(57)【要約】【課題】小型な構成、低コスト、かつ短時間で撮像対象物を撮像し、撮像結果に基づき部品実装を実施するための部品実装装置を提供する。【解決手段】カメラ１０と、撮像対象物３０をＸ軸方向に移動させる移動部４０と、輝度変化光を、Ｙ軸方向に連続して配置された第一撮像対象領域７０Ａ、第二撮像対象領域７０Ｂおよび第三撮像対象領域７０Ｃに照射する照射部２０と、（ｉ）第一撮像対象領域７０ＡからＺ軸方向に直進する光である第一光の光路を変更することにより、第一光をエリアイメージセンサ１１の第一撮像領域１７０Ａに導き、（ｉｉ）第二撮像対象領域７０ＢからＺ軸方向に直進する光である第二光の光路を変更することにより、第二光をエリアイメージセンサ１１の第二撮像領域１７０Ｂに導く屈折部５０とを備え、第三撮像対象領域７０ＣからＺ軸方向に直進する光はエリアイメージセンサ１１の第三撮像領域１７０Ｃに到達する。【選択図】図１
2013172038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に部品を実装するための部品実装装置であって、
エリアイメージセンサを有し、撮像対象物を撮像可能な領域である撮像対象領域を撮像するカメラと、
前記撮像対象物を、前記カメラに対して第一方向に沿って相対的に移動させる移動部と、
前記撮像対象領域において、前記第一方向の位置に応じて輝度が周期的に変化し、かつ前記第一方向と交差する方向である第二方向に沿って輝度が一様な輝度分布を有する光である輝度変化光を、前記撮像対象領域に含まれ、かつ第一撮像対象領域、第三撮像対象領域および第二撮像対象領域の順で前記第二方向に連続して配置された前記第一撮像対象領域、前記第二撮像対象領域および前記第三撮像対象領域に照射する照射部と、
前記第一撮像対象領域から前記第一方向および前記第二方向で規定される平面に交差する方向に直進する光である第一光の光路を変更することにより、前記第一光を前記エリアイメージセンサの第一撮像領域に導く、第一プリズムと、
前記第二撮像対象領域から前記平面に交差する方向に直進する光である第二光の光路を変更することにより、前記第二光を前記エリアイメージセンサの第二撮像領域に導く、第二プリズムと
を備え、
前記第三撮像対象領域から前記平面に交差する方向に直進する光は前記エリアイメージセンサの第三撮像領域に到達する
部品実装装置。
【請求項２】
前記第一撮像対象領域および前記第三撮像対象領域は、前記第二方向において重なった領域を有し、
前記第二撮像対象領域および前記第三撮像対象領域は、前記第二方向において重なった領域を有する
請求項１に記載の部品実装装置。
【請求項３】
さらに、
前記第三撮像対象領域から前記平面に交差する方向に直進する光である第三光の光路を変更することにより、前記第三光を前記エリアイメージセンサの前記第三撮像領域に導く、第三プリズムを備える
請求項１または２に記載の部品実装装置。
【請求項４】
前記エリアイメージセンサの前記第一撮像領域、前記第二撮像領域および前記第三撮像領域の各々は矩形領域であり、前記第一撮像領域および前記第二撮像領域は、短辺同士が平行となり、かつ長辺が一列に揃うように、前記エリアイメージセンサに配置される
請求項３記載の部品実装装置
【請求項５】
前記第一撮像対象領域、前記第三撮像対象領域および前記第二撮像対象領域は、前記第二方向に一列状に配置されている
請求項３または４に記載の部品実装装置。
【請求項６】
前記第三撮像対象領域から前記平面に交差する方向に直進する光は、プリズムによっては光路が変更されること無く、前記エリアイメージセンサの前記第三撮像領域に到達する
請求項１または２に記載の部品実装装置。
【請求項７】
前記照射部は、前記第一方向における前記第一撮像対象領域の幅、前記第一方向における前記第二撮像対象領域の幅、および、前記第一方向における前記第三撮像対象領域の幅に対する前記輝度変化光の周期のそれぞれが少なくとも一周期分となる前記輝度変化光を照射する
請求項１〜６のいずれか１項に記載の部品実装装置。
【請求項８】
撮像対象物を撮像可能な領域である撮像対象領域において、カメラの相対的な移動方向である第一方向の位置に応じて輝度が周期的に変化し、かつ前記第一方向と交差する方向である第二方向に沿って輝度が一様な輝度分布を有する光である輝度変化光が照射された前記撮像対象物を撮像する撮像装置であって、
エリアイメージセンサを有し、前記撮像対象領域を撮像するカメラと、
前記撮像対象領域に含まれ、かつ第一撮像対象領域、第三撮像対象領域および第二撮像対象領域の順で前記第二方向に連続して配置された前記第一撮像対象領域、前記第二撮像対象領域および前記第三撮像対象領域について、前記第一撮像対象領域から前記第一方向および前記第二方向で規定される平面に交差する方向に直進する光である第一光の光路を変更することにより、前記第一光を前記エリアイメージセンサの第一撮像領域に導く、第一プリズムと、
