JP7313783B2

JP7313783B2 - 液滴撮像装置

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Publication number: JP7313783B2
Application number: JP2020036652A
Authority: JP
Inventors: 健太郎三原; 一金盛
Original assignee: Toray Engineering Co Ltd
Current assignee: Toray Engineering Co Ltd
Priority date: 2020-03-04
Filing date: 2020-03-04
Publication date: 2023-07-25
Anticipated expiration: 2040-03-04
Also published as: WO2021177293A1; JP2021138021A

Description

本発明は、インクジェットヘッドのノズルの吐出能力を検査するために、ノズルから吐出される液滴を撮像する液滴撮像装置に関するものである。

従来、回路パターンを形成するために、スパッタリング、ＣＶＤ、フォトリソグラフィー等の技術が知られていたが、近年、低コスト、省エネ、省資源に貢献するために、各種の印刷技術を用いた回路パターンの形成技術（プリンテッドエレクトロニクス）が注目されている。中でも、金属インクをインクジェットノズルから基材に滴下して回路パターンを形成した後、絶縁層をインクジェットノズルから基材に滴下し、さらにその上に金属インクをインクジェットノズルから基材に滴下して回路パターンを形成するようにして、多層の回路パターンを形成する技術が開発されている。

このようにインクジェット法によって回路パターン等を作成するにあたり、基材への液滴の着弾精度は１０ｕｍ程度の高い精度が求められる場合がある。一方、インクジェットノズルでは、その内部でのインクの乾燥などに起因して、液滴がまっすぐ下方に飛翔できなくなったり液滴の吐出自体ができなくなるなど吐出不良が生じるおそれがある。そのため、事前の検査により不良ノズルの存在を把握し、基材へのインクの塗布を行う際はこの不良ノズルは使用しないようにする必要がある。

特許文献１には、インクジェットヘッドから飛翔する液滴を撮像するインクジェット観察装置が記載されている。このインクジェット観察装置によって観察された液滴の挙動を解析することにより、その液滴を吐出したノズルが正常か否かを判断することができる。

特許文献１：特開２０１６－０５２７３６号公報

しかしながら、上記特許文献１の構成のインクジェット観察装置では、インクジェットヘッドの全ノズルを検査するのに非常に時間がかかるという問題があった。具体的には、特許文献１などでは液滴の撮像を行う場合にはノズルに対して撮像部を静止させた状態で撮像を行っており、仮に一方向に配列されたノズルを順番に撮像するにしても撮像部が相対移動したあと撮像部が静定するまで待機した後に撮像しないと画像がぶれて正確な撮像ができなかった。また、主たる配列方向と直交する方向にもノズル配置位置に幅がある場合、撮像部の焦点を合わせるためにこの直交する方向にも撮像部を相対移動させる必要があるため、２軸とも静定した後でないと撮像が開始できず、全てのノズルから吐出される液滴を撮像するには非常に長い時間を要していた。

本発明は、上記問題点を鑑み、多数配列されたノズルから吐出される液滴を順番に高速で撮像する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。

上記課題を解決するために本発明の液滴撮像装置は、水平方向であるＸ軸方向を主たる配列方向とする複数のノズルに対して、当該ノズルから吐出される液滴を撮像する撮像動作を順番に実施する液滴撮像装置であり、前記Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向を撮像方向とするカメラと、前記ノズルに対して前記カメラを前記Ｘ軸方向に相対移動させるＸ軸移動部と、前記ノズルに対して前記カメラを前記Ｙ軸方向に相対移動させるＹ軸移動部と、を備え、前記カメラが撮像対象である複数の前記ノズルの液滴を撮像する領域は、前記Ｘ軸方向に複数の撮像区分に分割され、それぞれの当該撮像区分において、前記ノズルの配列がノズル近似線分として線分近似され、前記撮像動作中、前記Ｘ軸移動部は、全ての前記撮像区分にわたって前記カメラを第１の速度で相対移動させ、前記Ｙ軸移動部は、各前記撮像区分において、前記ノズル近似線分にしたがって前記カメラの焦点が移動するよう、前記カメラを等速で相対移動させることを特徴とする。

