TWI814412B - 多方向物件失效檢查系統及其方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種多方向物件失效檢查系統及其方法，包括一光偏振裝置、一繞射元件組、一光線轉折器組、一光感測器以及一分析單元。該光偏振裝置可產生一圓偏振光，該圓偏振光經繞射元件後可產生一繞射光束並射向對應之光線轉折器，進一步投射於待測物件後，由該待測物件反射或透射而於該光感測器上成像形成一檢測光斑，該檢測光斑則由該分析單元進行光強、相位變化等分析，以判斷是否存在瑕疵。藉由本發明偏振光結合繞原理，可建構一成本較低之檢測系統，且透過多方向之多方位、多角度之檢測，可更全面且精確的檢測出待測物件之視覺缺陷。
Description
本發明係關於一種物件瑕疵之檢查系統，尤其是一種利用偏振光與光繞射特性，由多方向來檢測物件是否存有斑紋缺陷等視覺缺陷之一種物件失效(或稱瑕疵)之檢查系統以及其檢測之方法。
與光學相關之儀器設備對於精密性的要求甚高，鏡面或平面之平整度不佳、曲率不一致、厚薄不均、材質摻有雜質、分子材料分布不均等，常深切影響光線之穿透性與反射性，而使通過之光線之均勻性或成像之清晰度產生不良的缺陷，嚴重影響該儀器設備的品質。
在眾多與光學相關之儀器設備中，液晶顯示器面板模組製造過程中，即常出現雲霧狀等不規則形之瑕疵，一般稱為斑紋缺陷或斑痕(Mura)，對於顯示器的製程良率而言是一不易克服的難題。由於目前液晶面板的尺寸愈來愈大，要完成整個大面積面板需要利用接縫式的曝光方式，亦即將一片面板分割成數等分，再將該分割後之數等分區域依序以一光罩進行接縫曝光，以形成完整的面板。然而，在接縫式曝光的交接處，由於機台移動機構有其精度限制，使得閘極金屬與源/汲極金屬發生堆疊誤差，導致不同區域中畫素之薄膜電晶體寄生電容不同，因而產生不同的耦合效應，造成不同曝光區域之灰階產生差異，進而發生亮度不均的狀況。
對於液晶顯示器而言，除了前述之斑紋缺陷，其屬於一種面缺陷外，尚有所謂點缺陷、線缺陷與區塊缺陷，其則主要是因液晶顯示器中的薄膜電晶體陣列短路、斷路或晶體損壞等電性原因所引起。在前述液晶顯示器的視覺缺陷中，點缺陷、線缺陷及區塊缺陷因有較高的對比度和規則的幾何形狀，因此在檢測上較為容易，但斑痕缺陷則因其對比度較低、形狀不規則且大小不一、邊緣較為模糊，因此不容易發現，是最難檢測的一種視覺缺陷。
目前斑紋缺陷的檢測多以人工藉由目視方式進行，因此檢測的效率與完整性有限，使報廢產品數量仍然居高不下，對於顯示器面板業者而言，是一筆不小的成本負擔。即便有諸多想藉由檢測機器進行自動檢測之想法，但目前對於斑痕缺陷，尚無統一的定義與一致的檢測標準，不利於自動化檢測之設定。尚且，透過自動化檢測，斑痕缺陷也因為不同視角會有不同的呈現，有些也難以於面板中被辨識出來。此外，依目前自動化檢測線缺陷所採用波前掃描後進行比對、拼接之方式，由於必須透過特殊角度才可辨識缺陷位置，並不適宜利用於斑痕缺陷之檢測。因此，實有必要開發一種能夠提高斑痕缺陷辨識效率且檢驗方式簡便之檢測設備與方法，以減少面板業者在製程上的成本損耗。
鑒於前述習知人工檢測上之不足，以及一般檢測系統於檢測流程、演算方式之複雜性與精確性的限制，本發明之目的之一在於提供一種利用偏振光結合繞射原理之物件失效檢測系統，僅藉由所呈現類似艾里斑(Airy pattern)光斑之光強、相位之變化分析，即可檢測出斑紋缺陷，因此可大幅簡化一般檢測流程之複雜性與演算方法。另一方面，本發明之另一目的之一，也在透過多方向與時間序之多方位檢測，全面提升待測物件不同角度下之結果呈現，以能完整且精確的挑出所有視覺缺陷，進而改善相關業者因為視覺缺陷之存在所導致之報廢品損耗而提高製造成本的問題。