前記第二撮像対象領域から前記平面に交差する方向に直進する光である第二光の光路を変更することにより、前記第二光を前記エリアイメージセンサの第二撮像領域に導く、第二プリズムと
を備え、
前記第三撮像対象領域から前記平面に交差する方向に直進する光は前記エリアイメージセンサの第三撮像領域に到達する
撮像装置。
【請求項９】
撮像対象物を撮像可能な領域である撮像対象領域において、撮像装置が備えるカメラの相対的な移動方向である第一方向の位置に応じて輝度が周期的に変化し、かつ前記第一方向と交差する方向である第二方向に沿って輝度が一様な輝度分布を有する光である輝度変化光が照射された前記撮像対象物を撮像する撮像方法であって、
前記撮像装置が備える第一プリズムが、前記撮像対象領域に含まれ、かつ第一撮像対象領域、第三撮像対象領域および第二撮像対象領域の順で前記第二方向に連続して配置された前記第一撮像対象領域、前記第二撮像対象領域および前記第三撮像対象領域について、前記第一撮像対象領域から前記第一方向および前記第二方向で規定される平面に交差する方向に直進する光である第一光の光路を変更することにより、前記第一光を、前記カメラが有するエリアイメージセンサの第一撮像領域に導き、
前記撮像装置が備える第二プリズムが、前記第二撮像対象領域から前記平面に交差する方向に直進する光である第二光の光路を変更することにより、前記第二光を前記エリアイメージセンサの第二撮像領域に導き、
前記エリアイメージセンサが、前記第一撮像対象領域、前記第二撮像対象領域および前記第三撮像対象領域の像を、前記エリアイメージセンサの前記第一撮像領域、前記第二撮像領域および前記第三撮像領域においてそれぞれ撮像する
撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板にはんだペーストを印刷する印刷装置、部品を基板に装着するマウンタ、または基板表面の状態を検査する検査装置など、基板に部品を実装するための部品実装装置に関し、特に、部品などの撮像対象物を撮像し、撮像結果に基づき実装を実施するための部品実装装置に関する。また、本発明は、上記撮像対象物を撮像する撮像装置および撮像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、位置に応じて輝度が変化する輝度分布を有する輝度変化光を部品に照射し、輝度変化光が照射された部品をカメラで撮像し、カメラの撮像結果から当該部品の形状を認識する位相シフト法が知られている。通常、部品の幅はカメラの撮像対象領域の幅よりも小さいが、カメラの撮像対象領域の幅よりも大きい幅を有する長尺な部品を認識したい場合がある。
【０００３】
上記の要求を満たすために、例えば、複数台のカメラを用いて長尺な部品を撮像することが考えられる（例えば、特許文献１参照）。また、一台のカメラを部品の長手方向に移動させながら、複数個所で部品を撮像することも考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２０１９３２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、部品実装装置に複数台のカメラを設けると、部品実装装置が大型化し、コストを要するという課題が発生する。
【０００６】
また、一台のカメラを移動させながら部品を撮像する部品実装装置では、部品を撮像するために時間を要するという課題が発生する。
【０００７】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、小型な構成、低コスト、かつ短時間で撮像対象物を撮像し、撮像結果に基づき部品実装を実施するための部品実装装置を提供することを目的とする。
【０００８】
また、小型な構成、低コスト、かつ短時間で撮像対象物を撮像する撮像装置および撮像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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明のある局面に係る部品実装装置は、基板に部品を実装するための部品実装装置であって、エリアイメージセンサを有し、撮像対象物を撮像可能な領域である撮像対象領域を撮像するカメラと、前記撮像対象物を、前記カメラに対して第一方向に沿って相対的に移動させる移動部と、前記撮像対象領域において、前記第一方向の位置に応じて輝度が周期的に変化し、かつ前記第一方向と交差する方向である第二方向に沿って輝度が一様な輝度分布を有する光である輝度変化光を、前記撮像対象領域に含まれ、かつ第一撮像対象領域、第三撮像対象領域および第二撮像対象領域の順で前記第二方向に連続して配置された前記第一撮像対象領域、前記第二撮像対象領域および前記第三撮像対象領域に照射する照射部と、前記第一撮像対象領域から前記第一方向および前記第二方向で規定される平面に交差する方向に直進する光である第一光の光路を変更することにより、前記第一光を前記エリアイメージセンサの第一撮像領域に導く、第一プリズムと、前記第二撮像対象領域から前記平面に交差する方向に直進する光である第二光の光路を変更することにより、前記第二光を前記エリアイメージセンサの第二撮像領域に導く、第二プリズムとを備え、前記第三撮像対象領域から前記平面に交差する方向に直進する光は前記エリアイメージセンサの第三撮像領域に到達する。
