KR20070086099A - 검사용 광학 장치, 이 광학 장치를 구비한 검사 장치 및검사 방법 - Google Patents

검사용 광학 장치, 이 광학 장치를 구비한 검사 장치 및검사 방법 Download PDF

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KR20070086099A
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켄타로 무라카미
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Abstract

공간을 축소 가능하며, 범용성이 높은 검사용 광학 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 렌즈 모듈(102)에, 소정 위치에 배치된 검사용 피사체로서의 소정의 패턴을 투영하는 광학 장치(1)로서, 패턴이 형성된 차트(12)와, 렌즈 모듈(100)에서 보아 차트(12)의 배후측으로부터 차트(12)에 광을 조사하는 광원(11)과, 차트(12)와 대물 렌즈(101) 사이에 설치되는 물체 거리 변환 렌즈(3)를 구비하며, 물체 거리 변환 렌즈(3)는 차트(12)로부터의 광을 차트(12)보다도 먼 쪽으로부터의 광과 동등한 광으로 변환하도록 차트(12)로부터의 각 동족 광속(LF)을 각각 방사상으로 사출함과 동시에, 각 동족 광속(LF)의 주광선(ML)이 서로 수속하도록 각 동족 광속(LF)을 사출하고, 차트(12)는 상기 소정 위치보다도 렌즈 모듈(100)에 가까운 위치에 배치된다.
광학 장치, 렌즈 모듈, 차트, 광원, 물체 거리 변환 렌즈, 동족 광속, 주광선, 검사용 광학 장치

Description

검사용 광학 장치, 이 광학 장치를 구비한 검사 장치 및 검사 방법{OPTICAL UNIT FOR INSPECTION, INSPECTION EQUIPMENT COMPRISING THE OPTICAL UNIT AND INSPECTION METHOD}
본 발명은 촬상 장치 등의 검사 대상에 소정 패턴의 광을 조사하는 광학 장치, 이 광학 장치를 구비한 검사 장치 및 검사 방법에 관한 것이다.
광원으로부터의 광에 의해 차트의 패턴을 카메라를 향해 투영하고, 그 패턴이 정확하게 촬상되는지 여부에 의해 카메라의 해상도 등의 각종 검사를 수행하는 검사 장치나 이 검사 장치에 이용되는 광학 장치가 알려져 있다.
일반적으로, 이러한 검사 장치에서는 카메라와 차트의 거리는 카메라의 실제 사용 상태를 상정하여 설정되는데, 예를 들면 300㎜~2000㎜로 설정된다. 또한, 차트도 비교적 큰 것, 예를 들면 사방 1~2m인 것이 이용된다. 따라서, 검사 장치는 넓은 공간을 필요로 하였다.
한편, 카메라의 자동 초점 장치의 검사에 있어서, 검사에 필요한 공간을 축소하는 기술로서 일본 특허공개 평 10-39195호 공보에 기재된 기술이 있다. 이 문 헌의 기술에서는 차트와 검사 대상인 카메라 사이에 측정용 렌즈(31)를 배치함과 동시에, 측정용 렌즈와 측정용 렌즈의 전측 초점 사이에서 차트를 이동시키고, 겉보기상 먼 쪽에 위치하는 차트의 허상에 대하여 자동 초점 장치를 동작시켜 검사함으로써 공간의 축소를 도모하고 있다.
일본 특허공개 평 10-39195호 공보의 기술에서는, 측정용 렌즈로부터 사출된 광속(光束)의 주광선의 기울기, 카메라에 입사하는 광량 등의 각종 값은 측정용 렌즈와 카메라의 위치 관계나 카메라의 조리개에 의해 좌우되게 된다. 즉, 이들 설정 여하에 따라서는 원하는 허상을 얻을 수 없다. 그러나, 일본 특허공개 평 10-39195호에서는 이들의 설정 방법에 관해서는 개시도 시사도 없다.
한편, 검사에 이용되는 광학 장치는 각종 검사 대상에 대응하여 이용할 수 있도록 범용성을 갖는 것이 바람직하다. 특히, 최근, 휴대 전화기에 이용되는 카메라 등, 카메라의 소형화가 현저하고, 카메라의 변형도 풍부하여, 범용성의 확보가 중요하다. 그러나, 일본 특허공개 평 10-39195호의 기술은 측정용 렌즈와 검사 대상의 카메라를 지지하는 받침대부가 일체로 된 장치로서, 이러한 과제의 시사도 없다.
