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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-08-23
(45)【発行日】2022-08-31
(54)【発明の名称】瞳モジュール及び検査装置
(51)【国際特許分類】
   G01M 11/00 20060101AFI20220824BHJP
   G01J 1/00 20060101ALI20220824BHJP
   G02B 5/00 20060101ALI20220824BHJP
   H01L 21/66 20060101ALI20220824BHJP
   H01L 27/146 20060101ALI20220824BHJP
【FI】
G01M11/00 T
G01J1/00 B
G02B5/00 Z
H01L21/66 X
H01L27/146 Z
【請求項の数】 11
(21)【出願番号】P 2021069289
(22)【出願日】2021-04-15
【審査請求日】2021-04-15
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】596090742
【氏名又は名称】株式会社インターアクション
(74)【代理人】
【識別番号】100135828
【弁理士】
【氏名又は名称】飯島 康弘
(72)【発明者】
【氏名】小原 隆史
(72)【発明者】
【氏名】和食 敦彦
(72)【発明者】
【氏名】小野 孝義
(72)【発明者】
【氏名】堤 大樹
【審査官】平田 佳規
(56)【参考文献】
【文献】特開2004-266250(JP,A)
【文献】特開2011-151276(JP,A)
【文献】特開2012-072917(JP,A)
【文献】特開2008-042257(JP,A)
【文献】特開2005-345930(JP,A)
【文献】実開平05-071732(JP,U)
【文献】特開平06-244396(JP,A)
【文献】特開2009-198484(JP,A)
【文献】特開2005-088512(JP,A)
【文献】特開2007-311515(JP,A)
【文献】特開2007-335651(JP,A)
【文献】特開2006-202665(JP,A)
【文献】特開2006-145409(JP,A)
【文献】特開2006-010316(JP,A)
【文献】特開2005-331371(JP,A)
【文献】特開2005-274279(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G01M 11/00
G01J 1/00- 1/06
G01J 1/42
G01R 31/00
G01R 31/26
G01R 31/50- 31/74
G02B 5/00- 5/02
G02B 6/00
F21V 8/00
H01L 21/64- 21/66
H01L 27/14- 27/148
H04N 5/30- 5/378
H04N 17/00- 17/06
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
光源装置からの検査用の光を固体撮像素子へ向けて通過させる瞳モジュールであって、
光軸を軸回りに囲んでおり、光を反射可能な周面と、
前記光軸に沿う方向において前記周面の出射側に位置しているピンホールと、
前記光が入射する開口を一端に有しており、前記開口よりも径が小さい前記ピンホールを他端に有している、遮光性の筒部材と、
を有しており、
前記筒部材の内部に、前記筒部材とは別部材の、前記周面を有する、中実又は中空のライトパイプを有しており、
前記周面は、前記ピンホール側ほど径が小さくなっており、
前記ライトパイプの出射側の端部は、前記ピンホール内に位置している、前記筒部材の内部側から前記ピンホールに対して直接的に又は拡散板を介して重なっている、又は前記ピンホールよりも前記筒部材の外側に位置しており、
前記ライトパイプの入射側の端部と前記ライトパイプの前記光軸に沿う方向における中央との間に焦点が位置する、中実な前記ライトパイプにおける外側に膨らむ曲面状の入射面及び前記ライトパイプよりも入射側に位置する集光レンズの少なくとも一方を有している
瞳モジュール。
【請求項2】
前記ライトパイプの外周面と前記筒部材の内周面とが離れている
請求項1に記載の瞳モジュール。
【請求項3】
前記ライトパイプは、中実であり、前記曲面状の入射面を有している
請求項1又は2に記載の瞳モジュール。
【請求項4】
前記ライトパイプの前記出射側の端部は、前記ピンホール内に位置している、又は前記ピンホールよりも前記筒部材の外側に位置している
請求項1~3のいずれか1項に記載の瞳モジュール。
【請求項5】
前記周面は、前記光軸に平行な長さが径よりも大きい
請求項1~のいずれか1項に記載の瞳モジュール。
【請求項6】
前記集光レンズを有さず、 前記周面の入射側に拡散板を有している
請求項1~のいずれか1項に記載に瞳モジュール。
【請求項7】
前記周面の出射側に前記拡散板を有している
請求項1~のいずれか1項に記載に瞳モジュール。
【請求項8】
前記ピンホールの出射側にレンズを有している
請求項1~のいずれか1項に記載の瞳モジュール。
【請求項9】
前記ピンホールは、出射側ほど又は入射側ほど、径が小さくなる部位を有している
請求項1~のいずれか1項に記載の瞳モジュール。
【請求項10】
前記周面の算術平均粗さは100nm以下である
請求項1~のいずれか1項に記載の瞳モジュール。
【請求項11】
光源装置と、
前記光源装置からの検査用の光を固体撮像素子へ向けて通過させる 瞳モジュールと、
前記瞳モジュールが搭載されているプローブカードと、
有しており、
前記瞳モジュールは、
光軸を軸回りに囲んでおり、光を反射可能な周面と、
前記光軸に沿う方向において前記周面の出射側に位置しているピンホールと、
前記光が入射する開口を一端に有しており、前記開口よりも径が小さい前記ピンホールを他端に有している、遮光性の筒部材と、を有しており、
前記筒部材の内部に、前記筒部材とは別部材の、前記周面を有する、中実又は中空のライトパイプを有しており、
前記周面は、前記ピンホール側ほど径が小さくなっており、
前記ライトパイプの出射側の端部は、前記ピンホール内に位置している、前記筒部材の内部側から前記ピンホールに対して直接的に又は拡散板を介して重なっている、又は前記ピンホールよりも前記筒部材の外側に位置しており、
前記ライトパイプの入射側の端部と前記ライトパイプの前記光軸に沿う方向における中央との間に焦点が位置する、中実な前記ライトパイプにおける外側に膨らむ曲面状の入射面及び前記ライトパイプよりも入射側に位置する集光レンズの少なくとも一方を有している、又は前記光軸に沿うテレセントリックな光が前記入射面から前記周面に向かう
検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、光源装置からの検査用の光を固体撮像素子に向けて通過させる瞳モジュール及び当該瞳モジュールを含む検査装置に関する。
【背景技術】
【0002】
光源装置からの検査用の光を固体撮像素子に向けて通過させる瞳モジュールが知られている(例えば特許文献1)。このような瞳モジュールは、例えば、照度の均一化及び/又は立体角の調整に寄与する。特許文献1の瞳モジュールは、一端面にピンホールが形成された筒部材(鏡筒)を有しているとともに、筒部材の内部にレンズ及び拡散板を有している。この瞳モジュールは、ピンホールを固体撮像素子に対向させるように配置される。ピンホールは、例えば、固体撮像素子に照射される光の立体角(別の観点では拡散角)を調整する。レンズは、ピンホールとは反対側の端部から筒部材に入射した光をピンホールに集光する。拡散板は、レンズとピンホールとの間に位置して光を拡散する(別の観点では光路の横断面において光の強度を均一化する。)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開2004-266250号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
少なくとも一部の性能(例えば光の透過率及び/又は拡散機能)を向上させることができる瞳モジュール及び検査装置が待たれる。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の一態様に係る瞳モジュールは、光源装置からの検査用の光を固体撮像素子へ向けて通過させる瞳モジュールであって、光軸を軸回りに囲んでおり、光を反射可能な周面と、前記光軸に沿う方向において前記周面の出射側に位置しているピンホールと、を有している。
【0006】
本開示の一態様に係る検査装置は、上記瞳モジュールと、前記瞳モジュールが搭載されているプローブカードと、前記光源装置と、を有している。
【発明の効果】
【0007】
上記の構成によれば、瞳モジュールの少なくとも一部の性能が向上する。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1】第1実施形態に係る検査装置の要部の構成を示す模式的な断面図。
図2図1の検査装置が有する瞳モジュールの模式的な斜視図。
図3図2の瞳モジュールの模式的な断面図。
図4】変形例に係るライトパイプを示す模式的な断面図。
図5】第2実施形態に係る瞳モジュールの模式的な断面図。
図6】第3実施形態に係る瞳モジュールの模式的な断面図。
図7】第4実施形態に係る瞳モジュールの模式的な断面図。
