JP2005180939A - 光学装置、検査装置及び検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
簡易な構成で正確な透過像と反射像を別々に撮像、観察等できる光学装置を提供すること。
【解決手段】
本発明にかかる光学装置は基板２７で反射した光と基板２７を透過した光とを用いて、基板２７に関するオペレーションを行う光学装置であって、落射光源１１と、落射光源１１から基板２７に入射した入射光５０と入射光５０のうち基板２７で反射した反射光５１とが異なる光軸となるように落射光源１１からの光を基板２７に導く偏光ビームスプリッタ１７と、基板２７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性反射シート２３と、再帰性反射シート２３で反射され基板２７を透過した透過光５２又は反射光５１を受光するＣＣＤカメラ１５とを備えるものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、対象物体を照明により照らしてオペレーションする光学装置並びに被検体を撮像して検査する検査装置及び検査方法に関する。

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６を用いて説明する。図６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。

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、カラーフィルタ基板、ＴＦＴアレイ基板又はフォトマスク等である。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。

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。

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。

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。

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。

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。

従って、ＦＰＤ１０１の全面を検査するために、ＦＰＤ１０１を固定して、図７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。

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。

別の構成の検査装置について図８を用いて説明する。図８は従来の検査装置の構成を示す斜視図である。図７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。

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。

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。

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。

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。

特開２００１−３０５０７４号公報 特開２００２−２０７００４号公報

上述のように、従来の光学装置では、落射光学系及び反射光学系の両方を設けた場合、正確に観察、測定等のオペレーションを行おうとすると光学系が複雑になってしまうという問題点があった。

本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、簡易な光学系で正確に観察、測定等のオペレーションを行うことができる光学装置並びに検査検査及び検査方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様にかかる光学装置は、対象物体（例えば、本実施の形態における基板２７）で反射した光と前記対象物体を透過した光とを用いて、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、本実施の形態における落射光源１１）と、前記光源から前記対象物体に入射する入射光（例えば、本実施の形態における入射光５０）と前記入射光のうち前記対象物体で反射した反射光（例えば、本実施の形態における反射光５１）とが異なる光軸となるように前記光源からの光を前記対象物体に導く第１の光学手段（例えば、本実施の形態における偏光ビームスプリッタ１７）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、本実施の形態における再帰性反射シート２３）と、前記入射光のうち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又は前記反射光の少なくともいずれか一方を受光する第２の光学手段（例えば、本実施の形態における結像レンズ１４、ハーフミラー１３又はＣＣＤカメラ１５）を備えるものである。これにより、簡易な構成で透過像と反射像の観察等を行うことができる。

本発明の第２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透過光と前記反射光とを重ね合わせる第３の光学手段（例えば、本実施の形態におけるレンズ２０）をさらに備え、前記第２の光学手段が、前記反射光と前記透過光とが重ね合わされた位置に配置され、前記透過光と前記反射光とを検出する検出器（例えば、本実施の形態におけるＣＣＤカメラ１５）を有するものである。これにより、１つの検出器で透過像と反射像を撮像することができる。

本発明の第３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透過光の光路上又は前記反射光の光路上に移動可能に設けられ、前記透過光又は前記反射光が前記検出器に入射するのを遮るシャッター（例えば、本実施の形態におけるシャッター２８ａ、２８ｂ）をさらに備えるものである。これにより、透過像と反射像を別々に撮像することができる。

本発明の第４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透過光と前記反射光とを異なる偏光状態とする偏光手段（マイクロプリズム型の再帰性反射シート２３）をさらに備え、前記第２の光学手段が前記透過光又は前記反射光の偏光状態に基づいて光量を変化させる偏光板（例えば、本実施の形態におけるカメラ側偏光板１９）を有し、前記検出器に検出される前記反射光又は前記透過光の光量を変化させる請求項３記載の光学装置。備えるものである。これにより、正確な透過像と反射像を別々に撮像することができ、さらに反射光と透過光の光量を調整することができる。

本発明の第５の態様にかかる検査装置は、被検体（例えば、本実施の形態における基板２７）で反射された光と前記被検体を透過した光を用いて、前記被検体を撮像して検査する検査装置であって、光源と、前記光源から前記被検体に入射した入射光と前記入射光のうち前記被検体で反射した反射光とが異なる光軸となるように前記光源からの光を前記対象物体に導く第１の光学手段と、前記被検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、前記入射光のうち前記再帰反射部材で再帰反射され前記被検体を透過した透過光と前記反射光とを用いて前記被検体を撮像する撮像手段（例えば、本実施の形態におけるＣＣＤ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と反射像を撮像して検査することができる。

