(57)【要約】【課題】  簡易な構成で反射像及び透過像を観察できる光学装置、撮像装置及び検査装置を提供すること。【解決手段】  本発明にかかる撮像装置は、ＦＰＤ１を透過した光を用いて、ＦＰＤ１を撮像する撮像装置であって、落射光源１１と、落射光源１１からの光をＦＰＤ１の前面に光を導く対物レンズ１４と、落射光源１１とＦＰＤ１との間に配置され、中心部を遮光する遮光部と遮光部の周りに設けられた透光部とを有するフィルター２０と、ＦＰＤ１の裏面側に配置され、入射方向と同じ方向に光を再帰反射させる再帰反射シート２３と、再帰反射シート２３で再帰反射され、ＦＰＤ１を透過した透過光を受光するカメラ１５とを備えるものである。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物体を透過した光を用いて、前記対象物体に関するオペレーションを行う光学装置であって、
光源と、
光源からの光を前記対象物体の前面に光を導く第１の光学手段と、
前記光源と前記対象物体との間に配置され、中心部を遮光する遮光部と前記遮光部の周りに設けられた透光部とを有するフィルターと、
前記対象物体の裏面側に配置され、入射方向と同じ方向に光を再帰反射させる再帰反射部材と、
前記再帰反射部材で再帰反射され、前記対象物体を透過した透過光を受光する第２の光学手段とを備える光学装置。
【請求項２】
前記遮光部が、前記対象物体上において視野となる領域に対応する請求項１記載の光学装置。
【請求項３】
前記対象物体が前記再帰反射部材と離間して載置されることを特徴とする請求項１又は２記載の光学装置。
【請求項４】
前記フィルターが光路上に出し入れ可能に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の光学装置。
【請求項５】
前記対象物体の裏面側に載置され、前記再帰反射部材から前記対象物体に入射する光の偏光状態を変化させる偏光手段をさらに備え、
前記第２の光学手段は受光した前記透過光と前記対象物体の前面で反射された反射光との偏光状態の違いに基づいて前記反射光または前記透過光の光量を変化させる請求項４記載の光学装置。
【請求項６】
前記偏光手段は入射した光の２軸の偏光成分間の位相を１／４波長ずらす１／４波長板であることを特徴とする請求項４又は５記載の光学装置。
【請求項７】
対象物体を透過した光を用いて、前記対象物体の透過像を撮像する撮像装置であって、
光源と、
光源からの光を前記対象物体の前面に光を導く第１の光学手段と、
前記光源と前記対象物体との間に配置され、中心部を遮光する遮光部と前記遮光部の周りに設けられた透光部とを有するフィルターと、
前記対象物体の裏面側に配置され、入射方向と同じ方向に光を再帰反射させる再帰反射部材と、
前記再帰反射部材で再帰反射され、前記対象物体を透過した透過光を受光する撮像手段とを備える撮像装置。
【請求項８】
前記遮光部が、前記対象物体上において視野となる領域に対応する請求項１記載の撮像装置。
【請求項９】
前記対象物体の裏面側に載置され、前記再帰反射部材から前記対象物体に入射する光の偏光状態を変化させる偏光手段をさらに備え、
前記フィルターが光路上に出し入れ可能に設けられ、
前記フィルターが光路上に配置されている時に、前記撮像手段により前記透過光を受光し、
前記フィルターが光路外に配置されている時に、前記透過光と前記対象物体の前面で反射された反射光との偏光状態の違いに基づいて前記反射光を分離して、前記反射光を前記撮像手段により受光する請求項７又は８記載の撮像装置。
【請求項１０】
請求項７乃至９いずれかに記載の撮像装置を備えた検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は対象物体を透過した光により透過像の観察、撮像等を行う光学装置、撮像装置及び検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の液晶表示装置用の検査装置では反射光による画像と透過光による画像を別々に撮像するために落射光源と透過光源の両方が用いられていた。この検査装置について図７を用いて説明する。図７は従来の液晶表示装置検査装置の構成を示した平面図である。１０１はＦＰＤ、１１１は落射光源、１１２は落射光源用コンデンサーレンズ、１１３はハーフミラー、１１４は結像レンズ、１１５はＣＣＤカメラ、１２１は透過光源、１２２は透過光源用コンデンサーレンズである。
【０００３】
この検査装置では被検査対象物体のＦＰＤ１０１を落射光源１１１と透過光源１２１の二つの照明により照らすための光学系が設けられている。このＦＰＤ１０１は液晶表示装置に用いられる液晶パネル、カラーフィルター基板、ＴＦＴアレイ基板等である。このＦＰＤ１０１を透明なガラスのステージ（図示せず）の上に載せて観察する。ＦＰＤ１０１の透過像及び反射像をＣＣＤカメラ１１５によって測定し、欠陥や異物の検査を行っている。
【０００４】
先ず、反射像を撮像するための落射光源用の光学系について説明する。落射光源１１１から放射された光が落射光源用コンデンサーレンズ１１２を通過することにより、集光される。落射光源用コンデンサーレンズ１１２を通過した光線はハーフミラー１１３に照射され、二つの光線に分岐される。
【０００５】
そのうちの一つはハーフミラー１１３によりＦＰＤ１０１の方向に反射される。この光は結像レンズ１１４を通過して、ＦＰＤ１０１を照らす。そして、ＦＰＤ１０１で反射された光はハーフミラー１１３を透過してＣＣＤカメラ１１５に入射される。この光により反射像を撮像する。
