FR2822553A1 - Procede et systeme pour eclairer un objet avec une lumiere focalisee sous divers angles d'incidence et source de lumiere a plusieurs couleurs destinee a etre utilisee dans ce systeme - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé et un système pour éclairer un objet soumis à une analyse avec un cône de lumière ayant un angle d'incidence relativement faible.Le système comporte une source de lumière annulaire (35) comportant des diodes émettrices de lumière (38) disposées suivant un anneau, un premier réflecteur (44) ayant une surface 46 de section transversale incurvée qui réfléchit la lumière en une figure de dispersion vers l'extérieur, un second réflecteur ayant une surface intérieure (50) de section transversale segmentée et un mécanisme d'entraînement destiné à faire varier l'écartement des premier et second réflecteurs par rapport à l'objet devant être éclairé et l'écartement entre les premier et second réflecteurs.Domaine d'application : contrôle et mesure d'objets tels que des plaquettes à circuits intégrés, etc.

Description

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L'invention concerne des procédés et des systèmes pour éclairer un objet avec une lumière focalisée sous divers angles d'incidence, et une source de lumière à plusieurs couleurs destinée à être utilisée dans ces procédés et systèmes.

Le développement rapide des techniques automatiques de mesure pour des produits de précision, allant de pièces mécaniques formées dans des tolérances très étroites jusqu'à de minuscules produits semiconducteurs à intégration extrêmement poussée (VLSI), a conduit à la génération d'un certain nombre de systèmes destinés à la vérification automatique de ces pièces et constituants. Dans ces systèmes, on forme une image d'un article devant être contrôlé ou mesuré, généralement au moyen d'un système optique grossissant, sur un dispositif électronique du type capteur d'images, tel qu'un dispositif Vidicon, un réseau de dispositifs à couplage de charge (CCD), un réseau de dispositifs du type CMOS, ou autre convertisseur d'image-signal. Les signaux vidéo peuvent être traités, en utilisant un logiciel et un microprocesseur ou un micro-ordinateur adapté pour analyser l'image et des zones particulières de l'image. Les techniques de transformation d'image peuvent être utilisées pour faire tourner, grossir localement et translater l'image, des techniques de reconnaissance de formes peuvent être utilisées pour comparer l'image à un étalon prédéterminé, des défauts peuvent être identifiés, des dimensions et des espacements peuvent être mesurés. Ces fonctions peuvent être exécutées avec une grande fiabilité et sans erreur lorsque l'image est convenablement définie.

Les signaux provenant d'un balayage de l'image optique dépendent cependant des caractéristiques physiques et optiques de l'objet que l'on examine. Alors que l'oeil peut aisément percevoir des différences de couleur et de texture, et qu'il peut également s'adapter à des réflexions et d'autres effets, en même temps qu'un opérateur humain

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peut procéder à des réglages suivant des perceptions globales, le traitement du signal d'image dépend essentiellement de la nature des variations du signal. La localisation précise d'un bord d'une surface donnée, par exemple, exige un contraste de signal élevé entre la surface et son arrière-plan. Si l'on mesure le diamètre d'une ouverture, par exemple, de brusques variations de l'amplitude du signal permettent au système vidéo de donner une lecture de la dimension qui est beaucoup plus rapide, précise et fiable qu'avec n'importe quel système nécessitant le jugement d'un opérateur. Cependant, des pièces de précision sont de nature à trois dimensions et il est souvent souhaitable de contrôler ou de mesurer des particularités spécifiques situées à des niveaux différents. Si un trou est conique, par exemple, et est centré sur un axe vertical, on peut déterminer avec précision la conicité en relevant des valeurs du diamètre du trou à chaque extrémité, but pour lequel un éclairement uniforme n'est pas optimal. Ceci illustre le problème général qui est d'éclairer un objet que l'on examine d'une manière telle que des parties mises en évidence et des ombres puissent être utilisées le plus avantageusement dans la visualisation des particularités et des surfaces devant être contrôlées ou mesurées.

Il existe de très nombreux autres exemples des inconvénients des techniques actuelles. Dans la mesure réalisée sur des plaquettes à circuits intégrés, il est souvent difficile de distinguer les particularités devant être mesurées de l'environnement ambiant. En utilisant une lumière monochromatique appropriée (telle que bleue, ambrée, orange, jaune, verte ou rouge), ces particularités deviennent distinctes et sont aisément discernées lorsqu'elles sont observées à l'aide d'un appareil de prise de vues monochrome (noir/blanc). Avec l'accroissement de l'efficacité de l'industrie de l'électronique par une réduction des dimensions géométriques des puces, le nombre

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de puces devant être contrôlées sur une tranche augmente, ce qui, par suite, augmente le temps de contrôle.

L'utilisation de l'aptitude à appliquer des impulsions d'échantillonnage diminue ce temps de contrôle d'un ordre de grandeur.

Les systèmes d'observation du type décrit ici sont des systèmes basés sur un microprocesseur qui réalise des mesures sans contact dans trois dimensions de pièces complexes, et avec une précision de l'ordre du micromètre.

Dans ces systèmes, on réalise l'éclairement d'un objet à l'aide d'une source de lumière disposée autour de la lentille d'objectif du système de grossissement pour l'appareil de prise de vues, ou coaxialement à travers l'objectif. La possibilité d'amplifier différentes caractéristiques à des temps différents était limitée, sauf que des avantages limités découlaient d'une utilisation de sources de lumière différentes et distinctes dans des cas particuliers.

Un système d'éclairage qui peut éclairer efficacement et à bon marché un objet étudié, d'une manière différente et qui peut être commandé, n'est pas limité à une utilisation avec des systèmes d'observation du type généralement décrit. Il peut également être utilisé en microscopie, en microphotométrie et en microphotographie, où la pièce en cours d'examen est observée sous un certain grossissement substantiel, et une amplification de l'image est souhaitable pour des buts spécifiques.

Le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 4 706 168, intitulé"Systems And Methods For Illuminating Objects For Vision Systems", est cédé à la Cessionnaire de la présente demande. La description entière de ce brevet est citée à titre de référence. Ce brevet présente un dispositif d'éclairage nouveau à usage général.

