JPH0794974B2

JPH0794974B2 - シヤドウマスクの検査方法

Info

Publication number: JPH0794974B2
Application number: JP61108796A
Authority: JP
Inventors: 一生渡辺
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1986-05-13
Filing date: 1986-05-13
Publication date: 1995-10-11
Anticipated expiration: 2010-10-11
Also published as: JPS62265512A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、カラーテレビ用ブラウン管に用いられるシャ
ドウマスクの光学的性質、形状をもつ単位（以下単位パ
ターン）が一次元方向、或いは二次元方向に規則的に繰
り返し配列されている工業製品、あるいは単位パターン
が、その光学的性質、形状及び１次元方向、２次元方向
の配列ピッチが徐々に変化しながら繰り返し、配列され
ている工業製品の単位パターンの形状、大きさ、又は位
置などに起因する光学的性質の不均一性より生ずる斑や
局部的に生ずる欠陥を自動的に検査することができる光
学的な検査方法に関する。

（従来技術）従来、シャドウマスクに生じた斑や欠陥の検査は裸眼ま
たは顕微鏡により目視的な方法に頼るのが通例である。
また、一部のシャドウマスクのように等ピッチ配列の周
期性パターンをもつ工業製品のうちの欠陥についてのみ
を検査する手段として、配列単位及び欠陥の形状を十分
に解像する様な顕微鏡的撮影手段によって得られたビデ
オ信号を調べてパターン認識を行なうか、あるいは欠陥
のないパターンを同様に撮影して得られた信号と比較す
る等の手段により欠陥を検出して検査する方法などが提
案され、一部実施されている例もある。

また、欠陥についてのみ検査する別の手段としてシャド
ウマスクのように周期的な開口をもつ製品については、
コヒーレント光を照射したときの周期性パターンによる
光の回折現象を利用した光学的フーリエ変換空間フィル
タリング法と称される原理を応用した欠陥検査方法が提
案されている。

（発明が解決しようとする問題点）従来の方法によれば、シャドウマスクに生じた斑や欠陥
を検査する工程は、裸眼又は顕微鏡を用いて行なわれる
のが通例であるが、多数の製品を検査するためには、多
大な人手を必要とすることや、さらに官能検査であるた
めに信頼性や検査精度に欠けるなどの問題点があった。

また、顕微鏡的撮影手段によって得られたビデオ信号を
用いた前記方法によれば、検出しようとする欠陥の大き
さに応じた機械的精度が必要となり、微細な欠陥を検出
するためには高精度の装置が必要となるため、装置が高
価となり、また顕微鏡的な撮影であるために一度に処理
できる画面の大きさが小さくなり、検査すべきパターン
全体を検査するのに多大の時間を要するなどの問題があ
った。

さらに、また、光学的フーリエ変換空間フィルタリング
法を用いた前記方法によれば、検査速度、検出感度には
優れているものの被検査パターン毎に空間フィルターを
作成しなければならず、かつ、精密な光学系が必要とな
るために装置が高価となり、さらに、欠陥は検出できる
が、その欠陥開口の基準値に対する大小関係が判別でき
ないなどの問題がある。

上記したビデオ信号を用いた検査方法や光学的フーリエ
変換空間フィルタリング法を用いた検査方法は上記の問
題点を有するのみではなく、さらにシャドウマスクの斑
の検査については全く対応できないという問題点があ
る。

そこで、本発明はシャドウマスクの斑および欠陥を同一
の検査装置を用いて同時に能率良く、高精度に検査する
ことを可能とする方法の提供を目的としたものである。

〔発明の構成〕

（発明を解決するための手段）本発明は、シャドウマスクの単位パターンを充分に解像
しない。又は全く解像しないような大面積の影響視野で
あっても、前記撮影視野を撮像して得られるビデオ信号
にはシャドウマスクの欠陥や開口率に関する情報が含ま
れているという点に着目し、前記ビデオ信号に含まれる
ランダムノイズ成分、シェーディング成分および固定ノ
イズ成分などの不要な成分を消去することによって、シ
ャドウマスクの欠陥や斑に起因する信号成分を抽出し、
該信号成分をもとにシャドウマスクの欠陥および斑の検
査を行なうものである。

