(57)【要約】【課題】照明装置に簡易な装置構成で照明機能とパターン投影機能を持たせること。【解決手段】撮像装置（２０）の撮像対象（Ｏ）を照明する照明装置（３０）が、光を照射するプロジェクタ（３５）と、プロジェクタからの光を撮像対象に導くスプリッタ（３７）とを備え、プロジェクタの光を投影パターン有りの投影光と投影パターン無しの照明光とに切り換える構成にした。プロジェクタで投影光を作り出すことで、撮像対象に投影された投影パターンを撮像することができ、プロジェクタで照明光を作り出すことで、照明光で撮像対象を照明した状態で撮像することができる。【選択図】図４
2017207329.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像装置の撮像対象を照明する照明装置であって、
光を照射するプロジェクタと、
前記プロジェクタからの光を前記撮像対象に導く光学系とを備え、
前記プロジェクタの光を投影パターン有りの投影光と投影パターン無しの照明光とに切り換え可能であることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記光学系が、前記プロジェクタからの光を前記撮像装置の光軸と同軸方向から前記撮像対象に導くことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記プロジェクタが、投影パターンとして前記撮像装置のキャリブレーション用のテストチャートを投影することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記プロジェクタがＤＬＰ（Digital  Light  Processing）プロジェクタであり、
全てのＤＭＤ（Digital  Micromirror  Device）素子で一律に光源からの光を反射させて投影パターン無しの照明光を照射することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の照明装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の照明装置と、
前記照明装置で照明された撮像対象を撮像する撮像装置と、
前記撮像装置で撮像した撮像画像に基づいて撮像対象を検査する制御装置とを備えたことを特徴とする検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像対象を照明する照明装置及び検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、撮像カメラの撮像対象を照明する照明装置として、撮像対象を真上から照明するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の照明装置では、撮像カメラの真下のハーフミラーに対して、面発光型の光源によって水平方向から光が照射されている。光源からの光の向きがハーフミラーで真下に向けて反射されることで、撮像カメラの光軸と同じ方向から撮像対象が照明される。そして、撮像対象で反射された光がハーフミラーを透過して撮像カメラまで導かれることで、撮像対象の表面が撮像カメラによって同軸落射照明を用いて撮像される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１３４５２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、このような撮像対象に対する照明では、プロジェクタを用いたパターン投影が求められている。照明装置によってパターン投影を実現するためには、同軸落射用の光源と同一光路上にプロジェクタを配置する必要があるが、これら光源とプロジェクタを互いに干渉させないように配置することは難しい。このため、同軸照明用の撮像装置とパターン投影用の撮像装置を個別に用意するか、照明装置に対して同軸落射用の光源の代わりにプロジェクタを付け替える構成にしなければならず、撮像装置の装置構成が複雑になるという問題があった。
