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Bereich
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Vorliegende
Erfindung bezieht sich auf die Inspektion bzw. das Prüfen
von Glastafeln.
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Definitionen
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Die
folgenden Terme sollen folgende Bedeutungen haben, wie sie in der
Veröffentlichung und den Ansprüchen benutzt werden:
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”Defekte” bzw. ”Fehlstellen” bezieht
sich insgesamt auf Partikel und Defekte auf oder in einer Glastafel.
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”Glastafel” bezieht
sich entweder auf ein einzelnes Stück aus Glas oder auf
ein Glasband, von welchem einzelne Stücke abgetrennt werden,
abhängig von der speziellen Anwendung des Prüfsystems,
d. h. ob das System benutzt wird, um ein Glasband oder einzelne
Glasstücke, getrennt von einem Band, zu überprüfen.
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”Licht” bezieht
sich im Allgemeinen auf elektromagnetische Strahlung und beinhaltet
Strahlung sowohl in sichtbaren als auch in nicht sichtbaren Bereichen.
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”Zeilenkamera
bzw. Zeilenabtastkamera” bezieht sich auf einen Detektor,
welcher eine lichtempfindliche Fläche besitzt, welche aus
Pixeln besteht, wobei die Länge L der lichtempfindlichen
Fläche wenigstens 10 mal die Breite W der Fläche
besitzt. Zeilenkameras beinhalten Zeitverzögerungs- und
Integrations-(TDI-)Kameras (auch bekannt als Zeitdomäne-Integrationskameras),
welche Verhältnisse L/W größer als 10
besitzen.
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Hintergrund
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Die
Glastafeln, welche als Substrate für Anzeigeanwendungen,
z. B. Flüssigkeitskristallanzeigen (LCDs) und Anzeigen
mit organischen lichtemittierenden Dioden (OLEDs) müs sen
Oberflächen besitzen, welche im Wesentlichen frei von Fehlstellen
sind, welche Dimensionen in der Größenordnung
von 1 μm und darüber besitzen. Entsprechend wurden
ausgehende Anstrengungen unternommen, um effektive Wege für
die Prüfung von Glastafeln nach derartigen Defekten zu
finden.
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Die
kleinen Abmessungen der Fehlstellen, die Tatsache, dass Glastafeln
transparent bei den Wellenlängen sind, welche normalerweise
für die Überprüfung benutzt werden, und
die Tatsache, dass die Glastafeln für Anzeige-Applikationen
dünn sind, z. B. in der Größenordnung
von 0,2 bis 1,2 Millimeter, hat die Überprüfung
zu einem herausfordernden Problem gemacht. Darüber hinaus,
da die Nachfrage nach flachen, tafelförmigen Anzeigen zugenommen
hat, hat die Anzahl von Glasfertigungslinien, welche in Betrieb
sind, auch zugenommen. Als Ergebnis hat die Notwendigkeit für
ein Prüfgerät zugenommen, so dass die Kosten und
die Komplexität eines derartigen Gerätes, bei
der Entwicklung der Eignung des Systems für diese Anwendung eine
wichtige Rolle spielt.
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Wie
nachfolgend diskutiert wird, liefert die vorliegende Veröffentlichung
Prüfsysteme, welche die Leistungskriterien, welche mit
einer zuverlässigen Inspektion Glas für Anzeigeeinrichtungen
erfüllt, während dabei verhältnismäßig
nicht teure optische Komponenten angewendet werden, welche schließlich
in einer kompakten Einrichtung angeordnet werden können,
welche leicht in einer Fertigungsumgebung angewendet werden kann.
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Zusammenfassung
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Entsprechend
einem ersten Gesichtspunkt wird eine Vorrichtung zur Prüfung
einer transparenten Glastafel bzw. Glasplatte beschrieben, welche
eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche
besitzt, welches beinhaltet:
- (A) eine Lichtquelle,
welche einen Teil der Glastafel beleuchtet;
- (B) eine Zeilenkamera, welche Licht detektiert, welches von
den Fehlstellen auf oder in der Glasplatte gestreut wird, wobei
die Zeilenkamera eine Vielzahl von Pixeln aufweist, welche eine
lichtempfindliche Fläche bilden, welche eine Läge
L und eine Breite W besitzt; und
- (C) ein optisches System, welches von den Fehlstellen gestreutes
Licht zu der Zeilenkamera überträgt, wobei das
optische System eine numerische Apertur NA besitzt und aufweist:
(i)
einen ersten konkaven Spiegel, welcher einen ersten Bereich und
einen zweiten Bereich besitzt, wobei der Spiegel einen Krümmungsradius
R besitzt; und
(ii) einen konvexen zweiten Spiegel;
wobei:
(a)
von einer Fehlstelle gestreutes Licht die Zeilenkamera über
einen optischen Pfad bzw. Weg erreicht, welcher die Reflexion von
dem ersten Teil des konkaven ersten Spiegels, Reflexion von dem
konvexen zweiten Spiegel und Reflexion von dem zweiten Teil des
konkaven ersten Spiegels enthält;
(b) die Zentren
der Krümmung der ersten und zweiten Spiegel im Wesentlichen
koinzident sind, und der Radius des zweiten Spiegels im Wesentlichen
gleich ein halb des Radius des ersten Spiegels ist; und
(c)
L, W und R den Beziehungen genügen: L/R ≤ 0,25;
und W/R ≤ 0,14·(Quadratwurzel(1 – (L/R)2) – 1) + 0,046 für NA ≥ 0,10;
und W/R ≤ 0,14·(Quadratwurzel(1 – (L/R)2) – 1) + 0,033 für NA ≥ 0,12;
und W/R ≤ 0,14·(Quadratwurzel(1 – (L/R)2) – 1) + 0,020 für NA ≥ 0,15.
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Entsprechend
einem zweiten Gesichtspunkt wird eine Vorrichtung zur Prüfung
einer transparenten Glastafel beschrieben, welche eine erste Oberfläche
und eine zweite Oberfläche besitzt, welches beinhaltet:
- (A) eine Lichtquelle, welche einen Teil der
Glastafel beleuchtet;
- (B) eine Zeilenkamera, welche Licht detektiert, welches von
den Fehlstellen auf oder in der Glastafel gestreut wird, wobei die
Zeilenkamera eine Vielzahl von Pixeln aufweist, welche eine lichtempfindliche
Fläche bilden, welche eine Länge L und eine Breite
W besitzt; und
- (C) ein optisches System, welches gestreutes Licht von den Fehlstellen
zu der Zeilenkamera überträgt, wobei das optische
System eine numerische Apertur NA besitzt und aufweist:
(i)
einen ersten konkaven Spiegel, welcher einen ersten Teil und einen
zweiten Teil besitzt, wobei der Spiegel einen Krümmungsradius
R besitzt; und
(ii) einen konvexen zweiten Spiegel;
wobei:
(a)
von einer Fehlstelle gestreutes Licht die Zeilenkamera über
einen optischen Weg erreicht, welcher Reflexion von dem ersten Teil
des konkaven ersten Spiegels, Reflexion vom konvexen zweiten Spiegel
und Reflexion von dem zweiten Teil des konkaven ersten Spiegels
beinhaltet;
(b) die Zentren der Krümmung der ersten
und sekundären Spiegel im Wesentlichen koinzident sind
und der Radius des zweiten Spiegels im Wesentlichen gleich der Hälfte
des Radius des ersten Spiegels ist; und
(c) das optische System,
wenn es auf eine erste Oberfläche der Glastafel fokussiert
wird, eine Punktspreizfunktion mit dem Halbdurchmesser D1 an dieser
Oberfläche besitzt und eine Punktspreizfunktion des Halbdurchmessers
D2 an der zweiten Oberfläche besitzt, wobei D1 und D2 der
Beziehung genügen: D2/D1 ≥ 35für
eine Glastafel, welche eine Dicke im Bereich von 0,2 bis 1,2 Millimeter
besitzt.
