CN101876641B - 用于检测玻璃板中的缺陷的方法和装置 - Google Patents

Abstract

用于检测透明材料中缺陷的装置包括射出光束的光源和在其上投射光束的屏幕。该装置还包括位于光源和屏幕之间以拦截投射到屏幕上的光束的光学元件。该光学元件配置成改变光束的至少一部分的光强度并在屏幕上形成基本均匀的亮度分布。

Description

用于检测玻璃板中的缺陷的方法和装置

本申请要求2009年4月30日提交的题为“用于检测玻璃板中的缺陷的方法和装置(METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING DEFECTS INGLASS SHEET)”、申请号为12/433215的美国专利申请的优先权。

技术领域

本发明一般地涉及用光对例如玻璃平板的平直透明材料中缺陷的检测。更具体地，本发明涉及提供均匀亮度分布以检测例如玻璃平板的平直透明材料中的缺陷的方法和装置。

背景技术

液晶显示器(LCD)技术的新近发展已经对LCD面板的玻璃基板的质量提出了更为严格的要求。玻璃基板表面异常，诸如表面不连续性、线状缺陷和条纹以及基板体的光学不均质性，都属于造成LCD“mura”缺陷的因素。“mura”(“不均”)是含义为“瑕疵”的日语词汇，并已在LCD产业内采纳作为视觉面板缺陷的名称，表现为低对比度或非均匀亮度区域。基板表面的不平直性造成LCD单元间隙的变化，而体不均质性(bulk inhomogeneities)造成光波阵面的折射畸变，由此导致mura缺陷。表面不连续性一般源自嵌于玻璃内的夹杂物。夹杂物可能由固态或气态材料构成。诸如线状缺陷和条纹等条痕型缺陷主要是由于熔化的原材料缺乏均质性而产生。在这种玻璃薄板中，条纹和线状缺陷一般表现为沿玻璃拉伸方向延伸的表面凸起或凹陷。条纹缺陷一般表现为一条条痕，而线状缺陷由相隔在毫米范围内的多条线构成。在大块光学玻璃(bulk optical glass)中，光程长(0PL)变化超过10nm的条痕效应一般即不可忽视。LCD玻璃OPL变化的要求随着显示器产业的发展正变得越来越严格，并且正在逼近大块光学玻璃在其容限水平内的严格要求。

为了防止有缺陷的基板进入高成本的面板制造工序并将反馈提供给玻璃成形工序控制系统，基板检查实为重要。历史上，检查是由检查人员使用阴影图法进行的。参见下面的说明和例如美国专利US4,182,575(Clark等人)和美国专利US6,433,353(Okugawa)。后来，实现了各种自动化方法来提高检查的一致性和可靠性。例如参见美国专利申请2004/174519(Gahagan)、国际专利申请公开WO 2006/108137(Zoeller)以及美国专利申请公开2008/0204741(Hill)。手工检查由于阴影图法的高灵敏性、简易性和低设备成本仍然广泛用于LCD基板生产。

用来检查平板玻璃缺陷存在的阴影图法包括从诸如短弧放电灯等点式光源投射光线，使之经过玻璃样本并投射到白色屏幕上。没有样本时，屏幕上的光照图由明亮区域构成。当将玻璃样本放置在光源和屏幕之间的光束中时，条痕或其它缺陷调制透射光的照度，由此改变屏幕上的亮度分布。由玻璃的缺陷所引起的屏幕上的亮度偏差可通过视觉观察到或通过电荷耦合器件(CCD)照相机捕捉到。当光经过玻璃板或从玻璃板反射时，波阵面因缺陷而畸变。术语“透镜效应”经常用来描述由介质的非均质性造成的此类微小干涉。干涉的“聚焦”部分使屏幕相应部分中的亮度增加，而干涉的“散焦”部分导致屏幕相应部分的亮度减弱。

用于检测表面不规则性的另一方法(例如参见美国专利US6,433,353，授予Okugawa)包括将来自玻璃板的反射投射到屏幕上。通过选择适宜的光偏振在于和入射角，可使来自诸玻璃板表面之一的作用减至最小，由此得以主要检查玻璃板的单个表面。

