(57)【要約】【課題】検査対象物からの光を十分に取込める明るさを有し、検査精度を向上可能なテレセントリック光学系、およびそれを用いた検査装置を提供する。【解決手段】検査装置は、対象物３から所定の発散角で出射される出射光を、所定の位置に結像させる両側テレセントリック光学系７と、光学系７の結像位置に配置され、結像した対象物３を撮像するＣＣＤパネル９とを有し、ＣＣＤパネル９によって得た画像データに基づいて対象物３からの出射光の均一性を検査する。両側テレセントリック光学系７は、光軸７Ａが一致するように配置された複数のレンズ群Ｇｂ，Ｇｆを備え、所定の発散角により規定される対象物３の実効Ｆ値以下の実効Ｆ値を有する。【選択図】　図２
2004138828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸が一致するように配置された複数のレンズ群を備え、対象物から所定の発散角で出射される出射光を、前記光軸上の所定の位置に結像させるテレセントリック光学系であって、
前記発散角により規定される前記対象物の実効Ｆ値以下の実効Ｆ値を有する
テレセントリック光学系。
【請求項２】
前記複数のレンズ群の間に絞りが配設され、
少なくとも凹メニスカスレンズを含むレンズが、結像位置に最も近い位置に前記凹メニスカスレンズの凹面を位置させて配置されており、
前記凹メニスカスレンズは、前記凹面の曲率半径ｒｍが、前記絞りから結像側の前記レンズ群の焦点距離ｄｆに関して、下記式を満たす
請求項１に記載のテレセントリック光学系。
【数１】
2004138828.tif 000004
【請求項３】
前記複数のレンズ群の構成レンズのうち、前記光軸に沿って移動させた場合に、結像により得られる画像の画質に及ぼす影響が他の前記構成レンズよりも小さい前記構成レンズを、前記光軸に沿って移動させる移動手段
をさらに有する
請求項２に記載のテレセントリック光学系。
【請求項４】
前記光軸上において、前記対象物と、当該対象物に最も近い位置に配置されている前記構成レンズとの間に配置され、前記光軸の方向と、当該方向とは異なる方向に前記出射光を分岐させる光分岐手段
をさらに有する
請求項３に記載のテレセントリック光学系。
【請求項５】
光軸が一致するように配置された複数のレンズ群を備え、対象物から所定の発散角で出射される出射光を、前記光軸上の所定の位置に結像させる光学系と、前記光学系の結像位置に配置され、結像された前記対象物を撮像する撮像手段とを有し、前記撮像手段によって得た画像データに基づいて前記対象物からの前記出射光の均一性を検査する検査装置であって、
前記光学系は、前記発散角により規定される前記対象物の実効Ｆ値以下の実効Ｆ値を有するテレセントリック光学系である
検査装置。
【請求項６】
前記複数のレンズ群の間に絞りが配設され、
少なくとも凹メニスカスレンズを含むレンズが、前記結像位置に最も近い位置に前記凹メニスカスレンズの凹面を位置させて配置されており、
前記凹メニスカスレンズは、前記凹面の曲率半径ｒｍが、絞りから結像側の前記レンズ群の焦点距離ｄｆに関して、下記式を満たす
請求項５に記載の検査装置。
【数２】
2004138828.tif 000005
【請求項７】
前記複数のレンズ群の構成レンズのうち、前記光軸に沿って移動させた場合に、結像により得られる画像の画質に及ぼす影響が他の前記構成レンズよりも小さい前記構成レンズを、前記光軸に沿って移動させる移動手段
をさらに有する
請求項６に記載の検査装置。
【請求項８】
前記光軸上において、前記対象物と、当該対象物に最も近い位置に配置されている前記構成レンズとの間に配置され、前記光軸の方向と、当該方向とは異なる方向に前記出射光を分岐させる光分岐手段
をさらに有する
請求項７に記載の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば液晶パネルの画素欠陥を検出する場合に、液晶パネルを撮影するために用いられる光学系と、この光学系を用いた欠陥検査装置に関する。特定的には、本発明は、液晶パネル等の検査対象物が出射する光を十分に取り込むことが可能な明るさを有するテレセントリックな光学系と、この光学系を用いた欠陥検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置（以下、液晶パネルと呼ぶ）等の平面表示装置の画素欠陥を検査する検査装置として、たとえば、液晶パネルをスクリーンに投影し、投影した画像に基づいて欠陥検出する装置が知られている。
スクリーン投影型装置においては、拡大光学系を用いて液晶パネルの像をスクリーンに拡大投影する。この投影画像を検査者が目視して検査することにより、液晶パネルの画素欠陥を検出する。
【０００３】
