JP5034891B2 - 透明板状体の形状測定装置及び板ガラスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、明部及び暗部の繰り返しからなるパターン画像を担持する光を透明板状体に照射し、透明板状体の面で反射した光のパターン画像を読み取り、読み取ったパターン画像の変形量から、透明板状体の断面形状を算出する透明板状体の形状測定装置及びこの形状測定装置を用いる板ガラスの製造方法に関する。

従来より、物体の３次元形状を測定する装置には、触針式プローブ走査型方式や光学式非接触型走査型方式が用いられている。ガラス板等の透明板状体の表面の微小なうねり等の面形状を測定する方法として、上記触針式プローブ走査型方式や光学式非接触型走査型方式の他に、パターンを透明板状体に照射し、この透明板状体の表面によって形成されるパターンの反射像を撮像し、撮像によって得られた画像データに基づいて透明板状体の面形状を検査する方法が知られている。なお、物体の３次元形状の断面形状を測定する場合、ストライプパターンが好適に用いられる。ストライプパターンとは、一方向に直線状に延在した複数の暗部の線が一定間隔で並列配置したパターンをいう。
近年、厚さの薄い大面積のガラス板に対して、面の形状が極めて平坦なガラス板が求められている。このため、製造されたガラス板の表面の平坦度を容易に求めるために、上述のストライプパターンを利用した検査方法が好適に用いられる。

下記特許文献１には、透明板状体の面形状を精度良く検査するために、透明板状体の裏面反射像の影響を除去する方法が記載されている。具体的には、撮像されるストライプパターンの像は、透明板状体の表面反射像ストライプパターンの画像データと、裏面反射像のストライプパターンの画像データとが分離されるようなストライプパターンを決定し、この決定したストライプパターンを用いて透明板状体の面形状を検査する。

図１０（ａ）は、特許文献１に記載される方法を説明する図である。
面形状検査装置１００は、透明板状体１０２にストライプパターン情報を持つ光を照射する照明光学系１０４と、反射したストライプパターンの像を撮像するカメラ１１０と、撮像したストライプパターンの像のデータから透明板状体１０２の凹凸形状を算出するコンピュータ１１２とを有する。
照明光学系１０４は、照明光源１０６と、照明光源１０６の前面に設けられたストライプパターンを有するフィルムとを有する。照明光学系１０４によりストライプパターン情報を持つ光を透明板状体に照射し、透明板状体の面で反射したストライプパターン画像の暗部の線は、図１０（ａ）中のＡ方向に延在している。このＡ方向は、照明光学系の配置位置を透明板状体１０２の面に垂直に射影した位置と、カメラ１１０の配置位置を透明板状体１０２の面に垂直に射影した位置とを結ぶ方向（図１０（ａ）のＢ方向）に直交する方向である。
カメラ１１０は、例えば一方向に受光素子が並ぶラインセンサであり、ストライプパターン画像の暗部の線を横切るように読み取る。

図１０（ｂ）は、カメラ１１０でストライプパターンの直線状の暗部の線を横切るように読み取るときのストライプパターン画像の反射像を示す図である。図に示すように、透明板状体１０２の表面で反射したストライプパターン画像の表面反射像（図中、太線で示されている像）と、裏面で反射した反射像（図中、細線で示されている像）は、位置ずれを起こす。この位置ずれにより、カメラ１１０で得られる画像信号は、図１０（ｃ）に示されるように、表面反射像の暗部の線と裏面反射像の暗部の線が離間し、又ある場合は、部分的に重なる。表面反射像の暗部の線と裏面反射像の暗部の線が部分的に重なるとき、表面反射像のデータは裏面反射像の影響を含み、例えば、Ｘ領域のデータのようになる。
このように、表面反射像の暗部の線と裏面反射像の暗部の線が部分的に重なる場合、ソフトウェア処理にて分離することは困難である。断面形状の検査方法として好適に用いられる上述の方法では、表面反射像の暗部の位置を数値として知ることによって表面の傾きの情報を得、この傾きの情報から透明板状体の断面形状を算出する。このため、裏面反射像の影響を含んだ表面反射像のデータを用いるのでは、精度の良い断面形状を求めることはできない。

引用文献１では、暗部の線間の距離が異なる種々のストライプパターンを用意し、表面反射像の暗部の線と裏面反射像の暗部の線が重なることのないように、ストライプパターンを取り替えながら検査を行う。しかし、透明板状体の板厚が薄い場合や、表面形状の平坦度によっては、表面反射像の暗部の線と裏面反射像の暗部の線が重ならないストライプパターンを見出すことは困難となる。

特開２００５−３４５３８３号公報

そこで、本発明は、上記問題を解決するために、上述のように透明板状体の面の断面形状を算出するとき、透明板状体の表面反射像と裏面反射像とが重なることなく良好に分離でき、これにより透明板状体の断面形状を簡単に、効率よく、かつ精度良く、算出することができる透明板状体の形状測定装置及びこの形状測定装置を用いる板ガラスの製造方法を提供することを目的とする。

本願発明は、明部及び暗部の繰り返しからなるパターン情報を持つ光を透明板状体に照射する照明光学系と、前記パターン情報を持つ光が透明板状体の面で反射したパターン画像を読み取る撮像デバイスと、読み取った前記パターン画像のデータから、透明板状体の断面形状を算出する形状算出手段と、を有する透明板状体の形状測定装置であって、前記照明光学系は、照明光源と、この照明光源と透明板状体との間に配され、前記パターン画像をつくるように、明部及び暗部が繰り返すパターンフィルムと、を含み、前記パターンフィルムには、前記パターン画像の、透明板状体の表面で反射した表面反射パターンの像及び透明板状体の裏面で反射した裏面反射パターンの像の少なくとも一方の像を遮蔽するように、前記パターンフィルムの前記明部及び暗部の繰り返し方向と直交又は略直交する方向に対して角度を有する方向に延在するマスクが、前記マスクの延在方向と直交する方向に、一定の幅で、一定距離離間して周期的に複数設けられており、前記照明光学系の配置位置を透明板状体の面に垂直に射影した位置と、前記撮像デバイスの配置位置を透明板状体の面に垂直に射影した位置とを結ぶ方向を第１の方向というとき、前記照明光学系は、前記パターン画像の前記明部及び暗部の繰り返し方向が前記第１の方向に対して角度を有するように前記パターン画像を照射することにより、前記表面反射パターンの像と前記裏面反射パターンの像とを、前記第１の方向に少なくとも一部で分離させ、前記形状算出手段は、分離した前記表面反射パターンの像及び前記裏面反射パターンの像の少なくとも一方の像のデータを用いて透明板状体の断面形状を算出することを特徴とする透明板状体の形状測定装置を提供する。
ここで、前記明部及び暗部の繰り返し方向が前記第１の方向に対して角度を有するとは、この角度が０度でないことをいう。また、明部及び暗部の繰り返しからなるパターン画像とは、明部及び暗部が不規則的に繰り返されたものでもよく、明部及び暗部は直線形状のみならず、曲線形状のものも含まれるが、明部及び暗部は直線形状のものが好適に用いることができる。

