JP2020024284A - 回折光学素子、多面付け体、多面付け体の検査方法、光照射装置、光照射装置の調整方法 - Google Patents

回折光学素子、多面付け体、多面付け体の検査方法、光照射装置、光照射装置の調整方法 Download PDF

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Abstract

【課題】光源からの光が回折格子から外れた位置に当たっていることを容易に確認できる回折光学素子、多面付け体、多面付け体の検査方法、光照射装置、光照射装置の調整方法を提供する。また、光源からの光が回折格子から外れた位置に当たっている場合に、その位置やずれ量を把握可能な回折光学素子、多面付け体、多面付け体の検査方法、光照射装置、光照射装置の調整方法を提供する。【解決手段】回折光学素子10は、第1投影パターン23を投影する回折格子が構成されている第1回折格子領域10bと、第1回折格子領域10bの外周領域の少なくとも一部に設けられ、少なくとも一部が第1投影パターン23とは異なる第2投影パターンを投影する第2回折格子領域10cとを備え、第2投影パターンは、第1回折格子領域10bに照射されるべき光が位置ずれにより第2回折格子領域10cに照射されていることを判別可能な位置ずれ検知投影パターン24を含む。【選択図】図1

Description

本発明は、回折光学素子、多面付け体、多面付け体の検査方法、光照射装置、光照射装置の調整方法に関するものである。
近年、センサーシステムの用途が拡大している。センサーには色々な種類があり、検出する情報も様々である。その中の1つの手段として、光源から対象物に対して光を照射し、反射してきた光から情報を得るというものがある。例えば、パターン認証センサー、赤外線レーダ等は、その一例である。
これらのセンサーの光源は、用途に応じた波長分布、明るさ、広がり等をもったものが使用される。光の波長は、可視光から赤外線までの範囲がよく用いられる。特に、赤外線は、外光の影響を受けにくく、不可視であり、対象物のやや内部を観察することも可能という特徴があるため、広く用いられている。また、光源の種類としては、LED光源、レーザ光源等が多く用いられる。例えば、遠いところを検知する場合には光の広がりが少ないレーザ光源が好適に用いられ、比較的近いところを検知する場合、ある程度の広がりを持った領域を照射する場合等にはLED光源が好適に用いられる。
ところで、対象とする照射領域の大きさ、形状等は、必ずしも光源からの光の広がり(プロファイル)と一致しているとは限らず、拡散板、レンズ、遮蔽板等により光を整形する必要がある。光を整形する手段として、回折光学素子(Diffractive Optical Element :DOE)が挙げられる。これは異なる屈折率を持った材料が周期性を持って配列している場所を光が通過する際の回折現象を応用したものである。回折光学素子は、基本的に単一波長の光に対して設計されるが、理論的には、ほぼ任意の形状に光を整形することが可能である。また、回折光学素子では、照射領域内の光分布の均一性を制御することが可能である。回折光学素子のこのような特性は、不要な領域への照射を抑えることによる高効率化、光源数の削減等による装置の小型化等の点で有利となる。
また、回折光学素子は、レーザの様な平行光源、LEDの様な拡散光源のいずれにも対応可能であり、また、紫外光から可視光、赤外線までの広い範囲の波長に対して適用可能である。
この回折光学素子は、用途によっては個々の光学特性の検査が必要となる場合がある。この場合、検査用の光源から検査光を回折光学素子へ照射して、回折光学素子を通して投影される投影パターンを実際に観察する手法がある。ここで、回折光学素子の回折格子が配置されている領域に適切に検査光を当てることが重要である。仮に回折格子が配置されていない領域にも検査光が照射された状態では、回折されずにそのまま透過する検査光まで観察されてしまい、適切な検査を行なうことができないからである。
また、回折光学素子を作製する場合に、1枚のシート上に回折光学素子を多面付けした多面付け体が製造工程で用いられることがある。多面付け体上の回折光学素子を検査する場合にも、回折光学素子へ検査光を照射して検査を行なう場合がある。この場合、回折光学素子と検査用の光源との相対的な位置を移動させながら、全ての回折光学素子を検査することが望ましい。この場合にも、回折光学素子の回折格子が配置されている領域に適切に検査光を当てることが重要である。
しかし、回折光学素子の回折格子が配置されている領域に適切に検査光が当てられていることを確認することは困難であった。
検査において、検査光の照射スポット径を回折格子が配置されている領域よりも十分に小さくした上で、検査装置等の精度を高くすることにより回折光学素子の回折格子が配置されている領域に適切に検査光が当てられていることを、ある程度保証することが可能である。しかし、その場合、回折光学素子上に配置されている回折格子のごく一部しか検査されないこととなり、十分な検査を行なうことができなかった。
