JP2001324450A - 異なる投射角で焦点を合わせた光で物体を照明する方法とシステム及びこれに用いられる多色光源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 画像検知装置を採用する自動映像システムと
共に使うのに適した方法とシステムで、解析する物体を
比較的に小さな入射角を有しかつ物体のある部分を中心
として３６０°またはその一つまたはそれ以上の弧状部
分をカバーする光錐で照明する。 【解決手段】 多色なリング状光源からの光が、この光
を実質的に集束する光収集リング上のカーブした放物線
状の面へ向けられ、そこから放射状に外方に扇形に広げ
られて、それを取り囲む角度生成リング上の反射面へ向
かい、この反射面の相対的位置が物体の領域内に向かっ
て形成される光錐の入射角を決定して、最適な効率で物
体の特徴を照明する。焦点を維持しながら入射角を変え
るために、差動駆動機構が光収集リングと角度生成リン
グとを同時に差動して動かす。物体を照明する光の色と
その濃度は制御器を運転するプログラムによって選択か
つ制御可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、異なる入射角の光
を焦点を合わせて物体を照明するための方法とシステム
と、これに使用される多色光源に関する。

【０００２】

【背景技術】非常に狭い公差で作られる機械部品から微
細なVLSI半導体製品に亘る精密製品の自動計測技術の急
速な成長は、そのような部品と構成品を自動検査するた
めの多数のシステムを生むことになった。これらのシス
テムにおいては、検査または計測される物品は、一般に
光学拡大システムを介して、ビデイコン、CCDアレイ、C
MOSアレイあるいはその他の画像・信号変換器等の電子
画像ピックアップ器上に映し出される。ビデオ信号は、
採用するソフトウエアとマイクロプロセッサーまたはミ
ニコンを利用して処理され、画像または画像の特定の部
分を解析する。画像変換技術を使って画像を回転、ズー
ムかつ移動させることができ、パターン認識技術を使っ
て画像を所定の基準と対比することができ、欠陥を確認
することができ、寸法と間隔を計ることができる。 画
像がはっきりと示されれば、これらの機能を高い信頼性
で間違いなしに遂行することができる。

【０００３】光学的な画像を走査して得る信号は、しか
しながら、検査中の物体の物理的かつ光学的な特性によ
って左右される。 目は色や組織の違いを容易に識別で
きるし、目はまた反射やその他の効果を調節でき、かつ
人間の作業者は全体の認識に立脚して調節をすることが
できるが、画像信号処理は本質的に信号における変化の
性質にのみに頼っている。 例えば、所与の面の縁の正
確な位置決めが、該面とその背景との間の高度な信号対
比にとって必要である。例えば、穴の径が計測されると
き、映像システムで信号の大きさが急変出来れば、作業
者の判断を必要とする他のシステムよりもより早く、正
確にかつ信頼して径を読み取ることが出来ることとな
る。 精密構成品は、しかしながらその特性が三次元で
あり、その特性を異なる高さで検査あるいは計測するこ
とが屡々望まれる。 例えば、穴がテーパーでかつこの
穴が垂直軸と同軸な場合、穴の径を各端で読むことによ
り正確にテーパーを確かめることができ、このためには
均一な照明は最適とは言えない。これは検査する物体を
照明するときの一般的な問題を示すものであり、検査ま
たは計測される特徴や表面を表示する際ハイライトと陰
とが大変有利に用いることができる。

【０００４】現在の技術の欠点の例は更に沢山ある。プ
リント回路基板の計測時に、計測すべき特徴を周囲の環
境と区別するのが難しいことが屡ある。 適当な単色の
光（例えば青、琥珀色、オレンジ色、黄色、緑、または
赤）を使えば、これらの特徴は、単色（黒／白）カメラ
を使って見たとき明瞭かつ容易に識別される。 電子工
業はダイス模様のジオメトリーを凝縮することにより効
率化されるので、ウエーフアー上の検査すべきダイス模
様の数は増え、従って検査時間が増えることになる。ス
トロボを使うことにより、検査能力は一桁増加し得る。

【０００５】ここで記述したクラスの画像システムは、
複雑な部品を三次元の寸法でかつ１ミクロン台の精度で
非接触計測するマイクロプロセッサー・ベースのシステ
ムである。 これらのシステムおいては、対物照明を、
カメラの拡大システムの対物レンズの周りに、または対
象物体と同軸上に置かれた光源によって作ることができ
る。 個々別々の異なる光源を使えば多少の利点が得ら
れるが、このような場合を除き、異なるタイミングで異
なる特性を浮き立たせることは今まで殆ど出来なかっ
た。

【０００６】検討中の物体の異なる制御可能な照明を効
率的かつ経済的に提供できる照明システムは、総論的に
上述した種類の画像システムだけに限って用いられるも
のではない。それは顕微鏡検査、微小物測光、及びマイ
クロ写真術でも用いることができ、この場合に検査され
る部品は相当に拡大してみられ、画像を強調せしめるこ
とが特定の目的の場合には望ましい。

