CN106461572A - 用于光学检查的非成像相干的行扫描仪***和方法 - Google Patents

Abstract

公开了用于测量透明片材中的至少一个缺陷的非成像相干的行扫描仪***。所述***包括产生相干的发散的激光线光束的激光器***以及从中形成准直的激光线光束的圆柱形的光学***。可移动支撑件支撑并且移动所述透明片材，从而在扫描期间所述准直的激光线光束扫描所述透明片材并且通过所述透明片材的一部分和至少一个缺陷。行扫描传感器***接收传输的准直的激光线光束以及由缺陷重新定向的光束部分。结果是干涉图像具有代表透明物体中的至少一个缺陷的至少一个相干缺陷特征。

Description

用于光学检查的非成像相干的行扫描仪***和方法

本申请根据35U.S.C.§119要求享有于2013年12月23日提交的美国临时申请S/N61/919959的优先权，本申请以其内容为基础，并且其全部内容通过参照被包含在本文中。

技术领域

本公开涉及光学检查，并且尤其涉及非成像相干的行扫描仪***和方法，用于执行对透明物体(诸如透明片材，包括弯曲的透明片材)的光学检查。

背景技术

光学检查***和方法用于检查各种不同类型的物体，以评估物体是否满足某种制造规格。最常见类型的光学检查***形成物体的图像，并且随后分析图像，例如在图像上执行图像处理。许多形成图像的光学检查***是相当复杂的，例如利用成角度的光路以及相当大数量的光学部件来进行成像。而且，许多形成图像的光学检查***被设计成测量具有平坦表面的物体。

已经证明难以进行光学检测的一类物体是弯曲的透明片材(sheet)，诸如玻璃片材。弯曲的表面要求使用大景深的成像***。而且，如果弯曲的透明片材大，则试图捕获整个弯曲的透明片材的图像是困难的。此外，成像***的分辨率经常需要是高的，以检查非常小的缺陷，例如小至5μm的缺陷。不幸地，高成像分辨率同样意味着相当浅的景深(例如，大约±50微米)，这比典型的透明片材(尤其是弯曲的透明片材)的厚度要小得多。

发明内容

本公开的一个方面是一种非成像相干的行扫描仪***，用于测量具有前后表面的透明片材中的至少一个缺陷。所述***沿着光轴依次包括：激光器***，在沿着光轴的方向上产生相干的发散的激光线光束；圆柱形的光学***，沿着光轴设置并且接收所述发散的激光线光束并且从中形成准直的激光线光束；可移动支撑件，邻近所述圆柱形的光学***设置并且位于所述圆柱形的光学***的下游，而且适合于支撑所述透明片材并且相对于所述准直的激光线光束移动所述透明片材，从而当所述透明片材在通常垂直于光轴的方向上平移时，所述准直的激光线光束通过透明片材的一部分和至少一个缺陷；以及行扫描传感器***，沿着光轴设置并且位于所述可移动支撑件的下游，以接收传输通过所述透明物体并且通过至少一个缺陷的所述准直的激光线光束，从而产生具有代表所述透明物体中的至少一个缺陷的至少一个相干缺陷特征的干涉图像。

本公开的另一方面是以上描述的非成像相干的行扫描仪***，其中所述行扫描传感器***包括可操作地连接到帧捕获器的行扫描传感器，并且其中所述行扫描传感器捕获线性数字帧，而且所述帧捕获器协调所述线性数字帧的捕获与所述透明片材的移动。

本公开的另一方面是以上描述的非成像相干的行扫描仪***，其中所述行扫描传感器***进一步包括计算机，所述计算机可操作地连接到所述帧捕获器并且汇编来自所述帧捕获器的线性数字帧，以便形成干涉图像。在一种示例中，所述计算机被配置成具有体现在计算机可读介质中的指令，所述指令导致计算机从所述线性数字帧中形成干涉图像并且处理所述干涉图像的至少一个相干缺陷特征，以计算由至少一个缺陷引起的光焦度重新分配量。在一种示例中，所述计算机被配置成具有体现在计算机可读介质中的指令，以便基于至少一个相干缺陷特征确定至少一个缺陷的一个或多个表征。该表征可以包括参照来自先前被表征的缺陷的相干缺陷特征的数据库。

