JP5562659B2 - 実装装置および実装方法 - Google Patents

Description

本発明は、入射光を折り曲げて射出する光学部品を基板に実装する実装装置および実装方法に関するものである。

透明な基板（透明パネル）に対して電子部品を実装する手法として、透明パネルと電子部品とに位置決めマークを設け、これら透明パネルの位置決めマークと電子部品の位置決めマークとの相対位置を透明パネルの実装面とは反対側の面から認識するようにしたものが知られている（例えば特許文献１を参照）。

特開平７−２７３４９７号公報

ところで、例えばプリズム等のような入射光を折り曲げて射出する透明な光学部品を基板に実装する場合がある。しかしながら、このような光学部品を基板に実装する際、基板と対向させる面と反対側の面が光を透過せず、この反対側の面側から光学部品と基板とに付された位置決めマークを認識できない場合があった。

本発明は、上記に鑑みなされたものであって、入射光を折り曲げて射出する光学部品を精度良く位置合わせし、基板に実装することができる実装装置および実装方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる実装装置は、基板と、前記基板側からの光を入射させる第１の面と、該入射した光を折り曲げて射出する第２の面とを備えた光学部品と、前記光学部品の第１の面と前記基板とを対向配置させた状態で、前記基板と前記光学部品とを相対的に移動させて前記基板と前記光学部品との位置を調整する調整手段と、前記第２の面から射出される光の光路上に配置された撮像手段と、前記撮像手段によって撮像された画像データをもとに、前記調整手段による前記基板と前記光学部品との相対的な移動量を制御し、前記光学部品を前記基板に実装する制御手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明にかかる実装装置は、上記の発明において、前記第２の面に照明光を照射する光源部を備え、前記光源部は、該光源部の光軸が前記撮像手段の光軸と同軸となるように配設されたことを特徴とする。

また、本発明にかかる実装装置は、上記の発明において、前記撮像手段は、前記第２の面を撮像するとともに、前記光学部品を介して前記第１の面と対向配置された前記基板を撮像し、前記制御手段は、前記画像データを画像認識処理して前記光学部品を介した前記基板の像の少なくとも一部を認識する基板認識手段と、前記画像データを画像認識処理して前記第２の面の像の少なくとも一部を認識する光学部品認識手段と、を有し、前記基板の像の少なくとも一部と前記第２の面の像の少なくとも一部とをもとに、前記基板と前記光学部品との相対的な移動量を制御することを特徴とする。

また、本発明にかかる実装装置は、上記の発明において、前記基板は、前記光学部品との対向面に付されたアライメントマークを備え、前記基板認識手段は、前記光学部品を介した前記基板の像に含まれる前記アライメントマークを認識し、前記光学部品認識手段は、前記第２の面の外形を認識し、前記制御手段は、前記画像データ中の前記アライメントマークの中心位置と前記第２の面の中心位置とが一致するように前記基板と前記光学部品との相対的な移動量を制御することを特徴とする。

また、本発明にかかる実装装置は、上記の発明において、前記基板は、有効撮像領域を有する撮像素子であり、前記基板認識手段は、前記光学部品を介した前記撮像素子の像に含まれる前記有効撮像領域の外形を認識し、前記光学部品認識手段は、前記第２の面の外形を認識し、前記制御手段は、前記有効撮像領域の中心位置と前記第２の面の中心位置とが一致するように前記撮像素子と前記光学部品との相対的な移動量を制御することを特徴とする。

また、本発明にかかる実装装置は、上記の発明において、前記第２の面は、光の通過範囲となる有効領域を有し、前記光学部品認識手段は、前記第２の面の外形を認識することで前記有効領域を区画する境界線を算出し、前記制御手段は、前記有効領域の中心位置を前記第２の面の中心位置とすることを特徴とする。

また、本発明にかかる実装装置は、上記の発明において、前記光学部品は、プリズムであることを特徴とする。

また、本発明にかかる実装方法は、基板と、該基板側からの光を入射させる第１の面および該入射した光を折り曲げて射出する第２の面を備えた光学部品の前記第１の面と、を対向配置する工程と、前記第２の面に照明光を照射する工程と、前記第２の面の画像データを撮像する工程と、前記撮像された画像データをもとに、前記基板と前記光学部品との相対的な移動量を制御し、前記基板と前記光学部品との位置を調整する工程と、前記調整された前記光学部品を前記基板に実装する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明では、基板側からの光を入射させる光学部品の第１の面を基板と対向配置することとした。また、第１の面から入射した光を折り曲げて射出する光学部品の第２の面から射出される光の光路上に撮像手段を配置することとした。これによれば、光学部品の第２の面側から、光学部品を介して第１の面と対向配置された基板を撮像することができる。そして、このようにして撮像手段によって撮像された画像データをもとに、基板と光学部品との位置を調整することができる。したがって、入射光を折り曲げて射出する光学部品を精度良く位置合わせし、基板に実装することができる。

