用于光学检查的非成像相干的行扫描仪系统和方法技术方案

公开了用于测量透明片材中的至少一个缺陷的非成像相干的行扫描仪系统。所述系统包括产生相干的发散的激光线光束的激光器系统以及从中形成准直的激光线光束的圆柱形的光学系统。可移动支撑件支撑并且移动所述透明片材，从而在扫描期间所述准直的激光线光束扫描所述透明片材并且通过所述透明片材的一部分和至少一个缺陷。行扫描传感器系统接收传输的准直的激光线光束以及由缺陷重新定向的光束部分。结果是干涉图像具有代表透明物体中的至少一个缺陷的至少一个相干缺陷特征。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本申请根据35U.S.C.§119要求享有于2013年12月23日提交的美国临时申请S/N61/919959的优先权，本申请以其内容为基础，并且其全部内容通过参照被包含在本文中。
本公开涉及光学检查，并且尤其涉及非成像相干的行扫描仪系统和方法，用于执行对透明物体(诸如透明片材，包括弯曲的透明片材)的光学检查。
技术介绍
光学检查系统和方法用于检查各种不同类型的物体，以评估物体是否满足某种制造规格。最常见类型的光学检查系统形成物体的图像，并且随后分析图像，例如在图像上执行图像处理。许多形成图像的光学检查系统是相当复杂的，例如利用成角度的光路以及相当大数量的光学部件来进行成像。而且，许多形成图像的光学检查系统被设计成测量具有平坦表面的物体。已经证明难以进行光学检测的一类物体是弯曲的透明片材(sheet)，诸如玻璃片材。弯曲的表面要求使用大景深的成像系统。而且，如果弯曲的透明片材大，则试图捕获整个弯曲的透明片材的图像是困难的。此外，成像系统的分辨率经常需要是高的，以检查非常小的缺陷，例如小至5μm的缺陷。不幸地，高成像分辨率同样意味着相当浅的景深(例如，大约±50微米)，这比典型的透明片材(尤其是弯曲的透明片材)的厚度要小得多。
技术实现思路
本公开的一个方面是一种非成像相干的行扫描仪系统，用于测量具有前后表面的透明片材中的至少一个缺陷。所述系统沿着光轴依次包括：激光器系统，在沿着光轴的方向上产生相干的发散的激光线光束；圆柱形的光学系统，沿着光轴设置并且接收所述发散的激光线光束并且从中形成准直的激光线光束；可移动支撑件，邻近所述圆柱形的光学系统设置并且位于所述圆柱形的光学系统的下游，而且适合于支撑所述透明片材并且相对于所述准直的激光线光束移动所述透明片材，从而当所述透明片材在通常垂直于光轴的方向上平移时，所述准直的激光线光束通过透明片材的一部分和至少一个缺陷；以及行扫描传感器系统，沿着光轴设置并且位于所述可移动支撑件的下游，以接收传输通过所述透明物体并且通过至少一个缺陷的所述准直的激光线光束，从而产生具有代表所述透明物体中的至少一个缺陷的至少一个相干缺陷特征的干涉图像。本公开的另一方面是以上描述的非成像相干的行扫描仪系统，其中所述行扫描传感器系统包括可操作地连接到帧捕获器的行扫描传感器，并且其中所述行扫描传感器捕获线性数字帧，而且所述帧捕获器协调所述线性数字帧的捕获与所述透明片材的移动。本公开的另一方面是以上描述的非成像相干的行扫描仪系统，其中所述行扫描传感器系统进一步包括计算机，所述计算机可操作地连接到所述帧捕获器并且汇编来自所述帧捕获器的线性数字帧，以便形成干涉图像。在一种示例中，所述计算机被配置成具有体现在计算机可读介质中的指令，所述指令导致计算机从所述线性数字帧中形成干涉图像并且处理所述干涉图像的至少一个相干缺陷特征，以计算由至少一个缺陷引起的光焦度重新分配量。在一种示例中，所述计算机被配置成具有体现在计算机可读介质中的指令，以便基于至少一个相干缺陷特征确定至少一个缺陷的一个或多个表征。该表征可以包括参照来自先前被表征的缺陷的相干缺陷特征的数据库。本公开的另一方面是一种非成像相干的行扫描仪系统，用于表征透明片材的至少一个缺陷。