CN1723407A - 光学装置和检查模件 - Google Patents

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Abstract

用于显示物体(1)的中央图像(10)和同一物体(1)的至少一个横侧图像(11，12，13，14)的光学装置，所述中央图像(10)的真实光程的长度不同于所述至少一个横侧图像(11，12，13，14)的真实光程的长度，而所述中央图像(10)的视在光程的长度等于所述至少一个横侧图像(11，12，13，14)的视在光程的长度；而物体的光学检查模件包含这样一种光学装置和光学系统(7)，光学系统(7)能同时拍摄物体(1)的中央图像(10)和同一物体(1)的至少一个横侧图像(11，12，13，14)。中央图像(10)的视在光程和横侧图像(11，12，13，14)的视在光程是相等的，这两个图像可由同一光学系统(7)同时拍摄及纠正聚焦。

Description

光学装置和检查模件
本发明涉及光学装置和包含这种装置的检查模件。本发明尤其涉及光学装置和能通过拍摄装置同时地拍摄物体的下侧或上侧的图像及同一物体的至少一个横侧的图像的检查模件。
这种模件例如被用于检查电子部件，例如无导线部件(QFN，MLP，...)，晶片或带有制成的导线的部件。它们通常包含有观察系统，要被检查的部件的下或上侧图像和至少一个其横侧图像被引向所述观察系统。例如为了在屏幕上一起显示它们(图像)和/或为了对它们进行数字化处理以便检查部件可能的异常，所述观察系统同时地拍摄这些图像。
某些检查模件特别地允许同时拍摄图1简略地图释的同一部件1的下(或上)侧10的图像和4个横侧11、12、13、14的图像，如所谓的5s(5侧)检查。图2图释通过5s检查装置的观察系统显示电子部件的例子。部件的下侧10的图像可看见处于显示图像的中心，同时可看见其4个横侧11、12、13、14的图像在各侧面。
图3简略地图释先有技术检查模件的光学装置。部件1的横侧12、14的图像通过位于要被检测的部件1侧面的镜子2被引向观察系统7，例如照相机的物镜。为了更清晰，在图3中仅显示了两个镜子2。然而，在能做5s检查的光学装置的情况下，它包含4个镜子，每个镜子被布置成与部件1的4个横侧中的一个相对。
从图3清楚地显露出中央图像10的光程A的长度不等于横侧图像12、14的光程c的长度。这两个光程之间的长度差ΔI0是：
I 0 = b + u 2 + n 2 .
事实上，这个值常显示为几毫米，它通常大于观察系统7使用的物镜的焦距深度，特别是在检查非常小的部件1的情况下，它需要高倍放大的物镜。同时具有正确聚焦的中央图像10和正确聚焦的横侧图像11、12、13、14，则是困难的，或甚至在某些情况下是不可能的。当这些图像中的至少一个是轻微模糊的时，这导致部件1表面的检查方面的测量误差或精度不足。
因此，本发明的目的是推荐一种光学装置，它能够避免先有技术的光学装置的不便。
本发明的目的尤其在于推荐一种光学装置，它能够正确聚焦和同时显示物体的中央图像和同一物体的至少一个横侧图像，即使是小的物体。
本发明的另一个目的是推荐一种检查模件，它能在优化条件下完成小尺寸部件的下和/或上侧和至少一个其横侧的同时目视检查。
这些目的通过光学装置和通过具有相应独立的各权项的特点的检查装置来实现，有益的实施例还通过附属的各权项来指明。
这些目的尤其通过显示物体的中央图像和同一物体的至少一个横侧图像的光学装置来实现，所述光学装置具有的中央图像实际光程的长度不同于横侧图像实际光程的长度，而具有的中央图像的视在光程的长度等于横侧图像的视在光程的长度；这些目的还通过物体的光学检查模件和光学系统来实现，该物体的光学检查模件包含这种光学装置，该光学系统允许同时地拍摄物体的中央图像和该同一物体的至少一个横侧图像。
根据本发明，因为中央图像的视在光程与横侧图像的视在光程是相等的，这两个图像可由单个观察系统同时地拍摄和正确地聚焦。
通过由附图1-8图释的优先实施例的描述，本发明将被更好地理解，其中：
图1预先地讨论、简略地图释5s检查的原理；
图2预先地讨论、图释由5s检查装置的观察系统显示的电子部件；
