JP4893938B2 - 欠陥検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、所定の被検査エリアを有する検査対象を、複数のエリアセンサにより撮像した画像情報を処理し、前記エリア内の輝度変化から計算した特徴量に基づいて欠陥を識別する欠陥検査装置に関するものである。

液晶表示素子等のパネル状の検査対象を、エリアセンサにより撮像した画像情報を用いて輝度欠陥（黒表示をした際に光ってはならない画素が光っているような欠陥）を検査する欠陥検査装置がある。

図９は、複数のエリアセンサによる欠陥検査装置の基本的システム構成を示す斜視図である。検査対象１００の検査エリアは、Ａ１〜Ａ４に４分割され、各検査エリアは、レンズ２００Ａ〜２００Ｄを介して夫々エリアセンサを備えるカメラ３００Ａ〜３００Ｄにより撮像され、撮像された画像情報が夫々画像処理装置４００Ａ〜４００Ｄに渡される。

パーソナルコンピュータ等からなる画像処理装置４００Ａ〜４００Ｄは、画像入力ボード等を介して取り込んだ画像情報に基づき、検査対象１００の所定エリアＡ１〜Ａ４の輝度情報を数値的に処理することにより欠陥検査を行い、各検査結果が総合される。

図１０は、複数台のカメラにより撮像された画像情報に基づく検査結果を総合する、欠陥検査装置の機能ブロック図である。カメラ３００Ａ〜３００Ｎで撮像された画像情報は、夫々画像処理手段４００Ａ〜４００Ｎに取り込まれて画像処理され、担当する検査エリアの欠陥検査が実行される。

画像処理装置４００Ａ〜４００Ｎの検査結果は、座標変換手段５００により検査対象全体の検査結果に総合されて判定結果出力手段６００に渡される。このように複数の撮像系を総合する検査システムで重要なポイントは、カメラ３００Ａ〜３００Ｎが備えるエリアセンサの特性が一致していることである。

このため、各カメラ３００Ａ〜３００Ｎはゲイン調整機能を備え、システム稼動の初期ステップでオペレータによるゲイン調整を実行して各撮像系の特性を一致させるための操作を行なっている。

図１１は、画像処理装置の具体的な構成例を示す機能ブロック図である。以下、画像処理装置４００Ａを代表として機能構成を説明する。カメラ３００Ａが備えるＣＣＤ等によるエリアセンサ３０１Ａで撮像された画像情報は、画像入力ボード４０１により画像処理装置４００Ａに取り込まれ、前処理手段４０２に渡される。

前処理手段４０２では、カメラ欠陥補正手段４０２ａにより、エリアセンサ自身の輝度抜け箇所の補正処理をした後、シェーディング補正手段４０２ｂによりエリアセンサの周辺部の感度と中心部の感度差を小さくして均一化する処理を実行し、検出処理手段４０３に渡す。

検出処理手段４０３では、輝点欠陥を目立たせるために微分系の強調フィルタ手段４０３ａにより処理し、二値化手段４０３ｂにより、あらかじめ設定してある閾値よりも高いレベルのフィルタリング部分を“１”、低いレベルの部分を“０”として欠陥の候補を抽出し、ラベリング４０４ｃにより抽出候補の夫々に番号を付与して判定処理手段に４０４に渡す。

判定処理手段に４０４では、特徴量計算手段４０４ａで欠陥候補の一つ一つについて、特徴量計算を実行する。特徴量とは、欠陥を判定するための数値であり、例えば、平均輝度、最大輝度、輝度体積、平均コントラスト、最大平均コントラスト等である。

特徴量計算手段４０４ａで計算された特徴量は、識別手段４０４ｂに出力され、この特徴量とあらかじめ設定してある閾値Ｌａと比較して閾値を越える候補を欠陥として識別しし、判定結果出力手段４０５に渡す。

図１２は、各画像処理装置４００Ａ〜４００Ｎの信号処理手順を示すフローチャートである。ステップＳ１のゲイン調整の後、ステップＳ２で撮像画像が入力されると、ステップＳ３でカメラ欠陥の補正を行い、ステップＳ４でシェーディング補正を行なう。

更に、ステップＳ５で強調フィルタ処理を行ない、ステップＳ６で二値化処理を行い、ステップＳ７でラベリングを行なう。更に、ステップＳ８で特徴量の計算を行い、ステップＳ９で識別処理を行い、ステップＳ１０で判定結果を出力する。

図１３は、同じ機種であるエリアセンサを備える複数のカメラ（カメラＡ〜カメラＧ）の輝度出力特性の比較図である。同機種のエリアセンサを備えていても、カメラにより器差があることが分かる。

