JP6971713B2

JP6971713B2 - 撮像装置

Info

Publication number: JP6971713B2
Application number: JP2017162510A
Authority: JP
Inventors: 博信真柄; 翼仲谷
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2017-08-25
Filing date: 2017-08-25
Publication date: 2021-11-24
Anticipated expiration: 2037-08-25
Also published as: JP2019040094A

Description

本発明は、例えば産業用デジタルカメラ等の撮像装置に関する。

電子カメラ装置は、小型軽量化が進められており、例えばマシンビジョンシステムにおいては、小型の筺体に固体撮像素子と信号処理部、信号出力端子を収納した産業用デジタルカメラが広く用いられている。

産業用デジタルカメラの多くはレンズ交換式であり、個体撮像素子の前面にスクリューマウント等のレンズマウントを備えている。ユーザは、製造ライン上の被写体サイズや作業内容、照明等に合致した仕様の交換レンズを選択して、カメラのレンズマウントに取り付けて使用する。

近年では、こうした産業用カメラをロボットアームに取り付けて、撮影した画像を基にロボットアームの動作制御を行うシステムが普及している。産業用デジタルカメラを相手機器や治具に固定する際は、カメラの筺体に設置されたネジ穴を用いる。ロボットアーム向けの産業用デジタルカメラでは、筺体底面を取付基準面とし、その面内に複数のネジ穴を設けているものが多い。

マシンビジョンシステムでは、カメラが撮影した画像を処理することで被写体の位置、状態を分析し、その結果に基づいて機器の動作制御を決定する。そのため、産業用デジタルカメラには、高精細な撮影画像が出力できることと、固定される相手機器に対する位置精度を安定的に維持できる構成が求められる。

具体的な要件としては、固体撮像素子の撮像面とレンズマウント面の間の距離や傾きが調整可能な機構や、それら撮像系の位置関係が取付基準面に対して強固に固定されていることが必要とされる。

こうした要求に対し、固体撮像素子のフランジバックやアオリを調整する機構と、カメラを固定する取付基準面を、レンズマウント有する筺体に一体的に形成したカメラ構造が提案されている（特許文献１）。

特開２０１０−１５４１０５号公報

しかし、上記特許文献１は、カメラをロボットアームへ設置して使用する場合、次のような問題がある。

一般的に、交換レンズは、複数のガラス部材や金属鏡筒を有するため、小型の産業用カメラに比べて重量が重い。上記特許文献１では、カメラの取付基準面のネジ穴がレンズマウントの後方に配置されているため、カメラのマウントに交換レンズを取り付けると、全体の重心が取付基準面に対し前方側に離れてしまう。従って、ロボットアーム動作時の加減速によって、取付基準面にモーメントがかかる状態となるため、長期間の使用によって、カメラを固定するネジの緩みや光軸のズレの発生が懸念される。

また、ロボットアームの作業品質を確保するためには、ロボットアームの作業部位に対して、カメラの光軸を高い精度で固定する必要がある。カメラの設置は、なるべく作業部位に構造的に近い位置、即ちロボットアームの先端寄りとすることが望ましいが、上記特許文献１では、取付基準面の前方にレンズが取り付けられる。

このため、全長の長いレンズを使用した場合、レンズ先端がロボットアームの作業領域に突出し、ロボットアームの動作によってステージや作業対象に干渉してしまうおそれがある。

これを避けるためには、レンズの先端が作業領域に入り込まない位置までカメラを後退させる必要があるため、結果として最適位置から離れた、精度の低い位置にカメラを固定せざるを得ない、といった制約が生じる。

そこで、本発明は、可動アームのような可動部に固定して使用される撮像装置において、可動部の機械的動作に対する光学精度の確保が容易であるとともに、長期間の稼働に伴う機械的な不具合の発生を抑制することが可能な撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、光学レンズを有するレンズユニットと、前記レンズユニットにより結像された被写体像を光電変換して画像信号を出力する撮像素子と、前記撮像素子が実装された撮像素子基板と、を備え、可動アームに固定して使用される撮像装置であって、前記レンズユニットの光軸と平行な平面として形成され、前記可動アームに固定される際に前記可動アームに設けられた固定部材と当接する取付基準面を有し、前記取付基準面における前記光軸を中心に線対称となる第１ネジ位置に少なくとも２つのネジ部が配置され、前記第１ネジ位置に対して前記光軸の方向に離間した前記光軸上の第２ネジ位置に少なくとも１つのネジ部が配置され、前記取付基準面における前記第１ネジ位置および前記第２ネジ位置は、前記光軸方向において、前記レンズユニットにおける前記光学レンズの最も被写体側の先端から前記撮像素子基板の後端までの範囲内に配置され、前記取付基準面を前記固定部材に当接させた状態で前記取付基準面の前記第１ネジ位置および前記第２ネジ位置に配置された複数の前記ネジ部にネジを締結することで前記可動アームに固定されることを特徴とする。

また、本発明の撮像装置は、光学レンズを有するレンズユニットと、前記レンズユニットにより結像された被写体像を光電変換して画像信号を出力する撮像素子と、前記撮像素子が実装された撮像素子基板と、を備え、可動アームに固定して使用される撮像装置であって、前記レンズユニットの光軸と平行な平面として形成され、前記可動アームに固定される際に前記可動アームに設けられた固定部材と当接する取付基準面を有し、前記取付基準面における前記光軸を中心に線対称となる第１ネジ位置に少なくとも２つのネジ部が配置され、前記第１ネジ位置に対して前記光軸の方向に離間した前記光軸上の第２ネジ位置に少なくとも１つのネジ部が配置され、前記光軸方向において、前記取付基準面における前記第１ネジ位置から前記第２ネジ位置までの範囲内に前記レンズユニットにおける前記光学レンズの最も被写体側の先端から前記撮像素子基板の後端までの範囲が含まれるように、前記取付基準面における前記第１ネジ位置および前記第２ネジ位置が配置され、前記取付基準面を前記固定部材に当接させた状態で前記取付基準面の前記第１ネジ位置および前記第２ネジ位置に配置された複数の前記ネジ部にネジを締結することで前記可動アームに固定されることを特徴とする。

