JP2009516852A - 板ガラスを検査するための傾斜型透過照明検査システム及び方法 - Google Patents

Abstract

板ガラス（例えば、ＬＣＤガラス基板）上又は板ガラス内の欠陥（例えば、内包物、表面付着物、傷、染み、気泡、すじ、又は表面の不連続性や材料の複数の均一性に関連する他の不完全性）を特定するために用いられる、傾斜照明検査システム及び方法を説明する。

Description

優先権の主張

本願は、２００５年１１月２１日に出願された「板ガラスを検査するための傾斜型透過照明検査システム及び方法（Oblique Transmission Illumination Inspection System and Method for Inspecting a Glass Sheet）」という名称の米国特許出願第１１／２８４７５４号による優先権を主張する（当該特許出願をここに参照することにより本願明細書に組み込む）。

本発明は、板ガラス上又は板ガラス内の欠陥を特定するための傾斜照明検査システム及び方法に関する。

板ガラスの製造者は、常に、板ガラス（例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用ガラス基板）上又は板ガラス内の欠陥（例えば、傷、染み、粒子の内包）を特定するために用いることができる新たな改良された検査システムの設計を試みている。現在用いられている１つのタイプの検査システムは、明視野照明技術に依存して、板ガラス上又は板ガラス内の欠陥の検出、特徴付け及び分類を行うものである。以下、このタイプの検査システムを図１（従来技術）に関して説明する。

図１（従来技術）を参照すると、板ガラス１０２を検査して板ガラス１０２上又は板ガラス１０２内の欠陥１０４（１つが図示されている）を特定するために現在用いられている従来の明視野照明検査システム１００が示されている。検査システム１００は、光源１０６（例えば、ファイバー線光源１０６）及びＣＣＤカメラ１０８を含む。光源１０６及びＣＣＤカメラ１０８は、板ガラス１０２を挟んで対向する両側に配置されており、光源１０６はＣＣＤカメラ１０８の光軸１１０上に配置されている。動作においては、光源１０６は、板ガラス１０２の一部分を通過する光線１１２を発する。図示されるように、ＣＣＤカメラ１０８、具体的にはカメラレンズ１０９は、偏向されずに透明な欠陥１０４を通過した直接光１１２を受光する。更に、ＣＣＤカメラ１０８／カメラレンズ１０９は、透明な欠陥１０４によって回折された光１１２ａ（Ｄ^＋）及び１１２ａ（Ｄ⁻）を受光する。カメラレンズ１０９は、光１１２、１１２ａ（Ｄ^＋）及び１１２ａ（Ｄ⁻）を、ＣＣＤカメラ１０８内の撮像面上に１１１結像させる。次に、ＣＣＤカメラ１０８は、欠陥１０４の検出、特徴付け及び分類に用いられる画像を生成する。

このタイプの照明はコンパクトな設計が可能であり、業界標準の照明技術を用いるが、シリカ、傷、及び染み等といった特定の種類の透明なガラス欠陥の画像コントラストは比較的低い（図５参照）。低い画像コントラストにより、透明な欠陥１０４の特徴付け及び分類が阻害され、検査プロセスの質に悪影響を与える。この低い画像コントラストは、主に、偏向されずに透明な欠陥１０４を通過した光１１２と透明な欠陥１０４によって回折された光１１２ａ（Ｄ^＋）及び１１２ａ（Ｄ⁻）との間の干渉に起因するものである。この構成では、光１１２ａ（Ｄ^＋）及び１１２ａ（Ｄ⁻）は、それぞれ正の回折次数Ｄ^＋及び負の回折次数Ｄ⁻を有し、これらの両方が偏向されていない光１１２と干渉して、画像中の透明な欠陥１０４のコントラストを本質的にかき消す。この２つの厄介な回折次数Ｄ^＋及びＤ⁻が存在するのは、明視野照明技術における対称性（即ち、光源１０６がＣＣＤカメラ１０８の光軸１１０上に配置されている）のためである。本発明は、その結果生じる低い画像コントラスト、及び明視野照明検査システム１００に伴う他の短所に対処するものである。

