(57)【要約】  本発明は、光学的ベースモジュール（１１０）と補助モジュール（１２０ａ）を含んだモジュール式光学的センサデバイス（１００）に関している。この光学的補助モジュール（１２０ａ）は、光学的ベースモジュール上に配置でき、他の光学的補助モジュール（１２０ｂ）と置換えられる。これらの光学的補助モジュール（１２０ａ，１２０ｂ）は、異なる照明特性を有している。検出すべき対象の種類に応じて、これらの光学的補助モジュール（１２０ａ，１２０ｂ）は、照明光の照明角度とスペクトル分布に関して適している方が選択される。本発明の実施例によれば、光学的ベースモジュール（１１０）は、インターフェース（１３１）を介して光学的補助モジュール（１２０ａ，１２０ｂ）に結合されており、それによって、それぞれ使用される光学的補助モジュール（１２０ａ，１２０ｂ）は、中央制御ユニットによって識別され、光学的センサデバイス（１００）は、光学的補助モジュール（１２０ａ，１２０ｂ）が交換された場合でも較正を必要としない。
2005513430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象のビジュアル方式の検出のための、特に位置決定及び/又は構成素子及び/又は基板の識別ないし検査のための光学的センサ装置であって、
光検出器と
被検対象の測定領域を前記光検出器に結像させる結像光学系と、
前記測定領域を照明する第１の照明ユニットとを有している形式の光学的センサ装置において、
光検出器と結像光学系が、光学的基本モジュール内に設けられており、
第１の照明ユニットが光学的補助モジュール内に設けられており、
前記光学的補助モジュールは、光学的基本モジュールにリバーシブルに取付け可能であるように構成されていることを特徴とする光学的センサ装置。
【請求項２】
前記光学的基本モジュールは、さらに測定領域を照明する第２の照明ユニットを有している、請求項１記載の光学的センサ装置。
【請求項３】
前記第１の照明ユニットと第２の照明ユニットは、被検対象が第２の照明ユニットによって、第１の照明ユニットとは別の角度で照明されるように構成されている、請求項２記載の光学的センサ装置。
【請求項４】
前記第１の照明ユニットは、第１のスペクトル領域の光を発し、第２の照明ユニットは第２のスペクトル領域の光を発する、請求項２または３記載の光学的センサ装置。
【請求項５】
前記第１の照明ユニット及び/又は第２の照明ユニットは、少なくとも１つの発光ダイオードを有している、請求項２から４いずれか１項記載の光学的センサ装置。
【請求項６】
前記光検出器は、ＣＣＤカメラである、請求項１から５いずれか１項記載の光学的センサ装置。
【請求項７】
前記光学的補助モジュールは、光学的基本モジュールに機械的に固定可能である、請求項１から６いずれか１項記載の光学的センサ装置。
【請求項８】
前記光学的補助モジュールは、光学的基本モジュールに差込み可能である、請求項７記載の光学的センサ装置。
【請求項９】
前記光学的補助モジュールは、光学的基本モジュールと直接的に接続可能か若しくはインターフェースを介して間接的に接続可能である、請求項１から８いずれか１項記載の光学的センサ装置。
【請求項１０】
前記インターフェースは、光学的補助モジュールに関するか及び/又は光学的補助モジュールによる照明方式に関するデータが、当該インターフェースを介して伝送されるように構成されている、請求項９記載の光学的センサ装置。
【請求項１１】
インターフェースを有しており、該インターフェースを介して光学的基本モジュールが光学的補助モジュールに直接的または間接的に接続され得ることを特徴とする、請求項１から１０いずれか１項記載の光学的センサ装置内に用いるための光学的基本モジュール。
【請求項１２】
インターフェースを有しており、該インターフェースを介して光学的基本モジュールが光学的補助モジュールに直接的または間接的に接続され得ることを特徴とする、請求項１から１０いずれか１項記載の光学的センサ装置内に用いるための光学的補助モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象のビジュアル方式の検出、特にその位置検出及び/又は構成素子及び/又は基板の識別ないし検査のための光学的センサ装置並びに該光学的センサ装置の個々の構成要素に関している。
