JP2006202665A - 光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光量の低下を抑制しつつ、均一な光が得られる光源装置を実現することを目的にする。
【解決手段】 本発明は、光源と、光ファイバを複数束ねた状態で一体的に形成され、光源の光を入射し、開口数を制限して、出射するファイバ光学プレートとを備えたことを特徴とするものである。
【選択図】 図１

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、光量の低下を抑制しつつ、均一な質の光が得られる光源装置に関するものである。

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。

特開平２−９０６４５号公報 特開２００２−３１４０５４号公報

以下図７を用いて説明する。図７において、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。ＮＤ（ニュートラルデンシティ）フィルタ部３は、モータ３ａで回転する円盤上に透過率が異なるＮＤフィルタ３ｂが配置され、レンズ２からの光をＮＤフィルタ３ｂを通過させる。カラーフィルタ部４は、モータ４ａで回転する円盤上に色の異なるカラーフィルタ４ｂが配置され、ＮＤフィルタ部３からの光をカラーフィルタ４ｂを通過させる。照度均一化素子５は、カラーフィルタ部４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。輝度補正フィルタ６は、一般的に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タイプの部分透過率補正フィルターが用いられ、照度均一化素子５からの光を入射し、輝度むらを改善する。レンズ７は、輝度補正フィルタ６からの光を入射し、平行光とする。ＮＡ（開口数）制限絞り部８は、モータ８ａで回転する円盤上に開口数が異なる絞り８ｂが設けられ、レンズ７からの光を絞り８ｂを通過させる。レンズ９は、ＮＡ制限絞り部８からの光を結像する。ＣＣＤセンサ１０は被検査対象で、レンズ９からの光が照射される。

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、ＮＤフィルタ部３のＮＤフィルタ３ｂ、カラーフィルタ部４のカラーフィルタ４ｂを通過し、照度均一化素子５に入射される。照度均一化素子５が照度を均一化して、輝度補正フィルタ６で輝度補正を行い、レンズ７で平行光にされる。この平行光は、ＮＡ制限絞り部８の絞り８ｂを介して、レンズ９に入射され、レンズ９からＣＣＤセンサ１０に入射され、図示しないＩＣテスタにより、ＣＣＤセンサ１０の試験が行われる。

このような装置で、ハロゲンランプ１を用いた場合、輝度むらがあるため、ハロゲンランプ１の像を直接ＣＣＤセンサ１０に結像させずに、照度均一化素子５を用いて、均一光を得ている。しかし、照度均一化素子５内での反射回数が少ないので、十分な均一性が得られない。

そこで、照度均一化素子５の前に拡散板やレンズなどを入れて、平行性を乱し照度均一化素子５内での多重反射回数を増やすことで、質の高い均一性を得ることが考えられる。ところが、完全拡散状態となった光は照度均一化素子５の出口で四方八方に発散することになり、ＣＣＤセンサ１０に与える光量が著しく低くなってしまう。

そこで、本発明の目的は、光量の低下を抑制しつつ、均一な光が得られる光源装置を実現することにある。

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、
光源と、
光ファイバを複数束ねた状態で一体的に形成され、前記光源の光を入射し、開口数を制限して、出射するファイバ光学プレートと
を備えた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、
光源とファイバ光学プレートとの間に、光束をほぼ同一照度分布として出射面から照射する照度均一化素子を設けた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２記載の発明において、
光源と照度均一化素子との間に、光源からの光を拡散する拡散板を設けたことを特徴とするものである。
請求項４記載の発明は、
光源と、
多数の光を通す貫通穴を有し、前記光源の光を入射し、開口数を制限して、出射する遮光プレートと
を備え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、
光の照射を被検査対象の試験に用いることを特徴とするものである。
請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、
被検査対象は固体撮像素子であることを特徴とするものである。

本発明によれば以下のような効果がある。
請求項１〜３によれば、ファイバ光学プレートが光源の光をほぼ平行光として照射するので、光量の低下を抑制しつつ、均一な光が得られ、小型化を図ることができる。
請求項４によれば、遮光プレートが光源の光をほぼ平行光として照射するので、光量の低下を抑制しつつ、均一な光が得られ、小型化を図ることができる。
請求項５，６によれば、被検査対象の試験に用いたので、光源を高出力化、大型化せずに、広範囲な均一な光で、複数の被検査対象の同時試験に用いることができる。

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構成図である。

図１において、光源２０は、基板２１に複数の色度の異なるＬＥＤ（発光素子）２２が搭載される。拡散板２３は、例えば擦りガラスまたは乳白色のアクリル等で、光源２０のＬＥＤ２２からの光束を入射面から入射し、拡散して光を出射する。照度均一化素子２４は、例えば研磨したガラスの円柱や角柱のようないわゆるライトパイプ、高反射率を有する表面反射鏡などで周囲を囲った中空の角管、円柱管等で、拡散板２３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。ファイバ光学プレート２５は、例えば、特開２００２−２０７１３１号公報等に記載されているように、光ファイバを複数束ねた状態で一体的に形成され、照度均一化素子２４の光を入射し、開口数を制限して、出射する。照明エリア規制パターン２６は、ファイバ光学プレート２５からの光の照明エリアを規制する。ＣＣＤセンサ２７は被検査対象で、照明エリア規制パターン２６を透過した光が照射される。

