JP3595117B2 - Array element inspection method and array element inspection apparatus - Google Patents

Array element inspection method and array element inspection apparatus Download PDF

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  • Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の素子があらかじめ決められた配置に並べられたアレイ素子の検査方法およびアレイ素子の検査装置に係り、特にファイバアレイブロックにおけるファイバの位置検査に好適なものに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のアレイ素子の検査方法としては、例えばCCD カメラなどによりアレイ素子全体を撮影し、この撮影信号を画像処理することによりそれぞれの素子の位置を求めていた。あるいは、移動ステージでそれぞれの素子を検出し、ステージの移動量より素子の相対位置を求めていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従来の検査方法は上述のように構成されていたが、近年素子の微細化が進み素子の位置精度も1 μm以下が要求されるようになりつつある。
【0004】
この点でCCD カメラによる画像処理では、複数の素子全体をそのまま撮影するために、高分解能を得るためには撮影範囲が制限されてしまい、例えば0.1 μmの分解能を得るためには数十μmの範囲に限られてしまう。
【0005】
一方、移動ステージを用いる場合には測定範囲を拡大することは可能であるが、高い精度でステージを移動しなければならないため検査装置としては非常に高価となってしまう。
【0006】
本発明の目的は、このような従来技術の問題点を解消して、アレイ素子の位置を高分解能で広範囲かつ比較的安価に検査可能なアレイ素子検査方法及びアレイ素子検査装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第1のアレイ素子検査方法は、アレイ状に配置された複数の素子の位置を光学的な検出手段を用いて検出する方法であって、前記複数の素子からの光を、各素子に対応する光軸が互いにほぼ平行に配置された複数のレンズを有するレンズアレイにより取り出し、該レンズアレイの各レンズからの光を結像レンズで前記検出手段の受光領域内に結像し、結像された素子の像を検出し、検出信号よりそれぞれの素子の位置を求めるようにしたものである。
【0008】
複数の素子の光を検出手段の受光領域内に結像するようにしたので、複数の素子全体をそのまま撮影する方法に比べて、高分解能で広範囲に検査でき、比較的安価に測定できる。また、複数の素子にピッチ誤差等がないなど、測定系に誤差がなければ、複数の素子の像は検出手段の受光領域内の所定位置(同一点など)に結像されるが、ピッチ誤差等がある場合には前記所定位置からずれて結像され、そのずれ量からアレイ素子の良否を容易に判定できる。
【0009】
また、本発明の第2のアレイ素子検査方法は、複数の素子が互いにほぼ平行な光軸を有し、前記光軸に対し垂直な面内におけるi番目(i=1〜N、Nは素子の個数)の素子の座標が(Xo,Yo)と表されるようにアレイ状に配列したアレイ素子の位置を検出する上記第1のアレイ素子検査方法であって、前記複数の素子のそれぞれに対応し、互いにほぼ平行な光軸と等しい焦点距離fを有する複数のレンズが、前記各レンズの光軸に対し垂直な面内にi番目のレンズの光軸の座標が(Xl,Yl)と表されるように配列されたレンズアレイと、レンズアレイの各レンズからの光を結像する焦点距離fの結像レンズとを備える。
【0010】
そしてレンズアレイ及び結像レンズにより、前記レンズアレイを構成するレンズの光軸に対し垂直な前記検出手段の受光領域内の検出面の面内に各素子の像を結像させる際に、複数の素子に対するレンズアレイ、結像レンズの配置を下記の式(1)〜(3)の関係を満たすようにして、前記複数の素子のうちi番目の素子からの光を、前記レンズアレイ中のi番目のレンズにより取り出し、取り出された光を結像レンズにより前記検出面の所望の位置(Xs,Ys)に結像し、結像されたそれぞれの素子の像を検出し、検出信号よりそれぞれの素子の位置を求めるようにしたものである。
【0011】
Xo−( k×Xl) =Xs/M (1)
Yo−( k×Yl) =Ys/M (2)
η={( k−1) ×( β+ξ) −1}×β/{ξ×( k−1) −1} (3)
ただし、
k:各素子と、前記各素子に対応するレンズアレイ中のレンズの第1主点との距離をfで除算した値
β:結像レンズの焦点距離fをfで除算した値
ξ:レンズアレイの各レンズの第2主点と結像レンズの第1主点との距離から焦点距離f及びfを引いた距離をfで除算した値
η:結像レンズの第2主点と検出面との距離をfで除算した値
M:レンズアレイと結像レンズからなる光学系の倍率であり、M=−β/{1+(1−k)×ξ}と表される
X、Y軸:レンズアレイを構成するレンズの光軸の方向(Z軸方向)に対し垂直な方向を有し、互いに直交する座標軸であり、(Xo,Yo)、(Xl,Yl)、(Xs,Ys)の各座標も共通のX、Y座標軸を基準としている
このように、各素子の像を検査面上の任意の位置に結像できるので、一度に複数の素子を観察することが可能である。また、上記式(3)における各パラメータを決定することにより、同じ焦点距離のレンズを用いても、光学系の倍率を変えられると共に、倍率の符号を変えることにより、正立、倒立の素子像を自由に選択できる。
【0012】
上記第2のアレイ素子検査方法において、各素子からの光を検出面内のほぼ同一点に結像するようにすると、測定系を可動部なく構成でき、高精度の位置検出が行える。また、レンズアレイ及び結像レンズからなる光学系がアフォーカル系となるように配置すると、ξ=0となり、倍率Mはkに依存せずkの誤差の影響を受けないなど、誤差の影響を受けにくくなり、正確な測定が可能となる。また、上記第1、第2のアレイ素子検査方法において、アレイ素子からの光をレンズアレイによりほぼ平行光として取り出すようにすると(すなわち、k=1のタンデム配置とすると)、レンズアレイと結像レンズとの間で平行光となるので、ξの大きさに依らなくなり、更に誤差の影響のない、正確な測定系を構築できる。更に、ξ=0かつk=1とすることにより、より正確な測定が可能になる。
【0013】
本発明の第1のアレイ素子検査装置は、上記第1のアレイ素子検査方法を実施するための装置であって、アレイ状に配置された複数の素子の位置を検出するアレイ素子検査装置において、前記複数の素子のそれぞれに対応する光軸が互いにほぼ平行に配置された複数のレンズを有するレンズアレイと、該レンズアレイの各レンズからの光を検出手段の受光領域内に結像するための少なくとも一つの結像レンズと、結像された素子の像を検出する検出手段と、検出手段の検出信号よりそれぞれの素子の位置を求めるための演算回路とを備え、前記レンズアレイ、前記結像レンズ、前記検出手段が、前記レンズアレイの各レンズからの光を前記検出手段の受光領域内に結像するように配置されたものである。
【0014】
素子の像は、例えばCCD カメラで撮影したり、分割型フォトダイオードで検出することが好ましい。複数の素子の光を検出手段の受光領域内に結像するようにしたので、レンズアレイ、結像レンズ、検出手段、演算回路とから構成される可動部のない測定系とすることが可能であり、高精度に位置の検出が行える。
【0015】
また、本発明の第2のアレイ素子検査装置は、上記第2のアレイ素子検査方法を実施するための装置であって、複数の素子が互いにほぼ平行な光軸を有し、前記光軸に対し垂直な面内におけるi番目(i=1〜N、Nは素子の個数)の素子の座標が(Xo,Yo)と表されるようにアレイ状に配列したアレイ素子の位置を検出する上記第1のアレイ素子検査装置において、前記複数の素子のそれぞれに対応し、互いにほぼ平行な光軸と等しい焦点距離fを有する複数のレンズが、前記各レンズの光軸に対し垂直な面内にi番目のレンズの光軸の座標が
(Xl,Yl)と表されるように配列されたレンズアレイと、レンズアレイからの光を、前記レンズアレイを構成するレンズの光軸に対し垂直な前記検出手段の受光領域内の検出面の面内に結像させる焦点距離fの結像レンズとを備える。
【0016】
さらに前記複数の素子に対するレンズアレイ、結像レンズの配置を下記の式
