JP4645068B2 - 表面形状の検査方法および検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、鏡面性を有するガラスに代表される物体の平坦度等の表面形状の特性を検査するための検査方法および検査装置に関する。

物体の表面形状を検査する方法として、周期的な明暗を有するストライプパターンを被検査物体に照射し、被検査物体の表面を反射して形成される反射像における明暗周期のずれにもとづいて被検査物体の表面形状を評価する方法がある（例えば、特許文献１参照）。しかし、そのような方法をガラス板のような透明板状体に適用すると、透明板状体の表面による反射像だけでなく、透明板状体の裏面による反射像も同時に撮像される。以下、透明板状体の表面による反射像を表面反射像といい、透明板状体の裏面による反射像を裏面反射像という。

図１６は、表面反射像と裏面反射像とが同時に形成される様子を示す説明図である。図１６に示すように、ストライプパターン上の点５から発した光は、透明板状体３の表面３ａで反射され、光路８を介してカメラの受光面７上の撮像点１０に結像される。また、透明板状体３を透過した光は、透明板状体３の裏面３ｂで反射され、光路９を介して受光面７上の撮像点１１に結像される。

ここで、ストライプパターンの周期または幅によっては、撮像した画像信号に、以下に示す問題が生ずることがある。図１７は、カメラが出力する画像信号例を示す波形図である。（ａ）は、表面反射像の画像信号を示し、（ｂ）は、裏面反射像の画像信号を示す。また、低いレベルはストライプパターンにおける暗部にもとづく画像信号のレベルを示し、高いレベルはストライプパターンにおける明部にもとづく画像信号のレベルを示す。ストライプパターンにおける暗部の幅が広いと、画像信号における低いレベルの部分の幅も大きくなって、表面反射像の画像信号における低いレベルと裏面反射像の画像信号における低いレベルとが重畳することがある。すると、カメラから出力される画像信号が図１７（ｃ）に示すような信号になってしまい、本来必要とされる表面反射像の画像信号（図１７（ａ））とは異なった信号にもとづいて表面形状の検査が行われることになる。

また、図１８に示すように、ストライプパターンにおける暗部の幅が十分に狭くても、表面反射像の画像信号における暗部の位置と裏面反射像の画像信号における暗部の位置との差Ｔがストライプパターンにおける明暗の周期の整数倍に近いときには、図１８（ｃ）に示すような画像信号がカメラから出力される。なお、図１８において、（ａ）は、表面反射像の画像信号を示し、（ｂ）は、裏面反射像の画像信号を示す。この場合にも、表面反射像の画像信号とは異なった信号にもとづいて表面形状の検査が行われることになり、正確な表面形状の検査を行えないという問題が生ずる。

上記の問題を解決する方法として、裏面反射像を弱めたり除去したりする方法がある。例えば、紫外線を用いる方法もその一つである（非特許文献１参照。）。紫外線はガラスに吸収されるため、裏面反射像のコントラストは表面反射像のコントラストに比べて十分低くなり、裏面反射像と表面反射像とが重畳したとしても、裏面反射像の影響を抑えることができる。

特開平１１−１４８８１３号（段落００８２−００８３、図２４） 「光技術コンタクト」（社団法人日本オプトメカトロニクス協会発行、第３９巻、第２号（２００１年）、第１０３−１１０頁）

しかし、紫外線を用いる方法を実現しようとした場合には、紫外線光源を用い、紫外線を透過する特殊な部材でカメラを構成しなければならず、検査装置が高価になる。また、紫外線であればどの波長でもよいというわけではなく、裏面反射像を弱くするためにはガラスに十分吸収される波長域を選ぶ必要がある。ガラスの組成によっては紫外線を吸収しにくい種類もあり、単純にこの方法を適用できない場合がある。

そこで、本発明は、安価な装置構成で裏面反射像の影響を除去して、表面形状の特性を精度よく検査することができる表面形状の検査方法および検査装置を提供することを目的とする。

