(57)【要約】【課題】回折パターンを用いて経時変化する液滴形状に適した計測条件の最適化方法を提供する。【解決手段】経時変化する液滴の形状計測において、撮像された回折パターンからコントラスト情報を抽出し（ステップＳ４−２）、回折パターンの中央部のコントラストを、液滴の接触径を計測可能なコントラストになるように調整する（ステップＳ４−７）。そして接触径を計測し、計測された接触径に基づいて、レーザー光のビーム径を最適化する。上記の工程を経て得られた回折パターンを解析することで液滴形状を計測し、計測結果を時系列に並べることで液滴の形状変化を計測する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の液滴にレーザー光を照射して発生する回折パターンを撮像することで液滴形状の変化を計測する液滴計測方法において、
回折パターンの中心部のコントラストを調整する第１の工程と、
コントラストを調整した回折パターンの中心部における半径方向の輝度分布から、液滴の接触径を計測する第２の工程と、
液滴の接触径に基づいて、レーザー光のビーム径を液滴形状の計測のために最適化する第３の工程と、を有し、
ビーム径を最適化したレーザー光によって撮像された回折パターンを解析することで、液滴形状を計測することを特徴とする液滴計測方法。
【請求項２】
前記第３の工程において、レーザー光のビーム径を液滴の接触径の１倍以上５倍以下に調整することをことを特徴とする請求項１記載の液滴計測方法。
【請求項３】
基板上の液滴にレーザー光を照射して発生する同心円状の回折パターンを撮像することで液滴形状の変化を計測する液滴計測装置において、
レーザー光を発生するレーザー光源と、
レーザー光を液滴に照射して発生する回折パターンを撮像する撮像装置と、
回折パターンのコントラストを調整する手段と、
コントラストを調整した回折パターンの中心部における半径方向の輝度分布から液滴の接触径を計測する手段と、
液滴の接触径に基づいてレーザー光のビーム径を調整する制御系と、を有することを特徴とする液滴計測装置。
【請求項４】
前記制御系が、少なくとも１つのレンズを含む光学系を有し、前記レンズの光軸上の位置を変更することで、液滴に照射されるレーザー光のビーム径を調整することを特徴とする請求項３記載の液滴計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に配置した微小な液滴の形状変化を、回折パターンを用いて計測するための液滴計測方法及び液滴計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体表面上に滴下された液滴は、液滴の物性や、基板状態、あるいは液滴と基板を取り巻く雰囲気などで、形状が経時的に変化する。従って、逆にこのような液滴の経時的な形状変化を計測することで、上記のような様々なパラメータを評価・計測することが可能であると考えられる。
【０００３】
液滴の形状変化が最も重要な分野として、インクジェット技術など、ピコリットルオーダーの微小な液滴を用いて膜を塗布し、デバイスを形成する技術がある。微小液滴による膜の塗布技術では、膜材料を含む液体を基板上に描画し、その液滴を乾燥させることで膜を形成する。このとき形成される膜の形状は液滴の乾燥過程での形状変化挙動の影響を受けることがわかっている。そのため、乾燥状態を制御し、任意の膜を高精度に形成していくためには、乾燥途中の液滴の形状変化を評価できなくてはならない。
【０００４】
このような微小液滴の乾燥挙動計測は、微小液滴の形状計測技術を連続的に行なうことで可能となると考えられる。１００μｍ以下の微小液滴の形状を計測する方法として、非特許文献１に記載のような、微小な液滴にレーザー光を当てると観察される回折パターンから液滴形状を計測する方法がある。この方法で発生する回折パターンは、原理的に液滴の形状によって固有である。従って、１つの回折パターンから１つの液滴形状を求めることができる。この方法は、装置構成が非常に簡便であり、かつμｍオーダーの液滴形状を回折パターンというマクロな現象で観察することができるという特徴がある。さらには１つの回折パターンから形状を導出することが可能なことから、高速な形状変形計測にも追従できると考えられる。従って本方法を用いて、液滴の形状を経時的に計測していけば、微小液滴の経時的な形状変化を計測可能と考えられる。
