(57)【要約】【課題】反射率が大きな被写体でも自動調光が可能な調光方法及び調光装置を提供する。【解決手段】映像の輝度レベルが所定の値になるように照明の光量を制御する調光装置であって、遮蔽板開放位置ではランプの光量を全て透過し、遮蔽板閉口位置ではランプの光量を全て遮断する。中間はランプの光広がり特性から遮蔽量を制限し、遮蔽板の移動に対応して、遮蔽板を通過する光量が対数曲線で変化することを特徴とした照明光遮蔽板を用いる。対数曲線で変化することにより、任意の遮蔽板位置で、通過する光を 2 倍、1/2 倍にするための遮蔽版移動量を同じ値にすることができ、制御が容易になる。【選択図】図１０
2010020205.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像の輝度レベルが所定の値になるように照明の光量を制御する調光装置であって、照明を通過する光量を遮蔽板によって調整する調光装置において、
上記遮蔽板は、上記遮蔽板の等差級数列的な移動量若しくは回転量に対応して、上記遮蔽板を通過する光量を等比級数的に変化するような形状としたことを特徴とする調光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学顕微鏡とイメージセンサを利用して、基板等の微小物を非接触で検査する装置等に使用する調光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
調光装置は、光学顕微鏡と CCD（ Charge Coupled Device ）カメラ等のイメージセンサを利用して、IC（ Integrated Circuit ）ウェハや LCD（ Liquid Crystal Device ）の TFT（ Thin Film Transistor ）基板等の微小物を非接触で検査する装置等画像処理システムに主として、使用される。
【０００３】
図１と図２によって、従来技術について説明する。図１は、従来の顕微鏡を用いた画像処理システムの構成を示すブロック図である（例えば、特許文献１参照。）。図２は、CCD カメラ 6 の受光量と出力映像の輝度レベルの関係を示す図である。1 は被写体、2 は対物レンズ、3 は対物レンズ 2 のリボルバ、21 はリボルバ 3 に設けられた予備の対物レンズ、4 は照明光学系、5 は顕微鏡、6 は CCD カメラ、7 は制御部、8 はモニタ、9 は照明電源、90 はランプ、91 は照明光源 9 内のスリット、92 はスリット 91 の移動機構、93 はライトガイド、94 は拡散板である。照明電源 9 は、ランプ 90 、スリット 91 、移動機構 92 、及び拡散板 94 を含む。
【０００４】
図１において、被写体 1 は、図示しない戴置台上に固定されて、その一部を顕微鏡 5 が拡大して、拡大された光学像をCCD カメラ 6 が撮像して電気信号（映像信号）に変換して制御部 7 に出力する。制御部 7 は、映像信号の画像に所定の画像処理を施して、所定の形式で、モニタ 8 に表示させる。
即ち、CCD カメラ 6 は、撮像面に入射した光を電気信号に変換することにより、被写体 1 の一部を撮像する。そして、CCD カメラ 6 は、撮像した被写体像の映像信号を制御部 7 に出力する。制御部 7 は、映像をモニタ 8 に表示する。
【０００５】
また、制御部 7 は、映像の輝度レベルを電圧で観測し、その電圧が正規電圧か否かを評価する。
このとき CCD カメラ 6 が、所定の輝度の画像を得るためには、照明光が被写体 1 に照射され、更に、反射光が顕微鏡 5 を介して CCD カメラ 6 の撮像面に入射される必要がある。
このため、照明電源 9 の出力照明光をライトガイド 93 を介して顕微鏡 5 の照明光学系 4 に入射する。そして、対物レンズ 2 から被写体 1 に同軸落射照明によって入射させ、その反射光が CCD カメラ 6 に入射する。