使用小尺寸光源是检测小尺寸、点状缺陷和诸如线状缺陷和条纹等小宽度条痕时获得高空间分辨率所必需的。尽管当前通常使用时间非相干性白光，但由于来自较远距离的小尺寸(点状)光源的光的局部空间相干性，可能会观察到一些衍射效应。由尺寸为R_s的光源射出的在玻璃上相隔间距L_Coh的各个点上光，将具有88％的空间相干性，其中

$L_{\mathrm{coh}}=\frac{0.16\mathrm{R\λ}}{R_s}---\left(1\right)$

(参见M.Born和E.Wolf的《光学原理》(Principles of optics)，剑桥大学出版社，1999，第X章，4.2节)，其中R是从光源至玻璃的距离，而λ是平均光波长。当表面干扰尺寸w满足(2)时，空间相干性是显著的。由空间相干性造成的衍射会扩散缺陷阴影的锐度，或在一些情形下会放大屏幕上的强度调制。

为了仅仅检查玻璃中的条痕，可使用线性类光源。光源应当沿与条痕方向平行的方向延伸。这可提高条痕沿该方向的对比度并扩散其它类型缺陷的锐度。

由于光源和屏幕之间的距离和入射角的变化，检查人员感受到的由点状光源产生并投射到屏幕上的亮度有其固有的不均一性。为了对检查结果做出一致性的解读，应当改变由光源发出光的光强度分布，从而使检查人员所感受到的在屏幕检查区内的亮度(由局部照度确定)是均匀的。在检查用于LCD制造的玻璃面板的情形中，这一点尤其重要，其中要求大型玻璃面板须满足严格的标准。随着LCD业界所要求的玻璃基板尺寸的增加，提供适宜的光强度分布成为一个课题。简单地按玻璃尺寸成正比地放大阴影图配置是不可能或者不现实的。除了增加检查所需的空间和屏幕尺寸，灯的功率也必须与玻璃尺寸增加值的平方成正比地增加。功率高的灯电弧有效尺寸也大。随着灯功率的增加，电弧亮度往往稳定性变差，因为放电等离子体的规模增加会导致时间或空间不稳定性的产生。不稳定性将表现为屏幕上的亮度波动和空间亮度不均一，由此使检查的一致性打折扣。灯泡的使用寿命一般随功率缩短。另外，可能需要额外的眼睛防护措施以便在检查人员靠近强力光源的情形下操作这种灯。

发明内容

在此描述本发明的若干方面。应当理解，这些方面可以彼此重叠，也可以不重叠。因此，一个方面的组成部分可能落在另一方面的范围内，反之亦然。

每一个方面通过若干实施方式来说明，而这些实施方式又可以包括一个或多个具体实施方式。应当理解，这些实施方式可彼此重叠，也可以不重叠。因此一个实施方式的组成部分或其具体实施方式可以落在另一实施方式或其具体实施方式的范围内或不落在其范围内，反之亦然。

要解决的一个技术问题是如何从一个光源在屏幕上提供均匀的亮度分布，用于在大面积玻璃板上的一致性检查的。要解决的另一个技术问题是如何使用相同或相似装置对于不同尺寸的大玻璃板从一个光源在屏幕上提供均匀的亮度分布，以便在不同生产设备中在不同尺寸的不同玻璃板的整个面积上获得一致性的检查。

在第一方面，提供一种用于检查透明材料中的缺陷的装置。该装置包括：射出光束的光源，将该光束投射至其上的屏幕，以及位于该光源和该屏幕之间以中途拦截投射到该屏幕上的光束的光学元件。该光学元件配置成改变该光束中至少一部分的光强度并在屏幕上形成基本均匀的亮度分布。

在第二方面，提供一种检查透明材料中的缺陷的方法。该方法包括将来自光源的光束透过该透明材料投射到屏幕上。该方法还包括用配置成改变来自该光源的光束中至少一部分的光强度并在该屏幕上形成基本均匀的亮度分布的光学元件在该光源和该透明材料之间的一个位置处中途拦截该光束。该方法还包括观察或记录该屏幕上的亮度分布。

