JP5972400B2 - 透明板の容積内で欠陥を特定する装置及び方法、並びにこの装置の使用 - Google Patents

Description

本発明は、包括的には、透明板、好ましくはガラス板の製造及び／又は処理における品質制御に関し、より詳細には、板の容積内の不完全性又は欠陥の特定に関する。

ガラス製造において、欠陥検査は通常、光学イメージング法によって実施される。すなわち、試験対象物の材料における欠陥は、例えば明視野法又は暗視野法に基づいて、レンズ系を用いて試験対象物を照明することによって、ＣＣＤチップにおいて撮像される。そのように生成された画像は、コンピューターユニットにおいて評価され、画像情報に基づいて、ガラス内に欠陥があるか否か、及びオプションで、どの種類のガラス欠陥であるかが判断される。そのようなシステムの欠陥感度はピクセル分解能、対物レンズの分解能、及び記録ユニットの信号対雑音比に依拠する。

通常、ラインスキャンカメラの形態で実装されるイメージセンサーのデータレートは制限されている。例えば、２５ｋＨｚ〜５０ｋＨｚの水平周波数を有するラインスキャンカメラを、１５ｍ／ｍｉｎ〜３０ｍ／ｍｉｎの試験対象物の送り速度で用いることができる。通常、１つの照明チャネルが用いられる。複数のチャネルを用いるとき、それに応じて複数のカメラ台が必要となる。

製造ラインの送り速度の増大は、照明が変更されない場合、画像ラインごとに得られる光が減り、それによって信号対雑音比が減少することを意味する。代替的に、そのような劣化を回避するために、送り方向のピクセル分解能を低減することができる。しかしながら、これによって欠陥感度が減少する。

光学イメージングシステムにおいて、光学的分解能の増大は、少なくとも調査される試験対象物のガラスの厚みに対応するべき被写界深度の低減を引き起こす。通常、送り許容誤差に起因して、またガラスにたわみがある可能性があるので、更に大きな被写界深度が必要とされる。

このため、例えば、ピクセルあたり２０μｍ未満の分解能で、３５メートル／分の送り速度の場合、イメージングシステムは、複雑で制御困難でかつ高価なものとなる。

物体の外皮又は容積の欠陥検査のための手法は、従来の技術分野において既知である。

特許文献１は、試験対象物における欠陥、例えば異物に起因した平坦な膜の厚みの変化を特定する方法を開示している。このために、光が試験対象物上に照射され、後方散乱光が解析される。この解析は、後方散乱光の偏光成分の解析に基づいている。

特許文献２は、レーザーダイオードからの光を、検査されるガラス板に向け、ガラス板の前面及び背面からラインスキャナー上に干渉パターンとして後方散乱される光を評価するシステムを用いた、ガラス板における欠陥の特定を開示している。

従来技術による方法の問題は、用いられるラインスキャナーが、ほぼ試験対象物の寸法のセンサーエリアを有することである。さらに、汚染に起因して測定される画像は、多くの場合に、試験対象物内に全く欠陥が存在しなくてもパターンをもたらし、画像の自動評価は誤りとなりやすい場合がある。さらに、試料形状に起因して、小さな欠陥によって生じるパターンの上に、不利には主パターンが重なる場合があり、それによって欠陥を確実に検出することができない。

特許第４５７６９６２号明細書 国際公開第２００６／１０８１３７号

本発明の課題は、透明板の容積内の欠陥の特定に関して、欠陥を効率的に特定し、そして、低コストで当該特定を実施するという目的に基づいている。

この課題は、独立請求項の主題によって非常に驚くほど単純に解決される。有利な実施形態及び変更形態は従属請求項において述べられる。変更形態の特徴は、技術的に実現可能な限り、組み合わせることができる。

本発明の１つの態様は、透明板、好ましくはガラス板の容積内で欠陥を特定するための装置に関し、板は、例えば、実質的に２次元の長方形物体とすることができる。板は、平坦であっても、湾曲していてもよく、任意の他の形状を有することもできる。本装置は通常、物体の外壁における欠陥又は容積内の欠陥を捕捉し特定することを可能にする。

本装置は、板を照明するための照明手段を備えることができる。照明手段を用いて、板の表面の一部分又は表面全体に光を向けることができる。照明手段は、特に、送り方向において照明手段に対して動かされる板を照明するように構成することができる。入射光は、光の縞（Streifen）の形態で板に入射することができ、光の縞は板の幅全体を照明する。本明細書において、幅とは、送り方向に対し横方向の板の寸法を指す。

入射光は、ｉ）板の一部又は、ｉｉ）板全体を照明する光スポットとすることができる。ｉ）の場合、光スポットは、送り方向に対し横方向に板をスキャンすることができる。

本装置は、板を撮像するために、板から後方散乱された光が向けられる画像検出手段を更に備えることができる。以下において、後方散乱光とは、板を照明するときに、入射光と板との相互作用に起因して、好ましくは板における反射又は回折によって画像検出手段に向かって偏向される光を指す。画像検出手段は、少なくとも２つの画像、好ましくはデジタル画像又は電子画像を生成するように構成することができる。

本装置は、少なくとも２つの干渉画像を評価することによって欠陥を特定するか又は、この欠陥の特定を可能にするために、異なる捕捉条件下で、少なくとも２つの干渉画像を生成するように構成することができる。干渉画像の評価は、オペレーターによって達成することもできるし、オプションで、画像検出手段及び／又は照明手段に接続されたコンピューターユニットによって達成することもできる。

