JP2010281665A - 位相シフト画像撮像装置、部品移載装置および位相シフト画像撮像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】明るさの分布を有する照明光の全体の明るさが低下するのを抑制することが可能な位相シフト画像撮像装置を提供する。
【解決手段】この部品撮像装置６０（位相シフト画像撮像装置）は、それぞれＡ方向に延びるとともにＢ方向に間隔ｄ２で略平行に配置され、それぞれ線状パターンに発光する複数の発光素子列６２ａを含み、複数の発光素子列６２ａの少なくとも一部を発光させることによりＢ方向への明るさの分布を有する照明光を生成して部品１２０に対して照射する照明部６１と、照明部６１からの照明光を用いて部品１２０を撮像する撮像素子６３とを備え、照明部６１は、発光させる発光素子列６２ａを変更することにより部品１２０に照射する照明光の明るさの分布の位置をＢ方向へ変更可能に構成されている。
【選択図】図３

Description

この発明は、位相シフト画像撮像装置、部品移載装置および位相シフト画像撮像方法に関し、特に、所定の明るさの分布を有する照明光を撮像対象物に照射する照明部を備えた位相シフト画像撮像装置、部品移載装置および位相シフト画像撮像方法に関する。

従来、所定の明るさの分布を有する照明光を撮像対象物に照射する照明部を備えた撮像装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、３つの点光源と所定のマスクパターンが形成されたマスクとを含む照明部と、照明部から照射されて撮像対象物により反射された光を撮像する撮像部とを備えた撮像装置が開示されている。このマスクのマスクパターンは、透過率が正弦波状に分布するように形成されている。これにより、照明部は、明るさが正弦波状に分布する縞状の照明光を撮像対象物に投影することが可能に構成されている。また、照明部は、各点光源からの光がマスクを通過することによってそれぞれπ／４ずつ位相がシフトした縞状の照明光を撮像対象物に投影するように構成されている。上記特許文献１による撮像装置は、π／４ずつ位相が異なる３つの位相（０、π／４、π／２）の照明光を撮像対象物に投影して撮像部により撮像することが可能である。上記特許文献１による撮像装置を用いて、位相の異なる照明光により取得した画像に基づいて、位相シフト法を用いて撮像対象物の立体形状を計測することが可能である。

特開２００４−５３５３２号公報

しかしながら、上記特許文献１の撮像装置では、各点光源からの光をマスクを介して撮像対象物に照射させることによって、明るさが正弦波状に分布する照明光を撮像対象物に照射することが可能であるが、各点光源からの光はマスクパターンにより実質的には遮蔽されている。このことに起因して、光の損失が生じて照明光全体の光量が低下する。このため、撮像対象物に照射される照明光の明るさが十分に得られないという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、明るさの分布を有する照明光の全体の明るさが低下するのを抑制することが可能な位相シフト画像撮像装置、部品移載装置および位相シフト画像撮像方法を提供することである。

課題を解決するための手段および発明の効果

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による位相シフト画像撮像装置は、それぞれ第１の方向に延びるとともに第１の方向と略垂直な第２の方向に所定の間隔で略平行に配置され、かつ、それぞれ線状パターンに発光する複数の発光部を含み、線状パターンに発光する複数の発光部の少なくとも一部を発光させることにより発光部からの距離に応じた光の減衰による第２の方向への明るさの分布を有する照明光を生成して撮像対象物に対して照射する照明部と、照明部からの照明光を用いて撮像対象物を撮像する撮像部とを備え、照明部は、発光させる発光部を変更することにより撮像対象物に照射する照明光の明るさの分布の位置を第２の方向へ変更可能に構成されている。

この第１の局面による位相シフト画像撮像装置では、上記のように、第２の方向に所定の間隔で略平行に配置され、かつ、それぞれ線状パターンに発光する複数の発光部を設け、線状パターンに発光する複数の発光部の少なくとも一部を発光させることにより発光部からの距離に応じた光の減衰による第２の方向への明るさの分布を有する照明光を生成する。このように構成することによって、たとえば、線状パターンに発光する複数の発光部のうち、等間隔で離間する３つの発光部を発光させれば、光の損失を生じさせるマスクパターンを用いなくても第２の方向へ略正弦波状の明るさの分布を有する照明光を生成することができる。また、複数の発光部の一部を発光させることにより正弦波状以外の明るさの分布を有する照明光を生成することもできる。これにより、照明光全体の光量が低下することがないので、明るさの分布を有する照明光の全体の明るさが低下するのを抑制することができる。

上記第１の局面による位相シフト画像撮像装置において、好ましくは、複数の発光部の各々は、第１の方向に並んで配列された複数の発光素子の列により構成され、照明部は、発光させる発光素子列の位置を他の位置に電気的に切り替えることにより、撮像対象物に照射する照明光の明るさの分布の位置を第２の方向へ変更可能に構成されている。このように構成すれば、発光させる複数の発光素子列の位置を変更することにより、照明光の明るさの分布の位置を第２の方向へ変更して明るさの分布位置の異なる複数のパターンの照明光を撮像対象物に照射することができる。すなわち、第２の方向に位相をシフトさせた照明光を撮像対象物に照射することができる。また、発光させる発光素子列の位置を電気的に切り替えることにより、発光素子列の全体を第２の方向に機械的に移動させて照明光の位相を変更する場合と比較して、位相を変更するのに必要な時間を短縮することができるとともに、位相の変更を繰り返す場合の再現性を向上させることができる。

この場合、好ましくは、複数の発光素子列は、発光素子列毎に独立して点灯および消灯することが可能に構成され、照明部は、複数の発光素子列のうち少なくとも２つの発光素子列を発光させて第２の方向への明るさの分布を有する照明光を照射するとともに、発光させる発光素子列の位置を他の位置に電気的に切り替えることにより、発光させる発光素子列間の間隔を変更可能に構成されている。このように構成すれば、少なくとも２つの発光素子列を発光させて第２の方向に周期的な明るさの分布を有する照明光を生成する場合に、発光させる発光素子列の位置を電気的に切り替えるだけで、第２の方向に周期的な明るさの分布を有する照明光の１周期分の距離（２つの発光素子列間の間隔）を再現性良く高い位置精度で容易に調整することができる。なお、撮像された画像から位相シフト法を用いて撮像対象物の立体形状を計測する場合には、撮像された画像の位相が、１周期分の範囲にわたって分布する照明光の位相分布のどの位置（位相）に相当するかによって撮像対象物の形状を計測するので、照明光の１周期分の範囲（発光させる発光素子列間の間隔）が大きくなれば計測範囲を拡大することができる。また、照明光の１周期分の範囲が小さくなれば、計測精度を向上させることができる。このため、本発明による位相シフト画像撮像装置を用いて撮像された画像から撮像対象物の立体形状を計測する場合には、照明光の１周期分の距離を調整可能とすることによって、計測範囲と計測精度とを撮像対象物に応じて変更することが可能となる。

上記複数の発光部の各々を発光素子の列により構成する位相シフト画像撮像装置において、好ましくは、照明部は、複数の発光素子列の中から、互いに等間隔で離間した少なくとも３つの発光素子列を発光させることにより、複数の発光素子列が並ぶ第２の方向に略正弦波状の明るさの分布を有する照明光を照射するように構成されている。このように構成すれば、複数列配列された発光素子列のうちから、互いに等間隔で離間した少なくとも３つの発光素子列を組み合わせて発光させるだけで、略正弦波状の明るさの分布を有する照明光を撮像対象物に照射することができる。

上記複数の発光部の各々を発光素子の列により構成する位相シフト画像撮像装置において、好ましくは、発光素子は、発光ダイオードからなる。このように構成すれば、容易に、複数の発光素子を照明部に設けることができるとともに、複数の発光素子を第１の方向に延びる線状パターンに配列することも容易にできる。

