JP2009174918A - 欠陥検査装置、欠陥検査方法及び板状体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】欠陥検査装置は、カメラと、板状体とカメラとの間に設けられたハーフミラと、を有する。これにより、カメラは、2つの異なった角度の視線で欠陥の像を撮影する。この2つの視線で撮影した欠陥の像同士の位置ずれ量に基づいて、欠陥の位置を算出する。
【選択図】図1
Description
特許文献1は、透過性物体を走査し、透過性物体の表面に対して角度が異なる光軸上で欠点信号を2台のカメラで検出し、この欠点信号の時間より、欠点の深さ方向の位置を検出することを記載している。これにより、欠点の位置を、基準位置からの深さとして検出できるので、確実に表面だけ、内部だけ、特定の深さだけといった透過性物体の検査が可能であると記載している。
さらに、前記光学部材と異なる位置に設けられ、前記板状体から出射した光でつくられる欠陥の像を、前記光学部材の前記他方の面に向けて反射する少なくとも1つの反射光学部材を備えることが好ましい。
また、前記光源には、光の3原色の一つである第1の色と光の3原色の一つである第2の色との混色からなる帯形状の第1のパタンと、この第1のパタンの両側に、光の3原色の一つである第3の色と前記第1の色との混色からなる、帯形状の第2のパタン及び第3のパタンとを備えるフィルタが、前記第1の光路と前記第2に光路とによってつくる欠陥の位置ずれの方向に対して帯形状の延在方向が角度を成すように設けられ、前記カメラは、カラー画像を撮影し、この撮影の視野の略中心に、前記第1のパタンが来るように前記フィルタの位置調整がされていることが好ましい。
前記光源は、前記板状体を挟んで、前記カメラと反対側に設けられ、前記カメラに撮影される前記欠陥の第1の像と前記欠陥の第2の像は、前記光源によってつくられた像であり、一方の像は明視野像であり、他方の像は暗視野像であることも同様に好ましい。
前記カメラは、カラー画像を撮影し、前記光学部材は、所定の波長帯域の光を選択的に反射あるいは透過する機能を有することも同様に好ましい。
又、板状体から出射した光が光学部材を透過してカメラに至る光路の長さと、板状体から出射した光が反射光学部材で反射されて前記光学部材に入射し、さらにこの光学部材で反射されてカメラに至る光路の長さとが、等しくなるように、いずれか一方の光路に光路長調整素子を設けることにより、カメラのピントを2つの欠陥の像に合わせることができる。これよって得られる正確な位置ずれ量からさらに正確な欠陥の位置の情報を得ることができる。
本装置10は、透明性を有する、搬送中のガラスGに存在する気泡の厚さ方向の位置を測定する装置である。本装置10は、光源12と、カメラ14と、ハーフミラ16と、反射ミラ18と、演算ユニット20と、ディスプレイ22と、表面位置測定ユニット24と、を有する。ガラスGは、搬送ローラ26によって下側から支持されて搬送される。
カメラ14は、光源12で照明され、搬送されるガラスGをカメラ14のライン状の読み取り位置で読み取ることにより、ガラスGの画像の走査読み取りを行う、ラインセンサタイプのカメラである。図1(b)は、搬送されるガラスGに対してライン状に読み取りを行うことにより走査読み取りを行うカメラ14で得られる画像の例を示す。図中、右側から左側に順次走査読み取りによって得られる情報を一つの画像に表したものである。なお、板状のガラスGの搬送方向は、図1(a),(c),(d)の例では、右側から左側への方向であるが、左側から右側への方向でもよく、2つの異なる光路によってつくられる画像が得られる限り、どの方向でもよい。また、本発明では、搬送中のガラスGをエリア状に撮影するエリアセンサタイプのカメラを用いてもよい。さらに、エリアセンサタイプのカメラを用いて静止状態のガラスGをエリア状に撮影してもよい。
