專利名稱：光學測量方法及光學測量裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及光學測量方法及光學測量裝置。更詳細地說，涉及這樣一種光學測量方法及光學測量裝置，其適用于在測量玻璃板等的檢測對象中、存在因表面特性而引起的噪聲并且該噪聲的分布不規則的檢測對象。
背景技術：
作為光學測量方法之一，有例如日本特開2002-8444號公報所公開的使用預定的閾值的方法。通過使用這種方法，能夠實現檢測出附著在用于液晶板等玻璃板上的不潔物等異物的異物檢測裝置。
圖6為使用了現有光學測量方法的異物檢測裝置5的原理圖，圖7為表示圖6中的異物IB引起的散射光的強度信號S1與閾值T0之間的關系的圖。圖7的上部表示在玻璃板GL上存在包含異物IBa、IBb的4個異物，圖7下部的曲線表示圖7上部L0線中的光強度信號S1。如圖6所示，異物檢測裝置5具有使光照射到作為檢測對象的玻璃板GL上的射光器件51，能夠接受射光器件51照射的光中在玻璃板GL上被散射的散射光、最終變換成二維散射光強度信號S1的受光器件53，以及將散射光強度信號S1與預定的閾值T0進行比較的比較器件63。
如果采用異物檢測裝置5，當玻璃板GL上附著有異物IB時，射光器件51照射的光被異物IB散射成散射光。散射光的一部分被受光器件53接收，變換成散射光強度信號S1。散射光的強度信號S1被A/D變換器61A/D變換后在比較器件63中與預定的閾值T0進行比較，如圖7(A)所示那樣，僅在比閾值T0大的情況下輸出異物信號SB。這一處理在整個玻璃板GL的二維表面上進行。由此可以知道在玻璃板GL上與異物信號SB的像素相對應的位置附著有異物IB。并且，還可以根據異物信號SB的總強度知道異物IB的大小。
日本特開2002-8444號公報但是，作為檢查對象的玻璃板GL上一般存在大小為作為檢測對象的異物的大小的1/2到1/10左右及其以下的微小的疵點、突起物、其表面的粗糙度等，這些表面特性都會引起噪聲。這種噪聲隨位置或時間的不同其大小不一地變動。在存在這種變動的噪聲的情況下，存在上述異物檢測裝置5的檢測精度不好的問題。
例如，在圖7(A)那樣的表面特性引起的噪聲SN小且一定的情況下，2個異物IBa、IBb引起的散射光的強度信號SBa、SBb可以通過比較光強度信號S1(＝SB+SN)與預定的閾值T0良好地檢測到。但是，在圖7(B)那樣噪聲SN不一定、存在分布的情況下，即使能夠通過設定閾值T0檢測到左側異物IBa，但在存在像右側的異物IBb那樣比較小的噪聲SN的位置附著有異物IB的情況下，由于其散射光的強度信號S1(＝SBb+SN)未超過上述閾值T0，因此不能檢測到異物IBb。
而且，由于該噪聲的分布在作為檢查對象的玻璃板GL的面內隨位置不同而異，而且不同的玻璃板GL也不同，所以很難用共同的值設定各自的預定的閾值T0。用于平板顯示的玻璃板大多數情況下被覆有金屬膜等，特別是在這樣的情況下，表面的粗糙度等引起噪聲而檢測精度顯著惡化。因此，希望要有不管檢查對象的表面特性如何都能夠達到良好的檢測精度的異物檢測裝置。
發明內容
本發明就是鑒于上述問題，目的是要提供一種能夠避免檢查對象的表面特性引起噪聲使測量精度惡化的光學測量方法及光學測量裝置。
為了解決上述問題，本發明的第1方案為如圖1、2所示那樣的用來光學地測量檢查對象GL的表面狀態IB的光學測量方法，將光照射到上述檢查對象GL上，接受從上述檢查對象GL獲得的光最終變換成二維光強度信號S1，從上述光強度信號S1中將測量上述表面狀態IB時必需的信號即關注信號SB與測量上述表面狀態時不需要的信號即噪聲信號SN分離，由此僅抽出關注信號SB，將抽出的關注信號SB與預定的閾值T1進行比較。
