JP7248244B2 - 環状光源を内蔵したレンズ鏡筒 - Google Patents

Description

本願発明は、環状光源を内蔵したレンズ鏡筒、特に、複数のＬＥＤ素子を高密度に配列した環状光源を内装した光学検査用レンズ鏡筒に関する。

半導体素子、精密微小部品の検査では、検査サンプルから反射される光を撮像素子で検出することにより検査サンプルの構成部品の配置、欠陥の有無等の検査情報を取得している。検査サンプルから反射される光は、検査装置の光学系、具体的には光源の種類、配置、レンズ群の構成、配置により異なる。このため、取得する検査情報に最適な光学系が求められている。

特許文献１には、ビームスプリッターを配置して、光源から伝搬する光路を撮像素子が受光する同軸落射照明について開示されている。しかしながら、ハーフミラーをリボルバー切り替えることにより装置が大型化するという課題がある。
特許文献２には、環状照明を外付けした光学装置について開示されている。しかしながら、環状照明を外付けすると装置が大型化するという課題がある。
特許文献３には、環状照明を内在した光学装置について開示されて、光軸上に直接的に配置された光源から生じるゴーストスポットが解消できる点について開示されている。しかしながら、装置の小型軽量化のための環状照明の高密度化については開示されていない。

特開２０１６－０８５４８０号公報 特開２０１０－２５７５８５号公報 特開２０１７－１２５８３１号公報

本願発明は、環状光源を内蔵した軽量でコンパクトな光学検査用レンズ鏡筒が提供する。また、明暗視野の変更を自在にする光学検査用レンズ鏡筒が提供する。

本願発明の課題は、以下の態様（１）乃至（４）により解決できる。具体的には、

（態様１） 被検査対象物側から、第１レンズ群、前記第１レンズ群を介して前記被検査対象物に環状の光束を照射する環状光源、第２レンズ群、ビームスプリッターを、この順に配置した環状光源を内在したレンズ鏡筒であって、前記第1レンズ群、前記第２レンズ群、前記ビームスプリッターは、共通の光軸を有し、前記ビームスプリッター側面に同軸光源挿入口が設けられ、前記環状光源は、基板上に、透明樹脂層で被覆した赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤからなるＲＧＢ発光ユニットと、前記ＲＧＢ発光ユニットに隣接して、蛍光体を含む樹脂層で被覆した白色ＬＥＤからなるＷ発光ユニットを配置したＬＥＤモジュールを、同心円上に列状に複数配列した環状ＬＥＤモジュールと、前記環状ＬＥＤモジュールの外周及び内周を仕切る白色樹脂からなる反射壁と、前記ＲＧＢ発光ユニットと前記Ｗ発光ユニットを仕切る透明樹脂からなる透明壁と、で構成されることを特徴とする環状光源を内在したレンズ鏡筒である。
ビームスプリッターと該ビームスプリッター側面に備わる同軸光源挿入口に光源を設置することで、することで、同軸落射照明による明視野光学系検査と環状光源による暗視野光学系検査を適宜切り替えて行うことができる。
また、ＣＯＢ（Chip on Board）で高密度で配列されたＬＥＤ素子による環状光源を内在することで、十分な光量を確保でき、光源から生じるゴーストスポットがないため、反射率の低い被検査対象物についても細部が明確に確認できからである。

（態様２） ビームスプリッターの撮像素子側に、共通の光軸を有する第３レンズ群を配置した（態様１）に記載した環状光源を内在したレンズ鏡筒である。
第３レンズ群を配置することで、撮像素子から得られる画像のサイズ等を適切に選択できるからである。

（態様３） 被検査対象物側から、第１レンズ群、前記第１レンズ群を介して前記被検査対象物に環状の光束を照射する環状光源、第２レンズ群を、この順に配置した環状光源を内在したレンズ鏡筒であって、前記第1レンズ群、前記第２レンズ群は、共通の光軸を有し、前記環状光源は、基板上に、透明樹脂層で被覆した赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤからなるＲＧＢ発光ユニットと、前記ＲＧＢ発光ユニットに隣接して、蛍光体を含む樹脂層で被覆した白色ＬＥＤからなるＷ発光ユニットを配置したＬＥＤモジュールを、同心円上に列状に複数配列した環状ＬＥＤモジュールと、前記環状ＬＥＤモジュールの外周及び内周を仕切る白色樹脂からなる反射壁と、前記ＲＧＢ発光ユニットと前記Ｗ発光ユニットを仕切る透明樹脂からなる透明壁と、で構成される、ことを特徴とする環状光源を内在したレンズ鏡筒である。
ビームスプリッターを省くことで、小型軽量化が図れるからである。 さらに、