【０００６】
透過像を撮像するための透過光源１２１はＦＰＤ１０１の裏面側に設けられている。この透過光源１２１から放射された光は透過光源用コンデンサーレンズ１２２を通過し、集光される。そして、ＦＰＤ１０１を照らす。
【０００７】
ＦＰＤ１０１を通過した光はさらにハーフミラー１１３を通過する。この光はＣＣＤカメラ１１５に入射する。この光によって透過像を撮像する。これら２つの光源により、ＦＰＤ１０１の透過像と反射像を撮像し、ＦＰＤ１０１の欠陥や異物の検査を行っている。
【０００８】
ＦＰＤ１０１の全面を検査するためにはＦＰＤ１０１又は光学系を移動させる必要がある。しかし、ＦＰＤ１０１を移動させた場合、装置サイズが大きくなるというデメリットがある。さらに、近年の基板サイズの大型化により、このデメリットは顕著になってしまう。
【０００９】
従って、ＦＰＤ１０１の全面を検査するために、ＦＰＤ１０１を固定して、図８に示すように光学系を移動させていた（例えば、特許文献１参照）。しかし、上記のような構成の検査装置では以下のような問題点があった。落射光源１１１からの光と透過光源１２１からの光を同じ位置に照らす必要がある。この場合、ＣＣＤカメラ１１５を含む落射光学系１１０と透過光学系１２０をトラッキングしながら移動させなければならない。この場合、駆動系が複雑になり、部品点数を削減してコストダウンを図ることが困難であった。またＦＰＤ１０１は光を透過する透明なガラスステージに載せられるが、ガラスステージは振動に弱く検査に影響を及ぼすことがあった。また、ＦＰＤ１０１の真下を非透明な物体で支持すると光が透過しないため、耐震性を向上することができなかった。
【００１０】
特に近年は液晶表示装置の基板サイズが大型化しているため、駆動範囲を広げる必要がある。よって、構成部品の大型化、重量化を招くという問題点があった。また最近の配線パターンの微細化により、駆動系の精度を高める必要がある。上記のような構成において２つの光学系を精度よく移動させるためには駆動系が複雑化してしまうという問題点があった。
【００１１】
別の構成の検査装置について図９を用いて説明する。図９は従来の検査装置の構成を示す斜視図である。図８で付した符号と同一の符号は同一の構成を示すため説明を省略する。ここで、１２６は蛍光灯、１２７は拡散板である。本検査装置では上述の検査装置の透過光源及び透過光学系が異なるものである。
【００１２】
本検査装置においては透過光源として蛍光灯１２６を用いている。この蛍光灯１２６をＦＰＤ１０１の裏面側に設けている。この蛍光灯１２６からの光を拡散板１２７によって拡散させてＦＰＤ１０１の全面を裏面側から照らしている。この構成ならば、ＦＰＤ１０１の全面を照らすことができる。よって、透過光学系１２０を移動させる必要はなくなり、落射光学系１１０のみの移動でＦＰＤ１０１の全面を観察することが出来る。
【００１３】
しかし、本構成では照明の効率が著しく低く、検査に充分な光量を得るためには蛍光灯１２６の本数を増やす必要がある。従って、省電力化を図ることが難しいという問題点があった。特に近年は液晶表示装置の基板サイズが大型化しているため、この問題点は顕著になってしまう。
【００１４】
また拡散板１２７によって光を拡散させているが、ＦＰＤ全体に対して光を均一に照らすことは難しく、面内に明暗の差が生じ検査精度が悪くなるという問題点もあった。さらに、拡散板１２７を通過した蛍光灯１２６の光を用いているため、照明のコヒーレンスすなわちパーシャルコヒーレンスファクターを制御することが困難であった。従って、分解能やコントラストを制御することが困難であるといった問題点もあった。
【００１５】
また、観察用のワークを載せる載物台の上に平面型発光体を設け、その上にワークを載せる画像測定機が開示されている。（例えば、特許文献２参照）しかし、この画像測定機では、発光励起源とその光学系を必要としていた。また発光体からの蛍光を利用しているため、光量を一定に保つことが難しい場合もあった。
【特許文献１】特開２００１−３０５０７４号公報
【特許文献２】特開２００２−２０７００４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
このように従来の光学装置では、透過像及び反射像を撮像、観察等する場合、装置が複雑化、大型化してしまうという問題点があった。
本発明はこのような問題点を鑑みてなされたものであり、簡素化された光学系で透過像を観察、撮像することができる光学装置、撮像装置及び検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の第一の態様にかかる光学装置は、対象物体（例えば、本実施の形態にかかるＦＰＤ１）を透過した光を用いて、前記対象物体に関するオペレーションを行う光学装置であって、光源（例えば、本実施の形態にかかる落射光源１１）と、光源からの光を前記対象物体の前面に光を導く第１の光学手段（例えば、本実施の形態にかかる対物レンズ１４）と、前記光源と前記対象物体との間に配置され、中心部を遮光する遮光部と前記遮光部の周りに設けられた透光部とを有するフィルター（例えば、本実施の形態にかかるフィルター２０）と、前記対象物体の裏面側に配置され、入射方向と同じ方向に光を再帰反射させる再帰反射部材（例えば、本実施の形態にかかる再帰反射シート）と、前記再帰反射部材で再帰反射され、前記対象物体を透過した透過光を受光する第２の光学手段（例えば、本実施の形態にかかるカメラ１５）とを備えるものである。これにより、簡易な構成で透過像を正確に観察、撮像することができる。
