JPH07270716A - 光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 同一光軸上の少なくとも２つの異なる焦点位
置にある物体を１つの結像面で同時に観察し得る光学装
置を提供する。 【構成】 焦点面１２１に置かれた物体の像を対物レン
ズ１２３，結像レンズ１２４，ハーフミラー１２５，全
反射ミラー１２６を経由する光路Ａからハーフミラー１
３０を介して結像面１３１に結像させ、焦点面１２２の
像を対物レンズ１２３，結像レンズ１２４，ハーフミラ
ー１２５，全反射ミラー１２７，補正レンズ１２８，シ
ャッタ１２９の経路でハーフミラー１３０により結像面
１３１に結像させる。補正レンズ１２８は焦点面１２２
の焦点位置が焦点面１２１と同じになるように補正する
ことにより、結像面１３１で２つの焦点面１２１，１２
２上にある物体の像を同時に観察する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は光学装置に関し、特
に、同一光軸上の少なくとも２つの異なる焦点位置にあ
る物体を１つの結像面で同時に観察可能な光学装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】２ヶ所以上の同一光軸上の異なる焦点位
置にある物体を同時に観察する場合の例として、図４お
よび図５に示すガラス基板を貼り合わせる方法について
説明する。図４において、一方の液晶ガラス基板１上に
は配線パターン３と図５（ａ）に示すような位置合わせ
マーク５が形成されており、これらの配線パターン３と
位置合わせマーク５上には表面保護膜７が形成されてい
る。他方の液晶ガラス基板２も一方の液晶ガラス基板１
と同様にして、配線パターン４と図５（ｂ）に示す位置
合わせマーク６が形成されており、これらの配線パター
ン４と位置合わせマーク６の上に表面保護膜８が形成さ
れている。

【０００３】位置合わせマーク５は円形状であり、位置
合わせマーク６はリング状であって、一般的には透明電
極やクロムなどの金属薄膜により配線パターン３，４な
どと同一の工程で作られる。

【０００４】液晶ガラス基板１と２を貼り合わせるに
は、それぞれの配線パターン３と４とが向き合うように
その間隔が０．２ｍｍ程度に配置される。液晶表示装置
では、２枚の液晶ガラス基板１，２の位置が規定の位置
より数μｍずれても正常に動作しないため、液晶ガラス
基板１，２を微動させながら位置合わせマーク６の中心
に位置合わせマーク５が配置されるように位置合わせす
る必要がある。この時点での位置決めが完了すると、次
に、２枚の液晶ガラス基板１，２を５μｍ程度に密着さ
せ、再度位置合わせマーク５，６のずれを微調整する。
最後に、２枚の液晶ガラス基板１，２を接着剤９にて接
合し、液晶表示装置用ガラス基板貼り合わせ工程が終了
する。

【０００５】ところで、図４に示した位置合わせマーク
５，６は液晶ガラス基板１，２を嵌め合わせるとき、上
方から見るとそれぞれの焦点位置が異なる。このような
焦点の異なる２ヶ所の位置決めマークを観察する方法と
して、たとえば最も簡単な方法として焦点深度の大き
な光学装置を用い、２つの位置合わせマーク５，６とも
に焦点深度範囲内で観察する方法や、別の方法として、
液晶ガラス基板１，２に対して垂直方向に上下動する
機構を光学装置に追加したり、光学装置自体に焦点位置
を変えさせる機能を持たせる方法や、ワークの表面と
裏面にそれぞれ存在する位置合わせマークを観察する方
法として、位置合わせマークを観察する手段を２つ備え
た方法を利用する方法などが考えられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図４に示すような位置
合わせを行なう場合、焦点位置の異なる２つの位置合わ
せマーク５，６を同時に観察する必要がある。上で述べ
たの方法は、焦点深度が大きい光学装置では開口率が
小さいために、高い倍率や高い分解能を得ることが難し
く、さらに焦点深度内とはいえ多少焦点のずれた像を観
察しなくてはならないことから精度の高い観察を望めな
い。の方法では、まず同軸上にある２つの位置合わせ
マーク５，６を同時に観察することが不可能であり、ま
た焦点位置を切換えるごとに切換時間を要し、焦点位置
切換時に光軸がずれる可能性があるため、正確さを保証
するのが困難である。の方法は、２つの位置決めマー
ク５，６をそれぞれ観察することは可能であるが、その
ため２つの光学系と観察装置が必要であり、またそれぞ
れの観察像からそれぞれの相対的な位置関係に結びつけ
るのは困難であるという欠点があった。

【０００７】それゆえに、この発明の主たる目的は、比
較的簡単な構成で、同一光軸上の異なる焦点位置にある
物体を１つの結像面で同時に観察可能な光学装置を提供
することである。