本発明による表面形状の検査方法は、ストライプパターンを透明板状体に照射し、透明板状体の表面によって形成されるストライプパターンの反射像を撮像し、撮像によって得られた画像信号にもとづいて透明板状体の表面形状を検査する方法であって、ストライプパターンの暗部の幅と明暗の周期を調整することによって、透明板状体の表面による反射像と透明板状体の裏面による反射像とが撮像によって得られた画像信号では分離するように設定された明暗のパターンを有するストライプパターンを決定するストライプパターン決定工程と、撮像によって得られた画像信号に含まれる反射像のうち、透明板状体の表面による反射像のみを用いて、透明板状体の表面形状を検査する表面形状検査工程とを含むことを特徴とする。
本発明による他の態様の表面形状の検査方法は、ストライプパターンの暗部の幅と明暗の周期を調整することによって、透明板状体の表面による反射像と透明板状体の裏面による反射像とが撮像によって得られた画像信号では分離するように設定された明暗のパターンを有するストライプパターンを決定するストライプパターン決定工程と、撮像によって得られた画像信号から透明板状体の表面によるストライプパターンの反射像を選択し、選択した反射像を用いて透明板状体の表面形状を検査する表面形状検査工程とを含むことを特徴とする。

本発明による検査方法の好ましい態様では、透明板状体として、フラットディスプレイパネルに用いられるガラス基板を検査する。

本発明による検査方法の他の好ましい態様では、透明板状体として、自動車ガラスに用いられる素板を検査する。

本発明による検査方法の好ましい実施態様では、表面形状検査工程において、透明板状体の表面が理想的平面である場合の理想反射像に対する反射像のずれ量を得て、ずれ量、ストライプパターンの位置情報および撮像手段のレンズ中心位置情報を用いて透明板状体の表面形状の傾きを求め、透明板状体の表面がほぼ平坦であることを拘束条件として、表面形状の傾きを積分して被測定物の表面形状を求める。

本発明による表面形状の検査装置は、透明板状体に照射されたストライプパターンの透明板状体の表面によって形成される反射像を撮像する撮像手段を備え、撮像手段による撮像によって得られた画像信号にもとづいて透明板状体の表面形状を検査する装置であって、ストライプパターンの暗部の幅と明暗の周期を調整することによって、透明板状体の表面による反射像と透明板状体の裏面による反射像とが撮像手段によって得られた画像信号では分離するように設定された明暗のパターンを有するストライプパターンが設置され、撮像手段によって得られた画像信号から透明板状体の表面によるストライプパターンの反射像を選択する選択手段と、選択手段が選択した反射像を用いて、透明板状体の表面形状を検査する演算手段とを備えたことを特徴とする。

本発明による検査装置の好ましい実施態様では、演算手段が、透明板状体の表面が理想的平面である場合の理想反射像に対する反射像のずれ量を算出するずれ量算出手段と、ずれ量算出手段が算出したずれ量、ストライプパターンの位置情報および撮像手段のレンズ中心位置情報を用いて透明板状体の表面形状の傾きを算出する傾き算出手段と、被測定物の表面がほぼ平坦であることを拘束条件として、傾き算出手段が算出した表面形状の傾きを積分して透明板状体の表面形状を求める表面形状決定手段とを含む。

本発明によれば、撮像手段によって得られた画像信号から透明板状体の表面による反射像のみを分離することが可能なストライプパターンを決定するので、安価な装置構成で裏面反射像の影響を除去して、表面形状の特性を精度よく検査することができるようになる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、ガラス板などの透明板状体の表面の平坦度を検査するための検査装置の概要を示す模式図である。図１に示すように、検査装置は、載置台（図示せず）上に載せられた検査対象（被検査物体）であるガラス板などの透明板状体３の表面３ａに映し出されたストライプパターン１を、撮像手段としてのＣＣＤカメラ２によって撮像するように構成されている。ストライプパターン１は、光源（図示せず）の発光面に設けられている。図２は、ストライプパターン１の一例を示す説明図である。図２において、Ｌ_１は暗部の幅を示し、Ｌ_２は明部の幅を示す。Ｌ_１＋Ｌ_２が明暗の周期に相当する。透明樹脂フィルムに黒色部分を着色してストライプパターン１を実現する場合には、明部は透明部分に相当し、暗部は黒色部分に相当する。

ＣＣＤカメラ２によって撮像された画像は、演算手段としてのパーソナルコンピュータなどのコンピュータ４に取り込まれ、コンピュータ４によって画像解析が行われる。なお、ここではＣＣＤカメラ２を例示するが、ＣＣＤカメラ２に代えて、エリアカメラ、ラインカメラ、ビデオカメラ、スティルカメラ等いずれの方式のカメラでも使用可能である。また、フォトセンサを配列させたものなど反射像を特定できるものであれば、いずれの受光装置を使用してもよい。

