(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板(110)の表面上のインディシアを照らすための照明システム(100)において、
上記照明システム(100)は、上記基板(110)の表面上の第１のタイプのインディシアを照らすための第１のタイプの第１の光システム(118)を有して成り；この第１の光システム(118)は該第１の光システム(118)から上記基板(110)への第１の光路を定義し且つ第１の光路に垂直な光源幅を持ち、該光源幅は実際の寸法(214)を持ち、また
上記照明システム(100)は、第２のタイプのインディシアを照らすための第２のタイプの第２の光システム(120)を有して成り；この第２の光システム(120)は該第２の光システム(120)から上記基板(110)への第２の光路を定義し、更にまた
上記照明システム(100)は、上記第１の光システム(118)と上記基板(110)との間、及び上記第２の光システム(120)と上記基板(110)との間にそれぞれ上記第１の光路及び第２の光路の一部分を拘束して、上記第１及び第２の光システム(118、120)からの光の一部分を上記基板(110)の方に向けるために配置されるところの第１の側面鏡(204)を有して成り；この第１の側面鏡(204)は上記実際の寸法(214)より大きいところの光源に対する見かけ上の寸法(216)作り出し、更にまた
上記照明システム(100)は、上記基板(110)を含み且つ上記光源幅の見かけの寸法(216)の関数である所の視野(210)を持つカメラを有して成る；
ことを特徴とする照明システム。
【請求項２】
請求項１に記載の照明システム(100)において、
上記第１及び第２の光システム(118,120)から光学要素(126)に入射する光を上記基板(110)に向かって屈曲させるために、上記第１及び第２の光路に沿って配置される光学要素(126)を更に有して成り；
その配置は、上記第１の光システム(118)と上記光学要素(126)との間、及び上記第２の光システム(120)と上記光学要素(126)との間でそれぞれ、上記第１及び第２の光路の一部分に沿って、上記第１の側面鏡(204)が位置して、それにより上記光の一部分を、上記第１及び第２の光システム(118,120)から上記光学要素(126)の方向に指向させ、また上記上記光学要素(126)から上記基板(110)の方向に指向させるようにする
ことを特徴とする照明システム。
【請求項３】
請求項１に記載の照明システム(100)において、第１の側面鏡(204)に対面する第２の側面鏡(202)を更に有して成ることを特徴とする照明システム。
【請求項４】
請求項３に記載の照明システム(100)において、第１の側面鏡(204)は平面であることを特徴とする照明システム。
【請求項５】
請求項４に記載の照明システム(100)において、第１の側面鏡(204)は第２の側面鏡(202)に平行であることを特徴とする照明システム。
【請求項６】
請求項５に記載の照明システム(100)において、第１の側面鏡は第２の側面鏡から、6.1cm（2.4インチ）より小さい距離の間隔で離れていることを特徴とする照明システム。
【請求項７】
請求項１に記載の照明システム(100)において、第１又は第２の光システム(118,120)のどちらかからカメラに向かって発する光によって定義される第３の光路の少なくとも一部分を取り巻くところの、囲い(112)を更に有して成ることを特徴とする照明システム。
【請求項８】
請求項１に記載の照明システム(100)において、第１光のシステムはLEDアレイ(118)を有し、また第２の光システムは白熱電球のアレイ(120)を有することを特徴とする照明システム。
【請求項９】
請求項８に記載の照明システム(100)において、上記第１又は第２の光システム(118,120)は明るい下地用照明を供給し、また第３の光システム(108)が暗い下地用照明を供給することを特徴とする照明システム。
【請求項１０】
請求項３に記載の照明システム(100)において、第１及び第２の光路の少なくとも一部分を取り巻く囲い(112)を更に有して成り；この囲い(112)は、第１の側面鏡(204)がそれに固定される第１の壁、及び第２の側面鏡(202)がそれに固定される第２の壁を含むことを特徴とする照明システム。
【請求項１１】
請求項１に記載の照明システム(100)において、第１及び第２のインディシアは、少なくとも１枚の層でその上を覆われていることを特徴とする照明システム。
【請求項１２】
