CN103399018A - 用于检测玻璃衬底的表面缺陷的设备和方法 - Google Patents

用于检测玻璃衬底的表面缺陷的设备和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于检测玻璃衬底的表面缺陷的设备和方法。用于检测玻璃衬底的表面缺陷的设备，包含：第一照相装置，安置在玻璃衬底上方以便拍摄玻璃衬底上的表面缺陷的第一图像；第二照相装置，安置在玻璃衬底上方以便拍摄玻璃衬底上的表面缺陷的第二图像；暗场照明系统，安置在玻璃衬底下方以充当朝向第一照相装置和第二照相装置而穿透玻璃衬底的暗场照明；以及检测信号处理器，其操作第一图像上的缺陷位置的坐标和第二图像上的缺陷位置的坐标，其中第一照相装置和第二照相装置形成呈不平行于玻璃衬底的至少转移方向的线形状的照相区域，形成针对玻璃衬底的顶部表面的将彼此重叠的照相区域，且形成针对玻璃衬底的底部表面的彼此不同的照相区域。

Description

用于检测玻璃衬底的表面缺陷的设备和方法
本申请为申请日：2011年11月11日、发明名称：用于检测玻璃衬底的表面缺陷的设备和方法、申请号：201110358433.0的中国专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种用于检测玻璃衬底的表面缺陷的设备和方法，且更特定来说，涉及一种用于检测玻璃衬底的表面缺陷的设备及其方法，其中经由两个照相装置和表面缺陷的A/B表面根据相应图像中显示的表面缺陷的长度的差异而获得两个图像。
背景技术
平板显示器中所使用的玻璃衬底仅在其在玻璃工业中称为“表面A”的一个表面上沉积有微型电路图案(micro circuit pattern)，且在其在玻璃工业中称为“表面B”的另一表面上未沉积微型电路图案。
当玻璃衬底的表面A上存在缺陷时，如果微型电路图案沉积在所述缺陷上，那么微型电路图案的有缺陷的比例可能增加。因此，有必要在沉积微型电路图案之前精确地检测玻璃衬底(特定来说，上面将沉积微型电路图案的表面A)上是否存在缺陷。为了参考，下文使用的术语“缺陷”是指各种类型的表面缺陷，例如划痕(scratches)的产生、污垢粘附(dirt adhering)、表面隆起(surface protrusion)、泡沫产生等。
对于用于检测透明板状主体上的缺陷的检查装置，广泛采用BF(明场(Bright Field))光学系统(optical system)和DF(暗场(Dark Field))光学系统。本发明是关于用于使用DF(暗场)光学系统来检测玻璃衬底的表面缺陷的设备和方法。
暗场光学系统将简要描述如下。图1显示用于检测透明板状主体上存在的缺陷的暗场光学系统。参看图1，在暗场光学系统中，传感器相机(sensor camera)5安置在透明板状主体1的顶部表面上，且光源6安置在透明板状主体1的底部表面上，借此通过使用透射光而非反射光来拍摄图像。换句话说，暗场光学系统通过收集透射光束(transmittedlight beams)7中的暗场分量来检测透明板状主体1上存在的例如杂质、划痕等缺陷4。
暗场光学系统具有比明场光学系统高的测试功率，使得暗场光学系统可精确且灵敏地检测透明板状主体的表面缺陷。然而，暗场光学系统在关于表面缺陷相对于表面A/B的位置的信息方面具有限制，因为用于表面A上存在的缺陷与表面B上存在的缺陷的信号几乎无任何差异。
同时，平板显示器中所使用的玻璃衬底在表面A和B各别所需的质量方面具有巨大差异。举例来说，表面A对隆起缺陷和划痕缺陷非常敏感，进而需要高质量规格。相反，表面B不敏感，从而需要低质量规格。
当在玻璃衬底工艺中转移衬底时，使表面B与转移构件接触，使得可在表面B上产生细微划痕且致使杂质粘附到表面B。然而，此类缺陷在表面B上是可容许的。
如果在表面A上产生此类缺陷，那么将对应的玻璃衬底分类为“NG”且不允许其在平板显示器的制造中使用。因此，使用具有高测试功率的暗场光学系统并进行表面缺陷检查是有利的。同时，暗场光学系统具有不能将表面A/B彼此辨别的缺点。因此，暗场光学系统检测缺陷的存在(不包含关于具有所产生的污染的表面A/B的信息)，并将简单检测结果提供给检查者，使得可完全依赖于检查者的手工工作来辨别“缺陷对应于哪一表面”。
因此，尽管特定玻璃衬底具有对于平板显示器的制造是适当的拥有良好质量的表面A和拥有可容许的细微划痕的表面B，但暗场光学系统将玻璃衬底辨认为具有表面缺陷且将缺陷图像提供给检查者，使得检查者必须辨别缺陷图像对应于表面A/B中的哪一表面。因此，进一步需要手工辨别的额外步骤，从而减小工艺生产量和可加工性。另外，表面A上间歇地产生的细微划痕被错误地确定为对应于表面B，从而导致在大规模生产中使用不适当的玻璃衬底的问题。
发明内容
