DE3519772C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein gattungsgemäßes Bildab­ tastgerät nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Im allgemeinen besteht eine gedruckte Verdrah­ tungsplatte aus einem Schichtplatten-Bauteil, das mit Kupferfolie überzogen ist. Das kupferüberzogene Schichtplatten-Bauteil wird vor dem Atzen mit Hilfe einer Polierwalze geglättet. Ein solcher Poliervorgang wird so durchgeführt, daß ein lichtbeständiger Film auf das kupferüberzogene Schichtplatten-Bauteil aufge­ klebt wird; danach wird die Oberfläche der Kupferfolie aktiviert, um dadurch den Atzvorgang 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 Verdrahtungsplat­ ten derselben Art nicht notwendigerweise identisch.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Teilansicht einer ge­ druckten Verdrahtungsplatte. Eine gedruckte Verdrah­ tungsplatte 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 4 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 Fest­ körper-Bildsensor, der als Bildaufzeichnungseinrichtung dient, gibt entsprechend der Menge des empfangenen Lichts Bildabtastsignale aus. Das Trägermaterial 6 und das Kupfermuster 1 werden aufgrund der Bildabtastsi­ gnale voneinander unterschieden, wobei die Informatio­ nen als binäre Rasterbilder vorliegen. Daher ist es not­ wendig, solch eine Unterscheidung dadurch zu erleich­ tern, daß das Kupfermuster 1 als Gegenstand der Bild­ abtastung bezüglich der reflektierten Lichtmenge hin­ reichend verschieden vom Trägermaterial 6 als Hinter­ grund ist.

Da das Kupfermuster 1 jedoch die Streifen 2 auf sei­ ner Oberfläche aufweist, wird das einfallende Licht 4 von den Streifen 2 diffus reflektiert. Das Ausmaß der diffusen Reflexion 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 hinrei­ chend scharfer Kontrast. Die Streifen 2 verlaufen mit anderen Worten sogar auf gedruckten Verdrahtungs­ platten derselben Art in verschiedenen Richtungen; da­ her verändert sich die Menge des in bestimmte Richtun­ gen, wie die Spiegelreflexionsrichtung und die Richtung, in der die Bildaufzeichnungseinrichtung angebracht ist, reflektierten Lichts in Abhängigkeit der Richtung der Streifen 2 beträchtlich, vorausgesetzt, daß das einfallen­ de Licht 4 in einer konstanten Richtung eingestrahlt wird. Da die Menge des vom Trägermaterial 6 reflek­ tierten Lichtes in jedem gewünschten Teilausschnitt und auf jeder Verdrahtungsplatte derselben Art stets kon­ stant 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 ausge­ glichen werden, wenn die Diskriminationsleistung des Abtastsystems hinreichend vergrößert wird, insbeson­ dere dann, wenn Musterdaten von gedruckten Verdrah­ tungsplatten in Pixeleinheiten miteinander verglichen werden sollen.

Die Verbesserung der Diskriminationsleistung eines Abtastsystems führt zu beträchtlichen Kostensteigerun­ gen. Daher werden die obenerwähnten Kontrastände­ rungen im allgemeinen durch eine extrem leistungsstar­ ke 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 Ver­ wendung von Wolfram- oder Halogenlampen hat je­ doch die folgenden Nachteile: Da gibt es zunächst das Problem der Wärmeerzeu­ gung, da die Lampe durch die leistungsstarke Beleuch­ tung eine große Menge Wärme erzeugt. Da in der Nähe der Lampe ein Signalschaltkreis angebracht ist, sind nicht nur der Festkörper-Bildsensor sondern auch ent­ sprechende Teile des Schaltkreises einer beträchtlichen Wärmebeeinflussung ausgesetzt, so daß z. B. der Dun­ kelstrom 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 ent­ sprechend groß ausgelegt werden.

Zweitens muß die Lampe selbst zur Durchführung einer leistungsstarken Beleuchtung entsprechend groß ausfallen, was zu einer Vergrößerung der gesamten Vorrichtung führt. Darüber hinaus ist eine solche Lam­ pe mechanisch anfällig, relativ kurzlebig, unzuverlässig bezüglich der Stabilität der Leuchtkraft und unhandlich.

