DE3519772A1 - Bildabtastgeraet fuer gedruckte verdrahtungsplatten - Google Patents

Bildabtastgeraet fuer gedruckte verdrahtungsplatten

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Description

Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd./ 1-1, Tenjinkitamachi, Teranouchi-agaru 4-chome, Horikawa-dori, Kamikyo-ku, Kyoto, Japan
Bildabtastgerät für gedruckte Verdrahtungsplatten
Die Erfindung betrifft ein Bildabtastgerät, das als Vorrichtung zur automatisch durchgeführten optischen Prüfung von Verdrahtungsmustern einer gedruckten Verdrahtungsplatte verwendet wird, und insbesondere die Verbesserung eines Beleuchtungssystems zur Bestrahlung der gedruckten Verdrahtungsplatte.
Im allgemeinen besteht eine gedruckte Verdrahtungsplatte
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Büro Bremen / Bremen Office:
Postfach / P. O. Box 107127 Hollerallee 32, D-2800 Bremen 1 Telephon: (0421) *349071 Telekopierer /Telecopier: CCITT 2 Telegr. /Cables: Diagramm Bremen ,/Telex: 244958 bopat d
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Deutsche Bank, Bremen
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(BLZ 700 101 11) 17907 702 Büro München/Munich Office .· ι«.-.·
Postfach / P. O. Box 22 01 37 Schlotthauerstraße 3, D-8000 München Telephon: (089)* 22 33 11 Telekop / Telecop.: (089) 22 15 69 CClTr Telegr. / Cables: Forbopat München Telex: 524 """r bod
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aus einem Schichtplatten-Bauteil, das mit Kupferfolie überzogen ist. Das kupferüberzogene Schichtplatten-Bauteil wird vor dem Ätzen mit Hilfe einer Polierwalze geglättet. Ein solcher Poliervorgang wird so durchgeführt, daß ein lichtbeständiger Film auf das kupferüberzogene Schichtplatten-Bauteil aufgeklebt wird; danach wird die Oberfläche der Kupferfolie aktiviert, um dadurch den Ätzvorgang gleichmäßig durchführen zu können. Nach dem Ätzvorgang wird der lichtbeständige Film wieder entfernt. Die so gebildeten Kupfermuster haben auf ihrer Oberfläche Fehler, die durch den Poliervorgang hervorgerufen worden sind, wobei die Fehler hauptsächlich aus Streifen bestehen, die hinsichtlich der gedruckten Verdrahtungsplatte in derselben Richtung verlaufen. Die Richtungen solcher Streifen sind hinsichtlich gedruckter Verdrahtungsplatten derselben Art nicht notwendigerweise identisch.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Teilansicht einer gedruckten Verdrahtungsplatte. Eine gedruckte Verdrahtungsplatte 3, die ein Kupfermuster 1 mit hauptsächlich V-förmigen Streifen 2 aufweist, wird mit Hilfe eines Bildabtastgerätes einer sukzessiven Bildabtastung zur Fehlerprüfung der Verdrahtungsmuster unterworfen. Das einfallende Licht wird so auf die Oberfläche der Verdrahtungsplatte 3 eingestrahlt, daß das von der Oberfläche der Verdrahtungsplatte 3 reflektierte Licht 5 von einer Bildaufzeichnungseinrichtung empfangen wird, z. B. durch eine Linse hindurch (nicht gezeigt) von einem Festkörper-Bildsensor (nicht gezeigt) . Der Festkörper-Bildsensor, der als Bildaufzeichnungseinrichtung dient, gibt entsprechend der Menge des empfangenen Lichts Bildabtastsignale aus. Das Trägermaterial 6
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und das Kupfermuster 1 werden aufgrund der Bildabtastsignale voneinander unterschieden, wobei die Informationen als binäre Rasterbilder vorliegen. Daher ist es notwendig, solch eine Unterscheidung dadurch zu erleichtern, daß das Kupfermuster 1 als Gegenstand der Bildabtastung bezüglich der reflektierten Lichtmenge hinreichend verschieden vom Trägermaterial 6 als Hintergrund ist.
Da das Kupfermuster 1 jedoch die Streifen 2 auf seiner Oberfläche aufweist, wird das einfallende Licht 4 von den Streifen 2 diffus reflektiert. Das Ausmaß der diffusen Reflektion hängt vom Verhältnis zwischen der Einstrahlrichtung des einfallenden Lichtes 4 und der Richtung der Streifen 2 ab; daher besteht zwischen dem vom Kupfermuster 1 und dem vom Trägermaterial 6 reflektierten Licht nicht notwendigerweise ein hinreichend scharfer Kontrast. Die Streifen 2 verlaufen mit anderen Worten sogar auf gedruckten Verdrahtungsplatten derselben Art in verschiedenen Richtungen; daher verändert sich die Menge des in bestimmte Richtungen, wie die Spiegelreflektionsrichtung und die Richtung, in der die Bildaufzeichnungseinrichtung angebracht ist, reflektierten Lichts in Abhängigkeit der Richtung der Streifen 2 beträchtlich, vorausgesetzt,daß das einfallende Licht 4 in einer konstanten Richtung eingestrahlt wird. Da die Menge des vom Trägermaterial 6 reflektierten Lichtes in jedem gewünschten Teilausschnitt und auf jeder Verdrahtungsplatte derselben Art stets konstant bleibt, ändert sich der Kontrast in Abhängigkeit von der Richtung der Streifen 2, d. h. in Abhängigkeit von der gedruckten Verdrahtungsplatte. Solche Kontraständerungen können nur dann wirksam ausgeglichen werden, wenn die Diskriminationsleistung des Abtastsystem hin-
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reichend vergrößert wird, insbesondere dann, wenn Musterdaten von gedruckten Verdrahtungsplatten in Pixeleinheiten miteinander verglichen werden sollen.