干渉画像とは、干渉パターンを含む画像を指す。有利には、異なる捕捉条件下で記録された複数の干渉画像に基づいて、大きな欠陥及び中程度の大きさの欠陥に加えて、更には小さな欠陥及び非常に小さな欠陥を検出することが可能である。

干渉パターンは、入射光が板の上面又は外面及び底面又は内面において反射されるときに生成することができる。したがって、反射光又は後方散乱光は、重なり合う２つの成分を有する。したがって、反射光成分の重ね合わせによって、画像検出手段の場所で干渉パターンを生じさせることができる。

一方、欠陥の可視の影響は、板の不具合又は欠陥における散乱又は屈折よりも、欠陥によって生じる板のマトリックス材料の局所的な乱れによって生じる。したがって、欠陥パターンは、材料における局所的な乱れに起因した波面の乱れ、及びこの波面と基準波の乱れていない（ungestoerten）波面との重ね合わせにより生じる。

１つの実施形態によれば、欠陥を特定するための装置は、干渉画像の比較による欠陥の特定を可能にするか又は、実行するように構成することができる。欠陥の特定は、オペレーターによって、又はオプションでコンピューターユニットによって達成することができる。

干渉画像の比較は、好ましくは、干渉画像間の差分を求めることである。このために、時間的に連続して又はオプションで同時に生成される干渉画像を用いることができる。

干渉画像の比較は、１つ又は複数のスクリーン上に干渉画像を表示することもでき、それによって、干渉画像間の差分はオペレーターによって求められる。

異なる捕捉条件下で生成された干渉画像の比較は、例えば、欠陥によって生じる干渉パターンが、板の基本干渉パターンよりも迅速に変動することを示す。画像は、組み合わされたときに、後続のパターン認識において有用とすることができる表現を可能にする様々なパターンを含む。

有利には、異なる捕捉条件下で記録された複数の干渉画像の比較に基づいて、大きな欠陥及び中程度の大きさの欠陥に加えて、更に、小さな欠陥及び非常に小さな欠陥を検出することが可能である。例えば、５０μｍ未満のコアサイズの固体含有物及び１５０μｍ未満のコアサイズの気体含有物を検出することが可能である。

異なる捕捉条件下で生成された一連のいくつかの干渉画像において、干渉画像のうちの１つにおける干渉パターンは、他の干渉パターンのための基準として用いられる期待値であると推定することができる。期待値は、他の画像のそれぞれの干渉パターンと比較することができる。

欠陥は、異なる画像における干渉パターンが期待値から逸脱することにより識別することができる。逸脱は合算することができ、これによって小さな欠陥を検出することができ、より大きな欠陥をより詳細に検出することができる。

干渉画像の比較は、期待値と他の各画像の干渉パターンとの差分を求めること、相関付け、又は類似性をチェックすることによって達成することができる。

有利には、差分画像において、汚れ及び染みをそれらの一貫した挙動に起因して、識別することができる。さらに、複数の干渉画像を比較することによって、欠陥の干渉パターンと基本パターンとの望ましくない重ね合わせの結果、干渉波の弱さ又は振幅の小ささに起因する、単一の干渉画像において気づくことが困難な欠陥を特定することができる。

また、オプションで、干渉画像における撹乱を特定することによって欠陥を検出することも可能である。このために、例えば、撹乱されていない干渉パターンと比較して、又は干渉画像の撹乱されていない領域における干渉パターンと比較して、干渉パターンにおける変化又は撹乱の存在について干渉画像をチェックすることができる。撹乱されていない干渉パターンは、欠陥を一切含まない板の容積領域であっても、干渉を引き起こすことに起因して生成することができる。一方、欠陥の近傍において、光は撹乱されていない領域における経路とは異なる経路を通り、欠陥によって板の屈折率の不均一性が起き、欠陥は、干渉パターンの変化又は撹乱へとなりうる。

欠陥を特定することに関して、干渉画像は、板の光学画像よりも多くの利点を有する。
−欠陥に起因して、干渉画像において引き起こされる撹乱は、欠陥よりも、例えば１０倍又は１２倍大きい。したがって、欠陥を検出するのに、低い光学分解能で十分である。
−複数の干渉画像を比較するとき、材料における欠陥と対照的に、物体の表面上の汚れは撹乱を引き起こさない。これによって材料欠陥を表面上の汚れと区別することが可能になる。
−光学分解能との関係で小さい撹乱は、複数の観察、及び撹乱されていない領域における信号変化と比較して大きい信号変化によって特定することができる。

本発明の別の態様は、透明板、好ましくはガラス板の容積内で欠陥を特定するための方法に関する。

検出は、板を照明するための照明手段と、板から後方散乱された光を捕捉するための画像検出手段とを用いて行うことができる。

照明手段を用いて、入射光を生成し、板の表面の少なくとも一部分に向けることができる。照明手段は好ましくは少なくとも１つの光源を備える。

本方法の１つのステップにおいて、板は照明手段によって照明することができ、それによって、光は板によって散乱又は後方散乱され、画像検出手段の方へ向けられる。

更なるステップにおいて、後方散乱光は画像検出手段によって捕捉することができる。

更なるステップにおいて、好ましくは照明手段と協働して、異なる捕捉条件下で画像検出手段によって少なくとも２つの干渉画像を生成することができる。

更なるステップにおいて、欠陥は、例えば、オペレーターによって、又は画像検出手段及び／又は照明手段に結合されたコンピューターユニットによって、少なくとも２つの干渉画像を評価することによって特定することができる。

