(57)【要約】【課題】部品実装装置や基板加工装置などの基板処理装置において、タクトタイムを増大することなく、動作ヘッドを目標箇所に正確に移動させる技術を提供する。【解決手段】部品実装装置は、吸着ノズル２１、光学系、および、カメラモジュール３０を有する実装ヘッド１０と、実装ヘッド１０を駆動するＸ軸・Ｙ軸・Ｚ軸・θ軸モータ駆動部とを有する。特に、光学系は、ロッド対物レンズ２１１ａ，２１１ｂおよびロッドリレーレンズ２１０ａ，２１０ｂからなるステレオ光学系である。さらに、カメラモジュール３０は、ステレオ光学系を介して、プリント基板５０上の部品搭載位置６０１のパターンの３次元的な位置を、吸着ノズル２１が部品搭載位置６０１の直上にある状態で測定する。そして、各駆動部は、カメラモジュール３０による測定結果に基づいて、実装ヘッド１０の位置を修正する。【選択図】図５
2014216621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作用子、光学系、および、撮像部を有する動作ヘッドと、
前記動作ヘッドを駆動する駆動部と、を有し、
前記光学系は、ステレオ光学系であり、
前記撮像部は、前記ステレオ光学系を介して、基板上のヘッド作用位置のパターンの３次元的な位置を、前記作用子が前記ヘッド作用位置の直上にある状態で測定し、
前記駆動部は、前記撮像部による測定結果に基づいて、前記動作ヘッドの位置を修正する、基板処理装置。
【請求項２】
請求項１記載の基板処理装置において、
前記ステレオ光学系は、２本のリレー光学系を用いて、前記動作ヘッドに密接して配置されている、基板処理装置。
【請求項３】
請求項２記載の基板処理装置において、
前記リレー光学系は、ロッド状の屈折率分布型レンズ、伝送用リレーレンズを管内に配置したもの、または、ファイバーバンドルの何れかである、基板処理装置。
【請求項４】
請求項３記載の基板処理装置において、
前記撮像部は、前記リレー光学系の撮像側に２台のイメージセンサが配置され、前記リレー光学系の像を前記２台のイメージセンサ上に形成してステレオ画像を得る、基板処理装置。
【請求項５】
請求項３記載の基板処理装置において、
前記撮像部は、前記リレー光学系の撮像側に１台のイメージセンサが配置され、前記リレー光学系の像を前記１台のイメージセンサ上に形成してステレオ画像を得る、基板処理装置。
【請求項６】
請求項５記載の基板処理装置において、
複数の前記作用子と、前記複数の作用子に対応する複数の前記リレー光学系を有するステレオ光学系と、前記複数の作用子に対応する複数の前記イメージセンサとを有し、
前記イメージセンサは、前記複数の作用子の個数分有する、基板処理装置。
【請求項７】
請求項５記載の基板処理装置において、
複数の前記作用子と、前記複数の作用子に対応する複数の前記リレー光学系を有するステレオ光学系と、１台の移動可能な前記イメージセンサとを有し、
前記イメージセンサは、前記複数の作用子間で共用する、基板処理装置。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか一項に記載の基板処理装置において、
前記ステレオ光学系は、前記基板上のヘッド作用位置と同時に、前記動作ヘッドの下端の位置も測定可能に構成され、
前記撮像部は、前記動作ヘッドの下端の位置と前記基板上のヘッド作用位置との相対位置を測定し、
前記駆動部は、前記撮像部による測定結果に基づいて、前記動作ヘッドの軌道を修正する、基板処理装置。
【請求項９】
請求項８記載の基板処理装置において、
前記作用子の先端に蛍光物質が塗布され、前記蛍光物質を紫外光で照明する光源を有する、基板処理装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか一項に記載の基板処理装置において、
前記動作ヘッドの下端を側方から観察する観察用光学系を有し、前記観察用光学系により前記基板に対する前記動作ヘッドの下端の状態を観察する、基板処理装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の基板処理装置において、
前記観察用光学系として、前記ステレオ光学系に対して、リレー光学系を１つ以上付加する、基板処理装置。
【請求項１２】
請求項１記載の基板処理装置において、
前記基板処理装置は、前記基板に電子部品を実装する部品実装装置であり、
それぞれ、前記作用子は吸着ノズル、前記動作ヘッドは実装ヘッド、前記基板はプリント基板、前記ヘッド作用位置は部品搭載位置、であり、
前記撮像部は、前記ステレオ光学系を介して、前記プリント基板上の前記部品搭載位置のパターンの３次元的な位置を、前記吸着ノズルが前記部品搭載位置の直上にある状態で測定し、
前記駆動部は、前記撮像部による測定結果に基づいて、前記実装ヘッドの位置を修正する、基板処理装置。
【請求項１３】
請求項１記載の基板処理装置において、
前記基板処理装置は、前記基板に穴をあける基板加工装置であり、
それぞれ、前記作用子はドリル、前記動作ヘッドは加工ヘッド、前記基板はプリント基板、前記ヘッド作用位置は穴あけ位置、であり、
前記撮像部は、前記ステレオ光学系を介して、前記プリント基板上の前記穴あけ位置のパターンの３次元的な位置を、前記ドリルが前記穴あけ位置の直上にある状態で測定し、
前記駆動部は、前記撮像部による測定結果に基づいて、前記加工ヘッドの位置を修正する、基板処理装置。
【請求項１４】
作用子、光学系、および、撮像部を有する動作ヘッドと、
前記動作ヘッドを駆動する駆動部と、を有する基板処理装置における基板処理方法であって、
前記光学系は、ステレオ光学系であり、
前記撮像部は、前記ステレオ光学系を介して、基板上のヘッド作用位置のパターンの３次元的な位置を、前記作用子が前記ヘッド作用位置の直上にある状態で測定し、
前記駆動部は、前記撮像部による測定結果に基づいて、前記動作ヘッドの位置を修正する、基板処理方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の基板処理方法において、
前記基板処理装置は、前記基板に電子部品を実装する部品実装装置であり、
それぞれ、前記作用子は吸着ノズル、前記動作ヘッドは実装ヘッド、前記基板はプリント基板、前記ヘッド作用位置は部品搭載位置、であり、
前記撮像部は、前記ステレオ光学系を介して、前記プリント基板上の前記部品搭載位置のパターンの３次元的な位置を、前記吸着ノズルが前記部品搭載位置の直上にある状態で測定し、
前記駆動部は、前記撮像部による測定結果に基づいて、前記実装ヘッドの位置を修正する、基板処理方法。
【請求項１６】
請求項１４記載の基板処理方法において、
前記基板処理装置は、前記基板に穴をあける基板加工装置であり、
それぞれ、前記作用子はドリル、前記動作ヘッドは加工ヘッド、前記基板はプリント基板、前記ヘッド作用位置は穴あけ位置、であり、
前記撮像部は、前記ステレオ光学系を介して、前記プリント基板上の前記穴あけ位置のパターンの３次元的な位置を、前記ドリルが前記穴あけ位置の直上にある状態で測定し、
前記駆動部は、前記撮像部による測定結果に基づいて、前記加工ヘッドの位置を修正する、基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置を用いて位置決めを行う基板処理技術に関し、特に、部品実装装置や基板加工装置などの基板処理装置、および、この基板処理装置における基板処理方法に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器に使用されるプリント基板には、抵抗やＩＣチップなど多数の電子部品が実装されている。これらの電子部品は、部品実装装置によって、所定の実装箇所に自動的に実装される。
【０００３】
部品実装装置の１つの構成は、ビーム機構により水平面内の任意の箇所に移動可能な実装ヘッドと、実装ヘッドに具備された電子部品を吸着するノズル（吸着ノズル）とを備える。電子部品フィーダから供給される電子部品を吸着ノズルにて吸着し、その後実装ヘッドを、目標実装箇所に精度良く移動させ、吸着ノズルを基板に向けて降下させた後に、電子部品の吸着を解除することで、電子部品をプリント基板上に実装する。
【０００４】
