DE102005007715B4

DE102005007715B4 - Device for detecting defects and use of the device

Info

Publication number: DE102005007715B4
Application number: DE200510007715
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. Gerstner; Clemens Dr. Ottermann; Bernhard Hunzinger
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2005-02-18
Filing date: 2005-02-18
Publication date: 2008-07-24
Anticipated expiration: 2025-02-19
Also published as: DE102005007715A1

Abstract

Vorrichtung zur Erfassung von Fehlstellen an Oberflächen von Werkstücken, insbesondere von Glas-Werkstücken, mit
– einer Beleuchtungseinrichtung (11), mit der Strahlung auf die Werkstückoberfläche (31) gerichtet wird;
– einer Vielzahl von Lichtquellpunkten, aus denen sich die Lichtquelle (11) zusammensetzt, wobei diese Lichtquellpunkte so angeordnet sind, daß auf jeden der Oberflächenbereiche Licht aus mindestens zwei unterschiedlichen Einfallsrichtungen, die einen Winkel von annähernd 45°, annähernd 90°, oder annähernd 120° einschließen können, fällt;
– einem optischen Detektor, der zumindest einen Teil der von einer Fehlstelle auf der Werkstückoberfläche beeinflussten Strahlung erfasst,
– einer Vielzahl von lichterfassenden Pixeln, die der optische Detektor aufweist und die das jeweils von unterschiedlichen Oberflächenbereichen stammende Streulicht aufnehmen.Device for detecting defects on surfaces of workpieces, in particular of glass workpieces, with
- A lighting device (11), is directed with the radiation to the workpiece surface (31);
A plurality of light source points composing said light source (11), said light source points being arranged to receive light from at least two different directions of incidence at each of said surface regions at an angle of approximately 45 °, approximately 90 °, or approximately 120 ° ° can fall;
An optical detector which detects at least part of the radiation influenced by a defect on the workpiece surface,
- A plurality of light-detecting pixels, which comprises the optical detector and which receive the respective originating from different surface areas scattered light.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein die Qualitätskontrolle bei der Produktion und/oder Verarbeitung von Werkstücken, insbesondere die optische Erfassung von Fehlern auf oder in Werkstücken.The This invention relates generally to quality control in production and / or processing of workpieces, in particular the optical detection of defects on or in workpieces.

Insbesondere bei der Fertigung von hochintegrierten elektronischen oder optoelektronischen Einrichtungen werden an die verwendeten Substrate sehr hohe Anforderungen sowohl an die Oberflächengüte, als auch an die Defektfreiheit des Substratvolumens gestellt. Insbesondere in diesem Bereich ist auch eine besonders schnelle Massenfertigung wünschenswert, um die Produktionskosten so weit senken zu können, daß die Hersteller in dem hier vorherrschenden starken Wettbewerb bestehen können. Um die Produktionskosten zu senken, werden beispielsweise immer größere Substrate verwendet, um auf diese Weise die Anzahl parallel auf dem Substrat hergestellter Bauteile zu erhöhen. Zwar steigt die Produktionszeit zur Herstellung einer größeren Anzahl von Bauteilen auf einem Substrat im allgemeinen nicht oder nur wenig an, allerdings gilt dies im allgemeinen nicht für die Qualitätskontrolle, da entsprechend größere Flächen oder eine größere Anzahl von Bauteilen zu kontrollieren ist.Especially in the production of highly integrated electronic or optoelectronic devices Both very high demands are made on the substrates used to the surface finish, as also on the freedom from defects of the substrate volume. Especially In this area is also a particularly fast mass production desirable, so as to be able to reduce the cost of production to a level where producers are in the predominant position strong competition. For example, in order to reduce production costs, there will always be larger substrates used this way the number of parallel on the substrate increase the produced components. Although the production time increases to produce a larger number of components on a substrate generally not or only slightly but this is generally not true for quality control, because correspondingly larger areas or a larger number of Components to control.

Aus der DE 32 42 447 C2 ist eine optische Bahnüberwachungseinrichtung mit Zeilenkameras mit gerichteter Beleuchtung bekannt. Dabei wird mittels eines Spiegelstreifens eine gerichtete Beleuchtung realisiert, die mit einer Zeilenkamera erfasst wird. Insbesondere basiert das Prinzip der Erfassung darauf, daß die Materialbahn so beleuchtet wird, daß die Pupille der Beleuchtungsanordnung in die Pupille des Beobachtungsobjektivs abgebildet wird.From the DE 32 42 447 C2 For example, there is known an optical orbit monitor with directional line scan line cameras. In this case, a directional illumination is realized by means of a mirror strip, which is detected by a line scan camera. In particular, the principle of detection is based on illuminating the material web so that the pupil of the illumination arrangement is imaged into the pupil of the observation objective.

Die DE 101 24 943 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Untersuchung von Einschlüssen und Oberflächenfehlern. Dabei sind die Halogenleuchten, die für die Dunkelfeldbeleuchtung vorgesehen sind, so angeordnet, daß der Maximalwinkel zwischen unterschiedlichen Lichtstrahlen deutlich kleiner als 45° ist.The DE 101 24 943 A1 describes a device for examining inclusions and surface defects. In this case, the halogen lamps, which are provided for the dark field illumination, arranged so that the maximum angle between different light beams is significantly smaller than 45 °.

In der DE 197 33 431 A1 wird eine Vorrichtung offenbart, bei welcher ein bahnförmiges Substrat mit Leuchtstoffröhren beleuchtet wird. Dabei wird sowohl eine Durchlicht-, als auch eine Auflichtbeleuchtung verwendet. Bei der Duchlichtbeleuchtung wird kein Streulicht als Meßsignal erfasst. Hinsichtlich der Auflichtbeleuchtung wird für transparente Materialbahnen vorgesehen, eine Mattscheibe unter dem Substrat anzuordnen. Auch hier wird kein Streulicht, sondern die Abschattung auf der Mattscheibe durch die Fehlstellen in der Materialbahn erfasst.In the DE 197 33 431 A1 discloses a device in which a web-shaped substrate is illuminated with fluorescent tubes. Both a transmitted and a reflected light illumination is used. In Duchlichtbeleuchtung no stray light is detected as a measurement signal. With regard to incident illumination, it is provided for transparent material webs to arrange a ground glass under the substrate. Again, no stray light, but the shading on the screen is detected by the defects in the web.

Aus der DE 101 02 557 B4 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überprüfung von Glasscheiben auf Oberflächen- oder Einschlußfehler bekannt. Das Messprinzip basiert darauf, daß die Scheibe fortschreitend bewegt und dabei Sektionen der Scheibe mindestens zweimal von einer Kamera fotografiert wird. Fehlstellen werden als Oberflächen- oder Einschlußstellen der Scheibe zugeordnet, wenn in den aufeinanderfolgenden Aufnahmen unter Berücksichtigung der zurückgelegten Bewegungsstrecke an gleicher Position ein Fehler erkennbar ist.From the DE 101 02 557 B4 discloses a method and apparatus for inspecting glass sheets for surface or inclusion defects. The measuring principle is based on the fact that the disc moves progressively while sections of the disc is photographed at least twice by a camera. Defects are assigned as surface or inclusion points of the disc, if in the successive shots, taking into account the distance traveled at the same position an error is recognizable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optische Fehlererkennung von Substraten bereitstellen zu können, die bei hoher Geschwindigkeit der Fehlererkennung auch noch höchsten Anforderungen bei der Qualitätssicherung genügt.Of the Invention is based on the object, an optical error detection can be provided by substrates that at high speed of the Error detection even highest Requirements for quality assurance enough.

Diese Aufgabe wird bereits in höchst überraschend einfacher Weise durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.These Task is already in the most surprising simple manner solved by the subject of the independent claims. advantageous Further developments and refinements of the invention are specified in the subclaims.

Demgemäß sieht die Erfindung eine Vorrichtung zur Erfassung von Fehlstellen, insbesondere an Oberflächen von Werkstücken vor, bei welcher Strahlung auf ein Werkstück gerichtet ist und vom Werkstück, vorzugsweise von der Fehlstelle zumindest teilweise beeinflusst wird. Es ist insbesondere vorgesehen, zumindest ein Teil der von der Fehlstelle beeeinflussten Strahlung von einem optischen Detektor zu erfassen.Accordingly, see the invention relates to a device for detecting defects, in particular on surfaces of workpieces in which radiation is directed to a workpiece and the workpiece, preferably is at least partially affected by the defect. It is in particular provided, at least part of the defect beeing affected by radiation from an optical detector.