ＣＣＤカメラ２の光軸と、ストライプパターン１（具体的には、ストライプパターン１が存在する平面）の法線とが、透明板状体３の表面３ａの法線方向より同じ角度θになるように、ＣＣＤカメラ２とストライプパターン１とが設置される。角度θは、４５°であることが好ましい。

図３は、本発明による表面形状の検査方法の全体的な流れを示すフローチャートである。図３に示すように、本発明による検査方法では、第１ステップとして、被検査物体としての透明板状体３に適するストライプパターン１を決定するストライプパターン決定工程が実行され、次いで、第２ステップで、第１ステップで決定されたストライプパターン１を用いて、ストライプパターン１の透明板状体３による反射像にもとづいて画像解析によって透明板状体３の表面形状を評価する表面形状検査工程が実行される。なお、第２ステップでは、第１ステップで決定されたストライプパターン１の透明板状体３の表面３ａおよび裏面３ｂによる反射像のうち、透明板状体３の表面３ａによる反射像のみが用いられる。

図４（ｃ）は、第１ステップで決定されたストライプパターン１を用いた場合におけるＣＣＤカメラ２の出力信号例を示す波形図である。図４において、（ａ）は、表面反射像の画像信号を示し、（ｂ）は、裏面反射像の画像信号を示す。図４（ｃ）に示すように、ＣＣＤカメラ２は、図１７および図１８に示された場合と同様に、表面反射像の画像信号と裏面反射像の画像信号とを重畳した信号を出力する。

ただし、本発明では、ストライプパターンの暗部の幅（信号幅Ｗ_１，Ｗ_２に相当）と明暗の周期（周期Ｔ_１，Ｔ_２に相当）を最適化することによって、ＣＣＤカメラ２が出力する画像信号において、表面反射像における暗部と裏面反射像における暗部とが重なり合わないように調整されている。そのため、コンピュータ４による画像解析の際に、表面反射像の画像信号のみを容易に抽出でき、精密な表面形状検査を実施することができる。

次に、ストライプパターンを決定する第１ステップの処理について説明する。図５は、ストライプパターンを決定する処理の一例を示すフローチャートである。その処理において、まず、１枚毎に異なるパターンが印刷された複数のストライプパターンを用意する（ステップＳ１）。すなわち、ストライプの周期や幅が異なる複数のストライプパターンを準備する。ストライプパターンは、例えば、インクジェット印刷により、透明樹脂フィルムにパターンを印刷することによって形成される。次いで、１つのストライプパターンを光源に貼付する（ステップＳ２）。そして、透明板状体３によるストライプパターンの反射像をＣＣＤカメラ２により撮像する（ステップＳ３）。

次いで、コンピュータ４が、ＣＣＤカメラ２により撮像された画像の画像信号を入力し、画像解析処理プログラムに従って画像信号を解析する画像解析処理を実行する（ステップＳ４）。画像解析処理では、ＣＣＤカメラ２の出力信号すなわちＣＣＤカメラ２から入力された画像信号が、図４（ｃ）に示すような状態であるか否か判断する。具体的には、２つの暗部に対応するレベルが重畳していない状態であるか否か判断する。画像信号がそのような状態を示していない場合（ＮＧの場合）には、別のストライプパターンを光源に貼付し、ステップＳ２，Ｓ３の処理を再度実行する。なお、後述するように振幅によって表面反射像と裏面反射像とを区別しようとする場合には、それぞれの暗部が離反していることが好ましい。例えば、画像信号において、裏面反射像の暗部が、表面反射像の２つの暗部の中間に位置することが好ましい。

コンピュータ４が、画像信号において２つの暗部に対応するレベルが重畳していない状態であることを確認したら、そのときに光源に貼付されているストライプパターンを、透明板状体３の表面形状の検査において使用するストライプパターン１として決定する（ステップＳ７）。以上のようにして、透明板状体３の表面形状の検査に適するストライプパターン１として、ＣＣＤカメラ２によって得られた画像信号においては分離するように設定された明暗のパターンを有するストライプパターン１が決定される。

なお、非検査物体としての透明板状体３が、一般的な板厚１ｍｍ程度の液晶ディスプレイまたはＰＤＰ用のガラス基板である場合には、図２に示す例において、例えば、透明部分の幅Ｌ_２が約０．９〜１．３ｍｍ、黒色部分の幅Ｌ_１が約０．０５〜０．１ｍｍのストライプパターンが、そのようなガラス基板の検査において使用するストライプパターン１として決定される。

