DE102014011268A1 - Optical defect detection - Google Patents
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Abstract
Eine verbesserte Vorrichtung zur Detektion von Defektstellen (7, 7') auf einem Objekt (1) , insbesondere von Fehlstellen (7) in Form von Mikrolöchern (7') in einer Materialbahn (1') oder einem Film (1'') zeichnet sich unter anderem durch folgende Merkmale aus – es ist zumindest eine primäre Lichtquelle (L, L1) vorgesehen, worüber ein Lichtstrahl erzeugbar ist, – mit einer Sensor- und/oder Detektionseinrichtung mit Sensor- oder Detektorelementen (SES, SE – mit einer Auswerteeinrichtung (AE) zur Auswertung der Defektstelle (7), – die Vorrichtung mit der Auswerteeinrichtung (AE) c) umfasst für die Sensor- oder Detektorelemente (SES , SE) eine Balanzierschaltung derart, dass unter Differenzbildung zwischen einem von einem Sensor- oder Detektorelement (SES, SE) erzeugten Messsignal und zumindest einem von einem benachbarten oder referenzierten Sensor- oder Detektorelement (SES , SE) erzeugten Messsignal ein balanziertes Signal zur Defektstellen-Auswertung erzeugt wird, und/oder d) umfasst einen Messaufbau derart, dass die Defektstellen (7, 7') die Strahl- oder Fokustaillen (2w0), die auf die Oberfläche des zu untersuchenden Objekts (1) abgebildet sind, mit einer Geschwindigkeit (v) durchlaufen, wobei ein Defektstellen-abhängiges Messsignal (Faltung) durch ein in dem Strahlengang nach der Defektstelle (7, 7') angeordnetes Sensor- und/oder Detektorelement (SES, SE) vom Eintritt der Defektstelle (7, 7') in die Strahl- oder Fokustaille (2w0) bis zum Verlassen der Strahl- oder Fokustaille (2w0) erzeugt wird.An improved device for the detection of defects (7, 7 ') on an object (1), in particular of defects (7) in the form of microholes (7') in a material web (1 ') or a film (1' ') draws inter alia by the following features: at least one primary light source (L, L1) is provided, by means of which a light beam can be generated, with a sensor and / or detection device with sensor or detector elements (SES, SE) with an evaluation device ( AE) for evaluating the defect location (7), - the device with the evaluation device (AE) c) comprises a balancing circuit for the sensor or detector elements (SES, SE) in such a way that a difference between one of a sensor or detector element (SES , SE) and at least one measurement signal generated by an adjacent or referenced sensor or detector element (SES, SE) generates a balanced signal for defect location evaluation, and / or d) comprises a measurement setup such that the defect sites (7, 7 ') pass through the beam or focus waists (2w0) imaged onto the surface of the object (1) to be examined at a speed (v), a defect location -dependent measurement signal (convolution) by a in the beam path to the defect point (7, 7 ') arranged sensor and / or detector element (SES, SE) from the entrance of the defect point (7, 7') in the jet or Fokustaille (2w0 ) until leaving the jet or focus waist (2w0).
Description
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Detektionsmethode zur Messung von Fehlstellen (Defektstellen) in und auf Materialien. Durch die Messtechnik können Anwendungen an unterschiedlichsten Formkörpern, insbesondere aber an Materialbahnen (Polymer- oder Metall-Folien, Papier- oder Textil-Bahnen), Beschichtungen und permeablen oder porösen Materialien abgedeckt werden. Eine besondere Anwendung der Messtechnik bezieht sich auf sog. Separatorfolien und Membranen.The invention relates to an optical detection method for measuring defects (defects) in and on materials. By measuring techniques applications on a variety of moldings, but especially on material webs (polymer or metal foils, paper or textile webs), coatings and permeable or porous materials can be covered. A special application of measurement technology relates to so-called separator films and membranes.
Bei diesen Separatorfolien kann es produktionsbedingt vorkommen, dass durchgängige Mikrolöcher (Pinholes) über die Foliendicke (th) auftreten, die schlimmstenfalls zu einem Versagen der Batterie führen könnten.With these separator films, production-related pinholes may occur across the film thickness (th), which in the worst case could lead to battery failure.
Um diese Löcher zu detektieren, gibt es auf dem Markt zwei hauptsächliche Verfahren, nämlich eine optische und eine elektrostatische Detektion.To detect these holes, there are two main methods in the market, namely optical and electrostatic detection.
Stand der TechnikState of the art
Defekterkennungssysteme sind vielfältig auf dem Markt (Schenk, OCD, ISRA, Futec, ua.) vertreten. Im Prinzip wird dabei ein bewegtes Objekt mit einer Lichtquelle, meist einer LED Linienquelle, angestrahlt, und das re-flektierte oder transmittierte Licht mit einer Zeilenka-mera, meist einem CCD oder CMOS Array, über eine Fo-kusoptik detektiert. Tritt eine Fehlstelle auf, ergibt sich eine Abweichung in den Grauwerten gegenüber einer Referenz. Die Analyse der Messwerte erfolgt dann gegenüber Fehlmustern aus einem Teaching-Verfahren. Die Auf-lösung der gängigen Detektionssysteme hängt in Richtung der Arbeitsbreite (AB) – bei bewegten Materialbahnen wie beispielsweise Kunststofffolien in Querrichtung (TD) quer zur Abzugsrichtung der Materialbahn – von der Anzahl und Größe der Arraypixel bzw. der Anzahl der verwendeten Kameras, und in Laufrichtung der Warenbahn (MD) von der Taktfrequenz des Arrays ab. Derzeit sind auf dem zivilen Markt Kameras (Teledyne) mit einer Pixelgröße (Pitch) von 3.5 μm, 16 k Pixel und einer Datenübertragungsrate (Zeilenrate; line rate) von bis 140 kHz verfügbar.Defect detection systems are widely represented in the market (Schenk, OCD, ISRA, Futec, etc.). In principle, a moving object is irradiated with a light source, usually an LED line source, and the re-inflected or transmitted light is detected by means of a line camera, usually a CCD or CMOS array, via a photo-optic system. If a defect occurs, there is a deviation in the gray values compared to a reference. The analysis of the measured values then takes place against faulty patterns from a teaching procedure. The resolution of the conventional detection systems depends on the working width (AB) - with moving material webs such as plastic films in the transverse direction (TD) transverse to the withdrawal direction of the material web - the number and size of the Arraypixel or the number of cameras used, and in Direction of the web (MD) from the clock frequency of the array. Currently available in the civilian market are cameras (Teledyne) with a pixel size (pitch) of 3.5 μm, 16 k pixels and a data transmission rate (line rate) of up to 140 kHz.
