JP6768678B2

JP6768678B2 - カメラおよび組み立てる方法

Info

Publication number: JP6768678B2
Application number: JP2017541275A
Authority: JP
Inventors: ダスラジェシュ
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-02-05
Filing date: 2016-01-12
Publication date: 2020-10-14
Anticipated expiration: 2036-01-12
Also published as: KR101984491B1; JP2018504643A; US9955054B2; US20160234410A1; WO2016124360A1; EP3254458A1; KR20170102343A; EP3254458B1

Description

発明の背景
カメラは、光波が通過する１つまたは複数のレンズを含む。光波はイメージセンサと接触し、イメージセンサは波を電気信号に変換し、最終的なイメージを生成する。イメージセンサは、センサの完全な潜在能力を利用するためにレンズと適切に位置合わせされなければならない。カメラ技術が高まるにつれて、イメージセンサに対してレンズホルダ内のレンズを位置決めするプロセスおよび精度は、カメラが提供する全体的なイメージ品質を実現するように高まってきた。現在では、レンズに対してセンサを位置決めする方法は、アクティブアライメントである。

アクティブアライメントは、６自由度（上、下、横、ピッチ、ヨー、ロール）の上方においてイメージセンサに対してレンズを位置合わせするためにアライメントソフトウェアおよび機構を利用する。しかしながら、アクティブアライメントのプロセスは、時間がかかる可能性があり、ソフトウェアおよびアライメント機構は高価である可能性がある。加えて、アクティブアライメントの精度は、カメラのさらなる組立て（すなわち、レンズホルダの周囲への外側ハウジングの取付け）が行われるまで実証することができない。

発明の概要
本発明は、１つの態様において、カメラを組み立てる方法を提供する。回路基板には、１つの平面を規定する第１の面が設けられている。第１の面には、イメージセンサが固定されている。回路基板は、回路基板を完全に貫通して第１の面から、第１の面に対して平行でかつ第１の面から間隔を置かれた第２の面まで延びる開口を有する。レンズホルダにはレンズバレルが設けられており、レンズバレルは、中心軸線を規定しており、レンズをレンズバレルに対して固定された位置に支持する。ポストは、レンズバレルから外方へ、中心軸線に対して平行な第１の方向に延びている。回路基板およびレンズホルダは、回路基板の第１の面によって規定された平面が中心軸線に対して垂直となるように向けられている。回路基板およびレンズホルダは、ポストが開口によって収容されるように軸方向で接合されている。中心軸線およびレンズに対するイメージセンサの最終的な位置合わせは、ポストを開口に滑り込ませることによって調節不能に固定される。

本発明は、別の態様において、カメラを提供する。カメラは、１つの平面を規定する第１の面と、第１の面に対して平行でかつ第１の面から間隔を置かれた第２の面とを備える回路基板を有する。開口は、第１の面から第２の面まで延びている。回路基板の第１の面には、イメージセンサが固定されている。カメラはさらにレンズホルダを有し、レンズホルダはレンズバレルを有し、レンズバレルは、平面に対して垂直に向けられた中心軸線を規定し、レンズバレルに対して固定された位置にレンズを支持する。ポストは、レンズバレルから外方へ、中心軸線に対して平行な第１の方向に延びている。組み立てられた状態において、ポストは開口内へ突出し、中心軸線およびレンズに対するイメージセンサの最終的な位置合わせを固定する。

本発明は、さらに別の態様において、カメラを組み立てる方法を提供する。回路基板には、１つの平面を規定する第１の面と、２つの開口とが設けられており、開口は、回路基板を完全に貫通して第１の面から、第１の面に対して平行でかつ第１の面から間隔を置かれた回路基板の第２の面まで延びている。イメージセンサは、回路基板の第１の面に固定されている。レンズホルダにはレンズバレルが設けられており、レンズバレルは、中心軸線を規定しており、レンズバレルに対して固定された位置にレンズを支持する。２つのポストは、レンズバレルから外方へ、中心軸線に対して平行な第１の方向に延びている。レンズホルダと一体に一片として形成された座部は、平面に対して平行な平らな面において終わっている。回路基板およびレンズホルダは、回路基板の第１の面によって規定された平面が中心軸線に対して垂直となるように向けられている。回路基板およびレンズホルダは、ポストが開口によって収容されるように軸方向で接合されている。中心軸線およびレンズに対するイメージセンサの最終的な位置合わせは、ポストを開口に滑り込ませることによって調節不能に固定される。イメージセンサとレンズとの間の最終的な焦点距離は、回路基板の第１の面を座部に対して当接させることによって、調節不能に固定される。

