(57)【要約】改良された照明器を有するカメラを提供する。【解決手段】ビームスプリッタを含んでいない同軸照明器（２３６）を有する照明および撮像システム（２０９）が設けられる。同軸照明器（２３６）は、ビームスプリッタを有するものの効率を実質的に超えた効率を実現する。一つの特徴では、ターゲット上に照明を反射させるために光学的絞り（２４６）が使用される。光学的絞り（２４６）は、ターゲットで反射された光が検出器（２３０）へ通過できる開口（２３０）を含んでいる。絞り（２４６）の開口（２４８）は鏡面ターゲット上での操作を容易にする非対称形状を有する。
2005504454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明された対象ターゲットの画像を取得するための照明および撮像システムにおいて、
受光して画像の電気的表現を提供する検出器と、
前記検出器に光学的に接続された光学系と、
前記光学系内に配置され、光の一部分がそこを通過するための開口を有するとともに、その光学軸に対して非対称形状である絞りと、
前記ターゲットおよび前記絞り間に装着され、該絞りの表面に対して実質的に垂直に光を照らす光源とを具備し、
前記絞りの表面から前記ターゲット上に反射された光が前記検出器で受光される光を形成する照明および撮像システム。
【請求項２】
前記絞りが、ステンレス鋼で形成されている請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記絞りが拡散表面を含んでいる請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記絞りが、拡散反射材料でコーティングされている請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記光源と実質的に同一面に装着された複数の追加光源を更に備えている請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記光源が、発光ダイオードを含んでいる請求項１記載のシステム。
【請求項７】
前記絞りの表面に関して実質的に垂直に光を照射するために配置された複数の追加光源を備えた請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記光学系が、前記検出器および前記絞り間に位置された第１のレンズセルを含むテレセントリック光学系である請求項１記載のシステム。
【請求項９】
前記第１のレンズセルおよび前記絞り間に位置されたバッフルをさらに備えた請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
前記バッフルおよび前記絞り間に位置された少なくとも一つの追加バッフルをさらに備えた請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
前記絞りおよび前記光源が、反射内面を有する囲い内に囲まれている請求項１記載のシステム。
【請求項１２】
前記囲いが、筒形状である請求項１１記載のシステム。
【請求項１３】
前記検出器が、ＣＣＤ列である請求項１記載のシステム。
【請求項１４】
前記光源が前記テレセントリック光学系内に位置された請求項１記載のシステム。
【請求項１５】
前記開口内に延長され、該開口に対して非対称に配置された複数の追加中子をさらに備えた請求項１記載のシステム。
【請求項１６】
前記光学系が、対象空間内のテレセントリックである請求項１記載のシステム。
【請求項１７】
前記開口内に延長され、該開口に対して非対称に配置された少なくとも一つの中子をさらに備えた請求項１記載のシステム。
【請求項１８】
光学軸がそこを通っている囲いと、
前記囲い内に配置され、反射表面および開口を有するとともに、前記開口内に少なくとも一つの中子が延長された絞りと、
前記囲い内に配置され、前記反射表面に向かって実質的に該反射表面を垂直に直接照らすように適合された少なくとも一つの光源とを備えた照明器。
【請求項１９】
照明器とともに使用するための光学的絞りであって、
前記照明器の光学軸と一列に並ぶことができる開口を有し、
前記開口が、該開口内で非対称に配置された形状である光学的絞り。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