１つの実施形態によれば、照明手段は、少なくとも２つの異なる波長及び／又は波形を有する光を生成するように構成することができる。異なる波長の光を用いて板を照明し、画像検出手段を用いて板から後方散乱された光を捕捉することによって、少なくとも２つの干渉画像を生成することができる。これに基づいて、別の１つ又は複数の干渉画像を生成するのに用いられる光の波長と異なる波長の光を用いて、それぞれの干渉画像を生成することによって、様々な捕捉条件を提供することができる。

干渉画像の捕捉条件は、それぞれの干渉画像のために用いられる光の波形が同じでないか又は異なっているという点で、更に異なることができる。

照明手段は、好ましくは、少なくとも２つの照射角の下で入射光を板に向けるように構成することができる。これに基づいて、更なる干渉画像の入射光の照射角と異なる照射角において板に向けられる入射光を用いてそれぞれの干渉画像を生成することによって、様々な捕捉条件を提供することができる。

画像検出手段は特に、異なる検出角において後方散乱光を捕捉するように構成することができ、検出角は、後方散乱光が画像検出手段上に入射する角度を指す。これに基づいて、更なる干渉画像の検出角と異なる検出角において画像検出手段上に入射する後方散乱光を用いてそれぞれの干渉画像を生成することによって、様々な捕捉条件を提供することができる。

好ましくは、干渉画像の照射角及び検出角の双方が他の干渉画像の対応する角度と異なることができ、それによって様々な捕捉条件をこのように提供することができる。

１つの実施形態によれば、照明手段は、例えば、照明手段と板との間の異なる距離を用いてそれぞれの干渉画像のための入射光を生成することによって、又は照明手段から板を通り画像検出手段までの光学系路全体に、干渉画像ごとに異なる長さを持たせることによって、少なくとも２つの異なる位相を有する入射光を生成するように構成することができる。

有利には、複数の干渉画像を用いることによって、撹乱されていない干渉パターンと比較して、干渉パターンの変化又は撹乱の存在について干渉画像を評価する効率を改善することができる。例えば、干渉画像の捕捉条件は、好ましくは、干渉画像の変化又は撹乱の特定を単純化するように定義することができる。特に、特定は、干渉画像の撹乱されていない領域における弱め合う干渉を達成することによって、単純化又は改善することができる。

１つの実施形態によれば、照明手段は、例えば、ナトリウムランプ又はレーザーの形態で構成される少なくとも１つの光源を備えることができる。光源は好ましくは、板の厚みの２倍よりも長いか又は３ｍｍよりも長いコヒーレンス長を有することができる。

別の実施形態によれば、画像検出手段は、干渉画像を表示するために後方散乱光が向けられるスクリーンを備えることができる。

画像検出手段は、有利には、板からイメージセンサー上へ後方散乱された光、又はスクリーン上に表示される干渉画像を捕捉するために、
−マトリックスカメラ、
−ラインスキャンカメラ、
−擬似マトリックスカメラとして動作する時間遅延積分（ＴＤＩ）センサーを有するラインスキャンカメラ、又は
−ビデオカメラ、
として構成されるイメージセンサーを備えることができる。マトリックスカメラ、ラインスキャンカメラ、又はＴＤＩセンサーを有するラインスキャンカメラを用いて、異なる検出角を容易に実現することができる。イメージセンサーは、少なくとも２つの電子干渉画像又はデジタル干渉画像を生成するように構成される。

構成の観点において、ＴＤＩセンサーを有するラインスキャンカメラは、センサーの高さ対幅の高いアスペクト比を有するマトリックスカメラである。通常、検出器ラインの静電潜像が次の検出器ラインにシフトされ、及び加えられ、それによって総信号対雑音比が改善する。１つの特定の動作モードにおいて、そのようなセンサーはマトリックスカメラのように読み出すことができ、これは、大きいが幅の狭い物体を検査するときに有利である。

所定の時点において、イメージセンサーは、スクリーン全体又はスクリーンの一部を捕捉することができる。一部を捕捉するときであっても、検出時間の経過後にスクリーン全体が捕捉されることになる。同じことは、スクリーンを用いずに板を直接撮像する場合にもあてはまる。

画像を視覚的に表示するために、後方散乱光が向けられるスクリーンを用いる利点は、イメージセンサーが後方散乱光を直接捕捉する必要がないことである。これによって、より小型でより高価でないイメージセンサーを用いることが可能になる。

本装置は、有利には、イメージセンサー及び／又は照明手段に結合されたコンピューターユニットを備えることができる。コンピューターユニットは、干渉画像における撹乱の特定及び欠陥の検出を含む干渉画像の評価を実行するように構成される。代替的に、干渉画像の評価はオペレーターによっても達成することができる。

有利には、干渉画像間の差分を評価し、干渉画像における欠陥を特定するためのパターン認識システムがコンピューターユニットにおいて動作することができる。このために、干渉画像又は干渉パターンは、試験フェーズ又は学習フェーズにおいてパターン認識システムに提示される。このフェーズは、欠陥を有しない板から始まるか、又は既知の欠陥を有する板から始まる。このようにして、パターン認識システムは、干渉画像における撹乱又は不具合を検出するように学習する。新たな干渉画像が提示されると、そのようにトレーニングされたパターン認識システムは、取得された知識を適用して、学習フェーズにおいて提示された撹乱に類似した撹乱の特定に成功することができる。

