JP6229447B2 - 情報処理装置の製造方法及び光学部品取付装置 - Google Patents

Description

本発明は、情報処理装置の製造方法及び光学部品取付装置に関する。

生体センサや携帯端末などの情報処理装置を製造する場合には、プリント基板に受光素子や、受光素子に光を導く光学レンズなどの光学部品を実装することがある。ここで、光学レンズは、収束させた光を受光素子の所定位置に入射するために用いられる。従って、プリント基板に光学レンズを実装する場合に、光学レンズは、受光素子の位置に合わせて光軸を調整しながらプリント基板に実装する必要がある。このために、プリント基板が反りを有する場合には、プリント基板の反りを矯正した後に光学レンズを実装する必要がある。

ここで、従来のプリント基板の反りを矯正する装置には、プリント基板を保持する挟持部材がヒンジで回動自在に設けられている。さらに、プリント基板のたわみ量を３箇所で測定するセンサを有し、３箇所のたわみ量の差が最小になるように挟持部材を回動させていた。

実開平５−３３９５６号公報

ここで、近年では、プリント基板の板厚が薄くなっており、プリント基板が反り易くなっている。このために、検査などのためにプリント基板にプローブなどを接触させたときに、プローブの接触圧力によってプリント基板が反り、受光素子の向きが変化してしまうことがある。さらに、受光素子や光学レンズの小型化に伴い、光学レンズの取り付け位置にマイクロラジアン単位の高い精度が要求される。これは、光学レンズの取り付け位置に少しの角度ずれが生じても光学レンズを通して撮影した像に収差などが生じてしまうためである。

しかしながら、プリント基板の反りと受光素子の傾きは必ずしも一致しない。このために、プリント基板の反りを測定しても受光素子と光学レンズの位置を高精度に位置合わせすることは困難であった。なお、光学レンズの保持機構に、受光素子の傾斜に合わせて光学レンズの向きを調整する機構を設けると、保持機構の構成が複雑、かつ大型化してしまう。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、プリント基板に実装された受光素子に対して光学部品を高精度に位置決めして実装できるようにすることを目的とする。

実施形態の一観点によれば、受光素子を実装した基板を固定部で保持し、前記受光素子に電力を供給し、前記受光素子に複数の光源から出力させた複数の光を入射させ、複数の前記光の像を前記受光素子で取得し、複数の前記光の像の間の距離を算出し、複数の前記光の像から選択した２つの前記光の像の間の距離と、選択された２つの前記光の像に対応する２つの前記光源の間の距離との差から前記基板の姿勢の補正値を算出し、前記補正値に基づいて前記基板の姿勢を変化させ、複数の前記光の像を基準位置に一致させた後、光学部品を前記基板の所定位置に固定することを含む情報処理装置の製造方法が提供される。

また、実施形態の別の観点によれば、受光素子を実装した基板を保持する固定部と、前記受光素子に電力を供給する入力部材と、前記受光素子に複数の光を入射させる複数の光源と、前記受光素子で取得した複数の前記光の像から選択した２つの前記光の像の間の距離と、選択された２つの前記光の像に対応する２つの前記光源の間の距離との差から前記基板の姿勢の補正値を算出し、前記補正値に基づいて前記基板の姿勢を変化させる制御部と、複数の前記光の像を基準位置に一致させた後、光学部品を前記基板の所定位置に取り付ける部品取付部と、を含むことを特徴とする光学部品取付装置が提供される。

