CN100570342C - 光学测定方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种光学测定装置，包括：表面光用传感器(5)，由激光光源(2)以规定的入射角向透明测定对象物(1)的表面照射光束，使从透明测定对象物(1)的表面、背面产生的表面光、背面光通过成像光学系统(3)成像，在透过半反射镜(4)的表面光的成像位置上配置受光面；背面光用传感器(6)，被配置成使受光面位于由半反射镜(4)反射的背面光的成像位置；表面用测定数据保持部(7)，把来自表面光用传感器(5)的输出信号和支撑机构的动作信息作为输入，生成和保持与透明测定对象物(1)的表面对应的二维光学测定数据；背面用测定数据保持部(8)，把来自背面光用传感器(6)的输出信号和支撑机构的动作信息作为输入，生成和保持与透明测定对象物(1)的背面对应的二维光学测定数据；以及表面背面数据生成保持部(9)，把两光学测定数据作为输入进行表面背面判定处理，生成和保持仅与透明测定对象物(1)的表面对应的表面数据和仅与背面对应的背面数据。由此，不会增加扫描时间，可提高被检测面的异物检测精度，而且，不仅可测定表面的状态，而且可测定背面的状态。

Description

光学测定方法及其装置

技术领域

本发明涉及使用激光测定透明测定对象物的表面和背面状态的光学测定方法及其装置。

背景技术

以往，提出了一种用于对附着在液晶显示装置用的玻璃基板、平板显示装置用的贴付有透明膜的基板等薄基板的表面上的异物进行检查的光学测定装置。

例如，在月刊《显示器》2001年12月号增刊记载的发明者们开发的异物检查装置中，巧妙地利用组合了成像检测方式和线传感器的装置结构，不需要检测附着在背面上的异物，便可实现对附着在表面上的异物的高精度检测。

该装置使来自附着在玻璃基板的背面的异物的散射光，通过成像光学系统在离线传感器很远的前方，而且在从线传感器的受光位置稍微偏离的位置上成像。因此，几乎检测不出附着在背面的异物。这种方式由于采用利用了光学系统的基本性质的机构，因而可靠性高，且能够进行稳定的检查。

或者，专利第2671241号公报记载的光学测定装置，具有：使激光以第1入射角度入射到玻璃板上的第1激光光源；使激光以第2入射角度入射到玻璃板上的第2激光光源；收集由各个激光所产生的光的集光光学系统；以及对所收集的光进行受光的受光元件，通过根据来自受光元件的信号进行规定的处理，来检测出玻璃板的被检查面上的异物。

因此，可以认为，通过排除附着在玻璃板的背面的异物的影响，可高精度地检测出附着在表面上的异物。

在月刊《显示器》2001年12月号增刊记载的异物检查装置中，根据光学系统的特性，当附着在背面的异物达到一定程度的大小以上时，其散射光尽管很少，但也会进入到线传感器内，由此，在进行检测时，受到了附着在背面的异物的影响。

例如，当对LCD用的1.1mm厚的玻璃基板表面1μm以上的异物进行检测时，同时也检测到背面上的20μm以上的异物。在通常的LCD工序内，由于基本不存在20μm左右的灰尘，因而在实际上不会造成严重的问题，然而理想的是，根本不检测附着在背面上的异物。

当然，这种方式只是要排除受附着在背面上的异物的影响，而不能检测出附着在背面上的异物。

在专利第2671241号公报记载的光学测定装置中，由于必须使第1激光光源的激光照射和第2激光光源的激光照射相互独立进行，因而导致了光学系统的结构复杂，装置尺寸增大，要求高的组装精度，不便于维护，且成本高。而且还存在着需要2倍的扫描时间的问题。

并且，由于把由集光光学系统收集的光引导到受光元件，所以因受受光元件的饱和的影响，必然存在着不能区分表面上的异物和里面上的异物的界限，这种方式也是把附着在背面上的一定程度大小以上的异物混在一起进行检测。

而且，由于只是仅对附着在玻璃板的表面上的异物进行检测，因而不能检测出附着在玻璃板的背面上的异物。具体地说，只能检测出玻璃板的表面状态，不能检测出背面状态。

发明内容

本发明是鉴于上述的问题而提出的，本发明的目的是提供一种光学测定方法及装置，其能够以采用1个光源、1个检测光学系统、2个传感器的非常简单的结构，不增大扫描所需时间，便可提高对透明体的检测对象面的测定精度，并且不仅可检测出表面的状态，而且还可检测出背面的状态。

