JP6860440B2 - 基板位置認識装置、位置認識加工装置および基板製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板位置認識装置、位置認識加工装置および基板製造方法に関する。

各種照明装置として、近年、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子を用いたＬＥＤ照明が普及している。その中でも、たとえば特許文献１、２には、表面実装型のＬＥＤパッケージを基板に実装し、さらに同じ基板にレンズを実装する技術について開示されている。

特許文献１の認識処理装置では、プリント基板へのレンズ実装時の光軸ずれを解消するために、照明灯から青色光をプリント基板上のＬＥＤパッケージに照射し、そのＬＥＤパッケージのモールド部から青色光が反射し、蛍光体からは弱い可視光が発生する。これらモールド部からの反射光および蛍光体からの蛍光をカメラに入射し、その画像における明るさの相違により、蛍光体の位置を認識可能としている。

また、特許文献２では、赤色光を発光する第１照明光源部、同じく赤色光を発光する第２照明光源部、および白色光を発光する第３照明光源部が設けられた構成が開示されている。また、第３照明光源部に対応する範囲には、たとえば白色光を青色光に変換する第１のフィルタが設けられている。さらに照明基板の開口部に対応する位置には、蛍光体が塗布されていないモールド部からの反射光を透過させない特性を備える第２のフィルタが設けられている。そして、撮影対象や目的に応じて、点灯させる個別光源部を切り換えて発光させるようにしている。また、第２のフィルタを介してカメラでＬＥＤパッケージを撮像することで、蛍光体の部位を明るく撮像することが可能としている。

特開２０１４−１３５４８２号公報 特許第５９０３５６３号公報

ところで、特許文献１の第１の実施形態では、青色光で照明するものの観察フィルタを使用しない。この場合、蛍光が強いＬＥＤパッケージを白黒カメラで認識しようとすると、白色モールド部と蛍光体部の明暗差が大きくならない。また、照明の角度により見え方が変化する。具体的には、照明を基板に近づけてローアングルで照射すれば、白色モールド部と蛍光体部の明暗差がそれなりに大きくなり、白色モールド部と蛍光体部の違いを認識することができる。しかしながら、照明を基板から遠ざけると白色モールド部と蛍光体部の明暗差が小さくなり、白色モールド部と蛍光体部の違いを認識することが困難となる。このため、機械的な構成上の制約などの理由により、照明を基板に近づけることができない場合には、特許文献１の第１の実施形態による方法では、白色モールド部と蛍光体部の違いを認識することが難しい。

なお、特許文献１の第２の実施形態では、青色光でＬＥＤパッケージおよび基板を照明すると共に、青色照明光をカットしつつ蛍光光を透過させる観察フィルタを用いている。この場合には、画像上では蛍光体部のみ明るく映る。したがって、蛍光発光しない基板上のターゲットを撮像することができない、という問題もある。

また、特許文献２の開示の構成では、特許文献１の第２の実施形態と同様に、青色光をＬＥＤパッケージおよび基板に照射すると共に、青色光をカットする蛍光観察フィルタを用いている。これと共に、特許文献２においては、赤色の照明を備えていて、基板やＬＥＤパッケージ等のターゲットも撮像できる構成となっている。この構成では、照明の構造や制御が複雑になる。また、特許文献２においては、照明部をコンパクトにするために専用の基板を用いているので、コストもかさむものとなっている。

本発明は上記の事情にもとづきなされたもので、その目的とするところは、ＬＥＤパッケージにおける蛍光体の位置を精度良く算出することが可能な基板位置認識装置、位置認識加工装置および基板製造方法を提供することを目的とする。また、蛍光体に対してレンズ等の光学部品を取り付けるための取付孔の位置を精度良く算出することが可能な基板位置認識装置、位置認識加工装置および基板製造方法を提供することが好ましい。

上記課題を解決するために、本発明の第１の観点によると、作動時に蛍光発光する蛍光体を備えるＬＥＤパッケージの基板における実装位置を認識する基板位置認識装置であって、基板に対して青色成分を含む光を照射する照明手段と、基板からの反射光および蛍光体からの蛍光のうち少なくとも青色光を選択的に取り出すと共に、その青色光よりも長波長領域の光はカットする観察フィルタと、観察フィルタにより取り出された光を撮像する撮像手段と、撮像手段が撮像した画像データに基づいて、基板における蛍光体の位置を算出する画像処理手段と、を備えることを特徴とする基板位置認識装置が提供される。

また、本発明の他の側面は、上述の発明において、画像処理手段は、基板に形成されている複数の角度ターゲットの位置を算出することで複数の角度ターゲット間の角度を算出するための角度ターゲット算出部を備えていて、角度ターゲット算出部は、ＬＥＤパッケージの蛍光体の基板上における位置を算出するのに前後して、複数の角度ターゲット間の角度を算出する、ことが好ましい。

さらに、本発明の他の側面は、上述の発明において、画像処理手段は、画像データの中から蛍光体の画像部位を抽出する蛍光体抽出部を備え、蛍光体抽出部では、蛍光体の画像部位を含む画像データである蛍光体近傍隣接領域の２値化処理を行うことで、蛍光体の画像部位を抽出する、ことが好ましい。

また、本発明の他の側面は、上述の発明において、画像処理手段は、蛍光体抽出部で抽出された蛍光体の画像部位に基づいて蛍光体の面積における重心位置を算出する重心計算部を備えている、ことが好ましい。

さらに、本発明の他の側面は、上述の発明において、画像処理手段は、蛍光体の位置の算出結果と複数の角度ターゲット間の角度の算出結果に基づいて、基板において取付孔を形成する位置を算出する、ことが好ましい。

また、本発明の他の側面は、上述した基板位置認識装置を備えると共に、画像処理手段での基板における蛍光体の位置の算出結果に基づいて、基板加工手段を用いてＬＥＤパッケージに対して位置調整された状態で基板に光学部品を取り付けるための取付孔を形成する、ことが好ましい。

