JP7208233B2 - ガラスシートの表面欠陥の検出方法および装置 - Google Patents

ガラスシートの表面欠陥の検出方法および装置 Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
本願は、米国特許法第119条の下、2017年11月15日出願の米国仮特許出願第62/586、367号の優先権の利益を主張し、その内容は依拠され、全体として参照により本明細書に組み込まれる。
本開示は、光学検査方法および装置、特に、ガラスシートなどの材料シートの表面欠陥の検出方法および装置に関する。
透明な材料シート、例えば、ガラス、宝石または鉱物(例えば、サファイア)、若しくは、ポリマーシートが、LCD(液晶表示)パネルなどの表示パネルや、そのようなパネルの保護カバーとしてを含む様々な異なる装置での利用で用いられている。そのような表示装置、および、それを含むパネルは、更に薄く軽量に製作されるようになっており、それに伴い、材料シートも薄く軽量であることが望まれている。
表示パネルまたはカバー用の典型的な透明シートは、ガラス基材を用いて製作される。元の、または、開始ガラス基材を、例えば研削などの機械的処理と研磨、例えばエッチングなどの化学的処理と研磨を用いて薄くして、最終的なガラスシートについて望ましい厚さ(例えば、約0.1mmから約0.7mm)を実現しうる。薄くする処理の間に、表面欠陥が形成されうる。例えば、化学的に薄くする間に、各々、「ディンプル」または「ピンプル」とも称される窪み(凹み)および/または***(突出)状の欠陥が形成されうる。欠陥は、典型的には、横方向には約10マイクロメートル(μm)から数ミリメートル(mm)の範囲であり、典型的な垂直方向の寸法(つまり、表面平均値に対する深さ、または、高さ)は、1/4マイクロメートルもの大きさでありうる。光学表示装置でのそのような欠陥は、容易に視認されうるので、薄くしたガラス基材を表面欠陥について検査して、欠陥を除去するか、または、欠陥を有する基材は破壊するようにすべきである。
現在、手動の方法を用いて、材料シートの欠陥を検査している。残念ながら、手動の検査は、労働集約的で、一貫性がなく、更に、時間が掛かってしまう。例えば、大型製造サイズのシートを検査するには、何時間も要しうる。更に、欠陥の向きを特定するのも困難なことがありうる。つまり、検出装置は、等方的検出能力を示さないことがありうる。
大型のガラスシートなどの材料シートにおける、例えば、引っ掻き傷などの欠陥を、欠陥の向きの影響を受けることなく検出できる検出装置が必要である。
本開示によれば、ガラスシート表面の欠陥検出方法を開示し、その方法は、光源から発せられた光ビームを平行にする工程と、平行な光ビームを、ビームスプリッタと交差させる工程とを含む。ビームスプリッタは、交差した平行な光ビームの第1の部分をガラスシートの第1の表面に向けて、交差した平行な光ビームの向けられた部分がガラスシートの第1の表面を照らすようにするものである。ガラスシートの第1の表面を照らす光の第1の部分は、第1の表面によって反射され、ガラスシートの第1の表面を照らす光の第2の部分は、欠陥によって散乱される。方法は、更に、反射光および散乱光を、第1のレンズ要素を用いて受光する工程であり、第1のレンズ要素は、反射光および散乱光を逆開口部に向けて、反射光は逆開口部によって遮られ、散乱光は逆開口部によって透過されるものである工程を含む。方法は、更に、逆開口部によって透過された散乱光を、第2のレンズ要素を用いて、撮像装置に向けて、散乱光を検出する工程を含む。
光源は、レーザ、発光ダイオード、または、白色光源でありうる。光源は、1つ以上の可視光波長を含むか、発しうる。
方法は、更に、反射光は、逆開口部に含まれる不透明なディスクによって遮られ、散乱光は、不透明なディスクを囲む透明領域によって透過されるものである。
いくつかの実施形態において、ビームスプリッタと交差する平行な光の第2の部分は、次に、ビームダンプに入射するものである。
いくつかの実施形態において、ガラスシートは、交差した平行な光ビームの向けられた部分がガラスシートの表面を照らさない第1の位置から、交差した平行な光ビームの向けられた部分がガラスシートの表面を照らす第2の位置へ移動されるものであり、方法は、更に、ガラスシートが第1の位置から第2の位置へ移動される時に、ガラスシートを監視する工程と、ガラスシートが第1の位置に位置する時に、光源によって発せられた光を監視し、光源の出力が所定の出力から変化した場合には、光源の出力を調節する工程と、ガラスシートが第2の位置に位置する時に、光源によって発せられた光の監視を無効にする工程とを含むものである。
第1および第2のレンズ要素は、レンズアセンブリに含まれるうるものであり、いくつかの実施形態において、方法は、更に、レンズアセンブリの焦点を、第1の主面の反対側の第2の表面にずらす工程か、レンズアセンブリの焦点を、第1の主面と第2の主面の間の位置にずらす工程を含むものである。
更に他の実施形態において、ガラスシート表面の欠陥検出方法を記載し、方法は、ガラスシートを搬送方向に搬送する工程であって、複数の欠陥検出モジュールが、ガラスシートの横寸法に亘って第1のアレイに並べられたものである工程を含み、各欠陥検出モジュールは、光源から発せられた光ビームを平行にする手段と、平行な光ビームを、ビームスプリッタと交差させる手段であって、ビームスプリッタは、交差した平行な光ビームの第1の部分を、移動するガラスシートの第1の表面に向けて、交差した平行な光ビームの向けられた部分がガラスシートの第1の表面を照らすようにするものであり、ガラスシートの第1の表面を照らす光の第1の部分は、第1の表面によって反射され、ガラスシートの第1の表面を照らす光の第2の部分は、欠陥によって散乱されるものである手段と、反射光および散乱光を、第1のレンズ要素を用いて受光する手段であり、第1のレンズ要素は、反射光および散乱光を逆開口部に向けて、反射光は逆開口部によって遮られ、散乱光は逆開口部によって透過されるものである手段と、逆開口部によって透過された散乱光を、第2のレンズ要素を用いて、撮像装置に向けて、散乱光を検出する手段とを含むものである。
欠陥検出モジュールの第1のアレイは、例えば、線形アレイでありうる。
いくつかの実施形態において、搬送方向は、欠陥検出モジュールの線形の第1のアレイの方向に直交するものである。
いくつかの実施形態において、複数の欠陥検出モジュールは、欠陥検出モジュールの第1のアレイの反対側に、欠陥検出モジュールの第2のアレイを含みうる。
