JPS62265512A - シヤドウマスクの検査方法 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、カラーテレビ用ブラウン管に用いられるシャ
ドウマスクの光学的性質、形状をもつ単位（以下単位パ
ターン）が−次元方向、或いは二次元方向に規則的に繰
り返し配列されている工業製品、あるいは単位パターン
が、その光学的性質、形状及び１次元方向、２次元方向
の配列ピッチが徐々に変化しながら繰り返し、配列され
ている工業製品の単位パターンの形状、大きさ、又は位
置などに起因する光学的性質の不均一性より生ずる斑や
局部的に生ずる欠陥を自動的に検査することができる光
学的な検査方法に関する。

（従来技術） 従来、シャドウマスクに生じた斑や欠陥の検査は裸眼ま
たは顕微鏡により目視的な方法に頼るのが通例である。

また、一部のシャドウマスクのように等ピッチ配列の周
期性パターンをもつ工業製品のうちの欠陥についてのみ
を検査する手段として、配列単位及び欠陥の形状を十分
に解散する様な顕微鏡的撮影手段によって得られたビデ
オ信号を調べてパターン認識を行なうか、あるいは欠陥
のないパターンを同様に撮影して得られた信号と比較す
る等の手段により欠陥を検出して検査する方法などが提
案され、一部実施されている例もある。

また、欠陥についてのみ検査する別の手段とじてシャド
ウマスクのように周期的な開口をもつ製品については、
コヒーレント光を照射シたときの周期性パターンによる
光の回折現象を利用した光学的フーリエ変換空間フィル
タリング法と称される原理を応用した欠陥検査方法が提
案されている。

（発明が解決しようとする問題点） 従来の方法によれば、シャドウマスクに生じた斑や欠陥
を検査する工程は、裸眼又は顕微鏡を用いて行なわれる
のが通例であるが、多数の製品を検査するためには、多
大な人手を必要とすることや、さらに官能検査であるた
めに信頼性や検査精度に欠けるなどの問題点があった。

また、顕微鏡的撮影手段によって得られたビデオ信号を
用いた前記方法によれば、検出しようとする欠陥の大き
さに応じた機械的精度が必要となり一話細ｆｘ欠陥な検
出するためには嵩情度の装置が必要となるため、装置が
高価となり、また顕微鏡的な撮影であるために一度に処
理できる画面の大きさが小さくなり、検査すべきパター
ン全体を検査するのに多大の時間を要するなどの問題が
あった。

さらに、また、光学的フーリエ変換空間フィルタリング
法を用いた前記方法によれば、検査速度、検出感度には
優れているものの被検査パターン毎に空間フィルターを
作成しなければならず、かつ、精密な光学系が必要とな
るために装置が高価となり、さらに、欠陥は検出できる
が、その欠陥開口の基準値に対する大小関係が判別でき
ないなどの問題がある。

上記したビデオ信号を用いた検査方法や光学的フーリエ
変換空間フィルタリング法を用いた検査方法は上記の問
題点を有するのみではなく、さらにシャドウマスクの斑
の検査については全く対応できないという問題点がある
。

そこで、本発明はシャドウマスクの斑および欠陥を同一
の検査装置を用いて同時に能率良く、高精度に検査する
ことを可能とする方法の提供を目的としたものである。

〔発明の構成〕

（発明を解決するための手段） 本発明は、シャドウマスクの単位パターンを充分に解像
しない、又は全く解像しないような大面積の撮影視野で
あっても、前記撮影視野を撮像して得られるビデオ信号
にはシャドウマスクの欠陥や開口率に関する情報が含ま
れているという点に着目し、前記ビデオ信号に含まれる
ランダムノイズ成分、ンエーディング成分および固定ノ
イズ成分などの不要な成分を消去することによって、シ
ャドウマスクの欠陥や斑に起因する信号成分を抽出し、
該信号成分をもとにシャドウマスクの欠陥および斑の検
査を行なうものである。

