JP5169194B2 - 板ガラス欠陥検出装置、板ガラスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶融ガラスより成形された板ガラス、特に液晶表示装置やプラズマディスプレイに搭載される板ガラスの欠陥を検出する欠陥検出装置、この欠陥検出装置を使用する板ガラスの製造方法に関するものである。

ディスプレイデバイス技術の著しい発展に伴い、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等の各種方式の画像表示装置に関連する技術が大きく進歩してきている。特に大型で高精細な表示を実現する画像表示装置等では、その製造原価の低減と画像品位の向上のため、高度な技術革新が進捗している。このような各種装置に搭載され、画像を表示するために使用される板ガラスについても、従前以上の高い寸法品位と高精度な表面性状が求められている。ディスプレイデバイス用途等の板ガラスの製造では、各種の製造装置を使用することにより板ガラスが成形されているが、いずれも無機ガラス原料を加熱溶解し、溶融ガラスを均質化した後に所定形状に成形するということが一般に行われている。この際に、ガラス原料の溶融不足や製造途中での意図しない異物の混入、あるいは成形装置の老朽化や一時的な成形条件の不具合等、種々の原因によって板ガラスに表面品位の異常等の欠陥が生じる場合がある。このような板ガラスの欠陥の発生を抑止するために種々の対策がこれまでに施されてきたが、欠陥の発生を完全に抑止することは困難であり、またある程度まで欠陥の発生を抑制することができても、欠陥を有する板ガラスを明瞭に識別する技術がないと、良品と判定した板ガラスの中に本来は不良とすべき欠陥品が混入してしまうことになる。従って、板ガラスの欠陥を精度良く検出する技術は非常に重要なものとなっている。

このような状況の下、これまでも板ガラスの欠陥を検出しようとする技術は数多く提案されてきている。例えば、特許文献１では液晶表示装置に搭載される板ガラスをフッ酸処理した後に得られる粗面状態の板ガラス基板の検査方法として、板ガラス基板の斜め方向から検査光を照射して当該基板を透過した光を被投影面に投影し、該被投影面への投影画像に基づいて板ガラス基板の光学特性を検査する検査方法が開示されている。また特許文献２では、ガラスシートなどの透明な基板の欠陥を検出するために、光の位相差を検出するレンズを使用して１００ｎｍより小さい光路長変化を検出することのできるシステムを利用している。
特開２００３−４２７３８号公報 特表２００６−５２２９３４号公報

特許文献１の検査方法では、被投影面からの散乱光をも撮影することとなるため光量が乏しく、また被投影面からのノイズもあるため、高い精度を有する検査を実現することができない。さらに、板ガラス基板の両端近傍の投影画像は歪みが生じ、必要な精度が得られない欠点もある。また特許文献２のシステムは、それなりの性能はあるものの、光線をガラスシートに対して垂直方向に照射するため、特に厚さの小さいガラスシートでは欠陥に関する情報が十分に得られない場合がある。また、検査に時間を要し、大面積のディスプレイ用板ガラスを詳細に検査しようとすると、検査時間の長時間化によって製造速度が制限されるという問題がある。ディスプレイ搭載用の各種板ガラスは、より大面積の寸法のものが求められるようになっており、このような大面積の板ガラスについては、従来よりも厳しい管理を必要とすることが少なくない。一方、検査時間が長くなる等の要因のために、製造原価を従前よりも高価なものとすることはできない。また画像表示装置の高精細化に伴って、板ガラスに発生する欠陥品位に関しては、より微細な寸法のものあるいは従来は問題視されなかった寸法のものまでも注視せねばならない状況となっている。

本発明は、係る状況に対して大面積の板ガラスを高速生産する際に、板ガラスの内部、あるいは表面に発生する各種の欠陥を迅速かつ効率的に高い精度で検出し、また板ガラスの良・不良を高い再現性をもって判定できるようにすることを課題とする。

すなわち、本発明の板ガラス欠陥検出装置は、厚み方向に対向する透光面を有する板ガラスに光源から光線を照射し、板ガラスからの光線を受光装置で受光して、板ガラスの欠陥を検出する装置であって、光源と受光装置とが板ガラスを挟んで配置されており、板ガラスの透光面は光源から受光装置に至る光学系の光軸に対して傾斜しており、該光軸上において、受光装置のレンズ系の焦点距離は、受光装置の受光素子から板ガラスまでの距離よりも小さく、光源から板ガラスの透光面に向けて光線を照射し、板ガラスを透過した光線を受光装置のレンズ系を通して受光素子で受光し、板ガラスの欠陥は所定方向に連なった形状をなし、光源からの光線により、板ガラスの被検査部位を前記欠陥の連なり方向と交差する方向に走査し、受光装置によって得られた画像の輝度プロファイルに基づいて処理結果チャートを得るチャート獲得手段と、処理結果チャートに基づいて板ガラスの欠陥を評価して良否判断を行うアルゴリズム処理系とを有し、チャート獲得手段は、輝度プロファイルをフーリエ変換またはウエーブレット変換し、成分抽出処理を行った後、フーリエ逆変換またはウエーブレット逆変換処理を行い、そして、幅値が異なる複数の窓関数でそれぞれ処理結果チャートを算出し、アルゴリズム処理系は、チャート獲得手段により算出された複数の処理結果チャートに対して、各々の処理結果チャートが予め設定された閾値を超えるか超えないかを順次に判定し、全ての処理結果チャートに対する判定結果に基づいて、最終的な良否判断を行うことを特徴とする。

ここで、光軸とは、この装置の光学系において、受光装置と光源とを光学的に連結するもので、この装置の光学系の中心を通る仮想的な対称軸である。具体的には、光軸は、光源から受光装置に至る光学系を構成する一連の光学素子の中心を連ねる線である。

