JP2008089470A - 欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 異なる複数の閾値の再設定の必要がなく、安定した検査ができると共に欠陥強度の検出精度を向上させ、欠陥同士の強度の比較を可能とする欠陥検査装置を実現する。
【解決手段】 所定の被検査エリアを有する検査対象を、エリアセンサにより撮像した画像情報を処理し、前記エリア内の輝度変化から計算した特徴量に基づいて欠陥を識別する欠陥検査装置において、
前記エリアセンサのエリア中心部と周辺部の輝度出力差に起因する前記特徴量の差を補正する、特徴量面内補正手段を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、所定の被検査エリアを有する検査対象を、エリアセンサにより撮像した画像情報を処理し、前記エリア内の輝度変化から計算した特徴量に基づいて欠陥を識別する欠陥検査装置に関するものである。

液晶表示素子等のパネル状の検査対象を、エリアセンサにより撮像した画像情報を用いて輝度欠陥（黒表示をした際に光ってはならない画素が光っているような欠陥）を検査する欠陥検査装置がある。

図９は、エリアセンサによる欠陥検査装置の基本的システム構成を示す斜視図である。パネル状の検査対象１００の被検査エリアＡは、レンズ２００を介してエリアセンサを備えるカメラ３００により撮像され、撮像された画像情報が画像処理装置４００に渡される。

パーソナルコンピュータ等からなる画像処理装置４００は、画像入力ボード等を介して取り込んだ画像情報に基づき、検査対象１００の所定エリアの輝度情報を数値的に処理することにより欠陥検査を行う。

図１０は、画像処理装置４００の具体的な構成例を示す機能ブロック図である。カメラ３００が備えるＣＣＤ等によるエリアセンサ３０１で撮像された画像情報は、画像入力ボード４０１により画像処理装置４００に取り込まれ、前処理手段４０２に渡される。

前処理手段４０２では、カメラ欠陥補正手段４０２ａにより、エリアセンサ自身の輝度抜け箇所の補正処理をした後、シェーディング補正手段４０２ｂによりエリアセンサの周辺部の感度と中心部の感度差を小さくして均一化する処理を実行し、検出処理手段４０３に渡す。

検出処理手段４０３では、輝点欠陥を目立たせるために微分系の強調フィルタ手段４０３ａにより処理し、二値化手段４０３ｂにより、あらかじめ設定してある閾値よりも高いレベルのフィルタリング部分を“１”、低いレベルの部分を“０”として欠陥の候補を抽出し、ラベリング手段４０４ｃにより抽出候補の夫々に番号を付与して判定処理手段に４０４に渡す。

判定処理手段に４０４では、特徴量計算手段４０４ａで欠陥候補の一つ一つについて、特徴量計算を実行する。特徴量とは、欠陥を判定するための数値であり、例えば、平均輝度、最大輝度、輝度体積、平均コントラスト、最大平均コントラスト等である。

特徴量計算手段４０４ａで計算された特徴量は、識別手段４０４ｂに出力され、この特徴量とあらかじめ設定してある閾値Ｌｉと比較して閾値を越える候補を欠陥として識別しし、判定結果出力手段４０５に渡す。

閾値設定手段４０６は、検出処理手段４０３から判定処理手段４０４に渡される情報より現在検査中のエリア情報を抽出し、当該エリアにおいて最適な閾値を、複数の設定値Ｌ１，Ｌ２，…Ｌｎより１個を選択し、閾値Ｌｉとして識別手段４０４ｂに設定する。

図１１は、画像処理装置４００の信号処理手順を示すフローチャートである。ステップＳ１で撮像画像が入力されると、ステップＳ２でカメラ欠陥の補正を行い、ステップＳ３でシェーディング補正を行なう。

更に、ステップＳ４で強調フィルタ処理を行ない、ステップＳ５で二値化処理を行い、ステップＳ６でラベリングを行なう。更に、ステップＳ７で特徴量の計算を行い、ステップＳ８で識別処理を行い、ステップＳ９で判定結果を出力する。

図１２は、検査対象とレンズとエリアセンサとの配置関係を示す光学系である。検査対象１００の中心付近の像の主光線Ｂ０は、レンズ２００の光軸を通ってエリアセンサ３０１の中心付近に結像する。一方、検査対象１００の周辺付近の像の主光線Ｂ１，Ｂ２は、レンズ２００の光軸と傾きθを持ってレンズ２００に入射し、エリアセンサ３０１の周辺付近に結像する。

