专利名称：三向光学照明系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种印制电路板(PCB)自动光学检测装置，具体地说涉及这种光 学检测装置的光头照明与成像准备部分。
技术背景现有的光学头照明系统由单一的光源，光路，与直接成像的光路组成，光源一般只 有两个或三个灯泡，光路简单，直接通过光纤光轨输出到有效扫描区域，往往照明强度不 够，照明均勻度差，而且光入射角度小，不容易看清有一定厚度对象的侧面或底部的影像， 也容易或凹凸不平表面的对象上看到阴影对光学检测结果产生不良影响；此外，扫描对象 反射的光直接通过一般透镜与单一滤光片进入CCD成像，解析度范围有限，对扫描材料的 限制强，扩展适用性不广。目前，印制电路板的自动光学检测装置需要一种可以看清凹凸不平表面，解析度 范围广，扫描对象适用范围广的照明系统。
发明内容本实用新型就是为了克服上述现有光学照明系统的不足，提供一种可以看清凹 凸不平表面，解析度范围广，扫描对象适用范围广的照明系统。实现本实用新型目的的技术方案是三向光学照明系统，由三向光源系统、定向分 光镜和反射成像光路系统组成，三向光源系统发出的广角均勻的光透过定向分光镜后，照 射到有效扫描区域，照明对象反射后的成像光通过定向分光镜反射转向进入反射成像光路 系统的透镜组，最后到达反射成像光路系统的CCD影像系统。作为本实用新型的进一步改进，三向光源系统中，包括两组侧射光源组和一组直 射光源，两组侧射光源组分别设置在光头左右；直射光源设置在光头上方；三向光保证了 光可以照到扫描对象的侧面，避免阴影干扰造成的影像误差。所述每组侧射光源中灯泡发 出的光线通过光纤、侧射线形光轨和柔光条，再经过镜面反射镜、侧射光曲面镜反射到达照 明对象，即有效扫描区域。所述直射光源中灯泡发出的光线通过光纤、直射线形光轨和柔 光条，再经过直射光曲面镜和定向分光镜到达照明对象，即有效扫描区域。所述线形光轨将 点状光源变成需要的带状，线形光轨通过光纤与灯箱连接。作为本实用新型的改进，所述三向光源系统中，所述光纤的端口正对灯泡位置安 装有热保护滤镜，过滤红外波段的光波，只让可见光波段的光通过以尽量避免热在光纤中 传导损害光纤。每条光纤口都有一个，共有5个热保护滤镜。作为本实用新型的进一步改进，所述柔光条用于每个线形光轨的出口，设计为透 明亚光条，使从每个光轨直接射出的强弱不均勻的光带变得均一，光的射出角度也更广，从 士24度范围达到士48度。作为本实用新型的进一步改进，直射光曲面镜以一定角度安装在直射光轨出口的 右上方，使水平方向射出的直射光反射后成为从上向下的竖直方向的反射光，反射光与竖直方向夹角范围控制在士4. 5度，最终到达扫描对象表面的光带宽度控制为0. 8mm。作为本实用新型的进一步改进，所述镜面反射镜安装在每个侧射光轨的斜下方， 以一定侧射角度射入的侧射光经过镜面反射镜反射后，向上射入侧射光曲面镜。作为本实用新型的进一步改进，所述侧射光曲面镜包括两个分别位于所述镜面反 射镜的上方的曲面镜，用于把镜面反射镜反射后的侧射光再次反射至扫描区域，形成照明 光带，最终到达扫描对象表面的光带宽度为1.6毫米，两组侧射光共同形成的光罩为倒锥 形，光锥的左右两边相对于竖直方向的夹角是士44. 5度。作为本实用新型的进一步改进，所述三向照明系统还包括两个边缘反射镜，位于 三向照明系统集成结构的两端，射向两端的光线通过边缘反射镜反射后45度角射向扫描 区域，边缘反射镜的反射面是镜面，垂直于水平。边缘发射镜的应用既满足了要求扫描带两 端光线与水平夹角是45度的要求，又解决了理论输出原始光带必须远远长于实际照明光 带的难题。作为本实用新型的进一步改进，所述定向分光镜有两个作用_既参与光源的形成 也辅助了成像光路。