JP5578329B2 - Line light source - Google Patents
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本発明は、ライン光源に関し、より具体的には、ライン光源の長手方向の各位置での輝度のばらつきを低減するための技術に関する。 The present invention relates to a line light source, and more specifically to a technique for reducing variation in luminance at each position in the longitudinal direction of the line light source.
基板上にLEDのような複数の発光素子を一列に配置したライン光源が既に数多く実用化されている。そうしたライン光源では、個々の発光素子の特性のばらつき、あるいは発光素子の基板上への実装時の位置ずれ(オフセット)等により、ライン光源の長手方向の各位置での輝度のばらつきが発生する。 Many line light sources in which a plurality of light emitting elements such as LEDs are arranged in a row on a substrate have already been put into practical use. In such a line light source, variations in luminance at each position in the longitudinal direction of the line light source occur due to variations in characteristics of individual light emitting elements, or positional deviation (offset) when the light emitting elements are mounted on the substrate.
ライン光源を表面の欠陥検査などの検査用の光源として用いる場合、その輝度のばらつき(不均一性)がその検査において悪い影響を与える。特に微細なパターンにおける欠陥をマクロ的に検査する場合など、高い検出精度が求められる広範囲な検査においては、その輝度の不均一性による影響はより大きくなる。 When a line light source is used as a light source for inspection such as surface defect inspection, the luminance variation (non-uniformity) adversely affects the inspection. In particular, in the case of a wide-range inspection that requires high detection accuracy, such as when a defect in a fine pattern is inspected macroscopically, the influence of the non-uniformity of the brightness becomes greater.
従来から、ライン光源の発光素子の前面に拡散板やマイクロレンズを設けて光を拡散させることにより、輝度ムラを軽減することが行われている。あるいは、個々の発光素子(LED)の駆動電流を輝度が均一になるように制御することも可能である。 Conventionally, luminance unevenness has been reduced by diffusing light by providing a diffusion plate or a microlens in front of a light emitting element of a line light source. Alternatively, it is possible to control the drive current of each light emitting element (LED) so that the luminance is uniform.
他の方法として、例えば公開特許公報の2004-101311は、ラインセンサカメラ用の照明装置を開示する。この照明装置では、複数のLEDを所定のピッチ間隔でライン状に並べて配置した複数の照明ユニットを設け、一方の照明ユニットによるライン状の照射範囲における照明輝度の弱い部分に他方の照明ユニットによる照明輝度の強い部分が重なるように、ピッチ間隔方向に沿ってずらして配置している。これにより、点光源であるLEDを列状に組み合わせた場合に隣り合うLED間の箇所が暗くなることにより発生する輝度のムラを抑えている。 As another method, for example, published patent application 2004-101311 discloses an illumination device for a line sensor camera. In this illuminating device, a plurality of illumination units in which a plurality of LEDs are arranged in a line at a predetermined pitch interval are provided, and illumination by the other illumination unit is applied to a portion where the illumination intensity is weak in the linear illumination range of one illumination unit. The portions with high luminance are arranged so as to be shifted along the pitch interval direction so as to overlap each other. Thereby, when the LEDs that are point light sources are combined in a line, unevenness in luminance that occurs due to darkening of the location between adjacent LEDs is suppressed.
従来の拡散板やマイクロレンズを設けて輝度ムラを軽減する方法では、高い検出精度が求められる広範囲な検査に対して、その輝度ムラの軽減が必ずしも十分ではない。また、個々の発光素子の駆動電流を制御するには所定の制御回路が必要となり、特に発光素子数が増えるほどその制御は複雑になり、必ずしも十分な輝度の均一化が図れない恐れがある。 In the conventional method of reducing luminance unevenness by providing a diffusion plate or microlens, the luminance unevenness is not necessarily sufficiently reduced for a wide range of inspections that require high detection accuracy. In addition, a predetermined control circuit is required to control the drive current of each light emitting element. In particular, as the number of light emitting elements increases, the control becomes more complicated, and there is a possibility that sufficient brightness uniformity cannot be achieved.
