JP2013539052A - レトロ反射型撮像 - Google Patents

Abstract

レトロ反射型レンズの利用を通して基板を撮像し、基盤の欠陥やパターンを検出するための方法、システム、及び装置である。光撮像の利用を通して、基板におけるサイズ、精密さ、明晰さ、及び画質の改良された対象の光学的影響を得るように光学焦点調整が行われる。そして、これらの画像から得られた撮像データを解析する。明視野データ及び暗視野データ双方が正確かつ信頼できる撮像結果を供給するためにとらえられ解析される。本発明はオンラインにおける視覚上の欠陥及びパターン認識の即時検出、又はオフラインでの非生産時の使用に適している。

Description

本出願は２０１０年１０月８日に出願された米国仮出願第６１／３９１，３０１号の優先権を主張するものである。

本発明は、一般的に、撮像分野に関するもので、特に、基板における欠陥及びパターンを検出するための方法、システム、及び装置に関する。

電気光学的撮像は、基板内部及び基板上における欠陥及び／又はパターンの検出及び識別にしばしば利用される。基板には、金属板、プラスチック又は非金属パネル又は繊維、及びガラスのような、二次材料が含まれる。検査される材料は透明、半透明、不透明、又は反射するものである。

自動検査システムは、基板内部又は基板上の欠陥やパターンを即座に検出するために、電気光学的撮像工程において一般に利用されている。自動検査システムの利用によって、固定されている、又は動いているシートは、人が検査して気付くよりも、欠陥やパターンについてより良好な分解能をもって検査される。従来の自動検査システムは、飛点レーザーシステム、基板焦点カメラシステム、及び基板外焦点カメラシステムが含まれている。これら全てのシステムにより、スキャンされ、得られる画像の分解能は、限定されたものである。

飛点レーザーシステムによると、これらのシステムは基板表面全体にわたってスキャンするレーザーと、いかなる欠陥をも検出するために基板自体に焦点を合わせるレンズを有する。

この方法はガラス産業では広く利用されているものであるが、費用がかかり、複雑である上、限られた画像分解能のものでしかない。

現在利用可能なカメラ撮像システムは、基板に焦点を合わせ、該基板に反射するか、又は該基板を通して伝わる、光エネルギーを生成するための光源を実装する。これら既知の撮像システムのカメラレンズは、基板自体の検査及び基板上部及び内部における欠陥を検出するために、基板自体に焦点を合わせ、基板における画像のみを捕捉する。他のレンズにおいては、照明を当てられた対象物に焦点を合わせる。それにより、対象物の前の障害物の影響は、対象物でとらえられた画像を変形させる。対象物の画像において障害物の影響が示されるエリアは、しばしば曖昧で変形しており、実際の障害物自体の正確な画像ではない。むしろそれは単に、対象物の前に存在する障害物の変形画像である。そのような対象物の撮像の間、対象物の態様の変形された又は曖昧なエリアが観測された場合にわかることは、物体がカメラと対象物の間にある視野を妨害するということである。物体自体の変形についての詳細な情報は得られない。なぜならば、観察されるのは物体妨害効果のみであり、物体自体の観察ではないからである。

飛点レーザーシステムと比して、既知のカメラ撮像システムがより安価な費用、簡便さ、及び高分解能の代替手段を提示するものの、それでもそれら従来のカメラ撮像システムには調整、メンテナンス、エネルギー使用、結果としての画像欠陥、及び欠陥を正確に計測し分類する能力に関して困難性がある。

本発明の一態様によると、本発明は焦点調整レンズ及びセンサーを有する撮像装置の供給、及び基板方向への第１の光路に沿って伝わる光エネルギーの生成、を含む基板の撮像方法を指向するものである。撮像データは光エネルギーが基板に接触することにより基板から検索される。該撮像データを含む光エネルギーは反射装置方向へ、第１の光路に沿って伝わり分岐し続ける。第２の光路内において該撮像データを含んでいる該光エネルギーを戻すために、該撮像データを含む該光エネルギーは、該反射装置に反射する。この第２の光路は該撮像装置方向へ第１の光路に沿って伝わる。焦点調整レンズは、第２の光路内の空間における位置に存在する結像面に焦点を当て、画像は第２の光路内で、撮像データを含む光エネルギーの空間における位置で捕捉される。そして、撮像データは明視野データ及び暗視野データの双方を有する基板の関係部分の光学的影響を明確にするために評価される。

他の態様においては、本発明は基板撮像システムを指向するものであり、該システムには焦点調整レンズ及びセンサーを有する撮像装置と、反射部品とを含み、基板からの撮像データを有する光エネルギーが反射装置に向かって第１の光路に沿って移動し、そして撮像データを含む帰還光エネルギーが撮像装置に向かって第２の光路に沿って移動することを含む。該システムはまた、中央処理装置（ＣＰＵ）、コンピュータ読み取り可能メモリ、コンピュータ読み取り可能記憶媒体、及びプログラム命令のセットと共に、第２の光路内空間の位置にある結像面を含む。第１のプログラム命令は、第２の光路内において、撮像データを含む光エネルギーの空間位置で画像をとらえる。一方、明視野データ及び暗視野データ双方を有する基板の関係部の光学的効果を明確にするために、第２のプログラム命令は、とらえられた画像からの撮像データを評価する。これら第１及び第２のプログラム命令は、コンピュータ読み取り可能メモリを用いてＣＰＵにより実行されるため、コンピュータ読み取り可能記憶媒体に全て保存される。