次に、第２ステップにおいて使用される表面反射像の認識方法について説明する。図６は、第１ステップにおいて決定されたストライプパターンを用いた場合のＣＣＤカメラ２の出力信号を示す波形図である。ガラス板などの透明板状体３の表面におけるストライプパターンのコントラストは、表面によるもの（図６における振幅１２に対応）の方が裏面によるもの（図６における振幅１３に対応）よりも強い傾向にある。よって、撮像した画像信号から定期的に現れる低レベルの部分（低輝度部分）を見つけるとともに、その振幅の大きいものを表面反射像の画像信号として検査を行うことができる。

図７も、第１ステップにおいて決定されたストライプパターンを用いた場合のＣＣＤカメラ２の出力信号を示す波形図であるが、図７に示す間隔１４は、表面反射像の画像信号における低輝度部分から、裏面反射像の画像信号における低輝度部分までの間隔を示し、間隔１５は、裏面反射像の画像信号における低輝度部分から表面反射像の画像信号における低輝度部分までの間隔を示す。

間隔１４と間隔１５とは、平均的には、（１）透明板状体３の厚さ、（２）ＣＣＤカメラ２の光軸と透明板状体３の法線との成す角、および（３）ストライプパターン１における明暗の周期によって決定される。間隔１４と間隔１５の長さに明確な差がつくように、第１ステップにおいて、ストライプパターン１を決定することにより、表面反射像と裏面反射像とを区別することが容易になる。すなわち、長い方の間隔１４を形成する２つの低輝度部分のうち、一方（例えば、先に位置する方）の低輝度部分を、表面反射像によるものと認識する。このような表面反射像の認識方法は、表面反射像と裏面反射像のコントラストに大きな差異が無い場合に有効である。

第２ステップでは、ＣＣＤカメラ２からコンピュータ４に表面反射像と裏面反射像との双方の画像信号が入力されるのであるが、上記のように表面反射像を認識することによって、表面反射像の画像信号のみを抽出して、精密な表面形状検査を実施することができる。

（実施例）
次に、第１ステップの実施例を説明する。表１の左欄に示すようなそれぞれの板厚の透明板状体３としてのガラス板について、表面反射像における暗部と裏面反射像における暗部とが重なり合わないようにすることができるストライプパターン１を実験により決定した。表１において、例えば、板厚０．３５ｍｍの透明板状体３では、明暗の周期（ピッチ）が、０．９ｍｍ、１．１ｍｍまたは１．３ｍｍのものが、板厚０．３５ｍｍの透明板状体３の表面形状の検査に適するストライプパターン１として使用できることを示す。それぞれの場合において、暗部の幅は、５０μｍまたは１００μｍである。

次に、第２ステップの表面形状検査方法の具体的な一例について説明する。図８は、ストライプパターン１を用いて表面形状検査を実施する様子を示す説明図である。ストライプパターン１として、第１ステップで決定されたものが設置される。すなわち、ＣＣＤカメラ２によって得られた画像信号においては分離するように設定された明暗のパターンを有するストライプパターン１が用いられる。なお、図８には、ストライプパターン１およびＣＣＤカメラ２の位置が模式的に示されているが、ストライプパターン１およびＣＣＤカメラ２の透明板状体３に対する位置関係は、第１ステップにおける位置関係と同じである。また、透明板状体３の表面全域で反射された光が、ＣＣＤカメラ２の撮像面に一時に到達する。

図９は、第２ステップの概略工程を示すフローチャートである。図９に示すように、表面形状検査時には、まず、コンピュータ４（図８では図示せず）が、ＣＣＤカメラ２により撮像された画像の画像信号を入力する（ステップＳ１１）。すなわち、ストライプパターン１の透明板状体３による反射像の画像信号を入力する。透明板状体３の表面にうねり（凹凸、歪み）がある場合には、ＣＣＤカメラ２で撮像される反射像の画像信号における低輝度部分の位置は、うねりの全くない理想的平面が与える画像信号における低輝度部分の位置からずれる。すなわち、理想的平面が与える反射像の画像信号における低輝度部分の位置に対して先行したり遅れたりする。