図１４は、ゲイン未調整状態で４段階の欠陥直径夫々について、同一強度の欠陥に対する平均輝度（センサ出力）をプロットした、平均輝度出力特性図である。ゲイン調整をしない状態においては、異なるエリアセンサ間でその輝度出力特性が大きく異なることが分かる。

図１５は、各カメラでのゲイン調整後に、４段階の欠陥直径夫々について、同一強度の欠陥に対する平均輝度（センサ出力）をプロットした、平均輝度出力特性図である。

一般的には、エリアセンサ間の器差をなくすために、カメラ毎のゲイン調整を行うことで対応している。しかしながら、図１５の特性図から、ゲイン調整だけでは異なるエリアセンサ間での特徴量のばらつきを抑えきれていないことが分かる。このばらつきは、主としてレンズの分解能が欠陥のサイズによっても異なることに起因している。

図１６は、一般的なレンズの分解能を示した特性図である。横軸に像面での光軸からの距離を取り、縦軸には白黒の縞模様を撮像したときのコントラストを取っている。グラフ上の３組の線は白黒の縞模様の細かさ（空間周波数）の違いを示している。

上から、空間周波数10[lp/mm]、20[lp/mm]、40[lp/mm]の時のコントラスト変化を示している。単位[lp/mm]は、line Pair/mmのことで、1mmの中に白黒の縞模様が何ペア繰り返されているかを示している。点線と実線は、レンズの径方向と周方向のコントラストの違いを示している。

この特性で最も空間周波数の高い40[lp/mm]のコントラストに着目すると、光軸上では約0.67のコントラストがあるが、光軸から20mm離れた像面では約0.32で半分以下に低下していることがわかる。

以上、従来装置の構成例として、１個の検査対象の分割エリアを複数台のカメラで撮像する複数撮像系を説明したが、複数の検査対象を夫々１台のカメラで撮像する複数撮像系の場合でも、各カメラのエリアセンサ間の特性のばらつきによる撮像系間器差の問題は同じである。

特許文献１には、フラットパネルディスプレイ等の検査対象に表示させた検査パターンを撮像し、撮像により得られる画像データに基づいて欠陥の検出を行う欠陥検出装置が記載されている。

特開２００５−１５６３９６号公報

従来装置では、撮像系間の器差をなくすための手法として、各カメラでのゲイン調整で対応してきた。しかしながら、レンズを組み合わせた撮像系の場合、その分解能は個々のレンズで異なり、欠陥のサイズによっては、ゲイン調整だけでは特徴量の補正が不完全であった。

そのため、異なる撮像系毎に検出される欠陥の特徴量にばらつきが生じ、欠陥を判定するため１つの閾値を設定した場合、検出精度の悪化、しいては不良欠陥の流出を招いていた。また、有効な識別情報である異なる撮像系で検出された欠陥の強度比較も困難であった。

また、検出精度を安定させて不良欠陥の流出を防ぐためには、欠陥を判定するための閾値の設定を撮像系毎に行わなければならず、メンテナンス時間増大の要因となっていた。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、異なる複数の撮像系において、共通の閾値設定で安定した検査ができ、各カメラでのゲイン調整を不要とした欠陥検査装置の実現を目的としている。

このような課題を達成するために、本発明の構成は次の通りである。
（１）所定の被検査エリアを有する検査対象を、複数のエリアセンサにより撮像した画像情報を処理し、前記エリア内の輝度変化から計算した特徴量に基づいて欠陥を識別する欠陥検査装置において、
前記複数のエリアセンサ間の同一欠陥に対する特徴量の差を補正する、特徴量撮像系間補正手段を前記エリアセンサ毎に備え、
前記特徴量撮像系間補正手段は、
異なるサイズの擬似欠陥を有する擬似欠陥チャートを、基準となるエリアセンサで撮像した特徴量データと、前記複数のエリアセンサにより前記擬似欠陥チャートを撮像した特徴量データに基づいて夫々に近似式を算出し、算出した近似式の各項の係数をまとめて補正データとして保持する補正データ生成手段を備え、
前記補正データ生成手段より取得する補正データに基づく近似式から対象の欠陥のサイズに対する対象の撮像系での特徴量と基準の撮像系での特徴量を算出してその比率を求め、実際の特徴量をこの比率で除算することで、基準の撮像系で欠陥を検出した際の特徴量に換算する演算を実行することを特徴とする欠陥検査装置。

（２）前記複数のエリアセンサは、１個の検査対象の被検査エリアを複数に分割した各分割エリアを撮像することを特徴とする（１に）記載の欠陥検査装置。

（３）前記複数のエリアセンサは、複数の検査対象の各被検査エリアを撮像することを特徴とする１（または２に）記載の欠陥検査装置。

本発明によれば、次のような効果を期待することができる、
（１）撮像系によらず、安定した特徴量を算出でき、高い精度での欠陥判定を実現できる。これにより、
（ａ）撮像系によって欠陥判定の閾値を変更する必要がない。
（ｂ）撮像系によらず、欠陥強度の比較が可能となる。

