(57)【要約】【課題】配線基板に形成された切欠きや取り付け穴などが存在したり、配線基板の後方などに反射率の高い他の物体が存在したりする場合でも、センサ検出位置を調整することなく、配線基板を確実に検出することにある。【解決手段】投光素子１、投光レンズ２、受光素子３及び受光レンズ４からなり、三角測量方式を利用することにより前記投光素子１から所定距離だけ離隔した位置に配線基板５が存在するか否かを検出する基板検出センサであって、前記投光素子１からの出射光を投光レンズ２を介して配線基板５上に照射して楕円形状の検出ポイント６を生成し、その検出ポイント６で反射した反射光を受光レンズ４を介して受光素子３に結像させる。【選択図】　　図１
2004003995.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投光素子、投光レンズ、受光素子及び受光レンズからなり、三角測量方式を利用することにより前記投光素子から所定距離だけ離隔した位置に基板が存在するか否かを検出する基板検出センサであって、前記投光素子からの出射光を投光レンズを介して基板上に照射して楕円形状の検出ポイントを生成し、その検出ポイントで反射した反射光を受光レンズを介して受光素子に結像させることを特徴とする基板検出センサ。
【請求項２】
前記投光素子は、赤色発光ダイオードと赤外発光ダイオードからなる複数個の発光ダイオードを相互に近接させて一直線状に配列した構成とした請求項１に記載の基板検出センサ。
【請求項３】
前記受光素子は、前記投光素子を構成する発光ダイオードの配列方向と平行な分割線を持つ二分割フォトダイオードで構成した請求項２に記載の基板検出センサ。
【請求項４】
前記投光レンズ又は受光レンズのうち、少なくとも投光レンズを非球面トーリックレンズとした請求項１乃至３のいずれか一項に記載の基板検出センサ。
【請求項５】
前記受光素子で受ける反射光量の増減に応じて投光素子の発光量を増減させるようにコントロールして一定の検出感度を確保するＯＦＦ防止回路を設けた請求項１乃至４のいずれか一項に記載の基板検出センサ。
【請求項６】
前記受光素子から出力されるパルス信号が所定個数連続して発生した時点でセンサ出力をＯＮするＯＮ遅延回路を設けた請求項１乃至５のいずれか一項に記載の基板検出センサ。
【請求項７】
前記ＯＮ遅延回路によりセンサ出力をＯＮする直前に、投光素子の発光を一旦停止させるようにした請求項６に記載の基板検出センサ。
【請求項８】
前記受光素子で受光するごとに投光素子の発光タイミングをランダムに変更するようにした請求項６又は７に記載の基板検出センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体装置の製造においてチップ実装機に付設した基板搬送機などに設けられ、基板の有無を検出する基板検出センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、半導体装置の製造においては、配線基板上に半導体チップをマウントするチップ実装機があり、このチップ実装機に配線基板を供給するために搬送する基板搬送機が用いられている。この基板搬送機には、配線基板の有無などを検出してその検出信号に基づいて搬送動作を制御するために基板検出センサが一般的に設けられている。
【０００３】
この基板検出センサの取り付け部位周辺には、様々な部材が配設されているため、基板検出センサが配線基板以外の不所望な部材を誤検出しないように、基板検出センサとして反射式距離計測タイプのものが用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３５８４９９
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述した反射式距離計測タイプの基板検出センサでは、投光素子から発せられた光が配線基板上で反射し、その反射光が受光素子に入射される。この時、投光素子からの出射光と配線基板上で反射した受光素子への入射光との角度差が、センサから配線基板までの距離と所定の関係にあることから、その角度差に基づいて計測距離を演算することにより、センサから配線基板までの離隔距離を計測することができる。この基板検出センサでは、その計測値が、予め登録された設定値に基づいて配線基板であるか否かを判断するようにしている。
【０００６】
