專利名稱：均勻光照源的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及物體的照明。
背景技術(shù)：
物體反射光的方式，可以從完全的漫反射，本領(lǐng)域亦稱Lambert(朗伯)反射(源自Lambert)，變化到完全的鏡反射(源自speculum，即反射鏡)。
如果物體本性上基本是Lambert反射的，即其表面反射光的效率基本與角度無關(guān)，那么這種物體的照明相對(duì)地簡(jiǎn)單。在這種情形下，物體像的均勻性僅依賴于入射照明的均勻性及強(qiáng)度。Lambert反射的物體的例子是紙，它適合用單個(gè)點(diǎn)狀光源照明。
如果物體基本是鏡反射體，且要求亮場(chǎng)照明，那么觀察者可以直接看見光源。這一點(diǎn)通過把照相機(jī)放在與光源的斜角相同的斜角，使鏡反射物體的反射角與入射角互補(bǔ)，就可以實(shí)現(xiàn)。在這種情形下，光源本身必須具有Lambert發(fā)射體的特征，且必須包圍投射的視場(chǎng)。
在基本漫反射的Lambert反射體與基本鏡反射的物體之間，存在很多物體種類，它們的表面既不是基本Lambert反射的，也不是基本鏡反射的。對(duì)這些物體，從光源向觀察者或檢測(cè)裝置反射的光量，與入射照明的強(qiáng)度及入射角兩者有關(guān)。
U.S.Patent No.5,822,053，標(biāo)題為“Machine Vision Light Sourcewith Improved Optical Efficiency”，授予Thrailkill的專利，說明一種裝置，該裝置使用發(fā)光二極管(LED)構(gòu)建的照明系統(tǒng)，入射于給定面積上的強(qiáng)度基本是均勻的。Thrailkill的發(fā)明沒有考慮所述照明在入射角上的均勻性。
于是產(chǎn)生提供一種改進(jìn)的照明裝置的需求，該裝置更精確地照明受檢查的物體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于照明物體的方法，本方法包括，確定對(duì)該物體的標(biāo)定照明角，和把光源放置在與物體標(biāo)定照明角互補(bǔ)的角度。
本發(fā)明還提供一種供制造業(yè)的檢查系統(tǒng)使用的光源。該光源照明的物體，有非無效的雙向反射率分布函數(shù)，并包括標(biāo)定的照明角。該光源包括多個(gè)分立的光源，這些光源按兩維排列，并按與標(biāo)定照明角互補(bǔ)的角度放置。
本發(fā)明還提供一種供檢查半導(dǎo)體裝置使用的裝置。這些半導(dǎo)體裝置包括非無效的雙向反射率分布函數(shù)，并包括標(biāo)定的照明角。該檢查裝置有檢測(cè)單元和透鏡構(gòu)造。一個(gè)兩維的光源按與標(biāo)定照明角度互補(bǔ)的角度放置。


圖1按照現(xiàn)有技術(shù)，畫出照明裝置的截面。
圖2是流程圖，說明本發(fā)明的方法。
圖3按照本發(fā)明，畫出照明裝置的截面。
圖4按照本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例，畫出角度照明裝置的分解圖。
圖5按照本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施例，畫出角度照明裝置的分解圖。
本文的說明將參考附圖給出，附圖中，各圖全用相同的參考數(shù)字表示相同的部件。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的目的，是向被觀察的物體提供更均勻的照明，以便檢查。因?yàn)榉蔷鶆虻墓庹湛赡茉诖^察物體中產(chǎn)生非均勻性的誤差，所以均勻的光照對(duì)觀察是重要的。同樣，光照中的非均勻性，可能掩蓋物體中的非均勻性，而物體中該非均勻性可能是一缺陷。與現(xiàn)有技術(shù)不同，本發(fā)明提供基本恒定的物體照明角度，與物體的位置無關(guān)。因此，本發(fā)明能對(duì)有非無效雙向反射率分布函數(shù)(BRDF)(即，有些地方是在Lambert反射與鏡反射之間)的物體，提供有效的照明。
