專利名稱：用于檢測(cè)玻璃板中的缺陷的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型一般地涉及用光對(duì)例如玻璃平板的平直透明材料中缺陷的檢測(cè)。更具 體地，本實(shí)用新型涉及提供均勻亮度分布以檢測(cè)例如玻璃平板的平直透明材料中的缺陷的
直ο
背景技術(shù)：
液晶顯示器(IXD)技術(shù)的新近發(fā)展已經(jīng)對(duì)IXD面板的玻璃基板的質(zhì)量提出了更為 嚴(yán)格的要求。玻璃基板表面異常，諸如表面不連續(xù)性、線狀缺陷和條紋以及基板體的光學(xué)不 均質(zhì)性，都屬于造成IXD “mura”缺陷的因素?！癿Ura”( “不均”)是含義為“瑕疵”的日語詞 匯，并已在LCD產(chǎn)業(yè)內(nèi)采納作為視覺面板缺陷的名稱，表現(xiàn)為低對(duì)比度或非均勻亮度區(qū)域。 基板表面的不平直性造成IXD單元間隙的變化，而體不均質(zhì)性(bulk inhomogeneities)造 成光波陣面的折射畸變，由此導(dǎo)致mura缺陷。表面不連續(xù)性一般源自嵌于玻璃內(nèi)的夾雜 物。夾雜物可能由固態(tài)或氣態(tài)材料構(gòu)成。諸如線狀缺陷和條紋等條痕型缺陷主要是由于熔 化的原材料缺乏均質(zhì)性而產(chǎn)生。在這種玻璃薄板中，條紋和線狀缺陷一般表現(xiàn)為沿玻璃拉 伸方向延伸的表面凸起或凹陷。條紋缺陷一般表現(xiàn)為一條條痕，而線狀缺陷由相隔在毫米 范圍內(nèi)的多條線構(gòu)成。在大塊光學(xué)玻璃(bulk optical glass)中，光程長(zhǎng)(OPL)變化超過 IOnm的條痕效應(yīng)一般即不可忽視。IXD玻璃OPL變化的要求隨著顯示器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展正變得 越來越嚴(yán)格，并且正在逼近大塊光學(xué)玻璃在其容限水平內(nèi)的嚴(yán)格要求。為了防止有缺陷的基板進(jìn)入高成本的面板制造工序并將反饋提供給玻璃成形工 序控制系統(tǒng)，基板檢查實(shí)為重要。歷史上，檢查是由檢查人員使用陰影圖法進(jìn)行的。參見下 面的說明和例如美國(guó)專利US4，182，575 (Clark等人)和美國(guó)專利US6，433，353 (Okugawa)。 后來，實(shí)現(xiàn)了各種自動(dòng)化方法來提高檢查的一致性和可靠性。例如參見美國(guó)專利申請(qǐng) 2004/174519 (Gahagan)、國(guó)際專利申請(qǐng)公開WO 2006/108137 (Zoeller)以及美國(guó)專利申請(qǐng) 公開2008/0204741 (Hill)。手工檢查由于陰影圖法的高靈敏性、簡(jiǎn)易性和低設(shè)備成本仍然 廣泛用于IXD基板生產(chǎn)。用來檢查平板玻璃缺陷存在的陰影圖法包括從諸如短弧放電燈等點(diǎn)式光源投射 光線，使之經(jīng)過玻璃樣本并投射到白色屏幕上。沒有樣本時(shí)，屏幕上的光照?qǐng)D由明亮區(qū)域構(gòu) 成。當(dāng)將玻璃樣本放置在光源和屏幕之間的光束中時(shí)，條痕或其它缺陷調(diào)制透射光的照度， 由此改變屏幕上的亮度分布。由玻璃的缺陷所引起的屏幕上的亮度偏差可通過視覺觀察到 或通過電荷耦合器件(CCD)照相機(jī)捕捉到。當(dāng)光經(jīng)過玻璃板或從玻璃板反射時(shí)，波陣面因 缺陷而畸變。