JP2009111893A - 電子撮像カメラのマウント構造および電子撮像カメラの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エリアイメージセンサの撮像面に空隙（空気溜まり）を形成しないセンサマウント構造、および部品点数を削減したセンサマウント構造により、様々な使用環境に対して長期に亘り安定した高精度の撮像出力が期待できるとともに、経済的に有利で、より小型、軽量化が期待できる電子撮像カメラのマウント構造および電子撮像カメラの製造方法を提供する。
【解決手段】撮像窓１１Ａを有するレンズマウント１１と、上記撮像窓１１Ａに対向して上記レンズマウント１１に取り付けられた透光性を有するセンサマウント１２と、上記センサマウント１２の一方の面から光学的に三次元測定しながら上記センサマウント１２の他方の面に位置決め接着されたエリアイメージセンサ１３とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばマシンビジョンシステムに適用して好適な電子撮像カメラのマウント構造および電子撮像カメラの製造方法に関する。

マシンビジョンシステムにおいては、工業用の電子撮像カメラとして、撮像素子となるエリアイメージセンサにＣＣＤ（Charge Coupled Device）を用いた工業用ＣＣＤカメラが広く用いられている。この種、工業用ＣＣＤカメラは、例えば検出位置精度等に関して高精度の位置検出が可能な撮像出力が要求される。このため、レンズマウントに対するＣＣＤ撮像面の微細な位置調整を必要とする。この工業用ＣＣＤカメラにおけるＣＣＤ保持機構の具体的な構成例を図１（ｂ）に示している。この構成は、ＣＣＤをＣＣＤホルダとデバイスホルダとで保持（挟持）し、調整時は、レンズマウントの光軸に対して、撮像面を面方向（Ｘ・Ｙ方向）に移動可能に保持して、光学計測手段により計測しながら、Ｘ・Ｙ方向の位置決め（センタ調整）を行い、デバイスホルダとレンズマウントとの間に一枚乃至数枚の調整シム（shim）を介挿して、光軸方向（Ｚ方向）の位置決め（フランジバック調整）を行っている。この位置調整を経て、ねじ止めにより、レンズマウントに対し、光軸上の正しい位置にＣＣＤを固定している。なお、デバイスホルダとレンズマウントとの間には、調整シムの他に、防塵カバー、フィルタ、押さえ板等が介在されている。しかしながら、このＣＣＤ保持機構においては、光軸上に配置される部品点数が多く、かつ位置決め調整を行った後のねじの締め付けによる固定時において数画素分の位置ずれが生じる虞があるという精度上並びに構造上の問題を有していた。

一方、量産用のデジタルスチルカメラにおいては、ＣＣＤを枠体（ホルダ）に保持して、該枠体によりＣＣＤの撮像面に空隙を形成し、この空隙を介してＣＣＤを保持した枠体とレンズマウント（レンズホルダ）との間の微細調整を行い、レンズマウントの光軸に対して、フランジバック調整を含むＣＣＤの位置決め並びにＣＣＤの固定化を行っている。また他の技術として、ＣＣＤの撮像面に機密室（機密状態の隙間）を形成し、ＣＣＤ撮像面への塵埃付着、ミスト付着等の不具合を回避する技術も存在する。
特開２００６−３０８９８７号公報 特開２００３−２８２８４７号公報

マシンビジョンシステムに適用される工業用電子撮像カメラは、例えば塵埃の多い使用環境、振動が多発する使用環境、温度または湿度の高い使用環境等、様々な使用環境に対して長期に亘り安定した高精度の撮像を出力することが要求される一方、小型、軽量化、並びに経済性が要求される。

本発明は、エリアイメージセンサの撮像面に空隙（空気溜まり）を形成しないセンサマウント構造、および部品点数を削減したセンサマウント構造により、様々な使用環境に対して長期に亘り安定した高精度の撮像出力が期待できるとともに、経済的に有利で、より小型、軽量化が期待できる電子撮像カメラのマウント構造および電子撮像カメラの製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、撮像窓を有するレンズマウントと、前記撮像窓に対向して前記レンズマウントに取り付けられた透光性を有するセンサマウントと、前記センサマウントの一方の面から光学的に三次元測定しながら前記センサマウントの他方の面に位置決め接着されたエリアイメージセンサと、
を具備した電子撮像カメラのマウント構造を特徴とする。