본 발명의 목적은 공간의 축소가 가능하고, 범용성이 높은 검사용 광학 장치, 이 광학 장치를 구비한 검사 장치 및 검사 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 제 1 관점의 검사용 광학 장치는 대물 렌즈와 이 대물 렌즈를 통하여 피사체를 촬상하는 촬상 소자를 포함하는 검사 대상에, 상기 검사 대상에 대하여 소정 위치에 배치된 검사용 피사체로서의 소정의 패턴을 투영하는 광학 장치로서, 상기 대물 렌즈에 대향하여 배치되며, 상기 패턴이 형성된 차트와, 상기 검사 대상에서 보아 상기 차트의 배후측으로부터 상기 차트에 광을 조사하는 광원과, 상기 차트와 상기 대물 렌즈 사이에 설치되는 물체 거리 변환 렌즈를 구비하고, 상기 물체 거리 변환 렌즈는 상기 차트로부터의 광을 상기 차트보다도 먼 쪽으로부터의 광과 동등한 광으로 변환하도록 상기 차트로부터의 각 동족 광속(光束)을 각각 방사상으로 사출함과 동시에, 각 동족 광속의 이 물체 거리 변환 렌즈 자체에 의해 규정되는 주광선이 서로 수속(收束)하도록 각 동족 광속을 사출하고, 상기 차트는 상기 소정 위치보다도 상기 검사 대상에 가까운 위치에 배치된다.
본 발명의 제 2 관점의 검사용 광학 장치는 대물 렌즈를 포함하는 검사 대상에 광을 조사하는 광학 장치로서, 광원과, 상기 광원의 광이 조사되는 피투영체와, 상기 피투영체로부터의 상기 광원의 광을 투과시켜, 상기 대물 렌즈에 조사하는 물체 거리 변환 렌즈를 구비하고, 상기 물체 거리 변환 렌즈는 상기 피투영체로부터의 광을 상기 피투영체보다도 먼 쪽으로부터의 광과 동등한 광으로 변환하도록 상기 피투영체로부터의 각 동족 광속을 각각 방사상으로 사출함과 동시에, 각 동족 광속의 이 물체 거리 변환 렌즈 자체에 의해 규정되는 주광선이 서로 수속하도록 각 동족 광속을 사출한다.
본 발명의 제 3 관점의 검사용 광학 장치는 대물 렌즈를 포함하는 검사 대상에 광을 조사하는 광학 장치로서, 광원과, 상기 광원의 광이 조사되는 피투영체와, 상기 피투영체로부터의 상기 광원의 광을 투과시켜, 상기 대물 렌즈에 조사하는 물체 거리 변환 렌즈를 구비하고, 상기 피투영체는 상기 물체 거리 변환 렌즈측의 단부가 상기 물체 거리 변환 렌즈의 상기 피투영체측의 초점보다도 상기 물체 거리 변환 렌즈측에 위치하도록 배치되고, 상기 물체 거리 변환 렌즈의 사출동공 위치는 이 물체 거리 변환 렌즈의 상기 대물 렌즈측의 렌즈단보다 외측으로 설정되어 있다.
바람직하게는 상기 물체 거리 변환 렌즈의 사출 동공 위치는 상기 대물 렌즈의 입사 동공 위치에 일치하도록 설정되어 있다.
바람직하게는 상기 대물 렌즈의 상기 물체 거리 변환 렌즈측의 주점(主點)은 상기 물체 거리 변환 렌즈의 상기 대물 렌즈측의 초점보다도 상기 물체 거리 변환 렌즈측에 위치하도록 설정되어 있다.
바람직하게는 상기 피투영체는 상기 피투영체측의 초점과 상기 물체 거리 변환 렌즈 사이에서 이동 가능하게 설치되어 있다.
바람직하게는 상기 광원의 광로에 병렬인 축을 중심으로 회전 가능한 회전체를 더 구비하고, 상기 피투영체는 상기 회전체의 원주 방향을 따라 복수 배치되며, 상기 회전체의 회전에 따라 상기 광로에 삽입되는 피투영체가 전환된다.
본 발명의 제 4 관점의 검사 장치는 대물 렌즈를 포함하는 검사 대상을 지지하는 지지부와, 광원과, 상기 광원의 광이 조사되는 피투영체와, 상기 피투영체로부터의 상기 광원의 광을 투과시켜, 상기 대물 렌즈에 조사하는 물체 거리 변환 렌즈를 구비하고, 상기 피투영체는 상기 물체 거리 변환 렌즈측의 단부가 상기 물체 거리 변환 렌즈의 상기 피투영체측의 초점보다도 상기 물체 거리 변환 렌즈측으로 위치하도록 배치되며, 상기 물체 거리 변환 렌즈의 사출동공 위치는 이 물체 거리 변환 렌즈의 상기 대물 렌즈측의 렌즈단보다 외측에 설정됨과 동시에, 상기 대물 렌즈의 입사 동공 위치에 일치하도록 설정되어 있다.
본 발명의 제 5 관점의 검사 방법은 대물 렌즈를 포함하는 검사 대상에 피투영체로부터의 광을 조사하고, 상기 검사 대상의 검사를 수행하는 검사 방법으로서, 상기 피투영체로부터의 광을 상기 대물 렌즈측으로 투과시키는 렌즈로서, 사출 동공 위치가 상기 대물 렌즈측의 렌즈단보다 외측으로 설정된 물체 거리 변환 렌즈를, 상기 피투영체의 상기 물체 거리 변환 렌즈측의 단부가 상기 물체 거리 변환 렌즈의 상기 피투영체측의 초점보다도 상기 물체 거리 변환 렌즈측에 위치하도록 배치한다.
