JP2003503701A

JP2003503701A - 照明モジュール

Info

Publication number: JP2003503701A
Application number: JP2001507075A
Authority: JP
Inventors: へーイェーウェーエムビュエイテールス，アントニウス
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1999-06-24
Filing date: 2000-06-22
Publication date: 2003-01-28
Also published as: US6385507B1; WO2001001118A1; EP1108208A1

Abstract

(57)【要約】対象を照明する照明モジュールは、平板上に全て配置される多数の放射線発生素子をそれぞれ有する多数の照明リングを含む。各リングには、リングからの放射線を射出窓に案内する光線案内部が設けられ、射出窓において放射線はリングに固有の角度の範囲で射出する。リングは別々にオンに切替えることが可能であり、従って異なる種類の照明が実現される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、検査される対象を照明する照明モジュールに係り、上記モジュール
は、モジュール内で発生された放射線の射出窓と、射出窓の中心部に対し垂直に
延在するモジュール軸と、モジュール軸上に配置される中心点を有し別々に切換
可能である少なくとも２つの照明リング内に配置された多数の放射線発生素子と
を含み、異なる照明リングの放射線はモジュール軸に対し異なる角度で射出窓を
通過する。

【０００２】本発明は更に、上述の照明モジュールが設けられた対象の観察用の光学装置と
、少なくとも１つの上述の光学装置が設けられた、支持体に電子コンポーネント
を配置させる装置に係る。

【０００３】現在、上述の配置装置は、印刷回路板（ＰＣＢ）のような支持体上に電子コン
ポーネントを自動的に、非常に正確に、更に非常に高速で配置させるよう使用さ
れる。上述の装置は、吸引ピペットが設けられた１つ以上のロボットと、当該ロ
ボットに関連付けられたロボットと同じ個数の配置機構を含む。吸引ピペットは
コンポーネント入力装置から配置されるべきコンポーネントを受け取り、その後
関連付けられたロボットが吸引ピペットとコンポーネントを支持体上の位置に運
搬し、そのとき支持体は配置機構内に配置されている。コンポーネントは支持体
に配置される前に識別され、凹凸を見つけるべく検査されなければならず、更に
、コンポーネントが例えばロボットの座標系に対し正しく向けられているかどう
か確認されなければならない。このために、配置機構には吸引ピペットによって
保持されたコンポーネントを観察する光学観察装置が設けられ、観察装置は或い
は視覚モジュールとも称される。観察装置は、コンポーネントの画像を電子的に
処理される電気信号に変換するカメラを含む。良好な観察装置は以下の要件：画
像が歪んでいないこと、観察装置は大きいコンポーネントの撮像も可能であるこ
と、コンポーネントを照明するビームの開口角は比較的小さいこと、更に特定の
適用に対しコンポーネントへの照明ビームの入射角はできるだけ大きいことを満
たすべきである。コンポーネントを適当に観察するためには、このコンポーネン
トが正しい方法で照明されることが必要である。これを達成するよう観察装置は
照明モジュールを含む。

【０００４】そのような照明モジュールは米国特許第４８９３２２３号に記載される。公知
の照明モジュールは、凹状の板の内面上に取り付けられ、リング状又は角度が付
けられたセクタ状に配置され、ＬＥＤとも称される多数の発光ダイオードを含む
。配置機械によって配置されるコンポーネントは異なる形状及び異なる表面状態
を示す場合があるので、照明モジュールはプログラム可能である、即ちリング状
のＬＥＤ又はコーナセクタ状のＬＥＤのようなＬＥＤの集まりが別々にオンにさ
れることが可能であり、それにより対象、及び／又は対象の一部が照明される角
度が調節され得ることが好適である。米国特許第４８９３２２３号に記載される
照明モジュールは、通常、表面実装装置（ＳＭＤ）と称されるコンポーネントの
、はんだボールが設けられた接続ピンの自由端を照明するよう使用される。上述
の照明モジュールが使用される観察装置によって、ＳＭＤの１つのピンの端のみ
を検査することが可能である。後続するピンを検査するために、観察装置とＳＭ
Ｄは互いに対し動かされる。従って、米国特許第４８９３２２３号に記載される
照明モジュールは小さい照明視野を有し、ＬＥＤのビームとＳＭＤの表面に対す
る垂線の間の角度は比較的小さい。ＬＥＤによって供給されるビームは、１０°
のオーダの比較的小さい開口角を有する。米国特許第４８９３２２３号に記載さ
れる照明モジュールは、全てのＬＥＤが同じ小領域を照明することが保証される
よう全てのＬＥＤが正確に整列されなければならないので製造することが困難で
ある。

【０００５】本発明は、容易に製造され、最小の寸法を有し、更に、大きい照明視野に調節
可能であり、非常に斜めの照明ビームを供給することが可能である、広範な適用
範囲を有しプログラム可能な照明モジュールを提供することを目的とする。この
照明モジュールは、全ての放射線発生素子が射出窓の中心部と平行に延在する平
板上に設けられ、放射線発生素子によって放射される全ての放射線ビームの主光
線はモジュール軸と平行に延在することを特徴とする。

【０００６】このモジュールが非常に斜めの照明ビームを供給することが可能であるという
事実は、例えば一番外側の照明リングから発生される選択された放射線は、対象
の照明された面について例えば少なくとも６°の非常に小さい角度をなすことを
意味する。

【０００７】放射線発生素子をかなりの精度で平板上に配置することは、放射線発生素子を
等しい精度で凹状板上に配置することより単純である。平板は導線を有する印刷
回路板として形成され、放射線発生素子は導線を介し給電される。

【０００８】照明モジュールの好適な実施例は、各照明リングに対向して、モジュール軸に
対して垂直な面においてリング型の断面を有する放射線案内部が設けられ、放射
線案内部の入射面は関連の照明リングに対向するよう配置され、入射面に対向す
るよう配置された放射線案内部の射出面の形状は、関連の照明リングから供給さ
れる放射線の所望の方向に適応されることを特徴とする。

