JP2010145775A - 撮像装置の焦点調整方法および焦点調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光軸方向での走査範囲を可及的に少なくし得て、撮像装置の合焦位置を効率良く設定することができる電子部品実装装置用撮像装置の焦点調整方法および焦点調整装置を提供する。
【解決手段】この焦点調整方法は、認識対象物を撮像装置の視野内の一の位置で撮像する予備撮像工程と、その予備撮像工程で撮像された撮像画像の少なくとも二つの部分について非点収差による認識対象物の暈け具合の情報を算出する暈け情報算出工程と、その暈け情報算出工程で算出された少なくとも二つの部分の暈け具合の情報、および前記非点収差による光軸方向での焦点高さの差異の相関関係の情報に基づいて、撮像装置の光軸方向での合焦位置があるべき方向およびその範囲の少なくとも一方を設定する焦点位置設定工程とを含む。
【選択図】図４

Description

本発明は、基板または電子部品を認識対象物として撮像する撮像装置の焦点を調整する方法および焦点調整装置に関する。

例えば、プリント基板あるいは液晶やディスプレイパネル等の基板に電子部品を実装する電子部品実装装置において、基板または電子部品を認識対象物として撮像する撮像装置の焦点を調整する方法としては、特許文献１に記載の技術が知られている。
特許文献１に記載の技術は、認識対象物の設置面に対し、例えば図１０に例示するように、所定の走査範囲で、カメラ（撮像装置）を光軸方向に移動させつつ、所定サンプリング間隔毎に認識対象物の画像を撮影する。そして、この撮影画像から所定の領域を抽出し、抽出された撮像画像のコントラスト値を算出しつつ、カメラの対物レンズの位置を検出する。そして、算出されたコントラスト値の中から最大コントラスト値を検索する。

次いで、この最大コントラスト値に基づいて、第１及び第２の閾値を設定し、サンプリング間隔毎のコントラスト値の中から第１の閾値以上でかつ第２の閾値以下のものを抽出する。さらに、これを所定の関数によって近似することで、サンプリング間隔毎のコントラスト値のピーク位置を算出し、このピーク位置に基づいて対物レンズの合焦位置を算出し、この合焦位置に対物レンズの焦点を設定するという、一連の焦点の調整動作を行うものである。
特開平１０−２３２３４３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、上記一連の焦点の調整動作を行う前の状態では、対物レンズと認識対象物との距離が予め設定された距離よりも近いのか、あるいは遠いのかを判断できない。そのため、焦点の調整動作において、所定の走査範囲を、光軸方向での広い範囲に渡って設定して、その範囲全体を順次に走査する必要があり、焦点の調整に時間がかかるという問題があった。

そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、光軸方向での走査範囲を可及的に少なくし得て、撮像装置の合焦位置を効率良く設定することができる撮像装置の焦点調整方法および焦点調整装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明のうち第一の発明は、電子部品または基板を認識対象物として撮像する撮像装置の焦点を調整する方法であって、前記認識対象物を前記撮像装置の視野内の一の位置で撮像する予備撮像工程と、該予備撮像工程で撮像された撮像画像の少なくとも二つの部分について非点収差による前記撮像画像の暈け具合の情報を算出する暈け情報算出工程と、該暈け情報算出工程で算出された少なくとも二つの部分の暈け具合の情報、および前記非点収差による光軸方向での焦点高さの差異の相関関係の情報に基づいて、前記撮像装置の光軸方向での合焦位置があるべき方向およびその範囲の少なくとも一方を設定する焦点位置設定工程とを含むことを特徴としている。

第一の発明に係る撮像装置の焦点調整方法によれば、予備撮像工程では、認識対象物を視野内の一の位置で撮像するので、その撮像は、上記一連の焦点の調整動作を行う例のように、光軸方向での広い範囲に渡って順次に走査を行う場合に比べて、極めて短時間に行うことができる。
そして、暈け（ボケ）情報算出工程では、予備撮像工程で撮像された撮像画像内の少なくとも二つの部分について前記認識対象物の非点収差による暈け具合の情報を算出するので、少なくとも二つの部分相互の暈け具合の差異が判る。

さらに、焦点位置設定工程では、暈け情報算出工程で算出された少なくとも二つの部分の暈け具合の情報、および非点収差による光軸方向での焦点高さの差異の相関関係の情報に基づいて、撮像装置の合焦位置があるべき方向およびその範囲を設定するので、この設定された、合焦位置があるべき方向およびその範囲のみを順次に走査するだけで撮像装置の合焦位置を設定することが可能である。

そのため、第一の発明に係る撮像装置の焦点調整方法によれば、上記一連の焦点の調整動作を行う例に比べて、認識対象物を視野内の任意の位置で一回に限り撮像するだけで、光軸方向での全体を走査範囲として走査することを不要とし、光軸方向での走査範囲を可及的に少なくすることができる。したがって、撮像装置の合焦位置を効率良く設定することができる。

