JP4883362B2

JP4883362B2 - 欠陥検査装置および欠陥検査方法

Info

Publication number: JP4883362B2
Application number: JP2007044182A
Authority: JP
Inventors: 順弘飯塚; 直道千田
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2007-02-23
Filing date: 2007-02-23
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2027-02-23
Also published as: JP2008209146A

Description

本発明は、表示装置の表示面の欠陥を検査する欠陥検査装置および欠陥検査方法に関する。

液晶表示パネル等の欠陥を検査する装置として、パネルの点灯状態をＣＣＤカメラで撮影し、この撮影画像に基づいてパネルの画素欠陥を抽出する装置が知られている。このような検査では、欠陥画素を特定するため、ＣＣＤカメラの撮像素子の座標と、パネルの画素の座標との対応関係を知る必要がある。
特開２００５−１５６３９６号公報

ＣＣＤカメラの撮像素子の座標と、パネルの画素の座標との対応関係を調べるため、図１０に示すように、液晶表示パネル１の表示面１Ａで等間隔に所定の画素１５を点灯表示させ、ＣＣＤで撮影する方法もある。しかし、所定の画素がすべて点灯しないと座標の対応付けに必要なデータが得られず、たまたま画素欠陥が点灯させる画素にあると座標の補正ができない。また、点灯させる画素の間隔を荒くすれば、画素の欠陥に当たる確率を低下させることができるが、今度は荒い間隔でしか各画素の座標を把握できず、ＣＣＤカメラの光学系の歪みなどを補正するのに充分な情報を得ることができない。

本発明の目的は、撮像素子の画素と、前記表示面の画素との２次元座標上の対応関係を正確に把握できる欠陥検査装置を提供することにある。

本発明の欠陥検査装置は、表示装置の表示面の欠陥を検査する欠陥検査装置において、非点灯状態での前記表示面の画像を撮像素子により取り込む画像取り込み手段と、前記画像取り込み手段により取り込んだ前記画像に基づいて、前記撮像素子の画素と、前記表示面の画素との２次元座標上の対応関係を算出する対応関係算出手段と、前記画像取り込み手段により取り込んだ点灯状態での前記表示面の画像と、前記対応関係算出手段により算出された前記対応関係とを用いて、前記表示面の欠陥を抽出する欠陥抽出手段と、を備え、前記対応関係算出手段は、前記画像取り込み手段により取り込んだ非点灯状態での前記表示面の前記画像に基づいて、前記撮像素子の画素間隔の平均値を算出するとともに、その平均値に符合する画素の座標を有効な座標として前記対応関係に取り込むことを特徴とする。
この欠陥検査装置によれば、非点灯状態での前記表示面の画像に基づいて、撮像素子の画素と、表示面の画素との２次元座標上の対応関係を算出するので、撮像素子の画素と、前記表示面の画素との２次元座標上の対応関係を正確に把握できる。

前記対応関係算出手段は、有効な座標が取得できなかった画素の座標を、近傍の画素の座標に基づいて演算し、この演算値を、当該有効な座標が取得できなかった画素の座標として前記対応関係に取り込んでもよい。

本発明の欠陥検査方法は、表示装置の表示面の欠陥を検査する欠陥検査方法において、非点灯状態での前記表示面の画像を撮像素子により取り込むステップと、前記画像を取り込むステップにより取り込んだ画像に基づいて、前記撮像素子の画素と、前記表示面の画素との２次元座標上の対応関係を算出するステップと、点灯状態で取り込んだ前記表示面の画像と、前記対応関係を算出するステップにより算出された前記対応関係とを用いて、前記表示面の欠陥を抽出するステップと、を備え、前記対応関係を算出するステップでは、前記取り込むステップにより取り込んだ非点灯状態での前記表示面の前記画像に基づいて、前記撮像素子の画素間隔の平均値を算出するとともに、その平均値に符合する画素の座標を有効な座標として前記対応関係に取り込むことを特徴とする。
この欠陥検査方法によれば、非点灯状態での前記表示面の画像に基づいて、撮像素子の画素と、表示面の画素との２次元座標上の対応関係を算出するので、撮像素子の画素と、前記表示面の画素との２次元座標上の対応関係を正確に把握できる。

前記対応関係を算出するステップでは、有効な座標が取得できなかった画素の座標を、近傍の画素の座標に基づいて演算し、この演算値を、当該有効な座標が取得できなかった画素の座標として前記対応関係に取り込んでもよい。