また、回折光学素子と光源とを組み合わせて構成されセンサー等の投光部として利用される光照射装置においても、光源から照射される光が、回折格子が配置されている領域に適切に当たることが必要である。従来は、回折格子が配置される領域を広めに形成することにより、確実に光源からの光が、回折格子が配置される領域に当たるようにしていた。しかし、そのような構成では、回折光学素子が大きくなり、光照射装置の小型化の障害となっていた。
特開2003−302526号公報
本発明の課題は、光源からの光が回折格子から外れた位置に当たっていることを容易に確認できる回折光学素子、多面付け体、多面付け体の検査方法、光照射装置、光照射装置の調整方法を提供することである。また、本発明のさらなる課題は、光源からの光が回折格子から外れた位置に当たっている場合に、その位置やずれ量を把握可能な回折光学素子、多面付け体、多面付け体の検査方法、光照射装置、光照射装置の調整方法を提供することである。
本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
第1の発明は、光を整形する回折光学素子(10)であって、入射した光を回折して出射することにより投影される投影パターンとして第1投影パターン(23)を投影する回折格子が構成されている第1回折格子領域(10b)と、前記第1回折格子領域(10b)の外周領域の少なくとも一部に設けられ、入射した光を回折して出射することにより投影される投影パターンとして少なくとも一部が前記第1投影パターン(23)とは異なる第2投影パターンを投影する第2回折格子領域(10c)と、を備え、第2投影パターンは、前記第1回折格子領域(10b)に照射されるべき光が位置ずれにより前記第2回折格子領域(10c)に照射されていることを判別可能な位置ずれ検知投影パターン(24)を含む回折光学素子(10)である。
第2の発明は、第1の発明に記載の回折光学素子(10)において、前記第2回折格子領域(10c)は、入射した光がずれた方向とずれた量との少なくとも一方に応じて前記第2投影パターンが変化するように構成されていること、を特徴とする回折光学素子(10)である。
第3の発明は、第2の発明に記載の回折光学素子(10)において、前記第2回折格子領域(10c)は、回折格子の構成が異なる複数の領域(10c−1,10c−2,10c−3,10c−4)にさらに分けて構成されていること、を特徴とする回折光学素子(10)である。
第4の発明は、第1の発明から第3の発明までのいずれかに記載の回折光学素子(10)において、前記第1回折格子領域(10b)が投影する前記第1投影パターン(23)は、主投影パターン(23)と、前記主投影パターン(23)とは別の投影パターンであって、投影パターンにおける位置を特定する位置基準パターン(25)と、を投影する回折格子を備えており、前記第2回折格子領域(10c)が投影する前記位置ずれ検知投影パターン(24)は、少なくとも前記位置基準パターン(25)に重ねて光を投影することにより前記位置基準パターン(25)の輝度を高くすること、を特徴とする回折光学素子(10)である。
第5の発明は、第1の発明から第3の発明までのいずれかに記載の回折光学素子(10)において、前記第2回折格子領域(10c)が投影する前記第2投影パターンは、前記位置ずれ検知投影パターン(24)に加えて前記第1投影パターン(23)と同様な投影パターンを投影すること、を特徴とする回折光学素子(10)である。
第6の発明は、第1の発明から第5の発明までのいずれかに記載の回折光学素子(10)が多面付けされた多面付け体(100)である。
第7の発明は、第1の発明から第5の発明までのいずれかに記載の回折光学素子(10)が多面付けされた多面付け体(100)の検査方法であって、多面付けされた前記回折光学素子(10)の少なくとも1つの前記第1回折格子領域(10b)へ検査光源から検査光を照射する照射工程と、前記照射工程によって回折光学素子(10)から投影される投影パターンを確認する投影パターン確認工程と、多面付けされた他の前記第1回折格子領域(10b)へ検査光を照射する位置に前記検査光源と多面付け体(100)との相対的な位置を移動する移動工程と、を有し、前記投影パターン確認工程において、前記位置ずれ検知投影パターン(24)に基づいて前記検査光の位置ずれについても検出を行ない、前記検査光の位置ずれの検出結果に基づいて前記移動工程における移動量を補正する補正工程を備える多面付け体(100)の検査方法である。
第8の発明は、第1の発明から第5の発明までのいずれかに記載の回折光学素子(10)と、前記回折光学素子(10)に光を照射する光源部(51)と、を備えた光照射装置(1)である。
