JP2013164371A - 蛍光体含有ガラス部材の検査装置及び検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光体含有ガラス部材の欠陥を精度良く検出することができる検査装置及び検査方法を提供する
【解決手段】検査装置は、蛍光体含有ガラス部材としての蛍光体含有ガラス板１の欠陥を検査するためのものであって、蛍光体含有ガラス板１中の蛍光体を発光させる検査光を蛍光体含有ガラス板１に対して照射する照明部（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ）と、検査光を照射された蛍光体含有ガラス板１を撮像する撮像部３と、撮像部３で撮像された蛍光体含有ガラス板１の撮像画像を画像処理する画像処理部４とを主要な構成要素として備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、蛍光体含有ガラス部材における蛍光体のヌケや凝集、泡等の欠陥を検査する検査装置及び検査方法に関する。

蛍光体含有ガラス部材として、ガラス粉末と無機蛍光体粉末との混合物を加圧成型し、焼成して得られたものが知られており、例えば、青色発光ダイオード（青色ＬＥＤ）素子等の青色光源から発せられる青色光を白色光に変換するための発光色変換部材として用いられている（例えば、特許文献１〜４）。この発光色変換部材としての蛍光体含有ガラス部材は、青色光源から発せられる青色光の一部をこの青色光と補色の関係にある黄色光に変換する機能を有し、青色光源から発せられる残りの青色光と蛍光体含有ガラス部材によって変換された黄色光とが合成されて白色光が得られる。このような蛍光体含有ガラス部材は、蛍光体のヌケ、凝集、泡といった欠陥があると、発光効率が低下したり、発光色にバラツキが発生したりする。

また、ディスプレイ用ガラス基板等の透明なガラス部材の欠陥を光学的手段によって検査する検査装置が知られている（例えば、特許文献５〜７）。

特開２００８−１１５２２３号公報 特開２０１０−８４０６９号公報 特開２０１０−８３７０４号公報 特開２０１０−１７４２４６号公報 特開２００８−１７０４２９号公報 特開２００５−１５６２５４号公報 特開２０１２−７９９３号公報

従来のガラス部材の検査装置は透明なガラス部材を検査対象としたものであり、ガラス部材に照射した検査光（検査装置の照明部から照射される光）が欠陥部分で散乱、遮光又は屈折する現象を利用して欠陥を検出するものである。例えば、特許文献５の検査装置では、板ガラスの一面側から斜め方向に検査光を照射し、板ガラスの他面を透過して受光部で受光される検査光の受光量の減少により、板ガラスの表面や内部の欠陥を検出している。また、特許文献６の検査装置では、ガラス板のエッジ（研削面）に生じるカケを検出するために、ガラス板の一面側に配置するカメラの視線を、ガラス板のエッジ側又は一面側に傾け、エッジのカケによって屈折したカメラの視線が、ガラス板の他面側に配置した光源を見るようにし、カケを通った光源の明るい光をカメラで捕らえることにより、エッジのカケを検出している。さらに、特許文献７の検査装置では、ガラス基板の側面（端面）から検査光をガラス基板の内部に入射させ、ガラス基板の内部又は表面の欠陥で散乱した散乱光を検知することにより、ガラス基板の表面や内部の欠陥を検出している。

しかしながら、蛍光体含有ガラス部材は一般に半透明な部材であり、上述した従来の検査装置では、検査光を蛍光体含有ガラス部材に照射しても、蛍光体含有ガラス部材の内部を透過する検査光の光量が十分でないために、蛍光体含有ガラス部材の欠陥、特に蛍光体のヌケ、凝集、泡といった内部欠陥を精度良く検出することはできない。

本発明の課題は、蛍光体含有ガラス部材の欠陥を精度良く検出することができる検査装置及び検査方法を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明は、蛍光体含有ガラス部材の欠陥を検査する装置であって、蛍光体含有ガラス部材中の蛍光体を発光させる検査光を蛍光体含有ガラス部材に照射する照明部と、検査光を照射された蛍光体含有ガラス部材を撮像する撮像部と、撮像部で撮像された蛍光体含有ガラス部材の撮像画像を画像処理する画像処理部とを備えた検査装置を提供する。