いくつかの実施形態において、ガラスシートは、搬送方向に、各欠陥検出モジュールについて、交差した平行な光ビームの向けられた部分がガラスシートの第1の表面を照らさない第1の位置から、交差した平行なビームがガラスシートの第1の表面を照らす第2の位置へ搬送されるものであり、方法は、更に、ガラスシートが第1の位置から第2の位置へ移動される時に、ガラスシートを監視する工程と、各欠陥検出モジュールについて、ガラスシートが第1の位置に位置する時に、光源によって発せられた光を監視し、光源の出力が所定の出力から変化した場合には、光源の出力を調節する工程と、各欠陥検出モジュールについて、ガラスシートが第2の位置に位置する時に、光源によって発せられた光の監視を無効にする工程とを含むものである。
各欠陥検出モジュールについて、第1および第2のレンズ要素は、レンズアセンブリに含まれるうるものであり、方法は、更に、レンズアセンブリの焦点をずらす工程、例えば、焦点をガラスシートの厚さ内にずらす工程を含みうる。
更に他の実施形態において、材料シートの表面欠陥検出装置を開示し、装置は、光源と、交差した平行な光の第1の部分を妨げて、ガラスシートの第1の表面に向かうように向けて、交差した平行な光の向けられた部分が、ガラスシートの第1の表面を照らすように構成されたビームスプリッタであって、ガラスシートの第1の表面を照らす光の第1の部分は、ガラスシートの第1の表面によって反射され、ガラスシートの第1の表面を照らす光の第2の部分は、欠陥によって散乱されるものであるビームスプリッタと、第1のレンズ要素および第2のレンズ要素を含むレンズアセンブリと、第1のレンズ要素と第2のレンズ要素の間に位置し、背景光を遮り、散乱光を透過するように構成された逆開口部と、透過された散乱光を検出するように構成された撮像装置とを含む。
本明細書に開示の実施形態の更なる特徴および利点を、以下の詳細な記載で示し、それは、部分的には、当業者には、その記載から、または、以下の詳細な記載、請求項、および、添付の図面を含む本明細書に記載の実施形態を実施することで、容易に分かるだろう。
ここまでの概略的記載および次の実施形態の詳細な記載の両方が、本明細書に開示の実施形態の本質および特徴を理解するための概観または枠組みを提供することを意図すると、理解すべきである。添付の図面は、更なる理解のために提供されたものであり、本明細書に組み込まれ、その一部を形成する。図面は、本開示の様々な実施形態を示し、記載と共に、本開示の原理および動作を説明する役割を果たす。
検査中のガラスシートの斜視図であり、欠陥の観察が、欠陥の向き、および、照射角にいかに依存するかを示している。 検査中のガラスシートの斜視図であり、欠陥の観察が、欠陥の向き、および、照射角にいかに依存するかを示している。 検査中のガラスシートの斜視図であり、直交方向に照らされた欠陥の観察を、いかに欠陥の向きに依存しないようにしうるかを示している。 検査中のガラスシートの斜視図であり、直交方向に照らされた欠陥の観察を、いかに欠陥の向きに依存しないようにしうるかを示している。 本開示の実施形態による例示的な欠陥検出装置の概略図である。 他の例示的な欠陥検出装置の概略図である。 更に他の例示的な欠陥検出装置の概略図である。 更に他の例示的な欠陥検出装置の概略図である。 他の例示的な欠陥検出装置の概略図である。 本明細書に記載の例示的な欠陥検出装置を用いて撮像した様々な欠陥の一連の写真である。
ここで、本開示の実施形態を詳細に記載し、例を添付の図面に示している。全図を通して、同じ、または、類似の部分を指すには、可能な限り同じ参照番号を用いている。しかしながら、本開示は、多くの異なる形態で実施しうるものであり、本明細書に示した実施形態に限定されると解釈されるべきではない。
本明細書において、範囲を、「約」1つの特定の値から、および/または、「約」他の特定の値までと表しうる。そのような範囲を表す場合には、他の実施形態は、その1つの特定の値から、他方の特定の値までの範囲を含む。同様に、値を、例えば、「約」を前に付けて、概数で表す場合には、その特定の値が他の実施形態を形成することが、理解されよう。更に、各範囲の端点は、他方の端点との関係でと、他方の端点とは独立にとの両方で、重要であることが理解されよう。
本明細書において用いる、例えば、上に、下に、右、左、前、後ろ、最上部、底部などの方向を表す用語は、示した図面に関する記載であり、絶対的な向きを意味することを意図しない。
別段の記載がない限りは、本明細書に示した、いずれの方法も、工程が特定の順序で行われることを要するとも、いずれの装置も、特定の向きであることを要すると解釈されることを意図しない。したがって、方法の請求項が、工程の行われる順序を実際に記載しないか、または、いずれの装置の請求項も、個々の構成要素の順序も向きも実際に記載しないか、若しくは、そうではなく、請求項または明細書の記載で、工程は特定の順序に限定されるとも、装置の構成要素の具体的な順序も向きも記載しない場合には、いかなる点でも、順序も向きも推測されることを全く意図しない。このことは、記載がないことに基づく、いずれの解釈にも当てはまり、そのような解釈は、工程の配列についての論理的事項、動作フロー、構成要素の順序、または、構成要素の向き、文法構造または句読点に由来する単なる意味、並びに、明細書に記載された実施形態の数または種類を含む。
本明細書において用いるように、原文の英語で単数を表す不定冠詞および定冠詞は、文脈から、そうでないことが明らかでない限りは、複数のものを含む。したがって、例えば、不定冠詞を付けた構成要素は、文脈から、そうでないことが明らかでない限りは、そのような構成要素を2つ以上有する態様を含む。
本明細書で、「例示的」、「例」という用語、または、それらの変化形を用いて、例、実例、または、例示としてであることを意味する。本明細書に記載の「例示的」、または、「例」としての任意の態様または設計は、必ずしも、他の態様または設計より好ましいか、利点を有すると解釈されるべきではない。更に、例は、単に、明確にするため、および、理解のために提供したものであり、開示した主題も、本開示に関連する部分も、いかなる点でも限定も制限することも意図しない。更なる、または、代わりの無数の様々な範囲の例を提供しうるものであるが、簡潔にするために省略したことが分かるだろう。
