JP2000304510A - ワークエッジの位置検出方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】だれ形状を有するワークエッジを、容易かつ高
精度に位置決めすることを可能にする。 【解決手段】ワークエッジ２４を撮影するＣＣＤカメラ
２６と、前記ワークエッジ２４に向かって照明光Ｌを照
射するとともに、前記ＣＣＤカメラ２６の光軸Ｏ１と前
記照明光Ｌの光軸Ｏ２とが互いに所定の角度θを有する
ように配置される照明手段２８と、前記ＣＣＤカメラ２
６に入射される反射光の強度の変化率から位置決め目標
座標を設定する画像処理部３０とを備える。

Description

【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、基板等の
ようにだれ形状を有するワークエッジの位置検出方法お
よび装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、例えば、電気・電子・通信機
器等の各種分野において、半導体レーザ素子（以下、Ｌ
Ｄという）が利用されている。図１１に示されるよう
に、ＬＤ１は、ヒートシンク（放熱用基板）２と、前記
ヒートシンク２上に積層された状態で一体的に結合され
る半導体レーザチップ３（以下、ＬＤチップ３という）
とを備えており、略面一に形成されたヒートシンク２と
ＬＤチップ３の一端面からレーザ光が発光するように構
成されている。

【０００３】ＬＤチップ３は、レーザ光を発光する際に
生ずる内部発熱によってこのＬＤチップ３自身の自己破
壊を防止するため、前記ＬＤチップ３の発光面である素
子側面４をヒートシンク２のエッジ位置に正確に合わせ
る必要がある。すなわち、図１２に示すように、ＬＤチ
ップ３ａの素子側面４ａがヒートシンク２ａのエッジ位
置よりも前方に飛び出した状態でボンディングされる
と、このＬＤチップ３ａの放熱が不十分となり、前記Ｌ
Ｄチップ３が破壊されるおそれがある。

【０００４】一方、図１３に示すように、ＬＤチップ３
ｂの素子側面４ｂがヒートシンク２ｂのエッジ位置より
も後方に配置された状態でボンディングされると、レー
ザ光の一部が前記ヒートシンク２ｂによって遮られてし
まい、発光パターン特性に不良が発生してしまう。従っ
て、図１１に示すように、ＬＤチップ３の素子側面４を
ヒートシンク２のエッジ位置に正確に位置決めすること
が望ましいが、この種の位置決め作業は相当に困難なも
のとなっている。

【０００５】そこで、例えば、図１４に示すように、ヒ
ートシンク２のエッジ位置近傍を撮像する二次元ＣＣＤ
カメラ等のカメラ５を備えるとともに、このカメラ５と
同軸上に落下照明を行う照明部６、あるいは、この照明
部６とリング照明部７とを備えた照明手段が配置されて
いる。この場合、カメラ５による撮影画像は、図１５か
ら諒解されるように、ヒートシンク２の反射面に対応す
る明部８と、背景部分に対応する暗部９と、前記明部８
と前記暗部９との境界部位に存在するエッジ部１０とを
表している。

【０００６】ところが、エッジ部１０は、ヒートシンク
２の表面反射率や照明光量の変動により変化し易く、特
に、このヒートシンク２のエッジがだれ形状を有する場
合には、照明光の強度が大きく変動して前記ヒートシン
ク２のエッジ位置を正確に検出することができないとい
う問題が指摘されている。

【０００７】その際、ヒートシンク２に予めアライメン
トマークを付与しておき、そのマークを合わせることで
位置決めを行うことが考えられるが、エッチのだれによ
ってマーキング位置に誤差が生じてしまい、正確なマー
キングが遂行されないという不具合がある。しかも、Ｌ
Ｄチップ３の特性に合わせてこのＬＤチップ３の長さを
ロッド間で変更してスクライブする必要がある場合に、
スクライブ前のウエハ段階で予めマークを付与すること
は、実際上、不可能である。

