JP2006234450A

JP2006234450A - 光源装置

Info

Publication number: JP2006234450A
Application number: JP2005046409A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Ichizawa; 康史市沢
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2005-02-23
Filing date: 2005-02-23
Publication date: 2006-09-07
Anticipated expiration: 2025-02-23
Also published as: KR100698567B1; KR20060094017A; JP4656393B2; TWI288237B; TW200630601A

Abstract

【課題】固体撮像素子の中央部と周辺部とで、均一な検査光を照射できる光源装置を実現することを目的にする。
【解決手段】本発明は、固体撮像素子の検査に用いる光源装置に改良を加えたものである。本装置は、光を出力する光生成部と、この光生成部からの光を入射し、固体撮像素子に光を照射するレンズ部と、このレンズ部と光生成部との間に、レンズ部の焦点距離より短い、所望の位置に配置される開口絞りとを備えたことを特徴とする装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、ＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子の検査に用いられる光源装置に関し、固体撮像素子の中央部と周辺部とで、均一な検査光を照射できる光源装置に関するものである。

従来、ＣＣＤ（電荷結合素子）センサやＣＭＯＳ（相補正金属酸化膜半導体）センサ等の固体撮像素子の検査では光源装置を用いて、被検査対象である固体撮像素子を既知の色や光量の光を照射し、固体撮像素子からの出力された電気信号をモニタするという構成が用いられている。例えば特許文献１，２等に示されている。

特開２００２−３１４０５４号公報特開２００４−６１１５４号公報

以下図７を用いて説明する。図７に示されるように、ハロゲンランプ１は光を出力する。レンズ２は、ハロゲンランプ１からの光を入射し、ほぼ平行光もしくかわずかに収束する光束とする。減光開口部３は、レンズ２により導かれた光束を機械的に遮光することが可能な開口部でプログラマブルに開口面積の制御が可能である。ＮＤ（ニュートラルデンシティ）フィルタ部４は、モータ４ａで回転する円盤上に透過率が異なるＮＤフィルタ４ｂが配置され、減光開口部３からの光を、ＮＤフィルタ４ｂを通過させる。カラーフィルタ部５は、モータ５ａで回転する円盤上に色の異なるカラーフィルタ５ｂが配置され、ＮＤフィルタ部４からの光を、カラーフィルタ５ｂを通過させる。照度均一化素子６は、カラーフィルタ部５からの光を入射面から入射し、光束をほぼ同一照度分布とし出射面から照射する。レンズ部７は、照度均一化素子６からの光を結像する。ＣＣＤセンサ８は固体撮像素子で、レンズ部７からの光が照射される。

次に、レンズ部７の具体構成を図８に示し説明する。図８に示されるように、レンズ７ａ，７ｂは、凸レンズ、凹レンズを張り合わせたタブレットと呼ばれるレンズで、焦点距離が同じものを組み合わせて曲率の大きな面を内側に向かい合わせる。そして、レンズ７ａ側の光軸上結像距離の位置に、照度均一化素子６（物体面）が配置され、レンズ７ｂ側の光軸上結像距離の位置に、ＣＣＤセンサ８（像面）が配置される。開口絞り７ｃは、レンズ７ａ，８ｂの間に設けられ、絞り径を変えることで、開口数を変えることができる。

このような装置の動作を以下に説明する。ハロゲンランプ１の光が、レンズ２、減光開口部３、ＮＤフィルタ部４のＮＤフィルタ４ｂ、カラーフィルタ部５のカラーフィルタ５ｂを通過し、照度均一化素子６に入射される。照度均一化素子６が照度を均一化して、レンズ部７に光を入射し、レンズ部７からＣＣＤセンサ８に光が入射される。そして、図示しないＩＣテスタにより、ＣＣＤセンサ８の試験が行われる。

レンズ７ａ，７ｂ間の開口絞り７ｃは、物体面（照度均一化素子６）から像面（ＣＣＤセンサ８）に達する光線のうち、光軸となる角αが最も大きな光線を決める部材で、この光線より大きな角度で出た光線はこの絞り７ｃにより遮られ、像面に達しない。そして、レンズ７ａ，７ｂの対称レンズの中央に開口絞り７ｃが位置するので、コマ収差は絞りの前後のレンズ７ａ，７ｂによりキャンセルされる。また、ディストーション（歪曲収差）は、開口絞り７ｃの位置により変化し、レンズ７ａ，７ｂの対称レンズの中央に位置することで、キャンセルされる。