このとき、CCD カメラ 6 の受光量とその映像の輝度レベルは、図２に示すように正比例する。
【０００６】
ランプ 90 から出力された光は、スリット 91 の開口部（スリット）を通って光ガイド 93 に入る。ライトガイド 93 の前に、光を拡散させるための拡散板 94 を入れ、ライトガイド 93 に均一に光を入れる。従って、光が通過する場所でのスリットの開口面積や配置によって、被写体 1 に照射され、反射し、顕微鏡 5 を通って CCD カメラ 6 に入射する。
CCD カメラ 6 から出力され、制御部 7 に入力した映像の輝度レベルが、所定の値以上であるときは、スリット 91 を通って光ガイド 93 や照明光学系 4 、等を介して被写体 1 に入射する光量が少なくなるように、スリット幅を狭くする。
ランプ 90 上のスリット幅が狭くなる（即ち、ライトガイド 93 に入力する光量が減る）と、CCD カメラ 6 の受光量も減るので、図２に示すように、映像の輝度レベルが低くなる。
【０００７】
また制御部 7 は、入力される映像信号の輝度レベルが、所定の値に達しないときは、被写体 1 に入射する光量が増えるように、スリット幅を広くする。このため、スリット移動機構 92 でスリット 91 を移動する。
このように、ランプ 90 上のスリット幅が広くなる（即ち、ライトガイド 93 に入力する光量が増える）と、CCD カメラ 6 の受光量も増えるので、映像の輝度レベルが高くなる。従って、所定の輝度レベルとなる。
【０００８】
上述のように、制御部 7 が、入力される映像信号の輝度レベルに応じて、スリット 91 を移動させて CCD カメラ 6 の受光量を調整するので、CCD カメラ 6 の映像は、所定の輝度レベルとなる。
このような技術の開示例としては、例えば、特許文献２がある。
【０００９】
図３は、ランプ 90 の発光位置と発光量との関係を示す図である。横軸が X 方向、縦軸が Y 方向である。ランプ 90 の発光部分は、点光源といえども所定の面積を有するか、または、出力口では点であっても、照射することにより広がりが生じる。そして、その光が出力する場所に対応して光量も異なる。即ち、出力場所に対応した光量分布特性を有する。図３(a) は、ランプ 90 の X 方向の発光量の分布曲線 9X を示す図で、図３(b) は、Y 方向の発光量の分布曲線 9Y を示す図である。ランプ 90 は、ランプ 90 の水平方向（ X 方向）と垂直方向（ Y 方向）に広がりを持ち、中心が最大光量で、中心に向かうほど光量が多くなり、中心から周辺に離れるほど光量が少なくなる。
【００１０】
光量の調整方法を図４と図５によって説明する。図４は、スリット 91 の移動とランプ 90 の発光量との関係を説明するための図である。横軸が X 方向、縦軸が Y 方向である。また図５は、スリット位置とスリットの通過光量との関係を示す図である。
図４において、映像の輝度レベルが所定の値となるように、移動機構 92 を用いてスリット 91 をランプ 90 の光軸上で移動する。即ち、移動機構 92 によって、スリット 91 の開口部 91B を X 方向に移動させる。開口部 91B の形状は X 方向に移動させると Y 方向の開口の幅が直線的に変わるように、底辺が Y 方向と平行な二等辺三角形となっている。
なお、図４以降では、スリット 91 の開口の形状を開口部 91B として示しており、スリット 91 は省略している。
【００１１】
図４（イ）は、Y 方向のスリット 91 を通過する光量が最大となるときの X 方向のスリット位置、即ち、X 方向のスリット最大位置とランプ 90 の光量分布との関係を示す図で、図４（ロ）は、Y 方向のスリット 91 を通過する光量が最小となるときの X 方向のスリット位置、即ち、X 方向のスリット最小位置とランプ 90 の光量分布との関係を示す図である。図４（イ）、（ロ）共、(b) は、Y 方向の発光量の分布曲線 9Y を示す図である。この関係は、X 方向のスリット 91 を通過する光量が最大または最小となるときの Y 方向のスリット位置でも同様である。