前記照明光学系は、例えば、前記パターン画像の前記明部及び暗部の繰り返し方向が前記第１の方向に直交あるいは略直交するように前記パターン画像を照射する。
その際、前記パターン画像は、一方向に直線状に延在した複数の暗部の線が一定間隔で並列配置したストライプパターン情報を持つ光が透明板状体で反射したストライプパターン画像であり、前記撮像デバイスは、複数の受光素子が１次元に配列し、前記第１の方向の異なる複数の位置で前記暗部の線を横切るようにラインで読み取る複数のラインセンサを有し、前記複数のラインセンサのうち１つは、前記表面反射パターンの像をラインで読み取り、残りのラインセンサのうち１つは、前記裏面反射パターンの像をラインで読み取ることが好ましい。

その際、前記パターンフィルムの前記マスクの前記一定の幅をＢ（ｍｍ）とし、前記一定距離をＷ（ｍｍ）、前記表面反射パターンの像又は前記裏面反射パターンの像上における前記複数のラインセンサのセンサの幅をＲ（ｍｍ）、前記複数のラインセンサにおける隣り合うラインセンサとの間のピッチをＰ（ｍｍ）、前記表面反射パターンの像と前記裏面反射パターンの像との分離距離をＴ（ｍｍ）としたとき、Ｂ（ｍｍ）、Ｗ（ｍｍ）、Ｐ（ｍｍ）、Ｒ（ｍｍ）及びＴ（ｍｍ）は、下記式（１）〜（３）を満足することが好ましい。
Ｗ ≧ Ｐ ＋ Ｒ （１）
Ｂ ≦ Ｐ×２ − Ｒ （２）
Ｐ ＋ Ｒ ≦ Ｔ ≦ Ｐ×２ −Ｒ×２ （３）
但し、Ｔ（ｍｍ）は、透明板状体の板厚をｔ（ｍｍ）、透明板状体の屈折率をｎ、前記ストライプパターン情報を持つ光が透明板状体の読み取り位置に入射する入射角度をθ（ラジアン）としたとき、Ｔ＝ｔ×ｔａｎ（ｓｉｎ^-1（（１／ｎ）×ｓｉｎθ））×２で定まる値を表す。
なお、前記形状算出手段は、読み取った前記表面反射パターンの像と前記裏面反射パターンの像の少なくとも一方を用いて、透明板状体の表面の断面形状及び裏面の断面形状の少なくとも一方を算出することが好ましい。
前記透明板状体は、前記第１の方向に搬送され、この搬送中に透明板状体の面形状を測定することが好ましい。

さらに、本願発明は、板ガラスを製造する際、板ガラスを搬送する工程と、搬送する工程中、上記のいずれかに記載の透明板状体の形状測定装置を用いて面形状を測定する工程と、を有することを特徴とする板ガラスの製造方法を提供する。

本発明の形状測定装置では、照明光学系は、透明板状体にパターン画像を照射するとき、パターン画像の明部及び暗部の繰り返し方向が第１の方向（照明光学系の配置位置を透明板状体の面に射影した位置と、撮像デバイスの配置位置を透明板状体の面に射影した位置とを結ぶ方向）に対して角度を有するようにパターン画像を照射する。このため、照射したパターン画像の表面反射パターンの像と、裏面反射パターンの像とが、第１の方向に位置ずれして少なくとも一部で分離する。したがって、板厚が薄くなっても、透明板状体の断面形状の測定が安定してでき、従来に比べて効率の良い測定ができる。又、表面反射パターンの像と、裏面反射パターンの像とが、第１の方向に位置ずれして少なくとも一部で分離するので、パターン画像の隣り合う暗部の間隔を狭くすることができ、透明板状体の表面形状又は裏面形状を精度良く算出することができる。

さらに、撮像デバイスとして、複数のラインセンサを有する場合、異なる読取位置でラインで読み取るので、透明板状体の面の板厚方向（高さ方向）の位置が変動したときでも、ラインセンサの１つは、必ず表面反射パターンの像を読み取り、さらに、他の１つのラインセンサは裏面反射パターンの像を読み取ることができる。これにより、安定した読み取りを行うことができる。特に、３つ以上のラインセンサを用いたとき、安定した読み取りができ、有効である。

以下、添付の図面に示す実施形態に基づいて、本発明の形状測定装置、この形状測定装置に用いるパターンフィルム及びこの形状測定装置を用いる板ガラスの製造方法を詳細に説明する。

図１（ａ）は、本発明の形状測定装置の一実施形態である形状測定装置１０を示す概略図である。
形状測定装置１０は、ガラス板等の透明板状体Ｇにストライプパターン情報を持つ光を照射して、その反射したストライプパターン画像の反射像を読み取り、透明板状体Ｇの面の面形状を算出する装置である。透明板状体Ｇは、表面が鏡面反射し、かつ、透明性を有する板状物体であれば、いずれのものであってもよい。

