(57)【要約】【課題】大型化、高出力化を実現でき、しかも寿命が長くて消耗品を減らしてメンテナンスコストの低減を図ることができ、さらに消費電力を下げることができる検査用照明装置を提供する。【解決手段】この検査用照明装置１は、被検査体２をライン照明するもので、複数のＬＥＤ４・・を備えた光源部５及び導光部６を備える。そして、複数のＬＥＤ４・・を、周期的或いは非周期的に間隔をあけながら同一直線上に配置して、必要な部位のみ適度な照明を行うようにしている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査体（２）をライン照明するための検査用照明装置（１）であって、複数のＬＥＤ（４）・・を備えた光源部（５）と、この光源部（５）からの光を集光若しくは拡散させながら前記被検査体（２）へ導く導光部（６）とを備え、前記複数のＬＥＤ（４）・・を、周期的或いは非周期的に間隔をあけながら同一直線上に配置したことを特徴とする検査用照明装置。
【請求項２】
前記被検査体（２）に対するライン照明の有効照明領域（１０）・・を、照明方向に沿って非連続状態で形成することを特徴とする請求項１の検査用照明装置。
【請求項３】
光源部（５）からの光の色を色混合によって変化させることを特徴とする請求項１又は２記載の検査用照明装置。
【請求項４】
複数のＬＥＤ（４）・・の発光色を異ならせて、これらＬＥＤ（４）・・からの発光色の組み合わせによって前記光源部（５）からの光の色を変化させることを特徴とする請求項３の検査用照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば液晶基板等の被検査体の表面検査に際して、被検査体をライン照明するための検査用照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、液晶基板の表面検査に際しては、検査用照明装置によって液晶基板の表面を照明しながら、その表面を目視により確認したり、その表面をＣＣＤカメラ等で撮影して画像情報を解析することで、良否判定を行っている。
【０００３】
この種の検査用照明装置としては、例えば特許文献１にも開示されているように、光源として蛍光灯を用いたものがある。また、この他にも、光源としてハロゲンランプやメタルハライドランプを用いて、これら光源の光をガラスロッドや光ファイバーにより導いてライン照明を行うものがある。
【特許文献１】特開平７−２７０３３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年、デジタル放送高品質ＴＶの用途拡大等によって、液晶基板が大型化する傾向にある。液晶基板の表面検査においては、基板部分測定方式と基板全面測定方式が存在するが、上記のような液晶基板の大型化に伴い、基本的には測定面積を大きくする必要があり、これによって照明装置も大型化、高出力化が求められている。また、ＣＣＤカメラを使用した表面検査に際しては、生産のラインスピードに合わせるため、ＣＣＤカメラも高速化(２００ＭＨz〜４００ＭＨz)し、このＣＣＤカメラの高速化に伴い、良好な映像を得るための光量の増大が必要となり、装置の大型化、高出力化がより一層求められている。
【０００５】
しかしながら、従来の照明装置においては、蛍光灯では照度不足、ガラスロッドを使用する場合には、ロッドの長尺化に伴う照度不足やそれを補うための光源の大容量化と短寿命、光ファイバーを使用する場合には、大きいファイバーの照明製作やファイバー長さの増大に伴う光量の低下等の問題があり、上記のような装置の大型化、高出力化の要求に十分に応えることができなかった。
【０００６】
この発明は、上記従来の欠点を解決するためになされたものであって、大型化、高出力化を実現でき、しかも寿命が長くて消耗品を減らしてメンテナンスコストの低減を図ることができ、さらに消費電力を下げることができる検査用照明装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、この発明の検査用照明装置は、被検査体２をライン照明するためのものであって、複数のＬＥＤ４・・を備えた光源部５と、この光源部５からの光を集光若しくは拡散させながら前記被検査体２へ導く導光部６とを備え、前記複数のＬＥＤ４・・を、周期的或いは非周期的に間隔をあけながら同一直線上に配置したことを特徴とする。
【０００８】
そして、前記被検査体２に対するライン照明の有効照明領域１０・・を、照明方向に沿って非連続状態で形成する。
【０００９】
さらに、光源部５からの光の色を色混合によって変化させるようにしている。具体的には、複数のＬＥＤ４・・の発光色を異ならせて、これらＬＥＤ４・・からの発光色の組み合わせによって前記光源部５からの光の色を変化させている。
