JP2008519257A - 板ガラスの表面及び内部の欠陥を識別するための検査装置及び方法 - Google Patents

Abstract

照明系（例えば光源（ストロボ）及び光鮮明化要素）及び撮像系（例えばデジタルカメラ及びコンピュータ／ソフトウェア）を用いて、板ガラス（例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）ガラス基板）の表面及び内部の欠陥を検査して識別する検査装置及び方法が記載される。

Description

関連出願の説明

本出願は、ここに引用する、２００４年１０月２８日に出願された、「Inspection System And Method For Identifying Surface And Body Defects In A Glass Sheet」と題する、米国特許出願第１０／９７７５１４号の恩恵を主張するものである。

本発明は、一般的に、板ガラス（例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）ガラス基板）の表面又は内部の欠陥（例えば傷、粒子、気泡）を識別するための検査装置及び方法に関する。

今日の産業で用いられる従来の検査装置は、板ガラスの表面又は内部の欠陥（例えば傷、粒子、気泡）の識別を補助するために協働するアナログカメラ及びストロボライトを含む。一般的に、ストロボライトは、板ガラスの一部分を照らす光を発し、板ガラスの他方の側に配置されたアナログカメラは、板ガラスの照らされた部分の写真を撮影する。この写真は解析され、その板ガラスの部分に欠陥があるか否かが判定される。板ガラス全体を検査するには、板ガラス全体のマクロ画像マップを作成するのに十分な写真をアナログカメラが撮影できるように、板ガラス及び／又はストロボライト／アナログカメラを何らかの方法で移動させる必要がある。従来の検査装置の使用には幾つかの短所がある。第１に、アナログカメラの視野は比較的小さい（例えば１２ｍｍ×１６ｍｍ）ので、板ガラスのマクロ画像マップを作成するには多数の写真を撮影する必要があり、板ガラス全体を検査するには長い時間がかかる。第２に、ストロボライトの照明は限られているので、アナログカメラが板ガラスの欠陥を示す写真を撮影できるために板ガラスにおいて必要な適切な強度の均一な光を得るのは困難である。

従って、従来の検査装置の上記及びその他の短所に対処する新たな検査装置の必要性がある。

上記及びその他の必要性は、本発明の検査装置及び方法によって満たされる。

本発明は、照明系（例えば光源（ストロボ）及び光鮮明化（light sharpening）要素）及び撮像系（例えばデジタルカメラ及びコンピュータ／ソフトウェア）を用いて、板ガラス（例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）ガラス基板）の表面及び内部の欠陥を検査して識別する方法及び検査装置を含む。好ましい実施形態において、照明系は、光を発するストロボライトと、発光された光の一部分を反射する球面反射器及び主反射器とを含む。照明系は、発光された光及び反射された光の一部分を遮断する暗視野パッチと、発光された光及び反射された光の暗視野パッチによって遮断されなかった部分を拡散する拡散器とを更に含む。照明系は、ガラスの欠陥箇所で散乱しなかった光の部分がカメラのレンズに到達しないよう遮断することによって、カメラの対物レンズのグレアを解消する円錐形のスヌートを更に含む。撮像系、具体的には板ガラスの他方の側に配置されたデジタルカメラは、画像を取得し、この画像は、板ガラスの照らされた部分に欠陥があるか否かを判定するためにコンピュータによって解析される。

