CN1721841B - 光学测量方法及光学测量装置 - Google Patents
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Abstract
提供能够避免检查对象的表面特性引起噪声使测量精度恶化的光学测量方法及光学测量装置。将光照射到检查对象(GL)上，接受从检查对象(GL获得的光最终变换成二维光强度信号(S1)，从光强度信号(S1)中将测量表面状态(IB)时必须的信号即关注信号(SB)与测量表面状态时不需要的信号即噪声信号(SN)分离，由此仅抽出关注信号(SB)，将抽出的关注信号(SB)与预定的阈值(T1)进行比较。实际上为比较光强度信号(S1)与追随噪声信号(SN)的阈值，能够避免检查对象的表面特性引起噪声使测量精度恶化。
Description
技术领域
本发明涉及光学测量方法及光学测量装置。更详细地说，涉及这样一种光学测量方法及光学测量装置，其适用于在测量玻璃板等的检测对象中、存在因表面特性而引起的噪声并且该噪声的分布不规则的检测对象。
背景技术
作为光学测量方法之一，有例如日本特开2002-8444号公报所公开的使用预定的阈值的方法。通过使用这种方法，能够实现检测出附着在用于液晶板等玻璃板上的不洁物等异物的异物检测装置。
图6为使用了现有光学测量方法的异物检测装置5的原理图，图7为表示图6中的异物IB引起的散射光的强度信号S1与阈值T0之间的关系的图。图7的上部表示在玻璃板GL上存在包含异物IBa、IBb的4个异物，图7下部的曲线表示图7上部L0线中的光强度信号S1。如图6所示，异物检测装置5具有：使光照射到作为检测对象的玻璃板GL上的射光器件51，能够接受射光器件51照射的光中在玻璃板GL上被散射的散射光、最终变换成二维散射光强度信号S1的受光器件53，以及将散射光强度信号S1与预定的阈值T0进行比较的比较器件63。
如果采用异物检测装置5，当玻璃板GL上附着有异物IB时，射光器件51照射的光被异物IB散射成散射光。散射光的一部分被受光器件53接收，变换成散射光强度信号S1。散射光的强度信号S1被A/D变换器61A/D变换后在比较器件63中与预定的阈值T0进行比较，如图7(A)所示那样，仅在比阈值T0大的情况下输出异物信号SB。这一处理在整个玻璃板GL的二维表面上进行。由此可以知道在玻璃板GL上与异物信号SB的像素相对应的位置附着有异物IB。并且，还可以根据异物信号SB的总强度知道异物IB的大小。
[专利文献1]日本特开2002-8444号公报
但是，作为检查对象的玻璃板GL上一般存在大小为作为检测对象的异物的大小的1/2到1/10左右及其以下的微小的疵点、突起物、其表面的粗糙度等，这些表面特性都会引起噪声。这种噪声随位置或时间的不同其大小不一地变动。在存在这种变动的噪声的情况下，存在上述异物检测装置5的检测精度不好的问题。
例如，在图7(A)那样的表面特性引起的噪声SN小且一定的情况下，2个异物IBa、IBb引起的散射光的强度信号SBa、SBb可以通过比较光强度信号S1(＝SB+SN)与预定的阈值T0良好地检测到。但是，在图7(B)那样噪声SN不一定、存在分布的情况下，即使能够通过设定阈值T0检测到左侧异物IBa，但在存在像右侧的异物IBb那样比较小的噪声SN的位置附着有异物IB的情况下，由于其散射光的强度信号S1(＝SBb+SN)未超过上述阈值T0，因此不能检测到异物IBb。
而且，由于该噪声的分布在作为检查对象的玻璃板GL的面内随位置不同而异，而且不同的玻璃板GL也不同，所以很难用共同的值设定各自的预定的阈值T0。用于平板显示的玻璃板大多数情况下被覆有金属膜等，特别是在这样的情况下，表面的粗糙度等引起噪声而检测精度显著恶化。因此，希望要有不管检查对象的表面特性如何都能够达到良好的检测精度的异物检测装置。
发明内容
