JP2000284182A - 自動合焦システムのための合焦用フィラメント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一つの平面に対するガラス検体の位置の変動
を自動的に補正し得る絶対的表面基準を提供する。 【解決手段】 光源１８と対物レンズ２４との間の光路
内に１本のフィラメント３４を配置し、このフィラメン
ト３４を、ガラス検体１２の表面１４に合焦するように
光路内に位置決めし、対物レンズ２４の視野内にフィラ
メント３４の像が映ったときに、対物レンズ２４が合焦
された表面１４を特定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、検査装置のための
自動合焦システムに関し、特に、ガラスシートの検査に
適した自動合焦システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の自動合焦システムにおける一つの
問題点は、これらシステムが本質的にサンプル表面に対
する基準を備えていないことである。すなわち、従来の
殆ど全ての自動合焦システムは、ガラス内の微粒子また
は含有物のエッジのコントラストを最大にして、個々の
微粒子のシャープな像を得ることに依存している。

【０００３】しかしながら、このような合焦方法は、ガ
ラスの表面に関するいかなる情報をも提供しない。表面
の情報または深さの情報については、これらの既知の手
法の多くが、光軸と平行に較正された軸に依存してお
り、これは、固定された平面上にガラスが保持されるこ
とを必要とする。その他のレーザーを利用する手法で
は、光線をガラスの表面から反射させることに依存して
いる。これらの手法は、固定された平面からの変動の補
正こそ行なうものの、浅い焦点深度と短い作動距離とを
有する２０倍を超える高倍率の対物レンズに限定され、
この浅い焦点深度と短い作動距離とは、一般に５５０×
６５０ｍｍないし８５０×９００ｍｍの大きいガラスシ
ートを検査する場合に問題となる。

【０００４】このような大きいガラスシートは、検査の
際に、固定された平面に保持することが不可能ではない
にしろ、困難であり、そのガラスの表面のシートに亘る
変動がガラス自体の厚さよりも大きいことが多い。この
ような比較的大きいガラスは、厚さが０．７ｍｍないし
１．１ｍｍに過ぎないであろうから、垂れ下がったり曲
がったりする傾向がある。さらに、液晶ディスプレイ用
ガラスの検査に際し、このガラスの前面または背面に何
かが接触すると欠陥部を生じるであろうから、このよう
なガラスシートはその縁部分のみで支持しなければなら
ない。垂れ下がりの問題について説明すると、８５０×
９００×０．７ｍｍのガラスシートが水平に配置され、
かつその縁部分のみで支持された場合、中心部分におい
ては２ないし３インチ（約５ないし７．５ｃｍ）も垂れ
下がり、一方、同じガラスシートが垂直に支持された場
合には、垂れ下がりはずっと少なくなるが、ガラスシー
トは一方向またはその反対方向に若干は曲がる筈であ
る。

【０００５】２０倍を超える高倍率の対物レンズを用い
た場合、このようなレンズの作動距離はガラスシートの
厚さよりも短いことが多いから、ガラス検体の両面上の
微粒子の像を映すのは実際には不可能なことが多い。超
長作動距離対物レンズ（ＥＬＷＤ）はこれらの問題の緩
和に役立つが、ＥＬＷＤレンズは、通常のレンズよりも
高価なことが多い。したがって、前面と背面との双方の
像を映すためには、シートを裏返さなければならず、２
度目の段取りが必要になる。

【０００６】したがって、本発明の目的は、一つの平面
に対するガラスの位置の変動を自動的に補正し得る絶対
的表面基準を提供することによって、従来技術の問題点
を解決した合焦用フィラメント技法を提供することにあ
り、この技法はまた、約７ないし１０ｍｍの比較的長い
作動距離を有する約１０ないし２０倍の比較的低倍率の
対物レンズの使用を可能にするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、検査装置の光
路内に位置決めされた１本の細いフィラメントを利用す
ることによって、ガラス検体の指定された表面上に自動
的に合焦させる方法および装置に関するものである。上
記フィラメントは、対物レンズがガラス上の微粒子を映
すのと同じ平面上に合焦されるように位置決めされる。

