(57)【要約】  シート材料の表面の形状プロファイルを測定するための装置は、前記シート材料の表面に向けて光ビームを提供する光源と、前記光ビームが前記表面で検出される際に前記表面の複数の位置に入射して、前記複数の位置のそれぞれにおいて反射光ビームを生じるように前記光源を前記シート材料の表面上を移動させるために前記光源に連結する線形の移動ステージと、前記複数の位置のそれぞれにおいて生じた反射光ビームを選択的に受信するために所定の位置に配置される複数の光受信器と、前記光源と前記複数の位置のそれぞれで生じた反射光ビームを受信する前記複数の光受信器から選択される１つの光受信器との位置差に関する情報を受信するように構成されるデータ収集装置と、前記位置差情報を前記シート材料の表面の形状プロファイルと関連付けるように構成されるデータ解析装置とを備えている。
2011503574.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート材料の表面の形状プロファイルを測定するための装置であって、
前記シート材料の表面に向けて光ビームを提供する光源と、
前記光ビームが前記表面で検出される際に、前記表面の複数の位置に入射し、前記複数の位置のそれぞれにおいて反射光ビームを生じるように、前記光源を前記シート材料の表面上を移動させるために前記光源に連結する線形の移動ステージと、
前記複数の位置のそれぞれで生じた反射光ビームを選択的に受信するために所定の位置に配置される複数の光受信器と、
前記光源と、前記複数の位置のそれぞれで生じた反射光ビームを受信する前記複数の光受信器から選択される１つの光受信器との位置差に関する情報を受信するように構成されるデータ収集装置と、
前記位置差情報を前記シート材料の表面の形状プロファイルと関連付けるように構成されるデータ解析装置と、
を有してなる装置。
【請求項２】
前記光源によって提供される前記光ビームが細長であることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記光源の移動方向に垂直であることを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記光検出器が、前記光源と連動するように、前記移動ステージに連結されることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の装置。
【請求項５】
前記光受信器が、光検出器に連結したマルチモードファイバであることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の装置。
【請求項６】
前記光受信器が、前記光源の移動方向に沿って分布されることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項記載の装置。
【請求項７】
前記データ解析装置が、前記位置差情報を、前記光源の移動方向に対して実質的に平行方向の前記形状プロファイルと関連付けることを特徴とする請求項１〜６いずれか１項記載の装置。
【請求項８】
前記データ解析装置が、
【数１】
2011503574.tif 000015
の解をｙ（ｘ）について求めることを特徴とし、
ここで、ｙ（ｘ）は形状プロファイルであり、ｙ'（ｘ）はｙ（ｘ）の微分であり、Ｄ（ｘ）＋Ｄoは前記複数の位置のそれぞれにおける、前記受信した反射光ビームと前記入射した光ビームの間の位置差であり、θoは前記光ビームが前記シート材料の表面に入射する角度である、
請求項７記載の装置。
【請求項９】
前記データ解析装置が、
【数２】
2011503574.tif 000016
を積分してｙ（ｘ）を得ることを特徴とし、
ここで、ｙ（ｘ）は形状プロファイルであり、ｙ'（ｘ）はｙ（ｘ）の微分であり、Ｄ（ｘ）＋Ｄoは前記複数の位置のそれぞれにおける、前記受信した反射光ビームと前記入射した光ビームの間の位置差であり、θoは前記光ビームが前記シート材料の表面に入射する角度である、
請求項７記載の装置。
【請求項１０】
前記解析装置が、
【数３】
2011503574.tif 000017
の解をｙ（ｘ）について求めることを特徴とし、
ここで、ｙ（ｘ）は形状プロファイルであり、ｙ'（ｘ）はｙ（ｘ）の微分であり、Ｄ'o＋Ｄ'（ｘ）は、前記複数の位置のそれぞれにおける、前記受信した反射光ビームと前記入射した光ビームの間の位置差であり、θoは前記光ビームが前記シート材料の表面に入射する角度である、
請求項７記載の装置。
【請求項１１】
前記シート材料の表面の形状プロファイルを測定する方法であって、
前記シート材料の表面に入射する光ビームを提供し、
前記入射光ビームが前記表面の複数の位置に入射し、前記複数の位置のそれぞれにおいて反射光ビームを生じるように、前記表面上の所定の測定方向に、前記入射光ビームを実質的に直線的に移動し、
前記複数の位置のそれぞれで生じた反射光ビームを受信し、
前記複数の位置のそれぞれにおける、前記受信した反射光ビームと前記入射光ビームの位置差に関する情報を受信し、
前記位置差情報を前記シート材料の表面の前記形状プロファイルと相関付ける、
各工程を有してなる方法。
【請求項１２】
前記位置差データを前記形状プロファイルと相関付ける工程が、
【数４】
2011503574.tif 000018
の解をｙ（ｘ）について求めることを特徴とし、
