備え、測定対象液滴用吐出針１１６Ａと境界点判別部材用吐出針１１６Ｂが連結部１１７によって連結されている。なお、図１４はカメラユニット（図１参照）側から見た図である。

かかる構造によれば、測定対象の液滴１１０と境界点判別部材１１２との距離を固定することができ、１画面内に測定対象の液滴１１０の撮像画像と境界点判別部材１１２の撮像画像を１画面内に収めることができる。

図１５(a)に示すディスペンサー１１８’は、境界点判別部材用吐出針１１６Ｂに代わり、境界点判別部材９２（図１０(b)に図示した円柱形状の固体）を備えた構成である。かかる態様では、測定対象液滴用吐出針１１６Ａと境界点判別部材９２が別々に駆動（又は手動）で上下に移動可能に構成され、測定対象液滴用吐出針１１６Ａを単独で基板１２に近接させて測定対象の液滴１１０を滴下し、その後（又は、その前）に、境界点判別部材用部材９２を単独で基板１２に近接させて境界点判別部材を配置することが可能である。

なお、図１５(b)に示すように、境界点判別部材９２の先端部の形状を先端に向かって広がるような形状（逆テーパ形状）とするとよい。

図１６(a)には、さらに他の態様に係るディスペンサー１１８”を示す。同図に示す態様では、測定対象液滴用吐出針１１６Ａの先端部の位置（高さ）と、境界点判別部材用９２の先端部の位置がずれている。すなわち、基板１２と測定対象液滴用吐出針１１６Ａの先端部との距離は、基板１２と境界点判別部材９２の先端部との距離よりも大きくなっている。

測定対象液滴用吐出針１１６Ａの先端部の位置と境界点判別部材９２の先端部の位置とのずれは、カメラユニットによる撮影画面内に、基板１２、測定対象の液滴１１０、測定対象液滴用吐出針１１６Ａの先端部、境界点判別部材が収められるように決められている（図１６(b)参照）。なお、図１６(c)に示すように、図１５(b)に図示した境界点判別部材用吐出針１１６Ｂの先端部の形状を適用するとよい。

次に、上述した接触角測定方法を工程順に説明する。なお、特に断らない場合は、以下の説明に使用する符号は図１に使用した符号である。

（工程１：光量調整）
ディスペンサー１８の吐出針１６の先端部にカメラユニット２２の焦点を合わせ、光源ユニット２０の光量調整を行う。

（工程２：接触点判別部材の配置）
ＸＹステージ１４に基板１２を配置し、接触点認識部材となる測定対象液滴と同じ種類の液滴を微量に滴下する。微量液滴（接触点判別部材）の滴下量は、少なくとも見かけ上の基板表面に接することがない程度の量にすることが好ましい。ただし、微量液滴の画像の両端エッジ部が判別できる場合は、微量液滴が見かけ上の基板表面に接してもよい。

（工程３：測定対象液滴の滴下）
液滴滴下用のディスペンサー１８に溶液を充填し、滴下する液滴量を決定する。

接触点認識部材を滴下した後に、その滴下位置から基板１２を平行移動させて、同一撮影画面内に収まるようにして測定対象液滴を滴下する。なお、工程２と工程３を入れ替えることも可能である。

（工程４：撮影）
カメラユニット２２を用いて、測定対象液滴と接触点判別部材を撮影する。

（工程５：接触点設定→接触角算出）
カメラユニット２２の画像から接触点（基板１２と測定対象液滴の境界面）を設定し、接触角を算出する。

カメラユニット２２による撮影は、基板１２に測定対象液滴が着滴してから１秒後（着滴後の液滴の形状が安定した後）に測定した。この測定時間は測定対象液滴の種類、基板１２の表面性によって適宜設定するとよい。例えば、着滴した液滴の経時変化を測定するには、０．１秒ごとに撮影することや１秒ごとに撮影することもでき、測定目的や液滴と基板の組合せに合わせて変更可能である。

上記の如く構成された接触角測定システム及び方法は、基板表面と測定対象液滴の境界を判別するための接触点判別部材を測定対象の液滴と同一面内に設置し、測定対象の液滴と接触点判別部材が同一画面内に収まるように撮影し、撮影画像に基づき基板と測定対象の液滴の境界を判断するので、正確にかつ簡易に接触角を測定することが可能となる。

本例では、手動で接触点判別部材の端点に直線を引く態様を例示したが、現実の基板表面を自動で認識させる（見かけ上の基板表面を現実の基板表面に自動補正する）プログラムを組むことで自動化も可能である。すなわち、上記方法発明の各工程を含むプログラムを作成し、当該接触角測定プログラムを画像処理装置２６により実行すればよい。

本例では、主に静的接触角について記載しているが、その他の動的接触角における接触点の識別にも適用できる。また、本例に記載したインク、純水、撥水膜は、本発明の内容を限定するものではない。