【背景技術】
【０００２】
構成素子を有する基板ないしプリント基板の自動実装は、今日では通常いわゆるピックアンドプレース式装着機（自動装着機）を用いて行われている。この場合これらの構成素子は、構成素子供給装置からアセンブリヘッドを用いてプリント基板上の装着位置へ移送される。この構成素子の概念としては以下では、実装可能な全ての素子、特に電子部品や電気機械的構成部品、電気的及び機械的コンタクトのためのコネクタやプラグインコネクタ、遮蔽プレートなどを包含するものとする。さらに実装可能な素子には例えば半導体ウエハの個々のバーツやダイスも含まれる。これらは特にウエハの構造化とカッティングの後でさらに構成部品の完成に向けて引き続き処理されるものである。
【０００３】
特に近年の増加の一途を辿る構成素子の小型化のために、正確な実装工程は、実装すべき構成素子の正確な位置測定だけでなく、それらの素子を取付けるプリント基板の正確な位置測定にも多大な影響を受ける。その他にも高い実装能力のさらなる要求をみたすためには、この実装過程が正確なだけでなく、非常に迅速に行われなければならない。このことは、構成素子及び/又は基板の光学的検出を用いてはじめて充足され得る。
【０００４】
この種の光学的検出は、例えば機械的な欠陥若しくは損傷を起こした構成部品の検出を可能にし、それによって実装過程でのエラー発生確率を著しく低減できる。さらに光学的検出を用いれば、実装すべき構成部品及び/又はプリント基板の位置を正確に確定できるので、実装過程の高い精度のための重要な前提条件を満たすこともできる。
【０００５】
プリント基板の正確な位置識別に対しては、例えば基板上の被着すべき箇所および光学的センサ装置によって検出されるべき箇所を表わすマーキングが用いられる。マーキングとしてはプリント基板の材料に応じて、例えば比較的くらい背景上では明るめのマーキングが、そして比較的明るい背景上では暗めのマーキングが用いられる。
【０００６】
構成部品及び/又は基板の正確な検出には、いずれにせよ照明設備も必要とされる。この照明設備は、照明角度、すなわち検出すべき対象上に照射される照明光の照射角度と、それぞれの検出すべき対象への照明光のスペクトル分布に関して適応化がなされる。このような理由からセンサ装置は、できるだけ多くの様々な基板及び/又は構成部品に対して対象の光学的検出にできるだけ適した照明を提供することのできる照明システムを伴って開発される。
【０００７】
そのため例えば米国特許出願US 5,469,294明細書からは、１つ又はそれ以上の光源と透光性の分離壁とミラーを有した照明システムが公知である。ここでの光源には、発光ダイオード（ＬＥＤ）のみならず分光領域の幅広な白熱ランプも含まれる。ここでは暗い背景上の明るい対象も明るい背景上の暗い対象もより良好に識別できるようにするために、ダークフィールド照明（照明は実質的にカメラの光軸に対して並行方向に行われる）とライトフィールド照明（照明は実質的にカメラの光軸に対して直角方向に行われる）が行われている。
【０００８】
国際公開第９９/２００９３号パンフレットからは、それぞれが相互に異なるスペクトル範囲で光を発する複数の照明ユニットを有した照明装置が公知である。これらの照明ユニットは、別個にそれぞれの光強度を変更できる。それにより、可変のスペクトル分布を有する照明が得られる。それにより、様々な対象ないしはマーキングの適用のもとで、種々異なる明るさの背景に対して十分なコントラストが保証される。
【０００９】
前述した照明システムは、しかしながら次のような欠点を有する。すなわちそれらの複雑性が故に製造においてコストがかかり、操作性においても、それぞれの必要とされる照明設定が難しくなる。さらに前述した照明装置のさらなる欠点として、全ての構成部品ないしプリント基板に必ずしも適したものではないということである。それに伴って、照明装置が適していない他のプリント基板および/または構成部品を適用する際には、当該自動装着機を次のように改造しなければならない。すなわち特殊な適用ケースに合わせた照明がたっせいされるように改造しなければならない。しかしながらこの種の改造には通常は、対応する自動装着機の付加的なコストと停止期間が常に伴う。そのため製造ラインの実装能力全体も低下してしまう結果となる。
