(57)【要約】【課題】  液滴吐出装置から吐出される液滴などの被計測物の物理量を計測することを容易にすること。【解決手段】  計測装置は、光ビームを発生する光発生器と、前記光ビームを受光する光検出器と、前記光発生器と前記光検出器との間の前記光ビームの光路上に位置して、前記光路に垂直な第１方向に沿って前記光ビームの幅を細くする光学部と、を備えている。ここで、前記第１方向への速度成分を有する被計測物が前記光学素子と前記光検出器との間の前記光路の所定部分を通過するように、前記光路が配置されている。また、前記所定部分での前記光ビームの前記第１方向に沿った幅は、前記被計測物の前記第１方向に沿った幅以下である。そして、前記所定部分での前記光ビームの第２方向に沿った幅は、前記被計測物の前記第２方向に沿った幅よりも大きい。なお、前記第２方向は前記光路および前記第１方向の双方と異なる。【選択図】      図４
2006175775.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを発生する光発生器と、
前記光ビームを受光する光検出器と、
前記光発生器と前記光検出器との間の前記光ビームの光路上に位置して、前記光路に垂直な第１方向に沿って前記光ビームの幅を細くする光学部と、
を備えた計測装置であって、
前記第１方向への速度成分を有する被計測物が前記光学部と前記光検出器との間の前記光路の所定部分を通過するように、前記光路が配置されており、
前記所定部分での前記光ビームの前記第１方向に沿った幅は、前記被計測物の前記第１方向に沿った幅以下であり、
前記所定部分での前記光ビームの第２方向に沿った幅は、前記被計測物の前記第２方向に沿った幅よりも大きく、
前記第２方向は前記光路および前記第１方向の双方と異なる、
計測装置。
【請求項２】
請求項１記載の計測装置であって、
前記光学部は、前記光学部と前記光検出器との間の前記光路上で、前記第１方向に平行な第１の収束部と、前記第２方向に平行な第２の収束部と、を発生し、
前記第１の収束部と前記所定部分とがほぼ一致する、
計測装置。
【請求項３】
請求項２記載の計測装置であって、
前記光学部は、前記光学部と前記光検出器との間の前記光路上で前記第１の収束部の位置に対して前記第２の収束部の位置を相対移動させて、前記所定部分での前記光ビームの前記第２方向に沿った前記幅を調整するビーム調整器を有している、
計測装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一つに記載の計測装置であって、
前記光学部が前記第１方向に沿って前記光ビームの前記幅を細くする第１の光学素子を有している、
計測装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一つに記載の計測装置であって、
前記光学部が前記第２方向に沿って前記光ビームの幅を細くする第２の光学素子をさらに有している、
計測装置。
【請求項６】
請求項５記載の計測装置であって、
前記第１または第２の光学素子のいずれか一つがシリンドリカルレンズである、
計測装置。
【請求項７】
請求項５記載の計測装置であって、
前記第１または第２の光学素子のいずれか一つが回折素子である、
計測装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一つに記載の計測装置であって、
前記所定部分での前記光ビームの前記第１方向に沿った前記幅は、前記被計測物の前記第１方向に沿った前記幅の１／２倍以下である、
計測装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一つに記載の計測装置であって、
前記所定部分での前記光ビームの前記第２方向に沿った前記幅は、前記被計測物の前記第２方向に沿った前記幅の１．５倍以上５倍以下の範囲にある、
計測装置。
【請求項１０】
ノズルを有し、前記ノズルから液滴を吐出するヘッドと、
光ビームを発生する光発生器と、
前記光ビームを受光する光検出器と、
前記光発生器と前記光検出器との間の前記光ビームの光路上に位置して、前記光路に垂直な第１方向に沿って前記光ビームの幅を細くする光学部と、
を備えた液滴吐出装置であって、
前記第１方向への速度成分を有する前記液滴が前記光学部と前記光検出器との間の前記光路の所定部分を通過するように、前記光路が配置されており、
前記所定部分での前記光ビームの前記第１方向に沿った幅は、前記液滴の前記第１方向に沿った幅以下であり、
前記所定部分での前記光ビームの第２方向に沿った幅は、前記液滴の前記第２方向に沿った幅よりも大きく、
前記第２方向は前記光路および前記第１方向の双方と異なる、
液滴吐出装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の液滴吐出装置であって、
制御部をさらに備え、
前記ヘッドは所定の駆動波形に応じて前記液滴を吐出し、
前記制御部は、前記光検出器が検出した前記光ビームの光強度に応じて、前記駆動波形を変える、
液滴吐出装置。
【請求項１２】
光ビームを発生する光発生器と、
前記光ビームを受光する光検出器と、
前記光発生器と前記光検出器との間の前記光ビームの光路上に位置して、前記光路に垂直な第１方向に沿って前記光ビームの幅を細くする光学部と、
を備えた計測装置に対するノズルの位置合せ方法であって、
前記第１方向への速度成分を有する被計測物が前記光学部と前記光検出器との間の前記光路を前記光ビームを通過するように、前記ノズルから前記被計測物を吐出するステップ（Ａ）と、
前記光検出器が受光する光ビームの強度が減少する時間期間の長さが最小になるように、前記ノズルを前記光路に平行に移動させるステップ（Ｂ）と、
を含んだ、計測装置に対するノズルの位置合せ方法。
【請求項１３】
光ビームを発生する光発生器と、
前記光ビームを受光する光検出器と、
前記光発生器と前記光検出器との間の前記光ビームの光路上に位置して、前記光路に垂直な第１方向に沿って前記光ビームの幅を細くする光学部と、
を備えた計測装置のキャリブレーション方法であって、
前記光学部と前記光検出器との間の前記光路で、断面半径が既知のワイヤが前記光ビームを前記第１方向に横切るように、前記ワイヤを設置するステップ（Ａ）と、
前記光ビームの強度を計測するステップ（Ｂ）と、
を含んだ計測装置のキャリブレーション方法。
【請求項１４】
光ビームを発生する光発生器と、
前記光ビームを受光する光検出器と、
前記光発生器と前記光検出器との間の前記光ビームの光路上に位置して、前記光路に垂直な第１方向に沿って前記光ビームの幅を細くする光学部と、
を備え、
前記第１方向への速度成分を有する被計測物が前記光学部と前記光検出器との間の前記光路の所定部分で前記光ビームを通過するように、前記光路が配置されていて、前記所定部分での前記光ビームの前記第１方向に沿った幅は、前記被計測物の前記第１方向に沿った幅以下であり、前記所定部分での前記光ビームの第２方向に沿った幅は、前記被計測物の前記第２方向に沿った幅よりも大きく、かつ前記第２方向は前記光路および前記第１方向の双方と異なる計測装置を用いた計測方法であって、
前記被計測物に前記所定部分を通過させるステップ（Ａ）と、
前記光検出器が受光する前記光ビームの強度変化を計測するステップ（Ｂ）と、
を含んだ計測方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の計測方法であって、
前記ステップ（Ｂ）は、前記光検出器が受光する前記光ビームの強度を所定周期でサンプリングして、複数の信号値を得るステップと、前記複数の信号値に基づいて前記被計測物の物理量を計測するステップと、を含んでいる、
計測方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の計測方法であって、
前記被計測物が前記光ビームを通過していない場合の前記光ビームの強度を表す値を得るステップ（Ｃ）と、
前記値に基づいて前記複数の信号値を補正するステップ（Ｄ）と、
をさらに含んだ計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測装置に関し、特に、吐出された液滴の物理量の計測に好適な計測装置、計測装置とノズルとの位置合せ方法、計測のキャリブレーション方法、および計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットヘッド（以下ヘッドとする）におけるノズルからの１ショットあたりの液滴の体積を正確に制御することが求められる。そして、ヘッドが民生用プリンタにおいて用いられる場合であっても、工業用の材料を吐出する装置において用いられる場合であっても、非常に高い精度が求められる。
【０００３】
ところが、ヘッドを同一の駆動信号（駆動電圧・駆動波形）で動作させても、ヘッドの製造過程での加工ばらつき、またはヘッドの組立てばらつきに起因して、ヘッドが吐出する液滴の体積には個体差が生じ得る。また、単一のヘッドであっても、ヘッドに複数のノズルが設けられている場合には、ノズルごとに液滴の速度や体積が異なり得る。さらに、吐出される液滴の体積が正確に合わせ込まれたヘッドであっても、ヘッドの周囲環境、吐出の時間間隔、またはヘッドの稼動時間などによって、吐出される体積は刻々と変化し得る。
【０００４】
上記のような事情から、ヘッドから吐出される液滴の体積や速度を測定することが行われる。例えば、レーザ光を用いてインク滴の体積を測定することが知られている（特許文献１）。特許文献１によれば、測定されたインク滴の体積や速度に応じて、ヘッドがクリーニングされたり、インク滴を吐出するための駆動信号が補正される。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１２７４３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１が記載する方法では、光検出器の波形に基づいて、インク滴ＩＫの飛翔経路に垂直な方向のインク滴の幅を得ることで、インク滴ＩＫの体積を計算する。このような方法を用いるためには、インク滴ＩＫの飛翔経路の方向に沿って、レーザ光の断面幅がインク滴ＩＫの長さよりも小さくなるようにレーザ光を絞り込む必要がある。そこで上記特許文献１は、図１９（ａ）および（ｂ）に示すようなスリット５００を用いて、レーザ光の断面幅を絞っている。
【０００７】
図１９（ａ）において、光発生器５１１はＨｅ−Ｎｅレーザであり、スリット５００へ向けてレーザ光を射出する。ここで、スリット５００は遮光部材に設けられた矩形の開口部である。スリット５００の幅ｄは１０μｍであり、高さは１００μｍである。そして、幅ｄの方向は、インク滴ＩＫの飛翔経路の方向にほぼ一致している。さて、スリット５００を射出したレーザ光は、ヘッド５１４から吐出されたインク滴ＩＫを、インク滴ＩＫの軌跡方向に対して垂直方向から照射する。一方で、検出装置５１２は、レーザ光を受光するように配置されている。