本发明的一个或多个方面可具有一个或多个下列优点。

依据本发明的一个或多个方面的光学元件从点状光源产生均匀的屏幕亮度分布，使检查大尺寸透明材料，例如玻璃板材料成为可能。本发明的光学元件本质上消除了光源和屏幕之间距离对屏幕检查区内的屏幕亮度分布的影响。由于这种消除作用，能够在达到相同检查条件的同时用相同装置检查不同玻璃尺寸。其结果是，在每次测量之间、在一个尺寸的玻璃板与另一个尺寸的玻璃板之间、以及在一个生产设施与另一个生产设施之间，在玻璃高质量区域上的检查工序的一致性得到提高。这种提高是在不改变光学放大率、从光源至屏幕的距离或光源的光强度(例如不改变光源的功率)的情况下取得的。其结果是，即使所要检查的玻璃尺寸增大，也可以使用较小的检查空间。其结果是，在检查较大的玻璃时可以使用在检查较小玻璃尺寸时有效的同一功率相对较低的光源。低功率的灯往往使用寿命更长，这就在检查相对较大的玻璃板时节约灯的成本、维护成本和功耗。

本发明的其它特征和优点将在下面的详细说明中给出，部分地可由本领域技术人员从说明书中清楚得出或通过将说明书及其权利要求书和附图所述的本发明投入实践而获知。

应当理解，以上一般说明和以下详细说明仅仅是本发明的示例，意为理解权利要求书中的本发明的性质和特性提供概览或框架。

所包含的附图用来提供本发明的进一步理解，纳入本说明书并作为本说明书的组成部分。

附图说明

图1是传统玻璃检查装置的阴影图法的示意图。

图2是具有可变透射滤光器的玻璃检查装置的示意图。

图3是可变透射滤光器的横截面的示意图。

图4是可变透射滤光器的滤光器平面的示意图。

图5是示出示例性可变透射滤光器的透射分布的曲线图。

图6是150W氙气灯(NewPort公司，货号6253)以cd为单位光强度的典型角度分布的曲线图。

图7是具有包含非球面的折射光学元件的玻璃检查装置的示意图。

图8A是折射光学元件计算得到的曲线图。

图8B是具有图8A计算得到的曲线图的折射光学元件的横截面示意图。

图9A是不具有图8B的折射光学元件时亮度(任意单位)相对于屏幕上位置的数值光线跟踪分析的结果的曲线图。

图9B是具有图8B的折射光学元件时亮度(任意单位)相对于屏幕上位置的数值光线跟踪分析的结果的曲线图。

图9C是具有图8B折射光学元件以1毫米发散时亮度(任意单位)相对于屏幕上位置的数值光线跟踪分析的结果的曲线图。

具体实施方式

考虑图1所示的配置，其中例如点状光源的光源10和屏幕14沿光轴16设置。在图1使用的传统配置中，光轴16是在某些情形下垂直于屏幕14并经过光源10中心的直线。另外，所要检查的平直透明材料(例如平直玻璃12)设置在光轴16上。如果可以认为光源10符合朗伯关系，则屏幕14上一个点的亮度(即入射到每单位面积表面上的光通量)由下式得到：

$E_v=\frac{I_v{\mathrm{Cos}}^3\mathrm{\α}}{S^2}---\left(3\right)$

其中I_v是光强度，α是光轴16和光源10射出的光线18的方向之间的夹角，而S是从点光源10至屏幕14的距离。透过所检查的玻璃板的光透射率对入射角的相关性在方程式(3)中未予考虑。这在入射角不超过35°并且来自光源10的光发生偏振时是正当的。如有必要，可通过将取决于入射角的透射率引入来获得更为精确的表达式。从方程式(3)来看，在屏幕14的中央(即在光轴16)亮度最大，并朝向屏幕14的角落以Cos³α衰落。本发明的各个方面解决的是如何使屏幕14处的理想亮度分布就检查人员的感受而言是均匀的。术语“理想亮度分布”用来描述假定平直玻璃12没有可检测到的缺陷或当没有玻璃板(或透明材料)位于光源10和屏幕14之间时屏幕上的亮度分布。平直玻璃12中可检测到的缺陷以屏幕14上亮度分布中失真的形式表现出来。因此，理想的亮度分布必须是均匀的以实现所有质量面积的一致性检查。