本発明の第６の態様にかかる検査装置は、上述の検査装置において、前記透過光の光路上又は前記反射光の光路上に移動可能に設けられ、前記透過光又は前記反射光が前記検出器に入射するのを遮るシャッターと、前記透過光と前記反射光とを前記撮像手段の位置に重ね合わせる第２の光学手段をさら備え、前記シャッターによって前記反射光又は前記透過光を遮光することにより、前記透過光又は前記反射光のいずれか一方を用いて前記被検体を撮像するものである。これにより、簡易な構成で透過像と反射像を別々に撮像することができる。

本発明の第７の態様にかかる検査装置は、上述の検査装置において前記透過光と前記反射光を異なる偏光状態とする偏光手段と、前記透過光又は前記反射光の偏光状態に基づいて光量を変化させる偏光板とをさらに備え、前記検出器に検出される前記反射光又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、簡易な構成で正確な透過像と反射像を別々に撮像することができ、透過光と反射光の光量を調整することもできる。

本発明の第８の態様にかかる検査方法は、被検体で反射された光と前記被検体を透過した光を用いて前記被検体を撮像して検査する検査方法であって、光源から前記対象物体に入射した入射光と前記入射光のうち前記対象物体で反射した反射光とが異なる光軸となるように前記光源からの光を前記対象物体に導くステップと、前記被検体の前面で反射された反射光を撮像するステップと、前記被検体を透過し、前記披検体の裏面で再帰反射され、前記被検体を再度透過した透過光を撮像するステップを有するものである。これにより、簡易な構成で透過像と反射像を撮像することができる。

本発明の第９の態様にかかる検査方法は、上述の検査方法において前記透過光と前記反射光とを異なる偏光状態に変化させるステップと、前記前記透過光と前記反射光との偏光状態に違いに基づいて前記透過光又は前記反射光の光量を変化させるステップとをさらに有するものである。これにより、簡易な構成で正確な透過像と反射像を別々に撮像することができ、透過光と反射光の光量を調整することもできる。

なお、本発明において第１の光学手段、第２の光学手段、第３の光学手段、撮像手段、偏光手段等の手段は重複していてもよく、さらにそれぞれの手段に含まれていても良い。それぞれの光学手段はレンズ、ミラー、フィルター、検出器等の光学部品により構成することができる。もちろん、２つ以上の光学部品により構成することも可能である。また、再帰反射部材や偏光板などの光学部品において、それぞれの光学手段の機能を含ませることも可能である。

本発明によれば、簡易な光学系で正確に観察、測定等のオペレーションを行うことができる光学装置並びに検査装置及び検査方法を提供することができる。

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。

発明の実施の形態１．
本実施の形態にかかる光学装置について図１を用いて説明する。１１は落射光源、１２はコンデンサーレンズ、１３はハーフミラー、１４は結像レンズ、１５はＣＣＤカメラ、１６は偏光板、１７は偏光ビームスプリッタ、２３は再帰性反射シート、２６はガラステーブルであり、これらが光学装置を構成している。２７は対象物体である基板であり、ここで基板２７は液晶表示装置に用いられるカラーフィルタ基板（ＣＦ基板）として説明する。

ＣＦ基板は通常、マトリクス状に形成された着色層の間に遮光膜（ＢＭ）が設けられている。着色層はそれぞれ、Ｒ、Ｇ、Ｂに対応する波長の光を透過するため、着色された樹脂等から形成される。ＢＭは光を遮光するため、クロムなどの金属膜あるいは樹脂により形成されている。着色層に入射された光の一部は基板２７を透過する。一方、ＢＭに入射された光は、基板２７を透過せずに表面で反射される。本発明では基板２７を透過した光と基板の表面で反射した光を１つのＣＣＤカメラ１５により別々に検出する。もちろん、基板２７はＣＦ基板に限らず、表示パネル、ＴＦＴアレイ基板あるいはフォトマスク等の少なくとも一部で光を透過する物体であればよい。

