JP7281148B2 - 光軸調整ユニット、光学機器、光軸調整システム、及び光軸調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、カメラモジュールの光軸を調整するための光軸調整ユニット、光学機器、光軸調整システム、及び光軸調整方法に関する。

従来、回路基板に実装された撮像素子と、撮像素子の受光面に光を入射させるレンズとを備えるカメラモジュールが知られている。

例えば、特許文献１には、撮像素子が搭載された長方形状の撮像基板と、長方形状の板材からなる基板保持用板材と、撮像素子に被写体光を集光するレンズを内部で支持するレンズ支持用筒部と、該レンズ支持用筒部に一体的に設けられ、基板保持用板材に固定されるホルダとを具備する撮像モジュールが開示されている。

特許文献２には、撮像レンズが設けられると共に外周面に雄ねじ部が設けられたレンズホルダと、雄ねじ部に嵌まり合う雌ねじ部を有するケーシングと、該ケーシングに取り付けられると共に撮像レンズの光軸上に対向するように設けられた撮像素子を有する回路基板と、を備える電子カメラが開示されている。

国際公開第２００９／１１９２６０号 特開２０１２－１２３０２５

近年では、汎用のカメラモジュールが比較的安価に市販されている。そこで、例えば、対象物の色を測定する測色装置や、対象物の色に基づいて含有成分を分析する生化学用測定装置や、対象物の形状や寸法を計測する計測装置等の光学機器に、汎用のカメラモジュールを適用することができれば、光学機器の製造コストを低減できる可能性がある。

しかしながら、汎用のカメラモジュールにおいては、基板に対するレンズの光軸が精密に調整されていないことがある。例えば、特許文献２のように、ねじ機構を利用してレンズが保持されている場合、ねじの回転によりレンズの光軸が変化してしまう。

このように光軸調整が精度良くなされていないカメラモジュールを光学機器に取り付けると、光学機器の性能が低下してしまうおそれがある。また、カメラモジュールを取り付けた光学機器において事後的に光軸を調整しようとすると、調整量が大きくなってしまう。その結果、光軸調整機構が大型化する、或いは、調整により発生した歪み応力により、光学機器に機械的な経時変化が生じ易くなる、といった問題が発生するおそれがある。

本発明は上記に鑑みてなされたものであって、汎用のカメラモジュールを用いた光学機器において光軸調整を容易且つ精度良く行うことができるカメラモジュールの光軸調整ユニット、光学機器、光軸調整システム、及び光軸調整方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様である光軸調整ユニットは、回路基板と、該回路基板に実装された撮像素子と、該撮像素子の受光面に光を入射させるレンズとを有するカメラモジュールと、前記回路基板が固定される補強プレートと、前記カメラモジュールが固定された補強プレートを保持した状態で光学機器に取り付けられるカメラ取付板と、前記カメラ取付板の少なくとも３箇所に設けられ、前記補強プレートを前記カメラ取付板に締結する締結部と、を備え、前記締結部は、前記カメラ取付板に形成された貫通孔を通り、前記補強プレートに形成されたネジ穴に螺合されるボルトと、前記カメラ取付板と前記補強プレートとの間において前記ボルトを挿通させる弾性部と、を有し、前記ボルトを回転させることにより前記補強プレートと前記カメラ取付板との間隔を調整可能であり、前記少なくとも３箇所に設けられた前記締結部において前記補強プレートと前記カメラ取付板との間隔が調整されることにより、前記カメラ取付板を基準として前記レンズの光軸が調整されるものである。

上記光軸調整ユニットにおいて、前記弾性部は、前記カメラ取付板と前記補強プレートの間において前記ボルトを挿通させる複数のウェーブワッシャと、前記複数のウェーブワッシャのうち隣り合うウェーブワッシャの間に配置される平ワッシャと、を含んでも良い。また、前記弾性部において、前記ウェーブワッシャは、２つ以上５つ以下設けられていても良い。

本発明の別の態様である光学機器は、前記光軸調整ユニットが取り付けられたものである。上記光学機器は、当該光学機器のフレームの３箇所に設けられ、該フレームに対する前記光軸調整ユニットの高さを調整する高さ調整機構と、前記フレームの３箇所に設けられ、該フレームに対する前記光軸調整ユニットの傾きを調整する微調整機構と、をさらに備えても良い。

