(57)【要約】検査装置において使用するための光学装置について説明される。この光学装置は多スペクトル帯域画像記録装置として形成される撮像装置と、スペクトル識別を行い第１の材料で形成された第１の面と第２の異なる材料で形成された第２の面とのコントラストを与えるように少なくとも１つの同軸光源及び少なくとも１つの側方光源とを含む照明装置と含む。
2004502166.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体を検査するための装置であって、
（ａ）撮像装置と、
（ｂ）（１）上記多スペクトル帯域撮像装置の光軸と一致する光路上で上記物体の第１の領域に拡散光を与えるための第１の光源と、
（２）各々が上記多スペクトル帯域撮像装置の光路に対して角度をなしている光路上で上記第１の領域に拡散光を与えるようにするための１つたまはそれより多くの第２の光源と、
を含む上記撮像装置の周りに配置された照明光源と、
からなることを特徴とする物体を検査するための装置。
【請求項２】
上記撮像装置が多スペクトル帯域撮像装置であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
上記多スペクトル帯域撮像装置がテレセントリックレンズを含むことを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
上記多スペクトル帯域撮像装置がテレセントリックレンズに取り付けられた電子カメラをさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
上記多スペクトル帯域撮像装置が視認される物体の高さによる倍率の変化を減小させるためのレンズ手段を含むことを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項６】
上記撮像装置の光軸の方向に配置された反射／透過板をさらに含み、上記第１の光源が上記反射／透過板に拡散光を投射し、上記拡散／透過板が拡散光を上記撮像装置の光軸の方向に上記物体に向かって反射するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
上記１つまたはそれより多くの第２の光源が上記撮像装置の光軸を中心として対称的に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
上記第１の光源と、少なくとも１つの上記第２の光源の各々とにより上記物体の反射面と上記物体の拡散面とのスペクトル識別がなされるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
上記１つまたはそれより多くの第２の光源が正多角形、四角形、円形のパターンのうちの１つによるパターン状に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
上記１つまたはそれより多くの側方光源が検査される面に平行になっている平面に対して約３０°から約６０°の範囲の角度をなして上記撮像装置の光軸の側方に配置されていることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
上記第１の光源から与えられる光が上記第２の光源により与えられる光より拡散性が大きいようにしたことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
上記第１及び第２の光源の強度は上記検査される面から反射された光のレベルが上記撮像装置により検出されるように選択されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
上記第１及び第２の光源のスペクトルの差が約２７００°Ｋから約５１００°Ｋの範囲の相関色温度差となるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
上記第１の光源が上記第２の光源とは異なるスペクトル分布を有することを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
上記第１及び第２の光源の各々が上記物体にほぼ同じスペクトル分布を投射するようにしたことを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
上記第２の光源が約３０°から６０°の範囲の中心ビーム角度を有するように設けられることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
上記第１の光源の強度が上記第２の光源の強度より小さくなるように選択されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
上記第１の光源の強度が撮像装置で見て約１％から約１０％の比だけ上記第２の光源の強度より小さくなるようにしたことを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
上記第１の光源のスペクトル分布が上記第２の光源のスペクトル分布とは異なるように選択されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