請求項８に記載の照明システム(100)において、上記第１のタイプのインディシアは「ソフト」印字を含み、第２のタイプのインディシアは「ハード」印字を含むことを特徴とする照明システム。
【請求項１３】
請求項１に記載の照明システム(100)において、上記第１の光システム(118)は、第１の光路の向かい合う対称な１対をそれぞれ定義するところの第１のアレイ対(118)を含み、それは上記基板(110)上の第１のタイプのインディシアを照らすために、上記第１の光路が上記基板(110)の法線に関して定義される鋭角の両側にそれぞれ置かれるようにしてあることを特徴とする照明システム。
【請求項１４】
請求項１に記載の照明システム(100)において、上記第２の光システム(120)は、第２の光路の向かい合う対称な１対をそれぞれ定義するところの第２のアレイ対(120)を含み、それは上記基板(110)上の第２のタイプのインディシアを照らすために、上記第２の光路が上記基板(110)の法線に関して定義される鋭角の両側にそれぞれ置かれるようにしてあることを特徴とする照明システム。
【請求項１５】
請求項１に記載の照明システム(100)において、
上記照明システムは、上記基板(110)から第２の光学構成要素(128)に入射する光を第３の光学構成要素(130)に向かって屈曲させるために、上記基板(110)に直面する第２の光学構成要素(128)を、及び上記第２の光学構成要素(128)から上記第３の光学構成要素に入射する光をカメラ(102)に向かって屈曲させるために、第２の光学構成要素(128)に直面する第３の光学構成要素を、更に有して成り；また
上記照明システムは、第１及び第２の光源の光路(118,120)に沿ってそれぞれ置かれる第１及び第２のそらせ板(94,96)を更に有して成り；これらのそらせ板は、それぞれの光源を遮蔽し、それによって第２及び第３の光学構成要素(128,130)上に直接それらが像を作ることを防止するが、第１及び第２のタイプのインディシアが第２の光学構成要素(128)により像を作り、其処から第３の光学構成要素(130)の方に、すなわちカメラ(102)の方に屈曲して、カメラが第１及び第２のタイプのインディシアを読み取ることができるようにすることを許容する
ことを特徴とする照明システム。
【請求項１６】
請求項１に記載の照明システム(100)において、カメラ(102)の視野(210)は、その縦方向の軸が一般的には基板(110)の法線に垂直な方向を指向することを特徴とする照明システム。
【請求項１７】
請求項１に記載の照明システム(100)において、カメラ(102)の視野(210)は、その縦方向の軸が一般的には基板(110)の法線に平行な方向を指向する平面上に或る見かけの大きさの寸法を持つことを特徴とする照明システム。
【請求項１８】
請求項３に記載の照明システム(100)において、上記第１及び第２の側面鏡(204,202)は、上記光システム(118,120)の上方及び下方にそれぞれ位置することを特徴とする照明システム。
【請求項１９】
請求項２に記載の照明システム(100)において、上記第１の側面鏡(204)は上記第１及び第２の光システムから上記基板にまで延在することを特徴とする照明システム。
【請求項２０】
基板(110)の表面上のインディシアを照らすための照明システム(100)において、該照明システムは：
その縦方向の軸が一般的には上記基板(110)の法線に垂直な方向を指向する視野(210)を持つカメラ(102)；
上記基板(110)の表面上のインディシアを照らすために、上記基板(110)の法線に関し定義される鋭角の両側にその一部分がそれぞれ置かれるところの光路を定義する光源の第１及び第２のアレイ(118)；
上記光源の第１及び第２のアレイ(118)から第１の光学構成要素(126)に入射する光を上記基板(110)の方向に屈曲させるために、上記光源の第１及び第２のアレイ(118)に直面する第１の光学構成要素(126)；
上記基板(110)から第２の光学構成要素(128)に入射する光を第３の光学構成要素(130)の方向に屈曲させるために上記基板(110)に直面する第２の光学構成要素(128)；及び上記第２の光学構成要素(128)から第３の光学構成要素に入射する光をカメラ(102)の方向に屈曲させるために、第２の光学構成要素(128)に直面する第３の光学構成要素(130)；
光源の第１及び第２のアレイ(118)の光路に沿ってそれぞれ置かれる第１及び第２のそらせ板(94,96)であって、これらのそらせ板は、それぞれのアレイを遮蔽し、それによって第２及び第３の光学構成要素(128,130)上に直接それらが結像することを防止するが、上記インディシアが第２の光学構成要素(128)により結像し、其処から第３の光学構成要素(130)の方に、すなわちカメラ(102)の方に屈曲して、カメラが上記インディシアを読み取ることができるようにすることを許容するところの第１及び第２のそらせ板(94,96)；