本発明は、板ガラス上又は板ガラス内の欠陥を特定するための傾斜照明検査システム及び方法の提供を課題とする。

本発明は、光源とＣＣＤカメラとの間の照明の対称性を壊した傾斜照明技術を用いる検査システムを含む。これにより画像の品質が高まる。更に、このタイプの検査システムは、ガラス表面の不連続性の高さを画像から間接的に抽出することを可能にする。従って、ガラス表面の不連続性の高さを検出する更なるセンサを用いる必要がない。

添付の図面と共に以下の詳細な説明を参照することにより、本発明がより完全に理解され得る。

本発明は、光源１０６がＣＣＤカメラ１０８の光軸１１０上に配置されている場合（図１参照）に生じる照明の対称性を壊すことにより、公知の明視野照明検査システム１００に伴う画像コントラストの問題に対処する。この対称性は、１つ以上の光源がＣＣＤカメラの光軸上に配置されない傾斜照明技術（無軸照明技術）を用いることによって壊され得る。次に、２つの例示的な傾斜照明検査システム２００及び３００を、図２及び図３に関して説明する。

図２を参照すると、板ガラス２０２を検査して板ガラス２０２上又は板ガラス２０２内の欠陥２０４（１つが図示されている）を特定するために用いられ得る傾斜照明検査システム２００が示されている。検査システム２００は、光源２０６（例えば、ファイバー線光源２０６）及びＣＣＤカメラ２０８を含む。光源２０６及びＣＣＤカメラ２０８は、板ガラス２０２を挟んで対向する両側に配置されており、光源２０６は、ＣＣＤカメラ２０８の光軸２１０から外れて配置されている（これにより、照明の対称性が壊される）。動作においては、光源２０６は、板ガラス２０２の一部分を通過する光線２１２を発する。ＣＣＤカメラ２０８、具体的にはカメラレンズ２０９は、偏向されずに透明な欠陥２０４を通過した光２１２を受光する。更に、ＣＣＤカメラ２０８／カメラレンズ２０９は、透明な欠陥２０４によって回折された光２１２ａ（Ｄ⁻）を受光する。しかし、ＣＣＤカメラ２０８／カメラレンズ２０９は、光２１２ａ（Ｄ^＋）は受光しない。カメラレンズ２０９は、光２１２及び２１２ａ（Ｄ⁻）を、ＣＣＤカメラ２０８内の撮像面２１１上に結像させる。次に、ＣＣＤカメラ２０８は、欠陥２０４の検出、特徴付け及び分類に用いられる高コントラスト画像を生成する（図４及び図５参照）。

傾斜照明技術により、透明なガラス欠陥（シリカ、傷及び染み等）のコントラストが公知の明視野照明技術と比較して遥かに高い画像が得られる（図５参照）。図１（従来技術）に関して上述したように、対称性の明視野照明検査システム１００では、偏向されずに透明な欠陥１０４を通過した光１１２と透明な欠陥１０４によって回折された光１１２ａ（Ｄ^＋）及び１１２ａ（Ｄ⁻）との間の干渉により、コントラストが低い画像が生成される。具体的には、光１１２ａ（Ｄ^＋）及び１１２ａ（Ｄ⁻）は、それぞれ正の回折次数Ｄ^＋及び負の回折次数Ｄ⁻を有し、これらの両方が偏向されていない光１１２と干渉して、画像中の透明な欠陥１０４のコントラストを本質的にかき消す。

傾斜照明技術では、光源２０６をＣＣＤカメラ２０８の光軸２１０から外すことにより照明の対称性が壊されるので、この問題はない。具体的には、傾斜照明技術では、回折された光２１２ａ（Ｄ^＋）及び２１２ａ（Ｄ⁻）の相補的な回折次数の一方が抑えられ、残りの回折次数（この例では光２１２ａ（Ｄ⁻）として示されている）のみが、偏向されていない光２１２ａと干渉する。これにより、対称明視野照明検査システム１００によって得られる画像より遥かに高いコントラストを有する画像が生成される（図５参照）。

