JP4970409B2 - カメラマウント構造 - Google Patents

Description

本発明は、アオリ調整を必要とする工業用の電子撮像カメラに適用して好適なカメラマウント構造に関する。

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取付基準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、アオリ調整を行う場合は、光学測定しながらシムを介挿するアオリ調整手段を用いていた。このシムを用いたアオリ調整手段は作業性に問題があった。

こ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、経済的に有利な構成で精度の高いアオリ調整を可能にしたカメラマウント構造を提供することを目的とする。

本発明は、円筒状のレンズマウントおよび前記レンズマウントの光軸に平行な取付基準面を有するマウントベースと、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取付基準面に固定して設けられたセンサモジュールと、を具備し、前記センサモジュールは、前面部に矩形状の撮像面を有し、両側部に背面側へ延出する複数のリード電極を有するイメージセンサと、前記イメージセンサの背面部をホールドするセンサ取付基準面と、このセンサ取付基準面に設けた半球形の膨出部と、前記イメージセンサの前記複数のリード電極を挿通する挿通孔とを有し、前記膨出部の半球面の頂点に前記イメージセンサの背面中央部が当接して、前記イメージセンサを前記光軸に対し所定量傾き可能に支持するセンサホルダと、前記センサホルダの前記挿通孔を挿通した前記イメージセンサの前記複数のリード電極が緩挿されるリード挿通孔を有し、そのリード挿通孔を貫通した前記複数のリード電極の先端が裏面から突出した状態で、かつ前記センサホルダと前記マウントベースとが固定された状態で、前記イメージセンサの前記イメージセンサの撮像面が前記レンズマウントのフランジ面と平行になるようにアオリ調整を行った後に前記複数のリード電極がはんだ接合されるセンサ基板とを具備したカメラマウント構造を特徴とする。

本発明によれば、経済的に有利な構成で精度の高いアオリ調整を可能にしたカメラマウント構造が提供できる。

以下図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の実施形態に係るカメラマウント構造の要部の構成を示す分解斜視図、図２は同正面図、図３は図２のＢ−Ｂ線に沿う測断面図、図４は図３に示すＥ部の拡大図である。

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乃至図４に示すように、円筒状のレンズマウント１１およびこのレンズマウント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、上記レンズマウント１１の光軸（Ｏ１）上のフランジバック（ＦＢ）を確保したマウント位置（ｍ）で上記取付基準面１２に固定して設けられたセンサモジュール５０とを具備し、上記センサモジュール５０は、前面部に矩形状の撮像面２１を有し、両側部に背面側へ延出する複数のリード電極２２を有するイメージセンサ２０と、上記イメージセンサ２０の背面中央部分に当接する膨出部３２を有し、上記膨出部３２を中心として上記イメージセンサ２０を上記光軸（Ｏ１）に対し所定量傾き可能に支持するセンサホルダ３０と、上記リード電極２２をはんだ接合する部品実装面４１を有し、上記撮像面２１を上記光軸（Ｏ１）と直交させて（フランジ面（ｆａ）と平行させて）、上記イメージセンサ２０を上記リード電極２２のはんだ接合により上記部品実装面４１に実装し、上記イメージセンサ２０を上記マウントベース１０に固定支持するセンサ基板４０とを具備して構成される。

上記マウントベース１０は、レンズマウント１１と取付基準面１２とを備えた、側面視略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（ｆａ）に直交するマウントベース１０の基台部を構成している。

上記イメージセンサ２０は、上記したように前面部に矩形状の撮像面２１を有し、両側部に背面側へ延出する複数のリード電極２２を有するエリアイメージセンサであり、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）またはＣＭＯＳイメージセンサ（Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor）などの固体撮像素子デバイスにより構成される。

このイメージセンサ２０の撮像面２１は、上記フランジ面（ｆａ）と平行になるように、すなわち、上記光軸（Ｏ１）と直交するように、上記センサ基板４０に対する上記リード電極２２のはんだ接合時に、アオリ調整される。このアオリ調整は三次元光学測定器（図５に示す符号ＳＸ参照）を用いて行われる。

