TWI497061B - 用以偵測玻璃板中的缺陷之方法及設備 - Google Patents

Description

用以偵測玻璃板中的缺陷之方法及設備

本申請案請求美國專利申請案號12/433215的優先權，其於2009年4月30日申請，標題為「用以偵測玻璃板中的缺陷之方法及設備」。

本發明一般係與使用光線偵測平面透明材料例如平面玻璃板中的缺陷有關。更特言之，本發明係與一種方法及設備有關，其提供一均勻照度分布以供偵測一平面透明材料例如一平面玻璃板的缺陷。

液晶顯示器(LCD)技術的近來發展已導致對於LCD面板之玻璃基板的品質有更嚴格的要求。該玻璃基板之表面的異常如表面不連續、線痕(cord)及條紋(streak)，以及大塊基板之光學不均勻性均為造成LCD『mura』瑕疵的其中原因。『mura』為一日本單字，其意指汙點，且已被LCD產業採用作為顯現低對比或不均勻亮度區域等可視面板缺陷的一名稱。基板表面不平會導致LCD單元間隙的變化，而該大塊不均勻性會導致該光線波前的折射歪曲，因而產生mura效應。表面不連續性通常係源自於該玻璃中含有之雜質。該雜質可由固態或氣態材料所組成。線紋型瑕疵例如條紋及線痕主要係由於該溶解之原材料缺乏均勻化所產生。在該薄玻璃板中，條紋及線痕典型地展現為沿著玻璃拉製方向延伸的一表面凸起或凹陷。條紋瑕疵典型地呈現為一單一線紋，而線痕瑕疵係由毫米範圍距離隔開的多條線所組成。在該大塊光學玻璃線紋效應中若光學路徑長度(OPL)變化超過10nm，一般而言便不能忽視。隨著顯示器技術之進步，LCD玻璃OPL變化變得更為嚴格，且用於該大塊光學玻璃在其容忍度方面正逐漸面臨嚴格之要求。

基板檢查為重要的以避免瑕疵基板進入高成本面板製程並提供回饋至玻璃成型製程控制系統。以往該檢查係由人類檢查者使用一陰影顯像法進行。可參見以下描述以及例如美國專利第4,182,575號(Clark等人發明)以及美國專利第6,433,353號(Okugawa發明)。之後，各種自動化方法被實施以增進該檢查之一致性及可靠性。例如參見美國專利申請公告第2004/174519號(Gahagan發明)、國際專利申請公告WO 2006/108137號(Zoeller發明)以及美國專利申請公告第2008/0204741號(Hill發明)。然而人工檢查因為敏感度、簡單性以及該陰影顯像法的低設備成本而仍然廣為LCD基板製造所使用。

用於檢查平板玻璃之瑕疵存在的陰影顯像法包括從一點光源例如短弧放電發光體投射光線通過該玻璃樣本並顯像至一白色屏幕上。若無一樣本，該屏幕上的照度輪廓係由一光亮區域所組成。當一玻璃樣本被置於該光源及該屏幕之間的光束中時，該線紋或其他瑕疵會調變該傳輸光線的發光強度，因而改變該屏幕上的照度分配。該玻璃之瑕疵於該屏幕上造成之照度偏差可被肉眼觀察或者由一電荷耦合裝置(CCD)相機所擷取。當該光線通過該玻璃板或者被該玻璃板反射時，該波前會被該瑕疵所歪曲。『透鏡效應』一詞常被用於描述此種由媒介之不均勻性所造成的干擾。該干擾之『聚焦』部分會使該屏幕之對應部分上的照度增強，而該干擾之『偏焦』部分將導致該屏幕之對應部分上的照度降低。

另一種用於檢查表面不一致的方法(參見Okugawa發明之美國專利第6,433,353號)包括投射源自該玻璃板之反射至一屏幕上。藉由選擇適當的光線極化以及入射角度，可最小化該玻璃板表面之一的作用，因而允許主要檢查一單一玻璃板表面。