第9の発明は、第1の発明から第5の発明までのいずれかに記載の回折光学素子(10)と、前記回折光学素子(10)に光を照射する光源部(51)と、を備えた光照射装置(1)を調整する調整方法であって、前記光源部から光を照射する照射工程と、前記照射工程によって回折光学素子(10)から照射される投影パターンを確認する投影パターン確認工程と、前記位置ずれ検知投影パターン(24)に基づいて前記光源部からの光の位置ずれを検出する位置ずれ検出工程と、前記位置ずれ検出工程における位置ずれの検出結果に応じて前記回折光学素子(10)と前記光源部(51)との相対的な位置を修正する修正工程と、を備える光照射装置の調整方法である。
本発明によれば、光源からの光が回折格子から外れた位置に当たっていることを容易に確認できる回折光学素子、多面付け体、多面付け体の検査方法、光照射装置、光照射装置の調整方法を提供することができる。また、光源からの光が回折格子から外れた位置に当たっている場合に、その位置やずれ量を把握可能な回折光学素子、多面付け体、多面付け体の検査方法、光照射装置、光照射装置の調整方法を提供することができる。
第1実施形態における回折光学素子10の平面図である。 第1回折格子領域10b及び第2回折格子領域10cに形成されている回折格子を模式的に示した平面図である。 図2の回折光学素子の例における部分周期構造の一例を示す斜視図である。 回折光学素子を模式的に示した断面図である。 回折光学素子を説明する図である。 回折光学素子10が多面付けされた多面付け体100を示す図である。 回折光学素子10を検査する検査装置と検査の方法を説明する図である。 第1回折格子領域10bへ検査光が適切に当たっている状態を示す図である。 第1回折格子領域10bへ検査光が適切に当たっている状態でスクリーン500に投影される投影パターンを示す図である。 第1回折格子領域10bから検査光の照射スポットSが一部外れて当たっている状態を示す図である。 第1回折格子領域10bから検査光の照射スポットSが一部外れて当たっている状態でスクリーン500に投影される投影パターンを示す図である。 第2実施形態の回折光学素子10において、第1回折格子領域10bへ検査光が適切に当たっている状態でスクリーン500に投影される投影パターンを示す図である。 第2実施形態の回折光学素子10において、第1回折格子領域10bから検査光の照射スポットSが一部外れて当たっている状態でスクリーン500に投影される投影パターンを示す図である。 第3実施形態における回折光学素子10の平面図である。 第2回折格子領域10c−1、10c−2、10c−3、10c−4の4種類の第2回折格子領域から投影される投影パターンを説明する図である。 第4実施形態の光照射装置1の分解斜視図である。
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面等を参照して説明する。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態における回折光学素子10の平面図である。
なお、図1を含め、以下に示す各図は、模式的に示した図であり、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするために、適宜誇張して示している。
また、以下の説明では、具体的な数値、形状、材料等を示して説明を行うが、これらは、適宜変更することができる。
本実施形態の回折光学素子10は、光を整形する回折光学素子(DOE)である。回折光学素子10は、例えば、波長が850nmの光を発光する光源部20からの光に対して十文字形状や矩形形状等に光を広げるように設計されている。
本実施形態の回折光学素子10は、周辺領域10aと、第1回折格子領域10bと、第2回折格子領域10cとを備えている。
周辺領域10aは、回折格子が構成されていない領域であり、回折光学素子10の周辺に形成された枠形状の領域である。
第1回折格子領域10bは、回折格子が多数配列された領域であり、この回折光学素子10が本来必要とする光の整形作用を備え、入射した光を整形して出射する領域である。
第2回折格子領域10cは、第1回折格子領域の外周に設けられた枠形状の領域である。第2回折格子領域10cについても、入射した光を整形して出射するが、第1回折格子領域10bとは異なる形態に光を整形して出射するように回折格子が構成されている。この第1回折格子領域10bと第2回折格子領域10cとの違いについては、後述する。
図2は、第1回折格子領域10b及び第2回折格子領域10cに形成されている回折格子を模式的に示した平面図である。
図3は、図2の回折光学素子の例における部分周期構造の一例を示す斜視図である。
図4は、回折光学素子を模式的に示した断面図である。
図5は、回折光学素子を説明する図である。
第1回折格子領域10b及び第2回折格子領域10cに形成されている回折格子は、例えば、図2に示したA,B,C,Dのそれぞれの位置において深さが異なっている。すなわち、第1回折格子領域10b及び第2回折格子領域10cに形成されている回折格子は、4段階の高さの異なる多段階形状により構成されている。そして、第1回折格子領域10b及び第2回折格子領域10cに形成されている回折格子は、通常、異なる周期構造を持つ複数の領域(部分周期構造:例えば、図2のE,F領域)を有している。図4では、部分周期構造の一部を抽出して示している。