(1)〜(3)の関係を満たすように設定することにより、前記複数の素子のうちi番目の素子からの光が前記レンズアレイ中のi番目のレンズ及び結像レンズにより前記検出面の所望の位置(Xs,Ys)に結像され、この結像されたそれぞれの素子の像を検出するための検出手段と、検出手段の検出信号よりそれぞれの素子の位置を求めるための演算回路とを備えたものである。
【0017】
Xo−( k×Xl) =Xs/M (1)
Yo−( k×Yl) =Ys/M (2)
η={( k−1) ×( β+ξ) −1}×β/{ξ×( k−1) −1} (3)
ただし、
k:各素子と、前記各素子に対応するレンズアレイ中のレンズの第1主点との距離をfで除算した値
β:結像レンズの焦点距離fをfで除算した値
ξ:レンズアレイの各レンズの第2主点と結像レンズの第1主点との距離から焦点距離f及びfを引いた距離をfで除算した値
η:結像レンズの第2主点と検出面との距離をfで除算した値
M:レンズアレイと結像レンズからなる光学系の倍率であり、M=−β/{1+(1−k)×ξ}と表される
X、Y軸:レンズアレイを構成するレンズの光軸の方向(Z軸方向)に対し垂直な方向を有し、互いに直交する座標軸であり、(Xo,Yo)、(Xl,Yl)、(Xs,Ys)の各座標も共通のX、Y座標軸を基準としている
【0018】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について説明する。
【0019】
図1は本発明のアレイ素子検査装置の構成概略図であり、レンズアレイ2、結像レンズ3、CCD カメラ4、表示装置を備えた演算回路としてのコンピュータ5から構成される。
【0020】
検査対象としてのアレイ素子は250 μmピッチで一列に並べられた直径125 μmのファイバアレイ1である。図8にこのファイバアレイ1を構成するファイバアレイブロック15の外観を示す。
【0021】
ファイバアレイ1からの光を平行光にする対物レンズには屈折型レンズである一体型のレンズアレイ2を使用した。レンズアレイ2を構成するレンズ2bのピッチ精度レベルをファイバアレイ1のファイバ1bと同程度に確保するためである。レンズアレイ2はリソグラフィの技術を用い石英基板をエッチングすることにより作製し、ピッチ250 μm、直径246 μm、焦点距離2 mmである。リソグラフィの技術を用いることによりピッチ誤差は0.1 μm以下の精度が得られている。ファイバ端面1aはレンズアレイ2の焦点面に設定した。
【0022】
結像レンズ3には焦点距離40mm、直径30mmのアクロマチックレンズを用い、その像側焦点位置に像検出手段であるCCD カメラ4を設置した。ファイバ端面像は、それぞれに対応するレンズアレイ2と結像レンズ3とによりCCD カメラ4の受光領域内、より具体的には撮影面上のほぼ同―点に結像される。倍率はレンズアレイ2と結像レンズ3の焦点距離の比で決まり、本実施の形態では20倍である。CCD カメラ4の画素サイズは11×13μm、1 画素当たりの分解能は0.55及び0.65μmである。更にコンピュータ5で画像処理を行うことにより内挿処理を行い、上記値の1/10の分解能としている。画像処理により結像位置を1画素単位で求め、画素単位を画素サイズをもとに長さ単位に換算し、長さ単位で求められた結像位置の相対的な位置を求める。ファイバアレイ1が正確に250 μmピッチで並べられていればファイバ端面の像は全て同―点に結像されるが、ファイバアレイ1にピッチ誤差がある場合には、ずれ量が20倍にされて結像される。これをコンピュータ5で処理することによりファイバアレイ1の良否の判定を行っている。なお、コンピュータ5の表示装置には、演算結果及びファイバ1bの像が表示される。
【0023】
上記実施の形態においては結像レンズ3による像を直接CCD カメラ4で捉えたが、間に拡大光学系、例えばレンズを入れても良く、これにより更に分解能を向上させることができる。
【0024】
あるいは図2のように結像レンズ3の第1 像面にスクリーン16を配置してその像を撮影するような形でも良い。スクリーンに投影された像を撮影することにより、より鮮明な像の検出が可能である。
【0025】
上記実施の形態ではレンズアレイ2の焦点位置は、レンズアレイ2を構成するレンズ基板2aの外にあるような構成を用いたが、焦点が基板表面となるように作製し、ファイバアレイ1の端面をレンズ基板2aに密着するような構成でも良い。これにより測定対象である素子のセッティング時の位置決め・位置合わせが容易になる。また、各ファイバ1bが対応するレンズ2bの焦点位置になるように配置されているため、簡単な光学系で同一点に結像させることができる。
【0026】
上記実施の形態では同時に全てのファイバ1bの像が結像される場合について述べたが、例えば図3のように、1個のピンホール7を設けた遮光板6をファイバアレイ1とレンズアレイ2との間に光軸と直交する方向に移動自在に設け、この遮光板6のピンホール7を用いてファイバ1bを一つずつ結像させても良い。これにより各ファイバ1b毎の位置の測定を行うことが可能となる。なお、ピンホールを複数個設けて複数ファイバ単位で位置測定を行うこともできる。なお、ピンホールは、レンズアレイ2と結像レンズ3との間に設けてもよい。
【0027】
あるいは図4のように各ファイバ1b毎に波長の異なる波長フィルタ8をレンズアレイ2の前に配置し、この波長フィルタ8を用いることで色により各ファイバ1bを区別することが可能となる。(なお、波長フィルタ8をレンズアレイ2の後ろに配置してもよい。)更に、図5に示すように、レンズアレイ2と結像レンズ3間に波長可変フィルタ9を用いれば、透過波長を制御することによりモノクロCCD カメラでもファイバ1bの識別を行える。波長可変フィルタ9は液晶フィルタで構成することができる。また、上記のようにレンズアレイ2、結像レンズ3間に波長可変フィルタ9を配置する代りに、素子に対して透過もしくは反射する照明手段として波長可変光源(図示省略)を素子の照明に用いても良い。
【0028】
上記実施の形態においては対物レンズに屈折型レンズを用いた場合について述べたが、より高い集光効率を得るために、図6(a)に示すような回折型のレンズ10を用いても良い。回折型レンズを用いると、屈折型レンズに比べ、より設計の自由度が増す
【0029】
検査対象は不透明なものにも適用できるが、検査対象が光を透過する光ファイバの場合には、検査面の反対側より光(単色もしくは白色光)を入射させ、出射光を結像させることにより、コアの位置をより正確に検出することが可能となる。特に、この揚合には検出手段として、分割型フォトダイオードなどビームの位置検出手段を用いると構造が簡単になる。例えば図7に示すように、4分割型フォトダイオード12の中点(前記同一点に相当)に各光ファイバが結像されるようにし、各フォトダイオード12aでそれぞれ検出した各光ファイバからの受光量の差を比較器13で取り、その比較結果を演算回路14に入力して受光量の差から、同一点からの各光ファイバの片寄りを検査する。これにより画像処理に比べ構造を簡素化でき、高速且つ安価に位置の検出を行うことができる。
【0030】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。図9はアレイ素子検査装置の光学系における各パラメータを示す図である。この実施形態でも、検査対象であるファイバアレイの各ファイバ21の像を、レンズアレイの対応する各レンズ22及び結像レンズ23で結像し、結像されたファイバ21の像の位置を、CCDカメラ及びコンピュータを用いて求める構成となっている。なお、図9では、ファイバアレイの1本のファイバ21と、これに対向するレンズアレイの1個のレンズ22のみを示している。
【0031】
一列に配列されたファイバアレイのファイバ21の個数は8個であり、i番目(i=1〜8、一端部のファイバ21を1番目とする)のファイバ21の座標を(Xo,Yo)とする。また、i番目のファイバ21に対向して設けられるレンズアレイのi番目のレンズ22の座標を(Xl,Yl)とする。
【0032】
更に、ファイバアレイの各ファイバ21に対し、レンズアレイの各レンズ22及び結像レンズ23の配置を下記の式(1)〜(3)の関係をほぼ満たすようにして、i番目のファイバ21からの光を、i番目のレンズ22により取り出し、取り出された光を結像レンズ23により結像面の所望の位置(Xs,Ys)に結像させる。(ここで、X―Y軸は、結像レンズ23の光軸の方向(Z軸方向)に対し垂直な方向を有し、互いに直交する座標軸であり、(Xo,Yo)、(Xl,Yl)及び(Xs,Ys)の各座標も共通のX―Y座標軸を基準としている。)
Xo−( k×Xl) =Xs/M (1)
Yo−( k×Yl) =Ys/M (2)
η={( k−1) ×( β+ξ) −1}×β/{ξ×( k−1) −1} (3)
ただし、
k:各素子と、前記各素子に対応するレンズアレイ中のレンズの第1主点との距離をfで除算した値
β:結像レンズの焦点距離fをfで除算した値