本発明の特徴は新規であると考えられ、本発明の特徴的な要素は、特に添付の特許請求の範囲に記載している。図面は、説明のみを目的としており、一定の縮尺で描かれたものではない。しかし、構成及び操作方法の両方としての本発明自体は、添付の図面とともに以下の好ましい実施形態の説明を参照することによって最もよく理解できるであろう。
図１は、本発明の様々な態様における利用に適している、透明な基板を通過する光の伝達を示す、撮像アセンブリの透視図を表す。 図２Ａ及び２Ｂは、透明な基板を通過して光源から伝達される光を有する、図１の撮像アセンブリの上面図及び側面図をそれぞれ表す。 図３Ａ及び３Ｂは、図２Ａ及び２Ｂにおける光エネルギーが、回帰反射体に反射し、透明な基板を通過して後方へ伝達された状態を示す、上面図とそのＡ−Ａ’線に沿った部分断面図をそれぞれ表す。 図４Ａ及び４Ｂは、本発明における利用に適している、他のビームスプリッター撮像アセンブリを表し、それぞれ、回帰反射体に反射した光エネルギーの上面図と、Ａ’−Ａ線に沿った部分断面図を表す。 図５は、本発明の様々な態様における利用に適している撮像アセンブリを表し、基板表面に反射した光の伝達を示している。 図６Ａ及び６Ｂは、光源から伝達され、基板表面に反射する光を有する、図５の撮像アセンブリの上面図と側面図をそれぞれ表す。 図７Ａ及び７Ｂは、図６Ａ及び６Ｂにおける光エネルギーが、回帰反射体に反射し、そして基板表面に反射する状態を示す、上面図とそのＡ’−Ａ線に沿った部分断面図をそれぞれ示している。 図８Ａは、基板を通過、又は基板に反射し、回帰反射体に接触して伝達する光を示す、本発明の撮像アセンブリの上面図を表している。 図８Ｂ及び８Ｃは、図８Ａにおける光エネルギーの上面図と断面図をそれぞれ表しており、該光エネルギーは回帰反射体に反射し、基板を通して伝達するか、又は基板に反射する。また対象の関係部の光学的撮像領域は、該基板及び該回帰反射体双方から離れたところに位置している。 図９Ａは、図８Ｂ〜Ｃの位置９において光学的に撮像された透明なガラス基板における欠陥を表している。 図９Ｂは、位置１０Ａにおいて光学的に撮像された、図９Ａにおけるものと同一の欠陥を表す。 図９Ｃは、位置１０Ｂにおいて光学的に撮像された、図９Ａ及び９Ｂにおけるものと同一の欠陥を表す。 図１０Ａは、図８Ｂ〜Ｃにおける位置９で光学的に撮像された反射性基板の表面における欠陥を表す。 図１０Ｂは、位置１０Ｂにおいて光学的に撮像された、図１０Ａにおけるものと同一の欠陥を表す。 図１１Ａ〜１１Ｃは、図８Ｂ〜Ｃにおける位置９で光学的に撮像されたプラスティックフィルムにおいて観測された様々な欠陥を表す。 図１２Ａ〜１２Ｃは、本発明に基づいて、図８Ｂ〜Ｃにおける位置１０Ｂで光学的に撮像された、図１１Ａ〜１１Ｃにおいて観測されたものと対応する欠陥を表す。

本発明の好ましい実施形態の説明について、図１〜１２Ｃを参照して説明するが、本発明の類似の特徴に対しては、類似の参照番号が付与されている。

本発明の様々な態様は、繊維やシートにおける欠陥やパターンの撮像や検出を改良するレトロ反射型レンズを利用した方法、装置及びソリッドステートシステムを指向するものである。本発明は、オフラインでの利用と同様に、オンライン、自己整合型光撮像モジュールを用いるリアルタイムでの視覚的欠陥の検出やパターン認識を伴う、自動検査工程において利用するのに適している。

本発明の様々な態様によると、対象となる位置にレンズを合わせることにより、光撮像処理の特定時間に、光エネルギーを妨げる、対象の光学的影響の改良された画像が、レトロ反射型部品に反射したエネルギーに得られる。該画像は、これに限定されるわけではないが、拡大された広がり、増幅された鮮明さ、より高度な解像度、追加の視場、及びそれらの組合せを有する欠陥及び／又はパターンを含む、一つ又は一つ以上のより拡大された、対象（interest）の光学的影響をとらえることは明らかであり理解されるべきである。

検出された対象の光学的影響は、基板内部、基板表面に存在し、更には、基板内部及び表面双方に存在することもある。本発明は対象の様々な光学的影響を電気光学的に感知、検出、及び識別する。対象の光学的影響は、光エネルギーを光学的に塞ぐ欠陥であり、以下のものに限定されるものではないものの、ガス状の気泡、筋、水滴、漏斗孔、へこみ、でっぱり、しわ、被覆欠陥、歪み、跳ね返り、大きな傷、小さな傷、皿型、部品を製造するのに利用される金型のふぞろい又は処理における損傷による幾何学的歪み、更には、汚染物質による欠陥などである。また、一つ又は一つ以上の対象の光学的影響は、単一の基板内部又は基板上に存在し、同時に検出することができることは明らかであり、理解されるべきである。

本発明において使用に適した繊維及びシートは、平坦な基板（即ち、平面を有する基板）、又は非平坦な基板（即ち、平らでない表面を有する基板）である。基板は平面及び非平面双方を有していても良い。そのような基板は、透明な素材、半透明な素材、不透明な素材、反射素材、表面に反射被覆を有する素材、又はこれら複合材料の組合せからなるものでもよい。一つ又は一つ以上の態様において、基板は、これに限定されるわけではないが、シートメタル、ガラス、プラスチックシート又は繊維（例えば、プラスチックパネル、プラスチックフィルム、等）、紙のシート又は繊維、或いは、透明、反射、又は表面に反射層を有する、他のいかなる種類の基板をも含む。

本発明において使用に適した基板の多くは、オンライン、工程及び品質管理のための、欠陥検出データのリアルタイムフィードバックを含む工程に頼る、様々な産業のためのものである。それらの産業には、例えば、太陽光発電、ガラスディスプレイ、フレキシブルエレクトロニクス、フィルム、金属、紙、車のボディパーツ（即ち、ボンネット、泥除け、ドア、等のためのプラスチックパネル）、飛行機パネル、電化製品／家具の表面やパネル、薬剤（例えば、薬剤に利用されるフィルム及び／又は紙）、及びその他に係るものが含まれる。

図を参照して説明すると、図１は本発明の様々な態様における利用に適した撮像アセンブリを表す。該撮像アセンブリは、少なくとも、放射源１、レンズ３、第１の反射装置５（例えば、鏡又はビームスプリッタ）、及び焦点調整レンズ１６及びセンサー１７を有する撮像装置１５を有するスキャナ１８を含む。該放射源は、これらに限定されるわけではないが、レーザー、発光ダイオード、可視又は不可視の他の放射源、撮像装置と軸方向に一致し、焦点調整レンズの視界の外側にある光輪、等を含む。発明の理解を容易にするため、放射源はレーザー１として示されている。