【０００８】この発明の他の目的は、比較的簡単な構成
で少なくとも２枚の液晶基板の異なる焦点位置にある位
置合わせマークを１つの結像面で観察して少なくとも２
枚の液晶基板のずれを少なくして積層するための光学装
置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
同一光軸上の少なくとも２つの異なる焦点位置にある物
体を１つの結像面で同時に観察可能な光学装置であっ
て、光軸上に設けられる対物レンズと、対物レンズを通
過した少なくとも２つの焦点位置にある物体からの像の
光路を分岐するための第１のハーフミラーと、第１のハ
ーフミラーによって分岐された一方の光路に挿入され、
異なる焦点位置を同じ焦点位置となるように変化させる
ための補正レンズと、補正レンズの光路と第１のハーフ
ミラーによって分岐された他方の光路とを合成する第２
のハーフミラーと、第２のハーフミラーを通過して結像
した像を観察する観察手段とを備えて構成される。

【００１０】請求項２に係る発明は、それぞれに位置合
わせマークが設けられた少なくとも２枚の液晶基板を積
層するときに、それぞれの異なる焦点位置にある位置合
わせマークを１つの結像面で同時に観察可能な光学装置
であって、少なくとも２枚の液晶基板の上側の液晶基板
を保持するための保持手段と、下側の液晶基板が載置さ
れるテーブルと、位置合わせマークを撮像するための撮
像手段と、撮像手段と位置合わせマークとの間に設けら
れる光学系と、撮像手段の撮像出力に応じて、少なくと
も２枚の液晶基板に設けられている位置合わせマークの
ずれを判別する画像処理手段と、画像処理手段によって
判別されたずれがなくなるようにテーブルを水平方向ま
たは回転方向に移動させるための駆動手段を備え、光学
系は撮像手段の光軸上に設けられる対物レンズと、対物
レンズを通過した少なくとも２つの焦点位置にある位置
合わせマークからの像の光路を分岐するための第１のハ
ーフミラーと、第１のハーフミラーによって分岐された
一方の光路に挿入され、異なる焦点位置を同じ焦点位置
となるように変化させるための補正レンズと、補正レン
ズの光路と第１のハーフミラーによって分岐された他方
の光路とを合成して、少なくとも２つの位置合わせマー
クの画像を撮像手段に与える。

【００１１】請求項３に係る発明では、請求項１または
２の一方の光路に挿入されるスリットを含む。

【００１２】請求項４に係る発明では、請求項１または
２の対物レンズと第１のハーフミラーとの間の光路に挿
入される結像レンズを含む。

【００１３】

【作用】請求項１の発明に係る光学装置は、対物レンズ
を通過した少なくとも２つの焦点位置にある物体からの
像の光路を第１のハーフミラーによって分岐し、分岐さ
れた一方の光路に挿入されている補正レンズによって、
異なる焦点位置を同じ焦点位置となるように変化させ、
補正レンズを通過した像と第１のハーフミラーによって
分岐された他方の光路からの像を第２のハーフミラーで
合成し、結像した像を観察手段によって観察する。

【００１４】請求項２の発明に係る光学装置は、テーブ
ル上に載置されている下側の液晶基板と保持手段によっ
て保持されている上側の液晶基板のそれぞれの異なる焦
点位置にある位置合わせマークを、請求項１と同様の光
学系を介して撮像し、その撮像出力に応じてそれぞれの
位置合わせマークのずれを判別し、そのずれがなくなる
ようにテーブルを水平方向に移動させる。

【００１５】

【実施例】図１はこの発明の一実施例を示すブロック図
である。図１において、この発明に係る光学装置は、２
枚の液晶ガラス基板のずれがなくなるように積層するた
めの装置であって、ＸＹθテーブル１１と光学部１２，
１３とＣＣＤカメラ１４，１５と画像処理部１６とモニ
タ１７と制御部１８と駆動部１９と保持機構２０とを含
む。ＸＹθテーブル１１には積層されるべき２枚の液晶
ガラス基板のうちの下側の液晶ガラス基板が載置され、
その液晶ガラス基板の水平方向、すなわちＸ方向，Ｙ方
向に移動可能であるとともに、角度θだけ回転可能にさ
れている。保持機構２０はＸＹθテーブル１１の近傍に
設けられ、積層されるべき２枚の液晶ガラス基板の内の
上側の液晶ガラス基板を保持し、かつ上下方向に移動可
能になっている。ＣＣＤカメラ１４，１５と光学部１
２，１３はＸＹθテーブル１１の上方に設けられ、ＣＣ
Ｄカメラ１４，１５はそれぞれ光学部１２，１３を介し
てＸＹθテーブル１１上に載置されている下側の液晶ガ
ラス基板と保持機構２０によって保持されている上側の
液晶ガラス基板上の２ヶ所の位置合わせマークを撮像す
る。ＣＣＤカメラ１４，１５の撮像出力は画像処理部１
６に与えられて画像処理される。すなわち、画像処理部
１６は画像出力に応じて元の画像を復元し、その中から
登録された形状を認識し、その位置ずれを算出すると、
位置のずれ量を制御部１８に知らせる。形状の認識方法
としては、たとえば画像をその輝度において２値化を行
ない、登録された形状と一致する像を認識する方法があ
る。さらに、画像処理部１６はＣＣＤカメラ１４，１５
からの画像出力を監視用としてモニタ１７に与える。

