KR101263973B1 - 경사 전송 조명 검사시스템 및 유리시트 검사방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유리시트(예컨대, LCD 유리기판) 상의 또는 내의 결함(예컨대, 내부 함유물, 표면 상 함유물, 긁힘, 얼룩, 기포, 코드, 또는 불연속 표면이나 비균질 재료와 관련된 다른 결함)을 확인하기 위해 사용되는 경사 조명 검사시스템 및 방법에 관한 것이다.

유리시트, CCD 카메라, 광원, 광 센서, 결함, 3차원, 광축, 조명 시스템

Description

경사 전송 조명 검사시스템 및 유리시트 검사방법{OBLIQUE TRANSMISSION ILLUMINATION INSPECTION SYSTEM AND METHOD FOR INSPECTING A GLASS SHEET}

본 발명은 유리시트 상의 또는 내의 결함을 확인하기 위한 경사 조명 검사시스템 및 방법에 관한 것이다.

유리시트 제조자들은 항상 유리시트(예컨대, 액정표시장치(LCD)용 유리기판) 상의 또는 내의 결함(예컨대, 긁힘, 얼룩, 내부 함유 미립자)을 확인하기 위해 사용될 수 있는 새로우면서 향상된 검사시스템을 설계하려 시도하고 있다. 오늘날 현재 사용되고 있는 타입의 검사시스템은 유리시트 상의 또는 내의 결함을 검출하고, 특성화하여, 분류하기 위해 명시야 조명기술(bright field illumination technique)에 의존하고 있다. 이러한 타입의 검사시스템은 이하 도 1(종래기술)을 참조하여 기술한다.

도 1(종래기술)은 유리시트(102)를 검사하여 유리시트(102) 상의 또는 내의 결함(104; 하나만 도시)을 확인하기 위해 현재 사용되는 기존의 명시야 조명 검사시스템을 나타낸다. 상기 검사시스템(100)은 광원(106; 광선로 광원) 및 CCD 카 메라(108)를 포함한다. 광원(106) 및 CCD 카메라(108)는 유리시트(102)의 대향측에 위치되고, 광원(106)은 CCD 카메라(108)의 광축(110) 상에 위치된다. 동작시에, 광원(106)은 유리시트(102)의 일부를 통과하는 광선(112)을 방출한다. 도시한 바와 같이, CCD 카메라(108) 및 특히 카메라 렌즈(109)는 투명한 결함을 편향되지 않고 통과하는 직사광(112)을 수신한다. 또한, CCD 카메라(108)/카메라 렌즈(109)는 투명한 결함(104)에 의해 회절되는 광 112a (D⁺) 및 112a (D^-)를 수신한다. 카메라 렌즈(109)는 CCD 카메라(108)의 이미지 평면 상에 광 112a (D⁺) 및 112a (D^-)를 포커스한다. 그러면, CCD 카메라(108)는 결함(104)을 검출하고, 특성화하여, 분류하기 위해 사용되는 이미지를 생성한다.

이러한 조명 타입이 콤팩트한 디자인을 제공하고 산업표준의 조명기술에 채용될 지라도, 실리카(silica), 긁힘, 및 얼룩과 같은 소정의 투명한 유리 결함의 이미지 대비(contrast)는 비교적 약하다(도 5 참조). 상기의 약한 이미지 대비는 투명한 결함(104)의 특성화 및 분류화를 방해하여, 검사공정의 질에 나쁜 영향을 미친다. 이러한 약한 이미지 대비는 주로 투명한 결함(104)을 편향되지 않고 통과하는 광(112)과 투명한 결함(104)에 의해 회절되는 광 112a (D⁺) 및 112a (D^-)간 간섭에 의해 야기된다. 이러한 구성에 있어서, 광 112a (D⁺) 및 112a (D^-)은 이미지의 투명한 결함(104)의 이미지 대비를 본질적으로 제거하기 위해 비편향 광(112) 과 간섭하는 양의 회절 차수 D⁺ 및 음의 회절 차수 D^-를 각각 갖는다. 상기 2개의 문제가 있는 회절 차수 D⁺ 및 D^-는 명시야 조명기술에서의 대칭(즉, 광원(106)이 CCD 카메라(108)의 광축(110) 상에 위치된)으로 인해 제공된다. 그 결과의 약한 이미지 대비 및 명시야 조명 검사시스템과 관련된 또 다른 문제는 본 발명에 의해 처리된다.