なお、スリット 91 のスリット最大位置とスリット最小位置は、移動機構 92 の移動可能な範囲の限界である。
【００１２】
スリット通過光量と CCD カメラ 6 の受光光量は比例する。
最も反射率の低い被写体 1 の反射率を 100 ％とする。このとき、スリット 91 の移動に対し、開口部 91B を通過する通過光量は図５のようになる。
スリット 91 の開口部 91B の形状が図４に示すような場合には、図５に示すように、スリット 91 のスリット位置（即ち、開口部 91B の開口量）に対して通過光量との関係は、正比例にはならない。
例えば、反射率 200 ％の被写体 1 の場合、カメラの受光量を 50 ％にするために、スリット位置を 35 ％の位置とする必要がある。また、反射率 400 ％の被写体 1 の場合、カメラの受光量を 25 ％にするために、スリット位置を 15 ％の位置とする必要がある。更に、反射率 800 ％の被写体 1 の場合、カメラの受光量を 12.5 ％にするために、スリット位置を 5 ％の位置とする必要がある。
【００１３】
【特許文献１】特開２０００−０２８３１９号公報
【特許文献２】特開平８−２４０４１２号公報
【特許文献３】特開２００７−０７９４３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上述のように、従来技術では、スリット位置の再現性により、被写体 1 の反射率が 400 ％以上である場合には自動調整が難しくなる。
また更に、スリットの移動機構については、移動機構に用いるモータ移動でのスリット位置の再現性が良くても、スリット位置とランプとの位置関係が安定せず、例えば 5 ％の位置にスリット位置を確定するための安定した制御が困難である。
また、反射率が大きくなるほど、調整範囲が小さくなり、移動機構の移動範囲が小さくなり、移動の制御が困難になっていた。
特許文献３は、上記の問題をある程度改善している。しかし、特許文献３に開示されるようなスリット遮蔽板には、以下のような製作上の問題がある。
（１）円板自体の強度が必要で板厚が 3 mm 以上必要である。
（２）スリット外側部分の支えが十分ではなく、振動等の悪影響が出て、光の遮蔽量が一定しない。
本発明の目的は、上記のような問題に鑑み、スリットの外側をカットしても所要の特性が得られるような遮蔽版として安定性を向上させた遮光板を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的を達成するために、本発明の調光装置は、映像の輝度レベルが所定の値になるように照明の光量を制御する調光装置であって、照明を通過する光量を遮蔽板によって調整する調光装置において、上記遮蔽板は、上記遮蔽板の等差級数列的な移動量若しくは回転量に対応して、上記遮蔽板を通過する光量を等比級数的に変化するような形状としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、反射率が大きな被写体でも自動調光が可能な調光方法及び調光装置を実現できる。
また、スリット移動機構の体積を減らすことができ、これに応じて、照明電源内に装備することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の遮蔽板は、映像の輝度レベルが所定の値になるように、照明を通過する光量を遮蔽板によって調整することによって、照明の光量を制御する調光装置であって、上記遮蔽板の移動に対応して、上記遮蔽板を通過する光量が対数曲線で変化するような遮蔽形状にした遮蔽板である。
また、本発明の調光装置は、調光装置の光源であるランプの出力光を、上記遮蔽板を遮蔽して調整する調光装置において、映像の輝度レベルが所定の値になるように照明の光量を制御する調光装置であって、上記遮蔽板の移動に対応して、上記遮蔽板を通過する光量が対数曲線で変化するようにした調光装置である。
