JP4796405B2 - 距離測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス基板等の光透過性を有する被測定物の表裏面間距離（厚み）や複数の被測定物間の隙間距離等の各種距離を測定するのに好適な距離測定装置に関するものである。

液晶やプラズマ等のフラットパネルディスプレイに用いられ２枚のガラス基板を貼り合わせた貼合せ基板において、各ガラス基板の厚みや各ガラス基板間の距離を測定する要求がある。そこで、このような要求を満たすべく、ガラス基板の表裏面間距離（厚み）や複数のガラス基板間の隙間距離を測定する距離測定装置が、例えば特許文献１にて提案されている。

特許文献１にて示される距離測定装置は、その貼合せ基板の上部にセンサヘッドを配置し、そのセンサヘッド内に設けた投光素子から貼合せ基板の上面に向けて光を照射し、同センサヘッド内に設けたＣＣＤにて上下のガラス基板の表面及び裏面のそれぞれで反射する反射光をＣＣＤ上で受光し、装置本体側においてＣＣＤ上で得た受光分布における各ガラス基板の表面及び裏面反射光に対応した各受光ピーク位置の検出に基づいて、各ガラス基板の厚みと各ガラス基板間の隙間距離を演算する構成となっている。

厚み及び隙間距離の測定時においては、センサヘッド（投光素子）の近接側１番目の受光ピーク位置を基準、即ち上ガラス基板の表面位置として対応付けて認識し、その１番目の受光ピーク位置と次の２番目の受光ピーク位置（上ガラス基板の裏面位置）とで上ガラス基板の厚みが測定される。次いで、その２番目の受光ピーク位置と次の３番目の受光ピーク位置（下ガラス基板の表面位置）とで上下のガラス基板間の隙間距離が測定される。次いで、その３番目の受光ピーク位置と次の４番目の受光ピーク位置（下ガラス基板の裏面位置）とで下ガラス基板の厚みが測定される。
特開２００４−２６４０８２号公報

ところで、貼合せ基板を製造するラインの例えば搬送途中に行うような場合など、貼合せ基板が上方、即ち投光素子の近接側に位置ずれすることがあり、場合によってはＣＣＤの測定レンジを超えてしまうような大きな移動が生じることがある。

このような場合、例えば上ガラス基板の表面が測定レンジから外れると、その表面反射光に対応する受光ピークはＣＣＤ上の受光分布には現れないため、上ガラス基板の裏面反射光に対応する受光ピークを基準とし、その受光ピーク位置を上ガラス基板の表面位置と誤って対応付けを行ってしまう。

そのため、次の２番目の受光ピークが下ガラス基板の表面反射光に対応するものであるにもかかわらず、測定装置では上ガラス基板の裏面反射光に対応するものであると誤認識してしまい、本来上下のガラス基板間の隙間距離を測定するものを、誤って上ガラス基板の厚みとして測定してしまう。同様に、次の３番目の受光ピークが下ガラス基板の裏面反射光に対応するものであるにもかかわらず、測定装置では下ガラス基板の表面反射光に対応するものであると誤認識してしまい、本来下ガラス基板の厚みを測定するものを、誤って上下のガラス基板間の隙間距離として測定してしまう。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、被測定物の測定位置の変動に対応でき、測定対象部分を的確に測定することができる距離測定装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、光透過性を有する被測定物に光を照射する投光手段と、前記投光手段からの光の照射に基づく前記被測定物の表面及び裏面の各反射光を受光可能に配置され、測定レンジ内の受光分布を検出する受光分布検出手段と、前記受光分布検出手段で検出した受光分布における複数の受光ピーク位置から前記被測定物の表面位置及び裏面位置を対応付けるとともに、その受光ピーク位置から前記被測定物に関する測定対象部分の測定値を算出する測定値算出手段とを備えた距離測定装置であって、前記複数の受光ピーク位置と前記被測定物の表面位置及び裏面位置とを対応付ける基準を、予め記憶された測定対象とする全ての前記被測定物の各面のいずれかから選択する選択手段を備え、前記選択手段は、前記複数の受光ピーク位置について、前記投光手段の近接側の受光ピークを基準として離間側に向かって順次前記被測定物の表面位置及び裏面位置との対応付けを行うか、又は前記投光手段の離間側の受光ピークを基準として近接側に向かって順次前記被測定物の表面位置及び裏面位置とを対応付けを行うかを切り替えるものであることをその要旨とする。

