JP6195801B2 - 観察用光学装置および接触角計 - Google Patents

Description

本発明は、例えば固体試料上の液滴等の各種被観察物を観察するための観察用光学装置、およびこれを備える接触角計に関し、特に側方から各種被観察物を観察するものに関する。

従来、接触角の測定では、固体試料上に形成した液滴を側方から観察して液滴の輪郭形状を取得し、この輪郭形状に基づいて接触角を算出している。従って、一般的な接触角計は、液滴を側方から観察する撮像装置と共に、液滴のシルエット画像を得るために撮像装置の反対側から液滴に光を照射する光源とを備えている。

一般的な接触角計では、撮像装置および光源が固体試料の側方に配置されているため、
固体試料の大きさや形状等によっては、液滴を側方から観察することが困難となる場合がある。すなわち、固体試料が大きい場合には撮像装置および光源から液滴までの距離が遠くなるという問題が生じ、固体試料表面に凹凸や他の物体等が存在する場合には撮像装置や光源がこれに遮られるという問題が生じる場合がある。

このため、プリズム等により光を偏向することで、撮像装置および光源を固体試料の上方に配置し、上述の問題が生じにくいようにした接触角計等も存在している（例えば、特許文献１参照）。また、このようにプリズムや鏡等により光を偏向することで、観察しにくい部分を観察可能とする技術は、例えば電子部品の外観検査等、接触角の測定以外にも様々な分野で利用されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平１１−２３０８８６号公報 特開２００５−２２８７７８号公報

しかしながら、上記特許文献１または２に記載の技術では、単に光を直角に偏向するものに止まっているため、液滴や電子部品等の被観察物が存在する場所の状態によっては観察が不可能になるという問題があった。すなわち、観察方向に対して４５°に傾斜した反射面を有するプリズム等を被観察物の側方に配置するには、比較的広いスペースを必要とすることから、被観察物が狭隘な場所に存在する場合にはプリズム等を配置できないことがあった。

特に、上記特許文献１に記載の接触角計では、撮像装置用と光源用の２つのプリズムを被観察物の側方に配置する必要があることから、大きな固体試料上における液滴の接触角の測定に用途が略限定されるものとなっていた。また、上記特許文献２に記載の装置では、光ファイバによって被観察物を照明するようにしていることから、やはり狭隘な場所においては光ファイバを配置することが難しく、さらに、光ファイバを配置可能であったとしても、被観察物を適切に照明できない場合があった。

本発明は、斯かる実情に鑑み、より狭隘な場所における観察を可能とする観察用光学装置および接触角計を提供しようとするものである。

（１）本発明は、互いに相手側に向けて配置されると共に、被観察物側に向けて漸次互いに近接する領域を有する第１の反射面および第２の反射面と、自身の発する光が前記第１の反射面および前記第２の反射面で少なくとも一回ずつ反射した後に前記被観察物に向けて照射される位置に配置される光源と、前記被観察物に向けて照射された光が前記第１の反射面および前記第２の反射面で少なくとも一回ずつ反射した後に入射する位置に配置されるレンズ光学系と、を備えることを特徴とする、観察用光学装置である。

（２）本発明はまた、前記第１の反射面および前記第２の反射面は、前記被観察物に対して第１の方向の両側にそれぞれ配置され、前記第１の方向に直交する第２の方向に沿って前記被観察物側に向かうにつれて漸次互いに近接する領域を有することを特徴とする、上記（１）に記載の観察用光学装置である。

（３）本発明はまた、前記レンズ光学系を介して前記被観察物を撮像する撮像装置を備えることを特徴とする、上記（１）または（２）に記載の観察用光学装置である。

（４）本発明はまた、前記光源は、自身の発する光が前記被観察物の周辺を通過した後に前記レンズ光学系に入射する位置に配置されることを特徴とする、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の観察用光学装置である。

（５）本発明はまた、前記光源は、自身の発する光が前記被観察物の表面で反射した後に前記レンズ光学系に入射する位置に配置されることを特徴とする、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の観察用光学装置である。

（６）本発明はまた、上記（３）または（４）に記載の観察用光学装置を備えることを特徴とする、接触角計である。

（７）本発明はまた、液体試料を吐出して前記被観察物となる液滴を形成する吐出装置と、前記光源から前記液滴に向かう光路、および前記液滴から前記レンズ光学系に向かう光路から前記吐出装置を退避させる退避装置と、を備えることを特徴とする、上記（６）に記載の接触角計である。