形状測定装置１０は、照明光学系１２と、撮像デバイス１４と、形状算出手段を構成するコンピュータ１７と、を有する。図１（ａ）に示すＡ方向とは、照明光学系１２の配置位置を透明板状体Ｇの面に垂直に射影した位置と、撮像デバイス１４の配置位置を透明板状体Ｇの面に垂直に射影した位置とを結ぶ方向を表す。透明板状体Ｇは、図示されない搬送ローラによって一定速度で図中のＡ方向に搬送される。この搬送中に、形状測定装置１０は透明板状体Ｇの面形状を測定し算出する。
撮像デバイス１４は、後述するように撮像レンズの焦点位置を、照明光学系１２のストライプパターン画像をつくるパターンフィルム上に合せて撮像するが、このときの撮像範囲の中心位置を透明板状体Ｇの面に垂直に射影した位置、これが、照明光学系１２の配置位置を透明板状体Ｇの面に垂直に射影した位置である。撮像デバイス１４の配置位置を透明板状体の面に射影した位置とは、撮像デバイス１４の受光ラインの中心位置を透明板状体Ｇの面に射影した位置である。なお、本実施形態では形状測定装置１０を固定し、透明板状体１Ｇを搬送する他、透明板状体Ｇを固定し、形状測定装置１０を移動させて測定してもよい。

照明光学系１２は、一定の光強度の光を平行光として略均一に照射する照明光源１５を有し、この照明光源１５の前面に、ストライプパターンの画像を形成するパターンフィルム１６が設けられた構成である。すなわち、パターンフィルム１６は、照明光源１５と透明板状体Ｇとの間に配され、ストライプパターン画像をつくる。ストライプパターンは、一方向に直線状に延在した複数の暗部の線が一定間隔で並列配置したパターンである。図１（ｂ）は、４本の暗部の線が一定間隔で並列配置したストライプパターンの一例を示している。
本実施形態では、４本の直線が一定間隔で並列配置したストライプパターン画像であるが、本発明では、暗部の線は直線に限定されず、曲線であってもよい。さらに、暗部の線の間隔は一定でなくてもよい。本発明のパターン画像はストライプパターン画像に限定されず、表面反射パターンの像と裏面反射パターンの像とが一部で分離可能であればよく、明部及び暗部の繰り返しが一方向に延びたパターン画像であればよい。

照明光学系１２が透明板状体Ｇにストライプパターン情報を持つ光を照射するとき、ストライプパターン画像の直線状の暗部の線の延在方向が、図１（ａ）中のＡ方向に一致又は略一致するように、パターンフィルム１６は照明光源１５の前面に配置される。
このように、ストライプパターン画像の暗部の線の延在方向をＡ方向に一致又は略一致するようにストライプパターン情報を持つ光を照射するのは、透明板状体Ｇの表面で反射した表面反射ストライプパターンの像と、透明板状体の裏面で反射した裏面反射ストライプパターンの像とを、図中Ａ方向の位置ずれ（この位置ずれを、縦方向位置ずれという）によって少なくとも一部で分離させるためである。この点は、後述する。
なお、本実施形態では、ストライプパターン画像の直線状の暗部の線の延在方向が、図１（ａ）中のＡ方向に一致又は略一致するように、又、明部及び暗部の線の繰り返し方向がＡ方向に直交あるいは略直交するように、パターンフィルム１６を照明光源１５の前面に配置するが、本発明では、ストライプパターン画像の明部及び暗部の繰り返し方向がＡ方向に対して角度を有するようにパターンフィルム１６を配置すればよい。したがって、本実施形態では、ストライプパターン画像の直線状の暗部の線の延在方向が少なくともＡ方向と直交しない方向であればよい。

撮像デバイス１４は、透明板状体の面で反射した前記ストライプパターン画像を読み取るカメラである。カメラは、ＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラ等であり、一方向にラインで読み取るラインセンサが用いられる。ラインセンサは、１次元の画素配列、もしくは１次元の受光素子配列で構成されたセンサデバイスである。受光面で画像を面状で読み取るエリアセンサを用いてもよいが、好適にはラインセンサが用いられる。ラインセンサの場合、ストライプパターンの直線状の暗部の線を横切るようにライン読み取りを行う。又、カメラの撮像レンズの焦点は、パターンフィルム１６の位置に合せている。このため、透明板状体Ｇの表面に微小な塵が付着しても、読み取りが可能である。

図１（ｃ）は、撮像デバイス１４から透明板状体Ｇの反射画像を見たときの一例の画像を示している。上述したように、ストライプパターン画像の暗部の線の延在方向をＡ方向に一致又は略一致するように照射することにより、図１（ｃ）に示すように、透明板状体Ｇの表面で反射した表面反射ストライプパターンの像Ｏ（図中の太線の像）と、透明板状体Ｇの裏面で反射した裏面反射ストライプパターンの像Ｕ（図中の細線の像）とが、図中縦方向に縦方向位置ずれを起こす。この結果、透明板状体Ｇの表面で反射した表面反射ストライプパターンの像Ｏと、透明板状体の裏面で反射した裏面反射ストライプパターンの像Ｕとが、少なくとも一部で分離する。図中、表面反射ストライプパターンの像Ｏと裏面反射ストライプパターンの像Ｕは、縦方向のみならず、横方向にも位置ずれしている。図１（ｃ）において、表面反射ストライプパターンの像Ｏと裏面反射ストライプパターンの像Ｕが縦方向の位置ずれにより分離している部分を、各ストライプパターンの像と直交する方向にライン状に見た場合、表面反射ストライプパターンの像のみが存在する位置をＸ₁、裏面反射ストライプパターンの像のみが存在する位置をＸ₂とする。なお、この縦方向位置ずれは、図１（ｄ）に示すように、透明板状体Ｇの面で鏡面反射するとき、表面の高さ方向（Ｃ方向）の反射位置と裏面の高さ方向（Ｃ方向）の反射位置が異なることにより、撮像デバイス１４から見たときの像がＡ方向にずれることによるものである。図１（ｄ）中では、縦方向位置ずれ量がＴ（ｍｍ）として示されている。このように、ストライプパターン画像の暗部の線の延在方向をＡ方向に一致又は略一致するように照射するので、透明板状体Ｇの板厚ｔ（ｍｍ）の影響により、表面と裏面のＡ方向における反射位置が異なる。このため、図１（ｃ）に示す位置Ｘ₁で横方向ラインに沿ってライン読み取りを行うことで、図２（ａ）に示すような表面反射ストライプパターンの像のデータが得られ、位置Ｘ₂で横方向ラインに沿ってライン読み取りを行うことで、図２（ｂ）に示すような裏面反射ストライプパターンの像のデータが得られる。表面反射ストライプパターンの像及び裏面反射ストライプパターンの像のデータのうち、データ値が最も低い位置（以下、ボトムともいう）がストライプパターンの像の暗部の線に対応し、そのデータ値は、表面反射ストライプパターンの像の方が、裏面反射ストライプパターンの像に比べて低い。又、表面及び裏面の反射ストライプパターンの像は表面及び裏面の形状に依存して様々なケースが生じうるため、表面反射ストライプパターンの像のデータのボトムの位置が、ストライプパターンの同じ暗部の裏面反射ストライプパターンの像のデータのボトムの位置に対して、ずれることがある。