ξ:レンズアレイの各レンズの第2主点と結像レンズの第1主点との距離から焦点距離f及びfを引いた距離をfで除算した値
η:結像レンズの第2主点と検出面との距離をfで除算した値
M:レンズアレイと結像レンズからなる光学系の倍率であり、倍率M=−β/{1+(1−k)×ξ}
である。Z軸方向の距離は上記のように全てレンズ22の焦点距離fで規格化している。なお、式(3)は、素子からの光がZ軸に平行でなく傾斜していても、結像点が一定となるという条件を満足するものである。
【0033】
図9において、実線で示す光線は、設計値通りに配置されたときの理想的な光線の軌跡であり、破線で示す光線は、ファイバ21が位置ずれを生じたとき(このときのi番目のファイバ21の座標は(X’ o,Y’ o))の光線の軌跡である。
【0034】
この実施形態のファイバアレイも上記図1の実施形態と同じ、直径125 μmファイバ21が250 μmピッチで並べられたものである。また、レンズアレイも直径246 μm、焦点距離3 mmのレンズ22がピッチ250 μmで設けられたもので、リソグラフィー技術によりピッチ誤差0.1 μm以下で作製されている。更に、この実施形態では、ファイバ21の端面をレンズ22の焦点面に設定した(従って、k=1)。また、結像レンズ23には、焦点距離300 mmのレンズを用い、その像側焦点位置にCCDカメラを設置した。更に、ξは約-130とした(なお、ξは式(1)〜(3)に関係なく決めることができ、ξを負にすることで光学系を小型にできる)。CCDの画素サイズは、上記実施形態と同じく、11×13μm、一画素当たりの分解能は0.11及び0.13μmであり、更に、コンピュータで内挿処理を行いことにより、上記値の1/10の分解能としている。
【0035】
各ファイバ21の端面像は、それぞれ対応するレンズ22と結像レンズ23により、CCDカメラの撮像面上のほぼ中心位置に結像される。k=1のタンデム配置なので、倍率Mは、レンズ22と結像レンズ23の焦点距離の比f/fで決まり、本実施形態では、倍率は100 倍となる。
【0036】
ファイバアレイのファイバ21が正確に250 μmピッチで並べられていれば、ファイバ21端面の像は全てほぼ同一点に結像されるが、ファイバ21にピッチ誤差がある場合には、誤差量の100 倍の距離だけずれた位置に結像される(式
(1)、(2)参照)。(なお、k=1とすることにより、光学系による誤差は0.02μm以下に抑えられる。)各ファイバ21の像を分離するために、ファイバ21の入射側にスリットを設け、一度に1つのファイバ21のみに光が入射するようにし、このスリットをスキャンすることで、順次、各ファイバの位置の検出をし、これをコンピュータで画像処理することで、ファイバアレイの各ファイバの良否を判定する。
【0037】
図10はレンズアレイの各レンズ22の配置を調整して、各ファイバ21の端面像を検出面の異なる位置に結像させるようにした実施形態を示す。この実施形態では、図10( a) に示すように、上記実施例と同様に各ファイバ21に対応させてレンズアレイの各レンズ22をほぼ250 μmの一定ピッチでX軸方向に並べるが、各レンズ22の位置は正確に一定ピッチではなく、8個のレンズ22をこの一定ピッチ位置((0 μm,0 μm)、(250 μm,0 μm)、(500 μm,0 μm)、…よりX、Y方向にわずかに位置ずれさせている。すなわち、1番目のレンズ22の位置座標を(0−15μm,10μm)とし、以下2番目から8番目までのレンズ22の位置座標をそれぞれ(250−15μm,−10 μm)、(500−7.5 μm,0 μm)、(750 μm,10μm)、(1000μm,−10 μm)、(1250+7.5μm,0 μm)、(1500+15 μm,10μm)、(1750+15 μm,−10 μm)としている。他の条件は、上記図9の実施形態と同じである。
【0038】
各レンズ22が一定ピッチ位置に正確に配置され、かつ各ファイバ21も位置ずれがなければ、各ファイバ21の像は、CCDカメラの撮像面(検出面)30の中心位置(図10( b) のC点)に結像される。しかし、この実施形態では、上述したように各レンズ22の位置を一定ピッチ位置から位置ずれさせているので、各ファイバ21端面の像31(なお、32はコアの像)は、図10( b) に示すように、分散されて結像される。例えば、1番目のファイバ21の結像位置を考えてみると、このファイバ21(位置ずれがないとする)に対向する1番目のレンズ22の位置は、一定ピッチ位置からX方向に−15 μm、Y方向に+10 μmずれているため、上記式(1)、(2)から、Xs=−100×( Xo−Xl) 、Ys=−100×( Yo−Yl) であり、撮像面30の中心位置のC点からX方向に−1.5mm、Y方向に+1.0mmずれた位置に結像される。このように、各ファイバの像31が撮像面30に分散されて結像されるので、8個の像を同時に観察することができ、上記実施形態のようにスリットを移動するなどの必要がない。
【0039】
なお、上記実施形態では、結像レンズは1枚であるが、複数のレンズを組み合わせて結像レンズとしてもよく、この場合、複数のレンズにより合成された1枚の結像レンズと考えて本発明を適用することができる。
【0040】
また、上記実施の形態においては等間隔に並べられたファイバアレイについて述べたが、配置は不等間隔でも良く、検査対象としてはファイバ以外に半導体レーザ、発光ダイオード等でも良く、さらに種類の異なるものが並べられていても良い。
【0041】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明のアレイ素子検査方法によれば、各アレイ素子を検出手段の受光領域内の所定位置(ほぼ同―点など)又は所望の配置に結像させるようにしたので、高分解能で広範囲に検査でき、また結像された素子像の位置ずれ量からアレイ素子の良否を比較的安価に検査できる。特に、複数の素子の光をほぼ同―点に結像すると、複数の素子にピッチ誤差等がないか否かを、像の位置ずれによって容易に判定できる。また、各素子の像を検査面上の所望の配置に結像すると、一度に複数の素子を観察することが可能となる。
【0042】
本発明のアレイ素子検査装置によれば、複数の素子の光を検出手段の受光領域内の所定位置(ほぼ同―点など)又は所望の配置に結像するようにしたので、レンズアレイ、結像レンズ、検出手段、演算回路とから構成される可動部のない測定系とすることが可能であり、高精度の位置検出を簡単な構造によって実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のアレイ素子検査装置の実施形態を示す概略構成図である。
【図2】結像レンズの後にスクリーンを配置した実施の形態を示す概略断面図である。
【図3】ピンホールを設けた遮光板をレンズアレイの前に移動自在に配置した実施の形態を示す概略構成図である。
【図4】波長フィルタをレンズアレイの前に配置したアレイ素子検査装置の実施形態を示す概略構成図である。
【図5】波長フィルタをレンズアレイの前に配置し、波長可変フィルタをレンズアレイの後に配置したアレイ素子検査装置の実施形態を示す概略構成図である。
【図6】対物レンズの実施の形態を示す光軸方向から見た正面図であり、(a) は通常配置の光学系、(b) は軸外し光学系を示す。
【図7】検出手段に分割型フォトダイオードを用いた実施の形態を示す概略構成図である。
【図8】検査対象となるファイバアレイブロックの実施形態の要部斜視図である。
【図9】本発明に係るアレイ素子検査装置の一実施形態における光学系の各パラメータを示す図である。
【図10】レンズアレイの各レンズの配置を調整して、各ファイバの端面像を検出面の異なる位置に結像させるようにした実施の形態を示すもので、( a) はレンズアレイの各レンズの配置を示す図、( b) は撮像面に分散して結像された各ファイバの端面像を示す図である。
【符号の説明】
1 ファイバアレイ
1b ファイバ
2 レンズアレイ
2b レンズ
3 結像レンズ
4 CCD カメラ
5 コンピュータ
21 ファイバ
22 レンズ
23 結像レンズ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for inspecting an array element in which a plurality of elements are arranged in a predetermined arrangement and an apparatus for inspecting an array element, and more particularly to a method suitable for inspecting a position of a fiber in a fiber array block.
