JP3544323B2 - 透明板の表面粗さ検査方法および装置 - Google Patents
透明板の表面粗さ検査方法および装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス板や樹脂等の透明板、特に液晶ディスプレイなどに使用されるガラス基板などの表面凹凸を検査をする方法、装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来フロート法で製板されたガラス基板は、表面平滑性に優れているので、通常建築用、自動車用の板ガラス以外にもガラス基板としても採用されているが、特に、液晶の基板に使用されるガラス板はさらに表面凹凸の少ないガラス板が要求されるため、フロート法によって成型されたガラス板をさらに研磨する必要がある。
【０００３】
このようなガラス基板などの表面凹凸を検査する方法としては、特開平１−２１２３３８号公報、特開平５−２７２９４９号公報、特開平７−１２８０３２号公報などに示されるように、ガラス板の表面に光を照射してその光の反射光をスクリーンに写し出して検査する方法が良く行われている。
【０００４】
特に、特開平１−２１２３３８号公報で示されるものは、通常のガラス基板の表面凹凸を測定する装置に関する発明であり、ガラス基板への光の入射角がガラス基板の法線を基準として表した場合、８５度（９０度−５度）〜７０度（９０度−２０度）の範囲である。
【０００５】
また、特開平５−２７２９４９号公報に示されるものは、平坦度の高い液晶用のガラス基板の評価方法であり、レーザー光源とラインセンサーを組み合わせた光学式変位計などを組み込んだ光学式マルチラインによって、ガラス基板の研磨面の表面凹凸を測定する方法が開示されている。
【０００６】
また、特開平７−１２８０３２号公報に示されるものは、液晶用のガラス基板の表面うねりを検査する方法であり、ガラス基板の裏面の反射を防ぐために紫外線をガラス基板に照射することが開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、裏面反射とは、図７に示すように、入射面（おもて面）から入射した光が透明体の中を通過してその裏面で反射し、ふたたび入射面（おもて面）側に戻ってくる光のことであり、この裏面反射光が存在すると透明体からの反射光がおもて面のみでなく、裏面の凹凸情報を合成したものとなってしまうため、おもて面のみの正確な表面凹凸情報が得られないという不都合があった。
【０００８】
たとえば、特開平１−２１２３３８号公報に示される測定装置は、ガラス基板への光の入射角が７０度〜８５度の範囲にあるので、裏面の反射による影響が避けられず、表側の表面凹凸を正確に測定することができないという問題点があった。
【０００９】
また、特開平５−２７２９４９号公報に示される方式では、ガラス基板の裏面の反射については全く考慮されておらず、レーザー光が裏面で反射して測定誤差となるのは避けられないばかりか、レーザー光を使うので装置が高価となってしまうという問題点があった。
【００１０】
また、特開平７−１２８０３２号公報に示される方法では、ガラス基板の裏面反射は防ぐことはできても、光源に特殊な短波長紫外線を用いる必要があり、しかもスクリーンに蛍光体を塗布とする必要があり、装置が高価になるばかりか、目に見えない紫外線を照射するので目や皮膚を痛めないように取扱いに注意が必要である。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、通常の光源とスクリーンを使用してガラス基板の裏面反射による影響を防ぎ、おもて面の表面凹凸を正確に検査することを目的とする。
【００１２】
すなわち、本発明は、透明板の表面に所定の入射角を持って光源からの光を照射し、透明板の反射光をスクリーンに投影し、該スクリーンに投影された映像により透明板の表面粗さ（Ｒｍａｘ）を検査する方法において、光源として高圧水銀灯、キセノン灯を用い、透明板への入射角を法線基準で８６〜８９度として透明板の裏面反射を減少させ、表面の反射によりスクリーンに投影された二次元の反射像を濃淡信号として画像処理装置によって、横方向あるいは縦方向の走査線毎に濃淡信号を読み込んで、それぞれの横方向あるいは縦方向の濃淡の波形を得て演算処理させることによってその波形の山と谷の差から表面凹凸の大きさに応じた表面粗さ（Ｒｍａｘ）を測定することを特徴とする透明板の表面粗さ検査方法である。
あるいは、本発明は、透明板の表面に所定の入射角を持って光源からの光を照射し、透明板の反射光をスクリーンに投影し、該スクリーンに投影された二次元の映像により透明板の表面粗さ（Ｒｍａｘ）検査する方法において、高圧水銀灯、キセノン灯を用いた光源と透明板間に配設した偏光素子により、光源をＰ偏光又はＳ偏光として、透明板への入射角を法線基準で６０〜８９度として透明板の裏面反射を減少させ、表面の反射によりスクリーンに投影された二次元の反射像を、濃淡信号として画像処理装置によって横方向あるいは縦方向の走査線毎に濃淡信号を読み込んで、それぞれの横方向あるいは縦方向の濃淡の波形を得て演算処理させることによってその波形の山と谷の差から表面凹凸の大きさに応じた表面粗さ（Ｒｍａｘ）を測定することを特徴とする透明板の表面粗さ検査方法である。
あるいはまた、本発明は、光源を点光源とした場合に台形状となる反射像を、透明基板と反射像の位置関係が１対１で対応固定していることにより反射画像の座標変換を行って長方形の画像とすることを特徴とする上述の透明板の表面粗さ検査方法である。
