JP2007079432A - スリットの開口部の形状及び調光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反射率が大きな被写体でも自動調光が可能な調光方法及び調光装置を提供する。
【解決手段】映像の輝度レベルが所定の値になるように照明の光量を制御する調光装置であって、スリット最大位置ではスリットの中心がランプの軸上で、スリット最小位置ではスリットの中心がランプの周辺（光広がりの限界位置）となるようにしたスリット開口部の形状を用い、照明を通過する光量をスリットによって調整する調光装置において、スリットの移動に対応して、スリットを通過する光量が対数曲線で変化する。
【選択図】図４

Description

本発明は、光学顕微鏡とイメージセンサを利用して、基板等の微小物を非接触で検査する装置等に使用する調光装置に関する。

調光装置は、光学顕微鏡と CCD（ Charge Coupled Device ）カメラ等のイメージセンサを利用して、IC（ Integrated Circuit ）ウェハや LCD（ Liquid Crystal Device ）の TFT（ Thin Film Transistor ）基板等の微小物を非接触で検査する装置等画像処理システムに主として、使用される。

図１と図２によって、従来技術について説明する。図１は、従来の顕微鏡を用いた画像処理システムの構成を示すブロック図である（例えば、特許文献１参照。）。図２は、CCD カメラ 6 の受光量と出力映像の輝度レベルの関係を示す図である。1 は被写体、2 は対物レンズ、3 は対物レンズのリボルバ、21 はリボルバ 3 に設けられた予備の対物レンズ、4 は照明光学系、5 は顕微鏡、6 は CCD カメラ、7 は制御部、8 はモニタ、90 はランプ、91 は照明光源 9 内のスリット、92 はスリット 91 の移動機構、93 はライトガイド、94 は拡散板である。9 は照明電源で、ランプ 90 、スリット 91 、移動機構 92 、及び拡散板 94 を含む。

図１において、被写体 1 は、図示しない戴置台上に固定されて、その一部を顕微鏡 5 が拡大して、拡大された光学像をCCD カメラ 6 が撮像して電気信号に変換して制御部 7 に出力する。制御部 7 は、所定の画像処理を施して、所定の形式で、モニタ 8 に表示させる。
このとき CCD カメラ 6 が、所定の輝度の画像を得るためには、照明を被写体 1 に照射し、反射光が顕微鏡 5 を介して CCD カメラ 6 の撮像面に入る必要がある。
このため、照明電源 9 の光をライトガイド93 を介して顕微鏡 5 の照明光学系 4 にいれる。そして、対物レンズ2 から被写体 1 に同軸落射照明によって入射させ、その反射光を CCD カメラ 6 に入れる。

CCD カメラ 6 の映像出力は、制御部 7 に入り、映像をモニタ 8 に表示する。制御部7 は、映像の輝度レベルを電圧で観測し、その電圧が正規電圧か否かを評価する。
このとき、CCD 6 の受光量と輝度レベルは、図２に示すように正比例する。
ランプ 9 から出力された光は、スリット 91 の開口部（スリット）を通って光ガイド 93 に入る。ライトガイド 93 の前に、光を拡散させるための拡散板 94 を入れ、ライトガイド 93 に均一に光を入れる。従って、光が通過する場所でのスリットの開口面積や配置によって、被写体 1 に照射され、反射し、顕微鏡 5 を通って CCD カメラ 8 入射する。

CCD カメラ 6 から出力され、制御部 7 に入射した映像の輝度レベルが、所定の値以上であるときは、スリット 91 通って光ガイド 93 、照明光学系 4 、等を介して被写体 1 に入射する光量が少なくなるように、スリット幅を狭くする。このため、スリット移動機構 92 でスリット 91 を移動する。
このように、ランプ 90 上のスリット幅が狭くなる（即ち、ライトガイド 93 に入力する光量が減る）と、CCD カメラ 6 の受光量も減るので、映像の輝度レベルが低くなる。従って、所定の輝度レベルとなる。

