JPH06201325A - 反射放射ビームによる物体の調査方法とデバイスおよびその使用に適したイメージセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 放射ビームが物体に対して比較的迅速かつ正
確に位置決めできる方法および装置を与えることを目的
とする。 【構成】 物体に対して移動可能な、物体上にスポット
を形成する反射放射ビームにより物体を調査する方法、
デバイスおよびイメージセンサであり、それにより物体
上のスポットの実際の位置は光検出器により検出された
放射ビームの反射部分により決定され、一方、物体に対
するスポットの所望の位置は多次元イメージセンサによ
り決定される。引き続き放射ビームは、スポットの実際
の位置がスポットの所望の位置に一致するまで、あるい
はスポットの実際の位置と所望の位置との間の差が物体
と基準面との間の距離の差の測度として決定されるま
で、物体に対して移動できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、物体（object）に対して移動可
能な、物体上にスポットを形成する反射可能な放射ビー
ムにより物体を調査する方法であって、一方、物体によ
り反射された放射ビームの一部分が光検出器により検出
され、かつ光検出器が放射ビームの所定の所望の反射を
検出するまで放射ビームが物体に対して引き続いて移動
する方法に関連している。

【０００２】本発明はまた物体に対して移動可能な、物
体上にスポットを形成する反射可能な放射ビームにより
物体を調査する方法であって、一方、物体により反射さ
れた放射ビームの一部分が光検出器により検出される方
法に関連している。

【０００３】さらに本発明はその発明に従う方法を遂行
するのに適したデバイスに関連し、該デバイスは放射
源、光検出器、および、放射源により発出すべき放射ビ
ームにより物体上に投射されたスポットを変位する変位
デバイスを備えている。

【０００４】さらに本発明は、本発明に従うデバイスの
使用に適しているイメージセンサに関連している。

【０００５】

【背景技術】述語「反射可能な放射ビーム（reflectabl
e radiation beam）」は、例えばレーザーから発生する
レーザービーム、ハロゲンランプから発生するビーム、
もしくは赤外線光のビームのような光放射源から発生す
る放射ビームを意味するものと理解されている。例えば
レーザービームによる物体の調査の後で、レーザーはん
だ付け（laser soldering ）、レーザー彫刻（laser en
graving ）、レーザー溶接（laser welding ）、レーザ
ー切断（laser cutting ）および、例えばデータ担体に
ディジタル形式でのデータの蓄積に必要なような他の表
面処理のように、レーザー操作は同じレーザービームあ
るいは異なるレーザービームにより遂行でき、その場合
に物体はレーザーにより発出されたレーザービームによ
り処理され、かつ正確な移動はレーザービームにより実
行される。同じ処理あるいは類似の処理は上述の他の放
射ビームにより可能である。

【０００６】ドイツ国特許第DE-C2 3829350 号に開示さ
れた方法とデバイスにおいて、ｐｃボード上に位置決め
された電子部品はレーザーにより発出されたレーザービ
ームによりｐｃボード上にはんだ付けされる。ｐｃボー
ドにははんだが備えられ、かつ部品の接続脚（connecti
on leg）が置かれる接続パッド（connection pad）が備
えられている。はんだはレーザービームにより熔融さ
れ、はんだの凝固の後で、部品の接続脚はｐｃボードの
接続脚に機械的かつ電気的に接続される。はんだ付けが
開始される前に、はんだ付けすべき接続パッドはレーザ
ービームの近傍にもたらされる。レーザービームに対し
てはんだ付けすべき接続パッドの正確な位置決めは、ｐ
ｃボードと部品から反射されたレーザー光の強度が光検
出器により検出されることで達成される。接続パッドを
持つｐｃボードは、レーザービームがはんだに入射され
るまでレーザービームに対して引き続き移動され、その
間に反射レーザー光の比較的高い強度が測定される。ｐ
ｃボードはレーザービームに対して静止して保持され、
かつはんだはレーザービームにより熔融される。もし測
定された反射が弱すぎると、ｐｃボードはレーザービー
ムがはんだにぶつかるまであちらこちらに移動されるべ
きである。はんだが存在するところは光検出器により決
定できない。既知の方法とデバイスの他の欠点は、はん
だ上の反射レーザー光の強度の値、種々の部品およびｐ
ｃボードが正確に知られ、かつ十分区別できなければな
らないことである。というのは、さもなければ、レーザ
ーはんだ付け操作が、はんだが存在せず、かつｐｃボー
ドが焼付けできる場所でもやはり遂行されるからであ
る。

【０００７】

【発明の開示】本発明は放射ビームが物体に対して比較
的迅速かつ正確に位置決めできる方法を与えることを目
的としている。

【０００８】この目的に対して本発明による方法は、物
体上のスポットの実際の位置が光検出器により検出され
た放射ビームの反射部分から決定され、一方、物体に対
するスポットの所望の位置が多次元イメージセンサによ
り決定され、その後で、光検出器により決定されたスポ
ットの実際の位置がイメージセンサにより決定されたス
ポットの所望の位置に一致するまで、放射ビームが物体
に対して移動されることを特徴としている。

