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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung
zum Messen von jeweiligen Positionen eines Satzes von N Anschlusskontakten eines
elektronischen Bauelements, wodurch ein erstes und ein zweites Bild
der Anschlusskontakte aufgezeichnet werden. Das erste Bild wird
durch Licht erhalten, das auf den Anschlusskontakten senkrecht reflektiert
wird, während
das zweite Bild durch Licht erhalten wird, welches über einen
Triangulationswinkel in Bezug auf die Anschlusskontakte reflektiert wird.
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Solch
ein Verfahren und solch eine Vorrichtung sind aus PCT/BE00/00020
(WO 00/62012A1) bekannt. Bei dem bekannten Verfahren und der bekannten
Vorrichtung wird das erste Bild durch eine erste Kamera aufgezeichnet,
während
das zweite Bild durch eine zweite Kamera aufgezeichnet wird. Die
Positionen der Anschlusskontakte werden dann basierend auf den Daten
bestimmt, die im ersten und zweiten Bild vorhanden sind.
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Ein
Nachteil des bekannten Verfahrens und der bekannten Vorrichtung
ist, dass zwei einzelne Kameras benötigt werden. Die erste Kamera
zeichnet das erste Bild auf, während
die zweite das zweite Bild aufzeichnet. Folglich werden zwei Framegrabberkanäle benötigt, um
die Bilddaten zu verarbeiten. Darüber hinaus müssen die
beiden Kameras in derselben Einrichtung untergebracht werden, welche demnach
ein großes
Volumen benötigt.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Realisierung eines Verfahrens
und einer Einrichtung zum Messen von jeweiligen Positionen von Anschlusskontakten
eines elektronischen Bauelements, wobei nur eine einzige Kamera
benötigt
wird, ohne die Genauigkeit der Messung zu beeinträchtigen.
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Ein
Verfahren oder eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
ist daher dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst:
- – Bringen
des Satzes von Anschlusskontakten in eine Messebene;
- – Beleuchten
der Messebene mittels einer im Wesentlichen homogenen ersten und
zweiten Lichtquelle;
- – Bilden
eines ersten Lichtwegs, der durch einen ersten Lichtstrahl geschaffen
wird, der durch die erste Lichtquelle und Reflexion auf wenigstens
einem der Anschlusskontakte in einer Richtung eines ersten Betrachtungswinkel
erzeugt wird, wobei der erste Lichtweg von dem wenigstens einen Anschlusskontakt
beginnt und in einer Bildebene einer Kamera endet;
- – Bilden
eines zweiten Lichtwegs, der durch einen zweiten Lichtstrahl geschaffen
wird, der durch die zweite Lichtquelle und Reflexion auf dem wenigstens
einen der Anschlusskontakte in einer Richtung eines zweiten Betrachtungswinkels
mit einem anderen Wert als der erste Betrachtungswinkel erzeugt
wird, wobei der zweite Lichtweg von dem wenigstens einen Anschlusskontakt
beginnt und in der Bildebene der Kamera endet, wobei der erste und
der zweite Lichtweg einen ersten Abschnitt aufweisen, der sich jeweils
ab der Messebene erstreckt, wobei die ersten Abschnitte einen Winkel
20° ≤ α ≤ 80° in Bezug
aufeinander bilden;
- – Erzeugen
eines ersten Bildes des Anschlusskontakts mittels der Kamera und
durch selektives Öffnen
des ersten Lichtwegs, und Erzeugen eines zweiten Bildes des Anschlusskontakts
mittels der Kamera und durch selektives Öffnen des zweiten Lichtwegs;
- – Messen
der Position durch Verwenden des ersten und des zweiten Bildes.