本公开的另一方面是一种非成像相干的行扫描仪***，用于表征透明片材的至少一个缺陷。所述***基本上沿着光轴按顺序包括：激光器***，沿着光轴产生相干的发散激光线光束；圆柱形的光学***，沿着光轴设置并且接收所述发散激光线光束，并且从中形成准直的激光线光束；可移动支撑件，适合于支撑所述透明片材并且在通常垂直于光轴的方向上移动所述透明片材；以及行扫描传感器***，相对于所述可移动支撑件设置，以便限定工作空间，所述行扫描传感器***适合于接收传输通过所述透明片材并通过至少一个缺陷而没有穿过所述工作空间中的具有光焦度(power)的任何光学元件的准直的激光线光束，并且从传输的准直的激光线光束中形成干涉图像，所述图像具有对应于至少一个缺陷的至少一个相干缺陷特征。

本公开的另一方面是一种检测(或者检测并表征)透明片材中的至少一个缺陷的非成像方法。所述方法包括：将相干的激光线光束传输通过所述透明片材，同时在通常垂直于所述激光线光束的方向上平移所述透明片材；利用行扫描传感器***接收并检测传输的相干的激光线光束，所述行扫描传感器***在所述行扫描传感器***和所述透明片材之间限定了一个工作空间，其中传输的相干的激光线光束通过至少一个缺陷和所述工作空间，从而所述行扫描传感器***形成包括至少一个相干缺陷特征的干涉图像，并且其中在所述工作空间中不存在具有光焦度的光学部件；并且从至少一个相干缺陷特征中确定至少一个缺陷的一个或多个表征。

在下面的详细描述中阐明了另外的特征和优势，并且在某种程度上对于本领域技术人员而言，通过说明书将是显而易见的，或者通过实施本文在书面的说明书和权利要求书以及附图中描述的实施例而意识到。将要理解，前面的概述和后面的详细说明仅仅是示例性的，并且旨在提供一种概述或构架，以便理解权利要求的性质和特征。

附图说明

包含的附图用于提供进一步的理解，并且被包含在该说明书中，而且构成了该说明书的一个部分。附图阐明了一种或多种实施例，并且和详细说明一起用于解释说明各种实施例的原理和操作。同样地，结合附图，通过下面的详细描述，将更加充分地理解本公开，其中：

图1A是具有前后弯曲表面的一种示例透明片材的立视图；

图1B是沿着线a-a截取的图1A的透明片材的横截面图，示出了一种具有基本同心的顶表面和底表面的示例片材；

图2是非成像相干的行扫描仪***的示例实施例的示意图，所述***用于光学地检查诸如在图1A和1B中示出的透明片材；

图3是被在x-方向上沿着导轨平移以实现相对于透明片材扫描准直的激光线光束的可移动平台可移动地支撑的透明片材的前视图；

图4是由图3的非成像相干的行扫描仪***捕获的示例干涉图像的示意图，并且示出了两个示例相干缺陷特征；

图5是利用示例非成像相干的行扫描仪***捕获的实际干涉图像的相干缺陷特征的特写视图，该***采用单个平凸的透镜元件作为圆柱形的光学***；

图6是示例透明片材的特写示意图，伴随着准直的激光线光束及其基本平面的波前、传输的激光光束及其参照波前，以及重新定向的光部分及其波前，阐明了从透明片材到传感器平面的距离如何改变在传感器平面处记录的相干缺陷特征的尺寸；

图7A是示例干涉图像的横截面的强度I(x)相对于干涉图像位置x的示意图，示出了示例相干缺陷特征如何相对于背景强度I_BG重新分配光学能量，并且该能量重新分配如何能够用于检测和表征缺陷；

图7B是强度I(x)相对于干涉图像位置x的曲线图，类似于用于实际干涉图像的图7A，该图示出了两个相干缺陷特征和背景强度I_BG；

图8是示例显示器的前视图，包括相对于透明片材的图形表示显示的测量的缺陷的示例图形表示；以及

图9A和9B阐明了非成像相干的行扫描仪***的示例实施例，其中不存在圆柱形的光学***。

具体实施方式

现在详细地参照本公开的各种实施例，附图中阐明了其示例。只要有可能，贯穿附图使用相同或相似的参照数字和符号指示相同或相似的部件。附图不必是依比例绘制的，并且本领域技术人员将意识到在那里附图已经被简化，以阐明本公开的关键方面。

下面提出的权利要求书被包含在该详细说明中，并且构成了该详细说明的一部分。

本文中提到的任何出版物或专利文献的全文通过参照被包含在本文中。

为了参照，在一些图中显示了笛卡儿坐标，并且不希望是对方向或定向的限制。

术语“下游”和“上游”在本文中用于指示物品相对于光行进方向的相对位置，其中当物品B位于物品A的下游时，光首先入射到物品A上并且随后入射到物品B上。在这种情况下，可以说物品A位于物品B的上游。