そして、前記シャドウマスクのパターンを画像入力装置
により複数の画素に分割して、各画素ごとのディジタル
データとしてフレーム単位に画像メモリに格納し、フレ
ーム単位の画像データを得る手段と、前記画像データを
得る段階で生じたランダムノイズ成分や光源の輝度分布
に起因するンエーディング成分および光学系又は製品に
付着した汚れに起因するパルス性のノイズ（以下固定ノ
イズと呼ぶ）などを抑圧して前記周期性パターンの斑成
分を抽出することによっセ認識し易くする手段と、以上
のようにして得られた画像データにもとづいて製品の良
、不良の判定を行なう手段とを設け、上記した目的を達
成したものである。

（作　用） 上記の本発明によれば、ディジタル的な画は処理の手法
を応用してシャドウマスクの欠陥および斑成分の抽出を
行なうことにより、欠陥および斑成分を強調して表示す
ることができ目視検査の工程において、目視認識の補助
手段として用いれば従来の方法では捕え難い欠陥および
斑を同時に容易に認識できるという作用がある。

さらに、また、抽出された前記欠陥および斑成分と判定
規準とを電気的な手段で比較することにより欠陥および
斑検査の自動化が図れるため、多大な人手を必要とせず
、製造工程の流れに合わせて迅速に精度のよい検査が行
なえるという作用もある。

（実施例） 以下、本発明を図示する実施例にもとづいて、さらに詳
しく説明する。

第１図は本発明に係る方法を実施する装置の一例を示す
ブロック図で、図中１はＴＶ左カメラ２は画像処理装置
、３は制御部、４は画像表示用ディスプレイ、５は駆動
槻構、６はシャドウマスク、７は拡散板、８は白熱ラン
プ、９は直流電源、１０はＸＹステージを示す。しかし
て、本発明の動作内容を説明すると、まず、直流電源９
で点灯される白熱ランプ８と拡散板７から成る透過照明
部によりシャドウマスク６を照明し、ＴＶカメラ１でシ
ャドウマスク６の中の検査領域を撮影して得られたビデ
オ信号を画像処理装置２に入力し、該画像処理装置の中
で、該ビデオ信号なＡ／Ｄ　変換し、フレームメモリに
格納し、後述の処理を行なうと共に、制御装置３の制御
に従って駆動機構５とＸＹステージ１０から成る被検査
体移動ま構により前記検査領域を移動し、シャドウマス
ク６の欠陥および斑の検査を行なう。

第２図はシャドウマスク６の一例を示しており１周期的
な開口を単位パターン１１として有する周期性のパター
ンである。なお、図中、１２゜１３は欠陥のある単位パ
ターンを示しており、１２は周囲の正規な単位パターン
開口より開口面積が小さい場合の一例、また、１３は周
囲の正規な単位パターン開口より開口面積が大きい場合
の一例を示している。

第３図（ａ）乃至（ｉ）は画像処理装置２の処理内容お
よびその効果を説明するために各処理工程に対応するデ
ータをアナログ波形として模式的に示したものである。

第３図（ａｌはシャドウマスク６の開口率分布の一例で
、単位パターン１１の形状がＴＶカメラ１のビデオ信号
波形において無視されるような撮像条件、例えば画像処
理装置２のフレームメモリの゛１画゛素゛に対応するシ
ャドウマスク６上の単位パターン１１が１０個程度とな
るような撮像条件とした場合について示しており、図中
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、そして、Ｅｌは第２図に示した周
囲の正視な単位パターン開口よりも開口面積が大きい欠
陥１３のような欠陥部分にそれぞれ対応している。

第３図（ｂ）は画像処理装置２に入力されたＴＶ左カメ
ラの走査線１本分のビデオ信号波形で、第３図１′ａ）
に示した開口率分布に対応しており、前記透過照明部の
照度分布の不均一性、撮像面の、感度分布の不均一性な
どによる緩やかな変化を示す信号成分（ンエーディング
成分）とビデオ信号の処理回路で発生するランダムノイ
ズ成分、および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）Ｄが示されている。