经过直射光曲面镜反射后的竖直向下的直射光透过定向分光镜后到 达照明对象有效照明区域，定向分光镜为特制光学镜，有75%的直射光被定向分光镜的上 表面反射或吸收，只有25%的直射光透过分光镜后继续向下形成有效直射光。分光镜还参 与另一项重要功能，所有被照明对象区域反射的光(即形成的影像)必须经过分光镜的下 表面反射后更改方向才能进入成像光路，其中75%的反射光线被有效反射进入成像光路系 统，其余25%未被使用。作为本实用新型的进一步改进，平面反射镜形成镜面反射把经过定向分光镜折射 后水平射入的成像的光反射后转向向上射出。有效扫描区域发射回来的形成影像的光不会 直接进入CCD成像，是为了避免其它光的干扰，成像光路系统使用定向分光镜与镜面反射 镜对成像的光进行了两次转折变向。定向分光镜以45度夹角位于直射光路上，所有被照明 对象区域反射的光(即形成的影像)从下而上经过分光镜之后转折为水平方向从左到右， 然后经过平面反射镜的反射再次转向为从下到上。作为本实用新型的进一步改进，透镜组为远焦透镜，将从镜面反射镜发射来的影 像光线集中定焦。远焦透镜可以放大同时做到很小误差与最小视差；影像解析度可以通过 在光头ζ轴上下移动调整，范围可以包含15 37. 5微米；使用F# (焦深/直径比)为6. 8的 透镜组。作为本实用新型的进一步改进，透镜组与成像C⑶设备之间设有有色滤光镜，是 成像光路系统的最后一个部分。滤光镜可以使原始影像光线中的某些波段光通过，阻碍其 它波段光到达CCD。滤光镜的使用目的是针对不同的扫描对象的材质与表面结构，有选择的 使用最佳颜色的滤镜以达到最佳的对比度与影像清晰度。安装的滤光镜有两种，一种是红色 滤光镜，针对铜面或其它金属面与环氧化树脂组成的扫描对象；另一种是青色，用于蓝色干 膜加铜面图像的扫描。此外根据需要滤光片可以更换其它颜色，设计为每个滤光片两端分别 有一个卡簧固定。已装好的滤光镜可以使用软体控制更换，由气动活塞实现物理上的转换。
图1为本实用新型实施例1正面全景示意图；[0018]图2为本实用新型实施例1中的三向光源系统示意图；图3为本实用新型实施例1中灯箱与光头位置照明系统紧密集成结构及光纤连 接；图4为本实用新型实施例1中光头位置照明系统紧密集成结构分解示意图(未包 含各光轨与柔光条)；图5为本实用新型实施例1中定向分光镜功能原理图；图6为本实用新型实施例1中成像光路系统示意图。
具体实施方式实施例1如图1所示，三向光学照明系统，包括三大主要部分-三向光源系统1，定向分光 镜2，成像光路系统3。光从三向光源系统1发出，形成带状照明区域照射到扫描对象的当前 扫描条上，被反射形成的影像通过定向分光镜2再次反射后转折方向进入成像光路系统， 通过成像光路系统3后进入CXD镜头成像。如图2所示，三向光源系统1有三组光照明系统，从三个方向照射到当前有效扫描 区域——直射光源组4，左侧射光源组5，右侧射光源组6。直射光源组4从上向下照射扫描 区域，左侧光源组5从光头左侧照射扫描区域，右侧设光源组6从光头右侧照射扫描区域。直射光源组4中，直射灯泡4. 1发出的光线通过热保护滤镜4. 2、光纤4. 3、直射线 形光轨4. 4和柔光条4. 5，再经过直射光曲面镜4. 6和定向分光镜2到达照明对象，即有效 扫描区域。侧射光源组5中，侧设灯泡5. 1发出的光线通过热保护滤镜4. 2、光纤5. 3、侧射 线形光轨5. 4和柔光条5. 5，再经过镜面反射镜5. 6、侧射光曲面镜5. 7反射到达照明对象， 即有效扫描区域。如图3与图4所示，直射光源组4、侧射光源组5和定向分光镜2形成了一个相 对独立的光头部分的三向照明系统在物理上的紧密集成结构7。如图4所示，边缘反射镜位5. 8位于三向照明系统集成结构的两端，是垂直于水 平扫描面的金属镜面。如图5所示，定向分光镜2以45度角位于直射光光路上，上表面过滤75%的直 射光只让25%的光2. 1到达扫描区域。同样定向分光镜下表面也反射转向扫描区域发来的 影像光使之有75%的光2. 2保留下来，从竖直方向转向水平方向进入成像光路3。如图6所示，成像光路3包括镜面反射镜3. 1，透镜3. 2，可选有色滤光镜3. 3。 镜面反射镜3. 1把水平进入的光再次反射转向为竖直方向，向上进入透镜3. 2聚焦后进入 有色滤光镜3. 3。透镜3. 2可以在竖直方向上下移动以实现不同解析度的扫描。有色滤光 镜3. 3可以选择以实现不同材料对象或不同表面的可靠扫描。
