(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カラーフィルターの検査装置であって、
カラーフィルターに互いに異なる波長の単色光を照射する複数の単色光照射手段と、
各単色光を照射されたときのカラーフィルターの回折像を少なくとも１枚ずつ撮像する回折像撮像手段と、
前記回折像撮像手段により撮像された各単色光ごとの回折像を位相回復法により解析し、各単色光での元画像を再生する解析手段と、
前記解析手段により再生した各単色光ごとの元画像を、１枚の合成画像にする画像合成手段と、
前記合成画像または各単色光ごとの元画像に対して、カラーフィルター上の各色フィルターおよび各単色光の波長の組み合わせをもとに、所定の欠陥の有無を判定する画像検査処理を行う検査判定手段とを備えることを特徴とする、カラーフィルターの検査装置。
【請求項２】
前記の複数の単色光照射手段が、近赤外レーザー、赤色レーザー、緑色レーザー、青色レーザーの４種類であることを特徴とする、請求項１記載のカラーフィルターの検査装置。
【請求項３】
前記カラーフィルターと前記回折像撮像手段との間の光路長を調節する光路長調節手段を備え、
前記光路長調整手段によって前記カラーフィルターと前記回折像撮像手段との間の光路長が異なっている状態でのカラーフィルターの回折像を複数枚ずつ、各単色光で前記回折像撮像手段にて撮像し、
前記解析手段により、各単色光ごとの複数枚の回折像を位相回復法により解析して各単色光での元画像を再生することを特徴とする、請求項１または２に記載のカラーフィルターの検査装置。
【請求項４】
カラーフィルターの検査方法であって、
カラーフィルターに互いに異なる波長の複数の単色光を照射する単色光照射段階と、
各単色光を照射されたときのカラーフィルターの回折像を少なくとも１枚ずつ、回折像撮像手段により撮像する回折像撮像段階と、
前記回折像撮像段階にて撮像された各単色光ごとの回折像を位相回復法により解析し、各単色光での元画像を再生する解析段階と、
前記解析段階にて再生した各単色光ごとの元画像を、１枚の合成画像にする画像合成段階と、
前記合成画像または各単色光ごとの元画像に対して、カラーフィルター上の各色フィルターおよび各単色光の波長の組み合わせをもとに、所定の欠陥の有無を判定する画像検査処理を行う検査判定段階とを備えることを特徴とする、カラーフィルターの検査方法。
【請求項５】
前記の単色光照射段階における照射光が、近赤外レーザー光、赤色レーザー光、緑色レーザー光、青色レーザー光の４種類であることを特徴とする、請求項４記載のカラーフィルターの検査方法。
【請求項６】
前記カラーフィルターと前記回折像撮像手段との間の光路長を調節する光路長調節段階を備え、
前記光路長調整段階によって前記カラーフィルターと前記回折像撮像手段との間の光路長が異なっている状態でのカラーフィルターの回折像を複数枚ずつ、各単色光で前記回折像撮像段階にて撮像し、
前記解析段階にて、各単色光ごとの複数枚の回折像を位相回復法により解析して各単色光での元画像を再生することを特徴とする、請求項４または５に記載のカラーフィルターの検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はカラーフィルターのＲＧＢセルの判別、および各種欠陥（ヌケ、異物など）の異常を、高分解能で検出できる方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置の高精細化は日々進んでおり、中でも携帯端末向けの液晶パネルの高精細化は著しい。ＱＶＧＡパネルはすでに標準となり、中には３インチでワイドＶＧＡパネルが商品化されるなど高精細化の速度は非常に速い。これに伴いカラーフィルターの高精細化も同じ速度で進み、このような液晶パネル用のカラーフィルターではセルの大きさが数十ミクロンであり、ブラックマトリックスでは幅１０ミクロン以下となる。
【０００３】
このように高精細なカラーフィルターには、非常に高分解能での検査が要求される。サイズ５ミクロンの欠陥を確実に見つけるためには、原理的には、１．７ミクロンの分解能が必要である。
【０００４】