レーザー１は、ビーム形成光学部品３を通して伝達される光エネルギー２のビームを生成することにより、第１の光路を引き起こす。レーザー１はガス、又は固体のレーザー、発光ダイオード（ＬＥＤ）、又は他の放射源である。ビーム形成光学部品３は、方位角及び仰角面双方において該ビームの角度を拡大させるために、光エネルギービーム２を拡大させる。形成レンズ３はレーザー１と一体化するか、または該レーザーから分離された異なる部品となる。結果として、通過するか又は反射される基板７に近づくにつれ、より拡大するビーム６を供給するために、拡大されたビーム４は第１の反射装置５に焦点を合わせて反射する。

第１の反射装置５は鏡（図１〜3Ｂ及び５〜７Ｂ参照）又はビームスプリッター（図４Ａ〜Ｂ参照）でもよい。本発明の新規の考えから離れることはないものの、他の反射装置が本発明において利用に適し得ることは理解されるべきである。一つ又は一つ以上の態様において、第１の光路をこれらのコンポーネントから離れた方向へ向かわせ、対象の光学的影響（例えば、欠陥、パターン、もや、等）のために分析される基板方面に向かわせるため、反射装置５は一つもしくは一つ以上の撮像装置の前に設置される。

第１の反射装置５が鏡である態様においては、該鏡は薄くて不透明な反射装置である。例えば、該鏡は前面又は後面の鏡面（例えば、ガラス又はプラスチック）、つやのある金属又は金属化された媒体を含む。鏡がガラス又はプラスチックであるこれら態様では、鏡によって光エネルギーが伝達される。該鏡は焦点調整レンズ１６の小さな部分、多くの部分を覆う、或いは該焦点調整レンズ１６の全てを覆うこともある。また、該鏡は撮像装置１５との関係で調整することができ、それにより様々な画像が違った角度、深さ、サイズ、等において捕捉される。

他の態様においては、第１の反射装置５は、同一の欠陥について多様な視野及び画像を供給するビームスプリッターを利用できる。第２の反射装置１２から異なった距離分離れた箇所において、同一の対象の光学的影響（例えば、欠陥やパターン）をとらえるために、複数の撮像装置１５、１９、等と組合せたビームスプリッターを利用することにより、各撮像装置の焦点調整レンズを、空間における異なった面に焦点を合わせることができる。これにより、本発明の部品（例えば、エレクトロニクスやソフトウェア）が、分析や相互比較のために同一の対象の光学的影響の異なった写真ビューを利用したり、撮像データや対象の光学的影響についての情報を推定することを可能とする。基板自体のみにおける対象の光学的影響の撮像では、それは可能ではない。

第１の反射装置５がビームスプリッターである態様では、該ビームスプリッターの一部は、第１の光路を基板７の方向へ向かわせる。該ビームスプリッターの他の部分は、反射した第２の光路を一つ又は一つ以上の撮像装置の方向へ分割させる。つまり、ビームスプリッターの利用は、第２の光路において妨害を受けていない帰還エネルギーの集合体が、一つ又は一つ以上の撮像装置に進入することを可能とする。

例えば、図４Ａ〜Ｂを参照すると、ビームスプリッターは、第２の光路において帰還光エネルギーを、第１の撮像装置１５の方向へ第１の帰還エネルギー経路に沿って、そして第２の撮像装置１９の方向へ第２の帰還エネルギー経路に沿って反射することができる。このように、第２の光路の光エネルギーは、一つ又は一つ以上の別個の撮像装置（例えば、撮像装置１５及び１９）により撮像される。この方法により、一つ又は一つ以上の対象領域において、欠陥やパターン等に関連する追加の光学的データを抽出したり集めたりするために、それら領域の多重画像をとらえることが可能となる。

再び図１〜３Ｂを参照すると、一つ又は一つ以上の態様において、基板７は透明である。例えば、該基板は、これらに限定されるわけではないが、プラスチックフィルム又はガラスを含む素材の透明な繊維又はシートである。基板７が透明である態様において、光エネルギービーム６は基板７とその前面で接触し、基板７を通って全体的に伝達され、該基板の後面において送出される。光エネルギービーム６が透明な基板７と接する箇所は、基板７にあるスキャン線９と一致する。第１の光路に沿って基板から出現する光エネルギービーム１１は、更に拡大する。それと共に、光エネルギービーム２、４、６及び１１は第１の光路を構成する。

図２Ａは、第１の光路が透明な基板を通過するところを示しており、Ａ’‐Ａ線に沿った断面図が図２Ｂに示されている。第１の光路は該基板の後面において第２の反射装置と接触し、該基板はその反射面に第１の光路の光エネルギーを反射させ、それを帰還エネルギーとして第２の光路１４に沿って発射する（図３Ａ）。第２の反射装置１２は、所望の方向においてその表面に光エネルギーを反射させる、いかなるタイプの反射又は分岐媒体である。本発明を限定する意図はないが、一つ又は一つ以上の態様において、第２の反射装置には、これに限定されるわけではないが、レトロ反射型媒体、放射散乱型スクリーン、等が含まれる。レトロ反射物を備える態様において、該レトロ反射物は、様々な方向において第１の光路からの光を反射させるために、その表面において多数のガラスの球体、立方体、プリズム、又は他の装置を有する細長い部品である。このレトロ型反射物はレーザービームと一直線になっていることが好ましい。

図３Ａ及び３Ｂの上面図及び側面図をそれぞれ参照すると、第２の光路の帰還エネルギー１４は透明な基板７を通過し、第１の反射装置５、及び焦点調整レンズ１６及びセンサー１７を有する撮像装置１５双方の方向へ戻るように示されている。第１の光路光エネルギーが第２の反射装置１２に近づくにつれて、該光エネルギーは分岐し、第１の光路が第２の反射装置に接触する箇所で最も大きな寸法を有する（図２Ａ参照）。第２の反射装置１２は該光エネルギーを受け取り反射させる。該光エネルギーは第１の光路の発生経路、少なくとも光エネルギービーム６及び１１に沿って戻される。すなわち、第２の反射装置１２から戻されたエネルギーは、原則的に、第１の光路の投影されたエネルギーと同じ面に沿って伝達する。この帰還エネルギーは、第１の光路からの少量の分岐を有する。例えば、第２の光路１４は、約２度かそれ以下の角度で第１の光路から分岐する。第２の光路１４におけるこの分岐は一つ又は二つの面で増大し、例えば、高さ（例えばピッチ）及び方位角（例えばヨー）双方において増大する。