Il utilise un éclairage à incandescence transporté par fibres optiques. Cette méthodologie convient à de nombreuses applications, mais présente certains défauts.

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L'utilisation de ce type de lumière est coûteuse, utilise de grandes quantités d'énergie électrique, et les ampoules sont sujettes à une dégradation continue et à de courtes durées de vie. L'éclairage par fibres optiques présente également des difficultés de conditionnement, à la fois du fait des dimensions des alimentations en énergie et de la source de lumière, et du fait que le câble à fibres optiques n'est pas flexible et est quelque peu fragile. De plus, la lumière à longueurs d'ondes multiples produit un éclairement de toutes les couleurs, ce qui rend difficile la distinction de particularités lorsqu'on utilise un appareil de prise de vues monochrome (en noir et blanc). En outre, si un échantillonnage doit être réalisé, il faut une autre source de lumière. Le brevet nO 4 706 168 précité utilisait un miroir extérieur de section transversale circulaire, qui n'est pas efficace dans toutes les parties de sa plage angulaire de réflexion de la lumière.

Le brevet européen EP 0 341 806 Bl (et les brevets associés) utilise un dôme de diodes d'émission de lumière, DEL, couvrant une large diversité d'angles et de hauteurs de DEL, ainsi que plusieurs appareils de prise de vues. Bien que cette technique représente de nombreuses directions de lumière, elle ne représente pas une continuité des angles de la lumière, mais seulement des angles discontinus ou discrets. De plus, on utilise des DEL à une seule couleur, qui peuvent ou non renforcer des particularités souhaitées devant être contrôlées. En outre, avec cette technique, la base du dôme est toujours présente, même si l'on utilise une lumière sous un angle plus élevé, entraînant une interférence possible avec des objets contrôlés. Il est difficile à l'opérateur humain de voir l'article qui est éclairé du fait de l'obstacle constitué par la base du dôme.

Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 5 690 417 utilise des sources de lumière distinctes (telles que des DEL) montées sur une surface plane, mais

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les sources de lumière étant agencées en cercles dirigés dans une seule région focale. Cette technique ne produit pas un éclairement sous de très faibles angles (par exemple inférieurs à 20 0). Cet éclairement sous un faible angle d'incidence ou en incidence rasante est d'une importance essentielle pour mettre en évidence des particularités de surface ou des défauts"difficiles à voir". De plus, pour que la direction de la lumière soit continue, les lampes doivent être amenées à une hauteur telle que la source de lumière n'est plus orientée de façon optimale sur l'objet.

Il est difficile à l'opérateur humain de voir l'article qui est éclairé du fait de l'obstacle constitué par la base du dôme.

On mentionnera maintenant certains systèmes disponibles dans le commerce. Le système"OPG SmartRing" utilise la technologie décrite dans le brevet nO 5 690 417 précité. Dans cette application, la lampe est fixée à une hauteur unique (distance de travail). Elle présente une plage d'incidence de la lumière de seulement 45 0 à 75 .

Ceci signifie que la direction de la lumière est déterminée par les DEL qui sont activées, en sorte que l'on ne dispose que de directions discrètes de la lumière. Lorsque l'on utilise ces techniques, la lumière n'est pas focalisée de façon particulière, ce qui entraîne une perte importante et un risque d'éclairement de zones pouvant provoquer des réflexions secondaires indésirables. La lumière perdue peut devenir un problème lorsqu'on éclaire des champs d'observation avec un grossissement important, qui exigent de concentrer de la lumière dans une étendue plus petite.

La lampe n'utilise que des DEL d'une seule couleur (rouge), ce qui réduit l'aptitude du système à distinguer des objets et des fonds d'une couleur différente et d'indices de réfraction de la matière différents.

Le système du type"OGP SmartRing Horizon" constitue une autre proposition similaire du système "SmartRing", sauf qu'il est conçu pour des angles

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d'éclairement plus faibles (20 0 à 50 0). A la différence du système"SmartRing", ce deuxième système possède deux positions de fonctionnement, 10 mm et 22 mm. Ceci permet d'éclairer sous des angles d'incidence plus faibles, lorsque cela est nécessaire. Ceci signifie que même lorsque la lampe est dans la position haute, elle peut interférer avec des parties qui font saillie de plus de 22 mm. Ce produit présente en outre les inconvénients indiqués pour le système"SmartRing". Il est difficile à l'opérateur humain d'observer l'article qui est éclairé du fait de l'obstacle constitué par la base du dôme. En outre, il constitue un accessoire supplémentaire devant être monté s'il n'est pas précédemment utilisé.

Le système"Ram Optical Industries VectorLight 12"utilise quatre batteries programmables de DEL blanches pour éclairer l'objet. Trois angles d'incidence distincts peuvent être sélectionnés, à savoir 30 0, 45 0 et 60 . On peut sélectionner chacun de quatre quadrants. Ce produit présente encore une sélectivité limitée en ce qui concerne l'angle d'éclairement. Il ne fournit pas de la lumière sous un angle d'incidence très petit ou très grand. Il fournit une lumière blanche polychromatique qui peut ou non donner un contraste par rapport à un appareil de prise de vues monochrome tourné vers des objets et des fonds colorés et des indices de réfraction des matières.

Aucun des systèmes décrits ci-dessus ne permet d'atteindre un angle d'incidence de la lumière très petit, le plus petit étant de 20 . Une lumière sous une incidence très faible est utile pour contrôler et mesurer divers objets, comprenant des réseaux de grilles à boules, des rayures peu profondes sur des surfaces brillantes et diverses imperfections sur des surfaces lisses. Par exemple, des défauts de dimensions inférieures au micromètre sur des tranches peuvent être mis en évidence en utilisant un éclairement sous un petit angle produisant une énergie de réflexion importante au détecteur ou à

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l'appareil de prise de vues. Dans un autre exemple, des marques visibles"difficiles à voir"sur des surfaces sont mises en évidence.

Un objet de la présente invention est de proposer un procédé et un système pour éclairer un objet avec une lumière focalisée sous divers angles d'incidence, et une source de lumière à couleurs multiples destinée à être utilisée dans ce procédé et ce système, où on utilise une très faible incidence de la lumière, par exemple inférieure à 20 0, et même inférieure à 10 0, mesurée par rapport au plan de l'objet.