上記光源の第１及び第２のアレイ(118)の近傍の１つの点から上記基板(110)の近傍の１つの点にまで延在する第１及び第２の側面鏡(204,202)；
を有して成り、
上記第１及び第２のアレイは共にLEDアレイ(118)であり、
上記照明システムは、第２のタイプのインディシアを照らすために白熱電球の第３及び第４のアレイ(120)を更に有して成り；
該第３及び第４のアレイ(120)は基板(110)の法線に関し定義される鋭角の両側にそれぞれ配置される部分を持つ第２の光路を定義し、該第２の光路は第１の光路とは異なるものであり；
第１の光学構成要素(126)は第２の光路に沿った位置に置かれて、第３及び第４のアレイ(120)から第１の光学構成要素(126)に入射する光を基板の方に向けて屈曲させ；
第１及び第２の側面鏡(204,202)は、第３及び第４のアレイ(120)と第１の光学構成要素(126)との間にそれぞれ配置されて、第３及び第４のアレイ(120)からの光の一部分を第１の光学構成要素(126)の方向に指向させ、光学構成要素(126)からの光の一部分を基板(110)の方向に指向させる；
ことを特徴とする照明システム。
【請求項２１】
請求項20に記載の照明システム(100)において、上記第１の側面鏡(204)は上記第２の側面鏡(202)から、6.1cm（2.4インチ）より小さい距離の間隔で離れていることを特徴とする照明システム。
【請求項２２】
請求項20に記載の照明システム(100)において、
第１のアレイは、第１の光路に対し垂直な光源幅を持ち、その光源幅は実際の寸法(214)を持ち；また
側面鏡(204、202)は、光源幅に対し実際の寸法(214)より大きい見かけ上の寸法(216)を作りだし；更にまた
視野(210)は光源幅の見かけ上の寸法(216)の関数である；
ことを特徴とする照明システム。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は光学の分野に関するもので、さらに詳しくいえば、基板上のインディシアの光学的文字認識に対するＬＥＤ照明システムに関する。
本発明の背景
半導体ウエファ(wafers)及びその他の基板は、なかんずくウエファ番号と製造業者を示すインディシア(indicia)が与えられている。インディシアというのは、例えば、長さが1.59-1.91cm（5/8-3/4インチ）の、典型的には、レーザで腐刻されたところの小穴(laser-etched pits)のマトリックスで構成される。
半導体ウエファ上のレーザで焼き付けられたインディシアの機械読みを実現する難しさは、文字自体が該ウエファ基板と同色であり小さな浮き彫りを示す事実から、文字を読むために使用される光が反射されるようにウエファ表面が研磨される事実から、並びに、ウエファの表面は、文字が覆われ、その寸法と浮き彫りが減少するような数回のコーティング処理が実施される事実から発生する。
現在まで知られている光学的文字認識(OCR)システムは、光をカメラに反射するためにインディシアにより導入される表面の小さな不規則性を使用してきた。しかし、点が非常に滑らかなため、非常に小さい角度から、更に時として、極端に小さな角度からのみ光を分散させる。その結果、光源は視線から非常に小さい角度でなければならず、且つ相対的に強くなければならない。これは、光源をカメラの視野内に置くことになり、その結果、多くの場合カメラはブラインドにされる。光を視線に沿った方向に向けるビーム分割器を使用するこの分野の技術が今まで使用されてきたが、これらの技術は多くの上塗りされた層を持つ小さな文字を照明するに足るほど強力ではなかった。高密度ファイバ光源は他の一つのこの分野での既存技術ではあり、より大きな角度でも機能する非常に強力な光を供給するが、高価且つ大型であると共に望ましくない熱と振動を発生する可成りの不利な条件を持つ。
本発明の概要
従って、文字が１個の層又は複数の層でオーバコートされているような場合でも、基板上のインディシアの光学的文字認識のための、強力ではあるが高価でない発光ダイオード(LED)照明システムを供給するのが、本発明の主要な目的である。