この発明では、選択手段により、受光ピーク位置と被測定物の表面位置及び裏面位置とを対応付ける基準が予め記憶された測定対象とする全ての被測定物の各面のいずれかから選択することが可能となる。つまり、被測定物が特に複数部材で構成され各部材の表面及び裏面が複数となるものの測定時に、例えば被測定物が投光手段の近接側に位置ずれし易い環境で使用するような場合では、被測定物の一部が測定レンジから外れてしまい、被測定物の表面など近接側の一部の受光ピークが検出できなくなる。このような場合であっても、例えば投光手段の離間側に位置する被測定物の裏面位置を基準として被測定物の各面と受光ピーク位置とを対応付けるように選択手段にて選択を行うことで、受光ピーク位置と被測定物の各面とが的確に対応付けされる。また、被測定物が投光手段の離間側に位置ずれし易い環境で使用するような場合では、逆に近接側の被測定物の表面位置を基準とするように選択手段にて選択を行うことで、受光ピーク位置と被測定物の各面とが的確に対応付けされる。これにより、測定対象部分を的確に測定することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の距離測定装置において、前記選択手段は、操作者の操作により選択切替可能に構成されたことをその要旨とする。
この発明では、選択手段は、操作者の操作により選択切替可能に構成されるものであるため、自動で選択を切り替える判定などは装置の制御構成に組み込む必要がなく、装置の制御構成の簡素化することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の距離測定装置において、前記測定値算出手段は、前記測定対象部分として前記被測定物の厚み又は複数の前記被測定物間の隙間距離の測定値を算出することをその要旨とする。

この発明では、測定値算出手段にて、被測定物の厚み又は複数の被測定物間の隙間距離が的確に測定される。

従って、上記記載の発明によれば、被測定物の測定位置の変動に対応でき、測定対象部分を的確に測定することができる距離測定装置を提供することができる。

以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。
図１は、本実施の形態の距離測定装置１を示す。距離測定装置１は、液晶やプラズマ等のフラットパネルディスプレイに用いられ２枚のガラス基板Ｗ１，Ｗ２を貼り合わせた貼合せ基板Ｗにおいて、各ガラス基板Ｗ１，Ｗ２の厚みＤ１，Ｄ２（図３参照）や各ガラス基板Ｗ１，Ｗ２間の隙間距離Ｌを測定する時などに用いられるものである。この距離測定装置１は、使用時に被測定物（貼合せ基板Ｗ）の上方に配設されるセンサヘッド２と各種制御を行うコントローラ３とを備え、互いにケーブル４にて電気的に接続されて構成されている。

図１及び図２に示すように、センサヘッド２には、例えば赤色半導体レーザダイオードからなる投光素子５と、該投光素子５からの光の照射に基づく被測定物（貼合せ基板Ｗ）の反射光を受光可能に配置されたＣＣＤ６とが内蔵されている。また、センサヘッド２には、投光素子５に駆動電流を供給する投光素子駆動回路７と、ＣＣＤ６を駆動するＣＣＤ駆動回路８が備えられ、コントローラ３にて制御されている。更に、センサヘッド２には、表示灯９が備えられ、コントローラ３の制御に基づいて各種の表示動作を行うようになっている。

