DE102017003231A1 - Optisches Bauteilerfassungssystem und Verfahren zum Erfassen mindestens eines Bauteils - Google Patents

Optisches Bauteilerfassungssystem und Verfahren zum Erfassen mindestens eines Bauteils Download PDF

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Abstract

Es wird ein optisches Bauteilerfassungssystem zum Erfassen mindestens einer Oberfläche mindestens eines Bauteils offenbart, wobei eine Aufnahme dazu eingerichtet ist, das Bauteil vor einer Kameraeinrichtung zu positionieren, um eine erste Oberfläche des Bauteils mit der Kameraeinrichtung zu erfassen. Die Kameraeinrichtung umfasst einen Bildsensor, der dazu eingerichtet ist, an der ersten Oberfläche des Bauteils reflektiertes Licht zu empfangen. Das optische Bauteilerfassungssystem umfasst weiter ein erstes optisch wirksames Element, das in einem Strahlengang des reflektierten Lichts zu dem Bildsensor angeordnet ist, und eine Stelleinrichtung für das erste optisch wirksame Element. Die Stelleinrichtung umfasst eine Halterung für das erste optisch wirksame Element. Die Halterung ist an einer Innenseite eines hohlzylindrischen Tubus befestigt und eine Längsmittelachse des Tubus ist koaxial zu einer optischen Achse des ersten optisch wirksamen Elements orientiert. Die Halterung ist zumindest in einer Tubus-Längsrichtung elastisch nachgiebig. Die Stelleinrichtung umfasst weiter einen ersten Stellantrieb zum Verstellen eines relativen Abstands zwischen dem optisch wirksamen Element und dem Bildsensor, um das optisch wirksame Element relativ zu dem Bildsensor entlang der optischen Achse zu verlagern.

Description

  • Hintergrund
  • Halbleiterbauteile finden in vielen technischen Bereichen Anwendung, wie beispielsweise in der Halbleiterelektronik, der Photovoltaik, der Herstellung von optischen Detektoren und Strahlungsquellen (beispielsweise einer Leuchtdiode). Durch den vielfältigen Einsatz von Halbleiterbauteilen werden an Halbleiterbauteilhersteller immer höhere Anforderungen, besonders in Hinblick auf Qualität gestellt. Defekte oder Störstellen in oder auf Halbleiterbauteilen sind unerwünscht, da sie zu einer nicht einwandfreien Funktionalität des Halbleiterbauteils führen können. Entsprechend werden Halbleiterbauteile bei der Herstellung bereits auf Defekte und Störstellen überprüft. Eine Möglichkeit, die Halbleiterbauteile zu überprüfen, ist, die Halbleiterbauteile mit einem optischen System im Mikrometerbereich abzubilden.
  • Ein herkömmlicher Aufbau des optischen Systems weist jedoch eine geringe Schärfentiefe auf. Ist eine abzubildende Oberfläche des zu prüfenden Halbleiterbauteils zu einer Bildsensoroberfläche eines Bildsensors des optischen Systems verkippt, kann das Halbleiterbauteil nicht in einem Bild komplett scharf abgebildet werden. Weiter weisen in dem optischen System verbaute optische Bauteile meist eine große Masse auf. Entsprechend ist der Einstellungsvorgang träge oder gerät das optische System beim Ändern eines Fokus durch Verstellen der Bauteile in Schwingung, was die Bildqualität deutlich verschlechtert. Es muss folglich gewartet werden, bis die Schwingungen abgedämpft sind, um ein Bild aufzunehmen. Bei einer fortlaufenden Herstellung/ Überprüfung von Halbleiterbauteilen führt eine derart erhöhte Bildaufnahmezeit zu geringerem Durchsatz der Halbleiterbauteile.
  • Stand der Technik
  • Die DE 10 2008 018 586 A1 betrifft eine optische Erfassungsvorrichtung für die Erfassung von mindestens einer Oberfläche eines Bauteils. Das Bauteil wird mittels eines Festhaltelements auf eine Kameraeinrichtung gerichtet und eine erste Oberfläche des Bauteils wird von einer Lichtquelle mit ersten Lichtstrahlen im kurzwelligen Bereich bestrahlt. Weiter umfasst die Erfassungsvorrichtung eine zweite Lichtquelle, die zweite Lichtstrahlen im langwelligen Bereich auf eine zweite Oberfläche des Bauteils strahlt, wobei die zweite Oberfläche der ersten Oberfläche des Bauteils gegenüberliegt. Mittels einer Kameraeinrichtung werden die an den Oberflächen reflektierten Lichtstrahlen empfangen.
  • Die JP 2016 128 781 lehrt eine Vorrichtung zum Untersuchen eines elektronischen Bauteils. Die Vorrichtung umfasst erste und zweite Bildaufnahmemittel, die Bilder von unterschiedlichen Bereichen des elektronischen Bauteils aufnehmen, wobei die Bereiche zwei verschiedene Bereiche eines rechteckigen Parallelepipeds sind.
  • Zugrundeliegende Aufgabe
  • Der vorliegenden Anmeldung liegt die Aufgabe zugrunde, ein effizientes optisches Bauteilerfassungssystem zum Erfassen eines Bauteils bereitzustellen.
  • Vorgeschlagene Lösung
  • Es wird ein optisches Bauteilerfassungssystem zum Erfassen mindestens einer Oberfläche mindestens eines Bauteils vorgeschlagen. Eine Aufnahme ist dazu eingerichtet, das Bauteil vor einer Kameraeinrichtung zu positionieren, um eine erste Oberfläche des Bauteils mit der Kameraeinrichtung zu erfassen. Die Kameraeinrichtung umfasst einen Bildsensor, der dazu eingerichtet ist, an der ersten Oberfläche des Bauteils reflektiertes Licht zu empfangen. Das optische Bauteilerfassungssystem umfasst weiter ein erstes optisch wirksames Element, das in einem Strahlengang des reflektierten Lichts zu dem Bildsensor angeordnet ist, und eine Stelleinrichtung für das erste optisch wirksame Element. Die Stelleinrichtung umfasst eine Halterung für das erste optisch wirksame Element. Die Halterung ist an einer Innenseite eines hohlzylindrischen Tubus befestigt und eine Längsmittelachse des Tubus ist koaxial zu einer optischen Achse des ersten optisch wirksamen Elements orientiert. Die Halterung ist zumindest in einer Tubus-Längsrichtung elastisch nachgiebig. Weiter umfasst die Stelleinrichtung einen ersten Stellantrieb zum Verstellen eines relativen Abstands zwischen dem optisch wirksamen Element und dem Bildsensor, um das optisch wirksame Element relativ zu dem Bildsensor entlang der optischen Achse zu verlagern.
  • Durch die elastisch nachgiebige Halterung ist es möglich, nur das erste optisch wirksame Element ohne ein entsprechendes Gewinde oder eine längsverstellbare Fassung des -optisch wirksamen Elements zu halten. Handelt es sich bei dem optisch wirksamen Element um einen Achromat, kann das Linsenpaar (zum Beispiel bestehend aus einer Kronglaslinse und einer Flintglaslinse) des Achromats von der Halterung gehalten werden. Die Fassung des Linsenpaars ist somit überflüssig und die zu bewegende Masse des optisch wirksamen Elements als auch die Gesamtmasse des optischen Bauteilerfassungssystems wird reduziert. Durch die geringere Masse des optisch wirksamen Elements mit der Halterung kann eine Position des optisch wirksamen Elements mit vergleichsweise geringerer aufgebrachter Kraft verstellt werden. Die geringere Masse erlaubt eine trägheitsärmere Ansteuerung des optisch wirksamen Elements; eine Schärfeebene des Bauteils ist so schnell nachzustellen.
  • Die elastisch nachgiebige Halterung kann ein Gummi enthaltendes Material oder eine Schraubenfeder aufweisen oder als ein Faltenbalg ausgebildet sein. Alternativ kann die Halterung als eine Tellerfeder ausgebildet sein, wobei die Tellerfeder in ihrer Dochtachse eine Öffnung aufweist, in der das erste optisch wirksame Element aufgenommen ist.
  • So können Störungen wie Schwingungen von externen Quellen auf das optisch wirksame Element stark gedämpft oder gar vermieden werden. Somit sind mit dem optischen Bauteilerfassungssystem ausgeführte Messungen störungsunempfindlicher.
  • Weiter ist die elastisch nachgiebige Halterung durch seine elastischen Eigenschaften stufenlos dehn- oder kontrahierbar, sodass ein präzises Verstellen der Position des ersten optisch wirksamen Elements ermöglicht wird.
  • Das Bauteil kann in einer realen Produktionsumgebung gelegentlich nicht präzise zu der Optik ausgerichtet werden. In solchen Fällen ist es nicht möglich, das Bauteil mit ausreichender Schärfentiefe komplett scharf abzubilden. Mit dem hier vorgestellten optischen Bauteilerfassungssystem kann schnell eine Serie von mehreren Bildaufnahmen ausgeführt werden.
  • Durch die gute und schnelle Regelbarkeit des optischen Bauteilerfassungssystems können Messungen von Bauteilen schneller und präziser durchgeführt werden, sodass ein hoher Durchsatz erzielt wird.
  • Varianten und Ausgestaltungen
  • Der Bildsensor kann ein CCD-Chip sein. In anderen Varianten kann der Bildsensor ein CMOS-Chip oder ein für bestimmte Wellenlängenbereiche sensibler Bildsensor sein, wie ein Mikrobolometerarray oder ein pyroelektrisches Array.
  • Der Tubus kann eine geringe Permeabilität aufweisen. In einer Variante weist der Tubus ein paramagnetisches Material auf. Weiter kann der Tubus wenigstens Aluminium oder Kunststoff aufweisen.
  • Die Spule kann an dem Tubus anliegen oder von diesem beabstandet angeordnet sein. Eine Position der Spule kann hinsichtlich der Position der Halterung auf der optischen Achse versetzt sein.
  • Die Halterung weist einen ersten Endbereich auf, bei dem die Halterung an dem Tubus befestigt ist. Die Halterung weist weiter einen zweiten Endbereich auf, an dem das erste optisch wirksame Element gehalten ist. In einem Ruhezustand kann eine Position des ersten Endbereichs der Halterung mit einer Position eines Endes der Spule mit Bezug auf die optische Achse übereinstimmen. In einer anderen Variante kann die Position des ersten Endbereichs der Halterung innerhalb oder außerhalb der Spule mit Bezug auf die optische Achse liegen. Alternativ oder zusätzlich kann der zweite Endbereich der Halterung innerhalb oder außerhalb der Spule in Bezug auf die optische Achse liegen.
  • Die Halterung des ersten Stellantriebs kann zumindest abschnittsweise von einer Spule umgeben sein. Eine Steuerungsvorrichtung ist dazu eingerichtet, einen der Spule zugeführten elektrischen Strom zum Erzeugen eines Magnetfelds zu steuern. Die Halterung weist weiter ein weicheisenhaltiges oder ein dauermagnetisches Joch als weicheisenhaltiges oder dauermagnetisches Bauteil auf, das dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von dem der Spule zugeführten elektrischen Strom die Halterung entlang der Längsmittelachse des Tubus zu verlagern.
  • Durch diesen Aufbau wird ein Verschleiß oder eine Abnutzung der Mittel zum Verstellen des relativen Abstands reduziert. Weiter wird ein präzises Verstellen des relativen Abstands durch die von dem Magnetfeld erzeugte Kraft auf die Halterung ermöglicht.
  • Ist die Halterung mit dem weicheisenhaltigen Joch bei einem Ende der Spule angeordnet, wirkt die Kraft auf die Halterung in Richtung des Spulenzentrums. Wird das Magnetfeld reduziert und dann ausgeschaltet, wirkt keine Kraft mehr auf die Halterung. Die Halterung nimmt dann ihre Anfangsposition wieder ein.
  • Weist die Halterung ein dauermagnetisches Joch auf, kann entsprechend einer Stromrichtung des elektrischen Stroms durch die Spule und der Ausrichtung des Nord- und Südpols des dauermagnetischen Bauteils die Halterung in zwei Richtungen gedehnt werden. Entsprechend wird mit einem dauermagnetischen Bauteil eine gezielte Verstellung des relativen Abstands in beide Richtungen ermöglicht.
  • Die Aufnahme kann dazu eingerichtet sein, das Bauteil derart vor der Kameraeinrichtung zu positionieren, dass die Schärfeebene des Bauteils wenigstens teilweise auf eine Bildsensoroberfläche des Bildsensors projiziert ist.
  • Das optische Bauteilerfassungssystem kann weiter einen durch die Steuerungsvorrichtung gesteuerten zweiten Stellantrieb zum Verstellen des Bildsensors umfassen, um den Bildsensor relativ zu dem ersten optisch wirksamen Element entlang der optischen Achse zu verlagern.
  • Der zweite Stellantrieb kann wenigstens einen Piezoaktuator oder ein feinverfahrendes, linear arbeitendes Achssystem umfassen. Bei dem feinverfahrenden, linear arbeitenden Achssystem kann es sich um ein aus Schubstangen bestehendes System handeln.
  • Mithilfe des zweiten Stellantriebs ist es möglich, den Bildsensor auf der optischen Achse zu verlagern und die Schärfeebene auf die Bildsensoroberfläche des Bildsensors zu projizieren. Somit wird ein schnelles Scharfstellen der Optik auf das Bauteil ermöglicht.
  • Somit kann bereits bei einer ersten Aufnahme des Bauteils mittels des Bildsensors ein bestimmter Teil des Bauteils in dem Bild scharf abgebildet werden.
  • Weiter kann das optische Bauteilerfassungssystem eine Lichtquelle umfassen, die dazu eingerichtet ist, Licht auf die Oberfläche des Bauteils zu senden. Die Lichtquelle ist dazu eingerichtet, Licht mit einer vorbestimmten Wellenlänge oder eines bestimmten Wellenlängenbereichs auf die Oberfläche des Bauteils zu senden. Das von der Lichtquelle emittierte Licht kann sichtbares Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von ca. 380 nm bis 780 nm, Infrarotlicht und/oder polarisiertes Licht sein. Zusätzlich kann der Bildsensor eine Empfindlichkeit im Infraroten oder für polarisiertes Licht aufweisen.
  • Als Option kann die Steuerungsvorrichtung dazu eingerichtet sein, den relativen Abstand zwischen dem ersten optisch wirksamen Element und dem Bildsensor durch Steuern des ersten und/oder des zweiten Stellantriebs zu verstellen, um eine Schärfeebene des reflektierten Lichts auf die dem reflektierten Licht zugewandte Bildsensoroberfläche des Bildsensors zu projizieren.
