JP4943413B2 - カメラ組立構造 - Google Patents

Description

本発明は、マシンビジョンシステムに適用して好適な工業用電子撮像カメラのカメラ組立構造に関する。

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（ＦＡ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（Complementary Metal Oxide Semiconductor 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ＦＡカメラは、撮影した画像の全ての領域に対して高精細な出力映像が要求されることから、イメージセンサを保持したセンサホルダとレンズマウントとの間における光学位置精度に関して１台ずつ個別に手作業による調整が行われる。例えば、Ｃマウントレンズの場合、レンズマウントにおけるレンズフランジ面と固体撮像素子の撮像面との間の距離、すなわちフランジバック（ＦＢ）を１７．５２６mmに精確に設定する必要があり、ＴＦＬ２マウントレンズの場合、ＦＢを１７．５mmに精確に設定する必要がある。さらにレンズ光軸に対して撮像面に傾きが生じないように撮像面のアオリ調整を行う必要がある。一方、この種、ＦＡカメラは、エリアイメージセンサを実装したセンサ基板以外に、外部制御を可能にするためのカメラリンク接続を含む外部接続インターフェース回路や映像の伝送処理回路を含む各種の機能回路を実装した複数枚の回路基板（リジッド基板）をカメラ筐体内に収納している。

従来では、上記した、エリアイメージセンサを保持したセンサホルダと、センサ基板と、複数枚のリジッド基板とを、それぞれ個別に順次カメラ筐体内にねじ止め固定して組み込んでいた。この際、複数枚のリジッド基板の取付後に光学位置調整を行うことは困難であることから光学位置調整後にリジッド基板の取り付けを行っている。このため、リジッド基板のねじ止めによる取付作業には光学系にずれの生じることがないように細心の注意が払われ、組み込み作業に多くの時間と労力を要していた。さらに、メンテナンス作業、チェック作業等を容易にするため、カメラ筐体を３ピース以上の筐体部品の組立により部分開放可能に構成していた。このため部品点数並びに組立工数も多く、この面でも作業性に問題があった。

この種、カメラ組立構造技術として、従来では、撮像素子と表示部との間に、撮像素子の実装基板を含む複数の基板を介挿し、これら基板を囲うように放熱板を設けて、この放熱板に上記各基板を固定したデジタルカメラの組立構造が存在した。この組立構造は、放熱板に撮像素子およびこの撮像素子を実装する基板と他の基板とをそれぞれ個別にねじ締め固定する組立構造であることから、光学位置調整を必要とするＦＡカメラに適用した場合、上記同様の問題が生じる。
特開２００４−１０４６３２号公報

上述したように、マシンビジョンシステムに適用される、アオリ調整を無含む高精度の光学位置調整を必要とするＦＡカメラの組立構造において、従来では、組み込み作業に多くの時間と労力を要し、さらに組立工数も多いことから作業性に問題があった。

本発明は、上記問題を解消し、光学位置調整作業の容易化と組立作業の効率化を図った工業用電子撮像カメラのカメラ組立構造を提供することを目的とする。

本発明は、カメラ筐体をマウントベース部と、箱形のカバー部の２ピースで構成したカメラ組立構造であって、前記マウントベース部は、撮像窓を有するレンズマウントと、前記レンズマウントの光軸に直交するレンズマウント支持面と前記光軸に平行する取付基準面の基台部とを有する側面視Ｌ字状のマウントベースと、前記光軸上のフランジバックを確保したマウント位置の前記レンズマウント支持面の裏面の前記マウントベースに固定され、アオリ調整可能なセンサ基板と、を有し、前記カバー部は、少なくとも画像処理基板、電源基板、インターフェイス基板を有するリジッド基板と、前記箱形のカバー部に前記画像処理基板、電源基板、インターフェイス基板を積層して固定し、前記固定した基板とともに単一組立体構造の基板モジュールを構成する基板固定シャーシーと、を有し、前記マウントベース部の前記センサ基板と前記カバー部の前記リジッド基板との間をフレキシブルケーブルを備えたフレキシブルケーブル補強板によって接続するカメラ組立構造を提供するものである。

本発明によれば、カメラ筐体をレンズマウントとカバーの２ピースで構成して、レンズマウントにセンサモジュールを実装し、カバー側に基板モジュールを実装した組立構造としたことにより、光学位置調整作業が容易に行え、かつ調整後の光学位置状態を維持した状態で組み込み作業を効率よく実施できる。