次いで、コンピュータ４は、ＣＣＤカメラ２によって得られた画像信号から、上記のような方法（図６，図７参照）で表面反射像の画像信号のみを抽出する（ステップＳ１２）。すなわち、ＣＣＤカメラ２によって得られた画像信号から定期的に現れる低輝度部分を見つけるとともに、その振幅の大きいものを表面反射像の画像信号としたり（図６参照）、ＣＣＤカメラ２によって得られた画像信号において長い方の間隔１４（図７参照）を形成する２つの低輝度部分のうち、一方（例えば、先に位置する方）の低輝度部分を、表面反射像によるものと認識することによって、表面反射像の画像信号のみを抽出する。従って、コンピュータ４は、ＣＣＤカメラ２によって得られた画像信号から、透明板状体３の表面による反射像を分離する処理を実行する分離手段の役割も果たす。以下の説明において、反射像の画像信号とは、ＣＣＤカメラ２によって得られた画像信号から分離された表面反射像の画像信号を意味する。また、説明を簡単にするために、ここでは、反射像の画像信号における低輝度部分を、単に反射像ということがある。

コンピュータ４は、表面形状検査プログラムに従って、得られた表面反射像の理想的平面による反射像に対するずれ（先行情報または遅延情報）から、透明板状体３の表面の表面形状の傾き（微分値）を算出する（ステップＳ１３）。そして、透明板状体３の表面がほぼ平面であることを拘束条件として、積分演算によって表面形状を得る（ステップＳ１４）。

図１０は、反射像の画像信号の一例を示す波形図である。図１０には、表面反射像の画像信号のみが示されている。図１０（ｂ）に示すように、表面にうねりがない理想的平面による反射像（図１０（ａ）に示す場合）の低輝度部分に対して、うねりがある平面による反射像では、低輝度部分が、空間的に先行したり遅延したりする。

図１１〜図１５の説明図を参照して、表面形状の検査方法について詳細に説明する。上述したように、透明板状体３の表面にうねりがある場合には、得られた反射像の位置は、理想的表面で反射された光による反射像の位置に対して、先行したり遅れたりする。図１１は、反射像２６が理想的平面による反射像１９に対して先行している状況を示す説明図である。また、図１２は、反射像２６が理想的平面による反射像１９に対して遅延している状況を示す説明図である。図１１および図１２において、実線で示される経路８は実際の光路を示している。ストライプパターン１上の点５から出射した光は、透明板状体３の表面の反射点３１で反射された後、ＣＣＤカメラ２のレンズ中心３０を経て受光面７に到達し反射像２６を形成する。

破線で示される経路２８は、透明板状体３の表面が理想的平面である場合において、点５から出射した光が透明板状体３の表面の反射点３２で反射された後ＣＣＤカメラ２のレンズ中心３０を経て受光素子（ＣＣＤ）の受光面７に到達する光路を示す。この場合、受光面７において、図１１および図１２に示された反射像１９が形成される。ただし、反射像１９は、ガラス表面が理想的平面であると仮定した場合において形成される像であって、現実に形成されるものではない。

コンピュータ４には、あらかじめ、理想反射像の位置として、理想的表面で反射された光による反射像１９の位置が設定される。ストライプパターン１における明暗のピッチ（周期）は既知である。また、ストライプパターン１およびＣＣＤカメラ２の透明板状体３に対する位置関係も既知である。すると、それらの既知の情報にもとづいて、理想的表面で反射された光による反射像１９の位置を決定することができる。なお、ＣＣＤカメラ２で直接ストライプパターン１を撮像し、その場合のＣＣＤカメラ２の出力信号にもとづいて、理想的表面で反射された光による反射像１９の位置を決定するようにしてもよい。コンピュータ４は、理想的表面で反射された光による反射像１９の位置にもとづいて、実際に得られた反射像２６の位置の反射像１９からのずれ量（先行量または遅延量）を知ることができる。

図１３は、反射像２６が理想的平面による反射像１９に対して先行する場合の先行の程度と表面形状の傾き（微分値）との関係を示す説明図である。また、図１４は、反射像２６が理想的平面による反射像１９に対して遅延する場合の遅延の程度と表面形状の傾き（微分値）との関係を示す説明図である。