このような装置では、コマ収差とディストーションがキャンセルできるが、周辺光量は画角βに対し、コサイン４乗則により周辺光量が低下する。図９に光学設計ソフトによるシミュレーション結果を示す。横軸が像高、縦軸が照度比である。像高により周辺光量の低下量は異なるが、通常、数％〜１０％程度の低下がみられる。

このような光を、ＣＣＤセンサ８に照射すると、中央部と周辺部とで当たる光量が異なるために、正確な検査を行うことができなかった。また、ＣＣＤセンサ８の周辺にいくほど、入射する光の角度がたおれ、ＣＣＤセンサ８の中央部と周辺部とで検査条件が異なることになり、正確な検査が行えないという問題点があった。

そこで、本発明の目的は、固体撮像素子の中央部と周辺部とで、均一な検査光を照射できる光源装置を実現することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
固体撮像素子の検査に用いる光源装置において、
光を出力する光生成部と、
この光生成部からの光を入射し、前記固体撮像素子に光を照射するレンズ部と、
このレンズ部と前記光生成部との間に、レンズ部の焦点距離より短い所望の位置に配置される開口絞りと
を備えたことを特徴とするものである。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、
レンズ部は、固体撮像素子に対して、光軸上結像距離より短い所望の位置に配置されることを特徴とするものである。
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、
光生成部は、光を入射し、照度を均一化して出射する照度均一化素子であることを特徴とするものである。
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、
光生成部の出射面に近接して、照明エリア規制パターンを設けたことを特徴とするものである。
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、
固体撮像素子はオンチップマイクロレンズ付きであることを特徴とするものである。

本発明によれば、開口絞りの位置を、レンズ部の前側の焦点位置の内側に設けたので、照度を均一にできる。従って、固体撮像素子に均一な検査光を照射でき、検査を精度よく行うことができる。また、絞り径を変化させても、周辺光量比が変わらないことから、照度均一化を保ったままで、所望のＦ値が得られる。

請求項２によれば、レンズ部の位置を、固体撮像素子に対して光軸上結像距離より短い所望の位置にしたので、中央部が適度にぼやけ、光生成部の微細な表面のキズやゴミの付着による照度分布の乱れを緩和することができる。

請求項３によれば、照度均一化素子が中央部の照度が高くなり、周辺光量が僅かに落ちる傾向があるが、開口絞りの位置を調整することにより、照度の補正が可能である。

請求項４によれば、照明エリア規制パターンにより照明エリアを決めることができ、隣接する固体撮像素子に、均一な照度の光をあてることができる。

請求項５によれば、開口絞りの位置を、レンズ部の前側の焦点位置の内側に設けたので、周辺光量を増加させ、中央部と周辺部の照度を均一化できると共に、周辺部に対して、光を斜めにあてることができ、オンチップマイクロレンズ付けの固体撮像素子の試験を行うことができる。

以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例を示した要部構成図である。ここで、図７と同一のものは同一符号を付し説明を省略する。

図１に示されるように、レンズ９，１０はレンズ７部の代わりに設けられ、凸レンズ、凹レンズを張り合わせたタブレットと呼ばれるレンズで、焦点距離が同じものを組み合わせて曲率半径が小さい側を向かい合わせ、僅かに隙間を空けるか、密着させる。そして、レンズ９側の光軸上結像距離の位置に、照度均一化素子６（物体面）が配置され、レンズ１０側の光軸上結像距離より短い所望の位置に、ＣＣＤセンサ８（像面）が配置される。開口絞り１１は、レンズ９と照度均一化素子６との間に、レンズ９，１０の合成焦点距離より短い所望の位置に配置され、絞り径を変えることで、開口数を変える。合成焦点距離ｆは、１／ｆ＝１／ｆａ＋１／ｆｂ−ｄ／（ｆａ・ｆｂ）、ｆａ：レンズ９の焦点距離、ｆｂ：レンズ１０の焦点距離、ｄ：レンズ９，１０の間隔で求める。

このような装置の動作を以下に説明する。ハロゲンランプ１の光が、レンズ２、減光開口部３、ＮＤフィルタ部４のＮＤフィルタ４ｂ、カラーフィルタ部５のカラーフィルタ５ｂを通過し、照度均一化素子６に入射される。照度均一化素子６が照度を均一化して、開口絞り１１に光を照射し、開口絞り１１が開口数を制限して、レンズ９，１０に光を出射する。そして、レンズ１０がＣＣＤセンサ８に光を出射し、図示しないＩＣテスタにより、ＣＣＤセンサ８の試験が行われる。

