(57)【要約】  撮像環境に応じて撮像の対象物に確実に焦点合わせを行うことができる撮像装置、および撮像装置を備える生産設備を提供することを目的とする。  撮像装置は、可変焦点レンズと、撮像素子と、対象物までの距離に応じた電圧を可変焦点レンズに印加する撮像制御部と、可変焦点レンズの焦点合わせを行う焦点制御部と、補正電圧を算出する補正電圧算出部とを備える。撮像制御部は、対象物を撮像する際に、当該対象物までの距離と規定のレンズ特性に基づいて算出される電圧に、補正電圧を付加した目標電圧を可変焦点レンズに印加する。
2015001634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
印加電圧に応じて焦点距離を変動可能な可変焦点レンズと、
前記可変焦点レンズの透過光を電気信号に変換する撮像素子と、
対象物を撮像する際に、当該対象物までの距離に応じた電圧を前記可変焦点レンズに印加する撮像制御部と、
前記撮像素子から規定の距離に設けられた標準点を撮像の対象物として、前記撮像素子の前記電気信号に基づいて前記可変焦点レンズへの印加電圧を調整して、前記可変焦点レンズの焦点合わせを行う焦点制御部と、
前記標準点を撮像の対象物として、前記可変焦点レンズへの印加電圧と焦点距離との関係を示す規定のレンズ特性に基づいて算出される前記可変焦点レンズへの標準の印加電圧と、前記焦点制御部が前記標準点に対して焦点合わせを行った際の前記可変焦点レンズへの現在の印加電圧との差分を補正電圧として算出する補正電圧算出部と、を備え、
前記撮像制御部は、対象物を撮像する際に、当該対象物までの距離と前記規定のレンズ特性に基づいて算出される電圧に、前記補正電圧を付加した目標電圧を前記可変焦点レンズに印加する撮像装置。
【請求項２】
印加電圧に応じて焦点距離を変動可能な可変焦点レンズと、
前記可変焦点レンズの透過光を電気信号に変換する撮像素子と、
対象物を撮像する際に、当該対象物までの距離に応じた電圧を前記可変焦点レンズに印加する撮像制御部と、
前記撮像素子から互いに異なる規定の距離に設けられた複数の標準点をそれぞれ撮像の対象物として、前記撮像素子の前記電気信号に基づいて前記可変焦点レンズへの印加電圧を調整して、前記複数の標準点ごとに前記可変焦点レンズの焦点合わせを行う焦点制御部と、
前記焦点制御部が前記複数の標準点に対して焦点合わせを行った際の前記可変焦点レンズへの現在の印加電圧のそれぞれに基づいて、前記可変焦点レンズへの印加電圧と焦点距離との関係を示す現在のレンズ特性を設定するレンズ特性設定部と、を備え、
前記撮像制御部は、対象物を撮像する際に、当該対象物までの距離と前記現在のレンズ特性に基づいて算出される目標電圧を前記可変焦点レンズに印加する撮像装置。
【請求項３】
印加電圧に応じて焦点距離を変動可能な可変焦点レンズと、
前記可変焦点レンズの透過光を電気信号に変換する撮像素子と、
対象物を撮像する際に、当該対象物までの距離に応じた電圧を前記可変焦点レンズに印加する撮像制御部と、
前記撮像素子から規定の距離に設けられた標準点を撮像の対象物として、前記撮像素子の前記電気信号に基づいて前記可変焦点レンズへの印加電圧を調整して、前記可変焦点レンズの焦点合わせを行う焦点制御部と、
予め記憶されている前記可変焦点レンズへの印加電圧に対する焦点距離の変化の割合と、前記焦点制御部が前記標準点に対して焦点合わせを行った際の前記可変焦点レンズへの現在の印加電圧とに基づいて、前記可変焦点レンズへの印加電圧と焦点距離との関係を示す現在のレンズ特性を設定するレンズ特性設定部と、を備え、
前記撮像制御部は、対象物を撮像する際に、当該対象物までの距離と前記現在のレンズ特性に基づいて算出される目標電圧を前記可変焦点レンズに印加する撮像装置。
【請求項４】
前記標準点は、撮像の対象物と前記可変焦点レンズとの間において前記撮像素子から規定の距離となるように前記撮像装置と一体的に設けられ、入射光を透過可能な透過部材に付されている、請求項１〜３の何れか一項の撮像装置。
【請求項５】
前記焦点制御部は、前記標準点に対して可変焦点レンズの焦点合わせを行う際に、前記撮像装置が撮像可能な撮像領域のうち前記標準点を含む一部の領域を有効領域として設定し、当該有効領域について前記撮像素子の電気信号に基づいて前記可変焦点レンズへの印加電圧の調整処理を行う、請求項１〜４の何れか一項の撮像装置。
【請求項６】
前記撮像装置において前記可変焦点レンズを含む光学系の被写界深度は、同一の距離にある対象物に対して前記焦点制御部が前記可変焦点レンズの焦点合わせを複数回に亘って行った場合に生じる印加電圧の誤差を許容する範囲に設定されている、請求項１〜５の何れか一項の撮像装置。
【請求項７】
前記撮像制御部は、同一の前記対象物を異なる時刻にそれぞれ撮像し、当該撮像による各画像データの空間周波数を構成する複数の周波数成分を比較することにより、前記補正電圧の更新の要否を判定する、請求項１の撮像装置。
【請求項８】
前記撮像制御部は、同一の前記対象物を異なる時刻にそれぞれ撮像し、当該撮像による各画像データの空間周波数を構成する複数の周波数成分を比較することにより、前記現在のレンズ特性の更新の要否を判定する、請求項２または３の撮像装置。
【請求項９】
前記可変焦点レンズは、２つの電極間に異なる複数の流体を配置された液体レンズである、請求項１〜８の何れか一項の撮像装置。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れか一項の撮像装置と、
前記撮像装置と通信可能に接続され、前記撮像装置から撮像による画像データを取得し、当該画像データと予め記憶している制御プログラムに基づいて生産処理を制御する制御装置と、
を備える生産設備。
【請求項１１】
前記生産設備は、回路基板に電子部品を実装して生産される回路基板製品を対象とし、前記回路基板製品の生産ラインを構成する、請求項１０の生産設備。
【請求項１２】
前記生産設備は、前記制御装置の制御により前記回路基板に前記電子部品を装着する部品実装機である、請求項１１の生産設備。
【請求項１３】
前記撮像制御部は、前記制御プログラムに含まれる前記電子部品の寸法情報を取得し、当該電子部品を対象物として撮像する際に、前記電子部品における前記撮像装置の光軸方向長さに基づいて、前記目標電圧をさらに補正する、請求項１１または１２の生産設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物を撮像する撮像装置、および撮像装置による画像データに基づいて生産処理を制御する生産設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
撮像装置は、様々な分野に用いられ、例えば特許文献１には、工業分野において種々の製品の生産に用いられる生産設備である部品実装機に、部品カメラや基板カメラとして適用された構成が開示されている。この部品実装機においては、撮像装置の撮像による画像データに基づいて認識した電子部品などの状態を実装制御に反映させて、実装制御の精度の向上が図られている。撮像装置は、例えば部品実装機の小型化などの要請によって、外形寸法や設置場所が制約されることがある。そこで、特許文献２には、光学系に可変焦点レンズを採用した撮像装置が開示されている。可変焦点レンズは、印加電圧に応じて焦点距離を変動可能なので、光学系の部品点数を低減して撮像装置の小型化を図ることができる。【０００３】