コントローラ３は、表示とともにタッチパネル機能を有するディスプレイ１０を有している。ディスプレイ１０は、操作者のタッチ操作に応じた各種設定信号をＣＰＵ１１に出力する。例えば、各ガラス基板Ｗ１，Ｗ２の厚みＤ１，Ｄ２や各ガラス基板Ｗ１，Ｗ２間の隙間距離Ｌを測定するモードをタッチ操作にて選択でき、これに対応した設定信号がＣＰＵ１１に出力される。ＣＰＵ１１は、この設定信号に基づいて、投光素子駆動回路７（投光素子５）の投光制御やＣＣＤ駆動回路８（ＣＣＤ６）の駆動制御、表示灯９の点灯制御を実施するとともに、各種の測定動作を実施する。

また、コントローラ３には、前記ＣＣＤ６からの出力信号が入力されるコンパレータ１２及びＡ／Ｄコンバータ１３が備えられている。コンパレータ１２は、ＣＣＤ６からの出力信号において所定のスライスレベルと比較し、その比較結果をＣＰＵ１１に出力する。これは、ＣＣＤ６からの出力信号に含まれるノイズをＣＣＤ６上の受光分布のピークレベルと区別するためのものであって、ＣＰＵ１１ではコンパレータ１２からの出力がハイレベル、即ちＣＣＤ６の受光レベルが所定レベル以上の時のみＡ／Ｄコンバータ１３の出力を被測定物（貼合せ基板Ｗ）からの反射光として取り込むようになっている。

ＣＰＵ１１は、Ａ／Ｄコンバータ１３の出力に基づいてＣＣＤ６の受光分布を取得する。被測定物を貼合せ基板Ｗとした場合では、その貼合せ基板ＷがＣＣＤ６による測定可能な測定レンジ内に位置しているとき、受光分布には、上ガラス基板Ｗ１の表面ａ及び裏面ｂと下ガラス基板Ｗ２の表面ｃ及び裏面ｄとで反射する各反射光に対応する位置にそれぞれ受光ピークが生じる。ＣＰＵ１１は、各受光ピークの位置に基づいて上ガラス基板Ｗ１の表面ａ及び裏面ｂと下ガラス基板Ｗ２の表面ｃ及び裏面ｄのそれぞれ位置（例えば予め設定された基準位置からの距離）を求め、各面ａ〜ｄの位置から厚みＤ１，Ｄ２や隙間距離Ｌの測定値を算出する。具体的に、厚みＤ１は面ｂの位置と面ａの位置との差分から求められ、厚みＤ２は面ｄの位置と面ｃの位置との差分から求められ、隙間距離Ｌは面ｃの位置と面ｂの位置との差分から求められる。尚、各面ａ〜ｄの位置から貼合せ基板Ｗの全体の厚みなども検出することもできる。因みに、コントローラ３内に備えられるメモリ１４は、このようなＣＰＵ１１の演算時などに用いられる。ＣＰＵ１１は、測定した厚みＤ１，Ｄ２や隙間距離Ｌをディスプレイ１０に表示するとともに、取得した受光分布なども表示する。

本実施の形態では、ＣＰＵ１１の測定モードが予め記憶された「通常測定モード」と「逆測定モード」とのいずれかから選択切替可能とする切替スイッチ１５が前記ディスプレイ１０のタッチパネル機能に加えられている。つまり、ディスプレイ１０のタッチパネル操作により、測定モードの切り替えを行うことができるようになっている。

切替スイッチ１５により通常測定モードが選択された場合では、図３に示すように、ＣＰＵ１１は、センサヘッド２（投光素子５）の近接側１番目（受光分布の左側１番目）の受光ピーク位置を基準、即ち上ガラス基板Ｗ１の表面ａの位置として対応付け、続いて２番目の受光ピーク位置を上ガラス基板Ｗ１の裏面ｂの位置、更に３番目の受光ピーク位置を下ガラス基板Ｗ２の表面ｃの位置、４番目の受光ピーク位置を下ガラス基板Ｗ２の裏面ｄの位置として対応付けて認識する。ＣＰＵ１１は、これらから厚みＤ１，Ｄ２や隙間距離Ｌの測定値を算出するための各面ａ〜ｄの位置（距離）を算出する。