Aus der DE-OS 29 37 929 ist eine Vorrichtung zum Prüfen von Leiterplatten gedruckter Schaltungen be­ kanntgeworden, mit der Lageabweichungen zwischen zwei Verdrahtungs-Leiterbildern erfaßt werden kön­ nen, ohne eine relative Lageabweichung zwischen ei­ nem metallisierten Loch und einem Verdrahtungs-Lei­ terbild als Fehler zu erfassen. Zu diesem Zweck werden zwei gleich aufgebaute Einrichtungen verwendet, die die im Oberbegriff des Hauptanspruches aufgeführten Merkmale aufweisen, sowie eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen der Abbilder, die von diesen beiden Einrichtungen erfaßt werden. Diese bekannte Vorrich­ tung vermag es nicht, die oben angesprochenen Proble­ me des Standes der Technik zu beseitigen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das bekannte Bildabtastgerät für Verdrahtungsplatten da­ hingehend weiterzuentwickeln, daß es die Veränderun­ gen der reflektierten Lichtmenge, die durch herstel­ lungsbedingte Streifen auf den Kupfermustern hervor­ gerufen werden, ohne Verwendung einer besonders lichtstarken Beleuchtungsquelle auszugleichen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem gat­ tungsgemäßen Bildabtastgerät durch die im Kennzei­ chen des Hauptanspruches aufgeführten Merkmale ge­ löst.

Besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfin­ dung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird die von den Oberflächen der Kupfermuster reflektierte Lichtmenge der Hauptbeleuchtungsquelle, die im Ver­ gleich mit der vom Trägermaterial reflektierten Licht­ menge durch die Streifen auf den Kupfermustern redu­ ziert 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. In den besonders bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind gleichzeitig die optischen Eigen­ schaften des Festkörper-Bildsensors und der Beleuch­ tungsquelle so verbessert worden, daß das Signal- Rausch-Verhältnis der Bildabtastsignale deutlich günsti­ ger ausfällt. Das erfindungsgemäße Bildabtastgerät ist schließlich besonders kleinformatig, handlich und ko­ stengünstig.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung erge­ ben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeich­ nungen erläutert sind.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Teilansicht von der Struktur einer gedruckten Verdrahtungsplatte;

die Fig. 2a und 2b zeigen grob vereinfachte Seitenan­ sichten 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 ver­ wendet werden;

die Fig. 6a und 6b zeigen grob vereinfachte Drauf­ sichten von Lichtemissionsdiodenreihen, die als Be­ leuchtungsquellen verwendet werden;

die Fig. 7a und 7b zeigen grob vereinfachte Drauf­ sichten von Lichtemissionsdiodenreihen, die integral ge­ formte 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 veran­ schaulichen, daß ein Bildabtastbereich von einer licht­ streuenden Lichtemissionsdiodenreihe mit einer gleich­ förmigen Verteilung der Beleuchtungsstärke versorgt werden kann;

Fig. 10 zeigt die Darstellung der Stärke der spektra­ len Reflexion einer Kupferfolienoberfläche ohne Strei­ fen;

Fig. 11 zeigt die Darstellung der Stärke der spektra­ len Reflexion eines Epoxyglasmaterials, das als Träger­ material einer gedruckten Verdrahtungsplatte dient;

Fig. 12 zeigt die Darstellung der relativen Lichtemis­ sionsintensität-Wellenlängen-Kennlinie einer Licht­ emissionsdiode, die in einer Ausführungsform der Erfin­ dung verwendet wird;

Fig. 13 zeigt die Darstellung der Kennlinie der spek­ tralen Empfindlichkeit eines eindimensionalen CCD- Bildsensors, der in einer Ausführungsform der Erfin­ dung verwendet wird.

In Fig. 2a ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Das Bezugszeichen 10 bezeichnet eine ge­ druckte Verdrahtungsplatte, die auf einer vorschrifts­ mäßigen Basisplatte angebracht ist (nicht gezeigt), wo­ bei die gedruckte Verdrahtungsplatte 10 mit Kupfermu­ stern 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 eindi­ mensionale CCD-Bildsensor 12 befindet sich in Fig. 2a senkrecht über der gedruckten Verdrahtungsplatte 10, so daß seine Empfangsoberfläche 12 a parallel zur Ober­ fläche der gedruckten Verdrahtungsplatte 10 verläuft.