板ガラスの表面（透光面）または内部にある欠陥としては、板ガラス中の異物や溶融不足等によるノット、脈理（あるいはコードともいう）、泡（シードあるいはブリスターともいう）に加え、板ガラス表面のうねり、すじ、オープンポア、凹凸さらに傷等も対象とする。一方、板ガラス自身の像が受光装置の受光素子に結像されると、板ガラスの品位としては本来問題とはならないようなもの、例えば板ガラス表面に付着した微細な異物やゴミ、板ガラス表面のごく微細なうねり等の性状までもが受光装置によって認識されていまい、これらの情報がノイズとなって、欠陥の検出精度が低下したり、その後のデータ処理が複雑になったりする。そこで、本発明では、光軸上において、受光装置のレンズ系の焦点距離が、受光装置の受光素子から板ガラスまでの距離よりも小さくなるように設定し、板ガラス自身の像が受光装置の受光素子に結像されないようにして、上記のような不都合が生じることを防止している。また、板ガラスの透光面が光軸に対して傾斜するように、板ガラス、光源及び受光装置を配置することにより、板ガラスの内部を透過する光線の光路長が相対的に大きくなり、板ガラスを透過した光線束の単位面積当たりの情報量が多くなるので、特に厚さの小さい板ガラスに対しても、欠陥に関する十分な情報を得ることが可能となる。尚、板ガラスを任意の速度で揺動させ、透光面と光軸との傾斜角度を所定範囲内で変化させながら欠陥を検出するようにしてもよい。あるいは、板ガラスを透光面に平行な方向に一定速度で移動させながら欠陥を検出するようにしてもよい。

板ガラスの被検査部位を欠陥の連なり方向と交差する方向に走査するという点に関して、図１に従い詳しく説明する。図１では、板ガラスＧの透光面に、所定方向Ｔに連なった欠陥Ｓが存在している。この欠陥Ｓは、ガラス中の僅かな均質性の差異により生じる脈理、あるいはガラス表面の凹凸によるうねりやスジ等である。この欠陥Ｓを光源からの光線によって走査する場合、欠陥Ｓの連なり方向Ｔと同じ方向、すなわちＤ ₄ と表示した方向に走査したのでは、正確な情報を検出することができない（図１で符号Ｇ ₁ は板ガラスＧの光軸上での位置を示している）。このため、光線による走査方向は、図１でＤ ₁ 、あるいはＤ ₂ 、Ｄ ₃ の方向、すなわち欠陥の連なり方向と交差する方向に走査するのが好ましい。ただし、Ｄ ₂ 、Ｄ ₃ の方向の場合には、走査角度から欠陥位置を算出する必要性が生じるため、より好ましくはＤ ₁ の方向、すなわち欠陥の連なり方向に略垂直な方向に走査するのが好ましい。すなわち、板ガラスの被検査部位を欠陥の連なり方向に対して３°から９０°までの範囲で走査することが好ましく、より好ましくは８０°から９０°の範囲とすることである。欠陥の連なり方向に対して３°未満の角度で走査する場合には、０°、すなわち欠陥の連なり方向と平行に走査するのと大差なく、正確な検出がおぼつかなくなる場合もある。尚、連なった欠陥は、必ずしも連続したものには限られず、所定方向に断続的に連なっている場合もある。８０°から９０°の範囲がより好ましいものであるのは、板ガラスに生じる各種の連なった欠陥は、必ずしも直線状ではない場合もあり、そのような場合であっても確実に検査するためには８０°から９０°の走査範囲で行うのが、精度を高めるためにも好ましいからである。また、本発明の板ガラス欠陥検出装置を使用して、板ガラスの成形直後に連続的に板ガラスを引き出しながら、その板ガラスの連なった欠陥を検出する場合、板ガラスの引き出し方向とは異なる方向に被検査部位を走査しつつ欠陥情報を得ることが重要である。なぜなら、このように連続成形によって板ガラスを引き出す場合には、板ガラスに発生する欠陥は、板ガラスの引き出し方向に伸張した状態で分布することになるからである。すなわち、板ガラスの成形直後に連続的に板ガラスを引き出しながら欠陥を検出する場合は、「欠陥の連なり方向と交差する方向に走査する」は「板ガラスの引き出し成形方向と異なる方向に走査する」と言い換えることができる。より好ましくは、板ガラスの引き出し成形方向と垂直となるように走査することである。尚、本発明の板ガラス欠陥検出装置によって、板ガラスの走査を行う場合には、板ガラスのみを移動させてもよく、または装置の光源等のみを移動させてもよく、あるいは両者を同時に移動させてもよい。

本発明において、光源の波長は、紫外線から可視光線までの領域の種々の波長のものを任意に利用することができる。よって、単色光源であっても、ある波長範囲の光線であってもよい。むろん、蛍光灯や白熱灯等の一般的な光源であってもよく、水銀灯、ナトリウムランプ、メタルハライドランプ等のＨＩＤランプ（Ｈｉｇｈ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｌａｍｐｓ）やハロゲンランプ、キセノンランプ、ＬＥＤランプ、ＥＬランプ、無電極ランプ等であってもよい。

本発明の板ガラス欠陥検出装置で検査することのできる板ガラスは、液晶表示装置に搭載される板ガラスや各種フィルター用板ガラス、さらにＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子のカバーガラス、そしてレーザーダイオードの窓板ガラス、建材用窓板ガラス、強化板ガラスあるいは結晶化板ガラスといったシート形状で成形される各種板ガラスである。その板ガラスの大きさは問わないが、特に成型時には大面積であればあるほど本発明を有効に活用することができる。

また、本発明の板ガラス欠陥検出装置は、必要に応じて種々の付帯設備を併用することができる。光源からの光線を適切に集光するための反射鏡や集光レンズ、さらにスリットや回折格子、フィルター等の併用を行うことができる。

また、本発明の板ガラス欠陥検出装置は、板ガラスの透光面の光軸に対する傾斜角度が、５°から４０°の範囲内にあるならば、板ガラスの内部や表面の欠陥を高い感度で検出することができ、安定した検査が行える。