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工業用電子撮像カメラの組立構造を図１乃至図８に示す。この実施形態では、ＴＦＬ２マウントレンズのカメラマウント構造を例に示している。図１はマウントベース側の組立構造を示す分解斜視図、図２はカバー側の組立構造を示す分解斜視図である。図３はカメラ筐体の組立構造を示す斜視図、図４は基板モジュールの組立構造を示す側面図、図５はカバー側の組立構造（ねじ止め固定前）を示す側面図、図６はカバー側の組立構造（ねじ止め固定後）を示す側断面図、図７はマウントベース側の組立構造（ねじ止め固定後）を示す側面図、図８はマウントベース側とカバー側との回路接続構造を示す平面図である。

この本発明の実施形態に係る工業用電子撮像カメラの組立構造は、撮像窓１１ａを有するレンズマウント１１および上記レンズマウント１１の光軸（Ｏ１）に平行する取付基準面１２を有するマウントベース１０と、このマウントベース１０に嵌合して上記撮像窓１１ａを開口した箱形の撮像室を形成する単体構造のカバー５０とを具備し、上記撮像室の内部に、上記レンズマウント１１の光軸上のフランジバックを確保したマウント位置で上記マウントベース１０に固定されたセンサモジュール３０（３１〜３７）と、上記センサモジュールに回路接続された複数枚のリジッド基板（５１〜５４）と、上記カバー５０にねじ止め固定され、上記複数枚のリジッド基板を積層して実装し、上記実装したリジッド基板とともに単一組立体構造の基板モジュール６０を構成する基板固定シャーシー５５とを具備する。

上記マウントベース１０は、上記レンズマウント１１を設けたレンズマウント支持面１１Ａと上記取付基準面１２とを直交させた側面視Ｌ字状の一体フレーム構造であり、上記マウントベース１０の取付基準面１２は、レンズマウント１１に結合されるレンズのフランジ面に直交するマウントベース１０の基台部を構成している。このマウントベース１０に設けられたレンズマウント１１の開口端（レンズのフランジ面）を基準に、焦点（撮像面）までの距離（フランジ焦点距離）すなわちフランジバック（ＦＢ）が定められる。

上記カバー５０は、上記取付基準面１２および上記レンズマウント支持面１１Ａに嵌合する開口部を有する箱形筐体により構成される。この箱形筐体は、例えばアルミニウム材を射出成形して加工することができる。この箱形筐体と、マウントベース１０を構成する上記したＬ字状のフレームとにより、２ピース構造のカメラ筐体を構成している。

このカメラ筐体を構成するマウントベース１０とカバー５０の外観構成を図３（ａ）に分解斜視図で示し、同図（ｂ）に側面図で示している。

上記マウントベース側に固定されたセンサモジュール３０（３１〜３７）と、上記カバー側に固定された基板モジュール６０（５１〜５５）との間に、フレキシブルケーブル４１ａおよびケーブルコネクタ４１ｃを備えたフレキシブルケーブル補強板４１を介挿し、上記フレキシブルケーブル補強板４１を介して上記マウントベース側と上記カバー側とを切離可能に回路接続している。

上記センサモジュール３０は、前面部に矩形状の撮像面３５ａを有し、側面部に背面側へ延出する複数のリード電極３５ｂを有するイメージセンサ３５と、上記光軸（Ｏ１）に対する上記撮像面３５ａの傾きを調整するアオリ調整手段（Ｓａ，３１）と、上記イメージセンサ３５を上記マウント位置に固定支持するセンサホルダ３６と、上記リード電極３５ｂをはんだ接合する部品実装面３７ａを有し、上記イメージセンサ３５を上記リード電極３５ｂのはんだ接合により上記部品実装面３７ａに実装するセンサ基板３７とを具備する。上記基板固定シャーシー５５は、上記基板モジュール６０（５１〜５５）を外部接続する、電源コネクタを含む外部接続インターフェース用コネクタ（５５ａ，５５ｂ）の取付金具を兼ね備えている。さらに電源グランド（ＧＮＤ）電位のアース板を兼ね備えている。