【０００９】これらの放射線案内部を使用することにより、特定の適用に対し最適な照明方
向が達成される。或る照明リングに関連付けられた放射線案内部は更に、リング
からの放射線が他の照明リングからの放射線と混合しないことを保証する。照明
リングからの放射線は、放射線案内部の射出面から出るまで放射線案内部内に制
限されるので、放射線発生素子のビームは例えば２０°乃至３０°の範囲内の比
較的大きな開口角を有することが可能である。更に、放射線案内部によって、放
射線案内部を離れる放射線ビームが全内反射によって或る程度の均一性を示すこ
とが保証される。これについては放射線案内部の長さと関連の照明リングのＬＥ
Ｄの開口角が関与する。

【００１０】均一性を更に高めるために、照明モジュールは、一番外側の放射線案内部を除
いて全ての放射線案内部の射出面に拡散体が設けられ、拡散体の表面は放射線案
内部からそらされ、放射線案内部から出て上記表面を通る放射線ビームが所望の
方向を有するような形状を有することを更なる特徴とする。

【００１１】放射線案内部は空気で満たされる場合がある。しかし、照明モジュールは最も
内側の放射線案内部を除いて放射線案内部が透明な合成樹脂で満たされることを
特徴とし好適である。

【００１２】更なる特徴として、合成樹脂はポリカーボネート又はポリメタクリル酸メチル
である。それぞれＰＣ及びＰＭＭＡとしても周知であるこれらの合成樹脂は、高
い透過性及び良好な光学品質を有する。

【００１３】照明モジュールは、合成樹脂に散乱粒子が入れられることを特徴とし好適であ
る。

【００１４】そうである場合は、合成樹脂は拡散効果を有し、当該の放射線案内部は照明モ
ジュールを離れる放射線が均一となるよう寄与することが可能となる。異なる放
射線案内部が異なる拡散度を生じさせる場合もある。

【００１５】或る条件下では、最も内側の放射線案内部も合成樹脂で満たすことが好適であ
る。

【００１６】照明モジュールの更なる特徴として、最も外側の放射線案内部は、放射線を放
射線案内部の射出面に向けて反射させ、互いに対し鈍角をなす２つの部分から構
成される反射面を有する。

【００１７】上述の反射面は放射線案内部を通り伝播し或る強度分布を有する放射線ビーム
を、最初の強度分布ではなく、より均一な分布となるよう対象の場所に配置され
る２つのサブビームに分割する。これにより、一番外側の放射線案内部によって
供給される放射線ビームも十分に均一な分布を得られる。

【００１８】コンポーネント配置機械の観察装置に適した照明モジュールの実施例は、３つ
の照明リングを含むことを特徴とする。

【００１９】上述の照明モジュールは依然として配置機械内に取り付けるために十分にコン
パクトであり、更に十分な強度を有し、異なる角度でのコンポーネントへの良好
な照明が達成される。

【００２０】放射線発生素子として異なる素子が使用することが可能である。例えば、ダイ
オードレーザを使用することが可能である。ダイオードレーザは高い強度の比較
的細いビームを放射し、その放射線は所望の方向に容易に向けられる。放射線発
生素子が素早く切替わる必要が無い場合に、放射線発生素子として更に冷光ダイ
オードを使用することも可能である。しかし、照明モジュールの実施例は、放射
線発生素子はＬＥＤから形成されることを特徴とする。

【００２１】ＬＥＤは安価で、放射線強度、寸法、及び開口角に関し様々なバージョンで入
手可能である。

【００２２】照明モジュールの適用に応じ、１つ以上の照明リングがダイオードレーザを含
み、別の照明リングがＬＥＤを含む場合がある。或いは、同じ照明リングが多数
のダイオードレーザ及び多数のＬＥＤを含むことも可能である。

【００２３】照明モジュールは更に、少なくとも１つの照明モジュールは異なる波長の放射
線を放射する少なくとも２つの種類のＬＥＤを含み、照明リング内で第１の種類
のＬＥＤが第２の種類のＬＥＤと交互にされることを特徴とする。

【００２４】例えば、照明リングは異なる組合わせでオンに切換可能な赤色、緑色、青色の
ＬＥＤを交互に含む場合がある。この結果、照明の色は検査される対象及び／又
は対象の背景の色に最適に適応される。観察装置の対照はかなり改善され、更に
観察装置のカメラが単色カメラの場合であっても改善される。或いは、２つの異
なる色のみのＬＥＤを使用すること、異なる色のＬＥＤを１つの照明リングにの
み設けること、又は１つの照明リング内に１つの種類のみのＬＥＤを設けること
も可能であるが、異なる照明リングのＬＥＤは異なる種類である。

【００２５】コンポーネント配置機械で使用されるのに特に好適である照明モジュールは更
に、中心の照明リング内にモジュール軸に対し鋭角をなす透明板が設けられるこ
とを特徴とする。

【００２６】この透明板によって、照明モジュールの上に配置された吸引ピペットから落ち
たコンポーネントがモジュールの下に配置されるカメラの上に落ちることが阻止
される。

【００２７】照明モジュールは更に上述の板に光学フィルタが設けられることを特徴とする
。

【００２８】この結果、上述の板は第２の機能を満たす。フィルタは、周辺の放射線、即ち
照明モジュールから発生したものではない放射線がカメラに到達することを阻止
するカラーフィルタの場合がある。フィルタはコンポーネントから発生される照
明放射線の強度がカメラの感度に適応される濃度フィルタの場合もある。これに
より、照明モジュールが異なるカメラと組合わされて使用されることが可能とな
り、又は照明放射線の強度を周辺の光線の強度よりも上のレベルに更に増加させ
、それにより観察の際の周辺光の影響を減少させることが可能になる。

【００２９】照明モジュールの他の実施例は、中心の照明リングの中にモジュール軸に対し
原則として４５°の角度で半透板が設けられ、更なる放射線源が設けられ、そこ
からの放射線が半透板に入射し、照明モジュールの射出窓に向けて反射されるよ
う配置されることを特徴とする。

【００３０】更なる放射線源の光線はモジュール軸について０°乃至例えば２０°の範囲の
角度をなすので、モジュールは、照明リングの放射線発生素子によって供給され
る暗視野照明に追加して対象の明視野照明が得られる。明視野又は垂直な照明の
場合、対象によってスペクトル的に反射される放射線が撮像光学部及びカメラに
よって捕捉され対象は明るい対象として撮像される。照明放射線を散乱、又は撮
像光学部の外側に反射させる対象の細部は明るい背景に対し観察可能となる。暗
視野又は斜めの照明の場合、対象は照明放射線を撮像光学部の外側に反射させる
。対象の散乱細部は、放射線を撮像光学部及びカメラの中に反射させ、暗い背景
に対し明るく撮像される。

