檢查用照明裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供使用了柯勒照明系統(tǒng)的更廉價(jià)的檢查用照明裝置。檢查用照明裝置（10）具備：光源部（20）、將從光源部（20）發(fā)出的光轉(zhuǎn)換成平行光的準(zhǔn)直透鏡（30）、用于將通過準(zhǔn)直透鏡（30）后的光朝向被檢物體W聚光的菲涅爾聚光透鏡（40）、以及配置在準(zhǔn)直透鏡（30）與菲涅爾聚光透鏡（40）之間的西格瑪光闌（50）。在西格瑪光闌（50）與菲涅爾聚光透鏡（40）之間設(shè)置有變跡濾鏡（70）。
【專利說明】檢查用照明裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及能夠用于檢查例如液晶面板、有機(jī)EL面板的檢查用照明裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]電視等所使用的大型液晶面板，通常各顯示元件的大小為數(shù)100 μ m,擔(dān)負(fù)元件的接通/斷開的晶體管的大小為3~7μπι。但是，在個(gè)人計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)等所使用的顯示面板中，使用元件進(jìn)一步精密的高精細(xì)面板。在這樣的高精細(xì)面板中，例如要求滿足如下規(guī)格，即各顯示元件的大小為數(shù)10 μ m,擔(dān)負(fù)元件的接通/斷開的晶體管的大小為I~3 μ m。
[0003]在晶體管的大小為3~7 μ m的顯示面板的檢查中，相對(duì)于成像透鏡的照明系統(tǒng)使用比較廉價(jià)的面光源。但是面光源存在被稱為眩光的散射光使分辨率變差的問題。因此在現(xiàn)有的面光源中，應(yīng)對(duì)晶體管的大小為I~3μπ?的高精細(xì)的顯示面板的檢查較困難。因此研究出使用柯勒照明系統(tǒng)作為相對(duì)于成像透鏡的照明系統(tǒng)。柯勒照明系統(tǒng)能夠獲得分辨率達(dá)到成像透鏡的光學(xué)設(shè)計(jì)值，并且能夠獲得較深的焦深，因此能夠應(yīng)對(duì)高精細(xì)的顯示面板的檢查。
[0004]但是，柯勒照明系統(tǒng)存在成本高的缺點(diǎn)，因此被廉價(jià)的面光源代用的情況較多是實(shí)際情況。
[0005]專利文獻(xiàn)1:日本特開平11-6802號(hào)公報(bào)
[0006]專利文獻(xiàn)2:日 本特開2010-156558號(hào)公報(bào)
[0007]圖8是用于說明以往所使用的面光源的缺點(diǎn)的圖。在使用光纖作為面光源的例子中，在將[XY截面]設(shè)為長邊，將[XZ截面]設(shè)為短邊的狹縫狀的區(qū)域中，將大量光纖形成光纖束。從光纖的端面發(fā)出的光照射至物體面。在該情況下，如圖8所示，僅少量光束入射至成像透鏡，雖有助于成像，但從面光源射出的大部分的光束被浪費(fèi)。另外，從面光源射出的光束碰觸到透鏡鏡筒等，引起使圖像元件的對(duì)比度變差的眩光，從而導(dǎo)致分辨率降低。這樣，面光源雖具有廉價(jià)的優(yōu)點(diǎn)，但充分地應(yīng)對(duì)高精細(xì)化的面板的檢查較困難。另外，從面光源射出的大部分的光束被浪費(fèi)，因此存在需要過大的規(guī)格的光纖的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明是鑒于上述問題所做出的，目的在于提供一種使用了柯勒照明系統(tǒng)的更加廉價(jià)的檢查用照明裝置。