為了達成上述目的，在本發明的一實施例中，提供一種多方向物件失效檢查系統，用以檢測一待測物件是否存有瑕疵，包括：一光偏振裝置，包含一光線投射單元與一起偏器，該光線投射單元所投射出之一光束經過該起偏器後可產生一圓偏振光；一繞射元件組，包括至少一繞射元件，而該光偏振裝置可分別朝向各該繞射元件投射該圓偏振光，各該圓偏振光經各該繞射元件後並分別可產生一繞射光束；一光線轉折器組，係圍繞該待測物件設置，包括至少一光線轉折器，各該光線轉折器係分別與一個該繞射元件相對應設置，使該繞射光束係射向對應之該光線轉折器；一光感測器，該繞射光束經該光線轉折器反射或折射後，投射於該待測物件，經反射或透射後射向該光感測器，於該光感測器上成像形成一檢測光斑；以及一分析單元，係與該光感測器電性相連接，用以分析該檢測光斑之光強、相位變化，判斷是否存在瑕疵。
在本發明的一實施例中，所述之物件失效檢查系統，進一步可包括一移動機構，該移動機構係與該光偏振裝置相接設，使該光偏振裝置可分別朝向各該繞射元件投射該圓偏振光。
在本發明的一實施例中，所述之物件失效檢查系統，其中該光線投射單元可為雷射裝置。
在本發明的一實施態樣中，該雷射裝置可為氦氖雷射裝置、二氧化碳雷射裝置、氫氟雷射裝置、YAG雷射裝置或YVO
4雷射裝置，但並不以此為限。
在本發明的一實施例的一態樣中，所述之物件失效檢查系統，其中該光線投射單元亦可為白光光源。
在本發明的另一實施例中，所述之物件失效檢查系統，其中該光感測器可包括電荷耦合元件(Charge Coupled Device, CCD)、互補式金屬氧化物半導體（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, CMOS）等光感測積體電路(Photo detector integrated chip)，或其他能夠將光能轉換為電能的光感測元件。
在本發明的另一實施例中，亦提供一種多方向物件失效檢查方法，用以檢測一待測物件是否存有瑕疵，包括步驟：產生並投射一圓偏振光；使各該圓偏振光經至少一繞射元件後產生一繞射光束；圍繞該待測物件設置至少一光線轉折器，使各該繞射光束經由該光線轉折器射向該待測物件；接收由該待測物件反射或透射之繞射光束所形成之一檢測光斑；以及分析該檢測光斑之光強、相位變化，判斷是否存在瑕疵。
在本發明的一實施例中，所述之物件失效檢查方法，可進一步提供一移動機構與該光偏振裝置相接設，使該光偏振裝置分別朝向各該繞射元件投射該圓偏振光。
在本發明的一實施例中，所述之物件失效檢查方法，其中該光線轉折器係可轉動一角度，使射向該待測物件之該繞射光束在不同角度下有不同的光程差。
在本發明的一實施例中，所述之物件失效檢查方法，其中該光線投射單元可為雷射裝置。
在本發明的一實施態樣中，該雷射裝置可為氦氖雷射裝置、二氧化碳雷射裝置、氫氟雷射裝置、YAG雷射裝置或YVO
4雷射裝置，但並不以此為限。
在本發明的一實施態樣中，該光線投射單元亦可為白光光源。
藉由本發明多方向物件失效檢查系統及其方法，透過偏振光以及繞射後所形成類似艾里斑的圖像或其他光斑之分析，演算其相位變化，即可發現斑紋缺陷或其他視覺缺陷之存在，檢測流程方便快速，演算分析也較為簡單，可為面板或相關業者提供一可自動化操作，且成本相對較低之檢測系統。另一方面，本發明物件失效檢查系統亦從多方向進行檢測，因此也更能完整、精確地完成缺陷檢測。
以下將進一步說明本發明的實施方式，下述所列舉的實施例與圖式係用以闡明本發明，並非用以限定本發明之範圍。
定義