術(shù)語“透鏡效應(yīng)”經(jīng)常用來描述由介質(zhì)的非均質(zhì)性造成的此類微小干涉。干 涉的“聚焦”部分使屏幕相應(yīng)部分中的亮度增加，而干涉的“散焦”部分導(dǎo)致屏幕相應(yīng)部分的亮度減弱。用于檢測(cè)表面不規(guī)則性的另一方法(例如參見美國(guó)專利US6，433，353，授予 Okugawa)包括將來自玻璃板的反射投射到屏幕上。通過選擇適宜的光偏振在于和入射角， 可使來自諸玻璃板表面之一的作用減至最小，由此得以主要檢查玻璃板的單個(gè)表面。使用小尺寸光源是檢測(cè)小尺寸、點(diǎn)狀缺陷和諸如線狀缺陷和條紋等小寬度條痕時(shí) 獲得高空間分辨率所必需的。盡管當(dāng)前通常使用時(shí)間非相干性白光，但由于來自較遠(yuǎn)距離 的小尺寸(點(diǎn)狀)光源的光的局部空間相干性，可能會(huì)觀察到一些衍射效應(yīng)。由尺寸為Rs 的光源射出的在玻璃上相隔間距Lcoh的各個(gè)點(diǎn)上光，將具有88%的空間相干性，其中Legh =-~(1)
KS(參見M. Born和E. Wolf的《光學(xué)原理》(Principles of optics)，劍橋大學(xué)出版 社，1999，第X章，4.2節(jié))，其中R是從光源至玻璃的距離，而λ是平均光波長(zhǎng)。當(dāng)表面干 擾尺寸w滿足WS^I⑵時(shí)，空間相干性是顯著的。由空間相干性造成的衍射會(huì)擴(kuò)散 缺陷陰影的銳度，或在一些情形下會(huì)放大屏幕上的強(qiáng)度調(diào)制。為了僅僅檢查玻璃中的條痕，可使用線性類光源。光源應(yīng)當(dāng)沿與條痕方向平行的 方向延伸。這可提高條痕沿該方向的對(duì)比度并擴(kuò)散其它類型缺陷的銳度。由于光源和屏幕之間的距離和入射角的變化，檢查人員感受到的由點(diǎn)狀光源產(chǎn)生 并投射到屏幕上的亮度有其固有的不均一性。為了對(duì)檢查結(jié)果做出一致性的解讀，應(yīng)當(dāng)改 變由光源發(fā)出光的光強(qiáng)度分布，從而使檢查人員所感受到的在屏幕檢查區(qū)內(nèi)的亮度(由局 部照度確定)是均勻的。在檢查用于IXD制造的玻璃面板的情形中，這一點(diǎn)尤其重要，其中 要求大型玻璃面板須滿足嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。隨著LCD業(yè)界所要求的玻璃基板尺寸的增加，提供 適宜的光強(qiáng)度分布成為一個(gè)課題。簡(jiǎn)單地按玻璃尺寸成正比地放大陰影圖配置是不可能或 者不現(xiàn)實(shí)的。除了增加檢查所需的空間和屏幕尺寸，燈的功率也必須與玻璃尺寸增加值的 平方成正比地增加。功率高的燈電弧有效尺寸也大。隨著燈功率的增加，電弧亮度往往穩(wěn) 定性變差，因?yàn)榉烹姷入x子體的規(guī)模增加會(huì)導(dǎo)致時(shí)間或空間不穩(wěn)定性的產(chǎn)生。不穩(wěn)定性將 表現(xiàn)為屏幕上的亮度波動(dòng)和空間亮度不均一，由此使檢查的一致性打折扣。燈泡的使用壽 命一般隨功率縮短。另外，可能需要額外的眼睛防護(hù)措施以便在檢查人員靠近強(qiáng)力光源的 情形下操作這種燈。

實(shí)用新型內(nèi)容在此描述本實(shí)用新型的若干方面。應(yīng)當(dāng)理解，這些方面可以彼此重疊，也可以不重 疊。因此，一個(gè)方面的組成部分可能落在另一方面的范圍內(nèi)，反之亦然。每一個(gè)方面通過若干實(shí)施方式來說明，而這些實(shí)施方式又可以包括一個(gè)或多個(gè)具體實(shí)施方式
