專利名稱：用于檢查玻璃片的斜傳輸照射檢查系統(tǒng)和方法
用于檢查玻璃片的斜傳輸照射檢查系統(tǒng)和方法 相關申請的交叉引用
本申請要求2005年11月21日提交的題為"Oblique Transmission Illumination Inspection System肌d Method for Inspecting a Glass Sheet (用于檢查玻璃片的斜 傳輸照射檢査系統(tǒng)和方法)"的美國申請No. U/284,754的優(yōu)先權，該申請通過 引用結合于此。
背景技術：
發(fā)明領域
本發(fā)明涉及用于標識玻璃片上或玻璃片內(nèi)的缺陷的斜照射檢查系統(tǒng)和方法。
相關技術描述
玻璃片制造商一直嘗試設計能夠用于標識玻璃片上或玻璃片內(nèi)(例如 液晶顯示器(LCD)玻璃基板)的缺陷(例如劃傷、污點、內(nèi)含顆粒)的 新型改進檢査系統(tǒng)。當前使用的一類檢査系統(tǒng)依賴于亮場照射技術來檢測、 標識和分類玻璃片上和玻璃片內(nèi)的缺陷。
以下參照

圖1 (現(xiàn)有技術)描述該類檢查系統(tǒng)。
參照圖1 (現(xiàn)有技術)，示出當前用于檢查玻璃片102并標識該玻璃 片102上或玻璃片內(nèi)的缺陷104(示出一個)的常規(guī)亮場照射檢查系統(tǒng)100。 該檢查系統(tǒng)100包括光源106 (例如光纖線光源106)和CCD相機108。光 源106和CCD相機108位于玻璃片102的相反兩側，且光源106位于CCD 相機108的光軸110上。在操作中，光源106發(fā)射光束112，該光束穿過玻 璃片102的一部分。如圖所示，CCD相機108，尤其是相機透鏡109接收 未偏離地穿過透明缺陷104的直接光112。此外，CCD相機108/相機透鏡
109接收由透明缺陷104衍射的光112a (D+)和112a (D')。相機透鏡109將 光112、112a(D+)和112a(D')聚焦到CCD相機108內(nèi)的象平面111上。CCD 相機108隨后創(chuàng)建用于檢測、表征和分類缺陷104的圖像。
雖然這類光照能夠提供緊湊型設計并采用產(chǎn)業(yè)標準光照技術，但是諸 如二氧化硅、劃傷和污點之類的特定透明玻璃缺陷的圖像對比度相對較差 (參見圖5)。較差的圖像對比度妨礙了透明缺陷104的表征和分類，這對 檢查過程的質(zhì)量有負面影響。這種較差圖像對比度主要是因為未偏離地穿 過透明缺陷104的光112與由透明缺陷104衍射的光112a(D+)和112a(D—) 之間的干涉。在這種配置中，光112a(D+)和112&(0—)分別具有正衍射級0+ 和負衍射級D-，兩種衍射級與未偏離光112干涉，從而基本上抹去了圖像 中透明缺陷104的對比度。兩個造成問題的衍射級D+和D'的出現(xiàn)是因為亮 場光照技術的對稱性(即光源106位于CCD相機108的光軸110上)。所 得到的較差圖像對比度和與亮場照射檢査系統(tǒng)100相關聯(lián)的其它缺點可由 本發(fā)明來解決。
發(fā)明簡述
本發(fā)明包括使用斜照射技術的檢查系統(tǒng)，其中光源與CCD相機之間的 照射對稱性被打破。這增強了圖像質(zhì)量。此外，該類檢査系統(tǒng)使人們能夠 間接從圖像中提取玻璃表面突變的高度。因此，消除了對使用附加玻璃表 面突變高度傳感器的需要。
附圖簡述
結合附圖，參考以下詳細描述，可以獲得對本發(fā)明的更完整的理解，附圖
中
圖1 (現(xiàn)有技術)是示出常規(guī)亮場照射檢査系統(tǒng)的基本部件的示圖2是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的斜照射檢査系統(tǒng)的基本部件的示
圖3是示出根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的斜照射檢查系統(tǒng)的基本部件的示