【０００８】
ここで、波長λの平行光（レーザ光）が直径ｄのピンホールを通過する場合を想定する。この場合、ピンホールを通過した後のレーザ光をスクリーンに垂直に入射させると、ピンホールによる回折によって、同心円状の明部と暗部（いわゆるＡｉｒｙディスク）が現れる。そして、観察者が最も中心に近いＡｉｒｙディスクの縁部をピンホールの位置から観察した場合、レーザ光の進行方向と、ピンホールからＡｉｒｙディスクの縁部への方向と、がなす角度θは、次式で表される。
【０００９】
【数１】
2006175775.tif 000003
【００１０】
上記式によれば、波長λが０．６３μｍの場合には、ピンホールから１ｍｍ離れた位置でのレーザ光の断面幅（最も内側のＡｉｒｙディスクの直径）は、次の表に示す通りである。
【００１１】
【表１】
2006175775.tif 000004
ここで、ピンホールに代えて、図１９（ａ）および（ｂ）に示すような幅ｄのスリット５００を用いても結果は基本的に同じである。
【００１２】
さて、インク滴ＩＫの体積が約２ｐｌから２０ｐｌ（ピコリットル）の範囲にある場合、インク滴ＩＫの飛翔経路に沿った長さは、１５μｍから３４μｍの範囲にある。このため、スリット５００から１ｍｍ以上の距離の位置では、スリットの幅ｄに関わらず、レーザ光の断面幅はインク滴ＩＫの上記長さよりも大きくなってしまう。そしてこの結果、インク滴の体積を測定することが困難になる。一方、スリット５００から１ｍｍより小さい距離の位置では、レーザ光の断面幅はインク滴５００の上記長さより小さくできる。しかしながら、スリット５００とインク滴ＩＫが通過する位置との間の距離が１ｍｍより小さくなれば、装置の作動距離が短くなりすぎる。具体的には、スリット５００にインク滴ＩＫが付着する可能性があるなど、不具合が生じ得る。
【００１３】
本発明は上記課題を鑑みてなされ、その目的の一つは、液滴吐出装置から吐出される液滴などの被計測物の物理量を計測することを容易にすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の計測装置は、光ビームを発生する光発生器と、前記光ビームを受光する光検出器と、前記光発生器と前記光検出器との間の前記光ビームの光路上に位置して、前記光路に垂直な第１方向に沿って前記光ビームの幅を細くする光学素子と、を備えている。ここで、前記第１方向への速度成分を有する被計測物が前記光学素子と前記光検出器との間の前記光路の所定部分を通過するように、前記光路が配置されている。また、前記所定部分での前記光ビームの前記第１方向に沿った幅は、前記被計測物の前記第１方向に沿った幅よりも小さい。そして、前記所定部分での前記光ビームの第２方向に沿った幅は、前記被計測物の前記第２方向に沿った幅よりも大きい。なお、前記第２方向は前記光路および前記第１方向の双方と異なる。
【００１５】
上記特徴によれば、光検出器が受ける光ビームの光強度の時間変化から、被計測物の物理量を求めることができる。ここで、被計測物の物理量とは、被計測物の通過の有無、速度、体積、および形状のいずれにも対応する。なお、狭義には「形状」を「物理量」と表記するのは困難であるが、被計測物を計測することで得られる数値によって被計測物の形状が表されるので、広義の見地から「形状」を「物理量」の一つとして見なしている。
【００１６】
好ましくは、前記光学部は、前記光学部と前記光検出器との間の前記光路上で、前記第１方向に平行な第１の収束部と、前記第２方向に平行な第２の収束部と、を発生する。そして、前記第１の収束部と前記所定部分とがほぼ一致する。
【００１７】
上記特徴によれば、第１の収束部において、光ビームの第１方向に沿った幅は最小である。そして、そのような第１の収束部を被計測物が通過する。このため、上記特徴によれば、被計測物の物理量を高い感度で計測できる。
【００１８】
さらに好ましくは、前記光学部は、前記光学部と前記光検出器との間の前記光路上で前記第１の収束部の位置に対して前記第２の収束部の位置を相対移動させて、前記所定部分での前記光ビームの前記第２方向に沿った前記幅を調整するビーム調整器を有している。
【００１９】
上記特徴によれば、被計測物と光ビームとが交差する位置での光ビームの第２方向の幅を調整できる。このため、被計測物の第２方向の幅が変わっても、それに応じて、光ビームの第２方向に沿った幅を適切に調節できる。
【００２０】
好ましくは、前記光学部が前記第１方向に沿って前記光ビームの前記幅を細くする第１の光学素子を有している。
【００２１】
上記特徴によれば、光ビームの第２方向に沿った幅とは独立に、光ビームの第１方向に沿った幅を調整できる。
【００２２】
好ましくは、前記光学部が前記第２方向に沿って前記光ビームの幅を細くする第２の光学素子をさらに有している。
【００２３】
上記特徴によれば、光ビームの第１方向に沿った幅とは独立に、光ビームの第２方向に沿った幅を調整できる。
【００２４】
本発明のある態様では、前記第１または第２の光学素子のいずれか一つがシリンドリカルレンズである。さらに、本発明の他の態様では、前記第１または第２の光学素子のいずれか一つが回折素子である。
【００２５】
上記特徴によれば、簡単な構成で、上記所定部分において、光ビームの幅を、被計測物の幅に対して適切に設定できる。
【００２６】
好ましくは、前記所定部分での前記光ビームの前記第１方向に沿った前記幅は、前記被計測物の前記第１方向に沿った前記幅の１／２倍以下である。
【００２７】
上記特徴によれば、光検出器が受ける光ビームの強度の時間変化から、被計測物の物理量をより精密に求めることができる。
【００２８】
さらに好ましくは、前記所定部分での前記光ビームの前記第２方向に沿った前記幅は、前記被計測物の前記第２方向に沿った前記幅の１．５倍以上５倍以下の範囲にある。
【００２９】
上記特徴によれば、計測感度を適切に保ちながら、計測可能な被計測物の体積の許容範囲を広くすることができる。
【００３０】
本発明の液滴吐出装置は、ノズルを有し、前記ノズルから液滴を吐出するヘッドと、光ビームを発生する光発生器と、前記光ビームを受光する光検出器と、前記光発生器と前記光検出器との間の前記光ビームの光路上に位置して、前記光路に垂直な第１方向に沿って前記光ビームの幅を細くする光学部と、を備えている。ここで、前記第１方向への速度成分を有する前記液滴が前記光学部と前記光検出器との間の前記光路の所定部分を通過するように、前記光路が配置されている。また、前記所定部分での前記光ビームの前記第１方向に沿った幅は、前記液滴の前記第１方向に沿った幅以下である。そして、前記所定部分での前記光ビームの第２方向に沿った幅は、前記液滴の前記第２方向に沿った幅よりも大きい。なお、前記第２方向は前記光路および前記第１方向の双方と異なる。
【００３１】
上記特徴によれば、液滴吐出装置が、光発生器と、光学部と、光検出器と、を備えているので、液滴の吐出を伴う工程内に、液滴の計測工程（または検査工程）を組み込むことが容易になる。なお、液滴の吐出を伴う工程とは、カラーフィルタ基板にフィルタエレメントを付与する工程であったり、インクジェットプリンタが印刷をする工程などが該当する。
【００３２】
好ましくは、上記液滴吐出装置が制御部をさらに備えている。そして、前記ヘッドは所定の駆動波形に応じて前記液滴を吐出する。さらに、前記制御部は、前記光検出器が検出した前記光ビームの光強度に応じて、前記駆動波形を変える。
【００３３】
上記特徴によれば、吐出される液滴の体積の変動に応じて、ヘッドに与える駆動波形を変えることができる。このため、液滴の体積の変動を打ち消し得る。
【００３４】
本発明によれば、光ビームを発生する光発生器と、前記光ビームを受光する光検出器と、前記光発生器と前記光検出器との間の前記光ビームの光路上に位置して、前記光路に垂直な第１方向に沿って前記光ビームの幅を細くする光学部と、を備えた計測装置に対するノズルの位置合せ方法が、前記第１方向への速度成分を有する被計測物が前記光学部と前記光検出器との間の前記光路を前記光ビームを通過するように、前記ノズルから前記被計測物を吐出するステップ（Ａ）と、前記光検出器が受光する光ビームの強度が減少する時間期間の長さが最小になるように、前記ノズルを前記光路に平行に移動させるステップ（Ｂ）と、を包含している。
【００３５】
上記特徴によれば、被計測物の物理量の計測に適した位置にノズルが位置できる。
【００３６】
本発明によれば、光ビームを発生する光発生器と、前記光ビームを受光する光検出器と、前記光発生器と前記光検出器との間の前記光ビームの光路上に位置して、前記光路に垂直な第１方向に沿って前記光ビームの幅を細くする光学部と、を備えた計測装置のキャリブレーション方法が、前記光学部と前記光検出器との間の前記光路で、断面半径が既知のワイヤが前記光ビームを前記第１方向に横切るように、前記ワイヤを設置するステップ（Ａ）と、前記光ビームの強度を計測するステップ（Ｂ）と、を包含している。
【００３７】
上記特徴によれば、光検出器が受ける光ビームの光強度と、被計測物の断面幅と、の相関関係を得ることができる。
【００３８】
本発明によれば、光ビームを発生する光発生器と、前記光ビームを受光する光検出器と、前記光発生器と前記光検出器との間の前記光ビームの光路上に位置して、前記光路に垂直な第１方向に沿って前記光ビームの幅を細くする光学部と、を備え、前記第１方向への速度成分を有する被計測物が前記光学部と前記光検出器との間の前記光路の所定部分で前記光ビームを通過するように、前記光路が配置されていて、前記所定部分での前記光ビームの前記第１方向に沿った幅は、前記被計測物の前記第１方向に沿った幅以下であり、前記所定部分での前記光ビームの第２方向に沿った幅は、前記被計測物の前記第２方向に沿った幅よりも大きく、かつ前記第２方向は前記光路および前記第１方向の双方と異なる計測装置を用いた計測方法が、前記被計測物に前記所定部分を通過させるステップ（Ａ）と、前記光検出器が受光する前記光ビームの強度変化を計測するステップ（Ｂ）と、を包含している。好ましくは、前記ステップ（Ｂ）は、前記光検出器が受光する前記光ビームの強度を所定周期でサンプリングして、複数の信号値を得るステップと、前記複数の信号値に基づいて前記被計測物の物理量を計測するステップと、を含んでいる。
【００３９】
上記特徴によれば、被計測物が光ビームを通過した際の光ビームの強度変化から、被計測物の物理量を求めることができる。
【００４０】
好ましくは、上記計測方法が、前記被計測物が前記光ビームを通過していない場合の前記光ビームの強度を表す値を得るステップ（Ｃ）と、前記値に基づいて前記複数の信号値を補正するステップ（Ｄ）と、をさらに包含している。
【００４１】
上記特徴によれば、光発生器を射出する光ビームの強度が安定しなくても、正確に被計測物の物理量を測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