１つの実施形態によれば、本装置は、照明手段及び／又は画像検出手段に対し板を動かすコンベヤー手段を備えることができる。

コンベヤー手段は、有利にはローラーを備えることができ、このローラー上を板が誘導される。この場合、ローラーは、板を前へ進める駆動部によって回転させられている。オプションで、板はローラーとは別個に駆動部によって進めることができる。

ガラスから作製することができ、ガラスリボンの形態で提供することができる板の場合、例えば、内部応力に起因して局所的な反りが生じる場合があり、照明手段及び／又は画像検出手段に対するガラスリボンの正確な位置を定義するのが困難になる。この問題を解決するために、板を曲げることによって、内部応力を補償する外部張力が板に加わるように、ローラー上でガラスリボンを誘導することができる。このようにして、反射点の位置を明確に定義することができる。

更なる実施形態によれば、照明手段は、調整可能な光源によって時間的に連続して、複数の異なる波長を有する光を生成することができる。

光源は、好ましくは、印加される電圧に依拠する波長の光を放出する電圧制御レーザーダイオードとすることができる。このため干渉画像は、例えば、照明手段のコントローラーが時間的に変化する電圧をレーザーダイオードに与え、その際に、特定の波長に対応する所定の時点において、イメージセンサーを読み出すことによって、時間的に連続して生成することができる。

更なる実施形態によれば、照明手段は、定義されたスペクトル幅及び調整可能なフィルターを有する光源によって、時間的に連続して複数の異なる波長を有する光を生成することができる。

フィルターは、好ましくは、印加される電圧に依拠する波長の光を通過させる電圧制御フィルターとすることができる。フィルターの変動範囲は、光源のスペクトル幅にほぼ対応する。

このようにして、干渉画像は例えば、照明手段のコントローラーが時間的に変化する電圧をフィルターに与え、その際に、特定の波長に対応する所定の時点においてイメージセンサーを読み出すことによって、時間的に連続して生成することができる。

１つの実施形態によれば、照明手段は、離間関係に配列された複数の光源を用いることによって同時に又はほぼ同時に複数の異なる波長の光を生成することができる。

照明手段は、好ましくはレーザー又はレーザーダイオードのアレイを備えることができる。ここで、光源の光の波長は、任意の他の光源の光の波長と異なることができる。イメージセンサーは、各波長の光のためのそれぞれの電気信号を提供するように構成することができ、それによって波長ごとに別個の干渉画像を提供することができる。このようにして、干渉画像を同時に又はほぼ同時に生成することができる。

１つの実施形態によれば、照明手段は、好ましくは少なくとも２つ、又は５つ、又は１０個又は５０個の光源を備えることができる。

有利には、互いに異なり、干渉画像を生成する際に用いられる波長は、欠陥によって撹乱されていない干渉画像の領域において、弱め合う干渉が生じるように定義することができる。

異なる波長の光の同時放出又は連続放出、及びイメージセンサーによる波長ごとの干渉画像の生成を用いて、最適な干渉画像の選択が可能にされる。生成される全ての干渉画像間の最適な干渉画像は、撹乱されていない画像領域において最強の波相殺、又は弱め合う干渉を呈する画像である。

撹乱されていない画像領域における最適な干渉画像の情報内容は、画像構造を全く又はほとんど有しないことに起因して非常に少なく、それによって欠陥の自動検出又は自動特定は、最適な干渉画像においてはるかに容易であり、より効果的である。

欠陥の特定は、好ましくは、干渉画像の重み付き重ね合わせによって、重ね合わせ画像を生成することができる。重み付き重ね合わせにおいて用いられる重み係数の適切な選択と組み合わせて、それぞれの干渉画像を生成するのに用いられる波長は、欠陥によって撹乱されていない干渉画像の領域において弱め合う波の重ね合わせが生じるように定義することができる。

適切な波長及び重み係数を求めることは、欠陥によって撹乱されていない画像の領域において、可能な限り弱め合う波の重ね合わせを得るように波長及び重み係数が変更される最適化プロセスである。これは、干渉振幅の和が、欠陥によって撹乱されていない重ね合わせ画像の領域において最小であり、重ね合わせ画像の撹乱領域において最大であるようにして達成することができる。

本明細書において、干渉振幅の和とは、干渉振幅の絶対値の和、又は二乗干渉振幅の和を指す。

干渉画像の重ね合わせは、好ましくは、画像位置合わせによって干渉画像が互いに対応するようにされた後に、ピクセルごとに実行することができる。

有利には、パターン認識システムは、高いヒット率で重ね合わせ画像における撹乱を特定することを可能にする。

別の態様によれば、本発明は、欠陥を有する薄ガラス、すなわち２００μｍ未満の厚みのガラスを選別するための上述した装置の使用に関する。本発明による装置を用いてチェックされ、試験結果に基づいて選別された薄ガラスは、大幅に低減された欠陥濃度又は欠陥数を呈する。

別の態様によれば、本発明は、コンピューターにロードされるか又はコンピューター上で実行されると、上記で説明した方法を実行することが可能なコンピュータープログラムに関する。さらに、本発明は、そのようなプログラムを備えるプログラム記憶媒体又はコンピュータープログラム製品に関する。

ここで、本発明を、例示的な実施形態により、図面を参照してより詳細に説明する。図面における同じ参照符号は、同じ又は同等の要素を指す。異なる例示的な実施形態の特徴は、互いに組み合わせることができる。