本发明所针对的对亮度分布中感受到的不均匀性产生作用的因素是：

(i)由方程式(3)表示的(从光源)到屏幕的距离和屏幕入射角的变化。

(ii)光源的角光强度分布。例如参见图6，其中示出短弧Xe光源的光强度对直立角度的的相关性。光强度的这种角度依赖性可能源自是电极形状对放电等离子体的影响。在图6的示例中，阴极是下端电极，在向下的方向上光强度大约大上5-10％。

(iii)玻璃(或透明材料)由于玻璃板上的入射角的差异产生的光透射(或反射)的变化，如菲涅耳折射公式中表述(M.Born和E.Wolf，光学原理，剑桥大学出版社，1999章1，节1.5.2).

(iv)检查人员相对于屏幕的位置。由肉眼或CCD照相机感受到的屏幕上的点P的亮度是通过检测器接收到的总光通量确定的。所检测到的光通量与点P处的入射通量、从入射方向接收到的并沿观察方向反射的光的屏幕反射率、以及从该点至检测器的距离等成正比。

在特定情形下，上述因素中只有一部分是明显有影响的。可以通过用点光源计量器，例如照相点曝光计来测量屏幕亮度分布、并且映射所要求的滤光器透射分布以获得恒定屏幕亮度的方式，将所有这些因素考虑在内。

图2示出一种检查装置20，包括：光源22、可变透射滤光器24、以及沿光轴28设置的屏幕26。在本发明中使用的传统配置中，光轴28是垂直于屏幕26并经过光源22中心的直线。所要检查的平直透明材料(例如平直玻璃30)沿光轴28设置，更具体地，位于可变透射滤光器24和屏幕26之间。受检材料30的法线一般不垂直于光轴28。光束32从光源22投射出，透过可变透射滤光器24、透过平直玻璃30、并射在屏幕26上。在一些实施方式中，光源22可以是点状光源。光源22可以是例如短引弧放电灯。选择光源22的工作波长以使其落在可透过平直玻璃22并且在人工检查的情形中可以为检查人员所见的范围内。如果形成在屏幕26上的图像要由照相机获得，则光应当可以由照相机介质检测到。例如，光源22的工作波长可处于从400nm至750nm的范围内。如果使用检查人员，则应当通过滤光器24或另一个滤光器阻隔可能会人眼造成伤害的UV和IR辐射。在其它实施方式中，光源22可以是线性光源。

可变透射滤光器24在由光束最大工作角α_max限定的光锥33中改变光束32的发光强度分布，本质上是在光锥33内使屏幕26上所有点位置的亮度均匀。对于在光锥33之外的光线，可以存在根据方程式(3)的亮度衰落，或者这些光线可由滤光器24或其它适宜的光孔阻断。由滤光器24改变的光锥33经过平直玻璃30到达屏幕26。在屏幕26上观察到的亮度分布的任何畸变可以是平直玻璃30中存在缺陷的指示。观察可以是由检查人员完成的。或者，不使用检查人员，或除了检查人员外，该装置包括用于捕捉屏幕26图像的照相机41。该装置可进一步包括用于处理由照相机41捕捉的图像以确定平直玻璃30中是否存在缺陷的处理器43。处理可包括将由于光源22和屏幕26之间存在平直玻璃30而捕捉到的图像与不引入该平直玻璃30的基准图像进行比较。

