JP2010211022A - Method for adjusting focal position of image recognition optical system, image recognition optical system, and head alignment device - Google Patents
Method for adjusting focal position of image recognition optical system, image recognition optical system, and head alignment device Download PDFInfo
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Abstract
Description
本発明は、認識対象物の合焦画像を得るために、画像認識光学系の焦点レンズを移動させて焦点位置を調整する画像認識光学系の焦点位置調整方法、画像認識光学系およびヘッドアライメント装置に関するものである。 The present invention relates to a focus position adjusting method for an image recognition optical system, an image recognition optical system, and a head alignment apparatus that adjust a focus position by moving a focus lens of the image recognition optical system in order to obtain a focused image of a recognition object. It is about.
従来、この種の画像認識光学系の焦点位置調整方法として、画像認識結果に基づくフォーカス評価値(焦点評価値)を用いて、焦点位置を調整する方法が知られている(特許文献1参照)。この焦点位置調整方法は、サーチ範囲内の多数の位置で画像認識を行って、各位置でのフォーカス評価値を求めた後、フォーカス評価値が最も高い位置に、焦点位置を調整するものである。 Conventionally, as a focus position adjustment method of this type of image recognition optical system, a method of adjusting a focus position using a focus evaluation value (focus evaluation value) based on an image recognition result is known (see Patent Document 1). . In this focus position adjustment method, image recognition is performed at a large number of positions within a search range, focus evaluation values at each position are obtained, and then the focus position is adjusted to a position with the highest focus evaluation value. .
しかしながら、このような焦点位置調整方法では、サーチ範囲内の画像認識の間隔に比例して、合焦画像が得られる精度が変わるため、細かい間隔で画像認識を行う必要がある。ゆえに、焦点位置の調整が煩雑となってしまうという問題があった。これに対し、画像認識の間隔を広くし、各フォーカス評価値を試料として近似曲線を生成すると共に、近似曲線のピーク位置に、焦点位置を調整する方法も考えられるが、かかる場合、ピーク位置から離れた位置のフォーカス評価値も試料として用いるため、目的とするピーク位置近辺の近似曲線が精度良く得られない、結果、合焦画像を精度良く得られないという問題がある。また、近似曲線の試料となる各フォーカス評価値の数が、ピーク位置の前後間で偏ってしまうため、ピーク位置の前後の近似曲線を同一条件で生成することができない。ゆえに、近似曲線のピーク位置が前後にずれ、合焦画像が精度良く得られないという問題がある。 However, in such a focus position adjustment method, since the accuracy with which a focused image is obtained changes in proportion to the image recognition interval within the search range, it is necessary to perform image recognition at fine intervals. Therefore, there is a problem that the adjustment of the focal position becomes complicated. On the other hand, a method of generating an approximate curve using each focus evaluation value as a sample and widening the image recognition interval and adjusting the focal position to the peak position of the approximate curve is also conceivable. Since the focus evaluation value at a distant position is also used as a sample, there is a problem that an approximate curve near the target peak position cannot be obtained with high accuracy, and as a result, a focused image cannot be obtained with high accuracy. Further, since the number of focus evaluation values that are samples of the approximate curve is biased before and after the peak position, the approximate curve before and after the peak position cannot be generated under the same conditions. Therefore, there is a problem that the peak position of the approximate curve is shifted back and forth, and a focused image cannot be obtained with high accuracy.
本発明は、焦点位置の調整を容易に行うことができると共に、認識対象物の合焦画像を精度良く得ることができる画像認識光学系の焦点位置調整方法、画像認識光学系およびヘッドアライメント装置を提供することを課題としている。 The present invention provides a focus position adjusting method for an image recognition optical system, an image recognition optical system, and a head alignment device that can easily adjust a focus position and can obtain a focused image of a recognition object with high accuracy. The issue is to provide.
本発明の画像認識光学系の焦点位置調整方法は、認識対象物の合焦画像を得るために、画像認識光学系の焦点レンズを移動させて焦点位置を調整する画像認識光学系の焦点位置調整方法であって、焦点レンズの移動によって、焦点位置を、想定される適正焦点位置の手前から先方に移動させながら、焦点レンズの移動量に対する合焦画像の鮮明度を指標するフォーカス評価値を、複数箇所測定する測定工程と、測定した複数のフォーカス評価値の中から、焦点レンズの移動量に伴ってピークを経て減少し始めたフォーカス評価値である減少フォーカス評価値を検出する減少評価値検出工程と、測定した複数のフォーカス評価値のうち、減少フォーカス評価値以上の複数のフォーカス評価値を、有効評価値として抽出する有効評価値抽出工程と、複数の有効評価値から近似曲線を生成し、そのピークの移動量だけ、焦点レンズを移動して、焦点位置を調整する焦点位置調整工程と、を備えたことを特徴とする。 The focus position adjustment method of the image recognition optical system according to the present invention adjusts the focus position by moving the focus lens of the image recognition optical system in order to obtain a focused image of the recognition object. A focus evaluation value that indicates the sharpness of the focused image with respect to the moving amount of the focus lens while moving the focus position from the front of the assumed proper focus position by moving the focus lens. Decrease evaluation value detection that detects a reduced focus evaluation value, which is a focus evaluation value that starts to decrease through a peak with the amount of movement of the focal lens, from a measurement process that measures multiple locations and a plurality of measured focus evaluation values An effective evaluation value extracting step of extracting, as effective evaluation values, a plurality of focus evaluation values that are equal to or greater than the reduced focus evaluation value among the plurality of measured focus evaluation values; Generating an approximate curve from a plurality of effective evaluation value, only the amount of movement of the peak, by moving the focus lens, characterized by comprising a focus position adjusting step of adjusting the focal position.