图1A是一种示例透明片材10的立视图。透明片材10具有本体11，本体具有相对的前后表面12和14以及外部边缘15。在一种示例中，前后表面12和14可以是平面的，并且基本上彼此平行，而在其它示例中，前后表面中的一个或两个可以具有曲率。在一种示例中，前后表面12和14具有基本上同心的曲率，诸如图1A的示例透明片材所示出的。对于这种情况，透明片材在一个方向上的横截面示出了前后表面12和14是基本平行的，例如在图1B的横截面图中所示出的，该图是沿着图1A中的线a-a获得的。

在其它的示例中，前后表面12和14中的一个或两个在一个方向上具有曲率。这种透明片材可以具有基本恒定的厚度TH_s。其它的示例透明片材10可以具有变化的厚度TH_s。

在一种示例中，透明片材10由玻璃(诸如化学强化玻璃)制成。化学强化玻璃的一种示例是由纽约康宁的康宁股份有限公司制造的玻璃。透明片材10的其它示例是由透明塑料、热塑性塑料、聚合物、树脂、玻璃层叠等制成，并且通常任何透明材料可以被形成为片材。

图1A和1B示出了位于前表面12上的示例缺陷16。其它的缺陷16可以位于前表面12上或内以及后表面14上或内。缺陷16也可以位于本体11内，如在图1B中示出的，例如作为夹杂物、气泡等。图1B同样示出了前表面12上的***缺陷16以及后表面14上的凹陷或浅凹缺陷。缺陷16通常可以包括***、凹陷、缺口、浅凹、气泡、夹杂物、表面污物、颗粒等。

透明片材10可以具有各种各样的不同形状。图1A和1B的示例透明片材10具有长度L_s、高度H_s以及前面提到的厚度TH_s。前后表面12和14的曲率不需要是球形的，并且可以是非球形的，例如透明片材10可以是圆柱形的、环形的，等等。在一种示例中，前后表面12和14是基本同心的圆柱形表面，其在一种示例中与平行的表面(例如参见图1B)相差不超过5％，并且在另一示例中相差不超过2％，并且在另一示例中相差不超过1％。

图2是用于执行透明片材10的光学检查的示例非成像相干行扫描***(“***”)50的示意图。***50具有在z-方向上延伸的光轴A1。***50包括沿着光轴A1设置的激光器***60。在示例中，激光器***60包括激光源LS和一个或多个光学元件61，光学元件被设置成使激光器***发射窄的相干的发散的激光线光束62D，该光束在y-方向上发散，并且在x-方向基本上被准直。一种示例激光源LS包括至少一个二极管激光器。其它类型的激光器也可以被用作激光源LS。

在示例中，发散的激光线光束62D在x-方向上具有大约0.25″或0.5″或者大约0.375″的光束宽度W_B。在示例中，产生发散的激光线光束62D的一个或多个光学元件61可以直接设置在激光器***60的下游。在图2的示例***50中，一个或多个光学元件61位于激光器***60的内部。

***50也包括圆柱形的光学***70，光学***沿着光轴A1设置并且位于激光器***60的下游，而且被构造成接收发散的激光线光束62D。在示例中，圆柱形的光学***70由单个光学元件71组成。示例单个光学元件71是具有前后表面72和74的平凸的圆柱形透镜。在示例中，平凸的圆柱形透镜具有面对激光源60的平坦的前表面72和凸状后表面74。圆柱形的光学***70通常可以包括被构造成在一个方向(诸如图2中示出的y-方向)上进行光束准直的一个或多个光学元件。利用诸如在图2中示出的单个平凸的圆柱形透镜71的优点是它使***50简单、便宜、紧凑并且容易实施。

图3是位于圆柱形的光学***70的后表面74附近并且与之间隔开的可移动支撑件80的前视图。可移动支撑件80被构造成可操作地支撑(例如，固持)透明片材10并且在x-方向上移动透明片材，即，基本上在任一方向上垂直于光轴A1。在示例中，可移动支撑件80包括底部82和被构造成固持透明片材10的一个或多个固持特征件84。在示例中，固持特征件84被构造成夹持透明片材10的相对边缘15，从而前后表面12和14的仅非常小的部分或者无部分被遮盖。在示例中，可移动支撑件80包括具有精确定位能力的平移台。

在示例中，底座82被构造成沿着导轨86在+x和-x方向(如箭头AR示出的)上移动。在示例中，可移动支撑件80的位置也可以在z-方向和y-方向上被调节。示例性的可移动支撑件80包括位置测量设备81(例如，线性编码器；参见图2)，其测量可移动支撑件相对于参照位置(例如，轴A1)的位置。

