JP2000136982A - アレイ素子検査方法およびアレイ素子検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アレイ素子の相対位置を、高分解能で広範
囲、かつ比較的安価に検査できるようにする。 【解決手段】 ファイバアレイ１の各ファイバ１ｂから
の光を、対物レンズからなる拡大光学系１２に入射して
拡大し、レンズアレイ２のファイバ側焦点位置１３に結
像する。焦点位置１３に結像した拡大画像を、各ファイ
バ１ｂの拡大像に対応する、光軸が互いにほぼ平行に配
置された複数の屈折型レンズを一体型にしたレンズアレ
イ２に入射して、これよりほぼ平行光として取り出す。
撮影範囲が限られても支障がないように、レンズアレイ
２のそれぞれからの平行光を結像レンズ３でほぼ同―点
に結像する。結像されたファイバ１ｂの像をＣＣＤカメ
ラ４で撮影し、コンピュータ５によって撮影信号からそ
れぞれの素子の相対位置を求める。前記同一点からのず
れ量からファイバアレイ１の良否を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の素子があら
かじめ決められた配置に並べられたアレイ素子の検査方
法およびアレイ素子の検査装置に係り、特にファイバア
レイブロックにおけるファイバの位置検査に好適なもの
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のアレイ素子の検査方法としては、
例えばＣＣＤカメラなどによりアレイ素子全体を撮影
し、この撮影信号を画像処理することによりそれぞれの
素子の位置を求めていた。あるいは、移動ステージでそ
れぞれの素子を検出し、ステージの移動量より素子の相
対位置を求めていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の検査方法は上述
のように構成されていたが、近年素子の微細化が進み素
子の位置精度も１μｍ以下が要求されるようになりつつ
ある。

【０００４】この点でＣＣＤカメラによる画像処理で
は、複数の素子全体をそのまま撮影するために、高分解
能を得るためには撮影範囲が制限されてしまい、例えば
０．１μｍの分解能を得るためには数十μｍの範囲に限
られてしまう。

【０００５】一方、移動ステージを用いる場合には測定
範囲を拡大することは可能であるが、高い精度でステー
ジを移動しなければならないため検査装置としては非常
に高価となってしまう。

【０００６】本発明の目的は、このような従来技術の問
題点を解消して、アレイ素子の位置を高分解能で広範囲
かつ比較的安価に検査可能なアレイ素子検査方法及びア
レイ素子検査装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１発明のアレイ素子検
査方法は、アレイ状に配置された複数の素子の位置を光
学的な検出器を用いて検出する方法であって、前記複数
の素子からの光線を拡大光学系により拡大し、前記拡大
された光線を各素子に対応する光軸が、互いにほぼ平行
に配置された複数のレンズを有するレンズアレイにより
取り出し、前記レンズアレイの各レンズからの光を結像
レンズで前記検出器の受光領域内に結像もしくはほぼ結
像し、結像された素子の像を検出し、検出信号よりそれ
ぞれの素子の位置を求めるようにしたことを特徴とする
アレイ素子検査方法である。

【０００８】複数の素子の拡大された光を検出手段の受
光領域内に結像するようにしたので、複数の素子全体を
そのまま撮影する方法に比べて、高分解能で広範囲に検
査でき、比較的安価に測定できる。また、複数の素子に
ピッチ誤差等がないなど、測定系に誤差がなければ、複
数の素子の像は検出手段の受光領域内の所定位置（同一
点など）に結像されるが、ピッチ誤差等がある場合に
は、前記所定位置からずれ、しかも拡大されて結像さ
れ、そのずれ量からアレイ素子の良否を容易に判定でき
る。