また、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）カメラ等の撮像装置によって液晶パネルを撮像し、入手した液晶パネルの画像に基づいて欠陥検出する装置も知られている。
ＣＣＤカメラによって、液晶パネルそのものではなく、上述のような液晶パネルの投影画像を撮影する、投影画像取込型の検査装置も知られている。投影画像取込型の検査装置においては、スクリーンへの投影画像と、ＣＣＤカメラが投影画像を取込むことによって得られた画像の両方を欠陥検出に利用することができる。
【０００４】
ＣＣＤカメラ等の撮像装置によって液晶パネルを撮像する場合において、液晶パネルの像をＣＣＤ等の撮像素子の結像面に結像させるための撮像光学系には、一例として、特許文献１に開示されているようなテレセントリック光学系が用いられる。
テレセントリック光学系においては、すべての主光線が物空間または像空間において光軸に平行に進み、撮影または測定される像の大きさの誤差を小さくできる利点がある。そのため、物体の測定や欠陥検査に用いられる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−３３８０４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、スクリーン投影型装置を用いた検査においては、発見できる欠陥の限度が、検査者によって異なる。また、同一検査者であっても、体調等の要因により、発見できる欠陥の限度や、欠陥判別の正誤等の検出精度が変動する。
さらに、人間が検査する限り、欠陥の見落としが発生する可能性がある。
【０００７】
検査者の感覚に影響されない検査を実現させるために工夫された、撮像装置により液晶パネルを撮像する装置や、投影画像取込型の装置においては、従来はその撮像光学系のＦ値が大きく、撮像光学系が暗かった。そのため、解像度の限界が低い可能性があり、欠陥の見落としが発生する可能性があった。
また、Ｆ値が大きいため、液晶パネルからの光を全て取込むことができないことからも、欠陥の見落としが発生する可能性があった。
【０００８】
従来、欠陥検出に用いられていたテレセントリック光学系はＦ値が大きく、暗かった。そのため、検査対象物である液晶パネルを交換した際に発生する位置誤差による倍率変化を極めて少なくし、高精度なムラ検査を実現するために光量均一性が高く、μｍ以下の微小な欠陥検出が可能なほど解像度が高いテレセントリック光学系は存在していなかった。
【０００９】
したがって、検査対象物からの光を十分に取込める明るさを有し、検査精度を向上可能なテレセントリック光学系を提供することが、本発明の目的である。
また、テレセントリック光学系を備え、検査対象物からの光を十分に取込める明るさを有し、検査精度を向上可能な検査装置を提供することも本発明の目的である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るテレセントリック光学系は、光軸が一致するように配置された複数のレンズ群を備え、対象物から所定の発散角で出射される出射光を、前記光軸上の所定の位置に結像させるテレセントリック光学系であって、前記発散角により規定される前記対象物の実効Ｆ値以下の実効Ｆ値を有するテレセントリック光学系である。
【００１１】
また、本発明に係る検査装置は、光軸が一致するように配置された複数のレンズ群を備え、対象物から所定の発散角で出射される出射光を、前記光軸上の所定の位置に結像させる光学系と、前記光学系の結像位置に、撮像面を一致させて配置される撮像手段とを有し、前記光学系を介して前記撮像手段により前記対象物を撮像し、前記対象物からの前記出射光の均一性を検査する検査装置であって、前記光学系は、前記発散角により規定される前記対象物の実効Ｆ値以下の実効Ｆ値を有するテレセントリック光学系である、検査装置である。
【００１２】
本発明においては、対象物から所定の発散角で出射光が出射される。この所定の発散角の出射光によって、対象物の実効Ｆ値が規定される。
光学系を形成する複数のレンズ群の構成レンズは、光学系の実効Ｆ値が対象物の実効Ｆ値よりも小さく、テレセントリックとなるように構成され、光軸を一致させて配置される。
このテレセントリック光学系により、対象物からの出射光が結像される。出射光が結像される結像位置には、結像した対象物を撮像する撮像手段が配置される。
撮像手段は、テレセントリック光学系によって結像された対象物の出射光を用いて、対象物を撮像する。
撮像手段によって得られた画像データに基づいて、対象物の出射光の均一性が検査され、対象物の欠陥の有無が判別される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について述べる。
