JP2012079677A - Lighting system used for automatic optical detection and its combination with image forming system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動光学検出に用いられる照明システムおよびそれと画像形成システムとの組合せに係わり、とりわけ検出対象の物体の表面を照明する光源システムに関するものである。 The present invention relates to an illumination system used for automatic optical detection and a combination thereof with an image forming system, and more particularly to a light source system that illuminates the surface of an object to be detected.
自動光学検出(AOI)は、液晶表示パネル、半導体集積回路チップおよび回路板の製造にとって重要なプロセスであり、生産、製造過程における製品品質の診断と改善によって製造コストを削減するために必要なプロセスである。自動光学検出の基本的な性能は、検出速度と検出感度の2つの重要な指標によって評価される。生産技術の進歩にしたがって製造速度の高速化、基板寸法の大型化および印刷パターンサイズの小型化が進んでおり、自動光学検出に対してより速い検出速度とより高い検出感度が求められている。 Automatic optical detection (AOI) is an important process for the manufacture of liquid crystal display panels, semiconductor integrated circuit chips and circuit boards, and the process necessary to reduce manufacturing costs by diagnosing and improving product quality in the production and manufacturing processes. It is. The basic performance of automatic optical detection is evaluated by two important indicators: detection speed and detection sensitivity. With the progress of production technology, the production speed is increased, the substrate size is increased, and the print pattern size is reduced, and higher detection speed and higher detection sensitivity are required for automatic optical detection.
検出対象の物体やサンプルの表面画像を獲得するために必要な光の強度は、形成する画像の大きさや検出速度に反比例する。したがって、LCDやチップなどに対して高速かつ高分解能の光学検出をするためには、性能のより高い照明光学システムが必要不可欠である。形成する画像の大きさに応じて画像形成用レンズの開口数(numerical aperture; NA)を増やせば光源を大きくすることができるが、この方法は、奥行きを小さくし、システム全体の機械的精度に悪影響をもたらしかねない。また、大型サンプルの表面を検出する場合には大きな視野が必要となり、そのためレンズの開口数が制限されてしまう。線形走査CCDセンサを用いてサンプルの表面を走査する場合には、一般に線形光ファイバやリニアLEDアレイからの光を照明として用いる。このような照明方法および装置は、10μmよりも大きい画像に対して低分解能の検出を行なう場合には効果的であるが、10μm未満の画像に対して高分解能の検出を行なう場合には、かかる照明技術の効率が極めて低い。 The intensity of light necessary to acquire a surface image of an object or sample to be detected is inversely proportional to the size of the image to be formed and the detection speed. Therefore, in order to perform high-speed and high-resolution optical detection on LCDs and chips, an illumination optical system with higher performance is indispensable. The light source can be increased by increasing the numerical aperture (NA) of the image forming lens according to the size of the image to be formed, but this method reduces the depth and increases the mechanical accuracy of the entire system. It can cause adverse effects. In addition, when detecting the surface of a large sample, a large field of view is required, which limits the numerical aperture of the lens. When scanning the surface of a sample using a linear scanning CCD sensor, light from a linear optical fiber or a linear LED array is generally used as illumination. Such an illumination method and apparatus are effective when low-resolution detection is performed on an image larger than 10 μm, but is necessary when high-resolution detection is performed on an image smaller than 10 μm. The efficiency of lighting technology is extremely low.