図１に示す液滴吐出装置１００は、ヘッド１１４と、計測装置１と、を有している。ヘッド１１４はノズル１１８を有しており、ノズル１１８から液滴Ｄを吐出する。後述するように、ヘッド１１４は基本的にはインクジェットヘッドである。一方、計測装置１は、吐出された液滴Ｄの物理量を測定する装置である。以下では、まず、計測装置１の具体的な構成を説明し、その後、液滴吐出装置１００における他の構成を説明する。
【００４３】
（Ａ．計測装置の全体構成）
図１の計測装置１は、照射部１０と、検出部２０と、を含んでいる。照射部１０は、レーザ光Ｌ、または光ビームＢ、を射出する装置である。検出部２０は、レーザ光Ｌの強度に応じて、液滴Ｄの有無、速度、体積、および形状の少なくとも一つを測定する装置である。ここで、照射部１０を射出したレーザ光Ｌが光路ＡＸを経て検出部２０に入射するように、照射部１０と検出部２０とが配置されている。「光路ＡＸ」とは、照射部１０と検出部２０との間でのレーザ光Ｌ、または光ビームＢ、の伝播路を意味する。
【００４４】
ここで、液滴Ｄは、本発明の「被計測物」または「物体」の一例である。そして、被計測物の有無、速度、体積、および形状のそれぞれが、被計測物の「物理量」である。なお、狭義には「形状」を「物理量」と表記するのは困難であるが、本実施形態では、被計測物を計測することで得られる数値によって被計測物の形状が表されるので、広義の見地から「形状」を「物理量」の一つとして見なしている。
【００４５】
図１に戻って、照射部１０は、光発生器１１と、光学部１２と、を含んでいる。本実施形態の光発生器１１は、レーザ光源であるＨｅ−Ｎｅレーザと、このレーザ光源からのレーザ光を平行化する光学素子と、を有している。そして、光発生器１１は、約６３０ｎｍの波長の光ビームＢを射出する。光発生器１１を射出する際の光ビームＢはほぼ平行光からなるレーザビームであり、射出の際の光ビームＢの断面は約２０ｍｍの径の円である。光発生器１１を射出した光ビームＢは光学部１２に入射する。光学部１２は、入射した光ビームＢを、集光または収束させる機能を有する。そして、光学部１２を射出した光ビームＢは、光学部１２と、後述する光検出器２１と、の間の光路（つまり光路ＡＸ）上で収束する。
【００４６】
検出部２０は、光検出器２１と、信号処理部２２と、を含んでいる。ここで、光検出器２１はフォトダイオードと電流・電圧変換回路とを含んでいる。このような構成の光検出器２１は、入射した光ビームＢの光強度に応じて強度信号Ｅを出力する。そして、光検出器２１は、光ビームＢの断面が完全に入射している場合に、強度信号Ｅの電圧を０（ゼロ）にし、光ビームＢの光強度が減少した場合に、光強度の減少に比例して強度信号Ｅの電圧を上昇するように構成されている。一方、信号処理部２２は、光検出器２１が出力した強度信号Ｅに応じて、液滴Ｄの物理量を算出する。
【００４７】
なお、光検出器２１は、フォトダイオードに代えて、フォトトランジスタ、またはＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）を有していてもよい。
【００４８】
光路ＡＸと飛翔経路ＤＰとは、互いにほぼ垂直に交差する。このため、液滴Ｄが吐出された場合には、照射部１０は、飛翔経路ＤＰにほぼ垂直な方向から液滴Ｄを光ビームＢで照射する。図１では、飛翔経路ＤＰはＺ軸方向に平行であり、光路ＡＸにおける主光線の方向はＸ軸方向に平行である。ここで、図２（ａ）に示すように、液滴Ｄが光ビームＢを通過する部分での光ビームＢのＺ軸方向のビーム幅Ｌｚは、液滴ＤのＺ軸方向の幅Ｄｚ以下である。一方、液滴Ｄが光ビームＢを通過する部分での光ビームＢのＹ軸方向のビーム幅Ｌｙは、液滴ＤのＹ軸方向の幅Ｄｙよりも大きい。このため、液滴Ｄが光ビームＢを通過する場合には、光ビームＢの一部が液滴Ｄによって反射、吸収または屈折させられる。
【００４９】
本実施形態では、液滴Ｄが光ビームＢを通過する部分での光ビームＢのＺ軸方向のビーム幅Ｌｚは、幅Ｄｚの０倍以上１／２倍以下の範囲にある。また、液滴Ｄが光ビームＢを通過する部分での光ビームＢのＹ軸方向のビーム幅Ｌｙは、幅Ｄｙの１．５倍以上５倍以下の範囲にある。しかも、本実施形態では、光ビームＢの収束部（後述）の一つにおいて、液滴Ｄが光ビームＢを通過する。
【００５０】
さて、液滴Ｄが光ビームＢを通過していない場合には、光学部１２を射出した光ビームＢの断面の全域が光検出器２１に入射する。上述したようにこの場合、強度信号Ｅの電位はゼロになる。一方、液滴Ｄが光ビームＢを通過する場合には、光ビームＢの一部が液滴Ｄによって反射、吸収または屈折させられる。そして、このような光ビームＢの一部は光検出器に入射することができないので、光検出器２１での光ビームＢの光強度が減少し、この結果、強度信号Ｅの電位が上昇する。したがって、液滴Ｄが光ビームＢを通過すると、強度信号Ｅの時間変化を表すプロファイルには、上に凸の波形が現れる。本実施形態では、液滴Ｄの通過に伴うこのような波形を「液滴通過波形ＰＷ」とも表記する。
【００５１】
例えば、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、１つのノズル１１８からの１回の吐出によって、規定量の液状の材料が１つの液滴Ｄとして吐出される場合には、対応する強度信号Ｅのプロファイルには１つのピーク（または凸部）が現れる。一方、図２（ｃ）および（ｄ）に示すように、１つのノズル１１８からの１回の吐出によって、規定量の体積の材料が複数の液滴に分かれて吐出される場合には、対応する強度信号Ｅのプロファイルには、液滴の数と同じ数のピークが現れることになる。
【００５２】
図２（ｃ）および（ｄ）が示すように、１つのノズル１１８からの１回の吐出によって複数の液滴が吐出される場合には、最初の液滴を「メインＤｍ」と呼び、メインＤｍに引き続く液滴を「サテライトＤｓ」と呼ぶ。ここで、メインＤｍの体積は、サテライトＤｓの体積よりも小さい。後述するように、本実施形態によれば、液滴Ｄの体積が液滴通過波形ＰＷの形状に反映されているので、メインＤｍに対応した液滴通過波形ＰＷの形状と、サテライトＤｓに対応した液滴通過波形ＰＷの形状とは、互いに異なる。また、信号処理部２２には後述する制御部１１２（図１５）から、１回の吐出毎に吐出部１２７（図１７）が駆動されたことを示すパルス信号が送られてきている。このため、信号処理部２２は、パルス信号中の１つのパルスに対応して複数の液滴通過波形ＰＷを検出した場合には、信号処理部２２はサテライトＤｓが生じていると判断できる。
【００５３】
（Ｂ．光学素子）
図３を参照しながら、照射部１０における光学部１２の構成をより詳細に説明する。図３の光学部１２は、２つのシリンドリカルレンズ１２Ａ，１２Ｂと、ビーム調整器１２Ｃと、を有する。ここで、シリンドリカルレンズ１２Ａが本発明の「第２の光学素子」の一例であり、シリンドリカルレンズ１２Ｂが本発明の「第１の光学素子」の一例である。このように、光学部１２が２つの光学素子を備えているので、後述するように、光ビームＢのＺ軸方向に沿った幅と、光ビームＢのＹ軸方向に沿った幅とを、互いに独立に調整できる。なお、他の実施形態では、第１の光学素子および第２の光学素子の少なくとも一方が、回折素子であってもよい。
【００５４】
図３に戻って、これら２つのシリンドリカルレンズ１２Ａ，１２Ｂは、ビーム調整器１２Ｃにそれぞれ支持されることで、光ビームＢの光路上に並んでいる。本実施形態では、シリンドリカルレンズ１２Ａの位置は、シリンドリカルレンズ１２Ｂの位置よりも光発生器１１に近い。そして、シリンドリカルレンズ１２Ａの母線１３Ａとシリンドリカルレンズ１２Ｂの母線１３Ｂとが互いに垂直になるように、これら２つのシリンドリカルレンズ１２Ａ，１２Ｂは配置されている。
【００５５】
より具体的には、母線１３ＡはＺ軸方向に平行である。そして、ＺＸ平面に関してシリンドリカルレンズ１２Ａの形状が対称になるように、シリンドリカルレンズ１２Ａが配向されている。シリンドリカルレンズ１２Ａがこのように配向されているので、シリンドリカルレンズ１２Ａの収束部１４ＡはＺ軸方向に平行である。つまり、光ビームＢがＸ軸方向からシリンドリカルレンズ１２Ａに入射すると、光ビームＢはＹ軸方向に収束して、かつＺ軸方向には実質的な影響を受けない。このように、シリンドリカルレンズ１２Ａは、Ｙ軸方向に沿って光ビームＢの幅（ビーム幅Ｌｙ）を細くする機能を有する。なお、Ｙ軸方向は、上述のＸ軸方向およびＺ軸方向の双方に垂直な方向である。
【００５６】
一方、母線１３ＢはＹ軸方向に平行である。そして、ＸＹ平面に関してシリンドリカルレンズ１２Ｂの形状が対称になるように、シリンドリカルレンズ１２Ｂが配向されている。シリンドリカルレンズ１２Ｂがこのように配向されているので、シリンドリカルレンズ１２Ｂの収束部１４ＢはＹ軸方向に平行である。つまり、光ビームＢがＸ軸方向からシリンドリカルレンズ１２Ｂに入射すると、光ビームＢはＺ軸方向に収束して、かつＹ軸方向には実質的な影響をうけない。このように、シリンドリカルレンズ１２Ｂは、Ｚ軸方向に沿って光ビームＢの幅（ビーム幅Ｌｚ）を細くする機能を有する。
【００５７】
収束部１４Ａ，１４Ｂのどちらも光学部１２と光検出器２１との間の光路（光路ＡＸ）上に位置する。そして、収束部１４Ａ，１４Ｂは、光発生器１１側からこの順番で光路ＡＸ上に位置する。また、後述するように、収束部１４Ｂの位置で、光ビームＢと、飛翔経路ＤＰと、が交差するように、計測装置１とノズル１１８とが位置合せされる。
【００５８】
ここで、シリンドリカルレンズ１２Ａ，１２Ｂが理想レンズ（収差がないレンズ）であれば、幾何光学的な考え方（回折や干渉といった光の波としての性質を無視した考え方）をすれば、シリンドリカルレンズ１２Ａ，１２Ｂの焦線位置のそれぞれにおいて、収束部１４Ａ，１４Ｂの大きさはそれぞれ０となる。このため、収束部１４Ａ，１４Ｂはそれぞれ焦線に一致する。しかしながら実際には、光の回折が生じるので、収束部１４Ａ，１４Ｂは、回折限界以下には小さくならず、このため、ある有限の厚さを持つことになる。
【００５９】
なお、球面平凸レンズは、ある一点に対して光を収束し、そして、この点は焦点と呼ばれる。それに対し、シリンドリカルレンズはある一軸に対し光を収束する。本明細書中ではこのような軸を「焦線」と呼ぶ。
【００６０】
ところで、焦点（または焦線）から十分離れた位置においては、レーザ光Ｌ（光ビームＢ）の大きさ（直径）は焦点からの距離に比例する。ところが焦点に近い位置においては、前述したようにレーザ光Ｌが回折するため、レーザ光Ｌの大きさは焦点からの距離に比例しない。このようなレーザ光Ｌの大きさが焦点からの距離に比例しない範囲を本実施形態では「収束部」と表記する。ただし、他の実施形態では、収束部の範囲をレイリー領域として定義してもよい。いずれにせよ、収束部内には、ビームウエストが含まれる。
【００６１】
