JP4867272B2 - Light source device - Google Patents
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Description
本発明の光源装置は、特に固体撮像素子の検査用光源の照明光学系に関し、固体撮像素子に光源からの光を照射するに際し、開口絞りを有するレンズ光学系を用いて周辺光量を補正することにより、均一で明るい照明を落斜する光学系に関するものである。 The light source device of the present invention particularly relates to an illumination optical system for an inspection light source of a solid-state image sensor, and corrects the amount of peripheral light using a lens optical system having an aperture stop when irradiating light from the light source to the solid-state image sensor. Thus, the present invention relates to an optical system that tilts uniform and bright illumination.
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に既知の色
や光量の光を照射し、固体撮像素子から出力された電気信号をモニタするものがある。このような光源装置の先行技術としては例えば特許文献１に示されたものがある。
Conventionally, in 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 light source device is used, and light of a known color or light amount is applied to the solid-state imaging device to be inspected. And monitoring the electrical signal output from the solid-state image sensor. As a prior art of such a light source device, for example, there is one disclosed in
ＣＣＤ等の固体撮像素子の製造にあたっては、これらの固体撮像素子がウエハ上に形成された段階で、個々の固体撮像素子の性能が検査される。
図３はこのような検査に用いられる固体撮像素子の検査用光源として用いられる光源装置の一例を示す概要図である。
In manufacturing a solid-state image pickup device such as a CCD, the performance of each solid-state image pickup device is inspected when these solid-state image pickup devices are formed on a wafer.
FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of a light source device used as a light source for inspection of a solid-state imaging device used for such inspection.
図３において、ハロゲンランプ１などを光源とし、レンズ２でランプ光をほぼ平行もしくはわずかに収束する光束とする。光束の途中には減光開口部３、ＮＤフィルタ５、カラーフィルタ７が挿入されている。ＮＤフィルタ５はモータ４で回転する円盤の円周上に透過率の異なるＮＤ（ニュートラルデンシティ）フィルタが配置されている。
In FIG. 3, a
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フィルタ５だけでは光量の制御ステップ数が少ないため（例えば６〜８種搭載可能）、減光開口部３と組み合わせて光量の制御ステップ数を増やしている。
The dimming aperture 3 is an aperture capable of mechanically shielding the light beam guided by the
カラーフィルタ７はモータ６で回転する円盤の円周上に色の異なるフィルタが配置されている。ＮＤフィルタ５、カラーフィルタ７を通過した光は照度均一化素子１０に入射し、内部で反射を繰り返すことで出口において照度ムラ、色ムラの極めて少ない均一な拡散光となる。
In the color filter 7, filters of different colors are arranged on the circumference of a disk rotated by the
次に拡散光を再び平行光として被検査撮像素子１２に導くために、レンズ２２ａ，２２ｂで平行光とされ、ＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）を制限する開口絞り９により被検査撮像素子１２に必要なＮＡが制限される。
このように、照度均一化素子１０と被検査撮像素子１２に共役関係な位置に置かれたレンズ２２ａ，２２ｂによって被検査撮像素子１２に照度均一化素子１０の出口を結像して照明される。
Next, in order to guide the diffused light again as parallel light to the inspected image sensor 12, the lens 22 a and 22 b make the parallel light, and the NA required for the inspected image sensor 12 by the aperture stop 9 that restricts NA (Numerical Aperture). Is limited.
Thus, the exit of the illuminance equalizing element 10 is imaged and illuminated on the inspected image sensor 12 by the lenses 22a and 22b placed in a conjugate relationship with the illuminance equalizing element 10 and the inspected image sensor 12. .
ここで照度均一化素子１０のほぼ直後に照明エリアを規制するマスク（図示省略）を置けば、被検査撮像素子１２には任意のサイズ、形状で落射が可能である。 Here, if a mask (not shown) for restricting the illumination area is placed almost immediately after the illuminance uniformizing element 10, the inspected imaging element 12 can be reflected in an arbitrary size and shape.
図４は、前述の図３に示した光学系のレンズ２２ａ，２２ｂ、開口絞り９の詳細を示したもので、このような構成は光学的には均一化素子１０の出口の均一面光源をレンズで被検査撮像素子１２に投影する「ロッド照明」である。 FIG. 4 shows the details of the lenses 22a and 22b and the aperture stop 9 of the optical system shown in FIG. 3, and such a configuration optically uses a uniform surface light source at the exit of the uniformizing element 10. FIG. This is “rod illumination” which is projected onto the inspected image sensor 12 by a lens.
