CN1807967A - 用于均匀照明物体的装置 - Google Patents

Abstract

本发明创造了一种照明装置，其具有用于发出照明光的多个发光元件和用于把照明光引到所设测试区域上的光学元件。光学元件包括散射材料并具有一种结构，该结构被构造使得发出的照明光能被有针对性地引到所述测量区域。所述光学元件用于照明光的聚焦和均匀化，使得导致物体能够以许多不同的角度被照明。由该结构引起的照明光的聚焦是基于该结构的各个小边界面上的折射效应，或者是基于由发光元件发出的照明光的各个子辐射之间的干涉效应。优选地，光学元件具有透明区域，使得通过该光学元件能够沿光轴传导物体和摄像机之间的成像光程，其中在该摄像机上，在与物体相对的一侧布置有摄像传感器。

Description

用于均匀照明物体的装置

技术领域

本发明涉及用于均匀地和同时强烈地照明布置在物平面上的物体、尤其是照明电子器件和/或设于器件载体上的标记的装置。

背景技术

在所谓的自动装配机中自动地装配器件载体时，器件从器件进料装置被提供到确定的拾取位置，并在那里由装配头拾取，该装配头借助于定位系统可以在工作区域内进行定位。被拾取的器件由装配头传送至装配位置，并在器件载体上被放置到通过相应的连接面定义的装入位置。

由于电子器件越来越高的小型化，精确的装配过程只有通过对装配头拾起的器件进行准确的光学位置测量才能实现。同样，需要精确地对待装配的器件载体进行精确的位置测量，以便装配头能精确地驶向正确的装配位置。通常，器件载体的位置测量借助于特别地设置于各个器件载体上的标记来实现。

但现代的自动装配机的特点不仅在于高的装配精度，而且还在于高的装配效率。装配效率在此被理解为在某个时间单位内能由器件进料装置拾取和放到器件载体上的最大器件数量。

在光学特性不同的不同类型的器件的数量连续增多的情况下，为了在高装配效率的同时达到高的装配精度，除了昂贵的摄像系统之外还需要照明装置，由该照明装置尽可能均匀地和以高的照明强度来照明待测物体。

为了达到高的照明强度，通常采用多数发亮的发光二极管作为光源，这些发光二极管以不同的角度照明相应的照明区域。但由于发亮的发光二极管通常是从一个近似于点形的面进行辐射的，所以采用散射元件来均匀化照明光，并由此避免不利的小面积照明点。但这有个缺点，即这些散射元件大大地降低了所产生的照明的强度。采用已知散射元件的另一个缺点在于，它们使相应照明装置的安装变得困难，同时还在紧凑性方面大大地限制了照明装置的结构形式。

发明内容

本发明的任务是，创造一种用于照明布置于物平面内的物体的装置，它能够以简单的方式被安装在紧凑的结构形式内，同时还能用强烈的照明光进行均匀的照明。

该任务通过具有权利要求1的特征的用于照明布置在物平面上的物体、尤其是照明电子器件和/或设于器件载体上的标记的装置来解决。本发明的照明装置具有用于发出照明光的多个发光元件。该照明装置还具有用于把照明光引到设于物平面内的测试区域上的光学元件，其中所述光学元件包括散射材料，并且具有一种结构，该结构被构造使得从所述发光元件发出的照明光能被有针对性地引到所述测量区域。

本发明是基于以下知识：光学元件不仅用于照明光的聚焦，而且还用于散射照明光并由此用于实现均匀的照明。在此，聚焦以类似于菲涅耳透镜的方式进行，其中从多个发光元件发出的照明光分别通过折射和/或通过干涉效应被引到一个区域，该区域通常小于光学元件的面积延伸。

所述的散射材料例如可以是塑料薄膜，其直接被敷在光学元件的基体上。发光元件优选地是发亮的发光二极管，它们可以是相同的类型和发射具有统一光谱分布的照明光。但同样也可以采用具有不同发射波长的不同发光元件，因此尤其在专门地控制不同发光元件的情况下将照明光的光谱分布与各个待照明的物体的光学特性进行最佳的匹配。