Un autre objet de la présente invention est de proposer un procédé et un système pour éclairer un objet avec une lumière focalisée sous divers angles d'incidence, et une source de lumière à couleurs multiples, destinée à être utilisée dans ce procédé et ce système, où on utilise en tant que sources de lumière des diodes d'émission de lumière (DEL) ayant de multiples couleurs.

Un autre objet encore de la présente invention est de proposer un procédé et un système pour éclairer un objet avec une lumière focalisée sous divers angles d'incidence, et une source de lumière à couleurs multiples destinée à être utilisée dans ce procédé et ce système, où la lumière est diffusée de façon égale.

Dans la réalisation des objets ci-dessus et d'autres objets de la présente invention, il est proposé un procédé pour éclairer un objet avec une lumière focalisée sous divers angles d'incidence par rapport à un axe optique. Le procédé comprend l'éclairage d'un objet avec un cône de lumière concentrique avec l'axe optique et focalisé sur un point choisi par rapport à l'objet, et la modification de l'angle d'incidence du cône de lumière afin qu'il soit inférieur à 20 0, tout en maintenant le cône de lumière focalisé sur le point sélectionné.

On peut faire varier l'angle d'incidence afin qu'il soit inférieur à 15 0 et même inférieur à 10 .

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Le cône de lumière peut être de couleur ambrée, orange, jaune, rouge, verte, bleue ou blanche. De plus, le cône de lumière peut être diffusé axialement.

L'objet peut être une plaquette à circuit imprimé ou un objet en mouvement dans lequel le cône de lumière est échantillonné.

En réalisant en outre les objets ci-dessus et d'autres objets de la présente invention, on utilise un système pour éclairer un objet avec une lumière focalisée sous divers d'angles d'incidence par rapport à un axe optique. Le système comprend une source de lumière concentrique avec l'axe optique et produisant un cylindre de lumière dirigé vers l'objet. Le système comprend en outre un premier réflecteur ayant une surface extérieure de section transversale incurvée, placé dans un trajet du cylindre de lumière, et réfléchissant la lumière dans une figure de dispersion vers l'extérieur, et un second réflecteur ayant une surface intérieure de section transversale segmentée, disposé autour du premier réflecteur et concentrique avec lui, dans un trajet de la figure de dispersion vers l'extérieur. Le système comprend aussi un mécanisme d'entraînement destiné à faire varier l'écartement des premier et second réflecteurs par rapport à l'objet et l'écartement entre les premier et second réflecteurs.

La source de lumière peut comprendre un anneau de sources de lumière discrète agencé en segments d'arc, le système comprenant en outre un dispositif de commande destiné à alimenter en énergie de façon commandable les segments d'arc de l'anneau.

Le mécanisme d'entraînement peut être un mécanisme d'entraînement différentiel qui comprend une paire d'ensembles à poulies de différents diamètres et un moteur tournant destiné à entraîner les ensembles à poulies pour produire un mouvement différentiel des ensembles à

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poulies. Chacun des ensembles à poulies est relié à un réflecteur différent.

Le système peut comprendre un dispositif de formation d'images tel qu'un appareil de prise de vues ou une caméra électronique dirigé le long de l'axe optique vers l'objet et concentrique avec la source de lumière et les réflecteurs.

La surface extérieure du premier réflecteur peut avoir une section transversale parabolique, la surface intérieure du second réflecteur réfléchissant la figure de dispersion vers l'extérieur en un cône de lumière ayant sensiblement le même point focal lorsque l'angle d'incidence atteint moins de 20 .

L'anneau de sources discrètes de lumière peut comprendre plusieurs DEL telles qu'au moins une DEL rouge, verte, bleue et/ou blanche dans chacun des segments d'arc.

D'autres DEL, par exemple ambrée, orange et jaune, peuvent également être utilisées.

L'objet peut être une plaquette à circuit imprimé ou un objet en mouvement, le dispositif de commande appliquant de l'énergie de façon commandable aux segments d'arc de l'anneau afin que l'objet en mouvement soit balayé par des impulsions.

Le système peut comprendre un diffuseur destiné à diffuser la lumière principalement suivant un seul axe.

En réalisant en outre les objets ci-dessus et d'autres objets de la présente invention, il est proposé une source de lumière à plusieurs couleurs, destinée à être utilisée dans un système qui éclaire un objet avec une lumière focalisée. La source de lumière comprend un substrat et un anneau de DEL de couleurs multiples, pouvant être commandées séparément et supportées sur le substrat.

Les DEL sont agencées en segments d'arc. La couleur de la lumière et son niveau d'intensité peuvent donc être commandés dans un ou plusieurs quadrants.

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Les DEL peuvent comprendre au moins une DEL ayant une première couleur, au moins une DEL ayant une deuxième couleur et au moins une DEL ayant une troisième couleur, dans chacun des segments d'arc. Les première, deuxième et troisième couleurs sont toutes différentes les unes des autres. Les première, deuxième et troisième couleurs peuvent être rouge, verte et bleue, respectivement. La source de lumière peut être une source de lumière coaxiale.

Un procédé et un système perfectionnés d'éclairage selon la présente invention, similaires à ceux décrits dans le brevet nO 4 706 168 précité, sont proposés.

Le système utilise plusieurs sources discrètes de lumière sous la forme de DEL à la place de fibres optiques. Les DEL utilisées sont dans une pluralité de couleurs simples ou en un mélange de couleurs pour éclairer les objets contrôlés sous une longueur d'onde quelconque d'un choix de longueurs d'ondes de lumière. Le miroir toroïdal du brevet nO 4 706 168 précité, à section transversale circulaire, est remplacé par un miroir optimisé pour focaliser la lumière sur l'objet à partir de n'importe quelle hauteur du miroir dans une plage prescrite. Le système d'éclairage à base de DEL est tel qu'il peut être échantillonné pour un contrôle à vitesse élevée d'objets en mouvement.

