(57)【要約】【課題】被測定物の反射率が異なる領域の境界部分における変位量の測定誤差を低減する。【解決手段】被測定物に光を照射する光源部と反射された光を受光する受光部とを備えた光変位センサと、前記光変位センサの出力に基づき変位を算出する変位算出部と、前記被測定物および前記光変位センサのうちの少なくともいずれか一方を相対的に前記被測定部の測定面に略平行に移動させる移動手段とを備え、前記移動手段により前記被測定物および前記光変位センサを相対的に移動させながら変位を測定し、前記光変位センサは前記光源部から所定の照射長を有する帯状の光を照射し、かつ、前記帯状の光は前記被測定物および前記光変位センサが相対的に移動する方向と前記照射長の延長方向とが所定の角度を有して斜めに交差するように照射され、前記受光部は２次元センサである構成とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物（１００）に光を照射する光源部（１１）と当該被測定物より反射された光を受光する受光部（１２）とを備えた光変位センサ（１０）と、
前記光変位センサの出力に基づき前記被測定物の変位を算出する変位算出部（４０）と、
前記被測定物および前記光変位センサのうちの少なくともいずれか一方を相対的に前記被測定部の測定面に略平行に移動させる移動手段（５０）とを備え、
前記移動手段により前記被測定物および前記光変位センサのうちの少なくともいずれか一方を相対的に前記被測定物の測定面に略平行に移動させながら前記被測定物の変位を測定する変位測定装置において、
前記光変位センサは被測定物に前記光源部から所定の照射長を有する帯状の光（２０）を照射し、かつ、前記帯状の光は前記被測定物および前記光変位センサのうちの少なくともいずれか一方が相対的に前記被測定物の測定面に略平行に移動する方向と前記照射長の延長方向とが所定の角度を有して斜めに交差するように照射され、前記受光部は２次元センサであることを特徴とする変位測定装置。
【請求項２】
前記受光部は、光位置センサであることを特徴とする請求項１に記載の変位測定装置。
【請求項３】
前記受光部は、２次元イメージセンサであることを特徴とする請求項１に記載の変位測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物の測定面の変位量を非接触で測定できる変位測定装置に関し、特に、被測定物の測定面において反射率の異なる領域の境界部分の変位量の測定誤差を低減することができる変位測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被測定物の測定点にレーザ等の光を照射し、三角測量の原理を適用して被測定物の測定点からの反射光を受光素子に結像し、受光素子の結像状態に基づいて被測定物の測定点の変位量を測定し、さらに被測定物上の光の照射位置（測定点）を移動させながら変位を測定する変位測定装置がある。
【０００３】
この種の変位測定装置の用途として、被測定物の表面の反りやうねりの測定や、被測定物の表面との距離を測定するといった用途がある。また、被測定物の一例として、液晶表示パネルに使用されるガラス基板がある。
【０００４】
液晶表示パネルを製造するにあたっては、所定の大きさに切除された２枚のガラス基板の一方の外周部分に対し、ノズルから接着剤を噴射して塗布し、２枚のガラス基板の距離を一定に保ってその外周部分を接着剤で貼り合わせた後、２枚のガラス基板間の空間部分に液晶が注入される。
【０００５】
このとき、ガラス基板の外周部分に対し、一定量の接着剤を噴射して塗布する必要があるが、ノズルとガラス基板との距離を一定に制御することにより塗布量を一定とすることが可能となる。
【０００６】
そこで、液晶表示パネルの製造装置に変位測定装置を採用し、ノズルとガラス基板との距離を変位測定装置で測定し、その測定結果によりノズルとガラス基板の距離が一定となるように制御することが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−０２９９１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
液晶表示装置パネルのガラス基板には、ＴＦＴ基板やカラーフィルタなどの配線パタンが存在するが、配線パタンは金属膜蒸着のため、配線パタンが蒸着された部分と配線パタンが無いガラス部分との間に変位測定上実質的な段差はない。しかしながら、特許文献１に開示される従来の変位測定装置では、ガラス部分と配線パタンの境界で誤った変位の測定結果を出力してしまうことがある。
【０００９】