あるいはまた、本発明は、上述の透明板の表面粗さ検査方法において、基板のうねりなどに基づくノイズをバンドパスフィルタによる処理または移動平均処理を行って取り除くことを特徴とする透明板の表面粗さ検査方法である。
あるいはまた、本発明は、透明板の表面粗さ検査する装置において、透明板の表面に法線基準で８６〜８９度の入射角を持って照射する光源と、透明板の反射光を投影するスクリーンとを少なくとも具備し、表面の反射によりスクリーンに投影された二次元の映像を撮像する二次元カメラと、該二次元カメラによって撮像された縦横方向の走査線毎の濃淡信号により表面凹凸を演算、処理する画像処理装置とを備えたことを特徴とする透明板の表面粗さ検査装置である。
あるいはまた、本発明は、透明板の表面粗さ検査する装置において、高圧水銀灯、キセノン灯を用いた光源と透明板間に偏光角度調整自在に配設した偏光素子と、透明板の表面に法線基準で６０〜８９度の入射角を持って照射する光源と、透明板の反射光を投影するスクリーンとを少なくとも具備し、該スクリーンに投影された二次元の映像を撮像する二次元カメラと、該二次元カメラによって撮像された縦横方向の走査線毎の濃淡信号により表面凹凸を演算、処理する画像処理装置とを備えたことを特徴とする透明板の表面凹凸検査装置である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は、透明板のおもて面より所定の入射角を持って光源を照射し、裏面での反射を起こさないようにして、透明板のおもて面だけの反射光をスクリーン上に投影し、該スクリーン上に投影した映像により透明板の表面凹凸を検査する方法、または装置であり、光源と透明板間には必要に応じて偏光板を設け、光源からの光を偏光板によらない通常光、または偏光板によってＳ偏光された光、もしくはＰ偏光された光とするものであり、透明板の可視光透過率によって、前記透明板に照射する光の種類を適宜選択し、透明板へ照射する光源からの入射角を調整させるものである。
【００１４】
透明板の裏面反射を起こさないようにして、おもて面だけの反射とする点については、裏面反射の影響がほとんどない状態であればよい。つまり、
裏面の反射率／おもて面の反射率＜７％
とした場合に、裏面反射による影響がほとんどないことより、本状態を裏面反射の無い状態として以下に説明する。
【００１５】
前記スクリーンの配置については、検査する透明板のおもて面に略平行な面とし、光源から入射した光が透明板のおもて面で反射したときに透明板全面の反射像がスクリーン上に投影される位置とする。
【００１６】
また、透明板、およびスクリーンは水平な状態に配置するが、立てた状態に配置しても良い。
【００１７】
透明板の表面凹凸の検査方法としては、前記スクリーンに投影された映像を直接目視検査する方法、あるいはスクリーンに投影された映像をＣＣＤカメラ等で撮像し、そのモニター画像を目視検査する方法、あるいはまた、該ＣＣＤカメラによって撮像された透明板の表面凹凸を示す濃淡信号を、画像処理装置によって演算処理させることによって透明板の表面凹凸を検査する方法のいずれでも良いが、目視検査の場合は検査員の熟練度によってバラツキの恐れがあるので、画像処理装置を用いた方法が測定精度も良く好ましい。
【００１８】
偏光板を用いない通常光を用いる場合は、透明板への入射角を法線基準で８６〜８９度として、透明板の裏面反射による影響をなくした状態で、おもて面の反射像をスクリーン上に投影し、該スクリーンに映し出された透明板の表面の反射像を前記の目視検査により、あるいはＣＣＤカメラ、画像処理装置等によって透明板の表面の凹凸を検出する。
【００１９】
また、偏光板を用いない通常光をガラス板などの透明基板に照射するときには、入射角が８６度より小さいと裏面反射の影響を受け、８９度より大きいと透明基板にほとんど平行の光が照射されるので測定が困難になるので、８６度〜８９度とするものであり、この範囲であれば通常の光であっても透明基板の裏面の反射をほとんど無視できる程度に低減し、正確に測定することができる。
【００２０】
ただし、入射角度は小さい方が反射像が鮮明になるので、前記範囲の小さい方、８６度〜８７度の範囲が好ましい。
【００２１】
次いで、偏光板を用いて偏光された光を用いる場合は、光源と透明板間に配設した偏光板等の偏光素子により、偏光された光をＰ偏光又はＳ偏光として、法線基準で６０〜８９度の入射角で、透明板に照射し、透明板の反射光をスクリーン上に投影し、該スクリーンに投影された透明板の表面凹凸の反射映像により透明板の表面の凹凸を検出する。
【００２２】
この場合の光源から透明板への入射角度として、透明板の可視光透過率（以下透過率と略す）の段階的な範囲に応じて、光源の好ましい入射角は法線基準で、Ｓ偏光の場合と、Ｐ偏光の場合のそれぞれについて、
透過率が９０％以上１００％未満で、８５〜８９度、８７〜８９度であり、
透過率が８０％以上９０％未満で、８４〜８９度、８７〜８９度であり、
透過率が７０％以上８０％未満で、８３〜８９度、８７〜８９度であり、
透過率が６０％以上７０％未満で、８１〜８９度、８６〜８９度であり、
透過率が５０％以上６０％未満で、７８〜８９度、８４〜８９度であり、
透過率が４０％以上５０％未満で、７２〜８９度、８２〜８９度であり、
透過率が３０％以上４０％未満で、６０〜８９度、７５〜８９度であり、
透過率が３０％未満で、６０〜８９度、６０〜８９度とするのが好ましい。
【００２３】
これは、着色したガラス板のような着色透明板が、その着色によって可視光透過率が低くなるので、法線基準で表現した入射角度が小さくなっても裏面反射の影響が少なくなるため、入射角範囲を拡大することができる。
【００２４】
さらに、透過率が同じ材質であっても、その板厚を厚くしていくと、透過率は下がるため、着色透明板と同様に入射角度の範囲を拡大することができる。
