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WO2023008361A1 - 二次元分光装置、観察システム、管理システム、情報処理装置及びプログラム - Google Patents

二次元分光装置、観察システム、管理システム、情報処理装置及びプログラム Download PDF

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WO2023008361A1
WO2023008361A1 PCT/JP2022/028593 JP2022028593W WO2023008361A1 WO 2023008361 A1 WO2023008361 A1 WO 2023008361A1 JP 2022028593 W JP2022028593 W JP 2022028593W WO 2023008361 A1 WO2023008361 A1 WO 2023008361A1
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WO
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dimensional
subject
spectroscopic
dimensional direction
data
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/028593
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English (en)
French (fr)
Inventor
祐亮 平尾
明 小坂
亮 大木
Original Assignee
コニカミノルタ株式会社
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Publication date
Application filed by コニカミノルタ株式会社 filed Critical コニカミノルタ株式会社
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Priority to JP2023538511A priority patent/JPWO2023008361A1/ja
Priority to CN202280051865.3A priority patent/CN117716216A/zh
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    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/443—Emission spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G—PHYSICS
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    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/27—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
    • G—PHYSICS
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    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6489—Photoluminescence of semiconductors

Definitions

  • the present invention relates to a Push Broom two-dimensional spectrometer, an observation system, a management system, an information processing device, and a program capable of measuring, for example, the wavelengths of light-emitting elements contained in a subject.
  • Two-dimensional spectroscopic devices are widely used academically, but the data size is one-dimensional in the wavelength direction in addition to the two-dimensional space, so the data size is enormous, so there were few opportunities to use it as a measurement device.
  • LED light emitting diode
  • Patent Document 1 There are several types of two-dimensional spectrometers, but the Push Broom method has been used for a long time (for example, Patent Document 1), and it is clear that it gives highly reliable measurement results.
  • the present invention has been made in order to solve such problems, and is a two-dimensional spectroscopy of a push-bloom method that enables simultaneous observation of the periphery of the acquisition area of the spectral data of the object while acquiring the spectral data. It aims at providing an apparatus, an observation system, a management system, an information processing apparatus, and a program.
  • the above object is achieved by the following means.
  • (1) Obtaining spectroscopy data by spectrally dispersing light from a plurality of minute parts in a one-dimensional direction of an object that has passed through an objective lens, and scanning in a direction perpendicular to the one-dimensional direction to obtain two-dimensional data of the object; a two-dimensional spectroscopic means for obtaining spectroscopic data for a region of directions; an imaging means arranged on the optical axis of the objective lens and capable of imaging at least a peripheral portion of each minute portion in the one-dimensional direction; A two-dimensional spectrometer equipped with (2) The two-dimensional spectroscopic apparatus according to (1) above, wherein the focal positions of the two-dimensional spectroscopic means and the imaging means are the same.
  • the position analysis means obtains the positional relationship between the characteristic portion of the subject and each minute portion in the one-dimensional direction, taking into account the amount of scanning, and 6.
  • the two-dimensional spectroscopy according to the preceding item 5 wherein a data map with position information is created for the region of the subject in the two-dimensional direction by associating and recording the positional relationship and the spectral data and/or the feature amount based on the spectral data.
  • the two-dimensional spectroscopic device according to any one of the preceding items 1 to 6, wherein the light from the subject received by the two-dimensional spectroscopic means is light emitted by the subject being excited by irradiation with an excitation light source.
  • the two-dimensional spectroscopic device according to 1.
  • (9) obtaining spectroscopic data by spectrally dispersing light from a plurality of minute parts in a one-dimensional direction of an object that has passed through the objective lens; a two-dimensional spectroscopic means for obtaining spectroscopic data for a region of directions; an imaging means arranged on the optical axis of the objective lens and capable of imaging at least a peripheral portion of each minute part in the one-dimensional direction; a position analysis means for obtaining a positional relationship between a characteristic part of the subject imaged by the imaging means and each minute part in the one-dimensional direction; with Each time scanning is performed in a direction perpendicular to the one-dimensional direction, the position analysis means obtains the positional relationship between the characteristic portion of the subject and each minute portion in the one-dimensional direction, taking into consideration the amount of scanning, and the obtained positional relationship.
  • a two-dimensional spectroscopy means for acquiring spectroscopy data for a two-dimensional area of the subject, a position analysis means for obtaining a positional relationship between a characteristic part of the subject imaged by the imaging means and each minute part in the one-dimensional direction; with Each time scanning is performed in a direction perpendicular to the one-dimensional direction, the position analysis means obtains the positional relationship between the characteristic portion of the subject and each minute portion in the one-dimensional direction, taking into consideration the amount of scanning, and the obtained positional relationship.
  • a management system comprising management means for managing the spectral data and/or the feature amount based on the spectral data for each light emitting region.
  • the two-dimensional spectroscopic apparatus according to any one of the preceding items 1 to 4, further comprising a position analysis means for obtaining a positional relationship between a characteristic part of a subject imaged by the imaging means and a plurality of minute parts in the one-dimensional direction, Each time scanning is performed in a direction perpendicular to the one-dimensional direction, the position analysis means obtains the positional relationship between the characteristic portion of the subject and each minute portion in the one-dimensional direction, taking into consideration the amount of scanning, and the obtained positional relationship. and spectral data and/or a feature amount based on the spectral data in association with each other to create a data map with position information for the area of the subject in the two-dimensional direction.
  • a computer executes a position analysis step of obtaining a positional relationship between a characteristic part of a subject imaged by the imaging means and each minute part in the one-dimensional direction.
  • the positional relationship between the characteristic portion of the object and each minute portion in the one-dimensional direction is obtained in consideration of the amount of scanning, and the obtained positional relationship is obtained.
  • spectroscopic data and/or feature amounts based on the spectroscopic data in association with each other to cause the computer to execute a process of creating a data map with position information for the area of the subject in the two-dimensional direction.
  • the subject has a plurality of light emitting areas, and causing the computer to further execute a management step of managing the spectral data and/or the feature amount based on the spectral data for each light emitting area. program as described.
  • the light from a plurality of minute parts in the one-dimensional direction of the subject that has passed through the objective lens is dispersed to obtain the spectral data, and the light is obtained in the direction perpendicular to the one-dimensional direction.
  • scanning in addition to being able to acquire spectral data for a two-dimensional area of the subject, it is arranged on the optical axis of the objective lens and can image at least the peripheral part of each minute part in one-dimensional direction. Since the image pickup means is provided, the peripheral portion of each minute part in the one-dimensional direction, which is the acquisition area of the spectral data of the object, can be observed by the image pickup means simultaneously with the acquisition of the spectral data.
  • the scanning of the two-dimensional spectroscopic means is performed by moving at least one of the subject and the two-dimensional spectroscopic device in the one-dimensional direction and the vertical direction. spectroscopic data can be reliably acquired for each minute portion of the
  • each time scanning is performed in the direction perpendicular to the one-dimensional direction the positional relationship between the characteristic part of the object and the minute part in the one-dimensional direction is obtained by taking into consideration the amount of scanning, Since the obtained positional relationship and the spectroscopic data and/or the feature amount based on the spectroscopic data are recorded in association with each other, a data map with position information can be created for the area of the object in the two-dimensional direction.
  • the light from the object received by the two-dimensional spectroscopic means is the light emitted by the object excited by the irradiation of the excitation light source. Even a light-emitting device that has been subjected to dicing can be caused to emit light by excitation light before dicing to obtain two-dimensional spectroscopic data.
  • spectral data of a subject such as a display having a plurality of light emitting areas and/or feature amounts based on the spectral data can be managed for each light emitting area.
  • the imaging means can simultaneously observe the peripheral portions of a plurality of one-dimensionally small parts, which are the acquisition regions of the spectral data of the subject such as a display, and Since a data map with high-precision position information can be created for the two-dimensional area of the subject, it is possible to efficiently inspect the subject.
