(57)【要約】【課題】光学倍率変更による画像の位置ずれを防止することができる画像読取装置を提供することを目的とする。【解決手段】任意読み出し可能な複数の画素で構成された受光部１６ａと光学系の光学倍率を変更するズーム機構を備えたカメラを用いて、観察対象の画像を読み取りモニタの画面に表示させる画像読取装置において、統一の観察対象を異なる２つの光学倍率（ｎ、ｍ×ｎ）の像１３ａ（ｎ）、１３ａ（ｍ×ｎ）を受光面１６ａに結像させて位置を検出し、像１３ａ（ｎ）、１３ａ（ｍ×ｎ）の位置に基づいて光学系の中心位置Ｃを計算によって求め、受光面１６ａに設定される読み取り範囲１７の中心を中心位置Ｃに一致させる。これにより、光学系の中心が受光面１６ａの中心と一致していない場合にあっても、光学倍率変更による画像の位置ずれを防止することができる。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素で構成された受光面を有し任意の画素から選択的に画像データを出力可能なカメラと、前記受光面に撮像対象物の光学画像を結像させる光学系と、この光学系の光学倍率を変更するズーム機構と、前記カメラに対して読み取り範囲を指示することにより当該読み取り範囲に対応した画素を選択させ、選択された画素から出力された画像データを読み取って表示手段の画面に表示させる画像処理部と、前記カメラの中心を示す図形を前記画面に表示させるカメラ中心表示手段とを備え、前記画像処理部は、前記画面上において光学系の光軸とカメラの中心が一致するように前記読み取り範囲を指示することを特徴とする画像読取装置。
【請求項２】
前記読み取り範囲の指示は、受光面における読み取り範囲の中心位置を指示して行われること特徴とする請求項１記載の画像読取装置。
【請求項３】
前記画像処理部に受光面における光学系の光軸の位置を検出する光学系中心位置検出手段を備え、この光軸の位置を前記読み取り範囲の中心位置として指示することを特徴とする請求項１記載の画像読取装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像対象の画像を読み取る画像読取装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
基板に電子部品を実装する電子部品実装装置では、基板や電子部品の位置認識を行うための画像読取装置を備えており、電子部品を基板の実装点へ搭載する実装動作においては、この位置認識結果に基づいて位置合わせが行われる。このような画像読取装置として、カメラの受光面に光学画像を結像させる光学系にズーム機構を備えたものが知られている（例えば特許文献１参照）。ズーム機構によってズーム比を変更することにより、カメラの受光面には大きさの異なる画像が結像され、撮像目的に応じた画像を取得することができる。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３０４８０９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このようなズーム機構を備えた画像読取装置においては、カメラの受光面と光学系の中心との位置ずれに起因して、次のような不都合が生じていた。以下、図７を参照して説明する。図７は従来の画像読取装置のカメラに設定された読み取り範囲と表示画面の説明図である。図７（ａ）において、１は画像読取装置のカメラの受光面を示しており、受光面１には取り込み範囲２が設定されている。ここで取り込み範囲２はカーソルラインの交点が受光面１の中心１ａ、すなわち光学座標系の原点と一致するように位置が設定されている。取り込み範囲２には、観察対象の像が、受光面１の中心１ａに光学倍率ｎで結像されている。
【０００５】
このとき、光学系の光軸位置を示す光学系の中心４は、受光面１の中心１ａとは一致しておらず位置ずれ状態にある。この状態で、取り込み範囲２の画像データを読み取り、モニタの画面５に映像として表示させると、観察対象３を光学倍率ｎで結像させた像３ａ（ｎ）は、光学系中心４に関係なくの画面５の中心５ａに映像３ｂ（ｎ）として表示される。
【０００６】