【０００５】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、簡易な装置構成で照明機能とパターン投影機能を備えた照明装置及び検査装置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】
【０００６】
本発明の照明装置は、撮像装置の撮像対象を照明する照明装置であって、光を照射するプロジェクタと、前記プロジェクタからの光を前記撮像対象に導く光学系とを備え、前記プロジェクタの光を投影パターン有りの投影光と投影パターン無しの照明光とに切り換え可能であることを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、プロジェクタから投影パターン有りの投影光を照射することで、光学系を通じて撮像対象に投影された投影パターンを撮像することができる。また、プロジェクタから投影パターン無しの照明光を照射することで、光学系を通じて照明光で撮像対象を照明した状態で撮像することができる。このように、プロジェクタを照明光源として使用することで、簡易な構成で照明装置に照明機能とパターン投影機能を持たせることができる。
【０００８】
上記の照明装置において、前記光学系が、前記プロジェクタからの光を前記撮像装置の光軸と同軸方向から前記撮像対象に導いている。この構成によれば、照明装置に簡易な構成で同軸落射照明機能とパターン投影機能を持たせることができる。
【０００９】
上記の照明装置において、前記プロジェクタが、投影パターンとして前記撮像装置のキャリブレーション用のテストチャートを投影する。この構成によれば、投影パターンを用いてキャリブレーションするため、専用治具が不要になると共にコストを低減できる。また、テストチャートの変更も容易である。
【００１０】
上記の照明装置において、前記プロジェクタがＤＬＰ（Digital  Light  Processing）プロジェクタであり、全てのＤＭＤ（Digital  Micromirror  Device）素子で一律に光源からの光を反射させて投影パターン無しの照明光を照射する。この構成によれば、ＤＭＤ素子を制御することで投影パターン無しの照明光を作り出して、撮像対象を照明することができる。
【００１１】
本発明の検査装置は、上記の照明装置と、前記照明装置で照明された撮像対象を撮像する撮像装置と、前記撮像装置で撮像した撮像画像に基づいて撮像対象を検査する制御装置とを備えたことを特徴とする。この構成によれば、照明機能とパターン投影機能を備えた照明装置によって検査装置を簡易な装置構成にすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、プロジェクタによって投影パターン有りの投影光と投影パターン無しの照明光とに切り換えて照射することで、照明装置に対して簡易な構成で照明機能とパターン投影機能を持たせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施の形態の検査装置の斜視図である。
【図２】比較例の照明装置の模式図である。
【図３】本実施の形態の撮像ヘッドの斜視図である。
【図４】本実施の形態の照明装置の模式図である。
【図５】本実施の形態のキャリブレーション動作及び検査動作の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して本実施の形態の検査装置について説明する。図１は、本実施の形態の検査装置の斜視図である。なお、本実施の形態の検査装置は一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
【００１５】
図１に示すように、検査装置１は、製造ラインにおいて印刷装置（不図示）や実装装置（不図示）の下流に配置され、撮像ヘッド１５で撮像した撮像画像に画像処理を施して、基板Ｗ上の半田の印刷状態や部品の実装状態を検査するように構成されている。検査装置１は、製造ラインのどの位置に配置されても構わないが、以下の説明では基板Ｗに対するリフロー処理後の半田の印刷状態や部品の実装状態を検査するものとして説明する。検査装置１には、Ｘ軸方向に基板Ｗを搬送する基板搬送装置１０が配置されており、基板搬送装置１０によって検査位置に基板Ｗが位置付けられる。
【００１６】
