JP2009276088A - ガラス板の歪検査方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 所定領域の歪の値を迅速に測定することを可能にする。
【解決手段】 成形し徐冷されて移動するガラスリボンの帯状領域を、既知の偏光光を通過させ、この帯状領域の各点を通過した光の偏光方位の変化を画素単位で検出して算出し、前記算出した各点の偏光方位の変化量から前記ガラスリボンの帯状領域の各点の歪を一度に求め、前記ガラスリボンの移動にあわせて所定の間隔で、前記帯状領域の歪を求めることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、ダウンドロー法等で製造されたガラス板の内部の歪を測定する方法に関し、特に、ガラス板の所定領域を撮像デバイスの画素レベルの非常に多数かつ微小な点の集まりで表した場合に、その各点ごとの歪を一度に求めることを可能にした方法及び装置に関する。

ガラス等の透明板状体の内部に存在する歪は、一般に、ガラス板などの試料に偏光を照射し、その通過光を解析することで検出することが出来る。すなわち、通常部分を通過した通常光と歪部分を通過した異常光による屈折率差である複屈折を測定することで、歪に伴う内部応力の大きさを検出する。このとき、通過光の解析は以下の式（１）、（２）で表すことができる。
（数式１）
Δｎ＝ｎ_ｅ−ｎ_０＝ＢＦ・・・（１）
Δｎ：複屈折
ｎ_ｅ:異常光の屈折率
ｎ_０：正常光の屈折率
Ｂ ：比例定数（光弾性定数）
Ｆ :歪に伴う内部応力
（数式２）
δ＝ｌ（ｎ_ｅ−ｎ_０）＝ｌ・Δｎ・・・（２）
δ ：通常光と異常光の光路差またはレターデーション
ｌ ：物体中を光が通過した距離

ガラス等の透明板状体の歪を検査する具体的方法としては、例えば、特許文献１に記載の方法が知られている。特許文献１に記載の方法は、光源からの光を第１の偏光板により偏光させ、この偏光を測定対象たる透明板状体を通過させ、透明板状体から出射した光を、２枚の水晶板を互いに光軸が直交するように貼り合わせてなる水晶楔に入射させ、この水晶楔により分岐されて振動方向が互いに直交しかつ位相の異なる２つの偏光をさらに第２の偏光板に入射させ、このとき得られる干渉縞の位置を、基準位置からの移動量として測定することにより歪量を検査するものである。
特許第２５５９５５１号公報

各種電子デバイスの基板等として用いられるガラス板は、成形し徐冷された後にいずれの場所にどの程度の歪が存在するかを検査する必要がある。歪が大きいと、その後の工程で問題が発生する。特に、フラットパネルディスプレイ（以下ＦＰＤと略す）と呼ばれる、薄型表示装置のガラス基板に用いられるガラス板においては、寸法安定性が重要であり歪を小さく抑えることが重要となっている。例えば、ＦＰＤの一種であるＴＦＴ液晶表示パネルでは表面に薄膜トランジスタを形成するため、ガラス基板の変形を最小限に抑える必要があり、使用するガラス板の歪が少なくなければならない。また近年、ＦＰＤ用ガラス基板の面積が大型化するにつれ、基板１枚あたりの歪の量が大きくなりやすいため歪の調整が難しくなる。

然るに、上述の従来の歪検査方法は、一度の測定では一点の測定しかできないので、所望の領域全体の歪情報を得るためには、その領域内のできるだけ多数の点の歪を測定する
必要がある。そのため、光源ボックス３と測定ボックス１２とを連動させて移動しながら所望領域内の各点の測定を行うようにしている。このため、必要な測定結果を得るまでに時間が掛ってしまい、瞬時に測定結果を得ることができない。また、所望領域内の測定精度をあげるために、より測定点数を増やそうとすると、測定時間はさらに増えてしまう。