본 발명은 광원(들)과 CCD 카메라간 조명 대칭이 깨지는 경사 조명기술을 이용하는 검사시스템을 포함한다. 이는 이미지의 질을 향상시킨다. 또한, 이러한 타입의 검사시스템은 이미지로부터 불연속 유리표면의 높이를 간접적으로 추출할 수 있게 한다. 따라서, 추가적인 불연속 유리표면 높이 센서 사용의 필요성이 없어진다.

첨부되는 도면과 함께 이하의 상세한 설명에 의해 본 발명을 보다 더 잘 이해할 수 있을 것이다.

도 1(종래기술)은 기존의 명시야 조명 검사시스템의 기본 구성요소를 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 경사 조명 검사시스템의 기본 구성요소 를 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 경사 조명 검사시스템의 기본 구성요소를 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 도 3에 나타낸 경사 조명 검사시스템을 이용함으로써 얻어진 몇개의 결함 이미지를 나타낸다.

도 5는 본 발명에 따른 도 1에 나타낸 기존의 명시야 조명 검사시스템을 이용함으로써 얻어진 몇개의 결함의 이미지와 도 3에 나타낸 경사 조명 검사시스템을 이용함으로써 얻어진 몇개의 동일한 결함의 이미지를 나타낸다.

도 6은 본 발명에 따른 유리시트를 검사하기 위한 바람직한 방법의 기본 단계를 설명하는 흐름도이다.

본 발명은 광원(106)이 CCD 카메라(108)의 광축(110) 상에 위치될 때(도 1 참조) 조명의 대칭을 깨뜨림으로써 공지의 명시야 조명 검사시스템과 관련된 이미지 대비 문제를 처리한다. 상기 대칭은 하나 이상의 광원이 CCD 카메라의 광축 상에 위치되거나 위치되지 않는 경사 조명기술(비대칭 조명기술)을 이용함으로써 깨질 수 있다. 2개의 예시의 경사 조명 검사시스템(200, 300)이 도 2 및 3을 참조하여 다음에 기술된다.

도 2에는 유리시트(202)를 검사하여 유리시트(202) 상의 또는 내의 결함(204; 하나만 도시)을 확인하기 위해 이용될 수 있는 경사 조명 검사시스템(200) 이 도시된다. 검사시스템(200)은 광원(206; 예컨대, 광선로 광원) 및 CCD 카메라(208)를 포함한다. 광원(206) 및 CCD 카메라(208)는 유리시트(202)의 대향측에 위치되고, 반면 광원(206)은 CCD 카메라(208)의 광축(210)을 벗어나 위치된다(이는 조명 대칭 깨짐을 달성한다). 동작시에, 광원(206)은 유리시트(202)의 일부를 통과하는 광선(212)을 방출한다. CCD 카메라(208) 및 특히 카메라 렌즈(209)는 투명한 결함을 편향되지 않고 통과하는 광(212)을 수신한다. 또한, CCD 카메라(208)/카메라 렌즈(209)는 투명한 결함(204)에 의해 회절되는 광 212a (D^-)를 수신한다. 그러나, CCD 카메라(208)/카메라 렌즈(209)는 광 212a (D⁺)는 수신하지 않는다. 카메라 렌즈(209)는 CCD 카메라(208)의 이미지 평면(211) 상에 광 212 및 212a (D^-)를 포커스한다. 그러면, CCD 카메라(208)는 결함(204)을 검출하고, 특성화하여, 분류하기 위해 사용되는 고대비 이미지를 생성한다(도 4 및 5 참조).

경사 조명기술은 공지의 명시야 조명기술과 비교하여 실리카, 긁힘, 및 얼룩과 같은 투명한 유리 결함의 보다 높은 대비를 갖는 이미지를 생성한다(도 5 참조). 도 1(종래기술)과 관련하여 상술한 바와 같이, 대칭의 명시야 조명 검사시스템(100)은 투명한 결함(104)을 편향되지 않고 통과하는 광(112)과 투명한 결함(104)에 의해 회절된 광 112a (D⁺) 및 112a (D^-)간 간섭으로 인해 약한 대비를 갖는 이미지를 생성한다. 특히, 광 112a (D⁺) 및 112a (D^-)은 이미지의 투명한 결함(104)의 이미지 대비를 본질적으로 제거하기 위해 비편향 광(112)과 간섭하는 양 의 회절 차수 D⁺ 및 음의 회절 차수 D^-를 각각 갖는다.