ここで、第一の発明に係る撮像装置の焦点調整方法において、例えば、前記予備撮像工程における前記撮像装置の視野内の一の位置を、前記撮像装置の設計上の焦点の高さに一致して、光軸方向での予め設定された高さに設定することは好ましい。
このような構成であれば、予備撮像工程での一の位置が、撮像装置の光軸方向での合焦位置があるべき位置またはその近傍となる蓋然性が高いため、撮像装置の合焦位置を効率良く設定する上で好適である。

また、第一の発明に係る撮像装置の焦点調整方法において、例えば、前記焦点位置設定工程は、前記暈け情報算出工程で算出された少なくとも二つの部分の暈け具合の情報に差異がないと認めるときには、前記一の位置を合焦点位置として設定することは好ましい。
このような構成であれば、暈け具合の情報に差異がない場合には、予備撮像工程での、認識対象物を撮像装置の視野内の一の位置で撮像しただけで撮像装置の合焦位置を設定することができるので、その後の走査が不要であり、撮像装置の合焦位置をより効率良く設定する構成として好適である。

さらに、第一の発明に係る撮像装置の焦点調整方法において、例えば、前記焦点位置設定工程は、前記暈け情報算出工程で算出された少なくとも二つの部分の暈け具合の情報に差異があると認めるときには、前記撮像装置の光軸方向での合焦位置があるべき方向およびその範囲を仮設定し（合焦位置仮設工程）、その仮設定された合焦位置があるべき方向およびその範囲の情報に基づいて、前記認識対象物を撮像し（焦点位置走査工程）、前記撮像装置の合焦位置を設定することは好ましい。

このような構成であれば、暈け具合の情報に差異がある場合に、その後の走査範囲を可及的に少なくし、撮像装置の合焦位置を効率良く設定する構成として好適である。
また、上記課題を解決するために、本発明のうち第二の発明は、電子部品または基板を認識対象物として撮像する撮像装置の焦点を調整する焦点調整装置であって、前記認識対象物を前記撮像装置の視野内の一の位置で撮像する予備撮像手段と、該予備撮像手段で撮像された撮像画像の少なくとも二つの部分について非点収差による前記認識対象物の暈け具合の情報を算出する暈け情報算出手段と、該暈け情報算出手段で算出された少なくとも二つの部分の暈け具合の情報、および前記非点収差による前記撮像装置の焦点高さの差異の相関関係の情報に基づいて、前記撮像装置の光軸方向での合焦位置があるべき方向およびその範囲の少なくとも一方を設定する焦点位置設定手段とを有することを特徴としている。

第二の発明に係る撮像装置の焦点調整装置によれば、予備撮像手段は、認識対象物を視野内の一の位置で撮像することができるので、その撮像は、光軸方向での広い範囲に渡って順次に走査を行う場合に比べて、極めて短時間に行うことができる。そして、暈け（ボケ）情報算出手段は、予備撮像手段で撮像された撮像画像内の少なくとも二つの部分について認識対象物の非点収差による暈け具合の情報を算出することができるので、少なくとも二つの部分相互の暈け具合の差異が判る。さらに、焦点位置設定手段は、暈け情報算出手段で算出された少なくとも二つの部分の暈け具合の情報、および非点収差による光軸方向での焦点高さの差異の相関関係の情報に基づいて、撮像装置の合焦位置があるべき方向およびその範囲を設定することができるので、この設定された、合焦位置があるべき方向およびその範囲のみを順次に走査するだけで撮像装置の合焦位置を設定することが可能である。したがって、上記第一の態様同様に、光軸方向での全体を走査範囲として走査することが不要であり、光軸方向での走査範囲を可及的に少なくし得て、これにより、撮像装置の合焦位置を効率良く設定することができる。

上述のように、本発明に係る撮像装置の焦点調整方法および焦点調整装置によれば、光軸方向での走査範囲を可及的に少なくし得て、撮像装置の合焦位置を効率良く設定することができる。

以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。図１は、本発明に係る撮像装置の焦点調整方法を用いる焦点調整装置を備えた電子部品実装装置の一実施形態の斜視図であり、同図では、その一部を破断して示している。
同図に示すように、この電子部品実装装置１は、図示の下側に、電子部品（不図示）を供給する部品供給部１１が配設されている。また、図示の略中央部には、基板Ｋの搬入および搬出をする回路基板搬送路１５が左右方向に延在され、この回路基板搬送路１５上に基板Ｋが載置されるようになっている。さらに、この回路基板搬送路１５の上方には吸着ヘッド部１３が配置されている。この吸着ヘッド部１３は、吸着ノズル１３ａを垂直方向（Ｚ軸方向）に昇降可能に移動させるＺ軸移動機構を備えるとともに、吸着ノズル１３ａを、ノズル軸（吸着軸）を中心に回転させるθ軸移動機構を備えている。そして、この吸着ヘッド部１３は、基板認識部１７および吸着ノズル１３ａと共にＸ軸移動機構１２およびＹ軸移動機構１４によってＸ軸およびＹ軸方向に移動されるようになっている。