これに対し、切替スイッチ１５により逆測定モードが選択された場合では、図４に示すように、ＣＰＵ１１は、センサヘッド２（投光素子５）の離間側１番目（受光分布の右側１番目）の受光ピーク位置を基準、即ち下ガラス基板Ｗ２の裏面ｄの位置として対応付け、続いて２番目の受光ピーク位置を下ガラス基板Ｗ２の表面ｃの位置、更に３番目の受光ピーク位置を上ガラス基板Ｗ１の裏面ｂの位置、４番目の受光ピーク位置を上ガラス基板Ｗ１の表面ａの位置として対応付けて認識する。同様に、ＣＰＵ１１は、これらから各面ａ〜ｄの位置（距離）を算出する。

ここで、被測定物である貼合せ基板Ｗが測定レンジから上方、即ちセンサヘッド２（投光素子５）の近接側に位置ずれし易い環境で使用するような場合、図５に示すように、例えば上ガラス基板Ｗ１の表面が測定レンジから外れることがある。すると、上ガラス基板Ｗ１の表面反射光に対応する受光ピークが受光分布には現れない。

因みに、このような場合に図３のように通常測定モードにて測定を行うと、ＣＰＵ１１は、受光分布の左側１番目の受光ピーク位置を基準、即ち上ガラス基板Ｗ１の表面ａの位置として認識してしまうことから、実際は上ガラス基板Ｗ１の裏面ｂの位置であるにもかかわらず、左側１番目の受光ピーク位置が上ガラス基板Ｗ１の表面ａの位置であると誤った対応付けを行ってしまう。従って、左側１番目の受光ピーク位置（実際は上ガラス基板Ｗ１の裏面ｂの位置）と２番目の受光ピーク位置（実際は下ガラス基板Ｗ２の表面ｃの位置）とで、ＣＰＵ１１は上ガラス基板Ｗ１の厚みＤ１を誤った状態で算出してしまう。また、その２番目の受光ピーク位置と３番目の受光ピーク位置（実際は下ガラス基板Ｗ２の裏面ｄの位置）とで、ＣＰＵ１１はガラス基板Ｗ１，Ｗ２間の隙間距離Ｌを誤った状態で算出してしまう。

そこで、本実施の形態では、上記のような環境で使用する場合、操作者の切替スイッチ１５の操作により、逆測定モードに切り替えて被測定物（貼合せ基板Ｗ）の測定を行うことができるようになっている。

即ち、逆測定モードでは、図５に示すように、ＣＰＵ１１は、受光分布の右側１番目の受光ピーク位置を基準、即ち下ガラス基板Ｗ２の裏面ｄの位置として正常に対応付けが行われる。従って、右側１番目の受光ピーク位置（下ガラス基板Ｗ２の裏面ｄの位置）と２番目の受光ピーク位置（下ガラス基板Ｗ２の表面ｃの位置）とで、ＣＰＵ１１は下ガラス基板Ｗ２の厚みＤ２を的確に算出する。また、その２番目の受光ピーク位置と３番目の受光ピーク位置（上ガラス基板Ｗ１の裏面ｂの位置）とで、ＣＰＵ１１はガラス基板Ｗ１，Ｗ２間の隙間距離Ｌを的確に算出する。つまり、上ガラス基板Ｗ１の表面反射光の受光ピークが得られないことから上ガラス基板Ｗ１の厚みＤ１は測定されないが、残りの下ガラス基板Ｗ２の厚みＤ２やガラス基板Ｗ１，Ｗ２間の隙間距離Ｌといった測定対象部分は的確に算出される。

尚、被測定物が逆に測定レンジから下方、即ちセンサヘッド２（投光素子５）の離間側に位置ずれし易い環境で使用するような場合では、図３のように左側１番目の受光ピーク位置を基準とする通常測定モードにて測定を行うことが、測定対象部分が的確に算出可能であることから望ましい。

このように本実施の形態の距離測定装置１では、被測定物（貼合せ基板Ｗ）の測定位置の変動に対応可能な切替スイッチ１５が備えられ、各ガラス基板Ｗ１，Ｗ２の厚みＤ１，Ｄ２や各ガラス基板Ｗ１，Ｗ２間の隙間距離Ｌといった測定対象部分が的確に測定可能に構成されている。