【０００７】”ビジョンシステム用に物体を照明するシ
ステムと方法”なる名称の合衆国特許第４，７０６，１
６８号は、本発明の譲受人に譲渡されている。 この’
１６８特許の全記述が参照として採りあげられる。こ
の’１６８特許は新規な多目的照明機構を提示する。こ
れは光ファイバーを通って運ばれる白熱灯光を利用する
ものである。この方法技術は多くの方面の利用に適当で
あるが、若干の欠陥を呈する。このタイプの光の使用は
費用がかかり、多量の電気エネルギーを使い、かつ電球
は連続的に劣化し寿命が短いものとなりがちである。
光ファイバー光は、動力供給と光源の大きさ並びにそれ
が非可撓性でやや壊れ易いファイバーケーブルであると
言う両方の理由によって、パッケージ組立するのに難が
ある。 加えて、多波長光は、単色（黒／白）カメラが
使われるとき、全色を照明して特徴を判別することを難
しくする。 更にまた、ストロボを行おうとすると、別
の光源が必要となる。 この’１６８特許は、光の角度
反射範囲の全域に亘っては有効でない円形断面の外方鏡
を使っている。

【０００８】ヨーロッパ特許EP０３４１８０６B１（及
び関連する他の特許）は、多種類の角度と高さに亘るド
ーム状の複数のLED並びに数個のカメラを採用する。
この技術によれば多くの光方向が描けるが、複数の光角
度の連続体ではなく、個々別々の角度のみが表される。
加えて、単一の色のLEDが使われているので、検査され
るべき所望の特徴が強調されたり無かったりすることと
なる。 更に、この技術ではドームの基板が常に目先に
あるので、高い角度の光を使っても基板によって検査さ
れる物体が邪魔されることがある。ドーム基板が邪魔に
なって人間作業者が照明下の物品を見るのを難しくす
る。

【０００９】合衆国特許第５，６９０，４１７号は平面
上に乗せられた個々別々の複数の光源（例えばLED）を
使うが、この円形に並べられた光源は単一の焦点域に向
けられている。この技術は非常に低い角度（例えば、２
０°以下）の照明を提供しえない。このように低い角度
または俯角入射の照明は”見るのが難しい”表面の特徴
または欠陥を際立たせるのに誠に重要である。 また、
連続体の光方向を得るためには、光源が最早物体に適切
に当たっていないような高さにまで光を持ってこなけれ
ばならない。ドーム基板が邪魔になって作業者が照明下
の物品を見ることが難しい。

【００１０】市場に出ているシステム：OGP スマートリ
ング（SmartRing）：は上記の特許第５，６９０，４１
７号にて記述される技術を用いる。 この応用では光は
単一の高さ（作業距離）に固定されている。 これは４
５°から７５°の光入射範囲を有するに過ぎない。ここ
では、光の方向は決められており、これによってLEDが
励起さると個々別々に光の方向が生じることになる。
これらの技術では光が特別に焦点に合わされることな
く、多くの無駄が生じかつ望ましくない二次反射の原因
となる照明域が生じることにもなる。無駄な光は、出来
るだけ小さな区域への光の集中を必要とする高度に拡大
された視野を照明する時に問題となる。光は単一の色の
LED（赤）のみを用いるので、対象物体と異なる色の背
景と反射性材料の指標とを識別するためのシステムの能
力を減じることになる。

【００１１】OGPスマートリング ホリゾン（SmartRing
Horizon）：これは浅い照明角度（２０°から５０°）
用に設計されていることを除いて、スマートリングに類
似する今一つの提供品である。スマートリングと異なっ
て、これは２つの操作位置、１０mmと２２mmとを有す
る。これによって必要な際には２つの入射角度での照明
を可能にする。 とは言え、光が最高位置にあっても２
２mm以上突出する部品とは抵触することになる。 この
製品はスマートリングについて語った不利をも有する。
ドーム基板の邪魔のために人間作業者が照明下の物品を
見るのは困難である。 更にまた、これは前もって使っ
ていなければ、後付けしなければならない余分な付属品
である。

【００１２】ラム オプチカル インダストリーズ ベ
クターライト １２TM（Ram Optical Industries Vecto
rLight 12TM）：これは物体を照明するために白色LEDの
４個のプログラム化可能なバンク(bank)を用いる。３つ
の個々別々の入射角を３０°、４５°、と６０°に選択
できる。４個の四分円のそれぞれは選択可能である。こ
の製品でもなお光角度の選択は限られている。これは多
色性白色光を供し、着色物体と背景と反射性材料の指標
に向けられた単色カメラへの対照を生じあるいは生じな
かったりする。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述したシステムは、
その最低が２０°であって、いずれも非常に低い入射角
の光を達成し得ない。非常に低い入射角の光は、ボール
型グリットアレイ、光輝性の面上の浅いスクラッチ傷、
平滑な面上の種々な不具合等の各種の物体を検査、計測
するために有用である。例えば、ウェーファー上の１ミ
クロンよりも小さい欠陥を、検出器あるいはカメラへの
強い反射エネルギーを生じる低角度照明を使って、目立
たせることができる。もう一つの例としては、面上の”
見がたい”映像マークが強調される。