[0002]
[Prior art]
As a conventional method of inspecting an array element, for example, the entire array element is photographed by a CCD camera or the like, and the position of each element is obtained by performing image processing on the photographed signal. Alternatively, each element is detected by a moving stage, and the relative position of the element is obtained from the moving amount of the stage.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Although the conventional inspection method is configured as described above, in recent years, the miniaturization of elements has progressed, and the positional accuracy of elements has been required to be 1 μm or less.
[0004]
In this regard, in image processing using a CCD camera, since the entirety of a plurality of elements are photographed as they are, the photographing range is limited in order to obtain high resolution. It is limited to the range of μm.
[0005]
On the other hand, when a moving stage is used, it is possible to expand the measurement range, but the stage must be moved with high accuracy, so that the inspection apparatus becomes very expensive.
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an array element inspection method and an array element inspection apparatus capable of solving the problems of the prior art and inspecting the position of the array element with high resolution in a wide range and relatively inexpensively. is there.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a first array element inspection method of the present invention is a method of detecting the positions of a plurality of elements arranged in an array using optical detection means, Light from the elements is extracted by a lens array having a plurality of lenses whose optical axes corresponding to the elements are arranged substantially parallel to each other, and the light from each lens of the lens array is received by the detection means by an imaging lens. An image is formed in a region, an image of the formed element is detected, and the position of each element is obtained from a detection signal.
[0008]
Since the light of the plurality of elements is formed into an image in the light receiving region of the detecting means, the inspection can be performed over a wide area with high resolution and the measurement can be performed at a relatively low cost, as compared with a method of directly photographing the plurality of elements. If there is no error in the measurement system, such as a case where there is no pitch error in the plurality of elements, the images of the plurality of elements are formed at predetermined positions (the same point, etc.) in the light receiving area of the detecting means. In the case where an image is formed, an image is formed shifted from the predetermined position, and the quality of the array element can be easily determined from the shift amount.
[0009]
Further, in the second array element inspection method according to the present invention, the plurality of elements have optical axes substantially parallel to each other, and the i-th element (i = 1 to N, N is an element) in a plane perpendicular to the optical axis. Of the element) is (Xoi, YoiThe first array element inspection method for detecting the position of array elements arranged in an array as shown in the following expression, wherein the focus corresponds to each of the plurality of elements and is equal to an optical axis substantially parallel to each other. Distance f1Are located in a plane perpendicular to the optical axis of each lens, the coordinates of the optical axis of the i-th lens are (Xli, Yli), And a focal length f for imaging light from each lens of the lens array.2And an imaging lens.
[0010]
Then, when an image of each element is formed on a detection surface in a light receiving area of the detection means perpendicular to an optical axis of a lens constituting the lens array by the lens array and the imaging lens, a plurality of images are formed. By arranging the lens array and the imaging lens with respect to the elements so as to satisfy the following equations (1) to (3), light from the i-th element among the plurality of elements is transmitted to i in the lens array. The extracted light is taken out by the second lens, and the taken out light is taken into a desired position (Xsi, Ysi), An image of each formed element is detected, and the position of each element is obtained from a detection signal.
[0011]
Xoi− (K × Xli) = Xsi/ M (1)
Yoi− (K × Yli) = Ysi/ M (2)
η = {(k-1) × (β + ξ) -1} × β / {ξ × (k-1) -1} (3)
However,
k: The distance between each element and the first principal point of the lens in the lens array corresponding to each element is f1Value divided by
β: focal length f of the imaging lens2To f1Value divided by
ξ: Focal length f from the distance between the second principal point of each lens of the lens array and the first principal point of the imaging lens1And f2Subtract the distance f1Value divided by
η: distance between the second principal point of the imaging lens and the detection surface is f1Value divided by
M: Magnification of an optical system composed of a lens array and an imaging lens, which is expressed as M = −β / {1+ (1-k) ×}.
X, Y axes: coordinate axes having a direction perpendicular to the direction of the optical axis (Z-axis direction) of the lens constituting the lens array, and orthogonal to each other, (Xoi, Yoi), (Xli, Yli), (Xsi, Ysi) Are also based on the common X and Y coordinate axes.
As described above, since the image of each element can be formed at an arbitrary position on the inspection surface, it is possible to observe a plurality of elements at once. Further, by determining the parameters in the above equation (3), even if lenses having the same focal length are used, the magnification of the optical system can be changed, and by changing the sign of the magnification, erect and inverted element images can be obtained. Can be freely selected.
[0012]
In the second array element inspection method, if light from each element is focused on substantially the same point on the detection surface, the measurement system can be configured without a movable portion, and highly accurate position detection can be performed. When the optical system composed of the lens array and the imaging lens is arranged so as to be an afocal system, と な り = 0, and the magnification M does not depend on k and is not affected by the error of k. It is less likely to be received and accurate measurement is possible. In the first and second array element inspection methods, when light from the array element is taken out as substantially parallel light by the lens array (that is, when tandem arrangement with k = 1), an image is formed with the lens array. Since the light becomes parallel light between the lens and the lens, it is possible to construct an accurate measurement system which is not affected by the size of ξ and is not affected by an error. Furthermore, setting ξ = 0 and k = 1 enables more accurate measurement.
[0013]
A first array element inspection apparatus of the present invention is an apparatus for performing the first array element inspection method, wherein the array element inspection apparatus detects positions of a plurality of elements arranged in an array. A lens array having a plurality of lenses whose optical axes respectively corresponding to the plurality of elements are arranged substantially in parallel with each other, and for forming an image of light from each lens of the lens array in a light receiving region of the detecting means. At least one imaging lens, detection means for detecting an image of the formed element, and an arithmetic circuit for obtaining a position of each element from a detection signal of the detection means; A lens and the detection means are arranged so as to form an image of light from each lens of the lens array in a light receiving area of the detection means.
[0014]
It is preferable that the image of the element be photographed by, for example, a CCD camera or detected by a split type photodiode. Since the light of a plurality of elements is formed into an image in the light receiving area of the detection means, it is possible to provide a measurement system having no movable part including a lens array, an imaging lens, the detection means, and an arithmetic circuit. Yes, the position can be detected with high accuracy.