また、上述の歪検査方法では光源ボックス及び測定ボックスを移動させて各点で測定を行うものであるため、オンラインでの全面を測定することは困難である。

さらにまた、上述の歪検査方法では、測定ボックスと測定ボックスを水平移動させるための装置をガラス板の製造工程に設置するにあたり、測定ボックスの移動スペースを設ける必要があり、既存のガラス板製造設備への取り付けが困難である。

さらにまた、ＦＰＤ用のガラスは表面が清浄であることが要求される。しかしながら、上述の歪検査方法では、測定ボックスがガラス板上を随時移動しているため、ガラス板表面の清浄度を維持するためにも不利である。

本発明は、上述の背景のもとでなされたものであり、ガラス板の所定領域を撮像デバイスの画素レベルの非常に多数かつ微小な点の集まりで表した場合に、その各点ごとの歪を一度に求めることを可能にした方法及び装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため手段は以下の通りである。
（１）溶融ガラスを成形し徐冷した後のガラス板の歪を測定する歪測定方法において、
撮像デバイスの各画素の光入射光路上にそれぞれ偏光子を設け、隣接する前記複数の画素及び偏光子を組み合わせ、これら各組の偏光子の偏光方位を互いに異なるものにして前記各偏光子を経て前記各画素に入射した光の強度からこの組に入射した光の偏光方向を算出できるようにし、
前記各組を偏光測定画素単位にして、前記ガラス板の所定領域を通過させた既知の偏光光を前記撮像デバイスに入射させ、前記ガラス板の所定領域の各点を通過した光の偏光方位の変化を前記偏光測定画素単位によってそれぞれ検出して算出し、前記算出した各点の偏光方位の変化量から前記ガラス板の所定領域の各点の歪を一度に求めるようにするとともに、
前記既知の偏光光は、前記成形し徐冷されて移動するガラスリボンに照射して該ガラスリボンを通過させるものであり、前記ガラスリボンの進行方向に直交する方向である該ガラスリボンの幅方向にその長手方向が平行な帯状の領域であって、該帯状領域の長手方向の寸法が前記ガラスリボンの幅である帯状領域に照射して通過させるものであり、
前記ガラスリボンの前記帯状領域の各点を通過した光の偏光方位の変化を前記偏光測定画素単位によってそれぞれ検出して算出し、前記算出した各点の偏光方位の変化量から前記ガラスリボンの帯状領域の各点の歪を一度に求め、
前記ガラスリボンの移動にあわせて所定の間隔で、前記帯状領域の歪を求めることを特徴とするガラス板の歪測定方法。
（２）前記（１）に記載のガラス板の歪測定方法であって、
前記歪の測定は、前記ガラスリボンを切断して矩形状ガラス板に形成した後、該矩形状ガラス板を吊り下げた状態で搬送する際に行うことを特徴とするガラス板の歪測定方法。
（３）（１）又は（２）に記載のガラス板の歪測定方法であって、前記溶融ガラスがダウンドロー法によって製造されたものであることを特徴とするガラス板の歪測定方法。
（４）（１）〜（３）のいずれかに記載のガラスの歪測定方法であって、前記ガラス板がフラットパネルディスプレイ用のガラス板であることを特徴とするガラス板の歪測定方法。
（５）（１）〜（４）のいずれかに記載の歪測定方法を実施するための歪測定装置であっ
て、
撮像デバイスの各画素の光入射光路上にそれぞれ偏光子を設け、隣接する前記複数の画素及び偏光子を組み合わせ、これら各組の偏光子の偏光方位を互いに異なるものにして前記各偏光子を経て前記各画素に入射した光の強度からこの組に入射した光の偏光方向を算出できるようにして前記各組を偏光測定画素単位にした偏光イメージング撮像装置と、
前記ガラス板の所定領域を通過させる偏光光を発生させる光源と、
前記ガラス板を通過した偏光光が前記偏光イメージング撮像装置に入射することによって前記偏光測定画素単位によって検出された光の偏光方位の変化量から前記ガラス板の所定領域の各点の歪を算出する処理装置とを有することを特徴とするガラス板の歪測定装置。