【００１４】本発明の一目的は、物体を異なる入射角の
光の焦点を合わせて照明するための方法とシステムと、
これに使われる多色光源を提供するもので、そこでは物
体の面に対して測って２０°以下また１０°以下もの非
常に低い入射光が提供される。

【００１５】本発明の他の目的は、物体を異なる入射角
の光の焦点を合わせて照明するための方法とシステム
と、これに使われる多色光源を提供するもので、そこで
は多数の色のLEDを光源として利用するものである。

【００１６】本発明の更に他の目的は、物体を異なる入
射角の光の焦点を合わせて照明するための方法とシステ
ムと、これに使われる多色光源を提供するもので、そこ
では光が均一に拡散される。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の上記の目的とそ
の他の目的を達成するために、物体を光軸に対して変わ
る入射角の光を一点に合わせて照明する方法が提供され
る。 この方法には、物体を光軸と同軸でかつ物体の選
択された一点に焦点を合わせた光錐で照明し、かつこの
光錐を選択された一点上に焦点を合わせた儘で光錐の入
射角を２０°以下に変えることが含まれる。

【００１８】入射角を１５°以下、さらに１０°以下に
さえも変えることができる。光錐の色を琥珀色、オレン
ジ色、黄色、赤、緑、青または白とすることができる。
物体はプリント回路基板あるいは動体でも良いが、この
際には光錐をストロボとする。

【００１９】本発明の上記目的とその他の目的を更に達
成するために、光軸に対して変わる入射角の光を一点に
合わせて物体を照明するためのシステムが提供される。
このシステムには、光軸と同軸で物体に向けて円筒状
の光を供する光源が含まれる。更にこのシステムには、
円筒状の光の通路上の曲線状断面の外方面を有しかつこ
の光を外方に分散するパターンで反射する第１の反射体
と、この第１の反射体を囲みかつこれと同軸で外方に分
散するパターンの通路中におかれた複数の分節からなる
断面の内方面を有する第２の反射体とを含むものであ
る。 このシステムは物体からの第１と第２の反射体へ
の間隔と第１と第２の反射体の間の間隔とを変えるため
の駆動機構をも含むものである。

【００２０】光源は弧状の区分に並べられて環状リング
をなす個別の光源からなっても良く、この際には本シス
テムはリングの弧状の区分を制御可能に励起するための
制御器を更に含む。

【００２１】駆動機構を、一対の異なる径の滑車アッセ
ンブリーとこの滑車アッセンブリーを駆動して滑車アッ
センブリーの差動を生じる回転モーターとを含む差動駆
動機構としてよい、各滑車アッセンブリーは異なる反射
体に連結される。

【００２２】このシステムは、光軸に沿って物体に向け
られ且つ光源と反射体と同軸な電子カメラ等の映像器を
含んでもよい。

【００２３】第１の反射体の外方面が放射状断面を有
し、一方第２の反射体の内方面は外方に分散するパター
ンを実質的に同一の焦点を有する光錐へと反射し、その
入射角は２０°以下に変わる。

【００２４】環状リング中の個別の光源は、その各弧状
の区分内に少なくとも一個の赤、緑、青および／または
白色のLED等の複数のLEDを含んでよい。例えば琥珀色、
オレンジ色や黄色等のその他のLEDを用いることもでき
る。

【００２５】物体をプリント回路基板または動体とする
ことができ、この場合には制御器がリングの弧状の区分
を制御自在に励起して、動体をストロボ照明する。

【００２６】システムは光を主として単一の軸に沿って
拡散するための拡散手段を含んでもよい。

【００２７】更に本発明の上記の目的とその他の目的を
達成するために、物体に焦点を合わせた光で照明する本
システムと共に用いうる多色光源が提供される。この光
源には、基板とこの基板上に支持される環状の多色で個
別的に制御可能な複数のLEDが包含される。このLEDは弧
状の区分内に並べられる。従って、光の色とその濃度は
一またはそれ以上の四分円をなす弧状の区分毎に制御可
能である。

【００２８】LEDは第１の色をもつ少なくとも一個のLE
D、第２の色をもつ少なくとも一個のLED、第３の色をも
つ少なくとも一個のLEDを各弧状の区分に含むことがで
きる。第１、第２、第３の各色は、互いに異なる。第
１、第２、第３の色はそれぞれ赤、緑、青であってよ
い。光源は同軸の光源であってもよい。

【００２９】’１６８特許で記述されたところに類似
し、それを改良した本発明の照明方法とシステムが提供
される。このシステムは光ファイバーの代わりにLED形
状の個別の複数の光源を使うものである。 使われるLE
Dは複数の単一色または混合した色であって、検査物体
を選択するいずれの光波長下でも照明する。 円形断面
の’１６８特許のトロイド状鏡を、所定の範囲内のいず
れの鏡の高さからでも物体上に最適に光を焦点できる鏡
にした。 LEDベースの本発明の光システムはこのよう
にしてなるので、動体を高速で検査するためにストロボ
とし得る。