第３図（Ｃ）は画像処理装置２により前記ランダムノイ
ズ成分を抑圧した結果の画像データを示しており、前記
ビデオ信号をフレームメモリに記憶し、Ｎ枚のフレーム
を加算することによって、フレーム間に変化のない信号
成分は増加するのに対して、ランダムノイズ成分はフレ
ーム間に相関がないため平均振幅で１八公に減衰するこ
とを利用してランダムノイズ成分を抑圧したものである
。なお、フレームメモリはＮ枚用いてもよいが、１枚の
フレームメモリを巡回型構成で用いることにより同様の
効果が得られる。

さらに第３図（ｄｌは被検査体６を微小移動させた後、
上記したランダムノイズ成分の抑圧を行なった結果を示
している。

そして第３図（ｅ）は第３図（Ｃ１に示した画像データ
から第３図Ｃｄ）Ｋ示した画像データを減算した結果の
画像データで、第３図（Ｃ１，（ｄ）の画像データに含
まれるンエーディング成分や固定ノイズ成分で代表され
るンヤドゥマスク６の微小移動によって変化しない成分
が消去されて、シャドウマスク６の開口率の変化による
成分が抽出され、その結果、低減されたランダムノイズ
成分および前記移動の前後での撮像時の照明光強度や撮
像系の感度の微かな変動などによる画像データの平均値
の変化成分（直流成分）が残るのみであることを示して
いる。なお、シャドウマスク６の微小移動の移動量は、
検出しようとする斑の状態により異なるが、斑の変化す
る周期の増大に伴ってシャドウマスク６の移動量も増加
し、本実施例ではフレームメモリの画素数に換算して２
画素から２００画素範囲が適値である。

以上は、シャドウマスク６を一次元方向に１回微小移動
し、その前後で撮像して得た２画面間の画［３！データ
にもとづいて処理し、欠陥および斑成分を抽出する方法
を示したものであるが、移動前に画面加算を行なって得
られた画像データタから移動後の画面の画像データを前
記画面加算の回数と同一の画面数分減算しても全く同一
な結果となる。またその際の処理は、１画面分のフレー
ムメモリによって行なうことができる。

第４図（ａ）　、　（ｂ）はシャドウマスク６を微小移
動させる際の移動方法を説明するために移動位置を模式
的に示したものであり、図中ＰｏからＰ８はシャドウマ
スク６の撮像位置に対応している。

例えば上記した移動によって撮像した位置は同図（ａ）
のＰｏとＰｌに相当する。しかし、斑に関してはこの２
箇所から得られる画像データのみで処理を行なった場合
、同図（ａ）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■方向に変
化が大きく。

１１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（ａｌの
ＰＯｓ　”ｌ　ＨＰ２＊　Ｐ５ｇ　Ｐ４で撮象して得た
画］象デー゛夕をもとに、ＰｏとＰｌ、ＰｏとＰｌ、　
ＰｏとＰ５．ＰｏとＰ４　　の組合せで各々について第
３図（ｅ）で説明した処理を行なうことによって各々の
方向での変化が検出できるため前記異方性が解消される
。また第４図（ａ）のＰｌからＰＩＩまたは、第４図（
ｂｌのＰｌからＰ４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Ｐｏの画像データから減
算して得られる画像データにもとづいて検出処理を行な
っても、上記した異方性が回避でき、しかも視覚的に反
応し易い明るさ分布の曲率（又は、２次微分値）を近似
した値に相当する画像データが得られ、目視検査に近い
検査結果となる。

