KR20130051881A

KR20130051881A - 인쇄회로기판의 콤포넌트들을 얼라인하는 카메라 시스템

Info

Publication number: KR20130051881A
Application number: KR1020120124062A
Authority: KR
Inventors: 호아 딘 뉴엔
Original assignee: 델라웨어 캐피털 포메이션 인코포레이티드
Priority date: 2011-11-10
Filing date: 2012-11-05
Publication date: 2013-05-21
Also published as: CA2794098A1; US9265186B2; KR101404892B1; US20130120560A1; EP2592917A1; JP2014222875A; TW201325222A; TWI547162B; CN103108114A; CA2794098C; JP2013106351A; CN103108114B; JP6059180B2

Abstract

콤포넌트를 PCB 상의 풋프린트와 얼라인하는 카메라 시스템 및 관련된 방법이 개시된다. 카메라 시스템은, 제1 면 및 상기 제1 면과 대향하는 제2 면을 구비하는 하우징; 상기 하우징의 제1 면 상에 위치하고, 상기 하우징에서 멀어지는 제1 방향으로 포인팅하여 상기 콤포넌트의 이미지를 캡쳐하며, 제1 이미지 신호를 생성하는 제1 이미지 센서 - 상기 제1 이미지 센서는 프리즘이 없는 제1 렌즈 어셈블리를 포함함 -; 상기 하우징의 상기 제2 면 상에 위치하고 상기 제1 이미지 센서와 얼라인되어 있으며, 상기 제1 방향과 대향하는 제2 방향으로 포인팅하여 상기 PCB 상의 상기 풋프린트의 이미지를 캡쳐하고, 제2 이미지 신호를 생성하는 제2 이미지 센서 - 상기 제2 이미지 센서는 프리즘이 없는 제2 렌즈 어셈블리를 포함함 -; 상기 제1 이미지 신호와 상기 제2 이미지 신호를 믹싱하고, 믹싱된(mixed) 이미지 신호를 생성하는 믹싱 회로; 및 상기 믹싱된 이미지 신호를 프로세싱하고 상기 콤포넌트 및 상기 풋프린트의 수퍼임보즈(superimposed) 이미지를 디스플레이 모니터 상에 출력하도록 하는 프로세서를 포함한다.

Description

인쇄회로기판의 콤포넌트들을 얼라인하는 카메라 시스템{CAMERA SYSTEM FOR ALIGNING COMPONENTS OF A PCB}

본원 발명은 일반적으로 자동화된 얼라인먼트(alignment) 머신에 관련된 것이고, 더욱 상세하게는 인쇄회로기판(Printed Circuit Board; PCB)의 콤포넌트(components)를 얼라인(align) 하는 카메라 시스템에 관한 것이다.

PCB 상에서 사용되는 매우 다양한 콤포넌트들, 더 작아지는 수동 콤포넌트들, 세밀한 볼(ball) 피치 차원(dimensions)을 갖는 더 넓은 IC와 함께, PCB 어셈블리(PCBA) 재작업(rework)을 지원하는(aid) 시각(vision) 시스템에 대한 요구가 증대되고 있다.

전기적 어셈블리 산업에서, 하나의 카메라는 PCB 및 콤포넌트를 동시에 볼 수 있도록 하는 하나의 광학 프리즘을 갖는 것이 일반적이다. 이러한 모든 카메라들은 프리즘 타입 광학계(optic)을 이용한다. 볼 그리드 배열(Ball Grid Array; BGA) 재작업(rework) 응용 분야(applications)에서, 얼라인먼트(alignment) 프로세스 동안 넓은 뷰 필드(field of view; FOV), 높은 배율(magnification), 및 높은 화상 품질이 요구되는데, 이는 콤포넌트 풋프린트(footprint) 및 이들의 피치들(pitches)이 획기적으로 작아지고 있기 때문이다. 전통적으로, 비싼 전하결합디바이스(Charge Coupled Device; CCD) 카메라는 비싸고 부피가 있는(bulky) 광학 줌 렌즈 및 동시에 다수 개(multiple)의 표면들(surfaces)을 뷰잉(viewing)하기 위한 스플릿(split) 프리즘과 함께 사용된다. 이는 비용 및 이러한 시스템들의 복잡도를 증가시킨다.

그 결과, 외부 광학 시스템을 이용하여 발생되는 부정합(imperfection) 없이 고정밀 화상을 얻기 위해서 오늘날의 콤포넌트들의 배치(placement)를 용이하게 하는 것이 요구된다.

외부 광학 시스템을 이용하여 발생되는 부정합(imperfection) 없이 고정밀 화상을 얻기 위해서 오늘날의 콤포넌트들의 배치(placement)를 용이하게 하는 것이 요구된다.

몇 가지 실시예에서, 본 발명은 콤포넌트를 PCB 상의 풋프린트와 얼라인하는 카메라 시스템에 관한 것이다. 상기 카메라 시스템은 제1 면 및 상기 제1 면과 대향하는 제2 면을 구비하는 하우징; 상기 하우징의 제1 면 상에 위치하고, 상기 하우징에서 멀어지는 제1 방향으로 포인팅하여 상기 콤포넌트의 이미지를 캡쳐하며, 제1 이미지 신호를 생성하는 제1 이미지 센서 - 상기 제1 이미지 센서는 프리즘이 없는 제1 렌즈 어셈블리를 포함함 -; 상기 하우징의 상기 제2 면 상에 위치하고 상기 제1 이미지 센서와 얼라인되어 있으며, 상기 제1 방향과 대향하는 제2 방향으로 포인팅하여 상기 PCB 상의 상기 풋프린트의 이미지를 캡쳐하고, 제2 이미지 신호를 생성하는 제2 이미지 센서 - 상기 제2 이미지 센서는 프리즘이 없는 제2 렌즈 어셈블리를 포함함 -; 상기 제1 이미지 신호와 상기 제2 이미지 신호를 믹싱하고, 믹싱된(mixed) 이미지 신호를 생성하는 믹싱 회로; 및 상기 믹싱된 이미지 신호를 프로세싱하고 상기 콤포넌트 및 상기 풋프린트의 수퍼임보즈(superimposed) 이미지를 디스플레이 모니터 상에 출력하도록 하는 프로세서를 포함한다.