Das Bezugszeichen 13 bezeichnet eine reine Wolfram­ lampe mit relativ geringer Leuchtkraft, die als Hauptbe­ leuchtungsquelle dient, um das in einen rechtwinkligen Bildabtastbereich 14 eingestrahlte Licht 15 zu liefern. Die reine Wolframlampe 13 ist parallel zum eindimen­ sionalen CCD-Bildsensor 12 so angebracht, daß dem Gesetz der Spiegelreflexion bezüglich der Empfangs­ oberfläche 12 a genügt wird. Das Bezugszeichen 16 be­ zeichnet eine andere reine Wolframlampe mit relativ geringer Leuchtkraft, die als Hilfsbeleuchtungsquelle dient und parallel zur reinen Wolframlampe 13 über derselben angebracht ist, um ebenfalls Licht in den Bild­ abtastbereich 14 einzustrahlen. Die reine Wolframlam­ pe 16, die als Hilfsbeleuchtungsquelle dient, ist so ange­ bracht, daß sie dem Gesetz der Spiegelreflexion bezüg­ lich der Empfangsoberfläche 12 a des eindimensionalen CCD-Bildsensors 12 nicht genügt, d. h. so, daß das spie­ gelreflektierte Licht 17 r, das bei der Reflexion des ein­ gestrahlten Lichtes 17 auf der Oberfläche der Verdrah­ tungsplatte 10 entsteht, nicht auf die Empfangsoberflä­ che 12 a fällt. Das Bezugszeichen 18 bezeichnet eine Bildaufzeichnungslinse, die in einer Linsenfassung 19 befestigt ist und deren optische Achse 18 a parallel zu einer Senkrechten auf der Oberfläche der gedruckten Verdrahtungsplatte 10 verläuft, wodurch das Bild des Bildabtastbereiches 14 auf der Empfangsoberfläche 12 a 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 Refle­ xion, so reflektiert, daß das spiegelreflektierte Licht 15 r und Teile des diffus reflektierten Streulichtes auf die Empfangsoberfläche 12 a des eindimensionalen CCD- Bildsensors 12 fallen. Andererseits wird das eingestrahl­ te Licht 17 von der Wolframlampe 16, die als Hilfsbe­ leuchtungsquelle dient, von dem Bildabtastbereich 14 so reflektiert, daß das spiegelreflektierte Licht 17 r in eine Richtung entweicht, die für den Bildaufzeichnungsvor­ gang völlig irrelevant ist, wohingegen Teile des diffus reflektierten Streulichtes durch die Bildaufzeichnungs­ linse 18 auf die Empfangsoberfläche 12 a des eindimen­ sionalen CCD-Bildsensors 12 fallen.

Wenn in einem feststehenden Bildabtastgerät, in wel­ chem 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 R der Streifen senkrecht zur Richtung ver­ läuft, in der sich die Wolframlampen 13 und 16 befinden, d. h. R=90°, stellen die Kupfermuster im wesentlichen eine Spiegelfläche dar (Spiegelreflexion), wodurch das Ausmaß der diffusen Reflexion minimal ist. Wenn die besagte Richtung R jedoch parallel zu den Streifen ver­ läuft, d. h. R=0°, werden die Kupfermuster in starkem Maße von den Streifen beeinflußt, wodurch die diffuse Reflexion des einfallenden Lichtes maximal ist.

Vorausgesetzt daß die Richtung R gleich 90° ist, fällt im wesentlichen nur das spiegelreflektierte Licht 15 r auf die Empfangsoberfläche 12 a, und die diffus reflektierten Anteile können praktisch vernachlässigt werden. Die Wellenform A in Fig. 3 zeigt die Mengenverteilung des Lichtes 15 r, das von den Kupfermustern spiegelreflek­ tiert worden ist. Wenn die Richtung R andererseits gleich 0° ist, ist der von den Streifen der Kupfermuster diffus reflektierte Anteil des eingestrahlten Lichtes 15 maximal, wodurch die Menge des spiegelreflektierten Lichtes 15 r beträchtlich abnimmt. Die Wellenform B in Fig. 3 zeigt die Verteilung der Lichtmenge, die in diesem Fall von den Kupfermustern erhalten wird. Der Unter­ schied RE zwischen den Verteilungsniveaus der beiden Lichtmengen ändert sich entsprechend der Richtung R der Streifen auf den Kupfermustern im wesentlichen kontinuierlich, so wie es durch die Kennlinie d in Fig. 4 dargestellt ist.