参见图3，可变透射滤光器24包括用于接收光束的输入侧35和用于输出光束的输出侧37。在输入侧35，可变透射滤光器24包括衬底层36。在某些实施例中，衬底层36本质上具有均匀的透光性。在某些实施例中，衬底层36可由例如玻璃材料(例如熔融石英)的透明材料制成。衬底36的一侧——较佳地为可变透射滤光器24的输出侧37——包括滤光层34。在某些实施例中，滤光层34可夹设在两个衬底之间。在某些实施例中，滤光层34具有可变的透光性。滤光器上某个点的透光率是在该点离开滤光器的光的光强度与在该点进入滤光器的光的光强度之比。滤光层34的透光性的空间变化，一如下面方程式(4)所示，被用来控制射出滤光器24的光锥的角强度分布。可变透射层34以任意已知方式形成在衬底层36上。可变透射滤光器24可以是如图4所示的圆形，或具有其它形状。在某些实施例中，可变透射是通过吸光度的空间变化或光反射的空间变化或这两者的结合来实现的。例如，可使用诸如银、铝或其它金属或合金等可变厚度金属薄层。在某些实施例中，对滤光层34和衬底层36的材料加以选择以承受当露出于高强度光束(图2中的32)时的高温和由于热膨胀而造成的热应力。

在一些实施例中，在透射滤光器24的一侧或两侧上形成防反射(AR)涂层38。除了增加透过滤光器的透光性外，防反射层38还保护滤光层34不接触环境空气中的氧气和臭氧。在某些情形下，这种接触可能造成滤光层34出现有害的氧化，例如如果滤光层34由诸如金属或金属合金等可氧化的材料制成。源于AR涂层的总体透光性增加会导致对光源较低的功率需求和工作中较低的滤光器温度。AR涂层还减小来自滤光器表面的不良多次反射。多次反射产生额外的虚光源，导致光源有效尺寸的增大。诸如透明玻璃、树脂或聚合物等保护层(图3未示出)可设置在AR涂层38上或直接设置在滤光层上，以保护滤光层34免于与周围环境的化学反应或免于诸如磨损、刮擦和切屑的机械损伤。

在一些实施例中，滤光器的衬底材料可吸收或反射诸如UV(紫外线)或IR(红外线)等光源辐射的不良光谱部分。在其它实施例中，可将一个或多个附加光学涂层涂敷于滤光器表面以阻断例如UV或IR等辐射的不良光谱部分。

在一些实施例中，滤光层34的小粒度结构是可接受的。可接受粒度的大小和其它属性取决于检查装置的分辨率要求和几何布局。在某些实施例中，最大粒度小于2mm，较佳地小于1mm。应当确定最大容许粒度结构以使该粒度结构不致在屏幕上产生可见的亮度不均。

回到图2，光透射的变化可表达为在滤光器的一个点上的透射系数T的局部值对该点的适宜坐标的依赖。在必须考虑是仅仅是从光源22到屏幕26的距离以及屏幕26上的入射角的变化的情形中，可变透射滤光器24的透射率分布T(ρ)可定义为自滤光器平面内点C的距离ρ的函数(参见图4)，如下面方程式(4)所示：

$T\left(\mathrm{\ρ}\right)=T_0{\left(\frac{d^2+{{\mathrm{\ρ}}_{\max }}^2}{d^2+{\mathrm{\ρ}}^2}\right)}^{3/2}---\left(4\right)$

其中T₀是衬底层36的透射系数，d是从光源22到可变透射滤光器24位置的距离，而ρ_max是在滤光器平面的最大光束半径(参见图4中的滤光器平面25和ρ)并表示为：

ρ_max＝d·Tanα_max                (5)

在方程式(5)中，α_max是最大工作光束角，定义为提供均匀亮度分布的光锥33的角度。尽管理想如此，然而由于从光源22放出的热量，不能使从光源22到可变透射滤光器24的距离d太小。如果确定了光源22和可变透射滤光器24之间的实际工作距离d和α_max，则方程式(5)将确定ρ_max。根据方程式(4)，透射率在在滤光器中心的T_oCos³α_max(其中α＝0且ρ＝0)增加到滤光器外缘处或附近的T_o(其中α＝α_max且ρ＝ρ_max)。换句话说，透过滤光器24的光透射率T在最大工作光束角α_max下是T₀的100％并随着接近滤光器中心α＝0而减小。图5的实施例示出当T₀＝85％，d＝70.8mm，且α_max＝27°时的可变透射滤光器的透射率分布。使用这些参数，ρ_max约为36mm。绘出的是滤光器透光系数T对滤光器平面内光束半径位置ρ的曲线图。