図１は、実施の形態１の実装装置の全体構成を説明する模式図である。 図２は、実施の形態１においてステージ上に載置される基板の平面図である。 図３は、実施の形態１のプリズムの光入射面を示す側面図である。 図４は、実施の形態１における基板とプリズムとの位置合わせの原理を説明する図である。 図５は、実施の形態１の実装装置による基板上へのプリズムの実装手順を示すフローチャートである。 図６は、カメラのアライメントマーク観察用位置およびプリズム観察用位置とを説明する説明図である。 図７は、変形例においてステージ上に載置される基板の平面図である。 図８は、変形例のプリズムの光入射面を示す側面図である。 図９は、変形例における基板とプリズムとの位置合わせの原理を説明する図である。 図１０は、実施の形態２の実装装置の全体構成を説明する模式図である。 図１１は、ステージの座標系とプリズムを上面側から撮像するカメラの座標系との関係を説明する説明図である。 図１２は、ステージの座標系とプリズムを光入射面側から撮像するカメラの座標系との関係を説明する説明図である。

以下、図面を参照し、本発明に係る実装装置の好適な実施の形態について説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。

（実施の形態１）
実施の形態１では、入射光を折り曲げて射出する光学部品としてプリズムを例示する。そして、このプリズムをアライメントマークの付された基板に実装する実装装置を例示する。図１は、実施の形態１の実装装置１の全体構成を説明する模式図である。図１に示すように、実装装置１は、基板２が載置されるステージ１１、基板２上に実装する光学部品の一例であるプリズム３を搬送するマニピュレータ１２、光源部としての光源ユニット１３、光路分割素子１４、撮像手段としての撮像ユニット１５等を備える。

ここで、マニピュレータ１２によって把持されるプリズム３は、後に基板２上に実装されて、基板２側からの光を入射し、また光源ユニット１３から入射した光の射出面となる第１の面（以下、「光射出面」と呼ぶ。）３１と、基板２側からの光を射出し、また光源ユニット１３からの光の入射面となる第２の面（以下、「光入射面」と呼ぶ。）３３と、入射光を反射する反射面３５とを備える。そして、実施の形態１では、ステージ１１とマニピュレータ１２とが協働して調整手段として機能し、基板２とプリズム３の光射出面３１とを離間させて対向配置させるとともに、この状態で基板２とプリズム３とを相対的に移動させる。

具体的には、ステージ１１は、モータ等の駆動手段によってＸ軸方向およびＹ軸方向に移動自在に構成されるとともに、Ｚ軸を軸中心としてＸＹ平面内で回転自在に構成されている。このステージ１１は、後述するステージ制御部１６１の制御のもと、マニピュレータ１２が把持したプリズム３の光射出面３１の下方にステージ１１上の基板２の上面内に設定されるプリズム３の実装目標位置（実施の形態１では図２に示して後述するアライメントマーク２１）を位置付ける。そしてこの後、ステージ１１は、ステージ制御部１６１の制御のもと、ＸＹ平面内で移動および／または回転することによってプリズム３に対する基板２の位置を調整し、基板２とプリズム３とを位置合わせする。

一方、マニピュレータ１２は、プリズム３を基板２上に搭載するためのものであり、後述するマニピュレータ制御部１６２の制御のもと、プリズム３の光射出面３１がステージ１１（すなわち基板２）と平行になるようにプリズム３の側面１００の反射面３５側を上方から把持し、把持したプリズム３をＺ軸方向に移動させる。

光源ユニット１３は、プリズム３の光入射面３３に対し照明光を照射するための光源１３１を備える。また、光源ユニット１３は、光源１３１から射出される光量を調整する不図示の光量調整装置を備える。光源１３１から照射された照明光は、光量調整装置によって所定の光量に調整される。光源ユニット１３は、このように所定の光量に調整された照明光を射出し、光路分割素子１４に入射させる。

光路分割素子１４は、ハーフミラー等で構成され、光源ユニット１３から射出された照明光をプリズム３の光入射面３３側に反射する。このように光路分割素子１４によって反射された照明光は、プリズム３を介して基板２に入射される。また、光路分割素子１４は、後述するように基板２によって反射され、プリズム３を介して入射される反射光を透過して撮像ユニット１５に入射させる。