有必要使用一小尺寸光源以達到高的空間解析度，以供偵測小尺寸、點狀瑕疵及小寬度的線紋例如線痕及條紋。雖然通常使用暫時性非同調白光，但由於該光線從小尺寸(點狀)光源在長距離的部份空間同調而可觀察到某些繞射效應。由尺寸為R _s 之一光源射出之光線落於間隔距離為L _Coh 之玻璃之點上，其中：

其空間同調性為88%(參見M. Born and E. Wolf,Principles of optics,Cambridge University Press,1999,Chapter X,Section 4.2)，其中R為從該光源至該玻璃之距離，而λ 為平均光波長。空間同調性於表面擾動的大小w 滿足下式時為巨大的：

由於該空間同調所導致之繞射可分散該瑕疵之陰影的清晰度或者在某些情形中可放大該螢幕上的強度調變。

為了僅檢查該玻璃中的線痕，可使用一線狀光源。該光源之延伸方向應平行於該線痕方向。其將增強該線痕於該方向上的對比並且分散其他瑕疵類型的清晰度。

由於光源及屏幕之間的距離與入射角度的變化，一檢查者所檢視到一點狀光源所產生且投射至一屏幕上的照度分布先天上為不均勻的。為了檢查結果的一致解釋，應改變該光源所發出之光線的光強度分布，因而該檢查者檢視該屏幕之一偵測區的亮度(係由區域照度所判定)為均勻的。此對於LCD製造之玻璃面板的檢查情形特別重要，其中該大型玻璃面板需合乎嚴格的標準。提供適當的光強度分布成為該LCD產業增加玻璃基板尺寸所要求的一議題。單純正比於該玻璃尺寸而放大陰影顯像設置是不可能的或者不實際的。除了檢查所需之空間以及該螢幕之尺寸增加之外，該發光體的亮度必須要正比於該玻璃尺寸之增加的平方而增加。更高功率的發光體將具有更大的弧有效尺寸。該發光體功率的增加將可能使該弧亮度較不穩定，因該放電電漿之尺寸的增加可能導致時間或空間不穩定的發生。該不穩定會呈現該屏幕上的亮度波動以及空間亮度不均勻性，因而損害檢查一致性。該發光體的壽命一般隨著功率增加而降低。再者，可能需要額外的眼睛安全措施以使一人類檢查者位於靠近該高功率光源之處操作該發光體。

此處將揭露本發明之數種態樣。將了解這些態樣可能會或可能不會與彼此重疊。因此，一態樣之部分可落入另一態樣之範圍中，反之亦然。

每個態樣係由數個實施例所說明，其一次可包括一或多個特定實施例。將了解該實施例可能會或可能不會與彼此重疊。因此，一實施例之部分或者其特定實施例可能會或不會落入另一實施例或者其特定實施例之範圍中，反之亦然。

一待解決之技術問題在於如何從一光源在一屏幕上提供一均勻照度分布以供於一玻璃板之大型區域上一致的檢查。另一待解決之技術問題在於如何利用相同或類似裝置而對於不同尺寸之大型玻璃板從一光源在一屏幕上提供一均勻照度分布，以於不同製造設備在不同尺寸之不同玻璃板的整體區域上取得一致的檢查。

在一第一態樣中，提供一種偵測一透明材料中的瑕疵的設備。該設備包含射出一光束的一光源、使該光源被投射至的一屏幕、以及置於該光源及該屏幕之間的一光學元件以截取投射至該屏幕上的光束。該光學元件係用於改變該光束之至少一部分的光強度，並於該屏幕上建立一實質均勻的照度分布。

在一第二態樣中，提供一種偵測一透明材料中的瑕疵的方法。該方法包含從一光源投射一光束通過該透明材料至一屏幕。該方法更包括藉由一光學元件在該光源及該透明材料之間的一位置攔截該光束，該光學元件係用以改變源自該光源之該光束之至少一部分的光強度，該方法並於該屏幕上建立一實質均勻的照度分布。該方法更包括觀察或記錄該屏幕上的照度分布。