図１は、本発明の一実施形態に係る欠陥検査装置の概略構成図である。
図１に図解の欠陥検査装置１は、撮像カメラ５と、モニター１１と、画像処理装置１５とを有している。撮像カメラ５はさらに、光学系７と、撮像手段９とを有する。
【００１４】
欠陥検査装置１は、検査対象物３を、撮像カメラ５の光学系７を介して撮像手段９によって撮像し、得られた画像に基づいて、対象物３の欠陥を検査する検査装置である。
本実施形態においては、対象物３の一例として液晶パネルを取り上げる。また、撮像手段９としては、一例としてＣＣＤパネルを用いることができる。しかしながら、本発明はこれらの対象物ならびに撮像手段には限定されない。
【００１５】
液晶パネル３と撮像カメラ５は、液晶パネル３の欠陥を検出可能なように、たとえば対向して配置される。
液晶パネル３は、図示しないステージに載置されて、検査位置に位置付けられる。
撮像カメラ５によって液晶パネル３の全面を一括して撮像できることが、欠陥検出処理の効率化のために好ましい。
液晶パネル３から出射された光は、撮像カメラ５の光学系７に入射する。光学系７に入射した液晶パネル３からの出射光が結像する位置に、ＣＣＤパネル９が配置される。
ＣＣＤパネル９には画像処理装置１５が接続されている。ＣＣＤパネル９によって得られた画像を確認するために、ＣＣＤパネル９にモニター１１を接続することもできる。
【００１６】
液晶パネル３は、たとえばマトリクス状等の所定の形状に形成された電極を備える１対の基板を、電極の形成面を互いに対向配置させ、電極形成面の間に液晶を封入した、周知の構造を有する。
マトリクス状に配置された電極の１つ１つが、それぞれ画像を表示するための画素に相当する。各画素には、透明な電極を介して光が透過する透光部と、透明ではない電極やＴＦＴ（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：薄膜トランジスタ）等のスイッチング素子、ならびにカラーフィルターにおける異なる色のフィルターの混色を防止するためのブラックマトリクス等の要素が位置する遮光部が存在する。
【００１７】
上記の透光部と遮光部の面積比や形状等の諸条件に起因して、液晶パネル３からの出射光Ｌｔは、図１に示すように、液晶パネル３の光出射面の法線ＮＬに対して所定の発散角θで出射する。
この発散角θによって、液晶パネル３のＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ａｐｅｒｔｕｒｅ：開口数）を、ＮＡ＝ｓｉｎθとして規定することができる。
また、液晶パネル３のＮＡを用いることによって、液晶パネル３の明るさを表わす実効Ｆ値を、Ｆｐ＝１／（２ＮＡ）＝１／（２ｓｉｎθ）として規定することができる。
【００１８】
液晶パネル３の実効Ｆ値Ｆｐの値は、一例としてＦ１．７である。
なお、液晶パネル３には、光を収束させて出射させるためのマイクロレンズを設けることも可能である。このため、液晶パネル３の実効Ｆ値Ｆｐは、Ｆ１．７よりも小さい場合はあっても、大きい場合はほとんどない。
後ほど詳述するが、本実施形態における光学系７は、液晶パネル３からの出射光Ｌｔを十分に取込むために、液晶パネル３の実効Ｆ値Ｆｐよりも小さい実効Ｆ値を有する。
光学系７は、出射光Ｌｔを取込み、液晶パネル３の像を所定の位置に結像させる。
【００１９】
ＣＣＤパネル９は、所定形状に配置された複数のＣＣＤを有する。複数のＣＣＤは、一例として２次元のマトリクス状に配置される。
２次元マトリクス状に配置された複数のＣＣＤの受光部によって、ＣＣＤパネル９の撮像面が形成される。ＣＣＤパネル９は、光学系７による液晶パネル３の結像位置に撮像面を一致させて配置される。
ＣＣＤパネル９は、撮像面によって受光した液晶パネル３からの出射光Ｌｔを、その強度に応じた電気信号に変換して出力する。
【００２０】
ＣＣＤパネル９から出力された電気信号は、図示しない電子回路によって各種信号処理を施され、画像データとして画像処理装置１５に送信される。
ＣＣＤパネル９から出力された電気信号をそのまま画像処理装置１５に送信し、画像処理装置１５において画像データに変換することも可能である。
【００２１】
画像処理装置１５は、入力された画像データまたはＣＣＤパネル９からの電気信号に対して所定の信号処理を施し、撮像された液晶パネル３の画素の欠陥を検出してその位置を特定する。
一例として、駆動電圧を印加しないときに光が透過可能で白く表示されるノーマリーホワイトモードによって駆動される液晶パネル３を考える。この場合、液晶パネル３の画素に欠陥が存在すると、その欠陥画素は、液晶パネル３に駆動電圧を印加して黒く表示させる場合にも、白いまま表示され、これが輝点としてＣＣＤパネル９によって撮像される。即ち、液晶パネル３に画素欠陥が存在すると、液晶パネル３からの出射光Ｌｔは、液晶パネル３の全面において均一ではなくなる。