[0009]本發(fā)明的檢查用照明裝置具備:光源部、將從所述光源部發(fā)出的光轉(zhuǎn)換成平行光的準(zhǔn)直透鏡、用于將通過所述準(zhǔn)直透鏡后的光朝向被檢物體聚光的菲涅爾聚光透鏡、以及配置在所述準(zhǔn)直透鏡與所述菲涅爾聚光透鏡之間的西格瑪光闌，所述檢查用照明裝置的特征在于，在所述西格瑪光闌與所述菲涅爾聚光透鏡之間設(shè)置有變跡濾鏡。
[0010]優(yōu)選為，在將所述西格瑪光闌與所述菲涅爾聚光透鏡的距離設(shè)為I時(shí)，所述變跡濾鏡配置在距所述菲涅爾聚光透鏡為1/3以內(nèi)的距離。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種使用了柯勒照明系統(tǒng)的更加廉價(jià)的檢查用照明裝置?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0012]圖1是檢查用照明裝置的俯視圖。
[0013]圖2是檢查用照明裝置的側(cè)視圖。
[0014]圖3是菲涅爾聚光透鏡的放大圖。
[0015]圖4是用于說明變跡濾鏡的說明圖。
[0016]圖5是表示照度的均勻化確認(rèn)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的曲線圖。
[0017]圖6是用于對(duì)檢查用照明裝置的光瞳(光闌)的共軛關(guān)系、成像透鏡的分辨率以及焦深進(jìn)行說明的說明圖。
[0018]圖7是表示分辨率的測(cè)量實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的曲線圖。
[0019]圖8是用于說明現(xiàn)有技術(shù)的面光源的缺點(diǎn)的說明圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]以下，一邊參照附圖一邊對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)地說明。
[0021]圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式的檢查用照明裝置10的俯視圖。圖2是檢查用照明裝置10的側(cè)視圖。
[0022]如圖1、圖2所示，檢查用照明裝置10具備:光源部20、將從上述光源部20發(fā)出的光轉(zhuǎn)換成平行光的準(zhǔn)直透鏡30、用于將通過上述準(zhǔn)直透鏡30后的光朝向被檢物體W聚光的菲涅爾聚光透鏡40、以及配置在上述準(zhǔn)直透鏡30與上述菲涅爾聚光透鏡40之間的西格瑪光闌50。
[0023]光源部20由多個(gè)LED光源22、板狀的桿式棱鏡24構(gòu)成。板狀的桿式棱鏡24具有線狀的入射面24a以及出射面24b。另一方面，多個(gè)LED光源22被配置為沿著線狀的入射面24a的長度方向排列成一列。因此從多個(gè)LED光源22射出的光，在從入射面24a入射至桿式棱鏡24的內(nèi)部后，在桿式棱鏡24的內(nèi)部反復(fù)多重反射，而成為均勻的光從線狀的出射面24b射出。
[0024]另外，多個(gè)LED光源22也能夠由燈等其他光源代替。另外，若能夠使從LED等光源發(fā)出的光均勻化，則桿式棱鏡24也能夠由其他光學(xué)元件代替。
[0025]準(zhǔn)直透鏡30是用于將從光源部20射出的光轉(zhuǎn)換成平行光的透鏡，能夠使用公知的準(zhǔn)直透鏡。
[0026]菲涅爾聚光透鏡40是用于將通過準(zhǔn)直透鏡30后的光朝向被檢物體W聚光的透鏡。菲涅爾聚光透鏡40由一片或兩片以上菲涅爾透鏡構(gòu)成。對(duì)該菲涅爾聚光透鏡40的詳細(xì)情況見后述。