Wenn die Richtung R, 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 12 a trifft, kann praktisch vernachlässigt werden. Wenn die Richtung R jedoch gleich 0° ist, wird das eingestrahl­ te Licht 17 von der Hilfsbeleuchtungsquelle 16 maximal diffus reflektiert, wobei das Streulicht auf die Empfangs­ oberfläche 12 a trifft. Im Falle R=0°, wird mit anderen Worten das eingestrahlte Licht 15 von der Hauptbe­ leuchtungsquelle 13 so stark diffus reflektiert, daß das Streulicht auf die Empfangsoberfläche 12 a trifft, wohin­ gegen die Menge des spiegelreflektierten Lichtes 15 r so stark abnimmt, daß die Gesamtmenge des Lichtes, das auf die Empfangsoberfläche 12 a trifft, beträchtlich ab­ nimmt, während das eingestrahlte Licht 17 von der Hilfsbeleuchtungsquelle 16 auch sehr stark diffus reflek­ tiert wird, wodurch die Menge der Streulichtanteile, die auf die Empfangsoberfläche 12 a treffen, zunehmen, und dadurch die Abnahme der Lichtmenge des spiegelre­ flektierten Lichtes 15 r im wesentlichen von dem besag­ ten Streulicht ausgeglichen wird. In der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung sind die Position und der Winkel der Hilfsbeleuchtungsquelle 16 sowie die Helligkeit der Lichtquellen so gewählt, daß die Kom­ pensationslichtmenge des Streulichtes von der Hilfsbe­ leuchtungsquelle 16 etwa der Kennlinie u in Fig. 4 ent­ spricht. Die resultierende Kennlinie c stimmt daher mit dem im wesentlichen konstanten Wert RE überein. Folglich entspricht das Lichtmengenniveau der Kupfer­ muster, unabhängig von der Richtung R der Streifen auf den Kupfermustern, im wesentlichen der Wellenform A in Fig. 3. Da der Reflexionsfaktor des Trägermaterials 6 (siehe Fig. 1) in jedem gewünschten Teilausschnitt im wesentlichen konstant ist, kann der Kontrast zwischen der Lichtmenge, die von dem Trägermaterial 6 reflek­ tiert wird, und derjenigen die von den Kupfermustern 11 auf der gedruckten Verdrahtungsplatte 10 reflektiert werden, in jedem Teilausschnitt auf einem im wesentli­ chen konstanten, hohen Wert gehalten werden.

Fig. 2b zeigt eine andere Ausführungsform der Erfin­ dung.

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 12. Ob­ wohl der eindimensionale CCD-Bildsensor 12 in der Vorrichtung, wie sie in Fig. 2a gezeigt ist, versetzt zur optischen Achse 18 a der Linse 18 angebracht ist, befin­ det sich ein solcher eindimensionaler CCD-Bildsensor 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 Bildaufzeichnungslinse 18 so angebracht, daß ihre optische Achse 18 a mit dem Lichtweg des spiegel­ reflektierten Lichtes 15 r von der Hauptbeleuchtungs­ quelle 13 übereinstimmt, während der eindimensionale CCD-Bildsensor 12 so angebracht ist, daß die optische Achse 18 a senkrecht auf der Empfangsoberfläche 12 a steht, wodurch die Vorrichtung in die obenerwähnte Standardanordnung gebracht worden ist.

Aufgrund einer solchen Anordnung, fällt das spiegel­ reflektierte Licht 15 r senkrecht auf die Empfangsober­ fläche 12 a, 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 Einfallswin­ kel des eingestrahlten Lichts 15 von der Hauptbeleuch­ tungsquelle 13 zur gedruckten Verdrahtungsplatte 10 zu 4° gewählt. Der Grund für die Auswahl dieses Einfalls­ winkels wird aus Fig. 1 leicht verständlich: da die Kup­ fermuster 1 bezüglich der flachen Oberfläche des Trä­ germaterials 6 eine trapezoidförmige Raumgestalt be­ sitzen, wird auf diese Weise der Einfluß, den der Schul­ terteil 1 a als Schrägfläche ausübt, d. h. der Einfluß, der durch die Rauhheit der Oberfläche und durch die Nei­ gung von etwa 15° gegen eine Senkrechte auf der Ober­ fläche der gedruckten Verdrahtungsplatte 10 entsteht, weitestgehend ausgeschaltet, um wirkungsvoll Informa­ tionen 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 wesent­ lichen kein schlechter Einfluß auf die Bildabtastinforma­ tionen festgestellt werden kann.