カメラの部分的に分解された側面図である。カメラのレンズホルダの平面図である。

発明のあらゆる実施の形態が詳細に説明される前に、発明はその適用において、以下の説明に示されたまたは以下の図面に例示された構造の詳細および構成部材の配列に限定されないことが理解されるべきである。発明は、他の実施の形態が可能であり、様々な形式で実行または実施することができる。また、本明細書で使用される表現および用語は、説明のためであり、限定として見なされるべきではないことが理解されるべきである。

詳細な説明
図１に示されたカメラ２０は、レンズホルダ２４と、レンズホルダ２４内に支持されたレンズ２８と、イメージセンサ３６を支持する回路基板３２と、レンズホルダ２４の周囲に配置された外側ハウジング４０とを有する。レンズ２８は、ガラス、プラスチック（例えばアクリル）、または光をレンズ２８に通過させるための十分な光学的特性を備えるあらゆる材料から形成されている。レンズ２８は、（図１に示したように）単なる凸レンズとして具体化されてもよいか、またはレンズ２８は、複合レンズを形成する、レンズホルダ２４内に配置された一連のレンズにおける第１のレンズであってもよい。レンズホルダ２４は、レンズ２８（または複数のレンズ）を固定の位置に支持するように構成された中空の、内部円筒状開口８８（図２）を有するボディとして規定されたレンズバレル４４を有する。円筒状開口８８、ひいてはレンズ２８は、以下では中心軸線４８と称される軸線４８を中心に配置されている。円筒状開口８８は、全体で単一の直径を有してもよいか、または複数のレンズ直径に適応するために複数の直径を有してもよい。

レンズホルダ２４は、さらに、レンズバレル４４と一体に形成されかつレンズバレル４４から延びた、複数の突出部を有する。このような突出部は、少なくとも１つのポスト５２と、少なくとも１つの座部５６とを含む。図１および図２に示したように、２つのポスト５２は、レンズバレル４４の第１の軸方向端部４４Ａから外方へ、矢印Ａによって示したように中心軸線４８に対して平行な方向へ延びている。第１の軸方向端部４４Ａは、第２の外側に面した軸方向端部４４Ｂとは反対側にある。図２に示したように、中心軸線に対して垂直なポスト５２横断面は円形である。しかしながら、ポスト５２の横断面は、あらゆる択一的な形状（例えば、矩形、三角形、だ円形、星形、正多角形、不規則な多角形など）で形成することができる。図１および図２に示したように、２つの座部５６は、レンズバレル４４の第１の軸方向端部４４Ａから外方へ方向Ａに延びており、各座部５６は、対応する平らな面６０において終わっている。

各ポスト５２は、レンズバレル４４の第１の軸方向端部から第１の方向Ａへ延びる高さＨ１を有する。図示したように、各ポスト５２の高さＨ１は等しいが、このことは必要とされない。座部５６は、レンズバレル４４から方向Ａへ延びる高さＨ２を有しており、高さＨ２は各ポスト５２の高さＨ１よりも短い。図１および図２は、複数の座部５６および複数の平らな座面６０とともに示されているが、座部５６は、それ以外に、１つの平らな座面６０を備える、レンズバレル円筒状開口８８の周縁の外側に配置された１つの座部５６として具体化することができる。図２に示したように、各座部５６には開口６４が設けられており、開口６４は、ねじ山付きの機械的な締結具（例えば、ねじ、ボルトなど）９６をレンズホルダ２４に取り付けることを可能にするために、らせん状のねじ山を有してもよい。択一的にまたは加えて、らせん状のねじ山を必要としないかまたは開口６４すら必要としないその他の締結具（例えば、リベット、皿ばね、熱かしめ、エポキシ、接着剤など）が使用されてもよい。