上述の手段によれば、ガラス板の所定領域を撮像デバイスの画素レベルの非常に多数かつ微小な点の集まりで表した場合に、その各点ごとの歪を一度に求めることができる。

また、上述の手段によれば、溶融ガラスを成形し徐冷した後のガラスリボン幅方向の歪の状態を瞬時に、且つ経時に検査できることができるため、徐冷工程への迅速なフィードバックが可能となり、歪の影響の少ないガラスリボンの製造が可能となる。

さらにまた、上述の手段によれば、オンライン、オフラインを問わず、瞬時に測定が可能であり、しかも、従来の検査方法に比較して極めて高精度な検査が可能になる。

さらにまた、上述の手段よれば、検査機器を省スペースで設置できるため、既存のガラス製造装置への取り付けが容易にできる。

さらにまた、上述の手段によれば、検査機器によるダストなどの発生がなく、清浄度が上げやすい。

図１は本発明の実施の形態にかかるガラス板の検査装置の部分断面図、図２は図１のII-II線矢視図である。以下、これらの図を参照にしながら、本実施の形態にかかるガラス
板の歪検査方法及び装置を説明する。なお、以下では、いわゆるダウンドロー法でフラットパネルディスプレイ用のガラス板を成形する場合に本発明を適用する例について説明する。図１において、符号１は成形炉であり、耐火レンガ等からなる炉体内に、溶融ガラスを所定のガラス板に成形するための周知の成形装置が設けられているものである。また、この成形炉１の下方部には、成形された、シート状のガラス板であるガラスリボン３０を徐冷するための徐冷炉２が設けられている。

徐冷炉２は、シート状に成形されたガラスリボン３０を徐冷することで、ガラスリボン３０が急冷されることで生ずる弊害を軽減するものである。徐冷炉２内には、ガラスリボン３０の周辺部を下方に引っ張る引っ張りローラ装置３〜５が、ガラスリボン３０の引っ張り方向に沿って、所定の距離を置いて配置されている。さらに、必要に応じて、ガラスリボン３０の主表面の近傍に、所定の距離をおいて温度制御装置６が設けられる。これによって、ガラスリボン３０の急冷を防止して徐冷する。尚、温度制御装置６には加熱用ヒータや温度センサ等の温度コントロールに必要な装置が設けられている。

引っ張りローラ装置３〜５は、ガラスリボン３０の両側の周辺部を表裏面から挟んで該ガラスリボン３０を下方に引っ張るために、それぞれ対になっている引っ張りローラ３ａ及び３ｂ、４ａ及び４ｂ、５ａ及び５ｂ等によって構成されている。

徐冷用の熱処装置６は、歪みの発生を抑制できるように、幅方向、引っ張り方向に所定の温度分布を形成することができる。そのために、例えば、縦方向を１０個、横方向を８個に分割したヒータから構成されている。そして、個別のヒータの温度制御が可能になっている。幅方向に分割しているのは、幅方向に歪を低減するために所定の温度分布を形成するためである。又、引っ張り方向に分割しているのは、急冷を防止して徐冷するためである。急冷を防止するのは、引っ張る工程でガラスリボン３０が破損することを防止するためである。特に６００〜７００℃の温度範囲で、ガラスリボン３０に急激な温度変化を与えると、ガラスリボン３０が座屈変形によって破損し易い。

引っ張りローラ装置３〜５等によって引き出されて徐冷されたガラスリボン３０は、下方に向けて外部に取り出され、所定の長さだけ下方に取り出されたら、スクライブ装置９等を用いて切断部３３から切断された後、次工程に搬送される。ここで、本実施の形態においては、前記徐冷されたガラスリボン３０が徐冷工程を経た後であって、切断前に、ガラスリボン３０の幅方向について、歪測定を行うものである。この歪測定は、次のようにして行う。