上記センサホルダ３０は、上記イメージセンサ２０の背面部をホールドするセンサ取付基準面３１を有し、このセンサ取付基準面３１に上記膨出部３２を設けている。この膨出部３２は、半球形をなし、その球面の頂点に上記イメージセンサ２０の背面中央部分が当接して、上記イメージセンサ２０を支持している。

センサ基板４０には、上記部品実装面４１の両側に、上記リード電極２２が緩挿されるリード挿通孔４２が設けられている。上記イメージセンサ２０のリード電極２２を上記リード挿通孔４２に貫通し、上記リード電極２２の先端が上記センサ基板４０の裏面から突出した状態で、上記撮像面２１のアオリが調整され、上記はんだ接合によるはんだ（図５に示す符号ｓ参照）の硬化により、上記イメージセンサ２０が上記センサ基板４０に実装され上記マウントベース１０に固定される。すなわち、上記イメージセンサ２０のアオリ調整後のマウントベース１０への固定（レンズマウント１１に対しての固定）は、上記センサ基板４０の裏面において上記リード電極２２をリード挿通孔４２にはんだ接合することによって行われる。上記センサ基板４０は取付孔４３を貫通する図示しない締め付けねじによりセンサホルダ３０に固定される。

上記センサモジュール５０は、図１に示すように、イメージセンサ２０とセンサホルダ３０とセンサ基板４０とを具備して構成される。センサホルダ３０には、上記したように、前面に露出するセンサ取付基準面３１に、同面から隆起して球面をなす膨出部３２が設けられ、センサ取付基準面３１の上下端に、イメージセンサ２０のリード電極２２が挿通されるリード挿通孔３４が設けられている。さらに両側部には、固定用の取付孔３６を有し、図示しない固定用の締め付けねじによりマウントベース１０に締め付け固定することにより、センサホルダ３０が上記マウントベース１０の取付基準面１２のフランジバック（ＦＢ）を確保したマウント位置（ｍ）に固定される。なお、このセンサホルダ３０の固定手段は、上記した固定手段に限らず、例えば位置調整可能にする手段を設けた他の固定手段であってもよい。また、ここではフランジバック（ＦＢ）が部品精度により一意に決まる構成としているが、取付基準面１２に対してセンサホルダ３０を光軸（Ｏ１）方向に位置調整可能にする手段を設けてフランジバック（ＦＢ）をより精確に位置出しする構成としてもよい。

上記イメージセンサ２０の両側に設けられたリード電極２２を、センサホルダ３０のリード挿通孔３４を介し、センサ基板４０のリード挿通孔４２に挿通し、イメージセンサ２０の背面中央部をセンサホルダ３０のセンサ取付基準面３１に設けた膨出部３２に当接させた状態で、センサホルダ３０を上記マウントベース１０にねじ止め固定することにより、センサモジュール５０が上記マウントベース１０に固定される。

この状態（イメージセンサ２０の背面中央部を膨出部３２に当接させた状態）で、撮像面２１がレンズマウント２４ａのフランジ面ｆａと平行になるように（上記光軸（Ｏ１）に対して直交するように）アオリ調整を行い、調整後の状態を保持して、リード挿通孔４２を貫通し、センサ基板４０の裏面から突出したリード電極２２の先端部を、上記センサ基板４０の裏面のリード挿通孔４２の周囲に形成された図示しない電極パッドにはんだ付けし、はんだの固着を待つことで、アオリ調整したイメージセンサ２０がセンサ基板４０に実装され、センサホルダ３０を介して上記マウントベース１０に固定される。

この膨出部３２を支点とする撮像面２１のアオリ調整例を図５に示している。ここでは、上記イメージセンサ２０の前面側でアオリ調整を行う調整例１と、センサ基板４０の裏面側でアオリ調整を行う調整例２の２例を示している。