本発明に係る観察用光学装置および接触角計によれば、より狭隘な場所における観察が可能という優れた効果を奏し得る。

本発明の実施の形態に係る観察用光学装置の構成を示した概略図である。 （ａ）第１の反射面および第２の反射面における光の反射の態様を示した概略図である。（ｂ）観察用光学装置によって被観察物を撮像した画像を示した概略図である。 （ａ）〜（ｄ）観察用光学装置の使用例を示した概略図である。 （ａ）撮像装置に代えてレンズ光学系のみを設けるようにした場合の一例を示した概略図である。（ｂ）光源から被観察物までの光路の長さと、被観察物からレンズ光学系までの光路の長さを異ならせるようにした場合の一例を示した概略図である。 （ａ）および（ｂ）第１の反射面および第２の反射面をそれぞれ複数の領域に分割して設けるようにした場合の例を示した概略図である。 （ａ）および（ｂ）光源およびレンズ光学系と第１の反射面および第２の反射面との間に、光を誘導する誘導補助部材を配置するようにした場合の例を示した図である。 （ａ）および（ｂ）被観察物の観察および照明をＸ方向の同一側から行うようにした場合の例を示した概略図である。 （ａ）および（ｂ）Ｘ方向に対して角度を有する方向から被観察物を観察するようにした場合の例を示した概略図である。 （ａ）および（ｂ）本発明の実施の形態に係る接触角計の構成の一例を示した概略図である。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。

なお、以下の説明では、水平面内の一方向をＸ方向、垂直方向をＹ方向、水平面内においてＸ方向と直交する方向をＺ方向としている。また、以下の各図における各部の寸法や形状等は、理解を容易にするために必ずしも正確なものとはなっていない。

図１は、本実施形態に係る観察用光学装置１の構成を示した概略図である。本実施形態の観察用光学装置１は、Ｘ方向に略平行な任意の面Ｐ上に存在する被観察物１００をＸ方向から観察することを可能とするものである。図１に示されるように、観察用光学装置１は、光源１０と、撮像装置２０と、第１の反射部材３０と、第２の反射部材４０と、を備えている。

光源１０は、例えばＬＥＤやハロゲンランプ等から構成され、被観察物１００を観察する場合に被観察物１００を照明するものである。光源１０は、図示を省略した筐体または支持部材等に支持され、被観察物１００に対してＹ方向に離隔した位置に配置されている。また、光源１０は、自身の光軸１０ａを所定の方向に向けた状態で配置されている。

撮像装置２０は、例えば被観察物１００の像を拡大して結像するレンズ光学系２２を備えたＣＣＤカメラ等から構成され、被観察物１００を撮像するものである。撮像装置２０は、図示を省略した筐体または支持部材に支持され、被観察物１００に対してＹ方向に離隔した位置に配置されている。また、撮像装置２０は、自身の（レンズ光学系２２の）光軸２０ａを所定の方向に向けた状態で配置されている。

第１の反射部材３０は、例えば鏡面等の光を反射する第１の反射面３２を備えた部材である。同様に、第２の反射部材４０は、例えば鏡面等の光を反射する第２の反射面４２を備えた部材である。第１の反射部材３０および第２の反射部材４０は、図示を省略した筐体または支持部材に支持され、被観察物１００側の端部が被観察物１００をＸ方向の両側から挟んだ状態となるように配置されている。

また、第１の反射部材３０は、第１の反射面３２を第２の反射部材４０側に向けた状態で配置されている。同様に、第２の反射部材４０は、第２の反射面４２を第１の反射部材３０側に向けた状態で配置されている。すなわち、第１の反射部材３０および第２の反射部材４０は、互いに対向しており、第１の反射面３２および第２の反射面４２が相互に光を反射する状態となるように配置されている。

さらに、第１の反射部材３０および第２の反射部材４０は、第１の反射面３２および第２の反射面４２がそれぞれＹ方向に対して所定の角度θをなすように配置され、光源１０および撮像装置２０側の端部よりも被観察物１００側の端部が互いに近接した状態となっている。すなわち、第１の反射面３２および第２の反射面４２は、被観察物１００側に向けて漸次互いに近接する状態で配置されている。

本実施形態では、第１の反射面３２および第２の反射面４２をこのように配置することで、きわめて簡素且つコンパクトな構成でありながらも、図１に示されるように、光源１０からの光Ｌを被観察物１００に向けてＹ方向に誘導すると共に、最終的に被観察物１００に対してＸ方向から光Ｌを照射することを可能としている。また、被観察物１００に向けて照射された後に被観察物１００の周辺を通過したＸ方向からの光Ｌを撮像装置２０に向けてＹ方向に誘導し、最終的に撮像装置２０のレンズ光学系２２に光Ｌを入射させることを可能としている。

なお、この例では、Ｙ方向に対する傾斜角度である角度θの値を約１０°に設定している。また、ここでは、光源１０から被観察物１００までの光路Ｌ１および被観察物１００からレンズ光学系２２までの光路Ｌ２において、それぞれ光Ｌを３回反射させる場合を例として説明するが、光Ｌの反射回数はこれに限定されるものではなく、光路Ｌ１および光路Ｌ２においてそれぞれ少なくとも２回以上（すなわち、第１の反射面３２および第２の反射面４２で少なくとも１回ずつ）光Ｌを反射させるようにすればよい。

