JPH01313745A - 着色周期性パターンの検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、カラーテレビカメラに用いられる撮像管や固
体撮像管素子に用いられる色分解フィルタや液晶デイス
プレィ装置に用いられるカラーフィルタなど着色した単
位パターンを繰り返し配列した周期パターンの欠陥、ム
ラなどを検査する方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、ＣＯＤカラーフィルタ、液晶カラーフィルタは、
パターンの欠陥やムラがあると撮像した映像や表示する
映像の欠陥になり、また表面に微小な凹凸があるとその
カラーフィルタを使用した製品が不良となってしまうた
め、カラーフィルタの製造途中または後に検査を行い、
欠陥のあるカラーフィルタを除外しなければならない。

このようなカラーフィルタの検査は、従来、顕微鏡検査
、各種照明を用いた目視検査で行われてきたが、個人差
、欠陥見逃しなどの問題があった。

そこで、これらの問題を解決するためにいろいろの方法
が提案されている。

第８〜１０図により周期性パターンをテレビカメラによ
り撮影し、画像処理する検査方法について説明する。

第８図に示す検査装置においては、第９図に示すような
周期的な開口を単位パターン５１として持つ被検査体４
６の開口面積の異常を検知するため、直流電源４９で点
灯される白熱ランプ４８と拡散板４７で構成される透過
照明部により被検査体４６を照明し、ＴＶ左カメラ１で
検査領域を撮影する。画像処理装置４２はＴＶカメラの
出力信号をＡ／Ｄ変換してデジタル画像データとし、フ
レームメモリ、及び演算器により画面の加算、減算を含
む各種の画像処理を高速で行う。制御装置４３は画像処
理装置４２、及びＸＹステージ５０と駆動機構４５で構
成されるパターン移動機構を制御してパターンの移動を
行う。なお、第９図において５２．５３は欠陥をもった
単位パターンである。

ＴＶ左カメラ１によるビデオ信号の単位開口による変化
が無視できる撮影条件、例えば１画素に対応するパター
ン面積に単位開口１１が１０個程度入るようにし、パタ
ーンを移動変位させる方向がＴＶ左カメラ１の走査線方
向で、パターンの変位距離が画素ピッチの整数倍となっ
ている場合について第１０図により説明する。

パターンの欠陥がある所を通る直線上の光透過重分布は
、例えば第１０図（ａ）に示すようになり、第９図の５
３で示すような開口面積が正常なパターン５１よりも大
きい欠陥、即ち白欠陥による光透過率の変化５４や、第
９図の５２で示すように開口面積が正常なパターン５１
よりも小さい欠陥、即ち黒欠陥による光透過率の変化５
５が検出される。また、第１０図（ａ）の場合と同じ線
上を走査したビデオ信号を示すと第１０図（ｂ）のよう
になり、パターンの照明ムラ、撮像面の感度ムラ等によ
る緩やかな信号変化（シェーディング）とビデオ信号処
理装置で発生するランダムノイズ、及び光学系に付着し
たゴミなどによる信号の局部的な変化５６が現れる。

このようなビデオ信号を複数フレームを加算することに
より、加算回数をＮとしたときランダムノイズ成分の比
率を１／ｇにまで減少することができる（第１０図（Ｃ
））。次に、パターンを変位させて同様の画面加算処理
をした場合、第１０図（ｄ）に示すように、パターンの
移動と共にパターン上の欠陥による信号も移動している
が、撮像系のシェーディングや光学系のゴミ等による信
号５６の位置は変化していない。そこで、第１０図（Ｃ
）で示すデータから第１０図（ｄ）に示すデータを減算
すると、両データに含まれるシェーディングやゴミなど
による信号５６は消去され、パターンの光透過率変化に
よる信号と低減されたランダムノイズ成分だけが残り、
この結果、欠陥による信号はパターンの移動量に応じた
画素数前れた位置でその近傍の平均値に対する値の差が
ほぼ同じで、符号が反転して現れ、その反転する順序は
欠陥の種類（白欠陥、黒欠陥）によって逆転する。

以上のような処理をした画像データは欠陥部のみ明るさ
が局部的に変化しているため、モニタで観察すれば容易
に欠陥として認識することができ、また欠陥部での周囲
に対する明暗の反転の順序で欠陥の種類を識別すること
もできる。