【００２５】
このように、偏光板によって偏光された光を透明基板に照射するときには、図３〜図６に示すように、透明基板の表面の反射率と裏面の反射率を表した反射特性図に示すように入射角が６０度より小さいと裏面の反射の影響があり、８９度より大きいとほとんど透明基板に平行に入射され、検出が困難であるので、６０度〜８９度の範囲とするものであり、この範囲にすると透明基板表面の反射率が急激に増加し、裏面反射率はきわめて小さくなり、表面凹凸の検査を裏面反射の影響をほとんど受けずに測定することができる。
【００２６】
ただし、偏光板を通した光源の入射角度は、透明板の可視光透過率によってそれぞれ表面凹凸を検出できる範囲が異なるので、透過率の範囲によってそれぞれ入射角を最適な角度とすればよい。
【００２７】
光源は、高圧水銀灯、キセノン灯などの点光源に近いもの、各種の光源とシリンドリカルレンズ、凸レンズ、凹面鏡などの光学機器を組み合わせて平行光を出射する光源などを好適に採用することができる。
【００２８】
光源の光は偏光させるかどうかについて、入射角度を最も広範囲に設定できるだけでなく、入射角を小さくした方が反射像が鮮明になるので、Ｓ波に偏光された光を使用するとその点で有利であるが、Ｐ波に偏光された光や、変更しない通常光も勿論使用することができる。
【００２９】
Ｓ波あるいはＰ波に偏光するときには偏光板などの偏光素子を光源の前に置いて偏光すればよい。
【００３０】
被検査体である透明板は通常のガラス板以外にもアクリル樹脂、ポリカーボネートなどの透明樹脂などであってもよい。
【００３１】
スクリーンは、通常用いられる光沢のない白色の紙、金属、布製のもの以外にも反射光を投影できるものであれば使用することができ、光沢のないものの方が好ましい。
【００３２】
カメラを用いる場合、通常のＣＣＤカメラなど二次元カメラを好適に採用することができるが、ラインセンサーなどの１次元カメラを平行移動させながら採用してもよい。
【００３３】
この場合、カメラの台数は透明基板の大きさに応じて配置して、スクリーン上の濃淡信号を撮像する。
【００３４】
透明基板が通常の大きさ２５０ｍｍ角程度までであればＣＣＤカメラ１台で済む。
【００３５】
透明基板の載置方向は後述する実施例では、水平に載置して行ったが、垂直方向あるいは斜めに載置して行ってもよいが、実際に透明基板が使用される液晶の表示器などの使用されるときの角度に載置して検査すると、より好ましい。
【００３６】
カメラの位置は透明基板による反射像が投影されたスクリーンの表面から撮像する位置に配設する方が好ましいが、スクリーンを半透明にして投影像を裏面から撮像することも可能である。
【００３７】
その後の画像処理については、周知の方法により行うことができる。例えば、光源として点光源に近いものを採用すると、光源の照射むらにより、反射像は中心部分が明るく、周辺部分に行くに従って次第に暗くなるので、そのような濃淡信号を基準の信号として画像処理装置などに記憶させておき、該処理装置において、カメラにより撮像した濃淡の信号（例えば５１２画素×５１２画素毎に２５５階調の濃淡信号）とこの基準の濃淡信号との差を画素毎に演算することにより光源の照射むらの影響を除去する。
【００３８】
その結果、透明基板の表面凹凸に応じて縦（あるいは横）方向に濃淡信号が周期的に表れる。実際にはスクリーンに投影された反射像は、点光源の場合には、台形状（光源が平行光を出射する場合には長方形）になるが、透明基板と反射像の位置関係は固定されており１対１で対応しているので画像の座標変換を行い長方形の画像とする。その後横方向（あるいは縦方向）の走査線毎に濃淡信号を読み込んで、それぞれの横方向（あるいは縦方向）の濃淡の波形を得てその波形の山と谷の差などから表面凹凸の大きさに応じた表面粗さ（Ｒｍａｘ）、うねりなどの代表値を測定することができる。
【００３９】
このとき透明基板には表面凹凸に基づく濃淡の波形以外に、基板のうねりなどに基づく波がノイズとして重なって存在することがあるが、バンドパスフィルタによる処理または移動平均処理を行って測定しようとする波形以外のノイズの影響を取り除いて測定すると好ましい。
【００４０】
画像処理装置は、記憶する機能、演算する機能、入出力機能などをもつものであればよく、表示機能などの機能を有していれば、実施例に示すパソコンは不要である。
【００４１】
また、パソコンに画像入力ボードなどを追加して画像処理装置として使用しても勿論よい。
【００４２】
ここで、Ｓ偏光、Ｐ偏光とは、光波の電気ベクトルの方向で入射平面（この入射平面とは光が進んでくる平面のことで、透明板等の面ではない）に垂直な振動面を持つものをＳ偏光、平行な振動面を持つものをＰ偏光と称し、Ｓ、Ｐはそれぞれドイツ語の「Ｓ ｅｎｋｒｅｃｈｔ 」、および「Ｐ ａｒａｌｌｅｌ 」の頭文字である。
【００４３】
【実施例】
以下、図面を参照しながら、本発明を詳細に説明する。
【００４４】
図１と図２は、それぞれ本発明の表面凹凸検査装置を示す要部側面図と要部平面図、図３、図４は、それぞれ透明基板の可視光透過率が９０％、５０％の各場合における、光源をＳ偏光とＰ偏光とした場合の透明板のおもて面と裏面の反射特性図である。
【００４５】
光源からの光を偏光板を通して、Ｓ偏光とした場合について例示する。
【００４６】
検査装置は高圧水銀灯などの光源１と、該光源の前方に配設したＳ偏光に偏光するための偏光板２と、ガラス基板などの透明板３の反射光を投影するためのスクリーン４と、スクリーンに映し出された映像を撮像するＣＣＤなどのカメラ５と、該カメラからの信号を入力して透明板の表面凹凸を検査するための画像処理装置６と、パソコン７などを少なくとも具備する。
