JP2009086044A

JP2009086044A - マウント構造

Info

Publication number: JP2009086044A
Application number: JP2007252549A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Yamaguchi; 裕山口
Original assignee: Toshiba Teli Corp
Current assignee: Toshiba Teli Corp
Priority date: 2007-09-27
Filing date: 2007-09-27
Publication date: 2009-04-23

Abstract

【課題】ねじマウントによる結合構造において、光軸の位置および姿勢を高精度に保つことを可能したマウント構造を提供する。
【解決手段】レンズ枠１０とカメラ本体２０の係合部に設けられ、カメラ本体２０に対してレンズ枠１０をねじ込み固定するマウント用のねじ部１１，２１と、カメラ本体２０およびレンズ枠１０のねじ部１１，２１に隣接して設けられ、カメラ本体２０に対するレンズ枠１０のねじ込みに伴って互いに嵌合し、カメラ本体２０とレンズ枠１０の光軸を一致させるマウント用の嵌合手段１２，２２とを具備して構成されるマウント構造。
【選択図】図１

Description

本発明は、マシンビジョン用途に使用されている、固体撮像素子を用いた工業用カメラ装置に適用して好適なマウント構造に関する。

近年、マシンビジョン用途に使用されている、固体撮像素子を用いた工業用カメラ装置は、使用目的に対し光学倍率を適宜選定できるよう、レンズ交換が可能な構造としているものが一般的である。レンズ（レンズ枠）とカメラ（カメラ本体）とを機械的、並びに光学的に結合する嵌合（はめあい）構造をマウントと称し、カメラ側のマウントをレンズマウント、レンズ側のマウントをボディマウントと称している。レンズマウントは、その装着形態から、ねじ込み式（スクリューマウント）とバヨネット式（スピゴット式を含む）とに大別される。

この種、マシンビジョン用途に使用されている工業用カメラ装置に広く適用されている、ねじ込み式マウント構造として、従来では、Ｃマウントに対応したメタルバックを有するレンズ装置取付マウントと、ＣＳマウントに対応したメタルバックを有するレンズ装置取付マウントとを選択的に取付可能にしたマウント構造が存在する。
特開２００２−１４８６９７号公報

上記工業用カメラ装置において、従来のエリアセンサー（二次元撮像素子）カメラは、イメージサイズ（撮像面の対角）が１１ｍｍ以下のものが一般であるため、上記したＣマウントと称される、ねじ（スクリュー）マウントが標準的に使用されている。

また、ラインセンサーカメラでは、イメージサイズ（ライン長）が長く、Ｃマウントは使用できないため、３５mmフィルム等を使用する一眼レフカメラ用のレンズが使用できるよう、それらのマウントを使用するのが一般的である。

ねじ込み式マウント（主にＣマウント）は、ねじのみによる結合構造であることから、部品製作や着脱は容易であるが、ねじのラジアル方向の隙間により、レンズの光軸とセンサー（固体撮像素子）の中心とが不安定な状態であり、光軸が合致しづらい。光軸が合致しないこと（偏心）により、レンズの特性（各種収差、解像力、周辺光量特性等）が光軸を中心として均等にならず、光学性能を充分に発揮できないという問題があった。さらに、レンズ側、カメラ側ともに光軸の基準がねじとなるため、光軸の位置および姿勢の精度を高度に品質管理することが難しい（作業現場において、加工済ねじの軸線を求めることは容易な作業ではない）という問題があった。通常のねじでは、作業し易く、かつ、部品製作し易いように、レンズ側マウントねじとなる雄ねじ、およびカメラ側マウントねじとなる雌ねじの各寸法に許容差を設けている。この許容差（公差）の範囲で隙間が生じ、これにより所謂ガタが発生する。このがたつきが光軸精度に影響を及ぼす。

具体例を挙げると、Ｃマウントのねじ仕様は、ねじの呼び径：２５．４mm、ねじのピッチ：０．７９４mmであり、ねじ等級を６Ｈ／６ｇとしたとき、ねじ有効径隙間は、最小０．０２７mm、最大０．２４８mmとなる。このねじ有効径隙間相当が所謂ラジアルガタとなり、このがたつきの影響を受けることで、軸線（光軸）の位置および姿勢精度、再現性に悪影響を及ぼす。とくにマシンビジョン用途に使用したとき、このがたつきに伴う位置精度が検出精度等に大きな影響を及ぼす。