상기 프로세서는 상기 콤포넌트 및 상기 풋프린트의 상기 수퍼임포즈 이미지가 미리 정의된 쓰레쉬홀드와 얼라인되는 것을 탐지(detect) 하도록 구성될 수 있다.

몇 가지 실시예에서, 본 발명은 콤포넌트를 PCB 상의 풋프린트와 얼라인하는 카메라 시스템에 관한 것이다. 상기 카메라 시스템은, 제1 면 및 상기 제1면과 대향하는 제2 면을 구비하는 픽스쳐; 상기 픽스쳐의 상기 제1 면 상에 위치하고, 상기 픽스쳐에서 멀어지는 제1 방향으로 포인팅하여 상기 콤포넌트의 이미지를 캡쳐하며, 제1 이미지 신호를 생성하는 제1 이미지 캡쳐 수단; 상기 픽스쳐의 상기 제2 면 상에 위치하고 상기 제1 이미지 캡쳐 수단과 얼라인되어 있으며, 상기 제1 방향과 대향하는 제2 방향으로 포인팅하여 상기 PCB 상의 상기 풋프린트의 이미지를 캡쳐하고, 제2 이미지 신호를 생성하는 제2 이미지 캡쳐 수단; 상기 제1 이미지 신호와 상기 제2 이미지 신호를 믹싱하고, 믹싱된(mixed) 이미지 신호를 생성하는 믹싱 수단; 및 상기 믹싱된 이미지 신호를 프로세싱하고 상기 콤포넌트 및 상기 풋프린트의 수퍼임보즈(superimposed) 이미지를 디스플레이 모니터 상에 출력하도록 하는 프로세싱 수단을 포함한다.

몇 가지 실시예에서, 본 발명은 콤포넌트를 PCB 상의 풋프린트와 얼라인하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은, 2개의 이미지 캡쳐 센서가 대향 면들 상에 위치하는, 듀얼 카메라 픽스쳐를 제공하는 단계; 상기 콤포넌트의 이미지를 캡쳐하고, 상기 콤포넌트 방향인 제1 방향으로 포인팅하는 제1 이미지 캡쳐 센서에 의해 제1 이미지 신호가 생성되는 단계; 상기 PCB 상의 상기 풋프린트의 이미지를 캡쳐하고, 상기 PCB 방향인 상기 제1 방향과 대향하는 제2 방향으로 포인팅하는 제2 이미지 캡쳐 센서에 의해 제2 이미지 신호가 생성되는 단계; 상기 제1 이미지 신호와 상기 제2 이미지 신호를 믹싱하고, 믹싱된(mixed) 이미지 신호를 생성하는 단계; 및 상기 믹싱된 이미지 신호를 프로세싱하고, 상기 콤포넌트 및 상기 풋프린트의 수퍼임보즈(superimposed) 이미지를 디스플레이 모니터 상에 출력하는 단계를 포함한다.

외부 광학 시스템을 이용하여 발생되는 부정합(imperfection) 없이 고정밀 화상을 얻기 위해서 오늘날의 콤포넌트들의 배치(placement)를 용이하게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 몇 가지 실시예에 따른 듀얼 카메라 시스템의 예시적인 간략화된 다이어그램이다.
도 2는 본 발명의 몇 가지 실시예에 따른 듀얼 카메라 시스템의 예시적인 시스템 다이어그램이다.
도 3은 본 발명의 몇 가지 실시예에 따른 듀얼 카메라 시스템을 포함하는, 예시적인 삽입(재작업) 머신을 보여준다.
도 4A 내지 도 4F는 PCB 상에서 풋프린트를 구비한 콤포넌트의 3 차원 얼라인먼트를 보여준다.
도 5는 본 발명의 몇 가지 실시예에 따른 듀얼 카메라 시스템의 이미지 프로세싱 및 동기화를 위한 예시적인 블록 다이어그램이다.
도 6은 본 발명의 몇 가지 실시예에 따른 카메라 모듈의 캘리브레이션(calibration)을 모식적으로(schematically) 모사(depict)한 도면이다.
도 7A 및 도 7B는 본 발명의 몇 가지 실시예에 따른 카메라 모듈에서 캘리브레이션을 위한 예시적인 프로세스 플로우 다이어그램이다.

본 출원은 2011년 11월 10일 "PCB 콤포넌트를 얼라인하기 위한 카메라 시스템"이라는 제목으로 출원된 미국 임시특허출원 시리얼 번호 제61/558,347호에 기초하여 우선권을 주장한다.

