(57)【要約】【課題】周期的パターンを持つ検査対象を、画像のボケや劣化をほとんど生じさせることなくかつパターン周期とＣＣＤ分解能が接近した条件であってもモアレの影響なく検査および観察できる検査装置および観察装置を安価に提供する。【解決手段】周期的パターンを持つ検査対象を光学的に検査する検査装置であって、検査対象の像を撮像する撮像素子と、少なくとも検査対象からの光を反射及び透過させて分割する光分離手段と、分割した光を導く導光手段と有することで、検査対象の二つの像を撮像素子に導く光学系と、前記検査対象の二つの像のうち少なくとも一方の像の撮像素子上での位置をずらす撮像位置ずらし手段と、を有する検査装置とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期的パターンを持つ検査対象を光学的に検査する検査装置であって、
検査対象の像を撮像する撮像素子と、
少なくとも検査対象からの光を反射及び透過させて分割する光分離手段と、分割した光を導く導光手段と有することで、検査対象の二つの像を撮像素子に導く光学系と、
前記検査対象の二つの像のうち少なくとも一方の像の撮像素子上での位置をずらす撮像位置ずらし手段と、
を有する検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の検査装置において、  
第１のハーフミラーにより検査対象からの光を反射及び透過させて分割する光分離手段と、
分割した光を合成する第２のハーフミラー及び分割した光のうち反射光を第２のハーフミラーに導く反射手段からなる導光手段と、
を有することを特徴とする検査装置。
【請求項３】
請求項２に記載の検査装置において、
前記撮像位置ずらし手段は第１のハーフミラー又は第２のハーフミラーを検査対象に平行かつ前記反射光の光路方向に移動させる駆動手段からなることを特徴とする検査装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の検査装置において、
前記光学系および撮像位置ずらし手段を、撮像素子から検査対象への垂線方向を回転軸として任意角度回転させ保持する回転駆動手段を有することを特徴とする検査装置。
【請求項５】
周期的パターンを持つ検査対象を撮像素子によって撮像し、光学的に欠陥を検出する検査方法であって、
検査対象上の一の像と、この像に対して周期的パターンの繰り返し方向に前記パターンの半周期分ずらした像を光学的に合成することにより、欠陥を検出することを特徴とする検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は周期的パターンを持つ検査対象を、画像のボケをほとんど生じさせることなくかつパターン周期とＣＣＤ分解能が接近した条件であってもモアレの影響なく検査および観察できる検査装置および検査方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周期的なパターンを撮像する際に、撮像素子の画素と、パターンとの干渉によってモアレが生じる。特に、カラーフィルタ等の各種光学部材のように、パターンが微細になるにつれて、撮像素子の画素間隔と撮像対象であるパターン間隔が近くなるために、モアレは大きな問題となる。モアレが生じた場合、パターン検査の際に、欠陥の検出精度が低下するためである。
【０００３】
上記のようなモアレを低減させるための従来技術としては、レンズの焦点を外すことによりパターンを不鮮明にしてモアレの発生を防ぐもの（特許文献１参照）や、光散乱板を介することによってパターンを不鮮明にしてモアレの発生を防ぐもの（特許文献２参照）、検査対象に応じて拡大率を変化させてモアレの発生を防ぐもの（特許文献３参照）、あるいは２分岐した光路のそれぞれに撮像素子を配置して一方の撮像素子に画素ずらしを加えた後、両撮像素子からの画像を合成してモアレを解消するというものであった。（特許文献４参照）あるいは光路上に配置した光弾性物質に圧力を加えることによって複屈折性を持たせ、通常光と異常光とのズレによってモアレを解消するものであった（特許文献５参照）。
【０００４】
しかしながらこれら従来技術は大幅な画像のボケを伴い、検査対象に存在する、パターン周期と同レベルのサイズの変化や欠陥を検出、観察することは困難になるという問題を持っていたり、撮像素子を複数使用する必要があったり、画質の劣化を伴う光弾性物質を使用するものであった。あるいは、拡大率の変化によって検査対象によらず統一された検査基準での検査が困難になるものであった。
【０００５】
【特許文献１】特願平６−２８３１６３
【特許文献２】特願平９−１７６５４８
【特許文献３】特願平５−２９３５２７
【特許文献４】特願平１０−２５７０８４
【特許文献５】特願２００１−３６５７６９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明はこのような従来の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、周期的パターンを持つ検査対象を、画像のボケや劣化をほとんど生じさせることなく、かつパターン周期と撮像素子の分解能が接近した条件であってもモアレの影響なくパターンの欠陥の検査および観察が可能な観察装置及び検査装置を低コストで提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を達成するために為された装置についての発明は、検査対象の像を撮像する撮像素子と、少なくとも検査対象からの光を反射及び透過させて分割する光分離手段と、分割した光を導く導光手段と有することで、検査対象の二つの像を撮像素子に導く光学系と、検査対象の二つの像のうち少なくとも一方の像の撮像素子上での位置をずらす撮像位置ずらし手段とを有する検査装置である。
