KR20060094017A - 광원 장치 - Google Patents

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KR20060094017A
KR20060094017A KR1020050120556A KR20050120556A KR20060094017A KR 20060094017 A KR20060094017 A KR 20060094017A KR 1020050120556 A KR1020050120556 A KR 1020050120556A KR 20050120556 A KR20050120556 A KR 20050120556A KR 20060094017 A KR20060094017 A KR 20060094017A
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야스시 이치자와
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요코가와 덴키 가부시키가이샤
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Abstract

고체 촬상 소자의 중앙부와 주변부에 균일한 검사광을 조사할 수 있는 광원 장치를 실현하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 고체 촬상 소자의 검사에 사용되는 광원 장치로 개량을 가한 것이다. 본 장치는 광을 출력하는 광 생성부와, 이 광 생성부로부터의 광을 입사하고, 고체 촬상 소자에 광을 조사하는 렌즈부와, 이 렌즈부와 광 생성부 사이에 렌즈부의 초점 거리보다 짧은, 원하는 위치에 배치되는 개구 조리개를 구비한 것을 특징으로 하는 장치이다.
고체 촬상 소자, 광 생성부, 개구 조리개, 렌즈부, 전하 결합 소자

Description

광원 장치{ILLUMINATOR}
도 1은 종래의 광원 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 나타낸 장치의 렌즈부(7)의 구체 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1에 나타낸 장치의 조도비를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예를 나타낸 구성도이다.
도 5는 도 4에 나타낸 장치의 동작을 설명하는 도면이다.
도 6은 도 4에 나타낸 장치의 조도비를 나타낸 도면이다.
도 7은 디지털 카메라의 개략 구성을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2의 실시예를 나타낸 구성도이다.
도 9는 도 8에 나타낸 장치의 동작을 나타낸 도면이다.
본 발명은 예를 들면, CCD 센서, CMOS 센서 등의 고체 촬상 소자의 검사에 사용되는 광원 장치에 관한 것이며, 고체 촬상 소자의 중앙부와 주변부에 균일한 검사광을 조사할 수 있는 광원 장치에 관한 것이다.
종래, CCD(Charge Coupled Devices: 전하결합소자) 센서나 CMOS(Complementaly Metal 0xide Semiconductor: 상보형금속산화막반도체) 센서 등의 고체 촬상 소자의 검사에서는 광원 장치를 사용하여, 피검사 대상인 고체 촬상 소자를 기존의 색이나 광량의 광을 조사하고, 고체 촬상 소자로부터의 출력된 전기 신호를 모니터한다는 구성이 이용되어 있다.
예를 들면 일본국 특개 2002-314054호 공보, 일본국 특개 2004-61154호 공보 등에 나타나 있다.
이하 도 1을 사용하여 설명한다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 할로겐 램프(1)는 광을 출력한다. 렌즈(2)는 할로겐 램프(1)로부터의 광을 입사하고, 대략 평행광 또는 약간 수속하는 광속으로 한다. 감광(減光) 개구부(3)는 렌즈(2)에 의해 유도된 광속을 기계적으로 차광할 수 있는 개구부에서 프로그램으로 개구 면적을 제어할 수 있다. ND(Neutral Density: 뉴트럴 밀도) 필터부(4)는 모터(4a)로 회전하는 원반상에 투과율이 상이한 ND 필터(4b)가 배치되고, 감광 개구부(3)로부터의 광을 ND 필터(4b)를 통과시킨다. 컬러 필터부(5)는 모터(5a)로 회전하는 원반상에 색이 상이한 컬러 필터(5b)가 배치되고, ND 필터부(4)로부터의 광을 컬러 필터(5b)를 통과시킨다. 조도 균일화 소자(6)는 컬러 필터부(5)로부터의 광을 입사면으로부터 입사하고, 광속을 대략 동일 조도 분포로 해서 출사면으로부터 조사한다. 렌즈부(7)는 조도 균일화 소자(6)로부터의 광을 결상한다. CCD 센서(8)는 고체 촬상 소자에서 렌즈부(7)로부터의 광이 조사된다.