圖4示出通過使用根據(jù)本發(fā)明的圖3所示斜照射檢査系統(tǒng)而獲得的若干缺 陷圖像。
圖5具有通過使用圖1所示的常規(guī)亮場照射檢查系統(tǒng)而獲得的若干缺陷圖 像以及通過使用根據(jù)本發(fā)明的圖3所示所示斜照射檢查系統(tǒng)而獲得的同樣一些 缺陷的若干圖像；以及
圖6是示出根據(jù)本發(fā)明用于檢查玻璃片的較佳方法的基本步驟的流程圖。
詳細描述
本發(fā)明通過打破將光源106置于CCD相機108的光軸110上(參見圖 1)時所出現(xiàn)的光照對稱性，解決了與已知亮場照射檢查系統(tǒng)ioo相關聯(lián)的 圖像對比度問題?？梢酝ㄟ^使用斜照射技術(離軸照射技術)來打破對稱 性，其中一個或多個光源并未設置在CCD相機的光軸上。接下來參照圖2 和3描述兩個示例性斜照射檢查系統(tǒng)200和300。
參照圖2，示出用于檢查玻璃片202并標識該玻璃片202上或玻璃片 內(nèi)的缺陷204 (示出一個)的斜照射檢查系統(tǒng)200。該檢查系統(tǒng)200包括光 源206 (例如光纖線光源206)和CCD相機208。光源206和CCD相機208 位于玻璃片202的相反兩側，而光源206位于CCD相機208的光軸210之 外(這打破照射對稱性)。在操作中，光源206發(fā)射光束212，該光束穿過 玻璃片202的一部分。CCD相機208，尤其是相機透鏡209接收未偏離地 穿過透明缺陷204的光212。此外，CCD相機208/相機透鏡209接收由透 明缺陷204衍射的光112a(D》。然而，CCD相機208/相機透鏡209并不接 收光212a (D+)。相機透鏡209將光212和212a (D，聚焦到CCD相機208 內(nèi)的象平面211上。CCD相機108隨后創(chuàng)建用于檢測、表征和分類缺陷204 的高對比度圖像(參見圖4和5)。
斜照射技術得到具有比已知亮場照射技術高得多的透明玻璃缺陷(諸 如二氧化硅、劃傷和污點)對比度的圖像(參見圖5)。如上參照圖1 (現(xiàn) 有技術)所述，由于未偏離地穿過透明缺陷104的光112與由透明缺陷104 衍射的光112a(D+)和112a(D—)之間的干涉，對稱亮場照射檢査系統(tǒng)100生 成具有較差對比度的圖像。具體而言，光U2a(D+)和U2a(D—)分別具有正
衍射級D+和負衍射級D-，兩種衍射級與未偏離光U2干涉，從而基本上抹 去了圖像中透明缺陷104的對比度。
在斜照射技術中這并不是問題，因為照射對稱性通過將光源206從 CCD相機208的光軸210偏移而被打破。具體而言，在斜照射技術中，衍 射光212a(D+)和212a(D，的互補衍射級之一被抑制，只允許在本示例中示 為光212a(D一)的剩余衍射級與未偏離光212a干涉。這樣得到對比度比對稱 亮場照射檢查系統(tǒng)IOO所獲得圖像高得多的生成圖像(參見圖5)。
參照圖3，示出用于檢查玻璃片302并標識該玻璃片302上或玻璃片 內(nèi)的缺陷304 (示出一個)的另一斜照射檢査系統(tǒng)300。檢査系統(tǒng)300包括 主光源306a (例如主光纖線光源306a)、輔光源306b (例如輔光纖線光源 306b)和CCD相機308。主和輔光源306a和306b位于玻璃片302的一側， 而CCD相機308位于玻璃片302的相反側?？梢钥闯觯庠?06a和306b 都從相機308的光軸310偏移。主光源306a比輔光源306b更靠近光軸310。 結果，主光源306a在CCD相機308的視場314上提供慢方向梯度照射， 并導致圖像對比度增強的大部分。輔光源306b在CCD相機308的光場314 上提供更均衡的照射，并導致缺陷304邊緣的圖像增強。