例えば、ガラスシートなど、透明な材料の材料シートの表面欠陥を検出する現在の方法は、ガラスシートが搬送方向に搬送される時に、平行な光をガラスシートを通して投射する工程と、ガラスシート(例えば、平行な光が照らした部分)をセンサ上で撮像する工程とを含む。本開示の実施形態は、不透明または半透明のいずれの材料と用いるのに適しうるが、そのような実施形態は、透明の材料について、反対側を向いた主面に隣接して位置する別々の装置を必要とせずに、表面欠陥の撮像をガラスシートの両面から行えるので、特に効果的であることを示した。しかしながら、引っ掻き傷など、ある欠陥を照らすのに用いた光の方向および角度に対する欠陥の向きは、欠陥を検出できるかに影響しうる。例えば、引っ掻き傷は、典型的には、細長い欠陥であり、したがって、識別可能な方向を示しうる。そのような細長い欠陥を、照射方向にか、照射方向に直交してか、または、それらの間の角度に位置合わせしうる(特定の欠陥は、完全な線形ではないこともあるのも分かる)。入射面に対して低い(かすめるような)角度で照らされ、欠陥の方向が照射方向と位置合わせされた場合には、そのような欠陥の撮像は妨げられうる。
図1は、第1の主面12、および、第1の表面12の反対側の第2の主面14を含む例示的なガラスシート10を示し、第1および第2の主面12、14は、それらの間の厚さTを画定する。ガラスシート10は、いくつかの実施形態において、透明なガラスシートであり、例えば、照射光に対して透明でありうる。本明細書で用いるように、透明という用語は、材料の透過性が、照射光の波長(例えば、中心の波長)において90%以上であることを意味すると解釈されるものとする。第1の表面12は、第2の表面14と平行か、または、略平行で、厚さTは、例えば、約2mm以下、例えば、約1.5mm以下、約1mm以下、約0.7mm以下、約0.5mm以下、約0.3mm以下、または、約0.1mm以下でありうる。しかしながら、表面の欠陥、特に、検出装置に対向する表面の欠陥は、概して、材料シートの厚さに影響されないので、更なる実施形態において、厚さTは、2mmより厚くてもよい。本実施形態によれば、第1の表面12を、ガラスシートの側部で始まり、第1の表面12に対して低い入射角の入射光18に直交して延伸する引っ掻き傷16を含むものとして示している。ガラスシート10は、搬送方向20に搬送され、搬送方向20も引っ掻き傷16に直交する。次に、入射光18は、引っ掻き傷16によって、引っ掻き傷の方向に略直交する方向に散乱される。つまり、入射光が、ガラスシートの表面に直交し、引っ掻き傷にも直交する平面に位置すると考えると、次に、引っ掻き傷からの散乱光22は、概して、その同じ平面に位置して、散乱光22を検出器24によって集めうる。この散乱光は、通常、または、必ずしも平面状ではないので、簡略化したものにすぎないが、説明のための記載には十分である。
図2は、引っ掻き傷16が入射光18に平行に、更に搬送方向20にも平行になるように配列された例示的なガラスシート10を示している。引っ掻き傷を、ここでも第1の表面12に対して低い角度で照らす入射光18は、次に、引っ掻き傷によって、引っ掻き傷の方向に沿った方向に散乱される。この場合、散乱光22を検出できるかは、引っ掻き傷の方向、および、入射角に依存する。ガラスシート10の表面に対する入射角が、例えば20度以内などの小さい角度の場合、次に、散乱角も概して小さい角度になる。この場合の散乱光は、検出器24によって受光されないか、または、十分に弱く、容易に検出されないことがありうる。したがって、図1、2は、低い角度で照らすことと、欠陥が方向性を有することが組み合わさることで、欠陥の検出に問題を生じることを示している。
一方、図3、4は、入射光18が、ガラスシート10の第1の表面12に直交するか、または、略直交して向けられる場合を示しており(図面では、入射光18は、検出器24の軸と略一致するように示されている)、引っ掻き傷を検出できるかは、引っ掻き傷の向きに依存しない(簡略化するために、図3、4では、入射光18の引っ掻き傷16による散乱を単一の直交する平面に示している)。したがって、図3は、引っ掻き傷16に直交する搬送方向20に移動するガラスシート10を示しており、散乱光22は、引っ掻き傷16に直交する平面に延伸する。図4は、引っ掻き傷16に平行な搬送方向20に移動するガラスシート10を示しており、散乱光22は、引っ掻き傷16に平行な平面に延伸する。両方の場合において、散乱光22は、ガラスシートの主面に直交する検出軸を含む検出器24によって受光されうる。
上記記載を基に、図5は、図3、4の主要事項を用いて、材料シートの表面欠陥の等方的欠陥検出を行うように構成された例示的な検出装置100を示している。例示のためであり、限定するものではないが、欠陥を検出すべき材料シートは、表示装置の製造に適した視覚的に透明なガラスシートなど、透明のガラスシートとして記載する。したがって、欠陥は、限定されるものではないが、***、窪み(成形動作で生じた窪みなど)、表面残留物、引っ掻き傷、石状物(例えば、ガラスシートを製造するのに用いて融けなかった原料)、付着ガラス欠け片、シート表面に付着した繊維または他の粒子、表面包有物、および、ステインなどを含みうる。本明細書で用いるように、等方性欠陥検出は、欠陥の向き、特に、ガラスシート表面の平面内での向きに依存せずに表面欠陥を検出することを称する。装置100は、光源102、光源102から発せられた光106を平行にするように配列されたコリメータ104、平行な光106を妨げるように位置するビームスプリッタ108、第1の前側レンズ要素112および第2の後ろ側レンズ要素114を含むレンズアセンブリ110、並びに、第1のレンズ要素112と第2のレンズ要素114の間に位置する逆開口部116を含む検出モジュール101を含む。レンズアセンブリ110は、例えば、テレセントリックレンズを含みうる。
検出モジュール101は、更に、撮像センサ120を含む撮像装置118を含みうる。いくつかの実施形態において、撮像センサ120は、撮像センサ120によって取得された画像を見る方法、並びに/若しくは、後で見るためか、および/または、分析するための保存方法に応じて、制御部に接続され、任意で計算システムに、任意でモニター(表示装置)に、更に、任意で記録装置に接続されうる。