また、本発明の第２の観点によると、作動時に蛍光発光する蛍光体を備えるＬＥＤパッケージの基板における実装位置を認識して基板に取付孔を形成する基板製造方法であって、基板に対して青色成分を含む光を照射し、基板からの反射光および蛍光体からの蛍光のうち青色光は透過させると共に青色光よりも長波長領域の光は透過させない観察フィルタを介して基板を撮像する撮像工程と、撮像工程で撮像した画像データに基づいて、基板における蛍光体の位置を算出する蛍光体位置算出工程と、ＬＥＤパッケージに対して位置調整された状態で基板に光学部品を取り付けるための取付孔を形成する際の基準位置となる複数の角度ターゲットの基板における位置を算出することで複数の角度ターゲット間の角度を算出する角度ターゲット位置算出工程と、蛍光体位置算出工程での蛍光体の基板における位置、および角度ターゲット位置算出工程での複数の角度ターゲット間の基板における角度の算出結果に基づいて、基板において取付孔を形成する位置を算出する取付孔位置算出工程と、取付孔位置算出工程での基板における取付孔の位置の算出結果に基づいて、加工手段を用いて基板に取付孔を形成する取付孔形成工程と、を備えることを特徴とする基板製造方法が提供される。

本発明によると、ＬＥＤパッケージにおける蛍光体の位置を精度良く算出することが可能な基板位置認識装置、位置認識加工装置および基板製造方法を提供することができる。

本発明の一実施の形態に係る検査対象であるＬＥＤパッケージが実装された基板を示す概略的な図である。 本発明の一実施の形態に係る基板の構成を示す平面図である。 本発明の一実施の形態に係る位置認識加工装置の構成を示す概略図である。 本発明の一実施の形態に係る画像処理装置の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態に係り、カメラから送信された画像データが画像処理装置へ入力された場合に、その画像データに対して画像処理を行う際の機能ブロックを示す図である。 本発明の一実施の形態に係り、基板に取付孔を形成する際の処理フローを示す図である。 本発明の一実施の形態に係り、カメラで撮像された画像データを示す図である。 本発明の一実施の形態に係り、画像データのうち、蛍光体近傍領域切出部で切り出される蛍光体近傍隣接領域のイメージを示す図である。 図８に示す蛍光体近傍隣接領域に２値化処理を行ったイメージを示す図である。 比較例に係り、モールド部に対応するモールド部撮像部位と、蛍光体に対応する蛍光体撮像部位との明暗差が、小さくなった状態を示す図である。 比較例に係り、蛍光体が明るく撮像されると共にモールド部が暗く撮像される場合の、蛍光体の周囲の撮像結果を示す図である。

以下、本発明の一実施の形態に係る基板位置認識装置（基板位置認識ユニット１００）、位置認識加工装置１０および基板製造方法について、図面を参照しながら説明する。なお、位置認識加工装置１０を説明するのに先立って、検査対象となるフレキシブルプリント基板１００の構成について説明し、その後に、位置認識加工装置１０および基板製造方法について説明する。

図１は、検査対象であるＬＥＤパッケージが実装された基板を示す概略的な図である。基板２０は、たとえばフレキシブルプリント基板２１に、アルミニウム製の放熱板２２が貼付されたものである。このフレキシブルプリント基板２１の所定の位置には、たとえば表面実装タイプのＬＥＤパッケージ３０が実装されている。このＬＥＤパッケージ３０は、白色光を発光するものであり、青色に発光可能なＬＥＤ素子３１と、そのＬＥＤ素子３１を覆うように配置された黄色の蛍光体３２を備えている。このため、ＬＥＤ素子３１が青色に発光すると、蛍光体３２では、青色の補色である黄色を発光する。そして、これらの光を混合することで、白色光を出射可能としている。

また、蛍光体３２の周囲には、モールド部３３が設けられている。モールド部３３は、白色または白色に近い明度が高い色に設けられている。なお、本実施の形態では、蛍光体３２とモールド部３３は、矩形または略矩形となるように設けられている（図２参照）。しかしながら、蛍光体３２およびモールド部３３は、円形など、その他の形状に設けられていても良い。

また、基板２０は、フレキシブルプリント基板２１を用いているが、リジット基板等のようなフレキシブルプリント基板２１以外の基板を用いても良い。また、アルミニウム製の放熱板２２を備えない構成を採用しても良い。

図２は、基板２０の構成を示す平面図である。なお、図２では、基板２０において形成予定の取付孔２４を破線で示している。図２に示すように、基板２０には、角度ターゲット２３が形成されている。この角度ターゲット２３は、フレキシブルプリント基板２１の予め定められた位置に形成されている。そして、基板２０に、レンズを取り付けるための取付孔２４を加工する場合には、この角度ターゲット２３と、ＬＥＤパッケージ３０の蛍光体３２の位置を認識し、その認識結果に基づいて、取付孔２４を基板２０に形成する。

ここで、角度ターゲット２３は、たとえば２つ等のように複数設けることで、それぞれの角度ターゲット２３の位置に基づいて、基板２０の傾斜角度を算出することができる。このため、角度ターゲット２３は、基板２０の傾斜角度を算出するために用いられている。なお、角度ターゲット２３は、基板２０の銅箔をエッチング等で除去した部位であっても良く、除去されずに残存した島状の部分であっても良く、銅箔のみならずポリイミドの基材を貫通した貫通孔であっても良い。また、角度ターゲット２３は、基板２０ではなく放熱板２２に形成しても良く、基板２０と放熱板２２の両方に形成しても良い。

図３は、本実施の形態の位置認識加工装置１０の構成を示す概略図である。図１に示すように、位置認識加工装置１０は、基板位置認識ユニット１００と、基板加工ユニット１２０と、駆動機構１３０と、制御装置１４０と、画像処理装置２００（画像処理手段に対応）を有している。なお、基板位置認識ユニット１００は、基板位置認識装置に対応している。また、基板加工ユニット１２０は基板加工手段に対応し、画像処理装置２００は画像処理手段に対応している。

基板位置認識ユニット１００は、設置された基板に対して、青色光を照射し、基板から反射された反射光をカメラ１０３で撮像する。そして、撮像された画像データに基づいて、基板に実装されているＬＥＤパッケージ３０の位置を認識するものである。

この基板位置認識ユニット１００は、照明灯１０１と、観察フィルタ１０２と、カメラ１０３と、レンズ鏡筒１０４とを有している。なお、照明灯１０１は照明手段に対応し、カメラ１０３は撮像手段に対応する。