몇 가지 실시예에서, 본 발명은 PCB 상의 풋프린트(footprint)에 상기 PCB 상에 삽입된 콤포넌트를 자동적으로 얼라인(align)하는 듀얼 카메라 시스템에 관한 것이다. 몇 가지 실시예에서, 2개의 독립적인 CMOS 센서가 픽스쳐(fixture) 상에 마운팅(mounting) 되고, 그들의 비디오 신호가 동기화되어 2개의 이미지가 수퍼임포즈(superimposition)되어 보이도록 모니터로 출력된다. 제1 이미지는 PCB 상에서 풋프린트와 얼라인되는 콤포넌트의 이미지 또는 콤포넌트의 하부(bottom)이다. 제2 이미지는 콤포넌트의 풋프린트 영역 내에 있는 PCB의 이미지 또는 PCB의 상부(top)이다. 상기 이미지들이 얼라인되면, 시각적으로 또는 자동적으로, 카메라 픽스쳐가 외곽으로(out of the way) 이동하고, 콤포넌트가 낮추어 지면서(또는 PCB가 솟아 오르면서) 콤포넌트가 PCB 상의 풋프린트로 정확하게 맞추어 진다.

도 1은 본 발명의 몇 가지 실시예에 따른 듀얼 카메라 시스템의 예시적인 간략화된 다이어그램이다. 도시된 바와 같이, 제1(상부) CCD 센서 및 이와 관련된 단순화된 렌즈(104)는 픽스쳐/하우징(102)의 상부로 마운팅된다. 유사하게, 제2(하부) CCD 센서 및 이와 관련된 단순화된 렌즈(106)는 픽스쳐/하우징(102) 상에 마운팅된다. 몇 가지 실시예에서, 제1 및 제2 카메라는 단순화된 광학계를 구비한 저렴한 CMOS CCD 센서인데, 이것들은 비싸고 부피가 있는(bulky) 프리즘을 포함하고 있지 않다.

제1 센서(104)는 114 방향으로 포인팅할 수 있고, PCB(108)로 삽입되는 콤포넌트(112)의 이미지(하부)를 캡처한다. 유사하게, 제2 센서(106)는 110 방향으로 포인팅할 수 있고, PCB(108)의 이미지(상부), 특히 콤포넌트(112)의 풋프린트가 PCB 상에 위치하는 영역을 캡쳐한다. 카메라 픽스쳐(102), 콤포넌트(112), 및/또는 PCB(108)는 서로에 대해 콤포넌트(112)가 PCB 상의 풋프린트와 얼라인되도록 이동할 수 있고, 콤포넌트(112)는 풋프린트 내로 흠집없이(flawlessly) 삽입될 수 있다.

도 2는 본 발명의 몇 가지 실시예에 따른 듀얼 카메라 시스템의 예시적인 시스템 다이어그램이다. 카메라 픽스쳐(202)는 전기적으로 디스플레이 모니터(206)과 연결되어 있다. 당업자라면, 카메라 픽스쳐는 모니터(206)과 케이블(204)에 의해 물리적으로 연결될 수도 있고, 또는 케이블(204) 없이 무선으로 모니터(206)와 연결될 수 있음을 이해할 것이다. 콤포넌트(212), 카메라 픽스쳐(202), 및/또는 PCB(210)이 이동하면서, 프로세서는 PCB 및 콤포넌트(208)의 동기화된 이미지를 처리하고 디스플레이 모니터(206)로 이동시킨다. 콤포넌트 (212)는 PCB(210) 상의 자신의 풋프린트와 일정 문턱(threshold) 범위 내에서 얼라인되고, 이 때 모니터는 2개의 이미지가 서로 겹치도록(정렬되도록) 보여준다. 상기 문턱의 미리 정해진 값은 콤포넌트 및 PCB 상의 풋프린트의 피치 크기, 요구되는 정확도, 및/또는 카메라의 해상도(resolution)에 따라 결정될 수 있다.

도 3은 본 발명의 몇 가지 실시예에 따른 듀얼 카메라 시스템을 포함하는, 예시적인 삽입(재작업; rework) 머신을 보여준다. 도시된 바와 같이, 듀얼 카메라 픽스쳐(302)는 콤포넌트(304)를 PCB(312) 상의 풋프린트와 얼라인하기 위한 삽입 머신(300)에 의해 사용된다. 하나 또는 그 이상의 콤포넌트(304), 카메라 픽스쳐(302), 및/또는 PCB(312)는, 일예로 상기 삽입 머신의 마이크로미터들(314, 316, 318)에 의해 상대적으로 서로 간에 3차원으로 이동할 수 있다. 대체 또는 추가 실시예로, 콤포넌트(304), 카메라 픽스쳐(302), 및/또는 PCB(312)는, 프로세서 및 버튼, 조이스틱, 및/또는 키보드와 같은 사용자 인터페이스에 의해 제어되는, 3개 또는 그 이상의 대응되는 서보 모터들(servo motors)에 의해 움직일 수 있다.

PCB(308)의 적절한 부분의 이미지가 모니터(306) 상의 콤포넌트(310)의 이미지와 얼라인되면, 카메라 픽스쳐는 콤포넌트(304) 및 PCB(312)의 외곽으로 이동하고, 상기 콤포넌트가 낮추어 지면서 또는 PCB(312)가 솟아 오르면서 상기 콤포넌트는 이의 풋프린트 내로 삽입될 수 있다. 몇 가지 실시예에서, 프로세서는 상기 삽입 머신과 통신하도록 구성되고, 상기 프로세서가 상기 콤포넌트 및 상기 풋프린트의 상기 수퍼임포즈된 이미지가 미리 정해진 쓰레쉬홀드(threshold)로 얼라인되는 것을 탐지할 때까지 상기 삽입 머신이 상기 콤포넌트 및/또는 상기 PCB를 이동시키도록 한다.