[0027]西格瑪光闌50也被稱為虹彩光闌，配置在準(zhǔn)直透鏡30的后側(cè)(被檢物體W側(cè))。西格瑪光闌50配置在與后述的成像透鏡60內(nèi)的光闌光學(xué)共軛的位置。
[0028]被檢物體W是成為檢查的對(duì)象的物體，例如是液晶面板、有機(jī)EL面板。在本實(shí)施方式中，作為被檢物體W例示了透光性的面板，但也可以是對(duì)光進(jìn)行反射的面板。
[0029]從光源部20射出的光在由準(zhǔn)直透鏡30轉(zhuǎn)換成平行光之后，通過后述的變跡濾鏡70。通過變跡濾鏡70后的光，被菲涅爾聚光透鏡40均勻且呈線狀照射至被檢物體W的表面。由此在被檢物體W的表面形成照度均勻且線狀的光的照射面。[0030]在被檢物體W的后側(cè)(與光源部20相反的一側(cè))還配置有成像透鏡60以及線性(XD80。照射至被檢物體W的表面的光借助成像透鏡60而在作為拍攝元件的線性(XD80的受光面成像。由此形成于被檢物體W的表面的光的照射面的像被轉(zhuǎn)印至線性CCD80的受光面。
[0031]在圖1、圖2所示的檢查用照明裝置10中，桿式棱鏡24的出射面24b與被檢物體W的表面成為光學(xué)共軛。另外，被檢物體W的表面與線性CCD80的受光面成為光學(xué)共軛。并且，西格瑪光闌50與成像透鏡60內(nèi)的光闌成為光學(xué)共軛。
[0032]在被檢物體W的表面存在缺陷的情況下，則該帶缺陷的圖像被轉(zhuǎn)印至線性CCD80的受光面。通過對(duì)該被轉(zhuǎn)印的圖像進(jìn)行軟件處理，能夠?qū)Ρ粰z物體W進(jìn)行缺陷檢查。
[0033]在本發(fā)明的檢查用照明裝置10中，使用柯勒照明系統(tǒng)，而不使用以往所使用的面光源(擴(kuò)散照明)。在柯勒照明中，對(duì)西格瑪光闌(=虹彩光闌)進(jìn)行控制，改變成像透鏡的照明條件，從而能夠提高成像透鏡的分辨率，并且能夠使成像透鏡的焦深加深。因此也能夠應(yīng)對(duì)例如晶體管的大小為I?3μπι的高精細(xì)面板的檢查(“光的鉛筆第4卷”鶴田匡夫著，新技術(shù)通信出版，P.281-290)。
[0034]本發(fā)明的檢查用照明裝置10不使用由球面透鏡構(gòu)成的聚光透鏡，而使用菲涅爾聚光透鏡40來實(shí)現(xiàn)柯勒照明系統(tǒng)。
[0035]在使用由球面透鏡構(gòu)成的聚光透鏡的情況下，導(dǎo)致聚光透鏡大型化。另外，需要多片聚光透鏡。此外，在以作為拍攝元件使用線性C⑶為前提的情況下，聚光透鏡只要為矩形即可，但是由球面透鏡構(gòu)成的聚光透鏡為圓形，因此聚光透鏡的大部分被浪費(fèi)。
[0036]與此相對(duì)，在使用菲涅爾聚光透鏡40的情況下，透鏡的非球面化較容易，如使用球面透鏡的情況那樣，不會(huì)使透鏡的大部分浪費(fèi)。另外，菲涅爾聚光透鏡40即便為一片也能夠?qū)崿F(xiàn)柯勒照明系統(tǒng)，因此能夠以低成本實(shí)現(xiàn)柯勒照明系統(tǒng)。
[0037]圖3是菲涅爾聚光透鏡40的放大圖。如圖3所示，菲涅爾聚光透鏡40存在如下缺點(diǎn)，即:從光軸越趨向透鏡的周緣、鋸狀的齒越高，用圖中的灰色表示的光束不朝向焦點(diǎn)，從而導(dǎo)致通過透鏡的周緣的有效光束減少。
[0038]在液晶投影儀、高射投影儀或背投式電視中，有時(shí)在照明系統(tǒng)中使用菲涅爾透鏡。由于人眼的靈敏度與Log成比例，因此說即使圖像的周緣部暗數(shù)10%也幾乎不產(chǎn)生問題。但是，在高精細(xì)顯示面板的檢查裝置中，要求使光以均勻的照度照射至面板的周緣部。因此雖然使用菲涅爾透鏡的優(yōu)點(diǎn)很多，但是在檢查裝置的照明系統(tǒng)中使用菲涅爾透鏡實(shí)際上較困難這是常識(shí)。