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Entsprechend
einem dritten Gesichtspunkt wird ein Verfahren für das
Detektieren einer Fehlstelle auf oder in einer transparenten Glastafel
beschrieben, welche eine erste Oberfläche und eine zweite
Oberfläche besitzt, welches beinhaltet:
- (A)
Beleuchten eines Teiles der Glastafel;
- (B) Übertragen von Licht, welches durch eine Fehlstelle
gestreut wird, von der Glastafel zu einer Zeilenkamera, wobei ein
optisches System benutzt wird, welches eine numerische Apertur NA
besitzt und welches aufweist:
(i) einen ersten konkaven Spiegel,
welcher einen ersten Teil und einen zweiten Teil besitzt, wobei
der Spiegel einen Krümmungsradius R besitzt; und
(ii)
einen konvexen zweiten Spiegel; und
- (C) Liefern einer relativen Bewegung zwischen der Glastafel
und der Zeilenkamera (z. B. durch Verschieben der Glastafel relativ
zur Zeilenkamera); wobei;
(a) von einer Fehlstelle gestreutes
Licht die Zeilenkamera über einen optischen Weg erreicht,
welcher Reflexion von dem ersten Teil des konkaven ersten Spiegels,
Reflexion von dem konvexen zweiten Spiegel und Reflexion von dem
zweiten Teil des konkaven ersten Spiegels beinhaltet;
(b) die
Zentren der Krümmung des ersten und zweiten Spiegels im
Wesentlichen koinzident sind, und der Radius des zweiten Spiegels
im Wesentlichen gleich der Hälfte des Radius des ersten
Spiegels ist;
(c) die Zeilenkamera eine Vielzahl von Pixeln
aufweist, welche eine lichtempfindliche Fläche bilden,
welche eine Länge L und eine Breite W besitzt; und
(d)
L, W und R den Beziehungen genügen: L/R ≤ 0,25;
und W/R ≤ 0,14·(Quadratwurzel(1 – (L/R)2) – 1) + 0,046 für NA ≥ 0,10;
und W/R ≤ 0,14·(Quadratwurzel(1 – (L/R)2) – 1) + 0,033 für NA ≥ 0,12;
und W/R ≤ 0,14·(Quadratwurzel(1 – (L/R)2) – 1) + 0,020 für NA ≥ 0,15.
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In
bestimmten Ausführungsformen besitzt das Gerät
des ersten und zweiten Gesichtspunktes und/oder das Verfahren des
dritten Gesichtspunktes einige oder alle der folgenden Merkmale:
- (a) ein optisches System, dessen NA der Beziehung
genügt: 0,10 ≤ NA ≤ 0,15;
- (b) ein optisches System, das eine Vergrößerung
von 1:1 besitzt;
- (c) ein optisches System, dessen Apertur-Stopp bzw. -Begrenzung
an dem zweiten Spiegel platziert ist;
- (d) eine Pixelgröße für die Zeilenkamera,
welche im Bereich von 5 bis 20 μm ist;
- (e) einen optischen Weg, welcher nur reflektierende optische
Oberfläche beinhaltet;
- (f) ein optisches System, welches im Wesentlichen telezentrisch
im Objektraum ist, so dass die Variation in der Bildgröße
kleiner als die Größe eines Pixels der Zeilenkamera über
die Schärfentiefe des optischen Systems hinweg ist;
- (g) ein optisches System, dessen Feld- bzw. Objektkrümmung
kleiner als die Schärfentiefe des optischen Systems ist;
- (h) ein optisches System, dessen geometrische Abweichung kleiner
als 1% über die Länge L der lichtempfindlichen
Fläche der Zeilenkamera hinweg ist;
und/oder
(i)
einen Fokussiermechanismus, welcher wenigstens entweder (1) den
optischen Weglänge zwischen der Glastafel und dem ersten
Teil des ersten Konkavspiegels oder (2) die optische Weglänge
zwischen dem zweiten Teil des ersten konkaven Spiegels und der Zeilenkamera
einstellen kann.
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Es
ist davon auszugehen, dass sowohl die vorausgegangene allgemeine
Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung nur
beispielhaft für die Erfindung sind und dazu dienen sollen,
einen Überblick oder ein Gerüst für das
Verstehen der Eigenschaft und den Charakter der Erfindung zu geben.
Zusätzliche Merkmale und Vorteile der Erfindung werden
in der detaillierten Beschreibung wiedergegeben, welche folgt, und
werden schließlich zum Teil für Fachleute aus
dieser Beschreibung offensichtlich oder durch das Ausführen
der Ausführungsformen der Erfindung erkannt, wie sie hier
beschrieben werden. Die beigefügten Zeichnungen sind eingeschlossen,
um ein weiteres Verständnis der Erfindung zu liefern, und
sind eingefügt und stellen einen Teil dieser Spezifikation
dar. Es ist davon auszugehen, dass die verschiedenen Merkmale der
Erfindung, welche in dieser Spezifikation und den Zeichnungen veröffentlicht
werden, in irgendwelchen und allen Kombinationen benutzt werden
können. Anhand eines nicht begrenzenden Beispiels können
die verschiedenen Merkmale der Ausführungsformen kombiniert
werden, wie sie in den folgenden Gesichtspunkten dargestellt werden.
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Entsprechend
einem ersten Gesichtspunkt wird eine Vorrichtung zur Prüfung
einer transparenten Glastafel geliefert, welche eine erste Oberfläche
und eine zweite Oberfläche besitzt, wobei die Vorrichtung
aufweist:
- (A) eine Lichtquelle, welche einen
Teil der Glastafel beleuchtet;
- (B) eine Zeilenkamera, welche Licht detektiert, welches von
den Fehlstellen auf oder in der Glastafel gestreut wird, wobei die
Zeilenkamera eine Vielzahl von Pixeln aufweist, welche eine lichtempfindliche
Fläche bilden, welche eine Länge L und eine Breite
W besitzt; und
- (C) ein optisches System, welches von den Fehlstellen gestreutes
Licht zu der Zeilenkamera überträgt, wobei das
optische System eine numerische Apertur NA besitzt und aufweist:
(i)
einen ersten konkaven Spiegel, welcher einen ersten Teil und einen
zweiten Teil besitzt, wobei der Spiegel einen Krümmungsradius
R besitzt; und
(ii) einen konvexen zweiten Spiegel;
wobei:
(a)
von einer Fehlstelle gestreutes Licht die Zeilenkamera über
einen optischen Weg erreicht, welcher Reflexion von dem ersten Teil
des konkaven ersten Spiegels, Reflexion von dem konvexen zweiten
Spiegel und Reflexion von dem zweiten Teil des konkaven ersten Spiegels
beinhaltet;
(b) die Zentren der Krümmung der ersten
und zweiten Spiegel im Wesentlichen koinzident sind und der Radius
des zweiten Spiegels im Wesentlichen gleich der Hälfte
des Radius des ersten Spiegels ist; und
(c) L, W und R den
Beziehungen genügen: L/R ≤ 0,25;
und W/R ≤ 0,14·(Quadratwurzel(1 – (L/R)2) – 1) + 0,046 für NA ≥ 0,10;
und W/R ≤ 0,14·(Quadratwurzel(1 – (L/R)2) – 1) + 0,033 für NA ≥ 0,12;
und W/R ≤ 0,14·(Quadratwurzel(1 – (L/R)2) – 1) + 0,020 für NA ≥ 0,15.
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Entsprechend
einem zweiten Gesichtspunkt wird das Gerät nach Gesichtspunkt
1 geliefert, wobei das optische System, wenn es auf die erste Oberfläche
der Glastafel fokussiert wird, eine Punktspreizfunktion eines halben
Durchmessers D1 an dieser Oberfläche besitzt und eine Punktspreizfunktion
des Halbdurchmessers D2 an der zweiten Oberfläche besitzt,
wobei D1 und D2 der Beziehung genügen: D2/D1 ≥ 35für
eine Glastafel, welche eine Dicke im Bereich von 0,2 bis 1,2 Millimeter
besitzt.
