(57)【要約】【課題】液滴吐出ヘッドのノズル孔から吐出されて飛行する液滴を、簡単な構成で、かつ正確に観測することができる液滴観測方法および液滴観測装置を提供すること。【解決手段】液滴吐出ヘッド１００のノズル孔１０１から吐出されて飛行する液滴２００を観測する液滴観測装置１であって、液滴２００に照明光２３を照射する照明光照射手段２と、液滴２００の画像を撮影するカメラ４と、カメラ４を液滴２００の飛行方向と同方向に移動させる移動手段３と、液滴吐出ヘッド１００の作動と、照明光照射手段２の照明光照射タイミングと、カメラ４の撮影タイミングと、移動手段３の作動とを制御する制御手段６とを備え、移動手段３の作動により飛行する液滴２００に伴ってカメラ４を移動させつつ、照明光照射手段２により液滴２００に照明光２３を照射し、照明された液滴２００の画像をカメラ４により撮影し、その撮影された画像に基づいて液滴２００を観測する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴吐出ヘッドのノズル孔から吐出されて飛行する液滴を観測する液滴観測方法であって、
前記液滴の飛行方向と同方向にカメラを移動させつつ、前記液滴に照明光を照射し、照明された前記液滴の画像を前記カメラにより撮影し、その撮影された画像に基づいて前記液滴を観測することを特徴とする液滴観測方法。
【請求項２】
液滴吐出ヘッドのノズル孔から吐出されて飛行する液滴を観測する液滴観測装置であって、
前記液滴に照明光を照射する照明光照射手段と、
前記液滴の画像を撮影するカメラと、
前記カメラを前記液滴の飛行方向と同方向に移動させる移動手段と、
前記液滴吐出ヘッドの作動と、前記照明光照射手段の照明光照射タイミングと、前記カメラの撮影タイミングと、前記移動手段の作動とを制御する制御手段とを備え、
前記移動手段の作動により飛行する前記液滴に伴って前記カメラを移動させつつ、前記照明光照射手段により前記液滴に照明光を照射し、照明された前記液滴の画像を前記カメラにより撮影し、その撮影された画像に基づいて前記液滴を観測することを特徴とする液滴観測装置。
【請求項３】
前記移動手段は、前記カメラが前記液滴を撮影するときの前記カメラの移動速度が予め測定された液滴の飛行速度とほぼ同じ速度となるように前記カメラを移動させる請求項２に記載の液滴観測装置。
【請求項４】
前記カメラは、電子画像を撮像する電子カメラである請求項２または３のいずれかに記載の液滴観測装置。
【請求項５】
前記カメラにより撮影された前記液滴の画像を画像処理することにより当該液滴に関する情報を得る画像処理手段をさらに備える請求項２ないし４のいずれかに記載の液滴観測装置。
【請求項６】
前記画像処理手段は、前記画像処理により前記液滴の体積に関する情報を得る請求項５に記載の液滴観測装置。
【請求項７】
前記ノズル孔から吐出された複数の前記液滴を同時に前記カメラによって撮像し、
前記画像処理手段は、その画像を画像処理することにより、前記複数の液滴の体積の平均値を求める請求項６に記載の液滴観測装置。
【請求項８】
前記移動手段は、前記カメラの位置を検出する位置検出手段を有し、
前記制御手段は、前記カメラが予め設定された位置まで移動してきたのを前記位置検出手段が検出したときに前記液滴吐出ヘッドへの吐出開始命令を出すとともに、該吐出開始命令に遅れてトリガ信号を出力し、該トリガ信号に基づいて前記照明光照射手段の照明光照射タイミングおよび前記カメラの撮影タイミングを制御する請求項２ないし７のいずれかに記載の液滴観測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出ヘッドのノズル孔から吐出されて飛行する液滴を観測することができる液滴観測方法および液滴観測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液滴吐出装置（インクジェット描画装置）を用いて、液晶表示装置、有機ＥＬ（Electro-Luminescence）装置、電子放出装置、ＰＤＰ（Plasma Display Panel）装置、電気泳動表示装置等を製造することが提案されている。