一般的に良く知られているロッド照明としては、簡単な構成で優れた結像性能が得られるリレーレンズ系が用いられる。このリレーレンズ系では凸レンズと凹レンズを貼り合わせて作ったダブレットと呼ばれるレンズ２２ａ、２２ｂが用いられ、等倍に投影する場合は、レンズ２２ａ、２２ｂは焦点距離が同じものが選ばれる。 As a well-known rod illumination, a relay lens system that can obtain excellent imaging performance with a simple configuration is used. In this relay lens system, lenses 22a and 22b called doublets made by bonding a convex lens and a concave lens are used, and when projecting at the same magnification, lenses 22a and 22b having the same focal length are selected.
レンズ２２ａ、２２ｂは曲率の大きな面を内側に向かい合わせ、それぞれのレンズの焦点距離の位置に物体面２１と像面２５がくるように、且つレンズ間のちょうど中間に開口絞り９を設けることにより光束を制限できるように配置した光学系である。レンズ２２ａ、２２ｂの間隔は特に規定はないが、開口絞り９が入る間隔を確保した上で出来るだけ近いほうがレンズとしては明るいものになる。
The lenses 22a and 22b have surfaces with large curvatures facing inward, the object plane 21 and the
前述ではダブレットレンズ２枚を組み合わせた構成を示したが、平凸単レンズや両凸単レンズを組み合わせた構成でも構わない。その場合、ダブレットレンズと比較すると球面収差は一桁大きくなる。このような構成は結像光学系では問題外であるが、照明光学系では像高(画像の大きさ、又は照明エリア)によっては許容できる。 In the above description, a configuration in which two doublet lenses are combined is shown, but a configuration in which a planoconvex single lens or a biconvex single lens is combined may be used. In that case, the spherical aberration is an order of magnitude larger than that of the doublet lens. Such a configuration is not a problem in the imaging optical system, but is acceptable depending on the image height (the size of the image or the illumination area) in the illumination optical system.
図４に示すように、レンズ２２ａ、２２ｂ間に開口絞り９を設け、絞り径を変えることでＮＡを変えることが出来る。開口絞り９の働きは、物体面２１の光軸上の点Ｏを像面２５のＯ’に達する光線のうち光軸となす角αが最も大きな光線を決めるもので、この光線より大きな角度で出た光線はこの絞りにより遮られ像面２５に達しない。
As shown in FIG. 4, the aperture stop 9 is provided between the lenses 22a and 22b, and the NA can be changed by changing the diameter of the stop. The function of the aperture stop 9 is to determine a light ray having the largest angle α with the optical axis among the light rays reaching the point O on the optical axis of the object plane 21 to O ′ of the
ここで開口絞り９の位置について考察すると、主に２つの要因で図４に示した光学系が用いられる。
理由の１つ目はコマ収差の抑制のためにレンズ２２ａ、２２ｂによって構成された対称レンズの中央に開口絞り９を置くことでコマ収差は絞りの前後のレンズによりキャンセルされるという性質を有しているからである。
Considering the position of the aperture stop 9 here, the optical system shown in FIG. 4 is mainly used for two factors.
The first reason is that the coma aberration is canceled by the lenses before and after the aperture stop by placing the aperture stop 9 in the center of the symmetrical lens constituted by the lenses 22a and 22b in order to suppress the coma aberration. Because.
理由の２つ目はディストーション（歪曲収差）で、ディストーションは開口絞り９の位置によって変化し、前述と同様に対称形レンズの中央に開口絞りを置くことでキャンセルされるという性質があり、そのため、カメラ用レンズには対称系に設計されたレンズが多く見られる。 The second reason is distortion (distortion aberration). Distortion changes depending on the position of the aperture stop 9 and has the property of being canceled by placing the aperture stop in the center of the symmetric lens as described above. Many lenses designed for cameras are designed symmetrically.
凸単レンズの場合、絞りがレンズの像側にあれば糸巻き型のディストーションになり、逆に物体側にあればたる型のディストーションになる。これはレンズの中心から離れた位置を通った光線ほど強く屈折されるために発生する現象である。
なお、対称レンズの中間に絞りが置かれる実例として、先行技術文献で示した特開２００４−６１１５４の図２などがある。
In the case of a convex single lens, if the diaphragm is on the image side of the lens, it becomes a pincushion type distortion, and conversely if it is on the object side, it becomes a barrel type distortion. This is a phenomenon that occurs because light rays passing through positions away from the center of the lens are refracted more strongly.
