JP4958663B2

JP4958663B2 - 照明用アダプタ、照明装置、及び撮像素子検査用照明装置

Info

Publication number: JP4958663B2
Application number: JP2007180506A
Authority: JP
Inventors: 由佳木内; 宏一郎小松
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2007-07-10
Filing date: 2007-07-10
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2027-07-10
Also published as: JP2009019882A

Description

本発明は、照明用アダプタ、照明装置、及び撮像素子検査用照明装置に関するものである。

従来、撮像素子の検査においては、撮像素子のそれぞれの画素に対してほぼ垂直に照明光が照射するような、いわゆるテレセントリックな照明光を用いて検査を行っていた。もともとＣＣＤなどの撮像素子は受光素子に入射する光束の中心線が撮像素子面に対して垂直になるような結像光学系に用いられていた。この受光素子に入射する光束の中心線が光軸と交わる位置を瞳と呼ぶが、この場合には交わらないので無限遠の位置に瞳があるという。

しかしながら、デジタルカメラの小型化が進んでくると、結像光学系の大きさを小さくするために受光素子に入射する光束の中心線が撮像素子面に対して大きく傾くような結像光学系を用いるようになってきた。それに加え、例えば、特開平１０−１４８７０４号公報（特許文献１）に記載されるように、撮像素子の受光面の開口効率を大きくとるために受光素子の上にマイクロレンズを作る技術ができてきた。更に、このマイクロレンズと結像光学系の瞳位置とのマッチングを取ることにより受光系全体で開口効率をよくする技術がでてきた（例えば特開２００２−７６３１５号公報（特許文献２））。

このためＣＣＤなどの撮像素子の検査では、受光素子に入射する光束の中心線が撮像素子面に対して大きく傾くような、いわゆる有限の位置に瞳がある状態で検査する必要がでてきた。

そこで、このような、有限の位置に瞳がある撮像素子を検査する場合には、従来より使用されている無限遠に瞳のある照明光学系に拡散板と開口絞りを組み合わせた追加光学系（照明用アダプタ）を挿入して、所定の瞳位置と開口の条件の照明光を形成して検査していた。近年では撮像素子が微細化してきて画面サイズが小さくなっているため、１枚のウェハから取れる素子の数が飛躍的に多くなってきている。そこで、検査時間を短くするために拡散板と開口絞りを複数並べ、複数の素子に同時に光を照射して検査を並行して行うようにしている。
特開平１０−１４８７０４号公報特開２００２−７６３１５号公報

ところが、撮像素子が更に微細化してくると、単位面積あたりに並ぶ素子の個数が増え、それぞれの開口に対する拡散板の大きさをむやみに大きくすることができなくなってきた。しかし、拡散板の大きさが小さすぎると、拡散板の出射面における光量の減少及びその光量均一性の低下が起こり、検査に必要な光量及び光量分布特性が劣化してしまうという問題点があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、拡散板の大きさを適当な大きさとした照明用アダプタ、及びこれを使用した照明装置、及び撮像素子検査用照明装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための第１の手段は、光源と被照明物体との間に挿入して用いられる照明用アダプタであって、拡散板と開口絞りとを有し、前記拡散板の半径をＡ、厚さをｈ、減衰係数をα、前記開口絞りの半径をＢとしたとき、

の条件を満たすことを特徴とする照明用アダプタである。

前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段である照明用アダプタの前記拡散板を、ほぼ均一なテレセントリックな照明光で照明する照明光学系を有することを特徴とする照明装置である。

前記課題を解決するための第３の手段は、撮像素子に照明光を照射して得られる出力信号から前記撮像素子の良否を判定する撮像素子検査用照明装置であって、射出瞳が無限遠にある前記照明光学系の所定の位置に、前記第１の手段である照明用アダプタを出し入れできるように構成されていることを特徴とする撮像素子検査用照明装置である。

本発明によれば、拡散板の大きさを適当な大きさとした照明用アダプタ、及びこれを使用した照明装置、及び撮像素子検査用照明装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図７は、本発明の実施の形態である照明用アダプタを用いる、本発明の実施の形態である撮像素子検査用照明装置（本発明の実施の形態である照明装置でもある）の概略を示す図である。ハロゲンランプやキセノンランプなどの光源２１から放出された光は、コレクタレンズ２２を介して照明光学系に導かれる。照明光学系では照明光が所定の分光分布になるようにフィルタ２３ａを透過させる。さらに、検査条件に応じて必要な分光分布を作り出すフィルタ２３ｂ、例えば赤(Red)、緑(Green)、青(Blue)などが出し入れできるようになっている。