本発明の画像認識光学系は、認識対象物の合焦画像を得るために、画像認識光学系の焦点レンズを移動させて焦点位置を調整可能な画像認識光学系であって、焦点レンズの移動によって、焦点位置を、想定される適正焦点位置の手前から先方に移動させながら、焦点レンズの移動量に対する合焦画像の鮮明度を指標するフォーカス評価値を、複数箇所測定する測定手段と、測定した複数のフォーカス評価値の中から、焦点レンズの移動量に伴ってピークを経て減少し始めたフォーカス評価値である減少フォーカス評価値を検出する減少評価値検出手段と、測定した複数のフォーカス評価値のうち、減少フォーカス評価値以上の複数のフォーカス評価値を、有効評価値として抽出する有効評価値抽出手段と、複数の有効評価値から近似曲線を生成し、そのピークの移動量だけ焦点レンズを移動して、焦点位置を調整する焦点位置調整手段と、を備えたことを特徴とする。 The image recognition optical system of the present invention is an image recognition optical system capable of adjusting a focal position by moving a focus lens of an image recognition optical system in order to obtain a focused image of a recognition object. Measuring means for measuring a plurality of focus evaluation values for measuring the sharpness of the focused image with respect to the moving amount of the focusing lens while moving the focal position from the front of the assumed appropriate focal position to the front. Among the plurality of focus evaluation values, a reduced evaluation value detection means for detecting a reduced focus evaluation value, which is a focus evaluation value that starts to decrease through a peak with the amount of movement of the focus lens, and a plurality of measured focus evaluations Among these values, an effective evaluation value extracting means for extracting a plurality of focus evaluation values equal to or greater than the reduced focus evaluation value as effective evaluation values, and generating an approximate curve from the plurality of effective evaluation values. And, by moving the moving amount by a focal lens of the peak, characterized by comprising a focus position adjusting means for adjusting the focal position.
これらの構成によれば、ピークを経て減少し始めた減少フォーカス評価値以上のフォーカス評価値を有効評価値(試料)として、近似曲線を生成することにより、ピーク位置の近傍範囲のフォーカス評価値を試料として、近似曲線を生成するため、目的とするピーク位置近辺の近似曲線を精度良く得ることができる。また、ピーク位置の前後における試料の範囲が同一となり、ピーク位置の前後間の試料の数に偏りが生じないため、近似曲線のピーク位置がずれることがない。ゆえに、認識対象の合焦画像を精度良く得ることができる。加えて、細かい間隔で画像認識を行う必要がないため、焦点位置の調整を容易に行うことができる。 According to these configurations, a focus evaluation value that is equal to or greater than the reduced focus evaluation value that starts to decrease after the peak is used as an effective evaluation value (sample), and the focus evaluation value in the vicinity of the peak position is obtained by generating an approximate curve. Since an approximate curve is generated as a sample, an approximate curve near the target peak position can be obtained with high accuracy. In addition, since the sample ranges before and after the peak position are the same and the number of samples before and after the peak position is not biased, the peak position of the approximate curve does not shift. Therefore, a focused image to be recognized can be obtained with high accuracy. In addition, since it is not necessary to perform image recognition at fine intervals, the focus position can be easily adjusted.
本発明のヘッドアライメント装置は、ノズル面に位置合せマークを有する複数のインクジェットヘッドを相互に位置決めするヘッドアライメント装置であって、複数のインクジェットヘッドの位置合せマークに対応する複数の基準マークを有するアライメントマスクと、アライメントマスクをセットテーブル上に位置決め固定するマスク固定治具と、マスク固定治具上に、プリアライメントされた状態でセットされた、複数のインクジェットヘッドの位置合せマーク、およびアライメントマスクの基準マークを、下方から同時に画像認識する上記の画像認識光学系と、画像認識光学系の認識結果に基づいて、複数のインクジェットヘッドをそれぞれ位置補正する位置補正手段と、を備えたことを特徴とする。 The head alignment apparatus of the present invention is a head alignment apparatus that mutually positions a plurality of inkjet heads having alignment marks on the nozzle surface, and has an alignment having a plurality of reference marks corresponding to the alignment marks of the plurality of inkjet heads. Mask, mask fixing jig for positioning and fixing the alignment mask on the set table, alignment marks for a plurality of inkjet heads set in a pre-aligned state on the mask fixing jig, and alignment mask reference The image recognition optical system for simultaneously recognizing images of the mark from below, and position correction means for correcting the position of each of the plurality of inkjet heads based on the recognition result of the image recognition optical system. .
この構成によれば、容易に且つ精度良く焦点位置を調整することができる画像認識光学系を用いることで、インクジェットヘッドの位置決めを容易に且つ精度良く行うことができる。 According to this configuration, the inkjet head can be positioned easily and accurately by using the image recognition optical system that can adjust the focal position easily and accurately.
この場合、画像認識光学系は、位置合せマークを画像認識する第1光学系と、基準マークを画像認識する第2光学系と、から成る二焦点顕微鏡で構成されていることが好ましい。 In this case, the image recognition optical system is preferably composed of a bifocal microscope including a first optical system for recognizing the alignment mark and a second optical system for recognizing the reference mark.