【００３０】本発明の上記の目的とその他の目的、特
徴，有利性は、本発明を実施するための最適な態様につ
いての以下の詳細な記述を添付図面と関連して読むとき
容易に明らかにされるところである。

【００３１】

【発明の実施の形態】’１６８特許について前述したの
と同様な映像システムが、本明細書で記述される改良を
加えて図１で示される。映像システムの実施例中のステ
ージとブリッジ機構を、リニアーモーター技術を用いる
Ｘ−Ｙステージに代えることもできる。

【００３２】さて図１と２を参照して、全体が３０で示
される照明システムは、制御エレクトロニクスまたは制
御器３４を、照明システムのプリント回路基板３６を含
む全体が３５で示される光源につなぐワイヤー３２を含
む。 プリント回路基板３６は、図１３に図示される如
くに、その上に形成されかつリング形状の光源３５とし
て連結されるLED３８を有する。 このLEDはリング状で
互いに平行で隣接する。 図１４にて示される如くにLE
Dは製造が容易なように垂直に付けられている。光源３
５は制御器３４により制御されて１２の異なる光バンク
のいずれかの組み合わせを作動させる。 光バンクは４
つの離れた四分円に区分され、各四分円はそれぞれ制御
器３４によって制御されるプログラム化可能な３色
（赤、緑、青）を有する。 好適には、各四分円につき
１２のLED、即ち各四分円につき各色（赤、緑、青）４
個のLEDがある。

【００３３】リング形状の連続するLED３８は、映像機
またはカメラ３９のレンズシステム４０の下方端の周り
にかつその光軸と同軸に置かれる。 図３の断面図に見
られる如くに、LED３８は、光源３５が働かされたとき
円筒状のパターンを作り出すようにプリント回路基板上
に位置する。 LEDから発した光は集合体として、物体
６６上の選択した点４２へ下方に向かう中空のまたは中
実の（即ち、同軸の、バックライト付の）円筒状または
シース状の光を生成する。 しかしながら、各LED３８
から生じた光は約１５°の角度で発散している。 この
場合、この角度はLED３８の設計と製造によって変わ
る。

【００３４】環状の光源３５の下に、第１の反射リング
が光軸４１に沿いかつこれを中心として取り外せるよう
に取り付けられ、断面が放物線状である第１の反射表面
を有する。この放物線の焦点はLEDからの光の発散の角
度に従って選択され、LED３８からの光を僅かに集束す
る。放物線状の反射表面４６は下方に向かう光の円筒の
通路上にあるので、それは光を反射表面４６の円周から
外方へ放射状に逸らせて、カメラ３９の光軸４１と同軸
な光のファンとも呼びうる扇形の拡がりを形成する。
この様に、第１の反射リング４４は、その放物線状表面
によって集光器としても転向器としても働く。第１の反
射リング４４は回転面の形状にあり、その胴部は光のフ
ァンを支えるウエスト部を含む。

【００３５】外方に向かった光のパターンは第１リング
４４の外側の第２の反射リング４８上に当たり、それと
相関的にＺ軸に沿って動く。第２の反射リング４８の反
射表面５０は、図３にて見られる如くに、ほぼ円形の断
面である。実際の表面は、光を正確に物体６６の選択点
４２に焦点を合わせて向けるために本明細書中に記述す
るように数学上で計算される。この計算はアッセンブリ
ーの多数の離散する個別なＺ位置に対してなされて、全
Ｚ軸範囲に亘って光を物体６６に向ける。 第１の反射
リングからのファン光線が曲面の第２の反射表面上で当
たる位置が、選択された焦点４６に向かって光を下方に
逸らされる角度を決定し、従って角度発生器として働
く。

【００３６】’１６８特許にて述べられる差動駆動機構
を、本発明では直線状の案内ベアリングとベルト／滑車
機構にした。図１７で示される一実施例では、２つの鏡
アッセンブリーまたはリング４４、４８は滑車５４上に
巻かれかつ鏡アッセンブリー４４、４８に連結されたば
ね鋼を使って垂直方向に動かされる。図１８では、２つ
の異なる径の滑車機構またはアッセンブリー５６、５８
が鏡アッセンブリー５６、５８とアッセンブリー５６、
５８に駆動的につながれた回転モーターへ連結されて、
差動運動が得られる（この回転モーターは図１では四角
な箱として示されている）。この滑車機構５６、５８
は’１６８特許で記述されるのと同様な差動率プロフィ
ールを提供するが、製造性と性能では優れている。 運
動はサーボまたはステップ制御を用いた回転モーターに
よってもたらされる。 代わりに、検流計によってこの
運動を得てもよい。 歯付きベルトをループにして用い
ることも出来る。