。應(yīng)當(dāng)理解，這些實(shí)施方式可彼此重疊，也可以不重疊。因此一個(gè)實(shí)施方式的 組成部分或其具體實(shí)施方式
可以落在另一實(shí)施方式或其具體實(shí)施方式
的范圍內(nèi)或不落在 其范圍內(nèi)，反之亦然。要解決的一個(gè)技術(shù)問題是如何從一個(gè)光源在屏幕上提供均勻的亮度分布，用于在 大面積玻璃板上的一致性檢查的。要解決的另一個(gè)技術(shù)問題是如何使用相同或相似裝置對(duì) 于不同尺寸的大玻璃板從一個(gè)光源在屏幕上提供均勻的亮度分布，以便在不同生產(chǎn)設(shè)備中在不同尺寸的不同玻璃板的整個(gè)面積上獲得一致性的檢查。在第一方面，提供一種用于檢查透明材料中的缺陷的裝置。該裝置包括射出光束 的光源，將該光束投射至其上的屏幕，以及位于該光源和該屏幕之間以中途攔截投射到該 屏幕上的光束的光學(xué)元件。該光學(xué)元件配置成改變?cè)摴馐兄辽僖徊糠值墓鈴?qiáng)度并在屏幕 上形成基本均勻的亮度分布。本實(shí)用新型的一個(gè)或多個(gè)方面可具有一個(gè)或多個(gè)下列優(yōu)點(diǎn)。依據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)或多個(gè)方面的光學(xué)元件從點(diǎn)狀光源產(chǎn)生均勻的屏幕亮度 分布，使檢查大尺寸透明材料，例如玻璃板材料成為可能。本實(shí)用新型的光學(xué)元件本質(zhì)上消 除了光源和屏幕之間距離對(duì)屏幕檢查區(qū)內(nèi)的屏幕亮度分布的影響。由于這種消除作用，能 夠在達(dá)到相同檢查條件的同時(shí)用相同裝置檢查不同玻璃尺寸。其結(jié)果是，在每次測(cè)量之間、 在一個(gè)尺寸的玻璃板與另一個(gè)尺寸的玻璃板之間、以及在一個(gè)生產(chǎn)設(shè)施與另一個(gè)生產(chǎn)設(shè)施 之間，在玻璃高質(zhì)量區(qū)域上的檢查工序的一致性得到提高。這種提高是在不改變光學(xué)放大 率、從光源至屏幕的距離或光源的光強(qiáng)度(例如不改變光源的功率)的情況下取得的。其 結(jié)果是，即使所要檢查的玻璃尺寸增大，也可以使用較小的檢查空間。其結(jié)果是，在檢查較 大的玻璃時(shí)可以使用在檢查較小玻璃尺寸時(shí)有效的同一功率相對(duì)較低的光源。低功率的燈 往往使用壽命更長(zhǎng)，這就在檢查相對(duì)較大的玻璃板時(shí)節(jié)約燈的成本、維護(hù)成本和功耗。本實(shí)用新型的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在下面的詳細(xì)說明中給出，部分地可由本領(lǐng)域技 術(shù)人員從說明書中清楚得出或通過將說明書及其權(quán)利要求書和附圖所述的本實(shí)用新型投 入實(shí)踐而獲知。應(yīng)當(dāng)理解，以上一般說明和以下詳細(xì)說明僅僅是本實(shí)用新型的示例，意為理解權(quán) 利要求書中的本實(shí)用新型的性質(zhì)和特性提供概覽或框架。所包含的附圖用來提供本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，納入本說明書并作為本說明書 的組成部分。

