專利名稱：玻璃板檢查系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及玻璃板的檢查。術(shù)語定義用在本發(fā)明說明書和權(quán)利要求中的如下術(shù)語，將具有如下含義“缺陷”總地表示在玻璃板表面或內(nèi)部的顆粒和瑕疵?！安ＡО濉北硎締为毜牟Ａ蛘邚膯为毜牟Ａ戏蛛x出來的玻璃條，其取決于 檢查系統(tǒng)的特定應(yīng)用，即該系統(tǒng)是用于檢查玻璃條，還是用于檢查從玻璃條中分離出來的 單獨的玻璃片。“光束”通常表示電磁輻射，其包括可見光和非可見光范圍的輻射?！靶袙呙枵障鄼C(jī)”表示具有由像素組成的光敏區(qū)域的檢測器，其光敏區(qū)域的長度L 至少是該區(qū)域?qū)挾萕的10倍。行掃描照相機(jī)包括延時積分(TDI)照相機(jī)(也被稱為時域 積分照相機(jī))，其L/W的比值大于10。
背景技術(shù)：
玻璃板常用作顯示領(lǐng)域中的基板，如液晶顯示器(IXD)和有機(jī)發(fā)光二極管(OLED) 顯示器中，其需要表面基本上沒有1微米及以上尺寸的缺陷。據(jù)此，需要付出額外的努力去 尋找有效的方法來檢查玻璃板的這種缺陷。缺陷尺寸很小，在檢查中正常使用的波長處玻璃板是透明的，玻璃板很薄(如在 顯示應(yīng)用中是0. 2至1. 2毫米量級)，這些情況給檢查帶來了挑戰(zhàn)性問題。更進(jìn)一步，由于 平板顯示器的需求增加，玻璃制造生產(chǎn)線的數(shù)量也增加。因此，檢查裝置的需求也增加，從 而使得所述裝置的成本和復(fù)雜性作為評價一個系統(tǒng)的適合性的重要考慮。如下述公開，本發(fā)明提供了一種檢查系統(tǒng)，其符合可靠檢查顯示器玻璃的相關(guān)性 能標(biāo)準(zhǔn)，其中采用了相對便宜的光學(xué)元件，可以容易地安裝到一個緊密的器件中，其可在制 造設(shè)置中輕松地配置。

發(fā)明內(nèi)容
依據(jù)本發(fā)明的第1方面，公開了一種用于檢查具有第一表面和第二表面的透明玻 璃板的裝置，其中包括(A)光源，其照射玻璃板的一部分；(B)行掃描照相機(jī)，其檢測從玻璃板上或玻璃板內(nèi)的缺陷散射的光，該行掃描照相 機(jī)包括多個像素，其形成具有長度L和寬度W的光敏區(qū)域；以及(C)光學(xué)系統(tǒng)，其將從缺陷散射的光傳輸?shù)叫袙呙枵障鄼C(jī)，該光學(xué)系統(tǒng)具有數(shù)值孔 徑NA并且包括(i)主凹面反射鏡，其具有第一部分和第二部分，該反射鏡具有曲率半徑R ；和(ii)凸面次反射鏡；其中
(a)從缺陷散射的光經(jīng)過光路到達(dá)行掃描照相機(jī)，該光路包括來自凹面主反射鏡 的第一部分的反射、來自凸面次反射鏡的反射以及來自凹面主反射鏡的第二部分的反射；(b)主和次反射鏡的曲率中心基本重合，并且次反射鏡的半徑基本上等于主反射 鏡的半徑的一半；以及(c) L、W和R滿足下列關(guān)系L/R 彡 0.25;和對于NA 彡 0. 10, ff/R ^ 0. 14* (sqrt (1_ (L/R)2) _1)+0. 046 ；禾口對于NA 彡 0. 12, ff/R ^ 0. 14* (sqrt (1- (L/R)2) -1) +0. 033 ；禾口對于NA 彡 0. 15, ff/R ^ 0. 14* (sqrt (1_ (L/R)2) _1)+0. 020。依據(jù)本發(fā)明的第2方面，公開了一種用于檢查具有第一表面和第二表面的透明玻 璃板的裝置，其中包括(A)光源，其照射玻璃板的一部分；(B)行掃描照相機(jī)，其檢測從玻璃板上或玻璃板內(nèi)的缺陷散射的光，該行掃描照相 機(jī)包括多個像素，其形成具有長度L和寬度W的光敏區(qū)域；以及(C)光學(xué)系統(tǒng)，其將從缺陷散射的光傳輸?shù)叫袙呙枵障鄼C(jī)，該光學(xué)系統(tǒng)具有數(shù)值孔 徑NA并且包括(i)主凹面反射鏡，其具有第一部分和第二部分，該反射鏡具有曲率半徑R ；和(ii)凸面次反射鏡；其中(a)從缺陷散射的光經(jīng)過光路到達(dá)行掃描照相機(jī)，該光路包括來自凹面主反射鏡 的第一部分的反射、來自凸面次反射鏡的反射以及來自凹面主反射鏡的第二部分的反射；(b)主和次反射鏡的曲率中心基本重合，次反射鏡的半徑基本上等于主反射鏡的 半徑的一半；以及(c)所述光學(xué)系統(tǒng)在聚焦到玻璃板第一表面上時在該表面處具有半徑Dl的點擴(kuò) 散函數(shù)并且在第二表面處具有半徑D2的點擴(kuò)散函數(shù)，其中Dl和D2滿足下列關(guān)系D2/D1 彡 35其中玻璃板的厚度在0. 2至1. 2毫米范圍內(nèi)。依據(jù)本發(fā)明的第3方面，公開了一種用于檢查具有第一表面和第二表面的透明玻 璃板上或內(nèi)的缺陷的方法，其中包括(A)照射玻璃板的一部分；(B)將由玻璃板缺陷散射的光通過一光學(xué)系統(tǒng)傳輸至行掃描照相機(jī)，該光學(xué)系統(tǒng) 具有數(shù)值孔徑NA并且包括(i)主凹面反射鏡，其具有第一部分和第二部分，該反射鏡具有曲率半徑R ；和(ii)凸面次反射鏡；以及(C)提供玻璃板和行掃描照相機(jī)之間的相對移動(如使玻璃板相對于行掃描照相 機(jī)平移)；其中(a)從缺陷散射的光經(jīng)過光路到達(dá)行掃描照相機(jī)，該光路包括來自凹面主反射鏡 的第一部分的反射、來自凸面次反射鏡的反射以及來自凹面主反射鏡的第二部分的反射；