【０００８】一方、レーザ変位計等のポイント測定式変
位計を用い、ヒートシンク２の側面位置を測定する方式
が採用されている。ところが、図１６に示すように、変
位計１１の光軸に対してヒートシンク２の側面１２が直
角でない場合には、位置決め目標位置であるエッジ位置
を検出する際に、前記変位計１１を、上下方向に真直度
を高精度に維持して移動させる必要がある。このため、
装置全体が相当に複雑かつ高価なものとなってしまう。

【０００９】また、図１７に示すように、ヒートシンク
２のエッジにバリ１３が存在する場合には、位置決め目
標位置であるエッジ位置を検出する際に、バリ１３に変
位計１１を正確に合わせる必要がある。しかしながら、
変位計１１では、反射光が受光される位置であるバリ１
３の点ａしか測定することができず、目標位置ｂでは、
側面１２の傾きが大き過ぎて反射光が前記変位計１１に
受光され難く、この目標位置ｂを検出することができな
い。

【００１０】そこで、例えば、特公平７−９７０２２号
公報に開示されている形状測定装置が知られている。こ
の形状測定装置は、鏡面反射性を帯びた表面を有する被
測定対象物を所定位置に載置する載置台と、この載置台
の対向方向に存する予め定められた複数の位置から前記
載置台上の前記被測定対象物に対して各々所定角度で光
を照射することが可能な複数の光源と、この複数の光源
のうち、任意の単数または複数の前記光源を独立に点灯
することが可能な光源制御手段と、前記光源で照明され
る前記被測定対象物を含めた画像を所定位置から撮像す
る単数または複数の撮像手段と、この撮像手段により取
り込まれた、少なくとも１箇所は異なる箇所に存する前
記光源の前記照明により生ずる前記被測定対象物におけ
る輝点に基づく複数の画像データを記憶する記憶手段
と、この記憶手段により記憶された前記画像データによ
る、少なくとも前記被測定対象物の前記載置台での載置
面に対する角度情報の推定に基づいて前記被測定対象物
の形状を測定、認識または検査を行う形状認識手段とを
具備している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術では、ハンダのような鏡面状態を有する物体の
形状を、この物体に対し種々の異なる角度から光を照射
してそれぞれの反射光を撮らえ、各画像を積み重ねるこ
とにより認識し、これにより前記形状の良否を判定する
ようにしている。このため、上記の従来技術では、ヒー
トシンク等のだれ形状を有する被測定対象物のワークエ
ッジを検出して前記ワークエッジを正確に位置決めしよ
うとする要請には十分に対応することができない。

【００１２】本発明はこの種の問題を解決するものであ
り、だれ形状を有するワークエッジの位置を容易かつ高
精度に検出することが可能なワークエッジの位置検出方
法および装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係るワークエッ
ジの位置検出方法および装置では、照明手段の光軸とカ
メラの光軸とが互いに所定の角度θを有した状態で、ワ
ークエッジに向かって前記照明手段から照明光を照射し
ながら、前記カメラを介して前記ワークエッジが撮影さ
れる。そして、カメラに入射される反射光の強度の変化
率を得て、この変化率の正負最大値の中点を位置決め目
標座標に設定している。

【００１４】ここで、ワークエッジが表面粗さに起因し
て種々の方向に傾斜した複数の面の集合体とみなされ、
得られた画像の輝線の中心線位置を、照明手段の光軸と
カメラの光軸とで規定される正反射角度と等しい傾きを
持つ面が最も多い位置と規定する。そして、ワークエッ
ジで正反射された光の強度の変化率において、その正負
最大値の中点を位置決め目標座標に設定する。これによ
り、ワークエッジの位置を高精度に検出することがで
き、アライメントマークを不要にするとともに、だれ量
に影響されることがなく、前記ワークエッジの位置決め
が良好に遂行可能になる。