図8】変形例に係るピンホールを示す模式的な断面図。
図9】第5実施形態に係る瞳モジュールの模式的な断面図。
図10】第6実施形態に係る瞳モジュールの模式的な断面図。
図11図8とは異なる変形例に係るピンホールを示す模式的な断面図。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、図面を参照して、本開示に係る複数の態様(実施形態及び変形例)について説明する。なお、第1実施形態以外の態様の説明においては、基本的に、先に説明された態様との相違点についてのみ述べる。特に言及が無い事項については、先に説明された態様と同様とされたり、先に説明された態様から類推されたりしてよい。また、複数の態様において互いに対応する構成については、相違点があっても、便宜上、互いに同一の符号を付すことがある。
【0010】
図面は、模式的なものである。従って、例えば、寸法比率は、必ずしも現実のものとは一致しないし、また、同一の部材を示す図面同士において一致しないことがある。また、例えば、部材の形状の細部が省略されることがある。
【0011】
実施形態の説明において、「径」は、特に断りがない限り、直径又は円相当径とされてよい。「反射率」は、特に断りがない限り、入射角が0°のときの可視光(例えば波長が380nm以上780nm)に対する反射率とされてよい。「拡散角」は、特に断りがない限り、中心照度の半値を全角表示したもの(FWHM:Full Width at Half Maximum)とされてよい。「ライトパイプ」の用語は広く解釈されてよく、また、「ロッドインテグレータ」と同義であってよい。
【0012】
<第1実施形態>
(検査装置)
図1は、第1実施形態に係る検査装置1の要部の構成を示す模式的な断面図である。なお、検査装置1は、いずれの方向が上方とされてもよい。ただし、以下の説明では、便宜上、図1の上方が実際の上方であることを前提とした表現をすることがある。
【0013】
検査装置1は、撮像素子103に光を照射して撮像素子103の検査を行うものである。撮像素子103は、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサ及びCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ等の固体撮像素子である。図示の例では、検査装置1は、ウェハ101に含まれている状態の撮像素子103を検査するものとされている。ただし、検査装置1は、図示の例とは異なり、個片化された撮像素子103の検査を行うものであっても構わない。以下の説明では、便宜上、検査装置1がウェハ101の検査を行うものであることを前提とした表現をすることがある。
【0014】
撮像素子103は、所定の波長域(例えば可視光の波長域)の光を検出することが意図されていてもよいし、レーザー光のように理想的には1つの波長を有する光を検出することが意図されていてもよい。前者の場合において、検査装置1が撮像素子103に照射する光は、例えば、撮像素子103が検知対象としている波長域全体に亘ってパワーを有する光(又はパワーが相対的に大きい光。以下、同様。)であってもよいし、波長域内の特定の幅内にパワーを有する光であってもよい。また、後者の場合においては、検査装置1が撮像素子103に照射する光は、例えば、撮像素子103が検知対象としている波長を有している光(厳密には当該波長を含む狭い波長域にパワーを有している光)とされてよい。
【0015】
撮像素子103(別の観点では撮像素子103を含む製品)によって検知されることが意図されている光の種類(別の観点では検査装置1によって撮像素子103に照射される光の種類)は任意である。例えば、検知対象の光は、可視光(波長域の例は既述)であってもよいし、不可視光であってもよい。不可視光としては、例えば、可視光よりも波長が長い赤外線、及び可視光よりも波長が短い紫外線を挙げることができる。可視光、赤外線又は紫外線を更に細かく分類した波長域の光が検知対象であってもよい。逆に、可視光、赤外線及び紫外線の2つ以上の波長域に亘る光が検知対象であってもよい。先に「反射率」は可視光に対するものを指してよい旨を述べたが、撮像素子103の検知対象の光(又は検査装置1が撮像素子103に照射する光)が不可視光であると特定できるときは、その不可視光の反射率が以下の説明に適用されてもよい。
【0016】
検査装置1は、例えば、以下の構成要素を有している。ウェハ101を保持するテーブル3。検査用の光を生成する光源装置5。光源装置5からの光を撮像素子103へ通過させる1つ以上(図示の例では4つ)の瞳モジュール7。撮像素子103と電気的に接続されるプローブカード9。テーブル3及び光源装置5の制御を行うとともに、プローブカード9を介して撮像素子103の制御及び診断を行う演算部11。
【0017】
検査装置1の構成は、瞳モジュール7の構成を除いて、種々の構成とされてよく、例えば、公知の構成とされても構わない(もちろん、新規な構成であってもよい。)。実施形態の説明では、瞳モジュール7以外の構成については、適宜に説明を省略する。以下では、まず、瞳モジュール7以外の構成について簡単に説明し、次に、瞳モジュール7について説明する。
【0018】
テーブル3は、真空チャック又は静電チャック等の適宜な形式のチャックを有しており、その上面にウェハ101を保持する。テーブル3は、例えば、直交座標系の3軸それぞれに沿う方向に移動可能となっている。これにより、例えば、瞳モジュール7及びプローブカード9の撮像素子103に対する位置決め(別の観点では相対移動)を行うことが可能となっている。
【0019】
光源装置5は、例えば、特に図示しないが、少なくとも光源を有しており、必要に応じて、光源からの光路上に位置するレンズ、絞り、フィルタ及び/又は鏡を有してよい。光源装置5は、例えば、図1の上下方向を光軸に平行な方向として瞳モジュール7に光を照射する。光源装置5が照射する光は、例えば、横断面において強度が均一で、かつテレセントリックなものとされてよい。
【0020】
プローブカード9は、例えば、1以上の回路基板を含んで構成されている。なお、図1は、模式図であることから、プローブカード9を構成する種々の部材(1以上の回路基板を含む)の全体に対して同一のハッチングを付している。また、図1では、プローブカード9の本体部分(主として回路基板によって構成される部分)だけでなく、当該本体部分に固定される部分(例えば瞳モジュール7の支持に寄与する部分)もプローブカード9の一部として概念されている。このように概念した場合、プローブカード9の全体形状は、必ずしもカード状でなくてよい。
【0021】
プローブカード9は、例えば、光源装置5から瞳モジュール7を経由して届いた光を撮像素子103へ通過させる1つ以上(図示の例では複数であり、より詳細には4つ)の開口9hを有している。開口9hは、例えば、1つの撮像素子103に対して1つ設けられている。ただし、2以上の撮像素子103に対して1つの開口9hを設けることも可能である。また、プローブカード9は、1以上(図示の例では4つ)の撮像素子103のパッド(不図示)に当接されるピン9aを有している。1つの撮像素子103に対して設けられるピン9aの数は適宜に設定されてよい。
【0022】
演算部11は、例えば、コンピュータを含んで構成されている。演算部11は、例えば、テーブル3の不図示の駆動部を制御して撮像素子103とプローブカード9との位置決めを行う。また、演算部11は、光源装置5の光源等を制御して、光源装置5の光を瞳モジュール7及びプローブカード9の開口9hを介して撮像素子103に照射する。演算部11は、プローブカード9を介して撮像素子103と電気的に接続され、撮像素子103の制御を行うとともに、撮像素子103から信号を取得する。そして、演算部11は、取得した信号に基づいて撮像素子103の良否の診断を行う。
【0023】
(瞳モジュールの概要)
図2は、図1に示された4つの瞳モジュール7を模式的に示す斜視図である。
【0024】
図1及び図2に示すように、瞳モジュール7は、例えば、その外形が概ね柱体状とされており、その軸方向に光源装置5からの光を通過させる。換言すれば、瞳モジュール7は、軸方向の両端である第1端8A及び第2端8Bを有しており、第1端8Aから入射した光を第2端8Bから出射させる。その過程において、瞳モジュール7は、光の横断面における光の強度分布を調整したり(例えば強度を均一化したり)、及び/又は撮像素子103に照射される光の立体角及び/又は拡散角を調整する。
【0025】
瞳モジュール7の外形の具体的形状は任意である。例えば、瞳モジュール7の外形は、直柱状(図示の例)であってもよいし、斜柱状であってもよい。ただし、実施形態の説明では、主として直柱状を例に取り、直柱状を前提とした表現をすることがある。また、瞳モジュール7の外形は、円柱状であってもよいし、角柱状であってもよい。瞳モジュールは、軸方向(光軸に平行な方向)の長さが、径よりも長くてもよいし(図示の例)、短くてもよい。図示の例では、瞳モジュール7の外形は、概略円柱形において、第1端8A側にフランジ8Cが設けられた形状とされている。
【0026】
図1の例では、瞳モジュール7は、プローブカード9に支持されている。具体的には、瞳モジュール7は、プローブカード9を上下に貫通する孔(符号省略。開口9hを含んで概念されてもよい。)に挿通されるとともに、フランジ8Cがプローブカード9の上面に係合している。さらに、フランジ8Cとプローブカード9とは不図示のねじによって固定されてよい。図示の例とは異なり、瞳モジュール7は、プローブカード9とは別の部材によって支持されていてもよいし、プローブカード9に対して移動可能に駆動機構によって支持されていてもよい。