【００３１】最後の実施例は更に、更なる放射線源は、少なくとも１つの列に沿って配置さ
れた多くの更なる放射線発生素子が、入射面が更なる放射線発生素子に向けられ
射出面が半透板に向けられる放射線伝導板と組合わされて形成されることを特徴
とし好適である。

【００３２】更なる放射線発生素子は半透体の１つの側で少なくとも１つの円のセグメント
に配置されることが好適である。

【００３３】上述の場合、明放射線視野はリングのセグメントの形状となるよう形作られ、
セグメントの長さは透明板の中心に対する半円の中心点の位置によって決められ
る。

【００３４】より平面的な前景照明を得るために、照明モジュールは更に、第２の放射線案
内板が第１の放射線案内板の射出面に対向し、第１の放射線案内板について原則
として９０°の角度で配置され、反射ダハプリズムが第１の放射線案内板から第
２の放射線案内板へ移行する場所に配置され、それにより第１の放射線案内板か
ら出る２つの分割される放射線を放射線第２の放射線案内板内で２つの反対の方
向に反射させることを特徴とする。

【００３５】上述の分割される放射線は第２の放射線案内部内における全内反射の影響を受
けるので、半透板に入射するビームは更なる放射線発生素子の列の方向を横断す
るような方向に延在し、更にこのビームはより均一な強度分布を示す。ダハプリ
ズムは、第１の放射線案内部を離れる放射線の一部がプリズムを透過し、それに
より放射線は、ダハプリズムの高さに位置する第２の放射線案内板の射出面の中
心部も通過して射出するようダハプリズムの角度が選択されて形成される。

【００３６】本発明の照明モジュールの更なる特徴として、ダハプリズムは第２の放射線案
内板内に設けられる。

【００３７】或いは照明モジュールは、ダハプリズムが第１の放射線案内板の一部を形成す
ることを特徴とする。

【００３８】その場合、プリズムはより容易に設けられ、更に第２の放射線案内板の光学特
徴が悪影響を受けない。

【００３９】照明モジュールは更に第２の放射線案内板は円柱のセグメントの形状を有し、
その円柱軸はモジュール軸と平行に延在することを特徴とする。

【００４０】第２の放射線案内板の外側の光線は、第２の放射線案内板の上部が最も内側の
照明リング内に滑り込むように選択され得、明視野照明用の更なる放射線発生素
子が使用されても照明モジュールはコンパクトなままである。

【００４１】更なる放射線発生素子は、異なる波長の放射線を放射する少なくとも２つの種
類の素子によって形成され、列において第１の種類の素子が他の種類の素子と交
互にされる。この場合、より高い対照が得られる場合のある明視野照明の色の調
節も可能である。

【００４２】本発明は更に、対象を照明する照明系と対象の画像を受け取るカメラが設けら
れた、対象を観察するための観察装置に係る。本発明の観察装置は、照明系が上
述された照明モジュールであることを特徴とする。

【００４３】最後に、本発明は更に、支持体上に電子コンポーネントを配置させるコンポー
ネント配置機械に係り、上述の機械は、枠体、少なくとも１つのロボット、支持
体を運搬する運搬系、ロボットのアームに固定され支持体にコンポーネントを配
置させる各ロボット用の配置ヘッド、及びロボットに関連付けられた配置ヘッド
によって保持されるコンポーネントを配置させる各ロボット用のコンポーネント
配置手段が設けられる。

【００４４】この配置機械は、観察装置が上述された装置であることを特徴とする。

【００４５】本発明の上述の面及び他の面は以下に説明される実施例を参照し説明され明ら
かになろう。

【００４６】図１は本発明が適用されるコンポーネント配置機械の一部の実施例を示す斜視
図である。参照符号１は破線によって示される機械の枠体を示す。枠体上には、
担体又は印刷回路板３を運搬する運搬系があり、そのうちの運搬レール２のみが
示される。運搬レールの上には、ＸＹＺ軸ロボット６が固定されたＵ字型の枠体
５によって形成されるコンポーネント配置ユニット４がある。ロボットのＺ軸、
Ｙ軸、及びＺ軸への動作は矢印によって示される。或いは、ロボットの動作はφ _ｒ動作である場合もある。支持体にコンポーネントを置く配置ヘッド８はロボッ
トのアーム７に取り付けられる。

【００４７】配置されるコンポーネントは、容易に取り外し可能なようコンポーネントが設
けられた１つ以上のベルトによって供給される。これらのベルトは、ベルトから
コンポーネントを取り外し、ベルトと同じ個数のローラ供給系によって運搬され
る。配置ユニット当たりに例えば５つのローラ供給系がある。ローラ供給系の代
わりに、或いはコンポーネントを供給するためにバルク供給系を使用する場合も
ある。コンポーネント供給系は本発明の一部ではないので、図１に示さない。こ
のような系は国際特許出願第９８／２４２９１号（ＰＨＮ１６１１１）により詳
細に説明される。

【００４８】配置ヘッド８には、コンポーネントを捕捉し支持体３上に配置させる吸引ピペ
ット９が設けられる。更に、支持体用のビデオ記録装置１１がアーム７上に取り
付けられる。支持体上にコンポーネントを正確に配置するために、コンポーネン
トが支持体上に配置される場所１２の正確な位置が既知でなければならない。こ
の位置は、例えばカメラのようなビデオ記録装置によって支持体上の幾つかの識
別マーク（基点）１３を記録することによって決められる。支持体上にコンポ−
ネントが配置されなくてはならない場所の、上述の基点に対する相対位置が予め
既知となる。ビデオ記録装置１１によって得られる基点の位置に関するデータは
電気信号の形式で処理ユニット１５に供給され、ユニット１５に記憶された基準
データと比較され、任意のずれが計算される。