【０００５】
【非特許文献１】第６８回応用物理学会学術講演会講演予講集Ｎｏ．３，  ｐ．１２３９，  ７ａ−Ｂ−９（２００７年９月４日発行）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記に挙げた液滴形状の計測方法を液滴変化の計測に滴用しようとすると、下記のような点について問題がある。
【０００７】
非特許文献１に記載の方法は、計測方法の特性上、獲得する回折パターンには十分なコントラストが必要である。獲得する回折パターンのコントラストが不足している場合、液滴の形状計測結果が不正確になるか、計測そのものができなくなってしまう。ところが、回折パターンのコントラストには、撮像装置の露光時間、液滴に照射するレーザービームの直径とビーム強度の他、液滴の形状そのものも影響する。そのため、非特許文献１に記載の計測では、計測実施前に液滴の形状に応じて、レーザービーム強度や露光時間、ビームスポット径などを予め調整しておく必要があった。しかしながら、この調整は計測前の１度のみであった。そのため、非特許文献１に記載の方法で液滴の形状変化を計測しようとすると、計測途中で液滴形状と装置条件が適応せず、計測ができないという課題があった。
【０００８】
本発明では、回折パターンを用いて液滴形状を計測する工程において、レーザー光のビーム径をリアルタイムで最適化し、液滴の形状変化を高精度で計測することのできる液滴計測方法及び液滴計測装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の液滴計測方法は、基板上の液滴にレーザー光を照射して発生する回折パターンを撮像することで液滴形状の変化を計測する液滴計測方法において、回折パターンの中心部のコントラストを調整する第１の工程と、コントラストを調整した回折パターンの中心部における半径方向の輝度分布から、液滴の接触径を計測する第２の工程と、液滴の接触径に基づいて、レーザー光のビーム径を液滴形状の計測のために最適化する第３の工程と、を有し、ビーム径を最適化したレーザー光によって撮像された回折パターンを解析することで、液滴形状を計測することを特徴とする。
【００１０】
本発明の液滴計測装置は、基板上の液滴にレーザー光を照射して発生する同心円状の回折パターンを撮像することで液滴形状の変化を計測する液滴計測装置において、レーザー光を発生するレーザー光源と、レーザー光を液滴に照射して発生する回折パターンを撮像する撮像装置と、回折パターンのコントラストを調整する手段と、コントラストを調整した回折パターンの中心部における半径方向の輝度分布から液滴の接触径を計測する手段と、液滴の接触径に基づいてレーザー光のビーム径を調整する制御系と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
回折パターンを用いて液滴を計測する工程において、経時的に変化する液滴形状を、リアルタイムで適切なコントラストに調整した回折パターンによって継続的に計測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１に示す液滴計測装置は、レーザー光を発生するレーザー光源１と、光学系であるレンズユニット２と、を有し、基板３は光軸に対し垂直に設置する。基板上には、計測時に液滴４を配置する。基板３に液滴４が配置され、液滴４にレーザー光が入射したとき発生する同心円状の回折パターンは、検出器５に投影される。検出器５に投影された回折パターンを撮像装置６によって撮像し、解析装置７により解析する。制御装置８は、解析装置７に接続され、レンズユニット２と、撮像装置６と、レーザー光源１のそれぞれに接続する制御系８ａ、８ｂ、８ｃを備える。