また上記調光装置において、上記遮蔽板を通過する光量が最大のときの遮蔽板の位置では、上記遮蔽は光広がりの外側にある。また更にその調光装置において、上記遮蔽板を通過する光量が最小のときの遮蔽板の位置では、上記遮蔽板は光広がりを全て隠し、光量が最大のときの遮蔽板の位置から最小のときの遮蔽板までを上記遮蔽板を通過する光量が対数曲線で変化するようにしたものである。
またこれらの調光装置において、上記遮蔽板が回転移動し、回転移動に対応して、上記遮蔽板を通過する光量が対数曲線で変化するようにしたことを特徴とする調光装置である。
また本発明は、これらの調光装置を用い、光学顕微鏡とイメージセンサを用いて、被写体を撮像し、得られた映像信号が所定レベルになるよう、照明側のランプから出る光を機構的な遮蔽板で制御する自動調光制御システムにおいて、遮蔽板の形状を変更し、遮蔽板移動に対し対数曲線で射出光が変化するようにした。
更に、遮蔽板の移動若しくは回転に対し、対数曲線で変化することにより、任意の遮蔽板位置で、通過する光を 2 倍、1/2 倍にする遮蔽板移動量と同じ値にすることができ、自動調光制御を容易にした。
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、各図の説明において、共通な機能を有する構成要素には同一の参照番号を付し、できるだけ説明の重複を避ける。
【００１８】
本発明の一実施例の遮蔽板の形状とランプの光量との関係を図６と図７によって説明する。図６は、本発明の一実施例の遮蔽板とランプの発光量との関係を説明するための図で、横軸が X 方向、縦軸が Y 方向である。また、図６(a) は、ランプ 90 の X 方向の発光量の分布図を示し、図６(b) は、Y 方向の発光量の分布図を示す。図６では、遮蔽板 91A は、透過光量が 100 ％である（即ち、ランプ 90 から出力される光が全て（ 100 ％）遮蔽板 91A を通過する）場合の遮蔽板 91A の位置である。
図７は、本発明の一実施例の遮蔽板 91A の位置の違いによるランプ 90 の発光量との関係を説明するための図である。図７(1) は、半値幅 D を示す図である。図７(1) に示すように半値幅 D は、分布曲線 9Y の発光量の最大値 P の半分の値 P/2 に対応する発光量の分布曲線の幅である。また図７(1) では、遮蔽板 91A は開放位置であるので、ランプ 90 の出力照明光の最大の光量が通過し、ランプガイド 93 を介して顕微鏡 5 の照明光学系 4 に入射する。
また、図７(2) 〜図７(6) は、遮蔽板 91A の目標移動量と、目標透過光量とから、遮蔽板 91A の開放時に比した遮蔽厚み S を求めるために、ランプ 90 の Y 方向の発光量の分布曲線 9Y と遮蔽厚み S の関係を示した模式図である。
図８に示すように、遮蔽板 91A の開放位置では、ランプ 90 から最大光量の出力照明光が通過し、一方、遮蔽板 91A を移動させ、ランプ 90 からの出力照明光を遮蔽し、通過させなくなるようにすることができる。
【００１９】
この結果、図９に示すように、遮蔽板 91A の位置 G を等差数列的に切替え制御することによって、透過光量 Po を等比数列的（対数曲線的）に変更制御することが可能となった。図９は、透過光量 Po に対する遮蔽板の位置 G を実現するための遮蔽厚み S の値を光広がりの半値幅 D に基づいて算出することを示す表である。
図６〜図８において、反射率 200 ％の被写体 1 の場合には、CCD カメラ 6 の受光量（即ち、透過光量 Po ）を 50 ％にするために、遮蔽位置 G が 80 の位置での遮蔽厚み S は D となる。
反射率 400 ％の被写体 1 の場合には、CCD カメラ 6 の受光量（透過光量 Po ）を 25 ％にするために、遮蔽位置 G が 60 の位置での遮蔽厚み S は D ＋ D/4 となる。
