專利名稱：用于均勻照明物體的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于均勻地和同時(shí)強(qiáng)烈地照明布置在物平面上的物體、尤其是照明電子器件和/或設(shè)于器件載體上的標(biāo)記的裝置。
背景技術(shù)：
在所謂的自動(dòng)裝配機(jī)中自動(dòng)地裝配器件載體時(shí)，器件從器件進(jìn)料裝置被提供到確定的拾取位置，并在那里由裝配頭拾取，該裝配頭借助于定位系統(tǒng)可以在工作區(qū)域內(nèi)進(jìn)行定位。被拾取的器件由裝配頭傳送至裝配位置，并在器件載體上被放置到通過(guò)相應(yīng)的連接面定義的裝入位置。
由于電子器件越來(lái)越高的小型化，精確的裝配過(guò)程只有通過(guò)對(duì)裝配頭拾起的器件進(jìn)行準(zhǔn)確的光學(xué)位置測(cè)量才能實(shí)現(xiàn)。同樣，需要精確地對(duì)待裝配的器件載體進(jìn)行精確的位置測(cè)量，以便裝配頭能精確地駛向正確的裝配位置。通常，器件載體的位置測(cè)量借助于特別地設(shè)置于各個(gè)器件載體上的標(biāo)記來(lái)實(shí)現(xiàn)。
但現(xiàn)代的自動(dòng)裝配機(jī)的特點(diǎn)不僅在于高的裝配精度，而且還在于高的裝配效率。裝配效率在此被理解為在某個(gè)時(shí)間單位內(nèi)能由器件進(jìn)料裝置拾取和放到器件載體上的最大器件數(shù)量。
在光學(xué)特性不同的不同類型的器件的數(shù)量連續(xù)增多的情況下，為了在高裝配效率的同時(shí)達(dá)到高的裝配精度，除了昂貴的攝像系統(tǒng)之外還需要照明裝置，由該照明裝置盡可能均勻地和以高的照明強(qiáng)度來(lái)照明待測(cè)物體。
為了達(dá)到高的照明強(qiáng)度，通常采用多數(shù)發(fā)亮的發(fā)光二極管作為光源，這些發(fā)光二極管以不同的角度照明相應(yīng)的照明區(qū)域。但由于發(fā)亮的發(fā)光二極管通常是從一個(gè)近似于點(diǎn)形的面進(jìn)行輻射的，所以采用散射元件來(lái)均勻化照明光，并由此避免不利的小面積照明點(diǎn)。但這有個(gè)缺點(diǎn)，即這些散射元件大大地降低了所產(chǎn)生的照明的強(qiáng)度。采用已知散射元件的另一個(gè)缺點(diǎn)在于，它們使相應(yīng)照明裝置的安裝變得困難，同時(shí)還在緊湊性方面大大地限制了照明裝置的結(jié)構(gòu)形式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是，創(chuàng)造一種用于照明布置于物平面內(nèi)的物體的裝置，它能夠以簡(jiǎn)單的方式被安裝在緊湊的結(jié)構(gòu)形式內(nèi)，同時(shí)還能用強(qiáng)烈的照明光進(jìn)行均勻的照明。
該任務(wù)通過(guò)具有權(quán)利要求1的特征的用于照明布置在物平面上的物體、尤其是照明電子器件和/或設(shè)于器件載體上的標(biāo)記的裝置來(lái)解決。本發(fā)明的照明裝置具有用于發(fā)出照明光的多個(gè)發(fā)光元件。該照明裝置還具有用于把照明光引到設(shè)于物平面內(nèi)的測(cè)試區(qū)域上的光學(xué)元件，其中所述光學(xué)元件包括散射材料，并且具有一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)被構(gòu)造使得從所述發(fā)光元件發(fā)出的照明光能被有針對(duì)性地引到所述測(cè)量區(qū)域。
本發(fā)明是基于以下知識(shí)光學(xué)元件不僅用于照明光的聚焦，而且還用于散射照明光并由此用于實(shí)現(xiàn)均勻的照明。在此，聚焦以類似于菲涅耳透鏡的方式進(jìn)行，其中從多個(gè)發(fā)光元件發(fā)出的照明光分別通過(guò)折射和/或通過(guò)干涉效應(yīng)被引到一個(gè)區(qū)域，該區(qū)域通常小于光學(xué)元件的面積延伸。
所述的散射材料例如可以是塑料薄膜，其直接被敷在光學(xué)元件的基體上。發(fā)光元件優(yōu)選地是發(fā)亮的發(fā)光二極管，它們可以是相同的類型和發(fā)射具有統(tǒng)一光譜分布的照明光。但同樣也可以采用具有不同發(fā)射波長(zhǎng)的不同發(fā)光元件，因此尤其在專門地控制不同發(fā)光元件的情況下將照明光的光譜分布與各個(gè)待照明的物體的光學(xué)特性進(jìn)行最佳的匹配。