【００１５】また、カメラに入射される反射光の輝線に
投影ヒストグラム処理（射影処理または平均化処理）を
施すことにより、エッジ信号が平均化され（輝線の平均
化処理）、その後、前記反射光の強度変化率の正負最大
値の中点からワークエッジ位置が求められる。すなわ
ち、ワークエッジにおいて、照明光の入射角とカメラの
光軸方向への反射角とが等しくなる面で、反射光の輝線
がもっとも多い稜線を示すものとし、その中心座標を求
めることによってワークエッジの位置を高精度に検出す
ることが可能になる。

【００１６】その際、強度の変化率の正負最大値の中点
を、サブピクセル画像処理により求める。具体的には、
濃淡画像処理を施して画素以下の位置測定を行うもので
あり、これによってワークエッジの位置を画素分解能以
下の精度で検出することができる。ここで、反射光の強
度が変化し易いため、照明光の光量を制御することによ
り、濃淡画像処理を確実に施すことが可能になる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施形態
に係るワークエッジの位置検出方法を実施するための位
置検出装置２０の概略斜視説明図であり、図２は、前記
位置検出装置２０の概略構成説明図である。

【００１８】位置検出装置２０は、被検査対象物、例え
ば、放熱用基板２２のワークエッジ２４を撮影するカメ
ラ、例えば、二次元ＣＣＤカメラ２６と、前記ワークエ
ッジ２４に向かって照明光Ｌを照射するとともに、前記
ＣＣＤカメラ２６の光軸Ｏ１と前記照明光Ｌの光軸Ｏ２
とが互いに所定の角度θ（例えば、９０゜）を有するよ
うに配置される照明手段２８と、前記ＣＣＤカメラ２６
に入射される反射光の強度の変化から位置決め目標座標
を設定する画像処理部（処理手段）３０とを備える。

【００１９】位置検出装置２０を構成する定盤３１上に
は、基板２２を直交座標系のＸ軸方向およびＹ軸方向に
移動させるための移動機構３２が設けられる。移動機構
３２は、第１モータ３４に連結された第１ボールねじ３
６を介してＸ軸方向に進退可能なＸ軸テーブル３８を備
える。Ｘ軸テーブル３８上には第２モータ４０が設けら
れ、この第２モータ４０に連結された第２ボールねじ４
２を介して、Ｙ軸テーブル４４が基板２２を載置した状
態でＹ軸方向に進退自在である。ＣＣＤカメラ２６は、
コラム４６を介して定盤３１に装着されており、このＣ
ＣＤカメラ２６に対物レンズ４８が同軸上に設けられて
いる。

【００２０】定盤３１上には、支持フレーム５０が設け
られ、この支持フレーム５０の上部に第３モータ５２が
固着される。第３モータ５２に連結されＺ軸方向に延在
する第３ボールねじ５４には、照明手段２８を構成する
照明本体部５６が係合するとともに、前記照明本体部５
６には、発光部５８が装着されている。図２に示すよう
に、発光部５８は照明電源部６０に接続されるととも
に、この照明電源部６０は、光量制御手段である電圧調
整部６２を介して制御される。

【００２１】なお、発光部５８を上下方向に移動させる
必要がなければ、照明手段２８を支持フレーム５０に固
定すればよい。また、ＣＣＤカメラ２６を昇降可能に構
成し、あるいは、前記ＣＣＤカメラ２６と照明手段２８
とを一体的に昇降可能に構成することもできる。

【００２２】このように構成される位置検出装置２０の
動作について、本発明の第１の実施形態に係るワークエ
ッジの位置検出方法との関連で、図３に示すフローチャ
ートに基づいて以下に説明する。

【００２３】先ず、照明手段２８から照射される照明光
Ｌの光量の初期値が設定されるとともに（ステップＳ
１）、被検査対象物である基板２２が載置されたＹ軸テ
ーブル４４は、移動機構３２の駆動作用下にこの基板２
２のワークエッジ２４がＣＣＤカメラ２６に対応するよ
うに配置される。一方、照明手段２８では、第３モータ
５２の作用下に発光部５８がワークエッジ２４の高さ位
置に対応して配置されている。