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Durch
das Schaffen eines ersten und eines zweiten Lichtwegs, welche beide
in der Bildebene derselben Kamera enden, können zwei verschiedene Bilder
derselben Anschlusskontakte bei Verwenden einer einzigen Kamera
erzeugt werden. Das selektive Öffnen des
ersten und des zweiten Lichtwegs ermöglicht es, dass das Licht,
das sich entlang des ersten Wegs ausbreitet, gesperrt wird, wenn
der zweite Weg offen ist, und umgekehrt. Auf diese Weise wird das
zweite Bild, das durch Licht des zweiten Wegs erhalten wird, nicht
durch das Licht beeinträchtigt,
das sich entlang des ersten Wegs ausbreitet. Demnach werden zwei
verschiedene Bilder erhalten, welche es ermöglichen, die Positionen der
Anschlusskontakte bei Verwenden einer einzigen Kamera zu bestimmen.
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Eine
Ausführungsform
einer Vorrichtung gemäß der Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Lichtweg
einen ersten Abschnitt aufweisen, der sich jeweils ab der Messebene erstreckt,
wobei die ersten Abschnitte einen Winkel 20° ≤ α ≤ 80° in Bezug aufeinander bilden
und der zweite Lichtweg in der Bildebene der Kamera endet, und wobei
die Einrichtung ferner Wählmittel
umfasst, die im ersten und im zweiten Lichtweg angebracht und zum
selektiven Öffnen
entweder des ersten oder des zweiten Lichtwegs vorgesehen sind.
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Eine
erste bevorzugte Ausführungsform
einer Einrichtung gemäß der Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Lichtquelle
zum Erzeugen von Licht in nicht überlappenden
Wellenlängenbereichen
vorgesehen sind. Die Verwendung von nicht überlappenden Wellenlängenbereichen
ermöglicht
es, das Licht, das sich entlang des ersten und des zweiten Lichtwegs
ausbreitet, noch besser zu unterscheiden, da sich demzufolge Licht
von verschiedenen Wellenlängenbereichen
entlang dieser Wege ausbreitet. Das Licht, welches das erste und
das zweite Bild erzeugt, überlagert
sich daher nicht.
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Vorzugsweise
werden Wählmittel,
die zum selektiven Öffnen
des ersten oder des zweiten Wegs vorgesehen sind, durch einen dichroitischen
Spiegel gebildet. Ein dichroitischer Spiegel in Kombination mit
Licht von verschiedenen Wellenlängenbereichen bietet
den Vorteil, dass der dichroitische Spiegel für einen Wellenlängenbereich
reflektierend ist, während er
für den
anderen Wellenlängenbereich
durchlässig ist.
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Die
Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlicher
beschrieben. In den Zeichnungen stellt
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1 eine
Gesamtansicht einer ersten Ausführungsform
einer Einrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung schematisch dar;
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2 stellt
den ersten und den zweiten Lichtweg so dar, wie in der Einrichtung,
wie in 1 dargestellt, gebildet;
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3 stellt
ein Beispiel für
ein erstes und ein zweites Bild dar, welche durch die Einrichtung
aufgezeichnet wurden, die in 1 dargestellt
ist;
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4 stellt
ein Beispiel für
ein erstes und ein zweites Bild dar, welche durch die Einrichtung,
die in 1 dargestellt ist, und unter Verwendung eines anamorphotischen
optischen Systems aufgezeichnet wurden;
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5 stellt
eine Gesamtansicht einer zweiten Ausführungsform einer Einrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung schematisch dar;
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6 veranschaulicht
die erforderliche Sehtiefe bei Verwenden des Verfahrens der vorliegenden Erfindung;
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7 stellt
das Prinzip einer dritten Ausführungsform
einer Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
schematisch dar;
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8 stellt
verschiedene Bildanordnungen dar, welche durch die Einrichtung erhalten
werden, die in 5 dargestellt ist; und
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9 stellt
ein Beispiel für
Bilder dar, welche durch die Einrichtung aufgezeichnet wurden, die
in 8 dargestellt ist.
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In
den Zeichnungen wurde einem gleichen oder ähnlichen Element dasselbe Bezugszeichen
zugeordnet.