根據(jù)權(quán)利要求2，所述的光學(xué)元件整體地由一種優(yōu)選為塑料的散射材料制成。如今有許多不同的塑料類型可供使用，例如樹(shù)脂玻璃(PMMA)或聚碳酸酯，它們?cè)试S光學(xué)元件與照明光的光譜分布、以及與各最佳的散射能力進(jìn)行最佳的匹配。
根據(jù)權(quán)利要求3，所述的結(jié)構(gòu)通過(guò)所述光學(xué)元件的厚度變化實(shí)現(xiàn)。這有個(gè)優(yōu)點(diǎn)所述的光學(xué)元件在簡(jiǎn)單而廉價(jià)的制造范疇中能夠通過(guò)注塑方法或熱壓方法利用相應(yīng)的顆粒材料來(lái)制造。
根據(jù)權(quán)利要求4，所述的結(jié)構(gòu)通過(guò)所述光學(xué)元件的局部折射率變化實(shí)現(xiàn)。由此，所述的光學(xué)元件也可以用緊湊的結(jié)構(gòu)形式實(shí)現(xiàn)，這種結(jié)構(gòu)形式具有與面平行的平板一樣的幾何尺寸，并且，由于不易受污染而能實(shí)現(xiàn)照明裝置的非常簡(jiǎn)單的操作和安裝。
根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)光元件被布置在一個(gè)平面內(nèi)有個(gè)優(yōu)點(diǎn)所有發(fā)光元件可以被布置在共同的電路板上，由此進(jìn)一步簡(jiǎn)化照明裝置的安裝。
根據(jù)權(quán)利要求6，所述的光學(xué)元件具有一個(gè)相對(duì)于光軸對(duì)稱的形狀，而且所述的發(fā)光元件相對(duì)于所述光軸對(duì)稱地布置。這能在沒(méi)有擇優(yōu)極化方向的情況下有利地實(shí)現(xiàn)非常均勻的照明，從而允許利用相應(yīng)的攝像機(jī)非常精確地測(cè)定被照明的物體。
根據(jù)權(quán)利要求7的優(yōu)選實(shí)施方式，所述的光學(xué)元件具有一透明區(qū)域。該透明區(qū)域能有利地被用來(lái)為待測(cè)物體和攝像機(jī)之間的光學(xué)成像把成像光程導(dǎo)過(guò)所述的光學(xué)元件。
根據(jù)權(quán)利要求8，所述的透明區(qū)域?yàn)橐婚_(kāi)口、一面平行的平板或一成像光學(xué)裝置。優(yōu)選地，所述的透明區(qū)域位于所述光學(xué)元件的中心并圍繞光軸對(duì)稱地布置。用成像光學(xué)裝置的形式構(gòu)造該透明區(qū)域有個(gè)優(yōu)點(diǎn)除了上述關(guān)于照明光的均勻化和聚焦方面的特性之外，該光學(xué)元件還具有其它的特性。該其它的特性在于通過(guò)光學(xué)元件能夠把測(cè)量區(qū)域成像到攝像機(jī)上，其中所述的測(cè)量區(qū)域和攝像機(jī)位于該光學(xué)元件的不同側(cè)。由此，為了實(shí)現(xiàn)全功能性的攝像系統(tǒng)，除了相應(yīng)的攝像機(jī)之外不再需要其它的成像光學(xué)裝置來(lái)把測(cè)量區(qū)域成像到攝像機(jī)的傳感器上。因此，不僅照明裝置、而且整個(gè)攝像系統(tǒng)都可以在緊湊的結(jié)果形式內(nèi)實(shí)現(xiàn)。


本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和特征由下面對(duì)目前優(yōu)選的實(shí)施例的示例性說(shuō)明得出。
在附圖中，唯一的圖以示意圖示出了照明裝置對(duì)器件的照明以及通過(guò)攝像機(jī)對(duì)被照明的器件的測(cè)定。
具體實(shí)施例方式
該圖示出了照明裝置100，其在未示出的外殼內(nèi)具有電路板110和光學(xué)元件120。電路板110用作多個(gè)發(fā)光二極管111的共同電路載體，這些發(fā)光二極管例如借助于SMD(表面安裝器件)安裝方法被裝在電路板110上，并通過(guò)未示出的連接導(dǎo)線與電子驅(qū)動(dòng)電路(同樣未被示出)相連接。驅(qū)動(dòng)電路同樣可以被構(gòu)造在電路板110上。發(fā)光二極管111分別在某個(gè)開(kāi)角內(nèi)發(fā)出照明光112，該照明光射到光學(xué)元件的上側(cè)121。