撮像ユニット１５は、例えばＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子で構成されるカメラ１５１を備え、カメラ１５１によって撮像した画像データを、後述する画像処理部１６３に出力する。また、撮像ユニット１５は、カメラ１５１を光軸方向（Ｘ軸方向）に沿って移動させる不図示のカメラ位置調整装置を備える。ここで、カメラ１５１は、マニピュレータ１２によって把持されて基板２の実装目標位置（アライメントマーク２１）の上方に搬送されたプリズム３の光入射面３３側の側方に配設される。より詳細には、カメラ１５１は、プリズム３によって折り曲げられる光の光路内において、光源ユニット１３を構成する光源１３１と同一光軸となるようにＺ軸上の位置が予め設定されて配設されている。そして、カメラ１５１は、カメラ位置調整装置によって所定のＸ位置に位置付けられた状態でプリズム３を光入射面３３側から撮像する。

また、実装装置１は、装置内の適所に収められた制御手段としての制御部１６を備える。制御部１６は、マイクロコンピュータ等で構成され、実装装置１を構成する各部の動作を制御して実装装置１を統括的に制御する。ここで、制御部１６は、実装装置１の動作に必要な各種設定値等のデータを記録し、あるいは撮像ユニット１５のカメラ１５１によって撮像された画像データを展開等するための記憶部１７と接続されている。この記憶部１７は、更新記憶可能なフラッシュメモリ等の各種ＩＣメモリ、内蔵或いはデータ通信端子で接続されたハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ等の情報記憶媒体およびその読取装置等を適宜組み合わせて実現される。この制御部１６は、ステージ制御部１６１と、マニピュレータ制御部１６２と、基板認識手段および光学部品認識手段としての画像処理部１６３とを備える。

ステージ制御部１６１は、ステージ１１の移動を制御し、ステージ１１をＸＹ平面内の所定の位置に移動させるとともに、ステージ１１の回転を制御し、Ｚ軸を軸中心としてステージ１１を所定の回転角度に回転させる。マニピュレータ制御部１６２は、マニピュレータ１２の駆動を制御し、マニピュレータ１２にプリズム３の側面１００を把持させ、このマニピュレータ１２をＺ軸方向に移動させる。画像処理部１６３は、撮像ユニット１５のカメラ１５１から入力された画像データにパターン認識等の画像認識処理を施すものであり、画像データに映る基板２の像およびプリズム３の光入射面３３の外形（エッジ）を認識する。

次に、実施の形態１の実装装置１が行う基板２とプリズム３との位置合わせの原理について説明する。図２は、ステージ１１上に載置される基板２の平面図である。また、図３は、プリズム３の光入射面３３を示す側面図である。そして、図４は、基板２とプリズム３との位置合わせの原理を説明する図である。

図２に示すように、基板２は、矩形形状を有し、その上面中央に付された十字状のアライメントマーク２１を備えている。このアライメントマーク２１は、互いに直行する２本のラインＬ１１，Ｌ１３によって構成され、例えばその交差点Ｐ１１が、基板２の上面内におけるプリズム３の実装目標位置と一致し、且つ各ラインＬ１１，Ｌ１３が基板２の端縁と平行になるように付されている。一方、プリズム３の光入射面３３は、図３に示すように、上側の２つの角が面取りされた略矩形形状の外形を有する。

ここで、上記した構成の実装装置１において、光源ユニット１３から射出された照明光は、光路分割素子１４を経由してプリズム３の光入射面３３に入射され、反射面３５によって反射されて光射出面３１から射出される。そしてその後、プリズム３の光射出面３１の下方に位置付けられたステージ１１上の基板２に照射される。そして、この照明光は反射光として基板２側から反射され、プリズム３および光路分割素子１４を経由して撮像ユニット１５に入射し、この撮像ユニット１５においてカメラ１５１によって撮像される。したがって、プリズム３に対し、光入射面３３側から照明光を照射し、この光入射面３３を撮像すると、得られる画像データには、プリズム３の光入射面３３の外形が映る。また、得られる画像データのプリズム３の内側の領域には、プリズム３の光射出面３１の下方に位置付けられた基板２のアライメントマーク２１が映る。

なお、背景技術で示した特許文献１を適用し、透明なプリズム３を上方（反射面３５の上方）から撮像して位置合わせしようとしても、プリズム３の上面（反射面３５の反対側の面）が光を透過しないため、プリズム３の上方からは光射出面３１の下方の基板２の像を撮像することができない。

実施の形態１の実装装置１は、このようにして撮像された画像データを画像認識処理することによって画像データに映るアライメントマーク２１を認識し、図４に示すように、認識したアライメントマーク２１の交差点Ｐ１１の画像データ中での位置を算出する。また、カメラ１５１によって撮像された画像データを画像認識処理することによって画像データに映るプリズム３の光入射面３３の外形を認識し、認識した光入射面３３の外形をもとに、光入射面３３の中心Ｐ１３の画像データ中での位置を算出する。そして、算出した交差点Ｐ１１の位置と光入射面３３の中心Ｐ１３の位置とが一致するようにステージ１１の移動量を制御する。