本發明的第2方案為如圖2(B)、2(C)所示抽出作為存在上述關注信號SB的像素即關注像素40，從抽出的上述關注像素40的光強度信號中除去該關注像素40中的噪聲信號SN，由此抽出上述關注信號SB。
本發明的第3方案為如圖3、4所示預先將第1參數P1和第2參數P2存儲在存儲單元31中，對相鄰像素的光強度信號S1依次進行差分處理，通過比較該相鄰像素間的差分值與第1參數P1的大小來識別關注像素40的一端42的像素，然后通過比較相鄰像素間的差分值與第2參數P2的大小來識別關注像素40的另一端44的像素，由此識別關注像素40的位置，根據識別的關注像素40兩端42、44的光強度信號插值噪聲信號SN，從各關注像素40的光強度信號中除去插值得到的噪聲信號SN。
本發明的第4方案為在識別關注像素的一端42后不能識別關注像素40的另一端44的情況下，可以實施以下處理中的任何一個處理強制地將離上述一端42預定像素寬度的位置作為另一端44，或者認為從上述一端42開始不能識別。
本發明的第5方案為用來光學地測量檢查對象GL的表面狀態IB的光學測量裝置1，包括以下器件將光照射到上述檢查對象GL上的射光器件11，可以接受從上述檢查對象GL獲得的光最終變換成二維光強度信號的受光器件13，通過從上述光強度信號S1中將測量上述表面狀態IB時必需的信號即關注信號SB與測量上述表面狀態IB時不需要的信號即噪聲信號SN分離，僅抽出關注信號SB的關注信號抽取單元30，將抽出的關注信號SB與預定的閾值T1進行比較的比較器件23。
本發明的第6方案中上述關注信號抽取單元30具有抽出作為存在上述關注信號SB的像素即關注像素40的關注像素抽取單元32，以及通過從抽出的上述關注像素40的光強度信號S1中除去該關注像素40中的噪聲信號SN抽出上述關注信號SB的減去噪聲單元33。
本發明的第7方案中上述關注信號抽取單元30具有預先存儲有第1參數P1和第2參數P2的存儲單元31；上述關注像素抽取單元34對上述受光器件13獲得的相鄰像素的光強度信號S1依次進行差分處理，通過比較該相鄰像素間的差分值與第1參數P1的大小來識別關注像素SB的一端42的像素，然后通過比較相鄰像素間的差分值與第2參數P2的大小來識別關注像素40的另一端44的像素，由此識別關注像素40的位置，根據識別的關注像素40兩端42、43的光強度信號插值噪聲信號SN；上述減去噪聲單元33從各關注像素40的光強度信號S1中減去插值得到的噪聲信號SN。
本發明的第8方案在上述關注像素抽取單元32在識別關注像素40的一端42后不能識別關注像素40的另一端44的情況下可以實施以下處理中的任何一個處理強制地將離上述一端42預定像素寬度的位置作為另一端44，或者認為從上述一端42開始不能識別。
本發明將光照射到檢查對象GL上，接受從上述檢查對象GL獲得的光最終變換成二維光強度信號S1。該光強度信號S1包含噪聲信號SN和關注信號SB。噪聲信號SN為基于檢查對象GL的表面特性的信號，為測量存在異物等表面狀態IB時不需要的信號。關注信號SB為被表面狀態IB散射的散射光的強度信號，為測量表面狀態IB時必需的信號。關注信號SB疊加在噪聲信號SN上。通過從光強度信號S1中將關注信號SB與噪聲信號SN分開僅抽取關注信號SB，將抽出的關注信號SB與預定的閾值T1進行比較。這實際如圖5所示為光強度信號S1與追隨噪聲信號SN的閾值T1′的比較。因此，能夠避免檢查對象的表面特性引起的噪聲使測量精度惡化。
如果采用本發明，提供一種能夠避免檢查對象的表面特性引起噪聲使測量精度惡化的光學測量方法及光學測量裝置。