（２）検査装置のメンテナンス時間やコストの増大、それに伴うラインの稼働率の低下を大幅に軽減できる。

（３）複数のカメラ間のゲイン調整が不要となるので、検査装置のメンテナンス時間やコストの増大、それに伴うラインの稼働率の低下を大幅に軽減できる。

（４）擬似欠陥と同等の画像を検査時に撮像し、補正データを生成すれば、メンテナンスフリーを実現できる。

以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は、本発明を適用した複数撮像系による欠陥検査装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。図１０で説明した従来装置と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。

従来装置との相違点の第１は、各画像処理装置４００Ａ〜４００Ｎが、特徴量撮像系間補正手段４０４ｃを備える点にある。相違点の第２は、各カメラのゲイン調整を不用とした点にある。

図２は、本発明を適用した各画像処理装置４００Ａ〜４００Ｎの具体的な構成例を示す機能ブロック図である。以下、４００Ａを代表として説明する。図１１で説明した従来の画像処理装置４００Ａと同一要素には同一符号を付して説明を省略する。

従来装置と比較した画像処理装置４００Ａの特徴部の第１は、判定処理手段４０４の構成にあり、特徴量計算手段４０４ａと識別手段４０４ｂの間に特徴量撮像系間補正手段４０４ｃを新設した点にある。

画像処理装置４００Ａの特徴部の第２は、特徴量撮像系間補正を実行するための補正データＤを生成し、新設された前記特徴量撮像系間補正手段４０４ｃに渡す、補正データ生成手段４０６を設けた点にある。

図３は、本発明が適用された画像処理装置４００Ａの信号処理手順を示すフローチャートである。図１２に示した従来装置におけるゲイン調整ステップＳ１が省かれて、ステップＳ２の撮像画像からスタートする。ステップＳ３でカメラ欠陥の補正を行い、ステップＳ４でシェーディング補正を行ないステップＳ５に進む。

ステップＳ５の強調フィルタ処理、ステップＳ６の二値化処理、ステップＳ７のラベリング、ステップＳ８の特徴量計算は、従来装置と同じである。ステップＳ８の特徴量計算結果に対して、新設されたステップＳ１１で補正データ生成手段４０６からの補正データＤに基づく特徴量の撮像系間補正を実行した後、ステップＳ９で識別処理を行い、ステップＳ１０で判定結果を出力する。

図４は、本発明で実行される特徴量撮像系間補正の概念を説明するイメージ図である。特徴量撮像系間補正を実行することにより、対象の撮像系における特徴量Ａを、基準の撮像系における特徴量Ａ´に換算する。

図５は、特徴量撮像系間補正実行後の同一強度の欠陥に対する平均輝度出力特性図である。図１５に示したゲイン調整後の従来装置の特性と比較して、撮像系によらず安定した特徴量の出力特性が得られていることが分かる。

図６は、補正データ生成手段４０６による補正データ生成の手順を示すフローチャートである。生成の手順は、後述する擬似欠陥が形成された擬似欠陥チャートを、基準の撮像系で撮像した擬似欠陥画像から得られる特徴量データと、対象の撮像系で撮像した擬似欠陥画像から得られる特徴量データとの２系列のデータに基づいて補正データＤを生成する。

基準の撮像系及び対象の撮像系では、ステップＳ１１及びＳ２１で擬似欠陥チャートを撮像した擬似欠陥画像が入力され、ステップＳ１２及びＳ２２で擬似欠陥の特徴量が計算され、ステップＳ１３及び２３で計算結果に基づく特量の近似式が夫々生成され、ステップＳ３０でこれら近似式に基づく補正データＤが生成され、保持される。

図７は、擬似欠陥チャートの一例を示す平面図である。擬似欠陥チャート７００は、検査対象１００を模擬するものであり、複数種類の異なるサイズの擬似的な欠陥が形成されている。この擬似欠陥チャート７００を標準光源の上に設置し、図２に示したハードウェア構成を備える基準の撮像系及び対象の撮像系夫々で撮像した画像情報を、画像処理装置４００Ａに入力する。

この画像情報を元に、特徴量計算手段４０４ａにより、擬似欠陥の個々の特徴量、例えば平均輝度、最大輝度、輝度体積、平均コントラスト、最大平均コントラスト等を、基準の撮像系と対象の撮像系の夫々で算出し、算出した特徴量Ｐ，Ｐ´を補正データ生成手段４０６に渡す。

補正データ生成手段４０６は、渡された特徴量Ｐ，Ｐ´毎に多次多項式による近似式を夫々算出し、算出した近似式の各項の係数をまとめた補正データＤを生成し、これを保持する。