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Entsprechend
einem dritten Gesichtspunkt wird eine Vorrichtung zur Prüfung
einer transparenten Glastafel geliefert, welche eine erste Oberfläche
und eine zweite Oberfläche besitzt, wobei das Gerät
aufweist:
- (A) eine Lichtquelle, welche einen
Teil der Glastafel beleuchtet;
- (B) eine Zeilenkamera, welches von Fehlstellen auf oder in der
Glastafel gestreutes Licht detektiert, wobei die Zeilenkamera eine
Vielzahl von Pixeln aufweist, welche eine lichtempfindliche Fläche
bilden, welche eine Länge L und eine Breite W besitzt;
und
- (C) ein optisches System, welches von den Fehlstellen gestreutes
Licht zu der Zeilenkamera überträgt, wobei das
optische System eine numerische Apertur NA besitzt und aufweist:
(i)
einen ersten konkaven Spiegel, welcher einen ersten Teil und einen
zweiten Teil besitzt, wobei der Spiegel einen Krümmungsradius
R besitzt; und
(ii) einen konvexen zweiten Spiegel;
wobei:
(a)
von einer Fehlstelle gestreutes Licht die Zeilenkamera über
einen optischen Weg erreicht, welcher Reflexion von dem ersten Teil
des konkaven ersten Spiegels, Reflexion von dem konvexen zweiten
Spiegel und Reflexion von dem zweiten Teil des konkaven ersten Spiegels
beinhaltet;
(b) die Zentren der Krümmung des ersten
und zweiten Spiegels im Wesentlichen koinzident sind und der Radius
des zweiten Spiegels im Wesentlichen gleich der Hälfte
des Radius des ersten Spiegels ist; und
(c) das optische System,
wenn es auf eine erste Oberfläche der Glastafel fokussiert
wird, eine Punktspreizfunktion des halben Durchmessers D1 an dieser
Oberfläche besitzt und eine Punktspreizfunktion des Halbdurchmessers
D2 an der zweiten Oberfläche besitzt, wobei D1 und D2 der
Beziehung genügen: D2/D1 ≥ 35für
eine Glastafel, welche eine Dicke im Bereich von 0,2 bis 1,2 Millimeter
besitzt.
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Entsprechend
einem vierten Gesichtspunkt wird die Vorrichtung nach einem der
Gesichtspunkte 1, 2 oder 3 geliefert, wobei NA der Beziehung genügt: 0,10 ≤ NA ≤ 0,15.
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Entsprechend
einem fünften Gesichtspunkt wird die Vorrichtung nach einem
der Gesichtspunkte 1–4 geliefert, wobei das optische System
eine Vergrößerung von 1:1 besitzt.
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Entsprechend
einem sechsten Gesichtspunkt wird die Vorrichtung nach einem der
Gesichtspunkte 1–5 geliefert, wobei die Aperturbegrenzung
des optischen Systems an dem zweiten Spiegel platziert ist.
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Entsprechend
einem siebten Gesichtspunkt wird die Vorrichtung nach einem der
Gesichtspunkte 1–6 geliefert, wobei die Pixelgröße
der Zeilenkamera im Bereich von 5 bis 20 μm ist.
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Entsprechend
einem achten Gesichtspunkt wird die Vorrichtung nach einem der Gesichtspunkte
1–7 geliefert, wobei der optische Weg nur reflektierende
optische Oberflächen beinhaltet.
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Entsprechend
einem neunten Gesichtspunkt wird die Vorrichtung nach einem der
Gesichtspunkte 1–8 geliefert, wobei das optische System
im Wesentlichen telezentrisch so im Objektraum liegt, dass die Veränderung
in der Bildgröße kleiner als die Größe
eines Pixels der Zeilenkamera über die Schärfentiefe
des optischen Systems ist.
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Entsprechend
einem zehnten Gesichtspunkt wird die Vorrichtung nach einem der
Gesichtspunkte 1–9 geliefert, wobei die Feld- bzw. Objektkrümmung
des optischen Systems geringer als die Schärfentiefe des
optischen Systems ist.
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Entsprechend
einem elften Gesichtspunkt wird die Vorrichtung nach einem der Gesichtspunkte
1–10 geliefert, wobei die geometrische Verzerrung kleiner
als 1% über die Länge L der lichtempfindlichen
Fläche hinweg der Zeilenkamera ist.
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Entsprechend
einem zwölften Gesichtspunkt wird die Vorrichtung nach
einem der Gesichtspunkte 1–11 geliefert, wobei dieses ferner
einen Fokussiermechanismus aufweist, welcher wenigstens einen von
folgenden Parameter justiert bzw. einstellt:
- (i)
die optische Weglänge zwischen der Glastafel und dem ersten
Teil des ersten konkaven Spiegelobjektes; und
- (ii) die optische Weglänge zwischen dem zweiten Teil
des ersten konkaven Spiegelobjektes und der Zeilenkamera.
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Entsprechend
einem dreizehnten Gesichtspunkt wird ein Verfahren des Detektierens
einer Fehlstelle auf oder in einer transparenten Glastafel geliefert,
welche eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche besitzt,
wobei das Verfahren aufweist:
- (A) Beleuchten
eines Teiles der Glastafel;
- (B) Übertragen von Licht, welches durch eine Fehlstelle
gestreut wird, von der Glastafel zu einer Zeilenkamera, wobei ein
optisches System benutzt wird, welches eine numerische Apertur NA
besitzt und welches aufweist:
(i) einen ersten konkaven Spiegel,
welcher einen ersten Teil und einen zweiten Teil besitzt, wobei
der Spiegel einen Krümmungsradius R besitzt; und
(ii)
einen konvexen zweiten Spiegel; und
- (C) Liefern einer relativen Bewegung zwischen der Glastafel
und der Zeilenkamera;
wobei:
(a) von einer Fehlstelle
gestreutes Licht die Zeilenkamera über einen optischen
Weg erreicht, welcher Reflexion von dem ersten Teil des konkaven
ersten Spiegels, Reflexion von dem konvexen zweiten Spiegel und
Reflexion von dem zweiten Teil des konkaven ersten Spiegels beinhaltet;
(b)
die Zentren der Krümmung des ersten und zweiten Spiegels
im Wesentlichen koinzident sind und der Radius des zweiten Spiegels
im Wesentlichen gleich der Hälfte des Radius des ersten
Spiegels ist;
(c) die Zeilenkamera eine Vielzahl von Pixeln
aufweist, welche eine lichtempfindliche Fläche bilden,
welche eine Länge L und eine Breite W besitzt; und
(d)
L, W und R den Beziehungen genügen: L/R ≤ 0,25;
und W/R ≤ 0,14·(Quadratwurzel(1 – (L/R)2) – 1) + 0,046 für NA ≥ 0,10;
und W/R ≤ 0,14·(Quadratwurzel(1 – (L/R)2) – 1) + 0,033 für NA ≥ 0,12;
und W/R ≤ 0,14·(Quadratwurzel(1 – (L/R)2) – 1) + 0,020 für NA ≥ 0,15.
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Entsprechend
dem vierzehnten Gesichtspunkt wird das Verfahren nach Gesichtspunkt
13 geliefert, wobei das optische System, wenn es auf die erste Oberfläche
der Glastafel fokussiert wird, eine Punktspreizfunktion des halben
Durchmessers D1 an dieser Oberfläche besitzt und eine Punktspreizfunktion
des halben Durchmessers D2 an der zweiten Oberfläche besitzt,
wobei D1 und D2 der Beziehung genügen: D2/D1 ≥ 35für
eine Glastafel, welche eine Dicke im Bereich von 0,2 bis 1,2 Millimeter
besitzt.