本发明就是鉴于上述问题，目的是要提供一种能够避免检查对象的表面特性引起噪声使测量精度恶化的光学测量方法及光学测量装置。
为了解决上述问题，本发明的提供一种光学地测量检查对象的表面状态的光学测量方法，其特征在于，(1)将光照射到上述检查对象上，接受从上述检查对象获得的光，最终变换成二维光强度信号；(2)预先将第1参数和第2参数存储在存储单元中，对相邻的像素的光强度信号依次进行差分处理，通过比较该相邻的像素间的差分值与第1参数的大小，来识别作为存在关注信号的像素的关注像素的一端的像素，该关注信号为测量上述表面状态时必需的信号，然后通过比较相邻像素间的差分值与第2参数的大小，来识别关注像素的另一端的像素，由此识别关注像素的位置，根据识别的关注像素两端的光强度信号，插值测量上述表面状态时不需要的信号即噪声信号，从各关注像素的光强度信号中除去插值的噪声信号，从而从光强度信号中将上述关注信号与上述噪声信号分离；(3)仅抽出关注信号，并将抽出的关注信号与预定的阈值进行比较。
为了解决上述问题，本发明的第1方案为如图1、2所示那样的用来光学地测量检查对象GL的表面状态IB的光学测量方法，将光照射到上述检查对象GL上，接受从上述检查对象GL获得的光最终变换成二维光强度信号S1，从上述光强度信号S1中将测量上述表面状态IB时必需的信号即关注信号SB与测量上述表面状态时不需要的信号即噪声信号SN分离，由此仅抽出关注信号SB，将抽出的关注信号SB与预定的阈值T1进行比较。
本发明的第2方案为如图2(B)、2(C)所示抽出作为存在上述关注信号SB的像素即关注像素40，从抽出的上述关注像素40的光强度信号中除去该关注像素40中的噪声信号SN，由此抽出上述关注信号SB。
本发明的第3方案为如图3、4所示预先将第1参数P1和第2参数P2存储在存储单元31中，对相邻像素的光强度信号S1依次进行差分处理，通过比较该相邻像素间的差分值与第1参数P1的大小来识别关注像素40的一端42的像素，然后通过比较相邻像素间的差分值与第2参数P2的大小来识别关注像素40的另一端44的像素，由此识别关注像素40的位置，根据识别的关注像素40两端42、44的光强度信号插值噪声信号SN，从各关注像素40的光强度信号中除去插值得到的噪声信号SN。
本发明的第4方案为在识别关注像素的一端42后不能识别关注像素40的另一端44的情况下，可以实施以下处理中的任何一个处理：强制地将离上述一端42预定像素宽度的位置作为另一端44，或者认为从上述一端42开始不能识别。
本发明的第5方案为用来光学地测量检查对象GL的表面状态IB的光学测量装置1，包括以下器件：将光照射到上述检查对象GL上的射光器件11，可以接受从上述检查对象GL获得的光最终变换成二维光强度信号的受光器件13，通过从上述光强度信号S1中将测量上述表面状态IB时必需的信号即关注信号SB与测量上述表面状态IB时不需要的信号即噪声信号SN分离，仅抽出关注信号SB的关注信号抽取单元30，将抽出的关注信号SB与预定的阈值T1进行比较的比较器件23。
本发明的第6方案中上述关注信号抽取单元30具有抽出作为存在上述关注信号SB的像素即关注像素40的关注像素抽取单元32，以及通过从抽出的上述关注像素40的光强度信号S1中除去该关注像素40中的噪声信号SN抽出上述关注信号SB的减去噪声单元33。
本发明的第7方案中上述关注信号抽取单元30具有预先存储有第1参数P1和第2参数P2的存储单元31；上述关注像素抽取单元34对上述受光器件13获得的相邻像素的光强度信号S1依次进行差分处理，通过比较该相邻像素间的差分值与第1参数P1的大小来识别关注像素SB的一端42的像素，然后通过比较相邻像素间的差分值与第2参数P2的大小来识别关注像素40的另一端44的像素，由此识别关注像素40的位置，根据识别的关注像素40两端42、43的光强度信号插值噪声信号SN；上述减去噪声单元33从各关注像素40的光强度信号S1中减去插值得到的噪声信号SN。