上記第１の局面による位相シフト画像撮像装置において、好ましくは、照明部は、複数の発光部の少なくとも一部を発光させることによって照射される照明光を、撮像部の撮像タイミング毎に、かつ、所定の撮像回数毎に照明光の明るさの分布の第２の方向の位置が同じになるように周期的に変更しながら撮像対象物に対して照明光を複数回照射するように構成され、撮像部は、撮像対象物に対して相対的に移動しながら、照明光の明るさの分布の第２の方向の位置がそれぞれ異なる１周期分の照明光を用いて撮像対象物を所定の撮像回数分撮像することにより、各画像の同一画素に対応する位置が各画像間で所定距離ずつずれて、かつ、照明光の明るさの分布の第２の方向の位置がそれぞれ異なる１周期分の各画像を撮像し、１周期分の各画像に基づいて、画素毎に位相を算出する位相演算部をさらに備え、位相演算部は、各画像の同一画素に対応する位置が各画像間で所定距離ずつずれた１周期分の各画像から画素毎の位相を算出する際に、その画素に隣接する画素の画素値を用いて、１周期分の各画像の間の所定距離の位置ずれを補正した状態で、その画素の位相を算出するように構成されている。このように構成すれば、撮像部が撮像対象物に対して相対的に移動しながら撮像することに起因して、位相を演算するための複数の画像間（１周期分の画像間）で所定の距離ずつ位置ずれ（各画像の同一画素に対応する位置のずれ）が生じてしまう場合にも、その位置ずれを補正した状態で位相を算出することができる。ここで、位相シフト法では、位相（照明光の明るさの分布の位置）の異なる照明光を用いて複数画像を取得し、各画像における同一の画素の画素値（濃度値）に基づいて、その画素の位相を取得する。このため、各画像の同一の画素が、撮像された撮像対象物の同じ部分を撮像していることが必要である。本発明による位相シフト画像撮像装置を用いて撮像された画像から撮像対象物の立体形状を計測する場合には、撮像部が撮像対象物に対して相対的に移動しながら撮像対象物を撮像する場合にも、位相の異なる照明光を用いて撮像された複数の画像間の所定の距離分の位置ずれを補正することができるので、計測精度を向上させることができる。

上記第１の局面による位相シフト画像撮像装置において、好ましくは、照明部は、複数の発光部の少なくとも一部を発光させることにより、第２の方向への明るさの分布を有する照明光を生成してスクリーン状のマスクを介することなく撮像対象物に対して照射するように構成されている。このように構成すれば、光の損失を生じさせるスクリーン状のマスクを用いることなく照明光を撮像対象物に対して照射するので、光が遮られることによって照明光全体の光量が低下することがない。これにより、明るさの分布を有する照明光の全体の明るさが低下するのを抑制することができる。

この発明の第２の局面による部品移載装置は、部品を移載するためのヘッドユニットと、それぞれ第１の方向に延びるとともに第１の方向と略垂直な第２の方向に所定の間隔で略平行に配置され、かつ、それぞれ線状パターンに発光する複数の発光部を含み、線状パターンに発光する複数の発光部の少なくとも一部を発光させることにより発光部からの距離に応じた光の減衰による第２の方向への明るさの分布を有する照明光を生成して撮像対象物に対して照射する照明部と、照明部からの照明光を用いて撮像対象物を撮像する撮像部とを備え、照明部は、発光させる発光部を変更することにより撮像対象物に照射する照明光の明るさの分布の位置を第２の方向へ変更可能に構成されている。

この第２の局面による部品移載装置では、上記のように、第２の方向に所定の間隔で略平行に配置され、かつ、それぞれ線状パターンに発光する複数の発光部を設け、線状パターンに発光する複数の発光部の少なくとも一部を発光させることにより発光部からの距離に応じた光の減衰による第２の方向への明るさの分布を有する照明光を生成する。このように構成することによって、たとえば、線状パターンに発光する複数の発光部のうち、等間隔で離間する３つの発光部を発光させれば、光の損失を生じさせるマスクパターンを用いなくても第２の方向へ略正弦波状の明るさの分布を有する照明光を生成することができる。また、複数の発光部の一部を発光させることにより正弦波状以外の明るさの分布を有する照明光を生成することもできる。これにより、照明光全体の光量が低下することがないので、明るさの分布を有する照明光の全体の明るさが低下するのを抑制することができる。

この発明の第３の局面による位相シフト画像撮像方法は、それぞれ第１の方向に延びるとともに第１の方向と略垂直な第２の方向に所定の間隔で略平行に配置され、かつ、それぞれ線状パターンに発光する複数の発光部の少なくとも一部を発光させることにより、発光部からの距離に応じた光の減衰による第２の方向への明るさの分布を有する照明光を生成して撮像対象物に対して照射するステップと、照明光を用いて撮像対象物を撮像するステップとを備え、照明光を照射するステップは、発光させる発光部を変更することにより撮像対象物に照射する照明光の明るさの分布の位置を第２の方向へ変更するステップを含む。

この第３の局面による位相シフト画像撮像方法では、上記のように、第２の方向に所定の間隔で略平行に配置され、かつ、それぞれ線状パターンに発光する複数の発光部の少なくとも一部を発光させることにより、発光部からの距離に応じた光の減衰による第２の方向への明るさの分布を有する照明光を生成する。このように構成することによって、たとえば、線状パターンに発光する複数の発光部のうち、等間隔で離間する３つの発光部を発光させれば、光の損失を生じさせるマスクパターンを用いなくても第２の方向へ略正弦波状の明るさの分布を有する照明光を生成することができる。また、複数の発光部の一部を発光させることにより正弦波状以外の明るさの分布を有する照明光を生成することもできる。これにより、照明光全体の光量が低下することがないので、明るさの分布を有する照明光の全体の明るさが低下するのを抑制することができる。

本発明の一実施形態による表面実装機を示す平面図である。 図１に示した一実施形態による表面実装機を示す正面図である。 図１に示した一実施形態による表面実装機の部品撮像装置の詳細を説明するための模式図である。 図１に示した一実施形態による表面実装機の部品撮像装置の発光素子の配置を説明するための図である。 図１に示した一実施形態による表面実装機の照明部が照射する照明光を説明するための図である。 図１に示した一実施形態による表面実装機の照明部による第１の格子投影パターンを説明するための図である。 図１に示した一実施形態による表面実装機の照明部による第２の格子投影パターンを説明するための図である。 図１に示した一実施形態による表面実装機の照明部による第３の格子投影パターンを説明するための図である。 図１に示した一実施形態による表面実装機の制御的な構造を説明するためのブロック図である。 図１に示した一実施形態による表面実装機の部品撮像装置による撮像動作について説明するためのタイミングチャートである。 本発明の一実施形態の変形例による表面実装機の部品撮像装置の詳細を説明するための模式図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、図１〜図９を参照して、本発明の一実施形態による表面実装機１００の構造について説明する。なお、本実施形態では、本発明の「位相シフト画像撮像装置」を「部品移載装置」の一例である表面実装機１００に適用した場合の例について説明する。

図１および図２に示すように、一実施形態による表面実装機１００は、プリント基板１１０に部品１２０を実装する装置である。図１に示すように、表面実装機１００は、Ｘ方向に延びる一対の基板搬送コンベア１０と、一対の基板搬送コンベア１０の上方をＸＹ方向に移動可能なヘッドユニット２０とを備えている。一対の基板搬送コンベア１０の両側には、部品１２０を供給するための複数のテープフィーダ１３０が配置されている。ヘッドユニット２０は、テープフィーダ１３０から部品１２０を取得するとともに、基板搬送コンベア１０上のプリント基板１１０に部品１２０を実装する機能を有する。基板搬送コンベア１０およびヘッドユニット２０は、基台１上に設置されている。なお、部品１２０は、本発明の「撮像対象物」の一例である。以下、表面実装機１００の具体的な構造を説明する。

