JP4656393B2 - Light source device - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、CCDセンサ、CMOSセンサ等の固体撮像素子の検査に用いられる光源装置に関し、固体撮像素子の中央部と周辺部とで、均一な検査光を照射できる光源装置に関するものである。 The present invention relates to a light source device used for inspection of a solid-state imaging device such as a CCD sensor or a CMOS sensor, for example, and relates to a light source device capable of irradiating uniform inspection light at a central portion and a peripheral portion of the solid-state imaging device. .
従来、CCD(電荷結合素子)センサやCMOS(相補正金属酸化膜半導体)センサ等の固体撮像素子の検査では光源装置を用いて、被検査対象である固体撮像素子を既知の色や光量の光を照射し、固体撮像素子からの出力された電気信号をモニタするという構成が用いられている。例えば特許文献1,2等に示されている。
Conventionally, in the inspection of a solid-state imaging device such as a CCD (charge coupled device) sensor or a CMOS (phase-corrected metal oxide semiconductor) sensor, a solid-state imaging device to be inspected is light of a known color or light quantity using a light source device. Is used to monitor the electrical signal output from the solid-state imaging device. For example, it is shown in
以下図7を用いて説明する。図7に示されるように、ハロゲンランプ1は光を出力する。レンズ2は、ハロゲンランプ1からの光を入射し、ほぼ平行光もしくかわずかに収束する光束とする。減光開口部3は、レンズ2により導かれた光束を機械的に遮光することが可能な開口部でプログラマブルに開口面積の制御が可能である。ND(ニュートラルデンシティ)フィルタ部4は、モータ4aで回転する円盤上に透過率が異なるNDフィルタ4bが配置され、減光開口部3からの光を、NDフィルタ4bを通過させる。カラーフィルタ部5は、モータ5aで回転する円盤上に色の異なるカラーフィルタ5bが配置され、NDフィルタ部4からの光を、カラーフィルタ5bを通過させる。照度均一化素子6は、カラーフィルタ部5からの光を入射面から入射し、光束をほぼ同一照度分布とし出射面から照射する。レンズ部7は、照度均一化素子6からの光を結像する。CCDセンサ8は固体撮像素子で、レンズ部7からの光が照射される。
This will be described below with reference to FIG. As shown in FIG. 7, the
次に、レンズ部7の具体構成を図8に示し説明する。図8に示されるように、レンズ7a,7bは、凸レンズ、凹レンズを張り合わせたタブレットと呼ばれるレンズで、焦点距離が同じものを組み合わせて曲率の大きな面を内側に向かい合わせる。そして、レンズ7a側の光軸上結像距離の位置に、照度均一化素子6(物体面)が配置され、レンズ7b側の光軸上結像距離の位置に、CCDセンサ8(像面)が配置される。開口絞り7cは、レンズ7a,8bの間に設けられ、絞り径を変えることで、開口数を変えることができる。
Next, a specific configuration of the lens unit 7 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 8, the lenses 7 a and 7 b are lenses called tablets each having a convex lens and a concave lens attached to each other. An illuminance equalizing element 6 (object plane) is disposed at the position of the imaging distance on the optical axis on the lens 7a side, and the CCD sensor 8 (image plane) is positioned at the position of the imaging distance on the optical axis on the lens 7b side. Is placed. The
このような装置の動作を以下に説明する。ハロゲンランプ1の光が、レンズ2、減光開口部3、NDフィルタ部4のNDフィルタ4b、カラーフィルタ部5のカラーフィルタ5bを通過し、照度均一化素子6に入射される。照度均一化素子6が照度を均一化して、レンズ部7に光を入射し、レンズ部7からCCDセンサ8に光が入射される。そして、図示しないICテスタにより、CCDセンサ8の試験が行われる。
The operation of such an apparatus will be described below. The light from the
レンズ7a,7b間の開口絞り7cは、物体面(照度均一化素子6)から像面(CCDセンサ8)に達する光線のうち、光軸となる角αが最も大きな光線を決める部材で、この光線より大きな角度で出た光線はこの絞り7cにより遮られ、像面に達しない。そして、レンズ7a,7bの対称レンズの中央に開口絞り7cが位置するので、コマ収差は絞りの前後のレンズ7a,7bによりキャンセルされる。また、ディストーション(歪曲収差)は、開口絞り7cの位置により変化し、レンズ7a,7bの対称レンズの中央に位置することで、キャンセルされる。
The aperture stop 7c between the lenses 7a and 7b is a member that determines the light beam having the largest angle α as the optical axis among the light beams reaching the image surface (CCD sensor 8) from the object surface (illuminance uniformizing element 6). Light rays emitted at a larger angle than the light rays are blocked by the
このような装置では、コマ収差とディストーションがキャンセルできるが、周辺光量は画角βに対し、コサイン4乗則により周辺光量が低下する。図9に光学設計ソフトによるシミュレーション結果を示す。横軸が像高、縦軸が照度比である。像高により周辺光量の低下量は異なるが、通常、数%〜10%程度の低下がみられる。 In such an apparatus, coma aberration and distortion can be canceled, but the peripheral light amount decreases with respect to the angle of view β by the cosine fourth law. FIG. 9 shows a simulation result by the optical design software. The horizontal axis is the image height, and the vertical axis is the illuminance ratio. Although the amount of decrease in the amount of peripheral light varies depending on the image height, a decrease of about several to 10% is usually observed.