反射率 800 ％の被写体 1 の場合には、CCD カメラ 6 の受光量（透過光量 Po ）を 12.5 ％にするために、遮蔽位置 G が 40 位置での遮蔽厚み S は D ＋ D/4 ＋ D/8 となる。
反射率 1600 ％の被写体 1 の場合には、CCD カメラ 6 の受光量（透過光量 Po ）を 6.25 ％にするために、遮蔽位置 G が 20 の位置での遮蔽厚み S は D ＋ D/4 ＋ D/8 ＋ D/16 となる。但し、光の乱反射等の影響を考慮すると、遮蔽位置 G が 20 の位置での遮蔽厚み S は、D ＋ D/2 が適正である。
また、遮蔽位置 G が 0 の位置での遮蔽厚み S は、2D または 3D とし光を完全に遮蔽する。
遮蔽厚みは、対数カーブ（対数曲線）とし、上記各点から作成する。
更に、反射率 3200 ％の被写体 1 の場合でも、CCD カメラ 6 の受光量（透過光量 Po ）を 3 ％にするために、遮蔽位置 G は 10 の位置となり、自動調整制御が可能である。
【００２０】
従来は、最小位置でも開口部がランプ 90 の中央部の一番光量が多い場所にあったため、それより少ない光量に調整することができなかったが、上記実施例によれば、開口部 91A の開口位置がランプ 90 の光量が小さい場所にできるため、少ない光量まで調整可能となった。
【００２１】
次に、上述の実施例の遮蔽板 91A の形状を、図９によって説明する。図９は、本発明の遮蔽板の一実施例の形状を説明するための図である。
図９において、遮蔽板 91A の横軸に遮蔽位置 G 、縦軸は遮蔽厚み S である。なお、横線は、遮蔽厚み S を示す。
斜線部の長方形 91A-5 、91A-4 、91A-3 、91A-2 、91A-1 は、それぞれ、図７の遮蔽厚み S の違い 91A-5 、91A-4 、91A-3 、91A-2 、91A-1 に相当する。
【００２２】
上述の実施例では、遮蔽板 91A の移動方向を X 方向とし、輝度変化を Y 方向とした例で説明した。しかし、実際には、遮蔽板 91A の移動方向を Y 方向とし、輝度変化を X 方向とする調整も可能であり、少なくともどちらか一方の輝度調整を行うことが可能である。
また、必ずしも、水平方向、垂直方向である必要は無く、装置の構造によっては、斜め方向であっても良い。
【００２３】
また、上述の実施例では、遮蔽板を、ランプ 90 に対して X 方向に移動するようにした。しかし、移動方向を円周移動とし、照明電源の移動機構の体積を減らすことができる。以下、図１０によって、その実施例について説明する。
図１０は、本発明の一実施例の遮蔽板とランプの発光量との関係を説明するための図で、横軸が X 方向、縦軸が Y 方向である。また、図１０(a) は、ランプ 90 の X 方向の発光量の分布図を示し、図１０(b) は、Y 方向の発光量の分布図を示す。遮蔽板 91C は図中の中心点を回転中心として回転する。
図１０における遮蔽板 91C の回転位置は、透過光量が 100 ％である（即ち、ランプ 90 から出力される光が全て（ 100 ％）遮蔽板 91A を通過する場合の遮蔽板 91A の位置であり、図７の遮蔽位置 G が 100（遮蔽厚み S＝So ）に相当する。
【００２４】
この位置から、遮蔽板 91C が 60 度右回りに回転することによって、遮蔽板 91C は、透過光量が 80 ％となり、図７の遮蔽位置 G が 80（遮蔽厚み S＝So＋D ）に相当する。
