JP2008536127A - ガラス検査装置及びその使用方法 - Google Patents

Abstract

ガラス板上またはガラス板内の欠陥（例えば、インクルージョン、オンクルージョン、掻き傷、染み、膨れ、脈理、あるいは表面の不連続性または材料の不均一性にともなうその他の欠陥）を識別する、いくつかの異なる検査装置及び方法が説明される。

Description

関連出願の説明

本出願は、２００５年４月６日に出願された、名称を「ガラス検査装置及びその使用方法（Glass Inspection System and Methods for Using Same）」とする、米国特許出願第６０/６６９１７１号の恩典を主張する。この特許出願の明細書は本明細書に参照として含まれる。

本発明は、全般的に、ガラス板上またはガラス板内の欠陥を識別するために用いられる検査装置及び方法に関する。

ガラス板製造業者は、ガラス板（例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）ガラス基板）上またはガラス板内の欠陥（例えば、インクルージョン、オンクルージョン、掻き傷、染み、膨れ、脈理、あるいは表面の不連続性または材料の不均一性にともなうその他の欠陥）を識別するために用いることができる、新規の、改善された検査装置の設計を常に試みている。

本発明の課題は、ガラス板上またはガラス板内の欠陥を識別するために用いることができる、新規の、改善された検査装置を提供することである。

本発明は、ガラス板上またはガラス板内の欠陥（例えば、インクルージョン、オンクルージョン、掻き傷、染み、膨れ、脈理）を識別するための検査装置及び方法の、いくつかの異なる実施形態を含む。一実施形態において、検査装置は、照明器、レンズ及びラインスキャンセンサを備える。照明器が光ビームを発し、レンズが光ビームを受け取り、次いでガラス板の一領域を通る平行光ビームを放射する。次いでラインスキャンセンサが、ガラス板を通過した平行光ビームを受け取り、ラインスキャンセンサとガラス板の間への別のレンズの配置を必要とせずに、ガラス板の欠陥に焦点を合せることができる。

以下の詳細な説明を添付図面とともに参照することで本発明のより完全な理解を得ることができる。

図１Ａ〜１Ｆを参照すれば、本発明にしたがう第１の実施形態の検査装置１００に関する６つの図が示されている。図１Ａは、レーザ光線１０４の全てを屈折して、ガラス板１１０を透過してラインスキャンセンサ１１２で受けられる平行光１０８のビームにする円柱レンズ１０６を通過するレーザ光線１０４を発生するダイオードレーザ１０２を備える、検査装置１００を示す。検査装置１００の重要な態様は、ラインスキャンセンサ１１２がラインスキャンセンサ１１２とガラス板１１０の間への別のレンズの配置を必要とせずにガラス板１１０の欠陥に焦点を合せ得ることである。本例において、円柱レンズ１０６とセンサ１１２の間隔はほぼ４"（約１００ｍｍ）である。平行光１０８のビームの幅は３〜５"（約７５〜１２５ｍｍ）である。ガラス板１１０の位置は、円柱レンズ１０６とセンサ１１２の間で、±１インチ（±約２５ｍｍ）変わり得る。

検査装置１００は、ガラス板１１０の欠陥に焦点を合せるためにガラス板１１０とセンサ１１２の間にレンズを精確に配置する必要がある従来の検査装置に優る、顕著な改善である。例えば、およそ１〜２００μｍの欠陥を検出できる従来の検査装置では、被写界深度が数ｍｍより狭いことが必要であった。対照的に、本発明の検査装置１００は数インチ（５０〜７５ｍｍ程度）の範囲の等価被写界深度を有する。これは、検査装置１００が、レーザ１０２から（光線を互いに平行にすることだけが目的の）コリメータレンズ１０６を通ってセンサ１１２の小形センサ素子まで直接に進行する光線１０４に依存するからである。また、欠陥のような何か小さな対象が光路を擾乱すれば、この擾乱がセンサ１１２によって捕捉される。擾乱はレーザ１０２とセンサ１１２の間の光路のいかなる点においてもおこり得る。したがって、検査装置１００は、従来の検査装置に比較すれば、かなり大きく緩和されたセンサ−対象距離をもって欠陥を検出及び測定することができる。

図１Ｂ〜１Ｅは検査装置１００でスキャンした様々なガラス板１１０に関する様々な欠陥像を示す。それぞれの像を得るため、センサ１１２は、デジタル化してグラフィックス形式で表示できるように画像処理アルゴリズムを用いて解析するコンピュータ（図示せず）に入力される、信号を出力するであろう。生成された像を考察する場合、信号高が欠陥によって生じていることに注意すべきである。欠陥は小さなインクルージョンであり、この実験シリーズにおいては、白金、ジルコニウム、ステンレス鋼またはその他の何らかの汚染物の小さな粒子であった。これらの像を生成するためには、フレネル効果が可能になるように極めてコヒーレンスが高い光線１０４をつくるレーザ１０２が必要であった。フレネル効果は、光エネルギーが見えない欠陥で回折されて、レーザ１０２でつくられる光１０４より高くなり得るピークを生じる効果である。したがって、フレネル効果により、小さな欠陥の容易な検出が可能になる、非常に高い信号対雑音比が得られる。

図１Ｆは、センサ１１２から１"（約２５ｍｍ）、１.５"（約３７.５ｍｍ）、２.０"（約５０ｍｍ）、２.５"（約６２.５ｍｍ）及び３"（約７５ｍｍ）離れた位置でスキャンしたガラス板１１０の欠陥の寸法変化を示す。欠陥の寸法は変化するが、変化は他の測定値に比較して小さく、変化は測定可能であり、予測可能である。グラフは、計算される欠陥の寸法が、欠陥がセンサから遠くに離れるにつれて、予測可能な量だけ大きくなることも示す。さらに、グラフは、ガラス板１１０とセンサ１１２の間隔が既知である場合、この寸法変化の逆数が欠陥の正しい寸法を計算するために用いることができる補正因子であることを示す。