次に、本実施の形態の特徴的な作用効果を記載する。
（１）本実施の形態では、コントローラ３に切替スイッチ１５を設け、該切替スイッチ１５によりＣＣＤ６で得た反射光の受光分布の受光ピーク位置と今回被測定物とした貼合せ基板Ｗの表裏面ａ〜ｄの位置とを対応付ける基準がセンサヘッド２（投光素子５）の近接側か離間側かのいずれかから選択することが可能に構成されている。つまり、被測定物が特に複数部材で構成され各部材の表面及び裏面が複数となる貼合せ基板Ｗといったものの測定時に、例えば貼合せ基板Ｗが上方（センサヘッド２の近接側）に位置ずれし易い環境で使用するような場合では、貼合せ基板Ｗの一部が測定レンジから外れてしまい、貼合せ基板Ｗの上ガラス基板Ｗ１の表面ａなど近接側の一部の受光ピークが検出できなくなる。このような場合であっても、センサヘッド２の離間側に位置する下ガラス基板Ｗ２の裏面ｄ位置を基準として貼合せ基板Ｗの各面ａ〜ｄと受光ピーク位置とを対応付けるように切替スイッチ１５にて切り替えを行う（選択する）ことで、受光ピーク位置と貼合せ基板Ｗの各面ｂ〜ｄ（表面ａが外れた場合）とを的確に対応付けすることができる。これにより、各ガラス基板Ｗ２の厚みＤ２や各ガラス基板Ｗ１，Ｗ２間の隙間距離Ｌといった測定対象部分を的確に測定することができる。

（２）本実施の形態の切替スイッチ１５は、操作者の操作により選択切替可能に構成されるものとしたため、自動で選択を切り替える判定などはコントローラ３の制御構成に組み込む必要がなく、コントローラ３の制御構成の簡素化することができる。

（３）本実施の形態では、同一のセンサヘッド２に投光素子５及びＣＣＤ６を設ける一方で、ＣＰＵ１１及び切替スイッチ１５はそのセンサヘッド２とは別体のコントローラ３に設けている。これにより、センサヘッド２の小型化に貢献でき、センサヘッド２の配置の自由度を向上することができる。また、本実施の形態のように、コントローラ３側に切替スイッチ１５を設けた場合では、込み入った箇所に取り付けられることのあるセンサヘッド２側に切替スイッチを設けるよりも操作性に優れる。

尚、本発明の実施の形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施の形態では、ディスプレイ１０のタッチパネル機能に切替スイッチ１５を加えたが、切替スイッチを機械的な接点を有する構成とし、例えばコントローラ３側に設けてもよい。

・上記実施の形態では、選択手段（切替スイッチ１５）を操作者の操作により選択することを可能に構成したが、例えばＣＣＤ６で得た受光分布の受光ピークの偏りから被測定物の位置ずれし得る側を回路にて判定し、その判定結果に基づいて自動で選択を切り替えるように構成してもよい。

・上記実施の形態では、センサヘッド２内に投光素子５及びＣＣＤ６を備えていたが、センサヘッド２の構成はこれに限らない。
例えば、投光素子をセンサヘッドとは別の場所に配置して光ケーブルでセンサヘッドに設けた照射部に光を供給し、その照射部から被測定物に光を照射する構成としてもよい。

また、投光素子５を赤色半導体レーザダイオードとしたが、他の投光素子を用いてもよい。
また、受光分布検出手段としてＣＣＤ６を用いたが、ＣＣＤ以外で受光分布が得られる手段に置き換えてもよい。

・上記実施の形態では、同一のセンサヘッド２に投光素子５及びＣＣＤ６を設ける一方で、ＣＰＵ１１及び切替スイッチ１５はそのセンサヘッド２とは別体のコントローラ３に設けたが、これらを全て一体に構成してもよい。

