專利名稱：光學系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及一種光學系統(tǒng)，特別涉及用于檢驗印刷電路板的光學系統(tǒng)。
PCB或元元件都不能使用機器視覺檢測按照意愿地被制造。這樣，各種各樣的PCB和元件元件原料和表面形狀對黑白成像系統(tǒng)造成額外的困難。
為進一步使檢驗系統(tǒng)復雜化，元件取向標志的形狀和位置有很大的變化。這使得在沒有最佳照明的情況下取向標志的探測變得困難。外表的變化甚至延伸到為PCB提供坐標系的基準點。所謂的熱風焊錫均勻(HASL)基準點是普通的并且有不規(guī)則圓頂狀外觀，使得用許多檢驗系統(tǒng)的照明設備進行精確地查找變得困難。
在光學領域中所周知的原理，一個物體的照射的角度影響反射光的強度和光譜分布。如果能在光學上模擬物體的表面，則預測物體的反射光的光譜分布和強度成為可能。然而，有不規(guī)則的形狀的實際物體的表面是如此復雜使得模擬表面變得相對的困難，在一些情況下甚至是不可能的。
為了在兩個物體之間或者在相同物體的兩個不同表面之間進行辨別，一些檢驗系統(tǒng)使用彩色照明用于檢驗。典型地，這樣的系統(tǒng)包括不同色光源的一組燈光。對于每個物體類型，專門的色光源射出一種光，其最大化物體表面和其他表面的對比度。例如，在印刷電路板檢驗系統(tǒng)中，專門的色光源射出一種光，使得最大化元件表面和元件置于其上的印刷電路板的表面的對比度。然而，這樣的系統(tǒng)一個問題是他們需要不同的光源，每個光源射出不同的色光。而且，系統(tǒng)用戶必須知道不同的類型的物體或者元件使用的哪種色光。
因此，期望提供一種光學系統(tǒng)，能夠增強探測PCB元件，基準點和其他相對高精確級別的PCB特征的能力。同時，也期望獲得一個在兩個物體或者同一物體的兩個不同表面之間進行區(qū)別的相對簡單的光學系統(tǒng)。
發(fā)明簡述按照本發(fā)明，一光學系統(tǒng)包括一個成像系統(tǒng)和照明系統(tǒng)。成像系統(tǒng)使用光譜反射系數(shù)用于在被檢驗的電子元件(元件)和元件置于其上的印刷電路板的表面之間進行區(qū)別。照明系統(tǒng)包括第一光源用于沿著成像系統(tǒng)的光軸或者與成像系統(tǒng)的光軸同軸來發(fā)出散射光。以及第二光源或者源，用于從能到達被檢驗物體側(cè)面的位置發(fā)射散射光。
有了這樣的專門配置，使得成像系統(tǒng)能夠在被檢驗的物體(例如，電子元件)和第二物體(例如，物體置于其上的印刷電路板表面)之間進行很好的區(qū)別。散射同軸照明的目的是照亮在PCB上的金屬表面(包括的不僅僅是HASL基準點，元件管腳的焊接點，元件引線，等)，以至于反射的加亮區(qū)最小化。為了這個目的，“散射”意味著來自同軸照明系統(tǒng)的光線與這些金屬表面以相對于光軸零度到最多10度的角度相關聯(lián)。這些照明設備，盡管對于一定的目的是非常有效的，但是在元件和元件置于其上的PCB表面(例如，有焊接掩膜的PCB金屬FR4)之間的區(qū)別是很小的。這是由于PCB表面的光學反射特性。
主要由于焊接掩膜特性，PCB反射/PCB表面的光學特性將從高反射(鏡面的)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o光澤。被反射的反射光越接近于鏡面，帶有的色光信息越少，即，染色的PCB表面將呈現(xiàn)退色或者無色而不是彩色的。這樣，系統(tǒng)也包括從側(cè)面的散射光源，典型的，以與PCB表面大約30到大約60度的范圍內(nèi)的中心角，對稱的放置在光軸旁。由側(cè)面的照明系統(tǒng)提供的照明幫助照相機區(qū)分PCB表面的元件。
由于在PCB的金屬表面的高反射率，同軸光照的強度被選擇低于側(cè)面光照的強度。同時，同軸光照的光譜分布被選擇與側(cè)面照明的光譜分布有較大的不同。這可以通過幾種方法獲得。例如，不同的與色溫相關的光，或者與不同的光譜帶通濾光器結合的類似與色溫相關的光。這使得通過測量反射光的反射特性，在管腳的焊接點(反光)和可以或者不可以完全的覆蓋焊接點的焊錫膏之間進行區(qū)別。這里“與色溫相關”是指外觀等價于由相干紅外能量(CIE)定義的在指定的色溫的黑體輻射體。
