JP2005296809A - 除塵装置用異物検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
異物の検出範囲を広げつつ、異物の検出感度も高めて検出性能を向上させる除塵装置用異物検出装置を提供する。
【解決手段】
断面略円形の円形レーザビームを照射する投光部２４１，２５１と、この円形レーザビームを楕円レーザビームに拡張成形して照射するビームエキスパンダ２４２，２５２と、楕円レーザビームを集光する集光レンズ２４３，２５３と、集光されたレーザビームを受光して検出信号を出力する受光部２４４，２５４を備える第１異物検出部２４０，第２異物検出部２５０により、吸引スリットの下側で横長の楕円レーザビームで広い範囲を照射し、異物がある場合に受光部２４４，２５４からの検出信号が減少して、異物があると検出できるような除塵装置用異物検出装置とした。
【選択図】 図４

Description

本発明は、除塵対象の表面に付着する塵や埃等（以下、これらを総称して塵埃という）を単なる清浄エア、または、超音波周波数で振動する超音波エア（以下、これらを総称して洗浄エアという）により塵埃を飛散させて吸引除去する除塵装置に搭載される除塵装置用異物検出装置に関するものである。

除塵装置に搬送されて除塵される除塵対象の一例として、例えば板状のガラス基板などを挙げることができる。このガラス基板は、例えば、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）液晶パネル、ＰＤＰ（プラズマ・ディスプレイ・パネル）、または、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）等に用いられている。
このようなガラス基板を対象とする除塵装置として、例えば、本出願人の特許出願に係り、出願公開された特許公開公報である特許文献１，２などがある。

しかしながら、従来技術による除塵装置では、搬送されるガラス基板が種々の原因（例えば、真空吸着時に破損する）により破壊され、例えば、図９の異物による目詰まりの説明図で示すように、ガラスの破片である異物１が除塵ヘッド２の吸引スリット２ａまで吸引される事象が確認されている。特に、ＴＦＴ液晶パネル用のガラス基板Ｇは０．３ｍｍ〜１．１ｍｍという薄い基板であって破壊に至ることも少なくない。この場合、吸引スリット２ａに吸引されるガラスの破片である異物１が、何らかの原因でガラス基板Ｇへ落下した場合、または、吸引により吸着されている異物１が搬送中のガラス基板Ｇに接触した場合、ガラス基板Ｇの表面に傷がついて不良品となるおそれがあった。ガラス基板Ｇへ落下する場合は一枚のガラス基板に傷をつけるのみであるが、吸着されたガラスの破片による接触は搬送される多数のガラス基板Ｇを次々と傷をつけるという問題があった。このような事情から、ガラスの破片が吸引スロットに吸着されたことを直ちに検出してガラスの破片を取り除きたいという要請があった。

そこで従来技術では、光学系による除塵装置用異物検出装置を用いて異物を検出していた。この従来技術例１について図を参照しつつ説明する。図１０は従来技術例１の除塵装置用異物検出装置の構成図、図１１は従来技術例１の除塵装置用異物検出装置による異物検出の説明図である。従来技術例１の除塵装置用異物検出装置は、例えば、図１０で示すように投光部３、受光部４を備え、図示しないコンピュータにより受光量を解析することで吸引スロットへの異物の吸着を検出するようにしている。この投光部３から照射される投光は放射状に広がるものであり、広範囲の異物を検出するものであった。
このような従来技術例１の除塵装置用異物検出装置は、図１１で示すように異物１により受光部４へ光が到達できなくなり、この光の減少により受光部４から出力される光量の検出信号が減少したようなときに異物１があると判断していた。