【００４９】配置ユニット４には更に、図１中ブロック２０として示される光学観察装置が
設けられる。この装置はコンポーネント１０又は接続ピンのようなコンポーネン
トの一部の吸引ピペットに対する相対位置を決めるために使用される。観察装置
は更に、例えば形状又は品質についてコンポーネント１０を識別又は確認するた
めに使用されうる。この目的のために、コンポーネント１０を有する吸引ピペッ
トは光学観察装置の上の位置で動かされる。図２及び後続の図面に示されるよう
に、観察装置はコンポーネントを照明する照明モジュールと、コンポーネントを
観察し位置データのようなコンポーネントに関するデータが含まれる電気信号を
発生させるＣＣＤカメラのようなビデオ記録装置を含む。電気信号は信号処理ユ
ニット１５に供給され、ユニットに記憶されているコンポーネントについてのデ
ータと比較される。この比較の結果と、例えば接続ピンが配置されなければなら
ない位置についてのデータにより、配置ヘッドを有するロボット６はコンポーネ
ントを支持体上の所望の位置に配置し、その後支持体上に固定するよう制御され
る。

【００５０】図１に破線によって示されるように、配置機械は、多数の支持体上にコンポー
ネントを同時に配置するよう多数の配置ユニット４が設けられる場合もある。各
配置ユニットにはＸＹＺ軸ロボット、配置ヘッド、ビデオ記録装置、及び信号処
理ユニットが設けられる。

【００５１】観察されるコンポーネントの正確で信頼度の高い画像を得るために、観察装置
又は視覚モジュールは高い要件を満たさなければならない。良好なカメラ及び撮
像光学部以外に、コンポーネントへの良好な照明も必要不可欠な重要性である。
満たされるべき一般的な要件は、カメラによって観察されるコンポーネントの画
像は均一な強度を示し、例えば、中心部よりも縁部が小さくないことである。こ
の要件が満たされると、例えばカメラによって与えられるデータによる画像処理
は比較的単純に保たれる。ＳＭＤコンポーネント、ボールグリッドアレイ（ＢＧ
Ａ）、又は滑らかな反射性コンポーネント等の異なる種類のコンポーネントを配
置することが可能である配置機械の観察装置は特に、異なる照明可能性が利用可
能であるべきである。適当に観察可能であるよう、コンポーネントの各種類には
異なる照明が必要である。更にコンポーネントの特定の細部も観察可能であるべ
きであり、これも当該細部をハイライトさせる特定の照明が必要である。

【００５２】ここに説明され観察装置に使用される照明技術は、明視野照明と暗視野照明が
区別される。明視野照明の場合、例えば最大２０°の開口角を有する放射線ビー
ムが使用され、原則として主光線は対象又は対象の特定の細部に対し直角で送ら
れ、カメラは対象又は細部によって反射された放射線を検出し、その放射線は撮
像光学部及びカメラによって捕捉される。対象の周囲又は細部はカメラによって
観察されず黒く見える。図２は明視野照明の原理を示す。図２は、接続ピン１２
を有するコンポーネント１０と、対物レンズ３１を有するカメラ３０を示す。照
明放射線は放射線矢印２５によって示される。カメラは破線によって示される境
界光線２６内に配置されたコンポーネントによって反射された放射線のみを捕捉
する。この種類の照明は、暗い背景に対し対象を明るく観察することが可能であ
る。この照明は、対象の細部が対象の残りの部分と対照である場合に細部が異な
る反射係数を有し従って対象の残りの部分より明るく又は暗く見えるので、或い
は放射線を散乱させ従って対象の残りの部分より暗く見えるので、対象の細部を
観察するよう使用されうる。

【００５３】図３は暗視野照明の原理を示す。矢印２８で示される照明放射線は、例えば４
０°乃至７０°の入射角度で対象又はコンポーネント１０、１２に入射し、破線
の光線２９として示される反射放射線は撮像光学部３１及びカメラ３０を通過せ
ず、従って、対象自体はカメラによって観察されない。しかし、対象の散乱細部
３２は放射線の一部が撮像光学部を通過するような角度で上述の放射線の一部を
偏光させる場合がある。この細部は暗い背景に対し明るく観察される。この種類
の照明を使用して、例えば、対象の輪郭も適当に観察される。コンポーネントの
或る細部がハイライトされなければならない場合、いわゆるグレージング照明、
即ち光線がコンポーネントに対する垂線について例えば７０°乃至８８°の角度
をなす照明を使用することが好適である。この放射線は撮像光学部の外側により
強く反射され、散乱細部によって反射された放射線のみがカメラに到達可能なの
でこれらの細部のみが観察される。

【００５４】本発明は、コンパクトで、普遍的で、プログラム可能な照明モジュールを提供
し、それにより上述された照明の種類の任意の種類は、別々に又は２つ以上組み
合わせて実現され得る。図４に照明モジュールの実施例を示す。

【００５５】照明モジュールは、照明リングが設けられた円柱基部４０と、放射線案内部が
設けられた円柱上部７０を含む。基部４０は台板４１を含む。台板の下には、放
射線発生素子５０が設けられた板４２がある。板４２はネジ４３によって台板に
固定される。放射線発生素子は、内壁４５と外壁４６を有するカバー４４によっ
て周囲から切り離される。放射線発生素子５０は多数の照明リングの上に分配さ
れる。図示される実施例では３つのリング６２、６４、及び６６を有する。図５は、図４の平面Ｖ−Ｖ’での断面図であり、放射線発生素子５０を有する照
明リング６２、６４、及び６６を示す平面図である。

【００５６】板４２は印刷回路板として形成されることが好適である。この場合、板は全て
の放射線発生素子５０の全ての接続及び導線を含む。符号４７は図示されない電
源に接続され全ての素子５０に必要な電流を供給する電力供給ケーブルを示す。

【００５７】上部７０はクランプ部材４８及びネジ４９によって基部４０に固定される。上
部がカバーの内壁４５の一部に亘って摺動するので、上部と上部内の放射線案内
部は、板４２及び放射線発生素子５０に対し整列される。上部７０の放射線案内
部の個数は、照明リングの個数と等しい。Ｘ―Ｙ面では、放射線案内部はリング
型の断面を有する。一番外側の放射線案内部７２の入射面７３は照明リング６２
の上に位置する。この放射線案内部は、傾斜された上部面７４を有し、照明リン
グ６２から発生された放射線が、コンポーネントの垂線即ちＺ軸に対し例えば７
０°乃至８８°の角度でコンポーネント又は対象１０に入射することを保証する
キャップ７０の上端まで延在する。放射線案内部７２は例えば、照明リング６２
からの放射線に対し透過性の高いＰＣ又はＰＭＭＡのような合成樹脂から構成さ
れる。この放射線は、直接的に又は内壁７６及び外壁７８での内反射を介し伝播
され、傾斜された上部面７４によってコンポーネントに向けて反射される。