【０００８】上記対物レンズがガラスの前面または背面
のいずれかに合焦されているときに、明るい視野照明を
用いて上記フィラメントの影を視野内に見ることができ
る。このフィラメントの影は、ガラス検体の前面または
背面のいずれかに現れるので、上記フィラメントは、一
つの平面に対するガラスシートの位置の変動を自動的に
補正し得る絶対的表面基準を提供する。

【０００９】

【発明の実施の形態】検査システムにおける本発明によ
る自動合焦技術の作用効果をより良く理解するために、
特定の平面内に全体が存在しない所定の表面上に対物レ
ンズを合焦させる問題についてまず説明する。従来の自
動合焦手法の殆どが、較正された軸に依存しているため
に、これらは検体が常に空間の同一点にあると仮定して
いる。しかしながら、検体の位置が大きく変動すること
によって、このような自動合焦手法は誤った結果を招い
ている。

【００１０】図１を参照すると、固定焦点距離ｄを有す
る対物レンズ１０は、較正された軸Ｒすなわち基準位置
から３通りの異なる位置Ｐ１，Ｐ２およびＰ３に配置さ
れたものとして示されている。上面１４と下面１６とを
有するガラス検体１２は、基準軸Ｒに関連して位置決め
されている。図１に示されているように、ガラス検体１
２の上面１４および下面１６は、完全に平滑でかつ基準
軸Ｒと平行である。軸Ｒの位置はその位置が実際に知ら
れた基準位置であるために、軸Ｒは、距離Ｄ１，Ｄ２お
よびＤ３に対応する正確な位置を決定するために較正さ
れている。図１に示されているように、対物レンズ１０
が基準軸ＲからＤ２の距離に位置決めされている場合、
検体１２の上面１４に対物レンズ１０が合焦する。同様
に、位置Ｐ３に見られるように、対物レンズ１０が基準
軸ＲからＤ３の距離に位置決めされている場合、検体１
２の下面１６に対物レンズ１０が合焦する。位置Ｐ１に
おいては、固定焦点距離ｄがガラス検体１２に達してい
ないから、基準軸ＲからＤ１の距離に位置決めされてい
る対物レンズ１０は、絶対に合焦しない。

【００１１】図２においては、対物レンズ１０が基準軸
Ｒから等しい距離Ｄ２にある位置Ｐ１，Ｐ２およびＰ３
に配置されている。しかしながら、ガラス検体１２は、
その上面１４および下面１６が基準軸Ｒと平行な面に存
在しないように湾曲した状態で示されている。さらに、
図２に示された検体１２の上面１４および下面１６は平
滑でなく表面輪郭が変動している。所定の作動距離ｄを
有する対物レンズ１０は、全ての位置Ｐ１，Ｐ２および
Ｐ３について基準軸Ｒから所定距離Ｄ２に配置されてい
るが、検体１２が湾曲して基準軸Ｒと平行な面内に存在
しないので、対物レンズ１０は検体１２の種々の部位に
合焦する。すなわち、位置Ｐ１においては、対物レンズ
１０は検体１２の下面１６に合焦している。位置Ｐ２に
おいては、対物レンズ１０が検体１２の上面１４に合焦
しているが、位置Ｐ３においては、対物レンズ１０は検
体１２のどの部位にも合焦していない。したがって、一
つの平面に対する検体の表面における変動または曲がり
の量をコントロールできない場合には、検体の表面上の
特定の欠陥部または微粒子の位置を突き止めるために、
較正された軸を用いて対物レンズがどの面に合焦してい
るかを正確に決定することは実際上不可能になる。