添付の図面と共に以下の詳細な説明を参照することにより、本発明がより完全に理解され得る。

図１を参照すると、本発明による検査装置１００の好ましい実施形態の基本的な構成要素が示されている。検査装置１００は、板ガラス１０５の表面又は内部の欠陥（例えば傷、粒子、気泡）を識別するために協働する撮像系１０２（例えばカメラ１１０（例えばデジタルカメラ１１０）及びコンピュータ１１５）と照明系１２０とを含む。動作においては、コンピュータ１１５は照明系１２０及びデジタルカメラ１１０にトリガ信号（トリガパルス）を送り、これにより、照明系１２０が板ガラス１０５の部分１０４を照らす光１０２を発し、板ガラス１０５の反対側に配置されたデジタルカメラ１１０が板ガラス１０５の照らされた部分１０４の画像を取得する。次に、コンピュータ１１５はデジタルカメラ１１０によって取得された画像を解析し、板ガラス１０５のその部分１０４に欠陥があるか否かを判定する。板ガラス１０５全体を検査するために、板ガラス１０５全体のマクロ画像マップを作成するのに十分な画像をデジタルカメラ１１０が取得できるように、板ガラス１０５及び／又はデジタルカメラ１１０／照明系１２０を何らかの方法で移動させる必要がある。一実施形態では、板ガラス１０５はエアテーブル１３０上に配置されてもよく、デジタルカメラ１１０及び照明系１２０の位置に対して垂直方向に移動される（indexed）。次に、デジタルカメラ１１０及び照明系１２０は、スライド機構１４０によって板ガラス１０５の一方の側から他方の側へと水平方向に移動され、この間、デジタルカメラ１１０が画像を取得する。次に、板ガラス１０５はエアテーブル１３０によって垂直方向に移動される。このプロセスは、板ガラス１０５全体が検査されるまで繰り返される。

図１〜図５に示されるように、照明系１２０の好ましい実施形態は、照明器囲い部１２１と、取り付けアセンブリ１２２（図３参照）と、ストロボライト１２３と、球面反射器１２４（図４参照）と、主反射器１２５（図５参照）と、暗視野パッチ１２６と、拡散器１２７と、照明器スヌート１２８とを含む。詳細は後述するが、これらの構成要素１２１、１２２、１２３、１２４、１２５、１２６、１２７及び１２８は相互接続され、ストロボライト１２３から放射された光１０２が反射されて、広領域走査型デジタルカメラ１１０の視野と同じ又は略同じサイズの板ガラス１０５の部分１０４に向けられ得るよう機能する。デジタルカメラ１１０は、バスラー・ビジョン・テクノロジーズ社（Basler Vision Technologies）によって製造されている１秒当たり４８フレームを取得可能なＢａｓｌｅｒ Ａ２００シリーズのカメラ等といった、様々な市販のカメラの任意のものであってよい。デジタルカメラ１１０は、１秒当たり５００〜１０００フレームを取得可能なＣＭＯＳデジタルカメラ１１０であってもよい。

照明器囲い部１２１は、取り付けアセンブリ１２２を収容している。取り付けアセンブリ１２２は電球スタッド１２９を含み、電球スタッド１２９は、ストロボライト１２３を支持するストロボ安定器取付部１３０に接続される（図２及び図３参照）。ストロボライト１２３は、球面反射器１２４のキャビティ１３１内に配置される部分と、球面反射器１２４のキャビティ１３１から延出する部分とを有する（図１及び図４参照）。球面反射器１２４の外側リム１３２は、主反射器１２５（図５参照）のキャビティ１３４（例えば４５°キャビティ１３４）の内壁１３３に接続する。主反射器１２５の外側リム１３５は、照明器スヌート１２８の大開口部１３６に接続する（図１参照）。暗視野パッチ１２６が配置された拡散器１２７は、主反射器１２５と円錐形反射器である照明器スヌート１２８との間に固定される（図１参照）。照明器スヌート１２８は、大開口部１３６とは反対側の端部に小開口部１３７を有する。

図１及び図２に示されるように、ストロボ光源であるストロボライト１２３の中心は球面反射器１２４の中心と一致しており、球面反射器１２４から反射された光１０２はストロボ電球からのストロボライト１２３を通過し、ストロボライト１２３が主反射器１２５の方向に放射した光１０２と共に、更に主反射器１２５から反射される。放射され反射された光１０２は、暗視野パッチ１２６によって遮断されるか、又は、拡散器１２７を通過して照明器スヌート１２８に入り、この拡散された光１０２が板ガラス１０５の所望の部分／視野１０４を均一に照らす。照明器スヌート１２８により、ガラスの欠陥箇所で散乱せずにカメラレンズに直接到達する光の部分が遮断されると共に、小開口部１３６を通過した拡散光１０２のみがガラスに到達可能になる。