도 1A, 도 1B는 본 발명의 실시예 1의 광학 장치의 외관도.
도 2A, 도 2B는 본 발명의 실시예 1의 광학 장치의 외관도.
도 3은 도 1A, 도 1B의 광학 장치의 내부 구성을 나타내는 개념도.
도 4A, 도 4B는 도 1A, 도 1B의 광학 장치의 물체 거리 변환 렌즈의 개념도.
도 5는 도 1A, 도 1B의 광학 장치의 물체 거리 변환 렌즈 및 차트의 배치를 나타내는 도면.
도 6A~도 6C는 도 1A, 도 1B의 광학 장치의 물체 거리 변환 렌즈 및 검사 대 상인 렌즈 모듈의 배치를 나타내는 도면.
도 7A, 도 7B는 도 1A, 도 1B의 광학 장치의 차트와 물체 거리 변환 렌즈의 겉보기상의 거리의 일예를 나타내는 도면.
도 8은 본 발명의 실시예 2의 검사 장치의 내부 구성을 나타내는 개념도.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
101 대물 렌즈
100 검사 대상
1 광학 장치
11 광원
12 피투영체
3 물체 거리 변환 렌즈
LF 동족 광속
ML 주광선
실시예 1
도 1A, 도 1B 및 도 2A, 도 2B는 본 발명을 적용한 실시예 1의 광학 장치(1)의 외관을 나타내는 도면으로서, 도 1A는 상면도, 도 1B는 측면도, 도 2A는 정면도, 도 2B는 배면도이다.
광학 장치(1)는 검사 대상으로서의 렌즈 모듈(카메라 모듈; 100)(도 3 참조) 에 소정의 패턴을 투영하는 검사용 광학 장치로서 구성되어 있고, 투영하는 패턴이나 광의 강약을 변경 가능하다. 또한, 렌즈 모듈(100)은 대물 렌즈(101)(도 4A, 도 4B 참조)와, 대물 렌즈(101)를 투과한 광을 수광하는 CCD 등의 촬상 소자(102)를 포함하여 구성되어 있다. 또한, 대물 렌즈(101)는 단일 렌즈여도 좋고, 렌즈군이어도 좋으며, 대물 렌즈(101)와 촬상 소자(102) 사이에 다른 렌즈가 배치되어 있어도 무방하다. 렌즈 모듈(100)은 적절한 크기의 것이면 되는데, 예를 들면, 휴대 전화기에 이용되는 비교적 소형의 것이어도 좋다.
광학 장치(1)는 케이스체(2)를 구비하고 있다. 케이스체(2)는 측방에서 보아 대략 L자 형상으로 형성되고, 전후 방향(도 1A, 도 1B의 좌우 방향)의 두께가 비교적 얇은 대략 직육면체 형상의 전면부(2a)와, 전면부(2a)의 배면측(도 1A, 도 1B의 좌측)에 설치되며, 연직 방향의 두께가 비교적 얇은 직육면체 형상의 배면부(2a)를 구비하고 있다. 케이스체(2)는 비교적 소형으로 형성되는데, 예를 들면 전후 방향의 길이가 500㎜, 전면부(2a)의 높이가 300㎜, 배면부(2b)의 높이가 160㎜이다.
전면부(2a)의 전면측의 상방측에는 검사 대상에 광을 조사하기 위한 물체 거리 변환 렌즈(3)가, 배면부(2b)의 배면측에는 광학 장치(1)에 상용 주파수의 전력을 공급하는 전원 플러그가 접속되는 전원 리셉터(4)가 설치되어 있다.
도 3은 광학 장치(1)의 내부 구성을 나타내는 개념도이다. 광학 장치(1)는 광원(11)과, 피투영체로서의 차트(12)가 복수 설치되는 터릿(13)을 구비하고 있다.
광원(11)은 차트(12)에 대향하는 방사면(11a)에 걸쳐 균일한 휘도로 광을 방사 가능한 면광원에 의해 구성된다. 방사면(11a)은 광의 방사 방향으로 보아, 차 트(12) 및 물체 거리 변환 렌즈(3)보다도 넓게 형성되어 있다. 광원(11)은 예를 들면, 백색 LED가 복수 배치된 LED면 광원에 의해 구성할 수 있다.
차트(12)는 투과성의 기판에, 이 기판과는 광의 투과율이 다른 물질이 소정의 패턴으로 배치됨으로써 형성되어 있다. 예를 들면 유리에 금속을 증착함으로써 형성된다. 이 패턴은 검사의 목적에 따라 적절하게 설정된다. 단, 기판에 다른 물질을 배치하지 않고, 또는 기판의 전면(全面)에 다른 물질을 배치함으로써, 모양없이 형성할 수도 있다. 차트(12)의 크기나 차트(12)에 형성되는 패턴의 크기는 검사의 목적에 따라 적절하게 설정되는데, 예를 들면 직사각형의 차트(12)의 대각선(d12)과, 물체 거리 변환 렌즈(3)의 입사면의 직경(D3)이 대략 같은 정도가 되도록 설정된다. 즉, 종래와 같이, 실제의 피사체의 크기와 동등한 크기로 설정된 차트와 비교하여 작게 설정된다.