これに基づく１つの実施例では、基板の法線(normal)に第１の鋭角の角度の視野を持つカメラが、その視野内においてインディシアを読むために与えられる。第２鋭角は、角度は第１の鋭角と同じであるが、法線に対して反対側にあり、基板の法線に対しての第２鋭角の両側にそれぞれ配置される光路を定義する第１及び第２のLEDアレイが、基板上のインディシアを照明するために与えられる。この第１及び第２のLEDアレイの光路に沿ってそれぞれ配置される第１及び第２そらせ板(baffles)は、各LEDアレイを遮蔽し、それによりインディシアはLEDアレイの光によりカメラによる読取を許す一方で、カメラの視野内にLEDアレイが像を作ることを防ぐ。
これに基づく他の１つの実施例では、視野の長軸が基板の法線に対して平行の方向を持つカメラが、その視野内にインディシアを読むために与えられる。カメラ及び基板の両方に光学的に対面している光学構成要素が、入力及びカメラへの光の屈曲(deviating)のために与えられる。該光学構成要素は、カメラと基板の両者に対面するように角度が付けられた平面鏡；その第１の鏡要素は基板に対面するような角度で配置され、第２鏡要素はカメラと第１の鏡要素の両者に対面する角度に配置される２面の平面鏡；又はプリズムであろう。基板の法線に関して定義される鋭角の両側にそれぞれ配置される光路を定義する第１及び第２のLEDアレイは基板上のインディシアの照明のために与えられる。第１及び第２のLEDアレイの光路に沿ってそれぞれ配置される第１及び第２そらせ板は、それぞれのLEDアレイを遮蔽し、カメラの視野内に像を作ることを防ぐ一方で、インディシアをLEDアレイの光の中でカメラによって読み取られることを許すために与えられる。
これらの実施例において、LEDアレイは１個のレンズ又は複数のレンズを持つか又はレンズを持たない。更に、LEDアレイの近辺にマスクが与えられることにより、カメラの視野内にその像を作ること無しに比較的大形で容易に入手できるLEDを基板に近接して配置し、全体のパッケージ寸法を減少することが出来る。
他の１つの実施例において、視野の長さ方向の軸が基板の法線に垂直な関係にあるカメラが、その視野内にインディシアを読み取るために与えられる。複数の光学素子が用意され、該光学素子の１つは第１及び第２のLEDアレイに対面し、そこからの光をそらせ板の間を通過させて電球配列を他の光学素子から遮蔽し、それから先は他の素子に向けられ、その１つはカメラに対面していて、電球光によってカメラがインディシアを読み取れるようにしている。
ソフト及びハード印字刻印の両者の読取用に特別に構成される更に別の実施例において、その長さ方向の軸が基板の法線との関係で垂直の方向にある視野を持つカメラが、その視野内にインディシアが読み取れるように与えられる。複数の光学素子が用意され、該光学素子の１つは第１及び第２のLEDアレイに対面し、そこからの光をそらせ板の間を通過させてLEDアレイを他の光学素子から遮蔽し、そこから先は他の素子に向けられ、その１つはカメラに対面していて、LED光によってカメラがインディシアを読み取れるようにしている。更に、本実施例は、ハード印字の読取のために２種類の補助的な照明モードを持っている。
第１の追加モードは、暗い下地用照明であり、基板上のインディシアの近くに取り付けられるがカメラの視野外の白熱電球のアレイから構成される。
第２のモードは、明るい下地用照明であり、カメラの視野の近辺の白熱電球の第１及び第２アレイによって照明はされるが、カメラの視野からは遮蔽されているカメラの視野に位置する散光の、白色が好ましい、反射板から構成される。該反射板は、LEDの第１及び第２アレイの間で、ソフト印字照明に使用されるマスクの全面に取り付けられる。電球アレイは反射板に均一な照明を与える方法で、LEDアレイに近接して設置される。反射板は刻字窓に対する明るい背景を与えるのに丁度十分な寸法に限定される。他の全ての光は、電球収容器及びソフト印字照明に使用されるそらせ板によって、ウエファ及びカメラの視野から遮られる。反射板の寸法の最小化、及びウエファからの他の全ての光の遮断は、明るい反射板の明瞭な像を反射する研磨されたウエファ面と、光を拡散しそのため暗く見える刻字印字の間のコントラストを最大にする。もし、反射板が刻字窓より大きいか、又は電球からの残留光がウエファを照明することが許されれば、刻字から散乱された余分の光がカメラに入り刻字を明るく見せるために、像のコントラストは低下するであろう。
本発明は、多糖類の刻字の読取を強化するために、適切な光源と照明の強さを選択するための操作入力と制御論理に応答する４個の照明源を制御する多チャネル光制御ユニットを与える。制御ユニットは布線論理であるか、又はカメラからのフィードバックに応えて照明源を調整できる利用者プログラマブルなソフトウエアを含んでいる。