上記第１の光源のスペクトル分布と上記第２の光源のスペクトル分布との差が数百度より大きくなるようにしたことを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
上記第１の光源のスペクトル分布と上記第２の貢献のスペクトル分布との差が上記第１の光源及び第２の光源の各々に対してスペクトル透過特性の差を有するフィルターを用いることによって与えられることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項２２】
上記カメラにより記録される多スペクトル帯域の上方及び側方の照明の相対的強度の比によって上記第１の光源のスペクトル分布と上記第２の光源のスペクトル分布との差を特定し演算するための手段をさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項２３】
上記上方及び側方の照明の相対的強度の比を演算する手段が
（ａ）上方または側方の光源のいずれかでスペクトル的にニュートラルなターゲットを照明するための手段と、
（ｂ）上記カメラの受ける各々のスペクトル帯域の相対的量を測定するための手段と、
（ｃ）各々のスペクトルの他のスペクトルに対する比を演算するための手段と、からなることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
上記上方及び側方の照明手段の相対的強度を演算するための手段が異なる相関色温度の光または同様な相関色温度の光と異なるスペクトル透過フィルターとを結合するための手段からなることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項２５】
できるだけ多くの方向マークを視認するための手段と、
該方向マークの各々とコンポーネント面との間のコントラストをいくつかの角度で測定するための手段と、
大半のあるいは最も重要な方向マークが最大のコントラストを有する角度を決定するための手段と、
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項２６】
上記上方の光源が蛍光光源及びストロボフラッシュ光源のうちの１つとして設けられることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項２７】
上記側方光源が（１）コンパクト蛍光光源、（２）蛍光光源及び（３）ストロボフラッシュ光源のうちの１つとして設けられることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項２８】
上記第１の光源及び上記１つまたはそれより多くの第２の光源の特性により検査される物体と少なくとも１つの他の物体とのスペクトル識別がなされるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項２９】
上記第１の光源が上記１つまたはそれより多くの第２の光源の各々のスペクトル分布とは異なるスペクトル分布を有するように設けられることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３０】
上記第１の光源が上記１つまたはそれより多くの第２の光源の各々の強度より小さい強度を有するように設けられるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３１】
上記撮像装置が、その光軸を検査される物体に対して直角にして、同じ視野の情報を同時に収集するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３２】
上記第１の光源が上記少なくとも１つの第２の光源の各々とは異なるスペクトル分布の光源であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３３】
上記第１の光源が約５１００°Ｋの相関色温度であり、
１つまたはそれより多くの上記第２の光源が約２７００°Ｋの相関色温度である
ことを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
プリント回路ボードを検査するための光学装置であって、
（ａ）（１）光軸を有する多スペクトルカメラと、
（２）該多スペクトルカメラに取り付けられたテレセントリックレンズと、
を含む多スペクトル撮像装置と、
（ｂ）該撮像装置の周りに配置され、少なくとも１つの同軸の光源と少なくとも１つの側方の光源とを含み、該同軸の光源及び側方の光源がスペクトル識別力を高め上記プリント回路ボード上に配置された金属面とプリント回路ボードの面との間のコントラストを高めるように選択された相対的スペクトル分布、相対的光強度及び相対的拡散特性を有するようにした照明装置と、
からなることを特徴とする光学装置。
【請求項３５】
上記同軸の光源が上記プリント回路ボード上に配置された金属面を照明し、
上記光源が上記光軸の側方に配置されて拡散性を与え、
上記同軸及び側方の光源が検査されるプリント回路ボードの領域を一様に照明する
ようにしたことを特徴とする請求項３４に記載の光学装置。
【請求項３６】
上記側方の光源が上記光軸を中心として対称に配置されていることを特徴とする請求項３５に記載の光学装置。