このような光を、CCDセンサ8に照射すると、中央部と周辺部とで当たる光量が異なるために、正確な検査を行うことができなかった。また、CCDセンサ8の周辺にいくほど、入射する光の角度がたおれ、CCDセンサ8の中央部と周辺部とで検査条件が異なることになり、正確な検査が行えないという問題点があった。
When the
そこで、本発明の目的は、固体撮像素子の中央部と周辺部とで、均一な検査光を照射できる光源装置を実現することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to realize a light source device capable of irradiating uniform inspection light at the central portion and the peripheral portion of a solid-state imaging device.
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項1記載の発明は、
固体撮像素子の検査に用いる光源装置において、
光を出力する光生成部と、
凸レンズ、凹レンズを張り合わせたタブレットと呼ばれるレンズの2つで、焦点距離が同じものを組み合わせて曲率半径が小さい側を向かい合わせ、僅かに隙間を空けるか、密着させ、前記光生成部からの光を入射し、前記固体撮像素子に光を照射するレンズ部と、
このレンズ部と前記光生成部との間に、レンズ部の2つのレンズの前側の合成焦点距離より短い所望の位置に配置される開口絞りと
を備え、前記固体撮像素子に照度が均一な光を照射することを特徴とするものである。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、
レンズ部は、固体撮像素子に対して、光軸上結像距離より短い所望の位置に配置されることを特徴とするものである。
請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の発明において、
光生成部は、光を入射し、照度を均一化して出射する照度均一化素子であることを特徴とするものである。
請求項4記載の発明は、請求項1〜3のいずれかに記載の発明において、
光生成部の出射面に近接して、照明エリア規制パターンを設けたことを特徴とするものである。
請求項5記載の発明は、請求項1〜4のいずれかに記載の発明において、
固体撮像素子はオンチップマイクロレンズ付きであることを特徴とするものである。
In order to achieve such a problem, the invention according to
In the light source device used for the inspection of the solid-state image sensor,
A light generator that outputs light;
Convex lens, the two lenses called tablet by laminating a concave lens, facing the side a small radius of curvature in combination focal length same, or spaced slightly clearance, in close contact, the light from the light generator A lens unit that is incident and irradiates light to the solid-state imaging device;
An aperture stop disposed at a desired position shorter than the combined focal length on the front side of the two lenses of the lens unit is provided between the lens unit and the light generation unit, and the solid-state image sensor has uniform illumination intensity. It is characterized by irradiating.
The invention according to claim 2 is the invention according to
The lens unit is arranged at a desired position shorter than the imaging distance on the optical axis with respect to the solid-state imaging device.
The invention according to claim 3 is the invention according to
The light generation unit is an illuminance uniforming element that emits light and makes the illuminance uniform and emits the light.
The invention according to claim 4 is the invention according to any one of
An illumination area restriction pattern is provided in the vicinity of the exit surface of the light generation unit.
The invention according to
The solid-state imaging device is characterized by having an on-chip microlens.
本発明によれば、開口絞りの位置を、レンズ部の前側の焦点位置の内側に設けたので、照度を均一にできる。従って、固体撮像素子に均一な検査光を照射でき、検査を精度よく行うことができる。また、絞り径を変化させても、周辺光量比が変わらないことから、照度均一化を保ったままで、所望のF値が得られる。 According to the present invention, since the position of the aperture stop is provided inside the focal position on the front side of the lens unit, the illuminance can be made uniform. Therefore, uniform inspection light can be irradiated to the solid-state imaging device, and inspection can be performed with high accuracy. Further, even if the aperture diameter is changed, the peripheral light quantity ratio does not change, so that a desired F value can be obtained while maintaining uniform illumination.