이것은 CCD 카메라(208)의 광축(210)으로부터 광원(206)을 오프셋팅(offsetting)함으로써 조명 대칭이 깨지기 때문에 경사 조명기술의 문제는 아니다. 특히, 경사 조명기술에 있어서 회절된 광 212a (D⁺) 및 212a (D^-)의 상보적 회절 차수 중 어느 하나는 억제되고 광 212a (D^-)로서 본 예에 나타낸 나머지 회절 차수만이 비편향 광 212a와 간섭하게 한다. 이것은 대칭의 명시야 조명 검사시스템(100)에 의해 얻어진 이미지보다 더 높은 대비를 갖는 생성되는 이미지를 야기한다(도 5 참조).

도 3에는 유리시트(302)를 검사하여 유리시트(302) 상의 또는 내의 결함(304; 하나만 도시)을 확인하기 위해 사용될 수 있는 또 다른 경사 조명 검사시스템(300)이 도시된다. 상기 검사시스템(300)은 제1광원(306a; 예컨대 제1광선로 광원), 제2광원(306b; 예컨대 제2광선로 광원), 및 CCD 카메라(308)를 포함한다. 상기 제1 및 제2광원(306a, 306b)은 유리시트(302)의 한측 상에 위치되고, 반면 CCD 카메라(308)는 유리시트(302)의 반대측 상에 위치된다. 볼 수 있는 바와 같이, 양쪽 광원(306a, 306b)은 카메라(308)의 광축(310)으로부터 벗어난다. 제1광원(306a)은 제2광원(306b)보다 광축(310)에 가깝게 위치된다. 결과적으로, 제1광원(306a)은 CCD 카메라(308)의 시야(314)를 가로지르는 저속 방향성의 경사 조명을 제공하고 대다수의 이미지 대비 향상에 책임을 진다. 제2광원(306b)은 CCD 카메라(308)의 시야(314)를 가로지르는 좀더 균형잡힌 조명을 제공하고 결함(304)의 엣 지의 이미지 향상에 책임진다.

동작시에, 광원(306a, 306b)은 유리시트(302)의 일부를 통과하는 광선(316, 318)을 각각 방출한다. CCD 카메라(308) 및 특히 카메라 렌즈(309)는 투명한 결함(304)을 편향되지 않고 통과하는 광(316)을 수신한다. 또한, CCD 카메라(308)/카메라 렌즈(309)는 투명한 결함(304)에 의해 회절된 광 316a (D1^-)를 수신한다. 더욱이, CCD 카메라(308)/카메라 렌즈(309)는 투명한 결함(304)에 의해 회절된 광 318a (D2⁺)를 수신한다. 그러나, CCD 카메라(308)/카메라 렌즈(309)는 광 316a (D1⁺), 318 및 318a (D2^-)는 수신하지 않는다. 다음에, 카메라 렌즈(309)는 CCD 카메라(308)의 이미지 평면(311) 상에 광 316, 316a (D1^-) 및 318a (D2⁺)를 포커스한다. 그러면, CCD 카메라(308)는 결함(304)을 검출하고, 특성화하여, 분류하기 위해 사용되는 고대비 이미지를 생성한다(도 4 및 5 참조). 만약 하나의 광원(206)만이 경사 조명 검사시스템(200)의 경우에 사용될 경우에는, CCD 카메라(208)의 시야를 가로지르는 강도 경사가 존재한다. 이것은 대비 향상 효과를 개선시킬 필요가 있다. 그러나, 이러한 경사는 이미지 처리 동안 소프트웨어에 의해 제거되어야 한다. 반대로, 만약 2개의 광원(306a, 306b)이 경사 조명 검사시스템(300)의 경우에 사용될 경우에는, 이러한 경사가 어느 정도 작아져 이미지의 처리 동안 경사를 제거할 필요가 없어진다.