本発明による装置の第１の実施形態の概略図である。 本発明による装置の第２の実施形態の第１の概略図である。 本発明による装置の第２の実施形態の第２の概略図である。 本発明による装置の第３の実施形態の概略図である。 ２５倍の倍率における、含有物を有する透明板の干渉画像である。 １００倍の倍率における、図５ａにおいて用いられる板の顕微鏡画像である。 ２５倍の倍率における、気泡を有する透明板の干渉画像である。 １００倍の倍率における、図６ａにおいて用いられる板の顕微鏡画像である。 様々な検出角のうちの１つにおいて記録された、金属含有物を有する透明板の干渉画像を示す図である。 様々な検出角のうちの１つにおいて記録された、金属含有物を有する透明板の干渉画像を示す図である。 様々な検出角のうちの１つにおいて記録された、金属含有物を有する透明板の干渉画像を示す図である。 様々な検出角のうちの１つにおいて記録された、金属含有物を有する透明板の干渉画像を示す図である。 様々な検出角のうちの１つにおいて記録された、気泡を有する透明板の干渉画像を示す図である。 様々な検出角のうちの１つにおいて記録された、気泡を有する透明板の干渉画像を示す図である。 様々な検出角のうちの１つにおいて記録された、気泡を有する透明板の干渉画像を示す図である。 様々な検出角のうちの１つにおいて記録された、気泡を有する透明板の干渉画像を示す図である。

図１は、本発明による装置１１の第１の実施形態の概略図である。検査される物体１０はガラス板である。

装置１１は、
−板１０を照明するために、入射光２０を、板１０の表面の少なくとも一部分に向ける照明手段１２と、
−板１０を撮像するために、板１０から後方散乱された光２２が向けられる画像検出手段１６と、
を備える。

装置１１は、異なる捕捉条件において少なくとも２つの干渉画像を生成するように構成される。少なくとも２つの干渉画像を評価することによって、装置１１は欠陥を特定することが可能である。

欠陥は、干渉画像を比較することによって特定される。本実施形態によれば、その比較は干渉画像間の差分を求めることである。干渉画像の評価はオペレーターによって行われる。

各干渉画像を、更なる干渉画像を生成するのに用いられる光の波長と異なる波長の光を用いて生成することによって、様々な捕捉条件が提供される。本例において、干渉画像は同時に生成される。

図１によれば、照明手段は、レーザーとして構成されるコヒーレント光源１２を備える。光源１２によって、板１０は垂直方向から同軸で照明される。このために、水平方向に放たれる光２０は、ビームスプリッター２６によって板１０の方に偏向される。板１０から反射した光２２は、ビームスプリッター２６を上方に通り抜け、イメージセンサー１６によって捕捉される。

ビームスプリッター２６は、入射光２０が板１０の上で反射され、板１０から到来する光２２がビームスプリッター２６を透過するという点で、選択的光透過性を呈する。

干渉パターンは、試験対象物と同じ幅を有するセンサーライン１６によって捕捉される。波長λ_ｉ、ｉ＝１，２，．．．を有する照明によっていくつかの干渉パターンが作成され、これらは時間的に離れて、又はスペクトルが分割されて観察される。

欠陥は、干渉画像の比較によって特定され、装置１１は、そのような比較を実行するように構成される。干渉画像の比較は、干渉画像間の差分を求めることである。

異なる波長を用いて生成された一連の複数の干渉画像のうちの１つの干渉画像を用いて、他の干渉パターンのための基準として用いられる期待干渉パターンを求めることができる。基準パターン又は期待値は、他の画像のそれぞれの干渉パターンから期待値を減算することによって、他の各画像の干渉パターンと比較される。

装置１１は、照明手段１２及び画像検出手段１６に対して板１０を動かすコンベヤー手段２４を備える。

図２及び図３は、本発明による装置の第２の実施形態の概略図である。

試験対象物の表面エリアは、コヒーレント光源１２によって照明される。干渉パターンはスクリーン１４及びカメラ／レンズ系１６において観察される。カメラ１６のイメージレートは、異なる照射角の下で、すなわち異なる干渉パターンで各点が複数回検出されるように選択される。

時点ｔにおいて位置ｘ_０にある板１０の点（図３）は、後方散乱光２２の検出角又は反射角Φに等しい照射角又は入射角でスクリーン１４上に入射光２０を散乱する。ここで、入射角及び反射角Φは、板１０の面法線に対する、それぞれ光ビーム２０及び２２の角度である。

板１０は、コンベヤー手段２４によって順方向に動かされる。この結果、後の時点ｔ＋Δｔにおいて、板１０の上記点は、位置ｘ_０＋Δｘに位置し、検出角又は反射角Φ＋ΔΦでスクリーン１４上に入射光２０を散乱する。このようにして、上記点は、複数の照射角Φ，Φ＋ΔΦ，．．．，でスクリーン１４において撮像することができ、照射角ごとに干渉画像が生成される。

装置１１は、画像検出手段１４、１６及び照明手段１２に接続されたコンピューターユニット１８を備える。撹乱の検出及び欠陥の特定を含む干渉画像の評価は、コンピューターユニット１８によって実行される。

像を視覚化するために後方散乱光２２を向けるスクリーン１４を用いることによって、有利には、イメージセンサー１６は、後方散乱光２２を直接捕捉する必要がない。この方法で、より小型で安価なイメージセンサー１６を用いることができる。