請求項2によれば、レンズ部の位置を、固体撮像素子に対して光軸上結像距離より短い所望の位置にしたので、中央部が適度にぼやけ、光生成部の微細な表面のキズやゴミの付着による照度分布の乱れを緩和することができる。 According to the second aspect, since the position of the lens unit is set to a desired position that is shorter than the imaging distance on the optical axis with respect to the solid-state imaging device, the central part is moderately blurred, and the surface of the light generating part is flawed. Disturbances in illuminance distribution due to dust and dirt can be alleviated.
請求項3によれば、照度均一化素子が中央部の照度が高くなり、周辺光量が僅かに落ちる傾向があるが、開口絞りの位置を調整することにより、照度の補正が可能である。 According to the third aspect of the present invention, the illuminance equalizing element tends to increase the illuminance at the center and the peripheral light amount slightly decreases, but the illuminance can be corrected by adjusting the position of the aperture stop.
請求項4によれば、照明エリア規制パターンにより照明エリアを決めることができ、隣接する固体撮像素子に、均一な照度の光をあてることができる。 According to the fourth aspect, the illumination area can be determined by the illumination area restriction pattern, and light with uniform illuminance can be applied to the adjacent solid-state imaging device.
請求項5によれば、開口絞りの位置を、レンズ部の前側の焦点位置の内側に設けたので、周辺光量を増加させ、中央部と周辺部の照度を均一化できると共に、周辺部に対して、光を斜めにあてることができ、オンチップマイクロレンズ付けの固体撮像素子の試験を行うことができる。
According to
以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図1は本発明の一実施例を示した要部構成図である。ここで、図7と同一のものは同一符号を付し説明を省略する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the main part of an embodiment of the present invention. Here, the same components as those in FIG.
図1に示されるように、レンズ9,10はレンズ7部の代わりに設けられ、凸レンズ、凹レンズを張り合わせたタブレットと呼ばれるレンズで、焦点距離が同じものを組み合わせて曲率半径が小さい側を向かい合わせ、僅かに隙間を空けるか、密着させる。そして、レンズ9側の光軸上結像距離の位置に、照度均一化素子6(物体面)が配置され、レンズ10側の光軸上結像距離より短い所望の位置に、CCDセンサ8(像面)が配置される。開口絞り11は、レンズ9と照度均一化素子6との間に、レンズ9,10の合成焦点距離より短い所望の位置に配置され、絞り径を変えることで、開口数を変える。合成焦点距離fは、1/f=1/fa+1/fb−d/(fa・fb)、fa:レンズ9の焦点距離、fb:レンズ10の焦点距離、d:レンズ9,10の間隔で求める。
As shown in FIG. 1, the
このような装置の動作を以下に説明する。ハロゲンランプ1の光が、レンズ2、減光開口部3、NDフィルタ部4のNDフィルタ4b、カラーフィルタ部5のカラーフィルタ5bを通過し、照度均一化素子6に入射される。照度均一化素子6が照度を均一化して、開口絞り11に光を照射し、開口絞り11が開口数を制限して、レンズ9,10に光を出射する。そして、レンズ10がCCDセンサ8に光を出射し、図示しないICテスタにより、CCDセンサ8の試験が行われる。
The operation of such an apparatus will be described below. The light from the
ここで、図1に示す要部の動作をさらに詳細に説明する。図2は図1に示す装置の動作を説明する図である。ここで、レンズ9,10は1つのレンズとして略して記す。(a)は開口絞り11をレンズ9,10の直後に配置した場合、(b)は開口絞り11をレンズ9,10から少し離して物体面側に配置した場合、(c)は開口絞り11をレンズ9,10の合成焦点距離の物体面側の位置に配置した場合である。
Here, the operation of the main part shown in FIG. 1 will be described in more detail. FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the apparatus shown in FIG. Here, the
(a)は、照度均一化素子6から出た光が、レンズ9,10の中央を通ってCCDセンサ8に達する。(b)は、照度均一化素子6から出た光(主光線)が、レンズ9,10レンズ9,10のやや中心から離れた位置を通り、CCDセンサ8に達する。(c)は、照度均一化素子6から出た光(主光線)が、CCDセンサ8側で光軸と平行になり、像側で平行光線となる像側テレセンリック光学系となる。ここで、CCDセンサ8側の主光線と光軸の角度θ1〜θ3は、開口絞り11の絞りがレンズ9,10から離れて焦点距離の位置に近づくにつれて角度が浅くなる。しかし、テレセントリック光学系にすると、レンズのかなり周辺まで光線が透過するようになり、その光線径D3は他の光線径D1,D2より大きくなり、(c)の場合、レンズ9,10は大口径のレンズにする必要がある。
In (a), the light emitted from the illuminance uniformizing element 6 reaches the
また、(c)、すなわち、テレセントリック光学系の場合を、光学ソフトでシミュレーションした結果、図3に示すようになる。図3に示すように、横軸は像高、縦軸は照度比である。つまり、周辺光量が数%〜10%高くなる。 Further, (c), that is, the case of a telecentric optical system, as a result of simulation with optical software, is as shown in FIG. As shown in FIG. 3, the horizontal axis represents the image height, and the vertical axis represents the illuminance ratio. That is, the peripheral light amount is increased by several to 10%.