ここで、図１に示す要部の動作をさらに詳細に説明する。図２は図１に示す装置の動作を説明する図である。ここで、レンズ９，１０は１つのレンズとして略して記す。（ａ）は開口絞り１１をレンズ９，１０の直後に配置した場合、（ｂ）は開口絞り１１をレンズ９，１０から少し離して物体面側に配置した場合、（ｃ）は開口絞り１１をレンズ９，１０の合成焦点距離の物体面側の位置に配置した場合である。

（ａ）は、照度均一化素子６から出た光が、レンズ９，１０の中央を通ってＣＣＤセンサ８に達する。（ｂ）は、照度均一化素子６から出た光（主光線）が、レンズ９，１０レンズ９，１０のやや中心から離れた位置を通り、ＣＣＤセンサ８に達する。（ｃ）は、照度均一化素子６から出た光（主光線）が、ＣＣＤセンサ８側で光軸と平行になり、像側で平行光線となる像側テレセンリック光学系となる。ここで、ＣＣＤセンサ８側の主光線と光軸の角度θ１〜θ３は、開口絞り１１の絞りがレンズ９，１０から離れて焦点距離の位置に近づくにつれて角度が浅くなる。しかし、テレセントリック光学系にすると、レンズのかなり周辺まで光線が透過するようになり、その光線径Ｄ３は他の光線径Ｄ１，Ｄ２より大きくなり、（ｃ）の場合、レンズ９，１０は大口径のレンズにする必要がある。

また、（ｃ）、すなわち、テレセントリック光学系の場合を、光学ソフトでシミュレーションした結果、図３に示すようになる。図３に示すように、横軸は像高、縦軸は照度比である。つまり、周辺光量が数％〜１０％高くなる。

このような装置では、開口絞り１１の位置を、レンズ９，１０の前側の合成焦点位置の内側に設けたので、周辺部の主光線が光軸にほぼ平行で、照度を均一にできる。従って、固定撮像素子に均一な検査光を照射でき、検査を精度よく行うことができる。また、絞り径を変化させても、周辺光量比が変わらないことから、照度均一化を保ったままで、所望のＦ値が得られる。

また、レンズ９，１０からの光は、光軸に垂直に置かれた平面に結像することが理想だが、必ずしも平面に結像せず、中心ではシャープな像が写っているのに、周辺がぼやけてしまう。ところが、ピンと位置をずらすと、中心がぼやけ、周辺像が合焦する。すなわち、レンズ９，１０の位置を、ＣＣＤセンサ８に対して光軸上結像距離より短い所望の位置にしたので、中央部が適度にぼやけ、照度均一化素子６の微細な表面のキズやゴミの付着による照度分布の乱れを緩和することができる。

また、照度均一化素子６が中央部の照度が高くなり、周辺光量が僅かに落ちる傾向があるが、開口絞り１１の位置を調整することにより、照度の補正が可能となる。

次に、オンチップマイクロレンズ付きのＣＣＤセンサを試験する場合について説明する。オンチップマイクロレンズ付きのＣＣＤセンサは、例えば特開平５−６９８６号公報、特開平６−１２５０７１号公報等に記載されている。以下、デジタルカメラの構成を、図４を用いて説明する。

図４に示されるように、オンチップマイクロレンズ付きのＣＣＤセンサ８０は、基板８１、フォトダイオード８２、垂直電荷転送ライン８３、オンチップマイクロレンズ８４からなる。多数のフォトダイオード８２は基板８１に形成される。多数の垂直電荷転送ライン８３は、隣接するフォトダイオード８２間に形成される。多数のオンチップマイクロレンズ８４は、ＣＣＤセンサ８０の中心に対してシフトして、フォトダイオード８２ごとに設けられ、フォトダイオード８２に光を導く。レンズ９０は、ＣＣＤセンサ８０の上部に設けられ、ＣＣＤセンサ８０に光を導く。開口絞り１００は、レンズ９０に近接して、レンズ９０からの光を絞り、ＣＣＤセンサ８０に光をあてる。

このように、開口絞り１００の位置を低くし、パッケージの小型化を図るために、オンチップマイクロレンズ８４のピッチは、開口絞り１００に向けて構成される。つまり、Ａ点のフォトダイオード８２では、垂直に光が入射するため、オンチップマイクロレンズ８３はフォトダイオードに対してシフトさせていないが、Ｂ点のフォトダイオード８２では、倒れて入射する光を考慮して、垂直電荷転送ライン８３や図示していない遮光膜、カラーフィルタなどでケラレが発生しないようにシフトしている。