本文中所述之「起偏器」係指能夠使光束產生偏振的儀器或元件，其可為單一元件或數元件之組合。在通常情形下，可包括圓形偏振片、橢圓偏振片，或是線偏振片與波片(wave plate)等線延遲器(linear retarder)之組合、線偏振片與旋光器(rotator)等圓延遲器(circular retarder)之組合。於本發明實施例中，起偏器可為線偏振片與lambda/4波片之組合。在一實施例中，起偏器較佳為可產生圓偏振光或橢圓偏振光。
本文中所述之「雷射裝置」係指能夠產生雷射光之裝置，通常包括放電機構、增益介質、共振腔或幫浦。所謂「雷射光」通常係指提供能量使電子從低能階向高能階躍遷成激發態，當遷移回低能階射時產生自發輻射，輻射放射出來的光子和其他一樣位於激發態的原子衝突，激發相同的遷移，此經激發後放射的光即為受激輻射，經不斷激發，最後形高強度的光。雷射其特性是光子都有相同的頻率、相位(同調性)、前進方向。因此，前述特性之雷射裝置，或其他相當於雷射裝置而可產生光束集中、發散角小之光線投射單元皆可為本發明所指之光線投射單元。具體雷射裝置實施例可為氦氖雷射、二氧化碳雷射、氫氟雷射等氣體雷射裝置，以及YAG雷射(摻釔鋁石之榴石晶體雷射)、YVO
4雷射( (摻釹釩酸釔雷射)等固體雷射裝置，但並不以此為限。
本文中所述之「白光光源」係指白熾燈(即所謂鎢絲燈)所產生之光源。其係透過通電，利用電阻把鎢絲加熱至白熾而產生的光源。
本文中所述之「繞射元件」(Diffraction Optical Element, DOE)，係利用其本身週期性的空間結構，例如溝槽或刻痕，調製入射光束的振幅或/與相位，藉由繞射原理，在特定的位置或空間形成一可放大的一維、二維或三維光斑圖案。
本文中所述之「光線轉折器」係指可將入射光加以反射或穿透折射之鏡面、透鏡或液晶。於本發明實施例中，可依待測物件與光線轉折器的空間關係，設定以反射鏡或透鏡方式，或利用液晶之特性，改變光路之行進方向。
請參閱圖1，圖1係本發明多方向物件失效檢查系統實施例之示意圖。由於圖1僅係示意圖，各元件之配置關係與結構僅為說明，其實際配置並不僅限於圖式。本發明多方向物件失效檢查系統，包括光偏振裝置10、繞射元件組20、光線轉折器組30與光感測器40。光偏振裝置10產生一偏振光後射向繞射元件組20，經繞射後所產生之繞射光束再投射到光線轉折器組30，進一步再轉折投射到待測物件W，並藉由光感測器40接收由待測物件W反射或透射的光所成像之檢測光斑(圖中未示)。由光感測器40所接收之檢測光斑可進一步藉由分析單元50，分析該檢測光斑之光強、相位變化，以檢驗出是否存在斑紋缺陷或其他視覺缺陷。
請繼續參閱圖1並參閱圖2，圖2係本發明多方向物件失效檢查系統實另一施例中之示意圖，同時也是物件失效檢查系統中各元件的配置、組設示意圖。本發明實施例之光偏振裝置10包括包含一光線投射單元11與一起偏器12光線投射單元11於本實施例中可為白光光源或是雷射裝置，用以發射白熾光或雷射光。白光光源可為一般常見之鎢絲燈，而雷射裝置則可為可為氦氖雷射、二氧化碳雷射、氫氟雷射等氣體雷射裝置，以及YAG雷射(摻釔鋁石之榴石晶體雷射)、YVO
4雷射( (摻釹釩酸釔雷射)等固體雷射裝置，但並不以此為限。起偏器12於本實例中係用以產生圓偏振光，其亦可為橢圓偏振光或線偏振光，產生圓偏振光則可以線偏振片配合lambda /4波片的晶體組合所形成，但並不以此為限。無論是圓偏振光或橢圓偏振光，其可為左旋偏振光或右旋偏振光。由於圓偏振光或橢圓偏振光係二維成像，對待測物件之感知能力較為完整、容易演算與分析判斷，故為較佳。
繞射元件組20，包括至少一繞射元件21，係設置於前述光偏振裝置10所投射出圓偏振光L1之光路上。繞射元件21係具至少一維光柵之產生繞射光之元件，並沒有特殊的限制。本實施例中，各繞射元件21所產生之繞射光束L2係用以投射至待測物件W，藉由繞射光束L2反射或透射待測物件W所產生之光斑變化，檢測待測物件W是否存在瑕疵。由於本發明實施例可以多方向或多角度對待測物件W進行檢測，因此繞射元件組20可設置單一可轉動之繞射元件21，藉由控制使由其產生之繞射光束L2可分別射向不同的光線轉折器31。