터릿(13)은 대략 원반 형상으로 형성되어 있다. 터릿(13)은 광원(11)에 대향함과 동시에, 원반의 중심에 설치된 축부(13a)가 광원(11)보다도 하방측에 위치하도록 배치되어 있다. 축부(13a)로부터 원주측에 걸쳐서는 원주 방향을 따라 서로 다른 패턴을 갖는 복수의 차트(12)가 설치되어 있다. 한편, 축부(13a)는 물체 거리 변환 렌즈(3)의 광축(LA)에 평행한 축 둘레로 회동 가능하게, 도시하지 않은 지지부에 의해 지지되어 있다. 따라서, 터릿(13)의 회동에 수반하여, 광원(11)에 대향하는 차트(12), 즉, 물체 거리 변환 렌즈(3)에 투영되는 차트(12)를 순차적으로 전환 가능하다. 또한, 터릿(13)의 크기는, 회전축으로부터 원주 방향에 걸쳐 차트(12)를 배치 가능하며 회전에 수반하여 물체 거리 변환 렌즈(3)에 투영되는 차 트(12)를 전환 가능한 크기면 되는데, 예를 들면, 터릿(13)의 직경을 물체 거리 변환 렌즈의 직경의 2~3배로 설정할 수 있다.
터릿(13)은 축부(13a)가 도시하지 않은 지지부에 광축(LA) 방향으로 이동 가능하게 지지되고, 광원(11)과 물체 거리 변환 렌즈(3) 사이를 이동 가능하다. 단, 후술하는 바와 같이, 광원(11)측으로는 터릿(13)의 물체 거리 변환 렌즈측의 단면이 물체 거리 변환 렌즈(3)의 터릿(13)측의 초점까지 이동할 수 있으면 된다. 다시 말하면, 광원(11)은 터릿(13)을 상기 초점에 배치했을 때에 터릿(13)을 조사 가능한 위치에 배치하면 된다.
또한, 케이스체(2)의 전면부(2a)가 배면부(2b)보다도 높게 형성되어 있는 것은 터릿(13)을 수납하는 공간을 확보하기 위해서이다. 다시 말하면, 케이스체(2)를 전면측에서 본 높이 및 폭은 터릿(13)을 수납하는데 필요한 크기를 확보할 수 있으면 된다. 또한, 전면부(2a)의 전후 방향의 길이는 광원(11), 터릿(13)(차트(12)), 물체 거리 변환 렌즈(3)를 배치할 수 있는 공간을 확보할 수 있으면 된다. 그리고, 상술한 바와 같이, 터릿(13)의 직경은 물체 거리 변환 렌즈(3)의 직경의 2~3배로 설정하면 되고, 터릿(13)과 물체 거리 변환 렌즈(3)의 거리는 물체 거리 변환 렌즈(3)의 초점 거리만큼 확보할 수 있으면 되기 때문에, 케이스체(2)를 상당히 소형화할 수 있다.
광원(11) 및 터릿(13)을 구동 제어하기 위하여, 광학 장치(1)는 광원 구동부(22), 모터 구동 기구(25), 터릿 회전 방향 구동부(23), 터릿 전후 방향 구동부(24), 제어부(21), 전원부(26)를 더 구비하고 있다. 모터 구동 기구(25)는 터 릿(13)을 회전 방향으로 구동하기 위한 모터 및 기구와, 터릿(13)을 전후 방향으로 구동하기 위한 모터 및 기구를 포함하여 구성되고, 각 모터는 터릿 회전 방향 구동부(23), 터릿 전후 방향 구동부(24)에 의해 각각 구동 제어된다. 제어부(21)는 구동부(22~24)를 제어한다. 전원부(26)는 전원 리셉터(4)로부터 공급되는 교류 전압을 소정의 값의 직류 전압으로 변환하고, 제어부(21) 및 각 구동부(22~24)에 전력을 공급한다. 이들 광원(11) 및 터릿(13)을 구동 제어하기 위한 수단은 공지의 기술을 조합하여 적절하게 구성하면 된다. 단, 후술하는 바와 같이, 터릿(13)의 아주 작은 이동에 의해 차트(12)와 렌즈 모듈(100)의 겉보기상의 거리는 크게 변동하기 때문에, 모터 구동 기구(25)는 정밀도가 높은 위치 제어가 가능한 것이 바람직하다. 예를 들면, 펄스의 신호를 입력함으로써 회전하는 스테핑 모터를 포함하여 구성하여, 저가이며 간소한 구성으로 정밀도 높게 위치 제어를 수행할 수도 있다.
또한, 케이스체(2)의 배면부(2b)를 배면측으로 길게 하여 케이스체(2) 전체를 L자 형상으로 한 것은 터릿 회전 구동부(23) 및 터릿 전후 방향 구동부(24)를 수납하는 공간을 배면부(2b)에 확보하기 위함이다. 단, 케이스체(2) 전체가 직육면체가 되도록, 각 구동부의 구성 및 레이아웃을 설정하는 것도 가능하다.