【００１８】
本発明の第二の態様にかかる光学装置は、上述の光学装置において、前記遮光部が、前記対象物体上において視野となる領域に対応するものである。これにより、簡易な構成でより正確に透過像を撮像、観察することができる。
【００１９】
本発明の第三の態様にかかる光学装置は、上述の光学装置において、前記対象物体が前記再帰反射部材と離間して載置されることを特徴とするものである。これにより、反射光と透過光が重なるのを防ぐことができ、簡易な構成で正確に透過像を観察、撮像することができる。
【００２０】
本発明の第四の態様にかかる光学装置は、上述の光学装置において、前記フィルターが光路上に出し入れ可能に設けられていることを特徴とするものである。これにより、簡易な構成で透過像と反射像とを別々に観察、撮像することができる。
【００２１】
本発明の第五の態様にかかる光学装置は、上述の光学装置において、前記対象物体の裏面側に載置され、前記再帰反射部材から前記対象物体に入射する光の偏光状態を変化させる偏光手段をさらに備え、前記第２の光学手段は受光した前記透過光と前記対象物体の前面で反射された反射光との偏光状態の違いに基づいて前記反射光または前記透過光の光量を変化させるものである。これにより、簡易な構成で正確に透過像と反射像を観察、撮像することができる。
【００２２】
本発明の第六の態様にかかる光学装置は、上述の光学装置において、前記偏光手段は入射した光の２軸の偏光成分間の位相を１／４波長ずらす１／４波長板であることを特徴とするものである。これにより、簡易な構成で正確に透過像と反射像とを観察、撮像等することができる。
【００２３】
本発明の第七の態様にかかる撮像装置は、対象物体を透過した光を用いて、前記対象物体の透過像を撮像する撮像装置であって、光源と、光源からの光を前記対象物体の前面に光を導く第１の光学手段と、前記光源と前記対象物体との間に配置され、中心部を遮光する遮光部と前記遮光部の周りに設けられた透光部とを有するフィルターと、前記対象物体の裏面側に配置され、入射方向と同じ方向に光を再帰反射させる再帰反射部材と、前記再帰反射部材で再帰反射され、前記対象物体を透過した透過光を受光する撮像手段とを備えるものである。これにより、簡易な構成で透過像を正確に撮像することができる。
【００２４】
本発明の第八の態様にかかる撮像装置は、上述の撮像装置において、前記遮光部が、前記対象物体上において視野となる領域に対応するものである。これにより、簡易な構成で透過像をより正確に撮像することができる。
【００２５】
本発明の第九の態様にかかる撮像装置は、上述の撮像装置において、前記対象物体の裏面側に載置され、前記再帰反射部材から前記対象物体に入射する光の偏光状態を変化させる偏光手段をさらに備え、前記フィルターが光路上に出し入れ可能に設けられ、前記フィルターが光路上に配置されている時に、前記撮像手段により前記透過光を受光し、前記フィルターが光路外に配置されている時に、前記透過光と前記対象物体の前面で反射された反射光との偏光状態の違いに基づいて前記反射光を分離して、前記反射光を前記撮像手段により受光するものである。これにより、簡易な構成で透過像と反射像と撮像することができる。
【００２６】
本発明の第十の態様にかかる検査装置は、上述の撮像装置に備えてものである。これにより、簡易な構成で、透過像を用いて検査を行うことができる。
【００２７】
なお、本発明において、光学手段とは、レンズ、ミラー、プリズム、フィルターなどの光学部品のほか、ＣＣＤカメラ等の検出器を含む。また、以下の記載において、一つの要素から他の要素が光を受光する場合、直接に受光するほか、他の光学手段を介して受光する場合も含むものである。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば簡易な構成で透過像を観察、撮像することができる光学装置、撮像装置及び検査装置を提供すること。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下に、本発明を適用可能な実施の形態が説明される。以下の説明は、本発明の実施形態を説明するものであり、本発明が以下の実施形態に限定されるものではない。説明の明確化のため、以下の記載は、適宜、省略及び簡略化がなされている。又、当業者であれば、以下の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能であろう。尚、各図において同一の符号を付されたものは同様の要素を示しており、適宜、説明が省略される。
【００３０】
本発明にかかる観察用の光学装置を用いた検査装置について図１を用いて説明する。図１は本発明にかかる光学装置の一例である検査装置を示している。１はＦＰＤ、１１は落射光源、１２はコンデンサーレンズ、１３はビームスプリッタ、１４は対物レンズ、１５はカメラ、１６は偏光板、１９はカメラ側偏光板、２０はフィルター、２３は再帰反射シート、２４は１／４波長板、４１はリレーレンズ、４２はチューブレンズである。
【００３１】