コンピュータ１７は、撮像デバイス１４で読み取られたストライプパターン画像のデータから、透明板状体の断面及び面形状を算出する部分である。撮像デバイス１４で読み取ったストライプパターン画像が、表面反射ストライプパターンの像であるとき、このデータに対して所定のデータ処理を施すことで、透明板状体Ｇの表面の断面形状を算出することができる。一方、撮像デバイス１４で読み取ったストライプパターン画像が、裏面反射ストライプパターンの像であるとき、このデータに対して所定のデータ処理を施すことで、透明板状体Ｇの裏面の断面形状を算出することができる。さらに、透明板状体Ｇは、一定速度で図中のＡ方向に搬送されるので、透明板状体Ｇの表面及び裏面の面形状を算出することができる。

ここで、所定のデータ処理とは、例えば、特開２００５−３４５３８３号公報に記載される処理が例示される。簡単に説明すると、撮像されたストライプパターンの像の暗部の線の位置の、理想位置からの横方向位置ずれ量が、撮像デバイス１４から供給されたデータに基づいて算出される。この理想位置とは、透明板状体Ｇが理想的平面（傾斜のない水平面）である場合の透明板状体Ｇの目標板厚寸法を有する透明板状体Ｇにストライプパターン画像を照射したときの暗部の線の位置である。したがって、算出する横方向位置ずれ量は、目標板厚における表面反射像の理想的平面状態でのストライプパターン画像の暗部の線の位置からのずれ量である。
この横方向位置ずれ量に加えて、照明光学系１２及び撮像デバイス１４の配置位置及びパターンフィルム上のストライプパターンの寸法に関する既知の情報を用いて、幾何学的関係式に基づいて、透明板状体Ｇの撮像位置における表面の傾斜角度が算出される。この傾斜角度は、面形状の形状関数と一定の関係を有するので、この関係を用いて、算出された傾斜角度から形状関数を算出することによって、透明板状体Ｇの面形状を求めることができる。詳細については、特開２００５−３４５３８３号公報の〔００３８〕〜〔００５４〕に記載されている。

したがって、表面反射ストライプパターンの像のデータに上記所定のデータ処理を施すことで、透明板状体Ｇの表面の断面及び面形状が算出され、裏面反射ストライプパターンの像のデータに上記所定のデータ処理を施すことで、透明板状体Ｇの裏面の断面及び面形状が算出される。

このような形状測定装置１０では、まず、パターンフィルム１６を介してストライプパターン情報を持つ光を、図１（ａ）中のＡ方向に搬送中の透明板状体Ｇに照射し、撮像デバイスから見たときのストライプパターンの反射画像のうち、例えば表面反射ストライプパターンの像のデータを撮像する。表面反射ストライプパターンの像と裏面反射ストライプパターンの像とは一部分で分離しているので、例えば図１（ｃ）中の位置Ｘ₁を読み取り位置とすることによって表面反射ストライプパターンの像のみが撮像される。図１（ｃ）中の位置Ｘ₂を読み取り位置とすることによって裏面反射ストライプパターンの像のみが撮像される。表面反射ストライプパターンの像を読み取るか、裏面反射ストライプパターンの像を読み取るかは、撮像デバイス１４の視野の向きに応じて変化する。
こうして、表面反射ストライプパターンの像又は裏面反射ストライプパターンの像のデータが撮像デバイス１４から出力され、コンピュータ１７でサンプリングされて、所定のデータ処理が施されて、透明板状体Ｇの断面及び面形状が算出される。

形状測定装置１０は、このように、表面反射ストライプパターンの像と裏面反射ストライプパターンの像を分離してデータを取得することができるので、従来に比べて、透明板状体Ｇの断面及び面形状を精度良く、かつ効率よく算出することができる。例えば、ストライプパターン画像の暗部の線の間隔を狭くしても、従来のように表面反射ストライプパターンの像と裏面反射ストライプパターンの像とが重ならないので、透明板状体の面形状を細かく測定することができる。また、板厚が薄くて従来測定が困難であった透明板状体Ｇでも、ストライプパターン画像の暗部の線の間隔を狭くして精度良く測定することができる。
透明板状体Ｇは、搬送ローラ等の搬送手段で搬送されるため、機械的振動が発生する。しかし、撮像デバイス１４の画像の読み取り速度は、上記機械的振動に比べてはるかに高周波で、例えば１ｋＨｚ以上でデータのサンプリングを行うことができるので、透明板状体Ｇが搬送中であっても有効な断面及び面形状データを求めることができる。

図３（ａ）は、形状測定装置１０にて透明板状体Ｇに光を照射するときのストライプパターン画像の別の例を示す図である。図３（ａ）に示すストライプパターン画像は、撮像デバイス１４から見たときの像であり、裏面反射ストライプパターンの像が完全に遮蔽され、表面反射ストライプパターンの像Ｏのみが表されている。図中のハッチング領域が遮蔽領域である。
このような遮蔽は、図３（ｂ）に示すパターンフィルム１６ａの暗部の線の一部の領域にマスク１８を設けることによって作られる。マスク１８の図中の縦方向（ストライプパターン画像の暗部の延在する方向）の長さ及びその縦方向の位置は、測定対象とする透明板状体Ｇの板厚に応じて設定することができる。透明板状体Ｇの板厚によって、表面反射ストライプパターンの像と裏面反射ストライプパターンの像との間の縦方向位置ずれ量が定まるからである。
なお、図３（ａ）の例ではラインセンサは表面反射ストライプパターンの像及び裏面反射ストライプパターンの像の一方しか読み取らないので、撮像範囲内でマスク１８による遮蔽領域の位置とラインセンサの読み取るラインの位置とが変動して読み取りができない場合も生じる。したがって、このような場合を考慮して、後述するようなマスク１８ｂ（図４（ａ）参照）を用いることが好ましい。また、本形状測定装置１０は、照明光学系１２及び撮像デバイス１４の配置位置ずれ、および板厚の厚さ方向の位置変動は測定の許容範囲内にあるが、透明板状体Ｇの板厚偏差は測定値に影響する。このため、板厚偏差が例えば±０．５ｍｍ以内であり、かつ透明板状体Ｇの形状の反りも小さい場合、特に有効に用いることができる。