図１３および図１４において、αは、レンズ中心３０から経路２８に延ばしたベクトルを基準とした場合のレンズ中心３０から経路８に延ばしたベクトルが形成する角度である。βは、レンズ中心３０から経路２８に延ばしたベクトルを基準とした場合のレンズ中心３０から鉛直下方に延ばしたベクトルが形成する角度である。γは、点５から鉛直下方に延ばしたベクトルを基準とした場合の点５から経路８に延ばしたベクトルが形成する角度である。そして、δは、反射点３１の垂線ベクトルを基準とした場合の反射点３１におけるうねり表面の法線ベクトルが形成する角度（法線ベクトルの傾き）である。なお、うねり表面とは、透明板状態３の表面３ａにおけるうねりが存在する部分を意味する。

いずれの角度も、基準とするベクトルから反時計方向に傾く場合に正の値をとるとする。従って、図１３に示された状況において、α＜０，δ＜０であり、図１４に示された状況において、α＞０，δ＞０である。

法線ベクトルの傾きδは、（１）式のように表される。表面形状をｚ＝ｆ（ｘ）なる関数で表現すると、表面形状の傾き（微分値）＝ｔａｎδは、（２）式で表される。ｘ軸およびｚ軸は図１５に示すようにとられ、ｘ＝０の点は、例えば、透明板状体３の表面の左端に設定される。

従って、表面形状ｚは、（３）式のように求められる。（３）式において、Ｃは積分定数である。液晶ディスプレイやＰＤＰなどのフラットパネルディスプレイに用いられる透明板状体３の表面形状は、細かなうねりがあるかもしれないがほぼ平坦である。従って、（４）式に示す関係が成り立つと考えてよい。すなわち、透明板状体３の表面におけるうねりの平均値は０であるという条件を付加する。すると、（３）式における積分定数Ｃは、（４）式の拘束条件を満足するように決定することができる。ただし、（４）式において、理想的表面をｚ＝０の平面としている。

具体的には以下のような処理が行われる。
コンピュータ４は、ＣＣＤカメラ２から反射像２６を入力し、２次元平面上の各々の反射像２６の位置情報（具体的には、各々の低輝度部分の位置情報）を得る。また、理想的平面による各々の反射像１９の位置情報（具体的には、各々の低輝度部分の位置情報）も認識できる。反射像２６，１９の受光面７における位置は、透明板状体３の表面における反射点３１，３２の位置に対応している。

また、レンズ中心３０の位置も定まったものであり、ストライプパターン１における点５の位置すなわちストライプパターン１の位置情報も認識できる。コンピュータ４には、レンズ中心３０の位置を示すレンズ中心位置情報と、ストライプパターン１における点５の位置を示すストライプパターン１の位置情報とが、あらかじめ設定される。ここで、ストライプパターン１における点５の位置とは、特定の位置を意味しているのではなく、各々の反射像２６，１９（具体的には、各々の低輝度部分）に対応するストライプパターン１における各々の位置である。反射点３１，３２の位置は反射像２６，１９の受光面７における位置から決定でき、また、レンズ中心３０の位置も既知であるので、コンピュータ４は、各々の反射像２６についての各角度α，β，γを算出することができる。従って、（１）式にもとづいて各々の反射像２６についてのδを計算できる。なお、各々の反射像２６に対応する反射点３１の位置は、（２）〜（４）式におけるｘの値である。

各々の反射像２６についてのδが算出されたので、コンピュータ４は、容易に各々の反射像２６についてのｔａｎδ（＝ｆ’（ｘ））の値を算出できる。各々の反射像２６についてのｆ’（ｘ）が、ｆ’（ｘ１），ｆ’（ｘ２），ｆ’（ｘ３），・・・，ｆ’（ｘｎ）のようにｎ個得られたとし、Δ（ｘ）を以下のように定義する。
Δ（ｘ１）＝（ｆ’（ｘ１）＋ｆ’（ｘ２））×（ｘ２−ｘ１）／２
Δ（ｘ２）＝（ｆ’（ｘ２）＋ｆ’（ｘ３））×（ｘ３−ｘ２）／２
・
・
Δ（ｘ(n-1) ）＝（ｆ’（ｘ(n-1) ）＋ｆ’（ｘｎ））×（ｘｎ−ｘ(n-1) ）／２

表面形状は、ｆ’（ｘ）を数値積分することにより求めることができる。具体的には、コンピュータ４は、
ｆ（ｘｎ）＝Δ（ｘ１）＋Δ（ｘ２）＋・・・＋Δ（ｘ(n-1) ）
を算出することにより、各ｘにおけるうねりの高さを得る。