本発明の液滴撮像装置によれば、多数配列されたノズルから吐出される液滴を順番に高速で撮像することができる。具体的には、撮像動作中、Ｘ軸移動部は、全ての撮像区分にわたってカメラを第１の速度で相対移動させ、Ｙ軸移動部は、各撮像区分において、ノズル近似線分にしたがってカメラの焦点が移動するよう、カメラを等速で相対移動させることにより、Ｙ軸方向におけるノズルの配列位置に幅がある場合であっても、ノズルとカメラとを相対移動させ続けた状態で撮像対象の全ての液滴に対してピンぼけが抑えられた撮像を行うことができる。

また、隣接する２つの前記撮像区分の境界において、各前記ノズル近似線分の端点同士が繋がるように前記ノズル近似線分が設定されると良い。

こうすることにより、滑らかに隣の撮像区分での動作に移行することができる。

また、上記課題を解決するために本発明の液滴撮像装置は、水平方向であるＸ軸方向を主たる配列方向とする複数のノズルに対して、液滴の吐出挙動を撮像して検査する撮像動作を順番に実施する吐出検査装置であり、前記Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向を撮像方向とするカメラと、前記ノズルに対して前記カメラを前記Ｘ軸方向に相対移動させるＸ軸移動部と、を備え、撮像対象である複数の前記ノズルのうち、前記Ｙ軸方向に関して前記カメラから最も近い位置にある前記ノズルと最も遠い位置にある前記ノズルとの中間の位置を前記カメラの前記Ｙ軸方向の焦点位置として定め、前記撮像動作中、前記Ｘ軸移動部は、前記カメラを第１の速度で相対移動させることを特徴としている。

本発明の液滴撮像装置によれば、多数配列されたノズルから吐出される液滴を順番に高速で撮像することができる。具体的には、Ｙ軸方向に関してカメラから最も近い位置にあるノズルと最も遠い位置にあるノズルとの中間の位置をカメラのＹ軸方向の焦点位置として定め、撮像動作中、Ｘ軸移動部は、カメラを第１の速度で相対移動させることにより、Ｙ軸方向においてカメラの焦点を中心とした許容範囲内に撮像対象の全ノズルが位置する場合において、ノズルとカメラとをＸ軸方向のみに相対移動させ続けた状態で撮像対象の全ての液滴に対してピンぼけすることなく撮像することができる。

また、各前記ノズルにおける液滴の吐出の開始信号が、前記カメラによる撮像のトリガを兼ねると良い。

こうすることにより、確実に液滴を撮像することができる。

また、前記カメラの撮像方向に対して反対側から発光を行う照明部をさらに有し、１つの液滴が前記カメラの撮像視野内にある時間内であり、かつ前記カメラが画像を取得している時間内に前記照明部が２回発光することにより、前記ノズルから吐出されて下方向に飛翔する１つの液滴の影を１つの画像内の２箇所で形成し、この２箇所の液滴のＸ軸方向および鉛直方向の座標差の情報および２回の発光の時間間隔の情報をもとに、液滴の飛翔速度および飛翔角度を算出すると良い。

こうすることにより、各ノズルにおける液滴の飛翔速度および飛翔角度を高速で測定することができる。

また、前記カメラの撮像方向に対して反対側から発光を行う照明部をさらに有し、同一の前記ノズルから液滴が所定の時間間隔で２回連続して吐出され、この２つの液滴が前記カメラの撮像視野内にある時間内に前記カメラが画像を取得し、前記照明部が１回の発光を行うことにより、同一の前記ノズルから吐出された２つの液滴の影を画像内に形成し、この２つの液滴のＸ軸方向および鉛直方向の座標差および前記ノズルによる２回の吐出の時間差の情報をもとに、前記ノズルによる液滴の飛翔速度および飛翔角度を算出すると良い。

本発明の塗布装置により、多数配列されたノズルから吐出される液滴を順番に高速で撮像することができる。

本発明の一実施形態における液滴撮像装置を説明する図である。本発明の一実施形態における液滴撮像装置のハード構成を説明する図である。本実施形態における液滴撮像装置によって撮像された画像を表す図である。本実施形態における液滴撮像装置の撮像動作を表す図である。本発明の他の実施形態における撮像動作を表す図である。本発明の他の実施形態における撮像動作を表す図である。本発明の一実施形態における液滴撮像装置を用いた吐出検査の動作フローを説明する図である。

本発明の液滴撮像装置について、図１を用いて説明する。図１（ａ）は液滴撮像装置１の正面図であり、図１（ｂ）は液滴撮像装置１の下面図であり、図１（ａ）におけるＡＡ矢視図である。