在一般情况下，例如当必须将上面清单中的多个因素考虑在内时，透射率分布不像前面的实施例那样是轴向对称的。如果理论分析不切实际，则可实施下面的步骤。在不采用滤光器的情况下将来自光源22的光透射经过高质量玻璃样本投射到屏幕26上。使用一个位于检查人员所要站立的点上的点光源计量器，通过测量多个屏幕点上的亮度来确定屏幕亮度的分布。有了来自足够数量的屏幕点的亮度测量值，则可以用一个适宜函数，例如多项式内插法，内插得到亮度分布——即亮度与屏幕上的位置的关系曲线。最小亮度I₀的点P₀得到确定并映射到使照射点P₀的光从其经过的滤光器平面内的一个点。亮度已测的其它点被映射到滤光器平面内的相应点P_i，i＝{0，N}，其中N是点数。滤光器平面内与P_i对应的点的总透射系数Ti(衬底和滤光层)确定为：

$T_i=\frac{I_0}{I_i}{T}_0---\left(6\right)$

其中T₀是衬底透射率而I_i是点P_i处的亮度。则可通过适宜方法对透射率系数分布进行内插，例如通过多项式内插法。当通过上述步骤制造得到的滤光器设置在光源和屏幕之间时，屏幕的亮度将是基本均一的。

在另一实施方式中，如图7所示，使用折射光学元件40使从点状光源22射出的光重新分布以在屏幕平面26获得合需的发光分布。折射光学元件40具有至少一个非球形表面，下文将做解释。在本实施方式中，不是阻断发亮区域中的多余光以提供屏幕的均一亮度，而是通过将光线从屏幕上的光亮区域折射至屏幕上的暗淡区域的来重新引导光线。

下面的内容教示如何获得折射光学元件(或透镜)40的形状。让我们假设图7中折射光学元件40的第一表面42(朝向光源22)是凹球面。球的中心与光源位置22重合。第二凸面44(背朝光源22)由函数r(α)确定，其中r是在角α的方向上与第一球面中心的距离。在角度α上的光束到达屏幕时与光轴相隔一距离，所述距离表示为：

其中是光线在射出透镜后的角度。如果v是第二表面的法线和光轴之间的角，则斯涅耳折射定律可表示为：

其中n是透镜材料的折射率。表面法线角度的正切可表示为：

$\mathrm{Tanv}=\frac{-\frac{\mathrm{dr}}{\mathrm{d\α}}\mathrm{Cos\α}+\mathrm{rSin\α}}{\frac{\mathrm{dr}}{\mathrm{d\α}}\mathrm{Sin\α}+\mathrm{rCos\α}}---\left(9\right)$

合并方程式(8)和(9)，则：

一阶微分方程式(10)可用来确定非球形表面44的形状。由于所有角度都在偏离法线的几度之内，因此不考虑衬底透射系数与折射角的相关关系。可将总透射率视为恒定的。方程式(10)的解可表示为：

对于给定相关关系ρ(α)，函数可从方程式(7)中找到。

如果要求具有最大出射角α_max的光线保持同一方向射出透镜，则

$h\left(\mathrm{\α}\right)=h_0\mathrm{Sin}\frac{\mathrm{\α}}{2};h_0=\frac{S}{\mathrm{Cos}\frac{{\mathrm{\α}}_{\max }}{2}};$