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Entsprechend
dem fünfzehnten Gesichtspunkt wird das Verfahren nach Gesichtspunkt
13 oder Gesichtspunkt 14 geliefert, welches ferner das Fokussieren
eines Bildes der Glastafel auf die Zeilenkamera durch Justieren
von wenigstens einem der folgenden Parameter aufweist:
- (i) der optischen Weglänge zwischen der Glastafel und
dem ersten Teil des ersten konkaven Spiegels; und
- (ii) der optischen Weglänge zwischen dem zweiten Teil
des ersten konkaven Spiegel und der Zeilenkamera.
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Entsprechend
einem sechzehnten Gesichtspunkt wird das Verfahren nach einem der
Gesichtspunkte 13–15 geliefert, wobei das optische System
im Wesentlichen telezentrisch im Objektraum ist, so dass die Veränderung
in der Bildgröße kleiner als die Abmessung eines
Pixels der Zeilenkamera über die Schärfentiefe
des optischen Systems ist.
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Entsprechend
einem siebzehnten Gesichtspunkt wird das Verfahren nach einem der
Gesichtspunkte 13–16 geliefert, wobei die Feld- bzw. Objektkrümmung
des optischen Systems kleiner als die Schärfentiefe des optischen
Systems ist.
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Entsprechend
einem achtzehnten Gesichtspunkt wird das Verfahren nach einem der
Gesichtspunkte 13–17 geliefert, wobei die geometrische
Verzerrung des optischen Systems geringer als 1% über die
Länge der lichtempfindlichen Fläche hinweg der
Zeilenkamera ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Zeichnung, welche Bauteile und Bewegungen einer
Ausführungsform eines Prüfsystems der vorliegenden
Veröffentlichung zeigt.
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2 ist
eine schematische Zeichnung, welche einen Betriebsmodus einer Zeilenkamera
darstellt.
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3 ist
eine schematische Zeichnung einer Ausführungsform einer
Beleuchtungseinheit.
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4 ist
eine schematische Zeichnung, welche verschiedene Vorgehensweisen
für das Fokussieren eines Bildes einer Oberfläche
einer Glastafel auf eine Zeilenkamera darstellt. Im Einzelnen stellt
die linke Skizze das Justieren des Abstands Linse/Kamera/Beleuchtungseinheit
in Bezug zur Oberfläche dar, die mittlere Skizze stellt
das Justieren des optischen Weges von der Oberfläche zu
der Linse dar, wobei eine ”Posaunen”-Spiegelanordnung
benutzt wird, und die rechte Skizze stellt das Justieren der Linse
bezüglich der Entfernung zum Kamerasensor dar.
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5 sind
Strahlverfolgungen für eine Ausführungsform einer
im Wesentlichen telezentrisch reflektierenden Linse, bei welcher
zwei reflektierende sphärische Elemente angewendet werden.
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6 sind
Strahlverfolgungen für eine Ausführungsform einer
im Wesentlichen telezentrisch reflektierenden Linse, wobei zwei
reflektierende sphärische Elemente angewendet werden.
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7 sind
Strahlverfolgungen für eine Ausführungsform einer
im Wesentlichen telezentrisch reflektierenden Linse, wobei zwei
reflektierende sphärische Elemente und eine Spiegelanordnung
angewendet werden, um die Orientierung des Objektes der Linse oder
der Bildebene zu verändern.
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8 ist
eine schematische Zeichnung, welche Projektionen auf einen ersten
Spiegel des Teils einer Glasoberfläche zeigt, welche abgebildet
wird (das Objekt), und der Zeilenkamera, welche das Bild aufnimmt (Zeilensensor),
ebenso wie die ersten und zweiten Teile des ersten Spiegels, welche
ein Teil des optischen Weges für das von den Fehlstellen
gestreute Licht bilden.
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9 ist
eine graphische Darstellung, welcher die Arbeitsbereiche (Flächen
unter den Kurven) in Termen der normierten Länge L und
normierten Breite W des Zeilensensors, (d. h. L/R und W/R, wobei
R der Krümmungsradius des ersten Spiegels der reflektierenden
Linse ist) als Funktion der numerischen Apertur (NA) der reflektierenden
Linse zeigt.
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10 ist
eine schematische Zeichnung, welche die Rolle der numerischen Apertur
der Linse beim Beibehalten der gewünschten Oberfläche
der Glastafel innerhalb des Fokus darstellt, während die
andere Oberfläche der Tafel außerhalb des Fokus
gehalten wird.
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11 ist
ein ZEMAX-Ausdruck, welcher die Veränderung in der Punktspreizfunktion
von einer Oberfläche einer Glastafel (dem –250-μm-Punkt)
bis zur anderen Oberfläche (dem 250-μm-Punkt)
für die telezentrisch reflektierende Linse der 5 darstellt.
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12 ist
eine schematische Zeichnung, welche die Rolle einer niedrigen Feld-
bzw. Objektkrümmung aufzeigt, wobei eine gewünschte
Oberfläche der Glastafel im Fokus gehalten wird, wobei
die andere Oberfläche der Glastafel außerhalb
des Fokus über ein gesamtes Gesichtsfeld der Linse gehalten
wird.
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13 ist
eine schematische Zeichnung, welche einen Vorteil einer im Wesentlichen
telezentrischen Linse beim Beibehalten der Konsistenz des Detektierens
der Geometrie über das gesamte Gesichtsfeld darstellt.
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14 ist
eine schematische Zeichnung, welche einen Vorteil der gleichbleibenden
Bildqualität sowohl im Fokus als auch außerhalb
des Fokus darstellt.
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15 stellt
einen repräsentativen Aufbau bzw. des Konfektionierens
einer Ausführungsform eines Prüfsystems der vorliegenden
Veröffentlichung dar.
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Detaillierte Beschreibung
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Wie
oben diskutiert, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf das
Prüfen von Glastafeln und, in einer Anwendung, auf das
Prüfen von Display- bzw. Anzeigeglas entweder in der Form
von einzelnen Tafeln oder in der Form von einem Glasband, von welchem
die Tafeln abgetrennt werden.
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Das
Prüfen von Fehlstellen wird routinemäßig
während der Herstellung von Display- bzw. Anzeige-Glas
durchgeführt. Wichtigerweise besitzt dieses Glas zwei Seiten
(die ”A”-Seite und die ”B”-Seite),
auf welchen Fehlstellen getrennt erfasst werden müssen.
Um die Fehlstellen zu erfassen, wird das Display-Glas mit einem
Kamerasystem aufgenommen, welches Licht, welches von den Fehlstellen
gestreut wird, aufzeichnet. In einige Fällen wird die gesamte
Fläche des Glases inspiziert bzw. geprüft; in
anderen Fällen werden eine oder mehrere Zonen der Glasfläche
erfasst und als Prüfmuster benutzt.
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Da
große Flächen des Glases schnell geprüft
werden müssen, wird ein Zeilenkamerasystem benutzt, um
die Fehlstellen zu erfassen. Derartige Kameras besitzen ein langes
Gesichtsfeld in einer Dimension (z. B. 27 mm) und ein enges Feld
in der orthogonalen Richtung (z. B. 1,3 mm). Der leichten Verarbeitung
(Analyse) wegen erzeugt eine Fehlstelle, welche irgendwo auf der
langen Achse des Gesichtsfeldes erfasst wurde, vorzugsweise cm im
Wesentlichen identisches Muster auf dem Sensor.
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Um
die effektive Prüfung bzw. Inspektion zu erleichtern, besitzen
in bestimmten Ausführungsformen die Prüfsysteme,
welche hier veröffentlicht werden, die folgenden Charakteristika:
- (a) ein Gesichtsfeld (FOV) so lang, wie die
Länge L der lichtsensitiven Fläche der Zeilenkamera;
- (b) eine ausreichend hohe Auflösung, um kleine Fehlstellen
zu erfassen;
- (c) eine große numerische Apertur (NA), um schwach
streuende Fehlstellen zu sehen;
- (d) eine Schärfentiefe (DOF), welche ausreichend klein
ist, so dass Fehlstellen von der A- und B-Seite der Glastafel unterschieden
werden können, d. h. eine DOF kleiner als die Glastafel,
welche betrachtet wird;
- (e) ein im Wesentlichen flaches Gesichtsfeld, so dass die Oberfläche
der Glastafel im Fokus über die FOV bleibt;
- (f) Farbkorrektur, so dass Lichtquellen unterschiedlicher Wellenlängen
benutzt werden können;
- (g) Herstellbarkeit bei angemessenen Kosten; und
- (h) die Fähigkeit, Licht von der gleichen Gruppe von
Winkeln symmetrisch um eine Senkrechte auf die Glastafel zu sammeln,
ungeachtet der Position der Fehlstelle.