本発明は、インクジェット記録装置からインクが打滴された記録媒体の評価や、インクジェットヘッドのインク吐出面における撥液膜の評価及び検査、液晶ディスプレイ等に用いられるカラーフィルタの評価及び検査などに適している。

以上、本発明の接触角測定方法、接触角測定システムを詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

＜付記＞
上記に詳述した発明の実施形態についての記載から把握されるとおり、本明細書は少なくとも以下に示す発明を含む多様な技術思想の開示を含んでいる。

（発明１）：基板の表面に測定対象の液滴を滴下する滴下手段と、前記基板の表面に前記基板と前記液滴の境界を判別するための境界判別部材を配置する配置手段と、前記液滴及び前記境界判別部材が同一画面内に収まるように前記基板に対して水平方向又は斜め方向から前記液滴及び前記境界判別部材を撮影する撮影手段と、前記撮影手段により得られた前記境界判別部材の画像から、前記基板と前記液滴の境界を判断する境界判断手段と、前記境界判断手段において判断された前記境界における前記基板に対する前記液滴の接触角を求める接触角導出手段と、を備えたことを特徴とする接触角測定システム。

本発明によれば、測定対象の液滴と同一面内に境界判別部材を配置し、測定対象の液滴と境界判別部材が同一画面内に収まるように両者を撮影し、撮影画像に基づき基板と測定対象の液滴との境界面を把握するので、該境界面を誤って認識することがない。したがって、高機能の画像解析プログラムを使用することなく、かつ、測定試料や液滴の種類に応じて細かな光源の調整を行うことなく、正確に接触角を測定することが可能となる。

（発明２）：発明１に記載の接触角測定システムにおいて、前記境界判断手段は、前記撮影手段により得られた前記液滴の画像から前記基板の表面を自動的に認識する自動認識手段と、前記撮影手段により得られた前記境界判別部材の画像から前記基板と前記液滴の境界を判別し、判別結果に基づき前記自動認識手段によって認識された前記基板の表面を補正する補正手段と、を含むことを特徴する接触角測定システム。

かかる態様によれば、測定対象の液滴の撮影画像から基板の表面（基板と撮影対象の液滴の境界面）を自動認識する場合にも、自動認識された基板の表面を境界判別部材の画像から把握される基板と測定対象の液滴との境界面に補正することで、正確に接触角を測定することができる。

（発明３）：発明１又は２に記載の接触角測定システムにおいて、前記境界判別部材は、前記撮影手段により撮影される面の平面形状が前記基板の表面に対して９０°未満、あるいは９０°を超える角度をなす斜辺を有することを特徴とする接触角測定システム。

かかる態様によれば、境界判別部材を水平方向に凸形状又は凹形状の対称形とすることで、境界判別部材の撮影画像から基板と測定対象の液滴との境界面を容易に把握することができる。

（発明４）：発明１乃至３のいずれか１項に記載の接触角測定システムにおいて、前記境界判別部材は、前記測定対象の液滴と同一種類の液体であることを特徴とする接触角測定システム。

かかる態様によれば、基板に対するダメージがなく、境界判別部材のための滴下手段を別途設ける必要がない。

（発明５）：発明１乃至４のいずれか１項に記載の接触角測定システムにおいて、前記境界判別部材は液体であるとともに、前記測定対象の液滴よりも少ない液量を有することを特徴とする接触角測定システム。

かかる態様によれば、境界判別部材の撮影画像の全体形状を把握することができ、より正確に基板と測定対象の液滴との境界面を把握することができる。

（発明６）：発明１乃至５のいずれか１項に記載の接触角測定システムにおいて、前記境界判別部材は液体であるとともに、前記基板に対する接触角が９０°以上であることを特徴とする接触角測定システム。

かかる態様において、配置手段は境界判別部材である液体を基板に滴下する境界判別部材手段を含んでいる。

（発明７）：発明１乃至５のいずれか１項に記載の接触角測定システムにおいて、前記境界判別部材は液体であるとともに、前記基板に対する接触角が９０°以上であり、前記測定対象の液滴と同一の液量を有することを特徴とする接触角測定システム。

かかる態様によれば、境界判別部材として接触角が既知の液体を用いることで、境界判別部材の滴下量を測定対象の液滴と同一量にすることができる。

（発明８）：発明１乃至３の何れか１項に記載の接触角測定システムにおいて、前記境界判別部材は固体であるとともに、前記撮影手段により撮影される面の平面形状が半円、半だ円、三角形、台形、平行四辺形、五角形以上の多角形を含むことを特徴とする接触角測定システム。

かかる態様によれば、境界判別部材を固体としてもよい。

（発明９）：基板の表面に測定対象の液滴を滴下する滴下工程と、前記基板の表面に前記基板と前記液滴の境界を判別するための境界判別部材を配置する配置工程と、前記液滴及び前記境界判別部材が同一画面内に収まるように前記基板に対して水平方向又は斜め方向から前記液滴及び前記境界判別部材を撮影する撮影工程と、前記撮影工程により得られた前記境界判別部材の画像から、前記基板と前記液滴の境界を判断する境界判断工程と、前記境界判断工程において判断された前記境界における前記基板に対する前記液滴の接触角を求める接触角導出工程と、を含むことを特徴とする接触角測定方法。