また、従来技術の他の例として従来技術例２について図を参照しつつ説明する。図１２は従来技術例２の除塵装置用異物検出装置の構成図、図１３は従来技術例２によるビーム形状の説明図である。
従来技術例２の除塵装置用異物検出装置は、図１２で示すように投光部５、受光部６を備え、図示しないコンピュータにより異物検出を行うものであり、投光部５からほぼ直線状であって、断面は図１３で示すように略円形の投光（例えばレーザビーム）が照射されて、上記のように異物の有無を判断していた。
このような従来技術例２の除塵装置用異物検出装置では、投光部５から出射する例えばレーザビームのような直線上の投光であって受光部６へ確実に入射するため、投光部５からの投光が少ない光量であっても、効率良く異物１を検出できるという利点があった。

特開２０００−８４５１０号公報 （段落番号００１３〜００２５，図１〜図４） 特開２０００−２１０６３０号公報 （段落番号００２０〜００５６，図１〜図１１）

しかしながら、これら従来技術例１，２はそれぞれ問題点を有していた。例えば、図１０，図１１で示す従来技術例１による異物の検出では、投光が広範囲に広がって広い範囲を検出できるため異物がある場合には確実に遮蔽されるが、図１１でも示したように、上側の除塵ヘッド２や下側のガラス基板Ｇに反射する光も受光してしまい、異物１により遮光されているにもかかわらず、反射光を検出することで、受光量の変化が少なくなり、異物１を検出できないおそれがあるという問題があった。
また、従来技術例２では図１３で示すように、投光部５から出射する投光（レーザビーム）は直線上であって範囲が狭いため、上記のような反射による問題は無くなるが、検出範囲が狭くなり、異物の位置によってはやはり異物１を検出できないおそれがあるという問題があった。

そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、異物の検出範囲を広げつつ、異物の検出感度も高めて検出性能を向上させる除塵装置用異物検出装置を提供することにある。

本発明の請求項１に係る除塵装置用異物検出装置は、
少なくとも各１個のエア吸引室およびエア噴出室を有する除塵ヘッドを備え、エア噴出室の噴出スリットから除塵対象の表面に向けて洗浄エアを噴出し、飛散する塵埃をエア吸引室の吸引スリットへ吸引するようにした除塵装置に搭載される除塵装置用異物検出装置において、
断面略円形の円形レーザビームを照射する投光部と、
円形レーザビームの光軸上に配置され、この円形レーザビームを楕円レーザビームに拡張成形し、吸引スリットの直下の空間に楕円レーザビームを照射するビームエキスパンダと、
吸引スリットの直下の空間を挟んでビームエキスパンダと対向するように楕円レーザビームの光軸上に配置され、楕円レーザビームを集光する集光レンズと、
集光レンズの光軸上に配置され、集光されたレーザビームを受光して検出信号を出力する受光部と、
吸引スリットに吸着される異物が楕円レーザビームを遮蔽することによる検出信号の変化を検出し、この検出信号の変化の検出に基づいて吸引スリットに異物が吸着したか否かを判定する信号処理部と、
を備えることを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る除塵装置用異物検出装置は、
請求項１に記載の除塵装置用異物検出装置において、
前記除塵ヘッドは、第１のエア噴出室とこれを挟む第１、第２のエア吸引室とが除塵対象の搬送方向に沿って並べて設けられ、かつ第１、第２のエア吸引室のそれぞれの吸引スリットの直下の空間を楕円レーザビームが通過することを特徴とする。

また、本発明の請求項３に係る除塵装置用異物検出装置は、
請求項２に記載の除塵装置用異物検出装置において、
前記第１のエア吸引室の直下の楕円レーザビームと前記第２のエア吸引室用の直下の楕円レーザビームとは略平行であって投光方向が逆方向となることを特徴とする。

また、本発明の請求項４に係る除塵装置用異物検出装置は、
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の除塵装置用異物検出装置において、
前記ビームエキスパンダはガリレオ型のエキスパンダであることを特徴とする。

また、本発明の請求項５に係る除塵装置用異物検出装置は、
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の除塵装置用異物検出装置において、
前記ビームエキスパンダはケプラー型のエキスパンダであることを特徴とする。