図１に示す検査装置は例えば、検査対象であるＦＰＤ１の欠陥を検査するものである。ＦＰＤ１は液晶表示装置に用いられる液晶パネル、カラーフィルター基板又はＴＦＴアレイ基板等であり、観察用ステージ（図示せず）の上に載せられているものとする。このＦＰＤ１には位置に応じて、光を透過する透過領域と光を反射する反射領域が形成されている。例えば、カラーフィルター基板では、Ｒ、Ｇ、Ｂの着色層が光の一部を透過する透過領域となり、ブラックマトリクス（ＢＭ）が光を反射する反射領域となる。
【００３２】
図１に示す検査装置では１つの落射光源でＦＰＤ１の表面で反射した反射光による反射像とＦＰＤ１を透過した透過光による透過像を別々に撮像することができる。反射像及び透過像を別々に撮像するための光学系について説明する。本実施の形態ではＦＰＤ１の表面で反射した反射光とし、ＦＰＤ１を透過して再帰反射シート２３で反射され、再度ＦＰＤ１を透過した透過光とする。透過光と反射光とを偏光状態に基づいてカメラ側偏光板１９で分離している。これについて説明する。
【００３３】
ＦＰＤ１と対向する位置には落射光源１１が設けられている。落射光源１１は一般的なランプ光源であり、例えば、ハロゲンランプやキセノンランプが挙げられる。落射光源１１からの光は偏光板１６を通過することによって、ある一定の振動方向以外の成分をカットされる。自然光（非偏光光線）や円偏光の光が偏光板１６に入射した場合、偏光板１６は自然光を直線偏光された光に偏光することができる。従って、落射光源１１から放射された自然光（非偏光光線）は、非偏光光線が偏光板１６により、ある一定の偏光角（振動方向）を持つ直線偏光の光に偏光される。偏光板１６により偏光された直線偏光の光はコンデンサーレンズ１２を通過することで、必要な光量が得られるように集光される。
【００３４】
コンデンサーレンズ１２により集光された光は視野絞りを通過してリレーレンズ４１ａ入射する。リレーレンズ４１ａにより集光された光は、照明絞りを通過してリレーレンズ４１ｂに入射する。リレーレンズ４１ｂにより集光された光は、ビームスプリッタ１３に入射する。コンデンサーレンズ１２及びリレーレンズ４１ａ、４１ｂは単数又は複数の光学レンズであり、入射光を屈折して出射する。なお、ビームスプリッタ１３とリレーレンズ４１との間にはフィルター２０が挿入可能に設けられている。ここではフィルター２０は光路外に配置されている。このフィルター２０については後述する。コンデンサーレンズ１２とリレーレンズ４１ａとの間が視野絞りの位置となり、リレーレンズ４１ａとリレーレンズ４１ｂとの間が照明絞りの位置となる。
【００３５】
ビームスプリッタ１３に入射した光の一部はそのままビームスプリッタ１３を透過してＦＰＤ１の方向に出射する。落射光源１１からの光をビームスプリッタ１３で分岐することにより、同軸照明系が構成される。この同軸照明系により影ができず平面を効率よく照明することができる。本実施の形態にかかる検査装置では、１つの落射光源１１からの光でＦＰＤ１を透過した透過光に基づく透過像及びＦＰＤ１の表面で反射した反射光に基づく反射像を別々に撮像することができる。ビームスプリッタ１３を透過した光はチューブレンズ４２に入射する。チューブレンズ４２は複数のレンズから構成され、入射した光を集光して出射する。ビームスプリッタ１３からチューブレンズ４２に入射した光は集光されるよう屈折されてＦＰＤ１の方向に出射する。チューブレンズ４２からの光はＦＰＤ１と対向配置された対物レンズ１４により集光され、ＦＰＤ１に入射する。すなわち、対物レンズ１４は入射した光を、ＦＰＤ１上において適当なスポットとなるよう光を屈折して、ＦＰＤ１の方向に出射する。ＦＰＤ１は入射した光が透過するよう、例えば、中空のステージに載置されている。
【００３６】
ＦＰＤ１に入射した光のうち、ＦＰＤ１の表面で反射した反射光は再度、対物レンズ１４に入射する。対物レンズ１４に入射した光は、屈折されて出射し、対物瞳を通過する。そして、チューブレンズ４２を通過して、ビームスプリッタ１３に入射する。ビームスプリッタ１３はＦＰＤ１から入射した光の一部をカメラ１５の方向に反射する。カメラ側に反射された光はカメラ側偏光板１９に入射する。カメラ側偏光板１９ではある一定の振動方向を持つ成分以外の光がカットされ、入射した光は直線偏光の光に偏光される。またカメラ側偏光板１９は回転できるようになって、任意の振動方向の光のみを透過させることができる。従って、自然光（非偏光光線）や円偏光の光が入射した場合、直線偏光された光に偏光することができる。さらに、カメラ側偏光板１９を回転させることにより、直線偏光の光の偏光角を調整することができる。
【００３７】
一方、ＦＰＤ１に入射した光のうち、ＦＰＤ１を透過した光は１／４波長板２４に入射する。ＦＰＤ１は例えば落射光源１１からの光が照射され照明される部分に穴が開いているステージの上に載置されているからである。１／４波長板２４は入射した光の２軸の偏光成分間の位相を１／４波長ずらすことができる。したがって、２回通過させることにより、直線偏光の光の振動方向を９０度回転させることができる。１／４波長板２４を透過した光は再帰反射シート２３に入射する。再帰反射シート２３に入射した光は入射方向とほとんど同じ方向に再帰反射され、再度１／４波長板２４を通過する。したがって、ＦＰＤ１を透過した光は２回、１／４波長板２４を透過している。１／４波長板２４を通過した光はＦＰＤ１に入射する。ＦＰＤ１に入射した光は、ＦＰＤ１を透過する。ＦＰＤ１を透過した透過光は反射光と同様にカメラ１５にカメラ側偏光板１９に入射する。
【００３８】