このような液滴吐出装置では、各液滴をワーク上の正確な位置に着弾させる必要があるので、液滴吐出装置の制御を行う場合、あるいは液滴吐出装置の開発・設計を行う場合などには、液滴吐出ヘッドのノズルから吐出されて飛行する液滴の飛行状態（例えば、体積、形状、飛行方向、飛行速度、着弾位置等）を観測する必要がある。
【０００３】
従来、飛行する液滴の飛行状態を計測するに当たっては、複数の照明ランプおよびＣＣＤカメラを有する撮像光学装置により、異なる２つの方向からの画像を撮像し、飛行状態を計測している（例えば、特許文献１参照）。
ところで、吐出された液滴は、速度が数ｍ／ｓで飛行している。このような液滴に対し、上記従来の方法では、照明ランプをストロボ発光させて、固定的に設置されたＣＣＤカメラによって、画像を撮像している。しかし、撮像した画像には、ブレが生じ、このブレが液滴の飛行状態を計測する際の誤差の原因になるという問題がある。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１０５３０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、液滴吐出ヘッドのノズル孔から吐出されて飛行する液滴を、簡単な構成で、かつ正確に観測することができる液滴観測方法および液滴観測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の液滴観測方法は、液滴吐出ヘッドのノズル孔から吐出されて飛行する液滴を観測する液滴観測方法であって、
前記液滴の飛行方向と同方向にカメラを移動させつつ、前記液滴に照明光を照射し、照明された前記液滴の画像を前記カメラにより撮影し、その撮影された画像に基づいて前記液滴を観測することを特徴とする。
これにより、液滴の画像に生じるブレを抑制することができる。また、液滴の画像を撮像する際の光量を十分に確保できるので、明るい画像を得ることができる。従って、このような鮮明な画像を撮像することができることにより、液滴の飛行状態を高精度に測定することが可能となっている。
【０００７】
本発明の液滴観測装置は、液滴吐出ヘッドのノズル孔から吐出されて飛行する液滴を観測する液滴観測装置であって、
前記液滴に照明光を照射する照明光照射手段と、
前記液滴の画像を撮影するカメラと、
前記カメラを前記液滴の飛行方向と同方向に移動させる移動手段と、
前記液滴吐出ヘッドの作動と、前記照明光照射手段の照明光照射タイミングと、前記カメラの撮影タイミングと、前記移動手段の作動とを制御する制御手段とを備え、
前記移動手段の作動により飛行する前記液滴に伴って前記カメラを移動させつつ、前記照明光照射手段により前記液滴に照明光を照射し、照明された前記液滴の画像を前記カメラにより撮影し、その撮影された画像に基づいて前記液滴を観測することを特徴とする。
これにより、液滴の画像に生じるブレを抑制することができる。また、液滴の画像を撮像する際の光量を十分に確保できるので、明るい画像を得ることができる。従って、このような鮮明な画像を撮像することができることにより、液滴の飛行状態を高精度に測定することが可能となっている。
【０００８】
本発明の液滴観測装置では、前記移動手段は、前記カメラが前記液滴を撮影するときの前記カメラの移動速度が予め測定された液滴の飛行速度とほぼ同じ速度となるように前記カメラを移動させることが好ましい。
これにより、カメラから観た液滴の速度、すなわち、カメラと液滴との相対速度が小さくなるので、液滴の画像に生じるブレを少なくすることができる。
【０００９】
本発明の液滴観測装置では、前記カメラは、電子画像を撮像する電子カメラであることが好ましい。
これにより、撮像した電子画像を画像処理によってより処理し易くし、飛行する液滴をより正確に観測することができる。
本発明の液滴観測装置では、前記カメラにより撮影された前記液滴の画像を画像処理することにより当該液滴に関する情報を得る画像処理手段をさらに備えることが好ましい。