特許文献１に開示される従来の変位測定装置では、被測定物の測定点には点状の光が照射される。このとき、ガラス部分に対し配線パタンの金属膜部分は光の反射率が高いが、被測定物の測定点からの反射光を受光素子で受ける際、受光素子の結像状態は被測定物の反射状態の影響を受ける。そのため図２に示す様なガラス部分２００と配線パタン２０１の境界部分（反射率が異なる領域の境界部分、以降、明暗境界とも言う。）２０２に測定点（点と表記するが所定の面積を持つ。以下同じ。）２０３がある場合には明部（配線パタン）２０１と暗部（ガラス部分）２００の両方の反射状態の影響を受けた複雑な結像状態となる。そのため段差があるかのような誤った測定結果を出力するということが起きてしまっていた。
【００１０】
特許文献１に開示される従来の変位測定装置を液晶表示パネルの製造装置に適用した場合、ガラス部分と配線パタンの境界部分でノズルとガラス基板との距離が誤って測定されると誤った測定結果に基づいてノズルとガラス基板の距離が制御されてしまう。その結果、実際にはノズルとガラス基板の距離が一定とならず、一定量の接着剤を噴射して塗布することが行えなくなる。
【００１１】
そこで従来の変位測定装置では、被測定物に照射するレーザ等の光学系を調整して光の径をできるだけ小さくすることにより測定点の面積を小さくし、ガラス部分と配線パタンの両方からの反射光を受光しないようにすることも行われていたが、その調整は非常に手間のかかるものであった。
【００１２】
また、従来の変位測定装置では、測定結果に時間的な平均処理を施すことも行われていた。ガラス部分と配線パタンの境界を横切って変位を測定する場合には測定値に時間的な平均処理を行うことは効果が高いが、図３のようにガラス部分２００と配線パタン２０１の明暗境界２０２に沿って変位を測定（測定点２０３が移動）する場合には測定値に時間的な平均化処理を行っても効果はあまりない。
【００１３】
本発明は、これらの課題を解決し、被測定物の測定面の変位量を非接触で測定できる変位測定装置に関し、特に、被測定物の測定面において反射率の異なる領域の境界部分（明暗境界）の変位量の測定誤差を低減することができる変位測定装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１の変位測定装置は、
被測定物１００に光を照射する光源部１１と当該被測定物より反射された光を受光する受光部１２とを備えた光変位センサ１０と、
前記光変位センサの出力に基づき前記被測定物の変位を算出する変位算出部４０と、
前記被測定物および前記光変位センサのうちの少なくともいずれか一方を相対的に前記被測定部の測定面に略平行に移動させる移動手段５０とを備え、
前記移動手段により前記被測定物および前記光変位センサのうちの少なくともいずれか一方を相対的に前記被測定部の測定面に略平行に移動させながら前記被測定物の変位を測定する変位測定装置において、
前記光変位センサは被測定物に前記光源部から所定の照射長を有する帯状の光２０を照射し、かつ、前記帯状の光は前記被測定物および前記光変位センサのうちの少なくともいずれか一方が相対的に前記被測定物の測定面に略平行に移動する方向と前記照射長の延長方向とが所定の角度を有して斜めに交差するように照射され、前記受光部は２次元センサであることを特徴としている。
【００１５】
また、本発明の請求項２の変位測定装置は、請求項１記載の変位測定装置において、
前記受光部は、光位置センサであることを特徴としている。
【００１６】
また、本発明の請求項３の変位測定装置は、請求項１記載の変位測定装置において、
前記受光部は、２次元イメージセンサであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の変位測定装置は、光変位センサの光源部から変位センサが被測定物に対して相対的に被測定物の測定面に略平行に移動する方向と照射長の延長方向とが所定の角度を有して斜めに交差するように帯状の光を照射し、被測定物より反射された光を２次元センサによる受光部により受光する光変位センサの出力に基づき被測定物の変位を測定するので、被測定物の測定面において反射率の異なる領域の境界部分の変位量の測定誤差を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態の構成を示す図
【図２】明暗境界に測定点がある場合を示す図
【図３】明暗境界を測定点が移動した場合を示す図
【図４】光源部から照射される光のイメージを示す図
【図５】被測定物と光変位センサとの相対的な移動方向と光源部から照射される帯状ビームとの関係を示す図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明の変位測定装置１を示す構成図である。変位測定装置１は光変位センサ１０、変位算出部４０、移動手段５０を備えて構成される。
【００２０】