Die Verbesserung der Dxskriminationsleistung eines Abtastsystems führt zu beträchtlichen Kostensteigerungen. Daher werden die obenerwähnten Kontraständerungen im allgemeinen durch eine extrem leistungsstarke Beleuchtung überdeckt, so daß die Bildabtastsignale, die sich auf die Kupfermuster beziehen, hinreichend gut nachgewiesen werden können, sogar dann, wenn die Menge des vom Kupfermuster reflektierten Lichtes nur minimal ist. Für solch eine leistungsstarke Beleuchtung werden im allgemeinen Wolfram- oder Halogenlampen verwendet. Die leistungsstarke Beleuchtung unter Verwendung von Wolfram- oder Halogenlampen hat jedoch die folgenden Nachteile:
Da gibt es zunächst das Problem der Wärmeerzeugung, da die Lampe durch die leistungsstarke Beleuchtung eine große Menge Wärme erzeugt. Da in der Nähe der Lampe ein Signalschaltkreis angebracht ist, sind nicht nur der Festkörper-Bildsensor sondern auch entsprechende Teile des Schaltkreises einer beträchtlichen Wärmebeeinflussung ausgesetzt, so daß z. B. der Dunkelstrom des Festkörper-Bildsensors durch Erhöhung der Umgebungstemperatur ebenfalls erhöht wird. Um solch eine Wärmebeeinflussung zu verhindern, muß die Anordnung der mechanischen Teile, der Schaltungsteile o. ä. ganz spezifisch geplant oder die Vorrichtung entsprechend groß ausgelegt werden.
Zweitens muß die Lampe selbst zur Durchführung einer
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leistungsstarken Beleuchtung entsprechend groß ausfallen, was zu einer Vergrößerung der gesamten Vorrichtung führt. Darüberhinaus ist eine solche Lampe mechanisch anfällig, relativ kurzlebig, unzuverlässig bezüglich der Stabilität der Leuchtkraft und unhandlich.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Bildabtastgerät für Verdrahtungsplatten zur Verfügung zu stellen, welches die Veränderungen der reflektierten Lichtmenge, die durch Streifen auf den Kupfermustern hervorgerufen werden, ohne Verwendung einer besonders lichtstarken Beleuchtungsquelle behebt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein BiIdabtastgerät für Verdrahtungsplatten zur Verfügung zu stellen, in welchem die optischen Eingenschaften eines Festkörper-Bildsensors und/oder einer Beleuchtungsquelle als Bildabtasteinrichtung so verbessert sind, daß das Signal-Rausch-Verhältnis der Bildabtastsignale günstiger ausfällt.
Schließlich besteht eine weitere Aufgabe der Erfindung darin, ein Bildabtastgerät für Verdrahtungsplatten zur Verfügung zu stellen, das kleinformatig, handlich und kostengünstig ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Empfangsoberfläche 12a des Festkörper-Bildsensors 12 gegenüber der Oberfläche der gedruckten Verdrahtungsplatte 10 liegt, und die Beleuchtungseinrichtung von einer Hauptbeleuchtungsquelle 13, welche so angebracht ist, daß sie bezüglich der Empfangsoberfläche 12a des Festkörper-Bildsensors 12 dem Gesetz der Spiegelreflexion an der Oberfläche der Verdrahtungsplatte 10 genügt, und von einer Hilfsbeleuchtungsquelle 16 gebildet wird, die so angebracht ist, daß sie bezüglich der Empfangsoberfläche 12a des Festkörper-Bildsensors 12 dem Gesetz der Spiegelreflexion an der Oberfläche der gedruckten Verdrahtungsplatte 10 nicht genügt, wodurch die Empfangsoberfläche 12a von Streulicht getroffen wird, das von den Oberflächen der Kupfermuster 11 diffus reflektiert wird.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird die von den Oberflächen der Kupfermuster reflektierte Lichtmenge der Hauptbeleuchtungsquelle, die im Vergleich mit der vom Trägermaterial reflektierten Lichtmenge durch die Streifen auf den Kupfermustern reduziert ist, von dem Streulicht der Hilfsbeleuchtungsquelle ausgeglichen, wodurch die reflektierte Lichtmenge auf einem hohen Wert gehalten werden kann und bezüglich der Richtungsänderungen der Streifen stabilisiert wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen zu sehen ist.