【００３７】図１８の差動駆動を使用する更に代わりの
実施態様は、各軸に独立して制御される個別の回転モー
ターを使うものである。更に他の態様としては、両方と
も同一のレール上にあるリニアーモーターを各鏡アッセ
ンブリーに用いる。 この様な何れかの技術を使い、以
下のように計算されて最適化された鏡５０を必要としな
い運動プロフィールを選び、’１６８特許で記述される
如き鏡を用いることも勿論できる。

【００３８】上記の何れの実施の態様においても、回転
モーターを符号化して鏡の位置をフィードバックし、校
正された光入射角が生じ得る。

【００３９】本発明の構成では、校正された入射角での
照明を提供することが有利であり、これによってこのシ
ステムによった合格照明のために求められる絶対的な正
確性が入手しうることになる。例えば、上述したよう
に、個別の回転モーターを使い独立して制御するとき、
制御器３４を使って回転モーター６０の符号化された運
動プロフィールを記録して、照明システム３０の移動の
全高度範囲を通じての反射リング４４、４８の相互間の
相対的な位置範囲が知らされ、創造される。 このよう
にして知らされた反射リング間の関係を制御器３４で計
算することにより、反射リング４８の面５０から出る光
の入射角を照明システム３０の全可能高度位置について
引き出せる。光入射角と反射リングの相対的な位置とを
共に知ることができれば、図４と５で、光線が照明され
る物体６６の焦点４２に当てられるのが概念的に図示さ
れている如くに、制御器が校正された入射光角を容易に
出しうる。符号化技術とその関連コンピューター校正方
法の詳細な用法は、運動制御技術に通暁する者にとって
容易なところである。

【００４０】図１のシステムの操作において、製品検査
の作業順序は典型的には物体または製品６６の異なる部
分を観察しうるように作業者がＹ軸ステージ６２とＸ軸
キャリエッジ６４を位置決めすることから始まり、これ
らの順序と位置がプロセッサーまたは制御器のメモリー
に蓄積される。各位置に置いて、Ｚ軸支持６８の位置決
めをしてレンズシステム４０とカメラ３９に対する焦点
面が選択され、そこで照明システム３０の好適な入射
角、光濃度と光色とが選ばれる。 各位置に対する必要
な設定値が順次に作業者によって選択されると、該当製
品に対するこの結果がメモリーに蓄えられる。分析のた
めに該当製品がステージ６２上に置かれると、制御器３
４内のソフトが通常の方法で順番を追って作動して、各
選択された点４２または部品や製品６６の領域に焦点を
合わせ、照明する。

【００４１】製品６６の穴のテーパーが計測されると
き、上面の方が大径で下面の方が小径であるとする。
カメラ３９とレンズ４０を先ず一方または他方端に焦点
を合わせ、穴の内径とその周囲の背景との間での光のコ
ントラストを際立って変化させる最適な入射角が与えら
れるように照明システム３０を移動する。 同様に焦点
の端への入射角を変えて変化が最も鮮明になるようにし
て、その後に穴の他方端を検査する。

【００４２】図３にて最もよく見られる通りに、リング
状の光源３５のLED３８からの照明光は３６０°の閉ざ
されたシース状の光束をつくるが、この光は若干分散し
ている。このために、放物線状の第１の反射面４６が光
を集めてこれを相当に収束して、第２の角度発生器面５
０へ光を向け、そこから光錐となって焦点４２に向か
う。焦点４２を含む水平面と共に光錐の入射角が変えら
れると、２つの反射リング４４，４８は共に動くが，両
者の垂直方向の間隙は変わる。 従って、第１の集光器
面４６からの光は曲折した角度発生器面５０の異なる領
域上に当たって、入射角は変えられるが焦点は同一点に
維持される。

【００４３】この実施態様では、物体に向けられる光の
高度（角度）に関係なく、光エネルギーを常に目標に向
けるように最適化された鏡面５０が用いられている。’
１６８特許の発明の全部の実施態様では円形状断面のト
ロイド状鏡が使われている。これは最適と言える形状に
ほぼ近いが、低い角度（３０°以下）での最適照明を与
え得ずに終わっている。

【００４４】鏡の形状を計算するためにコンピューター
プログラムが特別に書かれた。これまでには、広汎な研
究と解析段階にもかかわらず、充分な幾何学的な形状を
生じえなかった。計算は以下の通りになされた。