また、第４図（ａ）、　（ｂ）において、中心点Ｐｏと
その周囲までの距離Ｒはシャドウマスクの移動距離を示
している。前記距離Ｒを小さな値に設定すると微細な欠
陥の検出が容易になり、また前記距離Ｒを大きな値に設
定すると周期の長い、開口率変化によって生じた斑の検
出が容易になるという検出特性がある。従って、前記距
離凡の値は検出しようとする欠陥および斑の性質を考慮
して決定されるものである。

ところで以上はシャドウマスク６の移動方法を中心に説
明したものであるが、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ンエーディング
成分さらに固定ノイズ成分などが含まれており、これら
の不要な成分を低減させる方法を次に述べる。まずラン
ダムノイズ成分は前述した方法と同様にして第４図（ａ
）に示した各移動位置において、複数フレーム分を加算
することで抑圧できる。またンエ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行なうことによって消去
できる。

例えば第４図（ａ）のＰｏの位置で３２フレ一ム分、Ｐ
ｌで８フレ一ム分の加算を行ない、Ｐ、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
れば両画像データが３２フレ一ム分相当の画像データを
加算したことになるため、該両画像データのフレーム数
の総和は「０」となりンエーディング成分や固定ノイズ
成分が消去される。さらに別の例を示すと、第４図（ａ
）のＰｌからＰ８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なった場合、ｐ、からＰ８　　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上記の例と同
様にンエ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次微分館が得られる。

さらに、また１以上のような処理によりンエーディング
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
少し極めて軽微な斑成分の検出が可能になり、また微小
欠陥や周期の短かい斑による画像データの変化を抑制し
て周期の長い斑成分を選別して検出することもできる。

以上説明した処理を被検査体６の全領域に対して行ない
、得られた画像データを画像表示用ディスプレイ４で観
測すれば斑や欠陥の発生している部分のみ輝度レベルの
変化として現われるため、斑や欠陥を容易に認識するこ
とができる。

次に上記の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なう方法について述べる
。

第３図（ｆ）、　（ｇ）は第３図（ｅ）の画像データか
ら直流成分を除去した画像データを示すもので、第３図
（ｆ）は第３図（ｅ）に示した画像データの十分広い領
域の画像データの平均値を減算して求めた画像データ、
第３図（ｇ）は第３図（ｅ）の画像データを微分した画
像データを示すものである。そして、検出しようとする
斑の性質に応じて所定の閾値（８１，Ｓｌ）を設定する
ことにより自動的に斑が検出される。

第３図［ｈｌは第３図ｔｇｌの画像データに対して、閾
値Ｓ１およびＳｌを設定し、閾値な越えたものを「１」
、越えないものを「０」として示した２値化データであ
る。さらに閾値と斑との関係を説明すると、まず第３図
（ａ）の中のＣに示されるような孤立した斑を検出し製
品不良とする場合、第３図（ｆｌ、　ｆｇ）の画像デー
タに対しＳｌのような閾値を設定すればよい。また別の
列として、第３図（ａ）の中のＢＫ示されるような同期
的に変化している斑を検出し製品不良とする場合、第３
図（ｆ）。

（ｇ）の画像データに対しＳ２のような閾値を設定した
後、第３図（ｈｌに示すような２値化データに変換し、
さらに第３図（ｉ）のような該２値化データから所定の
領域内の斑の数、すなわち密度データに変換し、該密度
データに対し、所定の閾値Ｓ５を設けて比較を行なうこ
とによって、周期的に変化している斑のみを検出し、そ
の結果から製品の良・不良判定が可能となり、目視検査
に近い検査結果が得られる。

そして、第３図（ａ）に示した開口率分布の中の欠陥部
Ｅ、に対応するような欠陥開口は、斑による画像データ
の変化が抑制されるようにシャドウマスクの移動距離を
小さくし、近接した２点の撮像位置で撮像して得た画像
データから第３図（ｆｌまたは第３図（ｇｌに相当する
画像データに変換すれば前記欠陥部Ｅ１のみ大きな値と
なるため、所定の値と前記値とを比較すれば容易に検出
することができる。さらに、上記した２点の撮像位置が
、前記画像データの画素の配列方向に対して、画素ピッ
チの整数倍となるように定めれば、第３図（ｆ）に示さ
れた欠陥信号Ｅ２．　Ｅ３近傍の信号レベルの平均値に
対する上、下の対称性にもとづいて開口面積の大小判別
や偽欠陥の除去を施すこともできる。なお、上記欠陥信
号を画数表示用ディスプレイ４を用いて観察すれば、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（
白点・黒点）が識別される。