몇 가지 실시예에서, 콤포넌트(304)와 PCB(312) 상의 그것의 풋프린트가 얼라인된 것을 탐지하는 것은 컴퓨터 프로그램을 실행하는 하나 또는 그 이상의 프로세서에 의해 수행된다. 일예로, 상부 또는 하부 센서 카메라들은 삽입 머신(300)에 대해 미리 정의된 장소를 가질 수 있다. 상기 시스템이 셋업되면, 소프트웨어는 모터화된 보드 홀더 및/또는 콤포넌트 픽업을 제어하여 상기 상부 및 하부 카메라 내의 상기 미리 정의된 장소로 얼라인 시킨다. 그 다음, 상기 콤포넌트를 홀딩하는 헤드는 그의 플레이스먼트 위치로 하향 이동하고, 상기 콤포넌트를 상기 헤드로 홀딩시키는 진공(vacuum)의 힘이 셧오프(shut off)되어 콤포넌트를 릴리즈(release)시킨다. 본 발명은 어떤 유형의 재작업(rework) 머신에도 적용될 수 있을 뿐 아니라, 재작업 머신과 독립적으로 활용될 수 있다. 따라서, 상기 삽입의 구체적인 설명은 이하 생략된다(재작업 머신은 상기 재작업 머신의 유형 및 모델에 따라 변동될 수 있다).

몇 가지 실시에에서, 상기 프로세서는 일예로 개인용 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 또는 상기 카메라 픽스쳐를 제어하는 모바일 장치와 같은 컴퓨터의 일부일 수 있다. 몇 가지 실시예에서, 상기 프로세서 및 관련된 하드웨어(일예로, 메모리, I/O 인터페이스 등)는 상기 카메라 픽스쳐에 포함될 수 있고, 사용자는 사용자 인터페이스를 통해 상기 프로세서와 통신할 수 있다.

몇 가지 실시예에서, 2대의 카메라는, 일예로 3인치 넓이에 5인치 길이 및 2인치 높이를 갖는 작은 하우징(픽스쳐) 안에 위치(마운팅)할 수 있다. 이러한 작은 크기는 통상적으로 약 5.25 인치의 넓이, 10 인치의 높이, 및 3.50 인치의 높이를 갖는, 현존하는 카메라/프리즘 타입 시스템 크기의 1/4 이하이다. 따라서, 상기 듀얼 카메라 패키징의 작은 사이즈로 인해 재작업 머신 내에서 다양한 마운팅 옵션을 허용한다.

도 4A 내지 도 4F는 PCB 상에서 풋프린트를 구비한 콤포넌트의 3 차원 얼라인먼트를 보여준다. 도 4A 및 도 4B는 환형(annular) 얼라인먼트를, 도 4C 및 도 4D는 수직(Y-축)(vertical) 얼라인먼트를, 도 4E 및 도 4F는 수평(X-축)(horizontal) 얼라이먼트를 도시한다. 도 4A에 도시된 것과 같이, 핀들 또는 전기적 패드들(404)의 이미지(제1 카메라에 의해 캡쳐됨)는 PCB 상의 그 풋프린트(406) 이미지(제2 카메라에 의해 캡쳐됨)과 얼라인되어 있지 않다. 다시 말하면, 콤포넌트 및/또는 PCB는 도 4B에 도시된 바와 같이 서로 얼라인된 이미지를 갖도록 수동 및/또는 자동으로 회전되는 것이 필요하다. 유사하게, 도 4C에서, 핀들 또는 콤포넌트(402)의 전기적 패드들(404)의 이미지는 PCB 상의 그 풋프린트(406) 이미지와 얼라인되어 있지 않다. 이 경우, 콤포넌트 및/또는 PCB는 도 4D에 모사된 서로 얼라인된 이미지를 갖기 위해 수동 및/또는 자동으로 수직(Y-축) 방향으로 이동하는 것이 필요하다. 이와 같이, 도 4E에서, 콤포넌트(402)의 핀들 또는 전기적 패드들(404)은 PCB 상의 그 풋프린트(406)의 이미지와 얼라인되어 있지 않다. 여기에서, 상기 콤포넌트 및/또는 PCB는 도 4F에 모사된 서로 얼라인된 이미지를 갖기 위해 수동 및/또는 자동으로 수직(X-축) 방향으로 이동하는 것이 필요하다. 실제로, 환형, 수직, 및/또는 수평 얼라인먼트의 조합이 상기 2개의 이미지를 얼라인하는데 필요할 수 있다.

몇 가지 실시예에서, 2개 이미지들의 얼라인먼트는 컴퓨터 프로그램에 의해 자동적으로 탐지된다. 예를 들어, 다 수개의 기준점(reference points)는 콤포넌트 및 PCB 상의 풋프린트 상에서 미리 선택될 수 있고, 이러한 기준점들이 컴퓨터 메모리 내에서 서로 맵핑되어 서로 얼라인 되면, 시스템은 상기 2개의 이미지들을 자동적으로 탐지하고, 이로써 콤포넌트 및 PCB 상의 그 풋프린트가 얼라인된다.

몇 가지 실시예에서, 2개의 이미지의 얼라인먼트가 탐지되면, 시스템은 상기 콤포넌트 및 PCB의 외곽으로 카메라 픽스쳐를 이동시키고, 상기 콤포넌트를 PCB 상의 그 풋프린트로 삽입시킨다.