これにより、撮影された液滴の画像をより正確に処理することができ、飛行する液滴の観測を容易に行うことができる。
【００１０】
本発明の液滴観測装置では、前記画像処理手段は、前記画像処理により前記液滴の体積に関する情報を得ることが好ましい。
これにより、液滴の体積をより正確に観測することができる。
本発明の液滴観測装置では、前記ノズル孔から吐出された複数の前記液滴を同時に前記カメラによって撮像し、
前記画像処理手段は、その画像を画像処理することにより、前記複数の液滴の体積の平均値を求めることが好ましい。
これにより、より正確な液滴の体積を算出することができる。
【００１１】
本発明の液滴観測装置では、前記移動手段は、前記カメラの位置を検出する位置検出手段を有し、
前記制御手段は、前記カメラが予め設定された位置まで移動してきたのを前記位置検出手段が検出したときに前記液滴吐出ヘッドへの吐出開始命令を出すとともに、該吐出開始命令に遅れてトリガ信号を出力し、該トリガ信号に基づいて前記照明光照射手段の照明光照射タイミングおよび前記カメラの撮影タイミングを制御することが好ましい。
これにより、液滴の画像に生じるブレをさらに抑制することができる。また、液滴の画像を撮像する際の光量を十分に確保できるので、より明るい画像を得ることができる。従って、このような鮮明な画像を撮像することができることにより、液滴の飛行状態をより高精度に測定することが可能となっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の液滴観測方法および液滴観測装置を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の液滴観測装置の実施形態を示す側面図、図２および図３は、カメラにより撮像された電子画像を示す図である。なお、便宜上、図１は、ブロック図も兼ねている。また、以下では、説明の都合上、特に述べない限り、図１および図２中の上方を「上」、下方を「下」として説明する。
【００１３】
図１に示すように、液滴観測装置１は、液滴吐出ヘッド１００のノズル孔１０１から液受け部５００に向けて吐出されて飛行する液滴２００を観測する装置である。この液滴観測装置１は、液滴２００に照明光２３を照射する照明光照射手段２と、液滴２００の画像を撮影（撮像）するカメラ４と、カメラ４を液滴２００の飛行方向と同方向に移動させる移動手段３と、液滴吐出ヘッド１００の作動と、照明光照射手段２の照明光照射タイミングと、カメラ４の撮影タイミングと、移動手段３の作動とを制御する制御装置（制御手段）６と、ディスプレイ１２とを備えている。なお、液滴吐出ヘッド１００と液受け部５００との距離（図１中のｈで示す距離）は、特に限定されないが、１０〜１００ｍｍ程度が好ましく、１０〜５０ｍｍ程度がより好ましい。
このような液滴観測装置１は、移動手段３の作動により、飛行する液滴２００に伴ってカメラ４を移動させつつ、照明光照射手段２により液滴２００に照明光２３を照射し、照明された液滴２００の画像をカメラ４により撮影し、その撮影された画像に基づいて液滴２００を観測する。
【００１４】
従来では、飛行する液滴２００の画像の撮像は、液滴２００に照射する照明光２３をストロボ発光させて、固定的に設置されたカメラ４によって、照射した瞬間の液滴２００の画像を撮像していた。しかし、飛行する液滴２００の飛行速度は、高速（例えば、１０ｍ／ｓ）で移動しており、撮像した該液滴２００の画像にブレが生じていた。
また、このブレを抑制するように、照明光２３をストロボ発光させる時間を短く設定すると、液滴２００の画像を撮像する際の光量が低下し、撮像した画像が暗い画像となる。
【００１５】
一方、本発明では、カメラ４を液滴２００の飛行方向と同方向に移動させつつ、この液滴２００に照明光２３を照射している。なお、より好ましくは、カメラ４を液滴２００の飛行方向と同方向にほぼ同じ速度で移動させるのがよい。これにより、該液滴２００の画像に生じるブレを抑制することができる。