ところで、可変焦点レンズを備える撮像装置における焦点合わせの方法としては、エッジ処理などの画像処理を用いた方法が知られている。しかし、この方法では、画像処理に基づいて印加電圧の調整を行うため、焦点合わせにある程度の時間を要することになる。そこで、撮像の対象物までの距離を予め認識している場合には、可変焦点レンズへの印加電圧と焦点距離との間に一定の相関関係があることを利用して、撮像の対象物に応じて所定の電圧を可変焦点レンズに印加する方法がある（特許文献２の段落[００３２]を参照）。これにより、撮像の際に画像処理や印加電圧の調整が不要となるため、撮像処理の効率化を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２６２７８号公報
【特許文献２】特開２０１１−８６８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、可変焦点レンズは、周辺温度などの撮像環境に動作が影響されることが知られ、一定の電圧を印加された状態でも、例えば可変焦点レンズの温度の変化に伴って焦点距離が変動することがある。そうすると、画像処理によらず所定の電圧を可変焦点レンズに印加して焦点合わせを行う方法においては、目標の焦点距離と実際の焦点距離との間に誤差が生じて、撮像環境によって焦点がずれてしまうおそれがある。これに対して、温度センサにより可変焦点レンズの温度を測定して、その測定結果に基づいて印加電圧を補正することが考えられる。しかしながら、この構成では、温度センサの増設に伴うコストの増加や、撮像処理の負荷の増加などが懸念される。【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、撮像環境に応じて撮像の対象物に確実に焦点合わせを行うことができる撮像装置、および撮像装置を備える生産設備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】
【０００７】
本発明の撮像装置は、印加電圧に応じて焦点距離を変動可能な可変焦点レンズと、前記可変焦点レンズの透過光を電気信号に変換する撮像素子と、対象物を撮像する際に、当該対象物までの距離に応じた電圧を前記可変焦点レンズに印加する撮像制御部と、前記撮像素子から規定の距離に設けられた標準点を撮像の対象物として、前記撮像素子の前記電気信号に基づいて前記可変焦点レンズへの印加電圧を調整して、前記可変焦点レンズの焦点合わせを行う焦点制御部と、前記標準点を撮像の対象物として、前記可変焦点レンズへの印加電圧と焦点距離との関係を示す規定のレンズ特性に基づいて算出される前記可変焦点レンズへの標準の印加電圧と、前記焦点制御部が前記標準点に対して焦点合わせを行った際の前記可変焦点レンズへの現在の印加電圧との差分を補正電圧として算出する補正電圧算出部と、を備え、前記撮像制御部は、対象物を撮像する際に、当該対象物までの距離と前記規定のレンズ特性に基づいて算出される電圧に、前記補正電圧を付加した目標電圧を前記可変焦点レンズに印加する。【０００８】
このような構成によると、撮像装置は、撮像素子から撮像の対象物までの概ねの距離を予め認識していることを前提として、当該距離に応じた所定の電圧を印加する焦点合わせの方法を採用している。よって、撮像装置は、撮像の際に画像処理に基づく印加電圧の調整を要しないので、撮像処理の効率化を図ることができる。また、対象物を撮像する際に可変焦点レンズに印加される目標電圧には、現在の撮像環境を反映した補正電圧が含まれる。これにより、周辺温度などの撮像環境が変化した場合においても、当該撮像環境に適応した電圧を可変焦点レンズに印加できる。よって、撮像環境に応じて撮像の対象物に確実に焦点合わせを行うことができる。また、補正電圧算出部は、予め記憶されている規定のレンズ特性を用いて撮像環境を反映した補正電圧を算出するので、実際の焦点合わせを少なくとも１回行うことで補正電圧を算出できる。さらに、従来のような温度補正と異なり、現在の撮像環境に確実に適応するので補正精度が高く、また温度センサを要さないので製造コストの増加を防止できる。【０００９】
本発明の撮像装置は、印加電圧に応じて焦点距離を変動可能な可変焦点レンズと、前記可変焦点レンズの透過光を電気信号に変換する撮像素子と、対象物を撮像する際に、当該対象物までの距離に応じた電圧を前記可変焦点レンズに印加する撮像制御部と、前記撮像素子から互いに異なる規定の距離に設けられた複数の標準点をそれぞれ撮像の対象物として、前記撮像素子の前記電気信号に基づいて前記可変焦点レンズへの印加電圧を調整して、前記複数の標準点ごとに前記可変焦点レンズの焦点合わせを行う焦点制御部と、前記焦点制御部が前記複数の標準点に対して焦点合わせを行った際の前記可変焦点レンズへの現在の印加電圧のそれぞれに基づいて、前記可変焦点レンズへの印加電圧と焦点距離との関係を示す現在のレンズ特性を設定するレンズ特性設定部と、を備え、前記撮像制御部は、対象物を撮像する際に、当該対象物までの距離と前記現在のレンズ特性に基づいて算出される目標電圧を前記可変焦点レンズに印加する。【００１０】
このような構成によると、撮像装置は、撮像素子から撮像の対象物までの概ねの距離を予め認識していることを前提として、当該距離に応じた所定の電圧を印加する焦点合わせの方法を採用している。よって、撮像装置は、撮像の際に画像処理に基づく印加電圧の調整を要しないので、撮像処理の効率化を図ることができる。また、対象物を撮像する際に可変焦点レンズに印加される目標電圧は、現在の撮像環境を反映して設定された現在のレンズ特性に基づいて算出される。これにより、周辺温度などの撮像環境が変化した場合においても、当該撮像環境に適応した電圧を可変焦点レンズに印加できる。よって、撮像環境に応じて撮像の対象物に確実に焦点合わせを行うことができる。また、レンズ特性設定部は、複数の標準点に対して実際に焦点合わせを行った結果を用いて撮像環境を反映した現在のレンズ特性を設定するので、現在の撮像環境に適応した現在のレンズ特性をより高精度に設定することができる。さらに、従来のような温度補正と異なり、現在の撮像環境に確実に適応するので補正精度が高く、また温度センサを要さないので製造コストの増加を防止できる。【００１１】
本発明の撮像装置は、印加電圧に応じて焦点距離を変動可能な可変焦点レンズと、前記可変焦点レンズの透過光を電気信号に変換する撮像素子と、対象物を撮像する際に、当該対象物までの距離に応じた電圧を前記可変焦点レンズに印加する撮像制御部と、前記撮像素子から規定の距離に設けられた標準点を撮像の対象物として、前記撮像素子の前記電気信号に基づいて前記可変焦点レンズへの印加電圧を調整して、前記可変焦点レンズの焦点合わせを行う焦点制御部と、予め記憶されている前記可変焦点レンズへの印加電圧に対する焦点距離の変化の割合と、前記焦点制御部が前記標準点に対して焦点合わせを行った際の前記可変焦点レンズへの現在の印加電圧とに基づいて、前記可変焦点レンズへの印加電圧と焦点距離との関係を示す現在のレンズ特性を設定するレンズ特性設定部と、を備え、前記撮像制御部は、対象物を撮像する際に、当該対象物までの距離と前記現在のレンズ特性に基づいて算出される目標電圧を前記可変焦点レンズに印加する。【００１２】
このような構成によると、撮像装置は、撮像素子から撮像の対象物までの概ねの距離を予め認識していることを前提として、当該距離に応じた所定の電圧を印加する焦点合わせの方法を採用している。よって、撮像装置は、撮像の際に画像処理に基づく印加電圧の調整を要しないので、撮像処理の効率化を図ることができる。また、対象物を撮像する際に可変焦点レンズに印加される目標電圧は、現在の撮像環境を反映して設定された現在のレンズ特性に基づいて算出される。これにより、周辺温度などの撮像環境が変化した場合においても、当該撮像環境に適応した電圧を可変焦点レンズに印加できる。よって、撮像環境に応じて撮像の対象物に確実に焦点合わせを行うことができる。また、レンズ特性設定部は、予め記憶されている可変焦点レンズへの印加電圧に対する焦点距離の変化の割合を用いて撮像環境を反映した現在のレンズ特性を設定するので、実際の焦点合わせを少なくとも１回行うことで現在のレンズ特性を設定できる。さらに、従来のような温度補正と異なり、現在の撮像環境に確実に適応するので補正精度が高く、また温度センサを要さないので製造コストの増加を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第一実施形態における部品実装機を示す全体図である。
