用于探測表面不連續缺陷的光學檢查設備的制作方法

用于探測表面不連續缺陷的光學檢查設備的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于探測表面不連續缺陷的光學檢查設備，該光學檢查設備用于探測玻璃板中的表面不連續缺陷。反射漫射器與玻璃板的后表面相鄰，并配置為被梯度強度照明來照明。數字照相機具有與玻璃板的前表面相鄰的二維圖像傳感器。數字照相機在反射漫射器處具有一接受圓，該接受圓由于表面不連續性而相對于梯度照明而偏移。
【專利說明】用于探測表面不連續缺陷的光學檢查設備
[0001]本申請要求2013年2月26日提交的、序列號為13/777692的美國專利申請的優先權，本申請的內容依賴于該美國專利申請且該美國專利申請以全文引用的方式合并于此。

【技術領域】
[0002]本實用新型涉及光學檢查設備，特別地，涉及使用面陣列來探測表面不連續缺陷的光學檢查設備。

【背景技術】
[0003]光學顯示玻璃以大幅面板在玻璃制造線上形成。顯示玻璃在被進一步處理和包含入任一種顯示裝置中之前需檢查有沒有缺陷或制造異常。該檢查典型地基于光學且通常以兩個步驟實施:光學粗查，覆蓋了整個玻璃板以辨別出需復查以仔細檢查的位置；以及光學復查，在粗查中所辨別的位置上仔細查看。
[0004]使用光學檢查設備進行復查。光學檢查設備采集了玻璃板上有問題的位置的多個圖像。在不同的照明條件下，在玻璃板內以及表面處的不同位置處采集多個圖像，從而能夠更加容易地探測、定位并表征潛在的缺陷或異常。
實用新型內容
[0005]目前，采用面陣列照相裝置(即，具有二維圖像傳感器的照相機系統)對不連續(SD)缺陷的探測被證明是有問題的，因其難以在整個視場上獲得均勻的探測。因而，通常采用線性掃描照相機探測SD缺陷，其使用狹縫探測器和刀鋒(knife-edge)光源。然而，若能使用面陣照相機以簡化設備和實現對SD缺陷更快的檢查是有利的。
[0006]本實用新型的一方面為一種光學檢查設備，用于探測具有前表面和后表面的玻璃板中的表面不連續缺陷。該設備包括布置為與玻璃板的前表面相鄰且沿設備軸的數字照相機。該數字照相機具有采集玻璃板檢查區域的數字檢查圖像的二維圖像傳感器(即，面陣探測器)。該設備還包括布置為沿設備軸、且與玻璃板的后表面相鄰并隔開的反射漫射器。該數字照相機在反射漫射器處具有接受圓。該設備進一步包括布置為從前表面通過玻璃板的梯度照明光線以在反射漫射器上形成梯度照明區域的梯度照明源。該數字照相機的接受圓與梯度照明區域部分重疊、并由于檢查區域中存在有表面不連續缺陷而相對梯度照明區域偏移。
[0007]本實用新型的另一方面為如上所述的光學檢查設備，其中，在梯度照明區域的邊上接受圓和梯度照明區域部分重疊，其中梯度照明區域在該邊上最暗。
[0008]本實用新型的另一方面為如上所述的光學檢查設備，其中，梯度照明區域包括與該邊相鄰具有恒定強度的子區域。
[0009]本實用新型的另一方面為如上所述的光學檢查設備，其中，恒定強度子區域與接受圓在接受圓偏移的方向上具有大致相同的尺寸。
[0010]本實用新型的另一方面為如上所述的光學檢查設備，其中，梯度照明區域在接受圓偏移的方向上具有線性的強度變化。
[0011]本實用新型的另一方面為一種光學檢查設備，用于光學檢查玻璃板的表面不連續性，玻璃板具有前表面和后表面。該設備包括布置為與玻璃板的前表面相鄰且沿設備軸的數字照相機。該數字照相機具有采集玻璃板檢查區域的數字檢查圖像的二維圖像傳感器。該設備還包括布置為沿設備軸、且與玻璃板的后表面相鄰并隔開的反射漫射器，其中數字照相機在其上具有接受圓。該設備進一步包括布置為提供沿設備軸的共軸照明的共軸照明源，其中，共軸照明被聚焦為在數字照相機一側相鄰于玻璃板的前表面。第一量的共軸照明被玻璃板的前表面和后表面反射，并對數字檢查圖像的形成作出貢獻。第二量的共軸照明被反射漫射器反射為漫射的反射光線，并對數字圖像的形成作出貢獻。第一量的反射的共軸照明為第二量的漫射的反射光的至少兩倍。