為更好的探測元件的取向標志，有兩種類型的照明設備也提供了調(diào)整側(cè)面照明角度和相對強度的靈活性。
光學系統(tǒng)透鏡化被選擇為遠心的，用于避免透視效果和最小化所視物體的高度的放大率的變化。這對于在被檢驗的裝配板上的尺寸測量是非常重要的。
這樣，本發(fā)明的光學系統(tǒng)的優(yōu)點包括(1)通過使用同軸和側(cè)面照明的光譜鑒別；(2)識別散射側(cè)面照明系統(tǒng)提供在元件和PCB表面之間好的光譜鑒別；(3)識別有明顯不同的光譜分布的同軸照明和側(cè)面照明在光譜反射表面(例如，管腳的焊接點)和散射面(例如，焊錫膏)之間提供明顯的光譜鑒別；(4)同軸照明強度低于側(cè)面照明強度的使用。
按照本發(fā)明更進一步的方面，光學系統(tǒng)包括一個成像系統(tǒng)和置于成像系統(tǒng)附近的照明系統(tǒng)。照明系統(tǒng)包括第一發(fā)光體，用于沿著大約與成像系統(tǒng)的光軸一致的光路徑提供散射光照明到第一區(qū)域，以及一個或多個第二發(fā)光體，一個或多個第二發(fā)光體的每一個用于沿著與彩色成像系統(tǒng)的光路徑成一定角度的路徑提供散射光照明到第一區(qū)域。
提供成像系統(tǒng)作為多光譜帶成像系統(tǒng)，它包括有與之相連的遠心透鏡的CCD彩色照相機。該遠心透鏡避免透視效果，照明設備不但在最小化反射光加亮區(qū)的時候，提供了光譜鑒別，而且在諸如基準點的金屬表面和PCB表面之間進行對比。
可以這樣理解，作為部分照明系統(tǒng)被提供的光源，不需要有不同的光譜分布。也就是說，光譜差來自光本身或者來自有濾光器同一發(fā)光體。這樣，光可以通過不同的光譜帶通濾光器。在一個具體實施方式
中，使用連續(xù)的熒光。熒光來自不同的相關聯(lián)的色溫?？商娲姆椒ㄊ鞘褂脙蓚€氙氣閃光燈。優(yōu)選地，閃光燈是同一顏色，使得濾光器可用。
對于沒有閃光的照明設備，典型地，照相機曝光需要幾十毫秒。這引起在移動照相機時的圖象模糊。因為這個原因，移動照相機的運動系統(tǒng)在成像之前不得不停止并固定。閃光燈的方法的優(yōu)點在于由于閃光燈脈動的時間周期(典型地，幾十微妙)是如此短，使得照相機在照像時能以很快的速度移動，而不會出現(xiàn)圖象模糊。
當僅從上面進行照明時，印刷電路板的表面呈現(xiàn)褪色或者中性灰色。這樣，電路板不能看起來非常不同于置于其上的元件?？梢哉J識到，按照本發(fā)明，側(cè)面照明設備的引入，使得在電路板上出現(xiàn)光反射特征。頂端和側(cè)面照明的使用的不同結果是允許系統(tǒng)在電路板和元件之間進行光譜鑒別。
圖2是一個印刷電路板的圖解側(cè)面視圖，包含能夠從基準點頂端的主要區(qū)域?qū)⑸⑸涔馔渡涞交鶞庶c的基準點；圖3是一個印刷電路板的圖解側(cè)面視圖，包括置于其上的焊點和焊錫膏，從印刷電路板的側(cè)面的主要區(qū)域?qū)⑸⑸涔馔渡涞接∷㈦娐钒?，焊點和焊錫膏上；圖4是一個印刷電路板的圖解側(cè)面視圖，包括置于其上的焊點，焊錫膏，和有引線的電路元件，來自印刷電路板的頂端的第一光源的光反射。
這里所參考的內(nèi)容有時是對某種物體，諸如，印刷電路板和位于印刷電路板之上的電路元件。本領域的普通技術人員應該明白，本發(fā)明的原理是發(fā)現(xiàn)所包含的各種各樣的應用，但不僅僅限于印刷電路板和元件的檢驗，任何其他類型的物體，其中一個物體位于另一個物體的上面并且可能接觸到或者盡可能接近另一個物體，藝廊和博物館管理，建筑圖象和設計，內(nèi)部設計，地球資源的遙測和管理，地理信息系統(tǒng)，科學數(shù)據(jù)庫管理，天氣預測，零售業(yè)，紡織和時裝設計，商標和版權數(shù)據(jù)庫管理，法律實施和犯罪研究和圖片獲得和通信系統(tǒng)，這里所述的具體實施方式
僅是一個具體，并不能解釋作為限制。
現(xiàn)在參考附

