用于探测表面不连续缺陷的光学检查设备的制作方法

用于探测表面不连续缺陷的光学检查设备的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于探测表面不连续缺陷的光学检查设备，该光学检查设备用于探测玻璃板中的表面不连续缺陷。反射漫射器与玻璃板的后表面相邻，并配置为被梯度强度照明来照明。数字照相机具有与玻璃板的前表面相邻的二维图像传感器。数字照相机在反射漫射器处具有一接受圆，该接受圆由于表面不连续性而相对于梯度照明而偏移。
【专利说明】用于探测表面不连续缺陷的光学检查设备
[0001]本申请要求2013年2月26日提交的、序列号为13/777692的美国专利申请的优先权，本申请的内容依赖于该美国专利申请且该美国专利申请以全文引用的方式合并于此。

【技术领域】
[0002]本实用新型涉及光学检查设备，特别地，涉及使用面阵列来探测表面不连续缺陷的光学检查设备。

【背景技术】
[0003]光学显示玻璃以大幅面板在玻璃制造线上形成。显示玻璃在被进一步处理和包含入任一种显示装置中之前需检查有没有缺陷或制造异常。该检查典型地基于光学且通常以两个步骤实施:光学粗查，覆盖了整个玻璃板以辨别出需复查以仔细检查的位置；以及光学复查，在粗查中所辨别的位置上仔细查看。
[0004]使用光学检查设备进行复查。光学检查设备采集了玻璃板上有问题的位置的多个图像。在不同的照明条件下，在玻璃板内以及表面处的不同位置处采集多个图像，从而能够更加容易地探测、定位并表征潜在的缺陷或异常。
实用新型内容
[0005]目前，采用面阵列照相装置(即，具有二维图像传感器的照相机系统)对不连续(SD)缺陷的探测被证明是有问题的，因其难以在整个视场上获得均匀的探测。因而，通常采用线性扫描照相机探测SD缺陷，其使用狭缝探测器和刀锋(knife-edge)光源。然而，若能使用面阵照相机以简化设备和实现对SD缺陷更快的检查是有利的。
[0006]本实用新型的一方面为一种光学检查设备，用于探测具有前表面和后表面的玻璃板中的表面不连续缺陷。该设备包括布置为与玻璃板的前表面相邻且沿设备轴的数字照相机。该数字照相机具有采集玻璃板检查区域的数字检查图像的二维图像传感器(即，面阵探测器)。该设备还包括布置为沿设备轴、且与玻璃板的后表面相邻并隔开的反射漫射器。该数字照相机在反射漫射器处具有接受圆。该设备进一步包括布置为从前表面通过玻璃板的梯度照明光线以在反射漫射器上形成梯度照明区域的梯度照明源。该数字照相机的接受圆与梯度照明区域部分重叠、并由于检查区域中存在有表面不连续缺陷而相对梯度照明区域偏移。
[0007]本实用新型的另一方面为如上所述的光学检查设备，其中，在梯度照明区域的边上接受圆和梯度照明区域部分重叠，其中梯度照明区域在该边上最暗。
[0008]本实用新型的另一方面为如上所述的光学检查设备，其中，梯度照明区域包括与该边相邻具有恒定强度的子区域。
[0009]本实用新型的另一方面为如上所述的光学检查设备，其中，恒定强度子区域与接受圆在接受圆偏移的方向上具有大致相同的尺寸。
[0010]本实用新型的另一方面为如上所述的光学检查设备，其中，梯度照明区域在接受圆偏移的方向上具有线性的强度变化。
[0011]本实用新型的另一方面为一种光学检查设备，用于光学检查玻璃板的表面不连续性，玻璃板具有前表面和后表面。该设备包括布置为与玻璃板的前表面相邻且沿设备轴的数字照相机。该数字照相机具有采集玻璃板检查区域的数字检查图像的二维图像传感器。该设备还包括布置为沿设备轴、且与玻璃板的后表面相邻并隔开的反射漫射器，其中数字照相机在其上具有接受圆。该设备进一步包括布置为提供沿设备轴的共轴照明的共轴照明源，其中，共轴照明被聚焦为在数字照相机一侧相邻于玻璃板的前表面。第一量的共轴照明被玻璃板的前表面和后表面反射，并对数字检查图像的形成作出贡献。第二量的共轴照明被反射漫射器反射为漫射的反射光线，并对数字图像的形成作出贡献。第一量的反射的共轴照明为第二量的漫射的反射光的至少两倍。