An actual example in which a stop is placed in the middle of a symmetric lens is shown in FIG. 2 of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-61154 shown in the prior art document.
ところで、前述の図４に示した従来の光学系は結像光学系としては、コマ収差とディストーションはキャンセル出来るが、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５は図４に示した光学系を光学設計ソフトでシミュレーションした像高と照度比の関係を示す図である。この図によれば、像高が高くなるに従って周辺光量の低下量が大きくなる。
Incidentally, the conventional optical system shown in FIG. 4 can cancel coma aberration and distortion as an imaging optical system, but the peripheral light amount is reduced by the cosine fourth law with respect to the angle of view β.
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the image height and the illuminance ratio when the optical system shown in FIG. 4 is simulated by optical design software. According to this figure, the amount of decrease in the peripheral light amount increases as the image height increases.
撮像素子検査用光源としては中央の光量も周辺の光量も厳密に同じである必要がある。像高は検査範囲（＝照明エリア）で決まってしまうため、レンズから像面までの距離を十分とって画角βが大きくならないようにされる。そのためには焦点距離の長いレンズを採用する必要がある。しかし、図４に示す従来例のレンズ２２ａ、２２ｂは同じレンズであるため、レンズから物体面までの距離も長くなってしまう。 As a light source for imaging element inspection, the central light quantity and the peripheral light quantity need to be exactly the same. Since the image height is determined by the inspection range (= illumination area), a sufficient distance from the lens to the image plane is taken so that the angle of view β does not increase. For this purpose, it is necessary to use a lens with a long focal length. However, since the conventional lenses 22a and 22b shown in FIG. 4 are the same lens, the distance from the lens to the object plane also becomes long.
従って周辺光量比は装置全体のサイズ制限、光学系部（レンズ）の最大許容口径の制限、ダブレットレンズの選定などのレンズ光学系の設計で決まり、一度決めてしまった周辺光量比は開口絞りを開放しても絞り込んでも基本的には変わることが無く、照明エリアの周辺部が数パーセント暗くなることは避けられない。 Therefore, the peripheral light amount ratio is determined by the lens optical system design such as the size limit of the entire device, the maximum allowable aperture of the optical system (lens), and the selection of the doublet lens. Even if it is opened or narrowed, there is basically no change, and it is inevitable that the peripheral part of the illumination area becomes darker by several percent.
この照度分布を補正するには中央部の透過率を低く設定し、周辺にかけて透過率を高くしたセンターＮＤ（ニュートラルデンシティ）タイプの部分透過率補正フィルターを用いて中央部の照度を落とし均一化する方法があるが、透過率の微妙に異なるフィルターを複数枚製作し合わせ込むしか術がない。センターＮＤの製作誤差はそのまま照明装置の光学特性に影響を及ぼし、機差の要因になる。 To correct this illuminance distribution, the central ND (Neutral Density) type partial transmittance correction filter is used to lower the illuminance at the center and make it uniform by setting the transmittance at the center low. There is a method, but the only way to do this is to make multiple filters with slightly different transmittances. The manufacturing error of the center ND directly affects the optical characteristics of the lighting device and causes a machine difference.
また焦点距離を長く取る理由は、被検査撮像素子１２に入射する角度が周辺に行くほど倒れることになり、照明エリアの最外点（一番像高の高い位置）ではβだけ倒れてしまい検査光として中央と周辺で条件が異なることによる。従って、周辺光量の均一性と合わせて後述のテレセントリック性を確保する為にも長い焦点距離が求められる。 The reason why the focal length is long is that the angle of incidence on the inspected image sensor 12 is tilted as it goes to the periphery, and it is tilted by β at the outermost point of the illumination area (the position with the highest image height). This is due to the difference in conditions between light and the center. Therefore, a long focal length is required to ensure the telecentricity described later in combination with the uniformity of the peripheral light quantity.