そして、前記シャドウマスクのパターンを画像入力装置
により複数の画素に分割して、各画素ごとのディジタル
データとしてフレーム単位に画像メモリに格納し、フレ
ーム単位の画像データを得る手段と、前記画像データを
得る段階で生じたランダムノイズ成分や光源の輝度分布
に起因するシェーディング成分および光学系又は製品に
付着した汚れに起因するパルス性のノイズ（以下固定ノ
イズと呼ぶ）などを抑圧して前記周期性パターンの斑成
分を抽出することによって認識し易くする手段と、以上
のようにして得られた画像データにもとづいて製品の
良、不良の判定を行なう手段とを設け、上記した目的を
達成したものである。

（作用）上記の本発明によれば、ディジタル的な画像処理の手法
を応用してシャドウマスクの欠陥および斑成分の抽出を
行なうことにより、欠陥および斑成分を強調して表示す
ることができ目視検査の工程において、目視認識の補助
手段として用いれば従来の方法では捕え難い欠陥および
斑を同時に容易に認識できるという作用がある。

さらに、また、抽出された前記欠陥および斑成分と判定
規準とを電気的な手段で比較することにより欠陥および
斑検査の自動化が図れるため、多大な人手を必要とせ
ず、製造工程の流れに合わせて迅速に精度のよい検査が
行なえるという作用もある。

（実施例）以下、本発明を図示する実施例にもとづいて、さらに詳
しく説明する。

第１図は本発明に係る方法を実施する装置の一例を示す
ブロック図で、図中１はTVカメラ,2は画像処理装置,3は
制御部,4は画像表示用ディスプレイ,5は駆動機構,6はシ
ャドウマスク,7は拡散板,8は白熱ランプ,9は直流電源,1
0はXYステージを示す。しかして、本発明の動作内容を
説明すると、まず、直流電源９で点灯される白熱ランプ
８と拡散板７から成る透過照明部によりシャドウマスク
６を照明し、TVカメラ１でシャドウマスク６の中の検査
領域を撮影して得られたビデオ信号を画像処理装置２に
入力し、該画像処理装置の中で、該ビデオ信号をA/D変
換し、フレームメモリに格納し、後述の処理を行なうと
共に、制御装置３の制御に従って駆動機構５とXYステー
ジ10から成る被検査体移動機構により前記検査領域を移
動し、シャドウマスク６の欠陥および斑の検査を行な
う。

第２図はシャドウマスク６の一例を示しており、周期的
な開口を単位パターン11として有する周期性のパターン
である。なお、図中、12,13は欠陥のある単位パターン
を示しており、12は周囲の正規な単位パターン開口より
開口面積が小さい場合の一例，また、13は周囲の正規な
単位パターン開口より開口面積が大きい場合の一例を示
している。

第３図（ａ）乃至（ｉ）は画像処理装置２の処理内容お
よびその効果を説明するために各処理工程に対応するデ
ータをアナログ波形として模式的に示したものである。

第３図（ａ）はシャドウマスク６の開口率分布の一例
で、単位パターン11の形状がTVカメラ１のビデオ信号波
形において無視されるような撮像条件、例えば画像処理
装置２のフレームメモリの１画素に対応するシャドウマ
スク６上の単位パターン11が10個程度となるような撮像
条件とした場合について示しており、図中Ａは開口率の
変化が緩やかな部分,Bは開口率が周期的に変化している
部分,Cは開口率の変化が大きく、しかも孤立している部
分，そして、E₁は第２図に示した周囲の正規な単位パタ
ーン開口よりも開口面積が大きい欠陥13のような欠陥部
分にそれぞれ対応している。

第３図（ｂ）は画像処理装置２に入力されたTVカメラ１
の走査線１本分のビデオ信号波形で、第３図（ａ）に示
した開口率分布に対応しており、前記透過照明部の照度
分布のの不均一性、撮像面の感度分布の不均一性などに
よる緩やかな変化を示す信号成分（シェーディング成
分）とビデオ信号の処理回路で発生するランダムノイズ
成分、および光学系の汚れなどによるビデオ信号の局部
的な変化成分（固定ノイズ成分）Ｄが示されている。

