JP2004191214A

JP2004191214A - ライン照明装置及びライン照明装置を用いた検査装置

Info

Publication number: JP2004191214A
Application number: JP2002360313A
Authority: JP
Inventors: Akifusa Takahashi; 昭房高橋
Original assignee: Kokusai Gijutsu Kaihatsu Co Ltd
Current assignee: Kokusai Gijutsu Kaihatsu Co Ltd
Priority date: 2002-12-12
Filing date: 2002-12-12
Publication date: 2004-07-08

Abstract

【課題】発光ダイオードの半導体チップを被う透明樹脂により凸レンズが形成された発光ダイオードを用いてライン照明装置を提供する。
【解決手段】被検査物１８にライン状の光を照射するライン照明装置であって、光源１０を複数のレンズ付きの発光ダイオード１２により構成するとともに、前記複数の発光ダイオード１２の光軸が同一平面上で一つの円弧の半径線に沿うように配列されて前記平面上の一点に向けて配置され、前記光源１０の前面位置には各発光ダイオード１２の照射領域が前記平面上で直線上に配列する被検査物１８の位置に焦点を合わせるシリンドリカルレンズ１６を配置したことを特徴とするライン照明装置。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ライン状の光を照射するライン照明装置及び当該ライン照明装置を用いた検査装置に係り、特に被検査物表面に形成した回路パターンとマスタパターンとを比較検査するのに好適なライン照明装置及び当該ライン照明装置を用いた検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体チップや液晶ガラス基板、プリント配線基板、さらには半導体チップを搭載するリードフレームやＴＡＢ（ＴａｐｅＡｕｔｏｍａｔｅｄＢｏｎｄｉｎｇ）テープなどに形成した回路パターンを検査する装置には、基板と回路パターンとの明確な明暗差が得られるように被検査物にライン状の光を照射するライン照明装置が用いられる。
【０００３】
このライン照明装置の光源として、従来はハロゲンランプやメタルハライドランプが用いられていた。このライン照明装置の光源は、ランプの後部と側部に反射板を設けて光を前方に出射させるようにし、光源前部に出射光を光ファイバに導入するよう光ファイバの一端を光源に向けて配設されてなる構成である。この光ファイバの他端はライトガイドとして被検査物へライン状に光を照射するよう直線状に並べられている。また、光源にメタルハライドランプを用いた場合の光量調整は、ランプの前面に機械的な絞りを設けて行われる。しかし、ライン照明装置の光源として用いられるハロゲンランプやメタルハライドランプは寿命が１０００〜３０００時間と短い。そのため、頻繁にランプ交換をしなければならず、交換に手間がかかり、コストも高くなっていた。また、メタルハライドランプを用いた場合、光量調整はランプの前面に設けた機械的な絞りにより行われるため、ライン照明装置の光源部分が大きくなってしまう欠点があった。さらに、被検査物にライン状の光を照射するために、光ファイバの他端はライン状に並べる必要がある。このため、前記ファイバを並べるのに手間がかかり、また光ファイバが高価なためにコストも高くなる欠点があった。
【０００４】
光源に発光ダイオードを用いたライン照明装置として、特許文献１が挙げられる。このライン照明装置は、電流狭窄層を備えた複数個の狭窄型発光ダイオードを線上に配列した光源とすることによりライン状の光を出射している。また、発光ダイオード光源より出射した光をシリンドリカルレンズにより集光して、被検査物にライン状光を照射している。狭窄型発光ダイオードを高密度に実装する方法は、第一の方法として基板上に複数の狭窄型発光ダイオードを線上に形成し、この狭窄型発光ダイオード同士を金などのワイヤによりボンディングした後に、透明樹脂で封止して実装している。第二の方法として既存のエピタキシャル成長法やエッチング技術を利用して、単一基板上に複数の発光ダイオードを直列接続させつつ形成し、集積構造を有した実装をしている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２１５１１５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１の発明において、狭窄型発光ダイオードを作製するには半導体チップの中心に円形の電流狭窄領域を備えた電流狭窄層を形成しなければならず、電流狭窄層を有しない発光ダイオードと比べて製造工程が多くなる欠点がある。