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Fig. 1 zeigt eine perspektivische Teilansicht von der Struktur einer gedruckten Verdrahtungsplatte; die Fig. 2a und 2b zeigen grob vereinfachte Seitenansichten zweier Ausführungsformen der Erfindung; in Fig. 3 ist die Art und Weise dargestellt, in der die reflektierte Lichtmenge einer Hauptbeleuchtungsquelle durch Streifen auf den Oberflächen von Kupfermustern verändert wird;
Fig. 4 zeigt die Darstellung des Grundprinzips der Erfindung;
Fig. 5 zeigt eine grob vereinfachte perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung, in der Lichtemissionsdioden als Beleuchtungsquelle verwendet werden;
die Fig. 6a und 6b zeigen grob vereinfachte Draufsichten von Lichtemissionsdiodenreihen, die als Beleuchtungsquellen verwendet werden;
die Fig. 7a und 7b zeigen grob vereinfachte Draufsichten von Lichtemissionsdiodenreihen, die integral geformte Beleuchtungsquellen darstellen;
Fig. 8 zeigt die Darstellung des Bestrahlungsmusters einer lichtstreuenden Lichtemissionsdiode, die in einer Ausführungsform der Erfindung verwendet wird; die Fig. 9a und 9b zeigen Diagramme, um zu veranschaulichen, daß ein Bildabtastbereich von einer lichtstreuenden Lichtemissionsdiodenreihe mit einer gleichförmigen Verteilung der Beleuchtungsstärke versorgt werden kann; Fig. 10 zeigt die Darstellung der Stärke der spektralen Reflexion einer Kupferfolienoberfläche ohne Streifen; Fig. 11 zeigt die Darstellung der Stärke der spektralen Reflexion eines Epoxyglasmaterials, das als Trägerma-
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terial einer gedruckten Verdrahtungsplatte dient; Fig. 12 zeigt die Darstellung der relativen Lichtemissionsintensität-Wellenlängen-Kennlinie einer Lichtemissionsdiode, die in einer Ausführungsform der Erfindung verwendet wird;
Fig. 13 zeigt die Darstellung der Kennlinie der spektralen Empfindlichkeit eines eindimensionalen CCD-Bildsensors, der in einer Ausführungsform der Erfindung verwendet wird.
In Fig. 2a ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Das Bezugszeichen 10 bezeichnet eine gedruckte Verdrahtungsplatte, die auf einer vorschriftsmäßigen Basisplatte angebracht ist (nicht gezeigt), wobei die gedruckte Verdrahtungsplatte 10 mit Kupfermustern 11 versehen ist. Das Bezugszeichen 12 bezeichnet einen Festkörper-Bildsensor, der zur Aufzeichnung der Abtastsignale der Kupfermuster 11 dient, und aus einem eindimensionalen CCD-Bildsensor besteht. Der eindimensionale CCD-Bildsensor 12 befindet sich in Fig. 2a senkrecht über der gedruckten Verdrahtungsplatte 10, so daß seine Empfangsoberfläche 12a parallel zur Oberfläche der gedruckten Verdrahtungsplatte 10 verläuft. Das Bezugszeichen 13 bezeichnet eine reine Wolframlampe mit relativ geringer Leuchtkraft, die als Hauptbeleuchtungsquelle dient, um das in einen rechtwinkligen Bildabtastbereich 14 eingestrahlte Licht 15 zu liefern. Die reine Wolframlampe 13 ist parallel zum eindimensionalen CCD-Bildsensor 12 so angebracht, daß dem Gesetz der Spiegelreflexion bezüglich der Empfangsoberfläche 12a genügt wird. Das Bezugszeichen 16 bezeichnet eine andere reine Wolframlampe mit relativ geringer Leuchtkraft, die als Hilfsbeleuchtungsquelle dient
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und parallel zur reinen Wolframlampe 13 über derselben angebracht ist, um ebenfalls Licht in den Bildabtastbereich 14 einzustrahlen. Die reine Wolframlampe 16, die als Hilfsbeleuchtungsquelle dient, ist so angebracht, daß sie dem Gesetz der Spiegelreflexion bezüglich der Empfangsoberfläche 12a des eindimensionalen CCD-Bildsensors 12 nicht genügt, d. h. so, daß das spiegelreflektierte Licht 17r, das bei der Reflexion des eingestrahlten Lichtes 17 auf der Oberfläche der Verdrahtungsplatte 10 entsteht, nicht auf die Empfangsoberfläche 12a fällt. Das Bezugszeichen 18 bezeichnet eine Bildaufzeichnungslinse, die in einer Linsenfassung 19 befestigt ist und deren optische Achse 18a parallel zu einer Senkrechten auf der Oberfläche der gedruckten Verdrahtungsplatte 10 verläuft, wodurch das Bild des Bildabtastbereiches 14 auf der Empfangsoberfläche 12a des eindimensionalen CCD-Bildsensors 12 gebildet wird.
Das eingestrahlte Licht 15 von der Wolframlampe 13, die als Hauptbeleuchtungsquelle dient, wird von dem Bildabtastbereich 14, einschließlich der diffusen Reflexion , so reflektiert, daß das spiegelreflektierte Licht 15r und Teile des diffus reflektierten Streulichtes auf die Empfangsoberfläche 12a des eindimensionalen CCD-Bildsensors 12 fallen. Andererseits wird das eingestrahlte Licht 17 von der Wolframlampe 16, die als Hilfsbeleuchtungsquelle dient, von dem Bildabtastbereich 14 so reflektiert, daß das spiegelreflektierte Licht 17r in eine Richtung entweicht, die für den Bildaufzeichnungsvorgang völlig irrelevant ist, wohingegen Teile des diffus reflektierten Streulichtes durch die Bildaufzeichnungslinse 18 auf die
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Empfangsoberfäche 12a des eindimensionalen CCD-Bildsensors 12 fallen.
Wenn in einem feststehenden Bildabtastgerät, in welchem die gedruckte Verdrahtungsplatte 10 bewegt wird, Kupfermuster in den Bildabtastbereich 14 eingeführt werden, wird sowohl das eingestrahlte Licht 15 als auch das eingestrahlte Licht 17 in Abhängigkeit von der Streifenrichtung spiegel-oder diffus reflektiert. Wenn die Richtung θ der Streifen senkrecht zur Richtung verläuft, in der sich die Wolframlampen 13 und 16 befinden, d. h. &= 90 , stellen die Kupfermuster im wesentlichen eine Spiegelfläche dar (Spiegelreflexion) , wodurch das Ausmaß der diffusen Reflexion minimal ist. Wenn die besagte Richtung θ jedoch parallel zu den Streifen verläuft, d. h.