再次参照图2，***50也包括沿着光轴A1设置并且位于可移动支撑件80下游的行扫描传感器100。行扫描传感器100具有光敏表面102，在示例中光敏表面102包括单一列103的像素104，如在图2的特写插图中示出的。光敏表面102被设置成位于传感器平面SP中。

注意当透明片材被支撑在可移动支撑件上时，***50在可移动支撑件80和行扫描传感器100之间(即在透明片材10和行扫描传感器之间的工作空间WS中)没有具有光焦度的光学部件。在另一示例中，在工作空间WS内根本无光学部件(也就是说，即使不具有光焦度的那些，诸如板材、平面滤光器等)。当透明片材被可移动支撑件80支撑时，行扫描传感器100位于与透明片材10的后表面14相距轴向工作距离d处。在示例中，工作距离d处于0.5cm≤d≤100cm的范围内。在示例中，通过轴向移动可移动支撑件80和行扫描传感器100中的至少一个而调整工作距离d。

***50也包括可操作地(例如，电学地)连接到行扫描传感器100的帧捕获器110。***50还包括可操作地(例如，电学地)连接到帧捕获器的计算机130。示例行扫描传感器100具有12,000个5.2μm像素104，90kHz的线速率以及1千兆的像素通量(throughput)。这种行扫描传感器的示例可购自加拿大的安大略省的Teledyne DALSA。示例帧捕获器110是Xcelera-HS PX8 Teledyne帧捕获器，同样购自Teledyne DALSA。示例计算机130是可编程的个人计算机或者工作站，以便执行储存在固件和/或软件中的指令(即，被包含在计算机可读介质中)，从而导致计算机执行对来自帧捕获器110的数字帧的处理，如下面所描述的。行扫描传感器100、帧捕获器110和计算机130构成了行扫描传感器***140的示例。

在***50的操作中，激光器***60产生前面提到的发散的激光线光束62D，其通常沿着轴A1朝向圆柱形的光学***70传播。圆柱形的光学***70在y-方向上具有光焦度，从而它形成窄的基本准直的激光束62C，其中准直现在处于x-方向和y-方向中，即完全被准直。在示例中，准直的激光线光束62C具有光束高度H_B＞H_S(参见图3)。示例性的光束高度H_B处于2″≤H_B≤12″的范围内，尽管可以使用该范围以外的其它光束高度，这取决于透明片材10的高度H_S。在另一示例实施例中，准直的激光线光束62C可以具有光束高度H_B＜H_S，但是这种激光束将仅测量透明片材10的一部分。示例性光束高度H_S是大约3″。

在示例中，准直的激光线光束62C具有上面提到的宽度W_B，其在示例中至少与行扫描传感器100的宽度一样宽，并且在示例中为了容易对准基本上更宽。例如，对于具有宽度为5.2μm的像素104的行扫描传感器100，使用了0.25″＝6.35mm的光束宽度W_B，这使得容易将准直的激光线光束62C和行扫描传感器100对准。光束宽度W_B的另一考量是在行扫描传感器100处需要的光学功率量或能量密度。准直的激光线光束62C的示例纵横比RA可以被定义为RA＝H_B/W_B。在示例中，RA的实际下限值是2″/0.5″＝4，并且实际上限值是12″/0.25″＝48。然而，在其它的示例中，RA可以低至2，并且可以高至100或1000或50,000或100,000，并且实际的纵横比将取决于许多因素，诸如预期的光焦度、像素104的尺寸、预期的易对准、透明片材10的高度H_S等。

准直的激光线光束62C入射到在x-方向上移动的透明片材10上，从而准直的激光线光束扫描透明片材。准直的激光线光束62C穿过透明片材10并继续行进到行扫描传感器100。如果透明片材10不具有缺陷16，则到达透明片材10的光的强度基本上是均匀的，或者具有某种程度的不均匀，这可归咎于除缺陷之外的其它来源，诸如来自圆柱形的光学***70，透明片材10中的大规模传输变化等。在示例实施例中，可以在没有透明片材10的情况下或者采用无缺陷的透明片材而利用***50进行强度测量，以建立强度基线或者背景强度读数。

行扫描传感器100接收传输通过透明片材10的传输的准直的激光线光束62C，并且作为响应产生对应的电学检测器信号SD。在示例中，检测器信号SD构成了线性数字帧的数字视频流。检测器信号SD被发送至帧捕获器110，其捕获线性数字帧并且任选地压缩帧。线性数字帧随后被发送至计算机130上用于进行处理，如下面所描述的。