【００４７】
実際には、偏光板の前に絞り板８を設けて光源１からの光が直接スクリーン４に照射されないようにする。
【００４８】
このとき、透明基板はほぼ水平に配設された図示しない載置台に載せ、Ｓ偏光された光の透明基板への入射角を６０度〜８９度とし、好ましくは透明基板の可視光透過率によって段階的に入射角の範囲を設定すれば良い。
【００４９】
図３は、裏面反射の大きい場合の一例として、板厚が３ｍｍ程度の透明なフロートガラス板等の可視光透過率が９０％の場合において、光源をＳ偏光とＰ偏光とした場合の透明板のおもて面と裏面の反射特性図であり、裏面の反射率とおもて面の反射率の比が７％以下となる入射角度を図５、図６より求めると、Ｓ偏光の場合で８５〜８９度、Ｐ偏光の場合で８７〜８９度となることがわかる。
【００５０】
また、図４は、裏面反射の少ない場合の一例として、透明板の可視光透過率が５０％の場合において、光源をＳ偏光とＰ偏光とした場合の透明板のおもて面と裏面の反射特性図であり、裏面の反射率とおもて面の反射率の比が７％以下となる入射角度を図５、図６より求めると、Ｓ偏光の場合で７８〜８９度、Ｐ偏光の場合で８４〜８９度となることがわかる。
【００５１】
このような装置において、光源から光を出射すると、透明基板で反射された光がスクリーン４に映し出されるが、裏面の反射はほとんど無視することができる。
【００５２】
ＣＣＤなどのカメラ５でスクリーン４を撮像すると、本実施例における光源は点光源に近いので照度むらにより中心部分が明るくなっており、周辺にかけて次第に暗くなっているので、予めそのような明暗のパターンを画像処理装置に記憶させておき、画像処理装置では、取り込んだ明暗の信号とこの基準の明暗信号の差を演算し、光源による明暗のバラツキの影響を除去する。
【００５３】
このようにして得られた明暗の信号は、例えば一般的には透明基板の表面の凹凸に応じて縦方向（あるいは横方向）に明暗の縞が複数存在する。
【００５４】
そこで画像処理装置において、縞の方向と直角な横方向（あるいは縦方向）に全ての画素について走査して、走査線上の各画素の明暗信号から濃淡の波形を得てその波形の山と谷の差、波長などを演算して透明基板全体の表面凹凸の検査を行い、必要に応じパソコンにデータなどの表示、記録、印刷などを行わせる。
【００５５】
このとき画像処理装置では濃淡波形に対してバンドパスフィルターによるフィルター処理または移動平均処理を行い、うねり、そりなどの影響を除去する。
【００５６】
このようにして検査される透明基板の表面凹凸に応じた濃淡波形は、一般に用いられる接触式表面粗さ計による実測値とよく一致しており、きわめて正確に測定できることを確認した。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の表面凹凸検査方法、および装置は、レーザー光や紫外線を出射する特別な光源など必要でなく、通常の光源とスクリーンの使用による安価な装置で透明基板の裏面反射の影響を完全になくし、正確に表面凹凸を検査することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の表面凹凸検出装置を示す要部側面図。
【図２】本発明の表面凹凸検出装置を示す要部平面図。
【図３】透明板の可視光透過率が９０％の場合における、光源をＳ偏光とＰ偏光とした場合の透明板のおもて面と裏面の反射特性図。
【図４】透明板の可視光透過率が５０％の場合における、光源をＳ偏光とＰ偏光とした場合の透明板のおもて面と裏面の反射特性図。
【図５】可視光透過率の異なる透明板のおもて面のそれぞれにＳ偏光の光を入射させたときの、裏面の反射率とおもて面の反射率の比を示す図
【図６】可視光透過率の異なる透明板のおもて面のそれぞれにＰ偏光の光を入射させたときの、裏面の反射率とおもて面の反射率の比を示す図
【図７】透明板に光源からの光を入射させたときの、おもて面反射と裏面反射を示す図。
【符号の説明】
１ 光源
２ 偏光板
３ 透明板
４ スクリーン
５ カメラ
６ 画像処理装置
７ パソコン
８ 絞り板
θ 入射角
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス板や樹脂等の透明板、特に液晶ディスプレイなどに使用されるガラス基板などの表面凹凸を検査をする方法、装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来フロート法で製板されたガラス基板は、表面平滑性に優れているので、通常建築用、自動車用の板ガラス以外にもガラス基板としても採用されているが、特に、液晶の基板に使用されるガラス板はさらに表面凹凸の少ないガラス板が要求されるため、フロート法によって成型されたガラス板をさらに研磨する必要がある。
【０００３】
このようなガラス基板などの表面凹凸を検査する方法としては、特開平１−２１２３３８号公報、特開平５−２７２９４９号公報、特開平７−１２８０３２号公報などに示されるように、ガラス板の表面に光を照射してその光の反射光をスクリーンに写し出して検査する方法が良く行われている。
【０００４】
特に、特開平１−２１２３３８号公報で示されるものは、通常のガラス基板の表面凹凸を測定する装置に関する発明であり、ガラス基板への光の入射角がガラス基板の法線を基準として表した場合、８５度（９０度−５度）〜７０度（９０度−２０度）の範囲である。
【０００５】
また、特開平５−２７２９４９号公報に示されるものは、平坦度の高い液晶用のガラス基板の評価方法であり、レーザー光源とラインセンサーを組み合わせた光学式変位計などを組み込んだ光学式マルチラインによって、ガラス基板の研磨面の表面凹凸を測定する方法が開示されている。