【図２】部品実装機の制御装置と部品カメラを示すブロック図である。
【図３】図１における部品カメラを示す側面図である。
【図４】保護ガラスとカメラ視野との関係を示す図である。
【図５】部品実装機による実装処理を示すフロー図である。
【図６】補正電圧の算出処理を示すフロー図である。
【図７】規定のレンズ特性と補正電圧を示すグラフである。
【図８】補正電圧を用いた撮像処理を示すフロー図である。
【図９】第二実施形態における制御装置と部品カメラを示すブロック図である。
【図１０】現在のレンズ特性の設定処理を示すフロー図である。
【図１１】現在のレンズ特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の撮像装置および生産設備を具体化した実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態において、生産設備は、回路基板に電子部品を実装して生産される回路基板製品を対象とし、この回路基板製品の生産ラインを構成する。また、本実施形態では、生産設備が部品実装機である構成を例示する。部品実装機は、例えば集積回路の製造工程において、回路基板上に複数の電子部品を装着する装置である。この回路基板は、例えばスクリーン印刷機により電子部品の装着位置にクリームハンダを塗布され、複数の部品実装機を順に搬送されて電子部品を装着される。その後に、電子部品を装着された回路基板は、リフロー炉に搬送されてハンダ付けされることにより回路基板製品として集積回路を構成する。
【００１５】
＜第一実施形態＞
（部品実装機の全体構成）
部品実装機１の全体構成について、図１，２を参照して説明する。部品実装機１は、基板搬送装置１０と、部品供給装置２０と、部品移載装置３０と、部品カメラ５０と、基板カメラ６０と、制御装置７０とを備えて構成される。各装置１０，２０，３０および各カメラ５０，６０は、部品実装機１の基台２に設けられ、制御装置７０により制御される。また、図１に示すように、部品実装機１の水平幅方向（図１の左上から右下に向かう方向）をＸ軸方向、部品実装機１の水平長手方向（図１の右上から左下に向かう方向）をＹ軸方向、鉛直高さ方向（図１の上下方向）をＺ軸方向とする。
【００１６】
基板搬送装置１０は、回路基板ＢをＸ軸方向に搬送するとともに、回路基板Ｂを所定位置に位置決めする。この基板搬送装置１０は、Ｙ軸方向に並設された第一搬送機構１１と第二搬送機構１２とにより構成されたダブルコンベアタイプである。第一搬送機構１１は、一対のガイドレール１１ａ，１１ｂと、図示しないコンベアベルトなどにより構成される。一対のガイドレール１１ａ，１１ｂは、基台２の上部にＸ軸方向に平行に配置され、コンベアベルトに載置されて搬送される回路基板Ｂを案内する。また、所定位置まで搬送された回路基板Ｂは、図示しないクランプ装置により基台２側から押し上げられることでクランプされる。第二搬送機構１２は、第一搬送機構１１と同様に構成されているため、詳細な説明を省略する。
【００１７】
部品供給装置２０は、回路基板Ｂに実装される電子部品を供給する装置である。部品供給装置２０は、部品実装機１のＹ軸方向の前部側（図１の左前側）に配置されている。この部品供給装置２０は、本実施形態において、複数のカセット式のフィーダ２１を用いたフィーダ方式としている。フィーダ２１は、基台２に対して着脱可能に取り付けられるフィーダ本体部２１ａとフィーダ本体部２１ａの後端側に設けられたリール収容部２１ｂとを有する。フィーダ２１は、リール収容部２１ｂにより部品包装テープが巻回された供給リール２２を保持している。
【００１８】
上記の部品包装テープは、電子部品が所定ピッチで収納されたキャリアテープと、このキャリアテープの上面に接着されて電子部品を覆うトップテープとにより構成される。フィーダ２１は、図示しないピッチ送り機構により供給リール２２から引き出された部品包装テープをピッチ送りする。そして、フィーダ２１は、キャリアテープからトップテープを剥離して電子部品を露出させている。これにより、フィーダ２１は、フィーダ本体部２１ａの前端側に位置する部品供給位置Ｐｌにおいて、部品移載装置３０が電子部品を吸着可能となるように電子部品の供給を行っている。
【００１９】
部品移載装置３０は、電子部品を部品供給位置Ｐｌから回路基板Ｂの実装位置に移載する装置である。本実施形態において、部品移載装置３０は、基板搬送装置１０および部品供給装置２０の上方に配置された直交座標型としている。この部品移載装置３０は、Ｙ軸方向に延在する一対のＹ軸レール３１にＹ軸方向に移動可能にＹ軸移動台３２が設けられている。Ｙ軸移動台３２は、ボールねじ機構を介してＹ軸モータ３３の動作により制御される。また、Ｙ軸移動台３２には、Ｘ軸移動台３４がＸ軸方向に移動可能に設けられている。Ｘ軸移動台３４は、図示しないボールねじ機構を介してＸ軸モータ３５の動作により制御される。
【００２０】
また、Ｘ軸移動台３４には、部品装着ヘッド４０が取り付けられている。この部品装着ヘッド４０は、Ｚ軸と平行なＲ軸回りに回転可能なノズルホルダ４１により複数の吸着ノズル４２を昇降可能に支持する。部品装着ヘッド４０は、フレーム４３をＸ軸移動台３４に固定されている。また、ノズルホルダ４１は、Ｒ軸モータ４４の出力軸に連結され、Ｒ軸モータ４４によって回転制御可能に構成されている。吸着ノズル４２は、Ｚ軸モータ４５などにより構成される昇降機構によりＺ軸方向の移動を制御されるとともに、図示しないθ軸モータの回転駆動により自転角度を制御される。また、吸着ノズル４２は、部品装着ヘッド４０における吸着機構を構成し、制御される空気圧の負圧によって電子部品を吸着可能としている。
【００２１】
部品カメラ５０および基板カメラ６０は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子を有するデジタル式の撮像装置である。部品カメラ５０および基板カメラ６０は、通信可能に接続された制御装置７０による制御信号に基づいてカメラ視野に収まる範囲の撮像を行い、当該撮像により取得した画像データを制御装置７０に送出する。また、部品カメラ５０および基板カメラ６０の「カメラ視野」とは、各カメラ５０，６０のレンズユニットや撮像素子によって定まる撮像可能な範囲をいう。
【００２２】
部品カメラ５０は、光軸がＺ軸方向となるように基台２に固定され、吸着ノズル４２に吸着された状態の電子部品を撮像可能に構成されている。この部品カメラ５０から画像データを取得した制御装置７０は、画像処理により吸着ノズル４２による電子部品の吸着状態を認識する。このように、電子部品の吸着状態に応じて吸着ノズル４２の位置および角度を補正することで、実装制御の精度向上を図ることが可能となる。また、部品カメラ５０の構成の詳細については後述する。
【００２３】
基板カメラ６０は、光軸がＺ軸方向となるようにＸ軸移動台３４に固定され、回路基板Ｂを撮像可能に構成されている。この基板カメラ６０から画像データを取得した制御装置７０は、画像処理により例えば基板に付された基板マークを認識することで、基板搬送装置１０による回路基板Ｂの位置決め状態を認識する。そして、制御装置７０は、回路基板Ｂの位置決め状態に応じてＹ軸移動台３２およびＸ軸移動台３４を位置補正して、電子部品の装着を行うように制御する。このように、基板カメラ６０の撮像による画像データを用いることにより、実装制御の精度向上を図ることが可能となる。