L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples, nullement limitatifs, et sur lesquels : la figure 1 est une vue schématique d'un système de mesure sans contact comportant un système d'éclairage construit conformément à la présente invention ; la figure 2 est une vue en coupe transversale montrant des parties du système d'éclairage selon la présente invention ; la figure 3 est une vue en coupe transversale montrant différents trajets de lumière, mais un point focal

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commun pour différentes hauteurs du système d'éclairage audessus d'un plan focal ou d'une surface focale ; la figure 4 est un schéma montrant le trajet de la lumière provenant de la source de lumière ; elle est réfléchie par un premier miroir intérieur parabolique du système d'éclairage vers un second miroir extérieur dont la position doit être déterminée par rapport à la position ou la hauteur du miroir intérieur ; la position du miroir extérieur est calculée de façon à être l'orientation que prendra l'angle de la lumière incidente et à la diriger vers l'objet ; la figure 5 est un schéma montrant les trajets de la lumière provenant de la source de lumière à différentes hauteurs de montage ; dans chaque cas, la position du miroir extérieur est calculée de façon à être l'orientation que prendra l'angle de la lumière incidente, et à la diriger sur l'objet ; la figure 6 est un schéma montrant les segments de miroir de la figure 5 reliés les uns aux autres ; la figure 7 est un schéma montrant les trajets de la lumière à différentes hauteurs de montage ; le miroir extérieur comprenant les segments de miroir préalablement calculés est représenté comme dirigeant la lumière sur l'objet ; la figure 8 est un schéma montrant un mouvement différentiel des miroirs intérieur et extérieur ; la hauteur du haut du miroir du côté de droite (extérieur) change en fonction de la hauteur du haut du miroir de gauche (intérieur, parabolique) ; la figure 9 est un schéma montrant, de haut en bas, la lumière telle que vue sans diffuseur, avec un diffuseur uniforme classique et avec un diffuseur qui disperse la lumière principalement suivant un axe ; la figure 10 est un schéma illustrant l'effet de sources de lumière discrètes lorsqu'une image en est formée sans diffusion sur une boule brillante ;

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la figure 11 montre l'effet de sources de lumière discrètes au passage par une diffusion axiale et dont l'image est formée sur la boule brillante de la figure 10 ; la figure 12 montre schématiquement, de la gauche vers la droite, une source de lumière réfléchie sur une surface brillante, avec des facettes verticales ou inclinées, pour diffuser la lumière, et la même réflexion sur une surface brillante simple (miroir) ; la figure 13 est une vue schématique en plan d'une source de lumière comprenant de multiples DEL de couleurs dans une configuration annulaire à quatre quadrants sur une plaquette à circuit imprimé ; la figure 14 est une vue schématique de côté de la source de lumière qui montre les DEL à couleurs

multiples montées sur la plaquette à circuit imprimé, à 90 0 par rapport à la plaquette à circuit imprimé, pour faciliter la fabrication ; la figure 15 montre une image d'une plaquette à circuit imprimé colorée en vert, éclairée avec une lumière rouge, dont une image est formée au moyen d'un appareil de prise de vues monochrome (noir et blanc) ; la figure 16 montre une image d'une plaquette à circuit imprimé colorée en vert éclairée avec une lumière verte, dont une image est formée au moyen d'un appareil de prise de vues monochrome (noir et blanc) ; des lignes de cuivre gravées, qui se trouvent au-dessous du masque de soudure, sont visibles ; la figure 17 est une vue schématique d'un mécanisme à poulies utilisé pour faire monter et descendre les miroirs intérieur et extérieur conjointement avec un guide linéaire de pallier ; la figure 18 est une vue schématique d'un mécanisme à poulies doubles utilisé pour déplacer verticalement les deux miroirs avec un mouvement différentiel ;

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la figure 19 est une vue schématique d'un système d'éclairage coaxial selon la présente invention ; la figure 20 est une vue schématique de dessus d'un groupement coaxial de DEL et de plaquettes à circuits imprimés selon la présente invention ; et la figure 21 est une vue schématique de côté d'une plaquette à circuit imprimé à DEL éclairée par l'arrière.

Un système d'observation similaire à celui décrit précédemment dans le brevet nO 4 706 168 précité est représenté sur la figure 1, avec les perfectionnements décrits ici. Dans certaines formes de réalisation du système d'observation, les mécanismes à platine et pont peuvent être remplacés par une platine à déplacements X-Y utilisant la technologie des moteurs linéaires. Le système d'éclairage du brevet nO 4 706 168 précité est modifié comme décrit plus en détail ici.

En référence à présent aux figures 1 et 2, un système d'éclairage, indiqué de façon générale en 30, selon la présente invention, comprend des fils 32 destinés à connecter un circuit électronique de commande ou un dispositif de commande 34 à une source de lumière, indiquée de façon générale en 35, comprenant une plaquette 36 à circuit imprimé du système d'éclairage. La plaquette 36 à circuit imprimé comporte des diodes d'émission de lumière (DEL) 38 formées sur elle et connectées sous la forme d'une source 35 de lumière en forme d'anneau, comme illustré sur la figure 13. Les DEL 36 sont parallèles et adjacentes sur le pourtour de l'anneau. Les DEL 38 sont montées verticalement, pour faciliter la fabrication, comme montré sur la figure 14. La source de lumière 35 peut être commandée par le dispositif de commande 34 afin d'activer n'importe quelle combinaison de 12 batteries de lampes différentes. Les batteries de lampes sont divisées en quatre quadrants séparés, chaque quadrant ayant trois couleurs programmables (rouge, vert et bleu) commandées

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chacune par le dispositif de commande 34. Il y a de préférence 12 DEL par quadrant-quatre DEL de chaque couleur (rouge, vert et bleu) par quadrant.

La série de DEL 38 sous la forme d'un anneau est disposée autour d'une extrémité inférieure d'un système 40 de lentille pour un dispositif de formation d'image ou un appareil de prise de vues 39, et elle est centrée sur l'axe optique 41. Comme on le voit sur la vue en coupe de la figure 3, les DEL 38 sont placées sur le pourtour de leur plaquette à circuit imprimé, de manière à former un motif cylindrique lorsque la source de lumière 35 est activée. La lumière partant des DEL 38 génère globalement un cylindre ou fourreau creux ou rempli (par exemple coaxial, lumière arrière) de lumière dirigé vers le bas en direction d'un point sélectionné 42 sur l'objet 66.

