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発明の名称 画像読取装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平8−213587
公開日 平成8年(1996)8月20日
出願番号 特願平7−16931
出願日 平成7年(1995)2月3日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】川▲崎▼ 研二 (外1名)
発明者 道添 聡浩 / 諸本 洋幸
要約 目的
実装作業の煩雑さを伴わずに、しかも、認識すべき対象物の大小に依存することなく、読取に寄与する画素数を確保する。

構成
画素間のピッチが異なるCCDラインセンサ11、12の撮像面111、121を、それぞれビームスプリッタ10により分路したの結像面に位置させ、被写体たる部品の大きさに応じてCCDラインセンサ11あるいは12のいずれか一つをスイッチSWにより選択する。画像処理17は、どちらかのCCDラインセンサであるかを認識しつつ画像処理を行なう。
特許請求の範囲
【請求項1】 撮像時に、撮像面が被写体の結像面に位置する一次元CCDであって、画素間のピッチが異なる少なくとも2つ以上の一次元CCDと、被写体の大きさに応じて、前記2つ以上の一次元CCDの出力のうち、いずれか一つを選択する選択手段とを具備し、この選択手段の選択結果を画像信号として用いることを特徴とする画像読取装置。
【請求項2】 被写体からの入射光を分路するビームスプリッタを備え、前記少なくとも2つ以上の一次元CCDは、ビームスプリッタにより分路された入射光をそれぞれ入射することを特徴とする請求項1記載の画像読取装置。
【請求項3】 前記少なくとも2つ以上の一次元CCDの各々は、互いに逆相関係にある2相のクロック信号により、電荷信号が読み出されるものであり、前記2相のクロック信号の一方を入力とする濾波手段と、前記選択手段により選択された一次元CCDから読み出された電荷信号と前記濾波手段の出力信号とを加算する加算手段とを備え、この加算手段の加算信号を画像信号として出力することを特徴とする請求項2記載の画像読取装置。
【請求項4】 前記少なくとも2つ以上の一次元CCDを搭載するとともに、被写体からの入射光の光軸とは直交する軸を中心に回動する回動体と、被写体の大きさに対して、前記2つ以上の一次元CCDのうち適切なものが前記被写体の結像面に位置するように、前記回動体を回動させる回動付勢手段とを備えることを特徴とする請求項1に記載の画像読取装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、例えばチップ・マウンタの画像認識に用いて好適な画像読取装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、ICやLSI等の電子素子や、小片状のチップ部品などを、吸着用ノズルを備えたヘッドユニットにより吸着するとともに、位置決めされたプリント基板上に移送して、プリント基板の所定位置に実装するチップ・マウンタが知られている。このようなチップ・マウンタは、吸着した素子あるいは部品を、その移送に際して一次元CCD(CCDラインセンサ)上に走査させ、これにより当該部品等の画像を読み取って、形状の認識や、チップ部品とヘッドユニットとの位置関係の認識等を行なうようになっている。ここで、チップ・マウンタの画像読取にCCDラインセンサが用いられている理由は、実装時間の短縮化のためにほかならない。二次元CCDセンサでは、被写体たる素子あるいは部品を一旦停止させて撮像する必要があり、ここで時間の損失を生じ、チップ・マウンタにおいて要求される実装時間の短縮化を図ることができないからである。
【0003】ところで、電子素子やチップ部品などにおいて、その大きさや、要求される位置決め精度は千差万別である。例えば、LSI等のQFP(Quad Flat Package)には、数十ミリ角のように大きなものがある一方、チップ抵抗やチップコンデンサなどのチップ部品には、わずか1ミリ角程度しかない小さいものもある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ここで、例えば、CCDラインセンサの画素数を512画素とし、前述のQFPの画像を読み込むため、画像読取の画角を50ミリ角に設定したとする。この場合、QFPの大きさが40ミリ角であるとすると、当該QFPの読取に寄与する画素数は約400画素であり、読取精度に対し必要にして十分である。しかしながら、この設定状態において、1ミリ角のチップ部品を読み込んだ場合、当該チップ部品の検出に寄与する画素数は、わずか10画素程度になってしまい、読取精度に対し不十分となって実装精度に悪影響を与える。もちろん、この場合、レンズを交換するなどして画像読取の画角を設定し直せばこの問題は解決する。が、被写体たる部品の大きさに応じていちいち画角を設定し直すなど、実装作業の煩雑さを増す以外なにものでもない。