【００１０】
本発明の課題は、取り扱いが簡単でかつできるだけ多くの被検対象に適している、対象のビジュアル式検出のための光学的なセンサ装置を提供することである。さらに本発明の課題は、光学的センサ装置の個々の構成要素の創作である。
【００１１】
前記課題は本発明により、請求項１の特徴部分に記載の光学的センサ装置、並びに請求項１１に記載の光学的基本モジュール、並びに請求項１２に記載の光学的補助モジュールによって解決される。
【００１２】
本発明が基礎としている知識は、モジュール方式で構築された光学的センサ装置を用いれば、ほぼ全ての適用ケース、すなわちプリント基板への構成素子の自動実装の枠内において迅速かつ正確な実装のために把握されるべきほぼ全ての対象に対して、検出に必要とされる適した照明が得られることである。
【００１３】
請求項２に記載された本発明による有利な実施形態によれば、当該光学的基本モジュールが付加的な第２の照明ユニットを有する。この第２の照明ユニットから発せられる光のスペクトル分布と照明角度は、次のように構成してもよい。すなわち全ての適用例の大半が、例えばこの関係において考えられ得る全ての対象のうちの８０％が、検出可能となるように構成されてもよい。さらにこの光学的基本モジュールは、低コストで製造ができ、それによって自動装着機のベースプライスの低下にも寄与する。例えば光学的基本モジュールのみでは検出が不可能である対象を検出しなければならない場合には、検出すべき対象とそれぞれの背景にマッチする照明を提供する、光学的補助モジュールを適用することも可能である。それにより、例えば全ての特殊用途を共通にカバーできる様々な光学的補助モジュールを提供することができる。このようにすれば、自動装着機のユーザーがその特殊な用途に必要な光学的補助モジュールを、当該センサ装置の製造メーカー、ないしは自動装着機の製造メーカーのもとで購入することができる。
【００１４】
請求項３及び請求項４による光学的センサ装置が有している利点は、様々な照明角度の選択、ないしは様々なスペクトル分布の選択によって、被検対象と背景との考えられる全ての組合わせにおいて、被検対象の配置前に、当該対象の確実な検出に適した光の照明が可能となることである。その上さらに、光学的基本モジュールもしくは光学的補助モジュールに割り当てられる各照明ユニットが複数の異なるスペクトル領域で発光できることも示されている。
【００１５】
請求項７による本発明の実施形態によれば、光学的補助モジュールが光学的基本モジュールに機械的に固定可能である。このことは次のような利点をもたらす。すなわち、光学的補助モジュールの組付けに対して何らかの固有の固定装置を設ける必要がなく、さらに光学的補助モジュールは常に光学的基本モジュールに対して空間的に固定の位置で配設可能となる。
【００１６】
請求項９による本発明の別の有利な実施形態によれば、光学的補助モジュールが直接的に若しくはインターフェースを介して間接的に光学的基本モジュールに連結可能である。このインターフェースは、有利には次のように構成されてもよい。すなわち、光学的補助モジュールがインターフェースを介してコンタクトされるように構成されてもよい。このコンタクトは、光学的補助モジュール内に配置された照明ユニットの電流供給として用いられ得る。この光学的基本モジュールと光学的補助モジュールのインターフェースを介した連結によるさらなる利点は、照明特性、すなわち照明の照明角度とスペクトル分布が制御ユニットによって集中的に定めることができる点である。この制御ユニットはインターフェースを介して光学的基本モジュールにも光学的補助モジュールにも連結されている。
【００１７】
請求項１０によれば、光学的基本モジュールと光学的補助モジュールの間のインターフェースが次のように構成されている。すなわち、光学的補助モジュールないし光学的補助モジュールによる照明の方式が、インターフェースを介して伝送されるデータに基づいて識別され得るように構成されている。それにより、光学的補助モジュールの照明特性が既知である場合には、光学的センサ装置の較正がインターフェースを介して伝送されたデータを用いて自動的に行われる。
【００１８】
本発明のさらなる利点と特徴は、以下の例示的明細書の有利な実施形態から得られる。