照明灯１０１は、ＬＥＤパッケージ３０が実装された基板２０に青色の光を照射する。この照明灯１０１は、たとえばリング状に設けられていても良く、複数個の光源を備える構成としても良い。なお、認識対象が青色に発光可能なＬＥＤ素子３１と蛍光体３２で構成される白色のＬＥＤパッケージ３０である場合、照明灯１０１は、青色光か、または青色成分を含む光（たとえば白色光）を照射する構成となっている。なお、青色光としては、たとえば４３５ｎｍ〜４８０ｎｍの波長の光があるが、本実施の形態の青色光は、この波長よりも若干異なる領域であっても良い。たとえば、本実施の形態における青色光は、４００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲の波長の光であっても良い。

なお、照明する波長としては、認識対象のＬＥＤパッケージ３０が使用している蛍光体３２が吸収する励起波長帯であることが好ましい。なぜなら、この励起波長帯で観察すれば、照明光が吸収され暗く映り、白色のモールド部３３は光の波長に関係なく一定の反射率を有するからである。白色のＬＥＤパッケージ３０を認識対象とした場合、照明光の波長としては一般的な白色のＬＥＤパッケージ３０で採用されている青色のＬＥＤ素子３１の波長帯である４５０ｎｍ〜４７０ｎｍのものを採用することができる。それは、ＬＥＤパッケージ３０の蛍光体３２が当該波長の光を吸収して蛍光発光するように選択されているはずだからである。また、観察フィルタ１０２は、後述するように蛍光体３２からの蛍光をカットするため、照明は励起波長を含む白色でも良く、認識対象と同じＬＥＤパッケージを照明手段としても良い。その場合でも、照明手段のＬＥＤパッケージが備えるＬＥＤ素子が、認識対象のＬＥＤパッケージ３０が備えるＬＥＤ素子３１と同一なため、認識対象のＬＥＤパッケージ３０の蛍光体３２は、照明光を吸収して蛍光発光する。

また、上記の青色光を含む白色光を出射可能なハロゲンランプ、キセノンランプ等の白色照明を照明手段としても良い。その場合には、カメラ１０３に近赤外光が入射しないよう、照明灯１０１（光源）側またはカメラ１０３側に近赤外カットフィルタを配置する。

観察フィルタ１０２は、基本的にカメラ１０３が感度を有する波長帯で励起波長以外の光をカットするものである。つまり、観察フィルタ１０２は、蛍光体３２からの蛍光をカットするように構成されている。観察フィルタ１０２は、照明光よりも長波長領域の光を全てカットするものとしても良いが、蛍光領域の光を少なくともカットできるものであれば、長波長領域の光を全てカットできなくても良い。

なお、青色光を出射するＬＥＤ素子３１を使用すると共に黄色に発光する蛍光体３２を使用する白色のＬＥＤパッケージ３０を認識対象とする場合、観察フィルタ１０２は、市販のＲＧＢフィルタのうちの４００ｎｍ〜５００ｎｍの波長の光を透過するＢフィルタ（青色フィルタ）を使用することができる。なお、ＲＧＢフィルタとしては、ダイクロイックフィルタの方がコントラストが良好であるが、色素タイプのフィルタを用いることもできる。ダイクロイックタイプのＢフィルタは、たとえば４００ｎｍ〜５００ｎｍの波長領域で透過率が９０％である。これに対し、色素タイプのフィルタでは、透過率を縦軸、波長を横軸としたグラフにおいて透過率を示す曲線は、透過率のピークが５０％程度のなだらかな山型となる。また、ダイクロイックフィルタでは、フィルタ製作時に透過波長域の調整が可能なので、認識対象とするＬＥＤ素子３１と蛍光体３２の特性に合わせて選択することができる。

青色光を出射するＬＥＤ素子を使用すると共に、緑色に発光する緑色蛍光体と赤色に発光する赤色蛍光体を使用する高演色タイプのＬＥＤパッケージを認識する場合には、緑色蛍光体の発光スペクトルが５００ｎｍよりも短波長の領域に差し掛かる。このため、Ｂフィルタ（青色フィルタ）を使用した場合にコントラストが十分でない場合、波長のカット端が５００ｎｍよりも短波長となるフィルタ（たとえば、４８０ｎｍの波長の光からカットするようなフィルタ）を使用することで、コントラストを向上させることができる。

カメラ１０３は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等の撮像素子を搭載していて、撮影によって基板２０の画像データを取得することが可能となっている。なお、カメラ１３０は、白黒カメラの方が分解能が高いが、カラーカメラでも良い。

また、レンズ鏡筒１０４は、カメラ１０３のうち光が入射される側に取り付けられている。レンズ鏡筒１０４の内部には、たとえばテレセントリックレンズのような光学系が収納されていて、このレンズ鏡筒１０４を通過した光像（出射光）をカメラ１０３に出射する。

次に、基板加工ユニット１２０について説明する。基板加工ユニット１２０は、レーザ発振器１２１と、光路１２２と、集光系１２３と、ノズル１２４と、アシストガス供給源１２５と、を備えている。

レーザ発振器１２１は、所定の波長のレーザ光を発振する部分である。光路１２２は、たとえばミラーや光ファイバ等のように、レーザ発振器１２１から出射されたレーザ光を集光系１２３に導く部分である。集光系１２３は、光路１２２から出射されたレーザ光を、適切なビーム径に集光する部分である。ノズル１２４は、集光系１２３で集光されたレーザ光を出射する部分である。なお、ノズル１２４から出射されたレーザ光は、上述した基板２０の取付孔２４を形成する部位に出射することで、取付孔２４が基板２０に形成される。

また、基板位置認識ユニット１００および基板加工ユニット１２０は、駆動機構１３０によって移動可能となっている。駆動機構１３０は、図示を省略するモータを備え、このモータの駆動によって、基板位置認識ユニット１００および基板加工ユニット１２０を、基板２０と平行な平面方向（Ｘ方向およびＹ方向；図２参照）に移動可能としている部分である。また、駆動機構１３０は、さらに基板２０に対して上下する方向である高さ方向に移動可能としても良い。なお、駆動機構１３０は、基板位置認識ユニット１００および基板加工ユニット１２０を移動可能とする構成ではなく、基板２０側を移動可能とする構成としても良い。