このように対称形レンズの中央に開口絞りがある光学系では焦点距離を長くとっても結局中央部と周辺部では主光線の倒れは払拭できず５〜１０度程度の倒れが発生することになる。被撮像素子１２の同時測定数が２個または４個程度をカバーする照明エリアであればある程度の光軸の倒れは許容できる。しかし、同時測定数が8個またはそれ以上の場合は被検査素子の中央と周辺で明らかな差が生じ、同条件で検査出来ないという問題が生じる。 In this way, in an optical system having an aperture stop in the center of a symmetric lens, even if the focal length is long, the fall of the principal ray cannot be wiped out at the center and the periphery, and a fall of about 5 to 10 degrees occurs. If the illumination area covers about two or four simultaneous measurements of the image pickup element 12, a certain degree of tilting of the optical axis is acceptable. However, when the number of simultaneous measurements is 8 or more, there is a clear difference between the center and the periphery of the element to be inspected, which causes a problem that inspection cannot be performed under the same conditions.
前述の従来例では焦点距離を長く取って、許容される範囲で使用しているが、近年ＬＥＤを光源に用いた撮像素子検査用光源も開発され、ハロゲンランプの短所である短寿命が改善されている。しかしＬＥＤ光源も万能ではなく、光量的にはまだハロゲンランプ光源に対し１/５〜１/１０程度の光量しか得られず、明るい条件で検査される必要がある場合には光量不足となる。 In the above-described conventional example, the focal length is long and it is used within an allowable range. However, in recent years, a light source for image sensor inspection using an LED as a light source has been developed, and the short life, which is a disadvantage of halogen lamps, has been improved. ing. However, the LED light source is not universal, and the light amount is still only about 1/5 to 1/10 of the halogen lamp light source, and the light amount is insufficient when it is necessary to inspect under bright conditions.
光量の少ない光源をカバーするには照明光学系の焦点距離を短くしてＦ値の小さい明るいレンズ光学系を採用する必要がある。ハロゲン光源を用いた場合でもより明るい要求や、更に広い照射エリア対応など明るいレンズ光学系は大変有要である。 In order to cover a light source with a small amount of light, it is necessary to shorten the focal length of the illumination optical system and adopt a bright lens optical system with a small F value. Even when a halogen light source is used, a bright lens optical system is very important, such as a brighter requirement and a wider irradiation area.
従って、本発明の目的は、照明用レンズとして、過剰な結像性能よりも周辺照度比やテレセントリック性などを改善した明るいレンズを得るために、結像を目的としたレンズとは別の指標で設計されたレンズ光学系を用いることで、検査用光源装置の特性を改善することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to use a different index from a lens intended for imaging in order to obtain a bright lens with improved peripheral illuminance ratio and telecentricity rather than excessive imaging performance as an illumination lens. By using the designed lens optical system, the characteristic of the inspection light source device is to be improved.
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、請求項１記載の発明は、
光源からの光をレンズ群を介して被検査撮像素子に照射する光源装置において、
該光源装置は、均一面光源を前記被検査撮像素子に結像させる互いに焦点距離だけ離れた位置に配置された共役の関係にある２組のレンズ群で構成され、前記均一面光源に対向する一方の組のレンズ群は２枚のレンズが近接して配置され、該２枚のレンズの中間に光軸に対する主光線の倒れ角を０度にするための開口絞りを設けたことを特徴とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and the invention according to
In a light source device that irradiates an inspected image sensor with light from a light source through a lens group,
The light source device is composed of two sets of lens groups in a conjugate relationship that are disposed at positions separated from each other by a focal length that forms an image of the uniform surface light source on the image sensor to be inspected , and faces the uniform surface light source. One set of lens groups is characterized in that two lenses are arranged close to each other, and an aperture stop is provided in the middle of the two lenses to make the tilt angle of the principal ray with respect to the
請求項２においては、請求項１〜３のいずれかに記載の光源装置において、
前記２組のレンズ群は、材質と大きさがほぼ同一なレンズで構成されたことを特徴とする。
In
The two sets of lens groups are formed of lenses having substantially the same material and size.
請求項３においては、請求項１または２に記載の光源装置において、
前記２組のレンズ群は、平凸レンズで構成され、各レンズの凸面が向かい合って配置されたことを特徴とする。
In Claim 3 , in the light source device of
The two sets of lens groups are constituted by plano-convex lenses, and the convex surfaces of the lenses are arranged facing each other.
請求項４においては、請求項１〜３に記載の光源装置において、
前記２組のレンズ群のうちの、他方のレンズ群は平凸単レンズ２枚、タブレットレンズが１枚又は２枚で構成されたレンズ系であることを特徴とする。
In claim 4, the light source device according to
Of the two sets of lens groups, the other lens group is a lens system including two plano-convex single lenses and one or two tablet lenses.