画像処理装置１５は、入力された画像データまたはＣＣＤパネル９からの電気信号に基づいて、出射光Ｌｔの均一性を判定することによって画素欠陥を認識し、その液晶パネル３における位置を自動的に特定するようにプログラミングされている。
【００２２】
本実施形態においては、ＣＣＤパネル９からの出力に基づいて、欠陥画素を自動的に検出するようにした。しかしながら、画像データをモニター１１に送信し、液晶パネル３の画像を検査者が目視によって確認できるようにすることも可能である。これにより、検査者による検査結果と、画像処理装置１５による検査結果を比較することも可能になる。
【００２３】
撮像カメラ５に用いる光学系７は、液晶パネル３からの出射光Ｌｔを十分に取込めるだけの明るさを有するとともに、微細な画素欠陥を高精度に検出するために、歪が極めて少なく、解像度が高いことが求められる。
本実施形態において用いる光学系７の詳細な構成の一例を、図２に示す。
【００２４】
図２に示す光学系７は、被写体である液晶パネル３側から、結像側であるＣＣＤパネル９側に向かって順に配置される１０枚のレンズＬ１，Ｌ２，…，Ｌ１０と、絞りＳＴＯとを有している。
図２においては、液晶パネル３を、パネル本体３ａと、パネル本体３ａの表面に偏光膜を取付けるためのたとえばサファイアガラス製の偏光膜取付板とにわけて描いている。
また、最も結像側のレンズＬ１０とＣＣＤパネル９との間には、ＣＣＤパネル９を保護するための保護ガラスＰＴが設置されている。
【００２５】
レンズＬ１〜Ｌ１０が、本発明における各構成レンズの一実施態様に相当する。
レンズＬ１〜Ｌ１０は、光軸７Ａが一致するように配置されている。
レンズＬ５とレンズＬ６との間に、絞りＳＴＯが配置される。絞りＳＴＯとしては、たとえば周知の構造の開口絞りを用いる。以下、絞りＳＴＯよりも被写体側のレンズＬ１〜Ｌ５を後群Ｇｂ、結像側のレンズＬ６〜Ｌ１０を前群Ｇｆと呼ぶ。
【００２６】
前群Ｇｆおよび後群Ｇｂの各構成レンズは、歪曲収差を極めて少なくするために、絞りＳＴＯを挟んで対称形に近い形状および配置としている。前群Ｇｆおよび後群Ｇｂの各構成レンズは、各々最適に色補正した後に組み合わせ、再度収差抑制のための形状最適化を行なって形状を決定した。
【００２７】
また、後述するビームスプリッタＢＳの配置を可能にするために比較的大きなレンズバックを確保できるようなパワーを得ることと、各レンズの配置が絞りＳＴＯを挟んで完全には対称ではないことを考慮して、各構成レンズの硝材を選定している。
【００２８】
上記諸条件を考慮した結果、本実施形態においては、テレセントリック光学系の一例として、前群Ｇｆおよび後群Ｇｂにより両側テレセントリックな光学系を構成した。この両側テレセントリック光学系は、一例として、倍率約０．６５５倍の縮小光学系になっている。
上記構成により、図２に示す両側テレセントリック光学系の結像側において、一例として、実効Ｆ値Ｆ１．２を実現することができた。この両側テレセントリック光学系の実効Ｆ値Ｆｔは、液晶パネル３の実効Ｆ値Ｆｐよりも小さい。
【００２９】
好適には、結像側に最も近い位置には、凹メニスカスレンズＬ１０ｂが、その凹面Ｒ４０を結像位置側に向けて配置される。
凹メニスカスレンズＬ１０ｂは、単独で配置してもよいし、図２中のレンズＬ１０のように、レンズＬ１０ａと一体化したダブレットとして配置してもよい。
【００３０】
また、凹面Ｒ４０の曲率半径ｒｍは、前群Ｇｆの絞りＳＴＯからＣＣＤパネル９の結像面までの焦点距離ｄｆとの関係において、下記式を満たすように設計する。
【００３１】
【数３】
０．３＜ｒｍ／ｄｆ＜０．４５・・・（１）
【００３２】
Ｆ値Ｆｔが１．２程度と明るいため、凹面Ｒ４０の曲率半径ｒｍと、焦点距離ｄｆとの比が（１）式の範囲外である場合には、ペッツバール（Ｐｅｔｚｖａｌ）湾曲を十分に補正することができず、高い光学特性を達成することができなくなる。
（１）式の値の範囲内であれば、Ｆ値Ｆｔの値がＦ値Ｆｐの値よりも小さい場合であっても、ペッツバール湾曲を十分に補正し、後に述べるように高い光学特性を得ることができる。
【００３３】
なお、凹面Ｒ４０の曲率半径ｒｍと、焦点距離ｄｆとの比が（１）式の範囲内である場合にも、加工精度の観点から、曲率半径ｒｍの値には上限および下限が存在する。
【００３４】
図２に示すような両側テレセントリックな光学系７においては、被写体である液晶パネル３から光学系７までの距離や、液晶パネル３から結像位置に配置するＣＣＤパネル９までの距離を変化させても、液晶パネル３の倍率はほとんど変化しない。したがって、検査の際に液晶パネル３が図示しないステージにより検査位置に配置されるときに生じる光軸７Ａ方向の位置誤差を吸収し、常にほとんど同じ倍率で検査することができる。