도 5는 본 발명의 몇 가지 실시예에 따른 듀얼 카메라 시스템의 이미지 처리 및 동기화를 위한 예시적인 블록 다이어그램이다. 도시된 바와 같이, 제1 카메라 모듈(502a)는 단순 카메라 렌즈(503a) 및 카메라 센서(504a)를 포함한다. 유사하게, 제2 카메라 모듈(502b)는 단순 카메라 렌즈(503b) 및 카메라 센서(504b)를 포함한다. 몇 가지 실시예에서, 카메라 렌즈들(503a 및 503b)는 왜곡이나 비용을 줄이기 위한 프리즘 없는 단순화된 광학구조(optics)를 갖는다. 이러한 실시예에서, 스플릿 카메라 또는 대형 패키지의 코너들을 뷰잉하기 위한 광각 광학구조, 또는 얼라인먼트 중에 전체 콤포넌트를 뷰잉할 수 있도록 하기 위한 뷰 필드의 증가가 필요하지 않다. 각 카메라 모듈의 디지털 출력은 블록(506a 및 506b) 내의 시스템 클락과 동기화되고, 상기 이미지들의 컬러를 처리하기 위해 각각의 컬러 플레인 시퀀서(color plane sequencers)(508a 및 508b)로 입력된다. 그 다음, 비디오 신호들은 해당 분야에서 알려진 이미지 프로세싱을 수행하기 위한 각각의 크로마 리샘플러(chroma resampler)(510a 및 510b), 컬러 공간 컨버터(color space converters)(512a 및 512b), 클리퍼들(514a 및 514b), 스캐일러들(516a 및 516b), 및 각각의 프레임 버퍼들(518a 및 518b)을 거친다.

제1 카메라 모듈(502a)로부터의 이미지를 포함하는 프레임 버퍼(518a)의 출력은 제2 카메라 모듈(502b)로부터의 이미지를 포함하는 프레임 버퍼(518b)의 출력과 믹서(520)에 의해 동기화 또는 믹싱된다. 믹서(520)의 출력은 블록(522)에서 클락되고, 비디오 컨버터(524)에서 소정의 비디오 포맷으로 변환된 후 일예로 디스플레이용 모니터로 출력된다. CPU, 메모리, UART, 파워 서플라이, 및 기타의 지원 전자기기들은 블록(526)으로 도시되어 있다. 카메라들로부터의 이미지들을 믹싱하는 레벨은 해상도를 높이도록 조정될 수 있는데, 이는 이미지를 더 선명하게 만든다. 더욱이, 각 카메라들은 필요에 따라 검사, 얼라인먼트, 및 기타 기능을 수행하기 위해 (이미지들의 믹싱 없이) 독립적으로 동작할 수 있다.

위에서 설명한 이미지 프로세싱 및 듀얼 카메라 시스템의 동기화는, 알파(Alpha) 레벨 세팅과 같은 이미지 프로세싱을 위한 디폴트 및 사용자 정의 파라미터, 컬러 및 크로마 조정, 스케일링 및 믹싱, 및 다른 알려진 이미지 프로세싱 기술과 같은 다양한 기능들을 포함한다. 몇 가지 실시예에서, 이러한 기능들은 카메라 픽스쳐의 특별한 버튼들을 누름으로써 선택되고 활성화될 수 있다. 몇 가지 실시예에서, 이러한 기능들은 그래픽 유저 인터페이스(Graphical User Interface)에 의해 선택되고 활성화될 수 있다.

멀티-카메라 시스템의 예로서 사용된 2대의 카메라, 2대 이상의 카메라는 본 발명에 의해 쉽게 도출될 수 있을 것이다. 예를 들어, 믹서(520)는 추가 카메라들의 (프로세싱된) 이미지를 수용하기 위한 외부 입력 잭을 구비할 수 있다. 몇 가지 실시예에서, 서로 가까운 거리에 위치한 2대의 카메라는 콤포넌트들의 스테레오(또는 3차원) 이미지를 생성하는데 이용될 수 있고, 2대의 다른 카메라(서로 가까운 거리에 위치)는 PCB의 스테레오(또는 3차원) 이미지를 생성하는데 이용될 수 있다. 상술한 전기회로는 이에 따라 수정된다.

도 6은 본 발명의 몇 가지 실시예에 따른 카메라 모듈의 캘리브레이션(calibration)을 모식적으로(schematically) 모사(depict)한 도면이다. 몇 가지 실시예에서, 생산 단계에서의 본 발명에 따른 카메라 시스템을 캘리브레이션하기 위해, 카메라 모듈은, 예를 들면 센서들로부터 타겟(뷰잉되는 콤포넌트(component under view))까지 2-3인치(일례로 2.8")의 근 초점(close focal) 거리로 세팅되고, 일반적인 광학 경로를 위해 얼라인된다. 상기 2대 카메라의 초점들은 서로 대향되는 2개의 타겟에 맞게 조정되고, 로컬 거리에 위치하게 된다. 몇 가지 실시예에서, 2대의 카메라는 스트레이트 플레이트(straight plate) 상에서 서로 다른 면에 위치한다. 양 카메라의 위치는 몇 개의 조정 핀을 통해 상기 플레이트에 대해 3차원으로 조정가능하다. 2대의 카메라와 함께 상기 플레이트는 캘리브레이션 레일 페어(calibration railing pair)에 직각인 방향으로(in an orientation perpendicular to the rails) 고정된다. 제1 타겟은 상기 레일에 고정되되, 상기 레일에 직각이며, 제1 카메라의 근 지역(close local) 거리 내에 고정된다. 유사하게, 제2 타겟은 제1 타겟의 대향 면 상에서 상기 레일에 고정되되, 상기 레일에 직각이며, 제2 카메라의 근 지역 거리 내에 고정된다. 2대의 카메라는 양 타겟들의 이미지를 모사하는 디스플레이 모니터와 연결된다.