一対の基板搬送コンベア１０は、プリント基板１１０をＸ方向に搬送するとともに、所定の実装作業位置でプリント基板１１０を停止させ、保持させることが可能なように構成されている。

テープフィーダ１３０は、複数の部品１２０を所定の間隔を隔てて保持したテープが巻き回されたリールを保持している。このテープフィーダ１３０は、リールを回転させることにより部品１２０を保持するテープを送り出すことによって、テープフィーダ１３０の先端から部品１２０を供給するように構成されている。なお、部品１２０は、ＩＣ、トランジスタ、コンデンサおよび抵抗などの小型の電子部品である。

また、ヘッドユニット２０は、Ｘ方向に延びるヘッドユニット支持部３０に沿ってＸ方向に移動可能に構成されている。具体的には、ヘッドユニット支持部３０は、ボールネジ軸３１とボールネジ軸３１を回転させるサーボモータ３２とＸ方向のガイドレール（図示せず）とを有しているとともに、ヘッドユニット２０は、ボールネジ軸３１が螺合されるボールナット２１を有している。ヘッドユニット２０は、サーボモータ３２によりボールネジ軸３１が回転されることにより、ヘッドユニット支持部３０に対してＸ方向に移動するように構成されている。また、ヘッドユニット支持部３０は、基台１上に設けられたＹ方向に延びる一対の固定レール部４０に沿ってＹ方向に移動可能に構成されている。具体的には、固定レール部４０は、ヘッドユニット支持部３０の両端部をＹ方向に移動可能に支持するガイドレール４１と、Ｙ方向に延びるボールネジ軸４２（図１参照）と、ボールネジ軸４２を回転させるサーボモータ４３（図１参照）とを有しているとともに、ヘッドユニット支持部３０には、ボールネジ軸４２が螺合されるボールナット３３（図１参照）が設けられている。ヘッドユニット支持部３０は、サーボモータ４３によりボールネジ軸４２が回転されることによって、ガイドレール４１に沿ってＹ方向に移動するように構成されている。このような構成により、ヘッドユニット２０は、基台１上をＸＹ方向に移動することが可能なように構成されている。

また、ヘッドユニット２０には、Ｘ方向に列状に配置された６本の吸着ノズル２２が下方に突出するように設けられている。また、各々の吸着ノズル２２は、負圧発生機（図示せず）によってその先端に負圧状態を発生させることが可能に構成されている。吸着ノズル２２は、この負圧によって、テープフィーダ１３０から供給される部品１２０を先端に吸着および保持することが可能である。

また、各々の吸着ノズル２２は、サーボモータ２３（図９参照）および図示しない昇降機構によって、ヘッドユニット２０に対して上下方向（Ｚ方向）に移動可能に構成されている。表面実装機１００は、吸着ノズル２２が上昇位置に位置した状態で部品１２０の搬送などを行うとともに、吸着ノズル２２が下降位置に位置した状態で部品１２０のテープフィーダ１３０からの吸着およびプリント基板１１０への実装を行うように構成されている。また、吸着ノズル２２は、サーボモータ２４（図９参照）および図示しない回転機構によって、吸着ノズル２２自体がその軸を中心として回転可能に構成されている。これにより、表面実装機１００では、部品１２０を搬送する途中に吸着ノズル２２を回転させることにより、吸着ノズル２２の先端に保持された部品１２０の姿勢（水平面内の向き）を調整することが可能である。

また、基台１上には、吸着ノズル２２に吸着された部品１２０を下方から撮像するための部品撮像装置５０および６０が固定的に設置されている。なお、部品撮像装置６０は、本発明の「位相シフト画像撮像装置」の一例である。

ここで、本実施形態では、図３に示すように、部品撮像装置６０は、部品１２０に照明光を照射する照明部６１と、部品１２０による照明光の反射光を受光して部品１２０を撮像する１つの撮像素子６３とを含んでいる。なお、撮像素子６３は、本発明の「撮像部」の一例である。

本実施形態では、図３に示すように、照明部６１は、基部６１ａにそれぞれ設けられた複数の発光素子６２から構成される複数の発光素子列６２ａ（図４参照）と、各発光素子列６２ａからの光を拡散させる拡散シート６１ｂと、部品１２０に照明光の投影パターンを一方向に結像させるためのシリンドリカルレンズ６１ｃとを含んでいる。照明部６１は、これらの複数の発光素子列６２ａの一部を発光させることによって、発光素子列６２ａからの距離に応じた光の減衰によるＢ方向への明るさの分布を有する照明光を照射することが可能なように構成されている。なお、発光素子列６２ａは、それぞれ、本発明の「発光部」の一例である。拡散シート６１ｂは、ＬＳＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｓｈａｐｉｎｇ Ｄｉｆｆｕｓｅｒ）シートなどからなり、発光素子６２から出た光を所定方向に所定範囲で拡散させる機能を有する。拡散シート６１ｂとシリンドリカルレンズ６１ｃとは、図４に示すように、後述するＡ方向に延びる発光素子列６２ａの光を、Ａ方向に延びる均一な直線状の発光ラインとするために設けられている。これにより、各発光ラインからの光は、それぞれＡ方向に均一に、Ｂ方向に緩やかに減衰するようになる。なお、Ａ方向およびＢ方向は、それぞれ、本発明の「第１の方向」および「第２の方向」の一例である。

図４に示すように、発光素子６２は、平面的に見て、Ａ方向の幅ａ１と、Ｂ方向の幅ｂ１とを有する矩形状の発光ダイオードである。発光素子６２は、Ａ方向に直線状に延びるように間隔ｄ１を隔てて２５個配列されている。このＡ方向に延びる２５個の発光素子６２によって、１列の発光素子列６２ａが構成されている。また、各発光素子６２は、それぞれＡ方向と垂直なＢ方向に間隔ｄ２を隔てて１８個配列されている。したがって、Ａ方向に延びる発光素子列６２ａは、Ｂ方向に沿って平行に１８列等間隔で配列されている。照明部６１は、これらの発光素子列６２ａを、各発光素子列６２ａ毎に独立して点灯および消灯することが可能なように構成されている。なお、図４では、等間隔Ｄ３を隔てて５つの発光素子列６２ａを発光させることにより、５本の発光ライン（ハッチングで図示）を点灯させた状態を示している。

照明部６１は、複数の発光素子列６２ａの中から、互いに等間隔で離間した少なくとも３つの発光素子列６２ａを組み合わせて発光させることにより、Ｂ方向に略正弦波状の分布を有する照明光を照射するように構成されている。たとえば、図５に示すように、照明部６１は、Ｂ方向に１８列並ぶ発光素子列６２ａのうち、所定の間隔Ｄ３だけ離間した３つの発光素子列６２ａを組み合わせて発光させる。図５の（ａ）に示すように、３つの発光素子６２からのそれぞれの光は、発光素子６２からの距離に応じた光の減衰により、Ｂ方向について各発光素子６２の配置位置を中心とした等方的な明るさの分布を形成する。このため、図５の（ｂ）に示すように、等間隔Ｄ３だけ離間した３つの発光素子６２からの光を重ね合わせることによって、３つの発光素子６２の間に略正弦波状の明るさの分布が形成される。なお、これら３つの発光素子６２はそれぞれＡ方向に延びる発光素子列６２ａの一部である。このため、Ａ方向については、図５に示した３つの発光素子６２による略正弦波状の明るさ分布と同一の分布が連続的に形成される。これにより、照明部６１からの照明光は、図４に示すように、Ａ方向に延びる複数の直線状の発光ラインにより、Ｂ方向に略正弦波状の明るさ分布を有する直線縞状の格子投影パターンを部品１２０に投影するように構成されている。このように、本実施形態では、少なくとも３つの発光素子列６２ａを組み合わせて発光させることにより略正弦波状の照明光を生成して、スクリーン状のマスクを介することなく部品１２０に対して照射するように構成されている。この正弦波状の照明光により、Ｂ方向に一定の周期（たとえば、３ｍｍ）で明るさが変化する格子投影パターンの光が部品１２０に対して投影される。この格子投影パターンの光を用いることによって、位相シフト法により部品１２０の高さ位置を測定することが可能である。このような照明光は、図３に示すように、部品１２０の測定面（部品１２０の下面）に対して照射角度ψで斜め下方から照射される。