光変位センサ１０は、光源部１１と受光部１２を備えて構成され、光源部１１からはレーザ光等の帯状の光２０が被測定物１００に照射され、被測定物１００で反射された光は２次元光センサである受光部１２で受光される。
【００２１】
光源部１１から照射される帯状の光（以降、帯状ビームとも言う）２０が被測定物１００表面に照射されたときのイメージを図４（ｂ）に示す。図４（ａ）上段は、従来の点状の光（以降、点状ビームとも言う）１９が光源部１１から照射され、被測定物１００で反射され受光部１２に入射するイメージを示す。図４（ａ）下段は、被測定物の表面に点状ビーム１９が照射されたときのイメージ２０３を示している。
【００２２】
図４（ｂ）の上段は、本発明の帯状の光２０が光源部１１から照射され、被測定物１００で反射され受光部１２に入射するイメージを示す。図４（ｂ）の下段は、被測定物１００の表面に所定の照射長２０ｂを有する帯状ビーム２０が照射されたときのイメージ２０ａを示している。図４（ｂ）は、あくまでイメージであり、後述するように帯状ビーム２０は、1点ではなく、多点が同時に測定（照射）できるよう広がったビームであれば良い。
【００２３】
従来は、光源部１１から照射されるのは点状ビーム１９であり、受光部１２は１次元光センサであったため1点（所定の面積を持つ範囲）のみの測定であった。それに対し本発明では、光源部１１から照射されるのは帯状ビーム２０であり、受光部１２は２次元光センサであるため同時に帯状ビーム２０の照射された範囲にある多点の測定が行える。
【００２４】
光源部１１では、レーザダイオード等の発光素子からの光をレンズ等により帯状に広げて帯状ビーム２０として照射する。本発明の変位測定装置を液晶表示パネルの製造装置に適用した場合、帯状ビーム２０の一例としては照射長２０ｂ約１ｍｍ、照射幅約３０μｍのビームが使用される。
【００２５】
受光部１２の２次元光センサとしては、ＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）を利用した１次元もしくは２次元の光位置センサや、ＣＣＤやＣＭＯＳを利用した２次元イメージセンサが利用される。光位置センサ、２次元イメージセンサのどちらもセンサ上の光の入射位置に基づいた信号を出力するが、このセンサ上の光の入射位置は被測定物１００の変位により変わる。帯状ビーム２０の照射された範囲にある多点のそれぞれの測定結果が複数の変位情報３０として２次元光センサ（受光部１２）より出力される。つまり、変位情報３０は２次元光センサの出力である。この複数の変位情報３０を後述する変位算出部４０で演算処理することにより被測定物１００の変位を算出できる。なお、ＰＳＤを利用した光位置センサの場合、帯状ビーム２０の照射された範囲全体の測定結果として１つの変位情報３０を２次元光センサ（受光部１２）より出力し、変位演算部４０で演算処理するようにしても良い。
【００２６】
受光部１２からの帯状ビーム２０の照射された範囲にある多点の測定結果である複数の変位情報３０が光変位センサ１０から出力され後述する変位算出部４０に入力される。
【００２７】
移動手段５０は、被測定物１００および光変位センサ１０の少なくともいずれか一方を相対的に被測定物の測定面に略平行に移動させる。本発明の変位測定装置を液晶表示パネルの製造装置に適用した場合、ノズルと光変位センサ１０が一緒に移動するよう固定する。製造装置の備える移動機構によりノズルが被測定物１００であるガラス基板に対して移動すると、ノズルの移動に伴って光変位センサ１０も被測定物１００に対して移動する。この場合、液晶表示パネル製造装置のノズルの移動機構が移動手段５０となる。光変位センサ１０の移動する方向と光源部１１から照射される帯状ビーム２０の関係については後述する。
【００２８】
変位算出部４０は、光変位センサ１０から出力される複数の変位情報３０に基づき、被測定物１００の変位を算出し出力する。複数の変位情報３０のそれぞれは、帯状ビーム２０が照射された範囲にある複数点の変位の情報である。変位算出部４０では、誤差を低減するための演算処理を行って帯状ビーム２０が照射された複数点の変位を出力する。
【００２９】
演算処理の具体例を説明する。演算処理の１つの例は、複数の変位情報３０のそれぞれを変位量に変換し、それらの平均値を複数点の変位量とする処理である。それぞれの測定に誤差が含まれていた場合でも、平均処理を行う事により測定誤差が低減できる。
【００３０】
演算処理の他の例は、複数の変位情報３０のそれぞれを変位量に変換し、それら複数の変位量の中央の値を複数点の変位量とする処理である。実際の変位より大きな変位量や小さな変位量が含まれていたとしても、中央の値を選択することにより除外されるので測定誤差が低減できる。
【００３１】
なお、変位算出部４０で、変位量の平均処理や中央の値の選択といった処理を行わず複数の変位情報３０をそれぞれ変位量に変換し、複数点の変位量として出力することも可能である。