上記光学機器は、対象物を支持する支持台と、前記対象物を照明する光源と、前記カメラモジュールから出力される画像信号に基づいて、前記対象物の色、形状、又は寸法を測定する情報処理装置と、さらに備えても良い。

本発明の別の態様である光軸調整システムは、前記光軸調整ユニットと、前記カメラ取付板に対する前記レンズの光軸を調整するための光軸調整用治具と、を備え、前記光軸調整用治具は、基準位置が設けられたベースと、前記レンズを前記ベースに向けた状態で前記カメラ取付板を支持する支持部と、を有し、前記カメラ取付板は、前記レンズの設計上の光軸が前記基準位置と一致するように、前記支持部に対して位置決めされているものである。

本発明の別の態様である光軸調整方法は、回路基板と、該回路基板に実装された撮像素子と、該撮像素子の受光面に光を入射させるレンズとを有するカメラモジュールの光軸を調整する光軸調整方法であって、前記カメラモジュールを光軸調整ユニットに取り付けるステップ（ａ）と、前記光軸調整ユニットを、基準位置が設けられた光軸調整用治具に対し、前記レンズの設計上の光軸が前記基準位置と一致するように取り付けるステップ（ｂ）と、前記カメラモジュールによって前記基準位置を撮像することにより、該基準位置が写った画像を画面に表示するステップ（ｃ）と、前記画像に基づいて前記光軸調整ユニットを操作することにより、前記レンズの光軸を調整するステップ（ｄ）と、を含み、前記光軸調整ユニットは、前記回路基板が固定される補強プレートと、前記カメラモジュールが固定された補強プレートを保持した状態で光学機器に取り付けられるカメラ取付板と、前記カメラ取付板の少なくとも３箇所に設けられ、前記補強プレートを前記カメラ取付板に締結する締結部と、を備え、前記締結部は、前記カメラ取付板に形成された貫通孔を通り、前記補強プレートに形成されたネジ穴に螺合されるボルトと、前記カメラ取付板と前記補強プレートとの間において前記ボルトを挿通させる弾性部と、を有し、前記ボルトを回転させることにより前記補強プレートと前記カメラ取付板との間隔を調整可能であり、ステップ（ｂ）は、前記カメラ取付板を前記光軸調整治具に取り付け、ステップ（ｃ）は、前記画面にカメラの画角の中心をさらに表示し、ステップ（ｄ）は、前記画面において前記基準位置の像が前記画角の中心と一致するように、前記少なくとも３箇所に設けられた前記締結部において前記補強プレートと前記カメラ取付板との間隔を調整することにより、前記カメラ取付板を基準として前記レンズの光軸を調整するものである。

本発明によれば、補強プレートを介してカメラモジュールをカメラ取付板に取り付け、少なくとも３箇所に設けられた締結部により補強プレートとカメラ取付板との間隔を調整することにより、カメラ取付板を基準としてレンズの光軸を調整するので、このカメラ取付板を光学機器のフレームに取り付けることにより、汎用のカメラモジュールを用いた光学機器において光軸調整を容易且つ精度良く行うことが可能となる。

本発明の実施形態に係るカメラモジュールの光軸調整ユニットを備える光学機器の概略構成を示す一部断面図である。 図１に示す光学調整ユニットを下方から見た一部断面拡大図である。 図１に示す光学機器の側面の一部を拡大して示す模式図である。 図１に示すカメラモジュールを例示する模式図である。 本発明の実施形態に係る光軸調整ユニットを示す一部断面図である。 図５のＡ矢視図である。 図５のＢ矢視図である。 図７のＣ－Ｃ一部断面拡大図である。 本発明の実施形態に係る光軸調整ユニットを光軸調整用治具に取り付けた状態を示す一部断面図である。 図９のＤ矢視拡大図である。 本発明の実施形態に係る光軸調整方法が実行されるシステムの構成例を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る光軸調整方法を示すフローチャートである。 カメラにより撮像された光軸調整前の画像を示す模式図である。 カメラにより撮像された光軸調整後の画像を示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態に係る光軸調整ユニット、光学機器、光軸調整システム、及び光軸調整方法について、図面を参照しながら説明する。なお、これらの実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、各図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。