拡散器１２７は、照明器スヌート１２８の端部にある小開口部１３７の全領域にわたって光１０２を均等に配分する。拡散器１２７は、ストロボライト１２３の電球並びに球面反射器１２４及び主反射器１２５の内面の不完全性を補償する一助にもなる。好ましい実施形態では、拡散器１２７は光の吸収が最小限の材料でできており、拡散角度は、ほぼ光の最大入射角度でなければならない。適切な開口数を有するマイクロレンズアレイを用いてもよい。

暗視野パッチ１２６は、発光された光１０２の一部分を板ガラス１０５上で光らないよう遮断し、これにより、デジタルカメラ１１０による暗視野画像の捕捉が可能になる。具体的には、暗視野パッチ１２６は、ストロボライト１２３からデジタルカメラ１１０に直接進む光１０２を遮断する。その結果、暗視野画像では、完璧な板ガラス１０５は暗視野として見える。ガラスの表面又は内部の粒子、傷、ガラス表面の不連続、ガラス内部の気泡等といった欠陥を有する完璧ではない板ガラス１０５は、暗視野画像中の明るい点として見える。

反射器１２４及び１２５の形状は、ストロボライト１２３の特性を考慮して設計される。具体的には、特定のストロボライト１２３の出力が最適化されるように一連の式を数値的に解くことにより得られた曲線を用いて、反射器１２４、１２５の形状を設計する。好ましい実施形態では、ストロボライト１２３は、ストロボパルスを連続してトリガするために例えば２つの赤色発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いるよう変更されたパーキン・エルマー社（Perkin Elmer）のＸ−４００ストロボである。照明器スヌート１２８は、照明器スヌート１２８の内面によってカメラレンズの前面要素（図１参照）の方向に散乱した光１０２を吸収することによってデジタルカメラ１１０のレンズのグレアを低減するよう機能する、光吸収性の内面を有することもできる。照明器スヌートは円錐形以外の形状を有してもよいが、開口部１３７は有するべきである。

図６を参照すると、本発明による板ガラス１０５の表面及び内部の欠陥を識別するための好ましい方法６００の基本的なステップを示すフローチャートが示されている。ステップ６０２及び６０４で開始し、デジタルカメラ１１０及び照明系１２０が設けられ板ガラス１０５の両側に対向して配置される。ステップ６０６で、デジタルカメラ１１０及び照明系１２０がコンピュータ１１５によって制御され、照明系１２０が板ガラス１０５の部分１０４に向かって拡散光１０２を発するよう動作し、デジタルカメラ１１０が板ガラス１０５の部分１０４の暗視野画像を生成するよう動作し、この暗視野画像は、板ガラス１０５の表面又は内部に欠陥があるか否かを判定するためにコンピュータ１１５によって解析される。板ガラス１０５全体を検査するために、板ガラス１０５全体のマクロ画像マップを作成するのに十分な画像をデジタルカメラ１１０が取得できるように、板ガラス１０５及び／又はデジタルカメラ１１０／照明系１２０は何らかの方法で移動される必要がある。一実施形態では、板ガラス１０５はエアテーブル１３０上に配置されてもよく、デジタルカメラ１１０及び照明系１２０の位置に対して垂直方向に移動される。次に、デジタルカメラ１１０及び照明系１２０は、スライド機構１４０によって板ガラス１０５の一方の側から他方の側へと水平方向に移動され、この間、デジタルカメラ１１０が画像を取得する。次に、板ガラス１０５はエアテーブル１３０によって垂直方向に移動される。このプロセスは、コンピュータ１１５が板ガラス１０５の全領域を検査するまで繰り返される。コンピュータ１１５によって識別され得る欠陥のタイプには、例えば、（１）板ガラス１０５の表面の粒子、（２）板ガラス１０５の内部の粒子（例えばシリカ粒子）、（３）板ガラス１０５の表面の傷、（４）板ガラス１０５の表面の不連続、又は（５）板ガラス１０５の内部の気泡が含まれる。