更に別の実施例に、照明源により定義される光路は平面鏡により両側が拘束されている。該平面鏡は照明源からカメラの視野への、そうでなければ視野外へ失われる、光を反射する。該鏡は、これがなければ失われたであろう光を使用することにより、光源の幅の減少を可能にする。このようにして、より少ないLED又は白熱電球により同一の視野の照明が可能になる。これは、顕著に狭い光源で足りることと、必要とするLED又は電球の数の減少をもたらす。
【図面の簡単な説明】
本発明の、これら並びに他の目的、形態及び利点は、好ましい実施例の以下の詳細説明及びそれに伴う図面の参照により明確になるであろう：
図１は、本発明による基板上のインディシアのOCRのための強力LED照明システムの１つの実施例を表すところの、一部は絵画的で一部は断面図的な図であり；
図２は、本発明による基板上のインディシアのOCRのための強力LED照明システムの他の１つの実施例を表すところの、一部は絵画的で一部は断面図的な図であり；
図3A及び図3B（まとめて図３）は、本発明による基板上のインディシアのOCRのための強力LED照明システムの、図２の実施例に有効な他の光学的構成要素を表す切断面を示す図であり；
図４は、本発明による基板上のインディシアのOCRのための照明システムの他の１つの実施例を表すところの、一部は絵画的で一部は断面図的な図であり；
図５は、基板上のインディシアのOCRのための照明システムの更に他の１つの実施例を表すところの、一部は絵画的で一部は断面図的な図であり；
図６は、図５の照明システムの6−6の線での切断面を示す図であり；
図７は、本発明の照明システムの概略図であり；
図８は、図５の照明システムの他の１つの実施例を表すところの、一部は絵画的で一部は断面図的な図であり；
図９は、図８の照明システムの9−9の線での切断面を示す図であり；
図10は、図８の照明システムの展開した光経路の切断面を示す図である。
好適な実施例の詳細な説明
図１は（半導体ウエファのような）基板上の（レーザで腐刻した文字列のような）インディシアの光学的文字認識(OCR)に対する強力なLED照明システム10の実施例を表す概略図である。カメラ12は、鋭角“θc”で表示されるところの、半導体ウエファ18に対する法線16に対して定義される矢印14の範囲内に設けられる。該カメラ12は、該ウエファ18上に矢印22により概略的に表示されているインディシアを読む視野を持つレンズ20を持っている。
それぞれがカメラの視野の幅一杯に均等に分散されている第１及び第２のLEDアレイは、第２の鋭角“θL”で表示されるところの、矢印28により一般的に明示される範囲の両側にそれぞれ配置される。該鋭角28の角度は鋭角14の角度と大きさで等しいが、第２の鋭角は基板18に対する法線16の反対側になる。レンズを持たないLEDを分離した円柱状レンズと共に与えることも出来るが、LEDアレイ24及び26のLEDはそれぞれレンズ付きが好ましい。LEDの数は基板18上のインディシア22へ強力な照明が与えられるように選択される。それらは、インディシア22の典型的な直線状配置に一致するようにそれぞれ直線に並べられる。他のパターンも可能である。
LEDアレイ24及び26は、それぞれの光ビームが該基板上の該インディシアをその両側から照明する光路を供給する。該LEDアレイ24の光路に沿って不透明そらせ板(opaque baffle)が配置される；且つ該LEDアレイ26の光路に沿って不透明そらせ板32が配置され；そらせ板30と32とは事前に選択した距離間隔を置かれる。アルミニュームのような何らかの不透明材料である該そらせ板30は、その法線が該基板18の法線16に直交するように方角が決められ、そらせ板32はその法線が該基板18の法線16に平行するように方角が決められる。インディシア22がLEDアレイ24及び26により供給される照明光中で読まれることを許しながら、対応するアレイの直接の像が基板18の鏡面から返され、それによりカメラ12のレンズ20の視野により捕捉されることが対応するそらせ板によって妨げられる限り、そらせ板30及び32の他の方角は可能である。
図２は、本発明による基板上のインディシアのOCRのための強力LED照明システム40の他の実施例である。図２のシステム40は図１のシステム10とは、２つの主要点で異なる。第１の点は、視界を与えるレンズ44を持つカメラ42は、カメラの軸が基板48の法線46に一般的に平行に取り付けられ；平面鏡のような光学的構成要素50は事前に選択された鋭角でカメラ42のレンズ44の視野内に配置される。レンズ44の視野内で鏡の方角を決められる角度は、カメラ42を図示の垂直位置に保たせながら、ウエファ48の表面から反射された光がカメラ42のレンズ44から外れるように選ばれる。該カメラの垂直方向の配置は、他の有利なことの中でも、容器の寸法の減少を可能にし、据え付けを簡単にできる。