また、制御装置１４０は、駆動機構１３０の駆動を制御する部分である。この制御装置１４０は、画像処理装置２００に接続されていて、その画像処理装置２００での画像処理結果に基づいて、駆動機構１３０の駆動を司る。なお、画像処理装置２００は、たとえばコンピュータであり、外部記憶装置を含むメモリに記憶されている所定の画像処理プログラムを実行することで、カメラ１０３から送信された画像データに対して、所定の画像処理を実行することを可能としている。

なお、図４に示すように、画像処理装置２００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１０と、主記憶装置２１１と、補助記憶装置２１２と、画像処理回路２１３と、インターフェース２１４と、バス２１５と、表示装置２１６と、入力装置２１７とを主要な構成要素としている。ＣＰＵ２１０は、主記憶装置２１１や補助記憶装置２１２に格納されているプログラムに従って各種演算処理を実行すると共に、基板位置認識ユニット１００、基板加工ユニット１２０、および駆動機構１３０やその他の装置の動作を制御する部分である。

主記憶装置２１１は、ＣＰＵ２１０が直接アクセスできる記憶装置であり、たとえばＲＯＭ２１１ａやＲＡＭ２１１ｂを備えている。ＲＯＭ２１１ａは、ＣＰＵ２１０が実行する基本的なプログラムやデータを格納しているメモリである。ＲＡＭ２１１ｂは、ＣＰＵ２１０が実行途中のプログラムや、演算途中のデータ等を一時的に格納するメモリである。

補助記憶装置２１２は、ハードディスクやフラッシュメモリといった記録媒体を備え、ＣＰＵ２１０からの要求に応じて、記録媒体に記録されているデータやプログラムを読み出すと共に、ＣＰＵ２１０の演算処理の結果として発生したデータを、記録媒体に記録する記録装置である。

画像処理回路２１３は、ビデオメモリ等を備え、ＣＰＵ２１０から供給された描画命令に基づいて描画処理を実行し、得られた画像データを映像信号に変換して表示装置２１６に供給する。なお、たとえば画像処理回路２１３としてＧＰＵ（Graphics Processing Unit）を用いた場合には、ＣＰＵ２１０と比較して並列的な演算速度が速いものの、ＧＰＵを省略してＣＰＵ２１０にて演算させる構成とすることもできる。

インターフェース２１４は、入力装置２１７やカメラ１０３といった機器から供給された情報の表現形式を内部形式に変換して読み込む部分である。かかるインターフェース２１４としては、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）を始めとして、種々の規格のものを用いることができる。バス２１５は、ＣＰＵ２１０、主記憶装置２１１、補助記憶装置２１２、画像処理回路２１３およびインターフェース２１４を相互に接続し、これらの間でデータの授受を可能とする信号線である。

表示装置２１６は、たとえば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）モニタやＣＲＴ（Cathode Ray Tube）モニタ等のように、画像処理回路２１３から出力された映像信号に応じた画像を表示する装置である。また、入力装置２１７は、たとえばキーボードまたはマウス等の入力デバイスであり、ユーザの操作に応じた情報を生成して出力する。

＜機能ブロックと処理フローについて＞
以上のようなＣＰＵ２１０等のハードウエアと、主記憶装置２１１や補助記憶装置２１２に記憶されているソフトウエアおよび／またはデータの協働、または特有の処理を行う回路や構成要素の追加等によって、図５のブロック図に示す構成が機能的に実現されている。図５は、カメラ１０３から送信された画像データが画像処理装置２００へ入力された場合に、その画像データに対して画像処理を行う際の機能ブロックを示す図である。

図５に示すように、画像処理装置２００は、外形サーチ部２２０と、蛍光体近傍領域切出部２２１と、蛍光体抽出部２２２と、重心計算部２２３と、角度ターゲット算出部２２４と、取付孔算出部２２５とを有している。なお、これらの構成については、図６の処理フローの各ステップの説明の中で、併せて説明する。

（ステップＳ１：基板の撮像）
所定の撮像タイミングが到来した場合、または作業者からの指示等によって、制御装置１４０は、照明灯１０１を作動させ、さらにカメラ１０３を作動させて、ＬＥＤパッケージ３０を含めた基板２０の撮像を行う。このとき、照明灯１０１からは基板２０およびＬＥＤパッケージ３０に向けて、青色光または青色成分を含む光（白色光など）が出射される。すると、図７に示すような画像データＤ１０が取得され、カメラ１０３は、その画像データを画像処理装置２００に送信する。なお、このステップＳ１は、撮像工程に対応する。

ここで、本実施の形態では、カメラ１０３で基板２０を撮像する際に、青色の観察フィルタ１０２を介して撮像されている。したがって、この撮像においては、モールド部３３から反射される光のうち、短波長域の青色光の成分は、青色の観察フィルタ１０２を通過するが、蛍光体３２から出射される黄色の蛍光は、青色の観察フィルタ１０２で反射または吸収され、ほとんど通過することができない。そのため、青色の観察フィルタ１０２を介してカメラ１０３で撮像すると、白色のモールド部３３は明るく映り、蛍光体３２は暗く映る。

なお、以下の説明では、白色のモールド部３３を撮像した部位を、モールド部撮像部位Ｄ１１と称呼する。また、蛍光体３２を撮像した部位を、蛍光体撮像部位Ｄ１２と称呼する。また、モールド部撮像部位Ｄ１１の周囲に存在する、基板２０を撮像した暗い領域を、基板撮像部位Ｄ１３と称呼する。

（ステップＳ２：ＬＥＤパッケージの外形形状のサーチ）
次に、画像処理装置２００は、画像データＤ１０の中から、ＬＥＤパッケージ３０の外形形状をサーチする。図５に示す外形サーチ部２２０は、カメラ１０３から送信された画像データＤ１０の中から、ＬＥＤパッケージ３０の外形形状をサーチする部分である。図７に示すように、撮像された画像データＤ１０においては、ＬＥＤパッケージ３０を撮像したモールド部撮像部位Ｄ１１と、その周囲の基板撮像部位Ｄ１３とでは、明暗の差が大きくなっている。