【００３２】
次に、光変位センサ１０の移動する方向と光源部１１から照射される帯状ビーム２０の関係について説明する。ここでは被測定物１００が固定され、前述した移動手段５０により光変位センサ１０を移動させながら測定をする場合で説明する。
【００３３】
被測定物１００が工業製品である場合、被測定物１００の測定面において反射率の異なる領域の境界部分（明暗境界）は、光変位センサ１０が被測定物１００の測定面に対して略平行に移動する方向に対して、一般的に平行、垂直、左右４５度となる場合が多い。例えば、液晶表示パネルの場合、方形のガラス基板の表面に蒸着されるＴＦＴ基板やカラーフィルタなどの配線パタンは、ガラス基板の外周に対して、平行、垂直、斜め４５度となる場合が多い。
【００３４】
本発明の変位測定装置１を液晶表示パネルの製造装置に適用した場合、方形のガラス基板の外周部分に沿ってノズルから接着剤を噴射して塗布するため、ノズルは方形のガラス基板の外周に沿って移動する。従って、ノズルと被測定物１００であるガラス基板との距離を測定するため光変位センサ１０もノズルとともにガラス基板の外周に沿って移動することになる。
【００３５】
図５（ａ）の様に方形のガラス基板の外周に沿って、平行に配線パタン２０１が蒸着されていて、この配線パタン２０１（図中、白色で示す場所）とガラス部分２００の境界２０２に沿ってノズル２０４が接着剤を噴射しつつ移動（Ｘ１→Ｙ１→Ｘ２→Ｙ２）して塗布する場合を考える。このとき、ノズル２０４と一緒に移動するよう固定された光変位センサ１０は明暗境界２０２に沿って移動（Ｘ１→Ｙ１→Ｘ２→Ｙ２）することになる。光源部１１からは図５（ｂ）の様に明暗境界２０２と交差するように帯状ビーム２０が照射される。この理由を次に説明する。
【００３６】
光源部１１から図５（ｃ）の様に明暗境界２０２と並行かつ一部が重なるように帯状ビーム２０（イメージとして２０ａ）が照射された場合、帯状ビーム２０全体が明暗境界２０２で反射され受光部１２に入射する。この結果、光変位センサ１０から出力される複数の変位情報３０のすべては、明暗境界２０２の変位情報３０となる。前述したように、明暗境界２０２の変位情報３０は誤った変位量を示す。この複数の変位情報３０の全てが誤っているため、変位算出部４０で前述したような演算処理を行っても測定誤差を低減することは出来ない。
【００３７】
次に、光源部１１から図５（ｂ）の様に明暗境界２０２と帯状ビーム２０（イメージとして２０ａ）の照射長方向を示す仮想の延長線２０ｃが所定の角度を有して斜めに交差するように帯状ビーム２０が照射された場合、帯状ビーム２０の一部は明暗境界２０２で反射され受光部１２に入射するが、残りは明暗境界２０２ではなく配線パタン（明部）２０１もしくはガラス部分（暗部）２００で反射され受光部１２に入射する。この結果、光変位センサ１０から出力される複数の変位情報３０の一部は明暗境界２０２の変位情報３０となり誤った変位を示す。しかし、その他の変位情報は、明部２０１のみもしくは暗部２００のみ変位の情報であり、正しい変位を示すので、変位算出部４０で前述したような演算処理を行う事で測定誤差を低減することが出来る。
【００３８】
前述したように、被測定物１００が工業製品である場合、被測定物１００の測定面において反射率の異なる領域の境界部分（明暗境界）２０２は、光変位センサ１０が移動する方向に対して、一般的に平行、垂直、左右４５度となる場合が多いので、帯状ビーム２０の照射長方向は光変位センサ１０が移動する方向と斜めに交差するように角度を有することで測定誤差を低減する効果が得られる。特にこの交差する角度は、０度より大きく４５度未満もしくは４５度より大きく９０度未満の角度で光変位センサ１０が移動する方向と帯状ビーム２０の照射長方向とが斜めに交差するように光源部から照射するのが好適である。
【００３９】
また、本発明の変位測定装置を液晶表示パネルの製造装置に適用した場合、ガラス部分と配線パタンの境界部分でのノズルとガラス基板との距離の測定誤差が低減されることにより、ノズルからガラス基板へより一定量の接着剤を噴射して塗布することが行えるようになる。
【符号の説明】
【００４０】
１…変位測定装置、１０…光変位センサ、１１…光源部、１２…受光部、１９…点状ビーム、２０…帯状の光（帯状ビーム）、２０ａ…帯状の光の照射イメージ、２０ｂ…帯状の光の照射長、２０ｃ…帯状の光の照射長方向を示す仮想の延長線、３０…変位情報、４０…変位算出部、２００…暗部、ガラス部分、２０１…明部、配線パタン、２０２…明暗境界、２０３…測定点、２０４…ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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