前述繞射元件21依轉動角度可配置有一相對應之光線轉折器31，複數個光線轉折器31構成本實施例之光線轉折器組30。光線轉折器31設置目的係在使繞射光束L2可由不同方向或角度投射至待測物件W上，因此可透過反射或折射方式進行，亦即可依空間配置需求，使用反射鏡、透鏡或液晶。於本實施例中，各光線轉折器31可圍繞設置於待測物件W上方一預定高度處(請同時參見圖1、圖3)，而此預定高度可依空間配置、待測物件W之折射率或所試驗設定之角度加以調整，並未有特別的限制。在一實施例中，光線轉折器31可上下轉動一角度，使射出之繞射光束L3與原角度射出之繞射光束產生光程差，藉由光程差所導致之光斑變化，即可檢測出該位置係因斑紋缺陷存在而使折射率發生改變。另一方面，各光線轉折器31也可設置於距待測物件W一預定距離上之不同高度處(圖中未示)，而可進行多角度(方向)之檢測。此外，為了減少繞射光束L2之散射，可進一步於光線轉折器31與待測物件W之間設置透鏡32，用以準直由光線轉折器31所投射出之光束。
在另一實施例中(參見圖2)，繞射元件組20亦可設置有複數個固定之繞射元件21，各繞射元件21係對應配置一光線轉折器31而可分別投射出複數個繞射光束L2。此時，光偏振裝置10可進一步設置一可使光偏振裝置10進行移動或轉動之移動機構13，使光偏振裝置10所產生之圓偏振光L1得分別依序射向不同的繞射元件21，以進行後續複數繞射光束多方向的投射。
光感測器40，係用以接收由待測物件W所反射或透射之繞束光束L2之檢測光斑之投影成像。依據待測物件W之特性，光感測器40可有不同的設置位置。若待測物件W屬反射光產品，光感測器40可設置於繞射光束L2由待測物件W反射後之光路上，但若屬穿透光產品，則亦可設置於繞射光束L2穿透待測物件W之光路上。光感測器40係指可感應光斑強度並轉為電訊號的裝置，於本實施例中，光感測器40係包括一電荷耦合元件。此外，包括互補式金屬氧化物半導體亦可，但並不僅限於此。
無論是經由待測物件W反射或透射之繞射光束，皆可在光檢測器40上形成檢測光斑的成像。請參閱圖3，圖3係本發明多方向物件失效檢查系統實施例中於不同方向與時間下所偵測之光斑示意圖。從光檢測器40上成像所形成類似艾里斑之光斑呈現，即可發現繞射光束經過待測物件W後之變化，也即可檢測出是否存有斑紋瑕疵。且由本實例之設置方式，藉由光線轉折器31所設置P1~P8之檢測位置(方向)依序檢測，即可從多方向、多角度判斷是否有視覺缺陷之存在。前述設置P1~P8之檢測數目與位置僅為例示，可依精確度需求或待測物件W特性，設置更多之檢測方向或角度。進一步，光感測器40所接設分析單元50則可進一步從光強、相位之變化，進一步演算出缺陷形成之位置與大小。此外，待測物件W可設置於固定或可移動之載台60上，其可依待測物件W受測之區域大小，將載台60設置為二維移動平台或甚至是三維移動平台而可增加檢測角度，藉此即可以自動化方式移動待測物件W而進行全面的掃描檢測。
綜合以上的說明可知，本發明多方向物件失效檢查系統，透過成本較低之機構設置，加上可多方向、多角度進行檢測，即可全方位且精確的檢驗出待測產品上是否存有視覺缺陷，可大幅降低視覺缺陷對於報廢產品之成本負擔。
10:光偏振裝置
11:光線投射單元
12:起偏器
13:移動機構
20:繞射元件組
21:繞射元件
30:光線轉折器組
31:光線轉折器
32:透鏡
40:光感測器
50:分析單元
60:載台
W:待測物件
L1:圓偏振光
L2:繞射光束
L3:繞射光束
P1~P8:檢測方向
W:待測物件
圖1係本發明多方向物件失效檢查系統實施例之示意圖。