ところが、このような高分解能の画像を従来のカメラで撮像するには、かなり大掛かりな設備を必要とする。まずレンズは、通常の工業用カメラレンズの分解能は１０ミクロン程度で、高分解能のものでも５ミクロン程度である。これ以上の分解能を有するものとなると収差などを考慮した特注品となり非常に高価である。しかも分解能が２ミクロン程度となると焦点深度も非常に浅く、レンズと被検査体間距離がある一定範囲に入るようカメラ位置を精度よく制御する必要がある。
【０００５】
このような測定条件に束縛されないで高分解能を得る方法のひとつとして、回折を使う方法がある。概念図を図７に示す。この方法は下方向から被検査体にレーザーを照射し、その回折像をカメラで取得するものである。
【０００６】
回折とは遮断されたところに光が回り込む現象で、例えば図７（ａ）のようにヌケ部があるとそこから抜け出た光が広がっていき、図７（ｂ）のように異物で光が一部遮られた時は徐々にその部分に光が回りこんでいく。
【０００７】
回折像は照射光波長と被検査体、カメラの光学距離が分かればＦｒｅｓｎｅｌ変換によって理論的に元の像より求めることができる。従って逆に照射波長と被検査体、カメラの光学距離が既知でありかつ回折像を撮像することができれば元の像を予測することができる。
【０００８】
この回折像から元の像を算出する方法の分解能は使用するカメラのピクセルサイズと同程度である。現在入手できるカメラではピクセルサイズが２ミクロン以下のものもあり、このようなカメラを使えば２ミクロン以下の分解能が得られる。この原理に従って撮像した場合、レンズを使用しないため安価に撮像系を成立させることができるし、かつ焦点位置や焦点深度を気にすることも無い。この方法は位相回復とよばれる技術である。
【０００９】
位相回復は、回折像から元の像を推測する手法であり、その主な原理はＧｅｒｃｈｂｅｒｇが考案した（非特許文献１参照）。その後、Ｆｉｅｎｕｐらはこの手法に改良を加えた（非特許文献２参照）。これらの方法は、回折像に何らかの付加的束縛条件を加えることで元の像の再生を行おうとするものである。しかし、様々な形状の測定対象に対して普遍的に使用できるような付加的束縛条件を設定することは非常に困難で、結局は測定対象ごとに付加的束縛条件を用意せざるを得ず、実用上は難点が多い。
【００１０】
しかしＰｅｄｒｉｎｉらは、測定対象とカメラの距離を変えた複数の回折像より元の像を再生する方法を開発した（非特許文献３参照）。この方法は、付加的束縛条件を必要としないため上記２例に比べかなり現実的な方法である。
【非特許文献１】Ｒ．Ｗ．Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ，Ｎａｔｕｒｅ，２４０，４０４（１９７２）
【非特許文献２】Ｊ．Ｒ．Ｆｉｅｎｕｐ，Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ，２１，２７５８（１９８２）
【非特許文献３】Ｙａｎ  Ｚｈａｎｇ，Ｏｐｔ．  Ｅｘｐｒｅｓｓ，１１（２４），３２３４（２００３）
【００１１】
回折像解析は通常は１種類の波長の照射光を使って行うが、カラーフィルターは少なくとも３つの色域用のフィルター（例えばＲＧＢ）を備えているため、照射光の波長が１種類だけだと不都合なことがある。つまり照射光の波長が１種類だと、全てのフィルターに対して同程度の透過率を持つ波長域の９００〜２０００ナノメートルの近赤外域の光を選択することになるが、この波長域の光は透過率が非常に高いので、異物を検出するのには都合がよいが、ヌケ等の異常を検出することができない。
【００１２】
また、例えばカラーフィルターに赤色レーザー光を照射した場合、ＲＧＢのうちＲ（赤）の部分は透過の特性を示す。しかしＧ（緑）やＢ（青）の部分では、赤色レーザー光はほとんど透過しない。したがって赤色レーザー光では、Ｒ（赤）部分の異物は検出可能であるがヌケを検出することが出来ず、Ｇ（緑）部分やＢ（青）部分では、ヌケは検出可能であるが異物は検出できない、ということになり、欠陥検査を行ううえでは不都合があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、複数色のフィルターを有するカラーフィルターについて回折像解析を行う場合における、上記の問題点を解決する検査方法およ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】