  • a data map with highly accurate position information can be created, and spectral data and/or spectral data can be Based on the feature amount can be managed for each light emitting area.
  • the information processing device can obtain the positional relationship between the characteristic part of the subject imaged by the imaging means and a plurality of minute parts in the one-dimensional direction on the side of the two-dimensional spectroscopic means. can.
  • the information processing apparatus can create a spectral data map with highly accurate position information for a two-dimensional area of the object.
  • the information processing device can create a data map with highly accurate position information for a subject such as a display having a plurality of light emitting areas.
  • a computer can be caused to create a location-informed data map for the region of directions.
  • the computer further performs the process of managing the spectral data and/or the feature amount based on the spectral data for each light emitting region. can be executed.
  • FIG. 1(A) is a schematic external view of a two-dimensional spectroscopic device according to an embodiment of the present invention
  • (B) shows an irradiation range of a subject by an excitation light source and an imageable range (observation range) by an imaging device.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the two-dimensional spectroscopic device shown in FIG. 1(A);
  • FIG. FIG. 3 is a diagram for explaining the relationship between a spectroscopic section, an imaging lens, and an area sensor in a two-dimensional spectroscopic device;
  • FIG. 2 is a plan view showing a display, which is a subject, by partially enlarging it.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the sizes of a plurality of light emitting elements on a subject and the pixels of an area sensor; (A) is an image captured by an imaging device including characteristic locations on a subject, and (B) is a diagram for explaining the positional relationship between the characteristic locations and minute regions.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing a light receiving state at a corresponding pixel when an area sensor receives light of an arbitrary wavelength out of light received from the surface of a subject;
  • FIG. 4 is a diagram showing a state in which received light data for each pixel of an area sensor is separated for each light emitting region; 3 is a graph plotting values for each wavelength for a pixel of interest in one light-emitting region and drawing a fitting curve based thereon;
  • FIG. 10 is an explanatory diagram of a measurement method for a wide measurement range of an object made of a wafer having LED chips;
  • FIG. 1(A) is a schematic external view of a push-bloom type two-dimensional spectroscopic device 1 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the two-dimensional spectroscopic device 1 as well.
  • the two-dimensional spectroscopic device 1 shown in FIGS. 1A and 2 includes an objective lens 2 capable of changing magnification arranged in a cylindrical body 20, a spectroscopic section 3, an imaging lens 4, a CCD sensor and the like.
  • a hyperspectral imaging system (hereinafter referred to as a figure 1) 9, also referred to as HSI.
  • the spectroscopic section 3 , the imaging lens 4 and the area sensor 5 are arranged on the optical axis 2 a of the objective lens 2 .
  • the two-dimensional spectroscopic device 1 includes an imaging device 8 in addition to the HSI 9.
  • the imaging device 8 has a two-dimensional imaging device such as a CCD sensor arranged on the optical axis 2a of the objective lens 2, and observes the measurement area of the object 100 through the imaging device 8 visually or through an image. It is possible.
  • a reflecting mirror 10 is arranged on the optical axis 2a of the objective lens 2 inside the cylindrical body 20 between the objective lens 2 and the area sensor 5 and imaging device 8 .
  • the reflecting mirror 10 is driven to rotate vertically about a horizontal axis (not shown) as indicated by an arrow in FIG. there is
  • the light from the subject 100 incident through the objective lens 2 is reflected toward the HIS 9 and is received by the spectroscopic section 3, and when it exits from the optical axis 2a, the light from the subject 100 advances to the image pickup device 8 and is received by the image pickup device 8, whereby the spectral measurement by the HSI 9 and the image pickup by the image pickup device 8 can be switched.
  • a half mirror is placed on the optical axis 2a instead of the reflecting mirror 10, and part of the light from the subject 100 is reflected by the half mirror to the HSI 9 side and part of the light is transmitted to the image pickup device 8, so that the HSI 9 It may be configured such that spectroscopic measurement by and imaging by the imaging device 8 can be performed at the same time.
  • the focus positions of the area sensor 5 of the HSI 9 and the imaging device 8 are set to be the same. Thereby, the image captured by the imaging device 8 can be used to properly adjust the focus of the HSI 9 .
  • the two-dimensional spectrometer 1 is equipped with an excitation light source 11 that is used as needed.
  • the excitation light source 11 is used according to the type of subject 100 .
  • the excitation light source 1 irradiates the LED chips on the subject 100 with excitation light to excite the LED chips to emit light.
  • two-dimensional spectroscopic data can be obtained by causing the LED chips to emit light with the excitation light before dicing the wafer.
  • FIG. 1B shows an irradiation range (indicated by hatching) 31 of the subject 100 by the excitation light source 1 and an imaging range (observation range) 32 smaller than the irradiation range 31 by the imaging device 8 .
  • the subject 100 is a display or the like having a large number of light emitting elements such as LEDs, the light emitting elements may emit light without using the light source 11 for excitation.
  • the spectroscopic section 3 separates the light from the subject 100 that has passed through the objective lens 2 into wavelengths, and the imaging lens 4 forms an image of the light of each wavelength separated by the spectroscopic section 3 on the area sensor 5 .
  • the area sensor 5 has a plurality of pixels 51 arranged vertically and horizontally as shown in FIG.
  • the horizontal direction of the area sensor 5 (the Y direction in FIG. 3) means the horizontal direction of the physical space, and each pixel 51 in the horizontal direction corresponds to a minute portion 50 (described later) of the subject 100 in the horizontal direction.
  • the vertical direction (the Z direction in FIG. 3) of the area sensor 5 corresponds to the brightness (luminance) for each wavelength of light. That is, each pixel 51 in the horizontal pixel row corresponds to a plurality of one-dimensional minute parts 50 of the object 100, and the light emitted from each minute part and wavelength-resolved is emitted from each pixel row in the vertical direction. Light is received by the pixel 51 .
  • the two-dimensional spectroscopic device 1 may be moved in the Z direction of FIG. 3, or both the object 100 and the two-dimensional spectroscopic device 1 may be moved with a speed difference, In short, at least one of the subject 100 and the two-dimensional spectroscopic device 1 should be moved relative to the other in the Z direction in FIG. However, it is preferable to move the object 100 because control is easy. Also in this embodiment, the subject 100 is to be moved, and as shown in FIGS. It is
  • each minute portion 50 having a size corresponding to each pixel 51 of the area sensor 5, and the light from each minute portion is divided into each pixel 51 of the area sensor 5.
  • a push-broom type hyperspectral camera for example.
  • the spectroscopic data (measurement data), which is an electric signal output from each pixel 51 of the area sensor 5, is converted into a digital signal through a current/voltage (IV) conversion circuit and an analog/digital (AD) conversion circuit (not shown) as needed. It is converted and sent to the calculation unit 6 .
  • the computing unit 6 uses the transmitted spectral data, the computing unit 6 computes, for example, the peak wavelength, the full width at half maximum, etc., which are characteristic amounts of the LEDs for each of the plurality of LEDs on the object 100 by means of the CPU or the like.
  • image data captured by the imaging device 8 is also transmitted to the calculation unit 6 .
  • the calculation unit 6 functions as a position analysis means for determining the positional relationship between the characteristic parts of the subject 100 imaged by the imaging device 8 and the minute parts 50 to be spectroscopically measured in the one-dimensional direction. This is repeated each time scanning is performed, and a spectral data map with position information is created for a two-dimensional area, which is the measurement area of the subject 100, or the created data map is managed.
  • the measurement result display unit 7 displays the calculation result by the calculation unit 6. Note that the measurement data output from the area sensor 5 and the image data output from the imaging device 8 may be converted into digital signals by the calculation unit 6 .
  • the computing unit 6 may be a dedicated device, or may be configured by an information processing device consisting of a personal computer that operates according to a program. Moreover, the measurement data output from the area sensor 5 and processed into digital signals and the image data output from the imaging device 8 and processed into digital signals may be sent to the calculation unit 6 via the network. In this case, even if the computing unit 6 is located away from the measurement location, it is possible to measure the peak wavelength and full width at half maximum of the LED chip, associate the position information, create and manage the spectral data map, etc. can be done.