回路基板３２は、図１において、レンズ２８に面した向きの第１の面６８と、第１の面６８に対して平行でかつ第１の面６８から間隔を置かれた第２の面７２とを備えるシート状基板として示されている。第１の面６８は、カメラ２０が組み立てられたときに中心軸線４８に対して垂直となる平面７６を規定している。回路基板３２は、さらに、複数のポスト５２に対応する少なくとも１つの開口８０（例えば、図１に示したように、２つの開口８０）を有する。開口８０は、回路基板３２を完全に貫通して第１の面６８から第２の面７２まで中心軸線４８に対して平行に延びている。回路基板３２は、カメラ２０の全ての電気的機能を制御してもよい。択一的に、回路基板３２は、付加的な回路基板または電気的な装置に接続されてもよい。

イメージセンサ３６は、センサ軸線１００を中心に配置されており、レンズホルダ２４と組み立てる前に、固定の位置において回路基板３２の第１の面６８に取り付けられている。組み立てられた状態において、センサ軸線１００は中心軸線４８に対して平行であり、所定の距離Ｄ未満だけ（例えば、５０μｍ、１００μｍ、２００μｍなど）、中心軸線４８との完全な軸方向位置合わせ状態からずらされている。距離Ｄは、イメージセンサ３６の平らな位置に対して開口８０を正確に機械加工（例えば、穿孔、レーザ穿孔など）することによって達成される。イメージセンサ３６は、接着剤、はんだ付け、リフローはんだ付け、回路基板３２のオリフィス内へ延びるピンによって、所定の位置に保持されていてもよく、他の実施の形態では、イメージセンサ３６は回路基板３２と一体に製造されてもよいか、または択一的な取付け方法によって回路基板３２に接合されてもよい。

外側ハウジング４０は、レンズホルダ２４の一部の周囲に配置されており、レンズホルダ２４の一部、選択的に回路基板３２を少なくとも部分的に包囲している。回路基板３２とレンズホルダ２４とが固定された後、外側ハウジング４０がレンズホルダ２４に取り付けられる。図示したように、外側ハウジング４０はシーラント８４を用いてレンズホルダ２４に接着されているが、外側ハウジング４０は、あらゆる数の択一的な方法（例えば、締結具、スナップばめ、摩擦溶接など）を用いてレンズホルダ２４に取り付けることができる。

カメラ２０の構造において、ポスト５２および座部５６に対する静止基準座標系を提供するために、レンズ２８はレンズバレル４４内に固定されている。回路基板３２と、レンズホルダ２４のレンズバレル４４とは、回路基板３２の第１の面６８によって規定された平面７６が、円筒状開口８８によって規定された中心軸線４８に対して垂直となるように向けられている。回路基板３２およびレンズホルダ２４は、ポスト５２をそれぞれの開口８０へ滑り込ませることによって軸方向で接合される。イメージセンサ３６が回路基板３２に固定されているので、軸方向の接合は、中心軸線４８およびレンズ２８に対するイメージセンサ３６の最終的な位置合わせを調節不能に固定する（すなわち、イメージセンサ３６は、平面７６に沿って中心軸線４８に対して並進することはできない）。

ポスト５２および開口８０の横断面が非円形（例えば、矩形、三角形、だ円形、星形、正多角形、不規則な多角形など）であるならば、図１および図２の２ポスト配列の代わりに、１つのポスト５２および対応する開口８０が、中心軸線４８およびレンズ２８に対するイメージセンサ３６の最終的な位置合わせを調節不能に固定することができる。

ポスト５２が開口８０に収容されると、回路基板３２が座部５６の平らな面６０に当接するまで回路基板３２とレンズホルダ２４とがさらに軸方向に接合され、これにより、イメージセンサ３６とレンズ２８との間の最終的な焦点距離９２を調節不能に固定する（すなわち、イメージセンサ３６はレンズ２８に対して軸方向に並進することができない）。イメージセンサ３６は今やレンズ２８に対して移動することはできず、全ての自由度を排除する。カメラ２０が複数のレンズ２８を有するならば、焦点距離９２は、イメージセンサ３６から、最も近いレンズ２８まで計測されてもよい。最終的な焦点距離９２は、レンズバレル４４および座部５６を一体的に形成する精度によって達成可能な、規定された焦点距離の最大公差内（例えば、２５μｍ未満、５０μｍ未満など）に固定される。回路基板３２は、回路基板３２を締結具９６によってレンズホルダ２４に永久にまたはほぼ永久に固定することによって、さらに束縛することができる。例示したように、締結具９６は、回路基板３２を通過し、座部５６内の開口６４内へ螺入されるねじであることができる。らせん状のねじ山を必要としないかまたは開口６４すら必要としない択一的な締結具（例えば、リベット、皿ばね、熱かしめ、エポキシ、接着剤など）が使用されてもよい。