  • Durch das Steuern des ersten und/oder des zweiten Stellantriebs kann ein schnelles und präzises Verstellen des relativen Abstands zwischen dem ersten optisch wirksamen Element und dem Bildsensor erfolgen, sodass die Schärfeebene auf die Bildsensoroberfläche des Bildsensors projiziert ist.
  • Eine Bildverarbeitung des optischen Bauteilverfassungssystems kann dazu eingerichtet sein, ein erstes Bild des Bauteils mittels des Bildsensors aufzunehmen. Der Bildsensor stellt das erste Bild an die Bildverarbeitung bereit. Basierend auf dem ersten erzeugten Bild bestimmt die Bildverarbeitung, ob die Schärfeebene des reflektierten Lichts im Wesentlichen vollständig auf die Bildsensoroberfläche des Bildsensors projiziert ist. Wenn die Schärfeebene des reflektierten Lichts nicht im Wesentlichen vollständig auf die Bildsensoroberfläche des Bildsensors projiziert ist, ist die Bildverarbeitung dazu eingerichtet, einen ersten Bildbereich einer ersten Mehrzahl von Bildbereichen des ersten Bilds zu bestimmen, bei dem ein erster Teilbereich der Schärfeebene des reflektierten Lichts auf die Bildsensoroberfläche des Bildsensors projiziert ist.
  • Weiter ist die Bildverarbeitung dazu eingerichtet, einen zweiten Bildbereich der ersten Mehrzahl von Bildbereichen des ersten Bilds zu bestimmen, bei dem ein zweiter Teilbereich der Schärfeebene des reflektierten Lichts nicht auf die Bildsensoroberfläche des Bildsensors projiziert ist. Die Bildverarbeitung ist weiter dazu eingerichtet, der Steuerungsvorrichtung einen Steuerbefehl bereitzustellen. Die Steuerungsvorrichtung ist dazu eingerichtet, basierend auf dem Steuerbefehl den ersten und/oder den zweiten Stellantrieb zu steuern, um den relativen Abstand zwischen dem optisch wirksamen Element und dem Bildsensor zu verstellen. Dabei wird der zweite Teilbereich der Schärfeebene des reflektierten Lichts derart verstellt, dass die Schärfeebene des reflektierten Lichts auf die Bildsensoroberfläche des Bildsensors projiziert ist.
  • Die Bildverarbeitung ist weiter dazu eingerichtet, mittels des Bildsensors ein zweites Bild des Bauteils aufzunehmen. In dem zweiten Bild bestimmt die Bildverarbeitung einen dritten Bildbereich einer zweiten Mehrzahl von Bildbereichen des zweiten Bilds, bei dem der erste Teilbereich der Schärfeebene des reflektierten Lichts nicht auf die Bildsensoroberfläche des Bildsensors projiziert ist. Weiter bestimmt die Bildverarbeitung einen vierten Bildbereich der zweiten Mehrzahl von Bildbereichen des zweiten Bilds, bei dem der zweite Teilbereich der Schärfeebene des reflektierten Lichts auf die Bildsensoroberfläche des Bildsensors projiziert ist.
  • Kann das Bauteil nicht in einem Bild scharf abgebildet werden, ist es durch den voran beschriebenen Vorgang möglich, wenigstens zwei Aufnahmen von dem Bauteil zu erzeugen, bei denen jeweils ein Bildbereich einen Teil des Bauteils scharf abbildet. Weiter werden erkannte unscharfe Bildbereiche in einem nächsten Bild scharf abgebildet, sodass eine Überprüfung des kompletten Bauteils ermöglicht wird.
  • In einer ersten Alternative kann eine Bildverarbeitung dazu eingerichtet sein, ein erstes Bild mittels des Bildsensors aufzunehmen, der das erste Bild an die Bildverarbeitung bereitstellt. Die Bildverarbeitung ist weiter dazu eingerichtet, einen Steuerbefehl an die Steuerungsvorrichtung zum Steuern des ersten und/oder des zweiten Stellantriebs bereitzustellen, um den relativen Abstand zwischen dem ersten optisch wirksamen Element und dem Bildsensor um eine vorbestimmte Weglänge zu verstellen. Weiter ist die Bildverarbeitung dazu eingerichtet, ein zweites Bild mittels des Bildsensors aufzunehmen, wobei der Bildsensor das zweite Bild an die Bildverarbeitung bereitstellt.
  • Die Bildverarbeitung kann den Steuerbefehl nach einer vorbestimmten Zeitperiode nach dem Aufnehmen des ersten Bilds an den ersten und/oder den zweiten Stellantrieb bereitstellen.
  • Die vorbestimmte Weglänge kann abhängig von optischen Eigenschaften des ersten und/oder des zweiten optisch wirksamen Elements und/oder Maßen der Oberfläche des Bauteils sein. Vorzugsweise kann die vorbestimmte Weglänge in Abhängigkeit der Schärfentiefe vorbestimmt sein, sodass die vorbestimmte Weglänge kleiner, gleich oder größer der Schärfentiefe ist.
  • Bei einer vorbestimmten Weglänge, die kleiner oder gleich der Schärfentiefe ist, kann durch einzelne scharf abbildende Bildbereiche der aufgenommenen Bilder die Oberfläche des Bauteils vollständig auf Defekte untersucht werden. Ist die vorbestimmte Weglänge größer als die Schärfentiefe, können vorbestimmte Oberflächenbereiche des Bauteils auf Defekte untersucht werden. Entsprechend werden andere Oberflächenbereiche nicht auf Defekte untersucht. Eine Überprüfung der Oberflächenbereiche auf Defekte kann somit mit weniger Rechenaufwand und/oder innerhalb einer kürzeren Zeit ausgeführt werden.
  • In einer zweiten Alternative kann eine Bildverarbeitung dazu eingerichtet sein, ein erstes Bild mittels des Bildsensors aufzunehmen, der das erste Bild an die Bildverarbeitung bereitstellt. Die Bildverarbeitung ist weiter dazu eingerichtet, einen Steuerbefehl an die Steuerungsvorrichtung zum Steuern des ersten und/oder des zweiten Stellantriebs bereitzustellen, um den relativen Abstand zwischen dem ersten optisch wirksamen Element und dem Bildsensor während dem Aufnehmen des ersten Bilds mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit zu verstellen. Weiter ist die Bildverarbeitung dazu eingerichtet, ein zweites Bild mittels des Bildsensors aufzunehmen, der das zweite Bild an die Bildverarbeitung bereitstellt. Das zweite Bild wird nach dem ersten Bild oder nach einer vorbestimmten Zeitperiode aufgenommen, nachdem das erste Bild aufgenommen wurde, und während der relative Abstand zwischen dem ersten optisch wirksamen Element und dem Bildsensor verstellt wird. In einer weiteren Alternative wird das zweite Bild nach einer vorbestimmten Längenänderung des relativen Abstands zwischen dem Bildsensor und dem ersten optisch wirksamen Element aufgenommen.
  • Die Bildverarbeitung kann nach dem Aufnehmen des zweiten Bilds dazu eingerichtet sein, dem ersten und/oder zweiten Stellantrieb einen weiteren Steuerbefehl bereitzustellen, um das Verstellen des relativen Abstands zwischen dem Bildsensor und dem ersten optisch wirksamen Element anzuhalten.
  • Die vorbestimmte Geschwindigkeit kann abhängig von den optischen Eigenschaften des ersten und/oder des zweiten optisch wirksamen Elements, den Maßen der Oberfläche des Bauteils, Massen des ersten und/oder des zweiten optisch wirksamen Elements und/oder des Bildsensors sowie dem Ansprechverhalten dieser durch den ersten und/oder zweiten Stellantrieb sein.
  • Die vorbestimmte Geschwindigkeit kann derart gewählt werden, dass der relative Abstand zwischen dem Bildsensor und dem ersten optisch wirksamen Element nicht weiter als die Schärfentiefe verstellt wird, während ein Bild aufgenommen wird. Somit wird ein aufgenommenes Bild trotz einem gleichzeitigen Verstellen des relativen Abstands zwischen dem Bildsensor und dem ersten optisch wirksamen Element hinreichend scharf aufgenommen. Durch das fortlaufende Verstellen des relativen Abstands zwischen dem Bildsensor und dem ersten optisch wirksamen Element muss der Bildsensor und/oder das erste optisch wirksame Element nicht angehalten und anschließend wieder beschleunigt werden. Das birgt den Vorteil, dass durch das Beschleunigen und Anhalten des Bildsensors und/oder des ersten optisch wirksamen Elements entstehende Schwingungen vermieden werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass eine Zeit zum Überprüfen des Bauteils auf Defekte minimalisiert wird, da der Bildsensor und/oder das erste optisch wirksame Element nur einmal beschleunigt und angehalten werden müssen.
  • Die Bildverarbeitung der ersten und der zweiten Alternative kann dazu eingerichtet sein, nach dem Aufnehmen des ersten Bilds oder nach dem Aufnehmen des zweiten Bilds einen ersten Bildbereich einer ersten Mehrzahl von Bildbereichen des ersten Bilds zu bestimmen. Bei dem ersten Bildbereich ist ein erster Teilbereich der Schärfeebene des reflektierten Lichts auf die Bildsensoroberfläche des Bildsensors projiziert. Zusätzlich oder alternativ bestimmt die Bildverarbeitung einen zweiten Bildbereich der ersten Mehrzahl von Bildbereichen des ersten Bilds, bei dem ein zweiter Teilbereich der Schärfeebene des reflektierten Lichts nicht auf die Bildsensoroberfläche des Bildsensors projiziert ist.
  • Weiter kann die Bildverarbeitung zusätzlich oder alternativ nach dem Aufnehmen des zweiten Bilds einen dritten Bildbereich einer zweiten Mehrzahl von Bildbereichen des zweiten Bilds bestimmten. Bei dem dritten Bildbereich ist der erste Teilbereich der Schärfeebene des reflektierten Lichts nicht auf die Bildsensoroberfläche des Bildsensors projiziert. Zusätzlich oder alternativ bestimmt die Bildverarbeitung weiter einen vierten Bildbereich der zweiten Mehrzahl von Bildbereichen des zweiten Bilds, bei dem der zweite Teilbereich der Schärfeebene des reflektierten Lichts auf die Bildsensoroberfläche des Bildsensors projiziert ist.
  • Die Bildverarbeitung kann weiter dazu eingerichtet sein, einen Steuerbefehl an die Steuerungsvorrichtung zum Steuern des ersten und/oder des zweiten Stellantriebs nach dem Aufnehmen des zweiten Bilds bereitzustellen, um den relativen Abstand zwischen dem Bildsensor und dem ersten optisch wirksamen Element nach dem Aufnehmen des zweiten Bilds auf seine anfängliche Länge zu verstellen.
  • Der erste und zweite Bildbereich des ersten Bilds können jeweils einen Teil des Bauteils abbilden, der im Wesentlichen dem Teil des Bauteils in dem dritten und vierten Bildbereich des zweiten Bilds entspricht. Der erste und der zweite Bildbereich des ersten Bilds bilden das Bauteil komplett ab.
  • Die erste Mehrzahl von Bildbereichen des ersten Bilds kann der zweiten Mehrzahl von Bildbereichen des zweiten Bilds entsprechen.
  • Der erste und zweite Bildbereich des ersten Bilds und/oder der dritte und vierte Bildbereich des zweiten Bilds können aneinander anschließende Bildbereiche sein. Alternativ können sich der erste und der zweite Bildbereich des ersten Bilds und der dritte und vierte Bildbereich des zweiten Bilds wenigstens teilweise überschneiden.
  • Bei dem ersten Bild kann der erste Teilbereich der Schärfeebene und bei dem zweiten Bild der zweite Teilbereich der Schärfeebene innerhalb einer vorbestimmten Schärfentiefe auf die Bildsensoroberfläche des Bildsensors projiziert sein. Bei dem ersten Bild ist dann der zweite Teilbereich der Schärfeebene und bei dem zweiten Bild der erste Teilbereich der Schärfeebene außerhalb der vorbestimmten Schärfentiefe auf die Bildsensoroberfläche des Bildsensors projiziert.
  • Die Bildverarbeitung kann zum Ausschneiden des ersten Bildbereichs aus dem ersten Bild und des vierten Bildbereichs aus dem zweiten Bild eingerichtet sein. Weiter ist die Bildverarbeitung dazu eingerichtet, die ausgeschnittenen ersten und vierten Bildbereiche zusammenzufügen, um ein drittes Bild zu erzeugen.
  • Durch das Erzeugen eines dritten Bilds muss bei dem Überprüfen des Bauteils auf Störstellen oder Defekte nur ein Bild von der Bildverarbeitung überprüft werden und nicht zwei, sodass eine Zeitdauer zum Überprüfen des Bilds und ein Rechenaufwand verringert wird.
  • Die Bildverarbeitung kann weiter dazu eingerichtet sein, basierend auf dem ersten Bildbereich des ersten Bilds und/oder des vierten Bildbereichs des zweiten Bilds und/oder dem dritten Bild zu bestimmen, ob das Bauteil wenigstens eine Störstelle aufweist. Wenn die Bildverarbeitung wenigstens eine Störstelle bestimmt, ist die Bildverarbeitung dazu eingerichtet, eine Störstellen-Information über das Bauteil bereitzustellen.
  • Das optische Bauteilerfassungssystem kann einen Positionserfassungssensor umfassen, der dazu eingerichtet ist, eine Position und/oder Lage des ersten optisch wirksamen Elements und/oder der Bildsensoroberfläche des Bildsensors zu bestimmen. Der Positionserfassungssensor ist weiter dazu eingerichtet, Informationen über die Position und/oder Lage des optisch wirksamen Elements und/oder der Bildsensoroberfläche des Bildsensors an die Steuerungsvorrichtung bereitzustellen, die basierend auf den bereitgestellten Informationen den ersten und/oder den zweiten Stellantrieb steuert. Der Positionserfassungssensor kann ein optischer oder ein (elektro-) mechanischer Positionserfassungssensor sein.
  • Der Positionserfassungssensor kann an der Innenseite des Tubus angebracht sein. In einer anderen Variante kann der Positionserfassungssensor in den Bildsensor integriert sein. Die Halterung weist ein Muster auf einem Oberflächenbereich auf, der dem Bildsensor zugewandt ist. Der Bildsensor ist dazu eingerichtet, das Muster auf dem Oberflächenbereich zu erkennen und basierend auf dem erkannten Oberflächenbereich die Position und/oder Lage des optisch wirksamen Elements zu bestimmen.
  • Durch die bereitgestellten Informationen ist es der Steuerungsvorrichtung möglich, das erste optisch wirksame Element und/oder den Bildsensor präzise zu positionieren, um eine Schärfeebene des reflektierten Lichts auf die Bildsensoroberfläche des Bauteils zu projizieren.