Der optische Detektor umfaßt bevorzugt eine Vielzahl von lichterfassenden Pixeln, die jeweils von unterschiedlichen Substratbereichen stammendes Licht nachweisen, um mit hoher Genauigkeit größere Oberflächenbereiche gleichzeitig untersuchen zu können. Mit unterschiedlichen Substratbereichen sind hier nicht notwendigerweise disjunkte Bereiche gemeint, die Bereiche können sich vielmehr beispielsweise auch teilweise überdecken. Weiterhin ist eine Beleuchtungseinrichtung vorgesehen, die eine Vielzahl von Lichtquellpunkten aufweist, die so angeordnet sind, daß auf jeden der Substratbereiche Licht aus zumindest zwei unterschiedlichen Einfallsrichtungen fällt. Dies ist vorteilhaft, um langgestreckte Strukturen, wie etwa Kratzer nachweisen zu können, da die Lichtstreuung an derartigen Strukturen im allgemeinen stark abhängig vom Winkel zwischen Kratzer und einfallendem Licht ist. Auf diese Weise können auch beliebig entlang der Oberfläche verlaufende und nur leichte Kratzer sicher detektiert werden. Günstig ist es dabei, wenn die Einfallsrichtungen einen Winkel von zumindest 45°, bevorzugt von zumindest 90°, besonders bevorzugt von zumindest 120° einschließen. Ein Winkel zwischen zwei Einfallsrichtungen von zumindest 120° ist besonders dann günstig, wenn das Licht aus mehr als zwei Richtungen auf den jeweiligen Oberflächenbereich, also beispielsweise aus zumindest drei Richtungen auf die Oberfläche fällt. Ein Lichtquellpunkt muß nicht notwendigerweise eine eigene Lichtquelle sein. Vielmehr kann auch das Licht einer oder mehrerer Lichtquellen in geeigneter Weise aufgeteilt werden.The optical detector preferably comprises a multiplicity of light-detecting pixels which respectively detect light originating from different substrate regions in order to be able to examine large surface areas simultaneously with high accuracy. Different areas of the substrate do not necessarily mean disjoint areas here, but rather the areas may partially overlap, for example. Furthermore, a lighting device is provided which has a plurality of light source points, which are arranged so that falls on each of the substrate regions light from at least two different directions of incidence. This is advantageous for being able to detect elongated structures, such as scratches, since the light scattering on such structures is generally strongly dependent on the angle between scratch and incident light. In this way it is also possible to reliably detect any scratches along the surface and only slight scratches. It is advantageous if the directions of incidence include an angle of at least 45 °, preferably of at least 90 °, particularly preferably of at least 120 °. An angle between two directions of incidence of at least 120 ° is particularly favorable when the light from more than two directions to the respective surface area, so for example from at least three directions on the Oberflä kitchen falls. A light source does not necessarily have to be a separate light source. Rather, the light of one or more light sources can be divided in a suitable manner.

Besonders bevorzugt umfaßt der optische Detektor eine Zeilenkamera, mit welcher entlang der Oberfläche langgestreckte Bereiche des zu prüfenden Substrats parallel überprüfbar sind. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfaßt der optische Detektor eine bildaufzeichnende Kamera, mit welcher das Substrat entlang der Oberfläche abschnittweise, oder sogar auf einmal erfaßt werden kann.Especially preferably comprises the optical detector is a line scan camera with which is elongated along the surface Areas of the to be tested Substrate are verifiable in parallel. According to another Embodiment includes the optical detector is an image-recording camera with which the substrate along the surface in sections, or even at one go.

Dem optischen Detektor kann besonders vorteilhaft eine 4f-Anordnung vorgeschaltet sein. Es hat sich überraschend gezeigt, daß eine derartige Anordnung Lichtstreueffekte an Fehlstellen des Substrats besonders hervorzuheben vermag. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die 4F-Anordnung dergestalt angeordnet ist, daß sie eine Filterung von Strukturgrössen vornimmt, welche nicht der Strukturgrösse der zu erfassenden Fehlstellen entspricht. Ebenso kann mit den gleichen Vorteilen alternativ oder zusätzlich der Beleuchtungseinrichtung eine 4F-Anordnung nachgeschaltet sein.the optical detector can be particularly advantageous upstream of a 4f arrangement be. It's surprising shown that a such arrangement light scattering effects on defects of the substrate particularly emphasizes. This is especially the case when the 4F arrangement is arranged to have a Filtering of structure sizes which does not match the structure size of the defects to be detected equivalent. Likewise, with the same advantages, alternatively or additionally the lighting device to be followed by a 4F arrangement.

Besonders bevorzugt umfaßt die Beleuchtung eine Dunkelfeldbeleuchtungsanordnung. Insbesondere ist der oder sind die optischen Detektoren so angeordnet, daß sie zumindest Bereiche des Dunkelfelds erfassen. Eine Dunkelfeld-Anordnung ist durch Ausschaltung des direkten Lichtsignals gerade zur Erkennung besonders kleiner Fehler, also für höchste Anforderungen geeignet. Gemäß noch einer Weiterbildung der Erfindung ist die Dunkelfeldbeleuchtungsanordnung konfokal zur optischen Achse des optischen Detektors in Reflektion angeordnet, um verbleibendes Hintergrundsignal auszuschalten. Dabei kann die Dunkelfeldbeleuchtungsanordnung konfokal zur optischen Achse des optischen Detektors in Transmission angeordnet sein.Especially preferably comprises the lighting a dark field lighting arrangement. Especially is or are the optical detectors arranged to be at least Capture areas of the dark field. A dark field arrangement is by switching off the direct light signal just for detection especially small mistake, so for highest Requirements suitable. According to one more Further development of the invention is the dark field illumination arrangement confocal to the optical axis of the optical detector in reflection arranged to turn off remaining background signal. there For example, the dark field illumination arrangement can be confocal to the optical Be arranged axis of the optical detector in transmission.

Die Beleuchtung kann weiterhin auch eine Phasenkontrast-Beleuchtungsanordnung umfassen. Auch mit einer solchen Anordnung lassen sich kleinste Abweichungen in Oberflächen- oder Volumenstruktur mit hohem Kontrast nachweisen.The Lighting may also include a phase contrast illumination arrangement include. Even with such an arrangement can be smallest Deviations in surface or volume structure demonstrate high contrast.

Die Beleuchtung kann erfindungsgemäß sowohl in Transmission, als auch in Reflexion, als auch in Kombination von Transmission und Reflexion vorgenommen werden.The Lighting can according to the invention both in transmission, as well as in reflection, as well as in combination be made by transmission and reflection.

Insbesondere zur Detektion von Oberflächendefekten ist es weiterhin von Vorteil, wenn die Beleuchtung mit schräg einfallenden Licht vorgenommen wird. Dabei wird schräg einfallend im Sinne der Erfindung als schräg zur beleuchteten Oberfläche des Substrats einfallend verstanden. Das schräg einfallende Licht kann vorteilhaft ein schmales Lichtbündel umfassen, welches im Bildfeld der Kamera nur eine der beiden Hauptoberflächen eines zu prüfenden Substrats beleuchtet. Das schräg einfallende Licht kann in vorteilhafter Weise auch s-polarisiert sein. Damit wird die Reflexion an defektfreien Bereichen der Oberfläche des zu prüfenden Substrats verringert, so daß ein verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis des von Oberflächenfehlern stammenden Streulichtsignals erreicht wird. Besonders günstig ist dabei, wenn das schräg einfallende Licht relativ zum Werkstück unter dem Brewsterwinkel eingestrahlt wird. Zusätzlich oder alternativ kann der optische Detektor mit ähnlichem Effekt einen Polarisator umfassen, welcher das Licht im wesentlichen senkrecht zur Polarisation des vom Werkstück reflektierten Lichts polarisiert. Der Begriff „im wesentlichen" bedeutet diesbezüglich im Sinne der Erfindung insbesondere, daß dies für die Hauptfläche gilt, aber beispielsweise nicht für die Fehlstelle. Mit anderen Worten ist der Polarisator so eingestellt, daß von defektfreien Bereichen der Oberfläche reflektiertes Licht geblockt wird.Especially for the detection of surface defects It is also beneficial if the lighting is oblique incidence Light is made. In this case, obliquely incident in the context of the invention as an angle to the illuminated surface of the Substrate understood incidentally. The obliquely incident light can be advantageous a narrow beam of light which in the image field of the camera only one of the two main surfaces of a to be tested Illuminated substrate. The oblique incident light can also be s-polarized in an advantageous manner. Thus, the reflection at defect-free areas of the surface of the to be tested Substrate reduced so that a improved signal-to-noise ratio of surface defects originating scattered light signal is achieved. It is particularly favorable if that's at an angle incident light relative to the workpiece at the Brewster angle is irradiated. additionally or alternatively, the optical detector having a similar effect may be a polarizer comprising the light substantially perpendicular to the polarization of the workpiece reflected light polarized. The term "essentially" means in this regard Meaning of the invention, in particular, that this applies to the main surface, but not for example the defect. In other words, the polarizer is set that of defect-free areas of the surface reflected light blocked becomes.