【請求項３７】
上記側方の光源が正多角形、四角形及び円形のパターンのうちの１つに応じたパターンで配置されていることを特徴とする請求項３６に記載の光学装置。
【請求項３８】
上記同軸の光源が上記側方の光源より拡散性が大きいことを特徴とする請求項３４に記載の光学装置。
【請求項３９】
上記同軸の光源の強度及び上記側方の光源の強度が、検査される面から反射された光のレベルが上記カメラにより検出されるように選択されることを特徴とする請求項３４に記載の光学装置。
【請求項４０】
上記同軸の光源が上記側方の光源とは異なるスペクトル分布を有することを特徴とする請求項３４に記載の光学装置。
【請求項４１】
上記光源の各々が問題となる領域に実質的に同じスペクトル分布の光を照射するようにしたことを特徴とする請求項３４に記載の光学装置。
【請求項４２】
上記同軸の光源の強度が上記側方の光源の強度より小さくなるように選択されることを特徴とする請求項３４に記載の光学装置。
【請求項４３】
上記同軸の光源により与えられる光の強度が上記カメラにより検出される際に約１％から約１０％の割合だけ上記側方の光源により与えられる光の強度より小さくなるように選択されることを特徴とする請求項４２に記載の光学装置。
【請求項４４】
上記同軸の光源が上記側方の光源により与えられる光のスペクトル分布とは異なるスペクトル分布を有する光を与えるように選択されることを特徴とする請求項３４に記載の光学装置。
【請求項４５】
できるだけ多くの段階の方向マークを視認するための手段と、該方向マークの各々とコンポーネント面との間のコントラストをいくつかの角度で測定するための手段と、
大半のあるいは最も重要な方向マークが最大のコントラストを有する角度を決定するための手段と、
をさらに含むことを特徴とする請求項３４に記載の光学装置。
【請求項４６】
上記撮像装置が、その光軸を検査される物体に対して直角にして、同じ視野の情報を同時に収集するようにしたことを特徴とする請求項３４に記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】本発明は、概略的に光学装置に関し、より詳細には、プリント回路ボードの検査に用いるための光学装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】従来知られているように、組立てられたプリント回路ボード（ＰＣＢ）を検査するための多くの装置は、典型的には白黒の電荷結合素子（ＣＣＤ）のカメラを用いている。白黒だけの画像では、濃い緑のＰＣＢ上の黒いコンポーネントの検出のような、ある段階のコンポーネントの検出は不可能であるか、せいぜい信頼性の低いものになる。このような困難のために、誤検出率が比較的高いシステムになって、使用する者には望ましくない結果となる。例えば、１０００個のコンポーネントを有するＰＣＢは少なくないが、誤検出率が１０００分の１であることは、ＰＣＢの６３％が少なくとも１つの誤検出を有することを意味する。
【０００３】
ＰＣＢもそのコンポーネントも、機械的画像検査を考慮して製造されるのではない。かくして、ＰＣＢ及びそのコンポーネントの材料や表面の外観の多様性により、白黒画像の装置にはさらに困難性が加わる。
【０００４】
検査工程をさらに複雑にすることとして、コンポーネントの方向マークの位置及び形状に非常に多様性があることがある。このためある種の最適化された照射光がなければ方向マークの検出が困難になることがある。外観の多様性はＰＣＢの座標系を与える基準点にも及ぶ。いわゆる熱空水平はんだ（ＨＡＳＬ）による基準点が一般的であり、不規則なドーム形状の外観を有するが、それにより多くの検査装置における照射光で正確に検出するのが困難になる。これによりまたＰＣＢ上のコンポーネントの正確な位置測定が困難になる。
【０００５】
物体の照射角度が反射光の強度及びスペクトル分布の両方に影響することは光学において知られている原理である。物体の面を光学的に形成できれば、物体により反射された光のスペクトル分布及び強度を予測することができよう。しかしながら、不規則な形状を有する実際の物体の面は非常に複雑であって、そのような面を形成することはかなり困難であり、ある場合には可能でなくなる。
【０００６】
２つの物体を識別し、あるいは同じ物体の２つの異なる面を識別するために、ある検査装置は検査用の色光を用いている。このような装置は典型的には異なる色光源のバンクを含む。各々の物体の型に関して、特定の色光源がその物体のある面と他の面とのコントラストを最大にする光を投射する。例えば、特定の色光源がプリント回路ボード検査装置において、コンポーネントの面とそのコンポーネントが配置されているプリント回路ボードの面とのコントラストを最大にする光を投射する。しかしながら、このような装置での１つの問題は、各々異なる色光を投射する複数の光源を必要とすることである。
【０００７】
それゆえ比較的高い精度を有するＰＣＢのコンポーネント、基準点、あるいはＰＣＢの要素を検出する能力を改善する光学装置を提供するのが望ましい。また２つの物体を識別し、あるいは同じ物体の２つの異なる面を識別する比較的単純な光学装置を提供するのが望ましい。
【０００８】