この構成によれば、位置合せマークと基準マークとを画像認識する二焦点顕微鏡を用いることで、各マークのそれぞれにおいて焦点を合わせることができるため、各マークの合焦画像を同時に精度良く得ることができ、位置合せを容易に且つ精度良く行うことができる。 According to this configuration, by using a bifocal microscope that recognizes images of the alignment mark and the reference mark, it is possible to focus on each of the marks, so that a focused image of each mark can be obtained simultaneously with high accuracy. And alignment can be performed easily and accurately.
以下、添付図面を参照して、本発明の一実施形態に係るヘッドアライメント装置について説明する。このヘッドアライメント装置は、複数のインクジェットヘッドから成るヘッドユニットを形成するためのものであり、複数のインクジェットヘッドを相互に位置決めするものである。また、このヘッドアライメント装置は、精度良く且つ容易に焦点を合わせることができる二焦点顕微鏡を用いたことを特徴する。ここで、ヘッドアライメント装置を説明に先立ち、当該アライメントの対象となるインクジェットヘッドおよびこれを複数個搭載したヘッドユニットについて説明する。 Hereinafter, a head alignment apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. This head alignment apparatus is for forming a head unit composed of a plurality of inkjet heads, and positions the plurality of inkjet heads relative to each other. In addition, this head alignment apparatus is characterized by using a bifocal microscope that can be focused accurately and easily. Prior to the description of the head alignment apparatus, an inkjet head to be subjected to the alignment and a head unit equipped with a plurality of the inkjet heads will be described.
図1に示すように、ヘッドユニット1は、図外の複数(4色(黒・赤・緑・青))のインクカートリッジを装着し、保持するカートリッジケース11(底板のみ図示)と、複数(4個)のインクジェットヘッド12と、各インクジェットヘッド12が接着固定される固定板13と、固定板13に固定されたインクジェットヘッド12を覆うカバーヘッド14と、を有している。
As shown in FIG. 1, the head unit 1 includes a cartridge case 11 (only the bottom plate is shown) that holds and holds a plurality of (four colors (black, red, green, blue)) ink cartridges that are not shown. 4)
カートリッジケース11には、インク供給手段である各色のインクカートリッジがそれぞれ装着される複数のインク供給針11a(フィルター付)が等間隔で一列に並んで配設されている。各インク供給針11aには、複数の微小なインク連通路11bが開口しており、各インク連通路11bは、後述するヘッドケース19の一対のインク導入口19aに連通している。
In the cartridge case 11, a plurality of
図2および図3に示すように、インクジェットヘッド12は、複数の吐出ノズル21が穿設されたノズルプレート15と、各吐出ノズル21に連通する圧力室16aが形成された流路形成基板16と、圧電素子23を保護する保護基板17と、流路形成基板16および保護基板17に連通する共通室16bを封止するシール基板18と、インクジェットヘッド12の外装を為すヘッドケース19と、を下側から順に積層して構成されている。
As shown in FIG. 2 and FIG. 3, the
ノズルプレート15は、ステンレス等で形成され、流路形成基板16の一面(下面)に接着剤等によって接着されている。また、ノズルプレート15のノズル面NFには、複数(180個)の吐出ノズル21が等ピッチで穿設され、一のノズル列NLを構成している。ノズル面NFには、2列のノズル列NLが平行に形成されており、各列のノズル面NFの複数の吐出ノズル21は、相互に半ピッチずれて列設されている(図2では、ノズル列NL相互のずれを示さず)。
The
流路形成基板16には、複数の隔壁によって区画された複数の圧力室16aが、複数の吐出ノズル21に対応するように幅方向に2列並んで形成されている。また、流路形成基板16の短辺方向外側の領域には、長辺に沿って各色のインクカートリッジから供給されたインクを貯留する一対の共通室16bが形成されており、各圧力室16aと共通室16bとは、それぞれ供給路16cを介して連通している。なお、共通室16bは、保護基板17と連通しており、ヘッドケース19に設けられたインク導入口19aを介して各色のインクカートリッジからのインクの供給を受ける。
In the flow
保護基板17は、弾性膜17aを介して流路形成基板16に連結されている。弾性膜17a上には、各圧力室16aに対応する数の圧電素子23が形成され、各圧電素子23を収容するための機構部17bが凹設されている。また、保護基板17上には、各圧電素子23を駆動するための駆動IC24が設けられ、駆動IC24の各端子は、ボンディングワイヤ等を介して各圧電素子23と接続されている。そして、駆動IC24の各端子には、外部配線25(フレキシブルフラットケーブル)を介して外部と接続され、印刷信号等の各種信号を受け取るようになっている。
The