θ = O , werden die Kupfermuster in starkem Maße von den Streifen beeinflußt, wodurch die diffuse Reflexion des einfallenden Lichtes maximal ist.
Vorausgesetzt daß die Richtung θ gleich 90° ist, fällt im wesentlichen nur das spiegelreflektierte Licht 15r auf die Empfangsoberfläche 12a, und die diffus reflektierten Anteile können praktisch vernachlässigt werden. Die Wellenform A in Fig. 3 zeigt die Mengenverteilung des Lichtes 15r, das von den Kupfermustern spiegelreflektiert worden ist. Wenn die Richtung θ andererseits gleich 0° ist, ist der von den Streifen der Kupfermuster diffus reflektierte Anteil des eingestrahlten Lichtes maximal, wodurch die Menge des spiegelreflektierten Lichtes 15r beträchtlich abnimmt. Die Wellenform B in Fig. 3 zeigt die Verteilung der Lichtmenge, die in diesem
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Fall von den Kupfermustern erhalten wird. Der Unterschied RE zwischen den Verteilungsniveaus der beiden Lichtmengen ändert sich entsprechend der Richtung θ der Streifen auf den Kupfermustern im wesentlichen kontinuierlich, so wie es durch die Kennlinie d in Fig. 4 dargestellt ist.
ο Wenn die Richtung θ , wie oben beschrieben, gleich 90 ist, erhält man sowohl in Bezug auf die Haupt- als auch auf die Hilfsbeleuchtungsquelle 13 bzw. 16 nur eine minimale Menge von diffus reflektiertem Licht, und die Menge des Streulichtes, die auf die Empfangsoberfläche 12a trifft, kann praktisch vernachlässigt werden. Wenn die Richtung θ jedoch gleich 0° ist, wird das eingestrahlte . Licht 17 von der Hilfsbeleuchtungsquelle 16 maximal diffus reflektiert, wobei das Streulicht auf die Empfangsoberfläche 12a trifft. Im Falle θ =0°, wird mit anderen Worten das eingestrahlte Licht 15 von der Hauptbeleuchtungsquelle 13 so stark diffus reflektiert, daß das Streulicht auf die Empfangsoberfläche 12a trifft, wohingegen die Menge des spiegelreflektierten Lichtes 15r so stark abnimmt, daß die Gesamtmenge des Lichtes, das auf die Empfangsoberfläche 12a trifft, beträchtlich abnimmt, während das eingestrahlte Licht 17 von der Hilfsbeleuchtungsquelle 16 auch sehr stark diffus reflektiert wird, wodurch die Menge der Streulichtanteile, die auf die Empfangsoberfläche 12a treffen, zunehmen, und dadurch die Abnahme der Lichtmenge des spiegelreflektierten Lichtes 15r im wesentlichen von dem besagten Streulicht ausgeglichen wird. In der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung sind die Position und der Winkel der
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Hxlfsbeleuchtungsquelle 16 sowie die Helligkeit der Lichtquellen so gewählt, daß die !Compensationslichtmenge des Streulichtes von der Hxlfsbeleuchtungsquelle 16 etwa der Kennlinie u in Fig. 4 entspricht. Die reresultierendeKennlinie c stimmt daher mit dem im wesentlichen konstanten Wert RE überein. Folglich entspricht das Lichtmengenniveau der Kupfermuster, unabhängig von der Richtung Φ der Streifen auf den Kupfermustern, im wesentlichen der Wellenform A in Fig. 3. Da der Reflexionsfaktor ^es Trägermaterials 6 (siehe Fig. 1) in jedem gewünschten Teilausschnitt im wesentlichen konstant ist, kann der Kontrast zwischen der Lichtmenge, die von dem Trägermaterial 6 reflektiert wird, und derjenigen die von den Kupfermustern 11 auf der gedruckten Verdrahtungsplatte 10 reflektiert werden, in jedem Teilausschnitt auf einem im wesentlichen konstanten, hohen Wert gehalten werden.
Fig. 2b zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung.
In Fig. 2b bezeichnen Bezugszeichen, die identisch zu denjenigen Fig. 2a sind, die selben oder entsprechende Bestandteile, und eine genauere Erklärung derselben kann hier unterbleiben. Die Ausführungsform, die in Fig. 2b gezeigt ist, unterscheidet sich von derjenigen in Fig. 2a durch die Anordnung der Bildaufzeichnungslinse 18 und des eindimensionalen CCD-Bildsensors Obwohl der eindimensionale CCD-Bildsensor 12 in der Vorrichtung, wie sie in Fig. 2a gezeigt ist, versetzt zur optischen Achse 18a der Linse 18 angebracht ist, befindet sich ein solcher eindimensionaler CCD-Bildsen-
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sor 12 im allgemeinen in einer zylindrischen Linsenfassung, die mit der Linsenfassung 19 der Bildaufzeichnungslinse 18 verbunden ist; eine solche Einheit nennt man CCD-Kamera. In der Vorrichtung/ wie es in Fig. 2b dargestellt ist, ist die Bildaufzeichungslinse 18 so angebracht, daß ihre optische Achse 18a mit dem Lichtweg des spiegelreflektierten Lichtes 15r von der Hauptbeleuchtungsquelle 13 übereinstimmt, während der eindimensionale CCD-Bildsensor 12 so angebracht ist, daß die optische Achse 18a senkrecht auf der Empfangsoberfläche 12a steht, wodurch die Vorrichtung in die obenerwähnte Standardanordnung gebracht worden ist.