【００１０】
この構成によると、撮像対象物が移動する方向である第一方向に交差する第二方向に第一撮像対象領域、第三撮像対象領域および第二撮像対象領域の順で、第一撮像対象領域、第二撮像対象領域および第三撮像対象領域を連続して配置している。第一撮像対象領域からの光である第一光は、第一プリズムによりエリアイメージセンサの第一撮像領域に導かれ、第二撮像対象領域からの光である第二光は、第二プリズムによりエリアイメージセンサの第二撮像領域に導かれる。また、第三撮像対象領域からの光は、第エリアイメージセンサノの三撮像領域に到達する。このため、第二方向に連続して配置された第一撮像対象領域、第二撮像対象領域および第三撮像対象領域の像を、分解能を低下させること無く一台のカメラで同時に撮像することができる。つまり、第二方向の幅が大きい撮像対象物を、一台のカメラで、かつ、そのカメラを第二方向に移動させなくとも撮像することができる。よって、小型な構成、低コスト、かつ短時間で撮像対象物を撮像し、撮像結果に基づき部品実装を実施するための部品実装装置を提供することができる。
【００１１】
好ましくは、前記第一撮像対象領域および前記第三撮像対象領域は、前記第二方向において重なった領域を有し、前記第二撮像対象領域および前記第三撮像対象領域は、前記第二方向において重なった領域を有する。
【００１２】
部品実装装置の各部を配置するための構造体が熱の影響により延びたり、各部の重みや自重により構造体が撓んだりすると、カメラの位置や第一プリズムまたは第二プリズムの位置が、設計時の位置からずれる場合がある。カメラ、第一プリズムまたは第二プリズムの位置ずれは、第一撮像対象領域、第二撮像対象領域または第三撮像対象領域の位置ずれとして現れる。しかし、第一撮像対象領域と第二撮像対象領域とが第二方向において重なった領域を有する構成とすることで、上記位置ずれが発生した場合であっても、第一撮像対象領域と第二撮像対象領域とが第二方向に不連続となるのを防止することができる。また、第二撮像対象領域と第三撮像対象領域とが第二方向において重なった領域を有する構成とすることで、上記位置ずれが発生した場合であっても、第二撮像対象領域と第三撮像対象領域とが第二方向に不連続となるのを防止することができる。
【００１３】
また、上述の部品実装装置は、さらに、前記第三撮像対象領域から前記平面に交差する方向に直進する光である第三光の光路を変更することにより、前記第三光を前記エリアイメージセンサの前記第三撮像領域に導く、第三プリズムを備えていても良い。
【００１４】
この構成によると、第三プリズムは、第一撮像対象領域の像を、エリアイメージセンサの第三撮像領域に向けてシフトさせることができる。これにより、エリアイメージセンサは、第二方向に連続して配置されて、第一撮像対象領域、第二撮像対象領域および第三撮像対象領域の各々の像を、分解能を低下させること無く同時に撮像することができる。
【００１５】
また、前記エリアイメージセンサの前記第一撮像領域、前記第二撮像領域および前記第三撮像領域の各々は矩形領域であり、前記第一撮像領域および前記第二撮像領域は、短辺同士が平行となり、かつ長辺が一列に揃うように、前記エリアイメージセンサに配置されていても良い。
【００１６】
また、前記第一撮像対象領域、前記第三撮像対象領域および前記第二撮像対象領域は、前記第二方向に一列状に配置されていても良い。
【００１７】
この構成によると、第一撮像対象領域、第二撮像対象領域および第三撮像対象領域を直線上に並べることができる。このため、第一撮像対象領域、第二撮像対象領域および第三撮像対象領域を合わせた領域に一周期分の輝度変化光を照射するのみで、位相シフト法を用いて撮像対象物の形状を認識することができる。
【００１８】
また、前記第三撮像対象領域から前記平面に交差する方向に直進する光は、プリズムによっては光路が変更されること無く、前記エリアイメージセンサの前記第三撮像領域に到達しても良い。
【００１９】
また、前記照射部は、前記第一方向における前記第一撮像対象領域の幅、前記第一方向における前記第二撮像対象領域の幅、および、前記第一方向における前記第三撮像対象領域の幅に対する前記輝度変化光の周期のそれぞれが少なくとも一周期分となる前記輝度変化光を照射しても良い。
【００２０】
この構成によると、各撮像対象領域の像に基づいて、位相シフト法を用いて撮像対象物の形状を認識することができる。
【００２１】