ハーフミラ16は、ガラスGとカメラ14との間に設けられ、一方の面から入射した光を透過し、他方の面から入射した光を反射する光学部材である。ハーフミラ16は、例えば、反射膜を金属膜で形成した金属ハーフミラや、きわめて薄い多層膜を反射層として積層して構成された誘電体ハーフミラ等が用いられる。さらには、ハーフミラ16の替わりに、ビームスプリッタや偏向スプリッタを用いることもできる。
反射ミラ18は、ハーフミラ16の位置と搬送方向において異なる位置に設けられ(図1(a)では、搬送方向下流側)、ガラスGから出射した光でつくられる欠陥の像を、ハーフミラ16に向けて反射する反射光学部材である。
表面位置測定ユニット24は、ガラスGの表面の位置を測定するデバイスであり、例えばレーザ変位計が用いられる。ガラスGが振動により上下に変動したり、ガラスGの厚さが変動して、ガラスGの表面が変動する。このため、演算ユニット20において、気泡の、ガラスGの表面からの厚さ方向の位置を補正するために、ガラスGの表面の位置を測定する。
ラインセンサタイプのカメラ14が撮影する読み取りラインは、ハーフミラ16を透過した像(光路V1を経た像)を読み取るガラスG上の位置と、ハーフミラ16及び反射ミラ18で反射した像(光路V2を経た像)を読み取るガラスG上の位置とが同じ位置になるように、設定されている。すなわち、ガラスGの厚さ方向の所定の位置において、光路V1及び光路V2を経て作られる像における視野範囲は一致している。図1(a)では、光路V1及び光路V2における像の読み取りラインはともに、交点Bを通る紙面に垂直方向のラインである。又、図1(a)に示すように、光路V2は、光路V1に対して搬送方向下流側の場所に作られている。本発明においては、少なくとも2つの光路が、搬送方向の異なる場所に形成されるとよい。
ハーフミラ16を透過した光により欠陥の像Cをつくる光路V1(ガラスGの面からカメラ14までの光路)の、ガラス板Gの面から光が出射する出射角度と、ハーフミラで反射した光により欠陥の像Dをつくる光路V2(ガラスGの面からカメラ14までの光路)の、ガラスGの面から光が出射する出射角度とが異なっている。光路V1の出射角度は略90度、光路V2の出射角度は10〜30度傾斜している。好ましくは、10〜20度傾斜している。なお、図1(c)に示す構成の場合、光路V3,V4におけるガラスGの表面からの光の出射角度を10〜45度に傾斜して用いることができる。
なお、図1に示す光路V1及び光路V2の交点Bは、ガラスGの上面の表面に一致しているが、本発明ではこれに限定されない。交点Bは、ガラスGの上面の表面の上方にあってもよいし、ガラスGの内部にあってもよいし、ガラスGの下面の表面にあってもよい。
例えば、まず、検出した像Dに対する像Cの探索範囲が設定される。本装置10の構成とガラスGの寸法から事前に探索領域の範囲(矩形領域)が設定される。具体的には、まず、ガラスGの厚さを考慮して、図1(b)の位置ずれ量xの最大値を定めると、カメラ14の画像上の座標と、カメラ14の画角の情報とから、探索範囲が定まる。したがって、像Dが検出されると、像Dの位置座標から設定された探索範囲の位置が定まり、その範囲の探索が開始される。勿論、探索範囲を定めることなく像Cの探索を行ってもよいが、データ処理の効率の点から、探索範囲を設定することが好ましい。上記探索は、探索範囲の画像のみを2値化して検索する、または検索範囲内の像Cと類似の部分をパターンマッチング等を用いて検索するとよい。探索範囲を設定しない場合、全画像を2値化して検索する、また全画像に対してパターンマッチング等を用いて探索するとよい。
こうして検出された像C及び検出された像Dの領域を抽出し、この領域の中心の位置を求め、この中心間距離を位置ずれ量xとして求める。一方、演算ユニット20は、光路V1と光路V2との交点Bの位置(カメラ14の受光面からの距離)を既知情報として記憶しておき、この既知情報と、求めた位置ずれ量xとから、気泡Aのカメラ14の受光面からの距離を求めることができる。