境界判断工程は、前記境界判断手段は、前記撮影工程により得られた前記液滴の画像から前記基板の表面を自動的に認識する自動認識手段と、前記撮影手段により得られた前記境界判別部材の画像から前記基板と前記液滴の境界を判別し、判別結果に基づき前記自動認識工程によって認識された前記基板の表面を補正する補正工程と、含む態様が好ましい。

本発明の実施形態に係る接触角測定システムの全体構成図 撮影画像における見かけ上の表面を説明する図 接触点判別部材の機能を説明する図 接触点（境界面）の設定を説明する図 光源ユニットの光量を説明する図 図５における測定点Ｐ_１の撮影画像を示す図 図５における測定点Ｐ_２の撮影画像を示す図 図５における測定点Ｐ_３の撮影画像を示す図 光量測定方法を説明する図 図３に示す接触点判別部材の一態様を説明する図 図１０に示す接触点判別部材の撮影画像を説明する図 図３に示す接触点判別部材の他の態様を説明する図 図３に示す接触点判別部材のさらに他の態様を説明する図 図１３に示す接触点判別部材を用いるときのディスペンサーの構成例 図１４に示すディスペンサーの構成例の他の態様の構成例 図１５に示すディスペンサーの構成例の他の態様の構成例 接触角を説明する図 従来技術に係る接触角測定方法を説明する図 図１８に示す接触角測定方法における測定結果を説明する図 図１８に示す接触角測定方法における測定結果を説明する図

符号の説明

１０…接触角測定システム、１２…基板、１２Ａ…表面、１８…ディスペンサー、２０…光源ユニット、２２…カメラユニット、２６…画像処理装置、５２，９０，９２，９４，９６，１０２…接触点判別部材

Claims (9)

1. 基板の表面に測定対象の液滴を滴下する滴下手段と、
   前記基板の表面に前記基板と前記液滴の境界を判別するための境界判別部材を配置する配置手段と、
   前記液滴及び前記境界判別部材が同一画面内に収まるように前記基板に対して水平方向又は斜め方向から前記液滴及び前記境界判別部材を撮影する撮影手段と、
   前記撮影手段により得られた前記境界判別部材の画像から、前記基板と前記液滴の境界を判断する境界判断手段と、
   前記境界判断手段において判断された前記境界における前記基板に対する前記液滴の接触角を求める接触角導出手段と、
   を備えたことを特徴とする接触角測定システム。
2. 請求項１に記載の接触角測定システムにおいて、
   前記境界判断手段は、前記撮影手段により得られた前記液滴の画像から前記基板の表面を自動的に認識する自動認識手段と、
   前記撮影手段により得られた前記境界判別部材の画像から前記基板と前記液滴の境界を判別し、判別結果に基づき前記自動認識手段によって認識された前記基板の表面を補正する補正手段と、
   を含むことを特徴する接触角測定システム。
3. 請求項１又は２に記載の接触角測定システムにおいて、
   前記境界判別部材は、前記撮影手段により撮影される面の平面形状が前記基板の表面に対して９０°未満、あるいは９０°を超える角度をなす斜辺を有することを特徴とする接触角測定システム。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の接触角測定システムにおいて、
   前記境界判別部材は、前記測定対象の液滴と同一種類の液体であることを特徴とする接触角測定システム。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の接触角測定システムにおいて、
   前記境界判別部材は液体であるとともに、前記測定対象の液滴よりも少ない液量を有することを特徴とする接触角測定システム。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の接触角測定システムにおいて、
   前記境界判別部材は液体であるとともに、前記基板に対する接触角が９０°以上であることを特徴とする接触角測定システム。
7. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の接触角測定システムにおいて、
   前記境界判別部材は液体であるとともに、前記基板に対する接触角が９０°以上であり、前記測定対象の液滴と同一の液量を有することを特徴とする接触角測定システム。
8. 請求項１乃至３の何れか１項に記載の接触角測定システムにおいて、
   前記境界判別部材は固体であるとともに、前記撮影手段により撮影される面の平面形状が半円、半だ円、三角形、台形、平行四辺形、五角形以上の多角形を含むことを特徴とする接触角測定システム。
9. 基板の表面に測定対象の液滴を滴下する滴下工程と、
   前記基板の表面に前記基板と前記液滴の境界を判別するための境界判別部材を配置する配置工程と、
   前記液滴及び前記境界判別部材が同一画面内に収まるように前記基板に対して水平方向又は斜め方向から前記液滴及び前記境界判別部材を撮影する撮影工程と、
   前記撮影工程により得られた前記境界判別部材の画像から、前記基板と前記液滴の境界を判断する境界判断工程と、
   前記境界判断工程において判断された前記境界における前記基板に対する前記液滴の接触角を求める接触角導出工程と、
   を含むことを特徴とする接触角測定方法。

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