上記から、撮像系１０２（例えばデジタルカメラ１１０及びコンピュータ１１５）及び照明系１１５を含む検査装置１００（図２〜図５参照）を用いて、板ガラス１０５（例えばＬＣＤガラス基板１０５）の表面及び内部の欠陥を検査して識別できることが、当業者は容易に認識できよう。好ましい実施形態では、照明系１２０は、光１０２を発するストロボライト１２３と、発光された光１０２の一部分を反射する球面反射器１２４及び主反射器１２５とを含む。照明系１２０は、発光された光及び反射された光１０２の一部分を遮断する暗視野パッチ１２６と、発光された光及び反射された光１０２の暗視野パッチ１２６によって遮断されなかった部分を拡散する拡散器１２７とを更に含む。照明系１２０は、拡散器１２７によって拡散された光１０２を収容して、開口部１３７を通って板ガラス１０５の部分１０４を照らす方向に拡散光１０２を向かわせる照明器スヌート１２８を更に含む。撮像系１０２、具体的には板ガラス１０５の他方の側に配置されたデジタルカメラ１１０は、画像を取得し、この画像は、板ガラス１０５の部分１０４に欠陥があるか否かを判定するためにコンピュータ１１５によって解析される。

好ましい実施形態では、球面反射器１２４及び主反射器１２５は、特定の分光帯域における反射率を高めるために、電鋳法やダイヤモンド旋盤に続くコーティングによって形成されたエンハンスドアルミ（enhanced aluminum）コーティング（例えば）等のミラー内面を有する。例えば、球面反射器１２４を直角に対して最適化し、主反射器１２５を４５°に対して最適化するというように、コーティングを特定の入射角に対して最適化できる。尚、球面反射器１２４は必須ではないが、ストロボによって発光された光をより多く集光することにより、ＦＯＶ（視野）１０４における光強度を高めるのに有用である。効率が高まることにより、照明系１２０の長さ及び径を低減することができる。

更に別の実施形態では、照明系１２０は明視野モードで動作してもよく、この場合、暗視野パッチ１２６は除かれ、ストロボライト１２３から発光された光１０２が直接透明な板ガラス１０５を通過し、デジタルカメラ１１０は明視野画像を取得する。明視野モードでは、内包物や傷等の欠陥は、光１０２の一部を遮断するので、暗い点として現れる。ガラスの屈折率の局所的な変化を生じる欠陥は、明るい点として又は明るい点と暗い点の組み合わせとして現れる。しかし、暗視野モードで動作する照明系１２０では、明視野画像よりコントラストが高く、且つ小さい欠陥に対する感度が明視野画像よりも高い画像を捕捉できることを認識されたい。

本発明の検査装置１００は、従来のアナログカメラ／照明系の代わりに、広領域走査型デジタルカメラ１１０（例えば、Ｂａｓｌｅｒ Ａ２００シリーズのデジタルカメラ１１０）及び照明系１２０を用いる。デジタルカメラ１１０は、約３０×３０ｍｍ^２の視野を有し得るので、欠陥走査領域が実効上３倍になり、マクロ走査撮像時間が従来のアナログカメラ／照明系の半分に削減される。照明系１２０は、特別に設計された反射器１２４及び１２５と、照明器スヌート１２８と、拡散器１２７と、暗視野パッチ１２６とで構成される。反射器１２４、１２５、並びに照明器スヌート１２８は、意図された視野の均一な照明を提供すると共にストロボライト１２３の損失を最小限にするために、特定のストロボライト１２３の光源を囲んで設計される点が独特である。以下に、本発明の例示的な長所の一部を挙げる。

１）板ガラス１０５の欠陥の正確な暗視野画像を得るために必要な十分な光強度及び光の均一性が提供される。

２）実効上の視野が従来の検査装置の３倍になり、板ガラス１０５の検査時間が低減される。

３）ストロボライト１２３の動作に必要な電力が低減され、ストロボライト１２３の寿命が増える。

４）コストが高く寿命が短いファイバ束を用いる必要がなくなる。

５）同じ視野を有する従来の集光光学系と比べてコンパクトな照明器の設計が可能になる。

本発明の一実施形態を添付の図面に図示すると共に上記詳細説明において説明したが、本発明は開示された実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲によって述べられ且つ定義される本発明の精神から逸脱することなく、多くの再構成、変形及び置き換えが可能であることが理解されるべきである。