[0012]本實用新型的另一方面為如上所述的光學檢查設備，其中，第一量為第二量的二至五倍。
[0013]本實用新型的另一方面為如上所述的光學檢查設備，其中，共軸照明距玻璃板的聚焦距離在4mm至6mm之間。
[0014]本實用新型的另一方面為在具有前表面和后表面的玻璃板中光學地探測表面連續缺陷的方法。該方法包括采用在距玻璃板的前表面聚焦距離上的焦點以形成發散光束的光線軸向地照明玻璃板。該方法還包括來自前表面和后表面的發散光束的第一量的光，并從第一量的光形成二維數字檢查圖像。該方法另外包括從布置為與玻璃板的后表面相鄰的反射漫射器漫射地反射來自發散光束的第二量的光，且二維數字檢查圖像中包括第二量的光，第一量至少為第二量的兩倍。
[0015]本實用新型的另一方面為如上所述的方法，其中，第一量的光為第二量的光的二至五倍。
[0016]本實用新型的另一方面為如上所述的方法，其中，共軸照明距玻璃板的聚焦距離在4mm至6mm的范圍內。
[0017]本實用新型的另一方面為如上所述的方法，進一步包括基于二維數字檢查圖像表征表面不連續缺陷。
[0018]在下述具體說明中闡述了其他特征和優點，部分特征和優點根據說明書對本領域技術人員而言是顯而易見的，或是通過實踐如說明書及權利要求和附圖所述的實施例而被認可的。可以理解，前述概要說明和下述具體說明都僅是示例的，旨在提供構架的概況以理解權利要求的本質和特點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]附圖被包含以便于進一步地理解本實用新型，附圖合并入說明書并構成說明書的一部分。附圖示出了一個或多個實施例，并且與具體說明一起用于解釋各個實施例的原理和操作。如此，根據下述的具體說明、結合附圖將更加充分地理解本實用新型，其中:
[0020]圖1和圖2是示例性光學檢查站的示意圖，其包括相對于待檢查表面不連續缺陷的玻璃板可操作地設置的光學檢查設備。
[0021]圖3是光學檢查設備和被檢查的玻璃板的示意性側視圖，示出了光學檢查設備的視場和位于被檢查的玻璃板區域中的表面不連續缺陷。
[0022]圖4是示出視場和被檢查的玻璃板區域的玻璃板的正視圖(front-on view),檢查區域中存在有示例性表面不連續缺陷。
[0023]圖5A示出由來自梯度照明光源的梯度照明在反射漫射器上形成的梯度照明區域的示例。
[0024]圖5B是強度I (任意單元)隨-Y方向上的位置(任意單元)的圖表，示出了圖5A的梯度照明區域的示例性強度分布。
[0025]圖6A-6C是現有技術采用恒定強度照明的照明配置的示意圖，并示出了在反射漫射器上形成的數字照相機的接受圓(acceptance circle)和恒定強度照明。
[0026]圖6D示出使用采用恒定強度照明的光學檢查設備所獲得的數字檢查圖像的一部分的示例性特寫視圖，示出了示例性缺陷圖像。
[0027]圖7A-7C與圖6A-6C相似，但采用了梯度照明。
[0028]圖7D與圖6D相似，但數字檢查圖像中缺陷圖像周圍的強度變化更大。
[0029]圖8A與圖5A相似，示出了其中一部分(子區域)具有恒定強度的梯度照明區域的示例。
[0030]圖8B是與圖5B相似的圖表，示出了圖8A的示例性梯度照明區域的強度分布。
[0031]圖9與圖1相似，示出了示例性光學檢查站，其中透明玻璃板包括以小型透鏡形式用于校準和組裝的校準表面不連續缺陷。
[0032]圖10是校準數字檢查圖像的一部分的示例，示出用作校準表面不連續的的三個小型透鏡。
[0033]圖11是理想的強度I(X)隨位置X的圖表，示出了示例性源不連續強度曲線(實線)，梯度背景強度曲線(虛線)和源不連續強度曲線的導數曲線(短劃線)，闡釋了當設備被優化配置為探測表面不連續缺陷時這些曲線對準的示例。
[0034]圖12A-12C是與圖11相似的圖表，用于三個不同的全部(overall)強度值。以及
[0035]圖12D-12F與圖12A-12C相似，闡釋了未優化的梯度照明的示例。
[0036]圖13示出了對于目標平坦視場強度為128DN且參照圖像強度為170DN的示例響應，輸出強度1tt(數字表示，DN)隨原圖像強度IKAW(單位DN)的圖表。以及