一般的なレンズでは、検査対象１００の輝度が全面に渡って均一であっても、エリアセンサ３０１の像の明るさは中心部に比較して周辺が低下する、いわゆるシェーディングが発生する。

図１３は、エリアセンサ３０１で撮像される画像において、中央付近の高さにおける水平方向の背景輝度（欠陥のない領域のセンサ出力）をプロットした、シェーディングを説明する特性図である。横軸は、エリアセンサ３０１の周辺部の所定箇所より中心部を経由して反対側の周辺部に至る画素数を示している。

このようなシェーディングの影響を緩和するため、従来装置では、前処理として、シェーディング補正手段４０２ｂにより、射影あるいはメディアンフィルタによるシェーディング補正処理を行った上で、強調フィルタをかけるような対応をしている。

図１４は、同一サイズ・同一強度の欠陥に対するエリアセンサの平均輝度出力を示す特性図である。本来この値は一定であるべき（グラフ上では水平にプロットされるべき）であるが、レンズ２００の特性により一定とはなっていない。

図１５は、シェーディング補正を施した場合の、同一サイズ・同一強度の欠陥に対するエリアセンサの平均輝度出力を示す特性図である。シェーディング補正により、シェーディングの悪影響をある程度緩和することはできているが、平均輝度をはじめとする欠陥自体の特徴量を完全に補正するものではない。

一方で、コントラスト値を基本とした特徴量は、目視による主観評価と相関があるとされる。図１６は、同一サイズ・同一強度の欠陥に対するエリアセンサの平均コントラスト出力を示す特性図である。

コントラストの算出式は、一般に次式で与えられる。
コントラスト＝（欠陥輝度−周辺輝度）×100／周辺輝度
欠陥輝度と周辺輝度が夫々の位置において等倍で変化するならば、この値は一定となるはずであるが、一定とはならない。この原因はレンズの分解能にある。

図１７は、一般的なレンズの分解能を示した特性図である。レンズの分解能に関しても、図１２に示す主光線と光軸との傾きθによって変化する。分解能は、光軸上が高く、周辺に行く（傾きθが大きくなる）程低下するのが一般的である。これはレンズの収差が周辺程増えるためである。

図１７では、横軸に像面での光軸からの距離を取り、縦軸には白黒の縞模様を撮像したときのコントラストを取っている。グラフ上の３組の線は白黒の縞模様の細かさ（空間周波数）の違いを示している。

上から、空間周波数10[lp/mm]、20[lp/mm]、40[lp/mm]の時のコントラスト変化を示している。単位[lp/mm]は、line Pair/mmのことで、1mmの中に白黒の縞模様が何ペア繰り返されているかを示している。点線と実線は、レンズの径方向と周方向のコントラストの違いを示している。

この特性で最も空間周波数の高い40[lp/mm]のコントラストに着目すると、光軸上では約0.67のコントラストがあるが、光軸から20mm離れた像面では約0.32で半分以下に低下していることが分かる。こうした理由から、背景輝度（非常に大きなサイズ）と欠陥の輝度（背景輝度に比して非常に小さなサイズ）では、その輝度検出特性が異なる。

図１８は、図１６の平均コントラスト出力特性のエリアセンサで輝点欠陥の撮像をした場合の特徴量の検出パターンを示す特性図である。特徴量により判定する際、全ての欠陥を欠陥として判定するには、閾値は閾値１のレベルとなる。しかし、閾値１では中央付近のノイズを過検出することになる。

過検出を避けるためには、エリアセンサの中央付近に新たに閾値２を設ける等、画像の撮像エリアに応じて最適な閾値を設定する必要がある。ここでは中心と周辺で２つの閾値を設定した例を示したが、場合によってはさらに細かい設定を必要とする。

即ち、図１０で説明した閾値設定手段４０６のように、現在検査中のエリア情報に基づいて、当該エリアにおいて最適な閾値を、複数の設定値Ｌ１，Ｌ２，…Ｌｎより１個を選択し、閾値Ｌｉとして識別手段４０４ｂに設定する手段を設ける必要がある。