検査用光源に対する受光素子の傾きを検出し、基板の姿勢を調整することにより受光素子の傾きを調整するようにしたので、受光素子と光学部品の光軸を高精度に一致させることができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る光学部品取付装置の概略構成の一例を示す図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る光学部品取付装置においてプローブピンでプリント基板が変形する場合の一例を示す図である。 図３は、本発明の実施の形態に係る光学部品取付装置において発光素子の配置の一例を説明する図１のＡ矢視図である。 図４Ａは、本発明の実施の形態に係る光学部品取付装置における処理の一例を説明するフローチャートである。 図４Ｂは、本発明の実施の形態に係る光学部品取付装置における処理の一例を説明するフローチャートである。 図５は、本発明の実施の形態に係る光学部品取付装置において検査用光源から撮像素子に光を照射する工程の一例を説明する図である。 図６は、本発明の実施の形態に係る光学部品取付装置において撮像素子によって取得される画像の一例を示す図である。 図７は、本発明の実施の形態に係る光学部品取付装置において光学レンズをプリント基板に実装する工程の一例を説明する図である。 図８は、本発明の実施の形態に係る光学部品取付装置において撮像素子が傾いている場合の一例を説明する図である。

発明の目的及び利点は、請求の範囲に具体的に記載された構成要素及び組み合わせによって実現され達成される。
前述の一般的な説明及び以下の詳細な説明は、典型例及び説明のためのものであって、本発明を限定するためのものではない。

図１に光学部品取付装置の概略構成について説明する。
光学部品取付装置１は、プリント基板２を載置する基板設置台３を有する。基板設置台３は、例えば、枠形状を有し、その上面にプリント基板２の外縁部が載置される。また、基板設置台３の上方には、プリント基板２を押さ付ける基板固定部４と、検査用光源５が配置されている。基板固定部４は、アクチュエータ１１と、アクチュエータ１１に連絡されたアーム１２とを有する。アクチュエータ１１は、例えば、アーム１２を回動する機能を有し、アクチュエータ１１の回転軸にアーム１２の基端部が固定されている。また、アーム１２の先端部には、プリント基板２に押し当てられる押圧部材１３が取り付けられている。押圧部材１３をプリント基板２の上面に押し付けることによって、図２に示すように、基板設置台３との間でプリント基板２を固定することができる。

図１のＡ矢視図である図３に示すように、検査用光源５は、３つの発光素子２１，２２，２３が配置されている。各発光素子２１〜２３は、プリント基板２に実装された受光素子である撮像素子３１上にスポット光を１つずつ形成することができるものが使用される。３つの発光素子２１〜２３は、例えば、平面視で三角形の各頂点に相当する位置に１つずつ配置されている。より具体的には、第１の発光素子２１と第２の発光素子２２の中心間距離は、Ｌ１である。同様に、第２の発光素子２２と第３の発光素子２３の中心間距離は、Ｌ２である。第３の発光素子２３と第１の発光素子２１の中心間距離は、Ｌ３である。なお、検査用光源５の発光素子２１〜２３は、４つ以上でも良い。複数の発光素子２１〜２３は、少なくとも１つの発光素子２１〜２３が１つの直線上から離れた位置に配置されていれば良い。

さらに、図１に示す光学部品取付装置１は、部品取付部であるレンズ取り付けユニット６を有する。レンズ取り付けユニット６は、例えば、駆動機構部４１とレンズ保持部４２とを有する。駆動機構部４１は、水平方向に移動可能な第１の腕部４４と、上下方向に移動可能な第２の腕部４５とを有する。第１の腕部４４は、水平方向にロッド４６Ａを進退させるアクチュエータ４６を有する。第２の腕部４５は、上下方向にロッド４７Ａを進退させるアクチュエータ４７を有する。なお、駆動機構部４１には、多関節ロボット等を使用しても良い。

レンズ保持部４２は、第２の腕部４５のロッド４７Ａの下端に固定されており、光学部品である光学レンズ５１の保持部４８を有する。保持部４８は、例えば、不図示の吸着部を複数有し、光学レンズ５１を吸着保持するように構成されている。また、保持部４８は、光学レンズ５１を把持する爪を開閉自在に有しても良い。ここで、光学部品である光学レンズ５１は、上端が閉塞された円柱形のホルダー５２と、ホルダー５２の上端の中央に取り付けられたレンズ本体５３とを有する。光学レンズ５１の種類や、形状、構成は図１に示すものに限定されない。