ここで、ｙ（ｘ）は形状プロファイルであり、ｙ'（ｘ）はｙ（ｘ）の微分であり、Ｄ（ｘ）＋Ｄoは前記複数の位置のそれぞれにおける、前記受信した反射光ビームと前記入射した光ビームの間の位置差であり、θoは前記光ビームが前記シート材料の表面に入射する角度である、
請求項１１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本願は、参照することにより本願に援用される、２００７年１１月９日に出願した米国特許出願第１１／９８３，４６４号の優先権の利益を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本発明は一般に、シート材料の製造方法および装置に関する。さらに具体的には、本発明は、シート材料の形状プロファイルを測定するための方法および装置に関する。本発明はまた、フュージョンドロー法およびフロート法などのシート成形方法における、これら測定方法および装置の使用に関する。
【背景技術】
【０００３】
大型のフラットパネル・ディスプレイの製作などに有用であり、あるいは、能動的電子機器、光起電装置、および生物学的アレイなどの他の装置の製作のために四角く切断することができる非常に平らな表面を有する大型のシート材料は、生産および取り扱いが難しい。例として、参照することにより本明細書に援用される、Ｄｏｃｋｅｒｔｙの特許文献１および２に記載されるようなフュージョンドロー法は、ラップ仕上げおよび研磨などの成形後の仕上げ作業に関する追加費用なしに、優れた平坦性および表面の滑らかさを有するシート材料をもたらすことが知られている。しかしながら、形成区間におけるシート挙動は、シート内における応力レベルおよび応力変化にマイナスの影響を与え、最終製品に歪曲を生じさせる可能性があることが判明している。形成区間におけるシート挙動は、少なくともある程度、フュージョンドロー設備の下部またはドロー（ＢＯＤ）の下部におけるシートの取り扱いおよび分離過程が原因となりうる。例えば、ＢＯＤにおけるシートを分離するための現行の機械的処理は、硬質のまたは剛性の装置に関係する、シートの接触、シートのスコアリング、およびシートの曲げを生じ、これらのすべてがシート挙動の原因となる。形成されるシート材料が大きくなると、シート内の応力レベルおよび変化におけるシート挙動の影響はさらに大きくなりうる。シート材料の歪曲に寄与する要素は、他のシート成形および成形後の処理において異なる形態を取る可能性がある。非常に平坦な表面を有する大きいシートを作製するためには、これらの要素を最小限に抑えることが重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第３，３３８，６９６号明細書
【特許文献２】米国特許第３，６８２，６０９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらの要素を最小限に抑える方法を、シート材料の形状プロファイルについてのアカウント情報に取り入れることが理想であろう。これらの情報をシート成形または成形後の処理の間に容易に得ることができれば有益であろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの態様では、シート材料の表面の形状プロファイルを測定するための装置は、シート材料の表面で検出される光ビームを提供するための光源を備えている。本装置はさらに、光ビームが表面で検出される際に、表面の複数の位置で入射し、前記複数の位置のそれぞれで反射光ビームを生じるように、シート材料の表面上を光源が移動するための、光源に連結した、線形の移動ステージを備える。本装置はさらに、所定の位置に配置された、複数の位置のそれぞれで生じた反射光ビームを選択的に受信するための複数の光受信器を備える。本装置はさらに、光源と、複数の位置のそれぞれで生じた反射光ビームを受信するための複数の光検出器から選択される１つの光検出器との位置差に関する情報を受信するように構成されるデータ収集装置を備える。本装置はさらに、位置差情報をシート材料の表面の形状プロファイルと関連付けるように構成されるデータ解析装置を備える。
【０００７】
１つの実施の形態では、上述の装置の光源によって提供される光ビームは細長である。１つの実施の形態では、細長のビームの主軸は、光源の移動方向に対して垂直である。１つの実施の形態では、細長のビームの縦横比は少なくとも１０である。
【０００８】
１つの実施の形態では、上述の装置の光源によって提供される光ビームの幅は３ｍｍ以下である。別の実施の形態では、光源によって提供される光ビームの幅は０．５ｍｍ以下である。
【０００９】
１つの実施の形態では、上述の装置の光受信器は光検出器である。１つの実施の形態では、光検出器は、単一の物理デバイス内に装着される。１つの実施の形態では、光検出器は、光源と連動するように移動ステージに連結される。
【００１０】
１つの実施の形態では、上述の装置の光受信器は、光検出器に連結したマルチモードファイバである。
【００１１】
１つの実施の形態では、装置の光受信器は光源の移動方向に沿って分布される。１つの実施の形態では、光受信器は一次元配列で配置される。１つの実施の形態では、光受信器は、二次元配列で配置される。１つの実施の形態では、光受信器は、光源の移動方向に沿って千鳥形に配置される。
【００１２】
１つの実施の形態では、上述の装置のデータ解析装置は、
【数１】
2011503574.tif 000003