輝度レベルが、所定の値に達しないときは、同様に、被写体 1 に入射する光量が多くなるように、スリット幅を狭くする。このため、スリット移動機構 92 でスリット 91 を移動する。
このように、ランプ 90 上のスリット幅が広くなる（即ち、ライトガイド93 に入力する光量が増える）と、CCD カメラ 6 の受光量も増えるので、映像の輝度レベルが高くなる。従って、所定の輝度レベルとなる。
このような技術の開示例としては、例えば、特許文献２がある。

図３は、ランプ 90 の発光位置と発光量との関係を示す図である。ランプ 90 の発光部分は点光源といえども所定の面積を有する（または、出力口では点であても、照射することにより広がりが生じる）。そして、その光が出力する場所に対応して光量も異なる。即ち、出力場所に対応した光量分布特性を有する。図３(a) は、ランプ 90 の X 方向の発光量の分布図を示し、図３(b) は、Y 方向の発光量の分布図を示す。ランプ 90 は、ランプ 90 の水平方向（ X 方向）と垂直方向（ Y 方向）方向に広がりを持ち、中心が光量多く、中心から離れ周辺にいくと少なくなる。

光量の調整方法を図４〜図６によって説明する。図４と図５は、スリット 91 の移動とランプ 90 の発光量との関係を説明するための図である。また図６は、スリット位置とスリットの通過光量との関係を示す図である。
図３と図４において、映像の輝度レベルが所定の値となるように、移動機構 92 を用いてスリット 91 をランプ 90 の光軸上で移動する。即ち、移動機構 92 によって、スリット 91 の開口部 91B を X 方向に移動させる。開口部 91B の形状は X 方向に移動させると Y 方向の開口の幅が直線的に変わるように、底辺が Y 方向と平行な二等辺三角形となっている。なお、図３以降では、スリット 91 の開口の形状を開口部 91B として示しており、スリット 91 は省略している。

図４は、Y 方向のスリット 91 を通過する光量が最大となるときのX 方向のスリット位置、即ち、X 方向のスリット最大位置とランプ 90 の光量分布との関係を示す図で、図５は、Y 方向のスリット 91 を通過する光量が最小となるときの X 方向のスリット位置、即ち、X 方向のスリット最小位置とランプ 90 の光量分布との関係を示す図である。この関係は、X 方向のスリット 91 を通過する光量が最大または最小となるときの Y 方向のスリット位置でも同様である。
なお、スリット 91 のスリット最大位置とスリット最小位置は、移動機構 92 の移動可能な範囲の限界である。

スリット通過光量と CCD カメラ6 の受光光量は比例する。
もっとも反射率の低い被写体 1 の反射率を 100 ％とする。このとき、スリット91 の移動に対し、開口部 91B を通過する通過光量は図６のようになる。
反射率 200 ％の被写体 1 の場合、カメラの受光量を 50 ％にするために、スリット位置は 35 ％の位置となる。反射率 400 ％の被写体1 の場合、カメラの受光量を 25 ％にするために、スリット位置は 15 ％の位置となる。
反射率 800 ％の被写体 1 の場合、カメラの受光量を 12.5 ％にするために、スリット位置は 5 ％の位置となる。

特開２０００−０２８３１９号公報 特開平８−２４０４１２号公報

従来技術では、スリット位置の再現性により、被写体 1 の反射率が 400 ％以上である場合には自動調整が難しくなる。
また、スリットの移動機構についていえば、移動機構に用いるモータ移動でのスリット位置の再現性を良くても、スリット位置とランプの位置関係が安定せずスリット位置を5 ％の位置に安定して確定制御するのは困難である。
また、反射率が大きくなるほど、調整範囲が小さくなり、移動機構の移動範囲が小さくなり、移動の制御が困難になっていた。
本発明の目的は、上記のような問題を解決し、反射率が大きな被写体でも自動調光が可能な調光方法及び調光装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の調光方法及び調光装置は、スリット最大位置ではスリットの中心がランプの軸上で、スリット最小位置ではスリットの中心がランプの周辺（光広がりの限界位置）となるようにしたスリット開口部の形状を用いる。

即ち、本発明のスリットの開口部の形状は、映像の輝度レベルが所定の値になるように照明の光量を制御する調光装置であって、照明を通過する光量をスリットによって調整する調光装置において、スリットの移動に対応して、スリットを通過する光量が対数曲線で変化する。