この場合参照される図面において、図１は、本発明の第１実施例による第１の光学的補助モジュールを有する光学的センサ装置を示したものであり、図２は、本発明の第２実施例による第２の光学的補助モジュールを有する光学的センサ装置を示したものである。
【実施例】
【００１９】
図１は、モジュール式に構成された光学的センサ装置１００が示されている。このセンサ装置は、光学的基本モジュール１１０と光学的補助モジュール１２０ａを有している。光学的センサ装置１００を用いて対象が検出され得る。この対象の検出すべき表面は、符号１４０の付された測定平面内に存在している。この光学的基本モジュール１１０は、照明要素１１４と、結像光学系１１２（これは例えばレンズを含んでいる）と、ＣＣＤカメラ１１１を有している。結像光学系１１２は検出すべき対象（図示せず）をＣＣＤカメラ１１１上に結像する。図１においては結像光学系１１２が概略的にしか示されていないが、ここでは複数の光学素子、例えば他のレンズやビームスプリッタ及び/又はミラーなどを含み得ることも表わされている。同じように光学的基本モジュール１１０でも、照明要素１１４の他に、測定平面１４０内の対象（図示せず）を、直接的に若しくは間接的に照明するさらなる別の照明要素も有し得ることが表わされている。
【００２０】
光学的補助モジュール１２０ａは、照明要素１２１ａを有している。この照明要素１２１ａは、ここに図示されている本発明の実施例によれば、測定平面１４０内に配置されている対象（図示せず）を、照明要素１１４とは別の角度で照明している。この照明要素１２１ａから発せられている光はさらに、光学的基本モジュール１１０の照明要素１１４から発せられている光とは別のスペクトル分布を有している。この箇所では、さらに図１の光学的補助モジュール１２０ａが概略的にしか示されていないが、さらなる光学的要素、例えば付加的な照明要素、結像光学系、ビームスプリッタ及び/又はミラーなども含み得る。ここに示されている実施例によれば、光学的補助モジュール１２０ａは、光学的基本モジュール１１０に載置されている。この光学的補助モジュール１２０ａの載置のもとでは、インターフェース１３１を介して、光学的基本モジュール１１０と光学的補助モジュール１２０ａの間のコンタクトが形成される。このインターフェースは個々に示されている実施例によれば、基本プレート１３０上に存在する。この基本プレートには、光学的基本モジュール１１０も光学的補助モジュール１２０ａも固定が可能である。
【００２１】
このインターフェース１３１を介して、ここに図示されている本発明の実施例によれば、光学的補助モジュール１２０ａの形式に対するデータないしは光学的補助モジュール１２０ａによって提供される照明の方式に対するデータが伝送される。それにより、光学的基本モジュール１１０を用いた照明も、光学的補助モジュール１２０ａを用いた照明も、ここには図示されていない中央制御ユニットを介して確定することができ、それによってスペクトル分布に関しても角度分布に関してもそのつどの適用ケース応じた最適な照明が生成される。
【００２２】
図２には、図１に示された光学的センサ装置１００に比べて光学的補助モジュール１２０ｂが他のものになっている点で異なっている光学的センサ装置１００ａが示されている。この光学的補助モジュール１２０ｂも光学的基本モジュール１１０に差込まれている。図２の参照番号が図１の参照番号と同じ限りは、その構成要素は、センサ装置１００のものと同一の構成要素を表わしている。
【００２３】
光学的補助モジュール１２０ｂは、照明要素１２１ｂを有しており、これは測定平面１４０内に配置された対象（図示せず）を照明している。この場合光学的補助モジュール１２０ｂによって生成される照明は、光学的補助モジュール１２０ａによって生成される照明に比べて、照明角度と照明のスペクトル分布及び被検対象と照明要素間の距離の点で異なっている。
【００２４】
さらに、図２の光学的補助モジュール１２０ｂは、概略的に示されているだけであって、照明要素１２１ｂの他にも付加的にさらに別の照明要素や結像光学系、ビームスプリッタ又はミラーなどを有していてもよい。
【００２５】