【0027】
瞳モジュール7は、1つのプローブカード9(別の観点では検査装置1。以下、同様。)に対して、任意の数で設けられてよい。例えば、1つのプローブカード9に配置される瞳モジュール7の数は、1つであってもよいし、複数であってもよい(図示の例)。後者の場合において、瞳モジュール7の数は、ウェハ101が含む撮像素子103の数と同数であってもよいし、異なっていてもよい(例えば図示の例のように少なくてもよい。)。
【0028】
瞳モジュール7の数が複数である場合において、その配置も任意である。例えば、瞳モジュール7は、1列で配列されていてもよいし(図示の例)、2列以上で配列されていてもよい。各列の数は任意であり、また、列同士で数が同一であってもよいし、異なっていてもよい。瞳モジュール7のピッチは、例えば、ウェハ101内の撮像素子103のピッチに対して、同一であってもよいし、整数倍であってもよい。
【0029】
(瞳モジュールの内部構造)
図3は、瞳モジュール7の断面図である。
【0030】
瞳モジュール7は、例えば、筒部材13と、筒部材13に保持されている光学部品とを有している。光学部品は、図示の例では、2つの調光フィルタ15及びライトパイプ17である。筒部材13は、例えば、光学部品の保持に寄与しているとともに、瞳モジュール7の外部からの、意図されていない光の影響を低減することに寄与している。調光フィルタ15は、例えば、光量の調整等に寄与する。ライトパイプ17は、例えば、瞳モジュールの透過率の向上等に寄与する。
【0031】
なお、図3では、光軸LAが示されている。図示されている光軸LAは、瞳モジュール7の光軸と捉えられてもよいし、ライトパイプ17等の瞳モジュール7を構成する各部位における光軸と捉えられてもよい。光軸LAは、例えば、瞳モジュール7又は各部位を通過する光束の代表となる仮想的な光線である。
【0032】
(筒部材)
筒部材13は、その名称のとおり、筒状の部材である。筒部材13は、軸回りの筒本体13aと、筒本体13aの第2端8B側を塞ぐ端面部13bとを有している。筒本体13aの第1端8A側は開放されており、開口19が形成されている。端面部13bには、ピンホール21が開口している。光源装置5からの光は、開口19に入射してピンホール21から出射される。
【0033】
図3は、模式図であることから、筒部材13の全体が1つのハッチングによって示されている。実際の筒部材13は、図のように、その全体が一体的に形成されていてもよいし、図とは異なり、複数の部材が組み合わされて構成されていてもよい。
【0034】
筒部材13の具体的な形状は任意である。例えば、筒部材13の外形は、瞳モジュール7の外形の大部分を構成しており、既述の瞳モジュール7の外形の説明は、筒部材13の外形に援用されてよい。筒部材13の内面(換言すれば内部空間)の形状は、例えば、外形と同様に概略直柱体状であり、より詳細には、例えば、円柱状又は角柱状である。筒部材13の外形と内面の形状とは、相似であってもよいし(別の観点では筒部材13の肉厚は概ね一定であってもよいし)、全く異なる形状であってもよい。なお、ここでの相似は、数学でいう厳密な相似に限定されない。
【0035】
開口19の形状は任意である。例えば、開口19を光軸LA方向に見たときの形状は、筒部材13の内部空間の大部分と同一形状であってもよいし、異なる形状であってもよく、また、例えば、円形又は多角形である。図示の例では、開口19は、調光フィルタ15の配置のために筒部材13の内部空間の大部分よりも若干拡径されている。ただし、そのような拡径はなされていなくてもよいし、逆に、筒部材13の内部空間の大部分よりも径が小さくされていてもよい。
【0036】
ピンホール21の形状は任意である。例えば、ピンホール21の横断面(光軸LAに直交する断面)の形状は、円形又は多角形とされてよい。ピンホール21の横断面の形状(別の観点では径)は、ピンホール21の貫通方向において、一定であってもよいし(図示の例)、変化してもよい。後者としては、ピンホール21の貫通方向の一部又は全部において、下方ほど拡径又は縮径する形状が挙げられる。
【0037】
筒部材13における各種の寸法(例えば、開口19の径、ピンホール21の径、開口19からピンホール21までの距離)は、撮像素子103の大きさ、及び撮像素子103の検査に要求される照度等に応じて適宜に設定されてよい。ピンホール21の径は、開口19の径よりも小さい。なお、ここでいう径は、光の透過に実質的に寄与する径であってよい。例えば、図示の例において、光源装置5からテレセントリックな光が調光フィルタ15に入射するとき、調光フィルタ15が配置される部分の径を過剰に大きくしても、瞳モジュール7を通過する光量は殆ど増加しない。このような場合は、拡径部分よりも下方側の部分の径を開口19の径として見做したり、ピンホール21へ到達し得る光束の開口19付近における径を開口19の径として見做したりしてよい。
【0038】
寸法の例を挙げる。ピンホール21の径は、0.1mm以上5mm以下、又は0.5mm以上2mm以下とされてよい。開口19の径は、ピンホール21の径よりも大きいことを前提として、1mm以上50mm以下、又は5mm以上10mm以下とされてよい。開口19の径は、ピンホール21の径に対して、2倍以上20倍以下、又は4倍以上10倍以下とされてよい。開口19(入射側の面)からピンホール21(出射側の面)までの距離は、5mm以上60mm以下、又は10mm以上30mm以下とされてよい。また、当該距離は、ピンホール21の径の5倍以上60倍以下、又は10倍以上30倍以下とされてよい。
【0039】
筒部材13は、遮光性を有しており、開口19及びピンホール21以外の部位からの光の入射及び出射を禁止している。筒部材13は、その全体が遮光性を有する材料から構成されていてもよいし、遮光性を有さない材料によって大部分が構成されつつ、遮光性を有する材料からなる膜が表面(例えば内面及び/又は外面)に形成されていてもよい。
【0040】
筒部材13の表面は、光の反射率が低くてもよいし、高くてもよい。例えば、筒部材13の反射率は、10%未満であってもよいし、10%以上50%未満であってもよいし、50%以上又は80%以上であってもよい。このような反射率は、筒部材13の大部分又は全体を構成する材料の反射率によって実現されてもよいし、筒部材13の内面に反射率を低減又は増加させる膜が形成されることによって実現されてもよい。
【0041】
一般に、光学機器の鏡筒の内面は反射率が低くされている。例えば、鏡筒の内面には、黒色の塗料が塗布されている(換言すれば反射を低減する膜が形成されている。)。黒色の塗料の反射率は、例えば、6%以下であり、1%以下のものも存在する。筒部材13の内面は、一般的な鏡筒と同様に、黒色の塗料が塗布されることなどによって上記のような比較的低い反射率を有してもよいし、上記のような反射率よりも高い反射率を有してもよい。
【0042】
筒部材13の材料は任意である。例えば、筒部材13の大部分(例えば表面以外)又は全部を構成する材料は、樹脂、金属又はセラミックとされてよい。また、既述のように、筒部材13の表面は、適宜な膜が形成されてよく、この膜の材料も任意である。また、膜は、1種の材料からなるものであってもよいし、互いに異なる材料からなる2以上の層が積層されたものであってもよい。膜の材料としては、例えば、任意の色(例えば黒色)の)塗料を挙げることができる。また、後述する実施形態で述べるように、膜の材料として、金属(及び誘電体)を挙げることもできる。
【0043】
筒部材13の内部は、密閉されていてもよいし、密閉されていなくてもよい。密閉は、気密なものであってもよいし、異物の侵入を低減するレベルのものであってもよい。気密に密閉がなされている場合において、筒部材13の内部は、真空(厳密には大気圧よりも減圧された状態)であってもよいし、適宜な気体が封入された状態であってもよい。
【0044】
(調光フィルタ)
調光フィルタ15は、例えば、ガラス基板を含んでおり、AR(anti-reflection)コートの有無等によって透過光量を調整する。1つのプローブカード9に対して複数の瞳モジュール7が設けられる態様においては、この透過光量の調整によって、瞳モジュール7同士の光量差が低減されてよい。調光フィルタ15の大きさ及び位置は、例えば、ライトパイプ17に入射する全ての光が調光フィルタ15を通過した光となるように設定されてよい。図示の例では、調光フィルタ15は、開口19を塞ぐように設けられている。
【0045】
なお、調光フィルタ15は設けられなくてもよい。図示の例では、調光フィルタ15は、筒部材13内を密閉することにも寄与している。調光フィルタ15が設けられない場合、瞳モジュール7の密閉は、他の光学的な機能を有する、又は単に光を透過させるだけの透明部材によってなされてよい。
【0046】
(ライトパイプ)
ライトパイプ17は、例えば、透光性の材料からなる。また、ライトパイプ17は、例えば、中実なロッド状の部材である。換言すれば、ライトパイプは、光軸LAの軸回りに広がる筒状の面である周面17aと、周面17aの両側にて光軸LAに交差する端面である入射面17b及び出射面17cとを有している。入射面17bは、開口19側の面であり、出射面17cは、ピンホール21側の面である。
【0047】