検査装置１００はいくつかの別の利点も有し、それらの利点のいくつかが以下に説明される：
・検査装置１００はミリメートルではなくインチの（約２５倍の）オーダーの擬または等価被写界深度を生じる光学的構成（光入射角／光反射角）を有する。取扱いまたは移動が容易ではない大寸（例えば２ｍ×２ｍ）ＬＣＤガラス板に対し、このことは、センサ位置をガラス表面に対して少しずつ変えることができ、それでも欠陥を検出及び測定できることを意味する；
・検査装置１００は光をセンサ１１２に入れるための効率が非常に高い方法であるレーザ送達構成を用いる。小形高速センサ素子を用いる他の方法では光量が不足し、５〜１００μｍの欠陥の検出には実用にならない；
・検査装置１００は円柱レンズ１０６がなくとも実施できるが、正確な結果は得られないであろう。例えば、この別形の実施形態において、ガラス板１１０の欠陥の存在及び測定値の計算にはより多くの処理時間がかかるであろう。

図２Ａ〜２Ｃを参照すれば、本発明にしたがう第２の実施形態の検査装置２００に関する３つの図が示されている。図２Ａは、レーザ光線２０４の全てを屈折して可能な限り垂直に近い角度でガラス板２１０を透過する平行光２０８のビームにする円柱レンズ２０６を通過するレーザ光線２０４を発生するダイオードレーザ２０２を備える。この過程の間、光ビーム２０８の一部（約４％）がガラス板２１０の前面から反射され、光ビーム２０８の一部（約４〜５％）がガラス板２１０の背面から反射される。２つの反射ビーム２１１がラインスキャンセンサ２１２で受けられる。レーザビーム２０８は極めてコヒーレンスが高いから、センサ２１２及びコンピュータ（図示せず）による２つの反射ビーム２１１からの干渉パターン像の生成が可能になる。

図２Ａからわかるように、コヒーレント光２０８のビームがガラス板２１０に向けられると、ガラス板２１０の前面及び背面のいずれからも反射があって、つくられた２つの波は位相が同じ状態及び位相がずれた状態になり、干渉縞パターンをつくる（図２Ｂを見よ）。この干渉縞パターンはガラス板２１０の厚さの変化または屈折率の変化によって変わり得る。干渉縞パターンは、ガラス板２１０の厚さ及び／または屈折率に小さな変化があれば、南北方向に流れる。また、東西方向で単位面積当りの干渉縞ストリークが多くなるほど、示される厚さ変化及び／または屈折率変化は激しくなる。したがって、レーザ２０２でつくられるコヒーレント光２０４によって、厚さまたは屈折率の変化のセンサ２１２による検出及びコンピュータ（図示せず）によるマップ作成が可能になる。さらに、コンピュータを、干渉縞パターンのコラムの平均をとり、この和の最小値及び最大値を見いだすことによって、ガラス板２１０の厚さまたは屈折率の変化の測定精度を高めるために用いることができる（最小値及び最大値は９０°位相がずれている状態であり、測定を行うために用いられる光の波長の１/２の厚さの変化を表すことに注意されたい）。最小値点と最大値点の間の領域を１０分割することによって波長の１/１０まで測定値を細かくすることができる。

２つの例示的な干渉パターンが図２Ｂ及び２Ｃに示される。図２Ｂにおいて、干渉パターンのそれぞれの干渉縞は光ビーム２０４の波長の１/２に等しいガラス板２１０の厚さの変化を表す。図２Ｃにおいて、ラインスキャンＣＣＤで生成された像はガラス板２１０のインクルージョンを示す。この像の中心部は１９２μｍの見えないインクルージョンからの反射であることに注意すべきである。この像には中心部を囲むいくつかの干渉縞もある。これらの干渉縞は、ガラス板２１０内の見えないインクルージョンによって生じた、厚さ及び／または屈折率の変化を示す。

２つの反射光ビーム２１１は、レーザ光２０４の１/２波長の幅の空間を進行する毎に、位相が合った状態及び位相がずれた状態（増強度状態及び減強度状態）に入るコヒーレント波形を形成するから、これらの像を生成することが可能である。例えば、波長が４００ｎｍの紫色レーザ２０２を用いていれば、２００ｎｍ間隔で干渉縞の明領域が見られ、２００ｎｍ間隔で干渉縞の暗領域が見られたであろう。暗領域及び明領域は光２１１の波長のほぼ１/６だけ隔てられているであろう。紫色光２１１が用いられれば、この明暗間隔は６６ｎｍになるであろう。センサ２１２が明暗干渉縞パターンを検出できるように、反射明視野（ＲＢＦ）スキャンニングの構成にセンサ２１２を用いることができるのは、この現象のためである。また、この干渉縞パターンを横切って明干渉縞（または暗干渉縞）を計数し、この数に光２１１の波長の１/３を乗ずることによって、ガラス板２１０の厚さ変化の大きさを決定することができる。一般に、この解析だけでは干渉縞パターン変化が厚さ変化で生じているかまたは屈折率変化で生じているかを決定することはできない。しかし、ガラス製造プロセスの経験があれば、干渉パターンを解析して、何が特有の干渉縞パターンを生じさせているかを決定することができる。

検査装置２００はレーザ光２０４の波長の少なくとも約１％までの歪を測定することもできる。これは、レーザ光２０４の波長の１/３の波長の幅の空間を進行する毎に位相が合った状態及び位相がずれた状態に入る２つの波形の干渉によって干渉縞パターンが生じるから、可能である。干渉縞の最高強度（最も明るい領域）は０°位相に関係付けることができ、最低強度（最も暗い領域）は９０°位相に関係付けることができる。したがって、干渉縞の最も明るい領域と最も暗い領域の中間点であろう干渉パターン内の点は、本例においては、光２０４の波長の１/１２に対応するから、４５°位相であろうと推定することができる。紫色４００ｎｍレーザについては、これは紫色光（４０４ｎｍ）に対してほぼ３０ｎｍになろう。これが、いかにして干渉縞パターンを少なくとも干渉縞当り１/１２まで分解できるかである。