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In
Termen der optischen Terminologie entsprechen die letzten dieser
Charakteristika dem Prüfsystem oder, präziser
ausgedrückt, dem Linsenteil des Prüfsystems, welches
telezentrisch oder im Wesentlichen telezentrisch auf der Objektseite
ist, d. h. die Eintrittspupille der Linse liegt bei einer großen
Entfernung von den Elementen, welche die Linse ausmachen, so dass
die Grundstrahlen auf der Objektseite im Wesentlichen parallel zur
optischen Achse der Linse sind, z. B. der eingeschlossene Winkel
zwischen den Grundstrahlen und der optischen Achse ist kleiner als
0,5°. Telezentrizität oder im Wesentlichen Telezentrizität
bedeutet auch, dass die Vergrößerung der Linse
sich nicht mit dem Objektabstand verändert oder sich nicht
wesentlich verändert.
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Historisch
betrachtet, wurden bei Prüfsystemen Linsen benutzt, welche
aus vielen brechenden Linsenelementen aufgebaut sind. Derartige
Linsen waren nicht in der Lage, alle obigen Charakteristika zu liefern.
Beispielsweise hatten einige Systeme, welche auf der Brechungstechnologie
basieren, eine zu große DOF, um Defekte auf der A- und
B-Seite zu unterscheiden. Ebenso besaßen viele brechende
Linsen in Prüfapplikationen nicht ausreichend flache Gesichtsfelder,
so dass Fehlstellen nahe der Ränder des FOV unterschiedlich gegenüber denen,
welche nahe dem Zentrum sind, fokussiert wurden. Als Ergebnis waren
derartige Systeme nicht in der Lage, konsistent Fehlstellen auf
der A-Seite und der B-Seite zu unterscheiden. Zusätzlich
sind brechende Linsen aufgrund ihrer Eigenschaft bestenfalls für
einen begrenzten Wellenlängenbereich farbkorrigiert. Wichtig
in Bezug auf die Kosten sind farbkorrigierte, brechende, telezentrische
Linsen mit großen Gesichtsfeldern und ausreichend flachen
Gesichtsfeldern notorisch komplex, wenigstens aus einem sehr großen
Linsenelement aufgebaut und teuer.
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Entsprechend
der vorliegenden Veröffentlichung wird ein Linsensystem,
basierend auf Reflexion, im Gegensatz zu Brechung, benutzt, um ein
Bild auf einer Zeilenkamera eines Teils der Oberfläche
einer Glastafel zu bilden. Wie nachfolgend im Detail diskutiert
wird (siehe z. B. 9), besitzt das reflektierende
Linsensystem einen Aufbau und optische Eigenschaften, welche stark
an die Charakteristika der Zeilenkamera angebunden sind, so dass
die zwei Komponenten zusammenarbeiten, um einen Grad an Leistungsfähigkeit
zu liefern, welcher mit refraktiven bzw. brechenden Systemen bei
angemessenen Kosten nicht erreichbar ist.
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Ein
repräsentativer Aufbau für ein Prüfsystem,
bei welchem eine reflektierende Linse 10 des Typs angewendet
wird, welcher hier veröffentlicht wird, wird in 1 gezeigt.
Wie in dieser Figur gezeigt wird, beinhaltet das System zusätzlich
zu der reflektierenden Linse 10 und einer Zeilenkamera 18 normalerweise
eine Beleuchtungseinrichtung 12, um einen Teil der Glastafel
zu beleuchten, ein Fokussiersystem zum Fokussieren 20 des
Bildes der Glasoberfläche auf die lichtempfindliche Oberfläche
der Zeilenkamera 18 und ein Bewegungsglied, um eine relative
Bewegung (laterale Bewegung 16) zwischen der Glastafel
und der Linsen/Kamera-Anordnung zu erzeugen. Typischerweise wird
die Relativbewegung durch Bewegen der Glastafel erreicht, währenddessen
die Linsen/Kamera-Anordnung stationär gehalten werden,
obwohl die entgegengesetzte Anordnung oder eine Kombination von
Tafelbewegung und Linsen/Kamera-Bewegung genutzt werden kann, falls dies
gewünscht ist. Im Falle eines sich kontinuierlich bewegenden
Glasbandes kann die Bewegung des Bandes benutzt werden, um eine
bestimmte oder die gesamte relative Bewegung zwischen der Tafel
und der Linsen/Kamera-Anordnung zu liefern.
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2 stellt
die relative Bewegung detaillierter dar. Im Einzelnen erläutert
diese Figur, wie die relative Bewegung 26 ein Bild einer
Glasoberfläche 24 erzeugt, welche sich hinter
den Sensorpixeln 22 eines Zeilensensors 21 bewegt,
wobei dadurch gestattet wird, dass die Kamera ein digitales Ausgangssignal
erzeugt, welches indikativ für den Pegel des gestreuten
Lichtes ist, welches jedes Pixel als Funktion der Zeit erreicht.
Das Gebrauchen eines Zeilenabtastsensors 21, speziell der
TDI-Form dieser Kamera, liefert den Vorteil, dass große
Beträge an Bildinformation schnell gesammelt werden können.
Die Zeilenkamera hat jedoch den Nachteil, dass ihre Form sehr lang
in Richtung über die Bildbewegung hinweg und sehr kurz
in Richtung entlang der Bildbewegung ist. Diese rechteckige Form
stellt eine abbildende Herausforderung dar, welche die vorliegende Veröffentlichung
durch das Gebrauchen der reflektierenden Linsen überwindet,
welche im Allgemeinen oben und nachfolgend mehr im Detail diskutiert
werden.
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Wie
entsprechend dem Stand der Technik bekannt ist, beinhaltet die Kamera,
im Falle einer TDI-Zeilenkamera, ein Feld von Pixeln, mit den Zeilen
des Feldes parallel zur Richtung der Relativbewegung und den Spalten
orthogonal zu dieser Richtung orientiert. Wie auch entsprechend
dem Stand der Technik bekannt ist, ist für eine derartige
Kamera das Sammeln von Licht durch jedes Glied einer Zeile, synchronisiert
mit einer Relativbewegung zwischen der Kamera und dem Bild, welches
aufzunehmen ist, und die durch die Pixel akkumulierte Ladung, als
ein Ergebnis der Belichtung für einfallendes Licht, wird
zyklisch von Spalte zu Spalte integriert. Auf diese Weise wird die
Empfindlichkeit der Kamera gegenüber Licht von einem Objekt,
welches in Bewegung relativ zur Kamera ist, verglichen mit der Empfindlichkeit
einer einzelnen Spalte von Pixeln wesentlich erhöht.
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Wie
oben dargestellt, besitzen Zeilenkameras ein Gesichtsfeld, welches
groß in einer Richtung ist. Zeilenkameras können
extrem eng (1 Pixel für einen herkömmlichen Sensor)
oder relativ eng (z. B. 96 Pixel im Falle eines kommerziell erhältlichen
TDI-Sensors) in der anderen Richtung sein. In jedem Fall ist das
Verhältnis zwischen Sensorlänge in den zwei Richtungen
größer als 10.
