JPH01212338A - ガラス板の表面性状測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はガラス板の・表面性状の測定装置に関するもの
である。

［従来の技術１ フロート法によって製造された板厚の薄い電子用硝子基
板にはその表面にある一定方向の筋が生じている（以下
、この筋をうねりという。）。

このうねりの状態を測定する表面性状測定は、触針式粗
さ計にょる２：３次元の定量測定ないしは、オプティカ
ルフラット定盤等による官能検査が行われていることが
知られている。

ここで触針式粗さ計について説明すると測定対象物に径
の小さな針を接触させる。そこで測定対象物を静かに移
動させると測定物の形状にそって針が上下運動をする。

その運動を差動トランスを使用し電気的な信号に変換し
、演算を行うことにより測定対象物の形状を高精度、高
分解能で計測する計測器をいう。

［発明の解決しようとする問題点］ 従来の触針式粗さ計による測定ではプローブや触針など
の接触によってガラスに傷跡が残リ、駆動系のスピード
ならびに莫大なデータ数の処理等により高速で完全な面
としての情報を得ることが出来ない。したがって、製造
工程での計測は不可能である。又、オプティカルフラッ
ト定盤によるガラス基板の表面性状測定では、定盤とガ
ラス基板の接触による傷、ならびに官能検査であるため
に数値的な評価が行えないという問題が生じている。本
発明の目的は以上の点を解決しようとするものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、前述の問題点を解決すべくなされたものであ
り、スクリーンとそれに対向して配された平行光光源と
の間に測定対象となるガラス板を載せるための無反射基
台を該スクリーンと所望の角度を有して配し、前記スク
リーン上に映し出された前記ガラス板の映像を撮影する
ためのＣＣＤカメラとその映像信号を受け、該映像の濃
淡を数値化して処理するコンピュータと、該数値化した
データに基づき前記ガラス板のうねりの高さを前記コン
ピュータにより検出する手段からなるガラス板の表面性
状測定装置を提供するものである。

本発明の装置について図面に従って説明する。第１図は
本発明システムの基本的構成図である。１は光源、２は
測定対象となるガラス基板、３はスクリーン、４はＣＣ
Ｄカメラ、５はコンピュータ、６はスリット、７は無反
射基台、８はプロッタである。

光源１は強い光が必要とされ水銀ランプが望ましいが、
蛍光管やタングステンランプを複数使用してもよく、又
クセノンランプ等であってもよい。スリット６は光源ｌ
の光を平行光にするためのものであり、例えば、スリッ
トを有する板状体のものが一般的であるが、このスリッ
トに替えて、点光源と凸レンズ等の組合せによって平行
光を作り出すものに代替することができる。スクリーン
３は平面のものが望ましい。ＣＣＤカメラ４は分解能が
必要以上であれば白黒でもカラー用でも使用できる。コ
ンピュータ５はＣＣＤカメラ４からの映像を処理し、う
ねりの高さを演算してプロッタ８にそれをプリントする
機能を有し、８ビツト、１６ビツト、３２ビツト等のマ
イコンやミニコンでよく、処理スピードを速くしたいの
なら、１５ビツトや３２ビツトのマイコンやミニコンを
使用するのが望ましい。

無反射基台７は光を吸収する性質のもっている。ものな
らよく、黒い布を表面に貼着し又は黒いつや消し塗装を
施した、金属又は木製板等が使用できる。又無反射効果
を有しない通常の木製等の板の上にガラス基板３の下側
に黒布な貼着したものを置いて無反射基台を構成しても
よい。

プロッタ８はコンピュータ５によってコントロールされ
、うねりの高さをプリントする機能を有し、一般に市販
されているマイコン、ミニコン用の２次元プロッタ（Ｘ
−Ｙブロック等と呼ばれている場合もある。）ならば使
用できる。

本発明の装置の構成について説明すると例えばスクリー
ン３を垂直にし、無反射基台７を水平に対して所望の角
度であるθの角度をもって配置し、該無反射基台７上に
スクリーン３とガラス基板２のうねりが平行になるよう
にガラス基板２を無反射基台７上に置く。

この角度θはスクリーン３上の映像のコントラストの点
で５°≦θ≦２０°が望ましく、１ｏ。

≦θ≦１５°が特に望ましい。

ＣＣＤカメラ４はスクリーン３の面に対してＣＯＤの面
が極力平行になるように配置されるのが分解能の点で有
利でありＣＣＤの水平画素列がガラス基板２のうねりの
スクリーン３上の映像（以下単にうねりの映像という。

）と平行になるように、及びガラス基板２のスクリーン
上の映像がＣＣＤ素子−杯に映るようにスクリーン３と
の距離をおいて配置されるのが望ましい。通常５０ｍｍ
程度のレンズを使用する時は、かかる距離は数十ｃｍか
ら２〜３ｍ程度が分解能の点より望ましい。スリット６
は光源１の光を平行光に近づけるために光源ｌと無反射
板７との間に設けられ、無反射基台７を中心とした時、
スクリーン３と相反する側に光源ｌとスリット６は位置
する。