基板搬送装置１０は、基板Ｗを搬送する一対のコンベア１１と各コンベア１１に沿って基板Ｗの搬送をガイドする搬送ガイド１２とによって搬送路を形成している。一対のコンベア１１は一対の搬送ガイド１２の対向する内側面に取り付けられており、各搬送ガイド１２は複数の脚部１３によって下方から支持されている。コンベア１１は、Ｘ軸方向の一端側から検査位置に基板Ｗを搬入し、検査後の基板ＷをＸ軸方向の他端側に搬出している。また、一対の搬送ガイド１２の上部は内向きに屈曲しており、昇降機構（不図示）によってコンベア１１を介して基板Ｗが上下動し、この屈曲部分に基板Ｗが押し付けられることで基板Ｗが検査位置で位置決めされる。
【００１７】
撮像ヘッド１５は、移動機構（不図示）によって検査位置に位置付けられた基板Ｗ上の上方に位置付けられ、撮像対象となる照明装置３０で基板Ｗを照明した状態で撮像装置２０によって基板Ｗの検査面を撮像する。撮像ヘッド１５の移動機構は、撮像ヘッド１５をＸ軸方向及びＹ軸方向に水平移動させるように構成されており、例えば、ボールネジ式の駆動機構やラックアンドピニオン式の駆動機構で構成されている。撮像ヘッド１５は、例えば、ＣＣＤ（Charge  Coupled  Device）センサ、ＣＭＯＳ（Complementary  Metal  Oxide  Semiconductor）センサ等の撮像素子とレンズ等の光学系とで構成されている。
【００１８】
照明装置３０は、撮像装置２０の光軸と同方向から基板Ｗを照明すると共に、撮像装置２０の光軸と交差する斜め方向から基板Ｗを照明することが可能になっている。この場合、照明装置３０にはドーム状のシェード３４が設けられており、シェード３４の内側に基板Ｗの検査面に対する照射角度が異なる３種類の照明３９ａ−３９ｃ（図４参照）が設けられている。撮像ヘッド１５では、基板Ｗの検査箇所の半田や部品に応じて、照明装置３０による照明方向を適宜切り替え又は組み合わせることで、撮像装置２０でコントラストが明確な撮像画像を得ることが可能になっている。
【００１９】
検査装置１には、装置各部を統括制御する制御装置５０が設けられている。制御装置５０は、各種処理を実行するプロセッサやメモリ等で構成されている。メモリは、用途に応じてＲＯＭ(Read  Only  Memory)、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）等の一つ又は複数の記憶媒体で構成される。また、メモリには、基板Ｗに対する検査プログラム、後述する撮像装置２０のキャリブレーション（レンズ補正）用のプログラム等が記憶されている。このような検査装置１では、撮像装置２０からの撮像画像が制御装置５０に入力され、制御装置５０でパターンマッチング等の各種画像処理が施されることで基板Ｗが検査される。
【００２０】
ところで、照明装置３０には、照明以外の機能としてキャリブレーションのテストチャートや３Ｄ計測用の縞パターン等の照明以外の機能が求められている。図２の比較例に示すように、一般的な同軸照明用の照明装置６１では、撮像装置６２の真下にスプリッタ６３が配置され、スプリッタ６３の側方に拡散板６４及び照明基板６５が配置されている。照明装置６１では、照明基板６５からの水平方向からの光が拡散板６４で拡散されてスプリッタ６３に入射し、スプリッタ６３で撮像装置６２の光軸と同じ方向に光が反射されて真上から撮像対象Ｏが照明されている。
【００２１】
比較例の照明装置６１にパターン投影機能を持たせるためには、照明基板６５と同じ光路を通るように照明装置６１にプロジェクタ６６を取り付ける必要があるが、照明基板６５の光路上にプロジェクタ６６を配置することはできない。このため、照明基板６５に対して開口を空けて、照明基板６５の裏側にプロジェクタ６６を取り付けて、プロジェクタ６６からの投影光を照明基板６５の開口を通じてスプリッタ６３に入射させる構成が考えられる。しかしながら、照明基板６５に開口が形成されていると、撮像対象Ｏに対して均一に照明することができず、輝度にムラが生じてしまうという問題がある。
【００２２】