請求項５においては、請求項１〜４のいずれかに記載の光源装において、
前記一方の組のレンズ群の中間に設けられた絞りは、固定絞り又は可変絞りであることを特徴とする。
In Claim 5 , in the light source device in any one of Claims 1-4 ,
The diaphragm provided in the middle of the one group of lens groups is a fixed diaphragm or a variable diaphragm.
請求項６においては、請求項５に記載の光源装置において、
前記可変絞りは、円盤（ターレット）の周縁付近の円周上に絞り径の異なる複数の絞りを備えたことを特徴とする。
In
The variable aperture includes a plurality of apertures having different aperture diameters on a circumference in the vicinity of the periphery of a disk (turret).
請求項7においては、請求項５に記載の光源装置において、
前記可変絞りは、可動羽を有する絞りとしたことを特徴とする。
In claim 7 , in the light source device according to claim 5,
The variable diaphragm is a diaphragm having movable wings.
以上説明したことから明らかなように本発明の請求項１，５，６によれば、主に以下の点が改善される。
光源装置は、均一面光源を前記被検査撮像素子に結像させる互いに焦点距離だけ離れた位置に配置された共役の関係にある２組のレンズ群で構成され、前記均一面光源に対向する一方の組のレンズ群は２枚のレンズが近接して配置され、該２枚のレンズの中間に光軸に対する主光線の倒れ角を０度にするための開口絞りを設けたので、光軸に対する主光線の倒れ角を０度にすることができ、均一性、テレセントリック性、結像性を改善することができる。また、従来例では明るいレンズを得ようとれば倒れ角が増し、テレセントリック性と明るいレンズの両立は出来ないが、本発明のレンズでは双方両立して可能であり、大きな（広い）光束を得ることができる。
As is clear from the above description, according to
The light source device is composed of two pairs of lens groups having a conjugate relationship, which are disposed at positions separated from each other by a focal length, which forms an image of the uniform surface light source on the image sensor to be inspected, and is opposed to the uniform surface light source. In this lens group, two lenses are arranged close to each other, and an aperture stop is provided in the middle of the two lenses to make the tilt angle of the principal ray with respect to the
請求項２によれば、２組のレンズ群の材質と大きさをほぼ同一なレンズで構成したので、価格を安くすることができる。
According to 請
請求項３によれば、２組のレンズ群を平凸レンズで構成し、各レンズの凸面を向かい合わせて配置したので、高い結像性能を得ることができる。
請求項４によれば、２組のレンズ群のうちの、他方のレンズ群を平凸単レンズ２枚、タブレットレンズを１枚又は２枚で構成したので結像性能を向上させることができる。
According to the third aspect , since the two lens groups are constituted by plano-convex lenses and the convex surfaces of the respective lenses are arranged to face each other, high imaging performance can be obtained.
According to the fourth aspect , since the other lens group of the two lens groups is composed of two plano-convex single lenses and one or two tablet lenses, the imaging performance can be improved.
請求項7によれば、可動羽を有する可変絞りとしたので、短時間に絞りの径を可変できコンパクトで安価に入手可能である。
According to claim 7, since the variable throttle having a movable blade, Ru inexpensively available Der diameter momentary stop at variable can compact.
本発明によれば、明確な設計思想で均一な照度が得られることから、物体像に相当する均一化素子の均一照度をそのまま特性を落とすことなく被検査素子まで伝達することが可能なので、途中に照度低下の要因となる照度補正フィルターなど介在させることなく最大限光束を利用でき、大きな周辺光量比を得ることができる。
また、従来の光源装置では主光線の倒れや、周辺光量比が許容できるように長焦点距離化しなけれはならず、明るいレンズはトレードオフの関係からＦ４程度が限界である。本発明のレンズではＦ２より明るいレンズも設計可能なので光量にして約４倍明るいレンズを設計することができる。
According to the present invention, since uniform illuminance can be obtained with a clear design concept, it is possible to transmit the uniform illuminance of the uniformizing element corresponding to the object image to the element to be inspected without degrading the characteristics. Thus, the maximum luminous flux can be used without interposing an illuminance correction filter that causes a decrease in illuminance, and a large peripheral light quantity ratio can be obtained.
Further, in the conventional light source device, it is necessary to increase the focal length so that the fall of the principal ray and the peripheral light amount ratio can be tolerated, and a bright lens has a limit of about F4 due to a trade-off relationship. In the lens of the present invention, a lens brighter than F2 can be designed, so that a lens that is about four times brighter in light quantity can be designed.