Um eine saubere Trennung von an Defekten reflektiertem Streulicht und an defektfreien Oberflächenbereichen reflektiertem Licht zu ermöglichen, ist es insbesondere von Vorteil, wenn die Beleuchtung eine seitlich vom optischen Detektor angeordnete Beleuchtung umfasst, welche geringere oder keine Lichtanteile senkrecht zur Substratoberfläche aufweist.Around a clean separation of flares reflected by defects and on defect-free surface areas to allow reflected light It is particularly advantageous if the lighting is a side The lighting arranged by the optical detector comprises lower ones or no light components perpendicular to the substrate surface.

Die Beleuchtungseinrichtung kann in vorteilhafter Weiterbildung auch Spiegel zur Strahlformung aufweisen. Gemäß einer Weiterbildung ist diesbezüglich vorgesehen, daß die Beleuchtungseinrichtung facettierte Spiegel zur Definition einer Vielzahl von Foki auf dem Werkstück umfasst, von welchen Kugelwellen ausgehen. Eine weitere Möglichkeit, eine Beleuchtung mit einer Vielzahl von Einzellichtquellen zu schaffen, ist eine Beleuchtungseinrichtung mit zumindest einem holographisch optischen Element zur Definition einer Vielzahl von Foki auf dem Werkstück. Ein Teil mit derartigen holografisch optischen Elementen kann ein Phasenhologramm umfassen, welches vorzugsweise Aufdampfglas enthält. Demgemäß können die holografisch wirksamen Strukturen Strukturen durch strukturiertes Aufdampfen eines Aufdampfglases hergestellt werden. Das holographisch optische Element kann insbesondere auf einem refraktiven Element angeordnet sein, so daß die gewünschte Beleuchtung des Substrats durch eine oder mehrere Lichtquellen erfolgen kann, welche das holographisch optische Element durchstrahlen. Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist das holographisch optische Element auf einem reflektierenden Element angeordnet. Die Lichtquelle kann vorteilhaft auch ein holographisch optisches Element und eine Zylinderlinse umfassen, um die gewünschte Winkelverteilung des auf das Werkstück einfallenden Lichts zu erreichen.The illumination device can also have mirrors for beam shaping in an advantageous development. According to a further development, it is provided in this regard that the illumination device comprises faceted mirrors for defining a plurality of foci on the workpiece, from which spherical waves emanate. Another way to provide illumination with a plurality of individual light sources is a lighting device with at least one holographic optical element for defining a plurality of foci on the workpiece. A portion of such holographic optical elements may comprise a phase hologram, which preferably includes vapor deposition glass. Accordingly, the structures holographically effective structures can be prepared by structured vapor deposition of a vapor-deposited glass. The holographic optical element can in particular be arranged on a refractive element, so that the desired illumination of the substrate can be effected by one or more light sources which radiate through the holographic optical element. According to another embodiment of the invention, the holographic optical element is arranged on a reflective element. The light source may advantageously also comprise a holographic optical element and a cylindrical lens to the desired angular distribution of the on the Achieve workpiece workpiece incident light.

Die eine oder mehreren eingesetzten Lichtquellen können mit Vorteil auch in ihrer Bandbreite begrenzt sein. Die Streuintensität ist im allgemeinen abhängig sowohl von der Form als auch der Größe der streuenden Elemente. Um noch möglichst kleine Defekte erfassen zu können, ist diesbezüglich beispielsweise die Verwendung einer Lichtquelle, deren Spektrum bei Wellenlängen kleiner als 300 nm liegt, vorteilhaft.The One or more light sources used can also be beneficial in their Bandwidth limited. The scattering intensity is generally dependent on both of the shape as well as the size of the scattering ones Elements. To still possible to detect small defects, is in this regard For example, the use of a light source whose spectrum at wavelengths smaller than 300 nm, is advantageous.

Auch kann die Lichtquelle vorteilhaft Licht bei einer Wellenlänge emittieren, bei welcher das zu prüfende Werkstück nur geringe Transmission, insbesondere eine Transmission kleiner als 50%, vorzugsweise kleiner als 25%, am bevorzugtesten kleiner als 15% aufweist. Auf diese Weise kann bei Nachweis eines Oberflächen-Defektes oder einer Oberflächen-verunreinigung auch in einfacher Weise unterschieden werden, auf welcher Seite des Werkstücks der gefundene Defekt liegt. Bei Verwendung weiterer Lichtquellen, bei denen das Werkstück transparent ist, kann dann weiterhin auch zwischen Oberflächen- und Volumendefekten unterschieden werden.Also the light source can advantageously emit light at one wavelength, at which the to be tested workpiece only low transmission, in particular a transmission smaller than 50%, preferably less than 25%, most preferably less than 15%. In this way, upon detection of a surface defect or a surface contamination can also be easily distinguished on which side of the workpiece found defect is. When using other light sources, at which the workpiece is transparent, can then continue between surface and Volume defects are distinguished.

Als intensive und besonders gerichtete Lichtquelle ist beispielsweise ein Laser oder mehrere Laser geeignet.When intensive and specially directed light source is for example one or more lasers are suitable.

Unter anderem kann die Lichtquelle ein Scanning-System umfassen, um insbesondere in Verbindung mit einer Zeilenkamera oder einem anderen Detektor mit paralleler Erfassung mehrerer Oberflächenbereiche oder mit dem Scanning-System synchronisierter optischer Detektion das Werkstück abzutasten.Under the light source may include a scanning system, in particular in conjunction with a line scan camera or other detector with parallel detection of several surface areas or with the scanning system synchronized optical detection to scan the workpiece.

Besonders vorteilhaft ist insbesondere der Einsatz mehrerer gleichzeitig betriebener Lichtquellen, oder Lichtquellen mit gleichzeitig emittierenden Lichtquellpunkten, um eine hohe Lichtintensität und damit eine hohe Sensititvität der erfindungsgemäßen Anordnung zu erreichen. Geeignet ist dazu beispielsweise ein Laserdiodenarray. Dabei wird bevorzugt ein lineares Laserdiodenarray verwendet. Eine derartige Lichtquelle ist unter anderem besonders in Verbindung mit einer Zeilenkamera als optischem Detektor von Vorteil. Ein Laser oder Laserdiodenarray kann weiterhin zur Anpassung der longitudinalen Kohärenz auf definiert mehreren longitudinalen Moden emittieren. Es ist weiterhin daran gedacht, daß der Laser oder das Laserdiodenarray zur Definition erwünschter longitudinaler Kohärenzeigenschaften kurzzeitgepulst betrieben, beziehungsweise betreibbar ist.Especially advantageous in particular the use of several simultaneously operated Light sources, or light sources with simultaneously emitting light source points, around a high light intensity and thus a high sensitivity the inventive arrangement to reach. Suitable for this purpose is, for example, a laser diode array. In this case, a linear laser diode array is preferably used. A Such light source is particularly associated, among others with a line scan camera as an optical detector of advantage. A laser or laser diode array may continue to adapt the longitudinal coherence to emit on defined several longitudinal modes. It is still remembered that the laser or the laser diode array is short pulse to define desired longitudinal coherence characteristics operated, or is operable.

Der Laserdiodenarray kann gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung zumindest eine FAC-Linse und vorzugsweise zusätzlich zumindest eine SAC-Linse umfassen, welche auf dem Werkstück zumindest einen Fokus erzeugt. Damit ist ein linienförmiger Fokus auf dem Werkstück erzeugbar, was sich wiederum hervorragend im Kombination mit einer parallel zum Fokus angeordneten Zeilenkamera zum Nachweis von Streulicht von Fehlern des Werkstücks eignet. Die Lichtquelle kann zur Definition erwünschter transversaler Kohärenz außerdem einen Phasenfrontscrambler umfassen. Damit lassen sich insbesondere unerwünschte Interferenzeffekte, die Scheinsignale hervorrufen, ausschalten.Of the Laser diode array can according to one more embodiment at least one FAC lens and preferably additionally at least one Include SAC lens which produces at least one focus on the workpiece. This is a line-shaped Focus on the workpiece producible, which in turn is excellent in combination with a arranged parallel to the focus line camera to detect stray light of errors of the workpiece suitable. The light source can also be used to define desired transverse coherence Phase front scramblers include. This can be used in particular unwanted interference effects, the Cause false signals, switch off.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Lichtquelle auch eine Leuchtstoff- oder Fluoreszenzröhre umfassen. Mit einer derartigen Lichtquelle lassen sich insbesondere bei einer Anordnung parallel zur Oberfläche des Werkstücks eine Vielzahl von Oberflächenbereichen so ausleuchten, daß die jeweiligen Oberflächenbereiche jeweils von Licht aus unterschiedlichen Richtungen angestrahlt werden. Für weitergehende Analysen des Werkstücks kann auch eine Leuchtstoffröhre mit mehreren spektralen Emissionsbanden eingesetzt werden. Damit können beispielsweise gleichzeitig Fluoreszenz- und Streulichtmessungen durchgeführt werden. Vorzugsweise wird eine Leuchtstoff- oder Fluoreszenzröhre parallel zu einer Zeilenkamera als Bestandteil des optischen Detektors angeordnet.According to one another embodiment In accordance with the invention, the light source may also comprise a fluorescent or fluorescent tube. With such a light source can be particularly in an arrangement parallel to the surface of the workpiece a Variety of surface areas illuminate so that the respective surface areas each illuminated by light from different directions. For more advanced Analyzes of the workpiece can also use a fluorescent tube be used with multiple spectral emission bands. In order to can For example, at the same time fluorescence and scattered light measurements be performed. Preferably, a fluorescent or fluorescent tube becomes parallel arranged to a line scan camera as part of the optical detector.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt das Werkstück Glas, beziehungsweise wird Glas als Werkstück untersucht. Insbesondere kann mit der Erfindung Dünnglas untersucht werden. Die Erfindung eignet sich diesbezüglich zur Überprüfung der Qualität von gefloatetem Dünnglas, Downdraw-Dünnglas, Downdraw-Fusion-Dünnglas, insbesondere Overflow-Downdraw-Glas.According to one particularly preferred embodiment of the invention the workpiece glass, or glass is examined as a workpiece. Especially can with the invention thin glass to be examined. The invention is suitable in this regard for the review of quality of floated thin glass, Downdraw thin glass, Downdraw fusion-thin glass, especially overflow downdraw glass.