圖1是傳統(tǒng)玻璃檢查裝置的陰影圖法的示意圖。圖2是具有可變透射濾光器的玻璃檢查裝置的示意圖。圖3是可變透射濾光器的橫截面的示意圖。圖4是可變透射濾光器的濾光器平面的示意圖。圖5是示出示例性可變透射濾光器的透射分布的曲線圖。圖6是150W氙氣燈(NewPort公司，貨號(hào)6253)以cd為單位光強(qiáng)度的典型角度分 布的曲線圖。圖7是具有包含非球面的折射光學(xué)元件的玻璃檢查裝置的示意圖。圖8A是折射光學(xué)元件計(jì)算得到的曲線圖。圖8B是具有圖8A計(jì)算得到的曲線圖的折射光學(xué)元件的橫截面示意圖。圖9A是不具有圖8B的折射光學(xué)元件時(shí)亮度(任意單位)相對(duì)于屏幕上位置的數(shù) 值光線跟蹤分析的結(jié)果的曲線圖。圖9B是具有圖8B的折射光學(xué)元件時(shí)亮度(任意單位)相對(duì)于屏幕上位置的數(shù)值 光線跟蹤分析的結(jié)果的曲線圖。[0032]圖9C是具有圖8B折射光學(xué)元件以1毫米發(fā)散時(shí)亮度(任意單位)相對(duì)于屏幕上 位置的數(shù)值光線跟蹤分析的結(jié)果的曲線圖。
具體實(shí)施方式
考慮圖1所示的配置，其中例如點(diǎn)狀光源的光源10和屏幕14沿光軸16設(shè)置。在 圖1使用的傳統(tǒng)配置中，光軸16是在某些情形下垂直于屏幕14并經(jīng)過光源10中心的直線。 另外，所要檢查的平直透明材料(例如平直玻璃12)設(shè)置在光軸16上。如果可以認(rèn)為光源 10符合朗伯關(guān)系，則屏幕14上一個(gè)點(diǎn)的亮度(即入射到每單位面積表面上的光通量)由 下式得到
IvCos 3Or
_4](3)其中Iv是光強(qiáng)度，α是光軸16和光源10射出的光線18的方向之間的夾角，而S 是從點(diǎn)光源10至屏幕14的距離。透過所檢查的玻璃板的光透射率對(duì)入射角的相關(guān)性在方 程式(3)中未予考慮。這在入射角不超過35°并且來自光源10的光發(fā)生偏振時(shí)是正當(dāng)?shù)摹?如有必要，可通過將取決于入射角的透射率引入來獲得更為精確的表達(dá)式。從方程式(3) 來看，在屏幕14的中央(即在光軸16)亮度最大，并朝向屏幕14的角落以Cos、衰落。本 實(shí)用新型的各個(gè)方面解決的是如何使屏幕14處的理想亮度分布就檢查人員的感受而言是 均勻的。術(shù)語“理想亮度分布”用來描述假定平直玻璃12沒有可檢測(cè)到的缺陷或當(dāng)沒有玻 璃板(或透明材料)位于光源10和屏幕14之間時(shí)屏幕上的亮度分布。平直玻璃12中可 檢測(cè)到的缺陷以屏幕14上亮度分布中失真的形式表現(xiàn)出來。因此，理想的亮度分布必須是 均勻的以實(shí)現(xiàn)所有質(zhì)量面積的一致性檢查。本實(shí)用新型所針對(duì)的對(duì)亮度分布中感受到的不均勻性產(chǎn)生作用的因素是(i)由方程式(3)表示的(從光源)到屏幕的距離和屏幕入射角的變化。(ii)光源的角光強(qiáng)度分布。例如參見圖6，其中示出短弧Xe光源的光強(qiáng)度對(duì)直立 角度的的相關(guān)性。光強(qiáng)度的這種角度依賴性可能源自是電極形狀對(duì)放電等離子體的影響。 在圖6的示例中，陰極是下端電極，在向下的方向上光強(qiáng)度大約大上5-10%。