本发明的第8方案在上述关注像素抽取单元32在识别关注像素40的一端42后不能识别关注像素40的另一端44的情况下可以实施以下处理中的任何一个处理：强制地将离上述一端42预定像素宽度的位置作为另一端44，或者认为从上述一端42开始不能识别。
本发明将光照射到检查对象GL上，接受从上述检查对象GL获得的光最终变换成二维光强度信号S1。该光强度信号S1包含噪声信号SN和关注信号SB。噪声信号SN为基于检查对象GL的表面特性的信号，为测量存在异物等表面状态IB时不需要的信号。关注信号SB为被表面状态IB散射的散射光的强度信号，为测量表面状态IB时必需的信号。关注信号SB叠加在噪声信号SN上。通过从光强度信号S1中将关注信号SB与噪声信号SN分开仅抽取关注信号SB，将抽出的关注信号SB与预定的阈值T1进行比较。这实际如图5所示为光强度信号S1与追随噪声信号SN的阈值T1′的比较。因此，能够避免检查对象的表面特性引起的噪声使测量精度恶化。
如果采用本发明，提供一种能够避免检查对象的表面特性引起噪声使测量精度恶化的光学测量方法及光学测量装置。
附图说明
图1本发明的异物检测装置的原理图
图2用来说明运算处理单元中的处理的图
图3表示包含异物信号的光强度信号的图
图4用来说明异物像素抽取单元中的处理的图
图5表示光强度信号与实际上的阈值的关系的图
图6使用了现有光学测量方法的异物检测装置的原理图
图7表示图6所示的异物引起的散射光的强度信号与阈值的关系的图
实施本发明的优选形态
图1为本发明的异物检测装置1的原理图，图2为用来说明运算处理单元20中的处理的图，图3为表示包含异物信号SB的光强度信号S1的图，图4为用来说明异物像素抽取单元32中的处理的图，图5为表示光强度信号S1与实际上的阈值T1′的关系的图。
图1所示的异物检测装置1具备射光器件11、光学系统12、受光器件13、运算处理单元20和显示器件14。射光器件11的配置方式为使激光束从斜上方照射到作为检查对象的玻璃板GL。光学系统12配置在玻璃板GL与受光器件13之间，具有将来自玻璃板GL的表面的散射光导向受光器件13的受光面的透镜。受光器件13为可以接受该散射光最终变换成二维光强度信号S1的阵列传感器相机。
运算处理单元20包括A/D变换单元21、异物信号抽取单元30和比较器件23。当然，A/D变换单元21也可以配置在受光器件13内。即，受光器件13可以是输出数字信号的所谓数字传感器。异物信号抽取单元30包括存储单元31、异物像素抽取单元32和减去噪声单元33。存储单元31预先存储有第1参数P1和第2参数P2。也可以存储参数ΔL、ΔR和W。有关这些参数的功能后面叙述。异物像素抽取单元32根据光强度信号S1检测是否存在异物信号SB，像图2(B)所示那样，抽取该异物信号SB存在的像素或其区域(以下称为“异物像素”或“异物区域”)40。另外，异物信号SB相当于本发明关注的信号。并且，异物像素抽取单元32相当于本发明的关注像素抽取单元。
如图2(B)及(C)所示，减去噪声单元33通过从抽取到的异物像素40的光强度信号S1中除去该异物像素40中的噪声信号SN，来仅将异物信号SB抽出。比较器件23如图2(D)所示那样，将异物信号抽取单元30抽出的异物信号SB的值与预定的阈值T1进行比较，仅在比阈值T1大时将其输出。显示器件14为具备CRT或液晶画面等显示画面的显示装置，根据运算处理单元20输出的异物信号SB将异物IB的信息显示在显示画面中。
下面详细说明上述结构的异物检测装置1的异物检测功能。在图1中，射光器件11照射玻璃板GL。当玻璃板GL上附着有异物IB时，照射光照射到异物IB上被散射。该散射光的一部分被光学系统12聚集导入受光器件13中。受光器件13将上述散射光的一部分变换成光强度信号S1。该光强度信号S1包括噪声信号SN和异物信号SB。
