JP2012079677A - 自動光学検出に用いられる照明システムおよびそれと画像形成システムとの組合せ - Google Patents

自動光学検出に用いられる照明システムおよびそれと画像形成システムとの組合せ Download PDF

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Abstract

【課題】 自動光学検出に用いられる照明システムにおいて、光路長を短縮するとともに当該照明システムの必要空間を大幅に縮小する
【解決手段】 本発明は、第１の光源２１、第２の光源２２、第３の光源２３、第１の光学素子２４および少なくとも３つの第２の光学素子２５を含む、自動光学検出に用いられ検出対象の物体８０を照明する照明システム２０に係わる。第２の光学素子２５の各々がそれぞれ第１の光源２１、第２の光源２２および第３の光源２３の光出力端に設けられ、前記各光源から出力される光線を集光することができる。第１の光源２１および第２の光源２２の光出力端が対称的に物体８０の表面へ配向されている。また、第１の光学素子２４が対称面に照準されており、第３の光源２３から出力される光線を物体８０の表面に案内することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動光学検出に用いられる照明システムおよびそれと画像形成システムとの組合せに係わり、とりわけ検出対象の物体の表面を照明する光源システムに関するものである。
自動光学検出（ＡＯＩ）は、液晶表示パネル、半導体集積回路チップおよび回路板の製造にとって重要なプロセスであり、生産、製造過程における製品品質の診断と改善によって製造コストを削減するために必要なプロセスである。自動光学検出の基本的な性能は、検出速度と検出感度の２つの重要な指標によって評価される。生産技術の進歩にしたがって製造速度の高速化、基板寸法の大型化および印刷パターンサイズの小型化が進んでおり、自動光学検出に対してより速い検出速度とより高い検出感度が求められている。
検出対象の物体やサンプルの表面画像を獲得するために必要な光の強度は、形成する画像の大きさや検出速度に反比例する。したがって、ＬＣＤやチップなどに対して高速かつ高分解能の光学検出をするためには、性能のより高い照明光学システムが必要不可欠である。形成する画像の大きさに応じて画像形成用レンズの開口数（numerical aperture; NA）を増やせば光源を大きくすることができるが、この方法は、奥行きを小さくし、システム全体の機械的精度に悪影響をもたらしかねない。また、大型サンプルの表面を検出する場合には大きな視野が必要となり、そのためレンズの開口数が制限されてしまう。線形走査ＣＣＤセンサを用いてサンプルの表面を走査する場合には、一般に線形光ファイバやリニアＬＥＤアレイからの光を照明として用いる。このような照明方法および装置は、１０μｍよりも大きい画像に対して低分解能の検出を行なう場合には効果的であるが、１０μｍ未満の画像に対して高分解能の検出を行なう場合には、かかる照明技術の効率が極めて低い。
図１は特許文献１によって開示された照明および画像形成システムの概略図である。この照明および画像形成システム１０は、第１の照明装置１１１、第２の照明装置１１２、第１の光反射装置１２１、第２の光反射装置１２２、平面屈折レンズ１３、光学素子１４および画像形成センサ１５を有している。第１の照明装置１１１および第２の照明装置１１２からの照明光が前記検出対象の物体８０の表面に集光されるとともにその表面の軸線上に集光されて線状照明を形成する。３組の照明装置を２組の照明装置に変更するために、第１の光反射装置１２１の中央には長形溝孔１２１１が設けられており、第２の光反射装置１２２からの反射光が該長形溝孔１２１１を介して検出対象の物体８０の表面に到達することができる。また、この検出対象の物体８０の表面反射光が長形溝孔１２１１を透過するとともに光学素子１４に屈折されて画像形成センサ１５に到達しかつ画像形成センサ１５内で画像を形成する。
***特許第３８９８３３号明細書
この従来の技術では、いずれもアーチ状の表面を有する光反射装置または屈折レンズを用いなければ光線を軸線上に集光させることができない。かかる照明システムにおいて、複雑な光路を形成する場合には大きな空間が必要となる。また、複数の光反射装置、屈折レンズおよび長形溝孔に対して精密な角度調整を行わなければ、正確に屈折方向や反射方向を制御することができない。
本発明は自動光学検出に用いられる照明システムおよびそれと画像形成システムとの組合せを開示したものであり、光源として用いられる発光ダイオードと集光可能な光学素子とを組み合わせているため、光路長を短縮するとともに当該照明システムの必要空間を大幅に縮小することができる。
本発明は、自動光学検出に用いられ検出対象の物体を照明する照明システムであって、第１の光源、第２の光源、第３の光源、第１の光学素子および非連続集光曲面を有する少なくとも３つの第２の光学素子を含む自動光学検出に用いられる照明システムを開示したものである。前記第２の光学素子の各々がそれぞれ前記第１の光源、前記第２の光源および前記第３の光源の光出力端に設けられ、前記各光源から出力される光線を集光することができる。前記第１の光源および前記第２の光源の光出力端が対称的に前記物体の表面へ配向されている。また、前記第１の光学素子は前記対称面に照準されており、前記第３の光源から出力される光線を前記物体の表面に案内することができる。
本発明の一例に係わる前記第２の光学素子は、少なくとも１つのフレネルレンズを有している。
本発明の一例に係わる前記第１の光学素子は分光レンズである。