著作権留保条件
本特許文書の開示の一部分に、著作権に属する資料を包含する。本著作権の所有者は、特許商標庁の特許ファイルまたは記録に現れている分には、いかなる者による本特許文書若しくは特許の開示の複写再生に対して異議を有しないが、その他は、どんな場合もすべての著作権を留保する。
【０００２】
発明の背景
本発明は、自動化された光学アッセンブリおよび検査機械全般に関係する。
【０００３】
これらの機械は、表面実装技術（ＳＭＴ）の分野に広く使用される。このような機械の一例は、取り上げおよび配置機として知られる。取り上げおよび配置機は、製造中、基板上に自動的に電子部品を配置するために使用される。一般に、基板に関して可動である配置ヘッドで部品が取り上げられる。配置ヘッドはこの部品を正しい向きに合わせ、そして、基板上の所望の位置に部品を配置する。
【０００４】
部品を正しく配置するためには、配置ヘッド上での部品の初期方向および位置を判断する必要がある。さらに、基板に関する配置ヘッド自体の位置も分からなければならない。一旦、両者が分かったならば、この部品を基板上に正しく配置するために部品の位置および方向が調節される。部品の位置および並びを感知するため、取り上げおよび配置機は、部品整列（ＣＡ）センサを一般に使用する。基板に関する配置ヘッドの位置を感知するため、取り上げおよび配置機は、基板整列（ＢＡ）カメラを一般に使用する。ＢＡカメラは、回路基板もしくは基板アートワーク上の参照位置マーカつまり「基準」を撮像するのに使用される。前記基準の画像を解析することにより、基板に関するＢＡカメラの位置の計算を可能にする。ＢＡカメラは、普通は「オンヘッド」機械として配置ヘッドの上に設けられるので、この解析結果は配置ヘッド位置および基板間の関係を提供する。
【０００５】
部品が小さくなるにつれて、そして配置精度が高くなるにつれて、非常に正確な部品整列センサおよび基板整列カメラを持つことが、いよいよ重要である。正確な画像を提供するときの一つの難しさは、撮像されるターゲットに対する正確な照明を提供することである。照明は、取得される画像の種類、物体の反射率、物体の背景の反射率、および他の多くの要素によって変わり得る。
【０００６】
基板整列カメラ用に普及している照明方法の一つは、同軸照明として知られる。同軸照明は、実質的に撮像光学機器の視線に沿って指向された照明として定義される。同軸照明は、シャドウ画像が極小化され、かつカメラの光学軸に垂直な面形状が効率的に照明される点で、特に反射面に対して有用である。一般的に、同軸照明は、カメラの光学軸に沿うように光線を屈折させるビームスプリッタへ光軸の側方から照射する光源を使用するときに有効である。この技術は少なくとも二つの制限を受ける。第１に、ビームスプリッタは経済的な部品でないので、システムのコストを著しく増加させる。第２に、出て行く光線はビームスプリッタで減衰されて、実質的に拡散ターゲットに対する効率を低減させる。
【０００７】
発明の概要
ビームスプリッタを有しない同軸照明器を備えた照明および撮像システムが提供される。この同軸照明器はビームスプリッタを使って達成される効率を超えた効率を実質的に達成する。一つの特徴では、ターゲット上に照明を反射させるための光学的絞りが使用される。この光学的絞りは、ターゲットで反射された光が検出器へ通過することができる開口を含んでいる。絞りの開口は、鏡面ターゲット上での操作を容易にする非対称形状を有する。
【０００８】
図面の簡単な説明
図１は、取り上げおよび配置機を示す図である。
図２は、取り上げおよび配置機の配置ヘッドを示す図である。
図３Ａおよび３Ｂは、本発明の一実施形態に係る同軸照明器を含む撮像システムを示す図である。
図４Ａは、本発明の一実施形態に係る絞りの上面図である。
図４Ｂは、図４Ａに示した絞り内の開口を示す拡大図である。
【０００９】
詳細な説明