  • Die Kameraeinrichtung kann ein zweites optisch wirksames Element zwischen dem ersten optisch wirksamen Element und dem Bildsensor in dem Strahlengang umfassen. Eine optische Achse des zweiten optisch wirksamen Elements ist koaxial zu der optischen Achse des ersten optisch wirksamen Elements orientiert.
  • Das erste optisch wirksame Element kann ein Achromat oder ein Apochromat und/oder das zweite optisch wirksame Element kann eine Sammellinse sein.
  • Ein Brechungsindex von Licht nimmt kontinuierlich von Rot nach Blau zu und somit nimmt die Brennweite einer Linse ab. Um diesen Abbildungsfehler zu kompensieren oder zu korrigieren, wird der Achromat verwendet.
  • Weiter wird ein optisches Bauteilerfassungssystem zum Erfassen mindestens einer Oberfläche mindestens eines Bauteils vorgeschlagen. Eine Aufnahme ist dazu eingerichtet, das Bauteil vor einer Kameraeinrichtung zu positionieren, um eine erste Oberfläche des Bauteils mit der Kameraeinrichtung zu erfassen. Die Kameraeinrichtung umfasst einen Bildsensor, der dazu eingerichtet ist, an der ersten Oberfläche des Bauteils reflektiertes Licht zu empfangen. Das optische Bauteilerfassungssystem umfasst weiter ein erstes optisch wirksames Element, das in dem Strahlengang des reflektierten Lichts zu dem Bildsensor angeordnet ist, und eine Stelleinrichtung für das erste optisch wirksame Element. Die Stelleinrichtung umfasst eine Halterung für das erste optisch wirksame Element. Die Halterung ist an einer Innenseite eines hohlzylindrischen Tubus mittels einer Linearführung befestigt und eine Längsmittelachse des Tubus ist koaxial zu einer optischen Achse des ersten optisch wirksamen Elements orientiert ist. Die Linearführung ist dazu eingerichtet, die Halterung parallel zu der optischen Achse zu führen. Die Stelleinrichtung umfasst weiter einen ersten Stellantrieb zum Verstellen eines relativen Abstands zwischen dem Bildsensor und dem ersten optisch wirksamen Element, um das erste optisch wirksame Element relativ zu dem Bildsensor zu verlagern.
  • Außerdem wird eine Stelleinrichtung für ein optisch wirksames Element vorgeschlagen, die eine Halterung für das erste optisch wirksame Element umfasst. Die Halterung ist an einer Innenseite eines hohlzylindrischen Tubus befestigt und eine Längsmittelachse des Tubus ist koaxial zu einer optischen Achse des ersten optisch wirksamen Elements orientiert. Die Halterung ist zumindest in einer Tubus-Längsrichtung elastisch nachgiebig. Die Stelleinrichtung umfasst weiter einen ersten Stellantrieb zum Verstellen der Halterung, um das erste optisch wirksame Element relativ zu dem Tubus entlang der optischen Achse zu verlagern.
  • Weiter wird eine Stelleinrichtung für ein optisch wirksames Element vorgeschlagen, die eine Halterung für das erste optisch wirksame Element umfasst. Die Halterung ist an einer Innenseite eines hohlzylindrischen Tubus mittels einer Linearführung befestigt und eine Längsmittelachse des Tubus ist koaxial zu einer optischen Achse des ersten optisch wirksamen Elements orientiert. Die Linearführung ist dazu eingerichtet, die Halterung parallel zu der optischen Achse zu führen. Die Stelleinrichtung umfasst weiter einen ersten Stellantrieb zum Verstellen der Halterung, um das erste optisch wirksame Element relativ zu dem Tubus entlang der optischen Achse zu verlagern.
  • Zusätzlich wird ein Verfahren zum Erfassen mindestens einer Oberfläche mindestens eines Bauteils vorgeschlagen, mit den folgenden Schritten: Ausrichten des Bauteils zu einer Kameraeinrichtung; Erfassen, mittels der Kameraeinrichtung, einer ersten Oberfläche des Bauteils; Empfangen, mittels eines Bildsensors der Kameraeinrichtung, von Licht, das an der ersten Oberfläche des Bauteils reflektiert wurde; Halten eines ersten optisch wirksamen Elements in den Strahlengang des reflektierten Lichts mittels einer in eine Längsrichtung elastisch nachgiebigen Halterung, wobei die Längsrichtung parallel zu einer optischen Achse des optisch wirksamen Elements orientiert ist; Verstellen eines relativen Abstands zwischen dem Bildsensor und dem ersten optisch wirksamen Element, um das erste optisch wirksame Element relativ zu dem Bildsensor entlang der optischen Achse zu verlagern.
  • Das Verfahren kann weiter die folgenden Schritte umfassen: Verstellen des relativen Abstands zwischen dem Bildsensor und dem ersten optisch wirksamen Element, um den Bildsensor relativ zu dem ersten optisch wirksamen Element entlang der optischen Achse zu verlagern; und, als Option, Verstellen des relativen Abstands zwischen dem Bildsensor und dem ersten optisch wirksamen Element, um eine Schärfeebene des reflektierten Lichts auf eine dem reflektierten Licht zugewandte Bildsensoroberfläche des Bildsensors zu projizieren.
  • Weiter kann das Verfahren den folgenden Schritt umfassen: Belichten der ersten Oberfläche des Bauteils mit Licht. Das Licht kann Licht einer bestimmten Wellenlänge oder eines bestimmten Wellenlängenbereichs sein.
  • Das Verfahren kann weiter die folgenden Schritte umfassen: Aufnehmen eines ersten Bilds; Bestimmen, basierend auf dem ersten Bild, ob die Schärfeebene des reflektierten Lichts im Wesentlichen vollständig auf die Bildsensoroberfläche des Bildsensors projiziert ist; und wenn die Schärfeebene des reflektierten Lichts nicht im Wesentlichen vollständig auf die Bildsensoroberfläche des Bildsensors projiziert ist, dann Bestimmen eines ersten Bildbereichs einer ersten Mehrzahl von Bildbereichen des ersten Bilds, bei dem ein erster Teilbereich der Schärfeebene des reflektierten Lichts auf die Bildsensoroberfläche des Bildsensors projiziert ist; Bestimmen eines zweiten Bildbereichs der Mehrzahl von Bildbereichen des ersten Bilds, bei dem ein zweiter Teilbereich der Schärfeebene des reflektierten Lichts nicht auf die Bildsensoroberfläche des Bildsensors projiziert ist; Verstellen des relativen Abstands zwischen dem Bildsensor und dem ersten optisch wirksamen Element, um den zweiten Teilbereich der Schärfeebene des reflektierten Lichts auf die Bildsensoroberfläche des Bildsensors zu projizieren; Aufnehmen eines zweiten Bilds; Bestimmen eines dritten Bildbereichs einer zweiten Mehrzahl von Bildbereichen des zweiten Bilds, bei dem der erste Teilbereich der Schärfeebene des reflektierten Lichts nicht auf die Bildsensoroberfläche des Bildsensors projiziert ist; Bestimmen eines vierten Bildbereichs der zweiten Mehrzahl von Bildbereichen des zweiten Bilds, bei dem der zweite Teilbereich der Schärfeebene des reflektierten Lichts auf die Bildsensoroberfläche des Bildsensors projiziert ist.
  • In einer ersten Alternative kann das Verfahren die folgenden Schritte umfassen: Aufnehmen eines ersten Bilds; Verstellen des relativen Abstands zwischen dem Bildsensor und dem ersten optisch wirksamen Element um eine vorbestimmte Weglänge; Aufnehmen eines zweiten Bilds.
  • In einer zweiten Alternative kann das Verfahren die folgenden Schritte umfassen: Aufnehmen eines ersten Bilds; Verstellen des relativen Abstands zwischen dem Bildsensor und dem ersten optisch wirksamen Element während dem Aufnehmen des ersten Bilds mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit; Aufnehmen eines zweiten Bilds, nachdem das erste Bild aufgenommen wurde oder nach einer vorbestimmten Zeitperiode nachdem das erste Bild aufgenommen wurde und während dem Verstellen des relativen Abstands zwischen dem Bildsensor und dem ersten optisch wirksamen Element.
  • Die Verfahren gemäß der ersten und der zweiten Alternative können weiter die folgenden Schritte umfassen: Bestimmten eines ersten Bildbereiches einer ersten Mehrzahl von Bildbereichen des ersten Bilds, bei dem ein erster Teilbereich der Schärfeebene des reflektierten Lichts auf die Bildsensoroberfläche des Bildsensors projiziert ist; und/oder Bestimmen eines zweiten Bildbereichs der Mehrzahl von Bildbereichen des ersten Bilds, bei dem ein zweiter Teilbereich der Schärfeebene des reflektierten Lichts nicht auf die Bildsensoroberfläche projiziert ist; und/oder Bestimmen eines dritten Bildbereichs einer zweiten Mehrzahl von Bildbereichen des zweiten Bilds, bei dem der erste Teilbereich der Schärfeebene des reflektierten Lichts nicht auf die Bildsensoroberfläche des Bildsensors projiziert ist; und/oder Bestimmen eines vierten Bildbereichs der zweiten Mehrzahl von Bildbereichen des zweiten Bilds, bei dem der zweite Teilbereich der Schärfeebene des reflektierten Lichts auf die Bildsensoroberfläche des Bildsensors projiziert ist.
  • Das Verfahren kann weiter die folgenden Schritte umfassen: Ausschneiden des ersten Bildbereichs aus dem ersten Bild und des vierten Bildbereichs aus dem zweiten Bild; und Zusammenfügen der ausgeschnittenen ersten und vierten Bildbereiche, um ein drittes Bild zu erzeugen.
  • Das Verfahren kann weiter die folgenden Schritte umfassen: Bestimmen, basierend auf dem ersten Bildbereich des ersten Bilds und/oder des vierten Bildbereichs des zweiten Bilds und/oder dem dritten Bild, ob das Bauteil wenigstens eine Störstelle aufweist; und wenn das Bauteil wenigstens eine Störstelle aufweist, dann Bereitstellen einer Störstellen-Information über das Bauteil.
  • Auch wenn einige der voranstehenden beschriebenen Aspekte in Bezug auf die Verfahren beschrieben wurden, so können diese Aspekte auch auf die Vorrichtungen zutreffen. Genauso können die voranstehenden in Bezug auf die Vorrichtungen beschriebenen Aspekte in entsprechender Weise auf das Verfahren zutreffen.
  • Figurenliste
  • Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigen alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den hier offenbarten Gegenstand, auch unabhängig von ihrer Gruppierung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehungen. Die Abmessungen und Proportionen der in den Figuren gezeigten Komponenten sind hierbei nicht unbedingt maßstäblich; sie können bei zu implementierenden Ausführungsformen vom hier Veranschaulichten abweichen.
    • 1 zeigt eine schematische seitliche Draufsicht einer Stelleinrichtung für ein optisch wirksames Element;
    • 2 und 3 zeigen schematische Draufsichten von Ausführungsbeispielen einer Halterung der Stelleinrichtung;
    • 4 zeigt eine schematische seitliche Draufsicht eines optischen Bauteilerfassungssystems zum Erfassen mindestens einer Oberfläche mindestens eines Bauteils;
    • 5 und 6 zeigen schematisch verschiedene Bildaufnahmen mit unterschiedlich scharfen Bildbereichen;
    • 7 zeigt schematisch eine Bildaufnahme, die aus Bildbereichen vorangegangener Bildaufnahmen besteht;
    • 8 bis 10 zeigen schematische seitliche Draufsichten einer Schärfeebene des abzubildenden Bauteils in Bezug auf eine Oberfläche eines Bildsensors des optischen Bauteilerfassungssystems;
    • 11 zeigt ein Zeit-Geschwindigkeits-Diagramm anhand dessen ein relativer Abstand zwischen einem optisch wirksamen Element und dem Bildsensor des optischen Bauteilerfassungssystems verändert wird;
    • 12 zeigt ein Zeit-Fokusweg-Diagramm anhand dessen ein Ausführungsbeispiel zum Aufnehmen von Bildern des Bauteils erklärt werden soll;
    • 13 zeigt ein weiteres Zeit-Fokusweg-Diagramm anhand dessen ein weiteres Ausführungsbeispiel zum Aufnehmen von Bildern des Bauteils erklärt werden soll.
  • Die hier beschriebenen Vorrichtungsvarianten sowie deren Funktions- und Betriebsaspekte dienen lediglich dem besseren Verständnis ihrer Struktur, Funktionsweise und Eigenschaften; sie schränken die Offenbarung nicht etwa auf die Ausführungsbeispiele ein. Die Figuren sind teilweise schematisch, wobei wesentliche Eigenschaften und Effekte zum Teil deutlich vergrößert dargestellt sind, um die Funktionen, Wirkprinzipien, technischen Ausgestaltungen und Merkmale zu verdeutlichen. Dabei kann jede Funktionsweise, jedes Prinzip, jede technische Ausgestaltung und jedes Merkmal, welches/welche in den Figuren oder im Text offenbart ist/sind, mit allen Ansprüchen, jedem Merkmal im Text und in den anderen Figuren, anderen Funktionsweisen, Prinzipien, technischen Ausgestaltungen und Merkmalen, die in dieser Offenbarung enthalten sind oder sich daraus ergeben, frei und beliebig kombiniert werden, so dass alle denkbaren Kombinationen den beschriebenen Vorrichtungen zuzuordnen sind. Dabei sind auch Kombinationen zwischen allen einzelnen Ausführungen im Text, das heißt in jedem Abschnitt der Beschreibung, in den Ansprüchen und auch Kombinationen zwischen verschiedenen Varianten im Text, in den Ansprüchen und in den Figuren umfasst und können zum Gegenstand weiterer Ansprüche gemacht werden. Auch die Ansprüche limitieren nicht die Offenbarung und damit die Kombinationsmöglichkeiten aller aufgezeigten Merkmale untereinander. Alle offenbarten Merkmale sind explizit auch einzeln und in Kombination mit allen anderen Merkmalen hier offenbart.
  • Detaillierte Beschreibung
  • In den Figuren sind einander entsprechende oder funktionsähnliche Bauteile mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen. Die Vorrichtungen und Verfahren werden nun anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.
  • In 1 ist eine Stelleinrichtung 100 für einen Achromat 130 als erstes optisch wirksames Element abgebildet. Der Achromat 130 besteht aus einer Flintglaslinse 130B und einer Kronglaslinse 130A. Die Stelleinrichtung 100 umfasst eine Halterung 140 für den Achromat 130. Die Halterung 140 ist an einer Innenseite eines hohlzylindrischen Tubus 110 befestigt und eine Längsmittelachse des Tubus 110 ist koaxial zu einer optischen Achse OA des Achromats 130 orientiert. Die Halterung 140 ist in der vorliegenden Ausführung ringförmig ausgebildet. Die Halterung 140 nimmt den Achromat 130 derart durch eine Öffnung der Halterung 140 auf, dass die optische Achse OA des Achromats koaxial zu der Längsmittelachse des Tubus 110 ist. Der Tubus 110 weist eine geringe Permeabilität (Permeabilitätszahl µ >1) und ein paramagnetisches Material auf. Das paramagnetische Material ist Aluminium. In einer anderen Variante weist der Tubus 110 als Material Kunststoff auf.