また、本発明は、レンズマウントにエリアイメージセンサを組み込んだ電子撮像カメラの製造方法であって、前記レンズマウントの撮像窓に、透光性を有する板状のセンサマウントを取り付け、前記エリアイメージセンサを前記センサマウントの一方の面から光学的に三次元測定しながら前記センサマウントの他方の面に位置決め接着して、前記エリアイメージセンサを前記レンズマウントに装着したことを特徴とする。

エリアイメージセンサの撮像面に空隙（空気溜まり）を形成しないセンサマウント構造としたことにより、エリアイメージセンサの撮像面に機密室を形成することなく、長期間の使用による、上記撮像面への塵埃付着、ミスト付着等の不具合を回避でき、様々な使用環境に対して長期に亘り安定した高精度の撮像出力が期待できるとともに、ＣＣＤホルダ、デバイスホルダ等の構造物を不要にして、部品点数を削減したセンサマウント構造であることから、経済的に有利で、より小型、軽量化が期待できる。

以下図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
本発明の実施形態に係る電子撮像カメラのマウント構造は、図１（ａ）に示すように、撮像窓１１Ａを有するレンズマウント１１と、上記撮像窓１１Ａに対向して上記レンズマウント１１に取り付けられた透光性を有するセンサマウント１２と、上記センサマウント１２の一方の面から光学的に三次元測定しながら上記センサマウント１２の他方の面に位置決め接着されたエリアイメージセンサ１３とを具備して構成される。

エリアイメージセンサ１３は、例えばＣＣＤイメージセンサ（Charge Coupled Device Image Sensor）、ＣＭＯＳイメージセンサ（Ｃ−ＭＯＳ Image Sensor）等、矩形状の撮像面を有する固体撮像素子である。ここでは、エリアイメージセンサ１３にＣＣＤイメージセンサ（以下、単にＣＣＤと称す）を用いたＣＣＤカメラのマウント構造を例に実施形態を説明する。

本発明の実施形態に係るＣＣＤカメラのマウント構造は、図１（ａ）に示すように、撮像窓１１Ａを有するレンズマウント１１と、上記撮像窓１１Ａに対向して上記レンズマウント１１に取り付けられた透光性を有するＣＣＤマウント１２と、上記ＣＣＤマウント１２の一方の面から光学的に三次元測定しながら上記ＣＣＤマウント１２の上記他方の面に位置決め接着されたＣＣＤ（Charge Coupled Device）１３と、上記ＣＣＤ１３を外付け実装した回路基板１４とを具備して構成される。なお、レンズマウント１１のレンズ装着面には、レンズキャップ１９が図示しないレンズとともに装着される。

上記ＣＣＤマウント１２は、図１（ｂ）に示す、ＣＣＤホルダ、デバイスホルダ、および調整シムに代わって設けられるもので、上記ＣＣＤマウント１２の上記他方の面（ＣＣＤ装着面）とＣＣＤ１３の撮像面１３ａとの間に紫外線硬化型接着剤２２を介挿することで、ＣＣＤホルダとデバイスホルダよるＣＣＤ保持機構と調整シムの作用を兼ね備える。

上記ＣＣＤマウント１２は、板状の光学ガラス（単一平板状の透過ガラス）で構成されている。上記ＣＣＤ１３は、その撮像面１３ａが紫外線硬化型接着剤２２により上記ＣＣＤマウント１２に接着固定されている。すなわち、上記ＣＣＤ１３は、その撮像面１３ａと上記ＣＣＤマウント１２の上記他方の面との間に未硬化状態の紫外線硬化型接着剤２２を介在して上記レンズマウント１１に対する撮像位置が位置決めされ、上記紫外線硬化型接着剤２２の硬化により、上記ＣＣＤ１３の撮像面１３ａが上記ＣＣＤマウント１２の上記他方の面との間に空隙を形成しない状態で上記位置決めされた撮像位置に固定されている。上記レンズマウント１１は、図２および図３に示すように、上記撮像窓１１Ａに、上記ＣＣＤマウント１２を嵌め込み支持する枠状の段差部１１Ｂを有し、上記ＣＣＤマウント１２は、その周部が紫外線硬化型接着剤２１により上記枠状の段差部１１Ｂに接着固定されている。

このＣＣＤ１３を実装したレンズマウント１１の製造工程を図２および図３を参照して説明する。

レンズマウント１１には、ＣＣＤマウント１２、紫外線硬化型接着剤２２、ＣＣＤ１３、回路基板１４の順に部品実装が行われる。まずレンズマウント１１の撮像窓１１Ａに、ＣＣＤマウント１２を取り付ける。このＣＣＤマウント１２の取り付けは、上記撮像窓１１Ａの周部に形成された枠状の段差部１１Ｂに、ＣＣＤマウント１２を嵌め込み、ＣＣＤマウント１２の周縁部と枠状の段差部１１Ｂとの間に接着剤（例えば紫外線硬化型接着剤）２１を含浸させ、接着剤を硬化することにより、ＣＣＤマウント１２がレンズマウント１１の撮像窓１１Ａに接着固定される。

