JP5669482B2 - カメラ装置の撮像面調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、デジタルカメラのようなカメラ装置に関し、被写体をレンズにより撮像素子に結像して撮像するカメラ装置の撮像面調整装置に関する。

近年、被写体光をＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の撮像素子に結像するデジタルカメラが普及している。このような撮像素子においては、被写体光を結像するレンズの光軸に対する撮像素子の撮像面の垂直度は大変重要であり、従来、撮像素子の周辺の部材を精度良く加工することによって要求垂直度に対応していた。

しかし、撮像素子をより大型化する要求もあり、この結果レンズの光軸に対する撮像面の垂直度が不充分、即ち、撮像面が理想のピント面に対して傾いていると、画像の中央部で焦点が合っていても、中央部から距離の離れた周辺部では焦点距離が大きくずれてピンぼけになる虞がある。このような問題を解決するため、従来のように加工のみによって対応するにはコスト的、及び技術的に限度があり、撮像素子の傾きを簡単に調整できるように構成することが必要になってきた。

この一例として、撮像素子の傾き調整装置が特許文献１、２に開示されている。特許文献１においては、撮像素子が組付けられた画像センサユニットが、レンズが取付けられるケーシングに螺合する調整ねじ機構である３つのスペーサボルト５を介して接続されている。そして、３つのスペーサボルト５をボルト軸周りに回転することによりスペーサボルト５がケーシングに対し上下に相対移動し、延いてはスペーサボルト５に接続される画像センサユニットの３つの対応位置がケーシングに対し上下動してケーシングに取付けられるレンズの光軸と撮像素子面とが垂直になるよう調整される。

また特許文献２においては、固定板２が準備され、固定板２には突起２０が突設され、撮像素子１０が突起２０を介して固定板２と固定されている。そして撮像素子１０の撮像面に対する固定板２の面の角度を三次元測定器によって測定し、撮像素子と固定板との角度が平行になるように撮像素子または固定板を傾け、これによってレンズの光軸と撮像素子面とが垂直になるよう調整される。

特開２００５−９４７３１号公報 特開２００８−２７８１２４号公報

しかしながら、特許文献１に開示されるものでは、撮像素子面の傾きを調整するための３カ所のねじ機構は示されているものの、調整すべき傾き量を導出するための撮像素子面の傾きの測定の方法は示されておらずコスト面、及び精度に不安がある。

また特許文献２に開示されるものでは、固定板２の面の角度をシステムが複雑で、且つ高価な三次元測定器によって測定するため、コストが高くなるとともに、設定に時間がかかるという課題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、短時間で設定ができ、かつ低コストで精度の高い撮像結果が得られるカメラ装置の撮像面調整装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に係る撮像面調整装置の発明の特徴は、カメラ装置のレンズが取付けられるレンズ取付部材の基準面を前記レンズの光軸が測定軸線と平行になるように基準座面に当接させて前記レンズ取付部材を治具に着脱可能に固定するレンズ取付部材固定装置と、前記カメラ装置の撮像素子を装着した基板が取付けられた基板取付部材を前記治具に固定された前記レンズ取付部材に向かって弾機的に付勢された状態で前記測定軸線と平行方向に移動可能に前記治具に装架する撮像素子装架装置と、前記撮像素子の撮像面の離間した少なくとも３箇所の測定位置の前記測定軸線方向変位を測定する変位測定装置と、前記撮像素子の撮像面が前記レンズから所定距離に位置し且つ前記レンズの光軸に対して直角となるように前記レンズ取付部材に対する前記基板取付部材の相対傾きおよび前記測定軸線方向の相対位置を調整して固定するための少なくとも３個の調整固定機構と、を備え、前記調整固定機構は、外周面に形成され前記レンズ取付部材と螺合する雄ねじ、後端に設けられ回転工具と係合する係合部、先端に設けられ前記基板取付部材と当接する当接部、および中心を貫通する軸穴が設けられた調整ボルトと、頭部が前記レンズ取付部材と当接し軸部が前記調整ボルトの軸穴を貫通して前記基板取付部材と螺合する固定ボルトと、を有することである。

請求項１の撮像面調整装置の発明によれば、レンズ取付部材固定装置によってレンズ取付部材が、取付けられるレンズの光軸が測定軸線と平行になるように治具に固定される。次に撮像素子装架装置によって撮像素子が固定される基板取付部材が測定軸線と平行方向に移動可能に治具に装架される。そして変位測定装置によって撮像素子の撮像面の少なくとも３箇所の測定位置の測定軸線方向変位が測定され、測定された変位の結果に応じ調整固定機構によって撮像素子の撮像面がレンズから所定距離に位置し且つレンズの光軸に対して直角となるように基板取付部材が調整される。これにより測定軸線と直交するよう調整された撮像素子の撮像面は、調整後にレンズが取付けられたときにはレンズの光軸とも良好に直交するため、撮像面の全面に亘ってピントを合わせることができる。また、レンズ取付部材にレンズを取付けない状態で測定位置である撮像面の変位を測定し撮像素子の撮像面の位置、及び傾きが測定でき、該測定データに基づいて位置、及び傾きの調整ができるので、レンズを取付けた状態で調整する場合と比較し調整のための工数の低減を図ることができる。また、調整固定機構は、外周面に雄ねじが形成されてカメラ装置内部のレンズ取付部材に螺合し、後端の係合部で回転工具と係合して軸周りに回転されるようになっている。また調整固定機構の軸中心には貫通孔が設けられ該貫通孔を貫通する固定ボルトによって調整固定機構の固定ができる。このようにコンパクトな調整固定機構によって撮像面の位置、及び傾きの調整をするのでカメラ装置の小型化を図ることができる。