  • Each LED 101 of the object (display) 100 includes red (R), green (G), and blue (B) LEDs, and has a size of 30 ⁇ m square, for example.
  • each LED 101 is displayed as a rectangle and arranged vertically and horizontally on the subject 100 which is a display.
  • FIG. 5 shows the relationship between the sizes of the plurality of LEDs 101 on the subject 100 and the pixels 51 of the area sensor 5.
  • FIG. A rectangular area surrounded by a black frame in FIG. 5 is a light emitting surface of each LED 101 .
  • the pixels 51 of the area sensor 5 are also arranged vertically and horizontally in a grid pattern, and a plurality of pixels 51 are positioned with respect to one LED 101, that is, the size of the light emitting surface of one LED 101 corresponds to the pixel
  • the arrangement pitch of the LEDs 101, the pitch of the pixels 51 of the area sensor 5, the magnification of the objective lens 2, and the like are set so that the light emitted from the plurality of minute portions can be received by the plurality of pixels 51.
  • FIG. 6(A) shows part of the image 40 obtained by the imaging device 8.
  • FIG. A horizontal line indicated by a white line in the vertical direction of FIG. 6A indicates an aggregate of a large number of one-dimensional microparts 50 currently being spectroscopically separated by the HSI 9 .
  • the imaging device 8 is capable of imaging all or part of a large number of one-dimensional microparts 50 that are currently being spectroscopically separated and their surroundings.
  • the optical system may be configured to receive light from only the periphery, and only the periphery may be imaged.
  • the part indicated by the gray triangle is the characteristic part 41 on the subject 100 that appears in the image.
  • the characteristic portion 41 is a portion that serves as a mark, and although not limited, a portion having a characteristic shape or the like that can be differentiated from other portions such as a power supply point is selected. Further, the feature part 41 may be intentionally arranged at a predetermined position on the subject 100 .
  • the calculation unit 6 obtains the positional relationship of each minute part 50 in the one-dimensional direction currently being spectroscopically separated by the HSI 9 with respect to the characteristic part 41 for each micro part 50 to be spectroscopically separated.
  • the minute parts 50 to be spectroscopically correspond to the pixels 51 in the one-dimensional direction of the area sensor 5 as described above.
  • the coordinates of each minute part 50 in the one-dimensional direction currently being spectroscopically separated are obtained.
  • the coordinates of the minute portion 50 shown in black are represented by (xi, yj).
  • the light from each minute portion 50 in the one-dimensional direction is divided into respective wavelengths, and the calculation section 6 measures the pixel value (luminance value) of the area sensor for each wavelength of the divided wavelength, and obtains the light of each minute portion 50.
  • the measured values (brightness values) of each wavelength are recorded in a memory (not shown) of the computing unit 6 in association with the coordinates.
  • each minute portion 50 in the one-dimensional direction when scanned is shifted in the scanning direction from the position in the previous scanning by the scanning amount.
  • the position of each minute portion 50 in the one-dimensional direction in the current scan is obtained.
  • a data map for each wavelength which is spectral data with position information, is created for the two-dimensional region of the subject 100 .
  • the light from multiple minute parts includes not only the case where the light sources are individually arranged in the field of view, but also the case where the whole surface of the sample in the field of view is illuminated by photoexcitation.
  • a specific position observed by scanning is associated with the position information.
  • the calculation unit 6 uses the created data map to obtain, for example, the peak wavelength, which is the feature quantity of each LED 101 .
  • the method of obtaining the peak wavelength is not limited, an example is as follows.
  • FIG. 7 shows the maximum brightness among the data of the pixel group in the appropriate area including the light of an arbitrary wavelength, for example, the measurement data of the plurality of LEDs 101, among the light received from the surface of the subject 100.
  • 1 schematically shows a light receiving state when the corresponding pixel of the area sensor 5 receives light having a wavelength ⁇ .
  • a black frame 21 shown in FIG. 7 indicates a region corresponding to the light emitting surface of one LED 101 .
  • the darkened area 22 has high brightness, and the brightness decreases toward the periphery.
  • the wavelength ⁇ with the maximum brightness is obtained from the data of the pixel group in the appropriate area that includes the measurement data of the multiple LEDs 101 .
  • each pixel 51 is divided into brightness levels, and image processing is performed using a certain brightness level as a threshold, thereby separating the light emitting region for each LED 101 .
  • FIG. 8 shows a state in which the measurement data for each pixel 51 is separated for each LED 101 . In FIG. 8, it is separated into nine light-emitting regions 23a to 23i indicated by black frames.
  • a pixel (pixel of interest) that has obtained the maximum brightness (luminance value) in the measurement data is specified.
  • spectral data for a pixel of interest specified in the light emitting region 23a is indicated by black dots in the graph of FIG.
  • the horizontal axis of the graph in FIG. 9 represents wavelength
  • the vertical axis represents brightness.
  • a fitting curve indicated by a solid line is obtained by Gaussian fitting or the like, and the wavelength of the peak value of the fitting curve is defined as the peak wavelength. If the wavelength pitch is small or the like, the wavelength of the largest value in the spectrum data may be used as the peak wavelength without fitting.
  • the average value of brightness may be obtained for each wavelength in a plurality of pixels including the pixel of interest and its surrounding pixels, and the average value may be used as the spectrum data.
  • the calculation unit 6 records and manages the obtained peak wavelength together with the positional information of the minute portion 50 corresponding to the pixel of interest. Also, the peak wavelength may be recorded in association with the positional information indicating the specified light emitting region of the LED 101 . For example, when a rectangular light-emitting region is specified, as the light-emitting region 23a is representatively shown in FIG. good.
  • spectral data and/or feature amounts based on the spectral data are managed by the calculation unit 6 for each of the light emitting regions 23a to 23i.
  • the measurement object 100 or the two-dimensional spectroscopic device By moving at least one of 1, the measurement region 110 is moved to the next measurement site, measurement is performed, and this is repeated in order. Even when moving to a new measurement area 110, the position of each micro-part 50 is obtained and obtained with respect to the characteristic point 41 of the subject 100 obtained by the imaging device 8 used in the measurement in the previous measurement area. Positions are recorded in association with spectral data and peak wavelengths.
  • the direction of movement of the measurement area 11 is indicated by solid-line arrows and broken-line arrows, and the measurement area 110 is moved from left to right and from top to bottom in order.
  • the size of the measurement area 110 at one time is 2.8 mm in length and width
  • the measurement is performed by moving the measurement area 110 1000 times
  • the position information and the peak wavelength at the time of measurement are associated with each other and recorded in a memory
  • the wafer is irradiated with the excitation light source 11 as described above.
  • a plurality of LED chips included in the object (wafer) 100 are excited at once by the irradiation of the excitation light to emit light, and the light emitted from a minute portion of the light emitting surface of each LED chip and dispersed by the spectroscopic section 3 is spread over an area.
  • Light is received by a plurality of pixels 51 of the sensor 5 divided into a plurality of wavelengths.
  • the spectral data obtained by light reception, the peak wavelength of each LED chip, and the positional information of the minute part 50 of the subject 100 and the light emitting region are associated with each other, and the creation of the data map with the positional information of the spectral data and the peak wavelength, etc. Since it is the same as the case where the subject 100 is the display, the description is omitted.
  • the light from a plurality of minute parts 50 in the one-dimensional direction of the subject 100 that has passed through the objective lens 2 is dispersed to obtain spectral data, and scanning is performed in a direction perpendicular to the one-dimensional direction.
  • it is arranged on the optical axis 2a of the objective lens 2, and at least the peripheral portion of each minute portion 50 in the one-dimensional direction can be obtained. Since the imaging device 8 capable of imaging is provided, the peripheral portion of each minute part 50 in the one-dimensional direction, which is the acquisition area of the spectral data of the subject 100, can be observed by the imaging device 8 simultaneously with the acquisition of the spectral data. can be done.
