JP2007521516A - 相互に離れて配置されたオブジェクトを観察するためのカメラデバイスを有する光学システム - Google Patents

Abstract

カメラユニット（４２）を有する、互いから遠位に配置される複数のオブジェクト（６１、６３）を観測する光学システム（４０）であって、光軸（４１）上、かつ／または、カメラユニットのビーム経路（４７）内に配置され、２つの部分ビーム経路（４８、４９）を形成する第１プリズムユニット（４３）、ならびに、２つのオブジェクトプリズムユニット（５１、５２）を備え、２つのオブジェクトプリズムユニットはそれぞれ、部分ビーム経路内に位置し、オブジェクトに割り当てられる。

Description

本発明は、カメラユニットを有する、互いから遠位に位置する複数のオブジェクトを観測する光学システムに関し、光学システムは、光軸上、かつ／または、カメラユニットのビーム経路内に位置して、２つの部分ビーム経路を形成する第１プリズムユニットおよび２つのオブジェクトプリズムユニットを備え、２つのオブジェクトプリズムユニットはそれぞれ、部分ビーム経路内に位置し、オブジェクトに割り当てられる。

超小型電子部品の生産、特に、処理において、カメラユニットによる位置情報および／または品質情報を記録する画像処理システムが採用されることが多く、設備技術の自動化の程度に応じて、さらなるシーケンスを制御するために採用される。チップなどの超小型電子部品の寸法が小さいために、対応する寸法入れ指針は、光学システムにも適用され、光学システムは、処理プロセスまたは製造プロセスに干渉する影響を及ぼすことなく、対応する設備技術に一体化されることができる。

チップの隆起した接点金属化部などの、異なる表面ポイントの差分観測が、ただ１台のカメラユニットを使用して設けられるか、または、複数の超小型電子部品を接触させるのに必要である超小型部品の、互いに対する接触ポイントの相対的向き調節が調査される場合に、このことが特に当てはまる。

したがって、本発明は、チップなどの超小型部品の異なる表面ポイントの差分観測を可能にする光学システムを提案し、同時に、考えられる最小の空間要件を光学システムに持たせるという目的に基づく。

この目的は、特許請求項１の特徴を有する光学システムによって達成される。

カメラユニットを使用して、互いから遠位に位置する複数のオブジェクトを観測するための、本発明による光学システムは、光軸上、かつ／または、カメラユニットのビーム経路内に位置し、２つの部分ビーム経路を形成する第１プリズムユニット、ならびに、２つのオブジェクトプリズムユニットを備え、２つのオブジェクトプリズムユニットはそれぞれ、部分ビーム経路内に位置し、オブジェクトに割り当てられる。

光学システムがカメラユニットから上流に接続されるため、互いに並列に処理される複数のカメラユニットをこの目的のために必要とすることなく、ただ１台のカメラユニットを使用して、互いから遠位に位置する、チップなどの超小型電子構成要素の複数の表面ポイントを観測することが可能である、すなわち、ただ１台のカメラユニットが使用される場合、このユニットは、複数の表面ポイントを観測するために旋回する必要がある。代わりに、オブジェクトプリズムユニット間での適切な距離設定によって、相応する小さな空間用件のみがやはり存在するように、固定した光学システムとただ１つのカメラユニットを使用して動作させることができる。さらに、オブジェクトプリズムユニットの使用は、オブジェクトプリズムユニットの互いからの相対距離の簡単な変更によって、表面幾何形状の変化に対する迅速な適応を実施することができる利点を提供する。さらに、オブジェクトプリズムユニットの使用は、適した装置調整ユニットが、相応して脆弱でかつ空間を節約する物として設けられるように、非常に小さな質量のみが、オブジェクトの距離に対する適応中に移動されなければならないという利点を提供する。

有利な実施形態では、観測されるオブジェクトおよび／または表面ポイントの適切な照射が、オブジェクトプリズムユニットを介して行われる照射ビーム経路を介して、環境条件と無関係に確保されるように、照射ユニットは、各オブジェクトプリズムユニットに割り当てられる。