물체 거리 교환 렌즈(3)는 차트(12)로부터의 광을 차트(12)보다도 먼 쪽으로부터의 광과 동등한 광으로 변환하기 위한 것으로, 다시 말하면, 차트(12)와 검사 대상과의 거리를 실제의 거리보다도 겉보기상 긴 거리로 변환하는 렌즈이다.
도 4A, 도 4B에 물체 거리 변환 렌즈(3)의 개념도를 나타낸다. 종래에는 도 4A에 나타내는 바와 같이, 차트(12)로부터 직접적으로 렌즈 모듈(100)에 투영하고 있었다. 이 때문에, 차트(12)의 한 점으로부터 방사된 광선군(동족 광속)에 있어서, 대물 렌즈(101)에 입사하는 광속(LF)의 방사 각도(θ1) 및 주광선(ML)의 대물 렌즈(101)로의 입사 각도(θ2)를 실제의 사용 상태와 동등하게 하려면, 차트(12)와 렌즈 모듈(100)과의 거리를 실제의 피사체와 렌즈 모듈(100)과의 거리로 해야만 하므로, 렌즈 모듈(100)의 검사에는 비교적 큰 공간을 필요로 하였다. 그런 점에서, 도 4B에 나타내는 바와 같이, 물체 거리 교환 렌즈(3)에 의해 차트(12)로부터의 광속(LF)을 도 4A의 광속과 동등한 광속으로 변환함으로써, 즉, 각 동족 광속(LF)을 각각 먼 쪽으로부터의 광속(光束)과 동일한 방사 각도(θ1)로 방사상으로 사출하는 동시에, 물체 거리 변환 렌즈(3) 자체에 의해 규정되는 주광선(ML)이 서로 수속하여, 각 주광선(ML)의 각도(θ2)가 먼 쪽으로부터의 주광선과 동일하게 되도록 각 광속(LF)을 사출함으로써, 차트(12)와 렌즈 모듈(100)과의 거리를, 상정한 피사체의 위치와 렌즈 모듈(100)과의 거리보다도 짧게 한다.
이와 같은 물체 거리 변환 렌즈(3)는 각종 형상의 렌즈의 조합에 의해 적절하게 구성 가능하며, 조리개를 적절하게 설정하여 구성하는 것도 가능하다. 또한, 차트(12), 물체 거리 변환 렌즈(3), 렌즈 모듈(100)의 배치 방법과, 물체 거리 변환 렌즈(3)의 구성의 조합도 다양한 변형이 가능하다. 이하에서는 그 일예를 나타낸다.
도 5는 물체 거리 변환 렌즈(3), 차트(12), 대물 렌즈(101)의 배치를 나타내는 도면이다. 물체 거리 변환 렌즈(3)는 예를 들면 복수의 렌즈를 조합시켜 구성되고, 차트(12)측은 비교적 지름이 큰 렌즈가, 렌즈 모듈(100)측은 비교적 지름이 작 은 렌즈가 이용된다. 물체 거리 변환 렌즈(3)는 전체적으로 볼록 렌즈로 구성되고, 전측(차트(12)측)의 주점(H2)으로부터 차트(12)측으로 거리(f2)의 위치에 전측 초점(F2)이, 후측 주점(H2')으로부터 거리(f2')의 위치에 후측 초점(F2')이 위치한다. 또한, 전측 주점(H2)의 위치와 후측 주점(H2')의 위치는 일치하고 있어도 된다.
차트(12)는 물체 거리 변환 렌즈(3)측의 단면(12a)이 전측 초점(F2)과, 물체 거리 변환 렌즈(3)의 차트(12)측의 렌즈단(3a) 사이를 이동하도록 이동 가능하다. 이 이동에 의해, 물체 거리 변환 렌즈(3)로부터 사출되는 광속(LF)은 평행 광속 또는 적절한 각도(θ1)로 퍼지는 광속으로 설정되고, 차트(12)와 대물 렌즈(101)와의 겉보기상의 거리를 무한원부터 적절한 거리까지 설정할 수 있다.
도 6A~도 6C는 물체 거리 변환 렌즈(3)와 렌즈 모듈(100)의 배치를 나타내는 도면이다. 도 6A에 나타내는 바와 같이, 물체 거리 변환 렌즈(3)의 사출 동공(ExP2)은 물체 거리 변환 렌즈(3)의 렌즈 모듈(100)측의 렌즈단보다도 외측에 설정되어 있다. 이와 같은 설정은 예를 들면, 물체 거리 변환 렌즈(3)를 복수의 렌즈에 의해 구성하고, 차트(12)측의 렌즈와 렌즈 모듈(100)측의 렌즈와의 거리를 적절한 거리로 설정함과 동시에, 이 렌즈 사이에 적절한 크기의 개구 지름을 갖는 조리개를 설치함으로써 가능하다.