ヘッドケース19は、シール基板18を介して保護基板17に連結されており、シール基板18によってのみ共通室16bが封止されている。ヘッドケース19には、インクの導入口となる一対のインク導入口19aが両長辺方向略中央に開口している。また、ヘッドケース19の中央部には、上記の駆動IC24に接続する外部配線25が挿通するIC保持部19bが厚さ方向に貫通形成されている。
The
このようなインクジェットヘッド12は、インクカートリッジからインク連通路11b(図1参照)およびインク導入口19aを介してインクを取り込み、共通室16bから各吐出ノズル21に至るまでをインクで充満させる。この状態で、圧電素子23に電圧を印加して弾性膜17aを変形させることで、圧力室16aの体積変化を利用して共通室16bから機能液を導入すると共に、吐出ノズル21からインク滴を吐出する。
Such an
次に、図1に示すように、固定板13は、ステンレス等で形成された平板からなり、4個のインクジェットヘッド12のノズル面NFに接合される共通の固定部材であり、4個のインクジェットヘッド12を、その短辺方向に等間隔で一列に並べて保持している。固定板13は、各インクジェットヘッド12の複数の吐出ノズル21を露出する露出開口部13aと、露出開口部13aを画成すると共にインクジェットヘッド12のノズル面NF周縁に接合される枠状接合部13b(四周枠と3つの桟から成る)と、を有している。なお、固定板13への各インクジェットヘッド12の位置決めは、後述するヘッドアライメント装置2を用いて行う。また、固定板13とノズルプレート15との接合は、例えば、熱硬化性のエポキシ系接着剤や、紫外線硬化型の接着剤等を用いている。なお、本実施形態のヘッドユニット1は、4個のインクジェットヘッド12から構成されているが、この個数は任意である。
Next, as shown in FIG. 1, the fixing
カバーヘッド14は、ステンレス等で形成された枠状の底板を有する箱状の部材であり、固定板13に固定した4個のインクジェットヘッド12を覆うようにして、カートリッジケース11に固定されている。また、カバーヘッド14には、固定板13の4つの露出開口部13aに対応して、4つのカバー開口部14aが設けられている。
The
次に、図4および図5を参照して、複数のインクジェットヘッド12を固定板13に位置決めするためのヘッドアライメント装置2について説明する。ヘッドアライメント装置2は、アライメントの対象であるインクジェットヘッド12を載置するアライメント治具(マスク固定治具)31と、アライメント治具31と一体となってインクジェットヘッド12を固定板13側に押圧する押圧手段32と、アライメント治具31をセットし、これを直線移動させる移動ステージ(セットテーブル)33と、移動ステージ33の下方からインクジェットヘッド12を撮像するための光学系を有する一対の二焦点顕微鏡(画像認識光学系)34と、チャック63cを介してインクジェットヘッド12の所定のアライメントを行うアライメント機構(位置補正手段)35と、移動ステージ33、各二焦点顕微鏡34およびアライメント機構35を制御する制御装置(PC(Personal Computer)等(図示省略))を備えている。
Next, the
アライメント治具31は、各インクジェットヘッド12の位置決めの基準となる複数の基準マーク42が設けられたアライメントマスク36と、アライメントマスク36を移動ステージ33に固定する為のベース治具37と、ベース治具37上に配設された固定板13を保持するスペーサー治具38と、を有している。なお、ベース治具37およびスペーサー治具38は、ステンレス等で形成されている。
The
アライメントマスク36は、ガラス等の透光性を有する材料(実施形態のものは石英ガラス)からなり、先端部に各基準マーク42が形成された複数の凸部41を有している。各凸部41は、各インクジェットヘッド12のノズルプレート15に形成された計360個の吐出ノズル21のうち、長辺方向外側で対角に位置する1番ノズルおよび360番ノズル(以下、それぞれ基準ノズル22と呼ぶ(図2参照))に対応する位置に突出している。すなわち、インクジェットヘッド12毎に一対の凸部41が突設され、アライメントマスク36には、合計8つの凸部41が突設されている。そして、各凸部41に設けられた基準マーク42と基準ノズル22とを相互に合致させることで、固定板13上における各ノズルプレート15の位置(インクジェットヘッド12の位置)を精度良く位置決めすることができるようになっている。すなわち、各基準ノズル22を、インクジェットヘッド12の位置決めマークとして用いる。
The
ここで、各基準マーク42はノズルプレート15のノズル面NFの近傍となる高さで形成するのが好ましい。これは、各二焦点顕微鏡34により画像認識する際に用いられるメタルハライドランプ等の熱によって、光路が大きくずれてしまい、各基準マーク42と基準ノズル22との実際の位置に大きな誤差が生じることを防止するためである。これにより、位置決め精度が向上する。
Here, each
ベース治具37は、無底の箱状に形成されており、移動ステージ33に載置されたアライメントマスク36に覆い被さるようにして、移動ステージ33上に着脱自在に配設されている。また、ベース治具37の天板には、アライメントマスク36の各凸部41が臨む、8つのベース貫通孔43が、厚さ方向に貫通形成されている。なお、移動ステージ33上において、ベース治具37により、アライメントマスク36が位置決めされていることは、言うまでもない。
The
スペーサー治具38は、いわゆる吸着プレートであり、固定板13を吸着保持する。スペーサー治具38には、ベース治具37の上面との間に真空ポンプ(図示せず)等の吸引手段が接続された吸引チャンバー44が複数(5つ)構成されている(図4参照)。各吸引チャンバー44は、スペーサー治具38の短辺方向略中央で、長辺方向に1列且つ等間隔に並んで開口(吸着孔)しており、固定板13(の枠状接合部13b)の裏面を吸引保持するようになっている。なお、スペーサー治具38は、ベース治具37に位置決め固定され、固定板13は、ベース治具37に位置決め固定されている。すなわち、固定板13とアライメントマスク36とは、大まかにではあるが相互に位置決めされている。
The
また、スペーサー治具38には、上記した各ベース貫通孔43に連通する8つのスペーサー貫通孔45が、厚さ方向に貫通形成されている。これにより、固定板13上に保持されたノズルプレート15の各基準ノズル22は、スペーサー貫通孔45およびベース貫通孔43を介してアライメントマスク36の底面側から各二焦点顕微鏡34により画像認識することができるようになっている。
Further, the