入射面17bに入射した光の少なくとも一部は、周面17aによって1回以上反射されて出射面17cに導かれる。これにより、例えば、筒部材13の内面に吸収される光が減じられ、瞳モジュール7の透過率が向上する。また、別の観点では、周面17aにおける反射によって光が拡散される(別の観点では光の強度が均一化される。)。さらに、図示の例のライトパイプ17においては、テーパ形状等によって、開口19からピンホール21への集光、上記の拡散作用の向上、及び拡散角(別の観点では立体角)の調整がなされる。なお、調光フィルタ15が設けられない態様において、ライトパイプ17が筒部材13内を密閉する機能を担ってもよい。
【0048】
ライトパイプ17の屈折率は、その周囲(真空又は気体)の屈折率よりも高い。別の観点では、周面17aは、屈折率が互いに異なる媒質の界面を構成している。そして、入射面17bに入射して周面17aに到達した光は、一部が周面17aによって反射され、他の一部が周面17aを透過する。また、周面17aに対する入射角が、ある程度の大きさよりも小さくなると、いわゆる全反射が生じる。このようにして、周面17aは光を反射する。本実施形態から理解されるように、周面17aが光を反射可能というとき、周面17aにおける反射率は、必ずしも高くなくてよい。
【0049】
ライトパイプ17の材料(別の観点では屈折率)は適宜に設定されてよい。例えば、ライトパイプ17の材料は、ガラス又は樹脂とされてよい。ライトパイプ17の屈折率が大きいほど、周面17aにおいて全反射が生じやすくなるから、ライトパイプ17の材料として、屈折率が高いものが選択されてよい。ライトパイプ17の材料の屈折率(絶対屈折率)は、例えば、1.4以上とされてよい。
【0050】
ライトパイプ17の具体的な形状は任意である。図示の例では、ライトパイプ17(換言すれは周面17a。以下、本段落及び次段落において同様。)の形状は、横断面(光軸LAに直交する断面)が出射側ほど小さくなるテーパ状(換言すれば錐台状)とされている。図示の例とは異なり、ライトパイプ17の形状は、横断面の形状が光軸LAの位置によらずに一定の柱体状(例えば直柱体状)であってもよいし、錐台と柱体との組み合わせであってもよい。
【0051】
ライトパイプ17における錐台又は柱体のより具体的な形状も任意である。例えば、錐台又は柱体の横断面の形状は、円形又は多角形とされてよい。換言すれば、ライトパイプ17の形状は、円錐台、角錐台、円柱又は角柱とされてよい。錐台状は、光軸LAを対称軸とする回転対称の形状であってもよいし(図示の例)、そうでなくてもよい。錐台の縦断面(光軸LAに平行な断面)において、錐台の側面(周面17a)は、直線状であってもよいし、曲線状であってもよい。
【0052】
ライトパイプ17が錐台状である場合の周面17aの光軸LAに対する傾斜角θは適宜に設定されてよい。例えば、傾斜角θ(縦断面において周面17aが直線状でない場合は例えば近似直線の傾斜角)は、0°超、1°以上、3°以上又は5°以上とされてよく、45°未満、30°以下又は15°以下とされてよく、上記の下限と上限とは適宜に組み合わされてよい。例えば、傾斜角θは、5°以上15°以下とされてよい。
【0053】
入射面17b及び出射面17cの形状も任意である。なお、これらの面の平面形状については、上記のライトパイプ17(周面17a)の横断面の形状が援用されてよい。図示の例では、入射面17bは、外側に膨らむ曲面状(換言すれば凸曲面状)である。また、出射面17cは平面状である。ただし、図示の例とは異なり、入射面17bは、平面状とされてもよいし、凹状の曲面状とされてもよい。また、出射面17cは、凸曲面状又は凹曲面状とされてもよい。入射面17b及び出射面17cの形状(曲面又は平面)の組み合わせも任意である。
【0054】
入射面17b及び/又は出射面17cの曲面は、球面であってもよいし、非球面であってもよい。また、その曲率半径又は焦点距離は適宜に設定されてよい。例えば、入射面17bが凸曲面である場合において、その曲率中心及び/又は焦点は、ライトパイプ17内に位置してよく、より詳細には、例えば、ライトパイプ17の光軸LAにおける長さの中央よりも入射側に位置してよい。
【0055】
周面17a、入射面17b及び出射面17cの表面性状は任意である。例えば、これらの面は、平滑な面である。例えば、これらの面の算術平均粗さRaは、100nm以下、10nm以下又は1nm以下とされてよい。ただし、これらの面は、一部又は全部に、拡散を目的として意図的に凹凸が形成されていても構わない。換言すれば、算術平均粗さRaは、上記の上限値よりも大きくても構わない。
【0056】
ライトパイプ17の寸法は任意である。例えば、筒部材13の説明において筒部材13の寸法として例示した寸法は、筒部材13の寸法ではなく、錐台状のライトパイプ17の寸法として参照されても構わない。念のために記載すると、出射面17cの径は、0.1mm以上5mm以下、又は0.5mm以上2mm以下とされてよい。入射面17bの径は、出射面17cの径よりも大きいことを前提として、1mm以上50mm以下、又は5mm以上10mm以下とされてよい。入射面17bの径は、出射面17cの径に対して、2倍以上20倍以下、又は4倍以上10倍以下とされてよい。光軸LA上における入射面17bから出射面17cまでの長さは、5mm以上60mm以下、又は10mm以上30mm以下とされてよい。また、当該距離は、出射面17cの径の5倍以上60倍以下、又は10倍以上30倍以下とされてよい。
【0057】
筒部材13に対するライトパイプ17の位置は適宜に設定されてよい。図示の例では、周面17aは、入射面17b側の一部及び出射面17c側の一部を除いて、基本的に筒部材13(例えば筒本体13aの内面)から離れている。また、入射面17bは、筒部材13内に位置している。出射面17cは、ピンホール21内(より詳細には図示の例では貫通方向の中途)に位置している。なお、周面17aが筒部材13から離れているというとき、例えば、周面17aは、その面積の1/2以上又は4/5以上が筒部材13から離れていてよい。
【0058】
図示の例とは異なり、周面17aと筒部材13の内面とは互いに同一の形状を有して互いに当接していてもよい。両者が互いに同一の形状を有している態様としては、例えば、図示の例において、ライトパイプ17が直柱状に変形された態様、又は筒本体13aの内面が錐台状に変形された態様を挙げることができる。また、調光フィルタ15が筒部材13内に設けられない態様において、入射面17bは、開口19と同一位置に位置したり、開口19よりも外側に位置したりしてよい。出射面17cは、ピンホール21よりも上方に位置したり、ピンホール21よりも下方に位置したりしてよい。
【0059】
ライトパイプ17の筒部材13に対する固定方法は適宜なものとされてよい。図示の例では、ライトパイプ17は、出射面17c側の一部がピンホール21の一部に嵌合されている(ピンホール21の内面に当接している。)。また、入射面17b側の一部が筒部材13の内面に当接している。これにより、ライトパイプ17は、筒部材13に対して固定されている。ライトパイプ17と筒部材13とが当接しているとした部分において、両者の間に介在する接着剤が設けられてもよい(設けられなくてもよい。)。
【0060】
図示の例とは異なり、筒部材13の内面から突出して周面17aの適宜な位置に当接する部位が設けられてもよい。入射面17bのうちの外縁側の一部に上方から当接する部位が筒部材13に設けられてもよい。出射面17cのうちの外縁側の一部に下方から当接する部位が筒部材13に設けられてもよい。
【0061】
以上のとおり、光源装置5からの検査用の光を固体撮像素子(撮像素子103)へ向けて通過させる瞳モジュール7は、周面17aと、ピンホール21とを有している。周面17aは、光軸LAを軸回りに囲んでおり、光を反射可能である。ピンホール21は、光軸LAに沿う方向において周面17aの出射側に位置している。
【0062】
従って、例えば、瞳モジュール7の透過率が向上する。具体的には、周面17aが設けられていない態様においては、開口19から筒部材13内に入射した光の一部は、ピンホール21へ向かう光路から外れ、筒部材13の内面に吸収される。本実施形態では、そのような光の少なくとも一部を周面17aにおける反射によってピンホール21へ導き、透過率を向上させることができる。その結果、例えば、撮像素子103における照度を向上させることができる。別の観点では、光源装置5における消費電力の低減及び/又は光源装置5の小型化を図ることができる。
【0063】
なお、光軸LAに沿う方向においてピンホール21が周面17aの出射側に位置しているという場合、既述の出射面17cのピンホール21に対する説明から理解されるように、光軸LAに沿う方向における位置範囲に関して、ピンホール21の一部又は全部は、周面17aの出射側の部分に対して重複していてもよいし、重複していなくてもよい。例えば、合理的に考えて、周面17aに囲まれた領域を通過した光がピンホール21を通過しているといえる場合は、ピンホール21は、周面17aの出射側に位置していると捉えられてよい。また、例えば、ピンホール21の出射側の開口面が、周面17aの出射側の端面(出射面17c)から入射側へ周面17aの光軸LAに平行な方向の長さの1/5又は1/10の距離で離れた位置よりも出射側に位置しているとき、ピンホール21は、周面17aの出射側に位置していると捉えられてよい。
【0064】
瞳モジュール7は、遮光性の筒部材13を有してよい。筒部材13は、光が入射する開口19を一端に有してよく、開口19よりも径が小さいピンホール21を他端に有してよい。周面17aは、筒部材13の内側に位置してよい。