在操作中，光源306a和306b分別發(fā)射光束316和318，這些光束穿過 玻璃片302的一部分。CCD相機308，尤其是相機透鏡309接收未偏離地 穿過透明缺陷304的光316。此外，CCD相機308/相機透鏡309接收由透 明缺陷204衍射的光316a (DT)。此外，CCD相機308/相機透鏡309接收 由透明缺陷204衍射的光318a (D2+)。然而，CCD相機308/相機透鏡309 并不接收光316a (Dl+)、318和318a (D2')。相機透鏡209隨后將光316、316a (Dl—)和318a(D2+)聚焦到CCD相機308內(nèi)的象平面311上。CCD相機308 隨后創(chuàng)建用于檢測、表征和分類缺陷304的高對比度圖像(參見圖4和5)。 如果如同在斜照射檢査系統(tǒng)200中只使用一個光源206，則在CCD相機208 的視場214中會有強度梯度。這是產(chǎn)生對比度增強效應所必要的。然而， 該梯度需要在圖像處理過程中由軟件移除。相反，如果如在斜照射檢查系 統(tǒng)300的情形中使用兩個光源306a和306b，則該梯度被減小到在圖像處理 過程中軟件無需將其移除的程度。
斜照射技術優(yōu)于常規(guī)亮場照射技術之處在于圖像對比度和分辨率得到
增強。作為實例，諸如劃傷、污點和表面雜質(zhì)(onclusion)之類的玻璃表 面缺陷204和304在標準亮場照射技術下呈現(xiàn)為二維，而如今在本發(fā)明的 斜照射技術下呈現(xiàn)為三維。附加的維度允許檢査玻璃片202和302的人類 操作員進行更準確的缺陷分類判斷。進而，更準確的缺陷分類判斷造成更 少玻璃片202和302被錯誤地作為殘品而拒絕。因此，檢査過程的質(zhì)量得 到提高。
參照圖4，示出測試斜照射檢查系統(tǒng)300時所獲得的若干表面缺陷圖 像?？梢钥闯觯@些圖像清晰表明各個缺陷304的三維特征。這些圖像的 質(zhì)量比通過已知亮場照射技術所獲得的污點和顆粒幾乎不可見或模糊的圖 像好得多。通過常規(guī)亮場照射檢查系統(tǒng)100所獲得的圖像與通過斜照射檢 查系統(tǒng)300所獲得的圖像之間的差異比較可以通過參看圖5的照片進行。 可以看出，在通過常規(guī)亮場照射檢查系統(tǒng)100所獲得的亮場圖像中，二氧 化硅/鉬缺陷幾乎不可見。而，在通過斜照射檢査系統(tǒng)300所獲得的梯度場 圖像中，相同的二氧化硅/鉑缺陷清晰可見。
斜照射技術比常規(guī)亮場照射技術的另一優(yōu)勢在于，斜照射技術使人們 能夠定性測量由嵌入玻璃片202和302內(nèi)的缺陷204和304導致的表面突 變的高度。表面突變的高度可以通過分析表面缺陷圖像(參見圖5)中缺陷 204和304周圍的對比度變化(調(diào)制)來間接計算。具體而言，表面突變的 高度可以如下測量(l)確定表面缺陷圖像中缺陷204和304左側的光強； (2)確定表面缺陷圖像中缺陷204和304右側的光強；以及(3)比較第 一強度和第二強度以確定與表面突變高度直接相關的強度差。
使用本發(fā)明能夠定性測量表面突變高度的能力是對常規(guī)亮場照射檢査 系統(tǒng)100的顯著進步，因為亮場照射檢查系統(tǒng)100并不生成使人們能夠定 性測量表面突變高度的圖像。相反，需要附加的離線表面突變高度傳感器 來進行這種高度測量，這拖慢了缺陷檢測過程。斜照射檢查系統(tǒng)200和300 消除了對使用獨立表面突變高度傳感器的需要。這節(jié)省費用并加快了檢査 玻璃片202和302的速度。
參照圖6，示出根據(jù)本發(fā)明用于檢查玻璃片202和302的較佳方法600
的基本步驟的流程圖。在步驟602開始，光傳感器206、 306a和306b (形 成斜照射系統(tǒng))用于照射玻璃片202和302的至少一部分。在步驟604， CCD相機208和308用于生成玻璃片202和302所照射部分中至少一部分 的圖像。然后，對圖像進行分析以檢測、表征和分類玻璃片202和302中 的缺陷204和304 (如果存在)。在此較佳實施方式中，可以采用移除相機 噪聲(像素變化、塵埃等)和光照梯度的方式對圖像進行分析。此外，可 以對圖像進行分析以移除不期望的顆粒(例如基于大小)并自動測量剩余 缺陷204和304的大小。