さらに、光学部品取付装置１は、制御部７を有する。制御部７は、基板固定部４と、検査用光源５と、レンズ取り付けユニット６とに接続されて、各部の制御を行う。さらに、制御部７には、入力部材であるプローブピン６１が接続されている。プローブピン６１は、不図示のコイルバネなどにより、下側からプリント基板２の不図示の電極パッドに所定の力で押し当てられることにより、プリント基板２に電気的に接続される。プローブピン６１は、撮像素子３１の電力供給及び撮像素子３１からの出力信号の取得に使用される。

また、制御部７は、実施形態に特徴的な機能として、補正値算出部７１と、保持制御部７２と、撮像制御部７３と、取付制御部７４とに機能分割できる。補正値算出部７１は、プリント基板２の姿勢を制御するときに使用する補正値を算出する保持制御部７２は、基板固定部４を制御する。撮像制御部７３は、撮像素子３１の制御及び撮像素子３１で取得した画像を処理する。取付制御部７４は、レンズ取り付けユニット６を制御する。制御部７は、例えば、コンピュータに制御プログラムを実行させることにより、各部７１〜７４の処理を実行するように構成することができる。

なお、受光素子としての撮像素子３１としては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）があげられる。しかしながら、受光素子は、３箇所以上の光の入射位置を特定可能な構成を有すれば良く、ＣＣＤに限定されない。

次に、図４のフローチャートを主に参照し、組み立て工程について説明する。
ステップＳ１０１では、基板設置台３上にプリント基板２を載せる。ステップＳ１０２では、保持制御部７２の指令に基づいて基板固定部４がアーム１２を回動させ、押圧部材１３でプリント基板２を押圧する。これによって、基板固定部４と基板設置台３の間でプリント基板２が把持される。さらに、ステップＳ１０３で、撮像制御部７３が、プリント基板２の電極パッドにプローブピン６１を押し付け、プリント基板２を制御部７に電気的に接続する。このとき、図２に示すように、プローブピン６１が下方から押し当てられることによって、プリント基板２の一部が上方に凸となるように変形する。さらに、これに伴って、撮像素子３１が初期状態に比べて傾く。この後、ステップＳ１０４で、撮像制御部７３が、プローブピン６１を介してプリント基板２に通電する。これによって、撮像素子３１が動作可能になる。

続くステップＳ１０５からステップＳ１０９で、補正値算出部７１が、撮像素子３１の姿勢検査を実行する。まず、ステップＳ１０５では、図５に示すように、検査用光源５の３つの発光素子２１〜２３から撮像素子３１にスポット光を照射する。撮像素子３１は、スポット光を受光することによって画像データを作成する。画像データの信号は、撮像素子３１からプリント基板２の不図示の電極パッドに出力され、電極パッドからプローブピン６１を介して制御部７に入力される。制御部７は、撮像制御部７３で画像データを画像処理し、例えば、図６に示すような発光素子２１〜２３の像を含む画像８０を作成する。画像８０には、第１の発光素子２１のスポット光の像（第１の像）７１と、第２の発光素子２２のスポット光の像（第２の像）７２と、第３の発光素子２３のスポット光の像（第３の像）７３とが含まれる。検査用光源５と撮像素子３１のそれぞれの光軸が一致している場合、各像８１〜８３は、基準位置、即ち検査用光源５の各発光素子２１〜２３の位置と同じ位置に配置される。

ステップＳ１０６では、撮像制御部７３のデータ処理により、３つのスポット光の像８１〜７３の中心座標を取得する。ステップＳ１０７では、撮像制御部７３が、３つのスポット光の像８１〜８３から選択される２つの像８１〜８３の中心間の距離を計算する。図６の例では、３つのスポット光の像８１〜８３から選択される２つの像８１〜８３の中心間の長さとしてＬ１１，Ｌ２１，Ｌ３１が算出される。続くステップＳ１０８では、補正値算出部７１が、スポット光の像８１〜８３の中心間の距離と、検査用光源５の各発光素子２１〜２３の中心間距離Ｌ１〜Ｌ３とを参照し、撮像素子３１の傾きを算出する。ここで、ステップＳ１０９において、補正値算出部７１が、撮像素子３１の傾きがゼロ、即ち、撮像素子３１の光軸と検査用光源５の光軸とが一致すると判定した場合には、ステップＳ１１３に進む。一方、補正値算出部７１が、撮像素子３１の光軸と検査用光源５の光軸とが一致していないと判定すれば、姿勢調整が完了していないとみなし、ステップＳ１１０に進む。なお、図２の例では、プローブピン６１を押し当てることで撮像素子３１が傾いているので、ステップＳ１１０が実行される。