このようなオンチップマイクロレンズ付きのＣＣＤセンサ８０の試験動作を、図５を用いて説明する。ここで、図１と同一のものは同一符号を付し説明を省略する。図５に示されるように、照明エリア規制パターン１２は、照度均一化素子６の照射面に近接して設けられ、照明エリアを規制する。そして、ＣＣＤセンサ８の代わりに、検査対象がＣＣＤセンサ８０になっている。

このような装置の動作を説明する。ハロゲンランプ１の光が、レンズ２、減光開口部３、ＮＤフィルタ部４のＮＤフィルタ４ｂ、カラーフィルタ部５のカラーフィルタ５ｂを通過し、照度均一化素子６に入射される。照度均一化素子６が照度を均一化して、照明エリア規制パターン１２により、照明エリアが規制され、開口絞り１１に光が照射される。そして、開口絞り１１が開口数を制限して、レンズ９，１０に光を出射する。レンズ１０がＣＣＤセンサ８０に光を出射する。

一般に、ＣＣＤセンサ８０を検査する場合、照度均一化素子６の出射光を、ピンホールを介して、ＣＣＤセンサ８０にあてて、ＣＣＤセンサ８０の周辺部に、光が倒れてあてるようにしている。しかし、図５のａに示されるように、周辺光量が少なくなり、検査精度に大きな支障をきたしてしまう。

そこで、開口絞り１１の位置を、レンズ９，１０の前側の合成焦点位置の内側に設けたので、図５のｂに示されるように、周辺光量を増加させ、中央部と周辺部の照度を均一化できると共に、図２（ｂ）に示されるように、ＣＣＤセンサ８０の周辺部８に対して光を斜めにあてることができる。図５のｃは照明エリア規制パターン１２により、照明エリアが制限された場合である。

また、ピンホールによる照明の検査では、ＣＣＤセンサ８０は通常長方形であるため、対角をカバーする直径の円形照明となってしまう。つまり、図６に示されるように、照明エリアＬ１，Ｌ２のようになり、隣接するＣＣＤセンサ８０まで余分な光があたり、ＣＣＤセンサ８０と同じピッチで同数のピンホールを開けたのでは、円錐状の光が重なり、照度の均一性が損なわれる。そこで、ＣＣＤセンサ８０を１個飛ばしで、検査しなければならない。しかし、照明エリア規制パターン１２により照明エリアを決めた上で、開口絞り１１の位置を、レンズ９，１０の前側の合成焦点距離の内側に設けることで、図６に示されるように、照明エリアＬ３，Ｌ４のようになり、隣接するＣＣＤセンサ８０に、均一な照度の光をあてることができる。

この結果、例えば落射光束の直径が５０ｍｍ、ＣＣＤセンサ８０のピッチが６ｍｍとすると、同時に照射できるＣＣＤセンサ８０の個数は、５０ｍｍ／６ｍｍ＝８個となる。１個飛ばしの場合は、半分の４個となる。すなわち、試験時間を短縮することができる。

なお、本発明はこれに限定されるものではなく、光源として、ハロゲンランプ１を用いたが、発光素子を用いてもよい。

また、レンズ９，１０の２つのレンズによるレンズ部の例を示したが、１つのレンズや複数のレンズによりレンズ部を構成してもよい。

本発明の一実施例を示した構成図である。図１に示す装置の動作を説明する図である。図１に示す装置の照度比を示した図である。デジタルカメラの概略構成を示した図である。本発明の第２の実施例を示した構成図である。図５に示す装置の動作を示した図である。従来の光源装置の構成を示した図である。図７に示す装置のレンズ部７の具体構成を示した図である。図７に示す装置の照度比を示した図である。

符号の説明

６照度均一化素子
８，８０ＣＣＤセンサ
９，１０レンズ
１１開口絞り
１２照度規制パターン

Claims

固体撮像素子の検査に用いる光源装置において、
光を出力する光生成部と、
この光生成部からの光を入射し、前記固体撮像素子に光を照射するレンズ部と、
このレンズ部と前記光生成部との間に、レンズ部の焦点距離より短い、所望の位置に配置される開口絞りと
を備えたことを特徴とする光源装置。
レンズ部は、固体撮像素子に対して、光軸上結像距離より短い所望の位置に配置されることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
光生成部は、光を入射し、照度を均一化して出射する照度均一化素子であることを特徴とする請求項１または２記載の光源装置。
光生成部の出射面に近接して、照明エリア規制パターンを設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光源装置。
固体撮像素子はオンチップマイクロレンズ付きであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光源装置。