JP4700554B2 - 異物検出装置 - Google Patents
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Description
というのも、LCDパネルなどの生産において、平板状のガラス基板上に異物があると、生産上の品質確保の問題や設備装置破損の危険性があり、生産に先立って異物を検出する必要がある。そして、近年では、大型テレビに代表されるようにパネルの大型化が進められているから、検出対象となる基板のサイズが非常に大型化している、という事情があるためである。また、大きな基板上の微小な異物を検出したい、という要請は、金属板に一定の層厚で塗装をしたり、コーティングをする場合などにもある。
一方、基板上の異物を検出する装置として、特許文献1に記載されたものがある。このものは、半導体レーザ素子、ポリゴンミラー、光ファイバ束、光電変換素子から構成され、半導体レーザ素子から出射された光をポリゴンミラーによって基板上に光走査させている。そして、基板上の異物にあたって生じる乱反射光を光ファイバ束で捕捉し、これを光電素子で光電変換するものである。
係る問題を解決するには、図22に示すように、投光素子1と受光素子2を対向して配置しておき、受光素子2で検出される受光量変化に基づいて異物の検出を行なう方法が考えられる。しかし、異物が非常に微小である場合には、受光素子2で受光される光の光量の変化も微小であるから、信頼性の高い検出結果を得ることが出来ない、という問題がある。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、装置の小型化が可能であって、検出精度が高い異物検出装置を提供することを目的とする。
請求項10の発明は、請求項1ないし請求項9のいずれかに記載のものにおいて、前記対象物は前記ガラス基板を含む平板状の対象物であり、前記レーザ照射手段は、レーザ光を出射するレーザ出射口の中心位置の高さが、ワーク載置台上に置かれた前記平板状の対象物の検出面たる上面とほぼ同じ高さとなるように配置されているところに特徴を有する。
レーザ光が異物に照射されて起こる変化を捉えるには、例えば、一の受光素子によってレーザ光を受光しその受光量の増減を調べることも考えられるが、異物が微小である場合には、受光量の変化は微小で、ノイズ成分との区別がつき難く信頼性の高いデータを得がたい。この点に関し、本願出願人は、特に、レーザ光が異物に照射されたときに生ずる回折縞に注目した。回折縞であれば、ノイズ成分と混同されることがないので、異物に照射されたレーザ光の変化(画像データの変化)を適格に捉えることが可能で、信頼性の高い検出結果が得られる。
請求項3の発明によれば、光軸方向に関する異物の位置を判別可能であるから、商品性が高まる。
フーリエ変換処理はいわゆる重い処理であり、これを、撮像面上の全画像データに対して行うと、処理を完了させるのに長時間を要し、スキャン速度(レーザ照射手段・画像データ取得手段或いは、対象物を移動させる速度)を低く抑える必要に迫られる。この点に関し、請求項4の発明によれば、受光中心スポットの中心部を通り前記スライダの進退方向に長い第1検出エリア内の画像データのみをフーリエ変換処理の対象とした。回折縞は受光中心スポットを中心とする同心円状の縞模様であるので、同部分をピックアップすれば、回折縞を効果的に捉えることができる。また、それ以外の箇所の画像データについてはフーリエ変換処理を行なわないので、演算手段の処理負担を軽減できる。
<請求項5の発明>
請求項5では、受光中心スポット周辺領域の複数箇所をフーリエ変換処理の対象としている。出願人の知見によれば、撮像手段の撮像面上に形成される回折縞の位置は、室温などの検出条件の変化により位置ずれを起こす傾向がある。仮に、受光中心スポット周辺領域中の1箇所のみをフーリエ変換処理の対象としてしまうと、回折縞の位置ずれに対応できず、回折縞をうまく捉えることが出来ない恐れがあるが、複数箇所を処理の対象としておけば、係る不具合を未然に回避することが出来る。
異物による回折光は、その自体の光強度(光量)が微弱で、汎用の撮像手段では検出することが難しいことがある。この点に関し、請求項6の発明によれば、フーリエ変換の対象となる検出エリアを、点在する受光周辺スポットに重なるように設定した。受光周辺スポットは、他の部分に比べて光量が高いので、その分、回折縞を検出し易くなる。また、請求項7の発明では検出エリアを、受光中心スポットの上方に位置する受光周辺スポットに重なる1箇所と、受光中心スポットの側方に位置する受光周辺スポットに重なる1箇所と、の2箇所とした。
請求項8の発明によれば、表示部の画面上に位置合わせ用の目印を設けた。このような構成であれば、画面の表示内容(目印と受光像)から所定箇所に対する受光像のずれ量、ずれ方向を確認できるので、受光像の位置合わせ作業を簡単に行なうことが出来る。
請求項9の発明によれば、光量調整部を設けて、照射されるレーザ光の光量を調整できるようにした。このような構成であれば、撮像手段によって受光されるレーザ光の受光量を計測に適正なレベルに調整することが可能となる。
本発明の実施形態1を図1ないし図12を参照して説明する。