  • Die Halterung 140 ist zumindest in einer Tubus-Längsrichtung elastisch nachgiebig. Dazu weist die Halterung 140 ein Gummi enthaltendes Material auf, das elastisch verformbar ist. In einer anderen Variante ist die Halterung 140 als ein Faltenbalg oder eine Schraubenfeder ausgebildet. In einer weiteren Variante ist die Halterung 140 als eine Tellerfeder ausgebildet, die den Achromat 130 derart hält, dass seine optische Achse OA koaxial zu der Längsmittelachse des Tubus 110 ist.
  • Wie in der 1 veranschaulicht ist, ist die Halterung 140 an einem ersten Endbereich an dem Tubus 110 befestigt. Entlang der optischen Achse OA reduziert sich eine Wandstärke der Halterung 140 hin zu einem zweiten Endbereich der Halterung 140, an dem der Achromat 130 gehalten ist. Dabei ist der zweite Endbereich der Halterung 140 nicht an dem Tubus 110 befestigt und von dem Tubus 110 in eine zu der optischen Achse OA orthogonale Richtung beabstandet. Die Halterung 140 weist dazu wenigstens eine Vertiefung auf, die als Fassung für den Achromat 130 dient. In der Vertiefung wird der Achromat 130 aufgenommen und gehalten.
  • Die Stelleinrichtung 100 umfasst weiter einen ersten Stellantrieb 120 zum Verstellen der Halterung 140, um den Achromat 130 relativ zu dem Tubus 110 entlang der optischen Achse OA zu verlagern. Der erste Stellantrieb 120 weist dazu in der 1 eine Spule 121 auf, die die Halterung 140 wenigstens abschnittsweise umgibt.
  • Die Spule 121 liegt in der 1 an dem Tubus 110 an. In einer anderen Variante ist die Spule 121 von dem Tubus 110 beabstandet angeordnet.
  • In 1 ist der erste Endbereich der Halterung 140 außerhalb der Spule 121 in Bezug auf die optische Achse OA angeordnet. Der zweite Endbereich der Halterung 140 hingegen befindet sich innerhalb der Spule 121 in Bezug auf die optische Achse OA.
  • In einer anderen Variante stimmt die Position des ersten Endbereichs der Halterung 140 mit einem Ende der Spule 121 in Bezug auf die optische Achse OA überein. In einer weiteren Variante liegt die Position des ersten Endbereichs der Halterung 140 innerhalb oder außerhalb der Spule 121 mit Bezug auf die optische Achse. In einer weiteren Variante liegt der zweite Endbereich der Halterung 140 innerhalb oder außerhalb der Spule 121 in Bezug auf die optische Achse OA.
  • Die Halterung 140 weist ein weicheisenhaltiges Joch 141, 142 bei dem zweiten Endbereich der Halterung 140 auf. In einer anderen Variante weist die Halterung 140 ein dauermagnetisches Joch 141, 142 auf. In der 1 weist die Halterung 140 das Joch 141, 142 bei dem zweiten Endbereich der Halterung 140 auf. Das Joch 141, 142 ist gegenüber der Fassung der Halterung 140 angeordnet. In einer anderen Variante ist das Joch 141, 142 zwischen dem Achromat 130 und der Halterung 140 befindlich.
  • Wird ein elektrischer Strom durch die Spule 121 geleitet, wird ein Magnetfeld innerhalb dieser gebildet. Beim Bestromen der Spule 121 wirkt auf das weicheisenhaltige Joch 141, 142 durch das Magnetfeld eine Kraft, die das weicheisenhaltige Joch 141, 142 in das Zentrum der Spule 121 zieht. Das weicheisenhaltige Joch 141, 142 ist ein unlegiertes Eisen mit hohem Reinheitswert. Die Halterung 140 wird dadurch gestreckt oder komprimiert (je nachdem, wo die Spule 120 in Bezug auf das weicheisenhaltige Joch 141, 142 entlang der optische Achse OA angeordnet ist), da die Halterung 140 zum einen fest an der Innenseite des Tubus 110 befestigt ist. Zum anderen wird das weicheisenhaltige Joch 141, 142 der Halterung 140 in das Zentrum der Spule 121 durch das Magnetfeld gezogen. Durch das angelegte Magnetfeld wird die Halterung 140 derart gestreckt oder komprimiert, dass eine Position des Achromats 130 mit der Halterung 140 entlang der optischen Achse OA verlagert wird. Eine Orientierung des Achromats 130 wird dabei nicht verändert, sodass durch das Verlagern der Position des Achromats 130 nur der Fokus des Achromats 130 entlang der optischen Achse OA verlagert wird.
  • In einer anderen Variante weist die Halterung 140 das dauermagnetische Joch 141, 142 auf. Das dauermagnetische Joch 141, 142 erstreckt sich in eine zu der optischen Achse OA parallele Längsrichtung. Der Nord- und Südpol des dauermagnetischen Jochs 141, 142 sind derart orientiert, dass der Nord- und der Südpol jeweils in entgegengesetzte Richtungen entlang der optischen Achse OA orientiert sind. In diesem Fall wird die Halterung 140 abhängig von einer Stromrichtung des elektrischen Stroms in der Spule 121 verformt. Somit wird die Halterung 140 in die erste Richtung als auch in eine zweite Richtung verformt, wobei die zweite Richtung der ersten Richtung entgegengesetzt ist.
  • Da die Halterung 140 elastisch nachgiebig ist, hat sie einen Verformungswiderstand, der einer Verformung entgegenwirkt. Bei einer Verformung der Halterung 140 nimmt eine durch den Verformungswiederstand erzeugte Kraft abhängig vom Maß der Verformung der Halterung 140 zu oder ab. Wird also ein Magnetfeld erzeugt und mit der durch das Magnetfeld erzeugten Kraft die Halterung 140 verformt, bilden die durch den Verformungswiderstand erzeugte Kraft und die durch das Magnetfeld erzeugte Kraft ein Kräftegleichgewicht. Wird das Magnetfeld reduziert und schließlich ausgeschaltet, nimmt die Halterung 140 durch seine elastisch nachgiebigen Eigenschaften wieder eine Anfangsposition ein. Entsprechend wird durch eine gezielte Steuerung der Stromstärke des elektrischen Stroms die Position der Halterung 140 entlang der optischen Achse OA eingestellt.
  • Somit wird durch den in 1 veranschaulichten Aufbau eine Leichtbauweise für ein optisch wirksames Element realisiert. Weiter ist der Achromat 130 durch die Halterung 140 wesentlich weniger für Schwingungen anfällig, da Schwingungen von externen Quellen durch die Halterung 140 gedämpft werden. Wenn ein Fokus des Achromats 130 verstellt werden muss, wird durch ein entsprechendes Magnetfeld die Halterung 140 verformt. Dabei werden nur kleine Massen bewegt, sodass Schwingungen des Stellantriebs 120 minimiert werden.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die Stelleinrichtung 100 anstelle der Spule 121 eine Linearführung (nicht gezeigt). Die Linearführung ist dazu eingerichtet, die Halterung 140 parallel zu der optischen Achse OA zu führen. Entsprechend ist die Position der Halterung 140 und somit auch des Achromats 130 entlang der optischen Achse OA verstellbar. Die Stelleinrichtung 100 umfasst eine Antriebsvorrichtung (nicht gezeigt), welche dazu eingerichtet ist, die Halterung 140 entlang der Linearführung zu verfahren.
  • In den 2 und 3 sind mögliche Ausführungsbeispiele der Halterung 140 dargestellt. 2 und 3 zeigen eine Draufsicht auf die Halterung 140, das Joch 141, 142 und den Achromat 130.
  • In 2 besteht die Halterung 140 aus wenigstens zwei Halterungsstücken 143, 144, die zusammen den Achromat 130 halten. In einer Variante ist der Achromat 130 zwischen den beiden Halterungsstücken 143, 144 angeordnet, sodass die beiden Halterungsstücke 143, 144 sich gegenüberliegen. In einer weiteren Variante weist die Halterung wenigstens vier Halterungsstücke (nicht gezeigt) auf, die jeweils um 90° versetzt um die optische Achse OA angeordnet sind und den Achromat 130 halten.
  • Gemäß der in 3 gezeigten Variante der Halterung 140 weist die Halterung 140 bei den zwei Halterungsstücken 143, 144 jeweils ein Joch 141, 142 auf. In der Variante mit vier Halterungsstücken weist die Halterung 140 wenigstens bei zwei Halterungsstücken jeweils ein Joch oder bei allen vier Bereichen jeweils ein Joch auf.
  • 3 veranschaulicht eine weitere Variante der Halterung 140, bei der die Halterung 140 als eine Ringhalterung 145 ausgebildet ist, um den Achromat 130 zu halten.
  • Gemäß der in 4 gezeigten Variante ist das Joch 146 ringförmig ausgebildet. Ein durch das Magnetfeld erzeugter Induktionsstrom in dem ringförmig ausgebildeten Joch 146 wird durch mehrere Schlitze in dem ringförmig ausgebildeten Joch 146 unterbunden. Durch das ringförmig ausgebildete Joch 146 greift die durch das Magnetfeld erzeugte Kraft gleichmäßig an der Halterung 140 an und diese wird gleichmäßig verformt. Alternativ kann das Joch wie für 3 beschrieben ausgebildet sein.
  • In 4 ist ein optisches Bauteilerfassungssystem 200 zum Erfassen mindestens einer Oberfläche O eines Halbleiterchips B als Bauteil gezeigt. Das optische Bauteilerfassungssystem 200 umfasst eine Aufnahme 150. Die Aufnahme 150 ist dazu eingerichtet, den Halbleiterchip B vor einer Kameraeinrichtung 220 zu positionieren, um die erste Oberfläche O des Halbleiterchips B mit der Kameraeinrichtung 220 zu erfassen. Bei der ersten Oberfläche handelt es sich in 4 um eine Seitenoberfläche des Halbleiterchip B. Die Aufnahme 150 ist jedoch nicht darauf beschränkt, den Halbleiterchip B nur mit dieser Oberfläche O zu der Kameraeinrichtung 220 auszurichten. Die Aufnahme 150 ist dazu eingerichtet, den Halbleiterchip B mit einer anderen Oberfläche des Halbleiterchips B auf die Kameraeinrichtung 220 zu richten, um auch andere Oberflächen des Halbleiterchips B zu prüfen. Weiter umfasst das optische Bauteilerfassungssystem 200 eine Lichtquelle (nicht gezeigt), die dazu eingerichtet ist, Licht zu der ersten Oberfläche O des Halbleiterchips B zu senden bzw. den Halbleiterchip B zu beleuchten. Die Lichtquelle ist dazu eingerichtet, den Halbleiterchip B mit Licht einer bestimmten Wellenlänge oder einem bestimmten Wellenlängenbereich zu beleuchten. Das von der Lichtquelle emittierte Licht ist in einer Variante sichtbares Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von ca. 380 bis 790 nm. In weiteren Varianten wird Infrarotlicht oder polarisiertes Licht eingesetzt.
  • Die Kameraeinrichtung 220 umfasst einen CCD-Chip 230 als Bildsensor, der dazu eingerichtet ist, an der ersten Oberfläche O des Halbleiterchips B reflektiertes Licht zu empfangen. In anderen Varianten kann der Bildsensor ein CMOS-Chip oder ein für bestimmte Wellenlängenbereiche sensibler Bildsensor sein, wie ein Mikrobolometerarray oder ein pyroelektrisches Array. Der CCD-Chip hat - abhängig vom eingesetzten Lichtwellenlängenbereich - eine daran angepasste Empfindlichkeit für den jeweiligen Lichtbereich oder auch für polarisiertes Licht. In dem Strahlengang des reflektierten Lichts L ist weiter eine wie in 1 gezeigte Stelleinrichtung 100 zusammen mit einem Achromat 130 als erstes optisch wirksames Element angeordnet. Zusätzlich befindet sich eine Sammellinse 160 als zweites optisch wirksames Element in dem Strahlengang zwischen dem Achromat 130 und dem CCD-Chip 230. Eine optische Achse der Sammellinse 160 ist koaxial zu der optischen Achse OA des Achromats 130 orientiert.
  • Die Stelleinrichtung 100 umfasst in dem in 4 gezeigten optischen Bauteilerfassungssystem 200 als den ersten Stellantrieb 120 die Spule 121. Die Halterung 140 ist in diesem Ausführungsbeispiel in eine Tubus-Längsrichtung des Tubus 110 elastisch nachgiebig.
  • Alternativ umfasst das optische Bauteilerfassungssystem 200 anstelle der Spule 121 eine Linearführung. Die Halterung 140 ist über die Linearführung an der Innenseite des Tubus 110 befestigt. Weiter ist die Linearführung dazu eingerichtet, die Halterung 140 parallel zu der optischen Achse OA zu führen. Die Linearführung ist als eine Schiene ausgebildet, die sich parallel zu der optischen Achse OA erstreckt. In einer anderen Variante ist die Linearführung als zwei Schienen ausgebildet. Die zwei Schienen liegen sich dabei zur Achse OA symmetrisch gegenüber.
  • Die erste Oberfläche O des Halbleiterchips B ist in der 4 nicht parallel zu einer Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chips 230 angeordnet, sondern um einen Winkel alpha zu der optischen Achse OA verkippt. Der Winkel alpha ist in der 4 größer oder kleiner als 90°.
  • Das optische Bauteilerfassungssystem 200 umfasst in der 4 weiter eine Steuerungsvorrichtung ECU, die dazu eingerichtet ist, den ersten Stellantrieb 120 zu steuern. Die Steuerungsvorrichtung ECU ist entsprechend dazu eingerichtet, den der Spule 121 zugeführten elektrischen Strom zu steuern und damit einen relativen Abstand zwischen dem Achromat 130 und dem CCD-Chip 230 (bzw. der Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chips 230) zu verstellen. Umfasst das optische Bauteilerfassungssystem 200 anstelle der Spule 121 den Linearantrieb, ist die Steuerungsvorrichtung ECU dazu eingerichtet, einen Motor zu steuern, der die Halterung 140 entlang der Linearführung verfährt.
  • In der 4 umfasst die Steuerungsvorrichtung ECU eine Bildverarbeitung BV. In einer anderen Variante können die Steuerungsvorrichtung ECU und die Bildverarbeitung BV zwei separate Einheiten sein, die dazu eingerichtet sind, miteinander zu kommunizieren.