本发明的光学测定方法是，从斜上方以规定的角度向由支撑部件支撑的透明测定对象物的表面照射直线状激光，使来自透明测定对象物的表面的光和来自背面的光通过成像光学系统成像在分别对应的、具有直线状受光部的检测器的受光部上，根据从两检测器输出的信号进行规定的处理，选择性分配给与表面对应的信号和与背面对应的信号中的一方，分别显示与表面对应的分配信号和与背面对应的分配信号。

因此，在采用本发明的光学测定方法的情况下，由于激光扫描可以只进行一次，因而不会增大扫描所需时间，由于来自透明测定对象物的表面、背面的光通过成像光学系统成像在对应的检测器的受光部上，因而可提高测定对象面的测定精度，并且不仅可测定表面状态，而且可测定背面状态。

本发明的光学测定装置包含：支撑部件，支撑透明测定对象物；激光照射单元，从斜上方以规定的角度向由支撑部件支撑的透明测定对象物的表面照射直线状激光；成像光学系统，使来自透明测定对象物的表面的光和来自背面的光成像；1对受光单元，被配置成与成像光学系统的各光的成像位置对应，并具有直线状受光部；处理单元，根据从两受光单元输出的信号进行规定的处理，选择性地分配给与表面对应的信号和与背面对应的信号中的一方；以及显示单元，分别显示与表面对应的分配信号和与背面对应的分配信号。

因此，在采用本发明的光学测定方法的情况下，采用1个光源、1个检测光学系统、2个传感器的这种非常简单的构成，由于激光扫描可以只进行一次，因而不会增大扫描所需时间，由于来自透明测定对象物的表面、背面的光由成像光学系统成像在对应的检测器的受光部上，因而可提高测定对象面的测定精度，并且不仅可测定表面状态，而且可测定背面状态。

附图说明

图1是表示本发明的光学测定装置的一实施方式的概略图。

图2是表示在玻璃基板上有意地分撒球形颗粒，对该分散面进行检查，作为表面附着异物而输出的检测结果的图。

图3是表示把被有意地分撒了球形颗粒的图2所示的玻璃基板上下反转，对背面进行检查，作为背面附着异物而输出的检测结果的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的光学测定方法及其装置的实施方式进行详细说明。

图1是表示作为本发明的光学测定装置的一实施方式的异物检查装置的概略图。

该光学测定装置具有：激光光源2，使光束以规定的入射角照射到由未图示的支撑机构所支撑的透明测定对象物(例如，液晶显示装置用的玻璃基板、平板显示装置用的贴付有透明膜的基板等的薄基板)1的表面上；成像光学系统3，使因所照射的光束而从透明测定对象物1的表面和背面所产生的表面散射光和背面散射光成像；半反射镜4，设置在成像位置的上游侧的规定的位置上；表面光用传感器5，配置成使受光面位于透过了半反射镜4的表面光的成像位置；背面光用传感器6，配置成使受光面位于由半反射镜4反射的背面光的成像位置；表面用测定数据保持部7，把来自表面光用传感器5的输出信号和支撑机构的动作信息作为输入，生成和保持与透明测定对象物1的表面对应的二维光学测定数据；背面用测定数据保持部8，把来自背面光用传感器6的输出信号和支撑机构的动作信息作为输入，生成和保持与透明测定对象物1的背面对应的二维光学测定数据；表面背面数据生成保持部9，把保持在表面用测定数据保持部7内的光学测定数据和保持在背面用测定数据保持部8内的光学测定数据作为输入进行表面背面判定处理，生成和保持仅与透明测定对象物1的表面对应的表面数据和仅与背面对应的背面数据；以及显示部(未图示)，进行仅基于表面数据的显示和仅基于背面数据的显示。

另外，11是输出表示透明测定对象物1的位置的信号的编码器，12是把来自阶段动作控制部(在本实施方式中，包含在表面用测定数据保持部7内)的控制信号和来自编码器11的信号作为输入来输出对支撑机构的动作指令的阶段控制器。

上述激光光源2使光束以大于等于45°、小于90°的入射角，优选以80°的入射角度照射透明测定对象物1的表面。而且，从激光光源2出射的激光，优选S偏振光，波长为400～1200nm，优选800nm。并且，理想的是，把光束幅度设定成大于等于表面光用传感器5及背面光用传感器6的视野范围。

上述成像光学系统3的焦深只要小于透明测定对象物1的厚度即可，优选焦深小于等于透明测定对象物1的厚度的1/2。并且，优选将透明测定对象物1的弯曲等限制在该焦深以下。

考虑到由透明测定对象物1的折射率、厚度、激光的入射角度、波长等决定的位置偏移值(偏差量)，把上述表面光用传感器5及背面光用传感器6的配置位置设定在与透明测定对象物1的表面及背面成像的位置相同的二维坐标上。