本発明の検査装置において、照明部から照射する検査光は波長３００〜４９５ｎｍの光であることが好ましい。

本発明の検査装置において、照明部は、蛍光体含有ガラス部材に対して撮像部の光軸と同軸方向から前記検査光を照射する同軸落射照明部と、蛍光体含有ガラス部材に対して撮像部の光軸と交差する方向から検査光を照射する斜光照明部とを備えていることが好ましい。

また、本発明の検査装置において、照明部は、蛍光体含有ガラス部材に対して撮像部と反対側の背面側から検査光を照射する背面照射部をさらに備えていることが好ましい。

上記の背面照射部を用いて検査を行う場合、同軸落射照明部や斜光照明部による検査の際に用いる背景板があると、背面照射部から照射される検査光が背景板によって遮られて、蛍光体含有ガラス部材に入射されなくなるが、背景板を移動可能に構成し、背面照射部により検査光を照射する際に、背景板を検査光を遮らない位置に移動させることにより、このような不都合を回避することができる。

本発明の検査装置が検査対象とする蛍光体含有ガラス部材は、例えば、ＺｎＯ−Ｂ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系ガラス粉末、ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−ＲＯ系ガラス粉末（Ｒは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａからなる群から選択される少なくとも一種）、ＳｉＯ₂−ＴｉＯ₂−Ｎｂ₂Ｏ₅−Ｒ’₂Ｏ系ガラス粉末（Ｒ’は、Ｌｉ、Ｎａ及びＫからなる群から選択される少なくとも一種）およびＳｎＯ−Ｐ₂Ｏ₅系ガラス粉末からなる群から選択される一種のガラス粉末と、酸化物、窒化物、酸窒化物、硫化物、酸硫化物、ハロゲン化物およびアルミン酸塩からなる群から選択される少なくとも一種の無機蛍光体粉末とを含み、入射光の波長の一部を別の波長に変換するものである。

また、本発明は、上記課題を解決するため、蛍光体含有ガラス部材中の蛍光体を発光させる検査光を照射部により蛍光体含有ガラス部材に照射し、検査光を照射された蛍光体含有ガラス部材を撮像部で撮像し、撮像部で撮像した蛍光体含有ガラス部材の撮像画像を画像処理部で画像処理し、画像処理部で画像処理した処理画像に基づいて、蛍光体含有ガラス部材の欠陥を検出する検査方法を提供する。

本発明によれば、照明部から照射される検査光によって蛍光体含有ガラス部材中の蛍光体が励起されて発光するので、検査光の照射により蛍光体が発光した状態の蛍光体含有ガラス部材を撮影部で撮像し、その撮像画像を画像処理部で画像処理して処理画像を得ることにより、蛍光体のヌケ、凝集、泡といった蛍光体含有ガラス部材の各種欠陥を精度良く検出することができる。

実施形態に係る検査装置の全体構成を概念的に示す図である。 検査対象である蛍光体含有ガラス板を上方から見た図である。 蛍光体含有ガラス板の検査結果を示す表である。 蛍光体含有ガラス板のセグメントの処理画像である。 蛍光体含有ガラス板のセグメントの処理画像である。 蛍光体含有ガラス板のセグメントの処理画像である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る検査装置の全体構成を概念的に示している。この実施形態の検査装置は、蛍光体含有ガラス部材としての蛍光体含有ガラス板１の欠陥を検査するためのものであって、蛍光体含有ガラス板１中の蛍光体を発光させる検査光を蛍光体含有ガラス板１に対して照射する照明部（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ）と、検査光を照射された蛍光体含有ガラス板１を撮像する撮像部３と、撮像部３で撮像された蛍光体含有ガラス板１の撮像画像を画像処理する画像処理部４とを主要な構成要素として備えている。