【００２４】
制御装置７０は、主として、ＣＰＵや各種メモリ、制御回路により構成され、部品カメラ５０および基板カメラ６０の撮像により取得した画像データに基づいて部品装着ヘッド４０の動作を制御する。この制御装置７０は、図２に示すように、実装制御部７１、画像処理部７２、および記憶部７３に、バスを介して入出力インターフェース７４が接続されている。入出力インターフェース７４には、モータ制御回路７５および撮像制御回路７６が接続されている。
【００２５】
実装制御部７１は、モータ制御回路７５を介して部品装着ヘッド４０の位置や吸着機構の動作を制御する。より詳細には、実装制御部７１は、部品実装機１に複数設けられた各種センサから出力される情報や、各種の認識処理の結果を入力する。そして、実装制御部７１は、記憶部７３に記憶されている制御プログラム、各種センサによる情報、画像処理や認識処理の結果に基づいて、モータ制御回路７５に制御信号を送出する。画像処理部７２は、撮像制御回路７６を介して部品カメラ５０および基板カメラ６０の撮像による画像データを取得して、用途に応じた画像処理を実行する。この画像処理には、例えば、画像データの二値化、フィルタリング、色相抽出などの加工処理などが含まれる。
【００２６】
記憶部７３は、ハードディスク装置などの光学ドライブ装置、またはフラッシュメモリなどにより構成される。この記憶部７３には、部品実装機１を動作させるための制御プログラム、バスや通信ケーブルを介して部品カメラ５０および基板カメラ６０から制御装置７０に転送された画像データ、画像処理部７２による処理の一時データなどが記憶される。入出力インターフェース７４は、ＣＰＵや記憶部７３と各制御回路７５，７６との間に介在し、データ形式の変換や信号強度を調整する。
【００２７】
モータ制御回路７５は、実装制御部７１による制御信号に基づいて、Ｙ軸モータ３３、Ｘ軸モータ３５、Ｒ軸モータ４４、Ｚ軸モータ４５、およびθ軸モータを制御する。これにより、部品装着ヘッド４０が各軸方向に位置決めされるとともに、吸着ノズル４２が所定角度となるように制御される。撮像制御回路７６は、制御装置７０のＣＰＵなどによる撮像の制御信号に基づいて、部品カメラ５０および基板カメラ６０による撮像を制御する。また、撮像制御回路７６は、部品カメラ５０および基板カメラ６０の撮像による画像データを取得して、入出力インターフェース７４を介して記憶部７３に記憶させる。
【００２８】
（部品カメラの詳細構成）
部品カメラ５０の詳細構成について、図２〜図４を参照して説明する。部品カメラ５０は、主として、光学系を構成するレンズユニットＮｌと、当該レンズユニットＮｌを支持する本体部Ｎｂとを有する。部品カメラ５０のレンズユニットＮｌは、図３に示すように、固定レンズ５１、液体レンズ５２（本発明の「可変焦点レンズ」に相当する）、保護ガラス５３などにより構成される。部品カメラ５０の本体部Ｎｂは、撮像素子５４、図示しないＣＰＵや各種メモリなどにより構成される。固定レンズ５１および液体レンズ５２は、撮像素子５４の光軸と同軸となるように配置されている。固定レンズ６１は、所定の焦点距離に設定された対物レンズである。
【００２９】
液体レンズ５２は、印加電圧に応じて焦点距離を変動可能な可変焦点レンズである。本実施形態では、可変焦点レンズとして、２つの電極間に異なる複数の流体を配置された液体レンズを採用している。液体レンズ５２は、例えば水溶液とオイルの境界面にレンズ面を形成しており、電極に電圧が印加されると水溶液およびオイルが流動して境界面が曲面状に変形してレンズとして作用する。また、液体レンズ５２は、電極への印加電圧が高くなるに従ってレンズ面の曲率が小さくなり、焦点距離が短くなる。よって、液体レンズ５２への印加電圧の制御をもって、液体レンズ５２の焦点距離を制御することができる。
【００３０】
保護ガラス５３は、レンズユニットＮｌの最外部において撮像の対象物（電子部品）と液体レンズ５２との間に配置され、ユニット内部への異物の侵入等を防止する。保護ガラス５３は、撮像の対象物から部品カメラ５０への入射光を透過可能な透過部材であり、本実施形態ではガラス材料により形成されている。この保護ガラス５３は、レンズユニットＮｌが本体部Ｎｂに連結されることによって、撮像素子５４から規定の距離Ｌｓとなるように固定される。
【００３１】
また、保護ガラス５３には、図４に示すように、標準マークＭｓ（本発明の「標準点」に相当する）が付されている。この標準マークＭｓは、後述する補正電圧ΔＶｒの算出などに用いられる。本実施形態において、標準マークＭｓは、４本の線分を等間隔に配置して構成され、保護ガラス５３の所定の位相における外周縁であって、保護ガラス５３の内側面に付されている。これにより、標準マークＭｓは、部品カメラ５０が本来の目的として電子部品を撮像の対象物とする際には、カメラ視野Ｆｖの主要範囲の外側に位置して電子部品の撮像を妨げないように構成されている。
【００３２】
撮像素子５４は、上記のようにＣＣＤやＣＭＯＳなどであり、部品カメラ５０の本体部Ｎｂにおいて、その撮像面にレンズユニットＮｌの光軸が直交するように配置される。この撮像素子５４は、保護ガラス５３、固定レンズ５１、および液体レンズ５２の透過光を、撮像面に結像された光の強弱に応じて発生される電気信号に変換する。
【００３３】
また、部品カメラ５０の本体部ＮｂのＣＰＵは、図２に示すように、撮像制御部５５と、焦点制御部５６と、補正電圧算出部５７とを有する。撮像制御部５５は、外部入力される制御信号およびメモリに記憶されている設定値等に基づいて、液体レンズ５２に所定の電圧を印加するとともに、撮像素子５４により変換された電気信号をデジタル信号に変換して対象物を撮像する。そして、撮像制御部５５は、撮像により取得した画像データを制御装置７０に転送する。この撮像制御部５５による撮像処理については、後述する部品実装機１の実装処理において説明する。
【００３４】
焦点制御部５６は、標準マークＭｓを撮像の対象物として、撮像素子５４の電気信号に基づいて液体レンズ５２への印加電圧を調整して、液体レンズ５２の焦点合わせを行う。具体的には、焦点制御部５６は、撮像制御部５５により変換されたデジタル信号を画像処理して、液体レンズ５２を含むレンズユニットＮｌの焦点が合っているか否かを判定する。そして、焦点制御部５６は、レンズユニットＮｌの焦点が合っていない場合には、液体レンズ５２の動作制御の制御値である印加電圧を調整して、液体レンズ５２の焦点距離を変動させることで焦点合わせを行う。
【００３５】
本実施形態においては、焦点制御部５６は、上記の画像処理においてコントラスト検出方式を採用している。即ち、焦点制御部５６は、画像データにおける所定領域について算出したコントラストの値に基づいて、焦点が合っているか否かを判定している。また、焦点制御部５６は、図４に示すように、部品カメラ５０が撮像可能な撮像領域（即ち、カメラ視野Ｆｖ）のうち標準マークＭｓを含む一部の領域を有効領域Ｆｆとして設定する。そして、焦点制御部５６は、標準マークＭｓに対して液体レンズ５２の焦点合わせを行う際に、有効領域Ｆｆについて撮像素子５４の電気信号に基づいて液体レンズ５２への印加電圧の調整処理を行う。
【００３６】
補正電圧算出部５７は、撮像制御部５５が撮像の際に液体レンズ５２に印加する目標電圧の生成に必要とされる補正電圧ΔＶｒを算出する。この補正電圧ΔＶｒは、可変焦点レンズである液体レンズ５２の動作が周辺温度などの撮像環境により影響されることを勘案して、その動作を補正するために用いられる。補正電圧算出部５７は、レンズ特性と実際に焦点合わせを行った際の印加電圧とに基づいて、補正電圧ΔＶｒを算出する。