なお、交点BがガラスGの内部に位置する場合、像Cと像Dのどちらが光路V1又は光路V2による気泡Aの像であるか識別が困難となる場合もある。このため、ガラスGの目標板厚、この板厚の変動、及び、搬送中のガラスGの振動を考慮して、交点Bの位置が少なくともガラスGの外側に来るように、光路V1又は光路V2を設定することが好ましい。
本装置10は、搬送中のガラス板Gをラインセンサタイプのカメラ14で走査して気泡の像を含む画像を撮影するものであるが、本発明では、ラインセンサタイプのカメラ14に替えて、ガラス板等の透明性を有する板状体を静止した状態でエリアセンサタイプのカメラで一定の範囲の画像を撮影するように装置を構成してもよい。
光路V2による像を、暗視野像とするために、光源12bの光路V2の延長した光源部分に遮光マスク12cを設け、その周辺部から気泡Aを照明するように構成されている。一方、光源12aは、明視野照明により気泡Aを照明する。したがって、図2(b)に示すように、カメラ14により撮影される光路V2による像は、暗い背景に気泡Aが明るく見え、一方、視線V1による像は、明るい背景に気泡Aが暗く見える像となる。このため、2つの像のうち、どちらが光路V1を経た像か、光路V2を経た像かを、識別することができる。図1(a)に示す実施形態では、光路V1及び光路V2を経た像は、光源12により照明された気泡Aの像であり、カメラ14の読み取りライン(交点Bを通る紙面に垂直なライン)がガラスGの表面又はその表面より上側に位置する限り、撮影された画像では、図1(b)に示すように、光路V1を経た像Cは、光路V2を経た像Dに比べて後に読み取られるため、左側に位置する。このため、像の位置関係で光路V1及び光路V2を経た像を識別することができる。しかし、ガラスGの振動による上下移動や、厚さの変動により、交点BがガラスGの内側に位置する場合も発生する。この場合、気泡Aの厚さ方向の位置によっては、光路V1及び光路V2を経た像の位置関係は逆転する。この場合において、暗視野照明及び明視野照明で別々に照明すれば、光路V1及び光路V2を経た像が、撮影された画像の中でどちらの像に対応するか、明確に判断できる。図2(b)では、像Eが明視野像、像Fが暗視野像となっており、光路V1を経た像及び光路V2を経た像を確実に識別することができる。本装置10では、照明を2個設けたが、照明を1個とし、光路V2の延長した光源部分に遮光マスク12cを設ける構成としてもよい。
例えば、B(青)の光を反射し、R(赤)の光を透過するダイクロイックプリズムをハーフミラ16の替わりに用いることで、カメラ14で撮影される画像のうち、光路V1を経て作られる気泡Aの像はR画像に現れ、光路V2を経て作られる気泡Aの像はB画像に現れるように分離することができる。
演算ユニット20では、図3(a)に示されるようにR画像に現れる気泡Aの像の位置と、図3(b)に示されるようにB画像に現れる像の位置とから位置ずれ量xを求め、この位置ずれ量xから、上述したように、気泡AのガラスGにおける厚さ方向の位置を求める。このように、本実施形態は、視線V1による気泡Aの像と、視線V2による気泡Aの像とを、3原色の画像によって分離して識別することもできる。
気泡Aの、図1(b)に示す像C、Dが部分的に重なる程度に大きくても、また重なった場合でも、光路V1を経てつくられる気泡Aの像と、光路V2を経てつくられる気泡Aの像とを分離できるので、光路V1による像と光路V2による像との位置ずれ量を正確に求めることができる。
なお、本発明においては、ダイクロイックプリズムの他に、所定の波長帯域の光を選択的に反射あるいは透過する機能を有する光学部材を用いることができる。
