光学素子およびその製造方法
【課題】光学素子の性能を向上させる。
【解決手段】光学素子１は、内部に空間８が形成された容器２を有する。容器２には、容器２の内部の空間８を第１の空間９と第２の空間１０とに仕切る、光が透過可能な膜部材３が設けられている。第１の空間９には、第１の媒質５が充填されている。第２の空間１０には、第１の媒質５の屈折率と異なる屈折率を有する第２の媒質６が充填されている。また、光学素子１は、第１の空間９と第２の空間１０との間で、差圧を発生させる差圧発生部７を有する。差圧発生部７が発生させた差圧により膜部材３を撓ませることで、膜部材３を透過する光の焦点距離が変更可能である。そして、膜部材３の弾性率の分布が、膜部材３を透過する光の光軸ＯＡを中心とした同心円状の分布である。
【解決手段】光学素子１は、内部に空間８が形成された容器２を有する。容器２には、容器２の内部の空間８を第１の空間９と第２の空間１０とに仕切る、光が透過可能な膜部材３が設けられている。第１の空間９には、第１の媒質５が充填されている。第２の空間１０には、第１の媒質５の屈折率と異なる屈折率を有する第２の媒質６が充填されている。また、光学素子１は、第１の空間９と第２の空間１０との間で、差圧を発生させる差圧発生部７を有する。差圧発生部７が発生させた差圧により膜部材３を撓ませることで、膜部材３を透過する光の焦点距離が変更可能である。そして、膜部材３の弾性率の分布が、膜部材３を透過する光の光軸ＯＡを中心とした同心円状の分布である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子およびその製造方法に関し、特に、可変焦点レンズからなる光学素子およびその製造方法に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶やプラズマなどのＦＰＤ（Flat Panel Display）の製造工程では、表示基板の周辺に、駆動ＩＣ（Integrated Circuit）の搭載、ＣＯＦ（Chip On Film）、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）などのいわゆるＴＡＢ（Tape Automated Rounding）の接続、および、周辺基板（ＰＣＢ；Printed Circuit Board）の実装を行う複数の処理作業工程が順次行われる。このような複数の処理作業工程に伴って、表示基板の形状を検出する各種の形状検出工程が行われる。例えば、表示基板に異方性導電フィルム（ＡＣＦ；Anisotropic Conductive Film）を貼付けるＡＣＦ工程が行われた後、ＡＣＦの貼付け状態を検査するために、基板アライメントマークの形状を検出して位置合わせする形状検出工程が行われる。
【０００３】
あるいは、パターン検査装置により、プリント基板、プリント基板製造用マスク、半導体集積回路ウェハまたは半導体集積回路製造用マスクなどに形成されたパターンを高速で検査する検査工程が行われる。このような検査工程では、例えば半導体集積回路製造用のフォトマスクの外観検査を実施する際に、フォトマスク上の検査対象パターンを撮像して得られる画像信号と、基準パターンデータとを比較しながら欠陥判定処理を行う形状検出工程が行われる。
【０００４】
このような形状検出工程では、光学式の形状検出機構が用いられている。形状検出機構は、ステージ上に被検出物を保持し、保持された被検出物の形状を検出器により検出する。被検出物と検出器との間には、対物レンズと結像系レンズが設けられている。
【０００５】
そして、光学式の形状検出機構では、被検出物の高さ位置の変動に対応するため、例えば結像系レンズの位置を移動させることで合焦させる。このため、光学式の形状検出機構では、結像系レンズの位置を機械的に移動させるための機械式の移動機構などが不可欠となる。このような機械式の移動機構では、重量の大きな部材、すなわち慣性の大きな部材を動かすために、合焦点形成までに時間を要するという問題がある。
【０００６】
一方、２種類の屈折率の異なる液体を、分離させた状態で微小な穴部に充填し、一方の液体の圧力を変化させ、２種類の液体の間の界面が球面状に撓むように変形させることで、レンズ効果を得るという、可変焦点レンズからなる光学素子についての技術がある。可変焦点レンズからなる光学素子として、例えば以下のような技術が知られている。
【０００７】
特開２００８−１５２０９０号公報（特許文献１）には、水と油のように不混和な第１の流体および第２の流体を筐体に封入し、第１の流体と第２の流体とにより規定される界面の形状を変化させることで、焦点距離を変える可変焦点レンズからなる光学素子の技術が記載されている。
【０００８】
特開平６−３０８３０３号公報（特許文献２）には、２枚の透明弾性膜の間に透明液体を封入し、液体の圧力を制御して２枚の透明弾性膜の曲率を変化させることで、焦点距離を変える可変焦点レンズからなる光学素子の技術が記載されている。
【０００９】
液体などの流体の圧力を変化させる場合、結像系レンズの位置を機械式の移動機構により移動させる場合に比べて高速な応答が可能であるため、可変焦点レンズからなる光学素子では、合焦点形成までの時間を短くすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−１５２０９０号公報
【特許文献２】特開平６−３０８３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明者の検討によれば、次のことが分かった。
【００１２】
第１の流体と第２の流体との界面の形状は、例えば親水性の差、または、比重の差などの物理的又は化学的な特性の差により規定されているだけである。そのため、本発明者による調査の結果、第１の流体と第２の流体との界面の形状が球面状の形状（球面形状）になりやすいことが分かった。
【００１３】
界面の形状が球面形状になると、界面の光軸から遠い部分（周辺部）を透過する光の焦点位置が、界面の光軸に近い部分（中心部）を透過する光の焦点位置からずれ、界面を透過した光の結像にぼやけ等が発生することで、いわゆる球面収差が発生する。
【００１４】
また、特許文献２に記載された、研削加工等により膜厚分布を持たせることで透明弾性膜の変形形状を非球面状の形状（非球面形状）に制御する方法では、第１の流体と第２の流体との界面の形状を非球面形状に制御することはできない。このように、第１の流体と第２の流体の界面をレンズ表面とする可変焦点レンズからなる光学素子における球面収差を抑制することができず、光学素子の性能が低下するおそれがある。
【００１５】
本発明の目的は、光学素子の性能を向上させることができる技術を提供することにある。
【００１６】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１８】
代表的な実施の形態による光学素子は、透過する光の焦点距離が変更可能な可変焦点レンズである。光学素子は、内部に空間が形成された容器を有する。容器には、容器の内部の空間を第１の空間と第２の空間とに仕切る、光が透過可能な膜部材が設けられている。第１の空間には、第１の媒質が充填されている。第２の空間には、第１の媒質の屈折率と異なる屈折率を有する第２の媒質が充填されている。また、光学素子は、第１の空間と第２の空間との間で、差圧を発生させる差圧発生部を有する。差圧発生部が発生させた差圧により膜部材を撓ませることで、膜部材を透過する光の焦点距離が変更可能である。そして、膜部材の弾性率の分布が、膜部材を透過する光の光軸を中心とした同心円状の分布である。
【００１９】
また、代表的な実施の形態による光学素子の製造方法は、透過する光の焦点距離が変更可能な可変焦点レンズからなる光学素子の製造方法である。光学素子は、内部に空間が形成された容器を有する。容器には、容器の内部の空間を第１の空間と第２の空間とに仕切る、光が透過可能な膜部材が設けられている。第１の空間には、第１の媒質が充填されている。第２の空間には、第１の媒質の屈折率と異なる屈折率を有する第２の媒質が充填されている。また、光学素子は、第１の空間と第２の空間との間で、差圧を発生させる差圧発生部を有する。差圧発生部が発生させた差圧により膜部材を撓ませることで、膜部材を透過する光の焦点距離が変更可能である。このような光学素子の製造方法では、内部に空間が形成された容器を準備する。また、光が透過可能な膜部材を準備する。次に、容器の内部の空間を第１の空間と第２の空間とに仕切るように、容器に膜部材を取り付け、第１の空間に第１の媒質を充填し、第２の空間に第２の媒質を充填する。そして、膜部材の弾性率の分布が、膜部材を透過する光の光軸を中心とした同心円状の分布である。
【００２０】
また、代表的な実施の形態による光学素子の製造方法は、透過する光の焦点距離が変更可能な可変焦点レンズからなる光学素子の製造方法である。光学素子は、内部に空間が形成された容器を有する。容器には、容器の内部の空間を第１の空間と第２の空間とに仕切る、光が透過可能な膜部材が設けられている。第１の空間には、第１の媒質が充填されている。第２の空間には、第１の媒質の屈折率と異なる屈折率を有する第２の媒質が充填されている。また、光学素子は、第１の空間と第２の空間との間で、差圧を発生させる差圧発生部を有する。差圧発生部が発生させた差圧により膜部材を撓ませることで、膜部材を透過する光の焦点距離が変更可能である。このような光学素子の製造方法では、内部に空間が形成された容器を準備する。また、光が透過可能な膜部材を準備する。次に、容器の内部の空間を第１の空間と第２の空間とに仕切るように、容器に膜部材を取り付け、第１の空間に第１の媒質を充填し、第２の空間に第２の媒質を充填する。そして、膜部材は、膜部材を透過する光の光軸を中心として軸対称な形状であって、かつ、非球面形状を有する。
【発明の効果】
【００２１】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００２２】
代表的な実施の形態によれば、光学素子の性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施の形態１の光学素子の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】実施の形態１の光学素子の膜部材の状態を模式的に示す拡大断面図である。
【図３】実施の形態１の光学素子の膜部材の状態を模式的に示す拡大断面図である。
【図４】実施の形態１の光学素子の膜部材の弾性率の分布の状態を模式的に示す拡大上面図である。
【図５】実施の形態１の光学素子の膜部材が撓んだ状態を模式的に示す拡大断面図である。
【図６】実施の形態１の光学素子の膜部材の構成を模式的に示す拡大断面図である。
【図７】第１の空間と第２の空間との間で差圧が発生しているときの実施の形態１の光学素子の状態を模式的に示す断面図である。
【図８】第１の空間と第２の空間との間で差圧が発生しているときの実施の形態１の光学素子の状態を模式的に示す断面図である。
【図９】実施の形態１の光学素子の製造工程の一部を示す製造プロセスフロー図である。
【図１０】膜部材の準備工程の一例を説明するための図である。
【図１１】実施の形態１の光学素子の製造工程中の断面図である。
【図１２】実施の形態１の光学素子の製造工程中の断面図である。
【図１３】実施の形態１の光学素子の製造工程中の断面図である。
【図１４】実施の形態１の光学素子の製造工程中の断面図である。
【図１５】実施の形態１の光学素子の製造工程中の断面図である。
【図１６】実施の形態１の光学素子の製造工程中の断面図である。
【図１７】実施の形態１の光学素子の製造工程中の断面図である。
【図１８】実施の形態１の光学素子の製造工程中の断面図である。
【図１９】第１の流体と第２の流体との間に膜部材が設けられていない比較例の光学素子の構成を模式的に示す断面図である。
【図２０】第１の空間と第２の空間との間で差圧が発生しているときの比較例の光学素子の状態を模式的に示す断面図である。
【図２１】第１の空間と第２の空間との間で差圧が発生しているときの比較例の光学素子の状態を模式的に示す断面図である。
【図２２】第１の流体と第２の流体との界面の形状が球面形状である比較例の光学素子における、光の屈折の状態を模式的に示す図である。
【図２３】比較例の光学素子において、第１の流体と第２の流体との界面の形状が乱れている状態の一例を模式的に示す断面図である。
【図２４】第１の流体と第２の流体との界面の形状が非球面形状である実施の形態１の光学素子における、光の屈折の状態を模式的に示す図である。
【図２５】実施の形態２の形状検出機構の構成を模式的に示す図である。
【図２６】実施の形態２の形状検査装置である検査ユニットが組み込まれた表示基板モジュール組立ラインの構成を模式的に示す図である。
【図２７】実施の形態２の表示基板モジュール組立ラインのうち、ＡＣＦ貼付状態検査ユニットを中心とする要部を模式的に示す図である。
【図２８】図２７に示す構成のうち検査に必要な主要部分および検査対象である表示基板を示した図である。
【図２９】実施の形態２の形状検査装置において様々なＡＣＦ貼付け状態を効率よく検査できる方法を説明する図である。
【図３０】ＡＣＦ貼付状態検査の検査動作を示す処理フロー図である。
【図３１】実施の形態３の形状検査装置であるパターン検査装置のブロック図である。
【図３２】実施の形態３の形状検査装置であるパターン検査装置の２次元パターン走査の説明図である。
【図３３】実施の形態３の形状検査装置であるパターン検査装置の２次元パターン走査の説明図である。
【図３４】実施の形態３の形状検査装置であるパターン検査装置の欠陥候補検出部のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
【００２６】
また、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。
【００２７】
（実施の形態１）
＜光学素子＞
本発明の一実施の形態である光学素子を、図面を参照して説明する。本実施の形態の光学素子は、焦点距離が変更可能な可変焦点レンズである。
【００２８】
図１は、実施の形態１の光学素子の構成を模式的に示す断面図である。図２および図３は、実施の形態１の光学素子の膜部材の状態を模式的に示す拡大断面図である。図２は、第１の空間と第２の空間との間で差圧が発生していない状態を示し、図３は、第１の空間と第２の空間との間で差圧が発生している状態を示す。
【００２９】
図４は、実施の形態１の光学素子の膜部材の弾性率の分布の状態を模式的に示す拡大上面図である。図５は、実施の形態１の光学素子の膜部材が撓んだ状態を模式的に示す拡大断面図である。図６は、実施の形態１の光学素子の膜部材の構成を模式的に示す拡大断面図である。なお、図５および図６では、図面を見易くするために、縦横比を変更し、左右方向に比べ上下方向を拡大して示してある。
【００３０】
図７および図８は、第１の空間と第２の空間との間で差圧が発生しているときの実施の形態１の光学素子の状態を模式的に示す断面図である。図７は、第２の空間に対する第１の空間の差圧が正圧である状態を示し、図８は、第２の空間に対する第１の空間の差圧が負圧である状態を示す。
【００３１】
図１に示されるように、光学素子１は、容器２、膜部材３、第１の流体５、第２の流体６、差圧発生部７を有する。
【００３２】
容器２の内部には、空間８が形成されている。膜部材３は、空間８を第１の空間９と第２の空間１０とに仕切るように設けられており、光（例えば可視光）が透過可能な材質からなる。第１の空間９には、第１の流体５が充填されており、第２の空間１０には、第２の流体６が充填されている。したがって、第１の流体５と第２の流体６とは、膜部材３を介して接触している。膜部材３は、膜部材３の周辺部が、空間８の内壁に例えば接着材により接着されることで、取り付けられている。差圧発生部７は、第１の空間９と第２の空間１０との間で、差圧（圧力差）を発生させる。差圧発生部７の詳細については、後述する。
【００３３】
第１の流体５と第２の流体６とは、光（例えば可視光）が透過可能であって、かつ、互いに異なる屈折率を有する。第１の流体５と第２の流体６との間の屈折率差により、第１の流体５と第２の流体６との界面、すなわち膜部材３で光が屈折するため、膜部材３から所定の距離（焦点距離に略等しい）離れた位置で光を合焦させることができる。前述したように、差圧発生部７により、第１の空間９と第２の空間１０との間で、差圧（圧力差）を発生させることで、膜部材３を撓ませ、上に凸の形状または下に凸の形状に変形させることができる。したがって、第１の流体５と第２の流体６との界面の形状を変形させることができ、膜部材３を透過する光の焦点距離を変更することができる。このようにして、光学素子１は、焦点距離が変更可能な可変焦点レンズとして機能する。
【００３４】
なお、膜部材３を透過する光の光軸をＯＡとする。また、屈折率として、ナトリウムのＤ線（波長５８９．３ｎｍ）で測定して得られた屈折率を用いることができる。以下でも、屈折率ｎというときは、ナトリウムのＤ線での屈折率を意味するものとする。
【００３５】
膜部材３の近傍における、第１の空間９の形状、および、第２の空間１０の形状は、円筒形状である。すなわち膜部材３の近傍における、第１の空間９の光軸ＯＡに垂直な断面形状、および、第２の空間１０の光軸ＯＡに垂直な断面形状は、円形である。また、図４を用いて後述するように、膜部材３の弾性率の分布は、膜部材３を透過する光の光軸ＯＡを中心とした同心円状の分布である。したがって、膜部材３の弾性率の分布は、円筒形状である第１の空間９の中心軸、および、円筒形状である第２の空間１０の中心軸を中心とした同心円状の分布でもあることが好ましい。すなわち、膜部材３を透過する光の光軸ＯＡと、膜部材３の近傍における第１の空間９および第２の空間１０のそれぞれの中心軸とは、一致することが好ましい。これにより、光学素子１において、可変焦点レンズとして必要な、光学的に軸対称な性質が得られやすくなる。
【００３６】
容器２は、内部に第１の空間９が形成された第１の容器部材１１と、内部に第２の空間１０が形成された第２の容器部材１２とを含み、第１の容器部材１１と第２の容器部材１２とが重ねられたものであることが好ましい。このような構造により、光学素子の製造工程の説明で後述するように、第１の流体５および第２の流体６を容器２中に容易に充填することができる。以下、容器２が第１の容器部材１１と第２の容器部材１２とを含む場合を例示して説明する。ただし、容器２は、最初から一体の部材として準備されたものであってもよい。
【００３７】
第１の容器部材１１は、主面１１ａから主面１１ａの反対面１１ｂまで貫通するように、第１の開口部１３が形成されていることが好ましく、第２の容器部材１２は、主面１２ａから主面１２ａの反対面１２ｂまで貫通するように、第２の開口部１４が形成されていることが好ましい。また、第１の容器部材１１には、第１の開口部１３の反対面１１ｂ側を封止するように、第１の封止部材１５が取り付けられていることが好ましく、第２の容器部材１２には、第２の開口部１４の主面１２ａ側を封止するように、第２の封止部材１６が取り付けられていることが好ましい。このような構造により、光学素子の製造工程の説明で後述するように、第１の流体５および第２の流体６を容器２中に容易に充填することができる。以下、第１の容器部材１１に第１の開口部１３が形成されており、第２の容器部材１２に第２の開口部１４が形成されており、第１の開口部１３の反対面１１ｂ側が第１の封止部材１５で封止されており、第２の開口部１４の主面１２ａ側が第２の封止部材１６で封止されている場合を例示して説明する。ただし、第１の容器部材１１は、主面１１ａに形成されている第１の開口部１３が反対面１１ｂまで貫通しておらず、第１の開口部１３の底部すなわち反対面１１ｂ側の部分が、光が透過可能な材質からなるものであってもよい。また、第２の容器部材１２は、反対面１２ｂに形成されている第２の開口部１４が主面１２ａまで貫通しておらず、第２の開口部１４の底部すなわち主面１２ａ側の部分が、光が透過可能な材質からなるものであってもよい。
【００３８】
また、第１の空間９の圧力を第２の空間１０の圧力よりも高くして膜部材３を撓ませ、上に凸の形状に変形させた状態で可変焦点レンズとして用いる場合には、図２に示されるように、膜部材３の周辺部４が、第２の容器部材１２の反対面１２ｂに、例えば接着材により接着されることで、取り付けられていることが好ましい。これにより、膜部材３が撓んで変形したときに、図３に示されるように、周辺部４が、取り付けられている側（第２の容器部材１２側）にさらに押し付けられるため、膜部材３が第２の容器部材１２の反対面１２ｂから剥がれることを防止することができる。
【００３９】
第１の容器部材１１と第２の容器部材１２とは、第１の容器部材１１の主面１１ａと、第２の容器部材１２の反対面１２ｂとが、接着剤（図示せず）により接着されたものであってもよい。あるいは、第１の容器部材１１の主面１１ａと第２の容器部材１２の反対面１２ｂとの間にＯリングが挟まれた状態で、第１の容器部材１１と第２の容器部材１２とが、ボルトとナット（図示せず）などにより圧着されるように締め付けられたものであってもよい。
【００４０】
第１の容器部材１１、第２の容器部材１２、第１の封止部材１５および第２の封止部材１６として、例えばガラス、透明樹脂などを用いることができる。また、透明樹脂として、例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、スチレン−アクリロニトリル樹脂（ＳＡＮ樹脂）、メチルメタクリレート−スチレン樹脂（ＭＳ樹脂）などを用いることができる。
【００４１】
第１の流体５と第２の流体６とは、互いに異なる屈折率ｎを有するものであって、少なくとも一方が液体成分を含むものであればよく、他方は液体であっても気体であってもよい。また、第１の流体５および第２の流体６として、例えばゲル状物質などを含む各種の媒質を含むもの（第１の媒質５および第２の媒質６）を用いることができる。第１の流体５および第２の流体６のうち、一方の流体（低い屈折率を有する流体）として、例えば水（ｎ＝１．３３）を用いることができ、他方の流体（高い屈折率を有する流体）として、例えばポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）（ｎ＝１．４１）などのシリコーンオイルを用いることができる。
【００４２】
また、第１の流体５と第２の流体６とは、添加剤を添加することで、比重が略等しくなるように調整されていることが好ましい。これにより、衝撃や振動が加えられることで光学素子１が微小角度傾斜したときなどに、第１の流体５と第２の流体６との界面の形状が、その界面を透過する光の光軸ＯＡを中心として軸対称な形状から乱れることを防止できる。流体として水（比重１）を用いるときは、添加剤として例えば塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム等のアルカリ金属塩、或いはアルカリ土類金属塩を用いることができる。また、流体としてＰＤＭＳ（比重０．９１〜１．０）を用いるときは、添加剤として例えばパラフィンを用いることができる。
【００４３】