这里，由于作为检查对象的玻璃板GL的表面一般存在大小为作为检测对象的异物IB的大小的1/2到1/10左右或其以下的微小的疵点、突起物、其表面的粗糙度等，这些表面特性都有可能引起噪声。异物信号SB就是这样的基于玻璃板GL的表面特性的信号。异物信号SB叠加在被异物IB散射的散射光的强度信号即噪声信号SN上。
被输入运算处理单元20的模拟光强度信号S1在A/D变换单元21中变换成数字信号。异物像素抽取单元32识别异物信号SB的两端，抽出夹在其中的区域作为异物像素40。具体为，对例如图3那样的光强度信号S1，在相邻的像素间依次进行差分处理，获得图4那样的差分值ΔS1的关系。在图4中，当存在具有比第1参数P1大的差分值ΔS1作为上升信号的像素41时，将该像素的地址作为异物IB的左端候补。当相邻的像素连续有多个具有比第1参数P1大的差分值作为上升信号的像素时，将最右侧的相素的地址作为左端候补。
并且，将从左端候补减去参数ΔL，例如1～5个相素的地址作为异物IB的左端42。通过减去参数ΔL，能够更精确地识别异物IB的端部。接着，在存在具有比第2参数P2小的差分值作为下降信号的像素43时，将该像素43的地址作为异物IB的右端候补。当在相邻像素连续有多个具有下降比第2参数P2小的差分值作为下降信号的像素时，将最左侧的相素作为左端候补。
并且，将在右端候补上加上参数ΔR，例如1～5个相素的地址作为异物IB的右端44。通过加上参数ΔR，能够更精确地识别异物IB的端部。当然，左端候补的识别可以考虑各种各样的变形。例如，当在相邻的像素连续有多个具有比第1参数P1大的差分值作为上升信号的像素时，既可以作为最左侧的相素也可以作为它们的中间值。对于右端候补也同样。
这里，第1参数P1优选与高频噪声的振幅大致相同的值。第2参数P2优选与第1参数P1相同的值或比其小的值，更好是第1参数P1的1/2左右。第1及第2参数P1、P2可以与想要除去的高频噪声，例如面膜的粗细相对应设定。参数ΔL、ΔR优选成为检测对象的异物IB的关注像素的端部之间的平均距离，即异物区域40的1/3左右的大小。例如，设定为P1＝10、P2＝-5、ΔL＝3、ΔR＝-3。这样识别异物信号SB的左端42和右端44，抽出它们夹着的区域作为异物区域40。
下面执行的是从该异物区域40的光强度信号S1中除去异物区域40中的噪声信号SN的处理。将左端42的信号强度作为左端42的噪声信号，同样将右端44的信号强度作为右端44的噪声信号，其间像图3那样进行线性插值。这样能够求出异物区域40内的噪声信号SN，能够求出从异物区域40内的光强度信号S1减去该噪声信号SN后的值作为异物信号SB的信号强度。
另外，如果在将某个地址作为异物IB的左端42之后找不到可以看成是异物IB的右端44的信号的话，可以选择强制地认为离左端42预定像素宽W(图中没有特别表示)的右边存在该异物的右端，或者认为从开始就不存在异物IB。由此，可以避免发现左端42而找不到右端44的状态。或者可以避免在设想的位置以外误检测到右端44。该预定像素宽度W优选作为检测对象的异物IB的关注像素的端部之间的平均距离，即异物区域40的平均程度的值。
并且，在假定左端42之后，在先于右端候补之前再次出现左端候补时的处理，可以根据其目的，选择是忽略新的左端候补还是将新的左端候补修改成左端。而且，因异物接近地存在，2个异物区域重叠时的处理，可以根据其目的选择是将2个异物区域分开处理还是将2个异物区域合成一个进行处理。由此，可以更准确地检测异物。
比较器件23将异物信号抽取单元30的处理抽出的异物信号SB的值与预定的阈值T1进行比较，仅输出比阈值T1大时的值。该阈值T1越小越能检测出小的异物IB，越大越只能检测出大的异物。即，可以说是决定检测灵敏度的值。通过对玻璃板GL的整个表面进行上述处理，能够抽出与阈值T1相对应的异物信号SB。