検出装置100は、更に、ガラスシートを搬送方向20に検出モジュール101を過ぎて搬送するように構成された搬送装置122を含みうる。搬送装置122は、例えば、ガラスシート10を搬送方向20に移動するように配列された1つ以上のエンドレスベルト124を含みうる。搬送装置122は、光源102からの光(例えば、ビームスプリッタ108によって反射された光)が入射する第1の表面12が遮られないように位置する(例えば、レンズ110の実視野に適合し、遮らない大きさ、および、位置の)間隙126を含みうる。例えば、搬送装置122は、ループ状に配列された少なくとも2つのエンドレスベルトを含み、ループの端部同士の間には間隙を備えうる。他の実施形態において、搬送装置122は、空気ベアリング、例えば、多数の空気ベアリングを含み、空気ベアリングの端部同士の間に間隙を備えて並べて配列しうるもので、ガラスシート10は、空気ベアリングの上を、第1の空気ベアリングから、間隙の上を通って、次の空気ベアリングへと搬送される。ガラスシート10が水平方向に搬送されるものとして示しているが、本明細書に開示の装置および方法を、他の向きにも構成しうる。例えば、ガラスシート10は、垂直の向き、または、垂直を外れた向きに(例えば、5度から20度の角度で、空気ベアリングによって支持されて)位置しうる。当業者であれば、他のガラスシートの向き、および、搬送方法も容易に企図しうるものであり、本明細書に記載の実施形態は、添付の図面に示した構成に特に限定されるものではない。
更に図5を参照すると、光源102から発せられた光106は、コリメータ104によって、平行にされて、平行な光128がビームスプリッタ108に入射する。ビームスプリッタ108は、入射した平行な光128を、2つのビームへと分割するもので、(光線130で表した)一方のビームは、ビームスプリッタ108を通って透過され、(光線132で表した)第2のビームは、下方に、ガラスシート10の第1の表面12に向かって、直交または略直交するように反射される。本明細書で用いるように、略直交という用語は、例えば、第1の表面などの基準表面または方向に対して垂直から、10度以内、5度以内、または、1度以内など、20度以内である意味を意図する。ビームスプリッタ108を通って透過された光130は、第1のビームダンプ134によって、捉えられうる(例えば、吸収されうる)。例えば、第1のビームダンプ134は、ビームダンプに入射した光を吸収するように暗い(例えば、黒色の)材料で構成された表面を有する構成要素を含みうる。構成要素の表面を、光吸収材料でペイントするか、または、他の態様で被膜して、その構成要素が吸収するようにさせうるもので、光吸収材料の例は、つや消し黒色塗料、炭素層、陽極酸化層、若しくは、任意の他の適した吸収層または材料を含みうる。実施形態において、第1のビームダンプ134の吸収構成要素は、透過された光130のビーム方向に対して角度を成して、ビームダンプ134から反射した光が、光源102に向けられるのも、ビームスプリッタ108によって検出装置118に向かう方向に反射されるのも防ぎうる。実施形態において、吸収構成要素は被膜プレートでありうるが、更なる実施形態において、吸収構成要素は、互いに角度を成して配列された多数の被膜プレートを含みうる。
ガラスシート10の第1の表面12に入射した第2のビーム132の第1の部分は、第1の表面12から反射され、ビームスプリッタ108を通って透過され、レンズアセンブリ110によって、背景光138として集光され、欠陥(例えば、引っ掻き傷16)に入射した第2のビーム132の第2の部分は、欠陥によって、概してレンズアセンブリ110に向かう方向に散乱され、したがって、散乱光140として捉えられる。更に、ビームスプリッタ108によって反射された光132の他の(第3の)部分142は、ガラスシート10を通って透過されて、第2のビームダンプ144によって吸収されうる。例えば、第1のビームダンプ134のように、第2のビームダンプ144は、材料に入射した光を吸収するように暗い(例えば、黒色の)材料を含む表面を有する構成要素を含みうる。構成要素の表面を、光吸収材料でペイントするか、または、他の態様で被膜して、その構成要素が吸収するようにさせうるもので、光吸収材料の例は、つや消し黒色塗料、炭素層、陽極酸化層、若しくは、任意の他の適した吸収層または材料を含みうる。実施形態において、吸収構成要素は、平行な光のうちガラスシート10を通って透過した部分の(主面12、14に直交する)ビーム方向146に対して角度を成して、第2のビームダンプ144によって反射された光が、撮像装置118または光源102に向けられるのを防ぎうる。実施形態において、吸収構成要素は、単一の被膜プレートでありうるが、更なる実施形態において、吸収構成要素は、互いに角度を成して配列された多数の被膜プレートを含みうる。
更に、図5を参照すると、背景光138は、前側レンズ要素112によって、第1のレンズ要素112の後ろ側合焦面150に位置する逆開口部116の不透明な中心ディスク148に合焦され、そこで、背景光138は吸収される。欠陥16によって散乱された光140は、逆開口部116の不透明な中心ディスク148を囲む透明領域152を通って透過され、更に、第2のレンズ要素114によって、撮像装置118の撮像センサ120に合焦される。
光源102は、レーザを含みうるか、他の実施形態において、光源102は、発光ダイオード(LED)を含みうる。レーザまたはLEDは、撮像装置118が検知可能な任意の適した波長、または、1群の波長の光を発しうる。例えば、実施形態において、レーザまたはLEDは、可視光波長(例えば、約400ナノメートル(nm)から約700nmの範囲)の光を発しうる。いくつかの実施形態において、光源102は、白色光源、例えば、白熱電球など、白色光源を含みうる。
ビームスプリッタ108は、任意の適したビームスプリッタでありうる。例えば、いくつかの実施形態において、ビームスプリッタ108は、半鍍銀鏡、例えば、ペリクル鏡でありうる。入射光の波長、検出を意図する欠陥の種類などに応じて、他のビームスプリッタ設計を用いうるもので、そのような設計は、当業者によく知られている。
撮像装置118は、カメラ、または、他の適した撮像装置、例えば、線走査カメラでありうるもので、撮像センサ120は、搬送方向20に直交または略直交して位置合わせされた線センサでありうる。