Das Verfahren ist bei kontrastreichen Fehlstellen und bei Materialien mit verschiedenen optischen Eigenschaften zwischen Grundmaterial und Fehlstelle geeignet. Zu-dem sollte die Material- oder Warenbahn nicht zu stark absorbieren bzw. streuen. Derzeit werden Defekte größer gleich 50 μm mit dem Verfahren gemessen, im experimentellen Bereich liegt die Grenze derzeit bei 14 μm, die Defekte selbst werden mit einer synchronisierten Mikroskopie qualifiziert.The method is suitable for high-contrast defects and materials with different optical properties between base material and defect. In addition, the material or web should not absorb too much or scatter. Currently, defects larger than or equal to 50 μm are measured by the method, in the experimental range the limit is currently 14 μm, the defects themselves are qualified with synchronized microscopy.
Kleine Signaländerungen, wie etwa Mikrolöcher, Porositäten oder Mikrokratzer vor einem stark transmittierenden oder streuenden Hintergrund können wegen der Übersteuerung der Arrayelemente nicht detektiert werden. Das größte Problem stellt die Beugung der sehr kleinen Fehl-stellen (unter 50 μm) dar, die dazu führt, dass die Intensitätsverteilung des Airy Musters stark abnimmt und vor dem Untergrundsignal nicht mehr zu detektieren ist. Die Bildhelligkeit ist dem Durchmesser des Pinholes zur vierten Potenz proportional. Bei halbem Durchmesser sinkt also die Lichtmenge um den vierfachen Wert, die Fläche des Beugungsscheibchens erhöht sich um das Vier-fache. Die Lichtstromdichte wird also im Bildpunkt 16-mal geringer.Small signal changes, such as microholes, porosities or micro-scratches in front of a strongly transmitting or scattering background, can not be detected due to overdriving of the array elements. The biggest problem is the diffraction of the very small imperfections (below 50 microns), which causes the intensity distribution of the Airy pattern decreases sharply and is no longer detectable before the background signal. The image brightness is proportional to the diameter of the pinhole to the fourth power. At half the diameter, therefore, the amount of light decreases by four times, the area of the diffraction disk increases fourfold. The luminous flux density is thus 16 times lower in the pixel.
Ein weiteres Problem stellen die Linienleuchten dar, da sich durch die diskrete Anordnung der LED ein periodisches Intensitätsmuster ergibt.Another problem is the line lights, since the discrete arrangement of the LED results in a periodic intensity pattern.
Die
Ähnliche Sensoren, allerdings ohne Polarisationsmessung, finden sich in der
Zudem sind Leseeinrichtungen aus Scaneinrichtungen (
Alle diese Sensoren haben den Nachteil, dass sie die Signale von beugenden Fehlstellen gegenüber dem Hintergrundsignal nicht auflösen können.All of these sensors have the disadvantage that they can not resolve the signals of diffractive defects with respect to the background signal.
MD-Auflösung nach dem Stand der TechnikMD resolution according to the prior art
Die Auflösung in Transportrichtung hängt von der Ausleserate (Auslesegeschwindigkeit – line rate l_r) und der Geschwindigkeit des Objektes v bzw. des Defektes ab. Nimmt man an, es sollen Defekte von 7 [μm] detektiert werden, dann ist das mit einer Ausleserate von 70 [kHz] (line rate – Rasterzeit ca 14 [μs]) bis zu MD Geschwindigkeiten, von 30 [m/min] möglich (
In einer idealisierten Darstellung (
Kleinere Defekte (in
Realistisch ist jedoch zu berücksichtigen, dass Abbildungen > 1 verwendet und meist keine kohärenten Lichtquellen verwendet werden. Insbesondere bei Defekten kleiner 50 [μm] müssen die Beugungseffekte berücksichtigt werden.Realistically, however, it has to be taken into account that images> 1 are used and usually no coherent light sources are used. Especially for defects smaller than 50 [μm], the diffraction effects must be considered.
Durch Beugung an einer Defektstelle z. B. in Form eines Mikroloches entsteht eine starke Aufweitung des Abbildes (Airy Scheibe). Durch die Fraunhofer-'sche Beugung erhält man statt eines Lichtpunktes, wie es die geometrische Optik fordern würde, ein Beugungsscheibchen (Airy Scheibe) mit dem Durchmesser DA = 2.44 λf/DP, wobei λ die Wellenlänge des eingestrahlten monochromatischen Lichtes, f die Brennweite und DP der (durchschnittliche) Durchmesser des Defekts einer Abbildungslinse benennt.By diffraction at a defect z. B. in the form of a micro hole creates a strong expansion of the image (Airy disc). Instead of a point of light, as required by geometrical optics, Fraunhofer diffraction yields a diffraction disk (Airy disk) with a diameter DA = 2.44 λf / DP, where λ is the wavelength of the irradiated monochromatic light, f is the focal length and DP designates the (average) diameter of the defect of an imaging lens.
Bei kleinen Defekten wird also, auch bei Verwendung einer kohärenten Lichtquelle, nicht mehr scharf abgebildet, sondern es entsteht ein aufgeweitetes Airy Muster, dessen Bildhelligkeit zudem mit der vierten Potenz des kleiner werdenden Radius abnimmt. Statt der Pixel n und n + 1 im aufgeführten Beispiel werden nun DA/Pitch [Pixel] beleuchtet, und zwar mit stark verringerter Intensität.In the case of small defects, even when a coherent light source is used, the focus is no longer sharp, but a widened Airy pattern is created whose image brightness also decreases with the fourth power of the decreasing radius. Instead of the pixels n and n + 1 in the example given, DA / Pitch [pixels] are now illuminated with greatly reduced intensity.
TD-Auflösung nach dem Stand der TechnikTD resolution according to the prior art
Angenommen eine 1:1 Abbildung auf ein Array liegt vor (
In
- A: Auflösung in TD-Richtung [μm] mit 2048 [Pixel] Kamera
- B: Auflösung in TD-Richtung [μm] mit 4096 [Pixel] Kamera
- C: Auflösung in TD-Richtung [μm] mit 8192 [Pixel] Kamera
- D: Auflösung in TD-Richtung [μm] mit 16384 [Pixel] Kamera.
- A: Resolution in TD direction [μm] with 2048 [pixel] camera
- B: Resolution in TD direction [μm] with 4096 [pixel] camera
- C: Resolution in TD direction [μm] with 8192 [pixel] camera
- D: Resolution in TD direction [μm] with 16384 [pixel] camera.
Bei der in
Um die Auslese- oder Abtastrate (line rate) möglichst groß zu machen, wird die Pitch-Größe (also das Abstandsmaß) und damit die Arraylänge verkleinert.In order to make the readout or sampling rate (line rate) as large as possible, the pitch size (ie the distance measure) and thus the array length is reduced.
Aus Kostengründen wird eine Abbildung größer 1:1 gewählt, was jedoch zur Folge hat, dass die Intensitäts-verteilung eines kleinen Defektes auf weniger Pixel bzw. einen kleineren Teilbereich eines Pixel abgebildet wird, und die Intensität pro Pixel gegenüber dem Untergrund stark abnimmt, und damit die Detektion erschwert.For cost reasons, an image larger than 1: 1 is selected, which has the consequence, however, that the intensity distribution of a small defect is mapped to fewer pixels or a smaller partial area of a pixel, and the intensity per pixel decreases greatly relative to the background, and so that the detection difficult.