  • the positional relationship between the characteristic part 41 of the object 100 imaged by the imaging device 8 and each minute part 50 in the one-dimensional direction is obtained, and each time the two-dimensional spectroscopic means is scanned in the direction perpendicular to the one-dimensional direction, scanning is performed.
  • the positional relationship between the feature points of the object and the one-dimensional microparts is obtained by taking into account the quantity, and the obtained positional relationship and the spectral data and/or the feature amount based on the spectral data are recorded in association with each other.
  • a data map with position information can be created for a two-dimensional area.
  • spectral data of the subject 100 such as a display having a plurality of light emitting elements 101 (light emitting regions 23a to 23i) and/or feature amounts based on the spectral data can be managed for each light emitting region.
  • the two-dimensional spectroscopic apparatus 1 observes the peripheral portion of each minute region 50 in the one-dimensional direction, which is the acquisition area of the spectroscopic data of the subject 100, with the imaging device 8 simultaneously with the acquisition of the spectroscopic data. It can also be used as an observation system capable of creating a data map with position information for a two-dimensional area of the subject 100 . In addition, it can also be used as a management system capable of managing the spectral data of the object 100 and/or the feature amount based on the spectral data for each light emitting area.
  • the present invention can be used to measure the peak wavelengths of light emitting elements in subjects such as displays having a large number of light emitting elements and wafers having a large number of light emitting element chips.
  • spectroscopic device 1 two-dimensional spectroscopic device 2 objective lens 2a optical axis 3 spectroscopic unit 4 imaging lens 5 area sensor 51 pixels 6 arithmetic unit 7 measurement result display unit 8 imaging device 9 hyperspectral image system 10 reflector 11 light source for excitation 20 cylinder 40 image of imaging device 41 feature amount 50 minute part 100 subject 101 light emitting element (LED) 200 table 300 moving device
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Abstract

対物レンズ（２）を通過した被写体（１００）の一次元方向の複数の微小部位（５０）からの光を分光して分光データを取得するとともに、一次元方向と垂直な方向への走査により、被写体の二次元方向の領域についての分光データを取得する二次元分光手段（９）と、対物レンズ（２）の光軸上に配置され、一次元方向の各微小部位（５０）の少なくとも周辺部を撮像可能な撮像手段（８）を備えている。

Description

二次元分光装置、観察システム、管理システム、情報処理装置及びプログラム
　この発明は、例えば被写体に含まれる発光素子の波長等を測定可能なプッシュブルーム（Push Broom）方式の二次元分光装置、観察システム、管理システム、情報処理装置及びプログラムに関する。
　二次元分光装置は学術的には広く利用されているが、データサイズが空間二次元に加えて、波長方向に一次元でありデータサイズが膨大なため測定装置として利用される機会は少なかった。
　しかし、演算装置の高速化や、記憶部の記憶容量拡大にともない応用しやすくなり、かつMEMS（メムス、Micro Electro Mechanical Systems）や発光ダイオード（LED）素子といった極小領域の技術進歩からの要請があり、今後本装置の応用範囲拡大が期待されている。特にLEDの計測において、これまで数百μｍ程度のLEDサイズであればスポット分光装置を走査させて計測することも可能であったが、次世代のディスプレイ光源として期待されているmicro LEDはそのサイズが数十μｍ程度とLEDサイズが小さく、例えば4インチウェハ（直径100mm）上に4500,000個ものLEDが形成される。
　また二次元分光装置にはいくつかの種類があるが、プッシュブルーム（Push Broom）方式は古くから利用されており（例えば特許文献１）、信頼性の高い計測結果を与えることが明確である。
特開平６－３１９０８０号公報
　ところが、プッシュブルーム方式においては計測中の同時刻において空間一次元の情報のみ取得可能であるが、その周辺情報は得られず、観察領域の把握は一度走査した後に位置情報やフォーカスの程度を確認し、最適な計測条件となるまで繰り返す必要があるという課題がある。
　本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、分光データを取得しながら、被写体の分光データの取得領域の周辺部を同時的に観察可能なプッシュブルーム方式の二次元分光装置、観察システム、管理システム、情報処理装置及びプログラムの提供を目的とする。
　上記目的は、以下の手段によって達成される。
（１）対物レンズを通過した被写体の一次元方向の複数の微小部位からの光を分光して分光データを取得するとともに、前記一次元方向と垂直な方向への走査により、前記被写体の二次元方向の領域についての分光データを取得する二次元分光手段と、
　前記対物レンズの光軸上に配置され、前記一次元方向の各微小部位の少なくとも周辺部を撮像可能な撮像手段と、
　を備えた二次元分光装置。
（２）前記二次元分光手段と撮像手段のフォーカス位置が同等である前項１に記載の二次元分光装置。
（３）前記一次元方向と垂直な方向への走査は、被写体または二次元分光装置の少なくとも一方を前記一次元方向と垂直方向に移動させることにより行われる前項１または２に記載の二次元分光装置。