本発明は照明システムと画像形成システムとの組合せを開示したものであり、当該組合せは、検出対象の物体を照明するとともに当該物体の画像を形成し、第１の光源、第２の光源、第３の光源、第１の光学素子、非連続集光曲面を有する少なくとも３つの第２の光学素子および画像形成システムを含む。前記第２の光学素子の各々がそれぞれ前記第１の光源、前記第２の光源および前記第３の光源の光出力端に設けられ、前記各光源から出力される光線を集光することができる。前記第１の光源および前記第２の光源の光出力端が対称的に前記物体の表面へ配向されている。また、前記第１の光学素子は前記対称面に照準されており、前記第３の光源から出力される光線を前記物体の表面に案内することができる。前記物体の表面によって反射された光線が前記画像形成システム内において画像を形成する。
後述する本発明の詳細な内容を理解しやすくするために上記において本発明の技術的特徴およびその効果を簡潔に説明した。本発明を構成する特許請求の範囲の対象のその他の技術的特徴並びにその効果は下記のとおり説明する。当業者は、以下において述べる概念および特定な実施例に基づいて他の構造や製造プロセスに変更したり設計したりすることによって本発明と同じ目的を容易に実現することができる。当業者は、そのような等価的な構造が、後述する特許請求の範囲に記載された本発明の主旨と範囲を逸脱しないことを理解できるはずである。
特許文献１によって開示された照明および画像形成システムの概略図である。 本発明の１実施例である自動光学検出に用いられる照明システムの概略図である。 本発明の照明システムと画像形成システムとの組合せを示す概略図である。 本発明の１実施例である第２の光学素子の断面概略図である。
図２は本発明の１実施例である自動光学検出に用いられる照明システム２０の概略図である。検出対象の物体８０を照明する照明システム２０は、第１の光源２１、第２の光源２２、第３の光源２３、第１の光学素子２４および少なくとも３つの第２の光学素子２５を有している。第２の光学素子２５の各々がそれぞれ第１の光源２１、第２の光源２２および第３の光源２３の光出力端に設けられ、前記各光源から出力される光線を直接または間接的に検出対象の物体８０の表面上における軸線に集光することができる。第１の光源２１および第２の光源２２の光出力端が対称的に前記物体の表面へ配向されており、光源２１〜２３は、ＬＥＤ線状光源または光ファイバ線状光源である。第１の光学素子２４は、略前記対称面に照準されており、第３の光源２３から出力される光線を当該物体８０の表面に案内することができる。即ち、第１の光学素子２４が物体８０の表面に対して４５度の角度をなしており、かつ物体８０の表面の直上方に位置している。したがって、第１の光源２１、第２の光源２２および第３の光源２３から物体８０の表面に投射された線状光線が各面において均等になっており、かつ強度が１箇所に集中しており、それにより画像の輝度を大幅に向上することができる。
図３は本発明の照明システムと画像形成システムとの組合せを示す概略図である。第１の光学素子２４には、例えば線形ＣＣＤカメラなどの画像形成センサ３０が設けられており、第１の光学素子２４を透過した、検出対象の物体８０の表面反射光を受光することができる。第１の光学素子２４は分光レンズ（splitting lens）であってもよい。本発明の照明システム２０を用いることにより、当該画像形成センサ３０の画像品質を改善することができるとともに照明システム２０と画像形成センサ３０とを組み合わせるために必要な空間を縮小することができる。
第１の光学素子２４は分光レンズであり、第３の光源２３から出力された光線が第１の光学素子２４を透過するとともに第１の光学素子２４に屈折されて物体８０の表面に到達する。これらの光線は、物体８０の表面によって垂直に反射され第１の光学素子２４に戻された後、再び第１の光学素子２４を透過して画像形成センサ３０に到達し、画像を形成する。
図４は本発明の１実施例である第２の光学素子の断面概略図である。第２の光学素子４０は２つのフレネルレンズ４１を有している。フレネルレンズ４１は、一方の表面にジグザグ状の非連続曲面構造を有しており、他方の表面は平滑面である。これら２つのフレネルレンズ４１は、非連続曲面にて接合されて第２の光学素子４０を形成してもよく、または一体成形によって前記フレネルレンズ構造を有する第２の光学素子４０を形成してもよい。一般に第２の光学素子４０は長尺形状のレンズまたはレンズセットであり、リニアＬＥＤ光源の出力端に配置されて検出対象の物体８０に光線を集光することができる。
従来の球面レンズとの比較において、フレネルレンズは、レンズを理論上無数である複数の同心円模様（即ちフレネルゾーン）に分割することによって同じ光学的効果を得るとともに材料の使用量を削減することができる。フレネルレンズを用いることによってレンズの厚さ（および重量と体積）を大幅に削減することができ、そのため本発明の照明システムと画像形成システムとを組み合わせるために必要な空間を更に縮小することができる。
上記において本発明の技術的内容および技術的特徴を説明した。当業者は、本発明の開示に基づいて本発明の主旨を逸脱しない範囲において様々な変更や修飾をすることができる。したがって、本発明は、実施例に限定されることなく様々な変更や修飾も後述する本発明の特許請求の範囲に含まれる。
１０ 画像形成システム
１３ 平面屈折レンズ
１４ 光学素子
１５ 画像形成センサ
２０ 照明システム
２１ 第１の光源
２２ 第２の光源
２３ 第３の光源
２４ 第１の光学素子
２５ 第２の光学素子
３０ 画像形成センサ
４０ 第２の光学素子
４１ フレネルレンズ
８０ 検出対象の物体
１１１ 第１の照明装置
１１２ 第２の照明装置
１２１ 第１の光反射装置
１２２ 第２の光反射装置
１２１１ 長形溝孔