第１の実施形態に係るカメラ装置の上面図である。 レーザ変位測定装置、およびレーザ変位測定装置にセットされたカメラ装置、及び撮像面調整装置の側面図である。 第１の実施形態に係るカメラ装置、及び撮像面調整装置の上面図であり、図２のＱ視図である。 図１の４−４断面図である。 図３の５−５断面図である。 図３の６−６断面図である。 レーザ変位計の構造図である。 第１の実施形態に係る工程のフローチャートである。 第２の実施形態に係るカメラ装置、及び撮像面調整装置の上面図である。 第２の実施形態に係る調整ボルトの変位Ｍと各測定位置での変位ｍとの関係を示した図である。

以下、本発明にかかる第１の実施形態のカメラ装置１０、及び撮像面調整装置３０について図１乃至図８に基づいて説明する。撮像面調整装置３０はカメラ装置１０を固定し、カメラ装置１０が有するイメージセンサであるＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサからなる撮像素子１４の撮像面１４ａの位置、及びカメラレンズの光軸に対する直角度を調整するためのものである。なお、撮像素子１４はＣＣＤセンサでもよい。

図１はカメラ装置１０の概略上面図である。カメラ装置１０は撮像面調整時に取外されるレンズ保持部材１１（レンズ１１ａ含む）を含んでいる。図２は、撮像面調整時においてレンズ保持部材１１が取外された状態のカメラ装置１０の撮像面調整装置３０への取付状態側面図である。また、図３は、図２におけるＱ視図である。なお、本実施形態の説明において、方向を示す特別な説明がない場合にはレンズ１１ａの光軸方向を上下方向とし、後述する撮像面調整装置３０が有するレーザ変位計４１側を上側とする。

まずカメラ装置１０について説明する。図４に示すように、カメラ装置１０は上方に位置する被写体２１からの光をレンズ保持部材１１が有するレンズ１１ａによって撮像素子１４の撮像面１４ａ上に結像する。そして撮像素子１４は撮像面１４ａ上に結像された光の強弱に応じ発生される信号電荷によってデジタル信号に変換し被写体を撮像する。そして図示しない撮像素子１４の後段には撮像素子１４から出力される信号電荷をデジタル信号に変換し、さらに変換したデジタル信号を映像化する各回路を有している。

図１、図４に示すようにカメラ装置１０は、レンズ１１ａを保持するレンズ保持部材１１を有している。前述したようにレンズ保持部材１１は撮像面１４ａの位置（直角度含む）の調整時にはカメラ装置１０から取り外されており、調整後に、撮像のためにカメラ装置１０に取付けられる部材である。また、カメラ装置１０は、レンズ保持部材１１が螺着されるレンズ取付部材１２と、レンズ取付部材１２と一体的に固定される基準プレート１６と、撮像素子１４が実装される基板１５と、基板１５が取付けられる基板取付部材１３と、を有している。

レンズ保持部材１１は上端側に有した円環状の鍔部１１ｂと、鍔部１１ｂの下方に設けられ鍔部１１ｂと同軸で形成される円筒部１１ｃと、を有している。円筒部１１ｃの外周面にはレンズ取付部材１２の内周面と螺着する雄ねじ１１ｄが螺設されている。そしてレンズ保持部材１１をレンズ取付部材１２に螺着させるため軸周りに回転させていくと、やがて鍔部１１ｂの下面とレンズ取付部材１２の上面に形成される基準面１２ａとが当接し、レンズ保持部材１１がレンズ取付部材１２に固定される。このときレンズ保持部材１１の雄ねじ１１ｄの回転軸線Ｌと鍔部１１ｂの下面との直角度が精度よく得られるよう各部がそれぞれ良好に形成されている。

円筒部１１ｃの円筒内には、光軸が雄ねじ１１ｄの回転軸線Ｌと略同軸となるようレンズ１１ａが設けられている。レンズ１１ａは外周が円形のレンズであり円形の外周部が円筒部１１ｃの内周の所定の深さに固定されている。ここで所定の深さとは、被写体光がレンズ１１ａによって撮像面１４ａ上にピントが合って良好に結像される位置である。

図１、図３に示すように、レンズ取付部材１２は上面視が略８角形状に形成されたフランジ１２ｂと、フランジ１２ｂの略中央部で上方に突設され内周部が上下方向に貫通する円筒部１２ｃと、を有している（図４参照）。また円筒部１２ｃの内周部には、レンズ保持部材１１の雄ねじ１１ｄが螺合するための雌ねじ１２ｈが上下方向全長に亘って設けられている。

円筒部１２ｃ上面には前述した基準面１２ａが設けられている。基準面１２ａと雌ねじ１２ｈの軸線との間には直角度が精度よく確保されるように加工によってそれぞれが良好に形成されている。

断面図４、図５に示すように、レンズ取付部材１２のフランジ１２ｂの下面には、基準プレート１６の上面が当接し、所定の半径円周上に等配に４カ所設けられたボルト３１によってレンズ取付部材１２と基準プレート１６とが一体的に固定されている（図１、図３参照）。なお、本実施形態においてはレンズ取付部材１２と基準プレート１６とは別体で設けたが、一体で形成してもよく、本実施形態においてはレンズ取付部材１２と基準プレート１６とは一体とみなしてもよい。

