JP4862024B2 - カメラマウント組立装置およびカメラマウントの組立方法 - Google Patents

Description

本発明は、エリアイメージセンサを実装したセンサホルダとレンズマウントを有するマウントベースとにより構成されるカメラマウントの製造時に適用されるカメラマウント組立装置およびカメラマウントの組立方法に関する。

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）やＣＭＯＳイメージセンサ（Charge Coupled Device Image Sensor）を用いた固体撮像素子カメラが広く用いられている。

この種、マシンビジョンシステムに適用される固体撮像素子カメラは、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、カメラレンズ取付部（フランジ）およびレンズ光軸に平行な基準取付面を有するマウントベースに、エリアイメージセンサを取り付ける製造工程においては、マウントベースに対するセンサ撮像面の微細な位置調整が必要となる。

とくに、この種のカメラ組立においては、カメラレンズ取付面（フランジ面）とセンサ撮像面との距離（フランジバック）の管理は非常に重要である。例えばＣマウントレンズの場合、フランジバック（ＦＢ）を１７．５２６ｍｍに設定する必要がある。

通常、フランジバックは、フランジ中心部とセンサ撮像面中心部の１点間距離の測定によって管理される場合が多く、フランジ面とセンサ撮像面の平行度に関しては部品加工寸法公差に依存している。この場合、加工精度が出ていなければフランジ面と撮像面が傾いた状態で組立てられ、厳密には上記面上の位置によってフランジバックが異なる（アオリが発生する）ことになる。従来の汎用カメラ製造では、このアオリに対する調整機構を有していない場合が多く、また、アオリ調整機構を設けた場合であっても、アオリ調整は、例えば光軸位置合わせ調整等の他の光学調整と別工程で行われていた。従って、従来では、アオリを含めた光学系全体の組立精度に問題があった。

この種のアオリ調整技術として、従来では、撮像素子を取り付ける固定板の板面と、この固定板に取り付けられる撮像素子の撮像面とを三次元計測により平行にした状態で、固定板に撮像素子を取り付ける技術が存在した。
特開２００７−２５９１６６号公報

しかしながら、上記した従来技術においては、固定板の板面と撮像面との平行度を保つことができても、固定板取付工程等、後の組立工程において光学的なずれの生じる虞があるという問題があった。

本発明は、エリアイメージセンサを実装したセンサホルダとレンズマウントを有するマウントベースとにより構成されるカメラマウントの組立作業をマシンビジョンで要求される光学精度で効率よく容易に実施できるカメラマウント組立装置およびカメラマウントの組立方法を提供することを目的とする。

本発明は、矩形状の撮像面を有するイメージセンサを取付けたセンサホルダをマウントベースにマウントするカメラマウント組立装置であって、前記センサホルダに取付けた前記イメージセンサの前記撮像面を上方に向け露出させて固定支持するテーブルと、前記撮像面のＸ軸方向中心線上の両端付近の二点と前記撮像面のＹ軸方向中心線上の両端付近の二点をそれぞれ計測ポイントとして前記撮像面のアオリを計測、および光軸位置に対するＸ、Ｙ方向のずれを光学的に計測する三次元測定器と、前記三次元測定器の計測値をもとに前記テーブルをＸ、Ｙ方向に移動させて、前記撮像面の光軸位置合わせ調整を行うＸ、Ｙ方向２軸直交移動ステージと、前記Ｘ、Ｙ方向２軸直交移動ステージに搭載されると共に前記三次元測定器側に前記テーブルが設けられ、前記三次元測定器の計測値をもとに前記テーブルをＸ、Ｙ方向に傾斜させて、前記撮像面のアオリを調整するＸ、Ｙ２軸方向傾斜移動ステージと、前記テーブルの上方において前記マウントベースを保持し、前記マウントベースを前記撮像面との間にフランジバックを保つ位置まで下降させて、前記センサホルダを前記マウントベースに接着固定するＺ軸移動ステージとを具備したことを特徴とする。