一方、配線基板には切欠きや取り付け穴などが形成されているものがあり、このように基板までの距離を計測することにより基板の有無を検出するようにした基板検出センサの場合、配線基板の切欠きや取り付け穴が設けられた位置がセンサ検出点になると、その検出点で配線基板が存在しないことになるため、この場合、配線基板を検出することが不可能となる。
【０００７】
なお、前述した特許文献１に開示された発明では、配線基板に切欠きや取り付け穴が存在する場合の問題を解消するが、その特許文献１の発明では、基板検出センサの検出位置を可変調整しなければならない。
【０００８】
また、例えば配線基板の後方にその配線基板よりも反射率の高い物体が存在すると、基板検出センサでは、配線基板の後方に位置する反射率の高い物体からの反射光を検出することがあり、配線基板を確実に検出することが困難な場合がある。
【０００９】
そこで、本発明は前記問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、配線基板に形成された切欠きや取り付け穴などが存在したり、配線基板の後方などに反射率の高い他の物体が存在したりする場合でも、センサ検出位置を調整することなく、配線基板を確実に検出し得る基板検出センサを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための技術的手段として、本発明は、投光素子、投光レンズ、受光素子及び受光レンズからなり、三角測量方式を利用することにより前記投光素子から所定距離だけ離隔した位置に基板が存在するか否かを検出する基板検出センサであって、前記投光素子からの出射光を投光レンズを介して基板上に照射して楕円形状の検出ポイントを生成し、その検出ポイントで反射した反射光を受光レンズを介して受光素子に結像させることを特徴とする。
【００１１】
本発明では、投光素子からの出射光を投光レンズを介して基板上に照射して楕円形状の検出ポイントを生成し、その検出ポイントで反射した反射光を受光レンズを介して受光素子に結像させることにより、基板に形成された切欠きや取り付け穴などが存在したり、基板の後方などに反射率の高い他の物体が存在したりする場合でも、投光素子から所定距離だけ離隔した位置に基板が存在するか否かを確実に検出できる。
【００１２】
前記構成において、投光素子は、赤色発光ダイオードと赤外発光ダイオードからなる複数個の発光ダイオードを相互に近接させて一直線状に配列した構成とすることが望ましい。赤色発光ダイオードは、作業者などが基板の検出位置を目視確認できるようにパイロット用として用いられ、また、赤外発光ダイオードは、基板の有無を実際に検出するセンシング用として用いられる。
【００１３】
前記構成において、受光素子は、前記投光素子を構成する発光ダイオードの配列方向と平行な分割線を持つ二分割フォトダイオードで構成することが望ましい。このようにすれば、楕円形状の検出ポイントは、その長軸方向がフォトダイオードの分割方向と一致した向きで受光素子に結像され、これにより検出精度の向上が図れる。
【００１４】
前記構成において、投光レンズ又は受光レンズのうち、少なくとも投光レンズを非球面トーリックレンズとすることが望ましい。非球面トーリックレンズとは、例えばＸ軸方向とＹ軸方向で曲率半径が異なるレンズ面を有するもので、本発明では、Ｘ軸方向で基板の検出ポイントにおいて焦点を結ぶように投光素子の出射光を絞り込み、Ｙ軸方向で前記検出ポイントにおいて若干焦点をずらすように投光素子の出射光が拡散することを抑制する形状のものを利用する。このようにすれば、楕円形状の検出ポイントを容易に生成することができる。
【００１５】
前記構成において、受光素子で受ける反射光量の増減に応じて投光素子の発光量を増減させるようにコントロールして一定の検出感度を確保するＯＦＦ防止回路を設けた構成とすることが望ましい。このＯＦＦ防止回路により、基板に形成された切欠きなどにより受光素子で受ける反射光量が少なくなれば、そのＯＦＦ防止回路の作動期間中、投光素子から出力される光量を増加させることによりその発光量を最適化することができる。
【００１６】