【０００６】
また、特開平７−１２８０３２号公報に示されるものは、液晶用のガラス基板の表面うねりを検査する方法であり、ガラス基板の裏面の反射を防ぐために紫外線をガラス基板に照射することが開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、裏面反射とは、図７に示すように、入射面（おもて面）から入射した光が透明体の中を通過してその裏面で反射し、ふたたび入射面（おもて面）側に戻ってくる光のことであり、この裏面反射光が存在すると透明体からの反射光がおもて面のみでなく、裏面の凹凸情報を合成したものとなってしまうため、おもて面のみの正確な表面凹凸情報が得られないという不都合があった。
【０００８】
たとえば、特開平１−２１２３３８号公報に示される測定装置は、ガラス基板への光の入射角が７０度〜８５度の範囲にあるので、裏面の反射による影響が避けられず、表側の表面凹凸を正確に測定することができないという問題点があった。
【０００９】
また、特開平５−２７２９４９号公報に示される方式では、ガラス基板の裏面の反射については全く考慮されておらず、レーザー光が裏面で反射して測定誤差となるのは避けられないばかりか、レーザー光を使うので装置が高価となってしまうという問題点があった。
【００１０】
また、特開平７−１２８０３２号公報に示される方法では、ガラス基板の裏面反射は防ぐことはできても、光源に特殊な短波長紫外線を用いる必要があり、しかもスクリーンに蛍光体を塗布とする必要があり、装置が高価になるばかりか、目に見えない紫外線を照射するので目や皮膚を痛めないように取扱いに注意が必要である。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、通常の光源とスクリーンを使用してガラス基板の裏面反射による影響を防ぎ、おもて面の表面凹凸を正確に検査することを目的とする。
【００１２】
すなわち、本発明は、透明板の表面に所定の入射角を持って光源からの光を照射し、透明板の反射光をスクリーンに投影し、該スクリーンに投影された映像により透明板の表面粗さ（Ｒｍａｘ）を検査する方法において、光源として高圧水銀灯、キセノン灯を用い、透明板への入射角を法線基準で８６〜８９度として透明板の裏面反射を減少させ、表面の反射によりスクリーンに投影された二次元の反射像を濃淡信号として画像処理装置によって、横方向あるいは縦方向の走査線毎に濃淡信号を読み込んで、それぞれの横方向あるいは縦方向の濃淡の波形を得て演算処理させることによってその波形の山と谷の差から表面凹凸の大きさに応じた表面粗さ（Ｒｍａｘ）を測定することを特徴とする透明板の表面粗さ検査方法である。
あるいは、本発明は、透明板の表面に所定の入射角を持って光源からの光を照射し、透明板の反射光をスクリーンに投影し、該スクリーンに投影された二次元の映像により透明板の表面粗さ（Ｒｍａｘ）検査する方法において、高圧水銀灯、キセノン灯を用いた光源と透明板間に配設した偏光素子により、光源をＰ偏光又はＳ偏光として、透明板への入射角を法線基準で６０〜８９度として透明板の裏面反射を減少させ、表面の反射によりスクリーンに投影された二次元の反射像を、濃淡信号として画像処理装置によって横方向あるいは縦方向の走査線毎に濃淡信号を読み込んで、それぞれの横方向あるいは縦方向の濃淡の波形を得て演算処理させることによってその波形の山と谷の差から表面凹凸の大きさに応じた表面粗さ（Ｒｍａｘ）を測定することを特徴とする透明板の表面粗さ検査方法である。
あるいはまた、本発明は、光源を点光源とした場合に台形状となる反射像を、透明基板と反射像の位置関係が１対１で対応固定していることにより反射画像の座標変換を行って長方形の画像とすることを特徴とする上述の透明板の表面粗さ検査方法である。
あるいはまた、本発明は、上述の透明板の表面粗さ検査方法において、基板のうねりなどに基づくノイズをバンドパスフィルタによる処理または移動平均処理を行って取り除くことを特徴とする透明板の表面粗さ検査方法である。
あるいはまた、本発明は、透明板の表面粗さ検査する装置において、透明板の表面に法線基準で８６〜８９度の入射角を持って照射する光源と、透明板の反射光を投影するスクリーンとを少なくとも具備し、表面の反射によりスクリーンに投影された二次元の映像を撮像する二次元カメラと、該二次元カメラによって撮像された縦横方向の走査線毎の濃淡信号により表面凹凸を演算、処理する画像処理装置とを備えたことを特徴とする透明板の表面粗さ検査装置である。
あるいはまた、本発明は、透明板の表面粗さ検査する装置において、高圧水銀灯、キセノン灯を用いた光源と透明板間に偏光角度調整自在に配設した偏光素子と、透明板の表面に法線基準で６０〜８９度の入射角を持って照射する光源と、透明板の反射光を投影するスクリーンとを少なくとも具備し、該スクリーンに投影された二次元の映像を撮像する二次元カメラと、該二次元カメラによって撮像された縦横方向の走査線毎の濃淡信号により表面凹凸を演算、処理する画像処理装置とを備えたことを特徴とする透明板の表面凹凸検査装置である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は、透明板のおもて面より所定の入射角を持って光源を照射し、裏面での反射を起こさないようにして、透明板のおもて面だけの反射光をスクリーン上に投影し、該スクリーン上に投影した映像により透明板の表面凹凸を検査する方法、または装置であり、光源と透明板間には必要に応じて偏光板を設け、光源からの光を偏光板によらない通常光、または偏光板によってＳ偏光された光、もしくはＰ偏光された光とするものであり、透明板の可視光透過率によって、前記透明板に照射する光の種類を適宜選択し、透明板へ照射する光源からの入射角を調整させるものである。