また、本発明の撮像装置は、光学レンズを有するレンズユニットと、前記レンズユニットにより結像された被写体像を光電変換して画像信号を出力する撮像素子と、前記撮像素子が実装された撮像素子基板と、を備え、可動アームに設けられた固定部材に固定して使用される撮像装置であって、前記レンズユニットの光軸と平行な平面として形成され、前記可動アームに固定される際に前記可動アームに設けられた固定部材と当接する取付基準面を有し、前記取付基準面における前記光軸を中心に線対称となる第１ネジ位置に少なくとも２つのネジ部が配置され、前記第１ネジ位置に対して前記光軸の方向に離間した前記光軸上の第２ネジ位置に少なくとも１つのネジ部が配置され、前記光軸方向において、前記レンズユニットにおける前記光学レンズの最も被写体側の先端から前記撮像素子基板の後端までの長さが前記第１ネジ位置から前記第２ネジ位置までの長さより短く、前記光学レンズの最も被写体側の先端が前記第１ネジ位置から前記第２ネジ位置までの範囲よりも被写体側に突出しており、前記撮像素子基板の後端が前記第１ネジ位置から前記第２ネジ位置までの前記光軸の方向の範囲に含まれ、前記取付基準面を前記固定部材に当接させた状態で前記取付基準面の前記第１ネジ位置および前記第２ネジ位置に配置された複数の前記ネジ部にネジを締結することで前記可動アームに固定されることを特徴とする。

また、本発明の撮像装置は、光学レンズを有するレンズユニットと、前記レンズユニットにより結像された被写体像を光電変換して画像信号を出力する撮像素子と、前記撮像素子が実装された撮像素子基板と、を備え、可動アームに設けられた固定部材に固定して使用される撮像装置であって、前記レンズユニットの光軸と平行な平面として形成され、前記可動アームに固定される際に前記可動アームに設けられた固定部材と当接する取付基準面を有し、前記取付基準面における前記光軸を中心に線対称となる第１ネジ位置に少なくとも２つのネジ部が配置され、前記第１ネジ位置に対して前記光軸の方向に離間した前記光軸上の第２ネジ位置に少なくとも１つのネジ部が配置され、前記光軸方向において、前記レンズユニットにおける前記光学レンズの最も被写体側の先端が前記第１ネジ位置から前記第２ネジ位置までの範囲に含まれ、前記撮像素子基板の後端が前記第１ネジ位置から前記第２ネジ位置までの範囲よりも背面側に突出し、前記取付基準面を前記固定部材に当接させた状態で前記取付基準面の前記第１ネジ位置および前記第２ネジ位置に配置された複数の前記ネジ部にネジを締結することで前記可動アームに固定されることを特徴とする。

本発明によれば、可動部に固定して使用される撮像装置において、可動部の機械的動作に対する光学精度の確保が容易であるとともに、長期間の稼働に伴う機械的な不具合の発生を抑制することが可能となる。

本発明の撮像装置の第１の実施形態である産業用デジタルカメラの斜視図である。撮像系ユニットの分解斜視図である。信号処理ユニットの分解斜視図である。（ａ）は産業用デジタルカメラを下面側から見た斜視図、（ｂ）は産業用デジタルカメラを下面側から見た図である。産業用デジタルカメラを正面側から見て右側の側面の光軸に沿う断面図である。レンズホルダを正面側から見た斜視図である。レンズユニットを正面側から見た斜視図である。レンズユニットとレンズホルダを組み合わせた構造体を示す分解斜視図である。フロントカバーを背面側から見た斜視図である。撮像系ユニットの正面側から見て右側の側面の光軸に沿う断面図である。撮像系ユニットの正面側から見て右側の側面図である。撮像系ユニットの正面側から見て左側の側面図である。産業用デジタルカメラをロボットアームに取り付けた状態を示す斜視図である。カメラ固定部材の分解斜視図である。カメラ固定部材に産業用デジタルカメラが固定されたロボットアームがステージに載置されたアイテムを把持する状態を示す拡大側面図である。本発明の撮像装置の第２の実施形態である産業用デジタルカメラを下面側から見た斜視図である。産業用デジタルカメラを下面側から見た図である。産業用デジタルカメラの正面側から見て右側の側面の光軸に沿う断面図である。本発明の撮像装置の第３の実施形態である産業用デジタルカメラを下面側から見た斜視図である。産業用デジタルカメラを下面側から見た図である。産業用デジタルカメラの正面側から見て右側の側面の光軸に沿う断面図である。本発明の撮像装置の第４の実施形態である産業用デジタルカメラを下面側から見た斜視図である。産業用デジタルカメラを下面側から見た図である。産業用デジタルカメラの正面側から見て右側の側面の光軸に沿う断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１（ａ）は本発明の撮像装置の第１の実施形態である産業用デジタルカメラ（以下、カメラという。）を正面側（被写体側）から見た斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）に示すカメラを背面側から見た斜視図である。

図１に示すように、本実施形態のカメラ１０００は、正面側にレンズユニット１０４０を有する撮像系ユニット１０１０が設けられ、背面側に信号処理ユニット１０２０が撮像系ユニット１０１０と直列的に設けられている。撮像系ユニット１０１０の下面には、取付基準面１０３３が設けられ、信号処理ユニット１０２０の背面には、相手機器と接続するための外部コネクタ部１０７４が設けられている。