膜部材３の材質としては、光を透過可能な樹脂であって、第１の流体５および第２の流体６のいずれにも不溶な材質であればよく、特に限定されるものではない。したがって、膜部材３の材質として、例えばシリコーン樹脂を用いることができる。
【００４４】
図４に示されるように、本実施の形態では、膜部材３の弾性率の分布が、膜部材３を透過する光の光軸ＯＡを中心とした同心円状の分布である。図４では、例えば、光軸ＯＡに近い中心部３ａ側ほど弾性率が小さく（柔らかく）、光軸ＯＡから遠い周辺部３ｂ側ほど弾性率が大きい（硬い）分布を表現している。このような弾性率の分布を有する膜部材３に対し、図４の紙面に垂直な方向、すなわち光軸ＯＡに平行な方向に、図４の紙面面内で均一に圧力を加えた場合、膜部材３の中心部３ａ側ほど図４の紙面に垂直な方向に伸びやすいため、膜部材３の形状は、図５に示されるように、例えば砲弾形状などの非球面形状となる。そして、同心円状の弾性率の分布を適切に設定することで、差圧発生部７により差圧（圧力差）を発生させたときに、膜部材３の形状を、放物面、双曲面、楕円面、および４次曲面などの高次多項式で表される曲面などからなる非球面形状のうち、任意の形状に変形させることができる。なお、非球面形状とは、平面形状でなく、かつ、球面形状でない曲面形状を意味する。
【００４５】
なお、本実施の形態における弾性率とは、応力とひずみとの間の比例定数の総称を意味し、ヤング率（縦弾性係数）、剛性率、体積弾性率などを含む概念である。すなわち、膜部材３の弾性率の分布とは、いずれの比例定数の分布であってもよい。
【００４６】
このような同心円状の弾性率の分布を有する膜部材３として、図５に示されるように、例えば、母材３ｃと、母材３ｃに含まれた、膜部材３の弾性率を調整する調整部材３ｄとを有するものであって、母材３ｃに含まれる調整部材３ｄの含有率の分布が、光軸ＯＡを中心とした同心円状の分布になるように、母材３ｃに含有させたものが挙げられる。母材３ｃとしては、例えば膜部材３の材質として前述したような、シリコーン樹脂を用いることができる。また、調整部材３ｄとしては、弾性率が母材３ｃの弾性率よりも大きい樹脂、例えばフッ素樹脂を用いることができる。調整部材３ｄの弾性率が母材３ｃの弾性率よりも大きいときは、光軸ＯＡに近い中心部３ａ側ほど調整部材３ｄの含有率を小さくし、光軸ＯＡから遠い周辺部３ｂ側ほど調整部材３ｄの含有率を大きくすることで、図４に示されるような、光軸ＯＡに近い中心部３ａ側ほど弾性率が小さく（柔らかく）、光軸ＯＡから遠い周辺部３ｂ側ほど弾性率が大きい（硬い）分布を得ることができる。
【００４７】
なお、図５では、図面を見易くするために、調整部材３ｄが粒子として母材３ｃに含有された状態を示しているが、調整部材３ｄは、母材３ｃと混合され、母材３ｃと一体化された状態で含有されていてもよい。
【００４８】
また、光学素子１の製造工程の説明で後述するように、例えば、照射される光の強度により硬化後の弾性率を制御可能な光硬化性樹脂に光を照射し、光硬化性樹脂を硬化させることで膜部材３を形成したものであって、照射される光の強度分布が光軸ＯＡを中心とした同心円状の分布であるものを挙げることができる。光軸ＯＡに近い中心部３ａ側ほど照射される光の強度を弱くし、光軸ＯＡから遠い周辺部３ｂ側ほど照射される光の強度を強くすることで、図４に示されるような、光軸ＯＡに近い中心部３ａ側ほど弾性率が小さく（柔らかく）、光軸ＯＡから遠い周辺部３ｂ側ほど弾性率が大きい（硬い）弾性率の分布を得ることができる。
【００４９】
なお、膜部材３の弾性率の分布が、光軸ＯＡを中心とした同心円状の分布であるとともに、弾性率の径方向の成分と、弾性率の周方向の成分とが異なるものであってよい。弾性率の径方向の成分と、弾性率の周方向の成分とが異なるものであれば、各成分の分布を適切に設定することで、差圧発生部７により差圧（圧力差）を発生させたときに、膜部材３の形状を、放物面、双曲面、楕円面、および４次曲面などの高次多項式で表される曲面などからなる非球面形状のうち、任意の形状に変形させることができる。
【００５０】
あるいは、図４を用いて説明した膜部材３に代え、図６に示されるように、膜部材３を透過する光の光軸ＯＡを中心として軸対称な形状であって、かつ、差圧発生部７により差圧を発生させていない状態でも非球面形状を有する、すなわち、当初から非球面形状を有する、膜部材３ｅを用いてもよい。図６では、一例として砲弾形状を有する膜部材３ｅを示している。このような当初から非球面形状を有する膜部材３ｅを用いれば、膜部材３ｅに対し、光軸ＯＡに平行な方向に、光軸ＯＡに垂直な面内で均一に圧力を加えた場合でも、膜部材３ｅの形状は、非球面形状となる。そして、当初の膜部材３ｅの形状を適切に設定することで、差圧発生部７により差圧を発生させた場合でも、膜部材３ｅの形状を、放物面、双曲面、楕円面、および４次曲面などの高次多項式で表される曲面などからなる非球面形状のうち、任意の形状に変形させることができる。
【００５１】
このような非球面形状を有する膜部材３ｅとして、例えば、常温よりも高い温度で塑性変形可能な樹脂からなる基材を、基材が塑性変形可能な温度に保持されている型部材に押し付けて塑性変形させた後、常温まで冷却することで、形成されたものを挙げることができる。
【００５２】
なお、以後の光学素子の説明では、膜部材３を有する場合についてのみ説明するが、膜部材３ｅを有する場合でも、同様である。
【００５３】
膜部材３の厚さは、膜部材３のヤング率などの弾性率や屈折率にもよるが、例えば１〜１０００μｍとすることが好ましい。膜部材３の厚さが１μｍ未満の場合、膜部材３自体の強度を確保することが困難であるからである。また、膜部材３の厚さが１０００μｍを超える場合、第１の流体５と膜部材３との界面、または、第２の流体６と膜部材３との界面で、光が屈折し、第１の流体５と第２の流体６との界面での屈折が複雑になるからである。
【００５４】
また、膜部材３の屈折率が、第１の流体５および第２の流体６のうち一方の屈折率と等しくなることが好ましい。これにより、膜部材３と、第１の流体５および第２の流体６のうち一方との間で光が屈折しないため、第１の流体５および第２の流体６のうち一方と、膜部材３とが、光学的に一体に振舞うことができるからである。例えば第１の流体５および第２の流体６のうち一方としてＰＤＭＳを用いる場合、膜部材３としてもＰＤＭＳを用いることができる。ＰＤＭＳは、液体として用いることができる一方で、例えばゲル化剤の添加などにより固化させることもでき、容易に膜部材３を形成することができるからである。
【００５５】
本実施の形態では、第１の流体５と第２の流体６とが膜部材３を介して接触する。従って、第１の流体５および第２の流体６のうち、一方を油系の液体にし、他方を水系の液体にするなど、互いに不混和な材料を選択するという制約がなくなり、材料選択の自由度が広がるという利点がある。
【００５６】
光学素子１は、差圧発生部７として、第１の圧力調整部２１を有している。第１の圧力調整部２１は、第１の空間９の壁面を、壁面に交差する方向に変位させることで、第１の空間９の圧力を調整する。第１の圧力調整部２１として、アクチュエータ２３を用いることができる。また、アクチュエータ２３が変位させる第１の空間９の壁面として、ダイアフラム２４を用いることができる。このとき、アクチュエータ２３は、ダイアフラム２４を変位させ、第１の空間９の体積を減少または増加させることで、第１の空間９の圧力が第２の空間１０の圧力よりも大きくなるかまたは小さくなるように調整する。ダイアフラム２４は、例えば、図１に示されるように、第１の空間９から横に伸びた、第１の空間９と連通している空間２５の下側（反対面１１ｂ側）の面に設けることができる。このとき、アクチュエータ２３は、ダイアフラム２４の下側（反対面１１ｂ側）に接するように設けることができる。アクチュエータ２３として、例えば電圧を印加することで伸縮可能なピエゾ素子（圧電素子）を用いることができる。
【００５７】
ピエゾ素子２３およびダイアフラム２４が上記のように配置されているとき、例えばピエゾ素子２３が上下方向（厚さ方向）に伸びるとともに左右方向（面内方向）に縮むように電圧を印加することにより、ダイアフラム２４を上に凸の形状になるように撓ませ、第１の空間９の体積を減少させる。これに伴って、第２の空間１０の圧力に対する第１の空間９の圧力を大きくし、第２の空間１０に対する第１の空間９の差圧（圧力差）を正圧とすることができる。この差圧により、膜部材３は、図７に示されるように、上に凸の形状になるように撓む。すなわち、ピエゾ素子２３が発生させた差圧により、第１の流体５と第２の流体６との界面の形状は、上に凸の形状になるように変形する。そして、ピエゾ素子２３に印加する電圧を調整し、界面の形状の変形量を調整することで、膜部材３を透過する光の焦点距離を変更することができる。また、前述したように、膜部材３の弾性率の分布が光軸ＯＡを中心として同心円状の分布であることから、界面の形状（膜部材３の形状）を非球面形状とすることができ、球面収差により光の結像にぼやけ等が発生することを抑制することができる。
【００５８】
一方、例えばピエゾ素子２３が上下方向（厚さ方向）に縮むとともに左右方向（面内方向）に伸びるように電圧を印加することにより、ダイアフラム２４を下に凸の形状になるように撓ませ、第１の空間９の体積を増加させる。これに伴って、第２の空間１０の圧力に対する第１の空間９の圧力を小さくし、第２の空間１０に対する第１の空間９の差圧（圧力差）を負圧とすることができる。この差圧により、膜部材３は、図８に示されるように、下に凸の形状になるように撓む。すなわち、ピエゾ素子２３が発生させた差圧により、第１の流体５と第２の流体６との界面の形状は、下に凸の形状になるように変形する。そして、ピエゾ素子２３に印加する電圧を調整し、界面の形状の変形量を調整することで、膜部材３を透過する光の焦点距離を変更することができる。また、前述したように、膜部材３の弾性率の分布が光軸ＯＡを中心として同心円状の分布であることから、界面の形状（膜部材３の形状）を非球面形状とすることができ、球面収差により光の結像にぼやけ等が発生することを抑制することができる。
【００５９】
また、光学素子１には、バッファタンク（空気溜部）３１が設けられていることが好ましい。バッファタンク３１は、第１の容器部材１１および第２の容器部材１２からなる容器２の外部に設けられている。バッファタンク３１の内部は、第２の空間１０とオリフィス（オリフィス部）３２を介して連通している。第２の空間１０と、オリフィス３２であって第２の空間１０側の端部３２ａからバッファタンク３１に向かって途中までの部分、すなわち、オリフィス３２の第２の空間１０側の部分とは、第２の流体６で充填されている。一方、バッファタンク３１と、オリフィス３２であってバッファタンク３１側の端部３２ｂから第２の空間１０に向かって途中までの部分、すなわち、オリフィス３２のバッファタンク３１側の部分とは、第２の流体６で充填されていない。第２の空間１０がバッファタンク３１と連通されていることで、上記した差圧が正圧になり、膜部材３が上に凸の形状になるように撓み、第２の空間１０の体積が減少したとき、第２の流体６を第２の空間１０の外部へ逃がすことができる。また、第２の空間１０とバッファタンク３１とがオリフィス３２を介して連通しているため、バッファタンク３１から空気が第２の空間１０に気泡として入り込むことを防止することができる。したがって、膜部材３と第２の流体６との間、および、膜部材３近傍における第２の流体６中に、気泡が入り込むことを防止することができ、膜部材３の形状が、膜部材３を透過する光の光軸ＯＡを中心として軸対称な形状から乱れることを防止することができる。
【００６０】
なお、図７に示されるように、膜部材３が上に凸の形状になるように撓むときは、オリフィス３２に充填されている第２の流体６のバッファタンク３１側の端面３２ｃは、第１の空間９の圧力と第２の空間１０の圧力とが等しいとき（図１に示されるとき）に比べ、バッファタンク３１側に移動する。また、図８に示されるように、膜部材３が下に凸の形状になるように撓むときは、第２の流体６の端面３２ｃは、第１の空間９の圧力と第２の空間１０の圧力とが等しいとき（図１に示されるとき）に比べ、第２の空間１０側に移動する。そのため、光学素子１を可変焦点レンズとして用いる際に、第２の流体６のバッファタンク３１側の端面３２ｃが、端部３２ａと端部３２ｂとの間に常に位置するように、オリフィス３２の長さが決められている。
【００６１】
さらに、光学素子１は、差圧発生部７として、バッファタンク３１の内圧を調整する第２の圧力調整部３３を含むことが好ましい。第２の圧力調整部３３は、例えばポンプなどからなる加圧装置と、例えば放出弁からなる減圧装置を、例えば三方バルブを介して切り替え可能に連結されたものを用いることができる。第２の圧力調整部３３により、バッファタンク３１の内圧を調整することで、第１の圧力調整部２１（アクチュエータ２３）により第１の空間９の圧力が所定の圧力になるときに、膜部材３が所定の形状になるように、第２の空間１０の圧力を調整することができる。予め第２の圧力調整部３３により膜部材３の形状を粗調整しておき、次に第１の圧力調整部２１（アクチュエータ２３）により膜部材３の形状を微調整することにより、焦点距離を、より広範囲で、かつ、より精度よく変更することができる。
【００６２】
＜光学素子の製造方法＞
次に、本実施の形態の光学素子の製造工程を、図面を参照して説明する。図９は、実施の形態１の光学素子の製造工程の一部を示す製造プロセスフロー図である。図１０は、膜部材の準備工程の一例を説明するための図である。図１１〜図１８は、実施の形態１の光学素子の製造工程中の断面図である。
【００６３】
予め、図４を用いて説明した、膜部材３を準備する（図９のステップＳ０）。ただし、膜部材３を準備する工程については、後述するステップＳ４の前であれば、いずれの段階で行ってもよい。
【００６４】
上記した弾性率の分布を有する膜部材３として、例えば、図５を用いて説明した、母材３ｃと、母材３ｃに含まれた、膜部材３の弾性率を調整する調整部材３ｄとを有するものを用いることができる。このとき、膜部材３を準備する工程では、母材３ｃに含まれる調整部材３ｄの含有率の分布が、膜部材３を透過する光の光軸ＯＡを中心とした同心円状の分布になるように、調整部材３ｄを母材３ｃに含有させる工程を行うことができる。調整部材３ｄの弾性率が母材３ｃの弾性率よりも大きいときは、光軸ＯＡに近い中心部３ａ側ほど調整部材３ｄの含有率を小さくし、光軸ＯＡから遠い周辺部３ｂ側ほど調整部材３ｄの含有率を大きくすることで、図４に示されるような、光軸ＯＡに近い中心部３ａ側ほど弾性率が小さく（柔らかく）、光軸ＯＡから遠い周辺部３ｂ側ほど弾性率が大きい（硬い）分布を得ることができる。
【００６５】
あるいは、上記した弾性率の分布を有する膜部材３を準備する工程では、例えば、照射される光の強度により硬化後の弾性率を制御可能な光硬化性樹脂に光を照射し、光硬化性樹脂を硬化させることで膜部材３を形成する工程を行うことができる。このとき、照射される光の強度分布が、光軸ＯＡを中心とした同心円状の分布になるようにする。光軸ＯＡに近い中心部３ａ側ほど照射される光の強度を弱くし、光軸ＯＡから遠い周辺部３ｂ側ほど照射される光の強度を強くすることで、図４に示されるような、光軸ＯＡに近い中心部３ａ側ほど弾性率が小さく（柔らかく）、光軸ＯＡから遠い周辺部３ｂ側ほど弾性率が大きい（硬い）弾性率の分布を得ることができる。
【００６６】
あるいは、上記した弾性率の分布を有する膜部材３に代え、当初から非球面形状、例えば砲弾形状を有する膜部材３ｅ（図６参照）を用いることができる。このとき、膜部材３ｅを準備する工程については、例えば、図１０に示されるように、行うことができる。まず、軸対称な形状であって、かつ、非球面形状（例えば砲弾形状）を有している型部材３ｆを準備する。また、常温では塑性変形しないものの、常温よりも高い温度で塑性変形可能な樹脂からなる基材３ｇを準備する。そして、型部材３ｆが、常温よりも高い温度であって、かつ、基材３ｇが塑性変形可能な温度に保持されている状態で、基材３ｇを型部材３ｆに押し付けて塑性変形させた後、常温まで冷却することで、膜部材３ｅを形成する。
【００６７】
次に、図１１に示されるように、第１の容器部材１１を準備する（図９のステップＳ１）。第１の容器部材１１には、主面１１ａから主面１１ａの反対面１１ｂまで貫通するように、第１の開口部１３が形成されている。主面１１ａにおける第１の開口部１３の開口形状は、円形形状である。また、第１の開口部１３から横に伸びた空間２５の下側（反対面１１ｂ側）の面には、ダイアフラム２４が設けられている。また、ダイアフラム２４の下側（反対面１１ｂ側）に接するように、アクチュエータ２３が設けられている。すなわち、第１の容器部材１１は、空間２５の下側（反対面１１ｂ側）の面に、ダイアフラム２４を設ける工程、および、ダイアフラム２４の下側（反対面１１ｂ側）にアクチュエータ２３を設ける工程が、既に行われたものである。ただし、空間２５の下側（反対面１１ｂ側）の面に、ダイアフラム２４を設ける工程、および、ダイアフラム２４の下側（反対面１１ｂ側）にアクチュエータ２３を設ける工程については、後述するステップＳ５の前であれば、いずれの段階で行ってもよい。
【００６８】
次に、図１２に示されるように、第２の容器部材１２を準備する（図９のステップＳ２）。第２の容器部材１２には、主面１２ａから主面１２ａの反対面１２ｂまで貫通するように第２の開口部１４が形成されている。反対面１２ｂにおける第２の開口部１４の開口形状は、円形形状である。また、第２の容器部材１２の側面には、細孔３４が形成されている。細孔３４は、第２の開口部１４と連通しているため、第２の開口部１４は、細孔３４を介して第２の容器部材１２の側面に開口している。
【００６９】
次に、図１３に示されるように、第１の容器部材１１に第１の封止部材１５を取り付ける（図９のステップＳ３）。第１の開口部１３の反対面１１ｂ側を封止するように、第１の封止部材１５を取り付ける。
【００７０】
次に、図１４に示されるように、第２の容器部材１２に膜部材３を取り付ける（図９のステップＳ４）。第２の開口部１４の反対面１２ｂ側を封止するように、膜部材３を取り付ける。このとき、上記した同心円状の弾性率の分布の中心と一致した中心を有する保持治具（図示せず）を用い、保持治具と、第２の容器部材１２とを、予め決めておいた基準位置で位置合わせすることで、膜部材３を透過する光の光軸ＯＡと、反対面１２ｂに円形形状の開口形状を有する第２の開口部１４の中心とを、一致させることができる。あるいは、膜部材３に代え、膜部材３ｅ（図６参照）を用いるときは、上記した非球面形状、例えば砲弾形状を有する膜部材３ｅを形成するための軸対称な型部材３ｆ（図１０参照）を保持治具として用い、型部材３ｆと、第２の容器部材１２とを、予め決めておいた基準位置で位置合わせすることで、膜部材３ｅを透過する光の光軸ＯＡと、反対面１２ｂに円形形状の開口形状を有する第２の開口部１４の中心とを、一致させてもよい。
【００７１】
なお、以後の光学素子の製造方法の説明では、膜部材３を用いる場合についてのみ説明するが、膜部材３ｅを用いる場合でも、同様である。
【００７２】
次に、図１５に示されるように、第１の開口部１３に第１の流体５を充填する（図９のステップＳ５）。ステップＳ３において、第１の開口部１３の反対面１１ｂ側が第１の封止部材１５により封止されている。したがって、反対面１１ｂ側が第１の封止部材１５により封止された第１の開口部１３に、第１の流体５を充填する。
【００７３】
次に、図１６に示されるように、第１の容器部材１１に第２の容器部材１２を取り付ける（図９のステップＳ６）。膜部材３が、第１の流体５が充填された第１の開口部１３の主面１１ａ側を封止するように、第２の容器部材１２を第１の容器部材１１の主面１１ａ側に取り付ける。すなわち、第１の容器部材１１と第２の容器部材１２とが重なるように、第１の容器部材１１に第２の容器部材１２を取り付け、容器２を形成する。これにより、第１の開口部１３の反対面１１ｂ側が第１の封止部材１５により封止され、第１の開口部１３の主面１１ａ側が膜部材３により封止されることで、第１の空間９が形成される。また、第１の空間９には、第１の流体５が充填されている。
【００７４】
ステップＳ６では、第１の容器部材１１と第２の容器部材１２とを、予め決めておいた基準位置で位置合わせすることで、主面１１ａに円形形状の開口形状を有する第１の開口部１３の中心と、反対面１２ｂに円形形状の開口形状を有する第２の開口部１４の中心とを、一致させることができる。これにより、膜部材３を透過する光の光軸ＯＡと、主面１１ａに円形形状の開口形状を有する第１の開口部１３の中心とを、一致させることができる。
【００７５】
次に、図１７に示されるように、オリフィス３２、バッファタンク３１および第２の圧力調整部３３を取り付ける（図９のステップＳ７）。第２の開口部１４が、オリフィス３２を介してバッファタンク３１の内部と連通するように、第２の容器部材１２にオリフィス管３２ｄおよびバッファタンク３１を取り付ける。具体的には、第２の開口部１４が第２の容器部材１２の側面に開口している細孔３４に、オリフィス管３２ｄの一端を接続し、オリフィス管３２ｄの他端にバッファタンク３１を接続する。オリフィス管３２ｄは、細孔３４と一体となってオリフィス３２として機能する。そして、バッファタンク３１に第２の圧力調整部３３を接続する。
【００７６】
次に、図１８に示されるように、第２の開口部１４に第２の流体６を充填する（図９のステップＳ８）。ステップＳ６において、第２の開口部１４の反対面１２ｂ側が膜部材３により封止されている。したがって、反対面１２ｂ側が膜部材３により封止された第２の開口部１４に、第２の流体６を充填する。このとき、第２の開口部１４と、オリフィス３２であって第２の開口部１４側の端部３２ａからバッファタンク３１に向かって途中までの部分、すなわち、オリフィス３２の第２の開口部１４側の部分とが充填されるように、第２の流体６を充填する。例えば第２の圧力調整部３３によりバッファタンク３１の内圧を大気圧に対して負圧にすることにより、オリフィス３２であって第２の開口部１４側の端部３２ａからバッファタンク３１に向かって途中までの部分に、第２の流体６を容易に充填することができる。
【００７７】
次に、第２の容器部材１２に第２の封止部材１６を取り付ける（図９のステップＳ９）。第２の流体６が充填された第２の開口部１４の主面１２ａ側を封止するように、第２の封止部材１６を取り付ける。これにより、第２の開口部１４の反対面１２ｂ側が膜部材３により封止され、第２の開口部１４の主面１２ａ側が第２の封止部材１６により封止されることで、第２の空間１０が形成される。また、第２の空間１０と、オリフィス３２であって第２の空間１０側の端部３２ａからバッファタンク３１に向かって途中までの部分、すなわち、オリフィス３２の第２の空間１０側の部分には、第２の流体６が充填されている。なお、バッファタンク３１と、オリフィス３２であってバッファタンク３１側の端部３２ｂから第２の空間１０に向かって途中までの部分、すなわち、オリフィス３２のバッファタンク３１側の部分には、第２の流体６が充填されていない。
【００７８】