第３図（ｃ）は画像処理装置２により前記ランダムノイ
ズ成分を抑圧した結果の画像データを示しており、前記
ビデオ信号をフレームメモリに記憶し、Ｎ枚のフレーム
を加算することによって、フレーム間に変化のない信号
成分は増加するのに対して、ランダムノイズ成分はフレ
ーム間に相関がないため平均振幅でに減衰することを利用してランダムノイズ成分を抑圧し
たものである。なお、フレームメモリはＮ枚用いてもよ
いが、１枚のフレームメモリを巡回型構成で用いること
により同様の効果が得られる。

さらに第３図（ｄ）は被検査体６を微小移動させた後、
上記したランダムノイズ成分の抑圧を行なった結果を示
している。

そして第３図（ｅ）は第３図（ｃ）に示した画像データ
から第３図（ｄ）に示した画像データを減算した結果の
画像データで、第３図（ｃ），（ｄ）の画像データに含
まれるシェーディング成分や固定ノイズ成分で代表され
るシャドウマスク６の微小移動によって変化しない成分
が消去されて、シャドウマスク６の開口率の変化による
成分が抽出され、その結果、低減されたランダムノイズ
成分および前記移動の前後での撮像時の照明光強度や撮
像系の感度の微かな変動などによる画像データの平均値
の変化成分（直流成分）が残るのみであることを示して
いる。なお、シャドウマスク６の微小移動の移動量は、
検出しようとする斑の状態により異なるが、斑の変化す
る周期の増大に伴ってシャドウマスク６の移動量も増加
し、本実施例ではフレームメモリの画素数に換算して２
画素から20画素の範囲が適値である。

以上は、シャドウマスク６を一次元方向に１回微小移動
し、その前後で撮像して得た２画面間の画像データにも
とづいて処理し、欠陥および斑成分を抽出する方法を示
したものであるが、移動前に画面加算を行なって得られ
た画像データタから移動後の画面の画像データを前記画
面加算の回数と同一の画面数分減算しても全く同一な結
果となる。またその際の処理は、１画面分のフレームメ
モリによって行なうことができる。

第４図（ａ），（ｂ）はシャドウマスク６を微小移動さ
せる際の移動方法を説明するために移動位置を模式的に
示したものであり、図中P₀からP₈はシャドウマスク６の
撮像位置に対応している。例えば上記した移動によって
撮像した位置は同図（ａ）のP₀とP₁に相当する。しか
し、斑に関してはこの２箇所から得られる画像データの
みで処理を行なった場合、同図（ａ）のＨ方向に開口率
が変化することによって生じた斑は検出されるが、他の
方向、例えばＶ方向に変化が大きく、Ｈ方向に変化が小
さい斑は検出されないという検出感度の異方性を生ずる
欠点があるが、例えば同図（ａ）のP₀,P₁,P₂,P₃,P₄で撮
像して得た画像データをもとに、P₀とP₁,P₀とP₂,P₀と
P₃,P₀とP₄の組合せで各々について第３図（ｅ）で説明
した処理を行なうことによって各々の方向での変化が検
出できるため前記異方性が解消される。また第４図
（ａ）のP₁からP₈または、第４図（ｂ）のP₁からP₄のよ
うに円周上に配列した各位置での画像データの合計を中
心位置P₀の画像データから減算して得られる画像データ
にもとづいて検出処理を行なっても、上記した異方性が
回避でき、しかも視覚的に反応し易い明るさ分布の曲率
（又は、２次微分値）を近似した値に相当する画像デー
タが得られ、目視検査に近い検査結果となる。

また、第４図（ａ），（ｂ）において、中心点P₀とその
周囲までの距離Ｒはシャドウマスクの移動距離を示して
いる。前記距離Ｒを小さな値に設定すると微細な欠陥の
検出が容易になり、また前記距離Ｒを大きな値に設定す
ると周期の長い、開口率変化によって生じた斑の検出が
容易になるという検出特性がある。従って、前記距離Ｒ
の値は検出しようとする欠陥および斑の性質を考慮して
決定されるものである。