【００３７】
ここで、レンズ特性とは、液体レンズ５２への印加電圧と、焦点距離との関係を示すものである。液体レンズ５２の焦点距離は、液体レンズ５２を含むレンズユニットＮｌ全体の焦点距離や、部品カメラ５０から撮像の対象物までの距離と相関がある。よって、レンズ特性としては、液体レンズ５２への印加電圧と、対象物−部品カメラ５０間の距離との関係を示すようにして、印加電圧と焦点距離との関係を間接的に示すものとしてもよい。この補正電圧算出部５７による補正電圧ΔＶｒの算出処理については、後述する部品実装機１の実装処理において説明する。
【００３８】
上記のように構成される部品カメラ５０において、レンズユニットＮｌの被写界深度は、固定レンズ５１と液体レンズ５２の焦点距離や、撮像の対象物までの距離などに応じて定まる。レンズユニットＮｌの被写界深度は、鮮鋭な画像データを取得するという観点からは深いほど望ましいが、過剰に深くするとコスト増大などのおそれがある。そのため、レンズユニットＮｌの被写界深度は、用途に応じた範囲を確保しつつ、過剰とならない程度に設定されることが望ましい。
【００３９】
ここで、部品カメラ５０は、吸着ノズル４２に吸着された電子部品の撮像を目的としている。そのため、部品カメラ５０から対象物である電子部品までの距離は、電子部品の高さや動作の位置誤差による影響はあるものの、概ね一定とみなすことが可能である。つまり、レンズユニットＮｌの被写界深度は、固定レンズ５１および液体レンズ５２によるレンズユニットＮｌの焦点距離に依存することになる。
【００４０】
一方で、部品カメラ５０は、上記のように、撮像環境による影響を勘案して、液体レンズ５２の動作の補正処理を行うものとしている。この補正処理は、現在の撮像環境に適応するために、実測値（焦点合わせを行った際の印加電圧）に基づいて実行されるため、その補正に誤差が含まれるおそれがある。しかしながら、この補正の誤差は、概ね所定の範囲に収まることが分かっている。
【００４１】
そこで、本実施形態では、先ず同一の距離にある対象物に対して焦点制御部５６が液体レンズ５２の焦点合わせを複数回に亘って行った場合に生じる印加電圧の誤差を取得する。そして、液体レンズ５２を含むレンズユニットＮｌの被写界深度は、取得した印加電圧の誤差を許容する範囲に設定される構成としている。これにより、レンズユニットＮｌの被写界深度が過剰となることを防止してコスト増大を抑制しつつ、十分な性能の確保を図っている。
【００４２】
（部品実装機による実装処理）
上記の部品実装機１による電子部品の実装処理について、図５を参照して説明する。この実装処理は、生産設備（部品実装機）による対象製品の「生産処理」に相当する。部品実装機１は、準備処理（ステップ１１（以下、「ステップ」を「Ｓ」と表記する））を実行した後に、電子部品の実装制御に移行する。この実装制御では、先ず、複数の吸着ノズル４２に電子部品を順次吸着させる吸着処理（Ｓ１２）が実行される。次に、部品装着ヘッド４０を部品カメラ５０の上方に移動させて、吸着された複数の電子部品を撮像する撮像処理（Ｓ１３）が実行される。その後に、電子部品を回路基板Ｂに順次装着する装着処理（Ｓ１４）が実行される。
【００４３】
そして、全ての電子部品の装着が終了したか否かを判定し（Ｓ１５）、装着が終了するまで上記処理（Ｓ１２〜Ｓ１４）が繰り返される。上記の実装制御では、実装精度の向上を図るために、各吸着ノズル４２による電子部品の吸着状態に対応して吸着ノズル４２の移動を制御している。そのため、制御装置７０は、撮像処理（Ｓ１３）により取得された画像データを画像処理することにより、各吸着ノズル４２による電子部品の吸着状態を認識するようにしている。
【００４４】
ここで、本実施形態の部品カメラ５０は、可変焦点レンズである液体レンズ５２を有していることから、撮像の対象物までの距離が変動しても、その都度焦点合わせを行うことが可能な構成となっている。しかし、部品カメラ５０の焦点合わせは、上記のように、コントラスト検出方式などの画像処理および印加電圧の調整処理を実行するため、ある程度の時間を要することになる。これに対して、撮像処理（Ｓ１３）では、電子部品の実装制御におけるサイクルタイムの短縮などを目的として、撮像の対象物に対して画像処理による焦点合わせを省略する構成としている。
【００４５】
具体的には、部品カメラ５０の撮像制御部５５は、撮像素子から撮像の対象物（電子部品）までの概ねの距離を予め認識していることを前提として、当該距離に応じた所定の電圧を印加することをもって焦点合わせがなされたものとする方式を採用している。このような焦点合わせの方式では、撮像処理（Ｓ１３）において、画像処理に基づく印加電圧の調整処理を要しないので、処理の効率化を図ることが可能となる。その一方で、この方式では、撮像環境による液体レンズ５２の動作の影響を勘案しないと、所定の電圧を印加したとしても撮像の対象物にレンズユニットＮｌの焦点が合わないおそれがある。
【００４６】
そこで、本実施形態では、上記の準備処理（Ｓ１１）において、現在の撮像環境に適応した撮像を行うために、撮像処理（Ｓ１３）に先駆けて、補正電圧ΔＶｒの算出を行うようにしている。そして、この補正電圧ΔＶｒを用いてレンズユニットＮｌの焦点距離を変動させることで、焦点合わせの高速化および焦点ずれの防止を図っている。なお、この補正電圧ΔＶｒの算出については、例えば、部品実装機１の電源投入時や生産工程の移行時などに適宜行われる。
【００４７】
（補正電圧の算出処理）
準備処理（Ｓ１１）における補正電圧ΔＶｒの算出処理について、図６，７を参照して説明する。部品カメラ５０の焦点制御部５６は、先ず、保護ガラス５３に付された標準マークＭｓ（図３，４を参照）を撮像の対象物として、レンズユニットＮｌの焦点合わせを行う（Ｓ１１１）。
【００４８】
具体的には、焦点制御部５６は、焦点距離を変動可能な液体レンズ５２への印加電圧を調整することで、レンズユニットＮｌ全体として標準マークＭｓに焦点合わせがなされた状態とする。このとき、焦点制御部５６は、カメラ視野Ｆｖのうち標準マークＭｓを含む有効領域Ｆｆについて画像処理を実行し、その処理結果に基づいて印加電圧を調整する。このように、焦点制御部５６は、有効領域Ｆｆの外部については画像処理の対象外として、有効領域Ｆｆに対する焦点合わせの高速化および処理負荷の軽減を図っている。
【００４９】
次に、標準マークＭｓを撮像の対象物として、焦点制御部５６が液体レンズ５２を含むレンズユニットＮｌの焦点合わせを行った際の液体レンズ５２への現在の印加電圧Ｖｃを取得する（Ｓ１１２）。この「現在の印加電圧Ｖｃ」は、周辺温度などを含む現在の撮像環境において、撮像素子５４から規定の距離Ｌｓにある標準マークＭｓに焦点合わせをした際に、液体レンズ５２に印加されている電圧である。つまり、現在の印加電圧Ｖｃは、現在の撮像環境に適応した電圧である。
【００５０】
続いて、補正電圧算出部５７は、標準点を撮像の対象物として、液体レンズ５２への印加電圧と焦点距離との関係を示す規定のレンズ特性ＬＣｐに基づいて、液体レンズ５２への標準の印加電圧Ｖｂを算出する（Ｓ１１３）。規定のレンズ特性ＬＣｐは、図７の実線のように示され、例えば標準的な撮像環境における実測値に基づいて生成され、予め部品カメラ５０のメモリに記憶されている。ここで、液体レンズ５２の焦点距離ＬＦｓは、標準マークＭｓまでの規定の距離Ｌｓに対応する。つまり、液体レンズ５２が所定の電圧を印加されて焦点距離ＬＦｓとなった場合に、レンズユニットＮｌが規定の距離Ｌｓにある標準マークＭｓに焦点が合っている状態となる。