圖1本發明的異物檢測裝置的原理2用來說明運算處理單元中的處理的3表示包含異物信號的光強度信號的4用來說明異物像素抽取單元中的處理的5表示光強度信號與實際上的閾值的關系的6使用了現有光學測量方法的異物檢測裝置的原理7表示圖6所示的異物引起的散射光的強度信號與閾值的關系的圖實施本發明的優選形態圖1為本發明的異物檢測裝置1的原理圖，圖2為用來說明運算處理單元20中的處理的圖，圖3為表示包含異物信號SB的光強度信號S1的圖，圖4為用來說明異物像素抽取單元32中的處理的圖，圖5為表示光強度信號S1與實際上的閾值T1′的關系的圖。
圖1所示的異物檢測裝置1具備射光器件11、光學系統12、受光器件13、運算處理單元20和顯示器件14。射光器件11的配置方式為使激光束從斜上方照射到作為檢查對象的玻璃板GL。光學系統12配置在玻璃板GL與受光器件13之間，具有將來自玻璃板GL的表面的散射光導向受光器件13的受光面的透鏡。受光器件13為可以接受該散射光最終變換成二維光強度信號S1的陣列傳感器相機。
運算處理單元20包括A/D變換單元21、異物信號抽取單元30和比較器件23。當然，A/D變換單元21也可以配置在受光器件13內。即，受光器件13可以是輸出數字信號的所謂數字傳感器。異物信號抽取單元30包括存儲單元31、異物像素抽取單元32和減去噪聲單元33。存儲單元31預先存儲有第1參數P1和第2參數P2。也可以存儲參數ΔL、ΔR和W。有關這些參數的功能后面敘述。異物像素抽取單元32根據光強度信號S1檢測是否存在異物信號SB，像圖2(B)所示那樣，抽取該異物信號SB存在的像素或其區域(以下稱為“異物像素”或“異物區域”)40。另外，異物信號SB相當于本發明關注的信號。并且，異物像素抽取單元32相當于本發明的關注像素抽取單元。
如圖2(B)及(C)所示，減去噪聲單元33通過從抽取到的異物像素40的光強度信號S1中除去該異物像素40中的噪聲信號SN，來僅將異物信號SB抽出。比較器件23如圖2(D)所示那樣，將異物信號抽取單元30抽出的異物信號SB的值與預定的閾值T1進行比較，僅在比閾值T1大時將其輸出。顯示器件14為具備CRT或液晶畫面等顯示畫面的顯示裝置，根據運算處理單元20輸出的異物信號SB將異物IB的信息顯示在顯示畫面中。
下面詳細說明上述結構的異物檢測裝置1的異物檢測功能。在圖1中，射光器件11照射玻璃板GL。當玻璃板GL上附著有異物IB時，照射光照射到異物IB上被散射。該散射光的一部分被光學系統12聚集導入受光器件13中。受光器件13將上述散射光的一部分變換成光強度信號S1。該光強度信號S1包括噪聲信號SN和異物信號SB。
這里，由于作為檢查對象的玻璃板GL的表面一般存在大小為作為檢測對象的異物IB的大小的1/2到1/10左右或其以下的微小的疵點、突起物、其表面的粗糙度等，這些表面特性都有可能引起噪聲。異物信號SB就是這樣的基于玻璃板GL的表面特性的信號。異物信號SB疊加在被異物IB散射的散射光的強度信號即噪聲信號SN上。
被輸入運算處理單元20的模擬光強度信號S1在A/D變換單元21中變換成數字信號。異物像素抽取單元32識別異物信號SB的兩端，抽出夾在其中的區域作為異物像素40。具體為，對例如圖3那樣的光強度信號S1，在相鄰的像素間依次進行差分處理，獲得圖4那樣的差分值ΔS1的關系。在圖4中，當存在具有比第1參數P1大的差分值ΔS1作為上升信號的像素41時，將該像素的地址作為異物IB的左端候補。當相鄰的像素連續有多個具有比第1參數P1大的差分值作為上升信號的像素時，將最右側的相素的地址作為左端候補。
并且，將從左端候補減去參數ΔL，例如1～5個相素的地址作為異物IB的左端42。通過減去參數ΔL，能夠更精確地識別異物IB的端部。接著，在存在具有比第2參數P2小的差分值作為下降信號的像素43時，將該像素43的地址作為異物IB的右端候補。當在相鄰像素連續有多個具有下降比第2參數P2小的差分值作為下降信號的像素時，將最左側的相素作為左端候補。