板ガラスの透光面の光軸に対する傾斜角度が、５°未満の場合には、板ガラスの内部を透過する光線の光路長が大きくなりすぎ、板ガラスを透過した光線束の単位面積当たりの情報量が多くなりすぎるため、得られた情報を分解するために高い分解能が必要となり、充分な解析が困難となる場合がある。逆に、板ガラスの透光面の光軸に対する傾斜角度が、４０°を超えると、板ガラスの内部を透過する光線の光路長が小さくなりすぎ、板ガラスを透過した光線束の単位面積当たりの情報量が少なくなると共に、板ガラス表面形状による光線強度の変化量が小さくなるため、板ガラスの表面や内部の微細な欠陥を検出するのが困難となる場合がある。板ガラスの透光面の光軸に対する傾斜角度の下限値は６°であることが好ましく、さらに好ましくは７°、一層好ましくは８°、最も好ましくは１０°であり、上限値は３０°であることが好ましく、さらに好ましくは２６°、一層好ましくは２５°、最も好ましくは２０°である。すなわち、板ガラスの透光面の光軸に対する傾斜角度の最も好ましい範囲は、１０°以上、２０°以下の範囲である。

また、本発明の板ガラス欠陥検出装置は、上記の光源と受光装置を複数組配設することによって、同時に２以上の情報を得るものであってもよい。例えば、２組の光源と受光装置を配設する場合では、１組目の光源と受光装置とは、板ガラスの透光面の光軸に対する傾斜角度が常に１０°となるように配設し、２組目の光源と受光装置は、板ガラスの透光面の光軸に対する傾斜角度が常に２０°となるように配設することが可能である。また、、一組又は複数組の光源と受光装置を配設する場合において、板ガラスへ入射する光線の入射角度が種々の角度となるように、光源と受光装置とが協調動作するシステムであってもよい。

また、本発明の板ガラス欠陥検出装置は、上述に加え、装置をコンパクトな構成とするために、各種反射ミラーやフィルター等の各種光学部材を装置内で光線の進行する光学系内の適所に複数配設することが可能である。これにより、装置全体をコンパクトにすることに加え、装置の軽量化、測定精度の向上、あるいは測定時の動作速度や計測レスポンス等の向上を図ることができる。

また、本発明の板ガラス欠陥検出装置は、上述に加え、受光装置が受光素子として固体撮像素子または光電管を搭載したものであるならば、高い検出能を有しかつ装置として安定した動作を実現することができるので好ましい。

ここで、固体撮像素子は、例えばＣＣＤやＣＭＯＳ等のイメージセンサであり、光電管は、例えば光電子倍増管、真空光電管やガス入り放電管等である。

また、本発明の板ガラス欠陥検出装置は、上述に加え、受光装置で受光された光線に関する情報を記憶する記憶装置と、前記情報をディスプレイに表示するデータ表示部とを有するならば、検出された情報を記録すると共に、ディスプレイに表示することもでき、板ガラスの性状を確実に把握することができる。

ここで、記憶装置は例えばハードディスクやＤＶＤ、メモリー等であり、ディスプレイは例えば液晶表示装置等である。

また、本発明の板ガラス欠陥検出装置は、特にディスプレイデバイス搭載用の薄板ガラスの検査に好適である。

ここで、上記のディスプレイデバイスは、液晶表示装置やプラズマディスプレイ、あるいはＳＥＤディスプレイやＦＥＤディスプレイ等である。

本発明の板ガラスの製造方法は、加熱溶融後に成形装置で成形され、冷却された板ガラスの表面及び／または内部の欠陥を上記の板ガラス欠陥検出装置を用いて検査して良否選別を行うことを特徴とする。

板ガラス欠陥検出装置を配設する位置は、板ガラスの成形工程の直後の位置であっても、粗切工程の後の位置であってもよく、また最終工程で梱包を行う直前の位置であってもよく、さらにこれら一連の工程の任意の複数箇所に配置しても良い。また、板ガラスを搬送する最中に計測する場合には、搬送ルート等に沿って板ガラス欠陥検出装置を配設すればよい。

上記の成形装置としては、ダウンドロー成形装置あるいはフロート成形装置を採用することができる。ダウンドロー成形装置には、スリットダウンドロー成形装置、ロールアウトダウンドロー成形装置、オーバーフローダウンドロー成形装置が含まれる。フロート成形装置は、金属錫のような熔融金属上に熔融ガラスを流し出して成形する装置である。

また、本発明の板ガラスの製造方法は、液晶ディスプレイ用板ガラスあるいはプラズマディスプレイ用板ガラスの製造に特に好適である。

本発明の製造方法によって製造された板ガラス物品は、例えば、無アルカリガラスからなり、板厚が０．７ｍｍ以下、最大欠陥寸法が０．１μｍ未満である。

ここで、無アルカリガラスとは、実質的にアルカリフリーのガラス組成を有するガラスである。すなわち、ガラス原料中の不純物からガラス組成中に含有されることになるアルカリ金属元素は許容するものの、その含有値は質量百分率表示で０．１％未満に規制されているガラスである。

上記の板ガラス物品は、例えば次のようにして得ることができる。すなわち、板厚が０．７ｍｍ以下、最大欠陥寸法が０．１μｍ未満である無アルカリガラス板をテストピースとして準備すると共に、板厚が０．７ｍｍ以下、最大欠陥寸法が０．１μｍ近傍値（例えば０．０９μｍや０．１１μｍ等）である複数の無アルカリガラス板をテストピースとして準備し、これらのテストピースを板ガラス欠陥検出装置で計測して、その計測値を蓄積しておく。そして、この蓄積したデータに基づいて最大欠陥寸法の閾値を規定値として定め、板ガラス欠陥検出装置で計測した欠陥の最大欠陥寸法が上記の閾値を超える板ガラスを不良品として排除することで、上記の板ガラス物品を得ることができる。

また、上記の板ガラス物品は、好ましくは最大欠陥寸法が０．０８μｍ未満であり、
さらに好ましくは最大欠陥寸法が０．０５μｍ未満である。

欠陥寸法は、光線による走査方向に沿った欠陥の寸法と定義しても良く、最大欠陥寸法は、欠陥のうち最も大きな欠陥の寸法である。この最大欠陥寸法については、他の検査方法、例えば校正されたマイクロゲージを備えた光学顕微鏡や電子顕微鏡等による計測によって、その測定値の精度を保証してもよい。