図２（ａ）は撮像系ユニット１０１０を正面側から見た分解斜視図、図２（ｂ）は撮像系ユニット１０１０を背面側から見た分解斜視図である。

図２に示すように、撮像系ユニット１０１０は、フロントカバー１０３０、レンズユニット１０４０、撮像素子基板１０５０、及びレンズホルダ１０６０を備える。フロントカバー１０３０は、レンズユニット１０４０の正面と側面を覆う形状を有し、正面側の先端部１０３１には、外光入射口（開口部）１０３２が形成されている。

フロントカバー１０３０の下面には、取付基準面１０３３が形成されており、取付基準面１０３３には、取付ネジ部１０３４が配置されている。レンズホルダ１０６０は、レンズユニット１０４０をフロントカバー１０３０の内部に位置決めして固定するための板金部品である。フロントカバー１０３０は、本発明の外装カバーの一例に相当し、レンズホルダ１０６０は、本発明の保持部材の一例に相当する。

レンズユニット１０４０は、正面側に光学レンズ１０４１を有し、フロントカバー１０３０によって周囲が覆われてフロントカバー１０３０の外光入射口１０３２から光学レンズ１０４１が露出するように固定される。外光入射口１０３２から入射した外光は、レンズユニット１０４０内の光学レンズ１０４１を含む光学レンズ群（図２では不図示）によって焦点位置に結像される。レンズユニット１０４０、レンズホルダ１０６０、及びフロントカバー１０３０の結合については、詳細を後述する。

レンズユニット１０４０の側面には、レンズ駆動部１０４２が設けられ、レンズ駆動部１０４２には、レンズＦＰＣ１０４３が接続されている。レンズＦＰＣ１０４３には、コネクタ挿入部１０４４が設けられ、コネクタ挿入部１０４４は、後述するメイン基板１０７０に実装されたＦＰＣコネクタ１０７１（図３参照）に圧入固定される。これにより、レンズ駆動部１０４２がメイン基板１０７０と電気的に接続される。

レンズユニット１０４０の背面側には、撮像素子基板１０５０が固定されている。撮像素子基板１０５０には、撮像素子１０５１が実装されている。撮像素子１０５１は、レンズユニット１０４０の光学レンズ１０４１を含む光学レンズ群を通過して結像された被写体像を光電変換し、画像信号として信号処理回路１０７３（図３参照）に出力する。

撮像素子基板１０５０の側端部からはＦＰＣ部１０５２が延出しており、ＦＰＣ部１０５２の先端には、コネクタプラグ１０５３が実装されている。コネクタプラグ１０５３は、後述するメイン基板１０７０に実装されたコネクタレセプタクル１０７２（図３参照）に嵌合固定され、撮像素子１０５１からの画像信号をメイン基板１０７０に伝送する。

図３は、信号処理ユニット１０２０の分解斜視図である。図３に示すように、信号処理ユニット１０２０は、メイン基板１０７０、メイン基板ホルダ１０８０、天面カバー１０９０、及び底面カバー１１００を備える。メイン基板１０７０は、メイン基板ホルダ１０８０を介して天面カバー１０９０及び底面カバー１１００に固定される。

メイン基板１０７０の正面側には、ＦＰＣコネクタ１０７１が実装されており、ＦＰＣコネクタ１０７１には、レンズＦＰＣ１０４３に設けられたコネクタ挿入部１０４４が挿入される。メイン基板１０７０には、レンズユニット１０４０のレンズ駆動部１０４２の動作を制御する制御回路（不図示）が実装されている。メイン基板１０７０は、レンズＦＰＣ１０４３を介して制御信号をレンズ駆動部１０４２に伝送することで、レンズユニット１０４０の光学レンズ群を動作させる。

メイン基板１０７０の正面側には、コネクタレセプタクル１０７２が実装されており、コネクタレセプタクル１０７２には、撮像素子基板１０５０から延出されたＦＰＣ部１０５２のコネクタプラグ１０５３が嵌合される。撮像素子１０５１から出力された画像信号は、コネクタレセプタクル１０７２を通じてメイン基板１０７０に伝送され、メイン基板１０７０に実装された信号処理回路１０７３によって所定の画像処理が施される。

メイン基板１０７０の背面側には、外部コネクタ部１０７４が実装されている。外部コネクタ部１０７４には、所定の通信ケーブル（不図示）が接続されている。外部コネクタ部１０７４は、通信ケーブルを介して信号処理回路１０７３によって処理が施された画像信号を外部機器に送出するとともに、外部から電源の供給を受けることができる。

次に、図４を参照して、フロントカバー１０３０の下面に形成された取付基準面１０３３について説明する。図４（ａ）はカメラ１０００を下面側から見た斜視図、図４（ｂ）はカメラ１０００を下面側から見た図である。

図４（ａ）に示すように、取付基準面１０３３は、フロントカバー１０３０の下面側に光軸１０４５と平行な平面として形成されており、取付基準面１０３３には、取付ネジ部１０３４が配置されている。カメラ１０００をマシンビジョンシステムのロボットアーム（可動部）に設置する際には、取付基準面１０３３をロボットアームの相手部材に当接させた状態で取付ネジ部１０３４の後述するネジ穴１０３４ａ〜１０３４ｃに所定のネジを螺合して締結する。

図４（ｂ）に示すように、取付基準面１０３３に設けられた取付ネジ部１０３４には、ネジ穴１０３４ａ、ネジ穴１０３４ｂ及びネジ穴１０３４ｃが形成されている。ネジ穴１０３４ａとネジ穴１０３４ｂは、下面方向の投影で見たとき、光軸１０４５を中心に線対称となるように配置されている。また、ネジ穴１０３４ｃは、ネジ穴１０３４ａ及びネジ穴１０３４ｂに対して背面側に離間して配置され、下面方向の投影で見たとき、光軸１０４５上に位置するように配置されている。