기존의 명시야 조명기술 이상의 경사 조명기술의 장점은 이미지 대비 및 해 상도가 향상된다는 것이다. 예컨대, 표준 명시야 조명기술 하에서 2차원으로 나타나는 긁힘, 얼룩, 및 표면 상 함유물과 같은 유리 표면 결함(204)들이 본 발명의 경사 조명기술 하에서 이제는 3차원으로 나타난다. 이러한 향상된 차원성은 유리시트(202, 302)를 검사하는 인간 조작자가 좀더 정확한 결함 분류 판단을 행할 수 있게 한다. 또한, 그러한 좀더 정확한 결함 분류 판단은 결함 때문에 그릇되게 버려지는 유리시트(202, 302)를 최소화 한다. 따라서, 도 4에는 경사 조명 검사시스템(300)을 시험할 때 얻어지는 몇개의 표면 결함의 이미지를 나타낸다. 볼 수 있는 바와 같이, 이미지는 여러 결함(304)의 3차원 특성을 명확하게 나타낸다. 이들 이미지는 얼룩 및 미립자가 거의 눈에 보이지 않거나 불투명하게 나타날 수 있는 공지의 명시야 조명기술에 의해 얻어진 이미지보다 훨씬 양호한 품질을 갖는다. 기존의 명시야 조명 검사시스템(100)에 의해 얻어진 이미지와 경사 조명 검사시스템(300)에 의해 얻어진 이미지간 차이의 비교는 도 5의 사진들을 살펴봄으로써 이루어질 수 있다. 볼 수 있는 바와 같이, 실리카(Silica)/플래티넘(Pt) 결함들이 기존의 명시야 조명 검사시스템(100)에 의해 얻어진 명시야 이미지에서는 거의 보이지 않는다. 반면, 그 동일한 실리카/플래티넘 결함들이 경사 조명 검사시스템(300)에 의해 얻어진 경사 시야 이미지에서는 명확하게 보인다.

기존의 명시야 조명기술 이상의 경사 조명기술의 또 다른 장점은 경사 조명기술이 유리시트(202, 302) 내에 묻혀있는 결함(204, 304)에 의해 야기된 불연속 표면의 높이를 질적으로 측정할 수 있게 한다는 것이다. 불연속 표면의 높이는 표면 결함 이미지의 결함(204, 304) 주변의 대비 변화를 분석함으로써 간접적으로 계산될 수 있다(도 5 참조). 특히, 불연속 표면의 높이는 (1) 표면 결함 이미지의 결함(204, 304)의 좌측 상의 광의 강도를 결정하고, (2) 표면 결함 이미지의 결함(204, 304)의 우측 상의 광의 강도를 결정하며, (3) 불연속 표면의 높이와 직접적으로 관련된 강도들의 차이를 결정하기 위해 상기 첫번째 강도와 두번째 강도를 비교함으로써 측정될 수 있다.

기존의 명시야 조명 검사시스템(100)이 불연속 표면의 높이를 질적으로 측정할 수 있게 하는 이미지를 생성하지 못하기 때문에, 본 발명을 이용하여 불연속 표면의 높이를 질적으로 측정하기 위한 능력은 기존의 명시야 조명 검사시스템(100) 이상의 뚜렷한 발전이다. 대신, 추가의 불연속 오프-라인 표면 높이 센서가 이러한 높이 측정을 행할 필요가 있고, 이는 결함 검사공정을 느리게할 수 있다. 경사 조명 검사시스템(200, 300)은 각각의 불연속 표면 높이 센서를 사용할 필요성이 없다. 이는 비용을 절약함과 더불어 유리시트(202, 302)가 검사될 수 있는 속도를 증가시킨다.

도 6은 본 발명에 따른 유리시트(202, 302)를 검사하기 위한 바람직한 방법(600)의 기본 단계를 설명하는 흐름도이다. 단계 602에서 시작하는데, 광센서(206, 306a, 306b; 경사 조명 시스템을 형성하는)가 유리시트(202, 302)의 적어도 일부를 조명하기 위해 사용된다. 단계 604에서, CCD 카메라(208, 308)가 유리시트(202, 302)의 조명된 부분의 적어도 일부의 이미지를 생성하기 위해 사용된다. 다음에, 유리시트(202, 302)의 결함(204, 304; 만약 있다면)을 검출하고, 특성화하여, 분류하기 위해 상기 이미지가 분석된다. 바람직한 실시예에 있어서, 상기 이미지는 카메라 노이즈(픽셀 변화, 먼지 등) 및 조명 경사를 제거하는 방식으로 분석될 것이다. 또한, 상기 이미지는 원하지 않는 미립자(예컨대, 크기에 기초한)를 제거하고 나머지 결함(204, 304)의 크기를 자동으로 측정하도록 분석된다.

본 발명의 경사 조명기술의 몇몇 추가적인 특징, 장정 및 사용은 다음과 같다:

＊ LCD 디스플레이 제품들 내에 통합되는 유리시트(유리기판)의 제조자들에게는 경사 조명 검사시스템(200, 300)의 사용에 따른 혜택이 있을 것이다. 이후, 이들 유리시트는 긁힘, 얼룩 및 내부 함유 미립자와 같은 결함으로부터 자유로워질 것이다. 제조자들은 유리시트가 패킷되어 LCD 디스플레이 제품을 조립하는 고객에게 선적되기 전에 제조의 최종라인 상에서 유리시트를 검사하기 위해 검사시스템(200, 300)을 이용할 수 있다.