また、本発明は、センサホルダに取付けたイメージセンサの撮像面を上方に向け露出させて固定支持するテーブルと、前記撮像面のＸ軸方向中心線上の両端付近の二点と前記撮像面のＹ軸方向中心線上の両端付近の二点をそれぞれ計測ポイントとして前記撮像面のアオリを計測、および光軸位置に対するＸ、Ｙ方向のずれを光学的に計測する三次元測定器と、前記三次元測定器の計測値をもとに前記テーブルをＸ、Ｙ方向に移動させて、前記撮像面の光軸位置合わせ調整を行うＸ、Ｙ方向２軸直交移動ステージと、前記Ｘ、Ｙ方向２軸直交移動ステージに搭載されると共に前記三次元測定器側に前記テーブルが設けられ、前記三次元測定器の計測値をもとに前記テーブルをＸ、Ｙ方向に傾斜させて、前記撮像面のアオリを調整するＸ、Ｙ２軸方向傾斜移動ステージと、前記テーブルの上方において前記マウントベースを保持し、前記マウントベースを前記撮像面との間にフランジバックを保つ位置まで下降させて、前記センサホルダを前記マウントベースに接着固定するＺ軸移動ステージと、を具備し、前記センサホルダを前記マウントベースにマウントするカメラマウントの組立方法であって、前記三次元測定器の計測値をもとに、前記Ｘ、Ｙ２軸方向傾斜移動ステージにより、前記テーブルをＸ、Ｙ方向に傾斜させて、前記撮像面のアオリを調整する工程と、前記三次元測定器の計測値をもとに、前記Ｘ、Ｙ方向２軸直交移動ステージにより、前記テーブルをＸ、Ｙ方向に移動させて前記撮像面の光軸位置合わせ調整を行う工程と、前記Ｚ軸移動ステージにより、前記マウントベースを前記撮像面との間にフランジバックを保つ位置まで下降させて、前記センサホルダを前記マウントベースに接着固定する工程とを具備したことを特徴とする。

本発明によれば、カメラマウントの組立作業をマシンビジョンで要求される光学精度で効率よく容易に実施することができる。

以下図面を参照して本発明の実施形態を説明する。本発明では、エリアイメージセンサを実装したマウントベースをカメラマウントと称している。この実施形態ではエリアイメージセンサとしてＣＣＤを実装対象とするが、ＣＭＯＳイメージセンサを実装対象としてもよい。

本発明の実施形態に係るカメラマウント組立装置は、図１および図２に示すように、矩形状の撮像面を有するイメージセンサ（以下ＣＣＤと称す）を取付けたセンサホルダ（以下ＣＣＤホルダと称す）１０を撮像面を上方に向け露出させて固定支持するＸＹ軸移動テーブル（以下、単にテーブルと称す）６と、上記撮像面のアオリおよび光軸位置に対するＸ、Ｙ方向のずれを光学的に計測する三次元測定器１と、この三次元測定器１の計測値をもとに上記テーブル６をＸ、Ｙ方向に移動させて上記撮像面の光軸位置合わせ調整を行う、Ｘ軸移動ステージ２およびＹ軸移動ステージ３を組み合わせたＸ、Ｙ方向２軸直交移動ステージと、このＸ、Ｙ方向２軸直交移動ステージに搭載され、上記三次元測定器１の計測値をもとに上記テーブル６をＸ、Ｙ方向に傾斜させて上記撮像面のアオリを調整する、Ｘ軸傾斜ステージ５およびＹ軸傾斜ステージ４を組み合わせたＸ、Ｙ２軸方向傾斜移動ステージと、上記テーブル６の上方においてマウントベース２０を保持し、このマウントベース２０を上記撮像面との間にフランジバックを保つ位置まで下降させて上記ＣＣＤホルダ１０を上記マウントベース２０に接着固定するＺ軸移動ステージ７とを具備して構成される。