すなわち、上述した青色の観察フィルタ１０２を介してカメラ１０３が受光すると、モールド部撮像部位Ｄ１１では階調値が大きく、周囲の基板撮像部位Ｄ１３では階調値が小さくなっている。したがって、この明暗差に基づいて、ＬＥＤパッケージ３０の外形（輪郭）の位置を認識することが可能となっている。この場合、たとえば、明るい部分（モールド部撮像部位Ｄ１１）と暗い部分（周囲の基板撮像部位Ｄ１３）との間の明るさに対応した所定の閾値を超えるか否かにより、外形のエッジを認識可能となっている。

ここで、この外形サーチ部２２０での外形形状のサーチは、蛍光体３２を探索するための手がかりとなる部分であるので、サーチ精度はさほど高くなくても良い。また、ＬＥＤパッケージ３０の外形（輪郭）としては、実際のＬＥＤパッケージ３０の外形（輪郭）としても良く、実際のＬＥＤパッケージ３０の外形（輪郭）ではなくモールド部３３の外形（輪郭）を外形の代わりとしても良い。なお、ステップＳ２からステップＳ５は、蛍光体位置算出工程に対応する。

（ステップＳ３：蛍光体近傍領域の切り出し）
次に、ステップＳ２でサーチされた外形形状に基づいて、蛍光体近傍領域切出部２２１では、蛍光体３２を含んだ蛍光体近傍隣接領域Ｄ１４の切り出しを行う。図８は、蛍光体近傍領域切出部２２１で切り出される、画像データＤ１０の中の蛍光体近傍隣接領域Ｄ１４のイメージを示す図であり、破線で囲まれた部分が切り出される。

この蛍光体近傍隣接領域Ｄ１４には、蛍光体撮像部位Ｄ１２と、その周囲のモールド部撮像部位Ｄ１１が含まれている。そして、図８から明らかなように、蛍光体撮像部位Ｄ１２とモールド部撮像部位Ｄ１１の間では、明暗の差が大きくなっている。したがって、この明暗差に基づいて、蛍光体３２の外形（輪郭）の位置を認識することが可能となっている。

（ステップＳ４：蛍光体近傍領域の２値化）
次に、蛍光体抽出部２２２では、ステップＳ３で切り出された蛍光体近傍隣接領域Ｄ１４の２値化処理を行う。図９は、２値化処理を行ったイメージを示す図である。ステップＳ３で切り出された蛍光体近傍隣接領域Ｄ１４は、図８に示すように、蛍光体撮像部位Ｄ１２と、その周囲のモールド部撮像部位Ｄ１１が含まれており、それらの間の明暗差が大きくなっている。したがって、所定の閾値で、たとえば白または黒の２階調となるように２値化処理を行うことで、蛍光体３２の撮像部位である、蛍光体撮像部位Ｄ１２に対応する部分が黒色となり、蛍光体３２が存在する領域を判別することができる。以下の説明では、２値化処理を行った結果、蛍光体３２が存在する黒色の部分を、蛍光体２値化領域Ｄ１５と称呼する。

ここで、蛍光体撮像部位Ｄ１２を２値化した場合、その処理結果によっては、蛍光体２値化領域Ｄ１５内の黒い部分の中に白い部分が所々に存在する場合がある。しかし、そのような部位も、本来は蛍光体３２が存在する部分のはずである。したがって、この２値化処理では、蛍光体２値化領域Ｄ１５内の白い部分を黒色となるように穴埋めしてから後述するステップＳ５での重心計算を行っても良く、白い部分が存在するままの状態でステップＳ５の重心計算を行っても良い。

なお、上述の２値化処理では、蛍光体３２の境界線を定めるのに際して、モールド部３３が示す画素値と、黒色の蛍光体３２が示す画素値との間の勾配の中間近傍としても良い。

（ステップＳ５：抽出された蛍光体の中心位置の算出）
次に、重心計算部２２３では、ステップＳ４の２値化処理により抽出された蛍光体３２の面積の重心位置を算出することで、蛍光体３２の中心位置を算出する。この場合、たとえば蛍光体２値化領域Ｄ１５の領域内に存在する黒色の画素の位置情報（Ｘ座標とＹ座標）を積算し、画素数で除算したＸ座標およびＹ座標の平均値を、重心位置とする。このとき、蛍光体２値化領域Ｄ１５の輪郭で囲まれた範囲内を、すべて黒色の画素であるとして、重心位置を算出することができる。あるいは、たとえば蛍光体２値化領域Ｄ１５の輪郭で囲まれた範囲内を、すべて黒色の画素であるとし、その蛍光体３２の隅角点（たとえば蛍光体２値化領域Ｄ１５（蛍光体３２）が矩形である場合には４つの隅角点）のＸ座標およびＹ座標を求め、それらの隅角点のＸ座標およびＹ座標の平均値を、重心位置として使用しても良い。

また、蛍光体２値化領域Ｄ１５（蛍光体３２）が矩形であれば、この蛍光体２値化領域Ｄ１５の輪郭を構成する４つの辺におけるそれぞれ中点を求める等して、中心位置の計算を行うようにしても良い。しかしながら、重心位置を計算し、それを中心位置とすれば、蛍光体３２の形状が矩形や円形、楕円形等のような矩形以外の任意の形状であっても、同じ方法により計算することができる。

（ステップＳ６：角度ターゲット間の角度の算出）
次に、角度ターゲット算出部２２４は、カメラ１０３から送信された画像データＤ１０に基づいて、角度ターゲット２３間の角度の算出処理を行う。この角度ターゲット２３は、基板２０上のＬＥＤパッケージ３０に対して、所定の距離だけ離間した位置に存在している。したがって、角度ターゲット算出部２２４が基板２０上における角度ターゲット２３の位置を算出する場合、上述で算出された蛍光体２値化領域Ｄ１５（蛍光体３２）の重心位置から、大まかな角度ターゲット２３の位置を算出し、その角度ターゲット２３の位置に基づいて２つの角度ターゲット２３間の角度を算出することができる。