また、本発明の調光装置は、映像の輝度レベルが所定の値になるように照明の光量を制御する調光装置であって、照明を通過する光量をスリットによって調整する調光装置において、スリットの移動に対応して、スリットを通過する光量が対数曲線で変化する。
また、好ましくは、スリットを通過する光量が最大のときのスリットの位置では、スリットの中心が上記照明の光軸中心上にあることを特徴とする。
また、好ましくは、スリットを通過する光量が最小のときのスリットの位置では、スリットの中心が上記照明の光軸から一番離れていることを特徴とする。
また、好ましくは、スリットが回転移動し、回転移動に対応して、スリットを通過する光量が対数曲線で変化するようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、反射率が大きな被写体でも自動調光が可能な調光方法及び調光装置を実現できる。
また、基準試料の反射率を 1600 ％まで可能し、高倍のダイナミックレンジを得ることができる。
また、対物レンズを変更したときの明るさの変化にも、対応可能な範囲が広がった。
また、スリット移動機構の体積を減らすことができ、これに応じて、照明電源内に装備することが可能となった。

本発明の一実施例のスリットの開口部の形状とランプの光量との関係を図７と図８によって説明する。図７は、本発明の一実施例のスリット最大位置とランプの発光量との関係を説明するための図である。また図８は、本発明の一実施例のスリット最小位置とランプの発光量との関係を説明するための図である。

図７と図８でのスリット 91′の開口部91A の形状は、スリット 91′がスリット最大位置のときには、スリット 91′の中心がランプ 90 の軸上となるようにし、スリット最小位置のときには、スリット 91′の中心がランプ 90 の周辺（光広がりの限界位置）となるようにしたスリット開口部 91A の形状を用いる。なお、図７と図９では、スリット 91′は図示しない。スリット 91′の開口部 91A の形状だけを示す。

スリット 91′の開口部 91A の移動に対し、開口部 91A を通過する通過光量は図７と図８に示すようになる。
即ち、スリット開口部 91A が最大位置にあるときは、ランプ 90 の光量すべてが通過して、ライトガイド 93 に入力し、被写体 1 に照射される（図７）。また、スリット開口部 91A が最小位置にあるときは、開口部 91A は、ランプ 90 の光源の中央部ではなく、光量分布の端部にある場所の部分の光を通過させる。従って、中央部より弱い光量がライトガイド 93 に入力し、被写体 1 に照射される（図８）。従来は、最小位置でも開口部がランプ 90 の中央部の一番光量が多い場所にあったため、それより少ない光量に調整することができなかった。しかし、本発明によれば、開口部 91A の開口位置がランプ 90 の光量が小さい場所にできるため、少ない光量まで調整可能となった。

被写体 1 の反射率が 100 ％のときに、カメラの受光量が100 ％となるように、映像の輝度レベルをあらかじめ輝度設定しているとき（即ち、所定の輝度レベルになるようにスリット位置を調整するとき）について、以下に述べる。
例えば、反射率が 200 ％の被写体の映像の輝度レベルを、所定の輝度レベル（反射率 100 ％で、カメラの受光量が 100 ％のときの映像の輝度レベル）とするためには、かめらの受光量を 1/2 の 50 ％とすれば良い。また、例えば、反射率が 400 ％の被写体の映像の輝度レベルを、所定の輝度レベルとするためには、かめらの受光量を 1/4 の 25 ％とすれば良い。
この場合、被写体 1 は、基準となる反射率を備えた、いわゆる、標準サンプル（基準試料）を用いる。

被写体 1 の反射率が 200 ％の場合、カメラの受光量を 50 ％にするためには、スリット位置は 75 ％位置となる。被写体 1 の反射率が 400 ％の場合、カメラの受光量を 25 ％にするために、スリット位置は 50 ％位置となる。被写体 1 の反射率が 800 ％の場合、カメラの受光量を 12.5 ％にするために、スリット位置は 25 ％位置となる。25 %のスリット位置ならば、安定に制御することができる。
また更に、被写体 1 の反射率が 1600 ％の場合、カメラの受光量を 6.25 ％にするために、スリット位置は 12.5 ％位置となり、まだ制御することができる。また更に、被写体 1 の反射率が 3200 ％の場合、カメラの受光量を3.125 ％にするために、スリット位置は 6.25 ％位置となり、まだまだ制御できる。

