JPH11252420A - 撮像素子の交換ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 撮像管をサイズの小さなＣＣＤ等の固体撮像
素子に、省スペースで交換することができる交換ユニッ
トを提供すること。 【解決手段】 コンデンサレンズ３及び主対物レンズ４
によって照明された物体ＯＢからの観察光は、主対物レ
ンズ４及び副対物レンズ６にて所定の倍率に拡大され、
ちょうど物体面と共役な位置に配置された光イメージフ
ァイバ７の入射端７ａに１インチの撮像管サイズ物体像
として結像する。これにより、光イメージファイバ７の
出射端７ｂには、２／３インチサイズのＣＣＤサイズの
物体像が転送される。光イメージファイバ７の出射端７
ｂにＣＣＤカメラ８の撮像面８ａを近接又は密着させれ
ば、入射端７ａに形成された物体像を縮小してＣＣＤカ
メラ８にて観察することができるようになる。つまり、
従来型の観察装置に組み込まれた１インチの撮像管を新
しい２／３インチサイズのＣＣＤカメラ８と交換するこ
とが可能となり、そのその作業も簡単である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、物体をＴＶモニタ
を用いて観察する観察装置その他の撮像装置にに組み込
まれる撮像素子の交換ユニットに関し、特に、撮像素子
部分の受光光学系に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図３は、従来の観察装置の一例を説明す
る図である。ライトガイド５０２は、外部に設けたハロ
ゲンランプ等の光源からの照明光を観察装置内に導く。
観察装置内に取り込まれた照明光は、コンデンサレンズ
５０３等を介し、物体ＯＢをケーラー照明する。照明さ
れた物体ＯＢの像は、対物レンズ５０４を介して所定の
倍率に拡大され、撮像素子５０８の受光面上に結像す
る。撮像素子５０８としては、ビジコン、カルニコン等
に代表される撮像管を使用する。撮像管自身の受光面サ
イズは１インチが主流であり、撮像管で得られた像は光
電変換され、図示を省略するＴＶモニタにて観察してい
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、現在では、撮
像管よりも安価なＣＣＤで代表される固体操像素子が主
流となって流通されるようになってきており、上記のよ
うな１インチの撮像管は、生産中止の方向に動いてい
る。そして、一般に撮像管は光導電面の焼き付き等によ
る寿命があり、数年ごとの交換が必要になっている。

【０００４】したがって、従来の観察装置であって撮像
管を使用しているものついては、代替えの撮像素子に交
換しなければならなくなりつつある。

【０００５】この際、観察装置やこれを組み込んだ機器
全体が安価なものであれば、観察装置や機器全体を一体
として交換すれば足り、さほど問題は生じない。しかし
ながら、観察装置が半導体用の欠陥検査で使用されてい
たり、又は半導体露光装置の一部で使用されている場合
には、観察装置のみの交換は困難であり、かかる機器全
体の代替えは極めて高価なものとなってしまう。

【０００６】一方、観察装置中の撮像管のみを固体撮像
素子に交換する場合にも以下のような問題がある。観察
装置が例えば露光装置の一部として組み込まれている場
合には、当然撮像素子５０８の回りには他の部品が配置
されることが多いため、例えば画角１インチの撮像管を
画角１／３インチのＣＣＤに交換しようとしても実際に
観察できる視野が異なってしまう。これを解決するた
め、倍率を１／３に変換するリレーレンズ系を追加する
ことも考えられるが、リレーレンズ系を含めた撮像部分
がかなり大きくなってしまい、空間的に配置が困難とな
る場合がある。

【０００７】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、インチサイズの大きい撮像管等を使用している
撮像装置であっても、現在主流で用いられている撮像サ
イズの小さなＣＣＤ等の固体撮像素子に、省スペース
で、簡易、かつ、安価に交換することができる撮像素子
の交換ユニットを提供すること目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る撮像素子の交換ユニットは、結像光学
系によって形成された画像を検出する撮像装置に組み込
むべき固体撮像素子を内蔵するものであって、結像光学
系によって形成された画像のうち所定領域の画像に所定
の倍率変換を施して固体撮像素子の受光面に導くイメー
ジ型光ファイバを備えることを特徴とする。

【０００９】また、好ましい態様では、イメージ型光フ
ァイバの入射端側にこの入射端に入射する光の主光線の
角度を所定値に変換する光学部品をさらに備えることを
特徴とする。

【００１０】また、好ましい態様では、イメージ型光フ
ァイバの入射端側にこの入射端に入射する光を入射端の
中心部と周辺部で異なる所定量だけ減光する光学部品を
さらに備えることを特徴とする。

【００１１】また、好ましい態様では、イメージ型光フ
ァイバは、入射端と射出端の断面サイズを同じ比率とし
たテーパ状の複数の単繊維ファイバを束ねたものである
ことを特徴とする。

