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2020OEM机械设计技术研讨会云会议
机器视觉

先进的检测技术是现代平板显示器生产的关键要素

  2020年05月26日  

  消费者在选择电子产品时,更注重清晰逼真的画质显示器的质量是消费者在购买电视、电脑、平板电脑和智能手机时的重要考量因素。为了提高竞争力,营销这些产品的公司需提供各种尺寸的尖端显示器,同时制造商还需要高精度的检测工具来满足极度严格的公差要求。

每个像素都很重要

  智能手机和大型电视的屏幕尺寸和参数差异很大,消费者对其画质和美观度要求也越来越高。智能手机屏幕的分辨率通常为1920 x 1080至2560 x 1440像素,密度高达500 ppi。其中,每个微小像素都需要进行高分辨率的在线检测和亚微米分辨率的离线检测。同样的,像素高达3840 x 2160的大型4K UHD电视屏幕也需要进行单独检测,即使是最微小的缺陷,如表面微粒或凹痕等,也必须进行检测。

  Excelitas可提供多种机器视觉镜头,以满足平板生产中的各种需求:从适用于大型传感器的中分辨率任务的高性价比LINOS Rodagon镜头,到支持最先进的线扫描传感器及低至1.5μm的物体分辨率的新型LINOS d¤fine HR镜头。Excelitas的mag.x system 125及其OPTEM®Fusion系统可实现亚微米检测和高倍率测量,通常用于平板检查。

检查每个生产环节

  在整个制造过程中,每进行到下一个生产步骤之前都需要检查组件是否有缺陷,而且每个阶段使用的检查方法有所不同。例如,面板通常使用线扫描相机进行检测,这种方法可以提供更高的大面积检测能力。有时会采用两步检查策略,在第一道工序中检测出缺陷,并在第二道工序中使用专门的“复查相机”来确定缺陷的性质。这种复核相机通常使用Optem Fusion产品组合中的镜头——一种灵活的显微镜系统,可提供小视场的高分辨率。在2019年,Excelitas还推出了Optem Fusion系统的短波红外型号(SWIR)版本,即使在应用硅结构的情况下也能进行检测,因为硅在1100nm以上会变透明。

  最终的屏幕测试通常使用区域扫描相机来完成,它具有像素高达1。55亿的超大传感器,可检测到任意类型显示技术中数百万像素的每个像素的瑕疵。这种极高分辨率必不可少,因为它能通过多个有效摄像机像素捕捉每个显示像素,并获得非常可靠的检测结果。Excelitas可提供多种镜头,以支持这类大型像素。所有这些镜头都属于LINOS inspec。x L系列,可支持不同尺寸的传感器和不同的显示器类型。

确保光学质量

  为了尽可能实现最快的检查量,将检测摄像头与先进的镜头相配合,能提供充足的放大倍数和分辨率来进行有效检测,同时还能提供足够的视野。OLED显示器,尤其是AMOLED(有源矩阵OLED)显示器需通过非常精细的结构来控制每个像素。

  对于在线和离线检测,要达到可接受的触控时间,目标分辨率需要在几微米范围内。全新的LINOS d.fine HR 2.4/128mm现在将目标分辨率的阈值降至1.5µm,并支持成像圈高达82mm的线扫描相机,和最新的16k/5µm CMOS相机一样,它可提供200 kHz以上的超高线率。d.fine HR镜头经设计可与分束棱镜,实现同轴明场照明,而不会牺牲成像性能。

  mag.x system 125是Excelitas旗下Qioptiq团队为满足更高分辨率的应用需求而开发,它融合了机器视觉和显微镜技术。这套检测系统可通过大视场实现亚微米级分辨率,它采用了长达57毫米的现代线扫描传感器,同时集成了最先进的同轴照明和自动对焦技术。

  在检测最终的显示器时,红、绿、蓝三色像素必须分别进行相同精度的检测。对于光学元件而言,必须进行高度的色彩校正,以避免测量误差。明显的纵向色彩不规则性会使图像模糊,因为它导致一种颜色的焦点偏移,而另两种颜色的图像却保持在焦点上。要改善色彩校正效果,需要正确选择光学玻璃材料,并结合专业的光学设计。所有的Qioptiq机器视觉镜头都能提供出色的色彩校正,能在不对任何颜色进行重新聚焦的情况下对显示器进行测试。

节省时间和成本

  现代化高分辨率摄像机与针对各个屏幕尺寸设计的机器视觉镜头配合使用,只需在一次拍摄中完成任意尺寸显示器的最终测试。 这加快了检测通量,有助于降低设备成本。机器视觉镜头必须从图像中心到其外部边缘提供相等的对比度,这样镜头才可以与大型高分辨率相机配合使用。每个镜片需要精确地制造以达到非常严格的公差,同时还需密切关注镜片安装在镜筒内情况。

  制造商需要灵活的制造和检测解决方案,以便生产各种屏幕尺寸的显示器。当使用可支持大的放大倍率范围的镜头时,可以在不影响产品性能的情况下实现这一目标。

  Qioptiq利用其专利技术生产出业界性能最高的大画幅镜头,它们常用于高分辨率相机来进行最终的显示器测试。例如,新的 inspec.x L 5.6/120mm浮动镜头的放大倍率范围为0.06至0.5,支持传感器对角线高达82mm。该镜头专为检测各种尺寸的显示器而设计,并提供自动放大和光圈设置的齿轮环。

  在许多情况下,现成的解决方案无法满足检测机器制造商的需求,例如需要特殊涂层,或在狭小空间内将摄像头与光学元件及照明系统集成在一起。在这种情况下,应考虑定制化解决方案,包括从现有的标准产品到完全定制的交钥匙的子模块。Excelitas在照明、光学、摄像机和应用领域拥有专业技术,并在开发此类解决方案方面拥有良好的业绩记录。Excelitas在所有所需领域专业技术的独特组合,将检测解决方案提升到一个全新高度,因为它不仅仅是将照明、镜头和摄像机结合在一起,而是开发出整个检测系统,以达到理想的性能,并满足特定的应用需求。

  关于作者

  Thomas Schaeffler是位于德国慕尼黑的Excelitas Technologies公司工业光学和系统部门的高级总监,负责领导全球机器视觉业务和技术研发,以满足前沿检测和机器视觉客户的需求。作为一名在光学行业工作了18年的资深人士,他拥有德国拉文斯堡-魏加顿应用技术大学应用物理学博士(FH)学位。

标签:Excelitas Technologies 检测技术我要反馈
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