図２のシステム40が図１のシステム10とは異なる第２の点は、長方形をしたマスク54がLEDアレイ58及び60の近辺に与えられることである。該マスク54は、市場で容易に入手可能な大型のLEDを、典型的には半導体ウエファである基板48に一層近く、カメラの視野内に見えるようにしないで、配置できることを可能にする。
この実施例において、LEDアレイからのLEDの光学的経路に沿って一層均一な照明を与えるために円柱形レンズをレンズが付けられていないLEDに付加することも出来るが、LEDアレイ58及び60の各LEDはレンズ付きが望ましい。
図3Aに示されるように、一般的に該基板から反射された光がカメラへ行くのを逸らせるために、選定62された２重の平面鏡は（図２の）平面鏡50の場所に用意されるであろう。その第１の平面鏡構成要素64は該基板に向き合うような角度に置かれ、その第２の平面鏡構成要素66は鏡構成要素64及び該カメラに向かい合う角度に置かれる。２重の反射によって、読み取るべき該インディシアの真の像が得られる。
図3Bに見られるように、68により一般的に明示されたプリズムは、基板からカメラに向かって反射され光をずらせるために、平面鏡50に代わって与えられる。該プリズム68は（図３の）構成要素64と66が基板をカメラの視野中に該基板の像を写せるように機能する銀メッキ面70と72を持っている。
オーバコートされた文字読取の困難を克服するのに加えて、OCRシステムは、特有の性質を持つ印字で構成される各種の印字手段の何れかによって作り出される文字を読み取るという挑戦に対面する。基板上にインディシアを作り出す一つの方法はレーザの使用である。レーザ技術の如何により、印字は滑らかに曲がった端を持つウエファ上の浅い窪みにより特徴付けられる「ソフト」印字、又は非常に鋭い角とウエファ面でギザギザの膨れ上がりを持つ噴火口のような「ハード」印字であろう。
図４は本発明による他の一つの実施例の照明システム74を示す。図４の照明システム74は２点で図２のシステム40と異なる。第１はレンズ78を持つカメラ76は、カメラ76の軸が一般的に鏡面基板80の法線に垂直であるように組み立てられる。図４の照明システム74が図２のシステム40と異なる第２の点はLEDアレイのような光源82は、その軸が一般的に基板80の法線に垂直になるように配置される。カメラ76と光源82の水平配置は、設置と調整操作中にカメラ76とレンズ78に便利に近付けると共に、容器の全高を最小化する有利さを持つ。
光源82は、図２のシステムに関連して記述されたように、光源の近辺に長方形のマスク84と共に準備されている。該マスク84及び光源82は、第１鏡88，第２鏡90，第３鏡92，第１のそらせ板94，及び第２そらせ板96も収容する囲い(enclosure)86の内部に位置する。第２及び第３の鏡90及び92は図3Bに図示されるようにプリズムで置き換えられる。該囲い86は、更に基板80上の読まれるべきマークと関係付けられる第１の開口部98又は記入窓、基板80から反射された光を受け取るためにカメラ76と関係付けられる第２開口部99、並びに鏡88、90及び92を含む。カメラ76は、カメラ76及びレンズ78の配置を第２開口部99との間で精度を高めるために調整可能な搭載ブラケットで囲い86に固定される。
第１の平面鏡88は、光源82と基板を対面するのに、光が基板80を垂直ではなく或る角度を持って照射するような角度を持たされている。第１及び第２そらせ板94及び96は、基板とその上のインディシアを照明するために、第１鏡88から基板80への光の通路を制御するために与えられる。第１鏡88から受けたのに対する余角で基板80から反射される光は、光源82の反対側の第２そらせ板96の側面を通過し、基板に対面する第２平面鏡90へと達する。第３平面鏡92に対面する第２平面鏡90は、基板80から受けた光をカメラレンズ78に角度を持って対面する第３平面鏡92へ反射する。第３の鏡92から反射される光は、囲い86中の第２開口部99を通過して、従ってレンズ78を通過してカメラ76に達する。