【００５８】傾斜された上部面７４は互いに対し少なくとも１７０°の鈍角αをなす２つの
部分７４’及び７４’’から構成される。この場合、放射線案内部７２を通過す
るビームは、２つのサブビームに分割され、その主光線は照明される対象の位置
で重ねられるよう互いに或る角度をなす。照明リング６２の放射線発生素子が、
中心における強度が縁における強度よりも大きくなる例えばクロック型又はガウ
ス強度分布を有する場合、図４の図の平面で見ると、一番上のサブビームは上側
よりも下側で大きな強度を有し、一方反対のことが一番下のサブビームについて
適用される。サブビームを重ねることによって、強度は平均化され、２つのサブ
ビームは共にされてより均一な分布を有する。

【００５９】放射線案内部の入射面７３は、照明リング６２から発生された放射線が屈折し
、案内部７２を最適な方法で伝播し、その後傾斜された上部面７４に最適な角度
で入射するよう僅かに傾斜されて配置されることが好適である。放射線案内部自
体が拡散体として作用し、それにより案内部から出る放射線がより均一になるよ
う放射線案内部７２の透明材料に散乱粒子が与えられる場合もある。拡散放射線
案内部７２は特に、照明リング６２の各放射線発生素子５０が照明視野において
、又は撮像光学部及びカメラに対し不可視となることを保証する。

【００６０】照明リング６２及び放射線案内部７２の組立体は、例えば、対象の表面上のレ
リーフ細部をはっきりと可視にするようコンポーネント１０又は対象の「グレー
ジング」照明が実現されなければならない場合に使用される。

【００６１】中間の照明リング６４の上には、一番外側の放射線案内部７２の内壁７６と要
素８２の底面８４との間の空間によって形成される第２の放射線案内部８０があ
る。空間８０は空気又は合成樹脂のような透明材料で満たされ得る。底面８４は
、照明リングからの放射線が最適な角度で要素８２に入ることを保証するよう或
る角度に傾斜されて配置されることが好適である。要素８２は放射線案内部を離
れる放射線が均一な強度分布を得、所望の角度間隔で放射されることを保証する
。拡散体要素８８が要素８２上に設けられる。要素８８は特に、照明リング６４
の各放射線発生素子が照明視野において又は撮像光学部及びカメラに対し不可視
となることを保証する。

【００６２】照明リング６４、放射線案内部８０、及び要素８２の組立体によって、コンポ
ーネントはＺ軸について例えば４０°乃至７２°の角度をなす光線の放射線によ
って照明されうる。これは照明モジュールによって発生され得る第１の種類の暗
視野照明である。

【００６３】第２の種類の暗視野照明では、Ｚ軸について例えば２０°乃至４０°の角度を
なす光線は、最も内側の照明リング６６、照明リング６６上に位置する放射線案
内部９０、及び放射線案内部９０の上に位置する拡散体素子８８の一部の組立体
によって発生される。放射線案内部９０の上部面９１は、照明リングからの放射
線が所望の角度で要素から離れることが保証されるよう特定の傾斜角度で配置さ
れる。放射線案内部９０は空気で満たされた空間か、又は例えば合成樹脂のよう
な透明要素によって形成される。

【００６４】放射線案内部９０が或る角度に拡散させるよう合成樹脂に散乱粒子が与えられ
る場合もある。

【００６５】放射線発生素子用の制御回路は、素子が照明リング毎でオンに切替わり、同時
にオンにされないよう形成される。プログラム可能な照明モジュールの実施例で
は、上述した照明の種類のうちの１つの種類、即ちグレージング照明、第１の種
類の背景照明、第２の種類の背景照明、又は２つ以上の照明の種類の組合わせが
選択され得、照明が所望の対象に対し最適に適応される。制御回路は、強度を照
明リング毎に変更することが可能であり、それによってより多くの照明プログラ
ムが可能となるよう付加的に形成される場合もある。その結果、異なる照明リン
グの照明視野間により良好な均衡が得られ、その均衡はコンポーネントとコンポ
ーネントの細部の特定の形状及び異なる場合のある反射係数に適応される。照明
モジュールが、明視野照明と異なる種類の暗視野照明が同時に使用される適用に
対し使用される場合、制御回路は全ての放射線発生素子が同時にオンに切替わる
よう形成される場合もある。異なる照明リングが異なる強度を有するよう保証す
ることをも可能である。

【００６６】適用に応じ、照明モジュールは２つ以上の照明リング及び関連の放射線案内部
を含む場合がある。更に３つ以上の照明リングの場合、一番外側にある照明リン
グはグレージング照明を発生させるよう使用される。３つ以上の照明リングの場
合では、例えばモジュールの照明視野を拡大することが可能である。この場合、
照明モジュールは、複数の照明リングが１つの放射線案内部に存在するよう構成
される。或いは複数の照明リングの場合に、各照明リングに対し別々の放射線案
内部が存在することも可能である。その結果対象が照明される異なる角度領域の
個数が増加するので照明は更に精巧となる。

【００６７】図４に示される照明モジュールの実施例は、コンポーネント配置機械内の観察
装置用に特別に向けられる。吸引ピペットから時期尚早に離れたコンポーネント
１０がカメラレンズに落ち、観察及び配置処理を遅らせることを阻止するために
、ガラスのような透明板９４が例えばＺ軸について４５°の角度でモジュールの
下側に設けられる。この板によって時期尚早に離れたコンポーネントが横方向で
取り除かれ例えば図示されない容器内に捕捉される。板９４は、カバー４４の内
壁４５に取り付けられ、従って台板４１に対し固定されるホルダ９７内に設けら
れる。