入射光２０が板１０の上面及び下面から反射されることに起因して干渉画像が作成される。したがって、反射光２２は２つの成分２２ａ、２２ｂを有し、これらは互いに重なり合う。反射光成分２２ａ、２２ｂが重なり合うことによって、結果として、イメージセンサー１６又はスクリーン１４の場所で干渉画像が得られる。板１０の厚みＤ（ｘ，ｙ）の変動によって干渉パターンが生成される。
α 板の面法線に対する入射角
ｌ 波長
Ｄ（ｘ，ｙ） 位置ｘ，ｙにおける板１０の厚み
Ｉ_０ 輝度
Ｒ_ｓ，ｐ ｓ偏光及びｐ偏光を有するフレネル反射係数
Δ 板１０の上面及び下面において反射された波間の経路差

図４は、本発明による装置１１の第３の実施形態の概略図である。ここで、コンベヤー手段２４はローラー２５を備え、板１０がローラー２５上を誘導される。

反射光セットアップにおける反射の観察は、試験対象物１０の定義された位置（イメージセンサー１６に対する距離）を必要とする。ガラスの応用形態の場合、内部応力に起因してガラスリボン１０の局所的な反りが生じ、これによって、定義された位置が更に困難になる。

この問題を解決して、説明される干渉検査におけるように反射を観察するために、ガラスリボン１０の形態のガラス板がローラー２５上に誘導され、これによって、曲げに起因して外部張力がガラスに加えられ、この外部張力により内部応力が補償される。このようにして、位置が明確に定義される。

図５、図６は、欠陥を有するガラス板の干渉画像及び顕微鏡画像の比較を示している。
−図５ａ、図５ｂのそれぞれが、０．０６０×０．００５ｍｍ^２の大きさの含有物を有するガラス板を示している。
−図６ａ及び図６ｂのそれぞれが、０．０９０×０．０２０ｍｍ^２の大きさの気泡を有するガラス板を示している。
−図５ａ、図６ａは干渉画像である。
−図５ｂ、図６ｂは、１００倍の倍率における明視野顕微鏡画像である。

欠陥によって生じる干渉効果は、欠陥自体よりも何倍も大きい（約１０倍〜１４倍大きい）。

欠陥は干渉画像を比較することによって検出され、その比較は、干渉画像間の差分を求めることである。例示的な本実施形態において、同時に生成された干渉画像が用いられる。

図７及び図８は、それぞれ欠陥を有する２つのガラス板１０、すなわち試料の干渉画像を示している。欠陥は以下のとおりである。
１）約０．１５０ｍｍのコアサイズを有する金属含有物（図７ａ〜図７ｄ）、及び
２）０．０６ｍｍの大きさの気泡（図８ａ〜図８ｄ）。

双方の試料１０は、図３による装置１１によって検査された。試料ごとに、異なる照射角で４つの干渉画像が記録された。連続干渉画像間の照射角間の差は１度〜２度である。

図７及び図８の比較は、欠陥によって生じた干渉パターンが、板１０の基本干渉パターンと比較して迅速に変動することを示している。４つの画像は異なるパターンを有し、全体でより複雑な表現を可能にする。この表現は後続のパターン認識に有用である。

欠陥がガラス球（図８ａ〜図８ｄ）である場合、この欠陥は、図８ｃによる単一の干渉画像のみからでは、板１０の干渉パターンと確実には区別可能ではないであろう。図８ｂに示すような干渉画像において、欠陥は認識可能であるが、板１０の表面における、光を吸収する汚染と区別可能でない。しかしながら、図８ａ及び図８ｄの干渉画像を組み合わせることによって、欠陥を確実に特定することが可能である。したがって、繰り返し観察することは、非常に小さな欠陥を検出するのに非常に有利である。装置１１は、０．０５ｍｍよりも小さいコアサイズの固体含有物、及び０．１５０ｍｍよりも小さいコアサイズの気体含有物を特定することを可能にする。

薄ガラス（約０．０２ｍｍ〜約１ｍｍの厚み）の製造時に、一つは製造上の理由と、また一つは経済的な必要性とにより、速い送り速度が必要である。同時に、特に極薄ガラスの場合に、ガラス欠陥に対する高い感度が必要とされる。本発明は、製造条件（高さの変動、ガラスのたわみに対する許容誤差）の下で、高い送り速度において相応の努力により、欠陥に対する高い感度を達成することを可能にする。

画像解析の場合、位置ごとに複数の画像ｉｉ＞２が捕捉される。欠陥及び不純物によって生じる干渉パターンは、像面と比較して小さい。不撹乱板材料の干渉パターンは、欠陥によって生じる干渉パターンとは対照的に、板の厚みの段階的変化によって生成される。したがって、平滑化によって、各画像から光学的厚みを求めることができる。この厚みは全ての画像ｉｉについて同一である。

したがって、変化した捕捉状況を考慮に入れた事前の計算によって、他のそれぞれの干渉画像について期待干渉パターンを求めることができる。これは、全ての画像ｉｉについて実際の画像から減算される。次に、様々な画像において欠陥が期待値から逸脱することにより、欠陥が識別される。全ての画像間でこの逸脱が合算され、これによって小さな欠陥を特定することができ、より大きな欠陥をより詳細に特定することができる。汚れ及び染みは、全ての画像におけるそれらの一貫した挙動により見分けることができる。

ガラス内の欠陥は、欠陥タイプ（泡、含有物等）及びガラスの厚みに対する欠陥の大きさに応じた、ガラス内の局所撹乱を引き起こす。この撹乱は、この領域を通る光ビームの光波長を、不撹乱領域を通る光ビームと比較して局所的に変化させる。図２に示すような構成において、この影響はスクリーン１４上で観察することができる。