本実施の形態にかかる光学装置は本件の出願人より出願された光学装置（特願２００２−２５９１６６号）と同様に基板２７の裏面側に再帰性反射シートが設けられている。落射光源１１から基板２７に光が照射される。そして、基板２７の表面で反射した光及び基板２７を透過して再帰性反射シート２３で反射した光をＣＣＤカメラ１５で検出する。ここで、落射光源１１から基板２７に入射する光を入射光５０、入射光５０のうち基板２７の前面で反射した光を反射光５１とする。さらに入射光５０のうち基板２７を透過して、再帰性反射シート２３で反射され、再度、基板を透過した光を透過光５２とする。透過光５２は基板２７及びガラステーブル２６を透過した後、再帰性反射シート２３で入射した方向に再帰反射され、再度、基板２７及びガラステーブル２６を透過する。

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。落射光源１１から放射された自然光（非偏光光線）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。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がカットされる。従って、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。この直線偏光の光が基板２７の上に配置された偏光ビームスプリッタ１７に入射される。

この偏光ビームスプリッタ１７はＳ偏光の光だけを分離することができる。すなわち、偏光ビームスプリッタ１７では直線偏光の光の内、Ｓ偏光の光はそのまま偏光ビームスプリッタ１７を通過する。Ｐ偏光の光は基板２７の方向に反射される。偏光ビームスプリッタ１７で反射されたＰ偏光の光はハーフミラー１３及び結像レンズ１４を透過して基板２７を照明する。偏光板１６を回転して偏光板１６の偏光角を調整することにより、Ｐ偏光に偏光された光を偏光ビームスプリッタ１７に入射させることができる。このように入射した光の偏光軸に基づいて分離することで、偏光板１６を透過した光の光量を落とさずに偏光ビームスプリッタ１７で反射させることができる。これによりＰ偏光の光が基板２７の方向に反射される。

偏光ビームスプリッタ１７で基板２７の方向に反射した光の一部はハーフミラー１３を透過して、結像レンズ１４に入射する。対物レンズである結像レンズ１４は入射した光を基板２７の前面に集光する。基板２７は透明なガラステーブル２６の上に載置されており、さらにガラステーブル２６の裏面側には再帰性反射シート２３が設けられている。基板２７の前面で反射した反射光５１は結像レンズ１４の方向に反射される。一方、基板２７を透過した光はガラステーブル２６と介して再帰性反射シート２３に入射する。

再帰性反射シート２３は表面にマイクロプリズムを多数散りばめたマイクロプリズム型のものや、球状のガラスビーズ等を多数散りばめたビーズ型のものがある。再帰反射シートは夜間における視認性の高さから交通標識や作業者用の保安用品等によく用いられている。マイクロプリズム型の再帰性反射シート２３では入射した光の２軸の成分間の位相を１／４波長ずらして反射する。従って、１／４波長板を１回通過した時と同じ偏光作用が生じる。ビーズ型の再帰性反射シート２３では偏光作用がなく、そのままの偏光状態で反射される。マイクロプリズム型の再帰性反射シートを用いた場合、Ｐ偏光であった入射光５０は円偏光の光に偏光されるため、透過光５２は円偏光の光となる。

再帰性反射シート２３に入射した光は正確に再帰反射され、入射方向に帰っていく。すなわち、再帰性反射シート２３で反射され基板２７を透過した透過光２５は元の方向に帰っていく。従って、入射光５０の入射方向と透過光５２の反射方向とは１８０°異なった方向となる、透過光５２の光軸と入射光５０の光軸が一致する。なお、図１において、基板２７周辺の構成は説明を簡略化するため拡大して図示している。また、基板２７及びガラステーブル２６に入射した光は屈折率の違いにより屈折されるが、説明のため基板２７及びガラステーブル２６における屈折を省略して図示している。

基板２７の表面で反射した反射光５１及び基板２７を透過した透過光５２は結像レンズ１４を透過して、ハーフミラー１３に入射する。ハーフミラー１３は入射した光の一部を撮像手段であるＣＣＤカメラ１５の方向に反射する。ハーフミラー１３により反射された光はレンズ２０に入射する。レンズ２０により反射光５１と透過光５２はＣＣＤカメラ１５に結像される。このＣＣＤカメラ１５が透過光５２及び反射光５１を受光することにより、基板の透過像又は反射像を撮像する。