近年、電子部品の微細化が急速に進んでおり、電子部品の実装する位置精度の向上が求められている。電子部品を所定箇所に精度良く実装するためには、実装ヘッドを目標位置に精度良く移動させることが必要である。しかしながら、部品実装装置には、下記のような位置ずれの原因が存在する。
【０００５】
電子部品の吸着位置がノズル中心からずれていた場合（吸着ずれ）、実装ヘッドを目標箇所に正確に移動させても、この吸着ずれのために電子部品の実装位置にずれが生じる。
【０００６】
また、プリント基板の製造工程のばらつき、変形などにより、部品実装箇所（ランド）の位置はプリント基板ごとに異なる。即ち、プリント基板の設計値に基づいて実装ヘッドを所定の部品実装位置に移動した場合、前記のばらつき、変形などにより、位置ずれが生じる。
【０００７】
さらに、装置自体の歪み、熱膨張などが発生している場合、装置内部の実装ヘッドの位置を取得するエンコーダの値にずれが生じる。従って、エンコーダから読み取った値に基づいて位置決めを行っても、実装ヘッドの位置には位置ずれが生じる。
【０００８】
実装する電子部品の微細化に伴い、このような複数の位置ずれ要因の割合が相対的に増大し、部品実装位置精度の低下を生じている。
【０００９】
また、部品実装装置に限らず、プリント基板上でドリルなどを具備した加工ヘッドを移動させて加工動作を行い、穴をあける基板加工装置でも、プリント基板上のパターンの微細化に伴って、ドリルのプリント基板に対する位置ずれが問題になってくる。
【００１０】
例えば、特許文献１に記載の部品実装装置では、フィーダから部品を吸着した後、所定の箇所にある部品認識カメラの上を通過させ、部品認識カメラによって部品とノズル中心のずれを検出し、そのずれ量を用いて実装位置に補正を加える方法が用いられている。
【００１１】
一方、特許文献２には、吸着ノズルに吸着された部品と実装位置とを斜め上方から撮影する撮像装置を備え、撮像装置からの画像信号に基づいて、実装位置に対する吸着部品の相対的な位置ずれを算出し、算出された位置ずれに応じて吸着ノズルを水平面内で移動させ、部品の位置を補正する技術が記載されている。
【００１２】
また、特許文献３では、実装ヘッドと部品吸着ノズルと、これらを駆動制御するコンピュータと、実装ヘッド直下を斜めから撮影するカメラとを有し、光学経路に設置された移動可能な反射ミラーを用いて、１つのカメラで撮影した部品と部品を搭載する基板の目標位置の画像から、吸着された部品の中心と基板の目標位置の中心とのずれを調整するシステムが開示されている。
【００１３】
また、特許文献４では、予め基板上のパターンの３次元的な位置をステレオカメラで測定して、その次に部品搭載装置に基板を送って、パターンの位置を補正して部品を搭載するシステムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００６−２８７１９９号公報
【特許文献２】特開平７−１１５２９６号公報
【特許文献３】ＵＳ２００１／００５５０６９Ａ１
【特許文献４】特開２００６−１９６８１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
前記特許文献１記載の技術は、部品を吸着させた後に、吸着ずれを認識する技術である。即ち、実装ヘッドの停止位置自体が目標実装箇所に対してずれている場合の補正を行うことはできない。
【００１６】
一方、前記特許文献２および３記載の技術は、カメラの画像を用いることで、実装位置と、吸着部品の相対的な位置ずれを補正する。即ち、吸着ずれが生じている場合や、実装ヘッドの静止位置に位置ずれが生じている場合でも、部品と実装位置のずれ補正を行うことが可能である。
【００１７】
しかしながら、前記特許文献２および３記載の技術は、カメラを実装位置の斜め上に配置しているので、基板や部品の高さが設計位置からずれると、検出される基板上のパターンや部品の位置の水平方向のずれにつながってしまうという問題があった。
【００１８】
また、前記特許文献４記載の技術は、予め別装置で基板上のパターンの位置をステレオカメラで測定することによって、部品搭載時のパターンの位置を補正するが、別装置が必要となるうえに、部品搭載時に基板の位置あるいはヘッドの位置がずれた場合には、搭載位置の誤差につながってしまう。
【００１９】
即ち、部品実装装置においては、タクトタイムを増大することなく、基板上の部品実装位置を３次元的に正確に測定して、実装ヘッドを目標箇所に正確に移動させることで、実装箇所の正確な位置に部品を配置することが課題となっている。
【００２０】
また、基板加工装置においても同様に、タクトタイムを増大することなく、基板上の穴あけ位置を３次元的に正確に測定して、加工ヘッドを目標箇所に正確に移動させることで、穴あけ箇所の正確な位置に穴をあけることが課題となっている。
【００２１】
そこで、本発明では上記のような課題を解決し、その代表的な目的は、部品実装装置や基板加工装置などの基板処理装置において、タクトタイムを増大することなく、動作ヘッドを目標箇所に正確に移動させる技術を提供することにある。
【００２２】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００２４】
（１）代表的な基板処理装置は、作用子、光学系、および、撮像部を有する動作ヘッドと、前記動作ヘッドを駆動する駆動部と、を有する。特に、前記光学系は、ステレオ光学系である。さらに、前記撮像部は、前記ステレオ光学系を介して、基板上のヘッド作用位置のパターンの３次元的な位置を、前記作用子が前記ヘッド作用位置の直上にある状態で測定する。そして、前記駆動部は、前記撮像部による測定結果に基づいて、前記動作ヘッドの位置を修正する。
【００２５】
（２）本実施の形態の代表的な基板処理方法は、作用子、光学系、および、撮像部を有する動作ヘッドと、前記動作ヘッドを駆動する駆動部と、を有する基板処理装置における基板処理方法である。特に、前記光学系は、ステレオ光学系である。さらに、前記撮像部は、前記ステレオ光学系を介して、基板上のヘッド作用位置のパターンの３次元的な位置を、前記作用子が前記ヘッド作用位置の直上にある状態で測定する。そして、前記駆動部は、前記撮像部による測定結果に基づいて、前記動作ヘッドの位置を修正する。
【発明の効果】
【００２６】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００２７】
すなわち、代表的な効果は、部品実装装置や基板加工装置などの基板処理装置において、タクトタイムを増大することなく、動作ヘッドを目標箇所に正確に移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る部品実装装置の概略構成の一例を示した斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１に対する比較例として、通常のカメラを用いた場合の実装ヘッドの概略構成の一例を示した側面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る部品実装装置の制御システムの構成の一例を示したブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る部品実装装置において、電子部品をプリント基板上の所定の部品実装箇所に配置する場合の、実装ヘッドの位置決め制御方法の一例を示したフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態１に係る部品実装装置において、ステレオ光学系を配置した実装ヘッドの一例を示した側面図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る部品実装装置において、ステレオ光学系を配置した実装ヘッドの一例を示した正面図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る部品実装装置の変形例として、実装ヘッド間でイメージセンサを共有した部品実装装置の概略構成の一例を示した斜視図である。
【図８】図７の部品実装装置において、ステレオ光学系を配置した実装ヘッドの別の一例を示した側面図である。
【図９】図７の部品実装装置において、ステレオ光学系を配置した実装ヘッドの別の一例を示した正面図である。
【図１０】本発明の実施の形態１に係る部品実装装置において、３本のロッド対物レンズの視野の一例を示した図である。