本発明の他の局面に係る撮像装置は、撮像対象物を撮像可能な領域である撮像対象領域において、カメラの相対的な移動方向である第一方向の位置に応じて輝度が周期的に変化し、かつ前記第一方向と交差する方向である第二方向に沿って輝度が一様な輝度分布を有する光である輝度変化光が照射された前記撮像対象物を撮像する撮像装置であって、エリアイメージセンサを有し、前記撮像対象領域を撮像するカメラと、前記撮像対象領域に含まれ、かつ第一撮像対象領域、第三撮像対象領域および第二撮像対象領域の順で前記第二方向に連続して配置された前記第一撮像対象領域、前記第二撮像対象領域および前記第三撮像対象領域について、前記第一撮像対象領域から前記第一方向および前記第二方向で規定される平面に交差する方向に直進する光である第一光の光路を変更することにより、前記第一光を前記エリアイメージセンサの第一撮像領域に導く、第一プリズムと、前記第二撮像対象領域から前記平面に交差する方向に直進する光である第二光の光路を変更することにより、前記第二光を前記エリアイメージセンサの第二撮像領域に導く、第二プリズムとを備え、前記第三撮像対象領域から前記平面に交差する方向に直進する光は前記エリアイメージセンサの第三撮像領域に到達する。
【００２２】
この構成によると、撮像対象物が移動する方向である第一方向に交差する第二方向に第一撮像対象領域、第三撮像対象領域および第二撮像対象領域の順で、第一撮像対象領域、第二撮像対象領域および第三撮像対象領域を連続して配置している。第一撮像対象領域からの光である第一光は、第一プリズムによりエリアイメージセンサの第一撮像領域に導かれ、第二撮像対象領域からの光である第二光は、第二プリズムによりエリアイメージセンサの第二撮像領域に導かれる。また、第三撮像対象領域からの光は、第エリアイメージセンサの三撮像領域に到達する。このため、第二方向に連続して配置された第一撮像対象領域、第二撮像対象領域および第三撮像対象領域の像を、分解能を低下させること無く一台のカメラで同時に撮像することができる。つまり、第二方向の幅が大きい撮像対象物を、一台のカメラで、かつ、そのカメラを第二方向に移動させなくとも撮像することができる。よって、小型な構成、低コスト、かつ短時間で撮像対象物を撮像し、撮像結果に基づき部品実装を実施するための撮像装置を提供することができる。
【００２３】
本発明のさらに他の局面に係る撮像方法は、撮像対象物を撮像可能な領域である撮像対象領域において、撮像装置が備えるカメラの相対的な移動方向である第一方向の位置に応じて輝度が周期的に変化し、かつ前記第一方向と交差する方向である第二方向に沿って輝度が一様な輝度分布を有する光である輝度変化光が照射された前記撮像対象物を撮像する撮像方法であって、前記撮像装置が備える第一プリズムが、前記撮像対象領域に含まれ、かつ第一撮像対象領域、第三撮像対象領域および第二撮像対象領域の順で前記第二方向に連続して配置された前記第一撮像対象領域、前記第二撮像対象領域および前記第三撮像対象領域について、前記第一撮像対象領域から前記第一方向および前記第二方向で規定される平面に交差する方向に直進する光である第一光の光路を変更することにより、前記第一光を、前記カメラが有するエリアイメージセンサの第一撮像領域に導き、前記撮像装置が備える第二プリズムが、前記第二撮像対象領域から前記平面に交差する方向に直進する光である第二光の光路を変更することにより、前記第二光を前記エリアイメージセンサの第二撮像領域に導き、前記エリアイメージセンサが、前記第一撮像対象領域、前記第二撮像対象領域および前記第三撮像対象領域の像を、前記エリアイメージセンサの前記第一撮像領域、前記第二撮像領域および前記第三撮像領域においてそれぞれ撮像する。
【００２４】
この構成によると、撮像対象物が移動する方向である第一方向に交差する第二方向に第一撮像対象領域、第三撮像対象領域および第二撮像対象領域の順で、第一撮像対象領域、第二撮像対象領域および第三撮像対象領域を連続して配置している。第一撮像対象領域からの光である第一光は、第一プリズムによりエリアイメージセンサの第一撮像領域に導かれ、第二撮像対象領域からの光である第二光は、第二プリズムによりエリアイメージセンサの第二撮像領域に導かれる。また、第三撮像対象領域からの光は、エリアイメージセンサの第三撮像領域に到達する。このため、第二方向に連続して配置された第一撮像対象領域、第二撮像対象領域および第三撮像対象領域の像を、分解能を低下させること無く一台のカメラで同時に撮像することができる。つまり、第二方向の幅が大きい撮像対象物を、一台のカメラで、かつ、そのカメラを第二方向に移動させなくとも撮像することができる。よって、小型な構成、低コスト、かつ短時間で撮像対象物を撮像し、撮像結果に基づき部品実装を実施するための撮像方法を提供することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によると、小型な構成、低コスト、かつ短時間で撮像対象物を撮像し、撮像結果に基づき部品実装を実施するための部品実装装置を提供することができる。
【００２６】
また、小型な構成、低コスト、かつ短時間で撮像対象物を撮像する撮像装置および撮像方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態に係る部品実装装置の構成を示す外観図である。