このとき、蛍光体撮像部位Ｄ１２（蛍光体３２）とモールド部撮像部位Ｄ１１（モールド部３３）の境界の傾きや位置から、角度ターゲット２３の大まかな位置を算出するようにしても良い。この算出により、上述のように角度ターゲット２３が存在すると予想された基板２０上の領域から、画像データＤ１０の一部を切り出す。その後、角度ターゲット算出部２２４は、ステップＳ４の２値化処理と同様の処理を行い、さらにステップＳ５と同様の重心位置を算出する。それにより、角度ターゲット算出部２２４は、基板２０上における、２つの角度ターゲット２３の位置を算出し、角度ターゲット２３間の角度を算出することができる。

なお、ステップＳ６の角度ターゲット２３の認識処理は、ＬＥＤパッケージ３０に対する蛍光体３２の重心位置を算出するのに先立って、行うようにしても良い。この場合、角度ターゲット２３の基板２０上の位置を起点として、基板２０におけるＬＥＤパッケージ３０の大まかな位置を算出することができる。なお、このステップＳ６は、角度ターゲット位置算出工程に対応する。

（ステップＳ７：取付孔を形成する位置の算出）
次に、ステップＳ５で算出された蛍光体３２の重心位置と、ステップＳ６で算出された角度ターゲット２３の角度に基づいて、取付孔算出部２２５は、基板２０において取付孔２４を形成する位置を算出する。図２に示すように、基板２０には、たとえば２つの角度ターゲット２３が形成されていて、基板２０の位置や傾き等は、この角度ターゲット２３から算出可能となっている。したがって、２つの角度ターゲット２３に対する蛍光体３２が分かれば、基板２０において取付孔２４を形成する位置を算出することができる。したがって、取付孔算出部２２５は、角度ターゲット２３と蛍光体３２に基づいて、基板２０において取付孔２４を形成する位置を算出する。なお、このステップＳ７は、取付孔位置算出工程に対応する。

（ステップＳ８：取付孔の形成）
次に、ステップＳ７で算出された、基板２０において取付孔２４を形成する位置に対し、基板加工ユニット１２０を作動させて、取付孔２４を形成する。このとき、制御装置１４０は、駆動機構１３０を作動させて基板２０に対する、ノズル１２４の位置合わせを行いながら、レーザ発振器１２１を作動させて、ノズル１２４からレーザ光を出射する。さらに、駆動機構１３０は、ノズル１２４からレーザ光を出射しながら基板加工ユニット１２０を移動させる。この移動は、レーザ光の照射部位が取付孔２４の輪郭となるように行う。それにより、基板２０に取付孔２４が形成される。このとき、蛍光体３２の位置に基づいて取付孔２４が形成されているので、蛍光体３２と取付孔２４の位置精度は高い状態となっている。したがって、取付孔２４にレンズを取り付けた場合、蛍光体３２とレンズとの間の位置精度が高くなり、蛍光体３２に対してレンズの光軸がずれるのを防止可能となっている。なお、このステップＳ８は、取付孔形成工程に対応する。

なお、このステップＳ８の後に、取付孔２４を介して光学部品を基板２０に取り付ける。それにより、光学部品とＬＥＤパッケージ３０の光軸は、精度良く位置合わせされた状態となる。

＜３．効果について＞
以上のような構成の基板位置認識装置（基板位置認識ユニット１００）、位置認識加工装置１０および基板製造方法によると、作動時に蛍光発光する蛍光体３２を備えるＬＥＤパッケージ３０の基板２０における実装位置を認識する基板位置認識装置（基板位置認識ユニット１００）においては、基板２０に対して青色成分を含む光を、照明灯１０１（照明手段）から照射する。また、観察フィルタ１０２は、基板２０からの励起波長域の反射光は透過させると共に、その励起波長域より長波長の蛍光発光は透過させない。照明灯１０１が白色の場合、青色光よりも長波長の反射光もあるが、観察フィルタ１０２で蛍光と共にカットされる。また、カメラ１０３（撮像手段）は、観察フィルタ１０２を透過した光を撮像し、画像処理装置２００（画像処理手段）は、カメラ１０３（撮像手段）が撮像した画像データＤ１０に基づいて、基板２０における蛍光体３２の位置を算出する。

したがって、観察フィルタ１０２では、青色光は透過される。一方、蛍光体３２は、励起光である青色光を吸収して長波長である黄色の蛍光を発するため、青色の反射率は低い。しかしながら、白色のモールド部３３は、青色光をそのまま反射するため、青色光の反射率は高い。そのため、青色の観察フィルタ１０２を通して撮像すると、図７に示すように、カメラ１０３が撮像した画像データＤ１０には、モールド部撮像部位Ｄ１１と蛍光体撮像部位Ｄ１２との間の明暗差（階調値の差）が大きくなる。したがって、画像データＤ１０における蛍光体撮像部位Ｄ１２の位置を容易に算出することができ、それによって基板２０における蛍光体３２の位置を算出することが可能となる。

また、特許文献１の第１の実施形態の構成にて実施して見たところ、蛍光体３２とモールド部３３とを撮像した画像データＤ３０において、モールド部３３に対応するモールド部撮像部位Ｄ３１と、蛍光体３２に対応する蛍光体撮像部位Ｄ３２との明暗差が、図１０に示すように小さくなった。これは、特許文献１の第１の実施形態の構成では、青色光を透過させるものの黄色光はカットする観察フィルタ１０２に相当する構成が存在しない。蛍光体３２では、入射された青色光は黄色光に変換されるが、白黒カメラは、青色光にも黄色光にも感度を有している。そのため、モールド部３３で反射した青色光と蛍光体３２から出射される黄色の蛍光の間の明暗差は小さくなる。

これに対して、本実施の形態では、特許文献１の第１の実施形態に開示の構成とは異なり、基板位置認識装置（基板位置認識ユニット１００）は、観察フィルタ１０２を有している。したがって、蛍光体３２から出射される黄色の蛍光を透過させずにカットするので、蛍光体３２を暗く撮像することができる。したがって、モールド部撮像部位Ｄ１１と蛍光体撮像部位Ｄ１２との間の明暗差（階調値の差）が大きくなるので、画像データＤ１０における蛍光体撮像部位Ｄ１２の位置を容易に算出することができ、それによって基板２０における蛍光体３２の位置を算出することが可能となる。

