專利名稱：使用分色濾光鏡的照射角度控制的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體涉及利用分色濾光鏡對物體的照射角度的控制。
背景技術：
許多應用需要以特定照射角度照射目標上的點，以達到檢查表面所期望的對比 度，例如用以分析印刷電路板(PCB)上的電路的表面。典型地，在諸如印刷電路板、互連器 件、集成電路以及平板顯示器等電路的制造過程中，利用自動光學檢驗操作識別電路中或 基板上的缺陷。典型地，通過利用一個或多個線光源(line light source)逐線地照射PCB 的表面并掃描該線以進行分析，而獲得對該PCB的檢查?？赏ㄟ^各種方法生成線光源，例如 通過形成來自點光源(例如鹵素燈(halogen light))的一行玻璃纖維，或通過形成一行發(fā) 光二極管(LED)光源。可沿著線光源與PCB之間的線放置透鏡，以將光聚焦在垂直于該線 的平面中，進而在沿著該線的每一點上獲得最佳照射角度。沿著縱軸，從形成線光源的多個光源照射PCB上該線的每一點。點的總照射角度 取決于構成該線光源的點光源的擴散角度(dispersion angle)，例如，鹵素燈光源傾向于 產生向外擴散的光，這些光從光源的焦點沿著縱軸形成約士25°的角。LED光源一般產生 在所有方向上都形成約70°角的向外擴散的光。為最佳地分析PCB上的一點，期望對稱地照射該點，以便無需進行補償照明的不 對稱性的計算。然而，在所有方向上控制構成線光源的點的照射角度對于透鏡制造者而言 構成幾何結構上的挑戰(zhàn)。由于形成線光源的點的尺寸和數量，這樣的解決方案可能無法實 現(xiàn)或非常昂貴。因此，用以控制光的發(fā)散角度的其它方法是被期望的。
發(fā)明內容
本發(fā)明實施例的一個方面涉及一種通過在光源與被照射目標之間放置分色濾光 鏡而控制來自兩個或更多個點的光束朝向所述目標上的線或區(qū)域的照射角度的系統(tǒng)及方 法。該分色濾光鏡根據光源的波長及入射角度選擇性地傳遞光。選擇以特定的入射角傳遞 期望波長的分色濾光鏡，能夠控制所產生的照射在所述目標上的照射光束。在本發(fā)明的示例實施例中，利用一行或多行光源照射目標上的線或區(qū)域?？蓳竦兀?利用透鏡在垂直于該行光源的方向上將光聚焦，由此控制該方向上的照射角度。在本發(fā)明 的某些實施例中，每行照明整個角度覆蓋范圍的一段。在平行于該行光源的方向上，分色濾 光鏡以在該濾光鏡上的特定入射角范圍傳遞特定波長的光，因而亦可限制平行方向上的照 射角度。在本發(fā)明的某些實施例中，目標上的照射角度在所有方向上相同。替代地，可利用 透鏡將垂直方向的光聚焦至比利用分色濾光鏡的平行方向更窄的照射角度?？蛇x地，如果 該透鏡將光聚焦成具有比分色濾光鏡所提供的角度更寬的角度的光束，則該濾光鏡亦在垂 直方向上限制照射角度。在本發(fā)明的某些實施例中，平行于該行光源放置分色濾光鏡，從而對稱地處理所 有光源。替代地，相對于該行光源以一角度放置分色濾光鏡，從而這些光源中的某些將比其余光源傳遞更多的光，例如以使來自某些光束的照射相對于該行光源成鈍角。在本發(fā)明的某些實施例中，從光源向目標照射的光束穿過多于一個分色濾光鏡， 以增強對照射角度的控制?？蛇x地，分色濾光鏡可以是多帶通濾光鏡(multi-band pass filter)，其在光以該濾光鏡所支持的指定角度范圍到達該濾光鏡的情況下，支持多于一個 波長范圍被所述濾光鏡透射。因此，根據本發(fā)明的示例性實施例，提供了一種控制照射到目標上的照射角度的 方法，包括將來自預選波長的至少兩個光源的光照射于該目標上；其中，來自所述光源的光 相對于主照射軸以各自最大的照射角度照射該目標上的每一點，該主照射軸從所述至少兩 個光源的大致中心延伸至所述目標；選擇分色濾光鏡，該分色濾光鏡根據入射到所述濾光鏡上的入射角度，透射來自 所述至少兩個光源的光；將該分色濾光鏡位于該至少兩個光源與該目標之間，以將光的傳遞限制于預選定 波長的光；其中，該分色濾光鏡被選擇來限制照射該目標上的每一點的最大照射角度?？