JP2009030977A - 液滴観察用のシステム - Google Patents

Abstract

【課題】インクジェットヘッドから吐出され、基板に着弾した液滴の接触角を精度よく測定可能なシステムを提供する。
【解決手段】インクジェットヘッド３０と、インクジェットヘッドのノズル３１から吐出された液滴の飛翔状態を観察するための第１の撮像デバイス１１および第１の撮像用レンズ１２を含む第１の観察ユニット１０と、インクジェットヘッドのノズル３１から吐出された液滴がターゲットの基板２に着弾した後の状態を側方から観察するための第２の撮像デバイス２１および第２の撮像用レンズ２２を含む第２の観察ユニット２０と、第１の撮像用レンズ１２の焦点位置１３および第２の撮像用レンズ２２の焦点位置２３を結ぶ第１のラインＸ１に沿ってインクジェットヘッド３０を移動させるヘッド移動機構５０とを有する観察システム１を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、インクジェットヘッドから吐出される液滴が飛翔および着弾した状態を観察可能なシステムに関するものである。

インクジェット技術は、直径数十μｍの微小液滴を非接触で正確な量を正確な位置にオンデマンドで着弾できる技術である。したがい、例えばブラックマトリクスの様な、撥水面と親水面を予め塗り分けた様な基板に対し、目的の位置に正確に液滴を着弾させるなどの用途に利用されている。

この場合、目的の位置に着弾した液滴がどの様な形状で、かつ、経時変化によりどの様に接触角が変化していくのかを観察することは、材料開発において非常に重要な要素になる。従来、これら目的の基板に対し、目的の液を着弾させた際の接触角測定にはキャピラリーから液を滴下する方法が主に使用されている。しかしながら、キャピラリーから滴下する液量がばらつくため、再現性が得られない。また、キャピラリーから滴下される液量はμリットルオーダーであるのに対し、インクジェットノズルから吐出される量は数〜数十ｐリットルオーダーである。したがって、キャピラリーから滴下された液滴と比較し、液の表面積が占める割合が全く異なる。このため、液の乾燥速度や乾燥過程など、実際にインクジェットノズルから吐出された場合の接触角の経時変化とは結果が大きく異なる場合がある。さらに、キャピラリーでは、正確な位置を指定して液を着弾させることが困難であるという問題もある。

特許文献１には、インクジェットヘッドの各ノズルから吐出された極微量の機能液滴の吐出量について、信頼性の高い測定結果を得ることができる装置について開示されている。この測定装置は、着弾した機能液滴が所定の接触角を為すように表面処理した検査基板上に着弾した機能液滴の二次元画像を用いて、機能液滴の直径を解析する画像解析手段と、所定の接触角および機能液滴の直径に基づいて、機能液滴の体積を算出する算出手段とを備えている。具体的には、機能液滴吐出ヘッドを検査基板上に臨ませ、検査基板に対して３個のノズルからそれぞれ機能液滴を吐出する。次に、移動テーブルにより、撮像対象となる３個の機能液滴が着弾した検査基板を撮像カメラの下方に移動させ、相前後して、カメラ移動テーブルにより撮像カメラを３個の機能液滴の下方に移動させる。そして、検査基板上で所定の接触角により略半球を為している３個の機能液滴を撮像カメラにより撮像する。
特開２００５−１１９１３９号公報

直径が数十μｍ程度の微小な液滴の状態は、吐出された後、短時間で大きく変化する可能性がある。また、そのような微小な液滴を接触角が測定できる程度の画像を得るために撮像しようとすると倍率の大きなレンズシステムが必要になる。高倍率のレンズシステムの焦点深度は狭い。したがって、検査基板に対して液滴を吐出した後、検査基板を撮像カメラに移動するような装置であると、撮像カメラのレンズの合焦範囲に液滴が入ってきた段階では、すでに状態が変化している可能性があり、ターゲットの着弾直後の状態を観測できない。