図１１は、特許文献２のように蛍光体３２が明るく撮像されると共にモールド部３３が暗く撮像される場合の、蛍光体３２の周囲の撮像結果を示す図である。図１１に示すように、蛍光体３２を撮像した際に、モールド部３３よりも明るく撮像された場合の様子を示す図である。図１１に示す画像データＤ２０では、蛍光体３２を撮像した場合、その周囲に存在する、暗く撮像されたモールド部３３に対応するモールド部撮像部位Ｄ２１に、明るく撮像された蛍光体３２に対応する蛍光体撮像部位Ｄ２２との影響が及んでしまい、蛍光体３２（蛍光体撮像部位Ｄ２２）の輪郭が不明確になってしまう。それは、蛍光体３２からの蛍光が白色のモールド部３３でそのまま反射し、散乱するためである。したがって、蛍光体３２を撮像した蛍光体撮像部位Ｄ２２の重心位置は、たとえば階調値の閾値の設定状況等により、その位置精度が低下してしまう。

これに対して、本実施の形態では、照明灯１０１での照明の波長に蛍光体３２の励起波長を使用するので、白色のモールド部３３で散乱した反射光は、蛍光体３２で吸収され、蛍光に変換される。蛍光は観察フィルタ１０２でカットされるため、画像データＤ２０上の蛍光体撮像部位Ｄ１２に対して、白色のモールド部３３からの散乱光の影響は少なく、蛍光体３２の輪郭が明確な状態で撮像可能となる。それにより、蛍光体３２を撮像した蛍光体撮像部位Ｄ１２の重心位置を精度良く算出することができる。

また、本実施の形態では、画像処理装置２００（画像処理手段）は、基板２０に形成されている複数の角度ターゲット２３の位置を算出することで複数の角度ターゲット２３間の角度を算出するための角度ターゲット算出部２２４を備えている。この角度ターゲット算出部２２４は、蛍光体３２の基板２０上における位置を算出するのに前後して、複数の角度ターゲット２３間の角度を算出している。

このため、基板２０上では、取付孔２４を形成する位置をレンズ等の光学部品に対して精度良く位置決めすることができる。したがって、基板２０の取付孔２４を介してレンズ等の光学部品を取り付けた際に、光学部品の光軸に対して蛍光体３２が位置ずれするのを防止することが可能となる。

また、本実施の形態では、画像処理装置２００（画像処理手段）は、画像データＤ１０の中から蛍光体３２の画像部位を抽出する蛍光体抽出部２２２を備えている。この蛍光体抽出部２２２では、蛍光体抽出部２２２の画像部位を含む画像データである蛍光体近傍隣接領域Ｄ１４の２値化処理を行うことで、蛍光体３２の画像部位（蛍光体撮像部位Ｄ１２）を抽出している。このようにする場合、画像データＤ１０の中から、蛍光体３２に対応する部位を容易に抽出することができる。

また、本実施の形態では、画像処理装置２００（画像処理手段）は、蛍光体抽出部２２２で抽出された蛍光体３２の画像部位（蛍光体撮像部位Ｄ１２）に基づいて、蛍光体３２の面積における重心位置を算出する重心計算部２２３を備えている。したがって、この重心計算部２２３での計算結果に基づくことで、ＬＥＤパッケージ３０（蛍光体３２）の中心に対して取付孔２４を形成する位置を、精度良く算出することができる。

さらに、本実施の形態では、画像処理装置２００（画像処理手段）は、蛍光体３２の位置の算出結果と、複数の角度ターゲット２３間の角度の算出結果に基づいて、基板２０において取付孔２４を形成する位置を算出する。したがって、基板２０において取付孔２４を形成する位置を精度良く算出することができる。

また、本実施の形態の位置認識加工装置１０では、画像処理装置２００（画像処理手段）での基板２０における蛍光体３２の位置の算出結果に基づいて、ＬＥＤパッケージ３０に対して位置調整された状態で基板２０に光学部品を取り付けるための取付孔２４を形成する。このため、基板２０には、蛍光体３２に対して精度の高い状態で、レンズ等の光学部品を取り付けるための取付孔２４を形成することができる。

＜４．変形例＞
以上、本発明の一実施の形態について説明したが、本発明はこれ以外にも種々変形可能となっている。以下、それについて述べる。

上述の実施の形態においては、基板加工ユニット１２０を用いて、ノズル１２４からレーザ光を出射して取付孔２４を形成するようにしている。しかしながら、基板２０への取付孔２４の形成は、レーザ光に限られるものではない。たとえば、ドリル等の工具を装着した工作機械を用いて、取付孔２４を形成しても良い。

また、図１においては、角度ターゲット２３は、基板２０を打ち抜いた部分としている。しかしながら、角度ターゲット２３は、角度ターゲット２３に所定の色でマーキングする等、基板２０を打ち抜かない部分としても良い。また、たとえば基板２０に対して非貫通の凹状のパンチ穴を形成し、そのパンチ穴を角度ターゲット２３としても良い。

また、上述の実施の形態では、基板２０は、フレキシブルプリント基板２１に、アルミニウム製の放熱板２２が貼付されたものとしている。しかしながら、基板２０は、その他の基板であっても良い。その他の基板としては、たとえばフレキシブルプリント基板に別途のフィルムを貼り合わされたりメッキ部が設けられたもの等が挙げられる。

また、上述の実施の形態では、光学部品としては、レンズを例示している。しかしながら、光学部品はレンズに限られるものではない。たとえば、ミラーを始めとする反射板、偏光板、波長板、プリズム等が挙げられる。

また、上述の実施の形態では、観察フィルタ１０２は、照明灯１０１とレンズ鏡筒１０４の間に配置されている。しかしながら、観察フィルタ１０２は、照明灯１０１と基板２０の間に配置しても良い。また、物理的な観察フィルタ１０２を用いず、画像処理フィルタを用いて、同様の効果を得るようにしても良い。

また、上述の実施の形態において、カメラ１０３として、撮像素子が青色光を認識可能なセンサ素子と、赤色光を認識可能なセンサ素子と、緑色光を認識可能なセンサ素子とを備えるカラーカメラの場合、青色光を認識可能なセンサ素子のみの受光結果に基づいて、後述するような画像データＤ１０を得るようにしても良い。この場合、白黒カメラと比較して、分解能は低下するものの、観察フィルタ１０２を用いる場合と同様の効果を得ることが可能となる。