また、フランジ１２ｂには所定の半径円周上に等配に３カ所、上下方向に貫通する各貫通孔１２ｅが設けられている。各貫通孔１２ｅは、基準プレート１６の下方で基準プレート１６との間に所定の隙間を有して平行に配置される基板取付部材１３と基準プレート１６とを固定するための固定ボルト７３の頭部７３ａの逃がし孔である。貫通孔１２ｅの位置にそれぞれ対応する基準プレート１６の各対向位置には、雌ねじ１６ｇがそれぞれ貫通して螺設されている。雌ねじ１６ｇのねじ径は貫通孔１２ｅの内径より所定量だけ小さく形成されている。ここでいう所定量は、貫通孔１２ｅの上面視において、貫通孔１２ｅ内の雌ねじ１６ｇの外縁の平面部（基準プレート１６上面）に所定の径の平ワッシャ７４が載置できる量である。

また、図１、図３においてフランジ１２ｂの左右両端にはそれぞれ２カ所ずつ各貫通孔１２ｆが設けられている。各貫通孔１２ｆは、後に詳述する基板取付部材１３を装架するためにフランジ１２ｂの下面に取付けられる４つのＬ字部材６４をそれぞれ螺着して固定する固定ボルト６３の軸６３ｂの挿通孔である。

基準プレート１６は、レンズ取付部材１２と略同形状に形成されるが図１における左右方向が若干短かく形成されている。そして図１、図３に示す切断線４−４、５−５で切断した切断側面図４、図５に示すように、中心部には２段の段付き孔を有している。段付き孔は上方の方の径が大きく下方に向かって順次、小さくなっており、上方から段孔１６ａ、段孔１６ｂ、及び段孔１６ｃ（貫通孔）が形成されている。段孔１６ａの径はレンズ取付部材１２の円筒内周に形成された雌ねじ１２ｈの内径よりも若干小さな径で形成されている。段孔１６ｃは、段孔１６ｃの下方に配置される撮像素子１４の上面視矩形形状が段孔１６ｃ内に全て収まる大きさにて形成されている。これにより、上方のレーザ変位計４１から照射されるレーザが段孔１６ｃに妨げられることなく撮像素子１４の撮像面１４ａ上に到達し、且つ反射することによって撮像面１４ａの変位（距離）を測定できる。

段孔１６ｂは、段孔１６ａと段孔１６ｃとの中間の径で形成され、段孔１６ｂの下端と段孔１６ｃの上端との間には基準プレート１６の上下面と平行な受け面１６ｄが形成されている。そして受け面１６ｄ上に段孔１６ｂの径より若干小さな外径の透明なガラスプレート１７が載置されている。ガラスプレート１７の厚さは段孔１６ｂの高さより若干厚くなっている。

また段孔１６ａの下端と段孔１６ｂの上端との間には基準プレート１６の上下面と平行な受け面１６ｅが形成されている。そして受け面１６ｅ上には段孔１６ｂの径より若干小さな外径を有する円環状の弾性部材である例えば樹脂材やゴムによって形成されるクッション材１８がガラスプレート１７の上面外周部と受け面１６ｅとに跨がって載置されている。

また、クッション材１８の上面にはクッション材１８と略同形状に形成された円環状の押さえ部材であるリング１９が載置されている。リング１９も弾性を有し、クッション材１８と同様に上下方向に押圧されたときに圧縮されて寸法を吸収することができる。

このような状態で、上方からレンズ保持部材１１がレンズ取付部材１２に螺着されるとレンズ保持部材１１の下面１１ｅがリング１９の上面を押圧しクッション１８を介してガラスプレート１７を固定する。このようにガラスプレート１７があることにより撮像素子１４上にゴミなどが落下する虞が無くなり、信頼性が向上する。なお、本実施形態においては、撮像素子１４の上下方向における位置（傾きを含む）を調整する際にはレンズ保持部材１１をレンズ取付部材１２に取付けずに実施するものであり、これによって調整工数の低減が図られている。よって上記は調整後についての説明である。

また、本実施形態においては撮像素子１４の撮像面１４ａの各測定位置でのレンズ１１ａからの相対位置である変位（距離）が全て所定の範囲に入るよう調整することによって、撮像面１４ａの傾きを抑制している。このため、以降の説明において変位（距離）の調整をするといった場合には傾きの調整も同時に含むものとする。

次に基板取付部材１３について説明する。図１に示すように基板取付部材１３の外径形状はレンズ取付部材１２よりも一回り小さな８角形状で形成され、基板取付部材１３の略中心部には貫通孔１３ａを有している。基板取付部材１３は、レンズ取付部材１２、及びレンズ取付部材１２に固定される基準プレート１６の下方に面が若干離間して平行に配置される。

レンズ取付部材１２に設けた貫通孔１２ｅ、及び基準プレート１６に設けた雌ねじ１６ｇの位置と下方向で対応する基板取付部材１３の上面側位置には貫通孔１２ｅと略同径で所定深さを有する各ザグリ部２０が設けられている。各ザグリ部２０の底面２０ａは、後述する調整ボルト７１の回転時に調整ボルト７１の底面である当接部７１ｃと当接して滑らかに摺動するため、例えば面粗度を精度よく仕上げたり、フッソ樹脂等の表面処理を追加する等して摺動抵抗を低減させている。また各ザグリ部２０の底面２０ａの中心部には雌ねじ１３ｂが所定の深さで設けられている。なお雌ねじ１３ｂは貫通していてもよい。