本発明にかかる光学装置では、偏光ビームスプリッタ１７で反射された入射光５０の光軸が図１の点線で示される基板２７の垂線５４から傾くよう偏光ビームスプリッタ１７を配置している。なお、垂線５４は偏光ビームスプリッタ１７と光軸との交点から基板２７に引いた垂線である。偏光ビームスプリッタ１７では入射光５０の光軸が垂線５４からずれた角度で反射される。従って、入射光５０の光軸は結像レンズ１４の中心より外側を通過する。結像レンズ１４により集光された入射光５０の光軸と垂線５４とは基板２７の表面において交差する。基板２７に入射して基板の全面で反射される光は入射角と反射角が同じ角度となるよう反射される。一方、再帰性反射シート２３で反射された光は入射してきた方向に反射される。このような構成により反射光５１の光軸は透過光５２の光軸とは異なる光軸となる。反射光５１と透過光５２との光路の違いに基づいて反射像と透過像を別々に撮像している。

次に偏光ビームスプリッタ１７で反射された入射光５０の光軸を垂線５４から傾くよう偏光ビームスプリッタ１７を配置する理由について図２を用いて説明する。図２は本発明にかかる光学装置の光学系と比較するため、入射光５０の光軸と垂線５４が一致する構成となる光学系を示している。ここで、光源からハーフミラー１３までの構成は図１に示す光学系と同様であるためと省略する。

図１に示す構成では反射光５１と透過光５２とを異なる光軸で進行させているが、図２に示す構成では反射光５１と透過光５２とを同じ光軸で進行させている。図２に示すように入射光５０の光軸が垂線５４と一致する場合、すなわち、入射光５０の光軸が基板２７と垂直になる場合では、反射光５１の光軸及び透過光５２の光軸が垂線５４と一致する。さらに、透過光５２及び反射光５１の光軸は入射光５０の光軸とも一致する。図２に示す比較例の構成では、透過光５２と反射光５１の偏光状態に差を設け、この偏光状態の差に基づいて、透過光５２と反射光５１を分離している。以下に図２に示す光学系において透過像と反射像を別々に撮像する方法について説明する。

同じ光軸上を進行する反射光５１及び透過光５２はハーフミラー１３でＣＣＤカメラ１５の方向に反射される。ここでマイクロプリズム型の再帰性反射シート２３を用いた場合、透過光５２は円偏光の光に偏光される。図２に示す光学系では円偏光の透過光５２とＰ偏光の反射光５１を分離するため、例えば、ハーフミラー１３とＣＣＤカメラ１５の間にカメラ側偏光板１９を配置し、さらにカメラ側偏光板１９とハーフミラー１３の間に１／４波長板２１を配置する。カメラ側偏光板１９は回転可能に設けられており、入射した光を回転角に対応した偏光角（振動方向）を持つ直線偏光に光に偏光する。１／４波長板２１は光路上に出し入れ可能に設けられており、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。この１／４波長板２１を直線偏光の光が通過すると円偏光の光に偏光される。

図２に示す光学系において反射像を撮像する場合、１／４波長板２１を光路上に挿入する。これにより、Ｐ偏光であった反射光５１が円偏光の光に偏光される。透過光５２はマイクロプリズム型の再帰性反射シート２３と合わせて、２回、位相が１／４波長ずれるため、Ｐ偏光の光からＳ偏光の光に偏光される。従って、Ｐ偏光成分のみを透過するようにカメラ側偏光板１９を配置すれば、Ｓ偏光の透過光５２はカットされる。円偏光である反射光５１の内のＰ偏光成分はカメラ側偏光板１９を透過する。これにより、光量は減少するが、反射光５１のみがＣＣＤカメラ１５に受光され、反射像を撮像することができる。

一方、透過像を撮像する場合、１／４波長板２１を光路上から外しておく。従って、反射光５１はＰ偏光の状態でカメラ側偏光板１９に入射する。透過光５２は円偏光の状態でカメラ側偏光板１９に入射する。反射像撮像時からカメラ側偏光板１９を回転して、Ｐ偏光の光のみを透過するように配置する。このような配置では、Ｐ偏光成分がカットされるため、Ｐ偏光である反射光５１はカメラ側偏光板１９でカットされる。一方、円偏光である透過光５２の内のＳ偏光成分はカメラ側偏光板１９を透過するため、ＣＣＤカメラ１５２に入射される。これにより、光量は減少するが、透過光５２のみがＣＣＤカメラ１５に受光され、透過像を撮像することができる。