Cependant, la lumière partant de chaque DEL 38 diverge d'un angle d'environ 15 . Dans ce cas, cet angle varie suivant la conception et la fabrication de la DEL 38.

En dessous de la source de lumière annulaire 35, un premier réflecteur annulaire 44 est monté de façon mobile le long et autour de l'axe optique 41 et présente une première surface 46 de réflecteur qui est de section transversale parabolique. Le point focal de la parabole est choisi par rapport à l'angle de divergence de la lumière provenant des DEL 38 de façon à produire une légère condensation de la lumière provenant des DEL 38. Etant donné que la surface parabolique 46 du réflecteur se trouve sur le trajet du cylindre lumineux dirigé vers le bas, elle dévie la lumière radialement vers l'extérieur de la circonférence de la surface réfléchissante 46, pour former ce qui peut être appelé un éventail de lumière concentrique avec l'axe optique 41 de l'appareil de prise de vues 39.

Ainsi, le premier réflecteur annulaire 44 agit à la manière d'un condensateur de lumière, ainsi que d'un élément de déviation du trajet de la lumière du fait de sa surface parabolique 46. Le premier réflecteur annulaire 44 se

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présente sous la forme d'une surface de révolution dont le corps comprend une section de ventre destinée à recevoir l'éventail de lumière.

La figure de lumière dirigée vers l'extérieur tombe sur un second anneau réflecteur 48 à l'extérieur du premier anneau réflecteur 44, et mobile par rapport à lui le long de l'axe Z. La surface réfléchissante 50 du second réflecteur annulaire 48 est de section transversale approximativement circulaire, comme on le voit sur la figure 3. La surface réelle est calculée mathématiquement comme décrit ici pour diriger la lumière de façon précise en la focalisant sur le point sélectionné 42 de l'objet 66.

Ce calcul est réalisé pour un grand nombre de positions Z discrètes de l'ensemble afin de diriger sur la plage Z la lumière vers l'objet 66. La position dans laquelle le faisceau en éventail provenant du premier anneau réflecteur 44 tombe sur la surface incurvée du second réflecteur 50 détermine l'angle de déviation vers le bas en direction du point focal sélectionné 42, agissant ainsi à la manière d'un générateur d'angle.

Le mécanisme d'entraînement différentiel décrit dans le brevet nO 4 706 168 précité est remplacé par des paliers de guidage linéaires et un mécanisme du type à courroie/poulie selon la présente invention. Dans une telle forme de réalisation montrée sur la figure 17, les deux ensembles ou anneaux à miroirs 44 et 48 sont déplacés verticalement au moyen d'un ressort en acier 52 enroulé sur une poulie 54 et reliés aux ensembles à miroirs 44 et 48.

La figure 18 montre deux mécanismes ou ensembles à poulies 56 et 58 de diamètres différents reliés aux ensembles à miroirs 44 et 48, et un moteur rotatif 60 relié en prise d'entraînement aux ensembles 56 et 58, pour l'obtention du mouvement différentiel. (Le moteur rotatif 60 est représenté sous la forme d'une boîte rectangulaire sur la figure 1). Les mécanismes à poulies 56 et 58 produisent le même profil de rapport de mouvement différentiel que celui

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décrit dans le brevet nO 4 706 168 précité, mais améliorent la facilité de fabrication et les performances. Le mouvement est produit par le moteur rotatif 60, en utilisant une servocommande ou une commande pas à pas. En variante, le mouvement pourrait être produit par un galvanomètre. Des courroies crantées peuvent également être utilisées en formant une boucle.

Une alternative à l'utilisation de la transmission différentielle de la figure 18 consiste à utiliser des moteurs rotatifs séparés, l'axe de chaque moteur étant commandé de façon indépendante. Une autre forme de réalisation utilise un moteur linéaire pour chaque ensemble à miroirs, les deux étant placés sur le même rail.

On pourrait choisir, en utilisant chacune de ces techniques, un profil de mouvement qui n'exigerait pas le miroir optimisé 50 tel que calculé ci-dessous, et on pourrait utiliser à la place un miroir tel que décrit dans le brevet nO 4 706 168 précité.

Dans chacune des formes de réalisation indiquées ci-dessus, un moteur rotatif peut être codé pour produire une rétroaction de la position du miroir afin d'engendrer un angle d'incidence de la lumière calibré.

Dans une construction de la présente invention, il peut être avantageux de produire un éclairage avec un angle d'incidence calibré, pour lequel une précision absolue peut être utilisée à des fins de certification entre systèmes. A titre d'exemple, dans lequel les moteurs rotatifs séparés sont utilisés et commandés de façon indépendante, comme décrit ci-dessus, le dispositif de commande 34 peut être utilisé pour enregistrer le profil du mouvement codé des moteurs rotatifs 60 d'entraînement, afin de créer une plage de positions connues pour chaque réflecteur annulaire 44 et 48, l'un par rapport à l'autre, sur toute la plage de déplacements en hauteur du système d'éclairage 30. En calculant à l'aide du dispositif 34 de commande des relations à présent connues entre les

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réflecteurs annulaires, on peut déduire, pour toutes les positions possibles en hauteur du système d'éclairage 30, l'angle d'incidence de la lumière émanant de la surface 50 du réflecteur annulaire 48. Une fois que les angles d'incidence de la lumière et les positions relatives des réflecteurs annulaires sont tous connus, le dispositif de commande peut faciliter la fourniture d'angles calibrés d'incidence de la lumière à travers le système d'éclairage 30, comme illustré de façon conceptuelle sur les figures 4 et 5, car les rayons lumineux sont délivrés à l'objet éclairé 66 en un point focal 62. L'utilisation détaillée de techniques de codage et de méthodes associées de calibrage par ordinateur est bien connue des spécialistes de la technique de la commande des mouvements.

Dans le fonctionnement du système de la figure 1, la séquence d'opérations pour examiner un produit commence habituellement par la commande par un opérateur du positionnement d'une platine 62 d'axe Y et d'un chariot 64 d'axe X pour voir différentes parties de l'objet ou du produit 66, car ces séquences et positions sont stockées dans la mémoire du processeur ou du dispositif de commande.