図５〜７Ｂを参照すると、基板が透明なものであるというよりは、基板が反射する、又は反射面を有しており、該基板は対象の光学的影響について分析される必要がある。例えば、該基板はアルミ箔のシートでもよく、又は、紙又はコーティングを施したガラスのように、表面に反射層を有する無機素材のシート又は繊維でもよい。

図５に示されるように、システムは放射源１、レンズ３、第１の反射装置５、焦点調整レンズ１６及びセンサー１７を有する撮像装置１５（又は上記の通り、二つ又は二つ以上の撮像装置１５、１９を有する）、及び第２の反射装置１２を含む。しかしながら、分析される基板が反射する態様において、そのような分析のために利用される全ての部品は、スキャン、撮像、及び分析される基板表面の前に存在、又は設置される。

具体的には、透明な基板の分析を含む態様においては、放射源１、レンズ３、第１の反射装置５、及び撮像装置１５は全て該基板の第１面（又は前面）にある。一方、第２の反射装置１２は該基板の第２の異なった面（又は後面）にある。しかしながら、基板７が反射する場合には、図５〜７Ｂに示す通り、第２の反射装置１２は、放射源、レンズ、第１の反射装置、及び撮像装置と同じ基板の面にある。分析される基板７が反射する態様の場合、光エネルギービーム６は基板７の第１面で同基板に接触し、第２の反射装置１２の方向に向けて、この第１面で反射する。この反射性基板の第１面は、該基板の後面又は前面であることが理解されるべきである。また、光エネルギービーム２、４、６及び１１は、第２の反射装置１２に近づくに連れて分岐する第１の光路を構成する（図６Ａ〜６Ｂ参照）。第１の光路が反射性基板７に接触する箇所は、基板７上のスキャン線９と一致する。

第１の光路が第２の反射装置１２と接触すると、第１の光路の光エネルギーは第２の反射装置１２に反射し、第１の光路の発生経路に沿って戻される。この帰還光エネルギーは、第１の光路の発生経路を越えて分岐及び拡大する（例えば、高さ（ピッチ）及び方位角（ヨー）の方向）第２の光路１４である。この第２の光路１４の帰還光エネルギーは基板の第１面と接触し反射し、第１の反射装置５及び一つ又は一つ以上の撮像装置（例えば、撮像装置１５及び１９）双方の方向に向かう。

図３Ａ〜７Ａを参照すると、第２の反射装置１２の帰還エネルギー１４が透明な基板又は反射性基板のいずれからのものであるかに関係なく、この帰還エネルギー１４は、基板７に近づくにつれて基板７を通って、又はその表面に反射して伝達され集中していく。この光エネルギーは、第１の反射装置５及び撮像装置１５の方向へ伸びるにつれて、集中し続ける。帰還光エネルギーの一部が第１の光路の発生経路に沿って伝達される一方、このエネルギーは第１の反射装置５の上で集中し、遮られる。例えば、第１の反射装置５が鏡である態様の場合、該鏡とセンサー１７は、鏡がセンサー１７を完全に遮るか、部分的に遮るか、又は全く遮らないかに合わせて相互に調整される。

第２の光路１４におけるエネルギーの残りは、第１の光路の発生経路から分岐する。該第２の光路の分岐エネルギーは、第１の反射装置５（例えば、鏡）には戻らず、そしてそれ故に遮られない。本発明の様々な態様によると、この第２の光路の分岐エネルギーは、対象のエネルギーである。

第２の光路１４からの対象のエネルギーは、一つ又は一つ以上の撮像装置（例えば、鏡が利用された場合、撮像装置１５、又ビームスプリッターが利用される場合は撮像装置１５及び１９）に接触し、反射する。前述の通り、各撮像装置１５、１９は焦点調整レンズ１６及びセンサー１７を含む。該撮像装置はライン走査カメラでもよい。センサー１７は、ライン走査カメラで使用されるようなピクセルの直線配列、マトリクス配列、ＣＭＯＳ配列、又は光エネルギーをグレースケール及び／又はカラーピクセル又は画像に変換する他の装置でも良い。

撮像装置１５、１９は、第２の光路１４からの対象のエネルギーを受け、該エネルギーには基板の内部又は上部に存在する、対象の光学的影響に係るデータが含まれている。該撮像装置は、焦点調整レンズ１６及びセンサー１７を通じて、この受け取られた対象のエネルギーをエレクトロニックイメージ又は信号に変換する。光電子増倍管は光エネルギーを電子信号に変換することにも利用される。その場合、焦点調整レンズ１６は、第２の光路１４がそれに沿って、及びそれを通って伝達される、一つ又は一つ以上の異なった結像面に焦点を合わせられる。図８Ａ〜８Ｃを参照すると、第２の光路１４の帰還光エネルギー内にあるこれら一つ又は一つ以上の結像面は、該第２の光路１４に沿った様々な箇所に存在する。

一つ又は一つ以上の態様において、結像面は撮像装置１５、１９と基板７の間の空間内の空間点又は位置にある第１の結像面８である。他の態様では、結像面は基板７と第２の反射装置１２間の空間内の空間点又は位置にある第２の結像面１０である。焦点調整レンズは第三の結像面９にも向けられ、該第三の結像面は光エネルギーが基板と接触する箇所に該当する。そしてそれによって、他の態様はこれら結像面８、９、１０の如何なる組合せにおいても画像を得るステップを含む。

例えば、一つ又は一つ以上の焦点調整レンズ１６（一つ又は一つ以上の撮像装置１５、１９、等における）は、基板内部又は上部における対象の光学的影響に関連する追加データを供給するように、個々の結像面の画像の組合せを同時に得るため、これら結像面８、９、１０の組み合わせに焦点を当てる。焦点調整レンズ１６を異なる結像面８、９、１０に当てることにより、センサー１７が処理された基板７の内部にある欠陥及び／又はパターンを検出する。画像が、結像面８、９、１０のいずれで捕捉されるかにより、欠陥及び／又はパターンは異なって現れる。これらの結像面のうちのいずれかで捕捉される欠陥又はパターンの現れ方は、鏡のサイズの変更、センサーに対する鏡の位置の変更、又は、鏡を代替光学装置（例えば、ビームスプリッター、偏光フィルター、等）と入れ替えることによっても変化する。更に別の態様では、第２の光路内の帰還エネルギーを、撮像装置１５への進入前に変更するために、追加の光学部品が撮像装置１５と第１の反射装置５の間に置かれる。