【００５１】
そして補正電圧算出部５７は、Ｓ１１２で取得された現在の印加電圧Ｖｃと、Ｓ１１３で算出された標準の印加電圧Ｖｂとの差分（Ｖｃ−Ｖｂ）を補正電圧ΔＶｒとして算出する（Ｓ１１４）。ここで、図７に示すように、液体レンズ５２が規定の距離Ｌｓに対応した焦点距離ＬＦｓとなるのは、標準的な撮像環境では標準の印加電圧Ｖｂを要し、現在の撮像環境では現在の印加電圧Ｖｃを要する。
【００５２】
このように、液体レンズ５２は、周辺温度を含む撮像環境が変化した場合に印加電圧の調整を要するが、その調整量としては、何れの焦点距離においても同程度あることが見出された。つまり、現在のレンズ特性は、図７の破線で示すように、規定のレンズ特性ＬＣｐを補正電圧ΔＶｒだけシフトさせた状態となる。よって、上記のように算出された補正電圧ΔＶｒは、規定のレンズ特性ＬＣｐにおける何れの焦点距離においても、現在の撮像環境に適応させる補正量といえる。
【００５３】
（補正電圧を用いた撮像処理）
上記のように算出された補正電圧ΔＶｒを用いた撮像処理（Ｓ１３）の詳細について、図７，８を参照して説明する。部品カメラ５０の撮像制御部５５は、先ず、吸着ノズル４２に吸着された電子部品を撮像の対象物として、当該対象物までの距離と規定のレンズ特性ＬＣｐに基づいて基礎電圧Ｖｘを算出する（Ｓ１３１）。ここで、「対象物までの距離」は、撮像素子５４から吸着ノズル４２の先端部までの距離に対応し、部品装着ヘッド４０や部品カメラ５０の設置位置や寸法などに基づいて予め認識されている。
【００５４】
また、算出された基礎電圧Ｖｘとは、標準的な撮像環境において、液体レンズ５２の当該電圧を印加したとすると、液体レンズ５２が焦点距離ＬＦｘ１となり、吸着ノズル４２に吸着された電子部品にレンズユニットＮｌの焦点が合っている状態となる電圧である。ここでは、撮像環境に変化があり、液体レンズ５２に基礎電圧Ｖｘを印加したとしても、レンズユニットＮｌの焦点が電子部品に合っていない状態にあるものとする。
【００５５】
そこで、撮像制御部５５は、Ｓ１３１で算出された基礎電圧Ｖｘに、Ｓ１１４で予め算出された補正電圧ΔＶｒを付加して（Ｖｘ＋ΔＶｒ）、目標電圧Ｖｔ１を算出する（Ｓ１３２）。さらに、撮像制御部５５は、より確実に焦点ずれを防止するために、制御プログラムに含まれる電子部品の寸法情報を取得し、当該電子部品を対象物として撮像する際に、電子部品における部品カメラ５０の光軸方向長さに基づいて、目標電圧Ｖｔ１を補正する。
【００５６】
具体的には、撮像制御部５５は、先ず、制御プログラムに含まれる電子部品の寸法情報として、例えば部品番号などを取得する。そして、撮像制御部５５は、部品番号に対応して当該電子部品の寸法が記録された部品テーブルから、部品カメラ５０の光軸方向（Ｚ軸方向）の寸法Ｈｐを取得する。続いて、撮像制御部５５は、規定のレンズ特性ＬＣｐに基づいて、レンズユニットＮｌの焦点距離が寸法Ｈｐだけ短くなった場合に、液体レンズ５２に印加する電圧の変化量を調整電圧ΔＶｆとして算出する（Ｓ１３３）。
【００５７】
そして、撮像制御部５５は、Ｓ１３２で算出された目標電圧Ｖｔ１に、Ｓ１３３で算出された調整電圧ΔＶｆを付加して（Ｖｔ１＋ΔＶｆ）、補正された目標電圧Ｖｔ２を算出する（Ｓ１３４）。この補正された目標電圧Ｖｔ２が液体レンズ５２に印加されると、液体レンズ５２が焦点距離ＬＦｘ２となり、現在の撮像環境において、レンズユニットＮｌの焦点が吸着ノズル４２に吸着された電子部品の下面に合っている状態となる。そして、撮像制御部５５は、この状態でカメラ視野Ｆｖに収まる範囲の撮像を行う（Ｓ１３５）。その後に、部品カメラ５０が撮像により取得した画像データを制御装置７０に送出して、撮像処理を終了する。
【００５８】
ここで、補正された目標電圧Ｖｔ２の算出には補正電圧ΔＶｒが用いられ、当該補正電圧ΔＶｒの算出には現在の印加電圧Ｖｃが用いられている。そうすると、現在の印加電圧Ｖｃが画像処理に基づく印加電圧の調整により取得されることから、補正電圧ΔＶｒには所定の範囲の誤差が生じるおそれがある。しかしながら、本実施形態においては、部品カメラ５０のレンズユニットＮｌの被写界深度は、補正電圧ΔＶｒを含む目標電圧Ｖｔ２の誤差を許容する範囲に設定されている。これにより、仮に補正電圧ΔＶｒの算出において誤差が生じたとしても、この補正電圧ΔＶｒを用いて算出された目標電圧Ｖｔ２を液体レンズ５２に印加した際に、レンズユニットＮｌの被写界深度が当該誤差を許容し、対象物に焦点を合わせることを可能としている。
【００５９】
（本実施形態の構成による効果）
上述した部品実装機１および部品カメラ５０によると、撮像制御部５５は、撮像の対象物（電子部品）を撮像する際に、画像処理に基づく印加電圧の調整処理を行うことなく、液体レンズ５２に目標電圧Ｖｔ２を印加することで、レンズユニットＮｌを対象物に焦点合わせすることができる。部品カメラ５０は、撮像処理の効率化を図ることができる。また、液体レンズ５２に印加される目標電圧Ｖｔ２には、現在の撮像環境を反映した補正電圧ΔＶｒが含まれる。これにより、周辺温度などの撮像環境が変化した場合においても、当該撮像環境に適応した電圧を液体レンズ５２に印加できる。よって、撮像環境に応じて撮像の対象物に確実に焦点合わせを行うことができる。
【００６０】
また、補正電圧算出部５７は、予め記憶されている規定のレンズ特性ＬＣｐを用いて撮像環境を反映した補正電圧ΔＶｒを算出するので、画像処理に基づく焦点合わせを少なくとも１回行うことで補正電圧ΔＶｒを算出できる。さらに、従来のような温度補正と異なり、現在の撮像環境に確実に適応するので補正精度が高く、また温度センサを要さないので製造コストの増加を防止できる。
【００６１】
本実施形態では、撮像素子から規定の距離Ｌｓに配置される標準点（標準マークＭｓ）は、レンズユニットＮｌへの入射光を透過可能な保護ガラス５３に付される構成とした。これにより、標準マークＭｓを部品カメラ５０として一体的にできるので、部品実装機１などに部品カメラ５０を設置する際に、撮像素子５４から標準マークＭｓまでの距離の調整が不要となる。よって、部品カメラ５０の設置を容易にすることが可能となる。よって、撮像素子５４と標準マークＭｓとの間を規定の距離Ｌｓに確実に維持することができる。
【００６２】
焦点制御部５６は、標準マークＭｓにレンズユニットＮｌに焦点合わせを行う際に（Ｓ１１１）、カメラ視野Ｆｖのうち標準マークＭｓを含む有効領域Ｆｆについて画像処理を実行し、その処理結果に基づいて印加電圧を調整する構成とした。これにより、焦点制御部５６は、有効領域Ｆｆの外部については画像処理の対象外として、有効領域Ｆｆ焦点合わせを高速化できるとともに、焦点合わせの処理負荷を軽減することができる。
【００６３】
また、部品カメラ５０のレンズユニットＮｌの被写界深度は、補正電圧ΔＶｒを含む目標電圧Ｖｔ２の誤差を許容する範囲に設定される構成とした。これにより、仮に補正電圧ΔＶｒの算出において誤差が生じたとしても、この補正電圧ΔＶｒを用いて算出された目標電圧Ｖｔ２を液体レンズ５２に印加した際に、レンズユニットＮｌの被写界深度が当該誤差を許容し、対象物に焦点を合わせることができる。よって、部品カメラ５０は、撮像処理（Ｓ１３）において、現在の撮像環境に適応しつつ、焦点がずれることをより確実に防止できる。また、レンズユニットＮｌの被写界深度を必要最小限に抑えることができるので、レンズユニットＮｌの外形寸法を比較的小さく設定できる。
【００６４】