【０００９】特にレンズアレイの前面側に配置された拡
大光学系（例えば対物レンズ）により拡大された像をレ
ンズアレイで観察するため、レンズアレイを対物レンズ
として用いる場合よりもＮＡが大きくなり、高密度に配
された微小素子でも高い分解能で検査することができ
る。また長い作動距離で検査することも可能となる。ま
た、レンズアレイを対物レンズとして用いる場合には、
レンズアレイはアレイ素子を構成する素子に対応したも
のを用意する必要があったが、本発明ではレンズアレイ
に入射する光線は拡大光学系により拡大されているの
で、レンズアレイの精度も対物レンズ用の物ほど高精度
にする必要がない。また、解像度が高いために像のぼけ
かたがより鮮明に検知されるので、ピントの調整も可能
となる。

【００１０】なお、第１発明の方法において、拡大され
た光線を複数のレンズを有するレンズアレイにより取り
出す代わりに、複数のピンホールを有するピンホールア
レイから取り出すようにしてもよい。また、前記複数の
素子から前記検出器に至る光路の途中に、前記複数の素
子からの光線を選択的に通す開口を設け、この開口をス
キャンすることで前記検出器の受光領域内に各素子毎の
光を順次結像もしくはほぼ結像させるようにしてもよ
い。

【００１１】第２発明のアレイ素子検査装置は、アレイ
状に配置された複数の素子の位置を検出するアレイ素子
検査装置において、前記複数の素子からの光線を拡大す
る拡大光学系と、前記拡大光学系により拡大された光線
を取り出す、各素子に対応する光軸が互いにほぼ平行に
配置された複数のレンズを有するレンズアレイと、前記
レンズアレイの各レンズからの光を前記検出器の受光領
域内に結像するための少なくとも一つの結像レンズと、
結像された素子の像を検出し、検出信号よりそれぞれの
素子の位置を求めるための演算回路とを備え、前記レン
ズアレイ、前記結像レンズ、前記検出器が、前記レンズ
アレイからの光線を前記検出器に受光領域内に結像もし
くはほぼ結像するように配置されていることを特徴とす
るアレイ素子検査装置である。

【００１２】レンズアレイの前面側に拡大光学系、例え
ば対物レンズを備えるだけの簡単な構造で、第１発明の
方法を実施できる。また、結像レンズにより空間周波数
が結像点の位置に変換されるため、結像面近傍に位置の
検出手段を一つ設ければよい。したがって構造の簡素化
がはかれる。

【００１３】素子の像は、例えばＣＣＤカメラで撮影し
たり、分割型フォトダイオードで検出することが好まし
い。複数の素子の光を検出手段の受光領域内に結像する
ようにしたので、レンズアレイ、結像レンズ、検出手
段、演算回路とから構成される可動部のない測定系とす
ることが可能であり、高精度に位置の検出が行える。

【００１４】なお、第２の発明において、複数のレンズ
を有するレンズアレイに代えて、複数のピンホールを有
するピンホールアレイを備えるようにしてもよい。

【００１５】また、前記複数の素子から前記検出器に至
る光路の途中に設けられ、前記複数の素子からの光線を
選択的に通す開口を有する遮光板と、前記遮光板をスキ
ャンさせる駆動手段と、前記遮光板のスキャンにより前
記開口を通って前記検出器に順次結像された素子毎の像
を検出し、検出信号によりそれぞれの素子の位置を求め
るための演算回路とを備えるようにしてもよい。一度に
１つの素子からの光が入射するようにし、この開口をス
キャンすることで、順次、各素子の位置の検出をし、こ
れを演算回路で画像処理することで、アレイ状に配置さ
れた各素子の良否を判定する。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００１７】図１は本発明のアレイ素子検査装置の構成
概略図であり、拡大光学系１２、レンズアレイ２、結像
レンズ３、ＣＣＤカメラ４、表示装置を備えた演算回路
としてのコンピュータ５から構成される。前記ＣＣＤカ
メラ４とコンピュータ５とで本発明の検出器が構成され
ている。前記レンズアレイ、前記結像レンズ３、前記Ｃ
ＣＤカメラ４が、前記レンズアレイ２からの光線を前記
ＣＣＤカメラ４の受光領域内に結像もしくはほぼ結像す
るように配置されている。