さて、本実施形態では、２つのシリンドリカルレンズ１２Ａ，１２Ｂのそれぞれの焦点距離は、互いに異なる。具体的には、それぞれの焦点距離が互いに異なるように、屈折率および形状の少なくとも一方が、２つのシリンドリカルレンズ１２Ａ，１２Ｂの間で互いに異なる。ただし、本発明においてはこのような構成に代えて、それぞれの焦点距離が互いに同じである２つのシリンドリカルレンズ１２Ａ，１２Ｂが用いられてもよい。つまり、屈折率および形状の点で同一な２つのシリンドリカルレンズ１２Ａ，１２Ｂが用いられてもよい。いずれにせよ、光学部１２が２つのシリンドリカルレンズ１２Ａ，１２Ｂを有しているので、計測装置１の構成が簡単になる。
【００６２】
図３に戻って、ビーム調整器１２Ｃは、光路の方向に平行なレールと、このレール上を移動するスライダと、を有している。そして、このような構成によって、ビーム調整器１２Ｃは、シリンドリカルレンズ１２Ａおよびシリンドリカルレンズ１２Ｂの一方を他方に対して、光路の方向に平行移動させることができる。そして、このことで、ビーム調整器１２Ｃは、光学部１２と光検出器２１との間の光路上で、収束部１４Ａの位置に対して収束部１４Ｂの位置を相対移動させる。つまり、ビーム調整器１２Ｃは、図５を参照して後述するように、光ビームＢの形状を変えることができる。
【００６３】
（Ｃ．液滴が通過する部分でのビーム幅Ｌｚ）
図４を参照しながら、収束部１４Ａ，１４Ｂ前後での光ビームＢの形状を説明する。なお、図４（ａ）は光ビームＢの斜視図であり、図４（ｂ）は光ビームＢのＺＸ断面を示す図であり、図４（ｃ）は光ビームＢのＸＹ断面を示す図である。
【００６４】
図４（ａ）および（ｃ）に示すように、光ビームＢがシリンドリカルレンズ１２Ａから収束部１４Ａに至るまでの光路を伝播するにしたがい、光ビームＢのＹ軸方向に沿ったビーム幅Ｌｙは減少する。そして、収束部１４Ａにおいてビーム幅Ｌｙは最小になる。さらに、収束部１４Ａから光検出器２１（図１）まで光ビームＢが伝播するにしたがい、ビーム幅Ｌｙは増加する。一方、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、シリンドリカルレンズ１２Ｂから収束部１４Ｂに至るまでの光路を光ビームＢが伝播するにしたがい、光ビームＢのＺ軸方向に沿ったビーム幅Ｌｚは減少する。そして、収束部１４Ｂにおいてビーム幅Ｌｚは最小になる。さらに、収束部１４Ｂから光検出器２１まで光ビームＢが伝播するにしたがい、ビーム幅Ｌｚは増加する。
【００６５】
本実施形態では、液滴Ｄが光ビームＢを通過する部分でのビーム幅Ｌｚは幅Ｄｚ以下である。さらに、液滴Ｄの体積を計測する際の精度を考慮すると、液滴Ｄが光ビームＢを通過する部分でのビーム幅Ｌｚが、幅Ｄｚの０（ゼロ）倍以上かつ１／２倍以下であることが好ましい。ここで、ヘッド１１４が吐出する液滴Ｄの幅Ｄｚは、１５μｍから３４μｍの範囲に収まるように調整されている。また、液滴Ｄのこのようなサイズは、約２ｐｌから２０ｐｌ（ピコリットル）の体積に相当する。なお、幅Ｄｚとは、液滴ＤのＺ軸方向に沿った幅であり、本実施形態では、飛翔経路ＤＰに沿った幅でもある。
【００６６】
ところで、ビーム幅Ｌｚは、収束部１４Ｂの位置で最小である。このため、少なくとも、収束部１４Ｂでのビーム幅Ｌｚ（ビーム幅Ｌｚｂとする）が、幅Ｄｚ以下であればよい。光ビームＢの光路のうち、一部分でも上記条件を満足する位置があれば、その部分を液滴Ｄが通過するようにすれば、本実施形態で説明する液滴Ｄの物理量を計測できるからである。なお、本実施形態では、液滴Ｄの幅Ｄｚが１５μｍ以上３４μｍ以下の範囲にあるので、収束部１４Ｂでのビーム幅Ｌｚｂが１５μｍ以下であればよい。
【００６７】
なお、上述のように、ビーム幅Ｌｚは収束部１４Ｂの位置で最小であるので、収束部１４Ｂを液滴ｄが通過する場合には、液滴Ｄの物理量を高い感度で計測できる。
【００６８】
さて、収束部１４Ｂでのビーム幅Ｌｚ（ビーム幅Ｌｚｂ）は下記式（２）で表される。
【００６９】
【数２】
2006175775.tif 000005
上記式（２）において、「ｆ」はシリンドリカルレンズ１２Ｂの焦点距離を表す。「λ」は光ビームＢを構成するレーザ光Ｌの波長である。そして、「φ」は、シリンドリカルレンズ１２Ｂに光ビームＢが入射する位置での光ビームＢの断面の直径（ＹＺ断面でのビーム径）である。上述したように本実施形態では、波長λは約６３０ｎｍである。
【００７０】
上記式（２）によれば、焦点距離ｆを小さくすることで、ビーム幅Ｌｚｂを小さくできる。ところが、焦点距離ｆは、計測装置１の作動距離である。そして、作動距離が小さいと計測装置１の調整などの操作が困難になることがある。したがって設計の際には、作動距離として問題のない焦点距離ｆを決定して、その後、好ましい範囲にビーム幅Ｌｚｂが収まるように、ＹＺ断面でのビーム径φを決定するとよい。
【００７１】
（Ｄ．ビーム幅Ｌｙの調整）
ビーム調整器１２Ｃ（図３）を用いて、シリンドリカルレンズ１２Ｂに対してシリンドリカルレンズ１２Ａを光路の方向に前後に移動させると、収束部１４Ｂでのビーム幅Ｌｚｂは変わらずに、収束部１４ＢでのＹ軸方向のビーム幅Ｌｙ（ビーム幅Ｌｙｂとする）が変わる。このことから、測定する液滴Ｄの大きさにあわせて、計測装置１の空間分解能を調整することができる。具体的な調整工程は以下の通りである。
【００７２】
図５（ａ）左端の模式図に示すように、シリンドリカルレンズ１２Ａとシリンドリカルレンズ１２Ｂとの間の距離Ｓａｂが所定値Ｍｄである場合に、収束部１４Ｂでのビーム幅Ｌｙｂは適正であるとする。ここで、ビーム幅Ｌｙｂが適正であるとは、ビーム幅Ｌｙｂが、液滴ＤのＹ軸方向に沿った幅Ｄｙの１．５倍以上５倍以下の範囲にあることをいう。ビーム幅Ｌｙがこのような範囲内にあれば、計測装置１の計測感度が適切に保たれつつ、計測可能な被計測物の体積の許容範囲が広くなる。なお、図５（ａ）左端の模式図において、説明の便宜上、母線１３Ａと母線１３Ｂとが互い平行になるように、シリンドリカルレンズ１２Ａ，１２Ｂが描かれている。後述する図５（ｂ）左端の模式図および図５（ｃ）左端の模式図も、図５（ａ）左端の模式図と同様である。
【００７３】
ビーム幅Ｌｙｂと幅Ｄｙとの関係が上記のような条件を満足する場合には、図５（ａ）中央の断面図に示すように、１つの液滴Ｄが光ビームＢを横切る期間に亘って、光ビームＢの断面のうち、液滴Ｄによって遮られることで光検出器２１に届かない部分と、遮られずに光検出器２１に届く部分と、の面積比が適切な範囲内に収まる。このため、図５（ａ）右端のグラフに示すように、液滴ＤのＹＺ断面の形状が、光検出器２１に入射する光ビームＢの光強度Ｉの時間変化に現れる。そして、液滴ＤのＹＺ断面の形状が光強度Ｉの時間変化に現れる場合には、後述する方法にしたがって、光検出器２１からの強度信号Ｅに応じて、液滴Ｄの体積などの物理量を測定することができる。
【００７４】
一方、図５（ｂ）左端の模式図に示すように、距離Ｓａｂが所定値Ｍｄより短い場合には、収束部１４Ｂでのビーム幅Ｌｙｂは適正な幅よりも短くなる。これは、本実施形態の構成では、距離Ｓａｂが所定値Ｍｄより短くなると、収束部１４Ａが収束部１４Ｂに近づくからである。このような場合には、図５（ｂ）中央の断面図に示すように、１つの液滴Ｄが光ビームＢを横切る期間に亘って、光ビームＢの断面の全面積が液滴Ｄに遮られ続ける。このような場合であっても、図５（ｂ）右端のグラフに示すように、液滴Ｄが光ビームＢを通過したか否かに関する択一的な情報は、光検出器２１上での光ビームＢの光強度Ｉに現れる。しかしながら、液滴ＤのＹＺ断面の形状は、光検出器２１上での光ビームＢの光強度Ｉにおける時間変化に反映されない。
【００７５】
さらに、図５（ｃ）左端の模式図に示すように、距離Ｓａｂが所定値Ｍｄより長い場合には、収束部１４Ｂでのビーム幅Ｌｙｂは適正な幅よりも長くなる。これは、本実施形態の構成では、距離Ｓａｂが所定値Ｍｄより長くなると、収束部１４Ａが収束部１４Ｂから離れるからである。このような場合には、図５（ｃ）中央の断面図に示すように、１つの液滴Ｄが光ビームＢを横切る期間に亘って、光ビームＢの断面のうち、液滴Ｄによって遮られることで光検出器２１に届かない部分が、遮られずに光検出器２１に届く部分よりも圧倒的に小さくなる。この結果、図５（ｃ）右端のグラフに示すように、光検出器２１上での光ビームＢの光強度Ｉの時間変化の変化率が小さくなる。光強度Ｉの時間変化の変化率が小さい場合には、図５（ａ）の場合に比べて、液滴Ｄの物理量を正確に見積ることが難しい。
【００７６】
さて、ビーム幅Ｌｙの調整工程は、ビームプロファイラなどの計測器を用いて実現できる。具体的には、収束部１４Ｂでの光ビームＢの形状をビームプロファイラを用いて観察しながら、幅Ｄｙに対してビーム幅Ｌｙが適正になるように、ビーム調整器１２Ｃを用いてシリンドリカルレンズ１２Ａおよびシリンドリカルレンズ１２Ｂのどちらか一方を他方に対して、Ｘ軸方向の前後（正または負方向）に移動させればよい。
【００７７】
このように、シリンドリカルレンズ１２Ａによってビーム幅Ｌｙが調整されるので、光発生器１１が射出する光ビームＢのＸＹ断面の大きさに制約が少ない。
【００７８】
（Ｅ．収束部と液滴との位置合わせ）
次に、図６および図７を参照しながら、液滴Ｄが収束部１４Ｂを通過するようにノズル１１８の位置を調整する工程を説明する。なお、以下で説明する工程と、上述のビーム幅Ｌｙの調整工程とでは、どちらを先に行ってもよい。
【００７９】
説明を容易にする目的で、ノズル１１８が取り得る位置のうち、代表的な５つの位置ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅを説明する。
【００８０】
図６に示す位置ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅはＸ軸方向に並んでおり、より具体的には、この順番で光学部１２側から光検出器２１側へ並んでいる。そして、ノズル１１８が位置ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅのいずれに位置していても、ノズル１１８から吐出された液滴Ｄは光ビームＢを通過できる。また、ノズル１１８が位置ｂおよび位置ｄにある場合には、液滴Ｄはそれぞれ収束部１４Ａおよび収束部１４Ｂを通過できる。ノズル１１８が位置ｄにある場合に液滴Ｄが収束部１４Ｂを通過するので、位置ｄはノズル１１８のほぼ最適位置である。ただし、以下で説明する工程の初期段階では、観察者には、位置ｄがほぼ最適位置であることは不明である。
【００８１】
図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、ノズル１１８が位置ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅに存在している場合に、それぞれ対応している。そして、図７（ａ）から（ｅ）のそれぞれにおける左の断面図は、液滴Ｄと光ビームＢとが交差する部分での光ビームＢのＹＺ断面を示している。また、図７（ａ）から（ｅ）のそれぞれにおける右のグラフは、光検出器２１上での光ビームＢの光強度Ｉを示している。