図２（ａ）は、第１の反射面３２および第２の反射面４２における光Ｌの反射の態様を示した概略図である。上述のようにこの例では、光源１０からの光Ｌは、第２の反射面４２における位置Ｒ１、第１の反射面３２における位置Ｒ２、および第２の反射面４２における位置Ｒ３の順に３回反射した後に、被観察物１００に向けて照射されるようになっている（光路Ｌ１）。また、光Ｌは、被観察物１００に向けて照射された後に被観察物１００の周辺を通過し、第１の反射面３２における位置Ｒ４、第２の反射面４２における位置Ｒ５、および第１の反射面３２における位置Ｒ６の順に３回反射した後に、撮像装置２０のレンズ光学系２２に入射するようになっている（光路Ｌ２）。

上述のように、第１の反射面３２および第２の反射面４２はＹ方向に対してそれぞれ角度θだけ傾いているため、第１の反射面３２の垂線（法線）３２ａおよび第２の反射面４２の垂線（法線）４２ａは、それぞれＸ方向に対して角度θだけ傾いている。すると、第１の反射面３２および第２の反射面４２で交互に反射して両者の間隔が広い方から狭い方へと向かう光Ｌ、すなわち光源１０から光路Ｌ１に沿って被観察物１００に向かう光Ｌは、１回の反射ごとに入射角および反射角を２θ（第１の反射面３２の傾斜角度と第２の反射面４２の傾斜角度の和）ずつ減少させることとなる。また、第１の反射面３２および第２の反射面４２で交互に反射して両者の間隔が狭い方から広い方へと向かう光Ｌ、すなわち被観察物１００周辺から光路Ｌ２に沿って撮像装置２０に向かう光Ｌは、１回の反射ごとに入射角および反射角を２θ（第１の反射面３２の傾斜角度と第２の反射面４２の傾斜角度の和）ずつ増大させることとなる。

すなわち、第１の反射面３２および第２の反射面４２を被観察物１００側に向けて漸次互いに近接するように配置することで、光源１０からの光Ｌを被観察物に向けてＹ方向に誘導しつつ、その進行方向を反射ごとに変化させる（偏向する）ことが可能となり、この結果、光Ｌの進行方向を最終的にＸ方向とすることができる。また、被観察物１００周辺を通過した光Ｌを、その進行方向を反射ごとに変化させつつ、撮像装置２０に向けてＹ方向に誘導することができる。

被観察物１００に対して光ＬをＸ方向から照射するためには、位置Ｒ３に対して光Ｌを入射角θで入射させて反射角θで反射させればよい。従って、光源１０からの光Ｌを３回反射させた後にＸ方向から被観察物１００に照射するためには、光源１０からの光Ｌを入射角５θ（＝θ＋２θ＋２θ）で位置Ｒ１に入射させるようにすればよい。具体的には、光軸１０ａが位置Ｒ１において第２の反射面４２と角度５θで交差するように光源１０を配置すればよい。

同様に、被観察物１００周辺を通過してＸ方向に進む光Ｌを撮像装置２０で受光し、被観察物１００をＸ方向から観察、撮像するためには、位置Ｒ６において反射角５θで反射した光Ｌが撮像装置２０のレンズ光学系２２に入射するようにすればよい。具体的には、光軸２０ａが位置Ｒ６において第１の反射面３２と角度５θで交差するように撮像装置２０を配置すればよい。

図２（ｂ）は、観察用光学装置１によって被観察物１００を撮像した画像を示した概略図である。上述のようにこの例では、被観察物１００に向けてＸ方向から照射され、被観察物１００の周辺を通過した光Ｌを主に受光することによって被観察物１００が撮像されることとなる。従って、被観察物１００は、図２（ｂ）に示されるように、Ｙ−Ｚ平面において被観察物１００が暗い領域として映し出された、明瞭なコントラストのシルエット画像として撮像される。すなわち、観察用光学装置１によれば、一般的な画像処理によって被観察物１００の輪郭形状を高精度に抽出することが可能となっている。

このように、観察用光学装置１では、被観察物１００側に向けて漸次互いに近接する状態で配置した第１の反射面３２および第２の反射面４２において光Ｌを交互に反射させることにより、被観察物１００に対してＹ方向からアプローチしながらもＸ方向から光を照射してＸ方向から被観察物１００を観察する観察方法を、きわめて簡素且つコンパクトな装置構成で実現することが可能となっている。