因此，已努力作成本发明以解决相关技术中出现的问题，且本发明的目的是提供一种用于检测玻璃衬底的表面缺陷的设备和方法，其中可取得暗场光学系统的高测试功率的优点以及A/B表面辨别功能，使得针对表面缺陷来辨别表面A/B所需的循环时间得以缩短，且检查者仅必须检查具有高NG可能性的表面缺陷，进而使检查配合度(inspectionengagement)达到最大化。
为了实现本发明的以上目的，一种具有暗场光学系统的用于检测玻璃衬底的表面缺陷的设备包括：第一照相装置(photographing device)，其安置在玻璃衬底上方以用于拍摄玻璃衬底上的表面缺陷的第一图像；第二照相装置，其安置在玻璃衬底上方以用于拍摄玻璃衬底上的表面缺陷的第二图像；暗场照明系统(dark field illumination system)，其安置在玻璃衬底下方以用于充当朝向第一照相装置和第二照相装置而穿透玻璃衬底的暗场照明；以及检测信号处理器(detection signal processor)，其操作第一图像上的缺陷位置的坐标和第二图像上的缺陷位置的坐标，其中第一照相装置和第二照相装置形成呈不平行于玻璃衬底的至少转移方向的线形状的照相区域，形成针对玻璃衬底的顶部表面的将彼此重叠的照相区域，且形成针对玻璃衬底的底部表面的彼此不同的照相区域。
此外，一种用于检测玻璃衬底的表面缺陷的方法包括以下步骤：通过合成由第一照相装置获得的第一图像与由第二照相装置获得的第二图像而产生第三图像；以及根据第三图像中对应于第一图像的缺陷和对应于第二图像的缺陷所形成的距离差而辨别在哪一表面上产生表面缺陷。
一种用于检测玻璃衬底的表面缺陷的方法，在用于通过使用以下各者来辨别在玻璃衬底的哪一表面上产生了表面缺陷的方法中：第一照相装置，其安置在所述玻璃衬底上方以用于拍摄所述玻璃衬底上的表面缺陷的第一图像；
第二照相装置，其安置在所述玻璃衬底上方以用于拍摄所述玻璃衬底上的所述表面缺陷的第二图像；以及
暗场照明系统，其安置在所述玻璃衬底下方以用于充当朝向所述第一照相装置和所述第二照相装置而穿透所述玻璃衬底的暗场照明；
其中所述第一照相装置和所述第二照相装置以一方式安置着，使得在所述玻璃衬底的宽度方向上形成呈线形状的照相区域，针对所述玻璃衬底的顶部表面的照相区域彼此重叠，且针对所述玻璃衬底的底部表面的照相区域彼此不同地安置着，所述用于检测玻璃衬底的表面缺陷的方法包括以下步骤：
提取所述第一图像上的缺陷位置的坐标和所述第二图像上的缺陷位置的坐标；
通过基于所提取的位置坐标来合成所述第一图像与所述第二图像而产生第三图像；以及
根据所述第三图像中对应于所述第一图像和所述第二图像的所述缺陷所形成的距离差来辨别哪一表面具有所述表面缺陷。
一种用于检测玻璃衬底的表面缺陷的方法，在用于通过使用以下各者来辨别在玻璃衬底的哪一表面上产生了表面缺陷的方法中：第一照相装置，其安置在所述玻璃衬底上方以用于拍摄所述玻璃衬底上的表面缺陷的第一图像；
第二照相装置，其安置在玻璃衬底上方以用于拍摄所述玻璃衬底上的所述表面缺陷的第二图像；以及
暗场照明系统，其安置在所述玻璃衬底下方以用于充当朝向所述第一照相装置和所述第二照相装置而穿透所述玻璃衬底的暗场照明；
其中所述第一照相装置和所述第二照相装置以一方式安置着，使得在所述玻璃衬底的宽度方向上形成呈线形状的照相区域，针对所述玻璃衬底的顶部表面的照相区域彼此重叠，且针对所述玻璃衬底的底部表面的照相区域彼此不同地安置着，
所述用于检测玻璃衬底的表面缺陷的方法包括以下步骤：
提取所述第一图像上的缺陷的位置的坐标和所述第二图像上的缺陷的位置的坐标；以及
如果对应于所述第一图像的缺陷和对应于所述第二图像的缺陷彼此相等，那么辨别出所述玻璃衬底的所述顶部表面上产生了所述表面缺陷，且如果对应于所述第一图像的缺陷和对应于所述第二图像的缺陷彼此不同，那么辨别出所述玻璃衬底的所述底部表面上产生了所述表面缺陷。
一种具有暗场光学系统的用于检测玻璃衬底上的表面缺陷的设备，所述设备包括：
暗场照明系统，其安置在玻璃衬底下方并朝上发光，使得所发出的光入射在所述玻璃衬底的下表面上的大致垂直于转移方向的假想线(OP)上，在所述玻璃衬底的厚度方向上折射，且接着通过所述玻璃衬底的上表面上的大致垂直于所述转移方向的假想线(OQ)；
第一照相装置，其对形成在所述玻璃衬底的所述上表面上的所述假想线(OQ)的区域进行拍摄；
第二照相装置，其对形成在所述玻璃衬底的所述下表面上的所述假想线(OP)的区域进行拍摄；以及
检测信号处理器，其通过比较从所述第一和第二照相装置输入的图像而确定外来物质附着到所述玻璃衬底的所述上表面和下表面当中的哪一表面。
根据所述用于检测玻璃衬底的表面缺陷的设备，可取得作为暗场光学系统的优点的高测试功率，且同时可辨别在哪一表面上产生表面缺陷，进而展现如下效果。
(1)可在短时间内容易地过滤表面B上所产生的大量表面缺陷，使得检查者的检查负担可减少且工艺效率可增加。