本發明之一或多個態樣可具有一或多個以下優點。

依據本發明之一或多個態樣的一光學元件產生源自點狀光源的一均勻屏幕亮度分布，其可提供大尺寸透明材料例如玻璃板材料的檢視。該光學元件於該光源及該屏幕之間的一距離中本質地阻隔一屏幕之一檢查區域中的屏幕照度分布。由於此阻隔，可藉由一相同的設備檢查不同的玻璃尺寸而達到相同的檢查狀態。因此，可增進在該玻璃之大品質區域之檢查處理在不同測量、不同尺寸玻璃板以及不同生產設備方面的一致性。可達成該增進而不需改變光學放大、該光源至屏幕之距離、或者該光源的光強度(例如不需要改變該光源的功率)。因此可使用一較小的檢查室，即使將被檢查之玻璃尺寸增加。因此，可有效檢查一較小玻璃尺寸的相同、相對低功率的光源將可被用於檢查一較大玻璃。較低功率的發光體往往具有較長的壽命，其於檢查相對大型玻璃板時可節省發光體、維護及功率消耗之成本。

本發明之額外特徵或優點將被描述於以下實施方式中，且部分將由該技術領域中具有通常知識者由該描述所明瞭，或者藉由依據該文字描述與本說明書之附加申請專利範圍以及該附加圖示實施本發明所了解。

將了解前述發明內容以及以下實施方式僅為本發明之範例，且僅意圖提供一概觀或架構以了解本發明如申請專利範圍所述之本質與特性。

本說明書包括赴隨圖示以提供本發明之進一步了解，且該圖示被納入並構成此說明書之一部分。

考慮第1圖所示之配置，其中沿著一光軸16配置一光源10如一點狀光源以及屏幕14。在第1圖中使用之習慣中，該光軸16為一線條，其於某些情形中係垂直於該屏幕14且通過該光源10之中央。再者，在該光軸16上配置一待檢查之平面透明材料如平面玻璃12。若可將該光源10視為蘭伯特(Lambertian)，則在該屏幕14上之一點的照度(例如每單位區域在一表面的入射光通量)將為：

其中I _v 為光強度，α為該光軸16及該光源10發出之一射線18之方向之間的角度，而S為該點光源10至該屏幕14之間的距離。方程式(3)並未考慮通過該待檢查玻璃板之光線穿透率對於入射角的相依性。此於該入射角未超過35度且源自該光源10之光線未被極化時為適當的。若有必要，可藉由引入與該入射角相依之穿透係數而導出一更正確式子。由方程式(3)，照度於該屏幕14之中心(即在該光軸16處)為最大值而以Cos ³ α 朝該屏幕14之角落下降。本發明之態樣提出如何使一檢查者檢視該屏幕14上之理想照度分布為均勻的。該『理想照度分布』一詞係用於描述該屏幕上的照度分布，其假設該平面玻璃12不具有可偵測之瑕疵或者不具有玻璃板(或者透明材料)置於該光源10及該屏幕14之間。該平面玻璃12中的可偵測瑕疵會自我顯現為位於該屏幕14之照度分布的歪曲。因此該理想照度分布必須為均勻的以達成所有品質區域的一致檢查。

在本文中所提到之各種因素中，會導致照度分布之檢視不均勻性者有：

1.如方程式(3)所述之到達該屏幕之距離(從該光源)以及入射至該屏幕上之角度的變化。

2.該光源之角光強度分布。例如參見第6圖，其說明光強度對一短弧氙氣光源之垂直角的相依性。此光強度的角相依性可為電極形狀對於該放電電漿之一影響結果。在第6圖顯示之範例中，該陰極為該較低電極而該光強度在向下方較大，幅度約5-10%。

3.由於在該玻璃平板上之入射角的差異所致該玻璃(或者透明材料)之光穿透(或反射)的變化，如Fresnel折射公式所述(參見M. Born and E. Wolf所著之Principles of optics，Cambridge University Press於1999年出版，第I章，第1.5.2節)。

4.該檢查者關於該屏幕之位置。一人類眼睛或一CCD相機所檢視之該屏幕上的一點P的亮度係由該偵測器所接收之總光通量判定。該偵測的光通量係與入射於點P的通量、從該入射方向接收並反射至該觀看方向的光線、以及由該點至該偵測器的距離成正比。