次に、パターンの移動方法について第１１図により説明
する。

第１１図に示すように、被検査体位置Ｐ０〜Ｐ、があり
、前述の移動はこの図のＰｏとＰ、に相当する。この場
合、２箇所から得られる画像データのみで処理を行った
場合、同図のＨ方向に開口率が変化することによって生
じた斑は検出されるが、他の方向、例えばＶ方向に変化
が大きく、Ｈ方向に変化が小さい斑は検出されないとい
う検出感度の異方性を生ずる欠点があるが、例えば同図
のＰｏ、Ｐ＋　、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４で撮像して得た画像
データをもとに、ＰｏとＰ、、Ｐ、とＰ２、ＰｏとＰ３
、ＰｏとＰ４の組み合わせで各々について所定の処理を
行って異方性を解消することができる。また、図のＰ、
からＰ、のように円周上に配列した各位置での画像デー
タの合計を中心位置Ｐ０の画像データから減算して得ら
れる画像データに基づいて検出を行っても同様に異方性
を回避することができ、しかも視覚的に反応し易い明る
さ分布の曲率を近似した値が得られ、目視検査に近い検
査結果となる。そして、各位置で撮像して得られる画像
データには前記したランダムノイズ成分とシェーディン
グ成分、さらに固定ノイズ成分などが含まれており、ラ
ンダムノイズ成分は、各移動位置において複数フレーム
分を加算することで抑圧することができ、またシェーデ
ィング成分や固定ノイズ成分は画像データのフレーム数
の総和が「０」となるように画像データの演算をごなう
ことによって消去できる。例えば、第１１図のＰｏの位
置で３２フレ一ム分、Ｐ、で８フレ一ム分の加算を行い
、Ｐｌでの画像データを４倍した画像データからＰｏで
の画像データを減算すれば両画像データの総和は「０」
となり、シェーディング成分や固定ノイズ成分が消去さ
れる。また、Ｐ＋からＰ、の各位置において、それぞれ
４フレ一ム分の画面加算を行った場合、Ｐ、からＰ、の
画像データの加算結果は３２フレ一ム分の画像データの
加算結果に相当するからＰｏの位置で３２フレ一ム分の
画像データを加算した結果から減算すれば、同様にシェ
ーディング成分や固定ノイズ成分が消去されると共に、
明るさ分布の２次元微分値が得られる。さらに、以上の
ような処理によりシェーディング成分や固定ノイズ成分
の低減された画像データに対して平滑処理を加えると、
ランダムノイズ成分がさらに減少し、極めて軽微なムラ
成分の検出が可能になり、また微小欠陥や周期の短いム
ラによる画像データの変化を抑制することもできる。

以上のような画像処理が施された画像データをもとに製
品の良・不良の判定を自動的に行う方法も提案されてい
る。

第１２図は第１０図と同様な条件で測定した例を示し、
第１２図（ａ）〜（ｅ）は第１０図と同様であり、Ａは
開口率の変化が緩やかな部分、Ｂは開口率が周期的に変
化している部分、Ｃは開口率の変化が大きく、しかも孤
立している部分、Ｄは光学系の汚れなどによるビデオ信
号の局部的な変化成分（固定ノイズ成分）である。第１
２図（ｅ）には被検査体の開口率の変化による成分が抽
出されていることが分かる。この場合、被検査体の移動
量は、検出しようとするムラの状態により異なるが、ム
ラの変化する周期の増大に伴って被検査体の移動量も増
大し、フレームメモリの画素数に換算して２画素から２
０画素程度に設定する。次に、第１２図（ｅ）の画像デ
ータに対して、十分広い領域の画像データの平均値を減
算すると第１２図（ｆ）に示すようになり、また第１２
図（ｅ）の画像データを微分すると第１２図（ｇ）に示
すようになり、検出しようとするムラの性質に応じて所
定の闇値Ｓ、　、Ｓ、を設定することにより自動的にム
ラを検出することができる。第１２図（ｈ）は第１２図
（ｇ）の画像データに対して閾値Ｓ、　、Ｓ２を設定し
、闇値を越えた場合を「１」、越えない場合を「０」と
して示した２値化データである。そして、第１２図（ａ
）のＣに示すような孤立したムラを検出し、製品不良と
する場合は、第１２図（ｆ）または（ｇ）の画像データ
に対してＳｌのような闇値を設定すればよい。

また、第１２図（ａ）のＢに示すような周期的に変化す
るムラを検出して製品不良とする場合は、第１２図（ｆ
）または（ｇ）の画像データに対してＳ２のような閾値
を設定し、第１２図（ｈ）に示すような２値化データに
変換した後、近傍画素を加算して第１２図（＋）に示す
ような所定の領域内のムラの数、即ち密度データに変換
し、この密度データに対して所定の閾値Ｓ、を設定して
比較することにより周期的に変化しているムラのみを検
出し、その結果から製品の良・不良を判定することがで
きる。