并且，將在右端候補上加上參數ΔR，例如1～5個相素的地址作為異物IB的右端44。通過加上參數ΔR，能夠更精確地識別異物IB的端部。當然，左端候補的識別可以考慮各種各樣的變形。例如，當在相鄰的像素連續有多個具有比第1參數P1大的差分值作為上升信號的像素時，既可以作為最左側的相素也可以作為它們的中間值。對于右端候補也同樣。
這里，第1參數P1優選與高頻噪聲的振幅大致相同的值。第2參數P2優選與第1參數P1相同的值或比其小的值，更好是第1參數P1的1/2左右。第1及第2參數P1、P2可以與想要除去的高頻噪聲，例如面膜的粗細相對應設定。參數ΔL、ΔR優選成為檢測對象的異物IB的關注像素的端部之間的平均距離，即異物區域40的1/3左右的大小。例如，設定為P1＝10、P2＝-5、ΔL＝3、ΔR＝-3。這樣識別異物信號SB的左端42和右端44，抽出它們夾著的區域作為異物區域40。
下面執行的是從該異物區域40的光強度信號S1中除去異物區域40中的噪聲信號SN的處理。將左端42的信號強度作為左端42的噪聲信號，同樣將右端44的信號強度作為右端44的噪聲信號，其間像圖3那樣進行線性插值。這樣能夠求出異物區域40內的噪聲信號SN，能夠求出從異物區域40內的光強度信號S1減去該噪聲信號SN后的值作為異物信號SB的信號強度。
另外，如果在將某個地址作為異物IB的左端42之后找不到可以看成是異物IB的右端44的信號的話，可以選擇強制地認為離左端42預定像素寬W(圖中沒有特別表示)的右邊存在該異物的右端，或者認為從開始就不存在異物IB。由此，可以避免發現左端42而找不到右端44的狀態。或者可以避免在設想的位置以外誤檢測到右端44。該預定像素寬度W優選作為檢測對象的異物IB的關注像素的端部之間的平均距離，即異物區域40的平均程度的值。
并且，在假定左端42之后，在先于右端候補之前再次出現左端候補時的處理，可以根據其目的，選擇是忽略新的左端候補還是將新的左端候補修改成左端。而且，因異物接近地存在，2個異物區域重疊時的處理，可以根據其目的選擇是將2個異物區域分開處理還是將2個異物區域合成一個進行處理。由此，可以更準確地檢測異物。
比較器件23將異物信號抽取單元30的處理抽出的異物信號SB的值與預定的閾值T1進行比較，僅輸出比閾值T1大時的值。該閾值T1越小越能檢測出小的異物IB，越大越只能檢測出大的異物。即，可以說是決定檢測靈敏度的值。通過對玻璃板GL的整個表面進行上述處理，能夠抽出與閾值T1相對應的異物信號SB。
比較器件23這樣地將除去了噪聲信號SN的異物信號SB的值與預定大小的閾值T1進行比較。這實際上是如圖5所示那樣將光強度信號S1與追隨噪聲信號SN的閾值T1′進行比較。因此，即使是在表面被覆了金屬膜的玻璃板GL，也能夠不受基于金屬膜的粗糙度的噪聲信號的不勻的影響，精度良好地檢測出異物。
顯示器件14將抽出的異物信號SB作為表示附著在玻璃板GL上的位置的二維圖像顯示在顯示畫面中。當然，也可以表示異物IB的大小，每個大小的個數的分布以及附著位置的分布等。而且，也可以與此完全相反地表示噪聲的分布。即，可以知道玻璃板GL的粗糙度的分布。
在以上實施形態中，異物檢測裝置1的整個或其各零部件的構成、結構、個數等，以及運算處理單元20中的處理內容和處理順序等，可以根據本發明的宗旨進行適當的變更。雖然上述運算處理單元20對相鄰的像素進行差分處理等上述處理，但不是相鄰的像素之間而是跳過一二個像素的像素之間也可以進行上述處理。因此本發明的“相鄰像素”包括“相近像素”的意思。并且，當然也可以用更加復雜的低通濾波取代差分處理。并且，本發明不局限于異物檢測裝置，也可以適用于其他用途的光學測量裝置。例如，可以適用于缺陷檢查裝置、突起高度測量裝置、三維形狀測量裝置、膜厚測量裝置、粗糙度測量裝置、圖案識別裝置及寬度測量裝置等。