[0012]本实用新型的另一方面为如上所述的光学检查设备，其中，第一量为第二量的二至五倍。
[0013]本实用新型的另一方面为如上所述的光学检查设备，其中，共轴照明距玻璃板的聚焦距离在4mm至6mm之间。
[0014]本实用新型的另一方面为在具有前表面和后表面的玻璃板中光学地探测表面连续缺陷的方法。该方法包括采用在距玻璃板的前表面聚焦距离上的焦点以形成发散光束的光线轴向地照明玻璃板。该方法还包括来自前表面和后表面的发散光束的第一量的光，并从第一量的光形成二维数字检查图像。该方法另外包括从布置为与玻璃板的后表面相邻的反射漫射器漫射地反射来自发散光束的第二量的光，且二维数字检查图像中包括第二量的光，第一量至少为第二量的两倍。
[0015]本实用新型的另一方面为如上所述的方法，其中，第一量的光为第二量的光的二至五倍。
[0016]本实用新型的另一方面为如上所述的方法，其中，共轴照明距玻璃板的聚焦距离在4mm至6mm的范围内。
[0017]本实用新型的另一方面为如上所述的方法，进一步包括基于二维数字检查图像表征表面不连续缺陷。
[0018]在下述具体说明中阐述了其他特征和优点，部分特征和优点根据说明书对本领域技术人员而言是显而易见的，或是通过实践如说明书及权利要求和附图所述的实施例而被认可的。可以理解，前述概要说明和下述具体说明都仅是示例的，旨在提供构架的概况以理解权利要求的本质和特点。

【专利附图】

【附图说明】
[0019]附图被包含以便于进一步地理解本实用新型，附图合并入说明书并构成说明书的一部分。附图示出了一个或多个实施例，并且与具体说明一起用于解释各个实施例的原理和操作。如此，根据下述的具体说明、结合附图将更加充分地理解本实用新型，其中:
[0020]图1和图2是示例性光学检查站的示意图，其包括相对于待检查表面不连续缺陷的玻璃板可操作地设置的光学检查设备。
[0021]图3是光学检查设备和被检查的玻璃板的示意性侧视图，示出了光学检查设备的视场和位于被检查的玻璃板区域中的表面不连续缺陷。
[0022]图4是示出视场和被检查的玻璃板区域的玻璃板的正视图(front-on view),检查区域中存在有示例性表面不连续缺陷。
[0023]图5A示出由来自梯度照明光源的梯度照明在反射漫射器上形成的梯度照明区域的示例。
[0024]图5B是强度I (任意单元)随-Y方向上的位置(任意单元)的图表，示出了图5A的梯度照明区域的示例性强度分布。
[0025]图6A-6C是现有技术采用恒定强度照明的照明配置的示意图，并示出了在反射漫射器上形成的数字照相机的接受圆(acceptance circle)和恒定强度照明。
[0026]图6D示出使用采用恒定强度照明的光学检查设备所获得的数字检查图像的一部分的示例性特写视图，示出了示例性缺陷图像。
[0027]图7A-7C与图6A-6C相似，但采用了梯度照明。
[0028]图7D与图6D相似，但数字检查图像中缺陷图像周围的强度变化更大。
[0029]图8A与图5A相似，示出了其中一部分(子区域)具有恒定强度的梯度照明区域的示例。
[0030]图8B是与图5B相似的图表，示出了图8A的示例性梯度照明区域的强度分布。
[0031]图9与图1相似，示出了示例性光学检查站，其中透明玻璃板包括以小型透镜形式用于校准和组装的校准表面不连续缺陷。
[0032]图10是校准数字检查图像的一部分的示例，示出用作校准表面不连续的的三个小型透镜。
[0033]图11是理想的强度I(X)随位置X的图表，示出了示例性源不连续强度曲线(实线)，梯度背景强度曲线(虚线)和源不连续强度曲线的导数曲线(短划线)，阐释了当设备被优化配置为探测表面不连续缺陷时这些曲线对准的示例。
[0034]图12A-12C是与图11相似的图表，用于三个不同的全部(overall)强度值。以及
[0035]图12D-12F与图12A-12C相似，阐释了未优化的梯度照明的示例。
[0036]图13示出了对于目标平坦视场强度为128DN且参照图像强度为170DN的示例响应，输出强度1tt(数字表示，DN)随原图像强度IKAW(单位DN)的图表。以及