以下是本發(fā)明的斜照射技術的某些附加特征、優(yōu)點和使用
結合到LCD顯示器產(chǎn)品中的玻璃片(玻璃基板)的制造商能夠從斜 照射檢查系統(tǒng)200和300的使用中收益。因為這些玻璃板必須沒有諸 如劃傷、污點和內(nèi)含顆粒之類的缺陷。制造商可以使用檢查系統(tǒng)200 和300來在玻璃片被包裝和運輸?shù)浇M裝LCD顯示器產(chǎn)品的顧客之前 位于生產(chǎn)線上時對它們進行檢查。
本文所述的檢査系統(tǒng)200和300使用斜傳輸照射技術來相對于常規(guī)亮 場照射檢查系統(tǒng)增強圖像對比度。應該注意，除斜照射之外，存在能 夠使用的若干其它對比度增強技術。這些技術的一些如下
■相干照射。
■相襯照射。
■差分干涉差照射。
■單邊帶邊緣增強顯微術。
檢查系統(tǒng)200和300可以檢查、表征和分類許多不同類型的缺陷204 和304，包括內(nèi)含物、表面雜質(zhì)、劃傷、污點、氣泡、條痕、或表面 突變(例如)。
上述玻璃片202和302可以根據(jù)美國專利No. 3，338，696和3，682,60
中所述的熔融過程而制得。這些專利的內(nèi)容通過引用結合于此。
雖然根據(jù)附圖示出并在以上詳細描述中描述了本發(fā)明的兩個實施方式，但 是應該理解，本發(fā)明并不限于所公開的實施方式，而是能夠進行許多重整、修 改和替換而不背離由所附權利要求書所闡述和定義的本發(fā)明的精神。
權利要求
1.一種檢查系統(tǒng)，包括斜照射系統(tǒng)，照射玻璃片至少一部分；以及相機，生成所述玻璃片的所照射部分中至少一部分的圖像，其中所述圖像使人們能夠檢測、表征和分類所述玻璃片中的缺陷。
2. 如權利要求1所述的檢査系統(tǒng)，其特征在于，所述斜照射系統(tǒng)是單 源的離軸傳輸光系統(tǒng)。
3. 如權利要求1所述的檢査系統(tǒng)，其特征在于，所述斜照射系統(tǒng)是雙 源的離軸傳輸光系統(tǒng)。
4. 如權利要求l所述的檢查系統(tǒng)，其特征在于，所述缺陷是 內(nèi)含物；表面雜質(zhì)； 劃傷； 污點； 氣泡；條痕；或者 表面突變。
5. 如權利要求1所述的檢査系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像以三維方式 指示所述缺陷。
6. 如權利要求1所述的檢査系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像使人們能夠 間接測量在所述缺陷嵌入所述玻璃片內(nèi)的情況下導致的表面突變的高度。
7. —種斜照射檢查系統(tǒng)，包括光源，能夠發(fā)射穿過玻璃片至少一部分的光束；以及相機，具有從所述光源偏移的光軸，能夠生成所述玻璃片所照射部分的圖像，其中所述圖像用于檢測、表征和分類所述玻璃片中的一個或多個缺陷。
8. 如權利要求7所述的斜照射檢查系統(tǒng)，其特征在于，如果所述玻璃 片中存在缺陷，則所述相機從所述光源接收未偏離的光以及正衍射光或負 衍射光。
9. 如權利要求7所述的斜照射檢查系統(tǒng)，其特征在于，所述缺陷是 內(nèi)含物； 表面雜質(zhì)； 劃傷； 污點 氣泡 條痕；或者表面突變。
10. 如權利要求7所述的斜照射檢查系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像以 三維方式指示所述缺陷。
11. 如權利要求7所述的斜照射檢査系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像使 人們能夠間接測量在所述缺陷嵌入所述玻璃片內(nèi)的情況下導致的表面突變 的高度。