一方、バヨネット式マウントは、一眼レフファインダー用ミラーのスペースを含むフランジバックを必要とすることから、通常、ミラーが不要な上記工業用カメラ装置において、無駄な空間が存在し、装置が大型化するという問題があった。また、とくに焦点距離の短いレンズではフランジバックを長くするために光学設計の難易度を高くしている。また、バヨネット式マウントを構成する部品は、一般に複雑であり、部品点数も多くなることから、機械的精度を維持し難く加工費用も嵩み、さらに、板ばね部品等を使用することから、マシンビジョンで必要とされる耐振動、衝撃性等の機械的信頼性に問題があった。

本発明は、レンズとカメラを容易に着脱できるとともに、容易に小型化が図れ、かつ、ねじマウントによる結合構造において、光軸の位置および姿勢を高精度に保つことが可能で、一定の機械的信頼性を確保できる、構成が簡素で安価に作成可能なマウント構造を提供することを目的とする。

本発明は、カメラ本体と、このカメラ本体に着脱可能に係合されるレンズ枠と、前記カメラ本体とレンズ枠の係合部に設けられ、前記カメラ本体に対してレンズ枠をねじ込み固定するねじ部と、前記カメラ本体及びレンズ枠のねじ部に隣接して設けられ、前記カメラ本体に対する前記レンズ枠のねじ込みに伴って互いに嵌合し、前記カメラ本体と前記レンズ枠の光軸を一致させる嵌合手段とを具備したマウント構造を特徴とする。

本発明のマウント構造によれば、レンズとカメラを容易に着脱できるとともに、容易に小型化が図れ、かつ、ねじマウントによる結合構造において、光軸の位置および姿勢を高精度に保つことが可能で、一定の機械的信頼性を確保できる。さらに構成が簡素で安価に作成可能である。

以下図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

本発明の第１実施形態に係るマウント構造を図１および図２に示す。
この第１実施形態に係るマウント構造は、図１および図２に示すように、レンズ枠（レンズ）１０と、このレンズ枠１０が着脱可能に係合（装着）されるカメラ本体（カメラ）２０と、レンズ枠１０とカメラ本体２０の係合部（装着部）に設けられ、カメラ本体２０に対してレンズ枠１０をねじ込み固定するマウント用のねじ部１１，２１と、カメラ本体２０およびレンズ枠１０のねじ部１１，２１に隣接して設けられ、カメラ本体２０に対するレンズ枠１０のねじ込みに伴って互いに嵌合し、カメラ本体２０とレンズ枠１０の光軸を一致させるマウント用の嵌合手段１２，２２とを具備して構成される。

上記嵌合手段１２，２２は、上記ねじ部１１，２１に対し、該ねじ部のねじ込み方向の後部に設けられている。レンズ枠１０に設けられた、ねじ部１１のねじ込み方向後端には、環状の逃げ溝部１４が設けられている。

レンズ枠１０に設けられたねじ部（レンズ側マウントねじ）１１は雄ねじであり、カメラ本体２０に設けられたねじ部（カメラ側マウントねじ）２１は、ねじ部（レンズ側マウントねじ）１１に螺合する雌ねじである。

カメラ本体２０には、光軸２５上の上記フランジバック（ＦＢ）で定まる位置を撮像面（ｆｐ）として固体撮像素子２４が設けられている。この固体撮像素子２４は、例えばＣＣＤ等のエリアセンサー（二次元撮像素子）、ラインセンサーのいずれであってもよい。

レンズ枠１０に設けられた、ねじ部１１、およびねじ部１１に隣接して設けられた環状段差部１２はボディマウントを構成し、カメラ本体２０に設けられた、ねじ部２１、およびねじ部２１に隣接して設けられた環状段差部２２はレンズマウントを構成する。このレンズマウントとボディマウントにより、ねじ込み式のマウント（スクリューマウント）が構成される。