図３を参照すると、板ガラス３０２を検査して板ガラス３０２上又は板ガラス３０２内の欠陥３０４（１つが図示されている）を特定するために用いられ得る、別の傾斜照明検査システム３００が示されている。検査システム３００は、一次的な光源３０６ａ（例えば、一次的なファイバー線光源３０６ａ）、二次的な光源３０６ｂ（例えば、二次的なファイバー線光源３０６ｂ）、及びＣＣＤカメラ３０８を含む。一次的な光源３０６ａ及び二次的な光源３０６ｂは、板ガラス３０２の一方の側に配置されており、ＣＣＤカメラ３０８は、板ガラス３０２を挟んだ反対側に配置されている。図面からわかるように、光源３０６ａ及び３０６ｂはどちらもカメラ３０８の光軸３１０から外れている。一次的な光源３０６ａは、二次的な光源３０６ｂよりも光軸３１０の近くに配置されている。その結果、一次的な光源３０６ａは、ＣＣＤカメラ３０８の視野３１４にわたって、緩い有向勾配がついた照明を提供し、これは、画像コントラストを高める役割の大半を担う。二次的な光源３０６ｂは、ＣＣＤカメラ３０８の視野３１４にわたって、よりバランスがとれた照明を提供し、欠陥３０４のエッジの画像強調の役割を担う。

動作においては、光源３０６ａ及び３０６ｂは、それぞれ板ガラス３０２の一部分を通過する光線３１６及び３１８を発する。ＣＣＤカメラ３０８、具体的にはカメラレンズ３０９は、偏向されずに透明な欠陥３０４を通過した光３１６を受光する。更に、ＣＣＤカメラ３０８／カメラレンズ３０９は、透明な欠陥３０４によって回折された光３１６ａ（Ｄ１⁻）を受光する。更に、ＣＣＤカメラ３０８／カメラレンズ３０９は、透明な欠陥３０４によって回折された光３１８ａ（Ｄ２^＋）を受光する。しかし、ＣＣＤカメラ３０８／カメラレンズ３０９は、光３１６ａ（Ｄ１^＋）、３１８及び３１８ａ（Ｄ２⁻）は受光しない。次に、カメラレンズ３０９は、光３１６、３１６ａ（Ｄ１⁻）及び３１８ａ（Ｄ２^＋）を、ＣＣＤカメラ３０８内の撮像面３１１上に結像させる。そして、ＣＣＤカメラ１０８は、欠陥３０４の検出、特徴付け及び分類に用いられる高コントラスト画像を生成する（図４及び図５参照）。傾斜照明検査システム２００のように１つの光源２０６のみが用いられる場合には、ＣＣＤカメラ２０８の視野２１４にわたる強度勾配が存在する。これは、コントラスト強調効果を生じるために必要である。しかし、この勾配は、画像処理中にソフトウェアによって除去される必要がある。一方、傾斜照明検査システム３００のように２つの光源３０６ａ及び３０６ｂを用いる場合には、この勾配はある程度軽減されるので、画像処理中に勾配を除去するソフトウェアは必要でなくなり得る。

従来の明視野照明技術に対する傾斜照明技術の長所は、画像コントラスト及び解像度が高まることである。例えば、標準的な明視野照明技術では二次元的に見える傷、染み及び表面付着物（onclusion）等といったガラス表面欠陥２０４及び３０４が、本発明の傾斜照明技術では三次元的に見える。この次元の追加により、板ガラス２０２及び３０２を検査する人間のオペレータが、より正確に欠陥の分類を判断することができる。より正確な欠陥の分類の判断により、誤って欠陥品として拒絶される板ガラス２０２及び３０２の数が少なくなる。従って、検査プロセスの質が向上する。