在示例中，行扫描传感器100和帧捕获器110被构造成执行时间延迟积分(TDI)。在USP 6,906,749和He等人的标题为“时间延迟积分加速成像”的文章(Photonics Spectra(光子学光谱)，2012年5月)中讨论了TDI的示例。利用TDI的优势在于用于操作***50所需的光量可以减小大约一个数量级。在示例的实施例中，例如当以TDI模式使用***50时，行扫描传感器100可以包括多个列103的像素104。

在示例中，透明片材10相对于准直的激光线光束62C平移的速度(“线速度”)SL处于20cm/s≤SL≤50cm/s的范围内。如上所指出的，示例行扫描传感器100可以捕获多达90K帧/秒。线速度SL是每秒钟的扫描数(或者每秒钟的帧数)乘以像素104的尺寸。即使当***50被构造成执行TDI时，这也是真的。TDI传感器包含所有的电子线路，以便将电荷从像素104的每个行103同时地转移至其相邻的像素行，自动地并且与扫描速率时钟同步地，从而对于所有的外部硬件诸如帧捕获器110，它看起来像个单行扫描设备。因此，对于40K帧/秒的帧速率，线速度SL＝40K·5.2μm＝208000μm/s＝20.8cm/s。对于90K帧/秒的帧速率，则线速度是SL＝90K·5.2μm＝468000μm/s＝46.8cm/s。

计算机130接收并处理来自帧捕获器110的(线性的)数字帧。具体地，计算机130汇编(assemble)数字帧以形成下面解释的2D“干涉图像”。在正方形像素104被保持的示例中，行扫描传感器100的行扫描速度和透明片材10的平移速度是协调的。通过从可移动支撑件80的位置测量设备81提供运动数据至帧捕获器110，实现了线性数字帧的协调捕获。

继续参照图2，如果透明片材10具有缺陷16，则准直的激光线光束62C中的一部分光62P(其具有基本上平坦的波前63)将被缺陷以对应于缺陷的尺寸、形状和材料的方式重新定向。重新定向的光部分62P具有相关的“缺陷”波前65，而穿过透明片材10、最初具有平坦波前63的其它光现在具有波前67，该波前67具有由透明片材10限定的形状。因为组成准直光束62C的光是相干的，两组波前65和67在行扫描传感器100处发生干涉，波前67充当“参照”波前。

当透明片材10基本上是平面的时，则参照波前67将是基本上平面的。当透明片材10基本上是弯曲的时，则参照波前67将是基本上弯曲的。然而，参照波前67的曲率通常将比由缺陷16产生的缺陷波前65的曲率小得多。而且，缺陷波前65在行扫描传感器100处的线性范围(在y-方向上)是相当小的(例如，大约几百微米)，从而参照波前67通常可以被视为在该距离上是基本平面的。

如上所讨论的，计算机130汇编来自帧捕获器110的线性数字帧，以形成前面提到的干涉图像。干涉图像不是一个常规的图像，即它不是由在像平面处形成物体图像的光学元件形成的。相反，它是干涉的缺陷和参照波前65和67的记录。***50中不存在行动以常规意义在行扫描传感器100处形成图像的光学元件。

图4是由计算机130形成的示例干涉图像150的示意图。干涉图像150包括两个相干的缺陷特征216，其对应于透明片材10内或上的两个缺陷16。图5是利用示例***50获得的实际的干涉图像150的一部分，该***采用了用于圆柱形的光学***70的单个平凸的圆柱形透镜71。图5的干涉图像的相干缺陷特征216类似于图4中示出的位于干涉图像左侧上的缺陷，具有被亮环和暗环围绕的暗中心。

相干缺陷特征216的尺寸和形状可以被评价并且用于确定对应缺陷16的尺寸和形状。例如，位于干涉图像150的左侧上并且在图5的特写中示出的相干缺陷特征216具有暗中心，其可以指示凹陷、压痕、浅凹等形式的缺陷16。这种缺陷16如同微型负透镜一样分散光，从而导致暗中心。

类似地，干涉图像150的右侧上的相干缺陷特征216具有亮中心，其可以指示***形式的缺陷16。这种缺陷16会聚光线，从而导致亮中心。两个相干缺陷特征216的圆形状指示对应的缺陷也具有圆形状，或者是如此小从而它们基本上是点状缺陷。

通过知道透明片材10和行扫描传感器100之间的工作距离d，可以利用光学领域已知的标准干涉和衍射方法以合理的准确度确定透明片材10的形状和激光器***60发出的光62的波长A，对应的缺陷16的尺寸和形状。如上指出的，在许多情况下，透明片材10可以被近似为一个平面片材，这是由于在许多情况下，参照波前67可以被视为在波前的小断面上是平坦的，其实际上与和重新定向的光部分62P相关联的波前65发生干涉。