基板取付部材１３には撮像素子１４が半田付けして装着された基板１５が固定されている。基板１５は撮像素子１４側を上方に向け、基板取付部材１３の下方から基板１５の上面外縁部を基板取付部材１３の下面に当接させ図示しないねじで固定している。撮像素子１４は、基板取付部材１３の貫通孔１３ａを通過し撮像面１４ａを上方に向けている。このように固定された撮像素子１４は、撮像面１４ａの略全面がレンズ１１ａから所定の距離の許容範囲内にあり、その結果としてレンズ１１ａの光軸と良好な直角度が保持されていないと、全面でピントの合った撮像結果を得ることができない。このため後述の調整固定機構７０によって撮像面１４ａを直接作動させて許容範囲内に入るよう調整する。なお、このとき撮像面１４ａと撮像面１４ａの上方に配置されるガラスプレート１７との間には所定の隙間が確保されている。

次に撮像面調整装置３０について図２、図３、図５、図６に基づいて説明する。撮像面調整装置３０は、変位測定装置５と、レンズ取付部材固定装置５０と、撮像素子装架装置６０と、３個の調整固定機構７０と、を有している。

変位測定装置５は、床面ＦＬ上に固定される基台６と、基台６の基準面となる上面６ａの後端に立設される支持台７と、支持台7に支持され、支持台７に沿って上下方向に移動可能なヘッド部８と、ヘッド部８に支持されヘッド部８によってＸＹ平面上を移動可能なレーザ変位計４１とを有している。ヘッド部８およびレーザ変位計４１の作動は図略の制御装置によって制御されている。またレーザ変位計４１は、基台６の上面６ａとレーザ変位計４１の測定軸線とが良好に直交するよう図略の調整機構を有している。

レーザ変位計４１はカメラ装置１０の撮像素子１４の撮像面１４ａの離間した少なくとも３箇所（本実施形態においては４カ所）の各測定位置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ（図１、図３参照）の測定軸線方向の変位（距離）を測定する。レーザ変位計４１は図２、図５、図６に示すように撮像素子１４の上方に配置され、レーザの照射方向、即ち測定軸線方向が下方で、且つ正確な変位量（距離）を測定するため、レンズ１１ａの光軸と平行になるよう配置されることが必要である。

レーザ変位計４１は一般的に利用されるものであり、三角測量の原理を用いて対象物（本実施形態においては、撮像素子１４の撮像面１４ａ）の変位を非接触で計測するのに用いられる。具体的には、図７に示すようにレーザ変位計４１が有するレーザダイオード４２から発せられたレーザ光は、投光レンズ４３を通り、レンズ１１ａの光軸と平行に撮像面１４ａを照射する。照射後、撮像面１４ａで拡散反射したレーザ光の一部は、レーザ変位計４１が有する受光レンズ４４を通ってリニアイメージセンサ４５により受光される。リニアイメージセンサ４５は、複数の画素構成部が一列に配列されたＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサであり、受光量に相当する電荷が画素構成部ごとに蓄積され、取り出される。そしてレーザ変位計４１が同一水平面（ＸＹ平面）上を移動し、撮像面１４ａの各測定位置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを測定していくと各測定位置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの高さの違いによって撮像面１４ａから反射しリニアイメージセンサ４５に達するレーザ光の光路がそれぞれ変化する。その結果、リニアイメージセンサ４５の受光面における受光点が移動し、受光波形、すなわち受光量のピーク位置又は重心位置が変化する。そして、この受光波形のピーク位置又は重心位置から撮像面１４ａの各測定位置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの変位（距離）が求まる。なお、このとき各測定位置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの各相対位置は、レーザ変位計４１によってまずレンズ取付部材１２の基準面１２ａの距離が計測され、該基準面１２ａの位置を基準に求める。

そして、このようにして得た各測定位置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの変位（距離）の測定結果から事前に測定し既知である基準面１２ａからレンズ１１ａまでの距離を減算し、レンズ１１ａから各測定位置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄまでの距離を導出する。

なお、本実施形態においては、それぞれの間が離間した撮像面１４ａの各測定位置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、矩形の撮像面１４ａの４隅に設けた。しかし測定位置は各測定位置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４カ所でなくてもよい。例えば撮像面１４ａまでの距離、延いては撮像面１４ａの傾きを十分検出できるならば各測定位置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとは別の位置でもよい。また３カ所でもよいし、５カ所以上でもよい。

図６に示すように、レンズ取付部材固定装置５０は、レンズ取付部材１２の基準面１２ａ上における外周縁側の面と下面に形成された基準座面５２とで当接して位置決めを行なう治具基準部材５１と、基台６の上面６ａ上に固定され治具基準部材５１を支持するベース部材５４と、それぞれ４カ所の固定ボルト６３と、Ｌ字部材６４とを有している。この構成において基台６の上面６ａと基準座面５２とは平行になるよう構成されている。

治具基準部材５１は、図３に示すように上面視が基板取付部材１３よりさらに一回り小さな略８角形状を基部とし、該基部の左右両端から左右外方に向かって舌部がそれぞれ延在している。そしてレンズ保持部材１１の鍔部１１ｂの外径よりも少しだけ径の大きな内径を有する貫通孔５１ａを基部の略中心部に有している。治具基準部材５１の下面における貫通孔５１ａの外縁には前述した基準座面５２が円環状に形成されレンズ取付部材１２の基準面１２ａが基準座面５２に当接している。そしてこの状態においてレンズ取付部材１２に設けられた３カ所の貫通孔１２ｅにそれぞれ対向する治具基準部材５１の各位置には各固定ボルト７３が通過するためのボルト貫通孔５１ｂがそれぞれ設けられている。さらに治具基準部材５１の左右の舌部には、レンズ取付部材１２のフランジ１２ｂの左右に４カ所設けられた貫通孔１２ｆにそれぞれ対向する固定ボルト６３の軸部を挿通するための挿通孔５１ｃがそれぞれ設けられている（図５、図６参照）。