いくつかの実施形態において、逆開口部116は、外側材料154から延伸するワイヤまたは他の細い材料によって支持された不透明な中心ディスク148を含み、外側材料は、不透明な中心ディスク148との組合せで、不透明な中心ディスク148を囲む環状の透明領域152を画定する。しかしながら、そのような支持部材は、等方的検出を妨げうる。したがって、好適な実施形態において、逆開口部116は、その上に成膜されたマスク材料を含むガラスプレートなどの透明プレートを含み、マスク材料は、内側マスク(つまり、不透明な中心ディスク148)、および、(環状の透明領域152であり、したがって、外側マスク154と不透明な中心ディスク148の間に画定される)透明領域152の外周を画定する外側マスク154含み、不透明な支持または接続要素が、外側マスク材料と内側マスク材料の間に延伸しない。次に、逆開口部116は、永久的にレンズ110内に載置されるか、レンズ110を、ポートまたは他の開口部を有して構成し、逆開口部116の挿入、および/または、取り外し(若しくは、任意の他の望ましい開口部またはフィルタの挿入、および/または、取り外し)を可能とするようにしうる。
光源からの出力を安定させるために、フォトダイオード(不図示)を、光源、例えば、レーザフォトダイオードからのレーザ光を監視するように配置しうる。光源からの出力を検出して、適切な信号を、データ線161を通して制御部160に送出し、それにより、光源出力を監視し調節する制御ループを確立しうる。例えば、レーザ光源の出力が、所定の出力設定点を逸れた場合には、制御部160は、レーザ(例えば、フォトダイオード)の出力調整を、データ線162を通して調節し、レーザの出力が、所定の出力設定点に戻るようにしうる。
本明細書に記載の実施形態によれば、ガラスシートを検査していない(例えば、間隙126内にも、間隙126に隣接してもガラスシート10がない)場合には、制御部160がレーザを制御するようにプログラムされうる。しかしながら、ガラスシートを検査している時に、反射光、例えば、ビームスプリッタ108から光源102に向かう方向に反射された光は、レーザ内に入り散乱されうる。これにより、フォトダイオードの出力が実際より大きく見えうる。結果的に、制御部160は、レーザ出力を低くしようとする。したがって、実際のレーザ出力が、検査を行うのに低くなりすぎうる。
これらの問題を解決するために、ガラスシート近接センサ163を配置して、ガラスシートを検出しうる。ガラスシート搬送速度が分かるので、制御部160内のタイミング回路を用いて、ガラスシートが検出装置の前方にある場合にはいつも、制御部160はフィードバック制御を無効にする。したがって、レーザのフィードバック制御は、検査中のガラスシートがない(例えば、ガラスシートが間隙126の上にない(例えば、妨げない))場合に、有効にされる。その代わりに、ガラスシートが間隙に存在するか、存在しないかを、直接検出してもよく、その場合には、速度および位置の計算を必要としない。上記光源出力を、他の光源、例えば、LED光源でも用いうる。
上記記載に基づけば、検出装置の構成要素の配列を変えて、例えば、よりコンパクトな装置を実現しうることが明らかだろう。図6に、等方的欠陥検出を行うように構成された他の例示的な検出装置200を示している。検出装置200は、光源204を含む検出モジュール202、光源204から発せられた光208を平行にするように配列されたコリメータ206、ビームスプリッタ210、第1の前側レンズ要素214および第2の後ろ側レンズ要素216を含むレンズアセンブリ212、並びに、第1のレンズ要素214と第2のレンズ要素216の間に配置された逆開口部218を含む。レンズアセンブリ212は、例えば、テレセントリックレンズを含みうる。検出モジュール202は、更に、撮像センサ222を含む撮像装置220を含みうる。上記構成要素の任意の1つ以上は、枠部224に載置されて、選択された構成要素間の空間的関係を確立、および/または、維持しうる。
検出装置200は、任意で、光源204によって発せられた光の外側領域を遮るように配列された視野絞り226を含みうる。検出装置200は、更に、レンズ212をビームスプリッタ210(およびガラスシート10)に対して移動するように構成された合焦装置228も含み、それによって、レンズアセンブリの焦点を、第1の主面12と第2の表面14の間で移動しうる。したがって、レンズ212の焦点を、第1の主面12から第2の主面14へ、または、ガラスシートの第1と第2の主面の間の厚さTに亘る任意の点へ移動しうる。合焦装置228は、例えば、線形のレール、または、ステージアセンブリで、レンズ212を、ビームスプリッタ210およびガラスシート10に対して移動するのを可能にさせうる。つまり、レンズ212を移動することで、レンズアセンブリとガラスシートの間の光路長が変化する。したがって、いくつかの実施形態において、レンズアセンブリ212を、枠部224に、合焦装置228を介して載置し、レンズアセンブリ212の位置を、合焦装置228の位置を調節することによって調節しうる。いくつかの実施形態において、合焦装置228は、スクリュー式組立て部によって手動で調節しうるが、更なる実施形態において、合焦装置は、合焦装置228と係合したモータ、例えば、サーボモータを介した調節を含みうる。いくつかの実施形態において、合焦を、遠隔制御を介して、または、更に自動でも実現しうる。当業者であれば、適切な構成要素を容易に配列して、遠隔または自動合焦制御を実現しうる。合焦装置228を、本明細書に記載の他の実施形態と共に用いうることも容易に分かるだろう。
本実施形態の動作は、上記実施形態の動作と同様である。光源204は、発せられた光208が、ガラスシート10の第1の主面12と直交、または、略直交するように向けられるように配列される。つまり、光208は、第1の光軸224に沿って、第1の主面12に向かい直交する方向に発せられ、レンズ212の第2の光軸226は、第1の主面12に平行に(かつ、第1の光軸224に直交して)配列される。発せられた光208は、コリメータ206によって平行にされ、平行な光228がビームスプリッタ210に入射する。ビームスプリッタ210は、入射した平行な光228を2つのビームに分け、(光線232で表した)一方のビームは、ビームスプリッタ210を通って透過され、ガラスシートの第1の表面12に向かい、(光線234で表した)第2のビームは、ビームスプリッタ210から、透過されたビーム230に直交する方向に、第1のビームダンプ236に向かって反射される。ビームスプリッタ210によって反射された光234は、第1のビームダンプ236によって捉えられうる(例えば、吸収されうる)。例えば、第1のビームダンプ236は、吸収構成要素に入射した光を吸収するように構成された吸収構成要素を含みうる。吸収構成要素は、例えば、吸収構成要素の表面を、光吸収材料でペイントするか、他の態様で被膜することによって、吸収するようにされうるもので、光吸収材料の例は、つや消し黒色塗料、炭素層、または、任意の他の適した吸収材料を含みうる。実施形態において、吸収構成要素は、反射されたビーム234の伝播方向に対して角度を成して、ビームダンプから反射されうる光が、光源204に向かう方向に戻るように向けられるのを防ぎうる。