前記構成において、受光素子から出力されるパルス信号が所定個数連続して発生した時点でセンサ出力をＯＮするＯＮ遅延回路を設けた構成とすることが望ましい。このＯＮ遅延回路により、受光素子で受ける光について、外乱光と基板からの反射光とを区別化することができ、その外乱光による基板検出センサの誤動作を防止できる。また、ＯＮ遅延回路によりセンサ出力をＯＮする直前に、投光素子の発光を一旦停止させるようにした構成、あるいは、受光素子で受光するごとに投光素子の発光タイミングをランダムに変更するようにした構成とすることが望ましい。このようにすれば、外乱光と基板からの反射光との区別化がより一層確実に行える。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１乃至図４は本発明に係る基板検出センサの実施形態を示す。なお、以下の実施形態では、各種電子部品を搭載した配線基板を検出対象としているが、検出対象としては、前記配線基板以外の他の基板、例えば半導体ウェーハや他のプリント基板なども含む。
【００１８】
この実施形態の基板検出センサは、図１乃至図３に示すように発光ダイオード１ａ，１ｂの投光素子１と、その投光素子１の斜め前方に配置された投光レンズ２と、フォトダイオード３ａ，３ａの受光素子３と、その受光素子３の斜め前方に配置された受光レンズ４とで構成され、検出対象までの距離を測定する三角測量方式（図４参照）を応用することにより、配線基板５が投光素子から所定距離だけ離隔した位置に存在するか否かを検出する反射式光電センサである。
【００１９】
つまり、投光素子１から発せられた光が配線基板５上で反射し、その反射光が受光素子３に入射される。この時、投光素子１からの出射光と配線基板５上で反射した受光素子３の入射光との角度差が、センサから配線基板５までの距離と所定の関係にあることから、その角度差から計測距離を演算することにより、センサから配線基板５までの離隔距離を計測することができる。この基板検出センサでは、その計測値が、予め登録された設定値に基づいて配線基板５があるか否かを判断する。
【００２０】
投光素子１は、一つの赤色発光ダイオード１ａと二つの赤外発光ダイオード１ｂとを内部基板上に実装し、赤色発光ダイオード１ａの両側に赤外発光ダイオード１ｂを配置することにより三つの発光ダイオード１ａ，１ｂを相互に近接させて一直線状に配列させる。
【００２１】
赤色発光ダイオード１ａは、作業者などが配線基板５の検出位置を目視確認できるようにパイロット用として用いられ、配線基板５のセッティング時、この赤色発光ダイオード１ａにより配線基板５の切欠きや取り付け穴を避けるようにセンサを配線基板５を位置決め調整することが容易となる。なお、この基板検出センサでは、作業者による位置決め調整が容易なようにセグメント方式の表示部を設け、その表示部でセンサ位置を０を基準とした一方向へのずれをプラス表示し、他方向へのずれをマイナス表示するようにしている。
【００２２】
但し、この赤色発光ダイオード１ａのみでは照射光量が足らないので、照射パワーが大きい赤外発光ダイオード１ｂを付加する。従って、赤外発光ダイオード１ｂが、配線基板５の有無を実際に検出するセンシング用として用いられる。このように赤色発光ダイオード１ａを用いることにより作業性が向上し、また、赤外発光ダイオード１ｂを用いることにより、反射光が弱い黒色系の配線基板５を検出することも容易となる。
【００２３】
投光レンズ２は、赤色発光ダイオード１ａ及び赤外発光ダイオード１ｂからなる投光素子１からの出射光を配線基板５上の検出ポイント６で焦点を結ぶことにより配線基板５が投光素子１から所定距離だけ離隔した位置に存在するか否かを判定することが容易になるように、非球面トーリックレンズを使用する。
【００２４】
この非球面トーリックレンズを使用することにより、赤色発光ダイオード１ａ及び赤外発光ダイオード１ｂが一直線上に並ぶ配列方向と直交する方向では配線基板５の検出ポイント６において焦点を結ぶように投光素子１の出射光を絞込み、かつ、配列方向と一致する方向では配線基板５の検出ポイント６において若干焦点をずらすように投光素子１の出射光が拡散することを抑制できる。この非球面トーリックレンズを使用することにより、楕円形状の検出ポイント６を生成することが容易となる。
【００２５】
なお、受光レンズ４は、検出ポイント６で反射した反射光を受光素子３で結像させるためのもので、投光レンズ２と同様、非球面トーリックレンズを使用している。但し、この受光レンズ４については、一般的な凸レンズを使用することも可能である。
【００２６】