上述のように１／４波長板２１の出し入れとカメラ側偏光板１９の回転により透過光５２と反射光５１を分離して、透過像と反射像を別々に撮像することが出来る。すなわち、透過像撮像時では、１／４波長板２１を光路上に挿入せず、カメラ側偏光板１９をＰ偏光の光のみを透過するように配置する。一方、反射像撮像時では、１／４波長板２１を光路上に挿入して、カメラ側偏光板１９をＳ偏光の光のみを透過するように配置する。これにより、反射光５１と透過光５２が異なる偏光状態となり、透過像と反射像を別々に撮像することができる。

また、ビーズ型の再帰性反射シート２３を用いた構成でも透過像と反射像を別々に撮像することができる。この場合、１／４波長板１９をハーフミラー１３とカメラ側偏光板１９の間ではなく、基板２７と再帰性反射シート２３の間に配置する。この構成では、反射光５１はＳ偏光の光であるが、透過光５２は１／４波長板を往復で２回通過するため、Ｐ偏光の光となる。カメラ側偏光板１９を回転することにより、反射光５１又は透過光５２のいずれかをカットすることができる。なお、透過像と反射像を別々に撮像する構成は上述の構成に限らず、１／４波長板及びカメラ側偏光板等の組み合わせにより様々な構成が利用可能である。

このように、反射光５１と透過光５２の偏光状態の違いに基づいて、反射光５１と透過光５２を分離する構成では基板２７の表面で反射した反射光５１の偏光状態が変わってしまうと反射光５１と透過光５２を分離できないおそれがある。すなわち、基板２７に入射した光の一部が基板の表面で反射するときに偏光されてしまう場合がある。特に対物レンズの開口数が大きくなると、表面反射光も一部偏光が回転してしまう場合がある。この場合、反射光５１にＳ偏光成分が生じてしまい、反射光５１は完全なＰ偏光の光ではなくなる。従って、１／４波長板及び偏光板を用いた場合では、完全に反射光５１と透過光５２とを分離することが出来なくなるおそれがある。カメラ側偏光板１９で反射光５１を完全に除去できず、透過像のコントラストが悪くなってしまう。

本発明では、図１に示すように本発明の光学系は偏光ビームスプリッタ１７を入射光５０の光軸から傾けて配置することにより、反射光５１と透過光５２の光軸が異なるものとなる。そして、反射光５１と透過光５２との光路の違いに基づいて、反射光５１と透過光５２を分離する。具体的にはＣＣＤカメラ１５の前に、反射光５１の光路上に移動可能な反射光用のシャッター２８ａ及び透過光５２の光路上に移動可能な透過光用のシャッター２８ｂを配置する。シャッター２８ａは反射光５１の光束を遮光し、シャッター２８ｂは透過光５２の光束を遮光する。

反射光５１は入射光５０と同じ光路で結像レンズ１４及びハーフミラー１３に入射する。一方、透過光５２は反射光５１及び入射光５０とは異なる光路で結像レンズ１４及びハーフミラー１３に入射する。透過光５２及び反射光５１を受光した結像レンズ１４は光を集光して、ハーフミラー１３に入射させる。透過光５２及び反射光５１を受光したハーフミラー１３はＣＣＤカメラ１５の方向に光を反射する。ハーフミラー１３でＣＣＤカメラ１５の方向に反射された入射光５０及び反射光５１は異なる光路でレンズ２０に入射する。入射光５０及び反射光５１はレンズ２０により集光され、ＣＣＤカメラ１５の撮像領域に入射する。異なる光路でＣＣＤカメラ１５に入射した入射光５０と反射光５１はＣＣＤカメラ１５上で重ね合わされる。入射光５０と反射光５１が重ね合わされる位置に配置されたＣＣＤカメラ１５に透過像及び反射像を結像する。なお、レンズ２０上において反射光５１の光軸と透過光５２の光軸がレンズ２０の中心に対して対称となるように、光学系を配置することが望ましい。

透過像を撮像する時は、図３に示すように反射光５１の光束をカットするため反射光用のシャッター２８ａを移動して光路上に挿入する。そして、透過光用のシャッター２８ｂを光路上から外しておく。これにより、透過光５２のみをＣＣＤカメラ１５に入射させることができ、透過像を正確に撮像することができる。