在一特定情形中前述因素只有部分可能為重大的。可藉由利用一點測光表如攝影點曝光表測量該屏幕亮度的分布而考慮所有的因素，並映射該需要的濾鏡穿透分布以達到一致的屏幕亮度。

第2圖說明一檢查設備20，其包括一光源22、一可變穿透率光學濾鏡24、以及沿著一光軸28放置的一屏幕26。在本文中使用之習慣中，該光軸28為垂直於該屏幕26並通過該光源22中心的一條線。將被檢查之一平板透明材料例如平板玻璃30被沿著該光軸28放置，且更特定言之，被置於該可變穿透率光學濾鏡24及該屏幕26之間。該被檢查材料30之法線一般而言不與該光軸28垂直。光束32從該光源22通過該可變穿透率光學濾鏡24並通過該平板玻璃30而被投射至該屏幕26上。在某些實施例中，該光源22可為一點狀光源。該光源22可為例如一短弧放電發光體。該光源22之操作波長之選擇範圍係可穿透該平板玻璃30以及在人工檢查之情形中可為一人類檢查者所看見。若在該屏幕26上形成之影像將被一相機所擷取，則該光線應可被一相機媒體所偵測。舉例來說，該光源22之操作波長可位於400 nm至750 nm之間的範圍中。若使用一人類檢查者，則可能對該人類眼睛有害的紫外光(UV)或紅外光(IR)射線應被該過濾器24或一獨立過濾器之任一者所阻擋。在其他實施例中，該光源22可為一線狀光源。

該可變穿透率光學過濾器24改變該光束32在一最大工作光束角α_max 所定義之一圓錐33中的光強度分布，其本質上使該圓錐33中該屏幕26上之所有點的照度為均勻的。對於該圓錐33外面的光線而言，依據方程式(3)可能有照度的下降，或者這些光線可被光學過濾器24或者其他適當孔徑所阻擋。該過濾器24所改變之光圓錐33穿過該平板玻璃30至該屏幕26。在該屏幕26上觀察到的任何照度分布歪曲將為該平板玻璃30中的瑕疵的一指示。可由一人類檢查者進行觀察。替代地或者除了該人類檢查者之外，該設備可包括一相機41以供擷取該屏幕26之一影像。該設備可更包括一處理器43以供處理該相機41所擷取之影像以判定該平板玻璃30中是否具有瑕疵。處理可包括比較因該光源22及該屏幕26之間具有該平板玻璃30所擷取之影像以及不涉及該平板玻璃30的一基準影像。

參照第3圖，該可變穿透率光學濾鏡24包括一輸入側35以供接收一光束、以及一輸出側37以供輸出一光束。在該輸入側35，該可變穿透率光學濾鏡24包括一基材層36。在特定範例中，該基材層36本質上具有一均勻的光學穿透率。在特定範例中，該基材層36可由一透明材料例如一玻璃材料或者例如熔融矽石(fused silica)所製成。基材36之一側─較佳地為該可變穿透率光學濾鏡24之輸出側37─包括一濾鏡層34。在特定範例中該濾鏡層34可被夾於兩基材之間。在特定範例中，該濾鏡層34可具有一可變光學穿透率。位於該濾鏡上之一點的光學穿透率為在此點離開該濾鏡之光強度與在此點進入該濾鏡之光強度的比值。該濾鏡層34之光學穿透率的空間變化例如以下方程式(4)所述，其係用於控制離開該濾鏡24之光錐的角強度分布。該可變穿透率層34係以任何已知方式形成於該基材層36之上。該可變穿透率光學濾鏡24可為例如第4圖中所示之圓形或者可具有其他形狀。在特定範例中，該可變穿透率係由該光吸收之空間變化或者該光反射之空間變化或者兩者所達成。舉例來說，可使用一種金屬如銀、鋁或者其他金屬或合金的一薄型可變厚度層。在特定範例中，選擇該濾鏡層34及基材層36之材料以忍受由於暴露於高強度光束(第2圖中之32)時熱膨脹所致之高溫與熱壓。