【００４５】１）アッセンブリーが移動する物理的な最
下方点で始める。 ２）光源の方向および内方鏡の形状と位置とを決め、光
が内方鏡と交差する位置を計算する。 光を、単一の角
度（図４で示されるところは垂直であるが、必ずしもこ
のようでなくても良い）へ向かう単一の光源と仮定す
る。 ３）交差する点における内方鏡面のタンジェントを計算
する。 ４）上下（タンジェント）軸を中心に入射角の反射をと
って内方鏡からの出口角を計算する。 ５）所望の鏡の外径に近似する水平起点を選ぶ。 ６）内方鏡から来る光と選んだ水平起点によって表され
る垂直線との交差する点を計算する。 ７）物体の中心（視野の中心）から来る線の光通路の外
方鏡への交差への角度を計算する。 ８）内方鏡と物体から来て外方鏡で交差する２つの線の
二等分線角度を計算する。 これが鏡面に対する法線で
ある。 ９）上で計算した法線鏡角から鏡分節の角度を計算す
る。 １０）光源と内方鏡アッセンブリーの高度を増す。 １１）ギヤー率で書き取られる運動率を用いて外方鏡の
高さを計算する。 １２）内方鏡から来る光と上で計算された鏡分節との交
差点を計算する。 １３）高さをアッセンブリーの最高度行程まで増加し了
わるまで、上記のステップ７）−１２）を繰り返す。 １４）光源位置、光源方向、内方鏡形状（焦点距離）、
内方鏡位置、内方鏡角、外方鏡水平位置、高度増加、高
度の下上限を変えて設計を繰り返す。

【００４６】図５はアッセンブリーの３位置の例を示
す。良い設計の一次示性数には（図示されていないが）
物体上での光の広がりが含まれる。

【００４７】鏡分節は見出された座標から組み合わされ
て特定の鏡に特別に作られる。鏡は高い公差で仕上げら
れ、磨かれかつクローム等の高度な反射性被覆が施され
る。

【００４８】上記した光または照明システムに拡散手段
を組み入れることなしに、ボールベアリング等の非常に
光輝性の物体に対して使われると、その結果のカメラ画
像は個々のLED３８をホットスポットとして映し出す。
これは好ましくない結果であり、またLED３８自体と
そのアッセンブリーの製造上の差違を際立たせることに
なりがちである。 標準的な拡散器を付け加えれば光を
充分に拡散できるが、それでは光のエネルギーの大部分
を物体６６から離れるような方向へ変えさせることにな
る。そこで、この実施態様では一軸性拡散材が使われ
る。図９は、上から下へ、拡散なしの、標準的な拡散
の、好適な一軸性拡散の各光源３５を示す。この拡散を
水平方向に扇形に広がる光源に採用するには、円筒状の
拡散材料が使える。 材料を円筒（図示されていない）
へ成形または曲げると、光は水平な軸でのみ好ましい拡
散ができ、光エネルギーを失うことになる垂直軸では拡
散されない。 ドーナツ状に形成した通常の水平拡散器
は、光が低い角度では良く透過し難いので適当でない。
図１１は光が軸方向で拡散されたときのボールベアリン
グ上に生じた像を示す。

【００４９】軸方向拡散の別の態様は、外方鏡の面上に
非常に小さな縦小面または畔(facet)を機械加工するこ
とである。これを外方鏡へ施すことによりボールベアリ
ング上の像は図１１で描写されるようになる。

【００５０】更に多色（波長）LED３８の使用により本
システムの能力が強められる。 今での一色LEDリング
を用いる代わりに、３色が好ましくは使われる。 これ
によって選択して多数の組み合わせの着色材料として検
査できる。 また、ユーザーが異なる色を望むときでも
異なる回路基板３６へ変える必要が解消される。図１５
は赤色光で照明したときの緑色のプリント回路基板上の
穴を描く。図１６は緑色で照明したときの同様なプリン
ト回路基板を描写する。緑色のろう付けマスクで覆われ
た銅食刻は赤色光を用いては検出できないが、緑色の光
を用いると明らかに見える。逆に、赤色光は穴をさもな
ければごたごたした背景と区別するのに有用である。
赤、緑、青のLEDを使って全部いっぺんに励起すると、
白に近い光が生じる。加えて、低い反射性の面に対して
は、３色全部を最大の光度で働かすことも出来る。ま
た、琥珀色、オレンジ色や黄色のLED等の他の色のLEDを
も使うことができるものと承知されたい。

【００５１】制御器３４を用いてプリント回路基板３６
の周りの四分円内の異なる群のLED３８を制御して照明
すると、製品６６を異なる側面並びに角度から照明でき
て、このシステムの多能性が更に改良される。物体を照
明する色を制御することにより特徴をより良く識別でき
る。

【００５２】同軸上での照明を必要とする物体に対して
は、それに適したレンズを介しての同軸照明システムが
図１９で示される。半鏡を使って照明を物体に照射する
と照明が恰も感知装置（即ちカメラ）から来るようにな
る。この照明器は３色の何れかあるいは全部または色の
組み合わせを照射しうる。プリント回路基板３６’上に
並べられたLED３８’を有する典型的な光源が図２０で
全体として３５’で示される。３色の使用で、前述した
プログラム可能なリング状の光を使うのと同様に、異な
る色と背景の特徴をより良く区別しうるようにする。

【００５３】後ろからまたは輪郭で最善に照明される物
体用として、それに適した背光が全体に図２１で３５’
で示される。この背光３５’は平行性を良くするために
単一のLED３８”を使っている。小さくて明るいLED３
８”が使われて近い点光源が作られ、そしてレンズ８０
は非常に平行な光を作り得ることになる。