In den obengenannten Ausführungsformen der Erfin­ dung sind sowohl die Haupt- als auch die Hilfsbeleuch­ tungsquellen mit Wolframlampen einer geringen Leuchtkraft bestückt. Gemäß dem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung werden Beleuchtungsquellen, die so leistungsstark wie in konventionellen Vorrichtun­ gen sind, nicht benötigt; ihre Leuchtkraft muß einfach nur entsprechend der Kennlinien des Festkörper-Bild­ sensors gewahlt 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 Verände­ rungen, 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 Er­ findung so ausgelegt, daß die Beleuchtungsquellen, wie sie in den oben erwähnten Ausführungsformen verwen­ det wurden, verbessert sind, um dadurch sowohl die Nachteile der Wärmeentwicklung zu überwinden als auch die Handhabung der Beleuchtungsquellen zu ver­ einfachen, indem 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 Ausführungsform der Erfindung mehrere lichtstreuende, in Reihe geschaltete Dioden als Lichtquellen verwendet. Noch bevorzugter ist die Ver­ wendung von hellstrahlenden Lichtemissionsdioden (LED), um eine hohe Leuchtkraft zu gewährleisten. Das Maximum der spektralen Empfindlichkeit des Festkör­ per-Bildsensors sollte bevorzugt so gewählt werden, daß es, in Übereinstimmung mit der spektralen Refle­ xionskennlinie der Kupfermuster, im langwelligen Be­ reich des sichtbaren Lichtes liegt (was das nahe Infrarot teilweise einschließt), wobei das Maximum der spektra­ len Lichtemissionsintensität der besagten Lichtemis­ sionsdioden ebenfalls so gewählt wird, daß es, in Über­ einstimmung mit der spektralen Reflexionskennlinie der Kupfermuster, im langwelligen Bereich des sichtbaren Lichtes liegt (was das nahe Infrarot teilweise ein­ schließt). 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 Be­ zugszeichen 21 die sogenannte CCD-Kamera, die einen eindimensionalen CCD-Bildsensor enthält, das Bezugs­ zeichen 22 eine Bildaufzeichnungslinse, die mit der CCD-Kamera 21 d verbunden ist, das Bezugszeichen 23 eine LED-Reihen-Lichtquelle, die als Hauptbeleuch­ tungsquelle dient, und das Bezugszeichen 24 eine 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 be­ schrieben werden. Da die LED-Reihen-Lichtquellen 23 und 24 im Aufbau identisch sind, beziehen sich die fol­ genden Erläuterungen nur auf die LED-Reihen-Licht­ quelle 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 so­ genannten lichtstreuenden LED-Element gebildet, das man durch Montage eines Halbleiterchips auf einem Fuß und Ummanteln desselben mit einem durchsichti­ gen Harz 26, das ein lichtstreuendes Agens enthält, her­ stellt. Fig. 8 zeigt das Strahlungsmuster eines solchen LED-Elements, das breit ist und symmetrisch um die Achse von 0° herum liegt.