図８は、本発明による特徴量撮像系間補正の処理手順を示すフローチャートである。ステップＳ１では、補正データ生成手段４０６で生成された補正データＤを特徴量撮像系間補正手段４０４ｃに入力する。

ステップＳ２では、補正データＤに記述されている近似式から、対象の欠陥のサイズに対する対象の撮像系での特徴量と基準の撮像系での特徴量を算出し、その比率を求め、実際の特徴量をこの比率で除算することで、基準の撮像系で欠陥を検出した際の特徴量（撮像系間補正特徴量）を算出する。特徴量毎に、この撮像系間補正処理を実行する。

実施形態では、２次元に光電変換素子が配置されたエリアセンサ３０１を用いて説明したが、光電変換素子が１次元（直線上）に配置されたラインセンサを用いた欠陥検査装置に対しても本発明を適用することができる。

実施形態では、検査対象１００として液晶表示素子を例示したが、欠陥と同程度の空間周波数の規則的なパターンの形成された検査対象物であれば本発明の手法が適用可能である。例えば、ＴＦＴが形成された液晶パネル用の基板、カラーフィルタの形成された液晶用のガラス、ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）用のガラスやセル、ＩＣパターンが形成されたシリコンウェハ等にも適用可能である。

実施形態では、各カメラのエリアセンサの周辺部の感度と中心部の感度差を小さくして均一化する処理を、シェーディング補正手段４０２ｂにより実行する構成を例示したが、同一サイズの欠陥を格子状に形成した擬似欠陥チャートを撮像した特徴量データを近似式の形態で保持した補正データを利用して、エリアセンサの任意の箇所の輝度出力特性を、エリアセンサの中心点の輝度出力特性に換算する、特徴量面内補正を併用すれば、より高い精度での欠陥判定を実現することができる。

本発明を適用した、複数撮像系による欠陥検査装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。 本発明を適用した各画像処理装置の具体的な構成例を示す機能ブロック図である。 本発明を適用した画像処理装置の信号処理手順を示すフローチャートである。 本発明で実行される特徴量撮像系間補正の概念を説明するイメージ図である。 特徴量撮像系間補正実行後の同一強度の欠陥に対する平均輝度出力特性図である。 補正データ生成手段４０６による補正データ生成の手順を示すフローチャートである。 擬似欠陥チャートの平面図である。 本発明による特徴量撮像系間補正の手順を示すフローチャートである。 複数のエリアセンサによる欠陥検査装置の基本的システム構成を示す斜視図である。 複数台のカメラにより撮像された画像情報に基づく検査結果を総合する、欠陥検査装置の機能ブロック図である。 各画像処理装置の具体的な構成例を示す機能ブロック図である。 各画像処理装置の信号処理手順を示すフローチャートである。 同じ機種であるエリアセンサを備える複数のカメラの輝度出力特性の比較図である。 カメラのゲイン未調整状態での、同一強度の欠陥に対する平均輝度出力特性図である。 カメラのゲイン調整後の、同一強度の欠陥に対する平均輝度出力特性図である。 一般的なレンズの分解能を示した特性図である。

符号の説明

２００Ａ〜２００Ｎ レンズ
３００Ａ〜３００Ｎ カメラ
４００Ａ〜４００Ｎ 画像処理装置
４０４ｃ 特徴量撮像系間補正手段
５００ 座標変換手段
６００ 判定結果出力手段

Claims (3)

1. 所定の被検査エリアを有する検査対象を、複数のエリアセンサにより撮像した画像情報を処理し、前記エリア内の輝度変化から計算した特徴量に基づいて欠陥を識別する欠陥検査装置において、
   前記複数のエリアセンサ間の同一欠陥に対する特徴量の差を補正する、特徴量撮像系間補正手段を前記エリアセンサ毎に備え、
   前記特徴量撮像系間補正手段は、
   異なるサイズの擬似欠陥を有する擬似欠陥チャートを、基準となるエリアセンサで撮像した特徴量データと、前記複数のエリアセンサにより前記擬似欠陥チャートを撮像した特徴量データに基づいて夫々に近似式を算出し、算出した近似式の各項の係数をまとめて補正データとして保持する補正データ生成手段を備え、
   前記補正データ生成手段より取得する補正データに基づく近似式から対象の欠陥のサイズに対する対象の撮像系での特徴量と基準の撮像系での特徴量を算出してその比率を求め、実際の特徴量をこの比率で除算することで、基準の撮像系で欠陥を検出した際の特徴量に換算する演算を実行することを特徴とする欠陥検査装置。
2. 前記複数のエリアセンサは、１個の検査対象の被検査エリアを複数に分割した各分割エリアを撮像することを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査装置。
3. 前記複数のエリアセンサは、複数の検査対象の各被検査エリアを撮像することを特徴とする請求項１または２に記載の欠陥検査装置。

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