(57)【要約】【課題】  撮像素子の飽和処理機能の検査を全領域で行うことができ且つ実際の撮影に近い照明条件で行うことができる照明装置および検査装置を提供する。【解決手段】  透過率の異なる複数の領域を有する照明パターンと、検査対象の撮像素子１０Ａに対して照明パターンを投影し、撮像素子の１フィールドまたは１フレームの期間内に照明パターンの一部の領域を透過した光によって撮像素子を飽和させる投影手段１１〜１９と、撮像素子のフィールド周期またはフレーム周期に応じて、撮像素子に投影される照明パターンの位置を変更する変更手段１８,２０とを備える。【選択図】      図１
2007010626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過率の異なる複数の領域を有する照明パターンと、
検査対象の撮像素子に対して前記照明パターンを投影し、前記撮像素子の１フィールドまたは１フレームの期間内に前記照明パターンの一部の領域を透過した光によって前記撮像素子を飽和させる投影手段と、
前記撮像素子のフィールド周期またはフレーム周期に応じて、前記撮像素子に投影される前記照明パターンの位置を変更する変更手段とを備えた
ことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
請求項１に記載の照明装置において、
前記投影手段の光路上に配置され、前記照明パターンの光強度の分布を一定の比率で減衰させる減衰部材を備えた
ことを特徴とする照明装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の照明装置において、
前記投影手段は、前記照明パターンの一部の領域からの光強度を零にする遮光部材を含む
ことを特徴とする照明装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の照明装置と、
前記撮像素子の回路の電極を介して、前記撮像素子の出力信号を取り込む信号取込手段とを備えた
ことを特徴とする検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置および検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像素子の性能を検査するために、撮像素子に対して様々な照明パターンを投影し、そのときの応答を調べる装置が知られている（例えば特許文献１を参照）。照明パターンの光強度は、撮像素子が飽和しないように設定される。撮像素子の階調特性を検査する際には、照明光路上にグレースケールチャートが固定され、このチャートを透過した光が撮像素子に導かれ、照明パターンとして投影される。
【特許文献１】特開２００４−２１９３９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記の従来装置は、撮像素子の飽和処理機能の検査を想定していない。飽和処理機能は撮像素子のダイナミックレンジ拡大のために有効な機能であり、その検査を撮像素子の全領域で行うと共に、実際の撮影に近い照明条件で行うことが望まれる。従来装置のグレースケールチャートを利用する場合、その検査が行えるのは撮像素子の一部の領域に限られる。
【０００４】
本発明の目的は、撮像素子の飽和処理機能の検査を全領域で行うことができ且つ実際の撮影に近い照明条件で行うことができる照明装置および検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の照明装置は、透過率の異なる複数の領域を有する照明パターンと、検査対象の撮像素子に対して前記照明パターンを投影し、前記撮像素子の１フィールドまたは１フレームの期間内に前記照明パターンの一部の領域を透過した光によって前記撮像素子を飽和させる投影手段と、前記撮像素子のフィールド周期またはフレーム周期に応じて、前記撮像素子に投影される前記照明パターンの位置を変更する変更手段とを備えたものである。
【０００６】
また、前記投影手段の光路上に配置され、前記照明パターンの光強度の分布を一定の比率で減衰させる減衰部材を備えることが好ましい。
また、前記投影手段は、前記照明パターンの一部の領域からの光強度を零にする遮光部材を含むことが好ましい。