【００１８】検査対象としてのアレイ状に配置された複
数の素子は２５０μｍピッチで一列に並べられた直径１
２５μｍのファイバアレイ１である。図７にこのファイ
バアレイ１を構成するファイバアレイブロック１５の外
観を示す。

【００１９】ファイバアレイ１からの光線を拡大するた
めに拡大光学系１２としての対物レンズを使用した。フ
ァイバアレイ１の後に配置するレンズアレイ２に要求さ
れる精度や作動距離上の制約などを解除し、高い分解能
を得るためである。拡大光学系（対物レンズ）１２は倍
率２０倍、ＮＡ０．４、作動距離１１ｍｍである。ファ
イバ端面１ａは拡大光学系１２の焦点面に設定した。ま
た拡大光学系１２の結像点はレンズアレイ２のファイバ
側焦点位置１３に設定した。したがってレンズアレイ２
の手前にファイバ端面１ａの拡大像が得られ、この拡大
像をレンズアレイ２で平行光として取り出すことにな
る。

【００２０】拡大光学系１２により拡大された光線を平
行に取り出すレンズには、各ファイバ１ｂの拡大像に対
応する、光軸が互いにほぼ平行に配置された複数の屈折
型レンズを一体型にしたレンズアレイ２を使用した。レ
ンズアレイ２を構成するレンズ２ｂのピッチをファイバ
アレイ１のファイバ１ｂの拡大像と同程度に確保するた
めである。ファイバアレイ１の各ファイバ１ｂの像が拡
大されているため、レンズアレイ２を構成するレンズ２
ｂのピッチ精度レベルは、ファイバ１ｂと同程度に精度
良く確保する必要がなくなる。レンズアレイ２はリソグ
ラフィの技術を用い石英基板をエッチングすることによ
り作製し、ピッチ５ｍｍ、直径４．９９０ｍｍ、焦点距
離１０ｍｍである。なお、ピッチ精度はそれほど要求さ
れないので、研削やプレスによって作製してもよい。

【００２１】結像レンズ３には焦点距離４０ｍｍ、直径
５５ｍｍのアクロマチックレンズを用い、その像側焦点
位置に像検出手段であるＣＣＤカメラ４を設置した。フ
ァイバ端面像は、それぞれに対応するレンズアレイ２と
結像レンズ３とによりＣＣＤカメラ４の受光領域内、よ
り具体的には撮影面上のほぼ同―点に結像される。レン
ズアレイ２と結像レンズ３との倍率はレンズアレイ２と
結像レンズ３の焦点距離の比で決まり、本実施の形態で
は２０倍である。したがって、拡大光学系１２を含めた
光学倍率は１００倍であり、λ＝５００ｎｍでの分解能
は約１．４μｍである。

【００２２】ファイバ端面像はそれぞれに対応するレン
ズ２ｂと結像レンズ３によりＣＣＤカメラ４の撮像面上
のほぼ中心位置に結像される。ＣＣＤカメラ４の画素サ
イズは１１×１３μｍ、１画素当たりの分解能は０．１
１及び０．１３μｍである。ＣＣＤカメラ４の画像を、
演算回路としてのコンピュータ５により検出し、検出信
号により画像処理を行い、位置の検出を行っている。解
像度が高いためにファイバのコアの像を明瞭に映し出す
ことが出来る。このためコンピュータ５で数値処理によ
り１画素の１／２０まで内挿でき、ピツチの分解能はお
よそ０．００６μｍである。画像処理により結像位置を
１画素単位で求め、画素単位を画素サイズをもとに長さ
単位に換算し、長さ単位で求められた結像位置の相対的
な位置を求める。

【００２３】ファイバアレイ１のファイバ１ｂが正確に
２５０μｍピッチで並べられていれば、ファイバ端面１
ａの像は全てほぼ同―点に結像されるが、ファイバ１ｂ
にピッチ誤差がある場合には、誤差量の１００倍の距離
だけずれた位置に結像される。これをコンピュータ５で
処理することによりファイバアレイ１の良否の判定を行
っている。なお、コンピュータ５の表示装置には、演算
結果及びファイバ１ｂの像が表示される。