（態様４） 第２レンズ群の撮像素子側に、共通の光軸を有する第３レンズ群を配置した（態様３）に記載した環状光源を内在したレンズ鏡筒である。
第３レンズ群を配置することで、撮像素子から得られる画像のサイズ等を適切に選択できるからである。

本願発明によれば、実装密度の高いＬＥＤ素子で構成される環状光源を内蔵した軽量でコンパクトなレンズ鏡筒が提供できる。被検査対象物のエッジを際立たせた暗視野照明画像が得られる。ビームスプリッターを内蔵することで、同軸落射照明画像も得ることができる。このため、１つのレンズ鏡筒で光源を切り替えることで、明暗視野の変更が自在になる。

本願発明の環状光源を内在したレンズ鏡筒の第１の実施態様を示すＡ－Ａ´端面図である。 本願発明の環状光源を内在したレンズ鏡筒の第２の実施態様を示す分解斜視図である。 本願発明の環状光源を内在したレンズ鏡筒の第２の実施態様を示すＡ－Ａ´分解端面図である。 本願発明の環状光源を内在したレンズ鏡筒の第２の実施態様を示すＡ－Ａ´端面図である。 本願発明の環状光源を内在したレンズ鏡筒の第４の実施態様を示すＡ－Ａ´端面図である。 本願発明の環状光源を内在したレンズ鏡筒に備わる環状光源の実施態様を示す平面図及びその部分拡大図である。 本願発明の環状光源を内在したレンズ鏡筒による環状光源を用いた被写体画像と同軸光源を用いた被写体画像の比較である。 本願発明の環状光源を内在したレンズ鏡筒による環状光源を用いた被写体画像と同軸光源を用いた被写体画像の比較である。

本願発明を実施するための形態を図１～図６に基づいて説明する。ただし、図１～図６は実施形態の一例であり、これに限定されるものではない。

１．レンズ鏡筒
本願発明のレンズ鏡筒１は、開口部１７を有する環状光源２を第１レンズ群３と第２レンズ群４との間に備えるレンズ鏡筒である。レンズ鏡筒基端側に設けられた雄ネジ部１０を介して撮像素子９に脱着可能となるように構成されている。環状光源２は配線取入れ口８から配線により外部電源を得る。
レンズ鏡筒１は、必要に応じて、第３レンズ群７、ビームスプリッター５、同軸落射照明用光源挿入口６を設けることができる。また、第１レンズ群３、第２レンズ群４、第３レンズ群７は、共通の光軸Ｏｘを有し、いずれも単独レンズまたは複数のレンズの組み合わせで構成されている。

図１は、本願発明の環状光源２を内在したレンズ鏡筒１の第１の実施態様を示す端面図である。対物側から第１レンズ群３、環状光源２、第２レンズ群４、ビームスプリッター５、をこの順に配置している。ここで、ビームスプリッター５は、直角プリズムを2つ貼り合わせ、接合面には誘電体多層膜や金属薄膜のコーティングを施したプリズム型のものを好適に用いることができる。ただし、平板型のビームスプリッターも用いることができる。
ビームスプリッター５の役割は、ズームスプリッター側面に設けられた同軸光源挿入口６に光源を接続することにより、同軸落射光源を被検査対象物（図示せず）に照射することである。すなわち、光源から出射された光束は、ビームスプリッター５により透過光と反射光に分割され、反射光は第２レンズ群４、第１レンズ群３を介して被検査対象物に照射される。被検査対象物からの反射光は、第１レンズ群３、第２レンズ群４、ビームスプリッター５を介して撮像素子９に至り、被検査対象物の画像を得る。得られる画像は明視野照明画像となる。
一方、環状光源２から出射された環状の光束は、第１レンズ群を介して被検査対象物に照射される。被検査対象物からの反射光は、第１レンズ群３、第２レンズ群４、ビームスプリッター５を介して撮像素子９に至り、被検査対象物の画像を得る。環状光源２から出射された光束は、被検査対象物に斜めに照射されるため、得られる画像は暗視野照明画像となる。