【００１２】固定された平面からの変動を補正するため
に利用し得る従来技術もあるが、これらは、浅い焦点深
度と短い作動距離とを有する高倍率（２０倍を超える）
の対物レンズに限定される。その上、図２において指摘
されたように、基準平面からのガラスシートを横切る方
向のガラス表面の距離の変動は、ガラスの厚さよりも大
きいことがあり得る。高倍率レンズの作動距離はガラス
の厚さよりも短いことが多いので、高倍率レンズを用い
て表面上の微粒子を映すのは、多くの場合不可能であ
り、かくして前面および背面の双方を映すためには検体
を裏返すことが必要になる。この問題は図３に明確に示
されている。

【００１３】一般に、対物レンズの倍率が高くなる程、
焦点深度は浅くなり、作動距離は短くなる。図３は２つ
の例を示しており、一方は低倍率の対物レンズを用い、
他方は高倍率の対物レンズを用いている。対物レンズ１
０の作動距離すなわち固定焦点距離はｄで示され、高倍
率レンズ１０は低倍率レンズ１０よりも短い作動距離ｄ
を有する。また、図３に示されているように、高倍率レ
ンズ１０の焦点深度は低倍率レンズ１０の焦点深度より
もかなり浅い。レーザーを用いる或る種の自動合焦技法
では、表面に正確に焦点を合わすために、高倍率レンズ
の浅い焦点深度に依存している。しかしながら、これら
対物レンズの作動距離はガラスの厚さよりも短いので、
両面を検査するにはガラス検体を裏返す作業が必要にな
る。もし検体を裏返さなければ、下面に合焦する以前に
対物レンズが検体表面に接触し、図３の高倍率レンズが
示しているように、現実に検体１２の上面１４に衝撃を
与えることになる。

【００１４】ガラスシートの表面上の欠陥部または微粒
子を検査する場合、どちらの面にこのような欠陥部また
は微粒子が存在するかを特定する必要がある。対物レン
ズがガラスシート上の微粒子を映すのに利用されるのと
同じ平面上に合焦するように、１本の細いフィラメント
を検査システムの光路内に配置することによって、ガラ
スシートの前面または背面に対物レンズが合焦されたと
き、明るい照明を用いればフィラメントの像または影を
視野内に見ることができる。細い合焦用フィラメント
は、反射照明または透過照明を用いたときに光路内に整
列させることができる。対物レンズをガラス検体の前面
または背面から離れるように動かして、この対物レンズ
をガラスの内部に合焦させることによって、合焦用フィ
ラメントの影が消滅する。視野内の合焦用フィラメント
の像の直径は、フィラメントをサンプル表面上に合焦さ
せるレンズによって決定される。倍率２０倍の対物レン
ズを用いることによって、像は、約３ｍｍ未満、好まし
くは約１００μｍ未満の太さを有する実際のフィラメン
トの寸法の約１／４となる。細いフィラメントの方が、
視野の端に位置決めされる像に対して、より明瞭な線を
与える。

【００１５】本発明による光学的較正には、コーラー
（Kohler）照明装置の配置が含まれる。このコーラー照
明装置においては、視野絞りの像が検体表面に合焦し、
かつ非拡散ランプ光源の像は開口絞り平面に合焦するの
で、本発明においては、視野絞りが効果的にフィラメン
トに置き換えられる。かくして、合焦用フィラメントは
視野絞り位置における付加的照明器内に配置される。こ
れにより、明視野照明と暗視野照明との切替えが視野絞
りを調節することなしに可能になるという利点が得られ
る。

【００１６】図４に示されているように、上面１４と下
面１６とを備えたガラス検体シート１２のための検査シ
ステムは、反射照明を提供するランプハウス１８と、一
対の光学素子２０と、ミラーブロック２２とを備えてい
る。顕微鏡の対物レンズのような対物レンズ２４は検体
１２の近傍に配置されている。対眼レンズまたはビデオ
カメラ２６が像を見るために配置されている。