以上の工程により、図１に示されるように、可変焦点レンズからなる光学素子を容易かつ簡便な方法で製造することができる。
【００７９】
ただし、前述したように、容器２は、第１の容器部材１１と第２の容器部材１２とを含むものでなく、最初から一体の部材として準備されたものであってもよい。このとき、容器２および膜部材３を準備し、容器２の内部の空間８を第１の空間９と第２の空間１０とに仕切るように、膜部材３を取り付け、第１の空間９に第１の流体５を充填し、第２の空間１０に第２の流体６を充填するようにしてもよい。
【００８０】
＜球面収差および界面の形状の乱れについて＞
図１９は、第１の流体と第２の流体との間に膜部材が設けられていない比較例の光学素子の構成を模式的に示す断面図である。図２０および図２１は、第１の空間と第２の空間との間で差圧が発生しているときの比較例の光学素子の状態を模式的に示す断面図である。図２２は、第１の流体と第２の流体との界面の形状が球面形状である比較例の光学素子における、光の屈折の状態を模式的に示す図である。図２３は、比較例の光学素子において、第１の流体と第２の流体との界面の形状が乱れている状態の一例を模式的に示す断面図である。
【００８１】
図１９において、光学素子１０１、容器１０２、第１の流体１０５、第２の流体１０６、差圧発生部１０７は、それぞれ上記光学素子１、容器２、第１の流体５、第２の流体６、差圧発生部７に相当するものである。また、空間１０８、第１の空間１０９、第２の空間１１０、第１の容器部材１１１、主面１１１ａ、反対面１１１ｂ、第２の容器部材１１２、主面１１２ａ、反対面１１２ｂ、第１の開口部１１３、第２の開口部１１４、第１の封止部材１１５、第２の封止部材１１６は、それぞれ上記空間８、第１の空間９、第２の空間１０、第１の容器部材１１、主面１１ａ、反対面１１ｂ、第２の容器部材１２、主面１２ａ、反対面１２ｂ、第１の開口部１３、第２の開口部１４、第１の封止部材１５、第２の封止部材１６に相当するものである。また、第１の圧力調整部１２１、アクチュエータ１２３、ダイアフラム１２４、空間１２５は、それぞれ上記第１の圧力調整部２１、アクチュエータ２３、ダイアフラム２４、空間２５に相当するものである。
【００８２】
ただし、比較例の光学素子１０１では、膜部材が設けられていない。すなわち、比較例の光学素子１０１では、第１の流体１０５と第２の流体１０６とが直接接しており、界面１０３が形成されている。また、比較例の光学素子１０１では、容器１０２の外部にバッファタンクが設けられておらず、バッファタンクの内部と第２の空間１１０とを連通するためのオリフィスも設けられていない。そして、第２の空間１１０の体積が減少したとき、第２の流体１０６を逃がすための空間１０８ａが、第２の空間１１０の一部として容器１０２の内部に設けられている。
【００８３】
比較例の光学素子１０１でも、例えばピエゾ素子からなるアクチュエータ１２３を上下方向（厚さ方向）に伸びるとともに左右方向（面内方向）に縮むように電圧を印加することにより、ダイアフラム１２４を上に凸の形状になるように撓ませ、第１の空間１０９の体積を減少させる。これに伴って、第２の空間１１０の圧力に対する第１の空間１０９の圧力を大きくし、第２の空間１１０に対する第１の空間１０９の差圧を正圧とすることができる。この差圧により、図２０に示されるように、第１の流体１０５と第２の流体１０６との界面１０３の形状が、上に凸の形状になるように変形する。なお、第２の流体１０６を逃がすための空間１０８ａの体積が、第１の空間１０９の圧力と第２の空間１１０の圧力とが等しいとき（図１９に示されるとき）に比べて減少する。
【００８４】
一方、例えばピエゾ素子からなるアクチュエータ１２３を上下方向（厚さ方向）に縮むとともに左右方向（面内方向）に伸びるように電圧を印加することにより、ダイアフラム１２４を下に凸の形状になるように撓ませ、第１の空間１０９の体積を増加させる。これに伴って、第２の空間１１０の圧力に対する第１の空間１０９の圧力を小さくし、第２の空間１１０に対する第１の空間１０９の差圧を負圧とすることができる。この差圧により、図２１に示されるように、第１の流体１０５と第２の流体１０６との界面１０３の形状が、下に凸の形状になるように変形する。なお、このとき、第２の流体１０６を逃がすための空間１０８ａの体積が、第１の空間１０９の圧力と第２の空間１１０の圧力とが等しいとき（図１９に示されるとき）に比べて増加する。
【００８５】
第１の流体１０５と第２の流体１０６との界面１０３の形状が、上に凸の形状になるように変形するときも、下に凸の形状になるように変形するときも、エネルギーを最小にするために、界面１０３の形状が球面形状になりやすい。これは、例えば、液体である第１の流体１０５および第２の流体１０６の表面エネルギーを最小にする形状が、単位体積当たりの表面積（比表面積）が小さい形状である球面形状であり、界面１０３の形状が球面形状から外れたときに、表面張力が働いて、界面１０３の形状を球面形状に戻そうとするためであると考えられる。
【００８６】
図２２に示されるように、界面１０３の形状が球面形状である場合、界面１０３の光軸ＯＡ１から遠い部分（周辺部）１０３ｂを透過する光の屈折角が、界面１０３の光軸ＯＡ１に近い部分（中心部）１０３ａを透過する光と同じ位置で合焦させるのに必要な屈折角よりも大きくなる。そのため、周辺部１０３ｂを透過する光の焦点位置ＦＰ２が、中心部１０３ａを透過する光の焦点位置ＦＰ１から界面１０３側にずれ、界面１０３を透過した光の結像にぼやけ等が発生することで、いわゆる球面収差が発生する。
【００８７】
一方、第１の流体１０５と第２の流体１０６との界面１０３の形状が変形するときの第１の流体１０５の移動重量および第２の流体１０６の移動重量は、固定焦点レンズを移動させる場合の移動重量に比べて少ない。また、ピエゾ素子からなるアクチュエータ１２３を撓ませるときの応答時間も短い（例えば１ｍｓｅｃ以下）。
【００８８】
しかし、比較例の光学素子１０１では、可変焦点レンズを構成するレンズ面が、第１の流体１０５と第２の流体１０６との界面１０３である。そのため、光学素子に衝撃や振動が加えられることで、第１の流体１０５および第２の流体１０６が振動し、図２３に示されるように、界面１０３の形状が乱れることがある。界面１０３の形状がいったん乱れると、第１の流体１０５および第２の流体１０６の振動が減衰して界面１０３の形状の乱れが収束するまでに、例えば３０ｍｓｅｃ程度の時間がかかることがある。その結果、比較例の光学素子１０１では、可変焦点レンズを実際に合焦させるまでの時間として、例えば３０ｍｓｅｃ程度の時間が必要である。また、既に合焦している状態であっても、光学素子に衝撃や振動が加えられることで、界面１０３の形状が乱れた後、合焦を回復させるまでに、例えば３０ｍｓｅｃ程度の時間が必要である。
【００８９】
このような衝撃や振動が加えられた場合に、界面１０３の形状が乱れやすいという問題に対しては、可変焦点レンズではなく、固定焦点レンズを機械式の移動機構により移動させることも考えられる。しかし、機械式の移動機構では、重量の大きな部材、すなわち慣性の大きな部材を動かすため、そもそも固定焦点レンズを合焦位置まで移動させるのに時間を要するという問題がある。また、固定焦点レンズを合焦位置まで移動させた後、移動の際に発生した慣性の大きな部材の振動が減衰するまでに、すなわち、実際に合焦させるまでに、通常例えば１００ｍｓｅｃ程度の時間がかかることがある。
【００９０】
さらに、比較例の光学素子１０１では、第２の空間１１０の体積が減少したとき、第２の流体１０６を逃がすための空間１０８ａが、第２の空間１１０の一部として容器１０２の内部に設けられている。そのため、衝撃や振動が加えられることで光学素子が微小角度傾斜したときなどに、その空間１０８ａの空気が、界面１０３に、または、その界面１０３近傍における第１の流体１０５中もしくは第２の流体１０６中に、気泡として入り込み、界面１０３の形状が乱れるおそれがある。
【００９１】
＜本実施の形態の主要な特徴と効果＞
図２４は、第１の流体と第２の流体との界面の形状が非球面形状である実施の形態１の光学素子における、光の屈折の状態を模式的に示す図である。
【００９２】
図１を用いて説明したように、実施の形態１の光学素子１では、容器２の内部に光が透過可能な膜部材３が設けられている。膜部材３は、容器２の内部の空間８を、第１の空間９と第２の空間１０とに仕切る。第１の空間９には第１の流体５が充填されており、第２の空間１０には第２の流体６が充填されている。膜部材３は、膜部材３の弾性率の分布が、膜部材３を透過する光の光軸ＯＡを中心とした同心円状の分布である。または、膜部材３は、膜部材３を透過する光の光軸ＯＡを中心として軸対称な形状であって、かつ、非球面形状を有する。そして、弾性率の分布を適切に設定するか、または、軸対称かつ非球面の形状を適切に設定することで、差圧発生部７により差圧を発生させたときに、膜部材３の形状を、放物面、双曲面、楕円面、および４次曲面などの高次多項式で表される曲面などからなる非球面形状のうち、任意の形状に変形させることができる。そのため、第１の流体５と第２の流体６との界面の形状が球面形状になることを抑制することができる。そして、第１の流体５と第２の流体６との界面（膜部材３）の形状が非球面形状である場合、図２４に示されるように、膜部材３の光軸ＯＡから遠い部分（周辺部）３ｂを透過する光の屈折角が、膜部材３の光軸ＯＡに近い部分（中心部）３ａを透過する光と同じ位置で合焦させるのに必要な屈折角よりも大きくなることを抑制できる。その結果、実施の形態１の光学素子１によれば、比較例の光学素子１０１に比べ、周辺部３ｂを透過する光の焦点位置が、中心部３ａを透過する光の焦点位置ＦＰからずれ、膜部材３を透過した光の結像にぼやけ等が発生すること、すなわち球面収差により光の結像にぼやけ等が発生することを抑制することができる。
【００９３】
また、実施の形態１の光学素子１では、第１の流体５と第２の流体６とは、膜部材３を介して接触しているため、光学素子１に衝撃や振動が加えられた場合でも、第１の流体５と第２の流体６との界面の形状が乱れにくい。また、膜部材３があるために、そもそも光学素子１に衝撃や振動が加えられた場合における第１の流体５と第２の流体６との界面の振動の振幅が小さい。そのため、実施の形態１の光学素子１では、比較例の光学素子１０１よりも短い時間、例えば１０ｍｓｅｃ程度の時間で、第１の流体５と第２の流体６との界面の振動が減衰し、界面の形状の乱れが収束する。その結果、実施の形態１の光学素子１では、レンズを実際に合焦させる時間が、例えば１０ｍｓｅｃ程度の時間まで短縮される。すなわち、実施の形態１の光学素子１によれば、比較例の光学素子１０１に比べ、数分の一の時間で合焦させることができ、合焦させるまでの応答速度を向上させることで、光学素子の性能を向上させることができる。
【００９４】
また、既に合焦している状態であって、光学素子に衝撃や振動が加えられた後、合焦を回復させるまでに要する時間も、例えば１０ｍｓｅｃ程度の時間まで短縮される。すなわち、実施の形態１の光学素子１によれば、比較例の光学素子１０１に比べ、数分の一の時間で合焦を回復させることができ、合焦させた後の安定性を向上させることで、光学素子の性能を向上させることができる。
【００９５】
なお、実施の形態１の光学素子１によれば、従来の固定焦点レンズを移動機構により移動させる場合に比べ、略十分の一の時間で合焦させることができる。
【００９６】
また、実施の形態１の光学素子１では、容器２の外部にバッファタンク３１が設けられており、バッファタンク３１の内部が第２の空間１０とオリフィス３２を介して連通している。これにより、膜部材３が上に凸の形状になるように撓み、第２の空間１０の体積が減少した場合でも、第２の流体６を第２の空間１０の外部へ逃がすことができる。また、オリフィス３２があるために、衝撃や振動が加えられることで光学素子が微小角度傾斜したときなどに、バッファタンク３１の内部の空気が第２の空間１０に気泡として入り込み、膜部材３の形状、すなわち、第１の流体５と第２の流体６との界面の形状が乱れることを防止することができる。
【００９７】
（実施の形態２）
＜形状検出機構＞
次に、本発明の一実施の形態である形状検出機構を、図面を参照して説明する。実施の形態２の形状検出機構は、実施の形態１の光学素子である可変焦点レンズを結像系レンズとして用いた光学式の形状検出機構である。
【００９８】
図２５は、実施の形態２の形状検出機構の構成を模式的に示す図である。
【００９９】
形状検出機構は、被検出物４１を保持するステージ４２と、ステージ４２に保持された被検出物４１の形状を検出する検出器４３とを有する。ステージ４２に保持された被検出物４１と検出器４３との間には、対物レンズ４４と結像系レンズ４５とが設けられている。検出器４３として、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラなどを用いることができる。そして、結像系レンズ４５として、実施の形態１の光学素子１を用いることができる。
【０１００】
図２５において、光学素子１（結像系レンズ４５）では、例えば第２の流体６が、第１の流体５の屈折率よりも大きい屈折率を有するものとする。そして、第２の流体６が充填されている第２の空間１０の圧力に対し、第１の流体５が充填されている第１の空間９の圧力を小さくし、第２の空間１０に対する第１の空間９の差圧を負圧とすることで、膜部材３の形状を、すなわち、第１の流体５と第２の流体６との界面の形状を、下に凸の形状になるように変形させる。そして、実施の形態１で説明したように、ピエゾ素子２３（図１参照）に印加する電圧を調整し、界面の変形量を調整することで、被検出物４１から対物レンズ４４を介して光学素子１に入射した光Ｒが検出器４３の位置で合焦するように、光学素子１の焦点距離を変更することができる。
【０１０１】
あるいは、光学素子１（結像系レンズ４５）については、光学素子１の上下配置が図２５に示した上下配置と逆になるように、配置してもよい。このとき、例えば第１の流体５が、第２の流体６の屈折率よりも大きい屈折率を有するものとする。そして、第２の流体６が充填されている第２の空間１０の圧力に対し、第１の流体５が充填されている第１の空間９の圧力を大きくし、第２の空間１０に対する第１の空間９の差圧を正圧とすることで、膜部材３の形状を、すなわち、第１の流体５と第２の流体６との界面の形状を、下に凸の形状（図１に示した上下配置において上に凸の形状）になるように変形させることができる。
【０１０２】
＜形状検査装置＞
次に、本発明の一実施の形態である形状検査装置を、図面を参照して説明する。本実施の形態の形状検査装置は、前述の形状検出機構を組み込んだ形状検査装置であって、液晶やプラズマなどのＦＰＤの表示基板の周辺に、駆動ＩＣの搭載、ＣＯＦ、ＦＰＣなどのいわゆるＴＡＢの接続、および、周辺基板の実装を行うための表示基板モジュール組立ラインに組み込まれたものである。以下では、表示基板に異方性導電フィルム（ＡＣＦ）を貼付けた後、ＡＣＦの貼付け状態を検査する検査ユニットが組み込まれた表示基板モジュール組立ラインを例示して説明する。
【０１０３】
図２６は、実施の形態２の形状検査装置である検査ユニットが組み込まれた表示基板モジュール組立ラインの構成を模式的に示す図である。
【０１０４】
表示基板モジュール組立ライン５１は、搬送装置５２によって、図２６中左から右に向かって（Ｘ方向に）表示基板Ｐを順次搬送しながら、表示基板Ｐの周辺部に各種処理作業を行って、ＩＣやＴＡＢなどの実装組立作業を行う装置である。搬送装置５２として、例えば表示基板Ｐが搭載された基板搬送部材５２ａを、ガイドレール５２ｂ上に沿って搬送するように構成されたものを用いることができる。
【０１０５】
表示基板モジュール組立ライン５１は、（１）表示基板Ｐの端部のＴＡＢ貼付け部を清掃する端子クリーニング工程、（２）清掃後の表示基板Ｐの端部に異方性導電フィルム（ＡＣＦ）を貼付けるＡＣＦ工程、（３）貼付けたＡＣＦの貼付け状態を検査するＡＣＦ検査工程、（４）ＡＣＦを貼付けた位置の基板配線にＴＡＢやＩＣを位置決めして搭載する搭載工程、（５）搭載したＴＡＢやＩＣを加熱圧着し、ＡＣＦにより固定する圧着工程を順次行い、さらに基板辺の最後、または全ての処理辺が終了した後に周辺基板であるＰＣＢ基板を実装する処理作業を行うように構成されている。
【０１０６】
表示基板モジュール組立ライン５１には、図２６中左から右に向かって（Ｘ方向に）、端子クリーニング処理作業装置５４、ＡＣＦ貼付処理作業装置５５、ＴＡＢ/ＩＣ搭載処理作業装置５６および本圧着処理作業装置５７が設けられている。また、ＡＣＦ貼付処理作業装置５５とＴＡＢ/ＩＣ搭載処理作業装置５６の間には、ＡＣＦ貼付状態検査ユニット５８が設けられている。端子クリーニング処理作業装置５４では、表示基板Ｐの端部のＴＡＢ貼付け部を清掃する。ＡＣＦ貼付処理作業装置５５では、清掃後の表示基板Ｐの端部に異方性導電フィルム（ＡＣＦ）を貼付ける。ＴＡＢ/ＩＣ搭載処理作業装置５６では、ＡＣＦを貼付けた位置の基板配線にＴＡＢやＩＣを位置決めして搭載する。本圧着処理作業装置５７では、搭載したＴＡＢやＩＣを加熱圧着する。ＡＣＦ貼付状態検査ユニット５８では、貼付けたＡＣＦの貼付け状態を検査する。なお、図２６では、ＰＣＢ基板実装処理作業装置の図示を省略している。
【０１０７】
次に、ＡＣＦ貼付状態検査ユニット５８について説明する。
【０１０８】
図２７は、実施の形態２の表示基板モジュール組立ラインのうち、ＡＣＦ貼付状態検査ユニットを中心とする要部を模式的に示す図である。図２７では、図２６に示す表示基板モジュール組立ライン５１のうち、ＡＣＦ貼付処理作業装置５５、ＡＣＦ貼付状態検査ユニット５８および搬送装置５２を示す。また図２７では、表示基板モジュール組立ライン５１全体を制御する統括制御部５９、ラインの状態等を表示するモニタ６０ａおよびコンピュータ６０ｂも示す。
【０１０９】
図２６および図２７に示されるように、ＡＣＦ貼付処理作業装置５５は、４台のＡＣＦ貼付処理作業ユニット５５ａ〜５５ｄを有している。ＡＣＦ貼付状態検査ユニット５８は、４台のうち下流のユニット装置５５ｄと、ＴＡＢ/ＩＣ搭載処理作業装置５６との間に設けられ、表示基板Ｐを次のＴＡＢ/ＩＣ搭載処理作業装置５６に搬送中に、前段の４台のＡＣＦ貼付処理作業ユニット５５ａ〜５５ｄで貼付けたＡＣＦを撮像し検査する。また、搬送装置５２は、統括制御部５９に制御され、基板搬送部材５２ａを駆動する駆動ユニット５２ｃや表示基板Ｐを位置認識するためのリニアエンコーダ５２ｄを有する。
【０１１０】
ＡＣＦ貼付状態検査ユニット５８は、ＡＣＦ貼付部を撮像するための照明手段６１および撮像手段６２、ＡＣＦ貼付処理作業装置５５の装置制御部７０からの指示を受けて撮像タイミング等の制御、撮像した画像信号を処理する画像処理部６３、ならびに、ＡＣＦ貼付結果等を表示する表示部６４を有する。
【０１１１】
図２８は、図２７に示す構成のうち検査に必要な主要部分および検査対象である表示基板を示した図である。図２８に示されるように、照明手段６１は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）６１ａ、集光レンズ６１ｂおよびＬＥＤ電源６１ｃからなり、撮像手段６２は、ラインセンサカメラ６２ａ、対物レンズ６２ｂおよび結像系レンズ６２ｃからなる。
【０１１２】
本実施の形態では、撮像手段６２として、前述した形状検出機構を用いることができる。すなわち、ラインセンサカメラ６２ａ、対物レンズ６２ｂ、結像系レンズ６２ｃとして、前述した形状検出機構の検出器４３、対物レンズ４４、結像系レンズ４５を、それぞれ用いることができる。すなわち、結像系レンズ６２ｃとして、実施の形態１の光学素子１を用いることができる。
【０１１３】
また、本実施の形態では、結像系レンズ６２ｃとともに、結像系レンズ６２ｃ自体の高さ位置を変更する高さ位置変更機構６５を設けてもよい。これにより、被検出物の高さが被検出物ごとに大きく異なる場合でも、結像系レンズ６２ｃに入射した光を、それぞれの被検出物の高さに応じて、ラインセンサカメラ６２ａの位置で精度よく合焦させることができる。図２８では、結像系レンズ６２ｃとともに高さ位置変更機構６５を合わせて設けた例を示している。
【０１１４】
さらに、被検出物の高さが被検出物ごとに異なることが分かっている場合には、例えばＡＣＦ貼付処理作業装置５５を制御する装置制御部７０に、予め、被検出物ごとの高さデータを入力しておく。そして、直前の被検出物の検出が終了した後、当該被検出物の検出が始まる前に、まず、装置制御部７０からの指示を受けて高さ位置変更機構６５を駆動させ、結像系レンズ６２ｃの高さ位置を変更することで、結像系レンズ６２ｃに入射した光を、ラインセンサカメラ６２ａの位置に近い位置で合焦させる。次いで、当該被検出物の検出の直前に、膜部材３の形状を変形させ、光学素子１の焦点距離を変更することで、結像系レンズ６２ｃに入射した光を、ラインセンサカメラ６２ａの位置で合焦させる。これにより、被検出物の高さが被検出物ごとに大きく異なる場合でも、結像系レンズ６２ｃに入射した光を、それぞれの被検出物の高さに応じて、ラインセンサカメラ６２ａの位置で精度よく合焦させることができ、かつ、検査速度を向上させることができる。
【０１１５】
図２９は、実施の形態２の形状検査装置において様々なＡＣＦ貼付け状態を効率よく検査できる方法を説明する図である。なお、図２８および図２９では、表示基板Ｐの搬送中にＡＣＦ貼付け状態を検査するための撮像領域をＳＨとして示す。
【０１１６】
本実施の形態のＡＣＦ貼付状態検査は、ＡＣＦが存在しなければいけない領域（判定エリア７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｅ）を各ＡＣＦの貼付位置に設け、例えばその判定エリアの外周部（４辺）上の画素のみで処理を行うものとすることができる。図２９において、判定エリア７１ａのＡＣＦ７３ａは、検査で合格となる例を示している。また、判定エリア７１ｂおよび７１ｃにおけるＡＣＦ７３ｂおよび７３ｃは、検査で不合格となる例を示している。さらに、判定エリア７１ｅにはＡＣＦがないため、検査で不合格となる例を示している。判定エリアは、合格であるＡＣＦ７３ａを含む領域である７１ａに示されるように、ＡＣＦ貼付位置より貼付誤差分を引いた内側の領域とする。なお、７４ａ、７４ｂ、７４ｃおよび７４ｅは、判定エリア７１ａ、７１ｂ、７１ｃおよび７１ｅのそれぞれにおける表示基板Ｐのリードを示す。また、７５は、基板アライメントマーク（基板マーク）を示す。
【０１１７】
図３０は、ＡＣＦ貼付状態検査の検査動作を示す処理フロー図である。
【０１１８】
まず、ＡＣＦ貼付処理作業装置５５でＡＣＦ貼付処理作業が終了したことを検知し、表示基板Ｐを次のＴＡＢ/ＩＣ搭載処理作業装置５６に搬送し、その搬送中に、ＡＣＦ貼付状態検査ユニット５８により、図２８および図２９に示す撮像領域ＳＨの画像を取得する（ステップＳ１１）。次に、その取込画像から、表示基板Ｐに形成された基板アライメントマーク（基板マーク）７５を検出する（ステップＳ１２）。次に、両端の基板マーク７５間の長さの基準値と、取込みデータに基づき算出された基板マーク７５間の長さの算出値とに基づいて、画像の伸縮の補正と、アライメントによる表示基板Ｐの角度補正とを行う（ステップＳ１３）。また、作業内容と画像処理で得られた基板マーク７５に基づいて、判定エリア７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｅを設定する（ステップＳ１４）。次に、ＡＣＦ貼付け状態を判定する（ステップＳ１５）。その後、判定結果、取込画像データ等を統括制御部５９に転送する（ステップＳ１６）。