Dans chaque position, des plans focaux sont sélectionnés pour le système 40 de lentille et l'appareil de prise de vues 39 en positionnant un support 68 d'axe Z, puis un angle préféré d'incidence, une intensité de lumière et une couleur de lumière sont choisis pour la lumière provenant du système d'éclairage 30. Lorsque les points de réglage nécessaires pour chaque position sont sélectionnés séquentiellement par l'opérateur, la séquence est stockée en mémoire dans le dispositif de commande 34 pour ce produit 66. Au moment où chaque produit analogue 66 est placé sur la platine 62 en position pour l'analyse, un logiciel contenu dans le dispositif de commande 34 fait exécuter la séquence de manière classique, focalisant sur, et éclairant chaque point sélectionné 42 ou région de la pièce ou du produit 66.

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Si l'on doit mesurer la conicité d'un trou du produit 66, on suppose que la surface supérieure est de grand diamètre et que la surface inférieure est de faible diamètre. L'appareil de prise de vues 39 et la lentille 40 sont alors focalisés sur une extrémité ou sur l'autre, puis le système d'éclairage 30 est déplacé pour procurer un angle optimal d'incidence pour une transition nette du contraste lumineux entre le diamètre intérieur du trou et le fond l'entourant. L'autre extrémité du trou peut ensuite être examinée d'une façon similaire, l'angle d'incidence de l'extrémité de focalisation étant modifié pour montrer la transition de la façon la plus nette.

Comme on le voit le mieux sur la figure 3, la lumière éclairante provenant des DEL 38 de la source de lumière annulaire 35 forme un fourreau lumineux fermé sur 360 0, mais la lumière diverge quelque peu. Par conséquent, la surface parabolique 46 du premier réflecteur collecte la lumière et la condense sensiblement, la dirigeant vers la seconde surface 50 de génération d'angle, de laquelle elle est dirigée suivant un cône vers le point focal 42.

Lorsqu'on fait varier l'angle d'incidence du cône avec une surface horizontale contenant le point focal 42, les deux réflecteurs annulaires 44 et 48 sont déplacés ensemble, mais avec un intervalle vertical variable entre eux. Par conséquent, la lumière provenant de la première surface collectrice 46 tombe sur une région différente de la surface incurvée 50 de génération d'angle, afin de faire varier l'angle d'incidence, mais de maintenir le même point focal 42.

Cette forme de réalisation utilise une surface de miroir 50 optimisée pour diriger toujours l'énergie lumineuse sur la cible indépendamment de la hauteur (de l'angle) de la lumière par rapport à l'objet. Les formes de réalisation de la présente invention décrites dans le brevet nO 4 706 168 précité utilisaient un miroir toroïdal à section transversale circulaire. Ceci ne constitue qu'une

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approximation libre de la forme qui est optimale et n'aboutit pas à un éclairement optimal sous de petits angles (inférieurs à 30 0). On a écrit un programme d'ordinateur conçu spécialement pour calculer la forme du miroir. Avant ceci, une phase poussée de recherche et d'analyse n'a donné aucune forme géométrique suffisante.

Les calculs furent les suivants : 1. Départ dans la position physique la plus basse que l'ensemble atteindra.

2. Etant donné la direction de la source de lumière et la forme et la position du miroir intérieur, calcul de la position dans laquelle la lumière croise le miroir intérieur. On suppose que la lumière est une source ponctuelle dirigée sous un angle unique (représenté dans une orientation verticale sur la figure 4, mais ceci n'est pas nécessaire).

3. Calcul de la tangente de la surface intérieure du miroir au point d'intersection.

4. Calcul de l'angle de sortie depuis le miroir intérieur en prenant la réflexion de l'angle d'incidence autour de l'axe normal (tangent).

5. Choix d'une position horizontale de départ qui correspond approximativement au diamètre extérieur du miroir souhaité.

6. Calcul du point d'intersection de la lumière provenant du miroir intérieur et de la ligne verticale représentée par la position horizontale choisie.

7. Calcul de l'angle de la ligne provenant du centre de l'objet (le centre du champ d'observation) jusqu'à l'intersection du trajet de la lumière par rapport au miroir extérieur.

8. Calcul de l'angle de la bissectrice de deux lignes en intersection au miroir extérieur provenant du miroir intérieur et de l'objet. Il s'agit de la normale à la surface du miroir.

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9. Calcul de l'angle du segment du miroir à partir de l'angle de la normale du miroir calculé dans l'étape précédente.

10. Augmentation de la hauteur de l'ensemble à source de lumière et miroir intérieur.

11. Calcul de la hauteur de l'ensemble à miroir extérieur en utilisant le rapport des mouvements tels qu'imposés par le rapport d'engrenage.

12. Calcul de l'intersection de la lumière provenant du miroir intérieur avec le segment de miroir calculé le plus récemment.

13. Répétition des étapes 7 à 12 jusqu'à ce que la hauteur ait été augmentée jusqu'à la course la plus haute des ensembles.

14. Répétition du modèle en faisant varier la position de la source de lumière, la direction de la source de lumière, la forme du miroir intérieur (distance focale), la position du miroir intérieur, l'angle du miroir intérieur, la position horizontale du miroir extérieur, l'accroissement de la hauteur, les limites supérieure et inférieure de la hauteur.

La figure 5 montre un exemple de trois positions de l'ensemble. Un facteur principal de qualité pour une bonne conception comprend l'étalement de la lumière au niveau de l'objet (non représenté).

Les segments de miroirs sont combinés pour spécifier un miroir devant être réalisé sur mesures à partir des coordonnées trouvées. Le miroir est usiné dans des tolérances étroites, poli, et un revêtement hautement réfléchissant, par exemple en chrome, est appliqué.

Lorsque la lampe ou le système d'éclairage 30 décrit ci-dessus sans diffusion incorporée est utilisé sur des objets très brillants tels que des billes de roulements, l'image résultante produite par l'appareil de prise de vues représente les DEL individuelles 38 sous la forme de points chauds. Ceci est illustré sur la figure 10.

