JP3886619B2 - 物体の欠陥の検査方法および検査装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラーフィルタ、光学的ＭＭＡ板（帯電防止ハードコートＭＭＡ（メチルメタアクリレート）板、ＭＭＡオパール板、他）、光学機能フィルム（偏光フィルム、位相差フィルム、他）等の各種光学材料用物体の欠陥検査方法および欠陥検査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光学材料物体は、その要求される光学的特性から、表面もしくは内部の傷、ごみ、異物、凹凸、ピンホール等の欠陥を可能な限り少なくすることが望まれる。特に、液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｄｅｖｉｃｅｓ）用のカラーフィルタは、高精細かつ美麗な画像を形成させるためにもこれらの光学的欠陥が一切除かれていることが要求される。したがって、カラーフィルタの安定的な製造のためには、高度な製造技術に加えて高感度かつ迅速な製品検査が必要とされる。
【０００３】
ところで、カラーフィルタの画素の形状異常とか顔料の厚みのムラなどによって生じる色調の異常は極めて微妙なため、この検出を装置化することはなかなか困難とされてきた。したがって、製造現場では、熟練した検査員が暗室のなか特定の波長の光のもとでカラーフィルタを直接的に目視観察する方法が一般に採られてきた。
【０００４】
これに対して、光源から出射された光でカラーフィルタを照射し、その透過した光もしくは反射した光をＣＣＤカメラで観察し、必要に応じ画像処理等を行った後、カラーフィルタの欠陥を検出する方法が提案されている（特開平６−２０８０１７号公報、特開平６−９４６３８号公報）。
【０００５】
また、フィルムなどの検体における脈理、膨大部などの欠陥を検査する方法として、検体に平行光を入射させてその透過光もしくは反射光をスクリーンに投影し、形成された投影像における明暗部分を観察する方法が知られている（特公昭６１−６８５４３号公報）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前者の方法によれば、光源像がカラーフィルタを通して観察されてしまうため、明るさのムラが大きく、微妙な色調の異常の検出は困難であった。
【０００７】
また、後者の方法においても、本発明者らの検討の結果によれば、やはり微妙な色ムラ、傷、汚れなどの欠陥を可視化することは困難であった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の物体の欠陥検査方法は、このような問題に鑑みて為されたものであり、検査光を検査対象である物体に照射し、物体を透過した光もしくは反射した光を光学装置を用いて集光することにより物体の像を形成し、この像を観察することにより物体の欠陥を検査する方法であって、光学装置として、物体を透過した光もしくは反射した光を集光する第１結像光学手段と、この第１結像光学手段の後方焦点面に配置され物体を透過した光もしくは反射した光のうちの散乱光または直接光のいずれかを遮蔽する開口絞りと、この開口絞りの後方に配置され開口絞りを通過した散乱光または直接光を結像させる第２結像光学手段とを備え、焦点距離Ｆが有限であり、第１結像光学手段と第２結像光学手段との距離ｔが第１結像光学手段の焦点距離ｆ１に等しいこと（あるいは、第１結像光学手段と第２結像光学手段との距離ｔが第２結像光学手段の焦点距離ｆ２に等しいこと）を特徴とする。
【０００９】
また本発明の物体の欠陥検査装置は、検査対象である物体を照射する検査光を出力する光源と、物体を透過した光もしくは反射した光を集光することにより物体の像を形成する光学装置とを備え、この光学装置は、物体を透過した光もしくは反射した光を集光する第１結像光学手段と、この第１結像光学手段の後方焦点面に配置され物体を透過した光もしくは反射した光のうちの散乱光または直接光のいずれかを遮蔽する開口絞りと、この開口絞りの後方に配置され開口絞りを通過した散乱光または直接光を結像させる第２結像光学手段とを備え、焦点距離Ｆが有限であり、第１結像光学手段の焦点距離ｆ１が第１結像光学手段と第２結像光学手段との距離ｔに等しいこと（あるいは、第１結像光学手段と第２結像光学手段との距離ｔが第２結像光学手段の焦点距離ｆ２に等しいこと）を特徴とする。
【００１０】
第１結像光学手段の後方焦点面上には物体のフーリエ変換像が形成される。光の散乱を引き起こす構造が物体上のゴミ、異物、傷のように不規則な場合には、そのフーリエ変換像は中心を極大とした単調減少の強度分布となり、光の散乱を引き起こす構造が規則正しい場合には、その構造に対応した回折パターンが現れる。検査対象物としてのカラーフィルタは後者の例である。いずれにしても、物体のフーリエ変換像には、その中心に直接光に基づく強度極大（０次散乱光）が現れ、その周辺に散乱光に基づく強度分布が現れる。
【００１１】
開口絞りは、このようなフーリエ変換像の一部を遮蔽して第２結像光学手段の後方に形成される像に寄与する光を選択するものである。フーリエ変換像の中心を通る直接光を含んで形成された像を明視野像といい、散乱光のみで作られた像を暗視野像というが、開口絞りの絞り範囲を調整することにより、明視野像と暗視野像の切り替えが可能である。
【００１２】
本発明の方法または装置を用いることにより、干渉縞の発生や光源像によるムラが低減された像が光学装置の後方の像空間に形成されるので、物体の色調異常、傷、汚れ等の欠陥が際だって像に現れる。特に、傷、ゴミ、ピンホールといった比較的識別の容易な欠陥検査の場合には明視野像による観察が適しており、微妙な色ムラの検出には暗視野像の観察が適している。
【００１３】
本発明における第１結像光学手段は、光を収束させるものであれば何でも良い。代表的な第１結像光学手段としては凸レンズもしくは凸レンズの機能をもった組み合わせレンズであるが、球面ミラーやフレネルレンズ等でも構わない。第２結像光学手段は開口絞りを通過した光で像を結像させるためのものであり、その一般的な例は凸レンズである。後述する実施形態では第１および第２結像光学手段としてそれぞれ凸レンズを用いて説明する。
【００１４】
検査光は、第１結像光学手段によって高度に集光されるためには、略平行光を用いることが好適である。略平行光は、たとえば、所定の一点から放射状に広がる発散光をレンズ等の光学系を用いてコリメートすることによって得られる。
【００１５】
開口絞り（空間フィルター）は、第１結像光学手段の後方焦点面上において、通過する光を選択することにより像のコントラストを高めるものである。したがって、この目的にかなうものであれば、いかなる形状のものでも構わない。たとえば、耐熱性シートに穴をあけ、その中心に直接光のみをカットする小さな円板を設けるとか、同心円状に散乱光のみを通す溝をあけたもの等があるが、本発明者らは、最も単純に、耐熱性シートに直径５ｍｍ程度の穴をあけ、この耐熱性シートを移動させることにより所望の光を選択して、好結果を得ている。
【００１６】
また、この開口絞りの光軸上の位置は、本発明の要請から、第１結像光学手段と第２結像光学手段の間になければならない。つまり、第１結像光学手段と第２結像光学手段との距離をｔ、第１結像光学手段として凸レンズを用いた場合の後方焦点距離をｆ１とするとｔ≧ｆ１でなければならない。
【００１７】
像の観察方法としては、像を一度スクリーンに投影して行う方法と、直接ＣＣＤカメラ等で観察する方法があり、前者の場合、反射型スクリーンと透過型スクリーンとがある。反射型スクリーンにはたとえばホワイトボード等があり、この方法では、簡便さに加え最も明るく最も鮮明な像が得られ欠陥の検査に最適であるが、光軸より傾いた方向から観察する必要があり、像が歪むという欠点がある。透過スクリーンにはこの欠点はないが、鮮明さと明るさが低下するようである。ＣＣＤカメラで直接観察する方法は像の歪みもなく、明るさ、鮮明さも十分であるが、高価なＣＣＤおよび表示装置を必要とすることに加え、光学系の調整に若干の技術を要する。ＣＣＤカメラの場合、カメラの前面に備えているレンズ（像をＣＣＤ受光面に形成させる機能を有するもの）を第２結像光学手段として用いることもできる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照し、本発明の一実施形態である物体の欠陥検査方法および物体の欠陥検査装置をカラーフィルタを被検査物体とした場合について説明する。