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Das
Verfahren gemäß der Erfindung
ist zur automatischen Berechnung der Koplanarität von Anschlusskontakten von
elektronischen Bauelementen, wie beispielsweise Bauelementen mit
BGA (Kugelgitteranordnung nach engl. Ball Grid Array)/CSP (Gehäuse in Chipgröße nach
engl. Chip Scale Packaging) und Flip-Chips, ausgelegt. Auch andere
Berechnungen können
durch die Erfindung durchgeführt
werden, einschließlich
der Berechnung einer zwei- oder dreidimensionalen Größe von Elementen, der
Farbe und Form von Elementen und der Erfassung von fehlenden oder
fehlerhaft positionierten Elementen umfassen.
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In
der ersten Ausführungsform
einer Einrichtung 8 gemäß der vorliegenden
Erfindung, die in 1 dargestellt ist, ist das elektronische
Bauelement 10 auf solch eine Art und Weise in einer Messebene 7 angeordnet,
dass seine N Anschlusskontakte durch eine erste Lichtquelle 3 beleuchtet
werden. Letztere erzeugt eine homogene Beleuchtung der Anschlusskontakte
vorzugsweise in einem flachen Einfallswinkel, der höchstens
20° beträgt. Vorzugsweise
umfasst die erste Lichtquelle eine hochwertige Ringlichtbeleuchtungsquelle.
Solch eine Quelle besteht aus einer Reihe von LEDs, welche sich
in einer ringförmigen,
quadratischen, hexagonalen oder anderen im Wesentlichen planaren
geometrischen Anordnung unter der Ebene befinden, in welcher die
Anschlusskontakte angeordnet sind. Es ist wichtig, dass ein im Wesentlichen
homogenes Lichtfeld geschaffen wird, welches das Volumen abdeckt,
in welchem die Anschlusskontakte des Bauelements angeordnet sind.
Auf diese Weise wird eine im Wesentlichen homogene Beleuchtung von
verschiedenen Anschlusskontakten erhalten. Um eine symmetrische
Beleuchtung zu erhalten, wird der Grad des Winkels durch das Maß des zu
messenden Bauelements bestimmt. Je größer das Bauelement ist, umso
größer ist
der Winkel. So ist zum Beispiel für ein Bauelement von 40 × 40 mm
der Durchmesser des Rings 15 cm und der Einfallswinkel = 15°, während für ein Bauelement von
weniger als 15 × 15
mm der Einfallswinkel = 10°.
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Da
die Lichtquelle 3 die Oberfläche, auf welcher die Anschlusskontakte
angeordnet sind, vom Umfang der Oberfläche beleuchtet, werden die
Seiten der Anschlusskontakte beleuchtet, die im Allgemeinen durch
Kugeln gebildet werden. Das Licht, das durch die Quelle 3 erzeugt
wird, wird gemäß einem ersten
Betrachtungswinkel reflektiert, der im Wesentlichen senkrecht in
Bezug auf die Messebene 7 ist, in welcher sich das elektronische
Bauelement 10 befindet. Dieses reflektierte Licht fällt auf
einem ersten Spiegel 1 ein, der in einem Winkel δ geneigt
ist, der in Abhängigkeit
von den anderen optischen Elementen, welche die Einrichtung 8 bilden,
definiert wird.
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Eine
zweite Beleuchtungsquelle 4, die zum Beispiel durch eine
Reihe von LEDs gebildet wird, ist unter der Messebene 7 angebracht.
Das Licht, das durch diese zweite Beleuchtungsquelle erzeugt wird, fällt in einem
Winkel auf der Messebene ein. Ein zweiter Spiegel 5, der
in einem Winkel δ geneigt
ist, fängt
das Licht ein, das durch die zweite Quelle 4 erzeugt und
auf der Oberfläche
des Anschlusskontakts 10 reflektiert wird. Das Licht, das
durch den zweiten Spiegel 5 reflektiert wird, wird auf
einen dritten Spiegel 6 gerichtet, der in einem Winkel φ geneigt
ist.
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Ein
dichroitischer Spiegel 2, der in einem Winkel θ geneigt
ist, reflektiert das Licht, das durch den ersten Spiegel 1 reflektiert
wird, in das Objektiv einer einzigen Kamera 9, die unter
dem ersten Spiegel 1 und dem dichroitischen Spiegel 2 angeordnet ist.