最終的な焦点距離９２が固定され、イメージセンサ３６が、中心軸線４８およびレンズ２８に対するイメージセンサ３６の最終的な位置合わせにおいて調節不能に固定されると、外側ハウジング４０がレンズホルダ２４の周囲に配置される。外側ハウジング４０はシーラント８４を用いてレンズホルダ２４に接合されているが、外側ハウジング４０は、あらゆる数の択一的な方法（例えば、締結具、スナップばめ、摩擦溶接など）を用いてレンズホルダ２４に取り付けることができる。外側ハウジング４０は、いかなるセンサ対レンズの位置決めまたは位置合わせのためにも関与しない。外側ハウジング４０の接合は、イメージセンサ３６またはレンズ２８に対する狭い公差のために厳密に監視または制御される必要がない。

カメラ２０の組立て方法および設計は、アクティブアライメントに対する、費用対効果よくかつ時間を節約する代替手段を提供する。組立て方法は、回路基板３２に対するレンズホルダ２４または外側ハウジング４０の位置合わせまたは組立て中、イメージセンサ３６の出力を監視することなくレンズ２８に対するイメージセンサ３６の全ての自由度を排除する方法を提供する。レンズ２８の中心軸線４８に対するイメージセンサ３６の位置は、ポスト５２と開口８０との間の境界面によってのみ固定される。境界面は、ポスト５２と開口８０との間に間隙または遊びをほとんどまたは全く提供せず、締りばめであってもよいか、または小さな間隙（例えば、２０μｍ未満、５０μｍ未満など）を提供してもよい。座部５６の平らな面６０に対して回路基板３２の第１の面６８を当接させることによってのみ、最終的な焦点距離９２が固定され、回路基板３２は、１つまたは複数の締結具９６によってこの位置に束縛されてもよい。