〔発明が解決すべき課題〕

しかしながら、前述した検査方法を多色周期パターンの
検査に適用した場合、Ｒ，Ｇ、Ｂなどに着色された１組
のパターンを単位パターンとして扱うために、第１３図
に示すように周期パターンの配列ピッチが大きくなって
撮像画素との周期が接近するために撮像した映像のモア
レが強くなり、検出能力が高くできないという問題があ
り、また、そのためにビデオ信号の各色の信号レベルを
揃えて撮像した信号におけるパターンのピッチを小さく
しモアレがでないようにすると、信号レベルに差がない
ために第４図に示すような各色の境界の形状異常２１．
２２を検出することができないという不具合を生ずる。

本発明は上記問題点を解決するためのもので、高感度で
確実にカラーフィルタなどの検査を行うことができる着
色周期パターンの検査方法を提供することを目的とする
。

〔課題を解決するための手段〕

そのために本発明は、着色周期性パターンを有する試料
に光を照射し、撮像して得られた画像データから着色周
期性パターンを検査する方法において、互いに異なる波
長成分の像を読み取る複数の撮像手段により得られるビ
デオ信号に基づいて検査することを特徴とする。

〔作用〕

本発明は、着色周期性パターンを構成する各色に対応し
た波長成分の像をそれぞれ読取ることにより、着色周期
性パターンの各色の境界線の形状異常などを検出するこ
とができ、また、各色に対応するビデオ信号レベルを揃
えることにより信号レベルにおけるピッチを短くしてモ
アレの発生を防止し、解像度を高く設定して高感度の欠
陥検出を行うことが可能となる。

〔実施例〕

以下、実施例を図面を参照して説明す４゜第１図は本発
明の一実施例を示す図、第２図は光源の構成の一実施例
を示す図で、第９図と同一番号は同一内容を示している
。なお、１ａ〜ＩＣはそれぞれＲ，Ｇ、Ｂ用光源、２ａ
〜２Ｃは光ファイバ、３は光ファイバ束、４は出射口、
５はレンズ、６ａ〜６ｂはカメラコントロールユニット
（ＣＣＵ）、７は合成回路、８ａ〜８ｄはフレーム積分
回路である。

Ｒ，Ｇ、Ｂ用光源１ａ〜ＩＣは、第２図に示すようにハ
ロゲンランプ１１からの光を反射鏡１２で集光し、カラ
ーフィルタ１３を通して特定の色の光を光ファイバ２ａ
〜２ｃで受光するように構成され、各々独立に光強度を
調整できるようになっている。各光源の光を受けた光フ
ァイバ２ａ〜２Ｃを束ねた光ファイバ束３は、出射口４
で各色のファイバが均一に混合されるように束ねられて
いる。このファイバを光源としてＸＹステージ５０上に
載置された試料４６を照明し、３管式または３板式カラ
ーテレビカメラ４１で撮像する。カラーテレビカメラ４
１は、撮影レンズによる光学像を色分離プリズムなどの
光学手段でＲ，Ｇ、　Ｂ光に分離し、各々の像を別々の
撮像管またはＣＣＤで読み取るものである。カラーテレ
ビカメラ４１から得られるＲ、Ｇ、Ｂ各々のビデオ信号
とそれらを合成した信号（白黒画像と同等）はそれぞれ
フレーム積分回路でＡ／Ｄ変換された後、フレームメモ
リを使って積分処理される。画像処理装置４２では、一
連の撮像動作によって得られた４種類の画像データを順
次処理して欠陥やムラを検出する。即ち、ＲＧＢ合成画
像を観察しながら、信号レベルが各色間じになるように
Ｒ，Ｇ、Ｂの光量を調整して照明光のスペクトルを設定
すると、カラーフィルタの配列ピッチがＲ，Ｇ、Ｂを単
位としていたものが、第３図に示すように、１／３とな
り、モアレの発生が抑制され、解像度を高く設定して微
小な黒点のように高い検出能力を必要とする欠陥検出が
可能となり、高感度の欠陥検出を行うことができる。ま
た、第４図に示すような着色光でないとコントラストの
得られない、または単色光で強いコントラストを示す欠
陥やムラはＲ，Ｇ、Ｂなどの単色画像から検出できる。

なお、Ｒ，Ｇ、Ｂ各波長成分の撮像は、シリアル処理で
もパラレル処理でも可能であるが、各波長成分の撮像を
同時に行うようにすれば、シリアル処理に対して検査時
間を１／３に短縮す漬ことが可能となる。