回折光学素子10は、図3に示すような複雑な形状をしているが、簡略化して模式的に示すと、図4に示すように、断面形状において複数の凸部11aが並んで配置されている高屈折率部11を備えている。
高屈折率部11は、例えば、クオーツ(SiO、合成石英)をエッチング処理により形状を加工して作製可能である。また、高屈折率部11は、クオーツを加工した物から型取りを行って成形型を作成し、この成形型を利用して電離放射線硬化性樹脂組成物を硬化して作製してもよい。電離放射線硬化性樹脂組成物を用いてこのような周期構造の物を製造する方法は、様々な手法が公知であり、回折光学素子10の高屈折率部11は、それら公知の手法を利用して、適宜作製することができる。
また、凸部11aの間に形成されている凹部12及び凸部11aの頂部付近の空間13を含む図4の上方の部分は、空気が存在しており、高屈折率部11よりも屈折率が低い低屈折率部14となっている。これら高屈折率部11及び低屈折率部14が交互に並んで配置された周期構造により、光を整形する作用を備える回折層15が構成されている。なお、低屈折率部14は、樹脂等により構成してもよい。
凸部11aは、側面形状の一方側(図4では、左側)に、高さの異なる4つの段部を備えた多段階形状を有している。具体的には、凸部11aは、最も突出したレベル1段部11a−1と、レベル1段部11a−1よりも一段低いレベル2段部11a−2と、レベル2段部11a−2よりもさらに一段低いレベル3段部11a−3と、レベル3段部11a−3よりもさらに一段低いレベル4段部11a−4とを一側面側に有している。また、凸部11aの側面形状の他方側(図4では、右側)は、レベル1段部11a−1からレベル4段部11a−4まで直線上につながる側壁部11bとなっている。
本発明において「光を整形する」とは、光の進行方向を制御することにより、対象物又は対象領域に投影された光の形状(照射領域)が任意の形状となるようにすることをいう。例えば、図5の例に示されるように、平面形状のスクリーン500に直接投影した場合に照射領域22が円形となる光21(図5(b))を発光する光源部20を用意する。この光21を、本発明の回折光学素子10の所定位置(第1回折格子領域10b)を透過させることにより、投影パターン(第1の投影パターン)23を正方形(図5(a))や、長方形、円形(図示せず)等、目的の形状としたり、照度分布を目的の分布となるように照射したりすることを、「光を整形する」いう。
なお、光源部20と回折光学素子10とを組み合わせることにより、光を整形した状態で照射可能な光照射装置とすることができる。
図6は、回折光学素子10が多面付けされた多面付け体100を示す図である。
回折光学素子10は、例えば、3mm×3mm程度の非常に小さなサイズに構成されることから、製造過程では、回折光学素子10を等間隔で多数並べて配置した多面付け体100として取り扱われる。なお、図6では、説明のために4×4の合計16個の回折光学素子10を配置した例を示したが、実際にはより多くの回折光学素子10を配列する。多面付け体100の形態で製造及び検査を行った後、多面付け体100を切断して回折光学素子10単体としてもよいし、多面付け体100の形態のまま光源を含む光源部の多面付け体(不図示)と接合した後、切断して光照射装置の形態としてもよい。
図7は、回折光学素子10を検査する検査装置と検査の方法を説明する図である。なお、図7では、多面付け体100の形態で回折光学素子10の検査を行なう形態を示している。
本実施形態の検査装置は、光源部20と、カメラ30と、制御部40とを備えている。
回折光学素子10の検査は、図7に示すように光源部20から回折光学素子10へ検査光を当てて、その結果スクリーン500に投影される投影パターンをカメラ30によって撮影する。撮影結果は、制御部40において評価され、適切に光を整形できているか否かの検査が行なわれる。
先に説明したように、本実施形態の回折光学素子10は、周辺領域10aと、第1回折格子領域10bと、第2回折格子領域10cとを備えている。回折光学素子10が本来必要とする光の整形作用を備えた領域は、第1回折格子領域10bであるので、この第1回折格子領域10bにおいて適切に回折格子が構成されていることが必要である。したがって、回折光学素子10の検査は、この第1回折格子領域10bへ検査光を当てて行なわれる。
図8は、第1回折格子領域10bへ検査光が適切に当たっている状態を示す図である。
図9は、第1回折格子領域10bへ検査光が適切に当たっている状態でスクリーン500に投影される投影パターンを示す図である。