上記Ｘ、Ｙ方向２軸直交移動ステージを構成するＸ軸移動ステージ２およびＹ軸移動ステージ３と、上記Ｘ、Ｙ２軸方向傾斜移動ステージを構成するＸ軸傾斜ステージ５およびＹ軸傾斜ステージ４と、Ｚ軸移動ステージ７は、それぞれ三次元測定器１の基台１ａ上に、三次元測定器１と一体に設けられ、Ｘ軸傾斜ステージ５に上記テーブル６が設けられている。このテーブル６は、上記撮像面のアオリおよび光軸位置に対するＸ、Ｙ方向のずれを計測する三次元測定工程、三次元測定に基づくアオリ並びに光軸位置合わせ調整を行う工程、ＣＣＤホルダ１０をマウントベース２０に接着固定する工程の各作業に共通のワーク支持テーブルを構成している。

上記Ｘ軸移動ステージ２およびＹ軸移動ステージ３と、Ｙ軸傾斜ステージ４およびＸ軸傾斜ステージ５は、それぞれ、下側に固定部、上側に可動部を有して構成される。Ｘ軸移動ステージ２の固定部と可動部との間には直動ガイド２ａが介在し、可動部を矢印ａで示すＸ軸方向に所定量移動可能にしている。同様に、Ｙ軸移動ステージ３の固定部と可動部との間には直動ガイド３ａが介在し、可動部を矢印ｂで示すＹ軸方向に所定量移動可能にしている。直動ガイド２ａ，３ａは、例えば固定部の軌道台と可動部の軌道台との間にころ入りリテーナを介在して構成される。Ｘ軸傾斜ステージ５の固定部と可動部との間には可動部を矢印ｃで示す傾斜方向に所定量移動可能にする揺動機構（図示せず）が設けられ、Ｙ軸傾斜ステージ４の固定部と可動部との間には可動部を矢印ｄで示す傾斜方向に所定量移動可能にする揺動機構（図示せず）が設けられている。Ｚ軸移動ステージ７は、Ｘ軸、Ｙ軸方向と直交するＺ軸方向に昇降移動するテーブル７ａを有し、該昇降テーブル７ａに、マウントベース２０を固定支持するブラケット８が固定して設けられている。上記Ｘ軸移動ステージ２およびＹ軸移動ステージ３と、Ｙ軸傾斜ステージ４およびＸ軸傾斜ステージ５は、それぞれモータおよびエンコーダによる駆動制御機構を備え、微動調整を可能にしている。

ＣＣＤホルダ１０は、図３に示すように、中空の防塵用筒状部１３と、接着剤（図５に示す符号Ｐａ参照）が塗布される接着面１５と、ＣＣＤ実装基板１１とを具備して構成される。ＣＣＤホルダ１０は、レンズ装着側（フランジ側）の一方面に、後述するマウントベース２０の基体開口部（図９に示す符号２１ａ参照）に緩挿される防塵用筒状部１３の取付部と、接着剤の塗布面を形成する接着面１５とを有し、他方面に基板取付面を有して、この基板取付面に、ＣＣＤ１２を実装したＣＣＤ実装基板１１が締め付けねじ（図示せず）によりねじ止め固定され、防塵用筒状部１３の取付部に防塵用筒状部１３が締め付けねじ１４によりねじ止め固定される。この防塵用筒状部１３はマウントベース２０に緩挿する嵌め込み環を兼ねている。ＣＣＤ実装基板１１は、ＣＣＤ１２の撮像面１２ａが防塵用筒状部１３の中央部に露出する予め定められた取付位置にねじ止め固定される。防塵用筒状部１３は光軸と平行な軸線上で撮像面１２ａと重心が一致するように取り付けられる。さらにＣＣＤホルダ１０の一側面部には、後述する固定支持用の圧し当てねじ（図４、図５に示す符号９ａ参照）が当接する圧し当て面１０ｐが形成されている。この圧し当てねじにより圧し当て面１０ｐを圧しつけることで、ＣＣＤホルダ１０がホルダ支持パレット（図４、図５に示す符号９参照）に固定支持され、圧し当てねじによる圧しつけを解除することでＣＣＤホルダ１０をホルダ支持パレットから解放することができる。