以上のような本発明によれば、異物の検出範囲を広げつつ、異物の検出感度も高めて検出性能を向上させる除塵装置用異物検出装置を提供することができる。

続いて、本発明を実施するための最良の形態について図に基づいて説明する。図１Ａは本発明を実施するための最良の形態の除塵装置用異物検出装置が取付けられた除塵装置の斜視外観図、図１Ｂは同じく除塵装置用異物検出装置が取付けられた除塵装置のａ矢視図である。
除塵装置１０００は、図１Ａ，図１Ｂで示すように、除塵ヘッド１００と、除塵装置用異物検出装置２００に含まれる第１ユニット２１０，第２ユニット２２０を備えている。この除塵装置１０００ではガラス基板Ｇが矢印ａ方向（基板移動方向）に搬送される。

続いて、除塵ヘッド１００について説明する。図２は除塵ヘッド１００およびガラス基板ＧのＡ−Ａ線断面図である。この除塵ヘッド１００は、図２で示すように、矢印ａ方向（基板移動方向ａ）に沿って、エア吸引室Ｖ１、エア噴出室Ｐ、エア吸引室Ｖ２となるように並べられて構成されている。エア吸引室Ｖ１，Ｖ２は図示しない吸気ポンプへ、また、エア噴出室Ｐは図示しない送風ポンプへ接続されるものとする。
このエア吸引室Ｖ１には吸引スリット１１０が、エア噴出室Ｐには噴出スリット１２０が、エア吸引室Ｖ２には吸引スリット１３０が、それぞれ設けられている。
なお、エア吸引室Ｖ１の吸引スリット１１０は下流側、換言すれば噴出スリット１２０側へ傾斜しており、噴出スリット１２０から噴出されるエア流は、吸引スリット１１０へ吸引される。
同様に、エア吸引室Ｖ２の吸引スリット１３０は上流側、換言すれば噴出スリット１２０側へ傾斜しており、噴出スリット１２０から噴出されるエア流は、吸引スリット１３０へ吸引される。
なお、吸引スリット１１０，１３０は、必ずしも傾斜が必要ではなく、図示しないが基板Ｇの基板搬送方向ａに対して略垂直となるように設けられても良い。

続いて、除塵装置用異物検出装置２００について説明する。図３Ａは本形態の除塵装置用異物検出装置２００の平面図（Ｄ矢視図）、図３Ｂは本形態の除塵装置用異物検出装置２００の側面図（Ｂ矢視図）、図４は除塵装置用異物検出装置２００の第１異物検出部２４０，第２異物検出部２５０の光学系の構成図、図５はガリレオ型のビームエキスパンダ２５２の構成図、図６は吸引スリット１１０，１３０の直下に形成される楕円ビームの説明図である。
本形態の除塵装置用異物検出装置２００は、図３Ａで示すように、第１ユニット２１０、第２ユニット２２０、信号処理部２３０を備え、図１，図３Ａ，図３Ｂで示すように、第１ユニット２１０と第２ユニット２２０とは除塵ヘッド１００を挟んで対向する位置に配置される。そして、図３Ａで示すように、２個の異物検出部２４０，２５０が並べて形成されている。

第１異物検出部２４０は、図３Ａの矢印Ｂ方向から見ると、図４（ａ），（ｂ）で示すように、投光部２４１、ビームエキスパンダ２４２、集光レンズ２４３、受光部２４４を備えている。同様に第２異物検出部２５０は、図３Ａの矢印Ｃ方向から見ると、図４（ａ），（ｂ）で示すように、投光部２５１、ビームエキスパンダ２５２、集光レンズ２５３、受光部２５４を備えている。続いてこれら構成について説明する。これら構成は第１異物検出部２４０，第２異物検出部２５０は同じ構成であるため一括して説明する。