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(b)主和次反射鏡的曲率中心基本重合，次反射鏡的半徑基本上等于主反射鏡的 半徑的一半；(c)行掃描照相機(jī)包括多個像素，其形成具有長度L和寬度W的光敏區(qū)域；以及(d)L、W和R滿足關(guān)系L/R ( 0. 25 ；和對于NA 彡 0. 10, ff/R ^ 0. 14* (sqrt (1_ (L/R)2) _1)+0. 046 ；禾口對于NA 彡 0. 12, ff/R ^ 0. 14* (sqrt (1- (L/R)2) -1) +0. 033 ；禾口對于NA 彡 0. 15, ff/R ^ 0. 14* (sqrt (1_ (L/R)2) _1)+0. 020。在一些實施例中，本發(fā)明的第1和第2方面的裝置和/或第3方面的方法具有以 下特征中的一部分或全部(a)光學(xué)系統(tǒng)的NA滿足下列關(guān)系0. 1 ^ NA ^ 0. 15 ；(b)光學(xué)系統(tǒng)具有1 1的放大率；(c)光學(xué)系統(tǒng)的孔徑光闌位于次反射鏡處；(d)行掃描照相機(jī)的像素尺寸在5至20微米范圍內(nèi)；(e)光路只包含反射光學(xué)表面；(f)光學(xué)系統(tǒng)在物空間中基本上為遠(yuǎn)心，從而在光學(xué)系統(tǒng)的景深內(nèi)圖像尺寸的變 化小于行掃描照相機(jī)的像素尺寸；(g)光學(xué)系統(tǒng)的場曲小于光學(xué)系統(tǒng)的景深；(h)光學(xué)系統(tǒng)在行掃描照相機(jī)的光敏區(qū)域長度L上的幾何畸變小于；和/或(i)聚焦機(jī)構(gòu)，其調(diào)整以下至少一個(1)玻璃板和主凹面反射鏡的第一部分之間 的光路，和(2)主凹面反射鏡的第二部分和行掃描照相機(jī)之間的光路。可以理解的是，前述的大體描述和如下的詳細(xì)描述僅僅是本發(fā)明的范例，其打算 提供用于理解本發(fā)明的本質(zhì)和特征的總體看法或框架。附加特征和本發(fā)明的優(yōu)點將在隨后 的詳細(xì)描述中闡述，其中通過這里記載的本發(fā)明的實施例的描述或理解，有些部分對本領(lǐng) 域技術(shù)人員而言是顯而易見的。還包括用于進(jìn)一步理解本發(fā)明的附圖，其并入并組成了說 明書的一部分。可以理解的是，說明書和附圖中公開的本發(fā)明的多個特征，可以用作任意或 全部的組合。通過非限定的例子，實施例的多個特征可以通過如下方面的闡述進(jìn)行組合。依據(jù)本發(fā)明的第1方面，提供一種用于檢查具有第一表面和第二表面的透明玻璃 板的裝置，其中包括(A)光源，其照射玻璃板的一部分；(B)行掃描照相機(jī)，其檢測由玻璃板上或內(nèi)的缺陷散射的光，該行掃描照相機(jī)包括 多個像素，其形成具有長度L和寬度W的光敏區(qū)域；以及(C)光學(xué)系統(tǒng)，其將從缺陷散射的光傳輸?shù)叫袙呙枵障鄼C(jī)，該光學(xué)系統(tǒng)具有數(shù)值孔 徑NA并且包括(i)主凹面反射鏡，其具有第一部分和第二部分，該反射鏡具有曲率半徑R ；和(ii)凸面次反射鏡；其中(a)從缺陷散射的光經(jīng)過光路到達(dá)行掃描照相機(jī)，該光路包括來自凹面主反射鏡 的第一部分的反射、來自凸面次反射鏡的反射以及來自凹面主反射鏡的第二部分的反射；
(b)主和次反射鏡的曲率中心基本重合，次反射鏡的半徑基本上等于主反射鏡的 半徑的一半；以及(c) L，W和R滿足關(guān)系L/R ( 0. 25 ；和對于NA 彡 0. 10, ff/R ^ 0. 14* (sqrt (1_ (L/R)2) _1)+0. 046 ；禾口對于NA 彡 0. 12, ff/R ^ 0. 14* (sqrt (1- (L/R)2) -1) +0. 033 ；禾口對于NA 彡 0. 15, ff/R ^ 0. 14* (sqrt (1_ (L/R)2) _1)+0. 020。依據(jù)本發(fā)明的第2方面，提供如第1方面的裝置，其中光學(xué)系統(tǒng)在聚焦到玻璃板第 一表面上時在該表面處具有半徑Dl的點擴(kuò)散函數(shù)并且在第二表面處具有半徑D2的點擴(kuò)散 函數(shù)，其中Dl和D2滿足關(guān)系D2/D1 彡 35其中玻璃板的厚度在0. 2至1. 2毫米范圍內(nèi)。依據(jù)本發(fā)明的第3方面，提供一種用于檢查具有第一表面和第二表面的透明玻璃 板的裝置，其中包括(A)光源，其照射玻璃板的一部分；(B)行掃描照相機(jī)，其檢測由玻璃板上或內(nèi)的缺陷散射的光，該行掃描照相機(jī)包括 多個像素，其形成具有長度L和寬度W的光敏區(qū)域；以及(C)光學(xué)系統(tǒng)，其將從缺陷散射的光傳輸?shù)叫袙呙枵障鄼C(jī)，該光學(xué)系統(tǒng)具有數(shù)值孔 徑NA并且包括(i)主凹面反射鏡，具有第一部分和第二部分，該反射鏡具有曲率半徑R ；和(ii)凸面次反射鏡；其中(a)從缺陷散射的光經(jīng)過光路到達(dá)行掃描照相機(jī)，該光路包括來自凹面主反射鏡 的第一部分的反射、來自凸面次反射鏡的反射以及來自凹面主反射鏡的第二部分的反射；(b)主和次反射鏡的曲率中心基本重合，次反射鏡的半徑基本上等于主反射鏡的 半徑的一半；以及(c)所述光學(xué)系統(tǒng)在聚焦到玻璃板第一表面上時在該表面處具有半徑Dl的點擴(kuò) 散函數(shù)并且在第二表面處具有半徑D2的點擴(kuò)散函數(shù)，其中Dl和D2滿足關(guān)系
