JP2002090686A - 光照射装置 - Google Patents

光照射装置

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JP2002090686A
JP2002090686A JP2000283196A JP2000283196A JP2002090686A JP 2002090686 A JP2002090686 A JP 2002090686A JP 2000283196 A JP2000283196 A JP 2000283196A JP 2000283196 A JP2000283196 A JP 2000283196A JP 2002090686 A JP2002090686 A JP 2002090686A
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optical
light beam
illuminance
optical fiber
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JP2000283196A
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Makoto Uehara
誠 上原
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MEJIRO PREC KK
Mejiro Precision KK
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MEJIRO PREC KK
Mejiro Precision KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 被検査対象物の光−電気特性を検査する際に
必要とされる均一な照度分布を有する光の照度面を、小
型で低コストの光照射装置を用いて提供する。 【解決手段】 光源と、光伝送系と、投影光学系とを有
し、前記光伝送系は、前記光源からの光を入射して導く
光ファイバー束とこの光ファイバー束からの出射光を入
射して均一化して出射するオプティカルロッドとを有
し、前記光ファイバー束は、光入射端に配置される個々
の光ファイバーが出射端において、ランダムに配置換え
することによって、均一な照度分布を有する光の照度面
を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、CCD撮像素子等
の受光素子の検査工程において、被検査対象物である受
光素子に所望の光を照射して、必要とされる電気特性が
得られるか否かを検査する検査装置等に用いられる光照
射装置に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、CCD撮像素子の製造工程にお
いて、CCD撮像素子に様々な条件の光を照射してその
電気的特性を計測・評価する検査工程が必須である。と
ころで、CCD撮像素子は微少な受光部分が二次元状に
配置されて構成されていることから、これらの微少な受
光部分が均一な電気的特性を有していることを確認する
には、均一な照度分布を有する光を被検査対象物である
CCD撮像素子に照射出来ることが検査装置の重要な性
能である。そして、光の均一な照度分布を保持したまま
照度を変化させて、CCD撮像素子中の微少な受光部分
の入射光量対電気出力の検査を行うことで、電気出力の
でない受光部分の存否を確認したり、各々の受光部分の
入射光量対電気出力カーブに差があるか否かの検査を行
う。また例えば、カラーフィルターを通過させて波長を
限定した光を前記受光部分に照射して、入射波長対電気
出力カーブの検査も行われる。
【0003】一方、CCD撮像素子の生産ラインにおい
て、1枚のウエハーにいくつもの工程を経て多数のCC
D撮像素子が電極と共に作られる。そして、1枚のウエ
ハーでなるべく多くのCCD撮像素子を生産するため、
各素子を100μm程の間隔で密接させてCCD撮像素
子とその電極が2次元的に作られている。
【0004】前記ウエハー上に作製されたCCD撮像素
子検査の際は、プローバーと呼ばれる電極針をCCD撮
像素子の電極に押し当てる装置を用い、CCD撮像素子
へ電力を供給し、また信号出力を引き出す。プローバー
の電極針は前述の各素子間の間隔100μmより大きな
サイズのため、隣り合わせの素子に同時に電極を当てる