(iii)玻璃(或透明材料)由于玻璃板上的入射角的差異產(chǎn)生的光透射(或反射) 的變化，如菲涅耳折射公式中表述(M. Born和E. Wolf，光學(xué)原理，劍橋大學(xué)出版社，1999章 1，節(jié) 1. 5. 2).(iv)檢查人員相對(duì)于屏幕的位置。由肉眼或CXD照相機(jī)感受到的屏幕上的點(diǎn)P的 亮度是通過檢測(cè)器接收到的總光通量確定的。所檢測(cè)到的光通量與點(diǎn)P處的入射通量、從 入射方向接收到的并沿觀察方向反射的光的屏幕反射率、以及從該點(diǎn)至檢測(cè)器的距離等成 正比。在特定情形下，上述因素中只有一部分是明顯有影響的?？梢酝ㄟ^用點(diǎn)光源計(jì)量 器，例如照相點(diǎn)曝光計(jì)來測(cè)量屏幕亮度分布、并且映射所要求的濾光器透射分布以獲得恒 定屏幕亮度的方式，將所有這些因素考慮在內(nèi)。圖2示出一種檢查裝置20，包括光源22、可變透射濾光器24、以及沿光軸28設(shè) 置的屏幕26。在本實(shí)用新型中使用的傳統(tǒng)配置中，光軸28是垂直于屏幕26并經(jīng)過光源22 中心的直線。所要檢查的平直透明材料(例如平直玻璃30)沿光軸28設(shè)置，更具體地，位
6于可變透射濾光器24和屏幕26之間。受檢材料30的法線一般不垂直于光軸28。光束32 從光源22投射出，透過可變透射濾光器24、透過平直玻璃30、并射在屏幕26上。在一些實(shí) 施方式中，光源22可以是點(diǎn)狀光源。光源22可以是例如短引弧放電燈。選擇光源22的工 作波長(zhǎng)以使其落在可透過平直玻璃22并且在人工檢查的情形中可以為檢查人員所見的范 圍內(nèi)。如果形成在屏幕26上的圖像要由照相機(jī)獲得，則光應(yīng)當(dāng)可以由照相機(jī)介質(zhì)檢測(cè)到。 例如，光源22的工作波長(zhǎng)可處于從400nm至750nm的范圍內(nèi)。如果使用檢查人員，則應(yīng)當(dāng) 通過濾光器24或另一個(gè)濾光器阻隔可能會(huì)人眼造成傷害的UV和IR輻射。在其它實(shí)施方 式中，光源22可以是線性光源?？勺兺干錇V光器24在由光束最大工作角α _限定的光錐33中改變光束32的發(fā) 光強(qiáng)度分布，本質(zhì)上是在光錐33內(nèi)使屏幕26上所有點(diǎn)位置的亮度均勻。對(duì)于在光錐33之 外的光線，可以存在根據(jù)方程式(3)的亮度衰落，或者這些光線可由濾光器24或其它適宜 的光孔阻斷。由濾光器24改變的光錐33經(jīng)過平直玻璃30到達(dá)屏幕26。在屏幕26上觀察 到的亮度分布的任何畸變可以是平直玻璃30中存在缺陷的指示。觀察可以是由檢查人員 完成的?；蛘?，不使用檢查人員，或除了檢查人員外，該裝置包括用于捕捉屏幕26圖像的照 相機(jī)41。該裝置可進(jìn)一步包括用于處理由照相機(jī)41捕捉的圖像以確定平直玻璃30中是否 存在缺陷的處理器43。處理可包括將由于光源22和屏幕26之間存在平直玻璃30而捕捉 到的圖像與不引入該平直玻璃30的基準(zhǔn)圖像進(jìn)行比較。參見圖3，可變透射濾光器24包括用于接收光束的輸入側(cè)35和用于輸出光束的輸 出側(cè)37。在輸入側(cè)35，可變透射濾光器24包括襯底層36。在某些實(shí)施例中，襯底層36本 質(zhì)上具有均勻的透光性。在某些實(shí)施例中，襯底層36可由例如玻璃材料(例如熔融石英) 的透明材料制成。襯底36的一側(cè)——較佳地為可變透射濾光器24的輸出側(cè)37——包括濾 光層34。在某些實(shí)施例中，濾光層34可夾設(shè)在兩個(gè)襯底之間。