上記したように本発明の実施形態に係るカメラ組立構造は、カメラ筐体をマウントベース１０とカバー５０の２ピースで構成し、このうち、マウントベース１０に、センサモジュール３０（３１〜３７）を取り付け、カバー５０に、基板モジュール６０（５１〜５５）を取り付けて、センサモジュール３０と基板モジュール６０との間をフレキシブルケーブル４１ａを備えたフレキシブルケーブル補強板４１により回路接続した組立構造であることから、センサモジュール３０のアオリ調整を含む光学位置調整を、回路基板の物理的影響を受けることなく、容易に行うことができ、調整後、光学位置ずれを引き起こす物理的要因も排除できる。さらに、基板固定シャーシー５５のカバー５０へのねじ止めを解除することで、複数枚のリジッド基板（５１〜５４）を容易にカバー５０から取り出すことができ、電気的な調整並びにメンテナンス作業を容易に行うことができる。

ここで、上記各図を参照して、本発明の実施形態に係るカメラ組立構造についてさらに説明する。

マウントベース１０に実装される構成要素を図１に示している。

図１に示すように、マウントベース１０には、レンズマウント１１を設けたレンズマウント支持面１１Ａの裏面を固定部として、Ｖリング２０およびフランジバック調整用シムＳｂを介してセンサモジュール３０がねじ止め固定され、さらにセンサモジュール３０のセンサ基板３７に、フレキシブルケーブル補強板４１がねじ止め固定される。

上記レンズマウント支持面１１Ａの裏面に固定されたセンサモジュール３０は、アオリ調整用ホルダ３１と、アオリ調整用シムＳａと、ガラス押さえ板３２と、防塵ガラス３３と、防塵ゴム３４と、エリアイメージセンサ３５と、センサホルダ３６と、センサ基板３７とを具備して構成される。エリアイメージセンサ３５は、ここでは、前面部に矩形状の撮像面を有し、周側部に背面側へ延出する複数のリード電極を有する、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）またはＣＭＯＳイメージセンサ（Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor）により構成される。

なお、アオリ調整用シムＳａとフランジバック調整用シムＳｂは、それぞれ光学調整作業において必要に応じて適宜、１枚または複数枚、選択的に実装されるもので、調整によって実装されない場合もある。

Ｖリング２０は、外周面にＶ字溝を形成した矩形をなす環状の防塵用のゴムパッキンであり、断面構造をＶ字状にすることで、断面丸形のゴムパッキン（Ｏリング）に比し、外力を加えたときの弾性変形量（潰し量）が大きい。従って、レンズマウント支持面１１Ａの裏面とアオリ調整用ホルダ３１との間に介挿されるフランジバック調整用シムＳｂを用いた光軸方向に対するシムの調整作業において、レンズマウント支持面１１Ａの裏面とアオリ調整用ホルダ３１との間に、上記したＶリング２０を介挿することで、Ｏリングを介挿した場合に比し、小さな押圧力で圧縮変形でき、光軸方向に対するシムの調整作業を容易にかつ精確に行うことができる。また、Ｖリング２０を用いることで、Ｏリングを用いた場合に比し、接触面積を広くとることができ、Ｏリングを用いた場合に比し高い防塵効果が期待できる。

フレキシブルケーブル補強板４１は、フレキシブルケーブル４１ａおよびケーブルコネクタ４１ｃを備え、マウントベース１０に固定されたセンサモジュール３０と、カバー５０に固定された基板モジュール６０とをフレキシブルケーブル４１ａおよびケーブルコネクタ４１ｃを介して切離可能にかつ柔軟に回路接続する。このフレキシブルケーブル補強板４１の構成を図８に示している。フレキシブルケーブル補強板４１は、一方面に電磁遮蔽パターン（グランドパターン）ＧＰが形成され、他方面に配線パターンが形成された補強板本体を構成するリジッド基板４１Ａと、このリジッド基板４１Ａの一端部に同基板に回路接続されて固定されたフレキシブルケーブル４１ａと、リジッド基板４１Ａの他端部に同基板に回路接続されて固定されたセンサ基板接続コネクタ４１ｂと、リジッド基板４１Ａに一端が固定されたフレキシブルケーブル４１ａの他端に回路接続されて固定されたケーブルコネクタ４１ｃとを具備して構成される。センサ基板接続コネクタ４１ｂはセンサ基板３７の基板接続コネクタ３７ａに切離可能に接続される。ケーブルコネクタ４１ｃは基板モジュール６０の回路基板５１に切離可能に接続される。このフレキシブルケーブル４１ａとセンサ基板接続コネクタ４１ｂおよびケーブルコネクタ４１ｃを介してマウントベース１０に固定されたセンサモジュール３０とカバー５０に固定された基板モジュール６０が切離可能に回路接続される。なお、この実施形態では、フレキシブルケーブル補強板４１をセンサモジュール３０のセンサ基板３７に取り付けているが、基板モジュール６０側に取り付けてもよい。