圖1，光學系統(tǒng)10包括彩色成像系統(tǒng)11和照明系統(tǒng)18。在一實施方案中，多光譜帶成像系統(tǒng)11包括一電荷耦合裝置(CCD)彩色照相機12，它有一個遠心透鏡14與其連接。CCD多光譜帶照相機12在檢驗過程中允許使用彩色照像以區(qū)別照相機12觀察范圍內(nèi)的兩個物體。兩個物體可以是，例如，一個和多個電子元件15或者能被檢驗的其他的物體或裝置15(下文中，以元件15表示)和元件15在其上的印刷電路板(PCB)16。
照相機12可以是德國D-22926 Ahrensburg，An der Strusbek60-62，Basler AG制造的類型，并以零件號碼A113C被識別。照相機也可以是圣地亞哥，11633 Sorrento Valley Road，Roper Scientific MASD公司制造的類型Ca92121，并以零件號碼ES1.0MegaPlus Color被識別。
當然，這些本領域的普通技術人員也將明白具有類似的電子和光學特征的其他的照像機也能使用。
光學系統(tǒng)透鏡被選擇為遠心的，以避免透視效果。即，避免或者最小化所見物體的高度的放大率的變化。在被檢驗的元件高度非常不同的裝配的電路板上，尺寸測量是非常重要的。遠心透鏡可以有下列廠家提供，例如，由Rochester，55 Science Parkway，Melles-Griot光學系統(tǒng)生產(chǎn)的類型，NY14620，并以Melles-Griot透鏡組配置59LGB485基本透鏡，59LGH431輔助透鏡，59LGT101 F-to-C-mount適配器識別。
在本領域中的普通技術人員將明白也可使用相似放大率和其他光學特征的遠心透鏡。在一具體實施方式
中，使用MASD照相機，0.275的放大率，給出1.29”×1.29”的觀察區(qū)域。其他照相機有不同的傳感器尺寸，并且其他的申請可以使用不同尺寸的觀察區(qū)域；放大率根據(jù)需要相對的變化。例如，如果Basler照相機代替MASD使用不同的傳感器尺寸，然后，為得到相同的觀察范圍必須選擇具有不同放大率的透鏡。
可以這樣理解，由于按照本發(fā)明的使用遠心透鏡或者其他有遠心性質(zhì)的透鏡的其他系統(tǒng)是重要的?？梢赃@樣理解，既然根據(jù)本發(fā)明的處理比簡單的模板匹配更復雜，它包括了精確測量，那么使用遠心透鏡和其他使用遠心性質(zhì)透鏡的系統(tǒng)就很重要。底板上的元件有高度，它們的尺寸可以使用非遠心光學器件14改變高度。由于在視野一側(cè)的視角，元件的頂邊也可能搞暗底板的特性?？梢钥紤]到的是，提供使用元件的“已知”高度，就有可能校正遠景引起的橫向位移。這已被本發(fā)明揭示，然而，實際上由于元件高度上的容差，不可能做的那么精確。
由材料(例如FR4)例如使用焊接掩膜工藝來提供PCB16。本領域的普通技術人員可以理解，本發(fā)明的概念同樣很好的適用于PCB16的檢驗，該PCB16由那些本領域的普通技術人員所共知的任何材料并不僅限于包括FR4來提供。
光學系統(tǒng)10進一步包括照明系統(tǒng)18，照明系統(tǒng)18包括沿著照相機系統(tǒng)11的光軸21配置的反射鏡/發(fā)射器20。在這個優(yōu)選實施例中，以相對于光軸21大約45度角配置反射鏡/發(fā)射器20。第一散射光源22對著反射鏡/發(fā)射器20射出散射光。反射鏡/發(fā)射器沿著光軸21反射散射光。散射光照亮配置在PCB16上的金屬表面(包括不僅限于元件管腳和元件引線的HASL基準點，焊點)以便最小化鏡面增強亮度。這種光雖然對它的陳述的目的很有效，但由于PCB表面的光學反射特性，在元件15和PCB的表面16a之間提供少量的區(qū)別。從FR4或其他任何具有與FR4光學反射特性相類似的材料提供的PCB的這種情況是真的。
為了幫助解決這個問題，系統(tǒng)18包括通常表示為24的多個配置在光軸21側(cè)面的散射光源。用于任何具體應用的光源的具體數(shù)目的選擇可以根據(jù)應用改變。然而一般的，所希望的是均勻的照亮要檢驗的區(qū)域。在印刷電路板檢驗應用中可以發(fā)現(xiàn)均勻照明最好是通過對稱照明來完成。因此，在一個優(yōu)選實施例中，側(cè)面光是對稱的配置在光軸附近。