Zusammen mit der Beugung an kleinen Defekten ist das Signal kaum mehr vom Rauschen zu unterscheiden. Analoges gilt für Contact-Image-Sensor (CIS).Together with the diffraction at small defects, the signal is hardly distinguishable from the noise. The same applies to contact image sensor (CIS).
Bei anderen Systemen mit einer Fokusoptik wird ein bestimmter Arbeitsbereich ABa auf einem einzelnen Sensor Rr abgebildet. Viele dieser Einzeldetektoren Rr werden dann entlang der Arbeitsbreite (AB) hintereinander oder überlappend angereiht. Treten z. B. mehrere Defekte innerhalb ABa zeitgleich auf, dann erhöht sich am Rr die Signalhöhe entsprechend.In other systems with focus optics, a particular work area ABa is mapped onto a single sensor Rr. Many of these individual detectors Rr are then lined up along the working width (AB) in succession or overlapping. Occur z. B. several defects within ABa at the same time, then increases the Rr signal height accordingly.
Ist bei dieser Sensoranordnung das Trägermaterial, also die Materialbahn nicht transparent bzw. nicht reflektierend, dann hängt die Defekterkennung überwiegend von der Empfindlichkeit des Sensors ab.Is in this sensor arrangement, the carrier material, ie the material web is not transparent or not reflective, then the defect detection depends mainly on the sensitivity of the sensor.
Ist das Material teilweise transmittierend bzw. reflektierend, dann wird neben dem Defektsignal auch das Hintergrundsignal verstärkt bzw. detektiert, so dass das Signal schwer vom Hintergrund zu trennen ist.If the material is partially transmissive or reflective, then the background signal is amplified or detected in addition to the defect signal, so that the signal is difficult to separate from the background.
Signal- zu Hintergrund und Signal-/RauschverhältnisSignal to background and signal to noise ratio
Um das Signal- zu Hintergrund-Verhältnis und damit das zur Signal-/Rausch-Verhältnis zu verbessern bieten sich folgende Lösungsmöglichkeiten an:
- – Eine schmale Laserlinie einzusetzen. Das Signal-/Hintergrundverhältnis wird umso schlechter, je größer die angestrahlte Fläche ist.
- – Eine Wellenlänge für den Strahler (Laser) zu verwenden, bei der die zu überprüfende Materialbahn insbesondere in Form einer Folie stärker absorbiert.
- – Streulicht auszublenden.
- – Polarisationsänderung der Folie berücksichtigen.
- – Zusätzliche Eigenschaften der Objekte ausnutzen.
- - Use a narrow laser line. The signal / background ratio gets worse, the larger the illuminated area.
- - To use a wavelength for the radiator (laser), in which absorbs the material to be tested web more particularly in the form of a film.
- - hide stray light.
- - Consider polarization change of the foil.
- - exploit additional properties of the objects.
Die einfachste Anordnung liegt vor, wenn das Objekt, insbesondere eine Warenbahn, nur für Defekte durchsichtig ist, bzw. nur die Defekte in Hell- oder Dunkelfeldanordnung, reflektieren. Dann liegt ein gutes Kontrastverhältnis vor und die Detektionsgrenze wird durch die Größe und die Eigenschaften des Defektes, der Abzugsgeschwindigkeit und der Bandbreite der Detektion festgelegt.The simplest arrangement is when the object, in particular a web, is transparent only for defects, or reflect only the defects in light or dark field arrangement. Then there is a good contrast ratio and the detection limit is determined by the size and characteristics of the defect, the withdrawal speed and the bandwidth of the detection.
Ist die Material- oder Warenbahn z. B. eine Aluminiumfolie oder eine mit Aluminium beschichtete lichtdurchlässige Materialbahn, dann wird z. B. sichtbares Licht absorbiert. Defekte in Form von z. B. Mikrolöchern können dann theoretisch bis zur Auflösungsgrenze des verwendeten Lichtes detektiert werden.Is the material or web z. As an aluminum foil or coated with aluminum translucent material web, then z. B. absorbs visible light. Defects in the form of z. B. Microholes can then be detected theoretically up to the resolution limit of the light used.
Das praktische Problem besteht darin, das geringe Signal des Mikroloches (Pinhole) vom Rauschsignal zu unterscheiden. Ist die Differenz groß genug, kann über mathematische Verfahren das Pinhole-Signal klar unterschieden werden. Treten jedoch Beugungen oder Streuungen am Defekt auf, ist keine Unterscheidung mehr möglich, selbst wenn die eingestrahlte Intensität stark erhöht wird. Das Hauptproblem bei Zeilen-Systemen nach dem Stand der Technik besteht darin, dass das Airy Muster auf viele Zellen abgebildet wird, und somit vom Rausch- bzw. Hintergrundsignal nicht mehr unterschieden werden kann. Zudem erfolgt die geometrische Abbildung des Defektes auf dem Detektor über eine Fokusoptik, die das gesamte Raumlicht sammelt und zum Rauschsignal bzw. Untergrundsignal beiträgt.The practical problem is to distinguish the low signal of the microhole (pinhole) from the noise signal. If the difference is large enough, the pinhole signal can be clearly distinguished by mathematical methods. However, if diffraction or scattering occurs at the defect, no distinction is possible even if the irradiated intensity is greatly increased. The main problem with prior art line systems is that the Airy pattern is mapped onto many cells and thus can no longer be distinguished from the noise or background signal. In addition, the geometric image of the defect on the detector via a focus optics, which collects the entire room light and contributes to the noise signal or background signal.
Wird in Reflektion oder Dunkelfeldanordnung detektiert, dann sind die Reflexionseigenschaften des Defektes im Vergleich zum Trägermaterial zu berücksichtigen.If it is detected in reflection or dark field arrangement, then the reflection properties of the defect compared to the carrier material have to be considered.
Kleines Signal bei großem UntergrundSmall signal on a large surface
Noch schwieriger wird die Situation, wenn die Warenbahn transmittiert und/oder streut. Dann erhöht sich das Signal zu Hintergrund und Signal-/Rauschverhältnis erheblich (
Insoweit wird auf
Ist die Beleuchtungsintensität zudem unterschiedlich über die entsprechende Teilstrecke, dann wird der Pixel n anders beleuchtet als der nächste benachbarte Pixel n + 1.In addition, if the illumination intensity is different over the corresponding partial path, then the pixel n is illuminated differently than the next adjacent
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Von daher ist es die Aufgabe der Erfindung die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen und eine verbesserte Vorrichtung für eine optische Fehlstellendetektion zu schaffen.It is therefore the object of the invention to overcome the disadvantages of the prior art and to provide an improved apparatus for optical defect detection.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is achieved according to the features specified in
Die Erfindung beruht auf einem System und einem Verfahren zur Messung von Defekten, um:
- • die Bandbreite BW der Sensorik in MD-Abzugsrichtung der Materialbahn zu erhöhen, und damit die Abzugsgeschwindigkeit zu erhöhen;
- • Defekte zu erkennen, die der Fraunhofer oder Fresnel Beugung unterliegen;
- • Defekte in oder auf Objekten zu erkennen, die den Messstrahl zumindest teilweise transmittieren, streuen bzw. reflektieren;
- • Defekte zu erkennen, die ein geringes Signal-Rauschverhältnis aufweisen;
- • Defekte zu erkennen, die ein hohes Untergrundsignal aufweisen;
- • Ungleichmäßigkeiten der Beleuchtungsquelle auszugleichen.