特許文献１には、フラットパネルディスプレイ等の検査対象に表示させた検査パターンを撮像し、撮像により得られる画像データに基づいて欠陥の検出を行う欠陥検出装置が記載されている。

特開２００５−１５６３９６号公報

従来装置では、前述のように画像の検査エリア毎に欠陥検出の閾値を用意しなければならず、複数の検査項目があれば各検査項目で画像の検査エリア毎に欠陥検出の最適閾値を用意しなければならず、閾値の設定操作が極めて煩雑となっていた。

しかも、レンズの分解能はレンズ個々によって異なる。更に、レンズのフォーカス調整状態によっても大きく変化する。それに伴い、欠陥の特徴量の計算値も違うことになる。

従来は、このような問題に対処するために、レンズ毎に、また、フォーカス調整の状態が変わる毎に、複数の検査項目で、場所によって異なる複数の閾値の調整を確認して再設定する煩雑な作業を必要とし、装置のメンテナンス時間やコストの増大、それに伴うラインの稼働率の低下を招いていた。

また、高い精度での欠陥判定ができないために、有効な識別情報である欠陥同士の強度比較は非常に困難であった。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、異なる複数の閾値の再設定の必要がなく、安定した検査ができると共に欠陥強度の検出精度を向上させ、欠陥同士の強度の比較を可能とする欠陥検査装置の実現を目的としている。

このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
（１）所定の被検査エリアを有する検査対象を、エリアセンサにより撮像した画像情報を処理し、前記エリア内の輝度変化から計算した特徴量に基づいて欠陥を識別する欠陥検査装置において、
前記エリアセンサのエリア中心部と周辺部の輝度出力差に起因する前記特徴量の差を補正する、特徴量面内補正手段を備えることを特徴とする欠陥検査装置。

（２）前記エリアセンサのエリア内輝度の分布特性を予め測定して生成された補正データを保持する補正データ生成手段を備え、前記特徴量面内補正手段はこの補正データ生成手段より補正データを取得することを特徴とする（１）に記載の欠陥検査装置。

（３）前記補正データ生成手段は、Ｘ方向及びＹ方向に格子状に分布した同一サイズの擬似欠陥が形成された擬似欠陥チャートを前記エリアセンサで撮像して計算した特徴量の分布を、Ｘ方向またはＹ方向の多次多項式で近似した形態で保持することを特徴とする（２）に記載の欠陥検査装置。

（４）前記特徴量面内補正手段は、取得した前記補正データを参照し、撮像しているエリアの特徴量を、前記エリアの中心部の特徴量に換算する補正演算を実行することを特徴とする（２）または（３）に記載の欠陥検査装置。

本発明によれば、次のような効果を期待することができる。
（１）画像の場所によらず、安定した特徴量を算出でき、高い精度での欠陥判定を実現できる。これにより、
（ａ）画像の場所によって欠陥判定の閾値を変更する必要がない。
（ｂ）画像の場所によらず、欠陥強度の比較が可能となる。

（２）共通の補正データを一度作成すればよいだけなので、検査装置のメンテナンス時間やコストの増大、それに伴うラインの稼働率の低下を大幅に軽減できる。

（３）画像処理によるシェーディング補正を行わなくても、それ以上に安定した精度での検査を実現できるので、検査時間の短縮を実現できる。

（４）擬似欠陥と同等の画像を検査時に撮像して補正データを生成すれば、メンテナンスフリーを実現できる。

（５） 欠陥の検出処理においても、補正データをもとに二値化閾値を自動的に設定することが可能であり、候補検出の時点でノイズを除去する閾値設定が可能である。これにより、検査時間の短縮を実現できる。

以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は、本発明を適用した欠陥検査装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。図１０で説明した従来装置と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。

従来装置と比較した画像処理装置４００の特徴部の第１は、判定処理手段４０４の構成にあり、特徴量計算手段４０４ａと識別手段４０４ｂの間に特徴量面内補正手段４０４ｃを新設した点にある。

画像処理装置４００の特徴部の第２は、面内補正を実行するためのデータＤを生成し、新設された前記特徴量面内補正手段４０４ｃに渡す、補正データ生成手段４０７を設けた点にある。

更に、画像処理装置４００の特徴部の第３は、特徴量面内補正手段４０４ｃを設けたことにより、従来装置において前処理手段４０２に設けられていたシェーディング補正手段４０２ｂを省いた点にある。