【００２４】上記実施の形態ではレンズアレイ２の焦点
位置は、レンズアレイ２を構成するレンズ基板２ａの外
にあるような構成を用いたが、焦点が基板表面となるよ
うに作製し、拡大光学系１２のファイバ側焦点位置１３
をレンズ基板２ａに密着するような構成でも良い。これ
により拡大光学系１２およびレンズアレイ２のセッティ
ング時の位置決め・位置合わせが容易になる。また、各
ファイバ１ｂの拡大光学系１２によるファイバ側焦点位
置１３が、各ファイバ１ｂの対応するレンズ２ｂの焦点
位置になるように配置されているため、簡単な光学系で
ＣＣＤカメラ４の同一点に同時に全てのファイバ１ｂの
像を結像させることができる。

【００２５】上記実施の形態では同時に全てのファイバ
１ｂの像が結像される場合について述べたが、ファイバ
１ｂからＣＣＤカメラ４に至る光路の途中に、複数のフ
ァイバ１ｂからの光線を選択的に通す開口を設けて、こ
の開口をスキャンすることによりＣＣＤカメラ４の受光
領域内に順次結像させるようにしてもよい。例えば図２
のように、１個の開口７を設けた遮光板６を、結像レン
ズ３とＣＣＤカメラ４との間に、光軸と直交する方向に
移動自在に設け、この遮光板６の開口７を用いてファイ
バ１ｂを一つずつ結像させても良い。これにより各ファ
イバ１ｂ毎の位置の測定を行うことが可能となる。この
場合、遮光板６の開口７の位置を、図３に示すように拡
大光学系１２の焦点位置付近に配置してもよい。

【００２６】なお、前記開口７を複数個設けて複数ファ
イバ単位で位置測定を行うこともできる。また、遮光板
６の光軸と直交する移動方向を、図２、図３において上
下方向をＹ軸方向とし、紙面に垂直な方向をＸ軸方向と
して、Ｘ軸およびＹ軸方向にスキャンすれば、面状アレ
イの位置の測定も行うことができ、どのアレイが不良か
も分かる。さらに各ファイバ１ｂの像を分離するため
に、ファイバ１ｂの出射側にではなく、入射側にスリッ
トを設け、一度に１つのファイバ１ｂのみに光が入射す
るようにし、このスリットをスキャンすることで、順
次、各ファイバ１ｂの位置の検出をし、これをコンピュ
ータで画像処理することで、ファイバアレイ１の各ファ
イバ１ｂの良否を判定することもできる。

【００２７】アレイ素子（ファイバアレイ１）の中から
開口７により選択的に取り出された像を観察する場合、
選択的に取り出す光を遮ると回折によって像が不鮮明に
なってしまう。開口７は光線がなるべくしぼられた位置
に置くことが望ましい。したがって、選択のための開口
７をレンズアレイ２の前面側に置くよりも（図３の場
合）、レンズアレイ２の後側の焦点位置付近に置くこと
が好ましい（図２の場合）。

【００２８】なお、複数のレンズを有するレンズアレイ
２に代えて、複数のピンホールを有するピンホールアレ
イを使用するようにしてもよい。ピンホールアレイを使
用することは、ファイバ１ｂの像を拡大した効果が薄く
なり、輝度も落ちることになるけれども、ピンホールの
焦点距離やピンホール径を厳密に設計すれば実用上は問
題はない。

【００２９】また図４のように各ファイバ１ｂ毎に波長
の異なる波長フィルタ８をファイバアレイ１と拡大光学
系１２との間に、この波長フィルタ８を用いることで色
により各ファイバ１ｂを区別することが可能となる（な
お、波長フィルタ８をレンズアレイ２の後ろに配置して
もよい。）。更に、図５に示すように、レンズアレイ２
と結像レンズ３間に波長可変フィルタ９を用いれば、透
過波長を制御することによりモノクロＣＣＤカメラでも
ファイバ１ｂの識別を行える。波長可変フィルタ９は液
晶フィルタで構成することができる。また、上記のよう
にレンズアレイ２、結像レンズ３間に波長可変フィルタ
９を配置する代りに、素子に対して透過もしくは反射す
る照明手段として波長可変光源（図示省略）を素子の照
明に用いても良い。