調整例１では、真空圧を用いた吸着支持機構Ａ１によりイメージセンサ２０を支承する。吸着支持機構Ａ１は吸着面を形成する真空吸引孔Ａ２，Ａ３を有し、この吸着面Ａ２，Ａ３によりイメージセンサ２０を支承する。この吸着支持機構Ａ１は、三次元光学測定器ＳＸを備えた三次元調整ステージのマニピュレータとして機能し、上記イメージセンサ２０の撮像面２１を、レンズマウント１１の光軸に対して直交する面方向（Ｘ・Ｙ方向）の位置並びに傾き角（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は、このステージに設けられた三次元光学測定器ＳＸ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イメージセンサ２０の傾き角（アオリ）を含む位置決め調整を行う。この位置決め調整は、イメージセンサ２０の背面中央部分がセンサ取付基準面３１に設けた膨出部３２に当接した状態で行われる。なお、この位置決め調整は、三次元光学測定器ＳＸ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、上記イメージセンサ２０の位置決め調整を行うものとする。撮像面２１が位置決めされ、マニピュレータに保持された状態で、センサ基板４０の裏面に突出したリード電極２２をセンサ基板４０の図示しない電極パッドに、はんだ（ｓ）を溶着し、はんだ接合する。このはんだ接合により、イメージセンサ２０をセンサ基板４０の部品実装面４１に実装し、イメージセンサ２０をセンサホルダ３０を介しマウントベース１０に固定する。

調整例２では、イメージセンサ２０の前面に押圧力（ｐ）を付与して、イメージセンサ２０の背面中央部分を膨出部３２に当接させたセンサ支持状態で、センサ基板４０の裏面側から、撮像面２１の傾きを操作（面操作）する。例えばセンサ基板４０の裏面側で、押圧プレートＢ１をリード電極２２の先端にあてがい、イメージセンサ２０のコーナー部に位置する４本のリード電極２２の各先端部を個別に光軸（Ｏ１）方向に変位させて、膨出部３２が当接するイメージセンサ２０の中心部を支点に撮像面２１のアオリを調整する。

なお、このアオリ調整についても上記した例に限るものではなく、マウント構造に適合した種々のアオリ調整手段が適用可能である。

上記したように、本発明の実施形態によれば、イメージセンサ２０を背面中央部で膨出部３２に当接させてセンサホルダ３０に保持する構造としたことで、イメージセンサ２０をアオリ調整してマウントベース１０に固定できることから、部品点数の増加を招くことなく、簡単な構成で、信頼性、耐久性、並びに経済性に優れたカメラマウント構造が提供できる。

なお、本発明は、上記実施形態に限らず、例えば他の構造によるマウントベース並びにセンサホルダを用いたカメラマウント構造においても本発明を適用可能である。

本発明の実施形態に係るカメラマウント構造の要部の構成を示す分解斜視図。 上記実施形態に係るカメラマウント構造の要部の構成を示す正面図。 図２のＢ−Ｂ線に沿う測断面図。 図３に示すＥ部の拡大図。 上記実施形態に係るカメラマウント構造のアオリ調整例を示す図。

符号の説明

１０…マウントベース、１１…レンズマウント、１２…取付基準面、２０…イメージセンサ２０、２１…撮像面、２２…リード電極、３０…センサホルダ、３１…センサ取付基準面、３２…膨出部、４０…センサ基板、４１…部品実装面、４２…リード挿通孔、５０…センサモジュール。

Claims (1)

1. 円筒状のレンズマウントおよび前記レンズマウントの光軸に平行な取付基準面を有するマウントベースと、
   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取付基準面に固定して設けられたセンサモジュールと、を具備し、
   前記センサモジュールは、
   前面部に矩形状の撮像面を有し、両側部に背面側へ延出する複数のリード電極を有するイメージセンサと、
   前記イメージセンサの背面部をホールドするセンサ取付基準面と、このセンサ取付基準面に設けた半球形の膨出部と、前記イメージセンサの前記複数のリード電極を挿通する挿通孔とを有し、前記膨出部の半球面の頂点に前記イメージセンサの背面中央部が当接して、前記イメージセンサを前記光軸に対し所定量傾き可能に支持するセンサホルダと、
   前記センサホルダの前記挿通孔を挿通した前記イメージセンサの前記複数のリード電極が緩挿されるリード挿通孔を有し、そのリード挿通孔を貫通した前記複数のリード電極の先端が裏面から突出した状態で、かつ前記センサホルダと前記マウントベースとが固定された状態で、前記イメージセンサの前記イメージセンサの撮像面が前記レンズマウントのフランジ面と平行になるようにアオリ調整を行った後に前記複数のリード電極がはんだ接合されるセンサ基板と、
   を具備したことを特徴とするカメラマウント構造。

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