図７（ｂ）は、上述のように光学系の中心が受光面１の中心１ａと位置ずれした状態で、光学倍率をｎ倍からｎ×ｍ倍に変更した場合の像を示している。この光学倍率の拡大に伴って、受光面上に結像される光学画像においては光学系の中心位置と観察対象との位置ずれも拡大されることから、観察対象３を光学倍率ｎ×ｍで結像させた像３ａ（ｎ×ｍ）は受光面１の中心１ａと一致せず、したがって画面５に表示される映像３ｂ（ｎ×ｍ）も同様に画面５の中心５ａからずれる結果となる。
【０００７】
すなわち、同一の観察対象の画像を読み取る場合においても、光学倍率を変更すると、カメラの受光面に結像される光学画像のカメラ中心に対する相対位置は光学倍率によって異なり、光学倍率変更前にカメラ中心に位置していた映像が、光学倍率変更後にはカメラ中心から外れるという不都合を生じる。この不都合を避けるためには、カメラ中心と光学系の中心とを完全に一致させる機械的な光軸合わせを行う必要があるが、従来よりこの光軸合わ作業は熟練者のみが実行可能な複雑な作業であることから、この調整作業を行うことなく前述の不具合を解消する方策が望まれていた。
【０００８】
そこで本発明は、光学倍率変更による画像の位置ずれを防止することができる画像読取装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の画像読取装置は、複数の画素で構成された受光面を有し任意の画素から選択的に画像データを出力可能なカメラと、前記受光面に撮像対象物の光学画像を結像させる光学系と、この光学系の光学倍率を変更するズーム機構と、前記カメラに対して読み取り範囲を指示することにより当該読み取り範囲に対応した画素を選択させ、選択された画素から出力された画像データを読み取って表示手段の画面に表示させる画像処理部と、前記カメラの中心を示す図形を前記画面に表示させるカメラ中心表示手段とを備え、前記画像処理部は、前記画面上において光学系の光軸とカメラの中心が一致するように前記読み取り範囲を指示する。
【００１０】
請求項２記載の画像読取装置は、請求項１記載の画像読取装置であって、前記読み取り範囲の指示は、受光面における読み取り範囲の中心位置を指示して行われる。
【００１１】
請求項３記載の画像読取装置は、請求項１記載の画像読取装置であって、前記画像処理部に受光面における光学系の光軸の位置を検出する光学系中心位置検出手段を備え、この光軸の位置を前記読み取り範囲の中心位置として指示する。
【００１２】
本発明によれば、カメラに対して読み取り範囲を指示することにより選択された画素から画像データを出力させ、出力された画像データを読み取って表示モニタの画面に表示させる画像処理部と、カメラの中心を示す図形を画面に表示させるカメラ中心表示手段とを備え、画像処理部によって画面上において光学系の光軸とカメラの中心が一致するように読み取り範囲を指示することにより、光学倍率変更による画像の位置ずれを防止することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の画像読取装置の構成を示すブロック図、図２は本発明の一実施の形態の画像読取装置の処理機構を示す機能ブロック図、図３は本発明の一実施の形態の画像読取装置における画像読取り・映像表示機能の説明図、図４は本発明の一実施の形態の画像読取装置による読み取り範囲調整処理のフロー図、図５は本発明の一実施の形態の画像読取装置の受光面を示す図、図６は本発明の一実施の形態の画像読取装置の受光面を示す図、図７は本発明の一実施の形態の画像読取装置のカメラに設定された読み取り範囲と表示画面の説明図である。
【００１４】
まず図１を参照して、画像読取装置の構成を説明する。図１において、画像読取装置１０は、テーブル機構１１の上方に撮像部１４を配置した構成となっており、テーブル機構１１には基準マークなどの観察対象１３が設けられた基板１２が載置される。テーブル機構１１はテーブル機構駆動部２０によって制御され、テーブル機構１１を駆動することにより、基板１２を撮像部１４に対して相対的に水平移動させることができる。
【００１５】