【００１４】
本願の発明者らは、回折パターンを用いた微小液滴の形状変化計測において、回折パターンのコントラストを常に好適に保つために、下記のような工程によるフィードバックが必要であることを見出した。
【００１５】
第１の工程は、撮像される回折パターンのコントラストを液滴の接触径が求められる状態に調整する工程である。第２の工程は、第１の工程でコントラストが調整された回折パターンから接触径を求める工程である。そして第３の工程は、第２の工程で求めた接触径に基づいて、液滴に入射するレーザー光のビーム径を適切に調整（最適化）する工程である。
【００１６】
前述した通り、回折パターンのコントラストには、液滴形状と撮像装置の露光時間、液滴に照射するレーザー光のビーム径及びビーム強度が影響している。本願の発明者らは、この中で、最も重要な要素は照射するレーザー光のビーム径であることを見出した。露光時間やビーム強度などは検出器の性能に依存するものであるが、ビーム径は、同じ強度のレーザー光を液滴に入射するとき、ビーム径が大きく、液滴の接触径が小さいほど回折に寄与するビーム強度は低下する。回折パターンに寄与するビーム強度が小さければ、そもそも十分なコントラストの回折パターンを獲得することは不可能である。すなわち、ビーム径は、計測に十分なコントラストの回折パターンを得るために、最も変化させなくてはいけないパラメータである。
【００１７】
本願の発明者らは、このビーム径が液滴の接触径に対して、１倍以上５倍以下であることが望ましいことを発見した。液滴の形状変化計測においては、接触径の変化に従いビーム径を上記の条件に収まるように調整する必要がある。従って、回折パターンを用いて形状変化計測を実施するためには、接触径に対してビーム径が最適かどうかを判断し、ビーム径を変更する工程が必要となる。
【００１８】
しかしながら、通常の形状計測アルゴリズムでは、形状計測時間よりも、液滴の形状変化のほうが高速であり、測定結果をそのままフィードバックすることは困難である。そのため、通常の形状計測アルゴリズムより高速な接触径計測を行なう方法が必要となる。
【００１９】
これを実現するためには、従来よりも少ない情報から接触径を計測できればよい。ここで、接触径の情報が同心円状の中心部のパターンに多く含まれていることに着目した。中心近くの回折パターンは、明暗が明瞭であり、ビーム径が液滴の接触径に比べ大きすぎる場合でも、容易にパターンを判断可能である。従って、同心円状の回折パターンの中心から、中心に近い範囲内（中心部）の半径方向の輝度分布を計測することで、高速に接触径を導出できると考えた。ところが、回折パターンの中心近辺では、回折パターン内の他の部分と比較して特に輝度が高い。さらに、液滴の曲率が大きいほど、中心近辺の強度は強くなることがわかっている。そのため、回折パターン中心付近の明暗が飽和してしまう場合が多々ある。また、逆にレーザー強度が低すぎる場合や、撮像の露光時間が短すぎる場合では、明暗が確認できないような暗い画像になってしまうこともある。従って、単純に中心近辺の輝度情報から接触径を計測しようとすると、液滴の形状や装置条件によっては接触径の情報が獲得できない回折パターンとなってしまう。
【００２０】
以上の理由より、回折パターンを用いて液滴の形状変化計測を行なうためには、下記の工程を順に行ない、装置にフィードバックをかける必要がある。
【００２１】
第１の工程は、撮像された回折パターンを用いて、特に中心部のコントラストを接触径が計測可能な状態に調整する工程である。第２の工程は、コントラストが調整された回折パターンから、接触径を求める工程である。第３の工程は、第２の工程で求めた接触径に基づいて液滴形状の計測に適したビーム径にレーザー光を調整する工程である。これらの工程を高速に行ない、経時的に変化する液滴の形状を高精度で計測可能な回折パターンを連続的に獲得する。
【００２２】
次に、本発明による液滴計測方法の流れを図２（ａ）、（ｂ）に従って説明する。
【００２３】