図8に示すように、検査光の照射スポットSが第1回折格子領域10b内に適切に当てて(照射工程)検査を行なうと、例えば、図9に示すような第1投影パターン23が投影される。本実施形態では、図9に示すような多数のドット状の光が矩形の範囲に多数配列されたパターンとした。このような微細なランダムドットを多数投影するパターンでは、ランダムドットは、それぞれの位置が既知である。したがって、この第1投影パターン23がどのように投影されたか、すなわち、どのように位置が変化しているかを、撮影して解析することにより、立体検出や測距を行うことが可能である。なお、第1投影パターン23は、用途に応じて設計されるものであることから、上述したドット状のものに限らず、どのような形態であってもよい。この図9のようにスクリーン500に投影されるパターンをカメラ30によって撮影し、制御部40で適切なパターンが投影されているか否かの評価(投影パターン確認工程)を行なう。
制御部40による評価が終わったら、又は、カメラ30による撮影が終わったら、カメラ30又は多面付け体100の少なくとも一方を移動させてカメラ30と多面付け体100との相対的な位置を移動する移動工程を行なう。この移動工程は、初期位置から順次、所定の移動距離を移動させることにより行なう。多面付け体100には、回折光学素子10が等間隔で並べて配置されているので、通常は、この所定の移動距離を移動させる簡単な動作だけで検査を実行可能である。
しかし、検査装置における何らかの異常や、多面付け体100の製造上の寸法ずれ、多面付け体100の検査装置への設置ずれ等、様々な要因によって、検査光の照射スポットSが第1回折格子領域10b内に適切に当たらない場合が発生することがある。第2回折格子領域10cを備えていない従来の回折光学素子10では、検査光の照射スポットSが第1回折格子領域10bから部分的にでも外れてしまうと、その外れた部分に照射された検査光は回折されずにそのまま進んでしまう。そうすると、その光が進んだ位置の輝度が極端に大きくなってスクリーン500上で観察される。この場合、制御部40による評価では、不良であると判断される可能性が高いが、検査光の照射スポットSが適切な位置に照射されれば本来は不良ではない場合にも、不良となってしまう。さらに、一度照射スポットSの位置が適切な位置にない状態となってしまうと、移動工程では、所定の移動距離を移動させるだけであるので、次の検査対象の回折光学素子10においても、同様に適切な位置に検査光が照射されないおそれが非常に高くなる。
そこで、本実施形態の回折光学素子10では、第1回折格子領域10bの周囲に第2回折格子領域10cを設けて、検査光の照射スポットSが第1回折格子領域10bから外れた位置に照射されたことを容易に検出可能としている。
図10は、第1回折格子領域10bから検査光の照射スポットSが一部外れて当たっている状態を示す図である。
図11は、第1回折格子領域10bから検査光の照射スポットSが一部外れて当たっている状態でスクリーン500に投影される投影パターンを示す図である。
例えば、図10に示すように検査光の照射スポットSが第1回折格子領域10bから一部が外れると、その外れた範囲の検査光は第2回折格子領域10cに当たることになる。ここで、第2回折格子領域10cは、第1回折格子領域10bが投影する第1投影パターン23とは異なる第2投影パターンとして位置ずれ検知投影パターン24を投影するように構成されている。したがって、スクリーン500上に投影される投影パターンをカメラ30で撮影する通常の検査工程中に、この位置ずれ検知投影パターン24が検出されれば、検査光が正しい位置に照射されていないことを容易に把握することができる。
このような第1投影パターン23及び位置ずれ検知投影パターン24の投影が可能な回折層15の設計は、例えば、厳密結合波解析(RCWA)アルゴリズムを用いたGratingMOD(Rsoft社製)、反復フーリエ変換アルゴリズム(IFTA)を用いたVirtuallab(LightTrans社製)等の各種シミュレーションツールを用いて行うことができる。
また、本実施形態では、第2回折格子領域10cが照射スポットSと比べてある程度広い領域に設けられているので、照射スポットSの位置ずれ量が増加するにしたがって、第2回折格子領域10cに照射される検査光の光量も増加する。よって、照射スポットSの位置ずれ量が増加するにしたがって、位置ずれ検知投影パターン24の光量も増加するので、位置ずれ検知投影パターン24の光量をスクリーン500上で検出することによって、照射スポットSの位置ずれ量をある程度把握することも可能である。
なお、本実施形態では、第2回折格子領域10cは、第2投影パターンとして位置ずれ検知投影パターン24のみを投影するとして説明したが、第2回折格子領域10cは、第1投影パターン23と位置ずれ検知投影パターン24との双方を第2投影パターンとして投影するように構成してもよい。
検査中に位置ずれ検知投影パターン24が検出された場合、制御部40は、この検出結果に基づいて移動工程における移動量を補正する補正工程を行なう。この補正工程は、例えば、カメラ30と多面付け体100との相対的な位置を上下左右に微小量移動させて位置ずれ検知投影パターン24が検出されない位置を求めて、その位置に基づいて補正を行なってもよいし、作業者が目視等により補正量を入力する等してもよい。補正工程を行なえば、その後の検査において、検査光が適切な位置に照射されて、検査を継続可能である。