検査装置２００はいくつかの他の利点も有し、それらの利点のいくつかが以下に説明される：
・光２０４の入射角をガラス板２１０の法線の比較的近くに維持することができれば、この光学構成でｍｍよりもインチの（約２５倍の）オーダーの擬被写界深度を生じさせることができる。これは、取扱いあるいは移動が容易ではない大寸（例えば２ｍ×２ｍの）ガラス板に対し、センサ位置をガラス面に対して少しずつ変えることができ、それでも欠陥を検出及び測定できることを意味する。このスキャンニング構成で得られる自由度により、標準的な工場内搬送システムでガラス板を運搬しながら、ガラス板をスキャンすることが可能になる；
・検査装置２００は、ガラス板の精確な位置決めを必要とせずに、板厚の測定及び微細欠陥の検出のいずれをも可能にする；
・検査装置２００は、欠陥がガラス板表面を歪ませているか否かに関する局所情報を生成し、スキャンに用いられるレーザ光の波長のすくなくとも約１％までの歪を測定することができる；
・検査装置２００で生成された干渉縞パターンを解析し、次いでガラス板２１０の厚さの大局的変化を決定することができる；
・検査装置２００により、インクルージョンの領域における厚さまたは屈折率の変化の検出及び測定が可能になる；
・検査装置２００により、欠陥の近傍を通過するストリークとして現れるであろう、ガラス板２１０の延伸方向における厚さまたは屈折率のいかなる変化も検出することができる；
・検査装置２００は円柱レンズ２０６がなくとも実施できるが、正確な結果は得られないであろう。例えば、この別形の実施形態において、ガラス板２１０の厚さまたは屈折率の変化の計算にはより多くの処理時間がかかるであろう。

図３Ａ〜３Ｂを参照すれば、本発明にしたがう第３の実施形態の検査装置３００に関する５つの図が示されている。図３Ａはガラス板３０６の応力を識別するために用いられるセンサ３０２及び照明器３０４を備える。本例における照明器３０４は移動しているガラス板３０６の一部を通過する偏光ビーム３１０ａを放射するレーザ３０６及びレンズ３０８（任意）を有する。センサ３０２（例えば３ラインセンサ３０２）は、ガラス板３０６を通過した偏光ビーム３１０ｂを受けるために、３つの検出器列３１２ａ，３１２ｂ及び３１２ｃ（例えばＣＣＤ検出器３１２ａ，３１２ｂ及び３１２ｃ）を用いる（図３Ｂを見よ）。本例において、偏光ビーム３１０ａの幅は３〜５"（約７５〜１２５ｍｍ）である。また、センサ３０２は移動しているガラス板３０６からほぼ２"（約５０ｍｍ）離して配置される。

図３Ｂに示されるように、第１のＣＣＤ検出器列３１２ａは、入射光３１０ｂを０°方位に偏光させる、第１の偏光コーティング３１４ａで遮蔽／被覆される。第２のＣＣＤ検出器列３１２ｂは、入射光３１０ｂをＣＣＤ検出器３１２ａに対して１２０°方位に偏光させる、第２の偏光コーティング３１４ｂで遮蔽／被覆される。さらに、第３のＣＣＤ検出器列３１２ｃは、入射光３１０ｂをＣＣＤ検出器３１２ａに対して２４０°方位に偏光させる、第３の偏光コーティング３１４ｃで遮蔽／被覆される。あるいは、検査装置３００は、それぞれの間の相対角変位が約１２０°である限りいかなる３つの角度とすることもできる偏光コーティング３１２ａ，３１２ｂ及び３１２ｃを用いても作用し得ることに注意すべきである。さらに、相対角変位を１２０°から変えた場合、検査装置３００は、確度は低下するが、それでもまだ作用するであろう。１５°，１３５°及び２５５°のような角度は、それぞれの相対角変位が１２０°であるから、０°，１２０°及び２４０°と同様に有効であろう。１５°，１６０°及び２３０°のような角度もある程度は有効であろうが、最確値を得ることはできないであろう。この結果、相対角変位は１２０°に近くするべきであり、この理想値からのいかなる偏差も、確度は低下するが、それでも許容できる結果を得ることができる検査装置３００が得られるであろう。

動作において、センサ３０２が偏光光３１０ｂで照射されると、ＣＣＤ検出器列３１２ａ，３１２ｂ及び３１２ｃのそれぞれからの出力は入力偏光光３１０ｂとＣＣＤ検出器列３１２ａ，３１２ｂ及び３１２ｃにともなう偏光フィルタ角のベクトル積である。したがって、偏光光３１０ａが検出可能な大きさの応力を有するガラス板３０６を通過すると、応力は光ビーム３１０ｂの偏光角を変化させ、よって、３つのラインスキャンＣＣＤ検出器列３１２ａ，３１２ｂ及び３１２ｃからの信号にも応力の大きさに応じた変化が生じる。これらの信号はガラス板３０６の応力を識別するために用いられる。

すなわち、ガラス板３０６に応力がなければ、受ける偏光光３１０ｂの偏光角はレーザ３０６で放射された光３１０ａと同じ角度を有するであろう。ガラス板３０６に小さな応力が存在すれば、この応力は光３１０ｂの偏光角を少し変化させるであろう。この偏光角変化は３つの偏光ＣＣＤ検出器列３１２ａ，３１２ｂ及び３１２ｃからの出力を解析することによって測定及び計算することができる。また、ガラス板３０６に大きな応力が存在すれば、ガラス板３０６を通過する光３１０ｂの偏光角は大きく変わるであろう。この偏光角変化も３つの偏光ＣＣＤ検出器列３１２ａ，３１２ｂ及び３１２ｃによって測定することができる。

直交偏光子を有する２つのＣＣＤ検出器列（例えば）３１２ａ及び３１２ｂで偏光角を一意的に識別することができると考える人がいるかもしれないが、一意的にならない場合がある。これを説明するため、２つの入り波形の２つの相異なる偏光角が、２つの直交偏光ＣＣＤ検出器３１２ａ及び３１２ｂに投射されたときに、同じ偏光量に解されてしまう、図３Ｃ及び３Ｄを参照する。これらの２つの波形に対しては、それぞれの偏光角を一意的に識別することは不可能である。この問題は第３のＣＣＤ検出器列（例えば）３１２ｃを付加することによって解決することができる。

図３Ｅは、ラインスキャン像がセンサ３０２によって生成されている間に動的に曲げられているＬＣＤガラス片３０６の例を示す。時間の経過にともなう干渉縞パターンの変化は応力の変化を示す。一般に、ガラス板３０６のある領域にかけて変わり得る応力の量は多くの環境効果に依存し、ガラス板３０６がどのように形成されたかにも依存することが多い。