図２（ａ）は回折パターンを用いて微小液滴の形状変化を計測する工程を示すフローチャートを示す。
【００２４】
ステップＳ１は基板上に液滴を形成する工程である。次にステップＳ２において、レーザー光源から射出されたレーザー光とレンズユニットによって調整されたレーザー光が、基板上の液滴に入射する。ステップＳ３において回折パターンが発生する。このとき微小な液滴であると、回折パターンはほぼ同心円状になる。ステップＳ４はステップＳ３で発生した回折パターンを検出器に投影し、撮像装置で撮像した後、解析装置で液滴形状を計測する工程である。このような工程により、経時的に計測された液滴形状を時系列に整理することで、液滴形状の変化が計測される。
【００２５】
しかしながら、前述した通りステップＳ１〜Ｓ５だけでは、計測に適さない回折パターンを獲得することがあり、液滴の形状変化を計測することは困難である。
【００２６】
そこで、図２（ｂ）に示すように、ステップＳ４の中でより詳細な工程を必要とする。
【００２７】
ステップＳ４−１はステップＳ３によって発生した回折パターンを撮像装置で記録する工程である。ここで撮像された画像を元に、経時変化計測に必要な装置条件を判断する。
【００２８】
ステップＳ４−２は回折パターンからコントラスト情報を抽出する工程である。ここでいうコントラスト情報とは、撮像した回折パターン画像の、同心円の中心から半径方向の輝度分布である。回折パターンの中心部のコントラストは、液滴の接触径の情報を含んでいることがわかっている。従ってステップＳ４−２では特に回折パターンの中心に近い部分でのコントラスト情報を抽出することが望ましい。
【００２９】
ステップＳ４−３は、ステップＳ４−２で抽出したコントラスト情報から接触径を計測することが可能かどうかを判断する工程である。コントラストが十分に高い画像であれば、接触径を計測することができるが、画像全体が飽和しているか、著しく画像が暗い場合は、コントラストが低く接触径の計測は困難である。従ってコントラストが十分である場合は、ステップＳ４−４へ進むが、不十分と判断した場合、ステップＳ４−７へ進む。ここでの判断は予め設定しておいた判断式による。その判断に関しては、おおよその接触径φ（仮）を使えばよい。
【００３０】
液滴からの回折パターンの中心付近では、液滴外周からの回折光の影響が大きい。
【００３１】
そのため、中心付近の明暗のコントラストは、液滴外周をピンホールと見なした時の回折パターンによく似ている。
【００３２】
回折パターンには曲率や屈折率と言った液滴のパラメータの影響も受けるため、中心近辺のコントラストのみから、正確な液滴径を求めることはできないが、ビーム径φｂと液滴径を比較するための概ねの径φ（仮）を求めることは可能である。
【００３３】
中心部の回折パターンから概ねの液滴径を求める方法として、下記のものが挙げられる。
【００３４】
それは中心近辺の回折パターンが液滴外周をピンホールと見なした時の回折パターンにおおよその一致を見ることができることを利用するものである。すなわち、実験条件において、液滴位置にピンホールを設置したときの回折パターンの理論値を求め、接触径との関係をデータベース、または判断式として準備しておくことである。
【００３５】
例えば、図３に示すように、回折パターンの中心付近での隣接する暗部の間隔とおよその接触径の関係を表すデータベースを準備しておく。
【００３６】
このように、中心近くの隣接する暗部の間隔を求めることで、およその接触径を求めることができる。このおおよその接触径φ（仮）を使って、以下に説明するステップＳ４−７において、コントラストを調整することもできる。判断式の一例としては、例えばφ（仮）≦φｂ、などと液滴の性質に応じて適切な判断式を適用し、判断式を満たさなければビーム径を大きくする、またはビーム強度上げる等してコントラストを調整するとよい。
【００３７】