【００１４】
透明板の裏面反射を起こさないようにして、おもて面だけの反射とする点については、裏面反射の影響がほとんどない状態であればよい。つまり、
裏面の反射率／おもて面の反射率＜７％
とした場合に、裏面反射による影響がほとんどないことより、本状態を裏面反射の無い状態として以下に説明する。
【００１５】
前記スクリーンの配置については、検査する透明板のおもて面に略平行な面とし、光源から入射した光が透明板のおもて面で反射したときに透明板全面の反射像がスクリーン上に投影される位置とする。
【００１６】
また、透明板、およびスクリーンは水平な状態に配置するが、立てた状態に配置しても良い。
【００１７】
透明板の表面凹凸の検査方法としては、前記スクリーンに投影された映像を直接目視検査する方法、あるいはスクリーンに投影された映像をＣＣＤカメラ等で撮像し、そのモニター画像を目視検査する方法、あるいはまた、該ＣＣＤカメラによって撮像された透明板の表面凹凸を示す濃淡信号を、画像処理装置によって演算処理させることによって透明板の表面凹凸を検査する方法のいずれでも良いが、目視検査の場合は検査員の熟練度によってバラツキの恐れがあるので、画像処理装置を用いた方法が測定精度も良く好ましい。
【００１８】
偏光板を用いない通常光を用いる場合は、透明板への入射角を法線基準で８６〜８９度として、透明板の裏面反射による影響をなくした状態で、おもて面の反射像をスクリーン上に投影し、該スクリーンに映し出された透明板の表面の反射像を前記の目視検査により、あるいはＣＣＤカメラ、画像処理装置等によって透明板の表面の凹凸を検出する。
【００１９】
また、偏光板を用いない通常光をガラス板などの透明基板に照射するときには、入射角が８６度より小さいと裏面反射の影響を受け、８９度より大きいと透明基板にほとんど平行の光が照射されるので測定が困難になるので、８６度〜８９度とするものであり、この範囲であれば通常の光であっても透明基板の裏面の反射をほとんど無視できる程度に低減し、正確に測定することができる。
【００２０】
ただし、入射角度は小さい方が反射像が鮮明になるので、前記範囲の小さい方、８６度〜８７度の範囲が好ましい。
【００２１】
次いで、偏光板を用いて偏光された光を用いる場合は、光源と透明板間に配設した偏光板等の偏光素子により、偏光された光をＰ偏光又はＳ偏光として、法線基準で６０〜８９度の入射角で、透明板に照射し、透明板の反射光をスクリーン上に投影し、該スクリーンに投影された透明板の表面凹凸の反射映像により透明板の表面の凹凸を検出する。
【００２２】
この場合の光源から透明板への入射角度として、透明板の可視光透過率（以下透過率と略す）の段階的な範囲に応じて、光源の好ましい入射角は法線基準で、Ｓ偏光の場合と、Ｐ偏光の場合のそれぞれについて、
透過率が９０％以上１００％未満で、８５〜８９度、８７〜８９度であり、
透過率が８０％以上９０％未満で、８４〜８９度、８７〜８９度であり、
透過率が７０％以上８０％未満で、８３〜８９度、８７〜８９度であり、
透過率が６０％以上７０％未満で、８１〜８９度、８６〜８９度であり、
透過率が５０％以上６０％未満で、７８〜８９度、８４〜８９度であり、
透過率が４０％以上５０％未満で、７２〜８９度、８２〜８９度であり、
透過率が３０％以上４０％未満で、６０〜８９度、７５〜８９度であり、
透過率が３０％未満で、６０〜８９度、６０〜８９度とするのが好ましい。
【００２３】
これは、着色したガラス板のような着色透明板が、その着色によって可視光透過率が低くなるので、法線基準で表現した入射角度が小さくなっても裏面反射の影響が少なくなるため、入射角範囲を拡大することができる。
【００２４】
さらに、透過率が同じ材質であっても、その板厚を厚くしていくと、透過率は下がるため、着色透明板と同様に入射角度の範囲を拡大することができる。
【００２５】
このように、偏光板によって偏光された光を透明基板に照射するときには、図３〜図６に示すように、透明基板の表面の反射率と裏面の反射率を表した反射特性図に示すように入射角が６０度より小さいと裏面の反射の影響があり、８９度より大きいとほとんど透明基板に平行に入射され、検出が困難であるので、６０度〜８９度の範囲とするものであり、この範囲にすると透明基板表面の反射率が急激に増加し、裏面反射率はきわめて小さくなり、表面凹凸の検査を裏面反射の影響をほとんど受けずに測定することができる。
【００２６】
ただし、偏光板を通した光源の入射角度は、透明板の可視光透過率によってそれぞれ表面凹凸を検出できる範囲が異なるので、透過率の範囲によってそれぞれ入射角を最適な角度とすればよい。
【００２７】
光源は、高圧水銀灯、キセノン灯などの点光源に近いもの、各種の光源とシリンドリカルレンズ、凸レンズ、凹面鏡などの光学機器を組み合わせて平行光を出射する光源などを好適に採用することができる。
【００２８】
光源の光は偏光させるかどうかについて、入射角度を最も広範囲に設定できるだけでなく、入射角を小さくした方が反射像が鮮明になるので、Ｓ波に偏光された光を使用するとその点で有利であるが、Ｐ波に偏光された光や、変更しない通常光も勿論使用することができる。
【００２９】
Ｓ波あるいはＰ波に偏光するときには偏光板などの偏光素子を光源の前に置いて偏光すればよい。
【００３０】
被検査体である透明板は通常のガラス板以外にもアクリル樹脂、ポリカーボネートなどの透明樹脂などであってもよい。
【００３１】