【０００９】光検出器はスポットの位置のみを検出し、
反射された放射ビームの強度は重要ではない。その結
果、スポットの実際の位置は光検出器により比較的迅速
かつ正確に検出できる。スポットの実際の位置は光検出
器により連続的に決定でき、またその際、放射ビームは
物体に対して比較的迅速に移動する。多次元イメージセ
ンサは物体の少なくとも１つの部分の少なくとも２次元
画像を形成し、かつスポットの所望の位置はこのイメー
ジから非常に正確に決定される。そのようなイメージの
解析は比較的多くの時間（100 msec）を必要とするが、
しかし少ない回数のみで実行する必要がある。しばしば
１つのイメージは十分な精度で物体上のスポットの所望
の位置を決定するのに既に十分であろう。所望の位置
は、例えばイメージセンサに対して固定位置を有する一
組の座標ｘ，ｙ，ｚのｘ，ｙ座標であり、かつそこでは
イメージセンサは平面ｘ，ｙのイメージを形成する。

【００１０】本発明による方法の一実施例は、光検出器
とイメージセンサによりそれぞれ検出されたスポットの
実際の位置と所望の位置の間の差に依存して軸回転され
る軸回転可能な偏向鏡により物体に対してスポットが移
動されることを特徴としている。

【００１１】軸回転可能な偏向鏡はその鏡が比較的迅速
に軸回転できるように比較的小さい重量しか有していな
い。高い精度は偏向鏡の軸回転運動により放射ビームの
変位が直ちに光検出器により観察されることで達成され
る。

【００１２】本発明の目的は、処理すべきあるいは既に
処理された物体と基準面との間の距離の差が測定できる
方法を与えることである。

【００１３】本発明による方法はこの目的に対して、光
検出器と多次元イメージセンサが、物体を通る基準面に
垂直な共通の光軸を有し、一方、基準面に投影された物
体上のスポットの位置が、所定のトラックにわたる放射
ビームの変位の間に光検出器により検出された放射ビー
ムの反射部分から決定され、基準面に投影された物体に
対するスポットの所望の位置はイメージセンサにより決
定され、その後で、スポットの実際の位置と所望の位置
の間の差が、物体から所定のトラックに沿う基準面への
距離の差の測度（measure ）として決定されることを特
徴とする。

【００１４】放射ビームが平面物体にわたって所定のト
ラックに沿って移動する場合、物体を通る基準面は物体
の表面と一致し、実際の位置と所望の位置は同一であろ
う。もし物体が平面でないなら、スポットの実際の位置
は放射ビームの所定のトラックから期待されたスポット
の位置とは異なっているであろう。実際のスポット位置
と、期待されたもしくは所望のスポット位置との間の差
は所定のトラック上の他の位置と比較した基準面への距
離の差の測度である。

【００１５】本発明による方法の一実施例は、物体が、
熱放射源として作用するレーザーにより接点パッド（co
ntact pad ）にはんだ付けされている接続脚（connecti
on legs ）を備える部品である方法において、接続脚と
他の接続脚と比較された基準面との間の比較的大きな距
離の差の検出が、接続脚と接点パッドの間の接点故障が
存在するという結論となり、その場合に、分離された接
続脚のバーニングを妨げるためにレーザーがスイッチオ
フされることを特徴としている。

【００１６】部品はレーザーがスイッチオフされた後で
修繕されるかあるいは置換される。本発明による方法は
ｐｃボード上の電子部品のレーザーはんだ付けに特に適
している。電子部品はｐｃボードの接点パッド上にはん
だ付けすべき、行に配設された多数の接続脚をしばしば
備えている。上記の本発明による方法は、接続脚もしく
は接点パッド上の所望のはんだ付け位置を決定し、かつ
レーザースポットがはんだ付けすべき最初の表面を狙う
ようにレーザービームを整列することを可能にする。ト
ラックが所望の位置から導かれ、すべての接続脚を接続
パッドに接続するために、そのトラックに沿ってレーザ
ービームは変位されるべきである。すぐ上に述べられた
方法は接続脚と基準面との間の距離の差の決定を可能に
する。基準面は例えば平均的に正しい接続脚の上側に置
かれる実効面（virtual plane ）である。正しい接続脚
から基準面への公称距離はこの場合に零である。もし接
続脚が基準面から比較的大きい距離であるなら、そして
それ故に接続脚と関連接点パッドの間の機械的圧力が存
在しないなら、レーザーは停止され、かつ部品は修理さ
れるかあるいは置換される。

【００１７】本発明による方法の別の実施例は、実際の
位置が所望の位置に一致するまで放射ビームのスポット
が位置決めされ、かつ放射ビームのスポットが物体と基
準面との間の距離の差の決定にも使用されることを特徴
とする。このようにして、一方では放射ビームのスポッ
トを位置決めし、他方では物体と基準面との間の距離の
差を決定することは、物体に放射ビームを適用する間に
比較的簡単な態様で可能である。