また、インクジェットヘッドのノズルから吐出された液滴がターゲットに着弾した状態を観測する際に、インクジェットヘッドのノズルからどのような状態で液滴が吐出されているかを観測することも重要である。たとえば、インクジェットヘッドのノズルから空気中に放出される液滴は１つの丸い粒ではなく、「液柱」というある程度の長さを持った柱状の液がノズル面に形成される。この液柱は空気中を飛翔する過程で、液自身の表面張力と空気抵抗により先頭のメイン滴、メイン滴以降の複数のサテライト滴に分離されながらターゲットに到達する可能性がある。したがって、撮像用レンズの焦点深度が狭い場合、そのレンズの合焦範囲に入った液滴がインクジェットヘッドの液滴のすべてであるとは限らない。

インクジェットヘッドから吐出される微小な液滴について、上記のような条件を含めて観測できるシステムが要望されている。

本発明の一態様は、インクジェットヘッドと、インクジェットヘッドのノズルから吐出された液滴の飛翔状態を観察するための第１の撮像デバイスおよび第１の撮像用レンズを含む第１の観察ユニットと、インクジェットヘッドのノズルから吐出された液滴がターゲットに着弾した後の状態を側方から観察するための第２の撮像デバイスおよび第２の撮像用レンズを含む第２の観察ユニットと、第１の撮像用レンズの焦点位置および第２の撮像用レンズの焦点位置を結ぶ第１のラインに沿ってインクジェットヘッドを移動させるヘッド移動機構とを有するシステムである。第１の撮像用レンズおよび第２の撮像用レンズは、複数のレンズからなるレンズシステムであっても良い。

このシステムは、飛翔状態を観察する第１の観察ユニットと、着弾状態を観察する第２の観察ユニットとを有し、ヘッド移動機構により、第１の撮像用レンズの焦点位置および第２の撮像用レンズの焦点位置を結ぶ第１のラインに沿ってインクジェットヘッドを移動させる。インクジェット技術は、インクジェットヘッドのノズルから吐出されるメイン滴のみならず、メイン滴から分離されたサテライト滴においても、液の物性値とインクジェットヘッド側の駆動条件とが一定に制御されているならば、その再現性は非常に高いという特徴がある。したがって、温度などの周囲の状態が大きく変化するほどの時間差がなければ、飛翔状態の観察と、着弾状態の観察とを異なるタイミングで行っても、同じ液滴を観察していることにほぼ等しい。

このシステムでは、ヘッド移動機構により、インクジェットヘッドを、そのノズルから吐出される液滴が第１の撮像用レンズの焦点位置を通過するようにセットして液滴を吐出することにより、第１の観察ユニットにより液滴の飛翔状態を観測できる。その後、ヘッド移動機構により、インクジェットヘッドを、そのノズルから吐出される液滴が第２の撮像用レンズの焦点位置でターゲットに着弾するようにセットし、液滴を吐出することにより、第２の観察ユニットにより、ノズルから吐出された液滴がターゲットに着弾した段階から、第２の観察ユニットにより、着弾した液滴の状態を観察できる。第２の観察ユニットおよびそれに付随する記録装置の時間的な解像度、記録能力に依存するが、第２の観察ユニットにより、液滴がターゲットに着弾する直前および直後の状態も観察可能である。

このシステムでは、飛翔状態の観察と、着弾状態の観察とを異なるユニットにより行うことにより、撮像用レンズも含めてそれぞれの状態の観察に適した構成のユニットで観察できる。また、第１の撮像用レンズの焦点位置および第２の撮像用の焦点位置をあらかじめ調整しておくことにより、ヘッド移動機構によりインクジェットヘッドを移動するだけで、その都度、焦点を調整する手間および時間を省いて、飛翔状態および着弾状態を焦点の合った明瞭な画像で観察できる。