例如，注意图4的右手的相干缺陷特征216类似于具有圆孔的成像***的焦点的一个爱里(Airy)衍射图案。将从中心向外至爱里衍射图案中的第一个环的距离r与孔的工作距离d和孔的宽度D以及成像波长λ关联起来的方程是r≈1.22dλ/D。在***50中，参数d和λ是已知的，r是从干涉图像150中测定的。直径D对应于缺陷16的尺寸(直径)，并且工作距离d是从缺陷到行扫描传感器100的光敏表面102的(近似)距离。

因此，如果相干缺陷特征216具有测量出的半径r＝100μm的中心盘，则如果波长λ＝0.633μm(HeNe激光器波长)，并且工作距离d被视为2cm＝2×10⁴μm，则缺陷16的直径D近似地由D＝1.22dλ/r＝(1.22)(2×10⁴μm)(0.633μm)/(100μm)≈154μm给出。因此，用于爱里图案的简单的近似方程代表了一种估计缺陷16的尺寸和形状的方法。也可以使用更严谨的基于衍射的方法。

图6是***50的特写示意图，该图示出了透明片材10、准直的激光线光束62C及其平坦的波前63、由穿过透明片材的平坦波前形成的参照波前67，以及与重新定向的光部分62P相关联的重新定向的或者缺陷波前65。同样示出了用于传感器平面SP的两种不同的工作距离d。随着工作距离d变大，相干缺陷特征216的尺寸变大，但是其强度变小。因此，可以选择工作距离d，以确保当寻找具有的尺寸处于对应的选取范围内的缺陷16时，相干缺陷特征216具有的尺寸落入选取的范围内。工作距离d也可以被选择成使相干的缺陷特征216具有选择的强度或者最小的阈值强度。

图7A是强度I(x)相对于距离x的示意图，针对诸如在图6中示出的示例的相干缺陷特征216的横截面。图7A的曲线示出了重新定向的光部分62P如何在传感器平面SP处并且因此在行扫描传感器100上重新分配光能量。同样在图7A中示出了背景或参照强度I_BG。如上面讨论的，可以在没有透明片材10的情况下测量背景强度I_BG，或者采用已知的(参照)校准透明片材(例如不具有缺陷的透明片材)测量背景强度I_BG。在示例中，计算机130被配置成处理干涉图像150，以确定已经被重新分配的光学功率量。例如，计算机130可以被配置成(例如，通过包含在计算机可读介质中的指令)执行一维或二维积分，以便发现相对于背景强度I_BG处于强度曲线(I(x)或者I(x，y))下方的区域量。

图7B类似于图7A，并且是强度I(x)相对于x的曲线，该曲线针对从利用示例***50获取的实际干涉图像150获得的数据，该***采用了用于圆柱形的光学***70的单个平凸的圆柱形透镜71。注意在图7B中存在一个相当大的相干缺陷特征216和一个相当小的相干缺陷特征，相应于两个相干缺陷特征之间的背景强度I_BG，在强度上稍微有些变化。

在强度被定义为瓦特/m²的情况下，相干缺陷特征216的二维强度I(x，y)的积分产生重新分布的光学功率量，瓦特＝焦耳/秒，与相干的缺陷特征相关。测量的功率量可以用于表征缺陷16，具有导致较大的重新分配功率量的“较强的”(即，较大的)缺陷。在示例中，重新分配的光学功率量必须超过用于将被视为显著的对应缺陷216的某个阈值。

因此，一种利用***50执行透明片材10的光学检查的示例方法包括如下基本步骤。第一步骤是校准步骤。该步骤可以包括执行前面提到的背景校准，以获得背景强度I_BG。该步骤也可以包括行扫描传感器100的增益和暗电流校准(即，归零(zeroing out))，以及设定将被使用的激光功率量。在示例的实施例中，准直的激光线光束62C中的功率量被设定为大约1/2的行扫描传感器100的饱和电平。在示例中，激光器***60具有50mW的最大输出功率。输出功率量可以由连接至激光器并且任选地连接至计算机130的电源54进行调节(见图2)。