- • to increase the bandwidth BW of the sensor in the MD take-off direction of the material web, and thus to increase the take-off speed;
- • detect defects that are subject to Fraunhofer or Fresnel diffraction;
- • detecting defects in or on objects that at least partially transmit, scatter or reflect the measuring beam;
- • detect defects that have a low signal-to-noise ratio;
- • detect defects that have a high background signal;
- • To compensate for unevenness of the illumination source.
Im Prinzip tastet der Defekt die Strahltaille (2w0) eines fokussierten Linienlasers L ab. Diese Faltung ergibt zusammen mit der hohen Bandbreite der Abtastsensorik und der Kenntnis der Abzugsgeschwindigkeit ein Signal, das den Rückschluss auf die Defektart, die Form und Größe ermöglicht.In principle, the defect scans the beam waist (2w0) of a focused line laser L. This convolution, together with the high bandwidth of the scanning sensor and the knowledge of the take-off speed, gives a signal which makes it possible to draw conclusions about the type of defect, the shape and size.
Insbesondere ist im Rahmen der Erfindung eine Referenzierung des Messsignals gegenüber dem Untergrundsignal während des laufenden Betriebes möglich. Bei Anlagen nach dem Stand der Technik wird eine Referenzierung z. B. gegenüber einem defektfreien Objekt
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen im Einzelnen:The invention will be explained in more detail with reference to drawings. In detail:
Die Erfindung wird nachfolgend zunächst anhand einer grundsätzlichen Messanordnung unter Bezugnahme auf
Bei der optischen Detektion wird eine Materialbahn
Im gezeigten Ausführungsbeispiel in der schematischen Draufsicht gemäß
Über die Querrichtung TD der Materialbahn
Das Konzept der Detektionsrichtung in Dickenrichtung th der Materialbahn
Die Lichtwelle L entlang der Arbeitsbreite (vorzugsweise in TD Richtung) besteht aus einer oder mehrerer einzelner Lichtquellen L1, die gestapelt entlang der AB angeordnet werden. Dabei ist aus
In Transmissions- oder Reflektionsrichtung oder in einer Dunkelfeldanordnung befindet sich ferner eine Detektionseinrichtung, die nachfolgend auch als Sensor oder Sensor-Einrichtung S bezeichnet wird. Diese Sensoreinrichtung kann aus einer oder mehreren Einheiten Ss bestehen kann, die das von der TD-Lichtquelle L ausgestrahlte und von der Materialbahn
Die Zuordnung des Defektes in Laufrichtung erfolgt über einen Zeittakt und/oder Sensor, der die MD Bewegung des Objektes
Um die Lagenschwankung einer Warenbahn gering zu halten, können bekannte Maßnahmen zur Stabilisierung, wie z. B. mit nahe beieinander liegenden Walzen, Luftkissen usw. durchgeführt werden.In order to keep the position fluctuation of a web low, known measures for stabilization, such as. B. with closely spaced rolls, air cushion, etc. are performed.
Um das Umgebungslicht und evtl. Lichtleitung im Trägermaterial zu verringern können entsprechende Strahlfallen eingesetzt werden, wodurch Untergrund- und/oder Streustrahlung soweit als möglich absorbiert werden soll.In order to reduce the ambient light and possibly light conduction in the carrier material, corresponding beam traps can be used, so that background and / or scattered radiation should be absorbed as far as possible.
Anhand eines einfachen Versuchsaufbaus der
A) Fallbeispiele bei gutem Signal/Rausch, UntergrundverhältnisA) Case studies with good signal / noise, background ratio
Ein Laser L1 strahlt im Normalenvektor der TD-MD Ebene E auf ein Objekt
a) Nimmt man den statischen Fall an, bei dem genau ein Defekt, z. B. ein Mikroloch
Bedeutend ist allerdings die zunehmende Beugungserscheinung bei kleiner werdenden Defekten.Significant, however, is the increasing diffraction phenomenon with smaller defects.
Aufgrund der Airy Beziehung unterliegt die Defektstelle
Angenommen ein Defekt tritt entlang einer parallelen Linie zur TD durch OA z. B. an der PIN_An auf.Suppose a defect occurs along a parallel line to the TD by OA z. B. at the PIN_An on.
Die Intensität an der PIN_An nimmt stark ab, während die Intensität der umgebenden PIN zunimmt. Insbesondere wenn die aktiven Flächen der PIN nahe beieinander liegen, wie das z. B. bei Zeilenarrays der Fall ist. Je weiter das Sensorelement vom Objekt entfernt ist, desto stärker wird der Effekt.The intensity at the PIN_An decreases sharply while the intensity of the surrounding PIN increases. In particular, when the active areas of the PIN are close to each other, such as the z. B. is the case with line arrays. The farther the sensor element is from the object, the stronger the effect becomes.
a) Um diesen einfachen statischen Fall detektierbar zu machen können folgende Methoden angewandt werden:a) To make this simple static case detectable, the following methods can be used:
- – Referenzierung durch Takten (z. B. Ein- und Ausschalten) der Laserquelle;- referencing by clocking (eg switching on and off) the laser source;
-
– die Verwendung einer Blende PFS (siehe
7 ) zwischen dem Objekt1 und dem Sensorelement SEs verringert das gebeugte Licht und damit das Untergrundsignal;- the use of a diaphragm PFS (see7 ) between theobject 1 and the sensor element SEs reduces the diffracted light and thus the background signal; - – die Verwendung von Arrays mit einer kleineren Pitch-Größe (kleiner Teilung) wirkt ebenso wie eine Blende; dazu ist aber eine 1:1 Abbildung auf das Array notwendig;The use of arrays with a smaller pitch size (small pitch) acts just like a diaphragm; but a 1: 1 mapping to the array is necessary;
- – ferner könnte der Abstand verringert werden;- furthermore, the distance could be reduced;
- – eine Erhöhung der Laserleistung bringt in der Regel den gegenteiligen Effekt, da auch die gebeugte Strahlung zunimmt und zudem das Rauschsignal des Lasers zunimmt; und- An increase in the laser power usually brings the opposite effect, since the diffracted radiation increases and also the noise signal of the laser increases; and
- – zwischen der Photodiode PIN_An und zumindest einer der umgebenden Photodioden (PIN) kann das Differenzsignal mit einer balanzierten Schaltung gebildet werden; durch diesen Schritt wird das Untergrundsignal z. B. der Photodiode PIN_An + 1 vom Signal der Photodiode PIN_An elektronisch abgezogen, und der Defekt wird dadurch auflösbar; dieser erfinderische Schritt erweist sich als besonders günstig.- Between the photodiode PIN_An and at least one of the surrounding photodiodes (PIN), the difference signal can be formed with a balanced circuit; by this step, the background signal z. B. the photodiode PIN_An + 1 electronically subtracted from the signal of the photodiode PIN_An, and the defect is thereby resolvable; This innovative step proves to be particularly favorable.
b) statischer Fall mit mindestens zwei Defekten entlang der TD Achse, die durch OA läuft.b) static case with at least two defects along the TD axis passing through OA.