図２は、本発明が適用された画像処理装置４００の信号処理手順を示すフローチャートである。ステップＳ１で撮像画像が入力されると、ステップＳ２でカメラ欠陥の補正を行い、従来装置のステップＳ３で実行していたシェーディング補正を行なうことなく、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４の強調フィルタ処理、ステップＳ５の二値化処理、ステップＳ６のラベリング、ステップＳ７の特徴量計算は従来装置と同じである。ステップＳ７の特徴量計算結果に対して、新設されたステップＳ１０で補正データ生成手段４０７からの補正データＤに基づく特徴量の面内補正を実行した後、ステップＳ８で識別処理を行い、ステップＳ９で判定結果を出力する。

図３は、本発明で実行される特徴量面内補正の概念を説明するイメージ図である。エリアセンサの周辺部Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４にある欠陥の特徴量を、これらがエリアセンサの中央部Ｂにあった場合の特徴量Ｂに換算するものである。

図４は、特徴量面内補正後の、同一サイズ・同一強度の欠陥に対するエリアセンサの平均輝度出力を示す特性図である。従来装置における図１４の特性と比較して、中央とエッジでの比が、５.２倍から１.２倍に改善され、安定化されていることが分かる。

図５は、特徴量面内補正後の、同一サイズ・同一強度の欠陥に対するエリアセンサの平コントラスト出力を示す特性図である。従来装置における図１６の特性と比較して、中央とエッジでの比が、２.５倍から１.２倍に改善され、安定化されていることが分かる。

図６は、補正データ生成手段４０７による補正データ生成の手順を示すフローチャートである。ステップＳ１では、後述する擬似欠陥が形成された擬似欠陥チャートを撮像した擬似欠陥画像を入力し、ステップＳ２で入力した模擬欠陥の特徴量を計算する。

次に、ステップＳ３では、計算された擬似欠陥の特徴量のＸ方向またはＹ方向の分布を、多次多項式で近似する近似式を生成し、この近似式をステップＳ４で補正用データとして保持する。

図７は、擬似欠陥チャートの平面図である。擬似欠陥チャート５００は、検査対象１００を模擬するものであり、同一サイズ、同一強度の擬似的な欠陥がＸ方向及びＹ方向面内に格子状に分布している形態である。

検査対象１００を模擬した擬似欠陥チャート５００を標準光源の上に設置し、図１に示したハードウェア構成により撮像した画像を情報画像処理装置４００に入力する。

この画像情報を元に、特徴量計算手段４０４ａにより、擬似欠陥の個々の特徴量、例えば平均輝度、最大輝度、輝度体積、平均コントラスト、最大平均コントラスト等を算出し、算出した特徴量Ｐを補正データ生成手段４０７に渡す。

補正データ生成手段４０７は、渡された特徴量毎に、エリアセンサ中央部を１としたときの比率を求め、その比率について、特徴量毎に、Ｘ方向の座標（pixel）に対する多次多項式による近似式Ｆ_１，Ｆ_２，…Ｆ_Ｎ−１，Ｆ_Ｎを、Ｙ方向の各行（1〜N）につき、夫々算出する。

最後に、各行のＹ方向の座標（pixel）と特徴量毎の各行の近似式の各項の係数をまとめた補正用データを生成し、これを保持する。

図８は、本発明による特徴量面内補正の手順を示すフローチャートである。ステップＳ１では、補正データ生成手段４０７で生成された補正データＤを特徴量面内補正手段４０４ｃに入力する。

ステップＳ２では、補正したい欠陥の座標の上下の行の近似式に欠陥のＸ方向座標を入力し、夫々エリアセンサ中央部に対する比率を算出する。更に、欠陥位置での対中央部比率を上下の行の比率の線形補間で算出する。

ステップＳ３では、対象の欠陥の特徴量をステップＳ２で算出した対中央部比率で除算することで、エリアセンサ中央部位置にその欠陥が存在した場合の特徴量（面内補正特徴量）を算出する。特徴量毎に、対中央部比率の算出と面内補正特徴量の算出を繰り返し実行する。