為了簡單，在圖1中僅示出了兩個這樣的光(示出的對稱配置在光軸的左邊和右邊，準確的說是四邊(還有前邊和后邊))。然而另一個實施例，使用了少于或多于四個的光。配置在光軸附近的光的圖形能夠達到幫助均勻照明的目的。發(fā)現(xiàn)用來提供對稱照明的兩個圖形是四邊形和圓形的結構。
在這個特定的實施例中，示出了以相對于表面16a的平面大約30度到60度的范圍內(nèi)配置在光軸21側(cè)面的兩個光源24a，24b?？梢岳斫猓斀嵌瘸^這個范圍也可以工作，由于隨之發(fā)生的陰影、底紋或其他特性的引入，超過這些角度的系統(tǒng)性能就漸漸降低。
因此，光源24對稱配置在預定圖形下的檢測區(qū)域。在優(yōu)選實施例中，光源24是對稱配置在光軸21附近。測量證明了以這種方式實現(xiàn)的側(cè)面光在元件15和PCB16的表面16a之間提供了很好的區(qū)別。
可以理解，在優(yōu)選實施例中，所希望的是向下的光比側(cè)面的光具有更多的散射，因為側(cè)面光照亮的物體自身可以散射。
由經(jīng)驗和分析選擇每個中央和側(cè)面的光的適當?shù)牧炼龋员阃ㄟ^照相機檢驗和感應的表面反射合適的光亮的能級。在一個選擇光亮的經(jīng)驗的方法中，設置光源亮度能級，在檢驗區(qū)域發(fā)射出光。照相機(例如照相機12)感應反射光。調(diào)整中央和側(cè)面的光的亮度直到照相機感應到足夠的光。
一般的，當系統(tǒng)能夠準確的操作時，照相機能感應足夠的光。足夠的光能夠通過照相機感應器操作來定義，照相機感應器能夠在具體的信號等級在合理的曝光時間和具體的f/11或更小的透鏡光圈下觀察到標準的光譜中性的目標(例如柯達的18％灰度卡(Gray Card))。例如在以上所述的照相機，透鏡和光器具的實施例中，信號等級大約是200位(0-255的刻度)，大約25毫秒的合理曝光時間，和f/11或更小的透鏡光圈。應該可以理解在其他實施例中使用不同的值。
應該可以理解提供通過照相機看見的光亮不僅僅是光強本身，還有光圈和光路中反射/發(fā)送元件，照相機曝光時間和照相機增益系數(shù)，及感應器光譜靈敏度。因此，一旦選擇了頂端和側(cè)面的光亮的合適的能級，在絕對光量值的范圍上使用頂端光與側(cè)面光比較的比率。
在一個實施例中，系統(tǒng)使用一組熒光燈照明，其中色譜差別通過大約2700°K(熱熒光)到大約5100°K(冷白熒光)的相關的色溫差表征。在實施例中，頂端光高于相關的色溫，或更藍，這時側(cè)面光是較低溫度。這使得(反射的)焊點與(散射的)焊錫膏相比呈現(xiàn)藍色。此外，可以發(fā)現(xiàn)通過使光投射到同一感興趣的區(qū)域的光的顏色來提供均勻或?qū)ΨQ的光。因此，在優(yōu)選實施例中側(cè)面光是相同的，以便保存完全的對稱。
提供的側(cè)面光具有在大約30度到大約60度的范圍內(nèi)的中心射束角(也就是光源或散射元件的中心的角度)。由于PCB金屬表面的高反射率，同軸光的亮度特意選擇低于側(cè)面光(大約1％至10％的比率)，這正如照相機所看到的。由于頂端光的目的是提供為更多的反射金屬部件例如基準點、焊點或引線照明，既然這些表面強烈的反射，從頂端就需要相對少的光。側(cè)面光為散射表面提供了照明，該散射表面在各個方向上擴散光，因此就需要相對多的側(cè)面光。簡而言之，必須有一個適當?shù)钠胶?，否則金屬表面就會在圖像上顯得太亮(過飽和)，而散射表面就顯得太暗。
選擇與側(cè)面光的光譜分配較大區(qū)別的同軸照亮的光譜分配。優(yōu)選實施例利用大于大約1000度的相關的色溫差?？蛇x擇性的，通過使用在它們光譜傳輸特性上具有很大差別的濾波器來表征這些差別。第三種更普遍的用來表征色差方法是用同軸(頂端)和側(cè)面的光依次照射光譜中性目標，在通過照相機記錄的多光譜帶中計算頂端和側(cè)面照射的相對強度的比率，例如R頂部/R側(cè)面，G頂部/G側(cè)面，B頂部/B側(cè)面；；這些比率中至少一種與通過兩個或更多中的一個因數(shù)計算的其他比率不同。