【００１７】透過照明を提供するための付加的なランプ
ハウス２８が示されており、集光レンズ光学部材３０が
ランプハウス２８と同軸上に配置されている。検査シス
テム内の２か所に位置決めされた合焦用フィラメント３
２，３４の位置は、透過と反射との２種類の異なる照明
態様に応じて設定されている。一度に１本の合焦用フィ
ラメントが用いられ、上方のフィラメント３４は反射照
明とともに利用され、下方のフィラメント３２は透過照
明とともに利用される。反射照明もしくは透過照明のい
ずれかを用いれば、明視野照明もしくは暗視野照明を得
ることが可能である。しかしながら、合焦用フィラメン
トの像は明視野照明を用いることによってのみ見ること
ができる。対物レンズがサンプル表面に合焦された場
合、そのサンプル表面に合焦されたフィラメントの像を
見ることができる。

【００１８】上記合焦用フィラメントは、光学素子にお
いて見えるように合焦するまで矢ａ−ａで示された光軸
に沿って動かしてもよいが、フィラメントを検体表面に
合焦させるために選ばれるレンズは、その位置が明確に
定められていなければならない。合焦用フィラメント
は、このフィラメントを検体の表面に合焦させるように
光軸ａ−ａに沿って前後にスライドされる摺動機構に取
り付けてもよい。この摺動機構は、合焦用フィラメント
を視野内の片側またはその反対側に片寄せて位置決めす
るために、光軸ａ−ａに垂直な軸ｂ−ｂに沿ってスライ
ドされる。

【００１９】合焦用フィラメントが、光学素子において
見えるように合焦するまで光軸に沿って移動された後、
検体の表面に合焦されて、ガラス検体の上面および下面
が特定可能になる。対物レンズがガラス検体に向かって
移動するにつれて合焦用フィラメントの影が光学レンズ
またはカメラの視野に現れる。最初に見えたときは、対
物レンズが検体の上面上に合焦されたときである。対物
レンズの同一方向への移動が継続されるにつれて、焦点
がガラス検体の内部を通過するので、合焦用フィラメン
トが映像から消滅する。しかしながら、対物レンズが検
体の下面上に合焦されるまで移動したとき、合焦用フィ
ラメントが再び現れる。

【００２０】視野内の同一部位における同一対象物を毎
回探すために、エッジ・アルゴリズムを特別に作成する
ことができるから、検体の上面上または下面上に合焦用
フィラメントの影を合焦させる原理を、自動合焦を容易
にするために用いることができる。このエッジ・アルゴ
リズムは、合焦用フィラメントを自動的に見付ける単な
る一つの方法であるけれども、前述のように、ガラスの
特定の表面を手動で観察しても差支えない。合焦用フィ
ラメントが正しく機能するためには、ガラスの表面に対
物レンズが合焦するのと同時に合焦用フィラメントが正
確に合焦するように、合焦用フィラメントを検査システ
ムの内部に位置決めしなければならない。

【００２１】図５は、ガラスサンプルが上面側に欠陥部
を有する場合、ガラスサンプルが欠陥部を内部に含有す
る場合、およびガラスサンプルが下面側に欠陥部を有す
る場合において、ＣＣＤカメラまたは光学レンズによっ
て観察される種々の映像を示す。前述のように、光学レ
ンズの視野内に見える合焦用フィラメントの影３５は、
視野の一側に片寄せられている。このフィラメントを視
野の一側に片寄せる目的は、単にフィラメントが、表面
上に存在する微粒子または欠陥部の像の邪魔にならない
ようにするためだけである。