在某些範例中，一抗反射(AR)塗層38被形成於該穿透率濾鏡24之一側或兩側。除了增加通過該濾鏡之光穿透率外，該抗反射層38亦可保護該濾鏡層34不會暴露於周圍空氣中的氧氣及臭氧。在某些情形中該暴露可造成不希望的該濾鏡層34之氧化，例如若該濾鏡層34係由一可氧化材料如金屬或金屬合金所製成時。由於AR塗層所造成之整體光穿透增加可導致操作時該光源之低功率需求以及該濾鏡之低溫。AR塗層亦降低源自該濾鏡表面之不希望的多重反射。多重反射建立額外虛擬光源而導致該光源之有效尺寸的增加。一保護層(未顯示於第3圖中)例如一透明玻璃、樹脂或聚合物可被提供於該AR塗層38之上或直接置於該濾鏡層上以保護該濾鏡層不與環境化學反應或者不會有磨損、刮傷及破損等機械損壞。

在某些範例中，用於該濾鏡之基材材料可吸收或反射該光源輻射之不希望的頻譜部分，例如紫外線(UV)或者紅外線(IR)。在其他範例中，一或多個額外光學塗佈層可被應用於該濾鏡表面以阻擋該輻射之不希望的頻譜部分，例如UV或IR。

在某些範例中，該濾鏡層34之小晶粒結構為可接受的。該可接受之粒度的尺寸及其他特性視該解析度要求以及該檢查設備之幾何配置而定。在特定範例中，該最大晶粒尺寸小於2 mm，較佳地小於1 mm。應判定該最大可允許晶粒結構使該晶粒結構不會在該屏幕上建立可看見的照度不均勻性。

回到第2圖，該光學穿透率的變化可被表示為在該透鏡之一點上該穿透係數T 之區域數值與此點之適當座標的相依性。在僅需考慮從該光源22至該屏幕26之間之距離以及該屏幕26上之入射角之變化的情形中，該可變穿透率光學透鏡24可具有一穿透率分布T (ρ )，其被定義為在該濾鏡平面中從點C之距離ρ的一函數(參見第4圖)，其可由以下方程式(4)求出：

其中T₀ 為該基材層36的穿透係數，d為從該光源22至該可變穿透率光學濾鏡24之位置的距離，而ρ_max 為在該濾鏡平面之最大光束半徑(濾鏡平面及ρ請參見第4圖)且可由下式求出：

ρ _max =d ‧Tanα _max ,　(5)

在方程式(5)中α _max 為最大工作光束角，其係由提供均勻照度分布之圓錐33的角度所定義。由於從該光源22發出之熱，故從該光源22至該可變穿透率光學濾鏡24之距離d 不能太小，雖然此為所希望的。若該光源22及該可變穿透率光學透鏡24之間的實際操作距離d 以及α _max 被決定，則方程式(5)將定義ρ_max 。延續方程式(4)，該穿透率從該濾鏡之中央(此處α=0而ρ=0)的T_o Cos³ α_max 增加至位於或接近該濾鏡之外圍(此處α=α_max 而ρ=ρ_max )的T_o 。換言之，通過該光學濾鏡24之光線穿透率T於最大工作光束角α_max 為T_o 的100%而隨著接近該濾鏡之中央α=0而降低。第5圖中的一範例顯示當T₀ =85%、d=70.8 mm、而α_max =27度時一可變穿透率光學濾鏡的一穿透率分布。使用這些參數，ρ_max 約為36 mm。該濾鏡穿透係數T係相對於該濾鏡平面中的光束徑向位置ρ加以繪製。

在一般情形中，當必須考慮前述列表之多重因素時，該穿透率分布並非如前述範例為軸向對稱的。若該理論分析為不實用的，則可實施以下程序。源自該光源22之光線在沒有一濾鏡之情形中被投射穿過一高品質玻璃樣品至該屏幕26上。於該檢查者將處於之位置點上使用一點測光表，該屏幕亮度之分布係藉由測量位於多個屏幕點之亮度所判定。若有足夠數量的屏幕點亮度測量，則該亮度分布─即亮度相對於該屏幕上之位置─可藉由一適當函數內插，例如一多項式內插。具有最小亮度I ₀ 之點P₀ 被找出並被映射至照亮P₀ 之光線所通過之濾鏡平面中的一點。已測量該亮度之其他點被映射至該濾鏡平面中的對應點P_i ,i={0,N}，其中N為點數。在該濾鏡平面中對應至P_i 之點的總穿透係數(基板及該濾鏡層)為：