Aufgrund einer solchen Anordnung, fällt das spiegelreflektierte Licht 15r senkrecht auf die Empfangsoberfläche 12a, wodurch der photoelektrische Wirkungsgrad verbessert und die Gestaltung sowie der Mechanismus der Vorrichtung vereinfacht wird.
In jeder der obenerwähnten Ausführungsformen, wie sie in den Fig. 2a und 2b gezeigt sind, ist der Einfallswinkel des eingestrahlten Lichts 15 von der Hauptbeleuchtungsquelle 13 zur gedruckten Verdrahtungsplatte 10 zu 4° gewählt. Der Grund für die Auswahl dieses Einfallswinkels wird aus Fig. 1 leicht verständlich: da die Kupfermuster 1 bezüglich der flachen Oberfläche des Trägermaterials 6 eine trapezoidförmige Raumgestalt besitzen, wird auf diese Weise der Einfluß, den der Schulterteil 1a als Schrägfläche ausübt, d. h. der Einfluß, der durch die Rauheit der Oberfläche und durch die Neigung von etwa 15° gegen eine Senkrechte auf der
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Oberfläche der gedruckten Verdrahtungsplatte 10 entsteht, weitestgehend ausgeschaltet, um wirkungsvoll Informationen über zweidimensionale Muster zu erhalten. Der besagte Einfallswinkel ist nicht auf 4° beschränkt und kann vorzugsweise auch kleiner als der genannte Wert sein, wobei auch in einem Bereich bis zu 10° im wesentlichen kein schlechter Einfluß auf die Bildabtastinformationen festgestellt werden kann.
In den obengenannten Ausführungsformen der Erfindung sind sowohl die Haupt- als auch die Hilfsbeleuchtungsquellen mit Wolframlampen einer geringen Leuchtkraft bestückt. Gemäß dem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung werden Beleuchtungsquellen, die so leistungsstark wie in konventionellen Vorrichtungen sind, nicht benötigt; ihre Leuchtkraft muß einfach nur entsprechend der Kennlinien des Festkörper-Bildsensors gewählt werden. Da die Beleuchtungsquellen jedoch aus Wolframlampen bestehen, die so konstruiert sind, daß sie elektrischen Strom in Wärme und diese Wärme in Licht umwandeln, entsteht unausweichlich das Problem der Wärmeentwicklung. Darüber hinaus sind Wolframlampen doch schon so groß, daß die Größe des gesamten Bildabtastgerätes dadurch beeinflußt wird, was zu Problemen bei der Tragekonstruktion und der Schwingungsbeständigkeit, besonders im Falle der Bewegung, führt. Hinsichtlich der Eigenschaften der Wolframlampen selbst, muß erwähnt werden, daß ihre Leuchtkraft, bedingt durch altersabhängige Veränderungen, instabil und ihre Lebensdauer relativ kurz ist, was zu Schwierigkeiten in der Handhabung führt, wie z.B. durch das unerläßliche Auswechseln der Lampen.
Demgemäß ist die folgende Ausführungsform der Erfindung so
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ausgelegt, daß die Beleuchtungsquellen, wie sie in den oben erwähnten Ausführungsformen verwendet wurden, verbessert sind, um dadurch sowohl die Nachteile der Wärmeentwicklung zu überwinden als auch die Handhabung der Beleuchtungsquellen zu vereinfachen, in dem man dieselben klein, leicht und haltbar macht; dies führt insgesamt zu einer Vereinfachung der Informationsverarbeitung.
Zur Lösung der oben erwähnten Aufgaben werden in einer bevorzugten Ausführungform der Erfindung mehrere lichtstreuende, in Reihe geschaltete Dioden als Lichtquellen verwendet. Noch bevorzugter ist die Verwendung von hellstrahlenden Lichtemissionsdioden (LED), um eine hohe Leuchtkraft zu gewährleisten. Das Maximum der spektralen Empfindlichkeit des Festkörper-Bildsensors sollte bevorzugt so gewählt werden, daß es, in Übereinstimmung mit der spektralen Reflexionskennlinie der Kupfermuster, im langwelligen Bereich des sichtbaren Lichtes liegt (was das nahe Infrarot teilweise einschließt), wobei das Maximum der spektralen Lichtemissionintensität der besagten Lichtemissionsdioden ebenfalls so gewählt wird, daß es, in Übereinstimmung mit der spektralen Reflexionskennlinie der Kupfermuster, im langwelligen Bereich des sichtbaren Lichtes liegt (was das nahe Infrarot teilweise einschließt). Auf diese Weise können die Bildabtastmuster in noch besserem Kontrast bezüglich des Hintergrundes aufgenommen werden.
Fig. 5 zeigt eine grob vereinfachte perspektivische Ansicht der besagten Ausführungsform, wobei das Bezugszeichen 21 die sogenannte CCD-Kamera, die eine eindimensionalen CCD-Bildsensor enthält, das Bezugszeichen 22 eine Bildaufzeichnungslinse, die mit der CCD-Kamera 21 verbunden ist, das Bezugszeichen 23 eine LED-Reihen-Lichtquelle, die als Hauptbeleuchtungsquelle dient, und das Bezugszeichen 24 eine
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LED-Reihen-Lichtquelle, die als Hilfsbeleuchtungsquelle dient, bezeichnet. Das Bezugszeichen 25 bezeichnet eine Schaltungsplatte, auf der die LED-Elemente montiert sind.