特許文献1の照明装置では、少なくとも2以上の照明ユニットが必要であり、照明装置の大型化およびコスト高を招く。また、特許文献1の照明装置では、個々の発光素子の特性のばらつき、あるいは発光素子の基板上への実装時の位置ずれ(オフセット)等により、ライン光源の長手方向の各位置での輝度のばらつきを低減させるには不十分である。 In the lighting device of Patent Document 1, at least two or more lighting units are necessary, which leads to an increase in size and cost of the lighting device. In addition, in the illumination device of Patent Document 1, the luminance at each position in the longitudinal direction of the line light source due to variations in the characteristics of individual light emitting elements or positional deviations (offsets) when the light emitting elements are mounted on the substrate. Insufficient to reduce the variation.
したがって、本発明の目的は、長手方向の各位置での輝度のばらつきを低減させることができるライン光源を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a line light source capable of reducing variations in luminance at each position in the longitudinal direction.
本発明は、基板上に所定の間隔でライン状に配置された複数の発光素子と、基板の上部に設けられ、複数の発光素子からの光を拡散させるための少なくとも1つの拡散板と、拡散板の表面または近傍に設けられ、拡散板からの拡散光における拡散板の長手方向での輝度分布に応じて、拡散板の長手方向での出射光の光量分布を設定するためのマスクと、を備えるライン光源を提供する。 The present invention includes a plurality of light emitting elements arranged in a line at predetermined intervals on a substrate, at least one diffusion plate provided on an upper part of the substrate for diffusing light from the plurality of light emitting elements, A mask provided on or near the surface of the plate for setting the light quantity distribution of the emitted light in the longitudinal direction of the diffusion plate according to the luminance distribution in the longitudinal direction of the diffusion plate in the diffused light from the diffusion plate; A line light source is provided.
本発明によれば、拡散板の長手方向での拡散光の光量分布を制御することにより、ライン光源の長手方向の各位置での輝度のばらつきを低減させることができる。 According to the present invention, by controlling the light quantity distribution of the diffused light in the longitudinal direction of the diffuser plate, it is possible to reduce the variation in luminance at each position in the longitudinal direction of the line light source.
本発明の一態様では、マスクは、輝度分布を相殺するように光量分布を設定する。 In one embodiment of the present invention, the mask sets the light amount distribution so as to cancel the luminance distribution.
本発明の一態様によれば、実際に測定あるいはシミュレーションされた長手方向での輝度分布に即した輝度のバラツキ低減(均一化)を図ることができる。 According to one embodiment of the present invention, it is possible to reduce (uniformize) luminance variation in accordance with the luminance distribution in the longitudinal direction actually measured or simulated.
本発明の一態様では、マスクは、輝度分布の曲線に対応する関数の逆関数を表す曲線を拡散光を遮蔽するためのマスクパターンとして用いる。 In one embodiment of the present invention, the mask uses a curve representing an inverse function of a function corresponding to the curve of the luminance distribution as a mask pattern for shielding diffused light.
本発明の一態様によれば、輝度分布の曲線に対応する関数の逆関数から一義的に(自動的に)に拡散光を遮蔽するためのマスクパターンを形成することが可能となる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to form a mask pattern for uniquely (automatically) shielding diffused light from an inverse function of a function corresponding to a luminance distribution curve.
本発明の一態様では、マスクパターンは、光を遮蔽可能な膜、薄板、またはテープから形成される。 In one embodiment of the present invention, the mask pattern is formed from a film, a thin plate, or a tape that can block light.
本発明の一態様によれば、膜、薄板、またはテープを用いて、輝度分布の曲線に対応する関数の逆関数を表す曲線を忠実に反映したマスクパターンを形成することが可能となる。 According to one embodiment of the present invention, a mask pattern that faithfully reflects a curve representing an inverse function of a function corresponding to a curve of a luminance distribution can be formed using a film, a thin plate, or a tape.