一方、反射像を撮像する時は図４に示すように透過光５２の光束をカットするため透過光用のシャッター２８ｂを移動して光路上に挿入する。そして、反射光用のシャッター２８ａを光路上から外しておく。これにより、反射光５１のみをＣＣＤカメラ１５に受光させることができ、反射像を正確に撮像することができる。このように、どちらか一方の光路上にシャッター２８を挿入すれば透過像と反射像を別々に撮像するこことができる。もちろん、反射光５１及び透過光５２のいずれの光路上にもシャッター２８を挿入しない場合は透過像と反射像を重ねた像を撮像することができる。

本発明は反射光５１の光路と透過光５２の光路を異なる光路とするよう光学系を配置している。この光路の差に基づいて反射光５１と透過光５２を分離することにより、反射光５１が偏光される場合であっても、正確な反射像と透過像を別々に撮像することが可能になる。さらに異なる光路の透過光５２と反射光５１を重ね合わせ、いずれか一方の光を遮光いるため、１つのＣＣＤカメラ１５で透過像と反射像を別々に撮像することができる。もちろん、シャッター２８を設けずにＣＣＤカメラ１５を反射光５１と透過光５２の光路上にそれぞれ設けても透過像と反射像を別々に撮像することができる。

例えば、偏光ビームスプリッタ１７と結像レンズ１４との距離を１０００ｍｍとした場合、入射光５０の光軸がφ８ｍｍの結像レンズ１４の中心から２ｍｍずれるように偏光ビームスプリッタ１７を配置する。もちろんこれ以外の構成でもよい。このように本実施の形態の構成を備えることにより、透過側の照明を設ける必要がなくなるため、簡易な構成で正確な反射像と透過像を別々に撮像することができる。

上述の光学系を移動させるための駆動系を備え、基板２７の全面に対して観察、撮像等のオペレーションすることもできる。本発明の構成を備えることにより、基板全面に対するオペレーションを行う場合であっても、透過光用の照明光学系が不要であるため簡易な構成とすることができる。さらに省電力化を図ることができる。また基板が大型化した場合であっても、メンテナンス性の向上や部品点数を削減できるため、近年の液晶表示装置の大型化に対して有効である。

上述の光学系は典型的な一例であり、図示した構成に限られるものではない。例えば、図示した光学部品は異なる配置となっていてもよく、さらには図示した光学部品以外の光学部品が設けられていてもよい。また、再帰性反射シート２３をガラステーブルの上に配置した場合、テーブルを透明な材質で形成する必要がなくなる。従って、金属等の安価なで耐震性の高い材料を用いることができる。さらに、板状の再帰性反射板を用いてテーブルすることで、部品点数を削減することができる。

上述の構成では偏光ビームスプリッタ１７により入射光５０と反射光５１とを異なる光軸となるようにしたが、これ以外の光学部品でも良い。例えば、ミラー、プリズム、レンズ等の光学部品を用いることができる。さらに本実施の形態ではシャッター２８ａ及びシャッター２８ｂの２つのシャッターを用いたが、１つのシャッターを反射光５１及び透過光５２の光路上に移動可能に設け、反射光５１又は透過光５２のいずれか一方を遮光するようにしてもよい。

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。落射光源１１がレーザー光源等のように偏光された光を出射する場合は、光源からの光を直接、基板２７に照射してもよい。

上述の光学装置により基板２７に対するさまざまなオペレーションを行うことができる。例えば、基板の透過像又は反射像を測定する画像測定装置などに利用することが可能である。さらに撮像した透過像又は反射像を参照画像と比較して基板に欠陥が存在するか否かを判別する欠陥検査装置に対しても利用可能である。これにより、正確な撮像を行うことができ、欠陥検査の精度を向上することができる。なお、このような画像測定装置及び欠陥検査装置では、光学系を移動した場合に基板２７における入射光５０の位置を検出して、基板上の測定点を検出する位置検出器機構を備えることが望ましい。

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。もちろん、ラインセンサ、エリアセンサのいずれでもよい。さらに撮像手段を用いずに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。例えば、ハーフミラー１３が反射光５１又は透過光５２のいずれか一方を受光するように配置して、反射光５１と透過光５２を分岐させる。これにより、反射光５１と透過光を同時に観察することができるようになる。この場合、レンズ２０やシャッター２８等の光学部品は設けなくても良い。