本発明の欠陥検査装置によれば、非点灯状態での前記表示面の画像に基づいて、撮像素子の画素と、表示面の画素との２次元座標上の対応関係を算出するので、撮像素子の画素と、前記表示面の画素との２次元座標上の対応関係を正確に把握できる。

本発明の欠陥検査方法によれば、非点灯状態での前記表示面の画像に基づいて、撮像素子の画素と、表示面の画素との２次元座標上の対応関係を算出するので、撮像素子の画素と、前記表示面の画素との２次元座標上の対応関係を正確に把握できる。

以下、図１〜図９を参照して、本発明による欠陥検査装置の一実施形態について説明する。

図１は、本実施形態の欠陥検査装置の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、本実施例の欠陥検査装置は、被検査対象物としてのマトリクス表示型液晶表示パネル１の表示面１Ａを撮像するＣＣＤカメラ２と、ＣＣＤカメラ２の撮像信号に基づいて液晶表示パネル１の欠陥画素を抽出する画像処理装置３と、を備える。液晶表示パネル１は、パネル駆動装置１１により点灯させることができる。ＣＣＤカメラ２は、光学系２１と、光学系２１を介して形成される撮像を電気信号に変換する撮像素子とを備える。

画像処理装置３は、ＣＣＤカメラ２による撮影画像を取り込む画像取り込み手段３１と、画像取り込み手段３１により取り込んだ画像に基づいて、ＣＣＤカメラ２の撮像素子の画素と、表示面１Ａの画素との２次元座標上の対応関係を算出する対応関係算出手段３２と、ＣＣＤカメラ２および画像取り込み手段３１により取り込んだ点灯状態での表示面１Ａの画像と、対応関係算出手段３２により算出された上記対応関係とを用いて、表示面１Ａの欠陥を抽出する欠陥抽出手段３３と、を構成する。画像処理装置３は、パーソナルコンピュータ等により構成できる。

図２は、本実施形態の欠陥検査装置の動作を示すフローチャートである。

図２のステップＳ１では、ＣＣＤカメラ２により非点灯状態の表示面１Ａを撮影し、画像取り込み手段３１により撮影画像を取り込む。また、画像取り込み手段３１により取り込まれたＣＣＤカメラ２による撮影画像から、液晶表示パネル１の表示面１Ａが撮影されている領域を、有効領域として抽出する。

図３（ａ）は、画像取り込み手段３１により取り込まれる撮影範囲を示す図である。この例では、表示面１Ａを９つの領域に分割し各領域をそれぞれ撮影しており、図３（ａ）に示すように、撮影範囲５が重なり合うことで表示面１Ａが網羅されている。図３（ｂ）に示すように、表示面１Ａの周辺部を撮影する場合、撮影範囲５は表示面１Ａに対応する斜線部として示す有効領域５ａと、表示面１Ａの周囲の液晶表示パネル１の枠１２およびその外側の無効領域とを含んでいる。ステップＳ１では、表示面１Ａと枠１２の明るさの相違に基づいて表示面１Ａの外周を検出し、有効領域５ａのみを抽出する。

次に、ステップＳ２では、対応関係算出手段３２により横方向パラメータを算出する。この手順については後述する。同様に、ステップＳ３では、対応関係算出手段３２により縦方向パラメータを算出する。

次に、ステップＳ４では、上記９つの領域すべてについてステップＳ１〜ステップＳ３の処理が実行されたか否か判断し、判断が肯定されれば一連の処理を終了する。判断が否定されればステップＳ１に戻り、次の領域についての処理に移行する。

図４は、横方向パラメータ算出（ステップＳ２）の手順を示すフローチャートである。

図４のステップＳ２１では、撮影範囲５の有効領域５ａを縦方向に均等に分割した中から、１つの領域を選択する。

図５は、有効領域５ａを縦方向に分割した状態を示す図である。図５の例では、有効領域５ａが、ＣＣＤカメラ２の撮像素子のｙ座標としてｙ_ｃＡ，ｙ_ｃＢ，ｙ_ｃＣ，・・・を中心座標とする領域に、均等に分割されている。ステップＳ２１では、最初に、例えば、ｙ＝ｙ_ｃＡを中心座標とする領域５１Ａが選択される。