第二步骤包括利用如上所述的准直的激光线光束62C扫描透明片材10，以便利用行扫描传感器100和帧捕获器110捕获数字帧。

第三步骤包括利用计算机130处理(汇编)数字帧，以获得包含一个或多个相干缺陷特征216的干涉图像150。

第四步骤包括处理干涉图像150中的相干缺陷特征216，以检测和表征导致相干缺陷特征的一个或多个缺陷16。表征可以包括尺寸、形状、类型(例如，***，凹陷，压痕，凹痕，气泡，夹杂物，表面污垢，粒子等)、位置(包括z位置，即表面或内部缺陷)、数量和分布(例如，缺陷地图、尺寸分布等)中的至少一个。在示例中，计算机130也处理干涉图像，以建立透明片材10的一个或多个边缘15，充当用于定位一个或多个缺陷16的参照。如下面所讨论的，所述方法也可以包括计算机130将缺陷表征的结果显示给终端用户，例如通过图形显示器。

在示例实施例中，可以检测和测量各种不同类型和尺寸的相干缺陷特征216，并且随后直接测量对应的缺陷16(例如，利用显微镜、干涉仪、轮廓仪等)，以产生将相干缺陷特征216与缺陷16的已知类型和尺寸相关的数据库。该数据库可以被包含在计算机130中，以帮助处理干涉图像150并且方便基于它们的相干缺陷特征来表征缺陷。在示例中，可以基于它们的严重性由编号***或者刻度对缺陷16进行表征。在示例中，计算机130包括包含在计算机可读介质中的指令(例如，软件)，导致计算机处理干涉图像并且进行上面描述的缺陷检测和表征。

在示例的实施例中，透明片材10可以被旋转(例如，90度)并且被重新测量，并且随后分析并对比对应旋转的干涉图像150，以便为非旋转的和旋转的测量关联测量的缺陷216。光学检查方法的该方面降低了缺陷的误检数量。

图8是显示器250的前视图，包括缺陷16的示例图形表示16′，显示成与透明片材10的图形表示10′相关。

图9A和9B阐明了示例***50的示例实施例，该***不包括圆柱形的光学***70。图9A示出了透明片材比在图9B中更加靠近行扫描传感器100。在图9A和9B中示出的***50的构型中，波前63不是平面的，并且代替地基本上是圆柱形的。因此，不使用完全准直的激光线光束62C，而是使用发散的激光线光束62D(仅在x-方向上被准直)。

具有波前63的发散的激光线光束62D因此不间断地从激光器***60行进到透明片材10，其中部分光束与缺陷16发生相互作用，从而产生具有缺陷波前65的偏转光62P。由透明片材10传输的发散的激光线光束62D的非偏转部分具有参照波前67(为了容易图解，仅示出了参照波前67的中心截面)。发散的激光线光束62D可以具有宽度W_B，该宽度与上面结合准直的激光线光束62C描述的宽度相同。

因此，如上面结合利用了准直的激光线光束62C的实施例所描述的那样，缺陷16导致发散的激光线光束62D的一部分62P以及对应的缺陷波前65以对应于缺陷的尺寸、形状和材料的方式被缺陷重新定向。经由缺陷和参照波前65和67在行扫描传感器100处的干涉来检测偏转的光部分65P。检测发生在以给定的y-位置为中心的区域上，该位置取决于工作距离d，如通过对比图9A和9B可以看到的那样。

在图9B中，较大的工作距离d导致偏转光部分的中心(例如，图心)位于较高的y位置处，偏离的光部分62P也在行扫描传感器100的较大部分上展开。如果工作距离d被保持相同，则无需补偿该位移效应，这在上面描述的利用了圆柱形的光学***70并且因此利用了准直的激光线光束62C的实施例中不发生。

由图9A和9B的示例***50获得的相干缺陷特征216以与上面结合利用圆柱形的光学***70的***50描述的基本相同的方式和方法被处理，考虑了发散的激光线光束62D的发散。也可以以与上面结合利用了圆柱形的光学***70的***50描述的基本相同的方式进行***50的校准。

对本领域技术人员显而易见的是，可以对如本文中描述的公开内容的优选实施例进行各种修改，不偏离如在附属的权利要求书中所限定的本公开的精神或范围。因此，本公开涵盖了处于附属的权利要求书的范围内的修改和改变以及另外的等同物。

Claims (20)

1.一种非成像相干的行扫描仪***，用于测量具有前后表面的透明片材中的至少一个缺陷，所述***沿着光轴依次包括：

激光器***，在沿着所述光轴的方向上产生相干的发散的激光线光束；

圆柱形的光学***，沿着所述光轴设置并且接收所述发散的激光线光束并从中形成准直的激光线光束；

可移动支撑件，设置成邻近所述圆柱形的光学***并且位于所述圆柱形的光学***的下游，并且所述可移动支撑件适合于支撑所述透明片材并且相对于所述准直的激光线光束移动所述透明片材，从而当所述透明片材在通常垂直于所述光轴的方向上平移时，所述准直的激光线光束穿过所述透明片材的一部分和所述至少一个缺陷；以及

