(57)【要約】【課題】三次元に配置された複数の部材のＺ方向の相対的位置を測定できるようにできるようにすること。【解決手段】Ｚ方向に並べた、測定マーク７を形成した部材８、及び測定マーク９を形成した部材１０の上記測定マーク７及び上記測定マーク９を撮像系１２により撮像し、その撮像系１２が撮像した上記測定マーク７及び上記測定マーク９に関する情報、及び上記撮像系１２の焦点に起因する上記測定マーク７及び上記測定マーク９の見え方の差異に係る情報に基づいて、上記部材８及び上記部材１０の上記Ｚ方向における相対的位置を測定する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元に配置された複数の部材の一定方向の相対的位置を測定する位置測定方法であって、
上記一定方向を焦点方向とする撮像系により、上記複数の部材それぞれに形成された測定マークを撮像し、
上記撮像系によって撮像された上記測定マークに関する情報と、上記撮像系の焦点に起因する上記測定マークの見え方の差異に係る情報とに基づいて、上記部材の上記一定方向における相対的位置を測定することを特徴とする位置測定方法。
【請求項２】
測定マークを形成した複数の部材を一定方向に並べ、
上記複数の部材の測定マークを上記一定方向を焦点方向とする撮像系により撮像して取得した画像を用いて、該撮像系の上記部材に対する焦点ズレによる上記測定マークの見かけの大きさの変化を測定し、
該測定により取得した上記測定マークの見かけの大きさの変化と、上記一定方向に関する位置との相関関係を示すデータテーブルを予め作成しておき、
上記データテーブルと、上記撮像系により撮像した上記測定マークの見かけの大きさと、を照合することで上記複数の部材の上記一定方向における位置情報を取得することを特徴とする位置測定方法。
【請求項３】
上記撮像系により撮像して取得した撮像画像を２値化処理し、
該２値化処理により取得した２値化後画像の白黒領域比を測定することにより、上記測定マークの見え方の差異または上記測定マークの見かけの大きさの変化を取得することを特徴とする請求項１または２に記載の位置測定方法。
【請求項４】
上記測定マークの形状は、複数の矩形を組み合わせた形状であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の位置測定方法。
【請求項５】
上記測定マークは、大きさの異なる複数のマークからなる測定マーク群であることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の位置測定方法。
【請求項６】
上記部材は、当該部材に対し上記撮像系の焦点方向に重なって配置される他の部材に形成した測定マークに対応する位置に、貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の位置測定方法。
【請求項７】
上記部材は、当該部材に対し上記撮像系の焦点方向に重なって配置される他の部材に形成した測定マークに対応する位置に、透明部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の位置測定方法。
【請求項８】
上記部材は、透明な材料により構成されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の位置測定方法。
【請求項９】
上記部材は、Ｘ線を透過する材料で構成されており、
上記測定マークは、Ｘ線を透過しない材料で構成されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の位置測定方法。
【請求項１０】
上記部材は、赤外線を透過する材料で構成されており、
上記測定マークは、赤外線を透過しない材料で構成されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の位置測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の部材の位置を測定する位置測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、基板に部品を実装する場合等のように、複数の部材を正確に接合させる場合には、各々の部材同士の位置を合わせる技術を必要とする。このような技術として、従来、例えば特許文献１に示す技術が知られている。
【０００３】
これは、図１７（ａ）に示すように、第１の部材である部品１には、第２の部材である基板２と対向する面（実装面）にアライメントマーク３を設けると共に、上記部品１を実装するための上記基板２には、カメラ４で上記アライメントマーク３を撮像できるように、上記部品１の実装位置に対応する位置に貫通孔である開口部５を設けておく。また、図１７（ｂ）に示すように、カメラ４で撮像して取得した撮像画像において、上記開口部５に関して上記アライメントマーク３があるべき位置として、アライメントマーク設定位置６を予め記憶しておく。そして、実際の位置測定時に、上記カメラ４により、上記開口部５を介して、上記アライメントマーク３を撮像し、得られた撮像画像上で、撮像されたアライメントマーク３の位置と、上記予め記憶した上記アライメントマーク設定位置６との位置のズレ量を測定することで、上記部品１及び上記基板２の正確な位置情報を取得する。
【０００４】
こうして位置情報を取得することにより、上記アライメントマーク設定位置６に、上記アライメントマーク３の位置を合わせるよう、上記部品１を移動させることができ、正確な実装が可能となる。
【特許文献１】特開平６−３１０５６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に開示されている技術では、複数の部材の、図１７（ａ）及び（ｂ）に示すようなＸ−Ｙ方向における位置情報しか取得できない。しかしながら、現実に複数の部材を実装する場合には、Ｘ−Ｙ方向の位置情報のみでは不十分で、Ｚ方向の位置情報の把握が重要となる場面は数多い。例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）デバイス等の複数の微小部品を組み合わせることで、可動部を有する微小構造物を作成する場合には、Ｚ方向の位置情報の把握が特に重要となる。
【０００６】
特に、以下に示すような場合では、Ｚ方向の位置のズレが存在するままで各々の部材の組み立てを行うと、完成した微小構造物が誤作動をとるなど、不都合が生じてしまう。
【０００７】
例えば、静電気力にてヒンジを駆動させるスキャニングミラーのような微小構造物を作成する場合、電極と可動部とのＺ方向における位置関係が、設計された本来の位置関係からズレると、当然、静電気力の値が設計された値と異なる値となり、本来とは異なる動作をとる微小構造物となってしまう。
【０００８】
また、基板へ撮像素子を実装する場合においては、Ｚ方向の位置情報を取得できないために、上記基板に対して上記撮像素子がＺ方向に傾いて実装されてしまえば、基板と共に筐体に組みつけられる光学系から撮像素子に光が真っ直ぐに入射しなくなり、当然正常な動作をしなくなる。
【０００９】
このように、複数の部材を組み合わせて機器を作成する場合に、Ｚ方向の位置情報を取得できなければ、品質確保上大きなデメリットを負う可能性がある。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、三次元に配置された複数の部材の一定方向（Ｚ方向）の相対的位置を測定可能な位置測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様による位置測定方法は、三次元に配置された複数の部材の一定方向の相対的位置を測定する位置測定方法であって、上記一定方向を焦点方向とする撮像系により、上記複数の部材それぞれに形成された測定マークを撮像し、上記撮像系によって撮像された上記測定マークに関する情報と、上記撮像系の焦点に起因する上記測定マークの見え方の差異に係る情報とに基づいて、上記部材の上記一定方向における相対的位置を測定することを特徴とする。
【００１２】
また、上記の目的を達成するために、本発明の第２の態様による位置測定方法は、測定マークを形成した複数の部材を一定方向に並べ、上記複数の部材の測定マークを上記一定方向を焦点方向とする撮像系により撮像して取得した画像を用いて、該撮像系の上記部材に対する焦点ズレによる上記測定マークの見かけの大きさの変化を測定し、該測定により取得した上記測定マークの見かけの大きさの変化と、上記一定方向に関する位置との相関関係を示すデータテーブルを予め作成しておき、上記データテーブルと、上記撮像系により撮像した上記測定マークの見かけの大きさと、を照合することで上記複数の部材の上記一定方向における位置情報を取得することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、三次元に配置された複数の部材の一定方向の相対的位置を測定可能な位置測定方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１５】
［第1実施形態］
図１（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る位置測定方法の概略を示す図である。
【００１６】