なお、上記説明では、多面付け体100の検査について主に説明を行なったが、単体の回折光学素子10を検査する場合においても、検査光が適切な位置に照射されていることを把握することは必要であることから、同様に本発明を適用することができる。
以上説明したように、第1実施形態によれば、回折光学素子10は、第1回折格子領域10bの周囲に位置ずれ検知投影パターン24を投影する第2回折格子領域10cを設けた。よって、光源からの光が第1回折格子領域10bから外れことを容易に把握することが可能である。よって、適切な検査が行なわれていることを保証することができる上に、原因が不明で不良品であると誤った評価を行なってしまうことも防止できる。
(第2実施形態)
図12は、第2実施形態の回折光学素子10において、第1回折格子領域10bへ検査光が適切に当たっている状態でスクリーン500に投影される投影パターンを示す図である。この図12は、検査光の照射スポットSの位置が先に示した図8の位置にある場合に相当するが、第2実施形態では、投影されるパターンが第1実施形態と異なっている。
第2実施形態の回折光学素子10は、投影される投影パターンが異なるように回折格子が構成されている他は、第1実施形態と同様な構成をしている。よって、前述した第1実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
第2実施形態の第1回折格子領域10bは、第1実施形態の第1投影パターン23を主投影パターンとし、これに加えて、位置基準パターン25の投影も行なう。
位置基準パターン25は、第1投影パターン23とは別の投影パターンであって、投影パターンにおける位置を特定するパターンである。位置基準パターン25は、カメラのレンズが持つ歪曲収差の量を正確に取得し、その取得した歪曲収差の量に基づいて、撮影画像に対する補正量を演算して、撮影画像に補正を行い、歪曲収差のない投影パターンの補正画像を生成するために用いることができる。
図12に示す例では、位置基準パターン25は、第1投影パターン23の周囲に一定の間隔を空けて配置されている。より具体的には、位置基準パターン25は、第1投影パターン23の4隅それぞれに対応する位置と、第1投影パターン23の4辺のそれぞれの中央位置に対応する位置に配置されている。すなわち、合計8箇所に、位置基準パターン25が配置されている。
位置基準パターン25を第1投影パターン23の周囲に配置することにより、本来必要な第1投影パターン23には影響を与えず、かつ、正確な補正処理が可能となる。特に、位置基準パターン25を第1投影パターン23の投影範囲の外形形状に沿って配置すると、より正確な補正処理が可能である。
ここでは、位置基準パターン25は、直交する2本の直線と、この直線の両端に設けられた三角形とにより構成されている。このように2本の直線を配置すると、その交点で位置の特定が容易になる。また、三角形を設けたことにより、仮に、直線の撮影像が不鮮明であった場合に、三角形の頂点を結ぶ直線を演算処理で生成でき、位置の特定が可能となる。
図13は、第2実施形態の回折光学素子10において、第1回折格子領域10bから検査光の照射スポットSが一部外れて当たっている状態でスクリーン500に投影される投影パターンを示す図である。この図13は、検査光の照射スポットSの位置が先に示した図10の位置にある場合に相当するが、第2実施形態では、投影されるパターンが第1実施形態と異なっている。
先の図10のように検査光の照射スポットSが第1回折格子領域10bから一部が外れると、その外れた範囲の検査光は第2回折格子領域10cに当たる。ここで、第2実施形態の第2回折格子領域10cは、第1回折格子領域10bが投影する第1投影パターン23とは異なる第2投影パターンとして位置ずれ検知投影パターン24を投影するが、その投影パターンは、位置基準パターン25と同一のパターンを位置基準パターン25に重ねて投影する。これにより、図13に示すように、投影される投影パターン自体は先の図12の場合と同じであるが、位置基準パターン25に位置ずれ検知投影パターン24が重なることにより、位置基準パターン25の輝度が高く観察される。なお、図13では、位置基準パターン25の輝度が高くなっていることを、図中では線を図12よりも太くして表現している。したがって、スクリーン500上に投影される投影パターンをカメラ30で撮影する通常の検査工程中に、この位置基準パターン25の輝度が高く観察されれば、検査光が正しい位置に照射されていないことを容易に把握することができる。
(第3実施形態)
図14は、第3実施形態における回折光学素子10の平面図である。
第3実施形態は、第1実施形態における第2回折格子領域10cを4種類に分けて構成した点の他は、第1実施形態と同様な構成をしている。よって、前述した第1実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