ガラスシート10の第1の表面12に入射した第1のビーム232の一部は、ガラスシート10の第1の表面12から、ビームスプリッタ210に向かって戻るように反射され、次に、ビームスプリッタ210から、レンズアセンブリ212に向かう方向に反射され、レンズアセンブリ212によって背景光として集光され、一方、第1の主面12(および/または、第2の主面14)の欠陥に入射した第1のビーム232の第2の部分は、欠陥によって、概してレンズアセンブリ212に向かう方向に散乱されて(ビームスプリッタ210から反射した後に)レンズアセンブリ212によって、散乱光として捉えられる(簡略化するために、第1の表面12からの反射光、および、散乱光の両方を単一の光線238として示している)。それでも、ガラスシート10の第1の表面12からの反射光の振舞い、散乱光の振舞い、並びに、反射光および散乱光の逆開口部218との相互作用は、検出モジュール101および逆開口部116についての記載と同一である。
更に、ビームスプリッタ210を通って透過され、第1の表面12に入射した光232の他の(第3の)部分240は、ガラスシート10を通って透過され、第2のビームダンプ242によって、捉えられうる(例えば、吸収されうる)。例えば、第1のビームダンプ236と同様に、第2のビームダンプ242は、吸収構成要素に入射した光を吸収するように構成された吸収構成要素を含みうる。材料シートは、例えば、吸収構成要素を、吸収材料でペイントするか、他の態様で被膜することによって、吸収するようにされうるもので、吸収材料の例は、つや消し黒色塗料、炭素層、または、任意の他の適した吸収材料を含みうる。実施形態において、吸収構成要素は、ガラスシート10を通って透過した入射ビーム240に対して角度を成して、第2のビームダンプ242から反射された光が、撮像装置220または光源204に向かう方向に戻るように反射されるのを防ぎうる。実施形態において、吸収構成要素は、光吸収材料で被膜されたプレートでありうるが、更なる実施形態において、吸収構成要素は、互いに角度を成して配列された多数の被膜プレートを含みうる。
更に図6を参照すると、背景光は、前側レンズ要素214によって、第1のレンズ要素214の後ろ側合焦面に位置する逆開口部218の不透明な中心ディスク244へと合焦され、そこで、背景光は吸収される。欠陥(例えば、引っ掻き傷)16によって散乱された光は、逆開口部218の不透明な中心ディスク244を囲む透明領域246を通って透過され、更に、第2のレンズ要素216によって、撮像装置220の撮像センサ222に合焦される。
上記記載に基づけば、いくつかの例において、上記構成要素の配列は、対象ガラスシートの小さい部分を、特に、ガラスシートが搬送方向20に沿って搬送される場合に撮像することが明らかだろう。したがって、実施形態において、検出装置200(または、100)は、ガラスシート10に対向して隣接し、アレイ状に配列された複数の検出モジュール202(または、101)を含みうる。いくつかの実施形態において、図7に示すように、複数の検出モジュールを対向関係に配列しうる。更に、実施形態において、多数の列に並んだ検出モジュールを用いうるものであり、いくつかの実施形態において、図8に示したように、対向する列に並んだ検出モジュールを用いうる。いくつかの実施形態において、対向する列に並んだ検出モジュール202(または、101)は、一方の列のレンズアセンブリの光軸が、対向する列の対向するレンズアセンブリの間に延伸するようにずれうる(図9を参照)。つまり、レンズアセンブリは、対向する検出モジュール列の2つのレンズアセンブリの間の間隙に対向して、配置される。他の実施形態において、対向するレンズアセンブリの光軸は一致しうる。
図10は、本開示の検出装置を用いて観察された異なる欠陥の一連の画像を含んでいる。画像は、本開示の実施形態を用いて、広範囲の様々な表面欠陥を検出しうることを示している。
当業者には、本開示の精神および範囲を逸脱することなく、本開示の実施形態に、様々な変更および変更が可能なことが明らかだろう。したがって、本開示は、添付の請求項および等価物の範囲である限りは、そのような変更および変形も網羅することを意図する。
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
実施形態1
ガラスシート表面の欠陥検出方法において、
光源から発せられた光ビームを平行にする工程と、
前記平行な光ビームを、ビームスプリッタと交差させる工程であって、前記ビームスプリッタは、該交差した平行な光ビームの第1の部分をガラスシートの第1の表面に向けて、該交差した平行な光ビームの前記向けられた部分が前記ガラスシートの前記第1の表面を照らすようにするものであり、該ガラスシートの該第1の表面を照らす前記光の第1の部分は、該第1の表面によって反射され、該ガラスシートの該第1の表面を照らす該光の第2の部分は、欠陥によって散乱されるものである工程と、
前記反射光および前記散乱光を、第1のレンズ要素を用いて受光する工程であり、前記第1のレンズ要素は、該反射光および該散乱光を逆開口部に向けて、該反射光は前記逆開口部によって遮られ、該散乱光は該逆開口部によって透過されるものである工程と、
前記逆開口部によって透過された前記散乱光を、第2のレンズ要素を用いて、撮像装置に向けて、該散乱光を検出する工程と
を含む方法。
実施形態2
前記光源は、レーザである、実施形態1に記載の方法。
実施形態3
前記光源は、1つ以上の可視光波長を含むものである、実施形態1に記載の方法。
実施形態4
前記ビームスプリッタと交差する前記平行な光の第2の部分は、次に、ビームダンプに入射するものである、実施形態1に記載の方法。
実施形態5
前記ガラスシートは、前記交差した平行な光ビームの前記向けられた部分が該ガラスシートの前記表面を照らさない第1の位置から、該交差した平行な光ビームの該向けられた部分が該ガラスシートの該表面を照らす第2の位置へ移動されるものであり、
方法は、更に、
前記ガラスシートが前記第1の位置から前記第2の位置へ移動される時に、該ガラスシートを監視する工程と、