한편, 대물 렌즈(101)의 입사 동공(EnP1)은 대물 렌즈(101)보다도 촬상 소자(102)측으로 설정되어 있다. 또한, 입사 동공(EnP1)은, 예를 들면 대물 렌즈(101)의 지지틀에 의해 규정된다. 도 6B에 나타내는 바와 같이, 입사 동공(EnP1) 의 위치를 사출 동공(ExP2)의 위치와 일치시킴으로써, 겉보기상의 거리를 실제의 거리보다도 길게 하면서도, 마치 물체 거리 변환 렌즈(3)가 없는 상태와 마찬가지로 차트(12)의 패턴이 렌즈 모듈(100)에 투영된다. 한편, 도 6C에 나타내는 바와 같이, 사출 동공(ExP2)의 위치와 입사 동공(EnP1)의 위치가 어긋나 있는 경우, 먼 쪽으로부터의 광과 동등한 광을 대물 렌즈(101)에 입사시키는 것은 불가능하다.
또한, 물체 거리 변환 렌즈(3)의 렌즈 모듈(100)측의 렌즈단으로부터 사출 동공(ExP2)까지의 거리(LP2)는 렌즈 모듈(100)의 물체 거리 변환 렌즈(3)측의 단부로부터 입사 동공(EnP1)까지의 거리(LP1)보다도 크게 설정되어 있다. 또한, 사출 동공(ExP2)의 크기와 입사 동공(EnP1)의 크기는 같은 정도 또는 입사 동공(EnP1)이 사출 동공(ExP2)보다도 작게 설정되어 있다.
물체 거리 변환 렌즈(3)는 상기와 같이 차트(12)로부터의 광을 먼 쪽으로부터의 광과 동등한 광으로 변환할 수 있도록 배치할 수 있으면 적절한 것을 이용하면 되는데, 일예를 나타내면, 렌즈 모듈(100)이 휴대 전화기 등에 이용되는 소형의 것(예를 들면 대물 렌즈의 직경이 수 ㎜ 정도)으로, 대물 렌즈(101)의 초점 거리(f1)가 4㎜ 정도, 물체측의 단부로부터 입사 동공까지의 거리(LP1)가 3㎜ 정도인 경우에는, 물체 거리 변환 렌즈(3)로서 초점 거리(f2)가 40㎜, 렌즈단으로부터 사출 동공까지의 거리(LP2)가 5.5㎜인 것을 사용할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 사출 동공(ExP2)과 입사 동공(EnP1)을 위치 맞춤했을 때에, 도 5에 나타내는 바와 같이, 대물 렌즈(101)의 전측 주점이, 물체 거리 변환 렌즈(3)의 후측 초점(F2')보다도 물체 거리 변환 렌즈(3)측에 배치되는 물체 거리 변환 렌즈(3)를 이용할 수 있다. 예를 들면, 상술한 초점 거리의 예에 있어서, 물체 거리 변환 렌즈(3)의 후측 주점(H2')과 대물 렌즈(101)의 전측 주점과의 거리(d)가 17㎜ 정도가 되는 물체 거리 변환 렌즈(3)를 이용할 수 있다. 또한, 이 경우, 물체 거리 변환 렌즈(3) 및 대물 렌즈(101)의 합성 초점 거리는 6㎜ 정도로서, 합성 전과 현격한 차이는 생기지 않는다.
표 1 및 도 7A, 도 7B는 차트(12)와 물체 거리 변환 렌즈(3)와의 실제의 거리(L1)와, 차트(12)와 물체 거리 변환 렌즈(3)와의 겉보기상의 거리(VD)의 대응 관계의 일예를 나타내는 도면이다. 거리(b)는 물체 거리 변환 렌즈(3)의 전측 주점(H2)으로부터 차트(12)의 단면(12a)까지의 거리이고, 거리(L1)는 차트(12)의 단면(12a)과, 물체 거리 변환 렌즈(3)의 렌즈단(3a)과의 거리이다(도 5 참조). 이들 도표에 있어서는, 이하의 식에 의해 겉보기 상의 거리(VD)를 계산하고 있다.
L1=f2×VD/(VD-f2)-L2
여기에서, L2는 물체 거리 변환 렌즈(3)의 전측 주점(H2)으로부터 렌즈단(3a)까지의 거리이고, f2=40㎜, L2=20.8㎜로 하여 계산하고 있다. 이 도표에 나타내는 바와 같이, 실제의 거리(L1)를 15㎜ 정도의 비교적 짧은 거리로 하여도, 겉보기상의 거리(VD)를 300㎜ 정도로 할 수 있고, 또한, 실제의 거리(L1)를 19㎜ 정도로만 하여도 겉보기상의 거리를 무한원으로 할 수 있다.