Nimmt man an, dass je ein Defekt mittig symmetrisch zur PIN_An und zur PIN_An + 1 auftreten, dann kann die gleiche Detektionsmethode wie bei einem Defekt angewandt werden. Lediglich die Referenzierung muss gegen eine oder mehrere andere Referenz PIN, hier z. B. die PIN_Aq, PIN_An – 1 und PIN_Am vorgenommen werden.Assuming that each defect is symmetrical in the middle of PIN_An and PIN_An + 1, then the same detection method as for a defect can be used. Only the referencing must be against one or more other reference PIN, here z. B. the PIN_Aq, PIN_An - 1 and PIN_Am be made.
Erfindungsgemäß werden alle PIN mit der höchstmöglichen Bandbreite parallel abgefragt. Die Auswerteroutine erkennt also ein erhöhtes Signal an den beiden PIN gegenüber den anderen. Die örtliche Auflösung in TD wird im einfachsten Fall durch die Größe der aktiven Fläche des einzelnen Sensors (z. B. der PIN oder der Pixel) festgelegt. Werden z. B. zwei Defekte auf die aktive Fläche der PIN_An abgebildet, dann erhöht sich einfach dessen Signalhöhe und täuscht einen größeren Defekt vor. Abhilfe schafft hier die erfindungsgemäße Schrägstellung der Sensoren, wie das bei der Diskussion der dynamischen Fälle erklärt wird.According to the invention, all PINs with the highest possible bandwidth are queried in parallel. The evaluation routine thus detects an increased signal at the two PINs compared to the other. In the simplest case, the local resolution in TD is determined by the size of the active area of the individual sensor (eg the PIN or the pixels). Are z. For example, if two defects are mapped to the active area of the PIN_An, then it simply increases its signal level and simulates a major defect. Remedy here creates the inventive skew of the sensors, as explained in the discussion of the dynamic cases.
c) Erkennung eines Defektes in Lauf- bzw. Abzugsrichtung MDc) detection of a defect in the direction of withdrawal or withdrawal MD
Angenommen, alle aktiven Flächen werden gleichmäßig ausgeleuchtet, und die Bewegung eines Defektes erfolgt parallel zur Richtung MD durch CA mit der Geschwindigkeit v, dann erhält man in Abhängigkeit der Abtastrate und -methode folgende Fälle.
- c1) werden die PIN der Reihe n wie ein Array mit der Abtastrate l_r abgetastet, dann erhält man die gleiche Auflösung wie beim Stand der Technik diskutiert. Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass die aktiven Flächen der PIN größer als die Pitch-Größe eines Arrays sind.
- c2) Nimmt man an, dass alle PIN mit einer Bandbreite zumindest >> l_r (also mit einer erfindungsgemäßen Bandbreite, die größer ist als die herkömmliche Ausleserate) ausgelesen werden können, dann erhält man die drei Signale der PIN_Aq, n, m. Der Defekt tastet die Lichtquelle ab, die 3 zeitlichen Signale kommen dadurch zustande, dass die aktiven Flächen voneinander getrennt sind.
- c1), the PINs of row n are sampled like an array with the sample rate l_r, then the same resolution is obtained as discussed in the prior art. The main difference is that the active areas of the PIN are larger than the pitch size of an array.
- c2) Assuming that all PINs with a bandwidth at least >> l_r (ie with a bandwidth according to the invention which is greater than the conventional readout rate) can be read out, then one obtains the three signals of PIN_ Aq, n, m. The defect scans the light source, the three temporal signals are due to the fact that the active surfaces are separated from each other.
d) Grundprinzip Abtastung der Strahl- oder Fokustaille mit dem Defektd) Basic principle Scanning the beam or focus waist with the defect
Das Grundprinzip soll anhand der
Geht man demgegenüber davon aus, dass ein größerer Defekt
Liegt demgegenüber eine gleich groß dimensionierte Dünnstelle
e) mehrere Defekte in MD und TD Richtunge) several defects in MD and TD direction
Liegen mehrere Defekte auf einer zu MD parallelen Linie, die z. B. durch OA geht, dann können die Defekte durch die zeitliche Abfolge unterschieden werden.Are several defects on a line parallel to MD, the z. B. goes through OA, then the defects can be distinguished by the time sequence.
Liegen mehrere Defekte auf einer zu TD parallelen Linie, die z. B. durch OA geht, dann treten zum gleichen Zeitpunkt t0 an den PIN der Reihe n Signale auf, die sich durch ihre Signaldauer und -höhe je nach Defekt unterscheiden. Treffen z. B. zwei Defekte zeitgleich auf die Sensorelemente, d. h. die PIN_An, dann erhöht sich demensprechend das Signal.If several defects lie on a line parallel to TD, the z. B. goes through OA, then occur at the same time t0 to the PIN of the row n signals that differ by their signal duration and height depending on the defect. Meeting z. B. two defects at the same time on the sensor elements, d. H. the PIN_An, then increases accordingly the signal.
B) Fallbeispiele und erfinderische Lösungen bei stark durchsichtigen bzw. stark streuenden, stark beugenden Defekten oder stark streuenden ObjektenB) Case studies and inventive solutions for highly transparent or strongly scattering, strongly diffracting defects or strongly scattering objects
Die Auflösung des Sensors hängt von der Transmission bzw. Reflektion des Trägermaterials, d. h. z. B. der Materialbahn
Ist es nicht möglich dieses Verhältnis zu vergrößern, kann das Signal nicht mehr detektiert werden. So ist es z. B. nach dem Stand der Technik möglich die Wellenlänge der Lichtquelle so zu ändern, dass sie auf eine Absorptionsbande des Objektes
Unterliegt die Defektstelle
Schwankt zudem die Intensität der Laserquelle, ist das Signal nicht mehr detektierbar. Diese Schwankungen kön-nen nach dem Stand der Technik (/
Ba) Nimmt man die Versuchssituation von a) an, dann ist in Abhängigkeit der Transmission bzw. Reflektion oder Streuung bei Defekten < 50 μm die Beugung zu berücksichtigen.Ba) Assuming the experimental situation of a), then depending on the transmission or Reflection or scattering for defects <50 microns to consider the diffraction.