第５図は撮像装置として冷却型ＣＯＤカメラを使用した
本発明の他の実施例を示す図で、図中、６１は冷却型Ｃ
ＣＤカメラ、６２は画像処理装置、６４はシャッタ、６
５はシャッタ駆動装置、６６は試料である。

冷却型ＣＣＤカメラ６１は、電子冷却方式等により冷却
して暗電流やノイズを無視できる程度まで大幅に減少さ
せ、暗い領域での長時間露光が可能なＣＣＤカメラで、
積算光量に対する映像信号の直線性が良好であることが
特徴であり、従来の高感度テレビカメラでも映し出せな
かった暗い領域を高画質で鮮明に写し出すことができ、
１画素・１秒間光たり数個オーダーの光子まで検出する
ことが可能である。

このような冷却型ＣＣＤカメラ６１を使用し、撮像した
ときの各色の信号レベルが同じになるように各色の光量
調整を行い、光ファイバ３により試料６６を照射してＣ
ＣＤカメラで撮像する。そして、試料なしで撮像した画
像データを１７、試料を入れて撮像した画像データを■
、シャッター４を閉じて撮像した画像データをＩｏとす
ると、試料上の点の透過率Ｔは、 １、−Ｉ。

として計算できる。ここでＬ　　１．　、ｔ、は対応す
る位置の画像データであり、シャッター閉（光量＝０）
のときの画像データが無視できれば、Ｔ＝Ｉ／Ｉ。

として透過率が得られる。この演算は画像処理装置２に
より各画像データをフレームメモリに記憶した後、画面
間演算で行うことができる。そして、冷却型ＣＣＤカメ
ラの画素数が５１２Ｘ５１２とすれば、この演算で約２
５万点の透過率データが得られることになる。こうして
得られた画像データにはシェーディングや撮像系のゴミ
等の成分は含まれていないため、この画像に対して前述
したような各検査項目に応じた画像処理を行うことによ
り１度の測定で検査を行うことが可能である。

また、光源が安定していれば画像データ■１をメモリに
記憶させておき、これを使用するようにすれば試料毎に
測定を行う必要がなく、測定時間を短縮することができ
る。

通常の固体撮像素子や撮像管では、光量と映像信号の直
線性が十分でなく、また熱電子の影響が大きく高精度の
測定は困難であり、イメージディセクタ管をフォトンオ
ウト法で用いる場合には、空間分解能や直線性、Ｓ／Ｎ
は良好であるが、撮像時間が長いという問題があった（
１画素当たりＩｍｓ程度、２５万画素として約４分）が
、本発明においては冷却型ＣＣＤカメラ１を使用するこ
とにより、数Ｓｅｃ程度で撮像でき直線性も良好となる
。

また、欠陥検出は画像データに対して、微分処理を行う
ことにより、試料移動を行うことなく、従来の撮像（フ
レーム積分）→試料移動→撮像（フレーム積分）を行っ
た結果に相当する画像データが得られその後、同様な画
像処理を行えば欠陥検出を行うことができる。この場合
、例えば第６図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のような微分処
理の空間フィルタを使用することにより特徴抽出を行え
ばよい。第６図（ａ）、（ｂ、）の空間フィルタを使用
すれば１次元のエツジ抽出を行うことができ、第６図（
Ｃ）の空間フィルタを使用すれば２次元のエツジ強調を
行うことができる。そして、画像データのバラツキ、解
像特性、検出すべき欠陥の性質などに応じて空間フィル
タを選択すれば良く、また白／黒欠陥の識別は第６図（
ｃ）の空間フィルタを使用して着目画素の大きさを判別
し、周囲画素に対する着目画素の大きさにより識別する
ことができる。

また、ムラの検出判定も第６図（Ｃ）の空間フィルタを
使用することにより、第１２図で説明したような一連の
撮像動作を行ったのと同じ結果が得られ、第１２図の場
合と同様、画面加算処理、闇値の設定を行うことにより
検出・判定まで行うことができる。

ところで、第５図の透過率測定方法では、−画素毎のデ
ータのバラツキがそのままデータに影響を与えるため高
精度の測定を行うためには測定点を中心とする小領域の
画像データ、例えば５×５ｐｉｘ〜１ＯＸ１０ｐｉｘな
どの平均値を演算する必要がある。測定点が限られてい
る場合には、ＣＰＵによる処理でも演算に要する時間は
少なくてすむが、測定点が多くなるとＣＰＵによる処理
では多くの時間を要するので、その場合には透過率デー
タが得られたフレームメモリに画像処理の１種である平
滑フィルタ処理を行った後、所定の画像データを読み出
すようにすれば高速化することが可能となる。