【００１９】
はじめに、本実施形態による欠陥検査方法および欠陥検査装置に用いられる光学装置の基本構成について図１を参照して説明する。光学装置６０は、第１結像光学手段としての第１凸レンズ６２、第２結像光学手段としての第２凸レンズ６５、および両レンズ間に配置された開口絞り６３を備えている。
【００２０】
第１凸レンズ６２の焦点距離をｆ１、第２凸レンズ６５の焦点距離をｆ２、第１凸レンズ６２と第２凸レンズ６５との距離をｔ、観察対象であるカラーフィルタ８１と第１凸レンズ６２との距離をａ、第２凸レンズ６５とスクリーン３０との距離をｂとすると、系全体としての結像公式は、
【００２１】
【数１】
となり、
系全体としての焦点距離Ｆは、
【００２２】
【数２】
となり、
倍率ｍは、
【００２３】
【数３】
となる。なお、焦点距離Ｆは、前側主点から第１凸レンズ６２の前方方向（または、後側主点から第２凸レンズ６５の後方方向）への距離である。
【００２４】
かかる構成において、開口絞り６３は、第１凸レンズ６２と第２凸レンズ６５との間において第１凸レンズ６２の後方焦点面に配置され、第１凸レンズ６２で集光された光のうちの直接光または散乱光のいずれかを選択的に遮蔽する。直接光を遮蔽したときにスクリーン３０に形成される像は暗視野像であり、微妙な色ムラの検出に適している。また、散乱光を遮蔽したときにスクリーン３０に形成される像は明視野像であり、傷、ゴミ、ピンホールといった比較的識別の容易な欠陥の検出に適している。明視野像と暗視野像の切り替えは、開口絞り６３の移動により達成できる。開口絞り６３の中央開口部６６が図１に示すように光軸６７上にある場合には明視野像が形成され、この開口絞り６３を光軸６７と垂直な方向にずらすことにより開口部６６を光軸６７から逸脱させると暗視野像が形成される。
【００２５】
したがって、一般的な検査手順は、カラーフィルタの欠陥が最も観察し易くなるように上記公式（１）（３）にしたがってパラメータを選べばよい。しかし、迅速かつ精度の高い検査のためには明るい像を得る必要があり、そのためには、系のサイズをコンパクトにすることが重要である。
【００２６】
この配置の場合の系のサイズＬ、すなわち、カラーフィルタ８１からスクリーン３０までの距離Ｌは、
Ｌ＝ａ＋ｂ＋ｔ …（４）
で与えられる。そして、ｔとｆ１およびｆ２との間に特別な制約がないとしたときの一般的最小サイズＬ0はつぎの式（５）で与えられ、倍率ｍ0＝１である。
【００２７】
【数４】
このときのａ0およびｂ0は、それぞれつぎの式（６）および式（７）で与えられる。
【００２８】
【数５】
【００２９】
【数６】
上記の式（５）から、一般的最小サイズＬ0は、第１凸レンズ６２と第２凸レンズ６５との間の距離ｔの関数である。
【００３０】
一方、開口絞り（空間絞り）６３は、第１凸レンズ６２と第２凸レンズ６５との間になければならないこと、およびａ0＞０、ｂ0＞０でなければならないことから、つぎの条件が成り立つ。
【００３１】
ｆ１＞ｆ２のとき、２・ｆ２＞ｔ≧ｆ１ …（８）
ｆ２＞ｆ１のとき、２・ｆ１＞ｔ≧ｆ１ …（９）
そこで、式（５）のＬ0は、ｔ＝ｆ１のとき一つの極小値をとることがわかる。このときのＬ0は、
【００３２】
【数７】
である。このようにして、最もコンパクトな系の一つは、ｔ＝ｆ１、すなわち、図２に示すように、第２凸レンズ６５を開口絞り６３と密着させて第１凸レンズ６２の後方焦点面上に配置させる構成であることがわかる。この構成は系のサイズを最小とし得ることに加えて、つぎのようなメリットも有する。
【００３３】
すなわち、カラーフィルタ８１を透過もしくは反射した光は、第１凸レンズ６２により、その後方焦点面に集光されるが、開口絞り６３および第２凸レンズ６５がちょうどこの焦点面上に設置され、開口絞り６３と第２凸レンズ６５との間隔が実質的に零であるため、光がほとんどロスすることなく結像に寄与することになり、きわめて明るい像が得られる。
【００３４】
第１凸レンズ６２の後方焦点面上には検査物体のフーリエ変換像が現れ、開口絞り６３により任意の散乱光（回折光）若しくは直接光（０次散乱光）を選択して像を形成させるものであるが、開口絞り６３と第２凸レンズ６５を一体化できるのでどの光を選んでも像が逃げることがないという使用上のメリットもあることが判明した。図１に示す一般的な構成・配置では、開口絞り６３によって選ぶ光を代えるたびに、第２凸レンズ６５の位置を調整する必要がある。
【００３５】
このように、ｔ＝ｆ１の構成は、系をコンパクトにできることに加え、得られる像が大変鮮明でその上検査の操作が容易であるという利点をもち、カラーフィルタの欠陥検査手法として極めて好ましい。
【００３６】
つぎに、ｔ＝ｆ１という条件のもとで、第２凸レンズ６５の焦点距離ｆ２と系の大きさとの関係について検討する。
【００３７】
既に述べたように、ｔ＝ｆ１のときの系の一般的最小サイズは、（１０）式で与えられる。一方、（８）式に示すように、ｆ１とｆ２の間にはｆ２≧ｆ１／２という関係があるので、この条件下でのＬ0の最小値は、ｆ２＝ｆ１／２のときである。
【００３８】
なお、ｔ＝ｆ１＝２・ｆ２のときの結像公式は、
ｂ＝ｆ１2／（ａ＋ｆ１） …（１１）
となり、像倍率は、
ｍ＝ｆ１／（ａ＋ｆ１） …（１２）
となる。
【００３９】
これらの式から、ｔ＝ｆ１＝２・ｆ２のときには、カラーフィルタ８１は、第１凸レンズ６２前方の任意の位置に置くことができることが判る。また、ａ＝０のとき、すなわち、カラーフィルタ８１を第１凸レンズ６２に接するように配置したとき、最大像倍率が得られ、カラーフィルタ８１を第１凸レンズ６２から離すにしたがって像は単調に小さくなる。
【００４０】
また、ｔ＝ｆ１＝２・ｆ２という構成においてａ＝０とすると、系のサイズを２ｆ１（＝２ｔ）と非常にコンパクトにでき、その上、カラーフィルタ８１と第１凸レンズ６２が密着しているため、散乱光のロスが全くなく極めて明るい像が得られる。ただし、この場合には、透過法には適用できるが反射法には使えない。
【００４１】
さて、ｔ＝ｆ１の構成において、第１凸レンズ６２の焦点距離ｆ１と第２凸レンズ６５の焦点距離ｆ２とを等しくすれば、第１凸レンズ６２と第２凸レンズ６５に対して同一形状、同一材質のレンズを用いることができる。したがって、ｔ＝ｆ１＝ｆ２＝ｆという構成にすれば、安価に光学装置６０を製作できるという利点がある。
【００４２】
ｔ＝ｆ１＝ｆ２＝ｆのときの結像公式は、
ｂ＝ｆ2／ａ …（１３）
と、きわめて簡単な式に帰着される。したがって、カラーフィルタおよびスクリーンの位置を簡単に求めることができ作業が容易になることに加え、ｔ＝ｆ１の特徴として既に述べたように、ａは０および負以外の任意の値をとりうる。すなわち、カラーフィルタ８１は第１凸レンズ６２の前方の任意の位置に置くことができるというメリットをもつ。このことは、結像光学手段が一個の場合には被検体の位置に禁制領域があることと対照的である。
【００４３】
この構成における系の最小サイズＬ0は、
Ｌ0＝３ｆ、ａ0＝ｆ、ｂ0＝ｆ
である。
【００４４】
すなわち、ｔ＝ｆ１＝ｆ２＝ｆの構成において、カラーフィルタ８１を第１凸レンズ６２の前方焦点位置に置くと、像は第２凸レンズ６５の後方焦点位置に結像され、系のサイズは３ｆになることがわかる。このことは、光学装置６０としてフーリエ変換レンズを用いた場合と比較して、その系の大きさを３／４にできることを示すものである。
【００４５】
ここで、参考のためにフーリエ変換レンズについて説明する。本実施形態の光学装置６０と類似のレンズ構成をもつものとして、図３に示すような構成のフーリエ変換レンズがある。フーリエ変換レンズというのは、焦点距離ｆの２枚の凸レンズ１６２、１６５を２ｆの距離をおいて対向させ、両レンズ間の中央に空間フィルタ１６３を配置した構成を有し、前側凸レンズの前側焦点面に物体たとえばカラーフィルタ８１をおき、後側凸レンズの後側焦点面のスクリーン３０に像を形成するものである。
【００４６】
このフーリエ変換レンズの場合は、系の焦点距離が無限大である点で、本実施形態の光学装置６０とは相違する。すなわち、本実施形態の光学装置６０はあくまでも実像を形成するための光学装置であり、系の焦点距離が有限となるように、具体的には、レンズ間距離ｔが両レンズの焦点距離の和（ｆ１＋ｆ２）とは異なる値となるように設計されている。