図４を参照すると、傾斜照明検査システム３００をテストした際に得られた表面欠陥の幾つかの画像が示されている。図からわかるように、これらの画像は、様々な欠陥３０４の三次元的性質をはっきりと示している。これらの画像は、染みや粒子がほとんど見えない又は不透明に見える公知の明視野照明技術によって得られる画像よりも遥かに良好な品質を有する。図５の写真を見れば、従来の明視野照明検査システム１００によって得られる画像と傾斜照明検査システム３００によって得られる画像との差を比較できる。図からわかるように、シリカ／プラチナ欠陥は、従来の明視野照明検査システム１００によって得られた明視野画像ではかろうじて見える。一方、同じシリカ／プラチナ欠陥が、傾斜照明検査システム３００によって得られた勾配場画像でははっきりと見える。

従来の明視野照明技術に対する傾斜照明技術のもう一つの長所は、傾斜照明技術では、板ガラス２０２及び３０２に埋め込まれた欠陥２０４及び３０４によって生じる表面の不連続性の高さを定性的に測定できることである。表面の不連続性の高さは、表面欠陥画像（図５参照）中の欠陥２０４及び３０４の周囲のコントラストの変化（変調）を解析することによって間接的に計算できる。具体的には、表面の不連続性の高さは、次のように測定できる。（１）表面欠陥画像中の欠陥２０４及び３０４の左側の光の強度を判定する。（２）表面欠陥画像中の欠陥２０４及び３０４の右側の光の強度を判定する。（３）第１の強度と第２の強度とを比較して、表面の不連続性の高さに直接関係する強度の差を判定する。

明視野照明検査システム１００では、表面の不連続性の高さを定性的に測定できる画像を生成できないので、本発明を用いて表面の不連続性の高さを定性的に測定する能力は、従来の明視野照明検査システム１００に対する際立った改良である。その代わりに、この高さ測定を行うために必要となる表面の不連続性の高さを検出するセンサをオフラインで追加すると、欠陥検査プロセスが遅くなる。傾斜照明検査システム２００及び３００では、表面の不連続性の高さを検出する別個のセンサを用いる必要がない。これにより費用が節約され、板ガラス２０２及び３０２を検査可能な速度が高まる。

図６を参照すると、本発明による、板ガラス２０２及び３０２を検査するための好ましい方法６００の基本的なステップを示すフローチャートが示されている。ステップ６０２で開始し、光源２０６、３０６ａ及び３０６ｂ（これらは傾斜照明系を構成する）を用いて板ガラス２０２及び３０２の少なくとも一部分を照らす。ステップ６０４で、ＣＣＤカメラ２０８及び３０８を用いて、板ガラス２０２及び３０２の照らされた部分の少なくとも一部分の画像を生成する。次に、画像を解析し、板ガラス２０２及び３０２の欠陥２０４及び３０４（あれば）の検出、特徴付け及び分類を行う。好ましい実施形態では、画像は、カメラノイズ（画素のばらつき、塵等）及び照明の勾配を除去するようにして解析され得る。更に、画像は、望ましくない粒子（例えば、サイズに基づき）を除去し、残りの欠陥２０４及び３０４のサイズを自動測定するように解析され得る。

以下に、本発明の傾斜照明技術の更なる特徴、長所及び使用法を幾つか挙げる。

ＬＣＤディスプレイ製品に組み込まれる板ガラス（ガラス基板）の製造者は、これらの板ガラスは、傷、染み及び粒子の内包等の欠陥があってはならないので、傾斜照明検査システム２００及び３００を用いることに利益がある。製造者は、ＬＣＤディスプレイ製品を組み立てる顧客に向けて梱包及び出荷される前の製造の仕上げライン上の板ガラスを検査するために、検査システム２００及び３００を用いることができる。

本願明細書で説明した検査システム２００及び３００は、透過型の傾斜照明技術を用いて、従来の明視野照明検査システムよりも画像コントラストを高める。尚、傾斜照明に加えて用いられ得る幾つかの他のコントラスト強調技術がある。その一部を以下に挙げる。