上側(cè)121具有一種結(jié)構(gòu)123，其負(fù)責(zé)使由發(fā)光二極管111發(fā)出的照明光112的不同子輻射由于折射效應(yīng)而在光學(xué)元件120的不同邊界面上被不同地折射。在此，結(jié)構(gòu)123被如此構(gòu)造，使得出射的照明光被優(yōu)選地引到測(cè)量區(qū)域150上。與此有關(guān)的從發(fā)光二極管111發(fā)出的照明光112的聚焦被示意地通過(guò)照明錐形127示出，該照明錐形說(shuō)明了在可能的照明角度上的總帶寬。
需要指出的是，結(jié)構(gòu)123也可以在光學(xué)元件120為均勻厚度的情況下實(shí)現(xiàn)。折射率的變化也有助于實(shí)現(xiàn)不同的光路長(zhǎng)度，由此同樣能夠把照明光有利地傳播到測(cè)量區(qū)域150。結(jié)構(gòu)123在每種情況下被如此地選擇，使得從所有發(fā)光二極管111發(fā)出的照明光112都被有利地引到測(cè)量區(qū)域150上。
需要指出的是，照明光的聚焦也可以通過(guò)結(jié)構(gòu)123來(lái)實(shí)現(xiàn)，該結(jié)構(gòu)不是根據(jù)干涉效應(yīng)，而是根據(jù)各個(gè)子輻射在不同的傾斜邊界面上的不同折射而產(chǎn)生相應(yīng)的光偏轉(zhuǎn)。
另外要指出的是，所述的結(jié)構(gòu)也可以被設(shè)在光學(xué)元件120的下側(cè)122，或被設(shè)于光學(xué)元件120的兩側(cè)。
照明裝置100具有一個(gè)光軸125，該光軸對(duì)于電路板110和光學(xué)元件120都表現(xiàn)為一個(gè)對(duì)稱軸。電路板110和具有結(jié)構(gòu)123的光學(xué)元件120相對(duì)于光軸125具有對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，而且可以例如具有八角的形狀。設(shè)于電路板110上的發(fā)光二極管111被如此布置，使得在供使用的面積內(nèi)安裝最大數(shù)量的發(fā)光二極管111。
如圖所示，照明裝置100可以優(yōu)選地被用來(lái)照明被布置于測(cè)量區(qū)域150內(nèi)的、由吸爪161支撐的器件160。這種吸爪161被典型地置于裝配頭上，并被用于將器件從器件進(jìn)料裝置的拾取位置運(yùn)輸?shù)酱b配的器件載體上的放下位置。
為了借助于具有CCD傳感器或CMOS傳感器170的攝像機(jī)測(cè)定器件160，在電路板110內(nèi)設(shè)有開(kāi)口115，該開(kāi)口同樣相對(duì)于光軸125被對(duì)稱地布置。光軸125對(duì)于照明和對(duì)于待測(cè)器件160與CMOS傳感器170之間的成像光程而言，都是一個(gè)對(duì)稱軸。
由于光學(xué)成像因散射材料變得不可能，或至少明顯變得困難，所以光學(xué)元件120具有透明區(qū)域130，該區(qū)域同樣相對(duì)于光軸125對(duì)稱地被構(gòu)造。根據(jù)此處所示的實(shí)施例，透明區(qū)域130具有拱形的上側(cè)131，該上側(cè)131因其折射特性而作用為如同一個(gè)成像光學(xué)裝置，這種成像光學(xué)裝置對(duì)于器件160在CMOS傳感器170上的光學(xué)成像是必需的。因此，光學(xué)元件120不僅用于照明光112的聚焦和均勻化，而且該光學(xué)元件120的中間透明區(qū)域130還表現(xiàn)為一種成像光學(xué)裝置。因此，為了測(cè)定器件160不再需要其它的成像光學(xué)裝置，而且攝像機(jī)可以連同照明裝置100一起用緊湊的結(jié)構(gòu)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。
顯然，透明區(qū)域130的下邊界面132也可以是拱形的，使得透明區(qū)域130有效地具有雙凸的透鏡形式，或也可以是任何其它的透鏡形式。
顯然，透明區(qū)域130也可以是一個(gè)開(kāi)口，或僅僅是一個(gè)面平行的平板，于是需要附加的成像光學(xué)裝置來(lái)把器件160成像到CMOS傳感器140上。