(2)表面A上所产生的表面缺陷的检查工作的精度和配合度可得到改进，因为待检查的图像量减少，使得可完全避免在大规模生产中使用不适当的玻璃衬底。
(3)玻璃衬底产品的保修等级(warranty level)可增加，因为可获得关于细微表面缺陷的位置的信息。
附图说明
图1是显示用于检测透明板状主体上存在的缺陷的常规暗场光学系统的视图。
图2是显示根据本发明的用于检测玻璃衬底的表面缺陷的设备的结构的构造图。
图3是根据图2的本发明的用于检测玻璃衬底的表面缺陷的设备的侧视图。
图4是显示根据本发明的第一和第二照相装置的错误布置状态的实例视图。
图5a和图5b是分别显示根据本发明的第一和第二照相装置的各种布置形状的侧视图。
图6是显示根据本发明的第一和第二照相装置的最优选布置形状的侧视图。
图7a是用于描述根据本发明的用于检测玻璃衬底的表面缺陷的设备的用于检测玻璃衬底的顶部表面上产生的表面缺陷的方法的阐释性视图。
图7b显示用于显示在图7a的检查过程中获得的第一和第二图像的实验数据。
图8a是用于描述根据本发明的用于检测玻璃衬底的表面缺陷的设备的用于检测玻璃衬底的底部表面上产生的表面缺陷的方法的阐释性视图。
图8b显示用于显示在图8a的检查过程中获得的第一和第二图像的实验数据。
图9是根据本发明的一个实施例的用于检测玻璃衬底的表面缺陷的设备的构造图。
图10是图9的侧视图。
图11是用于检测玻璃衬底的表面缺陷的设备的修改的侧视图，其中图9的照相装置的位置有所改变。
图12是当暗场照明系统在与图10中相同的条件下照明玻璃衬底时光路径的宽度(Φ)设定为等于玻璃衬底的厚度(t)的设备的侧视图。
附图标记说明：
1：玻璃衬底
8、9：表面缺陷
10：第一照相装置
20：第二照相装置
30：照明系统
40：检测信号处理器
P1：第一和第二照相装置的照相区域
P2：第二照相装置的照相区域
P3：第一照相装置的照相区域
具体实施方式
现将更详细地参考根据本发明的用于检测玻璃衬底的表面缺陷的设备的优选实施例，其实例在附图中说明。在任何可能之处，将在所有图和描述中使用相同参考数字来代表相同或类似的零件。
本发明的技术方面是实现能够辨别表面A/B的明场光学系统的优点，同时保证具有高测试功率的暗场光学系统的优点，其均借助以双相机结构形成的用于检测玻璃衬底的表面缺陷的设备。
下文中，将参看附图更详细地描述根据本发明的用于检测玻璃衬底的表面缺陷的设备的优选实施例以及其优点和特性。
在阐释之前，将下文使用的术语“转移方向Y”定义为指示经由转移构件转移的玻璃衬底的前进方向，将“宽度方向x”定义为指示平行于玻璃衬底的宽度并垂直于转移方向Y的方向。此外，将下文使用的术语“表面缺陷”定义为包含玻璃衬底的表面上产生的划痕和粘附到表面的杂质，以及归因于玻璃制造工艺中的瑕疵而产生的例如表面的细微隆起等各种形状的表面缺陷。
图2是显示根据本发明的用于检测玻璃衬底的表面缺陷的设备的基本结构的构造图，且图3是图2的侧视图。
参看图2和图3，根据本发明的用于检测玻璃衬底的表面缺陷的设备包含至少两个照相装置、一用于朝向照相装置辐射光的暗场照明系统30，和一用于接收从照相装置输入的图像信号的检测信号处理器40。
本发明中对应于待检查的物体的玻璃衬底1是用于例如LCD和PDP等平板显示器装置的面板的由薄玻璃材料制成的衬底，其一般形成为0.5mm到0.7mm的厚度，其中“表面A”是指将沉积有微型电路图案的表面，而“表面B”指示不形成微型电路图案的表面。参考符号“P1、P2和P3”指示照相装置的照相区域(扫描区域)。
根据本发明的照相装置是用于连续地拍摄经由转移辊(transferringroller)等转移的玻璃衬底1以便获得对应的衬底表面的图像信息并接着将图像信号发射到检测信号处理器40的机器。
如上所述的照相装置优选由电荷耦合装置(Charge-coupled device，CCD)型传感器相机制成，所述CCD型传感器相机通过将入射光转换为电信号(但不限于此)而提供关于对应的玻璃衬底1的表面的图像信息。
根据本发明的用于检测玻璃衬底的表面缺陷的设备的特征在于提供照相装置中的至少两者或两者以上，且这些多个照相装置沿着玻璃衬底的转移方向Y而安置。根据如图2和图3所示的本发明的优选实施例，用于检测玻璃衬底的表面缺陷的设备包括两个照相装置，其在下文中分别指示为第一照相装置10和第二照相装置20，使得将由第一照相装置10拍摄的玻璃衬底1的表面的图像指示为第一图像，且将由第二照相装置20拍摄的玻璃衬底2的表面的图像指示为第二图像。
根据如图2所示的优选实施例，第一照相装置10和第二照相装置20全部分别以第一角度θ1和第二角度θ2沿着转移方向Y逐个地安装在玻璃衬底1上方，其中第一照相装置10和第二照相装置20形成呈不平行于至少玻璃衬底1的转移方向的线形状的照相区域。