本発明の検査装置は、上記の照明装置と、前記撮像素子の回路の電極を介して、前記撮像素子の出力信号を取り込む信号取込手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、撮像素子の飽和処理機能の検査を全領域で行うことができ且つ実際の撮影に近い照明条件で行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
ここでは、図１に示す検査装置１０を例に説明する。検査装置１０には、本実施形態の照明装置(１１〜２０)と、プローバ２１と、テスタ２２とが設けられる。検査対象の撮像素子１０Ａは、例えばＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサなどである。撮像素子１０Ａの検査は、通常、撮像素子１０Ａをウエハから切り出す前にウエハ状態で行われる。ウエハ上に形成された１つの撮像素子１０Ａを検査対象としてもよいし、複数の撮像素子１０Ａを同時に検査対象とすることもできる。
【０００９】
本実施形態の照明装置(１１〜２０)には、光源１１と、可変カラーフィルタ１２と、可変色温度フィルタ１３と、可変ＮＤフィルタ１４と、光路分割部材１５と、照度モニタ１６と、シャッタ１７と、可変チャート１８と、可変光学系１９と、ＣＰＵ２０とが設けられる。光源１１は、例えば白色ＬＥＤなどである。光路分割部材１５は、例えばプリズムやミラーなどである。
【００１０】
光源１１からの照明光は、不図示のレンズによって略平行な光に変換され、可変カラーフィルタ１２に入射する。そして、可変カラーフィルタ１２,可変色温度フィルタ１３,可変ＮＤフィルタ１４を順に透過することにより、照明光の波長域（色）,色温度,強度（照度）が設定される。なお、可変ＮＤフィルタ１４には、例えば、透過率の異なる複数のＮＤフィルタを設けてもよいし、透過率を連続的に調整可能なＮＤウェッジを設けてもよい。
【００１１】
可変ＮＤフィルタ１４からの照明光は、光路分割部材１５に入射し、そこで２つの光路に分割される。一方の光路上に導かれた照明光は、照度モニタ１６に入射する。照度モニタ１６は、光路分割部材１５からの照明光の強度を検知し、その結果をＣＰＵ２０に出力する。ＣＰＵ２０は、照度モニタ１６の出力に基づいて、撮像素子１０Ａにおける照度をモニタする。
【００１２】
また、光路分割部材１５の他方の光路上に導かれた照明光は、シャッタ１７を通過して可変チャート１８に入射する。可変チャート１８では、撮像素子１０Ａに投影すべき照明パターンが設定される。可変チャート１８からの照明光は、不図示の投影光学系に入射後、可変光学系１９を通過して撮像素子１０Ａに照射される。投影光学系は、フライアイレンズやロッドレンズなどの均一化光学系を含む。可変光学系１９は、Ｆナンバや瞳距離などを設定する。
【００１３】
上記のように構成された照明装置(１１〜２０)では、撮像素子１０Ａの検査条件に関する指示が例えばテスタ２２からＣＰＵ２０に入力されると、ＣＰＵ２０によって可変カラーフィルタ１２,可変色温度フィルタ１３,可変ＮＤフィルタ１４,可変チャート１８,可変光学系１９が制御され、撮像素子１０Ａに対する照明光の特性（色,色温度,照度,パターン,Ｆナンバ,瞳距離など）が所望値に設定される。
【００１４】
また、撮像素子１０Ａの検査時、プローバ２１は、撮像素子１０Ａの回路の電極(入出力パッド)に、電気端子(プローブ)を接触させる。このとき、テスタ２２は、プローブを介して、撮像素子１０Ａへの電力の供給や撮像素子１０Ａとの信号の授受を行う。そして、上記の照明条件における撮像素子１０Ａの出力信号が適正か否か（つまり撮像素子１０Ａの良否）を判定する。
【００１５】
次に、撮像素子１０Ａの飽和処理機能（図２）の検査について説明する。飽和処理機能とは、例えば図２に示す通り、撮像素子１０Ａの１フィールドまたは１フレームの期間内に電荷蓄積量が予め定めた閾値（Ｖａ）に達したら、その電荷蓄積量を一旦リセットする機能のことであり、撮像素子１０Ａの各画素ごとに行われる。リセットの回数は、撮像素子１０Ａに入射する光の強度に応じて変化する。
【００１６】
リセットの回数に拘わらず、各画素の最終的な電荷蓄積量Ｖｂは閾値Ｖａより小さくなるが、撮像素子１０Ａからの出力信号Ｖｃは、リセットの回数Ｎ（＝０,１,２…）と、閾値Ｖａと、最終的な電荷蓄積量Ｖｂとを用い、次の式(１)のように表される。
Ｖｃ＝Ｎ×Ｖａ＋Ｖｂ  …(１)
このため、撮像素子１０Ａに入射する光が、撮像素子１０Ａを飽和させるような強度であっても、実際には飽和することなく、光強度に略比例した出力信号Ｖｃを得ることができる。すなわち、撮像素子１０Ａのダイナミックレンジが拡大する。