さらに、部品供給部１１の近傍には、吸着ノズル１３ａに吸着された電子部品を下方から撮像する部品認識カメラ１６が配設されている。また、吸着ヘッド部１３には、基板Ｋ上に形成された基板マークＫａを撮像する基板認識部１７が撮像装置として付設されている。この基板認識部１７は、その焦点位置が基板Ｋ上面に一致するように設置されている。

次に、上記電子部品実装装置１の制御系の構成について説明する。なお、図２は電子部品実装装置１の制御系の構成を示すブロック図である。
同図に示すように、この電子部品実装装置１は、装置全体を制御するマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）、およびＲＡＭ、ＲＯＭなどからなるコントローラ（制御手段）２０を備えている。記憶装置３０は、フラッシュメモリなどで構成され、キーボード２８やマウス２９から入力された部品などのデータ、及び不図示のホストコンピュータから供給される部品データなどを格納する。表示装置（モニタ）３１は、部品データ、演算データ、及び部品認識カメラ１６で撮像した電子部品Ｐの画像などをその表示面３１ａに表示する。

上記コントローラ２０は、以下の符号２１〜３１で示す各構成部を、それぞれを制御している。すなわち、Ｘ軸モータ２１は、Ｘ軸移動機構１２の駆動源であり、吸着ヘッド部１３をＸ軸方向に移動させる。また、Ｙ軸モータ２２は、Ｙ軸移動機構１４の駆動源であり、Ｘ軸移動機構１２をＹ軸方向に駆動させる。これにより、上記吸着ヘッド部１３は、基板Ｋ上などの必要な位置に、所定のプログラムに基づいてＸ軸方向とＹ軸方向に適宜に移動可能となっている。また、Ｚ軸モータ２３は、吸着ノズル１３ａを昇降させるＺ軸駆動機構（不図示）の駆動源であり、吸着ノズル１３ａをＺ軸方向（高さ方向）に昇降させる。さらに、θ軸モータ２４は、吸着ノズル１３ａのθ軸回転機構（不図示）の駆動源であり、吸着ノズル１３ａをそのノズル中心軸（吸着軸）を中心にして回転させるようになっている。

また、同図に示すように、この電子部品実装装置１は、画像認識装置２７を備えている。この画像認識装置２７は、吸着ノズル１３ａに吸着された電子部品Ｐの画像認識を行うものであり、Ａ／Ｄ変換器２７ａ、メモリ２７ｂおよびＣＰＵ２７ｃを有して構成されている。そして、この画像認識装置２７は、吸着ノズル１３ａに吸着された電子部品Ｐを撮像した部品認識カメラ１６から出力されるアナログの画像信号を、Ａ／Ｄ変換器２７ａによりデジタル信号に変換してメモリ２７ｂに格納し、ＣＰＵ２７ｃがその画像データに基づいて吸着された部品の認識を行うようになっている。つまり、この画像認識装置２７は、電子部品Ｐの中心と吸着角度とを演算し、電子部品Ｐの吸着姿勢を認識する。また、この画像認識装置２７は、基板認識部１７で撮像された基板マークの画像を画像処理して基板マーク位置を演算する。そして、この画像認識装置２７は、部品認識カメラ１６で撮像された電子部品Ｐの画像データと基板認識部１７で撮像された基板Ｋ上の基板マークデータとを処理して、両方の補正データをコントローラ２０へ転送する。

次に、上記基板認識部１７について詳しく説明する。なお、図３は、図２に示す基板認識部を拡大して示す図である。
図３に示すように、この基板認識部１７は、撮像レンズ３５を有する基板認識カメラ３６と、撮像レンズ３５と基板Ｋとの間に配設されたプレート型のハーフミラー３４と、このハーフミラー３４の側方に配置された照明基板３２および拡散板３３とを備えている。照明基板３２からの光は拡散板３３で拡散させられた後、ハーフミラー３４で下方向（基板Ｋの方向）に折り曲げられ、基板Ｋ上に形成されている平面視が円形の基板マークＫａを照明する。そして、その反射光は、撮像レンズ３５を通って基板認識カメラ３６に入光するようになっている。ここで、このプレート型のハーフミラー３４は、Ｚ軸に対して、ＺＸ平面内で４５°傾いていており、光軸方向に非点収差を与える非点収差付与手段になっている。また、この基板認識部１７内には、図示しないリニアガイドおよび直動モータが取り付けられており、基板認識カメラ３６を光軸方向Ｌに移動可能となっている。したがって、上記基板マークＫａの高さに変動があっても、常に焦点を合わせることができる。なお、本実施形態では、この基板認識部１７が、上記「課題を解決する手段」に記載の「撮像装置」に対応する。