投光部は２４１，２５１は、断面が略円形である円形レーザビーム２４５，２５５を照射する。
ビームエキスパンダ２４２，２５２は、円形レーザビーム２４５，２５５を断面が楕円の楕円レーザビーム２４６，２５６に拡張成形し、図６で示すように、吸引スリット１１０，１３０の直下の空間に楕円レーザビーム２４６，２５６を照射する。ビームエキスパンダ２４２，２５２は、詳しくは、図５で示すように、ガリレオ型と呼ばれるエキスパンダであり、平凹シリンドリカルレンズ２４２ａ，２５２ａ、平凸シリンドリカルレンズ２４２ｂ，２５２ｂを備えている。平凹シリンドリカルレンズ２４２ａ，２５２ａはほぼ円形の入射光を縦方向はそのままに横方向のみ屈折して楕円形状に拡張する。平凹シリンドリカルレンズ２４２ｂ，２５２ｂは入射光を縦方向はそのままに横方向のみ平行光に戻して出射する。長軸の拡張率はｄ１／ｄ２＝ｆ１／ｆ２を満たす。これにより、図４，図６で示すように楕円レーザビーム２４６，２５６が吸引スリット１１０，１３０の直下の空間を直線状に照射される。楕円レーザビーム２４６，２５６は長軸とガラス基板平面Ｇとが略平行となるように、換言すれば長軸と基板移動方向ａとが略平行となるように配置することで吸引スリット１１０，１３０を覆う。

集光レンズ２４３，２５３は、吸引スリット１１０，１３０の直下の空間を挟んで楕円レーザビームの光軸上でビームエキスパンダ２４２，２５２と対向して配置される両凸レンズであり、平行光の楕円レーザビームを一点に集光させる。
受光部２４４，２５４は、集光されたレーザビームを受光して検出信号を出力する。

これら第１異物検出部２４０，第２検出部２５０は同じ構成を有するものであるが、レーザビームの照射方向が相違するものであり、図３Ａで示すように、第１のエア吸引室Ｖ１用の第１異物検出部２４０の投光方向Ｅと第２のエア吸引室Ｖ２用の第２異物検出部２５０の投光方向Ｆとは略平行であって逆方向となっている。このような投光方向とする理由は、互いの投光部２４１，２５１が照射するレーザビームが仮に異物で乱反射して照射方向が変化したとしても、異物検出部の受光部２４４，２５４へ乱反射した光が入射しないようにするためである。

続いて、異物の検出について説明する。図３Ａで示す信号処理部２３０は、図示しないＣＰＵ装置、Ａ／Ｄ変換装置および出力装置で構成される。例えば、ＣＰＵ装置は投光部２４１，２５１に供給電流を供給して発光させる。そして発光の間は受光部２４４，２５４から出力される検出信号をＡ／Ｄ変換した検出データとしてＣＰＵ装置へ読み込む。この場合、前段に増幅手段を介在させて振幅の変化が十分に現れるような処理を行ってもよい。ＣＰＵ装置がプログラム処理により検出データの振幅の増減を検出し（検出手段）、振幅の変化（例えば異物がない通常時を１００％の振幅の検出データとすると異物検出時には５０％の振幅の検出データとなるような振幅が減少する変化）を検出した場合に吸引スリット１１０，１３０に吸着されたガラスの破片等の異物が楕円レーザビーム２４６，２５６を遮蔽して受光部２４４，２５４の受光量が低下していることを報知する（報知手段）ように、内蔵する出力装置（ディスプレイ・報知器・回転灯等）を制御する。出力装置が報知して、オペレータは異物が吸引スリットに異物が吸着したと認識する。
信号処理部２３０による検出処理はこのようにして行われる。

続いて他の形態について図を参照しつつ説明する。図７は除塵装置用異物検出装置の他の第１，第２異物検出部の光学系の構成図、図８はケプラー型のビームエキスパンダの構成図である。
本形態では、第１異物検出部２４０’，第２異物検出部２５０’は、図７で示すように、投光部２４１，２５１、ビームエキスパンダ２４２，２５２、集光レンズ２４３，２５３、受光部２４４，２５４を備える点では同じであるが、ガリレオ型のビームエキスパンダーに代えてケプラー型のビームエキスパンダ２４７，２５７とした点が相違する。この相違点について重点的に説明する。