そこで、本実施の形態の照明装置３０では、プロジェクタ３５の光を投影パターン有りの投影光と投影パターン無しの照明光とに切り替えて、プロジェクタ３５の光源４１（図４参照）をパターン投影だけでなく、同軸落射照明用の光源として使用するようにしている。これにより、投影パターン有りの投影光を照射することにより、キャリブレーション用のテストチャートや３Ｄ計測用の縞パターンを投影することができる。また、照明装置３０に照明基板６５や拡散板６４を設けることなく、投影パターン無しの照明光で撮像対象Ｏ（図４Ａ参照）を均一に同軸落射照明することができる。
【００２３】
以下、図３及び図４を参照して、本実施の形態の照明装置について詳細に説明する。図３は、本実施の形態の撮像ヘッドの斜視図である。図４は、本実施の形態の照明装置の模式図である。なお、図３及び図４の撮像ヘッド及び照明装置は一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
【００２４】
図３に示すように、撮像ヘッド１５は、移動機構（不図示）に移動可能に設置された可動プレート１７の表面に撮像装置２０と照明装置３０が取り付けられて構成されている。照明装置３０の装置ケースは、撮像装置２０のレンズケース２１に当接する中空の筒状ケース３１と、筒状ケース３１の下方でスプリッタ３７（図４参照）を収容する箱型のスプリッタケース３２とで形成されている。スプリッタケース３２の一側面にはプロジェクタ３５のレンズケース３６が当接され、スプリッタケース３２の下方には可動プレート１７の表面に一対のブラケット３３を介してドーム状のシェード３４が取り付けられている。
【００２５】
図４に示すように、照明装置３０は、プロジェクタ３５から照射された光を光学系としてのスプリッタ３７を通じて撮像対象Ｏに導いて撮像対象Ｏを照明している。プロジェクタ３５は、いわゆるＤＬＰ（Digital  Light  Processing）プロジェクタであり、光源４１からの光を集光レンズ４２で集光して、多数のＤＭＤ（Digital  Micromirror  Device）素子４３で反射させて投影光や照明光を作り出している。プロジェクタ３５には、多数のＤＭＤ素子４３の駆動を制御するＤＭＤコントローラ４４が設けられており、ＤＭＤコントローラ４４に入力された画像パターンに応じてＤＭＤ素子４３の駆動が制御される。
【００２６】
画像パターンがＤＭＤコントローラ４４に読み込まれることで、画像パターンに対応した投影パターンが多数のＤＭＤ素子４３で形成される。具体的には、ＤＭＤコントローラ４４によってＤＭＤ素子４３がＯＮに制御されると、光源４１からの光が投影レンズ４５に向けて反射される。また、ＤＭＤコントローラ４４によってＤＭＤ素子４３がＯＦＦに制御されると、光源４１からの光が投影レンズ４５から外れた光吸収板（不図示）に向けて反射される。このＤＭＤ素子４３のＯＮ／ＯＦＦの切り替え速度を部分的に可変させて光の濃淡を作ることで投影パターンが形成される。
【００２７】
例えば、画像パターンとしてパターン有り画像がＤＭＤコントローラ４４に入力されると、多数のＤＭＤ素子４３のＯＮ／ＯＦＦを個別に制御することで光源４１の光から投影パターン有りの投影光が形成される。また、画像パターンとしてパターン無し画像（無地画像）がＤＭＤコントローラ４４に読み込まれると、全てのＤＭＤ素子４３のＯＮ／ＯＦＦのタイミングを合わせて同時に制御することで光源４１の光から投影パターン無しの照明光が形成される。このとき、ＯＮ／ＯＦＦの切り替え速度を調節することで、輝度（光量）を調整することが可能になっている。
【００２８】
また、プロジェクタ３５には、ＵＳＢメモリ、ＳＤカード等の外部記憶媒体用のスロット４６が設けられている。プロジェクタ３５のスロット４６に外部記憶媒体が装着されて、外部記憶媒体内の画像パターンがＤＭＤコントローラ４４に読み込まれてＤＭＤ素子４３が制御される。なお、画像パターンは、外部記憶媒体から読み込む構成に限らず、ＤＭＤコントローラ４４の内部メモリに用意されていてもよいし、無線通信又は有線通信によって外部装置から入力されてもよい。また、光源４１からの光にカラーホイールを透過させることで、色付きの投影光や照明光を形成することも可能である。
【００２９】