また、狭窄型発光ダイオードを高密度に実装する第一の方法は、狭窄型発光ダイオード同士をワイヤボンディングする精密なボンディング工程が必要なため、狭窄型発光ダイオードを実装するだけでも複雑な製造工程が多くなる欠点がある。第二の方法は、狭窄型発光ダイオードを作製するエピタキシャル成長の他に、エピタキシャル成長膜をエッチングしなければならず複雑な製造工程が多くなる欠点がある。
【０００７】
本発明は従来技術の欠点を解消するために、光源は発光寿命が非常に長く、光量調整を印加電流で可変できる、透明樹脂で凸レンズを形成された発光ダイオードを用いてライン照明装置を提供すること。また、光ファイバ等を用いたライトガイドを使用せず、光源より発した光が直接に被検査物を照らすライン照明装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るライン照明装置は、被検査物にライン状の光を照射するライン照明装置であって、光源を複数のレンズ付き発光ダイオードにより構成するとともに、前記複数の発光ダイオードの光軸が同一平面上で一つの円弧の半径線に沿うように配列されて前記平面上の一点に向けて配置されている。また、前記光源の前面位置には各発光ダイオードの照射領域が前記平面上で直線上に配列する被検査物位置に焦点を合わせるシリンドリカルレンズを配置したことを特徴としている。
【０００９】
前記ライン照明装置の構成において、前記光源を構成する複数の発光ダイオードは可撓性基板に直線上に配列して構成され、前記可撓性基板を湾曲することにより各発光ダイオードの光軸を扇型に配列させてなることを特徴としている。
更に、前記ライン照明装置の構成において、前記光源を構成する複数の発光ダイオードは予め基板に設けられた取付部に装着され、当該取付部の取付中心軸が前記円弧の半径方向に配列されてなることを特徴としている。
【００１０】
また、本発明に係るライン照明装置を用いた検査装置は、光源を複数のレンズ付き発光ダイオードにより構成するとともに、前記複数の発光ダイオードの光軸が同一平面上で一つの円弧の半径線に沿うように配列されて前記平面上の一点に向けて配置され、前記光源の前面位置には各発光ダイオードの照射領域が前記平面上で直線上に配列する被検査物位置に焦点を合わせるシリンドリカルレンズを配置したライン照明装置を設ける。また、前記ライン照明装置の被検査物に対して反対側にあり、前記被検査物に対向する位置には、前記被検査物の像を投影可能にするレンズを設ける。さらに、前記レンズに対向する位置には前記被検査物にライン状の光が照射された領域を撮像する撮像部を設けたことを特徴としている。
【００１１】
本発明に係るライン照明装置を用いた検査装置は、光源を複数のレンズ付き発光ダイオードにより構成するとともに、前記複数の発光ダイオードの光軸が同一平面上で一つの円弧の半径線に沿うように配列されて前記平面上の一点に向けて配置され、前記光源の前面位置には各発光ダイオードの照射領域が前記平面上で直線上に配列する被検査物位置に焦点を合わせるシリンドリカルレンズを配置したライン照明装置を設ける。また、被検査物に対して前記ライン照明装置と同じ側にあり、前記被検査物より反射した光が出射する方向には、前記被検査物の像を投影可能にするレンズを設ける。さらに、前記レンズに対向する位置には前記被検査物にライン状の光が照射された領域を撮像する撮像部を設けた構成とすることができる。
【００１２】
【作用】
上記構成によれば、光源に使用したランプは、ごく一般に普及している、光の出射方向にレンズが形成されている丸型又は円筒型の発光ダイオードとしたので、ランプの寿命が長くなり、頻繁にランプを交換する必要がなくなる。これにより、ランプのコストを低くでき、ランプ交換の手間を省ける。また、発光ダイオードの光量は印加電流により調整できるため、ランプの前面に機械的な絞りを設ける必要がなく、光源を小型化できる。さらに、発光ダイオードの指向性はレンズにより狭くできる。各発光ダイオードの光軸は、レンズのレンズ中心に向かうように調整されているので、レンズとライン照明装置との間にある被検査物の幅方向全体にライン状の光を照射できる。各発光ダイオードより出射する光は隣同士の光が互いに重なり合うように出射するので、被検査物へ多方向から光を照射できる。また、光源の長手方向と直交する光源奥行き方向に拡がる出射光はシリンドリカルレンズにより被検査物へ集光でき、前記被検査物にライン状の光を照射できる。このため、光ファイバを介して被検査物に光を照射する必要がなく、光ファイバの出射光の出口をライン状に形成する手間と、光ファイバのコストを削減できる。
