检查用照明装置.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103959046 A (43)申请公布日 2014.07.30 CN 103959046 A (21)申请号 201280051126.0 (22)申请日 2012.10.19 2011-230518 2011.10.20 JP G01N 21/84(2006.01) (71)申请人 目白格诺森株式会社 地址 日本东京都 (72)发明人 上原诚 (74)专利代理机构 北京集佳知识产权代理有限 公司 11227 代理人 李洋 舒艳君 (54) 发明名称 检查用照明装置 (57) 摘要 本发明提供使用了柯勒照明系统的更廉价的 检查用照明装置。检查用照明装置 （10） 具。

2、备 ： 光 源部 （20） 、 将从光源部 （20）发出的光转换成平 行光的准直透镜 （30） 、 用于将通过准直透镜 （30） 后的光朝向被检物体 W 聚光的菲涅尔聚光透镜 （40） 、 以及配置在准直透镜 （30） 与菲涅尔聚光透 镜 （40） 之间的西格玛光阑 （50） 。在西格玛光阑 （50） 与菲涅尔聚光透镜 （40） 之间设置有变迹滤 镜 （70） 。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2014.04.17 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/JP2012/077090 2012.10.19 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2013/058360。

3、 JA 2013.04.25 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 6 页 附图 7 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书6页 附图7页 (10)申请公布号 CN 103959046 A CN 103959046 A 1/1 页 2 1. 一种检查用照明装置， 其具备 ： 光源部、 将从所述光源部发出的光转换成平行光的准直透镜、 用于将通过所述准直透 镜后的光朝向被检物体聚光的菲涅尔聚光透镜、 以及配置在所述准直透镜与所述菲涅尔聚 光透镜之间的西格玛光阑， 所述检查用照明装置的特征在于， 在所述西格玛光阑与所述菲涅尔聚光透镜之间设。

4、置有变迹滤镜。 2. 根据权利要求 1 所述的检查用照明装置， 其特征在于， 在将所述西格玛光阑与所述菲涅尔聚光透镜的距离设为 1 时， 所述变迹滤镜配置在距 所述菲涅尔聚光透镜为 1/3 以内的距离。 权 利 要 求 书 CN 103959046 A 2 1/6 页 3 检查用照明装置 技术领域 0001 本发明涉及能够用于检查例如液晶面板、 有机 EL 面板的检查用照明装置。 背景技术 0002 电视等所使用的大型液晶面板， 通常各显示元件的大小为数 100m， 担负元件的 接通 / 断开的晶体管的大小为 3 7m。但是， 在个人计算机、 智能手机等所使用的显示 面板中， 使用元件进一步精。

5、密的高精细面板。 在这样的高精细面板中， 例如要求满足如下规 格， 即各显示元件的大小为数 10m， 担负元件的接通 / 断开的晶体管的大小为 1 3m。 0003 在晶体管的大小为37m的显示面板的检查中， 相对于成像透镜的照明系统使 用比较廉价的面光源。但是面光源存在被称为眩光的散射光使分辨率变差的问题。因此在 现有的面光源中， 应对晶体管的大小为 1 3m 的高精细的显示面板的检查较困难。因此 研究出使用柯勒照明系统作为相对于成像透镜的照明系统。 柯勒照明系统能够获得分辨率 达到成像透镜的光学设计值， 并且能够获得较深的焦深， 因此能够应对高精细的显示面板 的检查。 0004 但是， 柯。

6、勒照明系统存在成本高的缺点， 因此被廉价的面光源代用的情况较多是 实际情况。 0005 专利文献 1 ： 日本特开平 11-6802 号公报 0006 专利文献 2 ： 日本特开 2010-156558 号公报 0007 图 8 是用于说明以往所使用的面光源的缺点的图。在使用光纤作为面光源的例子 中， 在将 XY 截面 设为长边， 将 XZ 截面 设为短边的狭缝状的区域中， 将大量光纤形成 光纤束。从光纤的端面发出的光照射至物体面。在该情况下， 如图 8 所示， 仅少量光束入射 至成像透镜， 虽有助于成像， 但从面光源射出的大部分的光束被浪费。另外， 从面光源射出 的光束碰触到透镜镜筒等， 引。