图3预先地讨论、简略地图释先有技术的光学装置的工作原理；
图4简略地图释根据本发明的优先实施例的光学装置的工作原理；
图5图释在射入它的光线上具有与空气不同折射系数的材料的效应；
图6显示根据本发明的优先实施例的检查模件；和
图7显示根据本发明的检查模件集成于部件加工线上的全套检查系统的例子。
图4简略地图释根据本发明的优先实施例的光学装置。它最好包含棱镜3，棱镜3布置成：在棱镜之间留有用于插入物体的足够空间，所述物体例如是要被检查的电子部件1。为便于观察，只有两个棱镜3被显示在图4中彼此相对。然而棱镜3的数目根据需要来决定，例如根据要被同时检查的物体横侧的数目来决定。特别是在5s检查的情况下，根据图4中图释的原理，本发明的光学装置最好包含4个棱镜，4个棱镜交叉地围绕要被检查的部件。然而也可能在本发明的框架范围内设想光学装置具有3个棱镜，3个棱镜布置在用来检查具有3个横侧的物体的三角形中，等等。
本发明的光学装置最好连接于图4中部分地和简略地显示的观察系统7，观察系统7允许被光学装置折返的图像被拍摄和进行可能的处理和/或被显示。为此目的，观察系统7最好包含拍摄装置，例如是照相机，它的物镜以这种方式布置：它能拍摄被光学装置折返的图像。这也是可能的，特别是出于空间要求的理由，把拍摄装置的物镜定位在另一方向，例如垂直于光学装置的图像输出方向，并把后者引向拍摄装置，例如借助于图4中没有显示的折返装置和例如包括棱镜或镜子。因此折返装置的应用，允许在相对于光学装置布置拍摄装置方面有更大的自由，这常常是希望的，或甚至是需要的，特别是例如在光学装置中当可利用空间有限的时候是如此。
要被检查的部件1暂时被置于各棱镜3之间，对着观察系统7。最好通过其对着观察系统7的侧边使它保持在这个位置，例如通过它的上侧借助于部件保持件(未图示)，所述保持件例如是电子部件输送器的吸嘴。
部件1的中央图像10，例如是其下侧的图像，由此被观察系统7直接地拍摄，同时其横侧图像12、14被反射并通过棱镜3被再引向观察系统7。因此本发明的光学装置对于要检查的每个横侧最好含有一个棱镜3。在能进行5s检查的光学装置的情况下，例如所述光学装置含有交叉围绕部件布置的4个棱镜3，每个棱镜3对着其一个横侧。
在图4以例子图释的优先实施例中，部件1的中央图像10是由位于光学装置下方的观察系统7直接拍摄的部件1下侧的图像。因此棱镜3被布置成便于使其横侧12、14的图像也被引向下朝向观察系统7。然而技术人员会理解：这完全可能在本发明的框架范围内来支承部件的下侧并把观察系统布置成对着部件的上侧。然后各棱镜最好定位成使横侧图像也被引向上，使得光学装置能允许同时检查部件的上侧--它是中央图像--和检查至少其一个横侧。
棱镜3由具有与空气不同的折射系数的透明材料构成。因此穿过这些棱镜3的各横侧图像的视在光程的长度不同于这些图像的实际光程的长度。根据本发明，如同下面还将解释的，棱镜3的尺寸I、d和/或它们的折射系数被选择成：横侧12、14的视在光程的长度等于中央图像10的视在光程的长度，尽管它们的实际光程的长度不同。因为被观察系统7拍摄的中央图像10及横侧图像12、14都越过相同长度的视在光程，它们显得被正确聚焦成观察系统7的相同焦距。因此它们可由观察系统正确聚焦地、同时地显示，由此例如能最佳地目视检查部件的表面。
借助于下文给出的理论提示和图5的图释，将会更好地理解本发明的原理，图5是：通过光学片30观察到的物体，光学片30具有折射系数n和宽度d，所观察到的物体显得接近于其真实的物体。其图像的视在光程32因此相对于实际光程31被减小了。图5中的实线代表实际光程31，而虚线代表视在光程32。物体的实际距离与视在距离之间的差值Δd计算如下：
Δd＝d·(n-1)/n。
根据图4中以例子图释的本发明的优先实施例，在先有技术的光学装置中观测到的光程的长度差由此应用棱镜3来补偿，棱镜3用于把各横侧图像再引向和发送给观察系统7。棱镜3的尺寸d、I以及所使用材料的折射系数n选择成：横侧图像12、14的视在光程的长度等于中央图像10的视在光程的长度。
在图4的例子中，没有光学元件被布置在部件1下侧与观察系统7之间。因此中央图像由后者直接拍摄，除了空气，没有任何其它中间元件，空气的折射系数通常接近1。因此中央图像10的视在光程的长度等于其实际光程A的长度。