【００１３】
また、光源を形成する各発光ダイオードの光軸が容易にレンズのレンズ中心を向くように構成できる。
【００１４】
また、ライン照明装置により被検査物にライン状の光を照射し、前記被検査物を透過した光をレンズにより撮像部に投影するよう構成したので、前記被検査物上にある回路パターンの検査をできる。
【００１５】
また、ライン照明装置により被検査物にライン状の光を照射し、前記被検査物を反射した光をレンズにより撮像部に投影するよう構成したので、前記被検査物上にある回路パターンの検査をできる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明に係るライン照明装置及びライン照明装置を用いた検査装置の具体的実施の形態を、添付図面に基づいて説明する。
図１はレンズ付き発光ダイオード（ＬＥＤ）を利用したライン照明装置及びライン照明装置を用いた検査装置の実施の形態を示す。図１（ａ）はライン照明装置を用いた検査装置の正面図、図１（ｂ）は側面図である。このライン照明装置の光源１０は、複数のＬＥＤ１２を基板１４へ直線状に配列されて構成されている。このＬＥＤ１２の光軸は同一平面上にあり、一つの円弧の半径線に沿うように配列されている。すなわち、ＬＥＤ１２を配設した基板１４を、各ＬＥＤ１２が一点を中心とした円の円弧上にくるよう湾曲させ、さらに、各ＬＥＤ１２が前記一点を中心とした円の中心に向くよう配設されている。この光源１０の前面には、光源１０の長手方向に沿ってシリンドリカルレンズ１６が配設されている。このシリンドリカルレンズ１６の上方を通るように被検査物１８がガイドされ、この被検査物１８に光源１０を出射した光が焦点を結ぶようにシリンドリカルレンズ１６が調整されている。被検査物１８の上方には投影レンズ２０を設け、被検査物１８を透過した光が撮像部２２へ投影されるように配設されている。この撮像部２２は撮像素子をレンズ側へ向けて配設されている。また撮像部２２には、光源１０から出射した光の強度を補正するシェーディング回路２４が接続されている。なお、シリンドリカルレンズ１６の中心と、被検査物１８の幅方向の中心と、投影レンズ２０の中心と、撮像部２２の長手方向の中心とが、同じ軸（光軸）上にくるよう調整されている。
【００１７】
基板１４は、力を加えると円弧状にしなり、その円弧の形状を維持できる可撓性基板である。平面形状をなす可撓性基板を円弧状に湾曲させるには、まず前記平面形状をなす可撓性基板にＬＥＤ１２を直線上に並べてハンダ等により固定して実装する。そして、投影レンズ２０の中央が光軸と交わる点（レンズ中心）を中心とした円の曲率と、この曲率を同じにした湾曲ガイドに前記ＬＥＤ１２が固定された前記平面形状をなす可撓性基板を押し付ける。これにより、各ＬＥＤ１２が投影レンズ２０のレンズ中心を向くような、円弧状の湾曲した基板１４が形成される。なお、前記レンズ中心は、前記一点を中心とした円の中心と同一点である。
【００１８】
光源１０は複数個のＬＥＤ１２と基板１４とからなり、複数個のＬＥＤ１２を一列に並べて基板１４に配設されている。このＬＥＤ１２は、隣り合うＬＥＤより出射された光が互いに重ね合わさるように密接して配設されている。ＬＥＤ１２を一列に並べた長手方向の長さは、被検査物１８の幅よりも長くなるように設定している。この基板１４は、ＬＥＤ１２を一列に並べた長手方向に沿い、投影レンズ２０のレンズ中心を中心として光の出射方向側に円弧をなすよう湾曲している。すなわち、基板１４の法線は、投影レンズ２０のレンズ中心と交わるように湾曲している。
【００１９】
シリンドリカルレンズ１６は平凸レンズ形状をなし、光源１０の前部にシリンドリカルレンズ１６の平面部を光源１０へ向けて配設されている。すなわち、シリンドリカルレンズ１６の長手方向と光源１０の長手方向とが平行となり、シリンドリカルレンズ１６の平面部がＬＥＤ１２に形成された凸レンズの前面に来るように配設されている。
【００２０】
投影レンズ２０は被検査物１８に対向した上部に、被検査物１８に沿って水平方向に配設される。この投影レンズ２０は色収差や湾曲収差を厳しく補正してあり、口径食が発生しないレンズ構成である。
【００２１】