【００１４】
上記の目的を達成するために本発明の請求項１においては、カラーフィルターの検査装置であって、
カラーフィルターに互いに異なる波長の単色光を照射する複数の単色光照射手段と、
各単色光を照射されたときのカラーフィルターの回折像を少なくとも１枚ずつ撮像する回折像撮像手段と、
前記回折像撮像手段により撮像された各単色光ごとの回折像を位相回復法により解析し、各単色光での元画像を再生する解析手段と、
前記解析手段により再生した各単色光ごとの元画像を、１枚の合成画像にする画像合成手段と、
前記合成画像または各単色光ごとの元画像に対して、カラーフィルター上の各色フィルターおよび各単色光の波長の組み合わせをもとに、所定の欠陥の有無を判定する画像検査処理を行う検査判定手段とを備えることを特徴とする、カラーフィルターの検査装置としたものである。
【００１５】
また請求項２においては、前記の複数の単色光照射手段が、近赤外レーザー、赤色レーザー、緑色レーザー、青色レーザーの４種類であることを特徴とする、請求項１記載のカラーフィルターの検査装置としたものである。
【００１６】
また請求項３においては、前記カラーフィルターと前記回折像撮像手段との間の光路長を調節する光路長調節手段を備え、
前記光路長調整手段によって前記カラーフィルターと前記回折像撮像手段との間の光路長が異なっている状態でのカラーフィルターの回折像を複数枚ずつ、各単色光で前記回折像撮像手段にて撮像し、
前記解析手段により、各単色光ごとの複数枚の回折像を位相回復法により解析して各単色光での元画像を再生することを特徴とする、請求項１または２に記載のカラーフィルターの検査装置としたものである。
【００１７】
また請求項４においては、カラーフィルターの検査方法であって、
カラーフィルターに互いに異なる波長の複数の単色光を照射する単色光照射段階と、
各単色光を照射されたときのカラーフィルターの回折像を少なくとも１枚ずつ、回折像撮像手段により撮像する回折像撮像段階と、
前記回折像撮像段階にて撮像された各単色光ごとの回折像を位相回復法により解析し、各単色光での元画像を再生する解析段階と、
前記解析段階にて再生した各単色光ごとの元画像を、１枚の合成画像にする画像合成段階と、
前記合成画像または各単色光ごとの元画像に対して、カラーフィルター上の各色フィルターおよび各単色光の波長の組み合わせをもとに、所定の欠陥の有無を判定する画像検査処理を行う検査判定段階とを備えることを特徴とする、カラーフィルターの検査方法としたものである。
【００１８】
また請求項５においては、前記の単色光照射段階における照射光が、近赤外レーザー光、赤色レーザー光、緑色レーザー光、青色レーザー光の４種類であることを特徴とする、請求項４記載のカラーフィルターの検査方法としたものである。
【００１９】
また請求項６においては、前記カラーフィルターと前記回折像撮像手段との間の光路長を調節する光路長調節段階を備え、
前記光路長調整段階によって前記カラーフィルターと前記回折像撮像手段との間の光路長が異なっている状態でのカラーフィルターの回折像を複数枚ずつ、各単色光で前記回折像撮像段階にて撮像し、
前記解析段階にて、各単色光ごとの複数枚の回折像を位相回復法により解析して各単色光での元画像を再生することを特徴とする、請求項４または５に記載のカラーフィルターの検査方法としたものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の請求項１、４に記載の装置および方法によるカラーフィルターの欠陥検出は、従来の標準的レンズとカメラを使用して得られた画像を使ったカラーフィルターの欠陥検出よりも、非常に分解能が高く、かつ信頼性が高いという特徴がある。また、各単色光ごとの回折像を位相回復法により解析し各単色光での元画像を再生することにより、複数の色域を有するカラーフィルターについても欠陥検出が可能となる。
【００２１】