さらに、観察用光学装置１では、光路Ｌ１および光路Ｌ２においてそれぞれ少なくとも２回以上光Ｌを反射させることにより、角度θ、すなわち第１の反射面３２および第２の反射面４２のＹ方向に対する傾斜角度を従来よりも十分に小さい値とすることができる。このため、光を一度だけ偏向する従来の装置と比較して、被観察物１００の近傍に配置する必要のある部材（第１の反射部材３０および第２の反射部材４０）が占めるスペース、特にＸ方向において占める範囲を大幅に削減することが可能となっている。

図３（ａ）〜（ｄ）は、観察用光学装置１の使用例を示した概略図である。観察用光学装置１によれば、例えば図３（ａ）に示されるように、試料２００が有する窪み２０２の底部２０４に被観察物１００が存在するような場合においても、窪み２０２内に第１の反射部材３０および第２の反射部材４０を配置可能であれば、窪み２０２の深さ方向（Ｙ方向）に直交する方向（Ｘ方向）から被観察物１００を観察することが可能となっている。

同様に、図３（ｂ）に示されるように、容器２１０内の底部２１２に被観察物１００が存在しているような場合や、図３（ｃ）に示されるように、障害物２２０が被観察物１００に対してＸ方向に隣接している場合においても、観察用光学装置１によれば、Ｘ方向から被観察物１００を観察することが可能となっている。

特に、観察用光学装置１では、上述のように被観察物１００の近傍に配置する第１の反射部材３０および第２の反射部材４０の占めるスペースを従来以上に小さくすることができるため、より狭隘な場所や、より障害物２２０等に近接した場所においても、被観察物１００を適切に照明して観察することが可能となっている。また、図３（ｄ）に示されるように、幅広の試料２３０の表面２３２上に被観察物１００が存在する場合においても、観察用光学装置１によれば、試料２３０の大きさに影響されることなく、表面２３２に平行な方向（Ｘ方向）から被観察物１００を観察することが可能となっている。

次に、観察用光学装置１のその他の形態の例について説明する。図４（ａ）は、撮像装置２０に代えてレンズ光学系２２のみを設けるようにした場合の一例を示した概略図である。観察用光学装置１は、被観察物１００を撮像するものに限定されず、例えば図４（ａ）に示されるように、接眼レンズ２４を備えたレンズ光学系２２を備え、肉眼により被観察物１００を観察するように構成されるものであってもよい。

図４（ｂ）は、光源１０から被観察物１００までの光路Ｌ１の長さと、被観察物１００からレンズ光学系２２までの光路Ｌ２の長さを異ならせるようにした場合の一例を示した概略図である。観察用光学装置１は、光路Ｌ１および光路Ｌ２の長さが同一に設定されるものに限定されず、例えば図４（ｂ）に示されるように、光路Ｌ１および光路Ｌ２における反射回数を異ならせることでそれぞれの光路長を異ならせたものであってもよい。

このようにして光路Ｌ１および光路Ｌ２の光路長を適宜に調整することにより、光源１０および撮像装置２０（レンズ光学系）の性能等に影響されることなく、光源１０による照明範囲を撮像装置２０による撮像範囲（レンズ光学系２２による観察範囲）に合わせて適切に設定することが可能となる。また、光源１０および撮像装置２０（レンズ光学系２２）の配置の自由度を高めることが可能となる。

なお、図示は省略するが、反射回数を異ならせるのではなく、光源１０と第１の反射面３２または第２の反射面４２との間の距離、および撮像装置２０（レンズ光学系２２）と第１の反射面３２または第２の反射面４２との間の距離を調整することで、光路Ｌ１および光路Ｌ２の長さを調整するようにしてもよいことは言うまでもない。また、光路Ｌ１および光路Ｌ２における反射回数を異ならせる場合に、図４（ｂ）に示す例のように第２の反射部材４０の一部を切り欠くのではなく、第２の反射部材４０（またはその一部）をハーフミラーから構成することで、光源１０を図４（ｂ）の例と同様の位置に配置可能とするようにしてもよい。

図５（ａ）および（ｂ）は、第１の反射面３２および第２の反射面４２をそれぞれ複数の領域に分割して設けるようにした場合の例を示した概略図である。第１の反射面３２および第２の反射面４２はそれぞれ複数の領域に分割して設けられるものであってもよい。換言すれば、第１の反射面３２および第２の反射面４２をそれぞれ複数設けるようにしてもよい。このように、光Ｌの反射に必要な領域のみに限定して第１の反射面３２および第２の反射面４２を設けるようにすることで、観察に不要な光の反射を抑制することができるため、被観察物１００をより明瞭に観察、撮像することが可能となる。