【００４７】
また、フーリエ変換レンズの場合には、系の大きさ、すなわち、物体から像までの距離Ｌが４ｆに固定されてしまうが、本実施形態の光学装置６０の場合は系の大きさを自由に設計することができる。しかも、フーリエ変換レンズの場合と同じように２つのレンズに対して同じ焦点距離のものを用いた場合、すなわちｆ１＝ｆ２＝ｆとした場合でも、系のサイズＬをＬ＝３ｆまで小さくすることができることは上述したとおりである。
【００４８】
つぎに、図１に示す一般的な構成を基本とし、レンズ間距離ｔと第２凸レンズ６５の焦点距離ｆ２との関係に着目して系のサイズを考えてみる。
【００４９】
まず、上述した式（１）において、ｔ＝ｆ２とすると、結像公式は、
【００５０】
【数８】
となり、倍率は、
【００５１】
【数９】
となる。
【００５２】
つまり、倍率はカラーフィルタ８１の位置および第２凸レンズ６５の焦点距離ｆ２のみの関数であり、第１凸レンズ６２の焦点距離ｆ１に依存しない。
【００５３】
この系において最小サイズを得るための式は、一般式における最小サイズの式（５）にｔ＝ｆ２を代入することにより得られ、
【００５４】
【数１０】
となる。一方、像が実像であること、および、開口絞り６３が両レンズ間にあることから、
ｆ２≧ｆ１≧ｆ２／２ …（１７）
である。この条件下で式（１６）のＬ0を最小するのは、
ｆ１＝ｆ２／２ …（１８）
のときである。すなわち、ｆ２＝ｔ、ｆ１＝ｆ２／２の場合も、系をコンパクトに小さくできるという観点から好適な配置である。
【００５５】
このときの結像公式は、
ｂ＝ｆ２（ｆ２−ａ）／ａ …（１９）
であり、像倍率は、
ｍ＝ｆ２／ａ …（２０）
である。式（１９）からａ≦ｆ２でなければならない。そして、式（２０）から倍率はａ＝ｆ２のとき最小であり、カラーフィルタ８１をレンズに近づけるにしたがって単調に増加する。
【００５６】
ｆ２＝ｔであり、且つ、式（１８）を満たす構成において、系を最小にする条件は、ａ＝ｆ２であり、このときのＬ0は２・ｆ２（＝２ｔ）であり、ｂは、式（１９）からｂ＝０となる。
【００５７】
この配置は、系のサイズが２・ｆ２と極めてコンパクトであることに加え、ｂ＝０、すなわち、第２凸レンズ６５とスクリーン３０とが密着しているので、透過型スクリーンで像を観察するのに好適である。しかも、透過法にも反射法にも用いることができる。
【００５８】
以上、図１または図２と共に説明してきた光学装置６０を用いたカラーフィルタの欠陥の検査装置の構成図を図４に示す。この検査装置は、平行光源を使用し、検査対象物体であるカラーフィルタの透過光を観察するものである。なお、本実施形態においてカラーフィルタとは、基板上に、例えばＲＧＢ（Ｒｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅ）などの着色層の少なくとも一色を持つ色フィルタをいい、この基本的な構成に保護層や電極層が付加させたものも包含される。具体的には、例えば、透明基板の上にＲ、Ｇ、Ｂ、の少なくとも一色の層が形成されたもの、同基板上にブラックマトリクスが形成され、その間にＲＧＢカラーフィルタ層が形成されたもの、更にその上に必要に応じてオーバーコート層が設けられたもの、更に、次いでその上に透明電極が形成されているもの、およびそれらの構成を基本として更に付加的な層を有するものをいう。
【００５９】
また、カラーフィルタの製造方法として、染色法、顔料分散法、印刷法、および電着法があるが、いずれの製造方法によって製造されたカラーフィルタについても本発明の検査方法および検出装置は適用可能である。また、カラーフィルタの製造における各工程の中間製品および最終製品についても本発明の検査方法および検査装置は適用可能である。
【００６０】
図４に示すように、この装置は、（ａ）検査対象であるカラーフィルタ８１に照射する検査光Ｌ２１を出力する平行光源１２と、（ｂ）カラーフィルタ８１を保持するとともに、検査光Ｌ２１の光軸とカラーフィルタ８１の受光面との成す角を変化させる入射角可変保持器２０と、（ｃ）検査光Ｌ２１の照射の結果カラーフィルタ８１を透過する光Ｌ２３を集光し、投影光Ｌ２５として出射することにより、カラーフィルタ８１の像を像空間に形成する光学装置６０と、（ｄ）光学装置６０による像をその表面において結像させる投影スクリーン３０と、（ｅ）投影スクリーン３０に投影された投影光Ｌ２５の投影像を撮像する撮像器４０と、（ｆ）撮像器４０による撮像結果を収集し表示するとともに、入射角可変保持器２０に検査光Ｌ２１の光軸とカラーフィルタ８１の受光面との成す角を指示し、さらに、光学装置６０の鏡筒６１の位置を鏡筒保持器６４に指示する処理部５０とを備える。
【００６１】
すでに、その基本構成を詳しく説明したように、光学装置６０は凸レンズ６２、６５と、両レンズ間に設けられた開口絞り６３とを備えている。そして、これらの各光学要素は鏡筒６１により所定の位置関係を保って支持されている。この鏡筒６１は鏡筒保持器６４によって検査光Ｌ２１がカラーフィルタ８１を透過した光の光軸（検査光Ｌ２１の光軸と一致している）に略垂直な移動面に沿って移動可能に保持されている。鏡筒６１の前記移動面上の位置は、上述したように処理部５０から鏡筒保持器６４に与えられる指示に基づいて決定される。
【００６２】
平行光源１２は、高圧水銀ランプやキセノンランプ等の高輝度の点光源１１と、この点光源１１から出力された光を平行化するコリメートレンズ系１３を備えているものであるが、これに代えて、反射鏡等を用いて太陽光線を利用するものでもよい。
【００６３】
平行光源１２から出力される検査光は、単色光でも白色光でもよく、それぞれに利点がある。白色光は検査対象物体が本実施形態のようにカラーフィルタの場合には、Ｒ、Ｇ、Ｂの各々の画素をそのカラーで観察することができるという利点や、色ムラの原因がＲ、Ｇ、Ｂのいずれに基づくものかを解析することができるという利点がある。また、色ムラによっては単色光を用いた方が鮮明に現れる場合も多い。
【００６４】
このように構成された本実施形態の装置は、以下のようにしてカラーフィルタの欠陥の検査方法を実行する。
【００６５】
まず、処理部５０がカラーフィルタ８１を保持した入射角可変保持器２０に指示して、検査光の光軸とカラーフィルタ８１の検査光の受光面とが所定の角度で交差（例えば、直交）するように設定する。
【００６６】
この状態で、平行光源１２から出力された検査光Ｌ２１をカラーフィルタ８１に照射する。検査光Ｌ２１の照射に応じてカラーフィルタ８１を透過した透過光Ｌ２３は、光学装置６０により集光され、投影光Ｌ２５として投影スクリーン３０に到達する。この際、開口絞り６３により散乱光を遮蔽した場合は、直接光のみによって像が形成され（明視野像）、直接光を遮蔽した場合は、散乱光によって像が形成される（暗視野像）。
【００６７】
投影スクリーン３０はカラーフィルタ８１の像が最も鮮明になる位置に設置されている。この投影像は、カラーフィルタ８１の状態、すなわち、色調の異常などの欠陥を反映しているとともに、干渉縞の発生や光源像によるムラが低減されている。特に、カラーフィルタ８１表面で発散する光を光学装置６０により像面に集光されるため、光学装置６０を用いない場合に比べて投影像が鮮明に映し出されるため、微小な異物や傷等の欠陥を高感度に検出することができる。
【００６８】
こうして、投影スクリーン３０に投影された投影像を、撮像器４０が撮像し、撮像結果を処理部５０が収集する。処理部５０は、収集した撮像結果に基づいた画像処理結果を表示するとともに、必要に応じて、撮像結果や処理結果の格納あるいは印刷を行う。
【００６９】
そして、処理部５０による表示結果、格納結果、または印刷結果に基づいてカラーフィルタ８１の欠陥を検出する。投影スクリーン３０に投影された投影像では、干渉縞の発生や光源像によるムラが低減されているので、微妙な色調の異常などの欠陥の判別が可能となる。
【００７０】
なお、この実施形態では物体を透過した光で像を形成しているが、物体に光を照射し、その反射光で像を形成しても良い。
【００７１】