液滴撮像装置１は、塗布ヘッド１０に複数配列されたノズル１１から吐出される液滴Ｄを連続して順番に撮像するものであり、カメラ２、Ｘ軸移動部３、Ｙ軸移動部４、および照明部５を有し、Ｘ軸移動部３、Ｙ軸移動部４によってカメラ２がノズル１１に対して相対移動を続けながら、カメラ２が各ノズル１１の直下で各ノズル１１から吐出された液滴を撮像する。

なお、本説明では、水平方向のうちカメラ２の撮像方向であってＹ軸移動部４によってカメラ２とノズル１１とが相対移動する方向をＹ軸方向、水平方向のうちＹ軸方向と直交する方向であってＸ軸移動部３によってカメラ２とノズル１１とが相対移動する方向をＸ軸方向と呼び、X軸方向およびＹ軸方向と直交する方向、すなわち鉛直方向をＺ軸方向と呼ぶ。

塗布ヘッド１０は、インクジェット法により塗液を吐出するものであり、その内部には一方向を主方向として複数のノズル１１が配列されている。この塗布ヘッド１０の下面であるノズル面は略平坦であり、このノズル面に各ノズル１１の開口端が設けられている。このノズル１１は、塗液が貯蔵された図示しないタンクと配管を経由して接続されており、各ノズル１１に塗液が充填される。

また、各ノズル１１にはピエゾアクチュエータから構成される駆動隔壁が備えられており、後述の吐出基板２６からの信号によって駆動隔壁が動作することによって、ノズル１１の開口部から下方に向かって塗液の液滴Ｄが吐出される。

また、複数のノズル１１は、一方向を主たる配列方向とされ、この配列方向に所定間隔で配列され、ノズル列を形成している。本発明の撮像動作が実施される際、このノズル１１の主たる配列方向がカメラ２の撮像方向（Ｙ軸方向）と直交するＸ軸方向となるよう、塗布ヘッド１０が配置される。

また、複数のノズル１１は、一直線上に配列されているとは限らず、図１（ｂ）に寸法ｗｎで示すように主たる配列方向（Ｘ軸方向）と直交する方向（Ｙ軸方向）にも配置位置に幅を有している。なお、本説明では発明の理解を容易とする目的で、Ｙ軸方向のノズル１１の配置位置の幅を誇張して示している。

カメラ２は、本実施形態ではたとえばＣＭＯＳカメラであって、撮像素子を有し、外部から受け取る信号をトリガとして、この撮像素子に結像された光線を電気信号に変換し、デジタル画像を作成する。このカメラ２の撮像方向は本実施形態では図１（ｂ）に示すＹ軸方向であり、この撮像方向に対してカメラ２と対向するように照明部５が配置されている。本発明の撮像動作が実施される際、カメラ２と照明部５の間の位置に塗布ヘッド１０が配置され、塗布ヘッド１０のノズル面の直下にカメラ２の焦点が位置する。

ここで、本説明における撮像方向とは、撮像動作時に少なくとも塗布ヘッド１０のノズル面の直下に位置する部分のカメラ２の光路の方向のことを指し、ノズル面から外れた位置においてミラーなどで光路の方向が変更され、Ｙ軸方向以外の方向を向いていても良い。

照明部５は、本実施形態ではＬＥＤ照明であり、外部から受け取る信号をトリガとして、所定時間（たとえば数百ナノ秒）分発光する。この照明部５の光路の方向は本実施形態では図１（ｂ）に示すＹ軸方向であり、本発明の撮像動作が実施される際、液滴Ｄをはさんでカメラ２と反対側から照明部５からの光が発せられ、カメラ２の画像には液滴Ｄの影が映る。

ここで、本説明における光路の方向とは、撮像動作時に少なくとも塗布ヘッド１０のノズル面の直下に位置する部分の照明部５の光路の方向のことを指し、ノズル面から外れた位置においてミラーなどで光路の方向が変更され、Ｙ軸方向以外の方向を向いていても良い。

また、カメラ２と照明部５の位置関係は撮像動作中一定であることが好ましく、本実施形態では両者が連結プレート６に固定され、この連結プレート６がＹ軸移動部４およびＸ軸移動部３に連結されている。これにより、Ｘ軸移動部３およびＹ軸移動部４の動作中、カメラ２と照明部５の位置関係は一定に維持される。