ところで以上はシャドウマスク６の移動方法を中心に説
明したものであるが、各位置で撮像して得られる画像デ
ータには前記したランダムノイズ成分とシェーディング
成分さらに固定ノイズ成分などが含まれており、これら
の不要な成分を低減させる方法を次に述べる。まずラン
ダムノイズ成分は前述した方法と同様にして第４図
（ａ）に示した各移動位置において、複数フレーム分を
加算することで抑圧できる。またシェーディング成分や
固定ノイズ成分は画像データのフレーム数の総和が
「０」となるように画像データの演算を行なうことによ
って消去できる。

例えば第４図（ａ）のP₀の位置で32フレーム分、P₁で８
フレーム分の加算を行ない、P₁での画像データを４倍し
た画像データからP₀での画像データを演算すれば両画像
データが32フレーム分相当の画像データを加算したこと
になるため、該両画像データ間で減算して得た、演算処
理した画像データのフレーム数の総和は「０」となりシ
ェーディング成分や固定ノイズ成分が消去される。

尚、上記の加減乗算は各フレームの画素毎にそれぞれ加
減乗算を行うものである。例えば、P₀の位置及びP₁の各
位置において撮像されたフレーム単位の画像データにつ
いては、撮像されたフレーム単位の画像データの各画素
は、数ビットのメモリにその信号量に応じた値を記録し
ておき、画素毎にデジタル的に加減乗算を行うものであ
る。さらに別の例を示すと、第４図（ａ）のP₁からP₈の
各位置において、それぞれ４フレーム分の画面加算を行
なった場合、P₁からP₈の画像データの加算結果は32フレ
ーム分の画像データの加算結果に相当するから、P₀の位
置で32フレーム分の画像データを加算した結果から減算
すれば上記の例と同様にシェーディング成分や固定ノイ
ズ成分が消去されると共に明るさ分布の２次微分値が得
られる。

さらに、また、以上のような処理によりシェーディング
成分や固定ノイズ成分の低減された画像データに対し
て、平滑処理を加えると、ランダムノイズ成分がさらに
減少し極めて軽微な斑成分の検出が可能になり、また微
小欠陥や周期の短かい斑による画像データの変化を抑制
して周期の長い斑成分を選別して検出することもでき
る。

以上説明した処理を被検査体６の全領域に対して行な
い、得られた画像データを画像表示用ディスプレイ４で
観測すれば斑や欠陥の発生している部分のみ輝度レベル
の変化として現われるため、斑や欠陥を容易に認識する
ことができる。

次に上記の画像処理が施された画像データをもとに製品
の良・不良の判定を自動的に行なう方法について述べ
る。

第３図（ｆ），（ｇ）は第３図（ｅ）の画像データから
直流成分を除去した画像データを示すもので、第３図
（ｆ）は第３図（ｅ）に示した画像データの十分広い領
域の画像データの平均値を減算して求めた画像データ、
第３図（ｇ）は第３図（ｅ）の画像データを微分した画
像データを示すものである。そして、検出しようとする
斑の性質に応じて所定の閾値（S₁,S₂）を設定すること
により自動的に斑が検出される。

第３図（ｈ）は第３図（ｇ）の画像データに対して、閾
値S₁およびS₂を設定し、閾値を越えたものを「１」，越
えないものを「０」として示した２値化データである。
さらに閾値と斑との関係を説明すると、まず第３図
（ａ）の中のＣに示されるような孤立した斑を検出し製
品不良とする場合、第３図（ｆ），（ｇ）の画像データ
に対しS₁のような閾値を設定すればよい。また別の例と
して、第３図（ａ）の中のＢに示されるような同期的に
変化している斑を検出し製品不良とする場合、第３図
（ｆ），（ｇ）の画像データに対しS₂のような閾値を設
定した後、第３図（ｈ）に示すような２値化データに変
換し、さらに第３図（ｉ）のような該２値化データから
所定の領域内の斑の数、すなわち密度データに変換し、
該密度データに対し、所定の閾値S₃を設けて比較を行な
うことによって、周期的に変化している斑のみを検出
し、その結果から製品の良・不良判定が可能となり、目
視検査に近い検査結果が得られる。