Letzterer ist für
Licht, das durch den dritten Spiegel 6 reflektiert wird,
auf solch eine Art und Weise durchlässig, dass das letztere Licht
ebenfalls die einzige Kamera 9 erreicht. Die Kamera ist
vorzugsweise eine CCD- oder CMOS-Kamera.
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Die
Anordnung der Beleuchtungsquellen und der Spiegel, so wie in 1 dargestellt,
ermöglicht die
Bildung eines ersten und eines zweiten Lichtwegs, wie auch in 2 dargestellt.
Der erste Lichtweg p1 wird durch den ersten Lichtstrahl geschaffen, der
durch die erste Beleuchtungsquelle 3 und die Reflexion
dieses Lichts in einer im Wesentlichen senkrechten Richtung in Bezug
auf die Messebene, in welcher das elektronische Bauelement 10 angeordnet
ist, erzeugt wird. Der erste Lichtweg p1 weist einen Anfangs- oder
ersten Abschnitt auf, welcher sich zwischen der Messebene und dem
ersten Spiegel 1 erstreckt. Ein zweiter Abschnitt erstreckt
sich zwischen dem ersten Spiegel 1 und dem dichroitischen Spiegel 2 und
wird durch das Licht erhalten, das durch den ersten Spiegel reflektiert
wird. Ein Schlussabschnitt des ersten Wegs erstreckt sich zwischen dem
dichroitischen Spiegel 2 und der Bildebene der Kamera 9.
Der Schlussabschnitt wird durch Licht erhalten, das zur Kamera reflektiert
wird und auf dem dichroitischen Spiegel einfällt. In dem vorliegenden Beispiel
beträgt
der Winkel κ zwischen
dem einfallenden und dem reflektierten Licht auf dem dichroitischen
Spiegel: κ =
31°.
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Der
zweite Lichtweg p2 wird durch den zweiten Lichtstrahl geschaffen,
der durch die zweite Beleuchtungsquelle 4 erzeugt wird
und in einem Winkel α 20° ≤ α ≤ 80° auf der
Messebene einfällt.
Der Anfangs- oder erste Abschnitt des zweiten Lichtwegs p2 erstreckt
sich in der Richtung eines zweiten Betrachtungswinkels α zwischen
der Messebene und dem zweiten Spiegel 5. Der Winkel δ, in dem
der zweite Spiegel geneigt ist, wird unter anderem durch den Winkel α und die
Position der Kamera bestimmt. Im vorliegenden Beispiel 2° ≤ δ ≤ 15°. Ein zweiter
Abschnitt des zweiten Lichtwegs wird durch das Licht erhalten, das
durch den zweiten Spiegel 5 reflektiert und auf den dritten
Spiegel 6 gerichtet wird. Die Orientierung des dritten
Spiegels hängt
vom Spiegel 5 oder der Kamera 9 ab. Im vorliegenden
Beispiel 5° ≤ φ ≤ 35°. Ein Schlussabschnitt
des zweiten Lichtwegs erstreckt sich zwischen dem dritten Spiegel
und der Bildebene der Kamera 9. Dieser Schlussabschnitt durchquert
den dichroitischen Spiegel und wird durch Licht erhalten, das durch
den dritten Spiegel reflektiert wird.
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Der
dichroitische Spiegel ermöglicht
das Multiplexen der Bilder, die durch das Licht erhalten werden,
das sich einerseits entlang des ersten Wegs und andererseits entlang
des zweiten Wegs ausbreitet. Ein dichroitischer Spiegel weist die
Eigenschaften auf, dass er für
einen ersten Wellenlängenbereich durch
Reflektieren des Lichts wie ein Spiegel agiert, während der
Spiegel für
einen zweiten, nicht überlappenden
Wellenlängenbereich
durchlässig
ist, d.h. als eine einfache Glasplatte agiert. Der dichroitische Spiegel
ist daher ein Wellenlängenmultiplexer.