本実施形態は、本発明に係る異物検出装置を、ガラス基板(本発明の対象物に相当)上の微小異物(例えば、ガラス片)を検出する微小異物検出装置Sに適用したものである。
コントローラ50は、CPU(本発明の検出手段に相当)51、制御回路53、フレームメモリ55、RAM56、ROM57並びに、出力回路58より構成される。フレームメモリ55は、受光カメラ40で撮像された画像データを記憶するためのものであり、制御回路53はCPU51からの指令に基づいてフレームメモリ55に画像データを記憶させたり、或いはフレームメモリ55から画像データの読み出しを行なうものである。
検出が開始されると、まず、スライダ20の位置が、図4に示す初期位置にセットされ、その後、投光ユニット30からレーザ光の照射が開始される。続いて、駆動装置の駆動が開始されて、スライダ20は図4の下方に向けてゆっくりと水平移動してゆく。これにより、投光ユニット30と受光カメラ40から構成される画像データ取得手段Dもスライダ20とともに、一体的に移動する。
CPU51は、まず、フレームメモリ55からある時点の画像データを読み出して、スポットサーチを行なって、次述するFFTの対象となるエリアの指定を行なう。スポットサーチは例えば、読み出された画像データ中の最大受光量の画素を特定し、それを基準として領域を決定してやるものである。本実施形態であれば、図5に示す、P点が最大受光量のポイントであり、これを基準として幅A、高さBをエリアとして指定している。
CPU51は、上記した第一段階の処理を繰り返し行なうことで所定数(例えば、10個)のパワースペクトル分布が得られると、今度はパワースペクトル値の時間的な変化の有無を、各空間周波数uについて、それぞれ算出する。具体的には、空間周波数1であれば、10個のパワースペクトル値がサンプリングされているから、まず、サンプリングされた10個の値からパワースペクトル値の平均を算出する。そして、得られた平均値を基準として各パワースペクトル値の増減値(絶対値)を算出し、これを設定された閾値と比較する。比較した結果、空間周波数1のパワースペクトル値の増減値がいずれも、閾値を下回っている場合には、空間周波数1について変化なしと判定する。
本発明の実施形態2を図13ないし図16を参照して説明する。
実施形態1では、一のエリア、すなわち図5の(B)においてハッチングで示すエリアをFFTの対象としたが、この実施形態では、図13に示すように、FFTの対象となるエリアを複数(検出エリア1と、検出エリア2の2箇所)にしたものである。以下、FFTの対象となる検出エリアを複数にした理由を説明する。
本発明の実施形態3を図17ないし図18を参照して説明する。
実施形態3は、図17に示すように、光量調整スイッチ(本発明の光量調整部に相当)100を設けて投光ユニット30から照射されるレーザ光の光量を増減調整可能とするとともに、検出エリア(例えば、実施形態2の検出エリア1)における受光量の分布をモニタ70に表示させる構成とした。これにより、以下の効果が得られる。
本発明の実施形態4を図19を参照して説明する。
実施形態4は、実施形態2の構成に対して検出エリア2の位置に変更を加えたものである。具体的には、検出エリア2を受光中心スポットCの上方において受光周辺スポットF2に重なるように設定するとともに、その範囲も中心部Pを基準としたときに左右均等の設定とした。
本発明の実施形態5を図20ないし図21を参照して説明する。
実施形態1では、FFTの対象となるエリア(検出エリア)をスポットサーチにより決定する例を示したが、スポットサーチを行なうと、それだけ、検出を行なうまでに必要な準備時間が長くかかるし処理も複雑になるので、この点を考慮すると、予め、検出エリアを固定的に定めておくこと望ましい。
一方、実施形態3でも述べたように、異物による回折光の光強度は微弱であり、汎用の受光カメラ40では、受光面41Aの一部の領域(受光中心スポットC、並びに受光周辺スポットF1〜F6)の画像データからしか回折縞のデータを抽出出来ないので、検出エリアを固定的に定める場合には、受光中心スポットC、並びに受光周辺スポットF1〜F6の少なくとも一部が、検出エリアに重なるように、投光ユニット30と受光カメラ40との間で位置調整を行なう必要がある。
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
D…画像データ取得手段
30…投光ユニット(レーザ照射手段)
40…受光カメラ(撮像手段)
50…コントローラ
51…CPU(検出手段)
Claims (10)
- 異物に照射された光の回折現象によって生ずる回折縞を利用して、対象物上の微小な異物を検出する異物検出装置であって、
前記対象物の両側において光軸が前記対象物の検出面に沿うように対向配置されるレーザ照射手段と前記レーザ照射手段から照射されたレーザ光を受光して受光像の画像データを出力する撮像手段とからなる画像データ取得手段と、
前記レーザ照射手段の光軸と直交する直交方向に、前記画像データ取得手段及び前記対象物のうち一方を移動させ、移動前後の画像データの変化に基づいて前記検出面上の異物の検出を行う検出手段とを備え、
前記検出手段は、