図１には、電子装置組み立て機、特に取り上げおよび配置機を全体的に示す。機械２０１は、回路基板２０３を作業領域に送るためのコンベアシステム２０２を含んでいる。取り上げおよび配置機２０１は、配置ヘッド２０６をｘおよびｙ方向に独立して動かすためのｘおよびｙ方向モータ駆動アッセンブリ２０４を含んでいる。一つ若しくはそれ以上の部品に対して離脱可能に連結される複数の真空ノズル２０８および２１０がヘッド２０６に取り付けられる。ヘッド２０６は一つ若しくはそれ以上の部品をトレイ２１２から取り上げ、そして、ヘッド２０６が回路基板２０３へ部品を搬送している間、センサ２００は部品のｘｙ位置およびシータ方位を感知する。センサ２００は、ヘッド２０６上に位置しているので、オンヘッドセンサであると考えられ、ヘッド２０６が部品を基板２０３に搬送している間、部品のｘｙ位置およびシータ方位を感知する。図１は、またヘッド２０６上に位置するカメラ２０９を示す。全体に、カメラ２０９は機械２０１の位置情報を提供するために、回路基板２０上に位置する参照マークつまり「基準」、若しくは基板アートワークを撮像するのに使用される。
【００１０】
図２は、配置ヘッド２０６の斜視図である。図示のように、配置ヘッド２０６は、部品２１８のような、配置されるべき部品を離脱可能に連結するノズル２１６をそれぞれ含んでいる取り上げおよび配置ユニット２１４の組を備える。取り上げおよび配置ユニット２１４は、部品２１８をｚ軸に沿って移動してこの部品２１８を回路基板２０３（図１に示す）上に配置するように適合される。ノズル２１６によって部品２１８が離脱可能に保持される一方、部品整列センサ２００は、回路基板２０３に関する部品の相対的方位を計算できるように、部品２１８の撮像の間、部品２１８に関して並進される。図２はまた、配置ヘッド２０６の縁の近くで下向に配置された基板整列（ＢＡ）カメラ２０９を示す。ＢＡカメラ２０９は回路基板２０３に関する配置ヘッド２０６の位置を計算できるようにするため、回路基板２０３上の参照位置マーカ（基準）の画像を取得する。
【００１１】
図３Ａは本発明の一実施形態に関する基板整列カメラ２０９を示す。カメラ２０９は、電荷結合素子（ＣＣＤ）列を含む適当な検出器であることができる検出器２３０を含む。検出器２３０はこの検出器２３０で検出された画像を受け入れる画像処理電子装置（図示せず）に接続される。検出器２３０に到来する画像を濾波するための光学フィルタ２３２を検出器２３０の前に配置することができる。第１の光学部の対２３４Ａおよび２３４Ｂがフィルタ２３２の前に位置され、検出器２３０上への入射線の焦点を合わせるために選択される。光学部２３４Ａおよび２３４Ｂは第１のレンズセルと考えることができる。第１のレンズセルは、光学部の対として図示されているが、適当な数のレンズを含むことができ、単一のレンズでもよい。同軸照明器２３６は、そこを画像が通ると同時に実質的にカメラの光学軸に沿って光照射することができるように第１のレンズセルの前に位置される。照明器２３６は図３Ｂに関してより詳細に説明される。光学部２３８Ａおよび２３８Ｂ（第２レンズセルとして参照される）が照明器２３６の前に位置され、対象ターゲットから放射された光線の束を協働して受け入れ、これらの光線が互いに平行を維持するように屈折させる。第２のレンズセルはまた、適当な数のレンズを含むことができ、単一のレンズでもよい。光線はこれらを検出器２３０の上の収束させるための第１レンズセルを通過するまで互いに平行なままである。当業者は、第１および第２のレンズセルが、照明器２３６を取り囲む二重のテレセントリック光学系を構成することを認識することができるであろう。図３Ａはまた、追加の暗視野照明器２４０を示す。暗視野照明器２４０は対象ターゲットに対して比較的大きい入射角で照明を提供する。暗視野照明器２４０だけを図示しているが、当業者は、必要に応じて他の多くの型の照明器を使用できることを認識することができるであろう。
【００１２】
図３Ｂは光学部の動作を示すカメラ２０９の図である。図３Ｂはまた、照明器２３６をより詳細に示す。図３Ｂには、互いに平行な光線を受け入れて、これらがフィルタ２３２を通った後、検出器２３０上に収束するようにわずかに屈折させる第１のレンズセル（２３４Ａ，２３４Ｂ）を示す。第１のレンズセルおよび同軸照明器２３６の間に一対のバッフル２４２，２４４が位置される。照明器２３６内には絞り２４６が含まれる。絞り２４６はそこを光線が通過する開口２４８を含む。絞り２４６は図４Ａおよび４Ｂに関してより詳細に示される。一つ若しくはそれ以上の光源２５０が囲い２５３の内側に配置される。光源２５０は、発光ダイオード（ＬＥＤ’ｓ）、白熱電球、レーザ、および／または他の適当な型の光の形態をとることができる。光源２５０は絞り２４６を直接照らすように配列される。絞り２４６は、少なくともカメラ２０９の光学軸に実質上沿っているいくらかの光を反射する表面２５２を含む。いくつかの実施形態では、表面２５２はステンレス鋼であることができ、拡散反射面であるのが好ましい。表面２５２はまた、拡散反射面コーティングされることができる。