[0037]圖14是與圖1所示的相似的光學檢查站的示意圖，但示出了當存在用于梯度照明的反射漫射器時采用軸向照明的示例性實施例。

【具體實施方式】
[0038]具體地參考本實用新型的多個實施例，附圖中示出了這些實施例的示例。如有可能，在全部附圖中使用相同或相似的附圖標記和符號來標識相同或相似的部件。附圖并不必須是成比例的，并且本領域技術人員可以理解附圖已被簡化以示出本實用新型的關鍵部分。
[0039]下文陳述的權利要求合并入具體說明并構成具體說明的一部分。
[0040]本文提及的所有出版物和專利文獻的全文皆以引用的方式合并于此。
[0041]為參考的目的，一些附圖中示出了笛卡爾坐標，但這并不旨在對方向或方位做出限制。
[0042]光學檢查站和設備
[0043]圖1和2是示例的光學檢查站8的示意圖，其包括相對待檢查缺陷的玻璃板20可操作地設置的光學檢查設備(“設備”)10。光學檢查設備10包括支撐在可在三維空間移動的移動臺18上的外殼12,如參考笛卡爾坐標所示。外殼12具有前端16。
[0044]圖3是光學檢查設備10和被檢查的玻璃板20的示意性側視圖，示出了光線檢查設備的視場60。玻璃板20具有軸向厚度為THz的主體21，并定義了前表面22和后表面24。圖4是示出視場60和玻璃板的檢查區域25的玻璃板20的正視圖。檢查區域25被前表面22的X-Y平面中的視場60定義。圖4示出了位于前表面22檢查區域25中的表面不連續(SD)缺陷27的示例。
[0045]參考圖1-4，玻璃板20被支撐裝置44可操作地支撐，鄰接光學檢查設備10的前端16并沿著X-Y平面中的設備軸Al。玻璃板主體21的厚度THz大致恒定，在一個示例中，在幾毫米至小于0.1mm的范圍內。在一個示例中，設備軸Al與玻璃板20的前表面22成直角。在一個示例中，支撐裝置44通過使用真空夾持玻璃板并將玻璃板浮在氣墊(未示出)上以在后表面24上保持玻璃板20。
[0046]漫射器30和反射鏡32同樣沿軸Al布置、并布置在X_Y平面中，漫射器與反射鏡相鄰且位于反射鏡和玻璃板20的后表面24之間。漫射器30面對反射鏡32放置。漫射器30和反射鏡32的組合定義了反射漫射器34。反射漫射器34與玻璃板20的后表面24相隔距離Dd，在一個示例中，在約80mm至約10mm的范圍內，例如約90mm。在一個示例中，反射漫射器34借由照射在其上的光以用于定義虛擬光源。
[0047]在一個示例實施例中，漫射器30具有可控制的漫射角度。一個示例的漫射器30為Light Shaping DiffUser?可控制漫射器,可從Luminit公司(Torrance市,加尼福尼亞)
購得。對漫射器30漫射角度的控制，能夠可選擇地以優化SD缺陷27的探測所需的角度引導被漫射器反射的光。可控制漫射角度還使得反射漫射器可用作照明玻璃板20的可調虛擬光源。
[0048]特別參考附圖1，光學檢查設備10包括數字照相機(“照相機”)50，其具有前端52，以及沿設備軸Al的攝像機軸A2(即，兩者共軸)。數字照相機50包括成像透鏡56，其可以包含一個或多個透鏡元件或光學元件。數字照相機50還包括二維(即，面陣)圖像傳感器58，諸如CMOS傳感器或CCD陣列，其將成像透鏡56形成的圖像數字化以形成二維數字圖像。圖像傳感器58的一個示例分辨率在5兆像素至8兆像素的范圍內。
[0049]數字照相機50采集二維數字圖像，作為檢查圖像，即它們可以被仔細查看(例如，顯示用于用戶觀察或顯示用于計算機處理)以表征在一個或多個檢查圖像中出現的任何SD缺陷27。該二維圖像在下文中被稱為“數字檢查圖像”。
[0050]參考附圖1，數字照相機50定義前述視場60。而視場60定義玻璃板20上的檢查區域25。在一個示例中，視場60定義前述檢查區域25。在一個示例中，檢查區域具有約3，296mmX2, 472mm的尺寸，因而在一個示例中圖像傳感器58的一個像素表示玻璃板20檢查區域25中的約Ιμ--。