カラーフィルタ８１の面積が大きい場合には、検査光Ｌ２１が略平行光であることを考え合わせると、光学装置６０では、カラーフィルタ８１の一部分しか投影スクリーン３０に映し出すことができない。そこで、この実施形態では、光学装置６０の鏡筒６１が、透過光Ｌ２３の光軸と略垂直な面において平行移動できるようになっている。
【００７２】
鏡筒６１の平行移動は鏡筒保持器６４が処理部５０からの指示を受けて達成される。すなわち、鏡筒保持器６４は鏡筒６１が透過光Ｌ２３の光軸と略垂直な面において平行移動できるよう機構を備えており、この平行移動機構により鏡筒６１を主走査および副走査することにより結果としてカラーフィルタ８１の全面を投影スクリーン３０上に映し出すことができる。
【００７３】
本実施形態では鏡筒６１を平行移動させているが、これに代えてカラーフィルタ８１を検査光Ｌ２１の光軸と略垂直な面において平行移動させてもよい。
【００７４】
また、本実施形態では撮像器４０を用いているが、これに代えて、目視によって投影スクリーン３０上の投影像を観察して、カラーフィルタ８１の欠陥を検出することも可能である。この場合にも、投影スクリーン３０に投影された投影像では、干渉縞の発生や光源像によるムラが低減されているので、微妙な色調の異常などの欠陥の判別が可能となる。
【００７５】
次に、上述した検査動作が実行されても、投影像内の光強度変化が緩やかで、欠陥の有無がはっきりとしない場合がある。
【００７６】
こうした場合には、処理部５０から入射角可変保持部２０へ、検査光Ｌ２１の光軸とカラーフィルタ８１の検査光Ｌ２１の受光面との成す角度の変更を指示する。角度の変更後または角度を変更しつつ、再度、上記と同様にして、検査光Ｌ２１をカラーフィルタ８１に照射し、カラーフィルタ８１を透過した透過光Ｌ２３を投影スクリーンに投影して投影像を観察する。前回の観察のときと略同一の光強度変化が短い像内距離で発生した投影像や、厚みにムラのある層中における厚みのムラに伴う光路長の差を変化させた投影像を観察することになるので、精度よく欠陥を検査できる。
【００７７】
光学装置６０の第１凸レンズ６２および第２凸レンズ６５はいずれも１枚レンズであるが、凸レンズの機能をもった組み合わせレンズや球面ミラーなどのように、光を収束させることのできるものであれば他の結像光学手段であってもよい。
【００７８】
また、開口絞り６３は、第１凸レンズ６２の後方焦点面上において通過する光を選択することにより像のコントラストを高めるものである。したがって、この目的にかなうものであれば、いかなる形状のものでも構わない。たとえば、耐熱性のシートに穴をあけ、その中心に直接光のみをカットする小さな円板を設けるとか、同心円状に散乱光のみを通す溝をあけたもの等がある。本発明者らは、最も単純に、耐熱性シートに直径５ｍｍ程度の穴をあけ、この耐熱性シートを光軸と垂直な方向に移動させることにより所望の光を選択して、好結果を得ている。また、開口絞り６３の光軸上の位置は、第１凸レンズ６２と第２凸レンズ６５との間になければならないことは既に述べたとおりであり、レンズ間距離ｔと第１凸レンズ６２の焦点距離ｆ１との間にはｔ≧ｆ１の関係がある。
【００７９】
最後に、本発明の欠陥検査方法により得られた像を撮影した写真を図５〜図７に示す。
【００８０】
図５は、ハードコートＰＭＭＡ板に対して５８９ｎｍの波長の光を照射し、その反射光を光学装置６０で集光したときにスクリーン３０に形成された像を示すものであり、開口絞り６３の調整により明視野像としている。なお、中央の大きな円は注目箇所を示すためにハードコートＰＭＭＡ板上に予め描いたものであり、欠陥ではない。このときの光学装置６０に関する条件は次の通りである。第１および第２凸レンズの焦点距離ｆ１およびｆ２がそれぞれ２５ｃｍ、レンズ間距離ｔが２５ｃｍ、物体と第１凸レンズとの距離ａが１２ｃｍ、第２凸レンズまたは開口絞りとスクリーンとの距離ｂが５２ｃｍである。
【００８１】
図６はＳＴＮタイプのカラーフィルタに検査光を照射し、その透過光を光学装置６０で集光して暗視野像をスクリーン３０上に形成したときの写真である。中央部に色ムラが現れていることがわかる。この実施例の場合も、図５と場合と同様にｆ１＝ｆ２＝ｔ＝２５ｃｍ、ａ＝１２ｃｍ、ｂ＝５２ｃｍである。
【００８２】
図７はＴＦＴタイプのカラーフィルタに検査光を照射し、その反射光を光学装置６０で集光して暗視野像をスクリーン３０上に形成したときの写真である。中央部にある黒い点は、表面にスピンコートを行った際の回転中心部に現れるいわゆる「へそムラ」である。これが暗視野像として鮮明に現れていることが判る。この実施例の場合も、図５と場合と同様にｆ１＝ｆ２＝ｔ＝２５ｃｍ、ａ＝１２ｃｍ、ｂ＝５２ｃｍである。
【００８３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の物体の欠陥検査方法および欠陥検査装置を用いると、目視では困難であった微妙な色調異常や傷などが鮮明に現れるため迅速且つ安定的に物体の欠陥を検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である物体の欠陥検査装置に用いる光学装置６０の基本構成を示す配置図。
【図２】光学装置６０の好適な配置を示す図。
【図３】従来のフーリエ変換レンズの構成を示す図。
【図４】本発明の一実施形態である物体の欠陥検査装置を示す構成図。
【図５】この実施形態の装置を用いて形成された像を写した写真。
【図６】この実施形態の装置を用いて形成された像を写した写真。
【図７】この実施形態の装置を用いて形成された像を写した写真。
【符号の説明】
１１…点光源、１２…平行光源、２０…入射角可変保持器、３０…投影スクリーン、４０…撮像器、５０…処理部、６０…光学装置、６１…鏡筒、６２…第１凸レンズ、６３…開口絞り、６５…第２凸レンズ、８１…カラーフィルタ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラーフィルタ、光学的ＭＭＡ板（帯電防止ハードコートＭＭＡ（メチルメタアクリレート）板、ＭＭＡオパール板、他）、光学機能フィルム（偏光フィルム、位相差フィルム、他）等の各種光学材料用物体の欠陥検査方法および欠陥検査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光学材料物体は、その要求される光学的特性から、表面もしくは内部の傷、ごみ、異物、凹凸、ピンホール等の欠陥を可能な限り少なくすることが望まれる。特に、液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｄｅｖｉｃｅｓ）用のカラーフィルタは、高精細かつ美麗な画像を形成させるためにもこれらの光学的欠陥が一切除かれていることが要求される。したがって、カラーフィルタの安定的な製造のためには、高度な製造技術に加えて高感度かつ迅速な製品検査が必要とされる。
【０００３】
ところで、カラーフィルタの画素の形状異常とか顔料の厚みのムラなどによって生じる色調の異常は極めて微妙なため、この検出を装置化することはなかなか困難とされてきた。したがって、製造現場では、熟練した検査員が暗室のなか特定の波長の光のもとでカラーフィルタを直接的に目視観察する方法が一般に採られてきた。
【０００４】
これに対して、光源から出射された光でカラーフィルタを照射し、その透過した光もしくは反射した光をＣＣＤカメラで観察し、必要に応じ画像処理等を行った後、カラーフィルタの欠陥を検出する方法が提案されている（特開平６−２０８０１７号公報、特開平６−９４６３８号公報）。
【０００５】
また、フィルムなどの検体における脈理、膨大部などの欠陥を検査する方法として、検体に平行光を入射させてその透過光もしくは反射光をスクリーンに投影し、形成された投影像における明暗部分を観察する方法が知られている（特公昭６１−６８５４３号公報）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前者の方法によれば、光源像がカラーフィルタを通して観察されてしまうため、明るさのムラが大きく、微妙な色調の異常の検出は困難であった。
【０００７】