  • Zusätzlich weist das optische Bilderfassungssystem 200 in der 4 einen durch die Steuerungsvorrichtung ECU gesteuerten zweiten Stellantrieb 240 auf. Der zweite Stellantrieb 240 ist dazu eingerichtet, den CCD-Chip 230 zu verstellen, um den CCD-Chip 230 relativ zu dem Achromat 130 entlang der optischen Achse OA zu verlagern.
  • Das optische Bauteilerfassungssystem 200 umfasst weiter einen Positionserfassungssensor 250, der dazu eingerichtet ist, eine Position und/oder Lage des Achromats 130 und/oder der Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chips 230 zu bestimmen. Der Positionserfassungssensor 250 ist in der 1 an der Innenseite des Tubus 110 und gegenüber dem Joch 142 angeordnet und befestigt. In einer anderen Variante kann der Positionserfassungssensor 250 an der Innenseite des Tubus 110 und gegenüber dem Joch 141 angeordnet und befestigt sein.
  • In einer weiteren Variante kann der Positionserfassungssensor 250 in dem CCD-Chip 230 integriert sein. Dabei weist die Halterung 140 auf wenigstens einem Oberflächenbereich, der dem CCD-Chip 230 zugewandt ist, eine Markierung auf. Der CCD-Chip 230 ist dazu eingerichtet, diese Markierung zu erfassen und basierend auf der erfassten Markierung eine Position und/oder Lage des Achromats 130 zu bestimmen.
  • Der Positionserfassungssensor 250 stellt Informationen über die Position und/oder Lage des Achromats 130 und/oder der Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chips 230 an die Steuerungsvorrichtung ECU bereit, die basierend auf den bereitgestellten Informationen den ersten und/oder zweiten Stellantrieb 120, 240 steuert. Der Positionserfassungssensor 250 ist ein optischer Positionserfassungssensor, kann in einer anderen Variante aber ein (elektro-) mechanischer Positionserfassungssensor sein.
  • In 4 ist die Steuerungsvorrichtung ECU dazu eingerichtet, den relativen Abstand zwischen dem Achromat 130 und dem CCD-Chip 230 durch Steuern des ersten und/oder des zweiten Stellantriebs 120, 240 zu verstellen, um eine Schärfeebene SE des reflektierten Lichts L auf die dem reflektierten Licht L zugewandte Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chip 230 zu projizieren.
  • In einem möglichen Fall ist die Oberfläche O des Halbleiterchips B im Wesentlichen parallel zu der Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chips 230. Die Steuerungsvorrichtung ECU steuert den ersten und/oder zweiten Stellantrieb 120, 240 derart, dass die Schärfeebene SE auf die Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chips 230 projiziert ist.
  • Nimmt der CCD-Chip 230 dann ein Bild des Halbleiterchips B auf, ist der Halbleiterchip B in dem Bild scharf abgebildet und der Halbleiterchip B wird auf mögliche Defekte oder Störstellen überprüft. Wird ein Defekt oder eine Störstelle durch die Bildverarbeitung BV ermittelt, stellt die Bildverarbeitung BV eine Störstellen-Information über den Halbleiterchip B bereit.
  • Der erste und/oder der zweite Stellantrieb 120, 240 sind dazu eingerichtet, einen relativen Abstand zwischen dem Achromat 130 und dem CCD-Chip 230 um 100 µm in wenigen Millisekunden zu vergrößern oder zu verkleinern. Genauer gesagt, ist der erste und/oder der zweite Stellantrieb 120, 240 dazu eingerichtet, den relativen Abstand um 100 µm innerhalb von 2 bis 10 ms, vorzugsweise innerhalb von etwa 5 ms zu verändern. Der relative Abstand zwischen dem Achromat 130 und dem CCD-Chip 230 wird derart vergrößert oder verkleinert, dass keine Überschwingung des Achromats 130 und/oder des CCD-Chips 230 insbesondere längs der Bewegungsrichtung auftritt bzw. erzeugt wird.
  • Da der Halbleiterchip B in 4 verkippt zu der Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chips 230 ist, ist es der Steuerungsvorrichtung ECU nicht möglich, durch Verstellen des relativen Abstands zwischen dem Achromat 130 und der Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chips 230 die Schärfeebene SE des reflektierten Lichts L im Wesentlichen vollständig auf die Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chips 230 zu projizieren.
  • Die Bildverarbeitung BV ist dazu eingerichtet, durch den CCD-Chip 230 ein erstes Bild BA aufzunehmen. Basierend auf dem durch den CCD-Chip 230 ersten aufgenommenen Bild BA bestimmt die Bildverarbeitung BV, ob die Schärfeebene SE des reflektierten Lichts L im Wesentlichen vollständig auf die Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chips 230 projiziert ist. Falls die Bildverarbeitung BV bestimmt, dass die Schärfeebene SE im Wesentlichen nicht vollständig auf die Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chips 230 projiziert ist, bestimmt die Bildverarbeitung BV einen ersten Bildbereich B1 einer ersten Mehrzahl von Bildbereichen B1, B2 des ersten Bilds BA. Bei dem ersten Bildbereich B1 ist ein erster Teilbereich der Schärfeebene SE des reflektierten Lichts L auf die Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chips 230 projiziert.
  • Das erste aufgenommen Bild BA ist in der 5 schematisch veranschaulicht, wobei Bildbereiche mit einer durchgezogenen schwarzen Linie scharf abgebildete Bildbereiche sind. Anders ausgedrückt sind die Bildbereiche mit schwarzen durchgezogenen Linien Bildbereiche, bei denen ein Teilbereich der Schärfeebene SE des reflektierten Lichts L auf die Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chips 230 projiziert ist. Bildbereiche mit einer gestrichelten schwarzen Linie sind Bildbereiche, die unscharf sind bzw. bei denen ein Teilbereich der Schärfeebene SE nicht auf die Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chips 230 projiziert ist.
  • Die Bildverarbeitung BV bestimmt basierend auf dem ersten Bild BA einen zweiten Bildbereich B2 der ersten Mehrzahl von Bildbereichen B1, B2, bei dem ein zweiter Teilbereich der Schärfeebene SE des reflektierten Lichts L nicht auf die Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chips 230 projiziert ist.
  • Anschließend stellt die Bildverarbeitung BV ein Steuersignal an die Steuerungsvorrichtung ECU bereit. Die Steuerungsvorrichtung ECU steuert basierend auf dem Steuersignal den ersten und/oder den zweiten Stellantrieb 120, 240, um den relativen Abstand zwischen dem Achromat 130 und dem CCD-Chip 230 zu verstellen. Dabei wird der zweite Teil der Schärfeebene SE des reflektierten Lichts L auf die Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chips 230 projiziert. Der zweite Teilbereich der Schärfeebene SE des reflektierten Lichts L ist dann auf die Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chips 230 projiziert. Der erste Teilbereich der Schärfeebene SE des reflektierten Lichts L hingegen ist nicht mehr auf die Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chips 230 projiziert. Die Bildverarbeitung BV sendet anschließend ein Signal an den CCD-Chip 230 zum Aufnehmen eines zweiten Bilds BB.
  • Wie in 6 schematisch dargestellt, bestimmt die Bildverarbeitung BV basierend auf dem zweiten Bild BB einen dritten Bildbereich B3 einer zweiten Mehrzahl von Bildbereichen B3, B4 des zweiten Bilds BB. Bei dem dritten Bildbereich B3 ist der erste Teilbereiche der Schärfeebene SE des reflektierten Lichts L nicht auf die Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chips 230 projiziert ist. Anschließend bestimmt die Bildverarbeitung BV einen vierten Bildbereich B4 der zweiten Mehrzahl von Bildbereichen B3, B4 des zweiten Bilds BB. Bei dem vierten Bildbereich B4 ist der zweite Teilbereich der Schärfeebene SE des reflektierten Lichts L auf die Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chips 230 projiziert. Folglich bildet in dem zweiten Bild BB der vierte Bildbereich B4 einen Ausschnitt des Halbleiterchips B scharf ab. Die erste und zweite Mehrzahl von Bildbereichen ist nicht auf die Anzahl zwei beschränkt.
  • Der erste und der zweite Bildbereich B1, B2 des ersten Bilds BA bilden in einer bevorzugten Ausführung jeweils einen Teil des Halbleiterchips B ab, der im Wesentlichen dem Teil des Halbleiterchips B in dem dritten und dem vierten Bildbereiche B3, B4 des zweiten Bilds BB entspricht. Somit wird gewährleistet, dass bei den Bildbereichen B1, B2, B3, B4 des ersten und zweiten Bilds BA, BB gleiche Teile des Halbleiterchips B abgebildet werden.
  • Der erste und der zweite Bildbereich B1, B2 des ersten Bilds BA und der dritte und vierte Bildbereich B3, B4 des zweiten Bilds BB sind in den 5 bis 7 als aneinander anschließende Bildbereiche dargestellt. Alternativ können sich der erste und der zweite Bildbereich B1, B2 des ersten Bilds BA und der dritte und vierte Bildbereich B3, B4 des zweiten Bilds BB wenigstens teilweise überschneiden.
  • Die Bildverarbeitung BV ist dazu eingerichtet, den ersten Bildbereich B1 aus dem ersten Bild BA und den vierten Bildbereich B4 aus dem zweiten Bild BB auszuschneiden. Basierend auf den ausgeschnittenen Bildbereichen B1, B4 erzeugt die Bildverarbeitung BV ein drittes Bild BC. Das dritte Bild BC ist eine komplett scharfe Abbildung des Halbleiterchips B, da bei dem ersten Bildbereich B1 des ersten Bilds BA und bei dem vierten Bildbereich B4 des zweiten Bilds BB der Halbleiterchip B scharf abgebildet ist.
  • Die Bildverarbeitung BV ist weiter dazu eingerichtet, basierend auf dem ersten Bildbereich B1 des ersten Bilds B2 und/oder des vierten Bildbereichs B4 des zweiten Bilds BB und/oder des dritten Bilds BC zu bestimmen, ob der Halbleiterchip B wenigstens einen Defekt oder eine Störstelle aufweist. Weist der Halbleiterchip B einen Defekt oder eine Störstelle auf, stellt die Bildverarbeitung BV eine Störstellen-Information bereit.
  • In den 8 bis 10 soll nun die Schärfeebene SE mit einer zugehörigen Schärfentiefe ST veranschaulicht werden. Um den Halbleiterchip B scharf aufzunehmen, muss die Schärfenebene SE im Wesentlichen auf die Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chips 230 projiziert werden. Da die Schärfeebene SE eine bestimmte Schärfentiefe ST aufweist, wird der Halbleiterchip B auch scharf abgebildet, wenn die Schärfeebene SE nicht ganz parallel zu der Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chips 230 ist. Ebenfalls wird der Halbleiterchip B scharf abgebildet, wenn die Schärfeebene SE in einem bestimmten Abstand vor oder hinter die Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chips 230 projiziert ist. Die Schärfentiefe ST beschreibt dabei den Abstand, innerhalb dessen ein Objekt, hier der Halbleiterchip B, hinlänglich scharf abgebildet wird.
  • Wie in der 8 schematisch dargestellt, ist die Schärfeebene SE parallel zu der Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chips 230 und entlang der optische Achse OA beabstandet zu der Bildsensoroberfläche 231 projiziert. Die Schärfentiefe ST der Schärfeebene SE ist in der 8 ausreichend groß, sodass ein aufgenommenes Bild einer derart projizierten Schärfeebene SE des reflektierten Lichts L scharf ist.
  • In den 9 und 10 ist der Fall des verkippten Halbleiterchips B schematisch dargestellt. Da die Oberfläche O des Halbleiterchips B zu der Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chips 230 verkippt ist, ist auch die Schärfeebene SE des reflektierten Lichts L zu der Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chips 230 verkippt.
  • In 9 ist der erste Teilbereich der Schärfeebene SE auf die Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chips 230 projiziert, sodass bei dem ersten aufgenommen Bild BA der erste Bildbereich B1 eine scharfe Abbildung des Halbleiterchips B wiedergibt. Obwohl die Schärfeebene SE die Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chips 230 nur teilweise schneidet, ist der erste Bildbereich B1 des ersten Bilds BA dank der Schärfentiefe ST scharf abgebildet. Bei dem zweiten Bildbereich B2 ist der zweite Teilbereiche der Schärfeebene SE mit der Schärfentiefe ST nicht mehr auf die Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chips 230 projiziert, sodass der zweite Bildbereich B2 des ersten Bilds BA eine unscharfe Abbildung des Halbleiterchips B wiedergibt.
  • Auf den Steuerbefehl der Bildverarbeitung BV hin steuert die Steuerungsvorrichtung ECU den ersten und/oder den zweiten Stellantrieb 120, 240, um den relativen Abstand zwischen dem Achromat 130 und dem CCD-Chip 230 zu verstellen. Die Schärfeebene SE wird dabei relativ zu der Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chips 230 verstellt, sodass der zweite Teilbereich der Schärfeebene SE auf die Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chips 230 projiziert ist.
  • Wie in der 10 schematisch veranschaulicht wird, wird nun bei dem zweiten aufgenommenen Bild BB bei dem vierten Bildbereich B4 der zweite Teilbereich der Schärfeebene SE mit der Schärfentiefe ST des reflektierten Lichts L auf die Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chips 230 projiziert. Da auch bei dem zweiten Bild BB die Schärfeebene SE die Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chips 230 nur teilweise schneidet, gibt dank der Schärfentiefe ST der vierte Bildbereich B4 des zweiten Bilds BC einen Teil des Halbleiterchips B scharf wieder. Hingegen wird bei dem dritten Bildbereich B3 des zweiten Bilds BC der erste Teilbereich der Schärfeebene SE mit der Schärfentiefe ST nicht mehr auf die Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chips 230 projiziert. Entsprechend gibt der dritte Bildbereich B3 des zweiten Bilds BB einen Teil des Halbleiterchips B unscharf wieder.
  • Entsprechend zu der vorangegangenen Beschreibung des optischen Bauteilerfassungssystems 200 wird nun ein Verfahren zum Erfassen einer Oberfläche mindestens eines Halbleiterchips B beschrieben.
  • In einem Schritt wird der Halbleiterchip B zu der Kameraeinrichtung 220 ausgerichtet. In einem nächsten Schritt wird mittels der Kameraeinrichtung 220 die erste Oberfläche O des Halbleiterchips B erfasst.