다음에, 렌즈부(7)의 구체적인 구성을 도 2에 나타내어 설명한다. 도 2에 나 타낸 바와 같이, 렌즈(7a, 7b)는 凸 렌즈, 凹 렌즈를 맞댄 타블렛이라고 하는 렌즈로, 초점 거리가 같은 것을 조합하여 곡률이 큰 면을 내측으로 향해 맞춘다. 그리고 렌즈(7a) 측의 광축 상 결상 거리의 위치에, 조도 균일화 소자(6)(물체면)가 배치되고, 렌즈(7b) 측의 광축 상 결상 거리의 위치에, CCD 센서(8)(상(像)이 맺히는 면)가 배치된다. 개구 조리개(7c)는 렌즈(7a, 8b)의 사이에 설치되고, 조리개 직경을 바꿈으로써 개구수를 바꿀 수가 있다.
이와 같은 장치의 동작을 이하에 설명한다. 할로겐 램프(1)의 광이, 렌즈(2), 감광 개구부(3), ND 필터부(4)의 ND 필터(4b), 컬러 필터부(5)의 컬러 필터(5b)를 통과하고, 조도 균일화 소자(6)에 입사된다. 조도 균일화 소자(6)가 조도를 균일화하여, 렌즈부(7)에 광을 입사시키고, 렌즈부(7)로부터 CCD 센서(8)에 광이 입사된다. 그리고 도시하지 않은 IC 테스터에 의해, CCD 센서(8)의 시험이 수행된다.
렌즈(7a, 7b) 사이의 개구 조리개(7c)는 물체면(조도 균일화 소자(6))으로부터 상면(CCD 센서(8))에 이르는 광선 중, 광축으로 되는 각 α가 가장 큰 광선을 결정하는 부재로, 이 광선 보다 큰 각도로 나온 광선은 이 조리개(7c)에 의해 차단되어 상면에 이르지 않는다. 그리고 렌즈(7a, 7b)의 대칭 렌즈의 중앙에 개구 조리개(7c)가 위치하므로, 코마 수차는 조리개 전후의 렌즈(7a, 7b)에 의해 취소된다. 또, 뒤틀림(왜곡수차)은 개구 조리개(7c)의 위치로부터 변화되고, 렌즈(7a, 7b)의 대칭 렌즈의 중앙에 위치함으로써 취소된다.
이와 같은 장치에서는, 코마 수차와 뒤틀림을 취소할 수 있지만, 주변 광량 은 화각(畵角) β에 대해, 코사인 4승 규칙에 의해 주변 광량이 저하된다. 도 3에 광학 설계 소프트에 의한 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 가로축이 상 높이, 세로축이 조도비이다. 상 높이에 의해 주변 광량의 저하량은 상이하지만, 통상, 수% ~ 10% 정도의 저하가 보인다.
이와 같은 광을 CCD 센서(8)에 조사하면, 중앙부와 주변부에 해당하는 광량이 상이하므로, 정확한 검사를 행할 수 없었다. 또, CCD 센서(8)의 주변으로 가는 만큼, 입사하는 광의 각도가 쓰러져 CCD 센서(8)의 중앙부와 주변부로 검사 조건이 상이하게 되어, 정확한 검사가 행해지지 않는다는 문제점이 있었다.
본 발명이 해결하려고하는 과제는 고체 촬상 소자의 중앙부와 주변부에 균일한 검사광을 조사할 수 있는 광원 장치를 실현하는 것이다.
이하 본 발명을 도면을 사용하여 상세하게 설명한다. 도 4는 본 발명의 일실시예를 나타낸 주요부 구성도이다. 여기서, 도 1과 동일한 것은 동일 부호를 부여하고 설명을 생략한다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 렌즈(9, 10)는 렌즈부(7) 대신에 설치되고, 凸 렌즈, 凹 렌즈를 맞댄 타블렛이라고 하는 렌즈로, 초점 거리가 같은 것을 조합시켜 곡률 반경이 작은 쪽을 서로 마주 보게 해서 약간 간극을 두고 밀착시킨다. 그리고 렌즈(9) 측의 광축 상 결상 거리의 위치에, 조도 균일화 소자(6)(물체면)가 배치되고, 렌즈(10) 측의 광축 상 결상 거리보다 짧은 원하는 위치에, CCD 센서(8)(상면)가 배치된다. 개구 조리개(11)는 렌즈(9)와 조도 균일화 소자(6) 사이에, 렌즈(9, 10)의 합성 초점 거리보다 짧은 원하는 위치에 배치되고, 조리개 직경을 바꿈으로써 개구수를 바꾼다. 합성 초점 거리 f는, 1/f=1/fa+1/fb-d/(fa·fb), fa: 렌즈(9)의 초점 거리, fb: 렌즈(10)의 초점 거리, d: 렌즈(9, 10)의 간격으로 구한다.