ＣＣＤホルダ１０は、テーブル６上に於いて、図４および図５に示すホルダ支持パレット９に固定支持される。ホルダ支持パレット９は、図４および図５に示すように、ＣＣＤホルダ１０の両側部に係合して、ＣＣＤホルダ１０をホルダ支持パレット９の予め定められた固定位置にセットする係合保持部Ｂ１，Ｂ２と、ホルダ支持パレット９を光軸Ｏ１と平行な垂直軸回りの傾きθ（図７参照）を調整可能に、テーブル６に固定する固定用螺子の貫通孔９ｂと、係合保持部Ｂ１に螺合して、先端がホルダ支持パレット９にセットしたＣＣＤホルダ１０の圧し当て面１０ｐに当接する固定用の圧し当てねじ９ａとを具備して構成されている。なお、貫通孔９ｂを貫通してテーブル６に螺合される固定用螺子については図示していない。

Ｚ軸移動ステージ７の昇降テーブル７ａに固定されたブラケット８にはマウントベース２０が固定支持される。このマウントベース２０は、図９に示すように、断面Ｌ状の基体部２１とフランジ部２２とにより構成される。基体部２１は、ＣＣＤホルダ１０に設けられた防塵用筒状部１３が緩挿される、防塵用筒状部１３の外径より大きい孔径の開口部２１ａと、光軸に平行な基準取付面２１ｆを有する。フランジ部２２はレンズマウントを構成し、先端にフランジ面を形成する。マウントベース２０は、テーブル６上のホルダ支持パレット９に固定支持されたＣＣＤホルダ１０の上方に、フランジ面を上方に向けた状態でブラケット８に固定支持され、Ｚ軸移動ステージ７の昇降テーブル７ａが、フランジ面と撮像面１２ａとの間のフランジバックを保つ位置まで下降（図１０に示す符号ｅｄ参照）することによって、マウントベース２０の基体部２１に設けられた開口部２１ａにＣＣＤホルダ１０に取り付けられた防塵用筒状部１３が緩挿され、後述する接着工程において、マウントベース２０にＣＣＤホルダ１０が接着固定される。

上記した構成のカメラマウント組立装置によるカメラマウントの組立工程について、図６乃至図１１を参照して説明する。なお、以下の測定並びに測定内容に従う調整の各工程について、プログラム制御による自動組立も可能であるが、ここでは、マシンビジョンに適用される限られた少数単位の工業用カメラの製造工程に適用されるものであることから、測定並びに測定に伴う調整作業を人手作業により行うものとする。

工程１；ＣＣＤ１２が実装されたＣＣＤホルダ１０を撮像面１２ａを上方に向け露出させて、テーブル６に固定支持する。ここでは、テーブル６に固定したホルダ支持パレット９に、ＣＣＤホルダ１０を取り付け、ＣＣＤホルダ１０をテーブル６に固定支持する。

工程２；三次元測定器１の光学測定部１ｂにより、ＣＣＤホルダ１０に実装されたＣＣＤ１２の撮像面１２ａのアオリを測定する。このアオリ測定は、図６に示すように、撮像面１２ａのＸ軸方向中心線上の両端付近の二点と前記撮像面のＹ軸方向中心線上の両端付近の二点をそれぞれ計測ポイントとして、距離を測定し、フランジ面に平行する基準面に対してのＸ軸、Ｙ軸方向の傾きを三次元測定する。なお図６において、符号Ｏ３は撮像面１２ａの重心位置を示している。

工程３；上記工程２における三次元測定器１の計測値をもとに、Ｘ軸傾斜ステージ５およびＹ軸傾斜ステージ４を組み合わせたＸ、Ｙ２軸方向傾斜移動ステージにより、テーブル６をＸ軸、Ｙ軸方向に傾斜させて、撮像面１２ａのアオリを調整する。すなわち、撮像面１２ａがフランジ面と平行になるようにテーブル６の傾きを調整する。

工程４；三次元測定器１の光学測定部１ｂにより、図７に示す、基準取付面２１ｆと平行する基準面Ｏ２に対する、光軸と平行な垂直軸回りの傾きθ、および図８に示す、撮像面１２ａの光軸位置Ｏ１に対するＸ、Ｙ方向のずれを計測する。