また、部品カメラ５０は、可変焦点レンズに液体レンズ５２を採用する構成とした。可変焦点レンズとしては、液体レンズと液晶レンズが考えられる。ここで、液体レンズは、液晶レンズと比較すると、製造コストを抑えることができるが、周辺温度などの撮像環境による影響を受けやすい。そこで、可変焦点レンズに液体レンズが採用された構成に本発明を適用することで、液体レンズによる製造コストの低減という利点を受けつつ、撮像環境に適応した撮像が可能となる。
【００６５】
本実施形態において、生産設備は、回路基板製品を対象とした生産ラインを構成し、回路基板に電子部品を装着する部品実装機１であるものとした。このような部品実装機１には、対象製品の微細化や生産処理の高精度化が望まれており、上述した構成からなる部品カメラ５０の部品実装機１への適用は特に有用である。
【００６６】
本実施形態では、部品実装機１は、上述した構成からなる部品カメラ５０を備えるものとした。これにより、部品実装機１は、現在の撮像環境に適応して撮像を行う部品カメラ５０による画像データを得られるので、焦点ずれが生じていない鮮鋭な画像データを高速に得られる。よって、制御装置７０は、電子部品の吸着状態を認識するための画像処理において、鮮鋭な画像データを用いて高精度な処理が可能となる。従って、部品実装機１の実装制御の精度向上を図ることができる。
【００６７】
また、撮像制御部５５は、制御プログラムに含まれる電子部品の寸法情報を取得し、当該情報に基づいて目標電圧Ｖｔ１をさらに補正する構成とした（Ｓ１３３，Ｓ１３４）。ここで、部品カメラ５０は、撮像の対象物までの距離を概ね認識していることを前提としている。しかし、対象物の寸法が変化すると、その変化量の分だけ撮像素子５４までの距離が変動する。つまり、電子部品が同一の吸着ノズル４２に吸着されているとしても、電子部品の寸法の違いにより焦点距離の調整を要することがある。そこで、制御プログラムに含まれる電子部品の寸法情報から部品高さ（即ち、部品カメラ５０の光軸方向長さ）の分だけ印加電圧を補正することで、対象物にレンズユニットＮｌの焦点をより確実に合わせることができる。
【００６８】
＜第二実施形態＞
第二実施形態の部品実装機および撮像装置について、図９〜図１１を参照して説明する。第二実施形態の構成は、主として、第一実施形態とは目標電圧の算出方法が相違する。その他の共通する構成については、第一実施形態と実質的に同一であるため、詳細な説明を省略する。以下、相違点のみについて説明する。
【００６９】
（部品カメラの詳細構成）
部品カメラ１５０の本体部ＮｂのＣＰＵは、図９に示すように、撮像制御部１５５と、焦点制御部１５６と、レンズ特性設定部１５８とを有する。撮像制御部１５５は、第一実施形態の部品カメラ５０における撮像制御部５５に対応する。この撮像制御部１５５による撮像処理の詳細については、後述する。
【００７０】
焦点制御部１５６は、撮像素子５４から互いに異なる規定の距離に設けられた複数の標準点をそれぞれ撮像の対象物として、撮像素子５４の電気信号に基づいて液体レンズ５２への印加電圧を調整して、複数の標準点ごとに液体レンズ５２の焦点合わせを行う。上記の「複数の標準点」とは、レンズユニットＮｌの光軸方向に異なる位置に配置された２以上の標準マークなどである。よって、複数の標準点は、第一実施形態と同様に保護ガラス５３に付される他に、部品装着ヘッド４０などに付される構成としてもよい。
【００７１】
レンズ特性設定部１５８は、撮像制御部１５５が撮像の際に液体レンズ５２に印加する目標電圧の算出に必要とされる現在のレンズ特性を設定する。この現在のレンズ特性は、可変焦点レンズである液体レンズ５２の動作が周辺温度などの撮像環境により影響されることを勘案して、その動作を補正するために用いられる。レンズ特性設定部１５８は、複数の標準点に対して実際に焦点合わせを行った際の現在の印加電圧のそれぞれに基づいて、現在のレンズ特性を設定する。
【００７２】
（現在のレンズ特性の設定処理）
レンズ特性設定部１５８による現在のレンズ特性の設定処理について、図１０，１１を参照して説明する。なお、現在のレンズ特性ＬＣｃの設定は、例えば第一実施形態と同様に、電子部品の実装処理における準備処理（図５のＳ１１）など、撮像処理（同図のＳ１３）に先駆けて適宜行われる。部品カメラ１５０の焦点制御部１５６は、先ず、保護ガラス５３などに付されている標準点Ｐｓ１〜Ｐｓ３を撮像の対象物として、レンズユニットＮｌの焦点合わせを行う（Ｓ２１１）。
【００７３】
次に、レンズ特性設定部１５８は、Ｓ２１１で焦点制御部１５６が複数の標準点Ｐｓ１〜Ｐｓ３に対して焦点合わせ行った際の液体レンズ５２への現在の印加電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ３を取得する（Ｓ２１２）。そして、レンズ特性設定部１５８は、現在の印加電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ３のそれぞれに基づいて、液体レンズ５２への印加電圧と焦点距離との関係を示す現在のレンズ特性ＬＣｃを設定する（Ｓ２１３）。
【００７４】
現在のレンズ特性ＬＣｃの設定方法としては、２つの標準点に焦点合わせを行った際の２種類の印加電圧を用いて、焦点距離−印加電圧の平面上において各点を通る直線として設定してもよい。本実施形態においては、３つの標準点Ｐｓ１〜Ｐｓ３に焦点合わせを行った際の３種類の印加電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ３を用いて、焦点距離−印加電圧の平面上において各点を近似した直線として設定する方法を採用している。
【００７５】
より詳細には、レンズ特性設定部１５８は、先ず、標準点Ｐｓ１までの規定の距離にレンズユニットＮｌの焦点が合っていることに基づいて、その際の液体レンズ５２の焦点距離ＬＦｓ１を算出する。同様に、標準点Ｐｓ２，Ｐｓ３についても液体レンズ５２の焦点距離ＬＦｓ２，ＬＦｓ３を算出する。そして、レンズ特性設定部１５８は、図１１の実線で示すように、焦点距離−印加電圧の平面上において、焦点距離ＬＦｓ１〜ＬＦｓ３に対する印加電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ３の３点を最小自乗法などにより近似した直線を現在のレンズ特性ＬＣｃとして設定する。
【００７６】
（現在のレンズ特性を用いた撮像処理）
上記のように設定された現在のレンズ特性ＬＣｃを用いた撮像処理について説明する。撮像制御部１５５は、対象物を撮像する際に、対象物までの距離と現在のレンズ特性ＬＣｃに基づいて算出される目標電圧を算出する。そして、撮像制御部１５５は、この目標電圧を液体レンズ５２に印加して、レンズユニットＮｌの焦点が対象物に合っている状態とする。そして、撮像制御部１５５は、この状態でカメラ視野Ｆｖに収まる範囲の撮像を行う。その後に、部品カメラ１５０が撮像により取得した画像データを制御装置７０に送出して、撮像処理を終了する。また、撮像制御部１５５は、第一実施形態と同様に、目標電圧を調整電圧ΔＶｆによりさらに補正する構成としてもよい。
【００７７】
（本実施形態の構成による効果）
上述した部品カメラ１５０によると、第一実施形態と同様の効果を奏する。また、液体レンズ５２に印加される目標電圧は、現在のレンズ特性ＬＣｃに基づいて設定される構成とした。これにより、周辺温度などの撮像環境が変化した場合においても、当該撮像環境に適応した電圧を液体レンズ５２に印加できる。よって、撮像環境に応じて撮像の対象物に確実に焦点合わせを行うことができる。
【００７８】
また、レンズ特性設定部１５８は、３つの標準点Ｐｓ１〜Ｐｓ３に対して実際に焦点合わせを行った結果を用いて撮像環境を反映した現在のレンズ特性ＬＣｃを設定する構成とした。これにより、レンズ特性設定部１５８は、現在の撮像環境に適応した現在のレンズ特性ＬＣｃをより高精度に設定することができる。さらに、従来のような温度補正と異なり、現在の撮像環境に確実に適応するので補正精度が高く、また温度センサを要さないので製造コストの増加を防止できる。