図４のステップＳ２２では、選択された領域内における縦方向の射影を算出する。図６（ａ）は、例えば、ＣＣＤカメラ２の撮像素子のｙ座標としてｙ_ｃＡを中心座標とする領域における縦方向の射影データを示す図である。図６（ａ）に示すように、縦方向の射影データには、選択された領域における横方向（撮像素子の座標のｘ軸方向）の明暗が周期的に現れ、暗部が画素の位置に、明暗の１周期が１画素の幅に、それぞれ相当している。

次に、ステップＳ２３では、ステップＳ２３において取得された射影データの重み付け移動平均を計算する。図７（ａ）は、移動平均の算出方法の一例を示している。このような移動平均の計算により、図６（ｂ）のように、射影の明暗の周期が明瞭でない場合であっても、図６（ｃ）に示すように、射影の暗部の位置および明暗の周期が判別しやすくなる。

次に、ステップＳ２４では、図７（ｂ）に示すように、移動平均をとった射影データにおいて、明暗の暗部（谷）の近傍の３点のデータを選び、それらを通る二次曲線を求める。さらに、二次曲線の極小点のｘ座標（撮像素子のｘ座標）を、その画素のｘ座標（画素座標データ）ｘ_ｃとして算出する。

次に、ステップＳ２５では、図５に示したすべての領域（ｙ方向に分割された領域）について、ステップＳ２１〜ステップＳ２４の処理が終了したか否か判断し、判断が肯定されればステップＳ２６へ進む。判断が否定されればステップＳ１へ戻り、次の領域（図５）について、上記の手順（ステップＳ２１〜ステップＳ２４）を実行する。

ステップＳ２６では、全射影データに基づいて算出された画素座標に基づき、隣り合ったすべての画素間の距離を算出する。しかし、画素の座標が検出できなかった場合や、液晶表示パネル１の欠陥やごみの付着により射影データに異常値があった場合には、画素間隔として異常な値が算出される場合がある。そこで、ステップＳ２６では、さらに無効な画素間隔のデータを以下の手順で排除する。

まず、算出した画素間データを昇順にソートする。ソートしたデータ列について、値Ａおよび値Ｂを考えたとき、（値Ｂ−値Ａ）が許容できる誤差範囲内で、かつ、値Ｂから値Ａの範囲のデータ数が最大となる値Ａおよび値Ｂを求める。図７（ｃ）に示すように、値Ｂから値Ａの範囲のデータのみを有効な画素間隔であると考え、この範囲のデータの平均値を、この液晶表示パネル１の画素間隔（画素サイズ）として算出する。

次に、ステップＳ２７では、値Ｂから値Ａの範囲のデータのうち、ステップＳ２６で算出した画素間隔の平均値に近い間隔が連続する画素座標データ群は有効であると考え、そうでない画素座標データをすべて削除する。

次に、ステップＳ２８では、液晶表示パネル１における画素の配列に従った画素座標データのアドレスシートを作成する。ステップＳ２７までの手順で得られた画素座標データには、座標が抽出できず、あるいは、無効なものとして除去されたものがある。このため、画素座標データの一部に空白となって抜けている部分がある。図８（ａ）は、ＣＣＤカメラ２の撮像素子のｙ座標方向に分割した領域ごとに、画素座標データをｘ座標について単純に昇順にソートして作成したシートであるが、画素座標データの空白を考慮していないため、画素座標データの配列は、液晶表示パネル１における画素の配列に従わない部分が生じる。

このため、ステップＳ２８では、データが欠落している部分についてはシートの欄を空白とすることにより、液晶表示パネル１で同じ列の画素が同じ列に直線上に並ぶようなアドレスシートを作成する。図８（ｂ）は、作成されたアドレスシートを例示する図である。このアドレスシートでは、画素座標データの欠落部分は空欄となっており、液晶表示パネル１上での画素の配列に対応した欄に対応する画素座標データが記載されている。

このようなアドレスシート（図８（ｂ））を、図８（ａ）のシートに示すデータ配列から作成する方法として任意の方法を用いることができるが、手順の一例について説明する。

（ステップ＃１）データが登録されない欄の判別を容易とするため、アドレスシートの各欄を予め負の値で埋めておく。

（ステップ＃２）図８（ａ）のシートから画素座標データの最も小さい値を探す。図８（ａ）の例では、「２２２６．５８」がこれに該当する。これをアドレスシート（図８（ｂ））の画素座標「０」の位置に記録するとともに、この位置をカレント位置とする。