【００１２】また、好ましい態様では、撮像装置に交換
前に組み込まれている撮像素子の外形とほぼ同等若しく
はそれ以下の大きさの外形を有することを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】〔第１実施形態〕図１は、本発明
の第１実施形態である交換ユニットを組み込んだ観察装
置の構造を説明する図である。

【００１４】この観察装置は、観察装置外に設けたハロ
ゲンランプ等の光源からの照明光をリレーレンズ等を介
して入射端で受けてこの照明光を伝送するライトガイド
２と、ライトガイド２の出射端２ａから出射した照明光
を集光するコンデンサレンズ３と、コンデンサレンズ３
を通過した照明光を物体ＯＢに照射する主対物レンズ４
と、物体ＯＢからの観察光を主対物レンズ４を通過した
後に反射するビームスプリッタ５と、ビームスプリッタ
５で反射された観察光を集光して物体ＯＢの像を形成す
る副対物レンズ６と、副対物レンズ６によって集光され
た観察光が物体像として入射端７ａに投影される光イメ
ージファイバ７と、光イメージファイバ７中を伝送して
出射端７ｂから出射する像光を検出するＣＣＤカメラ８
とを備える。なお、倍率変換用の光イメージファイバ７
と、撮像装置であるＣＣＤカメラ８と、光イメージファ
イバ７の入射端７ａに近接配置されるフィールドレンズ
６１とは、撮像素子交換ユニット１０となっている。

【００１５】ライトガイド２に照明光を供給する光源部
（図示を省略）には、ハロゲンランプ等からのｇ線〜Ｃ
線の光を選択的に透過させて、観察に必要な波長を選択
するダイクロイックフィルタが設けられている。

【００１６】コンデンサレンズ３及び主対物レンズ４
は、ケーラー照明系を構成しており、これらの間であっ
てビームスプリッタ５の下側には、開口絞り４１が配置
されている。

【００１７】主対物レンズ４及び副対物レンズ６は、物
体像を撮影するための従来型の光学系になっており、両
対物レンズ４、６によって形成される物体像は、１イン
チの撮像管の撮像面（受光面）に合わせたサイズ（画角
又は画像面積）を有する。

【００１８】光イメージファイバ７の入射端７ａ近傍に
配置されたフィールドレンズ６１は、副対物レンズ６か
らの観察光の主光線ＰＬを光イメージファイバ７の入射
端にほぼ垂直に入射させる。これにより、光イメージフ
ァイバ７を構成する各単繊維ファイバへの観察光の入射
角をほぼ等しくすることができる。このフィールドレン
ズ６１は、光イメージファイバ７に入射する観察光の傾
きが入射端７ａの中央と周辺とで異なることに起因して
光イメージファイバ７における透過率の分布が変わって
しまうのを防ぐ目的で挿入されており、従来型の光学
系、すなわち主対物レンズ４及び副対物レンズ６のもつ
像面でのテレセン性にあわせて撮像管を撮像素子交換ユ
ニット１０に交換できるようにしてある。

【００１９】光イメージファイバ７は、１０μｍ程度の
コア径の単繊維ファイバを束ねたものである。各単繊維
ファイバには、テーパーを付けてあり、各単繊維ファイ
バの出射側の径は、入射側の径に対して２／３程度とな
っている。このような単繊維ファイバを束ねた光イメー
ジファイバ７は、入射端７ａの断面が１５×２０ｍｍで
１インチの撮像管の撮像面（受光面）のサイズにほぼ一
致しており、出射端７ｂの断面が６．９×１３．６ｍｍ
で２／３インチのＣＣＤカメラ８の撮像面（受光面）８
ａのサイズにほぼ一致しており、全長が２５ｍｍ程度と
なっている。このような光イメージファイバ７の入射端
７ａに投影された物体像は、その像光が光イメージファ
イバ７中を伝送されて出射端７ｂに到達する際に、２／
３程度の縮小像に変換される。つまり、１インチの撮像
管の撮像面に合わせた物体像が２／３インチのＣＣＤカ
メラ８の撮像面６ａに合わせた物体像に縮小されて、出
射端７ｂ近傍に配置されたＣＣＤカメラ８の撮像面８ａ
に投影される。