十分なコヒーレンス長を有する光源１２を用いるとき、上面及び下面において反射される光ビーム２２ａ、２２ｂが干渉する。ガラスの高い均一性に起因して（厚みの変動及び屈折率の変動の観点において）、欠陥の近傍の領域と比較したとき、干渉している部分ビームの経路差は「低速に」しか変化しない。ここで、縞状のパターンは撹乱を示し、この撹乱はスクリーン１４上に焦点を合わせたイメージセンサー１６によって観察することができる。

本発明は、様々な利点を有する。

局所撹乱は、実際の欠陥よりも何倍も大きく、通例、１０倍〜１２倍大きい。このため、より低い光学分解能が必要とされ、コスト及び達成可能な被写界深度に対しプラスの影響を有する。しかしながら、分解能は、光／暗／光（light/dark/light）パターン又は補助パターンを分解するのに十分であるべきである。

撹乱はガラス欠陥によって生じる。表面上の塵／汚れによって干渉効果は一切生じず、それによってガラス欠陥は塵と区別することができる。

本方法は、透過光の代わりに反射光を用い、それによって、連続した材料の場合にコンベヤーの中断は不要であり、ひいては構成が単純化される。

可撓性のガラスリボン１０をローラー２５上で誘導することによって、照明手段１２及びカメラ１６に対する位置が単純に固定される。さらに、曲げによって加わる張力が、ガラスリボンにおける局所応力によって生じる反りを補償する。

本方法は、高さの変動の影響を受けない。必要とされる角度公差には、ビーム拡大によって、又はエリアスキャンカメラを用いることによって対応することができる。装置１１は最初に１つのチャネルのみを用い、より低い分解能と組み合わされると、高い送り速度に適している。

パターンを反転する更なる波長を用いることによって、結果として、ガラス欠陥ごとに更なる情報が得られ、それによって、より小さい欠陥が見つかるか又は同じ欠陥感度で必要な分解能が低くなる。

要約すると、本発明の装置１１は、欠陥、特に小さな欠陥の検出の観点から、非常に高性能の単純でコスト効率のよい構成を提供する。

１０ 透明板、ガラスリボン、試験対象物、試料
１１ 透明板の容積内の欠陥を特定するための装置
１２ 照明手段、光源
１４ スクリーン
１６ イメージセンサー、センサーライン、カメラ
１８ コンピューターユニット
２０ 入射光
２２ 板から後方散乱又は反射された光
２２ａ 板の上面から反射された光
２２ｂ 板の下面から反射された光
２４ コンベヤー手段
２５ ローラー
２６ ビームスプリッター

Claims (17)