更に、同じレンズを使用するので大口径化に適した構成で安価なレンズ製作が可能である。また、中間に絞りが設けられた一方の組のレンズ群は他方の群のレンズ径ほど要らないことから、光学特性はそのままでレンズ外径のみ必要サイズまで削り込んでレンズの製作数量（研磨バッチ数）などを上げることができる。 Furthermore, since the same lens is used, an inexpensive lens can be manufactured with a configuration suitable for increasing the aperture. In addition, the lens group of one set with a diaphragm in the middle does not require as much as the lens diameter of the other group. Therefore, the lens production quantity (polishing batch) Number).
図１は本発明の光源装置を構成するレンズ光学系の一例を示す図である。本発明のレンズは、等倍近辺に適した光学系（レンズを介することによる像の拡大、縮小がない系）であるが、多少の縮小系、拡大系においても適用可能である。
図１に示すように本発明では材質や曲率半径など光学特性が同程度で、１組が２枚で構成された２組の平凸レンズ３３ａ，３３ｂのレンズの凸側を向かい合わせたレンズ系が用いられる。
FIG. 1 is a diagram showing an example of a lens optical system constituting the light source device of the present invention. The lens of the present invention is an optical system suitable for near the same magnification (a system that does not enlarge or reduce an image through a lens), but can be applied to some reduction systems and enlargement systems.
As shown in FIG. 1, the present invention has a lens system in which the optical characteristics such as the material and the radius of curvature are approximately the same, and the convex sides of the two sets of plano-
１組はレンズ３３ａ，３３ｂとこれらのレンズに挟まれた開口絞り３９で構成されており、開口絞り３９はレンズ３３ａ，３３ｂの中間に設けられ、レンズ間は出来るだけ近く配置されている。他の一組も同じくレンズ３３ａ，３３ｂで構成され、こちらのレンズ間も極近接して配置されている。
One set includes
２組のレンズの間隔は合成焦点距離だけ離して配置され（２組のレンズ群が互いの焦点距離だけ離れた位置に配置され）ており、レンズの中間に開口絞りが配置された１組のレンズ群（１群）が物体面と対向し、他の一組（２群）は像面３５に対向して配置されている。なお、物体面３１と像面３７は、レンズ系の共役の関係になるよう配置されている。
このように構成することにより、像側テレセントリックのレンズとすることが出来る。
The distance between the two sets of lenses is set apart by a combined focal length (the two sets of lens groups are arranged at positions separated from each other by the focal length), and a set of aperture stops arranged in the middle of the lenses. The lens group (first group) faces the object plane, and the other set (second group) faces the image plane 35. The object plane 31 and the image plane 37 are arranged so as to have a conjugate relationship of the lens system.
With this configuration, an image side telecentric lens can be obtained.
レンズの焦点距離は、ワーキングディスタンスや光学系の全長、像高などにより設計するが、一般的にｆ＝８０ｍｍ〜２００ｍｍ程度の市販されているレンズの組み合わせが適当である。
上述の構成によれば、検査用光源に求められる重要な光学特性のテレセントリック性が、単レンズの誤差（一般的に２％程度の製作誤差がある）に起因して発生しても２組のレンズ間の距離を調整することで正確なテレセントリック性を確保することができる。
The focal length of the lens is designed according to the working distance, the total length of the optical system, the image height, and the like. In general, a combination of commercially available lenses with f = 80 mm to 200 mm is appropriate.
According to the above configuration, even if the telecentricity of the important optical characteristics required for the inspection light source is generated due to a single lens error (generally, there is a manufacturing error of about 2%), two sets of Accurate telecentricity can be ensured by adjusting the distance between the lenses.
また諸事情によりテレセントリック性を多少犠牲にしても限られたレンズ径で広範囲を照射する場合など２組のレンズ間の距離を調整することで意図した程度のレンズ設計が可能となり、状況に応じた展開が可能である。 In addition, by adjusting the distance between the two sets of lenses, such as when irradiating a wide area with a limited lens diameter, even if telecentricity is sacrificed to some extent, it is possible to design the lens to the extent intended. Deployment is possible.