[0051]數字照相機50還具有在反射漫射器34上定義接受圓66的接收錐64。在一個示例中，接受圓66具有約20mm至30mm的直徑，例如約24.5mm。在一個示例中，數字照相機50具有約15mm的通光孔徑。需要注意的是，接受圓66針對圖像傳感器58的軸上點，但圖像傳感器上的任一點都具有關聯的接受圓。為便于解釋和討論，僅示出并討論軸上接受圓66ο
[0052]采用8ms至22ms范圍內的曝光時間δ t，數字照相機50的圖像采集速率在約8中貞/秒(fps)至17fps(125毫秒(ms)至58ms)的范圍內。在典型視覺設備中，從曝光到可從存儲器中獲取圖像的時間之間的時間表示幾百毫秒量級上的時間延遲，這比幀速率慢很多。但光學檢查設備10的數字照相機50在待獲取時間內為下次曝光做準備，這實質上與幀速率是相同的。這使得與移動臺18關聯的移動子系統(未示出)在曝光結束時立即接合以為下次曝光做準備。
[0053]通過以太網6的網線，示例數字照相機50具有240MB/S的數據傳輸速率。數字照相機50被配置為在一波長區間上進行成像，例如在可見光譜區間的波長或譜帶上。在一個示例中，數字照相機50的景深在約25微米至約100微米的范圍內。示出SD缺陷27在檢查區域25內且在玻璃板20的前表面22上。
[0054]光學檢查設備10還包括發射光線72的斜照明源70。光線72具有波長λ e，其可以是任一波長，多個波長的混合或白光。在一個示例中，波長Xe包括紅光，例如600nm和650nm之間的波長區間中的光。斜照明源70被配置為光線72在反射漫射器34上定義梯度照明區域76。梯度照明區域76偏離軸Al和A2，也偏離數字照相機50的接受圓66。梯度照明區域76和反射漫射器34用于生成背面照明玻璃板20的散射光76S。梯度照明區域76和接受圓66在反射漫射器34上至少部分地重疊，下文將更加詳細地描述。
[0055]仍參考附圖1，光學檢查設備10還包括發射對準光線92的對準光源90。在一個示例中，對準光源90包括激光器。對準光源90被配置為對準光線92為數字照相機50提供對準參照，從而能夠確定玻璃板20和反射漫射器34相對于參照位置RP (參見圖2)的位置。在一個示例中，參照位置RP具有(x，y，z)坐標(xK，yK，zK),其中xK, yK, Zk為三維參照坐標。在一個示例中，(xK, yK, ζκ) = (0,0,0)。
[0056]圖像傳感器58、斜照明源70和對準光源90電連接至被配置為控制這些器件的操作以實施下文所述的檢查方法的控制器100。光學檢查站8包括多個其它器件，但為便于說明圖中并未示出所有器件。例如，這些器件包括照相機電源、照射源電源以及微控制器電源，這些器件都可操作地連接至光學檢查設備10。
[0057]在一個示例中，光學檢查站8的一些或所有器件被布置在存貯單元(例如，機架，儲藏柜等)(未示出)中。光學檢查站8包括外部控制器101，其可連接至為外部裝置(未示出)，諸如計算機、服務器或數據庫，以向外部控制器提供初始檢查信息。在一個示例實施例中，使用這些信息以控制對玻璃板20的光學檢查，例如由光學檢查設備10所實施的，特別地辨識檢查區域25。
[0058]光學檢查站8還包括可操作地連接至移動臺18且配置為使得移動臺以極其精確的增量進行移動的臺驅動器91。圖1示出移動臺18位于參照距離Ztl上，遠離玻璃板20的前表面22。在一個示例中，參照距離Ztl為約50mm至60mm,例如約55mm。在一個示例中，臺驅動器91包括電機編碼器以及提供精確測量并控制移動臺18 (也即光學檢查臺10)相對參照位置RP的Z-位置的電機。
[0059]探測SD缺陷
[0060]在附圖1中，示出了梯度照明區域76稍微偏離于接受圓66，從而能夠更加清楚地看到它們的部分重疊。當不存在SD缺陷27時，生成的數字檢查圖像為斜照射區域76的散焦圖像，因而在圖像平面上具有大體漸變的強度分布。通過圖像傳感器58生成的數字檢查圖像強度分布的改變可探測SD缺陷27。檢查圖像強度分布的變化可以是位置變化和強度級變化中的至少之一。本實用新型一方面包括通過檢測數字檢查圖像來表征SD探測27。可以可視地實現這種表征，或是借助于諸如在外部控制器101或(內部)控制器100中工作的圖像處理軟件來實現這種表征。