発明は、好適な実施の形態に関して詳細に説明されているが、記載された発明の１つまたは複数の独立した態様の範囲および思想において、変更および修正が存在する。

Claims

カメラを組み立てる方法であって、
１つの平面を規定する第１の面を備える回路基板を提供する工程であって、前記第１の面にはイメージセンサが固定されており、前記回路基板は、該回路基板を完全に貫通して前記第１の面から、該第１の面に対して平行でかつ該第１の面から間隔を置かれた第２の面まで延びる開口を有する、工程と、
中心軸線を規定しかつレンズをレンズバレルに対して固定された位置に支持するレンズバレルと、該レンズバレルから外方へ、前記中心軸線に対して平行な第１の方向へ延びるポストとを備える、レンズホルダを提供する工程と、
前記レンズホルダと一体に一片として形成されかつ前記中心軸線に対して垂直な平らな面において終端している座部を提供する工程と、
前記回路基板の前記第１の面によって規定された平面が前記中心軸線に対して垂直になるように、前記回路基板および前記レンズホルダを向ける工程と、
前記ポストが前記開口によって収容されるように、前記回路基板と前記レンズホルダとを軸方向で接合する工程と、
前記開口を通って前記ポストを滑らせることによって前記中心軸線および前記レンズに対する前記イメージセンサの最終的な位置合わせを調節不能に固定する工程と、
前記座部の前記平らな面に前記回路基板の前記第１の面を当接させることによって、前記イメージセンサと前記レンズとの間の最終的な焦点距離を調節不能に固定する工程と、
を含み、
前記レンズバレルは、第１の軸方向端部と、該第１の軸方向端部とは反対側の、第２の外向きの軸方向端部とを有し、前記座部の前記平らな面は、前記第１の軸方向端部から前記第１の方向に向かって突出した位置にあり、前記ポストは、前記第１の軸方向端部から、前記座部よりもさらに延びており、
前記座部の前記平らな面に前記回路基板の前記第１の面を当接させた後、締結具を、前記回路基板の前記第２の面から前記回路基板を通過させ、前記回路基板を前記座部の前記平らな面に当接した位置において束縛するように、前記締結具を前記レンズホルダ内に係合する工程をさらに含むことを特徴とする、方法。
前記ポストは第１のポストであり、前記開口は第１の開口であり、
前記第１のポストから間隔を置かれかつ前記レンズバレルから外方へ前記第１の方向へ延びる第２のポストを前記レンズホルダに提供する工程と、
前記第１の開口から間隔を置かれかつ前記回路基板を完全に貫通して前記回路基板の前記第１の面から前記回路基板の前記第２の面まで延びる第２の開口を前記回路基板に提供する工程と、
前記中心軸線および前記レンズに対する前記イメージセンサの最終的な位置合わせを調節不能に固定する工程は、前記第１の開口を通って前記第１のポストを滑らせるのと同時に、前記回路基板および前記レンズホルダの軸方向接合中に、前記第２の開口を通って前記第２のポストを滑らせる工程を含む、請求項１記載の方法。
センサ軸線を提供する工程をさらに含み、該センサ軸線を中心に前記イメージセンサが配置されており、前記中心軸線および前記レンズに対する前記イメージセンサの最終的な位置合わせを調節不能に固定する工程は、前記センサ軸線を前記中心軸線から２００μｍ未満だけずらす工程をさらに含む、請求項１記載の方法。
前記最終的な焦点距離を調節不能に固定する工程は、前記最終的な焦点距離を、規定された焦点距離の２５μｍ以内に固定する工程をさらに含む、請求項１記載の方法。
前記最終的な焦点距離を調節不能に固定し、前記中心軸線および前記レンズに対する前記イメージセンサの最終的な位置合わせの後、前記回路基板を少なくとも部分的に包囲するように前記レンズホルダの前記レンズバレルに外側ハウジングを固定する工程をさらに含む、請求項１記載の方法。
前記中心軸線および前記レンズに対する前記イメージセンサの最終的な位置合わせを調節不能に固定した後、前記回路基板を少なくとも部分的に包囲するように前記レンズホルダの前記レンズバレルに外側ハウジングを固定する工程をさらに含む、請求項１記載の方法。
前記最終的な位置合わせは、前記イメージセンサの出力を監視することなく調節不能に固定される、請求項１記載の方法。
カメラであって、前記カメラは、
回路基板であって、前記回路基板は、１つの平面を規定する第１の面と、該第１の面に対して平行でかつ該第１の面から間隔を置かれた第２の面と、前記第１の面から前記第２の面まで延びた開口と、前記回路基板の前記第１の面に固定されたイメージセンサとを有する、回路基板と、
前記平面に対して垂直に向けられた中心軸線を規定しかつレンズバレルに対して固定された位置にレンズを支持するレンズバレルと、前記中心軸線に対して平行な第１の方向へ前記レンズバレルから外方へ延びるポストとを有する、レンズホルダと、を備え、
前記カメラは、前記レンズホルダと一体に一片として形成されかつ前記中心軸線に対して垂直な平らな面において終端している座部をさらに備え、