また、上述の実施の形態では、位置認識加工装置１０は、基板位置認識ユニット１００と基板加工ユニット１２０とを有しており、さらに制御装置１４０および画像処理装置２００を有している。しかしながら、これらは１つの装置に組み込まれた構成としても良く、これらが別体的に設けられてネットワーク等を介して接続される構成としても良い。なお、１つの画像処理装置２００に対して、複数の位置認識加工装置１０がネットワークを介して接続される構成としても良い。この場合、それぞれの位置認識加工装置１０のカメラ１０３から送信される画像データについて画像処理装置２００で画像処理を行い、その画像処理結果である取付孔２４を形成する位置に関する情報を、制御装置１４０に送信するようにしても良い。

１０…位置認識加工装置、２０…基板、２１…フレキシブルプリント基板、２２…放熱板、２３…角度ターゲット、２４…取付孔、３０…ＬＥＤパッケージ、３１…ＬＥＤ素子、３２…蛍光体、３３…モールド部、１００…基板位置認識ユニット（基板位置認識装置に対応）、１０１…照明灯（照明手段に対応）、１０２…観察フィルタ、１０３…カメラ（撮像手段に対応）、１０４…レンズ鏡筒、１２０…基板加工ユニット（基板加工手段に対応）、１２１…レーザ発振器、１２２…光路、１２３…集光系、１２４…ノズル、１２５…アシストガス供給源、２００…画像処理装置（画像処理手段に対応）、２１０…ＣＰＵ、２１１…主記憶装置、２１２…補助記憶装置、２１３…画像処理回路、２１４…インターフェース、２１５…バス、２１６…表示装置、２１７…入力装置、２２０…外形サーチ部、２２１…蛍光体近傍領域切出部、２２２…蛍光体抽出部、２２３…重心計算部、２２４…角度ターゲット算出部、２２５…取付孔算出部、Ｄ１０，Ｄ２０，Ｄ３０…画像データ、Ｄ１１，Ｄ２１，Ｄ３１…モールド部撮像部位、Ｄ１２，Ｄ２２，Ｄ３２…蛍光体撮像部位、Ｄ１３…基板撮像部位、Ｄ１４…蛍光体近傍隣接領域、Ｄ１５…蛍光体２値化領域

Claims (7)

1. 作動時に蛍光発光する蛍光体を備えるＬＥＤパッケージの基板における実装位置を認識する基板位置認識装置であって、
   前記基板に対して青色成分を含む光を照射する照明手段と、
   前記基板からの反射光および前記蛍光体からの蛍光のうち少なくとも青色光を選択的に取り出すと共に、その青色光よりも長波長領域の光はカットする観察フィルタと、
   前記観察フィルタにより取り出された光を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段が撮像した画像データに基づいて、前記基板における前記蛍光体の位置を算出する画像処理手段と、
   を備えることを特徴とする基板位置認識装置。
2. 請求項１記載の基板位置認識装置であって、
   前記画像処理手段は、前記基板に形成されている複数の角度ターゲットの位置を算出することで複数の前記角度ターゲット間の角度を算出するための角度ターゲット算出部を備えていて、
   前記角度ターゲット算出部は、前記ＬＥＤパッケージの前記蛍光体の前記基板上における位置を算出するのに前後して、複数の前記角度ターゲット間の角度を算出する、
   ことを特徴とする基板位置認識装置。
3. 請求項２記載の基板位置認識装置であって、
   前記画像処理手段は、前記画像データの中から前記蛍光体の画像部位を抽出する蛍光体抽出部を備え、
   前記蛍光体抽出部では、前記蛍光体の画像部位を含む画像データである蛍光体近傍隣接領域の２値化処理を行うことで、前記蛍光体の画像部位を抽出する、
   ことを特徴とする基板位置認識装置。
4. 請求項３記載の基板位置認識装置であって、
   前記画像処理手段は、前記蛍光体抽出部で抽出された前記蛍光体の画像部位に基づいて前記蛍光体の面積における重心位置を算出する重心計算部を備えている、
   ことを特徴とする基板位置認識装置。
5. 請求項２から４のいずれか１項に記載の基板位置認識装置であって、
   前記画像処理手段は、前記蛍光体の位置の算出結果と複数の前記角度ターゲット間の角度の算出結果に基づいて、前記基板において前記取付孔を形成する位置を算出する、
   ことを特徴とする基板位置認識装置。
6. 請求項２から５のいずれか１項に記載の基板位置認識装置を備えると共に、
   前記画像処理手段での前記基板における前記蛍光体の位置の算出結果に基づいて、基板加工手段を用いて前記ＬＥＤパッケージに対して位置調整された状態で前記基板に光学部品を取り付けるための取付孔を形成する、
   ことを特徴とする位置認識加工装置。
7. 作動時に蛍光発光する蛍光体を備えるＬＥＤパッケージの基板における実装位置を認識して基板に取付孔を形成する基板製造方法であって、
   前記基板に対して青色成分を含む光を照射し、前記基板からの反射光および前記蛍光体からの蛍光のうち青色光は透過させると共に青色光よりも長波長領域の光は透過させない観察フィルタを介して前記基板を撮像する撮像工程と、
   前記撮像工程で撮像した画像データに基づいて、前記基板における前記蛍光体の位置を算出する蛍光体位置算出工程と、
   前記ＬＥＤパッケージに対して位置調整された状態で前記基板に光学部品を取り付けるための取付孔を形成する際の基準位置となる複数の角度ターゲットの前記基板における位置を算出することで複数の前記角度ターゲット間の角度を算出する角度ターゲット位置算出工程と、
   前記蛍光体位置算出工程での前記蛍光体の前記基板における位置、および前記角度ターゲット位置算出工程での複数の前記角度ターゲット間の前記基板における角度の算出結果に基づいて、前記基板において前記取付孔を形成する位置を算出する取付孔位置算出工程と、
   前記取付孔位置算出工程での前記基板における前記取付孔の位置の算出結果に基づいて、加工手段を用いて前記基板に前記取付孔を形成する取付孔形成工程と、
   を備えることを特徴とする基板製造方法。

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