例えば、フィルタ40は、第1のパタンが、G(緑)とB(青)の混色である水色に着色され、第1のパタンの両側に位置する第2のパタン及び第3のパタンが、G(緑)とR(赤)の混色である黄色に着色されたフィルタである。光路V1による像は、第1のパタンを透過した光により照明されるように、フィルタ40が光源12aに設けられている。すなわち、光路V1の中心領域が第1のパタンを透過した光で照明され、その周囲が第2のパタン及び第3のパタンを通過した光で照明される。このような第1のパタン、第2のパタン及び第3のパタンは帯形状に設けられ、この帯形状の延在方向が、光路V1及び光路V2によってつくられる欠陥の位置ずれ方向と一致しないように(角度を成すように)、フィルタ40が設けられる。
気泡Aが存在しない場合、カメラ14で得られるR画像は暗視野の画像となり、G画像及びB画像は明視野の画像となる。これに対して気泡、傷、あるいは透明な異物の欠陥がある場合、この部分の屈折異常により第2のパタン及び第3のパタンによるR(赤)の光が光路V1の中心領域に混入し、この光でR画像中に欠陥の像が現れる。気泡は、傷や透明な異物の欠陥に比べて屈折異常が強いため、Gの画像にも欠陥の像が現れるが、気泡以外の欠陥は、G画像に現れない。このため、G画像における欠陥の有無により、気泡の像かそれ以外の傷や透明な異物の欠陥の像かを判別することができる。
又、R画像における気泡の像は、気泡の像の中心部分で輝度が高く、周辺部分で輝度が低い。一方、異物等の遮光性のある欠陥は、遮光により中心部分で輝度が低いが、周辺部分で反射や散乱により輝度が高い。この特徴を利用して、演算ユニット20は欠陥の種類を判別することもできる。
なお、光源には、光の3原色の一つである第1の色と光の3原色の一つである第2の色との混色からなる帯形状の第1のパタン42と、この第1のパタン42の両側に、光の3原色の一つである第3の色と第1の色との混色からなる、帯状の第2のパタン44及び第3のパタン46と、を備えるフィルタが設けられ、カメラ14は、カラー画像を撮影し、この撮影の視野の中心に、第1のパタン42が来るようにフィルタ40が位置調整されていればよい。本発明においては、フィルタ40の替わりに、ダイクロイックプリズムとフィルタを組み合わせることもできる。
フィルタ40を用いた欠陥の種類の識別については、本願と同一の出願人により出願され公開された特開2003−329612号公報に記載されている。
このような欠陥検査装置を用いた欠陥検査方法を、ガラス等の板状体の製造工程に用い、板状体の良品/不良品を選別することができる。あるいは、欠陥の位置の測定結果に応じて、板状体の製造条件を調整することができる。
すなわち、板状体を製造して搬送する工程と、板状体の搬送中、板状体に存在する欠陥の位置を測定する工程と、この欠陥の位置の測定結果に応じて、板状体の良品/不良品を選別する工程とを有する。あるいは、板状体の良品/不良品を選抜する工程の替わりに、欠陥の位置の測定結果に応じて、製造工程における板状体の製造条件を調整する工程と、を有してもよい。
12,12a,12b 光源
12c 遮光マスク
14 カメラ
16 ハーフミラ
18 反射ミラ
20 演算ユニット
22 ディスプレイ
24 表面位置測定ユニット
26 搬送ローラ
28 光路長調整素子
40 フィルタ
42 第1のパタン
44 第2のパタン
46 第3のパタン
Claims (9)
- 透明性を有する板状体に存在する欠陥の、板状体の厚さ方向の位置を測定する欠陥検査装置であって、
前記板状体を照明する光源と、
前記光源で照明され、前記板状体から出射した光で作られる欠陥の像を撮影する一台のカメラと、
前記板状体と前記カメラとの間に設けられた部材であって、部材の一方の面から入射した光を透過し、部材の他方の面から入射した光を反射する少なくとも1つの光学部材と、
前記カメラで撮影された欠陥の像に基づいて、前記板状体に存在する欠陥の、板状体の厚さ方向の位置を算出する演算ユニットと、を有し、
前記板状体の面から出射した光が前記カメラに至る光路のうち、前記光学部材を透過した光により欠陥の像をつくる第1の光路における前記板状体の面から光が出射する角度と、前記光学部材で反射した光により欠陥の像をつくる第2の光路における前記板状体の面から光が出射する角度とが、異なることを特徴とする欠陥検査装置。 - 前記板状体の欠陥は、搬送中に測定され、