权利要求三向光学照明系统，其特征是，所述三向光学照明系统由三向光源系统、定向分光镜和反射成像光路系统组成，三向光源系统发出的广角均匀的光透过定向分光镜后，照射到有效扫描区域，照明对象反射后的成像光通过定向分光镜反射转向进入反射成像光路系统的透镜组，最后到达反射成像光路系统的CCD影像系统。
2.根据权利要求1所述的三向光学照明系统，其特征是，所述三向光源系统中，包括两 组侧射光源组和一组直射光源，两组侧射光源组分别设置在光头左右；直射光源设置在光 头上方；所述每组侧射光源中灯泡发出的光线通过光纤、侧射线形光轨和柔光条，再经过 镜面反射镜、侧射光曲面镜反射到达照明对象；所述直射光源中灯泡发出的光线通过光 纤、直射线形光轨和柔光条，再经过直射光曲面镜和定向分光镜到达照明对象；所述侧射和 直射线形光轨通过光纤与灯箱连接。
3.根据权利要求2所述的三向光源系统，其特征是，所述光纤的端口正对灯泡位置安 装有热保护滤镜。
4.根据权利要求2所述的三向光源系统，其特征是，所述柔光条为透明亚光条。
5.根据权利要求2所述的三向光源系统，其特征是，所述直射光曲面镜以一定角度安 装在直射光轨出口的右上方，使水平方向射出的直射光反射后成为从上向下的竖直方向 的反射光，反射光与竖直方向夹角范围控制在士4. 5度。
6.根据权利要求2所述的三向光源系统，其特征是，所述镜面反射镜安装在每个侧射 光轨的斜下方，使侧射光经过镜面反射镜反射后，向上射入侧射光曲面镜。
7.根据权利要求2所述的三向光源系统，其特征是，所述侧射光曲面镜包括两个分别 位于所述镜面反射镜的上方的曲面镜，用于把镜面反射镜反射后的侧射光再次反射至扫描 区域，形成照明光带。
8.根据权利要求2所述的三向光源系统，其特征是，所述三向照明系统还包括两个边 缘反射镜，位于三向照明系统集成结构的两端，射向两端的光线通过边缘反射镜反射后45 度角射向扫描区域，边缘反射镜的反射面是镜面，垂直于水平。
9.根据权利要求2所述的三向光源系统，其特征是，所述定向分光镜为特制光学镜，有 75%的直射光被定向分光镜的上表面反射或吸收，只有25%的直射光透过分光镜后继续向 下形成有效直射光。
10.根据权利要求1所述的三向光学照明系统，其特征是，所述透镜组中的平面反射镜 形成镜面反射把经过定向分光镜折射后水平射入的成像的光反射后转向向上射出；定向分 光镜以45度夹角位于直射光路上，所有被照明对象区域反射的光从下而上经过分光镜之 后转折为水平方向从左到右，然后经过平面反射镜的反射再次转向为从下到上。
专利摘要本实用新型涉及三向光学照明系统，目的是提供一种可以看清凹凸不平表面，解析度范围广，扫描对象适用范围广的照明系统。实现本实用新型目的的技术方案是三向光学照明系统，由三向光源系统、定向分光镜和反射成像光路系统组成，三向光源系统发出的广角均匀的光透过定向分光镜后，照射到有效扫描区域，照明对象反射后的成像光通过定向分光镜反射转向进入反射成像光路系统的透镜组，最后到达反射成像光路系统的CCD影像系统。
文档编号G02B27/10GK201765380SQ20102052996
公开日2011年3月16日 申请日期2010年9月15日 优先权日2010年9月15日
发明者周春铭 申请人:南京协力电子科技集团有限公司