【００３０】上記実施の形態においてはレンズアレイ２
のレンズ２ｂに屈折型レンズを用いた場合について述べ
たが、より高い集光効率を得るために、図６（ａ）に示
すような回折型のレンズ１０を用いても良い。回折型レ
ンズを用いると、屈折型レンズに比べ、より設計の自由
度が増す。また、より良好なコントラストで光量変動の
少ない結像が得られる軸外し光学系を用いることもでき
る。図６（ｂ）はバイナリレンズ１１を用いた軸外し光
学系の例であり、バイナリレンズ１１の半径Ｒを図６
（ａ）のレンズ１０の約２倍にしてレンズ面積を増大す
るとともに、これを分割して半円形状とし、この半円形
状のバイナリレンズ１１を、各ファイバに対応する光軸
が互いにほぼ平行で、光軸を結ぶ直線上に沿って左右交
互にずらして並べたものである。このようにバイナリレ
ンズ１１を軸外し光学系の対物レンズとして用いること
によりＦナンバを大きくすることができ、明るく高分解
能な測定を実現できる。なお、軸外し光学系はレンズア
レイのうちの全部ではなく、一部とすることもできる。

【００３１】検査対象は不透明なものにも適用できる
が、検査対象が光を透過する光ファイバの場合には、検
査面の反対側より光（単色もしくは白色光）を入射さ
せ、出射光を結像させることにより、コアの位置をより
正確に検出することが可能となる。

【００３２】また、レンズアレイの各レンズからの光を
検出器の受光領域内に結像するための結像レンズは、こ
のレンズにより空間周波数が結像点の位置に変換される
ため、結像面近傍に位置の検出手段を一つ設ければよ
い。また、解像度が高いために像のぼけかたがより鮮明
に検知されるので、ピントの調整も可能となる。なお、
結像レンズを二つ以上にして、検出手段を二以上にする
ことはもちろん可能である。

【００３３】

【発明の効果】本発明のアレイ素子検査方法ならびに装
置によれば、高分解能で広範囲を比較的安価にアレイ素
子の位置を検出できる。レンズアレイの前面側に配置さ
れた拡大光学系により拡大された像をレンズアレイで観
察するため、高密度で配された微小素子でも高い分解能
と長い作動距離で検査することが可能となる。また、レ
ンズアレイの各レンズからの光を検出器の受光領域内に
結像するための結像レンズは、少なくとも１つあれば足
り、構成の簡素化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のアレイ素子検査装置の実施形態を示す
概略構成図である。