【００１３】
の解をｙ（ｘ）について求め、
ここで、ｙ（ｘ）は形状プロファイルであり、ｙ'（ｘ）はｙ（ｘ）の微分であり、Ｄ（ｘ）＋Ｄoは複数の位置のそれぞれにおける、前記受信した反射光ビームと前記入射した光ビームの間の位置差であり、θoは光ビームがシート材料の表面に入射する角度である。
【００１４】
別の実施の形態では、上述の装置のデータ解析装置は、
【数２】
2011503574.tif 000004
【００１５】
を積分してｙ（ｘ）を得るが、
ここで、ｙ（ｘ）は形状プロファイルであり、ｙ'（ｘ）はｙ（ｘ）の微分であり、Ｄ（ｘ）＋Ｄoは複数の位置のそれぞれにおける、前記受信した反射光ビームと前記入射した光ビームの間の位置差であり、θoは光ビームがシート材料の表面に入射する角度である。
【００１６】
さらに別の実施の形態では、上述の装置のデータ解析装置は、
【数３】
2011503574.tif 000005
【００１７】
の解をｙ（ｘ）について求め、
ここで、ｙ（ｘ）は形状プロファイルであり、ｙ'（ｘ）はｙ（ｘ）の微分であり、Ｄ'o＋Ｄ'（ｘ）は、複数の位置のそれぞれにおける、前記受信した反射光ビームと前記入射した光ビームの間の位置差であり、θoは、光ビームがシート材料の表面に入射する角度である。
【００１８】
１つの実施の形態では、上述の装置は、光源に光学的に連結したビーム・シェーパーをさらに備え、ここで前記ビーム・シェーパーは、光源によって提供される円形ビームを細長のビームに変換する。
【００１９】
１つの実施の形態では、上述の装置は、受信した反射光ビームからノイズを除去するために光受信器に光学的に連結した少なくとも１つの狭帯域通過フィルタをさらに備える。
【００２０】
別の態様では、シート材料の表面の形状プロファイルを測定する方法は、前記シート材料の表面に入射する光ビームを提供する工程を有してなる。本方法は、前記入射光ビームが、前記表面の複数の位置に入射し、前記複数の位置のそれぞれにおいて反射光ビームを生じるように、前記表面上の所定の測定方向に、前記入射光ビームを実質的に直線的に移動する工程を有してなる。本方法はさらに、前記複数の位置のそれぞれで生じた反射光ビームを受信し、前記複数の位置のそれぞれにおける、前記受信した反射光ビームと前記入射光ビームの位置差に関する情報を受信し、前記位置差情報を前記シート材料の表面の前記形状プロファイルと相関付ける、各工程を有してなる。
【００２１】
１つの実施の形態では、位置差データを形状プロファイルと相関付ける工程は、
【数４】
2011503574.tif 000006
【００２２】
の解をｙ（ｘ）について求めることを含み、
ここで、ｙ（ｘ）は形状プロファイルであり、ｙ'（ｘ）はｙ（ｘ）の微分であり、Ｄ（ｘ）＋Ｄoは複数の位置のそれぞれにおける、前記受信した反射光ビームと前記入射した光ビームの間の位置差であり、θoは光ビームがシート材料の表面に入射する角度である。
【００２３】
別の実施の形態では、位置差データを形状プロファイルと相関付ける工程は、
【数５】
2011503574.tif 000007
【００２４】
を積分してｙ（ｘ）を得ることを含み、
ここで、ｙ（ｘ）は形状プロファイルであり、ｙ'（ｘ）はｙ（ｘ）の微分であり、Ｄ（ｘ）＋Ｄoは複数の位置のそれぞれにおける、前記受信した反射光ビームと前記入射した光ビームの間の位置差であり、θoは光ビームがシート材料の表面に入射する角度である。
【００２５】
さらに別の実施の形態では、位置差データを形状プロファイルと相関付ける工程は、
【数６】
2011503574.tif 000008
【００２６】
の解をｙ（ｘ）について求めることを含み、
ここで、ｙ（ｘ）は形状プロファイルであり、ｙ'（ｘ）はｙ（ｘ）の微分であり、Ｄ（ｘ）＋Ｄoは複数の位置のそれぞれにおける、前記受信した反射光ビームと前記入射した光ビームの間の位置差であり、θoは光ビームがシート材料の表面に入射する角度である。
【００２７】
１つの実施の形態では、上記方法に記載される入射光ビームは、少なくとも１０の縦横比を有する細長のビームとして提供される。
【００２８】
さらに別の態様では、ガラス製造システムは、ガラスシートを形成するためのフュージョンドロー設備と、ガラスシートの表面の形状プロファイルを測定するための、前記フュージョンドロー設備に隣接した上記装置を備えている。
【００２９】
後述する添付の図面は、本発明の典型的な実施の形態を例証するものであり、本発明の範囲を制限するものとみなされるべきではなく、本発明には他の等価の有効な実施の形態が認められよう。図面は必ずしも縮尺どおりではなく、図面の特定の特性および特定の図は、明瞭および簡潔の利益のために縮尺または略図を誇張して示す場合がある。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】シート材料の斜視図。
【図２】大型のガラスシートに典型的に認められる形状プロファイル。
【図３】シート材料の表面の形状プロファイルを測定するための装置の上面図。
【図４】光源の上に配置される分散型の検出器アレイを備えた図３の装置。
【図５】検出器要素として光ファイバを備えた図４の分散型の検出器アレイ。
【図６】光源の下に配置される分散型の検出器アレイを備えた図３の装置。
【図７】図３の装置とともに使用するための二次元の検出器アレイ。
【図８】図３の装置を使用した、シート材料の表面の形状プロファイルの測定方法。