Vorausgesetzt die Strahlquelle L bzw. L1 hat eine genügend große Ausdehnung, dann wird das Untergrundsignal zumindest von einer weiteren PIN-Photodiode z. B. PIN_ An + 1 in der Umgebung der PIN_An aufgenommen.Assuming the beam source L or L1 has a sufficiently large extent, then the background signal is at least from another PIN photodiode z. For example,
Als erfinderisches Merkmal wird die Referenzierung zumindest zweier Detektorelemente (hier der PIN_ An mit der umgebenden PIN_ An + 1) durch eine Balanzierungsschaltung eingesetzt. Wie bereits erwähnt, werden Laserschwankungen durch balanzierte Photodioden (Hobbs) ausgeglichen, das Prinzip wurde allerdings bisher nicht zur Detektion von Defektstellen herangezogen.As an inventive feature, the referencing of at least two detector elements (in this case the PIN_An with the surrounding PIN_An + 1) is used by a balancing circuit. As already mentioned, laser fluctuations are compensated by balanced photodiodes (Hobbs), although the principle has not hitherto been used for the detection of defect sites.
Mit der Prinzipschaltung nach dem Stand der Technik zu einer sog. balanzierten Detektion (balanzed or auto balanzed Photo-Diode-Detection) ist es dann möglich das Defektsignal vom Untergrundsignal und der teilweisen Beugungsintensität besser aufzulösen. Je enger die einzelnen Detektionselemente beieinander liegen, desto besser wird der Effekt. Im Prinzip können sowohl diskrete Photoelemente wie Arrays, Photodioden, CIS usw. als auch positionsempfindliche Photoelemente (PSD position sensitive devices) mit einer Multikanal Auflösung verwendet werden.With the principle circuit according to the prior art to a so-called. Balanced detection (Balanced or auto-balanced photo-diode detection), it is then possible to better resolve the defect signal from the background signal and the partial diffraction intensity. The closer the individual detection elements are to each other, the better the effect becomes. In principle, both discrete photoelements such as arrays, photodiodes, CIS, etc., and position sensitive photosensitive devices (PSD position sensitive devices) with multi-channel resolution can be used.
Wird ein Defekt an der Photodiode PIN_An erkannt, dann erhält man, je nach Vorspannung der PIN, z. B. ein positives Signal. Die Photodiode PIN_An + 1 detektiert das Untergrundsignal, und liefert ein negatives Signal, wenn diese PIN mit umgekehrter Polarität wie die PIN_An angesteuert wird. Liegt also kein Defekt vor, dann sehen die Photodioden PIN_An, n + 1 das gleiche Untergrundsignal, die Differenz zwischen beiden Signalen ist Null. Wird das Differenzsignal der PIN_An und der PIN_An + 1 in einer balanzierten Detektion verwendet, dann sind selbst kleinste Differenzsignale detektierbar.If a defect in the photodiode PIN_An detected, then you get, depending on the bias of the PIN, z. B. a positive signal. The photodiode PIN_An + 1 detects the background signal and provides a negative signal when this PIN is driven in reverse polarity as the PIN_An. So if there is no defect, then the photodiodes PIN_An, n + 1 see the same background signal, the difference between the two signals is zero. If the difference signal of PIN_An and PIN_An + 1 is used in a balanced detection, then even the smallest difference signals can be detected.
Bb) Mehrere Defekte auf TDBb) Several defects on TD
Nimmt man an, dass zwei Defekte mittig symmetrisch zur PIN_An und zur PIN_An + 1 auftreten, dann kann die gleiche Detektionsmethode wie bei einem Defekt angewandt werden. Lediglich die Referenzierung muss softwaremäßig gegen eine oder mehrere andere Referenz PIN, hier z. B. die PIN_Aq, PIN_An – 1 und PIN_Am vorgenommen werden.Assuming that two defects occur symmetrically in the middle of PIN_An and PIN_An + 1, then the same detection method as for a defect can be used. Only the referencing software must be against one or more other reference PIN, here z. B. the PIN_Aq, PIN_An - 1 and PIN_Am be made.
Liegt ein Defekt an PIN_An und einer an der PIN_An + 1an, dann erhält man ein positives bzw. negatives Signal der jeweiliegen PIN, deren Signalhöhe sich nach der Größe des jeweiligen Defektes richtet. Das Differenzsignal würde also einen Defekt für die PIN anzeigen, an der ein höheres Signal anliegt. In diesem Fall werden also die jeweiligen Differenzsignale zwischen der PIN_An bzw. PIN_An + 1 mit einer anderen PIN_Referenz gebildet.If there is a defect at PIN_An and at PIN_An + 1an, then one receives a positive or negative signal of the respective PIN, the signal level of which depends on the size of the respective defect. The difference signal would thus indicate a defect for the PIN at which a higher signal is applied. In this case, therefore, the respective difference signals between the PIN_An or PIN_An + 1 are formed with another PIN_Reference.
Erfindungsgemäß werden alle PIN mit der höchstmöglichen Bandbreite parallel abgefragt. Die Auswerteroutine erkennt also ein erhöhtes Signal an den beiden PIN gegenüber den anderen. Natürlich ist es auch möglich eine PIN_Referenz festzulegen. Da die einzelnen Sensorelemente gestapelt über die AB angeordnet werden, ist zumindest eine PIN für die Überlappung vorgesehen Sie sieht also das gleiche Signal wie die vorlaufende PIN, allerdings später.According to the invention, all PINs with the highest possible bandwidth are queried in parallel. The evaluation routine thus detects an increased signal at the two PINs compared to the other. Of course it is also possible to set a PIN_Reference. Since the individual sensor elements are stacked above the AB, at least one PIN is provided for the overlap. It therefore sees the same signal as the leading PIN, but later.
Bc) Erkennung der Defekte in MDBc) Detection of defects in MD
Eines der Hauptprobleme bei der Detektion kleiner Defekte stellt das hohe Untergrundsignal des transmittierenden bzw. reflektierenden oder streuenden Objektes dar. Das Ziel besteht also darin das Untergrundsignal möglichst gering zu halten, um das Defektsignal noch auflösen zu können. Wie bereits ausgeführt, können kleine Defekte mit Systemen, die mit einer relativ langsamen Abtastrate arbeiten, die Defekte nicht mehr erkennen.One of the main problems in the detection of small defects is the high background signal of the transmitting or reflecting or scattering object. The aim is thus to keep the background signal as low as possible in order to be able to resolve the defect signal. As stated earlier, small defects with systems that operate at a relatively slow sampling rate can no longer detect the defects.
Um das Untergrundsignal möglichst klein zu halten, wird ein fokussierter Linienlaser mit einer Lasertaille gewählt, die einerseits ein kleines Untergrundsignal an die Sensorelemente ergibt, andererseits aber noch breit genug ist, um die Faltung des Defektes mit der Lasertaille innerhalb der Bandbreite der Sensorik zu ermöglichen.To keep the background signal as small as possible, a focused line laser is selected with a laser waist, on the one hand gives a small background signal to the sensor elements, but on the other hand is still wide enough to allow the folding of the defect with the laser waist within the bandwidth of the sensor.