이와 같은 장치의 동작을 이하에 설명한다. 할로겐 램프(1)의 광이 렌즈(2), 감광 개구부(3), ND 필터부(4)의 ND 필터(4b), 컬러 필터부(5)의 컬러 필터(5b)를 통과하고, 조도 균일화 소자(6)에 입사된다. 조도 균일화 소자(6)가 조도를 균일화하여, 개구 조리개(11)에 광을 조사하고, 개구 조리개(11)가 개구수를 제한하여, 렌즈(9, 10)에 광을 출사한다. 그리고 렌즈(10)가 CCD 센서(8)에 광을 출사하고, 도시하지 않은 IC 테스터에 의해, CCD 센서(8)의 시험이 수행된다.
여기서, 도 4에 나타낸 주요부의 동작을 보다 상세하게 설명한다. 도 5는 도 4에 나타낸 장치의 동작을 설명하는 도면이다. 여기서, 렌즈(9, 10)는 1개의 렌즈로서 약하여 기재한다. (a)는 개구 조리개(11)를 렌즈(9, 10)의 직후에 배치한 경우, (b)는 개구 조리개(11)를 렌즈(9, 10)로부터 조금 떨어져서 물체면 측에 배치한 경우, (c)는 개구 조리개(11)를 렌즈(9, 10)의 합성 초점 거리의 물체면 측의 위치에 배치한 경우이다.
(a)는 조도 균일화 소자(6)로부터 나온 광이, 렌즈(9, 10)의 중앙을 통하여 CCD 센서(8)에 이른다. (b)는 조도 균일화 소자(6)로부터 나온 광(주광선)이 렌즈(9, 10), 렌즈(9, 10)의 약간 중심으로부터 멀어진 위치를 통과하고, CCD 센서(8)에 이른다. (c)는 조도 균일화 소자(6)로부터 나온 광(주광선)이 CCD 센서(8) 측에서 광축과 평행으로 되어, 상(像) 측에서 평행광선으로 되는 상측 텔레센트릭 광학 계로 된다. 여기서, CCD 센서(8)측의 주광선과 광축의 각도 θ1 ~ θ3은, 개구 조리개(11)의 조리개가 렌즈(9, 10)로부터 멀어져 초점 거리의 위치에 가까워지는 것에 따라 각도가 얕아진다. 그러나 텔레센트릭 광학계로 하면, 렌즈에 매우 가까운 주변까지 광선이 투과하도록 되고, 그 광선 직경 D3는 다른 광선 직경 D1, D2보다 크게 되어, (c)의 경우, 렌즈(9, 10)는 대구경의 렌즈로 할 필요가 있다.
또, (c), 즉, 텔레센트릭 광학계의 경우를, 광학 소프트로 시뮬레이션한 결과 도 6에 나타낸 바와 같이 된다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 가로축은 상 높이, 세로축은 조도비이다. 즉, 주변 광량이 수% ~ 10% 높아진다.
이와 같은 장치에서는, 개구 조리개(11)의 위치를 렌즈(9, 10)의 앞쪽의 합성 초점 위치의 내측에 설치하였으므로, 주변부의 주광선이 광축에 대략 평행으로, 조도를 균일하게 할 수 있다. 따라서, 고정 촬상 소자에 균일한 검사광을 조사할 수 있어 검사를 양호한 정밀도로 행할 수 있다. 또, 조리개 직경을 변화시켜도, 주변 광량비가 변하지 않기 때문에, 조도 균일화를 유지하면서 원하는 F 값이 얻어진다.
또, 렌즈(9, 10)로부터의 광은 광축에 수직으로 놓인 평면에 결상하는 것이 이상적이지만, 반드시 평면에 결상하지 않고, 중심에서는 날카로운 상이 비치고 있는데, 주변이 희미해져 버린다. 그런데 핀과 위치를 늦추면, 중심이 희미해져 주변상이 합성된다. 즉, 렌즈(9, 10)의 위치를, CCD 센서(8)에 대해서 광축 상 결상 거리보다 짧은 원하는 위치로 하였으므로, 중앙부가 적당히 희미해져 조도 균일화 소자(6)의 미세한 표면의 상처나 먼지의 부착에 의한 조도 분포의 혼란을 완화할 수 있다.
또, 조도 균일화 소자(6)가 중앙부의 조도가 높아지고, 주변 광량이 약간 떨어지는 경향이 있지만, 개구 조리개(11)의 위치를 조정함으로써, 조도의 보정이 가능해진다.