【００８２】
さて、図６に示すように、ノズル１１８が位置ａ、ｂ、ｃ、ｅのいずれかにある場合には、液滴Ｄは収束部１４Ｂ以外で光ビームＢを横切る。しかも、ノズル１１８が位置ａ、位置ｂ、位置ｃの順番で進むにしたがって、光ビームＢと液滴Ｄとが交差する部分でのビーム幅Ｌｚは単調に減少する（図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の断面図参照）。このため、ノズル１１８がこのように移動する場合には、光強度Ｉが減少している時間期間ＴＬの長さは単調に減少する（図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のグラフ参照）。その一方で、ノズル１１８が位置ｄを超えて位置ｅへ進む場合には、光ビームＢと液滴Ｄとが交差する位置でのビーム幅Ｌｚは単調に増加する（図７（ｄ）および（ｅ）の断面図参照）。このため、ノズル１１８がこのように移動する場合には、光強度Ｉが減少している時間期間ＴＬの長さは単調に増加する（図７（ｄ）および（ｅ）のグラフ参照）。そして、ノズル１１８が位置ｄに位置する場合には、液滴Ｄが収束部１４Ｂを通過するので、時間期間ＴＬは最小になる。したがって、Ｘ軸方向にノズル１１８を移動させれば、時間期間ＴＬが最小となるノズル１１８の位置を検出できて、そしてこの結果、液滴Ｄが収束部１４Ｂを通過できるノズル位置を検出できる。
【００８３】
より具体的な工程は以下のとおりである。
【００８４】
まず、ヘッド１１４（図１）を駆動して、対象となるノズル１１８から液滴Ｄを次々に吐出する。そして、光発生器１１の状態を、連続的にレーザ光Ｌを射出する状態にする。そして、液滴Ｄが光ビームＢを通過するように、ノズル１１８の位置を調整する。なお、液滴Ｄが光ビームＢを通過するか否かは、前述の強度信号Ｅにおいて液滴通過波形ＰＷが現れるか否かを見ればよい。実際に液滴Ｄが光ビームＢを通過するようになれば、光ビームＢの断面の一部または全部が液滴Ｄに遮られる。そしてこのことに起因して、光検出器２１の強度信号Ｅに液滴通過波形ＰＷが現れる。なお、１つの液滴Ｄが光ビームＢを通過する場合に、１つの液滴通過波形ＰＷが現れる。
【００８５】
次に、ノズル１１８をＸ軸方向に前後に移動させて、液滴通過波形ＰＷの立上がり時点ｔｓ（図２）から立下り時点ｔｅまでの時間期間（通過期間Ｔｐともいう）が最小になるノズル位置を検出する。ここで、通過期間Ｔｐが最小になる場合には、液滴Ｄが収束部１４Ｂ上のいずれかの位置を通過することを意味している。この工程を行うことで、例えば、ノズル１１８は、図６における位置ｄに達する。
【００８６】
そして、ノズル１１８を位置ｄからＹ軸方向の正または負方向に移動させて、液滴通過波形ＰＷのピーク値が最大になるノズル位置を検出する。ここで、上記ピーク値が最大になる場合には、液滴Ｄが光ビームＢの中央（主光線）上を通過することを意味する。なお、上述したようにＹ軸方向は、レーザ光Ｌの伝播方向（Ｘ軸方向）に直交する方向である。
【００８７】
以上の位置合せ工程を行うことで、液滴Ｄは収束部１４Ｂの中央を通過するようになる。このように本実施形態によれば、光ビームＢのＹＺ断面上での光強度分布が一様でない場合でも、液滴Ｄが光ビームＢのうち、最も強度が大きい部分を通過できるようになる。
【００８８】
（Ｇ．体積の測定工程）
次に、被計測物の物理量の計測方法の一例として、液滴Ｄの体積の測定方法を説明する。液滴Ｄの形状は、Ｚ軸方向に関して回転対称（軸対称）であると見なせる。この場合、液滴ＤのＸＹ断面は、半径値ｒ（ｉ）の円である。ここで「ｉ」は自然数である。
【００８９】
液滴Ｄが収束部１４Ｂにて光ビームＢを飛翔速度Ｖｍで通過した場合には、図８に示すような液滴通過波形ＰＷが得られる。そして、液滴通過波形ＰＷを周期Δｔ毎にサンプリングして、液滴通過波形ＰＷの信号値Ｅ（１）、Ｅ（２）、…Ｅ（ｎ）（またはＥ（ｉ））を得る。なお、飛翔速度Ｖｍは、液滴Ｄがノズル１１８を吐出してから光ビームＢを通過するまでの時間と、光ビームＢとノズルプレート１２８（図１７）との間の距離から、予め求めておく。また、本実施形態では、光検出器２１に光ビームＢが全く入射しない場合の強度信号Ｅの信号値に対して、信号値Ｅ（ｉ）は規格化されている。
【００９０】
そして、下記式（３）に基づいて、液滴Ｄの半径値ｒ（ｉ）のそれぞれを求める。
【００９１】
【数３】
2006175775.tif 000006
ここで、上記式（３）において、「α」は、半径値ｒ（ｉ）と信号値Ｅ（ｉ）との間の相関関係を表すパラメータであり、後述するキャリブレーション工程において決められる。上記式（３）によれば、半径値ｒ（ｉ）は、パラメータαと信号値Ｅ（ｉ）との積に、さらに１／２を乗じることで得られる。
【００９２】
さて、半径値ｒ（ｉ）に対応するＸＹ断面と半径値ｒ（ｉ＋１）に対応するＸＹ断面との間において、液滴Ｄの形状は円錐台とみなせる。このため、下記式（４）に基づいて円錐台の体積を算出して、液滴Ｄの部分体積値Ｉｖ（ｉ）とする。なお、半径値ｒ（ｉ）に対応するＸＹ断面と半径値ｒ（ｉ＋１）に対応するＸＹ断面との間の距離ｈは、飛翔速度Ｖｍと周期Δｔとの積に等しい。
【００９３】
【数４】
2006175775.tif 000007
式（４）によれば、部分体積値Ｉｖ（ｉ）は、半径値ｒ（ｉ）と、半径値ｒ（ｉ＋１）と、飛翔速度Ｖｍと、周期Δｔと、に基づいている。そして、ｉが「２」から「ｎ」に至るまで部分体積値Ｉｖ（ｉ）を足し合わせると、液滴Ｄの体積値Ｉｖが得られる。ここで、「ｎ」は自然数であり、１つの液滴通過波形ＰＷに対応した信号値Ｅ（ｉ）の個数に対応する。なお、本実施形態では、信号値Ｅ（ｉ）はいずれも、閾値Ｅｔｈ以上の値を持つ。
【００９４】
このように、本実施形態によれば、光ビーム束Ｂの光強度の時間変化（時間推移）に基づいて、液滴Ｄの体積値Ｉｖを求めることができる。
【００９５】
ここで、１つの液滴通過波形ＰＷに対応して得られた複数の半径値ｒ（ｉ）のセットは、１つの液滴ＤのＹＺ断面での形状を表している。このため、これら複数の半径値ｒ（ｉ）のセットに基いて、液滴Ｄの形状を判定できる。また、ヘッド１１４が駆動されたにもかかわらず体積値Ｉｖが０（ゼロ）の場合は、液滴Ｄが吐出されなかったことに対応する。つまり、体積値Ｉｖがゼロか、ゼロ以外の値か、を判定することで、液滴Ｄの有無（吐出の成否）を検出できる。なお、液滴Ｄの半径値ｒ（ｉ）を求めることは、被計測物のＹＺ断面上での断面幅を求めることに対応する。
【００９６】
（Ｈ．信号処理部２２）
上記のような体積の測定は、信号処理部２２が行う。以下では、図９を参照しながら、信号処理部２２の構造と機能とをより詳細に説明する。
【００９７】
図９に示す信号処理部２２は、強度信号Ｅをサンプリングするサンプリング部２４と、メモリ２５と、補正部２６と、半径導出部２７と、遅延器２８と、部分体積演算部２９と、ラッチ回路３０と、加算器３１と、ラッチ回路３２と、ＣＰＵ３３と、ＲＯＭ３４と、ＲＡＭ３５と、外部インターフェース部３６と、これらを通信可能に接続しているバス３７と、を有している。
【００９８】
サンプリング部２４はアナログ信号をデジタル信号に変換する回路でもある。本実施形態では、サンプリング部２４は、強度信号Ｅを周期Δｔでサンプリングして、強度信号Ｅの電圧値に対応した信号値Ｅ（ｉ）を生成する。メモリ２５は、サンプリング部２４が生成した信号値Ｅ（ｉ）のそれぞれを格納する。そして、メモリ２５に格納された信号値Ｅ（ｉ）のそれぞれは、ＣＰＵ３３からのコマンドに応じて、所定の周期で順次出力される。
【００９９】
補正部２６は、メモリ２５が出力する信号値Ｅ（ｉ）を受け取って、後述する方法で信号値Ｅ（ｉ）を補正（オフセット）する。一方、半径導出部２７は、上記式（３）に示す演算を行い、補正部２６によって補正された信号値Ｅ（ｉ）から半径値ｒ（ｉ）を導出する。なお、上記式（３）におけるパラメータ「α」は、事前に外部インターフェース部３６を介して入力されて、半径導出部２７にセットされている。
【０１００】
導出された半径値ｒ（ｉ）は、遅延器２８と部分体積演算部２９とに供給される。なお、遅延器２８は、所定期間だけ半径値ｒ（ｉ）の伝達を遅延する素子である。ここで上記所定期間は、半径導出部２７が出力する半径値ｒ（ｉ）が更新される周期にほぼ等しい。
【０１０１】
部分体積演算部２９は、上記式（４）に示す演算を行う。つまり、部分体積演算部２９は、半径値ｒ（ｉ）と、遅延器２８によって遅延された一つ前の半径値ｒ（ｉ−１）と、「ｈ」とに基づいて、部分体積値Ｉｖ（ｉ）を導出する。上述したように、「ｈ」は液滴Ｄの飛翔速度Ｖｍと周期Δｔとの積である。「ｈ」は、事前に外部インターフェース部３６を介して入力されて、部分体積演算部２９にセットされている。
【０１０２】
ラッチ回路３０は、図示しない第１クロック信号のパルスに応じて、部分体積演算部２９が出力した体積値Ｉｖ（ｉ）を、一定周期だけ保持する。一方、ラッチ回路３２は、図示しない第２クロック信号のパルスに応じて、加算器３１の出力値を一定周期だけ保持する。ここで、加算器３１は、ラッチ回路３０に保持されている部分体積値Ｉｖ（ｉ）と、ラッチ回路３２に保持されている値と、を加算する。そして、加算された結果の値が、ラッチ回路３２に再度保持される。このように、加算器３１と、ラッチ回路３２とは、部分体積値Ｉｖ（ｉ）を累積する累積部として機能する。
【０１０３】
１つの液滴通過波形ＰＷに対応する全ての部分体積値Ｉｖ（ｉ）が累積された場合のラッチ回路３２の出力値が、液滴Ｄの体積値Ｉｖを表している。なお、上述の補正部２６、半径導出部２７、および部分体積演算部２９は、加算器または乗算器の組合せで実現されている。
【０１０４】
信号処理部２２の機能は、コンピュータ上で実行されるコンピュータプログラムによって実現されてもよい。ここでいうコンピュータは、図９におけるようなＣＰＵ３３、ＲＯＭ３４、ＲＡＭ３５、外部インターフェース部３６、およびバス３７を含んでいる。そして、この場合の工程のフローは下記のようにすればよい。
【０１０５】
図１０を参照しながら、ソフトウエアによって、信号処理部２２の機能が実現される場合の工程のフローを説明する。この工程が開始されると、インデックス記憶部における変数「ｉ」と体積記憶部における「Ｉｖ」とが初期化される。本実施形態では、ステップＳ１において変数「ｉ」に「２」がセットされ、「Ｉｖ」に「０（ゼロ）」がセットされる。なお、インデックス記憶部および体積記憶部はともにＲＡＭ３５における記憶領域である。
【０１０６】