[0061]如上所述，目前而言，采用數字照相機50使用二維圖像傳感器58探測SD缺陷27是有問題的，因其難以在整個視場上獲得一致的探測。對SD缺陷27的探測依賴于缺陷改變了接收錐64的角度，從而改變了接受圓66相對于斜照射區域76的位置。面照相機是比狹縫或線形探測器寬許多的探測器，因為位于光接收錐中的刀鋒源在探測器面的任一部分上對敏感度很關鍵。若源的位置有小的漂移，則強度會有大的漂移，因而使得難以確定探測的特性。
[0062]需要在整個視場上移動并觀察單個SD缺陷27的位置，以確定基于刀鋒的探測設備的性能。人類視覺感知的負擔加重。平坦化視場(去除整個視場上陡峭的梯度)的圖像處理需要從視場中移除樣本以拍攝參照圖像。在照明源位置改變的情況下獲取新的參照圖像。對強度的漂移要進行繁雜的處理，需對于源位置的各種改變以及SD樣本在視場中放置的位置進行補償。
[0063]圖5A示出了由光線72在反射漫射器34上形成的梯度照明區域76的示例。梯度照明區域76由強度的梯度定義，從與暗(無光線)區75相鄰的最小強度Imin開始，強度在-Y方向上增大至最大強度Imax。梯度照明區域76具有邊78。在附圖6A-6C和7A-7C中，以黑色示出暗區75以更佳地視覺表現出實際情形。
[0064]圖5B是強度I (任意單元)隨-Y方向上的位置(任意單元)的圖表，示出了梯度照明區域的示例性強度分布。圖5B中的示例性強度分布是線性的，但梯度可以具有除線性以外的其它形式。
[0065]圖6A-6C是現有技術采用恒定強度照明區域76C的照明配置的示意性示圖。示出了形成在反射漫射器34上的數字照相機50的接受圓66和恒定強度照明區域。圖6A示出當檢查區域25中沒有SD缺陷27時，接受圓66相對于恒定強度照明區域76C在邊78上的標稱位置。在示例中，接受圓66的一半在恒定強度照明區域76C中。該位置定義了圖像傳感器58上的標稱或北京或參照強度分布。
[0066]圖6B示出了接受圓66相對恒定強度照明區域76C的偏移，其中由于檢查區域25中SD缺陷27的存在，接受圓遠離恒定強度照明區域76C移動。圖6C示出了接受圓66相對恒定強度照明區域76C在邊78上的偏移，其中由于檢查區域25中SD缺陷27的存在，接受圓向恒定強度照明區域76C內移動。接受圓66的移動是SD缺陷27使接收錐64偏向造成的。
[0067]圖6D示出使用采用圖6A-6C中示出的恒定強度照明的光學檢查設備10所獲得的數字檢查圖像I1的一部分的示例性特寫視圖。數字檢查圖像110中存在SD缺陷27的圖像27 (“缺陷圖像”)，而SD缺陷的周圍區域具有相對均勻的強度。其原因在于接受圓66相對恒定強度照明區域76C移動，由接受圓采集的照明量被恒定照明強度限制。其原因在于接受圓66相對恒定強度照明區域76C移動，離開暗區75的圓的面積的量與進入恒定照明區域的相同。這造成了缺陷圖像亮度的較慢的變化作為接受圓的位置相對邊78的偏移的函數。
[0068]圖7A-7C與圖6A-6C相似，但使用了梯度照明區域76。在光學檢查設備10的這種配置中，SD缺陷27導致的接受圓66相對邊78的移動使得當接受圓向梯度照明區域76內移動時圖像傳感器58上的強度分布更快地變亮。其原因在由于梯度照明區域76中的強度梯度，相對丟失的光線，獲得了更多的光線。因此，數字檢查圖像中強度改變的速率與照明區域具有恒定強度的情況相比更快(即，更快地變亮或變暗)。
[0069]圖7D是與圖6D相似的數字檢查圖像110，但采用了使用上述梯度照明區域76的設備。從圖7D中可看出，圍繞SD缺陷圖像27的區域與圖6D的相比具有更大的強度變化。這種強度變化用于放大對SD缺陷27的探測。圖7D的缺陷圖像27表示數字檢查圖像110中強度的局部變化，為較大的數字檢查圖像的特寫視圖。