さらに光量を調整するためのＮＤフィルタ２４ａ、２４ｂ(Neutral Density Filter)を介して所定の光量に調整される。一般のカメラで用いる撮像素子は白昼の数万luxから夜間の数luxまでの広い光量の条件で用いられるため、光量の設定精度が非常に重要となるがフィルタの光学濃度のばらつきの影響を受けないように、大きく光量設定をする切り換え式のＮＤフィルタ２４ａと、円盤にその回転方向に段階的な濃度変化を設けた、又は濃度勾配のある調整用のＮＤフィルタ２４ｂを組み合わせて光量の微調整を行えるようにしている。

分光特性と光量を規定された照明光束は、インプットレンズ２５により照度均一化光学系に導かれる。ここでは、ロッドレンズ２６を使った照度均一化光学系の例を示している。斜めに入射した照明光はロッドレンズ２６の側面で反射し、ロッドレンズ２６の出射端に導かれ、光源から広がる光束が出射端で重ね合わされ、ロッドレンズ２６の出射端で光量が均一化される。

開口絞り２８がコンデンサレンズ２９の前側焦点位置にあるので、ロッドレンズ２６からの光はリレーレンズ２７とコンデンサレンズ２９を介して撮像素子面３上の任意の点を照明する光束の主光線が撮像素子面３に対してほぼ垂直であるように照射する。つまり、撮像素子面３を照明する光束の主光線が交わる場所は撮像素子面３から無限遠の位置にあるということになる。

本発明の実施の形態である照明用アダプタ（追加光学素子）はコンデンサレンズ２９と撮像素子面３の間に挿入して用いられる。照明用アダプタは、図１に示すように拡散板１と開口絞り２が密着した構造で、開口絞り２から撮像素子面３までの距離を検査したい瞳距離に合うよう挿入する。また、検査条件である開口絞り値Ｆは、開口絞り２から撮像素子面３までの距離を開口絞り２の直径で割った値に等しい。

拡散板１の出射面における光量及び光量均一性を確保するため、拡散板１の大きさを以下のようにして決める。

図２において、拡散板１０に照射された光の強度は均一で、光は、拡散板１０の内部で散乱されながら裏面の出射側に到達する。拡散板１０のある一点に入射した光は裏面の出射点４までの距離に応じて指数関数的に減衰を受けて到達する。出射点４に対して半径ｒ上にある入射面の１点からの光量は、拡散板１０の厚さをｈ、減衰係数をαとして、

である。半径ｒの円周全体からの光量Ｉ（ｒ）は２πｒ倍したものとなり、

として、表される。

例として、減衰係数α＝１［１／ｍｍ］、拡散板１０の厚さｈ＝１［ｍｍ］の場合、横軸に円周の半径ｒをとって、Ｉ（ｒ）を縦軸にプロットすると図３のようになる。半径ｒの円周からの寄与Ｉ（ｒ）は半径ｒ_０をピークに半径rが大きくなると減衰する。よって、出射側の点４を頂点とする円錐が入射側の面と交わる円周上の点からの光量の寄与は半径ｒがある大きさ以上になったとき、ほとんどなくなると考えることができる。

拡散板１０の半径がＲの時に、出射側の中心点４での光量は（２）式を積分して

で表すことができる。

（３）式から出射端での光量を決めている半径Ｒの大きさを見積もる。（３）式の第１項は拡散板１０の半径Ｒによらず一定であり、無限に大きい拡散板を用いたときの光量と考えることができる。そこで、第２項が拡散板１の大きさが有限であることにより拡散板１のＲより大きい位置から入射した光束がけられて出射点に到達することのできない光量分と考えてよい。第２項と第１項の比ｂを計算すると