次に、ステップＳ２において、「半径導出部」として機能するＣＰＵ３３が、信号値Ｅ（ｉ）と信号値Ｅ（ｉ−１）とから、半径値ｒ（ｉ）と半径値ｒ（ｉ−１）とをそれぞれ導出する。そして、ステップＳ３において、「部分体積導出部」として機能するＣＰＵ３３が、半径値ｒ（ｉ）、半径値ｒ（ｉ−１）、および「ｈ」から、半径値ｒ（ｉ）のＸＹ断面と、半径値ｒ（ｉ−１）のＸＹ断面と、の間の液滴Ｄの部分体積値Ｉｖ（ｉ）を導出する。その後、ステップＳ４において、「累積部」として機能するＣＰＵ３３が、部分体積値Ｉｖ（ｉ）と変数Ｉｖの値との和を算出するとともに、結果の値を、体積記憶部における変数Ｉｖの値として新たに格納する。
【０１０７】
そして、ステップＳ５において、「判定部」として機能するＣＰＵ３３が、インデックス記憶部における変数「ｉ」が「ｎ」に等しいか否かを判断する。そして、変数「ｉ」が「ｎ」と異なる場合（ステップＳ５が「Ｎｏ」）には、ステップＳ６において変数「ｉ」がインクリメントされたうえで、ステップＳ２、Ｓ３、Ｓ４、およびＳ５が繰り返される。一方、ステップＳ５において、変数「ｉ」が「ｎ」と等しい場合（ステップＳ５が「Ｙｅｓ」）には、その時点の体積記憶部における変数Ｉｖが液滴Ｄの体積である（ステップＳ７）。なお、「ｎ」は自然数であり、１つの液滴通過波形ＰＷに対応した信号値Ｅ（ｉ）の個数に対応する。また、本実施形態では、信号値Ｅ（ｉ）はいずれも、閾値Ｅｔｈ以上の値を持つ。
【０１０８】
さて、測定された体積値Ｉｖが規定値と異なる場合には、液滴Ｄを吐出するための駆動波形を調整してもよい。
【０１０９】
具体的には、体積値Ｉｖが規定値より大きいとＣＰＵ３３が判断する場合には、体積値Ｉｖと規定値とがほぼ一致するように、ヘッド駆動部２０８（図１８）が、駆動波形のピーク値の絶対値を下げればよい。また、この場合、駆動波形のピーク値の絶対値を下げることに加えて、駆動波形においてピーク値に至るまでの傾きを小さくしてもよい。
【０１１０】
同様に、体積値Ｉｖが規定値より小さいとＣＰＵ３３が判断する場合には、体積値Ｉｖと規定値とがほぼ一致するように、ヘッド駆動部２０８が、１）駆動波形のピーク値の絶対値を上げること、２）駆動波形においてピーク値に至るまでの傾きを大きくすること、および３）駆動波形の時間期間を長くすること、のうちの少なくとも１つを行う。なお、上述の「駆動波形」とは、吐出部１２７（図１７（ｂ））に印加される駆動信号の時間軸に沿ったプロファイルを指している。なお、吐出部１２７に１つの駆動波形が印加されると、吐出部１２７のノズル１１８から１つの液滴Ｄが吐出される。
【０１１１】
さて、ヘッド１１４またはノズル１１８の製造誤差に起因して、吐出される液滴Ｄの体積にばらつきが生じることがある。しかしながら、本実施形態では駆動波形が上述のように変化するので、このようなばらつきは打ち消される。
【０１１２】
さらに、測定された体積が規定の体積より小さいまたは大きい場合には、規定の体積を吐出できるように、ノズル面をワイプすること、ノズル１１８から液滴Ｄをフラッシングすること、ノズル１１８から液状の材料を吸引すること、の少なくとも一つを行ってもよい。
【０１１３】
（Ｉ．キャリブレーション工程）
図１１、図１２、および図１３を参照しながら、強度信号Ｅの信号値Ｅ（ｉ）と、液滴Ｄの断面ｒ（ｉ）の半径と、を対応付ける工程を説明する。この工程は、上記式（３）におけるパラメータ「α」を決定する工程でもある。
【０１１４】
まず、断面が円形である第１のワイヤ４０を準備する。ここで、第１のワイヤ４０の断面半径値ｒ（１）は、第１のワイヤ４０の長手方向に沿ってほぼ一定である。なお、長手方向とは第１のワイヤ４０の断面に垂直な方向である。なお、第１のワイヤ４０は、ビームＢに対して透過性を有する一対の基板の間で挟持されていてもよい。
【０１１５】
次に、図１１に示すように、第１のワイヤ４０の長手方向をＺ軸方向と平行にしたうえで、第１のワイヤ４０が収束部１４Ｂの中央部分で光ビームＢを横切るように、第１のワイヤ４０を配置する。そして、その状態での光検出器２１からの強度信号Ｅの信号値Ｅ（１）を求める。その後、第１のワイヤ４０を光ビームＢから取り除く。
【０１１６】
次に、第１のワイヤ４０の断面半径値ｒ（ｉ）とは異なる断面半径値ｒ（２）を有する第２のワイヤ４０を準備する。そして、第１のワイヤ４０と同じように第２のワイヤ４０が光ビームＢを横切るように、第２のワイヤ４０を配置する。そして、その状態での光検出器２１からの強度信号Ｅの信号値Ｅ（２）を求める。必要であれば、他の異なる断面半径値ｒ（ｉ）を有するワイヤを用いて、同様に信号値Ｅ（ｉ）を求める。
【０１１７】
そして、ワイヤの断面半径値ｒ（ｉ）と、対応する信号値Ｅ（ｉ）と、に基づいて、上記式（３）におけるパラメータ「α」を導出する。
【０１１８】
パラメータ「α」を求める場合には、測定されるワイヤの数は１つでもよい。ただし、それぞれが異なる断面半径を有する複数のワイヤが測定されれば、より「α」の値の精度が高くなるので、このような複数のワイヤを測定することがより好ましい。
【０１１９】
（Ｊ．キャリブレーション装置）
図１２を参照しながら、上記キャリブレーション工程に好適なキャリブレーション装置４５を説明する。図１２のキャリブレーション装置４５は、枠部ＦＬと、２つのワイヤ４１，４２と、を有している。２つのワイヤ４１，４２のそれぞれは、それぞれの両端部で枠部ＦＬに固定されている。本実施形態では、枠部ＦＬに固定されている状態の２つのワイヤ４１，４２は、互いに垂直であるとともに、それぞれの中央で互いに接触している。また、２つのワイヤ４１，４２は、互いに平行な２つの仮想平面上にそれぞれ位置している。なお、２つのワイヤ４１，４２が互いに接触している部分を交差部と呼ぶ。
【０１２０】
なお、図１２のワイヤ４２が、上述の第１のワイヤ４０または第２のワイヤ４０に対応する。
【０１２１】
枠部ＦＬは円周形状を有している。このため、ワイヤ４１，４２のそれぞれの両端部以外は露出している。具体的には、２つのワイヤ４１，４２の交差部を含めて大部分がレーザ光Ｌ（光ビームＢ）に照射され得るように、ワイヤ４１，４２が枠部ＦＬに固定されている。なお、２つのワイヤ４１，４２を上述のように固定できるのであれば、枠部ＦＬの形状は円周形状に限定されない。
【０１２２】
図１３を参照しながら、上記キャリブレーション装置４５を用いた場合のキャリブレーション工程を説明する。まず、図１３（ａ）に示すように、ワイヤ４１のうち、交差部以外の部分４１Ａがレーザ光Ｌに照射されるように、レーザ光Ｌに対してキャリブレーション装置４５の位置を調整する。次に、図示しない治具を用いて、キャリブレーション装置４５をＸ軸方向またはＺ軸方向へ移動させるとともに、必要であれば、キャリブレーション装置４５を回転させて、光検出器２１の受光量が最小となる配向を決定する。このような操作を行うことで、ワイヤ４１の部分４１Ａは、収束部１４Ｂに一致する。
【０１２３】
次に、治具を用いて、キャリブレーション装置４５をＺ軸方向の正負どちらかに移動させて、光ビームＢからワイヤ４１を外す。そして、Ｘ軸方向の座標を保ちつつ、Ｙ軸方向の正負どちらに移動させて、ワイヤ４２がレーザ光Ｌに照射されるようにする。その後、キャリブレーション装置４５の位置をＹ軸方向の前後に変化させて、光検出器２１の受光量が最小になる位置を探す。以上の操作で、ワイヤ４２の部分４２Ｂは、収束部１４Ｂに直交するようになる。なお、より正確な位置決めのために、さらにワイヤ４１の直径分だけキャリブレーション装置４５をＸ軸方向の正負どちらかに適宜移動させることが好ましい。例えば、図１３（ｂ）の場合には、キャリブレーション装置４５を光検出器２１側へワイヤ４１の直径分だけ移動させればよい。ワイヤ４１がワイヤ４２よりも光検出器２１側に位置するからである。
【０１２４】
このようにワイヤ４２を位置決めしてから、光検出器２１からの強度信号Ｅの信号値Ｅ（ｉ）（つまり光検出器２１の受光強度）と、ワイヤ４２の既知の半径値ｒ（ｉ）と、式（３）とに基づいて、式（３）におけるパラメータ「α」を決定できる。なお、それぞれが異なる断面半径を有する複数のワイヤ４２を用いて上記測定を繰り返して、信号値Ｅ（ｉ）と、ワイヤ４２の半径値ｒ（ｉ）と、の相関関係を求めてもよい。そうすれば、より精度よく「α」を決定できる。
【０１２５】
さて、キャリブレーション装置４５を使う理由は以下の通りである。Ｚ軸方向に延びるワイヤ４２のみで収束部１４Ｂに位置合わせをする場合には、ワイヤ４２が収束部１４Ｂ付近でＸ軸方向の前後に移動しても、光検出器２１の受光強度に現れる変化に特徴がない。このため、ワイヤ４２を収束部１４Ｂに位置決めすることが難しい。ところが本実施形態のキャリブレーション装置４５を用いれば、Ｙ軸方向に延びるワイヤ４１が収束部１４Ｂに位置する場合に光検出器２１の受光強度が最小になるので、光検出器２１の受光強度に応じてワイヤ４１を収束部１４Ｂに位置決めすることができる。ここで、ワイヤ４１とワイヤ４２との間の位置関係は既知なので、ワイヤ４１が収束部１４Ｂに位置決めできれば、ワイヤ４２を収束部１４Ｂに正確に位置決めできる。
【０１２６】
（Ｋ．オフセット工程）
次に、計測装置１のオフセット工程を説明する。光発生器１１（図１）の熱ドリフトによって、光ビームＢの強度が刻々変化することがある。このような場合には、液滴Ｄの体積の測定精度が下がる。液滴Ｄの体積は光ビームＢの強度に基づいて算出されるからである。そこで、以下のような工程を行って、光ビームＢの強度の変動が、液滴Ｄの体積の測定精度に影響を与えないようにするのが好ましい。
【０１２７】
まず、液滴Ｄが光ビームＢを通過していない時間期間における光ビームＢの強度を計測して、対応する強度信号Ｅの値をオフセット値Ｅｏｆｆとして記録する。そして、体積測定において得られた液滴通過波形ＰＷの値Ｅ（ｉ）からオフセットＥｏｆｆを差引く。
【０１２８】
本実施形態では、補正部２６がオフセット値Ｅｏｆｆの値を格納する。そして、補正部２６は、強度信号Ｅを周期Δｔ毎にサンプリングして得られるそれぞれの値からオフセット値Ｅｏｆｆを減算した結果を、信号値Ｅ（ｉ）として出力する。
【０１２９】
レーザ光Ｌ（光ビームＢ）の出力は時間的に変化するので、オフセット値Ｅｏｆｆは、定期的に更新されることが好ましい。本実施形態では、図１４（ａ）および（ｂ）に示すように、液滴Ｄを計測する前のタイミングＣＰ１、ＣＰ２のそれぞれで、光ビームＢの光強度Ｉを計測してオフセット値Ｅｏｆｆを更新する。つまり、２つの液滴Ｄが光ビームＢを通過するタイミング間に、オフセット値Ｅｏｆｆを更新する。一般に、光発生器１１の起動直後では、レーザ光Ｌの出力は不安定である。しかしながら、本実施形態によれば、測定の対象となる液滴Ｄごとに、測定の直前にオフセット値Ｅｏｆｆを更新するので、光発生器１１のウォームアップを待たずに計測を開始することもできる。
【０１３０】
オフセット値Ｅｏｆｆを更新する回数は多い方がよい。ただし、レーザ光Ｌの出力の変動の度合いに応じて、オフセット値Ｅｏｆｆを更新する回数を間引いてもよい。
【０１３１】
（Ｌ．液滴の速度の計測）