7、起使图像元件的对比度变差的眩光， 从而导致分辨率降低。 这 样， 面光源虽具有廉价的优点， 但充分地应对高精细化的面板的检查较困难。另外， 从面光 源射出的大部分的光束被浪费， 因此存在需要过大的规格的光纤的问题。 发明内容 0008 本发明是鉴于上述问题所做出的， 目的在于提供一种使用了柯勒照明系统的更加 廉价的检查用照明装置。 0009 本发明的检查用照明装置具备 ： 光源部、 将从所述光源部发出的光转换成平行光 的准直透镜、 用于将通过所述准直透镜后的光朝向被检物体聚光的菲涅尔聚光透镜、 以及 配置在所述准直透镜与所述菲涅尔聚光透镜之间的西格玛光阑， 所述检查用照明装置的特 征在于， 在。

8、所述西格玛光阑与所述菲涅尔聚光透镜之间设置有变迹滤镜。 0010 优选为， 在将所述西格玛光阑与所述菲涅尔聚光透镜的距离设为 1 时， 所述变迹 滤镜配置在距所述菲涅尔聚光透镜为 1/3 以内的距离。 0011 根据本发明， 能够提供一种使用了柯勒照明系统的更加廉价的检查用照明装置。 说 明 书 CN 103959046 A 3 2/6 页 4 附图说明 0012 图 1 是检查用照明装置的俯视图。 0013 图 2 是检查用照明装置的侧视图。 0014 图 3 是菲涅尔聚光透镜的放大图。 0015 图 4 是用于说明变迹滤镜的说明图。 0016 图 5 是表示照度的均匀化确认实验的结果的曲线。

9、图。 0017 图 6 是用于对检查用照明装置的光瞳 （光阑） 的共轭关系、 成像透镜的分辨率以及 焦深进行说明的说明图。 0018 图 7 是表示分辨率的测量实验的结果的曲线图。 0019 图 8 是用于说明现有技术的面光源的缺点的说明图。 具体实施方式 0020 以下， 一边参照附图一边对本发明的实施方式进行详细地说明。 0021 图 1 是本发明的实施方式的检查用照明装置 10 的俯视图。图 2 是检查用照明装 置 10 的侧视图。 0022 如图 1、 图 2 所示， 检查用照明装置 10 具备 ： 光源部 20、 将从上述光源部 20 发出的 光转换成平行光的准直透镜30、 用于将通。

10、过上述准直透镜30后的光朝向被检物体W聚光的 菲涅尔聚光透镜 40、 以及配置在上述准直透镜 30 与上述菲涅尔聚光透镜 40 之间的西格玛 光阑 50。 0023 光源部 20 由多个 LED 光源 22、 板状的杆式棱镜 24 构成。板状的杆式棱镜 24 具有 线状的入射面 24a 以及出射面 24b。另一方面， 多个 LED 光源 22 被配置为沿着线状的入射 面 24a 的长度方向排列成一列。因此从多个 LED 光源 22 射出的光， 在从入射面 24a 入射至 杆式棱镜24的内部后， 在杆式棱镜24的内部反复多重反射， 而成为均匀的光从线状的出射 面 24b 射出。 0024 另外，。

11、 多个 LED 光源 22 也能够由灯等其他光源代替。另外， 若能够使从 LED 等光 源发出的光均匀化， 则杆式棱镜 24 也能够由其他光学元件代替。 0025 准直透镜 30 是用于将从光源部 20 射出的光转换成平行光的透镜， 能够使用公知 的准直透镜。 0026 菲涅尔聚光透镜 40 是用于将通过准直透镜 30 后的光朝向被检物体 W 聚光的透 镜。菲涅尔聚光透镜 40 由一片或两片以上菲涅尔透镜构成。对该菲涅尔聚光透镜 40 的详 细情况见后述。 0027 西格玛光阑50也被称为虹彩光阑， 配置在准直透镜30的后侧 （被检物体W侧） 。 西 格玛光阑 50 配置在与后述的成像透镜 6。

12、0 内的光阑光学共轭的位置。 0028 被检物体 W 是成为检查的对象的物体， 例如是液晶面板、 有机 EL 面板。在本实施 方式中， 作为被检物体 W 例示了透光性的面板， 但也可以是对光进行反射的面板。 0029 从光源部 20 射出的光在由准直透镜 30 转换成平行光之后， 通过后述的变迹滤镜 70。通过变迹滤镜 70 后的光， 被菲涅尔聚光透镜 40 均匀且呈线状照射至被检物体 W 的表 面。由此在被检物体 W 的表面形成照度均匀且线状的光的照射面。 说 明 书 CN 103959046 A 4 3/6 页 5 0030 在被检物体 W 的后侧 （与光源部 20 相反的一侧） 还配置有。