【００２２】１番目の状態では、ガラスサンプルが上面
側に欠陥部を有し、対物レンズが検体の上面上に合焦す
ると、合焦用フィラメントの影３５が映像に現れるが、
次いで焦点がサンプル内部を通って移動するにつれて消
滅し、対物レンズが検体の下面上に合焦すると、再び現
れる。ガラスが欠陥部を内部に含有する２番目の状態で
は、影３５が上面を示すが、含有欠陥部が現れると消滅
し、対物レンズが検体の下面上に合焦すると、再び現れ
る。ガラスサンプルが下面側に欠陥部を有する３番目の
状態では、合焦用フィラメントの影３５が上面側に現
れ、焦点がサンプル内部に移動するにつれて消滅し、対
物レンズが検体の下面上に合焦して欠陥部を映すと、影
３５が再び現れる。

【００２３】かくして、一方の表面において合焦用フィ
ラメントの像が映り、焦点がサンプル内部を通って移動
するにつれて像が消滅し、サンプルの反対面において像
が再び出現することは、欠陥部がガラスのどの部位に存
在するかを特定することに関する本発明の重要な一面で
ある。この合焦用フィラメントを利用する方法により、
一つの平面に対するガラスの位置の変動の自動的な補正
を可能にするための絶対的表面基準が提供され、２０倍
未満の低倍率と、約７ないし１０ｍｍの比較的長い作動
距離とを有する対物レンズを用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】基準線から平らなガラス検体の両面上に合焦さ
せることを示す概略図

【図２】基準線から湾曲したガラス検体の両面上に合焦
させることを示す概略図

【図３】約１０ないし２０倍の倍率を有する低倍率レン
ズと、２０倍を超える倍率を有する高倍率レンズとの焦
点深度と作動距離との変化を示す概略図

【図４】本発明によるフィラメント合焦方法を利用した
光学装置の概略図

【図５】視野内における合焦用フィラメントの影の出現
状態を示す概略図

【符号の説明】

１２ 検体 １４ 上面 １６ 下面 １８，２８ ランプハウス ２０ 光学素子 ２４ 対物レンズ ２６ 対眼レンズまたはビデオカメラ ３０ 光学部材 ３２，３４ 合焦用フィラメント