次に、実装装置１の各部の具体的な動作について説明する。図５は、実施の形態１の実装装置１による基板２上へのプリズム３の実装手順を示すフローチャートである。

図５に示すように先ず、ステージ制御部１６１がステージ１１を駆動し、マニピュレータ１２によって把持されたプリズム３の光射出面３１の下方に、ステージ１１上の基板２のアライメントマーク２１（実装目標位置）を位置付ける（ステップＳ１）。

続いて、撮像ユニット１５のカメラ１５１によって撮像された画像データを取得するが、実施の形態１では、アライメントマーク２１を認識する場合（アライメントマーク認識時）とプリズム３の光入射面３３の外形を認識する場合（プリズム認識時）とでカメラ１５１のＸ位置を異ならせて画像データを取得する。図６は、アライメントマーク認識時のカメラ１５１のＸ位置（アライメントマーク観察用位置）およびプリズム認識時のカメラ１５１のＸ位置（プリズム観察用位置）とを説明する説明図であり、図６では、各位置におけるプリズム３とカメラ１５１との位置関係を示している。図６中に矢印Ａ１で示すように、カメラ１５１は、制御部１６の制御のもと、カメラ位置調整装置によってＸ方向に変位し、アライメントマーク認識時とプリズム認識時とでプリズム３の光入射面３３からの距離を異ならせて撮像し、画像データを取得する。

ここで、アライメントマーク観察用位置は、アライメントマーク２１にピントが合うように設定されたカメラ１５１のＸ位置であり、予め求めて記憶部１７に記憶しておく。一方、プリズム観察用位置は、プリズム３の光入射面３３にピントが合うように設定されたカメラ１５１のＸ位置であり、予め求めて記憶部１７に記憶しておく。したがって、アライメントマーク観察用位置では、アライメントマーク２１を対象として画像認識処理するのに適した画像データを得ることができる。また、プリズム観察用位置では、プリズム３の光入射面３３の外形を対象として画像認識処理するのに適した画像データを得ることができる。なお、ここでは、カメラ１５１自体の位置を移動させる構成を例示したが、レンズを移動させることで画像認識処理の対象に合わせてピントを調節する構成としてもよい。

より詳細には、実施の形態１では、アライメントマーク認識時とプリズム認識時とで照明光の光量についても可変に設定するようになっている。具体的には、アライメントマーク２１を撮像するのに適した照明光の光量（アライメントマーク観察用光量）と、プリズム３の光入射面３３を撮像するのに適した照明光の光量（プリズム観察用光量）とを予め求めて記憶部１７に記憶しておく。そして、光源ユニット１３は、制御部１６の制御のもと、光量調整装置によってアライメントマーク認識時とプリズム認識時とで異なる光量の照明光を射出する。したがって、アライメントマーク認識時では、アライメントマーク２１を対象として画像認識処理するのに適した明るさの画像データを得ることができる。また、プリズム認識時では、プリズム３の光入射面３３の外形を対象として画像認識処理するのに適した明るさの画像データを得ることができる。

図５に戻って動作を説明すると、ステップＳ１に続き、制御部１６は、撮像ユニット１５を駆動してカメラ１５１をアライメントマーク観察用位置に移動させるとともに、光源ユニット１３を駆動して照明光の光量をアライメントマーク観察用光量に調整した上で、カメラ１５１によって画像データを取得する（ステップＳ３）。その後、画像処理部１６３が、得られた画像データを画像認識処理してアライメントマーク２１を認識し、基板位置を算出する（ステップＳ５）。具体的には、アライメントマーク２１のマークパターン画像を予め用意して記憶部１７に記憶しておく。そして、画像処理部１６３は、このマークパターン画像とのマッチングによって、得られた画像データに映るアライメントマーク２１を認識する。そして、画像処理部１６３は、認識したアライメントマーク２１の交差点Ｐ１１の画像データ中での位置を基板位置として算出する。

続いて、制御部１６は、撮像ユニット１５を駆動してカメラ１５１をプリズム観察用位置に移動させるとともに、光源ユニット１３を駆動して照明光の光量をプリズム観察用光量に調整した上で、カメラ１５１によって画像データを取得する（ステップＳ７）。その後、画像処理部１６３が、得られた画像データを画像認識処理してプリズム３の光入射面３３の外形を認識し、プリズム位置を算出する（ステップＳ９）。具体的には、プリズム３の光入射面３３の外形パターン画像を予め用意して記憶部１７に記憶しておく。そして、画像処理部１６３は、この外形パターン画像とのマッチングによって、得られた画像データに映るプリズム３の光入射面３３の外形を認識する。そして、画像処理部１６３は、認識した光入射面３３の外形をもとに、光入射面３３の中心の画像データ中での位置をプリズム位置として算出する。