【００２４】そこで、照明電源部６０を介して発光部５
８が発光され、基板２２のワークエッジ２４に向かって
照明光Ｌが導出された状態で、ＣＣＤカメラ２６による
前記ワークエッジ２４の画像取り込み処理が行われる
（ステップＳ２）。ＣＣＤカメラ２６により取り込まれ
た画像データが画像処理部３０に送られ、この画像処理
部３０では、その画像データに基づいて投影ヒストグラ
ム処理（射影処理または平均化処理と同じ処理）が行わ
れ、エッジ信号の平均化がなされる（ステップＳ３）。

【００２５】ここで、第１の実施形態では、ＣＣＤカメ
ラ２６の光軸Ｏ１と照明光Ｌの光軸Ｏ２とが互いに所定
の角度θ、例えば、９０゜を有している。このため、Ｃ
ＣＤカメラ２６により得られるワークエッジ２４の正反
射画像では、輝度の高い部分が線状となって表わされ
る。従って、撮影された画像データに投影ヒストグラム
処理を施すことにより、検出精度を有効に向上させるこ
とができる。

【００２６】さらに、ワークエッジ２４の面粗さが小さ
い場合と大きい場合とにより、第１の実施形態による検
出精度と従来の同軸照明による検出精度とを比較したと
ころ、図４〜図７に示す結果が得られた。すなわち、従
来方法では、図４に示すように、面粗さの小さなワーク
エッジ２４ａの場合、輝度信号に基づいて測定値Ａが得
られるとともに、図５に示すように、面粗さの大きなワ
ークエッジ２４ｂの場合、測定値Ａよりも相当に大きな
測定値Ｂが得られた。

【００２７】一方、第１の実施形態では、図６に示すよ
うに、面粗さの小さなワークエッジ２４ａの場合、最大
輝度信号値から測定値Ｃが得られるとともに、図７に示
すように、面粗さの大きなワークエッジ２４ｂの場合、
同様に最大輝度信号値から測定値Ｄが得られた。そし
て、測定値Ａ〜Ｄは、Ａ＜Ｂ、｜Ｂ−Ａ｜＞｜Ｃ−Ｄ｜
の関係を有していた。

【００２８】すなわち、従来の同軸照明では、面粗さが
変化すると測定されるエッジ位置（例えば、強度の変化
点が最大の点）が大きく変化し、この面粗さの変化によ
ってエッジ位置の検出再現性が低下してしまう。これに
対して、本発明の第１の実施形態では、面粗さの変化に
より検出される輝度の強度分布形状は変化するが、ピー
ク値の発生位置の変化が同軸照明に比べて相当に小さく
なり、エッジ位置の検出再現性が高いという結果が得ら
れた。

【００２９】次いで、図３中、ステップＳ３において投
影ヒストグラム処理が施された後、輝線の濃淡画像処理
を行って画素以下のエッジ位置測定を行う（サブピクセ
ル画像処理）。すなわち、輝線７０には、図８に示すよ
うに、濃淡画像処理が施され、この輝線７０の最大プラ
ス勾配位置Ｘ１が検出される（ステップＳ４）。そし
て、この最大プラス勾配位置Ｘ１での勾配ｄＺｍ１／ｄ
Ｘ１が輝度信号勾配設定値よりも大きいか否かが判断さ
れ（ステップＳ５）、前記設定値以下であると（ステッ
プＳ５中、ＮＯ）、ステップＳ６に進んで電圧調整部６
２により照明電源部６０の光量の増加処理がなされる。

【００３０】勾配ｄＺｍ１／ｄＸ１が設定値よりも大き
いと判断されると（ステップＳ５中、ＹＥＳ）、ステッ
プＳ７に進んで最大マイナス勾配位置Ｘ２が検出され、
さらに最大プラス勾配位置Ｘ１と最大マイナス勾配位置
Ｘ２の中点位置Ｘ３が算出される（ステップＳ８）。さ
らに、ステップＳ９では、中点位置Ｘ３での輝度信号値
が輝度信号設定値よりも低いと判断されると、ステップ
Ｓ１０に進んで光量の増加がなされる一方、前記輝度信
号値が前記設定値以上であると判断されると、スッテプ
Ｓ１１に進んでエッジ位置として中点位置Ｘ３が検出さ
れることになる。