[0039]因此，在本發(fā)明的檢查用照明裝置10中，將變跡濾鏡70配置在西格瑪光闌50與菲涅爾聚光透鏡40之間。由此解決使用菲涅爾透鏡導(dǎo)致的照度不均勻的問題。
[0040]圖4是用于說明變跡濾鏡的圖。圖4的上段示出將中央部的透過率設(shè)為50%的變跡濾鏡的例子。圖4的下段示出將中央部的透過率設(shè)為80%的變跡濾鏡的例子。
[0041]在本實(shí)施方式中，使用矩形形狀的變跡濾鏡70，該矩形形狀的變跡濾鏡70在中央部透過率較低，越遠(yuǎn)離中央部則透過率越逐漸增高。
[0042]此外，在本實(shí)施方式的檢查用照明裝置10中，需要以與成像透鏡60的規(guī)格的變更一致的方式使用規(guī)格不同的菲涅爾聚光透鏡40。在使用規(guī)格不同的菲涅爾聚光透鏡40的情況下，菲涅爾聚光透鏡40的透過率曲線的特性也改變。因此需要使變跡濾鏡70的規(guī)格以與菲涅爾聚光透鏡40的透過率曲線的特性一致的方式變更。
[0043]優(yōu)選為，在將西格瑪光闌50與菲涅爾聚光透鏡40之間的距離設(shè)為I時(shí)，變跡濾鏡70配置在距菲涅爾聚光透鏡40為1/3以內(nèi)的距離。
[0044]更具體而言，優(yōu)選為，在將西格瑪光闌50與菲涅爾聚光透鏡40的表面(光源部20側(cè)的表面)的光軸方向的距離設(shè)為I時(shí)，變跡濾鏡70配置在距菲涅爾聚光透鏡40的表面為1/3以內(nèi)的距離。
[0045]在將變跡濾鏡70配置在比上述范圍更靠近西格瑪光闌50的位置的情況下，由于在光軸附近前進(jìn)的光束與朝向照明區(qū)域的周緣的光束重合，因此有可能使照明區(qū)域整個(gè)面的透過率下降。另外有可能使實(shí)現(xiàn)照射至被檢物體W的光的照度的均勻化變得困難。
[0046]另一方面，在將變跡濾鏡70配置在菲涅爾聚光透鏡40與被檢物體W之間的情況下，導(dǎo)致通過變跡濾鏡70的光束變細(xì)。在該情況下，照射至被檢物體W的光受變跡濾鏡70的圖案不均勻等的影響較大。
[0047]本發(fā)明的發(fā)明人們通過改變變跡濾鏡70的位置來反復(fù)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了變跡濾鏡70的最佳的配置。即，優(yōu)選為，在將西格瑪光闌50與菲涅爾聚光透鏡40之間的距離設(shè)為I時(shí)，變跡濾鏡70配置在距菲涅爾聚光透鏡40為1/3以內(nèi)的距離。更優(yōu)選為，變跡濾鏡70配置在距菲涅爾聚光透鏡40為1/4以內(nèi)的距離。
[0048]另外，在菲涅爾聚光透鏡40由兩片菲涅爾透鏡構(gòu)成的情況下，也可以將變跡濾鏡70配置在兩片菲涅爾透鏡之間。
[0049][照度的均勻化確認(rèn)實(shí)驗(yàn)]
[0050]通過本發(fā)明的檢查用照明裝置10，進(jìn)行了用于確認(rèn)能夠?qū)崿F(xiàn)照射至被檢物體W的光的照度的均勻化的實(shí)驗(yàn)。其中，以確認(rèn)照度的均勻化為實(shí)驗(yàn)的目的，因此作為被檢物體W，使用了沒有圖案的毛坯玻璃。在該實(shí)驗(yàn)中，作為成像透鏡60使用了一倍的透鏡。另外，作為線性(XD80，使用了 12，000像素X 5 μ m=60mm的線性(XD。變跡濾鏡70使用了中央部的透過率為50%的裝置。變跡濾鏡70配置在西格瑪光闌50與菲涅爾聚光透鏡40的中間的位置(距菲涅爾聚光透鏡40為1/2的距離)。