この実施形態において、蛍光体含有ガラス板１は、例えば、ＺｎＯ−Ｂ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系ガラス粉末等のガラス粉末と、無機蛍光体粉末としてのＹＡＧ蛍光体粉末とを混合し、所定形状に加圧成型し、焼成して得られたものである。この蛍光体含有ガラス板１は、青色発光ダイオード（青色ＬＥＤ）素子等の青色光源から発せられる青色光の一部をこの青色光と補色の関係にある黄色光に変換する機能を有し、青色光源から発せられる青色光を白色光に転換するための発光色変換部材として用いられる。

図２に示すように、この実施形態において、検査対象とする蛍光体含有ガラス板１は複数の矩形状のセグメント１ａに分割されており、欠陥の検査はセグメント１ａごとに行う。そのために、蛍光体含有ガラス板１を例えばＸＹＺ軸方向に可動な可動テーブル５に搭載し、可動テーブル５のＸＹＺ軸方向の移動によって各セグメント１ａを適切な検査位置に移動させるようにしている。可動テーブル５の上面には検査台６が固定されており、蛍光体含有ガラス板１は検査台６の上部の載置部６ａに載置される。載置部６ａは、金属製の枠部材６ａ１と、枠部材６ａ１に張設された粘着性の透明フィルム、例えば透明ＵＶフィルム６ａ２と、透明ＵＶフィルム６ａ２の下方で枠部材６ａ１に固定された透明板、例えば透明アクリル板６ａ３とを備えている。

この実施形態において、照明部は、蛍光体含有ガラス板１に対して撮像部３の光軸と同軸方向から検査光を照射する同軸落射照明部２Ａと、蛍光体含有ガラス板１に対して撮像部３の光軸と交差する方向から検査光を照射する斜光照明部２Ｂと、蛍光体含有ガラス板１に対して検査光を背面側から照射する背面照射部２Ｃとを備えている。

同軸落射照明部２Ａは、撮像部３の光軸と直交方向から検査光を出射する光源２Ａ１と、光学系２Ａ２とを備えており、光学系２Ａ２は、光源２Ａ１から出射された検査光を撮像部３の光軸と同軸方向の光に変換して検査対象である蛍光体含有ガラス板１に鉛直上方から照射するためのハーフミラーと、検査光が照射された蛍光体含有ガラス板１の画像光を撮像部３に結像させるためのテレセントリックレンズを含んでいる。

斜光照明部２Ｂは、リング状の保持部材２Ｂ１と、リング状の保持部材２Ｂ１の内周に円周方向に所定間隔で保持された複数の光源（図示省略）とを有するリング照明であり、斜光照明部２Ｂの各光源から出射された検査光は、蛍光体含有ガラス板１に対して斜め上向から照射される。

同軸落射照明部２Ａ又は斜光照明部２Ｂにより、検査光を蛍光体含有ガラス板１に対して上面側から照射して画像を撮像する場合、蛍光体含有ガラス板１の背面側に配置した背景板、例えば黒色板８を背景にして画像を撮像する。この実施形態において、黒色板８は、検査台６の内部に配置され、蛍光体含有ガラス板１の背面と背面照射部２Ｃとの間に介在する。なお、背景板の色は、検出する欠陥の種類に応じて、適宜選択（例えば白色）することができる。

背面照射部２Ｃは、検査台６の内部に収容され、蛍光体含有ガラス板１に対して背面（下面）側から拡散板を介して検査光を照射するものである。背面照射部２Ｃからの検査光が黒色板８によって遮られてしまう事態を回避するため、この実施形態では、黒色板８を適宜の移動機構により移動可能に構成し、背面照射部２Ｃにより検査光を照射する際に背景板８を移動機構により自動的に移動するようにしている。

同軸落射照明部２Ａ、斜光照明部２Ｂ、背面照射部２Ｃの光源は、蛍光体含有ガラス板中に含まれる蛍光体を励起して発光させることができる波長を有するものであれば良く、蛍光体の種類に応じて適切な光源を選択すればよいが、例えば波長が３００〜４９５ｎｍの光源を用いることが好ましい。この実施形態において、蛍光体含有ガラス板１は蛍光体としてＹＡＧ蛍光体を含有しているので、ＹＡＧ蛍光体を効果的に発光させることができる波長４３５〜４９５ｍｍの光源、特に波長４５０〜４９５ｎｍの青色光源が好ましい。この点から、本実施形態では、同軸落射照明部２Ａ、斜光照明部２Ｂ、背面照射部２Ｃの光源として青色ＬＥＤ（波長４６０ｎｍ）を用いている。ただし、同軸落射照明部２Ａと背面照射部２Ｃの光源は、蛍光体含有ガラス板中に含まれる蛍光体を励起させる効果が少ない又は無い波長を有するもの、例えば白色蛍光灯等を用いても良い。