【０１１９】
ステップＳ１５では、例えば、判定エリアの外周部上の輝度値を判定閾値Ｓｖと順次比較し、全外周部の輝度値が判定閾値Ｓｖより低いときは、図２９のＡＣＦ７３ａのように、ＡＣＦは正常な位置に正常な状態で貼付けられたことになるため、合格と判定することができる。一方、全外周部の輝度値のうちいずれかが判定閾値Ｓｖより高いときは、不合格と判定することができる。
【０１２０】
本実施の形態では、撮像手段６２の結像系レンズ６２ｃとして、実施の形態１の光学素子１を用いることができる。光学素子１の膜部材３は、膜部材３の弾性率の分布が同心円状の分布であるか、または、軸対称な形状であって、かつ、非球面形状を有するものであり、結像系レンズ６２ｃの結像に球面収差によりぼやけ等が発生することを抑制することができる。また、光学素子１は、結像系レンズ６２ｃに衝撃や振動が加えられた場合でも、従来に比べ、数分の一の時間で合焦を回復させることができ、合焦させた後の安定性を向上させることで、結像系レンズ６２ｃの性能を向上させることができる。したがって、表示基板モジュール組立ライン５１においてＡＣＦ貼付状態検査を行う際に、結像系レンズ６２ｃの結像に球面収差によりぼやけ等が発生することを抑制できるとともに、結像系レンズ６２ｃに衝撃や振動が加えられた後、合焦を回復させるまでに要する時間を短縮することができ、ＡＣＦ貼付状態検査の検査精度および検査速度を向上させることができる。また、表示基板モジュール組立ライン５１においてＡＣＦ貼付状態検査を行う際に、短時間でより精度良く基板アライメントマーク(基板マーク)７５を検出することができ、ＡＣＦ貼付状態検査の検査精度を向上させることができる。
【０１２１】
また、光学素子１とともに高さ位置変更機構６５を設けた場合には、被検出物の高さが被検出物ごとに大きく異なる場合でも、結像系レンズ６２ｃに入射した光を、それぞれの被検出物の高さに応じて、ラインセンサカメラ６２ａの位置で精度よく合焦させることができる。
【０１２２】
なお、実施の形態２では、実施の形態１の光学素子１を組み込んだ形状検査装置を、表示基板にＡＣＦを貼付けた後、ＡＣＦの貼付け状態を検査する工程に適用する場合について説明した。しかし、表示基板に代え、ＣＯＦやＦＰＣなどのいわゆるＴＡＢなどにＡＣＦを貼付けた後、ＡＣＦの貼付け状態を検査する工程にも、実施の形態２を適用でき、同様の効果を得ることができる。
【０１２３】
（実施の形態３）
実施の形態２では、実施の形態１の光学素子１を組み込んだ形状検査装置が、ＡＣＦの貼付け状態を検査するものであった。しかし、実施の形態１の光学素子１を組み込んだ形状検査装置が、半導体集積回路製造用マスクなどに形成されたパターンを相互に比較し、欠陥検出を行うものであってもよい。
【０１２４】
＜形状検査装置＞
次に、本発明の一実施の形態である形状検査装置を、図面を参照して説明する。本実施の形態の形状検査装置は、実施の形態２で説明した形状検出機構と同様の形状検出機構を組み込んだ形状検査装置であって、プリント基板、プリント基板製造用マスク、半導体集積回路ウェハまたは半導体集積回路製造用マスクなどに形成されたパターンを高速で検査するパターン検査装置である。以下では、半導体集積回路製造用マスク（フォトマスク）の外観検査を実施する際に、フォトマスク上の検査対象パターンを撮像して得られる画像信号と、基準パターンデータとを比較しながら欠陥判定処理を行うパターン検査装置を例示して説明する。
【０１２５】
図３１は、実施の形態３の形状検査装置であるパターン検査装置のブロック図である。図３２および図３３は、実施の形態３の形状検査装置であるパターン検査装置の２次元パターン走査の説明図である。図３４は、実施の形態３の形状検査装置であるパターン検査装置の欠陥候補検出部のブロック図である。
【０１２６】
図３１に示されるように、パターン検査装置は被検査マスク８１を検査するためのものである。パターン検査装置には、ＸＹステージ８２ａ、機構制御装置８２ｂ、座標測定器８２ｃが設けられている。上記ＸＹステージ８２ａから座標測定器８２ｃは、被検査マスク８１を走査する走査部を構成する。また、パターン検査装置には、照明光源８３ａ、コンデンサレンズ８３ｂ、顕微鏡８３ｃ、撮像器８４ａ、Ａ／Ｄ変換器８４ｂ、タイミング回路８４ｃが設けられている。上記した照明光源８３ａからタイミング回路８４ｃは、被検査マスク８１上の検査対象パターンを撮像する撮像部を構成する。さらに、パターン検査装置には、欠陥候補検出部８５が設けられている。
【０１２７】
また、パターン検査装置には、ビットパターン発生器８６、メモリインターフェース８７、基準データメモリ８８が設けられている。上記ビットパターン発生器８６から基準データメモリ８８は、基準パターンデータを発生させる基準パターンデータ発生部を構成する。さらに、パターン検査装置には、制御処理部８９が設けられている。
【０１２８】
本実施の形態では、撮像部の一部に、実施の形態２で前述した形状検出機構を用いることができる。すなわち、撮像器８４ａとして、前述した形状検出機構の検出器４３を用いることができ、顕微鏡８３ｃとして、前述した形状検出機構の対物レンズ４４および結像系レンズ４５を用いることができる。このうち、結像系レンズ４５として、実施の形態１の光学素子１を用いることができる。
【０１２９】
上記のように構成されたパターン検査装置では、まず、ＸＹステージ８２ａに搭載した被検査マスク８１を照明光源８３ａ、コンデンサレンズ８３ｂによって透過照明し、この時に得られる被検査マスク８１上のパターン像を顕微鏡８３ｃで拡大し、このパターン像（光学像）を撮像器８４ａで検出し、電気的な映像信号に変換する。
【０１３０】
一方、基準となるパターン信号（基準パターン信号）は、基準データメモリ（例えば磁気テープ装置）８８に記録された基準データが、メモリインターフェース８７を介してビットパターン発生器８６により発生する。この基準パターン信号と、上記撮像器８４ａからの映像信号とが、欠陥候補検出部８５において比較され、欠陥判定処理が行われる。
【０１３１】
被検査マスク８１は、一般に、図３２に示されるように、ガラス１３０にチップ（ダイとも称される集積回路１個）の機能パターン１３１が多数繰り返してＸ、Ｙ方向に整列配置されている。この被検査マスク８１を搭載したＸＹステージ８２ａは、あらかじめ設定入力されたデータにもとづき機構制御装置８２ｂによって駆動され、被検査マスク８１の全面を走査するように制御される。また、図３３に示されるように、ＩＣ（集積回路）チップのパターン１３１ａ、１３１ｂは、同一形状パターンがくり返されたものである。そして、パターン１３１ａ、１３１ｂを撮像器８４ａに対して１回の検査幅（センサ幅）ＬでＸ方向に走査し、マスクパターンの有効部分１３２の終端に達すると、撮像器８４ａに対してＹ方向へ１走査線分だけ移動し、次に再び撮像器８４ａに対して−Ｘ方向に移動走査する動作をくり返すことによってマスク全面の２次元パターン走査を行う。なお、図３３のＡ、Ｂで示されるのは、チップとしての有効部分であり、図３３のＣで示されるのは、ダイシングエリアである。
【０１３２】
次に、図３４に基づいて、欠陥候補検出部８５の構成動作を説明する。
【０１３３】
撮像器８４ａ（図３１参照）により検出された被検査マスク８１のパターンのアナログ撮像信号は、Ａ／Ｄ変換器８４ｂによってデジタル信号に変換され、検出パターン映像信号となる。そして、この検出パターン映像信号は、ＸＹ平面上の２次元的な出力位置を制御処理部８９からの指令によって可変とした位置補正回路９０を通ってマルチプレクサ９４に入力されるとともに、バッファメモリ９２（＃１〜＃ｍ）にも順次入力される。バッファメモリ９２は、一定時間内の画像データを一時的にプールするためのシフトレジスタから構成されたメモリであり、位置ずれ補正機能を有するものである。この位置ずれ補正機能付の各バッファメモリ９２からの出力は、マルチプレクサ９４へ入力される。
【０１３４】
マルチプレクサ９４では、位置補正回路９０からの入力または上記バッファメモリ９２からの入力のいずれかが選択され、選択された入力が検出画像データＶＤとして欠陥検出回路９８へ出力される。また、検出画像データＶＤは、欠陥検出回路９８へ入力されるとともに、解析メモリ９６にも入力され、欠陥候補画像データとして解析メモリ９６において記憶され、後に制御処理部８９により読み取られ、内容解析が可能なようになっている。
【０１３５】
一方、ビットパターン発生器８６（図３１参照）で発生した基準パターン信号は、位置補正回路９１を通ってマルチプレクサ９５に入力されるとともに、バッファメモリ９３（＃１〜＃ｍ）にも順次入力される。バッファメモリ９３は、バッファメモリ９２と同様に、位置ずれ補正機能を有するものである。この位置ずれ補正機能付の各バッファメモリ９３からの出力は、マルチプレクサ９５へ入力される。
【０１３６】
マルチプレクサ９５では、位置補正回路９１からの入力または上記バッファメモリ９３からの入力のいずれかが選択され、選択された入力が標準画像データＶＲとして欠陥検出回路９８へ出力される。また、標準画像データＶＲは、欠陥検出回路９８へ入力されるとともに、解析メモリ９７にも入力されて記憶され、後に制御処理部８９により読み取られ、内容解析が可能なようになっている。
【０１３７】
検出画像データＶＤおよび標準画像データＶＲは、欠陥検出回路９８に含まれる図示しない不一致検出器で比較され、検出画像データＶＤおよび標準画像データＶＲの不一致が真の欠陥によるものであるときに、欠陥検出回路９８から欠陥検出信号Ｄが出力されるようになっている。欠陥検出回路９８から出力された欠陥候補信号Ｄは、制御処理部８９に対して割込コントローラ９９を介して割込をかけ、これに対応して制御処理部８９は、解析メモリ９６、９７への画像信号入力を停止させる。続いて、解析メモリ９６に保存されている欠陥候補画像を含む検出画像データＶＤと、解析メモリ９７に保存されている標準画像データＶＲとを比較し、詳細解析を行う。例えば、位置合わせの不良などに起因する疑似欠陥は、この詳細解析によって除去され、真の欠陥のみが制御処理部８９のメモリ内に登録記録される。すなわち、位置合わせを検査中に行いながら欠陥候補判定を行うことで、欠陥候補判定器の構造を簡単なものにすることができる。更に、真の欠陥か、擬似欠陥かを判定できるため、誤判定の割合を減少させることができる。
【０１３８】
本実施の形態では、結像系レンズとして実施の形態１の光学素子１を用いているため、結像系レンズとして前述した比較例の光学素子１０１を用いた場合に比べ、結像系レンズの結像に球面収差によりぼやけ等が発生することを抑制でき、撮像器８４ａで被検査マスク８１のパターンのアナログ撮像信号を検出する際の合焦の位置精度を向上させることができる。そして、結像系レンズとして前述した比較例の光学素子１０１を用いた場合に比べ、数分の一の時間で合焦させることができ、撮像器８４ａで被検査マスク８１のパターンのアナログ撮像信号を検出する際の合焦の応答速度を向上させることができる。また、結像系レンズとして前述した比較例の光学素子１０１を用いた場合に比べ、結像系レンズに衝撃や振動が加えられた後、数分の一の時間で合焦を回復させることができ、撮像器８４ａで被検査マスク８１のパターンのアナログ撮像信号を検出する際の合焦の安定性を向上させることができる。さらに、結像系レンズとして従来の固定焦点レンズを移動機構により移動させる方法を用いた場合に比べ、略十分の一の時間で合焦させることができ、撮像器８４ａで被検査マスク８１のパターンのアナログ撮像信号を検出する際の合焦の応答速度を向上させることができる。
【０１３９】
実施の形態３では、実施の形態１の光学素子１を組み込んだ形状検査装置を、半導体集積回路製造用マスク上のチップパターンの形状を検査する工程に適用する場合について説明した。しかし、プリント基板、プリント基板製造用マスク、半導体集積回路ウェハなどを検査するための形状検査装置にも、実施の形態３を適用でき、同様の効果を得ることができる。
【０１４０】
さらに、実施の形態１の光学素子１を組み込んだ形状検査装置を、半導体装置を含む各種の電子部品の製品の形状を検査するための形状検査装置に適用することができる。あるいは、実施の形態１の光学素子１を組み込んだ形状検査装置を、例えばフォトリソグラフィ技術によりフォトレジストパターンを形成する際に、半導体基板上に形成されたフォトレジスト層をパターン露光する露光装置に組み込み、半導体基板のアライメントマークを検出して位置合わせする位置合わせ機構の一部として用いることもできる。
【０１４１】
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１４２】
本発明は、光学素子およびその製造方法に適用して有効である。
【符号の説明】
【０１４３】
１ 光学素子
２ 容器
３、３ｅ 膜部材
３ａ 中心部
３ｂ 周辺部
３ｃ 母材
３ｄ 調整部材
３ｆ 型部材
３ｇ 基材
４ 周辺部
５ 第１の流体
６ 第２の流体
７ 差圧発生部
８ 空間
９ 第１の空間
１０ 第２の空間
１１ 第１の容器部材
１１ａ、１２ａ 主面
１１ｂ、１２ｂ 反対面
１２ 第２の容器部材
１３ 第１の開口部
１４ 第２の開口部
１５ 第１の封止部材
１６ 第２の封止部材
２１ 第１の圧力調整部
２３ アクチュエータ（ピエゾ素子）
２４ ダイアフラム
２５ 空間
３１ バッファタンク
３２ オリフィス
３２ａ、３２ｂ 端部
３２ｃ 端面
３２ｄ オリフィス管
３３ 第２の圧力調整部
３４ 細孔
４１ 被検出物
４２ ステージ
４３ 検出器
４４ 対物レンズ
４５ 結像系レンズ
５１ 表示基板モジュール組立ライン
５２ 搬送装置
５２ａ 基板搬送部材
５２ｂ ガイドレール
５２ｃ 駆動ユニット
５２ｄ リニアエンコーダ
５４ 端子クリーニング処理作業装置
５５ ＡＣＦ貼付処理作業装置
５５ａ〜５５ｄ ＡＣＦ貼付処理作業ユニット
５６ ＴＡＢ/ＩＣ搭載処理作業装置
５７ 本圧着処理作業装置
５８ ＡＣＦ貼付状態検査ユニット
５９ 統括制御部
６０ａ モニタ
６０ｂ コンピュータ
６１ 照明手段
６１ａ ＬＥＤ
６１ｂ 集光レンズ
６１ｃ ＬＥＤ電源
６２ 撮像手段
６２ａ ラインセンサカメラ
６２ｂ 対物レンズ
６２ｃ 結像系レンズ
６３ 画像処理部
６４ 表示部
６５ 高さ位置変更機構
７０ 装置制御部
７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｅ 判定エリア
７３ａ、７３ｂ、７３ｃ ＡＣＦ
７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７４ｅ リード
７５ 基板マーク（基板アライメントマーク）
８１ 被検査マスク
８２ａ ＸＹステージ
８２ｂ 機構制御装置
８２ｃ 座標測定器
８３ａ 照明光源
８３ｂ コンデンサレンズ
８３ｃ 顕微鏡
８４ａ 撮像器
８４ｂ Ａ／Ｄ変換器
８４ｃ タイミング回路
８５ 欠陥候補検出部
８６ ビットパターン発生器
８７ メモリインターフェース
８８ 基準データメモリ
８９ 制御処理部
９０、９１ 位置補正回路
９２、９３ バッファメモリ
９４、９５ マルチプレクサ
９６、９７ 解析メモリ
９８ 欠陥検出回路
９９ 割込コントローラ
１３０ ガラス
１３１ 機能パターン
１３１ａ、１３１ｂ パターン
１３２ 有効部分
Ｄ 欠陥候補信号
ＦＰ、ＦＰ１、ＦＰ２ 焦点位置
ＯＡ、ＯＡ１ 光軸
Ｐ 表示基板
ＳＨ 撮像領域
Ｓｖ 判定閾値
ＶＤ 検出画像データ
ＶＲ 標準画像データ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子およびその製造方法に関し、特に、可変焦点レンズからなる光学素子およびその製造方法に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶やプラズマなどのＦＰＤ（Flat Panel Display）の製造工程では、表示基板の周辺に、駆動ＩＣ（Integrated Circuit）の搭載、ＣＯＦ（Chip On Film）、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）などのいわゆるＴＡＢ（Tape Automated Rounding）の接続、および、周辺基板（ＰＣＢ；Printed Circuit Board）の実装を行う複数の処理作業工程が順次行われる。このような複数の処理作業工程に伴って、表示基板の形状を検出する各種の形状検出工程が行われる。例えば、表示基板に異方性導電フィルム（ＡＣＦ；Anisotropic Conductive Film）を貼付けるＡＣＦ工程が行われた後、ＡＣＦの貼付け状態を検査するために、基板アライメントマークの形状を検出して位置合わせする形状検出工程が行われる。
【０００３】
あるいは、パターン検査装置により、プリント基板、プリント基板製造用マスク、半導体集積回路ウェハまたは半導体集積回路製造用マスクなどに形成されたパターンを高速で検査する検査工程が行われる。このような検査工程では、例えば半導体集積回路製造用のフォトマスクの外観検査を実施する際に、フォトマスク上の検査対象パターンを撮像して得られる画像信号と、基準パターンデータとを比較しながら欠陥判定処理を行う形状検出工程が行われる。
【０００４】
このような形状検出工程では、光学式の形状検出機構が用いられている。形状検出機構は、ステージ上に被検出物を保持し、保持された被検出物の形状を検出器により検出する。被検出物と検出器との間には、対物レンズと結像系レンズが設けられている。
【０００５】
そして、光学式の形状検出機構では、被検出物の高さ位置の変動に対応するため、例えば結像系レンズの位置を移動させることで合焦させる。このため、光学式の形状検出機構では、結像系レンズの位置を機械的に移動させるための機械式の移動機構などが不可欠となる。このような機械式の移動機構では、重量の大きな部材、すなわち慣性の大きな部材を動かすために、合焦点形成までに時間を要するという問題がある。
【０００６】
一方、２種類の屈折率の異なる液体を、分離させた状態で微小な穴部に充填し、一方の液体の圧力を変化させ、２種類の液体の間の界面が球面状に撓むように変形させることで、レンズ効果を得るという、可変焦点レンズからなる光学素子についての技術がある。可変焦点レンズからなる光学素子として、例えば以下のような技術が知られている。
【０００７】
特開２００８−１５２０９０号公報（特許文献１）には、水と油のように不混和な第１の流体および第２の流体を筐体に封入し、第１の流体と第２の流体とにより規定される界面の形状を変化させることで、焦点距離を変える可変焦点レンズからなる光学素子の技術が記載されている。
【０００８】
特開平６−３０８３０３号公報（特許文献２）には、２枚の透明弾性膜の間に透明液体を封入し、液体の圧力を制御して２枚の透明弾性膜の曲率を変化させることで、焦点距離を変える可変焦点レンズからなる光学素子の技術が記載されている。
【０００９】
液体などの流体の圧力を変化させる場合、結像系レンズの位置を機械式の移動機構により移動させる場合に比べて高速な応答が可能であるため、可変焦点レンズからなる光学素子では、合焦点形成までの時間を短くすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−１５２０９０号公報
【特許文献２】特開平６−３０８３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明者の検討によれば、次のことが分かった。
【００１２】
第１の流体と第２の流体との界面の形状は、例えば親水性の差、または、比重の差などの物理的又は化学的な特性の差により規定されているだけである。そのため、本発明者による調査の結果、第１の流体と第２の流体との界面の形状が球面状の形状（球面形状）になりやすいことが分かった。
【００１３】
界面の形状が球面形状になると、界面の光軸から遠い部分（周辺部）を透過する光の焦点位置が、界面の光軸に近い部分（中心部）を透過する光の焦点位置からずれ、界面を透過した光の結像にぼやけ等が発生することで、いわゆる球面収差が発生する。
【００１４】
また、特許文献２に記載された、研削加工等により膜厚分布を持たせることで透明弾性膜の変形形状を非球面状の形状（非球面形状）に制御する方法では、第１の流体と第２の流体との界面の形状を非球面形状に制御することはできない。このように、第１の流体と第２の流体の界面をレンズ表面とする可変焦点レンズからなる光学素子における球面収差を抑制することができず、光学素子の性能が低下するおそれがある。
【００１５】
本発明の目的は、光学素子の性能を向上させることができる技術を提供することにある。
【００１６】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１８】
代表的な実施の形態による光学素子は、透過する光の焦点距離が変更可能な可変焦点レンズである。光学素子は、内部に空間が形成された容器を有する。容器には、容器の内部の空間を第１の空間と第２の空間とに仕切る、光が透過可能な膜部材が設けられている。第１の空間には、第１の媒質が充填されている。第２の空間には、第１の媒質の屈折率と異なる屈折率を有する第２の媒質が充填されている。また、光学素子は、第１の空間と第２の空間との間で、差圧を発生させる差圧発生部を有する。差圧発生部が発生させた差圧により膜部材を撓ませることで、膜部材を透過する光の焦点距離が変更可能である。そして、膜部材の弾性率の分布が、膜部材を透過する光の光軸を中心とした同心円状の分布である。
【００１９】
また、代表的な実施の形態による光学素子の製造方法は、透過する光の焦点距離が変更可能な可変焦点レンズからなる光学素子の製造方法である。光学素子は、内部に空間が形成された容器を有する。容器には、容器の内部の空間を第１の空間と第２の空間とに仕切る、光が透過可能な膜部材が設けられている。第１の空間には、第１の媒質が充填されている。第２の空間には、第１の媒質の屈折率と異なる屈折率を有する第２の媒質が充填されている。また、光学素子は、第１の空間と第２の空間との間で、差圧を発生させる差圧発生部を有する。差圧発生部が発生させた差圧により膜部材を撓ませることで、膜部材を透過する光の焦点距離が変更可能である。このような光学素子の製造方法では、内部に空間が形成された容器を準備する。また、光が透過可能な膜部材を準備する。次に、容器の内部の空間を第１の空間と第２の空間とに仕切るように、容器に膜部材を取り付け、第１の空間に第１の媒質を充填し、第２の空間に第２の媒質を充填する。そして、膜部材の弾性率の分布が、膜部材を透過する光の光軸を中心とした同心円状の分布である。
【００２０】