總而言之可以確定本發(fā)明創(chuàng)造了一種照明裝置100，其具有用于發(fā)出照明光112的多個(gè)發(fā)光元件111和用于把照明光112引到所設(shè)的測(cè)試區(qū)域150上的光學(xué)元件120。所述光學(xué)元件120包括一種散射材料，并且具有一種結(jié)構(gòu)123，該結(jié)構(gòu)被構(gòu)造使得發(fā)出的照明光112被有針對(duì)性地引到測(cè)量區(qū)域150。所述光學(xué)元件120用于照明光的聚焦和均勻化，使得導(dǎo)致物體160能夠以許多不同的角度被照明。由結(jié)構(gòu)123引起的照明光112的聚焦是基于該結(jié)構(gòu)的各個(gè)小邊界面上的折射效應(yīng)，或者是基于由發(fā)光元件111發(fā)出的照明光112的各個(gè)子輻射之間的干涉效應(yīng)。優(yōu)選地，光學(xué)元件120具有透明區(qū)域130，使得通過(guò)該光學(xué)元件120能夠沿光軸125傳導(dǎo)物體160和攝像機(jī)之間的成像光程，其中在該攝像機(jī)上，在與物體相對(duì)的一側(cè)布置有攝像傳感器170。
附圖標(biāo)記列表100照明裝置110電路板111LED112照明光115開(kāi)口120光學(xué)元件121上側(cè)122下側(cè)123結(jié)構(gòu)125光軸127照明錐形130透明區(qū)域131拱形上側(cè)132下邊界面150測(cè)量區(qū)域160器件161吸爪170CMOS傳感器
權(quán)利要求
1.一種用于均勻地照明布置在物平面上的物體、尤其是照明電子器件和/或設(shè)于器件載體上的標(biāo)記的裝置，具有用于發(fā)出照明光(112)的多個(gè)發(fā)光元件(111)，和用于把照明光(112)引到設(shè)于物平面內(nèi)的測(cè)試區(qū)域(150)上的光學(xué)元件(120)，其中所述光學(xué)元件(120)包括散射材料，并且具有一種結(jié)構(gòu)(123)，該結(jié)構(gòu)被構(gòu)造使得從所述發(fā)光元件(111)發(fā)出的照明光(112)能被有針對(duì)性地引到所述測(cè)量區(qū)域(150)。
2.權(quán)利要求1的裝置，其中所述的光學(xué)元件(120)整體地由一種散射材料制成。
3.權(quán)利要求1-2之一的裝置，其中所述的結(jié)構(gòu)(123)通過(guò)所述光學(xué)元件(120)的厚度變化實(shí)現(xiàn)。
4.權(quán)利要求1-3之一的裝置，其中所述的結(jié)構(gòu)通過(guò)所述光學(xué)元件(120)的局部折射率變化實(shí)現(xiàn)。
5.權(quán)利要求1-4之一的裝置，其中所述的發(fā)光元件(111)被布置在一個(gè)平面內(nèi)。
6.權(quán)利要求1-5之一的裝置，其中所述的光學(xué)元件(120)具有一個(gè)相對(duì)于光軸(125)對(duì)稱的形狀，而且所述的發(fā)光元件(111)相對(duì)于所述光軸(125)對(duì)稱地布置。
7.權(quán)利要求1-6之一的裝置，其中所述的光學(xué)元件(120)具有一透明區(qū)域(130)。
8.權(quán)利要求7的裝置，其中所述的透明區(qū)域?yàn)橐婚_(kāi)口，一面平行的平板，或一成像光學(xué)裝置(130)。
全文摘要
本發(fā)明創(chuàng)造了一種照明裝置，其具有用于發(fā)出照明光的多個(gè)發(fā)光元件和用于把照明光引到所設(shè)測(cè)試區(qū)域上的光學(xué)元件。光學(xué)元件包括散射材料并具有一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)被構(gòu)造使得發(fā)出的照明光能被有針對(duì)性地引到所述測(cè)量區(qū)域。所述光學(xué)元件用于照明光的聚焦和均勻化，使得導(dǎo)致物體能夠以許多不同的角度被照明。由該結(jié)構(gòu)引起的照明光的聚焦是基于該結(jié)構(gòu)的各個(gè)小邊界面上的折射效應(yīng)，或者是基于由發(fā)光元件發(fā)出的照明光的各個(gè)子輻射之間的干涉效應(yīng)。優(yōu)選地，光學(xué)元件具有透明區(qū)域，使得通過(guò)該光學(xué)元件能夠沿光軸傳導(dǎo)物體和攝像機(jī)之間的成像光程，其中在該攝像機(jī)上，在與物體相對(duì)的一側(cè)布置有攝像傳感器。
文檔編號(hào)F21V5/00GK1807967SQ20061000504
公開(kāi)日2006年7月26日 申請(qǐng)日期2006年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月17日
發(fā)明者K·-H·貝施, C·肖爾 申請(qǐng)人:西門子公司