本発明の様々な態様において、基板の画像又は一連の画像は、第２の反射装置１２から少し離れた結像面における第２の光路１４の帰還エネルギーにおいて捕捉されのが好ましい。第２の反射装置から少し離れた空間内における欠陥及び／又はパターンの画像を写真で捕捉することにより、基板自体において直接捕捉される画像と比較して、捕捉することが容易となり、品質良くより大きなサイズの画像となる。帰還エネルギーにおいて捕捉された画像は、そのようなエネルギーが基板と接触する前に、基板自体で捕捉された画像におけるのと同じものが、それよりも約２〜２２倍のいずれかの大きさで捕捉された欠陥又はパターンを有する。画像が撮られる場所が第２の反射装置１２に近ければ近いほど、画像サイズがより大きくなり、また、画像において捕捉される対象の光学的影響の質がより良くなる。

撮像装置は、結像面８、９、１０いずれか、又はその組合せにおいて一連の画像を得る。例えば、撮像装置は一連の画像フレームを捕捉するライン走査カメラである。それら一連の画像の各画像は、焦点調整レンズ１６が焦点を当てている特定の結像面において基板７の画像のスライスを現す。撮像装置が一連の画像フレームを捕捉する割合は、基板７がコンベヤーベルトに沿ってトラック又はローラー上を方向１３へ動くスピードと関係するのと同様に、撮像装置のシャッタースピードに関係している。基板はスキャナ１８と関係する方向１３へ動く。一つ又は一つ以上の態様において、レーザー１、レンズ３、鏡５、撮像装置１５、焦点調整レンズ１６及びセンサー１７は機械的に相互に関連付けられており、作動中は、相互及び基板７と関連しては動かない。

本発明のシステムはまた、基板内部における対象の光学的影響を検出するため、得られた一連の画像を分析するために、電子部品や一つ又は一つ以上の命令のセット（例えば、ソフトウェア）を含む。前述の通り、これらの対象の光学的影響は、それらに限定されないが、欠陥、撮像パターンを含み、及び／又は処理された基板７におけるもやの総量を測定する。これら全ての対象の光学的影響は、検出可能で計測可能な方法での、光エネルギーの向上、減少、変形、及び／又は分岐（即ち、光エネルギーを塞ぐ）を可能とする。そうすることにおいて、とらえられた複数の画像フレーム又は一連の画像は、基板の本質的な３Ｄグラフィック表示を生成するために利用され、そこには基板内部又は基板表面上の欠陥、パターン、及び／又はもやが含まれる。このデータを利用して基板のトポグラフデータも生成される。

図８Ａは、基板を通るか、又は基板に反射して伝達された第１の光路の投影されたエネルギーを表している。この投影されたエネルギーが第２の反射装置１２に近づくにつれて、撮像された基板７の撮像データ２８は分岐（即ち、拡大）する第１の光路に沿って伝わるにつれて、拡大していく。図に示すとおり、第２の反射装置１２に近づくにつれて、撮像データ２８は拡大していく。

図８Ｂを参照すると、第１の光路が第２の反射装置１２に接触するに際して、光エネルギーは反射面に反射し、戻される第２の光路１４において更に拡大する。そして、図８Ｃに示すように、光エネルギーは第２の反射装置１２からスキャナ１８の撮像装置の方向へ集中していく。基板の撮像データはこの第２の光路１４においてもさらに拡大し、それにより、撮像データの最大領域１０Ｂは第２の反射装置１２の最も近くに位置し、基板７に近づくにつれてサイズが小さくなる。例えば、第２の光路１４内において、撮像データ領域１０Ａは、撮像データ領域１０Ｂに比べて小さい。

本発明の様々な態様によると、第２の光路１４内の空間にある撮像面、好ましくは第２の反射装置１２に近い撮像面にレンズ１６の焦点を当てることにより、欠陥、パターン、及び／又はもやの画像が、サイズ、明瞭さ、質、及び検出能において著しく増加及び／又は向上する。空間において画像が撮られる距離は、分析される基板の物理的及び／又は化学的性質によって決まることは理解されるべきことである。基板と第２の反射装置１２間の距離は、基板の素材自体によって変化させることもまた理解されるべきである。この距離は、第２の反射装置１２が基板から好ましいだけ離れた箇所に位置するように選ばれ、それにより、第１の光路の光エネルギーは適切に捕捉され、戻されることができる。

図８Ｂ及び８Ｃは、本発明に基づいて改良された撮像結果を得るために、一つ又は一つ以上の撮像装置により捕捉される撮像データ（例えば、領域１０Ａ及び／又は１０Ｂを有する結像面１０）を有する対象の複数の結像面領域を示している。本発明において、帰還エネルギー内の対象の結像面領域は、基板と撮像装置間の配設位置の空間内にも存在し得る。例えば、追加の撮像データを供給する光学的画像の異なった視野を得るために、焦点調整レンズ１６は結像面８に焦点を合わせられる。

追加の撮像データは明視野データ及び暗視野データの双方の捕捉を含む。保存された捕捉画像データ及び本発明の結果において、灰色点及び光点双方が捕捉される（例えば図９Ａ〜９Ｃを参照。以下において詳述する。）。図９Ａ〜Ｃにおける灰色点は光が対象の光学的影響によって（例えば気泡により）吸収される一方、図９Ｂ〜Ｃにおける光点（基板とレトロ型反射物の間で撮られた。）は、屈曲光エネルギーである。この屈曲された光（即ち光点）は、灰色点として検出されて示される対象の光学的影響に加えて、基板内部にある追加の対象の光学的影響（例えば、追加の欠陥、パターン、等）を表している。これら追加の欠陥は、画像における灰色点により表された、対象の光学的影響の一部であり、又はそれにより生じる。灰色点から集められたデータは、明視野データと称され、一方、光点から集められたデータは暗視野データと呼ばれる。そのようにして、空間における欠陥の画像をとらえる本発明の光学的撮像とともに、二つの光学的データフィールドからの追加撮像データが得られる。とりわけ、明視野データ及び暗視野データ双方は同時に得られる。比較するに、基板自体で欠陥の画像を捕捉する場合（例えば図９Ａ参照）、明視野データ（即ち、灰色点）のみが得られる。