押圧手段32は、スペーサー治具38上にセットされたインクジェットヘッド12に覆い被さるような無底の箱状に形成されたフレーム部46と、フレーム部46上面に設けられて各インクジェットヘッド12(ノズルプレート15)を固定板13側に押圧する4つの押圧部47と、を有している。フレーム部46の短辺方向両側面の下方には、後述するアライメント機構35の一対のチャック63cが入り込むチャック開口48が、複数形成されている(図5参照)。各チャック開口48は、スペーサー治具38上にセットされた各インクジェットヘッド12に位置的に対応する箇所に開口している。
The pressing means 32 includes a
各押圧部47は、フレーム部46に挿通して上下方向に進退自在に設けられた押圧ピン51と、押圧ピン51を付勢ばね52aによりインクジェットヘッド12側に付勢すると共に押圧力の調整が可能なネジ機構部52bを有する付勢手段52と、押圧ピン51とインクジェットヘッド12との間に配置されたブロック形状の押圧パッド53と、から構成されている。付勢手段52は、ネジ機構部52bの締め込み量により、付勢ばね52aが押圧ピン51を押圧する圧力を調整することができる。これにより、各インクジェットヘッド12を固定板13に押圧する押圧力を各々調整することができるようになっている。
Each
移動ステージ33は、アライメント治具31を所定の位置にセットするステージ部54と、ステージ部54を直線的(X軸方向)に移動させるリニアモーター(図示省略)と、を有している。ステージ部54には、スペーサー貫通孔45およびベース貫通孔43に連通する8つのステージ貫通孔56が形成されており、各二焦点顕微鏡34で撮像するための光路が確保されている。
The moving
各二焦点顕微鏡34は、光軸Lを共有する2つの光学系71,72(第1光学系71および第2光学系72)を介して、焦点の異なる2つの画像を同時に画像再生(画像認識)するものであり、第1光学系71および第2光学系72を構成する顕微鏡光学系73と、第1光学系71および第2光学系72を介して同時に取り込んだ画像を再生処理する撮像ユニット74(CCDカメラ)と、を有している。光軸Lは、移動ステージ33の下側から基準マーク42および基準ノズル22の方向に向けられている。
Each
顕微鏡光学系73は、光軸Lを形成する対物レンズ76と、対物レンズ76からの入射光の一部を垂直に反射すると共に、入射光の一部を透過する分割ビームスプリッタ77と、分割ビームスプリッタ77の反射光を垂直に反射して、後述の統合ビームスプリッタ82に導く第1ミラー78と、分割ビームスプリッタ77から第1ミラー78に至る光路上に配設された第1合焦部79と、分割ビームスプリッタ77の透過光を垂直に反射して、統合ビームスプリッタ82に導く第2ミラー80と、第2ミラー80から統合ビームスプリッタ82に至る光路上に配設された第2合焦部81と、第1ミラー78からの光を垂直に反射すると共に第2ミラーからの光を透過し、これらを統合して撮像ユニット74に導く統合ビームスプリッタ82と、を備えている。第1光学系71は、対物レンズ76、分割ビームスプリッタ77、第1ミラー78、第1合焦部79および統合ビームスプリッタ82により構成されている。一方、第2光学系72は、対物レンズ76、分割ビームスプリッタ77、第2ミラー80、第2合焦部81および統合ビームスプリッタ82により構成されている。
The microscope
各合焦部79,81は、光路上に配設された焦点レンズ86と、焦点レンズ86を光路上で前後に移動させるレンズ移動機構87と、を備えている。各合焦部79,81の焦点レンズ86を光路方向に移動させることで、各光学系71,72の焦点位置を調整する。各二焦点顕微鏡34では、第1光学系71の焦点位置を基準マーク42(の高さ)に合わせると共に、第2光学系72の焦点位置を基準ノズル22(の高さ)に合わせることで、焦点の合った鮮明な両画像(合焦画像)を撮像ユニット74上に同時に得ることができる。これらの画像が重なるようインクジェットヘッド12の位置を調整することによって所定のアライメントを行う。なお、焦点位置を調整する際の焦点レンズ86の移動位置(適正移動位置)は、後述する適正位置決定動作によって決定する。
Each focusing
アライメント機構35は、装置フレーム61と、装置フレーム61に支持された上側から順にY軸ステージ62a、X軸ステージ62bおよびθ軸ステージ62cから成る移動機構62と、θ軸ステージ62cから下方に垂設され、各インクジェットヘッド12を把持する把持機構63と、から構成されている。把持機構63は、θ軸ステージ62cに垂設された一対のアーム63aと、各々のアーム63a先端部に配設された駆動シリンダー63bと、各駆動シリンダー63bのピストンロッドの先端に固着したチャック63cと、から成り、一対の駆動シリンダー63bを駆動することで、一対のチャック63cが、上記したフレーム部46の両側面に開口したチャック開口48を挿通して、一のインクジェットヘッド12の長辺方向の両端面に当接し、これを把持する。
The
そして、Y軸ステージ62a、X軸ステージ62bおよびθ軸ステージ62cを駆動することで、押圧手段32により、所定の押圧力で押圧されている状態の1のインクジェットヘッド12をX軸・Y軸方向に移動させると共にXY平面に直交する軸回りに回動させる。すなわち、各インクジェットヘッド12は、接着剤(非硬化状態)を塗布した固定板13に押圧された状態で、アライメント機構35によりアライメントされるようになっている。なお、移動機構62は移動ステージ33に対して位置固定されており、移動ステージ33が図中のX軸方向に移動することにより、個々のインクジェットヘッド12の上方に臨むようになっている。
Then, by driving the Y-
以上のようなヘッドアライメント装置2では、制御装置の指令によって、移動ステージ33上に位置決めセットされたアライメント治具31を、移動ステージ33により、各二焦点顕微鏡34の光軸Lと直交する水平にX軸方向に適宜移動する。そして、各インクジェットヘッド12の各基準ノズル22を光軸L上に臨ませ、一対の二焦点顕微鏡34による画像認識結果をもとにアライメント機構35を駆動して、各基準マーク42と各基準ノズル22とを合致させる。このように、所定の位置に位置決めした状態で、固定板13と各インクジェットヘッド12のノズルプレート15とを接着剤により接着する。なお、接着剤は、固定板13のノズルプレート15との接着面側に塗布されている。また、このヘッドアライメント装置2で行われる固定板13と各インクジェットヘッド12との位置決めは、仮固定であり、この後、アライメント治具31はヘッドアライメント装置2から取り出され、別装置へと搬入されて接着剤の硬化工程が行われる。
In the