蛇x 地，與該主照射軸垂直地定位該分色濾光鏡?；蛘?，該分色濾光鏡相對于該主照射軸不形成直角。在本發(fā)明的示例性實施例中，該分色濾光鏡的角度是用戶可控的。可選地，沿著該 主照射軸順序地定位多個分色濾光鏡。在本發(fā)明的示例性實施例中，所述多個分色濾光鏡 被互成角度地定位?？蛇x地，該分色濾光鏡是多通濾光鏡。在本發(fā)明的示例性實施例中，該 方法還包含在該至少兩個光源與該目標之間放置透鏡，以沿著第一方向將來自該至少兩個 光源的光聚焦到該目標上；并且其中由于該分色濾光鏡的定位，沿著垂直于該第一方向的 第二方向照射該目標的光具有與該第一方向基本相同的照射角度。在本發(fā)明的示例性實施例中，以相互平行的多行光源的形式提供該至少兩個光 源，并且其中，通過透鏡將來自每行光源的光束沿著第一方向聚焦到該目標上，從而由于該 分色濾光鏡的定位，沿著該第一方向照射該目標的組合光束具有與沿著垂直于該第一方向 的第二方向相同的照射角度?？蛇x地，該至少兩個光源中的每個選擇性地提供多個波長的 光，并且對于每個波長，所控制的照射角度不同。根據本發(fā)明的示例性實施例，還提供一種用于控制照射到目標上的照射角度的系 統(tǒng)，包括至少兩個光源，用以照射該目標；分色濾光鏡，根據入射到該濾光鏡上的入射角度，透射來自該至少兩個光源的光； 其中該分色濾光鏡位于該至少兩個光源與該目標之間；其中該至少兩個光源的光具有預選的波長；其中來自所述光源的光相對于主照射軸以各自的最大照射角度照射該目標上的 每一點，該主照射軸從該至少兩個光源的大致中心延伸至該目標；其中該濾光鏡系被選擇來限制照射該目標上的每一點的最大照射角度。
在本發(fā)明的示例性實施例中，該系統(tǒng)還包括位于該至少兩個光源與該目標之間的 透鏡，以沿著第一方向將來自該至少兩個光源的光聚焦到該目標上；并且其中，由于在該目 標與該至少兩個光源之間定位該分色濾光鏡，沿著垂直于該第一方向的第二方向照射該目標的光具有與該第一方向基本相同的照射角度。根據本發(fā)明的示例性實施例，還提供一種用于照射目標的照明裝置，包括一行或多行光源，其中每個光源提供一個或多個波長的光；透鏡，其平行于每行光源，以聚焦來自所述行的光源的光，以使照射該目標的組合 光束相對于主照射軸具有特定角度，該主照射軸從該至少兩個光源的中心延伸至該目標；分色濾光鏡，其位于該目標與該透鏡之間，用以透射以特定范圍的角度入射在該 濾光鏡上的特定光波長，從而對于至少一個波長，沿著垂直于該行光源的方向在該目標上 產生的照射角度與沿著平行于該行光源的方向的照射角度對稱?？蛇x地，該系統(tǒng)包含多個分色濾光鏡。在本發(fā)明的示例性實施例中，對于單個波 長，沿著垂直于該行光源的方向在該目標上產生的照射角度與沿著平行于該行光源的方向 的照射角度對稱。可選地，對于一個以上波長，沿著垂直于該行光源的方向在該目標上產生 的照射角度與沿平行于該行光源的方向的照射角度對稱。
根據以下結合附圖的詳細說明，將更全面地理解和了解本發(fā)明。一般，在所有附圖 中利用相同或相似的標號標記出現(xiàn)在多個附圖中的相同結構、元件或部件，其中圖1是根據本發(fā)明的示例性實施例的、用于光學地分析電路的裝置的剖面圖的示 意圖；圖2A和2B是根據本發(fā)明的示例性實施例，分別在使用和不使用分色濾光鏡的情 況下沿縱軸照射目標上的點的側視圖的示意圖；圖3A-3C是根據本發(fā)明的示例性實施例的、作為入射角的函數的分色濾光鏡的透 射譜的示意圖；圖4是根據本發(fā)明的示例性實施例的、穿過分色濾光鏡的透射率與入射角度的示 意性關系曲線圖；圖5是根據本發(fā)明的示例性實施例，使用兩個傾斜的分色濾光鏡與一個反射鏡傳 遞來自光源的特定光線并阻擋其它光線以控制照射目標的角度的示意圖；圖6A是根據本發(fā)明的示例性實施例的線光源的示意圖，其中該線上的每點由來 自具有不同波長的兩個光點構成；以及圖6B是根據本發(fā)明的示例性實施例，利用具有不同波長的兩個光點時，透射率與 入射角度的示意性關系曲線圖。