また、第１の反射面３２および第２の反射面４２は、領域ごとに傾斜角度を異ならせたものであってもよく、さらにこの場合、図５（ｂ）に示されるように、第１の反射面３２および第２の反射面４２が互いに平行となる領域を設けるようにしてもよい。また、図示は省略するが、第１の反射面３２および第２の反射面４２が被観察物１００の反対側に向けて漸次互いに近接する領域を設けるようにしてもよい。すなわち、第１の反射面３２および第２の反射面４２は、少なくとも一部の領域において被観察物１００側に向けて漸次互いに近接していればよい。

このように、第１の反射面３２および第２の反射面４２の傾斜角度を領域ごと（すなわち、光Ｌの反射位置ごと）に変更することで、光Ｌの進行方向の変化を適宜に調整することができるため、光源１０および撮像装置２０（レンズ光学系２２）の配置の自由度を高めることが可能となる。また、光ＬのＹ方向における誘導距離を必要な距離に調整することが可能となるため、例えば深穴の底部に存在する被観察物１００を観察するような場合に特に好適である。

なお、図５（ａ）および（ｂ）に示す例では、複数の第１の反射部材３０および複数の第２の反射部材４０を設けることで、複数の第１の反射面３２および複数の第２の反射面４２を設けるようにしているが、１つの第１の反射部材３０に設けられた第１の反射面３２および１つの第２の反射部材４０に設けられた第２の反射面４２を、例えばマスク処理等によって複数の領域にそれぞれ分割するようにしてもよい。

また、図示は省略するが、第１の反射面３２および第２の反射面４２を複数の領域に分割するのではなく、第１の反射面３２および第２の反射面４２をそれぞれ曲折する、または第１の反射面３２および第２の反射面４２をそれぞれ曲面から構成することで、光Ｌの反射位置ごとに傾斜角度を変更するようにしてもよい。また、第１の反射面３２および第２の反射面４２のいずれか一方のみを複数設けるようにしてもよい。

図６（ａ）および（ｂ）は、光源１０およびレンズ光学系２２と第１の反射面３２および第２の反射面４２との間に、光Ｌを誘導する誘導補助部材５０を配置するようにした場合の例を示した図である。例えば図６（ａ）に示されるように、誘導補助部材５０として補助反射部材５２を配置する、または図６（ｂ）に示されるように、誘導補助部材５０として光ファイバ５４を配置することで、光Ｌを所望の方向に誘導することが可能となる。

これにより、光源１０および撮像装置２０（レンズ光学系２２）の配置の自由度を高め、観察用光学装置１の汎用性をさらに向上させることができる。また、光路Ｌ１および光路Ｌ２の長さを調整することができる。なお、光路Ｌ１および光路Ｌ２のいずれか一方のみに誘導補助部材５０を配置するようにしてもよいことは言うまでもない。また、補助反射部材５２および光ファイバ５４を適宜に組み合わせて使用するようにしてもよい。

図７（ａ）および（ｂ）は、被観察物１００の観察および照明をＸ方向の同一側から行うようにした場合の例を示した概略図である。観察用光学装置１は、上述の例のように被観察物１００の観察および照明をそれぞれＸ方向の反対側から行うものに限定されず、同一側から行うものであってもよい。この場合、例えば図７（ａ）に示されるように、誘導補助部材５０であるハーフミラー５６を介して光路Ｌ１と光路Ｌ２を略一致させるようにしてもよいし、図７（ｂ）に示されるように、第１の反射部材３０または第２の反射部材４０（またはその一部）をハーフミラーから構成することで、光路Ｌ１と光路Ｌ２を略一致させるようにしてもよい。また、図７（ａ）および（ｂ）において、光源１０と撮像装置２０（レンズ光学系２２）の配置を入れ替えるようにしてもよいことは言うまでもない。

このように、観察および照明を同一側に揃えることで、主に被観察物１００の表面で反射した光Ｌを受光して被観察物１００を観察することが可能となる。すなわち、図７（ａ）および（ｂ）に示す例は、被観察物１００の表面の状態を観察したいような場合に、特に好適である。

なお、図示は省略するが、光源１０を同軸落射照明装置として撮像装置２０またはレンズ光学系２２に組み込むようにしてもよい。また、被観察物１００を観察とは逆側から照明する光源１０と共に、観察と同一側から照明する光源１０を設け、観察の目的等に応じて２つの光源１０を使い分けるようにしてもよい。さらに、その他の方向から被観察物１００を照明する光源１０を追加するようにしてもよい。

図８（ａ）および（ｂ）は、Ｘ方向に対して角度を有する方向から被観察物１００を観察するようにした場合の例を示した概略図である。被観察物１００の観察方向は、Ｘ方向に限定されず、例えば図８（ａ）および（ｂ）に示されるように、Ｘ方向に対して所定の角度αをなす方向であってもよい。同様に、被観察物１００の照明方向は、Ｘ方向に限定されず、Ｘ方向に対して所定の角度αをなす方向であってもよい。