【００１３】
照明器２３６は、光源２５０から放射される追加の光線が光学軸に整列し、これによって照明器２３６の効率が上がるよう、反射性内面を有する囲い２５３を含むのが好ましい。好ましい実施形態では囲い２５３は筒状である。
【００１４】
光学部２３８Ａおよび２３８Ｂは放射する光線２５４を受け入れ、これらを、互いが実質的に平行であるように屈折する第２のレンズセルを構成する。こうして、第１および第２のレンズセルは同軸照明器を取り囲み、対象スペース内においてテレセントリックである光学系を形成する。しかし、本発明の実施例を非テレセントリック光学系として実行することもできる。
【００１５】
図４Ａは本発明の一実施形態に係る絞り２４６の上面図である。絞り２４６は、四つの発光ダイオード２５０（点線で示す）の上に位置されるのが好ましいが、適当な数の光源を使用することができる。絞り２４６は、好ましくは絞り２４６の中央に配置される開口２４８を含む。絞り２４６の表面２５２は拡散反射面である。したがって、表面２５２に垂直に照射される光源２５０からの光は表面２５２で反射され、同軸照明器を創り出す。垂直な照射角度から外れて、水平ターゲット表面２５２からの鏡面反射で戻る光が妨害されないようにすることも可能である。（水平ミラーは鏡面水平ターゲット表面の一例である。）光学軸に対して同軸でない絞り２４６の平面から発して水平表面２５２での鏡面反射を経る光線を想定する。反射法則によって、光線は原点に直向する光学軸に関して、絞り２４６の面の絞り２４６上を横断する位置に戻る。絞り２４６が光学軸に対して対称である開口を有している場合、絞り２４６の反射表面上（すなわち、開口２４８の外側）で発する各光線は、その戻りにおいて、開口２４８の外側の他方の対向点で遮られてブロックされる。したがって、このようなシステムは、水平ターゲット表面２５２からのすべての鏡面反射を非所望に妨害する。この問題を克服するため、開口２４８に非対称が導入されるべきである。この構成を容易にするため、中子２５４を配置し、この中子に関して、実質的に開口２４８の反対側にいかなる障害物も存在しないようにする。好ましい実施形態では、図４Ｂに示すように三つの中子２５４が配置されるが、その他の非対称な開口を都合良く使用することができる。本発明の実施形態を使用することにより、ビームスプリッタを必要とすることなく鏡面ターゲットにを有する同軸照明器を使用することができる。いかなるビームスプリッタであっても出力光を減衰するであろうことは当業者に認識されることであるが、本発明の実施形態ではこのような減衰を回避する。戻り光線は中子によって減衰されるが、ビームスプリッタによって引き起こされる減衰よりは悪化しないように構成できる。こうして、本システムの効率は、ビームスプリッタを使用して実施するより高められる。
【００１６】
本発明を、好ましい実施形態を参照して説明したが、当業者は形状および細部において本発明の範囲から逸脱しないで変形できることを認識できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】
取り上げおよび配置機を示す図である。
【図３Ｂ】
本発明の一実施形態に係る同軸照明器を含む撮像システムを示す図である。
【符号の説明】
２０９……カメラ、２３０……検出器、２３２……光学フィルタ、２３４Ａ，２３４Ｂ……レンズセル、２３６……同軸照明器、２３８Ａ，２３８Ｂ……光学部、２４２，２４４……バッフル、２４６……絞り、２４８……開口、２５０……光源、２５２……表面、２５４……光線
【図１】
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【図３Ｂ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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