[0037]图14是与图1所示的相似的光学检查站的示意图，但示出了当存在用于梯度照明的反射漫射器时采用轴向照明的示例性实施例。

【具体实施方式】
[0038]具体地参考本实用新型的多个实施例，附图中示出了这些实施例的示例。如有可能，在全部附图中使用相同或相似的附图标记和符号来标识相同或相似的部件。附图并不必须是成比例的，并且本领域技术人员可以理解附图已被简化以示出本实用新型的关键部分。
[0039]下文陈述的权利要求合并入具体说明并构成具体说明的一部分。
[0040]本文提及的所有出版物和专利文献的全文皆以引用的方式合并于此。
[0041]为参考的目的，一些附图中示出了笛卡尔坐标，但这并不旨在对方向或方位做出限制。
[0042]光学检查站和设备
[0043]图1和2是示例的光学检查站8的示意图，其包括相对待检查缺陷的玻璃板20可操作地设置的光学检查设备(“设备”)10。光学检查设备10包括支撑在可在三维空间移动的移动台18上的外壳12,如参考笛卡尔坐标所示。外壳12具有前端16。
[0044]图3是光学检查设备10和被检查的玻璃板20的示意性侧视图，示出了光线检查设备的视场60。玻璃板20具有轴向厚度为THz的主体21，并定义了前表面22和后表面24。图4是示出视场60和玻璃板的检查区域25的玻璃板20的正视图。检查区域25被前表面22的X-Y平面中的视场60定义。图4示出了位于前表面22检查区域25中的表面不连续(SD)缺陷27的示例。
[0045]参考图1-4，玻璃板20被支撑装置44可操作地支撑，邻接光学检查设备10的前端16并沿着X-Y平面中的设备轴Al。玻璃板主体21的厚度THz大致恒定，在一个示例中，在几毫米至小于0.1mm的范围内。在一个示例中，设备轴Al与玻璃板20的前表面22成直角。在一个示例中，支撑装置44通过使用真空夹持玻璃板并将玻璃板浮在气垫(未示出)上以在后表面24上保持玻璃板20。
[0046]漫射器30和反射镜32同样沿轴Al布置、并布置在X_Y平面中，漫射器与反射镜相邻且位于反射镜和玻璃板20的后表面24之间。漫射器30面对反射镜32放置。漫射器30和反射镜32的组合定义了反射漫射器34。反射漫射器34与玻璃板20的后表面24相隔距离Dd，在一个示例中，在约80mm至约10mm的范围内，例如约90mm。在一个示例中，反射漫射器34借由照射在其上的光以用于定义虚拟光源。
[0047]在一个示例实施例中，漫射器30具有可控制的漫射角度。一个示例的漫射器30为Light Shaping DiffUser?可控制漫射器,可从Luminit公司(Torrance市,加尼福尼亚)
购得。对漫射器30漫射角度的控制，能够可选择地以优化SD缺陷27的探测所需的角度引导被漫射器反射的光。可控制漫射角度还使得反射漫射器可用作照明玻璃板20的可调虚拟光源。
[0048]特别参考附图1，光学检查设备10包括数字照相机(“照相机”)50，其具有前端52，以及沿设备轴Al的摄像机轴A2(即，两者共轴)。数字照相机50包括成像透镜56，其可以包含一个或多个透镜元件或光学元件。数字照相机50还包括二维(即，面阵)图像传感器58，诸如CMOS传感器或CCD阵列，其将成像透镜56形成的图像数字化以形成二维数字图像。图像传感器58的一个示例分辨率在5兆像素至8兆像素的范围内。
[0049]数字照相机50采集二维数字图像，作为检查图像，即它们可以被仔细查看(例如，显示用于用户观察或显示用于计算机处理)以表征在一个或多个检查图像中出现的任何SD缺陷27。该二维图像在下文中被称为“数字检查图像”。
[0050]参考附图1，数字照相机50定义前述视场60。而视场60定义玻璃板20上的检查区域25。在一个示例中，视场60定义前述检查区域25。在一个示例中，检查区域具有约3，296mmX2, 472mm的尺寸，因而在一个示例中图像传感器58的一个像素表示玻璃板20检查区域25中的约Ιμ--。