为了参考，第一角度θ1是指由第一照相装置10针对玻璃衬底1的顶部表面相对于照相区域的法线向量(normal vector)V1而形成的角度，且第二角度θ2是指由第二照相装置20相对于相同法线向量而形成的角度。
本发明的第一和第二照相装置用仅具有安置于横向方向上的像素的传感器以线扫描方式连续地拍摄玻璃衬底的表面。即，构成照相装置的传感器的像素跨越玻璃衬底的宽度而安置，使得第一和第二照相装置形成呈平行或倾斜地跨越玻璃衬底的宽度的线形状的照相区域P1、P2和P3。此外，玻璃衬底1的宽度包含在照相区域P1、P2和P3的线的范围内，使得可在玻璃衬底1的整个表面上进行彻底检查。
根据本发明的一个方面，由第一照相装置10和第二照相装置20在玻璃衬底的顶部表面(表面A)上形成的照相区域(扫描区域)彼此重叠，且玻璃衬底的底部表面(表面B)上的照相区域(扫描区域)彼此不同。
因此，如果根据本发明的用于检测玻璃衬底的表面缺陷的设备包括两个照相装置，那么形成三个照相区域P1、P2和P3，其中符号“P1”对应于第一照相装置10和第二照相装置20的针对玻璃衬底1的顶部表面上的缺陷的照相区域(其彼此重叠)，符号“P2”对应于第二照相装置20的针对玻璃衬底1的底部表面上的缺陷的照相区域，即第二照相装置20固有的照相区域，且符号“P3”对应于第一照相装置10的针对玻璃衬底1的底部表面上的缺陷的照相区域，即第一照相装置10固有的照相区域。
根据如图2所示的优选实施例，第一和第二照相装置10、20在玻璃衬底1的转移方向Y上安置在玻璃衬底1上方以便扫描玻璃衬底1上的相同区域。因此，由第一照相装置10在衬底的顶部表面(表面A)上形成的照相区域(P1：扫描线(scanning lines))与由第二照相装置20在衬底的顶部表面(表面A)上形成的照相区域P2彼此重叠。
然而，照相装置10和第二照相装置20经安置以聚焦相同的点，其中照相装置10和第二照相装置20相对于玻璃表面的至少“P1”照相区域的法线向量V1应定位成在相同方向上不处于相同角度。
举例来说，参看图4，第一照相装置10和第二照相装置20经安置以扫描玻璃衬底的表面(表面A)上的相同区域，其中照相装置10和第二照相装置20相对于“P1”照相区域的法线向量V1安置成在相同方向上处于相同角度(θ3＝θ4)，其为错误的结构。
这是因为本发明的第一照相装置10和第二照相装置20不但具有相对于玻璃衬底的顶部表面的相同点的照相区域而且具有相对于玻璃衬底的底部表面的不同点的照相区域，从而实现用于通过技术特征以针对表面缺陷来辨别表面A/B的功能。
图5a和图5b显示第一照相装置10和第二照相装置20的各种安置的侧视图，请参看图5a，第一照相装置10和第二照相装置20经配置以针对玻璃衬底的顶部表面扫描相同点P1，但相对于玻璃衬底的照相区域P1的法线向量V1在不同方向上(左方向和右方向)以不同角度(θ1≠θ2)倾斜。参看图5a和图5b，第一照相装置10和第二照相装置20经配置以针对玻璃衬底的顶部表面扫描相同点，但相对于玻璃衬底的照相区域P1的法线向量V1在相同方向上(右方向)以不同角度(θ1≠θ2)倾斜。
通过如图5a和图5b所示的配置，本发明的第一照相装置10和第二照相装置20具有针对玻璃衬底的顶部表面的相同照相区域，其中第一照相装置10的第一角度θ1与第二照相装置20的第二角度θ2相对于法线向量V1至少在相同方向上彼此不同，以便使照相区域相对于玻璃衬底的底部表面彼此不同。图6是显示根据本发明的第一照相装置10和第二照相装置20的最优选安置形状的侧视图。将参看图6更详细地描述根据本发明的最优选实施例的用于检测玻璃衬底的表面缺陷的设备。第一照相装置10和第二照相装置20经配置以针对玻璃衬底的顶部表面扫描相同点P1，且相对于法线向量V1在右方向和左方向上对称安置以便形成彼此相等的第一角度θ1和第二角度θ2。此外，第一照相装置10和第二照相装置20经配置以通过呈线形状(最优选平行于玻璃衬底的宽度)的照相区域而跨越玻璃衬底的宽度，其中第一和第二照相装置优选安置在玻璃衬底的中心轴上。
本发明的暗照明系统30安置在玻璃衬底下方以便充当朝向第一照相装置10和第二照相装置20而穿透玻璃衬底的暗场照明，其中第一照相装置10和第二照相装置20通过透射光来拍摄表面缺陷的图像。即，依据根据本发明的用于检测玻璃衬底的表面缺陷的设备，通过收集透射透明玻璃衬底的光中的暗场分量而检测玻璃衬底上存在的缺陷。
因此，尽管待安装的暗场照明系统30的数目并不重要，但从暗场照明系统30投射的照明必须经配置以照亮至少照相区域P1以及两个照相区域P2和P3，所述照相区域P1形成在玻璃衬底的顶部表面上，且所述两个照相区域P2和P3形成在玻璃衬底的底部表面上(其均彻底地形成)。照明系统30的一个实例包含线光照(line lighting)系统，其使用光纤以允许从若干卤素灯或激光源发出的光在玻璃衬底的宽度方向上通过玻璃衬底。