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Zeilenkameras
(Sensoren), welche für Partikeldetektieren benutzt werden,
besitzen typischerweise Pixel im Bereich von 5 μm bis 20 μm
in linearer Dimension. Fehler, z. B. Partikel, dieses Durchmessers
können optisch detektiert werden. Demnach liefert eine
Linse der Vergrößerung 1, welche einen Weg liefert,
um direkt Bilder derartiger Fehlstellen auf eine Zeilenkamera weiterzugeben,
eine Einrichtung, um große Flächen mit ausreichender
Empfindlichkeit für Partikel in diesem Abmessungsbereich
zu prüfen. Sensoren werden auch routinemäßig
benutzt, um Fehlstellen zu detektieren, welche beträchtlich
kleiner als ein Pixel sind, wobei Sub-Pixel-Auflösungstechniken
benutzt werden. Ein Beispiel einer derartigen Technik besteht darin,
die Größe einer Fehlstelle aus dem Betrag an Licht,
welcher reflektiert oder gestreut wird, abzuleiten. Diese Vorgehensweise
kann benutzt werden, um den Bereich der detektierbaren Partikel
auf Größen auszudehnen, welche viel kleiner als
ein Detektorpixel ist, während die Fähigkeit beibehalten
wird, große Flächen mit ausreichender Empfindlichkeit
zu inspizieren bzw. zu überprüfen. In jedem Fall,
wie unten diskutiert, liefern die reflektierenden Linsen des Prüfsystems,
welches hier veröffentlicht wird, ausreichend Bildqualität
bei der Vergrößerung eins, um Fehlstellen dieses
Typs zu detektieren. Spezieller ausgedrückt, die reflektierenden
Linsen liefern eine bildseitige Auflösung, welche wenigstens ähnlich
zur Sensor-Pixelgröße ist, so dass das Bild sensorbegrenzt
ist. Auch besitzen die Linsen relativ kleine f-Zahlen (verhältnismäßig
große numerische Aperturen), um ausreichend Licht während
der kurzen Belichtungszeit, welche jeder Zeile zugeteilt ist, zu
sammeln.
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3 stellt
eine Ausführungsform des Gerätes dar, welches
als die Beleuchtungseinrichtung 12 der 1 benutzt
werden kann. Wie in dieser Figur gezeigt wird, kann die Beleuchtungseinrichtung
eine Lichtquelle 32 beinhalten, z. B. eine Laserlichtquelle,
welche im IR-Bereich arbeitet, ein faseroptisches Linienlicht 38, welches
mit der Lichtquelle 32 über ein optisches Faserbündel
verbunden ist, und eine zylindrische Kondensorlinse 36,
welche eine beleuchtete Linie 34 auf der Glastafel erzeugt.
Anderes Gerät kann natürlich als Beleuchtungseinrichtung 12 benutzt
werden. Auch kann, obwohl fokussierte Beleuchtung bevorzugt wird,
diffuse Beleuchtung für einige Anwendungen geeignet sein.
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4 erläutert
repräsentative Vorgehensweisen für das Fokussieren
eines Bildes einer Oberfläche der Glastafel 14,
z. B. die Seite mit der A-Oberfläche, auf der lichtempfindlichen
Fläche einer Zeilenkamera 18. Die linke Skizze
der 4 erläutert die Bewegung 20 der
gesamten Prüfanordnung (Beleuchtungseinrichtung 12,
Linse 10 und Kamera 18) relativ zur Glastafel,
während die Skizze in der Mitte das Gebrauchen einer Bewegung 20 der
Spiegelanordnung zeigt, speziell einen ”Posaunen”-Satz
von Spiegeln in dieser Ausführungsform, um die optische
Weglänge von der Glastafel 14 (dem Objekt) zu
der Linse zu verändern. Das Gebrauchen einer sich bewegenden
Spiegelanordnung wird durch den verhältnismäßig
langen Arbeitsabstand, welcher durch die reflektierenden Linsen
der vorliegenden Veröffentlichung geliefert wird, erleichtert.
Die Skizze auf der rechten Seite der 4 erläutert
das Justieren 20 der Linse-Zeilenkamera 18 -Entfernung,
um den Fokus zu verändern. Wiederum erleichtern die reflektierenden
Linsen der vorliegenden Veröffentlichung diese Vorgehensweise,
in die sem Fall durch den verhältnismäßig
langen rückwärtigen Arbeitsabstand der Linse. Noch
lieber als das physikalische Bewegen der Zeilenkamera 18 kann
eine bewegende Spiegelanordnung, z. B. eine Posaunenanordnung des
Typs, welcher in der mittleren Skizze gezeigt wird, benutzt werden,
um den optischen Abstand zwischen der Linse und der Zeilenkamera 18 zu
verändern, falls es gewünscht wird.
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Es
sollte beachtet werden, dass, falls gewünscht, beide Oberflächen
einer Glastafel 14 zur gleichen Zeit geprüft werden
können, indem ein Strahlteiler benutzt wird, um den Bildstrahl
zusammen mit zwei Zeilenkameras 18 aufzuteilen, wobei eine
auf die Oberflächen der Tafel (z. B. die A-Seite) und die
andere auf die gegenüberliegende Oberfläche (z.
B. die B-Seite) fokussiert ist.
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5 und
6 zeigen
repräsentative Beispiele von reflektierenden Linsen, welche
in Prüfsystemen der gegenwärtigen Veröffentlichung
benutzt werden können. Allgemein ausgedrückt,
sind diese Linsen von der Form, welche im
US-Patent Nr. 3,748,015 veröffentlicht
ist, dessen Inhalt hier als Referenz in seiner Gesamtheit eingearbeitet
ist. Jede Linse beinhaltet einen konkaven ersten Spiegel
5 (großer
Spiegel auf der rechten Seite der Figur) und einen konvexen zweiten
Spiegel
6 (kleiner Spiegel im Zentrum der Figur). Die Zentren
der Krümmung des ersten
5 und des zweiten
6 Spiegels
sind koinzident oder im Wesentlichen koinzident, und der Radius
des zweiten Spiegels
6 ist gleich oder im Wesentlichen
gleich zu einem halben Radius des ersten Spiegels
5. Vorgaben
für die zwei Linsen sind in Tabelle aufgestellt, wo die
Dimensionen in Millimetern angegeben sind und die Bezeichnung ”Groß” sich
auf die Linse in
5 bezieht und die Bezeichnung ”Klein” sich
auf die Linse in
6 bezieht.
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Die
Linsenformen dieser Figuren übersteigen die Leistungsfähigkeit
aktueller brechender Linsenlösungen für das Prüfen
jeder Oberfläche einer Glastafel. Diese Linsen besitzen
ein flaches Gesichtsfeld, so dass alle Fehlstellen, welche auf einer
ebenen Oberfläche der Glastafel liegen, gleich im Fokus
sind, und dass jene, welche auf der gegenüberliegenden
Oberfläche liegen, gleichmäßig außerhalb
des Fokus sind, ungeachtet ihrer Position im Gesichtsfeld der Linse.
Dies gestattet eine leichte Unterscheidung von Fehlstellen auf einer Oberfläche – sagen
wir der A-Seite – von denen einer anderen Oberfläche – sagen
wir der B-Seite. Die brechenden Linsen besitzen unzusammenhängende
gebogene Fokalebenen, welche näherungsweise durch ausgleichende
positive und negative Krümmungen im optischen Design korrigiert
sein müssen.
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In
den 5 und 6 werden die Objekt- und Bildebenen
als koplanar gezeigt. Für viele Anwendungen wird es bequemer
sein, die Objekt- und Bildebenen senkrecht zueinander zu haben.
Eine derartige Ausrichtung kann durch Benutzen von einem oder mehreren
Drehspiegeln erreicht werden. 7 erläutert
eine Ausführungsform, wobei drei Drehspiegel 7,
welche in einer Posaunenkonfiguration angeordnet sind, benutzt werden,
welche sowohl für die Orientierung der Objekt- oder Bildebene
als auch für das Fokussieren benutzt werden können.