【００１８】また本発明の目的は、その方法を遂行する
のに適しているデバイスを与えることであり、それによ
り放射ビームは位置決めでき、それにより既知のデバイ
スの欠点は回避される。

【００１９】この目的で、本発明によるデバイスは、光
検出器と協働する多次元イメージセンサ、および光検出
器により検出可能なスポットの実際の位置と、イメージ
センサにより検出可能なスポットの所望の位置との間の
差に依存して放射ビームを制御する位置決め回路とを備
えている。

【００２０】２つの異なるイメージデバイス、すなわち
スポットの実際の位置を決定する光検出器とスポットの
所望の位置を決定する多次元イメージセンサの使用は、
スポットのそれぞれの実際のおよび所望の位置を決定す
るのに最も良く適しているイメージデバイスを使用でき
る利点を有している。光検出器は、実際の、連続的に変
化するスポットの位置を迅速かつ正確に検出するのに非
常に適しており、一方、イメージセンサは物体のイメー
ジからスポットの所望の位置を正確に決定するのに適し
ている。スポットの比較的高い位置決め精度は実際の位
置と所望の位置との間の差に依存して制御回路により放
射ビームのスポットの変位により達成されている。

【００２１】本発明の目的は物体と基準面との間の距離
の差が測定できる本発明による方法の遂行に適している
デバイスを与えることである。

【００２２】この目的で、本発明によるデバイスは、光
検出器と協働する多次元イメージセンサ、光検出器、お
よび、基準面に垂直な共通光軸を有するイメージセンサ
を備え、かつ光検出器により検出可能な基準面上のスポ
ットの実際の位置と、所定のトラックに沿う放射ビーム
の変位の間にイメージセンサにより検出可能な基準面上
のスポットの所望の位置との間の差から、物体と基準面
との間の距離の差を決定する測定回路を備えている。

【００２３】基準面に対する物体上の種々の位置の間の
距離の差の決定の間に、もし基準面に対する以前に規定
された比較的大きい距離の差が検出されるなら、測定回
路により放射源をスイッチオフしかつ放射ビームを中断
することが可能である。

【００２４】本発明による方法を遂行するのに適してい
るデバイスの一実施例は、共通制御回路が位置決め回路
と測定回路を備えることを特徴としている。

【００２５】放射ビームの位置決めと、基準面に対する
物体の距離の差の決定に適しているデバイスがそれによ
り得られる。

【００２６】本発明による方法を遂行するのに適してい
るデバイスの別の実施例は、制御回路により制御可能な
変位デバイスが軸回転可能な偏向鏡であることを特徴と
している。

【００２７】放射ビームは軸回転可能な偏向鏡により偏
向され、かつ物体に対して変位される。その結果、放射
源、物体、イメージセンサ、および光検出器は放射ビー
ムの位置決めの間に移動される必要はなく、かつ変位す
べき質量（偏向鏡の質量）は小さい。このことは放射ビ
ームの位置決め精度と位置決め速度を増大する。偏向鏡
の軸回転による放射ビームの変位は直ちに検出され、か
つ訂正できるから、比較的簡単な鏡が使用できる。回転
の２つの軸のまわりに軸回転可能な鏡を使用することも
可能である。

【００２８】本発明による方法を遂行するのに適してい
るデバイスの別の実施例は、光検出器が位置検出要素を
備えることを特徴としている。スポットの位置は市販の
要素により迅速かつ正確に決定できる。

【００２９】本発明による方法を遂行するのに適してい
るデバイスのなお別の実施例は、イメージセンサが固体
（solid-state ）マトリクスアレイカメラを備えること
を特徴としている。

【００３０】物体の正確な画像は、例えば市販の電荷結
合デバイス（ＣＣＤ）あるいは、いわゆる電荷注入デバ
イス（ＣＩＤ）のような固体マトリクスアレイカメラに
より比較的迅速に得ることができる。

【００３１】本発明による方法を遂行するのに適してい
るデバイスのなお別の実施例は、光検出器がイメージセ
ンサに取り付けられ、固体マトリクスアレイカメラと光
検出器が互いに堅く接続され、かつ共通半透明鏡を通し
て得られた同じイメージフィールドを有することを特徴
としている。

【００３２】固体マトリクスアレイカメラと光検出器の
間の堅い接続のため、このデバイスは変位デバイスのド
リフト、非線形性およびヒステリシスに、物体に対する
光検出器とのイメージセンサの位置に、そして物体に対
する偏向鏡の位置に比較的敏感ではない。