通常，雖然本發(fā)明不受此限制，本發(fā)明的照明裝置，將用于已制造部件的自動(dòng)化特征描述和/或檢查。這些制造的部件包括半導(dǎo)體。各類半導(dǎo)體可以有非無效的雙向反射率分布函數(shù)，因而存在從Lambert反射到鏡反射各種照明性質(zhì)。已經(jīng)充分了解到，精確檢查某些制造的部件，如半導(dǎo)體所需的時(shí)間是有限的，任何誤差都會(huì)降低總體生產(chǎn)率的效率。本發(fā)明降低與照明有關(guān)的觀察中的誤差，從而促進(jìn)制造過程的總體效率。
現(xiàn)在參考圖1，圖上畫出現(xiàn)有技術(shù)的照明裝置。具體說，圖上一般畫出成像裝置10，它包括檢測(cè)單元12、透鏡13、和環(huán)形照明器14。環(huán)形照明器包括LED環(huán)15，這些LED對(duì)稱地對(duì)準(zhǔn)物體16。來自LED15的光通量15′，以從法線測(cè)量的、隨物體16位置而不同的銳角17和18，入射在物體16上。與現(xiàn)有技術(shù)提供可變的照明角度相比，本發(fā)明提供的是基本恒定的照明角度。
現(xiàn)在參考圖2，圖上畫出的流程圖，說明按照本發(fā)明構(gòu)成光照系統(tǒng)的方法的基本方面。在步驟20，用戶首先選擇物體的視場(chǎng)。該視場(chǎng)最好能照亮整個(gè)物體，但應(yīng)當(dāng)指出，該視場(chǎng)可以小些，例如它可以照亮半個(gè)物體。在步驟22，對(duì)被成像的特定物體，選擇標(biāo)定的照明角。標(biāo)定的照明角是照明的角度，在本例中，是從垂直于物體的平面測(cè)量，該角度能最有效地照明被考慮的物體。應(yīng)當(dāng)指出，標(biāo)定的照明角將隨被成像物體的質(zhì)量而變化。
標(biāo)定的照明角可以由經(jīng)驗(yàn)確定，以提供優(yōu)良的照明效果；也可以從物體、光源、和檢測(cè)設(shè)備的數(shù)學(xué)模型確定；或者，它可以由照明系統(tǒng)的可用空間而限于特定的標(biāo)定值。經(jīng)驗(yàn)的確定涉及在物體上反復(fù)試驗(yàn)，以確定最佳的照明角。數(shù)學(xué)方法的例子如Monte Carlo光線跟蹤。Monte Carlo光線跟蹤包括使用建立Monte Carlo光線跟蹤的隨機(jī)變量軟件包。能實(shí)現(xiàn)這種數(shù)學(xué)模型的軟件包例子，由Littleton的LambdaResearch公司以Trace Pro名義出售。
繼續(xù)參考圖2，在步驟24，向標(biāo)定照明角投射最大尺寸的視場(chǎng)(如果視場(chǎng)是方形的，例如是對(duì)角線)，該照明角給出光源的深度。這一步確保在構(gòu)成光時(shí)，光可以照亮指定的視場(chǎng)。具體說，光源要有足夠的尺寸，且有足夠的表面面積來照明物體上選定的面積。因此，光源是兩維的，且光源必須是兩維的總的原因，是用于確定與標(biāo)定照明角互補(bǔ)的角度的深度。在步驟26，按與標(biāo)定照明角互補(bǔ)的角度，放置光源。以此方式放置光源，可以確保物體上每一點(diǎn)，都按基本與標(biāo)定照明角相同的角度照明。
現(xiàn)在參考圖3，圖上按照本發(fā)明畫出照明和成像裝置34的示意圖。成像裝置34包括檢測(cè)單元32、透鏡構(gòu)造36、和光源38。檢測(cè)單元32和透鏡構(gòu)造35可以包括任何常規(guī)的或非常規(guī)的結(jié)構(gòu)。例如，透鏡構(gòu)造36可以有光線的發(fā)散組成部分，也可以是遠(yuǎn)心的。
光源38放在能以基本相同的角度，如44和46所示的角度，照明物體16所有點(diǎn)的位置。如圖上從分立的光源48發(fā)出的光線或光通量42所示，這些入射物體16上的光線或光通量，全都以基本相同的角度44、46入射物體16上，與測(cè)量該角度時(shí)所在位置無關(guān)。因此，在近端測(cè)量的角度，即角度44，和在遠(yuǎn)端測(cè)量的角度，即角度46，是相同的。在物體表面以相同入射角度提供光照，可以改進(jìn)對(duì)任何角度都鏡反射的物體的光照。
繼續(xù)參考圖3，光源38最好對(duì)稱地對(duì)準(zhǔn)物體16。對(duì)稱的對(duì)準(zhǔn)是指，光源38以相對(duì)于垂直成角度47放置，其中角度47與標(biāo)定角度44、46互補(bǔ)。