權利要求
1.一種光學地測量檢查對象的表面狀態的光學測量方法，其特征在于，將光照射到上述檢查對象上，接受從上述檢查對象獲得的光，最終變換成二維光強度信號，從上述光強度信號中將測量上述表面狀態時必需的信號即關注信號與測量上述表面狀態時不需要的信號即噪聲信號分離，由此僅抽出關注信號，將抽出的關注信號與預定的閾值進行比較。
2.如權利要求1所述的光學測量方法，抽出作為存在上述關注信號的像素即關注像素，從抽出的上述關注像素的光強度信號中除去該關注像素中的噪聲信號，由此抽出上述關注信號。
3.如權利要求2所述的光學測量方法，預先將第1參數和第2參數存儲在存儲單元中，對相鄰的像素的光強度信號依次進行差分處理，通過比較該相鄰的像素間的差分值與第1參數的大小，來識別關注像素的一端的像素，然后通過比較相鄰像素間的差分值與第2參數的大小，來識別關注像素的另一端的像素，由此識別關注像素的位置，根據識別的關注像素兩端的光強度信號，插值噪聲信號，從各關注像素的光強度信號中除去插值的噪聲信號。
4.如權利要求3所述的光學測量方法，在識別關注像素的一端后不能識別關注像素的另一端的情況下，可以實施以下處理中的任何一個處理強制地將離上述一端預定像素寬度的位置作為另一端，或者認為上述一端從開始就不能識別。
5.一種用來光學地測量檢查對象的表面狀態的光學測量裝置，其特征在于，包括以下器件將光照射到上述檢查對象上的射光器件；可以接受從上述檢查對象獲得的光并最終變換成二維光強度信號的受光器件；通過從上述光強度信號中將測量上述表面狀態時必需的信號即關注信號與測量上述表面狀態時不需要的信號即噪聲信號分離，僅抽出關注信號的關注信號抽取單元；將抽出的關注信號與預定的閾值進行比較的比較器件。
6.如權利要求5所述的光學測量裝置，上述關注信號抽取單元具有抽出作為存在上述關注信號的像素即關注像素的關注像素抽取單元；以及通過從抽出的上述關注像素的光強度信號中除去該關注像素中的噪聲信號，來抽出上述關注信號的噪聲減去單元。
7.如權利要求6所述的光學測量裝置，上述關注信號抽取單元具有預先存儲有第1參數和第2參數的存儲單元；上述關注像素抽取單元對上述受光器件獲得的相鄰像素的光強度信號依次進行差分處理，通過比較該相鄰像素間的差分值與第1參數的大小來識別關注像素的一端的像素，然后通過比較相鄰像素間的差分值與第2參數的大小，來識別關注像素的另一端的像素，由此識別關注像素的位置，根據識別的關注像素兩端的光強度信號插值噪聲信號；上述噪聲減去單元從各關注像素的光強度信號中減去插值的噪聲信號。
8.如權利要求7所述的光學測量裝置，在上述關注像素抽取單元識別了關注像素的一端后，不能識別關注像素的另一端的情況下，可以實施以下處理中的任何一個處理強制地將離上述一端預定像素寬度的位置作為另一端，或者認為上述一端從開始就不能識別。
全文摘要
提供能夠避免檢查對象的表面特性引起噪聲使測量精度惡化的光學測量方法及光學測量裝置。將光照射到檢查對象(GL)上，接受從檢查對象(GL獲得的光最終變換成二維光強度信號(S1)，從光強度信號(S1)中將測量表面狀態(IB)時必須的信號即關注信號(SB)與測量表面狀態時不需要的信號即噪聲信號(SN)分離，由此僅抽出關注信號(SB)，將抽出的關注信號(SB)與預定的閾值(T1)進行比較。實際上為比較光強度信號(S1)與追隨噪聲信號(SN)的閾值，能夠避免檢查對象的表面特性引起噪聲使測量精度惡化。
文檔編號G01B11/00GK1721841SQ20051008602
公開日2006年1月18日 申請日期2005年7月18日 優先權日2004年7月16日
發明者松村淳一, 大久保憲治 申請人:東麗工程株式會社