Indem nun der erste Wellenlängenbereich
dem Licht, das sich entlang des ersten Wegs ausbreitet, und der zweite
Wellenlängenbereich,
der sich mit dem ersten Wellenlängebereich
nicht überlappt,
dem zweiten Weg zugeordnet wird, wird eine optische Einheit erhalten,
welche die Eigenschaft aufweist, eine einzige Kamera zum Erzeugen
von zwei verschiedenen Bildern zu verwenden.
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Eine
mögliche
Zuordnung von Wellenlängenbereichen
ist zum Beispiel rotes Licht im Bereich von 600 nm bis 720 nm für die erste
Quelle und blaues Licht im Bereich von 420 nm bis 550 nm für die zweite
Quelle. Das rote Licht breitet sich dann entlang des ersten Lichtwegs
p1 aus, und der dichroitische Spiegel 4 agiert als ein
Spiegel für
rotes Licht, d.h. reflektiert das rote Licht zur Kamera. Andererseits
breitet sich das blaue Licht entlang des zweiten Wegs aus. Da der
dichroitische Spiegel 2 für blaues Licht durchlässig ist,
durchquert das blaue Licht den dichroitischen Spiegel, um die Kamera 9 zu
erreichen.
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Vorzugsweise
werden die erste und die zweite Lichtquelle nicht zusammen, sondern
abwechselnd eingeschaltet. Trotzdem würde, selbst wenn infolge von
Streuung blaues Licht den ersten Spiegel 1 oder rotes Licht
den dritten Spiegel 6 erreichen würde, dieses gestreute Licht
die Erzeugung des ersten und des zweiten Bildes durch die Kamera
nicht beeinträchtigen.
Tatsächlich
durchquert blaues Licht, das auf dem ersten Spiegel einfällt und
zum dichroitischen Spiegel reflektiert wird, Letzteren, da der dichroitische
Spiegel für
blaues Licht durchlässig
ist. Rotes Licht, das den dritten Spiegel erreicht und demnach auf
solch eine Weise auf dem dichroitischen Spiegel einfällt, wird
durch Letzteren reflektiert. Somit wird eine saubere Trennung beider
Bilder erhalten.
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3 stellt
auf der linken Seite ein erstes Bild, das durch Licht erhalten wird,
das sich entlang eines ersten Wegs ausbreitet, und auf der rechten Seite
ein zweites Bild, das durch Licht erhalten wird, das sich entlang
des zweiten Wegs ausbreitet, dar. Das erste Bild weist die typische
Krapfenform auf, die durch senkrechte Reflexion auf den Anschlusskontakten
erhalten wird. Das zweite Bild stellt die typischen Mondformen infolge
der seitlichen Beleuchtung in einem Triangulationswinkel dar.
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Da
im zweiten Lichtweg die optische Achse im Anfangsabschnitt nicht
senkrecht zur Messebene ist, sondern einen Winkel α mit der
Messebene bildet, befinden sich verschiedene Punkte auf dem elektronischen
Bauelement in verschiedenen Abständen vom
verwendeten Objektiv. Folglich besteht das Erfordernis einer bedeutenden
Sehtiefe. 6 veranschaulicht das letztere
Erfordernis. Die erforderliche Sehtiefe d wird folgendermaßen ausgedrückt: d = f·sinαwobei
f das Sehfeld ist, das der seitlichen Größe des in Betracht gezogenen
Objekts oder elektronischen Bauelements entspricht. Die erforderliche
Sehtiefe wird durch Verwenden einer ausreichend kleinen Öffnung des
Kameraobjektivs erreicht. Als ein Beispiel wird für ein Sehfeld
f = 50 mm und einen Betrachtungswinkel α = 60° eine Gesamtsehtiefe von 43
mm benötigt.
Die Gesamtsehtiefe ergibt sich durch die wellenoptische Formel: Tiefe = λ/(Öffnung)2 wobei λ die Wellenlänge der verwendeten Lichtquelle ist.