【００３５】
また、本実施形態に係る光学系７には、光学系７の所定のレンズを光軸７Ａに沿って移動させることが可能な移動手段３５を設けることもできる。移動手段３５を用いて所定のレンズを移動させることによって、本来は倍率がほとんど変化しない光学系７の倍率を変化させることが可能である。
移動させるレンズは、そのレンズを移動させることによって倍率を変化させることが可能であり、かつ、移動させた場合に、光学系７によって結像されて得られた画像において、諸収差等の画質へ及ぼす影響が他のレンズよりも小さいレンズを選択する。たとえば、図２において、レンズＬ７を移動させる。ただし、移動させるレンズは、必ずしも１枚である必要はない。
【００３６】
詳細には、移動手段３５としては、一例として、レンズＬ７を保持する鏡筒と、他のレンズを保持する鏡筒とを、光軸７Ａを一致させて２重に構成し、いずれか一方の鏡筒の光軸７Ａまわりの回転運動を、レンズＬ７を保持する鏡筒の光軸７Ａ方向の運動に変換する周知のカム機構を用いる。
【００３７】
上記のカム機構により、液晶パネル３からＣＣＤパネル９までの距離を一定に保ちながら光学系７の倍率を変化させることが可能になる。これにより、光学系７を作成する場合に加工誤差や製造誤差が発生し、それにより光学系７の倍率が規定値から変化した場合にも、その倍率変化を容易に修正することができる。その結果、欠陥検査レベルの変動の抑制も可能である。
また、倍率変動を補償する際に、諸収差等の画質への影響も、最小限に抑えることができる。
【００３８】
本実施形態において、後群Ｇｂと液晶パネル３との間には、ビームスプリッタＢＳを設置することもできる。ビームスプリッタＢＳが、本発明における光分岐手段の一実施態様に相当する。
ビームスプリッタＢＳは、液晶パネル３からの出射光を、光軸７Ａに沿った方向と、それとは異なる方向に分岐させる。分岐方向は、たとえば、図２において矢印によって示す、光軸７Ａに直交する方向ＳＤである。
ビームスプリッタＢＳによって分岐方向ＳＤへ出射された光を、たとえば別の光学系を用いてスクリーンに拡大投影することによって、液晶パネル３をＣＣＤパネル９によって撮像するのと同時に、目視によっても液晶パネル３の検査が可能になる。
【００３９】
液晶パネル３からの光量が多過ぎて、ＣＣＤパネル９の飽和光量以上の光がＣＣＤパネル９に入射する場合には、光学系７にＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ　Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルターを設けることも可能である。
図２においては、最も被写体側のレンズＬ１と、ビームスプリッタＢＳとの間に、ＮＤフィルターＮ１〜Ｎ４の４枚のＮＤフィルターＮＦが配置されている。
ＮＤフィルターＮＦを設けることにより、ＣＣＤパネル９の性能を十分に発揮させることが可能になる。
また、画素欠陥以外の、液晶パネル３の表面の傷等の、液晶パネル表面に強い光を照射した場合に判別可能な欠陥をＣＣＤパネル９によって撮像することも可能になる。
【００４０】
表１に、図２に示す両側テレセントリック光学系７のレンズ諸元の一例を示す。表１におけるレンズ面は、図２に示すように、後群ＧｂにおいてレンズＬ１の被写体側のレンズ面Ｒ１６からレンズＬ５の絞りＳＴＯ側のレンズ面Ｒ２７まで順に規定したレンズ面Ｒ１６〜Ｒ２７と、前群ＧｆにおいてレンズＬ６の絞りＳＴＯ側のレンズ面Ｒ２９からレンズＬ１０のＣＣＤパネル９側のレンズ面Ｒ４０まで順に規定したレンズ面Ｒ２９〜Ｒ４０をそれぞれ表わしている。
ただし、表１においては、レンズＬ５とレンズＬ６との間の絞りＳＴＯの諸元も記載している。
曲率半径は、各レンズ面ならびに絞りＳＴＯの曲率半径である。各曲率の中心が、結像側にある場合には正の値を、被写体側にある場合は負の値をとる。絞りＳＴＯは平面的であるために、曲率半径は無限大としている。
また、レンズ面間距離は、そのレンズ面から次のレンズ面までの光軸７Ａ上における距離である。
光学系においては、各緒元の比率が一定であれば光学的特性は変化しないため、単位は付記しない。
【００４１】
【表１】
2004138828.tif 000003
【００４２】
上記の諸元により、Ｆ値Ｆｔの値が１．２の両側テレセントリックな光学系を実現することができた。
表１に諸元を示した両側テレセントリック光学系７は、液晶パネル３のうちの画素が形成されている有効表示領域全面を一括して結像することができる。