前述したように、本発明の板ガラスの良否判定装置は、受光装置によって得られた画像の輝度プロファイルに基づいて処理結果チャートを得るチャート獲得手段と、該処理結果チャートに基づいて板ガラスの欠陥を評価して良否判断を行うアルゴリズム処理系とを有し、チャート獲得手段は、輝度プロファイルをフーリエ変換またはウエーブレット変換し、成分抽出処理を行った後、フーリエ逆変換またはウエーブレット逆変換処理を行い、そして、幅値が異なる複数の窓関数でそれぞれ処理結果チャートを算出し、アルゴリズム処理系は、チャート獲得手段により算出された複数の処理結果チャートに対して、各々の処理結果チャートが予め設定された閾値を超えるか超えないかを順次に判定し、全ての処理結果チャートに対する判定結果に基づいて、最終的な良否判断を行う。

ここで、フーリエ変換は、簡単に説明するならば複雑な形状を有する波形グラフを単純化した正弦波に分解する変換処理のことであり、ここでは計測の結果として得られた輝度プロファイルに認められる複雑な形状のグラフから任意の抽出幅での抽出によって、変換前の輝度プロファイルに認められる複雑なチャートに意味ある波形形状がどれだけの量だけ存在するかの情報を得るために使用している。そして、変換処理後のチャートについての上下限値を予め設定することによって、選別を行うことを可能としている。

また、ウエーブレット変換は、フーリエ変換よりも周期性の低い場合、すなわち局所化した波形に対して効果的に変換処理を適用することができるものであり、ガラス透光面に表れる各種の欠陥に大きな周期性が認められない場合に特に効果的である。

フーリエ変換あるいはウエーブレット変換のサンプリング頻度は任意に決めることが可能であり、変換プログラムによって処理された値を処理データとして蓄積しつつ、表示させることも可能であり、またディスプレイ上や記録紙に画像として表示することもできる。

フーリエ変換あるいはウエーブレット変換をすることによって最終的に得られた処理結果チャートの閾値は、目視検査等から得られた外観検査レベルと他の微細な欠陥等の検査手法あるいはマクロな範囲の変化を調べる検査手段により得られた欠陥種の寸法や発生位置等から予め設定することもできるし、また利用される板ガラスの要求性能に応じて最適な設定値を決めることも可能である。

また、特定寸法の欠陥種を特定するためには、予め特定寸法の欠陥のある板ガラスを事前に検査してその計測値を蓄え、その計測値パターンによって所望の欠陥を検出することができる。例えば最大欠陥寸法が０．１μｍ未満となるように設定するには、０．０９μｍや０．１１μｍ等の０．１μｍ近傍の欠陥寸法を有する板ガラスの計測値を蓄積し、その計測された情報に基づいて、設定値を定めて実際の判定を要する測定時に対応すればよい。

また、本発明の板ガラス欠陥検出装置は、他の処理プログラムと連動して動作することができ、板ガラスの表面性状や板ガラスの透過率の計測等の各種測定動作とその計測値の解析とを同時に行うことが可能である。また、良否判定についても、良否判定の基準をさらに細分化して、カレットとして使用する品位から微小寸法の骨材等として利用できる製品として採取する品位までを選別するものとしてもよい。

本発明の板ガラス欠陥検出装置によって、例えばディスプレイ搭載用板ガラスの透光面品位の検査を行うことができる。

上記の検査は、人力による目視検査と組み合わせて行うものであっても、本発明の板ガラス欠陥検出装置を使用する検査との併用により行われるものであってもよい。また、板ガラスのみについての検査を行うものであっても、板ガラス表面上に薄膜などを被覆させた状態や、板ガラス端面に保護枠や搬送枠等を施した状態で行うものであってもよい。

また、必要に応じて複数の板ガラスを積層した状態での評価を行うことも可能である。この場合には、積層状態とするために使用される介在層に起因する欠陥情報についても、検出することが可能となる。

（１）以上のように、本発明の板ガラス欠陥検出装置は、板ガラスの透光面が光軸に対して傾斜するように、板ガラス、光源及び受光装置が配置されていると共に、光軸上において、受光装置のレンズ系の焦点距離が、受光装置の受光素子から板ガラスまでの距離よりも小さくなるように設定されているので、特に厚さの小さい板ガラスに対しても、欠陥に関する十分な情報を得ることができ、また、受光装置に入るノイズが少なくなり、高精度で迅速な欠陥検査を実現することができる。

（２）また、光源からの光線により、板ガラスの被検査部位を欠陥の連なり方向と交差する方向に走査する構成としたことにより、微弱な脈理や目視不可能なスジ、あるいは連なった異物や気泡、表面うねり等の欠陥についての精度の高い検出能を発揮することが可能となる。

（３）また、受光装置で受光された光線に関する情報を記憶する記憶装置と、前記情報をディスプレイに表示するデータ表示部とを具備させることにより、情報の再利用性に優れ、目視性にも優れた装置となり、工程内での異常検出手段として迅速な対応が要求される場合や製造方法の問題点を解析する際等において極めて大きな力を発揮する。

（４）本発明の板ガラスの製造方法は、加熱溶融後に成形装置で成形され、冷却された板ガラスの表面及び／または内部の欠陥を上記の板ガラス欠陥検出装置を用いて検査して良否選別を行うものであるため、板ガラスの製品としての可否を早い時期に決定することができ、製造効率を高めることが可能である。

（５）本発明の板ガラス欠陥検出装置は、前述した構成のチャート獲得手段とアルゴリズム処理系とを有し、受光装置によって得られた画像の輝度プロファイルから、チャート獲得手段により、幅値が異なる複数の窓関数でそれぞれ処理結果チャートを算出し、アルゴリズム処理系により、複数の処理結果チャートに対して、各々の処理結果チャートが予め設定された閾値を超えるか超えないかを順次に判定し、全ての処理結果チャートに対する判定結果に基づいて、最終的な良否判断を行うので、板ガラスに存在する種々の欠陥を確実に検出できると共に、確実な良否判断を行うことが可能となる。特に、板ガラスに存在する欠陥は、その種類や形態等によって周波数特性が異なる傾向があるが、本発明の板ガラス欠陥検出装置では、幅値が異なる複数の窓関数で算出した複数の処理結果チャートを用いて良否判定を行うので、種々の欠陥を確実に検出することができる。