在棱镜3的作用下，横侧图像12、14的实际光程c的长度与它们的视在光程的长度之间差值等于：
ΔIp＝(1+d)·(n-1)/n。
横侧图像12、14的实际光程c的长度与中央图像10的实际光程A的长度之间的差值本身是：
ΔI0＝b+d/2+h/2，
其中h是部件1的高度。
为了用各横侧图像的实际光程c与它们的视在光程之间的差值去补偿实际光程c及A的这个长度差值，棱镜3的尺寸必须满足方程：
ΔI0＝ΔIp，
这等于：
b+d/2+h/2＝(I+d)·(n-1)/n。
当这个方程被满足时，横侧图像12、14的视在光程的长度等于中央图像10的视在光程的长度。因此观察系统7的焦距可调节成：使横侧图像12、14和中央图像10同时被正确地聚焦。
实际上，部件1的高度，部件1与棱镜3之间的距离b和棱镜3的宽度d都由机械的和成像的条件决定。因此棱镜的长度I被调节，以获得上面指出的等同值。
这些尺寸例如是：
b＝1mm
d＝3.2mm
h＝1mm
n＝1.52(BK7)
在此情况下，棱镜的长度必须是I＝5.9mm。
在此处上面用例子描述的本发明优先实施例的装置中，各棱镜3都是相同的并布置成：对于每个棱镜3，它们之间的距离和相应的要被检查的部件1的横侧都是相同的。然而技术人员会理解在本发明的框架内把每个棱镜布置成距横侧不同距离，这是可能的，所述横侧的图像必须被再引导。然而装置的每个棱镜的尺寸I、d和/或折射系数n可能不同，以便补偿每个图像的各实际光程之间的长度差值。
根据需要，棱镜3也可被更换或伴随有其它形式的光学元件(未图示)，所述光学元件允许图像的光程的视在长度被修正。例如这是可能的：在本发明的框架范围内，利用一个或几个光导体去补偿不同图像10、11、12、13、14的各实际光程的长度差值，每个光导体例如具有不同尺寸和/或折射系数，所述光导体布置在横侧图像的光程中和/或在中央图像的光程中。
根据优先实施例，本发明的光学装置被集成于光学检查模件中，所述光学检查模件例如能检查具有2-12mm侧边的电子部件。然而技术人员将会理解：在本发明的框架范围内，当检查具有其它尺寸的部件时，特别是当检查较小的部件时，它可适应光学装置的各尺寸。
根据图6中剖视图图释的本发明的优先实施例，光学检查模件包括：
1.根据本发明的光学装置，它包含例如4个棱镜3，仅是其中的两个显示于图6中，被交叉布置以允许进行部件的5s检查；
2.最好用软件构建的3个照明灯：同轴的照明灯50，第一环形照明灯51和第二环形照明灯52；
3.含有高分辨率数码相机70的观察系统，例如至少是1400×1050像素的，装设能使观察系统的视野适应部件的尺寸的变焦镜头71。
在其优先实施例中，光学模件适合应用于电子部件加工线上，所述电子部件加工线连接于环形输送器9(部分地显示)的周围。这样一种加工线通常包含各加工站程序，例如试验、检查和/或精整站，它们布置在中央环形输送器9的周围，中央环形输送器9利用部件保持器把部件1从一个加工站带至下一个加工站，所述部件保持器例如是布置在其圆周的吸嘴90。环形输送器9的运动是分度的，以便在每个工步中使一个新的电子部件出现在每个加工站。
加工线最好由控制系统(未图示)指挥和控制，所述控制系统特别地使所有线上的元件定位。
因此含有本发明的光学装置的光学模件被布置在加工线的输送器9的周围。它最好被固定在含有固定元件(未图示)的支承板6上，所述固定元件能使它被固定在输送器9下面的静止板900上。静止板900在为加工站提供的每个位置处最好具有相同的固定元件(未图示)。因此光学模件能以完全的标准组件方式被集成于加工线中。
当光学模件被布置在输送器9下面时，含有棱镜3的光学装置以这样一种方式布置：在输送器9的每个工步中，电子部件1精确地存在于其中心的上方，最好位于距每个棱镜3等距离处。在输送器的停转时间期间，利用其上表面保持部件1(位置)的吸嘴90被降低，使得部件1存在于光学装置的内部，位于图6图释的位置中，并因此可由观察系统7检查。
由于空间要求的原因，照相机70被水平地布置。因此其拍摄轴线是水平的。因此从本发明的光学装置出来的中央及横侧图像被引入观察系统拍摄轴线的轴线中，例如借助于附加的棱镜72，棱镜72最好是唯一的。