（４）前記撮像手段は、前記被写体の一次元方向の各微小部位を除く周辺部のみを撮像する前項１～３のいずれかに記載の二次元分光装置。
（５）前記撮像手段で撮像された被写体の特徴箇所と前記一次元方向の各微小部位の位置関係を求める位置解析手段を備えている前項１～４のいずれかに記載の二次元分光装置。
（６）前記一次元方向と垂直な方向に走査する毎に、前記位置解析手段は、走査量を加味して被写体の特徴箇所と前記一次元方向の各微小部位の位置関係を求めるとともに、求めた位置関係と分光データ及び／または分光データに基づいた特徴量を関連付けて記録することにより、被写体の前記二次元方向の領域について位置情報付のデータマップを作成する前項５に記載の二次元分光装置。
（７）前記二次元分光手段で受光される被写体からの光は、励起光源の照射により被写体が励起されて発光した光である前項１～６のいずれかに記載の二次元分光装置。
（８）前記被写体は複数の発光領域を有しており、前記分光データ及び／または分光データに基づいた前記特徴量を前記発光領域毎に管理する管理手段を備えている前項１～７のいずれかに記載の二次元分光装置。
（９）対物レンズを通過した被写体の一次元方向の複数の微小部位からの光を分光して分光データを取得するとともに、前記一次元方向と垂直な方向への走査により、前記被写体の二次元方向の領域についての分光データを取得する二次元分光手段と、
　前記対物レンズの光軸上に配置され、前記一次元方向の各微小部位の少なくとも周辺部を撮像可能な撮像手段と、
　前記撮像手段で撮像された被写体の特徴箇所と前記一次元方向の各微小部位の位置関係を求める位置解析手段と、
　を備え、
　前記一次元方向と垂直な方向に走査する毎に、前記位置解析手段は、走査量を加味して被写体の特徴箇所と前記一次元方向の各微小部位の位置関係を求めるとともに、求めた位置関係と分光データ及び／または分光データに基づいた特徴量を関連付けて記録することにより、被写体の前記二次元方向の領域について位置情報付のデータマップを作成する観察システム。
（１０）前記二次元分光手段で受光される被写体からの光は、励起光源の照射により被写体が励起されて発光した光である前項９に記載の観察システム。
（１１）対物レンズを通過した、複数の発光領域を有する被写体の一次元方向の複数の微小部位からの光を分光して分光データを取得するとともに、前記一次元方向と垂直な方向への走査により、前記被写体の二次元方向の領域についての分光データを取得する二次元分光手段と、
　前記撮像手段で撮像された被写体の特徴箇所と前記一次元方向の各微小部位の位置関係を求める位置解析手段と、
　を備え、
　前記一次元方向と垂直な方向に走査する毎に、前記位置解析手段は、走査量を加味して被写体の特徴箇所と前記一次元方向の各微小部位の位置関係を求めるとともに、求めた位置関係と分光データ及び／または分光データに基づいた特徴量を関連付けて記録することにより、被写体の前記二次元方向の領域について位置情報付のデータマップを作成し、
　さらに、
　前記分光データ及び／または分光データに基づいた前記特徴量を前記発光領域毎に管理する管理手段を備えた管理システム。
（１２）前項１～４のいずれかに記載の二次元分光装置における前記撮像手段で撮像された被写体の特徴箇所と前記一次元方向の複数の微小部位の位置関係を求める位置解析手段を備え、
　前記一次元方向と垂直な方向に走査する毎に、前記位置解析手段は、走査量を加味して被写体の特徴箇所と前記一次元方向の各微小部位の位置関係を求めるとともに、求めた位置関係と分光データ及び／または分光データに基づいた特徴量を関連付けて記録することにより、被写体の前記二次元方向の領域について位置情報付のデータマップを作成する情報処理装置。
（１３）前記被写体は複数の発光領域を有しており、前記分光データ及び／または分光データに基づいた特徴量を前記発光領域毎に管理する管理手段を備えている前項１２に記載の情報処理装置。
（１４）前項１～４のいずれかに記載の二次元分光装置における前記撮像手段で撮像された被写体の特徴箇所と前記一次元方向の各微小部位の位置関係を求める位置解析ステップをコンピュータに実行させ、
　前記一次元方向と垂直な方向に走査する毎に、前記位置解析ステップでは、走査量を加味して被写体の特徴箇所と前記一次元方向の各微小部位の位置関係を求めるとともに、求めた位置関係と分光データ及び／または分光データに基づいた特徴量を関連付けて記録することにより、被写体の前記二次元方向の領域について位置情報付のデータマップを作成する処理を前記コンピュータに実行させるためのプログラム。
（１５）前記被写体は複数の発光領域を有しており、前記分光データ及び／または分光データに基づいた前記特徴量を前記発光領域毎に管理する管理ステップを前記コンピュータにさらに実行させる前項１４に記載のプログラム。
　前項（１）に記載の発明によれば、対物レンズを通過した被写体の一次元方向の複数の微小部位からの光を分光して分光データを取得するとともに、一次元方向と垂直な方向への走査により、被写体の二次元方向の領域についての分光データを取得することができるのに加えて、対物レンズの光軸上に配置され、一次元方向の各微小部位の少なくとも周辺部を撮像可能な撮像手段を備えているから、被写体の分光データの取得領域である一次元方向の各微小部位の周辺部を、分光データの取得と同時的に撮像手段で観察することができる。
　前項（２）に記載の発明によれば、二次元分光手段と撮像手段のフォーカス位置が同等であるから、撮像手段による撮像画像を用いて、二次元分光手段のフォーカスを適正に調整することができる。
　前項（３）に記載の発明によれば、二次元分光手段の走査は、被写体または二次元分光装置の少なくとも一方を一次元方向と垂直方向に移動させることにより行われるから、被写体の二次元方向の各微小部位についての分光データを確実に取得できる。
　前項（４）に記載の発明によれば、被写体の一次元方向の各微小部位を除く周辺部のみを観察することができる。
　前項（５）に記載の発明によれば、撮像手段で撮像された被写体の特徴箇所と一次元方向の各微小部位の位置関係を求めることができる。
　前項（６）に記載の発明によれば、一次元方向と垂直な方向に走査する毎に、走査量を加味して被写体の特徴箇所と一次元方向の微小部位の位置関係が求められるとともに、求められた位置関係と分光データ及び／または分光データに基づいた特徴量が関連付けて記録されるから、被写体の二次元方向の領域について位置情報付のデータマップを作成することができる。
　前項（７）に記載の発明によれば、二次元分光手段で受光される被写体からの光は、励起光源の照射により被写体が励起されて発光した光であるから、例えば被写体がウェハ上に構成された発光デバイスであっても、ダイシング前に励起光により発光させて二次元分光データを取得することができる。
　前項（８）に記載の発明によれば、複数の発光領域を有するディスプレイのような被写体の分光データ及び／または分光データに基づいた特徴量を、発光領域毎に管理することができる。
　前項（９）に記載の発明によれば、ディスプレイ等の被写体の分光データの取得領域である一次元方向の複数の微小部位の周辺部を、撮像手段で同時的に観察することができるとともに、被写体の二次元方向の領域について精度の高い位置情報付のデータマップを作成することができるから、被写体の検査等を効率的に行うことができる。
　前項（１０）に記載の発明によれば、ウェハ上に構成された発光デバイス等の被写体について精度の高い位置情報付のデータマップを作成することができる。
　前項（１１）に記載の発明によれば、複数の発光領域を有するディスプレイのような被写体について、精度の高い位置情報付のデータマップを作成することができるとともに、分光データ及び／または分光データに基づいた特徴量を、発光領域毎に管理することができる。
　前項（１２）に記載の発明によれば、情報処理装置により、撮像手段で撮像された被写体の特徴箇所と、二次元分光手段側の一次元方向の複数の微小部位の位置関係を求めることができる。また、被写体の二次元方向の領域について精度の高い位置情報付の分光データマップを情報処理装置で作成することができる。
　前項（１３）に記載の発明によれば、情報処理装置により、複数の発光領域を有するディスプレイのような被写体について、精度の高い位置情報付のデータマップを作成することができる。
　前項（１４）に記載の発明によれば、撮像手段で撮像された被写体の特徴箇所と、二次元分光手段側における一次元方向の複数の微小部位の位置関係を求めるステップと、被写体の二次元方向の領域について位置情報付のデータマップを作成するステップを、コンピュータに実行させることができる。