次に、本発明の別の実施形態について説明する。
本実施形態では、図１（ａ）に示す装置構成と同様の装置構成が用いられる。異なる点は、ストライプパターン画像が、図１（ａ）〜（ｃ）及び図３（ａ），（ｂ）に示すストライプパターン画像と異なっていることと、撮像デバイス１４によるストライプパターン画像の読み取りが、一定の間隔で平行に配置された３つのラインセンサで行われることである。なお、本実施形態では３つのラインセンサを用いるが、本発明では２つ以上のラインセンサを用いればよい。しかし、３つあるいはそれ以上のラインセンサを用いることが好ましい。

図４（ａ）は、３つのラインセンサを用いて効率よく表面反射ストライプパターンの像と裏面反射ストライプパターンの像を読み取るときのストライプパターン画像をつくるパターンフィルム１６ｂのパターン図の一例である。図４（ａ）に示すように、直線状に延在した複数の暗部の線が一定間隔で図中横方向に並列配置し、その線を横切るようにマスク１８ｂが一定の幅で、一定間隔で縦方向に周期的に設けられている。このパターンフィルム１６ｂによって、図４（ｂ）に示すように、表面反射ストライプパターンの像Ｏと裏面反射ストライプパターンの像Ｕが交互に現れるストライプパターン画像が反射像として得られる。図４（ｂ）中の縦方向に延びる太線は、表面反射ストライプパターンの像Ｏであり、図中の縦方向に延びる細線は、裏面反射ストライプパターンの像Ｕであり、太線の領域と細線の領域の間は、遮蔽領域１９となっている。このようなストライプパターン情報を持つ光の照射は、透明板状体Ｇの既知の目標板厚と屈折率を用いて、パターンフィルム１６のパターンを調整することにより得られる。
なお、マスク１８ｂは、一定の幅で、一定間隔で図４（ａ）中の縦方向に周期的に設けられているが、本発明では、マスク１８ｂは、明部及び暗部の繰り返し方向と直交又は略直交するする方向に対して角度を有する方向に延在し、そのマスクの延在方向と直交する方向に、一定の幅で、一定距離離間して周期的に複数設けられていればよい。

このようなストライプパターン画像の照射に対して行われる反射像の読み取りは、３つのラインセンサが配置された撮像デバイス１４で行われる。３つのラインセンサ（第１のラインセンサ、第２のラインセンサ、第３のラインセンサ）は、一定の間隔で離間し、それぞれ図４（ａ）中の位置Ｘ₁₁，Ｘ₁₂，Ｘ₁₃にて、ストライプパターン画像の暗部の線を横切るようにライン読み取りを行う。このライン読み取りは表面反射ストライプパターンの像の読み取り位置である。裏面反射ストライプパターンの像の読み取りの位置はＸ₂₁，Ｘ₂₂，Ｘ₂₃である。すなわち、第１のラインセンサは、位置Ｘ₁₁と位置Ｘ₂₁の画像を読み取り、第２のラインセンサは、位置Ｘ₁₂と位置Ｘ₂₂の画像を読み取り、第３のラインセンサは、位置Ｘ₁₃と位置Ｘ₂₃の画像を読み取る。上述したように、透明板状体Ｇの板厚の影響により、表面反射ストライプパターンの像と裏面反射ストライプパターンの像とが縦方向位置ずれを起こすので、この縦方向位置ずれ分、同じラインセンサであっても、表面反射ストライプパターンの像と裏面反射ストライプパターンの像とで読み取り位置が変わる。このようなラインセンサとして、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の３原色を別々のラインセンサで受光するＲＧＢ３ラインセンサが好適に用いられる。

ここで、図４（ｃ）に示すように、ストライプパターン画像上における３つのラインセンサのセンサの幅をＲ（ｍｍ）、隣り合うラインセンサとの間の距離であるピッチをＰ（ｍｍ）、マスク１８ｂによって作られる遮蔽領域１９の幅をＢ（ｍｍ）、隣り合う遮蔽領域Ｂとの間隔をＷ（ｍｍ）とし、さらに、同じラインセンサがパターンを読み取るときの、表面反射ストライプパターンの像と裏面反射ストライプパターンの像との縦方向位置ずれ量をＴ（ｍｍ）としたとき、下記式（１）、（２）及び（３）を満足するように、照明光学系１２、撮像デバイス１４及びパターンフィルム１６ｂが調整されている。
Ｗ ≧ Ｐ ＋ Ｒ （１）
Ｂ ≦ Ｐ×２ − Ｒ （２）
Ｐ ＋ Ｒ ≦ Ｔ ≦ Ｐ×２ − Ｒ×２ （３）

ここで、Ｐ（ｍｍ）は、下記式に示すように、実際の撮像デバイス１４におけるラインセンサ間の距離ｐ（μｍ）に、読み取り位置からラインセンサの受光素子までの距離Ｌ（ｍｍ）と、撮像デバイス１４の撮像レンズ（図示されない）の定数（倍率）とを乗算して得られる。
Ｐ ＝ ｐ × Ｌ × （撮像レンズの定数）
同様に、Ｒ（ｍｍ）は、下記式に示すように、実際の撮像デバイス１４におけるラインセンサの幅ｒ（μｍ）に、読取位置からラインセンサの受光素子までの距離Ｌ（ｍｍ）と、撮像デバイス１４の撮像レンズ（図示されない）の定数（倍率）とを乗算して得られる。
Ｒ ＝ ｒ × Ｌ × （撮像レンズの定数）
一方、表面反射ストライプパターンの像と裏面反射ストライプパターンの像との縦方向位置ずれ量Ｔ（ｍｍ）は、図１（ｄ）に示すように透明板状体Ｇの板厚をｔ（ｍｍ）、透明板状体Ｇの屈折率をｎとしたとき、光学における入射角度と及び屈折の式を用いて下記式にて表すことができる。θは、読み取り位置におけるストライプパターン情報を持つ光の入射角度（＝反射角度）である。
Ｔ ＝ ｔ × ｔａｎ（ｓｉｎ^-1（１／ｎ×ｓｉｎθ）） × ２