撮像部１４はＣＭＯＳ型の受光素子１６を備えた任意読みとり型のカメラ１５と、レンズ１８ａを備えた光学系１８とを組み合わせた構成となっており、光学系１８はズーム機構１９を備えている。ズーム機構制御部２１によってズーム機構１９を制御することにより、光学系１８の光学倍率が変更され、受光素子１６に結像される光学画像の倍率を変更することができる。
【００１６】
カメラ１５によって読み取られた観察対象１３の画像データは画像処理部２２に送られ、ここで画像処理されることによって、表示部２３に設けられた表示用の画面に表示される。画像処理部２２は制御機能を有しており、カメラ１５の画像読み取り動作を制御するための指令を出力するとともに、ズーム機構制御部２１に対して光学倍率変更指令を出力する。操作・入力部２４はキーボードやマウスなどの入力手段であり、画像処理部２２に対してデータや操作コマンドの入力を行う。
【００１７】
次に図２、図３を参照して、画像読取装置の処理機能を説明する。カメラ１５の受光素子１６は、複数の画素１６ｂで構成された受光面１６ａを有しており、カメラ制御部２６によって画素選択部２５を制御することにより、任意の画素１６ｂから画素信号が出力される。図３に示すように、受光素子１６の受光面１６ａには、取り込み範囲１７が設定されている。取り込み範囲１７は、画素から表示用の画像データが出力される範囲を示しており、取り込み範囲１７内の画素から出力された画素信号が、画像データとして画像処理部２２の第２の表示メモリ２７に格納される。
【００１８】
受光面１６ａには、取り込み範囲１７の中心を示すカメラ中心１６ｃが設定される。ここでカメラ中心１６ｃは、必ずしも受光面１６ａの中心を意味するものではなく、表示部２３のモニタ２３ａに表示されたカーソルライン２３ｂなどの目印によって特定される画面上の１点（画面中心）に対応する画素がカメラ中心の画素として特定される。
【００１９】
画像読み取り時においては、図３に示すように基板１２に形成された基準マークなどの観察対象１３の画像をカメラ１５によって取り込むが、このときモニタ２３ａに表示された観察対象１３の映像１３ａがカーソルライン２３ｂの交点に一致するように、テーブル機構１１によって基板１２を移動させて、観察対象１３の水平位置を調整する。
【００２０】
このとき、光学系１８の光軸ａの位置は必ずしもカメラ中心１６ｃに完全に一致しているとは限らず、図３に示すように光軸ａとカメラ中心１６ｃとが位置ずれしている場合がある。この場合には、上述のようにモニタ２３ａにおいて映像１３ａがカーソルライン２３ｂの交点に一致していても、光学系１８の中心である光軸ａは観察対象１３とは一致していない。
【００２１】
このように光学系１８の中心と観察対象１３とが位置ずれした状態で、光学系１８の光学倍率を変更すると、モニタ２３ａにおける映像１３ａのカーソルライン２３ｂに対する位置が、光学倍率によって変動するという不都合が生じる。この不都合を解消するため、本実施の形態に示す画像読取装置では、画像処理部２２を以下のような構成としている。
【００２２】
画像処理部２２の構成および機能を説明する。画像処理部２２は、記憶内容の異なる第１の表示メモリ２９、第２の表示メモリ２７、画像メモリ２８の３つのメモリを備えている。第１の表示メモリ２９には、クロス形状のカーソルラインを表示するための図形データが格納される。このデータは操作・入力部２４によって入力され、表示処理部３０が第１の表示メモリ２９から図形データを読み取り、表示のためのデータ処理することにより、図３に示すようにカーソルライン２３ｂが表示部２３のモニタ２３ａに表示される。
【００２３】
第２の表示メモリ２７にはカメラ１５の受光素子１６から出力された画素信号が表示用の画像データとして書き込まれ、表示処理部３０が第２の表示メモリ２７から画像データを読み取り、表示のためのデータ処理することにより、表示部２３に表示される。このとき、表示処理部３０は第２の表示メモリ２７から読み取られた画像データと、第１の表示メモリ２９から読み取られた図形データを合成して表示部２３に表示する。
【００２４】
これにより、表示部２３のモニタ２３ａには、カメラ１５で読み取られた画像にカーソルラインが組み合わされた画面が表示される。この画面表示において、カーソルラインの交点は受光面１６ａに設定されるカメラ中心に一致するように表示される。上記構成において、第１の表示メモリ２９、表示処理部３０は、カメラ中心表示手段となっている。