【図１１】本発明の実施の形態１に係る部品実装装置において、３本のロッド対物レンズの像の一例を示した図である。
【図１２】本発明の実施の形態１に係る部品実装装置において、３本のロッド対物レンズの像を重ねるための遮光マスクの形状の一例を示した図である。
【図１３】本発明の実施の形態１に係る部品実装装置において、イメージセンサで検出される３本のロッド対物レンズの像を合成した像の様子の一例を示した図である。
【図１４】図１３で、電子部品の側方像を回転させてから合成した像の様子の一例を示した図である。
【図１５】本発明の実施の形態１に係る部品実装装置において、遮光マスクを用いずに、イメージセンサ上での３枚の像をプリズムでシフトしてから合成した像の様子の一例を示した図である。
【図１６】本発明の実施の形態１に係る部品実装装置において、ロッドレンズの代わりにリレーレンズを用いた構成の一例を示した図である。
【図１７】本発明の実施の形態１に係る部品実装装置において、ロッドレンズの代わりにバンドルガラスファイバーを用いた構成の一例を示した図である。
【図１８】本発明の実施の形態２に係る基板加工装置において、ステレオ光学系を配置した加工ヘッドの一例を示した側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下の実施の形態においては、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
【００３０】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００３１】
［実施の形態の概要］
まず、実施の形態の概要について説明する。本実施の形態の概要では、一例として、括弧内に実施の形態の対応する構成要素、符号等を付して説明する。
【００３２】
（１）本実施の形態の代表的な基板処理装置は、作用子（吸着ノズル２１またはドリル２９）、光学系、および、撮像部（カメラモジュール３０）を有する動作ヘッド（実装ヘッド１０または加工ヘッド１０Ａ）と、前記動作ヘッドを駆動する駆動部（Ｘ軸モータ駆動部９１１、Ｙ軸モータ駆動部９１２、Ｚ軸モータ駆動部９２２およびθ軸モータ駆動部９２３）と、を有する。特に、前記光学系は、ステレオ光学系（ロッド対物レンズ２１１およびロッドリレーレンズ２１０）である。さらに、前記撮像部は、前記ステレオ光学系を介して、基板（プリント基板５０）上のヘッド作用位置（部品搭載位置６０１または穴あけ位置６０１Ａ）のパターンの３次元的な位置を、前記作用子が前記ヘッド作用位置の直上（略直上も含む）にある状態で測定する。そして、前記駆動部は、前記撮像部による測定結果に基づいて、前記動作ヘッドの位置を修正する。
【００３３】
（２）本実施の形態の代表的な基板処理方法は、作用子（吸着ノズル２１またはドリル２９）、光学系、および、撮像部（カメラモジュール３０）を有する動作ヘッド（実装ヘッド１０または加工ヘッド１０Ａ）と、前記動作ヘッドを駆動する駆動部（Ｘ軸モータ駆動部９１１、Ｙ軸モータ駆動部９１２、Ｚ軸モータ駆動部９２２およびθ軸モータ駆動部９２３）と、を有する基板処理装置における基板処理方法である。特に、前記光学系は、ステレオ光学系（ロッド対物レンズ２１１およびロッドリレーレンズ２１０）である。さらに、前記撮像部は、前記ステレオ光学系を介して、基板（プリント基板５０）上のヘッド作用位置（部品搭載位置６０１または穴あけ位置６０１Ａ）のパターンの３次元的な位置を、前記作用子が前記ヘッド作用位置の直上（略直上も含む）にある状態で測定する。そして、前記駆動部は、前記撮像部による測定結果に基づいて、前記動作ヘッドの位置を修正する。
【００３４】
以下、上述した実施の形態の概要に基づいた各実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、各実施の形態を説明するための全図において、同一または相当する部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００３５】
以下においては、基板処理装置の一例として、実施の形態１では、プリント基板に電子部品を実装する部品実装装置を説明し、また、実施の形態２では、プリント基板に穴をあける基板加工装置を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３６】
［実施の形態１］
本実施の形態に係る部品実装装置、およびこの部品実装装置における部品実装方法について、図１〜図１７を用いて説明する。
【００３７】
本実施の形態は、撮像装置を用いて位置決めを行い、基板に電子部品を実装する部品実装装置に係わり、それぞれ、作用子は吸着ノズル、動作ヘッドは実装ヘッド、基板はプリント基板、ヘッド作用位置は部品搭載位置、である。
【００３８】
本実施の形態に係る部品実装装置の概要は、部品実装ヘッドに密接して部品搭載位置（ランド）と電子部品（チップ）の３次元位置をステレオ画像計測する光学系を具備し、この情報を用いてチップとランドの位置を正確に合わせてチップを搭載する。密接したコンパクトなステレオ光学系を実現するため、ロッド状の屈折率分布型レンズを２本用いてステレオ画像を伝送し、部品実装ヘッドと干渉しないように離して配置した１つのイメージセンサでステレオペア画像を取得する。更に、部品吸着ノズルの先端の３次元位置も同じ光学系で検出できるように、ノズル先端を蛍光体などによって光らせる。更に、追加の屈折率分布型レンズで部品吸着状態などを側方観察する。以下、図１〜図１７に基づいて説明する。
【００３９】
＜部品実装装置の構成＞
図１は、本実施の形態に係る部品実装装置１００の概略構成の一例を示した斜視図である。以下、図１中矢印により示されるように、水平面内で互いに直交する２方向を、それぞれＸ軸方向とＹ軸方向とし、これらに直交する鉛直方向をＺ軸方向とする。
【００４０】
部品実装装置１００は、実装ヘッド１０と、Ｘビーム機構１１と、Ｙビーム機構１２ａおよび１２ｂと、搭載する電子部品を供給する複数（この例では６基）の電子部品フィーダ４０と、制御部９０と、これらの構成要素を搭載支持するベースフレーム１３（外形のみ図示）とを備えている。実装ヘッド１０は、複数（この例では５基）の吸着ノズルモジュール２０と、吸着ノズルモジュール２０各々に搭載されたカメラモジュール３０とを備えている。
【００４１】
実装ヘッド１０は、その一端（紙面左側）がＸビーム機構１１に支持され、内蔵する駆動部（図示せず：図３のＸ軸モータ駆動部９１１に相当）により、ベースフレーム１３内の任意のＸ座標に平行移動できる構成となっている。
【００４２】
Ｘビーム機構１１は、その両端をＹビーム機構１２ａおよび１２ｂに支持され、内蔵する駆動部（図示せず：図３のＹ軸モータ駆動部９１２に相当）により、ベースフレーム１３内の任意のＹ座標に平行移動できる構成となっている。
【００４３】
即ち、実装ヘッド１０は、Ｘ座標およびＹ座標に平行移動させる駆動部により、図１中ＸＹ平面においてベースフレーム１３内の任意の座標に移動できる構成となっている。
【００４４】
電子部品フィーダ４０は、ベースフレーム１３の図１中Ｙ軸方向における一端に、図１中Ｘ軸方向に複数並列される形で搭載される。また、電子部品フィーダ４０は、搭載する電子部品の交換などで必要に応じて脱着・分離することができる。
【００４５】
電子部品フィーダ４０は、図１中装置内部側に部品受け渡し部４１を備える。電子部品フィーダ４０は、内部に電子部品が均一間隔で封入された部品テープリール（図示されない）を保持している。電子部品フィーダ４０は、部品テープリールを所定の分量ずつ送り出すことで、部品受け渡し部４１に搭載する電子部品を露出させる構成となっている。
【００４６】
制御部９０は、有線ないし無線により前記各構成部品と接続され、各構成部品に動作指令を与える。また制御部９０は、各構成部品の現在状態を取得できる構成となっている。
【００４７】
部品実装装置１００の内部には、所定の搬送機構（図示されない）が具備され、部品実装装置１００の内部へプリント基板５０を搬送できる構成となっている。搬送されたプリント基板５０は、ベースフレーム１３の内部の所定の箇所に保持、固定される。
【００４８】
＜通常のカメラ＞