続いて、ステップＳ１１０からステップＳ１１２で姿勢補正を実行する。まず、ステップＳ１１０では、補正値算出部７１が、姿勢補正値を算出する。図２の例では、プローブピン６１による撮像素子３１の傾斜を打ち消すようにプリント基板２の姿勢を変形させるような姿勢補正値が算出される。

次に、ステップＳ１１１では、保持制御部７２が、姿勢補正値に基づいて基板固定部４のアクチュエータ１１を駆動させ、押圧部材１３によるプリント基板２の押圧を調整し、プリント基板２の姿勢を変化させる。ここで、ステップＳ１１２において、補正値算出部７１が、撮像素子３１の傾きがゼロ、即ち、撮像素子３１の光軸と検査用光源５の光軸とが一致すると判定した場合には、ステップＳ１１３に進む。一方、補正値算出部７１が、撮像素子３１の光軸と検査用光源５の光軸とが一致していないと判定すれば、姿勢調整が完了していないとみなし、ステップＳ１０５に戻る。

ステップＳ１１３では、撮像制御部７３が、検査用光源５の全ての発光素子２１〜２３を消灯させる。ステップＳ１１４で、アクチュエータ１１が現在の状態を保持した状態で、ステップＳ１１５に進み、取付制御部７４がレンズ取り付けユニット６を駆動させ、光学レンズ５１をプリント基板２の所定位置に取り付ける。これによって、図７に示すように、光学レンズ５１が撮像素子３１を覆うようにプリント基板２に固定される。このとき、レンズ本体５３の光軸は、検査用光源５の光軸と一致するようにプリント基板２に固定されるので、レンズ本体５３の光軸と撮像素子３１の光軸とが一致する。光学レンズ５１の固定には、例えば、不図示の接着剤が使用される。光学レンズ５１を取り付けた後、レンズ取り付けユニット６は、プリント基板２の上方から退避する。さらに、ステップＳ１１６で、保持制御部７２がアクチュエータ１１を駆動させ、基板固定部４によるプリント基板２の保持を解除する。そして、ステップＳ１１７で、プリント基板２が基板設置台３か取り外される。他のプリント基板２に光学レンズ５１を実装する場合には、前記の各工程を繰り返す。

なお、プリント基板２には、図示を省略する他の回路や素子が実装され、他の部品と組み合わされることによって情報処理装置になる。情報処理装置では、光学レンズ５１を通して所定の光が撮像素子３１に入力され、これに基づいて画像データが作成される。さらに、画像データを不図示のマイクロプロセッサ等でデータ処理することにより、所定の機能が実現される。

ここで、ステップＳ１０５からステップＳ１１２までの処理の具体例について、図６を例にして説明する。図６は、プリント基板１の反りによって撮像素子３１が第１の像８１と第３の像８３を結ぶ線分を回転軸として傾斜し、第２の像８２側が下がった状態を示している。このケースでは、図５に示す撮像素子３１の画像８０は、図８のＢ矢視に相当する像になる。即ち、第２の像８２の位置が、撮像素子３１の位置ズレがない場合に比べてずれる。なお、破線は、撮像素子３１が相対的に傾斜していない場合の像８１〜８３を結ぶ辺を示している。