すなわち、観察用光学装置１は、被観察物１００をＸ方向以外の方向から観察するものであってもよい。また、Ｘ方向に対する角度αを適宜に調整することで、例えば面Ｐや被観察物１００表面における光の反射の影響を低減し、被観察物１００をより明瞭に観察、撮像することが可能となる。

なお、角度αの値は、光源１０および撮像装置２０（レンズ光学系２２）の位置、ならびにそれぞれの光軸１０ａ、２０ａの方向を調整することで調整することができる。また、角度αの値は、観察方向と照明方向で同一にしてもよいし、異ならせてもよい。また、観察方向および照明方向のいずれか一方のみをＸ方向に対して角度を有する方向としてもよい。

その他、図示は省略するが、観察用光学装置１は、光源１０および撮像装置２０の動作を制御する制御装置を備えるものであってもよいし、この制御装置によって被観察物１００の撮像を自動的に行うものであってもよい。さらに、観察用光学装置１は、撮像した画像に既知の画像処理を施すことで各種パラメータを導出する画像処理装置を備えるものであってもよいし、撮像した画像や導出したパラメータ等を表示する表示装置を備えるものであってもよい。

また、観察用光学装置１は、光源１０、撮像装置２０（レンズ光学系２２）、第１の反射部材３０および第２の反射部材４０等が１つの筐体や支持部材等に支持され、一体的に構成されるものであってもよいし、光源１０、撮像装置２０（レンズ光学系２２）、第１の反射部材３０および第２の反射部材４０等が複数の架台や支持部材等によって個別に支持されるものであってもよい。

また、観察用光学装置１は、第１の反射部材３０および第２の反射部材４０と固体試料３００の相対的な位置を変化させる相対移動機構や、第１の反射部材３０および第２の反射部材４０と光源１０または撮像装置２０（レンズ光学系２２）の相対的な位置を変化させる位置調整機構等を備えるものであってもよい。また、図４〜７に基づいて説明した各形態を組み合わせるようにしてもよいことは言うまでもない。

次に、観察用光学装置１を備える接触角計２について説明する。観察用光学装置１は、被観察物１００が存在する面Ｐと略平行な方向から被観察物１００を観察する、すなわち被観察物１００を側方から観察するものであり、さらに観察とは逆側から被観察物１００を照明可能なものであるため、接触角計用の光学装置として特に好適である。

図９（ａ）および（ｂ）は、本実施形態に係る接触角計２の構成の一例を示した概略図である。接触角計２は、固体試料３００上に形成した液体試料の液滴１０２を側方から撮像することにより、接触角を測定するものである。これらの図に示されるように、接触角計２は、光源１０、撮像装置２０、第１の反射部材３０および第２の反射部材４０を備える観察用光学装置１に加え、液体試料を吐出する吐出装置６０、およびこの吐出装置６０を退避させる退避装置７０を備えている。

吐出装置６０は、上方から固体試料３００に向けて液体試料を吐出し、被観察物１００となる液滴１０２を固体試料３００の測定面３０２上に形成するものである。吐出装置６０は、シリンダおよびプランジャ等の既知の構造と共に管状の針６２を備えており、針６２の先端である針先６２ａから所定量の液体試料を吐出して液滴１０２を形成する。また、吐出装置６０は、第１の反射部材３０と第２の反射部材４０の間に液滴１０２を形成する位置に配置されている。

退避装置７０は、モータおよびラックアンドピニオン等の既知の構造を備え、吐出装置６０を固体試料３００の測定面３０２に対して近接離隔するようにＹ方向に移動させるものである。退避装置７０は、液滴１０２を形成する際には、図９（ａ）に示されるように、吐出装置６０を移動させて針先６２ａを、第１の反射部材３０と第２の反射部材４０の間において固体試料３００の測定面３０２に近接させた状態とする。退避装置７０はまた、液滴１０２を撮像する際には、図９（ｂ）に示されるように、吐出装置６０を移動させて光路Ｌ１および光路Ｌ２から吐出装置６０を退避させる。

なお、吐出装置６０および退避装置７０は、光源１０、撮像装置２０、第１の反射部材３０および第２の反射部材４０と同様に、図示を省略した筐体または支持部材によって支持されている。また、観察用光学装置１は、この例では、光源１０から液滴１０２までの光路Ｌ１および液滴１０２から光源１０までの光路Ｌ２において、それぞれ光Ｌを２回反射させるように構成されているが、光路Ｌ１または光路Ｌ２における光Ｌの反射回数が３回以上であってもよいことは言うまでもない。また、図４〜７に基づいて説明した各形態またはこれらの組合せを接触角計２において適用してもよいことは言うまでもない。