これにより、カメラ４の露光時間（電荷蓄積時間）を従来に比べて長く設定することができる。その結果、低光量でもブレが生じることなく、鮮明に撮像することができるので、ストロボ電源２１の出力を抑えることができる等の撮影光学上の利点が得られる。
【００１６】
また、液滴２００の画像を撮像する際の光量を十分に確保できるので、明るい画像を得ることができる。
従って、このような鮮明な画像を撮像することができることにより、液滴２００の飛行状態を高精度に測定することが可能となっている。なお、観測することができる液滴２００の飛行状態としては、特に限定されないが、例えば、形状（体積に関する情報等）、飛行曲がり、飛行速度、飛行方向等が挙げられる。
【００１７】
図２に示すように、液滴吐出ヘッド１００のノズル面（ノズルプレート）１０２には、ノズル孔１０１が形成されている。ノズル孔１０１には、これに連通する圧力室とこの圧力室内に充填された液体の圧力を変化させるアクチュエータ（いずれも図示せず）が設けられている。液滴吐出ヘッド１００は、このアクチュエータを駆動することにより、圧力室内の液体をノズル孔１０１から液滴２００として吐出する。液滴吐出ヘッド１００が備えるアクチュエータは、特に限定されず、圧電アクチュエータで構成されていても、液体を加熱して気泡を生じさせる発熱体で構成されていてもよい。
この液滴吐出ヘッド１００は、ヘッド駆動部（ヘッドドライバ）３００により駆動される。ヘッド駆動部３００は、制御装置６の制御に基づき、所定のタイミング（駆動周波数）で吐出信号を生成する。液滴吐出ヘッド１００は、ヘッド駆動部３００から入力された吐出信号によりアクチュエータが作動し、液滴２００を吐出する。
【００１８】
液滴吐出ヘッド１００が吐出する液体（分散液を含む）としては、特に限定されるものではなく、例えば、インク、カラーフィルタのフィルタ材料、有機ＥＬ装置におけるＥＬ発光層を形成するための蛍光材料、ＰＤＰ装置における蛍光体を形成するための蛍光材料、電気泳動表示装置における泳動体を形成する泳動体材料、基板の表面にバンクを形成するためのバンク材料、各種コーティング材料、電極を形成するための液状電極材料、２枚の基板間に微小なセルギャップを構成するためのスペーサを構成する粒子材料、金属配線を形成するための液状金属材料、マイクロレンズを形成するためのレンズ材料、レジスト材料、光拡散体を形成するための光拡散材料等が挙げられる。
【００１９】
図１に示すように、制御装置６は、照明光照射手段２、移動手段３、カメラ４、ディスプレイ１２およびヘッド駆動部３００をそれぞれ制御する。この制御装置６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６１と、記憶部（記憶手段）６２とを有している。記憶部６２は、ＣＰＵ６１に読み取り可能な記憶媒体（記録媒体）を有しており、この記憶媒体は、磁気的、光学的記録媒体、もしくは半導体メモリ等で構成されている。
【００２０】
ディスプレイ１２は、例えばＣＲＴ（Cathode-Ray Tube）、液晶ディスプレイなどで構成されており、例えば操作画面、データ入力画面、カメラ４により撮像された電子画像等を表示することができる。
移動手段３は、上下方向に延在するガイドレール３１の案内により上下方向に沿って移動可能に設置され、カメラ４を積載するベース３２と、ガイドレール３１と同方向に設置され、ベース３２に連結されたボールネジ３３と、ボールネジ３３に回転力を与えるサーボモータ３４と、カメラ４の位置を検出する位置検出装置（位置検出手段）３５とを有している。なお、位置検出装置３５としては、特に限定されないが、例えば、エンコーダ、レーザ測長器等を用いることができる。
【００２１】
この移動手段３は、カメラ４が液滴２００を撮影するときのカメラ４の移動速度が予め測定された液滴２００の飛行速度とほぼ同じ速度となるようにカメラ４を移動させる。なお、液滴２００の飛行速度の測定手段としては、特に限定されないが、例えば、高速度カメラを利用したもの、レーザ光および受光素子を利用したもの等が挙げられる。