其中T ₀ 為該基板穿透係數而I _i 為該點P_i 之亮度。隨後該穿透係數之分布可藉由一適當方法─例如多項式內插─加以內插。當藉由前述定義之程序製造之一濾鏡被置於該光源及該屏幕之間時，該屏幕之亮度將為實質均勻的。

在另一實施例中，如第7圖所述，一折射光學元件40被用於重新分布從該點狀光源22射出之光線以於該屏幕平面26上達成一較佳照度分布。該折射光學元件40具有至少一非球面表面，其將如下文加以解釋。在此實施例中，並非藉由阻擋該光亮區域中的過亮光線以提供該屏幕之均勻照度，而是藉由該屏幕上之亮區之折射而重新導引該光束至該屏幕上之暗區。

以下說明如何取得該折射光學元件(或透鏡)40之形狀。假設第7圖中一折射光學元件40之第一表面42(面對該光源22)為一凹球面。該球面之中央對齊該光源位置22。該第二凸表面44(背對該光源22)係由函數r (α )所定義，其中r 為與該第一球表面之中央夾角度α 之方向的距離。角度α 之光束將到達該屏幕之位置與該光軸間的距離為：

h (α )=r Sinα +(S -r Cosα )Tanφ ,　(7)

其中φ 為離開該透鏡之後的射線角度。若v 為第二表面之法線與該光軸之間的夾角，則Snell折射定律可被表示為：

n Sin(v -α )=Sin(v -φ ),　(8)

其中n 為該透鏡材料之折射索引。該法線對該表面之夾角的正切可被表示為：

結合方程式(8)及(9)可得到：

該第一階微分方程式(10)可被用於判定該非球面表面44的形狀。該基板穿透係數對於折射角的相依性並未被考慮，因為所有的角度僅與該法線在很小角度範圍內。該總穿透率可被視為恆定的。方程式(10)的解可被表示為

對於一特定相依性ρ (α )而言，該方程式φ (α )可從方程式(7)求出。

若具有最大離開角α_max 的射線被要求以相同方向離開該透鏡，則：

因此，方程式(11)及(13)定義極化座標中的非球面輪廓44。

第8A圖說明具有如第8B圖(或第7圖)中所示之一結構之一折射光學元件40的計算輪廓。在第8A圖所示之描繪中，該水平軸R為從光軸28至該透鏡40之一表面42、44之一點的距離，而垂直Z軸為從此點至第7圖之焦平面45的距離。換言之，第8A圖之圖式說明第8B圖之折射光學元件40的凹陷輪廓。第8A圖中之輪廓50對應至第8B圖中之第一球面表面42。第8A圖中之輪廓52對應至第8B圖中之非球面第二表面44。輪廓54(僅為說明之目的而顯示，且不表示任何實際物理表面)對應至具有87 mm半徑的一球面。該非球面形狀輪廓52及87 mm球面輪廓54之間的差距約為2 mm。第9A、9B及9C圖顯示數值射線追蹤分析之結果以說明該非球面光學元件(第8B圖中之40)的表現。在這些圖式中該水平軸為該屏幕上一Q點的徑向位置h(參見第7圖)，而該垂直軸為在該Q點之計算的相對照度。第9A圖顯示不具有該折射光學元件時該屏幕之照度分布(任意單位)。第9B顯示具有該折射光學元件時的均勻照度分布(任意單位)。第9C圖說明透鏡容忍度分析的結果。第9C圖中的圖示顯示於1 mm偏焦有90%均勻度，其中1 mm偏焦即當該均勻化(折射光學)元件沿著該光軸偏離其設計位置1 mm時。數值模擬顯示該1 mm軸偏(在垂直於該光軸之方向中偏移)以及該光源的有限尺寸(1 mm)在該屏幕區域提供某種程度的不均勻性，類似於第9C圖中所示。可輕易達成使該折射光學元件的位置精確度比1 mm更佳。