そして、第３図（ａ）に示した開口率分布の中の欠陥部
E₁に対応するような欠陥開口は、斑による画像データの
変化が抑制されるようにシャドウマスクの移動距離を小
さくし、近接した２点の撮像位置で撮像して得た画像デ
ータから第３図（ｆ）または第３図（ｇ）に相当する画
像データに変換すれば前記欠陥部E₁のみ大きな値となる
ため、所定の値と前記値とを比較すれば容易に検出する
ことができる。さらに、上記した２点の撮像位置が、前
記画像データの画素の配列方向に対して、画素ピッチの
整数倍となるように定めれば、第３図（ｆ）に示された
欠陥信号E₂,E₃近傍の信号レベルの平均値に対する上、
下の対称性にもとづいて開口面積の大小判別や偽欠陥の
除去を施すこともできる。なお、上記欠陥信号を画像表
示用ディスプレイ４を用いて観察すれば、欠陥部での周
囲に対する明暗の反転の順序で欠陥の種類（白点・黒
点）が識別される。

次に、上記した撮像手段が、シャドウマスクの各撮像点
において、ブラウン管内に設置されたシャドウマスクに
対する電子ビームの入射角に近い撮影角度で撮像できる
ように構成した場合の実施例について説明する。第５図
はブラウン管の構造を示す説明図、第６図は本発明にお
けるTVカメラ１とシャドウマスク６との関係を示す説明
図である。第５図に示されるようにシャドウマスクはブ
ラウン管15の螢光面の形状に合せて円筒面の一部、或い
は球面の一部などの曲面に成形或いは支持部材によって
保持される場合がほとんどである。

そこで、第５図，第６図に示すように、TVカメラ１によ
る写角の設定に際しては、ブラウン管内でのシャドウマ
スクに対する電子ビームの入射角と撮影に寄与する照
明光のなす角度′が一致もしくは最も近くなるように
写角を設定すれば、シャドウマスク上の各点での電子ビ
ームの通過する方向から見た開口形状不良や斑、すなわ
ちカラーTVブラウン管で表示する映像の欠陥や斑の原因
となるシャドウマスクの欠陥開口や開口率の斑を最も適
切に検出することができる。

次に、以上の実施例によりシャドウマスク６の欠陥およ
び開口率が周期的に変化していることにより生じた斑を
自動検査した例を示す。被検査体６の単位パターン11の
直径が100μｍ、配列ピッチが300μｍで、第２図に示す
ような配列をもつ周期性パターンを第１図に示すような
透過光により照明し、撮像管を用いたTVカメラ１で300m
m×220mmの領域を撮影し、そして、第４図（ｂ）に示す
ように、P₀〜P₅の各撮影位置において、Ｒを5mm,Yを画
素ピッチの２倍に設定し、前記各撮影位置にシャドウマ
スクを移動させて撮像して得た各画像データからP₀とP₅
における画像データの差にもとづいて処理した結果、単
位開口の直径が10μｍ異なる欠陥まで検出できた。ま
た、P₀の画像データからP₁〜P₄での画像データを減算し
て得られる画像データにもとづいて処理した結果、透過
光で観察したときの明るさの変化が0.5％程度と目視検
査の検出限界に近い開口率の変化を検出し、製品の良・
不良を適確に判定することができた。

さらに、周囲の開口に対する開口率の大小判定までも行
なうことができた。なお、本発明で示した撮像方法は、
斑や欠陥の情報を含むビデオ信号が得られるものであれ
ば全て使用できる。例えば撮像管や固体撮像素子（エリ
アセンサまたはラインセンサ）用いたTVカメラ、フォト
ディテクタとフライングスポット管を用いた撮像装置な
どにる方法が上げられる。