【００３３】

【実施例】添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に
説明する。図１は、レーザー３を備えるレーザーはんだ
付けデバイス１、２つの軸回転可能な偏向鏡５と７、イ
メージセンサ９および制御回路11を図式的に示してい
る。図１に示された配列のレーザーはんだ付けデバイス
１はｐｃボード15上に電子部品13をレーザーはんだ付け
するのに使用されている。電子部品13は接続脚17を備
え、それはｐｃボード15の接続パッド19上に置かれてい
る。接続脚17は接続パッド19にはんだ付けされ、それら
はデバイス１により、はんだを備えている。イメージセ
ンサ９は電荷結合デバイス（ＣＣＤ）21（固体マトリク
スアレイカメラ）と、位置検出要素要素を具える光検出
器23を装備されている（図２を見よ）。固定された方位
を有する座標系ｘ，ｙ，ｚはイメージセンサ９に対して
規定されている。ｚ軸はイメージセンサ９の光軸に平行
に向けられている。

【００３４】レーザーはんだ付けの動作は以下のように
なっている。はんだ付けすべき部品13はｘ，ｙ面で移動
可能なテーブル（示されていない）によりイメージセン
サのイメージフィールドにもたらされている。ｐｃボー
ド上の部品、接続脚および接続パッドの２次元画像はＣ
ＤＤ21により作られている。はんだ付けすべき位置の
ｘ，ｙ座標はこの画像から決定される。一方、レーザー
はスイッチオンされ、かつレーザー３により発出された
レーザービーム25のｐｃボード上のレーザースポット24
の位置はｐｃボード15あるいは部品13により部分的に反
射されたレーザービーム26から光検出器により検出され
る。レーザービーム25はｘ，ｙ面に、ある角度を持って
いる。レーザースポット位置は迅速に決定され、レーザ
ービーム25はｐｃに損傷を与えない。所望の位置の探索
の間にレーザービームをパワーの低減し、かつはんだ付
けの間のみ全レーザーパワーを使用することも可能であ
る。

【００３５】レーザースポット24の所望の位置と実際の
位置は制御回路11で比較される。２つの位置の間の差に
依存して、電子制御電圧27と29は矢印31と33の方向に鏡
を軸回転するよう偏向鏡５と７の駆動ユニットに送出さ
れる。偏向鏡５と７は電子制御電圧の値に依存してある
角度だけ回転する検流鏡（galvanoscopic mirror）であ
る。レーザービーム25は鏡５によりｘ方向に偏向され、
かつレーザービーム25は鏡７によりｙ方向に偏向され
る。レーザースポット24の実際の位置は所望の位置に比
較的迅速に、すなわち0.1 −１ｍsec 内に適合される。
レーザービーム25がｐｃボード15上の接続パッド19のは
んだを所望の位置に狙った後で、レーザービーム25はあ
る期間（５−10ｍsec ）同じ位置に保持される。その時
間はレーザーパワーと遂行すべきレーザー動作に特に依
存する。はんだは熔融し、かつレーザービームは次の位
置に移動する。

【００３６】熔融したはんだの凝固の後で、ｐｃボード
15上の接続パッド19と電子部品13の接続脚17との間の機
械的かつ電気的接続が存在しよう。いつはんだが十分熔
融し、かつレーザービームが次の位置に移動したかの瞬
間の検出はそれ自身既知の種々の態様で生起しよう。前
に引用されたドイツ国特許第DE-C2 3829350 号におい
て、赤外線検出器ははんだの熔融の検出に使用されてい
る。前以て所要の熔融時間を決定することも可能であ
る。代案として、レーザービームは接続脚を狙い、それ
によりはんだは接続脚を通る熱伝導により加熱される。
光検出器23は例えば、特に「シリコン・フォトディテク
タを使用する光位置センシング（Optical Position Sen
sing Using Silicon Photodetectors ）」、レーザーと
応用（Laser& Application ）、1986年４月、頁75−79
に記述されたような横効果フォトダイオード（lateral-
effect photodiode ）であってもよい。横効果フォトダ
イオードは位置センシングデバイス（ＰＳＤ：Position
Sensing Device ）とも呼ばれている。

【００３７】本発明による方法とデバイスは図２および
図３を参照してさらに詳しく説明され、所望の位置のレ
ーザースポットの位置決めは図２を参照して明確にさ
れ、かつ距離の差の測定は図３を参照して明確にされて
いる。

【００３８】図２に示されたイメージセンサ９はＣＣＤ
カメラ21と位置センシングデバイスもしくはＰＳＤ23を
備え、ＰＳＤ23はレンズ37を通る共通イメージフィール
ドと半透明鏡35を有している。ＣＣＤカメラ21とＰＳＤ
23はイメージセンサ９の（示されていない）ハウジング
中のキヤリア38により堅く相互接続されている。接続脚
17はレーザービーム25によりｐｃボード15にはんだ付け
されている。レーザースポット24の所望の位置Ｐ1 のｙ
座標はレンズ37とＣＣＤカメラ21の点Ａ1 の半透明鏡35
を通して描写されている。ｐｃボード15はレーザービー
ム25を偏向しかつそれをｐｃボード15に向ける軸回転可
能な鏡７の回転軸から距離ｈにある。レーザースポット
位置はＰＳＤ23により決定され、引き続いて鏡７はレン
ズ37とＣＣＤカメラ21の点Ａ1 およびＰＳＤ23により検
出された点Ｗ1 の半透明鏡35を通して描写されるまで軸
回転される。ＰＳＤ23により検出可能な位置とＣＣＤ21
により検出可能な位置の間の関係は較正（calibration
）により前以て決定される。