以上のように本発明の装置は構成されスクリーン３上に
映し出されたガラス基板２のうねりの状態をＣＣＤカメ
ラ４で撮影してその画像データをコンピュータ５に送り
コンピュータ５はかかるうねりの状態をプロッタ８に描
く。以下、この動作を詳細に説明する。

ＣＣＤカメラ４より定期的（コンピュータ５よりＣＣＤ
カメラ４に画像データ送り指令を出してもよい。）に出
力データはコンピュータ５に装備された画像処理部分に
より８ピット信号に変換される。すなわちスクリーン３
上には横方向に筋目のついたガラス基板２の反射像が得
られ、その反射像においてうねりは、凸部に相当する箇
所は淡い色、凹部に相当する箇所は濃い色というように
濃淡の筋となっている。これをＣＣＤカメラで取り込み
画像処理を施すことによって濃淡色調を８ビツトのバイ
ナリデータに変換することによって、各画素の濃淡色調
を淡い色は０、濃い色は２５５というように２５６段階
で数値化できる。これを濃度値とする。

ここで、得られた反射像の画像データにおいて、基板の
筋目に対して直交する任意の直線を引き、その直線上の
各画素の濃度を数値化したものを垂直濃度断面レベルと
呼ぶ。又、反射像の筋目に直交する方向をＸ軸とし、ｙ
軸方向を濃度値とした時各画素の濃度値をプロットして
得られる曲線を垂直濃度断面レベル曲線（第２図の曲線
Ｐ）と呼ぶ。

ガラス基板２のスクリーン３上の像は角度θのため、ガ
ラス基板が正方形であったとしても台形になるため、Ｘ
軸の原点は該うねりの映像の筋目に対してわずかでも直
交する直線が引ける所であればどこでも任意に設定する
ことができる。又前記した通り、ＣＣＤの水平画素列と
該うねりの映像とは平行なので、ＣＣＤの垂直画素列と
該うねりの映像とは直交する。それ故、前記ＣＣＤの垂
直画素列はＸ軸と平行であり、かかる画素列の内、任意
の画素列ｉをコンピュータ５により特定しくすなわち、
該画素列ｉがＸ軸となる。）その画素列における各画素
の濃度値（前記垂直濃度断面レベル。）をプロットする
（プロットして得られる曲線が前記重置濃度断面レベル
曲線という。）。

第２図にうねりの映像とそれに対応した任意の１本の垂
直濃度断面レベル曲線（Ｐ）の１例を示す。ところで、
ガラス基板２の全体にわたって表面の状態を調べる場合
、前記ＣＣＤの水平画素について１つ１つ前記画素列ｉ
をＸ軸とし垂直濃度断面レベル曲線を作成してもよいし
、該ＣＣＤの水平画素について数個おきに１１；１記画
素列ｉをＸ軸とし垂直濃度断面レベル曲線を作成しても
よい、この時前記の作成方法について前者は後者よりも
うねりの方向の分解能がよく、この分解能は必要に応じ
て任意に選べばよい。

垂直濃度断面レベル曲線は、触針式粗さ計によって測定
した基板上の表面性状に大変類似している。そこで、画
像データの垂直濃度断面レベル曲線に以下の演算を行う
ことによって、触針式粗さ計のデータと同等なものとみ
なすことができる。

実際のガラス基板２の筋目に対して直交方向の任意の長
さがＬｓｍｍである時スクリーン３上の該基板２のＬ８
映像の長さはＬａｍｍに縮む。反射像の筋目直交方向の
長さＬｇｍｍがＣＣＤカメラで取り込んだ結果、ＣＯＤ
のｍ画素骨（ｍは整数である。）に相当したとすると、
うねりの幅（波長）のまたがる画素数に対してり、７ｍ
を乗する事でその長さがわかる。

又、触針式粗さ計により実測したうねりに対し、本シス
テムで垂直濃度断面レベルをとり、凸部の頂点画素濃度
なＡ、その両端の凹部の最低点の画素濃度をそれぞれＢ
％Ｃとすると、触針式粗さ計の該うねりの高さの実測値
Ｄ（以下、単に実測値りという。）は画素濃度値Ａ−（
Ｂ＋Ｃ）／２対応することがわかる。よってうねりの高
さを知るには、基板の垂直濃度断面レベルをとりその各
画素濃度にＤ／（Ａ−（Ｂ＋Ｃ）／２を乗する事で得ら
れる。