ステップＳ４−７は、接触径計測に必要なコントラストの回折パターンが得られていなかった場合に進む工程である。本工程では画像のコントラストを最適化するため、撮像装置の露光時間かレーザー光源の強度を調整する。調整する値については、ステップＳ４−３での判断式に基づき調整する。この工程において、レーザー光源の強度又は撮像装置の露光時間の調整によってコントラスト調整を行ない、再びステップＳ４−１へ戻る。
【００３８】
ステップＳ４−４は、コントラストを調整した回折パターンから接触径を求める工程である。前述した通り、回折パターンの中心付近のコントラスト情報には接触径の情報が含まれている。接触径の計測方法には、例えば回折パターンの明暗部の間隔と接触径の関係などから求めるものがある。
【００３９】
ステップＳ４−５はステップＳ４−４で求めた接触径から、そのとき照射されているレーザー光のビーム径が適切であるかどうかを判断する工程である。本願の発明者らは経験的に、照射するビーム径φｂと接触径φｄの関係が下記の式（１）、（２）を満たす場合を適切としている。
φｄ≦φｂ              （１）
φｂ／φｄ≦５        （２）
【００４０】
よって本工程は、ステップＳ４−４において計測された接触径φｄと、そのとき照射されているレーザー光のビーム径φｂとの関係が式（１）、（２）を満たすかどうかを判断する。式（１）、（２）を満たしていれば、ステップＳ４−６へ進み、それ以外はステップＳ４−８へ進む。
【００４１】
ステップＳ４−８はステップＳ４−５において照射されているビーム径を、式（１）、（２）を満たすように調整する工程である。ビーム径を調整するため、レーザー光源又はレンズユニットがビーム径を調整可能な機構を有している必要がある。本工程でビーム径を調整した後、ステップＳ４−１へ戻る。
【００４２】
ステップＳ４−６はステップＳ４−５で照射されているビーム径が適切と判断された場合に進む工程である。本工程に到達した回折パターンの画像は、形状計測をするために十分なコントラストを有しているものである。従ってそのまま形状解析を行なうことができる。ここで得られている画像から液滴の形状を計測し、時系列に応じて並べることで形状変化の計測となる。また、通常の形状変化計測であれば、適切な画像を記録したのち計測を続けるのためステップＳ４−１に戻る。このとき、画像は時系列がわかるように記録しておき、液滴の変形が全て完了した時点で前記画像から形状計測を行なえばよい。
【００４３】
ここで、前述の第１の工程における回折パターンのコントラスト調整方法について、図４に基づいて詳しく説明する。
【００４４】
微小液滴の形状変形は高速である。そのため、コントラスト調整やビーム径調整は迅速に行なわれる必要がある。迅速な調整にはコンピュータによる自動処理が好適であり、自動処理を実施するアルゴリズムが必要となる。図４は、図２（ｂ）におけるコントラスト調整に関わるステップＳ４−１、ステップＳ４−２、ステップＳ４−３及びステップＳ４−７について、上記自動処理を可能とするアルゴリズムの１例である。
【００４５】
まず、ステップＣ１で撮像条件を初期化する。ここでいう初期化とは、撮影を異なる条件下で連続に行なったときなどに、前の条件を継続しないため、任意の露光時間に戻す工程である。次にステップＣ２において、露光時間をインクリメントする。すなわち、その時点での露光時間に任意の定量分だけ露光時間を加算する工程である。なお、最初の測定では加算せずにそのまま次にすすむ。次にステップＣ３において回折パターンを撮像し、解析装置に記録する。ステップＣ４において、ステップＣ３で記録した回折パターンの中心から半径方向の輝度分布を抽出する。ステップＣ５において、ステップＣ４で抽出された輝度分布から回折パターン分布の特徴を抽出する。ステップＣ６において、露光時間が予め設定した上限値の範囲内に有る場合は、再びステップＣ２に戻る。以上のステップＣ２〜Ｃ６を予め設定した露光時間の上限値になるまで繰り返す。最後に、ステップＣ７において、ステップＣ２〜Ｃ６得られた回折パターンの中で最もコントラストが良いものを最適な回折パターン画像と確定する。
【００４６】