本発明にかかる検査装置はこの反射光と透過光とをカメラ側偏光板１９により分離することができる。落射光源１１からの光は偏光板１６により、直線偏光の光となってＦＰＤ１に照射されている。ここでは、例えば、落射光源１１からの光が偏光板１６によってＰ偏光の光に偏光されたものとして説明する。
【００３９】
Ｐ偏光の光がＦＰＤ１に入射された場合、ＦＰＤ１の表面で反射した反射光は同じＰ偏光の光となる。一方、再帰反射シート２３で反射されＦＰＤ１を再度、透過した透過光はＦＰＤ１の裏面側に設けられた１／４波長板２４を往復で２回通過しているため、偏光角が９０度ずれて、Ｓ偏光の光となる。カメラ側偏光板１９に入射する反射光と透過光とは９０度偏光角が異なっている。カメラ側偏光板１９を回転させて角度を調整することに、透過光又は反射光を選択的に透過させることができる。反射像を撮像するときは、ＦＰＤ１で反射された直線偏光の反射光と同じ偏光角の光が透過するようにカメラ側偏光板１９を回転させ、取り付け角度を調整する。これにより、偏光角がカメラ側偏光板１９の偏光各と９０度異なる透過光はカットされ、反射光のみがカメラ１５に入射される。
【００４０】
一方。透過像撮像時は反射像を撮像した状態からカメラ側偏光板１９を９０度回転させる。すると、カメラ側偏光板１９の偏光方向と異なる偏光角を持つ反射光はカットされる。従って、カメラ側偏光板１９の偏光方向と同じ偏光角を持つ透過光のみがカメラ側偏光板１９を透過する。これにより、透過光のみがカメラ１５に入射される。よって、透過光のみを分離することができ、透過像のみ撮像することが可能になる。反射像撮像時にはカメラ側偏光板１９により透過光がカットされ、透過像撮像時にはカメラ側偏光板１９により反射光がカットされる。従って、反射光または透過光のいずれか一方のみを選択的に透過させることができ、カメラ１５に入射させることができる。これにより、透過光又は反射光のいずれか一方がカメラ１５により検出され、透過像と反射像を別々に撮像することができる。
【００４１】
つまり、反射像撮像時にはＦＰＤ１を透過して再帰反射シート２３で反射して、再度、ＦＰＤ１を透過した透過光はカメラ側偏光板１９でカットされる。よって、反射光のみを分離することができ、反射像のみを撮像することが可能になる。一方、透過像撮像時には、ＦＰＤ１の表面で反射した反射光はカメラ側偏光板１９でカットされる。よって、透過光のみを分離することができ、透過像のみを撮像することが可能になる。このように、ＦＰＤ１の裏面側に１／４波長板２４を載置することにより、透過光と反射光とが互いに直交する直線偏光の光となるため、偏光角に応じてカメラ側偏光板１９を回転させることにより、それぞれを分離することができる。
【００４２】
さらに本実施の形態では、透過像をより正確に撮像するため、リレーレンズ４１ｂとビームスプリッタ１３との間にフィルター２０を挿入可能に配置している。これについて、以下に説明する。
【００４３】
ＦＰＤ１に付着したゴミやＦＰＤ１に設けられたパターンのエッジ（例えば、着色層とＢＭとの境界）により、ＦＰＤ１の表面で反射した光が回転しまうことがある。すなわち、ＦＰＤ１のゴミが付着した箇所や着色層とＢＭとの境界に光が照射されると、ＦＰＤ１を透過する際に偏光状態が変わってしまう。この場合、例えば、ＦＰＤ１の表面で反射した反射光が完全なＰ偏光の光とはならずに、カメラ側偏光板１９に入射してしまう。これにより、反射光と透過光が直交した偏光角を持つ直線偏光の光とならず、一方を撮像しているときに他方の光がカメラ１５に入射してしまう。これにより、例えば、透過像を撮像しているはずなのに、反射像が撮像されてしまうおそれがある。本実施の形態ではこれを防ぐために図２に示すようにフィルター２０を光路上に挿入した状態で透過像の撮像を行う。
【００４４】
透過像を正確に撮像するためのフィルター２０の構成について図３を用いて説明する。図３はフィルター２０の構成を示す図である。フィルター２０は中心部に円形の遮光部２１が設けられ、その周りに開口部２２が設けられている。遮光部２１に入射した光は遮光され、開口部２２に入射した光をそのまま透過する。さらに開口部２２に周りは遮光されている。この遮光部２１の中心が光軸と重なるように挿入される。フィルター２０は、検査装置の光軸に対して垂直に挿入される。フィルター２０を光路上に配置することにより、光軸及びその周辺の光が遮光され、リング状の光がＦＰＤ１に入射する。ＦＰＤ１は遮光部２１の周りの開口部２２を透過した光により照明される。したがって、ＦＰＤ１はリング状に照明される。フィルター２０は例えば、透明なガラス基板にフォトリソグラフィー工程で遮光膜をパターニングすることにより形成することができる。あるいは、機械的に開口部２２を設けてもよい。この場合、遮光部２１はブリッジなどにより固定されるようにする。
【００４５】
この遮光部２１はＦＰＤ１における視野と対応する大きさで形成されている。すなわち、遮光部２１に対応する部分がカメラ１５により撮像される。透過像撮像時には視野の部分が照明されずに、その周りだけが開口部２２からの光によりリング状に照明される。このリング状に照明されたＦＰＤ１の構成を図４に示す。図４はリング状に照明されているＦＰＤ１の構成を示す断面図である。なお、図４では１／４波長板２４を省略して図示している。フィルター２０を光軸と合わせて配置することにより、ＦＰＤ１には非照明部２８と照明部２７とができる。中央の非照明部２８が視野に対応する位置となり、この部分がカメラ１５で撮像される。視野に対応する非照明部２８の周りにはリング状の照明部２７が配置される。非照明部２８は遮光部２１に対応し、照明部２７は開口部２２に対応している。