다음에, 온 칩 마이크로 렌즈가 부착된 CCD 센서를 시험하는 경우에 대하여 설명한다. 온 칩 마이크로 렌즈가 부착된 CCD 센서는 예를 들면 일본국 특개평 5-6986호 공보, 일본국 특개평 6-125071호 공보 등에 기재되어 있다. 이하, 디지털 카메라의 구성을 도 7을 사용하여 설명한다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 온 칩 마이크로 렌즈가 부착된 CCD 센서(80)는 기판(81), 포토 다이오드(82), 수직 전하 전송 라인(83), 온 칩 마이크로 렌즈(84)로 이루어진다. 다수의 포토 다이오드(82)는 기판(81)에 형성된다. 다수의 수직 전하 전송 라인(83)은 인접하는 포토 다이오드(82) 사이에 형성된다. 다수의 온 칩 마이크로 렌즈(84)는 CCD 센서(80)의 중심에 대하여 시프트하여, 포토 다이오드(82)마다 설치되고, 포토 다이오드(82)에 광을 안내한다. 렌즈(90)는 CCD 센서(80)의 상부에 설치되고, CCD 센서(80)에 광을 안내한다. 개구 조리개(100)는 렌즈(90)에 근접하여, 렌즈(90)로부터의 광을 조리개, CCD 센서(80)에 광을 맞춘다.
이와 같이, 개구 조리개(100)의 위치를 낮게 하고, 패키지의 소형화를 도모하기 위해, 온 칩 마이크로 렌즈(84)의 피치는 개구 조리개(100)를 향해 구성된다. 즉, A점의 포토 다이오드(82)에서는, 수직으로 광이 입사하기 때문에 온 칩 마이크로 렌즈(83)는 포토 다이오드에 대해서 시프트되지 않지만, B점의 포토 다이오드 (82)에서는, 넘어져 입사하는 광을 고려하여, 수직 전하 전송 라인(83)이나 도시하지 않은 차광막, 컬러 필터 등으로 렌즈의 비네팅(vignetting of lens)이 발생하지 않도록 시프트하고 있다.
이와 같은 온 칩 마이크로 렌즈가 부착된 CCD 센서(80)의 시험 동작을, 도 8을 사용하여 설명한다. 여기서, 도 4와 동일한 것은 동일 부호를 부여하고 설명을 생략한다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 조명 영역 규제 패턴(12)은 조도 균일화 소자(6)의 조사 면에 근접하여 설치되고, 조명 영역을 규제한다. 그리고 CCD 센서(8) 대신에, 검사 대상이 CCD 센서(80)로 되어 있다.
이와 같은 장치의 동작을 설명한다. 할로겐 램프(1)의 광이, 렌즈(2), 감광 개구부(3), ND 필터부(4)의 ND 필터(4b), 컬러 필터부(5)의 컬러 필터(5b)를 통과하고, 조도 균일화 소자(6)에 입사된다. 조도 균일화 소자(6)가 조도를 균일화하여, 조명 영역 규제 패턴(12)에 의해, 조명 영역이 규제되어 개구 조리개(11)에 광이 조사된다. 그리고 개구 조리개(11)가 개구수를 제한하여, 렌즈(9, 10)에 광을 출사한다. 렌즈(10)가 CCD 센서(80)에 광을 출사한다.
일반적으로, CCD 센서(80)를 검사하는 경우, 조도 균일화 소자(6)의 출사광을, 핀홀을 통하여, CCD 센서(80)에 대어, CCD 센서(80)의 주변부에, 광이 넘어져 대도록 하고 있다. 그러나 도 8의 a에 나타낸 바와 같이, 주변 광량이 적게 되어, 검사정밀도에 큰 지장을 초래해 버린다.
그래서, 개구 조리개(11)의 위치를, 렌즈(9, 10)의 앞쪽의 합성 초점 위치의 내측에 설치하였으므로, 도 8의 b에 나타낸 바와 같이, 주변 광량을 증가시켜, 중 앙부와 주변부의 조도를 균일화할 수 있음과 동시에, 도 5(b)에 나타낸 바와 같이, CCD 센서(80)의 주변부(8)에 대해서 광을 경사지게 댈 수가 있다. 도 8의 c는 조명 영역 규제 패턴(12)에 의해, 조명 영역이 제한된 경우이다.