組み立てられた状態において、前記ポストは、前記中心軸線および前記レンズに対する前記イメージセンサの最終的な位置合わせを固定するために、前記開口内へ突出しており、
組み立てられた状態において、前記回路基板の前記第１の面は、前記イメージセンサと前記レンズとの間の最終的な焦点距離を調節不能に設定するように前記座部の前記平らな面に当接しており、
前記レンズバレルは、第１の軸方向端部と、該第１の軸方向端部とは反対側の、第２の外向きの軸方向端部とを有し、前記座部の前記平らな面は、前記第１の軸方向端部から前記第１の方向に向かって突出した位置にあり、前記ポストは、前記第１の軸方向端部から、前記座部よりもさらに延びており、
前記カメラは締結具をさらに備えており、前記締結具は、前記回路基板の前記第２の面から前記回路基板を通過して、前記回路基板を前記座部の前記平らな面に当接した位置において束縛するように、前記レンズホルダ内に係合するように構成されていることを特徴とする、カメラ。
前記ポストは第１のポストであり、前記開口は第１の開口であり、
前記レンズホルダは、前記第１のポストから間隔を置かれかつ前記第１の方向へ前記レンズバレルから外方へ延びる第２のポストをさらに有し、前記回路基板は、前記第１の開口から間隔を置かれかつ前記回路基板の前記第１の面から前記回路基板の前記第２の面まで延びる第２の開口をさらに有し、
組み立てられた状態において、前記第２のポストは、前記中心軸線および前記レンズに対する前記イメージセンサの最終的な位置合わせを固定するために、前記第２の開口内へ突出している、請求項８記載のカメラ。
前記回路基板を少なくとも部分的に包囲するように前記レンズホルダの前記レンズバレルの周囲に配置された外側ハウジングをさらに備える、請求項８記載のカメラ。
前記ポストは、前記レンズバレルと一体に一片として形成されている、請求項８記載のカメラ。
カメラを組み立てる方法であって、
１つの平面を規定する第１の面を備える回路基板を提供する工程であって、２つの開口が、前記回路基板を完全に貫通して前記第１の面から、該第１の面に対して平行でかつ該第１の面から間隔を置かれた前記回路基板の第２の面まで延びており、イメージセンサが前記回路基板の前記第１の面に固定されている、工程と、
レンズバレルを備えるレンズホルダを提供する工程であって、前記レンズバレルは、中心軸線を規定しており、かつ該レンズバレルに対して固定された位置においてレンズを支持し、２つのポストが、前記レンズバレルから外方へ、前記中心軸線に対して平行な第１の方向へ延びている、工程と、
前記レンズホルダと一体に一片として形成されかつ前記平面に対して平行な平らな面において終端している座部を提供する工程と、
前記回路基板の前記第１の面によって規定された前記平面が前記中心軸線に対して垂直となるように、前記回路基板および前記レンズホルダを向ける工程と、
前記ポストが前記開口によって収容されるように前記回路基板と前記レンズホルダとを軸方向で接合する工程と、
前記開口を通って前記ポストを滑らせることによって、前記中心軸線および前記レンズに対する前記イメージセンサの最終的な位置合わせを調節不能に固定する工程と、
前記回路基板の前記第１の面を前記座部に対して当接させることによって、前記イメージセンサと前記レンズとの間の最終的な焦点距離を調節不能に固定する工程と、
を含み、
前記レンズバレルは、第１の軸方向端部と、該第１の軸方向端部とは反対側の、第２の外向きの軸方向端部とを有し、前記座部の前記平らな面は、前記第１の軸方向端部から前記第１の方向に向かって突出した位置にあり、前記ポストは、前記第１の軸方向端部から、前記座部よりもさらに延びており、
前記座部の前記平らな面に前記回路基板の前記第１の面を当接させた後、締結具を、前記回路基板の前記第２の面から前記回路基板を通過させ、前記回路基板を前記座部の前記平らな面に当接した位置において束縛するように、前記締結具を前記レンズホルダ内に係合する工程をさらに含むことを特徴とする、カメラを組み立てる方法。
前記最終的な焦点距離を調節不能に固定し、前記中心軸線および前記レンズに対する前記イメージセンサの最終的な位置合わせの後、前記回路基板を少なくとも部分的に包囲するように前記レンズホルダの前記レンズバレルに外側ハウジングを固定する工程をさらに含む、請求項１２記載の方法。
前記中心軸線および前記レンズに対する前記イメージセンサの前記最終的な焦点距離および前記最終的な位置合わせは、前記イメージセンサの出力を監視することなく調節不能に固定される、請求項１２記載の方法。
センサ軸線を提供する工程をさらに含み、該センサ軸線を中心に前記イメージセンサが配置されており、前記中心軸線および前記レンズに対する前記イメージセンサの最終的な位置合わせを調節不能に固定する工程は、前記センサ軸線を前記中心軸線から２００μｍ未満だけずらす工程をさらに含み、前記最終的な焦点距離を調節不能に固定する工程は、前記最終的な焦点距離を、規定された焦点距離の２５μｍ以内に固定する工程をさらに含む、請求項１２記載の方法。