前記画像データをフーリエ変換することで、前記移動前後の画像データのパワースペクトル分布をそれぞれ算出する演算手段と、
前記演算手段によって算出されるパワースペクトル分布の前記移動前後のものを比較して、移動前後のパワースペクトル分布に変化が現れたか否かを検出する変化検出手段とを備え、
前記レーザ光が前記異物に照射された時に現れる前記回折縞を、前記パワースペクトル分布の変化に基づいて検出することにより、前記検出面上の異物を検出する異物検出装置。 - 異物に照射された光の回折現象によって生ずる回折縞を利用して、ガラス基板上の微小な異物を検出する異物検出装置であって、
前記ガラス基板の両側において光軸が前記ガラス基板の上面に沿うように対向配置されるレーザ照射手段と前記レーザ照射手段から照射されたレーザ光を受光して受光像の画像データを出力する撮像手段とからなる画像データ取得手段と、
前記レーザ照射手段の光軸と直交する直交方向に、前記画像データ取得手段及び前記対象物のうち一方を移動させ、移動前後の前記画像データの変化に基づいて前記ガラス基板上の異物の検出を行う検出手段と、を備え、
前記検出手段は、
前記画像データをフーリエ変換することで、前記移動前後の画像データのパワースペクトル分布をそれぞれ算出する演算手段と、
前記演算手段によって算出されるパワースペクトル分布の前記移動前後のものを比較して、移動前後のパワースペクトル分布に変化が現れたか否かを検出する変化検出手段とを備え、
前記レーザ光が前記異物に照射された時に現れる前記回折縞を、前記パワースペクトル分布の変化に基づいて検出することにより、前記ガラス基板上の異物を検出する異物検出装置。 - 前記検出手段は、前記パワースペクトル分布のうちの、前記移動前後で変化のあった空間周波数帯域に基づいて前記光軸方向における前記異物の位置を判別する位置判別手段を備えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の異物検出装置。
- 前記ガラス基板又は前記対象物を載置するワーク載置台に対して前記光軸と直交する前記直交方向に進退可能に取り付けられ、前記ワーク載置台上の前記ガラス基板又は前記対象物に対して前記画像データ取得手段を前記直交方向に移動させるスライダを備え、
前記レーザ照射手段によって出射されたレーザ光が、前記撮像手段の撮像面に入光して形成される受光像の中心部分を受光中心スポットと定義したときに、
前記演算手段によるフーリエ変換が、前記撮像面上の全画像データのうち、前記受光中心スポットの中心部を通り前記スライダの進退方向に長い第1検出エリア内の画像データに対して行なわれることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の異物検出装置。 - 前記演算手段によるフーリエ変換が、前記第1検出エリア内の画像データと、前記第1検出エリアの上側に設けられた第2検出エリア内の画像データに対して行われることを特徴とする請求項4に記載の異物検出装置。
- 前記レーザ照射手段によって出射されたレーザ光が、前記撮像手段の撮像面に入光したときに、前記受光中心スポットの周辺部に、複数個の受光周辺スポットが点在するような受光像が形成されるものにおいて、
前記第1検出エリアと前記第2検出エリアは、点在する前記受光周辺スポットに重なるように設定されていることを特徴とする請求項5に記載の異物検出装置。 - 前記受光中心スポットの側方の両側と、上方に前記受光周辺スポットが形成されるものにおいて、
前記第2検出エリアは前記受光中心スポットの上方に位置する受光周辺スポットに重なり、
前記第1検出エリアは前記受光中心スポットの側方に位置する受光周辺スポットに重なることを特徴とする請求項6に記載の異物検出装置。 - 前記フーリエ変換の対象として、前記撮像面上に設定された検出エリアの画像データを抽出するように予め定められるとともに、前記レーザ照射手段から出射されたレーザ光の入光により前記撮像面に形成される前記受光像が前記検出エリアに重なるように、前記レーザ照射手段或いは前記撮像手段の取り付け位置を計測に先立って位置調整するものにおいて、
前記撮像面に形成される受光像の、少なくとも位置を表示可能な表示部を備えるとともに、同表示部の表示画面上には、前記位置調整を行なうための目印が設けられていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の異物検出装置。 - 前記レーザ照射手段に、照射されるレーザ光の光量を調整可能な光量調整部が設けられていることを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれかに記載の異物検出装置。
- 前記対象物は前記ガラス基板を含む平板状の対象物であり、
前記レーザ照射手段は、レーザ光を出射するレーザ出射口の中心位置の高さが、ワーク載置台上に置かれた前記平板状の対象物の検出面たる上面とほぼ同じ高さとなるように配置されていることを特徴とする請求項1ないし請求項9のいずれかに記載の異物検出装置。
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