[0070]對于成像透鏡56的直徑(通光孔徑)為15mm、透鏡至物面zQ為55mm、以及物體距漫射光源距離Dd為88mm的示例，定義比例88/55 = 1.6。因此，15mm的透鏡直徑映射約24mm的接受圓。+/_2mm的視場60映射約+/-3.2mm的接受圓66的偏移。
[0071]圖8A與圖5A相似，示出了梯度照明區域76的示例性實施例，其包括長度LB的陡峭梯度子區域76B前的長度LA的恒定強度子區域76A。在一個示例中，恒定強度子區域76A的長度LA約等于接受圓66的半徑(例如,對于24_的接受圓66, LA = 12mm)。
[0072]設備裝配和校準
[0073]通過合適的裝配和校準，光學檢查站8探測SD缺陷27的能量可以被優化。這涉及使用布置在視場內的一個或多個校準SDs測量視場60上的強度響應。
[0074]圖9與圖1相似，示出了包括布置在玻璃板20的前表面22上的示例性校準SDs 127的光學檢查站8的示例性實施例。在一個示例中，校準SDsl27是透鏡元件，例如，直徑為1_、焦距為2_的平凸元件或其它雙凸元件。可使用UV固化粘合材料將這種小型透鏡元件粘合至玻璃板20的前表面22。校準SDsl27具有已知的曲率和厚度，從而以已知的方式影響光的透射。在一個示例中，校準SDsl27大體覆蓋整個視場60，例如視場的至少90%。
[0075]圖10是包括相應于校準SDsl27位置的區域127的校準數字檢查圖像110的一部分的示例。該校準數字檢查圖像110包括強度等值線，為顯示時便于觀察可編碼為彩色。
[0076]圖11是對于圖10的數字檢查圖像110各部分，強度隨位置的理想圖表。實線曲線130表示在區域127上采集的強度，并被稱為SD強度曲線。圖11的圖表中還示出了在區域127外側的數字檢查圖像110的截面上采集的梯度背景(或參照)強度曲線132(虛線)。另外，示出了 SD強度曲線130的短劃線導數曲線134。僅示出了該導數曲線的頂部部分。
[0077]圖11的圓136示出三個不同曲線130、132和134相交的地方。理想地，對視場的所有部分而言，在導數曲線134的峰值處，梯度背景強度曲線132與SD強度曲線130相交，即，在如圖示的圓136內。這意味著，梯度背景強度相應于SD強度曲線最大的變化率。換言之，在校準SD127的曲面斜率穿過零點的點處，即等同于沒有SD，SD強度曲線130匹配導數曲線134。這就是穿過校準SDsl27中心的“直通”線。
[0078]圖12A-12C是與圖11相似的圖表，示意性地示出了在三個不同的視場位置處的SD強度曲線130、梯度背景強度曲線132和導數曲線134。絕對強度變化并沒有改變圓136指示的目標相交位置。在該示例中，梯度照明區域76和數字照相機50的相對位置良好。與曲線130、132和134的理想位置的偏差可通過調節梯度照明區域76的位置來調節，從而匹配相應于給定視場位置的接受圓66。
[0079]圖12E-12F與圖12A-12C相似，示出了導數曲線134的峰值未與梯度背景強度曲線132和SD強度曲線130的交點對準的示例。這種情形說明在視場上對SD的探測較差且不一致。
[0080]通過使用在數字照相機50的視場60上具有多個SD區域的校準SD127，能夠測量光學檢查設備10的SD響應。通過視場上梯度背景強度大致等于SD強度的點處具有峰值SD響應(即，SD強度的導數)來實現合適的裝配。數字檢查校準圖像的分析比較校準SD內的強度變化斜率和校準SD內的絕對強度與梯度背景強度。如上所述，調節梯度強度區域的位置可使設備進入最佳SD測量配置。
[0081]在操作中，光學檢查設備10實施與梯度背景強度相關的強度增益校正。為改善相應的視覺特性，可使用雙斜率平坦視場校正。一個斜率穿過參照白光級別和上述一些強度級別以保持增益恒定，從而增強探測小SD缺陷27的敏感度。另一斜率在上述級別之上通過，從而飽和像素保持其“白光”特性以實現更佳的視覺一致性。