このシステムは、ターゲットを第２の撮像用レンズの前方で３次元に移動させるターゲット移動機構を、さらに有することが望ましい。このシステムでは、第２の撮像用レンズの焦点位置に液滴が着弾するようにインクジェットヘッドの位置を制御する。したがって、ターゲットの異なる位置に液滴を着弾させようとすると、インクジェットヘッドではなく、ターゲットを移動する必要がある。さらに、ターゲットに着弾した接触角を精度良く観察しようとすると、ターゲットの表面が第２の撮像用レンズの光軸の近傍にあるようにターゲットの位置を制御できることが望ましい。したがって、ターゲットを第２の撮像用レンズの前方で３次元に移動させるターゲット移動機構は有用である。

このシステムにおいて、第１の撮像用レンズの光軸と、第２の撮像用レンズの光軸とが直交するように第１の観察ユニットおよび第２の観察ユニットを配置し、第１のラインが第２の撮像用レンズの光軸と一致するように配置することが好ましい。第１の撮像用レンズおよび第２の撮像用レンズは、それぞれの焦点位置を微調整するために３次元方向の位置が微調整できることが望ましい。したがって、それぞれの撮像用レンズは、ユーザがアクセスしやすい位置に配置することが望ましい。さらに、第２の撮像用レンズの前方にターゲットをセットするためにユーザがアクセスするスペースを確保する必要がある。第１の撮像用レンズの光軸と、第２の撮像用レンズの光軸とが直交するように第１の観察ユニットおよび第２の観察ユニットを配置することにより、第２の撮像用レンズの前方に、第１の撮像用レンズと同じ方向からアクセスするスペースを確保できる。さらに、インクジェットヘッドを移動させる第１のラインが第２の撮像用レンズの光軸と一致するように配置できる。このため、より高倍率であり、焦点深度の狭い第２の撮像用レンズの焦点位置と着弾位置が精度良く一致するように、ヘッド移動機構によりインクジェットヘッドの位置を制御できる。

また、このシステムでは、インクジェットヘッドはそれぞれの撮像用レンズが撮像する焦点位置に沿って移動するので、ヘッド移動機構は、撮像用の照明をインクジェットヘッドとともに動かすことが可能である。

また、このシステムでは、ヘッド移動機構は、インクジェットヘッドを着弾位置まで移動する。このため、ヘッド移動機構により、着弾位置を確認するための撮像ユニットをインクジェットヘッドとともに動かし、ターゲットを拡大撮影可能な撮像ユニットにより、ターゲット上の着弾位置を精度良く確認することが可能である。

図１に、本発明の一実施形態である観察システムの概略構成を示している。この観察システム１は、インクジェットヘッド３０と、インクジェットヘッド３０のノズル３１から吐出された液滴の飛翔状態を観察するための第１の観察ユニット１０と、インクジェットヘッド３０のノズル３１から吐出された液滴がターゲットの基板２に着弾した後の状態を観察するための第２の観察ユニット２０と、Ｘ方向にインクジェットヘッド３０を移動させるヘッド移動機構５０とを含む。第１の観察ユニット１０は、インクジェットヘッド３０のノズル３１から吐出された液滴の飛翔状態を観察するための第１の撮像デバイス１１および第１の撮像用レンズ１２を含む。第２の観察ユニット２０は、インクジェットヘッド３０のノズル３１から吐出された液滴がターゲットの基板２に着弾した後の状態を側方から観察するための第２の撮像デバイス２１および第２の撮像用レンズ２２を含む。したがって、この観察システム１は、ターゲットに着弾した液滴の接触角を測定するのに適したシステムである。ヘッド移動機構５０は、インクジェットヘッド３０を、第１の撮像用レンズ１２の焦点位置１３および第２の撮像用レンズ２２の焦点位置２３を結ぶ第１のラインＸ１に沿って移動させる。