【発明の効果】
【００１０】
この発明の検査用照明装置においては、複数のＬＥＤを備えた光源部を有しているので、次のような利点がある。すなわち、ＬＥＤは、検査スピードの高速化と検査画像取得の高速化に必要な高輝度光源であり、しかも表面実装が可能で光源部を種々の形状に作ることが可能であって、被検査体の近くに光源部を自由な形状に配置することができる。さらに、ＯＮ・ＯＦＦの頻繁なスイッチング操作によっても寿命を縮めず、長期にわたって安定して使用することができる。
【００１１】
従って、近年の装置の大型化、高出力化の要求に十分に応えることができ、しかも長寿命によって消耗品を減らしてメンテナンスコストの低減を図ることができる。さらに、ＬＥＤは、色合いを変えることも可能であるという利点があり、工場管理の点でも有効である。さらにまた、ＬＥＤと外部光軸調整、散乱管等は分離可能であるため、環境性能にも優れている。
【００１２】
また、ライン照明による検査の場合は、ライン領域全域に亘って均一な照明をする必要性は稀である。これは、例えば１個のセンサーで被検査体を検査する領域の大きさがセンサー１個当たりの大きさよりも大きい場合を除いて、センサーを線状に並べることができないためである。従って、被検査体を全面検査する場合は、センサーを千鳥配置として複数列並べて、1回の同一方向で検査を行うか、複数回折り返して検査する必要がある。このような検査で使用する照明装置においては、ライン照明は必ずしも有効照射領域が照明方向に沿って連続している必要はなく、よって複数のＬＥＤを照明方向に沿って間隔をあけて配置した光源部を有するものであっても、検査を支障なく行うことができる。この発明の検査用照明装置では、独立した複数のＬＥＤを周期的或いは非周期的に間隔をあけながら同一直線上に配置し、ライン照明の有効照明領域を照明方向に沿って非連続状態で形成して、必要な部位のみ適度な照明を行うようにしているので、省電力化を図ることができ、環境に配慮した装置とすることができる。
【００１３】
さらに、複数のＬＥＤの発光色を異ならせて、これらＬＥＤからの発光色の組み合わせによって光源部からの光の色を変化させるようにしているので、高精度な検査を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、この発明の検査用照明装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。この発明の一実施形態に係る検査用照明装置１は、被検査体である液晶基板２の表面検査に際して、その表面をライン照明するためのものであって、図１に示すように、複数のＬＥＤ４・・を備えた光源部としてのプリント基板５と、このプリント基板５のＬＥＤ４・・からの光を集光若しくは拡散させながら液晶基板２へ導く導光部６と、冷却手段を有する固定ベース７と、プリント基板５に電力を供給する電源部８とから構成されている。
【００１５】
プリント基板５におけるＬＥＤ４・・は、その長手方向に沿って周期的に間隔をあけながら同一直線上に配置されている。これらＬＥＤ４・・としては、例えば赤、青、緑といった発光色が異なる数種類のものが用いられており、これらＬＥＤ４・・からの発光色を適宜組み合わせて混合させることで、光源部からの光の色を変化させて、発光色の異なるＬＥＤの混合による結像光学系(ラインＣＣＤカメラ)２０、２５（後述する）に合わせた発光スペクトルとする。なお、ＬＥＤ４・・は、必ずしも周期的に間隔をあけて配置する必要はなく、結像光学系２０、２５の仕様等に合わせて、非周期的な間隔をあけて配置しても良い。
【００１６】
導光部６は、例えば透光性を有する合成樹脂によって断面略楕円形の棒状に形成されており、プリント基板５のＬＥＤ４・・を覆うようにして、プリント基板５の長手方向の全長に亘って配されている。
【００１７】
この検査用照明装置１においては、機械的な強度を保ちながら、プリント基板５の長手方向の長さＬを３メートル程度までは伸ばすことができる。また、この照明装置１を、液晶基板２に対して適切な距離に配置して、液晶基板２の表面を適切な強度で照明することで、図２に示すように、有効照明領域１０・・が照明方向に沿って非連続状態で形成されたライン照明を行うようになっている。
【００１８】