【0005】また、CCDラインセンサに高解像度のもの、例えば、画素数が5000画素程度であって、画素間のピッチが、より密なのものを使用すれば、一見、この問題は解決するように思われる。しかし、チップ・マウンタに要求される事項として、実装精度の向上はもちろんであるが、前述のように実装時間の短縮化もまた重要である。高解像度のCCDは、画素数が多い分だけ読込みに時間を要するので、この理由によりチップ・マウンタにはできるだけ用いたくないという事情がある。
【0006】この発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、その目的は、実装作業の煩雑さを伴わずに、しかも、認識すべき対象物の大小に依存することなく、読取に寄与する画素数を確保して、高精度な画像認識を行なうことが可能な画像読取装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するために、請求項1に記載の発明にあっては、撮像時に、撮像面が被写体の結像面に位置する一次元CCDであって、画素間のピッチが異なる少なくとも2つ以上の一次元CCDと、被写体の大きさに応じて、前記2つ以上の一次元CCDの出力のうち、いずれか一つを選択する選択手段とを具備し、この選択手段の選択結果を画像信号として用いることを特徴としている。請求項2に記載の発明にあっては、請求項1に記載の発明において、被写体からの入射光を分路するビームスプリッタを備え、前記少なくとも2つ以上の一次元CCDは、ビームスプリッタにより分路された入射光をそれぞれ入射することを特徴としている。請求項3に記載の発明にあっては、請求項2に記載の発明において、前記少なくとも2つ以上の一次元CCDの各々は、互いに逆相関係にある2相のクロック信号により、電荷信号が読み出されるものであり、前記2相のクロック信号の一方を入力とする濾波手段と、前記選択手段により選択された一次元CCDから読み出された電荷信号と前記濾波手段の出力信号とを加算する加算手段とを備え、この加算手段の加算信号を画像信号として出力することを特徴としている。請求項4に記載の発明にあっては、請求項1に記載の発明において、前記少なくとも2つ以上の一次元CCDを搭載するとともに、被写体からの入射光の光軸とは直交する軸を中心に回動する回動体と、被写体の大きさに対して、前記2つ以上の一次元CCDのうち適切なものが前記被写体の結像面に位置するように、前記回動体を回動させる回動付勢手段とを備えることを特徴としている。
【0008】
【作用】請求項1に記載の発明によれば、画素間のピッチが異なる少なくとも2つ以上の一次元CCDの出力が、被写体の大きさに応じて、いずれか一つ選択されて、画像信号として用いられる。例えば、被写体が大きい場合には、画素間ピッチが粗である一次元CCDの出力を選択する一方、被写体が小さい場合には、画素間ピッチが密である一次元CCDの出力を選択すれば、被写体にかかる画素数を、被写体の大小に依存することなく、画素間ピッチすなわち読取ピッチを変更することにより確保することができる。この際、画角は一定なので、被写体の大きさが変更したことに対応する作業は不要である。請求項2に記載の発明によれば、ビームスプリッタから一次元CCDまでの光学系が固定となるので、光学系の精度が向上する。請求項3に記載の発明によれば、一次元CCDの電荷信号が2相のクロック信号により読み出されるので、その電荷信号同士のレベル差は、クロック信号を濾波した信号との加算により打ち消される。請求項4に記載の発明によれば、回動体は、回動付勢手段の付勢により回動して、被写体の大きさに対して適切な一次元CCDを前記被写体の結像面に位置させる。このため、被写体からの入射光を分路することなく、撮像を行なうことができるので、被写体から光量不足が生じにくい。
【0009】
【実施例】以下、この発明の実施例について図面を参照して説明する。
【0010】1:第1実施例まず、この発明の第1実施例について説明する。図1は、この実施例の構成を示すブロック図である。この図に示すように、被写体からの入射光は、レンズLを介して図の左方向から入射している。この図において、符号10はビームスプリッタであり、被写体からの入射光を、図の右方向および下方に分路する。符号11は、下方に分路された入射光を撮像するCCDラインセンサであり、少画素・画素ピッチ粗タイプである。符号12は、右方に分路された入射光を撮像するCCDラインセンサであり、多画素・画素ピッチ密タイプである。例えば、CCDラインセンサ11の画素数は2048であって、その画素ピッチは14μmであるのに対し、CCDラインセンサ12の画素数は5000であって、その画素ピッチは7μmである。なお、CCDラインセンサ11、12の撮像面111、121は、レンズLによる被写体の結像面と一致するように設けられて固定される。