【００１７】
撮像素子１０Ａの飽和処理機能としては、図２の例に限らず、蓄積開始から所定時間が経過したときに電荷蓄積量と閾値Ｖａとの比較を行い、電荷蓄積量が閾値Ｖａより大きい場合に一旦リセットを掛ける方法も考えられる。この場合の出力信号Ｖｃは、リセット時の電荷蓄積量ＶNと、最終的な電荷蓄積量Ｖｂとを用い、次の式(２)のように表される。
Ｖｃ＝ΣＶN＋Ｖｂ  …(２)
このような飽和処理機能の検査は、撮像素子１０Ａの１フィールドまたは１フレームの期間内に撮像素子１０Ａが飽和するような光強度で撮像素子１０Ａを照明し、このような照明条件での出力信号Ｖｃ（式(１),(２)参照）をテスタ２２に取り込み、出力信号Ｖｃが適正か否かを判定することにより行われる。そして、飽和処理機能の検査には、照明装置(１１〜２０)の可変チャート１８として図３の構成が用いられる。
【００１８】
可変チャート１８は、図３に示す通り、回転チャートターレット３０に４枚の明暗パターンチャート３１〜３４を装着したものであり、モータ軸３５を中心に回転可能となっている。回転チャートターレット３０を回転させることで、何れか１枚の明暗パターンチャート（図３では明暗パターンチャート３１）を光路上に挿入し、必要に応じてこれを切り換えることができる。
【００１９】
また、４枚の明暗パターンチャート３１〜３４は、構成が同じであり、それぞれ透過率の異なる４つの領域３Ａ〜３Ｄからなる。例えば、領域３Ａは透過率１００％、領域３Ｂは透過率５０％、領域３Ｃは透過率２５％、領域３Ｄは透過率０.０１％である。このような領域３Ａ〜３Ｄの透過率は、飽和処理機能の検査の条件などに応じて定めればよい。例えば、領域３Ｄの透過率を０％としてもよい。
【００２０】
さらに、４枚の明暗パターンチャート３１〜３４は、光路上に挿入された状態での向きが互いに９０度ずつ回転するように、回転チャートターレット３０に装着されている。例えば、図３において光路上に挿入されている明暗パターンチャート３１は、図中左上が透過率１００％の領域Ａであり、右上が透過率５０％の領域３Ｂである。これに対し、明暗パターンチャート３２を光路上に挿入した場合には、透過率１００％の領域Ａが図中右上、透過率５０％の領域３Ｂが右下となり、明暗パターンチャート３１とは時計回りに９０度回転した状態となる。その他の明暗パターンチャート３３,３４も同様であり、それぞれ、明暗パターンチャート３１とは時計回りに１８０度,２７０度だけ回転した状態となる。
【００２１】
図３の可変チャート１８を組み込んだ照明装置(１１〜２０)では、回転チャートターレット３０を回転させて、明暗パターンチャート３１を光路上に挿入すると、撮像素子１０Ａに対して、図４(ａ)のような照明パターン４１を投影することができる。また、その他の明暗パターンチャート３２〜３４を光路上に順に挿入したときは、それぞれ図４(ｂ)〜(ｄ)のような照明パターン４２〜４４を撮像素子１０Ａに投影することができる。
【００２２】
照明パターン４１〜４４は、光強度の不均一なパターンであり、光強度の異なる４つの領域４Ａ〜４Ｄに分割されている。照明パターン４１〜４４の領域４Ａは、明暗パターンチャート３１〜３４の透過率１００％の領域３Ａに対応する。その他の領域４Ｂ〜４Ｄは、それぞれ、透過率５０％の領域３Ｂ，透過率２５％の領域３Ｃ，透過率０.０１％の領域３Ｄに対応する。照明パターン４１〜４４の光強度は、明暗パターンチャート３１〜３４の透過率に略比例する。
【００２３】
さらに、照明パターン４１〜４４の領域４Ａは、撮像素子１０Ａの１フィールドまたは１フレームの期間内に撮像素子１０Ａが飽和するような光強度の領域である。このため、撮像素子１０Ａの領域４Ａで、撮像素子１０Ａの飽和処理機能を検査することができる。また、その他の領域４Ｂ〜４Ｄは、同様の１フィールドまたは１フレームの期間内に撮像素子１０Ａが飽和しないような光強度となっている。
【００２４】
撮像素子１０Ａの飽和処理機能を検査する際、テスタ２２から照明装置(１１〜２０)のＣＰＵ２０には、撮像素子１０Ａのフィールド周期またはフレーム周期に応じて、例えば１フィールドまたは１フレームの期間が終了した直後に、タイミング信号が出力される。そして、ＣＰＵ２０は、テスタ２２からのタイミング信号に応じて、回転チャートターレット３０を回転させ、光路上の明暗パターンチャート３１〜３４を切り替える。
【００２５】