実施形態では、２次元に光電変換素子が配置されたエリアセンサ３０１を用いて説明したが、検査用のセンサとしては、光電変換素子が１次元（直線上）に配置されたラインセンサを用いた欠陥検査装置に対しても適用可能である。

検査対象１００としては、液晶表示素子を例示したが、欠陥と同程度の空間周波数の規則的なパターンの形成された検査対象物であれば、本発明が適用可能である。例えば、ＴＦＴが形成された液晶パネル用の基板、カラーフィルタの形成された液晶用のガラス、ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）用のガラスやセル、ＩＣパターンが形成されたシリコンウェハ等にも適用可能である。

擬似欠陥として、同一サイズのものを一様に配した擬似欠陥チャート５００を用いることを例示したが、複数のサイズに対して、同様の補正データを作成しておけば、検査対象のサイズに応じて、補正データを切り換えることで、より高い精度での検査が可能となる。

補正用データとして、多次多項式による近似式の係数を保持するものを例示したが、対中央部比率を予めエリアセンサまたはラインセンサの座標でマッピングしておくで、より高速に補正を行うことも可能である。

本発明を適用した欠陥検査装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。 本発明が適用された画像処理装置の信号処理手順を示すフローチャートである。 本発明で実行される特徴量面内補正の概念を説明するイメージ図である。 特徴量面内補正後のエリアセンサの平均輝度出力を示す特性図である。 特徴量面内補正後のエリアセンサの平均コントラスト出力を示す特性図である。 補正データ生成の手順を示すフローチャートである。 擬似欠陥チャートの平面図である。 本発明による特徴量面内補正の手順を示すフローチャートである。 エリアセンサによる欠陥検査装置の基本的システム構成を示す斜視図である。 画像処理装置の具体的な構成例を示す機能ブロック図である。 画像処理装置の信号処理手順を示すフローチャートである。 検査対象とレンズとエリアセンサとの配置関係を示す光学系である。 エリアセンサで撮像される画像のシェーディングを説明する特性図である。 同一サイズ・同一強度の欠陥に対するエリアセンサの平均輝度出力特性図である。 シェーディング補正を施し場合の、同一サイズ・同一強度の欠陥に対するエリアセンサの平均輝度出力を示す特性図である。 同一サイズ・同一強度の欠陥に対するエリアセンサの平均コントラスト出力を示す特性図である。 一般的なレンズの分解能を示した特性図である。 図１６の平均コントラスト出力特性のエリアセンサで輝点欠陥の撮像をした場合の特徴量の検出パターンを示す特性図である。

符号の説明

２００ レンズ
３００ カメラ
３０１ エリアセンサ
４００ 画像処理装置
４０１ 画像入力ボード
４０２ 前処理手段
４０２ａ カメラ欠陥補正手段
４０３ 検出処理手段
４０３ａ 強調フィルタ手段
４０３ｂ 二値化手段
４０３ｃ ラベリング手段
４０４ 判定処理手段
４０４ａ 特徴量計算手段
４０４ｂ 識別手段
４０４ｃ 特徴量面内補正手段
４０５ 判定結果出力手段
４０７ 補正データ生成手段

Claims (4)

1. 所定の被検査エリアを有する検査対象を、エリアセンサにより撮像した画像情報を処理し、前記エリア内の輝度変化から計算した特徴量に基づいて欠陥を識別する欠陥検査装置において、
   前記エリアセンサのエリア中心部と周辺部の輝度出力差に起因する前記特徴量の差を補正する、特徴量面内補正手段を備えることを特徴とする欠陥検査装置。
2. 前記エリアセンサのエリア内輝度の分布特性を予め測定して生成された補正データを保持する補正データ生成手段を備え、前記特徴量面内補正手段はこの補正データ生成手段より補正データを取得することを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査装置。
3. 前記補正データ生成手段は、Ｘ方向及びＹ方向に格子状に分布した同一サイズの擬似欠陥が形成された擬似欠陥チャートを前記エリアセンサで撮像して計算した特徴量の分布を、Ｘ方向またはＹ方向の多次多項式で近似した形態で保持することを特徴とする請求項２に記載の欠陥検査装置。
4. 前記特徴量面内補正手段は、取得した前記補正データを参照し、撮像しているエリアの特徴量を、前記エリアの中心部の特徴量に換算する補正演算を実行することを特徴とする請求項２または３に記載の欠陥検査装置。

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