ここで、図6および図7を参照して、各光学系71,72の焦点位置調整処理について説明する。この焦点位置調整処理は、いわゆるパッシブ方式のオートフォーカス機能を構成するものであり、認識対象物(基準マーク42および基準ノズル22)の合焦画像を得るために、焦点レンズ86を移動させて焦点位置を調整する処理である。図6に示すように、焦点位置調整処理は、認識撮像物の合焦画像を得るための、焦点レンズ86の移動位置(以下、適正移動位置と記載)を決定する適正位置決定動作(S1〜S5)と、決定した適正移動位置に焦点レンズ86を移動して、焦点位置を調整する焦点位置調整動作(S6)とから成る。これらは、制御装置の制御下で行われる。
Here, with reference to FIG. 6 and FIG. 7, the focus position adjustment process of each
図6に示すようには、適正位置決定動作では、まず、レンズ移動機構87により、サーチ範囲内で焦点レンズ86を移動しながら、基準位置(原点)からの移動量に対するフォーカス評価値(いわゆるフォーカス値)を、所定間隔で複数箇所測定する(S1)(測定工程および測定手段)。サーチ範囲は、焦点位置を、適正焦点位置の近傍範囲内で移動させる焦点レンズ86の移動範囲とする。この適正焦点位置とは、合焦画像が得られると想定される大よその焦点位置であり、この適正焦点位置の近傍範囲とは、適正焦点位置の手前から先方にかける範囲である。また、フォーカス評価値とは、合焦画像の鮮明度を指標する値であり、これが高いほど、鮮明な画像が得られるものである。
As shown in FIG. 6, in the proper position determination operation, first, a focus evaluation value (so-called focus) with respect to a movement amount from the reference position (origin) while the
各フォーカス評価値の測定は、撮像ユニット74によって認識対象物の画像を再生し、その再生結果の鮮明度に基づいて、フォーカス評価値を求めることで行われる。すなわち、焦点レンズ86を移動しながら、基準位置からの各移動量(各移動位置)において、認識対象物の画像を再生すると共に、その再生結果に基づいて、当該移動量のフォーカス評価値を求める。これにより、各移動量に対する各フォーカス評価値を測定する。その結果、図7(a)に示すようなグラフが作成される。
Each focus evaluation value is measured by reproducing the image of the recognition target object by the
各移動量に対する各フォーカス評価値を測定したら、測定した複数のフォーカス評価値の中から、焦点レンズ86の移動量に伴ってピークを超えて減少し始めた減少フォーカス評価値を検出する(S2)(図7(b)参照)(減少評価値検出工程および減少評価値手段)。厳密には、移動量の増加に伴ってピークを超えて減少した、と判定される第1のフォーカス評価値を、減少フォーカス評価値として検出する。すなわち、別の言い方をすれば、測定した複数のフォーカス評価値それぞれについて、減少フォーカス評価値であるか否かを判定し、減少フォーカス評価値であると判定されたフォーカス評価値を検出する。例えば、複数のフォーカス評価値のうち、最大のフォーカス評価値を有する移動量の、次の移動量のフォーカス評価値を、減少フォーカス評価値として検出する。なお、測定誤差の影響を加味して、最大値を有する移動量の、2、3先の移動量のフォーカス評価値を、減少フォーカス評価値としても良いし、最も高い3つのフォーカス評価値の移動量の、次の移動量のフォーカス評価値を、減少フォーカス評価値としても良い。
When each focus evaluation value for each movement amount is measured, a reduced focus evaluation value that starts to decrease beyond the peak with the movement amount of the
減少フォーカス評価値を検出したら、測定した複数のフォーカス評価値のうち、減少フォーカス評価値以上の複数のフォーカス評価値を、有効評価値として抽出する(S3)(図7(c)参照)(有効評価値抽出工程および有効評価値抽出手段)。その後、この複数の有効評価値に基づいて、移動量に対するフォーカス評価値の近似曲線を生成する(S4)(図7(d)参照)。近似曲線を生成したら、近似曲線のピーク(頂点)の移動量だけ基準位置から移動した位置を焦点レンズ86の適正移動位置として決定する(S5)(図7(e)参照)。 When the reduced focus evaluation value is detected, among the plurality of measured focus evaluation values, a plurality of focus evaluation values equal to or greater than the reduced focus evaluation value are extracted as effective evaluation values (S3) (see FIG. 7C) (valid Evaluation value extraction step and effective evaluation value extraction means). Thereafter, an approximate curve of the focus evaluation value with respect to the movement amount is generated based on the plurality of effective evaluation values (S4) (see FIG. 7D). When the approximate curve is generated, the position moved from the reference position by the amount of movement of the peak (vertex) of the approximate curve is determined as the proper movement position of the focus lens 86 (S5) (see FIG. 7E).