ことは困難なので、少なくとも1つおきの素子に電極を
押し当てて同時検査を実施する。一方、検査の効率化を
図るために1回の光の照射で複数のCCD撮像素子を同
時に検査したいという要求が高まっている。
【0005】従来、均一な照度分布を有する光を被検査
対象物に照射する光照射装置にはフライアイが用いられ
てきた。フライアイは光軸に垂直な二次元平面に複数の
入射端面を持ち、複数枚で構成される大きな一群のレン
ズで複数の入射端面像を重ね合わせて均一な照度分布を
有する光の照度面を得るものである。この均一照度分布
面に所望のパターンを穿ったマスクを置き、投影レンズ
により被検査対象物へ均一照度分布を有する光を照射す
るものである。この、フライアイを用いた光照射装置の
場合、被検査対象物に様々なサイズのものがある場合
は、最大サイズのものに合わせて均一照度分布面のサイ
ズを設定する必要があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】前記フライアイを用い
た光照射装置によって、前記ウエハー上に作製されたC
CD撮像素子検査の際、例えば2つのCCD撮像素子を
同時に検査するためには、最低でも3つのCCD撮像素
子をカバーする均一な照度分布を有する光の照度面を作
る必要がある。現実的には横に1つおき、縦にも1つお
きの配置でマージンをもった使い方が望まれることか
ら、種々のサイズのCCD撮像素子検査を想定した場合
は、非常に大きな均一な照度分布を有する光の照度面を
作る必要がある。しかしながら、前述の技術には次のよ
うな問題があることが本発明者によって明らかにされ
た。すなわち均一な照度分布を有する光のうち有効に使
われる割合は6/9〜2/9しかなく、3/9〜7/9
の光は無駄になってしまうのである。
【0007】またフライアイを用いて大きな面積の均一
な照度分布面を得るには、個々のフライアイ入射面積を
大きくして、複数枚で構成される大きな一群のレンズを
用意しなければならず、装置が非常に大型化すると共に
コストも高くなってしまう。そこで、複数枚のフライア
イを用いて隣接する複数の均一な照度分布面を作ること
も考えられる。しかし、1組のフライアイは光軸に垂直
な2次元平面に複数の入射端面を持ち、コンデンサーレ
ンズで複数の入射端面を重ね合わせる必要がある、一
方、一般にコンデンサーレンズの径はフライアイの径よ
り大きいため、フライアイが接近して隣接する場合、コ
ンデンサーレンズ同士が互いに重なり合い、均一照度面
を得ることは困難である。
【0008】また別の問題として、検査に際し入射光量
対電気出力のデータを採るため入射光量をランプに入力
する電力でコントロールすると、通常のハロゲンランプ
では色温度が変化してしまい、スペクトル分布も変化し
てしまうため好ましくない。そこで、入射光量を連続的
に変化させるためには、回転角に応じて透過率が変わる
ようにコーティングされたガラス円盤を用い、これをパ
ルスモーターで回転させることで対応するが、ガラス円
盤をCCD撮像素子近傍に配置すると均一な照度分布面
が得られなくなるので、フライアイを用いた従来の装置
においてガラス円盤の配置はフライアイ出射近傍に限ら
れる。ところが、当該検査装置においては、カラーフィ
ルターや回転式高速シャッターもフライアイ出射近傍に
設置することが好ましいため、独立に動作する複数枚の
フィルターやシャッターの全てを最適位置に設置するこ
とは困難である。
【0009】本発明は以上のような課題を解決すべくな
されたものであり、複数の被検査対象物の電気特性を検
査する検査装置において、光エネルギーを無駄にせず、
必要とされる均一な照度分布を有する光の照度面を小型
で低コストの光照射装置を用いて提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の手段は光
源と、この光源からの光のビーム断面の照度分布を均一
にする光伝送系と、前記光伝送系からの光を被検査対象
物に照射する投影光学系とを有し、前記光伝送系は、前
記光源からの光を入射して導く光ファイバー束とこの光
ファイバー束からの出射光を入射して均一化して出射す
るオプティカルロッドとを有し、前記光ファイバー束
は、光入射端に配置される個々の光ファイバーが出射端
において、ランダムに配置換えされたものであることを
特徴とする光照射装置である。
【0011】本発明の第2の手段は、前記光ファイバー
束として複数分岐型光ファイバーを用い、複数の出射端