固定ボルト６３は、頭部６３ａと、軸部６３ｂと、軸部６３ｂの端面から突出した雄ねじ部６３ｃとを有している。そして固定ボルト６３を先端の雄ねじ部６３ｃ側から、治具基準部材５１に設けられた挿通孔５１ｃ、及びレンズ取付部材１２のフランジ１２ｂに設けられた貫通孔１２ｆを通過させ、雄ねじ部６３ｃをＬ字部材６４の一方の延在部６４ｄに形成した雌ねじ６４ａに螺着している。この状態で固定ボルト６３をしめ込むことにより、治具基準部材５１とフランジ１２ｂとが固定ボルト６３の頭部６３ａの下面とＬ字部材６４の端面６４ｃとの間に挟持されＬ字部材６４が固定される。

Ｌ字部材６４は、Ｌ字状に屈曲された板状部材であり、上方に向いたＬ字の一方の延在部６４ｄの端面６４ｃが、レンズ取付部材１２の下面で貫通孔１２ｆを塞ぐとともに貫通孔１２ｆの外周縁に当接している。延在部６４ｄには端面６４ｃから固定ボルト６３と螺着するための雌ねじ６４ａが螺設されている。

また基板バックアップ部材６２の平面部６２ｂと平行に、且つ外方に向かって延在するＬ字部材６４の他方の延在部６４ｅには、後述する付勢ボルト６５の軸部６５ｂを軸方向に移動可能に保持する付勢ボルト貫通孔６４ｂを有している。

図５、図６に示すように、撮像素子装架装置６０は、それぞれ４カ所ずつの基板バックアップ部材６２と、付勢ボルト６５と、コイルスプリング６６とを有している。

各基板バックアップ部材６２は、板状部材であり、図５、図６に示すように基板取付部材１３の外縁近傍で先端が上方に屈曲して形成された屈曲部６２ｃの先端で基板取付部材１３の下面を支持し装架している。また屈曲部６２ｃと反対側の基板バックアップ部材６２の端部では雌ねじ６２ａが各基板バックアップ部材６２を貫通して螺設されている。

また付勢ボルト６５は、鍔部６５ａと、軸部６５ｂと、軸部６５ｂの端面から突出した軸部６５ｂの外径よりもねじ径の小さな雄ねじ部６５ｃとを有している。これにより軸部６５ｂの端面における雄ねじ部６５ｃの周縁部には平面部が確保されている。そして鍔部６５ａの外径よりも小さなコイル径で形成されたコイルスプリング６６の内径部に付勢ボルト６５の軸部６５ｂが挿通されている。該状態で軸部６５ｂをＬ字部材６４の付勢ボルト貫通孔６４ｂに上方から挿入し、先端の雄ねじ部６５ｃを基板バックアップ部材６２に設けられた雌ねじ６２ａに螺着して固定する。これによりコイルスプリング６６は、付勢ボルト６５の鍔部６５ａの下面とＬ字部材６４の上面との間に圧縮されて介在し、撮像素子１４を装着した基板１５が取付けられた基板取付部材１３を上方であるレンズ取付部材１２に向かって弾機的に付勢する。このように撮像素子装架装置６０は、治具である治具基準部材５１に、レンズ取付部材固定装置５０である固定ボルト６３、及びＬ字部材６４を介し、コイルスプリング６６と、付勢ボルト６５と、基板バックアップ部材６２とによって基板取付部材１３を測定軸線と平行方向に移動可能に装架している。

３カ所の調整固定機構７０は、レンズ取付部材１２に対する基板取付部材１３の相対傾きおよび測定軸線方向の相対位置を、基板取付部材１３の各部の上下方向の位置を移動することによって許容範囲内に調整する。

本実施形態において調整固定機構７０は、治具基準部材５１、及びレンズ取付部材１２に設けられた各貫通孔５１ｂ、１２ｅの下方にそれぞれ３カ所設けられており、円筒形状を呈した調整ボルト７１を有している（図３、４参照）。

調整ボルト７１の外周面には雄ねじ７１ｄが形成され、レンズ取付部材１２と一体的に固定される基準プレート１６に設けられた雌ねじ１６ｇと軸方向に移動可能に螺合している。調整ボルト７１の円筒軸心には軸穴７１ａが貫通されている。軸穴７１ａは固定ボルト７３の軸部７３ｂが貫通できるよう軸部７３ｂの軸径よりも若干大きな内径で形成されている。

また、調整ボルト７１の図４、図５において上方である後端の円筒軸線上には、回転工具である６角レンチが係合する係合部としての内６角孔７１ｂが後端面から所定深さで設けられている。図４、図５において下方である調整ボルト７１の先端には当接部７１ｃが形成されている。当接部７１ｃは基板取付部材１３の上面に形成されたザグリ部２０の底面２０ａと当接している。そして、調整ボルト７１を回転させ、該回転によって撮像面１４ａの位置を上下に移動させ調整が完了したのちに前述の固定ボルト７３によって調整機構を固定する。