ビームエキスパンダ２４７，２５７は、円形レーザビームを楕円レーザビームに拡張成形し、吸引スリット１１０，１３０の直下の空間に楕円レーザビーム２４６，２５６を照射する。詳しくは、図８で示すように、ケプラー型と呼ばれるエキスパンダであり、平凸シリンドリカルレンズ２４７ａ，２５７ａとの平面側と、平凸シリンドリカルレンズ２４７ｂ，２５７ｂの平面側とを共に対向させている。前側の平凸シリンドリカルレンズ２４７ａ，２５７ａはほぼ円形の入射光を、縦方向はそのままに横方向のみ一旦収束させた後に拡大して楕円形状に拡張する。後側の平凸シリンドリカルレンズ２４７ｂ，２５７ｂは入射光を、縦方向はそのままに横方向のみ平行光に戻して出射する。長軸の拡張率は図８で示すように、ｄ１／ｄ２＝ｆ１／ｆ２となる。これにより、図６で示すように楕円レーザビーム２４６，２５６が吸引スリット１１０，１３０の直下の空間を直線状に照射される。

このように図７，８を用いて説明したケプラー型のビームエキスパンダ２４７，２５７と、図４，５を用いて説明したガリレオ型のビームエキスパンダ２４２，２５２とでは、楕円レーザビーム形状を形成するために必要な距離が相違し、図４，５を用いて説明したガリレオ型のビームエキスパンダ２４２，２５２の方が距離を短くできるという利点があるため、ガリレオ型のビームエキスパンダ２４２，２５２を採用することで小型化が可能となる。

以上本発明の実施形態について説明した。しかしながら、本発明では各種の変形が可能である。
例えば、上記の実施形態では、除塵ヘッドは２個のエア吸引室Ｖ１，Ｖ２の間に１個のエア噴出室Ｐを配置した例（Ｖ−Ｐ−Ｖ構造）であるものとして説明したが、これ以外にも２個のエア噴出室の間に１個のエア吸引室を配置した例（Ｐ−Ｖ−Ｐ構造）としてもよい。この場合、１個のエア吸引室のスリットの下側にレーザビームが通過するように異物検出部を配置する。
また、１個のエア噴出室の間に１個のエア吸引室を配置した例（Ｖ−Ｐ構造，Ｐ−Ｖ構造）としてもよい。この場合、１個のエア吸引室のスリットの下側にレーザビームが通過するように異物検出部を配置する。
さらには、複数個のエア噴出室と複数個のエア吸引室を交互に配置した例（Ｖ−Ｐ−Ｖ−Ｐ−ＶというようにＶとＰとの繰り返し構造）としてもよい。この場合、エア吸引室のスリットの下側にレーザビームが通過するように異物検出部を配置する。これら構成が適宜選択される。

本発明を実施するための最良の形態の除塵装置用異物検出装置が取付けられた除塵装置の斜視外観図である。 本発明を実施するための最良の形態の除塵装置用異物検出装置が取付けられた除塵装置のａ矢視図である。 除塵ヘッドおよびガラス基板のＡ−Ａ線断面図である。 本発明を実施するための最良の形態の除塵装置用異物検出装置の平面図である。 本発明を実施するための最良の形態の除塵装置用異物検出装置の側面図である。 本発明を実施するための最良の形態の除塵装置用異物検出装置の第１，第２異物検出部の光学系の構成図である。 ガリレオ型のビームエキスパンダの構成図である。 吸引スリット直下に形成される楕円ビームの説明図である。 除塵装置用異物検出装置の他の第１，第２異物検出部の光学系の構成図である。 ケプラー型のビームエキスパンダの構成図である。 異物による目詰まりの説明図である。 従来技術例１の除塵装置用異物検出装置の構成図である。 従来技術例１の除塵装置用異物検出装置による異物検出の説明図である。 従来技術例２による異物の検出を説明する説明図である。 従来技術例２によるビーム形状の説明図である。