スクリーンは、通常用いられる光沢のない白色の紙、金属、布製のもの以外にも反射光を投影できるものであれば使用することができ、光沢のないものの方が好ましい。
【００３２】
カメラを用いる場合、通常のＣＣＤカメラなど二次元カメラを好適に採用することができるが、ラインセンサーなどの１次元カメラを平行移動させながら採用してもよい。
【００３３】
この場合、カメラの台数は透明基板の大きさに応じて配置して、スクリーン上の濃淡信号を撮像する。
【００３４】
透明基板が通常の大きさ２５０ｍｍ角程度までであればＣＣＤカメラ１台で済む。
【００３５】
透明基板の載置方向は後述する実施例では、水平に載置して行ったが、垂直方向あるいは斜めに載置して行ってもよいが、実際に透明基板が使用される液晶の表示器などの使用されるときの角度に載置して検査すると、より好ましい。
【００３６】
カメラの位置は透明基板による反射像が投影されたスクリーンの表面から撮像する位置に配設する方が好ましいが、スクリーンを半透明にして投影像を裏面から撮像することも可能である。
【００３７】
その後の画像処理については、周知の方法により行うことができる。例えば、光源として点光源に近いものを採用すると、光源の照射むらにより、反射像は中心部分が明るく、周辺部分に行くに従って次第に暗くなるので、そのような濃淡信号を基準の信号として画像処理装置などに記憶させておき、該処理装置において、カメラにより撮像した濃淡の信号（例えば５１２画素×５１２画素毎に２５５階調の濃淡信号）とこの基準の濃淡信号との差を画素毎に演算することにより光源の照射むらの影響を除去する。
【００３８】
その結果、透明基板の表面凹凸に応じて縦（あるいは横）方向に濃淡信号が周期的に表れる。実際にはスクリーンに投影された反射像は、点光源の場合には、台形状（光源が平行光を出射する場合には長方形）になるが、透明基板と反射像の位置関係は固定されており１対１で対応しているので画像の座標変換を行い長方形の画像とする。その後横方向（あるいは縦方向）の走査線毎に濃淡信号を読み込んで、それぞれの横方向（あるいは縦方向）の濃淡の波形を得てその波形の山と谷の差などから表面凹凸の大きさに応じた表面粗さ（Ｒｍａｘ）、うねりなどの代表値を測定することができる。
【００３９】
このとき透明基板には表面凹凸に基づく濃淡の波形以外に、基板のうねりなどに基づく波がノイズとして重なって存在することがあるが、バンドパスフィルタによる処理または移動平均処理を行って測定しようとする波形以外のノイズの影響を取り除いて測定すると好ましい。
【００４０】
画像処理装置は、記憶する機能、演算する機能、入出力機能などをもつものであればよく、表示機能などの機能を有していれば、実施例に示すパソコンは不要である。
【００４１】
また、パソコンに画像入力ボードなどを追加して画像処理装置として使用しても勿論よい。
【００４２】
ここで、Ｓ偏光、Ｐ偏光とは、光波の電気ベクトルの方向で入射平面（この入射平面とは光が進んでくる平面のことで、透明板等の面ではない）に垂直な振動面を持つものをＳ偏光、平行な振動面を持つものをＰ偏光と称し、Ｓ、Ｐはそれぞれドイツ語の「Ｓ ｅｎｋｒｅｃｈｔ 」、および「Ｐ ａｒａｌｌｅｌ 」の頭文字である。
【００４３】
【実施例】
以下、図面を参照しながら、本発明を詳細に説明する。
【００４４】
図１と図２は、それぞれ本発明の表面凹凸検査装置を示す要部側面図と要部平面図、図３、図４は、それぞれ透明基板の可視光透過率が９０％、５０％の各場合における、光源をＳ偏光とＰ偏光とした場合の透明板のおもて面と裏面の反射特性図である。
【００４５】
光源からの光を偏光板を通して、Ｓ偏光とした場合について例示する。
【００４６】
検査装置は高圧水銀灯などの光源１と、該光源の前方に配設したＳ偏光に偏光するための偏光板２と、ガラス基板などの透明板３の反射光を投影するためのスクリーン４と、スクリーンに映し出された映像を撮像するＣＣＤなどのカメラ５と、該カメラからの信号を入力して透明板の表面凹凸を検査するための画像処理装置６と、パソコン７などを少なくとも具備する。
【００４７】
実際には、偏光板の前に絞り板８を設けて光源１からの光が直接スクリーン４に照射されないようにする。
【００４８】
このとき、透明基板はほぼ水平に配設された図示しない載置台に載せ、Ｓ偏光された光の透明基板への入射角を６０度〜８９度とし、好ましくは透明基板の可視光透過率によって段階的に入射角の範囲を設定すれば良い。
【００４９】
図３は、裏面反射の大きい場合の一例として、板厚が３ｍｍ程度の透明なフロートガラス板等の可視光透過率が９０％の場合において、光源をＳ偏光とＰ偏光とした場合の透明板のおもて面と裏面の反射特性図であり、裏面の反射率とおもて面の反射率の比が７％以下となる入射角度を図５、図６より求めると、Ｓ偏光の場合で８５〜８９度、Ｐ偏光の場合で８７〜８９度となることがわかる。
【００５０】
また、図４は、裏面反射の少ない場合の一例として、透明板の可視光透過率が５０％の場合において、光源をＳ偏光とＰ偏光とした場合の透明板のおもて面と裏面の反射特性図であり、裏面の反射率とおもて面の反射率の比が７％以下となる入射角度を図５、図６より求めると、Ｓ偏光の場合で７８〜８９度、Ｐ偏光の場合で８４〜８９度となることがわかる。
【００５１】
このような装置において、光源から光を出射すると、透明基板で反射された光がスクリーン４に映し出されるが、裏面の反射はほとんど無視することができる。
【００５２】
ＣＣＤなどのカメラ５でスクリーン４を撮像すると、本実施例における光源は点光源に近いので照度むらにより中心部分が明るくなっており、周辺にかけて次第に暗くなっているので、予めそのような明暗のパターンを画像処理装置に記憶させておき、画像処理装置では、取り込んだ明暗の信号とこの基準の明暗信号の差を演算し、光源による明暗のバラツキの影響を除去する。