以下の説明において参照する図面は、本発明の内容を理解し得る程度に形状、大きさ、及び位置関係を概略的に示しているに過ぎない。即ち、本発明は各図で例示された形状、大きさ、及び位置関係のみに限定されるものではない。また、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

本実施形態に係る光軸調整ユニットは、汎用のカメラモジュールが適用される様々な光学機器に適用することができる。光学機器の具体例として、対象物を撮像することにより得られる画像に基づいて対象物の色を測定する測色装置、測定された色に基づいて対象物の含有成分を分析する生化学用測定装置や、対象物を撮像することにより得られる画像に基づいて対象物の形状や寸法を測定する計測装置などが挙げられる。

図１は、本発明の実施形態に係る光軸調整ユニットを備える光学機器の概略構成を示す一部断面図である。図２は、図１に示す光学調整ユニットを下方から見た一部断面拡大図である。図３は、図１に示す光学機器の側面の一部を拡大して示す模式図である。

図１～図３に示すように、本実施形態に係る光学機器１は、フレーム１０と、カメラモジュールの光軸調整ユニット２０と、カメラモジュール３０と、を備える。

フレーム１０は、フレームベース板１０１と、フレーム側板１０２と、フレーム上板１０３とを含む。また、フレーム１０の内部において、フレームベース板１０１の上には、測定ワーク１２０を保持する保持トレイ（支持台）１２１が設置されている。さらに、フレーム１０の内部には、測定ワーク１２０を照明する光源１２２が設けられている。

光学機器１が測色装置である場合、さらに、パーソナルコンピュータやタブレット端末等の情報処理装置がカメラモジュール３０に接続される。情報処理装置は、カメラモジュール３０から出力される画像信号に基づいて測定ワーク１２０の画像を生成し、該画像に基づいて測定ワークの色を測定する処理を実行する。また、光学機器１が、測定ワークの形状や寸法を測定する計測装置である場合には、情報処理装置が、測定ワークの画像に基づいて、測定ワークの形状や寸法を測定する処理を実行する。

フレーム１０には、光軸調整ユニット２０を支持すると共に、光軸調整ユニット２０の高さ（即ち、ワークディスタンスＷＤ）を調整する高さ調整機構１３が設けられている。高さ調整機構１３は、フレーム側板１０２の３箇所に設けられている。高さ調整機構１３は、フレーム側板１０２に形成された貫通孔１３２に挿通され、カメラ取付板２０２（後述）のネジ穴２０９（後述）に螺合されるボルト１３１と、ボルト１３１に取り付けられたスプリングワッシャ１３３とを含む。図３に示すように、貫通孔１３２は上下方向（高さ方向）に伸びる形状（例えば長方形状又は長円形状）をなしており、貫通孔１３２の上下方向の長さの範囲で、光軸調整ユニット２０の高さを調節することができる。光軸調整ユニット２０の高さを調整した後、ボルト１３１を締めることにより、光軸調整ユニット２０をフレーム１０に対して固定することができる。

また、フレーム１０には、フレーム１０に対する光軸調整ユニット２０の傾きを微調整するための微調整機構１４が設けられている。微調整機構１４は、フレーム上板１０３の３箇所に設けられている。微調整機構１４は、フレーム上板１０３に形成された貫通孔１４２に挿通され、カメラ取付板２０２（後述）のネジ穴２０８（後述）に螺合されるボルト１４１と、ボルト１４１に取り付けられたスプリングワッシャ１４３とを含む。ボルト１４１を締めることにより、ボルト１４１を締めた箇所のカメラ取付板２０２が僅かに上昇するため、光学機器１に対するカメラの光軸の最終的な微調整を行うことができる。

図４は、図１に示すカメラモジュール３０を例示する模式図である。カメラモジュール３０は、表面に回路が形成された回路基板３１と、該回路基板３１に実装されたＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子３２と、撮像素子３２に光を入射させるレンズ３３とを含む。レンズ３３は、レンズ取付ホルダ３４を介して回路基板３１上に設置されている。また、回路基板３１には、各種信号処理や演算処理を行うＩＣチップ３５と、当該カメラモジュール３０を情報処理装置と接続するためのコネクタ３６とが実装されている。さらに、回路基板３１には、当該回路基板３１を各種機器に取り付ける際に使用される取付穴３７が形成されている。