Ｘ軸移動部３は、本実施形態ではリニアステージなどの直動ステージであり、移動テーブルがＸ軸方向に移動することにより、この移動テーブルに搭載された物品をＸ軸方向に移動させる。このＸ軸移動部３にはエンコーダが設けられ、移動テーブルの位置（座標）は、このエンコーダからのパルス信号によって認識される。

Ｙ軸移動部４は、本実施形態ではリニアステージなどの直動ステージであり、移動テーブルがＹ軸方向に移動することにより、この移動テーブルに搭載された物品をＹ軸方向に移動させる。このＹ軸移動部４にはエンコーダが設けられ、移動テーブルの位置（座標）は、このエンコーダからのパルス信号によって認識される。

また、本実施形態では、カメラ２および照明部５が固定された連結プレート６がＹ軸移動部４の移動テーブルに固定され、Ｙ軸移動部４がＸ軸移動部３の移動テーブルに固定されている。これにより、Ｘ軸移動部３およびＹ軸移動部４が動作することによってカメラ２および照明部５がＸ軸方向およびＹ軸方向に移動する。

図２に液滴撮像装置１のハード構成を示す。図中、一重枠で囲まれた構成要件はハード（構成機器）を示し、二重枠で囲まれた構成要件はソフトを示している。

液滴撮像装置１は、各構成機器を制御するためのＰＣ２０を有している。ＰＣ２０には２軸コントローラ２４が組み込まれ、この２軸コントローラ２４がＸ軸移動部３を駆動させるＸ軸ドライバ２１およびＹ軸移動部４を駆動させるＹ軸ドライバ２２を中継ボックス２３を介して制御する。また、ＰＣ２０には、２軸コントローラ２４を制御するソフト２７が組み込まれている。また、Ｘ軸移動部３およびＹ軸移動部４が発するパルス信号は、中継ボックス２３を介して認識可能である。

また、塗布ヘッド１０は吐出基板２５を介してＰＣ２０と電気的に接続されている。ＰＣ２０には、この吐出基板２５を制御するためのソフト２８が組み込まれており、塗布ヘッド１０のどのノズル１１からどのタイミングで液滴Ｄを吐出する、といった制御をＰＣで制御することが可能であり、本説明の撮像動作時は、カメラ２がＸ軸方向に移動しながら連続して液滴Ｄを撮像することができるよう、Ｘ軸方向に配列されたノズル１１の一方端から他方端に向かって所定時間間隔ごとに順番に液滴Ｄを吐出させる。

また、液滴撮像装置１は、カメラ２と照明部５の組み合わせである飛翔観測ユニットの動作を制御するための飛翔観測コントローラ２６を有しており、この飛翔観測コントローラ２６から発せられた信号をカメラ２および照明部５が受信することにより、カメラ２は画像の取得を行い、照明部５は所定時間の発光を行う。

また、カメラ２はＰＣ２０とも電気的に接続されており、ＰＣ２０に組み込まれたソフト２９によりデジタル画像が形成される。また、ＰＣ２０にはデータ処理を行うソフト３０が組み込まれており、ソフト２９がカメラ２から取得したデジタル画像をもとに、ソフト３０は液滴Ｄの体積、吐出方向などのデータを算出する。この処理されたデータをもとに、各ノズル１１からの液滴Ｄの吐出動作が正常であるか否かを検査することが可能である。

ここで、本実施形態では、吐出基板２５が中継ボックス２３からエンコーダ信号３１（特にＸ軸移動部３からのエンコーダ信号）を受信している。ソフト２８には、塗布ヘッド１０の各ノズル１１から液滴Ｄを吐出するタイミングがＸ軸移動部３のエンコーダのパルス値で設定されており、吐出基板２５が受けたエンコーダ信号のパルス値がその設定されたパルス値と合致した際、所定のノズル１１から液滴Ｄを吐出するよう、吐出基板２５はトリガ信号３２を塗布ヘッド１０に送信する。

ここで、本実施形態では吐出基板２５はトリガ信号３２を塗布ヘッド１０に送信すると同時に、トリガ信号３３を飛翔観測コントローラ２６に送信する。トリガ信号３３を受信した飛翔観測コントローラ２６は、カメラ２へトリガ信号３４を、照明部５へトリガ信号３５を送信する。そして、各トリガ信号を受けたカメラ２および照明部５は、画像の取得、発光を行う。このように、各ノズル１１における液滴Ｄの吐出の開始信号が、カメラ２による撮像動作のトリガおよび照明部５による発光動作のトリガを兼ねることにより、ノズル１１からの液滴Ｄの吐出動作、カメラ２による画像の取得動作、および照明部５による発光動作を同期させることができ、確実に液滴を撮像することができる。なお、その際、それぞれの動作に所定のディレイ（遅延）が設けられていても構わない。