前記カメラにより撮影される、前記欠陥の第1の像と前記欠陥の第2の像とは、前記板状体の面上の視野範囲が一致しており、
前記第2の光路は、前記第1の光路に対して、搬送方向の異なる場所に形成された光路である請求項1に記載の欠陥検査装置。 - 前記光学部材と異なる位置に設けられ、前記板状体から出射した光でつくられる欠陥の像を、前記光学部材の前記他方の面に向けて反射する少なくとも1つの反射光学部材を備える請求項1又は2に記載の欠陥検査装置。
- 前記板状体から出射した光が前記光学部材を透過して前記カメラに至る前記第1の光路の長さと、前記板状体から出射した光が前記反射光学部材で反射されて前記光学部材に入射し、さらに前記光学部材で反射されて前記カメラに至る前記第2の光路の長さとが、等しくなるように、いずれか一方の光路に光路長調整素子が設けられる請求項3に記載の欠陥検査装置。
- 前記光源には、光の3原色の一つである第1の色と光の3原色の一つである第2の色との混色からなる帯形状の第1のパタンと、この第1のパタンの両側に、光の3原色の一つである第3の色と前記第1の色との混色からなる、帯形状の第2のパタン及び第3のパタンとを備えるフィルタが、前記第1の光路と前記第2に光路とによってつくる欠陥の位置ずれの方向に対して帯形状の延在方向が角度を成すように設けられ、
前記カメラは、カラー画像を撮影し、この撮影の視野の略中心に、前記第1のパタンが来るように前記フィルタの位置調整がされている請求項1〜4のいずれか1項に記載の欠陥検査装置。 - 前記光源は、前記板状体を挟んで、前記カメラと反対側に設けられ、
前記カメラに撮影される前記欠陥の第1の像と前記欠陥の第2の像は、前記光源によってつくられた像であり、一方の像は明視野像であり、他方の像は暗視野像である請求項1〜4のいずれか1項に記載の欠陥検査装置。 - 前記カメラは、カラー画像を撮影し、
前記光学部材は、所定の波長帯域の光を選択的に反射あるいは透過する機能を有する請求項1〜6のいずれか1項に記載の欠陥検査装置。 - 透明性を有する板状体に存在する欠陥の位置を測定する欠陥検査方法であって、前記板状体を照明する光源と、前記光源で照明され、前記板状体から出射した光で作られる欠陥の像を撮影する一台のカメラと、前記板状体と前記カメラとの間に設けられ、一方の面から入射した光を透過し、他方の面から入射した光を反射する少なくとも一つの光学部材と、を有し、前記板状体の面から出射した光が前記カメラに至る光路のうち、前記光学部材を透過した光により欠陥の像をつくる第1の光路における前記板状体の面から光が出射する角度と、前記光学部材で反射した光により欠陥の像をつくる第2の光路における前記板状体の面から光が出射する角度とが、異なる検査装置を用い、
前記光源による照明された前記板状体に存在する欠陥の像を、前記第1の光路を通った光によってつくられる前記欠陥の第1の像と、前記第2の光路を通った光によってつくられる前記欠陥の第2の像とに分けて前記カメラで撮影する工程と、
撮影した画像から、前記欠陥の第1の像と前記欠陥の第2の像の位置ずれ量に基づいて、板状体の厚さ方向における欠陥の位置を算出する工程と、を有することを特徴とする欠陥検査方法。 - 請求項8に記載の前記欠陥検査方法を用いて前記板状体を製造する板状体の製造方法であり、
製造した前記板状体を搬送する工程と、
前記板状体の搬送中、前記板状体に存在する欠陥の、板状体の厚さ方向における位置を前記欠陥検査方法を用いて測定する工程と、
この欠陥の、板状体の厚さ方向における位置の測定結果に応じて、前記板状体の良品/不良品を選別する、及び/または、前記欠陥の位置の測定結果に応じて、前記板状体の製造条件を調整する工程と、を有することを特徴とする板状体の製造方法。
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