ここで、この電子部品実装装置１は、前記基板Ｋを認識対象物として撮像する基板認識部１７の焦点を調整する焦点調整装置を備えている。以下、この焦点調整装置について図４〜図９を適宜参照しつつ詳しく説明する。なお、図４は、焦点調整処理のフローチャートである。また、図５〜図９は認識対象物の非点収差による暈け具合の情報を説明する図である。

この焦点調整装置は、上記記憶装置３０に格納された所定の焦点調整処理のプログラムを備えており、この焦点調整処理は、基板認識部１７の合焦位置を調整する際にコントローラ２０で実行される。
コントローラ２０で焦点調整処理が実行されると、図４に示すように、まずステップＳ１に移行して、基板認識部１７が、基板Ｋ上の円形の基板マークＫａをその視野に捉えるように吸着ヘッド部１３を移動させる。このとき、基板認識部１７の焦点位置は、基板マークＫａを認識するために光軸方向での予め設定された高さ（以下、「基板マークＫａを認識するために光軸方向での予め設定された高さ」を「予備撮像高さ」ともいう）に位置決めされる。本実施形態の例では、この「予備撮像高さ」は、基板認識部１７の設計上の焦点の高さに一致する値に設定されている。なお、この「予備撮像高さ」が、上記「課題を解決する手段」に記載の「撮像装置の視野内の一の位置」に対応する。

続くステップＳ２では、この予備撮像高さにおいて、基板認識部１７により基板マークＫａを撮像し、その撮像画像のデータを所定の認識対象領域に記憶して、ステップＳ３に移行する。
ステップＳ３では、ステップＳ２で得られた基板マークＫａの撮像画像のＸ方向エッジＥｘとＹ方向エッジＥｙの「暈け具合を示すデータ（暈け具合の情報）」を求める。本実施形態の例では、Ｘ方向エッジＥｘのコントラスト値ＣｘとＹ方向エッジＥｙのコントラスト値Ｃｙを、「暈け具合を示すデータ（暈け具合の情報）」として求めている。

ここで、本実施形態では、Ｘ方向エッジＥｘとは、図５に示すように、円形の基板マークＫａの左エッジＥ_Lおよび右エッジＥ_Rを指し、また、Ｙ方向エッジＥｙとは基板マークＫａの上エッジＥ_Uおよび下エッジＥ_Dを指す。また、同図において、左エッジＥ_Lを含む所定範囲のコントラスト値と右エッジＥ_Rを含む所定範囲のコントラスト値の平均値をＸ方向エッジＥｘのコントラスト値Ｃｘとし、同様に、上エッジＥ_Uを含む所定範囲のコントラスト値と下エッジＥ_Dを含む所定領域のコントラスト値の平均値をＹ方向エッジＥｙのコントラスト値Ｃｙとする。
続くステップＳ４では、ステップ３で得られたＸ方向エッジＥｘのコントラスト値ＣｘとＹ方向エッジＥｙのコントラスト値Ｃｙとを比較する。

ここで、この電子部品実装装置１は、基板認識部１７内部にプレート型のハーフミラー３４を上述のように設置することで非点収差を発生させ、基板マークＫａのＸ方向エッジＥｘとＹ方向エッジＥｙとで合焦高さを意図的に異ならせている。これにより、基板マークＫａの光軸方向Ｌでの高さに応じて、ステップ２で得られた基板マークＫａの、Ｘ方向エッジＥｘとＹ方向エッジＥｙ相互のコントラスト値の差異は、以下の（Ａ）〜（Ｃ）の３パターンの内のいずれかとなるようにしている（図６参照）。

（Ａ） Ｘ方向エッジＥｘよりもＹ方向エッジＥｙの方が暈けている（図６（ａ）参照）。
（Ｂ） Ｘ方向エッジＥｘとＹ方向エッジＥｙとの暈け具合が等しい（図６（ｂ）参照）。
（Ｃ） Ｙ方向エッジＥｘよりもＸ方向エッジＥｙの方が暈けている（図６（ｃ）参照）。

すなわち、Ｘ方向エッジＥｘのコントラスト値Ｃｘを、Ｙ方向エッジＥｙのコントラスト値Ｃｙをとすると、以上の３パターンのコントラスト値の関係は以下のようになる。
（Ａ） Ｃｘ＞Ｃｙ
（Ｂ） Ｃｘ＝Ｃｙ
（Ｃ） Ｃｘ＜Ｃｙ