上述表面用测定数据保持部7及背面用测定数据保持部8把来自表面光用传感器5及背面光用传感器6的信号、以及透明测定对象物1的移动数据作为输入，并在相应的情况下，考虑偏移值而生成和保持与透明测定对象物1的表面、背面分别对应的二维光学测定数据。

上述表面背面数据生成保持部9，在被保持在上述表面用测定数据保持部7、背面用测定数据保持部8内的二维光学测定数据中，根据与相同的二维坐标对应的光学测定数据之间的关系，判定采用何种光学测定数据，根据该判定结果生成和保持仅与透明测定对象物1的表面对应的表面数据和仅与背面对应的背面数据。具体地说，在异物检查装置的情况下，在与同一位置对应，把保持在表面用测定数据保持部7内的光学测定数据设为A，把保持在背面用测定数据保持部8内的光学测定数据设为B的情况下，虽然此时还不明确，但使用的A、B的输出信号双方都是来自附着在表面或背面上的异物的散射光强度信号。基本上，具有异物越大，散射光强度也越大的特性。由于使用成像光学系统和直线状受光部即线传感器，因而当使该输出信号成为该异物图像的总亮度信号时，伴随异物的增大，该输出信号在开始急剧增大(不仅受图像大小变化的影响，而且很大程度上受亮度变化的影响)，并且，在亮度随着散射光强度的增加而趋于饱和，几乎不受亮度变化的影响之后，只受图像大小的影响，输出信号缓慢增加。因此，不会发生输出信号的饱和，可获得与异物大小相对应的输出信号。

而且，由于将该A、B各自的信号进行比较，并使用直线状受光部即线传感器，因而如果A＞kB，则认为A是仅与透明测定对象物1的表面对应的表面数据即附着在表面上的异物的数据，反之，如果A≤kB，则认为A是仅与透明测定对象物1的背面对应的背面数据即附着在背面的异物的数据。另外，k是根据来自透明测定对象物1的表面的光和来自背面的光的强度比以及成像光学系统的光学成像特性、焦深求出的值。例如，在采用S偏振光作为激光，并把入射角度设定为80°的情况下，来自背面的光强度约为来自表面的光强度的1/2。对此，如果考虑到光学特性方面的因素，则k为大于2的值。

而且，在上述输出信号的增加变缓慢的前后，通过分别使用该判定式，可实施精度更高的判定。即，此时，判定式为更复杂的非线性判定式。

上述构成的光学测定装置的作用如下所述。

如果从激光光源2使光束以规定的入射角度照射到透明测定对象物1的表面上，则该光束进行基于斯涅尔定律的折射，透过透明测定对象物1的内部，从背面出射。因此，以成像光学系统3的光轴为基准，光束向透明测定对象物1的表面的照射位置与从背面的出射位置相互不同，理想的是，被配置在来自向透明测定对象物1的表面的照射位置的光(散射光等)的成像位置上的传感器对来自从透明测定对象物1的背面的出射位置的光(散射光等)不感光(该光由配置在来自向透明测定对象物1的背面的照射位置的光的成像位置上的传感器受光)。并且，由于光束不照射到与向透明测定对象物1的表面的照射位置正对的背面，因而该部分也不会使传感器受到影响。

然而，现实上，在激光性质上，由于少许光照射到与向透明测定对象物1的表面的照射位置正对的背面，因而存在使传感器受影响的可能性，成为导致光学测定误差的原因。

该实施方式考虑了这种实际情况，通过进行以下处理，可大幅抑制光学测定误差。

进一步说明。

如果使用来自激光光源2的光束扫描透明测定对象物1，则来自透明测定对象物1的光束入射位置的光由成像光学系统3通过半反射镜4成像在表面光用传感器5的受光面上。并且，虽然光量大幅减少，但是来自与光束入射位置正对的背面的光由成像光学系统3通过半反射镜4接收，而由于焦深小于透明测定对象物1的厚度，因而成为虚焦的状态。

并且，上述光束依据斯涅尔定律被引导到透明测定对象物1的背面，直接射出。因此，与光束入射位置正对的背面位置与导出光束的背面位置相互不同。结果，来自引导有光束的背面位置的光由半反射镜4反射并通过成像光学系统3成像在背面光用传感器6的受光面上。

然后，在把异物检查作为测定内容时，在此情况下，如果在受到光束影响的部位完全不存在异物，则散射光等的强度非常低，因而从表面光用传感器5、背面光用传感器6输出表示不存在异物的信号。