撮像部２２は投影レンズ２０に対向した上部に、光源１０の長手方向に沿ってライン状をなして配設される。この撮像部２２は複数の電荷結合素子（ＣＣＤ）を縦長に接続してなり、投影レンズ２０により投影される被検査物１８の像がけられることなく撮像されるよう構成されている。
【００２２】
撮像部２２に接続されたシェーディング回路２４は、光源１０の長手方向に生じる光強度のリップルと、投影レンズ２０で生じる周辺減光とにより光強度のムラを補正し、撮像部２２に入射する光の強度が均一とみなされるように補正する回路である。
【００２３】
このように構成したライン照明装置及びライン照明装置を用いた検査装置において、光源１０のＬＥＤ１２を発光させると、出射光は光源１０の前部に配設されたシリンドリカルレンズ１６を通り被検査物１８の幅方向全体に照射される。このとき、光源１０から出射された光源長手方向に広がる出射光はシリンドリカルレンズ１６を透過し、被検査物１８に入射する。また、ＬＥＤ１２を一列に並べた長手方向に直交する方向（光源奥行き方向）への広がりを持った出射光は、シリンドリカルレンズ１６により被検査物１８に集光される。すなわち、各ＬＥＤ１２を出射した光は被検査物１８上に直線上に配列されて照射される。このとき、光源奥行き方向に出射する光は、シリンドリカルレンズ１６により被検査物１８の位置に焦点を合わせられるため、被検査物１８にライン状の光を照射できる。そして、被検査物１８を透過した光は投影レンズ２０に入射する。この投影レンズ２０により、被検査物１８の回路パターンは撮像部２２に投影される。このとき、撮像部２２に入射した光はシェーディング回路２４により光強度を均一になるように補正される。この補正方法は、まずライン照明装置に被検査物１８が挿入されていないときに光源１０を発光させ、このときの光強度を測定して記憶する。次に、ライン照明装置に被検査物１８を挿入し、光強度を測定する。そして、被検査物１８を挿入したときの光強度より、挿入しないときの光強度を減算して行われる。
【００２４】
このような実施形態によれば、この光源１０に配設された各ＬＥＤ１２より出射した光は隣同士の光が重なり合って被検査物１８の幅方向の全面に照射されるため、被検査物１８の幅方向の全面を測定することができる。また、ＬＥＤ１２を基板１４に実装する方法はハンダ等により固定できるため、非常に簡単に行うことができ、ワイヤボンディング装置等を必要としない。
【００２５】
ＬＥＤ１２はレンズが形成された、ごく一般に普及している円筒型又は丸型の形状である。しかし、ＬＥＤ１２に形成されたレンズの形状により、ＬＥＤ１２より出射する光の指向性を狭くできる。また、出射光は光源１０の前部に配設されたシリンドリカルレンズ１６により被検査物１８上に集光される。これにより、撮像部２２の撮像感度に十分な強度の光を被検査物１８に照射可能となる。さらに、被検査物１８の幅方向に沿って細いライン状の光が形成可能となる。このため、ライン状の光を形成し易くする手段として、ＬＥＤの半導体チップに電流狭窄層やスリット状の光出射窓を形成する必要が無い。
【００２６】
また、ＬＥＤ１２の発光強度はＬＥＤ１２の印加電流により容易に可変できるので、光源１０に機械的な絞りを設ける必要がない。さらに、ＬＥＤ１２が発光する色は撮像部２２に感度がある波長域であればよく、白色、青色、緑色、赤色、赤外線等いずれでもよい。なお、好ましくは、撮像部２２の感度が一番高い波長に対応した発光波長を持つＬＥＤ１２を用いればよい。また、投影レンズ２０は色収差や湾曲収差を厳しく補正したレンズであれば良く、レンズ構成はアポクロマートでよい。また、ＬＥＤ１２の発光波長域が狭ければアクロマートを用いることもできる。
【００２７】
撮像部２２に接続されたシェーディング回路２４は、光源１０より出射された光に生じる光強度のリップルと、投影レンズ２０の周辺減光とを補正できる。
【００２８】
また、本実施の形態では基板１４を可撓性基板とし、この可撓性基板を湾曲ガイドに押し付けて円弧状に湾曲させた基板について説明した。ＬＥＤ１２が投影レンズ２０のレンズ中心を向くような基板を形成する他の実施の形態として、次の形態が挙げられる。まず、肉厚の基板に直線配列するように取付部となる複数の穴を開ける。穴の数は被検査物の幅方向の長さよりも長くなるようにし、さらにＬＥＤが密に実装されるようにする。このとき、取付部となる穴の取付中心軸が一点を中心とした円弧の半径線に沿うよう開ける。このようにして開けられた穴のそれぞれにＬＥＤ１２を装着する。このとき、前記穴の直径はＬＥＤの直径より僅かだけ大きくし、装着されたＬＥＤがレンズ中心を向き、さらに、ＬＥＤの向きが変わらない大きさであればよい。また、ＬＥＤを配設された肉厚の基板における長手方向の長さは、被検査物よりも長くしておく。