図３は、液晶パネル３の表示領域を示す図である。図中、矩形の領域が表示領域３０を表わしている。矩形の表示領域３０の縦横比は一例として３：４である。光学系７は、一例として、表示領域３０の重心ＣＴを中心としたφ０．９インチ（約２２．８６ｍｍ）の範囲、即ち、対角線ＶＡの長さが０．９インチの表示領域３０を一括して撮像することができる。
以下に示す光学特性のグラフにおいて用いる物体高さとは、重心ＣＴから表示領域３０の角に向かう線ｄｓの長さによって規定する。
【００４３】
以下、表１に諸元を示した両側テレセントリック光学系７の光学特性について述べる。なお、以下では全て、カム機構によって光学系７の倍率を変化させない、規定倍率時の光学特性を調べている。
図４（ａ）〜（ｃ）は、光学系７の諸収差の計測結果を示すグラフである。各グラフにおいて、液晶パネル３から出射される光の波長が５８０．０ｎｍの場合を点線によって示し、５５０．０ｎｍの場合を実線によって示し、５２０．０ｎｍの場合を一点鎖線によって示している。
【００４４】
図４（ａ）は、球面収差を表わすグラフである。図４（ａ）において、横軸が球面収差量（ｍｍ）である。また、縦軸が開口、即ち絞りＳＴＯの相対的な大きさを表わしており、開口の最大の大きさを１としている。
図４（ａ）から、球面収差量は最大でも０．０１５ｍｍ程度であり、球面収差が非常に良好に補正されていることがわかる。開口の相対的な大きさが１のときにも、各波長の場合において、球面収差量の絶対値は０．０１ｍｍ以下であり、非常に良好に球面収差が補正されている。
【００４５】
図４（ｂ）は、非点収差を表わすグラフである。図４（ｂ）において、横軸が非点収差量（ｍｍ）を表わし、縦軸が物体高さ（ｍｍ）を表わしている。グラフＴ１は光学系７のメリジオナル面における非点収差を表わし、グラフＳ１はサジタル面における非点収差を表わしている。また、図４（ｂ）においては、波長が５５０．０ｎｍの場合の結果のみを示している。
図４（ｂ）から、表示領域３０の全面において非点収差の大きさが約０．００６ｍｍ以下と、非常に良好に非点収差が補正されていることが分かる。
【００４６】
図４（ｃ）は、歪曲率を表わすグラフである。図４（ｃ）において、横軸が歪曲率（％）を表わし、縦軸が物体高さ（ｍｍ）を表わしている。
図４（ｃ）から、表示領域３０の中心部においては、いずれの波長に対しても歪曲率がほぼ０％であることが分かる。また、表示領域３０の最周辺部においても、いずれの波長の場合にも歪曲率の大きさが０．１％以下であり、非常に良好に補正されていることが分かる。
歪曲率が大きいと、ＣＣＤパネル９に欠陥の位置が誤って結像され、欠陥画素の位置を誤って特定する原因となり得る。したがって、歪曲率が非常に小さい本実施形態の光学系７によれば、非常に高精度な欠陥検出が可能になることが分かる。
【００４７】
図５（ａ），（ｂ）および図６（ｃ），（ｄ）は、諸条件における光学系７の横方向の収差の計測結果を示すグラフである。図５および図６におけるｉ）およびｉｉ）は、メリジオナル方向とサジタル方向における横収差をそれぞれ示している。各グラフにおいて、液晶パネル３から出射される光の波長が５８０．０ｎｍの場合を点線によって示し、５５０．０ｎｍの場合を実線によって示し、５２０．０ｎｍの場合を一点鎖線によって示している。
各グラフにおいて、横軸は、焦点位置からの光軸７Ａに直交する横方向への距離を表わしている。また、縦軸が横収差量（ｍｍ）を表わしている。
なお、サジタル方向においては、縦軸に対してグラフが対称となるため、縦軸に対して片側のグラフのみを描いている。
【００４８】
図５および図６の（ａ）〜（ｄ）は、図３において物体高さを表わす線ｄｓの最大値ｄｓｌの大きさを１としたときの、相対的な物体高さが１．００，０．７５，０．５０，０．００（即ち、重心ＣＴ）の場合の結果をそれぞれ表わしている。
図５（ａ），（ｂ）および図６（ｃ），（ｄ）から、波長ごとの値にあまりばらつきがなく、横収差が良好に補正されていることが分かる。
また、横収差量の絶対値は最大でも０．０１２５ｍｍ以下であることも分かる。この値は、画素欠陥の検出に用いられる従来のテレセントリック光学系の横収差量の値よりも大幅に小さい。
以上から、本実施形態に係る両側テレセントリック光学系７においては、横収差が非常に良好に補正されていることが分かる。
【００４９】
横収差、即ち色収差が存在すると、得られる像にボケやにじみが発生し、欠陥位置が誤って特定される可能性がある。しかしながら、本実施形態に係る光学系７においては色収差が非常に良好に補正されているため、非常に高精度な欠陥検出が可能であることが分かる。
【００５０】
本実施形態に係る両側テレセントリック光学系７の総合的な光学特性を評価するために、ＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ：変調伝達関数）を調べた。その結果を図７に示す。