ヘッド移動機構５０は、インクジェットヘッド３０を搭載し、Ｘ軸方向に移動するキャリッジ５１と、キャリッジ５１をＸ軸方向に動かすアクチュエータ５２とを含む。キャリッジ５１には、インクジェットヘッド３０に加えて、照明用のランプ２５と、撮像ユニット３６とが搭載されている。照明用のランプ２５はインクジェットヘッド３０とともに動き、焦点位置２３において、第２の撮像用レンズ２２と対峙するように配置されている。したがって、照明用のランプ２５は、第２の撮像デバイス２１で着弾後の液滴を撮像する際の光源として用いられる。

撮像ユニット３６は、インクジェットヘッド３０とともに動き、撮像用レンズ３６ａが、インクジェットヘッド３０のノズル３１と同じ方向、すなわち、Ｚ軸の下方を望むように配置されている。このため、ヘッド移動機構５０により撮像ユニット３６を適当な位置に移動し、ターゲットの基板２の上の、インクジェットヘッド３０のノズル３１により液滴を着弾させる場所、すなわち、第２の撮像用レンズ２２の焦点位置２３を撮像することにより、着弾位置を精度よく決定できる。

また、キャリッジ５１はＺ方向にインクジェットヘッド３０を移動させるアクチュエータ５３を搭載している。このため、インクジェットヘッド３０のノズル３１と、ターゲットの基板２との距離を制御することができる。

観察システム１は、さらに、ターゲットの基板２を、第２の撮像用レンズ２２の前方で３次元（Ｘ、ＹおよびＺ方向）に移動させるターゲット移動機構６０を備えている。基板２をＸ方向および／またはＹ方向に移動することにより、基板２の上の着弾位置を制御できる。すなわち、インクジェットヘッド３０のノズル３１により液滴を吐出する位置は、第２の撮像用レンズ２２の焦点位置２３に限定されているが、基板２をターゲット移動機構６０により移動することにより、基板２の所望の場所に液滴を着弾できる。また、基板２をＺ方向に移動することにより、基板２の表面（表面の高さ）を第２の撮像用レンズ２２の焦点位置にセットすることができ、基板２の表面に着弾した液滴を側方から明瞭に撮影できる。

この観察システム１では、さらに、第１の撮像用レンズ１２の焦点位置１３と、第２の撮像用レンズ２２の焦点位置２３とを結ぶ第１のラインＸ１は、第２の撮像用レンズ２２の光軸Ｌ２と一致している。また、第１のラインＸ１（光軸Ｌ２）は、第１の撮像用レンズ１２の光軸Ｌ１とは直交している。このようなレイアウトは、第２の撮像用レンズ２２の前方に比較的広い空間が確保でき、ターゲット移動機構６０に基板２をセットする作業が容易となる。また、接触角を測定する画像を取得するために、第２の撮像用レンズ２２は高倍率となり焦点深度は狭くなるが、ヘッド移動機構５０のＸ方向の動きを、液滴の着弾位置と第２の撮像用レンズ２２の焦点位置２３とを合致させるために利用できる。

この観察システム１は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を備えたロボットモジュール５を用いて構成できる。ロボットモジュール５のＸ軸ユニットはヘッド移動機構５０として、ヘッドキャリッジ５１と、着弾位置を指定するための撮像ユニット３６とを搭載する。撮像ユニット３６は、ＣＣＤカメラ３６ｂと、レンズ３６ａとを含む。ロボットモジュール５のＹ軸ユニットはターゲット移動機構６０として、着弾対象となる基板２を搭載する。ロボットモジュール５のＺ軸ユニット５３は、基板２とインクジェットヘッド３０のノズル３１とのワーキングディスタンスを設定する。Ｙ軸ユニット６０は、基板２を搭載するためのテーブル６５をＹ方向に移動し、テーブル６５は、そのテーブルの位置をＸ軸方向およびＺ軸方向に微調整可能なアクチュエータを内蔵している。