発明の実施の形態２．
本実施の形態にかかる光学装置について図５を用いて説明する。なお、本実施の形態において実施の形態１と同様の構成については説明を省略する。

図５に示す構成において、例えば、基板２７に入射した入射光５０が基板２７の表面で乱反射されると、乱反射された光の一部と透過光５２が同じ光軸となってしまうおそれがある。すなわち、透過光５２に基板の表面で乱反射された光の一部が含まれてしまうおそれがある。特にＣＦ基板のＢＭが樹脂により形成されている場合、反射光５１が乱反射する光が多くなってしまう。この場合、基板表面で乱反射された光の一部が透過光５２と同じ光軸で進行されるため、透過像撮像時に透過光から乱反射した光を分離できずにノイズとなってしまう。本実施の形態では、このような場合でも、正確な透過像と反射像を別々に撮像するため、レンズ２０とハーフミラーの間にカメラ側偏光板１９を載置している。

本実施の形態では、レンズ２０とハーフミラー１３の間に回転可能に設けられたカメラ側偏光板１９を載置している。カメラ側偏光板１９の取り付け角度を調整することにより、任意の方向に直線偏光された光のみを透過させることができる。このカメラ側偏光板１９の取り付け角度を調整することにより、透過光５２に含まれる基板表面で乱反射された光の一部をカットすることができる。

本実施の形態では再帰性反射シート２３にはマイクロプリズム型のものが用いられている。マイクロプリズム型の再帰反射シートは２軸の成分間の位相を１／４波長ずらして再帰反射する。よって、透過光５２は再帰性反射シート２３によりＰ偏光から円偏光に偏光される。これにより、透過光５２と基板表面で反射した光を異なる偏光状態に偏光することができる。この偏光状態の違いに基づいて、同一光路上の透過光５２と基板表面で乱反射した光を分離する。

透過像撮像時には、カメラ側偏光板１９の取り付け角度を調整して、Ｓ偏光の光を透過させるようにする。これにより、Ｐ偏光である反射光５１はカメラ側偏光板でカットされる。従って、透過光５２に含まれる基板表面で乱反射された光もカットされる。円偏光のうちのＰ偏光成分はカットされるため透過光５２の光量は減少するが、透過光５２のＳ偏光成分はカメラ側偏光板１９を透過する。よって、透過光５２の一部はＣＣＤカメラ１５に受光される。

反射光５１はカメラ側偏光板１９によってカットされる。さらに、基板表面の反射で偏光状態が変わった光をカットするため、反射光用のシャッター２８ａを反射光５１の光路上に配置する。これにより、透過光５２のみがＣＣＤカメラに受光されるので、正確な透過像を撮像することができる。

一方、反射像撮像時には、Ｐ偏光の光を透過するようにカメラ側偏光板１９を回転させる。Ｐ偏光である反射光５１はカメラ側偏光板１９を透過する。透過光５２の内のＰ偏光成分及び透過光５２に含まれる基板表面で乱反射された光もカメラ側偏光板を透過する。しかし、実施の形態１と同様に透過光用のシャッター２８ｂを光路上に載置することで、透過光５２の内のＰ偏光成分及び透過光５２に含まれる基板表面で乱反射された光がカットされる。これにより、反射光５１のみがＣＣＤカメラ１５に受光されるので、正確な反射像を撮像することができる。

このように透過光５２又は反射光５１の偏光状態を変化させ、この偏光状態の違いに基づいて光量を変化させるカメラ側偏光板１９を用いることによって、より正確な透過像及び反射像を撮像することができる。透過光５２又は反射光５１の偏光状態を変化させる偏光手段はマイクロプリズム型の再帰性反射シート２３に限らず、例えば、基板の裏面側に配置された１／４波長板等でもよい。なお、透過光５２又は反射光５１の偏光状態を変化させる偏光手段にマイクロプリズム型の再帰性反射シート２３を用いることで部品点数を削減することが出来る。

さらにカメラ側偏光板１９を設けることによって、反射光５１と透過光５２の光量の比を調整することができる。例えば、反射像撮像時において、Ｐ偏光以外の光を透過するようにカメラ側偏光板１９を配置すれば、その回転角に応じて反射光５１を変化させることができる。これにより、反射像撮像時及び透過像撮像時で同程度の光量をＣＣＤカメラ１５に受光させることができる。反射光５１の光量が透過光５２の光量より非常に高くＣＣＤが飽和してしまう場合でも、本実施の形態の構成によりＣＣＤカメラの検出感度及び落射光源の光量等の調整が不要になる。このように、カメラ側偏光板１９を用いて反射光５１と透過光５２の光量を変化させることにより、利便性を向上することができる。