次に、本実施形態における液滴撮像装置によって撮像された画像を図３（ａ）および図３（ｂ）に示す。

撮像方向の奥側から照明部５からの発光を受けた状態でカメラ２が液滴Ｄの撮像を行うことにより、画像Ｉには略円形の液滴Ｄの影が形成されている。液滴Ｄが略球状に吐出されていると仮定すると、この円の径を求めることにより液滴Ｄの体積を求めることができる。

また、１つの液滴Ｄがカメラ２の撮像視野内にある時間内であり、かつカメラ２が画像を取得している時間内に照明部５が２回発光することにより、図３（ａ）で示すように、ノズル１１から吐出されて下方向に飛翔する１つの液滴Ｄの影が１つの画像Ｉ内の２箇所で形成される。この２箇所の液滴ＤのＸ軸方向およびＺ軸方向の座標差（図３（ａ）における寸法ｄｘおよび寸法ｄｚ）の情報および２回の発光の時間間隔の情報をもとに、液滴Ｄの飛翔速度および飛翔角度を算出することが可能である。なお、本発明の通りカメラ２がＸ軸方向に移動しながら撮像を行う場合、照明部５が２回発光する間にカメラ２が移動したＸ軸方向距離を図３（ａ）の寸法ｄｘから差し引く必要があるが、２回の発光の時間間隔がナノ秒レベルであれば、その間にカメラ２が移動したＸ軸方向距離は無視することも可能である。

また、図３（ｂ）に示すように、隣接する複数のノズル１１から吐出される液滴（図３（ｂ）では２つのノズル１１から吐出される液滴Ｄ１と液滴Ｄ２）の挙動を同時に１つの画像Ｉで捉えても良い。

また、上記に代わり、同一のノズル１１から液滴Ｄが所定の時間間隔で２回連続して吐出され、この２つの液滴Ｄがカメラ２の撮像視野内にある時間内にカメラ２による画像の取得および照明部５による１回の発光が行われても良い。こうすることにより、同一のノズル１１から吐出された２つの液滴Ｄの影が画像Ｉ内に形成され、この２つの液滴ＤのＸ軸方向およびＺ軸方向の座標差およびノズル１１による２回の吐出の時間差の情報をもとに、このノズル１１による液滴Ｄの飛翔速度および飛翔角度を算出することができる。なお、この場合は、２つの液滴Ｄが同一のタイミングで撮像されるため、液滴Ｄ同士のｘ軸方向の座標差にカメラ２の移動速度は関係しない。また、ノズル１１による２回連続の吐出動作は、１回のトリガ信号３２の受信をもとに実施されることが好ましい。こうすることにより、常に同じ時間間隔で２回の吐出を行うことが容易となる。

次に、本発明における複数のノズル１１から吐出された液滴の連続撮像方法を説明する。

上記の通り、画像Ｉに存在する液滴Ｄの影をもとに液滴Ｄの体積を求めることができ、また、この体積をもとにノズル１１の吐出性能を検査することができる。ここで、液滴Ｄの撮像位置はカメラ２の焦点位置近傍である必要がある。仮に液滴Ｄの撮像位置がカメラ２の焦点位置から離間している場合、画像Ｉ上の液滴Ｄの影がピンぼけするため、ソフト３０による液滴Ｄの体積の算出結果に大きな誤差が生じる可能性がある。

図１（ｂ）に、液滴Ｄの体積計算の精度が許容範囲内であるための撮像範囲を×印で表した焦点を中心として寸法ｗｆで示している。この寸法ｗｆは、液滴Ｄの体積計算結果に求める精度に応じて変化するが、この寸法ｗｆが図１（ｂ）に寸法ｗｎで示しているノズル１１の配置位置のＹ軸方向の幅よりも小さい場合、カメラ２のＹ軸方向位置が固定された状態では全てのノズル１１から吐出される液滴Ｄを体積計算の精度が許容範囲内となるように撮像することができない。そのため、Ｘ軸移動部３によりカメラ２がＸ軸方向に移動しながら撮像を行う最中、カメラ２はＹ軸移動部４によってＹ軸方向にも移動する必要がある。