【発明の概略】本発明によれば、光学装置は撮像装置及び照明装置を含む。撮影装置は、検査すべき電子的コンポーネント（コンポーネント）とそのコンポーネントが配置されているプリント回路ボード（ＰＣＢ）の面とを識別するためにスペクトル反射率を用いる。照明装置は撮像システムの光軸方向に、あるいはそれと同軸に拡散光を投射するように配置された第１の光源と、検査すべき物体のある側の位置から拡散光を投射するように配置された１つまたは複数個の第２の光源とを含む。
【０００９】
この特定の配置形態により、検査すべき物体と（例えば電気的コンポーネント）と第２の物体（例えば第１の物体が配置されているプリント回路ボードの面）との良好な識別を行う撮像装置が与えられる。同軸拡散光照明の目的は、鏡面ハイライトが最少になるようにＰＣＢの金属面（ＨＡＳＬ基準点、フットプリントのパッド、コンポーネントのリード線等を含むが、限定されることはない）を照明することである。このために「拡散」は、同軸照明による光線がこれらの金属面に、光軸に対して０°から少なくとも１０°の角度で入射することを意味する。この照明は上述した目的に非常に有効ではあるが、コンポーネントとそのコンポーネントが配置されされているＰＣＢの面（例えばはんだマスクを有するＰＣＢの材料ＦＲ４）との識別がほとんでできない。これはＰＣＢ面の光学的反射特性によるものである。
【００１０】
ＰＣＢ面の反射／光学特性は、主としてはんだマスクの特性により、高反射（鏡面）からマットまで変化するであろう。反射が鏡面に近いほど、それの有する色情報が少なくなり、着色されたＰＣＢの面が着色状態でなく、非飽和色ないし無彩色に見えることを意味する。かくしてこの装置はまたＰＣＢの面に対して典型的には約３０°から約６０°の中心角度をなして光軸を中心として対称的に配置された側方からの拡散照明を含む。
【００１１】
ＰＣＢの金属面の高い反射率のために、同軸照明の強度は側方照明の強度より低くなるように選択さる。また、同軸光のスペクトル分布は側方照明光のスペクトル分布とは大きく異なるように選択される。これはいくつかの方法でなされる。例えば、異なる相互に関連した色温度の光、あるいは異なるスペクトルの帯域フィルターと結合した同様に相互に関連した色温度の光とすることである。これにより反射光のスペクトル特性を測定して、フットプリントのパッド（反射型）とはんだペーストとの識別が可能になり、はんだペーストはパッドを完全に被覆していても、していなくてもよい。ここで「相互に関連した色温度」はＣＩＥにより規定される与えられた色温度における黒体放射と同等な視認状態について言うものである。
【００１２】
２つの型の照明光を有することによりまたコンポーネント上の方向マークをより良好に検出するために側方照明の角度及び相対的強度の調節に柔軟性が与えられる。
【００１３】
光学装置のレンズ系は、遠近効果を避け視認する物体の高さによる倍率の変化を最少にするようにテレセントリックのものが選択される。これは、コンポーネントが実質的に異なる高さを有するような検査される組立てられたボードの寸法測定の場合に非常に重要である。
【００１４】
かくして本発明の光学装置の利点は、（１）同軸の照明光と側方照明光とを組合せて用いることによるスペクトルの識別、（２）側方の拡散照明光によりコンポーネントとＰＣＢの面との良好なスペクトル識別がなされることの認識、（３）実質的に異なるスペクトル分布を有する側方の照明光と同軸の照明光とにより鏡面反射面（例えばフットプリントのパッド）と拡散面（例えばはんだペースト）との実質的なスペクトル識別がなされることの認識、（４）側方の照明光の強度より低い同軸の照明光の強度を用いること、を含む。
【００１５】
本発明のさらに他の面によれば、光学装置は撮像装置と、撮像装置の周囲に配置された照明装置とを含む。照明装置は撮像装置の光軸とほぼ一致する光路上で第１の領域に拡散照明を行うための第１の照明光源と、１つまたは複数の第２の光源とを含み、各々の１つまたは複数の第２の光源がカラー撮像装置の光路に対して角度をなす光路上で第１の領域に拡散照明を行う。
【００１６】
撮像装置はテレセントリックレンズが取り付けられたＣＣＤカラーカメラを含む多スペクトル帯域撮像装置として設けることができる。テレセントリックレンズは遠近効果を避け、この照明はスペクトル識別だけでなく、基準点のような金属面とＰＣＢの面との識別を行って鏡面ハイライトを最少にするようにする。
【００１７】
照明装置の一部として設けられる光源は異なるスペクトル分布のものでなくてもよいことがわかるであろう。すなわち、スペクトルの差異は光源そのものから生じ、あるいは同じ光源とスペクトルフィルターとを合わせたものから生じ得る。かくして、異なるスペクトルの帯域フィルターを光が通過するようにされよう。１つの実施例において、連続的な蛍光が用いられる。蛍光は異なる相関的な色温度で生ずる。他の手法は２つのキセノンストロボ光を用いることである。ストロボ光は同じ色とするのが好ましく、スペクトルフィルターが用いられよう。
【００１８】
非ストロボ光の場合、カメラの露出は典型的には数十ミリ秒とすることが必要である。これにより動いているカメラでは画像のぶれが生ずるであろう。このために、カメラを取り付けた移動装置は画像を撮る前に停止し静止していなければならない。ストロボ光の手法の利点は、画像を撮る間にカメラが急速に動いても画像のぶれが生じない程度にストロボ光の持続時間が短い（典型的には数十マイクロ秒）ことである。