また、後者の方法においても、本発明者らの検討の結果によれば、やはり微妙な色ムラ、傷、汚れなどの欠陥を可視化することは困難であった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の物体の欠陥検査方法は、このような問題に鑑みて為されたものであり、検査光を検査対象である物体に照射し、物体を透過した光もしくは反射した光を光学装置を用いて集光することにより物体の像を形成し、この像を観察することにより物体の欠陥を検査する方法であって、光学装置として、物体を透過した光もしくは反射した光を集光する第１結像光学手段と、この第１結像光学手段の後方焦点面に配置され物体を透過した光もしくは反射した光のうちの散乱光または直接光のいずれかを遮蔽する開口絞りと、この開口絞りの後方に配置され開口絞りを通過した散乱光または直接光を結像させる第２結像光学手段とを備え、焦点距離Ｆが有限であり、第１結像光学手段と第２結像光学手段との距離ｔが第１結像光学手段の焦点距離ｆ１に等しいこと（あるいは、第１結像光学手段と第２結像光学手段との距離ｔが第２結像光学手段の焦点距離ｆ２に等しいこと）を特徴とする。
【０００９】
また本発明の物体の欠陥検査装置は、検査対象である物体を照射する検査光を出力する光源と、物体を透過した光もしくは反射した光を集光することにより物体の像を形成する光学装置とを備え、この光学装置は、物体を透過した光もしくは反射した光を集光する第１結像光学手段と、この第１結像光学手段の後方焦点面に配置され物体を透過した光もしくは反射した光のうちの散乱光または直接光のいずれかを遮蔽する開口絞りと、この開口絞りの後方に配置され開口絞りを通過した散乱光または直接光を結像させる第２結像光学手段とを備え、焦点距離Ｆが有限であり、第１結像光学手段の焦点距離ｆ１が第１結像光学手段と第２結像光学手段との距離ｔに等しいこと（あるいは、第１結像光学手段と第２結像光学手段との距離ｔが第２結像光学手段の焦点距離ｆ２に等しいこと）を特徴とする。
【００１０】
第１結像光学手段の後方焦点面上には物体のフーリエ変換像が形成される。光の散乱を引き起こす構造が物体上のゴミ、異物、傷のように不規則な場合には、そのフーリエ変換像は中心を極大とした単調減少の強度分布となり、光の散乱を引き起こす構造が規則正しい場合には、その構造に対応した回折パターンが現れる。検査対象物としてのカラーフィルタは後者の例である。いずれにしても、物体のフーリエ変換像には、その中心に直接光に基づく強度極大（０次散乱光）が現れ、その周辺に散乱光に基づく強度分布が現れる。
【００１１】
開口絞りは、このようなフーリエ変換像の一部を遮蔽して第２結像光学手段の後方に形成される像に寄与する光を選択するものである。フーリエ変換像の中心を通る直接光を含んで形成された像を明視野像といい、散乱光のみで作られた像を暗視野像というが、開口絞りの絞り範囲を調整することにより、明視野像と暗視野像の切り替えが可能である。
【００１２】
本発明の方法または装置を用いることにより、干渉縞の発生や光源像によるムラが低減された像が光学装置の後方の像空間に形成されるので、物体の色調異常、傷、汚れ等の欠陥が際だって像に現れる。特に、傷、ゴミ、ピンホールといった比較的識別の容易な欠陥検査の場合には明視野像による観察が適しており、微妙な色ムラの検出には暗視野像の観察が適している。
【００１３】
本発明における第１結像光学手段は、光を収束させるものであれば何でも良い。代表的な第１結像光学手段としては凸レンズもしくは凸レンズの機能をもった組み合わせレンズであるが、球面ミラーやフレネルレンズ等でも構わない。第２結像光学手段は開口絞りを通過した光で像を結像させるためのものであり、その一般的な例は凸レンズである。後述する実施形態では第１および第２結像光学手段としてそれぞれ凸レンズを用いて説明する。
【００１４】
検査光は、第１結像光学手段によって高度に集光されるためには、略平行光を用いることが好適である。略平行光は、たとえば、所定の一点から放射状に広がる発散光をレンズ等の光学系を用いてコリメートすることによって得られる。
【００１５】
開口絞り（空間フィルター）は、第１結像光学手段の後方焦点面上において、通過する光を選択することにより像のコントラストを高めるものである。したがって、この目的にかなうものであれば、いかなる形状のものでも構わない。たとえば、耐熱性シートに穴をあけ、その中心に直接光のみをカットする小さな円板を設けるとか、同心円状に散乱光のみを通す溝をあけたもの等があるが、本発明者らは、最も単純に、耐熱性シートに直径５ｍｍ程度の穴をあけ、この耐熱性シートを移動させることにより所望の光を選択して、好結果を得ている。
【００１６】
また、この開口絞りの光軸上の位置は、本発明の要請から、第１結像光学手段と第２結像光学手段の間になければならない。つまり、第１結像光学手段と第２結像光学手段との距離をｔ、第１結像光学手段として凸レンズを用いた場合の後方焦点距離をｆ１とするとｔ≧ｆ１でなければならない。
【００１７】
像の観察方法としては、像を一度スクリーンに投影して行う方法と、直接ＣＣＤカメラ等で観察する方法があり、前者の場合、反射型スクリーンと透過型スクリーンとがある。反射型スクリーンにはたとえばホワイトボード等があり、この方法では、簡便さに加え最も明るく最も鮮明な像が得られ欠陥の検査に最適であるが、光軸より傾いた方向から観察する必要があり、像が歪むという欠点がある。透過スクリーンにはこの欠点はないが、鮮明さと明るさが低下するようである。ＣＣＤカメラで直接観察する方法は像の歪みもなく、明るさ、鮮明さも十分であるが、高価なＣＣＤおよび表示装置を必要とすることに加え、光学系の調整に若干の技術を要する。ＣＣＤカメラの場合、カメラの前面に備えているレンズ（像をＣＣＤ受光面に形成させる機能を有するもの）を第２結像光学手段として用いることもできる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照し、本発明の一実施形態である物体の欠陥検査方法および物体の欠陥検査装置をカラーフィルタを被検査物体とした場合について説明する。
【００１９】
はじめに、本実施形態による欠陥検査方法および欠陥検査装置に用いられる光学装置の基本構成について図１を参照して説明する。光学装置６０は、第１結像光学手段としての第１凸レンズ６２、第２結像光学手段としての第２凸レンズ６５、および両レンズ間に配置された開口絞り６３を備えている。
【００２０】
第１凸レンズ６２の焦点距離をｆ１、第２凸レンズ６５の焦点距離をｆ２、第１凸レンズ６２と第２凸レンズ６５との距離をｔ、観察対象であるカラーフィルタ８１と第１凸レンズ６２との距離をａ、第２凸レンズ６５とスクリーン３０との距離をｂとすると、系全体としての結像公式は、
【００２１】
【数１】
系全体としての焦点距離Ｆは、
【００２２】
【数２】
倍率ｍは、
【００２３】
【数３】
【００２４】
かかる構成において、開口絞り６３は、第１凸レンズ６２と第２凸レンズ６５との間において第１凸レンズ６２の後方焦点面に配置され、第１凸レンズ６２で集光された光のうちの直接光または散乱光のいずれかを選択的に遮蔽する。直接光を遮蔽したときにスクリーン３０に形成される像は暗視野像であり、微妙な色ムラの検出に適している。また、散乱光を遮蔽したときにスクリーン３０に形成される像は明視野像であり、傷、ゴミ、ピンホールといった比較的識別の容易な欠陥の検出に適している。明視野像と暗視野像の切り替えは、開口絞り６３の移動により達成できる。開口絞り６３の中央開口部６６が図１に示すように光軸６７上にある場合には明視野像が形成され、この開口絞り６３を光軸６７と垂直な方向にずらすことにより開口部６６を光軸６７から逸脱させると暗視野像が形成される。
【００２５】
したがって、一般的な検査手順は、カラーフィルタの欠陥が最も観察し易くなるように上記公式（１）（３）にしたがってパラメータを選べばよい。しかし、迅速かつ精度の高い検査のためには明るい像を得る必要があり、そのためには、系のサイズをコンパクトにすることが重要である。
【００２６】
この配置の場合の系のサイズＬ、すなわち、カラーフィルタ８１からスクリーン３０までの距離Ｌは、
Ｌ＝ａ＋ｂ＋ｔ …（４）
で与えられる。そして、ｔとｆ１およびｆ２との間に特別な制約がないとしたときの一般的最小サイズＬ0はつぎの式（５）で与えられ、倍率ｍ0＝１である。
【００２７】
【数４】
【００２８】
【数５】
【数６】
【００３０】
一方、開口絞り（空間絞り）６３は、第１凸レンズ６２と第２凸レンズ６５との間になければならないこと、およびａ0＞０、ｂ0＞０でなければならないことから、つぎの条件が成り立つ。