  • Mittels des CCD-Chips 230 wird in einem nächsten Schritt an der Oberfläche O des Halbleiterchips B reflektiertes Licht L empfangen. In einem weiteren Schritt wird mittels der in eine Längsrichtung elastisch nachgiebigen Halterung 140 der Achromat 130 in den Strahlengang des reflektierten Lichts L gehalten. Die Längsrichtung ist parallel zu der optischen Achse OA des Achromats 130 orientiert. In einem nächsten Schritt wird der relative Abstand zwischen dem CCD-Chip 230 und dem Achromat 130 verstellt, um den Achromat 130 relativ zu dem CCD-Chip 230 entlang der optischen Achse OA zu verlagern.
  • In der 11 ist ein Zeit-Geschwindigkeits-(t, v)-Diagramm veranschaulicht. Anhand eines solchen Diagramms ist die Steuerungsvorrichtung ECU dazu eingerichtet, den relativen Abstand zwischen dem Achromat 130 und dem CCD-Chip 230 zu verstellen.
  • Zum Zeitpunkt t0 wird durch den ersten und/oder zweiten Stellantrieb 120, 240 der relative Abstand zwischen dem Achromat 130 und dem CCD-Chip 230 verstellt. Dabei wird der Achromat 130 und/oder der CCD-Chip 230 auf eine vorbestimmte Geschwindigkeit v1 innerhalb einer halben ersten Zeitperiode (t0-t1) durch den ersten und/oder zweiten Stellantrieb 120, 240 beschleunigt. Nach der halben Zeitperiode (t0-t1) wird der Achromat 130 und/oder der CCD-Chip 230 durch den ersten und/oder zweiten Stellantrieb 120, 240 abgebremst.
  • Nach dem Verstellen des Achromats 130 und/oder des Bildsensors 230 ist die Schärfeebene SE wie in 9 auf die Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chips 230 projiziert. Nachdem der Achromat 130 und/oder der CCD-Chip 230 zum Stillstand gekommen sind, wird das erste Bild BA innerhalb einer zweiten Zeitperiode (t1-t2) aufgenommen.
  • Basierend auf dem ersten Bild BA werden dann der erste und der zweite Bildbereich B1, B2 durch die Bildverarbeitung BV bestimmt. Bei dem ersten Bild BA ist bei dem ersten Bildbereich B1 der erste Teilbereich der Schärfeebene SE auf die Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chips 230 projiziert. Bei dem zweiten Bildbereich B2 ist der zweite Teil der Schärfeebene SE hingegen nicht auf die Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chips 230 projiziert. Der CCD-Chip 230 benötigt für das Aufnehmen und Auslesen eines Bildes eine Zeit von 6 bis 12 ms, (zum Beispiel etwa 8 bis 10 ms), abhängig von den Lichtverhältnissen beim Aufnehmen und von der Chip-Größe und der Auslesegeschwindigkeit (pixel / s), welche die Auslesedauer beeinflusst.
  • Die Steuerungsvorrichtung ECU steuert auf den Steuerbefehl der Bildverarbeitung BV anschließend zu Beginn einer dritten Zeitperiode (t2-t3) den ersten und/oder zweiten Stellantrieb 120, 240, um den relativen Abstand zwischen dem Achromat 130 und dem CCD-Chip 230 zu verstellen. Dabei wird der relative Abstand so verstellt, dass der zweite Teilbereich der Schärfeebene SE auf die Bildsensoroberfläche 231 des Bildsensors 230 projiziert ist.
  • Entsprechend werden bis zu der halben dritten Zeitperiode (t2-t3) der Achromat 130 und/oder der CCD-Chip 230 bis zu der vorbestimmten Geschwindigkeit beschleunigt. Nach der halben dritten Zeitperiode (t2-t3) werden der Achromat 130 und/oder der CCD-Chip 230 abgebremst. Sobald der Achromat 130 und/oder der CCD-Chip 230 zum Stillstand gekommen sind, wird das zweite Bild BB durch den CCD-Chip 230 aufgenommen. Die Wegstrecke, um die der relative Abstand zwischen dem Achromat 130 und dem CCD-Chip 230 verringert oder erhöht wird, liegt in dem Bereich zwischen 70 bis 150 µm, vorzugsweise bei 100 µm. Diese Wegstrecke wird in einer Zeitperiode von 2 bis 10 ms, vorzugsweise innerhalb von 10 ms verfahren. Die Wegstrecke, um die der relative Abstand zwischen dem Achromat 130 und dem CCD-Chip 230 verfahren wird, ist abhängig von dem verwendeten ersten und/oder zweiten optisch wirksamen Element 130, 160 und deren optischen Eigenschaften.
  • Die Bildverarbeitung BV ist weiter dazu eingerichtet, einen weiteren Steuerbefehl an den ersten und/oder zweiten Stellantrieb 120, 240 bereitzustellen, um den relativen Abstand zwischen dem Bildsensor 230 und dem Achromat 130 nach dem Aufnehmen des zweiten Bilds BB auf eine anfängliche Länge zu verstellen.
  • In einer anderen Variante werden mittels des CCD-Chips 230 drei Bilder mit jeweils drei Bildbereichen aufgenommen. Bei einem der drei Bildbereiche ist jeweils ein Teilbereich der Schärfeebene SE auf die Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chips 230 projiziert, während bei den anderen beiden Bildbereichen die Schärfeebene SE nicht auf die Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chips 230 projiziert ist. Der Ablauf der drei Bildaufnahmen funktioniert wie der Ablauf der zwei Bildaufnahmen, eben aber nur mit drei Bildern mit je drei Bildbereichen. Für die Aufnahme der drei Bilder und das entsprechende Verstellen des relativen Abstands zwischen dem Achromat 130 und dem CCD-Chip 230 benötigt das optische Bauteilerfassungssystem eine Zeit von 80 bis 120 ms, vorzugsweise 100 ms.
  • In einer ersten Variante ist die Aufnahme 150 dazu eingerichtet, den Halbleiterchip B derart vor der Kameraeinrichtung 220 zu positionieren, dass die Schärfeebene SE wenigstens teilweise auf die Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chips 230 projiziert ist. Entsprechend nimmt die Bildverarbeitung BV durch den CCD-Chip 230 zuerst das erste Bild BA auf. Anschließend bestimmt die Bildverarbeitung BV die ersten und zweiten Bildbereiche B1, B2 und sendet vor oder zu dem Zeitpunkt t0 den Steuerbefehl an die Steuerungsvorrichtung ECU. Die Steuerungsvorrichtung ECU steuert basierend auf dem Steuerbefehl den ersten und/oder zweiten Stellantrieb 120, 240, um den Achromat 130 und/oder den CCD-Chip 230 innerhalb der halben ersten Zeitperiode (t0-t1) auf die Geschwindigkeit v1 zu beschleunigen. Nach der halben ersten Zeitperiode (t0-t1) werden der Achromat 130 und/oder der CCD-Chip 230 abgebremst. Sind der Achromat 130 und/oder der CCD-Chip 230 zum Stillstand gekommen, wird das zweite Bild BB durch den CCD-Chip 230 aufgenommen.
  • In den 12 und 13 ist jeweils ein Zeit-Fokusweg-Diagramm dargestellt, bei dem zu verschiedenen Zeiten unterschiedliche Schritte 310 bis 360 und 410 bis 460 ausgeführt werden, wobei einander entsprechende Schritte mit den gleiche Bezugszeichen versehen sind. Weiter werden in den 12 und 13 drei Bilder des Halbleiterchips B aufgenommen. Ein Bild wird jeweils in drei Bildbereiche untergliedert, wobei nur ein Bildbereich jeweils eine scharfe Abbildung eines Teilbereichs des Halbleiterchips B aufweist. Somit befindet sich jeweils nur ein Bildbereich im Bereich der Schärfentiefe. Die Anzahl der aufgenommen Bilder ist jedoch nicht auf diese Anzahl beschränkt. Weiter können in einer anderen Variante mehrere Bildbereiche komplett oder wenigstens teilweise innerhalb der Schärfentiefe befindlich sein und/oder sich überschneiden.
  • In 12 ist der Halbleiterchip B vor der Kameraeinrichtung 220 durch die Aufnahme 150 vor dem Zeitpunkt t0 positioniert. Nach dem Zeitpunkt t0 nimmt der CCD-Chip 230 in dem Schritt 310 ein erstes Bild des Halbleiterbauteils B auf. Im Anschluss an den Schritt 310 bestimmt die Bildverarbeitung BV in einem Schritt 311 in dem ersten Bild einen ersten Bildbereich einer ersten Mehrzahl von Bildbereichen, bei dem ein erster Teilbereich der Schärfeebene SE des reflektierten Lichts L auf die Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chips 230 projiziert ist. Weiter bestimmt die Bildverarbeitung BV in dem Schritt 311 einen zweiten und dritten Bildbereich des ersten Bilds, bei dem jeweils ein zweiter und ein dritter Teilbereich der Schärfeebene SE des reflektierten Lichts L nicht auf die Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chips 230 projiziert ist.
  • Nach einer vorbestimmten Zeitperiode nach dem Aufnehmen des ersten Bilds in Schritt 310 stellt die Bildverarbeitung BV einen Steuerbefehl an den ersten und/oder den zweiten Stellantrieb 120, 240 bereit. In einem Schritt 320 verstellen der erste und/oder der zweite Stellantrieb 120, 240 den relativen Abstand zwischen dem CCD-Chip 230 und dem Achromat 130 um eine vorbestimmte Weglänge. Entsprechend wird während dem Bestimmen der ersten, zweiten und dritten Bildbereiche durch die Bildverarbeitung BV der relative Abstand zwischen dem CCD-Chip 230 und dem Achromat 130 verstellt.
  • Die vorbestimmte Weglänge ist abhängig von optischen Eigenschaften des Achromats 130, der Linse 160 und/oder Maßen der Oberfläche O des Bauteils B. Vorzugsweise wird die vorbestimmte Weglänge in Abhängigkeit der Schärfentiefe ST vorbestimmt, sodass die vorbestimmte Weglänge kleiner, gleich oder größer der Schärfentiefe ST ist. Wie in der 12 dargestellt, wird eine Geschwindigkeit zum Zurücklegen der vorbestimmten Weglänge zunächst langsam und dann stärker erhöht. Nach einer bestimmten zurückgelegten Teilweglänge wird die Geschwindigkeit zunächst stark und dann leichter verringert. Somit wird ein abruptes Bewegen und Anhalten des Achromaten 130 und/oder CCD-Chips 230 durch den ersten und/oder zweiten Stellantrieb 120, 240, und damit ein Überschwingen entlang der Bewegungsrichtung vermieden.
  • Nach einem Beenden des Verstellens des relativen Abstands in dem Schritt 320 wird ein zweites Bild mittels des CCD-Chips 230 in einem Schritt 330 aufgenommen. Im Anschluss an den Schritt 330 bestimmt die Bildverarbeitung BV in einem Schritt 331 in dem zweiten Bild einen vierten und sechsten Bildbereich einer zweiten Mehrzahl von Bildbereichen, bei dem der erste und dritte Teilbereich der Schärfeebene SE des reflektierten Lichts L nicht auf die Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chips 230 projiziert ist. Weiter bestimmt die Bildverarbeitung BV in dem Schritt 331 einen fünften Bildbereich des zweiten Bilds, bei dem der zweite Teilbereich der Schärfeebene SE des reflektierten Lichts L auf die Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chips 230 projiziert ist.
  • Nach dem erfolgreichen Aufnehmen des zweiten Bilds in dem Schritt 330 stellt die Bildverarbeitung wieder einen Steuerbefehl an den ersten und/oder zweiten Stellantrieb 120, 240 bereit. In einem Schritt 340 verstellen der erste und/oder der zweite Stellantrieb 120, 240 den relativen Abstand zwischen dem CCD-Chip 230 und dem Achromat 130 um die vorbestimmte Weglänge. In einer anderen Variante kann in dem Schritt 340 der relative Abstand zwischen dem CCD-Chip 230 und dem Achromat 130 um eine zweite vorbestimmte Weglänge verstellt werden, die größer oder kleiner als die vorbestimmte Weglänge in dem Schritt 320 ist. Entsprechend wird während dem Bestimmen der vierten, fünften und sechsten Bildbereiche durch die Bildverarbeitung BV der relative Abstand zwischen dem CCD-Chip 230 und dem Achromat 130 verstellt.
  • Nach dem Beenden des Verstellens des relativen Abstands in dem Schritt 340 wird ein drittes Bild mittels des CCD-Chips 230 in einem Schritt 350 aufgenommen. Im Anschluss an das erfolgreiche Aufnehmen des dritten Bilds bestimmt die Bildverarbeitung BV in einem Schritt 351 einen siebten und achten Bildbereich des dritten Bilds, bei dem der erste und zweite Teilbereich der Schärfeebene SE des reflektierten Lichts L nicht auf die Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chips 230 projiziert ist. Weiter bestimmt die Bildverarbeitung BV in dem Schritt 351 einen neunten Bildbereich des dritten Bilds, bei dem der dritte Teilbereich der Schärfeebene SE des reflektierten Lichts L auf die Bildsensoroberfläche 231 des CCD-Chips 230 projiziert ist.
  • Nachdem das dritte Bild in dem Schritt 350 aufgenommen wurde, stellt die Bildverarbeitung BV einen weiteren Steuerbefehl an den ersten und/oder zweiten Stellantrieb 120, 240 bereit. Der erste und/oder zweite Stellantrieb 120, 240 verstellen den relativen Abstand zwischen dem CCD-Chip 230 und dem Achromat 130 in einem Schritt 360 auf seine anfängliche Länge. Entsprechend wird während dem Bestimmen der siebten, achten und neunten Bildbereiche durch die Bildverarbeitung BV der relative Abstand zwischen dem CCD-Chip 230 und dem Achromat 130 verstellt. Das Verstellen des relativen Abstands zwischen dem CCD-Chip 230 und des Achromats 130 auf seine anfängliche Länge wird wie das Verstellen des relativen Abstands in den Schritten 320 und 340 ausgeführt, allerdings in die entgegengesetzte Richtung.
  • Nach dem Schritt 360 prüft die Bildverarbeitung BV in aufeinanderfolgenden Schritten 312, 332, 352 basierend auf den jeweiligen bestimmten Bildbereichen des ersten, zweiten und dritten Bilds, ob der Halbleiterchip B Defekte aufweist.
  • In einer anderen Variante kann die Bildverarbeitung BV nach einem der Schritte 360, 312, 332, 352 ein viertes Bild in einem Schritt 353 erzeugen, in dem es den ersten, fünften und neunten Bildbereich des ersten, zweiten und dritten Bilds ausschneidet und zusammenfügt.
  • In einer weiteren Variante führt die Bildverarbeitung BV den Schritt 311 nach einem der Schritte 330, 331, 340, 350, 351, 360 aus. Weiter kann die Bildverarbeitung BV den Schritt 331 nach einem der Schritte 340, 350, 351, 360 ausführen und/oder den Schritt 351 nach einem der Schritte 312, 332.