回折パターンのコントラストを最適と判断する条件としては下記を用いるとよい。１つは回折パターンの隣接する明暗部の値の差を求め、その総和を取る方法である。これが最大のとき、最も高コントラストな画像である。またもう１つは回折パターン内の明暗部の数を求める方法である。同様に、これが最大のとき、最も高コントラストな画像となる。最後の１つは、例えば中心から１番目と２番目、と言ったように予め計測する明暗部を指定しておき、その明部の加算された輝度値を求める方法である。この方法でも、値が最大となるときが、最も高コントラストな画像となる。
【００４７】
以上のような工程を持って、微小液滴の回折パターンのコントラストを最適にすることが好ましい。なお、コントラストの最適値を判断する方法としては、上記記載の３つ条件のうちどれか１つ以上の条件を満たせばよい。
【００４８】
次に上記工程を実施するための液滴計測装置を図１に基づいて詳しく説明する。
【００４９】
レーザー光源１としては、波長及びビーム形状が既知であることが必要であり、レーザ強度の変更手段や、ビーム形状を変化させる機構を有していてもよい。
【００５０】
レーザー光源１のレーザーの種類としては、ガスレーザーや個体レーザー、レーザーダイオードなどレーザー媒質により様々なものが利用可能である。波長や波長の幅、射出時のビーム形状、ビーム強度などについて液滴４の吸収スペクトルや検出方法に応じて最適なものを選択することが望ましい。特にビーム形状が真円でビーム品質の良いガスレーザーを用いるのが好ましい。
【００５１】
レンズユニット２は、レーザー光源１との組み合わせにより様々なものが考えられるが、基板３上で液滴４に照射される際のビーム径を調整できるものである必要がある。特に、レンズユニット２において、前述のビーム径調整を行なう場合は、簡便にビーム径を調整できる光学系であることがのぞましい。このような光学系としては、例えばビームエキスパンダと集光レンズの組み合わせが考えられる。レーザー光源１より射出されたレーザービームをビームエキスパンダにより拡大し、集光レンズによって基板上で焦点を結ぶように設置する光学系である。このような光学系では、基板上のビーム径を、集光レンズの光軸上の位置によって調整可能である。装置構成も、ビーム径変更方法も簡便となる。レンズユニット２としてはこのように、簡便な方法でビーム径を変更可能な構成である光学系が望ましい。従って、レーザー光源１そのものでビーム径を変更できる場合はレンズユニット２そのものを用いなくてもよい。
【００５２】
レーザー光源１又はレンズユニット２において、ビーム径を調整可能な範囲としては、測定する液滴の径の１〜５倍であることが望ましい。本発明の測定対象レンジとしては、接触径２０μｍ〜１００μｍ以下を想定している。従って、ビーム径調整範囲としては、２０μｍ〜５００μｍ以下となることが望ましい。
【００５３】
基板３の材質は装置構成上で、液滴からの回折パターンを阻害しないものであればよい。
【００５４】
液滴４は少なくとも１種類以上の組成からなる液体、ソフトマテリアルなどからなる。本発明は、基板３上で形状が短時間で経時変化するものに対して効果的であり、本発明による形状計測方法が特に効果を発揮する液滴４の大きさは、接触径が１００μｍ以下のものである。
【００５５】
液滴４を形成する方法としては、インクジェット技術やディスペンサー、ピペットによる滴下など、基板上に微小な液滴を形状可能な方法であればよい。
【００５６】
検出器５としては回折パターンを投影でき、撮像装置６によって回折パターンを撮像できるものであれば特に制限はない。光を散乱する材質を用いたスクリーンに回折パターンを投影し、スクリーンの背後から開設パターンを撮像する方法が簡便で望ましい。
【００５７】
撮像装置６としてはＣＭＯＳカメラや、ＣＣＤカメラなどが考えられる。回折パターンは、回折パターン内部での輝度分布のダイナミックレンジが広い。そのため、広いダイナミックレンジに対応した撮像装置であることが望ましい。
【００５８】