　前項（１５）に記載の発明によれば、複数の発光領域を有するディスプレイのような被写体について、分光データ及び／または分光データに基づいた特徴量を、発光領域毎に管理する処理をさらにコンピュータに実行させることができる。
（Ａ）はこの発明の一実施形態に係る二次元分光装置の模式的な外観図、（Ｂ）は励起用の光源による被写体の照射範囲と、撮像装置による撮像可能範囲（観察範囲）を示す図である。 図１（Ａ）に示した二次元分光装置の構成を示すブロック図である。 二次元分光装置における分光部と結像レンズとエリアセンサの関係を説明するための図である。 被写体であるディスプレイをその一部を模式的に拡大して示す平面図である。 被写体上の複数の発光素子とエリアセンサの画素の大きさの関係を示す図である。 （Ａ）は被写体上の特徴箇所を含む撮像装置の画像であり、（Ｂ）は特徴箇所と微小部位の位置関係を説明するための図である。 被写体の表面から受光された光のうち、任意の波長の光をエリアセンサで受光したときの対応する画素での受光状態を模式的に示した図である。 エリアセンサの各画素での受光データを発光領域毎に分離した状態を示す図である。 １個の発光領域の注目画素について波長毎の値をプロットし、それに基づくフィッテティング曲線を描いたグラフである。 ＬＥＤチップを有するウェハからなる被写体の測定範囲が広い場合についての測定方法の説明図である。
　以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
　図１（Ａ）はこの発明の一実施形態に係るプッシュブルーム方式の二次元分光装置１の模式的な外観図、図２は同じく二次元分光装置１の構成を示すブロック図である。
　図１（Ａ）及び図２に示す二次元分光装置１は、筒体２０内に配置された倍率を変更可能な対物レンズ２と、分光部３と、結像レンズ４と、ＣＣＤセンサ等からなる二次元の撮像素子であるエリアセンサ５と、演算部６と、液晶表示装置等によって構成される測定結果表示部７を備え、これらが二次元分光手段であるハイパースペクトルイメージングシステム（以下、図１に示すようにＨＳＩとも記す）９を形成している。分光部３、結像レンズ４、エリアセンサ５は対物レンズ２の光軸２ａ上に配置されている。
　この実施形態に係る二次元分光装置１は、ＨＳＩ９に加えて撮像装置８を備えている。撮像装置８は、対物レンズ２の光軸２ａ上に配置されたＣＣＤセンサ等からなる二次元の撮像素子を備えており、撮像装置８を介して被写体１００の測定領域を目視によりあるいは画像を通じて観察できるようになっている。
　対物レンズ２とエリアセンサ５及び撮像装置８との間において、筒体２０内には、対物レンズ２の光軸２ａ上に反射鏡１０が配置されている。この反射鏡１０は、図示しない水平軸を中心に図２に矢印で示すように上下方向に回動するように駆動され、光軸２ａ上に進出しあるいは光軸２ａ上から退出可能になっている。そして、光軸２ａ上に進出すると、対物レンズ２を介して入射した被写体１００からの光がＨＩＳ９側に反射されて分光部３で受光され、光軸２ａ上から退出すると、被写体１００からの光は撮像装置８へと進んで撮像装置８で受光され、これによってＨＳＩ９による分光測定と、撮像装置８による撮像を切り替えることができるようになっている。
　なお、反射鏡１０に代えてハーフミラーを光軸２ａ上に配置し、被写体１００からの光の一部をハーフミラーでＨＳＩ９側に反射し、一部を撮像装置８へ透過させることで、ＨＳＩ９による分光測定と撮像装置８による撮像を同時に行えるように構成しても良い。
　また、ＨＳＩ９のエリアセンサ５と撮像装置８のフォーカス位置が同等に設定されている。これにより、撮像装置８による撮像画像を用いて、ＨＳＩ９のフォーカスを適正に調整することができる。
　二次元分光装置１には、必要に応じて使用される励起用の光源１１が備えられている。励起用の光源１１は、被写体１００の種類に応じて使用されるものである。例えば、被写体１００が多数のＬＥＤチップを形成されたシリコン等のウェハである場合、励起用の光源１により被写体１００上のＬＥＤチップに励起光を照射して、ＬＥＤチップを励起して発光させる。このように励起光による発光方式を用いることで、ウェハのダイシング前に励起光によりＬＥＤチップを発光させて二次元分光データを取得することができる。図１（Ｂ）に励起用の光源１による被写体１００の照射範囲（ハッチングで示す）３１と、照射範囲３１よりも小さい、撮像装置８による撮像可能範囲（観察範囲）３２を示す。なお、被写体１００が多数のＬＥＤ等の発光素子を有するディスプレイ等である場合は、励起用の光源１１を使用することなく、発光素子を自己発光させれば良い。
　分光部３は、対物レンズ２を通過した被写体１００からの光を波長毎に分光し、結像レンズ４は、分光部３で分光された各波長の光をエリアセンサ５に結像させる。
　エリアセンサ５は、図３に示すように縦横に配列された複数の画素５１を備えている。エリアセンサ５の横方向（図３のＹ方向）は物理空間の横方向を意味し、横方向の各画素５１は被写体１００の横方向の微小部位５０（後述）に対応する。一方、エリアセンサ５の縦方向（図３のＺ方向）は光の波長毎の明るさ（輝度）に対応する。つまり、横方向の画素列の各画素５１は、被写体１００の一次元方向の複数の微小部位５０に対応し、各微小部位から発光されかつ波長分解された光が、縦方向の画素列の各画素５１で受光される。従って、被写体１００の二次元方向（平面）の各領域について分光測定を行うためには、被写体１００を図３のZ方向に移動させながら行う必要がある。あるいは、被写体１００を移動させるのではなく、二次元分光装置１を図３のZ方向に移動させても良く、あるいは被写体１００と二次元分光装置１の両方を速度差をもって移動させても良く、要は被写体１００と二次元分光装置１の少なくとも一方を、他方に対して図３のZ方向に相対的に移動させれば良い。ただし、被写体１００を移動させるのが制御が容易である点で望ましい。この実施形態においても、被写体１００を移動させるものとし、図１（Ａ）及び図２に示すように、被写体１００が載置されたテーブル２００をZ方向に移動させることができる移動装置３００が備えられている。
　なお、上述したような被写体１００の平面を、エリアセンサ５の各画素５１に対応する大きさの各微小部位５０に分けて、各微小部位からの光を分光してエリアセンサ５の各画素５１で受光する技術は、プッシュブルーム方式の例えばハイパースペクトルカメラ等として公知である。
　エリアセンサ５の各画素５１から出力された電気信号である分光データ（測定データ）は、必要に応じ、図示しない電流・電圧（ＩＶ）変換回路、アナログ・デジタル（ＡＤ）変換回路を通じてデジタル信号に変換され、演算部６に送られる。演算部６は、送られてきた分光データを用いて、ＣＰＵ等により、被写体１００上の複数のＬＥＤのそれぞれについて、ＬＥＤの特徴量である例えばピーク波長や半値全幅等を演算する。
　一方、撮像装置８で撮像された画像データも演算部６に送信される。演算部６は、撮像装置８で撮像された被写体１００の特徴箇所と、分光測定される一次元方向の各微小部位５０の位置関係を求める位置解析手段として機能するとともに、一次元方向と垂直に走査される毎にこれを繰り返し、被写体１００の測定領域である二次元方向の領域について位置情報付の分光データマップを作成し、あるいは作成したデータマップを管理する。これらの処理については後述する。
　測定結果表示部７は演算部６による演算結果を表示する。なお、エリアセンサ５から出力された測定データや、撮像装置８から出力された画像データのデジタル信号への変換は、演算部６で行われても良い。
　演算部６は専用の装置であっても良いし、プログラムに従って動作するパーソナルコンピュータからなる情報処理装置により構成されていても良い。また、エリアセンサ５から出力されデジタル信号に加工された測定データや、撮像装置８から出力されデジタル信号に加工された画像データは、ネットワークを介して演算部６に送られても良い。この場合は、演算部６が測定場所と離れた場所に存在していても、ＬＥＤチップのピーク波長や半値全幅等の測定や、位置情報の関連付け、分光データマップの作成、管理等を行うことができる。
　次に、図１及び図２（Ａ）に示した二次元分光装置１を、図４に示すように、発光素子である多数のＬＥＤ１０１を有するディスプレイからなる被写体１００の検査に使用する場合について説明する。
　被写体（ディスプレイ）１００の各ＬＥＤ１０１は赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のものを含み、例えば３０μｍ四方のサイズである。図４では各ＬＥＤ１０１は矩形で表示され、ディスプレイである被写体１００上に縦横に配列されている。