行扫描传感器***，沿着所述光轴设置并且位于所述可移动支撑件的下游，以便接收传输通过透明物体且通过所述至少一个缺陷的所述准直的激光线光束，从而产生具有代表所述透明物体中的至少一个缺陷的至少一个相干缺陷特征的干涉图像。

2.根据权利要求1所述的***，其中所述行扫描传感器***包括可操作地连接到帧捕获器的行扫描传感器，并且其中所述行扫描传感器捕获线性数字帧，并且所述帧捕获器协调所述线性数字帧的捕获与所述透明片材的移动。

3.根据权利要求2所述的***，其中所述行扫描传感器***还包括计算机，所述计算机可操作地连接到所述帧捕获器并且汇编来自所述帧捕获器的所述线性数字帧，以便形成所述干涉图像。

4.根据权利要求3所述的***，其中所述计算机被配置成具有体现在计算机可读介质中的指令，所述指令导致所述计算机处理所述干涉图像的至少一个相干缺陷特征，以计算由所述至少一个缺陷引起的光学功率重新分配的量。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的***，其中所述激光器***包括至少一个二极管激光器。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的***，其中所述透明片材包括玻璃。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的***，其中所述透明片材的前后表面中的至少一个具有曲率。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的***，其中所述圆柱形的光学***由单个圆柱形的光学元件组成。

9.根据权利要求8所述的***，其中所述单个圆柱形的光学元件是平凸的圆柱形透镜。

10.一种非成像相干的行扫描仪***，用于表征透明片材的至少一个缺陷，所述***基本上包括：

激光器***，所述激光器***沿着光轴产生相干的发散的激光线光束；

圆柱形的光学***，所述圆柱形的光学***沿着光轴设置并且接收所述发散的激光线光束且从中形成准直的激光线光束；

可移动支撑件，所述可移动支撑件适合于支撑所述透明片材并且在通常垂直于所述光轴的方向上移动所述透明片材；以及

行扫描传感器***，所述行扫描传感器***相对于所述可移动支撑件设置以限定工作空间，所述行扫描传感器***适合于接收传输通过所述透明片材并且通过所述至少一个缺陷而没有穿过所述工作空间中的具有光焦度的任何光学元件的所述准直的激光线光束，并且从传输的准直的激光线光束中形成干涉图像，所述干涉图像具有对应于所述至少一个缺陷的至少一个相干缺陷特征。

11.根据权利要求10所述的***，其中所述行扫描传感器***包括行扫描传感器、可操作地连接到所述行扫描传感器的帧捕获器以及可操作地连接到所述帧捕获器的计算机。

12.根据权利要求10或11所述的***，其中所述圆柱形的光学***由单个圆柱形的透镜元件组成。

13.根据权利要求10-12中的任一项所述的***，其中所述透明片材包括玻璃。

14.一种检测透明片材中的至少一个缺陷的非成像方法，包括：

使相干的激光线光束传输通过所述透明片材，同时在通常垂直于所述激光线光束的方向上平移所述透明片材；

采用行扫描传感器***接收并检测传输的相干的激光线光束，所述行扫描传感器***在所述行扫描传感器***和所述透明片材之间限定工作空间，其中所述传输的相干的激光线光束通过所述至少一个缺陷和所述工作空间，从而使得所述行扫描传感器***形成包括至少一个相干的缺陷特征的干涉图像，并且其中在所述工作空间中不存在具有光焦度的光学部件；并且

从所述至少一个相干的缺陷特征中确定所述至少一个缺陷的一个或多个表征。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述激光线光束完全被准直。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括通过使发散的激光线光束穿过圆柱形的光学***而形成完全被准直的激光线光束。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述圆柱形的光学***由单个圆柱形的光学元件组成。

18.根据权利要求14-17中的任一项所述的方法，其中所述一个或多个表征包括所述至少一个缺陷的尺寸、形状和位置中的至少一个。

19.根据权利要求14-18中的任一项所述的方法，还包括：

在没有所述透明片材的情况下或者采用参照透明片材进行背景测量；以及

从所述干涉图像中减去所述背景测量。

20.根据权利要求14-19中的任一项所述的方法，其中所述行扫描传感器***包括行扫描传感器和帧捕获器，并且其中所述方法包括利用所述帧捕获器来协调采用所述行扫描传感器对线性数字帧的捕获与所述透明片材的平移，并且还包括组合所述线性数字帧以形成所述干涉图像。