如上文所描述，本发明的暗场照明系统30充当用于第一照相装置10和第二照相装置20的暗场照明，其中优选尽可能相等地形成应用于相应照相装置的相对角。
根据如上文所描述的本发明的用于检测玻璃衬底的表面缺陷的设备，可相对于相同表面缺陷获得两个图像(即，由第一照相装置获得的第一图像和由第二照相装置20获得的第二图像)，其中如果对应的表面缺陷存在于玻璃衬底的顶部表面(表面A)上，那么第一图像上的缺陷和第二图像上的缺陷在彼此相等或彼此几乎无误差的坐标处显示，同时，如果对应的表面缺陷存在于玻璃衬底的底部表面(表面B)上，那么第一图像上的缺陷和第二图像上的缺陷在彼此很大不同的坐标处显示，使得有可能辨别在哪一表面上产生表面缺陷。
本发明的检测信号处理器40接收针对相同表面缺陷而输入的两个图像信息(第一图像信息和第二图像信息)，以便操作第一图像上的缺陷的位置的坐标和第二图像上的缺陷的位置的坐标，借此提取对应的缺陷的位置信息。
此外，本发明的检测信号处理器40基于所提取的位置坐标来合成反映第一图像上的缺陷与第二图像上的缺陷之间的距离差的第三图像，且将合成结果输出到显示器单元，使得检查者可在视觉上辨认两个真实图像所形成的分隔程度且在短时间内容易地辨别在哪一表面上产生表面缺陷。
图7a是用于描述根据本发明的用于检测玻璃衬底的表面缺陷的设备的用于检测玻璃衬底的顶部表面上产生的表面缺陷的方法的阐释性视图，且图7b显示用于显示在图7a的检查过程中获得的第一和第二图像的实验数据。图8a是用于描述根据本发明的用于检测玻璃衬底的表面缺陷的设备的用于检测玻璃衬底的底部表面上产生的表面缺陷的方法的阐释性视图，且图8b显示用于显示在图8a的检查过程中获得的第一和第二图像的实验数据。
现在，参看图7a到图8b更详细地描述用于辨别在表面A和表面B中的哪一表面上产生玻璃衬底的表面缺陷的方法。为了参考，假定如图7a和图8a所示的玻璃衬底的顶部表面为“表面A”，且其底部表面为“表面B”。参考符号“8”和“9”对应于玻璃衬底的表面上产生的缺陷(划痕和杂质)。此外，图7b和图8b的实验中所使用的玻璃衬底具有约700μm的厚度t。
(1)在缺陷8存在于表面A上的情况下
当玻璃衬底的顶部表面上产生的特定缺陷8(划痕和杂质)连同玻璃衬底一起转移且前进到如图2所示的照相区域P1的范围内时，随后第一照相装置10和第二照相装置20同时(即，无任何时间间隔)俘获(capture)关于特定缺陷8的图像以便分别产生第一图像和第二图像。这由以下事实引起：第一照相装置10和第二照相装置20具有针对玻璃衬底的顶部表面(表面A)的相同照相区域P1，如图2所示。
图7b显示通过第一和第二照相装置同时俘获缺陷而产生的第一图像(图7b(a))和第二图像(图7b(b))的屏幕。如图7b所示，对于玻璃衬底的顶部表面上存在的表面缺陷8，第一照相装置10进行拍摄的时间点与第二照相装置20进行拍摄的时间点之间几乎无时间间隔，使得第一图像上检测到的缺陷的坐标和第二图像上检测到的缺陷的坐标具有几乎相同的值。
因此，如果通过合成第一图像(图7b的(a))与第二图像(图7b的(b))而形成第三图像，那么第一图像上的表面缺陷和第二图像上的表面缺陷看上去彼此重叠，其间无任何间隔，如图7b的(c)所示。
(2)在缺陷9存在于表面B上的情况下
如果特定缺陷9(划痕和杂质)存在于玻璃衬底的底部表面上，那么缺陷9前进到第一照相装置10的照相区域P3中且接着前进到第二照相装置20的照相区域P2中(次序上具有时间差)，这与缺陷存在于玻璃衬底的顶部表面上的情况不同。
如图8a所示，如果玻璃衬底从右侧移动到左侧，那么玻璃衬底的底部表面上存在的表面缺陷9首先到达待俘获的第一照相装置10的照相区域P3，借此产生第一图像。
此后，如果玻璃衬底移动约200μm的距离C，那么其前进到待俘获的第二照相装置20的照相区域P2中，借此产生第二图像。
由于相同原因，第一图像(图8b的(a))上检测到的缺陷的坐标和第二图像(图8b的(b))上检测到的缺陷的坐标具有不同值。
因此，如果通过合成第一图像(图8b的(a))与第二图像(图8b的(b))而形成第三图像，那么第一图像上的表面缺陷和第二图像上的表面缺陷看上去彼此间具有一预定距离差，如图8b的(c)所示。
如上文所描述，根据本发明的用于检测玻璃衬底的表面缺陷的设备，缺陷存在于表面A上的情况下的合成图像与缺陷存在于表面B上的情况下的合成图像呈现不同形状。
换句话说，在检测到存在于表面A上的缺陷的情况下，合成图像(第三图像)具备呈现重叠形状的对应的缺陷，而在检测到存在于表面B上的缺陷的情况下，合成图像(第三图像)具备呈现彼此分离一预定间隔的形状的对应缺陷。
这由以下事实引起：表面A上的缺陷在第一照相装置10的第一图像和第二照相装置20的第二图像上在相同坐标处显示，而表面B上的缺陷在第一图像和第二图像上在彼此不同的坐标处显示。