12. 如權利要求11所述斜照射檢査系統(tǒng)，其特征在于，所述表面突 變的高度通過以下來間接測量確定所述圖像中所述缺陷第一側處的第一光強； 確定所述圖像中所述缺陷第二側處的第二光強；以及 比較所述第一光強和所述第二光強以確定與所述表面突變高度直接相 關的強度差。
13. —種斜照射檢查系統(tǒng)，包括主光源，能夠發(fā)射穿過玻璃片一部分的第一光束；輔光源，能夠發(fā)射穿過所述玻璃片所述部分的第二光束；以及相機，具有從所述主光源和所述輔光源偏移的光軸，能夠生成所述玻璃片所照射部分的圖像，其中所述圖像用于檢測、表征和分類所述玻璃片中的缺陷。
14. 如權利要求13所述的斜照射檢查系統(tǒng)，其特征在于， 所述主光源距所述相機的光軸相對較近；以及 所述輔光源距所述相機的光軸相對較遠；
15. 如權利要求14所述的斜照射檢查系統(tǒng)，其特征在于，如果所述玻璃片中存在缺陷，則所述相機從所述主光源接收未偏離光和正衍射光或 負衍射光，并且所述相機還從所述輔光源接收正衍射光或負衍射光。
16. 如權利要求13所述的斜照射檢查系統(tǒng)，其特征在于， 所述主光源在所述相機的視場中提供相對較慢的方向梯度照射；以及 所述輔光源在所述相機的視場中提供相對均衡的方向梯度照射。
17. 如權利要求13所述的斜照射檢査系統(tǒng)，其特征在于，所述缺陷是內(nèi)含物；表面雜質(zhì)；劃傷；污點；氣泡；條痕；或者 表面突變。
18. 如權利要求13所述的斜照射檢查系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像 以三維方式指示所述缺陷。
19. 如權利要求13所述的斜照射檢查系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像 使人們能夠間接測量在所述缺陷嵌入所述玻璃片內(nèi)的情況下導致的表面突 變的高度。
20. 如權利要求19所述斜照射檢查系統(tǒng)，其特征在于，所述表面突 變的高度通過如下來間接測量確定所述圖像中所述缺陷第一側處的第一光強； 確定所述圖像中所述缺陷第二側處的第二光強；以及 比較所述第一光強和所述第二光強以確定與所述表面突變高度直接相 關的強度差。
21. —種檢查玻璃片的方法，所述方法包括以下步驟 使用斜照射系統(tǒng)照射玻璃片至少一部分；使用相機生成所述玻璃片所照射部分的至少一部分的圖像；以及 分析所述圖像，以檢測、表征和分類所述玻璃片中的缺陷。
22. 如權利要求21所述的方法，其特征在于，所述斜照射系統(tǒng)是單源的離軸傳輸光系統(tǒng)。
23. 如權利要求21所述的方法，其特征在于，所述斜照射系統(tǒng)是雙源的離軸傳輸光系統(tǒng)。
24. 如權利要求21所述的方法，其特征在于，所述缺陷是內(nèi)含物； 表面雜質(zhì)； 劃傷 污點 氣泡 條痕；或者 表面突變。
25. 如權利要求21所述的方法，其特征在于，所述圖像以三維方式 指示所述缺陷。
26. 如權利要求21所述的方法，其特征在于，還包括分析所述圖像以間接測量在所述缺陷嵌入所述玻璃片內(nèi)的情況下導致的表面突變的高度 的步驟，其中所述分析步驟還包括確定所述圖像中所述缺陷第一側處的第一光強； 確定所述圖像中所述缺陷第二側處的第二光強；以及 比較所述第一光強和所述第二光強以確定與所述表面突變高度直接相 關的強度差。
全文摘要
本文描述一種斜照射檢查系統(tǒng)和方法，用于標識玻璃片上或玻璃片內(nèi)(例如LCD玻璃基板)的缺陷(例如，內(nèi)含物、表面雜質(zhì)、劃傷、污點、氣泡、條痕或與表面突變或材料不均勻相關聯(lián)的其它缺陷)。
文檔編號G01N21/00GK101360985SQ200680051463
公開日2009年2月4日 申請日期2006年10月24日 優(yōu)先權日2005年11月21日
發(fā)明者R·D·杜瑞高 申請人:康寧股份有限公司