検査装置３００はいくつかの他の利点も有し、それらの利点のいくつかが以下に説明される：
・検査装置３００は可動部品を必要としない；
・検査装置３００はオンライン測定に適する；
・検査装置３００はＬＣＤガラス板３０６の全面積にわたる応力マップを生成するために用いることができる。例えば、ガラス板３０６の幅と同じ長さのセンサを形成するために一列に揃えて配置した複数のセンサ３０２を用いることにより、ガラス板３０６の完全な応力マップを生成することができ、これらのセンサ３０２から生成された信号は、コンピュータを用いて、ガラス板３０６の全面にわたる応力像を生成するために用いることができる；
・上に示したように、検査装置３００は円柱レンズ３０８がなくとも実施できるが、正確な結果は得られないであろう。例えば、この別形の実施形態において、ガラス板３０６の応力を計算／識別するにはより多くの処理時間がかかるであろう。

図４Ａ〜４Ｃを参照すれば、本発明にしたがう第４の実施形態の検査装置４００に関する３つの図が示されている。図４Ａは、ガラス板４０６内またはガラス板４０６上の欠陥を識別するために用いられる、複ラインスキャンカラーセンサ４０２及び複数の照明器（レーザ）４０４ａ，４０４ｂ，４０４ｃ及び４０４ｄを備える検査装置４００を示す。本例において、複ラインスキャンセンサ４０２は複数のＣＣＤ検出器列４１２ａ，４１２ｂ，４１２ｃ及び４１２ｄを有し、これらのＣＣＤ検出器はそれぞれ、分光フィルタ４１４ａ，４１４ｂ，４１４ｃ及び４１４ｄで被覆されている（図４Ｂを見よ）。また、４つの相異なる照明器４０４ａ，４０４ｂ，４０４ｃ及び４０４ｄはそれぞれ、フィルタ付ＣＣＤ検出器列４１２ａ，４１２ｂ，４１２ｃ及び４１２ｄの内の１つのエネルギー帯域内のエネルギーを有する、色光ビーム４１６ａ，４１６ｂ，４１６ｃ及び４１６ｄを放射する。図４Ｂ〜４Ｃは、それぞれの分光フィルタ４１４ａ，４１４ｂ，４１４ｃ及び４１４ｄにより、光ビーム４１６ａ，４１６ｂ，４１６ｃ及び４１６ｄの内の注目する１つの特定の色（波長）だけが対応するＣＣＤ検出器列４１２ａ，４１２ｂ，４１２ｃ及び４１２ｄ上に送られ、光ビーム４１６ａ，４１６ｂ，４１６ｃ及び４１６ｄの内の他の全てが遮断されるかがどのようにして可能になるかを示す。

図４Ａ〜４Ｃに示される例示的検査装置４００において、赤色照明器４０４ａは赤色光ビーム４１６ａを放射し、赤色光ビーム４１６ａはレンズ４１８を通り、次いでガラス板４０６を通って、赤色光ビーム４１６ａのエネルギー帯域を受けるためのフィルタが付けられたＣＣＤ検出器列４１２ａ上に入る。本例において、ＣＣＤ検出器列４１２ａはガラス板４０６内の微視的インクルージョンに感度をもつ。緑色照明器４０６ｂは緑色光ビーム４１６ｂを放射し、緑色光ビーム４１６ｂはガラス板４０６から反射されて、緑色光ビーム４１６ｂのエネルギー帯域を受けるためのフィルタが付けられたＣＣＤ検出器列４１２内に導かれる。本例において、ＣＣＤ検出器列４１２ｂはインクルージョン及びガラス厚に感度をもつ。青色照明器４０４ｃは青色光ビーム４１６ｃを放射し、青色光ビーム４１６ｃは回折格子４２０を通り、次いでガラス板４０６を通って、青色光ビーム４１６ｃのエネルギー帯域を受けるためのフィルタが付けられたＣＣＤ検出器列４１２ｃ上に入る。本例において、ＣＣＤ検出器列４１２ｃはガラス板４０６のストリーク及び屈折率変化に感度をもつ。また、灰色（赤外線）照明器４０６ｄは灰色光ビーム４１６ｄを放射し、灰色光ビーム４１６ｄはレンズ４２４を通り、次いでガラス板４０６を通って、灰色（ＩＲ）光ビーム４０６ｄのエネルギー帯域を受けるためのフィルタがつけられたＣＣＤ検出器列４１２ｄ上に入る。本例において、ＣＣＤ検出器列４１２ｄはガラス板４０６の欠陥の位置の測定を可能にする。同様の態様において、検査装置４００は赤外エネルギー帯域及び紫外エネルギー帯域のような異なるエネルギー帯域にある光ビームを用いてガラス板４０６の別の属性を検出するように構成することができるであろう。以上からわかるように、１つのセンサ４０２をもつ検査装置４００によって、ガラス板４０６の汚染物及び形状に関する多くの属性の測定が可能になる。

全ての実用目的に対し、どのタイプの属性（例えば、微視的インクルージョン、ガラス厚）の検出にどの波長の光４１６ａ，４１６ｂ，４１６ｃ及び４１６ｄが用いられるかは問題ではない。例えば、ガラス板４０６の微視的インクルージョンの代りに屈折率変化を検出するために赤色光ビーム４１６ａ及びＣＣＤ検出器列４１２ａを用いることが容易にできるであろう。この場合も、色分光フィルタ４１４ｂ，４１４ｃ及び４１４ｄは、例えば、非赤色ＣＣＤ検出器列４１２ｂ，４１２ｃ及び４１２ｄを赤色レーザ４０４ａから放射された赤色光４１６ａに応答させないでおくために用いられる。このことは、色が相異なる光４１６ａ，４１６ｂ，４１６ｃ及び４１６ｄを、それぞれの属性（幾何学的構成−センサ４０２上の光入射角及び光反射角）によって与えられる情報を他の属性（構成）によって生成される情報との干渉から分離するために用い得ることを意味する。