因此，以如下方式来辨别玻璃衬底的表面A/B中的上面存在表面缺陷的表面。
首先，提取第一图像上的缺陷的位置的坐标和第二图像上的缺陷的位置的坐标。且接着，基于所提取的位置坐标，通过合成第一图像与第二图像而产生第三图像。接下来，在第三图像中，经由以对应于第一图像的缺陷和对应于第二图像的缺陷来形成的距离差而辨别上面产生表面缺陷的表面。在此点处，如果对应于第一图像的缺陷和对应于第二图像的缺陷彼此重叠，那么将所述缺陷确定为在玻璃衬底的顶部表面上产生的表面缺陷。同时，如果对应于第一图像的缺陷和对应于第二图像的缺陷彼此分离预定的距离差，那么将所述缺陷确定为在玻璃衬底的底部表面上产生的表面缺陷。
或者，以如下方式来辨别玻璃衬底的表面A/B中的上面存在表面缺陷的表面。即，如果第一图像的缺陷的位置坐标和第二图像的缺陷的位置坐标彼此相等，那么将所述缺陷确定为在玻璃衬底的顶部表面上产生的表面缺陷。同时，如果第一图像的缺陷的位置坐标和第二图像的缺陷的位置坐标彼此不同，那么将所述缺陷确定为在玻璃衬底的底部表面上产生的表面缺陷。
图9是根据本发明的一个实施例的用于检测玻璃衬底的表面缺陷的设备的构造图，且图10是图9的侧视图。接下来，将参看图9和图10来描述根据此实施例的用于检测玻璃衬底的表面缺陷的设备。根据此实施例的设备包含：暗场照明系统30，其安置在玻璃衬底1下方并朝上发光，使得所发出的光入射在玻璃衬底1的下表面B上的大致垂直于转移方向的假想线OP上，在玻璃衬底的厚度方向上折射，且接着通过玻璃衬底1的上表面A上的大致垂直于转移方向的假想线OQ；第一照相装置10，其对形成在玻璃衬底1的上表面A上的假想线OQ的区域进行拍摄；第二照相装置20，其对形成在玻璃衬底1的下表面B上的假想线OP的区域进行拍摄；以及检测信号处理器40，其通过比较从第一和第二照相装置10、20输入的图像而确定外来物质附着到玻璃衬底1的上表面和下表面当中的哪一表面。
暗场照明系统30从玻璃衬底1的下表面B下方的点朝上而向其上表面A发光。此处，暗场照明系统30经配置以允许所发出的光经由大致垂直于转移方向的假想线OP而进入玻璃衬底1的下表面B，在其厚度方向上通过玻璃衬底1，且经由大致垂直于转移方向的假想线OQ退出玻璃衬底1的上表面A。实际上，当从暗场照明系统30发出的光撞击下表面B时，大量的光可被下表面B向下反射，且通过玻璃衬底1的一些光在撞击上表面A时也可被玻璃衬底的上表面A反射。然而，本文中，为了方便起见将省略对此反射的描述。
从暗场照明系统30发出的光以相对于玻璃衬底1的下表面B的法线向量成某一角度(′90°-θ′，参看图9)而在宽度方向上照射到玻璃衬底1的整个表面。光相对于下表面B的法线向量的入射角(90°-θ)可大于45°且小于85°。当光相对于玻璃衬底的下表面的入射角接近直角时(在光相对于下表面B的法线向量的入射角(90°-θ)为45°或更大的情况下)，光从入射光在玻璃衬底的厚度方向上被下表面折射的点到光到达玻璃衬底的上表面的点行进减小的水平距离D，借此使得难以确定检测到的外来物质所附着到的玻璃衬底的表面，且归因于照相装置10、20之间的变窄的距离(即使检测到)而使安装照相装置10、20变得十分困难。本文中，术语“水平距离D”定义为光在玻璃衬底1中从光入射在玻璃衬底1的下表面B上的点到光退出玻璃衬底1的上表面A的点纵向移动的水平移动距离。因此，尽管可通过增加光相对于下表面B的法线向量的入射角来有利地增加水平距离D，但光被下表面反射的量随着光的入射角增加而增加，借此需要光的输出量增加来获得相同量的透射。因此，考虑到光的输出量，光相对于下表面B的法线向量的入射角优选设定为小于85°。尽管此实施例说明为包含图9和图10中的单一光源30，但多个激光源可布置在玻璃衬底1的宽度方向上。
第二照相装置20是对于对应于形成在玻璃衬底1的下表面B上的假想线OP的区域进行拍摄所用的装置，且在假想线OP上方安置成与假想线OP垂直。如图11所示，由于被第二照相装置20拍摄的区域是玻璃衬底1的下表面B上的光所照射到的区域OP，所以第二照相装置仅可拍摄到附着到下表面B的外来物质所引起的散射。然而，即使在外来物质附着到上表面A上的对应于下表面B上的所述区域的区域的情况下，也拍摄不到附着到上表面A的外来物质所引起的散射，或所述散射提供可忽略的非常暗淡的图像(如果拍摄到)。
类似地，第一照相装置10是对于对应于形成在玻璃衬底1的上表面A上的假想线OQ的区域进行拍摄所用的装置，且在假想线OQ上方安置成与假想线OQ垂直。如图11所示，由于被第一照相装置10拍摄的区域是玻璃衬底1的上表面A上的光所照射到的区域OQ，所以第一照相装置仅可拍摄到附着到上表面A的外来物质所引起的散射。然而，即使在外来物质附着到下表面B上的对应于上表面A上的所述区域的区域的情况下，也拍摄不到附着到下表面B的外来物质所引起的散射，或所述散射提供可忽略的非常暗淡的图像(如果拍摄到)。