這可以通過很多方法得到，例如不同的相關的色溫的光，或組合不同光譜帶通濾波器的類似的相關的色溫的光。這允許管腳焊點(反射)和焊錫膏之間有區(qū)別，其中通過測量反射光的光譜特性可以或不可以全部覆蓋焊點。
具有兩種類型的光(也就是中央光和側(cè)面光)也提供了用于調(diào)整側(cè)面光角度的靈活性和更好檢測元件上的取向標記的相關強度。這是通過盡可能的觀察很多類取向標記和測量標記和元件表面之間許多角度上的差別得到的。然后在最多和最重要的標記具有最大的差別的角度上作出決定。
頂端光22可以用來提供作為一種由RVSI NER DOAL-100-FI或Perkin-Elmer(EG&G)定制的氙氣頻閃制造的類型。側(cè)面光24可以用來提供作為由飛利浦(Philips)SLS 25簡湊熒光(側(cè)面光)制造的類型中的一種。也使用其他光例如Perkin-Elmer(EG&G)氙氣頻閃。氙氣頻閃是基于Perkin-Elmer MVS-4000和MVS-5000的產(chǎn)品相信在現(xiàn)有技術系統(tǒng)中沒有找到的本光學系統(tǒng)的許多特征是通過同軸和側(cè)面光的組合的光譜鑒別，提供元件和PCB之間好的光譜鑒別的散射光的使用，提供反射表面(例如管腳焊點)和散射表面(例如焊錫膏)之間好的光譜差別的具有較大不同的光譜分配的同軸光和側(cè)面光的使用。具有小于側(cè)面光的強度來進一步加強元件和PCB之間區(qū)別的能力的同軸光的使用，相信也不可能在現(xiàn)有技術中發(fā)現(xiàn)。
按照本發(fā)明，可以理解，成像系統(tǒng)11收集在同一時間以正確的角度用光軸所看見的被檢驗物體(例如，印刷電路板)的相同區(qū)域的信息。按照本發(fā)明，盡管可以通過兩個照相機，使用的濾光器和射束濾光器獲得，成像系統(tǒng)11和兩個不同光譜分布的光源一起使用。
成像系統(tǒng)11也包括用于觀察盡可能多種類的取向標記的裝置，連接到所述照相機12的用于測量每個取向標記和有幾個角度的元件表面之間的對比度的裝置；以及確定以最多或者最重要的有最大對比度的取向標記的角度的裝置。用戶可以定義使用的取向標記。
圖2，3和4示出在印刷電路板的基準點，焊錫膏和金屬焊接點上，從頂端和側(cè)面照明的不同效果。
參考圖2，印刷電路板26的部分被示出有一置于其上的基準點28。一個散射光源30位于PCB26和基準點28的頂端，發(fā)射散射光(用實線32表示)到PCB26和基準點28上。由于基準點28的表面28a是起伏的并類似鏡子(鏡子的)，來自光源30的光必須被定向為以一定擴散角度范圍的向下(用實線32表示)，確保至少一些光以這樣的角度入射，使得反射朝著成像系統(tǒng)垂直向上。
撞擊在基準點28的表面28a上的光的部分被反射出表面28a，直接指向照相機(用虛線34表示)。
現(xiàn)在參考附圖3，印刷電路板部分26有金屬焊接點38，焊錫膏40位于其上的部分。側(cè)面光源42射出光(用實線44表示)到PCB26，焊接點38和焊錫膏40上。由于焊接點38可以反射光，側(cè)面光源42提供的側(cè)面光將向線39所示的那樣反射遠離照相機透鏡。另一方面，焊錫膏40散射，使得側(cè)面光44的部分如短劃線48所示的那樣朝著照相機透鏡(未示出)方向射出。這樣，圖3示出使用安裝在側(cè)面的發(fā)光光源，照亮焊錫膏和焊接點的效果。
參考圖4，PCB部分26有焊接點38，其上部分有焊錫膏40，包含連接到焊錫膏40的引線52的電路元件50。盡管從側(cè)面光源42(如圖3示出的側(cè)面光)在圖中沒有示出，但將產(chǎn)生以下的效果由于焊接點38和引線52可以反射光，側(cè)面光以遠離照相機透鏡的方向被反射；另一方面，焊錫膏40和電路元件50可以散射，使得側(cè)面光44的一部分朝著照相機透鏡的方向射出。
反射表面(焊接點38和引線52)這樣強烈反射頂端的光回到照相機透鏡(未示出)。另一方面，僅有來自散射表面(焊錫膏40和元件50)的部分光朝著照相機鏡頭方向射出。這樣，圖4示出在元件表面和它的引線上、在焊錫膏上和在焊接點上的頂端光的效果。