在某些實(shí)施例中，濾光層34 具有可變的透光性。濾光器上某個(gè)點(diǎn)的透光率是在該點(diǎn)離開濾光器的光的光強(qiáng)度與在該點(diǎn) 進(jìn)入濾光器的光的光強(qiáng)度之比。濾光層34的透光性的空間變化，一如下面方程式(4)所 示，被用來控制射出濾光器24的光錐的角強(qiáng)度分布。可變透射層34以任意已知方式形成 在襯底層36上。可變透射濾光器24可以是如圖4所示的圓形，或具有其它形狀。在某些 實(shí)施例中，可變透射是通過吸光度的空間變化或光反射的空間變化或這兩者的結(jié)合來實(shí)現(xiàn) 的。例如，可使用諸如銀、鋁或其它金屬或合金等可變厚度金屬薄層。在某些實(shí)施例中，對(duì) 濾光層34和襯底層36的材料加以選擇以承受當(dāng)露出于高強(qiáng)度光束(圖2中的32)時(shí)的高 溫和由于熱膨脹而造成的熱應(yīng)力。在一些實(shí)施例中，在透射濾光器24的一側(cè)或兩側(cè)上形成防反射(AR)涂層38。除 了增加透過濾光器的透光性外，防反射層38還保護(hù)濾光層34不接觸環(huán)境空氣中的氧氣和 臭氧。在某些情形下，這種接觸可能造成濾光層34出現(xiàn)有害的氧化，例如如果濾光層34由 諸如金屬或金屬合金等可氧化的材料制成。源于AR涂層的總體透光性增加會(huì)導(dǎo)致對(duì)光源 較低的功率需求和工作中較低的濾光器溫度。AR涂層還減小來自濾光器表面的不良多次反 射。多次反射產(chǎn)生額外的虛光源，導(dǎo)致光源有效尺寸的增大。諸如透明玻璃、樹脂或聚合物 等保護(hù)層(圖3未示出)可設(shè)置在AR涂層38上或直接設(shè)置在濾光層上，以保護(hù)濾光層34 免于與周圍環(huán)境的化學(xué)反應(yīng)或免于諸如磨損、刮擦和切屑的機(jī)械損傷。在一些實(shí)施例中，濾光器的襯底材料可吸收或反射諸如UV (紫外線)或IR(紅外線)等光源輻射的不良光譜部分。在其它實(shí)施例中，可將一個(gè)或多個(gè)附加光學(xué)涂層涂敷于 濾光器表面以阻斷例如UV或IR等輻射的不良光譜部分。在一些實(shí)施例中，濾光層34的小粒度結(jié)構(gòu)是可接受的?？山邮芰６鹊拇笮『推渌?屬性取決于檢查裝置的分辨率要求和幾何布局。在某些實(shí)施例中，最大粒度小于2mm，較佳 地小于1mm。應(yīng)當(dāng)確定最大容許粒度結(jié)構(gòu)以使該粒度結(jié)構(gòu)不致在屏幕上產(chǎn)生可見的亮度不 均?；氐綀D2，光透射的變化可表達(dá)為在濾光器的一個(gè)點(diǎn)上的透射系數(shù)T的局部值對(duì) 該點(diǎn)的適宜坐標(biāo)的依賴。在必須考慮是僅僅是從光源22到屏幕26的距離以及屏幕26上 的入射角的變化的情形中，可變透射濾光器24的透射率分布T(P )可定義為自濾光器平面 內(nèi)點(diǎn)C的距離P的函數(shù)(參見圖4)，如下面方程式(4)所示
/ ,2 ,T(P) = T0 dJp-⑷