【００３９】もしｐｃボード15が距離Δｈにわたり局所
的サギングを示すなら、レーザースポット24はｙ位置Ｐ
2 の屈曲ｐｃボード15′上の部品13ａにぶつかり、鏡７
の同じ位置を与える。ＰＳＤにより検出されたレーザー
スポット位置は今やＷ2 である。Ａ1 に対応する所望の
位置Ｗ1 と実際の位置Ｗ2 の間の差は制御回路11により
検出される。鏡７の角回転はこの差ｄから決定される。
角回転の後で、鏡７は７′で示された位置を取り、レー
ザービーム25はｙ位置Ｐ1 を有する接続脚17上に偏向さ
れる。ｐｃボード15のサグにもかかわらず、レーザース
ポット24はやはり角回転の後で所望のｙ位置Ｐ1 に向け
られる。図２に描かれた要素の比率（proportion）はス
ケールとして真実ではない。実際には、距離ΔとＰ2 −
Ｐ1 は数ミリメートロしかなく、一方、イメージセンサ
９とｐｃボード15の間の距離は数十センチメートルであ
り、一方、ラインＰ1 −Ｗ1 とＰ2 −Ｗ2 は実質的にｐ
ｃボード15に垂直である。本発明による方法とデバイス
はレーザースポット24がｐｃボード15のｚ方向の種々の
部品の間で近似的な距離の差に従うことを可能にする。
レーザービームが、公称距離以外のｚ方向の距離にある
次の部品の接続脚をはんだ付けする場合、鏡の位置はＣ
ＣＤカメラ、ＰＳＤおよび制御回路11により探索され、
それによりレーザースポット24は正しい位置で接続脚に
ぶつかるであろう。

【００４０】上記は所望の位置のレーザースポット24の
位置決めのみを記述しており、レーザースポット24は例
えばｐｃボードのサギングにもかかわらず所望の位置に
位置決めされる。ｐｃボード15の面に対する距離の差は
明確に計算されない。

【００４１】基準面に対する部品の接続脚の距離の差の
決定は図３を参照してさらに説明されよう。本発明によ
るデバイスは多数の接続脚のはんだ付けに同等に好都合
である。このことはまた図３を参照して説明されてい
る。連続して１ラインにある多数の接続脚17をはんだ付
けするために、ライン61はＣＣＤカメラ21と制御回路11
により決定され、ラインに沿ってレーザービームは移動
している。ライン61はｘ，ｙ平面に平行であり、かつ接
続脚17の上側に一致する基準面62にある。引き続いて、
レーザースポット24は図２を参照して述べられたように
第１接続脚を狙い、その後でレーザービームは鏡５，７
により接続脚にわたり直線ライン61（予め決められたラ
イン）に沿って移動する。レーザービームは各接続脚に
５−10ｍsec 静止したままであり、かつ接続脚17とｐｃ
ボード15の接点パッド63との間にあるはんだは接触脚を
通して加熱される。するとレーザービーム25は次の接続
脚に移動する。レーザービーム25はｘ方向に平行なライ
ンに対して例えば45°の固定角γである。この角度は接
続脚にわたるレーザービームの移動の間に実質的に一定
のままである。というのは、レーザービームがそれ自身
に実質的に平行に移動するからである。この角度γのた
めに、レーザースポット24は接点パッド63の間のライン
61上にないが、しかし距離Δｘにわたってｘ方向に変位
される。この変位はＰＳＤ23により検出され、もしレー
ザービームが接続脚17にわたって比較的ゆっくりと移動
したなら、軸回転する鏡５，７はレーザースポット24が
再び所望のライン61上に静止するように軸回転される。
事実、レーザービーム25は比較的迅速に接続脚にわたっ
て移動し、かつＰＳＤ23はレーザースポット24の変位Δ
ｘを検出しようが、しかし制御回路11はこれらのシフト
に対するレーザースポット24の位置を補正するには余り
にもゆっくりしており、一方、軸回転する鏡５，７は所
望の迅速な位置変化に従う鏡の質量慣性により余りにも
ゆっくりしている。