図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。図1は、本発明のライン光源100の構成の一実施形態を示す図である。図1の(a)は、ライン光源100の上面図であり、(b)は側面(断面)図である。長形の基板10上に複数の発光素子12が所定のピッチL1で一列に配置される。基板10のサイズは、任意に選択できるが、例えば15mm×700mmである。ピッチL1は、発光素子12のサイズ等に応じて任意に選択できるが、例えば数mmである。基板10の上部、すなわち発光素子12の上部に拡散板20が配置される。基板10の両端部には、発光素子12の発光を制御する電源/コントローラに接続するコネクタ部14、16がある。基板10の下面は、発光素子12からの熱を逃がすためのヒートシンク18に接続する。ヒートシンク18は、例えばアルミニウム(Al)からなり、熱伝導性の接着層(図示なし)を介して基板10の下面に接合される。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a configuration of a
基板10は、発光素子12の出力に応じて選択される。比較的小さな出力(例えば「mW」レベル)では、プリント配線板などの一般的な回路基板が利用できる。発光素子12の発熱量が小さい場合は、ヒートシンク18が不要となる場合もあり得る。発光素子12の出力が比較的大きい場合(例えば「W」レベル)、基板10は熱伝導性の大きな物質、例えば金属(アルミニユム(Al)や銅(Cu)等)から構成される。
The
発光素子12は、現在利用可能な発光ダイオード(LED)やレーザダイオード(LD)等の半導体素子のみならず将来新たに出現する発光素子等、基本的に任意に選択可能である。ただし、本発明の趣旨から、比較的高出力、言い換えれば高輝度の発光素子であることが望ましい。以下の説明では、発光素子12として、高輝度LEDを用いた場合について説明する。すなわち、発光素子12が高輝度LED12であるとして説明する。ここで、高輝度とは、その出力が例えば数ワット(W)程度のものを意味する。
The
高輝度LED12は、1つ1つチップとして形成(素子化)されたものを意味し、半導体プロセスで形成されたLEDアレイのような形態とは異なる。したがって、高輝度LED12は、基板10上に1つ1つ位置決めしながら所定のピッチL1でマウントされる。高輝度LED12の発光色は任意に選択でき、可視、近紫外、近赤外等、基本的に任意に選択できる。例えば、光量を稼ぐ観点からは、発光の波長帯が広い白色のLEDを利用することができるが、他の3原色(赤、青、緑)などの色であっても良いことは言うまでもない。
The high-
拡散板20は、高輝度LED12からの光を拡散させて均一化させるために用いられ、その材質は任意に選択できる。拡散板20は、少なくとも1枚あればよく、その数は任意に選択できる。また、拡散板20は、マイクロレンズ等の他の光の拡散機能を備える手段と組み合わせて用いてもよい。本発明では、詳細は後述するように、この拡散板20の表面または近傍に、さらなる光の均一化を図るためのマスクが設置される。
The
次に、図2を参照しながら、本発明における輝度分布の利用原理(考え方)について説明する。図2の(a)は、ライン光源100の輝度分布の測定構成を示し、(b)はその測定結果等を示す。(a)に示されるように、輝度分布はライン光源100上に設置されたラインセンサカメラ25により測定される。ラインセンサカメラ25は、受光素子(画素)を一列に並べることによって、1次元毎に画像を取得できるものであれば良い。ラインセンサカメラ25には、例えば1次元のCCDが含まれる。なお、図示されていないが、ラインセンサカメラ25の出力信号は、PC等の信号(画像)処理系に入力され、そこで輝度分布となるように処理される。
Next, the use principle (concept) of the luminance distribution in the present invention will be described with reference to FIG. 2A shows the measurement configuration of the luminance distribution of the
ライン光源100は、所定の出力で発光した状態で、図のX方向に所定のピッチで移動し、ラインセンサカメラ25によりX軸上の各位置での平均輝度が測定される。ここで、平均輝度とは、ライン光源100の各位置(X)におけるライン光源100の短手(幅)方向での輝度値の平均を意味する。図2(b)の曲線Aは輝度分布の測定結果である。ライン光源100の位置(X)により平均輝度がばらついていることがわかる。曲線Bは、曲線Aを1つの関数として見た場合に、その関数の逆関数を表す曲線である。本発明では、この平均輝度分布(曲線)についての逆関数を表す曲線Bを利用して、輝度(曲線)の振幅を相殺させることにより、輝度のばらつきを減少させる。具体的には、詳細は後述するように、曲線Bを利用してライン光源100からの光量、より正確には拡散板20からの光量(拡散光量)を制御する。これは、ラインセンサカメラ25で受光する光量が光の積分値であることから、光出射側の光量を位置(X)により増減させて、輝度値の大小(ばらつき)を相殺させることを意図している。