第3実施形態の回折光学素子10は、第2回折格子領域10c−1、10c−2、10c−3、10c−4の4種類の第2回折格子領域を備えている。
第2回折格子領域10c−1は、図14において、第1回折格子領域10bの右辺に沿って配置されている。
第2回折格子領域10c−2は、図14において、第1回折格子領域10bの下辺に沿って配置されている。
第2回折格子領域10c−3は、図14において、第1回折格子領域10bの左辺に沿って配置されている。
第2回折格子領域10c−4は、図14において、第1回折格子領域10bの上辺に沿って配置されている。
これら4種類の第2回折格子領域10c−1、10c−2、10c−3、10c−4は、それぞれから投影される位置ずれ検知投影パターン24の位置が異なっている。
図15は、第2回折格子領域10c−1、10c−2、10c−3、10c−4の4種類の第2回折格子領域から投影される投影パターンを説明する図である。
第2回折格子領域10c−1には、図15において、第1投影パターン23の右側に位置ずれ検知投影パターン24−1を投影する回折格子が構成されている。
第2回折格子領域10c−2には、図15において、第1投影パターン23の下側に位置ずれ検知投影パターン24−2を投影する回折格子が構成されている。
第2回折格子領域10c−3には、図15において、第1投影パターン23の左側に位置ずれ検知投影パターン24−3を投影する回折格子が構成されている。
第2回折格子領域10c−4には、図15において、第1投影パターン23の上側に位置ずれ検知投影パターン24−4を投影する回折格子が構成されている。
このように、第3実施形態の回折光学素子10は、4種類の第2回折格子領域10c−1、10c−2、10c−3、10c−4のそれぞれから投影される位置ずれ検知投影パターン24の位置が異なっている。よって、検査光の照射スポットSのずれる方向に対応し対置に位置ずれ検知投影パターン24が投影されることになるので、位置ずれの方向を容易に把握することが可能である。
(第4実施形態)
図16は、第4実施形態の光照射装置1の分解斜視図である。
光照射装置1は、回折光学素子10と、発光素子(光源)51と、基板52と、ホルダ53とを備えている。
回折光学素子10は、上述した第1実施形態から第3実施形態のいずれかと同様な構成を備えている。
発光素子51は、赤外光、青色光等を発光し、その光を回折光学素子10に光を投影する。発光素子51としては、例えば、垂直共振器面発光レーザ(VCSEL)等のレーザ光源を用いてもよいし、LED(発光ダイオード)を用いてもよい。発光素子51は、基板52上に実装されている。なお、発光素子51の形態によっては、配線を用いて基板52と接続することもできる。本実施形態では、発光素子51は、波長が850nmの光を発光する垂直共振器面発光レーザとした。
ホルダ53は、回折光学素子10を搭載するための枠形に形成されている。ホルダ53は、例えば、ポリアミド、ポリカーボネート等のエンジニアリングプラスチックにより形成される。ホルダ53を変形しにくくするため、ポリカーボネート等にガラスファイバーを含有させてもよい。
ホルダ53は、その中央が、貫通した開口部となっている。ホルダ53は、回折光学素子10の周縁部が載せられる頂部を備えている。そして、この頂部の上に、接着材を介して回折光学素子10が載せられて固定されている。なお、本実施形態のホルダ53の頂部は、平面で構成されているが、溝をさらに設けてもよい。
ホルダ53は、その背面側(図16中の下側)に、不図示の接着材等を用いて、基板52に取り付けられている。
このような構成の光照射装置1において、ホルダ53の頂部に回折光学素子10をタンに載せただけでは、発光素子51が発光する光が適切に第1回折格子領域10b内に照射されることを保証することは難しい。しかし、本実施形態の回折光学素子10は、上述した第1実施形態から第3実施形態のいずれかと同様な構成を備えている。よって、接着剤が硬化する前に、発光素子51を発光させて(照射工程)、位置ずれ検知投影パターン24が投影されていないことを確認(投影パターン確認工程、位置ずれ検出工程)し、必要に応じて回折光学素子10と発光素子51との相対的な位置を修正(修正工程)を行ない、その後接着剤を硬化させることができる。よって、本実施形態の光照射装置1は、回折光学素子10と発光素子51が発光する光との位置を正しく組み立てることが容易である。
(変形形態)
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の範囲内である。
(1)各実施形態において、カメラ30と制御部40とを備える検査装置を例に挙げて説明した。これに限らず、例えば、カメラ30と制御部40とを省略して検査員による目視検査を行なう場合に本発明を適用してもよい。