もう一つ重要な光学特性は周辺照度均一性であるが、１組のレンズ３３ａ，３３ｂの中間に設けた開口絞り３９の作用により、絞り径をレンズ径のケラレが発生するギリギリに開放した状態（＝Ｆ２〜４程度）から、Ｆ１６を超えるところまで絞り込んでも周辺光量比はほぼ変化がないことから、自在にＦ値の変更も可能な特性も有している。
Another important optical characteristic is the ambient illuminance uniformity, but with the aperture stop 39 provided in the middle of the pair of
図２は図１に示す本発明の光源装置を光学設計ソフトでシミュレーションした結果を示す図である。従来装置の図５に比較して像高でも照度比はほとんど変わらないことが分かる。 FIG. 2 is a diagram showing the result of simulating the light source device of the present invention shown in FIG. 1 with optical design software. It can be seen that the illuminance ratio hardly changes even at the image height as compared with FIG. 5 of the conventional apparatus.
照明レンズでは、光学特性は厳しくないものの、比較的大口径のレンズやミラー、プリズムなどの大型光学系が用いられる。撮像素子検査用光源も例外ではなく、固体撮像素子を４個、８個、更にはそれ以上を同時測定する場合には広範囲の照射エリアで平行光が求められる。そのため、レンズ径も１００ｍｍを超えるサイズとなり、図４で示す従来例で用いられるタブレットレンズは単価が高いので、このレンズを４〜６枚と組み合わせてテレセントリックレンズを作るのは経済的ではない。 Although the illumination lens is not strict in optical characteristics, a large optical system such as a relatively large-diameter lens, mirror, or prism is used. The light source for imaging element inspection is no exception, and parallel light is required in a wide irradiation area when simultaneously measuring four, eight, or more solid-state imaging elements. Therefore, the lens diameter also exceeds 100 mm, and the tablet lens used in the conventional example shown in FIG. 4 is expensive. Therefore, it is not economical to make a telecentric lens by combining this lens with 4 to 6 lenses.
テレセントリックレンズのレンズ径は、像側テレセントリック性を求められる場合は射出側のレンズが大口径になり、物体側テレセントリック性を求められる場合は入射側のレンズ径が大口径になる。検査用の光源装置のレンズ系は像側のテレセントリック性が求められるため出射側のレンズ径が大口径になる。 As for the lens diameter of the telecentric lens, when the image side telecentricity is required, the exit side lens has a large diameter, and when the object side telecentricity is required, the incident side lens diameter becomes a large diameter. Since the lens system of the light source device for inspection is required to have telecentricity on the image side, the lens diameter on the exit side is large.
このサイズは、照明エリア最大値（長方形の場合では長方形の対角線の長さ）、レンズのＦ値、ワーキングディスタンスにより以下のように求めることができる。
レンズ径＝照明エリア最大値＋余裕照明＋
（ワーキングディスタンス／レンズのＦ値）＋レンズ保持代
This size can be obtained as follows based on the maximum value of the illumination area (in the case of a rectangle, the length of the diagonal of the rectangle), the F value of the lens, and the working distance.
Lens diameter = maximum illumination area + extra light +
(Working distance / F value of the lens) + Lens holding cost
検査用光源では、図では省略するが、被測定部の周辺にコンタクトピン、ドライブ回路などがありデバイス（撮像素子）面近傍まで十分寄ることが出来ないのでワーキングディスタンスとる必要がある。また、レンズのＦ値の小さい明るいレンズを設計するには、レンズ径の大型化は避けられない。 Although not shown in the figure, the inspection light source has a contact pin, a drive circuit, and the like around the portion to be measured, and it is not possible to sufficiently approach the vicinity of the device (imaging device) surface, so it is necessary to take a working distance. Further, in order to design a bright lens having a small F value, an increase in the lens diameter is inevitable.
平凸レンズは最も大型化に適しているとともに、最も安価である。本発明ではその平凸レンズを用いて全てのレンズを構成しているので、従来のダブレットレンズ２枚を用いた構成より遥かに安く製作することが可能である。 A plano-convex lens is most suitable for upsizing and is the cheapest. In the present invention, since all the lenses are configured using the plano-convex lens, it can be manufactured much cheaper than a configuration using two conventional doublet lenses.