Im folgenden sollen die LED-Reihen-Lichtquellen 24 und 24, die als Beleuchtungsquellen dienen, näher beschrieben werden. Da die LED-Reihen-Lichtquellen 23 und 24 im Aufbau identisch sind, beziehen sich die folgenden Erläuterungen nur auf die LED-Reihen-Lichtquelle 23. Wie in der Draufsicht von Fig. 6a gezeigt, wird die LED-Reihen-Lichtquelle 23 durch mehrere einzelne LED-Elemente 23-1, 23-2, ... , 23-N gebildet, die auf einer Basisplatte 25 dicht bei dicht in Reihe angebracht sind, wobei die Gesamtlänge N entsprechend der Länge des Bildabtastbereiches 14 bestimmt wird. Jedes der LED-Elemente 23-1, 23-2, ... , 23-N wird von einem sogenannten lichtstreuenden LED-Element gebildet, das man durch Montage eines Halbleiterchips auf einem Fuß und Ummanteln desselben mit einem durchsichtigen Harz 26, das ein lichtstreuendes Agens enthält, herstellt. Fig.8 zeigt das Strahlungsmuster eines solchen LED-Elements, das breit ist und
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symmetrisch um die Achse von O herum liegt.
Die LED-Elemente mit einem solchen Strahlungsmuster sind in der erfindungsgemäßen Beleuchtungsquelle in Reihe montiert, um eine im wesentlichen gleichmäßige Beleuchtungsstärkeverteilung im Bildabtastbereich zu gewährleisten. Wie in Fig. 9a gezeigt, ist das Strahlungsmuster der Lichtleistungen, die durch die Lichtemission der entsprechenden LED-Elemente 23-1, 23-2, ... , 23-N entstehen, in der Nähe der LED-Elemente im wesentlichen kugelförmig. Die entsprechenden Lichtleistungen überlappen jedoch mit denjenigen der benachbarten LED-Elemente und bilden so eine leicht ungleichmäßige Gesamtlichtleistung. Die Ungleichmäßigkeit der Lichtleistung wird mit zunehmender Entfernung geringer, und man erhält in einer vorherbestimmten Entfernung, d.h. auf der
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Oberfläche einer feststehenden, gedruckten Verdrahtungsplatte 10, eine im wesentlichen gleichmäßige Beleuchtungsstärkeverteilung. Fig.9b zeigt die Beleuchtungsstärkeverteilung in einem Beleuchtungsbereich 27, wobei der Bereich 28, der eine konstante Beleuchtungsstärkeverteilung aufweist, als Bildabtastbereich 14 ausgewählt wird. Wenn der Bildabtastbereich 14 auf diese Weise mit einer konstanten Beleuchtungsstärkeverteilung versorgt wird, werden die photoelektrischen Ausgabesignale des CCD-Bildsensors ebenfalls gleichmäßig, was die anschließende Informationsverarbeitung vereinfacht.
Obwohl die lichtstreuenden LED-Elemente durch handelsübliche, in Reihe geschaltete LED-Elemente mit starkem Strahlungsmuster ersetzt werden können (da LEDs meistens in Anzeigelampen verwendet werden, bestehen die meisten handelsüblichen LEDs aus z.B Harzmaterialien, die Halbleiterchips enthalten und in Form von Linsen ausgebildet sind, um Strahlungsmuster zu erhalten), überlappen sich die Lichtleistungen in Bestrahlungsrichtung nur sehr wenig, da die Lichtquellen in bestimmter Weise räumlich angeordnet sein müssen und jeweils scharfe Strahlungsmuster aufweisen. Die nicht-lichtstreuenden LED-Lichtquellen können daher auf kurze Entfernungen keine gleichförmige Beleuchtungsstärkeverteilung liefern, sie benötigen dafür bedeutend größere Abstände. In diesem Fall kann die Anzahl der LED-Reihen erhöht werden, um, wie weiter unten beschrieben, die benötigte Beleuchtungsstärke zu erhalten.
Wenn es, zusätzlich zum obigen Fall, nötig ist, die Beleuchtungsstärke im Bildabtastbereich 14 im Hinblick auf den Aufbau des optischen Systems und die Beziehung zwischen demselben und der gesamten Bildaufzeichnungsvorrichtung zu erhöhen, werden die LED-Elemente z.B. in zwei Reihen ange-
BOEHMERT & BOEHMERT
ordnet, wie in Fig. 6b gezeigt. Die LED-Elemente können weiterhin auch in drei Reihen oder, wenn nötig, in einer sogenannten Zickzacklinie angeordnet werden.
Im Hinblick auf die Beleuchtungsstärke der LED-Elemente werden in den Ausführungsformen der Erfindung hellstrahlende Typen verwendet, z.B. solche mit einer axialen Beleuchtungsstärke K in Fig. 8 von 100 mcd (Stromaufnahme Ip = 200 mA, Umgebungstemperatur T = 25 C). Eine hinreichend praktische
Ct
Untergrenze der axialen Beleuchtungsstärke K liegt im Hinblick auf das Verhältnis zum CCD-Bildsensor bei 50 mcd. In den vergangenen Jahren wurden verschiedene Typen von LED-Elementen mit großer Beleuchtungsstärke entwickelt, einschließlich solcher mit einer extra großen Beleuchtungsstärke von 2000 mcd für die optische Katitiunikation , und die Ausgangsleistungen eines CCD-Bildsensors sind mit der Zunahme der Beleuchtungsstärke K ebenfalls gestiegen, was insgesamt zu einer Verbesserung im Signal-Rausch-Verhältnis geführt hat. Dies bedeutet, daß die LED-Reihen, die als Beleuchtungsquellen dienen, genügend klein gewählt werden können und z.B. der Aufbau, wie er in Fig. 6b gezeigt ist, durch den Aufbau, der in Fig. 6a gezeigt ist, ersetzt werden kann. Solch ein kleinformatiger Aufbau ist besonders dann vorteilhaft, wenn das gesamte Bildabtastgerät mit der Beleuchtungsquelle zum Abtasten und Eingeben der Muster 11 bewegt wird.