根据权利要求2，所述的光学元件整体地由一种优选为塑料的散射材料制成。如今有许多不同的塑料类型可供使用，例如树脂玻璃(PMMA)或聚碳酸酯，它们允许光学元件与照明光的光谱分布、以及与各最佳的散射能力进行最佳的匹配。

根据权利要求3，所述的结构通过所述光学元件的厚度变化实现。这有个优点：所述的光学元件在简单而廉价的制造范畴中能够通过注塑方法或热压方法利用相应的颗粒材料来制造。

根据权利要求4，所述的结构通过所述光学元件的局部折射率变化实现。由此，所述的光学元件也可以用紧凑的结构形式实现，这种结构形式具有与面平行的平板一样的几何尺寸，并且，由于不易受污染而能实现照明装置的非常简单的操作和安装。

根据权利要求5所述的发光元件被布置在一个平面内有个优点：所有发光元件可以被布置在共同的电路板上，由此进一步简化照明装置的安装。

根据权利要求6，所述的光学元件具有一个相对于光轴对称的形状，而且所述的发光元件相对于所述光轴对称地布置。这能在没有择优极化方向的情况下有利地实现非常均匀的照明，从而允许利用相应的摄像机非常精确地测定被照明的物体。

根据权利要求7的优选实施方式，所述的光学元件具有一透明区域。该透明区域能有利地被用来为待测物体和摄像机之间的光学成像把成像光程导过所述的光学元件。

根据权利要求8，所述的透明区域为一开口、一面平行的平板或一成像光学装置。优选地，所述的透明区域位于所述光学元件的中心并围绕光轴对称地布置。用成像光学装置的形式构造该透明区域有个优点：除了上述关于照明光的均匀化和聚焦方面的特性之外，该光学元件还具有其它的特性。该其它的特性在于：通过光学元件能够把测量区域成像到摄像机上，其中所述的测量区域和摄像机位于该光学元件的不同侧。由此，为了实现全功能性的摄像系统，除了相应的摄像机之外不再需要其它的成像光学装置来把测量区域成像到摄像机的传感器上。因此，不仅照明装置、而且整个摄像系统都可以在紧凑的结果形式内实现。

附图说明

本发明的其它优点和特征由下面对目前优选的实施例的示例性说明得出。

在附图中，唯一的图以示意图示出了照明装置对器件的照明以及通过摄像机对被照明的器件的测定。

具体实施方式

该图示出了照明装置100，其在未示出的外壳内具有电路板110和光学元件120。电路板110用作多个发光二极管111的共同电路载体，这些发光二极管例如借助于SMD(表面安装器件)安装方法被装在电路板110上，并通过未示出的连接导线与电子驱动电路(同样未被示出)相连接。驱动电路同样可以被构造在电路板110上。发光二极管111分别在某个开角内发出照明光112，该照明光射到光学元件的上侧121。

上侧121具有一种结构123，其负责使由发光二极管111发出的照明光112的不同子辐射由于折射效应而在光学元件120的不同边界面上被不同地折射。在此，结构123被如此构造，使得出射的照明光被优选地引到测量区域150上。与此有关的从发光二极管111发出的照明光112的聚焦被示意地通过照明锥形127示出，该照明锥形说明了在可能的照明角度上的总带宽。

需要指出的是，结构123也可以在光学元件120为均匀厚度的情况下实现。折射率的变化也有助于实现不同的光路长度，由此同样能够把照明光有利地传播到测量区域150。结构123在每种情况下被如此地选择，使得从所有发光二极管111发出的照明光112都被有利地引到测量区域150上。

需要指出的是，照明光的聚焦也可以通过结构123来实现，该结构不是根据干涉效应，而是根据各个子辐射在不同的倾斜边界面上的不同折射而产生相应的光偏转。

另外要指出的是，所述的结构也可以被设在光学元件120的下侧122，或被设于光学元件120的两侧。

照明装置100具有一个光轴125，该光轴对于电路板110和光学元件120都表现为一个对称轴。电路板110和具有结构123的光学元件120相对于光轴125具有对称的结构，而且可以例如具有八角的形状。设于电路板110上的发光二极管111被如此布置，使得在供使用的面积内安装最大数量的发光二极管111。