[0015]
Further, a second array element inspection apparatus of the present invention is an apparatus for performing the second array element inspection method, wherein a plurality of elements have optical axes substantially parallel to each other, and The coordinate of the i-th element (i = 1 to N, N is the number of elements) in a plane perpendicular to the plane is (Xoi, YoiIn the first array element inspection apparatus for detecting the positions of array elements arranged in an array as shown in the following expression, the focal length f is equal to an optical axis substantially parallel to each of the plurality of elements.1The coordinates of the optical axis of the i-th lens are in a plane perpendicular to the optical axis of each lens.
(Xli, Yli), And the light from the lens array is coupled to the detection surface in the light receiving area of the detection means perpendicular to the optical axis of the lens constituting the lens array. Focal length f to be imaged2And an imaging lens.
[0016]
Further, the arrangement of the lens array and the imaging lens with respect to the plurality of elements is represented by the following equation.
By setting so as to satisfy the relations (1) to (3), light from the i-th element of the plurality of elements is transmitted to the detection surface by the i-th lens and the imaging lens in the lens array. The desired position (Xsi, Ysi), And a detecting means for detecting the formed image of each element, and an arithmetic circuit for obtaining the position of each element from the detection signal of the detecting means.
[0017]
Xoi− (K × Xli) = Xsi/ M (1)
Yoi− (K × Yli) = Ysi/ M (2)
η = {(k-1) × (β + ξ) -1} × β / {ξ × (k-1) -1} (3)
However,
k: The distance between each element and the first principal point of the lens in the lens array corresponding to each element is f1Value divided by
β: focal length f of the imaging lens2To f1Value divided by
ξ: Focal length f from the distance between the second principal point of each lens of the lens array and the first principal point of the imaging lens1And f2Subtract the distance f1Value divided by
η: distance between the second principal point of the imaging lens and the detection surface is f1Value divided by
M: Magnification of an optical system composed of a lens array and an imaging lens, which is expressed as M = −β / {1+ (1-k) ×}.
X, Y axes: coordinate axes having a direction perpendicular to the direction of the optical axis (Z-axis direction) of the lens constituting the lens array, and orthogonal to each other, (Xoi, Yoi), (Xli, Yli), (Xsi, Ysi) Are also based on the common X and Y coordinate axes.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[0019]
FIG. 1 is a schematic view of the configuration of an array element inspection apparatus according to the present invention, which comprises a lens array 2, an imaging lens 3, a CCD camera 4, and a computer 5 as an arithmetic circuit having a display device.
[0020]
The array element to be inspected is a fiber array 1 having a diameter of 125 μm arranged in a line at a pitch of 250 μm. FIG. 8 shows the appearance of a fiber array block 15 constituting the fiber array 1.
[0021]
As an objective lens for converting the light from the fiber array 1 into parallel light, an integrated lens array 2 which is a refraction lens was used. This is for ensuring the pitch accuracy level of the lens 2b constituting the lens array 2 to be substantially the same as that of the fiber 1b of the fiber array 1. The lens array 2 is manufactured by etching a quartz substrate using a lithography technique, and has a pitch of 250 μm, a diameter of 246 μm, and a focal length of 2 mm. By using the lithography technique, a pitch error of an accuracy of 0.1 μm or less is obtained. The fiber end face 1a was set at the focal plane of the lens array 2.
[0022]
An achromatic lens having a focal length of 40 mm and a diameter of 30 mm was used as the imaging lens 3, and a CCD camera 4 as an image detecting means was installed at the image side focal position. The fiber end face images are formed by the corresponding lens arrays 2 and imaging lenses 3 in the light receiving area of the CCD camera 4, more specifically, at substantially the same point on the photographing surface. The magnification is determined by the ratio of the focal lengths of the lens array 2 and the imaging lens 3, and is 20 times in the present embodiment. The pixel size of the CCD camera 4 is 11 × 13 μm, and the resolution per pixel is 0.55 and 0.65 μm. Further, the image processing is performed by the computer 5 to perform the interpolation processing, and the resolution is set to 1/10 of the above value. The image formation position is obtained by image processing in units of one pixel, and the pixel unit is converted into a length unit based on the pixel size, and a relative position of the image formation position obtained in the length unit is obtained. If the fiber array 1 is accurately arranged at a pitch of 250 μm, the images of the fiber end faces are all formed at the same point. Image. This is processed by the computer 5 to determine the quality of the fiber array 1. The calculation result and the image of the fiber 1b are displayed on the display device of the computer 5.
[0023]
In the above embodiment, the image formed by the imaging lens 3 is captured directly by the CCD camera 4. However, a magnifying optical system, for example, a lens may be interposed therebetween, so that the resolution can be further improved.
[0024]
Alternatively, as shown in FIG. 2, the screen 16 may be arranged on the first image plane of the imaging lens 3 and an image thereof may be taken. By capturing the image projected on the screen, a clearer image can be detected.
[0025]
In the above-described embodiment, the focal position of the lens array 2 is configured to be outside the lens substrate 2a constituting the lens array 2. However, the focal point is formed on the substrate surface, and the end surface of the fiber array 1 is formed. May be configured to adhere to the lens substrate 2a. This facilitates positioning and alignment when setting the element to be measured. Further, since each fiber 1b is disposed so as to be at the focal position of the corresponding lens 2b, it is possible to form an image at the same point with a simple optical system.
[0026]
In the above-described embodiment, the case where the images of all the fibers 1b are formed simultaneously has been described. However, as shown in FIG. 3, for example, the light-shielding plate 6 provided with one pinhole 7 is connected to the fiber array 1 and the lens array 2 May be provided movably in a direction orthogonal to the optical axis, and the fiber 1b may be imaged one by one using the pinhole 7 of the light shielding plate 6. This makes it possible to measure the position of each fiber 1b. In addition, it is also possible to provide a plurality of pinholes and perform position measurement in units of a plurality of fibers. The pinhole may be provided between the lens array 2 and the imaging lens 3.
[0027]
Alternatively, as shown in FIG. 4, a wavelength filter 8 having a different wavelength for each fiber 1b is arranged in front of the lens array 2, and by using this wavelength filter 8, it becomes possible to distinguish each fiber 1b by color. (Note that the wavelength filter 8 may be disposed behind the lens array 2.) Further, as shown in FIG. 5, if a wavelength tunable filter 9 is used between the lens array 2 and the imaging lens 3, the transmission wavelength can be reduced. By controlling, the fiber 1b can be identified even with a monochrome CCD camera. The tunable filter 9 can be constituted by a liquid crystal filter. Instead of arranging the wavelength tunable filter 9 between the lens array 2 and the imaging lens 3 as described above, a wavelength tunable light source (not shown) is used for illuminating the element as illumination means for transmitting or reflecting the element. May be.
[0028]
In the above embodiment, the case where a refraction type lens is used as the objective lens has been described. However, in order to obtain higher light collection efficiency, a diffraction type lens 10 as shown in FIG. 6A may be used. . Using a diffractive lens increases design freedom compared to a refractive lens.
[0029]
Although the inspection target can be applied to opaque ones, if the inspection target is an optical fiber that transmits light, light (monochromatic or white light) should be incident from the opposite side of the inspection surface and the emitted light should be imaged. Thereby, the position of the core can be detected more accurately. In particular, in this case, if a beam position detecting means such as a split type photodiode is used as the detecting means, the structure becomes simple. For example, as shown in FIG. 7, each optical fiber is formed into an image at a middle point (corresponding to the same point) of the four-division type photodiode 12, and the light received from each optical fiber detected by each photodiode 12a is received. The difference in the amount is taken by the comparator 13, and the result of the comparison is input to the arithmetic circuit 14, and the deviation of each optical fiber from the same point is checked from the difference in the amount of received light. Thereby, the structure can be simplified as compared with the image processing, and the position can be detected at high speed and at low cost.