固定ボルト７３は頭部７３ａと、軸部７３ｂと、軸部７３ｂの端面から突出した雄ねじ部７３ｃとを有している。そして固定ボルト７３の頭部７３ａの下面がレンズ取付部材１２と一体的に固定される基準プレート１６の上面と平ワッシャ７４を介して当接し、軸部７３ｂが調整ボルト７１の軸穴７１ａを貫通して基板取付部材１３に設けられた雌ねじ１３ｂと螺合している。

次に本発明に係る撮像面調整装置３０の調整方法、及び作用について図８の工程のフローチャートに基づいて説明する。本発明においては、前述した通りカメラ装置１０にレンズ保持部材１１（レンズ１１ａ含む）を取付けない状態で、カメラ装置１０を撮像面調整装置３０に取付ける。

まずレンズ取付部材固定工程であるステップＳ１０では、治具である治具基準部材５１にカメラ装置１０を構成するレンズ取付部材１２をレンズ取付部材固定装置５０の固定ボルト６３、及びＬ字部材６４によって固定する。なお、実際の取付けにおいては、このときレンズ取付部材１２の下面には、基準プレート１６がボルト３１によって固定されている。また撮像素子１４を装着した基板１５が固定された基板取付部材１３が、基準プレート１６との間に調整ボルト７１を有した状態で固定ボルト７３によって仮止め固定されている。そして、治具基準部材５１が有する基準座面５２にレンズ取付部材１２が有する基準面１２ａが当接している。これにより、治具基準部材５１がベース部材５４を介して固定される基台６の上面６ａと、基準面１２ａと、が平行状態となる。延いては上面６ａと直交して調整されるレーザ変位計４１の測定軸線と、基準面１２ａとが直交する。さらに基準面１２ａと直交する、調整後に取付けられるレンズ１１ａの光軸とレーザ変位計４１の測定軸線とが平行状態となる。

次に、撮像素子装架工程であるステップＳ１１では、撮像素子装架装置６０を構成するコイルスプリング６６と、付勢ボルト６５と、基板バックアップ部材６２とによって、基板取付部材１３が、装架される。ただし実際の組み付けにおいてはステップＳ１０でレンズ取付部材固定装置５０によってレンズ取付部材１２を固定する際に、撮像素子装架装置６０を構成するコイルスプリング６６と、付勢ボルト６５と、基板バックアップ部材６２とを同時に組み付けてもよい。そして固定ボルト７３による仮止めが取り外される。これにより、下端がＬ字部材６４の他方の延在部６４ｅ上に載置されたコイルスプリング６６は付勢ボルト６５の頭部を上方に付勢する。そして付勢された付勢ボルト６５は連結する基板バックアップ部材６２を上方に付勢することによって基板取付部材１３を軸線方向と平行に移動可能に、且つ弾機的に上方に付勢する。

次に、変位測定工程であるステップＳ１２では、撮像素子１４の上方のレーザ変位計４１を図略の制御装置の指令によって同一水平面内で移動させ、撮像面１４ａの４隅のいずれかの測定位置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄまでの距離を測定する。なお、前述したように、このときレーザ変位計４１は、レンズ取付部材１２の基準面１２ａまでの距離を事前に測定し、記憶している。これより測定位置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄまでの距離からレンズ取付部材１２の基準面１２ａまでの距離を減算し、基準面１２ａから各測定位置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄまでの距離を算出する。さらに事前に有している基準面１２ａからレンズ１１ａまでの距離を減算することによってレンズ１１ａから測定位置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄまでの距離を導出する。

調整固定工程であるステップＳ１３では、ステップＳ１２で測定し、図略の表示機に表示されているいずれかの測定位置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄまでの距離を目視で確認しながら調整したいいずれかの測定位置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの最も近くにあるいずれかの調整ボルト７１を回転させ、表示機の数値が許容範囲内に収まるよう調整する。

具体的な調整ボルト７１の調整方法は以下の通りである。まず治具基準部材５１、及び治具基準部材５１の下方に配置されたレンズ取付部材１２にそれぞれ設けられた貫通孔５１ｂ、１２ｅの上方から六角レンチを挿入する。そして調整ボルト７１の後端に設けられた内六角の係合部の内六角孔７１ｂに六角レンチを係合させて調整ボルト７１を軸周りに回転させる。調整ボルト７１を軸周りに回転させると基準プレート１６に設けられた雌ねじ１６ｇに螺合する調整ボルト７１は雌ねじ１６ｇのピッチに応じて上下方向に移動する。このときレンズ取付部材１２は治具基準部材５１によって固定されているので、レンズ取付部材１２に固定される基準プレート１６は移動しない。これにより回転される調整ボルト７１が基準プレート１６の雌ねじ１６ｇ内で上下方向に移動する。そして先端の当接部７１ｃも上下方向に移動し、上方に付勢されながら当接部７１ｃに当接されている基板取付部材１３が、調整ボルト７１とともに上下方向に移動し、撮像素子１４の上下方向の位置（傾き）が調整される。

そして、ステップＳ１４では、各測定位置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ全ての測定が終了したか確認し、終了していればステップＳ１５に移動する。終了していなければステップＳ１２に戻り、次のいずれかの測定位置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの測定を行なう。

ステップＳ１５では固定ボルト７３を基板取付部材１３の雌螺子１３ｂに螺着することによって調整状態を固定し、調整を完了する。そして、その後、撮像素子装架装置６０の固定ボルト６３を緩めてＬ字部材６４との螺着を解除し、レンズ保持部材１１を有さない状態のカメラ装置１０を撮像面調整装置３０から脱離させる。