ネジ穴１０３４ａとネジ穴１０３４ｂの中心を結んだ直線の光軸１０４５の方向の位置を第１ネジ位置１０３４ｄとし、ネジ穴１０３４ｃの中心が配置されている光軸１０４５の方向の位置を第２ネジ位置１０３４ｅとする。

次に、図５を参照して、取付ネジ部１０３４の光軸１０４５の方向の配置について説明する。図５は、カメラ１０００を正面側から見て右側の側面の光軸１０４５に沿う断面図である。

図５において、レンズユニット１０４０の光学レンズ１０４１の最も被写体側の先端から撮像素子基板１０５０の後端までの光軸１０４５の方向の領域をＬ１とする。また、取付ネジ部１０３４の第１ネジ位置１０３４ｄから第２ネジ位置１０３４ｅまでの光軸１０４５の方向の領域をＬ２とする。Ｌ１とＬ２を比較すると、Ｌ２の長さがＬ１の長さより短く、Ｌ２がＬ１の範囲内に収まるよう配置されている。

レンズユニット１０４０は、複数の光学レンズを有し、カメラ１０００の構成において最も重量があるため、カメラ１０００の重心は、レンズユニット１０４０の近傍となる。前述したＬ１とＬ２の関係とすることで、取付ネジ部１０３４がレンズユニット１０４０の下面側に配置されることになり、取付ネジ部１０３４とカメラ１０００の重心が近接する。これにより、ロボットアームの動作によって取付ネジ部１０３４に掛かるモーメントを低く抑えることができ、カメラ１０００の取り付けの緩みや光軸のズレといった不具合の発生を抑制することができる。

また、取付ネジ部１０３４とレンズユニット１０４０を前述したＬ１とＬ２の関係とすることで、取付ネジ部１０３４が正面側先端部１０３１に近い配置になる。カメラ１０００をロボットアームに取り付けた際のカメラ１０００の正面側先端部１０３１の突出量を抑えることができる。

次に、図６乃至図８を参照して、レンズユニット１０４０とレンズホルダ１０６０の結合について詳細に説明する。図６は、レンズホルダ１０６０を正面側から見た斜視図である。

図６に示すように、レンズホルダ１０６０は、ベース面１０６１、ベース面１０６１からＬ字状に折り曲げられた底面曲げ部１０６２、右側面曲げ部１０６３、及び左側面曲げ部１０６４を有する。ベース面１０６１は、光軸１０４５に対して垂直の面をなし、底面曲げ部１０６２、右側面曲げ部１０６３及び左側面曲げ部１０６４は、光軸１０４５に対して平行な面をなしている。

ベース面１０６１には、レンズユニット１０４０を固定するための３つのベース面タップ部１０６５、及び２つの位置決め穴部１０６９が設けられている。底面曲げ部１０６２には底面タップ部１０６６が設けられ、右側面曲げ部１０６３には右穴部１０６７が設けられ、左側面曲げ部１０６４には左穴部１０６８が配置されている。底面タップ部１０６６、右穴部１０６７、及び左穴部１０６８は、レンズホルダ１０６０をフロントカバー１０３０に固定するために用いる。

図７は、レンズユニット１０４０を正面側から見た斜視図である。図７に示すように、レンズユニット１０４０の光軸１０４５の方向の略中央部には、レンズホルダ１０６０を固定するための３つの穴部１０４６及び２つの位置決め凸部１０４７が設けられている。３つの穴部１０４６及び２つの位置決め凸部１０４７は、光軸１０４５の方向において、レンズユニット１０４０と撮像素子基板１０５０とを組み合わせた構造体の重心の近傍となるよう配置されている。

図８は、レンズユニット１０４０とレンズホルダ１０６０を組み合わせた構造体を示す分解斜視図である。図８に示すように、レンズユニット１０４０の位置決め凸部１０４７は、レンズホルダ１０６０の位置決め穴部１０６９に挿入される。レンズ固定ビス１４０４は、レンズユニット１０４０の穴部１０４６を通してレンズホルダ１０６０のベース面タップ部１０６５に締結され、これにより、レンズユニット１０４０とレンズホルダ１０６０が固定される。

このように、レンズユニット１０４０は、自身の重心の近傍でレンズホルダ１０６０へ位置決め固定されている。このため、ロボットアームの動作によってレンズユニット１０４０の固定部分に掛かるモーメントを低く抑えることができ、レンズユニット１０４０の固定の緩みや光軸のズレといった不具合の発生を抑えることができる。

次に、図９乃至図１２を参照して、レンズユニット１０４０と一体化されたレンズホルダ１０６０をフロントカバー１０３０へ固定する構成について説明する。図９は、フロントカバー１０３０を背面側から見た斜視図である。

図９に示すように、フロントカバー１０３０は、レンズホルダ１０６０の底面タップ部１０６６と締結するための底面穴部１０３５、右穴部１０６７と締結するための右タップ部１０３６、及び左穴部１０６８と締結するための左タップ部１０３７を有する。また、フロントカバー１０３０は、レンズホルダ１０６０の位置決めのための突き当てリブ１０３８を有する。

突き当てリブ１０３８は、レンズユニット１０４０の左右水平方向に２か所設置されている。突き当てリブ１０３８の先端には、光軸１０４５に対して垂直な面が形成されており、当該垂直な面がレンズホルダ１０６０のベース面１０６１と当接することで、レンズホルダ１０６０の光軸１０４５の方向の位置を決定される。