【００１６】制御部１８は画像処理部１６に処理開始信
号を送ったり、ずれ量情報を受取り、ずれ量情報から実
際に移動すべきＸＹθテーブル１１の移動量を算出し、
駆動部１９に移動指令を与える。駆動部１９はその移動
指令に応じてＸＹθテーブル１１を水平方向に移動させ
る。

【００１７】図２はこの発明の一実施例の動作を説明す
るためのフローチャートである。次に、図２を参照しな
がら図１に示した光学装置の動作について説明する。ま
ず、ＸＹθテーブル１１上に積層すべき下側の液晶ガラ
ス基板を載置し、上側の液晶ガラス基板を保持機構２０
によって保持させる。これらの液晶ガラス基板には、そ
れぞれの２ヶ所に前述の図５に示したような位置合わせ
マークが形成されている。これらの位置合わせマークは
光学部１２，１３を介してＣＣＤカメラ１４，１５で撮
像される。画像処理部１６はその撮像出力により形状を
認識し、位置ずれ量を算出する。制御部１８は画像処理
部１６から位置ずれ情報が与えられると、位置ずれが生
じているか否かを判別し、位置ずれがあれば、その位置
ずれをなくすように、駆動部１９に指令信号を与え、Ｘ
Ｙθテーブル１１を移動させる。ずれがなくなると、保
持機構２０で保持されている上側の液晶ガラス基板を降
下させ、ＸＹθテーブル１１上の液晶ガラス基板と密着
させる。

【００１８】図３は図１に示した光学部の具体的な構成
を示す図である。図３において、光学部１２は、光路を
ＡＢの２つに分け、２つの異なる焦点面１２１，１２２
の像を結像面１３１に結ぶように構成されている。すな
わち、焦点面１２１に置かれた物体の像は対物レンズ１
２３，結像レンズ１２４，ハーフミラー１２５，全反射
ミラー１２６を経由し、ハーフミラー１３０で他方の経
路を通った像を合成されて結像面１３１に結像するよう
に、対物レンズ１２３と結像レンズ１２４とハーフミラ
ー１２５と全反射ミラー１２６とハーフミラー１３０と
が配置されて光路Ａが形成される。

【００１９】一方、焦点面１２２に置かれた物体の像
は、対物レンズ１２３，結像レンズ１２４を経由し、ハ
ーフミラー１２５で分岐されて光路Ｂに入り、全反射ミ
ラー１２７，補正レンズ１２８，スリットとしてのシャ
ッタ１２９を介してハーフミラー１３０で光路Ａからの
像と合成されて結像面１３１に結像される。このとき、
光路Ａと共通の対物レンズ１２３と結像レンズ１２４と
を経由した光が正しく結像面１３１に結像すべく、補正
レンズ１２８の屈折率と挿入位置が決められている。

【００２０】なお、光路Ａにはその途中にレンズなどの
光学素子は挿入されていないが、必要に応じて挿入して
もよい。また、照明系について特に図３には示していな
いが、対物レンズ１２３と結像レンズ１２４との間にハ
ーフミラーなどを設け、ハーフミラーを経由して同軸落
射照明を行なうようにしてもよい。また、結像面１３１
には、図１に示したＣＣＤカメラ１４が配置され、テレ
ビモニタ１７によって像が撮像される。なお、図示して
いないが、補正レンズ１２８には、光軸に対して垂直方
向に微調整機構が設けられていて、焦点面１２２の物体
の移動に対して補正レンズ１２８を微動させ、調整する
ことが可能になっている。シャッタ１２９は、液晶表示
装置用ガラス基板貼り合わせなどにおいて、貼り合わせ
終了後再度像を観察する必要があるときに、シャッタ１
２９を閉じることによって、不要な像が合成されること
がないようにするために設けられている。