所述系统基本上沿着光轴按顺序包括：激光器系统，沿着光轴产生相干的发散激光线光束；圆柱形的光学系统，沿着光轴设置并且接收所述发散激光线光束，并且从中形成准直的激光线光束；可移动支撑件，适合于支撑所述透明片材并且在通常垂直于光轴的方向上移动所述透明片材；以及行扫描传感器系统，相对于所述可移动支撑件设置，以便限定工作空间，所述行扫描传感器系统适合于接收传输通过所述透明片材并通过至少一个缺陷而没有穿过所述工作空间中的具有光焦度(power)的任何光学元件的准直的激光线光束，并且从传输的准直的激光线光束中形成干涉图像，所述图像具有对应于至少一个缺陷的至少一个相干缺陷特征。本公开的另一方面是一种检测(或者检测并表征)透明片材中的至少一个缺陷的非成像方法。所述方法包括：将相干的激光线光束传输通过所述透明片材，同时在通常垂直于所述激光线光束的方向上平移所述透明片材；利用行扫描传感器系统接收并检测传输的相干的激光线光束，所述行扫描传感器系统在所述行扫描传感器系统和所述透明片材之间限定了一个工作空间，其中传输的相干的激光线光束通过至少一个缺陷和所述工作空间，从而所述行扫描传感器系统形成包括至少一个相干缺陷特征的干涉图像，并且其中在所述工作空间中不存在具有光焦度的光学部件；并且从至少一个相干缺陷特征中确定至少一个缺陷的一个或多个表征。在下面的详细描述中阐明了另外的特征和优势，并且在某种程度上对于本领域技术人员而言，通过说明书将是显而易见的，或者通过实施本文在书面的说明书和权利要求书以及附图中描述的实施例而意识到。将要理解，前面的概述和后面的详细说明仅仅是示例性的，并且旨在提供一种概述或构架，以便理解权利要求的性质和特征。附图说明包含的附图用于提供进一步的理解，并且被包含在该说明书中，而且构成了该说明书的一个部分。附图阐明了一种或多种实施例，并且和详细说明一起用于解释说明各种实施例的原理和操作。同样地，结合附图，通过下面的详细描述，将更加充分地理解本公开，其中：图1A是具有前后弯曲表面的一种示例透明片材的立视图；图1B是沿着线a-a截取的图1A的透明片材的横截面图，示出了一种具有基本同心的顶表面和底表面的示例片材；图2是非成像相干的行扫描仪系统的示例实施例的示意图，所述系统用于光学地检查诸如在图1A和1B中示出的透明片材；图3是被在x-方向上沿着导轨平移以实现相对于透明片材扫描准直的激光线光束的可移动平台可移动地支撑的透明片材的前视图；图4是由图3的非成像相干的行扫描仪系统捕获的示例干涉图像的示意图，并且示出了两个示例相干缺陷特征；图5是利用示例非成像相干的行扫描仪系统捕获的实际干涉图像的相干缺陷特征的特写视图，该系统采用单个平凸的透镜元件作为圆柱形的光学系统；图6是示例透明片材的特写示意图，伴随着准直的激光线光束及其基本平面的波前、传输的激光光束及其参照波前，以及重新定向的光部分及其波前，阐明了从透明片材到传感器平面的距离如何改变在传感器平面处记录的相干缺陷特征的尺寸；图7A是示例干涉图像的横截面的强度I(x)相对于干涉图像位置x的示意图，示出了示例相干缺陷特征如何相对于背景强度IBG重新分配光学能量，并且该能量重新分配如何能够用于检测和表征缺陷；图7B是强度I(x)相对于干涉图像位置x的曲线图，类似于用于实际干涉图像的图7A，该图示出了两个相干缺陷特征和背景强度IBG；图8是示例显示器的前视图，包括相对于透明片材的图形表示显示的测量的缺陷的示例图形表示；以及图9A和9B阐明了非成像相干的行扫描仪系统的示例实施例，其中不存在圆柱形的光学系统。具体实施方式现在详细地参照本公开的各种实施例，附图中阐明了其示例。只要有可能，贯穿附图使用相同或相似的参照数字和符号指示相同或相似的部件。附图不必是依比例绘制的，并且本领域技术人员将意识到在那里附图已经被简化，以阐明本公开的关键方面。下面提出的权利要求书被包含在该详细说明中，并且构成了该详细说明的一部分。