[0051]数字照相机50还具有在反射漫射器34上定义接受圆66的接收锥64。在一个示例中，接受圆66具有约20mm至30mm的直径，例如约24.5mm。在一个示例中，数字照相机50具有约15mm的通光孔径。需要注意的是，接受圆66针对图像传感器58的轴上点，但图像传感器上的任一点都具有关联的接受圆。为便于解释和讨论，仅示出并讨论轴上接受圆66ο
[0052]采用8ms至22ms范围内的曝光时间δ t，数字照相机50的图像采集速率在约8中贞/秒(fps)至17fps(125毫秒(ms)至58ms)的范围内。在典型视觉设备中，从曝光到可从存储器中获取图像的时间之间的时间表示几百毫秒量级上的时间延迟，这比帧速率慢很多。但光学检查设备10的数字照相机50在待获取时间内为下次曝光做准备，这实质上与帧速率是相同的。这使得与移动台18关联的移动子系统(未示出)在曝光结束时立即接合以为下次曝光做准备。
[0053]通过以太网6的网线，示例数字照相机50具有240MB/S的数据传输速率。数字照相机50被配置为在一波长区间上进行成像，例如在可见光谱区间的波长或谱带上。在一个示例中，数字照相机50的景深在约25微米至约100微米的范围内。示出SD缺陷27在检查区域25内且在玻璃板20的前表面22上。
[0054]光学检查设备10还包括发射光线72的斜照明源70。光线72具有波长λ e，其可以是任一波长，多个波长的混合或白光。在一个示例中，波长Xe包括红光，例如600nm和650nm之间的波长区间中的光。斜照明源70被配置为光线72在反射漫射器34上定义梯度照明区域76。梯度照明区域76偏离轴Al和A2，也偏离数字照相机50的接受圆66。梯度照明区域76和反射漫射器34用于生成背面照明玻璃板20的散射光76S。梯度照明区域76和接受圆66在反射漫射器34上至少部分地重叠，下文将更加详细地描述。
[0055]仍参考附图1，光学检查设备10还包括发射对准光线92的对准光源90。在一个示例中，对准光源90包括激光器。对准光源90被配置为对准光线92为数字照相机50提供对准参照，从而能够确定玻璃板20和反射漫射器34相对于参照位置RP (参见图2)的位置。在一个示例中，参照位置RP具有(x，y，z)坐标(xK，yK，zK),其中xK, yK, Zk为三维参照坐标。在一个示例中，(xK, yK, ζκ) = (0,0,0)。
[0056]图像传感器58、斜照明源70和对准光源90电连接至被配置为控制这些器件的操作以实施下文所述的检查方法的控制器100。光学检查站8包括多个其它器件，但为便于说明图中并未示出所有器件。例如，这些器件包括照相机电源、照射源电源以及微控制器电源，这些器件都可操作地连接至光学检查设备10。
[0057]在一个示例中，光学检查站8的一些或所有器件被布置在存贮单元(例如，机架，储藏柜等)(未示出)中。光学检查站8包括外部控制器101，其可连接至为外部装置(未示出)，诸如计算机、服务器或数据库，以向外部控制器提供初始检查信息。在一个示例实施例中，使用这些信息以控制对玻璃板20的光学检查，例如由光学检查设备10所实施的，特别地辨识检查区域25。
[0058]光学检查站8还包括可操作地连接至移动台18且配置为使得移动台以极其精确的增量进行移动的台驱动器91。图1示出移动台18位于参照距离Ztl上，远离玻璃板20的前表面22。在一个示例中，参照距离Ztl为约50mm至60mm,例如约55mm。在一个示例中，台驱动器91包括电机编码器以及提供精确测量并控制移动台18 (也即光学检查台10)相对参照位置RP的Z-位置的电机。
[0059]探测SD缺陷
[0060]在附图1中，示出了梯度照明区域76稍微偏离于接受圆66，从而能够更加清楚地看到它们的部分重叠。当不存在SD缺陷27时，生成的数字检查图像为斜照射区域76的散焦图像，因而在图像平面上具有大体渐变的强度分布。通过图像传感器58生成的数字检查图像强度分布的改变可探测SD缺陷27。检查图像强度分布的变化可以是位置变化和强度级变化中的至少之一。本实用新型一方面包括通过检测数字检查图像来表征SD探测27。可以可视地实现这种表征，或是借助于诸如在外部控制器101或(内部)控制器100中工作的图像处理软件来实现这种表征。