ラインセンサが読み取りを行う位置Ｘ₁₁，Ｘ₁₂，Ｘ₁₃及びＸ₂₁，Ｘ₂₂，Ｘ₂₃における、透明板状体Ｇの高さ方向の位置（図１（ｄ）に示すＣ方向（板厚の方向）の位置）は、搬送中の振動等によって変動するが、この変動が生じても、撮像デバイス１４は、表面反射ストライプパターンの像又は裏面反射ストライプパターンの像のライン読み取りを必ず行えることが必要である。
上記式（１）では、隣り合うラインセンサのうち、一方のラインセンサが必ず表面反射ストライプパターンの像又は裏面反射ストライプパターンの像のライン読み取りを行うための条件を表し、上記式（２）は、３つのラインセンサの読み取り位置が１つの遮蔽領域１９に同時に隠れないための条件、すなわち、３つのラインセンサの１つの読み取り位置が必ず、遮蔽領域１９の外に位置するための条件を表している。上記式（３）は、表面反射ストライプパターンの像と裏面反射ストライプパターンの像の縦方向位置ずれ量Ｔ（ｍｍ）（以下、縦方向位置ずれ量という）の分だけ、読み取り位置が異なっていても、いずれのラインセンサも表面反射ストライプパターンの像と裏面反射ストライプパターンの像のライン読み取りを同時に行わないための条件を表している。したがって、上記式（３）を満足するとき、３ラインセンサの読み取り位置は、図４（ｃ）に示されるように、ラインセンサ１で表面反射ストライプパターンの像を読み取る位置Ｘ₁₁、ラインセンサ２で表面反射ストライプパターンの像を読み取る位置Ｘ₁₂、ラインセンサ１で裏面反射ストライプパターンの像を読み取る位置Ｘ₂₁、ラインセンサ３で表面反射ストライプパターンの像を読み取る位置Ｘ₁₃の順番になる。
式（３）について細かく説明すると、縦方向位置ずれ量Ｔ（ｍｍ）だけ位置ずれした第１のラインセンサの読み取りの位置Ｘ₁₁及びＸ₂₁と、縦方向位置ずれ量Ｔ（ｍｍ）だけ位置ずれした第２のラインセンサの読み取りの位置Ｘ₂₁及びＸ₂₂と、縦方向位置ずれ量Ｔ（ｍｍ）だけ位置ずれした第３のラインセンサの読み取りの位置Ｘ₁₃及びＸ₃₁とが、いずれも表面反射ストライプパターンの像の領域に同時に位置せず、さらに裏面反射ストライプパターンの像の領域にも同時に位置しない条件は、下記式（４）で表される。
Ｗ ≦ Ｔ − Ｒ （４）
又、上記第１、第２及び第３のラインセンサが読み取りを行う位置Ｘ₁₁及びＸ₂₁、位置Ｘ₂₁及びＸ₂₂、位置Ｘ₃₁及びＸ₃₂がそれぞれ同時に遮蔽領域１９に含まれる場合が必ず存在する条件は、下記式（５）で表される。
Ｂ ≧ Ｔ ＋ Ｒ （５）
したがって、表面反射ストライプパターンの像と裏面反射ストライプパターンの像を同時に読み取らない条件を表す式（４）及び表面反射ストライプパターンの像の読み取り位置と裏面反射ストライプパターンの像の読み取り位置が同時に遮蔽領域１９に来る条件を表す式（５）と、上記式（１）及び（２）とを整理することにより、式（３）を得ることができる。特に、透明板状体Ｇの板厚の適用範囲を可能な限り拡げるために、縦方向位置ずれ量Ｔ（ｍｍ）の範囲を広くすることが好ましい。このため、式（１）及び（２）に変えて下記式（６）及び（７）を満たすことがより好ましい。
Ｗ ＝ Ｐ ＋ Ｒ （６）
Ｂ ＝ Ｐ×２ − Ｒ （７）

このような式（１）〜（３）を満たすように照明光学系１２、撮像デバイス１４及びパターンフィルム１６ｂを調整することにより、Ｃ方向に透明板状体Ｇが変動しても３つのラインセンサの１つによって、表面反射ストライプパターンの像又は裏面反射ストライプパターンの像のライン読み取りが可能となる。図５（ａ）は、透明板状体Ｇの高さ方向の位置（高さＣ方向の位置）が上昇するとき、縦軸に撮像デバイス１４から出力されコンピュータ１７でサンプリングされる輝度のデータの模式図である。透明板状体Ｇが高さ方向のどの位置にあろうと、マスクパターンは周期的な繰り返しパターンであるので、ラインセンサ１，２，３のいずれかにおいて、表面反射ストライプパターンの像のデータ（図中では表面）及び裏面反射ストライプパターンの像のデータ（図中では裏面）が取得される。
なお、図５（ａ）では、表面反射ストライプパターンの像のデータ及び裏面反射ストライプパターンの像のデータをいずれも台形形状で表しているが、本来は、図５（ｂ）に示すように、ストライプパターン画像の暗部の線に対応して凹凸を繰り返す高周波信号からなり、図５（ａ）では、その信号の包絡線を台形形状で表している。