【００２０】以下、図１の観察装置の動作について説明
する。コンデンサレンズ３及び主対物レンズ４によって
照明された物体ＯＢからの観察光は、主対物レンズ４及
び副対物レンズ６にて所定の倍率に拡大され、ちょうど
物体面と共役な位置に配置された光イメージファイバ７
の入射端７ａに１インチの撮像管サイズの物体像として
結像する。光イメージファイバ７の入射端７ａに１イン
チの撮像管サイズの物体像が結像すると、光イメージフ
ァイバ７の出射端７ｂには、２／３インチのＣＣＤサイ
ズの物体像が転送される。光イメージファイバ７の出射
端７ｂにＣＣＤカメラ８の撮像面８ａを近接又は密着さ
せれば、入射端７ａに形成された物体像を縮小してＣＣ
Ｄカメラ８にて撮像することができ、これをＴＶモニタ
に映し出せば物体ＯＢの像を観察することができる。

【００２１】第１実施形態の交換ユニット１０によれ
ば、従来型の観察装置に組み込まれた１インチの撮像管
を新しい２／３インチサイズのＣＣＤカメラ８と交換す
ることが可能となり、そのその作業も簡単である。つま
り、受光サイズの大きな撮像管が組み込まれている観察
装置であっても、スペースをとることなく、簡易にかつ
比較的安価に、受光サイズの小さなＣＣＤ等の固体撮像
素子に交換することが可能になる。仮に、光イメージフ
ァイバ７を用いないでレンズ系を用いて物体像を縮小す
る、すなわち主対物レンズ４及び副対物レンズ６によっ
て投影された物体像をリレーレンズを介して２／３倍に
縮小してＣＣＤカメラ８に結像させるとすれば、視野か
ら考えると全長２００ｍｍ程度のリレーレンズ系が必要
になり、これを短くするためには、かなりのレンズ群が
必要になると考えられる。つまり、上記実施形態のよう
な光イメージファイバ７を用いでリレーレンズを用いて
１インチの撮像管を新しい２／３インチサイズのＣＣＤ
カメラと置き換えることは、コスト、スペース的に現実
性に欠ける。

【００２２】〔第２実施形態〕図２は、本発明の第２実
施形態である交換ユニットを組み込んだ観察装置の構造
を説明する図である。第２実施形態は、第１実施形態を
変形したものであり、同一部分には同一の符号を付して
重複説明を省略する。本実施形態では、従来の撮像管の
スペースにＣＣＤカメラ８（図１参照）を収めることを
しないで、フレキシブルイメージファイバ１０７によっ
て十分スペースのあるところまで像を導いた後、プレー
ト型の光イメージファイバ７を介してＣＣＤカメラ８に
て撮像する。フレキシブルイメージファイバ１０７を用
いれば、ＣＣＤカメラ８を配置するスペースに自由度が
増すことになる。

【００２３】本実施形態では、フィールドレンズ６１の
代わりに、透過率分布を有する減光フィルタ１６１を用
い、光イメージファイバ７との間に取り回し用のフレキ
シブルイメージファイバ１０７を配置している。

【００２４】減光フィルタ１６１は、周辺から中心に向
かって濃度が濃くなる、言い換えれば周辺から中心に向
かって光の透過率が減少するようなグラデーション型の
減光フィルタであり、ＣＣＤカメラ８の方が撮像管より
も感度が高い場合（通常はこのような場合が多い）にそ
の感度差を調節することができるとともに、フレキシブ
ルイメージファイバ１０７の入射端１０７ａに入射する
光の角度に応じて光イメージファイバ７の透過率が変動
することを防止することができる。

【００２５】フレキシブルイメージファイバ１０７の入
射端１０７ａには、主対物レンズ４及び副対物レンズ６
によって形成された物体像が投影される。フレキシブル
イメージファイバ１０７の出射端１０７ｂには、光イメ
ージファイバ７の入射端７ａが対向した状態で、近接又
は密着して配置される。なお、光イメージファイバ７の
出射端７ｂには、ＣＣＤカメラ８の入射端８ａが対向し
た状態で、近接して配置される。

【００２６】以上、実施形態に即してこの発明を説明し
たが、この発明は、上記実施形態に限定されるものでは
ない。例えば、上記実施形態において光イメージファイ
バ７やフレキシブルイメージファイバ１０７を構成する
単繊維ファイバの径がＣＣＤカメラ８の画素よりも十分
小さなものを用いれば、単繊維ファイバの断線の影響を
緩和でき、更にＣＣＤカメラ８の画素と入射光束とのず
れに起因するモアレ縞等の発生を防ぐことが可能にな
る。また、上記実施形態では、フィールドレンズ６１や
減光フィルタ１６１を像面近傍に配置したが、これらを
光イメージファイバ７の入射端７ａやフレキシブルイメ
ージファイバ１０７の入射端１０７ａとそれぞれ接合し
ても構わない。また、第１実施形態の撮像装置において
フィールドレンズ６１に代えて図２の減光フィルタ１６
１を配置することができ、第２実施形態の撮像装置にお
いて減光フィルタ１６１に代えて図１のフィールドレン
ズ６１を配置することができる。また、第２実施形態に
おいて、フレキシブルイメージファイバ１０７の射出端
部１０７ｄをテーパー加工することにより、光イメージ
ファイバ７と同一構造の拡大又は縮小用の光イメージフ
ァイバ部としても構わない。この場合、光イメージファ
イバ７が不要となり、フレキシブルイメージファイバ１
０７の細くなった射出端を直接ＣＣＤカメラ８の撮像面
８ａに接続する。