Die LED-Elemente mit einem solchen Strahlungsmu­ ster sind in der erfindungsgemäßen Beleuchtungsquelle in Reihe montiert, um eine im wesentlichen gleichmäßi­ ge Beleuchtungsstärkeverteilung im Bildabtastbereich zu gewährleisten. Wie in Fig. 9a gezeigt, ist das Strah­ lungsmuster der Lichtleistungen, die durch die Licht­ emission der entsprechenden LED-Elemente 23-1, 23-2, ..., 23-N entstehen, in der Nähe der LED-Elemente im wesentlichen kugelförmig. Die entsprechenden Lichtlei­ stungen überlappen jedoch mit denjenigen der benach­ barten LED-Elemente und bilden so eine leicht un­ gleichmäßige Gesamtlichtleistung. Die Ungleichmäßig­ keit der Lichtleistung wird mit zunehmender Entfer­ nung geringer, und man erhält in einer vorherbestimm­ ten Entfernung, d. h. auf der Oberfläche einer festste­ henden, gedruckten Verdrahtungsplatte 10, eine im we­ sentlichen 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 Bildab­ tastbereich 14 auf diese Weise mit einer konstanten Be­ leuchtungsstärkeverteilung versorgt wird, werden die photoelektrischen Ausgabesignale des CCD-Bildsen­ sors ebenfalls gleichmäßig, was die anschließende Infor­ mationsverarbeitung 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 Be­ strahlungsrichtung 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 Beleuch­ tungsstärkeverteilung liefern, sie benötigen dafür be­ deutend größere Abstände. In diesem Fall kann die An­ zahl 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 Bezie­ hung zwischen demselben und der gesamten Bildauf­ zeichnungsvorrichtung zu erhöhen, werden die LED- Elemente z. B. in zwei Reihen angeordnet, 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-Ele­ mente werden in den Ausführungsformen der Erfindung hellstrahlende Typen verwendet, z. B. solche mit einer axialen Beleuchtungsstärke k in Fig. 8 von 100 mcd (Stromaufnahme I _F =200 mA, Umgebungstemperatur T _a =25°C). Eine hinreichend praktische Untergrenze der axialen Beleuchtungsstärke K liegt im Hinblick auf das Verhältnis zum CCD-Bildsensor bei 50-60 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 Kommunikation, und die Ausgangsleistungen eines CCD-Bildsensors sind mit der Zunahme der Beleuch­ tungsstärke K ebenfalls gestiegen, was insgesamt zu ei­ ner Verbesserung im Signal-Rausch-Verhältnis geführt hat. Dies bedeutet, daß die LED-Reihen, die als Beleuch­ tungsquellen 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 be­ sonders dann vorteilhaft, wenn das gesamte Bildabtast­ gerät 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 Bild­ abtastgeräte verwendet werden können. jede LED-Rei­ he wird durch Aneinanderreihen mehrerer Halbleiter­ chips C ₁, C₂,...,C _N in gleichen Abständen p ₁ auf einem gemeinsamen Fuß (nicht gezeigt) und integrales Eingie­ ßen derselben in ein transparentes Harzmaterial 26′ er­ halten. Das transparente Harzmaterial 26′ enthält natür­ lich vorzugsweise wieder ein lichtstreuendes Agens. Die Halbleiterchips der Lichtemissionsreihen sind auf diese Weise integral zu einer Lichtquelle zusammengestellt, wobei die Abstände p ₁ und p₂ so passend gewählt wer­ den 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 Beleuch­ tungsstärke aufweisen müssen. Wenn allerdings die Be­ leuchtungsstärke der Halbleiterchips (LEDs), die als Be­ leuchtungsquelle dienen, groß ist, erhöht sich die Wirk­ samkeit der Beleuchtungsquelle entsprechend. Darüber hinaus vereinfacht der integrale Aufbau beträchtlich die Gestaltung, Herstellung und Handhabung der Vorrich­ tung.

Der entsprechende Aufbau der oben erwähnten Aus­ führungsformen 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 be­ lastbar, beständig gegen Vibration und weitaus haltba­ rer als eine konventionelle Lampe, er muß fast nie aus­ gewechselt werden und ist extrem leicht zu handhaben. Darüber hinaus ist der Wellenlängenbereich seines aus­ gestrahlten 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 be­ merkenswert stabile Beleuchtungsquelle, da Verände­ rungen 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 Be­ leuchtungsquelle zu niedrigen Kosten hergestellt wer­ den, was zu einer Kostenreduktion des gesamten Bild­ abtastgeräts führt.

Im folgenden soll eine bevorzugte Abwandlung be­ schrieben werden, die sich auf die Ausführungsform von Fig. 5 bezieht. Bei der Fehlerprüfung von Kupfermu­ stern einer geätzten, gedruckten Verdrahtungsplatte ist es, im Hinblick auf das Signal-Rausch-Verhältnis des Eingabe-Schaltungsteils der Vorrichtung und im Hin­ blick auf die anschließende Informationsverarbeitung usw., im allgemeinen wichtig, z. B. einen Epoxyglasträ­ ger als Untergrund und Kupferdrähte als Muster in schärfstmöglichem, optischem Kontrast zueinander ein­ zubauen. 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 exzellen­ tem Kontrast zu ermöglichen.

In der oben erwähnten Abänderung sind solche LEDs gewählt, die Maxima der Lichtemissionsintensität in Be­ reichen aufweisen, die mit der spektralen Reflexions­ kennlinie 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 Reflexions­ kennlinie von Kupfer übereinstimmen, d. h. im langwel­ ligen Bereich des sichtbaren Lichtes.