図１及び図３に示されるように、下方に移動するガラスリボン３０の図中左側には光源部７が設置される。この光源部７は、ガラスリボン３０の幅Ｗ１（本実施の形態では約１２００ｍｍ）に応じてその長手方向の寸法が採用されているケース７４内に光源７１が設けられ、このケース７４の右方に設けられた出射窓部７３には円偏光フィルム７２が設けられている。この出射窓部７３の開口寸法は、長手方向の寸法が、前記ガラスリボンの幅Ｗ１とほぼ同じで、長手方向と直交する方向の寸法がＷ２（図３参照）が約８ｍｍ程度の帯状の光である。光源７１から射出された光は、円偏光フィルム７２を通過して帯状の円偏光の光Ｌにされた後にガラスリボン３０に照射される。

ガラスリボン３０の図中右側には偏光イメージングカメラ８が設置される。この偏光イメージングカメラ８は、本体ケース８１内に、物体像を撮像部に結像させるレンズ部８２と、このレンズ部８２によって結像された像を撮像する撮像部を構成する偏光アレイ８３及びＣＣＤデバイス８４と、画像処理回路部８６とを有する。なお、偏光イメージングカメラ８は、図３に示されるように、ガラスリボン３０の全幅をカバーできるように、必要な台数を設置する。本実施の形態では２台設置する。

図４は偏光イメージングカメラの構成を示す図、図５は偏光イメージングカメラによる偏光測定の原理説明図、図６は偏光イメージングカメラからの画像情報を処理して歪画像を処理を行うコンピュータ部での処理フローを示す図である。図４に示されるように、偏光子アレイ８３とＣＣＤデバイス８４とは、それぞれの最小単位素子が対になっている。すなわち、偏光子８３１にはＣＣＤ画素８４１が、偏光子８３２にはＣＣＤ画素８４２が、偏光子８３３にはＣＣＤ画素８４３が、偏光子８３４にはＣＣＤ画素８４４が、それぞれ割り当てられて互いに対をなすように構成されている。したがって、各ＣＣＤ画素に入射する光は、それぞれ対になっている偏光子を通過した光である。

ここで、偏光子８３１、８３２、８３３、８３４は、互いに偏光方向が４５°ずつずらして設置されている。すなわち、これら偏光子と対になっているＣＣＤ画素には、それぞれの偏光方向が４５°ずつずれた偏光子を通過した光が入射する。ここで、ガラスリボン３０には円偏光が入射するが、ガラスリボンに歪がある場合には、その歪を通過した光は、その歪の大きさに依存する複屈折量に応じた楕円偏光になる。したがって、この楕円偏光の楕円率と偏光方位を求めれば、複屈折量が求まり、この複屈折量から歪量を求めることができる。図５に示されるように、偏光方向を４５°ずつずらして設置された偏光子８３１、８３２、８３３、８３４を通過した光強度をそれぞれＣＣＤ画素８４１、８４２、８４３、８４４によって測定すると、図５の白丸で示した値が得られる。この測定値から
、図の点線に示したように、偏光方位を求めることができ、この偏光方位からガラスリボン３０の歪が求まる。

例えば、偏光子８３１、８３２、８３３、８３４を透過して受光された光強度をそれぞれＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４とする。偏光状態の表記方法の一つであるストークスパラメータＳ１、Ｓ２はそれぞれＳ１'＝（Ｐ１−Ｐ３）／（Ｐ１＋Ｐ３）、Ｓ２'＝（Ｐ２−Ｐ４）／（Ｐ２＋Ｐ４）で表わされる。これより光学歪みに相当するリタデーションρと光軸方向θとは次式で表わされる。なお、次式はρが小さい場合の近似式である。
（数式３）

ここでＳ１、Ｓ２、Ｓ３は光源の偏光状態（ストークスパラメータ）を表す。完全な円偏光であれば、Ｓ１＝Ｓ２＝０、Ｓ３＝１である。

上述の説明から明らかなように、偏光子８３１、８３２、８３３、８３４と、これらとそれぞれ対をなすＣＣＤ画素８４１、８４２、８４３、８４４とによって、偏光測定の最小単位を構成する。いま、この偏光測定の最小単位を偏光測定画素と定義すると、偏光イメージングカメラ８は、この４つの偏光子と４つのＣＣＤ画素とからなる多数の偏光測定画素よりなる歪画像撮像部を有するものであるということができる。すなわち、ガラス板３０の所定領域に円偏光を照射してこの偏光イメージングカメラで撮影すれば、ガラス板３０の歪画像を得ることができる。換言すると、ガラス板３０の所定領域を撮像デバイスの画素レベルの非常に多数かつ微小な点の集まりで表した場合に、その各点ごとの歪を一度に求めることができるものである。