このような３つのラインセンサを用いたライン読み取りを行うことにより、透明板状体Ｇの面の高さ方向の位置が変動しようとも、ラインセンサの１つは、必ず表面反射ストライプパターン画像を読み取り、さらに、他の１つのラインセンサは裏面反射ストライプパターン画像の読み取りを行うことができる。この場合、取得したデータが、表面反射ストライプパターン画像のデータか、裏面反射ストライプパターン画像のデータかは、図５（ａ）に示すような台形形状の波形を、コンピュータ１７のハイパスフィルター処理により、図２（ａ）に示すような信号を取り出し、このときの信号の、ストライプパターンの暗部の線に対応したボトムのデータ値の高低で判別する。データが表面反射ストライプパターンの像のデータの場合、裏面反射ストライプパターンの像の場合に比べて、ボトムのデータ値は低いことから、判別が可能である。表面反射像ストライプパターンの像と裏面反射ストライプパターンの像の強度差は、表面屈折による反射率の変化と表面反射及び透明板状体の吸収による光陵の減衰から予測される。例えば、表面反射する光が透明板状体Ｇの表面に、その法線に対して角度４５度で入射する場合、裏面反射する光は、上記法線に対して３０度未満の角度で裏面に入射するため裏面の反射率は表面の反射率より小さくなる。このように、入射角度が異なるので反射角度が異なり、裏面反射の方が反射角度が小さくなる。これより、裏面反射の光の強度は表反射に較べて弱くなる。さらに、透明板状体に色が付いている場合、透過率が低下して、表反射と裏面反射の光の強度の差は大きくなる。
このようにして、コンピュータ１７では、表面反射ストライプパターン画像のデータ、あるいは、裏面反射ストライプパターン画像のデータが取り出され、このデータに対して、上述した所定のデータ処理を施すことで、透明板状体Ｇの面の断面及び面形状を算出することができる。したがって、透明板状体Ｇが搬送ローラに支持されて搬送中であり、上下に振動しても、面形状を安定して測定することができる。
なお、本発明の透明板状体の形状測定装置を、例えばガラス板の製造設備に備え、製造され搬送される工程中、ガラス板の面形状を全検することができる。製造設備のライン内で製造されるガラス板の面形状を測定できるので効率が良い。例えば、面形状のうねりが所定の大きさを超える場合は、そのガラス板を製造ラインから取り除く、又はガラス板のランク付けを行うことができる。又、表面形状に問題がある場合、面形状が正常となるように、上流の工程にフィードバックをかけることも可能である。すなわち、本発明は、上述の形状測定装置を用いて板ガラスを製造する板ガラスの製造方法に好適に適用できる。

板厚が０．４ｍｍ、サイズが３００ｍｍ×３００ｍｍのガラス板を透明板状体Ｇとして用い、このガラス板の面形状を測定した。ガラス板は、搬送ローラで搬送中（搬送速度１０ｍｍ／秒）のものである。
照明光学系１２の照明光源１５として、高周波蛍光灯ＳＦＣ社製ＳＬ１０００を用い、パターンフィルム１６として、図６（ａ），（ｂ）に示すパターンを透明フィルムに黒印刷したものを用いた。パターンのサイズ（有効範囲）は２５０ｍｍ×３０ｍｍとし、ストライプパターンの暗部の直線の幅ａを０．１５ｍｍ、直線のピッチｂを０．６ｍｍ、マスク幅ｃを０．４９ｍｍ、このマスクの離間距離を０．３５ｍｍとした。このｃは上記式（２）中のＢに対応するものであり、ｄは上記式（１）中のＷに対応するものである。このｃ（＝Ｂ）、ｄ（＝Ｗ）は、上述の式（１）〜（３）を満たす。このパターンにおける隣接する暗部の直線との間の距離は０．４５ｍｍであり、すなわち、ガラス板表面上で約０．５ｍｍのサンプリングに相当する。このサンプリングの間隔は、従来の方法において限界であった１．０ｍｍよりも短い。このサンプリングの間隔約０．５ｍｍは、上述したように、表面反射ストライプパターンの像のデータと裏面反射ストライプパターンの像のデータを分離することができることによって可能となっている。又、サンプリングの間隔は、暗部の線幅の２倍まで小さくできるので、本実施例では０．３ｍｍまで小さくすることができる。

撮像デバイス１４は、ＮＥＤ社製ＮＵＣＬi７３００（３ライン式カラーカメラ）を、撮影レンズはペンタックス株式会社製、ＰＥＮＴＡＸ６７ ２００ｍｍＦ４を用いた、コンピュータ１７による画像取り込みにはキャプチャーボードＭａｔｒｏｘ社製 ＳｏｌｉｏｓＸＣＬを用いた。
照明光学系１２は、図６（ｃ）に示すように、透明板状体Ｇの表面から１９８ｍｍの高さの位置に配置した。撮像デバイス１４は、透明板状体Ｇの表面から８８４ｍｍの高さの位置に配置して、透明板状体Ｇを斜め上方４５度の方向から画像読み取りを行うように配置した。そのとき、ストライプパターン画像の透明板状体Ｇ上の幅は２３０ｍｍであった（図６（ｄ）参照）。このときのレンズの絞りは１６とした。撮像デバイス１４による読み取り間隔は３ｍ秒とし、透明板状体Ｇについて２３０ｍｍの長さ分の読み取りを行った。

図７は、撮像デバイス１４から出力されたデータのうち、表面反射ストライプパターンの像のデータを用いて上述した所定の処理を施し、これにより得られた透明板状体Ｇの３次元表面形状の算出結果を示す鳥瞰図である。３次元表面形状の凹凸は、板厚が０．４ｍｍに対して、１μｍを下回る凹凸である。
図８は、その一部分の３次元表面形状の断面形状を示す図であり、実線は、本発明の方法により得られた結果であり、点線（従来方法）は従来技術である図１０（ａ）に示す方法で行った結果である。但し、従来方法では、０．４ｍｍのガラス板の表反射による像と裏面反射による像を分離することが困難であるので、裏面に反射防止用テープを貼り、裏面反射による像を消すことにより、表面反射による像を読み取って得たデータである。本発明の方法は、図１０（ａ）に示すように、ストライプパターンをＡ方向に延在させて計測を行う従来方法と同様の結果を示すことがわかる。本発明は、例えば透明板状体が０．４ｍｍの薄板であっても、表面形状の平坦度が悪くても、従来方法に比べて効率よく断面及び面形状を算出することができる。さらに、サンプリングの間隔を、従来に比べて短く設定できるので、精度良く断面及び面形状を測定できる。

図９は、図５（ｂ）に示す、ストライプパターン画像の暗部の線に対応して凹凸を繰り返す高周波信号の波形に対応する本実施例の計測結果の一例である。透明板状体Ｇの面の高さ方向の位置が変動することによって、撮像デバイス１６の３つのラインセンサから出力されるデータの波形の例を示している。ここで、３個のラインセンサのいずれか１つが必ず表面反射ストライプパターンの像のデータを出力していることが判る。
また、ガラス板の製造設備に本発明の透明板状体の形状測定装置を備えれば、製造されるガラス板の面形状を製造設備のライン内で精度良く全検することができる。

以上、本発明の透明板状体の形状測定装置及び板ガラスの製造方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。