となる。（４）式で

とαｈがそれぞれ一定ならばｂは同じ値をとる。

とおき、定数Ｘ、Ｙ、Ｚを用いると、（４）式から近似的に

と表すことができる。ここで、αｈ＝１、１０、２０のときのｂの値を計算し、結果を図４に示す。αｈ＝１のとき、図４でｂ≒０．０５となるのはαＲ＝５の場合である。このとき
ｃ²＝Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝２６ …（６）
となる。同様にαｈ＝１０、αｈ＝２０のときのｂの値をそれぞれ計算すると、αｈ＝１０のときｂ≒０．０５となるのはαＲ＝８．７、αｈ＝２０のときｂ≒０．０５となるのはαＲ＝１１．６のときとなり、このとき
ｃ²＝１００Ｘ＋１０Ｙ＋Ｚ＝１７６ …（７）
ｃ²＝４００Ｘ＋２０Ｙ＋Ｚ＝５３５ …（８）
となる。（６）式、（７）式、（８）式より
Ｘ＝０．９９、Ｙ＝６．０４、Ｚ＝１８．９７となる
Ｘ、Ｙ、Ｚを四捨五入すると、

と表すことができ、

であるならば、拡散板１０の外側から入射した光束のけられが生じても出射点４での光量の低下は５％以下であるといえる。

ここで５％とは、以下のような値である。検査する撮像素子として、１２階調の分解能を有する撮像素子を使用したとき、開口絞り２の出射面から出射する光の強度低下が５％以下であれば、撮像素子に届く光の強度ムラは撮像素子の分解能以下となり撮像素子によって検出されないことが、発明者らの実験の結果分かった。よって、ｂの値を０．０５以下とすることにより、撮像素子を均一照明できることになる。

よって、拡散板１に開口絞り２を接して使用する場合には図５に示すように開口絞り２の径より拡散板１の径を

だけ大きくすることで拡散板１の出射面側での出射光の光量均一性は５％以下にすることができる。なお、点線１０’は、図２の拡散板１０に対応づけることができ、点線２ａ’上には、拡散板１０の出射点４が存在する。

第２の照明用アダプタの実施の形態として、一つの開口絞り２に対して、一つの拡散板１を使うのではなく、図６に示すように、複数の開口絞り２に対して一つの拡散板１を使うこともできる。ただし、拡散板１は各々の開口に対し、開口絞り２の径より少なくともＲ_５だけ大きな（図６の細い点線が囲む領域より大きな）サイズを確保していることが必要である。拡散板１の大きさが各々の開口に対してＲ≧Ｒ_５だけ大きいということが重要であり、二つの開口間の距離Ｓについては、特に制限はなくＳ＜Ｒ_５となっていてもよい。なお、５は照明用アダプタの筐体である。

本発明の実施の形態である照明用アダプタの構成を示す図である。拡散板の概要を示す図である。半径ｒの円周全体からの光量の例を示す図である。拡散板による光量の減衰の例を示す図である。拡散板と開口絞りの関係を示す図である。本発明の第２の実施例の概要を示す図である。本発明の実施の形態である照明用アダプタを用いる、本発明の実施の形態である撮像素子検査用照明装置（本発明の実施の形態である照明装置でもある）の概略を示す図である。

符号の説明

１…拡散板、２…開口絞り、３…撮像素子面、４…出射点、５…照明用アダプタの筐体、１０…拡散板、２１…光源、２２…コレクタレンズ、２３ａ，２３ｂ…フィルタ、２４ａ，２４ｂ…ＮＤフィルタ、２５…インプットレンズ、２６…ロッドレンズ、２７…リレーレンズ、２８…開口絞り、２９…コンデンサレンズ

Claims

光源と被照明物体との間に挿入して用いられる照明用アダプタであって、拡散板と開口絞りとを有し、前記拡散板の半径をＡ、厚さをｈ、減衰係数をα、前記開口絞りの半径をＢとしたとき、

の条件を満たすことを特徴とする照明用アダプタ。
請求項１に記載の照明用アダプタの前記拡散板を、ほぼ均一なテレセントリックな照明光で照明する照明光学系を有することを特徴とする照明装置。
撮像素子に照明光を照射して得られる出力信号から前記撮像素子の良否を判定する撮像素子検査用照明装置であって、射出瞳が無限遠にある前記照明光学系の所定の位置に、請求項１に記載の照明用アダプタを出し入れできるように構成されていることを特徴とする撮像素子検査用照明装置。