この場合、補正値算出部７１は、画像８０中の第１の像８１と第２の像８２を結ぶ辺９１の長さＬ１１と、第２の像８２と第３の像８３を結ぶ辺９２の長さＬ２１を算出する。そして、辺９１の長さＬ１１と、対応する検査用光源５の２つの発光素子２１，２３間の距離Ｌ１とを比較する。同様に、辺９２の長さＬ２１と、対応する検査用光源５の２つの発光素子２２，２３間の距離Ｌ２とを比較する。距離Ｌ１，Ｌ２は、変化しない既知の値なので、撮像素子３１が傾いていると、距離Ｌ１と辺９１の長さＬ１１が不一致になる。同様に、距離Ｌ２と辺９２の長さＬ２１が、不一致になる。これによって、撮像素子３１が傾きを有することがわかる。この場合、辺９３の長さＬ３１と、対応する検査用光源５の２つの発光素子２１，２３間の距離Ｌ３とは一致するので、像８２側が、他の２つの像８１，８３に対して相対的に下がっているか、上がっていることになる。

この場合、補正値算出部７１は、検査用光源５側の距離Ｌ１と、撮像素子３１側の長さＬ１１との差を算出する。この差は、像８１の基準位置からのずれ量に相当する。同様に、検査用光源５側の距離Ｌ２と、撮像素子３１側の長さＬ２１との差を算出する。この差は、像８２の基準位置からのずれ量に相当する。そして、これらの差のそれぞれに予め定められている係数などを掛けることにより、差をゼロにするような姿勢補正値を算出する。また、例えば、各像８１〜８３の実際の位置と基準位置の差の値と、基板固定部４の押圧力の関係を予め調べた結果のデータを補正値算出部７１に予め格納し、このデータを差の値で検索することにより姿勢補正値を取得しても良い。

姿勢補正値は、保持制御部７２に出力される。保持制御部７２は、姿勢補正値に応じてプリント基板２に与える押圧力を変化させ、撮像素子３１の傾斜を打ち消すようにプリント基板２の姿勢を調整する。以降は、前記の処理を繰り替し、距離Ｌ１，Ｌ２と対応する辺９１，９２の長さＬ１１，Ｌ２１の差をゼロにする。

ここで、例えば、像８２側が相対的に下がっているのにも係らず、像８２側を下げるように基板固定部４を制御した場合、即ちプリント基板２の姿勢を調整する方向が反対であった場合には、プリント基板２の姿勢補正後の撮像素子３１の距離Ｌ１，Ｌ２と対応する辺９１，９２の長さＬ１１，Ｌ２１の差がさらに大きくなる。この場合には、差が前回値より大きくなることから、制御部７は、姿勢の調整方向が逆方向だと判定し、逆方向にプリント基板２の姿勢を調整するような姿勢補正値を算出する。なお、３つの像８１〜８３の全てが基準位置からずれていた場合には、第１の像８１と第３の像８３を結ぶ辺９３の長さＬ３１と、対応する２つの発光素子２１，２３間の距離Ｌ３とも不一致になる。この場合、例えば、２つの像８１〜８３を順番に選択して同様の処理を行い、距離Ｌ１〜Ｌ３と対応する辺９１〜９３の長さＬ１１〜Ｌ３１の差をゼロにする。

以上、説明したように、光学部品取付装置１では、検査用光源５から出力した光を撮像素子３１で受光することによって画像８０を作成し、画像８０を用いて撮像素子３１の光軸と検査用光源５の光軸が一致するように構成した。このために、撮像素子３１の実際の光軸を調整することが可能になり、撮像素子３１と光学レンズ５１の位置を高精度に位置合わせすることが可能になる。レンズ保持部４１は、予め光軸調整された撮像素子３１に対して光学レンズ５１を配置するだけで良いので、装置構成を簡略化できる。

ここで挙げた全ての例及び条件的表現は、発明者が技術促進に貢献した発明及び概念を読者が理解するのを助けるためのものであり、ここで具体的に挙げたそのような例及び条件に限定することなく解釈するものであり、また、明細書におけるそのような例の編成は本発明の優劣を示すこととは関係ない。本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、それに対して種々の変更、置換及び変形を施すことができる。