【図９】図３の装置を用いて測定した、光源の位置によって決定される標点に対する反射光ビームの位置差を示すグラフ。
【図１０】図９の参照ガラスシートの表面を測定した形状プロファイルを示すグラフ。
【図１１】図１０に示す参照ガラスシートの測定した形状プロファイルを予測形状プロファイルと比較したグラフ。
【図１２】図４、５、または６の装置を使用したシート材料の表面の形状プロファイルの測定方法。
【図１３】図３の装置と組み合わせたフュージョンドロー設備。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明を、添付の図面に示す２，３の好ましい実施の形態に関して詳細に説明する。好ましい実施の形態の説明には、本発明の十分な理解を提供することを目的として、多くの具体的詳細が記載される。しかしながら、これらの具体的詳細の一部またはすべてを利用することなく、本発明が実施されうることは、当業者には明白であろう。他の事例では、本発明を不必要に不明瞭にしないように、周知の特徴および／または工程段階に関しては詳細に説明されていない。加えて、同様のまたは同一の参照番号は、共通のまたは同様の要素を特定するために用いられる。
【００３２】
図１は、形状プロファイルを測定する表面１０１を有するシート材料１０２を示している。図１に示す形状プロファイルは任意である。シート材料１０２は、表面１０１が光ビームを反射する能力を有することを条件として、対象とする用途のための任意の適切な材料から作製して差し支えない。シート材料１０２に用いられうる材料の例としては、ガラス、ガラスセラミック、およびプラスチック材料が挙げられる。これらの材料は、シート材料１０２を光の伝達または検知に適切にする、光学的性質を有しうる。ＸＹＺ座標系が提供され、ここで、シート材料１０２の第１の次元はＸ軸に沿って位置し、シート材料１０２の第２の次元はＹ軸に沿って位置し、シート材料１０２の第３の次元はＺ軸に沿って位置し、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸は直交する。一例として、シート材料１００の第１の次元は、シート材料１０２の幅であり、シート材料１０２の第２の次元はシート材料１０２の厚さであり、シート材料１０２の第３の次元は、シート材料１０２の長さでありうる。一例を挙げれば、大型のフラットパネル・ディスプレイの製造などに有用な大型のシート材料は、２０００ｍｍを超える、少なくとも１つの寸法、例えば幅または長さなどを有しうる。別の例では、大型のフラットパネル・ディスプレイの製造などに有用な大型のシート材料は、２３００ｍｍ、２５５０ｍｍ、２８００ｍｍ、および３２００ｍｍから選択される少なくとも１つの寸法、例えば幅または長さなどを有する。図２は、２３００ｍｍの全幅を有するガラスシートのＸＹ面に認められる、形状プロファイルの実例を示している。形状プロファイルＡはベル型の形状をしている。形状プロファイルＢはＳ型の形状をしている。形状プロファイルＣはＭ型の形状をしている。
【００３３】
図３は、シート材料の表面の形状プロファイルを測定するための装置１００の上面図を示している。図３には、シート材料１０２の表面１０１の形状プロファイルを測定することができる装置１００が描かれている。装置１００は、一般に、シート材料１０２の表面１０１とは反対側に、光源１０４を備えている。光源１０４は、シート材料１０２の表面１０１に向けて、光ビームであるＢIを提供する。光源１０４は、光ビームを作り出す能動部品を備えていても、備えていなくてもよい。光ビームを生じる能動部品が光源１０４から離れている場合には、光源１０４は、レンズ、ミラー、およびファイバなど、能動部品と光学的に連結して、光ビームを表面１０１に導くための１つ以上の受動部品を備えていて差し支えない。光源１０４はまた、能動部品が局所的である場合にも、１つ以上の受動部品を備えうる。能動部品が局所であるか遠隔であるかにかかわらず、能動部品によって作り出される光ビームにさまざまな機能を果たすために受動部品を使用して構わない。一例を挙げれば、受動部品は、能動部品の出力を方向付けて、所望のサイズおよびエネルギー・プロファイルを有する光ビームを実現しうる。別の例では、ビームスプリッターなどの受動部品は、能動部品の出力を複数の光ビームに分割し、それによって、光源１０４が、シート材料１０２の表面１０１に向けるべき複数の光ビームを提供することを可能にする。一例を挙げれば、光源１０４は半導体レーザーを備えている。半導体レーザーは、視準を合わせた半導体レーザー、ファイバが連結した半導体レーザー、または５０ｎｍ未満のスペクトル線幅を有する光源でありうる。半導体レーザーは、連続波で動作して差し支えなく、またはパルスであってもよい。光源１０４は、４００ｎｍ〜１６００ｎｍの範囲の波長を有する単一または複数の光ビームを提供しうる。
【００３４】