図1は特許文献1によって開示された照明および画像形成システムの概略図である。この照明および画像形成システム10は、第1の照明装置111、第2の照明装置112、第1の光反射装置121、第2の光反射装置122、平面屈折レンズ13、光学素子14および画像形成センサ15を有している。第1の照明装置111および第2の照明装置112からの照明光が前記検出対象の物体80の表面に集光されるとともにその表面の軸線上に集光されて線状照明を形成する。3組の照明装置を2組の照明装置に変更するために、第1の光反射装置121の中央には長形溝孔1211が設けられており、第2の光反射装置122からの反射光が該長形溝孔1211を介して検出対象の物体80の表面に到達することができる。また、この検出対象の物体80の表面反射光が長形溝孔1211を透過するとともに光学素子14に屈折されて画像形成センサ15に到達しかつ画像形成センサ15内で画像を形成する。
FIG. 1 is a schematic diagram of an illumination and image forming system disclosed in Patent Document 1. The illumination and image forming system 10 includes a first illumination device 111, a
この従来の技術では、いずれもアーチ状の表面を有する光反射装置または屈折レンズを用いなければ光線を軸線上に集光させることができない。かかる照明システムにおいて、複雑な光路を形成する場合には大きな空間が必要となる。また、複数の光反射装置、屈折レンズおよび長形溝孔に対して精密な角度調整を行わなければ、正確に屈折方向や反射方向を制御することができない。 In each of these conventional techniques, the light beam cannot be condensed on the axis unless a light reflecting device or a refractive lens having an arched surface is used. In such an illumination system, when a complicated optical path is formed, a large space is required. In addition, the refractive direction and the reflection direction cannot be accurately controlled unless precise angle adjustment is performed on the plurality of light reflecting devices, the refractive lens, and the long slot.
本発明は自動光学検出に用いられる照明システムおよびそれと画像形成システムとの組合せを開示したものであり、光源として用いられる発光ダイオードと集光可能な光学素子とを組み合わせているため、光路長を短縮するとともに当該照明システムの必要空間を大幅に縮小することができる。 The present invention discloses an illumination system used for automatic optical detection and a combination of the illumination system and an image forming system. A light-emitting diode used as a light source and a condensing optical element are combined to shorten the optical path length. In addition, the required space of the lighting system can be greatly reduced.
本発明は、自動光学検出に用いられ検出対象の物体を照明する照明システムであって、第1の光源、第2の光源、第3の光源、第1の光学素子および非連続集光曲面を有する少なくとも3つの第2の光学素子を含む自動光学検出に用いられる照明システムを開示したものである。前記第2の光学素子の各々がそれぞれ前記第1の光源、前記第2の光源および前記第3の光源の光出力端に設けられ、前記各光源から出力される光線を集光することができる。前記第1の光源および前記第2の光源の光出力端が対称的に前記物体の表面へ配向されている。また、前記第1の光学素子は前記対称面に照準されており、前記第3の光源から出力される光線を前記物体の表面に案内することができる。 The present invention is an illumination system that is used for automatic optical detection and illuminates an object to be detected, and includes a first light source, a second light source, a third light source, a first optical element, and a discontinuous condensing curved surface. An illumination system for use in automatic optical detection that includes at least three second optical elements. Each of the second optical elements is provided at a light output end of each of the first light source, the second light source, and the third light source, and can collect light beams output from the respective light sources. . The light output ends of the first light source and the second light source are symmetrically oriented to the surface of the object. Further, the first optical element is aimed at the symmetry plane, and can guide the light beam output from the third light source to the surface of the object.
本発明の一例に係わる前記第2の光学素子は、少なくとも1つのフレネルレンズを有している。 The second optical element according to an example of the present invention has at least one Fresnel lens.
本発明の一例に係わる前記第1の光学素子は分光レンズである。 The first optical element according to an example of the present invention is a spectroscopic lens.
本発明は照明システムと画像形成システムとの組合せを開示したものであり、当該組合せは、検出対象の物体を照明するとともに当該物体の画像を形成し、第1の光源、第2の光源、第3の光源、第1の光学素子、非連続集光曲面を有する少なくとも3つの第2の光学素子および画像形成システムを含む。前記第2の光学素子の各々がそれぞれ前記第1の光源、前記第2の光源および前記第3の光源の光出力端に設けられ、前記各光源から出力される光線を集光することができる。前記第1の光源および前記第2の光源の光出力端が対称的に前記物体の表面へ配向されている。また、前記第1の光学素子は前記対称面に照準されており、前記第3の光源から出力される光線を前記物体の表面に案内することができる。前記物体の表面によって反射された光線が前記画像形成システム内において画像を形成する。 The present invention discloses a combination of an illumination system and an image forming system. The combination illuminates an object to be detected and forms an image of the object, and includes a first light source, a second light source, and a second light source. 3 light sources, a first optical element, at least three second optical elements having a discontinuous condensing curved surface, and an image forming system. Each of the second optical elements is provided at a light output end of each of the first light source, the second light source, and the third light source, and can collect light beams output from the respective light sources. . The light output ends of the first light source and the second light source are symmetrically oriented to the surface of the object. Further, the first optical element is aimed at the symmetry plane, and can guide the light beam output from the third light source to the surface of the object. Light rays reflected by the surface of the object form an image in the image forming system.