図２は、本実施の形態に対する比較例として、通常のカメラを用いた場合の実装ヘッド１０の概略構成の一例を示した側面図であり、１つの吸着ノズルモジュール２０の周辺を図１Ｘ軸方向に沿って見た様子を図示したものである。ただし、簡単のため、カメラとしては、ステレオカメラではなくて単眼カメラを用いた構成で説明する。
【００４９】
図２において、Ｙ軸およびＺ軸の示す方向は、図１におけるＹ軸およびＺ軸の示す方向と一致するものとする。
【００５０】
図２において、実装ヘッド１０は、吸着ノズルモジュール２０と、カメラモジュール３０とを備えている。
【００５１】
吸着ノズルモジュール２０は、吸着ノズル２１と、Ｚ軸モータ２２と、θ軸モータ２３と、真空バルブ２４と、これらの構成要素を支持するフレーム２５とを備えている。
【００５２】
吸着ノズル２１は、内部圧力を変動させることで、Ｚ軸方向下端（紙面下側）にチップなどの電子部品６０を真空吸着可能な構成となっている。
【００５３】
Ｚ軸モータ２２は、吸着ノズルモジュール２０の内部に配置され、吸着ノズル２１を、図２中Ｚ軸方向に沿って上下に所定の距離だけ平行移動させる機能を有する。θ軸モータ２３は、同じく吸着ノズルモジュール２０の内部に配置され、ノズル軸（図２中の破線Ｎ）を軸として、吸着ノズル２１を所定の角度だけ回転移動させる機能を有する。真空バルブ２４は、吸着ノズルモジュール２０の内部の真空ポンプ（図示されない）と吸着ノズル２１の内部とを結ぶ空気流路上に配置され、真空バルブ２４を開閉することで、吸着ノズル２１の内部圧力を変動させる機能を有する。
【００５４】
カメラモジュール３０は、その撮影方向（以下、光軸：図２中の破線Ｃ）を、図２中Ｚ軸下方向に向けて、カメラモジュールステイ３２により、吸着ノズルモジュール２０のフレーム２５に固定される。ここで、光軸Ｃとノズル軸Ｎ間の距離をＬとする。
【００５５】
また、カメラモジュール３０は、レンズ３１を有している。レンズ３１は、その焦点が、装置内部に保持されるプリント基板５０の基板面に合うように調整されている。また、レンズ３１の視野角は、図２中一点鎖線Φにて示される。即ち、カメラモジュール３０は、プリント基板５０の基板面で、視野角Φに含まれる領域の、合焦した撮像画像を取得することができる。以下、この領域をカメラモジュール３０の視野領域と呼ぶ。
【００５６】
図２に示されるように、カメラモジュール３０の視野領域は、実装ヘッド１０の直下だけではなく、実装ヘッド１０の進行方向（この例では、紙面右手方向）を含む。
【００５７】
また、カメラモジュール３０は、所定の時間間隔で、撮像画像の取得を行う。時間間隔は、撮影トリガにより、外部から制御可能な機能を有する。
【００５８】
以上、図２において、１つの吸着ノズルモジュール２０と１つのカメラモジュール３０との構成について説明したが、図１に示すように、実装ヘッド１０に具備される他の吸着ノズルモジュール２０およびカメラモジュール３０も同一の構成を持つことは言うまでもない。
【００５９】
図２のような構成では、カメラ軸Ｃとノズル軸Ｎの距離Ｌが離れているため、カメラモジュール３０の視野が直径２Ｌより大きい必要があり、広い視野を持つこととなるので、プリント基板５０上のパターンの位置を高精度に認識するには解像度が不足する。
【００６０】
また、部品装着位置となる吸着ノズル２１の真下の部品搭載位置（ランド位置、単にパターン等とも記述する）６０１を認識する場合は、レンズ３１からの視線が斜めになるので、プリント基板５０の高さが変動すると、カメラモジュール３０で検出されるパターン６０１の位置がずれることとなる。光軸に対するパターン６０１の角度をαとすると、プリント基板５０の高さＺがΔＺだけずれると、検出されるパターン６０１の位置がΔＺｔａｎαだけ水平方向にずれることになる。
【００６１】
これを避けるためには、一旦、パターン６０１をカメラモジュール３０の視野の中心、即ち光軸上の位置でとらえるために、搭載位置よりＬだけ離れた位置に一旦吸着ノズルモジュール２０の搭載された実装ヘッド１０を移動して、ここで部品装着対象となるプリント基板５０上のパターン６０１を認識し、その後で、位置ずれ量を補正して電子部品６０をパターン６０１の直上に持ってくる必要がある。このために、不要な実装ヘッド１０の移動が生じることとなり、装置のスループットを低下させる原因となる。
【００６２】
このため、本実施の形態では、光軸からＬずれた所のプリント基板５０上のパターンを測る場合にも、水平位置の精度が得られるように、カメラモジュール３０としてステレオ光学系を構成し、パターン６０１の高さを含む３次元位置を測ることができるように構成する。さらに、この光学系を吸着ノズル２１の軸になるべく近接して（Ｌを小さく保って）構成できるようなコンパクトなステレオ光学系を構成する。
【００６３】
このコンパクトなステレオ光学系の説明をする前に、部品実装装置１００の制御システムの構成と、動作フローについて説明する。
【００６４】
＜制御システムの構成＞
図３は、本実施の形態に係る部品実装装置１００の制御システムの構成の一例を示したブロック図である。
【００６５】
部品実装装置１００の制御システムは、制御部９０と、Ｘ軸モータ駆動部９１１と、Ｙ軸モータ駆動部９１２と、Ｚ軸モータ駆動部９２２と、θ軸モータ駆動部９２３と、真空バルブ駆動部９２４と、画像処理部９３０とを備えている。Ｘ軸モータ駆動部９１１およびＹ軸モータ駆動部９１２は、それぞれ位置エンコーダ９１１１および９１２１を内蔵する。
【００６６】
制御部９０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）９０１と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）９０２と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）９０３とを内蔵し、ＲＯＭ９０２またはＲＡＭ９０３内に格納されたプログラムに基づき、部品実装装置全体の制御を行う機能を有する。
【００６７】
また、制御部９０は、位置エンコーダ９１１１を内蔵するＸ軸モータ駆動部９１１に、移動指令を与えるとともに、位置エンコーダ９１１１によって取得された実装ヘッド１０の現在位置を取得する。同様に、制御部９０は、位置エンコーダ９１２１を内蔵するＹ軸モータ駆動部９１２に、移動指令を与えるとともに、位置エンコーダ９１２１によって取得されたＸビーム機構１１の現在位置を取得する。
【００６８】
さらに、制御部９０は、吸着ノズル２１の上下動作を制御するために、Ｚ軸モータ駆動部９２２に昇降指令を与えるとともに、Ｚ軸モータ駆動部９２２に内蔵するエンコーダ（図示されない）から吸着ノズル２１の現在位置を取得する。同様に、制御部９０は、吸着ノズル２１の回転動作を制御するために、θ軸モータ駆動部９２３に回転指令を与えるとともに、θ軸モータ駆動部９２３に内蔵するエンコーダ（図示されない）から所定の基準方向からの回転角度の現在角度を取得する。そして、吸着ノズル２１による電子部品６０の吸着を制御するために、真空バルブ駆動部９２４に吸引指令を与えるとともに、現在、吸引を行っているか、行っていないかの現在状態を取得する。
【００６９】
画像処理部９３０は、カメラモジュール３０により撮影された画像データを取得する。また、画像処理部９３０は、カメラモジュール３０に対して画像取得タイミングを指示する撮影トリガを与える。更に、画像処理部９３０は、制御部９０より、所定の位置情報を受け取り、この位置情報に基づき所定の画像処理を行う。そして、画像処理の結果を、制御部９０に送信する。
【００７０】
画像処理部９３０に入力される画像は、後述するように、１つのイメージセンサ上に形成されたステレオペア画像をデジタル画像として取り込んだものである。この画像データから、視線の異なる複数の基板画像を切り出し、それぞれの切り出した画像に対して、２値化、フィルタリング、パターン位置検出演算等を行って、測定対象のパターンの位置を検出する。ステレオペア画像それぞれについてパターンの位置を検出して、これらの位置関係から、ステレオ計算を行うことで、パターンの３次元的な位置が測定できる。
【００７１】
なお、この図３ではＹ軸モータ駆動部９１２は１つのみ示されているが、図１のように２つのＹビーム機構１２ａおよび１２ｂを持ち、それぞれに駆動部が必要な場合は、Ｙ軸モータ駆動部９１２を２つ設ける構成でもよい。