図７において、横軸は空間周波数（本／ｍｍ）を表わしており、縦軸は最大値を１とした場合の変調率を表わしている。
【００５１】
図７における各グラフは、波長５８０．０ｎｍの光と波長５５０．０ｎｍの光と波長５２０．０ｎｍの光を１：１：１に重み付けした光を、表１に諸元を示した光学系７に入射させたとした場合に、焦点位置における変調率を計算したシミュレーション結果である。
図中、グラフＬｍは理論上の回折限界を示しており、グラフＡ１は光軸７Ａにおける結果をそれぞれ示している。グラフＥは、前述の相対的な物体高さが１の場合の結果を示しており、グラフＥのうち、グラフＴ２がメリジオナル面における結果を表わしており、グラフＳ２がサジタル面における結果を表わしている。
図示はしないが、相対的な物体高さが１から０までの間の場合の結果は、グラフＡ１とグラフＴ２の間にほぼおさまっている。
【００５２】
一例として、投射型の液晶プロジェクターに用いられる投射光学系は、実効Ｆ値がＦ２．０程度であり、そのＭＴＦは、空間周波数が４０（本／ｍｍ）の場合に変調率０．６程度である。図７の結果から、本実施形態に係る光学系７によって得られたＭＴＦは、基準的な液晶プロジェクターの投射光学系よりも小さい実効Ｆ値を有しながらも、大幅に良い値が得られていることが分かる。
【００５３】
また、従来であれば空間周波数が２００（本／ｍｍ）程度まで増えると変調率が０．１以下となった。しかし、本実施形態においては、空間周波数が２８０（本／ｍｍ）の場合にも、それ以上の３００（本／ｍｍ）近い場合においても、変調率は０．１よりも大きい値が得られた。
【００５４】
図７の結果から、本実施形態に係る両側テレセントリック光学系７は、非常に高い解像度を有し、高精度な欠陥検出を可能にすることが分かった。また、欠陥がさらに微小になる場合にも欠陥検出が可能である。
【００５５】
図８は、本実施形態に係る両側テレセントリック光学系７を用いて、液晶パネル３の画素欠陥を結像させることにより、欠陥画素からの光量漏れを調べたシミュレーション結果である。
図８においても、図７の場合と同様に、波長５８０．０ｎｍの光と波長５５０．０ｎｍの光と波長５２０．０ｎｍの光を１：１：１に重み付けした光を、表１に諸元を示した光学系７に入射させたとしている。
【００５６】
図８の横軸が液晶パネル３における寸法（ｍｍ）を表わしている。シミュレーションにおいては、欠陥画素の透光部の大きさを一例として縦横１５μｍの正方形とした。ただし、欠陥画素が射出する光の強度は、透光部の全面において均一であると仮定し、シミュレーションにおいては、透光部の横方向の辺に沿った１次元シミュレーション結果を算出した。
前述のように、ノーマリーホワイトモードによって駆動される液晶パネル３においては、欠陥画素は光を透過し白く表示される。光の強度の最大値を１として、相対的に表わしたものが、図８のグラフにおける縦軸である。
したがって、図８における矩形Ｒの横線が、１つの欠陥画素の透光部の幅の、液晶パネル３における実際の位置を表わしている。
【００５７】
図８におけるグラフＡ２が、光軸７Ａ上に位置している欠陥画素を結像させた場合の、１次元の光の強度変化を示した結果である。
また、グラフＴ３およびグラフＳ３が、相対的な物体高さが１の位置の欠陥画素を結像させた場合の、光学系のタンジェンシャル方向とラジアル方向における１次元の光の強度変化の結果をそれぞれ示している。
各グラフは、横方向の寸法を、液晶パネル３における透光部の矩形Ｒの寸法に一致させて示している。
【００５８】
各グラフＡ２，Ｔ３，Ｓ３の形が矩形Ｒの形状に近いほど、画素輝点を忠実に結像できていることになり、欠陥検出上は都合が良い。特に、グラフＡ２，Ｔ３，Ｓ３のうち矩形Ｒの外部に位置している領域は、隣接する画素への光量漏れを意味するため、小さいほど良い。隣接する画素間の間隔は、一例として３μｍである。この場合には、図８の結果から、本実施形態においては光量漏れは実用上ほとんど問題ないレベルの値であるといえる。したがって、正確な欠陥検査が期待できる。
【００５９】
以上の結果から、本実施形態においては、被検査対象物である液晶パネル３の全面において諸収差が良好に補正されていることが分かる。したがって、本実施形態によれば、欠陥検査時の光量均一性を従来よりも大幅に向上可能である。また、解像度が高いため、検出可能欠陥のサイズの低減化、および欠陥位置特定精度の向上が可能になる。それゆえ、欠陥を高精度に検出することができる。
その結果、検査もれを低減することができ、被検査対象物の品質向上、不良率低減を図ることができる。
【００６０】