【００５４】

【発明の効果】上述した発明は特に以下の物品を照明す
るのに特に有用である。 ☆特にトレース上の可撓性の電気回路構成、カプトン
（Kapton）上に置かれたまたはカプトンまたはその他の
密閉コート材で覆われた起線； ☆半透明な、不透明な、琥珀色の、または色合いを付け
た白色のプラスチック射出成形部品； ☆ミクロ電子工学のメッキ部品形状品と高精密金属打ち
抜き部品、金、銀、パラヂウム、ベリリウム，銅、ニッ
ケル、クローム等； ☆セラミック基板； ☆BGA, TBGA基板； ☆精密仕上げ部品、時計部品； ☆ろう付けペーストとフラックス；および ☆基板とテスト板上のSMT構成部品。

【００５５】発明の種々の形態と種類を記述し図面で示
したが、本発明はこれらに限られず、特許請求の範囲内
の全ての例に亘るものであることを認識されたい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によって構成された照明システムをもつ
非接触性計測システムの構成図である。

【図２】本発明の照明システムの一部の断面図である。

【図３】焦点面または表面の上方の照明システムの異な
る高さにおける異なる光通路と共通の焦点を示す。

【図４】光源から出る光の通路を示し、照明システムの
放物線状の内方第１の鏡から、該内方鏡の位置または高
さとの関連で決定される必要な位置にある第２の外方鏡
へ向かって光が反射され、この外方鏡の位置は来る光の
角度を受けて物体に向けるような定位に計算される。

【図５】異なる固定された高さの光源から出る光の通路
を示し、何れの場合にも外方鏡の位置は来る光の角度を
受けて物体に向けるような定位に計算されてなる。

【図６】一つに連結された図５の複数の鏡分節を示す。

【図７】異なる固定の高さにおける光の通路を示し、予
め計算された複数の鏡分節を含む外方鏡が物体に光を向
けているのが示される。

【図８】内方と外方鏡の作動運動、即ち右側（外方）鏡
の頂点の高さの変化に対する左側（内方、放物線状）鏡
の頂点の高さを示す。

【図９】上から下に、拡散無しの、標準的な均一拡散に
よる、主として一軸で光を拡散する拡散による光源を描
写する。

【図１０】ボール上に拡散無しに映像された個別な光源
の効果を描写する。

【図１１】軸方向の拡散を経て図１０の光るボール上に
映像された個別な光源の効果を描写する。

【図１２】左から右に、光を拡散するための垂直なまた
は角度を付けた小面で光る面から反射した光源と、単に
光る（鏡）面からの同様な反射を示す。

【図１３】プリント回路基板上で４つの四分円環状リン
グパターンをなす多色LEDを含む光源の平面図である。

【図１４】光源の側面図で、プリント回路基板に対して
９０°で製造が容易なようにプリント回路基板に取り付
けた多色LEDを示す。

【図１５】単色（黒／白）カメラによって映像された赤
色光で照明された緑色のプリント回路基板の画像であ
る。

【図１６】単色（黒／白）カメラで映像した緑色光で照
明された緑色のプリント回路基板の画像を示し、ろうマ
スクの下の銅エッチングラインが見える。

【図１７】線状ベアリングガイドと共に内方と外方鏡を
上下動させるために用いられる滑車機構の説明図であ
る。

【図１８】２つの鏡を垂直方向に差動して動かすために
用いられるダブル滑車機構の説明図である。

【図１９】本発明の同一軸上照明システムの説明図であ
る。

【図２０】本発明の同軸LED PCBアレイの説明的な平面
図である。

【図２１】バックライトされたLRDプリント回路基板の
説明的な側面図である。

【符号の説明】

３０−照明システム ３４−制御器 ３５−光源 ３６−プリント回路基板 ３８−LED ３９−カメラ ４０−レンズシステム ４１−光軸 ４２−焦点 ４４−第１の反射リング ４６−円形状反射面 ４８−第２の反射リング ５０−複数の分節を連なげた反射面 ６６−対象物体 ７０−拡散用小面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート エル ジャクソン アメリカ合衆国カリフォルニア州 93021 ムーアパーク ラウエルルハースト ロ ード 13676番地 (72)発明者 チャーレス ダブリュー セイファート ジュニア アメリカ合衆国カリフォルニア州 91320 ニューブリー パーク キャセイ ドラ イブ 259番地