４つのレーザ４０６ａ，４０６ｂ，４０６ｃ及び４０６ｄの波長も、それぞれを４つのＣＣＤ検出器列４１２ａ，４１２ｂ，４１２ｃ及び４１２ｄの前面に配置される分光フィルタ４１４ａ，４１４ｂ，４１４ｃ及び４１４ｄによって分離することができる限り、問題ではない。すなわち、レーザ４０６ａ，４０６ｂ，４０６ｃ及び４０６ｄの波長は、４０４ｎｍ，７５０ｎｍ，８７０ｎｍ及び９５０ｎｍのような、市販されている安価なレーザの波長に一致するように選ぶことができる。さらに、光の波長には２００ｎｍから２０００ｎｍの間のいずれか有用な波長を用いることができる。

検査装置４００はいくつかの他の利点も有し、それらの利点のいくつかが以下に説明される：
・空間調整：１つの複スキャンセンサ４０２から全ての測定値が生成されるから、異なるラインスキャンアレイ４１２ａ，４１２ｂ，４１２ｃ及び４１２ｄのそれぞれによって与えられる、異なる視野の間の空間関係を調整することはかなり容易である；
・コスト低減：この場合、ＣＣＤ検出器列４１２ａ，４１２ｂ，４１２ｃ及び４１２ｄの内の２つまたはそれより多くを１枚の基板の上に実装することができ、これは、１つの取付け具、１つのインターフェース及び、おそらくは、１つのレンズを意味する；
・寸法縮小：この場合、検査装置４００はより多くのスペースをとるであろう２つまたはそれより多くのセンサの代りに１つのセンサ４０２を有することになろう。

図５Ａ〜５Ｃを参照すれば、本発明にしたがう第５の実施形態の検査装置に関する３つの図が示されている。今日、検査装置は品質制御及びプロセス情報を得るために、様々な材料（例えば、紙、プラスチック、鋼、アルミニウム及びガラス板）を、これらの製造中に、スキャンして異常（欠陥）を検出及び分類するために用いられることは周知である。しかし、これらのスキャンニングプロセスは、材料の表面上に付着し、検査装置によって検出される、製造プロセス中に生じる異物粒子によって混乱させられ得る。ガラス板のような透明材料では、材料表面上に粒子（例えば、埃、塵、ガラス破片）がある場合、これらは検査装置によって材料内部にある粒子（インクルージョン）と同一視され得る。このため、検査装置で得られる結果は不正確になる。実際、いくつかのプロセスにおいては表面粒子数は内部粒子数の１０〜１００倍になることがあり、この結果スキャンニング結果が無意味になりがちである。本発明の検査装置５００は、透明材料５０４（例えばガラス板５０４）に埋め込まれている欠陥５０２を、表面粒子５０６を検出せずに、検出することによってこの問題に対処する。

図５Ａ及び５Ｂに示されるように、検査装置５００はある角度でガラス板５０４に向かう光５１０を放射する照明器５０８を用いる。角度は、光５１０の一部が移動しているガラス板５０４内で、移動しているガラス板５０４に光５１０が入り、出てくる位置から離れた領域に向かって、内部反射するであろうように選ばれる。次いで、ラインスキャンカメラ５１２を、その領域に焦点を合せて、内部傷５０２から反射される光５１０は検出し、移動しているガラス板５０４に光５１０が入り、出てくる場所にある表面粒子５０６から反射される光５１０は検出しないでおくことができるような位置に配置することができる。これらの２つの図は、照明器５０８からの光５１０がガラス板５０４に入り、出てくる、移動しているガラス板５０４上の点から離れた場所におかれたラインスキャンカメラ５１２を示す。この場合も、この位置にあるラインスキャンカメラ５１２は、表面粒子５０６を検出せずに、内部傷５０２に焦点を合せて検出することができる。

別の実施形態において、ラインスキャンカメラ５１２は、ラインスキャンセンサ、時間遅延積分（ＴＤＩ）センサ及び接触センサで置き換えることができる。また照明器５０８は、レーザ、レーザ光線、または蛍光灯５０８ａ（図５Ｃを見よ）のようなその他いずれかの照明器とすることができる。蛍光灯５０８ａのような照明器が用いられる場合には、移動しているガラス板５０４に沿う光５１０ａの内部反射が可能になり、同時に、ラインスキャンカメラ５１２がガラス板５０４を視ている点における移動しているガラス板５０４への光５１０ａの出入りを遮蔽するように（図５ｃの検査装置５００ｃを見よ）、シールド５１４を用いる必要があるであろう。

検査装置５００はいくつかの他の利点も有し、それらの利点のいくつかが以下に説明される：
・検査装置５００は、ガラス板５０４に加えて、例えばガラスウエブ、及び板形態またはウエブ形態のその他の透明材料を含む、様々な製品形態をスキャンするために用いることができる。

図６Ａ〜６Ｄを参照すれば、本発明にしたがう第６の実施形態の検査装置６００に関する４つの図が示されている。ガラス作成の当業者にはガラス板６０２の作成時につくられたガラス板６０２の屈折率及び／または厚さの僅かな変化が、コリメーションの差が測定可能であるレベルまでコリメート光を屈折させ得ることは周知である。この効果は、ガラス板６０２（ＬＣＤディスプレイ６０２）を見たときに人間の眼で検出することができ、欠陥と見なされる。図６Ａ及び６Ｂは、光６０４が点源６０６（レーザ６０６）から放射され、光６０４を屈折させて白色背景６０８上に明暗ストリークを生じさせる、望ましくない平ガラス板６０２を透過するときに生じる、この効果を示す。本発明の検査装置６００はガラス板６０２（またはいずれかの平板透明材料）の厚さ及び／または屈折率のそのような僅かな変動の検出を可能にする。これは、望ましくないガラス板６０２を、ＬＣＤディスプレイのような製品に用いる前に検出できることになるから、重要である。