また、代表的な実施の形態による光学素子の製造方法は、透過する光の焦点距離が変更可能な可変焦点レンズからなる光学素子の製造方法である。光学素子は、内部に空間が形成された容器を有する。容器には、容器の内部の空間を第１の空間と第２の空間とに仕切る、光が透過可能な膜部材が設けられている。第１の空間には、第１の媒質が充填されている。第２の空間には、第１の媒質の屈折率と異なる屈折率を有する第２の媒質が充填されている。また、光学素子は、第１の空間と第２の空間との間で、差圧を発生させる差圧発生部を有する。差圧発生部が発生させた差圧により膜部材を撓ませることで、膜部材を透過する光の焦点距離が変更可能である。このような光学素子の製造方法では、内部に空間が形成された容器を準備する。また、光が透過可能な膜部材を準備する。次に、容器の内部の空間を第１の空間と第２の空間とに仕切るように、容器に膜部材を取り付け、第１の空間に第１の媒質を充填し、第２の空間に第２の媒質を充填する。そして、膜部材は、膜部材を透過する光の光軸を中心として軸対称な形状であって、かつ、非球面形状を有する。
【発明の効果】
【００２１】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００２２】
代表的な実施の形態によれば、光学素子の性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施の形態１の光学素子の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】実施の形態１の光学素子の膜部材の状態を模式的に示す拡大断面図である。
【図３】実施の形態１の光学素子の膜部材の状態を模式的に示す拡大断面図である。
【図４】実施の形態１の光学素子の膜部材の弾性率の分布の状態を模式的に示す拡大上面図である。
【図５】実施の形態１の光学素子の膜部材が撓んだ状態を模式的に示す拡大断面図である。
【図６】実施の形態１の光学素子の膜部材の構成を模式的に示す拡大断面図である。
【図７】第１の空間と第２の空間との間で差圧が発生しているときの実施の形態１の光学素子の状態を模式的に示す断面図である。
【図８】第１の空間と第２の空間との間で差圧が発生しているときの実施の形態１の光学素子の状態を模式的に示す断面図である。
【図９】実施の形態１の光学素子の製造工程の一部を示す製造プロセスフロー図である。
【図１０】膜部材の準備工程の一例を説明するための図である。
【図１１】実施の形態１の光学素子の製造工程中の断面図である。
【図１２】実施の形態１の光学素子の製造工程中の断面図である。
【図１３】実施の形態１の光学素子の製造工程中の断面図である。
【図１４】実施の形態１の光学素子の製造工程中の断面図である。
【図１５】実施の形態１の光学素子の製造工程中の断面図である。
【図１６】実施の形態１の光学素子の製造工程中の断面図である。
【図１７】実施の形態１の光学素子の製造工程中の断面図である。
【図１８】実施の形態１の光学素子の製造工程中の断面図である。
【図１９】第１の流体と第２の流体との間に膜部材が設けられていない比較例の光学素子の構成を模式的に示す断面図である。
【図２０】第１の空間と第２の空間との間で差圧が発生しているときの比較例の光学素子の状態を模式的に示す断面図である。
【図２１】第１の空間と第２の空間との間で差圧が発生しているときの比較例の光学素子の状態を模式的に示す断面図である。
【図２２】第１の流体と第２の流体との界面の形状が球面形状である比較例の光学素子における、光の屈折の状態を模式的に示す図である。
【図２３】比較例の光学素子において、第１の流体と第２の流体との界面の形状が乱れている状態の一例を模式的に示す断面図である。
【図２４】第１の流体と第２の流体との界面の形状が非球面形状である実施の形態１の光学素子における、光の屈折の状態を模式的に示す図である。
【図２５】実施の形態２の形状検出機構の構成を模式的に示す図である。
【図２６】実施の形態２の形状検査装置である検査ユニットが組み込まれた表示基板モジュール組立ラインの構成を模式的に示す図である。
【図２７】実施の形態２の表示基板モジュール組立ラインのうち、ＡＣＦ貼付状態検査ユニットを中心とする要部を模式的に示す図である。
【図２８】図２７に示す構成のうち検査に必要な主要部分および検査対象である表示基板を示した図である。
【図２９】実施の形態２の形状検査装置において様々なＡＣＦ貼付け状態を効率よく検査できる方法を説明する図である。
【図３０】ＡＣＦ貼付状態検査の検査動作を示す処理フロー図である。
【図３１】実施の形態３の形状検査装置であるパターン検査装置のブロック図である。
【図３２】実施の形態３の形状検査装置であるパターン検査装置の２次元パターン走査の説明図である。
【図３３】実施の形態３の形状検査装置であるパターン検査装置の２次元パターン走査の説明図である。
【図３４】実施の形態３の形状検査装置であるパターン検査装置の欠陥候補検出部のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
【００２６】
また、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。
【００２７】
（実施の形態１）
＜光学素子＞
本発明の一実施の形態である光学素子を、図面を参照して説明する。本実施の形態の光学素子は、焦点距離が変更可能な可変焦点レンズである。
【００２８】
図１は、実施の形態１の光学素子の構成を模式的に示す断面図である。図２および図３は、実施の形態１の光学素子の膜部材の状態を模式的に示す拡大断面図である。図２は、第１の空間と第２の空間との間で差圧が発生していない状態を示し、図３は、第１の空間と第２の空間との間で差圧が発生している状態を示す。
【００２９】
図４は、実施の形態１の光学素子の膜部材の弾性率の分布の状態を模式的に示す拡大上面図である。図５は、実施の形態１の光学素子の膜部材が撓んだ状態を模式的に示す拡大断面図である。図６は、実施の形態１の光学素子の膜部材の構成を模式的に示す拡大断面図である。なお、図５および図６では、図面を見易くするために、縦横比を変更し、左右方向に比べ上下方向を拡大して示してある。
【００３０】
図７および図８は、第１の空間と第２の空間との間で差圧が発生しているときの実施の形態１の光学素子の状態を模式的に示す断面図である。図７は、第２の空間に対する第１の空間の差圧が正圧である状態を示し、図８は、第２の空間に対する第１の空間の差圧が負圧である状態を示す。
【００３１】
図１に示されるように、光学素子１は、容器２、膜部材３、第１の流体５、第２の流体６、差圧発生部７を有する。
【００３２】
容器２の内部には、空間８が形成されている。膜部材３は、空間８を第１の空間９と第２の空間１０とに仕切るように設けられており、光（例えば可視光）が透過可能な材質からなる。第１の空間９には、第１の流体５が充填されており、第２の空間１０には、第２の流体６が充填されている。したがって、第１の流体５と第２の流体６とは、膜部材３を介して接触している。膜部材３は、膜部材３の周辺部が、空間８の内壁に例えば接着材により接着されることで、取り付けられている。差圧発生部７は、第１の空間９と第２の空間１０との間で、差圧（圧力差）を発生させる。差圧発生部７の詳細については、後述する。
【００３３】
第１の流体５と第２の流体６とは、光（例えば可視光）が透過可能であって、かつ、互いに異なる屈折率を有する。第１の流体５と第２の流体６との間の屈折率差により、第１の流体５と第２の流体６との界面、すなわち膜部材３で光が屈折するため、膜部材３から所定の距離（焦点距離に略等しい）離れた位置で光を合焦させることができる。前述したように、差圧発生部７により、第１の空間９と第２の空間１０との間で、差圧（圧力差）を発生させることで、膜部材３を撓ませ、上に凸の形状または下に凸の形状に変形させることができる。したがって、第１の流体５と第２の流体６との界面の形状を変形させることができ、膜部材３を透過する光の焦点距離を変更することができる。このようにして、光学素子１は、焦点距離が変更可能な可変焦点レンズとして機能する。
【００３４】
なお、膜部材３を透過する光の光軸をＯＡとする。また、屈折率として、ナトリウムのＤ線（波長５８９．３ｎｍ）で測定して得られた屈折率を用いることができる。以下でも、屈折率ｎというときは、ナトリウムのＤ線での屈折率を意味するものとする。
【００３５】
膜部材３の近傍における、第１の空間９の形状、および、第２の空間１０の形状は、円筒形状である。すなわち膜部材３の近傍における、第１の空間９の光軸ＯＡに垂直な断面形状、および、第２の空間１０の光軸ＯＡに垂直な断面形状は、円形である。また、図４を用いて後述するように、膜部材３の弾性率の分布は、膜部材３を透過する光の光軸ＯＡを中心とした同心円状の分布である。したがって、膜部材３の弾性率の分布は、円筒形状である第１の空間９の中心軸、および、円筒形状である第２の空間１０の中心軸を中心とした同心円状の分布でもあることが好ましい。すなわち、膜部材３を透過する光の光軸ＯＡと、膜部材３の近傍における第１の空間９および第２の空間１０のそれぞれの中心軸とは、一致することが好ましい。これにより、光学素子１において、可変焦点レンズとして必要な、光学的に軸対称な性質が得られやすくなる。
【００３６】
容器２は、内部に第１の空間９が形成された第１の容器部材１１と、内部に第２の空間１０が形成された第２の容器部材１２とを含み、第１の容器部材１１と第２の容器部材１２とが重ねられたものであることが好ましい。このような構造により、光学素子の製造工程の説明で後述するように、第１の流体５および第２の流体６を容器２中に容易に充填することができる。以下、容器２が第１の容器部材１１と第２の容器部材１２とを含む場合を例示して説明する。ただし、容器２は、最初から一体の部材として準備されたものであってもよい。
【００３７】
第１の容器部材１１は、主面１１ａから主面１１ａの反対面１１ｂまで貫通するように、第１の開口部１３が形成されていることが好ましく、第２の容器部材１２は、主面１２ａから主面１２ａの反対面１２ｂまで貫通するように、第２の開口部１４が形成されていることが好ましい。また、第１の容器部材１１には、第１の開口部１３の反対面１１ｂ側を封止するように、第１の封止部材１５が取り付けられていることが好ましく、第２の容器部材１２には、第２の開口部１４の主面１２ａ側を封止するように、第２の封止部材１６が取り付けられていることが好ましい。このような構造により、光学素子の製造工程の説明で後述するように、第１の流体５および第２の流体６を容器２中に容易に充填することができる。以下、第１の容器部材１１に第１の開口部１３が形成されており、第２の容器部材１２に第２の開口部１４が形成されており、第１の開口部１３の反対面１１ｂ側が第１の封止部材１５で封止されており、第２の開口部１４の主面１２ａ側が第２の封止部材１６で封止されている場合を例示して説明する。ただし、第１の容器部材１１は、主面１１ａに形成されている第１の開口部１３が反対面１１ｂまで貫通しておらず、第１の開口部１３の底部すなわち反対面１１ｂ側の部分が、光が透過可能な材質からなるものであってもよい。また、第２の容器部材１２は、反対面１２ｂに形成されている第２の開口部１４が主面１２ａまで貫通しておらず、第２の開口部１４の底部すなわち主面１２ａ側の部分が、光が透過可能な材質からなるものであってもよい。
【００３８】
また、第１の空間９の圧力を第２の空間１０の圧力よりも高くして膜部材３を撓ませ、上に凸の形状に変形させた状態で可変焦点レンズとして用いる場合には、図２に示されるように、膜部材３の周辺部４が、第２の容器部材１２の反対面１２ｂに、例えば接着材により接着されることで、取り付けられていることが好ましい。これにより、膜部材３が撓んで変形したときに、図３に示されるように、周辺部４が、取り付けられている側（第２の容器部材１２側）にさらに押し付けられるため、膜部材３が第２の容器部材１２の反対面１２ｂから剥がれることを防止することができる。
【００３９】
第１の容器部材１１と第２の容器部材１２とは、第１の容器部材１１の主面１１ａと、第２の容器部材１２の反対面１２ｂとが、接着剤（図示せず）により接着されたものであってもよい。あるいは、第１の容器部材１１の主面１１ａと第２の容器部材１２の反対面１２ｂとの間にＯリングが挟まれた状態で、第１の容器部材１１と第２の容器部材１２とが、ボルトとナット（図示せず）などにより圧着されるように締め付けられたものであってもよい。
【００４０】
第１の容器部材１１、第２の容器部材１２、第１の封止部材１５および第２の封止部材１６として、例えばガラス、透明樹脂などを用いることができる。また、透明樹脂として、例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、スチレン−アクリロニトリル樹脂（ＳＡＮ樹脂）、メチルメタクリレート−スチレン樹脂（ＭＳ樹脂）などを用いることができる。
【００４１】
第１の流体５と第２の流体６とは、互いに異なる屈折率ｎを有するものであって、少なくとも一方が液体成分を含むものであればよく、他方は液体であっても気体であってもよい。また、第１の流体５および第２の流体６として、例えばゲル状物質などを含む各種の媒質を含むもの（第１の媒質５および第２の媒質６）を用いることができる。第１の流体５および第２の流体６のうち、一方の流体（低い屈折率を有する流体）として、例えば水（ｎ＝１．３３）を用いることができ、他方の流体（高い屈折率を有する流体）として、例えばポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）（ｎ＝１．４１）などのシリコーンオイルを用いることができる。
【００４２】
また、第１の流体５と第２の流体６とは、添加剤を添加することで、比重が略等しくなるように調整されていることが好ましい。これにより、衝撃や振動が加えられることで光学素子１が微小角度傾斜したときなどに、第１の流体５と第２の流体６との界面の形状が、その界面を透過する光の光軸ＯＡを中心として軸対称な形状から乱れることを防止できる。流体として水（比重１）を用いるときは、添加剤として例えば塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム等のアルカリ金属塩、或いはアルカリ土類金属塩を用いることができる。また、流体としてＰＤＭＳ（比重０．９１〜１．０）を用いるときは、添加剤として例えばパラフィンを用いることができる。
【００４３】
膜部材３の材質としては、光を透過可能な樹脂であって、第１の流体５および第２の流体６のいずれにも不溶な材質であればよく、特に限定されるものではない。したがって、膜部材３の材質として、例えばシリコーン樹脂を用いることができる。
【００４４】
図４に示されるように、本実施の形態では、膜部材３の弾性率の分布が、膜部材３を透過する光の光軸ＯＡを中心とした同心円状の分布である。図４では、例えば、光軸ＯＡに近い中心部３ａ側ほど弾性率が小さく（柔らかく）、光軸ＯＡから遠い周辺部３ｂ側ほど弾性率が大きい（硬い）分布を表現している。このような弾性率の分布を有する膜部材３に対し、図４の紙面に垂直な方向、すなわち光軸ＯＡに平行な方向に、図４の紙面面内で均一に圧力を加えた場合、膜部材３の中心部３ａ側ほど図４の紙面に垂直な方向に伸びやすいため、膜部材３の形状は、図５に示されるように、例えば砲弾形状などの非球面形状となる。そして、同心円状の弾性率の分布を適切に設定することで、差圧発生部７により差圧（圧力差）を発生させたときに、膜部材３の形状を、放物面、双曲面、楕円面、および４次曲面などの高次多項式で表される曲面などからなる非球面形状のうち、任意の形状に変形させることができる。なお、非球面形状とは、平面形状でなく、かつ、球面形状でない曲面形状を意味する。
【００４５】
なお、本実施の形態における弾性率とは、応力とひずみとの間の比例定数の総称を意味し、ヤング率（縦弾性係数）、剛性率、体積弾性率などを含む概念である。すなわち、膜部材３の弾性率の分布とは、いずれの比例定数の分布であってもよい。
【００４６】
このような同心円状の弾性率の分布を有する膜部材３として、図５に示されるように、例えば、母材３ｃと、母材３ｃに含まれた、膜部材３の弾性率を調整する調整部材３ｄとを有するものであって、母材３ｃに含まれる調整部材３ｄの含有率の分布が、光軸ＯＡを中心とした同心円状の分布になるように、母材３ｃに含有させたものが挙げられる。母材３ｃとしては、例えば膜部材３の材質として前述したような、シリコーン樹脂を用いることができる。また、調整部材３ｄとしては、弾性率が母材３ｃの弾性率よりも大きい樹脂、例えばフッ素樹脂を用いることができる。調整部材３ｄの弾性率が母材３ｃの弾性率よりも大きいときは、光軸ＯＡに近い中心部３ａ側ほど調整部材３ｄの含有率を小さくし、光軸ＯＡから遠い周辺部３ｂ側ほど調整部材３ｄの含有率を大きくすることで、図４に示されるような、光軸ＯＡに近い中心部３ａ側ほど弾性率が小さく（柔らかく）、光軸ＯＡから遠い周辺部３ｂ側ほど弾性率が大きい（硬い）分布を得ることができる。
【００４７】
なお、図５では、図面を見易くするために、調整部材３ｄが粒子として母材３ｃに含有された状態を示しているが、調整部材３ｄは、母材３ｃと混合され、母材３ｃと一体化された状態で含有されていてもよい。
【００４８】
また、光学素子１の製造工程の説明で後述するように、例えば、照射される光の強度により硬化後の弾性率を制御可能な光硬化性樹脂に光を照射し、光硬化性樹脂を硬化させることで膜部材３を形成したものであって、照射される光の強度分布が光軸ＯＡを中心とした同心円状の分布であるものを挙げることができる。光軸ＯＡに近い中心部３ａ側ほど照射される光の強度を弱くし、光軸ＯＡから遠い周辺部３ｂ側ほど照射される光の強度を強くすることで、図４に示されるような、光軸ＯＡに近い中心部３ａ側ほど弾性率が小さく（柔らかく）、光軸ＯＡから遠い周辺部３ｂ側ほど弾性率が大きい（硬い）弾性率の分布を得ることができる。
【００４９】
なお、膜部材３の弾性率の分布が、光軸ＯＡを中心とした同心円状の分布であるとともに、弾性率の径方向の成分と、弾性率の周方向の成分とが異なるものであってよい。弾性率の径方向の成分と、弾性率の周方向の成分とが異なるものであれば、各成分の分布を適切に設定することで、差圧発生部７により差圧（圧力差）を発生させたときに、膜部材３の形状を、放物面、双曲面、楕円面、および４次曲面などの高次多項式で表される曲面などからなる非球面形状のうち、任意の形状に変形させることができる。
【００５０】
あるいは、図４を用いて説明した膜部材３に代え、図６に示されるように、膜部材３を透過する光の光軸ＯＡを中心として軸対称な形状であって、かつ、差圧発生部７により差圧を発生させていない状態でも非球面形状を有する、すなわち、当初から非球面形状を有する、膜部材３ｅを用いてもよい。図６では、一例として砲弾形状を有する膜部材３ｅを示している。このような当初から非球面形状を有する膜部材３ｅを用いれば、膜部材３ｅに対し、光軸ＯＡに平行な方向に、光軸ＯＡに垂直な面内で均一に圧力を加えた場合でも、膜部材３ｅの形状は、非球面形状となる。そして、当初の膜部材３ｅの形状を適切に設定することで、差圧発生部７により差圧を発生させた場合でも、膜部材３ｅの形状を、放物面、双曲面、楕円面、および４次曲面などの高次多項式で表される曲面などからなる非球面形状のうち、任意の形状に変形させることができる。
【００５１】
このような非球面形状を有する膜部材３ｅとして、例えば、常温よりも高い温度で塑性変形可能な樹脂からなる基材を、基材が塑性変形可能な温度に保持されている型部材に押し付けて塑性変形させた後、常温まで冷却することで、形成されたものを挙げることができる。
【００５２】
なお、以後の光学素子の説明では、膜部材３を有する場合についてのみ説明するが、膜部材３ｅを有する場合でも、同様である。
【００５３】
膜部材３の厚さは、膜部材３のヤング率などの弾性率や屈折率にもよるが、例えば１〜１０００μｍとすることが好ましい。膜部材３の厚さが１μｍ未満の場合、膜部材３自体の強度を確保することが困難であるからである。また、膜部材３の厚さが１０００μｍを超える場合、第１の流体５と膜部材３との界面、または、第２の流体６と膜部材３との界面で、光が屈折し、第１の流体５と第２の流体６との界面での屈折が複雑になるからである。
【００５４】
また、膜部材３の屈折率が、第１の流体５および第２の流体６のうち一方の屈折率と等しくなることが好ましい。これにより、膜部材３と、第１の流体５および第２の流体６のうち一方との間で光が屈折しないため、第１の流体５および第２の流体６のうち一方と、膜部材３とが、光学的に一体に振舞うことができるからである。例えば第１の流体５および第２の流体６のうち一方としてＰＤＭＳを用いる場合、膜部材３としてもＰＤＭＳを用いることができる。ＰＤＭＳは、液体として用いることができる一方で、例えばゲル化剤の添加などにより固化させることもでき、容易に膜部材３を形成することができるからである。
【００５５】
本実施の形態では、第１の流体５と第２の流体６とが膜部材３を介して接触する。従って、第１の流体５および第２の流体６のうち、一方を油系の液体にし、他方を水系の液体にするなど、互いに不混和な材料を選択するという制約がなくなり、材料選択の自由度が広がるという利点がある。
【００５６】
光学素子１は、差圧発生部７として、第１の圧力調整部２１を有している。第１の圧力調整部２１は、第１の空間９の壁面を、壁面に交差する方向に変位させることで、第１の空間９の圧力を調整する。第１の圧力調整部２１として、アクチュエータ２３を用いることができる。また、アクチュエータ２３が変位させる第１の空間９の壁面として、ダイアフラム２４を用いることができる。このとき、アクチュエータ２３は、ダイアフラム２４を変位させ、第１の空間９の体積を減少または増加させることで、第１の空間９の圧力が第２の空間１０の圧力よりも大きくなるかまたは小さくなるように調整する。ダイアフラム２４は、例えば、図１に示されるように、第１の空間９から横に伸びた、第１の空間９と連通している空間２５の下側（反対面１１ｂ側）の面に設けることができる。このとき、アクチュエータ２３は、ダイアフラム２４の下側（反対面１１ｂ側）に接するように設けることができる。アクチュエータ２３として、例えば電圧を印加することで伸縮可能なピエゾ素子（圧電素子）を用いることができる。
【００５７】
ピエゾ素子２３およびダイアフラム２４が上記のように配置されているとき、例えばピエゾ素子２３が上下方向（厚さ方向）に伸びるとともに左右方向（面内方向）に縮むように電圧を印加することにより、ダイアフラム２４を上に凸の形状になるように撓ませ、第１の空間９の体積を減少させる。これに伴って、第２の空間１０の圧力に対する第１の空間９の圧力を大きくし、第２の空間１０に対する第１の空間９の差圧（圧力差）を正圧とすることができる。この差圧により、膜部材３は、図７に示されるように、上に凸の形状になるように撓む。すなわち、ピエゾ素子２３が発生させた差圧により、第１の流体５と第２の流体６との界面の形状は、上に凸の形状になるように変形する。そして、ピエゾ素子２３に印加する電圧を調整し、界面の形状の変形量を調整することで、膜部材３を透過する光の焦点距離を変更することができる。また、前述したように、膜部材３の弾性率の分布が光軸ＯＡを中心として同心円状の分布であることから、界面の形状（膜部材３の形状）を非球面形状とすることができ、球面収差により光の結像にぼやけ等が発生することを抑制することができる。