그 다음으로, 양 센서의 크로스헤어(cross hair) 피쳐가 인에이블(enable)되고, 이로 인해 모니터 상에 디스플레이되는, 2개의 제1 카메라 크로스헤어 및 제2 카메라 크로스헤어의 온-스크린 이미지들이 도출된다. 도 6에서, 이미지 A는 제1 (또는 제2) 센서의 이미지 및 그의 크로스헤어의 초기 위치를 나타낸다. 여기에서, 단순화를 위해, 단일 크로스헤어 상의 이미지 및 하나의 타겟만이 도시되어 있다. 제1 카메라(센서)의 위치는 플레이트(도 6 중단에 표시)에 대해 조정 가능하고, 이로 인해 모사된 크로스헤어의 이미지는 도 6의 이미지 B에 도시된 것과 같이 제1 타겟의 중심과 얼라인된다. 이미지 B로 도시된 것과 같이, 동일한 프로세스가 상기 플레이트의 대향면 상의 제2 카메라(센서)에 대해 반복되어 상기 제2 카메라 크로스헤어의 상기 모사된 이미지와 상기 제2 타겟의 중심과 얼라인된다. 이미지 B는, 상기 온스크린 크로스헤어들과 얼라인됨으로써 미리 정의된 경로로 얼라인된 센서를 나타낸다. 다시 말해서, 완료 시, 양 카메라로부터의 상기 이미지들은 상기 2개의 온스크린 크로스헤어와 중심이 일치하고 얼라인된 2개의 타겟 레티클들(reticles)을 표시하고, 상기 2대의 카메라를 위한 공통 광학 경로를 정의한다. 상기 캘리브레이션 픽스쳐, 상기 레일, 및 상기 플레이트는 전체 캘리브레이션 프로세스 동안 고정되고, 서로에 대해 이동하지 않는다.

캘리브레이션 프로세스가 완료되면, 이미지 B와 유사하게, 제1 타겟, 제2 타겟, 제1 카메라 크로스헤어, 및 제2 카메라 크로스헤어의 중심들은 모두 얼라인된다. 이러한 방식으로, 2대의 카메라가 동일한(공통의) 광학 경로를 갖고, 플레이트 상에서 서로에 대해 얼라인되는 것을 보증한다. 상기 플레이트는 카메라 픽스쳐 내에 조립된다. 상기 카메라 픽스쳐가 캘리브레이션되면, 사용자 측에서의 더 이상의 캘리브레이션은 필요하지 않다.

몇 가지 실시예에서, 본 발명은 이미지 해상도 및 비디오 출력을 자동적으로 즉시(on the fly)(동적으로) 조정하여, 고 이미지 품질을 유지하면서 FOV 및 배율(magnification)을 최대화할 수 있도록 한다. 따라서, 연이어 또는 서로 대향하여 위치하는 고정 렌즈와 함께, 단순 CMOS 센서들의 집합은 다수의 표면들을 뷰잉하는데 이용될 수 있고, 비디오 출력은 펌웨어(또는/및 소프트웨어)에 의해 조작되어(manipulated), 요구되는 최고의 이미지 품질을 얻을 수 있도록 한다.

몇 가지 실시예에서, 본 발명은 디지털 줌 최적화를 수행할 수 있다. 일반적으로, 물체가 디지털 방식으로 줌되어 포커싱되면서, 상기 물체는 점점 흐려지는데(blurry), 이는 해상도를 감소시키는 디지털 줌 기능에 의한 이미지의 클롭핑(cropping) 및 스트레칭(stretching) 때문이다. 그러나, 본 발명은 디지털 줌이 증가하는 동안, 줌 레벨에 따라 점진적으로 해상도를 변경하고, 이로 인해 흐림 없는(blur free) 이미지를 생성한다.

도 7A 및 도 7B는 본 발명의 몇 가지 실시예에 따른 카메라 모듈의 다지털 줌 기술을 도식적으로 모사한 도면이다. 도 7A에 도시된 바와 같이, 해상도 세팅은 1920x1080이고, 카메라 해상도는 960x540으로 세팅되어 있으며, 출력(일례로, DVI) 해상도는 1280x720 이다. 디지털 줌 과정에서, 이러한 낮은 해상도 이미지는 크롭핑되고 확대되는데, 이로 인해 낮은 해상도와 아마도 흐려진 이미지가 얻어진다. 도 7B에는, 해상도 세팅은 1920x1080이고, 출력 해상도는 1280x720 이다. 그러나, 상기 이미지가 디지털 방식으로 줌되면서, 그 해상도는 1920x1080으로 단계적으로(incrementally) 증가한다. 이로 인해, 1280x720으로 고정된 DVI(출력) 해상도에서 크로핑된 부분을 위한 더 높은 해상도가 도출된다. 상기 카메라 출력 해상도는, 상기 디지털 줌이 상기 센서의 해상도, 즉 1920x1080에 이를 때까지 증가함에 따라 단계적으로 증가할 수 있다. 당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 상기 카메라들의 해상도는 도 5의 블록 다이어그램의 예와 같은 이미지 프로세싱 기술에 의해 변경될 수 있다.