[0061]如上所述，目前而言，采用数字照相机50使用二维图像传感器58探测SD缺陷27是有问题的，因其难以在整个视场上获得一致的探测。对SD缺陷27的探测依赖于缺陷改变了接收锥64的角度，从而改变了接受圆66相对于斜照射区域76的位置。面照相机是比狭缝或线形探测器宽许多的探测器，因为位于光接收锥中的刀锋源在探测器面的任一部分上对敏感度很关键。若源的位置有小的漂移，则强度会有大的漂移，因而使得难以确定探测的特性。
[0062]需要在整个视场上移动并观察单个SD缺陷27的位置，以确定基于刀锋的探测设备的性能。人类视觉感知的负担加重。平坦化视场(去除整个视场上陡峭的梯度)的图像处理需要从视场中移除样本以拍摄参照图像。在照明源位置改变的情况下获取新的参照图像。对强度的漂移要进行繁杂的处理，需对于源位置的各种改变以及SD样本在视场中放置的位置进行补偿。
[0063]图5A示出了由光线72在反射漫射器34上形成的梯度照明区域76的示例。梯度照明区域76由强度的梯度定义，从与暗(无光线)区75相邻的最小强度Imin开始，强度在-Y方向上增大至最大强度Imax。梯度照明区域76具有边78。在附图6A-6C和7A-7C中，以黑色示出暗区75以更佳地视觉表现出实际情形。
[0064]图5B是强度I (任意单元)随-Y方向上的位置(任意单元)的图表，示出了梯度照明区域的示例性强度分布。图5B中的示例性强度分布是线性的，但梯度可以具有除线性以外的其它形式。
[0065]图6A-6C是现有技术采用恒定强度照明区域76C的照明配置的示意性示图。示出了形成在反射漫射器34上的数字照相机50的接受圆66和恒定强度照明区域。图6A示出当检查区域25中没有SD缺陷27时，接受圆66相对于恒定强度照明区域76C在边78上的标称位置。在示例中，接受圆66的一半在恒定强度照明区域76C中。该位置定义了图像传感器58上的标称或北京或参照强度分布。
[0066]图6B示出了接受圆66相对恒定强度照明区域76C的偏移，其中由于检查区域25中SD缺陷27的存在，接受圆远离恒定强度照明区域76C移动。图6C示出了接受圆66相对恒定强度照明区域76C在边78上的偏移，其中由于检查区域25中SD缺陷27的存在，接受圆向恒定强度照明区域76C内移动。接受圆66的移动是SD缺陷27使接收锥64偏向造成的。
[0067]图6D示出使用采用图6A-6C中示出的恒定强度照明的光学检查设备10所获得的数字检查图像I1的一部分的示例性特写视图。数字检查图像110中存在SD缺陷27的图像27 (“缺陷图像”)，而SD缺陷的周围区域具有相对均匀的强度。其原因在于接受圆66相对恒定强度照明区域76C移动，由接受圆采集的照明量被恒定照明强度限制。其原因在于接受圆66相对恒定强度照明区域76C移动，离开暗区75的圆的面积的量与进入恒定照明区域的相同。这造成了缺陷图像亮度的较慢的变化作为接受圆的位置相对边78的偏移的函数。
[0068]图7A-7C与图6A-6C相似，但使用了梯度照明区域76。在光学检查设备10的这种配置中，SD缺陷27导致的接受圆66相对边78的移动使得当接受圆向梯度照明区域76内移动时图像传感器58上的强度分布更快地变亮。其原因在由于梯度照明区域76中的强度梯度，相对丢失的光线，获得了更多的光线。因此，数字检查图像中强度改变的速率与照明区域具有恒定强度的情况相比更快(即，更快地变亮或变暗)。
[0069]图7D是与图6D相似的数字检查图像110，但采用了使用上述梯度照明区域76的设备。从图7D中可看出，围绕SD缺陷图像27的区域与图6D的相比具有更大的强度变化。这种强度变化用于放大对SD缺陷27的探测。图7D的缺陷图像27表示数字检查图像110中强度的局部变化，为较大的数字检查图像的特写视图。
[0070]对于成像透镜56的直径(通光孔径)为15mm、透镜至物面zQ为55mm、以及物体距漫射光源距离Dd为88mm的示例，定义比例88/55 = 1.6。因此，15mm的透镜直径映射约24mm的接受圆。+/_2mm的视场60映射约+/-3.2mm的接受圆66的偏移。