如图10和图11所示，当照相装置10、20在假想线OP、OQ上方安置成与其垂直时，有可能除去单独的聚焦透镜。此外，尽管在图式中，根据此实施例的设备说明为包含单一第一照相装置10和单一第二照相装置20，但应理解，所述设备可包含有在玻璃衬底1的宽度方向上布置为照相装置的多个线式CCD相机。
图9到图11绘示检测信号处理器40，其可比其它实施例的检测信号处理器40更容易地确定外来物质附着位置。图9到图11中所示的检测信号处理器40比较分别从第一和第二照相装置10、20输入的第一图像和第二图像，且确定仅在第一图像上显示的外来物质是附着到玻璃衬底1的上表面的外来物质，且仅在第二图像上显示的外来物质是附着到玻璃衬底1的下表面的外来物质。
在包含照相装置10、20的修改中，照相装置10、20可安置为在玻璃衬底的上表面上方成某一角度，而不是在其上表面上方安置成与其垂直，如图11中所示。图11中所示的设备所具有的优点在于，其具有用于照相装置10、20的足够的安装空间，且因此促进其安装。然而，此实施例的设备还具有的缺点在于，添加单独的聚焦透镜12、22以允许相应的照相装置10、20分别具有在假想线OQ、OP上的焦点。特定来说，当使用例如辊等具有低精确度的转移装置来转移玻璃衬底1时，玻璃衬底1可能在转移期间向上或向下移动。因此，当使用如图11中所示的单独聚焦透镜12、22时，存在必需添加自动聚焦装置以实现准确的聚焦操作的问题。
对于图9到图11中所示的设备其中水平距离D随着来自暗场照明系统30的光路径的宽度Φ减小而减小，可对上表面和下表面上的外来物质进行拍摄以将其彼此清楚地区分。此处，重要的是，在光通过玻璃衬底1时，从暗场照明系统30发出的光的路径具有比至少玻璃衬底1的厚度t小的宽度Φ。图12显示当从暗场照明系统30发出的光在与图11中相同的条件下通过玻璃衬底1时具有等于玻璃衬底的厚度t的宽度的光路径。第一照相装置10的射束拍摄区域由OQ指示。如此图所示，可看到，由于从暗场照明系统30发出的光撞击玻璃衬底的下表面B，所以由附着到下表面B的外来物质引起的散射可在第一照相装置10的射束拍摄区域OQ下方发生。因此，为了允许第一照相装置10接收仅由附着到上表面A的外来物质散射的光，当光通过玻璃衬底1时，从暗场照明系统30发出的光的路径具有小于玻璃衬底1的厚度t的宽度Φ。
如上文所描述，根据用于检测玻璃衬底的表面缺陷的设备，可共同实现暗场光学系统的高测试功率的优点以及A/B表面辨别功能，且可实现明场光学系统的优点，使得针对表面缺陷来辨别表面A/B所需的循环时间得以缩短，且检查者仅必须检查具有高NG可能性的表面缺陷，借此使检查配合度达到最大化。
尽管上文通过使用特定术语来描述和说明本发明的优选实施例，但所述术语仅用于清楚地阐释本发明，且所属领域的技术人员将了解，在不脱离如权利要求书中所揭示的本发明的范围和精神的情况下，可对本发明的实施例和术语作出各种修改和改变。
举例来说，尽管如上文所描述和说明的根据本发明的用于检测玻璃衬底的表面缺陷的设备包括两个照相装置，但也有可能安装三个或三个以上的照相装置以用于收集三个或三个以上表面缺陷图像以便辨别上面存在表面缺陷的表面A/B。
此外，尽管如上文所描述和说明的根据本发明的用于检测玻璃衬底的表面缺陷的设备经配置以在玻璃衬底的顶部表面上形成相等的照相区域且相反地在底部表面上形成不同的照相区域，但也有可能在玻璃衬底的顶部表面上形成不同的照相区域而在玻璃衬底的底部表面上形成相等的照相区域。
尽管已出于说明性的目的描述了本发明的优选实施例，但所属领域的技术人员将了解，在不脱离权利要求书中所揭示的本发明的范围和精神的情况下，各种修改、添加和替换是可能的。

Claims (12)

1.一种具有暗场光学系统的用于检测玻璃衬底的表面缺陷的设备，其包括：
第一照相装置，其安置在玻璃衬底上方以用于拍摄所述玻璃衬底上的表面缺陷的第一图像；
第二照相装置，其安置在玻璃衬底上方以用于拍摄所述玻璃衬底上的所述表面缺陷的第二图像；
暗场照明系统，其安置在所述玻璃衬底下方以用于充当朝向所述第一照相装置和所述第二照相装置而穿透所述玻璃衬底的暗场照明；以及
检测信号处理器，其操作所述第一图像上的缺陷位置的坐标和所述第二图像上的缺陷位置的坐标；
其中所述第一照相装置和所述第二照相装置形成呈不平行于所述玻璃衬底的至少转移方向的线形状的照相区域，形成针对所述玻璃衬底的顶部表面的将彼此重叠的照相区域，且形成针对所述玻璃衬底的底部表面的彼此不同的照相区域。
2.根据权利要求1所述的具有暗场光学系统的用于检测玻璃衬底的表面缺陷的设备，其中所述检测信号处理器合成用来反映所述第一图像上的所述缺陷与所述第二图像上的所述缺陷之间的距离差的第三图像以提供结果。