このような装置では、開口絞り11の位置を、レンズ9,10の前側の合成焦点位置の内側に設けたので、周辺部の主光線が光軸にほぼ平行で、照度を均一にできる。従って、固定撮像素子に均一な検査光を照射でき、検査を精度よく行うことができる。また、絞り径を変化させても、周辺光量比が変わらないことから、照度均一化を保ったままで、所望のF値が得られる。
In such an apparatus, since the position of the
また、レンズ9,10からの光は、光軸に垂直に置かれた平面に結像することが理想だが、必ずしも平面に結像せず、中心ではシャープな像が写っているのに、周辺がぼやけてしまう。ところが、ピンと位置をずらすと、中心がぼやけ、周辺像が合焦する。すなわち、レンズ9,10の位置を、CCDセンサ8に対して光軸上結像距離より短い所望の位置にしたので、中央部が適度にぼやけ、照度均一化素子6の微細な表面のキズやゴミの付着による照度分布の乱れを緩和することができる。
In addition, it is ideal that the light from the
また、照度均一化素子6が中央部の照度が高くなり、周辺光量が僅かに落ちる傾向があるが、開口絞り11の位置を調整することにより、照度の補正が可能となる。
Further, although the illuminance equalizing element 6 tends to increase the illuminance at the center and the peripheral light amount slightly decreases, the illuminance can be corrected by adjusting the position of the
次に、オンチップマイクロレンズ付きのCCDセンサを試験する場合について説明する。オンチップマイクロレンズ付きのCCDセンサは、例えば特開平5−6986号公報、特開平6−125071号公報等に記載されている。以下、デジタルカメラの構成を、図4を用いて説明する。 Next, a case where a CCD sensor with an on-chip microlens is tested will be described. CCD sensors with on-chip microlenses are described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 5-6986 and 6-125071. Hereinafter, the configuration of the digital camera will be described with reference to FIG.
図4に示されるように、オンチップマイクロレンズ付きのCCDセンサ80は、基板81、フォトダイオード82、垂直電荷転送ライン83、オンチップマイクロレンズ84からなる。多数のフォトダイオード82は基板81に形成される。多数の垂直電荷転送ライン83は、隣接するフォトダイオード82間に形成される。多数のオンチップマイクロレンズ84は、CCDセンサ80の中心に対してシフトして、フォトダイオード82ごとに設けられ、フォトダイオード82に光を導く。レンズ90は、CCDセンサ80の上部に設けられ、CCDセンサ80に光を導く。開口絞り100は、レンズ90に近接して、レンズ90からの光を絞り、CCDセンサ80に光をあてる。
As shown in FIG. 4, the
このように、開口絞り100の位置を低くし、パッケージの小型化を図るために、オンチップマイクロレンズ84のピッチは、開口絞り100に向けて構成される。つまり、A点のフォトダイオード82では、垂直に光が入射するため、オンチップマイクロレンズ83はフォトダイオードに対してシフトさせていないが、B点のフォトダイオード82では、倒れて入射する光を考慮して、垂直電荷転送ライン83や図示していない遮光膜、カラーフィルタなどでケラレが発生しないようにシフトしている。
Thus, in order to reduce the position of the
このようなオンチップマイクロレンズ付きのCCDセンサ80の試験動作を、図5を用いて説明する。ここで、図1と同一のものは同一符号を付し説明を省略する。図5に示されるように、照明エリア規制パターン12は、照度均一化素子6の照射面に近接して設けられ、照明エリアを規制する。そして、CCDセンサ8の代わりに、検査対象がCCDセンサ80になっている。
The test operation of the
このような装置の動作を説明する。ハロゲンランプ1の光が、レンズ2、減光開口部3、NDフィルタ部4のNDフィルタ4b、カラーフィルタ部5のカラーフィルタ5bを通過し、照度均一化素子6に入射される。照度均一化素子6が照度を均一化して、照明エリア規制パターン12により、照明エリアが規制され、開口絞り11に光が照射される。そして、開口絞り11が開口数を制限して、レンズ9,10に光を出射する。レンズ10がCCDセンサ80に光を出射する。
The operation of such an apparatus will be described. The light from the