焦点レンズの適正移動位置を決定したら、焦点位置調整動作を実施する。すなわち、レンズ移動機構87により、決定した適正移動位置に焦点レンズ86を移動させる(S6)(焦点位置調整工程および焦点位置調整手段)。これにより、認識対象物の合焦画像が得られる位置に、焦点位置が調整され、本処理を終了する。
When the proper movement position of the focus lens is determined, the focus position adjustment operation is performed. That is, the
以上のような構成によれば、ピークを経て減少し始めた減少フォーカス評価値以上のフォーカス評価値を有効評価値(試料)として、近似曲線を生成することにより、ピーク位置の近傍範囲のフォーカス評価値を試料として、近似曲線を生成するため、目的とするピーク位置近辺の近似曲線を精度良く得ることができる。また、ピーク位置の前後間の試料の数に偏りが生じないため、近似曲線のピーク位置がずれることがない。ゆえに、認識対象の合焦画像を精度良く得ることができる。加えて、細かい間隔で画像認識を行う必要がないため、焦点位置の調整を容易に行うことができる。 According to the above configuration, the focus evaluation value in the vicinity of the peak position is generated by generating an approximate curve using the focus evaluation value equal to or higher than the reduced focus evaluation value starting to decrease after the peak as an effective evaluation value (sample). Since an approximate curve is generated using the value as a sample, an approximate curve near the target peak position can be obtained with high accuracy. Further, since the number of samples before and after the peak position is not biased, the peak position of the approximate curve is not shifted. Therefore, a focused image to be recognized can be obtained with high accuracy. In addition, since it is not necessary to perform image recognition at fine intervals, the focus position can be easily adjusted.
また、容易に且つ精度良く焦点位置を調整することができる画像認識光学系(二焦点顕微鏡34)を用いることで、インクジェットヘッド12の位置決めを容易に且つ精度良く行うことができる。
Further, by using an image recognition optical system (bifocal microscope 34) that can easily and accurately adjust the focal position, the
さらに、位置決めマーク(基準ノズル22)と基準マーク42とを画像認識する二焦点顕微鏡34を用いることで、各マーク22,42のそれぞれにおいて焦点を調整することができるため、各マーク22,42の合焦画像を同時に精度良く得ることができ、位置合せを精度良く且つ容易に行うことができる。
Further, by using the
なお、本実施形態では、焦点レンズ86の各移動量に対するフォーカス評価値を用いて、焦点レンズ86の適正移動位置を決定したが、焦点レンズ86の各移動位置に対するフォーカス評価値を用いて、焦点レンズ86の適正移動位置を決定しても良い。また、焦点位置の各移動量もしくは各移動位置に対するフォーカス評価値を用いて、焦点レンズ86の適正移動位置を決定しても良い。
In the present embodiment, the proper movement position of the
また、本実施形態では省略したが、基準ノズル22に焦点を合わせる際、ノズル面NFの高さを焦点位置として調整しても良いし、基準ノズル22の中間部を焦点位置として調整しても良い。
Although omitted in the present embodiment, when focusing on the
さらに、本実施形態においては、上記の二焦点顕微鏡34に本発明を適用したが、画像認識光学系であれば、これに限るものではない。例えば、他種の顕微鏡に本発明を適用しても良いし、各種カメラに本発明を適用してもよい。
Furthermore, in the present embodiment, the present invention is applied to the
またさらに、本実施形態においては、適正位置決定動作において、全てのフォーカス評価値測定が終了した後に、減少フォーカス評価値を検出する構成であったが、任意の1のフォーカス評価値を測定する都度、当該フォーカス評価値が、減少フォーカス評価値であるか否かを判定し、減少フォーカス評価値であると判定されたら、焦点レンズ86の移動を終了し、フォーカス評価値の測定を終了して、次の工程(有効評価値の抽出工程:S3)に移行する構成であっても良い。この構成によれば、フォーカス評価値の測定処理のタクトタイムを短縮することができる。
Furthermore, in the present embodiment, in the appropriate position determination operation, the reduced focus evaluation value is detected after all the focus evaluation value measurements are completed. However, every time one arbitrary focus evaluation value is measured, Then, it is determined whether or not the focus evaluation value is a reduced focus evaluation value. If it is determined that the focus evaluation value is a reduced focus evaluation value, the movement of the
2:ヘッドアライメント装置、 12:インクジェットヘッド、 22:基準ノズル、 31:アライメント治具、 33:移動ステージ、 34:二焦点顕微鏡、 35:アライメント機構、 36:アライメントマスク、 42:基準マーク、 71:第1光学系、 72:第2光学系、 74:撮像ユニット、 86:焦点レンズ、 87:レンズ移動機構、 NF:ノズル面 2: head alignment device, 12: inkjet head, 22: reference nozzle, 31: alignment jig, 33: moving stage, 34: bifocal microscope, 35: alignment mechanism, 36: alignment mask, 42: reference mark, 71: First optical system 72: Second optical system 74: Imaging unit 86: Focus lens 87: Lens moving mechanism NF: Nozzle surface
Claims (4)
前記焦点レンズの移動によって、前記焦点位置を、想定される適正焦点位置の手前から先方に移動させながら、前記焦点レンズの移動量に対する前記合焦画像の鮮明度を指標するフォーカス評価値を、複数箇所測定する測定工程と、
測定した複数のフォーカス評価値の中から、前記焦点レンズの移動量に伴ってピークを経て減少し始めたフォーカス評価値である減少フォーカス評価値を検出する減少評価値検出工程と、
測定した複数のフォーカス評価値のうち、前記減少フォーカス評価値以上の複数のフォーカス評価値を、有効評価値として抽出する有効評価値抽出工程と、
前記複数の有効評価値から近似曲線を生成し、そのピークの移動量だけ、前記焦点レンズを移動して、前記焦点位置を調整する焦点位置調整工程と、を備えたことを特徴とする画像認識光学系の焦点位置調整方法。 A focus position adjustment method for an image recognition optical system that adjusts a focus position by moving a focus lens of an image recognition optical system in order to obtain a focused image of a recognition object,