0090]D2/D1 彡 35其中玻璃板的厚度在0. 2至1. 2毫米范圍內(nèi)。依據(jù)本發(fā)明的第4方面，提供如第1，2，3方面中任意一個的裝置，其中NA滿足關(guān) 系式0. 10 ^ NA ^ 0. 15。依據(jù)本發(fā)明的第5方面，提供如第1-4方面中任意一個的裝置，其中光學(xué)系統(tǒng)具有 1 1的放大率。依據(jù)本發(fā)明的第6方面，提供如第1-5方面中任意一個的裝置，其中光學(xué)系統(tǒng)的孔 徑光闌位于次反射鏡處。依據(jù)本發(fā)明的第7方面，提供如第1-6方面中任意一個的裝置，其中行掃描照相機(jī) 的像素尺寸在5至20微米的范圍內(nèi)。依據(jù)本發(fā)明的第8方面，提供如第1-7方面中任意一個的裝置，其中光路只包括反射光學(xué)表面。依據(jù)本發(fā)明的第9方面，提供如第1-8方面中任意一個的裝置，其中光學(xué)系統(tǒng)在物 空間中基本上為遠(yuǎn)心，從而在光學(xué)系統(tǒng)的景深內(nèi)，圖像尺寸的變化小于行掃描照相機(jī)的像 素尺寸。依據(jù)本發(fā)明的第10方面，提供如第1-9方面中任意一個的裝置，其中光學(xué)系統(tǒng)的 場曲小于光學(xué)系統(tǒng)的景深。依據(jù)本發(fā)明的第11方面，提供如第1-10方面中任意一個的裝置，其中光學(xué)系統(tǒng)在 行掃描照相機(jī)的光敏區(qū)域長度L方向上的幾何畸變小于1%。依據(jù)本發(fā)明的第12方面，提供如第1-11方面中任意一個的裝置，進(jìn)一步包括聚焦 機(jī)構(gòu)，其調(diào)整以下至少一個(i)玻璃板和主凹面反射鏡物體的第一部分之間的光路；和(ii)主凹面反射鏡物體的第二部分和行掃描照相機(jī)之間的光路。依據(jù)本發(fā)明的第13方面，提供一種用于檢查具有第一表面和第二表面的透明玻 璃板的表面或內(nèi)部缺陷的方法，其中包括(A)照射玻璃板的一部分；(B)將由玻璃板缺陷散射的光通過一光學(xué)系統(tǒng)傳輸至行掃描照相機(jī)，該光學(xué)系統(tǒng) 具有數(shù)值孔徑NA并且包括(i)主凹面反射鏡，具有第一部分和第二部分，該反射鏡具有曲率半徑R ；和(ii)凸面次反射鏡；以及(C)提供玻璃板和行掃描照相機(jī)之間的相對移動；其中(a)由缺陷散射的光經(jīng)過光路到達(dá)行掃描照相機(jī)，該光路包括來自凹面主反射鏡 的第一部分的反射、來自凸面次反射鏡的反射以及來自凹面主反射鏡的第二部分的反射；(b)主和次反射鏡的曲率中心基本重合，次反射鏡的半徑基本上等于主反射鏡的 半徑的一半；(c)行掃描照相機(jī)包括多個像素，其形成具有長度L和寬度W的光敏區(qū)域；以及(d)L，W和R滿足關(guān)系:L/R ≥ 0. 25;和對于NA ≥ 0. 10, ff/R ^ 0. 14* (sqrt (1_ (L/R)2) _1)+0. 046 ；禾口對于NA ≥ 0. 12, ff/R ^ 0. 14* (sqrt (1- (L/R)2) -1) +0. 033 ；禾口對于NA ≥ 0. 15, ff/R ^ 0. 14* (sqrt (1_ (L/R)2) _1)+0. 020。依據(jù)本發(fā)明的第14方面，提供一種如第13方面的方法，其中光學(xué)系統(tǒng)在聚焦到玻 璃板第一表面上時在該表面處具有半徑Dl的點擴(kuò)散函數(shù)并且在第二表面處具有半徑D2的 點擴(kuò)散函數(shù)，其中Dl和D2滿足關(guān)系D2/D1 ≥ 35其中玻璃板的厚度在0. 2至1. 2毫米范圍內(nèi)。依據(jù)本發(fā)明的第15方面，提供一種如第13或14方面的方法，進(jìn)一步包括通過調(diào) 整以下至少一個，將玻璃板圖像聚焦到行掃描照相機(jī)上(i)玻璃板和主凹面反射鏡的第一部分之間的光路；和
(ii)主凹面反射鏡的第二部分和行掃描照相機(jī)之間的光路。依據(jù)本發(fā)明的第16方面，提供一種如第13-15方面中任意一個的方法，其中光學(xué) 系統(tǒng)在物空間基本上為遠(yuǎn)心，從而在光學(xué)系統(tǒng)的景深內(nèi)，圖像尺寸的變化小于行掃描照相 機(jī)的像素尺寸。依據(jù)本發(fā)明的第17方面，提供一種如第13-16方面中任意一個的方法，其中光學(xué) 系統(tǒng)的場曲小于光學(xué)系統(tǒng)的景深。依據(jù)本發(fā)明的第18方面，提供一種如第13-17方面中任意一個的方法，其中光學(xué) 系統(tǒng)在行掃描照相機(jī)的光敏區(qū)域長度方向上的幾何畸變小于1%。