【0065】
この場合、例えば、意図されていない光が瞳モジュール7の外部から周面17aに囲まれた領域内及び/又はピンホール21に入射する蓋然性が低減される。その結果、瞳モジュール7から出射される光が安定する。
【0066】
瞳モジュール7は、筒部材13の内部に、筒部材13とは別部材の、周面17aを有する、中実又は中空(本実施形態では中実)のライトパイプ17を有してよい。
【0067】
この場合、例えば、ライトパイプ17に係る理論及び/又はノウハウを利用することができ、設計が容易化される。また、例えば、市販のライトパイプ17を用いることによって、安価に周面17aを有する瞳モジュール7を実現することができる。また、例えば、撮像素子103の種類等に応じて瞳モジュール7に要求される出射光の性質は異なるところ、ライトパイプ17及び筒部材13の一方のみを設計変更して対応することが可能である。
【0068】
ライトパイプ17の外周面(周面17a)と筒部材13の内周面とは離れていてよい。なお、このようにいうとき、図示の例から理解されるように、周面17aは局所的に筒部材13の内周面に当接していても構わない。
【0069】
周面17aと筒部材13とが離れている場合、例えば、ライトパイプ17と筒部材13とは別個に設計可能であるから、上述した設計の容易化等の効果が向上する。また、周面17aの周囲は、真空又は気体であるから、全反射が生じる条件を満たしやすい。また、周面17aと筒部材13との接合状態が周面17aにおける反射に影響を及ぼすというような不都合も低減される。
【0070】
ライトパイプ17は、中実であってよく、また、光源装置5からの光が入射する側の端面(入射面17b)が外側に膨らむ曲面状であってよい。
【0071】
この場合、例えば、入射面17bに入射した光束のライトパイプ17内の向きを調整できる。より詳細には、例えば、テレセントリックな光が入射面17bに入射する場合において、光軸LAに対する光束の傾斜角を大きくし、周面17aに到達する光束を増加させることができる。その結果、ライトパイプ17による光の拡散の作用が向上する。
【0072】
周面17aは、ピンホール21側ほど径が小さくなっていてよい。
【0073】
この場合、例えば、ライトパイプ17は、相対的に径が大きい入射面17bに入射した光を相対的に径が小さい出射面17cへ集めること(集光)に寄与する。これにより、例えば、瞳モジュール7の入射側に集光レンズを設ける必要性が低減される。そして、集光レンズを設けないことによって(ただし、集光レンズが設けられる態様も本開示に係る技術に含まれる。)、瞳モジュール7の小型化、簡素化及び/又はコスト削減が図られる。
【0074】
さらに、ピンホール21側ほど径が小さくなっていることによって、例えば、ライトパイプ17を通過する光は、エテンデュの法則に従って拡散される。具体的には、出射面17c(出口)から出射される光束の拡散角(別の観点では立体角)は、入射面17b(入口)に入射する光束の拡散角に対して、入口径/出口径の比率を乗じたものとなる。従って、周面17aの拡散の作用が向上する。
【0075】
また、本実施形態とは異なり、入射面17bが凸曲面状でない場合、入射面17bにテレセントリックな光が入射すると、この光はライトパイプ17内を光軸ALに平行に進む。このとき、ピンホール21側ほど径が小さい周面17aは、テレセントリックな光のうち光軸ALから離れた光束を反射する。このような作用によっても、周面17aによる拡散の作用が向上する。
【0076】
周面17aは、光軸ALに平行な長さが径よりも大きくてよい。
【0077】
この場合、例えば、周面17aの長さが上記よりも短い態様(当該態様も本開示に係る技術に含まれてよい。)に比較して、周面17aによる反射の回数を多くしやすい。その結果、周面17aによる拡散の作用が向上する。
【0078】
<ライトパイプの変形例>
図4は、変形例に係るライトパイプ23を示す断面図である。
【0079】
実施形態のライトパイプ17が中実なロッド状であったのに対して、変形例に係るライトパイプ23は、中空の筒状である。ライトパイプ23は、光軸LAを囲む周面23aと、光が入射する入射口23bと、光が出射する出射口23cとを有している。ライトパイプ17内の光を反射する周面17aは、ライトパイプ17の外周面によって構成された。これに対して、ライトパイプ23内の光を反射する周面23aは、ライトパイプ23の内周面によって構成されている。
【0080】
実施形態に係るライトパイプ17の周面17aは透光性を有した。これに対して、変形例に係るライトパイプ23の周面23aは、入射角に関わらずに光を実質的に透過させずに光を反射する反射面(例えば鏡)として機能してよい。周面23aの反射率は適宜に設定されてよい。例えば、周面23aの反射率は、50%以上、80%以上又は90%以上とされてよい。
【0081】
材料の観点において、ライトパイプ23の構成は任意である。例えば、特に図示ないが、ライトパイプ23は、ライトパイプ23の大部分を構成する基体と、基体の内周面に重なって周面23aを構成する反射膜とを有してよい。基体は、1種又は2種以上の材料から構成されてよい。1種以上の材料それぞれは、遮光性又は透光性を有してよい。基体の材料としては、例えば、ガラス、樹脂又は金属を挙げることができる。また、反射膜は、1種の材料から構成されてもよいし、互いに異なる材料が積層されて構成されてもよい。より詳細には、例えば、反射膜は、金属膜であってもよいし、透光性を有する誘電体層を金属膜に重ねたものであってもよい。上記とは異なり、ライトパイプ23は、その全体が、単一の、かつ反射率が比較的高い材料(例えば金属)によって構成されてもよい。
【0082】
ライトパイプ23の周面23a及び/又は外周面の形状及び寸法については、ライトパイプ17の周面17aの説明が適宜に援用されてよい。ライトパイプ23の厚さは、例えば、ライトパイプ23の全体に亘って概ね一定である。換言すれば、周面23aとライトパイプ23の外周面とは相似とされている。ただし、図示の例とは異なり、ライトパイプ23の厚さは一定でなくても構わない。例えば、周面23aの形状は、第1実施形態の周面17aと概ね同様(錐台状)とされつつ、外周面の形状は、筒部材13に嵌合する柱体状とされてもよい。
【0083】
このような変形例に係るライトパイプ23は、第1実施形態、及びライトパイプ17を有する他の実施形態(後述)において、ライトパイプ17に代えて用いられてよい。ライトパイプ23をライトパイプ17に代えて用いた場合においても、実施形態と同様の効果が奏される。
【0084】
<第2実施形態>
図5は、第2実施形態に係る瞳モジュール207の構成を示す断面図であり、第1実施形態の図3に対応している。
【0085】
第2実施形態に係る瞳モジュール207は、第1実施形態に係る瞳モジュール7に対して、拡散板25を追加したものである。拡散板25は、光を透過させつつ光を拡散させる。これにより、例えば、瞳モジュール207から出射される光は、横断面における強度がさらに均一化される。なお、第1実施形態は、第2実施形態に比較すると、瞳モジュールの透過率が高い。
【0086】
拡散板25は、ライトパイプ17(周面17a)に対して入射側に位置している。より詳細には、拡散板25は、筒部材13内に位置しており、また、別の観点では、調光フィルタ15(別の観点では開口19)とライトパイプ17との間に位置している。なお、図示の例とは異なり、拡散板25を筒部材13の外部に位置させることも可能である。例えば、拡散板25は、開口19を外側から塞ぐように筒部材13の上端に重なっていてもよいし、筒部材13の上端(開口19)から上方へ離れた位置に配置されていてもよい。光軸LAに平行な方向において、開口19と拡散板25との距離、及び拡散板25とライトパイプ17との距離は任意である。
【0087】
拡散板25の形状及び寸法(並びに位置)は、例えば、ライトパイプ17に入射する全ての光が実質的に拡散板25を通過した光となるように設定されてよい。例えば、図示の例では、拡散板25は、筒部材13の内部に配置され、かつ筒部材13の内部空間の横断面全体に亘る広さを有しており、これにより、上記の光の関係が実現されている。図示の例とは異なり、拡散板25が開口19から上方へ離れている態様においては、拡散板25の面積を開口19の面積に対して十分に大きくすることによって、上記の光の関係が実現されてよい。
【0088】
拡散板25の具体的な材料、形状及び寸法等は、適宜に設定されてよい。例えば、拡散板25の全体の材料、又は拡散板25のベースとなる材料は、透光性を有している材料であり、ガラス又は樹脂とされてよい。拡散板25は、概ね一定の厚さの板状とされてよい。拡散板25の厚さは、要求される作用等に応じて適宜に設定されてよい。
【0089】
図示の例のように、拡散板27が筒部材13の内部に位置する態様においては、拡散板25の平面視における形状及び寸法については、例えば、筒部材13の内部空間の横断面の形状及び寸法の説明が援用されてよい。また、拡散板27が筒部材13の外部に位置する態様においては、拡散板25は、筒部材13の内部空間又は全体の横断面よりも広い面積を有していてもよい。
【0090】
図示の例では、拡散板25は、光軸LAに平行に見たときに、入射面17bよりも広くされ、入射面17bを包含していている。ただし、拡散板25は、入射面17bと同一の広さであってもよいし、入射面17bよりも狭くてもよい。後者の態様は、例えば、筒部材13の拡散板25及び/又はライトパイプ17を保持する部分の都合上、生じ得る。