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8 erläutert
die Funktion des ersten Spiegels
80 in den reflektierenden
Linsen der
5–
7. Die
kleinen Rechtecke, welche als das ”Objekt”
82 und
die ”Zeilenkamera”
84 gekennzeichnet
sind, zeigen jeweils die Fläche des geprüften
Glases und die Fläche des Bildsensors. Wie durch die gestrichelten
Rechtecke gezeigt wird (die ersten und zweiten Teile des ersten
Spiegels
80), ist die Basisfläche auf dem ersten
Spiegel
80 viel größer. Wie aus einer
Untersuchung dieser Figur in Kombination mit den
5–
7 ersehen
werden kann, erreicht gestreutes Licht von der Glastafel (dem Objekt)
den Zeilensensor über einen optischen Weg, welcher Reflexion
von dem ersten Teil des konkaven ersten Spiegels
5, Reflexion
von dem konvexen zweiten Spiegel
6 und Reflexion von dem
zweiten Teil des konkaven ersten Spiegels
5 beinhaltet.
Obwohl als Rechtecke in
8 gezeigt, besitzen die ersten
und zweiten Teile typischerweise nierenförmig geformte
Konfigurationen. Siehe z. B.
US-Patente
Nr. 3,951,546 und
7,158,215 .
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Spezieller
ausgedrückt, der Teil der Oberfläche der Glastafel,
welcher im besten Fokus in der Bildebene für die reflektierenden
Linsen der vorliegenden Veröffentlichung ist, besitzt eine
gekrümmte (gebogene) Form mit einem Radius, welcher im
Wesentlichen gleich dem Abstand zwischen dem Objekt und den Zentren der
Krümmung der Spiegel ist. Wie oben diskutiert, besitzen
die Zeilenkameras eine rechteckige Form. Entsprechend der vorliegenden
Veröffentlichung wurde entdeckt, dass die Bildaberrationen,
welche zu dieser rechteckigen Form gehören, nicht die Fähigkeit
des Prüfsystems mindern, um Fehlstellen des Typs zu detektieren,
welche mit der Herstellung von Glastafeln verbunden sind, vorausgesetzt,
der Krümmungsradius R des ersten Spiegels, die numerische
Apertur (NA) der Linse und die Länge L und Breite W des
Sensors genügen den folgenden Beziehungen: L/R ≤ 0,25;
und W/R ≤ 0,14·(Quadratwurzel(1 – (L/R)2) – 1) + 0,046 für NA ≥ 0,10;
und W/R ≤ 0,14·(Quadratwurzel(1 – (L/R)2) – 1) + 0,033 für NA ≥ 0,12;
und W/R ≤ 0,14·(Quadratwurzel(1 – (L/R)2) – 1) + 0,020 für NA ≥ 0,15.
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Ein
graphische Darstellung dieser Beziehungen wird in 9 gezeigt,
wobei die horizontale Achse die Länge L normiert auf den
Krümmungsradius des ersten Spiegels, d. h. L/R, zeigt und
die vertikale Achse die Breite W, wiederum normiert auf den Krümmungsradius
des ersten Spiegels, d. h. W/R, zeigt.
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10 ist
eine schematische Zeichnung, welche die Rolle der numerischen Apertur
der Linse zeigt, wobei eine gewünschte Oberfläche
der Glastafel 2 im Fokus gehalten wird, während
die andere Oberfläche 3 außerhalb des
Fokus gehalten wird. Das Halten einer Oberfläche 1 im
Fokus und das der anderen Oberfläche 3 außerhalb
des Fokus ist wichtig, wenn Fehlstellen auf mehr als einer Oberfläche
der Tafel 2 auftreten, welches meist immer der Fall ist.
Wenn die Glastafel 2 dünner wird und der Abstand
zwischen den Oberflächen abnimmt, wird es zunehmend schwieriger,
die Fehlstellen auf den unterschiedlichen Oberflächen zu
unterscheiden. Zwei Gesichtspunkte der reflektierenden Linsen der
hier veröffentlichten Prüfsysteme gestatten es, dass
Fehlstellen exakt klassifiziert werden, entsprechend auf welcher
Oberfläche sie auftreten.
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Zuerst
kann die Linse mit einer ausreichend numerischen Apertur hergestellt
werden, was zu einer ausreichend kleinen Schärfentiefe
führt, um zu gestatten, dass die interessierende Oberfläche 1 im
Fokus ist, wobei gleichzeitig die andere Oberfläche 3 im
Wesentlichen außerhalb des Fokus gehalten wird. Eine numerische
Apertur von ungefähr 0,1 oder höher ist praktisch,
um dieses Ergebnis für Glastafeln zu erhalten, welche Dicken
im Bereich von 0,2 bis 1,2 Millimeter besitzen. Dieser Unterschied
zwischen dem Verhalten im Fokus und außerhalb des Fokus
wird in 11 erläutert, welches
eine graphische Darstellung der Punktspreizfunktion durch den Fokus
für die reflektierende Linse der 5 von einer
Oberfläche einer Glastafel (dem –250 μm-Punkt)
zu der anderen Oberfläche 3 (dem 250-μm-Punkt)
ist. In 11 sind die Einheiten Mikrometer,
der Radius des Airy-Scheibchens ist 2,714 μm, das Feld
ist 1, der RMS-Radius ist 23,021, der GEO-Radius ist 31,909, der
Maßstabstreifen ist 200, die Referenz ist der Hauptstrahl
und die Oberfläche ist IMA. Wie in Tabelle 1 angezeigt
wird, besitzt die Linse der 5 eine numerische
Apertur von 0,12. Der Bereich von 0,5 mm wurde für das
Konstruieren dieser graphischen Darstellung benutzt, da er ungefähr
der optischen Dicke einer 0,7 mm dicken Glastafel entspricht. Man
beachte, dass der defokussierte Spot ungefähr 0,12 mm im
Durchmesser ist, was um 200 mal größer im Durchmesser
als der Spot im Fokus ist und deshalb 4 × 104 niedriger
in der Bestrahlungsdichte ist. Sogar falls das gewünschte
Bild aufgrund des mechanischen Handhabens der Probe (z. B. mechanische
Vibration der Probe) nicht perfekt im Fokus ist, werden Fehlstellen
von der unerwünschten Seite viel größer
als jene von der gewünschten Seite erscheinen.
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Allgemeiner
ausgedrückt, um das Unterscheiden von Fehlstellen auf der
ersten Oberfläche von Fehlstellen auf der zweiten Oberfläche
einer Glastafel zu unterscheiden, besitzt in einigen Ausführungsformen
das optische System, wenn es auf die erste Oberfläche fokussiert
ist, eine Punktspreizfunktion vom Halbdurchmesser D1 an der Oberfläche
und hat eine Punktspreizfunktion des halben Durchmessers D2 an der
zweiten Oberfläche, wobei D1 und D2 der Beziehung D2/D1 ≥ 35
genügen. Wie in 11 gezeigt
wird, erfüllt die reflektierende Linse der 5 dieses
Kriterium völlig.
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Als
Zweites ist das Gesichtsfeld der Linse exakt flach entlang einem
kreisförmigen Bogen, und im Wesentlichen flach entlang
einer linearen Approximation gegenüber diesem kreisförmigen
Bogen. 12 erläutert die Rolle,
welche ein flaches Gesichtsfeld 120 spielt, wenn es einem
Gesichtsfeld gegenübergestellt wird, welches eine große
Gesichtsfeldkrümmung 121 bezüglich der
Unterscheidung von Fehlstellen auf einer Oberfläche 2 gegenüber
jenen auf der entgegengesetzten Oberfläche 3 aufweist.
Die Kombination einer großen numerischen Apertur und eines
flachen Gesichtsfeldes 120 stellt die interessierende Oberfläche 1 in
den Fokus, während es die andere Oberfläche 3 im
Wesentlichen außerhalb des Fokus über das gesamte
Gesichtsfeld der Linse hält.