圖1是表示本發(fā)明的檢查系統(tǒng)的實施例的組件和運動的示意圖。圖2是表示行掃描照相機(jī)的操作模式的示意圖。圖3是表示照明器的一個實施例的示意圖。圖4是表示將玻璃板表面的圖像聚焦到行掃描器的多種方式的示意圖。特別是，左 邊圖表示調(diào)整反射鏡/照相機(jī)/照明器到表面的距離，中間圖表示利用“長號(trombone)形” 反射鏡件調(diào)整從表面到反射鏡的光路，以及右邊圖表示調(diào)整反射鏡到照相機(jī)傳感器的距離。圖5是采用兩個反射球形元件的基本上遠(yuǎn)心反射鏡的實施例的光線軌跡。圖6是采用兩個反射球形元件的基本上遠(yuǎn)心反射鏡的實施例的光線軌跡。圖7是采用兩個反射球形元件和一個反射鏡裝配用于改變反射鏡物面或像面方 向的基本上遠(yuǎn)心反射鏡的實施例的光線軌跡。圖8是表示用于成像的部分玻璃表面(目標(biāo))投影到主反射鏡上，以及記錄圖像 的行掃描照相機(jī)(行掃描傳感器)，以及主反射鏡的第一和第二部分，其形成由缺陷散射的 光的光路部分的示意圖。圖9是按照作為反射鏡數(shù)值孔徑(NA)函數(shù)的行掃描傳感器的標(biāo)準(zhǔn)化長度L和標(biāo) 準(zhǔn)化寬度W(即L/R和W/R，其中R是反射鏡的主反射鏡的曲率半徑)的工作范圍(曲線的 下部區(qū)域)的繪圖。圖10是表示在保持玻璃板所需表面聚焦，同時保持板的其它表面離焦時反射鏡 的數(shù)值孔徑的角色的示意圖。圖11是表示對于圖5的遠(yuǎn)心反射鏡，從玻璃板的一個表面(-250微米點)到另一 個表面(250微米點)的點擴(kuò)散函數(shù)的變化的ZEMAX圖。圖12是表示在反射鏡的全部視場內(nèi)，在保持玻璃板所需表面聚焦，同時保持板的 其它表面離焦時低場曲的角色的示意圖。圖13是表示在整個視場范圍內(nèi)，基本遠(yuǎn)心反射鏡在保持檢查幾何形狀一致性方 面的優(yōu)點的示意圖。圖14是表示聚焦和離焦時具有一致成像質(zhì)量的優(yōu)點的示意圖。圖15表示了本發(fā)明的檢查系統(tǒng)的一個實施例的典型封裝。
具體實施例方式如前所述，本發(fā)明涉及玻璃板的檢查，在一個應(yīng)用中，用于檢查顯示屏玻璃，其形式是單獨玻璃板或者是從中分離出玻璃板的玻璃條。在制造顯示屏玻璃的過程中經(jīng)常要進(jìn)行缺陷檢查。重要的是，所述玻璃具有兩邊 (“A”邊和“B”邊)，其兩邊的缺陷需要分開檢測。為了檢測缺陷，顯示屏玻璃通過一個記 錄由缺陷散射的光的攝像系統(tǒng)成像。在一些情況下，玻璃的全部區(qū)域被檢查，在另一些情況 下，玻璃的一個或多個區(qū)域被檢查并且被用作檢查樣品。因為需要快速檢查大面積的玻璃，所以使用行掃描照相機(jī)來檢查缺陷。該照相機(jī) 具有在一個方向的長視場(如，27mm)和在垂直方向的窄視場(如，1.3mm)。為了處理方便 (分析)，在沿視場長軸的任意位置檢測到的缺陷，將在傳感器上產(chǎn)生基本上相同的圖案。為了便于有效的檢查，在一些實施例中，這里公開的檢查系統(tǒng)具有以下特征(a)視場(FOV)，與行掃描照相機(jī)的光敏區(qū)域的長度L 一樣長；(b)用于檢測小缺陷的足夠高的分辨率；(c)大的數(shù)值孔徑(NA)，來觀測弱散射缺陷；(d)景深(DOF)足夠小，從而在玻璃板的A和B邊上的缺陷可以被區(qū)分，即DOF小 于玻璃板厚度時可以被觀測；(e)基本上平的視場，從而玻璃板的表面在整個FOV上仍然保持聚焦?fàn)顟B(tài)；(f)色彩校正，從而可以使用不同波長的光源；(g)制造成本合理；以及(h)從關(guān)于玻璃板法線對稱的同一組角度收集光束的能力，無論缺陷所處的位置。在光學(xué)術(shù)語中，上述最后一個特征對應(yīng)于檢查系統(tǒng)，或者更精確的，檢查系統(tǒng)的透 鏡部分在物側(cè)為遠(yuǎn)心或基本上遠(yuǎn)心，即透鏡的入瞳遠(yuǎn)離組成該透鏡的元件，從而在物側(cè)的 主光束基本上平行于透鏡的光軸，如主光束和光軸之間的夾角小于0. 5°。遠(yuǎn)心或基本上遠(yuǎn) 心也意味著透鏡的放大率不變或者基本上不隨物體距離而改變。在歷史上，檢查系統(tǒng)使用由多個折射透鏡元件組成的透鏡。這種透鏡不能提供全 部的上述特征。例如，基于折射原理的一些系統(tǒng)由于具有大的景深(D0F)，從而不能區(qū)分A 邊和B邊的缺陷。再者，在檢查應(yīng)用中使用的一些折射透鏡沒有足夠平的視場，從而導(dǎo)致 靠近視場(FOV)邊緣的缺陷的聚焦不同于靠近中心的缺陷。因此，上述系統(tǒng)不能一致地分 辨A邊和B邊的缺陷。此外，由于本身的性質(zhì)，折射元件的色彩校正最好在有限的波長范圍 內(nèi)。重要的是，在成本和色彩校正方面，具有大視場和足夠平視場的折射遠(yuǎn)心透鏡眾所周知 地復(fù)雜，其由至少一個很大的透鏡元件組成，并且昂貴。根據(jù)本發(fā)明，使用基于反射而非折射的透鏡系統(tǒng)，將玻璃板表面的一部分成像到 行掃描照相機(jī)。如下述詳細(xì)描述(參見如圖9)，反射透鏡系統(tǒng)具有與行掃描照相機(jī)的特征 緊密聯(lián)系的結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)，從而上述兩個部件一起工作，以提供在任意合理的成本內(nèi)折 射系統(tǒng)無法獲得的性能水平。一個采用反射透鏡10的檢查系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。如圖所示，除了反射透 鏡10和行掃描照相機(jī)18外，該系統(tǒng)通常包括用于照明一部分玻璃板的照明器12，用于將 玻璃表面的圖像聚焦到行掃描照相機(jī)18的光敏面上的聚焦系統(tǒng)20，用于在玻璃板和透鏡/ 照相機(jī)組件之間產(chǎn)生相對移動(橫向移動16)的傳送器。