13、成像透镜 60 以及线性 CCD80。照射至被检物体 W 的表面的光借助成像透镜 60 而在作为拍摄元件的线性 CCD80 的 受光面成像。由此形成于被检物体 W 的表面的光的照射面的像被转印至线性 CCD80 的受光 面。 0031 在图 1、 图 2 所示的检查用照明装置 10 中， 杆式棱镜 24 的出射面 24b 与被检物体 W 的表面成为光学共轭。另外， 被检物体 W 的表面与线性 CCD80 的受光面成为光学共轭。并 且， 西格玛光阑 50 与成像透镜 60 内的光阑成为光学共轭。 0032 在被检物体 W 的表面存在缺陷的情况下， 则该带缺陷的图像被转印至线性 CCD80 的受光。

14、面。通过对该被转印的图像进行软件处理， 能够对被检物体 W 进行缺陷检查。 0033 在本发明的检查用照明装置 10 中， 使用柯勒照明系统， 而不使用以往所使用的面 光源 （扩散照明） 。在柯勒照明中， 对西格玛光阑 （= 虹彩光阑） 进行控制， 改变成像透镜的照 明条件， 从而能够提高成像透镜的分辨率， 并且能够使成像透镜的焦深加深。 因此也能够应 对例如晶体管的大小为 1 3m 的高精细面板的检查 （ “光的铅笔第 4 卷” 鹤田匡夫著， 新 技术通信出版， p.281-290） 。 0034 本发明的检查用照明装置 10 不使用由球面透镜构成的聚光透镜， 而使用菲涅尔 聚光透镜 40 。

15、来实现柯勒照明系统。 0035 在使用由球面透镜构成的聚光透镜的情况下， 导致聚光透镜大型化。 另外， 需要多 片聚光透镜。此外， 在以作为拍摄元件使用线性 CCD 为前提的情况下， 聚光透镜只要为矩形 即可， 但是由球面透镜构成的聚光透镜为圆形， 因此聚光透镜的大部分被浪费。 0036 与此相对， 在使用菲涅尔聚光透镜 40 的情况下， 透镜的非球面化较容易， 如使用 球面透镜的情况那样， 不会使透镜的大部分浪费。另外， 菲涅尔聚光透镜 40 即便为一片也 能够实现柯勒照明系统， 因此能够以低成本实现柯勒照明系统。 0037 图 3 是菲涅尔聚光透镜 40 的放大图。如图 3 所示， 菲涅尔。

16、聚光透镜 40 存在如下 缺点， 即 ： 从光轴越趋向透镜的周缘、 锯状的齿越高， 用图中的灰色表示的光束不朝向焦点， 从而导致通过透镜的周缘的有效光束减少。 0038 在液晶投影仪、 高射投影仪或背投式电视中， 有时在照明系统中使用菲涅尔透镜。 由于人眼的灵敏度与Log成比例， 因此说即使图像的周缘部暗数10%也几乎不产生问题。 但 是， 在高精细显示面板的检查装置中， 要求使光以均匀的照度照射至面板的周缘部。 因此虽 然使用菲涅尔透镜的优点很多， 但是在检查装置的照明系统中使用菲涅尔透镜实际上较困 难这是常识。 0039 因此， 在本发明的检查用照明装置 10 中， 将变迹滤镜 70 配置。

17、在西格玛光阑 50 与 菲涅尔聚光透镜 40 之间。由此解决使用菲涅尔透镜导致的照度不均匀的问题。 0040 图 4 是用于说明变迹滤镜的图。图 4 的上段示出将中央部的透过率设为 50% 的变 迹滤镜的例子。图 4 的下段示出将中央部的透过率设为 80% 的变迹滤镜的例子。 0041 在本实施方式中， 使用矩形形状的变迹滤镜 70， 该矩形形状的变迹滤镜 70 在中央 部透过率较低， 越远离中央部则透过率越逐渐增高。 0042 此外， 在本实施方式的检查用照明装置10中， 需要以与成像透镜60的规格的变更 一致的方式使用规格不同的菲涅尔聚光透镜 40。在使用规格不同的菲涅尔聚光透镜 40 的。