符号の説明

１０００ 除塵装置
１００ 除塵ヘッド
Ｖ１，Ｖ２ エア吸引室
Ｐ エア噴出室
１１０ Ｖ１用の吸引スロット
１２０ Ｐ用の噴出スロット
１３０ Ｖ２用の吸引スロット
２００ 除塵装置用異物検出装置
２１０ 第１ユニット
２２０ 第２ユニット
２３０ 信号処理部
２４０ 第１異物検出部
２４１ 投光部
２４２ ビームエキスパンダー
２４２ａ 平凹シリンドリカルレンズ
２４２ｂ 平凸シリンドリカルレンズ
２４３ 集光レンズ
２４４ 受光部
２４５ 円形レーザビーム
２４６ 楕円レーザビーム
２４７ ビームエキスパンダー
２４７ａ 平凸シリンドリカルレンズ
２４７ｂ 平凸シリンドリカルレンズ
２５０ 第２異物検出部
２５１ 投光部
２５２ ビームエキスパンダー
２５２ａ 平凹シリンドリカルレンズ
２５２ｂ 平凸シリンドリカルレンズ
２５３ 集光レンズ
２５４ 受光部
２５５ 円形レーザビーム
２５６ 楕円レーザビーム
２５７ ビームエキスパンダー
２５７ａ 平凸シリンドリカルレンズ
２５７ｂ 平凸シリンドリカルレンズ
Ｇ ガラス基板

Claims (5)

1. 少なくとも各１個のエア吸引室およびエア噴出室を有する除塵ヘッドを備え、エア噴出室の噴出スリットから除塵対象の表面に向けて洗浄エアを噴出し、飛散する塵埃をエア吸引室の吸引スリットへ吸引するようにした除塵装置に搭載される除塵装置用異物検出装置において、
   断面略円形の円形レーザビームを照射する投光部と、
   円形レーザビームの光軸上に配置され、この円形レーザビームを楕円レーザビームに拡張成形し、吸引スリットの直下の空間に楕円レーザビームを照射するビームエキスパンダと、
   吸引スリットの直下の空間を挟んでビームエキスパンダと対向するように楕円レーザビームの光軸上に配置され、楕円レーザビームを集光する集光レンズと、
   集光レンズの光軸上に配置され、集光されたレーザビームを受光して検出信号を出力する受光部と、
   吸引スリットに吸着される異物が楕円レーザビームを遮蔽することによる検出信号の変化を検出し、この検出信号の変化の検出に基づいて吸引スリットに異物が吸着したか否かを判定する信号処理部と、
   を備えることを特徴とする除塵装置用異物検出装置。
2. 請求項１に記載の除塵装置用異物検出装置において、
   前記除塵ヘッドは、第１のエア噴出室とこれを挟む第１、第２のエア吸引室とが除塵対象の搬送方向に沿って並べて設けられ、かつ第１、第２のエア吸引室のそれぞれの吸引スリットの直下の空間を楕円レーザビームが通過することを特徴とする除塵装置用異物検出装置。
3. 請求項２に記載の除塵装置用異物検出装置において、
   前記第１のエア吸引室の直下の楕円レーザビームと前記第２のエア吸引室用の直下の楕円レーザビームとは略平行であって投光方向が逆方向となることを特徴とする除塵装置用異物検出装置。
4. 請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の除塵装置用異物検出装置において、
   前記ビームエキスパンダはガリレオ型のエキスパンダであることを特徴とする除塵装置用異物検出装置。
5. 請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の除塵装置用異物検出装置において、
   前記ビームエキスパンダはケプラー型のエキスパンダであることを特徴とする除塵装置用異物検出装置。

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