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１個の光源および１個の対物
   レンズを備えた自動合焦システムの形成方法であって、 前記光源と前記対物レンズとの間の光路内に１本のフィ
   ラメントを配置し、 該フィラメントを、該フィラメントが検体の表面に合焦
   されて合焦用フィラメントとして機能するように前記光
   路内に位置決めし、 前記表面を特定するために、前記対物レンズが前記表面
   上に合焦されたときに前記フィラメントの像を視野内に
   形成する、各工程を含むことを特徴とする前記方法。
2. 【請求項２】 固定された平面に対する前記検体の位置
   の変動を自動的に補正する絶対的表面基準を提供するた
   めに、前記フィラメントの像を利用する工程を含むこと
   を特徴とする請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 約３ｍｍ未満の太さを有する１本のフィ
   ラメントを前記光路内に位置決めする工程を含むことを
   特徴とする請求項１記載の方法。
4. 【請求項４】 約１００μｍ未満の太さを有する１本の
   フィラメントを前記光路内に位置決めする工程を含むこ
   とを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 【請求項５】 前記対物レンズが前記検体の表面上の欠
   陥部を映すのに利用するのと同じ平面上に前記フィラメ
   ントを合焦させるために、該フィラメントを光軸に沿っ
   て移動させる工程を含むことを特徴とする請求項１記載
   の方法。
6. 【請求項６】 前記フィラメントの像を前記視野内の一
   側に片寄せて位置決めするために、前記フィラメントを
   前記光軸を横切って移動させる工程を含むことを特徴と
   する請求項１記載の方法。
7. 【請求項７】 透過照明のための１個の光源と、反射照
   明のための別の１個の光源とを提供する工程を含むこと
   を特徴とする請求項１記載の方法。
8. 【請求項８】 前記１個の光源の光路内に１本のフィラ
   メントを提供し、かつ前記別の１個の光源の光路内に別
   の１本のフィラメントを提供する工程を含むことを特徴
   とする請求項７記載の方法。
9. 【請求項９】 １個のガラス検体を提供し、 前記対物レンズを前記ガラス検体に向かって移動させ、
   前記視野内の前記合焦用フィラメントの像によって前記
   検体の上面を特定し、 前記対物レンズの前記ガラス検体に向かう移動を継続し
   て前記合焦用フィラメントの像を消滅させ、 前記ガラス検体の下面を特定するために、前記合焦用フ
   ィラメントの像が前記下面に再び出現するまで前記対物
   レンズの前記ガラス検体に向かう移動を継続する、各工
   程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
10. 【請求項１０】 前記合焦用フィラメントの像を前記対
    物レンズの焦点面に合焦させる工程を含むことを特徴と
    する請求項１記載の方法。
11. 【請求項１１】 ガラスシートの両面および内部の欠陥
    部を検査し、該欠陥部の存在する部位を特定する方法で
    あって、 １個の光源と１個の対物レンズとの間の光路内に合焦用
    フィラメントを備えた光学的検査システムを提供し、 前記対物レンズが前記ガラスシートの表面上の欠陥部を
    映すのに利用するのと同じ平面上に前記合焦用フィラメ
    ントが合焦するように、該フィラメントを位置決めし、 前記合焦用フィラメントの影が視野に現れるまで、前記
    対物レンズを前記ガラスシートに向かって移動させ、こ
    れにより、前記ガラスシートの第１の表面を特定し、 前記対物レンズの焦点がさらに前記ガラスシートに向か
    って移動されるのにつれて前記対物レンズの焦点が前記
    ガラスシートの内部を移動することによって、前記フィ
    ラメントの影を消滅させ、 前記フィラメントの影が視野に再び出現するまで前記対
    物レンズの前記ガラス検体に向かう移動を継続し、これ
    により前記ガラスシートの第２の表面を特定する、各工
    程を含むことを特徴とする前記方法。
12. 【請求項１２】 前記視野内の、前記ガラスの表面に現
    れるいかなる欠陥部からも離れた一側に、前記フィラメ
    ントの影を片寄せて位置決めするために、前記フィラメ
    ントを前記光軸を横切って移動させる工程を含むことを
    特徴とする請求項１１記載の方法。
13. 【請求項１３】 前記合焦用フィラメントを利用して、
    一つの平面に対する前記ガラスシートの位置の変動を自
    動的に補正するための絶対的表面基準を提供する工程を
    含むことを特徴とする請求項１１記載の方法。
14. 【請求項１４】 ２０倍以下の倍率と、約７ｍｍないし
    １０ｍｍまでの作動距離とを有する対物レンズを提供す
    る工程を含むことを特徴とする請求項１１記載の方法。
15. 【請求項１５】 ガラス検体の両面を検査する装置であ
    って、 少なくとも１個の光源と、 １個の対物レンズと、 前記光源の光路内に提供された１本のフィラメントと、 前記対物レンズが前記ガラス検体の一方の表面に合焦さ
    れたとき、前記フィラメントを視野内に映すために、該
    フィラメントを前記ガラス検体の表面に合焦させる手段
    と、を備えていることを特徴とする前記装置。
16. 【請求項１６】 反射照明のための第１の光源と、 透過照明のための第２の光源と、 前記第１の光源の光路内に位置決めされた第１の合焦用
    フィラメントと、 前記第２の光源の光路内に位置決めされた第２の合焦用
    フィラメントと、を備えていることを特徴とする請求項
    １５記載の装置。
17. 【請求項１７】 前記対物レンズが、２０倍未満の倍率
    と、約７ｍｍないし１０ｍｍまでの作動距離とを有する
    ことを特徴とする請求項１５記載の装置。
18. 【請求項１８】 前記フィラメントが約３ｍｍ未満の太
    さを有することを特徴とする請求項１５記載の装置。
19. 【請求項１９】 前記フィラメントが約１００μｍ未満
    の太さを有することを特徴とする請求項１５記載の装
    置。