図６Ｃは光強度が比較的等しい扇形光６１２をつくるレーザ６１０を備える検査装置６００を示す。検査装置６００は、光６１２を回折して扇形形態から平行光線６１６にする、コリメートレンズ６１４も備える。光６１６は、本例ではピッチが５００対/インチ（約２０対/ｍｍ）でフィルファクタが５０％の、回折格子６１８に入射する。回折格子６１８は、ガラス板６０２（例えばＬＣＤガラス板６０２）を通してラインスキャンＣＣＤセンサ６２０上に投射される、一連の暗線６２２ａ及び輝線６２２ｂを形成する。本例において、回折格子６１８とガラス板６０２の間隔は２"（約５０ｍｍ）である。回折格子６１８とセンサ６２０の間隔は４"（約１００ｍｍ）である。また、平行光ビーム６１６の幅は３"〜４"（約７５ｍｍ〜１００ｍｍ）である。

厚さ及び屈折率が一定の例示的な平「基準」ガラス板６０２の一片を検査装置６００で解析すれば、図６Ｄの最上段に示される波形１のような基準波形を生成してコンピュータ（図示せず）に格納することができる。波形１は、回折格子６１８の存在によって生じた、交互する明領域及び暗領域を示す。コンピュータは他のガラス板６０２からの波形と比較するための基準または標準として波形１を用いる。例えば、比較的良好なガラス板６０２を回折格子６１８とセンサ６２０の間におけば、波形２にかなり似た波形が生成されるであろう。明領域が等しくなるように波形１及び２のそれぞれの頭をクリップして、２つの波形１及び２の差をとれば、波形３のような波形が生成されるであろう。波形３は、正または負の値をとり得る、小さなブリップを方形波の端に示す。ブリップの幅は、基準ガラス板６０２にともなう波形１が良好なガラス板６０２にともなう波形２とほぼ同じであるから、比較的小さい。波形４は、それぞれの波形の正の端だけでつくられた（負の端でつくられたブリップは無視した）、波形３に示されるブリップの積分である。この場合、波形４に示されるブリップの積分は、良好なガラス板６０２は基準ガラス板６０２とほぼ同じ品質を有するから、小さい。ブリップの有効性は、以下で、非均一ガラス板６０２の波形が基準ガラス板６０２の波形と比較されるときに、さらに詳細に説明される。

波形６は、屈折率が変化しているかまたは厚さ変動を有する、不均一ガラス板６０２の検査後に生成された。屈折率が変化しているかまたは厚さが一定ではない領域が光６１６の方向を屈折または変化させ、したがって、波形の端を左右に移動させた。得られた波形が右に移動していれば、不均一ガラス板６０２を通過した光線６１６は右に曲げられている。また、同様に、波形が左に移動していれば、光線６１６は左に曲げられている。波形６を（基準波形１と同じ）波形５から差し引けば、厚さ、形状及び／または屈折率が変化していることを示す波形７が得られるであろう。波形７の「暗」陰影領域は波形５の正の端でつくられたブリップである。また「明」陰影領域は波形５の負の端でつくられたブリップである。ブリップの幅は光６１６が不均一ガラス板６０２を通り抜けて行く間の光６１６の方向の変化の大きさの指標である。波形５の端に比較して、正または負の、波形７のブリップの方向は光６１６の方向変化を決定する。例えば、正ブリップに関係付けられる波形５の正の端（「暗」ブリップ）は、光線が左に曲げられたことを示す。また、波形５の負の「暗」ブリップは光線が右に曲げられたことを示す。全ての「暗」ブリップの頂点を線で結べば、波形８がつくられる。波形８の積分値が正であれば、これは光線が左に曲げられたことを示し、積分値がゼロに近ければ光線は曲げられておらず、積分値が負であれば光線は右に曲げられている。基本的に、波形８の積分値がゼロから離れるほど、不均一ガラス板６０２の厚さ、形状及び／または屈折率の変化は望ましくなくなる。

検査装置６００はいくつかの他の利点も有し、それらの利点のいくつかが以下に説明される：
・検査装置６００は、ガラス板６０２の屈折率変化、厚さ変化または形状変化の結果であり得る、ガラス板６０２の微細ストリークを測定するために用いることができる。検査装置６００は方向情報及び相対的大きさ情報のいずれをも生成し、ガラス板６０２の表面内で１０００読み値/インチ（約４０読み値/ｍｍ）を生成することができる。

図７Ａ〜７Ｄを参照すれば、本発明にしたがう第７の実施形態の検査装置７００に関する４つの図が示されている。微視的欠陥をスキャンするために検査装置１００，２００,...,６００によって用いられる上述した技法は、比較的大きな被写界深度を有するという事実により、空間内の欠陥の検出に優れているが、この大きな被写界深度（例えば２インチ（約５０ｍｍ））は、欠陥がセンサから離れている距離を検出できる能力においてこれらのスキャン技法が劣っていることを意味する。また、ＬＣＤガラスの場合、欠陥があるか否か及び欠陥がＬＣＤガラスのＡ面近傍にあるかまたはＢ面近傍あるかを決定できる検査装置があれば有用であろう。この能力は、ＬＣＤガラスにコーティングを施す場合に、コーティングはガラス板の一方の面上の欠陥に対して他方の面上の欠陥に対するよりも影響を受け易くなるから有益であろう。したがって、欠陥がＢ面にあれば問題はないかもしれないが、欠陥がＡ面近傍またはＡ面上にあれば極めて好ましくないから、いずれの面上に欠陥があるかを判定することは重要である。以下に説明する検査装置７００はガラス板に対する深さ方向であるｚ方向における欠陥の位置の判定を可能にする。

図７Ａは、本例においてはガラス板７１０の同じ横位置にある２つの欠陥７０６及び７０８の相対位置を判定するための、それぞれの波長が相異なる２つのレーザ線源７０２ａ及び７０２ｂ及び、２つのラインスキャンアレイ７１２ａ及び７１２ｂをもつ、センサ７０６を用いる検査装置７００の側面図を示す。図は、一定速度（Ｖ）で上方に移動しており、センサ７０４から固定距離（Ｄ）にあるガラス板７１０を示す。２つのラインスキャナアレイ７１２ａと７１２ｂの間隔（ｄ）は既知である。また、ラインスキャナアレイ７１２ａ及び７１２ｂのそれぞれは相異なる光波長に感度を有する。例えば、下部ラインスキャンアレイ７１２ｂは赤色レーザ７０２ａによって放射される赤色光７１４ａに感度を有する。また、上部ラインスキャンアレイ７１２ａは緑色レーザ７０２ｂによって放射される緑色光７１４ｂに感度を有する。上部ラインスキャンアレイ７１２ａはセンサ７０４の法線に対して角度アルファ（Ａ）をなして照射される。また、下部ラインスキャンアレイ７１２ｂはガラス板７１０及びセンサ７０４に垂直な角度で下側のレーザ７０２ａによって照射される。本例において、ＣＣＤラインスキャンセンサ７０４は５μｍ毎に新しいピクセルを生じ、欠陥７０６及び７０８のいずれの像も１つまたはそれより多くのスキャンにおいて記録される。図７Ａは、欠陥７０６及び７０８のいずれもがレーザ７０２ａからの光７１４を遮っている、時刻０における検査装置７００の瞬間図を表す。