【図２】撮像対象領域の像をカメラに導くレンズ群の構成を示す図である。
【図３】屈折部による光の屈折について説明するための図である。
【図４】カメラのエリアイメージセンサの撮像領域について説明する図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る部品実装装置の機能的な構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。本発明は、特許請求の範囲によって特定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。
【００２９】
図１は、本発明の実施の形態に係る部品実装装置の構成を示す外観図である。
【００３０】
部品実装装置１００は、基板に部品を実装するための装置であり、カメラ１０と、レンズ群１２と、移動部４０と、照射部２０と、屈折部５０とを含む。
【００３１】
カメラ１０は、エリアイメージセンサ１１を有し、撮像対象物３０を撮像可能な領域である撮像対象領域７０を撮像する。撮像対象物３０は、例えば、基板上に実装される部品である。ただし、部品実装基板を生産するために用いられる部材であれば、部品に限定されるものではなく、例えば、基板上に印刷されたはんだなどであってもよい。
【００３２】
レンズ群１２は、カメラ１０に装着される。レンズ群１２は、例えば、テレセントリックレンズを含むレンズ群から構成される。
【００３３】
移動部４０は、基準面Ｂ１上で、撮像対象物３０をカメラ１０に対してＸ軸方向に沿って相対的に移動させる。例えば、移動部４０は、撮像対象物３０である部品を吸着し、吸着した部品を基板上に移動させて実装する実装ヘッドであっても良い。この場合、実装ヘッドとカメラ１０との上下関係が図１とは逆であり、実装ヘッドが部品を吸着した状態でカメラ１０上を通過する。カメラ１０は、部品が撮像対象領域７０を通過する際に、部品を撮像する。なお、移動部４０が撮像対象物３０を移動させるのではなく、撮像対象物３０は静止しており、カメラ１０がＸ軸方向に移動する構成であっても良い。この場合、カメラ１０は、撮像対象領域７０に撮像対象物３０が入った時に、撮像対象物３０を撮像する。
【００３４】
撮像対象領域７０は、第一撮像対象領域７０Ａ、第二撮像対象領域７０Ｂおよび第三撮像対象領域７０Ｃを含む。第一撮像対象領域７０Ａ、第二撮像対象領域７０Ｂおよび第三撮像対象領域７０Ｃは、撮像対象物３０の相対的な移動方向であるＸ軸方向に交差する方向であるＹ軸方向に、第一撮像対象領域７０Ａ、第三撮像対象領域７０Ｃ、第二撮像対象領域７０Ｂの順で連続して配置されている。第一撮像対象領域７０Ａ、第二撮像対象領域７０Ｂおよび第三撮像対象領域７０Ｃは、Ｙ軸方向において重なった領域を有する。つまり、第一撮像対象領域７０Ａおよび第三撮像対象領域７０Ｃは、Ｘ軸方向から見た場合に、同一のＹ座標を有する部分領域を含む。第二撮像対象領域７０Ｂおよび第三撮像対象領域７０Ｃも同様に、Ｘ軸方向から見た場合に、同一のＹ座標を有する部分領域を含む。
【００３５】
照射部２０は、撮像対象領域７０において、Ｘ軸方向の位置に応じて輝度が周期的に変化し、かつＸ軸方向と交差する方向であるＹ軸方向に沿って輝度が一様な輝度分布を有する光である輝度変化光を、基準面Ｂ１上の撮像対象領域７０を含む矩形の照射範囲１０５に照射する。
【００３６】
照射部２０は、プロジェクタのような投影光学系で構成され、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）や液晶等により実現することができる。位相シフト法を用いて撮像対象物３０の高さを認識する場合には、Ｘ軸方向に変化する輝度変化光は、正弦波縞パターンを有する光である。また、照射部２０は、投影光学系の代わりにライン状または面状の平行光束光源を用いる構成としても良い。ライン状または面状の光源を用いた場合でも、撮像対象領域７０へ向かって照射する光束中に格子状のパターン、ＤＭＤまたは液晶等のパターン発生器を配置することで、パターン発生器を通過した光は正弦波縞パターンを有する光に変換され、第一撮像対象領域７０Ａ、第二撮像対象領域７０Ｂおよび第三撮像対象領域７０Ｃに輝度変化光として照射される。
【００３７】
照射部２０は、撮像対象領域７０に対して斜めから輝度変化光を照射する。これにより、撮像対象領域７０の同じ位置であっても撮像対象物３０の高さに応じて、撮像対象物３０に当たる輝度変化光の明るさが変化する。位相シフト法では、撮像対象物３０を移動させながら、少なくとも３箇所（本実施の形態では４箇所）で撮像対象物３０を撮像し、撮像対象物３０の輝度値から、撮像対象物３０に当たる輝度変化光の輝度変化を示す正弦波を算出する。その後、撮像対象物３０の高さを０とした場合の基準高さとしての基準面Ｂ１に照射される輝度変化光が示す正弦波（基準面Ｂ１上の正弦波は基準治具等により予め求めておいても良い。）と、撮像対象物３０に当たる輝度変化光が示す正弦波との位相差から、撮像対象物３０の高さを算出する。なお、位相シフト法による撮像対象物３０の高さ検出処理は、本願発明の主眼ではない。このため、その詳細な説明は省略する。