前記ガラスシートが前記第1の位置に位置する時に、前記光源によって発せられた前記光を監視し、該光源の出力が所定の出力から変化した場合には、該光源の前記出力を調節する工程と、
前記ガラスシートが前記第2の位置に位置する時に、前記光源によって発せられた前記光の監視を無効にする工程と
を含むものである、実施形態1に記載の方法。
実施形態6
前記第1および第2のレンズ要素は、レンズアセンブリに含まれるものであり、
方法は、更に、
前記レンズアセンブリの焦点を、前記ガラスシートの前記第1の表面の反対側の第2の表面にずらす工程を、
含むものである、実施形態1に記載の方法。
実施形態7
前記第1および第2のレンズ要素は、レンズアセンブリに含まれるものであり、
方法は、更に、
前記レンズアセンブリの焦点を、前記第1の表面と該第1の表面の反対側の第2の表面の間の位置にずらす工程を、
含むものである、実施形態1に記載の方法。
実施形態8
ガラスシート表面の欠陥検出方法において、
ガラスシートの横寸法に亘って第1のアレイに並べられた複数の欠陥検出モジュールに隣接した前記ガラスシートを、搬送方向に搬送する工程を、
含み、
各前記欠陥検出モジュールは、
光源から発せられた光ビームを平行にする手段と、
前記平行な光ビームを、ビームスプリッタと交差させる手段であって、前記ビームスプリッタは、該交差した平行な光ビームの第1の部分を、前記移動するガラスシートの第1の表面に向けて、該交差した平行な光ビームの前記向けられた部分が該ガラスシートの前記第1の表面を照らすようにするものであり、該ガラスシートの該第1の表面を照らす前記光の第1の部分は、該第1の表面によって反射され、該ガラスシートの該第1の表面を照らす該光の第2の部分は、欠陥によって散乱されるものである手段と、
前記反射光および前記散乱光を、第1のレンズ要素を用いて受光する手段であり、前記第1のレンズ要素は、該反射光および該散乱光を逆開口部に向けて、該反射光は前記逆開口部によって遮られ、該散乱光は該逆開口部によって透過されるものである手段と、
前記逆開口部によって透過された前記散乱光を、第2のレンズ要素を用いて、撮像装置に向けて、該散乱光を検出する手段と
を含むものである方法。
実施形態9
前記欠陥検出モジュールの前記第1のアレイは、線形アレイである、実施形態8に記載の方法。
実施形態10
前記搬送方向は、前記欠陥検出モジュールの前記線形の第1のアレイの方向に直交するものである、実施形態9に記載の方法。
実施形態11
前記複数の欠陥検出モジュールは、前記欠陥検出モジュールの前記第1のアレイの反対側に、欠陥検出モジュールの第2のアレイを含むものである、実施形態8に記載の方法。
実施形態12
前記ガラスシートは、前記搬送方向に、各前記欠陥検出モジュールについて、前記交差した平行な光ビームの前記向けられた部分が該ガラスシートの前記第1の表面を照らさない第1の位置から、該交差した平行なビームが該ガラスシートの該第1の表面を照らす第2の位置へ搬送されるものであり、
方法は、更に、
前記ガラスシートが前記第1の位置から前記第2の位置へ移動される時に、該ガラスシートを監視する工程と、
各前記欠陥検出モジュールについて、前記ガラスシートが前記第1の位置に位置する時に、前記光源によって発せられた前記光を監視し、該光源の出力が所定の出力から変化した場合には、該光源の前記出力を調節する工程と、
各前記欠陥検出モジュールについて、前記ガラスシートが前記第2の位置に位置する時に、前記光源によって発せられた前記光の監視を無効にする工程と
を含むものである、実施形態8に記載の方法。
実施形態13
各前記欠陥検出モジュールについて、前記第1および第2のレンズ要素は、レンズアセンブリに含まれるものであり、
方法は、更に、
前記レンズアセンブリの焦点をずらす工程を、
含むものである、実施形態8に記載の方法。
実施形態14
少なくとも1つの前記レンズアセンブリの前記焦点をずらす工程は、該焦点を前記ガラスシートの厚さ内にずらす工程を含むものである、実施形態13に記載の方法。
実施形態15
材料シートの表面欠陥検出装置において、
光源と、
前記光源からの光を平行にするように配列されたコリメータと、
前記平行な光の第1の部分を、前記ガラスシートの第1の表面に向かって直交するように向けて、該平行な光の前記向けられた部分が、該ガラスシートの前記第1の表面を照らすように構成されたビームスプリッタであって、該ガラスシートの該第1の表面を照らす前記光の第1の部分は、該ガラスシートの該第1の表面によって反射され、該ガラスシートの該第1の表面を照らす該光の第2の部分は、欠陥によって散乱されるものであるビームスプリッタと、
第1のレンズ要素および第2のレンズ要素を含み、前記平行な光の前記向けられた部分であって、前記ガラスシートの前記第1の表面から反射した光および該ガラスシートの該第1の表面の欠陥から散乱した光を受光するように配列されたレンズアセンブリと、
前記第1のレンズ要素と前記第2のレンズ要素の間に位置する逆開口部と、
前記欠陥によって散乱され、前記逆開口部によって透過された光を受光するように位置する撮像装置と
を含む装置。
実施形態16
前記逆開口部は、前記第1の表面から反射された光を遮るように構成されたものである、実施形態15に記載の装置。
10 ガラスシート
24 検出器
100、200 検出装置
101、202 検出モジュール
102、204 光源
104、206 コリメータ
108、210 ビームスプリッタ
110、212 レンズアセンブリ
112、214 前側レンズ要素
114、216 後ろ側レンズ要素
116、218 逆開口
118、122 撮像装置
120、222 撮像センサ
134、144 ビームバンプ

Claims (8)

  1. ガラスシート表面の欠陥検出方法において、
    光源から発せられた光ビームを平行にする工程と、
    前記平行な光ビームを、ビームスプリッタと交差させる工程であって、前記ビームスプリッタは、該交差した平行な光ビームの第1の部分をガラスシートの第1の表面に向けて、該交差した平行な光ビームの前記向けられた部分が前記ガラスシートの前記第1の表面を照らすようにするものであり、該ガラスシートの該第1の表面を照らす前記光の第1の部分は、該第1の表面によって反射され、該ガラスシートの該第1の表面を照らす該光の第2の部分は、欠陥によって散乱されるものである工程と、