照射ユニットは、発光半導体部品として、すなわち、たとえば、発光ダイオードとして設けられる場合、特別に空間を節約する物として実施されてもよい。

ＬＥＤダイオードなどの比較的横長の超小型電子部品の、互いから遠位にある表面ポイントの差動観測に特に適する光学システムの例示的な実施形態は、オブジェクトプリズムユニットの出力ビーム経路が、カメラユニットの光軸を横切るように、かつ、光軸を基準にして同じ方向に延びる構成を有する。したがって、この光学システムを使用すると、対象の表面トポグラフィの平面に対して、下または上に向き、かつ、実質的に平行な光学システムを使用した観測を実施することが可能である。

オブジェクトプリズムユニットと照射ユニット間で設けられる照射ビーム経路は、カメラユニットの光軸を横切って延びるように、照射ユニットを位置付けることが有利である。光学システムが、このように、考えられる最小深さを有するように光学システムの装置を実施することが可能である。

いずれにしても、プリズムユニットが、互いに垂直に位置し、カメラユニットの光軸に対して４５°でそれぞれ傾斜している２つの光学境界面を有する場合、光学システムの構成に有利であることが示された。

オブジェクトプリズムユニットがその距離を変更可能である場合、所与のトポグラフィに対する特に容易な適応が可能である。

オブジェクトプリズムユニット間の特定の距離と無関係に、かつ／または、この距離の変化と無関係に、オブジェクトの均一照射を可能にするためにも、照射ユニットが、オブジェクトプリズムユニットと共に距離を変更可能である場合、有利であることが示された。

特に、複数の超小型電子部品間の接触手法における接点金属化部の相対向き調節のために光学システムが使用される場合、オブジェクトプリズムユニットの出力ビーム経路は、カメラユニットの光軸を横切るように、かつ、光軸を基準にして反対方向に延びる実施形態が有利である。

オブジェクトプリズムユニットと照射ユニットの間で設けられる照射ビーム経路がカメラユニットの光軸の平面に平行に延びるように、照射ユニットがさらに位置する場合、光学システムのできる限り平坦な全体的な実施が可能になる。

プリズムユニットが、第１光学境界面であって、４５°で傾斜しており、カメラユニットの光軸上にあり、第１部分ビーム経路を反射し、第２部分ビーム経路に対して透過性を有する、第１光学境界面と、前記第１光学境界面から下流に配置されており、光軸に対して垂直に位置する第２光学境界面であって、第２部分ビーム経路を第１光学境界面の方へ反射し、第２部分ビーム経路を第２オブジェクトの方向に反射するための、第２光学境界面とを有する場合、互いに接触すべき２つの超小型電子部品の接点金属化部間での、たとえ極端に小さな距離においても光学システムの使用が可能である。

以下では、本発明の好ましい実施形態が、図面に基づいてさらに詳細に説明される。

カメラユニット１１との組み合せのために使用される光学システムとして設けられる観測デバイス１０は、図１および図２に示される。このため、互いに垂直に位置し、かつ、光軸１２に対して４５°でそれぞれ傾斜した、入力プリズム１３の２つの外部境界面１６、１７において、カメラユニット１１のオブジェクティブユニット１４から出るビーム経路１５を、第１および第２部分ビーム経路１８および１９に分割する入力プリズム１３は、カメラユニット１１の光軸１２上に位置する。

部分ビーム経路１８および１９は、カメラユニット１１のオブジェクティブユニット１４から出るビーム経路１５を横切るように、かつ、互いに反対に向き、それぞれ、観測デバイス１０の出力プリズム２０、２１上に入射する。出力プリズム２０、２１は、部分ビーム経路１８および１９を、図面の平面から上に垂直に出るオブジェクトビーム経路２２、２３にそれぞれ偏向するのに使用される。このために、出力プリズム２０、２１は、それぞれ、光軸１２に対して平行に延びる、プリズム軸２６、２７の周りの光学平面２８（図２）に対して４５°の角度で傾斜した光学境界面２４、２５を有する。