分析される基板の第１面における撮像装置では、光学撮像装置（例えば、カメラ）は第２の光路１４の対象の帰還光エネルギー経路の近傍に位置づけることもできることは理解されるべきである。例えば、透明な基板の場合、光学撮像装置は該基板の後面に位置することもでき、それにより、結像面領域１０Ａ及び／又は１０Ｂ内で画像をとらえるために、光学撮像装置は該基板と第２の反射装置１２の間に存在することになる。そのような画像はこれら領域１０Ａ及び／又は１０Ｂの側面画像としてとらえられる。更に、図３Ａ〜Ｂに示すように、光学的撮像装置は第２の光路１４の直接路内にもまた位置することができる。それにより、領域１０Ａ及び／又は１０Ｂの対象の光学的影響の側面画像と共に正面画像が同時に得られる。基板が透明である場合、側面画像を得るために、該基板と第２の反射装置１２の間より高い位置に、一つ又は一つ以上の光学的撮像装置が位置し得ることは理解されるべきである。更に、これら結像面領域の上面又は底面をそれぞれ捕捉するために、撮像装置はそれらの対象の領域より高い、又は低い位置に供給される。

限定する意図はないが、以下の実施例は、図９Ａ〜１２Ｃに示すように、本発明による撮像結果についてのものである。

図９Ａ〜９Ｃは欠陥（検出）のためのガラス基板分析結果を示している。撮像装置１５を備えるスキャナー１８は該ガラス基板の第１面に位置し、第２の反射装置１２は該ガラス基板の第２面に位置する。光エネルギーは、対象の第２の光路１４を生成するために、該ガラス基板を通って伝達し、第２の反射装置に反射する。焦点調整レンズ１６は第２の光路１４に沿って、そしてその内部で様々な結像面９、１０Ａ及び１０Ｂ（即ち、対象領域）に焦点を当てられる。ガラス基板内部でガス状の気泡が検出され、光を当てられた円（即ち、光を当てられ、黒インクリングとともに撮像されている）の中心における黒点として示されている。

図９Ａは基板にある結像面９で撮像されたガス状の気泡を示している。気泡はガラスにおけるガス状の含有物であり、典型的には（気泡の真ん中部分で）吸収され、（気泡の端及び側面で）変形される光を作り出す。図示されているように、撮像されたガラスの気泡は制限された鮮明さや質で辛うじて検出され、小さなサイズで表現されている。基板における欠陥画像を捕捉することにより、明視野データのみが得られる。これにより、欠陥の解釈や識別のための推定や分析を行うことができるデータに制限が加えられる。

図９Ｂは、基板７から約１４”離れた場所にある結像面１０Ａで撮像されたガス状の気泡を示す。上述の通り、この撮像された対象領域は第２光路１４の帰還エネルギー内にある。図示されているように、ガス状気泡の欠陥は、図９Ａにおける基板で捕捉された気泡画像よりも、より検出し易くなり明瞭さや質の向上があり、またサイズもより大きくなっている。図９Ｂは明視野データ及び暗視野データ双方を示している。

結像面１０Ｂで撮像された図９Ａ及び９Ｂのガス状気泡の結果が図９Ｃに示される。この結像面１０Ｂは、結像面１０Ａよりも第２の反射装置１２により近い距離にあり、基板７から約３２”離れ、第２の反射装置１２から約１‐２”離れている（例えば、レトロ反射物の外）。前述の通り、撮像距離は分析される基板の物理的及び／又は化学的性質に拠ることは理解されるべきである。この画像が第２の反射装置１２の近傍で撮られ、それが第２の光路１４の集中する光エネルギーのより大きな断面内であるため、そのサイズは顕著に改善、拡大される。図９Ｃにおけるガス状の気泡は明瞭さや質が顕著に向上し、図９Ａの基板、及び図９Ｂの結像面１０Ａ双方で撮られた気泡画像よりもより大きなサイズとなっている。この図９Ｃに示されている、より大きな画像サイズによって、対象の光学的影響の検出をより容易にすることができる。また、明視野データ及び暗視野データ双方の検出及び捕捉を、図９Ｂよりも良好な状態で提供する。

光エネルギーが第２の反射装置１２と接触したすぐ後に、ガス状の気泡を遮断することにより、該ガス状の気泡とその光学的影響（吸収及び変形）は、より非常に大きく捕捉され、結果としての気泡画像はより多くの光学ピクセルをカバーし、より正しいサイズとなる。このように、ガス状の気泡に係る欠陥検出、サイズ補正、及び分類に導く情報は、本発明の様々な態様により向上する。これにより、より少ない光学ピクセルと処理エネルギーの活用につながり、処理コストの削減が可能となる。

図９Ａ〜Ｃにおける透明な基板の分析に代わり、図１０Ａ〜Ｂに示すように、反射性基板を分析することもできる。該基板は本発明に基づいて処理された反射フィルムであり、これにより、光エネルギーは第２の反射装置１２に反射し、その後、基板表面に反射する。捕捉された欠陥は、例えば、検出可能及び測定可能な方法で光を変形及び／又は分岐させる反射表面内における欠損、へこみ、でっぱりである。

図１０Ａを参照すると、反射性基板における欠陥は、基板自体の箇所に相当する結像面９で撮像されている。図示のように、撮像された欠陥は、限定された鮮明さ及び質で辛うじて検出された状態で、また小さな画像サイズで表される。一方、本発明の図１０Ｂを参照すると、撮像された欠陥は、基板から約３２”離れた場所にある結像面１０Ｂ（即ち、基板との距離に比べて、第２の反射装置１２により近い）において撮像されている。

図１０Ｂの画像は、反射層における欠陥を示しており、サイズが顕著に大きく、検出能、鮮明さ及び質が向上している。これは、第２の光路１４の光エネルギー集中のより大きな断面内であることによる。