【００３８】
なお、照射部２０は、Ｘ軸方向における第一撮像対象領域７０Ａの幅、Ｘ軸方向における第二撮像対象領域７０Ｂの幅、およびＸ軸方向における第三撮像対象領域７０Ｃの幅の各々に対して、輝度変化光の周期が少なくとも一周期分となる輝度変化光を、第一撮像対象領域７０Ａ、第二撮像対象領域７０Ｂおよび第三撮像対象領域７０Ｃに照射する。つまり、第一撮像対象領域７０Ａ、第二撮像対象領域７０Ｂおよび第三撮像対象領域７０Ｃの各々には、少なくともＸ軸方向に一周期分の輝度変化を有する光が照射される。
【００３９】
エリアイメージセンサ１１は、各々が矩形の撮像領域である第一撮像領域１７０Ａ、第二撮像領域１７０Ｂおよび第三撮像領域１７０Ｃを含む。第一撮像領域１７０Ａ、第二撮像領域１７０Ｂおよび第三撮像領域１７０Ｃは、それぞれ、第一撮像対象領域７０Ａ、第二撮像対象領域７０Ｂおよび第三撮像対象領域７０Ｃを撮像するための領域であり、図１に示すように配置されている。つまり、第一撮像領域１７０Ａおよび第三撮像領域１７０Ｃは、長辺同士が平行となり、かつ短辺が一列に揃うように、エリアイメージセンサ１１に配置されている。第二撮像領域１７０Ｂおよび第三撮像領域１７０Ｃは、長辺同士が平行となり、かつ短辺が一列に揃うように、エリアイメージセンサ１１に配置されている。第一撮像領域１７０Ａおよび第二撮像領域１７０Ｂは、短辺同士が平行となり、かつ長辺が一列に揃うように、エリアイメージセンサ１１に配置されている。ただし、このような配置は一例であり、このような配置に限定されるものではない。
【００４０】
図２は、撮像対象領域７０の像をカメラ１０に導くレンズ群１２の構成を示す図である。カメラ１０には、図２に示すように、例えばテレセントリック光学系のレンズ群１２が装着される。レンズ群１２は、受光用レンズ群１２ａと集光用レンズ群１２ｂとを含む。集光用レンズ群１２ｂは、撮像対象領域７０から放射される光を集光する。そして、受光用レンズ群１２ａは、集光用レンズ群１２ｂにより集光された光を、Ｘ軸方向およびＹ軸方向で規定される面に直交する方向であるＺ軸方向に沿って、屈折部５０を介してエリアイメージセンサ１１に導く。屈折部５０については後述するが、屈折部５０は、カメラ１０と受光用レンズ群１２ａの間に配置されることが、屈折部５０のサイズを小さくできるという点で好ましい。なお、屈折部５０の配置される位置は、上述の位置に限らずに、受光用レンズ群１２ａと集光用レンズ群１２ｂとの間であってもよいし、集光用レンズ群１２ｂと撮像対象の面取基準面Ｂ１との間であってもよい。
【００４１】
図３は、屈折部５０による光の屈折について説明するための図である。
【００４２】
屈折部５０は、第一プリズム５０Ａ、第二プリズム５０Ｂおよび第三プリズム５０Ｃを含み、これらが一体化されたプリズムである。
【００４３】
第一プリズム５０Ａおよび第二プリズム５０Ｂは、図３に示すように２つのプリズムによりＶ字を成すように配置されており、第三プリズム５０Ｃは、第一プリズム５０Ａおよび第二プリズム５０ＢのＸ軸方向に隣接する位置に配置されている。
【００４４】
第一プリズム５０Ａは、第一撮像対象領域７０ＡからＺ軸方向に沿った方向に直進する光である第一光の光路を変更することにより、第一光をエリアイメージセンサ１１の第一撮像領域１７０Ａに導く。つまり、第一プリズム５０Ａは、第一撮像対象領域７０ＡからＺ軸方向に沿う第一光路７１Ａを直進する第一光を屈折させ、第一光の光路を第二光路７２Ａに変更する。第一プリズム５０Ａは、さらに、第二光路７２Ａを直進する第一光を屈折させ、第一光の光路を第三光路７３Ａに変更する。これにより、第一プリズム５０Ａは、第一光をエリアイメージセンサ１１の第一撮像領域１７０Ａに導く。
【００４５】
第二プリズム５０Ｂは、第二撮像対象領域７０ＢからＺ軸方向に沿った方向に直進する光である第二光の光路を変更することにより、第二光をエリアイメージセンサ１１の第二撮像領域１７０Ｂに導く。つまり、第二プリズム５０Ｂは、第二撮像対象領域７０ＢからＺ軸方向に沿う第四光路７１Ｂを直進する第二光を屈折させ、第二光の光路を第五光路７２Ｂに変更する。第二プリズム５０Ｂは、さらに、第五光路７２Ｂを直進する第二光を屈折させ、第二光の光路を第六光路７３Ｂに変更する。これにより、第二プリズム５０Ｂは、第二光をエリアイメージセンサ１１の第二撮像領域１７０Ｂに導く。
【００４６】