【００７２】
この例において、制御部９０は単一のＣＰＵ９０１を内蔵する構成を示しているが、これに限るものではない。例えば、複数のＣＰＵを内蔵してもよい。これにより、各構成要素の動作制御に必要な演算処理を高速に実行することができる。
【００７３】
＜部品実装装置の動作＞
図１〜図３を参照して、本実施の形態に係る部品実装装置１００の全体動作について説明する。部品実装装置１００は、電子部品フィーダ４０から供給される電子部品６０を、プリント基板５０に、以下のようにして実装する。
【００７４】
まず、制御部９０は、Ｘ軸モータ駆動部９１１およびＹ軸モータ駆動部９１２を制御し、実装ヘッド１０を電子部品フィーダ４０の部品受け渡し部４１の上方に移動させる。より詳細には、所定の吸着ノズル２１のＺ軸方向直下に、部品受け渡し部４１により供給される電子部品６０が位置するように移動させる。
【００７５】
次に、制御部９０は、Ｚ軸モータ駆動部９２２および真空バルブ駆動部９２４を制御し、吸着ノズル２１を部品受け渡し部４１まで降下させ、空気吸引を開始する。これにより、部品受け渡し部４１によって供給された電子部品６０を、吸着ノズル２１の先端部に吸着する。そして、制御部９０は、Ｚ軸モータ駆動部９２２を制御して、吸着ノズル２１を短縮させ、吸着した電子部品６０を保持する。
【００７６】
次に、制御部９０は、Ｘ軸モータ駆動部９１１およびＹ軸モータ駆動部９１２を制御し、実装ヘッド１０を、プリント基板５０上の所定の箇所に移動させる。より詳細には、吸着ノズル２１のＺ軸方向直下に、吸着した電子部品６０の部品搭載位置６０１が位置するように移動させる。
【００７７】
最後に、制御部９０は、Ｚ軸モータ駆動部９２２および真空バルブ駆動部９２４を制御し、吸着ノズル２１を降下させ、空気吸引を解除することで、吸着した電子部品６０をプリント基板５０上に実装配置する。
【００７８】
部品実装装置１００は、プリント基板５０上に複数の電子部品６０を実装するために、これらの動作を繰り返す。
【００７９】
なお、上記の説明において、各手順は、必ずしも時系列に逐次実行される必要はない。例えば、実装ヘッド１０の移動が完全に終了し静止してから、吸着ノズル２１を降下させる必要はなく、静止間際に吸着ノズル２１の降下を開始してもよい。この方法は、各手順のタイミングを時間精度良く制御する必要があるが、１つの部品実装に要する時間（タクトタイム）の削減が実現できる。
【００８０】
また、上記の説明において、電子部品６０を吸着してから、プリント基板５０上に実装するまでの間に、電子部品６０の方向を、所定の実装配置方向に回転させる制御、および、電子部品６０が吸着ノズル２１の中心軸Ｎからずれている場合、そのずれ量を検出し、補正する制御が必要となる。これらは、公知の技術により実施可能であり、本明細書においては、その詳細な説明は割愛する。
【００８１】
＜実装ヘッドの位置決め制御方法＞
次に、図４を参照して、本実施の形態に係る部品実装装置１００において、吸着した電子部品６０を、プリント基板５０上の部品搭載位置６０１に配置する場合の動作の詳細を説明する。
【００８２】
以下の説明において、説明を簡単にするため、吸着ノズル２１における電子部品６０の吸着ずれは無いものとし、また実装配置方向と、電子部品６０の方向は合致しているものとする。
【００８３】
図４は、本実施の形態において、電子部品６０をプリント基板５０上の所定の部品搭載位置６０１に配置する場合の、制御部９０による、実装ヘッド１０の位置決め制御方法の一例を示したフローチャートである。
【００８４】
制御部９０は、吸着ノズル２１により電子部品フィーダ４０から電子部品６０を吸着保持した後、実装ヘッド１０を、プリント基板５０上に移動させる制御を開始する（Ｓ１００）。
【００８５】
まず、制御部９０は、部品実装装置１００およびプリント基板５０の設計時に定められる座標系などから、ベースフレーム１３内における部品搭載位置６０１の位置座標を予め計算し、第１移動目標位置として設定する（Ｓ１０１）。そして、この第１移動目標位置に向けて、実装ヘッド１０の移動制御を開始する。
【００８６】
制御部９０は、Ｘ軸モータ駆動部９１１に内蔵される位置エンコーダ９１１１およびＹ軸モータ駆動部９１２に内蔵される位置エンコーダ９１２１を用いて、実装ヘッド１０のＸ軸上の現在位置およびＸビーム機構１１の現在位置を取得する。取得した現在位置に対して、実装ヘッド１０の座標系と吸着ノズル２１の中心軸Ｎの相対関係から定まるパラメータを加えて、吸着ノズル２１の現在ＸＹ座標（以下、吸着ノズル座標と称する）を得る（Ｓ１０２）。
【００８７】
次に、吸着ノズル座標が、第１移動目標位置に到着しているかを判定する（Ｓ１０３）。なお、ここで到着判定は、単純な座標値の一致判定ではなく、吸着ノズル座標と第１移動目標位置との差が、所定の範囲内に一定時間収まることを指す。そして、吸着ノズル座標が、第１移動目標位置に到着していた場合（ＹＥＳ）は移動を終了する（Ｓ１９９）。到着していない場合（ＮＯ）は、移動制御を継続する。
【００８８】
移動制御を継続する場合、制御部９０は、画像処理部９３０の画像処理結果に基づき移動制御補正を行う（Ｓ１０４）。そして、制御部９０は、Ｘ軸モータ駆動部９１１およびＹ軸モータ駆動部９１２に与える移動指令を生成する（Ｓ１０５）。ここで、移動指令とは吸着ノズル２１が第１移動目標位置に到着するまでの理想的な軌道を指す。
【００８９】
最後に、制御部９０は、移動指令を、Ｘ軸モータ駆動部９１１およびＹ軸モータ駆動部９１２に送信し（Ｓ１０６）、再びＳ１０２に戻る。Ｘ軸モータ駆動部９１１およびＹ軸モータ駆動部９１２は、受信した移動指令に基づき各軸モータの出力を所定の制御アルゴリズムに基づき決定し、実装ヘッド１０を移動させる。制御アルゴリズムには、例えば、吸着ノズル２１の理想軌道と現在の吸着ノズル座標の差分値に比例してモータの出力を決める比例制御法などを用いればよい。
【００９０】
以降、移動終了（Ｓ１９９）に至るまで、Ｓ１０２〜Ｓ１０６の処理を繰り返す。
【００９１】
＜ステレオ光学系＞
次に、本実施の形態におけるコンパクトなステレオ光学系について、図５〜図６を用いて説明する。図５は、ステレオ光学系を配置した実装ヘッド１０の一例を示した側面図であり、図６は正面図である。ここでは、図２（通常のカメラ）による説明と異なっているところを主に説明することとする。
【００９２】
実装ヘッド１０の光学系では、吸着ノズル２１の軸Ｎと光学系の対物レンズの軸Ｃの距離Ｌを近接させることが、対物レンズの視野を小さくして、倍率高くプリント基板５０を観察するために重要である。また、対物レンズからプリント基板５０上の吸着ノズル２１の軸Ｎの直下の部品搭載位置６０１までの角度αを小さくする（例えば３０度以下）ことが、プリント基板５０の高さの変動の影響を小さくするために重要である。さらに、プリント基板５０の高さを検出するために、２箇所以上の視点から、部品搭載位置６０１の像を得てステレオ計測することが必要である。
【００９３】
以上の効果を得るために、本実施の形態では、屈折率分布型レンズ（ＧＲＩＮレンズ：ｇｒａｄｉｅｎｔ−ｉｎｄｅｘ  ｌｅｎｓ）を用いたロッド対物レンズ２１１とロッドリレーレンズ２１０を使用する。これは、小径のロッド型レンズで、屈折率に半径方向の分布を持たせることで、コンパクトで収差の小さい対物レンズや、画像をリレーするレンズなどとして機能させることができるレンズである。このレンズを直列に接合した、ロッド対物レンズ２１１ａおよびロッドリレーレンズ２１０ａのユニットと、ロッド対物レンズ２１１ｂおよびロッドリレーレンズ２１０ｂのユニットを吸着ノズルモジュール２０に近接して配置する。ここで、後述（図１２）するように、２１２ａ，２１２ｂに示す視野制限用の遮光パターンをそれぞれ、ロッド対物レンズ２１１ａとロッドリレーレンズ２１０ａの間、ロッド対物レンズ２１１ｂとロッドリレーレンズ２１０ｂの間に挿入してもよい。これらのユニットによってプリント基板５０上の画像を２方向から得て、カメラモジュール３０に向けて伝送する。
【００９４】