  • Somit ist es möglich, eine Bildverarbeitung und Überprüfung der Bilder des Halbleiterchips B von dem Prozess der Bildaufnehme zu entkoppeln. Durch die Unabhängigkeit des Aufnehmens von Bildern des Halbleiterchips B von der Bildverarbeitung und Überprüfung der Bilder kann der Prozess des Bildaufnehmens auf weniger Schritte reduziert werden. Entsprechend wird eine Dauer für die Bildaufnahmen pro Bauteil reduziert und es kann eine größere Zahl von Bauteilen und entsprechenden Bildaufnehmen innerhalb derselben Zeit erreicht werden.
  • In 13 ist der Halbleiterchip B vor der Kameraeinrichtung 220 vor dem Zeitpunkt t0 positioniert. Nach dem Zeitpunkt t0 wird mittels des CCD-Chips in einem Schritt 410 ein erstes Bild aufgenommen und an die Bildverarbeitung BV bereitgestellt. Während dem Schritt 410 stellt die Bildverarbeitung BV einen Steuerbefehl an den ersten und/oder zweiten Stellantrieb 120, 240 bereit, um den relativen Abstand zwischen dem CCD-Chip 230 und dem Achromat 130 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit zu verstellen. Der erste und/oder der zweite Stellantrieb 120, 240 verstellen den relativen Abstand zwischen dem CCD-Chip 230 und dem Achromat 130 bereits, während noch die Aufnahme des ersten Bilds ausgeführt wird.
  • Der Zeitpunkt, zu dem der relative Abstand zwischen dem CCD-Chip 230 und dem Achromat 130 mit der vorbestimmten Geschwindigkeit verstellt wird, sowie die vorbestimmte Geschwindigkeiten richten sich nach den optischen Eigenschaften des Achromats 130, der Linse 160, der Schärfentiefe ST, den Maßen der Oberfläche O des Bauteils B, Massen des Achromats 130 und/oder der Linse 160 und/oder des Bildsensors 230 sowie dem Ansprechverhalten dieser durch den ersten und/oder zweiten Stellantrieb 120, 240. Ist die Schärfentiefe beispielsweise 70 µm groß, darf während dem Aufnehmen des ersten Bilds die Schärfeebene SE maximal um 70 µm verschoben werden. Somit wird eine scharfe Abbildung eines Teilbereichs des Halbleiterchips B auf einem Bildbereich des aufgenommen Bilds gewährleistet.
  • In 13 wird die vorbestimmte Geschwindigkeit entlang des Verfahrwegs, auf dem die Bilder erzeugt werden, konstant gehalten. In einer anderen Variante kann die Geschwindigkeit zum Verstellen des relativen Abstands zwischen dem CCD-Chip 230 und dem Achromat innerhalb eines vorbestimmten Geschwindigkeitsbereichs oder zwischen wenigstens zwei verschiedenen Geschwindigkeiten wechseln.
  • Nach dem die Schärfenebene SE um eine vorbestimmte Weglänge und/oder für eine vorbestimmte Zeit verstellt wurde, wird ein zweites Bild mittels des CCD-Chips 230 in einem Schritt 430 aufgenommen. Unabhängig von dem Aufnehmen des zweiten Bilds wird der relative Abstand zwischen dem CCD-Chip 230 und dem Achromat 130 weiter mit der vorbestimmten Geschwindigkeit verstellt. In einer anderen Variante wird das zweite Bild dann aufgenommen, wenn eine vorbestimmte Schärfenebeneposition erreicht wurde.
  • Nach dem die Schärfenebene SE weiter um eine vorbestimmte Weglänge und/oder für eine vorbestimmte Zeit verstellt wurde, wird ein drittes Bild mittels des CCD-Chips 230 in einem Schritt 450 aufgenommen. Wie bei dem Aufnehmen des zweiten Bilds wird auch während dem Aufnehmen des dritten Bilds der relative Abstand zwischen dem CCD-Chip 230 und dem Achromat 130 mit der vorbestimmten Geschwindigkeit verstellt. In einer anderen Variante wird die vorbestimmte Geschwindigkeit während dem Aufnehmen des dritten Bilds vermindert, bis schließlich der relative Abstand zwischen dem CCD-Chip 230 und dem Achromat 130 nicht mehr verstellt wird.
  • Die Schritte 311, 312, 331, 332, 351, 352, 353, 360 können wie für 12 bereits beschrieben ausgeführt werden.
  • Gemäß der 13 werden der Achromat 130 und/oder der Bildsensor 230 nur einmalig beschleunigt und gestoppt, während das erste, zweite und dritte Bild aufgenommen werden. Ein jeweiliges Anhalten und erneutes Beschleunigen werden vermieden, sodass die Dauer für die Bildaufnahmen pro Bauteil weiter reduziert wird. Ebenfalls werden durch erneutes Beschleunigen und Anhalten Schwingungen des optischen Bauteilerfassungssystems 200 vermieden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102008018586 A1 [0003]
    • JP 2016128781 [0004]

Claims (24)

  1. Optisches Bauteilerfassungssystem (200) zum Erfassen mindestens einer Oberfläche mindestens eines Bauteils (B), wobei eine Aufnahme (150) dazu eingerichtet ist, das Bauteil (B) vor einer Kameraeinrichtung (220) zu positionieren, um eine erste Oberfläche (O) des Bauteils (B) mit der Kameraeinrichtung (220) zu erfassen, wobei die Kameraeinrichtung (220) einen Bildsensor (230) umfasst, der dazu eingerichtet ist, an der ersten Oberfläche (O) des Bauteils (B) reflektiertes Licht (L) zu empfangen; wobei das optische Bauteilerfassungssystem (200) ein erstes optisch wirksames Element (130), das in einem Strahlengang des reflektierten Lichts (L) zu dem Bildsensor (230) angeordnet ist, und eine Stelleinrichtung (100) für das erste optisch wirksame Element (130) umfasst, die Stelleinrichtung (100) umfassend: eine Halterung (140) für das erste optisch wirksame Element (130), wobei die Halterung (140) an einer Innenseite eines hohlzylindrischen Tubus (110) befestigt und eine Längsmittelachse des Tubus (110) koaxial zu einer optischen Achse (OA) des ersten optisch wirksamen Elements (130) orientiert ist, und wobei die Halterung (140) zumindest in einer Tubus-Längsrichtung elastisch nachgiebig ist; und einen ersten Stellantrieb (120) zum Verstellen eines relativen Abstands zwischen dem optisch wirksamen Element (130) und dem Bildsensor (230), um das optisch wirksame Element (130) relativ zu dem Bildsensor (230) entlang der optischen Achse (OA) zu verlagern.
  2. Optisches Bauteilerfassungssystem (200) nach Anspruch 1, wobei der erste Stellantrieb (120) eine die Halterung (140) zumindest abschnittsweise umgebende Spule (121) umfasst; wobei eine Steuerungsvorrichtung (ECU) dazu eingerichtet ist, einen der Spule (121) zugeführten elektrischen Strom zum Erzeugen eines Magnetfelds zu steuern; wobei die Halterung (140) ein weicheisenhaltiges oder ein dauermagnetisches Bauteil (141, 142) aufweist, das dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von dem der Spule (121) zugeführten elektrischen Strom die Halterung (140) entlang der Längsmittelachse des Tubus (110) zu verlagern.
  3. Optisches Bauteilerfassungssystem (200) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, weiter umfassend: einen durch die Steuerungsvorrichtung (ECU) gesteuerten zweiten Stellantrieb (240) zum Verstellen des Bildsensors (230), um den Bildsensor (230) relativ zu dem ersten optisch wirksamen Element (130) entlang der optischen Achse (OA) zu verlagern; und/oder mindestens eine Lichtquelle, die eingerichtet ist, Licht zu der ersten Oberfläche (O) des Bauteils (B) zu senden; wobei, als Option, die Steuerungsvorrichtung (ECU) dazu eingerichtet ist, den relativen Abstand zwischen dem ersten optisch wirksamen Element (130) und dem Bildsensor (230) durch Steuern des ersten und/oder des zweiten Stellantriebs (120, 240) zu verstellen, um eine Schärfeebene (SE) des reflektierten Lichts (L) auf eine dem reflektierten Licht (L) zugewandte Bildsensoroberfläche (231) des Bildsensors (230) zu projizieren.
  4. Optisches Bauteilerfassungssystem (200) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei eine Bildverarbeitung (BV) eingerichtet ist zum: - Aufnehmen eines ersten Bilds (BA) mittels des Bildsensors (230), das an die Bildverarbeitung (BV) bereitgestellt wird; - Bestimmen, basierend auf dem ersten erzeugten Bild (BA), ob die Schärfeebene (SE) des reflektierten Lichts (L) im Wesentlichen vollständig auf die Bildsensoroberfläche (231) des Bildsensors (230) projiziert ist; und wenn die Schärfeebene (SE) des reflektierten Lichts (L) nicht im Wesentlichen vollständig auf die Bildsensoroberfläche (231) des Bildsensors (230) projiziert ist, dann - Bestimmen eines ersten Bildbereichs (B1) einer ersten Mehrzahl von Bildbereichen (B1, B2) des ersten Bilds (BA), bei dem ein erster Teilbereich der Schärfeebene (SE) des reflektierten Lichts (L) auf die Bildsensoroberfläche (231) des Bildsensors (230) projiziert ist; - Bestimmen eines zweiten Bildbereichs (B2) der ersten Mehrzahl von Bildbereichen (B1, B2) des ersten Bilds (BA), bei dem ein zweiter Teilbereich der Schärfeebene (SE) des reflektierten Lichts (L) nicht auf die Bildsensoroberfläche (231) des Bildsensors (230) projiziert ist; - Bereitstellen eines Steuerbefehls an die Steuerungsvorrichtung (ECU) zum Steuern des ersten und/oder des zweiten Stellantriebs (120, 240), um den relativen Abstand zwischen dem ersten optisch wirksamen Element (130) und dem Bildsensor (230) zu verstellen und den zweiten Teilbereich der Schärfeebene (SE) des reflektierten Lichts (L) auf die Bildsensoroberfläche (231) des Bildsensors (230) zu projizieren; - Aufnehmen eines zweiten Bilds (BB) mittels des Bildsensors (230), das an die Bildverarbeitung (BV) bereitgestellt wird; - Bestimmen eines dritten Bildbereichs (B3) einer zweiten Mehrzahl von Bildbereichen (B3, B4) des zweiten Bilds (BB), bei dem der erste Teilbereich der Schärfeebene (SE) des reflektierten Lichts (L) nicht auf die Bildsensoroberfläche (231) des Bildsensors (230) projiziert ist; und - Bestimmen eines vierten Bildbereichs (B4) der zweiten Mehrzahl von Bildbereichen (B3, B4) des zweiten Bilds (BB), bei dem der zweite Teilbereich der Schärfeebene (SE) des reflektierten Lichts (L) auf die Bildsensoroberfläche (231) des Bildsensors (230) projiziert ist.
  5. Optisches Bauteilerfassungssystem (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Bildverarbeitung (BV) eingerichtet ist zum: - Aufnehmen eines ersten Bilds (BA) mittels des Bildsensors (230), das an die Bildverarbeitung (BV) bereitgestellt wird; - Bereitstellen eines Steuerbefehls an die Steuerungsvorrichtung (ECU) zum Steuern des ersten und/oder des zweiten Stellantriebs (120, 240), um den relativen Abstand zwischen dem ersten optisch wirksamen Element (130) und dem Bildsensor (230) um eine vorbestimmte Weglänge zu verstellen; - Aufnehmen eines zweiten Bilds (BB) mittels des Bildsensors (230), das an die Bildverarbeitung (BV) bereitgestellt wird.
  6. Optisches Bauteilerfassungssystem (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Bildverarbeitung (BV) eingerichtet ist zum: - Aufnehmen eines ersten Bilds (BA) mittels des Bildsensors (230), das an die Bildverarbeitung (BV) bereitgestellt wird; - Bereitstellen eines Steuerbefehls an die Steuerungsvorrichtung (ECU) zum Steuern des ersten und/oder des zweiten Stellantriebs (120, 240), um den relativen Abstand zwischen dem ersten optisch wirksamen Element (130) und dem Bildsensor (230) während dem Aufnehmen des ersten Bilds (BA) mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit zu verstellen; - Aufnehmen eines zweiten Bilds (BB) mittels des Bildsensors (230), das an die Bildverarbeitung (BV) bereitgestellt wird, nachdem das erste Bild (BA) aufgenommen wurde oder nach einer vorbestimmten Zeitperiode nachdem das erste Bild (BA) aufgenommen wurde und während der relative Abstand zwischen dem ersten optisch wirksamen Element (130) und dem Bildsensor (230) verstellt wird.
  7. Optisches Bauteilerfassungssystem (200) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei die Bildverarbeitung (BV) nach dem Aufnehmen des ersten Bilds (BA) oder nach dem Aufnehmen des zweiten Bilds (BB) eingerichtet ist zum: - Bestimmen eines ersten Bildbereichs (B1) einer ersten Mehrzahl von Bildbereichen (B1, B2) des ersten Bilds (BA), bei dem ein erster Teilbereich der Schärfeebene (SE) des reflektierten Lichts (L) auf die Bildsensoroberfläche (231) des Bildsensors (230) projiziert ist; und/oder - Bestimmen eines zweiten Bildbereichs (B2) der ersten Mehrzahl von Bildbereichen (B1, B2) des ersten Bilds (BA), bei dem ein zweiter Teilbereich der Schärfeebene (SE) des reflektierten Lichts (L) nicht auf die Bildsensoroberfläche (231) des Bildsensors (230) projiziert ist; und/oder - Bestimmen eines dritten Bildbereichs (B3) einer zweiten Mehrzahl von Bildbereichen (B3, B4) des zweiten Bilds (BB), bei dem der erste Teilbereich der Schärfeebene (SE) des reflektierten Lichts (L) nicht auf die Bildsensoroberfläche (231) des Bildsensors (230) projiziert ist; und/oder - Bestimmen eines vierten Bildbereichs (B4) der zweiten Mehrzahl von Bildbereichen (B3, B4) des zweiten Bilds (BB), bei dem der zweite Teilbereich der Schärfeebene (SE) des reflektierten Lichts (L) auf die Bildsensoroberfläche (231) des Bildsensors (230) projiziert ist.