即ち、被測定部材である、第１の測定マーク７を形成した第１の部材８と、第２の測定マーク９を形成した第２の部材１０とが、Ｚ方向に並べて配置されている。本実施形態に係る位置測定方法では、位置測定の為の装置として、Ｘ−Ｙ方向に走査される撮像手段１２を用いる。ここで、上記第１の測定マーク７及び上記第２の測定マーク９は、同図に示すように、それぞれ上記撮像手段１２に対向する上記第１の部材８及び上記第２の部材１０の表面上に形成されることは勿論である。
【００１７】
なお、該撮像手段１２としては、例えばＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ），ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）及びＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）等のイメージセンサ、またはそれらを利用したカメラを用いる。本実施形態に係る位置測定方法では、上述のような装置構成を採る。
【００１８】
ところで、このような位置測定の構成において、従来の技術を用いてＺ方向の位置情報を測定するには、例えば図１（ｂ）に示すように、被測定部材のＺ方向の距離を認識するための変位計１８を更に設け、部材間の距離を直接測定する装置構成を採ることが考えられる。しかしながら、そのような装置構成では、装置の複雑化及び装置自体の大型化は避けられない。
【００１９】
これに対して、本実施形態に係る位置測定方法では、従来は被測定部材のＸ−Ｙ方向の位置しか認識できなかった装置構成と同様の装置構成を用いて、画像処理のみによってＺ方向の位置測定をも行うことができるようにしたものである。以下、図１（ａ）を用いて、Ｚ方向の位置を認識することを可能とする原理について説明する。
【００２０】
まず、図１（ａ）に示す装置構成において、上記撮像手段１２により、上記第１の部材８に形成された上記第１の測定マーク７を撮像し、また、Ｘ方向に移動させて上記第２の部材１０に形成された上記第２の測定マーク９を撮像する。
【００２１】
すると、上記撮像手段１２の焦点方向（光軸方向）をＺ軸方向としているので、その撮像画像には、上記第１の部材８のＺ方向における位置と上記撮像手段１２の焦点位置との相対距離、及び上記第２の部材１０のＺ方向における位置と上記撮像手段１２の焦点位置との相対距離に起因して、上記撮像画像における上記第１の測定マーク７と上記第２の測定マーク９との見え方に差異が生じる。
【００２２】
本実施形態では、このようにして生じる測定マーク同士の見え方の差異を観察することで、被測定部材のＺ方向の位置情報を取得する。
【００２３】
なお、本実施形態では、被測定部材が２つの場合を例に説明したが、被測定部材の数は２つに限らないことは言うまでもない。
【００２４】
以上説明したように、本発明の第１実施形態によれば、従来では被測定部材のＸ−Ｙ方向のみの位置情報しか取得することができなかった装置構成と同様の装置構成を用いて、つまり新たな構成要素を加えることなく、上記被測定部材のＺ方向の位置情報をも取得可能な位置測定方法を提供することができる。
【００２５】
［第２実施形態］
図２は、本発明の第２実施形態に係る位置測定方法の概略を示す図である。以下、被測定部材として、Ｚ方向に互いに距離を異にして配置されている、第１の測定マーク７が形成された第１の部材（例えば基板）８、第２の測定マーク９が形成された第２の部材（例えば基板）１０、及び第３の測定マーク１９が形成された第３の部材（例えばプリント基板）２０を想定して、本実施形態に係る位置測定方法を説明する。
【００２６】
ここで、上記第１の部材８、上記第２の部材１０、及び上記第３の部材２０は板状に形成されており、その厚さは０．０１ｍｍ乃至５．０ｍｍである。また、上記第１の部材８、上記第２の部材１０、及び第３の部材２０は、ガラス繊維−エポキシ複合基板、アラミド繊維−エポキシ複合基板に代表される有機複合材料基板、ポリイミドなどの薄型有機材料からなるフレキシブル基板、セラミック基板、Ｓｉ基板、及びＣｕ，Ａｌ等に代表される金属基板等の基板からなる。さらに、上記第１の部材８、上記第２の部材１０、及び上記第３の部材２０は、片面基板、両面基板、及び層数が２乃至１６層の多層基板のいずれかの態様である。
【００２７】
なお、上記第１の部材８、上記第２の部材１０、及び上記第３の部材２０の材料物性は、上述した基板種によって異なるが、熱膨張係数は５ｐｐｍ／℃乃至６０ｐｐｍ／℃、ヤング率は０．１ＧＰａ乃至９０ＧＰａである。また、上記第１の部材８、上記第２の部材１０、及び上記第３の部材２０の構成材料としては、例えば、熱膨張係数１０ｐｐｍ／℃，ヤング率２０ＧＰａであるＦＲ−４グレードガラスエポキシ多層基板が挙げられる。
【００２８】
さらに、上記第１の部材８、上記第２の部材１０、及び上記第３の部材２０の位置情報を取得するための手段として、カメラ２４を設ける。ここで、上記カメラ２４は、ＣＣＤカメラに代表される光学カメラである。なお、上記カメラ２４としては、ＣＭＯＳカメラ等を用いても勿論よい。
【００２９】
また、上記カメラ２４は、Ｘ−Ｙ方向に移動可能に設けられ、被測定部材に形成された測定マークが撮像可能な場所に移動して測定マークを撮像する。言うまでも無く、上記カメラ２４のＺ方向（焦点方向）における位置が変化してしまうと、カメラ２４による第１の測定マーク７、第２の測定マーク９、及び第３の測定マーク１９の撮像画像における、上記各測定マークの見え方が変化してしまうため、上記カメラ２４のＺ方向における位置は固定する。
【００３０】
ここで、上記第１の測定マーク７、上記第２の測定マーク９、及び上記第３の測定マーク１９は、同図に示すように、それぞれ上記カメラ２４に対向する第１の部材８、上記第２の部材１０、及び上記第３の部材２０の表面上に形成されることは勿論である。
【００３１】
なお、上記第１の測定マーク７、上記第２の測定マーク９、及び上記第３の測定マーク１９は、接着剤層（図示せず）を介した金属材料の熱圧着もしくはめっきにより形成されており、その厚さは０．００５ｍｍ乃至０．１ｍｍである。
【００３２】
また、上記第１の測定マーク７、上記第２の測定マーク９、及び上記第３の測定マーク１９は、Ｃｕ，Ａｌ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｎｉ，Ｗ，Ｍｏ等に代表される金属材料からなる。これらの材料物性は前述した材料種によって異なるが、熱膨張係数は５ｐｐｍ／℃乃至３０ｐｐｍ／℃、ヤング率は２０ＧＰａ乃至６００ＧＰａである。なお、上記第１の測定マーク７、上記第２の測定マーク９、及び上記第３の測定マーク１９の構成材料としては、例えば、熱膨張係数１７ｐｐｍ／℃，ヤング率が１３６ＧＰａである無電解銅が挙げられる。
【００３３】
また、上述の測定装置において、上記カメラ２４による撮像等の位置測定動作を行いやすいように、ライティングをする照明装置（不図示）を設けることが好ましい。なお、該照明装置としては、電球、蛍光灯及びＬＥＤ等を挙げることができる。
【００３４】
以下、図３乃至図５を用いて、本実施形態に係る位置測定方法の原理及び測定手順について説明する。なお、被測定部材（本実施形態においては、第１の部材８、第２の部材１０、及び第３の部材２０）に形成する測定マーク（本実施形態においては、第１の測定マーク７、第２の測定マーク９、及び第３の測定マーク１９）の形状としては、図３乃至図５に示す各測定マークの形状に限らないことは、言うまでも無い。
【００３５】
まず、上記カメラ２４を用いて、上記第１の測定マーク７、第２の測定マーク９、及び第３の測定マーク１９をそれぞれ撮像すると、これらの測定マークは、撮像画像中においては、それぞれ第１の測定マーク画像２６（図３参照）、第２の測定マーク画像２８（図４参照）、第３の測定マーク画像３０（図５参照）のようになる。
【００３６】
同様に、上記第１の部材８、上記第２の部材１０、及び第３の部材２０は、それら撮像画像中においては、それぞれ第１の部材画像３２（図３参照）、第２の部材画像３４（図４参照）、及び第３の部材画像３６（図５参照）のようになる。
【００３７】
ここで、図３乃至図５に示すように、撮像画像中では、第１の測定マーク画像２６、第２の測定マーク画像２８、及び第３の測定マーク画像３０は、それぞれ独自のぼやけ方をする。
【００３８】
つまり、各々の測定マークは、撮像画像中では見かけの大きさが異なる画像となる。これは、上記第１の測定マーク７と上記カメラ２４の焦点位置３８（図２参照）との距離、上記第２の測定マーク９と上記カメラ２４の焦点位置３８との距離、及び上記第３の測定マーク１９と上記カメラ２４との距離、がそれぞれ互いに異なることに起因する現象である。
【００３９】
本実施形態では、この現象を利用することで、変位計等の新たな構成要素を付加することなく、被測定部材（本実施形態においては、第１の部材８、第２の部材１０、及び第３の部材２０）のＺ方向の位置情報を取得することができる。以下、該位置情報の取得の原理を説明する。
【００４０】