更にこの位置から、遮蔽板 91C が 60 度右回りに回転することによって、遮蔽板 91C は、透過光量が 60 ％となり、図７の遮蔽位置 G が 60（遮蔽厚み S＝So＋D＋D/4 ）に相当する。また更に、この位置から、遮蔽板 91C が 60 度右回りに回転することによって、遮蔽板 91C は、透過光量が 40 ％となり、図７の遮蔽位置 G が 40（遮蔽厚み S＝So＋D＋D/4＋D/8 ）に相当する。また更に、この位置から、遮蔽板 91C が 60 度右回りに回転することによって、遮蔽板 91C は、透過光量が 20 ％となり、図７の遮蔽位置 G が 20（遮蔽厚み S＝So＋D＋D/4＋D/8＋D/16 ）に相当する。また更に、この位置から、遮蔽板 91C が 60 度右回りに回転することによって、遮蔽板 91C は、透過光量が 0 ％となり、図７の遮蔽位置 G が 0（遮蔽厚み S＝So＋D＋D/4＋D/8＋D/8 ）に相当する。
【００２５】
なお、図１０では、遮蔽板 91C の回転角を 60 度としたが、遮蔽厚み S の設定数や、設定値により任意に変更することができる。特に、透過量の差を小さく変更したい場合には、回転角を大きくして精度を上げるようにしても良い。
【００２６】
なお、遮蔽板厚み最小位置では、遮蔽板の半径が最も小さく、遮蔽板厚み最大位置では、遮蔽板の半径が最も大きくなるように遮蔽板の半径方向の長さを変えることによって、更に、基準試料の反射率に対して高倍のダイナミックレンジを得ることができる。
【００２７】
次に、図１１の実施例の遮光板 91D は、図１０の実施例に対して、遮蔽部に傾斜（∠θ）を持たせて、ランプ 90 から出力される光の反射光がランプ 90 等の光源に跳ね返らないようにしたものである。図１１(a) は、遮蔽板 91D の平面図、図１１(b) は、図１１(a) の遮蔽板 91D の A−A 断面図である。
図１１(a) の破線円の半径は、図８の遮蔽厚み So に相当する。即ち、ランプ 90 からの出力光が照射されない領域（透過光量 100 ％の領域）である。
この結果、遮光板 91D の厚みは、1.5 mm 程度と薄くでき、強度も傾斜のない（図１０）のタイプより大きくできる。
【００２８】
上述の図１０若しくは図１１の実施例によれば、従来では基準試料の反射率 100 ％から 400 ％までが限界であったが、本発明の遮蔽板では 3200 ％まで可能となり、約 8 倍から約 16 倍のダイナミックレンジが得られた。
また、レボルバ 3 で、対物レンズ 21 を変更したときの明るさの変化にも対応できる範囲が広がった。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】従来の画像処理システムの構成例を示すブロック図。
【図２】CCD カメラの受光量と出力映像の輝度レベルの関係の一例を示す図。
【図３】ランプの発光場所と発光量との関係を示す図。
【図４】スリットの移動とランプの発光量との関係を説明するための図。
【図５】スリット位置とスリットの通過光量との関係を示す図。
【図６】本発明の一実施例の遮蔽板の移動とランプの発光量との関係を説明するための図。
【図７】本発明の一実施例の遮蔽板の移動とランプの発光量との関係を説明するための図。
【図８】本発明の一実施例の遮蔽板の移動とランプの発光量との関係を説明するための図。
【図９】本発明の一実施例の遮蔽板位置と通過光量との関係を示す図。
【図１０】本発明の一実施例の遮蔽板の移動とランプの発光量との関係を説明するための図。
【図１１】本発明の一実施例の遮蔽板を示す図。
【符号の説明】
【００３０】
1：被写体、  2：対物レンズ、  3：対物レンズのリボルバ、  4：照明光学系、  5：顕微鏡、  6：CCD カメラ、  7：制御部、  8：はモニタ、  9：照明電源、  9X：ランプ 90 の X 方向の発光量の分布曲線、  9Y：ランプ 90 の Y 方向の発光量の分布曲線、  21：予備の対物レンズ、  90：ランプ、  91、91′：スリット、  91B：開口部、  91A、91C、91D：遮蔽板、  92：移動機構、  93：ライトガイド、  94：拡散板、  100：回転中心。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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