【００５８】
一方、例えばピエゾ素子２３が上下方向（厚さ方向）に縮むとともに左右方向（面内方向）に伸びるように電圧を印加することにより、ダイアフラム２４を下に凸の形状になるように撓ませ、第１の空間９の体積を増加させる。これに伴って、第２の空間１０の圧力に対する第１の空間９の圧力を小さくし、第２の空間１０に対する第１の空間９の差圧（圧力差）を負圧とすることができる。この差圧により、膜部材３は、図８に示されるように、下に凸の形状になるように撓む。すなわち、ピエゾ素子２３が発生させた差圧により、第１の流体５と第２の流体６との界面の形状は、下に凸の形状になるように変形する。そして、ピエゾ素子２３に印加する電圧を調整し、界面の形状の変形量を調整することで、膜部材３を透過する光の焦点距離を変更することができる。また、前述したように、膜部材３の弾性率の分布が光軸ＯＡを中心として同心円状の分布であることから、界面の形状（膜部材３の形状）を非球面形状とすることができ、球面収差により光の結像にぼやけ等が発生することを抑制することができる。
【００５９】
また、光学素子１には、バッファタンク（空気溜部）３１が設けられていることが好ましい。バッファタンク３１は、第１の容器部材１１および第２の容器部材１２からなる容器２の外部に設けられている。バッファタンク３１の内部は、第２の空間１０とオリフィス（オリフィス部）３２を介して連通している。第２の空間１０と、オリフィス３２であって第２の空間１０側の端部３２ａからバッファタンク３１に向かって途中までの部分、すなわち、オリフィス３２の第２の空間１０側の部分とは、第２の流体６で充填されている。一方、バッファタンク３１と、オリフィス３２であってバッファタンク３１側の端部３２ｂから第２の空間１０に向かって途中までの部分、すなわち、オリフィス３２のバッファタンク３１側の部分とは、第２の流体６で充填されていない。第２の空間１０がバッファタンク３１と連通されていることで、上記した差圧が正圧になり、膜部材３が上に凸の形状になるように撓み、第２の空間１０の体積が減少したとき、第２の流体６を第２の空間１０の外部へ逃がすことができる。また、第２の空間１０とバッファタンク３１とがオリフィス３２を介して連通しているため、バッファタンク３１から空気が第２の空間１０に気泡として入り込むことを防止することができる。したがって、膜部材３と第２の流体６との間、および、膜部材３近傍における第２の流体６中に、気泡が入り込むことを防止することができ、膜部材３の形状が、膜部材３を透過する光の光軸ＯＡを中心として軸対称な形状から乱れることを防止することができる。
【００６０】
なお、図７に示されるように、膜部材３が上に凸の形状になるように撓むときは、オリフィス３２に充填されている第２の流体６のバッファタンク３１側の端面３２ｃは、第１の空間９の圧力と第２の空間１０の圧力とが等しいとき（図１に示されるとき）に比べ、バッファタンク３１側に移動する。また、図８に示されるように、膜部材３が下に凸の形状になるように撓むときは、第２の流体６の端面３２ｃは、第１の空間９の圧力と第２の空間１０の圧力とが等しいとき（図１に示されるとき）に比べ、第２の空間１０側に移動する。そのため、光学素子１を可変焦点レンズとして用いる際に、第２の流体６のバッファタンク３１側の端面３２ｃが、端部３２ａと端部３２ｂとの間に常に位置するように、オリフィス３２の長さが決められている。
【００６１】
さらに、光学素子１は、差圧発生部７として、バッファタンク３１の内圧を調整する第２の圧力調整部３３を含むことが好ましい。第２の圧力調整部３３は、例えばポンプなどからなる加圧装置と、例えば放出弁からなる減圧装置を、例えば三方バルブを介して切り替え可能に連結されたものを用いることができる。第２の圧力調整部３３により、バッファタンク３１の内圧を調整することで、第１の圧力調整部２１（アクチュエータ２３）により第１の空間９の圧力が所定の圧力になるときに、膜部材３が所定の形状になるように、第２の空間１０の圧力を調整することができる。予め第２の圧力調整部３３により膜部材３の形状を粗調整しておき、次に第１の圧力調整部２１（アクチュエータ２３）により膜部材３の形状を微調整することにより、焦点距離を、より広範囲で、かつ、より精度よく変更することができる。
【００６２】
＜光学素子の製造方法＞
次に、本実施の形態の光学素子の製造工程を、図面を参照して説明する。図９は、実施の形態１の光学素子の製造工程の一部を示す製造プロセスフロー図である。図１０は、膜部材の準備工程の一例を説明するための図である。図１１〜図１８は、実施の形態１の光学素子の製造工程中の断面図である。
【００６３】
予め、図４を用いて説明した、膜部材３を準備する（図９のステップＳ０）。ただし、膜部材３を準備する工程については、後述するステップＳ４の前であれば、いずれの段階で行ってもよい。
【００６４】
上記した弾性率の分布を有する膜部材３として、例えば、図５を用いて説明した、母材３ｃと、母材３ｃに含まれた、膜部材３の弾性率を調整する調整部材３ｄとを有するものを用いることができる。このとき、膜部材３を準備する工程では、母材３ｃに含まれる調整部材３ｄの含有率の分布が、膜部材３を透過する光の光軸ＯＡを中心とした同心円状の分布になるように、調整部材３ｄを母材３ｃに含有させる工程を行うことができる。調整部材３ｄの弾性率が母材３ｃの弾性率よりも大きいときは、光軸ＯＡに近い中心部３ａ側ほど調整部材３ｄの含有率を小さくし、光軸ＯＡから遠い周辺部３ｂ側ほど調整部材３ｄの含有率を大きくすることで、図４に示されるような、光軸ＯＡに近い中心部３ａ側ほど弾性率が小さく（柔らかく）、光軸ＯＡから遠い周辺部３ｂ側ほど弾性率が大きい（硬い）分布を得ることができる。
【００６５】
あるいは、上記した弾性率の分布を有する膜部材３を準備する工程では、例えば、照射される光の強度により硬化後の弾性率を制御可能な光硬化性樹脂に光を照射し、光硬化性樹脂を硬化させることで膜部材３を形成する工程を行うことができる。このとき、照射される光の強度分布が、光軸ＯＡを中心とした同心円状の分布になるようにする。光軸ＯＡに近い中心部３ａ側ほど照射される光の強度を弱くし、光軸ＯＡから遠い周辺部３ｂ側ほど照射される光の強度を強くすることで、図４に示されるような、光軸ＯＡに近い中心部３ａ側ほど弾性率が小さく（柔らかく）、光軸ＯＡから遠い周辺部３ｂ側ほど弾性率が大きい（硬い）弾性率の分布を得ることができる。
【００６６】
あるいは、上記した弾性率の分布を有する膜部材３に代え、当初から非球面形状、例えば砲弾形状を有する膜部材３ｅ（図６参照）を用いることができる。このとき、膜部材３ｅを準備する工程については、例えば、図１０に示されるように、行うことができる。まず、軸対称な形状であって、かつ、非球面形状（例えば砲弾形状）を有している型部材３ｆを準備する。また、常温では塑性変形しないものの、常温よりも高い温度で塑性変形可能な樹脂からなる基材３ｇを準備する。そして、型部材３ｆが、常温よりも高い温度であって、かつ、基材３ｇが塑性変形可能な温度に保持されている状態で、基材３ｇを型部材３ｆに押し付けて塑性変形させた後、常温まで冷却することで、膜部材３ｅを形成する。
【００６７】
次に、図１１に示されるように、第１の容器部材１１を準備する（図９のステップＳ１）。第１の容器部材１１には、主面１１ａから主面１１ａの反対面１１ｂまで貫通するように、第１の開口部１３が形成されている。主面１１ａにおける第１の開口部１３の開口形状は、円形形状である。また、第１の開口部１３から横に伸びた空間２５の下側（反対面１１ｂ側）の面には、ダイアフラム２４が設けられている。また、ダイアフラム２４の下側（反対面１１ｂ側）に接するように、アクチュエータ２３が設けられている。すなわち、第１の容器部材１１は、空間２５の下側（反対面１１ｂ側）の面に、ダイアフラム２４を設ける工程、および、ダイアフラム２４の下側（反対面１１ｂ側）にアクチュエータ２３を設ける工程が、既に行われたものである。ただし、空間２５の下側（反対面１１ｂ側）の面に、ダイアフラム２４を設ける工程、および、ダイアフラム２４の下側（反対面１１ｂ側）にアクチュエータ２３を設ける工程については、後述するステップＳ５の前であれば、いずれの段階で行ってもよい。
【００６８】
次に、図１２に示されるように、第２の容器部材１２を準備する（図９のステップＳ２）。第２の容器部材１２には、主面１２ａから主面１２ａの反対面１２ｂまで貫通するように第２の開口部１４が形成されている。反対面１２ｂにおける第２の開口部１４の開口形状は、円形形状である。また、第２の容器部材１２の側面には、細孔３４が形成されている。細孔３４は、第２の開口部１４と連通しているため、第２の開口部１４は、細孔３４を介して第２の容器部材１２の側面に開口している。
【００６９】
次に、図１３に示されるように、第１の容器部材１１に第１の封止部材１５を取り付ける（図９のステップＳ３）。第１の開口部１３の反対面１１ｂ側を封止するように、第１の封止部材１５を取り付ける。
【００７０】
次に、図１４に示されるように、第２の容器部材１２に膜部材３を取り付ける（図９のステップＳ４）。第２の開口部１４の反対面１２ｂ側を封止するように、膜部材３を取り付ける。このとき、上記した同心円状の弾性率の分布の中心と一致した中心を有する保持治具（図示せず）を用い、保持治具と、第２の容器部材１２とを、予め決めておいた基準位置で位置合わせすることで、膜部材３を透過する光の光軸ＯＡと、反対面１２ｂに円形形状の開口形状を有する第２の開口部１４の中心とを、一致させることができる。あるいは、膜部材３に代え、膜部材３ｅ（図６参照）を用いるときは、上記した非球面形状、例えば砲弾形状を有する膜部材３ｅを形成するための軸対称な型部材３ｆ（図１０参照）を保持治具として用い、型部材３ｆと、第２の容器部材１２とを、予め決めておいた基準位置で位置合わせすることで、膜部材３ｅを透過する光の光軸ＯＡと、反対面１２ｂに円形形状の開口形状を有する第２の開口部１４の中心とを、一致させてもよい。
【００７１】
なお、以後の光学素子の製造方法の説明では、膜部材３を用いる場合についてのみ説明するが、膜部材３ｅを用いる場合でも、同様である。
【００７２】
次に、図１５に示されるように、第１の開口部１３に第１の流体５を充填する（図９のステップＳ５）。ステップＳ３において、第１の開口部１３の反対面１１ｂ側が第１の封止部材１５により封止されている。したがって、反対面１１ｂ側が第１の封止部材１５により封止された第１の開口部１３に、第１の流体５を充填する。
【００７３】
次に、図１６に示されるように、第１の容器部材１１に第２の容器部材１２を取り付ける（図９のステップＳ６）。膜部材３が、第１の流体５が充填された第１の開口部１３の主面１１ａ側を封止するように、第２の容器部材１２を第１の容器部材１１の主面１１ａ側に取り付ける。すなわち、第１の容器部材１１と第２の容器部材１２とが重なるように、第１の容器部材１１に第２の容器部材１２を取り付け、容器２を形成する。これにより、第１の開口部１３の反対面１１ｂ側が第１の封止部材１５により封止され、第１の開口部１３の主面１１ａ側が膜部材３により封止されることで、第１の空間９が形成される。また、第１の空間９には、第１の流体５が充填されている。
【００７４】
ステップＳ６では、第１の容器部材１１と第２の容器部材１２とを、予め決めておいた基準位置で位置合わせすることで、主面１１ａに円形形状の開口形状を有する第１の開口部１３の中心と、反対面１２ｂに円形形状の開口形状を有する第２の開口部１４の中心とを、一致させることができる。これにより、膜部材３を透過する光の光軸ＯＡと、主面１１ａに円形形状の開口形状を有する第１の開口部１３の中心とを、一致させることができる。
【００７５】
次に、図１７に示されるように、オリフィス３２、バッファタンク３１および第２の圧力調整部３３を取り付ける（図９のステップＳ７）。第２の開口部１４が、オリフィス３２を介してバッファタンク３１の内部と連通するように、第２の容器部材１２にオリフィス管３２ｄおよびバッファタンク３１を取り付ける。具体的には、第２の開口部１４が第２の容器部材１２の側面に開口している細孔３４に、オリフィス管３２ｄの一端を接続し、オリフィス管３２ｄの他端にバッファタンク３１を接続する。オリフィス管３２ｄは、細孔３４と一体となってオリフィス３２として機能する。そして、バッファタンク３１に第２の圧力調整部３３を接続する。
【００７６】
次に、図１８に示されるように、第２の開口部１４に第２の流体６を充填する（図９のステップＳ８）。ステップＳ６において、第２の開口部１４の反対面１２ｂ側が膜部材３により封止されている。したがって、反対面１２ｂ側が膜部材３により封止された第２の開口部１４に、第２の流体６を充填する。このとき、第２の開口部１４と、オリフィス３２であって第２の開口部１４側の端部３２ａからバッファタンク３１に向かって途中までの部分、すなわち、オリフィス３２の第２の開口部１４側の部分とが充填されるように、第２の流体６を充填する。例えば第２の圧力調整部３３によりバッファタンク３１の内圧を大気圧に対して負圧にすることにより、オリフィス３２であって第２の開口部１４側の端部３２ａからバッファタンク３１に向かって途中までの部分に、第２の流体６を容易に充填することができる。
【００７７】
次に、第２の容器部材１２に第２の封止部材１６を取り付ける（図９のステップＳ９）。第２の流体６が充填された第２の開口部１４の主面１２ａ側を封止するように、第２の封止部材１６を取り付ける。これにより、第２の開口部１４の反対面１２ｂ側が膜部材３により封止され、第２の開口部１４の主面１２ａ側が第２の封止部材１６により封止されることで、第２の空間１０が形成される。また、第２の空間１０と、オリフィス３２であって第２の空間１０側の端部３２ａからバッファタンク３１に向かって途中までの部分、すなわち、オリフィス３２の第２の空間１０側の部分には、第２の流体６が充填されている。なお、バッファタンク３１と、オリフィス３２であってバッファタンク３１側の端部３２ｂから第２の空間１０に向かって途中までの部分、すなわち、オリフィス３２のバッファタンク３１側の部分には、第２の流体６が充填されていない。
【００７８】
以上の工程により、図１に示されるように、可変焦点レンズからなる光学素子を容易かつ簡便な方法で製造することができる。
【００７９】
ただし、前述したように、容器２は、第１の容器部材１１と第２の容器部材１２とを含むものでなく、最初から一体の部材として準備されたものであってもよい。このとき、容器２および膜部材３を準備し、容器２の内部の空間８を第１の空間９と第２の空間１０とに仕切るように、膜部材３を取り付け、第１の空間９に第１の流体５を充填し、第２の空間１０に第２の流体６を充填するようにしてもよい。
【００８０】
＜球面収差および界面の形状の乱れについて＞
図１９は、第１の流体と第２の流体との間に膜部材が設けられていない比較例の光学素子の構成を模式的に示す断面図である。図２０および図２１は、第１の空間と第２の空間との間で差圧が発生しているときの比較例の光学素子の状態を模式的に示す断面図である。図２２は、第１の流体と第２の流体との界面の形状が球面形状である比較例の光学素子における、光の屈折の状態を模式的に示す図である。図２３は、比較例の光学素子において、第１の流体と第２の流体との界面の形状が乱れている状態の一例を模式的に示す断面図である。
【００８１】
図１９において、光学素子１０１、容器１０２、第１の流体１０５、第２の流体１０６、差圧発生部１０７は、それぞれ上記光学素子１、容器２、第１の流体５、第２の流体６、差圧発生部７に相当するものである。また、空間１０８、第１の空間１０９、第２の空間１１０、第１の容器部材１１１、主面１１１ａ、反対面１１１ｂ、第２の容器部材１１２、主面１１２ａ、反対面１１２ｂ、第１の開口部１１３、第２の開口部１１４、第１の封止部材１１５、第２の封止部材１１６は、それぞれ上記空間８、第１の空間９、第２の空間１０、第１の容器部材１１、主面１１ａ、反対面１１ｂ、第２の容器部材１２、主面１２ａ、反対面１２ｂ、第１の開口部１３、第２の開口部１４、第１の封止部材１５、第２の封止部材１６に相当するものである。また、第１の圧力調整部１２１、アクチュエータ１２３、ダイアフラム１２４、空間１２５は、それぞれ上記第１の圧力調整部２１、アクチュエータ２３、ダイアフラム２４、空間２５に相当するものである。
【００８２】
ただし、比較例の光学素子１０１では、膜部材が設けられていない。すなわち、比較例の光学素子１０１では、第１の流体１０５と第２の流体１０６とが直接接しており、界面１０３が形成されている。また、比較例の光学素子１０１では、容器１０２の外部にバッファタンクが設けられておらず、バッファタンクの内部と第２の空間１１０とを連通するためのオリフィスも設けられていない。そして、第２の空間１１０の体積が減少したとき、第２の流体１０６を逃がすための空間１０８ａが、第２の空間１１０の一部として容器１０２の内部に設けられている。
【００８３】
比較例の光学素子１０１でも、例えばピエゾ素子からなるアクチュエータ１２３を上下方向（厚さ方向）に伸びるとともに左右方向（面内方向）に縮むように電圧を印加することにより、ダイアフラム１２４を上に凸の形状になるように撓ませ、第１の空間１０９の体積を減少させる。これに伴って、第２の空間１１０の圧力に対する第１の空間１０９の圧力を大きくし、第２の空間１１０に対する第１の空間１０９の差圧を正圧とすることができる。この差圧により、図２０に示されるように、第１の流体１０５と第２の流体１０６との界面１０３の形状が、上に凸の形状になるように変形する。なお、第２の流体１０６を逃がすための空間１０８ａの体積が、第１の空間１０９の圧力と第２の空間１１０の圧力とが等しいとき（図１９に示されるとき）に比べて減少する。
【００８４】
一方、例えばピエゾ素子からなるアクチュエータ１２３を上下方向（厚さ方向）に縮むとともに左右方向（面内方向）に伸びるように電圧を印加することにより、ダイアフラム１２４を下に凸の形状になるように撓ませ、第１の空間１０９の体積を増加させる。これに伴って、第２の空間１１０の圧力に対する第１の空間１０９の圧力を小さくし、第２の空間１１０に対する第１の空間１０９の差圧を負圧とすることができる。この差圧により、図２１に示されるように、第１の流体１０５と第２の流体１０６との界面１０３の形状が、下に凸の形状になるように変形する。なお、このとき、第２の流体１０６を逃がすための空間１０８ａの体積が、第１の空間１０９の圧力と第２の空間１１０の圧力とが等しいとき（図１９に示されるとき）に比べて増加する。
【００８５】
第１の流体１０５と第２の流体１０６との界面１０３の形状が、上に凸の形状になるように変形するときも、下に凸の形状になるように変形するときも、エネルギーを最小にするために、界面１０３の形状が球面形状になりやすい。これは、例えば、液体である第１の流体１０５および第２の流体１０６の表面エネルギーを最小にする形状が、単位体積当たりの表面積（比表面積）が小さい形状である球面形状であり、界面１０３の形状が球面形状から外れたときに、表面張力が働いて、界面１０３の形状を球面形状に戻そうとするためであると考えられる。
【００８６】
図２２に示されるように、界面１０３の形状が球面形状である場合、界面１０３の光軸ＯＡ１から遠い部分（周辺部）１０３ｂを透過する光の屈折角が、界面１０３の光軸ＯＡ１に近い部分（中心部）１０３ａを透過する光と同じ位置で合焦させるのに必要な屈折角よりも大きくなる。そのため、周辺部１０３ｂを透過する光の焦点位置ＦＰ２が、中心部１０３ａを透過する光の焦点位置ＦＰ１から界面１０３側にずれ、界面１０３を透過した光の結像にぼやけ等が発生することで、いわゆる球面収差が発生する。
【００８７】
一方、第１の流体１０５と第２の流体１０６との界面１０３の形状が変形するときの第１の流体１０５の移動重量および第２の流体１０６の移動重量は、固定焦点レンズを移動させる場合の移動重量に比べて少ない。また、ピエゾ素子からなるアクチュエータ１２３を撓ませるときの応答時間も短い（例えば１ｍｓｅｃ以下）。
【００８８】
しかし、比較例の光学素子１０１では、可変焦点レンズを構成するレンズ面が、第１の流体１０５と第２の流体１０６との界面１０３である。そのため、光学素子に衝撃や振動が加えられることで、第１の流体１０５および第２の流体１０６が振動し、図２３に示されるように、界面１０３の形状が乱れることがある。界面１０３の形状がいったん乱れると、第１の流体１０５および第２の流体１０６の振動が減衰して界面１０３の形状の乱れが収束するまでに、例えば３０ｍｓｅｃ程度の時間がかかることがある。その結果、比較例の光学素子１０１では、可変焦点レンズを実際に合焦させるまでの時間として、例えば３０ｍｓｅｃ程度の時間が必要である。また、既に合焦している状態であっても、光学素子に衝撃や振動が加えられることで、界面１０３の形状が乱れた後、合焦を回復させるまでに、例えば３０ｍｓｅｃ程度の時間が必要である。
【００８９】
このような衝撃や振動が加えられた場合に、界面１０３の形状が乱れやすいという問題に対しては、可変焦点レンズではなく、固定焦点レンズを機械式の移動機構により移動させることも考えられる。しかし、機械式の移動機構では、重量の大きな部材、すなわち慣性の大きな部材を動かすため、そもそも固定焦点レンズを合焦位置まで移動させるのに時間を要するという問題がある。また、固定焦点レンズを合焦位置まで移動させた後、移動の際に発生した慣性の大きな部材の振動が減衰するまでに、すなわち、実際に合焦させるまでに、通常例えば１００ｍｓｅｃ程度の時間がかかることがある。
【００９０】
さらに、比較例の光学素子１０１では、第２の空間１１０の体積が減少したとき、第２の流体１０６を逃がすための空間１０８ａが、第２の空間１１０の一部として容器１０２の内部に設けられている。そのため、衝撃や振動が加えられることで光学素子が微小角度傾斜したときなどに、その空間１０８ａの空気が、界面１０３に、または、その界面１０３近傍における第１の流体１０５中もしくは第２の流体１０６中に、気泡として入り込み、界面１０３の形状が乱れるおそれがある。
【００９１】
＜本実施の形態の主要な特徴と効果＞
図２４は、第１の流体と第２の流体との界面の形状が非球面形状である実施の形態１の光学素子における、光の屈折の状態を模式的に示す図である。
【００９２】