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13 ist
eine schematische Zeichnung, welche einen Vorteil einer im Wesentlichen
telezentrischen Konfiguration 130 erläutert, gegenüber
einer nicht-telezentrischen Konfiguration 131 für
das Beibehalten der Konsistenz der Detektiergeometrie über
das gesamte Gesichtsfeld hinweg. Ein System, welches ein transparentes
Substrat mit zwei oder mehreren teilweise reflektierenden Oberflächen
prüft, unterliegt unechten oder ”Geister”-Bildern 133 von
Fehlstellen auf einer Oberfläche, welche Licht streuen,
welches dann durch eine andere Oberfläche in dem abbildenden
System reflektiert wird. Diese unechten Bilder können das
wahre Bild einer Fehlstelle wesentlich andern. Tatsächlich
sind sie oft heller als das wahre Bild. Diese Geisterbilder können von
dem wahren Bild durch Bildverarbeitungstechniken getrennt werden.
Wenn sich jedoch die Beziehung zwischen den Geister- und wahren
Bildern über das Gesichtsfeld der Linse hinweg verändert,
wird diese Bildverarbeitungsaufgabe schwieriger.
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Wenn
jedoch das abbildende System telezentrisch ist oder im Wesentlichen
telezentrisch, dann ist die räumliche Beziehung zwischen
den wahren und den unechten Bildern über das Gesichtsfeld
hinweg fest, wobei im Wesentlichen die Bildverarbeitungskomplexität
reduziert wird. 13 erläutert diesen
Vorteil der reflektierenden Linsen der vorliegenden Veröffentlichung.
Speziell zeigt diese, wie die Telezentrizität oder die
im Wesentlichen Telezentrizität im Objektraum eine konsistente
Beziehung über das Gesichtsfeld zwischen dem Bild 132 einer
Fehlstelle auf der ersten Oberfläche und dem Geisterbild 133,
welches auf der zweiten Oberfläche reflektiert wird, beibehält.
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14 erläutert
die Wichtigkeit eines gut korrigierten Bildes über das
gesamte Gesichtsfeld hinweg, nämlich eine gleichbleibende
Bildqualität 40, sowohl im Fokus als auch außerhalb
des Fokus, im Gegensatz zu einer inkonsistenten Bildqualität 141.
Wie aus dieser Figur ersehen werden kann, unterstützen
Bilder im Fokus und außerhalb des Fokus, welche konsistent über
das Gesichtsfeld sind, die Unterscheidung von Fehlstellen auf der
interessierenden Oberfläche von Fehlstellen auf der anderen
Oberfläche 3. Dies ist besonders wichtig, wenn
Bildverarbeitung angewendet wird, um interessierende Fehlstellen
zu extrahieren. Eine derartige konsistente Bildqualität 140 erhält
man, wenn die Zeilenkamera die Dimensionen besitzt, wie sie oben
beschrieben sind.
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Die
Telezentrizität oder die im Wesentlichen Telezentrizität
der reflektierenden Linse ist auch von Wert für das Fokussieren.
Demnach hat das Reduzieren des Abstandes von der Linse gegenüber
dem Sensor den Effekt des Erhöhens des entsprechenden optischen
Abstandes von der Linse zu dem Objekt, ohne Verändern der
Vergrößerung oder der Abnahme der Qualität
des Bildes, solange diese Reduktion nicht zu groß ist.
Dies ist ein Ergebnis der Linse, welche telezentrisch oder im Wesentlichen
telezentrisch ist, in Bezug auf die Bildseite ebenso wie auf die
Objektseite, und rührt von der Symmetrie der Linsengestaltung
her. Demnach, zusätzlich zum Fokussieren auf der Objektseite,
kann das Fokussieren auch durch Variieren der effektiven Weglänge zwischen
der Linse und dem Sensor erreicht werden, um das Verändern
des Abstandes von der Linse zu dem Objekt zu kompensieren.
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15 erläutert
das repräsentative Anordnen der Komponenten bei einer Ausführung
des Prüfsystems der vorliegenden Veröffentlichung,
nämlich: eine Position 150 für die Oberfläche,
welche zu inspizieren ist; ein Beleuchtungssystem 152;
eine Position 156 für eine Zeilenkamera; und einen
Fokussiermechanismus 158. Die reflektierende Linse 154 der
Ausführungsform ist die der 5. Aus Tabelle
1 ist der Durchmesser des ersten Spiegels dieser Linse ungefähr
150 Millimeter oder ungefähr 6 inch. Entsprechend kann
das gesamte Prüfsystem in einem sehr kleinen Aufbau geliefert
werden, z. B. einem Aufbau, welcher ein Volumen in der Größenordnung
von 5.000 Kubikzentimetern oder 300 Kubikinch besitzt.
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Zusätzlich
zu der Fähigkeit, das Prüfsystem in einem kleinen
Aufbau anzuordnen, da bei diesem eine reflektierende Linse benutzt
wird, kann das System bei niedrigeren Kosten als existierende Prüfsysteme,
welche brechende Linsen benutzen, hergestellt werden. Spezieller
ausgedrückt, die reflektierende Linse benutzt sphärische
Elemente, welche hergestellt werden, um ein großes Gesichtsfeld
bei niedrigen Kosten abzudecken. Speziell, verglichen mit brechenden
Linsen, sind sphärische Spiegel leicht herzustellen und
können aus nicht teuren Materialien hergestellt werden.
Als eine reflektierende Linse ist diese, auch über alle
Wellenlängen hinweg, farbkorrigiert.
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Die
Veröffentlichung liefert demnach Systeme für das
Prüfen einer oder beider Oberflächen einer Glastafel.
Das System ist so aufgebaut bzw. befestigt, dass die Oberfläche,
welche zu inspizieren ist, in der Objektebene einer reflektierenden
Linse ist. Die Linse bildet einen dünnen Streifenbereich,
lange in der Richtung tangierend zum Linsenumfang und kurz in radialer
Richtung auf eine Zeilenkamera mit der Vergrößerung
eins ab. Eine Linien-Beleuchtungseinheit kann so montiert werden,
dass sie die Streifenfläche beleuchtet. Um die Prüfung
durchzuführen, wird das System bezüglich des Glases
in der Richtung senkrecht zu der langen Achse des Streifens bewegt,
entweder durch Bewegen des Systems über das Glas oder durch
Bewegen des Glases, während das System feststeht. Die Bildinformation
wird durch die Zeilenkamera während dieser Bewegung gesammelt
und in einem Flächenbild angeordnet. Für einige
Ausführungsformen, abhängig von der Anwendung, können
Justierungen während der Bildsammlung durchgeführt
werden, um das Fokussieren des Bildes auf den Zeilensensor sicherzustellen.
Beispielsweise kann die Platzierung der Fokusposition entweder mit
einem externen Sensor abgetastet werden, welcher den Abstand vom
Glas zur Linse misst, oder durch Verarbeiten des Bildes von der
Zeilenkamera, um zu bestimmen, wie dieser Abstand justiert bzw.
eingestellt werden sollte, um den Fokus beizubehalten.
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Eine
Vielzahl von Modifikationen, welche nicht vom Umfang und vom Geist
der Erfindung abweichen, wird für Fachleute aus der vorhergehenden
Veröffentlichung offensichtlich sein. Die folgenden Ansprüche
dienen dazu, die speziellen Ausführungsformen abzudecken,
welche hier, ebenso wie Modifikationen, Variationen und Äquivalente
dieser Ausführungsform dargelegt sind. Tabelle 1
| | Groß | Klein |
| Radius,
Erster Spiegel | 304,8 | 204,216 |
| Durchmesser,
Erster Spiegel | 152 | 127 |
| Radius,
Zweiter Spiegel | 152,426 | 102,1 |
| Spiegelscheitelabstand | 151,111 | 100,929 |
| Arbeitsabstand* | 152 | 102 |
| NA | 0,12 | 0,12 |
| FOV | 28 × 2 | 28 × 2 |
- * ”Arbeitsabstand” ist
der Abstand vom Scheitel des zweiten Spiegels zu der Objektebene
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - US 3748015 [0063]
- - US 3951546 [0066]
- - US 7158215 [0066]