まず、あらかじめ、被測定部材に形成する測定マーク（本実施形態においては、第１の測定マーク７、第２の測定マーク９、及び第３の測定マーク１９）と同様の測定マークを、上記測定マークを撮像するカメラ（本実施形態においては、カメラ２４）の焦点距離（本実施形態においては、焦点位置３８）を基準として、距離を離しながら上記カメラ２４にて撮像する。該撮像で取得した画像中の、上記測定マーク（本実施形態においては、第１の測定マーク７、第２の測定マーク９、及び第３の測定マーク１９）の見かけの大きさを、その都度測定及び記録することによって、「カメラの焦点位置から被測定部材までの距離と、撮像された該被測定部材画像中における測定マークの見かけの大きさと、の相関関係を表す相関データテーブル」を取得する。
【００４１】
このようにして取得したデータテーブルを用いることで、本実施形態においては、上記カメラ２４が撮像した第１の測定マーク画像２６、第２の測定マーク画像２８、及び第３の測定マーク画像３０のぼやけ方から、それぞれ第１の部材８、第２の部材１０、及び第３の部材２０とカメラ２４の焦点位置３８との距離を検出することができる。つまり、第１の部材８、第２の部材１０、及び第３の部材２０のＺ方向の位置情報を、それぞれ取得することができる。
【００４２】
以上説明したように、本発明の第２実施形態によれば、被測定部材測定用のカメラの焦点位置から被測定部材までの距離と、上記カメラによる被測定部材の撮像画像中の測定マークの見かけの大きさと、の相関関係を示す相関データテーブルを作成及び使用することで、上記被測定部材のＺ方向の位置情報を容易に取得することができる位置測定方法を提供することができる。
【００４３】
なお、本実施形態に係る位置測定方法では、従来では被測定部材のＸ−Ｙ方向のみの位置情報しか取得することができなかった装置構成と同様の装置構成を用いて、つまり新たな構成要素を加えることなく、Ｚ方向の位置測定を行うことができる。したがって、Ｚ方向の位置測定が可能な位置測定方法としては、測定装置の単純化及び小型化を実現した位置測定方法を提供することができる。
【００４４】
［第３実施形態］
本実施形態と上記第１実施形態及び上記第２実施形態との相違点は、本実施形態においては、上記第１実施形態及び上記第２実施形態と同様にして測定マークを撮像した画像を２値化処理し、該２値化処理後の画像において白黒領域比を算出する点である。本実施形態においては、上記白黒領域比は、画素（ｐｉｘｅｌ）単位で表すとする。なお、上記白黒領域比の表し方としては、上記２値化処理後における画像の白部と黒部との領域の比率を求められる方法であれば、画素（ｐｉｘｅｌ）単位で示す方法以外の方法を用いても勿論よい。
【００４５】
以下、上記第１実施形態及び上記第２実施形態との相違点を中心に、本実施形態に係る位置測定方法に用いる測定装置の装置構成を説明する。なお、ここでは、上記第２実施形態に係る位置測定方法で用いた測定装置と同様の装置構成を用いて、本実施形態に係る位置測定方法を説明する。すなわち、図２に示すように、第１の測定マーク７を形成した第１の部材８、第２の測定マーク９を形成した第２の部材１０、及び第３の測定マーク１９を形成した第３の部材２０を、焦点の位置が第１の測定マーク７のＺ方向の位置と一致する位置である焦点位置３８であるカメラ２４にて撮像し、上記第１の部材８、第２の部材１０、及び第３の部材２０の位置を測定する場合において、本実施形態に係る位置測定方法を説明する。
【００４６】
図６（ａ）は、上記第１実施形態及び上記第２実施形態と同様の方法で上記カメラ２４にて撮像した図３に示すような撮像画像を２値化処理した画像における、２値化後第１の測定マーク画像４０を示す図である。また、同様に、図６（ｂ）は、上記第１実施形態及び上記第２実施形態と同様の方法で上記カメラ２４にて撮像した図４に示すような撮像画像を２値化処理した画像である、２値化後第２の測定マーク画像４２を示す図である。同様に、図６（ｃ）は、上記第１実施形態及び上記第２実施形態と同様の方法で上記カメラ２４にて撮像した図５に示すような撮像画像を２値化処理した画像である、２値化後第３の測定マーク画像４４を示す図である。
【００４７】
図６に示すように、２値化処理が為された画像中では、上記測定マークが存在すると判断される領域を白、上記測定マークが存在しないと判断される領域は黒と表記される。このように、上記カメラ２４による撮像画像を２値化処理することで、測定マーク（第１の測定マーク、第２の測定マーク、及び第３の測定マーク）のエッジ部のボヤケが解消するため、上記撮像画像の白黒領域比を容易かつ明確な数値で求めることができる。
【００４８】
このようにして上記カメラ２４による撮像画像を２値化処理した後、該２値化処理後の画像における、白部の領域と黒部の領域との面積比率である白黒領域比を算出する。なお、本実施形態に係る位置測定方法では、上記カメラ２４の焦点位置３８から被写体（本実施形態においては第１の部材８、第２の部材１０、及び第３の部材２０）までの距離と、上記２値化処理後の画像中の白黒領域比と、の相関関係を表すデータテーブルである相関データテーブルをあらかじめ作成する。
【００４９】
なお、上記２値化処理における閾値は、所望のカメラ性能、部材間の最大距離、測定分解能、等のパラメータによりあらかじめ適切に設定しておくことが好ましく、上記データテーブル作成時と測定時で、カメラ２４（及び照明）及び閾値は同じものを使用する。
【００５０】
これにより、本実施形態に係る位置測定方法を用いると、実際の位置測定において、上記白黒領域比さえ算出することができれば、上記相関データテーブルを参照することで、被測定部材（本実施形態においては、第１の部材８、第２の部材１０、及び第３の部材２０）のＺ方向の位置情報を取得することができる。
【００５１】
以上説明したように、本発明の第３実施形態によれば、上記カメラ２４による撮像画像を２値化処理することで、上記撮像画像中の上記各測定マークの見かけの大きさを明確に数値化することができる。したがって、上記２値化処理後の画像における白黒領域比さえ求めれば、上記相関データテーブルを参照することで、被測定部材のＺ方向における位置情報を、容易かつ正確に取得することができる位置測定方法を提供することができる。
【００５２】
なお、本実施形態に係る位置測定方法において、被測定部材（上記第１の部材８、上記第２の部材１０、及び上記第３の部材２０）に形成する測定マーク（上記第１の測定マーク７、上記第２の測定マーク９、及び上記第３の測定マーク１９）の形状は、図３乃至図５に示される測定マークの形状に限らない。したがって、図６（ａ）乃至図６（ｃ）に示す各測定マークの形状も、当然同図に示される形状に限らないことは言うまでも無い。
【００５３】
［第４実施形態］
本実施形態に係る位置測定方法と、上記第３実施形態に係る位置測定方法との主な相違点は、被測定部材に形成する測定マークの形状を、複数の矩形の組み合わせによる形状とすることにより、上記測定マークのエッジ部を多くする点である。
【００５４】
以下、上記第３実施形態に係る位置測定方法の説明に用いた図２乃至図６を再び用いて、本実施形態に係る位置測定方法を説明する。なお、本実施形態に係る位置測定方法に特有な部分を強調するために、上記第３実施形態に係る位置測定方法と同一の構成、及びその作用については一部説明を省略する。
【００５５】
本実施形態では、「一致度」という概念を導入して位置測定を行う。ここで、「一致度」とは、上述の２値化処理を行った後の上記撮像画像において算出した白黒領域比と、あらかじめ設定されている基本モデル画像における白黒領域比とを比較し、上記撮像画像における白黒領域比と、上記基本モデル画像における白黒領域比との類似性を、上記基本モデル画像における白黒領域比を１００パーセントとした百分率で表したものである。したがって、一致度は、基本モデルとの一致度とも呼ばれる。
【００５６】
また、撮像画像中における測定マークの見かけの大きさが大きくなるにつれ、一致度は減少する傾向を有するので、一致度とは、測定マークの見かけの大きさの変化の割合、と表現することもできる。
【００５７】
ここで、図７は、本実施形態に係る位置測定方法で用いる測定マークの一例である、矩形合成測定マーク４５ａ及び矩形合成測定マーク４５ｂを示す図である。同図に示すように、本実施形態においては、複数の矩形を組み合わせた形状を有するマークを、被測定部材に形成する。
【００５８】
なお、これら図示する矩形合成測定マーク４５ａ及び矩形合成測定マーク４５ｂは、矩形合成測定マークのあくまでも一例であって、複数の矩形に分割することのできる形状を有する測定マークは、全て本実施形態における矩形合成測定マークに該当することは言うまでも無い。
【００５９】
以下、図２を用いて、本実施形態に係る位置測定方法で用いる装置構成について説明する。即ち、ここでは、第１の測定マーク７が形成されている第１の部材８と、第２の測定マーク９が形成されている第２の部材１０と、第３の測定マーク１９が形成されている第３の部材２０が、カメラ２４（本実施形態においてはＣＣＤカメラとし、以下ＣＣＤカメラ２４と称呼する）に対してそれぞれＺ方向に距離を異にして配置されている装置構成を用いて、本実施形態に係る位置測定方法を説明する。
【００６０】
なお、本実施形態に係る位置測定方法においては、上記第１の測定マーク７、第２の測定マーク９、及び第３の測定マーク１９は全て、矩形合成測定マークに限定される。
【００６１】
なお、上記第１の部材８、上記第２の部材１０、及び上記第３の部材２０は、例えば基板であるとすると、その基板材料としては、例えば石英ガラスが挙げられる。また、上記第１の測定マーク７、上記第２の測定マーク９、及び上記第３の測定マーク１９は、例えばＡｌからなる。
【００６２】