また、本発明の第１の工程によるコントラスト調整を行なうためには、レーザー光源１の強度変化機構か、撮像装置６の露光時間調整機能が必須である。従って、撮像装置６としては露光時間の調整機能を有しているものが望ましい。さらには高速な液滴の形状変化計測を行なうために、露光時間の変化がリアルタイムに行なえ、高いフレームレートの撮像画可能であれば好適である。
【００５９】
解析装置７においては、撮像装置６で撮像した回折パターンの画像を記録し、その後コントラスト解析及び接触径計測を行なえるものであれば、一般的なＰＣでも問題はない。
【００６０】
制御装置８は解析装置７からの信号を受け、レーザー光源１、レンズユニット２、撮像装置６をそれぞれ制御できるものであればよい。特に問題がなければ解析装置７に、解析装置７と制御装置８の両方の機能を持たせるほうが望ましい。
【００６１】
本発明によれば、高速で変形する微小な液滴であっても、常に解析に十分なコントラストの回折パターンを獲得することが可能である。
【実施例】
【００６２】
図５は、一実施例による液滴計測装置を示す。この装置は、レーザー光源１、ビームエキスパンダ９、集光レンズ１０、基板３、検出器５、撮像装置６、解析装置７、制御装置８、制御装置８を集光レンズ１０及び撮像装置６にそれぞれ接続する制御系８ａ、８ｂ等を有する。測定時には、基板３に液滴４を設置する。
【００６３】
この装置では、レーザー光源１から射出されたレーザー光はビームエキスパンダ９により拡大される。拡大されたレーザー光は集光レンズ１０で集光され、基板上に設置された液滴４に入射する。レーザー光と液滴４によって発生する回折パターンを検出器５に投影し、撮像装置６によって撮像する。撮像された回折パターンは解析装置７に記録され、所定の解析後、その結果を元に制御装置８によって集光レンズ１０の光軸上の位置と撮像装置６の露光時間を調整する。
【００６４】
レーザー光源１には波長６３２．８ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザーを用いた。射出時のビーム直径が０．８ｍｍで、出力は約４ｍＷであった。ビームエキスパンダ９には３倍の倍率のものを用いた。集光レンズ１０は焦点距離３００ｍｍとした。この装置においては、集光レンズ１０の焦点位置でビーム径は１００μｍとなる。集光レンズ１０の位置を光軸上で移動させることで、ビーム径を変化させることができる。集光レンズ１０を光軸方向に１６ｍｍ動かすと、ビーム径は最大１５０μｍとなる。このレンジ内では移動距離とビーム径の関係はほぼ比例である。基板３には厚さ０．７ｍｍのガラス基板を用いた。検出器５は基板３から５ｃｍの位置に設置した。検出器５にはトレーシングペーパーで透過型のスクリーンを形成した。撮像装置６には１０２４×１０２４画素のＣＭＯＳカメラを用いた。このカメラのダイナミックレンジは８ｂｉｔであった。露光時間の調整は０．０１ｍｓ〜４００ｍｓのレンジで、０．０１ｍｓ刻みで行なう。解析装置７と制御装置８は１台のＰＣに搭載した。ＰＣはＣＰＵが３．６Ｇｈｚであった。
【００６５】
上記の装置を用いて液滴挙動の計測を行なった。
【００６６】
まず始めに、インクジェット技術を用いてエチレングリコールの微小液滴を基板３上に滴下し、液滴４を形成した。液滴に照射するレーザー光のビーム径は最大の１５０μｍに設定しておいた。レーザー光を照射し、発生した回折パターンを撮像したところ、回折パターンの中心近辺のコントラストが飽和した、計測に不適切な画像を得た。この回折パターンの中心から半径方向の輝度分布を解析しても、接触径を計測することができなかった。そこで、解析に十分なコントラストの回折パターンを撮像できるまで露光時間を変化させていった。その結果、回折パターンの中心部のコントラストが明瞭になったところで接触径を計測することができた。回折パターンの中心から半径方向の輝度分布を比較したグラフを図６に示す。このグラフは、回折パターンの中心から５ｍｍまでの半径方向の輝度分布である。横軸が中心からの距離、縦軸が輝度である。実線が中心近辺の輝度分布のコントラストが不適切なもの、破線が適切なものをそれぞれ示している。