（６）本発明の板ガラス欠陥検出装置を用いてディスプレイ搭載用板ガラスの透光面品位の検査を行うことにより、ディスプレイ搭載用板ガラスの透光面品位の品位水準に応じた検査を実現することができ、ディスプレイ搭載用板ガラスの検査時間を短縮し、しかも高い検査レベルを達成することができる。

以下に本発明の板ガラス欠陥検出装置、板ガラスの製造方法、板ガラスの製造方法により得られる板ガラス物品、板ガラス欠陥検出判定プログラム及び板ガラスの検査方法について、実施例に基づいて説明する。

図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、実施例１に係る板ガラス欠陥検出装置１０を概念的に示している。この板ガラス欠陥検出装置１０は、板ガラスＧを挟む対向位置に配置された光源２０と受光装置３０とを備えている。板ガラスＧは、その厚み方向に対向する透光面Ｇａ、Ｇｂを有し、透光面Ｇａ、Ｇｂが、この板ガラス欠陥検出装置１０の光学系の光軸Ｌｘ（光源２０から受光装置３０に至る光学系を構成する一連の光学素子の中心を結ぶ線）に対して所定角度αだけ傾斜するように、光源２０と受光装置３０との間に配置されている。また、受光装置３０と板ガラスＧとは、光軸Ｌｘ上において、受光装置３０のレンズ系３１の焦点距離Ｆが、受光装置３０の受光素子（ラインセンサ等）から板ガラスＧまでの距離Ｚ（Ｇ１は板ガラスＧの光軸Ｌｘ上での位置を示している。）よりも小さくなるような位置関係で配置されている。

具体例を示すと、検出対象である板ガラスＧとして液晶表示装置に搭載される薄板ガラスを用い、光源２０として２００Ｗメタルハライドランプを使用し、受光装置３０の受光素子として２０００画素ラインセンサを配し、透光面Ｇａ、Ｇｂと光軸Ｌｘとのなす角度αが１５°となるように、板ガラスＧを光源２０と受光装置３０との間に配置した。光源２０としてのメタルハライドランプから照射された光線Ｌは、光軸Ｌｘに対して角度１５°だけ傾斜した薄一方の透光面Ｇａから板ガラスＧの内部に入射し、板ガラスＧの内部を透過して、光軸Ｌｘに対して角度１５°だけ傾斜した他方の透光面Ｇｂから板ガラスＧの外部に出射する。このようにして、板ガラスＧを透過した光線Ｌは、板ガラスＧの内部や透光面Ｇａ、Ｇｂの性状に関する情報を含んだ透過光線となって受光装置３０のラインセンサに入射する。

図３に示すように、この実施例の板ガラス欠陥検出装置１０は、受光装置３０（ラインセンサ）からの輝度値を必要頻度で輝度計測システムＳ１へと入力し、輝度計測システムＳ１からデータ保管システムＳ２、データ表示システムＳ３及び板ガラス欠陥判定システムＳ４の４つのアルゴリズム処理系へとデータを送出することによって、各システムのプログラム間でのデータの出入力によって各種の動作を実現することを可能にしている。

すなわち、板ガラス欠陥検出装置１０では、受光装置３０（ラインセンサ）に入射した光線Ｌの輝度値をデジタルデータとして計測装置内に一時保存することのできるＲＡＭ（ｒａｎｄａｍ−ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）と、さらにＲＡＭに一時的に蓄えられたデータをデータ保管システムＳ２により駆動しているＨＤＤ（ｈａｒｄ−ｄｉｓｋ ｄｒｉｖｅ）記憶装置に蓄積することができ、恒久的に輝度計測値を保存して再利用することが可能となっている。また、受光装置３０（ラインセンサ）に入射した光線Ｌの輝度値は、データ表示システムＳ３の動作によって液晶表示装置等のディスプレイ上に他の複数の変数あるいは常数値等をパラメーターとして、２次元又は３次元グラフ表示を行い、あるいは数値データ表示を行うこともできる。このデータ表示システムＳ３で表示することができるのは、例えば時系列データ、品種別欠陥発生頻度データ、欠陥種発生箇所の分布表示さらに輝度データとの比較グラフ等である。またこの輝度データは、他のセンサ類やタイマー等と連動することによって、板ガラスの透過率や時間データ、温度、湿度やダスト計測データ等とも組み合わせてプールすることができる。そして受光装置３０（ラインセンサ）に入射した光線Ｌの輝度値は、さらにウエーブレット変換を行うプログラムを備えたアルゴリズム系により変換処理を行い、元の輝度データ等と共に保存、あるいは表示することができる仕様となっている。

次いで板ガラス欠陥検出装置１０を組み込むことにより、板ガラスを製造する方法について、液晶表示装置の画像表示部に搭載される無アルカリガラス組成を有する薄板ガラスの製造方法とそれによって得られるガラス物品について具体的に説明する。

まず、液晶表示装置に搭載するに適した無アルカリガラス組成となるように予め準備した複数のガラス原料を秤量して均一になるように混合し、混合原料保管容器にて保管する。次いで、この混合済みのガラス原料をバッチチャージャーによってガラス溶融炉内へと投入する。ガラス溶融炉内に投入されたガラス原料は、１０００℃以上の高温状態に加熱され、高温ガラス化反応を起こして、粗溶融状態になり、その後撹拌装置等の均質化手段によって均質な状態の溶融ガラスとする。

均質化された溶融ガラスは、板ガラス成形装置へと供給される。この板ガラス成形装置は、上部が開口した樋形状の熔融ガラス供給溝を頂部に有しており、このガラス供給溝の両側壁頂部をオーバーフローの堰とし、かつ両側壁の外面部をその断面形状が略楔形となるように両側壁の外面同士を下方に向けて相互に接近させて下端で終結させた成形体を備えている。溶融炉内で均質化された熔融ガラスは、ガラス供給溝の一端から連続的に供給されて両側壁頂部稜線からオーバーフローし、成形体の両側壁外面に沿って流下して略楔形下端で合流し、１枚の板ガラス状態となる。