次に、上記した撮像手段が、シャドウマスクの各撮像点
において、ブラウン管内に設置されたシャドウマスクに
対する電子ビームの入射角に近い撮影角度で撮像できる
ように構成した場合の実施例について説明する。第５図
はブラウン管の構造を示す説明図、第６図は本発明にお
けるＴＶ左カメラとシャドウマスク６との関係を示す説
明図である。第５図に示されるようにシャドウマスクは
ブラウン管１５の螢光面の形状に合せて円筒面の一部、
或いは球面の一部などの曲面に成形成いは支持部材によ
って保持される場合がほとんどである。

そこで、第５図、第６図に示すように、ＴＶ左カメラに
よる写角の設定に際しては、ブラウン管内でのシャドウ
マスクに対する電子ビームの入射角ｅと撮影に寄与する
照明光のなす角度σが一致もしくは最も近くなるように
写角を設定すれば、シャドウマスク上の各点での電子ビ
ームの通過する方向から見た開口形状不良や斑、すなわ
ちカラーＴＶブラウン管で表示する映像の欠陥や斑の原
因となるシャドウマスクの欠陥開口や開口率の斑を最も
適切に検出することができる。

次に、以上の実施測知よりシャドウマスク６の欠陥およ
び開口率が周期的に変化していることにより生じた斑を
自動検査した例を示す。被検査体６のｌｉ位パターン１
１の直径が１００μｍ。

配列ピッチが３００μｍで、第２図に示すような配列を
もつ周期性パターンを第１図に示すような透過光により
照明し、撮像管を用いたＴＶカメラｌで３００．ｕｙ：
、２２０ｍの領域を撮影し、そして、第４図（ｂ）に示
すように、Ｐ［＋−％Ｐ５の各撮影位置において、Ｒを
５ｍ、Ｙを画素ピッチの２倍に設定し、前記各撮影位置
にシャドウマスクを移動させて撮像して得た各画像デー
タからｐ。

とＰ５における画像データの差にもとづいて処理した結
果、単位開口の直径が１０μｍ異なる欠陥まで検出でき
た。また、ＰＯの画像データからＰ１〜Ｐ４での画像デ
ータを減算して得られる画像データにもとづいて処理し
た結果、透過光で観察したときの明るさの変化が０．５
ｍ程度と目視検査の検出限界に近い開口率の変化を検出
し、製品の良・不良を適確に判定することができた。

さらに１周囲の開口に対する開口率の大小判定までも行
なうことができた。なお、本発明で示した撮像方法は、
斑や欠陥の情報を含むビデオ信号が得られるものであれ
ば全て使用できる。

例えば撮像管や固体撮像素子（エリアセンサまたはライ
ンセンサ）を用いたＴＶ左カメラフォトディテクタとフ
ライングスポット管を用いた撮像装置などによる方法が
上げられる。

また、本発明による方法は、シャドウマスクの検査に限
られるものではなく、単位パターンの繰返し配列から成
る工業製品、例えばＴＶカメラ用のカラーストライプフ
ィルター、映１象用のグロジェクンヨンスクリーン、液
晶表示装置用のカラーフィルターなどの斑や欠陥の検査
にも応用できる。

〔発明の効果〕

以上のとおり、本発明によれば、シャドウマスクの微小
な欠陥や斑を該シャドウマスクの単位開口が解像されな
いような広い撮影視野で撮像して、その画像データを処
理することにより、一種類の検査装置によって同時に前
記欠陥や斑を検出し、さらに前記欠陥の種類（白点・黒
点）の判別を自動的に行なうことができる。