Selbst verbleibende Oberflächenfehler von oberflächenbearbeiteten, insbesondere polierten Werkstücken können noch erkannt werden. Beispielsweise können sogar noch äußerst schwache Polierkratzer erkannt werden.Even remaining surface defects of surface-treated, in particular polished workpieces can still be recognized. For example, even extremely weak polishing scratches can be recognized.

Gedacht ist insbesondere daran, die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Untersuchung von Glas für einen Display, insbesondere einen TFT-Display zu verwenden. An derartige Gläser werden bezüglich der Oberflächenbeschaffenheit besonders hohe Anforderungen gestellt, da selbst kleinste Kratzer, die beim Polieren oder bei der Handhabung im Produktionsprozeß auftreten können, die auf das Glas aufgebrachten Beschichtungen nachteilig beeinflussen können.thought is particular to it, the inventive device for examination of glass for a display, in particular a TFT display to use. To such glasses be re the surface texture particularly high demands, since even the smallest scratches, which occur during polishing or during handling in the production process can, affect the coatings applied to the glass adversely can.

Es wird davon ausgegangen, daß selbst großflächige Substrate, wie Dünnglas mit eine Breite von mehr als 1,8 Metern und/oder einer Länge von mehr als 2,0 Metern erfindungsgemäß so schnell überprüft werden können, daß der Produktionsablauf bei der Herstellung von TFT-Displays auf solchen Substraten nicht oder nur unwesentlich verlangsamt wird.It is believed that even large-area substrates, such as thin glass with a width of more than 1.8 meters and / or a length of more than 2.0 meters according to the invention so fast can be checked that the production process in the production of TFT displays on such substrates is not or only slightly slowed down.

Dünnglas, welches mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung geprüft und unter Verwendung der Prüfergebnisse sortiert wurde, weist auf diese Weise eine deutlich reduzierte Fehlerkonzentration oder Fehleranzahl auf. Beispielsweise sollte in einer Charge von geprüftem Dünnglas die Konzentration selbst von Kratzern mit einer Tiefe von 3 bis 30 Nanometern weniger als 5, bevorzugt weniger als 3, besonders bevorzugt weniger als 1 pro Quadratmeter betragen.Thin glass, which with a device according to the invention checked and using the test results is sorted in this way has a significantly reduced error concentration or Error count up. For example, in a batch of tested thin glass, the Concentration even of scratches with a depth of 3 to 30 nanometers less than 5, preferably less than 3, more preferably less than 1 per square meter.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche und ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und die Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können.in the The following is the invention with reference to embodiments and below Reference to the drawings closer explains being same and similar Elements are provided with the same reference numerals and the features various embodiments can be combined with each other.

Es zeigen:It demonstrate:

1 in schematischer Ansicht eine Vorrichtung zur Erfassung von Fehlstellen auf Dünnglas gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, 1 a schematic view of a device for detecting defects on thin glass according to an embodiment of the invention,

2 eine Variante der in 1 dargestellten Vorrichtung, 2 a variant of in 1 illustrated device,

3A, 3B Teile von Weiterbildungen erfindungsgemäßer Vorrichtungen, 3A . 3B Parts of developments of devices according to the invention,

4 eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit Phasenkontrast-Detektion von Fehlstellen, 4 a further embodiment of the invention with phase contrast detection of defects,

5 den optischen Strahlengang gemäß einer Weiterbildung der Erfindung, 5 the optical beam path according to an embodiment of the invention,

6 ein Ausführungsbeispiel mit strahformenden Einrichtungen zur Erzeugung einer Vielzahl von Foki auf der Substratoberfläche. 6 an embodiment with beam forming means for generating a plurality of foci on the substrate surface.

1 zeigt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Erfassung von Fehlstellen auf und/oder in Werkstücken 3. Mit der als Ganzes mit dem Bezugszeichen 1 bezeichneten Vorrichtung dieses Ausführungsbeispiels werden insbesondere Dünnglas-Substrate 3 auf das Vorhandensein von Fehlstellen überprüft. Es lassen sich typische Fehler erkennen, wie sie herstellungsbedingt etwa bei Downdraw-Dünnglas, Downdraw-Fusion-Dünnglas, insbesondere Overflow-Downdraw-Glas oder Floatglas, sowie bedingt durch die Nachbhearbeitung auftreten. Insbesondere eignet sich die Vorrichtung in überraschender Weise auch zu einer schnellen Prüfung auch von sehr großen Substraten, etwa von Dünnglas mit eine Breite von mehr als 1,8 m und/oder einer Länge von mehr als 2,0 m. 1 shows a schematic view of a device for detecting defects on and / or in workpieces 3 , With the whole as the reference number 1 designated device of this embodiment are in particular thin glass substrates 3 checked for the presence of defects. Typical errors can be detected, such as those caused by the manufacturing process, for example with downdraw thin glass, downdraw fusion thin glass, in particular overflow downdraw glass or float glass, as well as due to postbatch processing. In particular, the device is surprisingly also suitable for rapid testing of very large substrates, such as thin glass with a width of more than 1.8 m and / or a length of more than 2.0 m.

Derartige Fehlstellen können beispielsweise Polierkratzer auf der Oberfläche 31 des Dünnglas-Substrats 3 sein, wie sie bei der Oberflächenbearbeitung zurückbleiben können. Mit der Vorrichtung 1 zur Erfassung von Fehlstellen wird Strahlung mittels einer Beleuchtungseinrichtung 11 auf das Werkstück gerichtet und vom Werkstück, insbesondere von der Fehlstelle zumindest teilweise beeinflusst. Zumindest ein Teil der von der Fehlstelle beeeinflussten Strahlung. wird dann von einem optischen Detektor 5 erfasst. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel umfaßt der optische Detektor insbesondere eine Zeilenkamera 7. Eine Fokussierungsoptik der Zeilenkamera ist so ausgebildet, daß jeder Pixel der Kamera 7 einen anderen Oberflächenbereich des Dünnglas-Substrats 3, beziehungsweise von diesem ausgehendes Licht erfaßt. Die Gesamtheit der erfaßten Oberflächenbereiche ergibt einen langgestreckten Oberflächenbereich 20, welcher in 1 durch gestrichelte Linien verdeutlicht ist. Der Oberflächenbereich 20 erstreckt sich insbesondere entlang der gesamten Breite des Substrats 3, so daß die gesamte Oberfläche 31, beziehungsweise das gesamte Substrat 3 durch ein einmaliges Vorbeibewegen vom Substrat am optischen Detektor 5 erfasst werden kann. Dazu kann sowohl das Substrat 3, als auch der Detektor bewegt werden.Such defects can, for example, polishing scars on the surface 31 of the thin glass substrate 3 how they can be left behind in surface treatment. With the device 1 Radiation is detected by means of a lighting device to detect defects 11 directed to the workpiece and at least partially influenced by the workpiece, in particular by the defect. At least part of the radiation influenced by the defect. is then from an optical detector 5 detected. At the in 1 In particular, the optical detector comprises a line camera 7 , A focusing optics of the line scan camera is designed so that each pixel of the camera 7 another surface area of the thin glass substrate 3 , or detected by this outgoing light. The totality of the detected surface areas results in an elongated surface area 20 which is in 1 is illustrated by dashed lines. The surface area 20 extends in particular along the entire width of the substrate 3 so that the entire surface 31 , or the entire substrate 3 by a single pass of the substrate at the optical detector 5 can be detected. This can be done both the substrate 3 , as well as the detector are moved.