続いて、制御部１６が、算出した基板位置とプリズム位置との差が予め設定される規定値内か否かを判定する。そして、規定値外の場合には（ステップＳ１１：Ｎｏ）、制御部１６は、基板位置とプリズム位置との差をもとに、基板位置がプリズム位置に一致するようにステージ１１の移動量を算出する（ステップＳ１３）。その後、ステージ制御部１６１が、算出した移動量に従ってステージ１１の移動を制御し（ステップＳ１４）、ステップＳ３に戻る。その後は、ステップＳ３〜ステップＳ１４の処理を繰り返し行い、基板位置とプリズム位置との差が規定値内か否かを判定しながらステージ１１をＸＹ平面内で移動させる。この結果、基板２の位置がプリズム３の位置に合うよう調整され、プリズム３に対して基板２が位置合わせされる。

一方、ステップＳ１１において基板位置とプリズム位置との差が規定値内と判定した場合には（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、マニピュレータ制御部１６２がマニピュレータ１２を下降させ、プリズム３を基板２上へマウントする（ステップＳ１５）。その後、基板２とプリズム３との接触部分に紫外線を照射して基板２上にプリズム３をＵＶ接着し（ステップＳ１７）、動作を終える。なお、接着剤は予め基板上に塗布されていてもよいし、プリズム３を基板２上へマウントした後に塗布してもよい。

以上説明したように、実施の形態１によれば、プリズム３の光入射面３３側に撮像ユニット１５を配設することができる。そして、この撮像ユニット１５のカメラ１５１によって撮像された画像データを画像認識処理し、画像データに映るアライメントマーク２１を認識してその交差点Ｐ１１の画像データ中での位置を基板位置として算出することができる。また、カメラ１５１によって撮像された画像データを画像認識処理し、画像データに映るプリズム３の光入射面３３の外形を認識し、認識した光入射面３３の外形をもとに、光入射面３３の中心の画像データ中での位置をプリズム位置として算出することができる。そして、算出した基板位置がプリズム位置に一致するようにステージ１１の移動量を制御することができる。したがって、入射光を折り曲げて射出するプリズム３を精度良く位置合わせし、基板２に実装することができる。また、複雑な装置構成を必要としないので、安価で簡易に実装装置１を実現できる。

なお、実施の形態１では、画像データを画像認識処理することによって基板位置とプリズム位置とを算出し、これらの差をもとにステージ１１の移動量を制御して基板２とプリズム３との位置合わせを行う場合を説明した。これに対し、さらにステージ１１の回転量を制御して基板２とプリズム３との向きを調整するようにしてもよい。

この場合には、例えば、認識したアライメントマーク２１の図４に示すラインＬ１１，Ｌ１３の傾きを算出するとともに、認識したプリズム３の光入射面３３の外形をもとに光入射面３３の図４中に示す上下左右の各端縁Ｅ１１〜Ｅ１４の傾きを算出する。そして、算出したラインＬ１３の傾きが上端縁Ｅ１１あるいは下端縁Ｅ１２の傾きと一致するようにステージ１１の回転量を算出し、あるいは算出したラインＬ１１の傾きが側端縁Ｅ１３，Ｅ１４の傾きと一致するようにステージ１１の回転量を算出する。その後、算出した回転量をもとにステージ１１の回転を制御し、プリズム３に対する基板２の向きを調整する。

具体的には、例えば、実施の形態１で説明したプリズム３に対する基板２の位置の調整と同様に、これらの傾きの差が予め設定される規定値内か否かを判定しながらステージ１１をＸＹ平面内で回転させる。この結果、基板２の向きがプリズム３の向きに合うよう調整され、プリズム３に対する基板２の向きが調整される。これによれば、プリズム３に対する基板２の位置に加えて、プリズム３に対する基板２の向きを調整することができ、プリズム３をより高精度に基板２に実装することができる。

また、実施の形態１では、基板２の実装目標位置にアライメントマークが付されている場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、基板に実装された撮像素子の上にプリズムを搭載する場合がある。このような場合には、画像データに映る撮像素子の撮像面を認識し、認識した撮像面の中心を実装目標位置として位置合わせすることとしてもよい。

図７は、本変形例において実装装置１のステージ１１上に載置される基板２ａの平面図である。また、図８は、プリズム３ａの光入射面３３を示す側面図である。そして、図９は、基板２ａとプリズム３ａとの位置合わせの原理を説明する図である。