【0091】
拡散板25において、光を拡散するための構成は、種々のものとされてよい。例えば、拡散板25としては、一方の面又は両面に凹凸を有するものを挙げることができる。拡散板25を透過する光は、この表面の凹凸によって屈折されることなどによって拡散される。凹凸が形成された面の表面粗さRaは、例えば、200nm以上、1μm以上、10μm以上又は100μm以上とされてよい。表面に凹凸を有する拡散板25は、互いに大きさが異なる微小レンズがランダムに配置されていると捉えることができる態様であってもよい。また、拡散板25は、表面の凹凸に代えて、又は加えて、内部に微小な粒子を有してもよい。拡散板25を通過する光は、この微小な粒子によって反射されることによって拡散されてよい。
【0092】
拡散板25の透過率及び拡散角は任意に設定されてよい。本実施形態では、ライトパイプ17が拡散の作用を奏する。従って、拡散板25として、従来の瞳モジュールが有する拡散板に比較して、透過率が比較的高いもの、及び/又は拡散の作用が低いものが用いられてもよい。例えば、拡散板25の透過率は、70%以上、80%以上又は90%以上であってよい。また、拡散板25の拡散角は、40°以下、30°以下又は20°以下であってよい。
【0093】
拡散板25の筒部材13に対する固定方法は適宜な方法とされてよい。図示の例では、筒部材13の内部は、開口19側の部分がピンホール21側の部分よりも拡径されている。そして、拡散板25は、開口19側から挿入されて、拡径によって形成された段差に係合する。これにより、拡散板25は、筒部材13に保持される。拡散板25と筒部材13との間には接着剤が介在してもよい(介在しなくてもよい。)。図示の例とは異なり、例えば、筒部材13が2以上の部材から構成されることなどによって、拡散板25は、ピンホール21側から挿入されたり、光軸LA方向において筒部材13の適宜な部位に挟まれたりしてもよい。
【0094】
以上のとおり、本実施形態では、周面17aの入射側に拡散板25を有している。この場合、例えば、既述のように、瞳モジュール207による拡散作用が向上する。さらに、拡散板25によって拡散された光がライトパイプ17に入射することから、ライトパイプ17の周面17aに到達して反射される光束が増加しやすい。その結果、ライトパイプ17による拡散効果が向上することになる。すなわち、入射側の拡散板25と、ライトパイプ17との組み合わせは、単なる足し合わせの効果ではなく、相乗効果を奏する。
【0095】
<第3実施形態>
図6は、第3実施形態に係る瞳モジュール307の構成を示す断面図であり、第1実施形態の図3に対応している。
【0096】
第3実施形態に係る瞳モジュール307は、第2実施形態に係る瞳モジュール207に対して、拡散板の位置を変更したものである。すなわち、瞳モジュール207では、拡散板25がライトパイプ17の入射側に位置したのに対して、瞳モジュール307では、拡散板27は、ライトパイプ17の出射側に位置している。
【0097】
拡散板27のより詳細な位置は適宜に設定されてよい。例えば、拡散板27は、筒部材13の内部に位置している。ただし、拡散板27は、筒部材13の外部に位置してもよい。例えば、拡散板27は、ピンホール21を外側から塞ぐように筒部材13の下端に重なっていてもよいし、筒部材13の下端(ピンホール21)から下方へ離れた位置に配置されていてもよい。光軸LAに平行な方向において、ライトパイプ17と拡散板27との距離、及び拡散板27とピンホール21との距離は任意である。
【0098】
拡散板27の形状及び寸法(並びに位置)は、例えば、ライトパイプ17の出射面17cから出射される全ての光が実質的に拡散板27に入射するように、及び/又はピンホール21を通過する全ての光が実質的に拡散板27を通過するように設定されてよい。図示の例では、拡散板27は、出射面17cの全面に重なるとともに、ピンホール21を塞いでおり、これにより、上記の光の関係が実現されている。図示の例とは異なり、例えば、拡散板27がピンホール21から下方へ離れている態様においては、拡散板27の面積をピンホール21の面積に対して十分に大きくすることによって、ピンホール21を通過する全ての光が実質的に拡散板27を通過するようにしてよい。
【0099】
拡散板27の具体的な材料、形状、寸法、及び光を拡散するための構成は適宜に設定されてよい。拡散板25についての材料、形状、寸法、及び光を拡散するための構成についての説明は、矛盾等が生じない限り、拡散板27に援用されてよい。図示の例では、光軸LAに平行に見て、拡散板27は、筒部材13の内部空間の横断面よりも狭くされている。ただし、拡散板27は、筒部材13の内部空間の横断面全体に亘る広さを有していてもよい。また、拡散板27が筒部材13の外部に位置する態様においては、拡散板27は、筒部材13の内部空間又は全体の横断面よりも広い面積を有していてもよい。
【0100】
拡散板27の透過率及び拡散角は任意に設定されてよい。第2実施形態と同様に、ライトパイプ17が拡散の作用を奏するから、拡散板25として、透過率が比較的高いもの、及び/又は拡散の作用が低いものを用いることができる。従って、例えば、第2実施形態で例示した透過率の下限値、及び拡散角の上限値は、本実施形態に援用されてもよい。ただし、本実施形態の拡散板27は、第2実施形態の拡散板25とは異なり、周面17aに到達して反射される光束を増加させる作用は奏さない。従って、拡散板27は、拡散板25に代えて、透過率が低くされたり、拡散角が大きくされたりしてもよい。例えば、拡散板27の拡散角は、70°以上90°以下であってもよい。
【0101】
拡散板27の筒部材13に対する固定方法は適宜な方法とされてよい。図示の例では、筒部材13の端面部13bの内側面(上面)に、ピンホール21よりも径が大きい凹部(符号省略)が形成されている。そして、拡散板27は、当該凹部に嵌合されている。拡散板27と筒部材13との間には接着剤が介在してもよい(介在しなくてもよい。)。図示の例とは異なり、例えば、筒部材13の内径と同一の大きさの径の拡散板27を筒部材13に嵌合させたり、端面部13bの外側面(下面)にピンホール21よりも径が大きい凹部を形成して当該凹部に拡散板27を嵌合させたり、端面部13bの上面又は下面に対して凹部を形成することなく拡散板27を接着したり、筒部材13が2以上の部材から構成されることなどによって拡散板27が光軸LA方向において筒部材13の適宜な部位に挟まれたりしてもよい。
【0102】
以上のとおり、本実施形態では、周面17aの出射側に拡散板27を有している。この場合、例えば、既述のように、瞳モジュール307による拡散作用が向上する。拡散板27は、ピンホール21側に位置するものであるから、第2実施形態の拡散板25に比較して、例えば、面積を小さくすることができる。その結果、例えば、拡散板25及び27が高価である場合において、瞳モジュールのコストを削減することができる。
【0103】
<第4実施形態>
図7は、第4実施形態に係る瞳モジュール407の構成を示す断面図であり、第1実施形態の図3に対応している。
【0104】
第1実施形態では、筒部材13とは別個の部材としてライトパイプ17が設けられた。一方、第4実施形態では、筒部材413の内面が光を反射可能な構成とされている。また、第4実施形態では、開口19側から入射した光をピンホール21側に集光する集光レンズ29が設けられている。さらに、第4実施形態では、第3実施形態と同様に、ピンホール21に隣接して拡散板27が設けられている。拡散板27については、第3実施形態における説明が援用されてよい。
【0105】
(筒部材)
筒部材413は、図4を参照して説明した変形例に係るライトパイプ23の更に変形例として捉えることができる。従って、ライトパイプ23の説明は、適宜に筒部材413に援用されてよい。例えば、筒部材413は、光軸LAを囲む周面413aを有している。この周面413aは、ライトパイプ23の周面23aと同様に、入射角に関わらずに光を実質的に透過させずに光を反射する反射面(例えば鏡)として機能してよい。周面23aの説明で例示した反射率は、周面413aに適用されてよい。
【0106】
材料の観点において、筒部材413は、変形例に係るライトパイプ23と同様に、基体31と、基体31の内面に重なる反射膜33とを有してよい。基体31及び反射膜33の材料については、ライトパイプ23の基体及び反射膜(いずれも不図示)の説明が援用されてよい。また、筒部材413は、図示の例とは異なり、その全体が、単一の、かつ反射率が比較的高い材料(例えば金属)によって構成されてもよい。
【0107】
筒部材413の外形(外面の形状)については、第1実施形態における筒部材13の外形の説明が援用されてよい。筒部材413の内面は、その大部分が周面413aによって構成されている。周面413aの形状については、第1実施形態におけるライトパイプ17の周面17aの説明が援用されてよい。図示の例では、筒部材413の内面の形状は、周面413aによって構成される錐台と、その錐台の下方に位置する柱体と、錐台の上方に位置する2つの柱体とを有している。下方の柱体は、拡散板27が配置(例えば嵌合)される部位となっている。上方の2つの柱体は、集光レンズ29及び調光フィルタ15が配置(例えば嵌合)される部位となっている。図示の例とは異なり、柱体は形成されなくてもよい。また、第1実施形態の説明で述べたように、周面413aの形状は、柱体を含んでいてもよい。
【0108】