The line
図3は、本発明のマスク30の構成の一実施形態を示す図である。図3の(a)と(b)は、マスク30の上面図であり、(c)〜(f)はマスク30の側面(断面)図である。マスク30は、光の遮蔽領域310と透過領域312を有する。光の遮蔽領域310は、1つのマスクパターンを構成し、上述した輝度分布の逆関数を表す曲線(例えば図2のB)を基にその形状(パターン)が決められる。すなわち、輝度分布の逆関数を表す曲線を反映した遮蔽形状310により、ライン光源100の各位置(X)での光量を増減させる。実際には、ライン光源100のサイズに合わせて、長手(X)方向あるいは短手(Y)方向で、曲線の縮尺を変えながらマスクの遮蔽形状310を形成する。
FIG. 3 is a diagram showing an embodiment of the configuration of the
光の遮蔽領域310は、マスク30の短手(Y)方向の一方の端部(図3の(a))または両方の端部(図3の(b))に設けられる。光の遮蔽領域310を一方の端部に設ける場合は、図3(a)のように上端部に設ける場合、あるいは図の下側の下端部に設ける場合のいずれであってもよい。図3(b)のように両方の端部に光の遮蔽領域310を設ける場合は、遮蔽領域310の形状(パターン)を上下で反転させる。その反転の際に、輝度の均一化を促進する観点から、さらに両者の形状に微妙な差異を設けてもよい。マスク30は、透明な基板上に形成、あるいは拡散板20の表面に直接的に形成される。光の遮蔽領域310は、光を透過しない薄膜、テープ、薄板などをパターン化して形成される。ここで、パターン化とは、上述した輝度分布の逆関数を表す曲線に対応した形状に加工することを意味する。薄膜の場合は、透明な基板上への金属の蒸着等の成膜技術により形成される。テープや薄板の場合は、その曲線に対応した形状に切り出される。あるいは、レーザ加工機などを用いて、透明な基板上に曲線に対応した形状を描画して、その描画域の光の透過率を減少させるようにしてもよい。
The
マスク30は、図3(c)、(d)に示されるように、1つの拡散板20の一方の面、すなわち高輝度LED12からの光の入射側面または拡散板からの拡散光の出口側面に設置、あるいは各表面上に直接形成される。マスク30は、図3(e)に示すように、1つの拡散板20の両面側に設けてもよい。その際、拡散板20の上面側に図3(a)のマスク30を設置し、下面側には図3(a)のマスク30を反転させたマスク(下側に光の遮蔽領域310があるマスク)を設置してもよい。2つの拡散板20を重ね合わせて用いる場合は、図3(f)に示すように、2つの拡散板20の間にマスク30を設けることもできる。なお、拡散板20の数は1つまたは2つに限定されず、3以上の複数の拡散板を重ねてあるいは組み合わせて用いることもできる。その場合は、1つあるいは2つ以上の拡散板の表面上にマスク30を選択的に設けることができる。
As shown in FIGS. 3C and 3D, the
次に、図4と図5を参照しながら、本発明のライン光源100を用いてSiウェハ表面を測定した結果について説明する。図4は、本発明のライン光源100を用いたウェハ表面の測定系を示す図である。図5は、図4の構成による輝度分布の測定結果を示す図である。
Next, the results of measuring the Si wafer surface using the line
図4(a)は、測定系の上面図であり、(b)は測定系の側面図である。ライン光源100は、テーブル45上のSiウェハ40の上方に所定の距離を空けて置かれる。ラインセンサカメラ25は、同じくSiウェハ40の上方に、Siウェハ40の表面に対して所定の角度の位置に設置される。なお、図2の場合と同様に、図示されていないが、ラインセンサカメラ25の出力信号は、PC等の信号(画像)処理系に入力され、そこで輝度分布となるように処理される。また、テーブル45は、所定のステップで水平または垂直方向に移動できるようになっている。ライン光源100が、所定の出力で発光した状態で、Siウェハ40を乗せたテーブル45が所定のステップで移動し、ラインセンサカメラ25によりSiウェハ40の所定のライン上の各位置(X)での平均輝度が測定された。
4A is a top view of the measurement system, and FIG. 4B is a side view of the measurement system. The line