図７に示すように、基板２ａは、例えば矩形形状を有し、その上面中央にＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子２３が実装されて構成される。ここで、撮像素子２３は、マトリクス状に画素が配列された有効撮像領域である撮像面２３１を上にして基板２ａの上面に実装されている。一方、プリズム３ａの光入射面３３は、実施の形態１と同様であり、図８に示すように、上側の２つの角が面取りされた矩形形状の外形を有する。ここで、プリズム３ａの光入射面３３は有効領域３７を有しており、光学設計上光を通過させる領域となっている。ただし、有効領域３７は、プリズム３ａの設計時において光入射面３３の外形端から一定の距離内側に図面上で規定されるものであり、図面をもとに作製されたプリズム３ａの有効領域３７を区画する境界線は外観上確認できない。また、プリズム３ａの光入射面３３の外形中心と有効領域３７の中心とは一般的には一致する。したがって、プリズム３ａの外形（すなわち光入射面３３の外形）を認識することで、有効領域３７の中心が得られる。

本変形例では、実装装置１は、カメラ１５１によって撮像された画像データを画像認識処理することによって画像データに映る基板２ａの撮像素子２３の撮像面２３１の外形を認識し、図９に示すように、認識した撮像面２３１の中心Ｐ２１の画像データ内での位置を算出する。また、カメラ１５１によって撮像された画像データを画像認識処理することによって画像データに映るプリズム３ａの光入射面３３の外形を認識し、光入射面３３の外形中心Ｐ２３の画像データ内での位置を算出する。そして、算出した撮像面２３１の中心Ｐ２１の位置と、プリズム３ａの光入射面３３の外形中心Ｐ２３（すなわち、有効領域３７の中心）の位置とが一致するようにステージ１１の移動量を制御する。

なお、プリズム３ａの光入射面３３において、プリズム３ａの外形中心位置と有効領域３７の中心位置とが異なる場合に、有効領域３７の中心と撮像面２３１の中心Ｐ２１とを一致させたい場合には、まずプリズム３ａの外形を認識する。ここで、上記したように、光入射面３３の有効領域３７は、プリズム３ａの設計時において規定されている。そこで、この規定された情報と、認識したプリズム３ａの外形とをもとに有効領域３７を区画する境界線の位置を算出することで、有効領域３７の中心を得る。そして、得られた有効領域３７の中心の位置と撮像面２３１の中心Ｐ２１の位置とが一致するようにステージ１１の移動量を制御すればよい。

本変形例によれば、実施の形態１と同様の効果を奏することができるとともに、基板２ａに実装された撮像素子２３の撮像面２３１の中心を実装目標位置としてプリズム３ａに対する基板２ａの位置を調整し、基板２ａとプリズム３ａとの位置合わせを行うことができる。

（実施の形態２）
図１０は、実施の形態２の実装装置１ｂの全体構成を説明する模式図である。なお、図１０では、実施の形態１と同様の構成には同一の符号を付して示している。図１０に示すように、実装装置１ｂは、プリズム３の光入射面３３を撮像するための光源ユニット１３、光路分割素子１４および撮像ユニット１５とは別に、ステージ１１の上方に配設された光源ユニット１３−２、光路分割素子１４−２および撮像ユニット１５−２をさらに備える。なお、これら光源ユニット１３−２、光路分割素子１４−２および撮像ユニット１５−２は、光源ユニット１３、光路分割素子１４および撮像ユニット１５と同様の構成で実現できる。

光源ユニット１３−２、光路分割素子１４−２および撮像ユニット１５−２は、プリズム３を上面（反射面３５の反対側の面）側から撮像するためのものであり、マニピュレータ１２によって把持されたプリズム３の上方に撮像ユニット１５−２のカメラ１５１−２が位置するように適所に配設される。

また、この実装装置１ｂにおいて、制御部１６ｂは、ステージ制御部１６１ｂと、マニピュレータ制御部１６２と、画像処理部１６３ｂとを備える。

次に、実装装置１ｂの各部の動作について説明する。実施の形態２では、実装装置１ｂは、図５に示して説明した実装手順において、ステップＳ１でプリズム３の光射出面３１の下方にステージ１１上の基板２の実装目標位置を位置付けた後、カメラ１５１−２によって基板２およびプリズム３をプリズム３の上面側から撮像する。そして、得られた画像データをもとに、プリズム３に対する基板２の位置を粗調整する。

具体的には先ず、制御部１６ｂが、撮像ユニット１５−２を駆動し、カメラ１５１−２によって撮像された画像データを取得する。続いて、画像処理部１６３ｂが、得られた画像データを画像認識処理し、画像データ中に映るプリズム３の上面の外形と基板２の外形とを認識することによって、基板２とプリズム３とのズレ量を算出する。その後、ステージ制御部１６１ｂが、算出したズレ量をもとに基板２を移動させ、プリズム３に対する基板２の位置を粗調整する。