こうして成形された薄板状の板ガラスは、成形当初は高温状態であるが、成形ロール等により順次送り出される途中で空冷されて熱板状態から冷却された状態へと移行していく。このようにして成形、冷却され、ある程度冷却された後に、折り割り切断装置を使用してスクライブ切断されて所定長の長さ寸法を有する板ガラス物品Ｇが得られる。この後に板ガラス物品Ｇは搬送装置によってストッカーまで１枚ずつ搬送されていくことになるが、このストッカーまでの搬送経路の途中に、板ガラス物品Ｇの透光面Ｇａ、Ｇｂに対して光軸Ｌｘが１５°の角度を有するように、板ガラス欠陥検出装置１０を配設することで、板ガラスＧの被検査部位を欠陥の長手方向（連なり方向）に９０°の垂直な方向となるように走査し、板ガラス物品Ｇの表面（透光面Ｇａ、Ｇｂ）及び内部に欠陥が認められないかを連続的に計測する。

例えば、最大欠陥寸法が０．１μｍ未満のものを良品として選別する場合、０．０９μｍや０．１１μｍ等の０．１μｍ近傍の欠陥寸法を有する０．７ｍｍ厚の複数の無アルカリガラス板をテストピースとして用意し、これらテストピースを板ガラス欠陥検出装置１０にて計測して計測値を蓄積した上で、そのデータに基づいて良品・不良品を選別するための閾値を規定値として定める。

そして板ガラス物品Ｇの計測によって受光装置３０（ラインセンサ）に入力された輝度の計測結果は逐次ウエーブレット変換処理が行われ、欠陥を判定するアルゴリズム処理系で予め前述した前処理により設定された上限、下限（閾値）の規定値によって判定操作が行われる。判定の結果、規定に見合わない板ガラス物品Ｇ、すなわち最大欠陥寸法が０．１μｍ以上の板ガラス物品Ｇは、良品保管用ストッカーに保管されることなく、カレット保管庫へと送られることになり、判定によって問題のないことが判明した板ガラス物品Ｇはストッカーへ順次搬送され、製品化される板ガラス物品として整列保管されることとなる。

以上のような板ガラスの製造方法により製造された板ガラス物品は、板ガラスの内部や表面に存在する欠陥が効率よく検出されて判別が行われ、正確な良否判定が行われているため、ディスプレイやテレビなどに使用される４０インチを越える大型の液晶表示装置に搭載されると高精細な液晶表示装置の性能を申し分なく発揮させることが可能な高い均質性と表面精度を有する品位の状態が実現されたものとなる。

つぎに、板ガラス欠陥検出装置１０を使用して、例えば液晶表示装置やプラズマディスプレイに搭載される薄板ガラスの欠陥を検出する際に使用される板ガラス欠陥検出判定プログラムについての説明を、図４のフローチャートを参照しながら行う。

板ガラス欠陥検出プログラムは、「計測の開始」によって測定を開始し、輝度値のプロファイルに必要に応じてフィルターを施して明瞭な電気ノイズ等を除去した状態で入力されるプロセス１を経て、プロセス２へと進む。プロセス２では前述したデータ保管システムＳ２により、ＲＡＭからの必要なデータを所定の頻度でＨＤＤへ保存する。さらにプロセス３では、入力された輝度値に対してフーリエ変換あるいはウエーブレット変換処理を行い、板ガラス欠陥判定システムＳ４に相当する動作を行う。

まずプロセス３−１でフーリエ変換あるいはウエーブレット変換処理を行い、次いでプロセス３−２で成分抽出処理を行い、ノイズ等を削除し、フーリエ逆変換あるいはウエーブレット逆変換処理を行い、そしてプロセス３−３では、最狭幅での窓関数に対しての変換処理結果チャートを算出する。得られた変換処理結果チャートは、データ保管システムＳ２により保管され、またデータ表示システムＳ３によりグラフ画像として表示される。そしてこの最狭幅での窓関数に対しての変換処理結果チャートは、予め設定した良否の上下限値（閾値）を超えるか超えないかを判定する。こうして閾値を超える場合には、この計測に係る板ガラスは「否」と判定され、カレットとするかあるいは他の用途へと転用される。次いで「良」と判定された場合には、プロセス３−４にあるように輝度値のプロファイルと変換処理結果チャートとから窓関数の幅値の値を決定する。このプロセス３−４で決定した窓関数の幅値に従い、プロセス３−５では、再度変換処理結果チャートを算出する。こうして得られた２回目の変換処理結果チャートに対して、更に良否の判定を行い、「否」と判定された場合には先述と同様にカレットとするかあるいは他の用途へと転用される。次いで「良」と判定された場合には、プロセス３−６で輝度プロファイルと再度変換処理結果チャートとの比較を行い、さらに継続した変換処理が必要かどうかを判定する。その結果さらに継続した変換処理が必要と判定されれば、再度プロセス３−４の処理を行う。また継続する必要はないと終了判断された場合には、これで調査が終了し、板ガラスは良品であると判定されることになる。

図５は、上述してきた輝度データの処理のチャート等を表している。図５では、受光装置３０から得られた「輝度プロファイル」から「電気ノイズ」成分を除去し、「輝度データ」が得られる。次いで「輝度データ」をフーリエ変換することによって得られる周波数の短い成分を「チャート１」に示す。ここで、「チャート１」の上下限値から不良部分１ａ，１ｂ，１ｃを検出している。また、同様にして周波数の長い成分を「チャート２」に示す。「チャート２」の上下限値から不良部分２ａが検出された。

また、表１は、良品と不良品とを判定した場合の判定基準について表した例であるが、この表１のように、複数の窓関数を設定し、それぞれの判定結果の組み合わせから総合的に判断して良否を決定することにより、さらに詳細な良、不良判定を行うことができる。

なお、上記の板ガラス欠陥検出プログラムは、ＨＤＤやＤＶＤあるいはＣＤ−ＲＯＭ、フラッシュメモリー等の適切な媒体で保管することができ、他のシステムとの連動が必要ならば、プログラムの動作を変更してもよい。また、上記の板ガラス欠陥検出プログラムは、Ｃ＋＋やＣ等の適切なプログラム言語を使用して記述することができる。