【００４６】
この非照明部２８が視野となるように遮光部２１が設けられているため、ＦＰＤ１に投影される遮光部２１の大きさは例えば、１００μｍ〜１ｍｍ程度となる。その周りの開口部２２は例えば、遮光部２１の大きさの１／１０〜１／３の幅となるようにする。対物レンズ１４の倍率が高倍率のとき、視野は小さくなり、低倍率のとき、視野は大きくなる。また、フィルター２０における遮光部２１及び開口部２２の実際の寸法はレンズの倍率等に基づいて決定される。
【００４７】
対物レンズ１４からＦＰＤ１に入射した光では、視野が非照明部２８となり、視野の外側が照明部２７となる。すなわち、非照明部２８がカメラ１５により撮像される。従って、照明部２７においてＦＰＤ１の表面で反射した反射光はカメラ１５での撮像に寄与しない。照明部２７において、フィルター２０の開口部２２を透過して照明部２７に入射した光はＦＰＤ１を透過して、再帰反射シート２３に入射する。
【００４８】
図４は対物レンズ１４により集光され、ＦＰＤ１において非照明部２７の点に入射する光束を矢印で模式的に示している。対物レンズ１４に入射した光束がＦＰＤ１の非照明部２７における１点に集光されている。ここで、再帰反射シート２３に入射した光はほとんどが入射方向と同じ方向に反射されるが、一部の光は図４に示すように入射方向と異なる方向に反射される。対物レンズ１４における光軸近傍の矢印は入射方向と異なる方向に反射される光を示している。すなわち、対物レンズ１４の光軸近傍において、矢印の方向に入射した光は再帰反射シート２３で入射方向とは異なる方向に反射されている。これについては後述する。本発明では再帰反射シート２３において、入射方向とは異なる方向に反射される光を利用して、視野を照明している。照明部２７に入射した光がＦＰＤ１の裏面側から視野である非照明部２８を照明する。
【００４９】
再帰反射シート２３で入射方向と異なる方向に反射された光の一部は非照明部２８となっている視野部分の方向に反射される。再帰反射シート２３とＦＰＤ１の間には例えば、１０ｍｍの隙間が設けられている。これにより、再帰反射シート２３で視野部分の方向に反射された光が視野部分に入射する。この視野部分を透過した光は上述のようにカメラ１５で検出される。したがって、非照明部２８となっている視野部分を透過光で照明することができる。また、視野部分には落射光源１１から直接、入射する光がないため、反射光がカメラ１５で検出されることがない。これにより、透過光のみをカメラ１５に入射させることができる。このようにフィルター２０を設けることにより、透過像を正確に撮像することができる。
【００５０】
次に、再帰反射シート２３において、入射した方向と異なる方向に反射される現象について図５を用いて説明する。図５（ａ）はビーズタイプの再帰反射シートの構成を模式的に示す拡大断面図である。図５（ｂ）はプリズムタイプの再帰反射シートの構成を模式的に示す拡大断面図である。まず、図５（ａ）を用いてビーズタイプの再帰反射シート２３での再帰反射の原理について説明する。
【００５１】
図５（ａ）ではガラスビーズ３１を用いた再帰反射シート２３の一例を示している。さらに図５（ａ）にはガラスビーズで正確に再帰反射される再帰反射光５１と、入射方向とは異なる方向に反射される光５２とを矢印で示している。
【００５２】
再帰反射シート２３には多数のガラスビーズ３１が散りばめられている。例えば、直径数十μｍの微小な球状のガラスビーズ３１は反射層３２の上に設けられている。このガラスビーズ３１は屈折率の違いにより、入射した光を屈折させる。反射層３２はガラスビーズ３１に対応した半球状の凹みとなっている。反射層３２の表面は例えば、Ａｌ蒸着等により光を反射する反射面となっている。この凹みの中に、ガラスビーズ３１が設けられる。このようなガラスビーズ３１及び反射層３２が基材となるシートの上に多数設けられる。さらに、この上に表面フィルムが設けられることもある。上述の構成により、矢印の方向から入射した光がガラスビーズ３１で屈折し、反射層３２で反射される。そして、反射層３２で反射した光はガラスビーズ３１で屈折して、矢印の方向に反射される。すなわち、図５（ａ）において正確に再帰反射される再帰反射光５１のように、入射方向と同じ方向に反射される。このようにして、再帰反射シート２３に入射した光は入射方向と同じ方向で再帰反射される。
【００５３】
しかしながら、例えば、ガラスビーズ３１あるいは反射層３２の形状のずれにより、正確に再帰反射されないことがある。すなわち、ガラスビーズや反射層３２が完全に球状となっていない場合、入射方向と反射方向が正確に一致しなくなる。この場合、入射方向と反射方向がずれ、図５（ａ）の光５２に示すように入射した光は入射した方向とは異なる方向に反射される。入射方向とは異なる方向に反射された光は、ＦＰＤ１上において入射した位置とは異なる位置に反射される。このような入射方向と反射方向のずれは、ガラスビーズや反射層の製作上の誤差、ガラスビーズの取り付け時の誤差、表面に付着したゴミ、表面フィルムなどのずれ、再帰反射シートの経時的な劣化など様々な要因が考えられる。したがって、再帰反射シート２３で全ての光が完全に再帰反射されることは現実的には困難であり、一部の光は入射方向と異なる方向で反射される。この入射方向とは異なる方向に反射する光を利用して、遮光部２１に対応する視野を照明する。