また請求項２、５に記載の装置および方法によれば、カラーフィルターに照射する単色光を、近赤外レーザー光、赤色レーザー光、緑色レーザー光、青色レーザー光の４種類とすることで、カラーフィルター上の各色フィルターの欠陥を検出しやすくできる、という利点がある。
【００２２】
さらに請求項３、６に記載の装置および方法によれば、カラーフィルターと回折像撮像手段との間の光路長を調節する光路長調節手段および段階により、非特許文献３に記載のＰｅｄｒｉｎｉの方法で元画像を得るのに必要な複数の回折像を、各単色光ごとに得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
表１に、カラーフィルターの各色フィルターの異物欠陥とヌケ欠陥について、照射光の色と検出可否の関係を示す。表中の”○”が検出可能、”×”が検出不可能を表している。
【表１】
0004910939.tif 000002
【００２４】
照射光が近赤外、赤、緑、青の４種類のそれぞれで、検出可能な欠陥項目とフィルター色の組み合わせが異なり、従ってフィルター色、欠陥項目などの判別ができる。図３に赤フィルター部の検査の例を示す。（ａ）は近赤外レーザー光を照射したときの図で（ｂ）（ｃ）（ｄ）それぞれ赤、緑、青のレーザー光を照射したときの図である。
【００２５】
赤フィルターの場合は赤レーザー光（図３（ｂ）参照）の透過率は高く、異物があるとその部分は遮光状態となり検出が可能である。しかしヌケに関しては、ヌケの部分とフィルター部の光強度の差が出にくく検出困難である。近赤外レーザー光（図３（ａ）参照）に関しても同様で、異物は検出できるがヌケは検出しにくい。
【００２６】
逆に緑、青のレーザー光（図３（ｃ）、（ｄ）参照）に関しては赤フィルター部の透過率は小さく、異物は検出困難である。しかしヌケがあると、その箇所のみそのまま光が透過してくるので検出しやすい。従って赤フィルターの場合では赤および近赤外レーザー光で検出しやすいのが異物、緑および青レーザー光で検出しやすいのがヌケということになる。
【００２７】
他のフィルター色についても同様で、検出可能な欠陥項目と照射光の組み合わせは表１に示した通りとなる。このように４種類の照射光の組み合わせによって、フィルター色、検出する欠陥項目が決まるので信頼性の高い情報が得られる。
【００２８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施形態であるカラーフィルター検査装置の概略を示したものである。１０１〜１０４はそれぞれ、近赤外、赤、緑、青のレーザー光源である。レーザー光源１０１〜１０４はそれぞれ、独立に動作可能なシャッター３０１〜３０４を有していて、任意のタイミングで光を通過させたり遮光したりすることが出来るようになっている。
【００２９】
ダイクロイックミラー２０１〜２０４としては、それぞれレーザー光源１０１〜１０４の波長の光を反射しそれ以外の波長の光を透過させるという機能を持つものを選択する。レーザー光源１０１〜１０４は、照射光の光軸が互いに平行かつ、最も対象物４０７よりのダイクロイックミラー２０４の通過後に照射光の光路が重なるように配置する。また各ダイクロイックミラーは互いに平行で、かつ対応するレーザー光源の光軸に対して４５°の角度になるように配置する。このような配置にすると各レーザー光源からの照射光の光路をひとつに重ねることができ、対象物４０７の同じ位置に照射光を照射することが出来る。
【００３０】
４０５はビームエクスパンダーであり、ダイクロイックミラー２０４通過後のレーザー光のスポット径を広げて、対象物４０７に照射光が当たる領域を広げるために設置されるものである。レーザー光のスポット径が最初から十分に大きい場合は設置しなくてもよい。
【００３１】
４０６はミラーであり、ビームエクスパンダー４０５を通過後のレーザー光を反射して対象物４０７に照射する。本実施形態では装置のサイズを小さくするためにミラー４０６を用いて照射光の光路を曲げることを行ったが、レーザー光を直接に対象物４０７に照射できる場合は設置しなくても良い。
【００３２】
４０８は２次元的な領域を撮像できる回折像撮像手段で、各種撮像素子を用いたカメラである。本実施形態ではＣＣＤカメラを使用した。回折像撮像手段４０８は、照射された各レーザー光が対象物４０７によって回折した回折像を、画像として撮像する。