要約すると本発明によれば、光学的基本モジュール１１０と補助モジュール１２０ａを備えたモジュール構成の光学的センサ装置１００が得られる。この光学的補助モジュール１２０ａは、光学的基本モジュール１１０に配設可能であり、別の光学的補助モジュール１２０ｂと交換することも可能である。これらの光学的補助モジュール１２０ａ、１２０ｂは、照明特性が異なっていることで有利である。これにより、検出すべき対象の形態に応じて照明角度や照明のスペクトル分布に関する最適な補助モジュール１２０ａ；１２０ｂを選択することが可能となる。本発明の有利な実施例によれば、光学的基本モジュール１１０が光学的補助モジュール１２０ａ、１２０ｂとインターフェース１３１を介して結合される。それにより、そのつど利用される光学的補助モジュール１２０ａ，１２０ｂが中央制御ユニットによって識別でき、それに伴って光学的補助モジュール１２０ａ，１２０ｂの入替えの際には、当該光学的センサ装置１００の較正がもはや不要となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施例による第１の光学的補助モジュールを有する光学的センサ装置を示した図
【図２】本発明の第２実施例による第２の光学的補助モジュールを有する光学的センサ装置を示した図
【図１】
2005513430.tif 000003
【図２】
2005513430.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成15年11月13日(2003.11.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
前記課題は本発明により、請求項１の特徴部分に記載の光学的センサ装置、並びに請求項１０に記載の光学的基本モジュール、並びに請求項１１に記載の光学的補助モジュールによって解決される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明による有利な実施形態によれば、当該光学的基本モジュールが付加的な第２の照明ユニットを有する。この第２の照明ユニットから発せられる光のスペクトル分布と照明角度は、次のように構成してもよい。すなわち全ての適用例の大半が、例えばこの関係において考えられ得る全ての対象のうちの８０％が、検出可能となるように構成されてもよい。さらにこの光学的基本モジュールは、低コストで製造ができ、それによって自動装着機のベースプライスの低下にも寄与する。例えば光学的基本モジュールのみでは検出が不可能である対象を検出しなければならない場合には、検出すべき対象とそれぞれの背景にマッチする照明を提供する、光学的補助モジュールを適用することも可能である。それにより、例えば全ての特殊用途を共通にカバーできる様々な光学的補助モジュールを提供することができる。このようにすれば、自動装着機のユーザーがその特殊な用途に必要な光学的補助モジュールを、当該センサ装置の製造メーカー、ないしは自動装着機の製造メーカーのもとで購入することができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
請求項２及び請求項３による光学的センサ装置が有している利点は、様々な照明角度の選択、ないしは様々なスペクトル分布の選択によって、被検対象と背景との考えられる全ての組合わせにおいて、被検対象の配置前に、当該対象の確実な検出に適した光の照明が可能となることである。その上さらに、光学的基本モジュールもしくは光学的補助モジュールに割り当てられる各照明ユニットが複数の異なるスペクトル領域で発光できることも示されている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
請求項６による本発明の実施形態によれば、光学的補助モジュールが光学的基本モジュールに機械的に固定可能である。このことは次のような利点をもたらす。すなわち、光学的補助モジュールの組付けに対して何らかの固有の固定装置を設ける必要がなく、さらに光学的補助モジュールは常に光学的基本モジュールに対して空間的に固定の位置で配設可能となる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