次いで、本発明の板ガラスの検査方法について、液晶表示装置搭載用の板ガラスの検査方法を例にして説明する。

液晶表示装置の透光面は、液晶表示装置に搭載されると画像が表示される面に相当するため、その表面に関しては肉眼で認められる欠陥が存在するものは許容できない。このためこの種の検査としては、主として肉眼による検査が重要視されているが、この実施例の板ガラスの検査方法は、肉眼での検査を代用することもでき、また肉眼での検査を補完する目的で採用することも可能である。

検査に係る液晶用の薄板ガラスを搬送する際には、上述したように薄板ガラスを透光面に平行な方向に動作させながら、受光装置３０（ラインセンサ）で光源２０（メタルハライドランプ）からの光線Ｌを受光することによって検査を行うが、板ガラスの幅方向２０００ｍｍの長さについて、光源２０からの光線Ｌを受光する場合には、板ガラスの搬送速度と連動したサンプリング頻度とするのが好ましい。よって、板ガラスの成形速度によって、検査のサンプリングを変更する処理系を付属するシステムとすることができるようになっている。

また板ガラスの表面に所定の膜を施工した状態で最終的な検査に使用することも可能であり、プラズマディスプレイ用の板ガラス等では膜付け品についての高い検査品位を実現することが可能となる。

以上示したように、この実施例の板ガラス欠陥検出装置、板ガラスの製造方法、板ガラス欠陥検出判定プログラム及び板ガラスの検査方法は、いずれも優れた性能の板ガラスを製造する際に、その板ガラスの品位を適切に工程内で判定しつつ、各種の板ガラスを製造することに大きく貢献することができるものである。

つぎに、実施例２に係る板ガラス欠陥検出装置１１について、図６を参照しつつ具体的に説明する。この板ガラス検出装置１１は、例えばＴＦＴ液晶表示装置に搭載される、幅寸法が１５００ｍｍで０．６５ｍｍ厚の薄板ガラスＧを省スペースで連続的に計測するために構成されたものである。図６では、板ガラス欠陥検出装置１１の主要構成部材が概略的に示されており、板ガラスＧは上方から下方へとガラス溶融炉から成形された後で耐熱性ロール（図示省略）により下方へと連続的に引き出されている状態が表されている。同図におけるＷは板ガラスＧの移動方向を示している。

この板ガラス欠陥検出装置１１は、板ガラスＧを挟む位置に配置された光源２０と受光装置３０ａ及び反射ミラー４０とを備えている。例えば、光源２０としてメタルハライドランプが使用され、受光装置３０ａは固体撮像素子を搭載している。光源２０と受光装置３０ａ及び反射ミラー４０は同図でＶ方向に可動な検査ステージ５０に取り付けられており、光源２０から照射された光線Ｌは板ガラスＧを透過して反射ミラー４０に入射し、反射ミラー４０で反射されて受光装置３０ａに入射する。板ガラスＧは、その厚み方向に対向する透光面Ｇａ、Ｇｂを有し、透光面Ｇａ、Ｇｂが、この板ガラス欠陥検出装置１１の光学系の光軸Ｌｘ（光源２０から受光装置３０ａに至る光学系を構成する一連の光学素子の中心を結ぶ線）に対して所定角度αだけ傾斜するように、光源２０と受光装置３０ａとの間に配置されている。光軸Ｌｘ上において、光源２０から板ガラスＧの位置Ｇ１までの距離は１０００ｍｍ、板ガラスＧの位置Ｇ１から反射ミラー４０までの距離は５００ｍｍ、反射ミラー４０から受光装置３０ａの固体撮像素子までの距離は５００ｍｍに設定されている。受光装置３０ａのレンズ系の焦点距離は７００ｍｍである。従って、光軸Ｌｘ上において、受光装置３０ａのレンズ系の焦点距離７００ｍｍは、受光装置３０ａから板ガラスＧの位置Ｇ１までの距離１０００ｍｍ（＝５００ｍｍ＋５００ｍｍ）よりも小さい。また、板ガラスＧの透光面Ｇａ、Ｇｂと光軸Ｌｘとのなす角度αは２０°である。

この板ガラス欠陥検出装置１１による検査では、検査ステージ５０を板ガラスＧの透光面Ｇａ、Ｇｂに対して平行で、かつ板ガラスＧの引き出し成形方向（移動方向Ｗ）と垂直（９０°）となる走査方向Ｖへ５００ｍ／ｓの動作速度で移動させ、３秒間で板ガラスＧを計測するようになっている。板ガラスＧの表面や内部に存在する脈理や表面の凹凸によるうねり等の各種の欠陥Ｓは、板ガラス成形時に延伸され、あるいはガラス表面に接触する成形装置等に起因して板ガラスの引き出し成形方向（移動方向Ｗ）と同一の方向Ｔに連なって分布する状態になる場合が多い。このため、板ガラスＧの被検査部位を走査する方向Ｄ₂₁は、板ガラスＧの引き出し成形速度（移動方向Ｗへの移動速度）と検査ステージ５０の走査方向Ｖへの走査速度とが合成された方向となり、欠陥の連なり方向Ｔに対して例えば８０°から８４°の範囲内で走査が行われることになる。例えば、受光装置３０ａに搭載された固体撮像素子は２０００画素のＣＭＯＳであって、受光装置３０の転送速度が２０ＭＨｚであるので、画像取込速度は１００００回／秒となり、０．０５ｍｍ毎の３００００のサンプリングデータを板ガラスＧの良否判定に利用することができる。

また、この板ガラス欠陥検出装置１１では、狭い測定環境でも配設できるように装置全体をコンパクトな構成とするため、反射ミラー４０を使用しており、こうすることによって狭い検査環境であっても高い検査能力を発揮するものとなる。よって、十分なスペースが確保できる環境であれば、受光装置３０ａの代わりに固体撮像素子を搭載した受光装置３０ｂを使用し、反射ミラー４０を使用することなく計測するものであってもよい。この受光装置３０ｂは、板ガラスＧを挟さんで光源２０と対向する位置に配置される。