受光素子３は、投光素子１からの出射光が反射する配線基板６上の検出ポイント６で楕円形状の像が映し出される二分割のフォトダイオード３ａ，３ａで構成されている。この分割方向は、投光素子１における赤色発光ダイオード１ａと赤外発光ダイオード１ｂの配列方向と平行をなす。従って、楕円形状の像は、その長軸方向がフォトダイオード３ａ，３ａの分割方向と一致した向きで受光素子３に映し出される。このような向きで楕円形状の像が受光素子３に映し出されることにより検出精度を向上させることができる。
【００２７】
なお、赤色発光ダイオード１ａと赤外発光ダイオード１ｂが配列する方向に沿った投光素子１の幅と、フォトダイオード３ａの二分割方向に沿った受光素子３の幅、および投受光素子１，３の幅と一致した投受光レンズ２，４の幅をすべて同一としている。これにより、投光素子１から投光レンズ２を介して出力された光を検出ポイント６で反射させた反射光を受光レンズ４を介して受光素子３で効率よく検出することができる。
【００２８】
前記構成からなる基板検出センサの動作例を以下に詳述する。この基板検出センサにより、配線基板５の有無を検出するに際しては、投光素子１の赤色発光ダイオード１ａ及び赤外発光ダイオード１ｂからの出射光を投光レンズ２を介して配線基板５上に照射して楕円形状の検出ポイント６を生成し、その検出ポイント６で反射した反射光を受光レンズ４を介して受光素子３の二分割フォトダイオード３ａ，３ａで結像させる。
【００２９】
この時、二分割フォトダイオード３ａ，３ａに映し出された楕円形状の像の長軸中心が分割線ｍと一致すれば、二つのフォトダイオード３ａ，３ａで受ける光量が等しくなる。これに対して、二分割フォトダイオード３ａ，３ａに映し出された楕円形状の像の長軸中心が分割線ｍの左右いずれかにずれると、二つのフォトダイオード３ａ，３ａで受ける光量が異なることになる。このように二分割フォトダイオード３ａ，３ａで受ける光量の差に基づいて、投光素子１から所定距離だけ離隔した位置に配線基板５が存在するか否かを判定して基板検出センサをＯＮ／ＯＦＦする。
【００３０】
なお、前述では、基板検出センサから所定距離だけ離隔した位置に配線基板５が存在する場合を基準として基板検出センサの距離設定を行っているが、この距離設定はボリューム等を操作することにより調整可能である。つまり、前述の基板検出センサからの所定距離より近い位置あるいは遠い位置に基板検出センサの検出ポイント６を変更する場合には、ボリューム等を操作することによりその検出ポイント６の位置を設定変更可能としている。これにより、配線基板５の背後に位置するものをセンサ検出から排除する範囲を任意に選定することができる。
【００３１】
この配線基板５の検出時、配線基板５が存在して投光素子１からの出射光がその配線基板５上に照射された場合、基板検出センサによる検出ポイント６が配線基板５が存在する位置と一致するので、二つのフォトダイオード３ａ，３ａで受ける光量が等しくなる。この場合、配線基板５が存在するとして、センサ出力をＯＮとする。
【００３２】
また、配線基板５が存在するが投光素子１からの出射光が配線基板５よりも前方の物体、例えば配線基板５に実装された部品などに照射された場合、基板検出センサによる検出ポイント６が配線基板５が存在する位置よりも近い距離となるので、一方のフォトダイオード３ａ（例えば図２の左側のフォトダイオード３ａ）で受ける光量が他方のフォトダイオード３ａよりも多くなる。この場合も、配線基板５が存在するとして、センサ出力をＯＮとする。
【００３３】
これに対して、配線基板５が存在せず投光素子１からの出射光が配線基板５よりも後方の物体に照射された場合、基板検出センサによる検出ポイント６が配線基板５が存在するはずの位置よりも遠い距離となるので、前述の場合とは逆に、他方のフォトダイオード３ａ（例えば図２の右側のフォトダイオード３ａ）で受ける光量が一方のフォトダイオード３ａよりも多くなる。この場合には、配線基板５が存在せずに他の不要な物体を検出しているとして、センサ出力をＯＦＦとする。
【００３４】
このように一方のフォトダイオード３ａで受ける光量と他方のフォトダイオード３ａで受ける光量との差があるか否か、またその差がある場合、二つのフォトダイオード３ａ，３ａのうちいずれのフォトダイオード３ａで受ける光量が多いかでもって基板検出センサのＯＮ／ＯＦＦを決定する。
【００３５】
なお、この基板検出センサでは、受光素子３で受ける光量により投光素子１の発光量をコントロールし、検出面積が少なくても安定に検出できるようにし、一定の検出感度を確保する。つまり、この基板検出センサでは、ＯＦＦ防止回路を設けることにより、配線基板５に形成された切欠きなどにより受光素子３で受ける反射光量が少なくなれば、そのＯＦＦ防止回路の作動期間中、投光素子１から出力される光量を増加させることによりその発光量を最適化し、反射光量を一定に保持して基板検出センサの検出感度を一定にする。