ここではＬＥＤ２９、３０として設けられる照射ユニットは、それぞれ、光軸１２に対して垂直な出力プリズム２０、２１の遠位に位置し、出力プリズム２０、２１は、それぞれ、照射ビーム経路３１および３２を放出し、照射ビーム経路３１および３２は、出力プリズム２０、２１の、それぞれ、境界面２４または２５を貫通し、境界面２４または２５は、それぞれ、照射ビーム経路３１または３２の方向に光学的に透過性を有しており、それぞれ、図２に示す、特定のオブジェクトビーム経路２２または２３と共に、チップなどの超小型電子基板３５の、それぞれ、終端表面３３または３４によってここでは形成されるオブジェクト表面の照射を可能にする。

図１および図２の２重矢印３６で示すように、出力プリズム２０、２１およびそれぞれ割り当てられたＬＥＤ３１または３２は、それぞれ、組み立てられて作動ユニット３７、３８になり、基板の終端表面３３、３４の距離の関数として、光軸１２に対する距離を変更可能である。好ましくは、作動ユニット３７、３８は、同じ調整量を使用して、かつ／または、部分ビーム経路１８および／または１９内に挿入される合焦光学部品を無しで済ますように同時に、光軸１２に対して調整される。

図３は、カメラユニット４２および光軸４１上に位置する入力プリズム４３を有する光学システムとして設けられる観測デバイス４０を示す。入力プリズム４３は、光軸４１に対して４５°で傾斜をつけられ、本例の図面の平面に相当する光学平面４４に垂直に位置する内部光学境界面４５を有する。カメラユニット４２のオブジェクティブユニット４６に起因するビーム経路４７は、境界面４５において第１部分ビーム経路内に反射され、上に偏向される。第２部分ビーム経路４９は、境界面４５を貫通し、入力プリズム４３の鏡面仕上げの外部境界面５０上で反射して、この方向に全反射作用を有する境界面４５の方に戻り、境界面４５上で下方に偏向される。

それぞれが、光学境界面５３、５４を有する出力プリズム５１、５２は、部分ビーム経路４８、４９の方向の、入力プリズム４３に隣接する各面上に位置する。出力プリズム５１の境界面５３は、光軸４１に平行に延びるプリズム軸５５に対して４５°の角度で傾斜し、光学平面４４に対して垂直に位置する。出力プリズム５２の境界面５４は、光軸４１に平行に延びるプリズム軸５６に対して４５°の角度で傾斜し、光学平面４４に対して垂直に位置する。

図３も示すように、ここでは、それぞれ、ＬＥＤ５７または５８として設けられる照射ユニットは、出力プリズム５１と出力プリズム５２の両方に割り当てられ、プリズム５７および５８のそれぞれは、照射ビーム経路５９、６０を放出する。

出力プリズム５２の境界面５４は、部分ビーム経路４８に対して透過性を有するものとして設けられ、部分ビーム経路４８は、境界面５４においてオブジェクトビーム経路になる。割り当てられたＬＥＤ５８の照射ビーム経路６０は、境界面５４において部分ビーム経路４８に対して軸平行に反射され、出力プリズム５２の上に位置する第１基板６２の第１オブジェクト面６１上に、部分ビーム経路４８と共に入射する。

出力プリズム５１の境界面５３は、入力プリズム４３において下方に反射された部分ビーム経路４９に対して透過性を有するものとして設けられ、部分ビーム経路４９は、境界面５３においてオブジェクトビーム経路になる。割り当てられたＬＥＤ５７の照射ビーム経路５９は、境界面５３において部分ビーム経路４９に対して軸平行に下方に反射されるため、部分ビーム経路４９と照射ビーム経路５９は、出力プリズム５１の下に位置する、ここでは、さらなる終端表面６３で形成される、第２基板６４のオブジェクト面上に入射する。

２つの基板６２、６３の接触間隙６５内に挿入される観測デバイス４０によって、互いに対して接触されるべき２つの終端表面６１、６３の正確な向き調節が調査されることが可能になり、かつ／または、部分ビーム経路４９、４８の軸に相当する接触軸６６上への位置決めを達成するために、終端表面６１、６３の向き調節が既知の位置変位の関数として実施することが可能になることが図３に示されるシステムから明らかである。