典型的，平移玻璃板，同時保持透 鏡/照相機(jī)組件靜止，來獲得相對移動，如果需要還可以相反的設(shè)置，或者玻璃板的移動和 透鏡/照相機(jī)的移動一起進(jìn)行。在連續(xù)移動玻璃條的情況下，玻璃條的移動可以提供在玻璃板和透鏡/照相機(jī)組件之間的部分或者全部的相對移動。圖2更詳細(xì)的表示了相對移動。事實上，該圖表示了相對移動26如何產(chǎn)生玻璃表 面24的圖像，其穿過行掃描傳感器21的傳感像素22，從而使得照相機(jī)產(chǎn)生作為時間函數(shù) 的散射光到達(dá)每個像素的數(shù)字輸出指示。使用行掃描傳感器21，尤其是由TDI組成該照相 機(jī)，提供了快速收集大量圖像信息的優(yōu)點。然而，行掃描照相機(jī)具有其形狀在與圖像移動交 叉的方向很長，而在沿著圖像移動的方向很短的缺點。這種矩形形狀造成了一個圖像難題， 通過使用上述描述和如下更詳細(xì)描述的反射透鏡，被本發(fā)明所克服。如本領(lǐng)域所知，在TDI行掃描照相機(jī)的情況下，該照相機(jī)包括一組像素陣列，其行 方向與相對移動的方向平行，而列垂直于上述方向。同樣如本領(lǐng)域所知，如這種照相機(jī)，通 過每個行像素收集的光與照相機(jī)和記錄的圖像之間相對移動的同步，作為對入射光曝光結(jié) 果的像素聚集的電荷，從列之間循環(huán)積分。在這種方式下，對與照相機(jī)相對移動的物體發(fā)出 的光的照相機(jī)的敏感度，相比于單列像素的敏感度基本上增加了。如上述解釋，行掃描照相機(jī)具有在一個方向上的大視場。行掃描傳感器在另一個 方向上可以非常窄(常用的傳感器為1個像素)，或者相對窄(如一個商用可獲得的TDI傳 感器為96個像素)。上述情況中，傳感器在兩個方向上的長度比大于10。在顆粒檢查中使用的行掃描照相機(jī)(傳感器)典型的在一個線方向上具有的像素 在5μπι-20μπι范圍內(nèi)。具有這些直徑的缺陷，如顆粒，可以被光學(xué)檢查。因此，提供直接傳 輸上述缺陷的圖像到行傳感器的具有單一放大率的透鏡，提供了一種有足夠敏感度來檢查 大區(qū)域的上述尺寸范圍內(nèi)的顆粒的方法。傳感器還可以使用子像素分辨技術(shù)來檢查相當(dāng)小 于一個像素尺寸的缺陷。上述技術(shù)的一個例子是通過反射和散射光的總和來推測缺陷的尺 寸。使用該方法可以使得當(dāng)保持足夠的敏感度來檢查大區(qū)域的同時，將檢查缺陷的范圍延 伸到小于檢測器的像素尺寸。上述情況中，如下所述，這里公開的檢查系統(tǒng)的反射透鏡提供 了以單一放大率檢查上述類型缺陷的足夠的成像質(zhì)量。更具體的，反射透鏡提供了像側(cè)的 分辨率至少與傳感器像素尺寸相同，從而圖像被傳感器限定。再者，透鏡具有相對小的f值 (相對大的數(shù)值孔徑)，以在分配到每行的短的曝光時間內(nèi)聚集足夠的光線。圖3表示了用作圖1中的照明器12的裝置的實施例。如圖所示，照明器包括一個 光源32，如工作在紅外波段的激光源，通過光纖束39連接到光源32的光纖線形發(fā)光體38， 在玻璃板上產(chǎn)生照明線34的柱形聚光鏡36。其它裝置當(dāng)然也可以用作照明器12。再者， 雖然優(yōu)選的為聚焦照明，散射照明也合適于一些應(yīng)用中。圖4表示了將玻璃板14的一個表面上的圖像，如A邊的表面，聚焦到行掃描照相 機(jī)18的光敏區(qū)域的典型方法。圖4的左邊圖表示整個檢查組件(照明器12，透鏡10，和照 相機(jī)18)與玻璃板的相對移動20，而中間圖表示了使用反射鏡組件的移動20，具體在本實 施例中是一組“長號形”反射鏡，從而改變玻璃板14(目標(biāo))到透鏡的光路?？梢酝ㄟ^由本 發(fā)明的反射透鏡提供的相對長的工作距離來便于反射鏡組件的移動。圖4的右邊圖表示了 透鏡與行掃描照相機(jī)18距離的調(diào)整20以改變聚焦。再者，本發(fā)明的反射透鏡，在這種情況 下，通過透鏡相對長的反向工作距離使得該方法便利。對比于通過使用實際移動行掃描照 相機(jī)18，移動反射鏡組件如中間圖所示的長號形組件，來改變透鏡和行掃描照相機(jī)18所需 的光學(xué)距離。應(yīng)該知道的是，如果需要同時檢查玻璃板14的兩個表面，可以使用分束器將圖像光束沿兩個行掃描照相機(jī)18分離，其一個聚焦玻璃板的一個表面(如A邊)而另一個則聚 焦相反面(如B邊)。圖5和6表示了本發(fā)明的檢查系統(tǒng)中使用的反射透鏡的典型實例。概括的說，這 些透鏡的組成在美國專利No. 3748015中公開，其全部內(nèi)容作為參考在這里引入。每個透鏡 包括一個主凹面反射鏡5 (圖右邊的大反射鏡)，和一個次凸面反射鏡6 (圖中間的較小的反 射鏡)。主反射鏡5和次反射鏡6的曲率中心重合或基本上重合，以及次反射鏡6的半徑等 于或基本等于主反射鏡5的半徑的一半。兩個透鏡的規(guī)格在表1中說明，其中尺寸單位為 毫米，標(biāo)識“大”表示圖5的透鏡，標(biāo)識“小”表示圖6的透鏡。上述圖中表示的透鏡超過了目前檢查玻璃板表面方案的折射透鏡的性能。這些透 鏡具有一個平的視場，從而使得玻璃板平的表面上的所有缺陷都被同樣地聚焦，而位于相 反表面上的缺陷將被同樣地離焦，無論它們的位置是否在以及的視場內(nèi)。