撮像部３は、例えばＣＣＤカメラで構成されており、蛍光体含有ガラス板１を鉛直方向上方から撮像できる位置に配置されている。撮像部３で撮像された蛍光体含有ガラス板１の画像データは画像処理部４に入力され、画像処理部４で２値化等の適宜の画像処理を施される。画像処理部４で画像処理された蛍光体含有ガラス板１の処理画像は、図示されていない表示ディスプレイに表示され、表示された処理画像から蛍光体のヌケ、凝集、泡といった蛍光体含有ガラス板１の各種欠陥の有無、大きさ、種類を判別することができる。あるいは、処理画像から各種欠陥の情報（大きさ等）を抽出する演算機能と、各種欠陥の大きさ等の許容基準値を記憶する記憶機能と、演算によって抽出した各種欠陥の情報（大きさ等）と許容基準値とを比較して欠陥に関する良否を判定する良否判定機能とを画像処理部４に設け、蛍光体含有ガラス板１の欠陥に関する良否判定を画像処理部４で自動的に行う構成としても良い。

次に、この実施形態の検査装置を用いた蛍光体含有ガラス板１の検査方法の一例について説明する。

まず、載置部６ａの透明ＵＶフィルム６ａ２に検査対象である蛍光体含有ガラス板１を貼り付けて固定した後、可動テーブル５をＸＹＺ軸方向に移動させて、蛍光体含有ガラス板１の所定のセグメント１ａが適切な検査位置に位置するように調整する。その後、斜光照明部２Ｂを作動させ、斜光照明部２Ｂから所定のセグメント１ａに検査光を照射し、検査光を照射された所定のセグメント１ａを撮像部３で撮像する。撮像部３で撮像された所定のセグメント１ａの撮像画像は画像処理部４に送られる。そして、所定のセグメント１ａの撮像が完了すると、可動テーブル５をＸＹ軸方向に移動させて、次のセグメント１ａを検査位置に移動させる。その間に、上記所定のセグメント１ａの撮像画像を画像処理部４で画像処理し、その処理画像に基づいて、上記所定のセグメント１ａの蛍光体のヌケ、蛍光体の凝集、泡、さらには異物付着・異物混入に関する欠陥を検査する。以後、同じ操作を繰り返し、全てのセグメント１ａについて、斜光照明部２Ｂによる斜光照明下で、上記の欠陥を検査する。

斜光照明部２Ｂによる検査が完了すると、照明を斜光照明部２Ｂから同軸落射照明部２Ａに切り換え、同軸落射照明部２Ａによる同軸落射照明下で、上記と同様の操作により、全てのセグメント１ａについて、チッピング、キズ、カケ、さらには異物付着・異物混入に関する欠陥を検査する。

そして、同軸落射照明部２Ａによる検査が完了すると、照明を同軸落射照明部２Ａから背面照明部２Ｃに切り換えると共に、黒色板８を移動させ、背面照明部２Ｃによる背面照明下で、上記と同様の操作により、全てのセグメント１ａについて、特に背面（下面）側の異物付着・異物混入に関する欠陥を検査する。セグメント１ａの上面側の異物付着・異物混入は、同軸落射照明部２Ａや斜光照明部２Ｂによる検査でも検出できるが、背面側については、同軸落射照明部２Ａや斜光照明部２Ｂによる照明では（この場合、蛍光体含有ガラス板１全体を透明ＵＶフィルム６ａ２と共に反転させ、セグメント１ａの背面側が上に向くようにする。）、セグメント１ａの背面が貼り付いている透明ＵＶフィルム６ａ２で検査光の反射があり、この反射光の影響により背面側の異物付着・異物混入は検出することが困難である。よって、背面側の異物付着・異物混入に関する欠陥については、背面照射部２Ｃを用いて検査することが好ましい。