なお、偏光子８３１、８３２、８３３、８３４としては、例えば、特許３４８６３３４号公報に記載されているフォトニック結晶偏光子を用いることができる。このフォトニック結晶偏光子とは、周期的な溝列を形成した透明材料基板上に、透明で高屈折率の媒質と低屈折率の媒質とを界面の形状を保存しながら、交互に積層することで形成される。それぞれの膜の厚さと基板の周期を選ぶことで、特定の波長で偏光子として動作させることができる。即ち、溝に平行な偏光を遮断し、溝に垂直な偏光を透過させることができる。基板に形成する溝の方向を変えて凹凸パタンを形成しておくことで、透過軸の異なる偏光子アレイを一括形成することが可能になる。

本実施の形態にあっては、徐冷後に下方に移動するガラスリボン３０について、その長手方向の寸法がガラスリボン３０の全幅（Ｗ１）と同じであり、長手方向と直交する方向の寸法がＷ２の帯状の領域についての歪画像を５秒に一枚撮影し、画像処理及び計算処理をしてそのひずみ画像を求めるようにしている。ガラスリボン３０の移動速度は、約１５０ｍｍ／秒であるので、ガラスリボン３０の進行方向において、約７５０ｍｍの間隔で、約８ｍｍ幅の帯状領域の歪画像情報が得られる。この歪画像の情報は、様々な判断処理等がなされた後、前工程もしくは後工程における製造条件の変更等のための情報としてリアルタイムに伝達処理がなされる。すなわち、例えば、歪の分布状況に応じて、上述の温度制御装置６を制御し、各ヒータに供給する電力を変更するなどの制御を行う。あるいは、引っ張りローラ装置３〜５のそれぞれの引っ張り速度を変更する等の制御を行う。これにより、常時、歪が許容範囲になるようにする。

なお、上述の実施の形態では、徐冷直後のガラスリボン３０について、ガラスリボン３０の進行方向において、約７５０ｍｍの間隔で、約８ｍｍ幅の帯状領域の歪画像情報を得るようにしているが、この幅は必要に応じて任意に選定できることは勿論である。また、撮影間隔を短くすれば、非常に短時間に、ガラスリボン３０の全領域の歪画像を得ることも可能である。すなわち、前記偏光イメージングカメラ８によって、下方に移動するガラス板３０の歪画像を経時で撮像し、蓄積して画像合成する。すなわち、光源７の上下の幅で定まる所定領域の歪画像を、例えば、毎秒２枚の速度で撮像し、これら部分画像を蓄積し、合成することによって、移動が終了した時点でガラス板３０の全領域の歪画像を作成する。なお、これら画像処理は、偏光イメージングカメラ内の回路部８６と、図示しない外部コンピュータに設けられた画像処理ソフトとによって適宜行われるようになっている。

また、上述の実施の形態では、徐冷直後であって切断前のガラスリボン３０の歪を測定する場合の例を掲げたが、本発明は、ガラスリボンを切断して矩形状に形成された矩形状ガラス板の歪を測定する場合にも適用できる。その場合において、矩形状ガラス板を搬送する途中において歪を測定するようにしてもよい。また、その測定は、上述の実施の形態と同じように帯状の領域を間欠的に測定してもよいが、矩形状ガラス板の全領域を一度に測定してよい。

また、上述の実施の形態では、本発明を、ダウンドロー法でガラス板を成形する場合に適用した例を示したが、本発明は、他の成形方法、例えば、いわゆるフロート法、ロールアウト法、プレス成形法、リドロー成形法等でガラス板を製造する場合にも適用できることは勿論である。