考慮側(cè)面和頂端光的效果組合結合頂端的光是側(cè)面光的一小部分的條件。頂端關有與測面光不同的光譜分布(例如，藍色的)，可以認識到，按照本發(fā)明，從反射表面(引線和焊接點)到達照相機的光僅來自頂端的光(有藍色的色彩)，并呈現(xiàn)為藍色。從散射表面到達照相機的光主要來自側(cè)面光(由于頂端光的量低于測面光)。此外。照相機多光譜帶通靈敏度的光譜平衡將和側(cè)面光占主要的散射目標一起執(zhí)行，進一步增強反射表面的藍色外觀。
電路板表面26的元件50的光譜不同的現(xiàn)象也有些復雜。如果所述的元件通常顏色為灰色，而電路板表面幾乎是不同于灰色的顏色(主要是綠色)，示出來自頂端的照明的測量使得綠色的表面呈現(xiàn)灰色，而來自側(cè)面的光保持綠色板的綠色。
可以確信關于電路板表面部分反射的解釋，光譜反射的元件不能傳達色彩信息，因此，頂端的發(fā)光體能使得電路板表面呈現(xiàn)褪色和淺灰色。另一方面，朝向照相機的來自側(cè)面光源的散射光不能傳達電路板或者元件的色彩信息。
通過對本發(fā)明優(yōu)選實施方式的描述，對于本領域的普通技術人員來說將變得更加明白，結合本發(fā)明概念的其他實施方式也可以被使用。因此，可以認為，這些實施例并不被所公開的實施方式所限制，而是被附屬權利要求的精神和范圍所限制。
這里所公開的所有的出版物和參考資料都作為引用與本發(fā)明從整體上聯(lián)系在一起構成全部。
權利要求
1.一種用于檢驗物體的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括(a)成像系統(tǒng)；以及(b)置于所述成像系統(tǒng)附近的照明系統(tǒng)，所述照明系統(tǒng)包括(1)第一光源，用于沿著與所述多光譜通帶成像系統(tǒng)的光軸一致的光路徑提供散射光到物體的第一區(qū)域；以及(2)位于物體附近的一個或多個第二光源，該一個或多個第二光源的每一個用于沿著相對于所述多光譜通帶成像系統(tǒng)的路徑成一定角度的路徑提供散射光到第一區(qū)域。
2.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述成像系統(tǒng)是多光譜通帶成像系統(tǒng)。
3.如權利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述多光譜通帶成像系統(tǒng)包括一個遠心的透鏡。
4.如權利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述多光譜通帶成像系統(tǒng)進一步包括一個與所述遠心透鏡相連的電子照相機。
5.如權利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述多光譜通帶成像系統(tǒng)包括透鏡裝置，用于減少觀察物體的高度的放大倍數(shù)的變化。
6.如權利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括一個按照所述成像系統(tǒng)的光軸方向放置的反光鏡/發(fā)射器，其中所述第一光源逆著反光鏡/發(fā)射器發(fā)射散射光，所述反光鏡/發(fā)射器沿著所述成像系統(tǒng)的光軸方向朝著物體反射散射光。
7.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述一個或者多個第二光源對稱地分布在所述成像系統(tǒng)的光軸周圍。
8.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一光源和至少一個第二光源的每一個在物體的反射表面和物體的散射面之間提供光譜鑒別。
9.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述一個或者多個第二光源以符合規(guī)則多面體圖形，四邊形圖形和圓形圖形的其中之一的圖形放置。