Die Beleuchtungseinrichtung 11 ist dergestalt ausgebildet, daß eine Vielzahl von Lichtquellpunkten gebildet wird, die so angeordnet sind, daß auf jeden der Substratbereiche welche die einzelnen Pixel der Zeilenkamera erfassen, Licht aus zumindest zwei unterschiedlichen Einfallsrichtungen fällt.The lighting device 11 is formed so as to form a plurality of light source dots arranged so that light from at least two different directions of incidence falls on each of the substrate regions which detect the individual pixels of the line scan camera.

Bei dem in 1 gezeigten Beispiel wird dies gelöst, indem die Lichtquelle eine Leuchtstoffröhre 13 umfasst. Diese erstreckt sich parallel zur Zeilenkamera. Und ist in geeigneter Weise kollimiert und mittels einer Zylinderlinse 15 fokussiert, so daß im wesentlichen nur der schmale Oberflächenbereich 20 ausgeleuchtet wird. Außerdem wird die Beleuchtung mit schräg einfallenden Licht vorgenommen, während die Zeilenkamera im wesentlichen senkrecht auf die Oberfläche blickt, so daß kein direkt reflektiertes Licht in die Zeilenkamera 7 gelangen kann. Die Leuchtstoffröhre emittiert ihr Licht isotrop, so daß jeder beliebige Längsabschnitt der Leuchtstoffröhre einen Lichtquellpunkt bildet. Auf diese Weise fällt auf jeden der erfassten Substratbereiche Licht aus vielen verschiedenen Richtungen. So fällt auf einen Bereich ganz am Rand des Substrats 3 bei der in 1 gezeigten Anordnung Licht unter allen möglichen Einfallsrichtungen, die sich maximal um einen Winkel α unterscheiden. Die Länge der Leuchtstoffröhre und ihr Abstand zum Bereich 20 kann dann so gewählt werden, daß die verschiedenen Einfallsrichtungen einen Winkel von zumindest 45°, bevorzugt von zumindest 90° besonders bevorzugt von sogar zumindest 120° einschließen. Auf diese Weise können auch Kratzer, welche entlang beliebiger Richtungen der Oberfläche verlaufen, sicher detektiert werden. Weiterhin ist, wie anhand der 1 zu erkennen ist, die seitlich vom optischen Detektor angeordnet, wobei die Beleuchtung durch die Beleuchtungseinrichtung 11 geringere oder hier insbesondere keine Lichtanteile senkrecht zur Substratoberfläche 31 aufweist.At the in 1 As shown, this is achieved by the light source is a fluorescent tube 13 includes. This extends parallel to the line scan camera. And is suitably collimated and by means of a cylindrical lens 15 focused, so that essentially only the narrow surface area 20 is illuminated. In addition, the illumination is made with obliquely incident light, while the line scan camera looks substantially perpendicular to the surface, so that no directly reflected light in the line scan camera 7 can get. The fluorescent tube emits its light isotropically, so that any longitudinal section of the fluorescent tube forms a light source. In this way, light falls from many different directions on each of the detected substrate areas. So falls on an area at the very edge of the substrate 3 at the in 1 shown arrangement light under all possible directions of incidence, which differ a maximum of an angle α. The length of the fluorescent tube and its distance to the area 20 can then be chosen be that the different directions of incidence include an angle of at least 45 °, preferably at least 90 °, more preferably even at least 120 °. In this way, scratches that run along any direction of the surface can be reliably detected. Furthermore, as based on the 1 can be seen, which is arranged laterally from the optical detector, wherein the illumination by the illumination device 11 lower or in particular no light components perpendicular to the substrate surface 31 having.

Um weitere Informationen hinsichtlich der Beschaffenheit von Fehlstellen zu gewinnen, kann die Leuchtstoffröhre mehrere spektrale Emissionsbanden aufweisen. Auf diese Weise können beispielsweise in Verbindung mit geeigneten Filtern des optischen Detektors Fluoreszenzsignale und/oder Streusignale bei verschiedenen Wellenlängen erfaßt werden.Around further information regarding the nature of defects To win, the fluorescent tube can have multiple spectral emission bands exhibit. That way you can for example, in conjunction with suitable filters of the optical Detector fluorescence signals and / or scattering signals at various wavelength be detected.

Aufgrund der Anordnung mit schrägem Lichteinfall und senkrechtem Nachweis wird vom optischen Detektor nur Streulicht nachgewiesen. Dementsprechend stellt die Beleuchtung dieses Ausführungsbeispiels insbesondere auch eine Dunkelfeldbeleuchtungsanordnung dar.by virtue of the arrangement with oblique Incidence of light and perpendicular detection is by the optical detector only scattered light detected. Accordingly, the lighting represents this embodiment in particular also a dark field illumination arrangement.

In 2 ist eine Variante der in 1 gezeigten Vorrichtung 1 dargestellt. Bei dieser Variante der Erfindung umfaßt der optische Detektor 5 in Abwandlung des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels eine bildaufzeichnende Kamera 17, deren Pixel einen quadratischen oder rechteckförmigen Bereich 20 auf der Oberfläche erfassen. Außerdem umfaßt die Beleuchtungseinrichtung 11 bei diesem Beispiel mehrere entsprechend dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ausgestaltete Fluoreszenzröhren 13, welche ebenfalls so angeordnet sind, daß sie die Oberfläche 31 des Substrats 3, insbesondere den von den Pixeln erfassten Oberflächenbereich 20 unter schrägem Lichteinfall beleuchten und eine Dunkelfeld-Beleuchtung realisieren.In 2 is a variant of in 1 shown device 1 shown. In this variant of the invention, the optical detector comprises 5 in modification of in 1 shown embodiment, a picture-recording camera 17 whose pixels have a square or rectangular area 20 on the surface. In addition, the illumination device comprises 11 in this example several according to the in 1 illustrated embodiment designed fluorescent tubes 13 , which are also arranged so that they the surface 31 of the substrate 3 , in particular the surface area covered by the pixels 20 Illuminate under oblique light and realize a dark field illumination.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Lichtquellpunkte entlang der Fluoreszenzröhren so angeordnet, daß auf jeden der Substratbereiche Licht aus zumindest zwei unterschiedlichen Einfallsrichtungen fällt, wobei die Einfallsrichtungen für jeden der von den jeweiligen Pixeln erfassten Oberflächenbereichen innerhalb des Bereichs 20 einen Winkel α von zumindest 45°, bevorzugt von zumindest 90°, besonders bevorzugt von zumindest 120° einschließen.Also in this embodiment, the light source spots are arranged along the fluorescent tubes so that light is incident on at least two different incident directions on each of the substrate regions, the incident directions being within the region for each of the surface regions detected by the respective pixels 20 an angle α of at least 45 °, preferably at least 90 °, more preferably at least 120 °.

3A und 3B Teile von Weiterbildungen erfindungsgemäßer Vorrichtungen. Dabei zeigt 3A einen optischen Detektor 5 mit einer Zeilenkamera 7, wobei dem optischen Detektor 5 eine 4F-Anordnung 25 vorgeschaltet ist. Die 4F-Anordnung umfaßt zwei Zylinderlinsen 26, 27, in deren gemeinsamer Fokalebene eine Blende 30 angeordnet ist. 3A and 3B Parts of developments of inventive devices. It shows 3A an optical detector 5 with a line camera 7 wherein the optical detector 5 a 4F arrangement 25 upstream. The 4F arrangement comprises two cylindrical lenses 26 . 27 , in whose common focal plane an aperture 30 is arranged.

In analoger Weise ist bei dem in 3B gezeigten Beispiel der Beleuchtungseinrichtung 11 mit kollimierter und fokussierter Fluoreszenzröhre 13 eine 4F-Anordnung entsprechenden Aufbaus nachgeschaltet. Derartige Beleuchtungseinrichtungen und optischen Detektoren mit nach-, beziehungsweise vorgeschalteter 4F-Anordnung können beispielsweise in den in 1 oder 2 gezeigten Ausführungsbeispielen eingesetzt werden.In an analogous manner is in the in 3B shown example of the lighting device 11 with collimated and focused fluorescent tube 13 a 4F arrangement corresponding structure downstream. Such lighting devices and optical detectors with subsequent or upstream 4F arrangement can be used, for example, in the in 1 or 2 shown embodiments are used.

Mittels der Blende 30 der 4F-Anordnung kann die 4F-Anordnung 25 eine Filterung von Strukturgrössen bewirken, welche nicht der Strukturgrösse der zu erfassenden Fehlstellen entsprechen.By means of the aperture 30 The 4F arrangement can be the 4F arrangement 25 effect a filtering of structure sizes, which do not correspond to the structure size of the defects to be detected.