{ d +ρ J其中Ttl是襯底層36的透射系數(shù)，d是從光源22到可變透射濾光器24位置的距 離，而Pmax是在濾光器平面的最大光束半徑(參見圖4中的濾光器平面25和P)并表示 為Pfflax = Cl-Tanamax(5)在方程式(5)中，α _是最大工作光束角，定義為提供均勻亮度分布的光錐33的 角度。盡管理想如此，然而由于從光源22放出的熱量，不能使從光源22到可變透射濾光 器24的距離d太小。如果確定了光源22和可變透射濾光器24之間的實(shí)際工作距離d和 α _，則方程式(5)將確定Pmax。根據(jù)方程式(4)，透射率在在濾光器中心的1^08、_(其 中α = 0且P = 0)增加到濾光器外緣處或附近的Τ。(其中α = 且ρ = ρ _)。換 句話說，透過濾光器24的光透射率T在最大工作光束角α max下是Ttl的100%并隨著接近 濾光器中心α = 0而減小。圖5的實(shí)施例示出當(dāng)Ttl = 85%，d = 70. 8謹(jǐn)，且α max = 27° 時(shí)的可變透射濾光器的透射率分布。使用這些參數(shù)，Pmax約為36mm。繪出的是濾光器透光 系數(shù)T對(duì)濾光器平面內(nèi)光束半徑位置P的曲線圖。在一般情況下，例如當(dāng)必須將上面清單中的多個(gè)因素考慮在內(nèi)時(shí)，透射率分布不 像前面的實(shí)施例那樣是軸向?qū)ΨQ的。如果理論分析不切實(shí)際，則可實(shí)施下面的步驟。在不 采用濾光器的情況下將來自光源22的光透射經(jīng)過高質(zhì)量玻璃樣本投射到屏幕26上。使用 一個(gè)位于檢查人員所要站立的點(diǎn)上的點(diǎn)光源計(jì)量器，通過測(cè)量多個(gè)屏幕點(diǎn)上的亮度來確定 屏幕亮度的分布。有了來自足夠數(shù)量的屏幕點(diǎn)的亮度測(cè)量值，則可以用一個(gè)適宜函數(shù)，例如 多項(xiàng)式內(nèi)插法，內(nèi)插得到亮度分布——即亮度與屏幕上的位置的關(guān)系曲線。最小亮度Itl的 點(diǎn)Ptl得到確定并映射到使照射點(diǎn)Ptl的光從其經(jīng)過的濾光器平面內(nèi)的一個(gè)點(diǎn)。亮度已測(cè)的 其它點(diǎn)被映射到濾光器平面內(nèi)的相應(yīng)點(diǎn)Pi, i = I0，N}，其中N是點(diǎn)數(shù)。濾光器平面內(nèi)與？1 對(duì)應(yīng)的點(diǎn)的總透射系數(shù)Ti (襯底和濾光層)確定為Ti=^T0(6)其中Ttl是襯底透射率而Ii是點(diǎn)Pi處的亮度。則可通過適宜方法對(duì)透射率系數(shù)分 布進(jìn)行內(nèi)插，例如通過多項(xiàng)式內(nèi)插法。當(dāng)通過上述步驟制造得到的濾光器設(shè)置在光源和屏 幕之間時(shí)，屏幕的亮度將是基本均一的。[0056]在另一實(shí)施方式中，如圖7所示，使用折射光學(xué)元件40使從點(diǎn)狀光源22射出的光 重新分布以在屏幕平面26獲得合需的發(fā)光分布。折射光學(xué)元件40具有至少一個(gè)非球形表 面，下文將做解釋。在本實(shí)施方式中，不是阻斷發(fā)亮區(qū)域中的多余光以提供屏幕的均一亮 度，而是通過將光線從屏幕上的光亮區(qū)域折射至屏幕上的暗淡區(qū)域的來重新引導(dǎo)光線。下面的內(nèi)容教示如何獲得折射光學(xué)元件(或透鏡)40的形狀。讓我們假設(shè)圖7中 折射光學(xué)元件40的第一表面42 (朝向光源22)是凹球面。球的中心與光源位置22重合。 第二凸面44 (背朝光源22)由函數(shù)r(a)確定，其中r是在角α的方向上與第一球面中心 的距離。在角度α上的光束到達(dá)屏幕時(shí)與光軸相隔一距離，所述距離表示為
h(a) = r Sin a + (S -r Cos a ) Tan φ(7)其中^是光線在射出透鏡后的角度。如果ν是第二表面的法線和光軸之間的角，