【００２９】
また、本実施の形態では被検査物１８の下側より光を入射させる透過式について説明したが、反射式とすることも可能である。この反射式のライン照明装置を用いた検査装置の側面図を図２に示す。
【００３０】
光源１０とシリンドリカルレンズ１６とよりなるライン照明装置を前記と同様に構成し、被検査物１８にライン状の光を照射するように配設する。このとき、光源長手方向と被検査物１８の幅方向とは並行になるようにしておく。また、被検査物１８に対して前記ライン照明装置と同じ側に、被検査物１８の回路パターンを投影する投影レンズ２０と、前記回路パターンを撮像する撮像部２２とを配設する。このような構成により、前記ライン照明装置より出射されて被検査物１８に照射されたライン状の光は、被検査物１８で反射されて投影レンズ２０に入射される。この投影レンズ２０により、被検査物１８の回路パターンを撮像部２２に投影される。これにより、反射式のライン照明装置を用いた検査装置でも、被検査物１８の回路パターンを撮像部２２で撮像することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、被検査物にライン状の光を照射するライン照明装置であって、光源を複数のレンズ付き発光ダイオードにより構成するとともに、前記複数の発光ダイオードの光軸が同一平面上で一つの円弧の半径線に沿うように配列されて前記平面上の一点に向けて配置され、前記光源の前面位置には各発光ダイオードの照射領域が前記平面上で直線上に配列する被検査物位置に焦点を合わせるシリンドリカルレンズを配置した構成とした。これにより、光源の発光寿命が非常に長く、光量調整を印加電流で可変でき、さらに、光ファイバ等を用いたライトガイドを使用せず、光源より出射した光が直接に被検査物を照らす効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態を示す概略図である。
【図２】他の実施の形態を示す概略図である。
【符号の説明】
１０………光源、１２………レンズ付きの発光ダイオード、１４………基板、１６………シリンドリカルレンズ、１８………被検査物、２０………投影レンズ、２２………撮像部、２４………シェーディング回路。

Claims

被検査物にライン状の光を照射するライン照明装置であって、光源を複数のレンズ付き発光ダイオードにより構成するとともに、前記複数の発光ダイオードの光軸が同一平面上で一つの円弧の半径線に沿うように配列されて前記平面上の一点に向けて配置され、前記光源の前面位置には各発光ダイオードの照射領域が前記平面上で直線上に配列する被検査物位置に焦点を合わせるシリンドリカルレンズを配置したことを特徴とするライン照明装置。
前記光源を構成する複数の発光ダイオードは可撓性基板に直線上に配列して構成され、前記可撓性基板を湾曲することにより各発光ダイオードの光軸を扇型に配列させてなることを特徴とする請求項１記載のライン照明装置。
前記光源を構成する複数の発光ダイオードは予め基板に設けられた取付部に装着され、当該取付部の取付中心軸が前記円弧の半径方向に配列されてなることを特徴とする請求項１記載のライン照明装置。
光源を複数のレンズ付き発光ダイオードにより構成するとともに、前記複数の発光ダイオードの光軸が同一平面上で一つの円弧の半径線に沿うように配列されて前記平面上の一点に向けて配置され、前記光源の前面位置には各発光ダイオードの照射領域が前記平面上で直線上に配列する被検査物位置に焦点を合わせるシリンドリカルレンズを配置したライン照明装置を設け、前記ライン照明装置の被検査物に対して反対側の前記被検査物に対向する位置には、前記被検査物の像を投影可能にするレンズを設け、前記レンズに対向する位置には前記被検査物の照射領域を撮像する撮像部を設けたことを特徴とする透過型のライン照明装置を用いた検査装置。
光源を複数のレンズ付き発光ダイオードにより構成するとともに、前記複数の発光ダイオードの光軸が同一平面上で一つの円弧の半径線に沿うように配列されて前記平面上の一点に向けて配置され、前記光源の前面位置には各発光ダイオードの照射領域が前記平面上で直線上に配列する被検査物位置に焦点を合わせるシリンドリカルレンズを配置したライン照明装置を設け、被検査物に対して前記ライン照明装置と同じ側にあり、前記被検査物より反射した光が出射する方向には、前記被検査物の像を投影可能にするレンズを設け、前記レンズの上方には前記被検査物の照射領域を撮像する撮像部を設けたことを特徴とする反射型のライン照明装置を用いた検査装置。