また、上記ＣＣＤカメラ２４は、上述した各実施形態における撮像手段またはカメラと同様に、Ｚ方向には固定してＸ方向（及び場合によりＹ方向）には移動可能な部材であるとする。また、上記ＣＣＤカメラ２４の焦点位置は同図に示すように、Ｚ方向の位置としては上記第１の測定マーク７の位置と同じ位置である焦点位置３８である。
【００６３】
以下、測定マークを複数の矩形の組み合わせで形成させた形状を採らせることで生じる利点と該利点が生じる原理を、本実施形態に係る位置測定方法における測定手順に沿って説明する。
【００６４】
上述の装置構成において、上記ＣＣＤカメラ２４はＸ方向に移動し、上記第１の部材８に形成された第１の測定マーク７、上記第２の部材１０に形成された第２の測定マーク９、及び上記第３の部材２０に形成された第３の測定マーク１９を撮像する。
【００６５】
また、上述したように上記ＣＣＤカメラ２４の焦点位置３８は、第１の測定マーク７のＺ方向における位置と一致する。したがって、上記ＣＣＤカメラ２４による上記第１の測定マーク７、上記第２の測定マーク９、及び上記第３の測定マーク１９の撮像画像は、それぞれ図３、図４、及び図５に示すようになる。さらに、これら図３乃至図５に示す画像を２値化処理すると、それぞれ図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）に示す画像になる。
【００６６】
ここで、撮像手段（本実施形態におけるＣＣＤカメラ２４）の焦点位置と、被測定部材（本実施形態における、第１の部材８、第２の部材１０、及び第３の部材２０）のＺ方向における位置とがずれている場合、該被測定部材に形成された測定マーク（本実施形態における、第１の測定マーク７、第２の測定マーク９、及び第３の測定マーク１９）のエッジ部がぼやける。つまり、上記撮像画像中において、上記測定マークの見かけの大きさが大きくなる。すると、それに伴って、当然２値化処理後の白色領域（上述したように、測定マークを表す領域）も大きくなる。
【００６７】
つまり、上記測定マークの形状にエッジ部が多いほど、上記撮像手段の焦点位置と上記被測定部材のＺ方向における位置とのズレに起因する、上記撮像画像の２値化処理後の白黒領域比の変化が顕著となる。したがって、上記測定マークに矩形合成測定マークを用いることで、より精度の高い位置測定が可能となる。
【００６８】
言い換えれば、測定マークを複数の矩形の組み合わせで形成し、該測定マークのエッジ部を多くすることで、上記撮像手段の焦点位置に対する被測定部材の位置の変化を検出する精度及び感度を向上させることができる。
【００６９】
以下、図６に示す２値化処理後の画像の白黒領域比から、上記第１の部材８、上記第２の部材１０、及び上記第３の部材２０のＺ方向の位置を算出する方法を説明する。
【００７０】
本実施形態に係る位置測定方法では、上記第２実施形態及び上記第３実施形態に係る位置測定方法と同様に、相関データテーブルを用いた位置測定を行う。しかしながら、本実施形態では、さらに、上述した「一致度」という概念を導入して位置測定を行うことにより、より精密な位置測定が可能となる。
【００７１】
図８は、一致度とＺ方向におけるＣＣＤカメラ２４の焦点位置３８からの距離との相関関係を示すグラフである。同図に示すように、ＣＣＤカメラ２４の焦点位置３８から離れた位置の被測定部材ほど、該被測定部材及び該被測定部材に形成された測定マークを撮像した撮像画像の２値化処理後画像における一致度は小さくなる。
【００７２】
そこで、本実施形態においては、あらかじめ測定マークの一致度と、ＣＣＤカメラ２４の焦点位置からのＺ方向のズレ量と、の相関関係を測定しておき、さらに、該相関関係をデータテーブル化する。該データテーブル化により、例えば図９に示すデータテーブル４７のようなデータテーブルを作成する。
【００７３】
なお、図９は、上記相関関係を表として表したデータテーブルの一例である。本実施形態に係る位置測定方法では、上記データテーブル４７と、上記ＣＣＤカメラ２４による被測定部材（本実施形態においては、第１の測定マーク７が形成された第１の部材８、第２の測定マーク９が形成された第２の部材１０、及び第３の測定マーク１９が形成された第３の部材２０）の撮像画像を２値化処理した画像における白黒領域比と、を比較することで上記被測定部材のＺ方向の正確な位置を把握することができる。
【００７４】
本実施形態を適用して実際に試験を試みたところ、第１の測定マーク７のＺ方向の位置はＣＣＤカメラの焦点位置と同一の位置であり、第２の測定マーク９のＺ方向の位置はＣＣＤカメラの焦点位置＋３０μｍ、第３の測定マーク１９のＺ方向の位置はＣＣＤカメラの焦点位置＋５０μｍであることが測定された。また、マイクロメータを用いて実際に上記第１の部材８の位置、及び上記第２の部材１０の位置、上記第３の部材２０の位置を測定したところ、それら被測定部材の位置は、上述の本実施形態に係る位置測定方法にて求めた値と同様の値が得られた。この事実により、本発明の位置測定方法は、Ｚ方向の位置を正確に測定できることが証明されたと言える。
【００７５】
なお、本実施形態に係る位置測定方法で取得した２値化処理後画像である図６に示す画像の一致度は、以下の通りである。図６（ａ）に示す画像、つまり第１の部材８及び第１の測定マーク７の撮像画像の２値化処理後の画像における一致度は８２．７％である。また、図６（ｂ）に示す画像、つまり第２の部材１０及び第２の測定マーク９の撮像画像の２値化処理後の画像における一致度は７３．３％である。さらに、図６（ｃ）に示す画像、つまり第３の部材２０及び第３の測定マーク１９の撮像画像の２値化処理後の画像における一致度は６９．９％である。
【００７６】
以上説明したように、本発明の第４実施形態によれば、上記第３実施形態に係る位置測定方法による効果に加えて、カメラの焦点位置に対する被測定部材の位置の変化を検出する精度及び感度が向上する為、より検出精度及び感度の良い位置測定方法を提供することができる。
【００７７】
なお、この本実施形態に特有の効果は、被測定部材に形成された測定マークのエッジ部が多いほど顕著に得られる。つまり、上記測定マークの矩径の数を更に増やすことにより、より効果も大きくなる。
【００７８】
したがって、測定マークを星型にするなどして、エッジ部が更に多い形状を採らせることでその効果を大きくしても勿論よい。また、矩形合成測定マーク４５ｂのように、測定マーク内部に中空部を設けることで、測定マーク内周にエッジ部を更に設けても勿論よい。
【００７９】
［第５実施形態］
本発明の第５実施形態では、上述した各実施形態においても使用していた、被測定部材に形成する測定マークとして、大きさの違うマークを複数形成する。
【００８０】
以下、図１０及び図１１を用いて、本実施形態に係る位置測定方法に特有な構成及びその作用について説明する。
【００８１】
図１０は、被測定部材に形成する大きさの異なる複数の測定マークの例を示した図である。上記各実施形態の説明で述べたように、被測定部材の位置がカメラの焦点位置からずれるに従い、該カメラによる撮像画像中の被測定部材に形成された測定マークのエッジ部がぼやけて不明瞭となる。したがって、上記カメラの焦点位置と上記被測定部材の位置ずれが大きくなるにつれ、エッジ部のぼやけは大きくなり、ある位置を境に測定マークが、上記カメラにより認識されなくなる。この現象を利用することで、本実施形態では、位置測定を行う。
【００８２】
具体的には、例えば図１０に示すように、互いに大きさの異なる複数の測定マークからなる測定マーク群４８を測定マークとして用いる。つまり、実際の位置測定においては、図１１に示すように、被測定部材である部材４６に、上記測定マーク群４８を形成することで容易に位置測定を行うことができる。
【００８３】
つまり、カメラ２４と部材４６との距離が広がる（図１１（ａ）に示す状態から図１１（ｂ）に示す状態へ移行した）場合、部材４６に形成された測定マーク群４８は、カメラ２４の焦点位置３８と部材４６の位置とがずれていくに従って、小さな測定マークから順に識別不能になっていく。例えば、図１１（ｂ）の状態では、上記測定マーク群４８の画像４８’の内の右２つの測定マークの画像が認識できなくなっている。
【００８４】
したがって、このように認識されなくなる測定マーク郡４８の測定マークの数と、上記部材４６の距離との対応関係を予め調べておくことにより、認識されなくなった測定マーク郡４８の測定マークの数から、部材４６とカメラ２４の焦点位置３８との位置のずれを把握することができる。つまり、被測定部材のＺ方向の位置を、大まかにではあるが、迅速に測定することができる。
【００８５】
以上説明したように、本発明の第５実施形態によれば、部材４６に、大きさの異なる複数種の測定マーク４８を形成することで、上記カメラ２４の焦点位置３８と上記部材４６の位置とのずれを、上記測定マーク郡４８のうちの認識可能なマークの数を調べることで、大まかにではあるが、非常に迅速に上記部材４６のＺ方向の位置情報を取得することができる位置測定方法を提供することができる。したがって、本実施形態に係る位置測定方法は、例えば迅速さが要求される生産工程内での品質検査など、迅速さが要求される場面において非常に有効に作用する。
【００８６】