さらに図７には、他の構成の板ガラス欠陥検出装置に係る概念図を示す。この板ガラス欠陥検出装置では、光軸Ｌｘ上において、光源２０から板ガラスＧの位置Ｇ１までの距離は１０００ｍｍ、板ガラスＧの位置Ｇ１から受光装置３０ａの固体撮像素子までの距離は１０００ｍｍに設定されている。受光装置３０ａのレンズ系の焦点距離は７００ｍｍである。従って、光軸Ｌｘ上において、受光装置３０ａのレンズ系の焦点距離７００ｍｍは、受光装置３０ａから板ガラスＧの位置Ｇ１までの距離１０００ｍｍよりも小さい。また、板ガラスＧの透光面Ｇａ、Ｇｂと光軸Ｌｘとのなす角度αは２０°である。

この板ガラス欠陥検出装置では、切断された後の板ガラスＧを１枚ずつ移動させる際に計測を行うように構成されている。板ガラスＧは図７に示すＨ方向（水平方向）に移動し、この移動方向Ｈは、板ガラスＧの表面欠陥等の連なる方向Ｔと垂直になっている。すなわち、板ガラスＧの欠陥の連なる方向Ｔと垂直方向Ｈに板ガラスＧを移動させながら計測が行われる。このため、板ガラスＧの被検査部位を走査する方向Ｄ₁₁は、連なったスジ状の表面欠陥Ｓが配向する方向に対して８９°から９０°の範囲内で走査が行われることになる。

このような計測によって、板ガラスＧの良否を１枚ずつ正確に行うことができ、予め最大欠陥寸法が０．１μｍ未満となるように選別を行うことができるので、安価で安定した品位の板ガラスを得ることが容易となる。

本発明の板ガラス欠陥検出装置の走査方向についての概念説明図 実施例に係る板ガラス欠陥検出装置の説明図であり、（Ａ）は装置の概略図、（Ｂ）は光学系についての概念図を示している。 実施例に係る板ガラス欠陥検出装置のシステム構成を説明する概念図。 実施例に係る板ガラス欠陥検出判定プログラムの処理系を説明するためのフローチャート。 実施例に係る板ガラス欠陥検出判定プログラムの輝度データ処理等により得られたチャート。 他の実施例に係る板ガラス欠陥検出装置のシステム構成の説明図。 他の実施例に係る板ガラス欠陥検出装置のシステム構成の説明図。

符号の説明

１０、１１ 板ガラス欠陥検出装置
２０ 光源
２１ 光源の位置
３０、３０ａ、３０ｂ 受光装置
３１ 受光装置のレンズ系
４０ 反射ミラー
５０ 検査ステージ
Ｄ₁、Ｄ₁₁、Ｄ₂、Ｄ₃、Ｄ₂₁ 被検査部位を走査する方向
Ｄ₄ 被検査部位を走査しない方向
Ｇ 板ガラス物品
Ｇ₁ 板ガラスの光軸上の位置
Ｇａ、Ｇｂ 板ガラス透光面
Ｌ 光線
Ｌｘ 光軸
α 光軸と板ガラス透光面とのなす角
Ｆ 受光装置の焦点距離
Ｓ 板ガラスの欠陥
Ｔ 連なった欠陥の長尺方向
Ｖ 検査ステージの移動方向
Ｗ、Ｈ 板ガラスの移動方向
Ｚ 板ガラスから受光装置までの距離
１ａ、１ｂ、１ｃ チャート１から検出された不良判定部分
２ａ チャート２から検出された不良判定部分

Claims (8)

1. 厚み方向に対向する透光面を有する板ガラスに光源から光線を照射し、該板ガラスからの光線を受光装置で受光して、板ガラスの欠陥を検出する装置であって、
   前記光源と前記受光装置とが前記板ガラスを挟んで配置されており、
   前記板ガラスの透光面は前記光源から前記受光装置に至る光学系の光軸に対して傾斜しており、該光軸上において、前記受光装置のレンズ系の焦点距離は、前記受光装置の受光素子から前記板ガラスまでの距離よりも小さく、
   前記光源から前記板ガラスの透光面に向けて光線を照射し、該板ガラスを透過した光線を前記受光装置のレンズ系を通して受光素子で受光し、
   前記板ガラスの欠陥は所定方向に連なった形状をなし、前記光源からの光線により、前記板ガラスの被検査部位を前記欠陥の連なり方向と交差する方向に走査し、
   前記受光装置によって得られた画像の輝度プロファイルに基づいて処理結果チャートを得るチャート獲得手段と、前記処理結果チャートに基づいて板ガラスの欠陥を評価して良否判断を行うアルゴリズム処理系とを有し、
   前記チャート獲得手段は、前記輝度プロファイルをフーリエ変換またはウエーブレット変換し、成分抽出処理を行った後、フーリエ逆変換またはウエーブレット逆変換処理を行い、そして、幅値が異なる複数の窓関数でそれぞれ前記処理結果チャートを算出し、前記アルゴリズム処理系は、前記チャート獲得手段により算出された複数の前記処理結果チャートに対して、各々の前記処理結果チャートが予め設定された閾値を超えるか超えないかを順次に判定し、全ての前記処理結果チャートに対する判定結果に基づいて、最終的な良否判断を行うことを特徴とする板ガラス欠陥検出装置。
2. 前記板ガラスの透光面の前記光軸に対する傾斜角度が、５°から４０°の範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の板ガラス欠陥検出装置。
3. 前記受光装置が受光素子として固体撮像素子または光電管を搭載したものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の板ガラス欠陥検出装置。
4. 前記受光装置で受光された光線に関する情報を記憶する記憶装置と、前記情報をディスプレイに表示するデータ表示部とを有することを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の板ガラス欠陥検出装置。
5. 前記板ガラスがディスプレイデバイス搭載用の薄板ガラスであることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の板ガラス欠陥検出装置。
6. 加熱溶融後に成形装置で成形され、冷却された板ガラスの表面及び／または内部の欠陥を請求項１から請求項４の何れかに記載の板ガラス欠陥検出装置を用いて検査して良否選別を行うことを特徴とする板ガラスの製造方法。
7. 前記成形装置がダウンドロー成形装置あるいはフロート成形装置であることを特徴とする請求項６に記載の板ガラスの製造方法。
8. 前記板ガラスが液晶ディスプレイ用板ガラスまたはプラズマディスプレイ用板ガラスであることを特徴とする請求項７に記載の板ガラスの製造方法。

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