18、 情况下， 菲涅尔聚光透镜 40 的透过率曲线的特性也改变。因此需要使变迹滤镜 70 的规格 说 明 书 CN 103959046 A 5 4/6 页 6 以与菲涅尔聚光透镜 40 的透过率曲线的特性一致的方式变更。 0043 优选为， 在将西格玛光阑 50 与菲涅尔聚光透镜 40 之间的距离设为 1 时， 变迹滤镜 70 配置在距菲涅尔聚光透镜 40 为 1/3 以内的距离。 0044 更具体而言， 优选为， 在将西格玛光阑 50 与菲涅尔聚光透镜 40 的表面 （光源部 20 侧的表面） 的光轴方向的距离设为 1 时， 变迹滤镜 70 配置在距菲涅尔聚光透镜 40 的表面为 1/3 以内的。

19、距离。 0045 在将变迹滤镜 70 配置在比上述范围更靠近西格玛光阑 50 的位置的情况下， 由于 在光轴附近前进的光束与朝向照明区域的周缘的光束重合， 因此有可能使照明区域整个面 的透过率下降。另外有可能使实现照射至被检物体 W 的光的照度的均匀化变得困难。 0046 另一方面， 在将变迹滤镜 70 配置在菲涅尔聚光透镜 40 与被检物体 W 之间的情况 下， 导致通过变迹滤镜 70 的光束变细。在该情况下， 照射至被检物体 W 的光受变迹滤镜 70 的图案不均匀等的影响较大。 0047 本发明的发明人们通过改变变迹滤镜 70 的位置来反复实验， 发现了变迹滤镜 70 的最佳的配置。 即，。

20、 优选为， 在将西格玛光阑50与菲涅尔聚光透镜40之间的距离设为1时， 变迹滤镜 70 配置在距菲涅尔聚光透镜 40 为 1/3 以内的距离。更优选为， 变迹滤镜 70 配置 在距菲涅尔聚光透镜 40 为 1/4 以内的距离。 0048 另外， 在菲涅尔聚光透镜 40 由两片菲涅尔透镜构成的情况下， 也可以将变迹滤镜 70 配置在两片菲涅尔透镜之间。 0049 照度的均匀化确认实验 0050 通过本发明的检查用照明装置 10， 进行了用于确认能够实现照射至被检物体 W 的 光的照度的均匀化的实验。 其中， 以确认照度的均匀化为实验的目的， 因此作为被检物体W， 使用了没有图案的毛坯玻璃。在该实。

21、验中， 作为成像透镜 60 使用了一倍的透镜。另外， 作 为线性 CCD80， 使用了 12， 000 像素 5m=60mm 的线性 CCD。变迹滤镜 70 使用了中央部的 透过率为 50% 的装置。变迹滤镜 70 配置在西格玛光阑 50 与菲涅尔聚光透镜 40 的中间的 位置 （距菲涅尔聚光透镜 40 为 1/2 的距离） 。 0051 图 5 是表示实验结果的曲线图。在图 5 的曲线图中， 将线性 CCD 的照度输出设为 Y 轴， 以像素数为单位将线性 CCD 的坐标设为 X 轴。图 5 的上段示出配置变迹滤镜 70 前的 实验数据。图 5 的下段示出配置变迹滤镜 70 后的实验数据。 0。

22、052 如图5的上段所示， 在未配置变迹滤镜70的情况下， 照度的最大值约为180 （Max） ， 照度的最小值约为 105（Min） ， 利用 （Max-Min） /（Max+Min） 计算的照度不均匀约为 26%。 0053 如图5的下段所示， 在配置有变迹滤镜70的情况下， 照度的最大值约为112 （Max） ， 照度的最小值约为 105（Min） ， 利用 （Max-Min） /（Max+Min） 计算的照度不均匀约为 3.2%。 0054 根据上述实验结果， 能够确认通过将变迹滤镜 70 配置在西格玛光阑 50 与菲涅尔 聚光透镜 40 之间， 由此能够实现照射至被检物体 W 的光的。

23、照度的均匀化。 0055 分辨率与焦深的测量实验 0056 通过使用本发明的检查用照明装置 10， 对成像透镜 60 的分辨率与焦深进行了测 量。 0057 在对测量进行说明前， 首先， 对本实施方式的检查用照明装置 10 中的光瞳 （光阑） 的共轭关系、 成像透镜 60 的分辨率以及焦深进行说明。 说 明 书 CN 103959046 A 6 5/6 页 7 0058 如图 6 所示， 西格玛光阑 50 与成像透镜 60 成为共轭。因此若缩小西格玛光阑 50， 则照明光的光束透过成像透镜 60 的光阑的更靠中央侧的部分。图 6 中例示出表示将西格 玛光阑 50 的直径缩小至 50% 的例子，。