図５は、光軸調整ユニット２０を示す一部断面図である。図６は、図５のＡ矢視図である。図７は、図５のＢ矢視図である。図８は、図７のＣ－Ｃ一部断面拡大図である。光軸調整ユニット２０は、カメラモジュール３０を光学機器１に取り付けるため、及び、カメラモジュール３０の光軸を調整するために使用される。

図５～図８に示すように、光軸調整ユニット２０は、カメラモジュール３０の回路基板３１が固定される補強プレート２０１と、補強プレート２０１を介してカメラモジュール３０を光学機器１に取り付けるためのカメラ取付板２０２と、補強プレート２０１をカメラ取付板２０２に締結する締結部２１とを有する。締結部２１は、カメラ取付板２０２の少なくとも３箇所に設けられ、本実施形態においては４箇所に設けられている。

補強プレート２０１は、回路基板３１の裏面（回路の形成面とは反対側の面）に取り付けられ、回路基板３１の強度を補強する。補強プレート２０１には、回路基板３１の取付穴３７に合わせてネジ穴が形成されており、取付穴３７にボルト３８を挿通してこのネジ穴に螺合することにより、回路基板３１を補強プレート２０１に固定することができる。

補強プレート２０１の材料は、補強プレート２０１をカメラ取付板２０２に取り付けた際に撓まない程度の強度を確保することができれば、特に限定されない。例えば、補強プレート２０１の材料として硬質プラスチック等の樹脂材料を用いる場合には、厚さを３ｍｍ以上にすることが好ましい。また、補強プレート２０１の材料として鉄板を用いる場合には、厚さを１ｍｍ以上にすることが好ましい。

補強プレート２０１には、締結部２１の調整ボルト２０３を螺合させるためのネジ穴２０４が形成されている。

カメラ取付板２０２は、カメラモジュール３０が固定された補強プレート２０１を保持した状態で光学機器１に取り付けられる部材である。カメラ取付板２０２は、当該カメラ取付板２０２の所定位置にレンズ３３の設計上の光軸が一致するように補強プレート２０１を保持する。

カメラ取付板２０２は、補強プレート２０１が取り付けられる面（貫通孔２０５が形成された第１の面）である第１の領域２０２ａと、微調整機構１４によりフレーム上板１０３に取り付けられる面（ネジ穴２０８が形成された第２の面）である第２の領域２０２ｂと、高さ調整機構１３によりフレーム側板１０２に取り付けられる面（ネジ穴２０９が形成された第３の面）である第３の領域２０２ｃとを含む。このうち、第１の領域２０２ａと第２の領域２０２ｂとは、同一の平面であっても良いし、図５に示すように、互いに平行な平面であっても良い。

図６～図８において、第２の領域２０２ｂ及び第３の領域２０２ｃの幅は、第１の領域２０２ａの幅と比べて小さくなっているが、カメラ取付板２０２の形状はこれに限定されない。例えば、カメラ取付板２０２の形状は、単純な矩形状の板の複数箇所を直線状に折り曲げることにより、第１の面、第２の面、及び、第３の面の互いの境界や段差を形成したものであっても良い。要は、補強プレート２０１が取り付けられる面を有し、且つ、３箇所ずつ設けられた高さ調整機構１３及び微調整機構１４によりカメラ取付板２０２をフレーム１０に対して取り付けることができる形状であれば良い。

このようなカメラ取付板２０２は、鉄板等の金属板を折り曲げ加工又は切削加工することにより作製されている。或いは、機械的強度の高い樹脂（例えばエンジニアリング・プラスチック）を切削又は射出成形することによりカメラ取付板２０２を作製しても良い。

第１の領域２０２ａには、締結部２１の調整ボルト２０３を挿通させる貫通孔２０５が形成されている。また、第１の領域２０２ａには、光軸調整用治具（後述）にカメラ取付板２０２を取り付ける際に使用される２種類の貫通孔２０６，２０７が形成されている。このうち、貫通孔２０６は小判形状をなし、貫通孔２０７は円形状をなしている。貫通孔２０６，２０７は、光軸調整ユニット２０が光軸調整用治具に対して所定の位置関係となるように、光軸調整用治具に対して位置決めされている。