カメラモジュール３０は、吸着ノズルモジュール２０と干渉しない位置、例えば、吸着ノズルモジュール２０の上方にカメラモジュールステイ３２を介して取り付けられており、これによって、カメラモジュール３０のサイズによらず、小径のロッドレンズの分だけの短いオフセット距離Ｌでロッド対物レンズ２１１ａ，２１１ｂを取り付けることが可能となる。また、吸着ノズル２１に密接した位置にロッド対物レンズ２１１ａ，２１１ｂを配置することで、プリント基板５０と同時に吸着ノズル２１および吸着ノズル２１に吸着された電子部品６０もステレオ観察することが可能となる。
【００９５】
伝送された光は、カメラモジュール３０に取り付けられたレンズ３１によって、イメージセンサ３０１上に結像する。このとき、２本のロッドレンズユニット（ロッド対物レンズ２１１ａおよびロッドリレーレンズ２１０ａと、ロッド対物レンズ２１１ｂおよびロッドリレーレンズ２１０ｂ）の像が同時にイメージセンサ３０１で検出されるようになっており、これによって１つのカメラモジュール３０でステレオ画像検出ができるようになる。なお、ウェッジプリズム２２３ａ，２２３ｂは、後述（図１５）のようにイメージセンサ３０１上での像の位置をシフトして重ならないようにする目的でロッドリレーレンズ２１０ａ，２１０ｂの上方に設けられたレンズである。後述のように、ウェッジプリズム２２３ａ，２２３ｂに関しては、構成によっては不要な場合もあり、必須の部品ではない。
【００９６】
なお、図５〜図６ではロッドレンズユニット間でカメラモジュール３０を共用していたが、それぞれのロッドレンズユニットごとに独立にカメラモジュールを用意して、相互に干渉しない位置に設置した各カメラモジュールにミラーなどで画像を転送する構成を採ってもよいことは言うまでもない。
【００９７】
基板斜方照明光源２０１ａ，２０１ｂは、プリント基板５０を斜方から照明する手段であり、電子部品６０を搭載する、プリント基板５０上の部品搭載位置６０１は斜方からの光を上方に散乱しやすいので、部品搭載位置６０１を顕在化するのに用いる。なお、基板斜方照明光源２０１ａ，２０１ｂは、この図５〜図６では２式用意しているが、最低限１式あればよい、あるいは、３式以上準備して、部品搭載位置６０１を取り囲むように配置してもよい。また、ノズル照明光源２０２は、吸着ノズル２１の先端および電子部品６０を照明する。このとき、吸着ノズル２１の先端に蛍光剤を塗布しておいて、ノズル照明光源２０２として、紫外光を用いると、ノズル先端のみを顕在化してロッド対物レンズ２１１ａ，２１１ｂによるステレオ計測することが容易になるという、追加の効果がある。
【００９８】
次に、オプショナルな追加の機能として、電子部品６０の吸着状態をモニターする追加の光学系について説明する。部品透過照明光源２０３は、電子部品６０を左方から照明する光源であり、三角プリズム２２０とロッド対物レンズ２１１ｃ、必要に応じて追加される遮光パターン２１２ｃ、イメージリレー用のロッドリレーレンズ２１０ｃを通して電子部品６０のシルエット像が上方に伝送される。なお、シルエット像を用いる代わりに、ノズル照明光源２０２による明視野像を用いてもよいことは言うまでもない。伝送された電子部品６０と吸着ノズル２１の像は、そのままレンズ３１に入射してもよいが、必要に応じて画像回転用のダブプリズム２２１、光軸シフト用のロンボイドプリズム２２２、イメージセンサ３０１上での像のシフト用のウェッジプリズム２２３ｃを介してから、レンズ３１に入射し、イメージセンサ３０１に結像する。
【００９９】
また、別の構成として、レンズ３１を必要とせず、ロッドリレーレンズ２１０自体に結像機能を持つレンズを用いる場合は、結像用のレンズ３１は必要としない。
【０１００】
上記図５〜図６に示した構成により、非常にコンパクトな光学系を吸着ノズルモジュール２０に密接して配置することが可能となり。ステレオ計測によるプリント基板５０および電子部品６０の３次元的な位置の正確な測定と、電子部品６０の装着状態の側方観察が実現できる。
【０１０１】
＜部品実装装置の変形例＞
次に、本実施の形態に係る部品実装装置１００の変形例として、図７を用いて、図５〜図６で説明したステレオ光学系を具備した吸着ノズルモジュール２０を搭載した部品実装装置１００を説明する。図７は、実装ヘッド１０間でイメージセンサ３０１を共有した部品実装装置１００の概略構成の一例を示した斜視図である。
【０１０２】
吸着ノズルモジュール２０を並べる数だけそのまま図５〜図６で説明したステレオ光学系を実装してもよいが、この変形例では別の方法として、レンズ３１を含むカメラモジュール３０を、カメラモジュール移動ステージ３３に搭載して、吸着ノズルモジュール２０間を移動できるようにする。これによって、次に実装を行おうとする吸着ノズルモジュール２０にカメラモジュール３０を移動させることで、カメラを共用することが可能となる。また、別の変形例として、カメラモジュール３０だけではなく、ロッドレンズユニットと照明系全体を、カメラモジュール移動ステージ３３によって移動させても、同じ効果を有する。
【０１０３】
次に、図８〜図９を用いて、図７に示した部品実装装置１００において、ステレオ光学系を配置した実装ヘッド１０について説明する。図８は、ステレオ光学系を配置した実装ヘッド１０の別の一例を示した側面図であり、図９は正面図である。
【０１０４】
図９の正面図のｎ１〜ｎ８と示された軸上の背面に吸着ノズルモジュール２０が存在する。この例では、吸着ノズルモジュール２０が８個の例で示しているが、吸着ノズルモジュール数が２以上であれば同様に構成できることを付記しておく。この例では、左からのステレオ画像を取得するためのロッドレンズユニット（ロッド対物レンズ２１１ａおよびロッドリレーレンズ２１０ａ）と、右からのステレオ画像を取得するためのロッドレンズユニット（ロッド対物レンズ２１１ｂおよびロッドリレーレンズ２１０ｂ）が隣接する吸着ノズルモジュール間で共用されている。すなわち、ｉを１〜７の整数として、ｎｉとｎｉ＋１の間でロッドレンズユニット（ロッド対物レンズ２１１およびロッドリレーレンズ２１０）を共用する。
【０１０５】
カメラモジュール３０は、８個の吸着ノズルモジュール２０に対して１個とし、カメラモジュール部移動ユニット３０２にウェッジプリズム２２３、レンズ３１とともに搭載され、カメラモジュール移動ステージ３３上を左右に移動して、次に搭載動作を行う吸着ノズルモジュール２０の軸上に静止して、検出を行う。
【０１０６】
これによって、カメラモジュール３０を１個に低減でき、かつ、ステレオ用のロッドレンズユニットの本数をほぼ半減でき、また、狭いピッチで吸着ノズルモジュール２０を配置できるという効果がある。
【０１０７】
＜画像形成方法＞
次に、図１０〜図１３を用いて、１つのイメージセンサ３０１上に複数の視点の画像を同時に形成する方法について詳しく説明する。図１０は、３本のロッド対物レンズ２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃの視野の一例を示した図である。図１１は、３本のロッド対物レンズ２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃの像の一例を示した図である。図１２は、３本のロッド対物レンズ２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃの像を重ねるための遮光マスクの形状の一例を示した図である。図１３は、イメージセンサ３０１で検出される３本のロッド対物レンズ２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃの像を合成した像の様子の一例を示した図である。
【０１０８】
プリント基板５０上で吸着ノズル２１の直下にある部品搭載位置（パターン）６０１は、左目像を担当するロッド対物レンズ２１１ａと右目像を担当するロッド対物レンズ２１１ｂの視野中では、図１０のように見える。ここで、プリント基板５０の高さが変動して、例えば、低くなると視野が拡大して点線で示した円のように大きくなる。パターン６０１の位置は変わらないので、視野中に見えるパターン６０１の像の位置が視野中心に向かってずれることとなる。この様子を図１１に示したが、図１１中のパターン６０１の像が点線で示したパターン６０１の像’の位置に移動することとなる。このプリント基板５０の高さの変化に伴う像の移動があるため、通常はレンズの視野の真中でパターンを観察しないとパターンのＸＹ水平面内での位置ずれが大きくなってしまう。
【０１０９】