In 4 ist ein weitere Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Erfassung von Fehlstellen dargestellt. Diese Ausführungsform der Erfindung basiert auf einem Phasenkontrast-Nachweis von Fehlstellen, wie insbesondere von Kratzern auf der Oberfläche 31 eines Dünnglas-Substrats für TFT-Displays.In 4 is another embodiment of a device according to the invention 1 presented for the detection of defects. This embodiment of the invention is based on phase contrast detection of defects, such as, in particular, scratches on the surface 31 a thin-glass substrate for TFT displays.

Der Grundaufbau ähnelt dem in 1 dargestellten Beispiel, allerdings ist der optische Detektor so aufgebaut, daß dessen optische Achse im von der Oberfläche 31 reflektierten Lichtstrahl der Beleuchtungsanordnung liegt.The basic structure is similar to that in 1 shown example, however, the optical detector is constructed so that its optical axis in from the surface 31 reflected light beam of the lighting arrangement is located.

Vor der Beleuchtungseinrichtung 11 ist eine Schlitzblende und eine Zylinderlinse angeordnet, welche das Licht der Schlitzblende 30 auf die Substratoberfläche 31 fokussiert. Im reflektierten Strahl ist vor der Zeilenkamera 7 des optischen Detektors 5 eine weitere Zylinderlinse 36 und eine Phasenplatte 38 mit einem linienförmigen lichtabschwächenden Bereich 39 angeordnet. Die Phasenplatte 38 ist dabei so angeordnet, daß das direkt reflektierte Licht durch den linienförmigen Bereich 39 abgeschwächt wird. Sind auf der Oberfläche 31 oder auch im Volumen des Dünnglas-Substrats 3 Fehlstellen oder auch Verschmutzungen vorhanden, so führen diese zu einer Lichtstreuung. Das gestreute Licht weist dann eine vom Spiegelstrahl abweichende Richtung auf und gelangt seitlich am linienförmigen abschwächenden Bereich 39 der Platte 38 vorbei in die Zeilenkamera. Auf den jeweiligen Pixeln der Zeilenkamera 7 kommt es dann zu einer Interferenz des gestreuten mit dem abgeschwächten direkten Lichtstrahl, so daß Fehlstellen durch die auftretenden Interferenzerscheinungen leicht erkannt werden können. Auch hier bildet jeder beliebige Längsabschnitt der Blende 30 wieder einen Lichtquellpunkt, so daß jeder durch den Schlitz der Blende 30 beleuchtete Oberflächenbereich aus mehreren verschiedenen Richtungen angestrahlt wird. Um beispielsweise wieder in beliebiger Richtung verlaufende Kratzer detektieren zu können ist es dabei besonders vorteilhaft, wenn die Einfallsrichtungen einen Winkel von zumindest 45°, bevorzugt von zumindest 90°, besonders bevorzugt von zumindest 120° einschließen.In front of the lighting device 11 a slit and a cylindrical lens is arranged, which the light of the slit 30 on the substrate surface 31 focused. In the reflected beam is in front of the line scan camera 7 of the optical detector 5 another cylindrical lens 36 and a phase plate 38 with a line-shaped light-attenuating area 39 arranged. The phase plate 38 is arranged so that the directly reflected light through the linear area 39 is weakened. Are on the surface 31 or in the volume of the thin glass substrate 3 Defects or soiling present, they lead to a light scattering. The scattered light then has a direction deviating from the mirror beam and arrives laterally at the line-shaped attenuating area 39 the plate 38 past the line camera. On the respective pixels of the line scan camera 7 Then there is an interference of the scattered with the attenuated direct light beam, so that defects can be easily detected by the interference phenomena occurring. Again, any arbitrary longitudinal section forms the panel 30 again a light source point, so that everyone through the slot of the aperture 30 illuminated surface area is illuminated from several different directions. For example, to be able to detect scratching in any direction, it is In this case, it is particularly advantageous if the directions of incidence enclose an angle of at least 45 °, preferably of at least 90 °, particularly preferably of at least 120 °.

Bei allen in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsformen kann außerdem vorteilhaft polarisiertes Licht verwendet werden. Wird, wie bei diesen Ausführungsbeispielen in Reflexion gemessen, bietet es sich dabei auch an, eine Beleuchtungseinrichtung 11 zu verwenden, die bezüglich der Oberfläche 31 s-polarisiertes Licht abgibt. Damit wird die Reflexion an fehlerfreien Oberflächenbereichen unterdrückt und ein verbessertes Signal-Hintergrund-Verhältnis erreicht. Bei allen diesen Anordnungen kann die Beleuchtungseinrichtung 11 vorteilhaft dann auch so angeordnet werden, daß das Licht im oder im Bereich um den Brewster-Winkel auf die Oberfläche fällt.At all in the 1 to 4 In addition, advantageously polarized light can be used. If, as measured in these embodiments in reflection, it also offers, a lighting device 11 to use that with respect to the surface 31 s polarized light emits. Thus, the reflection is suppressed at error-free surface areas and achieved an improved signal-to-background ratio. In all these arrangements, the lighting device 11 are then advantageously arranged so that the light falls in or around the Brewster angle on the surface.

Weiterhin können auch in allen diesen Ausführngsbeispielen die Beleuchtungseinrichtungen auf der der Seite 31 gegenüberliegenden Seite 32 des Substrats 3 angeordnet werden, so daß das Licht nicht reflektiert, sondern durch das Substrat 3 transmittiert wird. Die Position der Beleuchtungseinrichtung 11 ist dabei gegenüber der in den 1, 2, 4 gezeigten Position jeweils am Substrat 3 gespiegelt.Furthermore, in all these Ausführngsbeispielen the lighting devices on the side 31 opposite side 32 of the substrate 3 be arranged so that the light does not reflect, but through the substrate 3 is transmitted. The position of the lighting device 11 is opposite to the in the 1 . 2 . 4 shown position respectively on the substrate 3 mirrored.

Weiterhin können bei den in den 1 und 4 gezeigten Ausführungsbeispielen die von der Beleuchtungseinrichtung linienförmig ausgeleuchteten Bereiche mittels geeigneter Kollimierung und/oder Fokussierung bei schrägem Lichteinfall so schmal gehalten werden, daß im von der Zeilenkamera erfaßten Bereich 20, beziehungsweise im Bildfeld nur eine der beiden Hauptoberflächen, also eine der Oberflächen 31, 32 beleuchtet wird. Eine derartige Anordnung ist in 5 skizziert, welche den Strahlengang gemäß dieser Weiterbildung der Erfindung darstellt. Die Anordnung von optischem Detektor 5 und der hier nicht dargestellten Beleuchtungseinrichtung kann beispielsweise dem in 1 gezeigten Beispiel entsprechen. Das schräg einfallende Lichtbündel 40 beleuchtet auf der Oberfläche 31 einen Bereich 41 und auf der gegenüberliegenden Oberfläche 32 einen Bereich 42. Die Brechung des Lichtbündels wurde bei der Darstellung nicht berücksichtigt. Der von der Zeilenkamera 7 des optischen Detektors 5 erfasste Bereich 20 liegt innerhalb des Bereiches 41, jedoch außerhalb des Bereiches 42. Dementsprechend wird im Bildfeld der Kamera 7 nur eine der beiden Oberflächen beleuchtet. Dies ist besonders nützlich, da auf diese Weise Signale, welche durch Streulicht von Fehlstellen auf der Oberfläche 32 stammen, unterdrückt werden. So kann beispielsweise ein Substrat 3 für die Herstellung von TFT-Displays unter Umständen noch verwendet werden, wenn auf der Beschichtungsseite keine Kratzer vorhanden sind, obwohl möglicherweise auf der gegenüberliegenden Seite ein Kratzer vorhanden ist, der zwar die Beschichtungen beeiträchtigen würde, jedoch optisch völlig unauffälllig ist. Durch eine Anordnung, wie sie 5 zeigt, kann daher der Ausschuss beträchtlich reduziert werden.Furthermore, in the in the 1 and 4 shown embodiments of the illumination device linearly illuminated areas by means of appropriate collimation and / or focusing at oblique incidence of light are kept so narrow that in the area detected by the line scan camera 20 , or in the image field only one of the two main surfaces, ie one of the surfaces 31 . 32 is illuminated. Such an arrangement is in 5 sketched, which illustrates the beam path according to this embodiment of the invention. The arrangement of optical detector 5 and the lighting device, not shown here, for example, the in 1 correspond to the example shown. The obliquely incident light beam 40 lit on the surface 31 an area 41 and on the opposite surface 32 an area 42 , The refraction of the light beam was not considered in the presentation. The of the line camera 7 of the optical detector 5 covered area 20 lies within the range 41 but outside the range 42 , Accordingly, in the image field of the camera 7 just lit one of the two surfaces. This is particularly useful because in this way signals caused by stray light from defects on the surface 32 come, be suppressed. For example, a substrate 3 may still be used for the manufacture of TFT displays if there are no scratches on the coating side, although there may be a scratch on the opposite side which, although it would cause the coatings to stain, is visually unobtrusive. By an arrangement like her 5 Therefore, the rejection can be considerably reduced.