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Ceci peut être un effet indésirable, et tend également à mettre en évidence des différences de fabrication entre les DEL 38 elles-mêmes et dans l'ensemble. L'addition d'un diffuseur normalisé produirait une diffusion convenable de la lumière, mais redirigerait une grande partie de cette énergie lumineuse à l'écart de l'objet 66. Par contre, une matière diffusante suivant un axe est utilisée dans cette forme de réalisation. La figure 9 montre, du haut vers le bas, la source de lumière 35 sans diffusion, avec une diffusion normale et avec la diffusion préférée à un seul axe. Pour utiliser cette diffusion avec la source de lumière déployée horizontalement en éventail, on peut réaliser un cylindre constitué de la matière diffusante. En la formant ou en la courbant en un cylindre (non représenté), on peut diffuser la lumière suivant uniquement l'axe horizontal, ce qui est souhaitable, et non suivant l'axe vertical, ce qui provoquerait une perte d'énergie lumineuse. Un diffuseur horizontal classique d'une configuration analogue à un tore ne convient pas car la lumière tend à ne pas pénétrer convenablement sous de petits angles. La figure 11 montre l'image résultante sur la bille de roulement lorsque la lumière a été diffusée axialement.

Une autre variante pour une diffusion axiale consiste à usiner de très petites facettes verticales 70 dans la surface de miroir extérieur 50. La figure 12 montre comment la lumière est diffusée en utilisant des facettes verticales 70. En appliquant ceci au miroir extérieur 50, l'image sur une bille de roulement serait similaire à celle illustrée sur la figure 11.

L'utilisation de DEL de couleurs (longueurs d'ondes) multiples 38 renforce en outre la capacité du système 30. Au lieu d'utiliser un anneau de DEL classique à une couleur, on utilise de préférence trois couleurs. Ceci permet d'inspecter sélectivement une plus large combinaison de matières colorées. Ceci élimine aussi la nécessité de

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devoir changer différentes plaquettes annulaires 36 à circuits si l'utilisateur veut des couleurs différentes. La figure 15 illustre un trou situé dans une plaquette verte à circuit imprimé lorsqu'elle est éclairée par une lumière rouge. La figure 16 illustre la même plaquette à circuit imprimé lorsqu'elle est éclairée par de la lumière verte. Le cuivre gravé, qui est recouvert d'un masque de soudure verte, ne peut pas être détecté en utilisant de la lumière rouge, mais il est clairement visible lorsqu'on utilise de la lumière verte. Inversement, la lumière rouge est utile pour distinguer le trou d'un fond par ailleurs encombré. En utilisant et en allumant des DEL 38 rouge, verte et bleue, toutes en même temps, on produit une lumière pratiquement blanche. De plus, pour des surfaces à faible réflectivité, on peut allumer les DEL des trois couleurs, pour une intensité lumineuse maximale. Cependant, on doit comprendre que d'autres DEL de couleur pourraient également être utilisées, telles que des DEL ambrées, oranges et jaunes.

En utilisant de dispositif de commande 34 pour allumer de façon commandée différents groupes de DEL 38, par quadrants autour de la plaquette 36 à circuit imprimé, on peut éclairer le produit 66 depuis différents côtés, ainsi que différents angles, ce qui améliore la souplesse du système 30. En commandant la couleur ou les couleurs avec lesquelles l'objet est illuminé, il est possible de mieux distinguer certaines particularités.

Dans le cas d'objets exigeant un éclairement coaxial, un système d'éclairage coaxial compatible, à travers la lentille, est montré sur la figure 19. En utilisant un demi-miroir, la lumière d'éclairage est projetée vers un objet comme si elle provenait du dispositif capteur (c'est-à-dire l'appareil de prise de vues). Cette illuminateur peut projeter l'une quelconque ou la totalité de trois couleurs ou combinaisons de couleurs.

Une source de lumière typique, ayant un montage de DEL 38' sur une plaquette 36'à circuit imprimé est indiquée de

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façon générale en 351 sur la figure 20. L'utilisation de trois couleurs permet de mieux distinguer des particularités de différentes couleurs, et de fond, d'une façon analogue à l'utilisation de l'anneau lumineux programmable, décrit précédemment.

Dans le cas d'objets qui sont le mieux éclairés par l'arrière ou de profil, un dispositif compatible d'éclairage par l'arrière est représenté de façon générale

en 35''sur la figure 21. Le dispositif d'éclairage par l'arrière 3511 utilise une DEL unique 38"pour améliorer la collimation. La petite DEL lumineuse 38"est utilisée pour produire une source pratiquement ponctuelle qui, elle-même, permet à une lentille 80 de produire une lumière hautement collimatée.

L'invention décrite ci-dessus est particulièrement utile pour éclairer ce qui suit : circuits souples, en particulier sur des pistes, plots, repères placés sur du Kapton ou recouverts de Kapton et d'autres revêtements hermétiques ; pièces moulées par injection en matière plastique translucide, opaque, ambrée, teintée et blanche ; motifs de parties plaquées pour microélectronique et de pièces métalliques embouties de grande précision ; or, argent, palladium, béryllium, cuivre, nickels, chromes, etc. ; substrats en céramique ; substrats des types BGA, TBGA ; pièces découpées de précision ; pièces de montres plaquettes nues pour circuits imprimés pâte à souder et flux ; et composants du type SMT sur des substrats et des plaques d'essai.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé et au système décrits et représentés sans sortir du cadre de la présente invention.

Claims (34)

1. REVENDICATIONS 1. Procédé pour éclairer un objet (68) avec une lumière focalisée sous divers angles d'incidence par rapport à un axe optique (41), le procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte le fait de diriger vers l'objet un cylindre de lumière concentrique avec l'axe optique et provenant d'une source de lumière, le fait de placer dans le trajet du cylindre de lumière une paire de réflecteurs (44,48) espacés pour transformer le cylindre de lumière en un cône de lumière concentrique avec l'axe optique et focalisé sur un point choisi (42) par rapport à l'objet ; et le fait de faire varier l'espacement des réflecteurs par rapport à l'objet et l'espacement entre ces réflecteurs pour modifier l'angle d'incidence du cône de lumière afin qu'il soit inférieur à 20 tout en maintenant le cône de lumière focalisé sur le point choisi.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle d'incidence est modifié de façon à être inférieur à 15 .
3. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'angle d'incidence est modifié de façon à être inférieur à 10 .
4. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cône de lumière est de couleur rouge.
5. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cône de lumière est de couleur verte.
6. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cône de lumière est de couleur bleue.
7. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cône de lumière est de couleur blanche.
8. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cône de lumière est diffusé.