このような移動手段３により、カメラ４から観た液滴２００の速度、すなわち、カメラ４と液滴２００との相対速度が小さくなる。これにより、停止しているような液滴２００を観測することができ、前述の効果をより確実に得ることができる。
【００２２】
照明光照射手段２は、ストロボ電源２１と、照明光２３を照射させる照明光照射部２２とを有している。この照明光照射手段２は、液滴２００に、その飛行方向に対し側方から照明光２３を照射するように設置されている（図１参照）。制御装置６の制御に基づき、ストロボ電源２１に外部信号が入力され、これに伴い、照明光照射部２２を作動させ、照明光２３がストロボ照射（発光）する。
【００２３】
カメラ４は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の固体撮像素子と、ズームレンズ４１とを有し、飛行領域４００を飛行する液滴２００の電子画像を撮像する電子カメラである。例えば、このズームレンズ４１を望遠にすることにより、カメラ４は、拡大された液滴２００の画像を撮像することができる。
これにより、撮像した電子画像を画像処理によってより処理し易くし、飛行する液滴２００をより正確に観測することができる。
【００２４】
図示の構成では、カメラ４は、液滴２００の飛行領域４００を介して照明光照射部２２の反対側に設置されている。すなわち、照明光２３は、飛行領域４００を介してカメラ４と反対側から照射される。
さらに、液滴観測装置１は、カメラ４により撮影された液滴２００の画像を画像処理することにより、この液滴２００に関する情報を得る画像処理装置（画像処理手段）５を備えている（図１参照）。なお、この画像処理装置５は、制御装置６により制御されている。また、撮影された画像は、画像処理装置５の記憶部５１に取り込まれる。
これにより、撮影された液滴２００の画像をより正確に処理することができ、飛行する液滴２００の測定（観測）を容易に行うことができる。
【００２５】
制御装置６は、次に説明するように、照明光照射手段２、移動手段３、カメラ４、ヘッド駆動部３００および画像処理装置５を制御する。
まず、制御手段６は、計測（測定）開始命令を出し、移動手段３の作動により、カメラ４を予め設定された位置（初期位置）まで移動させる。なお、この初期位置は、任意に設定され得る。また、該初期位置は、特に限定されず、例えば、カメラ４のズームレンズ４１の中心軸と液滴吐出ヘッド１００のノズル面１０２とが同じ高さになるような位置、移動手段３のベース３２の上面３２１と液滴吐出ヘッド１００のノズル面１０２とが同じ高さになるような位置等に設定（選択）することができる。
【００２６】
次に、制御手段６は、移動手段３の位置検出装置３５が前述した位置を検出したときに、液滴２００の吐出が停止している液滴吐出ヘッド１００に液滴２００の吐出を開始するように、吐出開始命令を出す。そして、制御手段６は、この吐出開始命令によりヘッド駆動部３００を駆動させ、液滴吐出ヘッド１００のノズル孔１０１から液滴２００を吐出させる。また、制御手段６は、前記吐出開始命令を出すとともに、内蔵するタイマーにより前記吐出開始命令に対する遅延時間を計測し、この遅延時間で遅れたトリガ信号を出力する。なお、この遅延時間は、任意に設定され得る。これにより、液滴２００の画像の撮像を開始する時間を設定（選択）することができる。
【００２７】
次に、制御手段６は、前記トリガ信号に基づいて、照明光照射手段２の照明光照射タイミング（ストロボ発光タイミング）およびカメラ４の撮像タイミングを制御し、照明光照射手段２の作動により照明光２３を照射（ストロボ発光）させつつ、移動手段３の作動により液滴２００とともに移動しているカメラ４により液滴２００の飛行領域４００の画像を撮像する。
【００２８】
次に、制御手段６は、画像処理装置５により撮像した画像を画像処理し、画像処理した画像（画像データ）を画像処理装置５の記憶部５１に保存する（取り込む）。なお、画像処理としては、特に限定されないが、二値化処理が一般的に用いられる。
このような制御により、前述の効果をより確実に得ることができる。