図１１Ａ〜１１Ｃは、本発明により撮像されたプラスチックフィルムの他の例を示す。これらの画像において、ゲル及びゆがみ線（図１１Ａ）、ゲル繊維（図１１Ｂ）及びフィルムクレイター（図１１Ｃ）は全て基板自体の箇所に相当する結像面９で撮像されている。見てわかるとおり、欠陥及び／又は歪みは、どうにか検出できているものの、不鮮明で、十分な質ではなく、サイズが小さくなっている。一方、本発明の図１２Ａ〜１２Ｃを参照すると、図１１Ａ〜１１Ｃの撮像された欠陥及び／又は歪みと同一のものが、基板から約３２”離れた場所にある結像面１０Ｂで撮像されている。これらの画像の全ては、容易な検出のために、顕著に増大したサイズを有する欠陥及び／又は歪みを示しており、図１１Ａ〜１１Ｃの撮像結果と比して明瞭さと質が向上している。

それ故、本発明の方法、装置及びシステムは、反射部品からの帰還エネルギーから光エネルギーの撮像されたフレームを提供している。これらの画像は、より大きな画像サイズと同様に、対象の光学的影響のより容易な検出能、またそのような対象の光学的影響の向上した明瞭さと質を有する画像を供給するために、反射部品から少し離れた箇所に存在する空間の点でとらえられる。

本発明の光学的システムはスキャナー１８のような単一のモジュールである。レーザー１、焦点調整レンズ３、第１の反射装置５、及び焦点調整レンズ１６及びセンサー１７を有する撮像装置１５又は１９のすべては、スキャナー１８の単一のモジュールの中にあるのが好ましい。第２の光路１４（即ち、帰還エネルギー）は、焦点調整レンズ１６で集められ、それによりこのエネルギーはセンサー１７に当てられる。このセンサーは撮像装置１５に付されている。本発明の光学的撮像装置は自己整合型であり、故に、自然の光には影響され難く、基板の跳ね返り及び／又は表面の粗さ（即ち、表面の平面性からの逸脱）には影響されない。

本発明の様々な態様において、明視野データ及び暗視野データ双方は空間における一つ又は一つ以上の結像面で供給され、それにより、基板の品質管理のための分析又は検査を容易かつ効果的な方法により行うことができる。複数の結像面データと同様に、明視野データ及び暗視野データは、基板自体で対象の光学的影響を撮像して捕捉されるシステムと比べて、より詳細で広範囲にわたる対象の光学的影響の検査、分析及び判読を可能とする。このように、本発明は即座にそのような対象の光学的影響（例えば、欠陥、パターン、もや、等）を、自動的、そして客観的に評価し、それにより、より良い製造品質や工程管理を提供することができる。

本発明は、物体が阻害する対象における物体のゆがみの影響を単に得る撮像装置とは異なる。前述のように、そのようなシステムにおいては、物体（例えば、欠陥）はカメラと撮像される対象の間にあり、それにより、対象において撮像されたゆがみは、物体が対象を阻害しているか又はその前にあることを示す。どちらかというと、それは単に、ぼやけた、及び／又はゆがんだ物体が存在することを示すためにとらえられる物体収差である。一方、本発明の様々な態様は、実際に対象の光学的影響、欠陥、物体、等、自体を撮像しとらえる。本発明では、反射されたエネルギーにおいて、基板から得られる撮像データの反射データを撮像することにより、対象の光学的影響、欠陥、物体、等、それ自体を撮像する。即ち、基板内部又は上部にあるいかなる対象の光学的影響を捕捉するように、基板画像の反射が捕捉される。即ち、対象の光学的影響、欠陥、物体、等、それ自体が撮像又は捕捉される。このようにして、対象の光学的影響、欠陥、物体、等、の詳細なデータは、本発明に基づき抽出され供給される。

当該技術に関係する人にとって、本発明の態様は、システム、方法、又はコンピュータプログラム製品として実施されるかもしれない。それ故に、本発明の態様は、全体的にハードウェアの態様、全体的にソフトウェアの態様、又は一般的に「システム」として表現される、ソフトウェア及びハードウェアの組合せの態様の形態を取る。更には、本発明の態様は、コンピュータ読み取り可能プログラムコード（即ち、一連の指令）を有する一つ又は一つ以上のコンピュータ読み取り可能媒体に具現されるコンピュータプログラム製品の形態を取り得る。

一つ又は一つ以上のいかなるコンピュータ読み取り可能媒体の組合せも利用できる。該コンピュータ読み取り可能媒体は、コンピュータ読み取り可能信号媒体、又は、コンピュータ読み取り可能記憶装置媒体でも良い。コンピュータ読み取り可能記憶装置媒体は、例えば、これに限定されるわけではないが、電子、磁気、光学、電磁気、赤外線、又は半導体のシステム、装置、又は部品、或いはそれらの適当な組合せである。コンピュータ読み取り可能記憶装置媒体のより具体的な例は次のものを含む（すべてではない）。：一つ又は一つ以上のワイヤーを有する電気的結合、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＰ ＲＯＭ又はフラッシュメモリー、光ファイバー、ＣＤ−ＲＯＭ、光学的記憶装置、磁気的記憶装置、又はそれらの適当な組み合わせ。

本明細書の記載において、コンピュータ読み取り可能記憶装置媒体は、指令実行システム、装置、又は部品による、又はそれらに関連する使用のためのプログラムを含む、記憶、通信、伝播、又は搬送できる有形的表現媒体である。コンピュータ利用可能、又はコンピュータ読み取り可能媒体は、紙でも良く、また、プログラムが印刷されている他の適当な媒体でも良く、例えば、プログラムは紙又は他の媒体を通じて電子的に捕捉することができ、その後、適切な方法でコンパイル、判読、又は処理され、必要であればコンピュータメモリに保存されることに留意すべきである。

コンピュータ読み取り可能信号媒体は、その中に組み込まれたコンピュータ読み取り可能プログラムコードと共に伝達されるデータを含む。そのような伝達される信号は、これに限定されるわけではないが、電磁気的、光学的、又はそれらの適切な組合せを含む形式の多様性を持ち得る。コンピュータ読み取り可能信号媒体は、コンピュータ読み取り可能記憶装置媒体ではなく、指令実行システム、装置、又は部品による、又はそれらに関連する使用のためのプログラムと通信、伝播、又は搬送できるコンピュータ読み取り可能媒体である。コンピュータ読み取り可能媒体に組み込まれたプログラムコードは、これらに限定されるわけではないが、ワイヤレス、有線、光ファイバーケーブル、ＲＦ、等、を含む、適当な媒体を利用して伝送される。