従来では基準試料の反射率が 100 ％から 400 ％までが限界であったが、しかし、上記実施例のスリット開口部の形状とすれば、少なくとも1600 ％まで可能となり、約 4 倍から約 8 倍のダイナミックレンジが得られる。
従って、例えば、レボルバ 3 で、対物レンズ21 に変更するというように、倍率を変更したときの明るさの変化にも対応可能な範囲が広がった。
従って、反射率が大きくなっても、調整範囲がそれほど小さくならず、移動機構の移動範囲も変わらず、移動の制御も困難ではない。

上述の実施例では説明しなかったが、上述の実施例では、スリット 91 の移動方向を X 方向とし、輝度変化を Y 方向とした例で説明した。しかし、実際には、スリット 91 の移動方向を Y 方向とし、輝度変化を X 方向とする調整も可能であり、少なくともどちらか一方の輝度調整を行うことが可能である。
また、必ずしも、水平方向、垂直方向である必要は無く、装置の構造によっては、斜め方向であっても良い。

図１０によって、本発明の他の実施例のスリットの開口部の形状とランプの光量との関係を説明する。図１０は、本発明の一実施例のスリットの移動とランプの発光量との関係を説明するための図である。
図１０の実施例は、スリットの開口部 91C の形状を、回転方向に曲げ、スリット 91′を回転中心 101 を中心にして、回転させることにより、調光を行うものである。このように、円周移動とし、スリット移動機構の容積を減らすことによって、一層小型の照明電源を実現することができた。

なお、スリット最大位置では、スリットの厚みが最も薄く、スリット最小位置では、スリットの厚みが最も厚くなるようにスリットの厚みを変えることによって、更に、基準試料の反射率に対して高倍のダイナミックレンジを得ることができる。

従来の画像処理システムの構成を示すブロック図。 CCD カメラの受光量と出力映像の輝度レベルの関係を示す図。 ランプの発光場所と発光量との関係を示す図。 スリットの移動とランプの発光量との関係を説明するための図。 スリットの移動とランプの発光量との関係を説明するための図。 スリット位置とスリットの通過光量との関係を示す図。 本発明の一実施例のスリットの移動とランプの発光量との関係を説明するための図。 本発明の一実施例のスリットの移動とランプの発光量との関係を説明するための図。 本発明の一実施例のスリット位置とスリットの通過光量との関係を示す図。 本発明の一実施例のスリットの移動とランプの発光量との関係を説明するための図。

符号の説明

1：被写体、 2：対物レンズ、 3：対物レンズのリボルバ、 21：予備の対物レンズ、 4：照明光学系、 5：顕微鏡、 6：CCD カメラ、 7：制御部、 8：はモニタ、 90：ランプ、 91，91′：スリット、 91A，91B：開口部、 92：移動機構、 93：ライトガイド、 94：拡散板、 100：回転中心。

Claims (5)

1. 映像の輝度レベルが所定の値になるように照明の光量を制御する調光装置であって、照明を通過する光量をスリットによって調整する調光装置において、
   上記スリットの移動に対応して、上記スリットを通過する光量が対数曲線で変化するようにしたことを特徴とするスリットの開口部の形状。
2. 映像の輝度レベルが所定の値になるように照明の光量を制御する調光装置であって、照明を通過する光量をスリットによって調整する調光装置において、
   上記スリットの移動に対応して、上記スリットを通過する光量が対数曲線で変化するようにしたことを特徴とする調光装置。
3. 請求項２記載の調光装置において、上記スリットを通過する光量が最大のときのスリットの位置では、上記スリットの中心が上記照明の光軸中心上にあることを特徴とする調光装置。
4. 請求項２記載の調光装置において、上記スリットを通過する光量が最小のときのスリットの位置では、上記スリットの中心が上記照明の光軸から一番離れていることを特徴とする調光装置。
5. 請求項２乃至請求項４のいずれか１つに記載の調光装置において、上記スリットが回転移動し、回転移動に対応して、上記スリットを通過する光量が対数曲線で変化するようにしたことを特徴とする調光装置。

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