ロボットモジュール５には、第１の観察ユニット１０の撮像デバイス１１およびレンズシステム１２が、それらの位置をＸ、ＹおよびＺ方向に微調整可能なテーブル１９により取り付けられている。したがって、ヘッド移動機構５０により移動されるインクジェットヘッド３０のノズル３１から吐出される液滴が、焦点位置１３を通過するようにレンズシステム１２の位置を、事前に微調整できる。このシステム１においては、光軸Ｌ１に沿ってレンズシステム１２と反対側に照明ランプ１５が配置されており、液滴が飛翔する様子は、照明ランプ１５を点灯させることにより撮像できる。

また、ロボットモジュール５には、第２の観察ユニット２０の撮像デバイス２１およびレンズシステム２２が、それらの位置をＸ、ＹおよびＺ方向に微調整可能なテーブル２９により取り付けられている。したがって、ヘッド移動機構５０により移動されるインクジェットヘッド３０のノズル３１から吐出される液滴が、焦点位置２３を着弾するようにレンズシステム２２の位置を、事前に微調整できる。したがって、インクジェットヘッド３０および接触角を観測する第２の観察ユニット２０の各部の相対的な位置関係をマイクロメートルのオーダーで正確に確定しておくことが可能であり、液滴をターゲットの基板２の上の狙った位置に着弾させ、その画像をＰＣ７５で取り込み、接触角を測定することができる。

また、観察システム１は、インクジェットヘッド３０の駆動条件を設定するインクジェットヘッドコントローラ（インクジェットヘッド制御モジュール）７１と、ロボットモジュールを制御するコントローラ（ロボット制御モジュール）７２と、画像を取り込むための画像処理ユニット（画像取得モジュール）７３と、これらのモジュール７１〜７３をアプリケーションを介して制御するためのパーソナルコンピュータ（ＰＣ）７５とを含む。そして、第２の観察ユニット２０の高倍率のレンズシステム２２と、撮像デバイス２１を含む高速度カメラシステムにより、基板２に着弾する液滴を基板２の側面から観察し、ＰＣ７５で動く接触角測定用のアプリケーションにより、取り込んだ液滴画像の接触角を計測する。

ＰＣ７５で動く他のアプリケーションの１つは、「観察ユニット−インクジェットヘッド補正機能」である。このアプリケーションプログラムは、ユーザが、観察システム１に、インクジェットヘッド３０を新たに取り付けた場合や交換を行った際、それぞれの観察ユニット１０および２０のレンズシステムの倍率変更を行った際に稼働させる。観察システム１において、実際にインクジェットヘッド３０から液滴を吐出し、それぞれの観察ユニット１０および２０の画像をＰＣモニタまたはテレビモニタなどに表示させ、その液滴を確認し、正確な位置関係をデータとして確保するための補正作業を最初に実施する。また、基板２の上に滴下された液滴をモニタで観察しながら、第２の観察ユニット２０の軸調整をテーブル２９により行い、滴下された液滴がちょうどモニタの画面中央部に表示されるようにする。第１の撮像用レンズ１２および／または第２の撮像用レンズ２２としてズームレンズを採用することにより、倍率変更をすることは容易である。ここで一度実施された設定（補正）は、インクジェットヘッド３０をシステム１から取外さない限り、論理上、電源を遮断しても再調整は不要である。

ＰＣ７５で動く、さらに異なる他のアプリケーションは「着弾位置決定機能」である。ヘッド３０とともに移動する撮像ユニット３６からの画像をＰＣモニタまたはテレビモニタに映し出し、基板２に対して液滴を着弾させたいポイントをアプリケーション上で指定する。その後、アプリケーションは、指定された位置に着弾するように、ヘッド３０を移動し、指定発数の液滴を着弾ポイントに滴下する。ターゲット移動機構６０に搭載されたテーブル６５は、ＸおよびＹ方向に移動可能であり、テーブル６５に配置された基板２の着弾目標位置を、撮像ユニット３６から得られる画像をモニタに表示させながら、ＰＣ７５またはロボットコントローラ７２により決定できる。ヘッド３０は、第２の撮像用レンズ２２の焦点位置２３で吐出するようにセットされるため、上記のヘッド補正機構によりいったん吐出位置がセットされると第２の撮像用レンズ２２との位置関係は常に不変となる。したがって、ターゲット移動機構６０により基板２を移動することにより着弾位置を制御する。