通过参考图7，本发明的光学模件61例如被集成于部件加工线中，所述部件加工线被连接于输送器9的周围并由可视控制系统8指挥，例如至少部分地在个人计算机或任何其它数字计算机上完成。可视控制系统8最好含有输入/输出板80，板80能够例如与输送器9的控制系统99通信并由此保证这些元件的最佳定位。
最好是可视控制系统8还指挥光学模件61的所有部件，特别是照明灯50、51、52和拍摄装置70。本发明的光学模件的照明灯50、51、52例如是借助于灯光控制模件85构造和指挥的并在个人计算机上完成，灯光控制模件85是可视控制系统8的一部分，而拍摄装置70是由图像拍摄模件87操纵的，图像拍摄模件87例如能够启动拍摄和加工所拍摄的图像。
由本发明的光学模件61操纵的例如5s检查可在部件加工线上完成，例如利用两个附加的光学检查模件，一个能控制部件的上表面状态的板上检查模件62，和一个例如在齿槽带中的带上检查模件63，模件63能在各模件的精整之前或之中执行各部件的最后可视控制。最好是这些检查模件中的每一个也由可视控制系统8操纵，而它们的照明例如也是由灯光控制模件85控制。最好是每个检查模件62及63也含有拍摄装置，所述拍摄装置的图像例如分别由观察控制系统8的图像拍摄模件88、89进行加工。
根据本发明的各种实施例，本发明的光学检查模件61包含其自己的独立控制系统，所述控制系统通过合适的输入/输出接口与加工线的可视控制系统8相互作用。
根据其优先实施例，本发明的光学装置被用于同时检查电子部件的下或上侧和至少一个横侧。大多数电子部件的尺寸和检查它们的装置的尺寸特别好地适于通过棱镜3的长度来纠正光程，棱镜3的所需长度保持在合理的尺寸范围内。然而技术人员将会理解：本发明的原理可应用于其的领域，例如要求通过大尺寸物体的几个侧边的同一观察系统去纠正聚焦和同时显示。然而某些应用好像要求使用不实用的或甚至是无法实现的尺寸的棱镜。
以上在电子部件的检查的框架范围内描述了本发明的装置。然而技术人员将会理解：本发明的光学装置可完全地被应用于同时显示任何其它形式物体的中央图像和至少一个横侧图像。

Claims (11)

1.用于显示物体(1)的中央图像(10)和所述物体(1)的至少一个横侧图像(11，12，13，14)的光学装置，所述中央图像(10)的真实光程的长度不同于所述至少一个横侧图像(11，12，13，14)的真实光程的长度，而所述中央图像(10)的视在光程的长度等于所述至少一个横侧图像(11，12，13，14)的视在光程的长度。
2.根据上述权利要求中任一项所述的光学装置，所述中央图像(10)的光程和所述至少一个横侧图像(11，12，13，14)的光程的至少一部分具有不同的折射系数(n)。
3.根据上述权利要求中任一项所述的光学装置，包含用于再引导所述至少一个横侧图像(11，12，13，14)的至少一个棱镜(3)。
4.根据上述权利要求中任一项所述的光学装置，所述棱镜(3)的折射系数(n)大于空气的折射系数。
5.根据上述权利要求中任一项所述的光学装置，所述至少一个横侧图像(11，12，13，14)的真实光程的长度与所述至少一个横侧图像(11，12，13，14)的视在光程的长度之间的差值是由所述至少一个棱镜(3)的光学性质造成的。
6.根据上述权利要求中任一项所述的光学装置，所述物体是电子部件(1)。
7.物体的光学检查模件，它包括：根据前述各权项中的一项的光学装置和光学系统(7)，光学系统(7)能同时拍摄物体(1)的中央图像(10)和所述物体(1)的至少一个横侧图像(11，12，13，14)。
8.根据上述权利要求中任一项所述的模件，所述光学系统(7)包含拍摄装置(70)。
9.根据上述权利要求中任一项所述的模件，所述光学系统(7)包含：棱镜(72)或在所述拍摄装置(70)的方向上再引导所述中央图像(10)和所述至少一个横侧图像(11，12，13，14)的镜子。
10.根据上述权利要求中任一项所述的模件，它包含能使它集成到加工线中的支承(6)。
11.根据上述权利要求中任一项所述的模件，所述物体是电子部件(8)。
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