図７Ｂは、ガラス板７１０のＡ面上の欠陥７０８がレーザ７０２ｂから放射される光７１４ｂを遮っている、時刻Ｔ１における検査装置７００の瞬間図である。ＣＣＤラインスキャンセンサ７０４は１つまたはそれより多くのピクセルスキャンにおいてこの欠陥７０８の像を記録する。

図７Ｃは、ガラス板７１０のＢ面上の欠陥７０６がレーザ７０２ｂから放射される光７１４ｂを遮っている、時刻Ｔ２における検査装置７００の瞬間図である。ＣＣＤラインスキャンセンサ７０４は１つまたはそれより多くのピクセルスキャンにおいてこの欠陥７０６の像を記録する。

図７Ｄは先のセンサスキャンの全てを合せて示し、欠陥７０６及び７０８の３つの像を示す。第１に、Ａ面欠陥７０８及びＢ面欠陥７０６はいずれも同じ時刻０に検出されているから、欠陥７０８及び７０６の像は互いに重ね合されて示される。第２に、レーザ７０２ｂから放射された光ビーム７１４ｂが時刻Ｔ１においてＡ面欠陥７０８を通過しているから、Ａ面欠陥７０８の像が示される。第３に、レーザ７０２ｂから放射された光ビーム７１４ｂが時刻Ｔ２においてＢ面欠陥７０６を通過しているから、Ｂ面欠陥７０６の像が示される。

Ａ面欠陥７０８が移動した距離は、時刻０から時刻Ｔ１の間につくられたスキャン線を計数し、計数値に本例におけるピクセルのμｍを単位とする寸法である５を乗じることによって計算することができる。同様に、Ｂ面欠陥７０６が移動した距離は、時刻０から時刻Ｔ２の間につくられたスキャン線を計数し、計数値に同じく本例におけるピクセルのμｍを単位とする寸法である５を乗じることによって計算することができる。Ｂ面欠陥７０６が光ビーム７１４ｂを横切るにはＡ面欠陥７０８より長い時間がかかっているから、Ｂ面欠陥７０６に対してはより多くのスキャン線があり、より大きな距離が計算されることになろう。

結局、Ａ面欠陥７０８のセンサ７０４からの距離は、Ａ面欠陥７０８が移動した距離に角度Ａの正接を乗じることによって計算することができる。同様に、Ｂ面欠陥７０６のセンサ７０４からの距離は、Ｂ面欠陥７０６が移動した距離に角度Ａの正接を乗じることによって計算することができる。このタイプの距離計算をガラス板７１０の表面上にある１つまたはそれより多くの欠陥について行い得ることは当然である。

別の実施形態において、欠陥が第１のレーザ７０２ａの前方から第２のレーザ７０２ｂを遮るまで移動するにかかる時間である移動時間をモニタすることによって、検査装置７００を用いて欠陥の位置を決定することができる。

事例Ｉ：Ａ面欠陥７０８の移動時間は、
ｔ_ａ＝（ｄ＋Ｄ・ｔａｎ（Ａ））/Ｖ
として計算することができる。

事例II：Ｂ面欠陥７０６の移動時間は、
ｔ_ｂ＝（ｄ＋（Ｄ＋Ｔ（ｎ_ａ/ｎ_ｇ））・ｔａｎ（Ａ））/Ｖ
として計算することができる。

上式において、ｎ_ａは空気の屈折率であり、ｎ_ｇはガラス板７１０の屈折率である。

事例III：ガラス板７１０内部の位置Ｐにある欠陥（図示せず）に対する移動時間は、
ｔ_ｐ＝（ｄ＋（Ｄ＋Ｐ（ｎ_ａ/ｎ_ｇ））・ｔａｎ（Ａ））/Ｖ
として計算することができる。

この式を位置Ｐについて解けば、
Ｐ＝ｎ_ｇ・（（ｔ_ｐ・Ｖ）−ｄ−Ｄ・ｔａｎ（Ａ））/（ｎ_ｇ・ｔａｎ（Ａ））
となる。

一例において、レーザ７０２ｂの角度を２０°とし、ガラス板７１０の速度を３インチ/秒（約７５ｍｍ/秒）に等しいとし、ガラス板７１０のセンサ７０４からの距離を２インチ（約５０ｍｍ）とし、空気の屈折率を１とし、ラインスキャンアレイ７１２ａと７１２ｂの間隔を９０μｍとし、ピクセル寸法を５μｍとし、ガラスの屈折率を１.５とする。これで、ガラス板７１０における３つの異なる位置：（１）Ｐ＝０であるＡ面、（２）Ｐが３００μｍに等しいガラス内部及び（３）Ｐが７００μｍに等しいＢ面において計算を実行することができる。これらの３つの位置において、移動時間は：
・Ｂ面において、移動時間＝０.２４３８２７秒
・３００μｍにおいて、移動時間＝０.２４３８２７＋０.００９５
＝０.２４４７７７秒
・Ａ面において、移動時間＝０.２４３８２７＋０.０２２０
＝０.２４６０２７秒
である。

次いで、欠陥の位置を計算するためには、検査装置７００の測定精度を知る必要があり、本例において、センサ７０２は５μｍピクセルにおいて測定できる。この分解能を達成するためには、ガラス板７１０の速度（Ｖ）を５μｍのピクセル寸法で除した値に等しいレートでスキャンが行われなければならず、これは１５２４０スキャン/秒に相当する。この数の逆数をとることで、スキャン間の時間すなわち０.００００６５６秒/スキャンが得られる。これは、７００μｍ厚ガラス板７１０に対して、Ｂ面から生じる移動時間とＡ面から生じる移動時間の間に３３本のスキャン差を与える。このことからわかるように、この測定は良好な位置情報を与えるに十分に正確である。