スプリッタケース３２内にはスプリッタ３７が収容されており、プロジェクタ３５からの水平方向の光をスプリッタ３７で撮像対象Ｏに向けて反射すると共に、撮像対象Ｏからの反射光をスプリッタ３７で撮像装置２０に向けて透過させる。なお、本実施の形態では光学系としてスプリッタ３７を例示しているが、プロジェクタ３５からの光を撮像対象Ｏに導く構成であればよい。例えば、光学系としてスプリッタ３７の代わりにハーフミラーやプリズム等の分光素子が使用されてもよいし、分光素子に加えてレンズやミラー等の他の光学部材が使用されてもよい。
【００３０】
シェード３４の内側には、撮像対象Ｏに対して斜めに照射する上段照明３９ａ、中段照明３９ｂ、下段照明３９ｃが設けられている。上段照明３９ａ、中段照明３９ｂ、下段照明３９ｃはそれぞれ照明角度が異なっており、これら照明３９ａ−照明３９ｃとプロジェクタ３５による同軸落射照明とを適宜選択又は組み合わせることでコントラストが明確な撮像画像を得ることが可能になっている。照明装置３０及び撮像装置２０は制御装置５０に接続されており、パターン投影を用いたキャリブレーション等が制御される他、同軸落射照明を用いた検査処理が制御される。
【００３１】
このように構成された照明装置３０では、プロジェクタ３５の光源４１からの光が集光レンズ４２で集光されて多数のＤＭＤ素子４３に照射され、多数のＤＭＤ素子４３にて投影レンズ４５に向けて反射された光によっての投影光や照明光が形成される。このとき、ＤＭＤコントローラ４４にパターン有り画像が読み込まれている場合には、個々のＤＭＤ素子４３が個別に制御されて投影パターン有りの投影光が投影レンズ４５から出射される。また、ＤＭＤコントローラ４４にパターン無し画像が読み込まれている場合には、全てのＤＭＤ素子４３が一律に制御されて投影パターン無しの照明光が投影レンズ４５から出射される。
【００３２】
また、投影レンズ４５を透過した投影光や照明光はスプリッタ３７で撮像装置２０の光軸と同軸方向に反射されて、撮像対象Ｏに対して真上から入射される。投影光や照明光が撮像対象Ｏで反射され、反射光がスプリッタ３７を透過して撮像装置２０に入射されることで撮像対象Ｏが撮像される。このように、プロジェクタ３５で投影パターン有りの投影光と投影パターン無しの照明光とを作り出すことで、照明装置３０に対して同軸落射照明機能と同時にパターン投影機能を持たせている。また、パターン投影時の投影光と同軸落射照明時の照明光が同一光路を通るため、簡易な装置構成にすることができる。
【００３３】
続いて、図５を参照して、キャリブレーション動作及び検査動作について説明する。図５は、本実施の形態のキャリブレーション動作及び検査動作の説明図である。なお、以下に示すキャリブレーション動作及び検査動作は一例を示すものであり、適宜変更が可能である。また、ここでは投影パターンを用いたキャリブレーションについて説明しているが、投影パターンを用いて３Ｄ計測することも可能である。
【００３４】
図５Ａに示すように、撮像装置２０のキャリブレーション時には、撮像装置２０の撮像範囲内に撮像対象Ｏとして無地のプレートＰが載置されると共に、ＤＭＤコントローラ４４にテストチャート画像が読み込まれる。ＤＭＤコントローラ４４ではテストチャート画像に応じてＤＭＤ素子４３のＯＮ／ＯＦＦが個別に制御される。そして、プロジェクタ３５の光源４１からの光が集光レンズ４２を通じてＤＭＤ素子４３に照射され、ＤＭＤ素子４３から投影レンズ４５に向けて反射した光によって、キャリブレーション用のテストチャートを投影する投影光が形成される。
【００３５】
プロジェクタ３５の投影レンズ４５から出射された投影光がスプリッタ３７で反射されることで、撮像対象としてのプレートＰの表面にテストチャートが映される。撮像装置２０によってプレートＰの表面のテストチャートが撮像されると、テストチャートの撮像画像が制御装置５０に入力される。制御装置５０においてテストチャートの撮像画像に基づいて撮像装置２０のキャリブレーションが実施されて、撮像装置２０のレンズ特性等の歪が補正される。これにより、投影パターンを用いてキャリブレーションするため、専用治具が不要になると共にコストを低減できる。また、画像パターンを差し替えることで、テストチャートの変更も容易である。
【００３６】