具體實施例方式圖1是根據本發(fā)明的示例性實施例的、用于光學地分析電路(例如，被制造在印刷 電路板(PCB)或其它表面上)的裝置100的剖面圖的示意圖?？蛇x地，裝置100包括基座 120，以安裝用于控制照射到目標180上并對來自目標180的反射進行采樣的光學元件。在 本發(fā)明的示例性實施例中，三個線光源130被安裝在基座120上以照射目標180?？蛇x地， 目標180是由作為朗伯表面(Lambertian surface)的材料制成，并根據電路設計而選擇性 地鍍有金屬導體。通常，該朗伯表面與該金屬導體具有不同的反射水平，從而可通過采樣從 目標180反射的光來驗證電路的制造，例如通過檢測制造誤差。
在本發(fā)明的示例性實施例中，通過光源130從目標180的反射而形成光信號125。 光信號125被反射向半透明鏡150，半透明鏡150將光信號125經由鏡160及/或經由任何 其它光路朝向傳感器170傳遞。例如，傳感器170可以是電荷耦合器件(CCD)、互補金屬氧 化物半導體(CM0Q、光電倍增器或任何其它適當的傳感器。在本發(fā)明的示例性實施例中，傳 感器170采樣光信號125并將樣本作為數字化的信息提供給計算機，以通過將其與電路設 計相比較來分析目標180。替代地或額外地，可采用本領域公知的其它方法執(zhí)行電路的自動 光學檢驗(AOI)。在本發(fā)明的某些實施例中，使用三個光源130照射目標的線185，例如，第一光源 130可被定位為從線185的一側照射，第二光源130可被定位為從線185的相對側照射，第 三光源130則可被定位為從線185的正上方照射。在本發(fā)明的某些實施例中，可使用更多 數量的光源(例如4個、5個或更多個)或者更少數量的光源(例如1個或2個)?？蛇x 地，透鏡135位于朝向線185的光路中，以聚焦來自光源130的光，從而入射到線185上的組 合光在平行于X坐標的平面上以預定角度190(例如30°、55°或100° )照射該線，如圖 1所示。在本發(fā)明的某些實施例中，每一光源130都照射整個角度190的范圍。替代地，每 一光源130照射角度190的一部分。在本發(fā)明的示例性實施例中，將分色濾光鏡145放置 于光路中，例如在透鏡135之后，以控制在Y方向上照射線185的每一點的角度，如下文所 述。在本發(fā)明的某些實施例中，光學元件的位置可以不同，例如，分色濾光鏡145可以位于 透鏡135之前?？蛇x地，某些光路可更為復雜，某些則可更為簡單，例如，圖1中的中央光源 不與其它兩個光源沿同一圓弧放置，而是位于遠處并通過鏡140、曲面鏡115、半透明鏡150 傳遞，以使反射光經半透明鏡150沿相同方向返回。應注意，用于實施本發(fā)明的光源并不限于本說明書中一般使用的點光源或線光 源?？蛇x地，也可使用其它類型的光源(例如，多線式光源(multilinesource)、面光源 (area source)或其它形式)，并且這里所述的細節(jié)同等地適用于這些情形。另外，應注意，本發(fā)明并不限于特定類型的電子電路或以特定類型的表面作為在 其上制作電子電路的目標，例如，電子電路可被實施為印刷電路板、互連器件、集成電路、平 板顯示器及任何其它形式的電子電路或表面。同樣，本發(fā)明并不限于電子電路，而是同等地 適用于其它類型的目標。圖2A是在不使用分色濾光鏡的情況下沿縱軸(Y)照射目標上的點225的側視圖 200的示意圖，圖2B是根據本發(fā)明的示例性實施例，在使用分色濾光鏡145的情況下沿縱軸 (Y)照射目標上的點225的側視圖250的示意圖。在本發(fā)明的示例性實施例中，在X方向上， 所有光都被透鏡135收集到一起朝向平行于Y軸185的線，并被引導來形成窄的高強度照 射線，該照射線由期望的照射角度限定。可選地，在Y方向上，若光點205的擴散覆蓋點225， 則每一光點205都照射點225。在本發(fā)明的示例性實施例中，光源130由光點20\_2051(例 如LED、光纖)的線構成?？蛇x地，每一點皆產生一光束，該光束相對于光源130的法線向外 擴展一角度215(例如70° )，該角度取決于光源的特性。