このように、観察用光学装置１を接触角計２に備えるようにすることで、例えば図９（ａ）および（ｂ）に示されるように測定面３０２が窪み３０４の底部である場合等、従来の接触角計では測定が困難であった場所においても接触角を測定することが可能となり、特に、従来以上に狭隘な場所においても接触角を測定することが可能となる。また、吐出装置６０を接触角計２に備えるようにすることで、接触角計２および固体試料３００を適切に配置するだけで、測定面３０２上に液滴１０２を確実且つ容易に形成することが可能となる。

さらに、退避装置７０を接触角計２に備えるようにすることで、液滴１０２の確実且つ容易な形成を可能としながらも、接触角の測定時に吐出装置６０によって光Ｌが遮られるのを防止することが可能となる。この結果、光源１０および撮像装置２０（レンズ光学系）の性能等に影響されることなく、液滴１０２を十分な光量下で撮像し、コントラストの明瞭な画像を得ることができるため、高精度に接触角を測定することが可能となる。

なお、光源１０、撮像装置２０、吐出装置６０および退避装置７０の動作を制御する制御装置を接触角計２に設けるようにしてもよく、この制御装置によって接触角の測定を自動的に行うようにしてもよい。また、撮像した液滴１０２の画像に既知の画像処理を施して接触角およびその他の各種パラメータを導出する画像処理装置を、接触角計２に設けるようにしてもよいし、撮像した画像や導出したパラメータ等を表示する表示装置を、接触角計２に設けるようにしてもよい。

また、接触角計２は、光源１０、撮像装置２０（レンズ光学系２２）、第１の反射部材３０、第２の反射部材４０、吐出装置６０および退避装置７０等が１つの筐体や支持部材等に支持され、一体的に構成されるものであってもよいし、光源１０、撮像装置２０（レンズ光学系２２）、第１の反射部材３０，第２の反射部材４０、吐出装置６０および退避装置７０等が複数の架台や支持部材等によって個別に支持されるものであってもよい。

また、第１の反射部材３０および第２の反射部材４０と固体試料３００の相対的な位置を変化させる相対移動機構や、第１の反射部材３０および第２の反射部材４０と光源１０または撮像装置２０（レンズ光学系２２）の相対的な位置を変化させる位置調整機構等を、接触角計２に設けるようにしてもよい。また、液滴１０２の撮像と同一側から照明する光源１０や、その他の方向から液滴１０２を照明する光源１０を、接触角計２に追加するようにしてもよい。

また、退避装置７０は、例えばＺ方向等、Ｙ方向以外の方向に吐出装置６０を移動させて光路Ｌ１およびＬ２から退避させるものであってもよいし、吐出装置６０を回動させて光路Ｌ１およびＬ２から退避させるものであってもよい。また、退避装置７０は、例えば吐出装置６０の針６２等、吐出装置６０の一部のみを移動させて光路Ｌ１およびＬ２から退避させるものであってもよい。また、既存の注射器等を使用して手動で測定面３０２に液滴１０２を形成するようにし、吐出装置６０および退避装置７０を省略するようにしてもよい。すなわち、観察用光学装置１は、自身単体で接触角計２として機能し得るものである。

以上説明したように、本実施形態に係る観察用光学装置１は、互いに相手側に向けて配置されると共に、被観察物１００側に向けて漸次互いに近接する領域を有する第１の反射面３２および第２の反射面４２と、自身の発する光Ｌが第１の反射面３２および第２の反射面４２で少なくとも一回ずつ反射した後に被観察物１００に向けて照射される位置に配置される光源１０と、被観察物１００に向けて照射された光Ｌが第１の反射面３２および第２の反射面４２で少なくとも一回ずつ反射した後に入射する位置に配置されるレンズ光学系２２と、を備えている。

このような構成とすることで、より狭隘な場所においても被観察物１００を観察することが可能となる。すなわち、被観察物１００の近傍に配置する部材の占めるスペースを従来以上に小さくしながらも、被観察物１００を適切に照明した状態で適切な方向から観察することができる。

また、第１の反射面３２および第２の反射面４２は、被観察物１００に対して第１の方向（Ｘ方向）の両側にそれぞれ配置され、第１の方向に直交する第２の方向（Ｙ方向）に沿って被観察物１００側に向かうにつれて漸次互いに近接する領域を有している。このようにすることで、より狭隘な場所に存在する被観察物１００を従来困難であった方向から観察するような場合にも光源１０およびレンズ光学系２２を適切に配置することができる。

また、観察用光学装置１は、レンズ光学系２２を介して被観察物１００を撮像する撮像装置２０を備えるものであってもよい。このようにすることで、より狭隘な場所に存在する被観察物１００の画像を取得することが可能となるため、被観察物１００に関してより多くの情報を取得することができる。