당업자라면, 다른 광범위한 진보적 단계 없이도 상술한 본 발명의 예시 및 다른 실시예에 의해 다양한 수정이 될 수 있음을 인식할 것이다. 따라서, 본 발명은 특정 실시예 또는 본원에서 개시된 배열에만 미치지 않음이 이해될 것이고, 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 발명의 범위 및 사상 내에서 다른 변형, 적용, 또는 수정까지도 그 범위가 미친다.

300: 삽입 머신
302: 듀얼 카메라 픽스쳐
304: 콤포넌트
312: PCB
314, 316, 318: 마이크로미터

Claims

인쇄회로기판(PCB) 상에서 콤포넌트와 풋프린트를 알라인하는 카메라 시스템에 있어서,
제1 면 및 상기 제1 면과 대향하는 제2 면을 구비하는 하우징;
상기 하우징의 제1 면 상에 위치하고, 상기 하우징에서 멀어지는 제1 방향으로 포인팅하여 상기 콤포넌트의 이미지를 캡쳐하며, 제1 이미지 신호를 생성하는 제1 이미지 센서 - 상기 제1 이미지 센서는 프리즘이 없는 제1 렌즈 어셈블리를 포함함 -;
상기 하우징의 상기 제2 면 상에 위치하고 상기 제1 이미지 센서와 얼라인되어 있으며, 상기 제1 방향과 대향하는 제2 방향으로 포인팅하여 상기 PCB 상의 상기 풋프린트의 이미지를 캡쳐하고, 제2 이미지 신호를 생성하는 제2 이미지 센서 - 상기 제2 이미지 센서는 프리즘이 없는 제2 렌즈 어셈블리를 포함함 -;
상기 제1 이미지 신호와 상기 제2 이미지 신호를 믹싱하고, 믹싱된(mixed) 이미지 신호를 생성하는 믹싱 회로; 및
상기 믹싱된 이미지 신호를 프로세싱하고 상기 콤포넌트 및 상기 풋프린트의 수퍼임보즈(superimposed) 이미지를 디스플레이 모니터 상에 출력하도록 하는 프로세서
를 포함하는 카메라 시스템.
제1항에 있어서,
상기 프로세서는 상기 콤포넌트 및 상기 풋프린트의 상기 수퍼임포즈 이미지가 미리 정의된 쓰레쉬홀드와 얼라인되는 것을 탐지(detect) 하도록 구성되는 카메라 시스템.
제2항에 있어서,
상기 프로세서는 상기 탐지가 된 경우 탐지 신호를 생성하도록 더 구성되고, 상기 탐지 신호는 상기 하우징을 상기 콤포넌트 및 상기 PCB에서 멀어지도록 이동시키는데 이용되는 카메라 시스템.
제2항에 있어서,
상기 미리 정의된 쓰레쉬홀드의 값은 상기 콤포넌트 및 상기 PCB 상의 상기 풋프린트의 하나 이상의 피치 사이즈, 요구되는 정확도, 및 상기 이미지 센서들의 해상도(resolution)에 따라 결정되는 카메라 시스템.
제1항에 있어서,
상기 카메라 시스템은 삽입 머신과 집적되고(integrated), 상기 프로세서는 상기 삽입 머신과 통신하도록 구성되는 카메라 시스템.
제5항에 있어서,
상기 프로세서는, 상기 프로세서가 상기 콤포넌트 및 상기 풋프린트의 상기 수퍼임포즈 이미지들이 미리 정의된 쓰레쉬홀드와 얼라인되는 것을 감지할 때까지, 상기 삽입 머신이 상기 콤포넌트 및 상기 PCB 중 하나 이상을 이동시키도록 구성되는 카메라 시스템.
제6항에 있어서,
상기 프로세서는 상기 삽입 머신이 상기 하우징을 상기 콤포넌트 및 상기 PCB에서 멀어지게 이동시키도록 하고, 삽입을 위해 상기 콤포넌트를 상기 PCB 상의 상기 풋프린트로 하향 이동하도록 더 구성되는 카메라 시스템.
제1항에 있어서,
상기 프로세서는 상기 이미지 해상도 및 상기 비디오 출력을 동적으로 조정하여 뷰 필드(field of view) 및 상기 이미지 센서의 배율을 최대화하도록 조정하게 더 구성되는 카메라 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 이미지 센서에 대해 제1 각도로 상기 하우징의 상기 제1 면 상에 위치하고, 상기 콤포넌트의 제2 이미지를 캡쳐하며, 제3 이미지 신호를 생성하는 제3 이미지 센서;
상기 제2 이미지 센서에 대해 제2 각도로 상기 하우징의 상기 제2 면 상에 위치하고, 상기 PCB 상의 상기 풋프린트의 제2 이미지를 캡쳐하며, 제4 이미지 신호를 생성하는 제3 이미지 센서; 및
상기 제1 이미지 신호와 상기 제3 이미지 신호를 믹싱하여 제1 3D 이미지 신호를 생성하고, 상기 제2 이미지 신호와 상기 제4 이미지 신호를 믹싱하여 제2 3D 이미지 신호를 생성하는 제2 믹싱 회로
를 더 포함하고,
상기 프로세서는 수퍼임포즈된 상기 콤포넌트의 3D 이미지와 상기 풋프린트의 3D 이미지를 상기 디스플레이 모니터로 출력하도록 더 구성되는 카메라 시스템.