【００１９】
上側だけから照明すると、プリント回路ボードの面は非飽和色あるいはニュートラルグレーのように見え、かくしてボードはその上にあるコンポーネントとそれほど異なるようには見えない。本発明によれば、側方照明によりボードのスペクトル反射特性が明らかになることがわかった。この差が上方及び側方の照明を用いることにより生ずることがわかれば、装置がボードとコンポーネントとをスペクトル的に識別できるようになる。
【００２０】
本発明と前述した本発明の特徴は添付の図面を参照して以下の詳細な説明からよりよく理解されよう。
【００２１】
以下の説明において、特定の相関的色温度で動作する特定の撮像装置ないし撮像装置の部分、あるいは特定の照明装置ないし照明装置の部分ないし照明光について言及することがある。もちろんここに説明する考え方は、それらの部分が所望の動作上ないし機能上の特性を有していれば、いずれの型の撮像ないし照明の部分を有する検査装置にも十分同様に適用されることが当業者にはわかるであろう。ここで特定のトポロジーにより配置された照明光を有する照明装置についても言及される。本発明の原理は多様な光トポロジーを用いて実施されるものであり、ここに示されるものは単に例示にすぎず、限定的なものでないことが当業者にはわかるであろう。コンポーネント間の関係（例えば位置、相対的なスペクトルの分布八呼び強度）は、いずれかの特定のコンポーネント、スペクトル分布あるいはここで論じた値になるのではなく、典型的には関連性があることがわかるであろう。かくして、所望の検査機能を実現し得るいずれの組のコンポーネント及びトポロジーを用いてもよい。
【００２２】
ここでプリント回路ボードとプリント回路ボード上に配置された回路コンポーネントのようなある物体の検査についても言及される。本発明の原理は、プリント回路ボード及びコンポーネントの検査、特に物体が他の物体に接触しあるいはごく近接して配置されているようないずれかの他の型の物体の検査、アートギャラリー及び博物館の管理、建築のイメージ及びデザイン、インテリアデザイン、リモートセンシング及び地下資源の管理、地理情報システム、科学データベースの管理、気象予報、小売業、布地及びファッションのデザイン、商標及び著作権のデータベース管理、法的強制及び刑罰の調査、絵画保存、通信システムを含む多様な用途に用いられるが、これらに限定されることはなく、ここに示された実施例は単に例示的なものであって限定的に解すべきでないことが当業者にはわかるであろう。
【００２３】
図１を参照すると、光学装置１０はカラー撮像装置１１及び光源装置１８を含む。１つの実施例において、多スペクトル帯域撮像装置１１はテレセントリックレンズ１４が取り付けられた電荷結合素子（ＣＣＤ）のカラーカメラ１２を含む。ＣＣＤ型の多スペクトル帯域カメラ１２ではカメラ１２の視野内の２つの物体を識別するように検査工程の際に色が用いられるようになる。例えば２つの物体は１つまたはそれより多くの電子コンポーネント１５あるいは検査すべき物体ないし素子１５（以下コンポーネント１５という）とコンポーネント１５が配置されているプリント回路ボード（ＰＣＢ）１６として設けられよう。
【００２４】
カメラ１２はドイツ、アーレンブルク、Ｄ−２２９２６、アンデアシュトルベック６０−６２のバスラーＡＧにより製造され部品番号Ａ１１３Ｃとして確認される型のものとして提供されよう。カメラはまたカリフォルニア州９２１２１、サンディエゴ、ソレントヴァレイロード１１６３３のローパー・サイアンティフィックＭＡＳＤにより製造され部品番号ＥＳ１．０メガプラスカラーとして確認される型のものとして提供されよう。
【００２５】
もちろん同様な電気的及び光学的特性を有する他のカメラも用いられることが当業者にはわかるであろう。
【００２６】
光学装置のレンズは遠近効果を避けるため、すなわち視認される物体の高さによる倍率の変化を避け、あるいは最小にするため、テレセントリックとなるように選択される。これは、コンポーネントが実質的に異なる高さを有する、検査される組立てられたボードの寸法測定には非常に重要である。テレセントリックレンズは例えばニューヨーク州１４６２０、ロチェスター、サイエンスパークウェイ５５、メレスグライアト・オプティカル・システムズにより製造され部品番号が本体レンズ５９ＬＧＢ４８５、アタッチメントレンズ５９ＬＧＨ４３１、マウントアダプター５９ＬＧＴ１０１Ｆ−ｔｏ−Ｃとして確認される型のものが提供されよう。
【００２７】
もちろん同様な倍率及び他の光学特性を有する他のテレセントリックレンズが用いられることが当業者にはわかるであろう。１つの特定の例において、ＭＡＳＤカメラで　　　　　３３ｍｍ×３３ｍｍ（１．２９インチ×１．２９インチ）の視野を与える倍率０．２７５のものが用いられることがわかるであろう。他のカメラは異なるセンサーのサイズを有し、他の用途では異なるサイズの視野を用いるが、その際それに応じて倍率が変化する必要がある。例えば、ＭＡＳＤの代わりに異なるセンサーのサイズを有するバスラーカメラが用いられる場合、同じ視野を得るために異なる倍率を有するレンズを選択必要があろう。
【００２８】