【００３３】
回折像撮像手段４０８で撮像された回折像のデータは、画像解析・検査判定手段４０９へ送られる。画像解析・検査判定手段４０９は、図示せぬ記憶手段、および、解析、画像合成、検査判定などを行う演算手段を備えている。
【００３４】
図示せぬ記憶手段は、回折像撮像手段４０８から送られてくる回折像の画像データや、位相回復法によって再生された元画像、元画像を合成して得られた合成画像などを記憶する。また図示せぬ演算手段は、回折像の画像データから位相再生法により元画像を再生する解析と、元画像を合成して合成画像を作成する画像合成と、得られた合成画像に対して欠陥検出のための画像処理を行う検査判定を行う。画像解析・検査判定手段４０９としては、ハードディスクやメモリなどの各種記憶装置を備えたコンピューターやワークステーションを用いることが出来る。
【００３５】
なお各単色光ごとの元画像を、非特許文献３に記載のＰｅｄｒｉｎｉの方法で得る場合には、各単色光ごと回折条件の異なる複数の回折像を撮像しておく必要がある。光路長調整手段４０１は、対象物４０７と回折像撮像手段４０８との間の光路長を変更可能とするものであり、当該光路長を変えて撮像を行うことにより回折条件の異なる複数の回折像を得ることができる。
【００３６】
光路長調整手段４０１としては、対象物４０７と回折像撮像手段４０８との間の距離を調整するような機構でもよいし、対象物４０７と回折像撮像手段４０８との間に複数の平面ミラーを配設して、その平面ミラーの位置を変更することにより対象物４０７からの回折光が回折像撮像手段４０８に行き着くまでの距離を調整するような機構であってもよい。
【００３７】
なお各単色光ごとの元画像を、非特許文献１に記載のＧｅｒｃｈｂｅｒｇの方法または非特許文献２に記載のＦｉｅｎｕｐの方法で得ることができる場合には、光路長調整手段４０１を設ける必要はない。
【００３８】
本実施形態では、照射光波長の異なる回折像を少なくとも４枚取得する必要があり、最終的に、これらの回折像それぞれから算出した４枚の元画像の比較や合成を行うため、回折像撮像時の位置の一致度は非常に重要で、ミクロンオーダーでの一致が必要である。４枚程度の画像取得に要する時間は１秒以下であるから、低周波振動ならばあまり影響はないと考えられるが、高周波振動は大きな障害となる。従って本発明はラバーなど振動吸収素材の上で行われるのが好ましい。
【００３９】
さらにレーザーの光は発振出口付近より縞が入ることが多いのでスペーシャルフィルターなどで均一照射が可能となるようした方がより正確な結果が得られる。
【００４０】
図２に、本発明のカラーフィルター検査装置の動作のフローチャートを示す。
最初に、対象物であるカラーフィルターが、本発明のカラーフィルター検査装置の撮像位置まで搬送されてきて静止する（ステップＳ０１）。
【００４１】
近赤外レーザー光を照射し（ステップＳ０２）、近赤外レーザー光による回折像を少なくとも１枚以上撮像する（ステップＳ０２）。この近赤外レーザー光による回折像について、位相回復法による解析を行い（ステップＳ１３）、近赤外レーザー光による元画像を得る。
【００４２】
他の波長のレーザー光についても、同様の手順で回折像撮像、解析、元画像作成を行う（ステップＳ０４〜Ｓ０９、Ｓ１５、Ｓ１７、Ｓ１９）。
【００４３】
得られた各レーザー光による元画像を合成し、合成画像を得る（ステップＳ２０）。ここでの合成処理は例えば以下のような手順である。透過部以外は、基本的に透過光量が小さいので輝度が低い、つまり黒くなる。そこでそのような部分には、最も単純には適当な補正係数をかけてから、各元画像を足し合わせて合成画像を得る。補正係数はカメラの色感度、照射光源の光強度などを考慮して決める。単純に足し合わせるだけであるとカラーフィルターの色の区別がつきにくくなるので、赤、緑、青の区別がつくよう色分けしてから足し合わせた方が見やすい。
【００４４】
この合成画像に対して、欠陥箇所を検出する処理を行い、カラーフィルターの良否検査判定する（ステップＳ２１）。欠陥検出処理の例としては、一般的には十字比較法が使われる。この方法は図８のように画像上の検査対象位置９０からｘ，ｙ方向に予め設定した間隔の４点の比較位置９１を設定、この４点と対象位置の数値比較で判定を行うものである。判定に使う数値は輝度、色度などが使われる。