[0071]图8A与图5A相似，示出了梯度照明区域76的示例性实施例，其包括长度LB的陡峭梯度子区域76B前的长度LA的恒定强度子区域76A。在一个示例中，恒定强度子区域76A的长度LA约等于接受圆66的半径(例如,对于24_的接受圆66, LA = 12mm)。
[0072]设备装配和校准
[0073]通过合适的装配和校准，光学检查站8探测SD缺陷27的能量可以被优化。这涉及使用布置在视场内的一个或多个校准SDs测量视场60上的强度响应。
[0074]图9与图1相似，示出了包括布置在玻璃板20的前表面22上的示例性校准SDs 127的光学检查站8的示例性实施例。在一个示例中，校准SDsl27是透镜元件，例如，直径为1_、焦距为2_的平凸元件或其它双凸元件。可使用UV固化粘合材料将这种小型透镜元件粘合至玻璃板20的前表面22。校准SDsl27具有已知的曲率和厚度，从而以已知的方式影响光的透射。在一个示例中，校准SDsl27大体覆盖整个视场60，例如视场的至少90%。
[0075]图10是包括相应于校准SDsl27位置的区域127的校准数字检查图像110的一部分的示例。该校准数字检查图像110包括强度等值线，为显示时便于观察可编码为彩色。
[0076]图11是对于图10的数字检查图像110各部分，强度随位置的理想图表。实线曲线130表示在区域127上采集的强度，并被称为SD强度曲线。图11的图表中还示出了在区域127外侧的数字检查图像110的截面上采集的梯度背景(或参照)强度曲线132(虚线)。另外，示出了 SD强度曲线130的短划线导数曲线134。仅示出了该导数曲线的顶部部分。
[0077]图11的圆136示出三个不同曲线130、132和134相交的地方。理想地，对视场的所有部分而言，在导数曲线134的峰值处，梯度背景强度曲线132与SD强度曲线130相交，即，在如图示的圆136内。这意味着，梯度背景强度相应于SD强度曲线最大的变化率。换言之，在校准SD127的曲面斜率穿过零点的点处，即等同于没有SD，SD强度曲线130匹配导数曲线134。这就是穿过校准SDsl27中心的“直通”线。
[0078]图12A-12C是与图11相似的图表，示意性地示出了在三个不同的视场位置处的SD强度曲线130、梯度背景强度曲线132和导数曲线134。绝对强度变化并没有改变圆136指示的目标相交位置。在该示例中，梯度照明区域76和数字照相机50的相对位置良好。与曲线130、132和134的理想位置的偏差可通过调节梯度照明区域76的位置来调节，从而匹配相应于给定视场位置的接受圆66。
[0079]图12E-12F与图12A-12C相似，示出了导数曲线134的峰值未与梯度背景强度曲线132和SD强度曲线130的交点对准的示例。这种情形说明在视场上对SD的探测较差且不一致。
[0080]通过使用在数字照相机50的视场60上具有多个SD区域的校准SD127，能够测量光学检查设备10的SD响应。通过视场上梯度背景强度大致等于SD强度的点处具有峰值SD响应(即，SD强度的导数)来实现合适的装配。数字检查校准图像的分析比较校准SD内的强度变化斜率和校准SD内的绝对强度与梯度背景强度。如上所述，调节梯度强度区域的位置可使设备进入最佳SD测量配置。
[0081]在操作中，光学检查设备10实施与梯度背景强度相关的强度增益校正。为改善相应的视觉特性，可使用双斜率平坦视场校正。一个斜率穿过参照白光级别和上述一些强度级别以保持增益恒定，从而增强探测小SD缺陷27的敏感度。另一斜率在上述级别之上通过，从而饱和像素保持其“白光”特性以实现更佳的视觉一致性。
[0082]在一个双斜率校正的示例中，通过乘以约0.75将从0DN-170DN的灰度级映射为0DN-128DN，从而170DN背景在目标强度处被平坦化。170DN-25OTN的值乘以(255-128)/(255-170) ^ 1.5，从而源图像中的饱和25OTN仍能达到平坦化图像的饱和度。在图像相对暗(指的是64DN)且需增至目标平坦视场128DN的示例中，值被乘以128/64 = 2。借由这种方式，在最终输出图像中，大于约128DN的强度值可被完全饱和化(25OTN)。