上記のような制御によって撮像された電子画像には、図２に示すように、ノズル孔１０１から吐出された１つの液滴２００が写っており、この液滴２００は、形状がほぼ円形となっている。
【００２９】
画像処理装置５は、この電子画像を画像処理することにより、液滴２００の飛行状態に関する情報を得るように構成されている。
本実施形態では、画像処理装置５は、液滴２００の飛行状態に関する情報として、液滴２００の体積を算出する。この場合、まず、画像処理装置５は、撮像した液滴２００の画像を二値化処理し、二値化処理したこの液滴２００自体の画像を線対称の形状（図２中では、円形）の図形６００として近似する。
【００３０】
次に、画像処理装置５は、この図形６００の輪郭線６０１で囲まれた領域６０２を抽出する。そして、この画像処理装置５は、この領域６０２を対称軸（図２中の一点鎖線）に対して、回転させたときの体積を液滴２００の体積として算出する。
また、カメラ４は、液滴２００の飛行方向と同方向にほぼ同じ速度で移動しているので、例えば、カメラ４のズームレンズ４１を広角にすることにより、カメラ４は、一つの画像中に複数（図３中では、３つ）の液滴２００の画像を撮像することができる。
【００３１】
液滴２００の体積を算出することにおいて、このような複数の液滴２００のそれぞれの体積を前述のように算出し、それらの平均値を採り、この平均値を液滴２００の体積としてもよい。これにより、より正確な液滴２００の体積を算出することができる。また、図３のような画像を得ることにより、飛行する液滴２００の速度に関する情報も得ることができる。
【００３２】
なお、移動手段３は、本実施形態のように、ボールネジ３３を利用したものに限定されることなく、いかなる構造を利用したものでもよく、例えば、タイミングベルト等のベルト、ラック＆ピニオンギア、リニアモータなどを利用した任意の構成とすることができる。また、ベース３２の位置精度をより向上させるようにリニアスケールを設置した構成としてもよい。
【００３３】
また、液受け部５００は、本実施形態のように、液滴観測装置１に設けていることに限定されず、特に設けなくてもよい。
また、液滴２００の体積を求める算出は、本実施形態のように、線対称図形を対称軸に対して回転させて算出されることに限定されず、任意の算出で体積を求めてもよい。
また、図２中には、説明上、液滴吐出ヘッド１００のノズル面１０２が入っているが、カメラ４で撮像する実際の電子画像には、ノズル面１０２は、写っていなくてもよい。
【００３４】
以上、本発明の液滴観測方法および液滴観測装置を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。液滴観測装置を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の液滴観測装置の実施形態を示す側面図である。
【図２】カメラにより撮像された電子画像を示す図である。
【図３】カメラにより撮像された電子画像を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１……液滴観測装置  ２……照明光照射手段  ２１……ストロボ電源  ２２……照明光照射部  ２３……照明光  ３……移動手段  ３１……ガイドレール  ３２……ベース  ３２１……上面  ３３……ボールネジ  ３４……サーボモータ  ３５……位置検出装置  ４……カメラ  ４１……ズームレンズ  ５……画像処理装置  ５１……記憶部  ６……制御装置  ６１……ＣＰＵ  ６２……記憶部  １２……ディスプレイ  １００……液滴吐出ヘッド  １０１……ノズル孔  １０２……ノズル面  ２００……液滴  ３００……ヘッド駆動部  ４００……飛行領域  ５００……液受け部  ６００……図形  ６０１……輪郭線  ６０２……領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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