在本發(fā)明的示例性實施例中，光朝 向點225穿過透鏡135。可選地，基座120的側面被鍍膜以形成高反射鏡210(例如反射率 為96% )，從而該光源線可被點225視為幾乎是無限的，并且每一點225皆由線光源130的 許多光點205照射。在圖2A中，光點205a-205t照射特定點225，所述光點中的每個以不同 的角度235(例如235'及235")直接地或經由鏡210間接地照射點225，所述角度235最高至達到等于角度215的最大角度M5。圖2A具體顯示來自光點205a-205t中的某些的照 射線，然而應理解，所有光點皆起作用，此處僅顯示某些光點是為了清楚起見。在圖2B中， 分色濾光鏡145位于透鏡135之后，以限制沿縱(Y)軸的有效照射角度，從而點225上所產 生的照射角度對于期望的應用而言為最佳，例如，將對點225的照射限制到最大為角度255 而非無濾光鏡145時的角度245 (角度255《角度對幻。在本發(fā)明的示例性實施例中，強度 在角度255以內的降幅不均勻，并且可具有緩慢的斜率，使得在角度235處比在角度255處 以更高的強度照射點225。 發(fā)自光點205的光線以相對于濾光鏡的法線的角度235入射到分色濾光鏡145 上。圖3A-3C是根據本發(fā)明的示例性實施例，在不同入射角度235下分色濾光鏡145的透 射光譜的示意圖。如圖3A-3C所示，對于特定波長(λ，以納米(nm)為單位)，在某些角度 下，該分色濾光鏡透射該光的大部分(例如，多于60%或70%)，并且在某些角度下，光被反 射，僅有小部分被透射(例如，少于20%或30%)。特定波長在角度θ處的透射率等于不 同波長在法向入射時的透射率。這些波長(在空氣中)之間的比率表示為在本發(fā)明的示例性實施例中，光點205產生具有特定波長或特定波長范圍的光。 可選地，分色濾光鏡145被選擇來匹配由光點205所照射的光波，從而所產生的照射點225 的角度相對于形成由光點205所產生的光束的原始角度被減小。如圖3A-3C所示，當光點 205產生波長約為630納米的紅色光束時，以0°的角度入射在分色濾光鏡145上的光線 (例如圖3Α)將幾乎完全(例如96% )透射過濾光鏡。對于以30°的角度入射在分色濾 光鏡145上的光線，將僅有約80% (例如圖3Β)被透射。以60°的角度入射在分色濾光鏡 145上的光線(例如圖3C)將基本被反射而不被透射。因此，通過選擇或生產分色濾光鏡來 匹配光點205所產生的光的波長，可控制點225上的入射角，以從點225的所有側獲得對稱 的照射。在本發(fā)明的某些實施例中，使用雙帶或多帶分色濾光鏡(例如SEMR0CK FF01-468/624-25)，以便光點205可提供多于一個波長，并利用分色濾光鏡145控制其照射 角度?？蛇x地，每一光點205可包括照射不同波長的光的多個LED，或者每一光點205可提 供不同波長的光(例如，利用朗伯LED或光纖)。在本發(fā)明的某些實施例中，可使用一個波 長或多個波長的光照射目標180。可選地，可選擇分色濾光鏡145使每一波長以不同的最大 角度照射線185上的點225。圖4是根據本發(fā)明的示例性實施例的、穿過分色濾光鏡的透射率與入射角度的示 意性關系曲線圖400。線410顯示由例如朗伯LED產生的透射光束?？蛇x地，該光束被引導 向雙帶帶通濾光鏡(例如SEMR0CKFF01-468/624-25)。該濾光鏡的歸一化透射率由線420及 430顯示。作為該濾光鏡所透射的波長，線420表示中心波長為460納米(藍光)的光束，線
權利要求
1.一種控制照射到目標上的照射角度的方法，包括將來自具有預選波長的至少兩個光源的光照射到所述目標上；其中來自所述光源的光 相對于主照射軸以各自的最大照射角度照射所述目標上的每一點，所述主照射軸從所述至 少兩個光源的大致中心延伸到所述目標；選擇分色濾光鏡，所述分色濾光鏡根據該濾光鏡上的入射角度，透射來自所述至少兩 個光源的光；將所述分色濾光鏡定位在所述至少兩個光源與所述目標之間，以將光的傳遞限制于所 述預選波長的光；其中所述分色濾光鏡被選擇來限制照射所述目標上的每一點的最大照射 角度。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述分色濾光鏡與所述主照射軸垂直定位。