In der Annahme, dass die Wellenlänge λ = 500 nm,
beträgt
die erforderliche Öffnung
auf der Objektseite 0,0034, was einer F-Zahl von 16 für ein Objektiv mit
der Brennweite f = 50 mm entspricht.
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Eine
andere Bedingung, welche durch das Verwenden einer einzigen Kamera
erfüllt
werden muss, ist, dass für
beide Ansichten die mittlere optische Länge (gemessen entlang einer
Mittelachse des Lichtwegs), d.h. die Entfernung zwischen dem Objekt
und der Bildebene der Kamera, im Wesentlichen gleich sein muss,
um mit nur einem einzigen Objektiv ein scharfes Bild erzeugen zu
können.
Diese Bedingung wird durch eine geeignete Anordnung von verschiedenen
Spiegeln 1, 2, 5 und 6 und ihre
korrekte Neigung auf solch eine Art und Weise, dass der erste und
der zweite Lichtweg ungefähr
dieselbe optische Länge
aufweisen, erfüllt.
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Einige
Modifikationen oder Verbesserungen könnten auf die Einrichtung angewendet
werden, die in 1 dargestellt ist. Innerhalb
einer bestimmten Anordnung, d.h. für eine feste optomechanische
Einheit von Spiegeln und Kamera, kann das Sehfeld und dadurch die
Kameraauflösung
einfach durch Austauschen des einzigen Objektivs geändert werden.
Objektive von verschiedenen Brennweiten mit in geeigneter Weise
eingestellten Öffnungen
und Montagepositionen erzeugen scharfe Bilder, welche das Kamerafeld
zur Gänze
füllen,
aber kleinere (große Brennweite)
oder größere (kleine
Brennweite) Sehfelder abbilden.
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Aufgrund
der Winkelbetrachtung für
das zweite Bild unter einem Winkel α wird die Bildhöhe um einen
Faktor von cos(α)
komprimiert, wie in 3 dargestellt. Das heißt, ein
Objektquadrat von Seite E wird als ein Trapez von ungefähr einer
Breite E und einer Höhe
E* cos(α)
gesehen. Daher wird nicht die ganze Fläche des Bildfeldes verwendet.
Die Auflösung
und daher die Genauigkeit des Verfahrens könnten durch Erweitern der Höhe dieses
Bildes verbessert werden, ohne die Breite zu beeinflussen. Ein optisches
System mit Vergrößerungen,
welche für die
zwei orthogonalen Richtungen verschieden sind, wird ein anamorphotisches
optisches System genannt. Dieses kann innerhalb des zweiten Betrachtungswegs
durch Einsetzen zweier zylindrischer Spiegel für den zweiten und den dritten
Spiegel 5 und 6 erzeugt werden, welche die beiden
planaren Spiegel ersetzen. Das Ergebnis ist in 4 dargestellt. Alternativerweise
könnten
zwei zusätzliche
zylindrische Linsen innerhalb des zweiten Wegs verwendet werden.
Diese beiden Spiegel oder beiden Linsen bilden eine Strahlaufweitung
in einer Richtung und haben keine optische Wirkung in der anderen
Richtung. Natürlich
kann keines dieser Elemente Teil des ersten Wegs, des geraden Betrachtungswegs
sein, da hier das Objektaspektverhältnis unbeeinflusst bleiben
sollte.
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Es
versteht sich von selbst, dass die Anordnung, so wie sie in 1 und 2 veranschaulicht ist,
nur ein Beispiel für
eine mögliche
Ausführungsform
einer Einrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt. Alternative Ausführungsformen könnten zur
Realisierung des ersten und des zweiten Lichtwegs verwendet werden.
So ist es zum Beispiel nicht unbedingt notwendig, dass der erste
Weg einen Anfangsabschnitt aufweist, der sich senkrecht zur Messebene
erstreckt, d.h. der erste Betrachtungswinkel gleich 90° ist. Andere
Werte für
den ersten und den zweiten Betrachtungswinkel sind ebenfalls zulässig. Natürlich muss
die Anordnung der verschiedenen Spiegel der Wahl des ersten und
des zweiten Betrachtungswinkels und der Position der einzigen Kamera
angepasst werden.