【００３１】
ｆ１＞ｆ２のとき、２・ｆ２＞ｔ≧ｆ１ …（８）
ｆ２＞ｆ１のとき、２・ｆ１＞ｔ≧ｆ１ …（９）
そこで、式（５）のＬ0は、ｔ＝ｆ１のとき一つの極小値をとることがわかる。このときのＬ0は、
【００３２】
【数７】
【００３３】
すなわち、カラーフィルタ８１を透過もしくは反射した光は、第１凸レンズ６２により、その後方焦点面に集光されるが、開口絞り６３および第２凸レンズ６５がちょうどこの焦点面上に設置され、開口絞り６３と第２凸レンズ６５との間隔が実質的に零であるため、光がほとんどロスすることなく結像に寄与することになり、きわめて明るい像が得られる。
【００３４】
第１凸レンズ６２の後方焦点面上には検査物体のフーリエ変換像が現れ、開口絞り６３により任意の散乱光（回折光）若しくは直接光（０次散乱光）を選択して像を形成させるものであるが、開口絞り６３と第２凸レンズ６５を一体化できるのでどの光を選んでも像が逃げることがないという使用上のメリットもあることが判明した。図１に示す一般的な構成・配置では、開口絞り６３によって選ぶ光を代えるたびに、第２凸レンズ６５の位置を調整する必要がある。
【００３５】
このように、ｔ＝ｆ１の構成は、系をコンパクトにできることに加え、得られる像が大変鮮明でその上検査の操作が容易であるという利点をもち、カラーフィルタの欠陥検査手法として極めて好ましい。
【００３６】
つぎに、ｔ＝ｆ１という条件のもとで、第２凸レンズ６５の焦点距離ｆ２と系の大きさとの関係について検討する。
【００３７】
既に述べたように、ｔ＝ｆ１のときの系の一般的最小サイズは、（１０）式で与えられる。一方、（８）式に示すように、ｆ１とｆ２の間にはｆ２≧ｆ１／２という関係があるので、この条件下でのＬ0の最小値は、ｆ２＝ｆ１／２のときである。
【００３８】
なお、ｔ＝ｆ１＝２・ｆ２のときの結像公式は、
ｂ＝ｆ１2／（ａ＋ｆ１） …（１１）
となり、像倍率は、
ｍ＝ｆ１／（ａ＋ｆ１） …（１２）
となる。
【００３９】
これらの式から、ｔ＝ｆ１＝２・ｆ２のときには、カラーフィルタ８１は、第１凸レンズ６２前方の任意の位置に置くことができることが判る。また、ａ＝０のとき、すなわち、カラーフィルタ８１を第１凸レンズ６２に接するように配置したとき、最大像倍率が得られ、カラーフィルタ８１を第１凸レンズ６２から離すにしたがって像は単調に小さくなる。
【００４０】
また、ｔ＝ｆ１＝２・ｆ２という構成においてａ＝０とすると、系のサイズを２ｆ１（＝２ｔ）と非常にコンパクトにでき、その上、カラーフィルタ８１と第１凸レンズ６２が密着しているため、散乱光のロスが全くなく極めて明るい像が得られる。ただし、この場合には、透過法には適用できるが反射法には使えない。
【００４１】
さて、ｔ＝ｆ１の構成において、第１凸レンズ６２の焦点距離ｆ１と第２凸レンズ６５の焦点距離ｆ２とを等しくすれば、第１凸レンズ６２と第２凸レンズ６５に対して同一形状、同一材質のレンズを用いることができる。したがって、ｔ＝ｆ１＝ｆ２＝ｆという構成にすれば、安価に光学装置６０を製作できるという利点がある。
【００４２】
ｔ＝ｆ１＝ｆ２＝ｆのときの結像公式は、
ｂ＝ｆ2／ａ …（１３）
と、きわめて簡単な式に帰着される。したがって、カラーフィルタおよびスクリーンの位置を簡単に求めることができ作業が容易になることに加え、ｔ＝ｆ１の特徴として既に述べたように、ａは０および負以外の任意の値をとりうる。すなわち、カラーフィルタ８１は第１凸レンズ６２の前方の任意の位置に置くことができるというメリットをもつ。このことは、結像光学手段が一個の場合には被検体の位置に禁制領域があることと対照的である。
【００４３】
この構成における系の最小サイズＬ0は、
Ｌ0＝３ｆ、ａ0＝ｆ、ｂ0＝ｆ
である。
【００４４】
すなわち、ｔ＝ｆ１＝ｆ２＝ｆの構成において、カラーフィルタ８１を第１凸レンズ６２の前方焦点位置に置くと、像は第２凸レンズ６５の後方焦点位置に結像され、系のサイズは３ｆになることがわかる。このことは、光学装置６０としてフーリエ変換レンズを用いた場合と比較して、その系の大きさを３／４にできることを示すものである。
【００４５】
ここで、参考のためにフーリエ変換レンズについて説明する。本実施形態の光学装置６０と類似のレンズ構成をもつものとして、図３に示すような構成のフーリエ変換レンズがある。フーリエ変換レンズというのは、焦点距離ｆの２枚の凸レンズ１６２、１６５を２ｆの距離をおいて対向させ、両レンズ間の中央に空間フィルタ１６３を配置した構成を有し、前側凸レンズの前側焦点面に物体たとえばカラーフィルタ８１をおき、後側凸レンズの後側焦点面のスクリーン３０に像を形成するものである。
【００４６】
このフーリエ変換レンズの場合は、系の焦点距離が無限大である点で、本実施形態の光学装置６０とは相違する。すなわち、本実施形態の光学装置６０はあくまでも実像を形成するための光学装置であり、系の焦点距離が有限となるように、具体的には、レンズ間距離ｔが両レンズの焦点距離の和（ｆ１＋ｆ２）とは異なる値となるように設計されている。
【００４７】
また、フーリエ変換レンズの場合には、系の大きさ、すなわち、物体から像までの距離Ｌが４ｆに固定されてしまうが、本実施形態の光学装置６０の場合は系の大きさを自由に設計することができる。しかも、フーリエ変換レンズの場合と同じように２つのレンズに対して同じ焦点距離のものを用いた場合、すなわちｆ１＝ｆ２＝ｆとした場合でも、系のサイズＬをＬ＝３ｆまで小さくすることができることは上述したとおりである。
【００４８】
つぎに、図１に示す一般的な構成を基本とし、レンズ間距離ｔと第２凸レンズ６５の焦点距離ｆ２との関係に着目して系のサイズを考えてみる。
【００４９】
まず、上述した式（１）において、ｔ＝ｆ２とすると、結像公式は、
【００５０】
【数８】
【００５１】
【数９】
【００５２】
つまり、倍率はカラーフィルタ８１の位置および第２凸レンズ６５の焦点距離ｆ２のみの関数であり、第１凸レンズ６２の焦点距離ｆ１に依存しない。
【００５３】
この系において最小サイズを得るための式は、一般式における最小サイズの式（５）にｔ＝ｆ２を代入することにより得られ、
【００５４】
【数１０】
ｆ２≧ｆ１≧ｆ２／２ …（１７）
である。この条件下で式（１６）のＬ0を最小するのは、
ｆ１＝ｆ２／２ …（１８）
のときである。すなわち、ｆ２＝ｔ、ｆ１＝ｆ２／２の場合も、系をコンパクトに小さくできるという観点から好適な配置である。
【００５５】
このときの結像公式は、
ｂ＝ｆ２（ｆ２−ａ）／ａ …（１９）
であり、像倍率は、
ｍ＝ｆ２／ａ …（２０）
である。式（１９）からａ≦ｆ２でなければならない。そして、式（２０）から倍率はａ＝ｆ２のとき最小であり、カラーフィルタ８１をレンズに近づけるにしたがって単調に増加する。
【００５６】
ｆ２＝ｔであり、且つ、式（１８）を満たす構成において、系を最小にする条件は、ａ＝ｆ２であり、このときのＬ0は２・ｆ２（＝２ｔ）であり、ｂは、式（１９）からｂ＝０となる。
【００５７】
この配置は、系のサイズが２・ｆ２と極めてコンパクトであることに加え、ｂ＝０、すなわち、第２凸レンズ６５とスクリーン３０とが密着しているので、透過型スクリーンで像を観察するのに好適である。しかも、透過法にも反射法にも用いることができる。
【００５８】
以上、図１または図２と共に説明してきた光学装置６０を用いたカラーフィルタの欠陥の検査装置の構成図を図４に示す。この検査装置は、平行光源を使用し、検査対象物体であるカラーフィルタの透過光を観察するものである。なお、本実施形態においてカラーフィルタとは、基板上に、例えばＲＧＢ（Ｒｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅ）などの着色層の少なくとも一色を持つ色フィルタをいい、この基本的な構成に保護層や電極層が付加させたものも包含される。具体的には、例えば、透明基板の上にＲ、Ｇ、Ｂ、の少なくとも一色の層が形成されたもの、同基板上にブラックマトリクスが形成され、その間にＲＧＢカラーフィルタ層が形成されたもの、更にその上に必要に応じてオーバーコート層が設けられたもの、更に、次いでその上に透明電極が形成されているもの、およびそれらの構成を基本として更に付加的な層を有するものをいう。
【００５９】