參照第7圖，在某些情形中，例如為了簡化該光學元件之製造時，面對該光源22之表面42或者兩表面42與44可為非球面。該表面輪廓之方程式可藉由類似於前述之方法加以獲得。

前文已描述用於改變源自一光源之一光束之光強度分布以產生均勻照度分布的一光學元件。該光學元件例如前述之可變穿透率光學濾鏡24或者折射光學元件40可被整合至用於偵測一平板透明材料例如一LCD玻璃基板中的瑕疵的一檢查設備中。此瑕疵可為表面不規則性，如線痕、條紋、表面不連續性或者其他瑕疵類型。在此一設備中，該光學元件從一光源例如一點狀光源或者一線狀光源接收一光束，並於一屏幕平面產生一均勻的照度分布。當該光學元件所修正之光線在到達該屏幕前通過該透明材料時，在該屏幕平面上之照度分布的歪曲提供該透明材料之瑕疵的指示。此歪曲可由一人類操作員所視覺觀察或者由一照相機所擷取以供進一步及自動處理。不論操作者為人類或機器，若每次測量該光束投射至該屏幕上的照度分布在檢查樣本之品質區域中為均勻的且一致的，則每次測量將更容易對檢查結果做出一致解釋。

本說明書包含以下非限制性態樣及/或實施例：C1.一種用於偵測一透明材料中的缺陷的設備，其至少包含：一光源，其射出一光束；一屏幕，該光束被投射於其上；以及一光學元件，其位於該光源及該屏幕之間以截取投射於該屏幕上之光束，該光學元件係用於改變該光束之至少一部分之光強度以及在該屏幕上建立一實質均勻的照度。

C2.如第C1項所述之設備，其中該光學元件包含一可變光學穿透率濾鏡，其穿透輪廓係由K/(d² +ρ² )^3/2 所定義，其中ρ為從該可變穿透率光學濾鏡之中央測量至該可變穿透率光學濾鏡之一特定點的一半徑，而d及K為常數，其中該可變穿透率光學濾鏡包含一具有可變光學穿透率之濾鏡層，其形成於一具有實質均勻之光學穿透率的基材層上。

C3.如第C1項或第C2項所述之設備，其中該可變穿透率光學濾鏡更包含一抗反射層，其形成於該濾鏡層及該基材層之至少一者上。

C4.如第C2項或第C3項所述之設備，其中該常數K被定義為：

K =T ₀ (d ² +ρ _max ² )^3/2

其中T₀ 為該基材層的一穿透率，ρ_max 為該可變穿透率光學透鏡改變該光強度之ρ的一預定最大值，而d為該可變光學濾鏡及該光源之間的距離。

C5.如第C1項至第C4項所述之設備，其中該光學元件為具有至少一非球面表面的一反射光學元件。

C6.如第C1項至第C5項所述之設備，其中該光源係選自於由一點狀光源及一線狀光源組成之群組。

C7.一種偵測一透明材料中的瑕疵的方法，其至少包含以下步驟：從一光源投射一光束通過該透明材料至一屏幕上並照亮該屏幕；在該光源及該屏幕之間之一位置藉由一光學元件截取該光束，其中該光學元件係用於改變源自該光源之光線之至少一部分的光強度並於該屏幕上建立一實質均勻的照度分布；及觀察或記錄該屏幕上的照度分布。

C8.如第C7項所述之方法，其中該光學元件為一可變穿透率光學濾鏡。

C9.如第C7項所述之方法，其中該光學元件為具有至少一非球面表面的一折射光學元件。

該技術領域中具有通常知識者將明瞭可對本發明做出各種修改及變化而不會偏離本發明之範圍及精神。因此，有意使本發明涵蓋此發明之修改或變化，只要其落於附加申請專利範圍以及其均等物之範圍中。