なお、上記では、各照明部ごとに検査を行う方法について説明したが、各セグメントごとに上記３種の照明部による検査を順次行っても構わない。

図３は、同軸落射照明部２Ａ、斜光照明部２Ｂ、背面照明部２Ｃの光源として、青色ＬＥＤ（波長４６０ｎｍ）と白色蛍光灯を用いた場合の検査結果の評価を示し、図４〜図６はセグメント１ａの処理画像を示している。白色蛍光灯の波長範囲はブロードであるが、約４００〜４５０ｎｍの範囲に波長ピークがあり、青色ＬＥＤほどではないものの、セグメント１ａ中のＹＡＧ蛍光体を励起して発光させる効果は少しはある。

図３の検査結果（評価）に示すように、セグメント１ａのヌケ（蛍光体のヌケ）、凝集（蛍光体の凝集）、泡は、同軸落射照明部２Ａによる検査では検出されず、斜光照明部２Ｂと背面照明部２Ｃによる検査で検出できた。その理由の詳細は調査中であるが、次のように考えることができる。すなわち、ヌケ、凝集、泡は内部欠陥であり、表面の形状欠陥ではないため、同軸落射照明部２Ａによる検査では、検査光の殆どがセグメント１ａの表面（上面）で正反射されてしまい、撮像部３の撮像画像はこの表面での正反射像となる。そのため、セグメント１ａの処理画像は全体が白く現れ、ヌケ等の内部欠陥は現れないと考えられる。これに対して、斜光照明部２Ｂによる検査では、検査光がセグメント１ａの全周囲からセグメント１ａに向けて斜め方向に入射するので、検査光はセグメント１ａの内部にまで入り、セグメント１ａ中のＹＡＧ蛍光体を発光させると考えられる。そのため、セグメント１ａの処理画像はＹＡＧ蛍光体の発光像となり、ヌケは黒色像（図４）、凝集は白色像（図５）で現れると考えられる（尚、ここでいう黒色、白色は、処理画像のコントラストにおいて黒い側、白い側という意味であり、色彩としての黒色、白色という意味ではない。）。一方、泡中にはＹＡＧ蛍光体は存在しないので、泡は黒色像として現れるはずであるが、図６に示す処理画像では、白色リング像で現れている。これは、泡の界面での光の屈折率の変化や散乱が影響しているものと推察される。また、光源として青色ＬＥＤと白色蛍光灯を用いた場合の比較では、青色ＬＥＤを光源とする斜光照明部２Ｂによる検査の方が、ヌケ等の内部欠陥を高コントラストで明瞭に検出することができる。従って、内部欠陥であるヌケ、凝集、泡の検査は、青色ＬＥＤを光源とする斜光照明部２Ｂによる検査が好適である。

一方、図３の検査結果（評価）に示すように、セグメント１ａのくぼみ、チッピング、カケ、キズのような表面又は端部の形状欠陥は、斜光照明部２Ｂや背面照明部２Ｃによる検査では検出されず、同軸落射照明部２Ａによる検査で検出できた。上述のように、同軸落射照明部２Ａによる検査では、検査光の殆どがセグメント１ａの表面で正反射されるが、表面や端部にくぼみやチッピング等の形状欠陥があると、検査光がその欠陥部分で散乱して、撮像部３に受光されなくなる。そのため、くぼみ等の形状欠陥は黒色像として現れる。また、光源として青色ＬＥＤと白色蛍光灯を用いた場合の比較では、青色ＬＥＤを光源とする斜光照明部２Ｂによる検査と白色蛍光灯を光源とする斜光照明部２Ｂによる検査のいずれにおいても、くぼみ等の形状欠陥を高コントラストで明瞭に検出することができ、光源の種類による有意的な差は認められない。従って、この実施形態の検査装置において、同軸落射照明部２Ａの光源は、青色ＬＥＤに代えて、白色蛍光灯を用いても良い。