・コヒーレント照明。
・位相コントラスト照明。
・差分干渉コントラスト照明。
・単側波帯エッジ強調顕微鏡法。

検査システム２００及び３００は、内包物、表面付着物、傷、染み、気泡、すじ、又は表面の不連続性（例えば）を含む多くの異なるタイプの欠陥２０４及び３０４の検出、特徴付け及び分類を行うことができる。

上述の板ガラス２０２及び３０２は、米国特許第３，３３８，６９６号及び第３，６８２，６０号の各明細書に記載されているフュージョン法に従って製造できる。これらの特許の内容をここに参照することにより本願明細書に組み込む。

本発明の２つの実施形態を添付の図面に図示すると共に上述の詳細な説明で説明したが、本発明は開示された実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲に述べられ且つ定義される本発明の精神から逸脱することなく多くの再構成、変形及び置き換えが可能であることを理解されたい。

従来の明視野照明検査システムの基本的な構成要素を示す図（従来技術） 本発明の第１の実施形態による傾斜照明検査システムの基本的な構成要素を示す図 本発明の第２の実施形態による傾斜照明検査システムの基本的な構成要素を示す図 図３に示されている本発明による傾斜照明検査システムを用いて得られた幾つかの欠陥の画像を示す図 図１に示されている従来の明視野照明検査システムを用いて得られた幾つかの欠陥の画像、及び図３に示されている本発明による傾斜照明検査システムを用いて得られた幾つかの同じ欠陥の画像を示す図 本発明による、板ガラスを検査するための好ましい方法の基本的なステップを示すフローチャート

符号の説明

２００ 傾斜照明検査システム
２０６ 光源
２０８ ＣＣＤカメラ
２０９ カメラレンズ
３００ 傾斜照明検査システム
３０６ａ 一次的な光源
３０６ｂ 二次的な光源
３０８ ＣＣＤカメラ
３０９ カメラレンズ

Claims (10)

1. 板ガラスを検査する方法であって、
   傾斜照明系を用いて、板ガラスの少なくとも一部分を照らす工程と、
   カメラを用いて、前記板ガラスの前記照らされた部分の少なくとも一部分の画像を生成する工程と、
   前記画像を解析し、前記板ガラス内の欠陥の検出、特徴付け及び分類を行う工程と
   を備えることを特徴とする方法。
2. 前記傾斜照明系が、単一光源の軸外透過光系であることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記傾斜照明系が、二重光源の軸外透過光系であることを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 前記欠陥が、内包物、表面付着物、傷、染み、気泡、すじ又は表面の不連続性であることを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 前記画像が前記欠陥を三次元的に示すことを特徴とする請求項１記載の方法。
6. 前記欠陥が前記板ガラス内に埋め込まれている場合に生じる表面の不連続性の高さを間接的に測定するために、前記画像を解析する工程を更に備え、
   該解析する工程が、
   前記画像中の欠陥の第１の側における第１の光の強度を判定する工程と、
   前記画像中の欠陥の第２の側における第２の光の強度を判定する工程と、
   前記第１の強度と前記第２の強度とを比較して、前記表面の不連続性の前記高さに直接関係する強度の差を判定する工程と
   を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
7. 板ガラスの少なくとも一部分を照らす傾斜照明系と、
   前記板ガラスの前記照らされた部分の少なくとも一部分の画像を生成するカメラと
   を備える検査システムであって、
   前記画像が、前記板ガラス内の欠陥の検出、特徴付け及び分類を可能にすることを特徴とする検査システム。
8. 前記傾斜照明系が、単一光源の軸外透過光系であることを特徴とする請求項７記載の検査システム。
9. 前記傾斜照明系が、二重光源の軸外透過光系であることを特徴とする請求項７記載の検査システム。
10. 前記欠陥が、内包物、表面付着物、傷、染み、気泡、すじ又は表面の不連続性である ことを特徴とする請求項７記載の検査システム。

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