（ａ）は、本発明の形状測定装置の一実施形態である形状測定装置を示す概略図であり、（ｂ）は、ストライプパターンの一例を示す図であり、（ｃ）は、撮像デバイスから透明板状体の反射画像を見たときの一例の画像を示す図であり、（ｄ）は、本発明における反射画像のＡ方向の位置ずれを説明する図である。 （ａ）は、図１（ａ）に示す形状測定装置で得られるデータのうち、表面反射ストライプパターンの像のデータを示し、（ｂ）は、裏面反射ストライプパターンの像のデータを示す図である。 （ａ）は、別のストライプパターンの透明板状体の反射画像を、撮像デバイスから見たときの一例の画像を示す図であり、（ｂ）は、このとき用いられるフィルムパターンを示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、さらに別のストライプパターンの透明板状体の反射画像の例を説明する図である。 （ａ）及び（ｂ）は、図４（ａ）〜（ｃ）に示すストライプパターンの透明板状体の反射画像を読み取ったときのデータを示す図である。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明における実施例を説明する図である。 図６（ａ）〜（ｄ）に示す実施例における形状測定結果を示す図である。 図６（ａ）〜（ｄ）に示す実施例で得られるデータの例を示す図である。 図６（ａ）〜（ｄ）に示す実施例で得られるデータの例を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、従来の形状測定を説明する図である。

符号の説明

１０，１００ 形状検査装置
１２，１０４ 照明光学系
１４ 撮像デバイス
１５，１０６ 照明光源
１６，１６ａ，１６ｂ，１０８ パターンフィルム
１７，１１２ コンピュータ
１８，１８ｂ マスク
１９ 遮蔽領域
１０２ 透明板状体
１１０ カメラ

Claims (6)

1. 明部及び暗部の繰り返しからなるパターン情報を持つ光を透明板状体に照射する照明光学系と、前記パターン情報を持つ光が透明板状体の面で反射したパターン画像を読み取る撮像デバイスと、読み取った前記パターン画像のデータから、透明板状体の断面形状を算出する形状算出手段と、を有する透明板状体の形状測定装置であって、
   前記照明光学系は、照明光源と、この照明光源と透明板状体との間に配され、前記パターン画像をつくるように、明部及び暗部が繰り返すパターンフィルムと、を含み、
   前記パターンフィルムには、前記パターン画像の、透明板状体の表面で反射した表面反射パターンの像及び透明板状体の裏面で反射した裏面反射パターンの像の少なくとも一方の像を遮蔽するように、前記パターンフィルムの前記明部及び暗部の繰り返し方向と直交又は略直交する方向に対して角度を有する方向に延在するマスクが、前記マスクの延在方向と直交する方向に、一定の幅で、一定距離離間して周期的に複数設けられており、
   前記照明光学系の配置位置を透明板状体の面に垂直に射影した位置と、前記撮像デバイスの配置位置を透明板状体の面に垂直に射影した位置とを結ぶ方向を第１の方向というとき、
   前記照明光学系は、前記パターン画像の前記明部及び暗部の繰り返し方向が前記第１の方向に対して角度を有するように前記パターン画像を照射することにより、前記表面反射パターンの像と前記裏面反射パターンの像とを、前記第１の方向に少なくとも一部で分離させ、
   前記形状算出手段は、分離した前記表面反射パターンの像及び前記裏面反射パターンの像の少なくとも一方の像のデータを用いて透明板状体の断面形状を算出することを特徴とする透明板状体の形状測定装置。
2. 前記パターン画像は、一方向に直線状に延在した複数の暗部の線が一定間隔で並列配置したストライプパターン情報を持つ光が透明板状体で反射したストライプパターン画像であり、
   前記撮像デバイスは、複数の受光素子が１次元に配列し、前記第１の方向の異なる複数の位置で前記暗部の線を横切るようにラインで読み取る複数のラインセンサを有し、
   前記複数のラインセンサのうち１つは、前記表面反射パターンの像をラインで読み取り、残りのラインセンサのうち１つは、前記裏面反射パターンの像をラインで読み取る請求項１に記載の透明板状体の形状測定装置。
3. 前記パターンフィルムの前記マスクの前記一定の幅をＢ（ｍｍ）とし、前記一定距離をＷ（ｍｍ）、前記表面反射パターンの像又は前記裏面反射パターンの像上における前記複数のラインセンサのセンサの幅をＲ（ｍｍ）、前記複数のラインセンサにおける隣り合うラインセンサとの間のピッチをＰ（ｍｍ）、前記表面反射パターンの像と前記裏面反射パターンの像との分離距離をＴ（ｍｍ）としたとき、Ｂ（ｍｍ）、Ｗ（ｍｍ）、Ｐ（ｍｍ）、Ｒ（ｍｍ）及びＴ（ｍｍ）は、下記式（１）〜（３）を満足する請求項２に記載の透明板状体の形状測定装置。
   Ｗ ≧ Ｐ ＋ Ｒ （１）
   Ｂ ≦ Ｐ×２ − Ｒ （２）
   Ｐ ＋ Ｒ ≦ Ｔ ≦ Ｐ×２ −Ｒ×２ （３）
   但し、Ｔ（ｍｍ）は、透明板状体の板厚をｔ（ｍｍ）、透明板状体の屈折率をｎ、前記ストライプパターン情報を持つ光が透明板状体の読み取り位置に入射する入射角度をθ（ラジアン）としたとき、Ｔ＝ｔ×ｔａｎ（ｓｉｎ^-1（（１／ｎ）×ｓｉｎθ））×２で定まる値を表す。
4. 前記形状算出手段は、読み取った前記表面反射パターンの像と前記裏面反射パターンの像の少なくとも一方を用いて、透明板状体の表面の断面形状及び裏面の断面形状の少なくとも一方を算出する請求項１〜３のいずれか１項に記載の透明板状体の形状測定装置。
5. 前記透明板状体は、前記第１の方向に搬送され、この搬送中に透明板状体の面形状を測定する請求項１〜４のいずれか１項に記載の透明板状体の形状測定装置。
6. 板ガラスを製造する際、
   板ガラスを搬送する工程と、
   搬送する工程中、請求項１〜５のいずれか１項に記載の透明板状体の形状測定装置を用いて面形状を測定する工程と、を有することを特徴とする板ガラスの製造方法。