上記嵌合手段１２，２２は、レンズマウントおよびボディマウントのフランジ面（マウントフランジ面）１３，２３に設けた環状のはめあい部である。以後、符号１２，２２で示す嵌合手段をはめあい部と呼称する。このはめあい部１２，２２は、ねじ部１１，２１の有効径隙間よりも小さい隙間の公差を有して構成され、ねじ部１１，２１のラジアル方向のがたつきを収束している。

ボディマウントに設けられた、ねじ部１１、およびはめあい部１２は、それぞれ、光軸１５方向の長さをマウント口径の１／８以下として、フランジバック（ＦＢ）を短い距離に規制し、カメラ全体（構体）の小型化を実現している。具体例を挙げると、マウント部の口径４８mmに対して、ねじ部１１（逃げ溝部１４を含む）の光軸方向のねじ長さを５mm、はめあい部１２の光軸方向のはめあい長さを３mmとして、フランジバック（ＦＢ）を１７．５mmに抑え、小型化に寄与している。

上記構成のスクリューマウントにおいて、レンズ枠１０のボディマウントをカメラ本体２０のレンズマウントに係合させ、レンズ枠１０を回して、レンズ枠１０のボディマウントに設けられたねじ部（雄ねじ）１１を、カメラ本体２０のレンズマウントに設けられたねじ部（雌ねじ）２１に一定量螺合させることにより、ボディマウントのフランジ面１３がレンズマウントのフランジ面２３に当接し、レンズ枠１０がカメラ本体２０のレンズマウントに装着される。この装着過程において、レンズ枠１０のボディマウントに設けられたはめあい部１２が、カメラ本体２０のレンズマウントに設けられたはめあい部２２に嵌挿される。なお、このはめあい部１２，２２の嵌合開始時において、レンズ枠１０のボディマウントに設けられたはめあい部１２は、図２に拡大して示すように、先端外周縁が面取り（縁取り）されていることから、ねじ部１１，２１のラジアル方向のがたつきに関係なく、ボディマウントのフランジ面１３に設けられたはめあい部１２がレンズマウントに設けられたはめあい部２２に確実かつ円滑に案内され嵌挿される。

このはめあい部１２，２２の嵌合により、ねじ部１１，２１のがたつきが、はめあい部１２，２２のはめあい公差範囲内に収束される。

具体例を挙げると、ねじ部１１，２１のねじ仕様を、ねじの呼び径：４８mm、ねじのピッチ：０．７５mm、ねじ等級：６Ｈ／６ｇとし、はめあい部１２，２２のはめあい仕様を、はめあい部直径：φ５０mm、はめあい等級：Ｈ７／ｇ６としたとき、ねじ部１１，２１の隙間は０．０２３mm〜０．２９７mm、はめあい部１２，２２の隙間は０．００９mm〜０．０５０mmであり、ねじ部１１，２１のがたつき範囲（最大０．２９７mm）が、はめあい部１２，２２のはめあい公差範囲（最大０．０５０mm）に抑制される。

このように、ねじ部１１，２１に隣接してはめあい部１２，２２を設けたことにより、カメラ本体２０に対するレンズ枠１０のラジアル方向のがたつきを、ねじ部１１，２１のみによるマウント構造の場合に較べて著しく低減できる。これにより、ねじマウントによる結合構造において、光軸の位置および姿勢を高精度に保つことができ、光学性能の劣化を減少させた、よりよい光学性能が得られる。また、フランジバック（ＦＢ）を短い距離に抑えたことによりカメラを小型化できるとともに、レンズの光学設計を容易にし、より光学性能を高めることができる。また、通常のねじ込み操作のみでレンズ枠１０をカメラ本体２０に装着できることから、レンズとカメラを容易に着脱できるとともに、ねじ込み装着により一定の機械的信頼性を確保できる。さらにバヨネット式に比し部品点数が少なく、構成が簡素で安価に製造できる。また、フランジ面がほぼ面一のアダプタを用いて、Ｃマウントレンズを容易に装着可能にしている。また、レンズ枠１０のボディマウントに設けられたはめあい部１２は、ねじ部１１に対し、該ねじのねじ込み方向の後部に、フランジ面１３と段差を有して設けられていることから、レンズの取り扱いにおいて損傷し難い構造となっており、これにより高いはめあい精度を長期に亘り維持することができる。