この焦点調整処理では、上記（Ａ）〜（Ｃ）のコントラスト値の関係、および非点収差による光軸方向Ｌでの焦点高さの差異の相関関係の情報から基板マークＫａのおおよその合焦高さを判断する。

すなわち、本実施形態の例では、ハーフミラー３４は、Ｚ軸に対してＺＸ平面内で４５°傾いているから、Ｘ方向エッジＥｘの方がＹ方向エッジＥｙと比べ、基板マークＫａが光軸方向Ｌで低い位置にあるときに焦点が合うことになる。そこで、基板マークＫａが予め設定された高さにあるときに、Ｘ方向エッジＥｘのコントラスト値ＣｘとＹ方向エッジＥｙのコントラスト値Ｃｙとが等しくなる高さに基板認識部１７を設置したとすると、各コントラスト値Ｃｘ、Ｃｙと基板マークＫａの高さとの関係は図７に示すようになる。

同図からわかるように、基板マークＫａが予め設定された高さよりも低い位置にあるときは、ＣｘがＣｙよりも大きくなり（Ａ）、基板マークＫａが予め設定された高さにあるときは、ＣｘとＣｙが等しくなり（Ｂ）、基板マークＫａが予め設定された高さよりも高い位置にあるときは、Ｃｘの方がＣｙよりも小さくなる（Ｃ）。したがって、Ｘ方向エッジＥｘのコントラスト値ＣｘとＹ方向エッジＥｙのコントラスト値Ｃｙとを比較することで、基板マークＫａのおおよその合焦高さを判断することができる。

本実施形態では、以下のような手順でおおよその合焦高さを判断する。
まず、ステップＳ４において、基板マークＫａが「予備撮像高さ」とほぼ等しい位置にあるのかを判断する。この判断では、以下の条件式（式１）を用いている。（図８に基板マークＫａの高さとＣｘ／Ｃｙの関係を示す。）
α≦（Ｃｘ／Ｃｙ）≦β かつ ｍｉｎ（Ｃｘ，Ｃｙ）≧γ ・・・（式１）
この（式１）を満たすときは、基板マークＫａは「予備撮像高さ」とほぼ等しい位置にあると判断してステップＳ１１に移行する。ステップＳ１１では、以降の走査動作は行わず、上記所定の認識対象領域に記憶されている、ステップＳ２で撮像した撮像画像を用いて、基板マークＫａのＸＹ方向の位置の認識を行い、処理を終える。

これに対し、上記（式１）を満たさないときは、ステップＳ５に移行し、「予備撮像高さ」よりも低い位置にあるのか否かを判断する。
ステップＳ５においては、例えば以下の条件式（式２）を用いる。
（Ｃｘ／Ｃｙ）＞α・・・・・（式２）
この（式２）を満たすならば、基板マークＫａは「予備撮像高さ」よりも低い位置にあると判断してステップＳ６に移行する。これに対し、（式２）を満たさないならば、「予備撮像高さ」よりも高い位置にあると判断してステップＳ７に移行する。
ここで、上記（式１）および（式２）中のα、β、γ（α≦１≦β、γ≧０）は予め設定された任意の値である（図７および図８参照）。

次に、上記（式１）および（式２）の判断から、各コントラスト値Ｃｘ、Ｃｙに差異があると認めるときには、ステップＳ６およびステップＳ７において、基板認識部１７の光軸方向Ｌでの合焦位置があるべき方向およびその範囲を仮設定し、その仮設定された合焦位置があるべき方向およびその範囲の情報に基づいて、基板マークＫａの走査動作を行う。

すなわち、ステップＳ６（ステップＳ５で（式２）を満たす場合）では、基板認識部１７を光軸に沿って所定の距離、例えば２ｍｍだけ下方向（「仮設定された合焦位置があるべき方向およびその範囲」に対応、以下同じ）に移動させながら、所定のサンプリング間隔、例えば１００μｍ毎に基板マークＫａの撮像を行い、走査された各撮像画像について各コントラスト値ＣｘとＣｙを求める共に、その平均値を算出し、ステップＳ８に移行する。

一方、ステップＳ７（ステップＳ５で（式２）を満たさない場合）では、基板認識部１７を光軸に沿って所定の距離、例えば２ｍｍだけ上方向に移動させながら、所定のサンプリング間隔、例えば１００μｍ毎に基板マークＫａの撮像を行い、各撮像画像に各コントラスト値ＣｘとＣｙを求める共に、その平均値を算出し、ステップＳ８に移行する。
ステップＳ８では、ステップＳ７あるいはステップＳ８で求めた各コントラスト値ＣｘとＣｙの平均値のピーク位置を算出する（図９参照）。なお、この際、例えば特許文献１に記載の技術同様に、予め設定された所定の関数からなる近似式を用いてもよい。