図１０は、撮像系ユニット１０１０を正面側から見て右側の側面の光軸１０４５に沿う断面図である。図１０に示すように、レンズユニット１０４０と一体化されたレンズホルダ１０６０は、フロントカバー１０３０に収納されて固定される。底面ネジ１４０１は、カメラ１０００の左右中央に位置しており、下面側への投影で見たとき、光軸１０４５と一致するよう配置されている。

底面ネジ１４０１の光軸方向の位置は、フロントカバー１０３０の取付基準面１０３３の第１ネジ位置１０３４ｄから第２ネジ位置１０３４ｅの範囲内となっている。底面ネジ１４０１は、フロントカバー１０３０の底面穴部１０３５を通り、レンズホルダ１０６０の底面タップ部１０６６に締結固定される。

図１１は、撮像系ユニット１０１０の正面側から見て右側の側面図である。図１１に示すように、右側面ネジ１４０２は、レンズホルダ１０６０の右穴部１０６７を通り、フロントカバー１０３０の右タップ部１０３６に締結固定される。また、右側面ネジ１４０２が締結されている光軸１０４５の方向の位置は、第１ネジ位置１０３４ｄから第２ネジ位置１０３４ｅの範囲内となっている。

図１２は、撮像系ユニット１０１０の正面側から見て左側の側面図である。図１２に示すように、左側面ネジ１４０３は、レンズホルダ１０６０の左穴部１０６８を通り、フロントカバー１０３０の左タップ部１０３７に締結固定される。また、左側面ネジ１４０３が締結されている光軸１０４５の方向の位置は、第１ネジ位置１０３４ｄから第２ネジ位置１０３４ｅの範囲内となっている。

このように、レンズホルダ１０６０とフロントカバー１０３０は、光軸１０４５の方向で取付基準面１０３３の範囲内でビスにより締結されている。これにより、レンズユニット１０４０の固定部分と取付基準面１０３３の位置が近くなり、カメラ１０００とロボットアーム間の光学精度を高く保つことができる。

次に、図１３及び図１４を参照して、カメラ１０００をロボットアームに取り付けた場合の構成について説明する。図１３は、カメラ１０００をロボットアーム１２００に取り付けた状態を示す斜視図である。

図１３に示すように、ロボットアーム１２００は、例えば、所定の作業領域に載置された物体を把持し、作業領域内の別の位置に移送する作業を行う形態としている。ロボットアーム１２００は、ハンド部１２１０、アーム部１２２０、及びベース部１２３０を備えており、それぞれ回転可能に結合されている。

ベース部１２３０は、ステージ１２４０に固定される。ステージ１２４０には、所定の位置にアイテム１２５０が載置されている。ロボットアーム１２００は、ハンド部１２１０及びアーム部１２２０を動作させ、ステージ１２４０に載置されたアイテム１２５０を把持し、別の位置へ移動させる。

ハンド部１２１０には、フィンガ設置面１２１１が設けられており、フィンガ設置面１２１１には、フィンガ１２１２がスライド動作可能に設置されている。フィンガ１２１２は、２基設置されており、互いに接近／離間移動することで、アイテム１２５０を掴んだり離したりすることができる。

ハンド部１２１０には、カメラ固定部材１２６０が設けられており、カメラ固定部材１２６０には、カメラ１０００が固定されている。前述したように、カメラ１０００の取付基準面１０３３は、カメラ１０００の正面側に寄った位置に配置されている。これにより、カメラ１０００は、ハンド部１２１０から突出しないように設置することができ、正面側先端部１０３１とフィンガ設置面１２１１が光軸１０４５の方向で同一面となるように固定されている。

ロボットアーム１２００の動作制御は、カメラ１０００から出力される画像データに基づいて決定される。ロボットアーム１２００の作業品質を確保するためには、ロボットアーム１２００の作業領域に対して、カメラ１０００の光学位置を高い精度で固定する必要がある。カメラ１０００の撮像系とロボットアーム１２００の工具部分は、できるだけ構造的に近い関係であることが望ましい。このため、本実施形態では、作業工具であるフィンガ１２１２が設置されているハンド部１２１０に対し、カメラ１０００を固定する構成としている。

図１４は、カメラ固定部材１２６０の分解斜視図である。図１４に示すように、カメラ固定部材１２６０には、カメラ１０００の取付ネジ部１０３４のネジ穴１０３４ａ〜１０３４ｃに対応した位置に丸穴部１２６１が開口されている。カメラ１０００は、カメラ固定ネジ１２７０によってカメラ固定部材１２６０に締結される。

次に、図１５を参照して、ロボットアーム１２００の動作状態におけるカメラ１０００の位置関係について説明する。図１５は、カメラ固定部材１２６０にカメラ１０００が固定されたロボットアーム１２００がステージ１２４０に載置されたアイテム１２５０を把持する状態を示す拡大側面図である。

図１５に示すように、アイテム１２５０は、２つのフィンガ１２１２が互いに内向きにスライド移動することで挟まれ、把持される。カメラ１０００は、ロボットアーム１２００の動作に伴い、ステージ１２４０及びアイテム１２５０に接近するが、正面側先端部１０３１とフィンガ設置面１２１１が一致した状態で固定されている。このため、ステージ１２４０やアイテム１２５０との衝突を回避することができる。

このように、カメラ１０００の正面側先端部１０３１と取付基準面１０３３が近い位置となるよう配置されている。このため、ロボットアーム１２００のカメラ固定部材１２６０からの正面側先端部１０３１の突出量を小さくすることができ、光学精度上、最も有利な位置にカメラ１０００を設置することができる。