本実施の形態では、図１１に示した２種類のパターン６０１の像を取得してステレオ計測することにより、プリント基板５０上のパターン６０１の３次元的な位置を得ることができるようになる。この２枚の像を独立に別個のイメージセンサ３０１で検出してもよいが、これらを１つのイメージセンサ３０１上に形成して同時に検出することとする。単純に重ねてしまうと複数の像の分離ができないので、以下のようにする。ロッド対物レンズ２１１とロッドリレーレンズ２１０の間に、中間像ができるので、ここに金属膜等による遮光パターン２１２ａ，２１２ｂを図１２に示すように形成する。これによって、１つのイメージセンサ３０１に形成された画像は、図１３に示すように、イメージセンサ３０１の視野の左上にパターン６０１の右目像、視野の右上にパターン６０１の左目像を形成できる。
【０１１０】
更に、側方から吸着ノズル２１と電子部品６０を観察するロッド対物レンズ２１１ｃの視野は図１０の下に、像は図１１の下に示されている。これについても、図１２に示すように遮光パターン２１２ｃをロッド対物レンズ２１１ｃとロッドリレーレンズ２１０ｃの間に形成して、像の下半分だけを透過するようにする。これも、イメージセンサ３０１上に重ねて形成した結果が図１３に示されている。なお、この例の場合は、後述するロンボイドプリズム２２２とウェッジプリズム２２３ｃは不要である。
【０１１１】
更に、別の例として、図１４〜図１５がある。図１４は、図１３で、電子部品６０の側方像を回転させてから合成した像の様子の一例を示した図である。図１５は、遮光マスクを用いずに、イメージセンサ３０１上での３枚の像をプリズムでシフトしてから合成した像の様子の一例を示した図である。
【０１１２】
図１４では、ロッドリレーレンズ２１０ｃの上方に、像回転用のダブプリズム２２１、像シフト用のウェッジプリズム２２３ｃを用いて、吸着ノズル２１と電子部品６０の像を９０度回転し、かつ、下方向にシフトすることで、吸着ノズル２１が下降しても視野にとらえられるように、イメージセンサ３０１の長手方向に吸着ノズル２１と電子部品６０の像が移動するように工夫している。なお、この場合は、図１２の遮光パターン２１２ｃは視野の左右を隠し、縦長の中央部を透過するように構成することが必要となる。
【０１１３】
更に、別の例として、図１５の例では、遮光パターン２１２を用いずに、３種類の像を１つのイメージセンサ３０１上に形成する方法を説明する。ここでは、ウェッジプリズム２２３ａ，２２３ｂ，２２３ｃを用いてロッドリレーレンズ２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃから出射する光の方向を曲げる。そうすると、光を曲げた方向に、光線の曲げ角度とレンズ３１の焦点距離にほぼ比例して、イメージセンサ３０１上の像はシフトする。ウェッジプリズム２２３ａ，２２３ｂ，２２３ｃのそれぞれの角度と方向を適切に設定すると、図１５に示すようにパターン６０１の左目像を左下にシフトし、パターン６０１の右目像を右下にシフトし、電子部品６０の側方像を上方にシフトすることが可能となる。このようにすると、各像のうち不要な視野はイメージセンサ３０１の外に出てしまうので、遮光パターン２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃは使ってもよいが、使わなくても１つのイメージセンサ３０１で複数の視野の像を重ならないように検出することが可能である。
【０１１４】
以上によって、１つのイメージセンサ３０１を用いてステレオ像と側方像を含む複数の画像を同時に検出することができるようになり、コンパクトでコストの低い検出を実現できるという効果が得られる。
【０１１５】
なお、イメージセンサ３０１上に画像を形成する場合には、１つのイメージセンサ３０１上に複数の視点の画像を同時に形成する場合に限らず、２種類のパターン６０１の像を独立に別個のイメージセンサ３０１で検出することも可能である。この場合には、例えば、光軸シフト用のロンボイドプリズム２２２のような光学系を用いて、距離を離して配置した２つのイメージセンサ３０１でステレオ計測することにより、プリント基板５０上のパターン６０１の３次元的なステレオ画像を得ることができる。
【０１１６】
＜像伝送方法の変形例＞
次に、図１６〜図１７を用いて、ＧＲＩＮロッドレンズを用いずに、像を伝送する別の方法について説明する。図１６は、リレーレンズを用いた構成の一例を示した図である。図１７は、バンドルガラスファイバーを用いた構成の一例を示した図である。
【０１１７】
図１６は、管（筒）の中に、通常のレンズあるいは組み合わせレンズを用いた、対物レンズ２５０とリレーレンズ２５１と接眼レンズ２５２を組み込んだものである。このようにして像を伝送し、最後にレンズ３１でイメージセンサ３０１上に結像することが可能となる。このとき、リレーレンズ２５１は図１６では１個のみ用いているが、複数のリレーレンズを用いて、中間像位置２５４を複数形成しながら伝送を行ってもよい。また、視野制限用の遮光パターンを、図５〜図６、図８〜図９や図１２に示した例と同様に設置する場合は、この中間像位置２５４のうちのいずれかに遮光パターン２１２を挿入すればよい。
【０１１８】
図１７は、イメージ転送用ファイバーバンドル２５３を用いた例である。対物レンズ２５０による中間像位置２５４に、イメージ転送用ファイバーバンドル２５３の一端を設置し、もう一方の端に伝送された像を、接眼レンズ２５２とレンズ３１によってイメージセンサ３０１上に結像することが可能となる。
【０１１９】
＜実施の形態１の効果＞
以上説明したように、本実施の形態に係る部品実装装置１００、およびこの部品実装装置１００における部品実装方法によれば、タクトタイムを増大することなく、プリント基板５０上の部品搭載位置６０１を３次元的に正確に測定して、実装ヘッド１０を目標箇所に正確に移動させることで、実装箇所の正確な位置に電子部品６０を配置することができる。より詳細には、以下のような効果を得ることができる。
【０１２０】
（１）吸着ノズル２１、光学系、および、カメラモジュール３０を有する実装ヘッド１０と、実装ヘッド１０を駆動するＸ軸モータ駆動部９１１、Ｙ軸モータ駆動部９１２、Ｚ軸モータ駆動部９２２およびθ軸モータ駆動部９２３とを有する。特に、光学系は、ロッド対物レンズ２１１ａ，２１１ｂおよびロッドリレーレンズ２１０ａ，２１０ｂからなるステレオ光学系とすることで、カメラモジュール３０は、ステレオ光学系を介して、プリント基板５０上の部品搭載位置６０１のパターンの３次元的な位置を、吸着ノズル２１が部品搭載位置６０１の直上（略直上）にある状態で測定し、そして、各駆動部９１１，９１２，９２２，９２３は、カメラモジュール３０による測定結果に基づいて、実装ヘッド１０の位置を修正することができる。
【０１２１】
（２）ステレオ光学系は、ロッド対物レンズ２１１ａおよびロッドリレーレンズ２１０ａと、ロッド対物レンズ２１１ｂおよびロッドリレーレンズ２１０ｂとの２本のリレー光学系を用いることで、実装ヘッド１０に密接して配置することができるので、コンパクトなステレオ光学系を実現することが可能となる。
【０１２２】
（３）リレー光学系は、ロッド状のＧＲＩＮレンズを用いる以外に、伝送用リレーレンズ２５１を管内に配置したもの、または、イメージ転送用ファイバーバンドル２５３などを用いて実現することができる。
【０１２３】
（４）カメラモジュール３０は、リレー光学系の撮像側に２台のイメージセンサ３０１を配置した構成においては、リレー光学系の像を、この２台のイメージセンサ３０１上に形成してステレオ画像を得ることができる。
【０１２４】
（５）カメラモジュール３０は、リレー光学系の撮像側に１台のイメージセンサ３０１を配置した構成においては、リレー光学系の像を、この１台のイメージセンサ３０１上に形成してステレオ画像を得ることができる。
【０１２５】
（６）複数の吸着ノズル２１と、各吸着ノズル２１に対応する複数のロッド対物レンズ２１１およびロッドリレーレンズ２１０からなるステレオ光学系と、各吸着ノズル２１に対応する複数のイメージセンサ３０１とを有する構成において、イメージセンサ３０１は、複数の吸着ノズル２１の個数分有して構成することができる。
【０１２６】