In den Fig. 7a und 7b sind LED-Reihen gezeigt, die besonders vorteilhaft als Beleuchtungsquellen für Bildabtastgeräte verwendet werden können. Jede LED-Reihe wird durch Aneinanderreihen mehrerer Halbleiterchips C1, C-j ···, C in gleichen Abständen p., auf einem gemeinsamen Fuß (nicht gezeigt) und integrales Eingießen derselben in ein transparentes Harzmaterial 26* erhalten. Das transparente Harzmaterial 26* enthält natürlich vorzugsweise widder ein
BOEHMERT & BOEHMERT
lichtstreuendes Agens # Die Halbleiterchips der Lichtemissionsreihen sind auf diese Weise integral zu einer Lichtquelle zusammengestellt , wobei die Abstände p.. und p2 so passend gewählt werden können, .daß die Strahlungsmuster hinsichtlich einer reihenförmigen Lichtquelle, die durch einzelne LED-Elemente gebildet wird, scharf ausfallen, und wobei die entsprechenden LED-Elemente keine hohe Beleuchtungsstärke aufweisen müssen. Wenn allerdings die Beleuchtungsstärke der Halbleiterchips (LEDs), die als Beleuchtungsquelle dienen, groß ist, erhöht sich die Wirksamkeit der Beleuchtungsquelle entsprechend. Darüber hinaus vereinfacht der integrale Aufbau beträchtlich die Gestaltung, Herstellung und Handhabung der Vorrichtung.
Der entsprechende Aufbau der oben erwähnten Ausführungsformen der Erfindung dient der Überwindung des Problems der Hitzeentwicklung in konventionellen Lampen. Ein LED setzt Elektrizität direkt in Licht um und arbeitet bei einer niedrigen Spannung, wodurch die Stromaufnahme trotz der großen Beleuchtungsstärke bemerkenswert gering ist. Ein LED ist mechanisch belastbar, beständig gegen Vibration und weitaus haltbarer als eine konventionelle Lampe, er muß fast nie ausgewechselt werden und ist extrem leicht zu handhaben. Darüber hinaus ist der Wellenlängenberexch seines ausgestrahlten Lichts sehr schmal; daher muß kein Filter usw. vorgeschaltet werden, um nur einen spezifischen Wellenlängenbereich durchzulassen, was im Fall einer konventionellen Lampe nötig ist. Ein LED ist eine bemerkenswert stabile Beleuchtungsquelle, da Veränderungen der Leuchtkraft nur gering sind. Darüber hinaus ist die Arbeitsgeschwindigkeit hoch und die Leuchtkraft sofort stabilisiert, wodurch ein Bildabtastvorgang sofort durchgeführt werden kann. Zusätzlich kann die Beleuchtungsquelle zu niedrigen Kosten hergestellt werden, was zu einer Kostenreduktion
BOEHMERT & BOEHMERT
des gesamten Bildabtastgeräts führt.
Im folgenden soll eine bevorzugte Abwandlung beschrieben werden, die sich auf die Ausführungform von Fig. 5 bezieht. Bei der Fehlerprüfung von Kupfermustern einer geätzten, gedruckten Verdrahtungsplatte ist es, im Hinblick auf das Signal-Rausch-Verhältnis des Eingabe-Schaltungsteils der Vorrichtung und im Hinblick auf die anschließende Informationsverarbeitung usw., im allgemeinen wichtig, z.B. einen Epoxyglasträger als Untergrund und Kupferdrähte als Muster in schärfstmöglichem , optischem Kontrast zueinander einzubauen. Daher wurde die Aufmerksamkeit auf die Leuchteigenschaften von LEDs als Beleuchtungsquellen und auf die spektrale Empfindlichkeit von Festkörper-Bildsensoren als Bildaufzeichnungseinrichtung gelenkt, um die Bildabtastung von Kupfermustern in exzellentem Kontrast zu ermöglichen.
In der oben erwähnten Abänderung sind solche LEDs gewählt, die Maxima der Lichtemissionsintensität in Bereichen aufweisen, die mit der spektralen Reflexionskennlinie von Kupfer (reines Kupfer) übereinstimmen, während der CCD-Bildsensor so ausgewählt ist, daß die Maxima seiner spektralen Empfindlichkeitskennlinie in Bereichen liegen, die mit der spektralen Reflexionskennlinie von Kupfer übereinstimmen, d.h. im langwelligen Bereich des sichtbaren Lichtes.
Die Fig. 10 und 11 zeigen jeweils die Ergebnisse von Untersuchungen über die Stärke der spektralen Reflexion einer Kupferoberfläche in einer gedruckten Verdrahtungsplatte und eines Epoxyglasträgers. Wie aus den Fig. 10 und 11 deutlich wird, ist der Kontrast im langwelligen Bereich, d.h. bei Wellenlängen über 550 nm, besonders über
BOEHMERT & BOEHMERT
660 nm, besonders ausgeprägt. Daher wurden die LEDs und der CCD-Bildsensor so ausgewählt, daß sie in dem besagten Bereich Maxima ihrer spektralen Kennlinien aufweisen.