また、カラーフィルタの製造方法として、染色法、顔料分散法、印刷法、および電着法があるが、いずれの製造方法によって製造されたカラーフィルタについても本発明の検査方法および検出装置は適用可能である。また、カラーフィルタの製造における各工程の中間製品および最終製品についても本発明の検査方法および検査装置は適用可能である。
【００６０】
図４に示すように、この装置は、（ａ）検査対象であるカラーフィルタ８１に照射する検査光Ｌ２１を出力する平行光源１２と、（ｂ）カラーフィルタ８１を保持するとともに、検査光Ｌ２１の光軸とカラーフィルタ８１の受光面との成す角を変化させる入射角可変保持器２０と、（ｃ）検査光Ｌ２１の照射の結果カラーフィルタ８１を透過する光Ｌ２３を集光し、投影光Ｌ２５として出射することにより、カラーフィルタ８１の像を像空間に形成する光学装置６０と、（ｄ）光学装置６０による像をその表面において結像させる投影スクリーン３０と、（ｅ）投影スクリーン３０に投影された投影光Ｌ２５の投影像を撮像する撮像器４０と、（ｆ）撮像器４０による撮像結果を収集し表示するとともに、入射角可変保持器２０に検査光Ｌ２１の光軸とカラーフィルタ８１の受光面との成す角を指示し、さらに、光学装置６０の鏡筒６１の位置を鏡筒保持器６４に指示する処理部５０とを備える。
【００６１】
すでに、その基本構成を詳しく説明したように、光学装置６０は凸レンズ６２、６５と、両レンズ間に設けられた開口絞り６３とを備えている。そして、これらの各光学要素は鏡筒６１により所定の位置関係を保って支持されている。この鏡筒６１は鏡筒保持器６４によって検査光Ｌ２１がカラーフィルタ８１を透過した光の光軸（検査光Ｌ２１の光軸と一致している）に略垂直な移動面に沿って移動可能に保持されている。鏡筒６１の前記移動面上の位置は、上述したように処理部５０から鏡筒保持器６４に与えられる指示に基づいて決定される。
【００６２】
平行光源１２は、高圧水銀ランプやキセノンランプ等の高輝度の点光源１１と、この点光源１１から出力された光を平行化するコリメートレンズ系１３を備えているものであるが、これに代えて、反射鏡等を用いて太陽光線を利用するものでもよい。
【００６３】
平行光源１２から出力される検査光は、単色光でも白色光でもよく、それぞれに利点がある。白色光は検査対象物体が本実施形態のようにカラーフィルタの場合には、Ｒ、Ｇ、Ｂの各々の画素をそのカラーで観察することができるという利点や、色ムラの原因がＲ、Ｇ、Ｂのいずれに基づくものかを解析することができるという利点がある。また、色ムラによっては単色光を用いた方が鮮明に現れる場合も多い。
【００６４】
このように構成された本実施形態の装置は、以下のようにしてカラーフィルタの欠陥の検査方法を実行する。
【００６５】
まず、処理部５０がカラーフィルタ８１を保持した入射角可変保持器２０に指示して、検査光の光軸とカラーフィルタ８１の検査光の受光面とが所定の角度で交差（例えば、直交）するように設定する。
【００６６】
この状態で、平行光源１２から出力された検査光Ｌ２１をカラーフィルタ８１に照射する。検査光Ｌ２１の照射に応じてカラーフィルタ８１を透過した透過光Ｌ２３は、光学装置６０により集光され、投影光Ｌ２５として投影スクリーン３０に到達する。この際、開口絞り６３により散乱光を遮蔽した場合は、直接光のみによって像が形成され（明視野像）、直接光を遮蔽した場合は、散乱光によって像が形成される（暗視野像）。
【００６７】
投影スクリーン３０はカラーフィルタ８１の像が最も鮮明になる位置に設置されている。この投影像は、カラーフィルタ８１の状態、すなわち、色調の異常などの欠陥を反映しているとともに、干渉縞の発生や光源像によるムラが低減されている。特に、カラーフィルタ８１表面で発散する光を光学装置６０により像面に集光されるため、光学装置６０を用いない場合に比べて投影像が鮮明に映し出されるため、微小な異物や傷等の欠陥を高感度に検出することができる。
【００６８】
こうして、投影スクリーン３０に投影された投影像を、撮像器４０が撮像し、撮像結果を処理部５０が収集する。処理部５０は、収集した撮像結果に基づいた画像処理結果を表示するとともに、必要に応じて、撮像結果や処理結果の格納あるいは印刷を行う。
【００６９】
そして、処理部５０による表示結果、格納結果、または印刷結果に基づいてカラーフィルタ８１の欠陥を検出する。投影スクリーン３０に投影された投影像では、干渉縞の発生や光源像によるムラが低減されているので、微妙な色調の異常などの欠陥の判別が可能となる。
【００７０】
なお、この実施形態では物体を透過した光で像を形成しているが、物体に光を照射し、その反射光で像を形成しても良い。
【００７１】
カラーフィルタ８１の面積が大きい場合には、検査光Ｌ２１が略平行光であることを考え合わせると、光学装置６０では、カラーフィルタ８１の一部分しか投影スクリーン３０に映し出すことができない。そこで、この実施形態では、光学装置６０の鏡筒６１が、透過光Ｌ２３の光軸と略垂直な面において平行移動できるようになっている。
【００７２】
鏡筒６１の平行移動は鏡筒保持器６４が処理部５０からの指示を受けて達成される。すなわち、鏡筒保持器６４は鏡筒６１が透過光Ｌ２３の光軸と略垂直な面において平行移動できるよう機構を備えており、この平行移動機構により鏡筒６１を主走査および副走査することにより結果としてカラーフィルタ８１の全面を投影スクリーン３０上に映し出すことができる。
【００７３】
本実施形態では鏡筒６１を平行移動させているが、これに代えてカラーフィルタ８１を検査光Ｌ２１の光軸と略垂直な面において平行移動させてもよい。
【００７４】
また、本実施形態では撮像器４０を用いているが、これに代えて、目視によって投影スクリーン３０上の投影像を観察して、カラーフィルタ８１の欠陥を検出することも可能である。この場合にも、投影スクリーン３０に投影された投影像では、干渉縞の発生や光源像によるムラが低減されているので、微妙な色調の異常などの欠陥の判別が可能となる。
【００７５】
次に、上述した検査動作が実行されても、投影像内の光強度変化が緩やかで、欠陥の有無がはっきりとしない場合がある。
【００７６】
こうした場合には、処理部５０から入射角可変保持部２０へ、検査光Ｌ２１の光軸とカラーフィルタ８１の検査光Ｌ２１の受光面との成す角度の変更を指示する。角度の変更後または角度を変更しつつ、再度、上記と同様にして、検査光Ｌ２１をカラーフィルタ８１に照射し、カラーフィルタ８１を透過した透過光Ｌ２３を投影スクリーンに投影して投影像を観察する。前回の観察のときと略同一の光強度変化が短い像内距離で発生した投影像や、厚みにムラのある層中における厚みのムラに伴う光路長の差を変化させた投影像を観察することになるので、精度よく欠陥を検査できる。
【００７７】
光学装置６０の第１凸レンズ６２および第２凸レンズ６５はいずれも１枚レンズであるが、凸レンズの機能をもった組み合わせレンズや球面ミラーなどのように、光を収束させることのできるものであれば他の結像光学手段であってもよい。
【００７８】
また、開口絞り６３は、第１凸レンズ６２の後方焦点面上において通過する光を選択することにより像のコントラストを高めるものである。したがって、この目的にかなうものであれば、いかなる形状のものでも構わない。たとえば、耐熱性のシートに穴をあけ、その中心に直接光のみをカットする小さな円板を設けるとか、同心円状に散乱光のみを通す溝をあけたもの等がある。本発明者らは、最も単純に、耐熱性シートに直径５ｍｍ程度の穴をあけ、この耐熱性シートを光軸と垂直な方向に移動させることにより所望の光を選択して、好結果を得ている。また、開口絞り６３の光軸上の位置は、第１凸レンズ６２と第２凸レンズ６５との間になければならないことは既に述べたとおりであり、レンズ間距離ｔと第１凸レンズ６２の焦点距離ｆ１との間にはｔ≧ｆ１の関係がある。
【００７９】
最後に、本発明の欠陥検査方法により得られた像を撮影した写真を図５〜図７に示す。
【００８０】
図５は、ハードコートＰＭＭＡ板に対して５８９ｎｍの波長の光を照射し、その反射光を光学装置６０で集光したときにスクリーン３０に形成された像を示すものであり、開口絞り６３の調整により明視野像としている。なお、中央の大きな円は注目箇所を示すためにハードコートＰＭＭＡ板上に予め描いたものであり、欠陥ではない。このときの光学装置６０に関する条件は次の通りである。第１および第２凸レンズの焦点距離ｆ１およびｆ２がそれぞれ２５ｃｍ、レンズ間距離ｔが２５ｃｍ、物体と第１凸レンズとの距離ａが１２ｃｍ、第２凸レンズまたは開口絞りとスクリーンとの距離ｂが５２ｃｍである。