本発明による行程は単純なテンプレートマッチングより複雑であり精密測定を含むので、テレセントリックレンズあるいはテレセントリック特性のレンズを有する他の装置を用いるのが重要であることがわかるであろう。ボード上のコンポーネントは高さを有し、その寸法は非テレセントリック光学系１４では高さとともに変化するであろう。視野の側方での視角のために、コンポーネントの上側縁部がボードの特徴を不明瞭にすることもある。コンポーネントの「既知の」高さを用いることによって遠近による側方の変位を修正できることが考えられよう。しかしながら、本発明においては、コンポーネントの高さの公差のためにこれが正確になされないことがわかった。
【００２９】
ＰＣＢ１６は例えばはんだマスクを有するＦＲ４のような材料で形成されよう。本発明の考え方が、ＦＲ４を含むがこれに限定されない周知のいかなる材料から形成されたＰＣＢ１６の検査にも同様に適用されることがわかるであろう。
【００３０】
光学装置１０はさらにカメラ装置１１の光軸２１の方向に配置された反射／透過板２０を含む照明装置１８を含む。この特定の実施例において、反射／透過板２０は光軸２１に対してほぼ４５°の角度をなして配置されている。第１の拡散光源２２が反射／透過板２０に対して拡散光を投射する。拡散／透過板は拡散光を光軸２１の方向に反射する。拡散光は鏡面ハイライトが最少になるようにＰＣＢ１６上に配置された金属面（ＨＡＳＬの基準点、コンポーネントのフットプリント、コンポーネントのリード線を含むが限定されることはない）を照明する。この照明光は、前述の目的には非常に有効であるが、ＰＣＢの面の光学的反射特性のためにコンポーネント１５とＰＣＢの面１６ａとをほとんど識別できない。これは、ＰＣＢがＦＲ４から、あるいはＦＲ４と同様な光学的反射特性を有する他の材料で形成されている場合に言えることである。
【００３１】
この問題を解消するために、装置１８は光軸２１の側方に配置されたに全体的に２４で示される複数の拡散照明光源を含む。特定の用途に用いるように選択される特定の光源の数は用途に応じて変わるであろう。しかしながら一般的に検査される領域を一様に照明することが　望ましい。プリント回路ボードの検査の用途において、対称的照明光により一様な照明が最も良好になされることがわかった。かくして、好ましい１つの実施例において側方照明光は光軸を中心として対照的に配置される。
【００３２】
単純にするため、図１には２つのこのような光源（光軸を中心として左右に対照的に配置されて示されている）だけが示されているが、実際には４つ（前後も含めて）あることになろう。しかしながら他の実施例において、４つより少ない、あるいは多い光源を用いてもよい。また光源が光軸を中心として配置されるパターンが物体の一様な照明の補助をなすとも言える。対照的照明光を与えることになる２つのパターンは四角形及び円形である。
【００３３】
この特定の実施例において、２つの光源２４ａ、２４ｂが面１６ａ上にある平面に対して約３０°から約６０°の範囲の角度をなして光軸２１の側方に配置されて示されている。この範囲外の角度でも作用が得られるが、このような角度を超えると結果として陰影が入り込んだり他の特性により装置の性能が次第に低下する。
【００３４】
かくして照明光源２４は所定のパターンで検査される領域を中心として対照的に配置されている。好ましい実施例において、光源２４は光軸２１を中心として対照的に配置されている。このように実施される側方照明によりコンポーネント１５とＰＣＢ１６の面１６ａとの良好な識別がなされることが測定により示されている。
【００３５】
好ましい実施例において、側方の照明光で照明される物体はそれ自体拡散性であるので、下方の光はより拡散性のものであるのが望ましいことがわかるであろう。
【００３６】
中心及び側方の各々の光源の適切な強度は、適切なレベルの光が検査される面から反射されカメラにより検出されるように実験的にあるいは解析的に選択される。光の強度を選択する１つの実験的手法において、光源強度のレベルが設定されて検査領域に光が照射される。カメラ（例えばカメラ１２）が反射光を検出する。カメラが十分な光を検出するまで中心及び側方の光の強度が調節される。
【００３７】
一般的に装置が正確に動作可能な時にカメラは十分な光を検出する。十分な光は、妥当な露出時間における特定の信号レベルで、またｆ／１１またはそれより小さい特定のレンズ開口で標準的なニュートラルターゲット（コダックの１８％グレーカードのような）を視認することができるカメラセンサーにより動作上規定されよう。例えば、前述したカメラ、レンズ及び光源装置を有する実施例において、信号レベルは約２５ミリ秒の妥当な露出時間及びｆ／１１またはそれより小さいレンズ開口で約２００ディジット（０〜２５５のスケールで）となろう。他の実施例において異なる数値が用いられることがわかるであろう。
【００３８】
カメラの受ける強度に寄与するのは光そのものの強度だけでなく、レンズ開口、光路中の反射／透過板要素、カメラの露出時間及びカメラのゲインファクター、さらにセンサーのスペクトル感度であることがわかるであろう。かくして、上法及び側方の光の強度の適切なレベルが選択されると、絶対的な光の値の範囲にわたって側方の光に対する上方の光の比が用いられる。
【００３９】