【０００８】
さらに上記装置は、第１のハーフミラーにより検査対象からの光を反射及び透過させて分割する光分離手段と、分割した光を合成する第２のハーフミラー及び分割した光のうち反射光を第２のハーフミラーに導く反射手段からなる導光手段とからなり、また撮像位置ずらし手段は第１のハーフミラー又は第２のハーフミラーを検査対象に平行かつ前記反射光の光路方向に移動させる駆動手段からなるものとすることができる。
【０００９】
また、上記光学系および撮像位置ずらし手段を、撮像素子から検査対象への垂線方向を回転軸として任意角度回転させ保持する回転駆動手段を有するものとすることができる。
【００１０】
また、検査対象の欠陥を検出する検査方法の発明としては、周期的パターンを持つ検査対象を撮像素子によって撮像し、光学的に欠陥を検出する検査方法であって、検査対象上の一の像と、この像に対して周期的パターンの繰り返し方向に前記パターンの半周期分ずらした像を光学的に合成することにより、欠陥を検出することを特徴とする検出方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の検査装置及び検査方法を用いることによって、撮像素子によって撮像される像を、光学的に二つの像に分離させて、一方の像を検査対象の光学的に検査対象のパターンの繰り返し方向にパターン周期の半分だけずれたものとすることで、モアレを解消し、検査対象上で欠陥を生じている箇所のみが、コントラストの変化として現れる画像を観察することができる。このため、画質を劣化させることなくモアレの影響を低減させ、検査精度を向上させることが可能となった。
【００１２】
装置としては、ハーフミラーを検査対象に平行かつ反射光の光路方向に移動させる駆動手段を有することで、撮像位置を調整することができる。また、装置の光学系及び撮像位置を調整手段を検査対象に対して回転させることが可能としたことで、様々な検査対象の周期的パターンに対応できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
＜検査装置＞
以下に、本発明の装置の実施例について説明する。図１は本発明の装置の模式図であり、ハーフミラー４及び５、反射手段６及び７、ハーフミラー４の移動手段９、撮像素子８等が配置されている。撮像素子としては、通常の検査装置に用いられるＣＣＤカメラを使用することができる。反射手段としては、具体的には通常の反射鏡、あるいは全反射用のプリズムを用いることができる。また、図１では装置筐体、検査対象把持手段、光源、検査対象保持手段、撮像素子固定手段、表示記録手段等は省略してあるが、任意に構成することができる。
【００１４】
図１のように周期的な検査パターンが形成された検査対象１が本装置に配置された場合を例に、本装置について説明する。検査対象１により反射された光は、光路上に設置された第１のハーフミラー４によって透過、反射の２方向に分割される（光分離手段）。図１では、最終的に撮像素子上のある一点に到達した光の経路（光路）を示している。説明では、ハーフミラーを透過する光の光路２を第１の光路として点線で示し、ハーフミラーで反射する光の光路３を第２の光路として実線で示している。光路２では、検査対象からの光は第２のハーフミラー５に通過し、撮像素子に到達する。一方光路３では、検査対象からの光は２個の反射手段６及び７によって反射され、最終的に第２のハーフミラー５によって反射されて撮像素子に到達する。光路２及び３の光はハーフミラー５を通過する時点で、互いに平行となるようにハーフミラー及び反射手段を配置してある。そのため、ハーフミラー５上にて同位置で反射あるいは透過した光は、撮像素子上の同じ点に導かれる（導光手段）。
【００１５】
上述の撮像過程においては、ハーフミラー或いは反射手段の位置によって、検査対象のパターン上の異なる位置の画像を、合成して撮像することができる。本発明では、検査パターンの撮像位置を光学的にずらした二つの像を合わせることにより、モアレを解消することが目的であるから、本発明の装置は、二つの像の位置を相対的に移動させることが可能な撮像位置ずらし手段を備えている。具体的には、ハーフミラー５とハーフミラー４の相対的な位置を検査対象に平行な方向で移動させることによって、透過光による検査パターン１の像と、反射光による検査パターンの像の位置をずらすことができるから、図１のようにハーフミラー４を反射手段６に反射前の反射光路方向に移動させうる駆動手段９を備えることにより上記二つの検査パターンの像をずれの大きさを制御することが可能となる。あるいは、ハーフミラー４の代わりにハーフミラー５を移動させても良い。
【００１６】
また、モアレ発生方向は、検査パターンの向きと、撮像位置のずらし方向によっても変化するために、撮像位置のずらし方向を変えることができることが好ましい。そこで、本発明装置の第二の様態としては、撮像位置のずらし方向回転手段を備える。具体的には上記の光学系および駆動手段に加え、上記光学系および駆動手段を、検査対象から撮像素子に至る透過光の光路３を回転軸として、つまり撮像素子から検査対象１への垂線を回転軸として、任意角度回転させ保持する回転駆動手段によって構成されるものとした。