10.如權利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述一個或者多個側(cè)面光源以相對于與被檢驗的表面平行的平面大約30度到大約60度的范圍內(nèi)的角度，被放置在所述成像系統(tǒng)的光軸的旁邊。
11.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，第一光源提供的光比第二光源提供的光更多地被散射。
12.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，選擇第一和第二光源的每一個的強度，使得成像系統(tǒng)能感應到被檢驗的表面反射的光的能級。
13.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，在第一和第二光源之間光譜的差別是以在大約2700°K到大約5100°K范圍內(nèi)的相關色溫的差別為特征的。
14.如權利要求13所述的系統(tǒng)，其中，第一光源與第二光源有不同的光譜分布。
15.如權利要求14所述的系統(tǒng)，其中，第一和第二光源的每一個發(fā)射幾乎相同光譜分布的光到物體上。
16.如權利要求15所述的系統(tǒng)，其中，第二光源有一個中心射束角，范圍是大約30度到大約60度。
17.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，第一光源的強度被選擇為低于第二光源的強度。
18.如權利要求17所述的系統(tǒng)，其中，通過以成像系統(tǒng)所看到的大約百分之一到大約百分之十的比率，第一光源的強度被選擇為低于第二光源的強度。
19.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，第一光源的光譜分布被選擇為不同于第二光源的光譜分布。
20.如權利要求19所述的系統(tǒng)，其中，第一光源的光譜分布與第二光源的光譜分布之間的差別大于幾百度。
21.如權利要求19所述的系統(tǒng)，其中，第一光源的光譜分布與第二光源的光譜分布之間的不同是通過第一光源和第二光源的每一個使用有不同光傳輸特性的濾光器來實現(xiàn)的。
22.如權利要求19所述的系統(tǒng)，進一步包括用于在照相機記錄的多光譜帶中，利用頂端和側(cè)面照明的相對強度的比率來表征和計算第一光源的光譜分布與第二光源的光譜分布之間不同的裝置。
23.如權利要求22所述的系統(tǒng)，其中，所述用于計算頂端和側(cè)面照明的相對強度的比率的裝置包括(a)用頂端或者側(cè)面光的任一個照明光譜中間目標的裝置；(b)測量照相機所看見的每個光譜帶的相對數(shù)量的裝置；(c)計算每個光譜帶與其他的之間的比率的裝置。
24.如權利要求22所述的系統(tǒng)，其中，所述用于計算頂端和側(cè)面照明的相對強度的比率的裝置包括用于使得不同的相關色溫的光或者類似的相關色溫的光與不同的光譜傳輸濾光器相組合的裝置。
25.如權利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括用于觀察盡可能多種類的取向標記的裝置；用于在幾個角度測量每個取向標記和元件表面之間的對比度的裝置；以及用于確定以最多或者最重要的有最大對比度的取向標記的角度的裝置。
26.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，頂端的光是熒光和頻閃光中的一種。
27.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，側(cè)面光是其中之一(1)緊湊的熒光；(2)閃光環(huán)行光；和(3)頻閃光。
28.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一光源和一個或者多個第二光源中的每一個的特征提供在被檢驗的物體和至少一個其他物體之間進行光譜鑒別。
29.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，提供的所述第一光源具有一個光譜分布，其不同于一個或者多個第二光源中的每一個的光譜分布。