一方、全ての液滴Ｄが焦点位置にくるようにカメラ２を移動させようとした場合、少なくともＹ軸移動部４が絶えず加減速される可能性があり、この加減速が起因して撮像時にブレが生じるおそれがある。

これに対し、本実施形態の液滴撮像装置１では、カメラ２が撮像対象である複数のノズル１１の液滴Ｄを撮像する領域は、Ｘ軸方向に複数の撮像区分に分割され、それぞれの撮像区分において、ノズル１１の配列がノズル近似線分として線分近似され、撮像動作中、Ｘ軸移動部３は、全ての撮像区分にわたってカメラ２を第１の速度で相対移動させ、Ｙ軸移動部４は、各撮像区分において、ノズル近似線分にしたがってカメラ２の焦点が移動するよう、カメラ２を等速で相対移動させている。

上記撮像動作の具体例を図４に示す。カメラ２により液滴Ｄの撮像を行う領域に対し、本実施形態ではX軸方向に５つの撮像区分（撮像区分Ｒ１乃至撮像区分Ｒ５）に分割されている。これら撮像区分は、各撮像区分内の全てのノズル１１に対し、ノズル１１までのＹ軸方向の距離が撮像の許容範囲（寸法ｗｆ）以内である近似線分（本説明ではノズル近似線分と呼ぶ）を当てはめることができることを条件に設定されている。

このノズル近似線分の直下をカメラ２の焦点が移動するようにＸ軸移動部３およびＹ軸移動部４がカメラ２を移動させることにより、各撮像区分内で全てのノズル１１の直下はカメラ２による撮像の許容範囲内に位置する。

このような撮像区分およびノズル近似線分は、各ノズル１１の座標情報をもとにＰＣ２０内のソフト（ソフト２９など）が自動で設定するものであっても良く、また、オペレータが手入力で設定するものであっても良い。

そして、各撮像区分において設定されたノズル近似線分の直下をカメラ２の焦点が移動するようにカメラ２の焦点の移動経路Ｐが設定され、撮像区分Ｒ１から撮像区分Ｒ５まで連続でカメラ２が移動し、所定のノズル１１の直下にカメラ２の焦点が位置するタイミングでこの所定のノズル１１から液滴Ｄが吐出され、この液滴Ｄがカメラ２によって撮像される。

ここで、各撮像区分ではカメラ２の移動の軌跡は線分状であるため、始点および終点を除き、Ｘ軸移動部３およびＹ軸移動部４は加減速無く等速でカメラ２を移動させることができる。また、Ｘ軸移動部３によるカメラ２のＸ軸方向の移動速度は全ての撮像区分にわたって一定であることが好ましい。こうすることにより、Ｘ軸移動部３に関しては、各撮像区分の境界部分においても加減速は発生しない。なお、本説明では、このカメラ２のＸ軸方向の移動速度を第１の速度と呼ぶ。

このように、各撮像区分におけるノズル近似線分の直下をカメラ２の焦点が移動しながら撮像が行われることにより、Ｙ軸方向におけるノズル１１の配列位置に幅がある場合であっても、ノズル１１とカメラ２とを相対移動させ続けた状態で撮像対象の全ての液滴に対してピンぼけが抑えられた撮像を行うことができる。

さらに、各撮像区分ではカメラ２のＹ軸方向の移動が等速移動であることにより、加減速の機会は各撮像区分の境界部分に限定することができ、特に、Ｘ軸方向に関しては全ての撮像区分にわたってカメラ２が等速で移動するため、撮像時のブレの発生が最小限となる撮像を行うことができる。

ここで、図４において撮像区分Ｒ１のノズル近似線分の始点および撮像区分Ｒ５のノズル近似線分の終点が示すように、カメラ２の移動開始点および移動完了点は必ずしも塗布ヘッド１０の端部と一致する必要は無い。

また、撮像区分Ｒ１と撮像区分Ｒ２の境界部分で示すように、撮像区分の境界にノズル１１が位置しても構わない。ただし、この境界部分近傍ではＹ軸移動部４の加減速が生じるため、他の撮像区分の境界で示すようにノズル１１は撮像区分の境界から外れていることが好ましい。