反射膜33の範囲から理解されるように、図示の例では、筒部材413の内面のうち、錐台(別の観点では集光レンズ29から拡散板27までの間の部分)の側面は、その全体が反射面とされている。また、錐台の側面だけでなく、その下方の柱体(別の観点では拡散板27が配置される部分)の側面及び端面、並びにピンホール21の内面も反射面とされている。
【0109】
図示の例とは異なり、柱体の側面及び端面、並びにピンホール21の内面の少なくとも1つは、反射面とされなくてもよい。また、錐台の側面の全てが反射面とされる必要は無い。例えば、光軸LAに平行な方向の長さに関して、反射面の長さは、錐台の長さ、又は開口19からピンホール21まで(開口19及びピンホール21を含む)の長さに対して、1/2以上、4/5以上又は9/10以上とされてよい。上記とは逆に、上方の2つの柱体(別の観点では集光レンズ29及び調光フィルタ15が配置される部分)の側面及び端面の少なくとも1つが反射面とされてもよい。
【0110】
なお、図示の例も含む種々の態様において、光軸LAを囲む反射可能な周面413aは、筒部材13の内周面のうち、光学部品(拡散板27等)が配置される部分の面を除いた領域内で定義されてもよいし、上記部分の面を含んだ領域内で定義されてもよい。本実施形態の説明では、便宜上、前者とする。
【0111】
(集光レンズ)
集光レンズ29の焦点は適宜な位置に設定されてよい。例えば、焦点は、ピンホール21内又はその前後に設定されてよい。この場合、例えば、開口19に入射するテレセントリックな光がピンホール21又はその前後に集光される。周面413aは、集光レンズ29が設けられない態様(既述の実施形態からも理解されるように、当該態様も本開示に係る技術に含まれる。)に比較して、集光及び拡散の作用を積極的に奏さず、集光されなかった光(従来は筒部材の内面に吸収された光)の有効利用に寄与する。
【0112】
また、例えば、焦点は、第1実施形態におけるライトパイプ17の入射面17bの焦点と同様に、周面413a(錐台)の内部に位置してよい。この場合は、例えば、集光レンズ29は、入射面17bと同様に、周面413aに到達して反射される光束を増加させることに寄与し、ひいては、周面413aによる集光及び/又は拡散の作用の向上に寄与する。
【0113】
集光レンズ29の形状及び寸法(並びに位置)は、例えば、周面413a内に入射する全ての光が実質的に集光レンズ29を通過する光となるように設定されてよい。図示の例では、集光レンズ29は、周面413aの入射側の開口面を塞いでおり、これにより、上記の光の関係が実現されている。
【0114】
集光レンズ29(凸レンズ)の具体的な形状及び材料は適宜なものとされてよい。例えば、集光レンズ29は、平凸レンズ(図示の例)、両凸レンズ又は凸メニスカスレンズとされてよい。集光レンズ29としての平凸レンズ又は凸メニスカスレンズは、凸側が開口19側及びピンホール21側のいずれに向けられてもよい。集光レンズ29は、単レンズであってもよいし、複数のレンズ群であってもよい。集光レンズ29の材料は、例えば、ガラス又は樹脂とされてよい。
【0115】
以上のとおり、本実施形態においても、瞳モジュール407は、周面413aと、ピンホール21とを有している。周面413aは、光軸LAを軸回りに囲んでおり、光を反射可能である。ピンホール21は、光軸LAに沿う方向において周面413aの出射側に位置している。
【0116】
従って、第1実施形態と同様の作用が奏される。例えば、従来は筒部材の内面に吸収されていた光を有効利用することができる。及び/又は、周面413aの拡散作用によって拡散板を設ける必要性が低減される。これらによって、透過率が向上する。
【0117】
本実施形態に示されるように、筒部材413の内面に反射膜33が重なって上記のような周面413aが構成されてよい。
【0118】
この場合、例えば、筒部材413全体が金属により形成されて、かつ内面に黒塗りの塗料が塗布されないことによって、光を反射する周面413aが構成される態様(当該態様も本開示に係る技術に含まれてよい。)に比較して、筒部材413の材料の自由度が向上する。また、筒部材とは別個のライトパイプ17が不要であることから、構成が簡素化される。
【0119】
反射膜33は金属膜を含んでよい。
【0120】
この場合、例えば、周面413aの反射率を高くしやすい。ひいては、周面413aによる集光及び/又は拡散等の作用が向上する。また、金属膜は、遮光膜としても機能する。従って、金属膜は、瞳モジュール407の外部からの、又は外部への光の干渉の低減にも寄与する。別の観点では、基体31の材料の自由度が更に向上する。その結果、例えば、基体31の材料として、遮光性が低い安価な樹脂を用いることも可能である。
【0121】
本実施形態に示したように、瞳モジュール407は、周面413aの入射側に、光をピンホール21側に集光する集光レンズ29を更に有してよい。
【0122】
この場合、既述のように、例えば、集光レンズ29によってピンホール21に集光することを基本とする態様において、漏れた光を反射する部位として周面413aを利用でき、透過率が向上する。又は、第1実施形態の凸曲面状の入射面17bと同様に、集光レンズ29によって周面413aに到達して反射される光束を増加させ、周面413aによる拡散作用及び/又は集光作用を向上させることができる。
【0123】
<ピンホールの第1の変形例>
図8は、変形例に係るピンホール21Aを示す断面図であり、図7のピンホール21及びその周辺の拡大図に相当する。
【0124】
これまでピンホール21の形状として、直柱(例えば円柱又は角柱)を図示した。図8では、ピンホール21Aの形状として、下方ほど径が小さくなる錐台(入射側部位21s)と、当該錐台の下方に続く直柱(出射側部位21t)とを有する形状が示されている。なお、図8以外の種々の図において示されたピンホール21の形状は、実際のピンホール21の形状として捉えられてもよいし、実際のピンホール21の形状(直柱でない形状)を模式化して示した形状として捉えられてもよい。別の観点では、ピンホール21Aの形状は、任意の実施形態に適用されてよい。
【0125】
変形例に係るピンホール21Aの具体的な形状及び寸法は適宜に設定されてよい。例えば、実施形態におけるピンホール21の説明は、矛盾等が生じない限り、変形例に係るピンホール21Aに援用されてよい。ピンホール21Aにおいて、錐台の横断面(光軸LAに直交する断面)の形状と、柱体の横断面の形状とは、同一(相似)であってもよいし、異なっていてもよい。錐台の側面の光軸LAに対する傾斜角θ2は任意である。例えば、傾斜角θ2は、10°以上、30°以上、50°以上とされてよく、80°以下又は70°以下とされてよく、上記の下限と上限とは適宜に組み合わせされてよい。光軸LAに平行な方向における長さに関して、錐台と直柱とは、いずれが大きくてもよい。図示の例では、後者が前者よりも短くなっている。
【0126】
図8では、変形例に係るピンホール21Aを有する瞳モジュールとして、第4実施形態(図7)の瞳モジュール407を例に取っている。この場合、第4実施形態の説明で述べたように、反射膜33(換言すれば反射面)は、ピンホール21Aの一部又は全部に亘って形成されてもよいし(図示の例)、形成されなくてもよい
【0127】
以上のとおり、ピンホール21Aは、出射側ほど径が小さくなる部位(錐台の入射側部位21s)を有してよい。
【0128】
この場合、例えば、ピンホール21Aに入射する光束を多くできる。より詳細には、直柱状の出射側部位21tがピンホール21の全体を構成する態様(当該態様も本開示に係る技術に含まれる。)に比較して、外周側(図示の例では拡散板27の外周縁側)からの光を出射側(図の下方)へ透過させやすくなる。これにより、光の透過率を向上させることができる。さらに、上記のように外周側(拡散板27の外周縁側)からの光が出射側へ透過しやすくなることによって、出射側へ透過する光においては、光軸LAに対してある程度の角度で傾斜した光の割合が増加することになる。これにより、撮像素子103への入射角度を拡大させることができる。また、強度の観点から筒部材413の肉厚が厚い場合(ピンホール21Aの貫通方向の長さが長い場合)において、ピンホール21Aが出射光の拡散角に過剰に影響を及ぼす蓋然性が低減される。錐台の側面が反射面とされる態様においては、ピンホール21Aにおいても、集光及び/又は拡散の作用が期待される。
【0129】
上記のような効果は、ピンホール21Aの光軸LAに平行な長さ、又は直柱状の部分(本変形例では入射側部位21s)の光軸LAに平行な長さが短いほど増進されやすい。一方で、筒部材413の強度の観点から、これらの長さは、ある程度以上の大きさとされる。ピンホール21Aの前後に設けられる光学部品(例えば後述するレンズ35)等によって強度が確保されることによって、上記の長さを短くすることも可能である。これらの事情を考慮して、上記の長さは適宜に設定されてよい。例えば、ピンホール21Aの光軸LAに平行な長さは、0.4mm以上0.6mm以下とされてよい。光学部品によって強度を確保できる場合に、ピンホール21Aの光軸LAに平行な長さは、0.2mm以上0.4mm以下とされてよい。直柱状の部分の長さは、例えば、0.05mm以上0.15mm以下とされてよい。
【0130】
<第5実施形態>
図9は、第5実施形態に係る瞳モジュール507の構成を示す断面図であり、第1実施形態の図3に対応している。
【0131】