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9. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le cône de lumière est diffusé axialement.
10. 10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'objet est un objet en mouvement et en ce que le cône de lumière est découpé en impulsions stroboscopiques.
11. 11. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'objet est une plaquette à circuit imprimé.
12. 12. Système pour éclairer un objet (66) avec une lumière focalisée sous divers angles d'incidence par rapport à un axe optique (41), le système étant caractérisé en ce qu'il comporte une source de lumière (35) concentrique à l'axe optique (41) et produisant un cylindre de lumière dirigé vers l'objet ; un premier réflecteur (44) ayant une surface extérieure (46) de section transversale incurvée, placé dans un trajet du cylindre de lumière et réfléchissant la lumière en une figure de dispersion vers l'extérieur ; un second réflecteur (48) ayant une surface intérieure (50) de section transversale segmentée, disposé autour du premier réflecteur et concentrique par rapport à lui, duus un trajet de la figure de dispersion vers l'extérieur ; et un mécanisme d'entraînement destiné à faire varier l'espacement des premier et second réflecteurs par rapport à l'objet et l'espacement entre les premier et second réflecteurs.
13. ------13.-Système- selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif de commande (34) qui est calibré de façon à mettre en corrélation au moins un profil de mouvement du mécanisme d'entraînement avec des plages de déplacement des premier et second réflecteurs, le dispositif de commande calibrée fournissant plusieurs signaux de commande de mouvement au mécanisme d'entraînement pour produire un éclairage avec un angle d'incidence calibré.

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14. 14. Système selon la revendication 12, caractérisé en ce que la source de lumière comprend un anneau de sources discrètes (38) de lumière agencées en segments d'arc, le système comprenant en outre un dispositif de commande (34) destiné à commander l'application d'énergie aux segments d'arc de l'anneau.
15. 15. Système selon la revendication 12, caractérisé en ce que le mécanisme d'entraînement est un mécanisme d'entraînement différentiel qui comprend deux ensembles à poulies (56,58) de diamètres différents, et un moteur rotatif (60) destiné à entraîner les ensembles à poulies pour produire un mouvement différentiel des ensembles à poulies, chacun des ensembles à poulies étant relié à un réflecteur différent.
16. 16. Système selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif (39) de formation d'image dirigé le long de l'axe optique vers l'objet et concentrique avec la source de lumière et les réflecteurs.
17. 17. Système selon la revendication 16, caractérisé en ce que le dispositif de formation d'image est un appareil électronique (39) de prise de vues.
18. 18. Système selon la revendication 12, caractérisé en ce que la surface extérieure du premier réflecteur présente une section transversale parabolique et en ce que la surface intérieure du second réflecteur réfléchit la figure de dispersion vers l'extérieur en un cône de lumi se ayant sensiblement-le même-point focal lorsque l'angle d'incidence varie de façon à être inférieur à 20 .
19. 19. Système selon la revendication 18, caractérisé en ce que l'angle d'incidence est variable jusqu'à moins de 15 .
20. 20. Système selon la revendication 19, caractérisé en ce que l'angle d'incidence est variable jusqu'à moins de 10 .

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21. 21. Système selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'anneau de sources discrètes de lumière comprend plusieurs diodes émettrices de lumière (38).
22. 22. Système selon la revendication 21, caractérisé en ce que les diodes émettrices de lumière comprennent au moins une diode émettrice de lumière rouge dans chacun des segments d'arc.
23. 23. Système selon la revendication 21, caractérisé en ce que les diodes émettrices de lumière comprennent au moins une diode émettrice de lumière verte dans chacun des segments d'arc.
24. 24. Système selon la revendication 21, caractérisé en ce que les diodes émettrices de lumière comprennent au moins une diode émettrice de lumière bleue dans chacun des segments d'arc.
25. 25. Système selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'objet est un objet en mouvement et en ce que le dispositif de commande commande l'application d'énergie aux segments d'arc de l'anneau, afin que l'objet en mouvement soit échantillonné par impulsions.
26. 26. Système selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'objet est une plaquette à circuit imprimé.
27. 27. Système selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un diffuseur destiné à diffuser la lumière.
28. 28. Système selon la revendication 27, caractérisé en ce que le diffuseur diffuse la lumière principalement le long d'un axe unique.
29. 29. Source de lumière à couleurs multiples destinée à être utilisée dans un système (30) tel que défini dans la revendication 12 et qui éclaire un objet (66) avec une lumière focalisée, la source de lumière (35) étant caractérisée en ce qu'elle comporte un substrat (36), et un anneau de diodes émettrices de lumière (38) de couleurs multiples, pouvant être commandées séparément,

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    supportées sur le substrat et agencées en segments d'arc, de manière que la couleur de la lumière et son niveau d'intensité puissent être commandés.
30. 30. Source de lumière selon la revendication 29, caractérisée en ce que les diodes émettrices de lumière comprennent au moins une diode émettrice de lumière ayant une première couleur, au moins une diode émettrice de lumière ayant une deuxième couleur et au moins une diode émettrice de lumière ayant une troisième couleur dans chacun des segments d'arc, et en ce que les première, deuxième et troisième couleurs sont différentes les unes des autres.
31. 31. Source de lumière selon la revendication 30, caractérisée en ce que la première couleur est rouge, la deuxième couleur est verte et la troisième couleur est bleue.
32. 32. Source de lumière selon la revendication 29, caractérisée en ce que la source de lumière est une source de lumière coaxiale.
33. 33. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cône de lumière est de l'une des couleurs ambrée, orange et jaune.
34. 34. Système selon la revendication 12, caractérisé en ce que le cône de lumière est de l'une des couleurs ambrée, orange et jaune.