因此，方程式(11)和(13)以极坐标的方式定义出非球形外形44。

图8A示出具有图8(或图7)所示结构的折射光学元件40通过计算得到的外形。在图8A所示的曲线图中，横轴R是从光轴28到透镜40表面42、44上的点的距离，而纵Z轴是从该点至图7焦面45的距离。换句话说，图8A中的曲线图显示了图8B中折射光学元件40的凹形纵断面(sagprofile)。图8A中的外形50对应于图8B中的第一球形表面42。图8A中的外形52对应于图8B中的非球形第二表面44。外形54(仅为说明目的而示，并不代表任何实际的物理表面)对应于具有87mm半径的球。非球形外形52和87mm球形外形54之间的差为大约2mm。图9A、9B和9C示出数值光线跟踪分析的结果，以说明非球形光学元件(图8B中的40)的性能。在这些曲线图中，横轴是点Q在屏幕上的径向位置h(见图7)而纵轴是在点Q通过计算得到的相对亮度。图9A示出未用折射光学元件时屏幕上的亮度分布(任意单位)。图9B示出用折射光学元件时的均一亮度分布(任意单位)。图9C示出透镜公差分析的结果。图9C的曲线图显示90％的均匀性，有1mm的散焦——即当均一化(反射光学)元件从其在光轴上的设计位置偏移1mm时。数值模拟表明，1mm的偏心(沿垂直于光轴的方向偏离)以及有限大小的光源(1mm)产生类似于图9C所示的屏幕区域内的一定量的不均匀性。能轻易地实现以优于1mm的精确度定位折射光学元件。

参见图7，在一些情况下，例如为了简化光学元件制造，朝向光源22的表面42或两个表面42、44可以是非球面形的。可以类似上述的方式获得表面外形的方程。

上面描述了配置成改变来自光源的光束的光强度分布以产生均匀亮度分布的光学元件。如上所述的例如可变透射滤光器24或折射光学元件40的光学元件可纳入设计成检测例如LCD玻璃基板的平直透明材料中的缺陷的检查装置。此类缺陷可以是表面不规则性，例如线形曲线、条纹、表面不连续或其它类型的缺陷。在这样的装置中，光学元件接收来自例如点状光源或线性光源的光源的光束，并在屏幕表面产生均一的亮度分布。在由光学元件修正的光在到达屏幕前经过透明材料的情况下，屏幕表面处的亮度分布畸变提供了透明材料存在缺陷的指示。此类畸变可由工作人员观察到或由照相机捕捉以供进一步的和自动的处理。如果在受检样本的质量区域内，在一次测量与另一次测量之间，在操作者之间——可以是人也可以是机器，投射到屏幕上的光束的亮度分布是均匀和一致的，则更可能在一次测量与另一次测量之间得出检查结果的一致解释。

图中的附图标记具有下列含义：10：光源；12：平直玻璃或平直透明材料；14：屏幕；16：光轴；18：光线；20：LCD玻璃检查装置；22：光源；24：可变透射滤光器；25：滤光器平面；26：屏幕；28：光轴；30：平直玻璃；32：光束；33：光锥；34：滤光层；35：输入侧；36：衬底层；37：输出侧；38：防反射层；40：折射光学元件；41：照相机；42：第一非球形表面；43：处理器；44：第二非球形表面；45：焦面；50：第一非球形表面外形；52：第二非球形表面外形；54：球外形。

本发明包括下列非限定性方面和/或实施方式。

C1.用于检测透明材料中缺陷的装置，包括：

发射光束的光源；

在其上投射该光束的屏幕；以及

位于该光源和该屏幕之间以中途拦截投射到该屏幕上的光束的光学元件，该光学元件配置成改变光束的至少一部分的光强度并在该屏幕上形成基本均匀的亮度分布。

C2.C1中的装置，其中该光学元件包括由K/(d²+ρ²)^3/2确定的透射关系曲线的可变透射滤光器，其中ρ是从可变透射滤光器的中心到可变透射滤光器的给定点测得的半径，且d和K是常数，其中该可变透射滤光器包括形成在具有基本均匀光透射率的衬底层上的可变光透射率的滤光层。