さらに、ファイバ光学プレート２５の具体的な構成を図２，３を用いて説明する。
図２に示すように、ファイバ光学プレート２５は、数万本以上の光ファイバ２５０が隙間なく熱融着して形成され、精度よく研磨して板材またはブロックにされる。光ファイバ２５０は、線径が数μｍ〜数百μｍで、図３に示すように、屈折率ｎ１のコアガラス２５１の外周に、屈折率ｎ２（＜ｎ１）のクラッドガラス２５２が形成され、クラッドガラス２５２の外周に光を吸収する吸収体２５３が形成される。そして、入射角θ１、屈折角（出射角）θ２とすると、スネルの法則により、ｎ１・sinθ１＝ｎ２・sinθ２となる。この式で、sinθ２が”１”になっとき、全反射となる。小さい開口数（臨界角が小さい）ファイバを得ようとすれば、コアガラス２５１の屈折率（ｎ１）とクラッドガラス２５２の屈折率が比較的小さいものを選択する。これにより、透過させたい光の広がりを制限する。

このような装置の動作を以下に説明する。光源２０が、ＬＥＤ２２の光を拡散板２３に照射する。そして、拡散板２３で拡散され、拡散光が照度均一化素子２４に入射され、照度均一化素子２４が照度を均一化して、ファイバ光学プレート２５に出射する。ファイバ光学プレート２５は開口数を制限して、光を透過させ、照明エリア規制パターン２６が照明エリアを規制して、ＣＣＤセンサ２７に光が照射される。ＣＣＤセンサ２７に照射される光は、図４に示されるように、ＣＣＤセンサ２７の照射エリアのどこでも主光線が垂直に落射される。また、ファイバ光学プレート２５は、周辺部と中心部の区別がないため、均一な光量がＣＣＤセンサ２７にあてられる。そして、図示しないＩＣテスタにより、ＣＣＤセンサ２７の試験が行われる。

このような装置では、発明者が従来の装置と比較したところ、２０倍以上に明るく照射できるようになった。また、ファイバ光学プレート２５が拡散光をほぼ平行光としてＣＣＤセンサ２７に照射するので、光量の低下を抑制しつつ、均一な光が得られる。また、ファイバ光学プレート２５により、複雑な光学系を用意せずに、拡散光からほぼ平行光が得られるので、小型化を図ることができる。

また、近年、ＣＣＤセンサ２７等を複数同時に試験するようになり、４個、８個同時試験に移行するにつれ、検査光照射エリアも大きくなり、光量の確保のため、光源を高出力化、大型化する必要が生じた。しかし、ファイバ光学プレート２５により、光源２０を高出力化、大型化せずに、広範囲な均一な光で、複数のＣＣＤセンサ２７の同時試験が行える。

なお、本発明はこれに限定されるものではなく、図５に示すように、ファイバ光学プレート２５の代わりに、遮光プレート２８を用いる構成でもよい。遮光プレート２８は、金属板や黒色樹脂板などの吸収体２８０に、複数の微細な貫通穴２８１が設けられ、開口数を制限する構成のものでもよい。規制角θは、貫通穴２８１の穴径と遮光プレート２８の板厚によって、θ＝tan^-1（穴径／板厚）で決まり、透過率は穴径と板厚に加え、穴径の開口率を乗じて求められる。貫通穴２８１の内面をできるだけ吸収性を上げるために、ネジを切ったり、低反射の塗料などで、内面反射を低減することで、狙った制限角のみを透過する開口数規制素子にする。

また、図６に示すように、ファイバ光学プレート２５の代わりに、遮光プレート２９を用いる構成でもよい。遮光プレート２９は、板厚が薄い貫通穴プレート２９０が積層される。貫通穴プレート２９０は、低い反射率の板材で、エッチングなどで極微細の貫通穴２９１を複数あけられ、貫通穴２９１が揃うように、積層される。そして、貫通穴２９１の穴径が微妙に異なる貫通穴プレート２９０を積層すれば、遮光性が増し、貫通穴２９１での内面反射が抑制される。

また、光源２０として、ＬＥＤ２２を用いた例を示したが、所望の面積を持つ光束を出射できる光源であればよく、ハロゲンランプやメタルハライドランプや面発光するエレクトロルミネセンス光源等でもよい。また、光源２０のＬＥＤ２２は単色でもよく、砲弾型のような集光レンズ付のパッケージであっても、レンズをもたないパッケージでもよい。

そして、拡散板２３、照度均一化素子２４、照明エリア規制パターン２６を設けた構成を示したが、光源２０が拡散光を出力し、ファイバ光学プレート２５を介してＣＣＤセンサ２７に光を照射する構成でもよい。また、光源２０が拡散光を出力し、照度均一化素子２４、ファイバ光学プレート２５を介して、ＣＣＤセンサ２７に光を照射する構成でもよい。

本発明の一実施例を示した構成図である。 ファイバ光学プレート２５の具体的構成を示した図である。 光ファイバ２５０の具体的構成を示した断面図である。 図１に示す装置の動作を説明する図である。 本発明の第２の実施例の要部構成を示した断面図である。 本発明の第３の実施例の要部構成を示した断面図である。 従来の光源装置の構成を示した図である。

符号の説明

２０ 光源
２３ 拡散板
２４ 照度均一化素子
２５ ファイバ光学プレート
２７ ＣＣＤセンサ
２８，２９ 遮光プレート

Claims (6)

1. 光源と、
   光ファイバを複数束ねた状態で一体的に形成され、前記光源の光を入射し、開口数を制限して、出射するファイバ光学プレートと
   を備えたことを特徴とする光源装置。
2. 光源とファイバ光学プレートとの間に、光束をほぼ同一照度分布として出射面から照射する照度均一化素子を設けたことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
3. 光源と照度均一化素子との間に、光源からの光を拡散する拡散板を設けたことを特徴とする請求項２記載の光源装置。
4. 光源と、
   多数の光を通す貫通穴を有し、前記光源の光を入射し、開口数を制限して、出射する遮光プレートと
   を備えたことを特徴とする光源装置。
5. 光の照射を被検査対象の試験に用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光源装置。
6. 被検査対象は固体撮像素子であることを特徴とする請求項５記載の光源装置。
   

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