図２に示すように、まず、第１の観察ユニット１０により、インクジェットヘッド３０のノズル３１から吐出される液滴の飛翔状態を観察する。インクジェット技術において、液滴の飛翔状態の観察は非常に重要な要素である。１つの観察システム１において、インクジェット液滴の観察機能（第１の観察ユニット）１０を有することで、インクジェットヘッド３０から液滴として吐出する各種測定液体に関するヘッド駆動パラメータについて、同一装置上で液滴観察を行いながら最適化できる。さらに、第２の観察ユニット２０において、接触角測定を行う直前あるいは直後に、予め最適化された駆動条件通りに液滴がインクジェットヘッド３０から吐出されていることを確認出来る。このため、この観察システム１において観察あるいは測定された液滴に関する観察結果／測定結果（現象／物性値／変化する様子など）の信頼性を格段に向上できる。

また、同一のインクジェットヘッドでも、液の物性値が少しでも異なると、同一のヘッド駆動条件では安定した吐出ができないことがある。したがって、第２の観察ユニット２０において、各種液材料に対する接触角測定を行うためにはインクジェットヘッドコントローラ７１において、ヘッド駆動パラメータを最適化することが必須である。駆動パラメータが最適化されていない場合、ノズルから液の吐出が出来ない、或いは、出来たとしても再現性の非常に低いデータしか第２の観察ユニット２０では採取出来ない。さらに、安定した吐出ができないことにより、ノズル３１からの吐出が不安定になり、液滴が飛翔曲がりを起こし、予め設定された焦点位置２３に液滴が着弾できず、接触角が計測できない場合もある。この観察システム１においては、第１の観察ユニット１０により液滴の吐出および飛翔状態を観察し、液種毎に変化する吐出条件を、観察システム１の中で最適化できる。

一方、インクジェット技術は再現性の高い液滴を生成することが可能な技術である。１毎の吐出ばらつきも殆ど発生しない。したがって、第１の観察ユニット１０を用いて、１滴あたりの液の吐出量を事前に把握しておくことで、第２の観察ユニット２０において、目的となる接触角測定位置に対し、着弾させる液の吐出発数を任意に設定することができる。このため、第２の観察ユニット２０において、種々の液体について、種々の体積の接触角が計測可能になる。この観察システム１において、インクジェットヘッド３０のノズル３１から吐出可能な液体は、インクジェット技術により吐出可能なすべての液体を含む。典型的な液体は、各種印刷用のインク、分析用の試薬、マイクロストラクチャを構成するための樹脂である。

第１の観察ユニット１０により、第２の観察ユニット２０で観察しようとしている液滴の吐出条件および飛翔条件が定まると、インクジェットヘッド３０を、ヘッド移動機構５０により、第１のラインＸ１に沿って第２の観察ユニット２０の方向に移動する。この過程において、ヘッド３０とともに移動する撮像ユニット３６により、基板２の着弾位置を設定できる。

さらに、ターゲットの基板２を配置するテーブル６５の上に印刷前リフレッシングスポットを設定し、リフレッシングしながらヘッド３０を移動できる。ターゲット移動機構６０により、ターゲット基板２も含め、リフレッシングする位置を任意に設定することが可能である。したがって、この観察システム１では、指定のリフレッシングスポットに対し、任意の駆動周波数で、任意の吐出発数のリフレッシングが可能であり、さらに、リフレッシング終了から接触角測定のために液滴を吐出するまでの時間を制御可能である。