這允許很容易地 區(qū)分一個表面上的缺陷_所說的A邊-與另一面上的缺陷-所述的B邊。折射透鏡具有固 有的彎曲焦平面，其在光學(xué)設(shè)計中必須通過平衡正和負(fù)的曲率來近似校正。在圖5和6中，物面和像面如圖所示是共面的。在許多應(yīng)用中，使物面和像面相互 垂直將更加方便。通過使用一個或多個旋轉(zhuǎn)反射鏡來獲得上述變向。圖7表示了使用設(shè)置 在長號形結(jié)構(gòu)中的三個旋轉(zhuǎn)反射鏡7的實施例，其可用于物面或像面的定向和聚焦。圖8表示了圖5-7反射透鏡中的主反射鏡80的功能。標(biāo)記為“目標(biāo)”82和“行掃 描傳感器”84的小矩形，分別表示了被檢查的玻璃區(qū)域和圖像傳感器區(qū)域。如圖虛線矩形 (主反射鏡80的第一和第二部分)，在主反射鏡80上的足跡將更大。結(jié)合圖5-7可以從該 圖中看出，從玻璃板(目標(biāo))散射的光通過光路到達(dá)行掃描傳感器，該光路包括從凹面主反 射鏡5的第一部分的反射，由凸面次反射鏡6的反射，再到凹面主反射鏡5的第二部分的反 射。雖然如圖8中所示的矩形形狀，但是第一和第二部分可以典型的具有腎形結(jié)構(gòu)。參見 如美國專利No. 3951546和7158215。更具體而言，為了將玻璃板表面部分在像面最佳成像的本發(fā)明的反射透鏡，具有 半徑基本等于目標(biāo)和反射鏡曲率中心距離的彎曲(拱形)形狀。如上所述，行掃描照相機(jī) 具有矩形形狀。根據(jù)本發(fā)明，可以發(fā)現(xiàn)與該矩形形狀相關(guān)的像差沒有減少檢查系統(tǒng)檢查在 玻璃板制造過程中遭遇的缺陷的能力，玻璃板制造中提供的主反射鏡的彎曲半徑R，透鏡的 數(shù)值孔徑(NA)和傳感器的長度L和寬度W滿足以下關(guān)系L/R 彡 0.25;和對于NA 彡 0. 10, ff/R ^ 0. 14* (sqrt (1_ (L/R)2) _1)+0. 046 ；禾口對于NA 彡 0. 12, ff/R ^ 0. 14* (sqrt (1- (L/R)2) -1) +0. 033 ；禾口對于NA 彡 0. 15, ff/R ^ 0. 14* (sqrt (1_ (L/R)2) _1)+0. 020。上述關(guān)系如圖9所示，其中水平軸表示長度L與主反射鏡的彎曲半徑的標(biāo)準(zhǔn)化，如 L/R，垂直軸表示寬度W與主反射鏡的彎曲半徑的標(biāo)準(zhǔn)化，如W/R。圖10是表示玻璃板2需要的表面1聚焦，而在另一個表面3離焦的透鏡的數(shù)值孔 徑的示意圖。在玻璃板2的多個表面有缺陷時，其經(jīng)常是這種情況，保持在表面1聚焦和另 一個表面3離焦是很重要的。隨著玻璃板2變得更薄，表面的間距也減小，分辨不同表面上 的缺陷也隨之變得困難。這里公開的檢查系統(tǒng)的反射透鏡的兩個方面，根據(jù)它們發(fā)生的表 面允許缺陷被精確的分類。
首先，透鏡可以制造為具有足夠的數(shù)值孔徑，其結(jié)果是造成足夠小的景深，從而使 得感興趣的表面1聚焦而使得另一面3基本上離焦。在玻璃板的厚度為0. 2到1. 2毫米的 范圍下，數(shù)值孔徑大約為0. 1或更高可以實際得到上述結(jié)果。聚焦和離焦的區(qū)別如圖11所 示，其通過焦距表示圖5的反射透鏡從玻璃板的一個表面(-250微米點處)到另一個表面 3(250微米點處)的點擴(kuò)散函數(shù)。圖11中，單位是微米，艾利半徑是2. 714微米，視場是1， RMS半徑是23. 021，GEO半徑是31. 909，刻度條是200，參考是主光線，表面是IMA。如表1 所示，圖5的透鏡具有0. 12的數(shù)值孔徑。該圖使用0. 5mm范圍構(gòu)造，因為其近似與0. 7mm 厚的玻璃板的光學(xué)厚度相應(yīng)。注意到離焦點的直徑是-0. 12mm，其比聚焦點的直徑大200倍 并且因此輻射少了 4X104。甚至如果由于保持樣品的機(jī)械(如，對樣品的機(jī)械振動)，所需 要的圖像沒有完美聚焦，不需要的一邊的缺陷將比需要的一邊的缺陷變得更大。更一般而言，為了有助于區(qū)分玻璃板第一面與第二面上的缺陷，在一些實施例中， 光學(xué)系統(tǒng)在聚焦到第一面上時在該面上具有半徑Dl的點擴(kuò)散函數(shù)，以及在第二面上具有 半徑D2的點擴(kuò)散函數(shù)，其中Dl和D2滿足關(guān)系式D2/D1彡35。如圖11所示，圖5中的反射 透鏡完全滿足該標(biāo)準(zhǔn)。第二，透鏡的視場沿著圓弧恰好為平面，并且基本上沿著圓弧的線形近似是平的。 圖12表示了與具有大視場曲率121的視場相比，平面視場120在區(qū)別表面1上和與其相反 的表面3上的缺陷所起的角色。大的數(shù)值孔徑和平面視場120的結(jié)合使得在透鏡的整個視 場范圍內(nèi)，感興趣的表面1聚焦同時保持另一表面3基本上離焦。圖13是表示基本遠(yuǎn)心的結(jié)構(gòu)130，對比非遠(yuǎn)心的結(jié)構(gòu)131，在整個視場范圍內(nèi)，具 有保持檢測幾何形狀一致性的優(yōu)點的示意圖。檢測具有兩個或多個部分反射表面的透明基 板的系統(tǒng)遇到在該表面上缺陷的假像或虛像133，其散射光，然后被不同的表面反射到成像 系統(tǒng)形成。這些假像可以基本上改變?nèi)毕莸膶嵪?。事實上，它們?jīng)常比實像更亮?？梢酝?