１つの実施例において、装置は色スペクトルの差が約２７００°Ｋ（暖蛍光色）と約５１００°Ｋ（冷白蛍光色）との相関的色温度差により特徴づけられる１組の蛍光を用いる。１つの実施例において、上方の光はより高い相関性のある色温度、すなわちより青色のものであり、また側方の光はより低い色温度のものである。これにより（反射性の）パッドが（拡散性の）はんだペーストに対して青く見える。さらに、問題となる領域に投射される光の色を同じにすることによって一様な、あるいは対称的な照明がなされることがわかった。
【００４０】
側方の光は約３０°から約６０°の範囲の中心ビームの角度（すなわち光源ないし拡散要素の中心からの角度）を有するようにされている。ＰＣＢの金属面は反射率が高いので、同軸光はカメラの受ける側方の光（約１％から１０％の割合）より少なくなるように慎重に選択される。上方の光の目的は基準点、パッドあるいはリード線のようなより反射性の高い金属面への照明を行うことであり、これらの面は強く反射するので、上方から必要とされるのは比較的少ない光である。側方の光は光を全方向に拡げる拡散面への照明を行い、そのため比較的多い側方の光が必要とされる。要するに、適当なバランスがなければならず、そうしないと金属面が画像中で明るく見え過ぎ（飽和して）、拡散面が暗く見え過ぎることになろう。
【００４１】
同軸照明のスペクトル分布は側方照明光のスペクトル分布とは大きく異なるように選択される。好ましい実施例は数千度より大きい相関色温度の差を用いている。あるいは、その差はスペクトル透過率特性における十分な差を有するフィルターを用いることにより特徴づけられよう。色の差を特徴づけるために用いられる第３の、より一般的な手法は、同軸（上方）及び側方の光でスペクトルがニュートラルなターゲットを照明しカメラにより記録される多スペクトル帯域の上方及び側方の照明の相対的強度の比（例えば、Ｒｔｏｐ／Ｒｓｉｄｅ、Ｇｔｏｐ／Ｇｓｉｄｅ、Ｂｔｏｐ／Ｂｓｉｄｅ）を演算することであり、これらの比の少なくとも１つはほぼ１ないし２の係数だけ他のものと異なるであろう。
【００４２】
これは、例えば異なる相関的色温度を有する光、あるいは異なるスペクトルの帯域フィルターと結合した同様な相関的色温度の光のような、いくつかの方法でなされる。これによって反射光を測定にすることによりフットプリントのパッド（反射性）とパッドを完全に被覆し、あるいは完全には被覆しない、はんだペーストとの識別が可能になる。
【００４３】
２つの型の照明光（すなわち中心光及び側方照明光）を有することによりまたコンポーネント上の方向マークをより良好に検出するために側方照明の角度及び相対的強度を調節する上での柔軟性が与えられる。これは、できるだけ多くの段階の方向マークを視認しいくつかの角度でマークとコンポーネントの面とのコントラストを測定することによってなされる。それから大半の、あるいは最も重要なマークが最大のコントラストを有する角度について決定される。
【００４４】
上方の光源２２はＲＶＳＩＮＥにより製造されているＲＤＯＡＬ−１０１−ＦＩの型、あるいはパーキンエルマー（ＥＧ＆Ｇ）のカスタムキセノンストロボフラッシュとして提供されよう。側方の光源２４はフィリップスにより製造されているＳＬＳ２５コンパクト蛍光（側方の光）の型、あるいはストッカーアンドイェールのスーパーライトモデル１８二重蛍光リングライトの１つとして提供されよう。パーキンエルマー（ＥＧ＆Ｇ）のキセノンストロボフラッシュのような他の光源も用いられよう。キセノンストロボフラッシュはパーキンエルマーの製品ＭＶＳ−４０００及びＭＶＳ−５０００に基づいている。
【００４５】
従来の装置に見られない光学装置のいくつかの特徴は、同軸及び側方の照明光によるスペクトル識別、コンポーネントとＰＣＢの面との良好なスペクトル識別を行うための拡散性の側方の照明光の使用、反射面（例えばフットプリンのパッド）と拡散面（例えばはんだペースト）との良好なスペクトル識別を行うためのスペクトル分布が大きく異なる同軸の照明光及び側方の照明光の使用であると考えられる。また、コンポーネントとＰＣＢの面との識別能力をさらに高めるために側方の照明光の強度より低い強度を有する同軸照明光を使用するのは従来の装置には見られないと考えられる。
【００４６】
本発明により撮像装置１１は検査される物体（例えばプリント回路ボード）に対して光軸が直角をなすようにして同じ視野の情報を同時に収集することがわかるであろう。本発明により２つの異なるスペクトル分布の光源を有する撮像装置１１が用いられるが、これはまた適当なフィルター及びビームスプリッターを有するものでも達せらよう。
【００４７】
撮像装置１１はまた、できるだけ多くの段階の方向マークを視認するための手段と、いくつかの角度で各々の方向マークとコンポーネントの面とのコントラスを測定するためのカメラ１２に取り付けられた手段と、大半の、あるいは最も重要な方向マークが最大のコントラストを有する角度を決定するための手段とからなる。使用する特定の方向マークは使用する者が規定できるようにされる。
【００４８】
図２、３及び４はプリント回路ボード上の基準点、はんだペースト及び金属パッドへの上方及び側方の照明の異なる効果を示している。
【００４９】