3.如權利要求1所述的方法，其中所述分色濾光鏡相對于所述主照射軸不形成直角。
4.如權利要求3所述的方法，其中所述分色濾光鏡的角度為用戶可控。
5.如權利要求1所述的方法，其中沿著所述主照射軸順序地定位多個分色濾光鏡。
6.如權利要求5所述的方法，其中彼此成一角地定位所述分色濾光鏡。
7.如權利要求1所述的方法，其中所述分色濾光鏡是多通濾光鏡。
8.如權利要求1所述的方法，還包括在所述至少兩個光源與所述目標之間放置透鏡， 以沿著第一方向將來自所述至少兩個光源的光聚焦到所述目標上；其中，由于所述分色濾 光鏡的定位，沿著垂直于所述第一方向的第二方向照射所述目標的光具有與所述第一方向 基本相同的照射角度。
9.如權利要求1所述的方法，其中以相互平行的多行光源提供所述至少兩個光源，并 且，其中來自每行光源的光束用透鏡沿著第一方向聚焦到所述目標上，從而，由于所述分色 濾光鏡的定位，沿著所述第一方向照射所述目標的組合光束具有與沿著垂直于所述第一方 向的第二方向相同的照射角度。
10.如權利要求1所述的方法，其中所述至少兩個光源中的每個選擇性地提供具有多 個波長的光，并且，對于每個波長，被控制的照射角度不同。
11.一種用于控制照射到目標上的照射角度的系統(tǒng)，包括至少兩個光源，用于照射所述目標；分色濾光鏡，根據該濾光鏡上的入射角度，透射來自所述至少兩個光源的光；其中所述 分色濾光鏡位于所述至少兩個光源與所述目標之間；其中，所述至少兩個光源的光具有預選的波長；其中，來自所述光源的光相對于主照射軸以各自的最大照射角度照射所述目標上的每 一點，所述主照射軸從所述至少兩個光源的大致中心延伸到所述目標；其中，所述濾光鏡被選擇來限制照射所述目標上的每一點的最大照射角度。
12.如權利要求11所述的系統(tǒng)，還包括透鏡，所述透鏡位于所述至少兩個光源與所述 目標之間，以沿著第一方向將來自所述至少兩個光源的光聚焦到所述目標上；其中，由于在 所述目標與所述至少兩個光源之間定位所述分色濾光鏡，沿著垂直于所述第一方向的第二 方向照射所述目標的光具有與所述第一方向基本相同的照射角度。
13.一種用于照射目標的照明裝置，包括一行或多行光源，其中每個光源提供一個或多個波長的光；透鏡，其平行于每行光源，以聚焦來自所述行光源的光，使得照射所述目標的組合光束 相對于主照射軸具有特定角度，所述主照射軸從所述至少兩個光源的大致中央延伸到所述 目標；分色濾光鏡，其位于所述目標與所述透鏡之間，用以透射以特定范圍的角度入射到該 濾光鏡上的特定光波長，從而，對于至少一個波長，沿著垂直于所述行光源的方向在所述目 標上產生的照射角度與沿著平行于所述行光源的方向的照射角度對稱。
14.如權利要求13所述的裝置，還包括多個分色濾光鏡。
15.如權利要求13所述的裝置，其中，對于單個波長，沿著垂直于所述行光源的方向在 所述目標上產生的照射角度與沿著平行于所述行光源的方向的照射角度對稱。
16.如權利要求13所述的裝置，其中，對于一個以上的波長，沿著垂直于所述行光源的 方向在所述目標上產生的照射角度與沿著平行于所述行光源的方向的照射角度對稱。
全文摘要
一種控制照射到目標上的照射角度的方法，包括將來自具有預選波長的至少兩個光源的光照射到該目標上，其中，來自所述光源的光相對于主照射軸以各自的最大照射角度照射該目標上的每一點，該主照射軸從該至少兩個光源的大致中心延伸至該目標；選擇分色濾光鏡，該分色濾光鏡根據該濾光鏡上的入射角度，透射來自該至少兩個光源的光；將該分色濾光鏡定位于該至少兩個光源與該目標之間，以將光的傳遞限制于所述預選波長的光；并且其中該分色濾光鏡被選擇為限制照射該目標上的每一點的最大照射角度。
文檔編號G02B27/14GK102047168SQ200980119844
公開日2011年5月4日 申請日期2009年6月1日 優(yōu)先權日2008年6月12日
發(fā)明者阿弗拉哈姆·阿德勒 申請人:奧博泰克有限公司