反之，如果在受到光束影响的部位存在异物，则散射光等的强度增高，因而从表面光用传感器5、背面光用传感器6输出表示存在异物的信号。

此处，表面光用传感器5、背面光用传感器6随异物的增大，输出信号增加。而且，输出信号在开始急剧增加(受亮度变化的影响比受图像大小的变化的影响大)。并且，在几乎不受亮度变化的影响之后，只受到图像大小变化的影响，输出信号缓慢增加。因此，不会发生输出信号的饱和，可获得与异物大小相对应的输出信号。结果，可对异物存在及其大小进行准确的判定。

然后，把来自表面光用传感器5、背面光用传感器6的信号以及透明测定对象物1的移动数据作为输入，并在相应的情况下，考虑到位置偏移值，上述表面用测定数据保持部7、背面用测定数据保持部8生成和保持与透明测定对象物1的表面、背面分别对应的二维光学测定数据。因此，在表面用测定数据保持部7、背面用测定数据保持部8内保持有与相同二维坐标对应的表面用测定数据、背面用测定数据。

之后，在表面背面数据生成保持部9，把保持在表面用测定数据保持部7和背面用测定数据保持部8内的与相同二维坐标对应的表面用测定数据与背面用测定数据进行比较，判定采用何种光学测定数据，根据该判定结果，生成和保持仅与透明测定对象物1的表面对应的表面数据和仅与背面对应的背面数据。

然后，可使用显示部10进行仅基于表面数据的显示和仅基于背面数据的显示。

在异物检查装置的情况下，根据表面数据，可得知附着在表面上的异物的有无、位置、大小，根据背面数据，可得知附着在背面上的异物的有无、位置、大小。

因此，根据这些显示，可简单和准确地得知不仅附着在透明测定对象物1的表面，而且附着在背面上的异物的有无、异物的密度等。并且，例如，通过在透明测定对象物1的清洗前后进行上述一系列处理，可确认清洗效果。

并且，由于使用激光光源2只进行一次扫描就能获得仅与透明测定对象物1的表面对应的表面数据和仅与背面对应的背面数据，因而可缩短所需时间。

下面，对本发明的光学测定方法进行更详细说明。另外，把该方法应用于透明玻璃基板的异物检查，设置表面检查用照相机和背面检查用照相机，并使各个焦点分别聚焦在透明玻璃基板的表面和背面上，分别用C、D表示由表面检查用照相机、背面检查用照相机获得的检查结果。

首先，设定是否需要表面背面分离处理。具体地说，例如，在检查对象是透明玻璃基板的情况下，需要表面背面分离处理，在检查对象是不透明基板的情况下，不需要表面背面分离处理。而且，在后者情况下，由于仅表面检查用照相机的检查结果具有意义，因而可以进行与以往相同的处理(详细说明省略)。

然后，在设定成需要表面背面分离处理的情况下，保存检查结果C、D，分别进行是否具有关联性的识别。具体地说，例如，设置表示具有关联性的标志。

之后，校正检查结果C、D的偏移的偏差量。作为用于进行该校正的校正量，可预先准备，以便能设定规定的值，使用该规定的值校正偏移偏差。另外，由于该校正处理是以往公知的，因而省略详细说明。

下面，对基于两检查结果C、D的运算处理的一例进行说明。

首先，根据对偏移偏差作了校正后的检查结果C、D的位置坐标，对在同一座位存在的异物进行识别。此处，对于同一坐标判定，设置公差参数(0.01～5.00mm)，把该距离内存在的异物视为同一异物。并且，在该距离内存在多个异物的情况下，把仅较近的异物视为同一异物。

这样，把视为同一异物的两检查结果C、D的异物数据中的C的异物信息组用C&D表示，把D的异物信息组用D&C表示。

并且，把从C中去除C&D后的结果用C-D表示，把从D中去除D&C后的结果用D-C表示。

在此情况下，如表1所示，可进行异物检测。

表1

	表面上的异物	背面上的异物
			C-D	○
D-C		○
			C&D	不明	不明
D&C	不明	不明

并且，关于在表1被视为不明的C&D和D&C，针对视为同一异物的各个异物进行检测值的大小比较。然而，不直接采用C的检测值，而采用乘以规定的系数k后的值。此处，系数k是0.1～10.0的范围的值，例如，优选根据实测结果等进行设定。并且，为了简化操作，优选设定系数k的默认值(例如，2.0)。

在此情况下，如表2所示，可进行异物检测。

表2

	表面	背面
			C&D    kC＞D	○
C&D    kC≤D		×(C表面＝废弃)
			D&C    D≤kC		○
D&C    D＞kC	×(D表面＝废弃)