インクジェット技術の場合、微小ノズルからの液の蒸発により、液が不吐出となるいわゆる目詰まりの問題がある。したがって、目標位置で液滴を吐出させる場合にも出来るだけ目標位置に近い位置でインクジェットヘッドノズル３１からの捨て打ち（リフレッシング）を行わせる必要がある。これにより、より安定した条件で、第２の観察ユニット２０において接触角の測定が実現出来る。そこで、この観察システム１では、図３に示すようにテーブル６５の上に、印刷前リフレッシングスポット（リフレッシングエリア）６６を配置し、リフレッシング後、直ちに接触角を測定するための液滴を吐出するようにしている。さらに、リフレッシングスポットの位置は、エリア６６に限らず任意であり、ターゲットの基板２にリフレッシングスポットを設定することも可能である。リフレッシングスポットを着弾位置のごく近くに設定しても、第２の撮像用レンズ２２の焦点深度は狭いので、リフレッシングのために吐出された液滴が撮像範囲（合焦範囲）に入るのを避けることは容易である。

目詰まりのレベルは、液の性能によるところが大きい。そのため、リフレッシング時のヘッド駆動周波数および吐出発数は、観測しようとする液により最適化する必要がある。また、リフレッシング終了から接触角測定開始までの時間を制御可能とすることで、時間経過による接触角の変化を本システム１では把握することが可能になる。図３に示したテーブル６５に設けられたリフレッシングエリア６６は、液溜めのために傾斜を含み、リフレッシングを繰り返し行えるようになっている。

この観察システム１は、Ｘ軸方向に移動可能なキャリッジ５１の上にインクジェットヘッド３０を配置し、インクジェットヘッド３０の移動軸の延長線上にＸＹＺ方向の位置微調整が可能なステージ（テーブル）６５を配置し、その上に固定された基板２に着弾した液滴の接触角を第２の観察ユニット２０により測定することができる。したがって、観察システム１は、インクジェット式微小液滴接触角測定システムである。この観察システム１は、数十μｍ程度の液滴サイズを映し出すための高倍率のレンズ２２は、サイズが大きく、重量もあるので、そのレンズ２２を含む接触角を観測するための第２の観察ユニット２０を固定する（微調整は可能である）。これにより、第２の撮像用レンズ２２により撮像できる位置が決まるので、インクジェットヘッド３０のノズル３１を、第２の撮像用レンズ２２の焦点位置に液滴を吐出する位置まで移動可能とし、基板２に液滴が着弾する直前および／または直後から液滴の画像を取得できるようにしている。

また、インクジェットヘッド３０とともに、接触角を観測するための光源である照明ユニット２５をキャリッジ５１に配置することで、インクジェットヘッド３０と照明ユニット２５との位置関係は固定される。したがって、照明ユニット２５と、接触角を観測するための第２の撮像用レンズ２２との位置関係は、インクジェットヘッド３０と第２の撮像用レンズ２２との位置関係を決めることにより自動的に決まり、撮像位置の調整に要する作業を簡略化できる。また、キャリッジ５１に搭載することにより、キャリッジ５１およびキャリッジ５１とともに移動するヘッド３０および撮像ユニット３６などと、照明ユニット２５との干渉を避けることができ、観察システム１の設計が容易になる。

図４に、観察システム１の異なる例を示している。この観察システム１では、第１の観察ユニット１０と、第２の観察ユニット２０とが平行に配置され、それぞれの光軸Ｌ１およびＬ２が平行になっている。この観察システム１においても、ヘッド移動機構５０は、第１の撮像用レンズ１２の焦点位置１３と、第２の撮像用レンズ２２の焦点位置２３とを結ぶ第１のラインＸ１に沿ってインクジェットヘッド３０を移動する。なお、上述した観察システムと共通する部分については同じ符号を付している。

これらの観察システム１における動作の一例を図５に示す。これは、専用アプリケーション内でヘッド制御モジュール７１、ロボット制御モジュール７２、および接触角を測定するための画像取得モジュール７３が全て連動して動作している場合のものである。