また、撮像区分Ｒ３におけるノズル近似線分が示すように、ノズル近似線分は必ずしもノズル１１を通過する必要は無く、ノズル近似線分と全てのノズル１１とのＹ軸方向の距離が撮像の許容範囲（寸法ｗｆ）以内であれば良い。

また、撮像区分Ｒ３と撮像区分Ｒ４の境界部分で示すように、各撮像区分のノズル近似線分は必ずしも境界部分で繋がっていなくとも構わない。ただし、この場合、境界部分においてＹ軸移動部４に大きな加減速が発生する可能性がある。滑らかに隣の撮像区分での動作に移行するためには、他の境界部分で示すように、ノズル近似線分同士が繋がるよう、撮像区分およびノズル近似線分を設定することが好ましい。

また、図５に示すように１つの塗布ヘッド１０において一方向（Ｘ軸方向）を主たる配列方向とするノズル１１の組（本説明では、このノズル１１の組の単位を相と呼ぶ）が複数ある場合、もしくは１相のノズル１１の組がＹ軸方向に複数配列されている場合、１相ずつ液滴Ｄの撮像が実施されると良い。

また、図６に示すように、Ｙ軸方向においてカメラの焦点を中心とした許容範囲内に撮像対象の全てのノズル１１が位置する場合には、複数の撮像区分に分割して撮像を行う必要は無い。この場合、Ｙ軸方向に関してカメラ２から最も近い位置にあるノズル１１と最も遠い位置にあるノズル１１との中間の位置をカメラ２のＹ軸方向の焦点位置として定め、撮像動作中、Ｘ軸移動部３は、カメラ２を第１の速度で相対移動させることにより、ノズル１１とカメラ２とをＸ軸方向のみに相対移動させ続けた状態で撮像対象の全ての液滴Ｄに対してピンぼけすることなく撮像することができる。

次に、本実施形態における液滴撮像装置１を用いた吐出検査の動作フローを図７を用いて説明する。

まず、ＰＣ２０が各ノズル１１の座標（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）を取得する（ステップＳ１）。これはＣＡＤなどのデータやノズル１１の配置の実測データを取り込んでも良く、手入力であっても良い。

次に、カメラ２のＸ軸方向の移動をもとに、ＰＣ２０に各ノズル１１の吐出タイミングやカメラ２での撮像タイミングが設定される（ステップＳ２）。また、ＰＣ２０にＹ軸方向のカメラ２の移動条件が設定される（ステップＳ３）。ここで、仮想の撮像区分およびノズル近似線分が設定される。

次に、カメラの移動条件以外のパラメータが設定される（ステップＳ４）。このパラメータとは、たとえば撮像の繰り返し回数、撮像開始位置などである。

上記の条件が設定された後、１つの相の各ノズル１１に対する吐出検査が開始される（ステップＳ１１）。

吐出検査が開始されると、カメラ２がＸ軸方向に等速移動、各撮像区分単位でＹ軸方向にノズル１１まで等速移動し（ステップＳ１２）、ノズル１１の直下にカメラ２の焦点が到達し次第、ノズル１１から液滴Ｄが吐出され、液滴Ｄが撮像される（ステップＳ１３）。そして撮像結果はソフト２９によって画像処理される（ステップＳ１４）。

この一連の動作は、全ての検査対象のノズル１１の画像処理が完了するまで連続して実施され（ステップＳ１５）、全ての検査対象のノズル１１の画像処理が完了した後、ソフト３０によって一括してデータ処理される（ステップＳ１６）。

先のステップＳ４にて繰り返し回数が２以上に設定されている場合、その回数分、吐出検査開始位置への移動（ステップＳ１８）をともなって同じ相の全てのノズル１１の吐出検査が繰り返され（ステップＳ１７）、この繰り返し測定されたデータをもとにこの相の各々のノズル１１の吐出性能が評価される。

また、検査する相が複数ある場合は、次の相の吐出検査開始位置への移動（ステップＳ２０）をともなって全ての相の吐出検査が実行される（ステップＳ１９）。

そして、全ての相の吐出検査が完了したところで、一通りの吐出検査動作は完了する。

以上の液滴撮像装置により、多数配列されたノズルから吐出される液滴を順番に高速で撮像することが可能である。

ここで、本発明の液滴撮像装置は、以上で説明した形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。たとえば、上記の説明では、Ｘ軸移動部およびＹ軸移動部によってカメラを移動させることによってカメラとノズルを相対移動させているが、カメラを固定し、塗布ヘッドを移動させることによってカメラとノズルとを相対移動させても良い。