視野の寸法は、選択されたレンズ78の光学的拡大、光学的構成要素、及び光学的延長筒の寸法の関数である。１つの実施例では、75mmレンズに35mm長の延長筒が使用され、50mmレンズには10mmの延長筒が使用される。例えば、約33mm(1.30インチ)幅の視野が、各目拡大率0.25を持つ50mmレンズ78及び6.6×8.8mm電荷結合素子(CCD)を持つカメラ76に対して与えられる。しかし、図示のシステム74が、拡大率0.50で動作する75mmレンズで構成されれば、視野の寸法は16.5mm(0.65インチ)に減少する。この寸法の視野は、小さい刻印(0.8mm高)の観測に適している。延長筒79及びカメラ搭載位置の変更により拡大率の少しの調整（近似的に±10%）が可能である。異なる寸法のCCDを持つカメラ、異なる焦点距離を持つレンズ、及び異なる長さを持つ延長筒が、他の拡大率を得るのに使用されるだろう。カメラとレンズに精通している人は、特別な適用に最適の拡大率を与える組み合わせを選択できる。
図５は本発明の他の１つの実施例である。図５の参照において、OCRシステム100は、75mmレンズ104を持つカメラ102,延長筒103,第１光源システム106,及びマークの付された基板110と平行に並べられた第２光源システムを持つ。本実施例は「ソフト」マーク読取のためのLED及び「ハード」マーク読取のための広帯域スペクトラムの白熱電球を有する。カメラ102のための取付けブラケット114を持つ囲い112は、該照明システム及びそれらの制御用の４チャネル光源制御ユニット116を収容するために設けられる。
図６は図５の照明システムの切断面であり、以下の記述に関し、図５と共に参照されるべきである。図示の実施例において、第１光源システム106は、その内２列はカメラ102の視野の上部にあり且つ２列はその視野の下部にある、４列のLED118を所有している。最も内側の中央に近い２列は該光源制御ユニット116の第１チャネルにより制御される。最も外側の２列のLED118は、LED118の第２のアレイを構成し該光源制御ユニット116の第２チャネルにより第１のアレイとは独立に制御できる。図示の実施例において、各内側列は９個のLED118を含み、各外側列は８個のLED118を含む。
第１光源システム106はまた薄く着色された背景上の暗い文字又は刻字に対する、明るい下地の照明(bright field illumination)として知られる、強化された照明を与える。明るい下地照明構成要素は、光反射容器内のLED180の近くに搭載され、光源制御ユニット116の第３チャネルに反応する２列アレイの白熱の明るい下地用電球120を含む。該明るい下地用電球120は、カメラの視野に存在する反射の強い、通常白色である薄く着色された目標122を鏡の組み合わせによって照明する。
第２の光源システム108は、暗い下地の照明(dark field illumination)として知られる暗い（黒い）背景上の明るく着色された文字の照明のための白熱電球のアレイ124を含む。図示の実施例において、光反射容器内に位置し、該光源制御ユニット116の第４チャネルに反応する６個の暗い下地用電球124がある。これらの電球は基板110を照明し、カメラの視野内には入らない。
暗い下地用白熱電球及び明るい下地用白熱電球は、標準的な小型の透明な白色光電球であり、20,000時間又はそれ以上の時間である寿命を延ばすために電圧を下げた状態で動作させるのが好ましい。現在の適応では、白熱電球は可視から赤外線にまで広がる、波長の一層広いスペクトルを発生し、且つ処理されたウエファのような基板上に見られる薄い被膜(coating)から生じる干渉効果に感応しにくいため、白熱電球はLEDに較べて有利である。また、白熱電球は蛍光灯より少ない熱を発生し（蛍光灯はプラズマ放電に必要な電子を発生させるための「ヒータ」を持っている）、且つ寸法が小さいのに加えて制御が用意である長所がある。更に、白熱電球は、ソフト印字を照明するのに使用されるLED118に類似の電力への要件をもっているので、両者は同一の電子技術とソフトウエアにより制御される。
他の点では、第１鏡126,第２鏡128,第３鏡130,第１そらせ板132,及び第２そらせ板134を含む鏡とそらせ板の配置は図４の場合と同様である。基板110から第２鏡128までの光路115が示されている。
各実施例において、光源制御ユニット116は、特有の刻字により生じる種々の観測条件の下での光学的文字解読に対して、基板の照明を制御する。システム100の１つの実施例においては、光源制御ユニット116はソフトウエア制御のスイッチ操作により照明の光源と強さを自動的に制御するために、カメラ102からフイードバックを受ける。