    前記反射光および前記散乱光を、第1のレンズ要素を用いて受光する工程であり、前記第1のレンズ要素は、該反射光および該散乱光を逆開口部に向けて、該反射光は前記逆開口部によって遮られ、該散乱光は該逆開口部によって透過されるものである工程と、
    前記逆開口部によって透過された前記散乱光を、第2のレンズ要素を用いて、撮像装置に向けて、該散乱光を検出する工程と、を含み、
    前記ガラスシートは、前記交差した平行な光ビームの前記向けられた部分が該ガラスシートの前記表面を照らさない第1の位置から、該交差した平行な光ビームの該向けられた部分が該ガラスシートの該表面を照らす第2の位置へ移動されるものであり、
    方法は、更に、
    前記ガラスシートが前記第1の位置から前記第2の位置へ移動される時に、該ガラスシートを監視する工程と、
    前記ガラスシートが前記第1の位置に位置する時に、前記光源によって発せられた前記光を監視し、該光源の出力が所定の出力から変化した場合には、該光源の前記出力を調節する工程と、
    前記ガラスシートが前記第2の位置に位置する時に、前記光源によって発せられた前記光の監視を無効にする工程と、
    を含む方法。
  2. 前記光源は、レーザである、請求項1に記載の方法。
  3. 前記ビームスプリッタと交差する前記平行な光の第2の部分は、次に、ビームダンプに入射するものである、請求項1または2に記載の方法。
  4. 前記第1および第2のレンズ要素は、レンズアセンブリに含まれるものであり、
    方法は、更に、
    前記レンズアセンブリの焦点を、前記ガラスシートの前記第1の表面の反対側の第2の表面にずらす工程を、
    含むものである、請求項1からのいずれか1項に記載の方法。
  5. 前記第1および第2のレンズ要素は、レンズアセンブリに含まれるものであり、
    方法は、更に、
    前記レンズアセンブリの焦点を、前記第1の表面と該第1の表面の反対側の第2の表面の間の位置にずらす工程を、
    含むものである、請求項1からのいずれか1項に記載の方法。
  6. ガラスシート表面の欠陥検出方法において、
    ガラスシートの横寸法に亘って第1のアレイに並べられた複数の欠陥検出モジュールに隣接した前記ガラスシートを、搬送方向に搬送する工程を、
    含み、
    各前記欠陥検出モジュールは、
    光源から発せられた光ビームを平行にする手段と、
    前記平行な光ビームを、ビームスプリッタと交差させる手段であって、前記ビームスプリッタは、該交差した平行な光ビームの第1の部分を、前記移動するガラスシートの第1の表面に向けて、該交差した平行な光ビームの前記向けられた部分が該ガラスシートの前記第1の表面を照らすようにするものであり、該ガラスシートの該第1の表面を照らす前記光の第1の部分は、該第1の表面によって反射され、該ガラスシートの該第1の表面を照らす該光の第2の部分は、欠陥によって散乱されるものである手段と、
    前記反射光および前記散乱光を、第1のレンズ要素を用いて受光する手段であり、前記第1のレンズ要素は、該反射光および該散乱光を逆開口部に向けて、該反射光は前記逆開口部によって遮られ、該散乱光は該逆開口部によって透過されるものである手段と、
    前記逆開口部によって透過された前記散乱光を、第2のレンズ要素を用いて、撮像装置に向けて、該散乱光を検出する手段と
    を含み、
    前記ガラスシートは、前記搬送方向に、各前記欠陥検出モジュールについて、前記交差した平行な光ビームの前記向けられた部分が該ガラスシートの前記第1の表面を照らさない第1の位置から、該交差した平行なビームが該ガラスシートの該第1の表面を照らす第2の位置へ搬送されるものであり、
    方法は、更に、
    前記ガラスシートが前記第1の位置から前記第2の位置へ移動される時に、該ガラスシートを監視する工程と、
    各前記欠陥検出モジュールについて、前記ガラスシートが前記第1の位置に位置する時に、前記光源によって発せられた前記光を監視し、該光源の出力が所定の出力から変化した場合には、該光源の前記出力を調節する工程と、
    各前記欠陥検出モジュールについて、前記ガラスシートが前記第2の位置に位置する時に、前記光源によって発せられた前記光の監視を無効にする工程と
    を含むものである方法。
  7. ガラスシートの表面欠陥検出装置において、
    光源と、
    前記光源からの光を平行にするように配列されたコリメータと、
    前記平行な光の第1の部分を、前記ガラスシートの第1の表面に向かって直交するように向けて、該平行な光の前記向けられた部分が、該ガラスシートの前記第1の表面を照らすように構成されたビームスプリッタであって、該ガラスシートの該第1の表面を照らす前記光の第1の部分は、該ガラスシートの該第1の表面によって反射され、該ガラスシートの該第1の表面を照らす該光の第2の部分は、欠陥によって散乱されるものであるビームスプリッタと、
    第1のレンズ要素および第2のレンズ要素を含み、前記平行な光の前記向けられた部分であって、前記ガラスシートの前記第1の表面から反射した光および該ガラスシートの該第1の表面の欠陥から散乱した光を受光するように配列されたレンズアセンブリと、
    前記第1のレンズ要素と前記第2のレンズ要素の間に位置する逆開口部と、
    前記欠陥によって散乱され、前記逆開口部によって透過された光を受光するように位置する撮像装置と
    前記ガラスシートを搬送方向に搬送するように構成された搬送装置と、
    前記ガラスシートが前記第1の位置から前記第2の位置へ移動される時に、該ガラスシートを監視する制御部と、
    を含み、
    前記搬送装置は、前記ガラスシートを、前記交差した平行な光ビームの前記向けられた部分が該ガラスシートの前記第1の表面を照らさない第1の位置から、該交差した平行なビームが該ガラスシートの該第1の表面を照らす第2の位置へ搬送し、
    前記制御部は、前記ガラスシートが前記第1の位置に位置する時に、前記光源によって発せられた前記光を監視して、該光源の出力が所定の出力から変化した場合には、該光源の前記出力を調節し、前記ガラスシートが前記第2の位置に位置する時に、前記光源によって発せられた前記光の監視を無効にするよう制御する装置。
  8. 前記逆開口部は、前記第1の表面から反射された光を遮るように構成されたものである、請求項に記載の装置。
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