続くステップＳ９では、ステップＳ８で求めた各コントラスト値ＣｘとＣｙの平均値のピーク位置に、基板認識部１７の焦点位置が一致するように、基板認識部１７内の撮像レンズ３５および基板認識カメラ３６を光軸方向Lに移動させる。
続くステップＳ１０では、移動後の基板認識部１７にて再度基板マークＫａを撮像し、当該撮像した撮像画像のデータを上記所定の認識対象領域に記憶してステップＳ１１に移行し、ステップＳ１１では、所定の認識対象領域に記憶された、当該再度の基板マークＫａを撮像した撮像画像のデータを用いて、基板マークＫａのＸＹ方向の位置の認識を行い、処理を終える。

次に、この電子部品実装装置１の撮像装置による焦点調整方法およびその作用・効果について説明する。
この電子部品実装装置１は、基板認識部１７の合焦位置を調整する際には、まず、基板認識部１７が、基板Ｋ上の円形の基板マークＫaをその視野に据えるように吸着ヘッド部１３を移動させると同時に、基板認識部１７の焦点位置を「予備撮像高さ」に位置決めする。次いで、この予備撮像高さにおいて、基板認識部１７により基板マークＫａを撮像し、その撮像画像のデータを所定の認識対象領域に記憶する（予備撮像工程（ステップＳ１〜Ｓ２））。

したがって、この予備撮像工程では、基板マークＫａを「予備撮像高さ」のみで撮像するので、その撮像は、光軸方向Ｌでの広い範囲に渡って順次に走査を行う場合に比べて、極めて短時間に行うことができる。
次いで、基板マークＫａの撮像画像のＸ方向エッジＥｘのコントラスト値ＣｘとＹ方向エッジＥｙのコントラスト値Ｃｙを求める（暈け情報算出工程（ステップＳ３））。この暈け情報算出工程では、予備撮像工程で撮像された撮像画像内のＸ方向エッジＥｘとＹ方向エッジＥｙについて、コントラスト値Ｃｘとコントラスト値Ｃｙを基板マークＫａの非点収差による暈け具合の情報として算出するので、Ｘ方向エッジＥｘとＹ方向エッジＥｙ相互のコントラスト値の差異が判る。

そして、基板マークＫａの光軸方向Ｌでの高さに応じて、ステップ２で得られた基板マークＫａの、Ｘ方向エッジＥｘとＹ方向エッジＥｙ相互のコントラスト値の差異は、上述の（Ａ）〜（Ｃ）の３パターンの内のいずれかとなるから、このコントラスト値の関係から基板マークＫａのおおよその合焦高さを判断する（焦点位置設定工程（ステップＳ４〜Ｓ１１））。

この焦点位置設定工程では、上述したように、Ｘ方向エッジＥｘとＹ方向エッジＥｙ相互のコントラスト値、および非点収差による光軸方向Ｌでの焦点高さの差異の相関関係の情報に基づいて、基板認識部１７の合焦位置があるべき方向およびその範囲を設定するので、この設定された、合焦位置があるべき方向およびその範囲のみを順次に走査するだけで基板認識部１７の合焦位置を設定することが可能である。そのため、図１０に例示して説明したような、光軸方向での全体を走査範囲として走査して合焦位置を設定する方法に比べて、光軸方向での走査範囲を可及的に少なくすることができる。したがって、基板認識部１７の合焦位置を効率良く設定することができる。

特に、本実施形態の焦点位置設定工程（ステップＳ４〜Ｓ１１）は、暈け情報算出工程（ステップＳ３）で算出されたＸ方向エッジＥｘとＹ方向エッジＥｙの相互のコントラスト値Ｃｘ，Ｃｙに差異がないと認めるときには（ステップＳ４でのＹ）、「予備撮像高さ」を合焦点位置として設定するので、コントラスト値Ｃｘ，Ｃｙに差異がない場合には、予備撮像工程での、基板認識部１７をその視野内の「予備撮像高さ」で撮像しただけで基板認識部１７の合焦位置を設定することができる。したがって、その後の走査が不要であり、基板認識部１７の合焦位置をより効率良く設定することができる。

さらに、本実施形態の焦点位置設定工程（ステップＳ４〜Ｓ１１）は、暈け情報算出工程で算出されたＸ方向エッジＥｘとＹ方向エッジＥｙに差異があると認めるときには（ステップＳ４でのＮ）、基板認識部１７の光軸方向Ｌでの合焦位置があるべき方向およびその範囲を仮設定し（合焦位置仮設工程（ステップＳ６およびステップＳ７）、その仮設定された、合焦位置があるべき方向およびその範囲の情報（例えば２ｍｍだけ上方向または下方向）に基づいて、基板マークＫａを撮像し（焦点位置走査工程（ステップＳ６およびステップＳ７））、基板認識部１７の合焦位置を設定する。そのため、コントラスト値Ｃｘ，Ｃｙに差異がある場合に、その後の走査範囲を可及的に少なくし、基板認識部１７の合焦位置を効率良く設定することができる。