照明部６１は、発光させる発光素子列６２ａ（発光ライン）の位置を、互いの間隔を保ったままＢ方向にずらすように変更することが可能に構成されている。これにより、照明部６１は、照射光の位相をずらす（シフトさせる）ことが可能なように構成されている。また、照明部６１は、発光素子列６２ａ（発光ライン）の位置を変更することにより、発光させる発光素子列６２ａ間の間隔（格子間隔）を変更可能に構成されている。同様に、照明部６１は、発光させる各発光素子列６２ａの位置を変更することにより、照明光が変更可能な位相数を切り替えることが可能なように構成されている。具体的には、照明部６１は、複数の発光素子列６２ａを組み合わせ、その中から発光させる発光素子列６２ａを適宜選択することによって、以下の３種類の格子投影パターンを部品１２０に照射可能なように構成されている。

図６に示すように、第１の格子投影パターン（第１パターン）では、２列の発光素子列６２ａからなる１本の発光ラインが発光素子列６２ａの４列分の間隔Ｄ１だけ隔てて発光される。すなわち、第１パターンでは、合計６列の発光素子列６２ａからなる３本の発光ラインを同時発光させる。この場合には、発光させる発光素子列６２ａの位置を２列ずつＢ方向にずらすように変更することにより、照射光の位相を０π、２π／３および４π／３の３つの位相に切り替えることが可能である。このとき、部品１２０に投影される格子投影パターンの格子間隔（１周期分の長さ）は、Ｄ１に対応する間隔となる。なお、第１パターンに含まれる０π、２π／３および４π／３の３つの位相の発光パターンのそれぞれは、本発明の「発光パターン」の一例である。

図７に示すように、第２の格子投影パターン(第２パターン)では、１列の発光素子列６２ａからなる１本の発光ラインが発光素子列６２ａの２列分の間隔Ｄ２だけ隔てて発光される。すなわち、第２パターンでは、合計６列の発光素子列６２ａからなる６本の発光ラインを同時発光させる。この場合には、発光させる発光素子列６２ａの位置を１列ずつＢ方向にずらすように変更することにより、照射光を０π、２π／３および４π／３の３つの位相に切り替えることが可能である。このとき、第２パターンにおける格子間隔Ｄ２は、第１パターンにおける格子間隔Ｄ１の略１／２になる。なお、第２パターンに含まれる０π、２π／３および４π／３の３つの位相の発光パターンのそれぞれは、本発明の「発光パターン」の一例である。

図８に示すように、第３の格子投影パターン(第３パターン)では、１列の発光素子列６２ａからなる１本の発光ラインが発光素子列６２ａの３列分の間隔Ｄ３だけ隔てて発光される。すなわち、第３パターンでは、合計４列（または５列）の発光素子列６２ａからなる４本（または５本）の発光ラインを同時発光させる。この場合には、発光させる発光素子列６２ａの位置を１列ずつＢ方向にずらすように変更することにより、照射光を０π、π／２、πおよび３π／２の４つの位相に切り替えることが可能である。このとき、第３パターンにおける発光素子列６２ａ間の間隔Ｄ３は、第１パターンにおける発光素子列６２ａ間の間隔Ｄ１の略２／３になる。なお、第３パターンに含まれる０π、π／２、πおよび３π／２の４つの位相の発光パターンのそれぞれは、本発明の「発光パターン」の一例である。

このように、照明部６１は、発光させる発光素子列６２ａの位置を切り替えることにより、部品１２０に照射する照明光の位相数（３相または４相）と、格子間隔（Ｄ１、Ｄ２またはＤ３）とを変更することが可能である。また、照明部６１は、撮像素子６３の撮像タイミングに合うように各発光素子列６２ａの点灯タイミングを調整して、照明光の位相を変更しながら部品１２０に対して照明光を複数回照射するように構成されている。これにより、照明光の位相をシフトさせて撮像した部品１２０の複数の画像を取得することが可能となる。

位相シフト法を用いて部品１２０の高さ位置を測定する場合には、部品１２０に投影される格子投影パターンの格子間隔に応じて、測定精度と測定範囲とが変わる。すなわち、格子間隔をＤ、高さ測定範囲をＨ、照明光の照射角度をψ（図３参照）とすると、Ｈ＝Ｄ／ｔａｎψの関係となることが知られている。したがって、本実施形態では、上記のように格子間隔Ｄ１＞Ｄ３＞Ｄ２となることから、高さ測定範囲の広さは、第１パターン＞第３パターン＞第２パターンの関係となる。一方、測定精度については、照明光は、格子間隔Ｄを狭くするほど測定精度が向上する。また、照明光は、変更する位相数を多くするほど測定精度が向上する。この結果、測定精度は、第３パターン（４相）＞第２パターン(３相)＞第１パターン(３相)の関係となる。ただし、第３パターンの場合には、位相を４回変更するのに応じて４枚の部品１２０の画像を取得するので、３枚の画像を取得するだけで済む第１パターンおよび第２パターンに比べて、撮像に要する時間が長くなる。このように、本実施形態では、部品撮像装置６０は、高さ測定時に必要な測定範囲、測定精度および撮像時間に応じて、第１〜第３パターンの３種類の格子投影パターンを切り替えて部品１２０を撮像することが可能である。なお、異なる格子間隔を有する第１〜第３パターンのうちの２パターンを組み合わせて撮像し、いわゆる位相接続を行うことによって測定範囲をさらに拡張することも可能である。たとえば、第２パターンと第３パターンとを組み合わせて位相接続を行う場合には、第３パターンのみにより高さ測定を行う場合の約３倍の測定範囲を得ることができる。ただし、この際には、位相を合計７回（３相＋４相）変更して、７枚の部品１２０の画像を取得する必要がある。

図１に示すように、撮像素子６３は、複数の画素が一列に並んだ撮像素子列からなるラインセンサにより構成されている。撮像素子６３は、部品１２０に投影された格子投影パターンの各発光ラインの延びる方向（Ａ方向）と平行に延びるように配置されている。吸着ノズル２２に吸着された部品１２０が撮像素子６３の上方を通過するようにヘッドユニット２０が移動することによって、撮像素子６３は、部品１２０を移動させながら部品１２０の下面を撮像することが可能である。また、本実施形態では、撮像素子６３は、位相を変更しながら複数回照射される照明光を用いて、それぞれ複数の画像を撮像するように構成されている。たとえば、４相（０π、π／２、πおよび３π／２）の照明光を用いて撮像を行う場合（第３の格子投影パターン）には、１列の撮像素子６３により１画素分の撮像が行われる間に、照明部６１によりそれぞれ位相の異なる照明光（０π、π／２、πおよび３π／２）が部品１２０に対して合計４回照射される。これにより、合計４枚の画像が撮像素子６３の列によって撮像されるように構成されている。

また、図９に示すように、表面実装機１００の動作は、制御装置７０によって制御されている。制御装置７０は、主制御部７１、軸制御部７２、撮像制御部７３、画像処理部７４および照明制御部７５を含んでいる。

主制御部７１は、論理演算を実行するＣＰＵ、ＣＰＵを制御するプログラムなどを記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）および装置の動作中に種々のデータを一時的に記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などから構成されている。主制御部７１は、ＲＯＭに記憶されているプログラムに従って、軸制御部７２および撮像制御部７３を介して、照明部６１、撮像素子６３および各サーボモータなどを制御するように構成されている。