Um den Beugungswinkel und damit die räumliche Verteilung durch den Defekt möglichst klein zu halten, wird das Sensorelement SES nahe an die Unterseite des Objektes gebracht, und es wird eine Blende mit einer Öffnung in der Größenordnung der Lasertaille 2w0, angebracht (siehe
Mit einer hohen Bandbreite BW der Sensorik mit der Bedingung BW >> l_r ist es möglich, dass der Defekt die Lasertaille 2w0 abtastet. Das erhaltene Signal ist mathematisch betrachtet eine Faltung des Defektes mit der Lasertaille, zusammen mit der Vorschubgeschwindigkeit v kann dann auf die Größe des Defektes geschlossen werden. Wird zudem das Signal digitalisiert, dann kann man über die Signalhöhe und die Signalform auf die Art und Form des Defektes rückschließen. Vom Prinzip her werden hier die gleichen Teaching-Verfahren wie bei Arraysystemen nach dem Stand der Technik angewandt.With a high bandwidth BW of the sensor system with the condition BW >> l_r, it is possible that the defect scans the laser waist 2w0. The obtained signal is mathematically a convolution of the defect with the laser waist, together with the feed rate v can then be concluded on the size of the defect. In addition, if the signal is digitized, then you can use the signal level and the waveform on the type and shape of the defect infer. In principle, the same teaching methods as in array systems according to the prior art are used here.
C) Zusammenfassung der erfinderischen Merkmale bei mehreren Defekten in MD und TD Richtung C) Summary of the inventive features with multiple defects in the MD and TD directions
Referenzierung der Photodiode PIN_An mit den umgebenden Photodiode PIN oder eine Referenz Photodiode PIN durch eine Balanzierungschaltung:Referencing the photodiode PIN_An with the surrounding photodiode PIN or a reference photodiode PIN through a balancing circuit:
Signalbildung jedes Sensorteilelementes, z. B. von PIN_An und PIN_An + 1 mit hoher Bandbreite, und zeitgleiche Differenzbildung mindestens zweier PIN. Die Differenzbildung erfolgt zwischen zwei in Serie geschalteten PIN, die jeweils mit umgekehrter Vorspannung (reverse biased) versorgt werden.Signaling of each sensor sub-element, z. B. PIN_An and PIN_An + 1 with high bandwidth, and simultaneous difference of at least two PIN. The difference is formed between two series-connected PIN, each of which is supplied with reverse biased voltage.
Verringerung des Untergrundsignals:Reduction of the background signal:
Die Größe der aktiven Fläche des Detektorelementes bzw. die optionale Fokusoptik wird so gewählt, dass zumindest die Fokusbreite der Lichtquelle darauf abgebildet werden kann. Das kann durch geeignete Maßnahmen wie z. B. Blenden gewährleistet werden. Der Bereich der aktiven Fläche sollte dabei so gewählt werden, dass möglichst wenig Streulicht bzw. gebeugtes Licht auf die aktive Fläche trifft, um eine Übersteuerung der Sensoren zu vermeiden bzw. ein hohes Untergrundsignal zu verringern.The size of the active surface of the detector element or the optional focus optics is selected so that at least the focus width of the light source can be imaged thereon. This can be achieved by suitable measures such. B. screens are guaranteed. The area of the active surface should be selected so that as little stray light or diffracted light strikes the active surface, in order to avoid overloading of the sensors or to reduce a high background signal.
Bandbreite:bandwidth:
Gegenüber dem Stand der Technik wird bei der Erfindung jedes Detektorelement Rr, r ∊ N, mit seiner maximalen Bandbreite BW und nicht mit der Zeilenfrequenz (line rate) l_r ausgelesen (wie dies bisher nur im Stand der Technik möglich war).Compared with the prior art, in the invention, each detector element Rr, r ∈ N, with its maximum bandwidth BW and not with the line rate (line rate) l_r read (as was previously possible only in the prior art).
Faltung:Folding:
Im Prinzip tastet der Defekt die Fokus- oder Strahltaille ab. Durch eine mathematische Entfaltung des Intensitätsprofils mit der Vorschubgeschwindigkeit kann der mittlere Durchmesser des Defektes bestimmt werden.In principle, the defect scans the focus or beam waist. By mathematically unfolding the intensity profile with the feed rate, the mean diameter of the defect can be determined.
Ausführungsbeispiele und Prinzipaufbau einer DetektionseinheitEmbodiments and basic structure of a detection unit
Ein entsprechender Prinzipaufbau einer Detektionseinheit wird nachfolgend anhand der
Dabei zeigt
Damit z. B. eine Materialbahn
Das Objekt soll ohne Erzeugung von Reibungen oder Beschädigungen durch diese sandwichartigen Führungs- und Stabilisierungseinheiten hindurchgeführt werden können.The object should be able to be passed through this sandwich-type guiding and stabilizing units without generating any friction or damage.
Die Empfängereinheiten SE und/oder die optionalen Fokusoptik-Einheiten FOout auf der Empfängerseite sind möglichst nahe der Rückseite des zu untersuchenden Objektes
Die entsprechenden Optiken und/oder Sensoreinheiten werden bevorzugt in der Stabilisierungseinrichtung und einer gegebenenfalls vorgesehenen Lichtfalle integriert, wie das im Detail in
Im gezeigten Ausführungsbeispiel kann also auch auf der Empfängerseite unterhalb der zu untersuchenden Materialbahn
Darauffolgend kann ebenfalls noch eine oder weitere empfängerseitige optionale optische Einrichtungen PFS vorgesehen sein, beispielsweise Blenden, Polarisationseinrichtungen, Filter, Einrichtungen zur Reduzierung der Lichtstreuung usw.Subsequently, one or more receiver-side optional optical devices PFS may also be provided, for example diaphragms, polarization devices, filters, devices for reducing light scattering, etc.
Schließlich sind noch die erwähnten Empfängereinheiten SE vorgesehen, in die das vom Lichtgenerator insbesondere in Form eines Lasers ausgestrahlte Licht empfangen, beispielsweise durch die vielfach erwähnten Photodioden, die auf der gleichen optischen Achse(-linie) wie die Lichtquellen angeordnet sind.Finally, the mentioned receiver units SE are provided, into which the light emitted by the light generator, in particular in the form of a laser, is received, for example by the frequently mentioned photodiodes, which are arranged on the same optical axis (-line) as the light sources.
Mit einem entsprechenden Aufbau könnte also eine Detektionseinrichtung zum Tragen kommen, die in einer in Querrichtung TD verlaufenden Reihe eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Photodioden PIN umfasst, wie dies beispielsweise anhand von
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist in Strahlrichtung der Fokusoptik FOin nachfolgend noch eine weitere laserseitige optionale Einrichtung PFOin vorgesehen, beispielsweise in Form eines Polarisators, eines Filters etc.In the exemplary embodiment shown, a further laser-side optional device PFOin is subsequently provided in the beam direction of the focus optics FOin, for example in the form of a polarizer, a filter, etc.