ここで、ステージ１１の座標系と撮像ユニット１５−２のカメラ１５１−２の座標系との関係およびステージ１１の座標系と撮像ユニット１５のカメラ１５１の座標系との関係について説明する。図１１は、ステージ１１の座標系と、カメラ１５１−２の座標系との関係を説明する説明図であり、プリズム３の上方からステージ１１上の様子を俯瞰して示すとともに（ａ）、カメラ１５１−２によって撮像される撮像範囲を欄外に示している（ｂ）。図１１に示すように、カメラ１５１−２は、そのｘ座標方向がステージ１１のＸ軸方向と一致し、ｙ座標方向がステージ１１のＹ軸方向と一致するように配設され、基板２およびプリズム３をプリズム３の上面側から撮像する。

一方、図１２は、ステージ１１の座標系とカメラ１５１の座標系との関係を説明する説明図であり、プリズム３の光入射面３３側からみたステージ１１の側方を示すとともに（ａ）、カメラ１５１によって撮像される撮像範囲を欄外に示している（ｂ）。図１２に示すように、カメラ１５１は、プリズム３を介して基板２の像を撮像するため、そのｘ座標方向がステージ１１のＹ軸方向に対応し、ｙ座標方向がステージ１１のＸ軸方向に対応することとなる。

このため、後段の処理工程でステージ１１の移動量を算出する際（図５のステップＳ１３）には、カメラ１５１の座標系をステージ１１の座標系に変換して移動量を算出する必要がある。なお、これは、実施の形態１でも同様である。

なお、カメラ１５１−２によって撮像された画像データをもとにプリズム３に対して基板２の位置を粗調整した後の動作は実施の形態１と同様であり、図５に示して説明したステップＳ３〜ステップＳ１７の実装手順に従って基板２とプリズム３とを位置合わせし、プリズム３を基板２に実装する。

以上説明したように、実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果を奏することができるとともに、基板２とプリズム３との位置合わせに先立ち、カメラ１５１−２によって基板２およびプリズム３をプリズム３の上面側から撮像することができる。そして、得られた画像データをもとに、プリズム３に対する基板２の位置を粗調整することができる。これによれば、基板２とプリズム３との位置合わせを迅速に行うことができ、実装に要する時間を短縮できる。

なお、上記した実施の形態１，２では、光射出面３１と光入射面３３との成す角度が直角（９０度）のプリズム３を例示した。これに対し、光射出面と光入射面との成す角度が直角ではないプリズムを基板に実装する場合もある。このような形状のプリズムを実装する場合を想定して、プリズムを光入射面側から撮像するカメラ１５１を移動させてその光軸が任意の方向に沿うように変位させる変位手段を設けてもよい。この場合には、アライメントマーク認識時であれば、光軸と反射面との成す角度が、基板２と垂直な線分と反射面との成す角度と一致するようにカメラ１５１を変位させればよい。一方、プリズム認識時には、光入射面に対して光軸が垂直に交わるようにカメラ１５１を変位させればよい。

また、上記した実施の形態１，２では、基板上にプリズムを実装する場合を例示したが、これに限定されない。例えば、ミラー等の入射光を折り曲げる他の光学部品を基板上に実装する場合に同様に適用できる。

また、上記した実施の形態１，２では、プリズム３の光入射面３３側から照明光を照射し、基板２によって反射された反射光を撮像する構成について説明した。これに対し、例えばガラス基板等の透明な基板上にプリズムを実装する場合には、基板の下側から照明光を照射するようにしてもよい。

また、上記した実施の形態１，２では、ステージ１１をＸＹ平面内で移動させることによってプリズム３に対して基板２の位置を調整し、基板２とプリズム３とを位置合わせする場合について説明した。これに対し、ステージ１１を移動させずにマニピュレータ１２を移動させる構成とし、基板２に対してプリズム３の位置を調整して基板２とプリズム３とを位置合わせすることとしてもよい。あるいは、ステージ１１およびマニピュレータ１２の双方を逆方向に移動させることで基板２とプリズム３とを相対的に移動させ、これらの位置合わせをすることとしてもよい。なお、基板２とプリズム３との向きを調整する場合も同様であり、ステージ１１またはマニピュレータ１２あるいはこれらの両方を回転させて基板２とプリズム３とを相対的に回転させることで、基板２とプリズム３との向きを調整する構成としてよい。

以上のように、本発明の実装装置および実装方法は、入射光を折り曲げて射出する光学部品を精度良く位置合わせし、基板に実装するのに適している。

１，１ｂ 実装装置
１１ ステージ
１２ マニピュレータ
１３，１３−２ 光源ユニット
１３１，１３１−２ 光源
１４，１４−２ 光路分割素子
１５，１５−２ 撮像ユニット
１５１，１５１−２ カメラ
１６，１６ｂ 制御部
１６１，１６１ｂ ステージ制御部
１６２ マニピュレータ制御部
１６３，１６３ｂ 画像処理部
１７ 記憶部
２ 基板
２１ アライメントマーク
２３ 撮像素子
２３１ 撮像面
３ プリズム
３１ 光射出面
３３ 光入射面
３５ 反射面