Es sind noch weitere Maßnahme denkbar, um die Detektion von Fehlstellen auf der gegenüberliegenden Seite 32 zu vermeiden. Kommt es beispielsweise bei der Überprüfung der Werkstücke nur noch auf Oberflächen-Fehler, wie Kratzer an, kann auch Licht einer geeigneten Wellenlänge verwendet werden, welches das Substrat 3 nicht durchdringt. So kann für Floatglas beispielsweise eine in ihrer Bandbreite begrenzte Lichtquelle die einem Spektrum von Wellenlängen kleiner als 300 nm aufweist, verwendet werden. Licht dieser kurzen Wellenlängen wird nicht mehr transmittiert, so daß nur oberflächliche oder allenfalls oberflächennahe Defekte erkannt werden. Allgemein kann es zur Unterscheidung von Fehlstellen auf Ober- und Unterseite des Werkstücks oder sogar zu Ausschluss der Detektion von Fehlstellen auf der gegenüberliegenden Seite vorteilaft sein, eine Lichtquelle zu verwenden, die Licht bei einer Wellenlänge emittiert, bei welcher das Werkstück nur geringe Transmission, insbesondere eine Transmission kleiner als 50%, vorzugsweise kleiner als 25%, am bevorzugtesten kleiner als 15% aufweist.There are still further measures conceivable to detect defects on the opposite side 32 to avoid. If, for example, checking the workpieces involves only surface defects such as scratches, it is also possible to use light of a suitable wavelength, which is the substrate 3 does not penetrate. For example, for float glass, a bandwidth limited light source having a spectrum of wavelengths less than 300 nm can be used. Light of these short wavelengths is no longer transmitted, so that only superficial or possibly near-surface defects are detected. Generally, to distinguish flaws on the top and bottom of the workpiece, or even to exclude the detection of flaws on the opposite side, it may be advantageous to use a light source that emits light at a wavelength at which the workpiece transmits only little, in particular a transmission less than 50%, preferably less than 25%, most preferably less than 15%.

Wird, wie oben erwähnt, polarisiertes, vorzugsweise unter dem Brewster-Winkel einfallendes Licht verwendet, kann gemäß noch einer Weiterbildung der Erfindung ein wie in 5 dargestellter optischer Detektor 5 mit einem Polarisator 45 vorgesehen werden, welcher das Licht im wesentlichen senkrecht zur Polarisation des vom Substrat 3 reflektierten Lichts polarisiert. Dementspreched würde man bei Verwendung von s-polarisiertem Licht den Polarisator so einstellen, daß reflektiertes s-polarisiertes Licht durch den Polarisator 45 geblockt wird.If, as mentioned above, polarized, preferably at the Brewster angle incident light is used, according to yet another embodiment of the invention as in 5 illustrated optical detector 5 with a polarizer 45 be provided, which is the light substantially perpendicular to the polarization of the substrate 3 reflected light polarized. Accordingly, using s-polarized light, one would adjust the polarizer so that reflected s-polarized light would pass through the polarizer 45 is blocked.

6 zeigt eine weitere Variante des in 1 gezeigten Beispiels. Bei diesem Beispiel wird anstelle der Leuchtstoffröhre ein Laser, insbesonere ein Laser-Barren 50, beispielsweise ein Laserdiodenarray mit einer Vielzahl von linear in Richtung parallel zur Oberfläche 31 angeordnete Laserdioden verwendet. Das Laserdiodenarray kann zumindest eine FAC und vorzugsweise zusätzlich zumindest eine SAC-Linse umfassen, welche auf dem Werkstück zumindest einen Fokus erzeugen. Zur Vermeidung unerwünschter Interferenzeffekte kann zusätzlich ein Phasenfrontscrambler vorgesehen sein. Weiterhin kann das Laserdiodenarray zur Anpassung der longitudinalen Kohärenz auf definiert mehreren longitudinalen Moden emittieren und/oder zur Definition erwünschter longitudinaler Kohärenzeigenschaften kurzzeitgepulst betrieben werden. 6 shows another variant of in 1 shown example. In this example, instead of the fluorescent tube, a laser, in particular a laser ingot, is used 50 For example, a laser diode array having a plurality of linear in the direction parallel to the surface 31 arranged laser diodes used. The laser diode array may comprise at least one FAC, and preferably additionally at least one SAC lens, which generate at least one focus on the workpiece. In order to avoid undesired interference effects, a phase framer scrambler may additionally be provided. Furthermore, the laser diode array may be adapted to emit longitudinal coherence in a plurality of defined longitudinal modes and / or may be short pulsed to define desired longitudinal coherence characteristics.

Laser sind zwar besonders vorteilhaft, da sie intensives, hochgradig paralleles Licht abgeben, jedoch ist dieser Effekt gerade störend, wenn man erfindungsgemäß für jeden von den Pixeln der Zeilenkamera 7 erfassten Oberflächenbereich Licht aus verschiedenen Einfallsrichtungen verwenden möchte. Um dies zu erreichen, ist dem Laser eine entsprechende strahlformende Einrichrung nachgeschaltet. Bei dem in 6 gezeigten Beispiel ist umfaßt dazu die Beleuchtungseinrichtung 11 holographisch optische Elemente zur Definition einer Vielzahl von Foki auf dem Substrat. Insbesondere umfaßt das holographisch optische Element ein Phasenhologramm. Speziell ist eine Phasenhologramm-Platte 52 vor dem Laserbarren 50 angeordnet.Although lasers are particularly advantageous because they emit intense, highly parallel light, however, this effect is just annoying when, according to the invention for each of the pixels of the line scan camera 7 detected surface area would like to use light from different directions of incidence. To achieve this, the laser is followed by a corresponding beam-shaping device. At the in 6 As shown, the lighting device is included 11 holographic optical elements for defining a plurality of foci on the substrate. In particular, the holographic optical element comprises a phase hologram. Specifically, a phase hologram plate 52 in front of the laser bar 50 arranged.

Das Phasenhologramm kann vorteilhaft durch strukturiertes Aufdamfen von Aufdampfglas auf einer Glasplatte als refraktivem Element hergestellt werden. Mit dem Phasenhologramm werden die Lichtstrahlen auch in Richtung der Oberfläche abgelenkt und fokussiert, so daß wieder auf jeden der von den Pixeln erfassten Oberflächenbereiche Licht aus verschiedenen Einfallsrichtungen fällt. Anstelle einer Glasplatte kann als refraktives Element auch eine Zylinderlinse verwendet werden. So kann beispielsweise die Fokussierung in lateraler Richtung durch die Zylilnderlinse und die Fokussierung unter verschiedenen Einfallsrichtungen entlang der Oberfläche 31 durch das Phasenhologramm erfolgen.The phase hologram can advantageously be produced by structured deposition of vapor-deposited glass on a glass plate as a refractive element. With the phase hologram, the light beams are also deflected and focused in the direction of the surface, so that again falls on each of the detected surface areas of the pixels light from different directions of incidence. Instead of a glass plate can be used as a refractive element and a cylindrical lens. For example, focusing in the lateral direction through the cylindrical lens and focusing under different directions of incidence along the surface may be used 31 done by the phase hologram.

Die Beleuchtungseinrichtung umfasst bei diesem Beispiel außerdem Spiegel zur Strahlformung. Insbesondere ist bei diesem Beispiel ein facettierter Spiegel 54 mit Hohlspiegel-Facetten vorgesehen, welcher ebenfalls zur Definition einer Vielzahl von Foki auf dem Werkstück dient. Dieser ist im Spiegelstrahl so angeordnet, daß das Licht gerade wieder zurückreflektiert wird, um die Lichtintensität auf dem ausgeleuchteten Oberflächenbereich zu erhöhen.The illumination device also includes mirrors for beam shaping in this example. In particular, in this example, a faceted mirror 54 provided with concave facets, which also serves to define a plurality of foci on the workpiece. This is arranged in the mirror beam so that the light is just reflected back to increase the light intensity on the illuminated surface area.

Anstelle oder zusätzlich zu Hohlspiegel-Facetten kann auch der Spiegel 54 als reflektierendes Element und Träger für holografisch optische Elemente ausgestaltet sein, um Licht unter verschiedenen Einfallsrichtungen auf den erfassten Oberflächenbereich zurückzureflektieren.Instead of or in addition to concave mirror facets may also be the mirror 54 be designed as a reflective element and support for holographic optical elements to reflect light under different directions of incidence on the detected surface area.