以上説明したように、この電子部品実装装置１の撮像装置およびこれによる焦点調整方法によれば、「予備撮像高さ」にて基板マークＫａの１枚の画像を撮像するだけで、対象物のおおよその高さを判断し、その結果に基づいて走査方向および走査範囲を決定するので、走査範囲を広く取る必要が無くなり、撮像装置の合焦位置の自動焦点調整を高速化することができる。

なお、本発明に係る撮像装置の焦点調整方法および焦点調整装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、電子部品実装装置１を例に、基板Ｋ上の基板マークＫａの認識に主眼を置いた例で説明しているが、これに限定されず、本発明に係る撮像装置の焦点調整方法および焦点調整装置は、例えば実装後の部品の検査等に使用してもよい。また、撮像装置として、基板認識部１７に適用した例で説明したが、これに限らず、撮像装置として、部品認識カメラ１６についても同様に適用可能であることは勿論である。

また、例えば上記実施形態では、「撮像画像の暈け具合の情報」として、基板マークＫａのＸ方向エッジＥｘとＹ方向エッジＥｙの各コントラスト値Ｃｘ、Ｃｙを用いたが、これに限らず、この「撮像画像の暈け具合の情報」は基板マークＫａ等を撮像した時に、その像の暈け具合によって変化するデータであって、かつ合焦位置で最大値あるいは最小値をとる値であれば何でもよい。例えば、基板マークＫａのエッジ部を含む所定領域のコントラスト値の逆数や、濃度値の分散・標準偏差等を用いてもよい。

また、上記実施形態では、撮像した画面のＸ方向およびＹ方向相互のＸ方向エッジＥｘとＹ方向エッジＥｙを、「少なくとも二つの部分」として比較した例で説明したが、これに限らず、少なくとも二つの部分について認識対象物の非点収差による暈け具合の情報を比較可能であれば、その他の方向、例えば斜め方向での２または２以上のデータ等を用いてもよい。

また、上記実施形態では、基板マークＫａのＸ方向エッジＥｘのコントラスト値Ｃｘとして、基板マークＫａの左エッジＥ_Lを含む所定領域のコントラスト値と右エッジＥ_Rを含む所定領域のコントラスト値の平均値を用いたが、これに限らず、左エッジＥ_Lのコントラスト値のみを用いたり、あるいは右エッジＥ_Rのコントラスト値のみを用いたり、更には左エッジＥ_Lと右エッジＥ_Rのコントラスト値の和等を用いたりしてもよい。また、同様に、基板マークＫａのＹ方向エッジＥｙのコントラスト値として、上エッジＥ_Uを含む所定領域のコントラスト値と下エッジＥ_Dを含む所定領域のコントラスト値の平均値を用いた例で説明したが、これに限らず、上エッジＥ_Uのコントラスト値のみを用いたり、下エッジＥ_Dのコントラスト値のみを用いたり、上エッジＥ_Uと下エッジＥ_Dのコントラスト値の和等を用いたりしてもよい。

また、上記実施形態では、条件式（式１）および（式２）を用いて、基板マークＫａのおおよその高さを判断した例で説明したが、これに限らず、基板マークＫａのおおよその高さを判断可能であれば、他の条件式を用いてもよい。
また、上記実施形態では、基板マークＫａが予め設定した「予備撮像高さ」とほぼ等しい位置にある時は、その後の走査動作を行わない例で説明したが、これに限らず、「予備撮像高さ」を含む所定の範囲を設定して走査動作を行う構成としてもよい。但し、迅速な設定を優先するのであれば、上記実施形態のように、基板マークＫａが予め設定した「予備撮像高さ」とほぼ等しい位置にある時は、その後の走査動作を行わないようにすることは好ましい。

また、上記実施形態では、基板マークＫａの高さにより、走査範囲および走査方向の両方を変更した例で説明したが、これに限らず、その一方のみ、つまり、走査範囲または走査方向を変更する構成としてもよい。
また、上記実施形態では、コントラスト値Ｃｘ、Ｃｙの平均値のピーク位置に、基板認識部１７の焦点位置を移動させて、基板マークＫａの認識を行ったが、これに限らず、コントラスト値Ｃｘのピーク位置あるいはコントラスト値Ｃｙのピーク位置等、その他の位置に基板認識部１７の焦点位置を移動させて、基板マークＫａの認識を行ってもよい。

また、上記実施形態では、プレート型のハーフミラー３４をＺ軸に対してＺＸ平面内で４５°傾けた例で説明したが、これに限らず、非点収差が生じるように設定すれば、他の角度や他の平面内で傾けてもよい。また、プレート型ハーフミラーにより非点収差を発生させた例で説明したが、これに限らず、他の光学部品やレンズ自身に非点収差を持たせてもよい。