後述する本発明の詳細な内容を理解しやすくするために上記において本発明の技術的特徴およびその効果を簡潔に説明した。本発明を構成する特許請求の範囲の対象のその他の技術的特徴並びにその効果は下記のとおり説明する。当業者は、以下において述べる概念および特定な実施例に基づいて他の構造や製造プロセスに変更したり設計したりすることによって本発明と同じ目的を容易に実現することができる。当業者は、そのような等価的な構造が、後述する特許請求の範囲に記載された本発明の主旨と範囲を逸脱しないことを理解できるはずである。 In order to facilitate understanding of the detailed contents of the present invention described later, the technical features of the present invention and the effects thereof have been briefly described above. Other technical features and effects of the subject of the claims constituting the present invention will be described as follows. Those skilled in the art can easily achieve the same object as the present invention by changing or designing to other structures and manufacturing processes based on the concepts and specific embodiments described below. Those skilled in the art will recognize that such equivalent constructions do not depart from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below.
図2は本発明の1実施例である自動光学検出に用いられる照明システム20の概略図である。検出対象の物体80を照明する照明システム20は、第1の光源21、第2の光源22、第3の光源23、第1の光学素子24および少なくとも3つの第2の光学素子25を有している。第2の光学素子25の各々がそれぞれ第1の光源21、第2の光源22および第3の光源23の光出力端に設けられ、前記各光源から出力される光線を直接または間接的に検出対象の物体80の表面上における軸線に集光することができる。第1の光源21および第2の光源22の光出力端が対称的に前記物体の表面へ配向されており、光源21〜23は、LED線状光源または光ファイバ線状光源である。第1の光学素子24は、略前記対称面に照準されており、第3の光源23から出力される光線を当該物体80の表面に案内することができる。即ち、第1の光学素子24が物体80の表面に対して45度の角度をなしており、かつ物体80の表面の直上方に位置している。したがって、第1の光源21、第2の光源22および第3の光源23から物体80の表面に投射された線状光線が各面において均等になっており、かつ強度が1箇所に集中しており、それにより画像の輝度を大幅に向上することができる。
FIG. 2 is a schematic diagram of an
図3は本発明の照明システムと画像形成システムとの組合せを示す概略図である。第1の光学素子24には、例えば線形CCDカメラなどの画像形成センサ30が設けられており、第1の光学素子24を透過した、検出対象の物体80の表面反射光を受光することができる。第1の光学素子24は分光レンズ(splitting lens)であってもよい。本発明の照明システム20を用いることにより、当該画像形成センサ30の画像品質を改善することができるとともに照明システム20と画像形成センサ30とを組み合わせるために必要な空間を縮小することができる。
FIG. 3 is a schematic view showing a combination of the illumination system and the image forming system of the present invention. The first
第1の光学素子24は分光レンズであり、第3の光源23から出力された光線が第1の光学素子24を透過するとともに第1の光学素子24に屈折されて物体80の表面に到達する。これらの光線は、物体80の表面によって垂直に反射され第1の光学素子24に戻された後、再び第1の光学素子24を透過して画像形成センサ30に到達し、画像を形成する。
The first
図4は本発明の1実施例である第2の光学素子の断面概略図である。第2の光学素子40は2つのフレネルレンズ41を有している。フレネルレンズ41は、一方の表面にジグザグ状の非連続曲面構造を有しており、他方の表面は平滑面である。これら2つのフレネルレンズ41は、非連続曲面にて接合されて第2の光学素子40を形成してもよく、または一体成形によって前記フレネルレンズ構造を有する第2の光学素子40を形成してもよい。一般に第2の光学素子40は長尺形状のレンズまたはレンズセットであり、リニアLED光源の出力端に配置されて検出対象の物体80に光線を集光することができる。
FIG. 4 is a schematic sectional view of a second optical element according to one embodiment of the present invention. The second
従来の球面レンズとの比較において、フレネルレンズは、レンズを理論上無数である複数の同心円模様(即ちフレネルゾーン)に分割することによって同じ光学的効果を得るとともに材料の使用量を削減することができる。フレネルレンズを用いることによってレンズの厚さ(および重量と体積)を大幅に削減することができ、そのため本発明の照明システムと画像形成システムとを組み合わせるために必要な空間を更に縮小することができる。 Compared to a conventional spherical lens, a Fresnel lens can obtain the same optical effect and reduce the amount of material used by dividing the lens into a plurality of theoretically innumerable concentric patterns (ie, Fresnel zones). it can. By using a Fresnel lens, the thickness (and weight and volume) of the lens can be significantly reduced, so that the space required to combine the illumination system of the present invention with the imaging system can be further reduced. .