光源１０４は、少なくとも１つの方向に線形の動きを提供する、線形の移動ステージまたは線形のスライド１１６に装着または連結される。移動ステージ１１６は、単軸または複数の軸に沿って、線形の動きを提供する能力があるものであって構わない。移動ステージ１１６は、付加的な線形の動きを提供することが可能であり、形状プロファイルの測定過程のさらに良好な調節を可能にする。移動ステージ１１６は、一般に、シート材料１０２の表面１０１の反対側に配置され、光源１０４が１０１上に直線的に、すなわち、Ｘ軸に沿って平行移動できるようにする。移動ステージ１１６は、光源１０４が表面１０１上を直線的に移動する際に、光源１０４の位置情報を提供する能力を備えている。あるいは、位置センサー（図示せず）は、このような位置情報を提供するために、移動ステージ１１６または光源１０４上に取り付けられてもよい。光源１０４が表面１０１上を移動する間に、光源１０４は、シート材料１０２の表面１０１に向けられる光ビームであるＢIを提供する。したがって、光ビームであるＢIは、光源１０４が表面１０１上を移動する際に、表面１０１の複数の位置に当てられる。各位置において、光ビームであるＢIは、光源１０４の移動方向に対して所定の角度で表面１０１上に入射する。所定の角度は、光源１０４からの光ビームの発射角によって設定することができる。
【００３５】
装置１００は、光源１０４によって提供される光ビームの経路に配置される、ビーム・シェーパー１０８を備えている。ビーム・シェーパー１０８は、図３に示すように、光源１０４の出力ポートに連結されて差し支えない。あるいは、ビーム・シェーパー１０８は、受動部品として光源１０４に取り込まれてもよい。ビーム・シェーパー１０８は、円形のビームを、実質的に線形のビーム、細長の楕円ビーム、細長の矩形ビーム、およびそれらの変形など、細長のビームに広げる。一例を挙げれば、細長のビームの主軸は、Ｚ軸、すなわち、光源１０４の移動方向に対して垂直方向に沿って存在する。ビーム・シェーパー１０８は、必要に応じて、細長のビームの主軸がＺ軸と一直線になるように回転ステージ上に配置されうる。細長のビームの主軸をＺ軸と一直線にすることで、シート材料１０２の表面１０１におけるＺ軸に沿った曲率変化に対して鈍感な検出方式が可能になる。一例を挙げれば、細長のビームの縦横比は１０以上である。別の例では、細長のビームの縦横比は１００以上である。別の例では、細長のビームの縦横比は１０００以上である。ビーム・シェーパー１０８はまた、２つの直交する方向における有効な形状プロファイルの測定方式を可能にするために、円形のビームを、２つの直交する方向に伸びを有する十字型のビームに広げうる。
【００３６】
一例を挙げれば、光源１０４に連結されるか、または光源１０４の構成要素として提供されるビーム・シェーパー１０８は、ビームの各区分の位相を変化させることによって入力ビームを方向転換させる、表面に特別な微細構造を備えた光拡散器であり、例えばＭＥＭＳ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｉｎｃ.（米国アラバマ州ハンツビル所在）から市販されるものなどが挙げられる。拡散作用を生み出す構造は、散乱中心と呼ばれている。これらは、入射光線をさまざまな方向に導く基本的な表面単位である。広域にわたる何百万もの散乱中心が集積結合して、拡散器の散乱特性を提供する。典型的な散乱中心はマイクロレンズ要素である。９０％を上回る変換効率を達成するため、各散乱中心は、特定の光制御タスクを実行するために、個別に設計される。散乱中心の表面構造および統計的分布を注意深く設計および製造すれば、上述のように、円形ビームを線形のビームまたは十字型のビームに転換することができる。
【００３７】
装置１００は、各反射光ビームＢRを検出および受信するための光検出器組立体１１０を備えている。図３に示す例では、光検出器組立体１１０は、単一の物理デバイス内に配置される複数の光受信器（別に図示せず）を備えている。一例を挙げれば、光受信器は光検出器である。検出器組立体１１０はまた、レンズなど、光検出器に集光するための１つ以上の光学素子も備えていて差し支えない。これらの検出器組立体１１０の一例は、ＣＣＤアレイを有するカメラである。図３に示す例では、光検出器組立体１１０は、光源１０４に隣接した、移動ステージ１１６上に取り付けられるか、または連結される。この配置では、検出器組立体１１０は、シート材料１０２の表面１０１からの反射光ビームを検出および受信するために、光源１０４と並行して移動する。狭帯域通過フィルタ１１４は、検出器組立体１１０が反射光ビームを受信するより前に反射光ビームを受信するように、検出器組立体１１０に連結されるか、あるいは隣接して配置される。狭帯域通過フィルタ１１４は、反射光ビームからの背景光に起因するノイズを除去／軽減し、それによって、検出器組立体１１０によって行われる測定の質を向上させる。一例として、狭帯域フィルタは、可視域および赤外領域の光をフィルタにかけることによって除外してもよい。狭帯域通過フィルタ１１４は、検出器組立体１１０の各位置においてノイズの除去／軽減を行うために、検出器組立体１１０と一緒に移動する。狭帯域通過フィルタ１１４はまた、検出器組立体１１０の構成要素として提供されてもよい。
【００３８】
図４は、検出器組立体１１０が複数の独立型の光受信器１１１を有する分散型のアレイである例を示している。一例を挙げれば、独立型の光受信器１１１は独立型の光検出器である。独立型の検出器１１１は、光源１０４の移動方向に対して実質的に平行な進路にそって分散される。一例を挙げれば、独立型の検出器１１１は固定されており、光源１０４と一緒に移動しない。この配置では、個々の検出器は、シート材料１０２の表面１０１の特定の範囲に由来する反射光ビームを検出および受信する。各検出器は、小型の、例えば約１ｍｍの寸法の内蔵型の検出器であって差し支えない。あるいは、図５に示すように、検出器組立体１１０は、複数の光受信器１１３を有する分散型のアレイであって差し支えなく、ここで各光受信器１１３はマルチモードファイバ１１３の一部であり、これが後端において光を光検出器１１５に誘導する。図４では、反射光ビームからの背景光に起因するノイズを除去／軽減するために、上述のように、狭帯域通過フィルタを備えた個々の検出器１１１が提供されうる。図５では、マルチモードドファイバ１１３は所望のフィルタ機能を提供しうる。