本発明による検査装置の基本的な構成要素を示す図 図１に示されている検査装置の一部である照明系の斜視図 図２に示されている照明系のストロボライトの固定に用いられる取り付けアセンブリの斜視図 図２に示されている照明系で用いられる球面反射器の斜視図 図２に示されている照明系で用いられる主反射器の斜視図 本発明による板ガラスの表面及び内部の欠陥を識別するための好ましい方法の基本的なステップを示すフローチャート

Claims (11)

1. 板ガラスの欠陥を識別するための検査装置であって、
   カメラと照明系とを備え、
   前記照明系が、
   光を発するストロボライトと、
   前記発光された光の一部分を反射する主反射器と、
   前記発光された光及び前記反射された光を前記板ガラスの一部分にわたって拡散させる拡散器と
   を含み、
   前記板ガラスの一方の側に配置された前記カメラが、前記板ガラスの他方の側に配置された前記照明系から発せられた前記拡散光によって照らされた前記板ガラスの前記部分に欠陥があるか否かを示す画像を生成することを特徴とする検査装置。
2. 前記板ガラスを移動させる移動装置と、
   前記板ガラスのマクロ画像マップを作成するための複数の画像を前記カメラが生成できるよう前記カメラ及び前記照明系を移動させるスライド装置と、
   を更に備えることを特徴とする請求項１記載の検査装置。
3. 前記照明系が、ガラスの欠陥箇所で散乱しない光の部分が前記カメラの対物レンズに到達しないよう遮断することによって前記カメラの対物レンズのグレアを解消する照明器スヌートを含むことを特徴とする請求項１記載の検査装置。
4. 前記照明系が、前記ストロボライトから発光された光の一部分を前記主反射器及び前記拡散器に向かわせる球面反射器を含むことを特徴とする請求項１記載の検査装置。
5. 前記照明系が、前記カメラが前記板ガラスの前記部分の暗視野画像を生成できるように前記ストロボライトから発光された光の一部分を遮断する暗視野パッチを更に含むことを特徴とする請求項１記載の検査装置。
6. 前記欠陥が、
   前記板ガラスの表面の粒子、
   前記板ガラスの内部の粒子、
   前記板ガラスの表面の傷、
   前記板ガラスの表面の不連続、
   前記板ガラスの内部の気泡、または
   マイクロレンズ又はシリカ内包として知られる前記ガラスの屈折率の局所的逸脱、
   を含むことを特徴とする請求項１記載の検査装置。
7. 板ガラスの欠陥を識別する方法であって、
   カメラ及びコンピュータを含む撮像系を設ける工程と、
   光を発するストロボライトと、前記発光された光の一部分を反射する主反射器と、前記発光された光及び前記反射された光を前記板ガラスの一部分にわたって拡散させる拡散器とを含む照明系を設ける工程と、
   前記板ガラスの一方の側に配置された前記カメラが、前記板ガラスの前記カメラとは反対側に配置された前記照明系から発せられた前記拡散光によって照らされた前記板ガラスの前記部分に欠陥があるか否かを判定するために前記コンピュータによって解析される画像を生成できるように、前記カメラ及び前記照明系を動作させる工程と、
   を有してなることを特徴とする方法。
8. 前記板ガラスのマクロ画像マップを作成するための複数の画像を前記カメラが生成できるよう前記板ガラスを移動させる工程を更に備えることを特徴とする請求項７記載の方法。
9. 前記照明系が、前記ストロボライトから発光された光の一部分を前記主反射器及び前記拡散器に向かわせる球面反射器を含むことを特徴とする請求項７記載の方法。
10. 前記照明系が、前記カメラが前記板ガラスの前記部分の暗視野画像を生成できるように前記ストロボライトから発光された光の一部分を遮断する暗視野パッチを更に含むことを特徴とする請求項７記載の方法。
11. 前記欠陥が、
    前記板ガラスの表面の粒子、
    前記板ガラスの内部の粒子、
    前記板ガラスの表面の傷、
    前記板ガラスの表面の不連続、
    前記板ガラスの内部の気泡、または
    マイクロレンズ又はシリカ内包として知られる前記ガラスの屈折率の局所的逸脱、
    を含むことを特徴とする請求項７記載の方法。

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