【００２５】
画像メモリ２８には、受光素子１６から出力された画素信号が画像認識用の画像データとして書き込まれる。書き込まれた画像データは画像認識部３２に読み込まれ、ここで光学系中心位置検出処理３３および認識処理３４の２種類の処理の対象となる。認識処理３４は、観察対象１３の検出や位置認識など、画像読み取り目的に応じた認識処理を示しており、光学系中心位置検出処理３３は、光学系１８の中心位置、すなわち図３に示す光学系１８の光軸ａの受光面１６ａにおける位置を検出する処理を示している。画像処理部２２の光学系中心位置検出処理３３は、受光面における光学系の光軸の位置を検出する光学系中心位置検出手段となっている。
【００２６】
検出された光学系の中心位置は、光学系中心位置記憶部３１に記憶され、さらにカメラ制御部２６によって読み出される。カメラ制御部２６が画素選択部２５を制御して画素選択動作を行う際に、読み出された光学系の中心位置に読み取り範囲１７の中心が一致するように画素選択を行うことにより、後述するように、光学系１８の光軸ａが受光面１６ａの中心カメラ中心１６ｃと一致せずに位置ずれを生じている場合においても、表示部２３に表示された画面上では、画像の読み取り範囲の中心と、モニタ２３ａの画面の中心とを常に一致させることができる。
【００２７】
次に、画像の読み取り範囲の中心と画面の中心とを一致させることを目的として行われる読み取り範囲調整処理について、図４のフローに沿って、図５，図６を参照して説明する。図４において、まず、初期設定を行う（ＳＴ１）。ここでは、光学倍率をｎに設定し、カメラ中心１６ｃを光学座標系上の原点（Ｘ０、Ｙ０）、すなわち受光面１６ａの中心座標を仮の中心位置として設定する。
【００２８】
次に、観察対象１３を認識して、その像の受光面１６ａにおける位置（Ｘｎ、Ｙｎ）を求める（ＳＴ２）。なお、予めモニタ２３ａの中心に、観察対象１３の映像１３ａ（ｎ）を一致させておけば、すなわち観察対象１３を光学倍率ｎで結像させた像１３ａ（ｎ）がカメラ中心１６ｃに結像されるように観察対象１３の位置を調整しておけば、観察対象１３の受光面１６ａにおける位置は（Ｘ０、Ｙ０）となるので、このステップは省略してもよい。図５（ａ）に示す例では、予め予めモニタ２３ａの中心に観察対象１３の映像を一致させた結果、像１３ａ（ｎ）がカメラ中心１６ｃに一致した状態を示している。
【００２９】
次に、光学倍率をｎ×ｍに変更する（ＳＴ３）。次いで観察対象１３を認識して、その像の受光面１６ａにおける位置（Ｘｎ×ｍ、Ｙｎ×ｍ）を求める（ＳＴ２）。そして、（Ｘｎ、Ｙｎ）、（Ｘｎ×ｍ、Ｙｎ×ｍ）より、光学系１８の中心位置（Ｘｃ、Ｙｃ）を計算する。すなわち、中心位置Ｃ（Ｘｃ、Ｙｃ）と観察対象１３の像の受光面１６ａにおける位置との間の距離は、光学倍率に比例していることから、異なる２つの光学倍率で観察対象１３を認識して、その像の受光面１６ａにおける位置が求められたならば、中心位置Ｃ（Ｘｃ、Ｙｃ）を計算によって求めることができる。
【００３０】
図５（ａ）に示す例では、（Ｘｎ、Ｙｎ）は（Ｘ０、Ｙ０）に等しいことから、（Ｘｃ、Ｙｃ）は、（Ｘｎ×ｍ、Ｙｎ×ｍ）のみを用いて、
Ｘｃ＝Ｘｎ×ｍ／（ｍ−１）
Ｙｃ＝Ｙｎ×ｍ／（ｍ−１）
と表すことができる。
【００３１】
次に、求められた光学系１８の中心位置は適正か否かの判定を行う（ＳＴ６）。ここで、求められた中心位置Ｃが受光面１６ａの中心座標（Ｘ０、Ｙ０）から大きく位置ずれしており、中心位置は不適正であると判定されたならば、異常メッセージを表示する（ＳＴ７）。そして、求められた中心位置Ｃが受光面１６ａの中心座標（Ｘ０、Ｙ０）の近傍にあり、中心位置は適正であると判定されたならば、光学系１８の中心位置（Ｘｃ、Ｙｃ）を光学系中心位置記憶部３１に記憶し、これにより、読み取り範囲調整処理は終了する。
【００３２】