24、 将这样的状态称为 =0.5。 0059 在 =0.5 的情况下， 在处于共轭关系的成像透镜 60 中相对于光阑开口也仅直接 入射 50% 的光束。但是， 当在被检物体 W 形成有精密的图案的情况下， 通过该精密的图案产 生衍射光。 而且， 该衍射光通过成像透镜60内的光阑的开口部 （=外侧较薄的灰色的部分） ， 因此该衍射光有助于改善分辨率。此外， 图 6 中用实线表示零级光， 用虚线表示形成于被检 物体 W 的由微小图案产生的衍射光。 0060 对于焦深而言， 由于较强的零级光的光束的 NA 缩小， 所以根据波长 /（NANA） 求 得的焦深加深。 0061 图 7 表示成像透镜 60 的。

25、分辨率的测量数据。图 7 的右侧的列的曲线图示出了使 用现有的面光源 （扩散照明） 向被检物体 W 照射了光时的分辨率的测量结果。图 7 的左侧 的列的曲线图示出了使用本实施方式的检查用照明装置 10（柯勒照明系统） 向被检物体 W 照射了光时的分辨率的测量结果。另外， 在图 7 中沿上下方向并排有五个曲线图， 上述曲线 图从上按顺序示出 -100m、 -50m、 最佳焦点、 +50m、 +100m 的各焦点位置处的测量数 据。分辨率由 MTF（Modulation TransferFunction 调制传递函数） 测量。 0062 在测量中， 作为成像透镜 60 使用了 2.4 倍的成像透镜。

26、。作为被检物体 W 使用了形 成有白黑各 7 微米的微小图案的 25mm 长的中间掩膜。作为线性 CCD80 使用了 12， 000 像 素 5m=60mm 的线性 CCD。此外， CCD 的 1 元件相当于被检物体 W 的 2.08m。西格玛光 阑 50 的光阑的大小为 =0.7。 0063 （分辨率的测量结果） 0064 如观察图 7 明确的那样， 能够确认最佳焦点位置处的扩散照明的 MTF 为 38%， 相对 于此， 本实施方式的检查用光照明装置 10（柯勒照明系统） 的 MTF 为 73%， 分辨率被改善大 约两倍。 0065 （焦深的评价） 0066 在图像数据的处理中， 认为能够软。

27、件处理 MTF30% 以上为目标。因此， 以 MTF30% 以 上为基准， 进行了焦深的评价。 0067 如观察图 7 的左列的曲线图明确的那样， 在使用了本实施方式的检查用照明装置 10（柯勒照明系统） 的情况下， 测量出在最佳焦点位置为 73%， 在 -50m 的位置为 61%， 在 +50m 的位置为 56% 的 MTF 值。根据其结果， 能够确认确保 75m 左右的焦深。若确保 该程度的焦深， 则即便在对具有数 10 微米的波度的玻璃面板进行检查的情况下， 也认为能 够对图像数据进行软件处理。 0068 如观察图 7 的右列的曲线图明确的那样， 在使用了现有的扩散照明的情况下， 测 量。

28、出在最佳焦点位置为38%， 在-50m的位置为 21%， 在+50m的位置为19%的MTF值。 根 据其结果， 能够确认无法确保 50m 的焦深。 0069 根据使用柯勒照明系统的各种测量数据， 确认西格玛光阑在 为 0.5 至 0.7 左右 MTF 值增高， 焦深也加深。 0070 使用本发明的检查用光照明装置， 通过选择适当的西格玛光阑， 能够廉价地进行 对高精细面板的检查。 说 明 书 CN 103959046 A 7 6/6 页 8 0071 附图标记说明 ： 10检查用光照明装置 ； 20光源部 ； 22光源 ； 24杆式棱镜 ； 30准直透镜 ； 40菲涅尔聚光透镜 ； 50西格玛。

29、光阑 ； 60成像透镜 ； 70. 变迹滤镜 ； 80线性 CCD ； W被检物体。 说 明 书 CN 103959046 A 8 1/7 页 9 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103959046 A 9 2/7 页 10 图 3 说 明 书 附 图 CN 103959046 A 10 3/7 页 11 图 4 说 明 书 附 图 CN 103959046 A 11 4/7 页 12 图 5 说 明 书 附 图 CN 103959046 A 12 5/7 页 13 图 6 说 明 书 附 图 CN 103959046 A 13 6/7 页 14 图 7 说 明 书 附 图 CN 103959046 A 14 7/7 页 15 图 8 说 明 书 附 图 CN 103959046 A 15 。