また、カメラ２４により撮像した測定マーク郡４８の形成された部材４６の画像の２値化処理や、該２値化処理後の画像における白黒領域比の算出や、該白黒領域比と部材４６のカメラ２４の焦点位置３８に対する位置のずれとの相関関係を示すデータテーブルの作成、及び該データテーブルを参照した位置測定を一切行うことなく、つまり、それらを行う機能を具備させなくとも、被測定部材のＺ方向の位置状況を把握できる位置測定方法でもある。
【００８７】
［第６実施形態］
本発明の第６実施形態に係る位置測定方法では、被測定部材の一部（特に、他の被測定部材に形成された測定マークと重なって位置される部位）に穴加工を施して窓部を設ける。該窓部を被測定部材に設ける点が、上記第１実施形態乃至上記第５実施形態との相違点である。これにより、カメラ２４から見た場合にＺ方向に関して互いに重なり合う状態となっている被測定部材においても、該被測定部材の窓部を通して他の部材の測定マークを観察することができる。
【００８８】
以下、図１２を用いて、本実施形態に係る位置測定方法を説明する。なお、本実施形態に係る位置測定方法は、上述した第１実施形態乃至第５実施形態の全てに対して適用できる。したがって、ここでは、本実施形態に特有の構成、動作、及び効果のみについて説明する。
【００８９】
本実施形態では、図１２に示すように、第１の測定マーク７が形成された第１の部材８、第２の測定マーク９が形成された第２の部材１０、及び第３の測定マーク１９が形成された第３の部材２０が、カメラ２４から見た場合にＺ方向に互いに重なっている状況を用いて説明する。なお、上述したように、被測定部材である上記第１の部材８、上記第２の部材１０、及び上記第３の部材２０には、それぞれ窓部５０を設ける。また、上記カメラ２４の焦点位置は、同図に示すように、上記第１の測定マーク７とＺ方向に関して同一の位置である焦点位置３８である。
【００９０】
上述のように、カメラ２４から見て被測定部材同士がＺ方向に関して互いに重なっている場面では、従来では、該被測定部材に形成された各測定マークを直接にカメラ２４で撮像することが出来なかった。
【００９１】
しかしながら、本実施形態に係る位置測定方法では、被測定部材（本実施形態では、第１の部材８、第２の部材１０、及び第３の部材２０；以下同様）の一部（特に、他の被測定部材に形成された測定マークと重なって位置される部位）に穴加工を施して貫通孔である窓部を設けることで、カメラ２４から見て被測定部材同士がＺ方向に互いに重なっているような場面であっても、カメラ２４での上記各測定マークの撮像を可能とし、位置測定を行うことができる。
【００９２】
以上説明したように、本発明の第６実施形態によれば、被測定部材及び該被測定部材に形成する測定マークに関する諸設計事項に関して、つまり実装構造の設計の自由度に関して阻害することのない位置測定方法を提供することができる。
【００９３】
［第７実施形態］
本発明の第７実施形態に係る位置測定方法では、被測定部材の一部（特に、他の被測定部材に形成された測定マークと重なって位置される部位）に透明部を設ける。透明部を被測定部材に設ける点が、上記第１実施形態乃至上記第５実施形態との相違点であり、上記第６実施形態における窓部を透明部に置き換えた位置測定方法であると考えてもよい。
【００９４】
これにより、カメラ２４から見た場合にＺ方向に関して互いに重なり合う状態となっている被測定部材においても、該被測定部材の透明部を通して他の部材の測定マークを観察することができる。
【００９５】
なお、上記透明部の材料としては、ガラス、エポキシ樹脂、アラミド樹脂、及びアクリル樹脂等を挙げることができる。これら上記透明部の材料の物性は、ヤング率は５乃至７００ＭＰａ、熱膨張係数は０．１乃至１００ｐｐｍ／℃の範囲内である。
【００９６】
以下、図１３を用いて、本実施形態に係る位置測定方法を説明する。なお、本実施形態に係る位置測定方法は、上述した第１実施形態乃至第５実施形態の全てに対して適用できる。したがって、ここでは、本実施形態に特有の構成、動作、及び効果のみについて説明する。
【００９７】
本実施形態では、図１３に示すように、第１の測定マーク７が形成された第１の部材８、第２の測定マーク９が形成された第２の部材１０、及び第３の測定マーク１９が形成された第３の部材２０が、カメラ２４から見た場合にＺ方向に互いに重なっている状況を用いて説明する。なお、上述したように、被測定部材である上記第１の部材８、上記第２の部材１０、及び上記第３の部材２０には、それぞれ透明部５２を設ける。また、上記カメラ２４の焦点位置は、同図に示すように、上記第１の測定マーク７とＺ方向に関して同一の位置である焦点位置３８である。
【００９８】
上述のように、カメラ２４から見て被測定部材同士がＺ方向に関して互いに重なっている場面では、従来では、該被測定部材に形成された各測定マークを直接にカメラ２４で撮像することが出来なかった。
【００９９】
しかしながら、本実施形態に係る位置測定方法では、被測定部材（本実施形態では、第１の部材８、第２の部材１０、及び第３の部材２０；以下同様）の一部（特に、他の被測定部材に形成された測定マークと重なって位置される部位）に透明部５２を設けることで、カメラ２４から見て被測定部材同士がＺ方向に互いに重なっているような場面であっても、カメラ２４での上記各測定マークの撮像を可能とし、位置測定を行うことができる。
【０１００】
なお、上記第６実施形態に係る位置測定方法では、被測定部材に穴部を設けることにより本実施形態と同じ効果を生じさせたが、本実施形態では被測定部材に貫通孔である窓部を設けない為、該被測定部材に外力が作用した場合であっても、特定部への応力集中を防ぐことができ、被測定部材の強度を保つことができる。
【０１０１】
以上説明したように、本発明の第７実施形態によれば、被測定部材の強度を低下させることなく、被測定部材及び該被測定部材に形成する測定マークに関する諸設計事項に関して、つまり実装構造の設計の自由度に関して阻害することのない位置測定方法を提供することができる。
【０１０２】
［第８実施形態］
本発明の第８実施形態に係る位置測定方法では、被測定部材を透明な材料により構成する。被測定部材を透明な材料により構成する点が、上記第１実施形態乃至上記第７実施形態との相違点である。
【０１０３】
これにより、カメラ２４から見た場合にＺ方向に関して互いに重なり合う状態となっている被測定部材においても、該被測定部材自体を通して他の部材の測定マークを観察することができる。
【０１０４】
なお、上記被測定部材を構成する透明材料としては、ガラス、エポキシ樹脂、アラミド樹脂、及びアクリル樹脂等を挙げることができる。これら上記透明部の材料の物性は、ヤング率は５乃至７００ＭＰａ、熱膨張係数は０．１乃至１００ｐｐｍ／℃の範囲内である。
【０１０５】
以下、図１４を用いて、本実施形態に係る位置測定方法を説明する。なお、本実施形態に係る位置測定方法は、上述した第１実施形態乃至第７実施形態の全てに対して適用できる。したがって、ここでは、本実施形態に特有の構成、動作、及び効果のみについて説明する。
【０１０６】
本実施形態では、図１４に示すように、透明材料で構成した第１の部材５４、透明材料で構成した第２の部材５６、及び透明材料で構成した第３の部材５８が、カメラ２４から見た場合にＺ方向に互いに重なっている状況を用いて説明する。なお、上記透明材料で構成した第１の部材５４、上記透明材料で構成した第２の部材５６、及び上記透明材料で構成した第３の部材５８には、それぞれ第１の測定マーク７、第２の測定マーク９、及び第３の測定マーク１９を形成する。また、上記カメラ２４の焦点位置は、同図に示すように、上記第１の測定マーク７とＺ方向に関して同一の位置である焦点位置３８である。
【０１０７】
上述のように、カメラ２４から見て被測定部材同士がＺ方向に関して互いに重なっている場面では、従来では、該被測定部材に形成された各測定マークを直接にカメラ２４で撮像することが出来なかった。
【０１０８】
しかしながら、本実施形態に係る位置測定方法では、被測定部材を透明な材料で構成すること（透明材料で構成した第１の部材５４、透明材料で構成した第２の部材５６、及び透明材料で構成した第３の部材５８）により、カメラ２４から見て被測定部材同士がＺ方向に互いに重なっているような場面であっても、カメラ２４での上記各測定マークの撮像を可能とし、位置測定を行うことができる。
【０１０９】
なお、上記第６実施形態及び上記第７実施形態に係る位置測定方法で必要としていた、被測定部材に貫通孔を設ける工程、及び該貫通孔に透明な材料を充填することで被測定部材の一部に透明部を設ける工程を省略することができる。すなわち、上記第６実施形態及び上記第７実施形態に係る位置測定方法に比べ、被測定部材製作の工程の簡略化及びコストダウンを可能とした。
【０１１０】
以上説明したように、本発明の第８実施形態によれば、上記第６実施形態に係る位置測定方法を用いた場合に比べ被測定部材の強度を低下させることがなく、かつ上記第７実施形態に係る位置測定方法に比べて被測定部材製作の工程の簡略化及びコストダウンを可能とした上で、上記第７実施形態と同様の効果を得ることができる。つまり、被測定部材及び該被測定部材に形成する測定マークに関する諸設計事項に関して、言い換えれば実装構造の設計の自由度に関して阻害することのない位置測定方法を提供することができる。
【０１１１】
［第９実施形態］