比较器件23这样地将除去了噪声信号SN的异物信号SB的值与预定大小的阈值T1进行比较。这实际上是如图5所示那样将光强度信号S1与追随噪声信号SN的阈值T1′进行比较。因此，即使是在表面被覆了金属膜的玻璃板GL，也能够不受基于金属膜的粗糙度的噪声信号的不匀的影响，精度良好地检测出异物。
显示器件14将抽出的异物信号SB作为表示附着在玻璃板GL上的位置的二维图像显示在显示画面中。当然，也可以表示异物IB的大小，每个大小的个数的分布以及附着位置的分布等。而且，也可以与此完全相反地表示噪声的分布。即，可以知道玻璃板GL的粗糙度的分布。
在以上实施形态中，异物检测装置1的整个或其各零部件的构成、结构、个数等，以及运算处理单元20中的处理内容和处理顺序等，可以根据本发明的宗旨进行适当的变更。虽然上述运算处理单元20对相邻的像素进行差分处理等上述处理，但不是相邻的像素之间而是跳过一二个像素的像素之间也可以进行上述处理。因此本发明的“相邻像素”包括“相近像素”的意思。并且，当然也可以用更加复杂的低通滤波取代差分处理。并且，本发明不局限于异物检测装置，也可以适用于其他用途的光学测量装置。例如，可以适用于缺陷检查装置、突起高度测量装置、三维形状测量装置、膜厚测量装置、粗糙度测量装置、图案识别装置及宽度测量装置等。
Claims (4)
1.一种光学地测量检查对象的表面状态的光学测量方法，其特征在于，
(1)将光照射到上述检查对象上，接受从上述检查对象获得的光，最终变换成二维光强度信号；
(2)预先将第1参数和第2参数存储在存储单元中，对相邻的像素的光强度信号依次进行差分处理，通过比较该相邻的像素间的差分值与第1参数的大小，来识别作为存在关注信号的像素的关注像素的一端的像素，该关注信号为测量上述表面状态时必需的信号，然后通过比较相邻像素间的差分值与第2参数的大小，来识别关注像素的另一端的像素，由此识别关注像素的位置，根据识别的关注像素两端的光强度信号，插值测量上述表面状态时不需要的信号即噪声信号，从各关注像素的光强度信号中除去插值的噪声信号，从而从上述光强度信号中将关注信号与上述噪声信号分离；
(3)仅抽出关注信号，并将抽出的关注信号与预定的阈值进行比较。
2.如权利要求1所述的光学测量方法，在识别所述关注像素的一端后不能识别关注像素的另一端的情况下，实施以下处理中的任何一个处理：强制地将离上述一端预定像素宽度的位置作为另一端，或者认为上述一端从开始就不能识别。
3.一种用来光学地测量检查对象的表面状态的光学测量装置，其特征在于，包括以下器件：将光照射到上述检查对象上的射光器件；可以接受从上述检查对象获得的光并最终变换成二维光强度信号的受光器件；通过从上述光强度信号中将测量上述表面状态时必需的信号即关注信号与测量上述表面状态时不需要的信号即噪声信号分离，仅抽出关注信号的关注信号抽取单元；将抽出的关注信号与预定的阈值进行比较的比较器件；
上述关注信号抽取单元具有：抽出存在上述关注信号的像素即关注像素的关注像素抽取单元；以及通过从抽出的上述关注像素的光强度信号中除去该关注像素中的噪声信号，来抽出上述关注信号的噪声减去单元；
上述关注信号抽取单元具有预先存储有第1参数和第2参数的存储单元；
上述关注像素抽取单元对上述受光器件获得的相邻像素的光强度信号依次进行差分处理，通过比较该相邻像素间的差分值与第1参数的大小来识别关注像素的一端的像素，然后通过比较相邻像素间的差分值与第2参数的大小，来识别关注像素的另一端的像素，由此识别关注像素的位置，根据识别的关注像素两端的光强度信号插值噪声信号；
上述噪声减去单元从各关注像素的光强度信号中减去插值的噪声信号。
4.如权利要求3所述的光学测量装置，上述关注像素抽取单元在识别了所述关注像素的一端后，不能识别关注像素的另一端的情况下，实施以下处理中的任何一个处理：强制地将离上述一端预定像素宽度的位置作为另一端，或者认为上述一端从开始就不能识别。
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