因此，表面背面判定如下所述。

表面＝(C-D)+{(C&D)&(kC＞D)}

背面＝(D-C)+{(D&C)&(D≤kC)}

并且，使用表面检查用照相机发现的背面数据为(C&D)&(kC≤D)，使用背面检查用照相机发现的表面数据为(D&C)&(D＞kC)，这些数据不作为异物检测结果来采用，而是废弃。

进行上述处理来执行异物检测的结果如图2和图3所示。

图2是表示在玻璃基板上有意地分撒球形颗粒，对该分散面进行检查，作为表面附着异物而输出的检测结果的图。

图2中左侧是异物图，周围表示玻璃基板的全面，白色四角形区域表示检查区域，灰色周围部分表示非检查区域。而且，小点表示异物存在。

并且，图2中右上侧是直方图(度数分布)，横轴表示异物大小，纵轴表示该大小的异物个数。而且，从该直方图可知，在玻璃基板的表面上存在许多具有略超过横轴正中的大小的异物。这些异物是分撒的颗粒。

而且，在图2中右下部表示按S、M、L尺寸分类的异物个数和总异物个数。而且，从中可知，检测出约1万个异物。

图3是表示把被有意地分撒了球形颗粒的图2所示的玻璃基板上下反转，对背面进行检查，作为背面附着异物而输出的检测结果的图。

图3中左侧是异物图，周围表示玻璃基板的全面，白色四角形区域表示检查区域，灰色周围部分表示非检查区域。而且，小点表示异物存在。该图与使图2的图翻过来以便上下反转的状态类似。

并且，图3中右上侧是直方图(度数分布)，横轴表示异物大小，纵轴表示该大小的异物个数。而且，从该直方图可知，在玻璃基板的表面存在许多具有略超过横轴正中的大小的异物。这些异物是分撒的颗粒。

而且，在图3中右下部表示按S、M、L尺寸分类的异物个数和总异物个数。而且，从中可知，检测出约1万个异物。

从图2和图3可知，可高精度检测表面附着异物和背面附着异物。

另外，以上对进行透明基板的表面背面异物检测的具体例作了说明，然而除了可应用于进行透明基板的表面背面的伤、缺等的缺陷检测的情况以外，还可应用于进行透明基板的表面背面的粗糙度检测的情况。

而且，也可应用于测定在透明基板的表面背面作了微小构图的图形的情况、检查该图形的情况。但是，在这些情况下，可以是容许光透过的图形(例如，在透明基板上形成的由显著薄的金属薄膜构成的图形)，不管图形的有无，都可确保光照射到透明基板的背面。

Claims (3)

1.一种光学测定方法，其特征在于，从斜上方以规定的角度向由支撑部件支撑的透明测定对象物的表面照射作为光束的直线状激光，使来自透明测定对象物的表面的散射光和来自背面的散射光，通过具有相对于上述透明测定对象物的表面呈90度的受光角、且具有小于上述透明测定对象物的厚度的焦深的单一的成像光学系统，然后引导到单一的半反射镜，使一方散射光透射上述单一的半反射镜，成像在具有直线状受光部的一方检测器的受光部上，使另一方散射光通过上述半反射镜反射，成像在具有直线状受光部的另一方检测器的受光部上，根据从两检测器输出的信号进行规定的处理，选择性分配给与表面对应的信号和与背面对应的信号中的一方，分别显示与表面对应的分配信号和与背面对应的分配信号。

2.一种光学测定装置，其特征在于，包括：

激光照射单元(2)，从斜上方以规定的角度向由支撑部件支撑的透明测定对象物(1)的表面照射作为光束的直线状激光；

单一的成像光学系统(3)和单一的半反射镜(4)，上述单一的成像光学系统(3)使来自透明测定对象物(1)的表面的散射光和来自背面的散射光成像，具有相对于上述透明测定对象物的表面呈90度的受光角、且具有小于上述透明测定对象物的厚度的焦深，上述单一的半反射镜(4)位于上述单一的成像光学系统(3)的下游侧；

1对受光单元(5、6)，被配置成与透射上述单一的成像光学系统(3)且透射上述单一的半反射镜(4)的一方散射光的成像位置、和透射上述单一的成像光学系统(3)且通过上述单一的半反射镜(4)反射的另一方散射光的成像位置分别对应，并具有直线状受光部；

处理单元(7、8、9)，根据从两受光单元(5、6)输出的信号进行规定的处理，选择性地分配给与表面对应的信号和与背面对应的信号中的一方；以及

显示单元，分别显示与表面对应的分配信号和与背面对应的分配信号。

3.根据权利要求2所述的光学测定装置，上述透明测定对象物(1)是透明基板。

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