Konkret ausgedrückt, wurden LEDs mit einem Maximum der Lichtemissionsintensität bei etwa 660 nm (Fig. 12) ausgewählt. Noch genauer handelt es sich um,, vorzugsweise lichtstreuende und lichtstarke , Rotlicht-Emissionsdioden aus Ga-Al-As mit einer doppelten HeteroStruktur. Andererseits wurde der CCD-Bildsensor so gewählt, daß die Maxima seiner spektralen Empfindlichkeitkennlinie um 700 nm liegen ( Fig. 12).
Auf diese Weise können die Kupfermuster, die den Gegenstand der Bildabtastung darstellen, leicht von dem Trägermaterial als Hintergrund unterschieden werden, wobei stabile Bildabtast-Ausgangssignale erhalten werden, was die anschließende Informationsverarbeitung vereinfacht.
BOEHMERT & BOEHMERT '. .
Akte: DX 1983
BEZUGSZSIGHEHLISTi;
(LI3T OF REFERENCE NUMERALS)
1 Kupfermuster (1 (1a) Schulterteil ^
P Streifen ?
3 gedruckte Verdrahtungsplatte
4 einfallendes Licht (1 4
? reflektiertes Licht 5
6 Trägermaterial (1 6
7 - (1 7
8 - 8
- 9
10 gedruckte Verdrahtungsplatte 10
11 Kupfermuster 11
12 Festkörper-Bildsensor 2a) Empfangsoberfläche 12
1? Hauptbeleuchtungsquelle 13
14 Bildabtastbereich 14
15 eingestrahltes Licht 5r) reflektiertes Lichti 5
16 Hilfsbeleuchtungsquelle 16
17 eingestrahltes Licht Bereich mit gleicher Helligkeit 7r) reflektiertes Licht17
13 Bildaufzeichnungslinse - 8a) optische Achse 18
19 Linsenfassunq - 19
20 20
21 CCD-Kamera 21
22 Linse 22
23 LED-Reihen-Lichtquelle (23-1 . N) LED 23
24 LED-Reihen-Lichtquelle (24-1 . N) LED 24
25 Basisplatte für Schaltung 25
?fS Harz 26
27 Beleuchtungsbereich 27
28 28
29 29
30 30
-is-
Leerseite -

Claims (7)

BOEHMEKI & BOhHMEKI DX 1982 Ansprüche
1. Bildabtastgerät für gedruckte Verdrahtungsplatten, gekennzeichnet durch eine Beleuchtungseinrichtung zum Bestrahlen der Oberfläche der gedruckten Verdrahtungsplatte (10), welche mit Kupfermustern (11) versehen ist, und einen Festkörper-Bildsensor (12) zum Empfang des von der Oberfläche der gedruckten Verdrahtungsplatte (10) durch eine Linse (18) reflektierten Lichts zur Erzeugung von Bildabtastsignalen, wobei die Empfangsoberfläche (12a) ( des Festkörper-Bildsensors (12) gegenüber der Oberfläche "*£■ der gedruckten Verdrahtungsplatte (10) liegt, und die ^
Beleuchtungseinrichtung von einer Hauptbeleuchtungsquelle (13), welche so angebracht ist, daß sie bezüglich der Empfangsoberfläche (12a) des Festkörper-Bildsensors (12) dem Gesetz der Spiegelreflexion an der Oberfläche der Verdrahtungsplatte (10) genügt, und von einer Hilfsbeleuchtungsquelle (16) gebildet wird, die so angebracht ist, daß sie bezüglich der Empfangsoberfläche (12a) des Festkörper-Bildsensors (12) dem Gesetz der Spiegelreflexion an der Oberfläche der gedruckten Verdrahtungsplatte (10) nicht genügt, wodurch die Empfangsoberfläche (12a) von Streulicht getroffen wird, das von den Oberflächen der Kupfermuster (11) diffus reflektiert wird.
2. Bildabtastgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Achse (l5a) der Linse
BAD
BOEHMERT & BOEHMERT
(l8), deren Brennpunkt auf der Erapfangsoberflache (12a) des Festkörper-Bildsensors (12) liegt, parallel zu einer Senkrechten auf der Oberfläche der gedruckten Verdrahtungsplatte (10) verläuft.
3. Bildabtastgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Achse (l8a) der Linse (l8), deren Brennpunkt auf der Empfangsoberfläche (12a) des Festkörper-Bildsensors (12) liegt, mit dem Lichtweg des spiegelreflektierten Lichtes der Hauptbeleuchtungsquelle (13) übereinstimmt und parallel zu einer Senkrechten auf der Empfangsoberfläche (12a) verläuft.
4. Bildabtastgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfallswinkel des von der Hauptbeleuchtungsquelle (13) ausgestrahlten Lichtes bezüglich der gedruckten Verdrahtungsplatte (10) kleiner als 10° ist.
5. Bildabtastgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörper-Bildsensor (12) im langwelligen Bereich des sichtbaren Lichtes ein Maximum der spektralen Empfindlichkeit besitzt, das mit der spektralen Reflexion übereinstimmt, die charakteristisch für Kupfer ist.
6. Bildabtastgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Haupt- und Nebenbeleuchtungsquelle (13 bzw. 16) der Beleuchtungsvorrichtung aus mehreren Lichtemissionsdioden (23, 24) bestehen.
7. Bildabtastgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtemissionsdioden (23, 24) jeweils ein Maximum der Lichtemissions-Intensität im langwelligen Bereich des sichtbaren Lichtes aufweisen.
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