工程５；上記工程４における三次元測定器１の計測値をもとに、撮像面１２ａの傾きθ、および光軸位置Ｏ１に対するＸ、Ｙ方向のずれを調整する。ここで、傾きθに規定角以上のずれがあるときは、ホルダ支持パレット９のテーブル６への固定状態を一旦解除して傾きθに規定角以内に収め、ホルダ支持パレット９を再びテーブル６に固定する。なお、ここでは、傾きθの規定角以上のずれの発生頻度が低いことを前提に上記パレットの再固定による調整手段を適用しているが、実機では、Ｘ軸傾斜ステージ５とテーブル６の間にθ角調整ステージを設け、このθ角調整ステージによりθ角の調整を行っている。また、Ｘ軸移動ステージ２およびＹ軸移動ステージ３を組み合わせたＸ、Ｙ方向２軸直交移動ステージにより、光軸位置Ｏ１に対するＸ、Ｙ方向の調整する。

工程６；テーブル６上において、該テーブル６にホルダ支持パレット９を介在して固定支持された上記調整後のＣＣＤホルダ１０をマウントベース２０に接着固定する。この工程では、図５（ｂ）および図９に示すように、テーブル６上のホルダ支持パレット９に固定支持されたＣＣＤホルダ１０の接着面１５に、接着剤（例えば紫外線硬化型接着剤）Ｐａを塗布する。また、Ｚ軸移動ステージ７の上昇位置にある昇降テーブル７ａに固定されたブラケット８に、マウントベース２０を取り付け、マウントベース２０をブラケット８に固定支持する。その後、図１０に示すように、マウントベース２０を撮像面１２ａとの間にフランジバック（ＦＢ）を保つ位置まで矢印ｅｄ方向に下降させて、接着剤Ｐａを硬化（ａｆ）させ、ＣＣＤホルダ１０をマウントベース２０に接着固定する。

これにより、図１１に示すように、撮像面１２ａが、フランジ面と重心を一にして、フランジバック（ＦＢ）を保ち、フランジ面に対して傾き（アオリ）がない状態で、ＣＣＤホルダ１０をマウントベース２０にマウントできる。

上記したカメラマウントの組立工程においては、工程２において撮像面１２ａのアオリを測定し、工程３においてアオリ調整を行い、工程４において光軸位置に対するＸ、Ｙ方向のずれを計測し、工程５において光軸位置合わせ調整を行っているが、アオリ測定およびアオリ調整の工程と、光軸位置に対するずれの計測および光軸位置合わせ調整の工程とを入れ替えることも可能である。

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、実施段階では本発明の要旨を逸脱しない範囲で装置の構成並びに構成要素を変更可能である。

本発明の実施形態に係るカメラマウント組立装置の構成を示す側面図。 上記実施形態に係るカメラマウント組立装置の構成を示す正面図。 上記実施形態に係るカメラマウント組立装置で扱うＣＣＤホルダ１０の構成を示す平面図（ａ）および側面図（ｂ）。 上記実施形態に係るカメラマウント組立装置で扱うホルダ支持パレット９およびＣＣＤホルダ１０の構成を示す斜視図。 上記実施形態に係るカメラマウント組立装置で扱うホルダ支持パレット９およびＣＣＤホルダ１０の構成を示す平面図（ａ）および側面図（ｂ）。 上記実施形態に係るカメラマウント組立装置の組立工程を説明するための図。 上記実施形態に係るカメラマウント組立装置の組立工程を説明するための図。 上記実施形態に係るカメラマウント組立装置の組立工程を説明するための図。。 上記実施形態に係るカメラマウント組立装置の組立工程を説明するための図。 上記実施形態に係るカメラマウント組立装置の組立工程を説明するための図。 上記実施形態に係るカメラマウント組立装置の組立工程を説明するための図。

符号の説明

１…三次元測定器、２…Ｘ軸移動ステージ、３…Ｙ軸移動ステージ、４…Ｙ軸傾斜ステージ、５…Ｘ軸傾斜ステージ、６…テーブル（ＸＹ軸移動テーブル）、７…Ｚ軸移動ステージ、８…ブラケット、９…ホルダ支持パレット、１０…ＣＣＤホルダ、１１…ＣＣＤ実装基板、１２…ＣＣＤ、１２ａ…撮像面、１３…防塵用筒状部（嵌め込み環）、１５…接着面、２０…マウントベース、２１…基体部、２１ａ…開口部、２１ｆ…基準取付面、２２…フランジ部。