過成像處理技術(shù)，將這些虛像與實像區(qū)分開。然而，如果虛像和實像之間的關(guān)系在透鏡的整 個視場范圍內(nèi)是變化的，則該成像處理任務(wù)將變得更困難。然而，如果成像系統(tǒng)是遠(yuǎn)心，或者基本上是遠(yuǎn)心的，則實像和虛像的空間關(guān)系在視 場范圍內(nèi)是固定不變的，基本上減少了成像處理的復(fù)雜度。圖13表示了本發(fā)明的反射透鏡 的優(yōu)點。具體而言，其表示了在物空間遠(yuǎn)心或基本遠(yuǎn)心，如何使得在視場范圍內(nèi)，由第一表 面上的缺陷而成的像132與由第二表面反射所成的虛像133之間，保持一個固定的關(guān)系。圖14表示了在整個視場范圍內(nèi)完美校正圖像的重要性，S卩，與非一致的成像質(zhì)量 141相反，在聚焦和離焦情況下的一致成像質(zhì)量140。從圖中可以看出，聚焦和離焦圖像在 視場范圍內(nèi)一致有助于區(qū)分感興趣的表面上的缺陷和另一個表面3上的缺陷。這在應(yīng)用圖 像處理來提取感興趣的特征時，是非常重要的。上述固定成像質(zhì)量140在行掃描照相機(jī)具 有前述的尺寸時獲得。反射透鏡的遠(yuǎn)心和基本遠(yuǎn)心，在聚焦時也很有用。因而，減小透鏡到傳感器的距 離，在不改變放大率和降低成像質(zhì)量的情況下，具有增加透鏡與目標(biāo)的相關(guān)光路的效果，同 時這種減小也不是很大。這是透鏡在像側(cè)和物側(cè)同時遠(yuǎn)心或基本遠(yuǎn)心的結(jié)果，以及由透鏡 的對稱設(shè)計而得到。因而，除了在物側(cè)聚焦，還可以改變透鏡和傳感器之間的有效光路，以 補償透鏡與目標(biāo)的距離變化，從而獲得聚焦。圖15表示了本發(fā)明的檢查系統(tǒng)一個實施例的典型的部件封裝，即待測表面位置150 ；照明器152 ；行掃描照相機(jī)的位置156 ；和聚焦機(jī)構(gòu)158。本實施例的反射透鏡154是 圖5的反射透鏡。如表1所示，該透鏡的主反射鏡的直徑大約為150毫米或者約6英寸。據(jù) 此，整個檢查系統(tǒng)可以提供一個非常小的封裝內(nèi)，如該封裝的體積為約5000立方厘米或者 300立方英寸。除了將該檢查系統(tǒng)組裝在一個小的封裝內(nèi)外，由于使用了反射透鏡，該系統(tǒng)與現(xiàn) 有的使用折射透鏡的檢查系統(tǒng)相比，制造成本更低。特別是，反射透鏡使用以低成本加工成 大視場的球面元件。具體而言，相比于折射透鏡，球面反射鏡更容易加工，且可以從便宜的 材料獲得。作為反射透鏡，在所有波段具有色彩校正。本發(fā)明因此提供了用于檢查玻璃板的一個或兩個表面的系統(tǒng)。安裝該系統(tǒng)使待 測表面在反射透鏡的物面。該透鏡將一細(xì)條區(qū)域以單一的放大率成像到行掃描照相機(jī)上， 該細(xì)條區(qū)域在與透鏡圓周正切的方向上很長，而在徑向方向上很短。安裝線形照明器來照 明該細(xì)條區(qū)域。為了進(jìn)行檢查，該系統(tǒng)沿著與細(xì)條區(qū)域的長軸垂直的方向，相對玻璃進(jìn)行移 動，可以是相對玻璃移動該系統(tǒng)，或者當(dāng)該系統(tǒng)被固定時移動玻璃。在移動過程中行掃描照 相機(jī)收集圖像信息并匯集為一個區(qū)域圖像。在一些實施例中，根據(jù)應(yīng)用，在圖像收集過程中 可以進(jìn)行調(diào)整，以保證圖像聚焦到行掃描傳感器上。例如，可以檢測焦點位置，其可以是檢 查玻璃與透鏡距離的外部傳感器，也可以是處理從行掃描照相機(jī)得到的圖像以決定是否調(diào) 整該距離來保持聚焦?fàn)顟B(tài)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以從前述公開中明顯得到不脫離本發(fā)明范圍和精神的多個改 變。以下權(quán)利要求將要闡述為覆蓋具體實施例，以及這些實施例的改變，變化，和等價。 表 1* “工作距離”指的是從次反射鏡的頂點到物面的距離。
權(quán)利要求
一種用于檢查具有第一表面和第二表面的透明玻璃板的裝置，該裝置包括(A)光源，其照射玻璃板的一部分；(B)行掃描照相機(jī)，其檢測從玻璃板上或玻璃板內(nèi)的缺陷散射的光，該行掃描照相機(jī)包括多個像素，這些像素形成具有長度L和寬度W的光敏區(qū)域；以及(C)光學(xué)系統(tǒng)，其將從缺陷散射的光傳輸?shù)叫袙呙枵障鄼C(jī)，該光學(xué)系統(tǒng)具有數(shù)值孔徑NA并且包括(i)主凹面反射鏡，其具有第一部分和第二部分，該反射鏡具有曲率半徑R；和(ii)凸面次反射鏡；其中(a)從缺陷散射的光經(jīng)過光路到達(dá)行掃描照相機(jī)，該光路包括來自凹面主反射鏡的第一部分的反射、來自凸面次反射鏡的反射以及來自凹面主反射鏡的第二部分的反射；(b)主和次反射鏡的曲率中心基本重合，次反射鏡的半徑基本上等于主反射鏡的半徑的一半；以及(c)L、W和R滿足下述關(guān)系L/R≤0.25；和對于NA≥0.10，W/R≤0.14*(sqrt(1 (L/R)2) 1)+0.046；和對于NA≥0.12，W/R≤0.14*(sqrt(1 (L/R)2) 1)+0.033；和對于NA≥0.15，W/R≤0.14*(sqrt(1 (L/R)2) 1)+0.020。