接触角を測定するための画像取得モジュール７３が、このアプリケーションに存在せず、接触角測定のための専用アプリケーションにより駆動される場合、いつ画像の取り込みを開始してよいのかを正確に画像取得モジュール７３に指示することが必要となる。したがって、図６に示すように、接触角測定のための専用アプリケーションは、ユーザが測定開始指示を行った後、実際にヘッド３０やテーブル６５の移動、リフレッシング時間を想定した画像の取り込みを開始するまでの待ち時間を決めるためのタイマーを持ち、ユーザが測定開始指示を行った後、実際に基板２の上の目的位置で液の吐出までに要する時間を測定するモードを備えていることが望ましい。ユーザが測定開始指示を行った後、実際に基板２の目的位置で液の吐出までに要する時間は、リフレッシングの液滴の発数、ロボットモジュール５によるヘッド３０の移動距離や速度により異なる。そこで、リフレッシング位置への移動時間、リフレッシング時間、リフレッシング後の実際に基板２の目的位置までの移動時間と吐出までの時間をそれぞれ計測できるモードを設けておくことがさらに好ましい。これら３つ動作を個別に計測するモードを設けておくことにより、いずれか１つの動作のパラメータを変更した場合、その動作に要する時間のみを再計測するだけで、吐出までの待ち時間を新たに設定できる。

なお、上記においては、観察システムにより、ターゲットの基板に着弾した液滴の接触角を測定することを例に説明しているが、接触角を測定するためのターゲットは基板に限らず、紙片、布片など、インクジェット技術により液滴を塗布あるいは着弾させる対象になるものであれば良い。また、この観察システムは、インクジェットヘッドのノズルから吐出され、ターゲットに着弾した液滴の、着弾後の経過を示す画像を取得できるので、接触角に限らず、その他の画像により観測可能な物性値を含め、液滴の状態が変化する様子を詳細に観察することが可能である。

観察システムの一例を示す図。 図１に示す観察システムにおいて、インクジェットヘッドが第１の観察ユニットに移動した状態を示す図。 ターゲット移動機構のテーブルを示す図。 異なる観察システムを示す図。 観察システムの動作の一例を示すタイミングチャート。 観察システムの動作の他の例を示すタイミングチャート。

符号の説明

１ 観察システム、 ２ ターゲット用の基板
１０ 第１の観察ユニット、 １１ 撮像デバイス、 １２ 撮像用レンズ、 １３ 焦点位置
２０ 第２の観察ユニット、 ２１ 撮像デバイス、 ２２ 撮像用レンズ、 ２３ 焦点位置
３０ インクジェットヘッド、 ３１ ノズル
５０ ヘッド移動機構、 ６０ ターゲット移動機構

Claims (5)

1. インクジェットヘッドと、
   前記インクジェットヘッドのノズルから吐出された液滴の飛翔状態を観察するための第１の撮像デバイスおよび第１の撮像用レンズを含む第１の観察ユニットと、
   前記インクジェットヘッドのノズルから吐出された液滴がターゲットに着弾した後の状態を側方から観察するための第２の撮像デバイスおよび第２の撮像用レンズを含む第２の観察ユニットと、
   前記第１の撮像用レンズの焦点位置および前記第２の撮像用レンズの焦点位置を結ぶ第１のラインに沿って前記インクジェットヘッドを移動させるヘッド移動機構とを有するシステム。
2. 請求項１において、前記ターゲットを、前記第２の撮像用レンズの前方で３次元に移動させるターゲット移動機構を、さらに有するシステム。
3. 請求項１または２において、前記第１の撮像用レンズの光軸と、前記第２の撮像用レンズの光軸とは直交し、前記第１のラインは前記第２の撮像用レンズの光軸と一致する、システム。
4. 請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記ヘッド移動機構は、撮像用の照明を前記インクジェットヘッドとともに動かす、システム。
5. 請求項１ないし４のいずれかにおいて、前記ヘッド移動機構は、着弾位置を確認するための撮像ユニットを前記インクジェットヘッドとともに動かす、システム。

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