[0030]
Next, another embodiment of the present invention will be described. FIG. 9 is a diagram showing each parameter in the optical system of the array element inspection device. Also in this embodiment, the image of each fiber 21 of the fiber array to be inspected is formed by the corresponding lens 22 and the imaging lens 23 of the lens array, and the position of the formed image of the fiber 21 is determined by the CCD. The configuration is obtained using a camera and a computer. Note that FIG. 9 shows only one fiber 21 of the fiber array and one lens 22 of the lens array opposed thereto.
[0031]
The number of the fibers 21 of the fiber array arranged in a line is eight, and the coordinates of the i-th (i = 1 to 8, the fiber 21 at one end is the first) fiber is (Xoi, Yoi). Further, the coordinates of the i-th lens 22 of the lens array provided to face the i-th fiber 21 are represented by (Xli, Yli).
[0032]
Further, with respect to each fiber 21 of the fiber array, the arrangement of each lens 22 of the lens array and the imaging lens 23 substantially satisfies the following equations (1) to (3), and Is extracted by the i-th lens 22 and the extracted light is extracted by the imaging lens 23 at a desired position (Xsi, Ysi). (Here, the XY axis is a coordinate axis having a direction perpendicular to the direction of the optical axis (Z-axis direction) of the imaging lens 23 and orthogonal to each other, (Xoi, Yoi), (Xli, Yli) And (Xsi, Ysi) Are also based on a common XY coordinate axis. )
Xoi− (K × Xli) = Xsi/ M (1)
Yoi− (K × Yli) = Ysi/ M (2)
η = {(k-1) × (β + ξ) -1} × β / {ξ × (k-1) -1} (3)
However,
k: The distance between each element and the first principal point of the lens in the lens array corresponding to each element is f1Value divided by
β: focal length f of the imaging lens2To f1Value divided by
ξ: Focal length f from the distance between the second principal point of each lens of the lens array and the first principal point of the imaging lens1And f2Subtract the distance f1Value divided by
η: distance between the second principal point of the imaging lens and the detection surface is f1Value divided by
M: magnification of an optical system composed of a lens array and an imaging lens, and magnification M = −β / {1+ (1-k) ×}
It is. The distances in the Z-axis direction are all the focal length f of the lens 22 as described above.1Standardized by Equation (3) satisfies the condition that the imaging point is constant even if the light from the element is not parallel to the Z axis but is inclined.
[0033]
In FIG. 9, the light beam indicated by the solid line is an ideal light beam trajectory when arranged as designed, and the light beam indicated by the dashed line is the light beam when the fiber 21 is displaced (the i-th light beam at this time). The coordinates of the fiber 21 are (X'oi, Y 'oi)).
[0034]
The fiber array of this embodiment is also the same as the embodiment of FIG. 1 in which fibers 21 having a diameter of 125 μm are arranged at a pitch of 250 μm. The lens array also has a diameter246 μmA lens 22 having a focal length of 3 mm is provided at a pitch of 250 μm, and is manufactured by a lithography technique with a pitch error of 0.1 μm or less. Further, in this embodiment, the end face of the fiber 21 is set to the focal plane of the lens 22 (hence, k = 1). A lens having a focal length of 300 mm was used as the imaging lens 23, and a CCD camera was installed at the image-side focal position. Further, ξ was set to about −130 (note that ξ can be determined irrespective of the expressions (1) to (3), and the optical system can be made smaller by making ξ negative). The pixel size of the CCD is 11 × 13 μm, the resolution per pixel is 0.11 and 0.13 μm, as in the above embodiment, and further, by performing interpolation processing with a computer, the resolution is 1/10 of the above value. I have.
[0035]
An end face image of each fiber 21 is formed at a substantially central position on the imaging surface of the CCD camera by the corresponding lens 22 and imaging lens 23, respectively. Since the tandem arrangement is k = 1, the magnification M is the ratio f of the focal lengths of the lens 22 and the imaging lens 23.2/ F1In this embodiment, the magnification is 100 times.
[0036]
If the fibers 21 of the fiber array are precisely arranged at a pitch of 250 μm, the images of the end faces of the fibers 21 are all formed at almost the same point. An image is formed at a position shifted by twice the distance (expression
(Refer to (1) and (2)). (By setting k = 1, the error due to the optical system can be suppressed to 0.02 μm or less.) In order to separate the image of each fiber 21, a slit is provided on the incident side of the fiber 21, and one slit is formed at a time. Light is made incident only on the fiber 21 and the slits are scanned to sequentially detect the position of each fiber, and image processing is performed by a computer to determine the quality of each fiber in the fiber array. .
[0037]
FIG. 10 shows an embodiment in which the arrangement of the lenses 22 of the lens array is adjusted so that end images of the fibers 21 are formed at different positions on the detection surface. In this embodiment, as shown in FIG. 10A, the lenses 22 of the lens array are arranged in the X-axis direction at a constant pitch of approximately 250 μm corresponding to each fiber 21 as in the above-described embodiment. The position of the lens 22 is not exactly at a constant pitch, and the eight lenses 22 are moved from the fixed pitch position ((0 μm, 0 μm), (250 μm, 0 μm), (500 μm, 0 μm),. , Y. The position coordinates of the first lens 22 are (0-15 μm, 10 μm), and the position coordinates of the second to eighth lenses 22 are (250−10). 15 μm, −10 μm), (500-7.5 μm, 0 μm), (750 μm, 10 μm), (1000 μm, −10 μm), (1250 + 7.5 μm, 0 μm), (1500+ 5 [mu] m, 10 [mu] m), is set to (1750 + 15 μm, -10 μm). Other conditions are the same as the embodiment of FIG 9.
[0038]
If each lens 22 is accurately arranged at a fixed pitch position and each fiber 21 is not displaced, the image of each fiber 21 is located at the center position of the imaging surface (detection surface) 30 of the CCD camera (FIG. 10B). (Point C). However, in this embodiment, since the position of each lens 22 is shifted from the fixed pitch position as described above, the image 31 (32 is an image of the core) of the end face of each fiber 21 is shown in FIG. As shown in FIG. For example, considering the image forming position of the first fiber 21, the position of the first lens 22 facing this fiber 21 (assuming that there is no displacement) is −15 μm in the X direction from a fixed pitch position. , And +10 μm in the Y direction, Xs is obtained from the above equations (1) and (2).1= −100 × (Xo1-Xl1), Ys1= −100 × (Yo1-Yl1And an image is formed at a position shifted from the center point C of the imaging surface 30 by −1.5 mm in the X direction and +1.0 mm in the Y direction. As described above, since the images 31 of the respective fibers are dispersed and formed on the imaging surface 30, eight images can be observed simultaneously, and there is no need to move the slit as in the above embodiment. .
[0039]
In the above embodiment, the number of imaging lenses is one, but a plurality of lenses may be combined to form an imaging lens. In this case, the imaging lens is considered as one imaging lens synthesized by a plurality of lenses. The invention can be applied.
[0040]
Further, in the above embodiment, the fiber arrays arranged at equal intervals have been described. However, the arrangement may be unequal, and the object to be inspected may be a semiconductor laser, a light emitting diode, or the like in addition to the fiber. May be arranged.
[0041]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the array element inspection method of the present invention, each array element is imaged at a predetermined position (substantially the same point or the like) or a desired arrangement in the light receiving region of the detecting means. The inspection can be performed over a wide range with high resolution, and the quality of the array element can be inspected relatively inexpensively from the positional deviation amount of the formed element image. In particular, when the light of a plurality of elements is focused on substantially the same point, it can be easily determined whether or not the plurality of elements have a pitch error or the like based on the positional displacement of the images. Further, when an image of each element is formed in a desired arrangement on the inspection surface, a plurality of elements can be observed at one time.