以上説明したように、本実施形態では、ロボットアーム１２００に固定して使用されるマシンビジョンシステム用産業用カメラにおいて、ロボットアーム１２００の機械的動作に対する光学精度の確保が容易である。また、ロボットアーム１２００の長期間の稼働に起因する機械的な不具合を抑制することが可能となる。

なお、本実施形態では、レンズユニット１０４０は、レンズホルダ１０６０を介してフロントカバー１０３０に固定されている。しかし、レンズユニット１０４０と異なる光学仕様や外形を有するレンズユニットを用いたカメラの場合にも、レンズホルダ１０６０と形状の異なるレンズホルダを用いることで、フロントカバー１０３０を変更することなく使用することが可能となる。初期投資の大きい外装筺体を流用可能な構成とすることで、様々な市場要求に対応した製品を生産することができる。

（第２の実施形態）
次に、図１６乃至図１８を参照して、本発明の撮像装置の第２の実施形態であるカメラを説明する。なお、本実施形態では、上記第１の実施形態に対してレンズユニットの光学全長が短く、カメラの下面に設置される取付ネジ部との位置関係が相違するので、主に相違する部分について説明する。

図１６は、カメラ２０００を下面側から見た斜視図である。図１６に示すように、カメラ２０００は、正面側にレンズユニット２０４０を有しており、下面には取付基準面２０３３が設けられている。取付基準面２０３３は、フロントカバー２０３０の下面側に光軸２０４５と平行な平面として形成されており、取付基準面２０３３には、取付ネジ部２０３４が配置されている。取付ネジ部２０３４は、ネジ穴２０３４ａ、ネジ穴２０３４ｂ、及びネジ穴２０３４ｃを有する。

次に、図１７を参照して、取付基準面２０３３及び取付ネジ部２０３４について説明する。図１７は、カメラ２０００を下面側から見た図である。図１７に示すように、ネジ穴２０３４ａとネジ穴２０３４ｂは、下面方向の投影で見たとき、光軸２０４５を中心に線対称となるように配置されている。また、ネジ穴２０３４ｃは、下面方向の投影で見たとき、光軸２０４５上に位置するように配置されている。

ネジ穴２０３４ａとネジ穴２０３４ｂの中心を結んだ直線の光軸２０４５の方向の位置を第１ネジ位置２０３４ｄとし、ネジ穴２０３４ｃ中心が配置されている光軸２０４５の方向の位置を第２ネジ位置２０３４ｅとする。

次に、図１８を参照して、取付ネジ部２０３４の光軸２０４５の方向の配置について説明する。図１８は、カメラ２０００の正面側から見て右側の側面の光軸２０４５に沿う断面図である。

図１８において、レンズユニット２０４０の光学レンズ２０４１の最も被写体側の先端から撮像素子基板２０５０の後端までの光軸２０４５の方向の領域をＬ１とする。また、取付ネジ部２０３４の第１ネジ位置２０３４ｄから第２ネジ位置２０３４ｅまでの光軸２０４５の方向の領域をＬ２とする。Ｌ１とＬ２を比較すると、Ｌ１の長さがＬ２の長さより短く、Ｌ１がＬ２の範囲内に収まるように配置されている。

取付ネジ部２０３４の配置を前述したＬ１，Ｌ２の関係とすることで、カメラ２０００の重心近傍に取付ネジ部２０３４が配置されることとなる。これにより、ロボットアームの動作によって取付ネジ部２０３４に掛かるモーメントを低く抑えることができる。

また、取付ネジ部２０３４がフロントカバー２０３０の正面側先端部２０３１に近い位置に配置されるので、カメラ２０００をロボットアームに取り付けた際のフロントカバー２０３０の正面側先端部２０３１の突出量を抑えることができる。その他の構成、及び作用効果は、上記第１の実施形態と同様である。

（第３の実施形態）
次に、図１９乃至図２１を参照して、本発明の撮像装置の第３の実施形態であるカメラを説明する。なお、本実施形態では、上記第２の実施形態と同様に、上記第１の実施形態より光学全長が短いレンズユニットを有しているが、レンズユニット及び撮像素子基板の設置範囲と取付ネジ部の設置範囲との位置関係が上記第２の実施形態と相違する。このため、主に相違する部分について説明する。

図１９は、カメラ３０００を下面側から見た斜視図である。図１９に示すように、カメラ３０００は、正面側にレンズユニット３０４０を有しており、下面には取付基準面３０３３が設けられている。取付基準面３０３３は、フロントカバー３０３０の下面側に光軸３０４５と平行な平面として形成されており、取付基準面３０３３には取付ネジ部３０３４が配置されている。取付ネジ部３０３４は、ネジ穴３０３４ａ、ネジ穴３０３４ｂ、及びネジ穴３０３４ｃを有する。

次に、図２０を参照して、取付基準面３０３３及び取付ネジ部３０３４について説明する。図２０は、カメラ３０００を下面側から見た図である。図２０に示すように、ネジ穴３０３４ａとネジ穴３０３４ｂは、下面方向の投影で見たとき、光軸３０４５を中心に線対称となるように配置されている。

また、ネジ穴３０３４ｃは、下面方向の投影で見たとき、光軸３０４５上（光軸上）に位置するように配置されている。ネジ穴３０３４ａとネジ穴３０３４ｂの中心を結んだ直線の光軸３０４５の方向の位置を第１ネジ位置３０３４ｄとし、ネジ穴３０３４ｃの中心が配置されている光軸３０４５の方向の位置を第２ネジ位置３０３４ｅとする。

次に、図２１を参照して、取付ネジ部３０３４の光軸３０４５の方向の配置について説明する。図２１は、カメラ３０００の正面側から見て右側の側面の光軸４０４５に沿う断面図である。