以下に、前記の実施の形態の特徴を付記する。
（付記１） 受光素子を実装した基板を固定部で保持し、前記受光素子に電力を供給し、前記受光素子に複数の光を入射させ、複数の前記光の像を前記受光素子で取得し、複数の前記光の像の基準位置に対する位置ずれから前記基板の姿勢の補正値を算出し、前記補正値に基づいて前記基板の姿勢を変化させ、複数の前記光の像を基準位置に一致させた後、光学部品を前記基板の所定位置に固定することを含む情報処理装置の製造方法。
（付記２） 複数の前記光の像の間の距離を算出し、前記光の像の基準位置間の距離との差がゼロになるように補正値を算出する付記１に記載の情報処理装置の製造方法。
（付記３） 前記補正値に従って前記基板を押圧する押圧部材の押圧力を変化させることにより、前記基板の姿勢を変化させる付記１又は付記２に記載の情報処理装置の製造方法。
（付記４） 受光素子を実装した基板を保持する固定部と、前記受光素子に電力を供給する入力部材と、前記受光素子に複数の光を入射させる光源と、前記受光素子で取得した複数の前記光の像の基準位置に対する位置ずれから前記基板の姿勢の補正値を算出し、前記補正値に基づいて前記基板の姿勢を変化させる制御部と、複数の前記光の像を基準位置に一致させた後、光学部品を前記基板の所定位置に取り付ける部品取付部と、を含むことを特徴とする光学部品取付装置。
（付記５） 前記制御部は、複数の前記光の像の間の距離を算出し、前記光の像の基準位置間の距離との差がゼロになるように補正値を算出するように構成した付記４に記載の光学部品取付装置。
（付記６） 前記固定部は、前記基板を押圧する押圧部材を有し、前記保持制御部は、前記補正値に従って前記押圧部材の押圧力を変化させるように構成した付記４又は付記５に記載の光学部品取付装置。

１ 光学部品取付装置
２ プリント基板
４ 基板固定部
５ 検査用光源
６ レンズ取り付けユニット（部品取付部）
７ 制御部
１３ 押圧部材
３１ 撮像素子（受光素子）
５１ 光学レンズ（光学部品）
６１ プローブピン（入力部材）
７１ 補正値算出部
７２ 保持制御部
８１，８２，８３ 像

Claims (5)

1. 受光素子を実装した基板を固定部で保持し、
   前記受光素子に電力を供給し、
   前記受光素子に複数の光源から出力させた複数の光を入射させ、
   複数の前記光の像を前記受光素子で取得し、
   複数の前記光の像の間の距離を算出し、
   複数の前記光の像から選択した２つの前記光の像の間の距離と、選択された２つの前記光の像に対応する２つの前記光源の間の距離との差から前記基板の姿勢の補正値を算出し、
   前記補正値に基づいて前記基板の姿勢を変化させ、
   複数の前記光の像を基準位置に一致させた後、光学部品を前記基板の所定位置に固定することを含む情報処理装置の製造方法。
2. 前記複数の光は、平面視で三角形の各頂点に相当する位置に１つずつに配置された前記光源から出力される請求項１に記載の情報処理装置の製造方法。
3. 前記補正値に従って前記基板を押圧する押圧部材の押圧力を変化させることにより、前記基板の姿勢を変化させる請求項１又は請求項２に記載の情報処理装置の製造方法。
4. 受光素子を実装した基板を保持する固定部と、
   前記受光素子に電力を供給する入力部材と、
   前記受光素子に複数の光を入射させる複数の光源と、
   前記受光素子で取得した複数の前記光の像から選択した２つの前記光の像の間の距離と、選択された２つの前記光の像に対応する２つの前記光源の間の距離との差から前記基板の姿勢の補正値を算出し、前記補正値に基づいて前記基板の姿勢を変化させる制御部と、
   複数の前記光の像を基準位置に一致させた後、光学部品を前記基板の所定位置に取り付ける部品取付部と、
   を含むことを特徴とする光学部品取付装置。
5. 前記固定部は、前記基板を押圧する押圧部材を有し、前記保持制御部は、前記補正値に従って前記押圧部材の押圧力を変化させるように構成した請求項４に記載の光学部品取付装置。
   

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