[0051]圖5是表示實(shí)驗(yàn)結(jié)果的曲線圖。在圖5的曲線圖中，將線性CCD的照度輸出設(shè)為Y軸，以像素?cái)?shù)為單位將線性CXD的坐標(biāo)設(shè)為X軸。圖5的上段示出配置變跡濾鏡70前的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。圖5的下段示出配置變跡濾鏡70后的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
[0052]如圖5的上段所示，在未配置變跡濾鏡70的情況下，照度的最大值約為180(Max)，照度的最小值約為105 (Min)，利用(Max-Min)/ (Max+Min)計(jì)算的照度不均勻約為26%。
[0053]如圖5的下段所示，在配置有變跡濾鏡70的情況下，照度的最大值約為112(Max)，照度的最小值約為105 (Min)，利用(Max-Min)/ (Max+Min)計(jì)算的照度不均勻約為3.2%。
[0054]根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，能夠確認(rèn)通過將變跡濾鏡70配置在西格瑪光闌50與菲涅爾聚光透鏡40之間，由此能夠?qū)崿F(xiàn)照射至被檢物體W的光的照度的均勻化。
[0055][分辨率與焦深的測(cè)量實(shí)驗(yàn)]
[0056]通過使用本發(fā)明的檢查用照明裝置10，對(duì)成像透鏡60的分辨率與焦深進(jìn)行了測(cè)量。
[0057]在對(duì)測(cè)量進(jìn)行說明前，首先，對(duì)本實(shí)施方式的檢查用照明裝置10中的光瞳(光闌)的共軛關(guān)系、成像透鏡60的分辨率以及焦深進(jìn)行說明。[0058]如圖6所示，西格瑪光闌50與成像透鏡60成為共軛。因此若縮小西格瑪光闌50，則照明光的光束透過成像透鏡60的光闌的更靠中央側(cè)的部分。圖6中例示出表示將西格瑪光闌50的直徑縮小至50%的例子，將這樣的狀態(tài)稱為σ =0.5。
[0059]在σ =0.5的情況下，在處于共軛關(guān)系的成像透鏡60中相對(duì)于光闌開口也僅直接入射50%的光束。但是，當(dāng)在被檢物體W形成有精密的圖案的情況下，通過該精密的圖案產(chǎn)生衍射光。而且，該衍射光通過成像透鏡60內(nèi)的光闌的開口部(=外側(cè)較薄的灰色的部分)，因此該衍射光有助于改善分辨率。此外，圖6中用實(shí)線表示零級(jí)光，用虛線表示形成于被檢物體W的由微小圖案產(chǎn)生的衍射光。
[0060]對(duì)于焦深而言，由于較強(qiáng)的零級(jí)光的光束的NA縮小，所以根據(jù)波長/ (NAXNA)求得的焦深加深。
[0061]圖7表示成像透鏡60的分辨率的測(cè)量數(shù)據(jù)。圖7的右側(cè)的列的曲線圖示出了使用現(xiàn)有的面光源(擴(kuò)散照明)向被檢物體W照射了光時(shí)的分辨率的測(cè)量結(jié)果。圖7的左側(cè)的列的曲線圖示出了使用本實(shí)施方式的檢查用照明裝置10 (柯勒照明系統(tǒng))向被檢物體W照射了光時(shí)的分辨率的測(cè)量結(jié)果。另外，在圖7中沿上下方向并排有五個(gè)曲線圖，上述曲線圖從上按順序示出-100 μ m、-50 μ m、最佳焦點(diǎn)、+50 μ m、+100 μ m的各焦點(diǎn)位置處的測(cè)量數(shù)據(jù)。分辨率由MTF (Modulation TransferFunction調(diào)制傳遞函數(shù))測(cè)量。