その結果、撮像素子１０Ａに投影される照明パターン４１〜４４（図４）の切り替えも行われる。図４(ａ)の照明パターン４１では、図中左上が最も光強度の強い領域４Ａであり、領域４Ａから時計回りに光強度が弱くなる（領域４Ｂ→４Ｃ→４Ｄ）。さらに、図４(ｂ)の照明パターン４２では、図中右上が最も光強度の強い領域４Ａであり、時計回りに光強度が弱くなる（照明パターン４１とは９０度回転した状態）。また、図４(ｃ),(ｄ)の照明パターン４３,４４では、それぞれ、照明パターン４１に対して領域４Ａ〜４Ｄが時計回りに１８０度,２７０度だけ回転した状態となる。
【００２６】
このように、本実施形態の照明装置(１１〜２０)では、撮像素子１０Ａの飽和処理機能の検査に当たって、可変チャート１８の回転チャートターレット３０を撮像素子１０Ａのフィールド周期またはフレーム周期に応じて９０度ずつ回転させ、撮像素子１０Ａと領域４Ａ〜４Ｄとの相対位置を変更する（図４(ａ)→(ｂ)→(ｃ)→(ｄ)）。これにより、例えば領域４Ａに注目すると、この領域４Ａによって撮像素子１０Ａの全領域をスキャンすることができる。また同様に、他の領域４Ｂ〜４Ｄでも、それぞれ撮像素子１０Ａの全領域をスキャンすることができる。
【００２７】
そして、撮像素子１０Ａの中で最も光強度の強い領域４Ａからの出力信号Ｖｃ（式(１),(２)参照）をテスタ２２に取り込み、出力信号Ｖｃが適正か否かを判定する（飽和処理機能の検査）。このような処理を図４(ａ)〜(ｄ)のそれぞれの状態で順に行うことにより、撮像素子１０Ａの全領域での飽和処理機能の検査が可能となる。
さらに、上記の領域４Ａより光強度の弱い領域４Ｂ〜４Ｄ（飽和処理機能のリセットが行われない領域）それぞれから出力される信号Ｖ1〜Ｖ3（図５）もテスタ２２に取り込み、これらの信号Ｖ1〜Ｖ3が適正か否かの判定を行う。また、４つの領域４Ａ〜４Ｄの出力信号Ｖｃ,Ｖ1〜Ｖ3どうしを比較して撮像素子１０Ａの良否を判定してもよい。
【００２８】
本実施形態では、撮像素子１０Ａの中に光強度の異なる領域４Ａ〜４Ｄを投影し、飽和処理機能のリセットが行われる領域４Ａとリセットが行われない領域４Ｂ〜４Ｄとを隣接させるため、実際の撮影に近い照明条件で、撮像素子１０Ａの飽和処理機能の検査を行うことができる。特に、実際の撮影では、明るい被写体と暗い背景との境界部分における滲みの影響が問題となり易く、飽和処理機能の検査を行う際にも領域４Ａが他の領域４Ｂ〜４Ｄに与える影響を調べることは重要な検査項目と考えられる。
【００２９】
また、本実施形態では、照明装置(１１〜２０)の可変チャート１８により撮像素子１０Ａに投影すべき照明パターンを設定した後、撮像素子１０Ａのフィールド周期またはフレーム周期ごとに可変ＮＤフィルタ１４を制御しながら（すなわち照明パターンの光強度の分布を一定の比率で減衰させながら）、飽和処理機能の検査を行うこともできる。この場合、光強度に対する飽和処理機能の依存性を調べることができる。また、飽和処理機能の閾値Ｖａ（図２）の適否を調べることもできる。
【００３０】
さらに、飽和処理機能の閾値Ｖａ（図２）の設定を変更した場合でも、可変ＮＤフィルタ１４を制御することによって、その閾値Ｖａに適した検査を行うことができる。また、撮像素子１０Ａの個体差や種類によって閾値Ｖａの設定が異なる場合にも、同様に、その閾値Ｖａに適した検査を行うことができる。何れにしても、可変ＮＤフィルタ１４を利用することにより、１つの可変チャート１８を共用しつつ閾値Ｖａの変化にも対応できる。なお、飽和処理機能の検査は、リセット回数が１回となるような光強度の照明パターンで行うことが好ましい。
【００３１】
また、可変ＮＤフィルタ１４の制御は、光源１１の劣化や交換などによって光強度が変動した場合に、その変動を微調整するために行ってもよい。この場合、可変ＮＤフィルタ１４としてＮＤウェッジを用いることが好ましい。
さらに、本実施形態では、光学式の可変チャート１８を介して撮像素子１０Ａに照明パターンを投影するので、コントラスト比の高い照明パターン（図４の領域４Ａ〜４Ｄ）を容易に得ることができる。
【００３２】
また、本実施形態では、可変チャート１８の明暗パターンチャート３１〜３４の領域３Ｄ（図３）を透過率０％とすることにより、撮像素子１０Ａに投影される照明パターンのうち一部の領域４Ｄ（図４）を遮光領域とすることができる。この遮光領域(４Ｄ)では、光強度が零のため、暗状態での雑音による平均電荷量を調べることができる（雑音検査）。このような雑音検査も、撮像素子１０Ａの飽和処理機能の検査を行う際の重要な検査項目の１つと考えられる。