図２を参照すると、プリント回路ボード２６の部分はその上に基準点２８が配置されて示されている。ＰＣＢ２６及び基準点２８の上方配置された拡散光源３０がＰＣＢ２６及び基準点２８上に拡散光（３２で示される実線により示される）を投射する。基準線２８の基準面２８ａは波状で反射鏡状（鏡面）であるので、光源３０からの光は、少なくとも一部の光が、反射光が撮像装置に向かって直接上方に進むような角度で、入射できるようにする角度の拡がり（実線３２で示されるような）をもって下方に向けられなければならない。
【００５０】
基準点２８の面２８ａに当たる光の部分は反射されて面２８ａを離れ、直接カメラに向けられる（３４で示される破線により示される）
【００５１】
ここで図３を参照すると、プント回路ボードの部分２６はその部分上にはんだペースト４０が配置された金属パッド３８を有している。側方照明光源４２がＰＣＢ２６、パッド３８及びはんだペースト４０上に光（４４で示される実線で示される）を照射する。パッド３８は鏡面であるので、光源４２により与えられる側方の光は線３９によって示されるように反射されてカメラレンズから離れる。他方で、ペースト４０は拡散性であるので、側方の光４４の一部は点線４８で示されるようにカメラレンズ（図示せず）に向かって進むであろう。かくして、図３は照明される領域の側方に配置された光源を用いたはんだペースト及びパッドの照明の効果を示している。
【００５２】
ここで図４を参照すると、ＰＣＢの部分２６ははんだペースト４０がその部分の上側に配置されたパッド３８とリード線５２がはんだペースト４０上に配置された回路コンポーネント５０とを有している。光源４２として図３に示されるているような側方の光源はこの図には示されていないけれども、これは以下のような効果を有するであろう。パッド３８及びリード線５２は鏡面であるので、側方の光は反射されてカメラレンズから離れるようになり、他方でペースト４０及び回路コンポーネント５０は拡散性であるので、側方の光４４の一部がカメラレンズに向かって進むであろう。
【００５３】
かくして鏡面（パッド３８及びリード線５２）は上方の光をカメラレンズ（図示せず）に戻すように強く反射する。他方で、拡散面（ペースト４０及びコンポーネント５０）からの光の一部だけがカメラレンズに戻るように向けられよう。かくして、図４はコンポーネントの面及びそのリード線、ペースト及びパッドへの上方の光の効果を示している。
【００５４】
上方の光が側方の光の数分の一であり、上方の光が側方の光とは異なるスペクトル分布（青い方の）を有するという条件で、側方の光と上方の光との組合せた効果を考えると、本発明により反射面（リード線及びパッド）からカメラに達する光は上方の光（青の色相の）からのものだけとなって、青く見えるであろう。拡散面からカメラに達する光は主として側方の光からのものとなる（上方の光の量は側方の光に比較して少ない）。さらに、側方の光が主となる拡散ターゲットについて、カメラの多スペクトル帯域感度のスペクトル調整が行われ、反射面が青く見えるのを強くするであろう。
【００５５】
ボード面２６からのコンポーネント５０のスペクトルの差異の現象はかなり複雑でもある。問題となるコンポーネントの色が概略的にグレーであり、ボードの面がほとんど常にグレーとは異なる色（主として緑）を有するようになっている場合、上方からの照明光で緑色のボードの面がグレーに見えるようにされ、側方からの照明光で緑色のボードの緑色が保持されることが測定で示される。
【００５６】
これについての説明はボードの部分的反射面にあり、それからの鏡面反射の部分は色情報を与えないものと考えられ、それゆえ上方の照明ではボードの面が非飽和色でグレーに見えるようになる。他方で、カメラに向かう側方の照明光からの拡散光はボードないしコンポーネントの色の内容を与えない。
【００５７】
本発明の好ましい実施例について説明したが、その考え方を具体化した他の例も用いられることが当業者には明らかであろう。それゆえ、本発明は説明された実施例に限定されないものである。ここで引用した刊行物、文献は全体として参照に付すものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
ＰＣＢ、コンポーネント、はんだペーストのスペクトル識別、基準点とＰＣＢの面のような金属面面間のコントラストを向上させるように上方及び側方の照明光を用いて鏡面ハイライトを減少させる、多スペクトル帯域撮像装置及び照明装置を含む光学装置のブロックダイアグラムである。
【図２】
基準点の実質的に上方の領域から基準点上に拡散光が照射されるようにした基準点を有するプリント回路ボードの概略的な側面図である。
【図３】
プリント回路ボードの実質的に側方の位置からプリント回路ボード、パッド及びはんだペースト上に拡散光が投射されるようにしたパッド及びその上側に配置されたはんだペーストを有するプリント回路ボードの概略的な側面図である。
【図４】
プリント回路ボードの上方の第１の光源からの光が反射するようにしてリード線が配置された、パッド、はんだペースト及び回路コンポーネントを有するプリント回路ボードの概略的側面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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【国際調査報告】
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