また、本発明の光源装置は等倍（レンズを介することによる像の拡大、縮小がない系）近辺の照明用テレセントリックレンズであり、用途を検査素子検査用光源に限定したものではなく、均一な平行光を求められる全般の照明光学系に適用可能である。即ち、均一な照度照度が得られることから、ロッド照明のように物体側を均一照度と組み合わせると効果的である。 Further, the light source device of the present invention is a telecentric lens for illumination near the same magnification (system that does not enlarge or reduce the image through the lens), and the application is not limited to the light source for inspection element inspection. The present invention is applicable to general illumination optical systems that require parallel light. That is, since uniform illuminance can be obtained, it is effective to combine the object side with uniform illuminance like rod illumination.
本発明の実施例ではレンズ系は２組で４枚構成のものを示したが、これは比較的明るいレンズをレンズの焦点距離も短く抑えながら安価に製作するための措置であり、２群側のレンズをダブレット１枚または２枚に置き換えたり、平凸レンズ１枚、両凸レンズ1枚に置き換えるなどの変更も可能である。 In the embodiment of the present invention, the lens system has two groups and four lenses. This is a measure for manufacturing a relatively bright lens at a low cost while keeping the focal length of the lens short. It is also possible to change such a lens by replacing it with one or two doublets, or replacing it with one plano-convex lens or one biconvex lens.
比較的暗いレンズでよい場合は４枚構成は不要であり、２組で３枚構成もしくは、２組で２枚構成としても、照明用途として許容できる範囲であれば問題ない。
また、２組共又は大きくなりがちな２群のみにフレネルレンズなど更に大型に適したレンズを採用することで非常に広範囲な照明の可能性もある。
If a relatively dark lens may be used, the four-lens configuration is not necessary, and there are no problems as long as it is acceptable for illumination use even if two-group configuration is used or two-group configuration is used.
Moreover, there is a possibility of a very wide range of illumination by adopting a lens suitable for a larger size, such as a Fresnel lens, only in the two groups that tend to be both large or large.
更に本発明の光源装置では開口絞りの径を変えても、周辺光量比が変化しないことから、任意のＦ値で照明が可能であり、可動羽を用いて絞りを駆動することで短時間にＦ値を変えることや、絞りをターレット上に複数設けて選択することで絞り値を変えることができる。 Furthermore, in the light source device of the present invention, even if the diameter of the aperture stop is changed, the peripheral light quantity ratio does not change. Therefore, illumination can be performed with an arbitrary F value, and the diaphragm is driven using a movable wing in a short time. The aperture value can be changed by changing the F value or selecting a plurality of apertures on the turret.
従って本発明の光源装置によれば、非常に検出が困難な微細欠陥、ひび割れ、欠け、表面塗布状態検査、蒸着ムラ、など検査対象物をＦ値の異なる落射光で照明し、複数条件から最適な照明光を得る検査用照明を得ることができる。 Therefore, according to the light source device of the present invention, the inspection object such as fine defect, crack, chipping, surface coating state inspection, deposition unevenness, etc., which are extremely difficult to detect, is illuminated with incident light having different F values, and is optimal from a plurality of conditions. It is possible to obtain an illumination for inspection that can obtain a proper illumination light.
なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。従って本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形を含むものである。 The above description merely shows a specific preferred embodiment for the purpose of explanation and illustration of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes many changes and modifications without departing from the essence thereof.
１ 光源（ハロゲンランプ）
２，２２ａ，２２ｂ，３３ａ，３３ｂ レンズ
３ 減光開口部
４，６，８ モータ
５ ＮＤフィルタ
７ カラーフィルタ
９，３９ 開口絞り
１０ 照度均一化素子
１２ 被検査撮像素子
２１，３１ 物体面
２５,３５ 像面
1 Light source (halogen lamp)
2, 22a, 22b, 33a, 33b Lens 3
Claims (7)
該光源装置は、均一面光源を前記被検査撮像素子に結像させる互いに焦点距離だけ離れた位置に配置された共役の関係にある２組のレンズ群で構成され、前記均一面光源に対向する一方の組のレンズ群は２枚のレンズが近接して配置され、該２枚のレンズの中間に光軸に対する主光線の倒れ角を０度にするための開口絞りを設けたことを特徴とする光源装置。 In a light source device that irradiates an inspected image sensor with light from a light source through a lens group,
The light source device is composed of two sets of lens groups in a conjugate relationship that are disposed at positions separated from each other by a focal length that forms an image of the uniform surface light source on the image sensor to be inspected , and faces the uniform surface light source. One set of lens groups is characterized in that two lenses are arranged close to each other, and an aperture stop is provided in the middle of the two lenses to make the tilt angle of the principal ray with respect to the optical axis 0 degrees. Light source device.
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