（ステップ＃３）カレント位置の左隣に該当するデータがあるか否か調べ、既にデータがあればステップ＃４に進む。データがない場合、左隣として該当するデータを、「カレント位置±規定誤差以内」のデータという条件で探す。該当するデータがあれば、その値をアドレスシートの該当する欄に記録して現在のカレント位置をスタックにプッシュし、条件を満たした位置を新たなカレント位置とし、ステップ＃３を繰り返す。条件を満たすデータがなければ、ステップ＃４へ進む。

（ステップ＃４）カレント位置の右隣に該当するデータがあるか否か調べ、既にデータがあればステップ＃５に進む。データがない場合、右隣として該当するデータを、「カレント位置±規定誤差以内」のデータという条件で探す。該当するデータがあれば、その値をアドレスシートの該当する欄に記録して現在のカレント位置をスタックにプッシュし、条件を満たした位置を新たなカレント位置とし、ステップ＃３に進む。条件を満たすデータがなければ、ステップ＃５へ進む。

（ステップ＃５）カレント位置の上隣に該当するデータがあるか否か調べ、既にデータがあればステップ＃６に進む。データがない場合、上隣として該当するデータを、「カレント位置＋平均画素間隔±規定誤差以内」のデータという条件で探す。該当するデータがあれば、その値をアドレスシートの該当する欄に記録して現在のカレント位置をスタックにプッシュし、条件を満たした位置を新たなカレント位置とし、ステップ＃３に進む。条件を満たすデータがなければ、「カレント位置＋平均画素間隔×ｎ±規定誤差以内（１＜ｎ＜５）」の条件で該当するデータを探す。この条件でもデータがなければ、ステップ＃６へ進む。

（ステップ＃６）カレント位置の下隣に該当するデータがあるか否か調べ、既にデータがあればステップ＃７に進む。データがない場合、下隣として該当するデータを、「カレント位置−平均画素間隔±規定誤差以内」のデータという条件で探す。該当するデータがあれば、その値をアドレスシートの該当する欄に記録して現在のカレント位置をスタックにプッシュし、条件を満たした位置を新たなカレント位置とし、ステップ＃３に進む。条件を満たすデータがなければ、「カレント位置−平均画素間隔×ｎ±規定誤差以内（１＜ｎ＜５）」の条件で該当するデータを探す。この条件でもデータがなければ、ステップ＃７へ進む。

（ステップ＃７）スタックが空でなければ、スタックからカレント位置をプルし、ステップ＃３に進む。スタックが空の場合には、処理を終了する。

以上のステップ＃１〜ステップ＃７までの処理により自走的にアドレスシート（図８（ｂ））を作成できる。

以上の処理については、再帰プログラムを使用してもよい。また、逆にスタックが足りない場合には、スタックの代りに配列にデータを格納してもよい。

次に、図４のステップＳ２９では、アドレスシートの空欄を補完する。図９は補完方法の一例を示す図である。この例では、各欄について上下左右ｎ個（図９では２個）ずつのデータの平均をとり、その平均値を中心位置のデータとしている。すなわち、
ＸＸ＝（Ａ０＋Ａ１＋Ａ２＋Ａ３＋Ａ４＋Ｂ０＋Ｂ１＋Ｂ２＋Ｂ３）／８
とする。この場合、対応するデータが欠落している場合、中心位置に対して対の位置にあるデータも無視する。補完結果を別のシートに書き直していく。このような操作により、欠落したデータを周囲のデータに基づいて補うことができる。

以上の所定により、液晶表示パネル１の各画素の位置を、ＣＣＤカメラの撮像素子の座標と関連付けるアドレスシートが作成できるため、ステップＳ３０において、アドレスシートに基づいて、液晶表示パネル１の各画素の位置を算出するパラメータが作成される。

縦方向パラメータの算出（図２のステップＳ３）も、同様の手順に従う。

欠陥抽出手段３３では、これらの横方向パラメータおよび縦方向パラメータを用いて、欠陥画素を精度よく特定することが可能となる。

このように、本実施形態によれば、液晶表示パネル１の透過光または液晶表示パネル１のへの照射光により撮影される濃淡（明暗）パターンを利用するため、液晶表示パネルにパターンを点灯表示させる必要がない。また、実際の液晶表示パネルの画素間の間隔を直接検出し、検出データにＦＦＴなどの曖昧な処理を行わないため高精度のデータを得ることができる。

また、本実施形態では、有効な画素間を縦横に自走しながら画素の座標を抽出する。このため、液晶表示パネルに欠陥やごみ付着があっても、また、撮影上の条件で濃淡パターンが不明瞭な部分が一部にあっても、それらの部位を回り込むように自走することで、パネル全体の画素座標データを得ることができる。