・上記実施の形態では、光透過性を有する被測定物として２枚のガラス基板Ｗ１，Ｗ２を貼り合わせた貼合せ基板Ｗの各種距離測定を実施したが、貼合せ基板（ガラス基板）以外の被測定物を測定してもよい。

・上記実施の形態では、貼合せ基板Ｗの表裏面ａ〜ｄの位置とを対応付ける基準がセンサヘッド２（投光素子５）の近接側か離間側かのいずれかから選択するようにしたが、基準を予め記憶された測定対象の各面ａ〜ｄのいずれかから選択するようにしてもよい。特に、被測定物が３つ以上の複数となる程、複数の表裏面から基準を選択可能とする意義は大きい。

次に、上記実施の形態及び別例から把握できる技術的思想を以下に追記する。
（イ） 請求項１〜３のいずれか１項に記載の距離測定装置において、
前記受光分布検出手段は、ＣＣＤであることを特徴とする距離測定装置。

このようにすれば、ＣＣＤにて好適な受光分布を検出することができる。
（ロ） 光透過性を有する被測定物に光を照射し、その光の照射に基づく前記被測定物の表面及び裏面の各反射光を受光して測定レンジ内の受光分布を検出し、その受光分布における複数の受光ピーク位置から前記被測定物の表面位置及び裏面位置を対応付けるとともに、その受光ピーク位置から前記被測定物に関する測定対象部分の測定値を算出するようにした距離測定方法であって、
前記受光ピーク位置と前記被測定物の表面位置及び裏面位置とを対応付ける基準を、前記被測定物の各面のいずれかから選択するようにしたことを特徴とする距離測定方法。

このようにすれば、請求項１と同様な効果を得ることができる。

本実施の形態の距離測定装置の斜視図である。 距離測定装置の電気的構成を示すブロック図である。 距離測定を説明するための説明図である。 距離測定を説明するための説明図である。 距離測定を説明するための説明図である。

符号の説明

２…センサヘッド、３…コントローラ、５…投光手段としての投光素子、６…受光分布検出手段としてのＣＣＤ、１１…測定値算出手段としてのＣＰＵ、１５…選択手段としての切替スイッチ、Ｄ１，Ｄ２…測定対象部分としての厚み、Ｌ…測定対象部分としての隙間距離、Ｗ…被測定物としての貼合せ基板（Ｗ１…上ガラス基板、Ｗ２…下ガラス基板）、ａ〜ｄ…面（表面・裏面）。

Claims (3)

1. 光透過性を有する被測定物に光を照射する投光手段と、
   前記投光手段からの光の照射に基づく前記被測定物の表面及び裏面の各反射光を受光可能に配置され、測定レンジ内の受光分布を検出する受光分布検出手段と、
   前記受光分布検出手段で検出した受光分布における複数の受光ピーク位置から前記被測定物の表面位置及び裏面位置を対応付けるとともに、その受光ピーク位置から前記被測定物に関する測定対象部分の測定値を算出する測定値算出手段と
   を備えた距離測定装置であって、
   前記複数の受光ピーク位置と前記被測定物の表面位置及び裏面位置とを対応付ける基準を、予め記憶された測定対象とする全ての前記被測定物の各面のいずれかから選択する選択手段を備え、
   前記選択手段は、前記複数の受光ピーク位置について、前記投光手段の近接側の受光ピークを基準として離間側に向かって順次前記被測定物の表面位置及び裏面位置との対応付けを行うか、又は前記投光手段の離間側の受光ピークを基準として近接側に向かって順次前記被測定物の表面位置及び裏面位置とを対応付けを行うかを切り替えるものであることを特徴とする距離測定装置。
2. 請求項１に記載の距離測定装置において、
   前記選択手段は、操作者の操作により選択切替可能に構成されたことを特徴とする距離測定装置。
3. 請求項１又は２に記載の距離測定装置において、
   前記測定値算出手段は、前記測定対象部分として前記被測定物の厚み又は複数の前記被測定物間の隙間距離の測定値を算出することを特徴とする距離測定装置。

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