Claims (14)

  1. 自動光学検出に用いられ検出対象の物体を照明するための照明システムにおいて、
    ぞれぞれの光出力端が対称的に前記物体の表面へ配向されている第１の光源、第２の光源、第３の光源、前記物体の直上方に位置し前記第３の光源から出力される光線を前記物体の表面に案内しうる第１の光学素子、およびそれぞれ前記第１の光源、前記第２の光源および前記第３の光源の光出力端に設けられ前記各光源から出力される光線を集光しうる非連続集光曲面を有する少なくとも３つの第２の光学素子を含むことを特徴とする自動光学検出に用いられる照明システム。
  2. 前記第１の光学素子が前記第１の光源と前記第２の光源間の対称面に照準されていることを特徴とする請求項１記載の自動光学検出に用いられる照明システム。
  3. 前記第２の光学素子が少なくとも１つのフレネルレンズを有していることを特徴とする請求項１記載の自動光学検出に用いられる照明システム。
  4. 前記フレネルレンズは２つ有しており、当該フレネルレンズの各々が非連続曲面によって接合されて前記第２の光学素子を形成することを特徴とする請求項３記載の自動光学検出に用いられる照明システム。
  5. 前記第１の光源、前記第２の光源および前記第３の光源は、ＬＥＤ線状光源または光ファイバ線状光源であることを特徴とする請求項１記載の自動光学検出に用いられる照明システム。
  6. 前記第１の光学素子は分光レンズであることを特徴とする請求項１記載の自動光学検出に用いられる照明システム。
  7. 検出対象の物体を照明するとともに前記物体の画像を形成する、自動光学検出に用いられる照明システムと画像形成システムとの組合せにおいて、
    ぞれぞれの光出力端が対称的に前記物体の表面へ配向されている第１の光源と第２の光源、第３の光源、前記物体の直上方に位置し前記第３の光源から出力される光線を前記物体の表面に案内しうる第１の光学素子、それぞれ前記第１の光源、前記第２の光源および前記第３の光源の光出力端に設けられ前記各光源から出力される光線を集光しうる、非連続集光曲面を有する少なくとも３つの第２の光学素子、および前記物体の表面によって反射された光線を受光して画像を形成する画像形成システムを含むことを特徴とする自動光学検出に用いられる照明システムと画像形成システムとの組合せ。
  8. 前記第１の光学素子が前記第１の光源と前記第２の光源間の対称面に照準されていることを特徴とする請求項７記載の自動光学検出に用いられる照明システムと画像形成システムとの組合せ。
  9. 前記第２の光学素子は、少なくとも１つのフレネルレンズを有していることを特徴とする請求項７記載の自動光学検出に用いられる照明システムと画像形成システムとの組合せ。
  10. 前記フレネルレンズは２つ有しており、当該フレネルレンズの各々が非連続曲面によって接合されて前記第２の光学素子を形成することを特徴とする請求項９記載の自動光学検出に用いられる照明システムと画像形成システムとの組合せ。
  11. 前記第１の光源、前記第２の光源および前記第３の光源は、ＬＥＤ線状光源または光ファイバ線状光源であることを特徴とする請求項７記載の自動光学検出に用いられる照明システムと画像形成システムとの組合せ。
  12. 前記第１の光学素子は分光レンズであることを特徴とする請求項７記載の自動光学検出に用いられる照明システムと画像形成システムとの組合せ。
  13. 前記画像形成システムが線形ＣＣＤカメラを含むことを特徴とする請求項７記載の自動光学検出に用いられる照明システムと画像形成システムとの組合せ。
  14. 前記物体の表面によって反射されかつ前記画像形成システムによって受光された光線が先に前記第１の光学素子を透過することを特徴とする請求項７記載の自動光学検出に用いられる照明システムと画像形成システムとの組合せ。
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