【００６８】透明板９４をフィルタとして形成することにより、板９４は第２の光学的機能
を満たすことが可能である。フィルタは、放射線発生素子によって放射された放
射線の波長と等しいの波長の放射線のみを通過させ、周辺の放射線を遮断するス
ペクトルフィルタ９５の場合がある。それにより、コンポーネントの観察画像の
対照が増加される。フィルタは或いは濃度フィルタ９６として形成される場合も
ある。濃度フィルタによってコンポーネントから発生される照明放射線の強度は
カメラの感度に適応することが可能であり、従って照明モジュールは異なるカメ
ラと組合わされることが可能となる。濃度フィルタは更に、観察の際の周辺光の
影響を減少させるよう照明放射線の強度を周辺光の値以上に更に増加させること
が可能である。

【００６９】図４に示される照明モジュールは、明視野照明を含むよう拡張され得る。それ
には板９４が、コンポーネント１０に対し明視野放射線を反射し、コンポーネン
トによって反射された明視野放射線と上述の種類の暗視野放射線がカメラを通る
ことを可能にするビームスプリッタ又は半透板９４’として形成されることが必
要である。明視野照明はビームスプリッタの右側に位置する多数の放射線発生素
子５２（図６参照）によって発生され、ビームスプリッタは素子によって放射さ
れる放射線ビームの主光線がビームスプリッタ９４’に入射するよう配置される
。素子５２の個数とその位置について様々な可能性がある。一方で照明モジュー
ルがコンパクトなままで明視野照明の最大強度を得るためには、素子５２は図６
に示されるように円のセグメントに応じ配置されることが好適である。図６は更
に、ＸＹ面で断面にされた素子５２の集まりを示す。符号１０１及び１０２は、
素子５２が設けられたホルダ１０４（図７参照）の内壁及び外壁をそれぞれ示す
。このホルダ内には、前景照明の所望の強度及び利用可能な空間に依存して１つ
以上の素子５２の層又は列が設けられる。ホルダ１０４は、素子５２が円のセグ
メントに応じて配置されるリングのセグメントとして形作られ、図４に示すモジ
ュールの形状と一致する。或いはホルダ１０４は素子５２がより容易に設けられ
るよう矩形である場合もある。ホルダ１０４は例えば散乱粒子が入れられた透明
の合成樹脂のような拡散材料によって満たされることが好適であり、それにより
このホルダを離れる放射線は既に或る程度の均一性を有する。

【００７０】図７に示されるように、ホルダ１０４と掛合するよう放射線案内部１０６が設
けられる場合もある。図７は、ホルダ１０４と共にされた放射線案内部１０６の
斜視図である。放射線案内部によって素子の放射線が集束され或る程度均一にさ
れることが保証される。ホルダ１０４が湾曲するよう形作られると、放射線案内
部１０６の入射面１０７はホルダ１０４の内壁の湾曲と等しい湾曲を有すること
が好適である。放射線案内部１０６の射出面１０８は案内部がＸＹ面で集束効果
部を有するよう入射面１０７より小さい曲率半径を有することが好適である。

【００７１】ビームスプリッタ９４’及び従ってコンポーネント１０の十分で均一な照明を
得るためには、更なる放射線案内部１１０が、図８に示されるように放射線案内
部１０６に掛合するよう設けられる。図８は放射線案内部１１０及び放射線案内
部１０６を垂直方向での断面、即ちＺＸ面での断面で示す。放射線案内部１０６
を出る放射線を放射線案内部１１０の全体に亘って分布させるために、放射線案
内部１０６の射出面に対し左右対称に配置される反射要素１１２がある。図８に
示される実施例では、反射要素は、反射要素に入射する大部分の放射線は反射さ
れ、小部分が放射線案内部１１０の射出面１１８を通過するような角度βをなす
２つの面１１３及び１１４によって形成される。面１１３によって上方向に反射
される放射線は、この放射線がビームスプリッタ９４’に向けて通されるような
角度で射出面１１８に入射するまで、放射線案内部１１０内の面１１６及び１１
８での多数の内反射の影響を受ける。面１１４によって下方向に反射される放射
線にも同じことが適用される。

【００７２】放射線案内部１０６及び１１０は、例えばＰＣ又はＰＭＭＡのような透明な合
成樹脂の透明材料によって構成される。拡散層１１９が放射線案内部１１０の射
出面１１８に付加的に設けられ、明視野照明が非常に均一となる。放射線案内部
１１０の下端及び上端で放射線が出ることを阻止するよう、これらの端は反射プ
リズム１２１及び１２２として形成される。放射線案内部内の良好な反射を保証
するよう、図８に示されるように反射層１２３が放射線案内部１１０の面１１６
、プリズム１２１及び１２２の面、及び放射線案内部１０６の面が設けられる場
合もある。

【００７３】図９は、放射線案内部１１０の反射面１１３及び１１４が、放射線案内部１０
６内の反射面１２５及び１２６によって取って代わられた他の実施例を示す。放
射線案内部１０６の頭部端にこれらの面を設置することは、面１１３及び１１４
を放射線案内部１０６に対し適当に整列するよう放射線案内部１１０の中心に設
置することより容易に行なうことが可能である。更にこれにより、放射線案内部
１１０の材料の均一性がより良好に保証される。放射線案内部１０６は、面１２
５及び１２６が放射線案内部１１０の面１１６の左側に配置されるよう放射線案
内部１１０内に突出していなければならない。望ましくない放射を阻止するよう
放射線案内部１０６の材料は放射線案内部１１０の材料と同じであることが好適
である。図８及び図９の実施例の説明された以外の残りの部分は同一であるが、
図９では図８と異なり全ての細部を示さない。

【００７４】図９の面１２５及び１２６と、図８の面１１３及び１１４は所望の反射が得ら
れるよう白色のラッカー層のような反射層１２７が更に設けられる場合もある。

【００７５】放射線案内部１１０は、図１０に示されるように湾曲した板の形状に形作られ
ることが好適である。図１０は、光線案内部１０６及び１１０とホルダの組立体
を示す斜視図である。面１１６の湾曲は、最も内側の照明リング６６の内壁の湾
曲に適応され、それにより放射線案内部１１０の上部が内壁間の空間内に入り、
上部が内壁４５と掛合する、又は内壁４５（図４参照）の場所の配置される。こ
の結果明視野照明が付加された照明モジュールのコンパクトな構成も得られる。