【００３６】
この基板検出センサでは、投光素子１の赤色発光ダイオード１ａおよび赤外発光ダイオード１ｂをパルス信号の付与により発光させ、また、受光素子３のフォトダイオード３ａ，３ａからパルス信号を取り出すため、そのフォトダイオード３ａ，３ａに工場内のパトライト等による瞬間的な外乱光が入射した場合、その外乱光により基板検出センサが誤動作する可能性がある。
【００３７】
そこで、この瞬間的な外乱光による誤動作を未然に防止するため、基板検出センサにＯＮ遅延回路を付設している。このＯＮ遅延回路によりフォトダイオード３ａ，３ａから出力されるパルス信号において、所定個数（例えば７個）の立ち上がりパルスが連続して発生した場合に、センサ出力をＯＮとする。瞬間的な外乱光であれば、受光素子３からの出力が連続して発生することがないので、その場合にはセンサ出力をＯＦＦとし、外乱光の区別化が可能となる。
【００３８】
なお、このＯＮ遅延回路によりセンサ出力をＯＮする直前には、投光素子１の発光を一旦停止することにより外乱光の有無を検出するようにしている。このように投光素子１の発光を一旦停止させた状態で受光素子３で受光されることがあれば、それは投光素子１の発光による検出ポイント６からの反射光ではなく、外乱光であり、その場合にはセンサ出力をＯＮしない。一方、投光素子１の発光を一旦停止させた状態で受光素子３で受光されることがなければ、外乱光によるものではなく、投光素子１の発光による検出ポイント６からの反射光であるとしてそのセンサ出力をＯＮする。
【００３９】
半導体装置の製造におけるチップ実装機に配線基板を供給するために搬送する基板搬送機では、基板検出センサに近接させて他の光電センサを配置したレイアウトを採用している場合が多いことから、前述のパトライト等による瞬間的な外乱光のほか、他の光電センサからの光が外乱光として基板検出センサに干渉する可能性もある。
【００４０】
そこで、これら他の光電センサとの区別化を図って他の光電センサによる干渉を未然に防止するため、基板検出センサでは、他の光電センサ等からの外乱光あるいは配線基板５からの反射光のいずれであっても、受光素子３で受光するごとに投光素子１の発光タイミングをランダムに変更するようにしている。
【００４１】
従って、外乱光であれば、投光素子１の発光タイミングで連続して受光素子３で受光されることがないのに対して、配線基板５の検出ポイント６からの反射光であれば、投光素子１の発光タイミングで受光素子３により受光されるので、外乱光との区別化が実現容易となる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、投光素子、投光レンズ、受光素子及び受光レンズからなり、三角測量方式を利用することにより前記投光素子から所定距離だけ離隔した位置に基板が存在するか否かを検出する基板検出センサであって、前記投光素子からの光を投光レンズを介して基板上に照射して楕円形状の検出ポイントを生成し、その検出ポイントで反射した反射光を受光レンズを介して受光素子に結像させることにより、基板に形成された切欠きや取り付け穴などが存在したり、基板の後方などに反射率の高い他の物体が存在したりする場合でも、センサ検出位置を調整することなく、基板を確実に検出することができ、信頼性が大幅に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態で、基板検出センサを示す概略構成図である。
【図２】図１の投光素子と受光素子の配置関係を示す概略構成図である。
【図３】図１の投光素子の配列状態を示す概略構成図である。
【図４】本発明の基板検出センサで利用する三角測量方式による距離計測を説明するための概略構成図である。
【符号の説明】
１　投光素子
１ａ　赤色発光ダイオード
１ｂ　赤外発光ダイオード
２　投光レンズ
３　受光素子
３ａ　フォトダイオード
４　受光レンズ
５　配線基板
６　検出ポイント
ｍ　分割線
【図１】
2004003995.tif 000003
【図２】
2004003995.tif 000004
【図３】
2004003995.tif 000005
【図４】
2004003995.tif 000006