＊ 여기에 기술된 검사시스템(200, 300)은 기존의 명시야 조명 검사시스템 이상의 이미지 대비를 향상시키기 위한 경사 전송 조명기술을 이용한다. 경사 조명 외에 이용될 수 있는 몇가지 다른 대비 향상 기술이 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 몇가지 이들 기술은 다음과 같다:

ㆍ 코히어런트 조명

(Coherent illumination)

ㆍ 상 대비 조명

(Phase contrast illumination)

ㆍ 차동 간섭 대비 조명

(Differential interference contrast illumination

ㆍ 싱글 사이드밴드 엣지 강화 마이크로스코피

(Single sideband edge enhancement microscopy)

＊ 검사시스템(200, 300)은 내부 함유물, 표면 상 함유물, 긁힘, 얼룩, 기포, 코드(cord), 또는 불연속 표면(예컨대)과 같은 각기 다른 타입을 검출하고, 특성화하여, 분류할 수 있다.

＊ 상술한 유리시트(202, 302)는 미국특허 제3,338,696호 및 제3,682,60호에 기술된 퓨전공정에 따라 제조될 수 있다. 이들 특허의 내용은 참조로 여기에 반영된다.

비록 본 발명의 2개의 실시예가 첨부 도면 및 상술한 설명에 의해 기술했을 지라도, 본 발명은 기술한 실시예로 한정하지 않으며, 이하의 청구항에 의해 정의된 본 발명의 목적을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 재정렬, 변형 및 치환할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

Claims (26)

1. 유리시트의 적어도 일부를 조명하기 위해 경사 조명 시스템을 사용하고;

   유리시트의 조명된 부분의 적어도 일부의 이미지를 생성하기 위해 카메라를 사용하며,

   유리시트의 결함을 검출하고, 특성화하여, 분류하기 위해 상기 이미지를 분석하는 단계; 및

   만약 결함이 유리시트 내에 묻혀있을 경우 야기되는 불연속 표면의 높이를 간접적으로 측정하기 위해 상기 이미지를 분석하는 단계;를 포함하며,

   상기 측정하기 위해 상기 이미지를 분석하는 단계는:

   이미지의 결함의 제1측 상의 광의 제1강도를 결정하고;

   이미지의 결함의 제2측 상의 광의 제2강도를 결정하며;

   불연속 표면의 높이와 직접적으로 관련된 강도들의 차이를 결정하기 위해 상기 제1강도와 제2강도를 비교하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유리시트 검사방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 경사 조명 시스템은 싱글 소스 오프 축 전송 광 시스템인 것을 특징으로 하는 유리시트 검사방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 경사 조명 시스템은 듀얼 소스 오프 축 전송 광 시스템인 것을 특징으로 하는 유리시트 검사방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 결함은 내부 함유물, 표면 상 함유물, 긁힘, 얼룩, 기포, 코드, 또는 불연속 표면인 것을 특징으로 하는 유리시트 검사방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 이미지는 3차원으로 결함을 나타내는 것을 특징으로 하는 유리시트 검사방법.
6. 삭제
7. 유리시트의 적어도 일부를 조명하는 경사 조명 시스템; 및

   상기 유리시트의 조명된 부분의 적어도 일부의 이미지를 생성하는 카메라를 포함하고,

   상기 이미지는 유리시트의 결함을 검출하고, 특성화하여, 분류할 수 있게 하고,

   만약 결함이 유리시트 내에 묻혀있을 경우 야기되는 불연속 표면의 높이를 상기 이미지로 하여금 간접적으로 측정할 수 있게 하되,

   이미지의 결함의 제1측 상의 광의 제1강도를 결정하고;

   이미지의 결함의 제2측 상의 광의 제2강도를 결정하며;

   불연속 표면의 높이와 직접적으로 관련된 강도들의 차이를 결정하기 위해 상기 제1강도와 제2강도를 비교함으로써, 측정할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 검사시스템.
8. 제7항에 있어서,

   상기 경사 조명 시스템은 싱글 소스 오프 축 전송 광 시스템인 것을 특징으로 하는 검사시스템.
9. 제7항에 있어서,

   상기 경사 조명 시스템은 듀얼 소스 오프 축 전송 광 시스템인 것을 특징으로 하는 검사시스템.
10. 제7항에 있어서,

    상기 결함은 내부 함유물, 표면 상 함유물, 긁힘, 얼룩, 기포, 코드, 또는 불연속 표면인 것을 특징으로 하는 검사시스템.
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