  8. Optisches Bauteilerfassungssystem (200) nach Anspruch 4 oder 7, wobei der erste und zweite Bildbereich (B1, B2) des ersten Bilds (BA) jeweils einen Teil des Bauteils (B) abbilden, der im Wesentlichen dem Teil des Bauteils (B) in dem dritten und vierten Bildbereich (B3, B4) des zweiten Bilds (BB) entspricht; und/oder wobei bei dem ersten Bild (BA) der erste Teilbereich der Schärfeebene (SE) und bei dem zweiten Bild (BB) der zweite Teilbereich der Schärfeebene (SE) innerhalb einer vorbestimmten Schärfentiefe (ST) auf die Bildsensoroberfläche (231) des Bildsensors (230) projiziert ist; und wobei bei dem ersten Bild (BA) der zweite Teilbereich der Schärfeebene (SE) und bei dem zweiten Bild (BB) der erste Teilbereich der Schärfeebene (SE) außerhalb der vorbestimmten Schärfentiefe (ST) auf die Bildsensoroberfläche (231) des Bildsensors (230) projiziert ist.
  9. Optisches Bauteilerfassungssystem (200) nach einem der Ansprüche 4 oder 7 und/oder 8, wobei die Bildverarbeitung (BV) weiter eingerichtet ist zum: - Ausschneiden des ersten Bildbereichs (B1) aus dem ersten Bild (BA) und des vierten Bildbereichs (B4) aus dem zweiten Bild (BB); und - Zusammenfügen der ausgeschnittenen ersten und vierten Bildbereiche (B1, B4), um ein drittes Bild (BC) zu erzeugen; und/oder - Bestimmen, basierend auf dem ersten Bildbereich (B1) des ersten Bilds (BA) und/oder des vierten Bildbereichs (B4) des zweiten Bilds (BB) und/oder dem dritten Bild (BC), ob das Bauteil (B) wenigstens eine Störstelle aufweist; und wenn die Bildverarbeitung (BV) wenigstens eine Störstelle bestimmt, dann - Bereitstellen einer Störstellen-Information über das Bauteil (B).
  10. Optisches Bauteilerfassungssystem (200) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, weiter umfassend: einen Positionserfassungssensor (250), der dazu eingerichtet ist, eine Position und/oder Lage des ersten optisch wirksamen Elements (130) und/oder der Bildsensoroberfläche (231) des Bildsensors (230) zu bestimmen und Informationen über die Position und/oder Lage des optisch wirksamen Elements (130) und/oder der Bildsensoroberfläche (231) des Bildsensors (230) an die Steuerungsvorrichtung (ECU) bereitzustellen, die basierend auf den bereitgestellten Informationen den ersten und/oder den zweiten Stellantrieb (120, 240) steuert, wobei der Positionserfassungssensor, als Option, ein optischer oder (elektro-) mechanischer Positionserfassungssensor ist.
  11. Optisches Erfassungssystem (200) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Kameraeinrichtung (220) ein zweites optisch wirksames Element (160) zwischen dem ersten optisch wirksamen Element (130) und dem Bildsensor (230) in dem Strahlengang umfasst, wobei eine optische Achse des zweiten optisch wirksamen Elements (160) koaxial zu der optischen Achse des ersten optisch wirksamen Elements (130) orientiert ist; und/oder wobei das erste optisch wirksame Element (130) ein Achromat ist; und/oder wobei das zweite optisch wirksame Element (160) eine Sammellinse ist.
  12. Optisches Bauteilerfassungssystem (200) zum Erfassen mindestens einer Oberfläche mindestens eines Bauteils (B), wobei eine Aufnahme (150) dazu eingerichtet ist, das Bauteil (B) vor einer Kameraeinrichtung (220) zu positionieren, um eine erste Oberfläche (O) des Bauteils (B) mit der Kameraeinrichtung (220) zu erfassen, wobei die Kameraeinrichtung (220) einen Bildsensor (230) umfasst, der dazu eingerichtet ist, an der ersten Oberfläche (O) des Bauteils (B) reflektiertes Licht (L) zu empfangen; wobei das optische Bauteilerfassungssystem (200) ein erstes optisch wirksames Element (130), das in dem Strahlengang des reflektierten Lichts (L) zu dem Bildsensor (230) angeordnet ist, und eine Stelleinrichtung (100) für das erste optisch wirksame Element (130) umfasst, die Stelleinrichtung (100) umfassend: eine Halterung (140) für das erste optisch wirksame Element (130), wobei die Halterung (140) an einer Innenseite eines hohlzylindrischen Tubus (110) mittels einer Linearführung befestigt und eine Längsmittelachse des Tubus (110) koaxial zu einer optischen Achse (OA) des ersten optisch wirksamen Elements (130) orientiert ist, und wobei die Linearführung dazu eingerichtet ist, die Halterung (140) parallel zu der optischen Achse (OA) zu führen; einen ersten Stellantrieb (120) zum Verstellen eines relativen Abstands zwischen dem Bildsensor (230) und dem ersten optisch wirksamen Element (130), um das erste optisch wirksame Element (130) relativ zu dem Bildsensor (230) zu verlagern.
  13. Stelleinrichtung (100) für ein optisch wirksames Element (130), umfassend: eine Halterung (140) für das erste optisch wirksame Element (130), wobei die Halterung (140) an einer Innenseite eines hohlzylindrischen Tubus (110) befestigt und eine Längsmittelachse des Tubus (110) koaxial zu einer optischen Achse (OA) des ersten optisch wirksamen Elements (130) orientiert ist, und wobei die Halterung (140) zumindest in einer Tubus-Längsrichtung elastisch nachgiebig ist; und einen ersten Stellantrieb (120) zum Verstellen der Halterung (140), um das erste optisch wirksame Element (130) relativ zu dem Tubus (110) entlang der optischen Achse (OA) zu verlagern.
  14. Stelleinrichtung (100) für ein optisch wirksames Element (130), umfassend: eine Halterung (140) für das erste optisch wirksame Element (130), wobei die Halterung (140) an einer Innenseite eines hohlzylindrischen Tubus (110) mittels einer Linearführung befestigt und eine Längsmittelachse des Tubus (110) koaxial zu einer optischen Achse (OA) des ersten optisch wirksamen Elements (130) orientiert ist, wobei die Linearführung dazu eingerichtet ist, die Halterung (140) parallel zu der optischen Achse (OA) zu führen; und einen ersten Stellantrieb (120) zum Verstellen der Halterung (140), um das erste optisch wirksame Element (130) relativ zu dem Tubus (110) entlang der optischen Achse (OA) zu verlagern.
  15. Verfahren zum Erfassen mindestens einer Oberfläche mindestens eines Bauteils (B), mit den folgenden Schritten: - Ausrichten des Bauteils (B) zu einer Kameraeinrichtung (220); - Erfassen, mittels der Kameraeinrichtung (220), der ersten Oberfläche (O) des Bauteils (B); - Empfangen, mittels eines Bildsensors (230) der Kameraeinrichtung (220), von Licht (L), das an der ersten Oberfläche (O) des Bauteils (B) reflektiert wurde; - Halten eines ersten optisch wirksamen Elements (130) in den Strahlengang des reflektierten Lichts (L) mittels einer in eine Längsrichtung elastisch nachgiebigen Halterung (140), wobei die Längsrichtung parallel zu einer optischen Achse (OA) des optisch wirksamen Elements (130) orientiert ist; - Verstellen eines relativen Abstands zwischen dem Bildsensor (230) und dem ersten optisch wirksamen Element (130), um das erste optisch wirksame Element (130) relativ zu dem Bildsensor (230) entlang der optischen Achse zu verlagern.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, mit dem folgenden Schritt: - Verstellen des relativen Abstands zwischen dem Bildsensor (230) und dem ersten optisch wirksamen Element (130), um den Bildsensor (230) relativ zu dem ersten optisch wirksamen Element (130) entlang der optischen Achse (OA) zu verlagern; und, als Option, - Verstellen des relativen Abstands zwischen dem Bildsensor (230) und dem ersten optisch wirksamen Element (130), um eine Schärfeebene (SE) des reflektierten Lichts (L) auf eine dem reflektierten Licht (L) zugewandte Bildsensoroberfläche (231) des Bildsensors (230) zu projizieren.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, mit den folgenden Schritten: - Aufnehmen eines ersten Bilds (BA); - Bestimmen, basierend auf dem ersten Bild (BA), ob die Schärfeebene (SE) des reflektierten Lichts (L) im Wesentlichen vollständig auf die Bildsensoroberfläche (231) des Bildsensors (230) projiziert ist; und wenn die Schärfeebene (SE) des reflektierten Lichts (L) nicht im Wesentlichen vollständig auf die Bildsensoroberfläche (231) des Bildsensors (230) projiziert ist, dann - Bestimmen eines ersten Bildbereichs (B1) einer ersten Mehrzahl von Bildbereichen (B1, B2) des ersten Bilds (BA), bei dem ein erster Teilbereich der Schärfeebene (SE) des reflektierten Lichts (L) auf die Bildsensoroberfläche (231) des Bildsensors (230) projiziert ist; - Bestimmen eines zweiten Bildbereichs (B2) der Mehrzahl von Bildbereichen (B1, B2) des ersten Bilds (BA), bei dem ein zweiter Teilbereich der Schärfeebene (SE) des reflektierten Lichts (L) nicht auf die Bildsensoroberfläche (231) des Bildsensors (230) projiziert ist; - Verstellen des relativen Abstands zwischen dem Bildsensor (230) und dem ersten optisch wirksamen Element (130), um den zweiten Teilbereich der Schärfeebene (SE) des reflektierten Lichts (L) auf die Bildsensoroberfläche (231) des Bildsensors (230) zu projizieren; - Aufnehmen eines zweiten Bilds (BB); - Bestimmen eines dritten Bildbereichs (B3) einer zweiten Mehrzahl von Bildbereichen (B3, B4) des zweiten Bilds (BB), bei dem der erste Teilbereich der Schärfeebene (SE) des reflektierten Lichts (L) nicht auf die Bildsensoroberfläche (231) des Bildsensors (230) projiziert ist; - Bestimmen eines vierten Bildbereichs (B4) der zweiten Mehrzahl von Bildbereichen (B3, B4) des zweiten Bilds (BB), bei dem der zweite Teilbereich der Schärfeebene (SE) des reflektierten Lichts (L) auf die Bildsensoroberfläche (231) des Bildsensors (230) projiziert ist.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, mit den folgenden Schritten: - Aufnehmen eines ersten Bilds (BA); - Verstellen des relativen Abstands zwischen dem Bildsensor (230) und dem ersten optisch wirksamen Element (130) um eine vorbestimmte Weglänge; - Aufnehmen eines zweiten Bildes (BB).
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, mit den folgenden Schritten: - Aufnehmen eines ersten Bilds (BA); - Verstellen des relativen Abstands zwischen dem Bildsensor (230) und dem ersten optisch wirksamen Element (130) während dem Aufnehmen des ersten Bilds (BA) mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit; - Aufnehmen eines zweiten Bilds (BB), nachdem das erste Bild (BA) aufgenommen wurde oder nach einer vorbestimmten Zeitperiode nachdem das erste Bild (BA) aufgenommen wurde und während dem Verstellen des relativen Abstands zwischen dem Bildsensor (230) und dem ersten optisch wirksamen Element (130).
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 oder 19, mit den folgenden Schritten: - Bestimmen eines ersten Bildbereichs (B1) einer ersten Mehrzahl von Bildbereichen (B1, B2) des ersten Bilds (BA), bei dem ein erster Teilbereich der Schärfeebene (SE) des reflektierten Lichts (L) auf die Bildsensoroberfläche (231) des Bildsensors (230) projiziert ist; und/oder - Bestimmen eines zweiten Bildbereichs (B2) der Mehrzahl von Bildbereichen (B1, B2) des ersten Bilds (BA), bei dem ein zweiter Teilbereich der Schärfeebene (SE) des reflektierten Lichts (L) nicht auf die Bildsensoroberfläche (231) des Bildsensors (230) projiziert ist; und/oder - Bestimmen eines dritten Bildbereichs (B3) einer zweiten Mehrzahl von Bildbereichen (B3, B4) des zweiten Bilds (BB), bei dem der erste Teilbereich der Schärfeebene (SE) des reflektierten Lichts (L) nicht auf die Bildsensoroberfläche (231) des Bildsensors (230) projiziert ist; und/oder - Bestimmen eines vierten Bildbereichs (B4) der zweiten Mehrzahl von Bildbereichen (B3, B4) des zweiten Bilds (BB), bei dem der zweite Teilbereich der Schärfeebene (SE) des reflektierten Lichts (L) auf die Bildsensoroberfläche (231) des Bildsensors (230) projiziert ist.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 oder 20, wobei der erste und zweite Bildbereich (B1, B2) des ersten Bilds (BA) jeweils einen Teil des Bauteils (B) abbilden, der im Wesentlichen dem Teil des Bauteils (B) in dem dritten und vierten Bildbereich (B3, B4) des zweiten Bilds (BB) entspricht; und/oder wobei bei dem ersten Bild (BA) der erste Teilbereich der Schärfeebene (SE) und bei dem zweiten Bild (BB) der zweite Teilbereich der Schärfeebene (SE) innerhalb einer vorbestimmten Schärfentiefe (ST) auf die Bildsensoroberfläche (231) des Bildsensors (230) projiziert ist; wobei bei dem ersten Bild (BA) der zweite Teilbereich der Schärfeebene (SE) und bei dem zweiten Bild (BB) der erste Teilbereich der Schärfeebene (SE) außerhalb der vorbestimmten Schärfentiefe (ST) auf die Bildsensoroberfläche (231) des Bildsensors (230) projiziert ist.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 oder 20 und/oder 21, mit den folgenden Schritten: - Ausschneiden des ersten Bildbereichs (B1) aus dem ersten Bild (BA) und des vierten Bildbereichs (B4) aus dem zweiten Bild (BB); und - Zusammenfügen der ausgeschnittenen ersten und vierten Bildbereiche (B1, B4), um ein drittes Bild (BC) zu erzeugen; und/oder - Bestimmen, basierend auf dem ersten Bildbereich (B1) des ersten Bilds (BA) und/oder des vierten Bildbereichs (B4) des zweiten Bilds (BB) und/oder dem dritten Bild (BC), ob das Bauteil (B) wenigstens eine Störstelle aufweist; und wenn das Bauteil (B) wenigstens eine Störstelle aufweist, dann - Bereitstellen einer Störstellen-Information über das Bauteil (B).
  23. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 22, wobei, wenn die Halterung (140) ein weicheisenhaltiges Bauteil aufweist, die Halterung (140) durch das erzeugte Magnetfeld in eine erste Richtung relativ zu dem Bildsensor (230) entlang der optischen Achse (OA) verformt wird.
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 22, wobei, wenn die Halterung (140) ein dauermagnetisches Bauteil aufweist, die Halterung (140) durch das erzeugte Magnetfeld in die erste oder eine zweite Richtung relativ zu dem Bildsensor (230) abhängig von einer Stromrichtung des elektrischen Stroms in der Spule (121) verformt wird, wobei die zweite Richtung der ersten Richtung entgegengesetzt ist.
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