C3.C1或C2中的装置，其中该可变透射滤光器还包括形成在滤光层和衬底层中的至少一个上的防反射层。

C4.C2或C3中的装置，其中常数K定义为：

K＝T₀(d²+ρ_max ²)^3/2

其中T₀是衬底层的透射率，ρ_max是可变透射滤光器改变发光强度的ρ的预定最大值，而d是可变透射滤光器和光源之间的距离。

C5.上述C1-C4中任何一个中的装置，其中该光学元件是具有至少一个非球形表面的折射光学元件。

C6.前述C1一C5中任何一个中的装置，其中该光源选自点光源和线性光源。

C7.一种检测透明材料中缺陷的方法，包括：

将光束从光源透过透明材料投射到屏幕上并照亮该屏幕；以及

用配置成改变来自光源的光束的至少一部分的光强度并在屏幕上形成基本均匀的亮度分布的光学元件在光源和屏幕之间位置中途拦截光束；以及

观察或记录屏幕上的亮度分布。

C8.C7中的方法，其中该光学元件是可变透射滤光器。

C9.C7中的方法，其中该光学元件是具有至少一个非球形表面的折射光学元件。

本领域内技术人员应当理解可不脱离本发明范围和精神地对本发明作出多种修改和变换，因此，本发明旨在覆盖发明的所有修改和变换，假设它们落在所附权利要求书及其等效物的范围内。

Claims (8)

1.一种用于检测透明材料中缺陷的装置，包括：

发射光束的光源；

将所述光束投射在其上的屏幕；以及

设置在所述光源和所述屏幕之间以拦截投射到所述屏幕上的光束的光学元件，所述光学元件配置成改变所述光束的至少一部分的光强度，其特征在于，所述光学元件在所述屏幕上形成基本均匀的亮度分布；并且

其中所述光学元件包括可变透射滤光器，所述可变透射滤光器具有由K/(d²+ρ²)³/²定义的透射关系曲线，其中ρ是从可变透射滤光器的中心到可变透射滤光器给定点测得的半径，而d和K是常数。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述可变透射滤光器包括具有形成在具有基本均匀透光率的衬底层上的可变透光率的滤光层。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述可变透射滤光器还包括形成在所述滤光层和所述衬底层中的至少一个上的防反射层。

4.如权利要求2和3中的一项所述的装置，其特征在于，所述常数K定义为：

K＝T₀(d²+ρ_max ²)^3/2

其中，T₀是所述衬底层的透射率，ρ_max是所述可变透射滤光器改变光强度的ρ的预定最大值，而d是所述可变透射滤光器和所述光源之间的距离。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光学元件是具有至少一个非球形表面的折射光学元件。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光源选自点光源和线性光源。

7.一种检测透明材料中缺陷的方法，包括：

将光束从光源透过透明材料投射到屏幕上并照亮屏幕；以及

用配置成改变来自所述光源的光束的至少一部分的光强度并在所述屏幕上形成基本均匀的亮度分布的具有可变透光率的可变透射滤光器在所述光源和所述屏幕之间的位置上拦截所述光束，所述可变透射滤光器具有由K/(d²+ρ²)^3/2定义的透射关系曲线，其中ρ是从可变透射滤光器的中心到可变透射滤光器给定点测得的半径，而d和K是常数；以及

观察或记录所述屏幕上的亮度分布。

8.一种检测透明材料中缺陷的方法，包括：

将光束从光源透过透明材料投射到屏幕上并照亮屏幕；以及

用配置成改变来自所述光源的光束的至少一部分的光强度并在所述屏幕上形成基本均匀的亮度分布的具有朝向光源的凹球面和背朝光源的非球面的折射光学元件在所述光源和所述屏幕之间的位置上拦截所述光束，其中非球面外形在所述折射光学元件的极坐标中被定义为：

其中α是光轴和光源射出的光线的方向之间的夹角，所述光轴是垂直于屏幕并经过光源中心的直线，r是沿角α的方向与所述球面的中心的距离，是射出所述折射光学元件的光线和所述光轴之间的夹角，n是所述折射光学元件的折射率；以及

观察或记录所述屏幕上的亮度分布。