【００４２】ＰＳＤにより検出された変位Δｘはゆるい
接続脚の検出に使用てきる。もし接続脚17″が屈曲し、
かつ接点パッド63″と接触し損なうなら、値Δｐだけ負
のｘ方向のレーザースポット24のシフトはＰＳＤ23によ
り観測され、一方、接点パッド23間では正のｘ方向の変
位Δｘは接続脚と接点パッドの全高により観測される。
接続脚17″が他の接続脚17より高いレベルにあり、かつ
接続脚17″がゆるいことが変位Δｐから結論できる。レ
ーザー３は接続脚17″の焼損を防ぐために制御回路11に
より直ちにスイッチオフされる。部品は直ちに置換され
るかあるいは修理され、もしくはゆるい脚は後のステー
ジで部品が置換あるいは修理されるように計算機（示さ
れていない）に登録されよう。レーザースポット24のｘ
方向のシフトは接続脚および／または接点パッドの間の
厚さの差により生起しよう。しかし、この場合に生起す
るシフトは２つの接点パッド間、およびゆるい接続脚の
場合にそれぞれ生起するシフトΔｘあるいはΔｐよりず
っと小さい。接点パッドの領域の接続脚の不在もまた上
記の態様で検出されよう。基準面の位置を規定し、かつ
何らかのゆるい接続脚があるかどうかをチェックし、か
つその後でのみレーザーはんだ付けを開始するために接
続脚にわたって一度だけレーザービを移動することも可
能である。

【００４３】図４は図１に示されたデバイス１に使用さ
れたような制御回路のブロック線図である。レーザース
ポット24の所望の位置の座標（ｘ_set ，ｙ_set ）はＣＣ
Ｄ21と計算機39により決定される。ｐｃボードあるいは
部品上のレーザースポット24の実際の位置の座標（ｘ
_psd ，ｙ_psd ）は光検出器23により決定される。すると
比較器41, 43はレーザースポット24の所望および実際の
各ｘおよびｙ座標間の差を決定する。これらの差に対応
する電圧は位置決め回路40の各ＰＩＤ（proportional-d
ifferentiating-integrating）コントローラ45と47に供
給される。ＰＩＤコントローラ45, 47は偏向鏡５と７の
各駆動ユニットに制御電圧27, 29を送出し、それにより
鏡５，７はそれぞれ角度αとβだけ軸回転される。レー
ザースポットの静止位置から起こるこれらの軸回転運動
はレーザースポット24の所望のｘ，ｙ位置の範囲とな
る。レーザースポット24のｘ，ｙ位置はとりわけ鏡５，
７に対するｐｃボードあるいは部品の位置に依存する。
鏡５，７がｘ方向とｙ方向それぞれにレーザービームを
偏向するのみならず、ｙ方向とｘ方向にそれぞれ小さい
量だけ偏向することが実際に見いだされた。デバイスの
寸法と制御回路11での鏡の相互作用を含むデバイスの全
機械系はブロック49により表されている。ブロック49は
制御すべきプロセスを表している。

【００４４】比較器41, 43により決定されたレーザース
ポット24の所望および実際の位置の各ｘ座標とｙ座標の
間の差もまたゆるい接続脚の検出に使用される。これら
の差に対応する電圧は２つのピーク検出要素53′, 53″
を具える測定回路50に供給される。所望および実際のｘ
座標とｙ座標の間の差が所定の値を越えるかどうかがピ
ーク検出要素53′, 53″により決定される。

【００４５】図５は図３に描かれた部品の接続脚にわた
るｙ方向のライン61に沿うレーザービーム25の変位の間
にＰＳＤから来る信号のグラフを示している。ｙ位置が
水平軸にプロットされ、所望および実際のｘ位置の間の
差が垂直軸にプロットされている。ｘ_set −ｘ_psd が零
に等しい場合、レーザースポットは接続脚上にある。接
続脚17の間で、レーザースポットのシフトΔｘは正のｘ
方向に生起する。シフトΔｘはピーク検出要素53′で検
出され、かつ計算機39に伝えられる。接続脚17の所望の
ｙ位置（ｙ₁ −ｙ₇ ）はＣＣＤ21により決定された画像
から計算機39に知られ、そしてシフトΔｘは２つの接続
脚間のレーザースポットの期待されたシフトとして解釈
される。そのｙ位置がｙ₄ である接続脚17″において、
負のｘ方向にレーザースポットのシフトΔｐが存在す
る。シフトΔｐはピーク検出要素53′で検出され、かつ
計算機39に伝えられる、そこでこのシフトはゆるい接続
脚として解釈される。ゆるい接続脚17″の位置は計算機
39に蓄積され、かつレーザー３が接続脚のバーニングを
防ぐために計算機39によりスィッオフされる。

【００４６】図６は図４の制御回路で使用されるのに適
しているＰＩＤコントローラ45を示している。Ｖ_inはレ
ーザースポット24の所望のｘ_set 座標に対応する電圧で
あり、一方、Ｖ_psd は実際のｘ_psd 座標に対応する電圧
である。電圧Ｖ_inとＶ_psd は演算増幅器（op amp）Ｉで
互いに比較され、その後で、得られた差分電圧が増幅さ
れる。コントローラは抵抗器（Ｒ１−Ｒ７）、キャパシ
タ（Ｃ１−Ｃ２）および通常の別の演算増幅器IIから構
成され、そのコントローラは比例、微分および積分作用
を有している。コントローラ45の出力電圧は終端ステー
ジ51でさらに増幅され、その後で最終電圧Ｖ_out は軸回
転する鏡５の駆動ユニットに印加される。