図２から図４は、本願発明の環状光源２を内在したレンズ鏡筒１の第２の実施態様を示す。図２は、分解斜視図であり、図３は、Ａ－Ａ´分解端面図であり、Ａ－Ａ´端面図である。る。
対物側から第１レンズ群３、環状光源２、第２レンズ群４、ビームスプリッター５、第３レンズ群をこの順に配置している。第１レンズ群３、環状光源２、第２レンズ群４、プリズム型ビームスプリッター５の役割は、第１の実施態様と同じである。第３レンズ群は、撮像素子に結像させる被検査対象物の大きさ、鮮明さを調整するために設けたものである。

図５は、本願発明の環状光源２を内在したレンズ鏡筒１の第４の実施態様を示す端面図である。対物側から第１レンズ群３、環状光源２、第２レンズ群４、第３レンズ群７をこの順に配置している。光源を環状光源２のみにしたことにより、軽量化を図ったものである。なお、第４の実施態様から第３レンズ群を除いた第３の実施態様（図示せず）もある。

２．環状光源
図６は、本願発明の環状光源を内在したレンズ鏡筒に備わる環状光源の実施態様を示す平面図及びその部分拡大図である。
レンズ鏡筒１に内在させる環状光源２は、軽量コンパクト化と同時に被検査対象物へ照射するための十分な光量と指向性を有する光源が求められる。このため、本願発明では、実装密度の高いＬＥＤ光源を採用している。
具体的は、本願発明の環状光源２は、開口部１７を有するドーナツ状の基板１８上に、透明樹脂層で被覆した赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤからなるＲＧＢ発光ユニット１１と、ＲＧＢ発光ユニット１１に隣接して、蛍光体を含む樹脂層で被覆した白色ＬＥＤからなるＷ発光ユニット１２を配置したＬＥＤモジュールを、同心円上に列状に複数配列した環状ＬＥＤモジュール１３と、環状ＬＥＤモジュール１３の外周及び内周を仕切る白色樹脂からなる反射壁１４，１５と、ＲＧＢ発光ユニット１１とＷ発光ユニット１２を仕切る透明樹脂からなる透明壁１６で構成されている。また、

（２－１）ＬＥＤ素子の実装
本願発明の環境光源２を構成するＬＥＤ素子（Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｗ）は、直接的にアルミ等の金属基板１８上に接合剤を介して同心円状に実装される。いわゆるＣＯＢ（Chip on Board）である。接合剤を硬化後、ＬＥＤ素子（Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｗ）を基板１８上の電極とボンディングワイヤーで接合する。

（２－２）発光ユニットの形成
ＬＥＤ素子（Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｗ）を実装した基板１８上に封止樹脂層を形成するため、外周及び内周に白色樹脂からなる反射壁（内周）１４、反射壁（外周）１５を形成する。反射壁は、ＬＥＤ素子の光を有効に利用するため反射率の高い白色顔料を含む白色樹脂が好適に用いられる。具体的には、透光性に優れたエポキシ樹脂、アクリル樹脂に反射性のフィラーとして酸化チタン、二酸化ケイ素、二酸化ジルコニウム、アルミナ、窒化ホウ素などの粒子を混合した白色樹脂である。

反射壁１４，１５を形成後、ＬＥＤ素子（Ｗ）の両端に透明樹脂からなる透明壁１６を形成して、ＬＥＤ素子（Ｗ）を蛍光樹脂で埋包して、Ｗ発光ユニット１２を形成する。一方、ＬＥＤ素子（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を透明樹脂で埋包して、ＲＧＢ発光ユニット１１を形成する。蛍光樹脂は、透光性樹脂であるエポキシ樹脂に、青色光を受け黄色光を励起光として出射するＹＡＧ系蛍光体を含有させたものが好適に用いられる。

本願発明では、ＣＯＢ（Chip on Board）でＬＥＤ素子（Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｗ）を配置し、かつ、ＬＥＤ素子（Ｒ，Ｇ，Ｂ）に個別の仕切り壁を設けることなく、ＲＧＢ発光ユニット１１とすることで、実装密度の高いＬＥＤ光源を実現できる。

３．実施例
本願発明のレンズ鏡筒を用いた観察結果を図７及び図８に示す。なお、ａは、環状光源照射画像、ｂは、同軸落射光源照射画像である。

（３－１）実施例１
図７上段は、解像チャートの環状光源照射画像（ａ）と同軸落射光源照射画像（ｂ）である。環状光源照射画像（ａ）は、同軸落射光源照射画像（ｂ）と異なり、被検査対象物の表面のキズが確認できる暗視野照明画像である。