レンズマウント１１の撮像窓１１ＡにＣＣＤマウント１２を固定した後、このＣＣＤマウント１２のＣＣＤ装着面に、例えば高透明性精密固定用の紫外線硬化型接着剤２２を斑なく塗布して、ＣＣＤマウント１２のＣＣＤ装着面に紫外線硬化型接着剤２２を一様に付着させた後、ＣＣＤ１３の撮像面１３ａをＣＣＤマウント１２のＣＣＤ装着面に向け、該ＣＣＤ装着面に、未硬化状態の紫外線硬化型接着剤２２を介在してＣＣＤ１３を接着する。このＣＣＤマウント１２に装着（接着）されるＣＣＤ１３は、例えば吸着支持機構４１によりＣＣＤ１３を支承して、ＣＣＤ１３の撮像面１３ａをＣＣＤマウント１２のＣＣＤ装着面に装着（接着）する。この吸着支持機構４１は、三次元調整ステージ４０のマニピュレータとして機能し、ＣＣＤ１３の撮像面１３ａを、レンズマウント１１の光軸に対して直交する面方向（図３に示すＸ・Ｙ方向）と光軸方向（図２に示すＺ方向）の各位置並びに傾き角（図２に示すθ方向）調整可能に支承している。上記三次元調整ステージ４０は、三次元光学測定器３０から受けた制御信号をもとにマニピュレータを制御して上記ＣＣＤ１３の位置決め調整を行う。なお、この位置決め調整は、三次元光学測定器３０を用いて人為操作によりマニピュレータを制御することで行うことも可能である。ここでは、量産製造工程でないことから、上記した人為操作により、上記ＣＣＤ１３の位置決め調整を行うものとする。

このＣＣＤ１３の位置決め調整は、レンズマウント１１のレンズ装着面側にて、三次元光学測定器３０で三次元光学測定しながら、マニピュレータ４１を操作することにより行う。

上記ＣＣＤ１３の位置決め調整を行った後、例えば水銀灯を用い、紫外線硬化型接着剤２２に紫外線を照射して、紫外線硬化型接着剤２２を硬化させ、ＣＣＤマウント１２のＣＣＤ装着面にＣＣＤ１３の撮像面１３ａを張り合わせる。これにより、レンズマウント１１に、ＣＣＤマウント１２を介してＣＣＤ１３が固着され、レンズマウント１１の光軸に対して、ＣＣＤ１３が位置決めされた位置に固定される。このＣＣＤマウント１２を介在してレンズマウント１１に固定されたＣＣＤ１３は、その撮像面１３ａ全体が、硬化した紫外線硬化型接着剤２２に隙間なく覆われた状態でＣＣＤマウント１２のＣＣＤ装着面に装着されることから、ＣＣＤ１３の撮像面１３ａに空隙は形成されない。このため、塵埃の飛散する環境下、多湿環境下等における長期間に亘る使用に対して、ＣＣＤ１３の撮像面１３ａに、塵埃、ミスト等の付着による映像障害が発生する不具合は皆無となり、従って上記した各使用環境においても長期に亘り安定した信頼性の高い撮像出力が可能となる。

上記したＣＣＤマウント１２へのＣＣＤ１３の位置決め装着（固着）後、ＣＣＤ１３の外部接続端子１３Ｔ，１３Ｔ，…を回路基板１４にはんだ実装する。回路基板１４には、予めＣＣＤ１３の取り付け位置に、ＣＣＤ１３の外部接続端子１３Ｔ，１３Ｔ，…に対応して、該端子径より若干、径の大きい端子貫通孔と端子接合ランドが設けられている。この回路基板１４へのＣＣＤ１３の実装は、ＣＣＤマウント１２に固着されたＣＣＤ１３の外部接続端子１３Ｔ，１３Ｔ，…を回路基板１４に設けられた端子貫通孔に緩挿（遊びをもった状態で嵌挿）して、回路基板１４をレンズマウント１１にねじ止め等により固定した後、ＣＣＤ１３の外部接続端子１３Ｔ，１３Ｔ，…を回路基板１４の端子接合ランドに、はんだ接合することにより行う。このようなＣＣＤ１３の外部接続端子１３Ｔ，１３Ｔ，…に対して回路基板１４の端子貫通孔に遊びをもたせたＣＣＤ１３の実装手段により、回路基板１４をレンズマウント１１に実装した際に、ＣＣＤマウント１２に固着されたＣＣＤ１３に対して、該ＣＣＤ１３の回路基板１４への端子接続を、各端子にストレスが及ぶことなく（端子に無理な偏奇力が加わることなく）行うことができ、これによってＣＣＤマウント１２を介しレンズマウント１１に固定されたＣＣＤ１３に対して信頼性の高い回路接続並びに基板実装が可能となる。