に各々前記オプティカルロッドを配することで、光のビ
ーム断面の照度分布が均一で且つ同一の照度を有する複
数の光を被検査対象物に照射できることを特徴とする第
1の手段に記載の光照射装置である。
【0012】本発明の第3の手段は、前記オプティカル
ロッドが移動可能であって、前記オプティカルロッドと
前記投影光学系との間に設置される照射パターン形成マ
スクと位置合わせをおこなうことにより、所望のパター
ンを有する光を、被検査対象物の所望の場所に照射する
ことが可能であることを特徴とする第1または第2の手
段に記載の光照射装置である。
【0013】本発明の第4の手段は、前記オプティカル
ロッドの出射端面と前記照射パターン形成マスクとが、
前記投影光学系を構成するレンズ群の焦点深度の範囲内
に設置されることを特徴とする第3の手段に記載の光照
射装置である。
【0014】本発明の第5の手段は、前記光源と前記光
伝送系との間に、光のビームのON・OFF制御及び/
又は、照度制御及び/又は、波長制御をおこなう光ビー
ム制御用光学装置を設置したことを特徴とする第1ない
し第4のいずれかの手段に記載の光照射装置である。
【0015】本発明の第6の手段は、前記光ビーム制御
用光学装置は、光のビームのON・OFF制御をおこな
うシャッター、光のビームの照度制御をおこなうND
(Neutral Density)ターレットとNDウェッジ、及び
光のビームの波長制御をおこなうカラーフィルターとの
いずれか1以上であることを特徴とする第5の手段に記
載の光照射装置である。
【0016】本発明の第7の手段は、前記複数分岐型光
ファイバーの出射端の少なくとも1つにセンサーを設置
したことを特徴とする第2ないし第6のいずれかの手段
に記載の光照射装置である。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。図1は本発明における光照射
装置の概略構成を示す。当該光照射装置は、光源10、
前記光源で発生した光のビームのON・OFF制御、照
度制御、波長制御等をおこなう光ビーム制御系20、前
記光源で発生した光のビーム断面の照度分布を均一にす
る光伝送系30、及び前記光伝送系30からの光を被検
査対象物に照射する投影光学系40を主な構成要素とし
ている。
【0018】光源10はランプ11とアパーチャー12
とで構成されている。ランプ10には太陽光と類似な連
続スペクトルを有するハロゲンランプの使用が好まし
い。光を有効利用するためにミラー集光タイプのハロゲ
ンランプを用いることは更に好ましい。アパーチャー1
2は後述する光ファイバーの入射端面31に合致する開
口を有している。この開口は後述する光ビーム制御系2
0におけるリレーレンズ群21を介して、光ファイバー
入射端面31と共役になることで、余分な光をカットす
る働きをしている。また、アパーチャー12の設置角度
に対しランプ10の光軸を10〜20°傾ける構成とす
ることで、ランプ10より発生する光ビームのうち角度
成分が一様な部分のみを光ビーム制御系20へ入射させ
ることができ好ましい。
【0019】尚、ハロゲンランプは太陽光に比較して波
長の長い赤成分や赤外成分が多いので、適宜、ランプ1
1とアパーチャー12の間に色温度補正フィルターや熱
線カットフィルターを挿入しても良い。
【0020】光のビームのON・OFF制御、照度制
御、及び波長制御等をおこなう光ビーム制御系20は、
シャッター22と、NDターレット23と、NDウエッ
ジ24と、カラーフィルター25と、これら光ビーム制
御装置の配置の自由度を担保するリレーレンズ群21と
で構成される。
【0021】シャッター22は、回転板に光のビームを
通過させる穴を穿ったものである。これを光のビームの
進路に設置し、円盤を回転させることで光照射のON/
OFFをおこなう。
【0022】NDターレット23は異なるND値、例え
ばND=0(フィルターなし)、ND=1.0(透過率
10%)、ND=2.0(透過率1%)、ND=3.0
(透過率0.1%)を有するフィルターが回転板上に組
み込まれたものである。これを光のビームの進路に設置
し、回転板を回転させることで所望のNDフィルターを
選択することができる。NDウエッジ24は回転円弧方
向にND値がリニアに変化するように作られた円盤であ
る。例えば角度0°の基準位置でND=0(透過率10
0%)、角度2.7°の位置でND=0.01(透過率
97.72%)、角度135°の位置でND=0.5、
そして角度270°の位置でND=1.0、というよう