本発明に係る電子部品実装装置用撮像装置の焦点調整方法を用いる焦点調整装置を備えた電子部品実装装置の一実施形態の斜視図であり、同図では、その一部を破断して示している。 本発明に係る電子部品実装装置の一実施形態の制御系の構成を示すブロック図である。 図２に示す基板認識部を拡大して示す図である。 焦点調整処理のフローチャートである。 認識対象物の非点収差による暈け具合の情報を説明する図であり、同図では、基板マークとそのエッジを示している。 認識対象物の非点収差による暈け具合の情報を説明する図であり、同図では、基板マークのエッジ部分における暈け具合のイメージ（（ａ）〜（ｃ））を示している。 認識対象物の非点収差による暈け具合の情報を説明する図であり、同図では、非点収差による撮像画像の二つの部分についての暈け具合の情報を、コントラスト値と基板マークの高さとの関係において図示している。 認識対象物の非点収差による暈け具合の情報を説明する図であり、同図では、非点収差による撮像画像の二つの部分についての暈け具合の情報相互の比と基板マークの高さとの関係を図示している。 各コントラスト値Ｃｘ，Ｃｙの平均値のピーク位置のイメージを示す図である。 従来の焦点調整方法における一連の焦点の調整動作を説明するための図である。

符号の説明

１ 電子部品実装装置
１１ 部品供給部
１２ Ｘ軸移動機構
１３ 吸着ヘッド部
１４ Ｙ軸移動機構
１５ 回路基板搬送路
１６ 部品認識カメラ
１７ 基板認識部（撮像装置）
２０ コントローラ
２７ 画像認識装置
３０ 記憶装置
３２ 照明基板
３３ 拡散板
３４ ハーフミラー
３５ 撮像レンズ
３６ 基板認識カメラ
Ｋ 基板
Ｋａ 基板マーク
Ｌ 光軸方向
Ｐ 電子部品

Claims (8)

1. 電子部品または基板を認識対象物として撮像する撮像装置の焦点を調整する方法であって、
   前記認識対象物を前記撮像装置の視野内の一の位置で撮像する予備撮像工程と、該予備撮像工程で撮像された撮像画像の少なくとも二つの部分について非点収差による前記撮像画像の暈け具合の情報を算出する暈け情報算出工程と、該暈け情報算出工程で算出された少なくとも二つの部分の暈け具合の情報、および前記非点収差による光軸方向での焦点高さの差異の相関関係の情報に基づいて、前記撮像装置の光軸方向での合焦位置があるべき方向およびその範囲の少なくとも一方を設定する焦点位置設定工程とを含むことを特徴とする撮像装置の焦点調整方法。
2. 前記予備撮像工程における前記撮像装置の視野内の一の位置を、前記撮像装置の設計上の焦点の高さに一致して、光軸方向での予め設定された高さに設定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置の焦点調整方法。
3. 前記焦点位置設定工程は、前記暈け情報算出工程で算出された少なくとも二つの部分の暈け具合の情報に差異がないと認めるときには、前記一の位置を合焦点位置として設定することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置の焦点調整方法。
4. 前記焦点位置設定工程は、前記暈け情報算出工程で算出された少なくとも二つの部分の暈け具合の情報に差異があると認めるときには、前記撮像装置の光軸方向での合焦位置があるべき方向およびその範囲の少なくとも一方を仮設定し、その仮設定された合焦位置があるべき方向およびその範囲の少なくとも一方の情報に基づいて、前記認識対象物を撮像し、前記撮像装置の合焦位置を設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の撮像装置の焦点調整方法。
5. 前記非点収差は、前記撮像装置を構成する光学部品により与えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の撮像装置の焦点調整方法。
6. 前記光学部品は、プレート型ハーフミラーであることを特徴とする請求項５に記載の撮像装置の焦点調整方法。
7. 前記暈け具合の情報は、コントラスト値であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の撮像装置の焦点調整方法。
8. 電子部品または基板を認識対象物として撮像する撮像装置の焦点を調整する焦点調整装置であって、
   前記認識対象物を前記撮像装置の視野内の一の位置で撮像する予備撮像手段と、該予備撮像手段で撮像された撮像画像の少なくとも二つの部分について非点収差による前記認識対象物の暈け具合の情報を算出する暈け情報算出手段と、該暈け情報算出手段で算出された少なくとも二つの部分の暈け具合の情報、および前記非点収差による前記撮像装置の焦点高さの差異の相関関係の情報に基づいて、前記撮像装置の光軸方向での合焦位置があるべき方向およびその範囲の少なくとも一方を設定する焦点位置設定手段とを有することを特徴とする撮像装置の焦点調整装置。

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