【００２７】第２実施形態の交換ユニットによれば、Ｃ
ＣＤカメラ８を配置するスペースの自由度がより増すこ
とになる。

【００２８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る撮像素子の交換ユニットによれば、結像光学系に
よって形成された画像のうち所定領域の画像に所定の倍
率変換を施して固体撮像素子の受光面に導くイメージ型
光ファイバを備えるので、撮像素子として例えば撮像管
を組み込んでいた撮像装置についてこの撮像管を固体撮
像素子に交換する際に、受光面のサイズ差を省スペース
で補償することができ、多様な撮像素子の代替えを簡
易、かつ、経済的に行うことができる。

【００２９】また、好ましい態様によれば、イメージ型
光ファイバの入射端側にこの入射端に入射する光の主光
線の角度を所定値に変換する光学部品をさらに備えるの
で、イメージ型光ファイバでの損失を一様にすることが
でき、個体撮像素子で検出される画像の質を高めること
ができる。

【００３０】また、好ましい態様によれば、イメージ型
光ファイバの入射端側にこの入射端に入射する光を入射
端の中心部と周辺部で異なる所定量だけ減光する光学部
品をさらに備えるので、イメージ型光ファイバの入射端
に入射する光の主光線の角度の如何に拘わらず、イメー
ジ型光ファイバの入射端に入射する光強度分布と出射端
から出射する光強分布とを対応させることができ、得ら
れる画像の質を高めることができる。

【００３１】また、好ましい態様によれば、イメージ型
光ファイバが入射端と射出端の断面サイズを同じ比率と
したテーパ状の複数の単繊維ファイバを束ねたものであ
るので、簡易、かつ、低損失の構造で倍率変換を行うこ
とができる。

【００３２】また、好ましい態様によれば、撮像装置に
交換前に組み込まれている撮像素子の外形とほぼ同等若
しくはそれ以下の大きさの外形を有するので、例えば撮
像管を組み込んでいた撮像装置についてこの撮像管を固
体撮像素子に交換する際に、特別の空間を確保する必要
がなくなり、撮像素子の代替えを簡易なものとすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の撮像素子交換ユニットを備える
観察装置の構造を説明する図である。

【図２】第２実施形態の撮像素子交換ユニットを備える
観察装置の構造を説明する図である。

【図３】従来の観察装置の構造を説明する図である。

【符号の説明】

３ コンデンサレンズ ４ 主対物レンズ ５ ビームスプリッタ ６ 副対物レンズ ７ 光イメージファイバ ７ａ 入射端 ７ｂ 出射端 ８ ＣＣＤカメラ ８ａ 撮像面 ８ａ 入射端 ４１ 開口絞り ６１ フィールドレンズ １０７ フレキシブルイメージファイバ １０７ａ 入射端 １０７ｂ 出射端 １６１ 減光フィルタ ＯＢ 物体

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 結像光学系によって形成された画像を検
   出する撮像装置に組み込むべき固体撮像素子を内蔵する
   撮像素子の交換ユニットであって、 前記結像光学系によって形成された画像のうち所定領域
   の画像に所定の倍率変換を施して前記固体撮像素子の受
   光面に導くイメージ型光ファイバを備えることを特徴と
   する撮像素子の交換ユニット。
2. 【請求項２】 前記イメージ型光ファイバの入射端側に
   当該入射端に入射する光の主光線の角度を所定値に変換
   する光学部品をさらに備えることを特徴とする請求項１
   記載の撮像素子の交換ユニット。
3. 【請求項３】 前記イメージ型光ファイバの入射端側に
   当該入射端に入射する光を前記入射端の中心部と周辺部
   で異なる所定量だけ減光する光学部品をさらに備えるこ
   とを特徴とする請求項１記載の撮像素子の交換ユニッ
   ト。
4. 【請求項４】 前記イメージ型光ファイバは、入射端と
   射出端の断面サイズを同じ比率としたテーパ状の複数の
   単繊維ファイバを束ねたものであることを特徴とする請
   求項１乃至請求項３のいずれか記載の撮像素子の交換ユ
   ニット。
5. 【請求項５】 前記撮像装置に交換前に組み込まれてい
   る撮像素子の外形とほぼ同等若しくはそれ以下の大きさ
   の外形を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４
   のいずれか記載の撮像素子の交換ユニット。