【００５４】
また、球面レンズでは一般的に球面収差が存在する。従って、ビーズタイプの再帰反射シート２３に用いられるガラスビーズ３１にも球面収差が存在する。そのため、再帰反射シート２３の表面で反射された反射光は入射光と同じ方向に反射されるとは限らない。光軸（ガラスビーズ３１の中心軸）からの高さである入射高ｈによって、反射光の角度が異なる。これにより、入射光と異なる方向に反射される光５２が生じる。特に入射高ｈが高い光は球面収差が大きく、入射方向とは異なる方向に反射される。この入射方向とは異なる方向に反射する光を利用して、遮光部２１に対応する視野を照明する。
【００５５】
また、図５（ｂ）ではプリズムタイプの再帰反射シート２３の一例を示している。プリズムタイプの再帰反射シート２３について説明する。基材３５の上には接着剤３４が設けられる。接着剤３４の上にはマイクロプリズム３３が多数設けられたプリズムシートが貼り合わされる。これにより、基材３５の上にプリズムシートが取り付けられる。マイクロプリズム３３はアクリルなどの透明な樹脂により形成される。このマイクロプリズム３３に入射した光は、図５（ｂ）に示すように屈折率の違いにより入射した光を屈折させて、入射方向と同じ方向に反射する。
【００５６】
マイクロプリズム３３において斜面の角度のずれは以下に示すように強調されて、反射光の角度のずれを生じさせる。これについて図５（ｃ）を用いて説明する。図５（ｃ）はプリズム内における光の進行方向を示す図である。マイクロプリズム３３の鏡面５６の法線５７とマイクロプリズム３３の鏡面５６に入射する入射光５３との傾きをθとする。入射光５３の垂線と鏡面５６との角度もθとなる。さらに鏡面５６の法線５７と鏡面５６で反射される反射光５４との間の角度もθとなる。入射光５３と反射光５４との角度は２θとなる。鏡面５６の傾きθは反射光で２θに拡大される。従って、設計値から実際のプリズムの角度がずれて、鏡面５６に誤差が生じた場合、反射光の誤差も２倍に拡大される。
【００５７】
マイクロプリズム３３の内部に入射した光は図５（ｂ）にように２鏡面において反射されて、マイクロプリズム３３から出射する。すなわち再帰反射シート２３では反射面が２面あるため、鏡面誤差（真の角度からの誤差）の４倍が反射光の誤差となる。
【００５８】
ここで、再帰反射シート２３とＦＰＤ１の間に１０ｍｍの隙間が設けられているとする。例えば、５０倍の対物レンズの場合、視野は４００μｍφ程度である。この例では入射光と反射光との間に２００μｍ（半径）／１０ｍｍ（距離）＝２０ｍｒａｄの角度誤差があれば、照明部２７を透過した光が照明部を照らすことができる。すなわち、再帰反射シート２３で反射する光において、２０ｍｒａｄの光軸誤差があれば、照明部２７と透過した周辺光が非照明部２８である中央部を照らすことができる。反射光の光軸誤差は２面の鏡面反射で鏡面誤差の４倍に強調されているため、２０ｍｒａｄ／２／２＝５ｍｒａｄの鏡面誤差があれば、照明部２７を透過した光により非照明部２８を照明することが可能になる。５ｍｒａｄ程度の微小な誤差は、一般的なプリズムタイプの再帰反射シート２３に生じる角度誤差である。さらに、図５（ｂ）におけるｄも関与して、反射光はより拡散する。
【００５９】
なお、図５に示した再帰反射シート２３は典型的な一例であり、本発明に利用可能な再帰反射シートはこれらに限るものではない。
【００６０】
上述のように、ガラスビーズ３１や反射層３２あるいはマイクロプリズム３３の形状のずれ、さらには球面収差等により、正確に再帰反射されないことがある。すなわち、ガラスビーズ３１や反射層３２が完全に球状となっていない箇所やマイクロプリズム３３の傾斜面の角度がずれている箇所では、入射方向と反射方向が正確に一致しなくなる。このような箇所に入射した光は入射方向と反射方向がずれ、入射した方向とは異なる方向に反射される。入射方向とは異なる方向に反射された光は、ＦＰＤ１上において入射した位置とは異なる位置に反射される。このような入射方向と反射方向のずれは、ガラスビーズ３１や反射層３２あるいはマイクロプリズム３３の製作上の誤差、収差、ガラスビーズ又はマイクロプリズム３３の取り付け時の誤差、表面に付着したゴミや異物、表面フィルムなどのずれ、再帰反射シートの経時的な劣化など様々な要因が考えられる。したがって、再帰反射シート２３で全ての光が完全に再帰反射されることは現実的には困難であり、一部の光は入射方向と異なる方向で反射される。この入射方向とは異なる方向に反射する光を利用して、遮光部２１に対応する視野を照明する。
【００６１】
入射方向と異なる方向で反射された光により、上述のように直接照明することができなかった非照明部２８を照明することができる。すなわち、図４に示すようにＦＰＤ１において照明部２７に入射した光の一部は角度が変わり、一部が非照明部２８の方向に反射される。したがって、再帰反射シート２３で反射した光が非照明部２８に入射してＦＰＤ１の視野部分を透過する。なお、図４では光軸近傍の光のみ入射方向と異なる方向に反射されているが、その他の光も入射方向と異なる方向に反射される。そして、入射方向と異なる方向に反射される光の一部は非照明部２８に入射して、視野部分を透過する。この光をカメラ１５で検出することにより、透過像を正確に撮像することができる。さらに、ＦＰＤ１を再帰反射シート２３と離間して設置することにより、ＦＰＤ１と再帰反射シート２３との距離が広がるため、入射方向と異なる方向に反射する光が少ない場合であっても、効率よく非照明部２８を照明することができる。本実施の形態では、例えば、再帰反射シート２３とＦＰＤ１の間に１０ｍｍの隙間が設けられている。