また、本発明による方法は、シャドウマスクの検査に限
られるものではなく、単位パターンの繰返し配列から成
る工業製品、例えばTVカメラ用のカラーストライプフィ
ルター，映像用のプロジェクションスクリーン，液晶表
示装置用のカラーフィルターなどの斑や欠陥の検査にも
応用できる。

〔発明の効果〕

以上のとおり、本発明によれば、シャドウマスクの微小
な欠陥や斑を該シャドウマスクの単位開口が解像されな
いような広い撮影視野で撮像して、その画像データを処
理することにより、一種類の検査装置によって同時に前
記欠陥や斑を検出し、さらに前記欠陥の種類（白点・黒
点）の判別を自動的に行なうことができる。

また、画像表示用ディスプレイに前記画像データの処理
結果を表示することにより、前記画像データの処理結果
を表示することにより、前記欠陥や斑を視覚的に認識し
易くするという効果がある。

さらにまた、本発明によれば、撮像系の解像度に対する
検出感度の依存度が低いため、球面形状、円筒面形状な
どの立体形状に成形、或いは保持されているシャドウマ
スクの検査にも容易に適用でき、広範囲にわたるシャド
ウマスクの斑や欠陥の検査に対しても自動化を容易に行
なえ、検査精度、信頼性及び能率の向上などの効果も得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る方法を実施するための装置の一例
を示すブロック図、第２図はシャドウマスクのパターン
形状の一例を示す説明図、第３図（ａ）乃至（ｉ）は本
発明の動作を示す波形図、第４図（ａ），（ｂ）は本発
明の動作を示す説明図、第５図はブラウン管内でのシャ
ドウマスクの状態を示す説明図、第６図はTVカメラでシ
ャドウマスクを撮影したときの写角の説明図である。１……TVカメラ２……画像処理装置３……制御部４……画像表示用ディスプレイ５……駆動機構６……被検査体７……拡散板８……白熱ランプ９……直流電源 10……XYステージ 11……単位パターン 12,13……欠陥のある単位パターン 15……ブラウン管 16……撮影レンズ E₁……欠陥による開口率変化 E₂,E₃……欠陥波形 S₁〜S₃……しきい値

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】単位パターンの繰り返し配列から成るシャ
ドウマスクにおける光学的性質の均一性の乱れにより生
じた斑およびシャドウマスクの局部的な欠陥を検査する
方法において、シャドウマスクを撮像し、画素分解して
フレーム単位の画像データを得るための撮像手段と、該
シャドウマスクを所定の位置へ移動するための移動手段
と、該シャドウマスクを複数の位置へ移動して得られる
画像データに基づいて該シャドウマスクの均一性の乱れ
および局部的な欠陥を検出するための検出手段とを設け
た構成であって、前記画像データが複数フレームの画像
データを加算して得た、画像データであり、且つ、前記
画像データが該シャドウマスクの各位置で得られる各画
像データから、フレーム数の総和が「０」となるように
演算処理して得た画像データであることを特徴とするシ
ャドウマスクの検査方法。
【請求項２】上記した画像データが該シャドウマスクに
おける光学的性質の分布の曲率に応じた値となるように
該シャドウマスクを複数の位置に移動し、処理して得た
画像データであることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載のシャドウマスクの検査方法。
【請求項３】上記した画像データが該シャドウマスクの
所定の位置関係にある２点間の光学的性質の差の分布と
なるように移動し、処理して得られた画像データである
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のシャドウ
マスクの検査方法。
【請求項４】上記した処理が該シャドウマスクの光学的
性質の変化が所定レベル以上となる画素の密度が所定の
値以上となる部分を不良として認識できるような処理で
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項、
第３項記載のシャドウマスクの検査方法。
【請求項５】上記した所定の位置が画素の配列ピッチの
整数倍の距離となるように構成されていることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載のシャドウマスクの検査
方法。
【請求項６】上記した撮像手段が、該シャドウマスクの
各撮像点において、ブラウン管内でのシャドウマスクに
対する電子ビームの入射角に近い撮影角度で撮像できる
構成であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
のシャドウマスクの検査方法。