軸制御部７２は、主制御部７１から出力される制御信号に基づいて、表面実装機１００の各サーボモータ（ヘッドユニット支持部３０をＹ方向に移動するためのサーボモータ４３（図１参照）、ヘッドユニット２０をＸ方向に移動するためのサーボモータ３２（図１参照）、吸着ノズル２２を上下方向に移動させるためのサーボモータ２３、および、吸着ノズル２２を軸を中心に回転させるためのサーボモータ２４などの駆動を制御するように構成されている。また、軸制御部７２は、各サーボモータのエンコーダ３２ａ、４３ａ、２３ａおよび２４ａからの信号に基づいてヘッドユニット２０の位置、吸着ノズル２２の高さ位置および回転位置などを認識している。

撮像制御部７３は、主制御部７１から出力される制御信号に基づいて、照明部６１の発光素子列６２ａを所定のタイミングで点灯させるよう照明制御部７５に制御信号を出力するように構成されている。なお、この点灯タイミングは、画像処理部７４による撮像素子６３からの撮像信号の読み出しタイミングに一致するように調整される。

画像処理部７４は、主制御部７１から出力される制御信号に基づいて、撮像素子６３から所定のタイミングで撮像信号の読み出しを行うとともに、読み出した撮像信号に所定の画像処理を行うことにより、部品１２０を認識するのに適した画像データを生成するように構成されている。なお、本実施形態では、撮像信号の読み出しタイミング（撮像トリガタイミング）は、部品１２０が一画素分（たとえば、２５μｍ）だけ移動する毎の時間間隔を、照明部６１から照射される照明光の位相数（＝撮像回数）で分割したタイミングである。このタイミングは、ヘッドユニット２０をＸ方向に移動するためのサーボモータ３２のエンコーダ３２ａからの信号に基づいて生成される。また、画像処理部７４は位相演算部７４ａを含んでいる。後述するように、画像処理部７４の位相演算部７４ａによって、部品１２０の撮像画像に基づいて、部品１２０の各点における位相値を取得することが可能である。また、位相演算部７４ａは、位相を変更しながら複数回照射される照明光を用いて撮像された複数の画像のそれぞれに対して、１つの画素に隣接する画素を用いて、部品１２０に対する撮像素子６３ａの相対的な移動に伴う複数の画像間の画素の相互の位置ずれを補正するように構成されている。また、画像処理部７４には、位相値と空間座標（ＸＹＺの位置）とを対応付けるテーブルが記憶されている。これにより、部品１２０の撮像画像とテーブルとに基づいて、部品１２０の各部分の高さ位置を取得することが可能である。

照明制御部７５は、撮像制御部７３から出力される制御信号に基づいて、照明部６１の各発光素子列６２ａを、所定の組み合わせで点灯させるように構成されている。照明制御部７５は、撮像制御部７３から出力される点灯タイミング毎に、所定の格子投影パターンに従って、発光させる発光素子列６２ａの位置を変更させるように構成されている。これにより、照明部６１は、部品１２０が一画素分移動する毎に、位相を変更しながら照明光を部品１２０に照射することが可能となる。

次に、図３、図８および図１０を参照して、本発明の一実施形態による表面実装機１００の部品撮像装置６０による撮像動作について説明する。なお、以下では、図８に示す第３の格子投影パターンにより、１画素について照明光を４つの位相パターンに変更しながら、４回の撮像を行う場合について説明する。

図３に示すように、表面実装機１００においては、ヘッドユニット２０が部品１２０を吸着ノズル２２に吸着した状態で部品撮像装置６０の上方をＸ方向に通過させる際に部品撮像装置６０により撮像が行われる。図１０に示すように、部品撮像装置６０は、部品１２０が撮像素子６３の１画素分の距離Ｄｐ（たとえば、２５μｍ）を移動する毎に４回ずつ撮像を連続的に行う。

まず、タイミングｔ００において、位相φ＝０の照明光を用いて撮像を行う。具体的には、図８に示すように、１、５、９、１３および１７列目の撮像素子列６２ａが時間間隔ｄ００の間点灯されて、略正弦波状に分布する照明光（φ＝０）が部品１２０に照射される。また、撮像トリガに基づいて、この位相φ＝０の照明光を用いて１番目の画素の１枚目の画像（φ＝０）が撮像される。なお、このタイミングｔ００から次のタイミングｔ１０までの間に、部品１２０は所定距離（略Ｄｐ／４）だけ移動する。

続いて、タイミングｔ１０において、位相φ＝π／２の照明光を用いて撮像を行う。具体的には、図８に示すように、２、６、１０、１４および１８列目の撮像素子列６２ａが時間間隔ｄ１０の間点灯されて、略正弦波状に分布する照明光（φ＝π／２）が部品１２０に照射される。また、撮像トリガに基づいて、この位相φ＝π／２の照明光を用いて１番目の画素の２枚目の画像（φ＝π／２）が撮像される。なお、このタイミングｔ１０から次のタイミングｔ２０までの間に、部品１２０は所定距離（略Ｄｐ／４）だけ移動する。

タイミングｔ２０において、位相φ＝πの照明光を用いて撮像を行う。具体的には、図８に示すように、３、７、１１および１５列目の撮像素子列６２ａが時間間隔ｄ２０の間点灯されて、略正弦波状に分布する照明光（φ＝π）が部品１２０に照射される。また、撮像トリガに基づいて、この位相φ＝πの照明光を用いて１番目の画素の３枚目の画像（φ＝π）が撮像される。なお、このタイミングｔ２０から次のタイミングｔ３０までの間に、部品１２０は所定距離（略Ｄｐ／４）だけ移動する。

そして、タイミングｔ３０において、位相φ＝３π／２の照明光を用いて撮像を行う。具体的には、図８に示すように、４、８、１２および１６列目の撮像素子列６２ａが時間間隔ｄ３０の間点灯されて、略正弦波状に分布する照明光（φ＝３π／２）が部品１２０に照射される。また、撮像トリガに基づいて、この位相φ＝３π／２の照明光を用いて１番目の画素の４枚目の画像（φ＝３π／２）が撮像される。なお、このタイミングｔ３０から次のタイミングｔ０１までの間に、部品１２０は微小距離（略Ｄｐ／４）だけ移動する。

このようにして、１番目の画素について、４つの位相（０、π／２、πおよび３π／２）に変更して照射された照明光を用いて、各位相における４枚の画像が取得される。４枚の画像の撮像が完了したときには、画素１つ（１列）分に相当する距離Ｄｐだけ部品１２０が移動している。同様にして、タイミングｔ０１から、２番目の画素の撮像が行われる。なお、各タイミングで点灯させる発光素子列６２ａの組み合わせは、１番目の画素の撮像時と同様である。

まず、タイミングｔ０１で、位相φ＝０の照明光を用いて１枚目の画像の撮像が行われる。タイミングｔ１１で、位相φ＝π／２の照明光を用いて２枚目の画像の撮像が行われる。タイミングｔ２１で、位相φ＝πの照明光を用いて３枚目の画像の撮像が行われる。そして、タイミングｔ３１で、位相φ＝３π／２の照明光を用いて４枚目の画像の撮像が行われる。

このタイミングｔ３１では、タイミングｔ００〜ｔ３０までの間に撮像された４枚の画像を用いて、１番目の画素の位相値が、位相演算部７４ａによって計算される（図１０のｐ０）。この際、２番目の画素の３枚の画像（タイミングｔ０１〜ｔ２１で既に取得済みの位相φ＝０、π／２およびπの画像）を用いて、１番目の画素の４枚の各画像の補正が行われる。なお、この位相値の計算および各画像の補正についての詳細は、後述する。

その後、３番目の画素の撮像に移行する。まず、タイミングｔ０２で位相φ＝０の照明光を用いて１枚目の画像の撮像が行われる。タイミングｔ１２で、位相φ＝π／２の照明光を用いて２枚目の画像の撮像が行われる。タイミングｔ２２で、位相φ＝πの照明光を用いて３枚目の画像の撮像が行われる。そして、タイミングｔ３２で、位相φ＝３π／２の照明光を用いて４枚目の画像の撮像が行われる。また、タイミングｔ３２では位相演算部７４ａにより２番目の画素の位相値が取得される（図１０のｐ１）。以降の画素においても、同様にして各画素の４枚の画像が取得され、画素毎に位相値が取得される（図１０のｐ２）。部品１２０の撮像動作は、以上のようにして行われる。