さらに、画素座標データを自動で算出するため、異なった画素間隔のパネルでもパラメータを変更することなく、同一アルゴリズムで対応できる。

本発明による欠陥検査装置は、液晶表示パネルに限らず、均一な撮像パターンが得られる被検査物に対し、広く適用できる。

座標の対応関係を規定するパラメータの算出は、被検査物が入手できた時点で作成することもでき、多種の被検査物が存在する場合にも容易に対応できる。

また、個々の被検査物に対して上記パラメータを算出すれば、さらに精密に座標の対応関係を把握できる。

以上説明したように、本発明の欠陥検査装置によれば、非点灯状態での前記表示面の画像に基づいて、撮像素子の画素と、表示面の画素との２次元座標上の対応関係を算出するので、撮像素子の画素と、前記表示面の画素との２次元座標上の対応関係を正確に把握できる。

本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、表示装置の表示面の欠陥を検査する欠陥検査装置および欠陥検査方法に対し、広く適用することができる。

一実施形態の欠陥検査装置の構成を示すブロック図。欠陥検査装置の動作を示すフローチャート。撮影範囲および有効範囲を示す図であり、（ａ）は、撮影範囲を示す図、（ｂ）は、有効範囲を示す図。横方向パラメータ算出の手順を示すフローチャート。有効領域を縦方向に分割した状態を示す図。射影データ等を示す図であり、（ａ）は、射影データを示す図、（ｂ）は、射影の明暗の周期が明瞭でない場合を示す図、（ｃ）は、移動平均を取った後の射影データを示す図。（ａ）は、移動平均の算出方法の一例を示す図、（ｂ）は、二次曲線による近似方法を示す図、（ｃ）は、有効な画素間隔を示す図。画素座標データを配列したシートを示す図であり、（ａ）は、画素座標データをｘ座標について昇順にソートして作成したシートを示す図、（ｂ）は、アドレスシートを示す図。補完方法の一例を示す図。従来の欠陥検査方法を示す図。

符号の説明

１液晶表示パネル（表示装置）
１Ａ表示面
３１画像取り込み手段
３２対応関係算出手段
３３欠陥抽出手段

Claims

表示装置の表示面の欠陥を検査する欠陥検査装置において、
非点灯状態での前記表示面の画像を撮像素子により取り込む画像取り込み手段と、
前記画像取り込み手段により取り込んだ前記画像に基づいて、前記撮像素子の画素と、前記表示面の画素との２次元座標上の対応関係を算出する対応関係算出手段と、
前記画像取り込み手段により取り込んだ点灯状態での前記表示面の画像と、前記対応関係算出手段により算出された前記対応関係とを用いて、前記表示面の欠陥を抽出する欠陥抽出手段と、
を備え、
前記対応関係算出手段は、前記画像取り込み手段により取り込んだ非点灯状態での前記表示面の前記画像に基づいて、前記撮像素子の画素間隔の平均値を算出するとともに、その平均値に符合する画素の座標を有効な座標として前記対応関係に取り込むことを特徴とする欠陥検査装置。
前記対応関係算出手段は、有効な座標が取得できなかった画素の座標を、近傍の画素の座標に基づいて演算し、この演算値を、当該有効な座標が取得できなかった画素の座標として前記対応関係に取り込むことを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査装置。
表示装置の表示面の欠陥を検査する欠陥検査方法において、
非点灯状態での前記表示面の画像を撮像素子により取り込むステップと、
前記画像を取り込むステップにより取り込んだ画像に基づいて、前記撮像素子の画素と、前記表示面の画素との２次元座標上の対応関係を算出するステップと、
点灯状態で取り込んだ前記表示面の画像と、前記対応関係を算出するステップにより算出された前記対応関係とを用いて、前記表示面の欠陥を抽出するステップと、
を備え、
前記対応関係を算出するステップでは、前記取り込むステップにより取り込んだ非点灯状態での前記表示面の前記画像に基づいて、前記撮像素子の画素間隔の平均値を算出するとともに、その平均値に符合する画素の座標を有効な座標として前記対応関係に取り込むことを特徴とする欠陥検査方法。
前記対応関係を算出するステップでは、有効な座標が取得できなかった画素の座標を、近傍の画素の座標に基づいて演算し、この演算値を、当該有効な座標が取得できなかった画素の座標として前記対応関係に取り込むことを特徴とする請求項３に記載の欠陥検査方法。