[0083]采用双斜率校正，例如，大于64DN的值也可被乘以(255-128) / (255-64) 67，从而输出图像中，原始图像中强度级别在128和255之间的细节仍可具有一些特征。
[0084]使用三斜率校正可获得进一步的改善。三斜率校正的一个示例具有中心斜率(典型地为I)以减少背景强度(指的是+/-20或30DN)附近强度细节的损失。该斜率随后被调节为低于和高于中心区域以压缩或扩大其余的DN值以映射至全部可用的动态范围。
[0085]图13是示出这种三斜率校正的示例的图表。图13示出了对于目标平坦视场强度It为128DN且参照(背景)图像强度Ik为170DN的极端示例响应，输出强度Iqut(数字表示，DN)随原图像强度Ikaw(单位DN)的图表。DN范围为0-255，255表示饱和。斜率最陡的区域响应于较大的数字检查图像110内缺陷图像27的位置。
[0086]当梯度背景(例如，170DN对128DN)使得数字检查图像已经较亮，则通过乘以128/170(约0.75)，增益校正减低了亮区域中的强度。然而25OTN的饱和信号被降低至192DN,从而不再呈现为饱和。
[0087]在进行视场平坦化(B卩，去除数字检查图像中的强度梯度)中，可在图像中没有样本的情况下采集参照图像。若调节梯度照明时背景发生任何变化，需采集新的参照图像。但通过使用SD强度大致等于背景强度处的SD强度的导数最大的技术，仅需要图像传感器58的动态范围内的绝对强度。这就避免了在组装光学检查设备10时，照明一旦变化就需要采集参照图像。
[0088]轴上照明
[0089]在一些情况中，对于光学检查玻璃板20的SD缺陷27，轴上照明是期望的。而对于光学检查站8被设置为用于离轴梯度照明的情况，由反射漫射器34(图1)反射的轴上光线可能成为与轴上测量干涉的虚拟光源。
[0090]图14是与图1相似的光学检查站8和光学检查设备10的示例性实施例的示意图，但其进一步包括发射光线202的轴上照明源200。因而，图14的光学检查设备10可对玻璃板20进行轴上检查和离轴梯度检查。
[0091]数字照相机50包括沿设备轴Al布置的分束器210，从而来自轴上照明源200的光线202沿设备轴Al被反射且在随后被成像透镜56聚焦至玻璃板20的外壳前端16和前表面22之间的焦点位置204。在一个示例中，焦点位置204距玻璃板20的前表面22 (朝着数字照相机50)聚焦距离Df。在一个示例中，聚焦距离Df在4mm至6mm的范围内。聚焦的光线202在焦点位置204发散，并照射玻璃板20的前表面22和后表面24。第一量的聚焦光202被这些表面反射为发散光并形成反射光202R，且返回至数字照相机50，用于缺陷分析。因而，第一量的聚焦光对轴上数字检查图像作出贡献。
[0092]聚焦光202未偏转的发散部分照明了反射漫射器34的轴上部分212。反射漫射器34随后反射并漫射光202以形成具有大致减弱强度的漫射的反射光202D。漫射的反射光202D作为虚拟光源VLS从背面照明玻璃板20。从而，数字照相机50接收穿过玻璃板20的、漫射的反射光202D形式的第二量的光。数字照相机50根据漫射的反射光202D形成散焦的数字检查图像。该第二量的漫射的反射光202D形成轴上数字检查图像，且并不实质地降低数字检查图像相应于玻璃板20的前表面22和后表面24的部分的对比度。从而，来自玻璃板20的反射光202R可用于缺陷分析。在一个实施例中，数字照相机50接收的第一量的反射光202R为漫射的反射光202D的量的至少两倍，而在另一实施例中，且为漫射的反射光的量的二至五倍。