この後、カメラ制御部２６による読み取り範囲１７の設定に際しては、図５（ｂ）に示すように、記憶された中心位置Ｃに読み取り範囲１７の中心が一致するように、カメラ制御部２６により受光面１６ａにおける取り込み範囲１７の設定位置を移動させる。すなわち、読み取り範囲１７の指示は、受光面１６ａにおける読み取り範囲１７の中心位置を指示して行われ、前述の光学系中心位置検出手段によって検出された光軸ａの位置を、読み取り範囲１７の中心位置として指示する。これにより、読み取り範囲１７の中心に設定されたカメラ中心１６ｃは光学系１８の中心位置Ｃに一致し、読み取り範囲調整前の状態において中心位置Ｃから外れていた像１３ａ（ｎ）は、中心位置Ｃに正確に重ねて表示することが可能となる。
【００３３】
図６は、このように読み取り範囲調整処理を実行した後に、観察対象１３の画像を異なる２通りの光学倍率（ｎ、ｎ×ｍ）の設定で受光面１６ａに結像させ、取り込み範囲１７で読み取った画像データをモニタ２３ａに表示させた例を示している。図６（ａ）は、モニタ２３ａを観察しながらテーブル機構１１によって基板１２の位置を調整し、観察対象１３を光学倍率ｎで表示させた映像１３ｂ（ｎ）を、モニタ２３ａのカーソルライン２３ｂの交点に一致させた状態を示している。
【００３４】
このとき、前述の読み取り範囲調整処理において、カメラ中心１６ｃは光学系１８の中心位置Ｃに一致するように取り込み範囲１７の位置が設定されていることから、像１３ａ（ｎ）はカーソルライン３２ｂで示されるカメラ中心に一致させることで、受光面１６ａにおいて中心位置Ｃと一致した位置に結像される。したがって、図８（ｂ）に示すように、光学倍率をｎ×ｍに変更した状態においても同様に、観察対象１３を光学倍率ｎ×ｍで結像させた像１３ａ（ｎ×ｍ）は受光面１６ａにおいて中心位置Ｃと一致した位置に結像され、したがってモニタ２３ａの表示画面においては、観察対象１３を光学倍率ｎ×ｍで表示させた映像１３ｂ（ｎ×ｍ）は、カメラ中心からずれることなくカーソルライン２３ｂの交点の位置に表示される。
【００３５】
このように、本実施の形態に示す画像読取装置によれば、同一の観察対象の画像を読み取る場合において、光学倍率変更前にカメラ中心に位置していた画像が、光学倍率変更後にはカメラ中心から外れるという不都合が生じることがない。したがって、従来この不都合を避けるために必要とされたカメラ中心と光学系の中心とを機械的な調整によって一致させる光軸合わせを行うこと無く、画像読み取りを行うことができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、カメラに対して読み取り範囲を指示することにより選択された画素から画像データを出力させ、出力された画像データを読み取って表示モニタの画面に表示させる画像処理部と、カメラの中心を示す図形を画面に表示させるカメラ中心表示手段とを備え、画像処理部によって画面上において光学系の光軸とカメラの中心が一致するように読み取り範囲を指示するようにしたので、光学倍率変更によって映像の位置がずれる不具合を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の画像読取装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の一実施の形態の画像読取装置の処理機構を示す機能ブロック図
【図３】本発明の一実施の形態の画像読取装置における画像読取り・映像表示機能の説明図
【図４】本発明の一実施の形態の画像読取装置による読み取り範囲調整処理のフロー図
【図５】本発明の一実施の形態の画像読取装置の受光面を示す図
【図６】本発明の一実施の形態の画像読取装置のカメラに設定された読み取り範囲と表示画面の説明図
【図７】従来の画像読取装置のカメラに設定された読み取り範囲と表示画面の説明図
【符号の説明】
１０  画像読取装置
１３  観察対象
１４  撮像部
１５  カメラ
１６  受光素子
１７  取り込み範囲
１８  光学系
１９  ズーム機構
２２  画像処理部
２３  表示部
２５  画素選択部
３１  光学系中心位置記憶部
３２  画像認識部
【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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