図5において、曲線Cは本発明のマスク30を使用しない場合の輝度分布の測定結果であり、曲線Dは本発明のマスク30を使用した場合の輝度分布の測定結果である。両曲線の比較から明らかなように、本発明のマスク30を使用した場合の曲線Dの方が、Siウェハ40の各位置(X)での平均輝度のバラツキが小さくなっていることがわかる。実際の測定値を基に、各曲線での平均輝度の最大値と最小値の差分Δを計算して比較してみたところ、曲線Cの差分Δc=Q2−Q1と曲線Dの差分Δd=P2−P1との比(Δd/Δc)が約53%となり、平均輝度のばらつきが約半分ほどに減少していることが確認された。すなわち、輝度分布の発光素子の位置(X)における均一性が約50%改善していることになる。
In FIG. 5, a curve C is a measurement result of the luminance distribution when the
本発明の実施形態について、図1〜図5を例にとり説明をした。しかし、本発明はこれらの実施形態に限られるものではない。本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々なる改良、修正、変形を加えた態様で実施できるものである。 The embodiment of the present invention has been described with reference to FIGS. However, the present invention is not limited to these embodiments. The present invention can be implemented in variously modified, modified, and modified embodiments based on the knowledge of those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention.
10 基板
12 発光素子(高輝度LED)
14、16 コネクタ部
18 ヒートシンク
20 拡散板
25 ラインセンサカメラ
30 マスク
40 Siウェハ
45 ステージ
100 ライン光源
310 光遮蔽域
320 光透過域
10
14, 16
Claims (5)
基板上に所定の間隔でライン状に配置された複数の発光素子と、
前記基板の上部に設けられ、前記複数の発光素子からの光を拡散させるための少なくとも1つの拡散板と、
前記拡散板の表面または近傍に設けられ、前記拡散板からの拡散光における前記拡散板の長手方向での輝度分布に応じて、前記拡散板の長手方向での前記出射光の光量分布を設定するためのマスクと、を備え、
前記マスクは、前記輝度分布を相殺するように、前記輝度分布の曲線に対応する関数の逆関数を表す曲線を前記拡散光を遮蔽するためのマスクパターンとして用いる、ライン光源。 A line light source,
A plurality of light emitting elements arranged in a line at predetermined intervals on the substrate;
At least one diffusion plate provided on the substrate for diffusing light from the plurality of light emitting elements;
A light amount distribution of the emitted light in the longitudinal direction of the diffuser plate is set according to a luminance distribution in the longitudinal direction of the diffuser plate in the diffused light from the diffuser plate provided on or near the surface of the diffuser plate. and a mask for,
The mask uses a curve representing an inverse function of a function corresponding to the curve of the luminance distribution as a mask pattern for shielding the diffused light so as to cancel the luminance distribution .
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