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Es
ist nicht unbedingt notwendig, dass der erste oder der zweite Lichtweg
verschiedene Abschnitte aufweist. Zum Beispiel könnte eine verschiedene Ausrichtung
der Kamera 9 und/oder des Bauelements 10 oder
der ersten Lichtquelle 3 eine Konstruktion ermöglichen,
bei welcher der erste Lichtstrahl direkt zur Bildebene der Kamera
geht, ohne einen ersten Spiegel 1 zu verwenden. Außerdem könnten mehr
oder weniger Spiegel als die Spiegel 1, 5 und 6 verwendet
werden, um die Lichtwege zu bilden. Worauf es ankommt, ist, dass
zwei Lichtstrahlen erzeugt werden, welche es ermöglichen, den ersten und den
zweiten Lichtweg zu bilden, welche die Messebene entlang eines ersten
beziehungsweise eines zweiten Betrachtungswinkels verlassen, wobei
der erste und der zweite Betrachtungswinkel verschiedene Werte aufweisen.
Jeder der Lichtstrahlen muss jederzeit ein Bild auf der Bildebene
einer einzigen Kamera erzeugen.
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Statt
einen dichroitischen Spiegel 2 zu verwenden, könnte auch
ein halbdurchlässiger
Spiegel verwendet werden. In der letzteren Ausführungsform müssen jedoch
Filter oder Blenden im ersten und im zweiten Lichtweg angebracht
werden. Diese Filter oder Blenden sollten einen Lichtweg blockieren, wenn
der andere offen ist, und umgekehrt. Wenn zum Beispiel der erste
Lichtweg offen ist, so muss die Blende den zweiten Weg schließen. Da
durch Verwenden von halbdurchlässigen
Spiegeln etwas Lichtintensität
verloren geht, sollte darauf geachtet werden, dass durch die Quellen 3 und 4 genug Lichtintensität erzeugt
wird.
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Wenn
die Filter 13 und 14 so verwendet werden, wie
in der Ausführungsform
in 5 dargestellt, müssen diese Filter für den Wellenlängenbereich, welcher
dem Lichtweg zugeordnet ist, in dem sie angebracht sind, natürlich durchlässig sein
und andere Wellenlängen
herausfiltern, derart dass das Licht von einem Lichtweg sich nicht
mit dem Licht des anderen Wegs überlagern
und die jeweiligen aufzunehmenden Bilder beeinträchtigen kann.
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Es
ist demnach wichtig, dass die Lichtwege entweder durch die Verwendung
des dichroitischen Spiegels oder durch Verwenden von Filtern oder Blenden
selektiv geöffnet
werden. Bei Verwenden von Blenden muss ihr Öffnen mit den Lichtquellen synchronisiert
werden. Wenn also die erste Lichtquelle 3 Licht ausstrahlt,
muss die Blende 13 offen sein, während die zweite Lichtquelle
vorzugsweise ausgeschaltet werden sollte und die Blende 14 zu schließen ist.
Die umgekehrte Situation tritt ein, wenn die zweite Lichtquelle 4 leuchtet,
d.h. die Blende 13 geschlossen und die Blende 14 offen
ist. Die Blenden werden zum Beispiel durch gebräuchliche Membranen gebildet,
welche elektrisch oder durch eine LCD betätigt werden können.
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Bei
Verwenden des halbdurchlässigen
Spiegels könnte
die Wellenlänge
des Lichts, das durch beide Lichtquellen ausgestrahlt wird, dieselbe
sein. Natürlich
ist es notwendig, dass, wenn ein dichroitischer Spiegel verwendet
wird, die Wellenlängenbereiche
beider Lichtquellen verschieden und nicht überlappend sind. Das erste
und das zweite Bild müssen
hintereinander gemacht werden, damit sie einander nicht beeinträchtigen.