1. 透明板（１０）、好ましくはガラス板の容積内の材料欠陥を特定するための装置であって、該装置（１１）は、
   前記板（１０）を照明するために、該板（１０）の表面の少なくとも一部に入射光（２０）を向けるための照明手段（１２）と、
   前記板（１０）を撮像するために、該板（１０）からの後方散乱光（２２）が向けられる画像検出手段（１４、１６）と、
   を備え、
   該装置（１１）は、前記板（１０）からの後方散乱光（２２）の成分の重ね合わせのみにより干渉パターンを生成するように構成されており、前記干渉パターンに基づいて、異なる捕捉条件下で、少なくとも２つの干渉画像を生成し、該少なくとも２つの干渉画像を評価することにより、前記欠陥の特定を可能にするか又は実行するように構成され、
   前記画像は、同じ前記画像検出手段（１４、１６）によってすべて検出され、
   前記板（１０）からの後方散乱光の成分の重ね合わせのみにより生成される干渉画像のうちの１つの干渉パターンを基準パターンとし、
   前記干渉画像を評価することは、前記干渉パターンと前記基準パターンとを比較することを含む、
   透明板、好ましくはガラス板の容積内の欠陥を特定するための装置。
2. 該装置（１１）は、前記干渉画像間の差分を求めることによって前記欠陥を特定するか、又は該欠陥の特定を可能にするように構成され、前記干渉画像は、特に、時間的に連続して又はオプションで同時に生成することができる、請求項１に記載の装置。
3. 異なる捕捉条件下で少なくとも２つの干渉画像を生成するために、
   前記照明手段（１２）は、少なくとも２つの異なる波長及び／又は波形の入射光（２０）を生成するように構成され、及び／又は
   前記照明手段（１２）は、少なくとも２つの照射角の下で、入射光（２０）を前記板（１０）に向けるように構成され、及び／又は
   前記画像検出手段（１４、１６）は、少なくとも２つの検出角の下で、前記後方散乱光（２２）を捕捉するように構成され、及び／又は
   前記照明手段（１２）は、少なくとも２つの異なる位相の入射光（２０）を生成するように構成される、
   請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記照明手段は、ナトリウムランプ又はレーザーの形態の少なくとも１つの光源（１２）を備え、該光源（１２）は好ましくは、前記板（１０）の厚みの２倍よりも長いか又は３ｍｍよりも長いコヒーレンス長を有し、及び／又は
   前記画像検出手段は、前記干渉画像を表示するために前記後方散乱光（２２）が向けられるスクリーン（１４）を備え、及び／又は
   前記画像検出手段は、前記光（２２）又はオプションで前記スクリーン（１４）上に表示される前記干渉画像を捕捉するための少なくとも１つのイメージセンサー（１６）であって、前記光（２２）は前記板（１０）から該イメージセンサー（１６）上に後方散乱される、少なくとも１つのイメージセンサー（１６）を備え、及び／又は
   該装置（１１）は、前記画像検出手段（１４、１６）及び／又は前記照明手段（１２）に接続されたコンピューターユニット（１８）を備え、及び／又は
   該装置（１１）は、前記照明手段（１２）及び／又は前記画像検出手段（１４、１６）に対し前記板（１０）を動かすためのコンベヤー手段（２４）を備える、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記イメージセンサー（１６）は、少なくとも２つの検出角の下で前記後方散乱光（２２）を捕捉するために、
   マトリックスカメラとして、及び／又は
   １つ又は複数のラインスキャンカメラとして、及び／又は
   マトリックスカメラとして動作する時間遅延積分（ＴＤＩ）センサーを有するラインスキャンカメラとして、
   構成される、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記コンベヤー手段（２４）はローラー（２５）を備え、該ローラー上を前記板（１０）が誘導される、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記干渉画像間の差分を評価するためのパターン認識システムを備える、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記照明手段（１２）は、
   時間的に連続して複数の異なる波長を有する入射光（２０）を生成するための調整可能な光源（１２）、及び／又は
   前記時間的に連続して複数の異なる波長を有する入射光（２０）を生成するための、定義されたスペクトル幅及び調整可能なフィルターを有する光源（１２）、及び／又は
   前記複数の異なる波長の入射光（２０）を同時に又はほぼ同時に生成するための複数の離間された光源（１２）、及び／又は
   少なくとも、２つ、又は５つ、又は１０個又は５０個の光源（１２）、
   を備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
9. 欠陥を有する、薄ガラス、すなわち２００μｍ未満の厚みを有するガラスを選別するための、請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置（１１）の使用。
10. 透明板（１０）、好ましくはガラス板の容積内の材料欠陥を特定するための方法であって、該方法は、
    入射光（２０）を生成し、前記板（１０）の表面の少なくとも一部に向ける、照明手段（１２）と、
    前記板（１０）からの後方散乱光（２２）を捕捉するための画像検出手段（１４、１６）と、
    を用い、
    以下のステップ
    ａ）前記照明手段（１２）によって前記板（１０）を照明するステップであって、干渉パターンを生成するために前記板（１０）からの前記後方散乱光（２２）の成分を重ね合わせて、前記板（１０）からの前記後方散乱光（２２）のみを前記画像検出手段（１４、１６）に向ける、ステップと、
    ｂ）前記画像検出手段（１４、１６）によって前記後方散乱光（２２）を捕捉するステップと、
    ｃ）前記板（１０）からの後方散乱光の成分の重ね合わせのみにより生成される干渉画像のうちの１つの干渉パターンは基準パターンであって、前記画像検出手段（１４、１６）によって、異なる捕捉条件下で、少なくとも２つの干渉画像を生成するステップと、
    ｄ）前記干渉パターンと前記基準パターンとを比較することにより干渉画像を評価し、前記欠陥を特定するステップと、
    を含む、透明板、好ましくはガラス板の容積内の欠陥を特定するための方法。
11. 前記欠陥を特定するために、前記干渉画像間の差分が求められ、及び／又は
    前記干渉画像は、時間的に連続して又はオプションで同時に生成される、請求項１０に記載の方法。
12. 前記干渉画像は、１つの干渉画像の干渉パターンからの期待値を求め、この期待値を他の各干渉画像の干渉パターンと比較することによって互いに比較され、干渉画像の比較は好ましくは、前記期待値と他の干渉画像の前記それぞれの干渉パターンとの、差分を求めること、相関付け、又は類似性若しくは差分をチェックすることを含む、請求項１０又は１１に記載の方法。
13. 前記異なる捕捉条件は、
    前記照明手段（１２）によって、少なくとも２つの異なる波長及び／又は波形を有する前記入射光（２０）を生成するステップ、及び／又は
    前記照明手段（１２）によって、少なくとも２つの照射角の下で前記板（１０）に向けられる前記入射光（２０）を生成するステップ、及び／又は
    前記画像検出手段（１４、１６）によって、異なる検出角の下で前記後方散乱光（２２）を捕捉するステップ、及び／又は
    前記照明手段（１２）によって、少なくとも２つの異なる位相を有する前記入射光（２０）を生成するステップ、
    のうちの少なくとも１つを実行することによって提供される、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 欠陥によって撹乱されていない画像領域を有する干渉画像を生成するステップであって、前記画像領域において、前記入射光（２０）の前記波長の適切な定義に起因して弱め合う干渉が生じる、ステップと、
    干渉画像の重み付き重ね合わせによって重ね合わせ画像を生成するステップであって、前記干渉画像を生成するのに用いられる前記波長及び重み係数は、前記欠陥によって撹乱されていない前記重ね合わせ画像の画像領域において波が弱め合って重なり合うように選択される、ステップと、
    欠陥を特定するためのパターン認識システムを用いて、干渉画像及び／又は前記重ね合わせ画像を評価又はチェックするステップと、
    のうちの少なくとも１つが実行される、請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 前記照明手段（１２）及び／又は前記画像検出手段（１４、１６）に対し前記板（１０）が動かされ、及び／又は
    前記板（１０）は、ローラー（２５）上を誘導されながら動かされ、好ましくは前記板（１０）を曲げることによって、該板（１０）上に外部張力が加わり、該外部張力が内部応力を補償する、請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の方法。
16. コンピューター内にロードされるか、又はコンピューター上で実行されると、請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の方法を実行することが可能なコンピュータープログラム。
17. 請求項１６に記載のプログラムを含むプログラム記憶媒体又はコンピュータープログラム製品。