また、ある程度の大きさの被検査対象物を、ほとんど収差なく一括して撮像可能である。収差が少ないため、欠陥検出における画像処理の負担も軽減可能である。テレセントリックな光学系を採用しているため、検査時における被検査対象物の位置決めや温度変動等の検査条件誤差により生じる光軸方向の位置誤差を容易に吸収することができる。以上のことから、欠陥検査のタクトタイムを短縮することができる。
【００６１】
さらに、本実施形態においては、ＣＣＤパネル９によって欠陥検出を行なう場合に、用いる光学系は両側テレセントリック光学系７のみである。したがって、ＣＣＤパネル９において得られる像の劣化が少なく、高精度な欠陥検査が可能である。
【００６２】
両側テレセントリック光学系７において倍率調整を可能にした場合には、光学系７の加工誤差、製造誤差による倍率変化を吸収可能であり、高精度な欠陥検出が可能な光学系７を容易に確実に提供することが可能になる。倍率を調整する場合にも、収差変動は最小限に抑えられ、検査精度を確保することができる。
【００６３】
さらに、ビームスプリッタＢＳを設けた場合には、ＣＣＤパネル９による検査と、目視による検査の同時検査が可能になる。これにより、欠陥検査装置１による欠陥の自動検出の結果と、目視による結果とを比較して検討することも可能になる。
【００６４】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の変更が可能である。
たとえば、被検査対象物は、液晶パネルに限らず、プラズマディスプレイパネルやフィールドエミッションディスプレイ等の他の表示パネルであってもよい。表示パネルに限らず、光学ディスクや半導体ウェハ等の対象物の検査に本発明を適用してもよい。なお、これらの対象物においても、発光や反射によって光を出射する場合には、実効Ｆ値を規定することができる。
また、欠陥検出に限らず、フォトマスクの転写等の用途に本発明を適用することも可能である。
撮像手段としても、ＣＣＤに限らず、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ　Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の他の撮像素子を用いることが可能である。
光学系の構成レンズについても、その枚数や形状、材料などの事項は、特許請求の範囲内において適宜変更可能である。
【００６５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、検査対象物からの光を十分に取込める明るさを有し、検査精度を向上可能なテレセントリック光学系を提供することができる。
また、テレセントリック光学系を備え、検査対象物からの光を十分に取込める明るさを有し、検査精度を向上可能な検査装置を提供することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る欠陥検査装置の概略構成図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係る光学系のレンズ構成図である。
【図３】図３は、図１における検査対象物の一例としての液晶パネルの表示領域を表わす図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｃ）は、図２に図解の光学系の諸収差を表わすグラフである。
【図５】図５（ａ），（ｂ）は、図２に図解の光学系の諸条件における横収差を表わすグラフである。
【図６】図６（ｃ），（ｄ）は、図５に続き、図２に図解の光学系の諸条件における横収差を表わすグラフである。
【図７】図７は、図２に図解の光学系のＭＴＦ（変調伝達関数）を示すグラフである。
【図８】図８は、図２に図解の光学系を用いて、液晶パネルの画素輝点を結像させた結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１…欠陥検査装置、３…検査対象物（液晶パネル）、３ａ…パネル本体、３ｂ…偏光膜取付板、５…撮像カメラ、７…光学系、７Ａ…光軸、９…撮像手段（ＣＣＤパネル）、１１…モニター、１５…画像処理装置、３０…表示領域、３５…移動手段、Ｌ１〜Ｌ１０…レンズ、Ｒ１６〜Ｒ２７，Ｒ２９〜Ｒ４０…レンズ面、ＢＳ…ビームスプリッタ、ＳＤ…分光方向、ＮＦ…ＮＤフィルタ、ＳＴＯ…絞り、ＰＴ…保護ガラス、ｄｏ…後群焦点距離、ｄｆ…前群焦点距離
【図１】
2004138828.tif 000006
【図２】
2004138828.tif 000007
【図３】
2004138828.tif 000008
【図４】
2004138828.tif 000009
【図５】
2004138828.tif 000010
【図６】
2004138828.tif 000011
【図７】
2004138828.tif 000012
【図８】
2004138828.tif 000013