図３は、上記構成の検査用照明装置１を用いた液晶基板２の表面検査の一例を示している。すなわち、照明装置１より出射した光は、紙面と垂直方向に線状の照明となり、液晶基板２の表面に入射角θで照射される。液晶基板２の表面で反射した反射光は、反射側の結像光学系(ラインＣＣＤカメラ)２０に導かれる。このラインＣＣＤカメラ２０は、投影レンズ２１及びＣＣＤ素子２２を有しており、反射光は、投影レンズ２１を介して所定の倍率でＣＣＤ素子２２に投影され、画像処理装置２３で画像処理がなされて、この処理後の画像に基づいて液晶基板２の表面の良否判定が行われる。また、液晶基板２を透過した透過光は、透過側の結像光学系(ラインＣＣＤカメラ)２５に導かれる。このラインＣＣＤカメラ２５も、投影レンズ２６及びＣＣＤ素子２７を有しており、透過光は、投影レンズ２６を介して所定の倍率でＣＣＤ素子２７に投影され、画像処理装置２８で画像処理がなされて、この処理後の画像に基づいて液晶基板２の表面の良否判定が行われる。
【００１９】
ここで、ラインＣＣＤカメラ２０、２５・・が複数個ある場合には、これらの配置ピッチに合わせて、光源配置することが可能である。また、反射と透過の光軸を分離し、個別の照明とラインＣＣＤカメラ２０、２５で構成しても良い。
【００２０】
図４は、同軸落射照明による液晶基板２の表面検査の一例を示している。ハーフミラー３０を使用している点で、照明装置１からの光の入射角度のみ異なり、その他の構成は図３に示す構成と変わりはない。
【００２１】
図５は、１５００×１８５０のサイズの液晶基板２に対して、複数のラインＣＣＤカメラ２０・・を使用して表面検査を行う場合の照明装置１の適用を示している。有効７５００画素のラインＣＣＤカメラ２０を使用した場合、このＣＣＤカメラ２０により検査できる基板２の範囲は、基板２の位置（物体面）、ＣＣＤ素子２２の前に設置される投影レンズ２１の光学特性、及び基板２の表面（像面）の位置関係、及びＣＣＤ素子２２の画像素子の大きさで決定される。一般的な画像素子の大きさ４．７ミクロン及び液晶検査用として使用される典型的な投影倍率０.６３倍と仮定すると、約７．５ミクロン×７．５ミクロンの基板２上の領域がＣＣＤ素子２２の1画素に相当し、これを画素分解能と呼ぶことにする。ラインＣＣＤカメラ２０全体としては、７５００×７．５＝約５６ｍｍの領域を測定域とすることができる。実際の検査では、ラインＣＣＤカメラ２０・・は固定され、基板２が等速スピードで搬送される間に順次ラインＣＣＤカメラ２０・・で撮影された映像が画像処理されて実施される。従って、もう１方向の走査方向検査分解能は、ラインＣＣＤカメラ２０・・の駆動スピード（１ライン７５００画素分のデータの吐き出し時間）と基板２の搬送スピードできまり、搬送スピード＝走査分解能／駆動スピードとなる。駆動スピードは、ラインＣＣＤカメラ２０の駆動周波数Ｆより計算でき、駆動スピード＝７５００／Ｆとなる。Ｆ＝１００ＭＨｚの場合は、駆動スピードは、７５００／１００＊１００００００＝７５マイクロ秒となる。従って、７．５ミクロン走査分解能の場合、搬送スピードは、７．５ミクロン／７５マイクロ秒＝１００ｍｍ／秒となる。１個のラインＣＣＤカメラ２０の検査測定領域が約５６ｍｍ程度であるので、この程度のピッチでラインＣＣＤカメラ２０を並べることが可能であれば、２７個のラインＣＣＤカメラ２０・・を基板２の１５００ｍｍの幅方向に並べ、１５００×１８５０の大きさの基板２を１８．５秒間１００ｍｍ／secのスピードで操作を行うと、基板２全面の映像情報を取得することが可能となる。
【００２２】
この発明の検査用照明装置１を使用することで、次のような問題点を解決することが可能となる。すなわち、画素分解能が小さくなると、物理的にラインＣＣＤカメラ２０・・を配置できなくなること。また、検査時間を短くするためには、基板２の搬送方向に複数列の相補的な空間的な位置関係のラインＣＣＤカメラ２０・・配列が必要となること。さらに、駆動スピードの高速化に対応して露光時間が減少し、ラインＣＣＤカメラ２０・・に十分な電荷が蓄積されず、検査に必要な光学感度を得るため大出力型の光源が必要となること。さらにまた、装置の大型化に対して、従来の照明装置も大型化し、製造上不都合が多いこと。
【００２３】
ＬＥＤ４・・は、強度の強い白色の線状光源を形成することが可能であり、画素分解能、検査スピード、装置の仕様に応じて、周期的或いは非周期的で非連続状態の配置をとり、検査対象部分においてのみ強度の強い光源装置の提供が可能である。上記の例においては、物理的に２７個のラインＣＣＤカメラ２０・・を並べることができない場合は、１４個のラインＣＣＤカメラ２０・・の列をラインＣＣＤカメラ２０・・のピッチ５６ｍｍの２倍で配置し、このラインＣＣＤカメラ２０・・列を２組準備し、検査測定領域を相補的な位置関係となるように配置させる。ライン状の照明装置１、１を、その照明域の位置及びピッチが、ラインＣＣＤカメラ２０・・と一致するように製作する。このように配置すると、検査測定時に得られる基板データは、測定時刻のずれた、空間的には櫛の歯状となる２列の空間相補的なものとなる。２列のラインＣＣＤカメラ２０・・の間隔分だけ搬送距離は延びるが、２本のライン状照明装置１、１のＬＥＤ４・・の配置効率は高くなる。図５では、１列目及び２列目ともに、実際には１４個であるが、３個のラインＣＣＤカメラ２０・・で説明している。