本発明の第９実施形態に係る位置測定方法では、Ｘ線を透過する材料により被測定部材を構成し、かつＸ線を透過しない材料により測定マークを構成する。ここで、Ｘ線を透過する材料としては、ガラス−エポキシ樹脂複合材料、ガラス−アラミド樹脂複合材料、及びガラス基板等が挙げられる。また、Ｘ線を透過しない材料としては、Ｃｕ，Ｐｂ，Ａｌ，Ｎｉ等の金属材料が挙げられる。
【０１１２】
なお、Ｘ線は、長時間浴びた場合は人体にとって有害であるので、作業者保護の観点から、図１５に示すように、測定装置全体をＸ線を透過しない材料であるＸ線防護部材６０で被う必要がある。以下、図１５を用いて、本実施形態に係る位置測定方法を説明する。
【０１１３】
本実施形態では、図１５に示すように、Ｘ線透過材料で構成した第１の部材６２、Ｘ線透過材料で構成した第２の部材６４、及びＸ線透過材料で構成した第３の部材６６が、Ｚ方向に互いに重なっている状況を用いて説明する。
【０１１４】
なお、上記Ｘ線透過材料で構成した第１の部材６２、上記Ｘ線透過材料で構成した第２の部材６４、及び上記Ｘ線透過材料で構成した第３の部材６６には、それぞれＸ線非透過材料で構成した第１の測定マーク６８、Ｘ線非透過材料で構成した第２の測定マーク７０、及びＸ線非透過材料で構成した第３の測定マーク７２を形成する。
【０１１５】
また、同図中の参照番号７４はＸ線発生部（Ｘ線管球）である。本実施形態においては、上記Ｘ線発生部７４が、位置測定に用いるＸ線７６を照射する。さらに、同図に示すように、該Ｘ線７６が透過した部分と、該Ｘ線７６が透過しなかった部分とを区別して受像できるＸ線受像部７８を設ける。
【０１１６】
上記第１実施形態乃至上記第８実施形態においては、カメラを用いて測定マークを撮像し、被測定部材の位置を測定するという方法を用いていた。つまり、光学系を利用した位置測定方法を採っていた。しかしながら、本実施形態に係る位置測定方法では、透過性を持つＸ線を利用した位置測定を行う。
【０１１７】
ここで、光学系を利用した位置測定方法におけるカメラは、本実施形態における上記Ｘ線受像部７８に対応する。したがって、光学系を利用した位置測定方法においてカメラにより撮像された測定マークのぼやけは、本実施形態に係る位置測定方法においては、上記Ｘ線受像部７８により撮像されたＸ線非透過材料で構成した測定マークのぼやけに対応する。
【０１１８】
つまり、Ｘ線を利用した位置測定方法では、上記Ｘ線受像部７８により、Ｘ線非透過材料で構成した測定マークを撮像することで、該測定マークが形成されているＸ線透過材料で構成した被測定部材のＺ方向位置を測定する。このように、被測定部材をＸ線透過材料で構成することで、Ｚ方向に被測定部材同士が互いに重なり合う状況であっても、上記Ｘ線７６は該被測定部材を透過するため、問題なく位置測定を行うことができる。つまり、光学系を利用した位置測定を行う上記第８実施形態と同様の効果が得られる。
【０１１９】
さらに、本実施形態に係る位置測定方法では、光学系を用いずに位置測定をすることができるため、ライティングの状態（例えば、照明の輝度及び角度等）に左右されることの無い、安定した被測定部材位置の測定を行うことができる。
【０１２０】
以上説明したように、本発明の第９実施形態によれば、位置測定装置におけるライティングの状態に左右されることが無く、かつ被測定部材及び該被測定部材に形成する測定マークに関する諸設計事項に関して、つまり実装構造の設計の自由度に関して阻害することのない位置測定方法を提供することができる。
【０１２１】
［第１０実施形態］
本発明の第９実施形態に係る位置測定方法では、赤外線を透過する材料により被測定部材を構成し、かつ赤外線を透過しない材料により測定マークを構成する。ここで、赤外線を透過する材料としては、ガラス−エポキシ樹脂複合材料、ガラス−アラミド樹脂複合材料、ガラス基板、Ｓｉ、及びＧａＡｓ等が挙げられる。また、赤外線を透過しない材料としては、Ａｌ，Ａｕ等の金属材料を挙げることができる。
【０１２２】
以下、図１６を用いて、本実施形態に係る位置測定方法を説明する。
【０１２３】
本実施形態では、図１６に示すように、赤外線透過材料で構成した第１の部材８０、赤外線透過材料で構成した第２の部材８２、及び赤外線透過材料で構成した第３の部材８４が、Ｚ方向に互いに重なっている状況を用いて説明する。
【０１２４】
なお、上記赤外線透過材料で構成した第１の部材８０、上記赤外線透過材料で構成した第２の部材８２、及び上記赤外線透過材料で構成した第３の部材８４には、それぞれ赤外線非透過材料で構成した第１の測定マーク８６、赤外線非透過材料で構成した第２の測定マーク８８、及び赤外線非透過材料で構成した第３の測定マーク９０を形成する。
【０１２５】
また、同図中の参照番号９２は赤外線発生部である。本実施形態においては、上記赤外線発生部９２が、位置測定に用いる赤外線９４を照射する。さらに、同図に示すように、該赤外線９４が透過した部分と、該赤外線９４が透過しなかった部分とを区別して受像できる赤外線受像部９６を設ける。
【０１２６】
上記第１実施形態乃至上記第８実施形態においては、カメラを用いて測定マークを撮像し、被測定部材の位置を測定するという方法を用いていた。つまり、光学系を利用した位置測定方法を採っていた。しかしながら、本実施形態に係る位置測定方法では、透過性を持つ赤外線を利用した位置測定を行う。
【０１２７】
ここで、光学系を利用した位置測定方法におけるカメラは、本実施形態における上記赤外線受像部９６に対応する。したがって、光学系を利用した位置測定方法においてカメラにより撮像された測定マークのぼやけは、本実施形態に係る位置測定方法においては、上記赤外線受像部９６により撮像された赤外線非透過材料で構成した測定マークのぼやけに対応する。
【０１２８】
つまり、赤外線を利用した位置測定方法では、上記赤外線受像部９６により、赤外線非透過材料で構成した測定マークを撮像することで、該測定マークが形成されている赤外線透過材料で構成した被測定部材のＺ方向位置を測定する。このように、被測定部材を赤外線透過材料で構成することで、Ｚ方向に被測定部材同士が互いに重なり合う状況であっても、上記赤外線９４は該被測定部材を透過するため、問題なく位置測定を行うことができる。つまり、光学系を利用した位置測定を行う上記第８実施形態と同様の効果が得られる。
【０１２９】
また、本実施形態に係る位置測定方法は、上記第９実施形態に係る位置測定方法におけるＸ線を赤外線に置き換えたものと捉えることができる。したがって、本実施形態においても、上記第９実施形態と同様に、光学系を用いずに位置測定をすることができるため、ライティングの状態（例えば、照明の輝度及び角度等）に左右されることの無い、安定した被測定部材位置の測定を行うことができる。
【０１３０】
さらに、本実施形態に係る位置測定方法では、長時間浴びた場合であっても人体に悪影響を及ぼさない赤外線を用いるため、使用者への安全性は高い。したがって、上記第９実施形態におけるＸ線防護部材に相当する部材を設けなくてもよいため、装置の小型化が実現し、さらに設置場所を限定されてしまうこともない。
【０１３１】
以上説明したように、本発明の第１０実施形態によれば、位置測定装置におけるライティングの状態に左右されることが無く、かつ被測定部材及び該被測定部材に形成する測定マークに関する諸設計事項に関して、つまり実装構造の設計の自由度に関して阻害することのない位置測定方法を提供することができる。また、本実施形態に係る位置測定方法は、上記第９実施形態による効果に加え、装置の小型化の実現及び作業者の安全性を確保した位置測定方法であるとも言える。
【０１３２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態以外にも、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能である。
【０１３３】
例えば、上記実施形態における複数の部材は、部品同士や基板同士のように同一種類の部材であっても良いし、部品と基板のように種類の異なる部材であっても構わない。
【０１３４】
なお、図では明瞭化のために誇張して描かれている測定マークの厚みは、全ての部材に対して同一であれば良く、特に数値を限定するようなものではない。
【０１３５】
（付記）
前記の具体的実施形態から、以下のような構成の発明を抽出することができる。
【０１３６】
（１）  三次元に配置された複数の部材の一定方向の相対的位置を測定する位置測定方法であって、
上記一定方向を焦点方向とする撮像系により、上記複数の部材それぞれに形成された測定マークを撮像し、
上記撮像系によって撮像された上記測定マークに関する情報と、上記撮像系の焦点に起因する上記測定マークの見え方の差異に係る情報とに基づいて、上記部材の上記一定方向における相対的位置を測定することを特徴とする位置測定方法。
【０１３７】
（対応する実施形態）
この（１）に記載の位置測定方法に関する実施形態は、第１実施形態が対応する。この実施形態において、上記測定マークは例えば第１の測定マーク７、及び第２の測定マーク９が対応し、上記部材は例えば第１の部材８、及び第２の部材１０が対応し、上記撮像系は例えば撮像手段１２が対応する。
【０１３８】
（作用効果）
この（１）に記載の位置測定方法によれば、測定マークを形成した複数の部材を一定方向に並べた場合に、上記部材における上記一定方向（Ｚ方向とする）の相対的位置を、撮像手段にて部材に設けられている測定マークを撮像した画像を用いて、測定することができる。具体的には、上記部材の上記Ｚ方向に関する位置と、撮像手段の焦点位置との相対距離に起因する測定マークの見え方の差異を観察することで、上記部材の上記Ｚ方向の位置情報を得ることが可能となる。このため、変位計等を更に設ける等してＺ方向を測定する必要が無く、そのような変位計等を用いた測定方法と比較して、位置測定に用いる装置の構成の単純化及び小型化が実現する。