VD(㎜) b L1
-300 35.294 14.494
-400 36.364 15.564
-500 37.037 16.237
-600 37.500 16.700
-700 37.838 17.038
-800 38.095 17.295
-900 38.298 17.498
-1000 38.462 17.662
-1500 38.961 18.161
-1800 39.130 18.330
-2000 39.216 18.416
-3000 39.474 18.674
-4000 39.604 18.804
-5000 39.683 18.883
-6000 39.735 18.935
-7000 39.773 18.973
-8000 39.801 19.001
-9000 39.823 19.023
-10000 39.841 19.041
-20000 39.920 19.120
-30000 39.947 19.147
-50000 39.968 19.168
-100000 39.984 19.184
-1.00E+93 40.000 19.200
실시예 2
도 8은 본 발명을 적용한 실시예 2의 검사 장치(200)의 개념도이다. 광학 장치(1)와의 공통 부분에 대해서는 광학 장치(1)와 동일 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
검사 장치(200)는 렌즈 모듈(100)을 지지하는 지지 테이블(201)이 설치되어 있는 점에서 광학 장치(1)와 다르다. 지지 테이블(201)은 도시하지 않은 고정구에 의해 렌즈 모듈(100)을 고정 위치에 지지 가능하다. 따라서, 도 6A~도 6C에서 설명한 사출 동공(ExP2)과 입사 동공(EnP1)의 위치 맞춤이 이루어진 상태에서 렌즈 모듈(100)을 지지할 수 있다. 지지 테이블(201)은 특정의 렌즈 모듈만을 대상으로 하여 입사 동공을 물체 거리 변환 렌즈(3)의 사출 동공에 위치 맞춤하도록 케이스체(2)에 대하여 고정적으로 설치될 수도 있고, 도 8에 나타내는 바와 같이, 제어부(21)에 의해 제어되는 테이블 구동부(203) 및 모터 구동 기구(204)에 의해 상하 좌우로 구동 가능하게 하여, 각종 렌즈 모듈에 대하여 적절하게 위치 맞춤 가능하게 할 수도 있다. 또한, 제어부(21)는 커넥터(202)를 통하여 렌즈 모듈(100)의 촬상 데이터를 취득하고, 이 촬상 데이터에 기초하여 렌즈 모듈(100)의 검사를 실행한다. 예를 들면 취득한 렌즈 모듈(100)의 촬상 데이터와, 미리 기록된 기준 촬상 데이터를 비교하여, 그 일치도로부터 화질의 양호 여부를 판정한다.
이상의 실시예 1 및 2에 따르면, 물체 거리 변환 렌즈(3)에 의해 차트(12)로부터의 광이 먼 쪽으로부터의 광과 동등한 광으로 변환되기 때문에, 종래와 같이 차트(12)와 검사 대상의 렌즈 모듈(100)과의 거리를 실제의 사용 상태와 동등한 거리로 하지 않아도 되기 때문에, 차트(12)를 종래보다도 렌즈 모듈(100)에 근접시킬 수 있다. 따라서, 공간의 축소를 도모할 수 있다. 차트(12)도 실제의 피사체와 동등한 크기로 설정할 필요가 없어지기 때문에, 공간의 축소를 더욱 도모할 수 있다. 또한, 사출 동공이 물체 거리 변환 렌즈(3)의 외측에 설정되기 때문에, 주광선의 기울기 등의 설정값을 물체 거리 변환 렌즈(3)에 의해 설정할 수 있어 범용성이 높아진다.
또한, 상술한 실시예에 따르면, 차트(12)가 종래와 비교하여 작아지기 때문에, 차트(12)의 전환을 고속으로 수행할 수 있다. 이로 인해, 검사 효율도 향상한다. 또한, 차트(12)를 전측 초점 또는 그 부근으로 이동시킴으로써, 무한원으로부터의 광과 동등한 광을 만들어내어, 무한원을 대상으로 한 검사를 할 수도 있다.
본 발명은 이상의 실시예에 한정되는 것이 아니라, 다양한 형태로 실시할 수 있다.
검사 대상은 렌즈에 의해 광을 받아들이는 것이면 되고, 촬상 장치를 구성하는 것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 렌즈만이 검사 대상일 수도 있다.
광원, 차트, 물체 거리 변환 렌즈는 차트로부터 검사 대상으로의 광로에 따른 거리를 겉보기상 길게 할 수 있도록 구성되면 되고, 이들 사이에 다른 광학계가 배치될 수도 있고, 물체 거리 변환 렌즈의 광축 상에 있어서 직선 형상으로 배치되어 있지 않아도 좋다. 물체 거리 변환 렌즈는 차트로부터의 투과광을 변환하는 것에 한정되지 않고, 반사광을 변환하는 것일 수도 있다.
피투영체는 터릿에 의해 전환 가능한 것에 한정되지 않고, 사용하는 차트를 적절하게 광학 장치에 탈착하는 것이어도 무방하다. 터릿의 회전축은 광로에 병렬이 아니어도 되며, 회전에 수반하여 차트를 전환 가능하면 된다.
본 발명에 따르면 공간을 축소할 수 있으며, 범용성이 높은 검사용 광학 장치를 제공할 수 있다.