【００２４】
図６は、非連続的にＬＥＤ４・・群を直線状に配置したときの配置方向の光強度の分布を示している。必要な有効照明領域１０・・を満足するのに、必要なＬＥＤ４・・を配置すれば良いことを示している。
【００２５】
ところで、前述画素分解能の細密化や、大きいＣＣＤカメラによる視野領域の増大に対しては、結像光学系の高ＮＡ化による高解像度化や大口径化による視野の拡大が必要となる。これに伴い、レンズ枚数の増大や大口径化が容易に予測され、これによりコストが上昇する。この原因はレンズの収差であるが、収差には光軸方向の縦収差、画角方向の横収差があり、物体側のピンホールに対する像面側でのその像のゆがみの量を記述するものである。この中でも波長領域（色）の関連する収差は色収差であり、縦方向および横方向の色収差がある。縦方向は、波長による結像点や面の光軸方向のズレである。横方向はレンズへの光線の入射高さの差（入射角度の差）により生じる光の分散により結像点の波長によるズレが、各像高で生じるものであり、画角の増大とともに大きくなる。この収差対策として、発光スペクトルの狭波長帯域化による調整で結像光学系の性能の向上や要求される仕様への合わせ込みが有効である。また、この狭帯域化により設計上、レンズ枚数を抑えること、やその設計時間を短縮することができ、製造コストの低減が可能である。図７に、代表的な白色ＬＥＤ照明の発光スペクトルを示す。図８にＲＢＧ３色ＬＥＤの発光スペクトルを示しているが、標準的な発光スペクトル（同図（ａ））、青を弱くした発光スペクトル（同図（ｂ））、及び赤を弱くした発光スペクトル（同図（ｃ））をそれぞれ対比して示す。ライン照明に本ＲＢＧ３色ＬＥＤを使用すれば、本目的に適合する。すなわち、画素分解能の微細化に伴い、投影光学系には、良好な周波数特性（光学的伝達関数：ＯＴＦ）が高周波数の領域まで維持されることが必要であるが、この目的を達成するには、必要とされる周波数帯での解像度に対して、レンズシミュレーションを行い、必要な波長領域の選択や特定の色を弱くすることによる狭波長帯域化が有効である。また被検査対象物の反射率や透過率に合わせて適切な光源の光学強度と解像度をバランスさせることも可能である。このようにすれば、投影光学系（ハード）は、そのままで、解像度を向上することが可能である。また、ＣＣＤの大きさの大型化は、基板サイズの大型化に対して、より少ないＣＣＤカメラで全域検査するために出てきた要求であるが、この場合も上述のように画角（視野）拡大に対して、解像度や、歪の仕様を満足させる為、レンズの枚数が増加する傾向にあるが、これに対しても、波長領域の選択や狭波長帯域化が有効である。
【００２６】
以上にこの発明の実施形態について説明したが、この発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、照明装置１としては、液晶基板２の表面を照明するだけに限らず、その他各種の被検査体の検査に際してのライン照明に用いるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明の一実施形態に係る検査用照明装置の斜視図である。
【図２】基板表面におけるライン照明を示す図である。
【図３】同じくその使用例を示す概略図である。
【図４】同じくその使用例を示す概略図である。
【図５】二列に配置したラインＣＣＤカメラによる検査での検査用照明装置の配置を示す斜視図である。
【図６】検査用照明装置における光強度分布を示す図である。
【図７】白色ＬＥＤ照明の発光スペクトルを示す図である。
【図８】ＲＢＧ３色ＬＥＤの発光スペクトルを示す図で、同図（ａ）は標準的な発光スペクトルを示す図、同図（ｂ）は青を弱くした発光スペクトルを示す図、同図（ｃ）は赤を弱くした発光スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１・・検査用照明装置、２・・被検査体、４・・ＬＥＤ、５・・光源部、６・・導光部、１０・・有効照明領域
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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