Bei der Darstellung gemäß
Bevorzugt wird ein Linienlaser L1 mit einer geringen Strahltaille (2w0) und einer Linienlänge gleicher Intensität (beam convergence < 1°) verwendet. Das Intensitätsprofil wird durch die Fokusoptik FOin auf das Objekt
Werden diskrete Sensoren wie z. B. PIN-Photodioden, CIS-Sensoren (Contact Image Sensors = Kontakt-Bild-Sensor, der auf CMOS-Technologie basiert), CMOS-Sensor, CCD-Sensoren etc. verwendet, hängt es vom unmittelbaren Abstand der einzelnen aktiven Flächen und der Größe des zu detektierenden Defektes
Liegen bei dem Objekt
Alle diese Maßnahmen werden auch auf der Empfängerseite eingesetzt, um das Signal-/Rausch-Untergrundverhältnis zu verbessern.All these measures are also used on the receiver side to improve the signal-to-noise background ratio.
Werden z. B. standardmäßige PIN-Photodioden verwendet, dann sollte insbesondere bei streuenden Objekten die aktive Fläche z. B. durch eine Blende (in
Sollte der Nullabgleich zwischen PIN_An und PIN_An + 1 nicht elektronisch erfolgen, kann z. B. an der aktiven Fläche der PIN_An der Nullabgleich mit einem ND Filter PFS vorgenommen werden.If the zero balance between PIN_An and PIN_An + 1 is not done electronically, z. B. at the active area of the PIN_An the zero balance with an ND filter PFS be made.
Als optionale Optiken können auch Filter und/oder Polarisationsoptiken an einzelnen oder allen aktiven Flächen vorgesehen werden.As optional optics also filters and / or polarization optics can be provided on single or all active surfaces.
Anstatt den Empfänger z. B. PIN-Photodioden direkt unter dem Objekt
Schrägstellung der Sensoren zur Erhöhung der TD-AuflösungInclination of the sensors to increase the TD resolution
Die einzelnen Detektorelemente SEs, s ∊ N, werden überlappend gestaffelt, um die gesamte Arbeitsbreite AB ab-zudecken. Für die meisten Anwendungen reicht es aus den Ort des Defektes für die jeweilige aktive Fläche eines Sensors innerhalb des Sensorelementes zu kennen. Besteht z. B. ein Sensorelement SEs aus 10 PIN mit jeweiligen aktiven Längen von 2 mm, dann reicht in der Praxis diese TD Auflösung von 2 mm für die Qualitätskontrolle aus.The individual detector elements SEs, s ε N, are staggered overlapping to cover the entire working width AB. For most applications, it is sufficient for the location of the defect for the to know respective active area of a sensor within the sensor element. Is z. B. a
Für eine höhere TD-Auflösung können die Sensoren-Elemente SE schräg gestellt werden, wie dies in einer auszugsweisen Draufsicht anhand von
Der einfachste Fall bei einzelnen diskreten Sensorelementen, wie Einzel-PIN-Photodioden, Arrays, CIS etc. liegt vor, wenn zum Zeitpunkt t0 ein oder mehrere Fehlstellen am gleichen Ort x(t0) entlang in der Querrichtung TD auftreten. Läuft nun z. B. der Film
Die Referenzierung gegenüber dem Untergrundsignal er-folgt wie bei Detektorelementen, die parallel zu TD gestaffelt werden. PIN_An wird gegenüber PIN_An + 1 bzw. gegenüber PIN_Referenzj referenziert.Referencing relative to the background signal occurs as with detector elements that are staggered parallel to TD. PIN_An is referenced to PIN_An + 1 or to PIN_Referenzj.
Treffen mehrere Fehlstellen gleichzeitig auf die Sensor-linie, dann gibt es zum Zeitpunkt t = t1 keine Unter-schiede in der Signalfolge, die gleich denen bei parallel zur Querrichtung TD ausgerichteten Sensorelementen SE ist. Lediglich die Ortsauflösung in Querrichtung TD kann verbessert werden. Die entsprechenden Verhältnisse sind in der grafischen Darstellung gemäß
Werden Sensorelemente mit einer langen aktiven Fläche z. B. PSD, längliche PIN oder Lichtleitelemente eingesetzt, dann ergibt sich beim Auftreffen mehrerer Defekte zum Zeitpunkt t1 eine größere Signalhöhe. Die Ortsauflösung erhält man dann durch ein zweites Sensorelement, das dann auch als Referenzelement für das Untergrundsignal dient. Aus der Darstellung gemäß
Datenerfassungdata collection
Ein möglicher Aufbau für die Datenerfassung ist in
Die Photodioden werden dabei bevorzugt reverse-biased betrieben. Für einen balanzierten Betrieb wird die Differenz von jeweils zwei PIN, (Varianten: Kathode von PIN_An und der Anode von PIN_Cn, K von PIN_An und A von PIN_An + 1, K von PIN_An und A von PIN_Referenz, usw) gebildet, und einem Transimpedanz Verstärker (TIA) zugeführt. Natürlich soll es auch möglich sein, ein Differenzsignal zu anderen PIN-Photodioden bzw. einer Referenzprobe online zu nehmen. Beim Überlappen zweier einzelner Detektorelemente wird sicherheitshalber je ein PIN der Reihe n mit einem PIN der Reihe m in Übereinstimmung gebracht. Ergeben diese beiden PIN-Photodioden ein Nullsignal, so können sie z. B. als Referenzierung für die anderen PIN-Photodioden dienen.The photodiodes are preferably operated reverse-biased. For a balanced operation, the difference is formed by two PINs (variants: cathode of PIN_An and the anode of PIN_Cn, K of PIN_An and A of PIN_An + 1, K of PIN_An and A of PIN_Reference, etc.), and a transimpedance amplifier (TIA) fed. Of course, it should also be possible to take a difference signal to other PIN photodiodes or a reference sample online. When overlapping two individual detector elements, one PIN of the row n is for safety's sake ever matched with a PIN of row m. If these two PIN photodiodes give a zero signal, they can, for. B. serve as a reference for the other PIN photodiodes.
Um dies zu gewährleisten kann ein Multiplexer einzelne PIN gegeneinander oder in Bezug zu einer Referenzprobe verschalten.To ensure this, a multiplexer can interconnect a single PIN against each other or with respect to a reference sample.
Diese balanzierten Signale werden einem A/D Wandler zugeführt, um die geforderte Bandbreite zu erreichen muss hier im Parallelbetrieb gearbeitet werden. Die Regelungsarbeit übernimmt ein FPGA, der an die verschiedenen Verfahrensprozesse und Anwendungen angepasst werden kann.These balanced signals are fed to an A / D converter to achieve the required bandwidth must be used here in parallel operation. The control work is done by an FPGA, which can be adapted to the different process processes and applications.
Die Daten werden über FIFO Zwischenspeicher an den Computer ausgelesen.The data is read out via FIFO buffer to the computer.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- 2015-07-16 WO PCT/EP2015/001462 patent/WO2016015833A1/en active Application Filing
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WO2016015833A1 (en) | 2016-02-04 |
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