【００７６】射出面１１８のＺ軸方向の寸法はビームスプリッタ９４’の寸法と等しい場合
があり、従ってＺ軸方向ではビームスプリッタの全面が照射される。この結果、
前景照明からの放射線は上記射出面と、照明リング６６の内壁の間の空間を出来
る限り満たす。更に、射出面１１８の湾曲は、Ｙ軸方向においてもビームスプリ
ッタの略全面が照射され上記空間が出来る限り満たされるよう選択され得る。コ
ンポーネントの場所でＺ軸について前景照明の光線がなす角度は例えば０°乃至
１６°の範囲である。

【００７７】放射線発生素子５０及び５２はＬＥＤとも称される発光ダイオードであること
が好適である。現在において、異なる形式を有し異なる開口角、異なる強度、及
び異なる色を有する放射線ビームを発生させる様々な種類のＬＥＤが利用可能で
あり、それにより特定の適用に対し適当なＬＥＤが選択されることが可能となる
。本発明の照明モジュールに関し、開口角は２０°乃至４０°の範囲にあり、好
適には３０°である。例えば、切換えが高速で行なわれる必要が無いような特別
な条件下では、放射線発生素子としてＬＥＤの代わりに冷放射線源である冷光ダ
イオードを使用することも可能である。或いは、放射線発生素子としてダイオー
ドレーザを使用することも可能である。ダイオードレーザは小さい開口角と大き
い強度を有する比較的細いビームを発し、ダイオードレーザの放射線は正確に向
けられることが可能である。

【００７８】ここまでは、全ての照射線発生素子は同じ色の光線を放射し、１つの照明リン
グの全ての素子５０又は明視野照明用の全ての素子５２は同時に切替わるとされ
る。照明モジュールの適用の分野では、単色カメラが最も反応し易い色の放射線
である場合にその色が容易に観察されないコンポーネントもある。例えば、緑色
の光が使用される場合に、黄色のコンポーネントを認識することは困難である。
更に、灰色の背景に対し茶色の対象、又は緑色の背景に対し黄色の対象は観察す
ることが困難である。異なる色を有し異なる色の背景に対し配置される異なる種
類のコンポーネントを適当に観察できるよう例えば、赤色、緑色、及び青色の異
なる色を放射するＬＥＤが同じ照明リング内に設けられる。これはＬＥＤ５０が
赤色ＬＥＤ５４、緑色ＬＥＤ５５、及び青色ＬＥＤ５６によって取って代わられ
円弧に沿って交互に配置されること以外は図５に対応する図１１に示される。切
換回路は１色のＬＥＤが同時にオンに切替わるよう形成され、一方で１色のみの
ＬＥＤ、２色のＬＥＤ、又は３色のＬＥＤを同時にオンに切替えることも可能で
ある。１つの色のＬＥＤは互いからより大きな距離が置かれて配置されるので、
このＬＥＤの全体の放射線は原則としてあまり均一ではない。しかし、本発明の
照明モジュールは、照明モジュール内の放射線案内部７２、８２、及び８４によ
って１つの色のＬＥＤから発生される放射線の十分な均一性が得られるので、上
述の欠点を有さない。異なる色のＬＥＤが同時に使用されると放射線案内部は異
なる色が適当に混合されることを更に保証する。

【００７９】赤色、緑色、青色のＬＥＤを組合わせることによって、任意の照明色、即ち状
況に最適に適応された任意の照明色が得られる。３つの異なる色のＬＥＤの代わ
りに、或いは例えば２つの異なる色のみのＬＥＤを使用することも可能である。
更に、図６に示される明視野照明用のＬＥＤ５２の集まりは２つ以上の色のＬＥ
Ｄから構成される場合もある。更に、１つ以上の照明リングが同じ色のＬＥＤの
みを含み、その色は異なる照明リングに対し異なる場合もある。

【００８０】照明モジュールは様々な種類の電子コンポーネントを最適に照明するよう好適
に使用される。外部に固定及び接触させるための突出した接続ピンを有するブロ
ックとして考えられるＳＭＤコンポーネントについては既に述べられている。コ
ンポーネントの別の種類として、外部と接触するための多数のボールが表面に設
けられ、そのボールの位置が正確に決められるブロック状のいわゆるボールグリ
ッドアレイ（ＢＧＡ）がある。コンポーネントの別の種類として、ＢＧＡと類似
するがより小さなボールを含むいわゆるフリップチップがある。更に、上述され
た照明モジュール内に設けられた観察装置によって滑らかな反射性コンポーネン
トを適当に観察することも可能である。

【００８１】本発明は、コンポーネント配置機械における電子コンポーネントの照明及び観
察によって説明されたが、本発明の適用分野はそれに制限されるものではない。
本発明の照明モジュールは、例えば対象の寸法及び表面傾斜を測定する測定機械
、又は粗さ及び艶等の対象の表面の凹凸を検査する検査機械のような多くの適用
用の様々な観察装置（視覚モジュール）に使用される。

【００８２】照明モジュールは以下の利点が組合わされることにより独特である。 −多くの照明原理が均衡するようモジュール内で統合され、それによりこのモジ
ュールは普遍的に適用可能である。 −モジュールはコンパクトである。 −モジュールは２％以下のずれで非常に均一な照明を実現する。 −モジュールはサブモジュールが構成されるので、照明視野を拡大させる更なる
照明リング及び所望される場合は更なる放射線案内部を含むよう容易に拡張され
る。 −平印刷回路板を放射線発生素子の保持体として使用し、他の構成細部によりモ
ジュールは容易に製造され大量生産にも好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】コンポーネント配置機械の実施例を示す図である。