また、画像表示用ディスプレイに前記画像データの処理
結果を表示することにより、前記画像データの処理結果
を表示することにより、前記欠陥や斑を視覚的に認識し
易くするという効果がある。

さらにまた、本発明によれば、撮像系の解像度に対する
検出感度の依存度が低いため、球面形状、円筒面形状な
どの立体形状と成形、或いは保持されているシャドウマ
スクの検査にも容易に適用でき、広範囲だわたるンヤド
ゥマスクの斑や欠陥の検査に対しても自動化を容易に行
なえ、検査精度、信頼性及び能率の向上などの効果も得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発゛明に係る方法を実施するための装置の一
例を示すプロ、り図、第２図はシャドウマスクのパター
ン形状の一例を示す説明図、第３図（ａ）乃至（ｉ）は
本発明の動作を示す波形図、第４図ｉａ）　、　（ｂ）
は本発明の動作を示す説明図、第５図はブラウン管内で
のシャドウマスクの状態を示す説明図、第６図はＴＶ左
カメラシャドウマスクを撮影したときの写角の説明図で
ある。 ｌ・・・・・・・・・ＴＶ左カメ ラ・・・・・・・・・画像処理装置 ３・・・・・・・・・制御部 ４・・・・・・・・・画像表示用ディスプレイ５・・・
・・・・・・駆動機構 ６・・・・・・・・・被検査体 ７・・・・・・・・・拡散板 ８・・・・・・・・・白熱ランプ ９・・・・・・・・・直流電源

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）単位パターンの繰り返し配列から成るシャドウマ
   スクにおける光学的性質の均一性の乱れにより生じた斑
   およびシャドウマスクの局部的な欠陥を検査する方法に
   おいて、シャドウマスクを撮像し、画素分解してフレー
   ム単位の画像データを得るための撮像手段と、該シャド
   ウマスクを所定の位置へ移動するための移動手段と、該
   シャドウマスクを複数の位置へ移動して得られる画像デ
   ータに基づいて該シャドウマスクの均一性の乱れおよび
   局部的な欠陥を検出するための検出手段とを設けた構成
   であることを特徴とするシャドウマスクの検査方法。
2. （２）上記した画像データが複数フレームの画像データ
   を加算して得た画像データであることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のシャドウマスクの検査方法。
3. （３）上記した画像データが該シャドウマスクの各位置
   で得られる各画像データのフレーム数の総和が「０」と
   なるように処理して得た画像データであることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項または第２項記載のシャドウ
   マスクの検査方法。
4. （４）上記した画像データが該シャドウマスクにおける
   光学的性質の分布の曲率に応じた値となるように該シャ
   ドウマスクを複数の位置に移動し、処理して得た画像デ
   ータであることを特徴とする特許請求の範囲第１項、第
   ２項または第３項記載のシャドウマスクの検査方法。
5. （５）上記した画像データが該シャドウマスクの所定の
   位置関係にある２点間の光学的性質の差の分布となるよ
   うに移動し、処理して得られた画像データであることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項または第３項
   記載のシャドウマスクの検査方法。
6. （６）上記した処理が該シャドウマスクの光学的性質の
   変化が所定レベル以上となる画素の密度が所定の値以上
   となる部分を不良として認識できるような処理であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項、第３項
   、第４項または第５項記載のシャドウマスクの検査方法
   。
7. （７）上記した所定の位置が画素の配列ピッチの整数倍
   の距離となるように構成されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項、第２項または第３項記載のシャド
   ウマスクの検査方法。
8. （８）上記した撮像手段が、該シャドウマスクの各撮像
   点において、ブラウン管内でのシャドウマスクに対する
   電子ビームの入射角に近い撮影角度で撮像できる構成で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項ま
   たは第３項記載のシャドウマスクの検査方法。