（７）複数の吸着ノズル２１と、各吸着ノズル２１に対応する複数のロッド対物レンズ２１１およびロッドリレーレンズ２１０からなるステレオ光学系と、各吸着ノズル２１に対応する複数のイメージセンサ３０１とを有する構成において、イメージセンサ３０１は、複数の吸着ノズル２１間で共用することができる。この構成では、カメラモジュール３０を低減でき、かつ、ステレオ用のロッドレンズユニットの本数を低減でき、また、狭いピッチで吸着ノズルモジュール２０を配置することができる。
【０１２７】
（８）ステレオ光学系は、プリント基板５０上の部品搭載位置６０１と同時に、実装ヘッド１０の吸着ノズル２１の先端あるいは電子部品６０の位置も測定可能に構成することで、カメラモジュール３０は、吸着ノズル２１の先端あるいは電子部品６０の位置とプリント基板５０上の部品搭載位置６０１との相対位置を測定し、そして、各駆動部９１１，９１２，９２２，９２３は、カメラモジュール３０による測定結果に基づいて、実装ヘッド１０の軌道を修正することができる。
【０１２８】
（９）吸着ノズル２１の先端に蛍光物質が塗布され、この蛍光物質を紫外光で照明するノズル照明光源２０２を有することで、吸着ノズル２１の先端のみを顕在化してステレオ計測を容易にすることができる。
【０１２９】
（１０）実装ヘッド１０の吸着ノズル２１の下端を側方から観察する観察用光学系として、部品透過照明光源２０３やロッドリレーレンズ２１０ｃなどを有することで、プリント基板５０に対する実装ヘッド１０の下端の電子部品６０の吸着状態などを観察することができる。
【０１３０】
（１１）観察用光学系として、イメージリレー用のロッドリレーレンズ２１０ｃなどからなるリレー光学系を１つ以上付加することで、実装ヘッド１０の吸着ノズル２１の下端を側方から観察することができる。
【０１３１】
［実施の形態２］
本実施の形態に係る基板加工装置、およびこの基板加工装置における基板加工方法について、図１８を用いて説明する。本実施の形態では、前記実施の形態１で説明した撮像装置を基板加工装置に適用したものである。本実施の形態では、前記実施の形態１と異なる点を主に説明する。
【０１３２】
本実施の形態は、撮像装置を用いて位置決めを行い、基板に穴をあける基板加工装置に係わり、それぞれ、作用子はドリル、動作ヘッドは加工ヘッド、基板はプリント基板、ヘッド作用位置は穴あけ位置、である。
【０１３３】
図１８は、本実施の形態に係る基板加工装置において、ステレオ光学系を配置した加工ヘッドの一例を示した側面図である。
【０１３４】
本実施の形態に係る基板加工装置は、前記実施の形態１の実装ヘッド１０が加工ヘッド１０Ａに代わり、吸着ノズルモジュール２０が加工ヘッドモジュール２０Ａに代わっており、この加工ヘッドモジュール２０Ａにドリル２９が装着されている。すなわち、図１８に示す基板加工装置において、図５〜図６，図８〜図９と異なっているのはドリル２９が吸着ノズル２１の代わりに装着されていることである。
【０１３５】
このドリル２９が回転しながら加工することで、プリント基板５０上に穴をあける。回路パターンの微細化に伴って穴をあける位置をプリント基板５０上の穴あけ位置（パターン）６０１Ａの実際の位置によって微調整したい場合に、図５〜図６，図８〜図９を用いて説明した光学系と同一の光学系を用いて、パターン６０１Ａの３次元的な位置をステレオ画像によって検出することが可能となり、この結果を加工ヘッドモジュール２０Ａの位置決めにフィードバックして、高精度なプリント基板５０の加工を実現できる。また、側方観察系を図５〜図６，図８〜図９と同様に備えることで、ドリル２９の先端の高さ、ドリル２９の軸ぶれ、ドリル２９の先端の摩耗や欠損をモニターすることが可能になるという効果もある。
【０１３６】
以上説明したように、本実施の形態に係る基板加工装置、およびこの基板加工装置における基板加工方法によれば、前記実施の形態１に対して、作用子はドリル２９、動作ヘッドは加工ヘッド１０Ａ、ヘッド作用位置は穴あけ位置６０１Ａにそれぞれ代わるものの、前記実施の形態１と同様に、タクトタイムを増大することなく、プリント基板５０上の穴あけ位置６０１Ａを３次元的に正確に測定して、加工ヘッド１０Ａを目標箇所に正確に移動させることで、加工箇所の正確な位置に穴あけを行うことができる。
【０１３７】
より詳細には、ドリル２９、光学系、および、カメラモジュール３０を有する加工ヘッド１０Ａと、加工ヘッド１０Ａを駆動するＸ軸モータ駆動部９１１、Ｙ軸モータ駆動部９１２、Ｚ軸モータ駆動部９２２およびθ軸モータ駆動部９２３とを有する。特に、光学系は、ロッド対物レンズ２１１ａ，２１１ｂおよびロッドリレーレンズ２１０ａ，２１０ｂからなるステレオ光学系とすることで、カメラモジュール３０は、ステレオ光学系を介して、プリント基板５０上の穴あけ位置６０１Ａのパターンの３次元的な位置を、ドリル２９が穴あけ位置６０１Ａの直上（略直上）にある状態で測定し、そして、各駆動部９１１，９１２，９２２，９２３は、カメラモジュール３０による測定結果に基づいて、加工ヘッド１０Ａの位置を修正することができる。
【０１３８】
他の詳細は、前記実施の形態１と同様である。ただし、加工ヘッド１０Ａの下端はドリル２９の先端などとなる。
【０１３９】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。例えば、上記した実施の形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【０１４０】
例えば、前記実施の形態においては、基板処理装置の一例として、プリント基板に電子部品を実装する部品実装装置や、プリント基板に穴をあける基板加工装置を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、撮像装置を用いて位置決めを行う基板処理装置全般に広く適用できるものである。
【符号の説明】
【０１４１】
１０  実装ヘッド
１０Ａ  加工ヘッド
１１  Ｘビーム機構
１２  Ｙビーム機構
１３  ベースフレーム
２０  吸着ノズルモジュール
２０Ａ  加工ヘッドモジュール
２１  吸着ノズル
２２  Ｚ軸モータ
２３  θ軸モータ
２４  真空バルブ
２５  フレーム
２９  ドリル
３０  カメラモジュール
３１  レンズ
３２  カメラモジュールステイ
３３  カメラモジュール移動ステージ
４０  電子部品フィーダ
４１  部品受け渡し部
５０  プリント基板
６０  電子部品
９０  制御部
１００  部品実装装置
２０１  基板斜方照明光源
２０２  ノズル照明光源
２０３  部品透過照明光源
２１０  ロッドリレーレンズ
２１１  ロッド対物レンズ
２１２  遮光パターン
２２０  三角プリズム
２２１  ダブプリズム
２２２  ロンボイドプリズム
２２３  ウェッジプリズム
２５０  対物レンズ
２５１  リレーレンズ
２５２  接眼レンズ
２５３  イメージ転送用ファイバーバンドル
２５４  中間像位置
３０１  イメージセンサ
３０２  カメラモジュール部移動ユニット
６０１  部品搭載位置
６０１Ａ  穴あけ位置
９１１  Ｘ軸モータ駆動部
９１１１  位置エンコーダ
９１２  Ｙ軸モータ駆動部
９１２１  位置エンコーダ
９２２  Ｚ軸モータ駆動部
９２３  θ軸モータ駆動部
９２４  真空バルブ駆動部
９３０  画像処理部
【図１】
2014216621.tif 000003
【図２】
2014216621.tif 000004
【図３】
2014216621.tif 000005
【図４】
2014216621.tif 000006
【図５】
2014216621.tif 000007
【図６】
2014216621.tif 000008
【図７】
2014216621.tif 000009
【図８】
2014216621.tif 000010
【図９】
2014216621.tif 000011
【図１０】
2014216621.tif 000012
【図１１】
2014216621.tif 000013
【図１２】
2014216621.tif 000014
【図１３】
2014216621.tif 000015
【図１４】
2014216621.tif 000016
【図１５】
2014216621.tif 000017
【図１６】
2014216621.tif 000018
【図１７】
2014216621.tif 000019
【図１８】
2014216621.tif 000020