液滴ＤのＺ軸方向に沿った幅Ｄｚが既知の場合には、液滴通過波形ＰＷから液滴Ｄの飛翔速度Ｖｍを求めることができる。具体的には、液滴通過波形ＰＷが立上がる時点ｔｓから立下る時点ｔｅまでの通過期間Ｔｐ（図２）のあいだに液滴Ｄは、ほぼ幅Ｄｚとビーム幅Ｌｚとの和だけ移動するので、幅Ｄｚとビーム幅Ｌｚとの和を通過期間Ｔｐで割ると飛翔速度Ｖｍが得られる。つまり、Ｖｍ＝（Ｄｚ＋Ｌｚ）／Ｔｐである。
【０１３２】
液滴Ｄの形状が、光ビームＢの平面、つまりＸＹ平面、に関して対称であり、かつＺ軸方向に沿ってその中央が最も大きい形状である場合には、液滴通過波形ＰＷが立上がる時点ｔｓから最大値に達する時点までの時間を求めて、その時間を２倍することで上記通過期間Ｔｐを得てもよい。なお、液滴Ｄを構成する液状の材料の表面張力が高い場合には、液滴Ｄがノズル１１８から吐出されると、液滴Ｄはほぼ球形になる。一方、液状の材料の表面張力によっては、吐出された液滴Ｄは回転楕円体に近くなる。
【０１３３】
（Ｍ．液滴吐出装置の構成）
図１５を参照しながら、液滴吐出装置１００の構成をより詳細に説明する。図１５に示す液滴吐出装置１００は、基本的にはインクジェット装置である。また、液滴吐出装置１００は、カラーフィルタ製造装置の一部であり、図示しないカラーフィルタ基板における複数の画素領域に、赤色（Ｒ）、青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）のいずれかに対応するフィルタ材料を付与する装置でもある。
【０１３４】
より具体的には、液滴吐出装置１００は、液状のカラーフィルタ材料１１１を保持するタンク１０１と、チューブ１１０と、グランドステージＧＳと、吐出ヘッド部１０３と、ステージ１０６と、第１位置制御装置１０４と、第２位置制御装置１０８と、制御部１１２と、支持部１０４ａと、上述の計測装置１と、を備えている。
【０１３５】
吐出ヘッド部１０３は、図１６に示すように、キャリッジ１０３ａと、キャリッジ１０３ａに固定されたヘッド１１４と、を有している。ヘッド１１４は、制御部１１２からの駆動波形に応じて、液状のフィルタ材料１１１の液滴Ｄを吐出する。なお、ヘッド１１４には、チューブ１１０によってタンク１０１に連結されており、このため、タンク１０１からヘッド１１４に液状のフィルタ材料１１１が供給される。
【０１３６】
図１５に戻り、ステージ１０６は、基板（不図示）を固定するための平面を有している。さらに、ステージ１０６の一端には、計測装置１が位置している。ここで、計測装置１は、光学部１２と光検出器２１との間の光路（光路ＡＸ）がＸ軸方向に平行になるように、配置されている。
【０１３７】
第１位置制御装置１０４は、支持部１０４ａによって、グランドステージＧＳから所定の高さの位置に固定されている。この第１位置制御装置１０４は、制御部１１２からの信号に応じて、吐出ヘッド部１０３をＹ軸方向と、Ｙ軸方向に直交するＺ軸方向と、に沿って移動させる機能を有する。さらに、第１位置制御装置１０４は、Ｚ軸に平行な軸の回りで吐出ヘッド部１０３を回転させる機能も有する。ここで、本実施形態では、Ｚ軸方向は、鉛直方向（つまり重力加速度の方向）に平行な方向である。
【０１３８】
第２位置制御装置１０８は、制御部１１２からの信号に応じて、ステージ１０６をグランドステージＧＳ上でＸ軸方向に移動させる。ここで、Ｘ軸方向は、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の双方と直交する方向である。
【０１３９】
上記のような機能を有する第１位置制御装置１０４の構成と第２位置制御装置１０８の構成とは、リニアモータまたはサーボモータを利用した公知のＸＹロボットを用いて実現できる。このため、ここでは、それらの詳細な構成の説明を省略する。なお、本明細書では、第１位置制御装置１０４および第２位置制御装置１０８を、「ロボット」または「走査部」とも表記する。
【０１４０】
さて上述のように、第１位置制御装置１０４によって、吐出ヘッド部１０３はＹ軸方向に移動する。そして、第２位置制御装置１０８によって、計測装置１はステージ１０６と共にＸ軸方向に移動する。これらの結果、計測装置１に対するヘッド１１４の相対位置が変わる。より具体的には、これらの動作によって、ヘッド１１４、またはノズル１１８は、計測装置１の光路ＡＸに対して、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に相対的に移動する。
【０１４１】
制御部１１２は、吐出データを外部情報処理装置から受け取るように構成されている。制御部１１２は、受け取った吐出データを内部の記憶装置に格納するとともに、格納された吐出データに応じて、第１位置制御装置１０４と、第２位置制御装置１０８と、ヘッド１１４と、を制御する。なお、吐出データとは、基板などの対象物、または光路ＡＸ上へ、任意のノズル１１８から液状のフィルタ材料１１１を液滴Ｄとして吐出するためのデータである。
【０１４２】
上記構成を有する液滴吐出装置１００は、吐出データに応じて、ヘッド１１４のノズル１１８を対象物に対して相対移動させるとともに、ノズル１１８から対象物へ液状のフィルタ材料１１１を吐出する。なお、液滴吐出装置１００によるヘッド１１４の相対移動と、ヘッド１１４からの液状のフィルタ材料１１１の吐出と、をまとめて「塗布走査」または「吐出走査」と表記することもある。
【０１４３】
なお、インクジェット法で層、膜、またはパターンを形成することは、液滴吐出装置１００のような装置を用いて、所定の物体上に、層、膜、またはパターンを形成することである。
【０１４４】
（Ｎ．ヘッド）
図１６に示すようにヘッド１１４は、Ｙ軸方向に並んだ複数のノズル１１８を有している。そして、複数のノズル１１８がステージ１０６側を向くように、ヘッド１１４はキャリッジ１０３ａに固定されている。また、上述したように、ヘッド１１４は、第１位置制御装置によってＹ軸方向へ相対移動する。ヘッド１１４がＹ軸方向へ相対移動することで、複数のノズル１１８のいずれからの液滴Ｄが、光学部１２と光検出器２１との間の光路（光路ＡＸ）を通過できる。
【０１４５】
図１７を参照しながら、ヘッド１１４の内部構造を簡単に説明する。ヘッド１１４は、振動板１２６と、液たまり１２９と、複数の隔壁１２２と、複数の振動子１２４と、複数のノズル１１８のそれぞれの開口を規定するノズルプレート１２８と、供給口１３０と、孔１３１と、を備えている。液たまり１２９は、振動板１２６と、ノズルプレート１２８と、の間に位置しており、この液たまり１２９には、図示しない外部タンクから孔１３１を介して供給される液状の配向材料１１１が常に充填される。
【０１４６】
複数の隔壁１２２は、振動板１２６と、ノズルプレート１２８と、の間に位置している。そして、振動板１２６と、ノズルプレート１２８と、一対の隔壁１２２と、によって囲まれた部分がキャビティ１２０である。キャビティ１２０はノズル１１８に対応して設けられているため、キャビティ１２０の数とノズル１１８の数とは同じである。キャビティ１２０には、一対の隔壁１２２間に位置する供給口１３０を介して、液たまり１２９から液状のフィルタ材料１１１が供給される。なお、本実施形態では、ノズル１１８の直径は、約２７μｍである。
【０１４７】
さて、振動板１２６上には、それぞれのキャビティ１２０に対応して、それぞれの振動子１２４が位置する。振動子１２４のそれぞれは、ピエゾ素子１２４Ｃと、ピエゾ素子１２４Ｃを挟む一対の電極１２４Ａ、１２４Ｂと、を含む。制御部１１２が、この一対の電極１２４Ａ、１２４Ｂの間に駆動波形を与えることで、対応するノズル１１８から液状のフィルタ材料１１１の液滴Ｄが吐出される。ここで、ノズル１１８から吐出される材料の体積は、０ｐｌ以上４２ｐｌ（ピコリットル）以下の間で可変である。なお、ノズル１１８からＺ軸方向に液状のフィルタ材料１１１の液滴Ｄが吐出されるように、ノズル１１８の形状が調整されている。このため、吐出された液滴Ｄは、Ｚ軸方向の速度成分を有することになる。
【０１４８】
本明細書では、１つのノズル１１８と、ノズル１１８に対応するキャビティ１２０と、キャビティ１２０に対応する振動子１２４と、を含んだ部分を「吐出部１２７」とも表記する。この表記によれば、１つのヘッド１１４は、ノズル１１８の数と同じ数の吐出部１２７を有する。また、吐出部１２７は、ピエゾ素子の代わりに電気熱変換素子を有してもよい。つまり、吐出部１２７は、電気熱変換素子による材料の熱膨張を利用して材料を吐出する構成を有していてもよい。
【０１４９】
（Ｏ．制御部）
次に、制御部１１２の構成を説明する。図１８に示すように、制御部１１２は、入力バッファメモリ２００と、記憶装置２０２と、処理部２０４と、検査コントローラ２０５と、走査駆動部２０６と、ヘッド駆動部２０８と、を備えている。入力バッファメモリ２００と処理部２０４とは相互に通信可能に接続されている。処理部２０４と、記憶装置２０２と、検査コントローラ２０５と、走査駆動部２０６と、ヘッド駆動部２０８とは、図示しないバスによって相互に通信可能に接続されている。
【０１５０】
検査コントローラ２０５は、計測装置１における信号処理部２２と通信可能に接続されている。さらに、走査駆動部２０６は、第１位置制御装置１０４および第２位置制御装置１０８と相互に通信可能に接続されている。同様にヘッド駆動部２０８は、ヘッド１１４と相互に通信可能に接続されている。
【０１５１】
入力バッファメモリ２００は、液滴吐出装置１００の外部に位置する外部情報処理装置（不図示）から、液状のフィルタ材料１１１の液滴Ｄを吐出するための吐出データを受け取る。入力バッファメモリ２００は、吐出データを処理部２０４に供給し、処理部２０４は吐出データを記憶装置２０２に格納する。図１８では、記憶装置２０２はＲＡＭである。
【０１５２】
処理部２０４は、記憶装置２０２内の吐出データに基づいて、ステージ１０６に対するノズル１１８の相対位置を示すデータを走査駆動部２０６に与える。走査駆動部２０６はこのデータと、所定の吐出周期と、に応じた走査駆動信号を第１位置制御装置１０４および第２位置制御装置１０８に与える。この結果、対象物または光路ＡＸに対する吐出ヘッド部１０３の相対位置が変わる。一方、処理部２０４は、記憶装置２０２に記憶された吐出データに基づいて、液状のフィルタ材料１１１の吐出に必要なノズル選択信号をヘッド駆動部２０８に与える。そうすると、ヘッド駆動部２０８は、ノズル選択信号が示すノズル１１８に対応した吐出部１２７へ駆動波形を与える。この結果、ヘッド１１４における対応するノズル１１８から、液状のフィルタ材料１１１の液滴Ｄが吐出される。
【０１５３】
ヘッド駆動部２０８は、計測装置１における信号処理部２２に、上記駆動波形に同期したパルス信号を与える。このため、信号処理部２２は、液滴の吐出タイミングと、液滴通過波形ＰＷとの対応付けを行うことができる。上述したように、１つの駆動波形に対応して２つ以上の液滴通過波形ＰＷが現れた場合には、サテライトＤｓ（図２）が生じている。