【図２】結像レンズの後に開口を設けた遮光板を移動自
在に配置したアレイ素子検査装置の実施の形態を示す概
略断面図である。

【図３】レンズアレイの前に開口を設けた遮光板を移動
自在に配置したアレイ素子検査装置の実施の形態を示す
概略断面図である。

【図４】波長フィルタを拡大光学系の前に配置したアレ
イ素子検査装置の実施形態を示す概略構成図である。

【図５】波長フィルタを拡大光学系の前に配置し、波長
可変フィルタをレンズアレイの後に配置したアレイ素子
検査装置の実施形態を示す概略構成図である。

【図６】対物レンズの実施の形態を示す光軸方向から見
た正面図であり、（ａ）は通常配置の光学系、（ｂ）は
軸外し光学系を示す。

【図７】検査対象となるアレイ状に配置された複数の素
子を有するファイバアレイブロックの実施形態の要部斜
視図である。

【符号の説明】

１ ファイバアレイ １ａ ファイバ端面 １ｂ ファイバ ２ レンズアレイ ２ｂ レンズ ３ 結像レンズ ４ ＣＣＤカメラ ５ コンピュータ １２ 拡大光学系

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アレイ状に配置された複数の素子の位置を
   光学的な検出器を用いて検出する方法であって、 前記複数の素子からの光線を拡大光学系により拡大し、 前記拡大された光線を、各素子に対応する光軸が互いに
   ほぼ平行に配置された複数のレンズを有するレンズアレ
   イにより取り出し、 該レンズアレイの各レンズからの光を結像レンズで前記
   検出器の受光領域内に結像もしくはほぼ結像し、 結像された素子の像を検出し、 検出信号よりそれぞれの素子の位置を求めるようにした
   ことを特徴とするアレイ素子検査方法。
2. 【請求項２】アレイ状に配置された複数の素子の位置を
   光学的な検出器を用いて検出する方法であって、 前記複数の素子からの光線を拡大光学系により拡大し、 前記拡大された光線を、各素子に対応する光軸が互いに
   ほぼ平行に配置された複数のピンホールを有するピンホ
   ールアレイにより取り出し、 該ピンホールアレイの各ピンホールからの光を結像レン
   ズで前記検出器の受光領域内に結像もしくはほぼ結像
   し、 結像された素子の像を検出し、 検出信号よりそれぞれの素子の位置を求めるようにした
   ことを特徴とするアレイ素子検査方法。
3. 【請求項３】前記複数の素子から前記検出器に至る光路
   の途中に、前記複数の素子からの光線を選択的に通す開
   口を設け、 前記開口をスキャンすることで前記検出器の受光領域内
   に各素子毎の光を順次結像もしくはほぼ結像させるよう
   にした請求項１または２に記載のアレイ素子検査方法。
4. 【請求項４】アレイ状に配置された複数の素子の位置を
   検出するアレイ素子検査装置において、 前記複数の素子からの光線を拡大する拡大光学系と、 前記拡大光学系により拡大された光線を取り出す、各素
   子に対応する光軸が互いにほぼ平行に配置された複数の
   レンズを有するレンズアレイと、 該レンズアレイの各レンズからの光を前記検出器の受光
   領域内に結像するための少なくとも一つの結像レンズ
   と、 結像された素子の像を検出し、検出信号よりそれぞれの
   素子の位置を求めるための演算回路とを備え、 前記拡大光学系、前記レンズアレイ、前記結像レンズ、
   前記検出器が、前記拡大光学系からの光線を前記検出器
   に受光領域内に結像もしくはほぼ結像するように配置さ
   れていることを特徴とするアレイ素子検査装置。
5. 【請求項５】アレイ状に配置された複数の素子の位置を
   検出するアレイ素子検査装置において、 前記複数の素子からの光線を拡大する拡大光学系と、 前記拡大光学系により拡大された光線を取り出す、各素
   子に対応する光軸が互いにほぼ平行に配置された複数の
   ピンホールを有するピンホールアレイと、 該ピンホールアレイの各ピンホールからの光を前記検出
   器の受光領域内に結像するための少なくとも一つの結像
   レンズと、 結像された素子の像を検出し、検出信号よりそれぞれの
   素子の位置を求めるための演算回路とを備え、 前記拡大光学系、前記ピンホールアレイ、前記結像レン
   ズ、前記検出器が、前記拡大光学系からの光線を前記検
   出器に受光領域内に結像もしくはほぼ結像するように配
   置されていることを特徴とするアレイ素子検査装置。
6. 【請求項６】前記複数の素子から前記検出器に至る光路
   の途中に設けられ、前記複数の素子からの光線を選択的
   に通す開口を有する遮光板と、 前記遮光板をスキャンさせる駆動手段と、 前記遮光板のスキャンにより前記開口を通って前記検出
   器に順次結像された素子毎の像を検出し、検出信号によ
   りそれぞれの素子の位置を求めるための演算回路とを備
   えた請求項４または５に記載のアレイ素子検査装置。