本発明は、例えば、ダウンドロー法等で製造されたガラス板の内部の歪をリアルタイムで測定し、製造工程にフィードバックして製造条件等を制御する場合等に利用することができる。

本発明の実施の形態にかかるガラス板の検査装置の構成を示す図である。 図１のII-II線矢視図である。 偏光イメージングカメラの構成を示す図である。 偏光イメージングカメラによる偏光測定の原理説明図である。 偏光イメージングカメラからの画像情報を処理して歪画像を処理を行うコンピュータ部での処理フローを示す図である。

符号の説明

１ 炉体
２ 成形体
２１ 溶融ガラス溜め
２２ スリット
３ 溶融ガラス
３０ ガラスリボン
４ 溶融ガラス供給管
５，６ ローラ
７ 光源部
７１ 光源
７２ 円偏光フィルム
８ 偏光イメージングカメラ
８３ 偏光アレイ
８４ ＣＣＤ
８６ 回路部
９ スクライブ装置

Claims (5)

1. 溶融ガラスを成形し徐冷した後のガラス板の歪を測定する歪測定方法において、
   撮像デバイスの各画素の光入射光路上にそれぞれ偏光子を設け、隣接する前記複数の画素及び偏光子を組み合わせ、これら各組の偏光子の偏光方位を互いに異なるものにして前記各偏光子を経て前記各画素に入射した光の強度からこの組に入射した光の偏光方向を算出できるようにし、
   前記各組を偏光測定画素単位にして、前記ガラス板の所定領域を通過させた既知の偏光光を前記撮像デバイスに入射させ、前記ガラス板の所定領域の各点を通過した光の偏光方位の変化を前記偏光測定画素単位によってそれぞれ検出して算出し、前記算出した各点の偏光方位の変化量から前記ガラス板の所定領域の各点の歪を一度に求めるようにするとともに、
   前記既知の偏光光は、前記成形し徐冷されて移動するガラスリボンに照射して該ガラスリボンを通過させるものであり、前記ガラスリボンの進行方向に直交する方向である該ガラスリボンの幅方向にその長手方向が平行な帯状の領域であって、該帯状領域の長手方向の寸法が前記ガラスリボンの幅である帯状領域に照射して通過させるものであり、
   前記ガラスリボンの前記帯状領域の各点を通過した光の偏光方位の変化を前記偏光測定画素単位によってそれぞれ検出して算出し、前記算出した各点の偏光方位の変化量から前記ガラスリボンの帯状領域の各点の歪を一度に求め、
   前記ガラスリボンの移動にあわせて所定の間隔で、前記帯状領域の歪を求めることを特徴とするガラス板の歪測定方法。
2. 請求項１に記載のガラス板の歪測定方法であって、前記歪の測定は、前記ガラスリボンを切断して矩形状ガラス板に形成した後、該矩形状ガラス板を吊り下げた状態で搬送する際に行うことを特徴とするガラスの歪測定方法。
3. 請求項１又は２に記載のガラス板の歪測定方法であって、前記溶融ガラスがダウンドロー法によって製造されたものであることを特徴とするガラス板の歪測定方法。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のガラスの歪測定方法であって、前記ガラス板がフラットパネルディスプレイ用のガラス板であることを特徴とするガラス板の歪測定方法。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の歪測定方法を実施するための歪測定装置であって、
   撮像デバイスの各画素の光入射光路上にそれぞれ偏光子を設け、隣接する前記複数の画素及び偏光子を組み合わせ、これら各組の偏光子の偏光方位を互いに異なるものにして前記各偏光子を経て前記各画素に入射した光の強度からこの組に入射した光の偏光方向を算出できるようにして前記各組を偏光測定画素単位にした偏光イメージング撮像装置と、
   前記ガラス板の所定領域を通過させる偏光光を発生させる光源と、
   前記ガラス板を通過した偏光光が前記偏光イメージング撮像装置に入射することによって前記偏光測定画素単位によって検出された光の偏光方位の変化量から前記ガラス板の所定領域の各点の歪を算出する処理装置とを有することを特徴とするガラス板の歪測定装置。

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