Die Fig. 10 und 11 zeigen jeweils die Ergebnisse von Untersuchungen über die Stärke der spektralen Refle­ xion einer Kupferoberfläche in einer gedruckten Ver­ drahrungsplatte 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 660 nm, besonders ausgeprägt. Da­ her wurden die LEDs und der CCD-Bildsensor so ausge­ wählt, daß sie in dem besagten Bereich Maxima ihrer spektralen Kennlinien aufweisen.

Konkret ausgedrückt, wurden LEDs mit einem Maxi­ mum der Lichtemissionsintensität bei etwa 660 nm (Fig. 12) ausgewählt. Noch genauer handelt es sich um, vor­ zugsweise lichtstreuende und lichtstarke, Rotlicht-Emis­ sionsdioden aus Ga-Al-As mit einer doppelten Hetero­ struktur. Andererseits wurde der CCD-Bildsensor so ge­ wählt, daß die Maxima seiner spektralen Empfindlich­ keitkennlinie 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 er­ halten werden, was die anschließende Informationsver­ arbeitung vereinfacht.

Claims (7)

1. Bildabtastgerät für gedruckte Verdrahtungsplat­ ten mit einer Beleuchtungseinrichtung zum Be­ strahlen der Oberfläche der gedruckten Verdrah­ tungsplatte, welche mit Kupfermustern versehen ist, und einem Festkörper-Bildsensor zum Empfang des von der Oberfläche der gedruckten Verdrah­ tungsplatte durch eine Linse reflektierten Lichts zur Erzeugung von Bildabtastsignalen, wobei die Empfangsoberfläche des Festkörper-Bildsensors gegenüber der Oberfläche der gedruckten Ver­ drahtungsplatte liegt und die Beleuchtungseinrich­ tung eine Hauptbeleuchtungsquelle aufweist, die so angebracht ist, daß sie bezüglich der Empfangs­ oberfläche des Festkörper-Bildsensors dem Gesetz der Spiegelreflexion an der Oberfläche der Ver­ drahtungsplatte genügt, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung eine Hilfsbeleuch­ tungsquelle (16) aufweist, die so angebracht ist, daß sie bzgl. der Empfangsoberfläche (12 a) des Festkör­ per-Bildsensors (12) nicht dem Gesetz der Spiegel­ reflexion an der Oberfläche der gedruckten Ver­ drahtungsplatte (10) genügt, wodurch die Emp­ fangsoberfläche von Streulicht getroffen wird, das von den Oberflächen der Kupfermuster (11) diffus reflektiert wird.

2. Bildabtastgerät nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die optische Achse (18 a) der Lin­ se (18), deren Brennpunkt auf der Empfangsober­ fläche (12 a) des Festkörper-Bildsensors (12) liegt, parallel zu einer Senkrechten auf der Oberfläche der gedruckten Verdrahtungsplatte (10) verläuft.

3. Bildabtastgerät nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die optische Achse (18 a) der Lin­ se (18), deren Brennpunkt auf der Empfangsober­ fläche (12 a) des Festkörper-Bildsensors (12) liegt, mit dem Lichtweg des spiegelreflektierten Lichtes der Hauptbeleuchtungsquelle (13) übereinstimmt und parallel zu einer Senkrechten auf der Emp­ fangsoberfläche (12 a) verläuft.

4. Bildabtastgerät nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfallswinkel des von der Hauptbeleuchtungsquelle (13) ausgestrahlten Lich­ tes bezüglich der gedruckten Verdrahtungsplatte (10) kleiner als 10° ist.

5. Bildabtastgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die spek­ trale Empfindlichkeit des Festkörper-Bildsensors (12) in dem Bereich des langwelligen sichtbaren Lichtes ein Maximum aufweist, der charakteristisch ist für die spektrale Reflexion von Kupfer.

6. Bildabtastgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Haupt- (13) und Hilfsbeleuchtungsquelle (16) der Beleuchtungsvorrichtung aus mehreren Lichtemis­ sionsdioden (23, 24) bestehen.

7. Bildabtastgerät nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Lichtemissionsdioden (23, 24) jeweils ein Maximum der Lichtemissions-Intensität im langwelligen Bereich des sichtbaren Lichtes auf­ weisen.