そして、レンズ保持部材１１の鍔部１１ｂの下面をレンズ取付部材１２の基準面１２ａに当接させてレンズ保持部材１１をレンズ取付部材１２に螺着する。このときレンズ１１ａの光軸とレンズ保持部材１１の軸線とは精度よく同軸が維持されている。また、レンズ保持部材１１の軸線、つまりレンズ１１ａの光軸と、レンズ取付部材１２の基準面１２ａとの間の直角度も加工によって確保されている。さらに、撮像面調整装置３０によって、レンズ取付部材１２の基準面１２ａとレーザ変位計４１のレーザの測定軸線とは精度よく直角度が確保された状態で撮像面１４ａのレンズ１１ａからの距離が調整されている。これにより撮像面１４ａは、レンズ１１ａの光軸に対しても精度よく直角度が確保されていることになり、よって撮像面全面にピントのあった撮像結果を得ることができる。

上述の説明から明らかなように、第１の実施形態においては、レンズ取付部材固定工程によってレンズ取付部材１２が、取付けられるレンズの光軸が測定軸線と平行になるように治具である治具基準部材５１に固定される。次に撮像素子装架工程によって撮像素子１４が固定される基板取付部材１３が測定軸線と平行方向に移動可能に治具基準部材５１に装架される。そして変位測定工程によって撮像素子の撮像面１４の４箇所の測定位置の測定軸線方向変位が測定され、測定された変位（距離）の結果に応じ調整固定工程の調整固定機構７０によって撮像素子１４の撮像面１４ａがレンズ１１ａから所定距離に位置し且つレンズの光軸に対して直角となるように基板取付部材１３が調整される。これにより測定軸線と直交するよう調整された撮像素子１４の撮像面１４ａは、調整後にレンズ１１ａが取付けられたときにはレンズ１１ａの光軸とも良好に直交するため、撮像面の全面に亘ってピントを合わせることができる。

そして、レンズ取付部材１２にレンズ１１ａを取付けない状態で測定位置である撮像面１４の変位（距離）を測定することによって撮像素子１４の撮像面１４ａの位置（傾き）が測定でき、該測定データに基づいて位置（傾き）の調整ができる。これによりレンズ１１ａを取付けた状態で調整する場合と比較し、実際にチャートによって撮像し、撮像結果を見ながら再度調整する必要がないため調整工数の低減を図ることができる。

さらに、撮像素子１４の撮像面１４ａの位置（傾き）の確保は調整によって行なうので、撮像面１４ａの位置（傾き）に影響を与える各部品の加工精度のばらつきを大きくなる方向に許容でき部品コストを低減することができる。

また本実施形態においては、調整固定機構７０の調整ボルト７１は、外周面に雄ねじ７１ｄが形成されてカメラ装置１０内部のレンズ取付部材１２に螺合し、後端の係合部である内六角孔７１ｂで回転工具（レンチ）と係合して軸周りに回転されるようになっている。また調整固定機構７０の軸中心には貫通孔７１ａが設けられ該貫通孔７１ａを貫通する固定ボルト７３によって調整固定機構７０の固定を行なう。このようにコンパクトな調整固定機構７０によって撮像面７１ａの位置（傾き）の調整をするのでカメラ装置１０の小型化を図ることができる。

次に第２の実施形態について説明する。第１の実施形態においては、レーザ変位計４１の測定結果に対し作業者が作業者の感覚に基づいて調整を行なった。しかし第２の実施形態においては、レーザ変位計４１の測定結果に対し所定の演算を行い、調整ボルト７１をどれだけ回転すれば、撮像面１４ａが目標の位置に到達できるかを算出し、該算出量に基づいて調整を行なうものである。よって第１の実施形態に対しては、調整固定工程における調整ボルト７１の調整量を算出する部分のみが追加となっており、他の部分は同様であるため、変更点のみ説明し、同様部分の説明は省略する。また、図面について説明するとき同じ部品には同じ符号を付して説明する。

第２の実施形態に係る調整ボルト７１によって調整すべき調整量の演算方法について説明する。図９に示すように第２の実施形態においては、測定位置を３カ所とし各測定位置E、F、Gとした。各測定位置E、F、Gは、各調整ボルト７１から、隣り合う各調整ボルト７１同士を結ぶ接線に対してそれぞれ引いた垂線上の所定の位置に設けたものである。このように各測定位置E、F、Gを設けることにより、各調整ボルト７１を調整時に上下させたとき図１０に示すように各調整ボルト７１の変位線分Ｍと、各調整ボルト７１に対応する各測定位置E、F、Gの変位線分ｍとは、隣り合う各調整ボルト７１同士を結ぶ接線に対して各調整ボルト７１から引いた垂線との交点である支点Ｐをそれぞれの頂点とした相似の３角形を形成する。そしてこのとき、本発明においては、３個の調整ボルト７１の各調整位置、及び各測定位置Ｅ、Ｆ、Ｇの測定軸線と直角な平面内における相対位置関係、即ち、支点Ｐと調整ボルト７１の各調整位置との距離Ｎ、及び支点Ｐと各測定位置E、F、Gとの距離ｎを既知値として事前に確認して把握しておく。