2.一種用于檢查具有第一表面和第二表面的透明玻璃板的裝置，該裝置包括(A)光源，其照射玻璃板的一部分；(B)行掃描照相機(jī)，其檢測從玻璃板上或玻璃板內(nèi)的缺陷散射的光，該行掃描照相機(jī)包 括多個像素，這些像素形成具有長度L和寬度W的光敏區(qū)域；以及(C)光學(xué)系統(tǒng)，其將從缺陷散射的光傳輸?shù)叫袙呙枵障鄼C(jī)，該光學(xué)系統(tǒng)具有數(shù)值孔徑 NA并且包括(i)主凹面反射鏡，其具有第一部分和第二部分，該反射鏡具有曲率半徑R ；和 ( )凸面次反射鏡； 其中(a)從缺陷散射的光經(jīng)過光路到達(dá)行掃描照相機(jī)，該光路包括來自凹面主反射鏡的第 一部分的反射、來自凸面次反射鏡的反射以及來自凹面主反射鏡的第二部分的反射；(b)主和次反射鏡的曲率中心基本重合，并且次反射鏡的半徑基本上等于主反射鏡的 半徑的一半；以及(c)所述光學(xué)系統(tǒng)在聚焦到玻璃板第一表面上時在該表面處具有半徑D1的點擴(kuò)散函 數(shù)并且在第二表面處具有半徑D2的點擴(kuò)散函數(shù)，其中Dl和D2滿足下述關(guān)系D2/D1 彡 35其中玻璃板的厚度在0.2至1.2毫米范圍內(nèi)。
3 .如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中NA滿足下述關(guān)系式 0. 10 ^ NA ^ 0. 15。
4.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中光學(xué)系統(tǒng)具有1 1的放大率。
5.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中光學(xué)系統(tǒng)的孔徑光闌位于次反射鏡處。
6.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中光學(xué)系統(tǒng)在物空間中為基本上遠(yuǎn)心，使得在光學(xué) 系統(tǒng)的景深內(nèi)圖像尺寸的變化小于行掃描照相機(jī)的像素尺寸。
7.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中光學(xué)系統(tǒng)的場曲小于光學(xué)系統(tǒng)的景深。
8.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中在行掃描照相機(jī)的光敏區(qū)域的長度L上光學(xué)系 統(tǒng)的幾何畸變小于1%。
9.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，進(jìn)一步包括聚焦機(jī)構(gòu)，其用于調(diào)整以下至少一個 (i)玻璃板和主凹面反射鏡物體的第一部分之間的光路長度；和( )主凹面反射鏡物體的第二部分和行掃描照相機(jī)之間的光路長度。
10.一種用于檢查具有第一表面和第二表面的透明玻璃板上或內(nèi)的缺陷的方法，該方 法包括(A)照射玻璃板的一部分；(B)將由玻璃板缺陷散射的光通過光學(xué)系統(tǒng)傳輸至行掃描照相機(jī)，該光學(xué)系統(tǒng)具有數(shù) 值孔徑NA并且包括(i)主凹面反射鏡，其具有第一部分和第二部分，該反射鏡具有曲率半徑R ；和 ( )凸面次反射鏡；以及(C)提供玻璃板和行掃描照相機(jī)之間的相對移動； 其中(a)從缺陷散射的光經(jīng)過光路到達(dá)行掃描照相機(jī)，該光路包括來自凹面主反射鏡的第 一部分的反射、來自凸面次反射鏡的反射以及來自凹面主反射鏡的第二部分的反射；(b)主和次反射鏡的曲率中心基本重合，并且次反射鏡的半徑基本上等于主反射鏡的 半徑的一半；(c)行掃描照相機(jī)包括多個像素，這些像素形成具有長度L和寬度W的光敏區(qū)域；以及(d)L、W和R滿足下述關(guān)系 L/R ^ 0. 25 ；和對于 NA 彡 0. 10, ff/R ^ 0. 14*(sqrt(l-(L/R)2)-l)+0 對于 NA 彡 0. 12，W/R ( 0. 14*(sqrt(l-(L/R)2)-l)+0 對于 NA 彡 0. 15，W/R 彡 0. 14*(sqrt(l-(L/R)2)-l)+0.046 ；和 .033 ；和 020。
全文摘要
提供一種用于檢測在玻璃板或玻璃條(2，14)內(nèi)部或其表面上的顆?；蛉毕莸牟Ａz查系統(tǒng)。安裝該系統(tǒng)使得待測表面(1)位于反射透鏡(10)的物面中。該透鏡將細(xì)條狀區(qū)域成像在行掃描照相機(jī)(18)上，該細(xì)條狀區(qū)域在沿透鏡圓周正切的方向上很長，而在徑向方向上很短。安裝線形照明器(12)來照射條狀區(qū)域。為了進(jìn)行檢查，沿著與細(xì)條的長軸垂直的方向，使該系統(tǒng)相對于玻璃運動，可以是相對玻璃移動該系統(tǒng)，或者當(dāng)系統(tǒng)固定時移動玻璃。在移動過程中通過行掃描照相機(jī)收集圖像信息并匯集成一圖像。
文檔編號G02F1/13GK101900691SQ20101023347
公開日2010年12月1日 申請日期2010年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月22日
發(fā)明者C·K·伊斯特曼, D·M·伯格, J·高里爾 申請人:康寧股份有限公司