【００５３】
このようにして得られた明暗の信号は、例えば一般的には透明基板の表面の凹凸に応じて縦方向（あるいは横方向）に明暗の縞が複数存在する。
【００５４】
そこで画像処理装置において、縞の方向と直角な横方向（あるいは縦方向）に全ての画素について走査して、走査線上の各画素の明暗信号から濃淡の波形を得てその波形の山と谷の差、波長などを演算して透明基板全体の表面凹凸の検査を行い、必要に応じパソコンにデータなどの表示、記録、印刷などを行わせる。
【００５５】
このとき画像処理装置では濃淡波形に対してバンドパスフィルターによるフィルター処理または移動平均処理を行い、うねり、そりなどの影響を除去する。
【００５６】
このようにして検査される透明基板の表面凹凸に応じた濃淡波形は、一般に用いられる接触式表面粗さ計による実測値とよく一致しており、きわめて正確に測定できることを確認した。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の表面凹凸検査方法、および装置は、レーザー光や紫外線を出射する特別な光源など必要でなく、通常の光源とスクリーンの使用による安価な装置で透明基板の裏面反射の影響を完全になくし、正確に表面凹凸を検査することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の表面凹凸検出装置を示す要部側面図。
【図２】本発明の表面凹凸検出装置を示す要部平面図。
【図３】透明板の可視光透過率が９０％の場合における、光源をＳ偏光とＰ偏光とした場合の透明板のおもて面と裏面の反射特性図。
【図４】透明板の可視光透過率が５０％の場合における、光源をＳ偏光とＰ偏光とした場合の透明板のおもて面と裏面の反射特性図。
【図５】可視光透過率の異なる透明板のおもて面のそれぞれにＳ偏光の光を入射させたときの、裏面の反射率とおもて面の反射率の比を示す図
【図６】可視光透過率の異なる透明板のおもて面のそれぞれにＰ偏光の光を入射させたときの、裏面の反射率とおもて面の反射率の比を示す図
【図７】透明板に光源からの光を入射させたときの、おもて面反射と裏面反射を示す図。
【符号の説明】
１ 光源
２ 偏光板
３ 透明板
４ スクリーン
５ カメラ
６ 画像処理装置
７ パソコン
８ 絞り板
θ 入射角
Claims (6)
- 透明板の表面に所定の入射角を持って光源からの光を照射し、透明板の反射光をスクリーンに投影し、該スクリーンに投影された映像により透明板の表面粗さ（Ｒｍａｘ）を検査する方法において、光源として高圧水銀灯、キセノン灯を用い、透明板への入射角を法線基準で８６〜８９度として透明板の裏面反射を減少させ、表面の反射によりスクリーンに投影された二次元の反射像を濃淡信号として画像処理装置によって、横方向あるいは縦方向の走査線毎に濃淡信号を読み込んで、それぞれの横方向あるいは縦方向の濃淡の波形を得て演算処理させることによってその波形の山と谷の差から表面凹凸の大きさに応じた表面粗さ（Ｒｍａｘ）を測定することを特徴とする透明板の表面粗さ検査方法。
- 透明板の表面に所定の入射角を持って光源からの光を照射し、透明板の反射光をスクリーンに投影し、該スクリーンに投影された二次元の映像により透明板の表面粗さ（Ｒｍａｘ）検査する方法において、高圧水銀灯、キセノン灯を用いた光源と透明板間に配設した偏光素子により、光源をＰ偏光又はＳ偏光として、透明板への入射角を法線基準で６０〜８９度として透明板の裏面反射を減少させ、表面の反射によりスクリーンに投影された二次元の反射像を、濃淡信号として画像処理装置によって横方向あるいは縦方向の走査線毎に濃淡信号を読み込んで、それぞれの横方向あるいは縦方向の濃淡の波形を得て演算処理させることによってその波形の山と谷の差から表面凹凸の大きさに応じた表面粗さ（Ｒｍａｘ）を測定することを特徴とする透明板の表面粗さ検査方法。
- 光源を点光源とした場合に台形状となる反射像を、透明基板と反射像の位置関係が１対１で対応固定していることにより反射画像の座標変換を行って長方形の画像とすることを特徴とする請求項１または２記載の透明板の表面粗さ検査方法。
- 前記請求項１乃至３記載の透明板の表面粗さ検査方法において、基板のうねりなどに基づくノイズをバンドパスフィルタによる処理または移動平均処理を行って取り除くことを特徴とする透明板の表面粗さ検査方法。
- 透明板の表面粗さ検査する装置において、透明板の表面に法線基準で８６〜８９度の入射角を持って照射する高圧水銀灯、キセノン灯を用いた光源と、透明板の反射光を投影するスクリーンとを少なくとも具備し、表面の反射によりスクリーンに投影された二次元の映像を撮像する二次元カメラと、該二次元カメラによって撮像された縦横方向の走査線毎の濃淡信号により表面凹凸を演算、処理する画像処理装置とを備えたことを特徴とする透明板の表面粗さ検査装置。
- 透明板の表面粗さ検査する装置において、高圧水銀灯、キセノン灯を用いた光源と透明板間に偏光角度調整自在に配設した偏光素子と、透明板の表面に法線基準で６０〜８９度の入射角を持って照射する光源と、透明板の反射光を投影するスクリーンとを少なくとも具備し、該スクリーンに投影された二次元の映像を撮像する二次元カメラと、該二次元カメラによって撮像された縦横方向の走査線毎の濃淡信号により表面凹凸を演算、処理する画像処理装置とを備えたことを特徴とする透明板の表面凹凸検査装置。
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