図５のシステム100に対する典型的な光源制御ユニット116が、LED118の内側列、LED118の外側列、明るい下地用電球120、及び暗い下地用電球124に対応するそれぞれ146,148,150,及び152と番号が付された４個の光源A,B,C,及びDの制御のために、図７に該略図として図示されている。システム操作を行う者は、光源選択制御154及び強さ選択制御156を使用して、光源及び強さの選択を行う。制御論理158は付線論理又はソフトウエアの形式で、使用者が適切な命令の選択により照明の種類と強さを定義できるようにする。従って、該システムは、多種類の印字の解読のための最初の設定以降は、機械的調整を事実上必要としない。
次に図８及び図９を同時に参照してOCRシステムの他の１つの実施例が図示されている。図９は図８に示される該実施例の線9-9に沿った部分切断図である。図８及び図９に図示された該実施例は、75mmレンズ104を備えたカメラ102,延長筒103,第１光源システム106,及び印字された基板110に平行に並べられた第２光源システム108を含む。本発明は、「ソフト」印字を読み取るためのLED及び「ハード」印字を読み取るための広帯域スペクトル白熱電球を含む。カメラ102用の搭載ブラケット114を持つ囲い112は光源システム及びそれらを制御するための４チャネル光源制御ユニット116を収容するために与えられる。更に、本発明は、光源から送出された光を基板上のカメラの視野の方へ反射させ、それにより比較的に少数のLEDと白熱電球を使用しながら、一層狭いパッケージ中の基板にほぼ同等の照明が達成できる第１及び第２平面形光源鏡202及び204を含む。
第１及び第２光源鏡202及び204は、それぞれ、光源システム106の外側の点から、そらせ板132及び134の近辺の点まで延びている。LEDアレイから発した光は第１及び第２光源鏡202及び204により光を基板110に反射させる第１鏡126の方へ反射され、それにより該基板上の有効光強度を増加させる。同様に、明るい下地用電球120は、目標122により、続いて、第１及び第２光源鏡202及び204により反射され、該基板へ光を反射する第１鏡126の方へ達する光を発する。図９に描かれた実施例に示されるように、該囲い112の幅は、比較的少数の電球とLEDが使用されるので、顕著に減少させることが出来る。例えば、図４乃至図６に図示されている実施例は約9.1cm(3.6インチ)の幅を持つが、光源鏡を使用する実施例は6.1cm(2.4インチ)又はそれ以下の幅の容器である。
次に、図10を参照して、図８の実施例の折り曲げたのを伸ばした光経路の切断図が示される。図10は、LED118の最も内部の列から発した光が第２光源鏡204により基板110の方向へ反射され、LED118の幅の実際の寸法214の関数であるカメラの視野210に達する。示されてはいないが、光は同様に第１光源鏡202により反射される。さもなければ、カメラの視野外に失われたであろうLEDからの光は、第１及び第２光源鏡202及び204により第１鏡126へ、更に基板110上カメラの視野へ反射され、これにより実質的な照明が増加するためLED118の幅を一層大きい見かけの寸法216へ実質上拡大する。第１及び第２光源鏡202及び204により反射された光は、一層広いLEDアレイのLEDから発せられたであろう光の代わりを果たす。LED118の最も外側の列からの光はアナログの方法で反射されることは当業者には容易に理解される。同様に、目標122及び白熱電球124から発する光は、第１及び第２光源鏡202及び204により基板110のカメラ視野の方向へ反射される。
このようにして、第１及び第２光源鏡202及び204は、囲い112の幅、並びにLEDおよび電球の所要数を劇的に減少させる。図９に示す実施例では、LED118の最も内側の列は５個のLEDの列を含み、LED118の最も外側の列は４個のLEDの列を含み、且つ白熱電球120の２個のアレイはそれぞれ２個の電球を含む。該LED118は約3.8cm(1.5インチ)の幅を必要とする。これは、８個のLED118の外側２列及び９個のLED118の内側２列が、約6.9cm(2.7インチ)の幅を必要とし、囲いが約9.1cm（3.6インチ）である図６の実施例と対照的である。更に、白熱電球120の２個のアレイはそれぞれ３個の電球を含む。
本発明の概念から離れることなく現在の開示からの利益を受けて、現在開示した発明の多くの変形は当業者には明らかになるであろう。例えば、第１鏡126へ向けて光を反射するため、囲い112の頂点及び底部に鏡を配置することも可能であろう。更に、LEDおよび電球の多数の組み合わせ及び数の選択も本発明の範囲から逸れることなく使用できるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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