第３図に前記実測値りの計算の説明の参考図を示す。第
３図においてＸは任意の画素列、ｙは濃度であり曲線ｆ
　（ｘ）は任意の垂直濃度断面レベル曲線である。Ｂと
Ｃが存在する凹部（谷）間を結ぶ接線をｋとし、Ａを通
りｙ軸に平行な直線を１とする。１とｋの交点なｐとす
るとＡｐ師Ａ−（Ｂ＋Ｃ）／２であり、Ａｐはうねりの
高さに比例するので、前記の如くうねりの高さはその各
画素濃度にＤ／（Ａ−（Ｂ＋Ｃ）／２）乗する事で得ら
れる。それ故１つのサンプルとして１つのうねりの高さ
を触針式粗さ計にてうねりの高さを測定しておき、該う
ねりの垂直濃度断面レベル曲線を測定しておくことによ
って垂直濃度断面レベル曲線を実際のうねりの高さに変
換する比較定数が算出される。以上のように垂直濃度断
面レベル曲線より実際のうねりの形状寸法を算出するこ
とを正規化という。尚以後、Ｄ／（Ａ−（Ｂ＋Ｃ）／２
）を正規化定数と呼びＫｃとする。

コンピュータ５により以上述べたことを計算処理し、プ
ロッタに出力するまでのフローチャートを第４図に示す
。第４図のフローに従って測定対象となるガラス基板に
ついて所望の等間隔にてｙ軸を平行移動させ、プロッタ
によりこのガラス基板について全垂直濃度断面レベル曲
線を描いたものが第５図である。

尚本発明の装置を使用すると測定対象となるガラス基板
のうねりの形状を視覚的にとらえることができる。そこ
で明るい所はうねりの山。

暗い所はうねりの谷という対応がありその断面的な形状
を表わしたものが垂直濃度断面レベルである。従って触
針式粗さ計によって計測された基板表面の形状は垂直濃
度断面レベルによって書かれる曲線と類似している。こ
の事は実験的にも確かめられた。

［実施例］ 光源として水銀ランプを使用し、かかる水銀ランプ光源
より約２ｍ離れた位置に測定対象となるガラス基板を置
きその場から８ｍ程後方にスクリーンを設置する。その
ようにすると　３０Ｏｎ＋ｍＸ３０Ｑｍｍ　Ｘ　１．１
ｔのガラス基板がスクリーン上では４５０ｍｍ　Ｘ　１
００ｍｍの像となる。その像をＣＣＤカメラで取り込み
、４５０ｍｍ　Ｘ　１００ｍｍの像を３００ｍｍＸ　３
００ｍｍに正規化し、又画素の明暗より基板上のうねり
を大きさを算出できる。その作業をＣＣＤカメラ入力像
に対して等間隔のピッチで垂直濃度断面レベルを取るこ
とで基板全面を短時間で測定することが可能となった。

第５図は前記したように上記のガラス基板の全体に渡る
垂直濃度断面レベル曲線図であるが、第５図において上
記垂直濃度断面レベル曲線のＸ軸間の間隔は７ｍｍであ
り、使用したＣＣＤカメラは水平Ｘ垂直＝　３８４　Ｘ
　４９１画素数の分解能を有する。

［発明の効果］ 従来、触針式粗さ計による面の測定では、５０ｍｍＸ　
１００ｍｍという狭いエリアの測定に約４０置型してい
たが本発明システムにおいては基板を測定台に載せてか
ら約２０秒程度でデータを得ることができる。しかもそ
の測定分解能は従来の触針式粗さ計の０．１μｍに匹敵
するという優れた効果を有している。

現在ＳＢＥ型液晶用の基板としてはうねりの高さが０．
０５μｍ以内であれば色ムラが生じないということが実
験等により経験的に知られている。したがってこのシス
テムが液晶基板測定に対し有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図二本発明の基本的構成図。 第２図ニガラス基板のうねりの映像とそれに対応した任
意の１本の垂直濃度断面レベル曲線の写真。 第３図：触針式粗さ計によって測定したうねりの高さの
実測値りを本発明の計算により算出する計算説明の参考
図。 第４図二本発明のコンピュータが行う計算及び処理のフ
ローチャー・ト。 第５図二１枚のガラス基板の全垂直濃度断面レベル曲線
図であり、プロッタにより描かれたものである。 ｌ：光源 ２ニガラス基板 ３ニスクリーン ４　：　ＣＣＤカメラ ５：コンピュータ ６：スリット ７：無反射基台 ８：プロッタ Ｉ２Ｉ而めげ＋’＋（＋’＞’；ｒに１更なし）毛　２
　面 第　５　図 第　４　目 手続ネ市正書（方式） 昭和６２年１１月１３日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 スクリーンとそれに対向して配された平行 光光源との間に測定対象となるガラス板を載せるための
   無反射基台を該スクリーンと所望の角度を有して配し、
   前記スクリーン上に映し出された前記ガラス板の映像を
   撮影するためのＣＣＤカメラとその映像信号を受け、該
   映像の濃淡を数値化して処理するコンピュータと、該数
   値化したデータに基づき前記ガラス板のうねりの高さを
   前記コンピュータにより検出する手段からなるガラス板
   の表面性状測定装置。