如在圖3中所示，構(gòu)建光源38，使之照亮投射的尺寸并環(huán)繞物體。應(yīng)當(dāng)指出，可以構(gòu)建不整個(gè)地照亮投射尺寸的照明裝置。照亮物體的投射尺寸，應(yīng)當(dāng)理解為光源38有足夠的表面面積。光源38可以是圓對(duì)稱的、兩重對(duì)稱的、四重對(duì)稱的、或任何其他最適合于物體及可用空間的配置。但是，應(yīng)當(dāng)指出，最一般的情形是圓對(duì)稱。
現(xiàn)在參考圖3-5，光源38包括一般記為40的發(fā)射體。發(fā)射體40可以是任何廣泛種類之一。例如，一種發(fā)射體可以是用諸如電致發(fā)光表面構(gòu)建的發(fā)射體，或者是聚合物發(fā)光二極管表面形成的發(fā)射體。在第一優(yōu)選實(shí)施例中，發(fā)射體40可以由多個(gè)更小的分立的光源48制成。分立的光源48最好是預(yù)封裝的LED。
現(xiàn)在專門參考圖4，分立的光源48，最好是預(yù)封裝的LED，放在圓錐50的柔性印刷電路板上。圓錐50有完全的對(duì)稱性及足夠照亮物體16指定部分的深度d?，F(xiàn)在參考圖5，把多個(gè)分立的光源48粘貼成陣列，預(yù)封裝在剛性的印刷電路板52上，圖上作為兩重對(duì)稱性畫出。剛性電路板53有深度d和寬度w，足以照亮物體16的指定部分。應(yīng)當(dāng)指出，粘貼的光源52可以排列成任何幾何形狀。
雖然已經(jīng)結(jié)合目前認(rèn)為最實(shí)際和優(yōu)選的實(shí)施例，說明了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明不受公開的實(shí)施例的限制。
權(quán)利要求
1.一種照明物體的方法，本方法包括確定物體的標(biāo)定照明角；按與物體的標(biāo)定照明角互補(bǔ)的角度，放置光源。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其中的標(biāo)定照明角，是在經(jīng)驗(yàn)上確定的。
3.按照權(quán)利要求1的方法，其中的標(biāo)定照明角，是在數(shù)學(xué)上確定的。
4.按照權(quán)利要求1的方法，其中的光源放在照亮小于整個(gè)物體的位置。
5.一種供制造業(yè)的檢查系統(tǒng)使用的光源，該光源用于照明物體，其中的物體有非無效的雙向反射率分布函數(shù)，并包括標(biāo)定的照明角，該光源包括多個(gè)分立的光源，按兩維排列，并按與物體的標(biāo)定照明角互補(bǔ)的角度放置。
6.按照權(quán)利要求5的光源，其中的分立光源是LED。
7.按照權(quán)利要求6的光源，其中的LED安裝在柔性印刷電路板上，且該電路板呈圓錐形，以便按與標(biāo)定角互補(bǔ)的角度放置圓錐表面。
8.按照權(quán)利要求6的光源，其中的LED安裝在至少兩塊剛性電路板上，這些電路板圍繞物體，按與標(biāo)定角互補(bǔ)的角度對(duì)稱地放置。
9.一種供檢查半導(dǎo)體裝置使用的裝置，該半導(dǎo)體裝置包括非無效的雙向反射率分布函數(shù)，并包括標(biāo)定的照明角，本裝置包括檢測(cè)單元和透鏡構(gòu)造，該改進(jìn)包括按與標(biāo)定照明角互補(bǔ)的角度放置的兩維光源。
10.按照權(quán)利要求9的裝置，其中的光源是兩維的LED集合。
11.按照權(quán)利要求10的裝置，其中的LED集合排列成圓錐。
全文摘要
本發(fā)明提供一種改進(jìn)對(duì)物體光照的光源，該物體包括非無效的雙向反射率分布函數(shù)，并包括標(biāo)定的照明角。一種兩維的光源按與標(biāo)定角互補(bǔ)的角度放置，使物體按它的標(biāo)定照明角被照明。
文檔編號(hào)F21V13/00GK1682071SQ03821713
公開日2005年10月12日 申請(qǐng)日期2003年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月12日
發(fā)明者利奧·巴爾德文, 弗蘭克·伊萬斯 申請(qǐng)人:電科學(xué)工業(yè)公司