【００３１】このように、第１の実施形態では、従来の
アライメントマークを使用することなしに、基板２２の
ワークエッジ２４を容易かつ高精度に検出することがで
き、この基板２２上に図示しないＬＤチップ等を高精度
にボンディングすることが可能になるという効果が得ら
れる。しかも、ワークエッジ２４のだれ量の変化、表面
反射率の変動または表面粗さのばらつき等に影響される
ことなく、前記ワークエッジ２４の位置検出処理が効率
的に遂行される。特に、だれ量の大きなワークエッジ２
４であっても、エッジ位置を高精度に検出することが可
能となり、発光素子のボンディング処理が高品質に行わ
れるという利点がある。

【００３２】図９は、本発明の第２の実施形態に係るワ
ークエッジの位置検出方法を実施するための位置検出装
置８０の概略構成説明図である。なお、上述した第１の
実施形態に係る位置検出装置２０と同一の構成要素には
同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。

【００３３】この位置検出装置８０は、ワークエッジ２
４に照明手段２８とは別の角度θ１、例えば、水平方向
から６０゜傾斜した位置から照明光Ｌ１を照射する補助
照明手段８２を備える。補助照明手段８２を構成する発
光部８４は、照明電源部６０に接続されている。

【００３４】このように構成される位置検出装置８０で
は、図１０に示すように、ワークエッジ２４に水平方向
から照明光Ｌが照射されるとともに、照明光Ｌ１が水平
方向から６０゜傾斜してこのワークエッジ２４に照射さ
れた状態で、ＣＣＤカメラ２６により前記ワークエッジ
２４が撮影される。このため、ワークエッジ２４のだれ
形状において、水平方向から４５゜傾いた面および１５
゜傾いた面が最も多く存在する位置Ｘ４５および位置Ｘ
１５が検出される。

【００３５】次に、だれ形状の仮想半径Ｒは、 Ｒｃｏｓ４５゜−Ｒｃｏｓ７５゜＝｜Ｘ４５−Ｘ１５｜ Ｒ＝｜Ｘ４５−Ｘ１５｜／０．４５ から算出される。従って、位置Ｘ４５と位置Ｘ１５とに
基づいて、だれ形状を有したワークエッジ２４の任意の
位置Ｘを、中心角αを指定することで求めることがで
き、だれ量のばらつきを有効に補正することが可能にな
る。

【００３６】なお、基板２２の回転傾きが大きく、ワー
クエッジ２４の正反射光がＣＣＤカメラ２６に入射しな
い場合には、従来の同軸照明により予め角度の荒補正を
行った後に、上記の第２の実施形態に係る位置検出方法
を実施するようにしてもよい。

【００３７】また、第１および第２の実施形態では、Ｌ
Ｄチップ等の発光素子をボンディングするための基板２
２のエッジ位置を検出する場合について説明したが、接
着等により部材のエッジ座標を求めるものにも、有効に
適応可することができる。

【００３８】

【発明の効果】本発明に係るワークエッジの位置検出方
法および装置では、照明手段の光軸とワークカメラの光
軸とが互いに所定の角度θを有した状態で、このカメラ
に入射される反射光の強度の変化率を求め、その正負最
大値の中点を位置決め目標座標に設定することにより、
従来のアライメントマークが不要となるとともに、だれ
量、表面反射率あるいは表面粗さのばらつき等に影響さ
れることなく、前記ワークエッジの位置を高精度に検出
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係るワークエッジの
位置検出方法を実施するための位置検出装置の概略斜視
説明図である。