A plurality of focus evaluation values that indicate the sharpness of the focused image with respect to the amount of movement of the focus lens while moving the focus position from the front of the assumed proper focus position to the front by the movement of the focus lens. A measurement process for measuring points;
A reduced evaluation value detection step for detecting a reduced focus evaluation value, which is a focus evaluation value that starts to decrease through a peak with the amount of movement of the focus lens, from among the plurality of focus evaluation values measured;
An effective evaluation value extracting step of extracting a plurality of focus evaluation values that are equal to or greater than the reduced focus evaluation value among the plurality of measured focus evaluation values as an effective evaluation value;
A focus position adjustment step of generating an approximate curve from the plurality of effective evaluation values, and moving the focus lens by the amount of movement of the peak to adjust the focus position. A method for adjusting the focal position of an optical system.
前記焦点レンズの移動によって、前記焦点位置を、想定される適正焦点位置の手前から先方に移動させながら、前記焦点レンズの移動量に対する前記合焦画像の鮮明度を指標するフォーカス評価値を、複数箇所測定する測定手段と、
測定した複数のフォーカス評価値の中から、前記焦点レンズの移動量に伴ってピークを経て減少し始めたフォーカス評価値である減少フォーカス評価値を検出する減少評価値検出手段と、
測定した複数のフォーカス評価値のうち、前記減少フォーカス評価値以上の複数のフォーカス評価値を、有効評価値として抽出する有効評価値抽出手段と、
前記複数の有効評価値から近似曲線を生成し、そのピークの移動量だけ前記焦点レンズを移動して、前記焦点位置を調整する焦点位置調整手段と、を備えたことを特徴とする画像認識光学系。 An image recognition optical system capable of adjusting a focal position by moving a focus lens of an image recognition optical system in order to obtain a focused image of a recognition object,
A plurality of focus evaluation values that indicate the sharpness of the focused image with respect to the amount of movement of the focus lens while moving the focus position from the front of the assumed proper focus position to the front by the movement of the focus lens. Measuring means for measuring points;
A reduced evaluation value detecting means for detecting a reduced focus evaluation value, which is a focus evaluation value that starts to decrease through a peak with the amount of movement of the focus lens, from a plurality of measured focus evaluation values;
Effective evaluation value extraction means for extracting a plurality of focus evaluation values that are equal to or greater than the reduced focus evaluation value among the plurality of measured focus evaluation values as effective evaluation values;
An image recognition optical comprising: a focus position adjusting unit that generates an approximate curve from the plurality of effective evaluation values, moves the focus lens by an amount of movement of the peak, and adjusts the focus position. system.
前記複数のインクジェットヘッドの前記位置合せマークに対応する複数の基準マークを有するアライメントマスクと、
前記アライメントマスクをセットテーブル上に位置決め固定するマスク固定治具と、
前記マスク固定治具上に、プリアライメントされた状態でセットされた、前記複数のインクジェットヘッドの前記位置合せマーク、および前記アライメントマスクの前記基準マークを、下方から同時に画像認識する請求項2に記載の画像認識光学系と、
前記画像認識光学系の認識結果に基づいて、前記複数のインクジェットヘッドをそれぞれ位置補正する位置補正手段と、を備えたことを特徴とするヘッドアライメント装置。 A head alignment device for positioning a plurality of inkjet heads having alignment marks on a nozzle surface,
An alignment mask having a plurality of reference marks corresponding to the alignment marks of the plurality of inkjet heads;
A mask fixing jig for positioning and fixing the alignment mask on a set table;
The image of the alignment marks of the plurality of inkjet heads and the reference marks of the alignment mask set in a pre-aligned state on the mask fixing jig is simultaneously recognized from below. Image recognition optical system,
A head alignment apparatus comprising: position correction means for correcting the position of each of the plurality of inkjet heads based on a recognition result of the image recognition optical system.
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