次に、図８および図１０を参照して、本発明の一実施形態による表面実装機１００による部品１２０の高さ情報の取得方法について説明する。なお、以下では、図８に示す第３の格子投影パターンにより、１画素について照明光を４つの位相パターンに変更しながら、４枚の画像を取得した場合について説明する。

まず、高さ情報の取得方法について説明する前に、画像処理部７４に記憶された空間座標と位相値とを対応付けるテーブルの作成（キャリブレーション）について説明する。このテーブルは、所定の公正ツールを吸着ノズル２２に吸着した状態で、照明部６１により照明光を照射して撮像を行う。公正ツールとしては、たとえば、平坦面の出た直方体形状の部材が用いられる。公正ツールの表面の位置（空間座標）は既知であり、撮像画像からその座標の位相がわかるので、空間座標と位相値とを対応付けることが可能である。

次に、高さ情報の取得方法について説明する。まず、画像処理部７４の位相演算部７４ａは、各画素の４枚の画像の濃度値（その画素が受光した光の強度）に基づいて、その画素の位相値θを取得する。１番目の画素の位相値θの取得は、上述の通り、図１０のタイミングｔ３１（ｐ０）において行われる。

具体的には、まず、位相演算部７４ａにより、取得された１番目の画素の各画像における濃度値（Ｉ_００、Ｉ_１０、Ｉ_２０およびＩ_３０）を以下の数式（１）を用いて補正する。なお、数式（１）において、濃度値Ｉ_００、Ｉ_１０、Ｉ_２０およびＩ_３０は、それぞれ、図１０のタイミングｔ００〜ｔ３０で取得された各画像における濃度値である。Ｉ_０１、Ｉ_１１およびＩ_２１は、それぞれ、タイミングｔ０１〜ｔ２１で既に取得済みの２番目の画素の各画像における濃度値である。

上式（１）により、１番目の画素の各画像における、部品１２０の位置ずれが補正された濃度値Ｉ_０、Ｉ_１、Ｉ_２およびＩ_３が取得される。この取得された濃度値Ｉ_０、Ｉ_１およびＩ_２は、ｄ００、ｄ１０およびｄ２０のそれぞれにおいて撮像されることにより得られた濃度値がｄ３０において撮像された場合に有すると推測される濃度値である。すなわち、タイミングｔ３０とずれたタイミングｔ００、ｔ１０およびｔ２０のそれぞれに撮像された画像をタイミングｔ３０で撮像された場合の画像となるように補正している。これにより、補正後の濃度値Ｉ_０〜Ｉ_３は、部品の同一部分の、位相がそれぞれ異なる画像の画素値となるので、それらの画素値に基づいてその画素の位相を取得することが可能となる。タイミングｔ３１では、この補正後の濃度値Ｉ_０、Ｉ_１、Ｉ_２およびＩ_３に基づいて、位相演算部７４ａにより１番目の画素の位相値θが取得される。

位相値θの取得は、具体的には、以下の式（２）および（３）を用いることにより、行われる。まず、正弦波状に分布する第３の格子投影パターンの照明光を用いて撮像された各画像の濃度値Ｉ_０（φ＝０）、Ｉ_１（φ＝π／２）、Ｉ_２（φ＝π）およびＩ_３（φ＝３π／２）は、以下の式（２）の関係を有する。なお、ａおよびｂは、画像内の輝度振幅および背景輝度を表す定数である。

上式（２）の関係から、以下の式（３）が求まる。これにより、図１０のタイミングｔ３１（ｐ０）において、１番目の画素の位相値θが取得される。

なお、図６および図７に示す第１および第２の格子投影パターンにより、１画素について照明光を３つの位相パターンに変更しながら撮像する場合には、以下の数式（４）および（５）を用いて算出される。

その後、図１０のタイミングｔ３２（ｐ１）では、２番目の画素の各画像における、部品１２０の位置ずれが補正された濃度値Ｉ_０、Ｉ_１、Ｉ_２およびＩ_３が取得される。そして、この補正後の濃度値Ｉ_０、Ｉ_１、Ｉ_２およびＩ_３に基づいて、位相演算部７４ａにより２番目の画素の位相値θが取得される。以降の画素においても、同様にして各画素の４枚の画像の各々における濃度値Ｉ_０、Ｉ_１、Ｉ_２およびＩ_３が取得され、画素毎に位相値θが取得される。

このようにして、すべての画素についてそれぞれ位相値θが取得される。その後、取得された位相値θと、上記キャリブレーションにより作成したテーブルとによって、全ての画素のついての画素毎の高さ情報が取得される。以上によって、位相シフト法を用いた部品１２０の高さ情報の取得が完了する。

次に、図１および図３を参照して、本発明の一実施形態の表面実装機１００によるプリント基板１１０への部品１２０の実装動作について説明する。

まず、図１に示すように、プリント基板１１０が一対の基板搬送コンベア１０を介して基台１上に搬入されるとともに、基台１の中央の装着作業位置まで搬送される。

また、プリント基板１１０の搬入動作と並行して、実装対象の部品１２０がヘッドユニット２０によりテープフィーダ１３０から取り出される。具体的には、ヘッドユニット２０がテープフィーダ１３０の上方に移動されることにより、テープフィーダ１３０に保持される実装対象の部品１２０の上方にヘッドユニット２０の吸着ノズル２２が配置される。

その後、吸着ノズル２２を下降させるとともに、所定のタイミングで吸着ノズル２２の先端に負圧が供給される。これにより、テープフィーダ１３０上の部品１２０が吸着ノズル２２により吸着および保持される。

この後、部品１２０を保持した状態で、ヘッドユニット２０が部品撮像装置６０の上方を通過する。図３に示すように、ヘッドユニット２０を移動させながら、吸着ノズル２２に保持された部品１２０が部品撮像装置６０によって撮像される。撮像画像に基づいて、部品１２０の吸着位置が認識されるとともに、部品１２０の高さ情報を取得することにより、部品１２０の良否が判定される。具体的には、部品１２０の複数の電極部分１２０ａの高さ位置が所定の範囲内に収まっていない場合には、プリント基板１１０と部品１２０との接続不良が生じる可能性があるので、不良品であると判定する。部品１２０の高さ情報に基づいて部品１２０が不良品であると判定された場合には、その部品１２０は破棄される。

また、部品１２０の画像に基づいて、部品１２０の吸着位置の正しい吸着位置に対するずれ量が算出される。そして、その算出したずれ量に基づいてヘッドユニット２０が移動するとともに吸着ノズル２２が回転して、部品１２０の装着位置の補正が行われる。上述した部品１２０の装着位置の補正処理は、ヘッドユニット２０がテープフィーダ１３０上からプリント基板１１０の装着位置に移動するのと並行して行われる。

そして、図１に示すように、ヘッドユニット２０がプリント基板１１０の装着位置に移動された後、吸着ノズル２２が下降されて部品１２０がプリント基板１１０に装着される。以上の処理が繰り返し行われることにより、部品１２０のプリント基板１１０への装着が行われる。

また、部品１２０の実装が完了したプリント基板１１０は、一対の基板搬送コンベア１０を介して基台１から搬出される。このようにして、表面実装機１００による部品１２０の実装動作が終了する。