図１を用いて説明したように、実施の形態１の光学素子１では、容器２の内部に光が透過可能な膜部材３が設けられている。膜部材３は、容器２の内部の空間８を、第１の空間９と第２の空間１０とに仕切る。第１の空間９には第１の流体５が充填されており、第２の空間１０には第２の流体６が充填されている。膜部材３は、膜部材３の弾性率の分布が、膜部材３を透過する光の光軸ＯＡを中心とした同心円状の分布である。または、膜部材３は、膜部材３を透過する光の光軸ＯＡを中心として軸対称な形状であって、かつ、非球面形状を有する。そして、弾性率の分布を適切に設定するか、または、軸対称かつ非球面の形状を適切に設定することで、差圧発生部７により差圧を発生させたときに、膜部材３の形状を、放物面、双曲面、楕円面、および４次曲面などの高次多項式で表される曲面などからなる非球面形状のうち、任意の形状に変形させることができる。そのため、第１の流体５と第２の流体６との界面の形状が球面形状になることを抑制することができる。そして、第１の流体５と第２の流体６との界面（膜部材３）の形状が非球面形状である場合、図２４に示されるように、膜部材３の光軸ＯＡから遠い部分（周辺部）３ｂを透過する光の屈折角が、膜部材３の光軸ＯＡに近い部分（中心部）３ａを透過する光と同じ位置で合焦させるのに必要な屈折角よりも大きくなることを抑制できる。その結果、実施の形態１の光学素子１によれば、比較例の光学素子１０１に比べ、周辺部３ｂを透過する光の焦点位置が、中心部３ａを透過する光の焦点位置ＦＰからずれ、膜部材３を透過した光の結像にぼやけ等が発生すること、すなわち球面収差により光の結像にぼやけ等が発生することを抑制することができる。
【００９３】
また、実施の形態１の光学素子１では、第１の流体５と第２の流体６とは、膜部材３を介して接触しているため、光学素子１に衝撃や振動が加えられた場合でも、第１の流体５と第２の流体６との界面の形状が乱れにくい。また、膜部材３があるために、そもそも光学素子１に衝撃や振動が加えられた場合における第１の流体５と第２の流体６との界面の振動の振幅が小さい。そのため、実施の形態１の光学素子１では、比較例の光学素子１０１よりも短い時間、例えば１０ｍｓｅｃ程度の時間で、第１の流体５と第２の流体６との界面の振動が減衰し、界面の形状の乱れが収束する。その結果、実施の形態１の光学素子１では、レンズを実際に合焦させる時間が、例えば１０ｍｓｅｃ程度の時間まで短縮される。すなわち、実施の形態１の光学素子１によれば、比較例の光学素子１０１に比べ、数分の一の時間で合焦させることができ、合焦させるまでの応答速度を向上させることで、光学素子の性能を向上させることができる。
【００９４】
また、既に合焦している状態であって、光学素子に衝撃や振動が加えられた後、合焦を回復させるまでに要する時間も、例えば１０ｍｓｅｃ程度の時間まで短縮される。すなわち、実施の形態１の光学素子１によれば、比較例の光学素子１０１に比べ、数分の一の時間で合焦を回復させることができ、合焦させた後の安定性を向上させることで、光学素子の性能を向上させることができる。
【００９５】
なお、実施の形態１の光学素子１によれば、従来の固定焦点レンズを移動機構により移動させる場合に比べ、略十分の一の時間で合焦させることができる。
【００９６】
また、実施の形態１の光学素子１では、容器２の外部にバッファタンク３１が設けられており、バッファタンク３１の内部が第２の空間１０とオリフィス３２を介して連通している。これにより、膜部材３が上に凸の形状になるように撓み、第２の空間１０の体積が減少した場合でも、第２の流体６を第２の空間１０の外部へ逃がすことができる。また、オリフィス３２があるために、衝撃や振動が加えられることで光学素子が微小角度傾斜したときなどに、バッファタンク３１の内部の空気が第２の空間１０に気泡として入り込み、膜部材３の形状、すなわち、第１の流体５と第２の流体６との界面の形状が乱れることを防止することができる。
【００９７】
（実施の形態２）
＜形状検出機構＞
次に、本発明の一実施の形態である形状検出機構を、図面を参照して説明する。実施の形態２の形状検出機構は、実施の形態１の光学素子である可変焦点レンズを結像系レンズとして用いた光学式の形状検出機構である。
【００９８】
図２５は、実施の形態２の形状検出機構の構成を模式的に示す図である。
【００９９】
形状検出機構は、被検出物４１を保持するステージ４２と、ステージ４２に保持された被検出物４１の形状を検出する検出器４３とを有する。ステージ４２に保持された被検出物４１と検出器４３との間には、対物レンズ４４と結像系レンズ４５とが設けられている。検出器４３として、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラなどを用いることができる。そして、結像系レンズ４５として、実施の形態１の光学素子１を用いることができる。
【０１００】
図２５において、光学素子１（結像系レンズ４５）では、例えば第２の流体６が、第１の流体５の屈折率よりも大きい屈折率を有するものとする。そして、第２の流体６が充填されている第２の空間１０の圧力に対し、第１の流体５が充填されている第１の空間９の圧力を小さくし、第２の空間１０に対する第１の空間９の差圧を負圧とすることで、膜部材３の形状を、すなわち、第１の流体５と第２の流体６との界面の形状を、下に凸の形状になるように変形させる。そして、実施の形態１で説明したように、ピエゾ素子２３（図１参照）に印加する電圧を調整し、界面の変形量を調整することで、被検出物４１から対物レンズ４４を介して光学素子１に入射した光Ｒが検出器４３の位置で合焦するように、光学素子１の焦点距離を変更することができる。
【０１０１】
あるいは、光学素子１（結像系レンズ４５）については、光学素子１の上下配置が図２５に示した上下配置と逆になるように、配置してもよい。このとき、例えば第１の流体５が、第２の流体６の屈折率よりも大きい屈折率を有するものとする。そして、第２の流体６が充填されている第２の空間１０の圧力に対し、第１の流体５が充填されている第１の空間９の圧力を大きくし、第２の空間１０に対する第１の空間９の差圧を正圧とすることで、膜部材３の形状を、すなわち、第１の流体５と第２の流体６との界面の形状を、下に凸の形状（図１に示した上下配置において上に凸の形状）になるように変形させることができる。
【０１０２】
＜形状検査装置＞
次に、本発明の一実施の形態である形状検査装置を、図面を参照して説明する。本実施の形態の形状検査装置は、前述の形状検出機構を組み込んだ形状検査装置であって、液晶やプラズマなどのＦＰＤの表示基板の周辺に、駆動ＩＣの搭載、ＣＯＦ、ＦＰＣなどのいわゆるＴＡＢの接続、および、周辺基板の実装を行うための表示基板モジュール組立ラインに組み込まれたものである。以下では、表示基板に異方性導電フィルム（ＡＣＦ）を貼付けた後、ＡＣＦの貼付け状態を検査する検査ユニットが組み込まれた表示基板モジュール組立ラインを例示して説明する。
【０１０３】
図２６は、実施の形態２の形状検査装置である検査ユニットが組み込まれた表示基板モジュール組立ラインの構成を模式的に示す図である。
【０１０４】
表示基板モジュール組立ライン５１は、搬送装置５２によって、図２６中左から右に向かって（Ｘ方向に）表示基板Ｐを順次搬送しながら、表示基板Ｐの周辺部に各種処理作業を行って、ＩＣやＴＡＢなどの実装組立作業を行う装置である。搬送装置５２として、例えば表示基板Ｐが搭載された基板搬送部材５２ａを、ガイドレール５２ｂ上に沿って搬送するように構成されたものを用いることができる。
【０１０５】
表示基板モジュール組立ライン５１は、（１）表示基板Ｐの端部のＴＡＢ貼付け部を清掃する端子クリーニング工程、（２）清掃後の表示基板Ｐの端部に異方性導電フィルム（ＡＣＦ）を貼付けるＡＣＦ工程、（３）貼付けたＡＣＦの貼付け状態を検査するＡＣＦ検査工程、（４）ＡＣＦを貼付けた位置の基板配線にＴＡＢやＩＣを位置決めして搭載する搭載工程、（５）搭載したＴＡＢやＩＣを加熱圧着し、ＡＣＦにより固定する圧着工程を順次行い、さらに基板辺の最後、または全ての処理辺が終了した後に周辺基板であるＰＣＢ基板を実装する処理作業を行うように構成されている。
【０１０６】
表示基板モジュール組立ライン５１には、図２６中左から右に向かって（Ｘ方向に）、端子クリーニング処理作業装置５４、ＡＣＦ貼付処理作業装置５５、ＴＡＢ/ＩＣ搭載処理作業装置５６および本圧着処理作業装置５７が設けられている。また、ＡＣＦ貼付処理作業装置５５とＴＡＢ/ＩＣ搭載処理作業装置５６の間には、ＡＣＦ貼付状態検査ユニット５８が設けられている。端子クリーニング処理作業装置５４では、表示基板Ｐの端部のＴＡＢ貼付け部を清掃する。ＡＣＦ貼付処理作業装置５５では、清掃後の表示基板Ｐの端部に異方性導電フィルム（ＡＣＦ）を貼付ける。ＴＡＢ/ＩＣ搭載処理作業装置５６では、ＡＣＦを貼付けた位置の基板配線にＴＡＢやＩＣを位置決めして搭載する。本圧着処理作業装置５７では、搭載したＴＡＢやＩＣを加熱圧着する。ＡＣＦ貼付状態検査ユニット５８では、貼付けたＡＣＦの貼付け状態を検査する。なお、図２６では、ＰＣＢ基板実装処理作業装置の図示を省略している。
【０１０７】
次に、ＡＣＦ貼付状態検査ユニット５８について説明する。
【０１０８】
図２７は、実施の形態２の表示基板モジュール組立ラインのうち、ＡＣＦ貼付状態検査ユニットを中心とする要部を模式的に示す図である。図２７では、図２６に示す表示基板モジュール組立ライン５１のうち、ＡＣＦ貼付処理作業装置５５、ＡＣＦ貼付状態検査ユニット５８および搬送装置５２を示す。また図２７では、表示基板モジュール組立ライン５１全体を制御する統括制御部５９、ラインの状態等を表示するモニタ６０ａおよびコンピュータ６０ｂも示す。
【０１０９】
図２６および図２７に示されるように、ＡＣＦ貼付処理作業装置５５は、４台のＡＣＦ貼付処理作業ユニット５５ａ〜５５ｄを有している。ＡＣＦ貼付状態検査ユニット５８は、４台のうち下流のユニット装置５５ｄと、ＴＡＢ/ＩＣ搭載処理作業装置５６との間に設けられ、表示基板Ｐを次のＴＡＢ/ＩＣ搭載処理作業装置５６に搬送中に、前段の４台のＡＣＦ貼付処理作業ユニット５５ａ〜５５ｄで貼付けたＡＣＦを撮像し検査する。また、搬送装置５２は、統括制御部５９に制御され、基板搬送部材５２ａを駆動する駆動ユニット５２ｃや表示基板Ｐを位置認識するためのリニアエンコーダ５２ｄを有する。
【０１１０】
ＡＣＦ貼付状態検査ユニット５８は、ＡＣＦ貼付部を撮像するための照明手段６１および撮像手段６２、ＡＣＦ貼付処理作業装置５５の装置制御部７０からの指示を受けて撮像タイミング等の制御、撮像した画像信号を処理する画像処理部６３、ならびに、ＡＣＦ貼付結果等を表示する表示部６４を有する。
【０１１１】
図２８は、図２７に示す構成のうち検査に必要な主要部分および検査対象である表示基板を示した図である。図２８に示されるように、照明手段６１は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）６１ａ、集光レンズ６１ｂおよびＬＥＤ電源６１ｃからなり、撮像手段６２は、ラインセンサカメラ６２ａ、対物レンズ６２ｂおよび結像系レンズ６２ｃからなる。
【０１１２】
本実施の形態では、撮像手段６２として、前述した形状検出機構を用いることができる。すなわち、ラインセンサカメラ６２ａ、対物レンズ６２ｂ、結像系レンズ６２ｃとして、前述した形状検出機構の検出器４３、対物レンズ４４、結像系レンズ４５を、それぞれ用いることができる。すなわち、結像系レンズ６２ｃとして、実施の形態１の光学素子１を用いることができる。
【０１１３】
また、本実施の形態では、結像系レンズ６２ｃとともに、結像系レンズ６２ｃ自体の高さ位置を変更する高さ位置変更機構６５を設けてもよい。これにより、被検出物の高さが被検出物ごとに大きく異なる場合でも、結像系レンズ６２ｃに入射した光を、それぞれの被検出物の高さに応じて、ラインセンサカメラ６２ａの位置で精度よく合焦させることができる。図２８では、結像系レンズ６２ｃとともに高さ位置変更機構６５を合わせて設けた例を示している。
【０１１４】
さらに、被検出物の高さが被検出物ごとに異なることが分かっている場合には、例えばＡＣＦ貼付処理作業装置５５を制御する装置制御部７０に、予め、被検出物ごとの高さデータを入力しておく。そして、直前の被検出物の検出が終了した後、当該被検出物の検出が始まる前に、まず、装置制御部７０からの指示を受けて高さ位置変更機構６５を駆動させ、結像系レンズ６２ｃの高さ位置を変更することで、結像系レンズ６２ｃに入射した光を、ラインセンサカメラ６２ａの位置に近い位置で合焦させる。次いで、当該被検出物の検出の直前に、膜部材３の形状を変形させ、光学素子１の焦点距離を変更することで、結像系レンズ６２ｃに入射した光を、ラインセンサカメラ６２ａの位置で合焦させる。これにより、被検出物の高さが被検出物ごとに大きく異なる場合でも、結像系レンズ６２ｃに入射した光を、それぞれの被検出物の高さに応じて、ラインセンサカメラ６２ａの位置で精度よく合焦させることができ、かつ、検査速度を向上させることができる。
【０１１５】
図２９は、実施の形態２の形状検査装置において様々なＡＣＦ貼付け状態を効率よく検査できる方法を説明する図である。なお、図２８および図２９では、表示基板Ｐの搬送中にＡＣＦ貼付け状態を検査するための撮像領域をＳＨとして示す。
【０１１６】
本実施の形態のＡＣＦ貼付状態検査は、ＡＣＦが存在しなければいけない領域（判定エリア７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｅ）を各ＡＣＦの貼付位置に設け、例えばその判定エリアの外周部（４辺）上の画素のみで処理を行うものとすることができる。図２９において、判定エリア７１ａのＡＣＦ７３ａは、検査で合格となる例を示している。また、判定エリア７１ｂおよび７１ｃにおけるＡＣＦ７３ｂおよび７３ｃは、検査で不合格となる例を示している。さらに、判定エリア７１ｅにはＡＣＦがないため、検査で不合格となる例を示している。判定エリアは、合格であるＡＣＦ７３ａを含む領域である７１ａに示されるように、ＡＣＦ貼付位置より貼付誤差分を引いた内側の領域とする。なお、７４ａ、７４ｂ、７４ｃおよび７４ｅは、判定エリア７１ａ、７１ｂ、７１ｃおよび７１ｅのそれぞれにおける表示基板Ｐのリードを示す。また、７５は、基板アライメントマーク（基板マーク）を示す。
【０１１７】
図３０は、ＡＣＦ貼付状態検査の検査動作を示す処理フロー図である。
【０１１８】
まず、ＡＣＦ貼付処理作業装置５５でＡＣＦ貼付処理作業が終了したことを検知し、表示基板Ｐを次のＴＡＢ/ＩＣ搭載処理作業装置５６に搬送し、その搬送中に、ＡＣＦ貼付状態検査ユニット５８により、図２８および図２９に示す撮像領域ＳＨの画像を取得する（ステップＳ１１）。次に、その取込画像から、表示基板Ｐに形成された基板アライメントマーク（基板マーク）７５を検出する（ステップＳ１２）。次に、両端の基板マーク７５間の長さの基準値と、取込みデータに基づき算出された基板マーク７５間の長さの算出値とに基づいて、画像の伸縮の補正と、アライメントによる表示基板Ｐの角度補正とを行う（ステップＳ１３）。また、作業内容と画像処理で得られた基板マーク７５に基づいて、判定エリア７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｅを設定する（ステップＳ１４）。次に、ＡＣＦ貼付け状態を判定する（ステップＳ１５）。その後、判定結果、取込画像データ等を統括制御部５９に転送する（ステップＳ１６）。
【０１１９】
ステップＳ１５では、例えば、判定エリアの外周部上の輝度値を判定閾値Ｓｖと順次比較し、全外周部の輝度値が判定閾値Ｓｖより低いときは、図２９のＡＣＦ７３ａのように、ＡＣＦは正常な位置に正常な状態で貼付けられたことになるため、合格と判定することができる。一方、全外周部の輝度値のうちいずれかが判定閾値Ｓｖより高いときは、不合格と判定することができる。
【０１２０】
本実施の形態では、撮像手段６２の結像系レンズ６２ｃとして、実施の形態１の光学素子１を用いることができる。光学素子１の膜部材３は、膜部材３の弾性率の分布が同心円状の分布であるか、または、軸対称な形状であって、かつ、非球面形状を有するものであり、結像系レンズ６２ｃの結像に球面収差によりぼやけ等が発生することを抑制することができる。また、光学素子１は、結像系レンズ６２ｃに衝撃や振動が加えられた場合でも、従来に比べ、数分の一の時間で合焦を回復させることができ、合焦させた後の安定性を向上させることで、結像系レンズ６２ｃの性能を向上させることができる。したがって、表示基板モジュール組立ライン５１においてＡＣＦ貼付状態検査を行う際に、結像系レンズ６２ｃの結像に球面収差によりぼやけ等が発生することを抑制できるとともに、結像系レンズ６２ｃに衝撃や振動が加えられた後、合焦を回復させるまでに要する時間を短縮することができ、ＡＣＦ貼付状態検査の検査精度および検査速度を向上させることができる。また、表示基板モジュール組立ライン５１においてＡＣＦ貼付状態検査を行う際に、短時間でより精度良く基板アライメントマーク(基板マーク)７５を検出することができ、ＡＣＦ貼付状態検査の検査精度を向上させることができる。
【０１２１】
また、光学素子１とともに高さ位置変更機構６５を設けた場合には、被検出物の高さが被検出物ごとに大きく異なる場合でも、結像系レンズ６２ｃに入射した光を、それぞれの被検出物の高さに応じて、ラインセンサカメラ６２ａの位置で精度よく合焦させることができる。
【０１２２】
なお、実施の形態２では、実施の形態１の光学素子１を組み込んだ形状検査装置を、表示基板にＡＣＦを貼付けた後、ＡＣＦの貼付け状態を検査する工程に適用する場合について説明した。しかし、表示基板に代え、ＣＯＦやＦＰＣなどのいわゆるＴＡＢなどにＡＣＦを貼付けた後、ＡＣＦの貼付け状態を検査する工程にも、実施の形態２を適用でき、同様の効果を得ることができる。
【０１２３】
（実施の形態３）
実施の形態２では、実施の形態１の光学素子１を組み込んだ形状検査装置が、ＡＣＦの貼付け状態を検査するものであった。しかし、実施の形態１の光学素子１を組み込んだ形状検査装置が、半導体集積回路製造用マスクなどに形成されたパターンを相互に比較し、欠陥検出を行うものであってもよい。
【０１２４】
＜形状検査装置＞
次に、本発明の一実施の形態である形状検査装置を、図面を参照して説明する。本実施の形態の形状検査装置は、実施の形態２で説明した形状検出機構と同様の形状検出機構を組み込んだ形状検査装置であって、プリント基板、プリント基板製造用マスク、半導体集積回路ウェハまたは半導体集積回路製造用マスクなどに形成されたパターンを高速で検査するパターン検査装置である。以下では、半導体集積回路製造用マスク（フォトマスク）の外観検査を実施する際に、フォトマスク上の検査対象パターンを撮像して得られる画像信号と、基準パターンデータとを比較しながら欠陥判定処理を行うパターン検査装置を例示して説明する。
【０１２５】
図３１は、実施の形態３の形状検査装置であるパターン検査装置のブロック図である。図３２および図３３は、実施の形態３の形状検査装置であるパターン検査装置の２次元パターン走査の説明図である。図３４は、実施の形態３の形状検査装置であるパターン検査装置の欠陥候補検出部のブロック図である。
【０１２６】
図３１に示されるように、パターン検査装置は被検査マスク８１を検査するためのものである。パターン検査装置には、ＸＹステージ８２ａ、機構制御装置８２ｂ、座標測定器８２ｃが設けられている。上記ＸＹステージ８２ａから座標測定器８２ｃは、被検査マスク８１を走査する走査部を構成する。また、パターン検査装置には、照明光源８３ａ、コンデンサレンズ８３ｂ、顕微鏡８３ｃ、撮像器８４ａ、Ａ／Ｄ変換器８４ｂ、タイミング回路８４ｃが設けられている。上記した照明光源８３ａからタイミング回路８４ｃは、被検査マスク８１上の検査対象パターンを撮像する撮像部を構成する。さらに、パターン検査装置には、欠陥候補検出部８５が設けられている。
【０１２７】
また、パターン検査装置には、ビットパターン発生器８６、メモリインターフェース８７、基準データメモリ８８が設けられている。上記ビットパターン発生器８６から基準データメモリ８８は、基準パターンデータを発生させる基準パターンデータ発生部を構成する。さらに、パターン検査装置には、制御処理部８９が設けられている。
【０１２８】
本実施の形態では、撮像部の一部に、実施の形態２で前述した形状検出機構を用いることができる。すなわち、撮像器８４ａとして、前述した形状検出機構の検出器４３を用いることができ、顕微鏡８３ｃとして、前述した形状検出機構の対物レンズ４４および結像系レンズ４５を用いることができる。このうち、結像系レンズ４５として、実施の形態１の光学素子１を用いることができる。
【０１２９】
上記のように構成されたパターン検査装置では、まず、ＸＹステージ８２ａに搭載した被検査マスク８１を照明光源８３ａ、コンデンサレンズ８３ｂによって透過照明し、この時に得られる被検査マスク８１上のパターン像を顕微鏡８３ｃで拡大し、このパターン像（光学像）を撮像器８４ａで検出し、電気的な映像信号に変換する。
【０１３０】
一方、基準となるパターン信号（基準パターン信号）は、基準データメモリ（例えば磁気テープ装置）８８に記録された基準データが、メモリインターフェース８７を介してビットパターン発生器８６により発生する。この基準パターン信号と、上記撮像器８４ａからの映像信号とが、欠陥候補検出部８５において比較され、欠陥判定処理が行われる。
【０１３１】
被検査マスク８１は、一般に、図３２に示されるように、ガラス１３０にチップ（ダイとも称される集積回路１個）の機能パターン１３１が多数繰り返してＸ、Ｙ方向に整列配置されている。この被検査マスク８１を搭載したＸＹステージ８２ａは、あらかじめ設定入力されたデータにもとづき機構制御装置８２ｂによって駆動され、被検査マスク８１の全面を走査するように制御される。また、図３３に示されるように、ＩＣ（集積回路）チップのパターン１３１ａ、１３１ｂは、同一形状パターンがくり返されたものである。そして、パターン１３１ａ、１３１ｂを撮像器８４ａに対して１回の検査幅（センサ幅）ＬでＸ方向に走査し、マスクパターンの有効部分１３２の終端に達すると、撮像器８４ａに対してＹ方向へ１走査線分だけ移動し、次に再び撮像器８４ａに対して−Ｘ方向に移動走査する動作をくり返すことによってマスク全面の２次元パターン走査を行う。なお、図３３のＡ、Ｂで示されるのは、チップとしての有効部分であり、図３３のＣで示されるのは、ダイシングエリアである。
【０１３２】
次に、図３４に基づいて、欠陥候補検出部８５の構成動作を説明する。
【０１３３】
撮像器８４ａ（図３１参照）により検出された被検査マスク８１のパターンのアナログ撮像信号は、Ａ／Ｄ変換器８４ｂによってデジタル信号に変換され、検出パターン映像信号となる。そして、この検出パターン映像信号は、ＸＹ平面上の２次元的な出力位置を制御処理部８９からの指令によって可変とした位置補正回路９０を通ってマルチプレクサ９４に入力されるとともに、バッファメモリ９２（＃１〜＃ｍ）にも順次入力される。バッファメモリ９２は、一定時間内の画像データを一時的にプールするためのシフトレジスタから構成されたメモリであり、位置ずれ補正機能を有するものである。この位置ずれ補正機能付の各バッファメモリ９２からの出力は、マルチプレクサ９４へ入力される。
【０１３４】
マルチプレクサ９４では、位置補正回路９０からの入力または上記バッファメモリ９２からの入力のいずれかが選択され、選択された入力が検出画像データＶＤとして欠陥検出回路９８へ出力される。また、検出画像データＶＤは、欠陥検出回路９８へ入力されるとともに、解析メモリ９６にも入力され、欠陥候補画像データとして解析メモリ９６において記憶され、後に制御処理部８９により読み取られ、内容解析が可能なようになっている。
【０１３５】