[0082]在一個雙斜率校正的示例中，通過乘以約0.75將從0DN-170DN的灰度級映射為0DN-128DN，從而170DN背景在目標強度處被平坦化。170DN-25OTN的值乘以(255-128)/(255-170) ^ 1.5，從而源圖像中的飽和25OTN仍能達到平坦化圖像的飽和度。在圖像相對暗(指的是64DN)且需增至目標平坦視場128DN的示例中，值被乘以128/64 = 2。借由這種方式，在最終輸出圖像中，大于約128DN的強度值可被完全飽和化(25OTN)。
[0083]采用雙斜率校正，例如，大于64DN的值也可被乘以(255-128) / (255-64) 67，從而輸出圖像中，原始圖像中強度級別在128和255之間的細節仍可具有一些特征。
[0084]使用三斜率校正可獲得進一步的改善。三斜率校正的一個示例具有中心斜率(典型地為I)以減少背景強度(指的是+/-20或30DN)附近強度細節的損失。該斜率隨后被調節為低于和高于中心區域以壓縮或擴大其余的DN值以映射至全部可用的動態范圍。
[0085]圖13是示出這種三斜率校正的示例的圖表。圖13示出了對于目標平坦視場強度It為128DN且參照(背景)圖像強度Ik為170DN的極端示例響應，輸出強度Iqut(數字表示，DN)隨原圖像強度Ikaw(單位DN)的圖表。DN范圍為0-255，255表示飽和。斜率最陡的區域響應于較大的數字檢查圖像110內缺陷圖像27的位置。
[0086]當梯度背景(例如，170DN對128DN)使得數字檢查圖像已經較亮，則通過乘以128/170(約0.75)，增益校正減低了亮區域中的強度。然而25OTN的飽和信號被降低至192DN,從而不再呈現為飽和。
[0087]在進行視場平坦化(B卩，去除數字檢查圖像中的強度梯度)中，可在圖像中沒有樣本的情況下采集參照圖像。若調節梯度照明時背景發生任何變化，需采集新的參照圖像。但通過使用SD強度大致等于背景強度處的SD強度的導數最大的技術，僅需要圖像傳感器58的動態范圍內的絕對強度。這就避免了在組裝光學檢查設備10時，照明一旦變化就需要采集參照圖像。
[0088]軸上照明
[0089]在一些情況中，對于光學檢查玻璃板20的SD缺陷27，軸上照明是期望的。而對于光學檢查站8被設置為用于離軸梯度照明的情況，由反射漫射器34(圖1)反射的軸上光線可能成為與軸上測量干涉的虛擬光源。
[0090]圖14是與圖1相似的光學檢查站8和光學檢查設備10的示例性實施例的示意圖，但其進一步包括發射光線202的軸上照明源200。因而，圖14的光學檢查設備10可對玻璃板20進行軸上檢查和離軸梯度檢查。
[0091]數字照相機50包括沿設備軸Al布置的分束器210，從而來自軸上照明源200的光線202沿設備軸Al被反射且在隨后被成像透鏡56聚焦至玻璃板20的外殼前端16和前表面22之間的焦點位置204。在一個示例中，焦點位置204距玻璃板20的前表面22 (朝著數字照相機50)聚焦距離Df。在一個示例中，聚焦距離Df在4mm至6mm的范圍內。聚焦的光線202在焦點位置204發散，并照射玻璃板20的前表面22和后表面24。第一量的聚焦光202被這些表面反射為發散光并形成反射光202R，且返回至數字照相機50，用于缺陷分析。因而，第一量的聚焦光對軸上數字檢查圖像作出貢獻。
[0092]聚焦光202未偏轉的發散部分照明了反射漫射器34的軸上部分212。反射漫射器34隨后反射并漫射光202以形成具有大致減弱強度的漫射的反射光202D。漫射的反射光202D作為虛擬光源VLS從背面照明玻璃板20。從而，數字照相機50接收穿過玻璃板20的、漫射的反射光202D形式的第二量的光。數字照相機50根據漫射的反射光202D形成散焦的數字檢查圖像。該第二量的漫射的反射光202D形成軸上數字檢查圖像，且并不實質地降低數字檢查圖像相應于玻璃板20的前表面22和后表面24的部分的對比度。從而，來自玻璃板20的反射光202R可用于缺陷分析。在一個實施例中，數字照相機50接收的第一量的反射光202R為漫射的反射光202D的量的至少兩倍，而在另一實施例中，且為漫射的反射光的量的二至五倍。