このようにして得られた表面形状は必ずしも（４）式を満たすとは限らないが、コンピュータ４は、（３）式における積分定数Ｃを、
Ｃ＝−（ｆ（ｘ１）＋ｆ（ｘ２））×（ｘ２−ｘ１）／２
−（ｆ（ｘ２）＋ｆ（ｘ３））×（ｘ３−ｘ２）／２
・
・
−（ｆ（ｘ(n-1) ）＋ｆ（ｘｎ））×（ｘｎ−ｘ(n-1) ）／２
のように定めることにより、（４）式を満たす表面形状を得ることができる。

以上のように表面形状を測定できるのであるが、第１ステップにおいて適切なストライプパターン１を決定しているので、裏面反射像の影響を受けることなく、表面形状を得ることができることができる。その結果、表面形状の特性を精度よく検査することができる。なお、得られた表面形状にもとづいて、透明板状体３の表面の平坦度等を評価するときに、検査者が評価を実行してもよいし、コンピュータ４にあらかじめ良品としての基準値を設定しておいて、コンピュータ４が、基準値との比較結果を出力するようにしてもよい。また、本発明による表面形状の検査方法では、観測値にもとづく角度算出計算および積分のための加減算処理を行えばよいので、コンピュータ４の演算量はさほど多くない。

なお、透明板状体３の表面が理想的平面である場合の理想反射像に対する反射像のずれ量を算出するずれ量算出手段、ずれ量、ストライプパターン１の位置情報およびＣＣＤカメラ２のレンズ中心位置情報を用いて透明板状体３の表面形状の傾きを算出する傾き算出手段、および、透明板状体３の表面がほぼ平坦であることを拘束条件として、表面形状の傾きを積分して透明板状体３の表面形状を求める表面形状決定手段は、コンピュータ４で実現されている。

また、上記の実施の形態では、透明板状体３として、液晶ディスプレイやＰＤＰ等のフラットパネルディスプレイに用いられるガラス基板を想定したが、自動車、船舶、航空機、建築物等の窓ガラス等に用いられるガラス基板（素板）や樹脂板等の透明板状体の検査に本発明を適用することもできる。

本発明は、透明板状体の表面の平坦度を検査するときに好適に適用される。

透明板状体の表面の平坦度を検査するための検査装置の概要を示す模式図である。 ストライプパターンの一例を示す説明図である。 本発明による表面形状の検査方法の全体的な流れを示すフローチャートである。 ＣＣＤカメラの出力信号例を示す波形図である。 ストライプパターンを決定する処理の一例を示すフローチャートである。 第１ステップにおいて決定されたストライプパターンを用いた場合のＣＣＤカメラの出力信号を示す波形図である。 第１ステップにおいて決定されたストライプパターンを用いた場合のＣＣＤカメラの出力信号を示す波形図である。 表面形状検査を実施する様子を示す説明図である。 第２ステップの概略工程を示すフローチャートである。 反射像の画像信号の一例を示す波形図である。 観測された反射像の軌跡が理想的平面による反射像に対して先行している状況を示す説明図である。 観測された反射像の軌跡が理想的平面による反射像に対して遅延している状況を示す説明図である。 観測された反射像の軌跡が理想的平面による反射像に対して先行する場合の先行の程度とうねり形状の傾きとの関係を示す説明図である。 観測された反射像の軌跡が理想的平面による反射像に対して遅延する場合の遅延の程度とうねり形状の傾きとの関係を示す説明図である。 ｘ軸およびｚ軸の定義を示す説明図である。 表面反射像と裏面反射像とが同時に形成される様子を示す説明図である。 カメラが出力する画像信号例を示す波形図である。 カメラが出力する画像信号例を示す波形図である。

符号の説明

１ ストライプパターン
２ ＣＣＤカメラ
３ 透明板状体
３ａ 表面
３ｂ 裏面
４ コンピュータ
５ ストライプパターン上の点
７ 受光面
１９，２６ 反射像
３１，３２ 反射点

Claims (10)