[0062]在測(cè)量中，作為成像透鏡60使用了 2.4倍的成像透鏡。作為被檢物體W使用了形成有白黑各7微米的微小圖案的25mm長的中間掩膜。作為線性(XD80使用了 12，000像素X 5 μ m=60mm的線性CXD。此外，CXD的I元件相當(dāng)于被檢物體W的2.08 μ m。西格瑪光闌50的光闌的大小為σ =0.7。
[0063](分辨率的測(cè)量結(jié)果)
[0064]如觀察圖7明確的那樣，能夠確認(rèn)最佳焦點(diǎn)位置處的擴(kuò)散照明的MTF為38%，相對(duì)于此，本實(shí)施方式的檢查用光照明裝置10 (柯勒照明系統(tǒng))的MTF為73%，分辨率被改善大約兩倍。
[0065](焦深的評(píng)價(jià))
[0066]在圖像數(shù)據(jù)的處理中，認(rèn)為能夠軟件處理MTF30%以上為目標(biāo)。因此，以MTF30%以上為基準(zhǔn)，進(jìn)行了焦深的評(píng)價(jià)。
[0067]如觀察圖7的左列的曲線圖明確的那樣，在使用了本實(shí)施方式的檢查用照明裝置10 (柯勒照明系統(tǒng))的情況下，測(cè)量出在最佳焦點(diǎn)位置為73%，在-50 μ m的位置為61%，在+50 μ m的位置為56%的MTF值。根據(jù)其結(jié)果，能夠確認(rèn)確?！?5 μ m左右的焦深。若確保該程度的焦深，則即便在對(duì)具有數(shù)10微米的波度的玻璃面板進(jìn)行檢查的情況下，也認(rèn)為能夠?qū)D像數(shù)據(jù)進(jìn)行軟件處理。
[0068]如觀察圖7的右列的曲線圖明確的那樣，在使用了現(xiàn)有的擴(kuò)散照明的情況下，測(cè)量出在最佳焦點(diǎn)位置為38%，在-50 μ m的位置為21%，在+50 μ m的位置為19%的MTF值。根據(jù)其結(jié)果，能夠確認(rèn)無法確?！?0 μ m的焦深。
[0069]根據(jù)使用柯勒照明系統(tǒng)的各種測(cè)量數(shù)據(jù)，確認(rèn)西格瑪光闌在σ為0.5至0.7左右MTF值增高，焦深也加深。
[0070]使用本發(fā)明的檢查用光照明裝置，通過選擇適當(dāng)?shù)奈鞲瘳敼怅@，能夠廉價(jià)地進(jìn)行對(duì)高精細(xì)面板的檢查。[0071]附圖標(biāo)記說明:10…檢查用光照明裝置；20...光源部；22...光源；24…桿式棱鏡；30…準(zhǔn)直透鏡；40…菲涅爾聚光透鏡；50…西格瑪光闌；60…成像透鏡；70...變跡濾鏡；80…線性CXD ;W…被檢物體 。
【權(quán)利要求】
1.一種檢查用照明裝置，其具備: 光源部、將從所述光源部發(fā)出的光轉(zhuǎn)換成平行光的準(zhǔn)直透鏡、用于將通過所述準(zhǔn)直透鏡后的光朝向被檢物體聚光的菲涅爾聚光透鏡、以及配置在所述準(zhǔn)直透鏡與所述菲涅爾聚光透鏡之間的西格瑪光闌，所述檢查用照明裝置的特征在于， 在所述西格瑪光闌與所述菲涅爾聚光透鏡之間設(shè)置有變跡濾鏡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢查用照明裝置，其特征在于， 在將所述西格瑪光闌與所述菲涅爾聚光透鏡的距離設(shè)為I時(shí)，所述變跡濾鏡配置在距所述菲涅爾聚光透鏡為1/3以內(nèi)的距離。
【文檔編號(hào)】G01N21/84GK103959046SQ201280051126
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2012年10月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月20日
【發(fā)明者】上原誠 申請(qǐng)人:目白格諾森株式會(huì)社