[0093]如上所述，軸上光202被聚焦至距玻璃板20聚焦距離Df的焦點位置204。從而，當光202的圓首次入射在玻璃板20上時，是非常集中的，從而可有效地使用光，即被玻璃板20的前表面22和后表面24相對強地反射。同樣，當SD缺陷27對焦時，漫射的反射光202D散焦。因而，反射漫射器34中可能存在的任何特征被消除，并不惡化軸上數字檢查圖像。光線202的擴大的軸上光束增加了反射漫射器34位置的靈活性。
[0094]在示例性實施例中，反射漫射器34的漫射器30可調節漫射的反射光202定向的角度。在一個示例中，借由可操作地連接至漫射器30和外部控制器101的漫射器控制器33可配置漫射器30，以提供定向的范圍，從朗伯(“cose ”)至高度定向(例如，COsN0，其中N = 2，3，等)。反射漫射器34還可與設備軸Al成角度(即，非如圖9所示的直角)。
[0095]圖14的光學檢查站8的配置使得能夠在存在反射漫射器34的情況下對SD缺陷27進行軸向照明檢查，漫射器用于如上所述的離軸梯度照明檢查。這避免了需要再配置光學檢查站8以緩解或消除反射漫射器34對軸向照明檢查的任何負面影響。
[0096]在不背離所附權利要求定義的本實用新型精神或范圍的情況下，對本文描述的本實用新型的優選實施例進行各種修改對本領域技術人員而言是顯而易見的。因此，本實用新型覆蓋了在所附的權利要求及其等同體的范圍內提供的修改和變型。
【權利要求】
1.一種用于探測表面不連續缺陷的光學檢查設備，用于探測具有前表面和后表面的玻璃板中的表面不連續缺陷，其特征在于，所述光學檢查設備包括: 布置為與玻璃板的前表面相鄰且沿設備軸的數字照相機，所述數字照相機具有用于采集玻璃板的檢查區域的數字檢查圖像的二維圖像傳感器； 布置為沿設備軸且與玻璃板的后表面相鄰并隔開的反射漫射器，其中，所述數字照相機在所述反射漫射器處具有一接受圓；以及 布置為從前表面通過玻璃板的梯度照明光線以在所述反射漫射器上形成梯度照明區域的梯度照明源，其中，所述數字照相機的接受圓與梯度照明區域部分地重疊并且由于檢查區域中存在表面不連續缺陷而可以相對于梯度照明區域而偏移。
2.如權利要求1所述的用于探測表面不連續缺陷的光學檢查設備，其中，在梯度照明區域的邊緣處發生了所述接受圓和所述梯度照明區域的部分重疊，其中所述梯度照明區域在其邊緣處最暗。
3.如權利要求2所述的用于探測表面不連續缺陷的光學檢查設備，其中，所述梯度照明區域包括與該邊緣相鄰且具有恒定強度的子區域。
4.如權利要求3所述的用于探測表面不連續缺陷的光學檢查設備，其中，恒定強度子區域與接受圓在接受圓偏移的方向上具有大致相同的尺寸。
5.如權利要求1所述的用于探測表面不連續缺陷的光學檢查設備，其中，梯度照明區域在接受圓偏移的方向上具有線性的強度變化。
6.一種用于探測表面不連續缺陷的光學檢查設備，用于光學地檢查玻璃板的表面不連續性，所述玻璃板具有前表面和后表面，其特征在于，所述光學檢查設備包括: 布置為與玻璃板的前表面相鄰且沿設備軸的數字照相機，所述數字照相機具有用于采集玻璃板的檢查區域的數字檢查圖像的二維圖像傳感器； 布置為沿設備軸且與玻璃板的后表面相鄰并隔開的反射漫射器，其中所述數字照相機具有一接受圓； 布置為提供沿設備軸的共軸照明的共軸照明源，其中，共軸照明被聚焦為相鄰于玻璃板的前表面； 其中，第一量的共軸照明被玻璃板的前表面和后表面反射，并對數字檢查圖像的形成作出貢獻； 其中，第二量的共軸照明被反射漫射器反射為漫射的反射光，并對數字檢查圖像的形成作出貢獻；以及 其中，第一量的反射的共軸照明為第二量的漫射的反射光的至少兩倍。
7.如權利要求6所述的用于探測表面不連續缺陷的光學檢查設備，其中，第一量為第二量的二至五倍。
8.如權利要求6所述的用于探測表面不連續缺陷的光學檢查設備，其中，共軸照明距玻璃板的聚焦距離在4mm至6mm之間。
【文檔編號】G01N21/958GK203965344SQ201420197883
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年2月26日 優先權日:2013年2月26日
【發明者】W·J·弗納斯 申請人:康寧股份有限公司