また、光源１０は、自身の発する光Ｌが被観察物１００の周辺を通過した後にレンズ光学系２２に入射する位置に配置されるものであってもよい。このようにすることで、より狭隘な場所においても被観察物１００のシルエット画像を取得することが可能となるため、被観察物１００の輪郭形状をより高精度に抽出することができる。

また、光源１０は、自身の発する光Ｌが被観察物１００の表面で反射した後にレンズ光学系２２に入射する位置に配置されるものであってもよい。このようにすることで、より狭隘な場所においても被観察物１００の表面の状態等を観察することができる。

また、本実施形態に係る接触角計２は、観察用光学装置１を備えている。このようにすることで、より狭隘な場所においても液滴１０２を撮像して接触角を測定することが可能となる。すなわち、液滴１０２の近傍に配置する部材の占めるスペースを従来以上に小さくしながらも、液滴１０２を適切に照明した状態で適切な方向から観察し、接触角を測定することができる。

また、接触角計２は、液体試料を吐出して被観察物１００となる液滴１０２を形成する吐出装置６０と、光源１０から液滴１０２に向かう光路Ｌ１、および液滴１０２からレンズ光学系２２に向かう光路Ｌ２から吐出装置６０を退避させる退避装置７０と、を備えている。このようにすることで、より狭隘な場所においても吐出装置６０によって適切に液滴１０２を形成し、これを撮像して接触角を測定することができる。さらに、退避装置７０によって吐出装置６０が接触角の測定を阻害しないようにすることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の観察用光学装置および接触角計は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば、上記実施形態では、Ｘ方向を水平方向、Ｙ方向を垂直方向とした場合を例として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ｘ方向およびＹ方向はその他の方向であってもよい。また、被観察物１００は面Ｐ上に存在するものに限定されず、例えば気体中や液体中に浮遊しているものであってもよい。

また、上記実施形態では、第１の反射部材３０に第１の反射面３２を設け、第２の反射部材４０に第２の反射面４２に設けた場合の例を示したが、第１の反射面３２および第２の反射面４２は、例えば１つの部材の内側面に設けられるものであってもよい。また、レンズ光学系２２は、被観察物１００の像を拡大して結像するものに限定されず、入射した光Ｌを被観察物１００の観察が可能な状態に調整するものであればよい。

また、上記実施形態において示した作用および効果は、本発明から生じる最も好適な作用および効果を列挙したものに過ぎず、本発明による作用および効果は、これらに限定されるものではない。

本発明に係る観察用光学装置および接触角計は、各種観察や各種測定の分野において利用することができる。

１ 観察用光学装置
２ 接触角計
１０ 光源
２０ 撮像装置
２２ レンズ光学系
３２ 第１の反射面
４２ 第２の反射面
６０ 吐出装置
７０ 退避装置
１００ 被観察物
１０２ 液滴
Ｌ 光
Ｌ１ 光源から被観察物までの光路
Ｌ２ 被観察物からレンズ光学系までの光路

Claims (7)

1. 互いに相手側に向けて配置されると共に、被観察物側に向けて漸次互いに近接する領域を有する第１の反射面および第２の反射面と、
   自身の発する光が前記第１の反射面および前記第２の反射面で少なくとも一回ずつ反射した後に前記被観察物に向けて照射される位置に配置される光源と、
   前記被観察物に向けて照射された光が前記第１の反射面および前記第２の反射面で少なくとも一回ずつ反射した後に入射する位置に配置されるレンズ光学系と、を備えることを特徴とする、
   観察用光学装置。
2. 前記第１の反射面および前記第２の反射面は、前記被観察物に対して第１の方向の両側にそれぞれ配置され、前記第１の方向に直交する第２の方向に沿って前記被観察物側に向かうにつれて漸次互いに近接する領域を有することを特徴とする、
   請求項１に記載の観察用光学装置。
3. 前記レンズ光学系を介して前記被観察物を撮像する撮像装置を備えることを特徴とする、
   請求項１または２に記載の観察用光学装置。
4. 前記光源は、自身の発する光が前記被観察物の周辺を通過した後に前記レンズ光学系に入射する位置に配置されることを特徴とする、
   請求項１乃至３のいずれかに記載の観察用光学装置。
5. 前記光源は、自身の発する光が前記被観察物の表面で反射した後に前記レンズ光学系に入射する位置に配置されることを特徴とする、
   請求項１乃至３のいずれかに記載の観察用光学装置。
6. 請求項３または４に記載の観察用光学装置を備えることを特徴とする、
   接触角計。
7. 液体試料を吐出して前記被観察物となる液滴を形成する吐出装置と、
   前記光源から前記液滴に向かう光路、および前記液滴から前記レンズ光学系に向かう光路から前記吐出装置を退避させる退避装置と、を備えることを特徴とする、
   請求項６に記載の接触角計。

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