本実施形態では、上記のように、Ｂ方向に間隔ｄ２で平行に配置され、かつ、それぞれ線状パターンに発光する複数の発光素子列６２ａを設け、線状パターンに発光する複数の発光素子列６２ａの少なくとも３つを発光させることにより発光素子列６２ａからの距離に応じた光の減衰によるＢ方向への略正弦波状の明るさの分布を有する照明光を生成することによって、光の損失を生じさせるマスクパターンを用いなくてもＢ方向へ略正弦波状の明るさの分布を有する照明光を生成することができる。これにより、照明光全体の光量が低下することがないので、Ｂ方向に明るさの分布を有する照明光の全体の明るさが低下するのを抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、照明部６１を、発光させる発光素子列６２ａの位置を他の位置に電気的に切り替えることにより、部品１２０に照射する照明光の明るさの分布の位置をＢ方向へ変更可能に構成することによって、発光させる複数の発光素子列６２ａの位置を変更することにより、照明光の明るさの分布の位置をＢ方向へ変更して複数のパターンの照明光を部品１２０に照射することができる。すなわち、Ｂ方向に位相をシフト（たとえば、位相φ＝０、π／２、πおよび３π／２にシフト）させた照明光を部品１２０に照射することができる。また、発光させる発光素子列６２ａの位置を電気的に切り替えることにより、発光素子列６２ａの全体をＢ方向に機械的に移動させて照明光の位相を変更する場合と比較して、位相を変更するのに必要な時間を短縮することができるとともに、位相の変更を繰り返す場合の再現性を向上させることができる。

また、本実施形態では、上記のように、照明部６１を、複数の発光素子列６２ａの位置を他の位置に電気的に切り替えることにより、発光させる発光素子列６２ａ間の格子間隔（Ｄ１、Ｄ２およびＤ３）を変更可能に構成することによって、発光させる発光素子列６２ａの位置を電気的に切り替えるだけで、Ｂ方向に周期的な明るさの分布を有する照明光の１周期分の距離を調整することができる。つまり、第１〜第３の格子投影パターンのいずれのパターンで発光させるかを選択するだけで、格子間隔（Ｄ１、Ｄ２およびＤ３）を再現性良く高い位置精度で容易に調整することができる。撮像された画像から位相シフト法を用いて部品１２０の立体形状を計測する場合には、撮像された画像の位相が、１周期分の範囲にわたって分布する照明光の位相分布のどの位置（位相）に相当するかによって部品１２０の形状を計測するので、照明光の１周期分の範囲（格子間隔）が大きくなれば計測範囲を拡大することができる。また、照明光の１周期分の範囲（格子間隔）が小さくなれば、計測精度を向上させることができる。このため、本発明による部品撮像装置６０を用いて撮像された画像から部品１２０の立体形状を計測する場合には、照明光の１周期分の距離（格子間隔）を調整可能とすることによって、計測範囲と計測精度とを部品１２０に応じて変更することが可能となる。

また、本実施形態では、上記のように、照明部６１を、複数の発光素子列６２ａの中から、互いに等間隔（格子間隔Ｄ１、Ｄ２およびＤ３）で離間した少なくとも３つの発光素子列６２ａを組み合わせて発光させることにより、Ｂ方向に略正弦波状の明るさの分布を有する照明光を照射するように構成することによって、１８列配列された発光素子列６２ａのうちから、互いに等間隔で離間した少なくとも３つの発光素子列６２ａを組み合わせて発光させるだけで、略正弦波状の明るさの分布を有する照明光を部品１２０に照射することができる。

また、本実施形態では、上記のように、発光素子６２を、発光ダイオードにより構成することによって、容易に、複数の発光素子６２を照明部６１に設けることができるとともに、複数の発光素子６２を、Ａ方向に延びる直線状パターンの発光素子列６２ａを構成するように配列することも容易にできる。

また、本実施形態では、上記のように、照明部６１を、照明光の位相を撮像素子６３の撮像タイミング毎に、かつ、所定の撮像回数（たとえば、４回）毎に位相（照明光の明るさの分布のＢ方向の位置）が同じになるように変更しながら部品１２０に対して照明光を複数回（４回）照射するように構成し、撮像素子６３を、部品１２０を移動させながら、位相がそれぞれ異なる１周期分の照明光を用いて部品１２０を所定の撮像回数（４回）分撮像することにより、各画像の同一画素（たとえば、上記１番目の画素）に対応する位置が各画像間で所定距離（略Ｄｐ／４）ずつずれた位相の１周期分の画像（０、π／２、πおよび３π／２の各画像）を撮像するように構成し、位相演算部７４ａを、画素（１番目の画素）の位相値θを算出する際に、その画素（１番目の画素）に隣接する画素（上記２番目の画素）の濃度値（Ｉ_０１、Ｉ_１１およびＩ_２１）を用いて、１周期分の各画像の間の所定距離（略Ｄｐ／４）の位置ずれを補正した状態で、その画素（１番目の画素）の位相値θを算出するように構成することによって、移動する部品１２０を撮像素子６３が撮像することに起因して、位相値θを演算するための複数の画像間（位相の１周期分の画像間）で所定距離ずつ位置ずれが生じてしまう場合にも、その位置ずれを補正した状態で位相値θを算出することができる。これにより、位相の異なる照明光を用いて撮像された複数の画像間の位置ずれを補正することができるので、部品１２０の高さ計測精度を向上させることができる。

また、本実施形態では、上記のように、照明部６１を、複数の発光素子列６２ａの少なくとも３つを発光させることにより、Ｂ方向への略正弦波状の明るさの分布を有する照明光を生成して、スクリーン状のマスクを介することなく部品１２０に対して照射するように構成することによって、光の損失を生じさせるスクリーン状のマスクを用いることなく照明光を部品１２０に対して照射するので、光が遮られることによって照明光全体の光量が低下することがない。これにより、明るさの分布を有する照明光の全体の明るさが低下するのを抑制することができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、本発明の位相シフト画像撮像装置を表面実装機１００に適用した例を示したが、本発明はこれに限らず、部品試験装置（ＩＣハンドラー）、半田印刷装置および基板検査装置にも適用することが可能である。また、本発明の位相シフト画像撮像装置は表面実装機、部品試験装置、半田印刷装置および基板検査装置以外の機器や装置にも広く適用することが可能である。なお、ＩＣハンドラーは、本発明の「部品移載装置」の一例である。

また、上記実施形態では、部品撮像装置６０の撮像素子６３にラインセンサを用いて、撮像素子６３に対して部品１２０を移動させながら撮像素子６３が部品１２０を撮像するように構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、図１１に示す変形例による表面実装機のように、部品撮像装置６００の撮像素子６３０にエリアセンサを用いてもよい。部品撮像装置６００は、部品１２０をエリアセンサの視野内に配置して静止させた状態で、撮像素子６３０が部品１２０を撮像するように構成されている。この場合には、エリアセンサの全画素で一度に撮像するので、照明部６１０の基部６１０ａを大きくするとともに、基部６１０ａに発光素子６２をより多く配置する。このように、照明部６１０は、この照明部６１０からの正弦波状の分布を有する照明光が、部品１２０の下面全域に照射されるように構成されればよい。

また、上記実施形態では、本発明の発光部を、Ａ方向に並んで配列された２５個の発光素子６２の列（発光素子列６２ａ）により構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、本発明の発光部を、Ａ方向に延びる１本の線状光源によって構成し、Ｂ方向に線状光源からなる発光部を複数本所定の間隔で略平行に配置するように構成してもよい。

また、上記実施形態では、格子投影パターンの位相数を３相または４相に変更して、位相の異なる３つまたは４つの画像を取得可能に構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、格子投影パターンの位相数を５相以上に変更して、位相の異なる５つ以上の画像を取得してもよい。

また、上記実施形態では、発光素子６２を直線状に配列して、Ａ方向に直線状に延びる発光素子列６２ａを構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、発光素子６２をＡ方向に曲線状に延びるように配列してもよい。

また、上記実施形態では、各発光素子６２を、Ａ方向に間隔ｄ１を空けて配列し、Ｂ方向に間隔ｄ２を空けて配列した例を示したが、本発明はこれに限らず、複数の発光素子をそれぞれｄ１およびｄ２とは異なる間隔を空けて配列してもよい。