Claims (4)

1. 矩形状の撮像面を有するイメージセンサを取付けたセンサホルダをマウントベースにマウントするカメラマウント組立装置であって、
   前記センサホルダに取付けた前記イメージセンサの前記撮像面を上方に向け露出させて固定支持するテーブルと、
   前記撮像面のＸ軸方向中心線上の両端付近の二点と前記撮像面のＹ軸方向中心線上の両端付近の二点をそれぞれ計測ポイントとして前記撮像面のアオリを計測、および光軸位置に対するＸ、Ｙ方向のずれを光学的に計測する三次元測定器と、
   前記三次元測定器の計測値をもとに前記テーブルをＸ、Ｙ方向に移動させて、前記撮像面の光軸位置合わせ調整を行うＸ、Ｙ方向２軸直交移動ステージと、
   前記Ｘ、Ｙ方向２軸直交移動ステージに搭載されると共に前記三次元測定器側に前記テーブルが設けられ、前記三次元測定器の計測値をもとに前記テーブルをＸ、Ｙ方向に傾斜させて、前記撮像面のアオリを調整するＸ、Ｙ２軸方向傾斜移動ステージと、
   前記テーブルの上方において前記マウントベースを保持し、前記マウントベースを前記撮像面との間にフランジバックを保つ位置まで下降させて、前記センサホルダを前記マウントベースに接着固定するＺ軸移動ステージと
   を具備したことを特徴とするカメラマウント組立装置。
2. 前記Ｘ、Ｙ２軸方向傾斜移動ステージおよび前記Ｘ、Ｙ方向２軸直交移動ステージと、前記Ｚ軸移動ステージは、前記三次元測定器の基台上に一体に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のカメラマウント組立装置。
3. センサホルダに取付けたイメージセンサの撮像面を上方に向け露出させて固定支持するテーブルと、
   前記撮像面のＸ軸方向中心線上の両端付近の二点と前記撮像面のＹ軸方向中心線上の両端付近の二点をそれぞれ計測ポイントとして前記撮像面のアオリを計測、および光軸位置に対するＸ、Ｙ方向のずれを光学的に計測する三次元測定器と、
   前記三次元測定器の計測値をもとに前記テーブルをＸ、Ｙ方向に移動させて、前記撮像面の光軸位置合わせ調整を行うＸ、Ｙ方向２軸直交移動ステージと、
   前記Ｘ、Ｙ方向２軸直交移動ステージに搭載されると共に前記三次元測定器側に前記テーブルが設けられ、前記三次元測定器の計測値をもとに前記テーブルをＸ、Ｙ方向に傾斜させて、前記撮像面のアオリを調整するＸ、Ｙ２軸方向傾斜移動ステージと、
   前記テーブルの上方において前記マウントベースを保持し、前記マウントベースを前記撮像面との間にフランジバックを保つ位置まで下降させて、前記センサホルダを前記マウントベースに接着固定するＺ軸移動ステージと、
   を具備し、前記センサホルダを前記マウントベースにマウントするカメラマウントの組立方法であって、
   前記三次元測定器の計測値をもとに、前記Ｘ、Ｙ２軸方向傾斜移動ステージにより、前記テーブルをＸ、Ｙ方向に傾斜させて、前記撮像面のアオリを調整する工程と、
   前記三次元測定器の計測値をもとに、前記Ｘ、Ｙ方向２軸直交移動ステージにより、前記テーブルをＸ、Ｙ方向に移動させて前記撮像面の光軸位置合わせ調整を行う工程と、
   前記Ｚ軸移動ステージにより、前記マウントベースを前記撮像面との間にフランジバックを保つ位置まで下降させて、前記センサホルダを前記マウントベースに接着固定する工程と、
   を具備したことを特徴とするカメラマウントの組立方法。
4. 前記撮像面の光軸位置合わせ調整を行う工程を前記撮像面のアオリを調整する工程の前に行うことを特徴とする請求項３に記載のカメラマウントの組立方法。

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