図３の検査結果（評価）に示すように、セグメント１ａの異物付着・異物混入は、同軸落射照明部２Ａ、斜光照明部２Ｂ、背面照明部２Ｃの何れによる検査でも検出することができる。その中でも、青色ＬＥＤを光源とする同軸落射照明部２Ａと斜光照明部２Ｂによる検査、白色蛍光灯を光源とする同軸落射照明部２Ａによる検査が、異物付着・異物混入を最も明瞭に検出することができる。ただし、上述したように、同軸落射照明部２Ａと斜光照明部２Ｂによる検査で検出できるのは、セグメント１ａの表面（上面）側の異物付着・異物混入であり、背面照明部２Ｃによる検査で検出できるのは、セグメント１ａの背面（下面）側の異物付着・異物混入である。

１ 蛍光体含有ガラス板
１ａ 蛍光体含有ガラス板のセグメント
２ 照明部
２Ａ 同軸落射照明部
２Ｂ 斜光照明部
２Ｃ 背面照明部
３ 撮像部
４ 画像処理部
８ 黒色板（背景板）

Claims (7)

1. 蛍光体含有ガラス部材の欠陥を検査する装置であって、
   前記蛍光体含有ガラス部材中の蛍光体を発光させる検査光を前記蛍光体含有ガラス部材に照射する照明部と、
   前記検査光を照射された前記蛍光体含有ガラス部材を撮像する撮像部と、
   前記撮像部で撮像された前記蛍光体含有ガラス部材の撮像画像を画像処理する画像処理部とを備えたことを特徴とする蛍光体含有ガラス部材の検査装置。
2. 前記検査光の波長が３００〜４９５ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の蛍光体含有ガラス部材の検査装置。
3. 前記照明部は、前記蛍光体含有ガラス部材に対して前記撮像部の光軸と同軸方向から前記検査光を照射する同軸落射照明部と、前記蛍光体含有ガラス部材に対して前記撮像部の光軸と交差する方向から前記検査光を照射する斜光照明部とを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の蛍光体含有ガラス部材の検査装置。
4. 前記照明部は、前記蛍光体含有ガラス部材に対して前記撮像部と反対側の背面側から前記検査光を照射する背面照射部をさらに備えていることを特徴とする請求項３に記載の蛍光体含有ガラス部材の検査装置。
5. 前記蛍光体含有ガラス部材の背面側に移動可能な背景板が配置されており、該背景板は、前記背面照射部により前記検査光を照射する際に、前記検査光を遮らない位置に移動されることを特徴とする請求項４に記載の蛍光体含有ガラス部材の検査装置。
6. 前記蛍光体含有ガラス部材は、ＺｎＯ−Ｂ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系ガラス粉末、ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−ＲＯ系ガラス粉末（Ｒは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａからなる群から選択される少なくとも一種）、ＳｉＯ₂−ＴｉＯ₂−Ｎｂ₂Ｏ₅−Ｒ’₂Ｏ系ガラス粉末（Ｒ’は、Ｌｉ、Ｎａ及びＫからなる群から選択される少なくとも一種）およびＳｎＯ−Ｐ₂Ｏ₅系ガラス粉末からなる群から選択される一種のガラス粉末と、酸化物、窒化物、酸窒化物、硫化物、酸硫化物、ハロゲン化物およびアルミン酸塩からなる群から選択される少なくとも一種の無機蛍光体粉末とを含み、入射光の波長の一部を別の波長に変換するものであることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の蛍光体含有ガラス部材の検査装置。
7. 蛍光体含有ガラス部材中の蛍光体を発光させる検査光を照射部により該蛍光体含有ガラス部材に照射し、
   前記検査光を照射された前記蛍光体含有ガラス部材を撮像部で撮像し、
   前記撮像部で撮像した前記蛍光体含有ガラス部材の撮像画像を画像処理部で画像処理し、
   前記画像処理部で画像処理した処理画像に基づいて、前記蛍光体含有ガラス部材の欠陥を検出することを特徴とする蛍光体含有ガラス部材の検査方法。