Claims (8)

1. 基板と、
   前記基板側からの光を入射させる第１の面と、該入射した光を折り曲げて射出する第２の面とを備えた光学部品と、
   前記光学部品の第１の面と前記基板とを対向配置させた状態で、前記基板と前記光学部品とを相対的に移動させて前記基板と前記光学部品との位置を調整する調整手段と、
   前記第２の面から射出される光の光路上に配置された撮像手段と、
   前記撮像手段によって撮像された画像データをもとに、前記調整手段による前記基板と前記光学部品との相対的な移動量を制御し、前記光学部品を前記基板に実装する制御手段と、
   を備え、
   前記撮像手段は、前記基板における前記第１の面との対向面にピントが合うように設定した後に前記対向面を第１の画像として撮像するとともに、前記第２の面にピントが合うように設定した後に前記第２の面を第２の画像として撮像し、
   前記制御手段は、
   前記第１の画像の画像データを画像認識処理して、前記光学部品を介した前記基板の像の少なくとも一部を認識する基板認識手段と、
   前記第２の画像の画像データを画像認識処理して前記第２の面の像の少なくとも一部を認識する光学部品認識手段と、
   を有し、前記基板認識手段によって認識された前記基板の像の少なくとも一部と、前記光学部品認識手段によって認識された前記第２の面の像の少なくとも一部とをもとに、前記基板と前記光学部品との相対的な移動量を制御することを特徴とする実装装置。
2. 前記第２の面に照明光を照射する光源部を備え、
   前記光源部は、該光源部の光軸が前記撮像手段の光軸と同軸となるように配設されたことを特徴とする請求項１に記載の実装装置。
3. 前記基板は、前記第１の面との対向面に付されたアライメントマークを備え、
   前記基板認識手段は、前記光学部材を介した前記基板の像に含まれる前記アライメントマークを認識し、
   前記光学部品認識手段は、前記第２の面の外形を認識し、
   前記制御手段は、前記第１の画像の画像データ中の前記アライメントマークの中心位置と前記第２の画像の画像データ中の前記第２の面の中心位置とが一致するように前記基板と前記光学部品との相対的な移動量を制御することを特徴とする請求項１に記載の実装装置。
4. 前記撮像手段は、前記アライメントマークにピントが合うように設定された前記撮像手段の位置であるアライメントマーク観察用位置に移動して前記第１の画像を撮像し、前記第２の面にピントが合うように設定された前記撮像手段の位置である光学部品観察用位置に移動して前記第２の画像を撮像することを特徴とする請求項３に記載の実装装置。
5. 前記基板は、有効撮像領域を有する撮像素子であり、
   前記基板認識手段は、前記光学部品を介した前記撮像素子の像に含まれる前記有効撮像領域の外形を認識し、
   前記光学部品認識手段は、前記第２の面の外形を認識し、
   前記制御手段は、前記有効撮像領域の中心位置と前記第２の面の中心位置とが一致するように前記撮像素子と前記光学部品との相対的な移動量を制御することを特徴とする請求項１に記載の実装装置。
6. 前記第２の面は、光の通過範囲となる有効領域を有し、
   前記光学部品認識手段は、前記第２の面の外形を認識することで前記有効領域を区画する境界線を算出し、
   前記制御手段は、前記有効領域の中心位置を前記第２の面の中心位置とすることを特徴とする請求項３または５に記載の実装装置。
7. 前記光学部品は、プリズムであることを特徴とする請求項１に記載の実装装置。
8. 基板と、該基板側からの光を入射させる第１の面および該入射した光を折り曲げて射出する第２の面を備えた光学部品の前記第１の面と、を対向配置する工程と、
   前記第２の面に照明光を照射する工程と、
   前記第２の面の内側の領域に映る前記基板における前記第１の面との対向面にピントが合うように設定した後に前記対向面を撮像して第１の画像の画像データを得る第１の撮像工程と、
   前記第２の面にピントが合うように設定した後に前記第２の面を撮像して第２の画像の画像データを得る第２の撮像工程と、
   前記第１の画像の画像データを画像認識処理して、前記光学部品を介した前記基板の像の少なくとも一部を認識する基板認識工程と、
   前記第２の画像の画像データを画像認識処理して前記第２の面の像の少なくとも一部を認識する光学部品認識工程と、
   前記基板認識工程において認識された前記基板の像の少なくとも一部と、前記光学部品認識工程において認識された前記第２の面の像の少なくとも一部とをもとに、前記基板と前記光学部品との相対的な移動量を制御し、前記基板と前記光学部品との位置を調整する工程と、
   前記調整された前記光学部品を前記基板に実装する工程と、
   を含むことを特徴とする実装方法。

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