に変化する。NDウエッジ24は、NDターレット23
とともに光のビームの進路に設置される。これらは、そ
れぞれ円盤の回転により光の透過率を変えることが出来
るので、最終的に被検査対象物へ照射される光の照度を
広いダイナミックレンジと細かい透過率分解能で、所望
の値に制御することが出来る。
【0023】カラーフィルター25は全波長透過、赤フ
ィルター、緑フィルター、及び青フィルター等が円盤上
にターレット状に組み込まれたものである。これを光の
ビームの進路に設置し、円盤を回転させることで所望の
波長の光を選択して、被検査対象物へ照射することが出
来る。
【0024】前記光源からの光を入射して導き、均一化
して、後述する投影光学系へ出射する光伝送系30は、
入射端面31を有する複数分岐型光ファイバー32と、
センサー33と、複数のオプティカルロッド(うち2本
を図示)34、35と、照射パターン形成マスク36
と、及びオプティカルロッドの移動用マイクロメーター
37、38とで構成される。
【0025】複数分岐型光ファイバー32は多数の光フ
ァイバーが束ねられて構成されており、1つの入射端面
31と複数の出射端面を有している。光ファイバーの束
は出射端面に向けて複数分岐し、且つ全ての出射端面に
おいて光の照度を均一にするために、入射端面31での
光ファイバーの位置と出射端面での位置がランダムにな
るように編み上げられている。
【0026】光源10で発生し、光ビーム制御系20を
通過してきた光ビームは複数分岐型光ファイバー32の
入射端面31より光ファイバーへ入射後、均一な照度分
布を有する複数の光ビームとなって出射し、センサー3
3と、複数のオプティカルロッド34、35とへ到達す
る。尚、後述するオプティカルロッド34、35の出射
端面での単位面積当たりの光の照度を最大にし、かつオ
プティカルロッド出射端面での照度均一性を増すため
に、複数分岐型光ファイバー32の各出射端面形状とオ
プティカルロッド34、35の入射端面形状を一致させ
ておくことが好ましい。
【0027】センサー33は、前記構成により、被検査
対象物へ照射されるのと同じ光ビームを受光し,これを
リアルタイムでモニターする。このデータを、前記光ビ
ーム制御系の光ビーム制御装置へフィードバックする構
成とすることも好ましい。
【0028】オプティカルロッド34、35は棒状のガ
ラスその他の透明材料で構成された光学部材である。オ
プティカルロッド34、35の入射端面に入射した光は
入射角により、その側面で全反射される回数が異なるの
で、出射端面でさまざまな角度の光が重なり合うために
照度が均一になり出射していく。
【0029】さらに、オプティカルロッド34、35は
マイクロメーター37、38の移動軸の先端に取り付け
られており、前記複数分岐光ファイバー32は自在に曲
げることができることから、後述する投影レンズ群41
の光軸に垂直なXY平面においてマイクロメーター3
7、38駆動により移動可能な構成とすることが出来
る。
【0030】また、オプティカルロッド34、35にお
いては入射端面において光の照度分布にムラがあって
も、出射端面においては照度分布が均一になる効果も有
しているので、複数分岐型光ファイバー32の照度分布
均一化の効果と相俟って、出射端面から出射する光ビー
ムの照度分布は更に均一となっている。
【0031】前記オプティカルロッド34、35の各出
射端面に、照射パターンマスク36が設置される。この
照射パターンマスク36は、光ビームが照射される被検
査対象物の位置、形状にあわせた所望のテストパターン
が複数穿たれたマスク円盤である。前記オプティカルロ
ッド34、35から出射した光ビームは照射パターンマ
スク36を通過することで、所望のテストパターンを有
する光ビームに整形され、後述する投影光学系40へ入
射する。照射パターンマスク36は、円盤の回転により
所望のテストパターンが選択され、一方、前記オプティ
カルロッド34、35は、前記マイクロメーター37、
38により駆動され、テストパターンと出射端面の位置
合わせをおこなう。これにより、多様なテストパターン
への適用が可能となり、幅広い機種の被検査対象物に対
する光照射が可能になる。
【0032】また、照射パターンマスク36とオプティ
カルロッド34、35の出射端面の設置位置は、後述す
る投影レンズ群41の有する焦点深度内に置くという構
成を採る。この構成により、投影レンズ群から見て照射
パターンマスク36とオプティカルロッド34、35の