[0042]
According to the array element inspection apparatus of the present invention, the light of a plurality of elements is imaged at a predetermined position (substantially the same point or the like) or a desired arrangement in the light receiving region of the detecting means. It is possible to provide a measurement system having no movable part composed of an image lens, detection means, and an arithmetic circuit, and highly accurate position detection can be realized with a simple structure.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of an array element inspection device of the present invention.
FIG. 2 is a schematic sectional view showing an embodiment in which a screen is arranged after an imaging lens.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing an embodiment in which a light shielding plate provided with a pinhole is movably arranged in front of a lens array.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of an array element inspection device in which a wavelength filter is arranged before a lens array.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of an array element inspection device in which a wavelength filter is arranged before a lens array and a wavelength variable filter is arranged after the lens array.
FIGS. 6A and 6B are front views showing an embodiment of an objective lens viewed from an optical axis direction, where FIG. 6A shows an optical system in a normal arrangement, and FIG. 6B shows an off-axis optical system.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing an embodiment in which a split type photodiode is used as a detection unit.
FIG. 8 is a perspective view of a main part of an embodiment of a fiber array block to be inspected.
FIG. 9 is a diagram showing parameters of an optical system in an embodiment of an array element inspection apparatus according to the present invention.
FIG. 10 shows an embodiment in which the arrangement of each lens of the lens array is adjusted to form an end face image of each fiber at a different position on the detection surface. FIG. 3B is a diagram illustrating an arrangement of lenses, and FIG. 4B is a diagram illustrating an end face image of each fiber dispersedly formed on an imaging surface.
[Explanation of symbols]
1 Fiber array
1b fiber
2 Lens array
2b lens
3 Imaging lens
4 CCD camera
5 Computer
21 Fiber
22 lenses
23 Imaging lens

Claims (6)

アレイ状に配置された複数の素子の位置を光学的な検出手段を用いて検出する方法であって、
前記複数の素子からの光を、各素子に対応する光軸が互いにほぼ平行に配置された複数のレンズを有するレンズアレイにより取り出し、該レンズアレイの各レンズからの光を結像レンズで前記検出手段の受光領域内のほぼ同一点に結像し、結像された素子の像を検出し、検出信号よりそれぞれの素子の位置を求めるようにしたことを特徴とするアレイ素子検査方法。
A method for detecting the position of a plurality of elements arranged in an array using optical detection means,
Light from the plurality of elements is extracted by a lens array having a plurality of lenses whose optical axes corresponding to the respective elements are arranged substantially parallel to each other, and the light from each lens of the lens array is detected by an imaging lens. An array element inspection method, wherein an image is formed at substantially the same point in the light receiving region of the means, the formed image of the element is detected, and the position of each element is obtained from a detection signal.
アレイ状に配置された複数の素子の位置を光学的な検出手段を用いて検出する方法であり、前記複数の素子からの光を、各素子に対応する光軸が互いにほぼ平行に配置された複数のレンズを有するレンズアレイにより取り出し、該レンズアレイの各レンズからの光を1つの結像レンズで前記検出手段の受光領域内に結像し、結像された素子の像を検出し、検出信号よりそれぞれの素子の位置を求めるようにしたアレイ素子検査方法であって、複数の素子が互いにほぼ平行な光軸を有し、前記光軸に対し垂直な面内におけるi番目(i=1〜N、Nは素子の個数)の素子の座標が(Xoi ,Yoi )と表されるようにアレイ状に配列したアレイ素子の位置を検出するようにし、前記複数の素子のそれぞれに対応し、互いにほぼ平行な光軸と等しい焦点距離f1 を有する複数のレンズが、前記各レンズの光軸に対し垂直な面内にi番目のレンズの光軸の座標が(Xli ,Yli)と表されるように配列されたレンズアレイと、レンズアレイの各レンズからの光を結像する焦点距離f2の結像レンズとを備え、レンズアレイ及び結像レンズにより、前記レンズアレイを構成するレンズの光軸に対し垂直な前記検出手段の受光領域内の検出面の面内に各素子の像を結像させる際に、複数の素子に対するレンズアレイ、結像レンズの配置を下記の式(1)〜(3)の関係を満たすようにして、前記複数の素子のうちi番目の素子からの光を、前記レンズアレイ中のi番目のレンズにより取り出し、取り出された光を結像レンズにより前記検出面の所望の位置(Xsi ,Ysi )に結像し、結像されたそれぞれの素子の像を検出し、検出信号よりそれぞれの素子の位置を求めるようにしたことを特徴とするアレイ素子検査方法。
Xoi −( k×Xli ) =Xsi /M (1)
Yoi −( k×Yli ) =Ysi /M (2)
η={( k−1) ×( β+ξ) −1}×β/{ξ×( k−1)−1} (3)
ただし、
k:各素子と、前記各素子に対応するレンズアレイ中のレンズの第1主点との距離をf1 で除算した値
β:結像レンズの焦点距離f2 をf1 で除算した値
ξ:レンズアレイの各レンズの第2主点と結像レンズの第1主点との距離から焦点距離f1 及びf2 を引いた距離をf1 で除算した値
η:結像レンズの第2主点と検出面との距離をf1で除算した値
M:レンズアレイと結像レンズからなる光学系の倍率であり、M=−β/{1+(1−k)×ξ}と表される
X、Y軸:レンズアレイを構成するレンズの光軸の方向(Z軸方向)に対し垂直な方向を有し、互いに直交する座標軸であり、(Xoi,Yoi )、(Xli,Yli )、(Xsi ,Ysi )の各座標も共通のX、Y座標軸を基準としている
A method for detecting the position of a plurality of elements arranged in an array using an optical detection means, wherein light from the plurality of elements is arranged so that optical axes corresponding to the respective elements are substantially parallel to each other. The light from each lens of the lens array is taken out by a lens array having a plurality of lenses, and the light from each lens of the lens array is formed into an image in the light receiving area of the detection means by one imaging lens, and the image of the formed element is detected. An array element inspection method in which a position of each element is obtained from a signal, wherein a plurality of elements have optical axes substantially parallel to each other, and an i-th (i = 1) in a plane perpendicular to the optical axis. To N, where N is the number of elements), the positions of the array elements arranged in an array such that the coordinates of the elements are represented as (Xoi, Yoi) are detected, and corresponding to each of the plurality of elements, Equivalent to optical axes almost parallel to each other A lens array in which a plurality of lenses having a focal length f1 are arranged such that the coordinates of the optical axis of the i-th lens are expressed as (Xli, Yli) in a plane perpendicular to the optical axis of each lens. An imaging lens having a focal length f2 for imaging light from each lens of the lens array, and the detection means perpendicular to the optical axis of the lens constituting the lens array by the lens array and the imaging lens. When an image of each element is formed on the surface of the detection surface in the light receiving area, the arrangement of the lens array and the imaging lens with respect to the plurality of elements is set so as to satisfy the following equations (1) to (3). Then, light from the i-th element of the plurality of elements is extracted by the i-th lens in the lens array, and the extracted light is focused on the detection surface at a desired position (Xsi, Ysi) by the imaging lens. And the image An array element inspection method, wherein an image of each element is detected, and a position of each element is obtained from a detection signal.