図５Ｂに示すように、基板Ｗの検査時には、撮像装置２０の撮像範囲内に撮像対象Ｏとしての基板Ｗの検査位置が位置付けられると共に、ＤＭＤコントローラ４４にパターン無しの白色画像が読み込まれる。ＤＭＤコントローラ４４では白色画像に応じてＤＭＤ素子４３のＯＮ／ＯＦＦが一律に制御される。そして、プロジェクタ３５の光源４１からの光が集光レンズ４２を通じてＤＭＤ素子４３に照射され、ＤＭＤ素子４３から投影レンズ４５に向けて反射した光によって投影パターンが表示されない照明光が形成される。なお、ＤＭＤ素子４３は輝度を高めるために常時ＯＮに制御されていてもよい。
【００３７】
プロジェクタ３５の投影レンズ４５から出射された照明光がスプリッタ３７で反射されることで、撮像対象Ｏとしての基板Ｗの検査位置が真上から照明される。撮像装置２０によって基板Ｗの検査位置が撮像されると、基板Ｗの撮像画像が制御装置５０に入力される。制御装置５０において基板Ｗの撮像画像にパターンマッチング等の各種画像処理が施されて、基板Ｗ上の半田の印刷状態や部品の実装状態が検査される。これにより、照明光源を別途設けることなく、プロジェクタ３５によって照明光を作り出して、同軸落射照明にて基板Ｗの検査位置を撮像することができる。
【００３８】
上記したように、プロジェクタ３５ではキャリブレーション用のテストチャートの他、３Ｄ計測用の縞パターンを投影することが可能である。プロジェクタ３５を３Ｄ計測で使用する場合には、シェード３４の内側等に撮像装置を取り付けて、撮像対象Ｏに映された投影パターンを斜め方向から撮像するようにする。また、プロジェクタ３５はキャリブレーション、３Ｄ計測に限らず、その他の用途にも使用可能である。
【００３９】
以上のように、本実施の形態の照明装置３０は、プロジェクタ３５から投影パターン有りの投影光を照射することで、スプリッタ３７を通じてプレートＰに投影された投影パターンを撮像することができる。また、プロジェクタ３５から投影パターン無しの照明光を照射することで、スプリッタ３７を通じて基板Ｗの検査位置を照明光で照明した状態で撮像することができる。このように、プロジェクタ３５を照明光源として使用することで、簡易な構成で照明装置３０に照明機能とパターン投影機能を持たせることができる。
【００４０】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
【００４１】
例えば、本実施の形態において、検査装置１が照明装置３０を備える構成にしたが、この構成に限定されない。照明装置３０は、撮像処理が実施される加工装置に備えられていればよく、例えば、実装装置や印刷装置等の他の加工装置に備えられていてもよい。
【００４２】
また、本実施の形態において、プロジェクタ３５が撮像装置２０の光軸と同じ方向から同軸落射照明する構成にしたが、この構成に限定されない。プロジェクタ３５が、撮像装置２０の光軸と交差する斜め方向から照明する構成にしてもよい。
【００４３】
また、本実施の形態において、プロジェクタ３５がＤＬＰプロジェクタである構成について説明したが、この構成に限定されない。プロジェクタ３５は、投影光の他に照明光を形成可能なプロジェクタであればよく、例えば、ＬＣＤ（Liquid  Crystal  Display）プロジェクタ、ＬＣＯＳ（Liquid  Crystal  On  Silicon）プロジェクタでもよい。
【００４４】
また、本実施の形態において、基板Ｗは、各種部品が搭載可能なものであればよく、プリント基板に限定されず、治具基板上に載せられたフレキシブル基板であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上説明したように、本発明は、簡易な装置構成で照明機能とパターン投影機能を持たせることができるという効果を有し、特に、半田の印刷状態や部品の実装状態の検査に用いられる照明装置及び検査装置に有用である。
【符号の説明】
【００４６】
１  検査装置
１５  撮像ヘッド
２０  撮像装置
３０  照明装置
３５  プロジェクタ
３７  スプリッタ（光学系）
４１  光源
４３  ＤＭＤ素子
４４  ＤＭＤコントローラ
５０  制御装置
【図１】
2017207329.tif 000003
【図２】
2017207329.tif 000004
【図３】
2017207329.tif 000005
【図４】
2017207329.tif 000006
【図５】
2017207329.tif 000007