3.根据权利要求1所述的具有暗场光学系统的用于检测玻璃衬底的表面缺陷的设备，其中所述第一照相装置和第二照相装置形成呈所述线形状的所述照相区域，所述线形状将平行于所述玻璃衬底的宽度方向且将参考针对所述顶部表面的所述照相区域的切线而在右方向和左方向上对称。
4.根据权利要求1所述的具有暗场光学系统的用于检测玻璃衬底的表面缺陷的设备，其中所述暗场照明系统以一方式构造而成，使得所投射的光穿过形成在至少所述玻璃衬底的所述顶部表面上的所有照相区域和形成在所述玻璃衬底的所述底部表面上的两个照相区域。
5.根据权利要求1所述的具有暗场光学系统的用于检测玻璃衬底的表面缺陷的设备，其中所述第一照相装置和所述第二照相装置为电荷耦合装置型传感器相机。
6.一种用于检测玻璃衬底的表面缺陷的方法，在用于通过使用以下各者来辨别在玻璃衬底的哪一表面上产生了表面缺陷的方法中：第一照相装置，其安置在所述玻璃衬底上方以用于拍摄所述玻璃衬底上的表面缺陷的第一图像；
第二照相装置，其安置在所述玻璃衬底上方以用于拍摄所述玻璃衬底上的所述表面缺陷的第二图像；以及
暗场照明系统，其安置在所述玻璃衬底下方以用于充当朝向所述第一照相装置和所述第二照相装置而穿透所述玻璃衬底的暗场照明；
其中所述第一照相装置和所述第二照相装置以一方式安置着，使得在所述玻璃衬底的宽度方向上形成呈线形状的照相区域，针对所述玻璃衬底的顶部表面的照相区域彼此重叠，且针对所述玻璃衬底的底部表面的照相区域彼此不同地安置着，所述用于检测玻璃衬底的表面缺陷的方法包括以下步骤：
提取所述第一图像上的缺陷位置的坐标和所述第二图像上的缺陷位置的坐标；
通过基于所提取的位置坐标来合成所述第一图像与所述第二图像而产生第三图像；以及
根据所述第三图像中对应于所述第一图像和所述第二图像的所述缺陷所形成的距离差来辨别哪一表面具有所述表面缺陷。
7.根据权利要求6所述的用于检测玻璃衬底的表面缺陷的方法，其中如果对应于所述第一图像的缺陷和对应于所述第二图像的缺陷彼此重叠，那么确定所述玻璃衬底的所述顶部表面上产生了所述表面缺陷，且
如果对应于所述第一图像的缺陷和对应于所述第二图像的缺陷彼此分离一预定距离，那么确定所述玻璃衬底的所述底部表面上产生了所述表面缺陷。
8.一种用于检测玻璃衬底的表面缺陷的方法，在用于通过使用以下各者来辨别在玻璃衬底的哪一表面上产生了表面缺陷的方法中：第一照相装置，其安置在所述玻璃衬底上方以用于拍摄所述玻璃衬底上的表面缺陷的第一图像；
第二照相装置，其安置在玻璃衬底上方以用于拍摄所述玻璃衬底上的所述表面缺陷的第二图像；以及
暗场照明系统，其安置在所述玻璃衬底下方以用于充当朝向所述第一照相装置和所述第二照相装置而穿透所述玻璃衬底的暗场照明；
其中所述第一照相装置和所述第二照相装置以一方式安置着，使得在所述玻璃衬底的宽度方向上形成呈线形状的照相区域，针对所述玻璃衬底的顶部表面的照相区域彼此重叠，且针对所述玻璃衬底的底部表面的照相区域彼此不同地安置着，
所述用于检测玻璃衬底的表面缺陷的方法包括以下步骤：
提取所述第一图像上的缺陷的位置的坐标和所述第二图像上的缺陷的位置的坐标；以及
如果对应于所述第一图像的缺陷和对应于所述第二图像的缺陷彼此相等，那么辨别出所述玻璃衬底的所述顶部表面上产生了所述表面缺陷，且如果对应于所述第一图像的缺陷和对应于所述第二图像的缺陷彼此不同，那么辨别出所述玻璃衬底的所述底部表面上产生了所述表面缺陷。
9.一种具有暗场光学系统的用于检测玻璃衬底上的表面缺陷的设备，所述设备包括：
暗场照明系统，其安置在玻璃衬底下方并朝上发光，使得所发出的光入射在所述玻璃衬底的下表面上的大致垂直于转移方向的假想线(OP)上，在所述玻璃衬底的厚度方向上折射，且接着通过所述玻璃衬底的上表面上的大致垂直于所述转移方向的假想线(OQ)；
第一照相装置，其对形成在所述玻璃衬底的所述上表面上的所述假想线(OQ)的区域进行拍摄；
第二照相装置，其对形成在所述玻璃衬底的所述下表面上的所述假想线(OP)的区域进行拍摄；以及
检测信号处理器，其通过比较从所述第一和第二照相装置输入的图像而确定外来物质附着到所述玻璃衬底的所述上表面和下表面当中的哪一表面。
10.根据权利要求9所述的设备，其中当从所述暗场照明系统发出的所述光入射在所述玻璃衬底的所述下表面上时，所述光相对于所述玻璃衬底的所述下表面的法线向量的入射角大于45°且小于85°。
11.根据权利要求9所述的设备，其中所述第一和第二照相装置中的至少一者在所述玻璃衬底的所述上表面上的所述假想线(OQ)的所述区域上方安置成与所述假想线(OQ)垂直，或在所述玻璃衬底的所述下表面上的所述假想线(OP)的所述区域上方安置成与所述假想线(OP)垂直。
12.根据权利要求9所述的设备，其中在通过所述玻璃衬底时，从所述暗场照明系统发出的所述光的路径具有比所述玻璃衬底的厚度(t)小的宽度(Φ)。
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