第三プリズム５０Ｃは、第三撮像対象領域７０ＣからＺ軸方向に沿った方向に直進する光である第三光の光路を変更することにより、第三光をエリアイメージセンサ１１の第三撮像領域１７０Ｃに導く。つまり、第三プリズム５０Ｃは、第三撮像対象領域７０ＣからＺ軸方向に沿う第七光路７１Ｃを直進する第三光を屈折させ、第三光の光路を第八光路７２Ｃに変更する。第三プリズム５０Ｃは、さらに、第八光路７２Ｃを直進する第三光を屈折させ、第三光の光路を第九光路７３Ｃに変更する。これにより、第三プリズム５０Ｃは、第三光をエリアイメージセンサ１１の第三撮像領域１７０Ｃに導く。
【００４７】
図４は、エリアイメージセンサ１１の撮像領域について説明する図である。
【００４８】
上述のように、エリアイメージセンサ１１は、第一撮像領域１７０Ａと、第二撮像領域１７０Ｂと、第三撮像領域１７０Ｃとが区分されている。第一撮像領域１７０Ａは、ライン状撮像領域１７１Ａ〜１７４Ａを含み、第二撮像領域１７０Ｂは、ライン状撮像領域１７１Ｂ〜１７４Ｂを含み、第三撮像領域１７０Ｃは、ライン状撮像領域１７１Ｃ〜１７４Ｃを含む。各ライン状撮像領域は、Ｙ軸方向に画素が並べられた一の画素列、または、その一の画素列がＸ軸方向に並べられた複数の画素列から構成される。カメラ１０は、Ｘ軸方向に相対的に移動する撮像対象物３０を、各ライン状撮像領域に対応する撮像対象領域の位置において撮像する。これにより、撮像対象物３０の同一の箇所（例えば、測定部位ｋ（図示せず））の像が各ライン状撮像領域に撮像される。ライン状撮像領域１７１〜１７４で撮像された撮像対象物３０の像の輝度値から正弦波が算出され、位相シフト法により撮像対象物３０の高さが算出される。同様に、ライン状撮像領域１７１Ｂ〜１７４Ｂ、およびライン状撮像領域１７１Ｃ〜１７４Ｃについても、それぞれ、位相シフト法を用いて撮像対象物３０の高さが算出される。
【００４９】
なお、第一撮像対象領域７０Ａおよび第三撮像対象領域７０Ｃは、上述したように、Ｙ軸方向において重なった領域を有する。重なった領域においては、撮像対象物３０の高さが２つ算出される。このため、例えば、２つの高さの平均値を、重なった領域における撮像対象物３０の高さとして算出しても良いし、２つの高さの最小値または最大値を、重なった領域における撮像対象物３０の高さとして算出しても良いし、または、重なった領域の一方側を重なった領域における撮像対象物３０の高さとして算出しても良い。第二撮像対象領域７０Ｂおよび第三撮像対象領域７０ＣのＹ軸方向において重なる領域についても同様である。
【００５０】
図５は、本発明の実施の形態１に係る部品実装装置１００の機能的な構成を示すブロック図である。
【００５１】
部品実装装置１００は、図１に示したカメラ１０、照射部２０および移動部４０の他に、各部を制御する制御部１０１を備えている。なお、この制御部１０１は、部品実装装置１００に組み込まれた各部を制御するコンピュータである。ただし、パーソナルコンピュータ等の汎用のコンピュータシステムがプログラムを実行することによって制御部１０１が実現されることにしてもよい。
【００５２】
制御部１０１は、照射処理部１０２と、撮像処理部１０３と、認識部１０４とを含む。
【００５３】
照射処理部１０２は、照射部２０を制御することにより、照射部２０に、基準面Ｂ１上の撮像対象領域７０に対して輝度変化光を照射させる。
【００５４】
撮像処理部１０３は、撮像対象物３０の撮像処理を実行するための処理部であり、移動処理部１０３ａと、データ取得部１０３ｂとを含む。移動処理部１０３ａは、移動部４０を制御することにより、撮像対象物３０をＸ軸方向に移動させる。データ取得部１０３ｂは、移動処理部１０３ａから撮像対象物３０の移動量を受け取り、エリアイメージセンサ１１の各ライン状撮像領域に、相対的に移動する撮像対象物３０の同一箇所の像（例えば、測定部位ｋの像）が撮像されるようにカメラ１０の撮像タイミングを制御する。
【００５５】
認識部１０４は、撮像部１４０で撮像された撮像対象物３０の画像データを用いて、位相シフト法に従い物体３０の高さを算出することにより、撮像対象物３０の形状を認識する。
【００５６】
以上説明したように、本実施の形態によると、撮像対象物３０が移動する方向であるＸ軸方向に交差するＹ軸方向に第一撮像対象領域７０Ａ、第三撮像対象領域７０Ｃ、第二撮像対象領域７０Ｂの順で、第一撮像対象領域７０Ａ、第二撮像対象領域７０Ｂおよび第三撮像対象領域７０Ｃを連続して配置している。第一撮像対象領域７０Ａからの光である第一光は、第一プリズム５０Ａにより光路が変更された後、エリアイメージセンサ１１の第一撮像領域１７０Ａに導かれる。また、第二撮像対象領域７０Ｂからの光である第二光は、第二プリズム５０Ｂにより光路が変更された後、エリアイメージセンサ１１の第二撮像領域１７０Ｂに導かれる。また、第三撮像対象領域７０Ｃからの光である第三光は、第三プリズム５０Ｃにより光路が変更された後、エリアイメージセンサ１１の第三撮像領域１７０Ｃに導かれる。このため、Ｙ軸方向に連続して配置された第一撮像対象領域７０Ａ、第二撮像対象領域７０Ｂおよび第三撮像対象領域７０Ｃのそれぞれの像を、分解能を低下させること無く一台のカメラ１０で同時に撮像することができる。つまり、Ｙ軸方向の幅が大きい撮像対象物３０を、一台のカメラで、かつ、そのカメラをＹ軸方向に移動させなくとも撮像することができる。よって、小型な構成、低コスト、かつ短時間で撮像対象物３０を撮像し、撮像結果に基づき部品実装を実施するための部品実装装置を提供することができる。