【００４７】測定回路50は別々に使用でき、レーザーの
位置はフィードバックされないが、しかしフィードフォ
アワード制御のみで制御される。同様に、位置決め回路
40は別々に使用できるが、その場合、基準面に関するど
んな距離測定も遂行されない。ＣＣＤカメラの代わり
に、例えばＣＩＤ（Charged injection device）のよう
な代案の固体マトリクスアレイカメラ、あるいはビディ
コン（VIDICON ），プランビコン（PLUMBICON ）等のよ
うな真空封入カメラ（valve-based camera）が使用でき
る。

【００４８】光検出器は横効果フォトダイオードである
必要はないが、レーザースポットの位置が迅速に検出で
きる任意の光学的要素であってもよい。レーザービーム
が通過する例えば拡散面（例えばくもりガラス面）と、
その背後の４個のダイオード（その各々は拡散面上のレ
ーザービームの位置に基づいてレーザー光のある量を受
信する）が配設されることがここで提案されている。レ
ーザービームの位置はダイオードにわたる光の量の分布
から決定できる。

【００４９】もし光検出器あるいはイメージセンサが製
造される材料がレーザー光に部分的に透明なら、光検出
器とイメージセンサもまた互いに結合されよう。レーザ
ービームを動かすために２つの軸回転する鏡の代わり
に、２つの互いに垂直な軸のまわりに軸回転可能な１つ
の軸回転する鏡を使用することが可能である。レーザー
ビームの集束にレンズが要求される。レーザービームは
このレンズがレーザービームの軸を横断する方向に変位
されるように移動することができる。

【００５０】１つのレーザービームの代わりに、物体を
同時に狙うが、しかし異なる頻度で制御する２つ以上の
パルスドレーザービームを作動させることが可能であ
る。異なるレーザービームは異なる頻度の故にそれ自身
既知の電子装置およびただ１つの光検出器により互いに
区別でき、このようにしてレーザースポットは決定でき
る。レーザースポットの所望の位置がイメージセンサに
より決定された後で、イメージセンサは、はんだ付けプ
ロセスを検査するレーザーはんだ付けの間に使用されよ
う。

【００５１】位置決めとはんだ付けの双方が遂行される
１つのレーザービームの代わりに、部分的に共有された
光軸を有する２つのレーザービームを作動することも可
能であり、比較的低いパワーを有するレーザービームが
はんだ付けに使用される。高いパワーを有するレーザー
ははんだ付けの間のみスイッチオンされる。カメラの光
軸もまたｐｃボード面にある角度を持ち、その場合、レ
ーザースポットの所望および実際のｘ，ｙ座標は僅かの
ゴニオメトリック方程式（goniometric equation）によ
り導かれる。レーザー動作の間に、レーザースポットは
所望の位置に静止したままであるか、あるいは連続運動
で所望の位置にわたり移動できる。レーザービームのパ
ワーは所望の位置で増大できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明によるデバイスを図式的に示して
いる。

【図２】図２は本発明によるデバイスの適用を図式的に
示している。

【図３】図３は本発明によるデバイスにより多数の接続
脚のはんだ付けを図式的に描いてする。

【図４】図４は本発明によるデバイスの制御回路のブロ
ック線図である。

【図５】図５は図３に描かれた部品の接続脚にわたるレ
ーザービームの変位の間に光検出器から来る信号を示す
グラフである。

【図６】図６は図４に示された制御回路のＰＩＤコント
ローラを示している。

【符号の説明】

１ レーザーはんだ付けデバイス ３ レーザー ５ 偏向鏡 ７ 偏向鏡 ７′ 偏向鏡 ９ イメージセンサ 11 制御回路 13 電子部品 13′ 電子部品 15 ｐｃボード 15′ ｐｃボード 17 接続脚 17′ 接続脚 17″ 接続脚 19 接続パッド 21 ＣＣＤ（カメラ） 23 光検出器あるいは位置センシングデバイス（ＰＳ
Ｄ） 24 レーザースポット 25 レーザービーム 26 レーザービーム 27 （電子）制御電圧 29 （電子）制御電圧 31 矢印 33 矢印 35 半透明鏡 37 レンズ 38 キャリアー 39 計算機 40 位置決め回路 41 比較器 43 比較器 45 ＰＩＤコントローラ 47 ＰＩＤコントローラ 49 ブロック 50 測定回路 51 終端ステージ 53′ ピーク検出要素 53″ ピーク検出要素 61 ライン 62 基準面 63 接点パッド 63″ 接点パッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アントニウス コーネリス マリア ヒー レス オランダ国 5621 ベーアー アインドー フェン フルーネヴァウツウェッハ １