このように距離Ｎと、距離ｎと、調整すべき各測定位置Ｅ、Ｆ、Ｇの変位量ｍが既知値としてわかっているので、相似の３角形から求められる式、Ｍ＝ｍＮ／ｎから、調整ボルト７１の調整値Ｍが算出できる。そして、算出した調整値Ｍを調整ボルト７１のねじピッチｐで割ることにより調整値Ｍを得るための調整ボルト７１の必要回転量が算出できる。これにより作業者は、調整ボルト７１の目標回転量を知ることができ、各測定位置E、F、Gにおける調整変位量ｍの迅速な調整が行なえるので調整工数の低減を図ることができる。

なお、第２の実施形態の作用については、図８に示す第１の実施形態のフローチャートにおいて、ステップＳ１２の変位測定工程と、ステップＳ１３の調整固定工程との間に調整ボルト７１の調整値Ｍの算出ステップを追加すればよい。これによってさらに調整工数の低減が図れる。

また、第２の実施形態においては、いずれか１カ所の調整ボルト７１を回転させると、該調整ボルト７１の最も近傍のいずれかの測定位置E、F、Gは大きく調整されるが、同時に他の測定位置も意に反して若干変位する。しかし、調整するポイントを許容範囲の中央値近傍にすることで、若干の変位を許容でき効率的に調整を行なうことができる。

上述の説明から明らかなように第２の実施形態においては、３個の調整固定機構７０の各位置および３箇所の測定位置E、F、Gの測定軸線と直角な平面内における相対位置関係を既知値とし、該既知値と変位測定工程の測定結果とから３個の各調整固定機構のそれぞれ調整すべき寸法を算出し、該算出値に基づいて各調整固定機構を調整する。これにより各調整固定機構の目標調整値に迅速に到達でき調整のための工数が低減できる。

なお、本実施形態において調整固定機構７０は３個としたがこれに限らず、４個を越えた数でもよい。また、変位測定位置４０を構成するレーザ変位計４１は、４個としたが３個でもよいし、５個を越えてもよい。

また、本実施形態においては、変位を測定する手段としてレーザ変位計を利用したが、これに限らず接触式リニアセンサや、非接触式であっても渦電流を利用した方式の変位計等どのような変位計を適用してもよい。

また、本実施形態においてはレーザ変位計４１の水平面内の移動は図略の制御装置によって行なった。しかしこれに限らず、各測定位置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇに対応した位置にレーザ変位計４１の取付け位置をそれぞれ設けておき、測定時に手作業によってレーザ変位計４１を各取付け位置に固定するようにしてもよい。また、各取付け位置にレーザ変位計４１を複数同時に取付けておいてもよい。このとき各取付け位置を支持する部材は、治具基準部材５１から延在さてもよいし、変位測定装置に設けてもよい。そして治具基準部材５１から延在させたときには治具基準部材５１の基準座面５２と各取付け位置にレーザ変位計４１を取付けた際に基準座面５２とレーザ変位計４１の測定軸線とが直交するように加工で合わせ込むようにすればよい。また変位測定装置に設けた場合には、変位測定装置の基準面である基台６の上面６ａとレーザ変位計４１の測定軸線とが直交するように調整して合わせ込めばよい。これらによっても相応の効果が得られる。

１０・・・カメラ装置、１１・・・レンズ保持部材、１２・・・レンズ取付部材、１２ａ・・・基準面、１３・・・基板取付部材、１４・・・撮像素子、１４ａ・・・撮像面、１５・・・基板、１６・・・基準プレート、１７・・・ガラスプレート、１８・・・クッション材、１９・・・リング、２０・・・ザグリ部、３０・・・撮像面調整装置、４０・・・変位測定装置、４１・・・レーザ変位計、５０・・・レンズ取付部材固定装置、５１・・・治具基準部材、５２・・・基準座面、５４・・・ベース部材、６０・・・撮像素子装架装置、６２・・・基板バックアップ部材、６３・・・固定ボルト、６４・・・Ｌ字部材、６５・・・付勢ボルト、６６・・・コイルスプリング、７０・・・調整固定機構、７１・・・調整ボルト、７３・・・固定ボルト。

Claims (1)

1. カメラ装置のレンズが取付けられるレンズ取付部材の基準面を前記レンズの光軸が測定軸線と平行になるように基準座面に当接させて前記レンズ取付部材を治具に着脱可能に固定するレンズ取付部材固定装置と、
   前記カメラ装置の撮像素子を装着した基板が取付けられた基板取付部材を前記治具に固定された前記レンズ取付部材に向かって弾機的に付勢された状態で前記測定軸線と平行方向に移動可能に前記治具に装架する撮像素子装架装置と、
   前記撮像素子の撮像面の離間した少なくとも３箇所の測定位置の前記測定軸線方向変位を測定する変位測定装置と、
   前記撮像素子の撮像面が前記レンズから所定距離に位置し且つ前記レンズの光軸に対して直角となるように前記レンズ取付部材に対する前記基板取付部材の相対傾きおよび前記測定軸線方向の相対位置を調整して固定するための少なくとも３個の調整固定機構と、
   を備え、
   前記調整固定機構は、外周面に形成され前記レンズ取付部材と螺合する雄ねじ、後端に設けられ回転工具と係合する係合部、先端に設けられ前記基板取付部材と当接する当接部、および中心を貫通する軸穴が設けられた調整ボルトと、頭部が前記レンズ取付部材と当接し軸部が前記調整ボルトの軸穴を貫通して前記基板取付部材と螺合する固定ボルトと、を有することを特徴とするカメラ装置の撮像面調整装置。

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