本発明の態様の運用を実行するためのコンピュータプログラムコードは、一つ又は一つ以上のプログラム言語で書かれている。それには、ＪＡＶＡ（登録商標）、Smalltalk、Ｃ++等、のオブジェクト指向のプログラム言語と、Ｃ言語又はそれに類似するプログラム言語のような、汎用型の手続プログラム言語が含まれる。該プログラムコードは、ユーザーのコンピュータで全体的に、部分的に実行され、また、スタンドアローン型ソフトウェアパッケージとして、部分的にユーザーのコンピュータで、また部分的にリモートコンピュータ、又は、全体的にリモートコンピュータ又はサーバーにおいて実行される。後者の場合は、リモートコンピュータは、ＬＡＮ又はＷＡＮを含む、いかなるタイプのネットワークをも通して、ユーザーのコンピュータに接続される、又は、外部コンピュータへの接続が行われる（例えば、インターネットサービスプロバイダを通して）。

特定の好ましい実施形態とともに、本発明を特に説明してきたが、以上の説明を考慮すれば当業者には多くの代替案、修正、及び変形が明らかとなることは明白である。したがって、添付の特許請求の範囲が、本発明の範囲であり、本発明の意図の範囲内にあるこのようなあらゆる代替案、修正、および変形を含む。

Claims (20)

1. 焦点調整レンズ及びセンサーを有する撮像装置を用意し、
   基板に向けて第１の光路に沿って伝わる光エネルギーを生成し、
   該光エネルギーが基板と接触することにより該基板から撮像データを読み出し、該撮像データを含む光エネルギーが反射装置に向けて第１の光路に沿って移動分岐し続け、
   第１の光路に沿って撮像装置に向かって進む第２の光路内で該撮像データを含む光エネルギーを戻すように、該撮像データを含む光エネルギーを反射装置に反射し、
   第２の光路内の空間位置に存在している結像面に焦点調整レンズの焦点を合わせ、
   第２の光路内の空間位置で撮像データを含む光エネルギーの画像を捕捉し、
   明視野データ及び暗視野データの双方を有する基板の対象の光学的影響を提供するように、捕捉された画像から撮像データを外挿する
   ことを含む、基板撮像方法。
2. 基板の対象の光学的影響に係る多重画像を捕捉するように、少なくとも一つ以上の撮像装置が用意される、請求項１に記載の方法。
3. 光エネルギーは放射源から放射される、請求項１に記載の方法。
4. 基板は透明な基板であり、第１の光路及び第２の光路の双方内における光エネルギーは該透明な基板を通じて伝達される、請求項１に記載の方法。
5. 基板は反射性基板であり、第１の光路及び第２の光路の双方内における光エネルギーは、該反射性基板の表面に反射する、請求項１に記載の方法。
6. 基板の方向に向かう第１の光路に向けるための反射部品を更に含む、請求項１に記載の方法。
7. 反射部品は鏡又はビームスプリッターからなるグループから選択される、請求項６に記載の方法。
8. 反射部品は撮像装置の前方に配置され、第１の光路内の光エネルギーを撮像装置から離れた方向へ向かわせる、請求項６に記載の方法。
9. 反射部品はビームスプリッターであり、該ビームスプリッターは、第２の光路内で複数の焦点位置から対象の光学的影響に係る複数の画像をとらえるために、第２の光路内の撮像データを含む帰還光エネルギーを複数の撮像装置に向けて反射する、請求項１に記載の方法。
10. 反射部品は放射線散乱スクリーン又はレトロ反射型媒体からなるグループから選ばれる、請求項１に記載の方法。
11. 結像面は基板と反射装置の間にある空間の空間点に存在する、請求項１に記載の方法。
12. 結像面は撮像装置と基板の間にある空間の空間点に存在する、請求項１に記載の方法。
13. 一つ又は一つ以上の焦点調整レンズを用いた複数の結像面に焦点を合わせ、そして同時にそれら結像面のそれぞれにおいて画像を得ることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
14. 複数の結像面は、基板と反射装置の間全体、撮像装置と基板の間全体、基板と反射装置及び撮像装置と基板の双方の間における位置の組合せ、又は、基板と反射装置の間及び基板に位置する結像面の位置の組合せからなるグループから選択された、第２の光路に沿った位置に有る、請求項１３に記載の方法。
15. 光エネルギーが撮像装置に入る前に第２の光路の帰還光エネルギーを修正するように、撮像装置と反射装置の間に追加光学部品の配置することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
16. 第２の光路における光エネルギーは一つ又は二つの面において第１の光路から分岐する、請求項１に記載の方法。
17. 対象の光学的影響は基板内部又は基板表面における欠陥を含む、請求項１に記載の方法。
18. 対象の光学的影響は基板内部における画像のパターンを含む、請求項１に記載の方法。
19. 対象の光学的影響は基板内部におけるもやを含み、該もやの量を計測することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
20. 焦点調整レンズ及びセンサーを有する撮像装置と、
    反射部品と、
    基板に向かって第１の光路に沿って移動し、基板と接し、基板から撮像データを入手し、次いで反射装置に向かって第１の光路に沿って移動し続ける光エネルギーと、
    第１の光路が反射装置に反射されることにより生成され、撮像装置に向かって移動し、そして撮像データを含む帰還光エネルギーを有する第２の光路と、
    第２の光路内の空間における位置に存在する結像面と、
    中央演算処理装置（ＣＰＵ）、コンピュータ読み取り可能メモリ、及びコンピュータ読み取り可能記憶媒体と、
    第２の光路内で撮像データを含む光エネルギーの空間位置における画像を捕捉するための第１のプログラム命令と、
    明視野データ及び暗視野データの双方を有する、基板の対象の光学的影響を提供するように、捕捉された画像から撮像データを外挿するための第２のプログラム命令と
    を含み、
    第１及び第２のプログラム命令は全てコンピュータ読み取り可能メモリを介してＣＰＵにより実行されるようにコンピュータ読み取り可能記憶媒体に保管されている、基板撮像システム。