また、上記の説明ではＸ軸方向を主方向として配列されている全てのノズルから吐出される液滴に対して撮像を行っているが、必ずしも全てのノズルからの液滴を撮像する必要は無く、意図的に一部のノズルからの液滴の撮像は行わないようにしても良い。

１液滴撮像装置
２カメラ
３Ｘ軸移動部
４Ｙ軸移動部
５照明部
６連結プレート
１０塗布ヘッド
１１ノズル
２０ＰＣ
２１Ｘ軸ドライバ
２２Ｙ軸ドライバ
２３中継ボックス
２４２軸コントローラ
２５吐出基板
２６飛翔観測コントローラ
２７ソフト
２８ソフト
２９ソフト
３０ソフト
３１エンコーダ信号
３２トリガ信号
３３トリガ信号
３４トリガ信号
３５トリガ信号
Ｄ、Ｄ１、Ｄ２液滴
Ｉ画像
Ｐ移動経路
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５撮像区分

Claims

水平方向であるＸ軸方向を主たる配列方向とする複数のノズルに対して、当該ノズルから吐出される液滴を撮像する撮像動作を順番に実施する液滴撮像装置であり、
前記Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向を撮像方向とするカメラと、
前記ノズルに対して前記カメラを前記Ｘ軸方向に相対移動させるＸ軸移動部と、
前記ノズルに対して前記カメラを前記Ｙ軸方向に相対移動させるＹ軸移動部と、
を備え、
前記カメラが撮像対象である複数の前記ノズルの液滴を撮像する領域は、前記Ｘ軸方向に複数の撮像区分に分割され、それぞれの当該撮像区分において、前記ノズルの配列がノズル近似線分として線分近似され、
前記撮像動作中、前記Ｘ軸移動部は、全ての前記撮像区分にわたって前記カメラを第１の速度で相対移動させ、前記Ｙ軸移動部は、各前記撮像区分において、前記ノズル近似線分にしたがって前記カメラの焦点が移動するよう、前記カメラを等速で相対移動させることを特徴とする液滴撮像装置。
隣接する２つの前記撮像区分の境界において、各前記ノズル近似線分の端点同士が繋がるように前記ノズル近似線分が設定されることを特徴とする、請求項１に記載の液滴撮像装置。
水平方向であるＸ軸方向を主たる配列方向とする複数のノズルに対して、液滴の吐出挙動を撮像して検査する撮像動作を順番に実施する吐出検査装置であり、
前記Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向を撮像方向とするカメラと、
前記ノズルに対して前記カメラを前記Ｘ軸方向に相対移動させるＸ軸移動部と、
を備え、
撮像対象である複数の前記ノズルのうち、前記Ｙ軸方向に関して前記カメラから最も近い位置にある前記ノズルと最も遠い位置にある前記ノズルとの中間の位置を前記カメラの前記Ｙ軸方向の焦点位置として定め、
前記撮像動作中、前記Ｘ軸移動部は、前記カメラを第１の速度で相対移動させることを特徴とする、液滴撮像装置。
各前記ノズルにおける液滴の吐出の開始信号が、前記カメラによる撮像のトリガを兼ねることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の液滴撮像装置。
前記カメラの撮像方向に対して反対側から発光を行う照明部をさらに有し、１つの液滴が前記カメラの撮像視野内にある時間内であり、かつ前記カメラが画像を取得している時間内に前記照明部が２回発光することにより、前記ノズルから吐出されて下方向に飛翔する１つの液滴の影を１つの画像内の２箇所で形成し、この２箇所の液滴のＸ軸方向および鉛直方向の座標差の情報および２回の発光の時間間隔の情報をもとに、液滴の飛翔速度および飛翔角度を算出することを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の液滴撮像装置。
前記カメラの撮像方向に対して反対側から発光を行う照明部をさらに有し、同一の前記ノズルから液滴が所定の時間間隔で２回連続して吐出され、この２つの液滴が前記カメラの撮像視野内にある時間内に前記カメラが画像を取得し、前記照明部が１回の発光を行うことにより、同一の前記ノズルから吐出された２つの液滴の影を画像内に形成し、この２つの液滴のＸ軸方向および鉛直方向の座標差および前記ノズルによる２回の吐出の時間差の情報をもとに、前記ノズルによる液滴の飛翔速度および飛翔角度を算出することを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の液滴撮像装置。