【００１７】
＜検査方法＞
図２に示したような一次元の明暗パターンであるような検査パターン（２次元に拡張した場合にはラインパターンとなる）を例に、本発明の観察方法について説明する。図２の検査パターンは、パターン周期がｄであるような明暗パターンである。簡単のために、明部と暗部がそれぞれ１：１である場合を説明する。この場合には、撮像素子を構成する画素についても等間隔であるために、モアレの影響が最も大きくなり、その一方で、本発明の観察方法が効果的に用いることができる。
【００１８】
このような検査パターンのパターン周期が小さくなるにつれて、撮像素子のモアレが生じやすくなる。これは、撮像素子の各画素が一定の大きさを有し、この撮像素子の分解能に依存して各画素の検査対象の領域が決まるため、パターンの境界部周辺では、画素位置によって、撮像素子の各画素から出力される輝度値は異なってくる。このため、画素位置による輝度値の変化がモアレとなって生じることとなる。そこで、本発明では、撮像素子の分解能の低下や画質の劣化を引き起こすことなく、モアレを解消し、精度良く検査対象を観察し、欠陥を検出することができる検査装置及び検査方法を提供することを課題としている。
【００１９】
図２の点線２及び実線３は、それぞれ＜検査装置＞で説明した撮像素子上で合成される任意の第１の光路及び第２の光路を表している。前述のように、二つの光路の位置関係は、二つの光路によって生じる像のずれの大きさを表し、この位置関係は撮像位置ずらし手段によって変化する。一方、モアレの周期は、撮像素子の画素幅（一つの画素における検査パターンの観察領域）の間隔と検査パターンの周期によって決定され、またモアレの位相は、画素と検査パターンの位置関係によって決定される。従って、撮像位置ずらし手段によって、撮像位置をずらした場合には、画素位置は、モアレの位相についてもずれることとなる。
【００２０】
ここで図１の装置において、駆動手段第９により１のハーフミラー２を移動させると、これに伴って光路３の位置が移動する。ここで光路２と光路３は、周期的パターンの繰り返し方向にずれるように配置する。これは、前述のように、回転手段１０により、パターンの繰り返し方向と光学系の方向を一致させることにより可能である。光路２と光路３が周期と一致するｄだけずれている場合、正常なパターンでは両光路で同じパターンの像が得られ、画素とパターンの位置関係も変わらないことから、モアレのパターンについても同様に同じパターンとなる。
【００２１】
次に、光路２と光路３を半周期分、つまりｄ／２ずらした場合には、正常なパターンでは両光路は必ず明部と暗部のぞれぞれの位置に掛かることになり、これは検査パターン及びモアレの位相は互いに逆位相となっていることを意味する。もちろん、半周期にさらに任意周期分ずらした場合も同様である。このため理想的なパターンの場合には、合成された像は両光路からの像が打ち消しあってモアレのパターンは消失する。また検査パターンのコントラストもなくなる。一方、検査パターンに欠陥が生じている場合には、両光路によって合成された像は打ち消しあわないために、コントラストを生じることとなる。このため、最終的に本装置で観察する、生成された検査パターン像では欠陥部分のみが強調して現れるため、効率的に欠陥検査を行うことができる。
【００２２】
なお、上記の例ではパターンの明部と暗部がそれぞれ１：１の場合であるが、これ以外の場合でも、完全にはコントラストは消失しないものの、二つの像は打ち消しあうために同様にして本発明の欠陥検査方法を効果的に用いることができる。また、明暗のパターンは撮像素子によって得られる画像が明暗のパターンとなるもの、例えば輝度値によって表現された画像であればよいので、当然ながら検査パターン自体が明暗のパターンである必要性はない。
【００２３】
本発明では、特に画素幅が半周期ｄ／２よりも大きい場合には、二つの像の重なり合った部分が強調されるため、像のボケを低減することができ、焦点を外したり散乱版を用いたりしてモアレを解消した場合に比べ、より効果的に欠陥検査を行うことが可能である。また、＜検査装置＞で述べたように、光学系と駆動手段は全体を検査対象と撮像素子を結ぶ方向を回転軸として回転させうる回転駆動手段１０上に載置されており、モアレ縞の短軸方向に合うように反射光路面を回転させることで、どのような検査パターンに対してもモアレ解消効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明の活用例としては、液晶ディスプレイや液晶テレビ等に用いられるカラーフィルタの検査等が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本装置構造の説明図
【図２】本検査方法の説明図
【符号の説明】
【００２６】
１…検査対象
２…第１の光路
３…第２の光路
４…第１のハーフミラー
５…第２のハーフミラー
６…第１の反射手段
７…第２の反射手段
８…撮像素子
９…ハーフミラー駆動手段
１０…光学系回転手段
１１…パターンの欠陥部分
【図１】
2008275322.tif 000003
【図２】
2008275322.tif 000004