【００８１】
図６はＳＴＮタイプのカラーフィルタに検査光を照射し、その透過光を光学装置６０で集光して暗視野像をスクリーン３０上に形成したときの写真である。中央部に色ムラが現れていることがわかる。この実施例の場合も、図５と場合と同様にｆ１＝ｆ２＝ｔ＝２５ｃｍ、ａ＝１２ｃｍ、ｂ＝５２ｃｍである。
【００８２】
図７はＴＦＴタイプのカラーフィルタに検査光を照射し、その反射光を光学装置６０で集光して暗視野像をスクリーン３０上に形成したときの写真である。中央部にある黒い点は、表面にスピンコートを行った際の回転中心部に現れるいわゆる「へそムラ」である。これが暗視野像として鮮明に現れていることが判る。この実施例の場合も、図５と場合と同様にｆ１＝ｆ２＝ｔ＝２５ｃｍ、ａ＝１２ｃｍ、ｂ＝５２ｃｍである。
【００８３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の物体の欠陥検査方法および欠陥検査装置を用いると、目視では困難であった微妙な色調異常や傷などが鮮明に現れるため迅速且つ安定的に物体の欠陥を検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である物体の欠陥検査装置に用いる光学装置６０の基本構成を示す配置図。
【図２】光学装置６０の好適な配置を示す図。
【図３】従来のフーリエ変換レンズの構成を示す図。
【図４】本発明の一実施形態である物体の欠陥検査装置を示す構成図。
【図５】この実施形態の装置を用いて形成された像を写した写真。
【図６】この実施形態の装置を用いて形成された像を写した写真。
【図７】この実施形態の装置を用いて形成された像を写した写真。
【符号の説明】
１１…点光源、１２…平行光源、２０…入射角可変保持器、３０…投影スクリーン、４０…撮像器、５０…処理部、６０…光学装置、６１…鏡筒、６２…第１凸レンズ、６３…開口絞り、６５…第２凸レンズ、８１…カラーフィルタ。
Claims (23)
- 検査光を検査対象である物体に照射し、前記物体を透過した光もしくは反射した光を光学装置を用いて集光することにより前記物体の像を形成し、この像を観察することにより前記物体の欠陥を検査する方法であって、
前記光学装置は、前記物体を透過した光もしくは反射した光を集光する第１結像光学手段と、この第１結像光学手段の後方焦点面に配置され前記物体を透過した光もしくは反射した光のうちの散乱光または直接光のいずれかを遮蔽する開口絞りと、この開口絞りの後方に配置され前記開口絞りを通過した散乱光または直接光を結像させる第２結像光学手段とを備え、焦点距離Ｆが有限であり、前記第１結像光学手段と前記第２結像光学手段との距離ｔが前記第１結像光学手段の焦点距離ｆ１に等しいことを特徴とする物体の欠陥検査方法。 - 前記第２結像光学手段の焦点距離ｆ２が前記焦点距離ｆ１に等しいことを特徴とする請求項１に記載の物体の欠陥検査方法。
- 前記物体を前記第１結像光学手段の前方焦点面に配置することを特徴とする請求項２に記載の物体の欠陥検査方法。
- 前記第２結像光学手段の焦点距離ｆ２が前記焦点距離ｆ１の２分の１に等しいことを特徴とする請求項１に記載の物体の欠陥検査方法。
- 前記物体を前記第１結像光学手段に接するように配置することを特徴とする請求項４に記載の物体の欠陥検査方法。
- 検査光を検査対象である物体に照射し、前記物体を透過した光もしくは反射した光を光学装置を用いて集光することにより前記物体の像を形成し、この像を観察することにより前記物体の欠陥を検査する方法であって、
前記光学装置は、前記物体を透過した光もしくは反射した光を集光する第１結像光学手段と、この第１結像光学手段の後方焦点面に配置され前記物体を透過した光もしくは反射した光のうちの散乱光または直接光のいずれかを遮蔽する開口絞りと、この開口絞りの後方に配置され前記開口絞りを通過した散乱光または直接光を結像させる第２結像光学手段とを備え、焦点距離Ｆが有限であり、前記第１結像光学手段と前記第２結像光学手段との距離ｔが前記第２結像光学手段の焦点距離ｆ２に等しいことを特徴とする物体の欠陥検査方法。 - 前記第１結像光学手段の焦点距離ｆ１が前記焦点距離ｆ２の２分の１に等しいことを特徴とする請求項６に記載の物体の欠陥検査方法。
- 前記物体を前記第１結像光学手段の前方において前記第１結像光学手段から前記焦点距離ｆ２だけ離れた位置に配置することを特徴とする請求項７に記載の物体の欠陥検査方法。
- 前記検査光が略平行光であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の物体の欠陥検査方法。
- 前記検査光が単色光であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の物体の欠陥検査方法。
- 前記像の観察はその像をスクリーンに投影して行うことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の物体の欠陥検査方法。
- 前記物体がカラーフィルタであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の物体の欠陥検査方法。
- 検査対象である物体を照射する検査光を出力する光源と、前記物体を透過した光もしくは反射した光を集光することにより前記物体の像を形成する光学装置とを備え、
前記光学装置は、前記物体を透過した光もしくは反射した光を集光する第１結像光学手段と、この第１結像光学手段の後方焦点面に配置され前記物体を透過した光もしくは反射した光のうちの散乱光または直接光のいずれかを遮蔽する開口絞りと、この開口絞りの後方に配置され前記開口絞りを通過した散乱光または直接光を結像させる第２結像光学手段とを備え、焦点距離Ｆが有限であり、前記第１結像光学手段の焦点距離ｆ１が前記第１結像光学手段と前記第２結像光学手段との距離ｔに等しいことを特徴とする物体の欠陥検査装置。 - 前記第２結像光学手段の焦点距離ｆ２が前記距離ｔに等しいことを特徴とする請求項１３に記載の物体の欠陥検査装置。
- 前記物体の配置位置が前記第１結像光学手段の前方焦点面であることを特徴とする請求項１４に記載の物体の欠陥検査装置。
- 前記第２結像光学手段の焦点距離ｆ２が前記焦点距離ｆ１の２分の１に等しいことを特徴とする請求項１３に記載の物体の欠陥検査装置。
- 前記物体を前記第１結像光学手段に接するように配置することを特徴とする請求項１６に記載の物体の欠陥検査装置。
- 検査対象である物体を照射する検査光を出力する光源と、前記物体を透過した光もしくは反射した光を集光することにより前記物体の像を形成する光学装置とを備え、
前記光学装置は、前記物体を透過した光もしくは反射した光を集光する第１結像光学手段と、この第１結像光学手段の後方焦点面に配置され前記物体を透過した光もしくは反射した光のうちの散乱光または直接光のいずれかを遮蔽する開口絞りと、この開口絞りの後方に配置され前記開口絞りを通過した散乱光または直接光を結像させる第２結像光学手段とを備え、焦点距離Ｆが有限であり、前記第１結像光学手段と前記第２結像光学手段との距離ｔが前記第２結像光学手段の焦点距離ｆ２に等しいことを特徴とする物体の欠陥検査装置。 - 前記第１結像光学手段の焦点距離ｆ１が前記焦点距離ｆ２の２分の１に等しいことを特徴とする請求項１８に記載の物体の欠陥検査装置。
- 前記物体を前記第１結像光学手段の前方において前記第１結像光学手段から前記焦点距離ｆ２だけ離れた位置に配置することを特徴とする請求項１９に記載の物体の欠陥検査装置。
- 前記光学装置によって形成される像をその表面において結像させるスクリーンを備えていることを特徴とする請求項１３〜２０のいずれか一項に記載の物体の欠陥検査装置。
- 前記光源が略平行光を出力するものであることを特徴とする請求項１３〜２１のいずれか一項に記載の物体の欠陥検査装置。
- 前記物体がカラーフィルタであることを特徴とする請求項１３〜２２のいずれか一項に記載の物体の欠陥検査装置。
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