　図５は、被写体１００上の複数のＬＥＤ１０１と、エリアセンサ５の画素５１の大きさの関係を示している。図５の黒枠で囲った矩形の領域が各ＬＥＤ１０１の発光面である。
　一方、エリアセンサ５の画素５１も縦横に格子状に配列されているが、１つのＬＥＤ１０１に対し複数の画素５１が位置するように、つまり１つのＬＥＤ１０１の発光面の、画素に対応する大きさの複数の微小部位から発光された光を、複数の画素５１で受光できるように、ＬＥＤ１０１の配列ピッチと、エリアセンサ５の画素５１のピッチと、対物レンズ２の倍率等が設定されている。この実施形態では、１つのＬＥＤ１０１の発光面からの光を少なくとも３×３＝９画素以上の画素に分けて受光できるように、対物レンズ２の倍率が選択されており、例えば２倍の倍率に設定されている。
　図６（Ａ）は、撮像装置８で得られる画像４０の一部を示す。図６（Ａ）の上下方向のほぼ中央部の白線で示す水平線は、ＨＳＩ９で現在分光されている一次元方向の多数の微小部位５０の集合体を示す。つまり、撮像装置８は、現在分光されている一次元方向の多数の微小部位５０の全部または一部とそれらの周辺部を撮像可能となっている。
　ただし、微小部位５０の全部または一部の周辺部を観察できれば良いことから、一次元方向の微小部位５０からの光は撮像装置８で受光されず、一次元方向の微小部位５０を除く周辺部のみからの光を受光するように光学系を構成して、周辺部のみを撮像してもよい。
　撮像装置８による図６（Ａ）の画像４０において、グレーの三角形で示される部位は画像に現れた被写体１００上の特徴箇所４１である。特徴箇所４１は目印となる部位であり、限定はされないが例えば給電ポイント等の他の部位と差別化できる特徴的な形状等を有している部位が選択される。また、特徴箇所４１を被写体１００上の所定位置に意図的に配置しておいても良い。
　演算部６はこの特徴部位４１を目印として、ＨＳＩ９で現在分光されている一次元方向の各微小部位５０の特徴箇所４１に対する位置関係を、分光される微小部位５０毎に求める。分光される微小部位５０は、前述したようにエリアセンサ５の一次元方向の画素５１に対応する。具体的には、被写体１００の特徴箇所４１の位置を原点として、図６（Ｂ）に示すように、現在分光されている一次元方向の各微小部位５０の座標を求める。図６（Ｂ）では、黒塗りで示した微小部位５０の座標を（ｘｉ，ｙｊ）で表している。
　一次元方向の各微小部位５０からの光は、各波長に分光され、演算部６は、分光された波長毎にエリアセンサの画素値（輝度値）を測定し、求めた各微小部位５０の座標に紐付けて、各波長の測定値（輝度値）を演算部６の図示しないメモリに記録する。
　被写体１００の二次元領域について測定を行うには、図６（Ａ）に示すように被写体１００を同図に矢印Ｚ１で示す方向に移動させ、及び／または二次元分光装置１を同図に矢印Ｚ２で示す方向に移動させて、被写体１００を一次元方向と垂直な方向へ走査する必要があるが、走査する毎に、被写体１００の特徴箇所４１に対する一次元方向の各微小部位５０の位置を求め、さらには求めた各微小部位５０の座標に紐付けて、各波長の測定値（輝度値）を記録する。走査したときの一次元方向の各微小部位５０の位置は、前回の走査における位置とは走査量だけ走査方向にずれるので、走査量を加味し、走査方向に走査量を加算もしくは減算して、今回の走査における一次元方向の各微小部位５０の位置を求める。
　このような処理を行うことで、被写体１００の二次元領域について、位置情報付きの分光データである波長毎のデータマップが作成される。
　前述したように、複数の微小部位からの光とは、視野内に光源が個別に並んでいる場合だけでなく、光励起によってサンプルが視野内一面が光っている場合も含む。この場合、走査することで観察される特定の位置（光源の端部や、NG（不具合）箇所）を位置情報と関連づける。
　演算部６は、作成したデータマップを用いて、各ＬＥＤ１０１の特徴量である例えばピーク波長を求める。ピーク波長の求め方は限定されないが、一例を挙げると次の通りである。
　図７は、被写体１００の表面から受光された光のうち、任意の波長の光、例えば複数のＬＥＤ１０１の測定データが包含される適当な領域の画素群のデータの中で、最大の明るさを有する波長λの光をエリアセンサ５の対応する画素が受光したときの受光状態を模式的に示したものである。図７に示した黒枠２１は、１つのＬＥＤ１０１の発光面に対応する領域を示している。また、濃く示された領域２２は明るさが強く、周辺に至るに従って明るさが弱くなっていることが示されている。
　まず、複数のＬＥＤ１０１の測定データが包含される適当な領域の画素群のデータから、最大の明るさを有する波長λを求める。次に、波長λにおいて、各画素５１を明るさでレベル分けし、ある明るさレベルを閾値として画像処理を行うことで、ＬＥＤ１０１毎の発光領域を分離する。図８に、各画素５１での測定データをＬＥＤ１０１毎に分離した状態を示す。図８では、黒枠で示される９個の発光領域２３ａ～２３ｉに分離されている。
　次に、分離された各発光領域２３ａ～２３ｉにおいて、測定データについて明るさ（輝度値）の最大値を得た画素（注目画素）を特定する。例えば発光領域２３ａにおいて特定した注目画素についてのスペクトルデータを図９のグラフの黒点で示す。図９のグラフの横軸は波長、縦軸は明るさを表す。このスペクトルデータを基にガウスフィッティング等により実線で示すフィッティング曲線を求め、フィッティング曲線のピーク値の波長をピーク波長とする。なお、波長ピッチが小さい場合等には、フィッティングすることなくスペクトルデータのうち最も大きい値の波長をピーク波長としても良い。また、注目画素とその周囲の画素を含む複数の画素で波長毎に明るさの平均値を求め、それらの平均値をスペクトルデータとしても良い。
　演算部６は、求めたピーク波長を注目画素に対応する微小部位５０の位置情報とともに記録し管理する。また、特定したＬＥＤ１０１の発光領域を示す位置情報と関連付けて、ピーク波長を記録しても良い。例えば図８に発光領域２３ａを代表として示すように、矩形の発光領域を特定した場合は、矩形の各頂点の座標（ｘ１，ｙ１）～（ｘ４，ｙ４）とともに、ピーク波長を記録しても良い。
　こうして、複数のＬＥＤ１０１について、分光データ及び／または分光データに基づいた特徴量が、演算部６により発光領域２３ａ～２３ｉ毎に管理される。
　ところで、エリアセンサ５が１０００×１０００の１Ｍピクセルであるとして被写体１００を測定する場合、隣接するＬＥＤ１０１の間隔を３０μｍとすると、一次元方向に１０００／（３×２）＝１６６個のＬＥＤ１０１を測定範囲に収めることができる。しかし、ディスプレイには６００×１０００個超のＬＥＤ１０１が一つのディスプレイに搭載されており、一度に測定するのは困難である。
　そこで、図４に示すように、一回の測定領域１１０よりも被写体１００の測定範囲が広く、１回の測定で全測定範囲の測定を終了できない場合は、測定対称物１００または二次元分光装置１の少なくとも一方を移動させることにより、測定領域１１０を次の測定部位に移動させて測定し、これを順に繰り返せば良い。新たな測定領域１１０に移動した場合も、前回の測定領域での測定時に使用した、撮像装置８で得られた被写体１００の特徴箇所４１に対して、各微小部位５０の位置を求め、求めた位置を分光データやピーク波長と関連付けて記録する。
　図４では、測定領域１１の移動方向を実線矢印及び破線矢印で示しており、測定領域１１０を左から右へかつ上から下へ順に移動させている。一例を挙げると、一回の測定領域１１０のサイズを縦横２．８ｍｍとし、この測定領域１１０を１０００回移動させて測定を行い、測定時の位置情報とピーク波長を関連付けてメモリに記録し、位置情報付きのピーク波長のマッピングを作成する。
　以上の実施形態では、被写体１００が多数のＬＥＤを有するディスプレイである場合について説明したが、被写体１００の種類は限定されることはなく、例えば多数のＬＥＤチップが形成されたウェハであっても良い。
　この場合は、前述したように励起用の光源１１をウェハに照射する。励起光の照射により、被写体（ウェハ）１００に含まれる複数のＬＥＤチップが一度に励起されて発光し、各ＬＥＤチップの発光面の微小部位から発光され分光部３によって分光された光が、エリアセンサ５の複数の画素５１により複数の波長に分けて受光される。
　なお、受光により得られた分光データや各ＬＥＤチップのピーク波長と、被写体１００の微小部位５０や発光領域の位置情報との関連付け、分光データやピーク波長の位置情報付きデータマップの作成等は、上述した被写体１００がディスプレイである場合と同じであるので、説明は省略する。