【００５７】
また、第一撮像対象領域７０Ａおよび第三撮像対象領域７０Ｃは、Ｙ軸方向において重なった領域を有する。また、第二撮像対象領域７０Ｂおよび第三撮像対象領域７０Ｃは、Ｙ軸方向において重なった領域を有する。部品実装装置１００の各部を配置するための構造体が熱の影響により延びたり、各部の重みや自重により構造体が撓んだりすると、カメラ１０の位置や第一プリズム５０Ａ、第二プリズム５０Ｂまたは第三プリズム５０Ｃの位置が、設計時の位置からずれる場合がある。カメラ１０、第一プリズム５０Ａ、第二プリズム５０Ｂまたは第三プリズム５０Ｃの位置ずれは、第一撮像対象領域７０Ａ、第二撮像対象領域７０Ｂまたは第三撮像対象領域７０Ｃの位置ずれとして現れる。しかし、第一撮像対象領域７０Ａおよび第三撮像対象領域７０Ｃが、Ｙ軸方向において重なった領域を有し、第二撮像対象領域７０Ｂおよび第三撮像対象領域７０Ｃが、Ｙ軸方向において重なった領域を有する構成とすることで、上記位置ずれが発生した場合であっても、第一撮像対象領域７０Ａ、第二撮像対象領域７０Ｂおよび第三撮像対象領域７０ＣがＹ軸方向に不連続となるのを防止することができる。
【００５８】
また、第一撮像対象領域７０Ａ、第二撮像対象領域７０Ｂおよび第三撮像対象領域７０Ｃの各々には、少なくともＸ軸方向に一周期分の輝度変化を有する光が照射される。このため、各撮像対象領域の像に基づいて、位相シフト法を用いて撮像対象物３０の形状を認識することができる。
【００５９】
以上、本発明の部品実装装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形をこれらの実施の形態に施したものや、互いに異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
【００６０】
例えば、図１に示した部品実装装置１００は、第一プリズム５０Ａ、第二プリズム５０Ｂおよび第三プリズム５０Ｃを備える構成としたが、部品実装装置１００は、第一プリズム５０Ａおよび第二プリズム５０Ｂを備え、第三プリズム５０Ｃを備えない構成であっても良い。この場合、第三撮像対象領域７０Ｃから直進する光が第一プリズム５０Ａおよび第二プリズム５０Ｂを通過せずにエリアイメージセンサ１１の第三撮像領域１７０Ｃに到達するように、第一プリズム５０Ａおよび第二プリズム５０Ｂを設計し、部品実装装置１００に配置する。
【００６１】
また、本発明は、カメラ１０および第一反射部５０を備える撮像装置、または撮像装置により撮像対象物を撮像する撮像方法として実現することができる。
【００６２】
また、エリアイメージセンサ１１は、Ｚ軸方向に沿った方向の光を受光することとしているが、エリアイメージセンサ１１が受光する光の方向はこれに限定されない。例えば、Ｙ軸方向に沿った方向の光を受光しても良い。この実現のために、エリアイメージセンサ１１の前面に反射板を設置する。反射板は、Ｚ軸方向に沿って入射する光を、Ｘ軸方向またはＹ軸方向に反射する。エリアイメージセンサ１１は、Ｘ軸方向またはＹ軸方向に沿った反射光を受光する。
【００６３】
また、第一プリズム５０Ａ、第二プリズム５０Ｂおよび第三プリズム５０Ｃは一体化されているとしたが、これらは別体であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、部品の形状を認識し、認識した形状に基づいて部品を基板上に実装する部品実装装置等に適用できる。
【符号の説明】
【００６５】
Ｂ１  基準面
１０  カメラ
１１  エリアイメージセンサ
１２  レンズ群
１２ａ  受光用レンズ群
１２ｂ  集光用レンズ群
２０  照射部
３０  撮像対象物
４０  移動部
５０  屈折部
５０Ａ  第一プリズム
５０Ｂ  第二プリズム
５０Ｃ  第三プリズム
７０  撮像対象領域
７０Ａ  第一撮像対象領域
７０Ｂ  第二撮像対象領域
７０Ｃ  第三撮像対象領域
７１Ａ  第一光路
７１Ｂ  第四光路
７１Ｃ  第七光路
７２Ａ  第二光路
７２Ｂ  第五光路
７２Ｃ  第八光路
７３Ａ  第三光路
７３Ｂ  第六光路
７３Ｃ  第九光路
１００  部品実装装置
１０１  制御部
１０２  照射処理部
１０３  撮像処理部
１０３ａ  移動処理部
１０３ｂ  データ取得部
１０４  認識部
１７０Ａ  第一撮像領域
１７０Ｂ  第二撮像領域
１７０Ｃ  第三撮像領域
１７１Ａ〜１７１Ｃ、１７２Ａ〜１７２Ｃ、１７３Ａ〜１７３Ｃ、１７４Ａ〜１７４Ｃ  ライン状撮像領域
【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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