【０１３９】
（２）  測定マークを形成した複数の部材を一定方向に並べ、
上記複数の部材の測定マークを上記一定方向を焦点方向とする撮像系により撮像して取得した画像を用いて、該撮像系の上記部材に対する焦点ズレによる上記測定マークの見かけの大きさの変化を測定し、
該測定により取得した上記測定マークの見かけの大きさの変化と、上記一定方向に関する位置との相関関係を示すデータテーブルを予め作成しておき、
上記データテーブルと、上記撮像系により撮像した上記測定マークの見かけの大きさと、を照合することで上記複数の部材の上記一定方向における位置情報を取得することを特徴とする位置測定方法。
【０１４０】
（対応する実施形態）
この（２）に記載の位置測定方法に関する実施形態は、第２実施形態が対応する。その実施形態において、上記測定マークは例えば第１の測定マーク７、第２の測定マーク９、及び第３の測定マーク１９が対応し、上記部材は例えば第１の部材８、第２の部材１０、及び第３の部材２０が対応し、上記撮像系は例えばカメラ２４が対応し、上記焦点は例えば焦点位置３８が対応し、上記測定マークを撮像して取得した画像は例えば第１の測定マーク画像２６、第２の測定マーク画像２８、及び第３の測定マーク画像３０が対応する。
【０１４１】
（作用効果）
この（２）に記載の位置測定方法によれば、測定マークを形成した複数の部材を一定方向に並べた場合で、上記部材の該一定方向（Ｚ方向とする）における位置を測定する際に、上記Ｚ方向位置を固定したカメラを用いて、上記部品上に設けられている測定マークを撮像する。このとき、上記カメラの焦点位置と、上記測定マークのＺ方向位置とがズレていると、上記カメラが撮像した画像における上記測定マークは、上記ズレの量に応じてボケる。すなわち、上記ズレの量に応じて、上記カメラが撮像した画像における上記測定マークの見かけの大きさが変化する。上記測定マークの見かけの大きさの変化量と、上記部品のＺ方向位置のズレ量との相関データを記録したデータテーブルをあらかじめ取得しておき、実際の位置測定時にカメラにて撮像した測定マーク画像の見かけの大きさと、上記データテーブルとを照合することによって、上記部品の上記Ｚ方向位置情報を取得することができる。なお、上記測定マークを同一の測定マークとすれば、対象となる上記部材が異なっても同じ相関データからなるデータテーブルを用いて、容易にＺ方向位置情報の取得ができる。つまり、同一の測定マークを使用する限り、上記部材の種類に関わらず同一のデータテーブルを使用できるので、タクトタイム減少及びコスト減少を実現する。
【０１４２】
なお、「一致度」という概念を取り入れて、上記データテーブルを作成すると、上記部材の、より正確なＺ方向位置情報を取得することができる。上記「一致度」とは、２値化処理を行った後の画像において算出された白黒領域比と、あらかじめ登録されている基本モデル画像における白黒領域比とを比較し、該基本モデル画像における白黒領域比からどれだけ変化していないかを百分率で表したものである。ここでは、上記カメラの撮像した画像の２値化処理後の画像の白黒領域比を測定して、該測定により取得した値と、上記基本モデル画像の白黒領域比とを比較し、基本モデル画像の白黒領域比と完全に一致する場合を１００％とした百分率で表す。これを基本モデル画像との一致度、または単に一致度と呼ぶ。
【０１４３】
実際の位置測定においては、上記カメラによる撮像画像における一致度を求め、該一致度と上記データテーブルとを照合することで、一致度に対応するＺ方向位置情報を取得することができる。なお、このように一致度を用いたデータテーブルを用いる場合においても、同一の測定マークを設ければ、対象となる部材が異なっていても、同一の「一致度とＺ方向情報との相関データテーブル」を使うことができる。つまり、タクトタイム減少及びコスト減少に効果がある。
【０１４４】
（３）  上記撮像系により撮像して取得した撮像画像を２値化処理し、
該２値化処理により取得した２値化後画像の白黒領域比を測定することにより、上記測定マークの見え方の差異または上記測定マークの見かけの大きさの変化を取得することを特徴とする（１）または（２）に記載の位置測定方法。
【０１４５】
（対応する実施形態）
この（３）に記載の位置測定方法に関する実施形態は、第３実施形態が対応する。その実施形態において、上記測定マークは例えば第１の測定マーク７、第２の測定マーク９、及び第３の測定マーク１９が対応し、上記２値化後画像は例えば２値化後第１の測定マーク画像４０、２値化後第２の測定マーク画像４２、及び２値化後第３の測定マーク画像４４が対応し、上記部材は例えば第１の部材８、第２の部材１０、及び第３の部材が対応する。
【０１４６】
（作用効果）
この（３）に記載の位置測定方法によれば、上記測定マークを上記カメラにて撮像した画像を２値化処理し、白黒領域比を例えば画素単位で算出することで、上記２値化処理の後の画像における測定マークの見かけの大きさを画素数として明確に数値化することが可能となる。したがって、一定の撮像条件、閾値の下で上記測定マークの画像を数値化することで、取得するＺ方向位置情報の精度を向上させることができる。  （４）  上記測定マークの形状は、複数の矩形を組み合わせた形状であることを特徴とする（１）乃至（３）の何れかに記載の位置測定方法。
【０１４７】
（対応する実施形態）
この（４）に記載の位置測定方法に関する実施形態は、第４実施形態が対応する。その実施形態において、上記測定マークは例えば第１の測定マーク７、第２の測定マーク９、及び第３の測定マーク１９が対応し、上記複数の矩形を組み合わせた形状のマークは例えば矩形合成測定マーク４５ａ及び矩形合成測定マーク４５ｂが対応する。
【０１４８】
（作用効果）
この（４）に記載の位置測定方法によれば、測定マークの形状を複数の矩形の組み合わせにすることで、測定マークのエッジ部を多くし、それによって、上記部材の上記Ｚ方向に関する位置取得の精度を向上させることができる。
【０１４９】
（５）  上記測定マークは、大きさの異なる複数のマークからなる測定マーク群であることを特徴とする（１）乃至（４）の何れかに記載の位置測定方法。
【０１５０】
（対応する実施形態）
この（５）に記載の位置測定方法に関する実施形態は、第５実施形態が対応する。上記測定マーク群は、例えば測定マーク群４８が対応する。
【０１５１】
（作用効果）
この（５）に記載の位置測定方法によれば、上記Ｚ方向位置が異なる各部品に設けられた測定マークを上記Ｚ方向位置を固定したカメラにて撮像すると、上述したように、上記カメラの焦点位置からズレている位置にある部材ほど、撮像画像における測定マークのエッジ部が曖昧になる。すなわち、上記エッジ部がボケた画像となる。このように、エッジ部の曖昧さがエスカレートしていくと、やがて上記測定マークは２値化処理したときに測定マークであると認識されなくなり、見かけ上測定マークが消失した状態になる。上記測定マークが見かけ上消失した状態となるには、測定マークが小さいほどなりやすい。
【０１５２】
したがって、大きさの異なる複数の測定マークを上記部材に形成し、該測定マークを撮像した画像を２値化処理した後の画像の白黒領域比と上記カメラの焦点位置からのズレ量との相関関係を示すデータベースを作成し、該データベースを参照することで詳細なＺ方向位置取得ができるだけでなく、認識可能な測定マークの数と上記カメラの焦点位置からのズレ量との相関関係を示すデータベースを作成することで、簡易的ではあるが、容易にＺ方向位置の把握ができる。
【０１５３】
（６）  上記部材は、当該部材に対し上記撮像系の焦点方向に重なって配置される他の部材に形成した測定マークに対応する位置に、貫通孔が設けられていることを特徴とする（１）乃至（５）の何れかに記載の位置測定方法。
【０１５４】
（対応する実施形態）
この（６）に記載の位置測定方法に関する実施形態は、第６実施形態が対応する。この実施形態において、上記貫通孔は例えば窓部５０が対応し、上記撮像系は例えばカメラ２４が対応し、上記部材は例えば第１の部材８、第２の部材１０、及び第３の部材２０が対応し、上記測定マークは例えば第１の測定マーク７、第２の測定マーク９、及び第３の測定マーク１９が対応する。
【０１５５】
（作用効果）
この（６）に記載の位置測定方法によれば、カメラと測定マークとの間に、該測定マークを撮像できない位置に部材が位置してしまう場合、上記測定マークは該部材に隠れてしまうために、上記カメラは上記測定マークを撮像することができない。しかし、部材に貫通孔である窓部を形成することで、本来であれば撮像不可能な測定マークも該窓部を通して撮像することが可能となる。つまり、部材及び測定マークの設計レイアウト、ひいては実装構造の設計の自由度を向上させることができる。
【０１５６】
（７）  上記部材は、当該部材に対し上記撮像系の焦点方向に重なって配置される他の部材に形成した測定マークに対する位置に、透明部が設けられていることを特徴とする（１）乃至（５）の何れかに記載の位置測定方法。
【０１５７】
（対応する実施形態）