【0011】一方、符号13はクロック発生回路であり、基本クロックφに基づいて、スタートパルスSTにより、図3(a)および(b)に示すように互いに逆相関係にある読出用のクロック信号CK1、CK2を生成して、CCDラインセンサ11、12にそれぞれ供給する。ここで、CCDラインセンサ11、12の各々は、その受光部を構成するフォトダイオード列の各画素が奇数番目と偶数番目とに分かれ、これらに対応するレジスタを有する。これにより、奇数番目の画素に対応する電荷信号(画像信号)は、クロック信号CK1が「H」のときに読み出される一方、偶数番目の画素に対応する電荷信号は、クロック信号CK1が「L」のとき、すなわちこのクロック信号とは逆相のクロック信号CK2が「H」のときに読み出される。これにより、通常の2倍の速度で画像信号を読み出すことができるようになっている。そして、画像読取に用いるCCDラインセンサの出力は、スイッチSWにより切り換えられて選択される。ここで、このスイッチSWを切換を制御する信号SELは、部品を供給するチップ・マウンタCMから供給される。逆に言えば、チップ・マウンタCMは、供給する部品の大きさに応じて、撮像に用いるCCDラインセンサ11、12のいずれか一方を適切に切り換えて選択する。
【0012】ところで、各CCDラインセンサへの入射光量は、ビームスプリッタ10の特性に応じて減少するので、CCDラインセンサの出力レベルが十分でないなどの問題が予想される。これを解決するためには、被写体たる部品への照明光量を増やす、あるいはCCDラインセンサの蓄積時間を長くするなどが考えられる。しかし、照明光量を増やすのは、光量の経時変化が激しくなるとともに、光源となるライトの短寿命化をも招致する一方、蓄積時間を長くするのは、読込みに時間を要することになるので、実装時間の短縮化に逆行することになる。そこで、この実施例では、以下の措置が講じられる。すなわち、スイッチSWにより選択されたCCDラインセンサ11、12の出力電圧を増幅器14により増幅し、この際、画像に縞が発生するのを防止すべく、補正器15によって、奇数番目および偶数番目の各画素に対応する出力を同レベルに補正し、次に、増幅器16により再度増幅して、この増幅結果が、画像信号として後段の画像処理回路17へと出力されるようになっている。なお、この画像処理回路17は、一般的な周知のものなので、その説明については省略する。
【0013】ここで、補正器15について簡単に説明する。上述のようにCCDラインセンサ11、12は、ともに2つのチャネルにより構成されるが、これらのチャネルは、製造行程上必ずしも同一特性を有さず、むしろ異なる特性を有している場合が多い。例えば、CCDラインセンサの奇数番目の画素を担当するレジスタが、偶数番目の画素を担当するそれよりも、転送効率が大(あるいは小)となってしまう場合がある。このよう場合、均一な明るさの被写体を撮像しているのにも拘わらず、得られる画像信号は、奇数番目の画素と偶数番目の画素とにおいてレベルが相違したものとなる(図3(d)参照)。この結果、撮像画面は、レベルの相違に対応して縞模様状となって、読取精度を悪化させるという問題が生じる。なお、一般には、CCDラインセンサの仕様は、チャネル特性の相違や、暗電流特性等が考慮されて定められており、CCDラインセンサの出力電圧を増幅しなければ、このような問題は発生しない。すなわち、この問題は、CCDラインセンサの出力電圧を増幅する、という場合に発生し得るものである。
【0014】これを解決するべく、補正器15は、図2に示すように、LPF151および加算器152から構成される。なお、説明のため、CCDラインセンサ11、12は、均一な光を入射していると想定し、途中のスイッチSWや増幅器14の作用を省略する。まず、加算器152の一方の入力端に供給されるCCDラインセンサ11、12の出力信号について考える。図3(d)に示すように、CCDラインセンサ12の出力信号には、クロック信号CK1により読み出された奇数番目の画素に対応する信号A,C,E,G,…と、クロック信号CK2により読み出された偶数番目の画素に対応する信号B,D,F,H,…とにおいて、2つのレジスタの特性の相違によるレベルの差が生じている。また、CCDラインセンサの出力信号は、最高仕様周波数近くで用いているために、鈍っている。
【0015】次に、加算器152の他方の入力端に供給されるLPF151の出力について考える。加算器152の他方の入力端に供給されるクロック信号CK2の波形は、図3(c)に示すように、LPF151の濾波作用によって鈍る。ここで、LPF151のカットオフ周波数およびフィルタゲインを適切に設定することにより、LPF151の出力波形を、CCDラインセンサ11、12の出力波形と、逆相関係にあって、略同一とさせる。
【0016】したがって、加算器152により両信号を加算すれば、図3(e)に示すように、奇数番目および偶数番目においてレベルの差がない、ほぼ均一な画像信号を得ることができる。すなわち、CCDラインセンサ11、12の出力信号のレベル相違を、これと同期しているクロック信号によって打ち消すのである。これによって、チャネル特性の相違による影響を受けずに、高速な画像読取を高精度に行なうことができるようになっている。