出射端面に焦点が合うことで、照射パターンマスク36
の複数のパターンから所望のパターンを選択して、被検
査対象物へ投影することが可能になる。
【0033】前記光伝送系からの光を被検査対象物に照
射する投影光学系40は投影レンズ群41と、電動絞り
42とで構成される。尚、この実施例の光照射装置にお
いては、被検査対象物であるCCD撮像素子が2次元的
に作られているウエハ45の電気特性を測定するテスタ
ー本体43、プローバー44が設けられている。投影レ
ンズ群41は複数枚のレンズの組み合わせで構成され、
照射パターン形成マスク36を通過してきた、照度分布
が均一で所望のパターンを有する光ビームを、正確に被
検査対象物に照射する。電動絞り42は投影レンズ群4
1中に設置され、被検査対象物に照射される光のFナン
バーを変える作用をする。被検査対象物が例えばCCD
撮像素子の場合、完成したCCD撮像素子が使用される
カメラのFナンバーに合わせて検査できるようにしたも
のである。
【0034】以上、記載した構成により当該光照射装置
は次のように動作する。すなわち、光源10において、
ランプ11で発生した光は、アパーチャー12を通過し
て光ファイバー入射端面31に入射しない余分な光をカ
ットされ、且つ角度成分が一様になった光ビームとなり
光ビーム制御系20へ入射する。
【0035】光ビーム制御系20へ入射した光ビーム
は、シャッター22で適宜ON・OFF制御され、ND
ターレット23、NDウエッジ24及びカラーフィルタ
ー25を通過して所望の照度と波長を有する光ビームと
なって、光伝送系30へ入射する。
【0036】光伝送系30へ入射した光ビームは、光フ
ァイバー入射端面31より複数分岐光ファイバー32へ
入射し、照度分布が均一な光ビームへ分割される。複数
分岐光ファイバー32の各出射端から出射した光ビーム
は、あらかじめ照射パターンマスク36と位置あわせを
完了している、オプティカルロッド34、35へ入射し
て、更に照度分布の均一性を増した後、オプティカルロ
ッド34、35を出射して照射パターンマスク36を通
過し、照度分布が均一で所望のパターンを有する光ビー
ムとなり投影光学系40へ入射する。
【0037】投影光学系40へ入射した光ビームは電動
絞り42により所望のFナンバーを与えられ、投影レン
ズ群41により、所望のON・OFF、照度、波長、パ
ターン、及びFナンバーを有する均一な照度を有する光
ビームとして、被検査対象物であるCCD撮像素子が2
次元的に作られているウエハ45へ正確に照射される。
ウエハ45ににはプローバー44を介してテスター本体
43が接続され、光ビーム照射を受けたCCD撮像素子
の電気特性が測定、検査される。
【0038】ここで、本発明と従来のフライアイを用い
た光照射装置を比較すると、本発明には更に下記の優位
点がある。その1は、前記光ビーム制御系20におい
て、シャッター22、NDターレット23等の光ビーム
制御用光学装置を通過する光ビームの径と、従来のフラ
イアイを用いた光照射装置において、フライアイ通過後
に光ビーム制御用光学装置を通過する光ビームの径を比
較すると、本発明は前記複数分岐型光ファイバー32と
前記オプティカルロッド34、35を用いていること
で、被検査対象物の配置に関わりなく、前者を後者より
小さくすることが可能である。このことにより、各所の
フィルター等を挿入するために付加されるリレーレンズ
群の口径も小さなもので済み、シャッター22、NDタ
ーレット23等の光ビーム制御用光学装置も有効径が小
さなもので済み、各装置の配置設計の自由度が増すと同
時により高速な回転制御が可能になる。
【0039】その2は、本発明を、光の有効利用及び装
置のランニングコスト削減の観点から考えてみると、均
一な照度分布を有する光を照射すべき面積が従来のフラ
イアイを用いた方法に比較して2/3〜2/9となるた
め、光源として同一のランプを用いた場合、照射される
光の照度は1.5〜4.5倍になる。従って、従来と同
等の照度でよい場合には出力の小さな光源を使用するこ
とができ、2/3〜2/9の出力のランプで同様の照度
の光を得ることが出来る。また、光源として使用される
ランプは太陽光と同じような連続スペクトルを持った色
温度の高いハロゲンランプが使用されることが多いが、
ハロゲンランプは電力を10%落として点灯すると寿命
は約2倍となる。本発明においては、従来のフライアイ
を用いた方法に比較して、必要とされる光の照度は少な