圖2係本發明多方向物件失效檢查系統另一實施例之示意圖。
圖3係本發明多方向物件失效檢查系統實施例中於不同方向與時間下所偵測之光斑示意圖；其中，(a)圖為不同方向下檢測之示意圖，(b)圖則顯示檢測光斑成像狀況之示意圖。
10:光偏振裝置
11:光線投射單元
12:起偏器
13:移動機構
20:繞射元件組
21:繞射元件
30:光線轉折器組
31:光線轉折器
32:透鏡
40:光感測器
50:分析單元
60:載台
W:待測物件
L1:圓偏振光
L2:繞射光束
L3:繞射光束
W:待測物件
Claims (1)
- 一種具有多方向與時間序的物件失效檢查方法，用以檢測一待測物件是否存有瑕疵，包括步驟：產生並投射一圓偏振光；使各該圓偏振光經至少一繞射元件後產生一繞射光束；圍繞該待測物件設置至少一光線轉折器，使各該繞射光束經由該光線轉折器射向該待測物件，其中該光線轉折器係可轉動一角度，使射向該待測物件之該繞射光束在不同角度下有不同的光程差；接收由該待測物件反射或透射之繞射光束所形成之一檢測光斑；以及分析該檢測光斑之光強、相位變化，判斷是否存在瑕疵。
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| TW111120331A TWI814412B (zh) | 2022-05-31 | 2022-05-31 | 多方向物件失效檢查系統及其方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| TW (1) | TWI814412B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120081786A1 (en) * | 2010-09-30 | 2012-04-05 | Panasonic Corporation | Laser speckle reduction element |
| TW201931008A (zh) * | 2017-12-28 | 2019-08-01 | 荷蘭商Ａｓｍｌ荷蘭公司 | 用於判定基板上之結構之關注特徵的度量衡裝置與方法 |
| TW202004257A (zh) * | 2018-05-18 | 2020-01-16 | 美商克萊譚克公司 | 在多層結構中用於增強型缺陷偵測之相位濾波器 |
| TWI733873B (zh) * | 2016-08-05 | 2021-07-21 | 美商克萊譚克公司 | 用於表面檢測之系統、方法及設備 |
-
2022
- 2022-05-31 TW TW111120331A patent/TWI814412B/zh active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120081786A1 (en) * | 2010-09-30 | 2012-04-05 | Panasonic Corporation | Laser speckle reduction element |
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| TW202004257A (zh) * | 2018-05-18 | 2020-01-16 | 美商克萊譚克公司 | 在多層結構中用於增強型缺陷偵測之相位濾波器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW202349067A (zh) | 2023-12-16 |
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