このマウントベース１０にセンサモジュール３０およびフレキシブルケーブル補強板４１が取り付けられた状態を図７に側面図で示している。フレキシブルケーブル補強板４１は、上記したセンサモジュール３０と基板モジュール６０との回路接続機能に加え、電磁遮蔽パターン（グランドパターン）ＧＰにより、センサモジュール３０と基板モジュール６０との間を電磁遮蔽する障壁となる。具体的には電源回路を含む回路基板の各種クロック信号の伝送に伴う輻射ノイズのセンサモジュール３０側への影響を抑制する障壁を構成する。また、センサ基板３７から突出するセンサーリード端３５ｐの他の回路への接触を回避する障壁を構成する。

カバー５０に実装される構成要素を図２に示している。
図２に示すように、カバー５０には、回路基板５１，５２，５３，５４と基板固定シャーシ５５とを具備して構成された基板モジュール６０がねじ止め固定される。図４に示すように、回路基板５１，５２，５３，５４は、それぞれ所定の間隔を存して基板固定シャーシ５５にねじ止め固定される。上記回路基板５１，５２，５３，５４は、それぞれ機能別に設けられるもので、５１は画像処理機能を有する画像処理基板、５２はカメラの動作用電源を供給制御する電源基板、５３は映像信号の入出力制御を行うコントロール基板、５４は映像信号の入出力インターフェイス接続を行うインターフェイス基板である。これら各種の機能別回路基板５１，５２，５３，５４が、放熱板５１ｈ、５３ａとともにカバー５０に基板固定シャーシ５５にねじ止め固定される。基板固定シャーシ５５には丸形の電源コネクタ５５ａがアース板５５ｂ、菊座５５ｃを介在してナット５５ｄにより基板固定シャーシ５５に固定される。この電源コネクタ５５ａは、その端子が電源コネクタ基板５２ａにはんだ接合され、電源コネクタ基板５２ａを介して電源基板５２にコネクタ接続される。このように、カメラ筐体内に実装される撮像回路を、機能別に複数枚のリジッド基板５１，５２，５３，５４に組み込み、一定の順序で積層して基板固定シャーシ５５にねじ止め固定したことにより、カメラ筐体内の撮像回路の調整並びにメンテナンス作業を容易に効率よく実施することができる。

上記した組立構造において、マウントベース１０側におけるセンサモジュール３０のシム（アオリ調整用シムＳａ、フランジバック調整用シムＳｂ）を用いた光学位置調整は、マウントベース１０からカバー５０を外した状態、若しくはフレキシブルケーブル補強板４１によりカバー５０側との回路接続を保った状態で、他の構成要素の影響を受けることなく、センサモジュール３０を基板モジュール６０から所定距離離間させた状態で行うことができる。これにより、マウントベース１０側におけるセンサモジュール３０のシム（アオリ調整用シムＳａ、フランジバック調整用シムＳｂ）を用いた光学位置調整を、他の構成要素の影響を受けることなく容易に行うことができる。また、基板モジュール６０の調整若しくはメンテナンス作業は、基板固定シャーシー５５のカバー５０へのねじ止めを解除し、基板モジュール６０をカバー５０から取り外した状態で作業することで、マウントベース１０側のセンサモジュール３０に対して光軸（Ｏ１）を基準にした光学位置ずれの影響を及ぼすことなく、上記調整作業およびメンテナンス作業を容易に行うことができる。

上述したように、カメラ筐体を図３（ａ），（ｂ）に示すマウントベース１０とカバー５０の２ピースで構成し、マウントベース１０に、センサモジュール３０を取り付け、カバー５０に、基板モジュール６０を取り付けて、センサモジュール３０と基板モジュール６０との間をフレキシブルケーブル４１ａを備えたフレキシブルケーブル補強板４１により切離可能に回路接続したことにより、センサモジュール３０のアオリ調整を含む光学位置調整を、回路基板の物理的影響を受けることなく、容易に行うことができ、調整後、光学位置ずれを引き起こす物理的要因も排除できる。さらに、基板固定シャーシー５５のカバー５０へのねじ止めを解除することで、複数枚のリジッド基板（５１〜５４）を容易にカバー５０から取り出すことができ、電気的な調整並びにメンテナンス作業を容易に行うことができる。