【０１５４】
制御部１１２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バスを含んだコンピュータである。したがって、制御部１１２の上記機能は、コンピュータによって実行されるソフトウェアプログラムによって実現される。もちろん、制御部１１２は、専用の回路（ハードウェア）によって実現されてもよい。
【０１５５】
以上、説明したように、液滴吐出装置１００が、計測装置１を備えているので、液滴Ｄの吐出を伴う工程内に、液滴Ｄの計測工程（または検査工程）を組み込むことが容易になる。なお、液滴Ｄの吐出を伴う工程とは、本実施形態では、カラーフィルタ基板にフィルタ材料１１１を付与する工程である。ただし、他の実施形態では、液滴Ｄの吐出を伴う工程は、インクジェットプリンタが印刷をする工程などが該当する。
【０１５６】
（変形例１）
上記実施形態によれば、液滴Ｄは収束部１４Ｂで光ビームＢを通過する。しかしながら、液滴Ｄが光ビームＢを通過する部分は、収束部１４Ｂに限定されず、収束部１４Ｂの近傍またはそれ以外であってもよい。より具体的には、液滴Ｄが光ビームＢを通過する部分での光ビームＢのＺ軸方向のビーム幅Ｌｚが、液滴ＤのＺ軸方向の幅Ｄｚ以下である限り、液滴Ｄが通過する部分は光ビームＢのどこでもよい。ただし、上述したように、ビーム幅Ｌｚが幅Ｄｚの０倍以上かつ１／２倍以下の範囲になるように、液滴Ｄが光ビームＢを通過する部分を決めることが好ましい。
【０１５７】
また、上記実施形態によれば、光学部１２に入射する光ビームＢは平行光である。しかしながら、光路ＡＸ上のいずれかで、ビーム幅Ｌｚが幅Ｄｚ以下になるのであれば、光学部１２に入射する光ビームＢは平行光でなくてもよい。
【０１５８】
（変形例２）
上記実施形態によれば、カラーフィルタ基板用のフィルタ材料１１１を付与する液滴吐出装置１００に計測装置１が適用される。しかしながら、液状の導電性材料を吐出する液滴吐出装置に計測装置１が適用されてもよい。さらに、民生用のインクジェットプリンタにおいて計測装置１が適用されてもよい。つまり、ヘッド１１４から吐出される液状の材料が、カラーフィルタ基板用のフィルタ材料１１１に代えて、金属微粒子を含んだ導電性材料であっても、有機材料であっても、本実施形態の計測装置１は、吐出される液滴の物理量は正確に測定できる。
【０１５９】
（変形例３）
上記実施形態によれば、被計測物は液滴Ｄである。そして、計測装置１によって液滴Ｄの物理量が計測される。ただし、計測装置１によって物理量が計測される被計測物は、液滴Ｄに限定されない。具体的には、飛翔経路または軌道に平行な軸に関して、回転対称の形状を有している被計測物であれば、計測装置１は、その体積を計測できる。さらに、たとえ被計測物が回転対称の形状を有していなくとも、光検出器２１が受ける光強度の時間推移に応じて、被計測物の有無を判定すること、または光ビームＢに垂直な断面での被計測物の断面幅（または形状）を検出すること、ができる。
【０１６０】
液滴Ｄ以外の被計測物の例は、ボールベアリング、および液晶表示装置において用いられるギャップ剤、などである。ボールベアリングには高精度な真円性が求められる。また、ギャップ剤にも高いレベルで寸法上の精度が求められる。したがって、本発明による計測方法で、ボールベアリングおよびギャップ剤の形状または体積を計測することは有利である。ここで、ボールベアリングもギャップ剤も、液滴Ｄとは異なり固形の物体である。このような場合には、ボールベアリングまたはギャップ剤が光ビームＢの収束部１４Ｂを通過するように、例えば漏斗からボールベアリングまたはギャップ剤を落下させればよい。そうすれば、計測装置１はボールベアリングまたはギャップ剤の体積および形状を計測できる。
【０１６１】
（変形例４）
図１１のキャリブレーション工程について、第１のワイヤ４０（または第２のワイヤ４０）の位置合せ方法の変形例を説明する。
【０１６２】
収束部１４Ａと収束部１４Ｂとの間の距離は、シリンドリカルレンズ１２Ａ，１２Ｂの仕様から求めることができる。そして、収束部１４Ａ，１４Ｂ間の距離が分かっている場合には、以下で説明するような方法で、第１のワイヤ４０を収束部１４Ｂの中央部分に位置させてもよい。
【０１６３】
まず、第１のワイヤ４０（または第２のワイヤ４０）の長手方向をＺ軸方向と平行にしたうえで、第１のワイヤ４０を収束部１４Ａに位置させる。この際、光検出器２１が受ける光強度が最低になるようにする。そうすれば、第１のワイヤ４０の位置が、収束部１４Ａの位置に一致するからである。その後、第１のワイヤ４０のＹ座標を維持しながら、第１のワイヤ４０を、収束部１４Ａ，１４Ｂ間の距離だけ、収束部１４Ｂへ向けてＸ軸方向に沿って平行移動させる。そうすれば、第１のワイヤ４０の位置が収束部１４Ｂの中央部に位置できる。
【０１６４】
このように、上記実施形態によれば２つの収束部１４Ａ，１４Ｂが生じているので、Ｚ軸方向に延びる第１のワイヤ４０（または第２のワイヤ４０）だけでも、容易にキャリブレーション工程のための位置合せを行える。
【０１６５】
（変形例５）
本実施形態では、光学部１２における２つのシリンドリカルレンズ１２Ａ，１２Ｂは、互いに垂直である。具体的には、母線１３Ａの方向と母線１３Ｂの方向とが互いに直交する。しかしながら、液滴Ｄと光ビームＢとが交差する部分において、光ビームＢのビーム幅Ｌｚが液滴Ｄの幅Ｄｚより小さいのであれば、２つのシリンドリカルレンズ１２Ａ，１２Ｂは互いに垂直である必要はない。
【０１６６】
光学部１２においてシリンドリカルレンズ１２Ａを設ける理由は、本実施形態では、光ビームＢのビーム幅Ｌｙの幅を調整することであるが、光ビームＢのビーム幅Ｌｙを調整する機能は、シリンドリカルレンズ１２Ａの母線１３Ａの方向が、シリンドリカルレンズ１２Ｂの母線の方向に対して平行でない場合に、達成され得る。したがって、シリンドリカルレンズ１２Ａ，１２Ｂは、互いに垂直である必要はない。
（変形例６）
光学部１２は、互いに平行でない２つのシリンドリカルレンズ１２Ａ，１２Ｂを有している。しかしながら、光学部１２に入射する際の光ビームＢのビーム幅Ｌｙが、液滴Ｄの幅Ｄｙよりも大きいのであれば、シリンドリカルレンズ１２Ａを省略してもよい。つまり、場合によってはシリンドリカルレンズ１２Ａはなくてもよい。
【０１６７】
また、光学部１２が備える２つの光学素子の少なくとも一つが、シリンドリカルレンズに代えて、回折素子であってもよい。例えば、シリンドリカルレンズ１２Ｂの代わりに回折素子を用いる場合には、回折素子における周期構造が並ぶ方向をＺ軸方向に一致させればよい。そうすれば、所定部分において、回折素子によって生じた光ビームのビーム幅Ｌｚが、液滴Ｄの幅Ｄｚより小さくなり、このため上記実施形態で説明した方法で、液滴Ｄの物理量を計測できる。なお、回折素子の例は、回折格子またはホログラム素子である。
【０１６８】
（変形例７）
上記実施形態によれば、シリンドリカルレンズ１２Ａ，１２Ｂが発生する収束部１４Ａ，１４Ｂは、どちらも光学部１２と光検出器２１との間の光路（光路ＡＸ）上に位置する。ただし、液滴Ｄが光ビームＢを通過する部分において、ビーム幅Ｌｚが液滴Ｄの幅Ｄｚ以下になるのであれば、収束部１４Ａ，１４Ｂが光学部１２と光検出器２１との間の光路上になくてもよい。具体的には、収束部１４Ａ，１４Ｂの一方または双方が、光検出器２１上または光検出器２１の位置より後方に位置するように、シリンドリカルレンズ１２Ａ，１２Ｂが配置されてもよい。
【０１６９】
また上記実施形態では、収束部１４Ａ，１４Ｂは、光発生器１１側からこの順番で光路ＡＸ上に位置する。しかしながら、液滴Ｄが光ビームＢを通過する部分において、ビーム幅Ｌｚが液滴Ｄの幅Ｄｚ以下になるのであれば、収束部１４Ａ，１４Ｂは、光検出器２１側からこの順番で光路ＡＸ上に位置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１７０】
【図１】本実施形態の液滴吐出装置の模式図。
【図２】本実施形態における液滴と光ビームとの関係を示す図であり、（ａ）は１つの液滴が光ビームを通過する場合を示す模式図であり、（ｂ）は、（ａ）における液滴の通過に応じて現れる液滴通過波形を示す図であり、（ｃ）は２つの液滴（メインとサテライト）が引き続いて光ビームを通過する場合を示す模式図であり、（ｄ）は、（ｃ）における液滴の通過に応じて現れる液滴通過波形を示す図である。
【図３】本実施形態における光学部を示す模式図。
【図４】本実施形態における光学部を通過した光ビームの形状を示す模式図であり、（ａ）は光ビームの斜視図であり、（ｂ）は光ビームのＺＸ断面を示す図であり、（ｃ）は光ビームのＸＹ断面を示す図である。
【図５】本実施形態の２つのシリンドリカルレンズの位置関係を示す模式図であり、（ａ）は２つのシリンドリカルレンズの位置関係が、液滴の大きさに対して適正な場合を示す図であり、（ｂ）および（ｃ）は、２つのシリンドリカルレンズの位置関係が、液滴の大きさに対して適性でない場合を示す図である。
【図６】本実施形態の計測装置とノズルとの位置合せ工程を説明する図。
【図７】（ａ）から（ｅ）は、本実施形態の計測装置とノズルとの位置合せ工程を説明する図である。
【図８】本実施形態における液滴の体積の測定工程を説明する概念図。
【図９】本実施形態の計測装置における信号処理部の模式図。
【図１０】本実施形態における液滴の体積の測定工程のフローを示す図。
【図１１】（ａ）および（ｂ）は、本実施形態のキャリブレーション工程を説明する概念図である。
【図１２】本実施形態のキャリブレーション装置の模式図。
【図１３】（ａ）および（ｂ）は、本実施形態のキャリブレーション工程を説明する図である。
【図１４】（ａ）および（ｂ）は、本実施形態のオフセット工程を説明する図。
【図１５】本実施形態の液滴吐出装置の模式図。
【図１６】本実施形態の計測装置とヘッドとの位置関係を示す模式図。
【図１７】（ａ）および（ｂ）は、本実施形態のヘッドの模式図である。
【図１８】本実施形態の液滴吐出装置における制御部の機能ブロック図。
【図１９】従来の検査装置の模式図。
【符号の説明】
【０１７１】
１…計測装置、１０…照射部、１１…光発生器、１２…光学部、１２Ａ，１２Ｂ…シリンドリカルレンズ、１３Ａ，１３Ｂ…母線、１４Ａ，１４Ｂ…収束部、２０…検出部、２１…光検出器、２２…信号処理部、２４…サンプリング部、２５…メモリ、２６…補正部、２７…半径導出部、２８…遅延器、２９…部分体積演算部、３０…ラッチ回路、３１…加算器、３２…ラッチ回路、３３…ＣＰＵ、３４…ＲＯＭ、３５…ＲＡＭ、３６…外部インターフェース部、３７…バス、４０，４１…ワイヤ、４５…キャリブレーション装置、１００…液滴吐出装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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