また、上記実施形態では、個々の発光素子６２を、Ａ方向の幅１ａおよびＢ方向の幅ｂ１を有する矩形状に形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、個々の発光素子を、幅１ａおよび幅ｂ１とは異なる幅に形成してもよい。また、矩形状以外の円形状や楕円形状に形成してもよい。

また、上記実施形態では、発光素子６２を、Ａ方向に２５個配列して１列の発光素子列６２ａを構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、発光素子を２４個以下の数だけ配列してもよいし、２６個以上配列してもよい。また、発光素子自体が、Ａ方向に延びるように形成してもよい。

また、上記実施形態では、発光素子列６２ａをＢ方向に１８列配列した例を示したが、本発明はこれに限らず、発光素子列を、３列以上１７列以下の数だけ配列してもよいし、１９列以上配列してもよい。

また、上記実施形態では、発光素子６２を発光ダイオードにより構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、発光素子を、半導体レーザーによって構成してもよい。また、発光素子に用いる発光ダイオードとしては、有機発光ダイオードを用いてもよい。発光素子は、マスクを介することなく、所望の発光パターンを投影可能であるか、または所望の発光パターンを投影するように配列可能であれば、どのような種類の発光素子であってもよい。

また、上記実施形態では、照明部６１を、少なくとも３つの発光素子列６２ａを発光させることによってＢ方向に略正弦波状の明るさの分布を有する照明光を生成した例を示したが、本発明はこれに限らず、照明部を、１つまたは２つの発光素子列を発光させることによって、正弦波状以外の明るさの分布を有する照明光を生成するように構成してもよい。

また、上記実施形態では、基台１に固定的に設けた部品撮像装置６０に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限らず、吸着ノズル２２に対して移動可能なようにヘッドユニット２０に取り付けられた撮像装置に本発明を適用してもよい。

また、上記実施形態では、照明部６１の複数の発光素子６２からの光を、拡散シート６１ｂを用いてＡ方向に延びる均一な直線状の発光ラインに整形するように構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、この拡散シートを除いて、発光素子からの光がシリンドリカルレンズを介してそのまま部品に照射されるように構成してもよい。

また、上記実施形態では、各発光素子列６２ａの点灯と消灯とを切り替えることによって略正弦波状の明るさの分布を有する直線縞状の格子投影パターンを形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、各発光素子列の点灯と消灯との切り替えだけでなく、発光強度（明るさ）を発光素子列毎に調節するように構成してもよい。

２０ ヘッドユニット
６０ 部品撮像装置（位相シフト画像撮像装置）
６１ 照明部
６２ 発光素子
６２ａ 発光素子列（発光部）
６３ 撮像素子（撮像部）
７４ａ 位相演算部
１００ 表面実装機（部品移載装置）
１２０ 部品(撮像対象物)

Claims (9)

1. それぞれ第１の方向に延びるとともに前記第１の方向と略垂直な第２の方向に所定の間隔で略平行に配置され、かつ、それぞれ線状パターンに発光する複数の発光部を含み、前記線状パターンに発光する複数の発光部の少なくとも一部を発光させることにより前記発光部からの距離に応じた光の減衰による前記第２の方向への明るさの分布を有する照明光を生成して撮像対象物に対して照射する照明部と、
   前記照明部からの前記照明光を用いて前記撮像対象物を撮像する撮像部とを備え、
   前記照明部は、発光させる前記発光部を変更することにより前記撮像対象物に照射する前記照明光の前記明るさの分布の位置を前記第２の方向へ変更可能に構成されている、位相シフト画像撮像装置。
2. 前記複数の発光部の各々は、前記第１の方向に並んで配列された複数の発光素子の列により構成され、
   前記照明部は、発光させる前記発光素子列の位置を他の位置に電気的に切り替えることにより、前記撮像対象物に照射する前記照明光の前記明るさの分布の位置を前記第２の方向へ変更可能に構成されている、請求項１に記載の位相シフト画像撮像装置。
3. 前記複数の発光素子列は、前記発光素子列毎に独立して点灯および消灯することが可能に構成され、
   前記照明部は、複数の前記発光素子列のうち少なくとも２つの前記発光素子列を発光させて前記第２の方向への明るさの分布を有する照明光を照射するとともに、発光させる前記発光素子列の位置を他の位置に電気的に切り替えることにより、前記発光させる発光素子列間の間隔を変更可能に構成されている、請求項２に記載の位相シフト画像撮像装置。
4. 前記照明部は、前記複数の発光素子列の中から、互いに等間隔で離間した少なくとも３つの前記発光素子列を発光させることにより、複数の前記発光素子列が並ぶ前記第２の方向に略正弦波状の明るさの分布を有する前記照明光を照射するように構成されている、請求項２または３に記載の位相シフト画像撮像装置。
5. 前記発光素子は、発光ダイオードからなる、請求項２〜４のいずれか１項に記載の位相シフト画像撮像装置。
6. 前記照明部は、前記複数の発光部の少なくとも一部を発光させることによって照射される前記照明光を、前記撮像部の撮像タイミング毎に、かつ、所定の撮像回数毎に前記照明光の前記明るさの分布の前記第２の方向の位置が同じになるように周期的に変更しながら前記撮像対象物に対して前記照明光を複数回照射するように構成され、
   前記撮像部は、前記撮像対象物に対して相対的に移動しながら、前記照明光の前記明るさの分布の前記第２の方向の位置がそれぞれ異なる１周期分の前記照明光を用いて前記撮像対象物を前記所定の撮像回数分撮像することにより、各画像の同一画素に対応する位置が各画像間で所定距離ずつずれて、かつ、前記照明光の前記明るさの分布の前記第２の方向の位置がそれぞれ異なる１周期分の各画像を撮像し、
   前記１周期分の各画像に基づいて、前記画素毎に位相を算出する位相演算部をさらに備え、
   前記位相演算部は、前記各画像の同一画素に対応する位置が各画像間で所定距離ずつずれた前記１周期分の各画像から前記画素毎の位相を算出する際に、その画素に隣接する画素の画素値を用いて、前記１周期分の各画像の間の前記所定距離の位置ずれを補正した状態で、その画素の位相を算出するように構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の位相シフト画像撮像装置。
7. 前記照明部は、前記複数の発光部の少なくとも一部を発光させることにより、前記第２の方向への明るさの分布を有する照明光を生成してスクリーン状のマスクを介することなく撮像対象物に対して照射するように構成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の位相シフト画像撮像装置。
8. 部品を移載するためのヘッドユニットと、
   それぞれ第１の方向に延びるとともに前記第１の方向と略垂直な第２の方向に所定の間隔で略平行に配置され、かつ、それぞれ線状パターンに発光する複数の発光部を含み、前記線状のパターンに発光する複数の発光部の少なくとも一部を発光させることにより前記発光部からの距離に応じた光の減衰による前記第２の方向への明るさの分布を有する照明光を生成して部品に対して照射する照明部と、
   前記照明部からの前記照明光を用いて前記部品を撮像する撮像部とを備え、
   前記照明部は、発光させる前記発光部を変更することにより前記部品に照射する前記照明光の前記明るさの分布の位置を前記第２の方向へ変更可能に構成されている、部品移載装置。
9. それぞれ第１の方向に延びるとともに前記第１の方向と略垂直な第２の方向に所定の間隔で略平行に配置され、かつ、それぞれ線状パターンに発光する複数の発光部の少なくとも一部を発光させることにより、前記発光部からの距離に応じた光の減衰による前記第２の方向への明るさの分布を有する照明光を生成して撮像対象物に対して照射するステップと、
   前記照明光を用いて前記撮像対象物を撮像するステップとを備え、
   前記照明光を照射するステップは、発光させる前記発光部を変更することにより前記撮像対象物に照射する前記照明光の前記明るさの分布の位置を前記第２の方向へ変更するステップを含む、位相シフト画像撮像方法。

Images