【図２】明視野照明の原理を示す図である。

【図３】暗視野照明の原理を示す図である。

【図４】本発明の照明モジュールの実施例を示す図である。

【図５】本発明のモジュールの照明リングを示す平面図である。

【図６】明視野照明の照明モジュール用の更なる放射線発生素子を有するホルダを示す
平面図である。

【図７】第１の放射線案内板と組合わされた上記ホルダを示す斜視図である。

【図８】図７の組合わせと第２の放射線案内板から構成されるユニットを示す断面図で
ある。

【図９】図８の種類のユニットの別の好適なユニットを示す図である。

【図１０】図８及び図９のユニットを示す斜視図である。

【図１１】異なる色のＬＥＤを有する照明リングを示す平面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ビュエイテールス，アントニウスへーイェーウェーエムオランダ国，5656 アーアーアインドーフェン，プロフ・ホルストラーン６Ｆターム(参考） 2G051 AA65 AB14 AC19 BA20 BB01 BB05 BB07 CA04 CB01 CB05 5E313 AA03 AA11 CC03 CC04 DD03 DD05 DD13 EE03 EE05 EE24 EE35 FF24 FF26 FF28 FF33 FG02 FG10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】照明モジュール内で発生された放射線の射出窓と、上記射出窓の中心部に垂直に延在するモジュール軸と、上記モジュール軸上に位置する中心点を有し、別々に切換可能である少なくと
も２つの照明リングに配置される多数の放射線発生素子とを含み、異なる照明リングの上記放射線が上記モジュール軸について異なる角度で上記
射出窓を通過する照明モジュールであって、全ての上記放射線発生素子は、上記射出窓の上記中心部と平行に延在する平板
上に設けられ、上記放射線発生素子によって放射された全ての放射線ビームの主光線は上記モ
ジュール軸に平行に延在することを特徴とする照明モジュール。
【請求項２】各照明リングに対向して、上記モジュール軸に対して直角な
面においてリング型の断面を有する放射線案内部が設けられ、上記放射線案内部の入射面は関連の照明リングに対向するよう配置され、上記入射面と対向するよう配置された上記光線案内部の射出面の形状は、上記
関連の照明リングから供給される上記放射線の所望の方向に適応されることを特
徴とする請求項１記載の照明モジュール。
【請求項３】上記放射線案内部は、できれば最も内側の放射線案内部は除
いて、透明な合成樹脂によって満たされることを特徴とする請求項２記載の照明
モジュール。
【請求項４】上記合成樹脂は、ポリカーボネート又はポリメタクリル酸メ
チルであることを特徴とする請求項３記載の照明モジュール。
【請求項５】上記合成樹脂は、散乱粒子を含むことを特徴とする請求項３
又は４記載の照明モジュール。
【請求項６】一番外側の放射線案内部は、上記放射線を上記一番外側の放
射線案内部の上記射出面に向けて反射させ、互いに対し鈍角をなす２つの部分か
ら構成される反射面を有することを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一
項記載の照明モジュール。
【請求項７】３つの照明リングを含むことを特徴とする請求項１乃至６の
うちいずれか一項記載の照明モジュール。
【請求項８】上記放射線発生素子はＬＥＤによって形成されることを特徴
とする請求項１乃至７のうちいずれか一項記載の照明モジュール。
【請求項９】少なくとも１つの上記照明リングは、異なる波長の放射線を
放射する少なくとも２つの種類のＬＥＤを含み、第１の種類のＬＥＤは他の種類のＬＥＤと、上記照明リング内で交互にされる
ことを特徴とする請求項８記載の照明モジュール。
【請求項１０】中心の照明リング内に、上記モジュール軸に対し鋭角をな
す透明板が設けられることを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか一項記載
の照明モジュール。
【請求項１１】上記板上に光学フィルタが設けられることを特徴とする請
求項１０記載の照明モジュール。
【請求項１２】上記光学フィルタはカラーフィルタであることを特徴とす
る請求項１１記載の照明モジュール。
【請求項１３】上記光学フィルタは濃度フィルタであることを特徴とする
請求項１１記載の照明モジュール。
【請求項１４】上記中心の照明リング内に上記モジュール軸に対し原則と
して４５°の角度で半透板が設けられ、更なる放射線源が設けられ、上記更なる放射線源は、上記更なる放射線源からの放射線が上記半透板上に入
射し上記照明モジュールの上記射出窓に向けて反射されるよう配置されることを
特徴とする請求項１乃至１０のうちいずれか一項記載の照明モジュール。
【請求項１５】上記更なる放射線源は、少なくとも１つの列に配置された
多数の更なる放射線発生素子が、入射面が上記更なる放射線発生素子の列に向け
られ射出面が上記半透板に向けられる第１の放射線案内板と組合わされて形成さ
れることを特徴とする請求項１４記載の照明モジュール。
【請求項１６】上記更なる放射線発生素子は、上記透明板の１つの側で少
なくとも１つの円のセグメントに配置されることを特徴とする請求項１５記載の
照明モジュール。
【請求項１７】上記第１の放射線案内板の上記射出面に対し原則として９
０°の角度で第２の放射線案内板が配置され、上記第１の放射線案内板から上記第２の放射線案内板へ移行する場所に２つの
反射面が配置され、それにより上記第１の反射線案内板から射出する２つの分割
される放射線を上記第２の反射線案内板の中で部分的及び２つの反対の方向に反
射させることを特徴とする請求項１５又は１６記載の照明モジュール。
【請求項１８】上記２つの反射面は、上記第２の放射線案内板内に設けら
れることを特徴とする請求項１７記載の照明モジュール。
【請求項１９】上記２つの反射面は、上記第１の放射線案内板の一部であ
ることを特徴とする請求項１７記載の照明モジュール。
【請求項２０】上記第２の放射線案内板は円柱のセグメントの形状を有し
、上記円柱のセグメントの円柱軸は、上記モジュール軸と平行に延在する請求項
１７乃至１９のうちいずれか一項記載の照明モジュール。
【請求項２１】上記更なる放射線発生素子は、異なる波長の放射線を放射
する少なくとも２つの種類の放射線発生素子によって形成され、第１の種類の素子は他の種類の素子と列において交互にされることを特徴とす
る請求項１５乃至２０のうちいずれか一項記載の照明モジュール。
【請求項２２】対象を照明する照明系と上記対象の画像を受け取るカメラ
とが設けられた、上記対象を観察するための観察装置であって、上記照明系は、請求項１乃至２１のうちいずれか一項記載の照明モジュールで
あることを特徴とする観察装置。
【請求項２３】枠体と、少なくとも１つのロボットと、上記支持体を運搬する運搬系と、上記ロボットのアームに固定され、上記支持体上にコンポーネントを配置させ
る各ロボット用の配置ヘッドと、上記ロボットに関連された配置ヘッドによって保持されるコンポーネントを配
置させる各ロボット用のコンポーネント配置手段とが設けられる、支持体上に電
子コンポーネントを配置させるコンポーネント配置機械であって、上記コンポーネント配置手段は請求項２２に記載される観察装置を含むことを
特徴とするコンポーネント配置機械。