上記において本発明の技術的内容および技術的特徴を説明した。当業者は、本発明の開示に基づいて本発明の主旨を逸脱しない範囲において様々な変更や修飾をすることができる。したがって、本発明は、実施例に限定されることなく様々な変更や修飾も後述する本発明の特許請求の範囲に含まれる。 The technical contents and technical features of the present invention have been described above. Those skilled in the art can make various changes and modifications based on the disclosure of the present invention without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the examples, and various changes and modifications are also included in the scope of the claims of the present invention described later.
10 画像形成システム
13 平面屈折レンズ
14 光学素子
15 画像形成センサ
20 照明システム
21 第1の光源
22 第2の光源
23 第3の光源
24 第1の光学素子
25 第2の光学素子
30 画像形成センサ
40 第2の光学素子
41 フレネルレンズ
80 検出対象の物体
111 第1の照明装置
112 第2の照明装置
121 第1の光反射装置
122 第2の光反射装置
1211 長形溝孔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10
Claims (14)
ぞれぞれの光出力端が対称的に前記物体の表面へ配向されている第1の光源、第2の光源、第3の光源、前記物体の直上方に位置し前記第3の光源から出力される光線を前記物体の表面に案内しうる第1の光学素子、およびそれぞれ前記第1の光源、前記第2の光源および前記第3の光源の光出力端に設けられ前記各光源から出力される光線を集光しうる非連続集光曲面を有する少なくとも3つの第2の光学素子を含むことを特徴とする自動光学検出に用いられる照明システム。 In an illumination system used for automatic optical detection to illuminate an object to be detected,
From the first light source, the second light source, the third light source, and the third light source positioned directly above the object, each light output end being symmetrically oriented to the surface of the object A first optical element capable of guiding the output light beam to the surface of the object, and outputs from the light sources provided at the light output ends of the first light source, the second light source, and the third light source, respectively. An illumination system used for automatic optical detection, comprising at least three second optical elements having non-continuous condensing curved surfaces capable of condensing collected light rays.
ぞれぞれの光出力端が対称的に前記物体の表面へ配向されている第1の光源と第2の光源、第3の光源、前記物体の直上方に位置し前記第3の光源から出力される光線を前記物体の表面に案内しうる第1の光学素子、それぞれ前記第1の光源、前記第2の光源および前記第3の光源の光出力端に設けられ前記各光源から出力される光線を集光しうる、非連続集光曲面を有する少なくとも3つの第2の光学素子、および前記物体の表面によって反射された光線を受光して画像を形成する画像形成システムを含むことを特徴とする自動光学検出に用いられる照明システムと画像形成システムとの組合せ。 In a combination of an illumination system and an image forming system used for automatic optical detection that illuminates an object to be detected and forms an image of the object,
The first light source, the second light source, the third light source, and the third light source positioned directly above the object, each light output end being symmetrically oriented to the surface of the object A first optical element capable of guiding an output light beam to the surface of the object, respectively, provided at a light output end of each of the first light source, the second light source, and the third light source, and output from each light source. At least three second optical elements having a non-continuous condensing curved surface, and an image forming system that receives the light reflected by the surface of the object and forms an image. A combination of an illumination system and an image forming system used for automatic optical detection.
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