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Eine
andere Ausführungsform
der Einzelkameralösung
ist in 7 dargestellt und verwendet kein Wellenlängenmultiplexen,
sondern eine räumliche
Zusammensetzung. In dieser Ausführungsform wird
wenigstens ein seitlicher Spiegel 20 benachbart zum Objekt 10 angeordnet.
Der Spiegel bildet einen Winkel ψ mit
der Messebene. Dieser Winkel liegt zwischen 20° und 80°. In der dargestellten Ausführungsform
sind zwei Spiegel 20 und 21 angeordnet, einer auf
der Ostseite und der andere auf der Westseite. Alternativerweise
könnte
es auch möglich
sein, zwei weitere Spiegel anzuordnen, einen auf der Nordseite und
den anderen auf der Südseite.
In der letzteren Ausführungsform
werden in der Mitte der Bildebene eine direkte Ansicht, welche das
erste Bild erzeugt, wie in 8 dargestellt,
und um die direkte Ansicht vier weitere, welche das zweite Bild
erzeugen, gebildet.
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In
der Ausführungsform,
die in 7 dargestellt ist, betrachten die einzelne Kamera
und Linse die direkte Ansicht und die Seitenansichten nebeneinander. 9 stellt
die Bilder dar, welche mit einer Anordnung erhalten werden, die
einen einzigen Spiegel auf der Ostseite aufweist. Um über dieselbe
Auflösung
wie in den Ausführungsformen
von 1 bis 5 zu verfügen, muss die Kamera mehr Pixel
in einer Richtung aufweisen. Zum Beispiel wird die Bildgröße bei einem
Betrachtungswinkel ψ =
60° um einen
Faktor 2 (cosψ = ½) komprimiert.
Folglich muss die Kamera 1,5-mal so viele Pixel wie in den anderen Ausführungsformen
aufweisen. Dennoch vermeidet die Verwendung von Spiegeln benachbart
zur Messebene die Verwendung von Spiegeln und ihre Ausrichtung in
den Lichtwegen. Als ein Beispiel würde, wenn in den Ausführungsformen
von 1 bis 5 eine Kamera mit 1 K × 1 K Pixeln
verwendet wird, für eine
Anordnung mit einem seitlichen Spiegel eine Kamera mit 1 K × 1,5 K
Pixeln bevorzugt werden, um dieselbe Auflösung zu erreichen. Das Erfordernis
der Feldtiefe ist gleich wie zuvor beschrieben.
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Je
mehr seitliche Spiegel verwendet werden, umso genauer ist die Messung.
Für eine
Ausführungsform
mit zwei Spiegeln wird eine Kamera mit 1 K × 2 K Pixeln bevorzugt, und
eine Kamera mit 2 K × 2
K Pixeln wird bevorzugt, wenn vier Spiegel verwendet werden, um
dieselbe Auflösung
zu erreichen. Im Allgemeinen wird eine Auflösung von nK × mK bei
1 ≤ n ≤ 2 und 1 ≤ m ≤ 2 bevorzugt.
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Natürlich wäre es in
Abhängigkeit
von der erforderlichen Bildqualität auch möglich, eine Kamera mit einer
höheren
oder niedrigeren Auflösung
zu verwenden. Die Auflösung
der Kamera sollte auf jeden Fall so ausgelegt werden, dass beide
Bilder gleichzeitig aufgezeichnet werden.
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Durch
das Einsetzen einer komplexeren Anordnung von normalen Spiegeln
und dichroitischen Spiegeln können
diese Ausführungsformen
mit mehreren Seitenansichten auch mit einer Kamera mit einer kleineren
Pixelanzahl ausgeführt
werden, wobei wieder ein Wellenlängenmultiplexen
für die
verschiedenen Ansichten verwendet wird. Optikfachleute werden kein
Problem haben, basierend auf den zuvor behandelten Verfahren eine
Vielzahl von möglichen Anordnungen
zu entwickeln.
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Die
Bestimmung der Position der Anschlusskontakte wird auf der Basis
der aufgezeichneten Bilder auf eine vergleichbare Art und Weise
bestimmt, wie in PCT/BE00/00020 beschrieben.