図２１において、レンズユニット３０４０の光学レンズ３０４１の最も被写体側の先端から撮像素子基板３０５０の後端までの光軸３０４５の方向の領域をＬ１とする。また、取付ネジ部３０３４の第１ネジ位置３０３４ｄから第２ネジ位置３０３４ｅまでの光軸３０４５の方向の領域をＬ２とする。Ｌ１とＬ２を比較すると、Ｌ１の長さがＬ２の長さより短くなっている。また、レンズユニット３０４０の光学レンズ３０４１は、Ｌ２の範囲よりも正面側に突出しており、撮像素子基板３０５０はＬ２の範囲内に収まるよう配置されている。

取付ネジ部３０３４の配置をこのような位置関係とすることで、カメラ３０００の重心近傍に取付ネジ部３０３４が配置される。これにより、ロボットアームの動作によって取付ネジ部３０３４に掛かるモーメントを低く抑えることができる。

また、取付ネジ部３０３４がフロントカバー３０３０の正面側先端部３０３１に位置に配置されるので、カメラ３０００をロボットアームに取り付けた際の正面側先端部３０３１の突出量を抑えることができる。その他の構成、及び作用効果は、上記第１の実施形態と同様である。

（第４の実施形態）
次に、図２２乃至図２４を参照して、本発明の撮像装置の第４の実施形態であるカメラを説明する。なお、本実施形態では、上記第２及び第３の実施形態と同様に、上記第１の実施形態より光学全長が短いレンズユニットを有しているが、レンズユニット及び撮像素子基板の設置範囲と取付ネジ部の設置範囲との位置関係が上記第２及び第３の実施形態と相違する。このため、主に相違する部分について説明する。

図２２は、カメラ４０００の下面側から見た斜視図である。図２２に示すように、カメラ４０００は、正面側にレンズユニット４０４０を有しており、下面には取付基準面４０３３が設けられている。取付基準面４０３３は、フロントカバー４０３０の下面側に光軸３０４５と平行な平面として形成されており、取付基準面４０３３には、取付ネジ部４０３４が配置されている。取付ネジ部４０３４は、ネジ穴４０３４ａ、ネジ穴４０３４ｂ、及びネジ穴４０３４ｃを有する。

次に、図２３を参照して、取付基準面４０３３及び取付ネジ部４０３４について説明する。図２３は、カメラ４０００を下面側から見た図である。図２３に示すように、ネジ穴４０３４ａとネジ穴４０３４ｂは、下面方向の投影で見たとき、光軸４０４５を中心に線対称となるように配置されている。また、ネジ穴４０３４ｃは、下面方向の投影で見たとき、光軸４０４５上に位置するように配置されている。

ネジ穴４０３４ａとネジ穴４０３４ｂの中心を結んだ直線の光軸４０４５の方向の位置を第１ネジ位置４０３４ｄとし、ネジ穴４０３４ｃの中心が配置されている光軸４０４５の方向の位置を第２ネジ位置４０３４ｅとする。

次に、図２４を参照して、取付ネジ部４０３４の光軸４０４５の方向の配置について説明する。図２４は、カメラ４０００の正面側から見て右側の側面の光軸４０４５に沿う断面図である。

図２４において、取付ネジ部４０３４の第１ネジ位置４０３４ｄから第２ネジ位置４０３４ｅまでの光軸４０４５の方向の領域をＬとする。ここで、レンズユニット４０４０の光学レンズ４０４１を含む光学レンズ群は、Ｌの範囲に収まるように配置されている。すなわち、光学レンズ４０４１の最も被写体側の先端がＬの範囲に収まるように配置されている。また、撮像素子基板４０５０の少なくとも後端が、Ｌの範囲よりも背面側に突出するよう配置されている。

取付ネジ部４０３４の配置をこのような位置関係とすることで、カメラ４０００の重心近傍に取付ネジ部４０３４が配置されることとなる。これにより、ロボットアームの動作によって取付ネジ部４０３４に掛かるモーメントを低く抑えることができる。

また、取付ネジ部４０３４がフロントカバー４０３０の正面側先端部４０３１に近い配置になり、カメラ４０００をロボットアームに取り付けた際の、正面側先端部４０３１の突出量を抑えることができる。その他の構成、及び作用効果は、上記第１の実施形態と同様である。

なお、本発明の構成は、上記各実施形態に例示したものに限定されるものではなく、材質、形状、寸法、形態、数、配置箇所等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

例えば、上記各実施形態では、撮像系ユニットが内蔵されたカメラを例示したが、レンズ交換式として、レンズマウントの前方に取付基準面を配置しても良い。

１０００カメラ
１０３３取付基準面
１０３４取付ネジ部
１０３４ｄ第１ネジ位置
１０３４ｅ第２ネジ位置
１０４０レンズユニット
１０４１光学レンズ
１０５０撮像素子基板
１０５１撮像素子
１２００ロボットアーム