図３にも示されるように、出てくる光からの散乱光をなくすために、出力プリズム５１、５２に対し、その背面の外部境界面６７、６８に吸収性皮膜６９を設ける可能性が存在する。

相互に遠位に位置する、表面の２つの表面ポイントを観測する第１光学システムを示す図である。 図１に示す光学システムのさらなる図である。 １枚ずつ重なって位置する基板の２つの表面ポイントを観測する第２光学システムを示す図である。

Claims (12)

1. カメラユニット（１１、４２）を有し、相互に遠位に位置する複数のオブジェクト（３３、３４；６１、６３）を観測する光学システム（１０、４０）であって、光軸（１２、４１）上に位置し、そして／または、前記カメラユニットのビーム経路（１５、４７）内に位置して、２つの部分ビーム経路（１８、１９；４８、４９）を形成する第１プリズムユニット（１３、４３）と、２つのオブジェクトプリズムユニット（２０、２１；５１、５２）とを備え、前記２つのオブジェクトプリズムユニットはそれぞれ、部分ビーム経路内に位置し、オブジェクトに割り当てられることを特徴とする光学システム。
2. 照射ユニット（２９、３０；５７、５８）が、各オブジェクトプリズムユニット（２０、２１；５１、５２）に割り当てられることを特徴とする、請求項１に記載の光学システム。
3. 前記照射ユニット（２９、３０；５７、５８）は、発光半導体部品として設けられることを特徴とする、請求項２に記載の光学システム。
4. 前記照射ユニットは、発光ダイオードとして設けられることを特徴とする、請求項３に記載の光学システム。
5. 前記オブジェクトプリズムユニット（２０、２１）の出力ビーム経路（２２、２３）が、前記カメラユニット（１１）の前記光軸（１２）を横切るように、かつ、前記光軸（１２）を基準にして同じ方向に延びることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１つに記載の光学システム。
6. 前記オブジェクトプリズムユニット（２０、２１）と前記照射ユニット（２９、３０）との間に設けられる照射ビーム経路（３１、３２）が、前記カメラユニット（１１）の前記光軸（１２）を横切るように延びることを特徴とする、請求項５に記載の光学システム。
7. 前記プリズムユニット（１３）は、２つの光学境界面（１６、１７）を有しており、前記２つの光学境界面は、互いに垂直に位置し、前記カメラユニット（１１）の前記光軸（１２）に対して、それぞれ、４５°で傾斜していることを特徴とする、請求項５に記載の光学システム。
8. 前記オブジェクトプリズムユニット（２０、２１）は、距離を変更可能であることを特徴とする、請求項５から７のいずれか１つに記載の光学システム。
9. 前記照射ユニット（２９、３０）は、前記オブジェクトプリズムユニット（２０、２１）と共に、距離を変更可能であることを特徴とする、請求項５から８のいずれか１つに記載の光学システム。
10. 前記オブジェクトプリズムユニット（５１、５２）の出力ビーム経路（４８、４９）は、前記カメラユニット（４２）の前記光軸（４１）を横切るように、かつ、前記光軸（４１）を基準にして反対方向に延びることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１つに記載の光学システム。
11. 前記オブジェクトプリズムユニット（５１、５２）と前記照射ユニット（５７、５８）との間に設けられる照射ビーム経路（５９、６０）は、前記カメラユニット（４２）の前記光軸（４１）に平行に延びることを特徴とする、請求項１に記載の光学システム。
12. 前記プリズムユニット（４３）は、第１光学境界面（４５）と、第２光学境界面（５０）とを有しており、前記第１光学境界面は、前記カメラユニット（４２）の前記光軸（４１）上で第１部分ビーム経路（４８）を第１オブジェクト（６１）の方向に反射し、第２ビーム経路（４９）に対して透過性を有しており、前記光軸に対して４５°で傾斜しており、前記第２光学境界面は、前記第１光学境界面の下流に配置され、前記光軸に対して垂直に位置して、前記第２部分ビーム経路を前記第１光学境界面の方へ反射し、そして、前記第２部分ビーム経路を前記第２オブジェクト（６３）の方向に反射することを特徴とする、請求項１１に記載の光学システム。

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