一般に、CCDセンサ80を検査する場合、照度均一化素子6の出射光を、ピンホールを介して、CCDセンサ80にあてて、CCDセンサ80の周辺部に、光が倒れてあてるようにしている。しかし、図5のaに示されるように、周辺光量が少なくなり、検査精度に大きな支障をきたしてしまう。
In general, when the
そこで、開口絞り11の位置を、レンズ9,10の前側の合成焦点位置の内側に設けたので、図5のbに示されるように、周辺光量を増加させ、中央部と周辺部の照度を均一化できると共に、図2(b)に示されるように、CCDセンサ80の周辺部8に対して光を斜めにあてることができる。図5のcは照明エリア規制パターン12により、照明エリアが制限された場合である。
Therefore, since the position of the
また、ピンホールによる照明の検査では、CCDセンサ80は通常長方形であるため、対角をカバーする直径の円形照明となってしまう。つまり、図6に示されるように、照明エリアL1,L2のようになり、隣接するCCDセンサ80まで余分な光があたり、CCDセンサ80と同じピッチで同数のピンホールを開けたのでは、円錐状の光が重なり、照度の均一性が損なわれる。そこで、CCDセンサ80を1個飛ばしで、検査しなければならない。しかし、照明エリア規制パターン12により照明エリアを決めた上で、開口絞り11の位置を、レンズ9,10の前側の合成焦点距離の内側に設けることで、図6に示されるように、照明エリアL3,L4のようになり、隣接するCCDセンサ80に、均一な照度の光をあてることができる。
Further, in the inspection of illumination by pinholes, the
この結果、例えば落射光束の直径が50mm、CCDセンサ80のピッチが6mmとすると、同時に照射できるCCDセンサ80の個数は、50mm/6mm=8個となる。1個飛ばしの場合は、半分の4個となる。すなわち、試験時間を短縮することができる。
As a result, for example, if the diameter of the incident light beam is 50 mm and the pitch of the
なお、本発明はこれに限定されるものではなく、光源として、ハロゲンランプ1を用いたが、発光素子を用いてもよい。
The present invention is not limited to this, and the
また、レンズ9,10の2つのレンズによるレンズ部の例を示したが、1つのレンズや複数のレンズによりレンズ部を構成してもよい。
Moreover, although the example of the lens part by two lenses of the
6 照度均一化素子
8,80 CCDセンサ
9,10 レンズ
11 開口絞り
12 照度規制パターン
6
Claims (5)
光を出力する光生成部と、
凸レンズ、凹レンズを張り合わせたタブレットと呼ばれるレンズの2つで、焦点距離が同じものを組み合わせて曲率半径が小さい側を向かい合わせ、僅かに隙間を空けるか、密着させ、前記光生成部からの光を入射し、前記固体撮像素子に光を照射するレンズ部と、
このレンズ部と前記光生成部との間に、レンズ部の2つのレンズの前側の合成焦点距離より短い、所望の位置に配置される開口絞りと
を備え、前記固体撮像素子に照度が均一な光を照射することを特徴とする光源装置。 In the light source device used for the inspection of the solid-state image sensor,
A light generator that outputs light;
Convex lens, the two lenses called tablet by laminating a concave lens, facing the side a small radius of curvature in combination focal length same, or spaced slightly clearance, in close contact, the light from the light generator A lens unit that is incident and irradiates light to the solid-state imaging device;
Between the lens unit and the light generation unit, an aperture stop disposed at a desired position that is shorter than the combined focal length of the front side of the two lenses of the lens unit is provided, and the solid-state imaging device has uniform illuminance A light source device that emits light.
Priority Applications (3)
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