Claims (33)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光軸との関連で異なる入射角で焦点を合
   わせた光で物体を照明する方法であって、物体を光軸と
   同軸で物体との関連で選択された点上に焦点を合わせた
   光錐で照明し、かつ該選択された点上に光錐の焦点を合
   わせたまま光錐の入射角を２０°以下になるように変え
   ることを含む上記の方法。
2. 【請求項２】 入射角を１５°以下になるように変えて
   なる請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 入射角を１０°以下になるように変えて
   なる請求項２記載の方法。
4. 【請求項４】 光錐の色が赤である請求項１記載の方
   法。
5. 【請求項５】 光錐の色が緑である請求項１記載の方
   法。
6. 【請求項６】 光錐の色が青である請求項１記載の方
   法。
7. 【請求項７】 光錐の色が白である請求項１記載の方
   法。
8. 【請求項８】 光錐が拡散される請求項１記載の方法。
9. 【請求項９】 光錐が軸方向で拡散される請求項８記載
   の方法。
10. 【請求項１０】 物体が動体でありかつ光錐がストロボ
    される請求項１記載の方法。
11. 【請求項１１】 物体がプリント回路基板である請求項
    １記載の方法。
12. 【請求項１２】 光軸との関連で異なる入射角で焦点が
    合わされる光で物体を照明するシステムであって、光軸
    と同軸でかつ物体へ向かう円筒状の光を供する光源、円
    筒状の光の通路上にあって曲線状の断面の外面を有しか
    つ該光を外方に分散するパターンへ反射する第１の反射
    体、分節からなる断面の内方面を有し第１の反射体の周
    りにかつそれと同軸で外方に分散するパターンの通路上
    に配された第２の反射体、及び第１と第２の反射体の物
    体からの間隔並びに第１と第２の反射体の間の間隔を変
    えるための駆動機構とを含んでなる上記のシステム。
13. 【請求項１３】 駆動機構の少なくとも一作動プロフィ
    ールを第１と第２の反射体の移動範囲と相関させるよう
    に設定する制御器を更に含み、このように設定された制
    御器が駆動機構に複数の作動制御信号を供して設定され
    た入射角での照明を提供する請求項１２記載のシステ
    ム。
14. 【請求項１４】 光源は弧状の区分内に並べられて環状
    リングをなす個々別々の複数の光源を含みかつシステム
    は更にリングの弧状の区分を制御下で励起する制御器を
    含む請求項１２記載のシステム。
15. 【請求項１５】 駆動機構が、一対の異なる径の滑車の
    アッセンブリーと、この滑車のアッセンブリーを駆動し
    て滑車アッセンブリーの各滑車が異なる反射体に連結さ
    れている該滑車アッセンブリーに差動駆動を供する回転
    モーターとを含む差動駆動機構である請求項１２記載の
    システム。
16. 【請求項１６】 光軸に沿って物体へ向かいかつ光源と
    反射体と同軸な映像器を更に含んでなる請求項１２記載
    のシステム。
17. 【請求項１７】 映像器が電子カメラである請求項１６
    記載のシステム。
18. 【請求項１８】 第１の反射体の外方面が放物線状断面
    を有し、第２の反射体が外方に分散するパターンを、入
    射角が２０°以下に変化するときにも実質的に同一の焦
    点を有する光錐へと反射する請求項１２記載のシステ
    ム。
19. 【請求項１９】 入射角が１５°以下に変わり得る請求
    項１８記載のシステム。
20. 【請求項２０】 入射角が１０°以下に変わり得る請求
    項１９記載のシステム。
21. 【請求項２１】 環状リング状の個々別々の光源は複数
    のLEDを含む請求項１４記載のシステム。
22. 【請求項２２】 複数のLEDが各弧状の区分に少なくと
    も一つの赤色LEDを含む請求項２１記載のシステム。
23. 【請求項２３】 複数のLEDが各弧状の区分に少なくと
    も一つの緑色のLEDを含む請求項２１記載のシステム。
24. 【請求項２４】 複数のＬＥＤが各弧状の区分に少なく
    とも一つの水色のLEDを含む請求項２１記載のシステ
    ム。
25. 【請求項２５】 物体が動体でありかつ制御器がリング
    の弧状の区分を制御下で励起して動体をストロボする請
    求項１４請記載のシステム。
26. 【請求項２６】 物体がプリント回路基板である請求項
    １２記載のシステム。
27. 【請求項２７】 光を拡散するための拡散手段を更に含
    んでなる請求項１２記載のシステム。
28. 【請求項２８】 拡散手段が光を主に単一軸に沿って拡
    散する請求項２７記載のシステム。
29. 【請求項２９】 焦点を合わせた光で物体を照明するシ
    ステムに用いられる多色光源で、基板と、基板上に支持
    されかつ弧状の区分内に並べられた環状リングの多色で
    個別に制御可能なLEDを含み、光の色と濃度が制御可能
    な多色な光源。
30. 【請求項３０】 LEDが第１の色を有する少なくとも一
    個のLED、第２の色を有する少なくとも一個のLEDと、第
    ３の色を有する少なくとも一個のLEDを各弧状の区分に
    含み、かつ該第１、第２と第３の色が互いに異なる請求
    項２９記載の光源。
31. 【請求項３１】 第１の色が赤であり、第２の色が緑で
    あり、かつ第３の色が青である請求項３０記載の光源。
32. 【請求項３２】 光源が同軸な光源である請求項２９記
    載の光源。
33. 【請求項３３】 光錐の色が琥珀色、オレンジ色、黄色
    の何れかである請求項１あるいは請求項１２記載のシス
    テム。