（変形例）
なお、上記した実施形態では、可変チャート１８の回転チャートターレット３０に４枚の明暗パターンチャート３１〜３４を装着したが、本発明はこれに限定されない。明暗パターンチャートの枚数が２枚以上であれば、上記と同様の効果を得ることができる。また、明暗パターンチャートを１枚だけ装着してもよい。この場合には、例えば図６(ａ)に示す通り、回転チャートターレット５０に１枚の明暗パターンチャート５１を装着して、明暗パターンチャート５１が光路と略同軸で回転するようにモータ軸５２を設けることが好ましい。
【００３３】
図６(ａ)の例では、回転チャートターレット５０を撮像素子１０Ａのフィールド周期またはフレーム周期に応じて回転させ、図６(ｂ),(ｃ)のように、撮像素子１０Ａと領域４Ａ〜４Ｄとの相対位置を任意の角度で変更することができる。そして、領域４Ａ〜４Ｄそれぞれによって撮像素子１０Ａの全領域をスキャンし、同様の飽和処理機能の検査を行うことができる。ただし、この場合には、１枚の明暗パターンチャート５１を使うので、スキャン前後の検査条件を正確に一致させることができる。さらに、撮像素子１０Ａの任意の方向（垂直方向,水平方向,斜め方向）における明暗の境界部分を検査することもできる。
【００３４】
また、上記した実施形態では、各明暗パターンチャートが４つの領域３Ａ〜３Ｄからなり（図３,図６）、そのうち１つの領域３Ａが透過率１００％である例を説明したが、本発明はこれに限定されない。各明暗パターンチャートを複数の領域で構成し、その中の一部の領域を透過率１００％とすれば、その数は特に限定されない。例えば４つの領域３Ａ〜３Ｄのうち２つの領域３Ａ,３Ｃを透過率１００％とすることが考えられる。
【００３５】
さらに、撮像素子１０Ａの１フィールドまたは１フレームの期間内に撮像素子１０Ａが飽和するような光強度を与えることができるのであれば、各明暗パターンチャートの透過率１００％の領域３Ａなどは、１００％より小さい透過率にしてもよい。例えば、８０％の透過率で撮像素子１０Ａを飽和させることができるのであれば、透過率８０％の領域を１つ以上設ければよい。また、透過率８０％の領域と透過率１００％の領域を組み合わせて設けてもよい。
【００３６】
また、上記した実施形態では、回転チャートターレット３０,５０に明暗パターンチャートを装着したが、本発明はこれに限定されない。明暗パターンチャートをスライド部材に装着しても構わない。
さらに、上記した実施形態では、光学式の可変チャート１８を介して撮像素子１０Ａに照明パターンを投影したが、本発明はこれに限定されない。例えば、液晶パネルなどの画像形成素子によって明暗パターン画像を表示し、この明暗パターン画像を撮像素子１０Ａに投影することが考えられる。この場合、液晶パネルなどに表示される画像を切り替えるだけで容易に撮像素子１０Ａと照明パターンとの相対位置を変更できる（図４参照）。ただし、雑音検査を行うためには、透過率０％の遮光部材を用いて照明光を完全に遮断することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本実施形態の照明装置(１１〜２０)と検査装置１０の構成を示すブロック図である。
【図２】撮像素子１０Ａの飽和処理機能を説明する図である。
【図３】可変チャート１８の構成を説明する図である。
【図４】照明パターン４１〜４４について説明する図である。
【図５】領域４Ａ〜４Ｄにおける電荷蓄積過程を説明する図である。
【図６】変形例の可変チャートの構成を説明する図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０  検査装置  ；  １１〜２０  照明装置  ；  １０Ａ  撮像素子  ；
１４  可変ＮＤフィルタ  ；  １８  可変チャート  ；  ２０  ＣＰＵ  ；
２１  プローバ  ；  ２２  テスタ  ；  ３０,５０  回転チャートターレット  ；
３１〜３４,５１  明暗パターンチャート  ；  ３Ａ〜３Ｄ  領域  ；
４１〜４４  照明パターン  ；  ４Ａ〜４Ｄ  領域
【図１】
2007010626.tif 000003
【図２】
2007010626.tif 000004
【図３】
2007010626.tif 000005
【図４】
2007010626.tif 000006
【図５】
2007010626.tif 000007
【図６】
2007010626.tif 000008