第5実施形態に係る瞳モジュール507は、第4実施形態に係る瞳モジュール407に比較して、筒部材(換言すれば周面)の形状が相違する。具体的には、第4実施形態に係る筒部材413の周面413a(内周面)は錐台状であったのに対して、第5実施形態に係る筒部材513の周面513a(内周面)は直柱状である。周面513aの形状については、第1実施形態における筒部材13の内面の形状の説明が援用されてよい。
【0132】
本実施形態においても、瞳モジュール507は、周面513aと、ピンホール21とを有している。周面513aは、光軸LAを軸回りに囲んでおり、光を反射可能である。ピンホール21は、光軸LAに沿う方向において周面513aの出射側に位置している。
【0133】
従って、第1実施形態と同様の作用が奏される。例えば、従来は筒部材の内面に吸収されていた光を有効利用することができる。及び/又は、周面413aの拡散作用によって拡散板を設ける必要性が低減される。これらによって、透過率が向上する。
【0134】
<第6実施形態>
図10は、第6実施形態に係る瞳モジュール607の構成を示す断面図であり、第1実施形態の図3に対応している。
【0135】
第6実施形態に係る瞳モジュール607は、第1実施形態に係る瞳モジュール7に対して、ピンホール21の射出側にレンズ35(レンズの語は、レンズ群を含むものとする。)を追加したものである。レンズ35が追加されることによって、例えば、瞳モジュール607の大部分(例えばレンズ35以外の全部)の構成を設計変更することなく、撮像素子103に対する種々の入射角度(例えばCRA:Chief Ray Angle)を実現することができる。なお、レンズ35について図示された形状及び寸法等は、現実のものを反映していない。
【0136】
レンズ35の材料及び形状等は任意である。例えば、レンズ35は、単レンズであってもよいし、レンズ群(図示の例)であってもよい。レンズ35(厳密に表現すれば、レンズ35が含む1以上のレンズ。以下、同様。)の材料は、ガラス又は樹脂とされてよい。レンズ35は、球面レンズであってもよいし、非球面レンズであってもよい。レンズ35は、凸レンズであってもよいし、凹レンズであってもよく、より詳細には、例えば、両凸レンズ、平凸レンズ、凸メニスカスレンズ、両凹レンズ、平凹レンズ又は凹メニスカスレンズとされてよい。光軸に直交する面に対して非対称のレンズは、入射側及び出射側のいずれに凸又は凹が向けられてもよい。レング群としてのレンズ35を構成する複数のレンズの形状の組み合わせも任意である。
【0137】
以上のとおり、瞳モジュール507は、ピンホール21の出射側にレンズ35を有してよい。
【0138】
この場合、既述のように、レンズ35の設計変更によって、撮像素子103に対する種々の入射角度を実現することができる。ひいては、瞳モジュールを利用する1以上のユーザの種々の仕様に対して安価に対応することができる。
【0139】
ここでは、第1実施形態の瞳モジュール7に対して、レンズ35が設けられた。ただし、レンズ35は、第1実施形態だけでなく、他のいずれの実施形態に適用されてもよい。例えば、第4実施形態(図7)及び第5実施形態(図9)のように、筒部材の基体31の内面に反射膜33が設けられる態様において、レンズ35が設けられても構わない。
【0140】
<ピンホールの第2変形例>
図11は、変形例に係るピンホール21Bを示す断面図であり、図9のピンホール21及びその周辺の拡大図に相当する。
【0141】
なお、既述のように、図10を参照して説明したレンズ35は、いずれの実施形態に適用されてもよい。図11は、第5実施形態(図9)においてレンズ35を設けた図となっている。
【0142】
図8を参照して説明した変形例に係るピンホール21Aでは、入射側部位21sは、入射側ほど拡径する錐台状とされた。一方、図11に示す変形例に係るピンホール21Bでは、ピンホール21Aとは逆に、入射側部位21sは直柱状とされており、出射側部位21tが錐台状とされている。出射側部位21tは、出射側ほど拡径するように形成されている。
【0143】
なお、ピンホール21Aと同様に、ピンホール21Bは、任意の実施形態に適用されてよい。例えば、ライトパイプ17を有する態様に適用されてもよいし、レンズ35が設けられていない態様に適用されてもよい。
【0144】
ピンホール21Bの具体的な形状及び寸法は適宜に設定されてよい。例えば、ピンホール21Aの説明は、入射側及び出射側の語を適宜に置換して、ピンホール21Bに援用されてよい。例えば、ピンホール21Aと同様に、錐台の側面の光軸LAに対する傾斜角θ2(図示省略)は、任意であり、例えば、10°以上、30°以上、50°以上とされてよく、80°以下又は70°以下とされてよい。また、例えば、ピンホール21Aと同様に、光軸LAに平行な方向における長さに関して、錐台と直柱とは、いずれが大きくてもよい。また、例えば、ピンホール21Aと同様に、ピンホール21Bの具体的な寸法は、任意であり、0.4mm以上0.6mm以下とされてよい。
【0145】
ピンホール21Bが、反射膜33を有する態様に適用される場合、ピンホール21Aと同様に、反射膜33のピンホール21Bに対する配置範囲は任意である。例えば、反射膜33は、ピンホール21Bの全部に亘って形成されてもよいし(図示の例)、ピンホール21Bの一部のみに形成されていてもよいし、ピンホール21Bに全く形成されていなくてもよい。反射膜33がピンホール21Bの一部に形成されている態様としては、例えば、反射膜が入射側部位21s及び出射側部位21tのうち入射側部位21sのみに形成されている態様を挙げることができる。
【0146】
以上のとおり、ピンホール21Bは、入射側ほど径が小さくなる部位(錐台の出射側部位21t)を有してよい。
【0147】
この場合、例えば、ピンホール21Aと同様の効果が奏される。具体的には、例えば、外周側(図示の例では拡散板27の外周縁側)からの光がピンホール21Bを透過しやすくなり、透過率が向上するとともに、撮像素子103への入射角度を拡大させることができる。
【0148】
本開示に係る技術は、以上の実施形態及び変形例に限定されず、種々の態様で実施されてよい。
【0149】
例えば、上述した種々の実施形態は、適宜に組み合わされてよい。例えば、拡散板が配置されない構成(図3)又は入射側にのみ拡散板を配置する構成(図5)は、筒部材の内面に反射面が構成される態様(図7及び図9)に適用されてもよい。集光レンズ(図7及び図9)は、ライトパイプを有する態様(図3図5及び図6)に適用されてもよいし、逆に、集光レンズが配置されない構成(図3図5及び図6)が筒部材の内面に反射面が構成される態様(図7及び図9)に適用されてもよい。このように、入射側の拡散板の有無、出射側の拡散板の有無、集光レンズの有無、ピンホールの出射側のレンズの有無、並びに光軸を囲む周面(反射面)の態様等の組み合わせは任意である。
【0150】
実施形態では、光軸を軸回りに囲み、光を反射可能な周面として、筒部材とは別部材としての中実なライトパイプの外周面(図3等)、筒部材とは別部材としての中空なライトパイプの内周面(図4)、筒部材の内面に重なる反射膜(図7等)を示した。実施形態の説明でも触れたように、光軸を軸回りに囲み、光を反射可能な周面は、筒部材の全体が光を反射可能な材料によって形成されることによって実現されてもよい。ただし、従来技術においても、厳密に言えば、筒部材の内面は、光を全く反射しないわけではない。そこで、光を反射可能な材料によって筒部材の全体が形成される態様に関しては、光を反射可能な周面という場合、当該周面の反射率は、従来の黒塗りの内面における反射率よりも高い構成を指すものとする。そのような反射率としては、例えば、50%以上又は80%以上を挙げることができる。
【0151】
中実なライトパイプの外周面にはライトパイプ内の光を反射する反射膜が設けられてもよい。反射膜は、中空なライトパイプと捉えられてもよい。別の観点では、中空なライトパイプの内部には透光性の材料が配置されてもよい。
【0152】
光を反射可能な周面(中実なライトパイプの外周面等)の入射側又は出射側に配置された拡散板、集光レンズ及び調光フィルタ等は、光学部品と上位概念化できる。また、周面の入射側又は出射側に配置される光学部品は、実施形態に例示したもの以外の種々のものとされてよい。
【0153】
例えば、第4実施形態(図7)では、光学部品として集光レンズ29(換言すれば凸レンズ)を例示したが、凸レンズに代えて凹レンズが設けられてもよい。この場合、例えば、凹レンズから出射される光が発散して周面413a(又は他の実施形態の周面)に光が入射しやすくなる。その結果、周面413aによる光を拡散させる効果が向上する。凹レンズの具体的な形状は適宜なものとされてよい。例えば、凹レンズは、両凹レンズ、平凹レンズ又は凹メニスカスレンズとされてよい。
【符号の説明】
【0154】
1…検査装置、7…瞳モジュール、17a…(瞳モジュールの)周面、21…ピンホール、103…撮像素子(固体撮像素子)、LA…光軸。
【要約】
【課題】少なくとも一部の性能(例えば光の透過率及び/又は拡散機能)を向上させることができる瞳モジュールを提供する。
【解決手段】光源装置5からの検査用の光を固体撮像素子(撮像素子103)へ向けて通過させる瞳モジュール7は、周面17aと、ピンホール21とを有している。周面17aは、光軸LAを軸回りに囲んでおり、光を反射可能である。ピンホール21は、光軸LAに沿う方向において周面17aの出射側に位置している。
【選択図】図3
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11