【００７９】
＜第二実施形態の変形態様＞
第二実施形態において、レンズ特性設定部１５８は、焦点制御部１５６が複数の標準点Ｐｓ１〜Ｐｓ３に対して焦点合わせ行った際の液体レンズ５２への現在の印加電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ３のそれぞれに基づいて、現在のレンズ特性ＬＣｃを設定するものとした。これに対して、レンズ特性設定部１５８は、予め記憶されている可変焦点レンズへの印加電圧に対する焦点距離の変化の割合に基づいて現在のレンズ特性ＬＣｃを設定する構成としてもよい。
【００８０】
ここで、可変焦点レンズへの印加電圧と焦点距離との関係を示すレンズ特性は、図１１で示すように、直線的な変化の割合を有する。そして、このレンズ特性は、撮像環境の変化に伴って焦点距離−印加電圧の平面上を平行移動するように変化する。つまり、撮像環境の変化の前後におけるレンズ特性の傾きＡ１，Ａ２は、ほぼ等しい値となることが見出された。そこで、このレンズ特性の傾きに相当する変化の割合を予めメモリに記憶しておく。そして、レンズ特性設定部１５８は、例えば１つの標準点にのみ焦点合わせを行った際の印加電圧と、レンズ特性の変化の割合に基づいて現在のレンズ特性ＬＣｃを設定することが可能となる。
【００８１】
このような構成によると、レンズ特性設定部１５８は、実際の焦点合わせを焦点制御部１５６が少なくとも１回行うことで現在のレンズ特性ＬＣｃを設定できる。よって、部品カメラ５０は、現在のレンズ特性ＬＣｃの設定を行う準備処理に要する時間を短縮することができる。また、このような構成においても、第二実施形態と同様の構成により、同様の効果を奏する。
【００８２】
＜第一、第二実施形態の変形態様＞
（補正電圧ΔＶｒおよび現在のレンズ特性ＬＣｃの更新の要否判定）
上述したように、撮像環境に可変焦点レンズの動作が影響されることに鑑みて、第一実施形態では補正電圧ΔＶｒを算出し、第二実施形態では現在のレンズ特性ＬＣｃを設定し、これらを用いることで現在の撮像環境に適応を図る構成とした。また、補正電圧ΔＶｒおよび現在のレンズ特性ＬＣｃについては、例えば電子部品の実装処理における準備処理（Ｓ１１）など、部品実装機１の電源投入時や生産工程の移行時に適宜行われるものとした。
【００８３】
これに対して、撮像環境には周辺温度などが含まれることから、時間の経過とともに撮像環境も変化することが考えられる。そうすると、準備処理（Ｓ１１）において、その時刻の撮像環境に適応したとしても、撮像環境の変化の大きさによっては、撮像処理においてレンズユニットＮｌの焦点がずれるおそれがある。そこで、撮像環境の変化に追従すべく、補正電圧ΔＶｒおよび現在のレンズ特性ＬＣｃを適宜更新する必要性がある。
【００８４】
補正電圧ΔＶｒ等の更新のタイミングについては、前回の算出時から所定の時間が経過した場合に自動的に行うことが考えられる。その他に、撮像制御部５５，１５５は、同一の対象物を異なる時刻にそれぞれ撮像し、撮像による各画像データの空間周波数を構成する複数の周波数成分を比較することにより、補正電圧ΔＶｒおよび現在のレンズ特性ＬＣｃの更新の要否を判定するようにしてもよい。
【００８５】
より具体的には、撮像制御部５５，１５５は、先ず、準備処理（Ｓ１１）から電子部品の実装制御に移行した後の撮像処理（Ｓ１３）で取得した画像データについて周波数解析を行う。この周波数解析では、例えば、画像データの空間周波数を構成する複数の周波数成分のうち輝度値が最大となる周波数を記録する。また、複数の周波数成分については、画像データを部品実装機１の制御装置に転送する前にＪＰＥＧ圧縮する場合には、圧縮過程の離散コサイン変換を行った際の中間データから取得することができる。
【００８６】
そして、撮像制御部５５，１５５は、撮像処理のたびに、複数の周波数成分のうち輝度値が最大となる周波数を取得する。撮像制御部５５，１５５は、記憶されている当初の周波数と、撮像処理のたびに取得される周波数とを比較する。そして、これらの周波数が一致する場合には、補正電圧ΔＶｒ等の更新が不要であるものと判定し、これらの周波数が一致しない場合には、補正電圧ΔＶｒ等の更新を要するものと判定する。
【００８７】
このような更新の要否の判定方法は、レンズユニットＮｌの焦点が対象物からずれ始めると、画像データにおけるコントラストに変化が生じ、その結果、空間周波数を構成する複数の周波数成分の各輝度値にも変化が生じることを利用している。これにより、例えば定期的に標準点を撮像する必要なく、実装制御の実行中に現在使用している補正電圧ΔＶｒおよび現在のレンズ特性ＬＣｃの有効性を判定しつつ撮像処理を行うことができる。よって、撮像環境に適応して、焦点ずれが生じることを確実に防止できる。
【００８８】
（その他）
可変焦点レンズとしては、第一、第二実施形態で例示した液体レンズの他に、液晶レンズを採用してもよい。また、また、撮像装置として、部品実装機１に用いられる部品カメラ５０を例示して説明した。これに対して、撮像装置は、部品実装機１の基板カメラ６０としてもよい。この構成では、撮像の対象物を回路基板Ｂとして、クリームハンダの印刷状態や、電子部品の装着状態、部品供給装置２０による部品供給状態などの認識に使用できるので、これらを実装制御に反映させて実装制御の精度の向上を図ることができる。
【００８９】
さらに、撮像装置は、部品実装機１に適用される他に、撮像素子５４から撮像の対象物までの概ねの距離を予め認識していることを前提として、所定の電圧を可変焦点レンズに印加することをもって焦点合わせを行う構成であれば、他の生産設備や撮像装置単体として使用されるようにしてもよい。例えば、撮像装置は、回路基板製品の生産ラインを構成する他の印刷機や検査機に適用することも可能である。さらに、撮像装置は、回路基板製品以外の製品を生産の対象とする工作機械や汎用組立機などの生産設備に適用することも可能である。このような構成においても、実施形態と同様の効果を奏するとともに、製品の微細化や高精度化が望まれる生産設備への適用は特に有用である。
【００９０】
また、撮像装置は、生産設備などに配置される構成においては、通信可能に接続された制御装置の一部が撮像装置の一部を構成するものとして、生産設備側の制御装置に撮像制御部５５，１５５、焦点制御部５６，１５６、補正電圧算出部５７、またはレンズ特性設定部１５８を配置してもよい。
【符号の説明】
【００９１】
１：部品実装機（生産設備）、  ２：基台
１０：基板搬送装置、  ２０：部品供給装置、  ３０：部品移載装置
５０，１５０：部品カメラ、  Ｎｂ：本体部、  Ｎｌ：レンズユニット
５１：固定レンズ、  ５２：液体レンズ、  ５３：保護ガラス
５４：撮像素子、  ５５，１５５：撮像制御部
５６，１５６：焦点制御部、  ５７：補正電圧算出部
１５８：レンズ特性設定部
６０：基板カメラ、  ７０：制御装置
Ｆｖ：カメラ視野、  Ｆｆ：有効領域
Ｍｓ：標準マーク（標準点）、  Ｐｓ１〜Ｐｓ３：標準点
Ｌｓ：規定の距離
ＬＣｐ：規定のレンズ特性、  ＬＣｃ：現在のレンズ特性
Ｖｂ：標準の印加電圧
Ｖｃ，Ｖｃ１〜Ｖｃ３：現在の印加電圧、  ΔＶｒ：補正電圧
Ｖｘ：基礎電圧、  Ｖｔ１，Ｖｔ２：目標電圧、  ΔＶｆ：調整電圧
ＬＦｓ，ＬＦｓ１〜ＬＦｓ３：液体レンズの焦点距離
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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