本発明の第２実施形態に係るマウント構造を図３に示す。なお、ここでは上記図１および図２に示した構成要素と同一部分に同一符号を付し、その同一部分について説明を省略する。

この図３に示す第２実施形態のマウント構造が上記図１および図２に示したマウント構造ととくに異なるところは、嵌合手段１２，２２が、ねじ部１１，２１に対し、該ねじ部のねじ込み方向の前部に設けられている。このようなマウント構造においても、ねじ部１１，２１に隣接してはめあい部１２，２２を設けたことにより、カメラ本体２０に対するレンズ枠１０のラジアル方向のがたつきを、ねじ部１１，２１のみによるマウント構造の場合に較べて著しく低減できる。

なお、この発明は、上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形可能である。例えば、ラインセンサーカメラ用マウントとして、マウント部の口径が８０mmの場合においては、ねじ部１１（逃げ溝部１４を含む）の光軸方向のねじ長さを１０mm、はめあい部１２の光軸方向のはめあい長さを３mmとすることにより、ねじの螺合する長さを充分に確保でき、かつフランジバック（ＦＢ）を１７．５mm程度に小型化することができる。この場合も、ねじ部に隣接して設けられたはめあい部の作用により、カメラ本体に対するレンズ枠のラジアル方向のがたつきを、ねじ部のみによるマウント構造の場合に較べて著しく低減でき、ねじマウントによる結合構造において、光軸の位置および姿勢を高精度に保つことができる。これによって上記した実施形態と同様に、光学性能の劣化を減少させることができ、フランジバック（ＦＢ）を短い距離に抑えてカメラを小型化できるとともに、レンズの光学設計を容易にし、より光学性能を高めることができる。

本発明の第１実施形態に係るマウント構造を示す斜視図。上記第１実施形態に係るマウント構造を示す側断面図。本発明の第２実施形態に係るマウント構造を示す側断面図。

符号の説明

１０…レンズ枠（レンズ）、１１…ねじ部（レンズ側マウントねじ）、１２…はめあい部（嵌合手段）、１３…フランジ面（マウントフランジ面）、１４…環状の逃げ溝部、２０…カメラ本体（カメラ）、２１…ねじ部（カメラ側マウントねじ）、２２…はめあい部（嵌合手段）、２３…、２４…固体撮像素子、５…、６…、７…、ＦＢ…フランジバック、ｆｐ…撮像面。

Claims

カメラ本体と、
このカメラ本体に着脱可能に係合されるレンズ枠と、
前記カメラ本体とレンズ枠の係合部に設けられ、前記カメラ本体に対してレンズ枠をねじ込み固定するねじ部と、
前記カメラ本体及びレンズ枠のねじ部に隣接して設けられ、前記カメラ本体に対する前記レンズ枠のねじ込みに伴って互いに嵌合し、前記カメラ本体と前記レンズ枠の光軸を一致させる嵌合手段と
を具備したことを特徴とするマウント構造。
前記嵌合手段は、前記ねじ部に対し、該ねじ部のねじ込み方向の後部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のマウント構造。
前記嵌合手段は、前記ねじ部に対し、該ねじ部のねじ込み方向の前部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のマウント構造。
前記カメラ本体に設けた前記ねじ部および前記嵌合手段を有するレンズマウントと、前記レンズ枠に設けた前記ねじ部および前記嵌合手段を有するボディマウントとにより、スクリューマウントを構成したことを特徴とする請求項１に記載のマウント構造。
前記嵌合手段は前記レンズマウントおよび前記ボディマウントのフランジ面に設けた環状のはめあい部である請求項４に記載のマウント構造。
前記ボディマウントに設けられた前記はめあい部は、光軸方向の長さが該マウント口径の１／８以下であることを特徴とする請求項５に記載のマウント構造。
前記ボディマウントに設けられた前記はめあい部および前記ねじ部は、それぞれ光軸方向の長さが該マウント口径の１／８以下であることを特徴とする請求項５に記載のマウント構造。