Bei mit einer Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche geprüftem Dünnglas kann die Konzentration von Kratzern durch Aussortieren von als fehlerhaft erkannten Gläsern erheblich gesenkt werden. Bei geprüftem Dünnglass kann so die Konzentration von Kratzern mit einer Tiefe von 3 bis 30 Nanometern auf weniger als 5, bevorzugt weniger als 3, besonders bevorzugt weniger als 1 pro Quadratmeter gesenkt werden. Eine Fertigungsstrecke, insbesondere zur Herstellung von TFT-Displays, welche solche erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt, ist damit in der Lage, schnell qualitativ hochwertige Endprodukte bereitzustellen.at with a device according to a of the preceding claims tested thin glass can eliminate the concentration of scratches by sorting out as faulty recognized glasses be lowered considerably. When tested thin glass so the concentration from scratches with a depth of 3 to 30 nanometers to less as 5, preferably less than 3, more preferably less than 1 per square meter be lowered. A production line, in particular for the production of TFT displays, which device according to the invention is, is thus able to quickly provide high quality end products.

Auch kann bei Fertigungsstrecken, beispielsweise zur Glasherstellung auch eine online-Rückkopplung der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erhaltenen Ergebnisse in den Herstellungsprozeß vorgenommen werden. Damit kann der Herstellungsprozeß direkt unter Verwendung der Vorrichtung zur Erfassung von Fehlstellen gesteuert und optimiert werden.Also can be used on production lines, for example for glass production also an online feedback the with the device according to the invention obtained results are made in the manufacturing process. In order to the manufacturing process can directly controlled using the device for detecting defects and be optimized.

Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen beschränkt ist, sondern vielmehr in vielfältiger Weise variiert werden kann. Insbesondere können die Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden.It It will be apparent to those skilled in the art that the invention is not limited to the above described exemplary embodiments, but rather in more diverse Way can be varied. In particular, the characteristics of each embodiments also be combined with each other.

11: Vorrichtung zur Erfassung von Fehlstellencontraption for the detection of defects
33: Dünnglas-SubstratThin glass substrate
55: optischer Detektoroptical detector
77: Zeilenkameraline camera
99: Fokussierungsoptik von 7 Focusing optics of 7
1111: Beleuchtungseinrichtunglighting device
1313: LeuchtstoffröhreFluorescent tube
1515: Zylinderlinsecylindrical lens
1717: bildaufzeichnende KameraImage recording camera
2020: von 11 beleuchteter Oberflächenbereichfrom 11 illuminated surface area
2525: 4F-Anordnung4F-assembly
26, 2726 27: Linsen von 25 Lenses of 25
3030: Blendecover
31, 3231 32: Oberfläche von 3 Surface of 3
35, 3635, 36: Linsenlenses
3838: Phasenplattephase plate
3939: teildurchlässiger Bereichsemi-permeable area
4040: einfallendes Lichtbündelincident light beam
4141: von 40 ausgeleuchteter Bereich auf 31 from 40 illuminated area on 31
4242: von 40 ausgeleuchteter Bereich auf 32 from 40 illuminated area on 32
4545: Polarisatorpolarizer
5050: Laser-BarrenLaser bars
5252: Phasenhologramm-PlattePhase hologram plate
5454: Spiegelmirror

Claims

Device for detecting defects on surfaces of workpieces, in particular of glass workpieces, comprising - a lighting device ( 11 ), with the radiation on the workpiece surface ( 31 ); A plurality of light source points that make up the light source ( 11 ), said light source points being arranged so that light can be incident on each of said surface regions from at least two different directions of incidence, which may include an angle of approximately 45 °, approximately 90 °, or approximately 120 °; An optical detector which detects at least part of the radiation influenced by a defect on the workpiece surface, a plurality of light-detecting pixels which the optical detector has and which receive the scattered light originating from different surface regions.

Device according to claim 1, characterized in that the optical detector is a line scan camera ( 7 ).

Device according to a the preceding claims, characterized in that the optical detector is an image recording Camera includes.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the optical detector is a 4F arrangement ( 25 ) upstream or the lighting device is connected downstream.

Device according to Claim 4, characterized in that the 4F arrangement ( 25 ) performs a filtering of structure sizes, which does not correspond to the structure size of the defects to be detected.

Device according to a the preceding claims, characterized in that the illumination comprises a dark field illumination arrangement.

Device according to claim 6, characterized in that the dark field illumination arrangement confocal to the optical axis of the optical detector in reflection is arranged.

Device according to a the claims 6 or 7, characterized in that the dark field illumination arrangement confocal to the optical axis of the optical detector in transmission is arranged.

Device according to a the preceding claims, characterized in that the illumination is a phase contrast illumination arrangement includes.

Device according to a the preceding claims, characterized in that the illumination is made in transmission is.

Device according to a the preceding claims, characterized in that the illumination is made in reflection is.

Device according to a the preceding claims, characterized in that the illumination obliquely incident Light is made.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the obliquely incident light comprises a narrow light bundle, soft in the field of view of the camera ( 7 ) illuminates only one of the two main surfaces.

Device according to a the preceding claims, characterized in that the obliquely incident light is s-polarized is.

Device according to a the preceding claims, characterized in that the obliquely incident light is relative to the workpiece is irradiated under the Brewster angle.

Device according to a the preceding claims, characterized in that the optical detector is a polarizer which approximates the light polarized perpendicular to the polarization of the light reflected from the workpiece.

Device according to a the preceding claims, characterized in that the illumination is a laterally from the optical Detector arranged lighting includes, which is lower or none Has light components perpendicular to the substrate surface.

Device according to a the preceding claims, characterized in that the illumination device is a mirror for beam shaping.

Device according to a the preceding claims, characterized in that the illumination device is faceted Includes mirrors for defining a plurality of foci on the workpiece, from which spherical waves emanate.

Device according to a the preceding claims, characterized in that the illumination device holographic includes optical elements for defining a plurality of foci on the workpiece.

Device according to claim 20, characterized in that the holographic optical element includes a phase hologram.

Apparatus according to claim 21, characterized that this Phase hologram vapor deposition glass contains.

Device according to a the claims 20 to 22, characterized in that the holographic optical Element is arranged on a refractive element.

Device according to a the preceding claims, characterized in that the holographic optical element is arranged on a reflective element.

Device according to a the claims 20 to 23, characterized in that the light source in the Bandwidth is limited.

Device according to a the preceding claims, characterized in that the spectrum of the light source at wavelengths less than 300 nm.

Device according to a the preceding claims, characterized in that the light source emits light at a wavelength, at which the workpiece has only low transmission.

Device according to claim 27, characterized in that the Transmission is less than 50%

Device according to claim 28, characterized in that the Transmission is less than 25%.

Device according to claim 29, characterized in that the Transmission is less than 15%.

Device according to a the preceding claims, characterized in that the light source comprises a laser.

Device according to a the preceding claims, characterized in that the light source comprises a scanning system.

Device according to a the preceding claims, characterized in that the light source is a laser diode array includes.

Device according to a the preceding claims, characterized in that the light source is a linear laser diode array includes.

Device according to a the preceding claims, characterized in that the laser or the laser diode array for adapting the longitudinal coherence to defined multiple emitted longitudinal modes.

Device according to a the preceding claims, characterized in that the laser or the laser diode array to define desired longitudinal coherence properties operated short-term pulsed.

Device according to a the preceding claims, characterized in that the laser diode array at least one FAC lens and in addition at least one SAC lens which on the workpiece at least creates a focus.

Device according to a the preceding claims, characterized in that the light source for defining desired transversal coherence a phase front scrambler.

Device according to a the preceding claims, characterized in that the light source comprises a fluorescent tube.

Device according to a the preceding claims, characterized in that the fluorescent tube has a plurality of spectral emission bands having.

Device according to a the preceding claims, characterized in that the light source is a holographic optical Element and a cylindrical lens comprises.

Device according to a the preceding claims, characterized in that the workpiece comprises thin glass.

Device according to a the preceding claims, characterized in that the workpiece comprises floated thin glass.

Device according to a the preceding claims, characterized in that the workpiece is downdraw thin-glass includes.

Device according to a the preceding claims, characterized in that the workpiece comprises downdraw fusion thin glass.

Device according to claim 45, characterized in that the workpiece comprises overflow downdraw glass.

Device according to a the preceding claims, characterized in that the workpiece is a surface-treated Workpiece includes.

Device according to claim 47, characterized in that the workpiece is polished.

Device according to a the preceding claims, characterized in that the workpiece is glass for a display.

Device according to claim 49, characterized in that the Display is a TFT display.

Device according to a the preceding claims, characterized in that the thin glass has a width of more than 1.8 m.

Device according to a the preceding claims, characterized in that the thin glass has a length of more than 2.0 m.

Use of a device according to one of the preceding claims Sorting out of thin glass with an error concentration of less than 5 per square meter, where the defects are scratches with a depth of 3 to 30 nanometers Respectively.

Use of a device according to claim 53, characterized that the Error concentration is less than 3 per square meter.

Use of a device according to claim 53, characterized that the Error concentration is less than 1 per square meter.

Production line, in particular for production of TFT displays, comprising a device according to one of claims 1 to 52nd