【００６７】
図６に示すように、コントラストが適切なものでは、２ｍｍの位置にも輝度分布の明暗が見られる。しかし、コントラストが不適切なものでは、２ｍｍ位置に明暗のパターンは見られない。従って、このように中心部のコントラストを適切に調整しなければ、接触径が計測できないことがわかった。
【００６８】
次に、上記の適切なコントラストの回折パターンから接触径を求めたところ、接触径は２０μｍと計測された。照射しているレーザー光のビーム径は１５０μｍであり、接触径の７．５倍である。この状態の回折パターンから液滴形状を詳細に計測しようとしたところ、計測することができなかった。そこで、ビーム径を１００μｍとなるように、集光レンズ１０の位置をずらして回折パターンを撮像した。この構成ではレーザー光のビーム径は液滴の接触径の５倍となる。この回折パターンを撮像したところ、液滴形状が接触径２０μｍ、接触角５０度となった。
【００６９】
ビーム径の違いによる回折パターンの変化を図７に示す。図７のグラフは、回折パターンの中心から半径方向１５ｍｍ上の輝度分布を表している。横軸が中心からの距離、縦軸が輝度である。実線はビーム径が１５０μｍのとき、破線は１００μｍにしたときの回折パターンの輝度分布である。図中ではそれぞれビーム径大、ビーム径小と記してある。図７から明らかなように、ビーム径が小さい方が明暗のコントラストが明瞭である。従ってビーム径が適切でないと計測ができないことがわかった。またこの結果を受けて、ビーム径と液滴の接触径の比としては５倍以下が望ましいと考えられた。
【００７０】
上記の結果より、液滴形状計測には液滴に入射するビーム径の最適化が必要であり、かつそのビーム径が最適かどうかを判断するための解析に、回折パターンの中心近辺のコントラストが重要であることが証明された。従って、連続的な液滴形状変化を計測する場合の装置制御には、接触径を求めるための回折パターンのコントラスト調整と液滴に入射するビーム径を調整する工程が必要である。
【００７１】
また、本実施例の装置を用いて、エチレングリコールドットの乾燥挙動を観察した。その結果、撮像された回折パターンはすべて計測に利用することができた。これらの回折パターンを計測したところ、エチレングリコールドットは、接触径が変化せずに、接触角だけが時間とともに減少していくことが確認された。より具体的には、接触径５５μｍで接触角４０度の液滴が、約１５０秒で接触径５５μｍ、接触角２０度とまで変化する様子を計測できた。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】一実施形態を示す模式図である。
【図２】一実施形態による液滴計測方法を説明するもので、（ａ）は液滴形状の変化を計測する工程を示すフローチャート、（ｂ）はビーム径を調整する工程を示すフローチャーチである。
【図３】コントラストの最適化のための工程を示すフローチャートである。。
【図４】中心付近での隣接する暗部の間隔とおよその接触径の関係を示すものである。
【図５】一実施例による液滴計測装置を示す模式図である。
【図６】コントラストについて説明するためのグラフである。
【図７】ビーム径について説明するためのグラフである。
【符号の説明】
【００７３】
１    レーザー光源
２    レンズユニット
３    基板
４    液滴
５    検出器
６    撮像装置
７    解析装置
８    制御装置
９    ビームエキスパンダ
１０    集光レンズ
【図１】
2009270849.tif 000003
【図２】
2009270849.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2009270849.tif 000007
【図６】
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【図７】
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