この（７）に記載の位置測定方法に関する実施形態は、第７実施形態が対応する。その実施形態において、上記部材は例えば第１の部材８、第２の部材１０、及び第３の部材２０が対応し、上記撮像系は例えばカメラ２４が対応し、上記透明部は例えば透明部５２が対応する。
【０１５８】
（作用効果）
この（７）に記載の位置測定方法によれば、上記（６）に記載の位置測定方法のように部材に貫通孔である窓部を形成する代わりに、透明な材料からなる透明部を形成することで、該透明部を通して測定マークを撮像することが可能となる。したがって、部材に貫通孔を形成した場合、上記部材に外部より応力が負荷されたとき、貫通孔である窓部近傍に応力が集中してしまうことによる部材への悪影響を回避することができ、部材及び該部材を構成要素とする構造物の信頼性を向上させることができる。
【０１５９】
（８）  上記部材は、透明な材料により構成されていることを特徴とする（１）乃至（５）の何れかに記載の位置測定方法。
【０１６０】
（対応する実施形態）
この（８）に記載の位置測定方法に関する実施形態は、第８実施形態が対応する。この実施形態において、上記部材は例えば透明材料で構成した第１の部材５４、透明材料で構成した第２の部材５６、及び透明材料で構成した第３の部材５８が対応する。
【０１６１】
（作用効果）
この（８）に記載の位置測定方法によれば、上記（７）に記載の位置測定方法の効果を損なわないまま、コストを抑えた実装構造物の提供をすることができる。
【０１６２】
さらに、部材を透明な材料で構成することで、該部材のどの箇所においても、該部材越しに測定マークを観察することができる。また、「貫通孔の形成」及び「透明材料の充填」という工程が不要であるので、工程の追加の回避、及びコストダウンを実現できる。
【０１６３】
さらに、部品位置測定の際に、上記（６）または（７）に記載の位置測定方法に比べ、測定マークを観察することのできる範囲が広いため、たとえば基板設計や測定光学系設置位置等の実装構造の設計の自由度を向上させることができる。
【０１６４】
（９）  上記部材は、Ｘ線を透過する材料で構成されており、
上記測定マークは、Ｘ線を透過しない材料で構成されていることを特徴とする（１）乃至（５）の何れかに記載の位置測定方法。
【０１６５】
（対応する実施形態）
この（９）に記載の位置測定方法に関する実施形態は、第９実施形態が対応する。その実施形態において、上記部材は例えばＸ線透過材料で構成した第１の部材６２、Ｘ線透過材料で構成した第２の部材６４、及びＸ線透過材料で構成した第３の部材６６が対応し、上記測定マークは例えばＸ線非透過材料で構成した第１の測定マーク６８、Ｘ線非透過材料で構成した第２の測定マーク７０、及びＸ線非透過材料で構成した第３の測定マーク７２が対応する。また、上記撮像系は例えばＸ線受像部７８が対応する。
【０１６６】
（作用効果）
この（９）に記載の位置測定方法によれば、部材をＸ線を透過する材料で構成し、測定マークをＸ線を透過しない材料で構成することで、Ｘ線透過像を用いて上記（１）乃至（４）に記載の位置測定方法と同様の効果を奏することが可能となる。また、光学系を用いずに測定マークを撮像するので、ライティングの状態に左右されない位置測定が可能となる。
【０１６７】
（１０）  上記部材は、赤外線を透過する材料で構成されており、
上記測定マークは、赤外線を透過しない材料で構成されていることを特徴とする（１）乃至（５）の何れかに記載の位置測定方法。
【０１６８】
（対応する実施形態）
この（１０）に記載の位置測定方法に関する実施形態は、第１０実施形態が対応する。その実施形態において、上記部材は例えば赤外線透過材料で構成した第１の部材８０、赤外線透過材料で構成した第２の部材８２、及び赤外線透過材料で構成した第３の部材８４が対応し、上記測定マークは例えば赤外線非透過材料で構成した第１の測定マーク８６、赤外線非透過材料で構成した第２の測定マーク８８、赤外線非透過材料で構成した第３の測定マーク９０が対応する。また、上記撮像系は例えば赤外線受像部９６が対応する。
【０１６９】
（作用効果）
この（１０）に記載の位置測定方法によれば、赤外線を透過する材料で部材を構成し、赤外線を透過しない材料で測定マークを構成することで、赤外線透過像を用いて上記（１）乃至（４）に記載の位置測定方法と同様の効果を奏することが可能となる。また、光学系を用いずに測定マークを撮像するので、ライティングの状態に左右されない位置測定が可能となる。
【０１７０】
さらに、長時間浴びた場合であっても人体に悪影響を及ぼさない赤外線を用いているので、防護部材等を必要としない。したがって、上記（９）に記載の位置測定方法で用いる測定装置に比べ、より単純化及び小型化を実現した測定装置を用いて、上記（９）に記載の位置測定方法と同様の効果を奏する位置測定を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１７１】
【図１】（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る位置測定方法の概略を示す図である。（ｂ）は、既存の技術を用いた位置測定方法の概略を示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る位置測定方法による位置測定を行っている様子を模式的に表した図である。
【図３】第１の部材画像及び第１の測定マーク画像を示す図である。
【図４】第２の部材画像及び第２の測定マーク画像を示す図である。
【図５】第３の部材画像及び第３の測定マーク画像を示す図である。
【図６】（ａ）は、２値化後第１の測定マーク画像を示す図である。（ｂ）は、２値化後第２の測定マーク画像を示す図である。（ｃ）は、２値化後第３の測定マーク画像を示す図である。
【図７】矩形合成測定マークの形状の例を示す図である。
【図８】一致度と、測定マークのＺ方向におけるカメラの焦点位置からの距離と、の相関関係を示すグラフである。
【図９】図８で示したグラフの相関関係を、表として表したデータテーブルの一例である。
【図１０】測定マーク群の一例を示した図である。
【図１１】測定マーク群を使用した位置測定方法を説明するための図である。
【図１２】本発明の第６実施形態である、被測定部材の一部に穴加工を施して貫通孔である窓部を設ける位置測定方法の概略を示す図である。
【図１３】本発明の第７実施形態である、被測定部材の一部に透明部を設ける位置測定方法の概略を示す図である。
【図１４】本発明の第８実施形態である、被測定部材を透明材料で構成する位置測定方法の概略を示す図である。
【図１５】本発明の第９実施形態である、Ｘ線を用いた位置測定方法の概略を示す図である。
【図１６】本発明の第１０実施形態である、赤外線を用いた位置測定方法の概略を示す図である。
【図１７】従来技術の位置測定方法の概略を示す図である。
【符号の説明】
【０１７２】
７…第１の測定マーク、  ８…第１の部材、  ９…第２の測定マーク、  １０…第２の部材、  １２…撮像手段、  １８…変位計、  １９…第３の測定マーク、  ２０…第３の部材、  ２４…カメラ、  ２６…第１の測定マーク画像、  ２８…第２の測定マーク画像、  ３０…第３の測定マーク画像、  ３２…第１の部材画像、  ３４…第２の部材画像、  ３６…第３の部材画像、  ３８…焦点位置、  ４０…２値化後第１の測定マーク画像、  ４２…２値化後第２の測定マーク画像、  ４４…２値化後第３の測定マーク画像、  ４５…矩形合成測定マーク  ４６…部材、  ４８…測定マーク郡、４８’…測定マーク群４８の画像、  ５０…窓部、  ５２…透明部、  ５４…透明材料で構成した第１の部材、  ５６…透明材料で構成した第２の部材、  ５８…透明材料で構成した第３の部材、  ６０…Ｘ線防護部材、  ６２…Ｘ線透過材料で構成した第１の部材、  ６４…Ｘ線透過材料で構成した第２の部材、  ６６…Ｘ線透過材料で構成した第３の部材、  ６８…Ｘ線非透過材料で構成した第１の測定マーク、  ７０…Ｘ線非透過材料で構成した第２の測定マーク、  ７２…Ｘ線非透過材料で構成した第３の測定マーク、  ７４…Ｘ線発生部、  ７６…Ｘ線、  ７８…Ｘ線受像部、  ８０…赤外線透過材料で構成した第１の部材、  ８２…赤外線透過材料で構成した第２の部材、  ８４…赤外線透過材料で構成した第３の部材、  ８６…赤外線非透過材料で構成した第１の測定マーク、  ８８…赤外線非透過材料で構成した第２の測定マーク、  ９０…赤外線非透過材料で構成した第３の測定マーク、  ９２…赤外線発生部、  ９４…赤外線、  ９６…赤外線受像部
【図１】
2006226785.tif 000003
【図２】
2006226785.tif 000004
【図３】
2006226785.tif 000005
【図４】
2006226785.tif 000006
【図５】
2006226785.tif 000007
【図６】
2006226785.tif 000008
【図７】
2006226785.tif 000009
【図８】
2006226785.tif 000010
【図９】
2006226785.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2006226785.tif 000017
【図１６】
2006226785.tif 000018
【図１７】
2006226785.tif 000019