本文中提到的任何出版物或专利文献的全文通过参本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非成像相干的行扫描仪系统，用于测量具有前后表面的透明片材中的至少一个缺陷，所述系统沿着光轴依次包括：激光器系统，在沿着所述光轴的方向上产生相干的发散的激光线光束；圆柱形的光学系统，沿着所述光轴设置并且接收所述发散的激光线光束并从中形成准直的激光线光束；可移动支撑件，设置成邻近所述圆柱形的光学系统并且位于所述圆柱形的光学系统的下游，并且所述可移动支撑件适合于支撑所述透明片材并且相对于所述准直的激光线光束移动所述透明片材，从而当所述透明片材在通常垂直于所述光轴的方向上平移时，所述准直的激光线光束穿过所述透明片材的一部分和所述至少一个缺陷；以及行扫描传感器系统，沿着所述光轴设置并且位于所述可移动支撑件的下游，以便接收传输通过透明物体且通过所述至少一个缺陷的所述准直的激光线光束，从而产生具有代表所述透明物体中的至少一个缺陷的至少一个相干缺陷特征的干涉图像。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.23 US 61/919,9591.一种非成像相干的行扫描仪系统，用于测量具有前后表面的透明片材中的至少一个缺陷，所述系统沿着光轴依次包括：激光器系统，在沿着所述光轴的方向上产生相干的发散的激光线光束；圆柱形的光学系统，沿着所述光轴设置并且接收所述发散的激光线光束并从中形成准直的激光线光束；可移动支撑件，设置成邻近所述圆柱形的光学系统并且位于所述圆柱形的光学系统的下游，并且所述可移动支撑件适合于支撑所述透明片材并且相对于所述准直的激光线光束移动所述透明片材，从而当所述透明片材在通常垂直于所述光轴的方向上平移时，所述准直的激光线光束穿过所述透明片材的一部分和所述至少一个缺陷；以及行扫描传感器系统，沿着所述光轴设置并且位于所述可移动支撑件的下游，以便接收传输通过透明物体且通过所述至少一个缺陷的所述准直的激光线光束，从而产生具有代表所述透明物体中的至少一个缺陷的至少一个相干缺陷特征的干涉图像。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述行扫描传感器系统包括可操作地连接到帧捕获器的行扫描传感器，并且其中所述行扫描传感器捕获线性数字帧，并且所述帧捕获器协调所述线性数字帧的捕获与所述透明片材的移动。3.根据权利要求2所述的系统，其中所述行扫描传感器系统还包括计算机，所述计算机可操作地连接到所述帧捕获器并且汇编来自所述帧捕获器的所述线性数字帧，以便形成所述干涉图像。4.根据权利要求3所述的系统，其中所述计算机被配置成具有体现在计算机可读介质中的指令，所述指令导致所述计算机处理所述干涉图像的至少一个相干缺陷特征，以计算由所述至少一个缺陷引起的光学功率重新分配的量。5.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，其中所述激光器系统包括至少一个二极管激光器。6.根据权利要求1-5中任一项所述的系统，其中所述透明片材包括玻璃。7.根据权利要求1-6中任一项所述的系统，其中所述透明片材的前后表面中的至少一个具有曲率。8.根据权利要求1-7中任一项所述的系统，其中所述圆柱形的光学系统由单个圆柱形的光学元件组成。9.根据权利要求8所述的系统，其中所述单个圆柱形的光学元件是平凸的圆柱形透镜。10.一种非成像相干的行扫描仪系统，用于表征透明片材的至少一个缺陷，所述系统基本上包括：激光器系统，所述激光器系统沿着光轴产生相干的发散的激光线光束；圆柱形的光学系统，所述圆柱形的光学系统沿着光轴设置并且接收所述发散的激光线光束且从中形成准直的激光线光束；...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·R·策勒三世，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US