本発明の実施の形態１にかかる光学装置の構成を示す図である。 本発明にかかる光学装置と比較される光学系の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１にかかる光学装置において、透過像を撮像する時の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１にかかる光学装置において、反射像を撮像する時の構成を示す図である。 本発明の実施の形態２にかかる光学装置の構成を示す図である。 従来の検査装置の構成を示す図である。 従来の検査装置の構成を模式的に示す斜視図である。 従来の異なる検査装置の構成を模式的に示す斜視図である。

符号の説明

１ 光学装置、１１ 落射光源、１２ コンデンサーレンズ、１３ ハーフミラー
１４ 結像レンズ、１５ ＣＣＤカメラ、１６ 偏光板、１７ 偏光ビームスプリッタ
１９ 偏光板、２０ レンズ、２１ １／４波長板、２３ 再帰性反射シート、
２６ ガラステーブル、２７ 基板、２８ シャッター、５０ 入射光、５１ 反射光、５２ 透過光、５４ 基板の垂線

Claims (9)

1. 対象物体で反射した光と前記対象物体を透過した光とを用いて、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、
   前記光源から前記対象物体に入射する入射光と前記入射光のうち前記対象物体で反射した反射光とが異なる光軸となるように前記光源からの光を前記対象物体に導く第１の光学手段と、
   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、
   前記入射光のうち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又は前記反射光の少なくともいずれか一方を受光する第２の光学手段を備える光学装置。
2. 前記透過光と前記反射光とを重ね合わせる第３の光学手段をさらに備え、
   前記第２の光学手段が、前記反射光と前記透過光とが重ね合わされた位置に配置され、前記透過光と前記反射光とを検出する検出器を有する請求項１記載の光学装置。
3. 前記透過光の光路上又は前記反射光の光路上に移動可能に設けられ、前記透過光又は前記反射光が前記検出器に入射するのを遮るシャッターをさらに備える請求項２記載の光学装置。
4. 前記透過光と前記反射光とを異なる偏光状態とする偏光手段をさらに備え、
   前記第２の光学手段が前記透過光又は前記反射光の偏光状態に基づいて光量を変化させる偏光板を有し、前記検出器に検出される前記反射光又は前記透過光の光量を変化させる請求項１乃至３いずれかに記載の光学装置。
5. 被検体で反射された光と前記被検体を透過した光とを用いて、前記被検体を撮像して検査する検査装置であって、
   光源と、
   前記光源から前記被検体に入射する入射光と前記入射光のうち前記被検体で反射した反射光とが異なる光軸となるように前記光源からの光を前記被検体に導く第１の光学手段と、
   前記被検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、
   前記入射光のうち前記再帰反射部材で再帰反射され前記被検体を透過した透過光と前記反射光とを用いて前記被検体を撮像する撮像手段とを備える検査装置。
6. 前記透過光の光路上又は前記反射光の光路上に移動可能に設けられ、前記透過光又は前記反射光が前記検出器に入射するのを遮るシャッターと、
   前記透過光と前記反射光とを前記撮像手段の位置に重ね合わせる第２の光学手段をさらに備え、
   前記シャッターによって前記反射光又は前記透過光を遮光することにより、前記透過光又は前記反射光のいずれか一方を用いて前記被検体を撮像する請求項５記載の検査装置。
7. 前記透過光と前記反射光を異なる偏光状態とする偏光手段と、
   前記透過光又は前記反射光の偏光状態に基づいて光量を変化させる偏光板とをさらに備え、
   前記検出器に検出される前記反射光又は前記透過光の光量を変化させる請求項６記載の検査装置。
8. 被検体で反射された光と前記被検体を透過した光を用いて前記被検体を撮像して検査する検査方法であって、
   光源から前記被検体に入射する入射光と前記入射光のうち前記被検体で反射した反射光とが異なる光軸となるように前記光源からの光を前記被検体に導くステップと、
   前記被検体の前面で反射された反射光を撮像するステップと、
   前記被検体を透過し、前記披検体の裏面で再帰反射され、前記被検体を再度透過した透過光を撮像するステップを有する検査方法。
9. 前記透過光と前記反射光とを異なる偏光状態に変化させるステップと、
   前記前記透過光と前記反射光との偏光状態に違いに基づいて前記透過光又は前記反射光の光量を変化させるステップとをさらに有する請求項８記載の検査方法。
   
   

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