【００３９】
図４および５に示す例では、分散型の検出器／受信器アレイ１１０は光源１０４の上に配置される。図６では、分散型の検出器／受信器アレイ１１０は光源１０４の下に配置される。一般には、光源１０４の移動方向に沿った各所望の位置における反射ビームの検出および受信を可能にする、分散型の検出器／受信器アレイ１１０の任意の配置が用いられうる。分散型の検出器／受信器アレイ１１０は、図４、５、および６に示すように、拡張可能な形状プロファイル測定システムを可能にする。反射光ビームを検出および受信するために、所望する数と同数の独立型の検出器を光源１０４の移動方向または進行路に沿って配置することができる。さらには、分散型の検出器／受信器アレイ１１０は、図４、５、および６に示すような一次元配列に限らなければならないわけではない。例えば、図７Ａは、千鳥形に配置された複数列の検出器１２１を備えた二次元配列１１９を示している。検出器１２１は千鳥形配置でなくてもよい。図７Ｂは、マルチモードドファイバ１２３を備えた二次元配列１１９を示しており、ここで、マルチモードファイバは前述の後端検出器に連結することができる。図７Ａおよび７Ｂに示すような二次元の検出器アレイは、シート材料１０２の表面１０１からの反射光ビームを検出および受信するために、進行路または光源１０４の移動方向に沿って配置されうる。
【００４０】
一例を挙げれば、装置１００の解像度は、Ｙ軸に沿った、または光源１０４の移動方向に対して垂直方向の、検出可能な最小の位置差として定義される。解像度は、検出器組立体１１０の検出器の解像度、および、Ｘ軸に沿った、または光源１０４の移動方向における、反射ビームのサイズ、すなわちビーム幅によって決定される。追加のレンズまたは光学部品を使用して、検出器のビームをできるだけ小さくしてもよい。検出器組立体１１０における検出器／受信器のサイズは、ビームサイズと同様の装置解像度を達成するように、ビームサイズよりも小さくなるように選択されうる。同時に、Ｚ軸に沿った、シート材料１０２の表面１０１のビームサイズは、Ｚ軸に沿った最大の挙動がビームを検出範囲外に移動させないように、十分に長くなければならない。先に説明したように、これは、光源１０４によってＺ方向または光源１０４の移動方向に対して垂直方向に提供されるビームを伸長させることによって達成されうる。一例を挙げれば、Ｘ軸に沿ったビームサイズまたは幅は３ｍｍ以下である。別の例では、Ｘ軸に沿ったビームサイズまたは幅は２ｍｍ以下である。別の例では、Ｘ軸に沿ったビームサイズまたは幅は１ｍｍ以下である。さらに別の例では、Ｘ軸に沿ったビームサイズまたは幅は０．５ｍｍ以下である。一例を挙げれば、細長のビームの縦横比は少なくとも１０である。別の例では、細長のビームの縦横比は１００以上である。さらに別の例では、細長のビームの縦横比は１０００以上である。検出器組立体１１０における検出器のサイズまたは間隔は、ビーム幅より小さくなくてはならない。
【００４１】
装置１００は、検出器／受信器が反射光ビームを検出および受信する際の検出器組立体１１０に関する検出器／受信器の位置情報、および光源１０４が入射光ビームを提供する際の光源１０４の位置情報を受信または登録するデータ収集システム１２０をさらに備えている。位置情報は、集合的に、反射ビームデータと称される場合がある。データ収集システム１２０は、検出器組立体１１０に連通する入出力インターフェース１２０ａと、移動ステージ１１６または光源１０４に連結する移動ステージ１１６または位置センサーとを備えていて構わない。データ収集システム１２０は、反射ビームデータを記録するデータ収集装置１２０ｂをさらに含みうる。データ収集システム１２０は、反射ビームデータを処理するデータ解析装置１２０ｃをさらに含みうる。データ解析装置１２０ｃは、反射ビームデータの処理に関する指示を実行するデータ処理装置でありうる。反射ビームデータの処理は、反射ビームデータをガラスシート１０２の形状プロファイルと相互に関連付けることを含みうる。反射ビームデータの処理はまた、反射ビームデータに由来するノイズを除去することも含みうる。分散型の検出器アレイが検出器組立体１１０として使用される場合には、データ収集システム１２０は、独立型の検出器の間で自動的に切り替わり、シート材料１０２の表面１０１上の一連の位置についての反射ビームデータを回収する。データ収集システム１２０は、さらに、独立型の検出器に由来する異なるデータをまとめて、シート材料の表面の完全な形状プロファイルの決定を可能にする。次に、データ解析装置１２０ｃによって実行可能であろう、反射ビームデータを形状プロファイルと相互に関連付けるための方法について、説明する。
【００４２】