本発明の実施形態に係るマウントベース側の組立構造を示す分解斜視図。 上記実施形態に係るカバー側の組立構造を示す分解斜視図。 上記実施形態に係るカメラ筐体の組立構造を示す斜視図。 上記実施形態に係る基板モジュールの組立構造を示す側面図。 上記実施形態に係るカバー側の組立構造（ねじ止め固定前）を示す側面図。 上記実施形態に係るカバー側の組立構造（ねじ止め固定後）を示す側断面図。 上記実施形態に係るマウントベース側の組立構造（ねじ止め固定後）を示す側面図。 上記実施形態に係るマウントベース側とカバー側との回路接続構造を示す平面図。

符号の説明

１０…マウントベース、１１…レンズマウント、１１Ａ…レンズマウント支持面、２０…Ｖリング、３０…センサモジュール、３１…アオリ調整用ホルダ、３２…ガラス押さえ板、３３…防塵ガラス、３４…防塵ゴム、３５…エリアイメージセンサ、３６…センサホルダ、３７…センサ基板、３７ａ…基板接続コネクタ、４１…フレキシブルケーブル補強板、４１Ａ…リジッド基板、４１ａ…フレキシブルケーブル、４１ｂ…センサ基板接続コネクタ、４１ｃ…ケーブルコネクタ、５０…カバー、５１…回路基板（画像処理基板）、５１ｈ，５３ａ…放熱板、５２…回路基板（電源基板）、５２ａ…電源コネクタ基板、５３…回路基板（コントロール基板）、５４…回路基板（インターフェイス基板）、５５…基板固定シャーシ、５５ａ…電源コネクタ、６０…基板モジュール、Ｓａ…アオリ調整用シム、Ｓｂ…フランジバック調整用シム、ＧＰ…電磁遮蔽パターン（グランドパターン）。

Claims (6)

1. カメラ筐体をマウントベース部と、箱形のカバー部の２ピースで構成したカメラ組立構造であって、
   前記マウントベース部は、
   撮像窓を有するレンズマウントと、
   前記レンズマウントの光軸に直交するレンズマウント支持面と前記光軸に平行する取付基準面の基台部とを有する側面視Ｌ字状のマウントベースと、
   前記光軸上のフランジバックを確保したマウント位置の前記レンズマウント支持面の裏面の前記マウントベースに固定され、アオリ調整可能なセンサ基板と、を有し、
   前記カバー部は、
   少なくとも画像処理基板、電源基板、インターフェイス基板を有するリジッド基板と、
   前記箱形のカバー部に前記画像処理基板、電源基板、インターフェイス基板を積層して固定し、前記固定した基板とともに単一組立体構造の基板モジュールを構成する基板固定シャーシーと、を有し、
   前記マウントベース部の前記センサ基板と前記カバー部の前記リジッド基板との間をフレキシブルケーブルを備えたフレキシブルケーブル補強板によって接続するカメラ組立構造。
2. 前記フレキシブルケーブル補強板の一方の面には、前記マウントベースに固定された前記センサ基板と、前記基板固定シャーシー内に固定された前記基板モジュールとの間を電磁遮蔽する電磁遮蔽面が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のカメラ組立構造。
3. 前記フレキシブルケーブル補強板の一端には前記センサ基板と接続するセンサ基板接続コネクタが設けられ、その他端には前記フレキシブルケーブルの一端が接続され、
   前記フレキシブルケーブルの他端には、前記基板モジュール用のケーブルコネクタが取り付けられ、
   前記フレキシブルケーブル補強板の他方の面に形成される配線パターンにより前記センサ基板接続コネクタと前記フレキシブルケーブルとが接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のカメラ組立構造。
4. 前記フレキシブルケーブル補強板によって前記マウントベース部と前記カバー部とを切離可能に回路接続していることを特徴とする請求項３に記載のカメラ組立構造。
5. 前記マウントベース部の前記センサ基板と前記マウントベースとの間には、
   前記アオリ調整を行うために、前記光軸に対する前記撮像面の傾きを調整するアオリ調整手段と、
   前面部に矩形状の撮像面、背面部に前記センサ基板と接続される複数のリード電極を有するイメージセンサを、前記マウント位置に固定支持するセンサホルダと、
   を更に具備したことを特徴とする請求項１に記載のカメラ組立構造。
6. 前記基板固定シャーシーは、前記基板モジュールを外部接続する外部接続インターフェイス用コネクタの取付金具を兼ね備えていることを特徴とする請求項１に記載のカメラ組立構造。

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