【0017】かかる実施例によれば、撮像に用いるCCDラインセンサが、部品の大きさに応じてスイッチSWにより選択される。例えば、QFPなどの比較的大きな部品では、CCDラインセンサ11が選択される一方、チップ抵抗などの比較的小さな部品では、CCDラインセンサ12が選択される。これにより、部品の大きさに応じて画角を設定し直す必要がなくなり、また、読取に必要な画素数を、選択されたCCDラインセンサにより確保することができるので、後段の画像処理回路17は、現時点において選択されているCCDラインセンサを信号SELにより認識することで、高精度な画像認識を行なうことが可能となる。
【0018】2:第2実施例次に、この発明に第2実施例について説明する。図4は、この第2実施例の構成を示すブロック図である。この第2実施例は、入射光を分路する第1実施例とは異なり、結像面に位置するCCDラインセンサを部品の大きさに応じて選択するものである。なお、この図において、図1に示した第1実施例と同一の構成要素には、同一の符号を付与し、その説明を省略する。この図において、符号20は回動ブロックであり、被写体たる部品からの入射光方向すなわちレンズLの光軸LGとは直交する軸Gを中心に回動するとともに、CCDラインセンサ11および12を搭載する。これらの撮像面111および121は、それぞれ軸Gから等距離に位置するように設定されている。
【0019】また、回動ブロック20は、軸Gに巻回されたコイル状のスプリングSPにより、図において時計回りに付勢されるが、フレームFに固定されたストッパ21Rによりその付勢が制限されている。この状態においてCCDラインセンサ11の撮像面111と被写体の結像面とが一致するようになっている。一方、符号22は電磁ソレノイドであり、通電すると、そのプランジャ221がスプリングSPによる付勢力に抗して回動ブロック20を押し、軸Gを中心に図において反時計回りに回動させるが、フレームFに固定されたストッパ21Lによりその回動が制限されるようになっている。ここで、電磁ソレノイド22が通電し、回動ブロック20がストッパ21Lを限度として反時計回りに回動した状態において、CCDラインセンサ12の撮像面121と被写体の結像面とが一致するようになっている。
【0020】一方、符号23は、電磁ソレノイド22を駆動する駆動回路であり、チップ・マウンタCMから供給される信号SELが「H」レベルとなったときに、電磁ソレノイド22を駆動する。詳細には、チップ・マウンタCMが、QFPなどの比較的大きな部品を供給する場合には、信号SELは「L」となる一方、チップ抵抗などの比較的小さな部品を供給する場合には、信号SELは「H」となる。これにより、前者では、プランジャ221が作動せず、回動ブロック20はストッパ21Rに付勢されたままとなって、少画素・粗ピッチのCCDラインセンサ11が選択される一方、後者では、プランジャ221が作動し、回動ブロック20はストッパ21Lに付勢されて、多画素・密ピッチのCCDラインセンサ12が選択される。
【0021】したがって、この第2実施例でも、部品の大きさに応じて画角を設定し直す必要がなくなり、また、読取に必要な画素数が、選択されたCCDラインセンサにより確保することができるので、後段の画像処理回路17は、選択されているCCDラインセンサを信号SELにより認識することで、高精度な画像認識を行なうことが可能となる。しかも、この第2実施例は、第1実施例と比較して、入射光を分路しないので、入射光量を十分に保ったまま、撮像を行なうことができる。このため、第1実施例における増幅器14および補正器15を不要とすることができる。
【0022】なお、上述した各実施例では、CCDラインセンサの数を「2」としたが、本願はこれにとらわれない。例えば、「3」以上として、これらの画素ピッチを異ならせて、チップ・マウンタにより供給される部品の大小に応じて、撮像に用いるCCDラインセンサを選択するようにしても良い。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば、それぞれ次のよう効果がある。実装作業の煩雑さを伴わずに、しかも、認識すべき対象物の大小に依存することなく、読取に寄与する画素数を確保して、高精度な画像認識を行なうことが可能となる(請求項1)。光学系が固定となるので、光学系の精度を向上させることが可能となる(請求項2)。2相のクロックに信号によりそれぞれ読み出された電荷信号同士のレベル差が、クロック信号を濾波した信号との加算により打ち消されるので、一次元CCDの出力レベルを増幅する場合でも、ほぼ均一な画像信号を得ることができる(請求項3)。被写体からの入射光を分路することなく、撮像を行なうことができるので、被写体から光量不足が生じにくくなり、一次元CCDの出力段に付加回路を設けずに済む(請求項4)。




 

 


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