如图所示，照明装置100可以优选地被用来照明被布置于测量区域150内的、由吸爪161支撑的器件160。这种吸爪161被典型地置于装配头上，并被用于将器件从器件进料装置的拾取位置运输到待装配的器件载体上的放下位置。

为了借助于具有CCD传感器或CMOS传感器170的摄像机测定器件160，在电路板110内设有开口115，该开口同样相对于光轴125被对称地布置。光轴125对于照明和对于待测器件160与CMOS传感器170之间的成像光程而言，都是一个对称轴。

由于光学成像因散射材料变得不可能，或至少明显变得困难，所以光学元件120具有透明区域130，该区域同样相对于光轴125对称地被构造。根据此处所示的实施例，透明区域130具有拱形的上侧131，该上侧131因其折射特性而作用为如同一个成像光学装置，这种成像光学装置对于器件160在CMOS传感器170上的光学成像是必需的。因此，光学元件120不仅用于照明光112的聚焦和均匀化，而且该光学元件120的中间透明区域130还表现为一种成像光学装置。因此，为了测定器件160不再需要其它的成像光学装置，而且摄像机可以连同照明装置100一起用紧凑的结构方式来实现。

显然，透明区域130的下边界面132也可以是拱形的，使得透明区域130有效地具有双凸的透镜形式，或也可以是任何其它的透镜形式。

显然，透明区域130也可以是一个开口，或仅仅是一个面平行的平板，于是需要附加的成像光学装置来把器件160成像到CMOS传感器140上。

总而言之可以确定：本发明创造了一种照明装置100，其具有用于发出照明光112的多个发光元件111和用于把照明光112引到所设的测试区域150上的光学元件120。所述光学元件120包括一种散射材料，并且具有一种结构123，该结构被构造使得发出的照明光112被有针对性地引到测量区域150。所述光学元件120用于照明光的聚焦和均匀化，使得导致物体160能够以许多不同的角度被照明。由结构123引起的照明光112的聚焦是基于该结构的各个小边界面上的折射效应，或者是基于由发光元件111发出的照明光112的各个子辐射之间的干涉效应。优选地，光学元件120具有透明区域130，使得通过该光学元件120能够沿光轴125传导物体160和摄像机之间的成像光程，其中在该摄像机上，在与物体相对的一侧布置有摄像传感器170。

附图标记列表

100    照明装置

110    电路板

111    LED

112    照明光

115    开口

120    光学元件

121    上侧

122    下侧

123    结构

125    光轴

127    照明锥形

130    透明区域

131    拱形上侧

132    下边界面

150    测量区域

160    器件

161    吸爪

170    CMOS传感器

Claims (8)

1.一种用于均匀地照明布置在物平面上的物体、尤其是照明电子器件和/或设于器件载体上的标记的装置，具有

用于发出照明光(112)的多个发光元件(111)，和

用于把照明光(112)引到设于物平面内的测试区域(150)上的光学元件(120)，

其中所述光学元件(120)

包括散射材料，并且

具有一种结构(123)，该结构被构造使得从所述发光元件(111)发出的照明光(112)能被有针对性地引到所述测量区域(150)。

2.权利要求1的装置，其中所述的光学元件(120)整体地由一种散射材料制成。

3.权利要求1-2之一的装置，其中所述的结构(123)通过所述光学元件(120)的厚度变化实现。

4.权利要求1-3之一的装置，其中所述的结构通过所述光学元件(120)的局部折射率变化实现。

5.权利要求1-4之一的装置，其中所述的发光元件(111)被布置在一个平面内。

6.权利要求1-5之一的装置，其中

所述的光学元件(120)具有一个相对于光轴(125)对称的形状，而且

所述的发光元件(111)相对于所述光轴(125)对称地布置。

7.权利要求1-6之一的装置，其中所述的光学元件(120)具有一透明区域(130)。

8.权利要求7的装置，其中所述的透明区域为

一开口，

一面平行的平板，或

一成像光学装置(130)。

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