　このようにこの実施形態では、対物レンズ２を通過した被写体１００の一次元方向の複数の微小部位５０からの光を分光して分光データを取得するとともに、一次元方向と垂直な方向への走査により、被写体１００の二次元方向の領域についての分光データを取得することができるのに加えて、対物レンズ２の光軸２ａ上に配置され、一次元方向の各微小部位５０の少なくとも周辺部を撮像可能な撮像装置８を備えているから、被写体１００の分光データの取得領域である一次元方向の各微小部位５０の周辺部を、分光データの取得と同時的に撮像装置８で観察することができる。
　しかも、撮像装置８で撮像された被写体１００の特徴箇所４１と一次元方向の各微小部位５０の位置関係を求めるとともに、二次元分光手段を一次元方向と垂直な方向に走査する毎に、走査量を加味して被写体の特徴箇所と一次元方向の微小部位の位置関係を求め、この求めた位置関係と分光データ及び／または分光データに基づいた特徴量を関連付けて記録するから、被写体１００の二次元方向の領域について位置情報付のデータマップを作成することができる。
　加えて、複数の発光素子１０１（発光領域２３ａ～２３ｉ）を有するディスプレイのような被写体１００の分光データ及び／または分光データに基づいた特徴量を、発光領域毎に管理することができる。
　この発明の実施形態に係る二次元分光装置１は、被写体１００の分光データの取得領域である一次元方向の各微小部位５０の周辺部を、分光データの取得と同時的に撮像装置８で観察することができ、しかも被写体１００の二次元方向の領域について位置情報付のデータマップを作成することができる観察システムとしても使用可能である。さらに加えて、被写体１００の分光データ及び／または分光データに基づいた特徴量を、発光領域毎に管理することができる管理システムとしても使用可能である。
　本願は、２０２１年７月３０日付で出願された日本国特許出願の特願２０２１－１２５１０９号の優先権主張を伴うものであり、その開示内容は、そのまま本願の一部を構成するものである。
　この発明は、多数の発光素子を有するディスプレイや、多数の発光素子チップを有するウェハ等の被写体における発光素子のピーク波長等の測定を行うのに利用可能である。
　１　二次元分光装置
　２　対物レンズ
　２ａ　光軸
　３　分光部
　４　結像レンズ
　５　エリアセンサ
　５１　画素
　６　演算部
　７　測定結果表示部
　８　撮像装置
　９　ハイパースペクトルイメージシステム
　１０　反射鏡
　１１　励起用の光源
　２０　筒体
　４０　撮像装置の画像
　４１　特徴量
　５０　微小部位
　１００　被写体
　１０１　発光素子（ＬＥＤ）
　２００　テーブル
　３００　移動装置

Claims (15)

  1. 　対物レンズを通過した被写体の一次元方向の複数の微小部位からの光を分光して分光データを取得するとともに、前記一次元方向と垂直な方向への走査により、前記被写体の二次元方向の領域についての分光データを取得する二次元分光手段と、
    　前記対物レンズの光軸上に配置され、前記一次元方向の各微小部位の少なくとも周辺部を撮像可能な撮像手段と、
    　を備えた二次元分光装置。
  2. 　前記二次元分光手段と撮像手段のフォーカス位置が同等である請求項１に記載の二次元分光装置。
  3. 　前記一次元方向と垂直な方向への走査は、被写体または二次元分光装置の少なくとも一方を前記一次元方向と垂直方向に移動させることにより行われる請求項１または２に記載の二次元分光装置。
  4. 　前記撮像手段は、前記被写体の一次元方向の各微小部位を除く周辺部のみを撮像する請求項１～３のいずれかに記載の二次元分光装置。
  5. 　前記撮像手段で撮像された被写体の特徴箇所と前記一次元方向の各微小部位の位置関係を求める位置解析手段を備えている請求項１～４のいずれかに記載の二次元分光装置。
  6. 　前記一次元方向と垂直な方向に走査する毎に、前記位置解析手段は、走査量を加味して被写体の特徴箇所と前記一次元方向の各微小部位の位置関係を求めるとともに、求めた位置関係と分光データ及び／または分光データに基づいた特徴量を関連付けて記録することにより、被写体の前記二次元方向の領域について位置情報付のデータマップを作成する請求項５に記載の二次元分光装置。
  7. 　前記二次元分光手段で受光される被写体からの光は、励起光源の照射により被写体が励起されて発光した光である請求項１～６のいずれかに記載の二次元分光装置。
  8. 　前記被写体は複数の発光領域を有しており、前記分光データ及び／または分光データに基づいた前記特徴量を前記発光領域毎に管理する管理手段を備えている請求項１～７のいずれかに記載の二次元分光装置。
  9. 　対物レンズを通過した被写体の一次元方向の複数の微小部位からの光を分光して分光データを取得するとともに、前記一次元方向と垂直な方向への走査により、前記被写体の二次元方向の領域についての分光データを取得する二次元分光手段と、
    　前記対物レンズの光軸上に配置され、前記一次元方向の各微小部位の少なくとも周辺部を撮像可能な撮像手段と、
    　前記撮像手段で撮像された被写体の特徴箇所と前記一次元方向の各微小部位の位置関係を求める位置解析手段と、
    　を備え、
    　前記一次元方向と垂直な方向に走査する毎に、前記位置解析手段は、走査量を加味して被写体の特徴箇所と前記一次元方向の各微小部位の位置関係を求めるとともに、求めた位置関係と分光データ及び／または分光データに基づいた特徴量を関連付けて記録することにより、被写体の前記二次元方向の領域について位置情報付のデータマップを作成する観察システム。
  10. 　前記二次元分光手段で受光される被写体からの光は、励起光源の照射により被写体が励起されて発光した光である請求項９に記載の観察システム。
  11. 　対物レンズを通過した、複数の発光領域を有する被写体の一次元方向の複数の微小部位からの光を分光して分光データを取得するとともに、前記一次元方向と垂直な方向への走査により、前記被写体の二次元方向の領域についての分光データを取得する二次元分光手段と、
    　前記撮像手段で撮像された被写体の特徴箇所と前記一次元方向の各微小部位の位置関係を求める位置解析手段と、
    　を備え、
    　前記一次元方向と垂直な方向に走査する毎に、前記位置解析手段は、走査量を加味して被写体の特徴箇所と前記一次元方向の各微小部位の位置関係を求めるとともに、求めた位置関係と分光データ及び／または分光データに基づいた特徴量を関連付けて記録することにより、被写体の前記二次元方向の領域について位置情報付のデータマップを作成し、
    　さらに、
    　前記分光データ及び／または分光データに基づいた前記特徴量を前記発光領域毎に管理する管理手段を備えた管理システム。
  12. 　請求項１～４のいずれかに記載の二次元分光装置における前記撮像手段で撮像された被写体の特徴箇所と前記一次元方向の複数の微小部位の位置関係を求める位置解析手段を備え、
    　前記一次元方向と垂直な方向に走査する毎に、前記位置解析手段は、走査量を加味して被写体の特徴箇所と前記一次元方向の各微小部位の位置関係を求めるとともに、求めた位置関係と分光データ及び／または分光データに基づいた特徴量を関連付けて記録することにより、被写体の前記二次元方向の領域について位置情報付のデータマップを作成する情報処理装置。
  13. 　前記被写体は複数の発光領域を有しており、前記分光データ及び／または分光データに基づいた特徴量を前記発光領域毎に管理する管理手段を備えている請求項１２に記載の情報処理装置。
  14. 　請求項１～４のいずれかに記載の二次元分光装置における前記撮像手段で撮像された被写体の特徴箇所と前記一次元方向の各微小部位の位置関係を求める位置解析ステップをコンピュータに実行させ、
    　前記一次元方向と垂直な方向に走査する毎に、前記位置解析ステップでは、走査量を加味して被写体の特徴箇所と前記一次元方向の各微小部位の位置関係を求めるとともに、求めた位置関係と分光データ及び／または分光データに基づいた特徴量を関連付けて記録することにより、被写体の前記二次元方向の領域について位置情報付のデータマップを作成する処理を前記コンピュータに実行させるためのプログラム。
  15. 　前記被写体は複数の発光領域を有しており、前記分光データ及び／または分光データに基づいた前記特徴量を前記発光領域毎に管理する管理ステップを前記コンピュータにさらに実行させる請求項１４に記載のプログラム。
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