【００４５】
なお、欠陥検出処理は、各レーザー光による元画像に対して行うことも可能である。例えば異物欠陥を検出したい場合には近赤外レーザー光による元画像に対して欠陥検出処理を行えば、全てのフィルター色について異物欠陥を検出できる。
【００４６】
得られた検査結果は、各種表示装置、プリンタ、記憶装置などの出力手段に出力される（ステップＳ２２）。
【実施例】
【００４７】
実施例の概略図を図４に示す。単色光照射手段としては緑レーザー光源４１、赤レーザー光源４２を使用した。緑および赤レーザー光の光路を一致させ、ダイクロイックミラー４３でビームエクスパンダー４５へ導く。レーザー光のスポット径をビームエクスパンダー４５で広げ、更にキュービックミラー４６を使ってカラーフィルター４７下方向から照射し、その回折像をカメラ４８で取得した。各レーザー光源はそれぞれシャッター４４を備え、任意のタイミングで光を通過させたり遮光したりでき、赤、緑の回折像を別々に取得した。
【００４８】
次に、図２のフローチャートに従って、各レーザー光を照射して得られた回折像を逆Ｆｒｅｓｎｅｌ変換することにより、元画像を再生した。図５（ａ）に赤レーザー光を照射したときの回折像、図５（ｂ）に緑レーザーを照射したときの回折像を示す。
【００４９】
図５（ａ）および（ｂ）を合成して得られた合成画像を、図６に示す。図６の中で、青フィルター部分は赤レーザー光および緑レーザー光を透過させないので、黒くみえている。本実施例では、１ピクセルが５．２ミクロンのＣＣＤカメラを使用したが、ピクセルサイズの小さなカメラを使用すれば、より高精細な画像が取得できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施形態であるカラーフィルター検査装置の概略図。
【図２】本発明のカラーフィルター検査装置の動作のフローチャート。
【図３】本発明のカラーフィルター検査装置において、赤色フィルター部分に各レーザー光を照射した場合の、欠陥部分の見え方を模式的に示した図。
【図４】本発明の実施例で使用したカラーフィルター検査装置の概略図。
【図５】本発明の実施例のカラーフィルター検査装置で得られた、カラーフィルターの回折像の画像。
【図６】本発明の実施例のカラーフィルター検査装置で得られた合成画像。
【図７】回折像の概念図。
【図８】十字比較法の説明図。
【符号の説明】
【００５１】
１０１〜１０４・・・レーザー光源
２０１〜２０４・・・シャッター
３０１〜３０４・・・ダイクロイックミラー
４０１・・・・光路長調整手段
４０５・・・・ビームエクスパンダー
４０６・・・・ミラー
４０７・・・・カラーフィルター（対象物）
４０８・・・・回折像撮像手段
４０９・・・・画像解析・検査判定手段
１・・・・カラーフィルターのベースガラス
２・・・・カラーフィルターのブラックマトリックス
３・・・・カラーフィルターの赤色フィルター部分
ａ・・・・ヌケ欠陥
ｂ・・・・異物欠陥
４１・・・緑レーザー光源
４２・・・赤レーザー光源
４３・・・ダイクロイックミラー
４４・・・シャッター
４５・・・ビームエクスパンダー
４６・・・ミラー
４７・・・カラーフィルター（対象物）
４８・・・カメラ
４９・・・画像取り込みコンピューター
７１・・・照射レーザー光
７２・・・被検査体（ピンホール）
７３・・・回折光
８１・・・照射レーザー光
８２・・・被検査体（異物）
８３・・・回折光
９０・・・欠陥検出処理において、画像上の検査対象位置
９１・・・欠陥検出処理において、画像上の比較位置
【図２】
0004910939.tif 000003
【図３】
0004910939.tif 000004
【図１】
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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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