図８Ａは、移動光源および、単一の物理デバイス内に配置された複数の検出器を含む移動検出器組立体を使用して、シート材料の表面の形状プロファイルを測定するための方法の概略図である。図８Ａでは、ｙ（ｘ）はＸＹ面におけるシート材料の表面の形状プロファイルを表す。さらに、θoは光ビームＢIがシート材料の表面に入射する角度を表し、ここでθoはガラスシートの位置ｘにおける法線Ｎに関して測定される。光源からの光ビームの発射角が既知の場合、θoもまた既知であろう。この体系を使用して、反射光ビームＢRは、シート材料の表面の位置ｘに対する法線を有する角度２θ＋θoを構成する。受信した反射レーザービームと入射光ビームとの位置差Ｄ（ｘ）を記録するため、便宜上、光源の周囲の標点が選択されうる。各位置ｘにおける絶対位置差は、位置差Ｄ（ｘ）、および標点とｘとのオフセットＤoの和、すなわちＤ（ｘ）＋Ｄoであろう。Ｄ（ｘ）＋Ｄoは、光ビームが光源から発射される地点と、対応する光ビームが検出器の光源の各位置ｘによって受信および検出される地点との位置差を表す。
【００４３】
位置差とシート材料の表面の形状プロファイルとの関係は、次のように表すことができる：
【数７】
2011503574.tif 000009
【００４４】
または
【数８】
2011503574.tif 000010
【００４５】
ここで、ｙ'（ｘ）＝ｔａｎθであり、ｙ'（ｘ）はシートのプロファイルｙ（ｘ）の微分である。方程式（２）は、測定される位置差と形状プロファイルｙ（ｘ）との関係を記述する、厳密な微分方程式である。大抵の場合、ｙ'（ｘ）は小さく、方程式（１）を拡張する場合に、二次寄与は無視することができ、方程式（２）は次のように簡易化できる：
【数９】
2011503574.tif 000011
【００４６】
または
【数１０】
2011503574.tif 000012
【００４７】
ここで、Ｃo＝ｔａｎθoである。
【００４８】
方程式（４）では、Ｄo、Ｃo、および最初の位置における形状ｙ（ｘo）は、形状プロファイルｙ（ｘ）を測定される位置差Ｄ（ｘ）から回復させるために必要とされる。本システムは、これらのパラメータを決定するために事前較正して差し支えない。事前較正には複数の方法が存在する。直接的な方法の１つは、それらの実際の物理的意味、すなわち、局所的な座標系と絶対座標系の間のオフセットに基づいたＤoおよびＣo、ならびに入射角の正接関数ｔａｎ（θo）をそれぞれ測定することである。別の方法は、シート材料を、ＸＹ面の既知の形状プロファイルを有する参照バーにしっかりと取り付けることによる。参照バーおよびシート材料は、今後の形状プロファイル測定が行われることを目的とした設備に取り付けられる。参照バーに取り付けられたシート材料の表面の形状プロファイルは、画面から直接測定される。光ビームがシート材料上を満遍なく行き渡る際の位置差Ｄ（ｘ）もまた測定される。一例を挙げれば、ベル型の形状を有する参照バーおよび、ガラスでできたシート材料が用いられた。図８Ａは、Ｘ軸上の位置関数としての位置差Ｄ（ｘ）を示している。図９は、測定した形状プロファイルｙ（ｘ）を示している。図９から、ｙ（ｘo）は既知である。しかしながら、ＤoおよびＣoは既知ではない。ＤoおよびＣoを決定するため、方程式（４）に従い、測定されるｙ（ｘ）と予測されるｙ（ｘ）とのベストフィット解析を行った。Ｄoは１２．８３７７７５であり、Ｃoは０．１６５４６４であることが判明した。較正準備が整ったデータを用いて、方程式（４）を積分してシート材料の表面の形状プロファイルを予測した。直接測定した形状プロファイルと、予測形状プロファイルとの比較を図１０に示す。直接測定した形状プロファイルと予測形状プロファイルとの最大の相違は約１ｍｍであった。高度の一致は、提案方法の実現可能性を実証するものである。ＤoおよびＣoについての計算値は、形状プロファイルを決定するための設定を、ＤoおよびＣoを計算する場合に用いた設定と同じにすることを条件に、任意のシート材料の表面の形状プロファイルを決定するのに有効である。パラメータＤo、Ｃo、およびｙ（ｘo）を決定するための別の方法は、Ｄo、Ｃo、およびｙ（ｘo）に関する少なくとも３つの独立した条件を特定し、それらについて解くことを含む。
【００４９】
図８Ｂを参照すると、別の例では、シート材料の表面の形状プロファイルを明らかにするために、シート材料の表面で光ビーム（ＢI）が発射される点Ｑと、対応する反射光ビーム（ＢR）が受信および検出される場所である点Ｒとの間の位置差または距離を測定すると好都合である。この例では、ＱとＲの位置差は次のように表すことができる：
【数１１】
2011503574.tif 000013
【００５０】
または
【数１２】
2011503574.tif 000014
【００５１】
シート材料の形状プロファイルは、初期条件ｙ（ｘ0）および事前較正したパラメータＤ'oおよびｔａｎ（θo）を用いて、方程式（６）を積分することによって明らかにすることができる。
【００５２】
図１２Ａは、移動光源および、移動光源の進行路または移動方向に沿って分散される、複数の固定された光検出器／受信器を使用する、シート材料の表面の形状プロファイルの測定の概略図である。Ｘ軸に沿って異なる位置に配置された、複数の固定された光検出器／受信器を用いて、光源に対する反射ビームの相対位置を検出する。形状プロファイルは、複数の検出器の反射ビーム位置を収集することによって得られる。各検出器／受信器は単一の検出器／受信器要素を有し、反射ビームが到達すると点灯する。ひとたび検出器／受信器が反射ビームを検出すると、データ収集システムは光源の位置を確認する。例えば、反射ビームがＰdに配置された検出器／受信器によって検出される場合には、データ収集装置は光源位置Ｐ（ｘ，ｙ）を確認し、それらの差異はＤ（ｘ）＋Ｄoである。同様に、点Ｐn（ｘn，ｙn）では、差異はＤn（ｘn）＋Ｄoである。シート材料の表面の差異を収集後、上述の方法を用いて形状プロファイルを計算することができる。図８Ｂで説明したものと同様の方法では、図１２Ｂに示すように、シート材料の表面の形状プロファイルを明らかにするために、光ビーム（ＢI）がシート材料の表面で発射される点Ｐsと、対応する反射光ビーム（ＢR）の検出／受信位置である点Ｐdとの位置差を測定することもまた便利であろう。