上述した検査装置１００，２００,...,７００のいずれにも用いることができるセンサはコダック（Kodak）ＫＬＩ１４４４１センサ及びコダックＫＬＩ４１０１センサのような、センサとし得ることに注意すべきである。しかし、特定のタイプのセンサであることは重要ではない。重要なことは、複数のカメラ視野からの情報または複数のカメラ形状寸法を合せ込み、調整するに役立つ、複数のラインスキャン素子アレイをセンサが有するという事実である。

本発明のいくつかの実施形態を添付図面に示し、上記の詳細な説明に述べたが、開示した実施形態に本発明が限定されず、添付される特許請求の範囲に述べられ、定められる、本発明の精神を逸脱しない、数多くの再構成、改変及び置換が可能であることは当然である。

本発明にしたがう検査装置の第１の実施形態に関する第１の図を示す 本発明にしたがう検査装置の第１の実施形態に関する第２の図を示す 本発明にしたがう検査装置の第１の実施形態に関する第３の図を示す 本発明にしたがう検査装置の第１の実施形態に関する第４の図を示す 本発明にしたがう検査装置の第１の実施形態に関する第５の図を示す 本発明にしたがう検査装置の第１の実施形態に関する第６の図を示す 本発明にしたがう検査装置の第２の実施形態に関する第１の図を示す 本発明にしたがう検査装置の第２の実施形態に関する第２の図を示す 本発明にしたがう検査装置の第２の実施形態に関する第３の図を示す 本発明にしたがう検査装置の第３の実施形態に関する第１の図を示す 本発明にしたがう検査装置の第３の実施形態に関する第２の図を示す 本発明にしたがう検査装置の第３の実施形態に関する第３の図を示す 本発明にしたがう検査装置の第３の実施形態に関する第４の図を示す 本発明にしたがう検査装置の第３の実施形態に関する第５の図を示す 本発明にしたがう検査装置の第４の実施形態に関する第１の図を示す 本発明にしたがう検査装置の第４の実施形態に関する第２の図を示す 本発明にしたがう検査装置の第４の実施形態に関する第３の図を示す 本発明にしたがう検査装置の第５の実施形態に関する第１の図を示す 本発明にしたがう検査装置の第５の実施形態に関する第２の図を示す 本発明にしたがう検査装置の第５の実施形態に関する第３の図を示す 本発明にしたがう検査装置の第６の実施形態に関する第１の図を示す 本発明にしたがう検査装置の第６の実施形態に関する第２の図を示す 本発明にしたがう検査装置の第６の実施形態に関する第３の図を示す 本発明にしたがう検査装置の第６の実施形態に関する第４の図を示す 本発明にしたがう検査装置の第７の実施形態に関する第１の図を示す 本発明にしたがう検査装置の第７の実施形態に関する第２の図を示す 本発明にしたがう検査装置の第７の実施形態に関する第３の図を示す 本発明にしたがう検査装置の第７の実施形態に関する第４の図を示す

符号の説明

１００ 検査装置
１０２ ダイオードレーザ
１０４ レーザ光
１０６ 円柱レンズ
１０８ 平行光
１１０ ガラス板
１１２ ラインスキャンセンサ

Claims (10)

1. 平板透明材料にある欠陥を識別する方法において、前記方法が、
   光ビームを放射するために照明器を使用する段階、
   前記光ビームを受け取り、前記平板透明材料の一部を通る平行光ビームを放射するために第１のレンズを使用する段階、
   前記平板透明材料の前記一部を通過した前記平行光ビームを受け取るため及び前記平板透明材料にある前記欠陥に焦点を合せるためにラインスキャンセンサを使用し、前記ラインスキャンセンサの前方への第２のレンズの配置は必要としない、段階、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記平板透明材料の前記一部を通過した前記平行光ビームの構造が前記欠陥及び前記平板透明材料の特性によって定められることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記ラインスキャンセンサが１インチ（約２５ｍｍ）より大きい被写界深度を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記ラインスキャンセンサが、前記平板透明材料にある前記欠陥の検出を可能にする前記平板透明材料を通過した前記平行光ビームにともなうフレネル効果を示す像を生成するコンピュータによって解析される信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記ラインスキャンセンサが、前記平板透明材料の厚さまたは屈折率の変化の検出を可能にする前記平板透明材料を通過した前記平行光ビームにともなう干渉パターンを示す像を生成するコンピュータによって解析される信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 平板透明材料にある欠陥を識別するための検査装置において、前記検査装置が、
   光ビームを放射することができる照明器、
   前記光ビームを受け取ることができ、前記平板透明材料の一部を通る平行光ビームを放射することができる第１のレンズ、
   前記平板透明材料の前記一部を通過した前記平行ビームを受け取ることができ、さらに前記平板透明材料にある前記欠陥に焦点を合せることができるラインスキャンセンサ、
   を備え、
   前記ラインスキャンセンサの前方に第２のレンズを配置する必要がない、
   ことを特徴とする検査装置。
7. 前記平板透明材料の前記一部を通過した前記平行光ビームの構造が前記欠陥及び前記平板透明材料の特性によって定められることを特徴とする請求項６に記載の検査装置。
8. 前記ラインスキャンセンサが１インチ（約２５ｍｍ）より大きい擬被写界深度を有することを特徴とする請求項６に記載の検査装置。
9. 前記ラインスキャンセンサが、前記平板透明材料にある前記欠陥の検出を可能にする前記平板透明材料を通過した前記平行光ビームにともなうフレネル効果を示す像を生成するコンピュータによって解析される信号を出力することを特徴とする請求項６に記載の検査装置。
10. 前記ラインスキャンセンサが、前記平板透明材料の厚さまたは屈折率の変化の検出を可能にする前記平板透明材料を通過した前記平行光ビームにともなう干渉パターンを示す像を生成するコンピュータによって解析される信号を出力することを特徴とする請求項６に記載の検査装置。

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