くて済むのでランプの出力を若干落として使用すること
も可能になる。この結果、ランプが長寿命化し交換コス
トばかりでなく、交換に際しての装置停止に伴うロス時
間の削減にも大きなメリットがある。
【0040】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、光源と、この光源からの光のビーム断面の照度
分布を均一にする光伝送系と、前記光伝送系からの光を
被検査対象物に照射する投影光学系とを有し、前記光伝
送系は、前記光源からの光を入射して導く光ファイバー
束とこの光ファイバー束からの出射光を入射して均一化
して出射するオプティカルロッドとを有し、前記光ファ
イバー束において、前記光入射端に配置される個々の光
ファイバーが出射端において、ランダムに配置換えした
ことにより、複数の被検査対象物の電気特性を検査する
検査装置において、光エネルギーを無駄にせず、必要な
均一照度分布を有する光の照度面を小型で低コストの光
照射装置を用いて作り出すことができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る光照射装置の一実施形態を示す概
念図である。
【符号の説明】
10 光源部 20 光ビーム制御系 30 光伝送系 31 光ファイバー入射端面 32 複数分岐光ファイバー 33 光量モニター素子 34、35 オプティカルロッド 36 照射パターン形成マスク 37、38 マイクロメーター 40 投影光学系
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/66 F21S 1/00 F 27/14 H01L 27/14 Z

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源と、この光源からの光のビーム断面
    の照度分布を均一にする光伝送系と、 前記光伝送系からの光を被検査対象物に照射する投影光
    学系とを有し、 前記光伝送系は、前記光源からの光を入射して導く光フ
    ァイバー束とこの光ファイバー束からの出射光を入射し
    て均一化して出射するオプティカルロッドとを有し、 前記光ファイバー束は、光入射端に配置される個々の光
    ファイバーが出射端において、ランダムに配置換えされ
    たものであることを特徴とする光照射装置。
  2. 【請求項2】 前記光ファイバー束として複数分岐型光
    ファイバーを用い、複数の出射端に各々前記オプティカ
    ルロッドを配することで、光のビーム断面の照度分布が
    均一で且つ同一の照度を有する複数の光を被検査対象物
    に照射できることを特徴とする請求項1に記載の光照射
    装置。
  3. 【請求項3】 前記オプティカルロッドが移動可能であ
    って、前記オプティカルロッドと前記投影光学系との間
    に設置される照射パターン形成マスクと位置合わせをお
    こなうことにより、所望のパターンを有する光を、被検
    査対象物の所望の場所に照射することが可能であること
    を特徴とする請求項1または2に記載の光照射装置。
  4. 【請求項4】 前記オプティカルロッドの出射端面と前
    記照射パターン形成マスクとが、前記投影光学系を構成
    するレンズ群の焦点深度の範囲内に設置されることを特
    徴とする請求項3に記載の光照射装置。
  5. 【請求項5】 前記光源と前記光伝送系との間に、光の
    ビームのON・OFF制御及び/又は、照度制御及び/
    又は、波長制御をおこなう光ビーム制御用光学装置を設
    置したことを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに
    記載の光照射装置。
  6. 【請求項6】 前記光ビーム制御用光学装置は、光のビ
    ームのON・OFF制御をおこなうシャッター、光のビ
    ームの照度制御をおこなうNDターレットとNDウェッ
    ジ、及び光のビームの波長制御をおこなうカラーフィル
    ターとのいずれか1以上であることを特徴とする請求項
    5に記載の光照射装置。
  7. 【請求項7】 前記複数分岐型光ファイバーの出射端の
    少なくとも1つにセンサーを設置したことを特徴とする
    請求項2ないし6のいずれかに記載の光照射装置。
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