10．．．光源

12．．．平面玻璃、平面透明材料

14,26．．．屏幕

16,28．．．光軸

18．．．射線

20．．．LCD玻璃檢查設備

22．．．光源

24．．．光學濾鏡

30．．．平板玻璃

32．．．光束

33．．．圓錐

34．．．濾鏡層

35．．．輸入側

36．．．基材層

37．．．輸出側

38．．．抗反射(AR)塗層

40．．．折射光學元件

41．．．相機

42,44．．．非球面表面

43．．．處理器

45．．．焦平面

50．．．非球面表面輪廓

52,54．．．輪廓

第1圖為一陰影顯像方法─傳統玻璃檢查設備的一概要圖；

第2圖為具有一可變穿透率光學濾鏡之一玻璃檢查設備的一概要圖；

第3圖為一可變穿透率光學濾鏡之一剖面的一概要圖；

第4圖為該可變穿透率光學濾鏡在該濾鏡平面的一概要圖；

第5圖為一圖表，其說明一示範可變穿透率光學濾鏡的穿透率分布；

第6圖為一圖表，其說明150W氙氣燈泡(NewPort公司之產品，部品編號為6253)之光強度(單位為cd)的典型角分布；

第7圖為一玻璃檢查設備的一概要圖，該玻璃檢查設備具有一折射光學元件，該折射光學元件具有一非球面表面；

第8A圖為一折射光學元件的一計算輪廓；

第8B圖為具有第8A圖之計算輪廓之一折射光學元件的一剖面概要圖；

第9A圖為一圖表，其說明當不具有第8B圖之折射光學元件時照度之數值射線追蹤分析相對於屏幕上位置的結果；

第9B為一圖表，其說明當具有第8B圖之折射光學元件時照度之數值射線追蹤分析相對於屏幕上位置的結果；

第9C圖為一圖表，其說明當第8B圖之折射光學元件偏焦1mm時照度之數值射線追蹤分析相對於屏幕上位置的結果；

20．．．LCD玻璃檢查設備

22．．．光源

24．．．光學濾鏡

26．．．屏幕

28．．．光軸

30．．．平板玻璃

32．．．光束

33．．．圓錐

41．．．相機

43．．．處理器

Claims (9)

1. 一種用於偵測一透明材料中的缺陷的設備，其包含：一光源，其射出一光束，該光束穿過該透明材料；一屏幕，穿過該透明材料的該光束被投射於其上；以及一光學元件，其位於該光源及該屏幕之間以截取投射於該屏幕上之該光束，該光學元件係用於改變該光束之至少一部分之光強度以及在該屏幕上建立用於偵測該透明材料中的缺陷之一實質均勻的照度分佈。
2. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該光學元件包含：一可變光學穿透率濾鏡，其具有由K/(d² +ρ ² )^3/2 所定義的一穿透輪廓，其中ρ 為從該可變穿透率光學濾鏡之中央測量至該可變穿透率光學濾鏡之一特定點的一半徑，而d及K為常數，其中該可變穿透率光學濾鏡包含：一具有一可變光學穿透率之濾鏡層，其形成於一具有一實質均勻之光學穿透率的基材層上。
3. 如申請專利範圍第2項所述之設備，其中該可變穿透率光學濾鏡更包含：一抗反射層，其形成於該濾 鏡層及該基材層之至少一者上。
4. 如申請專利範圍第2項及第3項所述之設備，其中該常數K被定義為：K =T ₀ (d ² +ρ _max ² )^3/2 其中T₀ 為該基材層的一穿透率，ρ_max 為該可變穿透率光學濾鏡改變該光強度之ρ的一預定最大值，而d為該可變穿透率光學濾鏡及該光源之間的一距離。
5. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該光學元件為具有至少一非球面表面的一反射光學元件。
6. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該光源係選自於由一點狀光源及一線狀光源組成之群組。
7. 一種偵測一透明材料中的缺陷的方法，其包含以下步驟：從一光源投射一光束通過該透明材料至一屏幕上並照亮該屏幕；在該光源及該屏幕之間之一位置藉由一光學元件截取該光束，其中該光學元件係用於改變源自該光源之該光束之至少一部分的光強度並於該屏幕上建立一實質均勻的照度分布；及觀察或記錄該屏幕上的該照度分布，以偵測該透 明材料中的缺陷。
8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該光學元件為一可變穿透率光學濾鏡。
9. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該光學元件為具有至少一非球面表面的一折射光學元件。