【００５３】
再び図３を参照すると、シート材料１０２の表面１０１の形状プロファイルをオンライン計測するための方法は、装置１００の所望の位置をシート材料１０２に沿って位置決めすることを含む。光源１０４は、シート材料１０２の表面１０１に入射する光ビームを提供するように操作する。線形の移動ステージ１１６は、入射光ビームがシート材料１０２の表面１０１上を実質的に直線的に満遍なく行き渡るように、光源１０４が移動するように動作させる。入射光は、任意の所望の角度で、シート材料１０２の表面１０１に当てる。入射光ビームがシート材料１０２の表面１０１上を満遍なく行き渡る間に、光検出器１１０は、シート材料１０２の表面１０１から反射されるビームを検出する。データ収集システム１２０は、先に説明したように、反射ビームデータを収集する。次に、データ収集システム１２０は、反射ビームデータをシート材料１０２の表面１０１の形状プロファイルと相互に関連付ける。
【００５４】
装置１００は、シート材料の表面の形状プロファイルのオンラインおよびオフライン測定に有用である。一例を挙げれば、装置は、フュージョンドロー法によって生産されるシート材料のオンライン計測に用いられる。この例では、図１３に示すように、溶融ガラスまたは他の粘性の材料１３０が溶融パイプ１３２内に流れ込み、溶融パイプ１３２の側面を下向きに溢れ出て、シート状の流れ１３４を形成し、これをチャネル１３６が受け入れる。チャネル１３６は、平行に配置された一対の細長い導材１３８によって画成される。チャネル１３６は、垂直であって差し支えなく、あるいは他の方向、例えば、水平または傾斜した方向を有していてもよい。導材１３８に沿って配置されるローラー１４０は、シート状の流れ１３４の側端を引き付け、シート状の流れ１３４をシート材料１０２へと引き入れる。溶融パイプ１３２、導材１３８、ローラー１４０、およびチャネル１３６は、フュージョンドロー設備の一部でありうる。装置１００は、シート材料の形状プロファイル１０２を決定するために、チャネル１３６の下部に、またはチャネル１３６に沿って、提供されうる。シート材料１０２が固定されるか、または引き出される間に、装置１００をシート材料１０２の表面の形状プロファイルの決定に使用して差し支えない。
【００５５】
装置１００はシート材料１０２を分離するためのシステムの一環として使用することも可能であろう。シート材料１０２を分離するためのシステムは、移動アンビル法に基づくものである。この方法では、スコアリング装置（図示せず）は走行式の台車（図示せず）に取り付けられ、シート材料１０２の幅を横切って移動し、シート材料１０２をスコアリングする。突出装置（nose device）（図示せず）は、典型的にはスコアリング装置の力に対抗するために用いられる。シート材料１０２の表面の形状プロファイルが装置１００によって利用可能である場合、その形状プロファイルを用いて、スコアリング装置および突出装置によってどの程度の力がシート材料に送達されるかを調節して、シート挙動を最小限に抑えることができる。
【００５６】
上記説明は、単一の光源および複数の検出器／受信器を使用してシート材料の表面の形状プロファイルを得ることを目的としている。複数ユニットの光源／検出器の組合せを使用して本システムの機能を強化することもできる。この場合、各光源／検出器の組合せは、動的範囲が比較的狭いが、解像度が高く、各組合せによる測定結果をまとめて、シート材料の完全な形状プロファイルを得ることができる。複数の光源／検出器の組合せはまた、Ｘ軸とは対照的に、Ｚ軸に沿って設定して、Ｚ軸に沿ったガラスシートのプロファイルにおける変化を発見することもできる。他の変形としては、測定するシート材料の表面に光ビームを提供する光源の初期の入射角を適切に調節することが挙げられる。
【図１】
2011503574.tif 000019
【図２】
2011503574.tif 000020
【図３】
2011503574.tif 000021
【図４】
2011503574.tif 000022
【図５】
2011503574.tif 000023
【図６】
2011503574.tif 000024
【図７Ａ】
2011503574.tif 000025
【図７Ｂ】
2011503574.tif 000026
【図８Ａ】
2011503574.tif 000027
【図８Ｂ】
2011503574.tif 000028
【図９】
2011503574.tif 000029
【図１０】
2011503574.tif 000030
【図１１】
2011503574.tif 000031
【図１２Ａ】
2011503574.tif 000032
【図１２Ｂ】
2011503574.tif 000033
【図１３】
2011503574.tif 000034
【国際調査報告】
2011503574.tif 000035
2011503574.tif 000036
2011503574.tif 000037