一方、ビットパターン発生器８６（図３１参照）で発生した基準パターン信号は、位置補正回路９１を通ってマルチプレクサ９５に入力されるとともに、バッファメモリ９３（＃１〜＃ｍ）にも順次入力される。バッファメモリ９３は、バッファメモリ９２と同様に、位置ずれ補正機能を有するものである。この位置ずれ補正機能付の各バッファメモリ９３からの出力は、マルチプレクサ９５へ入力される。
【０１３６】
マルチプレクサ９５では、位置補正回路９１からの入力または上記バッファメモリ９３からの入力のいずれかが選択され、選択された入力が標準画像データＶＲとして欠陥検出回路９８へ出力される。また、標準画像データＶＲは、欠陥検出回路９８へ入力されるとともに、解析メモリ９７にも入力されて記憶され、後に制御処理部８９により読み取られ、内容解析が可能なようになっている。
【０１３７】
検出画像データＶＤおよび標準画像データＶＲは、欠陥検出回路９８に含まれる図示しない不一致検出器で比較され、検出画像データＶＤおよび標準画像データＶＲの不一致が真の欠陥によるものであるときに、欠陥検出回路９８から欠陥検出信号Ｄが出力されるようになっている。欠陥検出回路９８から出力された欠陥候補信号Ｄは、制御処理部８９に対して割込コントローラ９９を介して割込をかけ、これに対応して制御処理部８９は、解析メモリ９６、９７への画像信号入力を停止させる。続いて、解析メモリ９６に保存されている欠陥候補画像を含む検出画像データＶＤと、解析メモリ９７に保存されている標準画像データＶＲとを比較し、詳細解析を行う。例えば、位置合わせの不良などに起因する疑似欠陥は、この詳細解析によって除去され、真の欠陥のみが制御処理部８９のメモリ内に登録記録される。すなわち、位置合わせを検査中に行いながら欠陥候補判定を行うことで、欠陥候補判定器の構造を簡単なものにすることができる。更に、真の欠陥か、擬似欠陥かを判定できるため、誤判定の割合を減少させることができる。
【０１３８】
本実施の形態では、結像系レンズとして実施の形態１の光学素子１を用いているため、結像系レンズとして前述した比較例の光学素子１０１を用いた場合に比べ、結像系レンズの結像に球面収差によりぼやけ等が発生することを抑制でき、撮像器８４ａで被検査マスク８１のパターンのアナログ撮像信号を検出する際の合焦の位置精度を向上させることができる。そして、結像系レンズとして前述した比較例の光学素子１０１を用いた場合に比べ、数分の一の時間で合焦させることができ、撮像器８４ａで被検査マスク８１のパターンのアナログ撮像信号を検出する際の合焦の応答速度を向上させることができる。また、結像系レンズとして前述した比較例の光学素子１０１を用いた場合に比べ、結像系レンズに衝撃や振動が加えられた後、数分の一の時間で合焦を回復させることができ、撮像器８４ａで被検査マスク８１のパターンのアナログ撮像信号を検出する際の合焦の安定性を向上させることができる。さらに、結像系レンズとして従来の固定焦点レンズを移動機構により移動させる方法を用いた場合に比べ、略十分の一の時間で合焦させることができ、撮像器８４ａで被検査マスク８１のパターンのアナログ撮像信号を検出する際の合焦の応答速度を向上させることができる。
【０１３９】
実施の形態３では、実施の形態１の光学素子１を組み込んだ形状検査装置を、半導体集積回路製造用マスク上のチップパターンの形状を検査する工程に適用する場合について説明した。しかし、プリント基板、プリント基板製造用マスク、半導体集積回路ウェハなどを検査するための形状検査装置にも、実施の形態３を適用でき、同様の効果を得ることができる。
【０１４０】
さらに、実施の形態１の光学素子１を組み込んだ形状検査装置を、半導体装置を含む各種の電子部品の製品の形状を検査するための形状検査装置に適用することができる。あるいは、実施の形態１の光学素子１を組み込んだ形状検査装置を、例えばフォトリソグラフィ技術によりフォトレジストパターンを形成する際に、半導体基板上に形成されたフォトレジスト層をパターン露光する露光装置に組み込み、半導体基板のアライメントマークを検出して位置合わせする位置合わせ機構の一部として用いることもできる。
【０１４１】
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１４２】
本発明は、光学素子およびその製造方法に適用して有効である。
【符号の説明】
【０１４３】
１ 光学素子
２ 容器
３、３ｅ 膜部材
３ａ 中心部
３ｂ 周辺部
３ｃ 母材
３ｄ 調整部材
３ｆ 型部材
３ｇ 基材
４ 周辺部
５ 第１の流体
６ 第２の流体
７ 差圧発生部
８ 空間
９ 第１の空間
１０ 第２の空間
１１ 第１の容器部材
１１ａ、１２ａ 主面
１１ｂ、１２ｂ 反対面
１２ 第２の容器部材
１３ 第１の開口部
１４ 第２の開口部
１５ 第１の封止部材
１６ 第２の封止部材
２１ 第１の圧力調整部
２３ アクチュエータ（ピエゾ素子）
２４ ダイアフラム
２５ 空間
３１ バッファタンク
３２ オリフィス
３２ａ、３２ｂ 端部
３２ｃ 端面
３２ｄ オリフィス管
３３ 第２の圧力調整部
３４ 細孔
４１ 被検出物
４２ ステージ
４３ 検出器
４４ 対物レンズ
４５ 結像系レンズ
５１ 表示基板モジュール組立ライン
５２ 搬送装置
５２ａ 基板搬送部材
５２ｂ ガイドレール
５２ｃ 駆動ユニット
５２ｄ リニアエンコーダ
５４ 端子クリーニング処理作業装置
５５ ＡＣＦ貼付処理作業装置
５５ａ〜５５ｄ ＡＣＦ貼付処理作業ユニット
５６ ＴＡＢ/ＩＣ搭載処理作業装置
５７ 本圧着処理作業装置
５８ ＡＣＦ貼付状態検査ユニット
５９ 統括制御部
６０ａ モニタ
６０ｂ コンピュータ
６１ 照明手段
６１ａ ＬＥＤ
６１ｂ 集光レンズ
６１ｃ ＬＥＤ電源
６２ 撮像手段
６２ａ ラインセンサカメラ
６２ｂ 対物レンズ
６２ｃ 結像系レンズ
６３ 画像処理部
６４ 表示部
６５ 高さ位置変更機構
７０ 装置制御部
７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｅ 判定エリア
７３ａ、７３ｂ、７３ｃ ＡＣＦ
７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７４ｅ リード
７５ 基板マーク（基板アライメントマーク）
８１ 被検査マスク
８２ａ ＸＹステージ
８２ｂ 機構制御装置
８２ｃ 座標測定器
８３ａ 照明光源
８３ｂ コンデンサレンズ
８３ｃ 顕微鏡
８４ａ 撮像器
８４ｂ Ａ／Ｄ変換器
８４ｃ タイミング回路
８５ 欠陥候補検出部
８６ ビットパターン発生器
８７ メモリインターフェース
８８ 基準データメモリ
８９ 制御処理部
９０、９１ 位置補正回路
９２、９３ バッファメモリ
９４、９５ マルチプレクサ
９６、９７ 解析メモリ
９８ 欠陥検出回路
９９ 割込コントローラ
１３０ ガラス
１３１ 機能パターン
１３１ａ、１３１ｂ パターン
１３２ 有効部分
Ｄ 欠陥候補信号
ＦＰ、ＦＰ１、ＦＰ２ 焦点位置
ＯＡ、ＯＡ１ 光軸
Ｐ 表示基板
ＳＨ 撮像領域
Ｓｖ 判定閾値
ＶＤ 検出画像データ
ＶＲ 標準画像データ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に空間が形成された容器と、
前記空間を第１の空間と第２の空間とに仕切る、光が透過可能な膜部材と、
前記第１の空間に充填された第１の媒質と、
前記第２の空間に充填された、前記第１の媒質の屈折率と異なる屈折率を有する第２の媒質と、
前記第１の空間と前記第２の空間との間で、差圧を発生させる差圧発生部と、
を有し、
前記差圧発生部が発生させた差圧により前記膜部材を撓ませることで、前記膜部材を透過する光の焦点距離が変更可能であって、
前記膜部材の弾性率の分布が、前記膜部材を透過する光の光軸を中心とした同心円状の分布であることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
請求項１記載の光学素子において、
前記膜部材は、母材と、前記母材に含まれた、前記膜部材の弾性率を調整する調整部材とを有し、
前記母材に含まれた前記調整部材の含有率の分布が、前記膜部材を透過する光の光軸を中心とした同心円状の分布であることを特徴とする光学素子。
【請求項３】
請求項１記載の光学素子において、
前記容器の外部に設けられており、内部が前記第２の空間とオリフィス部を介して連通している空気溜部を有し、
前記差圧発生部は、前記第１の空間の圧力を調整する第１の圧力調整部であり、
前記第２の媒質は、前記オリフィス部の前記第２の空間側の端部から前記空気溜部側に向かって途中まで充填されたものであることを特徴とする光学素子。
【請求項４】
請求項３記載の光学素子において、
前記空気溜部の内圧を調整する第２の圧力調整部を有することを特徴とする光学素子。
【請求項５】
請求項１記載の光学素子において、
前記膜部材の屈折率は、前記第１の媒質および前記第２の媒質のうち一方の屈折率と等しいことを特徴とする光学素子。
【請求項６】
請求項５記載の光学素子において、
前記膜部材と、前記第１の媒質および前記第２の媒質のうち前記一方とは、ポリジメチルシロキサンからなることを特徴とする光学素子。
【請求項７】
内部に空間が形成された容器と、前記空間を第１の空間と第２の空間とに仕切る、光が透過可能な膜部材と、前記第１の空間に充填された第１の媒質と、前記第２の空間に充填された、前記第１の媒質の屈折率と異なる屈折率を有する第２の媒質と、前記第１の空間と前記第２の空間との間で、差圧を発生させる差圧発生部と、を有し、前記差圧発生部が発生させた差圧により前記膜部材を撓ませることで、前記膜部材を透過する光の焦点距離が変更可能な光学素子の製造方法であって、
（ａ）前記容器を準備する工程、
（ｂ）前記膜部材を準備する工程、
（ｃ）前記容器に前記膜部材を取り付ける工程、
（ｄ）前記第１の空間に前記第１の媒質を充填する工程、
（ｅ）前記第２の空間に前記第２の媒質を充填する工程、
（ｆ）前記容器に前記差圧発生部を設ける工程、
を有し、
前記膜部材の弾性率の分布が、前記膜部材を透過する光の光軸を中心とした同心円状の分布であることを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項８】
請求項７記載の光学素子の製造方法であって、
前記膜部材は、母材と、前記母材に含まれた、前記膜部材の弾性率を調整する調整部材とを有し、
前記（ｂ）工程では、前記母材に含まれる前記調整部材の含有率の分布が、前記膜部材を透過する光の光軸を中心とした同心円状の分布になるように、前記調整部材を前記母材に含有させることを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項９】
請求項７記載の光学素子の製造方法であって、
前記（ｂ）工程は、
（ｇ）光硬化性樹脂に第２の光を照射して硬化させることで、前記膜部材を形成する工程、
を含み、
前記（ｇ）工程では、照射される第２の光の強度分布が、前記膜部材を透過する光の光軸を中心とした同心円状の分布であることを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項７記載の光学素子の製造方法であって、
前記光学素子は、前記容器の外部に設けられており、内部が前記第２の空間とオリフィス部を介して連通している空気溜部を有するものであり、
（ｈ）前記容器に前記空気溜部と前記オリフィス部とを取り付ける工程、
を有し、
前記（ｅ）工程では、前記（ｈ）工程の後、前記第２の媒質を、前記第２の空間に充填するとともに、前記オリフィス部の前記第２の空間側の端部から前記空気溜部側に向かって途中まで充填することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項７記載の光学素子の製造方法であって、
前記膜部材の屈折率は、前記第１の媒質および前記第２の媒質のうち一方の屈折率と等しいことを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の光学素子の製造方法であって、
前記膜部材と、前記第１の媒質および前記第２の媒質のうち前記一方とは、ポリジメチルシロキサンからなることを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１３】
内部に空間が形成された容器と、前記空間を第１の空間と第２の空間とに仕切る、光が透過可能な膜部材と、前記第１の空間に充填された第１の媒質と、前記第２の空間に充填された、前記第１の媒質の屈折率と異なる屈折率を有する第２の媒質と、前記第１の空間と前記第２の空間との間で、差圧を発生させる差圧発生部と、を有し、前記差圧発生部が発生させた差圧により前記膜部材を撓ませることで、前記膜部材を透過する光の焦点距離が変更可能な光学素子の製造方法であって、
（ａ）前記容器を準備する工程、
（ｂ）前記膜部材を準備する工程、
（ｃ）前記容器に前記膜部材を取り付ける工程、
（ｄ）前記第１の空間に前記第１の媒質を充填する工程、
（ｅ）前記第２の空間に前記第２の媒質を充填する工程、
（ｆ）前記容器に前記差圧発生部を設ける工程、
を有し、
前記膜部材は、前記膜部材を透過する光の光軸を中心として軸対称な形状であって、かつ、非球面形状を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の光学素子の製造方法であって、
前記（ｂ）工程は、
（ｇ）常温よりも高い温度で塑性変形可能な樹脂からなる基材を、軸対称な形状であって、かつ、非球面形状を有しており、前記基材が塑性変形可能な前記温度に保持されている型部材に押し付けて塑性変形させた後、常温まで冷却することで、前記膜部材を形成する工程、
を含むことを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１５】
請求項１３記載の光学素子の製造方法であって、
前記光学素子は、前記容器の外部に設けられており、内部が前記第２の空間とオリフィス部を介して連通している空気溜部を有するものであり、
（ｈ）前記容器に前記空気溜部と前記オリフィス部とを取り付ける工程、
を有し、
前記（ｅ）工程では、前記（ｈ）工程の後、前記第２の媒質を、前記第２の空間に充填するとともに、前記オリフィス部の前記第２の空間側の端部から前記空気溜部側に向かって途中まで充填することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１６】
請求項１３記載の光学素子の製造方法であって、
前記膜部材の屈折率は、前記第１の媒質および前記第２の媒質のうち一方の屈折率と等しいことを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１７】
請求項１６記載の光学素子の製造方法であって、
前記膜部材と、前記第１の媒質および前記第２の媒質のうち前記一方とは、ポリジメチルシロキサンからなることを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１】
内部に空間が形成された容器と、
前記空間を第１の空間と第２の空間とに仕切る、光が透過可能な膜部材と、
前記第１の空間に充填された第１の媒質と、
前記第２の空間に充填された、前記第１の媒質の屈折率と異なる屈折率を有する第２の媒質と、
前記第１の空間と前記第２の空間との間で、差圧を発生させる差圧発生部と、
を有し、
前記差圧発生部が発生させた差圧により前記膜部材を撓ませることで、前記膜部材を透過する光の焦点距離が変更可能であって、
前記膜部材の弾性率の分布が、前記膜部材を透過する光の光軸を中心とした同心円状の分布であることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
請求項１記載の光学素子において、
前記膜部材は、母材と、前記母材に含まれた、前記膜部材の弾性率を調整する調整部材とを有し、
前記母材に含まれた前記調整部材の含有率の分布が、前記膜部材を透過する光の光軸を中心とした同心円状の分布であることを特徴とする光学素子。
【請求項３】
請求項１記載の光学素子において、
前記容器の外部に設けられており、内部が前記第２の空間とオリフィス部を介して連通している空気溜部を有し、
前記差圧発生部は、前記第１の空間の圧力を調整する第１の圧力調整部であり、
前記第２の媒質は、前記オリフィス部の前記第２の空間側の端部から前記空気溜部側に向かって途中まで充填されたものであることを特徴とする光学素子。
【請求項４】
請求項３記載の光学素子において、
前記空気溜部の内圧を調整する第２の圧力調整部を有することを特徴とする光学素子。
【請求項５】
請求項１記載の光学素子において、
前記膜部材の屈折率は、前記第１の媒質および前記第２の媒質のうち一方の屈折率と等しいことを特徴とする光学素子。
【請求項６】
請求項５記載の光学素子において、
前記膜部材と、前記第１の媒質および前記第２の媒質のうち前記一方とは、ポリジメチルシロキサンからなることを特徴とする光学素子。
【請求項７】
内部に空間が形成された容器と、前記空間を第１の空間と第２の空間とに仕切る、光が透過可能な膜部材と、前記第１の空間に充填された第１の媒質と、前記第２の空間に充填された、前記第１の媒質の屈折率と異なる屈折率を有する第２の媒質と、前記第１の空間と前記第２の空間との間で、差圧を発生させる差圧発生部と、を有し、前記差圧発生部が発生させた差圧により前記膜部材を撓ませることで、前記膜部材を透過する光の焦点距離が変更可能な光学素子の製造方法であって、
（ａ）前記容器を準備する工程、
（ｂ）前記膜部材を準備する工程、
（ｃ）前記容器に前記膜部材を取り付ける工程、
（ｄ）前記第１の空間に前記第１の媒質を充填する工程、
（ｅ）前記第２の空間に前記第２の媒質を充填する工程、
（ｆ）前記容器に前記差圧発生部を設ける工程、
を有し、
前記膜部材の弾性率の分布が、前記膜部材を透過する光の光軸を中心とした同心円状の分布であることを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項８】
請求項７記載の光学素子の製造方法であって、
前記膜部材は、母材と、前記母材に含まれた、前記膜部材の弾性率を調整する調整部材とを有し、
前記（ｂ）工程では、前記母材に含まれる前記調整部材の含有率の分布が、前記膜部材を透過する光の光軸を中心とした同心円状の分布になるように、前記調整部材を前記母材に含有させることを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項９】
請求項７記載の光学素子の製造方法であって、
前記（ｂ）工程は、
（ｇ）光硬化性樹脂に第２の光を照射して硬化させることで、前記膜部材を形成する工程、
を含み、
前記（ｇ）工程では、照射される第２の光の強度分布が、前記膜部材を透過する光の光軸を中心とした同心円状の分布であることを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項７記載の光学素子の製造方法であって、
前記光学素子は、前記容器の外部に設けられており、内部が前記第２の空間とオリフィス部を介して連通している空気溜部を有するものであり、
（ｈ）前記容器に前記空気溜部と前記オリフィス部とを取り付ける工程、
を有し、
前記（ｅ）工程では、前記（ｈ）工程の後、前記第２の媒質を、前記第２の空間に充填するとともに、前記オリフィス部の前記第２の空間側の端部から前記空気溜部側に向かって途中まで充填することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項７記載の光学素子の製造方法であって、
前記膜部材の屈折率は、前記第１の媒質および前記第２の媒質のうち一方の屈折率と等しいことを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の光学素子の製造方法であって、
前記膜部材と、前記第１の媒質および前記第２の媒質のうち前記一方とは、ポリジメチルシロキサンからなることを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１３】
内部に空間が形成された容器と、前記空間を第１の空間と第２の空間とに仕切る、光が透過可能な膜部材と、前記第１の空間に充填された第１の媒質と、前記第２の空間に充填された、前記第１の媒質の屈折率と異なる屈折率を有する第２の媒質と、前記第１の空間と前記第２の空間との間で、差圧を発生させる差圧発生部と、を有し、前記差圧発生部が発生させた差圧により前記膜部材を撓ませることで、前記膜部材を透過する光の焦点距離が変更可能な光学素子の製造方法であって、
（ａ）前記容器を準備する工程、
（ｂ）前記膜部材を準備する工程、
（ｃ）前記容器に前記膜部材を取り付ける工程、
（ｄ）前記第１の空間に前記第１の媒質を充填する工程、
（ｅ）前記第２の空間に前記第２の媒質を充填する工程、
（ｆ）前記容器に前記差圧発生部を設ける工程、
を有し、
前記膜部材は、前記膜部材を透過する光の光軸を中心として軸対称な形状であって、かつ、非球面形状を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の光学素子の製造方法であって、
前記（ｂ）工程は、
（ｇ）常温よりも高い温度で塑性変形可能な樹脂からなる基材を、軸対称な形状であって、かつ、非球面形状を有しており、前記基材が塑性変形可能な前記温度に保持されている型部材に押し付けて塑性変形させた後、常温まで冷却することで、前記膜部材を形成する工程、
を含むことを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１５】
請求項１３記載の光学素子の製造方法であって、
前記光学素子は、前記容器の外部に設けられており、内部が前記第２の空間とオリフィス部を介して連通している空気溜部を有するものであり、
（ｈ）前記容器に前記空気溜部と前記オリフィス部とを取り付ける工程、
を有し、
前記（ｅ）工程では、前記（ｈ）工程の後、前記第２の媒質を、前記第２の空間に充填するとともに、前記オリフィス部の前記第２の空間側の端部から前記空気溜部側に向かって途中まで充填することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１６】
請求項１３記載の光学素子の製造方法であって、
前記膜部材の屈折率は、前記第１の媒質および前記第２の媒質のうち一方の屈折率と等しいことを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１７】
請求項１６記載の光学素子の製造方法であって、
前記膜部材と、前記第１の媒質および前記第２の媒質のうち前記一方とは、ポリジメチルシロキサンからなることを特徴とする光学素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【公開番号】特開２０１３−７６８０６（Ｐ２０１３−７６８０６Ａ）
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１６０６３（Ｐ２０１１−２１６０６３）
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
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