前述したように、冷却型ＣＣＤは積算光量に対する映像
信号の直線性が良好であることが特徴であるが、透過率
の低い試料を測定する場合には、試料なしで撮像した画
像データ１１をｍａｘに近い値に設定しても試料を入れ
て撮像した画像データ■の値が小さくなり直線性の僅か
な誤差や暗電流などが透過率値に影響する。

このため、■及び１１を撮像するときに、これらの二つ
の画像データレベルがほぼ等しく、十分な大きさを持つ
ように撮像した方が精度の高い結果が得られ、その場合
画像処理には、補正演算が必要となる。

そのための一つの方法として■、撮像時の露光時間が、
■の時の１／Ｔとなる様にシャッタを動作させてＩと１
　、をほぼ同じ値とすることが可能である。

しかし、メカシャッタには、動作時間のバラツキがある
ため、特にシャツタ開時間が短い場合には誤差が大きく
なる欠点があり、この誤差が無視できない場合には、シ
ャツタ開時間を測定し、その値によりデータを補正すれ
ば良い。

第７図はこれを実現するための本発明の他の実施例を示
す図であり、第５図と同一番号は同一内容を示している
。なお、図中、７０はハーフミラ−１７１は光センサ、
７２は測定装置である。

本実施例では、ハーフミラ−７０により撮像時の光の一
部をセンサ７１で検出し、検出信号が得られている時間
を測定装置７２で測定することにより露光時間を求める
。こうして求めた露光時間によりデータを補正し、■と
■、の二つの画像データレベルをほぼ等しくすることが
できる。

また、冷却型ＣＣＤの蓄積時間を変化させ、例えば試料
を入れて撮像した画像データＩの方を長くしてＩと１１
のレベルを等しくしてもよい。

またＩと１１の撮像時に光源の明るさを変えても同様な
結果を得ることができる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明に・よれば、着色パターンによるモ
アレの発生を防止して解像度を高く設定して高感度の欠
陥検出を行うことができると共に、単色光による画像か
ら、着色パターンの形状異常のような着色光でないとコ
ントラストの得られないまたは単色光で強いコントラス
トを示す欠陥やムラを確実に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図、第２図は光源の構
成の一実施例を示す図、第３図は着色周期パターンと撮
像信号レベルの関係を示す図、第４図は着色パターンの
形状異常を示す図、第５図は冷却型ＣＯＤカメラにより
撮像する場合の実施例を示す図、第６図は空間フィルタ
を示す図、第７図は露光時間を測定するようにした本発
明の他の実施例を示す図、第８図は従来の周期性パター
ンの検査方法を説明するための図、第９図は周期性パタ
ーンとその欠陥を説明するための図、第１０図は従来の
検出方法を説明するための図、第１１図はパターン移動
方法を説明するための図、第１２図はムラ検出の方法を
説明するための図、第１３図は着色周期パターンと撮像
信号レベルの関係を示す図である。 １　ａ　〜１　ｃ・−Ｒ，Ｇ、Ｂ月光源、２ａ〜２ｃｍ
・・光ファイバ、３・・・光ファイバ束、４・・・出射
口、５・・・レンズ、６ａ〜６ｃ・・・ＣＣＵ、８ａ〜
８ｄ・・・フレーム積分回路、４１・・・カラーテレビ
カメラ。 出　　願　　人　　大日本印刷株式会社代理人　弁理士
　　蛭　川　昌　信（外４名）第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 （ａ）　　　　（ｂ）　　　　　　（Ｃ）第７図 第８図 第９図 一°゛○○○○（ｒ− 一一一一〇σ○○〇− 第１０図 区 １　２　　　　　； −ど　　　　− 派

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）着色周期性パターンを有する試料に光を照射し、
   撮像して得られた画像データから着色周期性パターンを
   検査する方法において、互いに異なる波長成分の像を読
   み取る複数の撮像手段により得られるビデオ信号に基づ
   いて検査することを特徴とする着色周期性パターンの検
   査方法。
2. （２）撮像手段が３管式または３板式カラーテレビカメ
   ラであり、Ｒ、Ｇ、Ｂに分離したビデオ信号から検査す
   ることを特徴とする請求項１記載の着色周期性パターン
   の検査方法。
3. （３）Ｒ、Ｇ、Ｂ、及びＲＧＢを合成したビデオ信号か
   ら検査することを特徴とする請求項１記載の着色周期性
   パターンの検査方法。
4. （４）各波長成分の撮像を同時に行うことを特徴とする
   請求項１記載の着色周期性パターンの検査方法。