제1항에 있어서,
상기 프로세서는 대응하는 이미지 센서 줌의 디지털 레벨에 따라 상기 제1 이미지 센서 또는 상기 제2 이미지 센서의 해상도를 점진적으로(progressively) 변경시켜서 상기 디지털 줌이 증가해도 흐림 없는 이미지들을 생성하도록 하는 카메라 시스템.
인쇄회로기판 상의 풋프린트와 콤포넌트를 얼라인하는 카메라 시스템에 있어서,
제1 면 및 상기 제1면과 대향하는 제2 면을 구비하는 픽스쳐;
상기 픽스쳐의 상기 제1 면 상에 위치하고, 상기 픽스쳐에서 멀어지는 제1 방향으로 포인팅하여 상기 콤포넌트의 이미지를 캡쳐하며, 제1 이미지 신호를 생성하는 제1 이미지 캡쳐 수단;
상기 픽스쳐의 상기 제2 면 상에 위치하고 상기 제1 이미지 캡쳐 수단과 얼라인되어 있으며, 상기 제1 방향과 대향하는 제2 방향으로 포인팅하여 상기 PCB 상의 상기 풋프린트의 이미지를 캡쳐하고, 제2 이미지 신호를 생성하는 제2 이미지 캡쳐 수단;
상기 제1 이미지 신호와 상기 제2 이미지 신호를 믹싱하고, 믹싱된(mixed) 이미지 신호를 생성하는 믹싱 수단; 및
상기 믹싱된 이미지 신호를 프로세싱하고 상기 콤포넌트 및 상기 풋프린트의 수퍼임보즈(superimposed) 이미지를 디스플레이 모니터 상에 출력하도록 하는 프로세싱 수단
을 포함하는 카메라 시스템.
제11항에 있어서,
상기 프로세서는 상기 콤포넌트 및 상기 풋프린트의 상기 수퍼임포즈 이미지가 미리 정의된 쓰레쉬홀드와 얼라인되는 것을 탐지(detect) 하는 탐지 수단
을 더 포함하는 카메라 시스템.
제12항에 있어서,
상기 탐지가 된 경우 탐지 신호를 생성하는 생성 수단을 더 포함하고, 상기 탐지 신호는 상기 픽스쳐를 상기 콤포넌트 및 상기 PCB에서 멀어지도록 이동시키는데 이용되는 카메라 시스템.
제12항에 있어서,
상기 미리 정의된 쓰레쉬홀드의 값은 상기 콤포넌트 및 상기 PCB 상의 상기 풋프린트의 하나 이상의 피치 사이즈, 요구되는 정확도, 및 상기 이미지 센서들의 해상도(resolution)에 따라 결정되는 카메라 시스템.
제1항에 있어서,
상기 카메라 시스템은 삽입 머신과 집적되고,
상기 삽입 머신과 통신하는 통신 수단
을 더 포함하는 카메라 시스템.
제15항에 있어서,
상기 콤포넌트 및 상기 풋프린트의 상기 수퍼임포즈 이미지들이 미리 정의된 쓰레쉬홀드와 얼라인되는 것을 감지할 때까지, 상기 삽입 머신이 상기 콤포넌트 및 상기 PCB 중 하나 이상을 이동시키도록 하는 수단
을 더 포함하는 카메라 시스템.
제16항에 있어서,
상기 삽입 머신이 상기 픽스쳐를 상기 콤포넌트 및 상기 PCB에서 멀어지게 이동시키도록 하고, 삽입을 위해 상기 콤포넌트를 상기 PCB 상의 상기 풋프린트로 하향 이동하도록 하는 수단을 더 포함하는 카메라 시스템.
제11항에 있어서,
상기 이미지 해상도 및 상기 비디오 출력을 동적으로 조정하여 뷰 필드(field of view) 및 상기 이미지 센서의 배율을 최대화하도록 조정하는 수단을 더 포함하는 카메라 시스템.
인쇄회로기판 상의 풋프린트와 콤포넌트를 얼라인하는 방법에 있어서,
2개의 이미지 캡쳐 센서가 대향 면들 상에 위치하는, 듀얼 카메라 픽스쳐를 제공하는 단계;
상기 콤포넌트의 이미지를 캡쳐하고, 상기 콤포넌트 방향인 제1 방향으로 포인팅하는 제1 이미지 캡쳐 센서에 의해 제1 이미지 신호가 생성되는 단계;
상기 PCB 상의 상기 풋프린트의 이미지를 캡쳐하고, 상기 PCB 방향인 상기 제1 방향과 대향하는 제2 방향으로 포인팅하는 제2 이미지 캡쳐 센서에 의해 제2 이미지 신호가 생성되는 단계;
상기 제1 이미지 신호와 상기 제2 이미지 신호를 믹싱하고, 믹싱된(mixed) 이미지 신호를 생성하는 단계; 및
상기 믹싱된 이미지 신호를 프로세싱하고, 상기 콤포넌트 및 상기 풋프린트의 수퍼임보즈(superimposed) 이미지를 디스플레이 모니터 상에 출력하는 단계
를 포함하는 얼라인 방법.
제19항에 있어서,
상기 콤포넌트 및 상기 풋프린트의 상기 수퍼임포즈 이미지가 미리 정의된 쓰레쉬홀드와 얼라인되는 것을 탐지(detect) 하는 단계
를 더 포함하는 얼라인 방법.
제20항에 있어서,
상기 탐지가 된 경우 탐지 신호를 생성하는 단계
를 더 포함하고,
상기 탐지 신호는 상기 픽스쳐를 상기 콤포넌트 및 상기 PCB에서 멀어지도록 이동시키는데 이용되는 얼라인 방법.