30.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，提供的第一光源的強度低于一個或者多個第二光源中的每一個的強度。
31.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述成像系統(tǒng)收集在同一時間以正確的角度用光軸所看見的被檢驗物體的相同視野的信息。
32.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一光源是一個不同于至少一個第二光源中的每一個的光譜分布光源。
33.如權利要求32所述的系統(tǒng)，其中第一光源相關的色溫大約是5100°K；以及一個或者多個第二光源中的每一個相關的色溫是大約2700°K。
34.一種用于檢驗印刷電路板的光學系統(tǒng)，系統(tǒng)包括(a)多光譜通帶成像系統(tǒng)，包括(1)有光軸的多光譜照相機；和(2)與所述多光譜照相機相連的遠心透鏡；以及(b)置于所述成像系統(tǒng)周圍的照明系統(tǒng)，所述照明系統(tǒng)包括至少一個同軸光源和至少一個側(cè)面光源，同軸和側(cè)面光源有相對的光譜分布，相對的光強度和相對的散射，這些特征被選擇用于增強光譜鑒別和增加位于印刷電路板上的金屬表面和印刷電路板表面之間對比度。
35.如權利要求34所述的系統(tǒng)，其中所述同軸光源照亮位于印刷電路板上的金屬表面；以及側(cè)面光源位于所述光軸的側(cè)面并提供散射，并且其中所述的同軸和側(cè)面光源均勻照亮被檢驗的印刷電路板的區(qū)域。
36.如權利要求35所述的系統(tǒng)，其中所述側(cè)面光源對稱地置于光軸周圍。
37.如權利要求36所述的系統(tǒng)，其中，所述側(cè)面光源以符合規(guī)則多面體圖形，四邊形圖形和圓形圖形的其中之一的圖形放置。
38.如權利要求34所述的系統(tǒng)，其中，所述同軸光源比所述側(cè)面光源更多的被散射。
39.如權利要求34所述的系統(tǒng)，其中，選擇所述同軸光源的強度和所述側(cè)面光源的強度，使得成像系統(tǒng)能感覺到來自被檢驗的表面的被反射的光。
40.如權利要求34所述的系統(tǒng)，其中，所述同軸光源有與所述側(cè)面光源不同的光譜分布。
41.如權利要求34所述的系統(tǒng)，其中，每個光發(fā)射基本相同的光譜分布的光到所關心的區(qū)域。
42.如權利要求34所述的系統(tǒng)，其中，所述同軸光源的強度被選擇低于所述側(cè)面光源的強度。
43.如權利要求42所述的系統(tǒng)，其中，通過以成像系統(tǒng)所看到的大約百分之一到大約百分之十的比率，所述同軸光源的強度被選擇為低于所述側(cè)面光源的強度。
44.如權利要求34所述的系統(tǒng)，其中，選擇所述同軸光源來提供具有不同于所述側(cè)面光源提供的光譜分布的光譜分布的光。
45.如權利要求34所述的系統(tǒng)，進一步包括用于觀察盡可能多種類的取向標記的裝置；用于在幾個角度測量每個取向標記和元件表面之間的對比度的裝置；以及用于確定以最多或者最重要的具有最大對比度的取向標記的角度的裝置。
46.如權利要求34所述的系統(tǒng)，其中，所述成像系統(tǒng)收集在同一時間以正確的角度用光軸所看見的被檢驗物體的相同視野的信息。
全文摘要
描述了一個在檢驗系統(tǒng)中使用的光學系統(tǒng)。光學系統(tǒng)包括一個成像系統(tǒng)，用于提供作為多光譜通帶成像記錄系統(tǒng)和一個照明系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括至少一個同軸光和至少一個側(cè)面光來提供光譜鑒別和提供由第一材料制成的第一表面和由不同的第二材料制成的第二表面之間的比較。
文檔編號G01B11/30GK1434919SQ01810785
公開日2003年8月6日 申請日期2001年6月22日 優(yōu)先權日2000年6月28日
發(fā)明者彼得E·施米特, 帕梅拉R·利普森, 約翰C·鮑曼 申請人:泰拉丁公司