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体に対して移動可能な、物体上にスポ
   ットを形成する反射放射ビームにより物体を調査する方
   法であって、物体により反射された放射ビームの一部分
   が光検出器により検出され、かつ光検出器が放射ビーム
   の所定の所望の反射を検出するまで放射ビームが物体に
   対して引き続いて移動する方法において、 物体上のスポットの実際の位置が光検出器により検出さ
   れた放射ビームの反射部分から決定され、一方、物体に
   対するスポットの所望の位置が多次元イメージセンサに
   より決定され、その後で、光検出器により決定されたス
   ポットの実際の位置がイメージセンサにより決定された
   スポットの所望の位置に一致するまで、放射ビームが物
   体に対して移動されること、を特徴とする方法。
2. 【請求項２】 光検出器とイメージセンサによりそれぞ
   れ検出されたスポットの実際の位置と所望の位置の間の
   差に依存して軸回転される軸回転可能な偏向鏡により物
   体に対してスポットが移動されることを特徴とする請求
   項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 物体に対して移動可能な、物体上にスポ
   ットを形成する反射放射ビームにより物体を調査する方
   法であって、物体により反射された放射ビームの一部分
   が光検出器に検出される方法において、 光検出器と多次元イメージセンサが、物体を通る基準面
   に垂直な共通な光軸を有し、一方、基準面に投影された
   物体上のスポットの位置が、所定のトラックにわたる放
   射ビームの変位の間に光検出器により検出された放射ビ
   ームの反射部分から決定され、基準面に投影された物体
   に対するスポットの所望の位置はイメージセンサにより
   決定され、その後で、スポットの実際の位置と所望の位
   置の間の差が、物体から所定のトラックに沿う基準面へ
   の距離の差の測度として決定されることを特徴とする方
   法。
4. 【請求項４】 物体が、熱放射源として作用するレーザ
   ーにより接点パッドにはんだ付けされている接続脚を備
   える部品である請求項３に記載の方法において、 接続脚と他の接続脚と比較された基準面との間の比較的
   大きな距離の差の検出が、接続脚と接点パッドの間の接
   点故障が存在するという結論となり、その場合に、分離
   された接続脚のバーニングを妨げるためにレーザーがス
   イッチオフされることを特徴とする方法。
5. 【請求項５】 実際の位置が所望の位置に一致するまで
   放射ビームのスポットが位置決めされ、かつ放射ビーム
   のスポットが物体と基準面との間の距離の差の決定にも
   使用されること、を特徴とする請求項１あるいは３に記
   載の方法。
6. 【請求項６】 請求項１あるいは２に記載の方法を遂行
   するのに適したデバイスであって、該デバイスは放射
   源、光検出器、および、放射源により発出すべき放射ビ
   ームによって物体上に投射されたスポットを変位する変
   位デバイスを備えるものにおいて、 該デバイスが、光検出器と協働する多次元イメージセン
   サ、および光検出器により検出可能なスポットの実際の
   位置と、イメージセンサにより検出可能なスポットの所
   望の位置との間の差に依存して放射ビームを制御する位
   置決め回路とをさらに備えること、を特徴とするデバイ
   ス。
7. 【請求項７】 請求項３あるいは４に記載の方法を遂行
   するのに適したデバイスであって、該デバイスは放射
   源、光検出器および、放射源により発出すべき放射ビー
   ムによって物体上に投射されたスポットを変位する変位
   デバイスを備えるものにおいて、 該デバイスが、光検出器と協働する多次元イメージセン
   サ、光検出器および、基準面に垂直な共通光軸を有する
   イメージセンサをさらに備え、かつ光検出器により検出
   可能な基準面上のスポットの実際の位置と、所定のトラ
   ックに沿う放射ビームの変位の間にイメージセンサによ
   り検出可能な基準面上のスポットの所望の位置との間の
   差から、物体と基準面との間の距離の差を決定する測定
   回路を備えること、を特徴とするデバイス。
8. 【請求項８】 共通制御回路が位置決め回路と測定回路
   を備えることを特徴とする請求項６あるいは７に記載の
   デバイス。
9. 【請求項９】 制御回路により制御可能な変位デバイス
   が軸回転可能な偏向鏡であることを特徴とするデバイ
   ス。
10. 【請求項１０】 光検出器が位置検出要素を備えること
    を特徴とする請求項６，７，８，９のいずれか１つに記
    載のデバイス。
11. 【請求項１１】 イメージセンサが固体マトリクスアレ
    イカメラを備えることを特徴とする請求項６，７，８，
    ９，１０のいずれか１つに記載のデバイス。
12. 【請求項１２】 光検出器がイメージセンサに取り付け
    られ、固体マトリクスアレイカメラと光検出器が互いに
    堅く接続され、かつ共通半透明鏡を通して得られた同じ
    イメージフィールドを有することを特徴とする請求項１
    １に記載のデバイス。
13. 【請求項１３】 請求項１２に記載されたデバイスの使
    用に適しているイメージセンサ。