（３－２）実施例２
図７下段は、ＩＣチップの環状光源照射画像（ａ）と同軸落射光源照射画像（ｂ）である。環状光源照射画像（ａ）では、光源から生じるゴーストスポットがなく、反射率の低い被検査対象物も細部が明確に確認できる。

（３－３）実施例３
図８上段は、ネジの環状光源照射画像（ａ）と同軸落射光源照射画像（ｂ）である。環状光源照射画像（ａ）では、被検査対象物のエッジを際立たせた画像が得られ、ネジの細部まで明確に確認できる。

（３－４）実施例４
図８下段は、コインの環状光源照射画像（ａ）と同軸落射光源照射画像（ｂ）である。環状光源照射画像（ａ）では、被検査対象物のエッジを際立たせた画像が得られる。

本願発明により、環状光源と一体化した軽量コンパクトなレンズ鏡筒を提供できる。

１ レンズ鏡筒
２ 環状光源部
３ 第１レンズ群
４ 第２レンズ群
５ ビームスプリッター
６ 同軸光源挿入口
７ 第３レンズ群
８ 環状光源用配線挿入口
９ 撮像素子
１０ 雄ネジ部（レンズ鏡筒基端側）
１１ RGB発光ユニット
１２ Ｗ発光ユニット
１３ 環状ＬＥＤモジュール
１４ 反射壁（内周）
１５ 反射壁（外周）
１６ 透明壁
１７ 開口部
１８ 基板
Ｗ 白色ＬＥＤ
Ｒ 赤色ＬＥＤ
Ｇ 緑色ＬＥＤ
Ｂ 青色ＬＥＤ
Ｏx 光軸

Claims (4)

1. 被検査対象物側から、第１レンズ群、前記第１レンズ群を介して前記被検査対象物に環状の光束を照射する環状光源、第２レンズ群、ビームスプリッターを、この順に配置した環状光源を内在したレンズ鏡筒であって、
   前記第1レンズ群、前記第２レンズ群、前記ビームスプリッターは、共通の光軸を有し、前記ビームスプリッター側面に同軸光源挿入口が設けられ、
   前記環状光源は、基板上に、透明樹脂層で被覆した赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤからなるＲＧＢ発光ユニットと、前記ＲＧＢ発光ユニットに隣接して、蛍光体を含む樹脂層で被覆した白色ＬＥＤからなるＷ発光ユニットを配置したＬＥＤモジュールを、同心円上に列状に複数配列した環状ＬＥＤモジュールと、
   前記環状ＬＥＤモジュールの外周及び内周を仕切る白色樹脂からなる反射壁と、
   前記ＲＧＢ発光ユニットと前記Ｗ発光ユニットを仕切る透明樹脂からなる透明壁と、で構成される、
   ことを特徴とする環状光源を内在したレンズ鏡筒。
2. ビームスプリッターの撮像素子側に、共通の光軸を有する第３レンズ群を配置した請求項１に記載した環状光源を内在したレンズ鏡筒。
3. 被検査対象物側から、第１レンズ群、前記第１レンズ群を介して前記被検査対象物に環状の光束を照射する環状光源、第２レンズ群を、この順に配置した環状光源を内在したレンズ鏡筒であって、
   前記第1レンズ群、前記第２レンズ群は、共通の光軸を有し、
   前記環状光源は、基板上に、透明樹脂層で被覆した赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤからなるＲＧＢ発光ユニットと、前記ＲＧＢ発光ユニットに隣接して、蛍光体を含む樹脂層で被覆した白色ＬＥＤからなるＷ発光ユニットを配置したＬＥＤモジュールを、同心円上に列状に複数配列した環状ＬＥＤモジュールと、
   前記環状ＬＥＤモジュールの外周及び内周を仕切る白色樹脂からなる反射壁と、前記ＲＧＢ発光ユニットと前記Ｗ発光ユニットを仕切る透明樹脂からなる透明壁と、で構成される、
   ことを特徴とする環状光源を内在したレンズ鏡筒。
4. 第２レンズ群の撮像素子側に、共通の光軸を有する第３レンズ群を配置した請求項３に記載した環状光源を内在したレンズ鏡筒。

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