Claims

光学レンズを有するレンズユニットと、前記レンズユニットにより結像された被写体像を光電変換して画像信号を出力する撮像素子と、前記撮像素子が実装された撮像素子基板と、を備え、可動アームに固定して使用される撮像装置であって、
前記レンズユニットの光軸と平行な平面として形成され、前記可動アームに固定される際に前記可動アームに設けられた固定部材と当接する取付基準面を有し、
前記取付基準面における前記光軸を中心に線対称となる第１ネジ位置に少なくとも２つのネジ部が配置され、前記第１ネジ位置に対して前記光軸の方向に離間した前記光軸上の第２ネジ位置に少なくとも１つのネジ部が配置され、
前記取付基準面における前記第１ネジ位置および前記第２ネジ位置は、前記光軸方向において、前記レンズユニットにおける前記光学レンズの最も被写体側の先端から前記撮像素子基板の後端までの範囲内に配置され、
前記取付基準面を前記固定部材に当接させた状態で前記取付基準面の前記第１ネジ位置および前記第２ネジ位置に配置された複数の前記ネジ部にネジを締結することで前記可動アームに固定されることを特徴とする撮像装置。
光学レンズを有するレンズユニットと、前記レンズユニットにより結像された被写体像を光電変換して画像信号を出力する撮像素子と、前記撮像素子が実装された撮像素子基板と、を備え、可動アームに固定して使用される撮像装置であって、
前記レンズユニットの光軸と平行な平面として形成され、前記可動アームに固定される際に前記可動アームに設けられた固定部材と当接する取付基準面を有し、
前記取付基準面における前記光軸を中心に線対称となる第１ネジ位置に少なくとも２つのネジ部が配置され、前記第１ネジ位置に対して前記光軸の方向に離間した前記光軸上の第２ネジ位置に少なくとも１つのネジ部が配置され、
前記光軸方向において、前記取付基準面における前記第１ネジ位置から前記第２ネジ位置までの範囲内に前記レンズユニットにおける前記光学レンズの最も被写体側の先端から前記撮像素子基板の後端までの範囲が含まれるように、前記取付基準面における前記第１ネジ位置および前記第２ネジ位置が配置され、
前記取付基準面を前記固定部材に当接させた状態で前記取付基準面の前記第１ネジ位置および前記第２ネジ位置に配置された複数の前記ネジ部にネジを締結することで前記可動アームに固定されることを特徴とする撮像装置。
光学レンズを有するレンズユニットと、前記レンズユニットにより結像された被写体像を光電変換して画像信号を出力する撮像素子と、前記撮像素子が実装された撮像素子基板と、を備え、可動アームに設けられた固定部材に固定して使用される撮像装置であって、
前記レンズユニットの光軸と平行な平面として形成され、前記可動アームに固定される際に前記可動アームに設けられた固定部材と当接する取付基準面を有し、
前記取付基準面における前記光軸を中心に線対称となる第１ネジ位置に少なくとも２つのネジ部が配置され、前記第１ネジ位置に対して前記光軸の方向に離間した前記光軸上の第２ネジ位置に少なくとも１つのネジ部が配置され、
前記光軸方向において、前記レンズユニットにおける前記光学レンズの最も被写体側の先端から前記撮像素子基板の後端までの長さが前記第１ネジ位置から前記第２ネジ位置までの長さより短く、前記光学レンズの最も被写体側の先端が前記第１ネジ位置から前記第２ネジ位置までの範囲よりも被写体側に突出しており、前記撮像素子基板の後端が前記第１ネジ位置から前記第２ネジ位置までの前記光軸の方向の範囲に含まれ、
前記取付基準面を前記固定部材に当接させた状態で前記取付基準面の前記第１ネジ位置および前記第２ネジ位置に配置された複数の前記ネジ部にネジを締結することで前記可動アームに固定されることを特徴とする撮像装置。
光学レンズを有するレンズユニットと、前記レンズユニットにより結像された被写体像を光電変換して画像信号を出力する撮像素子と、前記撮像素子が実装された撮像素子基板と、を備え、可動アームに設けられた固定部材に固定して使用される撮像装置であって、
前記レンズユニットの光軸と平行な平面として形成され、前記可動アームに固定される際に前記可動アームに設けられた固定部材と当接する取付基準面を有し、
前記取付基準面における前記光軸を中心に線対称となる第１ネジ位置に少なくとも２つのネジ部が配置され、前記第１ネジ位置に対して前記光軸の方向に離間した前記光軸上の第２ネジ位置に少なくとも１つのネジ部が配置され、
前記光軸方向において、前記レンズユニットにおける前記光学レンズの最も被写体側の先端が前記第１ネジ位置から前記第２ネジ位置までの範囲に含まれ、前記撮像素子基板の後端が前記第１ネジ位置から前記第２ネジ位置までの範囲よりも背面側に突出し、
前記取付基準面を前記固定部材に当接させた状態で前記取付基準面の前記第１ネジ位置および前記第２ネジ位置に配置された複数の前記ネジ部にネジを締結することで前記可動アームに固定されることを特徴とする撮像装置。
前記取付基準面は、前記レンズユニットが固定される外装カバーに形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の撮像装置。
前記外装カバーは、前記レンズユニットの周囲を覆い、前記レンズユニットの前記光学レンズを露出させる開口部を有することを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
前記レンズユニットは、保持部材を介して前記外装カバーに取り付けられ、
前記保持部材は、前記レンズユニットにそれぞれ締結されるベース面および前記ベース面からＬ字状に折り曲げられて形成された複数の曲げ部を有し、
前記ベース面は、光軸に対して垂直の面をなし、前記複数の曲げ部は、前記光軸に対して平行な面をなしており、
前記複数の曲げ部は、前記外装カバーに対して、前記第１ネジ位置から前記第２ネジ位置までの範囲において前記光軸と垂直な方向に締結されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の撮像装置。
前記保持部材の前記ベース面は、前記レンズユニットに対して前記の光軸と平行な方向に位置決めされた状態で締結され、前記位置決めされた状態で締結された位置は、前記レンズユニットの前記光軸の方向の略中央部であることを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
前記保持部材の前記複数の曲げ部のうち少なくとも一つは、前記取付基準面の側に配置され、前記取付基準面の側に配置された前記曲げ部が前記外装カバーに対して締結された位置は、前記取付基準面の側から見た投影で光軸上に配置されていることを特徴とする請求項７又は８に記載の撮像装置。
前記複数のネジ部は、ネジ穴であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の撮像装置。