또, 핀홀에 의한 조명의 검사에서는, CCD 센서(80)는 통상 직사각형이므로, 대각을 커버하는 직경의 원형 조명으로 되어 버린다. 즉, 도 9에 나타낸 바와 같이, 조명 영역 L1, L2와 같이 되어, 인접하는 CCD 센서(80)까지 여분의 광이 맞아, CCD 센서(80)와 같은 피치로 같은 수의 핀홀을 연 것은, 원추형의 광이 겹쳐, 조도의 균일성이 손상된다. 그래서, CCD 센서(80)를 1개 건너뛰어 검사해야 한다. 그러나 조명 영역 규제 패턴(12)에 의해 조명 영역을 결정한 다음, 개구 조리개(11)의 위치를, 렌즈(9, 10)의 앞쪽의 합성 초점 거리의 내측에 설치함으로써, 도 9에 나타낸 바와 같이, 조명 영역 L3, L4와 같이 되어, 인접하는 CCD 센서(80)에 균일한 조도의 광을 댈 수가 있다.
이 결과, 예를 들면 낙사(落射) 광속의 직경을 50mm, CCD 센서(80)의 피치를 6mm로 하면, 동시에 조사할 수 있는 CCD 센서(80)의 개수는, 50mm/6mm = 8개로 된다. 1개 건너뛰는 경우는 절반인 4개로 된다. 즉, 시험 시간을 단축할 수 있다.
그리고 본 발명은 이에 한정되지 것은 아니며, 광원으로서 할로겐 램프(1)를 사용하였지만, 발광 소자를 사용해도 된다.
또, 렌즈(9, 10)의 2개의 렌즈에 의한 렌즈부의 예를 나타냈으나, 1개의 렌즈나 복수의 렌즈에 의해 렌즈부를 구성해도 된다.
이상 설명한 바로부터 명백한 바와 같이 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
(1) 개구 조리개의 위치를 렌즈부의 앞쪽의 초점 위치의 내측에 설치하였으므로, 조도를 균일하게 할 수 있다. 따라서, 고체 촬상 소자에 균일한 검사광을 조사할 수 있어 검사를 양호한 정밀도로 행할 수 있다. 또, 조리개 직경을 변화시켜도, 주변 광량비가 변하지 않기 때문에, 조도 균일화를 유지하면서 원하는 F 값이 얻어진다.
(2) 렌즈부의 위치를 고체 촬상 소자에 대해서 광축 상 결상 거리보다 짧은 원하는 위치로 했으므로, 중앙부가 적당히 희미해져 광 생성부의 미세한 표면의 상처나 먼지의 부착에 의한 조도 분포의 혼란을 완화할 수 있다.
(3) 조도 균일화 소자가 중앙부의 조도가 높아지고, 주변 광량이 약간 떨어지는 경향이 있지만, 개구 조리개의 위치를 조정함으로써, 조도의 보정이 가능하다.
(4) 조명 영역 규제 패턴에 따라 조명 영역을 결정할 수 있어 인접하는 고체 촬상 소자에 균일한 조도의 광을 댈 수가 있다.
(5) 개구 조리개의 위치를, 렌즈부의 앞쪽의 초점 위치의 내측에 설치하였으므로, 주변 광량을 증가시켜, 중앙부와 주변부의 조도를 균일화할 수 있음과 동시에, 주변부에 대해서 광을 경사지게 댈 수가 있어 온 칩 마이크로 렌즈부의 고체 촬상 소자의 시험을 행할 수 있다.

Claims (5)

  1. 고체 촬상 소자의 검사에 사용하는 광원 장치에 있어서,
    광을 출력하는 광 생성부와,
    상기 광 생성부로부터 입사한 광을, 상기 고체 촬상 소자에 조사하는 렌즈부와,
    상기 렌즈부와 상기 광 생성부 사이에, 상기 렌즈부의 초점 거리보다 짧은, 원하는 위치에 배치되는 개구 조리개
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈부는 상기 고체 촬상 소자에 대해서, 광축 상 결상 거리보다 짧은 원하는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광 생성부는, 입사한 광을 조도를 균일화해서 출사하는 조도 균일화 소자인 것을 특징으로 하는 광원 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광 생성부의 출사면에 근접하여, 조명 영역 규제 패턴을 설치한 것을 특징으로 하는 광원 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 고체 촬상 소자는 온 칩 마이크로 렌즈가 부착된 것임을 특징으로 하는 광원 장치.
KR1020050120556A 2005-02-23 2005-12-09 광원 장치 KR100698567B1 (ko)

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