【図２】前記位置検出装置の概略構成説明図である。

【図３】前記位置検出方法を説明するフローチャートで
ある。

【図４】面粗さの小さなエッジを従来の同軸照明で検出
する際の説明図である。

【図５】面粗さの大きなエッジを従来の同軸照明で検出
する際の説明図である。

【図６】面粗さの小さなエッジを前記位置検出方法で検
出する際の説明図である。

【図７】面粗さの大きなエッジを前記位置検出方法で検
出する際の説明図である。

【図８】前記位置検出方法により得られた輝線の拡大説
明図である。

【図９】本発明の第２の実施形態に係るワークエッジの
位置検出方法を実施するための位置検出装置の概略構成
説明図である。

【図１０】前記位置検出方法の説明図である。

【図１１】ヒートシンクとＬＤチップが良好に接合され
た状態の説明図である。

【図１２】前記ＬＤチップが突出して前記ヒートシンク
に接合された状態の説明図である。

【図１３】前記ＬＤチップが内方に位置して前記ヒート
シンクに接合された状態の説明図である。

【図１４】従来の同軸照明による検出方法の説明図であ
る。

【図１５】図１４のカメラにより撮像された画像の説明
図である。

【図１６】変位計により傾斜側面を測定する際の説明図
である。

【図１７】前記変位計によりバリを有するエッジを測定
する際の説明図である。

【符号の説明】

２０、８０…位置検出装置 ２２…基板 ２４、２４ａ、２４ｂ…ワークエッジ ２６…ＣＣＤカ
メラ ２８…照明手段 ３０…画像処理
部 ３２…移動機構 ５８、８４…発
光部 ６０…照明電源部 ６２…電圧調整
部 ８２…補助照明手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 味埜 敏 神奈川県南足柄市中沼210番地 富士写真 フイルム株式会社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA12 DD03 FF04 GG06 GG17 HH12 JJ03 JJ16 JJ26 LL12 QQ24 QQ29 QQ42 QQ43

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】だれ形状を有するワークエッジの位置検出
   方法であって、 照明手段の光軸とカメラの光軸とが互いに所定の角度θ
   （θ≠０）を有した状態で、前記ワークエッジに向かっ
   て前記照明手段から照明光を照射しながら、前記カメラ
   を介して前記ワークエッジを撮影する工程と、 前記カメラに入射される反射光の強度の変化率を得る工
   程と、 前記得られた強度の変化率においてその正負最大値の中
   点を位置決め目標座標に設定する工程と、 を有することを特徴とするワークエッジの位置検出方
   法。
2. 【請求項２】請求項１記載の位置検出方法において、前
   記カメラに入射される反射光の輝線に投影ヒストグラム
   処理を施すことを特徴とするワークエッジの位置検出方
   法。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の位置検出方法にお
   いて、前記強度の変化率の正負の最大値の中点を、サブ
   ピクセル画像処理により求めることを特徴とするワーク
   エッジの位置検出方法。
4. 【請求項４】請求項２または３記載の位置検出方法にお
   いて、前記照明手段から照射される前記照明光の光量を
   制御することを特徴とするワークエッジの位置検出方
   法。
5. 【請求項５】請求項１記載の位置検出方法において、前
   記ワークエッジに対し前記照明手段とは別の角度から照
   明光を照射し、それぞれの照明光による反射光に基づい
   て前記ワークエッジの仮想半径上の任意の位置を求める
   工程を有することを特徴とするワークエッジの位置検出
   方法。
6. 【請求項６】だれ形状を有するワークエッジの位置検出
   装置であって、 前記ワークエッジを撮影するカメラと、 前記ワークエッジに向かって照明光を照射するととも
   に、前記カメラの光軸と前記照明光の光軸とが互いに所
   定の角度θ（θ≠０）を有するように配置される照明手
   段と、 前記カメラに入射される反射光の強度の変化率から位置
   決め目標座標を設定する処理手段と、 を備えることを特徴とするワークエッジの位置検出装
   置。