Xoi− (k × Xli) = Xsi / M (1)
Yoi− (k × Yli) = Ysi / M (2)
η = {(k-1) × (β + ξ) -1} × β / {ξ × (k-1) -1} (3)
However,
k: value obtained by dividing the distance between each element and the first principal point of the lens in the lens array corresponding to each element by f1 β: value obtained by dividing the focal length f2 of the imaging lens by f1 ξ: lens array Is the distance obtained by subtracting the focal lengths f1 and f2 from the distance between the second principal point of each lens and the first principal point of the imaging lens, and η is the second principal point of the imaging lens and the detection surface. M: the magnification of the optical system composed of the lens array and the imaging lens, and X and Y axes represented by M = −β / {1+ (1-k) ×}: lens The coordinate axes have a direction perpendicular to the optical axis direction (Z-axis direction) of the lenses constituting the array and are orthogonal to each other. Each of (Xoi, Yoi), (Xli, Yli), (Xsi, Ysi) Coordinates are also based on common X and Y coordinate axes
前記レンズアレイ及び結像レンズからなる光学系がアフォーカル系となるように配置したことを特徴とする請求項1又は2に記載のアレイ素子検査方法3. The array element inspection method according to claim 1, wherein an optical system including the lens array and the imaging lens is arranged to be an afocal system. 前記アレイ素子からの光を前記レンズアレイによりほぼ平行光として取り出すようにしたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のアレイ素子検査方法。4. The array element inspection method according to claim 1, wherein light from the array element is extracted as substantially parallel light by the lens array. アレイ状に配置された複数の素子の位置を検出するアレイ素子検査装置において、前記複数の素子のそれぞれに対応する光軸が互いにほぼ平行に配置された複数のレンズを有するレンズアレイと、該レンズアレイの各レンズからの光を検出手段の受光領域内に結像するための少なくとも一つの結像レンズと、結像された素子の像を検出する検出手段と、検出手段の検出信号よりそれぞれの素子の位置を求めるための演算回路とを備え、前記レンズアレイ、前記結像レンズ、前記検出手段が、前記レンズアレイの各レンズからの光を前記検出手段の受光領域内のほぼ同一点に結像するように配置されていることを特徴とするアレイ素子検査装置。An array element inspection apparatus for detecting the positions of a plurality of elements arranged in an array, comprising: a lens array having a plurality of lenses whose optical axes corresponding to the plurality of elements are arranged substantially parallel to each other; At least one imaging lens for imaging light from each lens of the array in the light receiving area of the detection means, detection means for detecting the image of the formed element, and respective detection signals from the detection means. An arithmetic circuit for determining the position of the element, wherein the lens array, the imaging lens, and the detecting means form light from each lens of the lens array at substantially the same point in a light receiving area of the detecting means. An array element inspection apparatus, which is arranged so as to form an image. アレイ状に配置された複数の素子の位置を検出するアレイ素子検査装置において、前記複数の素子のそれぞれに対応する光軸が互いにほぼ平行に配置された複数のレンズを有するレンズアレイと、該レンズアレイの各レンズからの光を検出手段の受光領域内に結像するための1つの結像レンズと、結像された素子の像を検出する検出手段と、検出手段の検出信号よりそれぞれの素子の位置を求めるための演算回路とを備え、前記レンズアレイ、前記結像レンズ、前記検出手段が、前記レンズアレイの各レンズからの光を前記検出手段の受光領域内に結像するように配置されており、複数の素子が互いにほぼ平行な光軸を有し、前記光軸に対し垂直な面内におけるi番目(i=1〜N、Nは素子の個数)の素子の座標が(Xoi ,Yoi )と表されるようにアレイ状に配列したアレイ素子の位置を検出するようにしたアレイ素子検査装置であって、前記複数の素子のそれぞれに対応し、互いにほぼ平行な光軸と等しい焦点距離f1 を有する複数のレンズが、前記各レンズの光軸に対し垂直な面内にi番目のレンズの光軸の座標が(Xli ,Yli)と表されるように配列されたレンズアレイと、レンズアレイからの光を、前記レンズアレイを構成するレンズの光軸に対し垂直な前記検出手段の受光領域内の検出面の面内に結像させる焦点距離f2 の結像レンズと、前記複数の素子に対するレンズアレイ、結像レンズの配置を下記の式(1)〜(3)の関係を満たすように設定することにより、前記複数の素子のうちi番目の素子からの光が前記レンズアレイ中のi番目のレンズ及び結像レンズにより前記検出面の所望の位置(Xsi ,Ysi )に結像され、この結像されたそれぞれの素子の像を検出するための検出手段と、検出手段の検出信号よりそれぞれの素子の位置を求めるための演算回路とを備えたことを特徴とするアレイ素子検査装置。
Xoi −( k×Xli ) =Xsi /M (1)
Yoi −( k×Yli ) =Ysi /M (2)
η={( k−1) ×( β+ξ)−1}×β/{ξ×( k−1) −1} (3)
ただし、k:各素子と、前記各素子に対応するレンズアレイ中のレンズの第1主点との距離をf1 で除算した値
β:結像レンズの焦点距離f2 をf1 で除算した値
ξ:レンズアレイの各レンズの第2主点と結像レンズの第1主点との距離から焦点距離f1 及びf2 を引いた距離をf1 で除算した値
η:結像レンズの第2主点と検出面との距離をf1 で除算した値M:レンズアレイと結像レンズからなる光学系の倍率であり、M=−β/{1+(1−k)×ξ}と表される
X、Y軸:レンズアレイを構成するレンズの光軸の方向(Z軸方向)に対し垂直な方向を有し、互いに直交する座標軸であり、(Xoi ,Yoi )、(Xli,Yli )、(Xsi ,Ysi )の各座標も共通のX、Y座標軸を基準としている
An array element inspection apparatus for detecting the positions of a plurality of elements arranged in an array, comprising: a lens array having a plurality of lenses whose optical axes corresponding to the plurality of elements are arranged substantially parallel to each other; One image forming lens for forming an image of light from each lens of the array in a light receiving region of the detecting means, detecting means for detecting an image of the formed element, and each element based on a detection signal of the detecting means And an arithmetic circuit for determining the position of the lens array, the imaging lens, and the detecting means are arranged such that light from each lens of the lens array forms an image in a light receiving area of the detecting means. The plurality of elements have optical axes substantially parallel to each other, and the coordinate of the i-th element (i = 1 to N, N is the number of elements) in a plane perpendicular to the optical axis is (Xoi , Yoi) An array element inspection apparatus for detecting the positions of array elements arranged in an array so that each of the plurality of elements has a focal length f1 equal to an optical axis substantially parallel to each other. Are arranged in such a manner that the coordinates of the optical axis of the i-th lens are expressed as (Xli, Yli) in a plane perpendicular to the optical axis of each lens, and light from the lens array. An imaging lens having a focal length f2 for forming an image on a detection surface in a light receiving area of the detection means perpendicular to an optical axis of a lens constituting the lens array, and a lens array for the plurality of elements. By setting the arrangement of the imaging lens so as to satisfy the following expressions (1) to (3), the light from the i-th element among the plurality of elements is changed to the i-th lens in the lens array. And imaging lens Image is formed at a desired position (Xsi, Ysi) on the detection surface, and a detecting means for detecting the formed image of each element, and the position of each element is determined based on a detection signal of the detecting means. An array element inspection device, comprising: an arithmetic circuit for obtaining the calculated value.
Xoi− (k × Xli) = Xsi / M (1)
Yoi− (k × Yli) = Ysi / M (2)
η = {(k-1) × (β + ξ) -1} × β / {ξ × (k-1) -1} (3)
Here, k: a value obtained by dividing the distance between each element and the first principal point of the lens in the lens array corresponding to each element by f1 β: a value obtained by dividing the focal length f2 of the imaging lens by f1 ξ: A value η obtained by dividing a distance obtained by subtracting the focal lengths f1 and f2 from the distance between the second principal point of each lens of the lens array and the first principal point of the imaging lens by f1: η: detection of the second principal point of the imaging lens A value obtained by dividing the distance from the surface by f1 M: a magnification of an optical system including a lens array and an imaging lens, and X and Y axes expressed as M = -β / {1+ (1-k) ×} : Coordinate axes having a direction perpendicular to the direction of the optical axis (Z-axis direction) of the lens constituting the lens array and orthogonal to each other, (Xoi, Yoi), (Xli, Yli), (Xsi, Ysi). Are also based on the common X and Y coordinate axes.
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