請求項８による本発明の別の有利な実施形態によれば、光学的補助モジュールが直接的に若しくはインターフェースを介して間接的に光学的基本モジュールに連結可能である。このインターフェースは、有利には次のように構成されてもよい。すなわち、光学的補助モジュールがインターフェースを介してコンタクトされるように構成されてもよい。このコンタクトは、光学的補助モジュール内に配置された照明ユニットの電流供給として用いられ得る。この光学的基本モジュールと光学的補助モジュールのインターフェースを介した連結によるさらなる利点は、照明特性、すなわち照明の照明角度とスペクトル分布が制御ユニットによって集中的に定めることができる点である。この制御ユニットはインターフェースを介して光学的基本モジュールにも光学的補助モジュールにも連結されている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
請求項９によれば、光学的基本モジュールと光学的補助モジュールの間のインターフェースが次のように構成されている。すなわち、光学的補助モジュールないし光学的補助モジュールによる照明の方式が、インターフェースを介して伝送されるデータに基づいて識別され得るように構成されている。それにより、光学的補助モジュールの照明特性が既知である場合には、光学的センサ装置の較正がインターフェースを介して伝送されたデータを用いて自動的に行われる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象のビジュアル方式の検出のための、特に位置決定及び/又は構成素子及び/又は基板の識別ないし検査のための光学的センサ装置であって、
光検出器と
被検対象の測定領域を前記光検出器に結像させる結像光学系と、
前記測定領域を照明する第１の照明ユニットと、
測定領域を照明する第２の照明ユニットとを有している形式の光学的センサ装置において、
光検出器と結像光学系が、光学的基本モジュール内に設けられており、
第１の照明ユニットが光学的補助モジュール内に設けられており、
前記光学的補助モジュールは、光学的基本モジュールにリバーシブルに取付け可能であるように構成されていることを特徴とする光学的センサ装置。
【請求項２】
前記第１の照明ユニットと第２の照明ユニットは、被検対象が第２の照明ユニットによって、第１の照明ユニットとは別の角度で照明されるように構成されている、請求項１記載の光学的センサ装置。
【請求項３】
前記第１の照明ユニットは、第１のスペクトル領域の光を発し、第２の照明ユニットは第２のスペクトル領域の光を発する、請求項１または２記載の光学的センサ装置。
【請求項４】
前記第１の照明ユニット及び/又は第２の照明ユニットは、少なくとも１つの発光ダイオードを有している、請求項１から３いずれか１項記載の光学的センサ装置。
【請求項５】
前記光検出器は、ＣＣＤカメラである、請求項１から４いずれか１項記載の光学的センサ装置。
【請求項６】
前記光学的補助モジュールは、光学的基本モジュールに機械的に固定可能である、請求項１から５いずれか１項記載の光学的センサ装置。
【請求項７】
前記光学的補助モジュールは、光学的基本モジュールに差込み可能である、請求項６記載の光学的センサ装置。
【請求項８】
前記光学的補助モジュールは、光学的基本モジュールと直接的に接続可能か若しくはインターフェースを介して間接的に接続可能である、請求項１から７いずれか１項記載の光学的センサ装置。
【請求項９】
前記インターフェースは、光学的補助モジュールに関するか及び/又は光学的補助モジュールによる照明方式に関するデータが、当該インターフェースを介して伝送されるように構成されている、請求項８記載の光学的センサ装置。
【請求項１０】
インターフェースを有しており、該インターフェースを介して光学的基本モジュールが光学的補助モジュールに直接的または間接的に接続され得ることを特徴とする、請求項１から９いずれか１項記載の光学的センサ装置内に用いるための光学的基本モジュール。
【請求項１１】
インターフェースを有しており、該インターフェースを介して光学的基本モジュールが光学的補助モジュールに直接的または間接的に接続され得ることを特徴とする、請求項１から９いずれか１項記載の光学的センサ装置内に用いるための光学的補助モジュール。
【国際調査報告】
2005513430.tif 000005
2005513430.tif 000006
2005513430.tif 000007
2005513430.tif 000008