1. ストライプパターンを透明板状体に照射し、該透明板状体の表面によって形成されるストライプパターンの反射像を撮像し、撮像によって得られた画像信号にもとづいて前記透明板状体の表面形状を検査する表面形状の検査方法であって、
   ストライプパターンの暗部の幅と明暗の周期を調整することによって、前記透明板状体の表面による反射像と前記透明板状体の裏面による反射像とが前記撮像によって得られた画像信号では分離するように設定された明暗のパターンを有するストライプパターンを決定するストライプパターン決定工程と、
   撮像によって得られた画像信号に含まれる反射像のうち、前記透明板状体の表面による前記ストライプパターンの反射像のみを用いて、前記透明板状体の表面形状を検査する表面形状検査工程とを含む
   ことを特徴とする表面形状の検査方法。
2. ストライプパターンを透明板状体に照射し、該透明板状体の表面によって形成されるストライプパターンの反射像を撮像し、撮像によって得られた画像信号にもとづいて前記透明板状体の表面形状を検査する表面形状の検査方法であって、
   ストライプパターンの暗部の幅と明暗の周期を調整することによって、前記透明板状体の表面による反射像と前記透明板状体の裏面による反射像とが前記撮像によって得られた画像信号では分離するように設定された明暗のパターンを有するストライプパターンを決定するストライプパターン決定工程と、
   撮像によって得られた画像信号から前記透明板状体の表面による前記ストライプパターンの反射像を選択し、選択した反射像を用いて前記透明板状体の表面形状を検査する表面形状検査工程とを含む
   ことを特徴とする表面形状の検査方法。
3. 表面形状検査工程で、定期的に現れる複数の低レベル部分を画像信号から見つけ、複数の低レベル部分のうち振幅が大きい方を反射像の信号とする
   請求項１または２に記載の表面形状の検査方法。
4. ストライプパターン決定工程で、前記透明板状体の表面による反射像の低レベル部分と前記透明板状体の裏面による反射像の低レベル部分との間の第１の間隔と、当該透明板状体の裏面による反射像の低レベル部分と画像信号において次に現れる前記透明板状体の表面による反射像の低レベル部分との間の第２の間隔とが異なるようなストライプパターンを決定し、
   表面形状検査工程で、前記第１の間隔を形成する２つの低レベル部分のうちの一方を反射像の信号とする
   請求項１または２に記載の表面形状の検査方法。
5. 透明板状体として、フラットディスプレイパネルに用いられるガラス基板を検査する
   請求項１、２、３または４に記載の表面形状の検査方法。
6. 透明板状体として、自動車ガラスに用いられる素板を検査する
   請求項１から５のいずれかに記載の表面形状の検査方法。
7. 表面形状検査工程では、
   透明板状体の表面が理想的平面である場合の理想反射像に対する反射像のずれ量を得て、
   前記ずれ量、ストライプパターンの位置情報および撮像手段のレンズ中心位置情報を用いて前記透明板状体の表面形状の傾きを求め、
   前記透明板状体の表面がほぼ平坦であることを拘束条件として、前記表面形状の傾きを積分して前記被測定物の表面形状を求める
   請求項１から６のいずれかに記載の表面形状の検査方法。
8. 透明板状体に照射されたストライプパターンの該透明板状体の表面によって形成される反射像を撮像する撮像手段を備え、前記撮像手段による撮像によって得られた画像信号にもとづいて前記透明板状体の表面形状を検査する表面形状の検査装置であって、
   ストライプパターンの暗部の幅と明暗の周期を調整することによって、前記透明板状体の表面による反射像と前記透明板状体の裏面による反射像とが前記撮像手段によって得られた画像信号では分離するように設定された明暗のパターンを有するストライプパターンが設置され、
   前記撮像手段によって得られた画像信号から前記透明板状体の表面による前記ストライプパターンの反射像を選択する選択手段と、
   前記選択手段が選択した前記反射像を用いて、前記透明板状体の表面形状を検査する演算手段とを備えた
   ことを特徴とする表面形状の検査装置。
9. 演算手段は、透明板状体の表面が理想的平面である場合の理想反射像に対する反射像のずれ量を算出するずれ量算出手段と、前記ずれ量算出手段が算出したずれ量、ストライプパターンの位置情報および撮像手段のレンズ中心位置情報を用いて前記透明板状体の表面形状の傾きを算出する傾き算出手段と、前記被測定物の表面がほぼ平坦であることを拘束条件として、前記傾き算出手段が算出した表面形状の傾きを積分して前記透明板状体の表面形状を求める表面形状決定手段とを含む
   請求項８に記載の表面形状の検査装置。
10. 撮像手段はＣＣＤカメラである請求項８または９に記載の表面形状の検査装置。

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