なお、上記した実施形態では、エリアイメージセンサにＣＣＤを用いたマウント構造を例に示したが、これに限らず、例えばエリアイメージセンサにＣＭＯＳイメージセンサを用いた場合においても上記同様のマウント構造とすることが可能である。

本発明の実施形態に係るマウント構造を既存のマウント構造と対比して示す斜視図（図（ａ）は本発明の実施形態に係るマウント構造、図（ｂ）は既存のマウント構造）。 上記実施形態に係るマウント構造の製造工程を説明するための側面図。 上記実施形態に係るマウント構造の製造工程を説明するための平面図。

符号の説明

１１…レンズマウント、１１Ａ…撮像窓、１１Ｂ…段差部、１２…センサマウント（ＣＣＤマウント）、１３…エリアイメージセンサ（ＣＣＤ）、１３ａ…撮像面、１３Ｔ．１３Ｔ…外部接続端子、１４…回路基板、１９…レンズキャップ、２１…接着剤（紫外線硬化型接着剤）、２２…紫外線硬化型接着剤、３０…三次元光学測定器、４０…三次元調整ステージ、４１…吸着支持機構（マニピュレータ）。

Claims (8)

1. 撮像窓を有するレンズマウントと、
   前記撮像窓に対向して前記レンズマウントに取り付けられた透光性を有するセンサマウントと、
   前記センサマウントの一方の面から光学的に三次元測定しながら前記センサマウントの他方の面に位置決め接着されたエリアイメージセンサと、
   を具備したことを特徴とする電子撮像カメラのマウント構造。
2. 前記センサマウントは、板状の光学ガラスで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子撮像カメラのマウント構造。
3. 前記エリアイメージセンサは、その撮像面が紫外線硬化型接着剤により前記センサマウントに接着固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子撮像カメラのマウント構造。
4. 前記エリアイメージセンサは、その撮像面と前記センサマウントの前記他方の面との間に未硬化状態の紫外線硬化型接着剤を介在して前記レンズマウントに対する撮像位置が位置決めされ、前記紫外線硬化型接着剤の硬化により、前記エリアイメージセンサの撮像面が前記センサマウントの前記他方の面との間に空隙を形成しない状態で前記位置決めされた撮像位置に固定されていることを特徴とする請求項３に記載の電子撮像カメラのマウント構造。
5. 前記レンズマウントは、前記撮像窓に、前記センサマウントを嵌め込み支持する枠状の段差部を有し、
   前記センサマウントは、その周部が前記枠状の段差部に接着固定されていることを特徴とする請求項１または２または３に記載の電子撮像カメラのマウント構造。
6. レンズマウントにエリアイメージセンサを組み込んだ電子撮像カメラの製造方法であって、
   前記レンズマウントの撮像窓に、透光性を有する板状のセンサマウントを取り付け、
   前記エリアイメージセンサを前記センサマウントの一方の面から光学的に三次元測定しながら前記センサマウントの他方の面に位置決め接着して、
   前記エリアイメージセンサを前記レンズマウントに装着したことを特徴とする電子撮像カメラの製造方法。
7. 前記センサマウントは、光学ガラスにより構成され、前記エリアイメージセンサは、その撮像面が紫外線硬化型接着剤により前記光学ガラスに接着され前記センサマウントに固定される請求項６に記載の電子撮像カメラの製造方法。
8. 前記エリアイメージセンサは、その撮像面と前記センサマウントの前記他方の面との間に未硬化状態の紫外線硬化型接着剤を介在した状態で前記レンズマウントに対する位置決め調整を行い、前記紫外線硬化型接着剤の硬化により、前記エリアイメージセンサの撮像面が前記センサマウントの前記他方の面との間に空隙を形成しない状態で前記位置決めされた撮像位置に固定されることを特徴とする請求項６または７に記載の電子撮像カメラの製造方法。

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