[0093]如上所述，轴上光202被聚焦至距玻璃板20聚焦距离Df的焦点位置204。从而，当光202的圆首次入射在玻璃板20上时，是非常集中的，从而可有效地使用光，即被玻璃板20的前表面22和后表面24相对强地反射。同样，当SD缺陷27对焦时，漫射的反射光202D散焦。因而，反射漫射器34中可能存在的任何特征被消除，并不恶化轴上数字检查图像。光线202的扩大的轴上光束增加了反射漫射器34位置的灵活性。
[0094]在示例性实施例中，反射漫射器34的漫射器30可调节漫射的反射光202定向的角度。在一个示例中，借由可操作地连接至漫射器30和外部控制器101的漫射器控制器33可配置漫射器30，以提供定向的范围，从朗伯(“cose ”)至高度定向(例如，COsN0，其中N = 2，3，等)。反射漫射器34还可与设备轴Al成角度(即，非如图9所示的直角)。
[0095]图14的光学检查站8的配置使得能够在存在反射漫射器34的情况下对SD缺陷27进行轴向照明检查，漫射器用于如上所述的离轴梯度照明检查。这避免了需要再配置光学检查站8以缓解或消除反射漫射器34对轴向照明检查的任何负面影响。
[0096]在不背离所附权利要求定义的本实用新型精神或范围的情况下，对本文描述的本实用新型的优选实施例进行各种修改对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，本实用新型覆盖了在所附的权利要求及其等同体的范围内提供的修改和变型。
【权利要求】
1.一种用于探测表面不连续缺陷的光学检查设备，用于探测具有前表面和后表面的玻璃板中的表面不连续缺陷，其特征在于，所述光学检查设备包括: 布置为与玻璃板的前表面相邻且沿设备轴的数字照相机，所述数字照相机具有用于采集玻璃板的检查区域的数字检查图像的二维图像传感器； 布置为沿设备轴且与玻璃板的后表面相邻并隔开的反射漫射器，其中，所述数字照相机在所述反射漫射器处具有一接受圆；以及 布置为从前表面通过玻璃板的梯度照明光线以在所述反射漫射器上形成梯度照明区域的梯度照明源，其中，所述数字照相机的接受圆与梯度照明区域部分地重叠并且由于检查区域中存在表面不连续缺陷而可以相对于梯度照明区域而偏移。
2.如权利要求1所述的用于探测表面不连续缺陷的光学检查设备，其中，在梯度照明区域的边缘处发生了所述接受圆和所述梯度照明区域的部分重叠，其中所述梯度照明区域在其边缘处最暗。
3.如权利要求2所述的用于探测表面不连续缺陷的光学检查设备，其中，所述梯度照明区域包括与该边缘相邻且具有恒定强度的子区域。
4.如权利要求3所述的用于探测表面不连续缺陷的光学检查设备，其中，恒定强度子区域与接受圆在接受圆偏移的方向上具有大致相同的尺寸。
5.如权利要求1所述的用于探测表面不连续缺陷的光学检查设备，其中，梯度照明区域在接受圆偏移的方向上具有线性的强度变化。
6.一种用于探测表面不连续缺陷的光学检查设备，用于光学地检查玻璃板的表面不连续性，所述玻璃板具有前表面和后表面，其特征在于，所述光学检查设备包括: 布置为与玻璃板的前表面相邻且沿设备轴的数字照相机，所述数字照相机具有用于采集玻璃板的检查区域的数字检查图像的二维图像传感器； 布置为沿设备轴且与玻璃板的后表面相邻并隔开的反射漫射器，其中所述数字照相机具有一接受圆； 布置为提供沿设备轴的共轴照明的共轴照明源，其中，共轴照明被聚焦为相邻于玻璃板的前表面； 其中，第一量的共轴照明被玻璃板的前表面和后表面反射，并对数字检查图像的形成作出贡献； 其中，第二量的共轴照明被反射漫射器反射为漫射的反射光，并对数字检查图像的形成作出贡献；以及 其中，第一量的反射的共轴照明为第二量的漫射的反射光的至少两倍。
7.如权利要求6所述的用于探测表面不连续缺陷的光学检查设备，其中，第一量为第二量的二至五倍。
8.如权利要求6所述的用于探测表面不连续缺陷的光学检查设备，其中，共轴照明距玻璃板的聚焦距离在4mm至6mm之间。
【文档编号】G01N21/958GK203965344SQ201420197883
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年2月26日 优先权日:2013年2月26日
【发明者】W·J·弗纳斯 申请人:康宁股份有限公司