Claims (9)

  1. 대물 렌즈와 이 대물 렌즈를 통하여 피사체를 촬상하는 촬상 소자를 포함하는 검사 대상에, 상기 검사 대상에 대하여 소정 위치에 배치된 검사용 피사체로서의 소정의 패턴을 투영하는 광학 장치로서,
    상기 대물 렌즈에 대향하여 배치되며, 상기 패턴이 형성된 차트와,
    상기 검사 대상에서 보아 상기 차트의 배후측으로부터 상기 차트에 광을 조사하는 광원과,
    상기 차트와 상기 대물 렌즈 사이에 설치되는 물체 거리 변환 렌즈를 구비하고,
    상기 물체 거리 변환 렌즈는 상기 차트로부터의 광을 상기 차트보다도 먼 쪽으로부터의 광과 동등한 광으로 변환하도록 상기 차트로부터의 각 동족 광속(光束)을 각각 방사상으로 사출함과 동시에, 각 동족 광속의 이 물체 거리 변환 렌즈 자체에 의해 규정되는 주광선이 서로 수속(收束)하도록 각 동족 광속을 사출하고,
    상기 차트는 상기 소정 위치보다도 상기 검사 대상에 가까운 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 검사용 광학 장치.
  2. 대물 렌즈를 포함하는 검사 대상에 광을 조사하는 광학 장치로서,
    광원과,
    상기 광원의 광이 조사되는 피투영체와,
    상기 피투영체로부터의 상기 광원의 광을 투과시켜, 상기 대물 렌즈에 조사하는 물체 거리 변환 렌즈를 구비하고,
    상기 물체 거리 변환 렌즈는 상기 피투영체로부터의 광을 상기 피투영체보다도 먼 쪽으로부터의 광과 동등한 광으로 변환하도록 상기 피투영체로부터의 각 동족 광속을 각각 방사상으로 사출함과 동시에, 각 동족 광속의 이 물체 거리 변환 렌즈 자체에 의해 규정되는 주광선이 서로 수속하도록 각 동족 광속을 사출하는 것을 특징으로 하는 검사용 광학 장치.
  3. 대물 렌즈를 포함하는 검사 대상에 광을 조사하는 광학 장치로서,
    광원과,
    상기 광원의 광이 조사되는 피투영체와,
    상기 피투영체로부터의 상기 광원의 광을 투과시켜, 상기 대물 렌즈에 조사하는 물체 거리 변환 렌즈를 구비하고,
    상기 피투영체는 상기 물체 거리 변환 렌즈측의 단부가 상기 물체 거리 변환 렌즈의 상기 피투영체측의 초점보다도 상기 물체 거리 변환 렌즈측에 위치하도록 배치되고,
    상기 물체 거리 변환 렌즈의 사출동공 위치는 이 물체 거리 변환 렌즈의 상기 대물 렌즈측의 렌즈단보다 외측으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 검사용 광학 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 물체 거리 변환 렌즈의 사출 동공 위치는 상기 대물 렌즈의 입사 동공 위치에 일치하도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 검사용 광학 장치.
  5. 제 3항 또는 4항에 있어서,
    상기 대물 렌즈의 상기 물체 거리 변환 렌즈측의 주점(主點)은 상기 물체 거리 변환 렌즈의 상기 대물 렌즈측의 초점보다도 상기 물체 거리 변환 렌즈측에 위치하도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 검사용 광학 장치.
  6. 제 3항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피투영체는 상기 피투영체측의 초점과 상기 물체 거리 변환 렌즈 사이에서 이동 가능하게 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 검사용 광학 장치.
  7. 제 3항 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원의 광로에 병렬인 축을 중심으로 회전 가능한 회전체를 더 구비하고,
    상기 피투영체는 상기 회전체의 원주 방향을 따라 복수 배치되며,
    상기 회전체의 회전에 따라 상기 광로에 삽입되는 피투영체가 전환되는 것을 특징으로 하는 검사용 광학 장치.
  8. 대물 렌즈를 포함하는 검사 대상을 지지하는 지지부와,
    광원과,
    상기 광원의 광이 조사되는 피투영체와,
    상기 피투영체로부터의 상기 광원의 광을 투과시켜, 상기 대물 렌즈에 조사하는 물체 거리 변환 렌즈를 구비하고,
    상기 피투영체는 상기 물체 거리 변환 렌즈측의 단부가 상기 물체 거리 변환 렌즈의 상기 피투영체측의 초점보다도 상기 물체 거리 변환 렌즈측으로 위치하도록 배치되며,
    상기 물체 거리 변환 렌즈의 사출동공 위치는 이 물체 거리 변환 렌즈의 상기 대물 렌즈측의 렌즈단보다 외측에 설정됨과 동시에, 상기 대물 렌즈의 입사 동공 위치에 일치하도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 검사 장치.
  9. 대물 렌즈를 포함하는 검사 대상에 피투영체로부터의 광을 조사하고, 상기 검사 대상의 검사를 수행하는 검사 방법으로서,
    상기 피투영체로부터의 광을 상기 대물 렌즈측으로 투과시키는 렌즈로서, 사출 동공 위치가 상기 대물 렌즈측의 렌즈단보다 외측으로 설정된 물체 거리 변환 렌즈를, 상기 피투영체의 상기 물체 거리 변환 렌즈측의 단부가 상기 물체 거리 변환 렌즈의 상기 피투영체측의 초점보다도 상기 물체 거리 변환 렌즈측에 위치하도록 배치하는 것을 특징으로 하는 검사 방법.
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