【００２１】上述のごとく構成された光学部１２におい
て、光路Ａによる光学系は焦点面１２１に置かれた物体
の像を結像面１３１に結像させると、焦点面１２２に置
かれた物体の像は焦点深度範囲内にないため結像面１３
１では像を結ばない。同様にして、光路Ｂによる光学系
では、焦点面１２２に置かれた物体の像を結像面１３１
に結像させるが、焦点面１２１に置かれた物体の像は焦
点深度範囲内にないため結像面１３１では像を結ばな
い。このように、ハーフミラー１３０で合成された２つ
の光路を経由したそれぞれの像はそれぞれの焦点位置が
異なるため、２つの像が干渉し合わずに結像面１３１に
構成される。

【００２２】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、１つの結像面上で２ヶ所以上の焦点位置の像を結像
することが可能となり、倍率や分解能の点で不利な開口
率の小さな光学系を用いなくても、２ヶ所以上の焦点位
置の像を観察することが可能となり、焦点位置を目的の
位置に随時合わせる必要もなく、２つの結像面上の像を
比較するのではなく１つの結像面上の像で比較すること
が可能となり、液晶表示装置用ガラス基板の貼り合わせ
など焦点位置の異なる２つの位置合わせマークの観察を
同時に容易に行なうことができる。

【００２３】請求項２に係る発明は、テーブル上の液晶
基板と保持機構によって保持されている液晶基板のそれ
ぞれに設けられている異なる焦点位置の位置合わせマー
クを、請求項１の光学系を介して撮像し、その撮像出力
に応じて位置合わせマークのずれを判別し、ずれがなく
なるようにテーブルを水平方向に移動させ、上側の液晶
基板を密着させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例のブロック図である。

【図２】この発明の一実施例の動作を説明するためのフ
ローチャートである。

【図３】図１に示した光学部の一例を示す図である。

【図４】従来の液晶表示装置用ガラス基板の貼り合わせ
を説明するための図である。

【図５】位置合わせマークの一例を示す図である。

【符号の説明】

１１ ＸＹθテーブル １２，１３ 光学部 １４，１５ ＣＤＤカメラ １６ 画像処理部 １７ モニタ １８ 制御部 １９ 駆動部 ２０ 保持機構 １２１，１２２ 焦点面 １２３ 対物レンズ １２４ 結像レンズ １２５，１３０ ハーフミラー １２６，１２７ 全反射ミラー １２８ 補正レンズ １２９ シャッタ １３１ 結像面

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同一光軸上の少なくとも２つの異なる焦
   点位置にある物体を１つの結像面で同時に観察可能な光
   学装置であって、 前記光軸上に設けられる対物レンズ、 前記対物レンズを通過した前記少なくとも２つの焦点位
   置にある物体からの像の光路を分岐するための第１のハ
   ーフミラー、 前記第１のハーフミラーによって分岐された一方の光路
   に挿入され、前記異なる焦点位置を同じ焦点位置となる
   ように変化させるための補正レンズ、 前記補正レンズの光路と前記第１のハーフミラーによっ
   て分岐された他方の光路とを合成する第２のハーフミラ
   ー、および前記第２のハーフミラーを通過して結像した
   像を観察するための観察手段を備えた、光学装置。
2. 【請求項２】 それぞれに位置合わせマークが設けられ
   た少なくとも２枚の液晶基板を積層するときに、それぞ
   れの異なる焦点位置にある位置合わせマークを１つの結
   像面で同時に観察可能な光学装置であって、 前記少なくとも２枚の液晶基板の上側の液晶基板を保持
   するための保持手段、 前記少なくとも２枚の液晶基板の下側の液晶基板が載置
   されるテーブル、 前記位置合わせマークを撮像するための撮像手段、 前記撮像手段と前記位置合わせマークとの間に設けられ
   る光学系、 前記撮像手段の撮像出力に応じて、前記少なくとも２枚
   の液晶基板に設けられている位置合わせマークのずれを
   判別する画像処理手段、および前記画像処理手段によっ
   て判別されたずれがなくなるように前記テーブルを水平
   方向または回転方向に移動させるための駆動手段を備
   え、 前記光学系は、 前記撮像手段の光軸上に設けられる対物レンズと、 前記対物レンズを通過した前記少なくとも２つの焦点位
   置にある位置合わせマークからの像の光路を分岐するた
   めの第１のハーフミラーと、 前記第１のハーフミラーによって分岐された一方の光路
   に挿入され、前記異なる焦点位置を同じ焦点位置となる
   ように変化させるための補正レンズと、 前記補正レンズの光路と前記第１のハーフミラーによっ
   て分岐された他方の光路とを合成して、前記少なくとも
   ２つの位置合わせマークの像を前記撮像手段に与える第
   ２のハーフミラーとを含む、光学装置。
3. 【請求項３】 前記一方の光路に挿入されるスリットを
   含む、請求項１または２の光学装置。
4. 【請求項４】 前記対物レンズと前記第１のハーフミラ
   ーとの間の光路に挿入される結像レンズを含む、請求項
   １または２の光学装置。