(2)各実施形態において、位置ずれ検知投影パターン24は、丸い投影像を第1投影パターン23の横に投影する例を示したが、これに限らず、例えば、位置ずれ検知投影パターン24は、第1投影パターン23と一部、又は、全てを重ねて投影してもよいし、文字等を投影してもよい。
なお、各実施形態及び変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。また、本発明は以上説明した各実施形態によって限定されることはない。
1 光照射装置
10 回折光学素子
10a 周辺領域
10b 第1回折格子領域
10c 第2回折格子領域
11 高屈折率部
11a 凸部
11b 側壁部
12 凹部
13 空間
14 低屈折率部
15 回折層
20 光源部
21 光
22 照射領域
23 第1投影パターン
24 検知投影パターン
25 位置基準パターン
30 カメラ
40 制御部
51 発光素子
52 基板
53 ホルダ
100 多面付け体
500 スクリーン
S 照射スポット

Claims (9)

  1. 光を整形する回折光学素子であって、
    入射した光を回折して出射することにより投影される投影パターンとして第1投影パターンを投影する回折格子が構成されている第1回折格子領域と、
    前記第1回折格子領域の外周領域の少なくとも一部に設けられ、入射した光を回折して出射することにより投影される投影パターンとして少なくとも一部が前記第1投影パターンとは異なる第2投影パターンを投影する第2回折格子領域と、
    を備え、
    第2投影パターンは、前記第1回折格子領域に照射されるべき光が位置ずれにより前記第2回折格子領域に照射されていることを判別可能な位置ずれ検知投影パターンを含む回折光学素子。
  2. 請求項1に記載の回折光学素子において、
    前記第2回折格子領域は、入射した光がずれた方向とずれた量との少なくとも一方に応じて前記第2投影パターンが変化するように構成されていること、
    を特徴とする回折光学素子。
  3. 請求項2に記載の回折光学素子において、
    前記第2回折格子領域は、回折格子の構成が異なる複数の領域にさらに分けて構成されていること、
    を特徴とする回折光学素子。
  4. 請求項1から請求項3までのいずれかに記載の回折光学素子において、
    前記第1回折格子領域が投影する前記第1投影パターンは、
    主投影パターンと、
    前記主投影パターンとは別の投影パターンであって、投影パターンにおける位置を特定する位置基準パターンと、
    を投影する回折格子を備えており、
    前記第2回折格子領域が投影する前記位置ずれ検知投影パターンは、少なくとも前記位置基準パターンに重ねて光を投影することにより前記位置基準パターンの輝度を高くすること、
    を特徴とする回折光学素子。
  5. 請求項1から請求項3までのいずれかに記載の回折光学素子において、
    前記第2回折格子領域が投影する前記第2投影パターンは、前記位置ずれ検知投影パターンに加えて前記第1投影パターンと同様な投影パターンを投影すること、
    を特徴とする回折光学素子。
  6. 請求項1から請求項5までのいずれかに記載の回折光学素子が多面付けされた多面付け体。
  7. 請求項1から請求項5までのいずれかに記載の回折光学素子が多面付けされた多面付け体の検査方法であって、
    多面付けされた前記回折光学素子の少なくとも1つの前記第1回折格子領域へ検査光源から検査光を照射する照射工程と、
    前記照射工程によって回折光学素子から投影される投影パターンを確認する投影パターン確認工程と、
    多面付けされた他の前記第1回折格子領域へ検査光を照射する位置に前記検査光源と多面付け体との相対的な位置を移動する移動工程と、
    を有し、
    前記投影パターン確認工程において、前記位置ずれ検知投影パターンに基づいて前記検査光の位置ずれについても検出を行ない、
    前記検査光の位置ずれの検出結果に基づいて前記移動工程における移動量を補正する補正工程を備える多面付け体の検査方法。
  8. 請求項1から請求項5までのいずれかに記載の回折光学素子と、
    前記回折光学素子に光を照射する光源部と、
    を備えた光照射装置。
  9. 請求項1から請求項5までのいずれかに記載の回折光学素子と、
    前記回折光学素子に光を照射する光源部と、
    を備えた光照射装置を調整する調整方法であって、
    前記光源部から光を照射する照射工程と、
    前記照射工程によって回折光学素子から投影される投影パターンを確認する投影パターン確認工程と、
    前記位置ずれ検知投影パターンに基づいて前記光源部からの光の位置ずれを検出する位置ずれ検出工程と、
    前記位置ずれ検出工程における位置ずれの検出結果に応じて前記回折光学素子と前記光源部との相対的な位置を修正する修正工程と、
    を備える光照射装置の調整方法。
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