【００６２】
透過像撮像時には図２に示すようにフィルター２０を光路上に挿入する。フィルター２０を挿入することにより、視野部分が非照明部となるため、反射光がカメラ１５により検出されない。従って、図２に示すように透過像撮像時にはカメラ１５の前に配置されたカメラ側偏光板１９を光路上から取り除いてもよい。すなわち、カメラ側偏光板１９及びフィルター２０を光路上に出し入れ可能に設け、透過像撮像時にはフィルター２０を光路上に配置して、カメラ側偏光板１９を光路外に配置する。反射像撮像時にはフィルター２０を光路外に配置して、カメラ側偏光板１９を光路上に配置する。そして、カメラ側偏光板１９を透過光が遮光されるように回転する。これにより、反射像と透過像を別々に撮像することができる。さらに、透過像をより正確に撮像することができる。
【００６３】
フィルター２０は実像位置、すなわち、１次像の位置又は視野絞りの位置に配置する。具体的にはリレーレンズ４１ｂとビームスプリッタ１３との間の結像位置又はコンデンサーレンズ１２とリレーレンズ４１ａとの間の結像位置に配置する。これにより、視野部分の光が入射することを防ぐことができ、正確に透過像を撮像することができる。
【００６４】
カメラ１５に撮像された反射像または透過像は、カメラ１５に接続された処理装置により出力される。パーソナルコンピュータなどを用いた処理装置では参照パターンと撮像パターンを比較して欠陥の有無が判別される。これらの処理は通常の処理を利用することができるため説明を省略する。
【００６５】
上述の実施の形態では撮像手段としてＣＣＤカメラを用いたが、ＭＯＳやＣＭＯＳの個体撮像素子、フォトダイオードアレイ等を用いてもよい。さらに撮像手段の替わりに接眼レンズを設けて、肉眼で被観察体を観察する観察装置、顕微鏡に適用することが可能である。このような観察装置、顕微鏡でも透過側の照明系を設ける必要がないので、コストダウンにつながる。もちろん、ＦＰＤ１以外を対象物体として、検査、撮像、観察等をおこなってもよい。
【００６６】
落射光源１１は必要な光量が得られる光源ならばよく、例えば、ハロゲンランプやキセノンランプが挙げられる。これ以外にもレーザー、ＬＥＤ、蛍光灯、電球等でもよい。もちろん、光の波長は特定されるものでなく、白色光でも特定の波長の光を放射する光源でもよい。また、可視光に限られるものでなく、測定機器により赤外線や紫外線等の可視光以外の光を放射する光源でも用いることができる。
【００６７】
上述の検査装置では偏光板１６を用いて落射光源１１からの光を直線偏光の光に偏光させたが、偏光ビームスプリッタなどの偏光素子を用いてもよい。さらには、落射光源１１に偏光光源を用いもよい。もちろん、図示した構成以外の構成を有する光学装置に対して利用することができる。例えば、撮像装置を２つ設けて、透過像と反射像を別々の撮像装置により撮像するようにしてもよい。さらには、本発明により、１つの光源により透過像と反射像とを別々に撮像することができ、より正確に透過像を撮像することが可能になる。また、カメラ側偏光板１９を取り除くことにより、反射像と透過像とを重ね合わせた像を撮像することが可能になる。透明なガラスステージが不要になるため、装置構成を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明にかかる検査装置の構成を示す図である。
【図２】本発明にかかる検査装置の透過像撮像時の構成を示す図である。
【図３】本発明にかかる欠陥検査装置に用いるフィルターの構成を示す図である。
【図４】本発明にかかる検査装置の透過像撮像時におけるＦＰＤの構成を示す断面図である。
【図５】再帰反射シートの構成及び光の進行方向を示す図である。
【図６】従来の検査装置の構成を示す平面図である。
【図７】従来の検査装置における光学系の移動の様子を示す斜視図である。
【図８】従来の検査装置の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００６９】
１  ＦＰＤ、１１  落射光源、１２  コンデンサーレンズ、１３  ハーフミラー
１４  対物レンズ、１５  カメラ、１６  偏光板、１９  カメラ側偏光板
２０  フィルター、２１  遮光部、２２  開口部、２３  再帰反射シート、
２４  １／４波長板、２７  照明部、２８  非照明部、
３１  ガラスビーズ、３２  反射層、４１  リレーレンズ、４２  チューブレンズ
１０１  ＦＰＤ、１１０  落射光学系、１１１  落射光源
１１２  落射光源用コンデンサーレンズ、１１３  ハーフミラー、１１４  結像レンズ
１１５  ＣＣＤカメラ、１２０  透過光学系、１２１  透過光源、
１２２  透過光源用コンデンサーレンズ、１２６  蛍光灯、１２７  拡散板
【図１】
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【図２】
2005241692.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005241692.tif 000009
【図８】
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