則斯涅耳折射定律可表示為
η Sin(v 一 α) = Sin(v -φ)(8) 其中η是透鏡材料的折射率。表面法線角度的正切可表示為
dr
--Cos a + r Sin aTan ν 二 -
——Sina -hr Cos a da合并方程式(8)和(9)，則
1 dr Smipia)-a)
(9)S—.
r da η — Cos(^(a) — a) 一階微分方程式(10)可用來確定非球形表面44的形狀。由于所有角度都在偏離 法線的幾度之內(nèi)，因此不考慮襯底透射系數(shù)與折射角的相關(guān)關(guān)系。可將總透射率視為恒定 的。方程式(10)的解可表示為
α
r(a) = r(0)Expi \ χ——
λ n-i對(duì)于給定相關(guān)關(guān)系P ( α )，函數(shù)織(O可從方程式(7)中找到。
,、Α τ p{a) - r Sin α
φ(α) = ArcTan -
S-rCosa(12) 如果要求具有最大出射角Cimax的光線保持同一方向射出透鏡，則
S
(11)
K ='
CiCl
9
權(quán)利要求一種用于檢測(cè)透明材料中缺陷的裝置，包括發(fā)射光束的光源；將所述光束投射在其上的屏幕；以及設(shè)置在所述光源和所述屏幕之間以攔截投射到所述屏幕上的光束的光學(xué)元件，所述光學(xué)元件配置成改變所述光束的至少一部分的光強(qiáng)度并在所述屏幕上形成基本均勻的亮度分布。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述光學(xué)元件包括具有由K/(d2+ P 2)3/2定義 的透射關(guān)系曲線的可變透射濾光器，其中P是從可變透射濾光器的中心到可變透射濾光 器給定點(diǎn)測(cè)得的半徑，而d和K是常數(shù)，其中所述可變透射濾光器包括具有形成在具有基本 均勻透光率的襯底層上的可變透光率的濾光層。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述可變透射濾光器還包括形成在所述濾 光層和所述襯底層中的至少一個(gè)上的防反射層。
4.如權(quán)利要求2或3所述的裝置，其特征在于，所述常數(shù)K定義為K = T0 (d2+Pfflax2)3/2其中，Ttl是所述襯底層的透射率，Pmax是所述可變透射濾光器改變光強(qiáng)度的P的預(yù)定 最大值，而d是所述可變透射濾光器和所述光源之間的距離。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述光學(xué)元件是具有至少一個(gè)非球形表面 的折射光學(xué)元件。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述光源選自點(diǎn)光源和線性光源。
專利摘要用于檢測(cè)透明材料中缺陷的裝置包括射出光束的光源和在其上投射光束的屏幕。該裝置還包括位于光源和屏幕之間以攔截投射到屏幕上的光束的光學(xué)元件。該光學(xué)元件配置成改變光束的至少一部分的光強(qiáng)度并在屏幕上形成基本均勻的亮度分布。
文檔編號(hào)G01N21/958GK201765196SQ20102018936
公開日2011年3月16日 申請(qǐng)日期2010年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者S·波塔彭科 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司