第２の領域２０２ｂの３箇所には、微調整機構１４のボルト１４１が螺合されるネジ穴２０８が形成されている。また、第３の領域２０２ｃの３箇所には、高さ調整機構１３のボルト１３１が螺合されるネジ穴２０９が形成されている。これらのネジ穴２０８，２０９は、カメラ取付板２０２を介してカメラモジュール３０を光学機器１に取り付けた際に、光学機器１内の所定の領域がカメラの画角に収まるように、フレーム１０に対して位置決めされている。

各締結部２１は、調整ボルト２０３と、カメラ取付板２０２と補強プレート２０１との間において該調整ボルト２０３を挿通させる弾性部とを有する。弾性部は、好ましくは、調整ボルト２０３を挿通させる複数（本実施形態においては２つ）のウェーブワッシャ２１１，２１３と、隣り合うウェーブワッシャ２１１，２１３の間に配置される平ワッシャ２１２とを含む。調整ボルト２０３は、カメラ取付板２０２に形成された貫通孔２０５、ウェーブワッシャ２１３、平ワッシャ２１２、及びウェーブワッシャ２１１をこの順に通り、補強プレート２０１のネジ穴２０４に螺合される。なお、調整ボルト２０３の頭部とカメラ取付板２０２との間に、平ワッシャ２１０を配置しても良い。

ウェーブワッシャの数は特に限定されないが、補強プレート２０１とカメラ取付板２０２との間隔が必要以上に大きくなることを避けるため、１つの弾性部において（１つの調整ボルト２０３につき）２つ以上５つ以下の範囲とすることが好ましい。ウェーブワッシャを５つ配置する場合、隣り合うウェーブワッシャの間に配置される平ワッシャの数は４つとなる。

このようにウェーブワッシャ２１１，２１３及び平ワッシャ２１２を配置し、調整ボルト２０３をトルクいっぱいまで締めることにより、ウェーブワッシャ２１１，２１３が弾性変形する。その状態から調整ボルト２０３を徐々に緩めることにより、補強プレート２０１とカメラ取付板２０２との間隔を調整することができる。そして、複数箇所（本実施形態においては４箇所）の締結部２１において、補強プレート２０１とカメラ取付板２０２との間隔を調整することにより、カメラ取付板２０２を基準とする補強プレート２０１の傾き、言い換えると、補強プレート２０１に固定されたカメラモジュール３０のレンズ３３の光軸を調整することができる。

なお、弾性部としては、スプリングワッシャ等を用いることもできるが、全体サイズを抑えつつ大きなトルクを得ることができるという点で、ウェーブワッシャと平ワッシャとの組み合わせを用いることが好ましい。

次に、本実施形態に係る光軸調整ユニット２０において行われる光軸調整方法について説明する。本実施形態に係る光軸調整においては、専用の光軸調整用治具が用いられる。図９は、光軸調整ユニット２０を光軸調整用治具に取り付けた状態を示す一部断面図である。図１０は、図９のＤ矢視拡大図である。

図９及び図１０に示すように、光軸調整用治具４０は、光軸調整のための基準位置が設けられた治具ベース４１と、治具ベース４１の側方に固定され、レンズ３３を治具ベース４１に向けた状態で光軸調整ユニット２０のカメラ取付板２０２を支持する支持部４２とを備える。

支持部４２の上端面には、カメラ取付板２０２に形成された貫通孔２０６，２０７の位置に対応する開口４４が形成されている。カメラ取付板２０２の貫通孔２０６，２０７を開口４４に合わせて配置し、位置決めピン４３を開口４４に嵌合させることにより、光軸調整ユニット２０を光軸調整用治具４０に固定することができる。

治具ベース４１の中心には中心ピン４５が設置されている。中心ピン４５の上端面には十字マークが記されており、この十字マークの交点が、基準位置を示す。なお、基準位置は必ずしも中心ピンのような部材によって示す必要はなく、例えば、治具ベース４１の表面に基準位置を示すマークを直接描くなどしても良い。

貫通孔２０６，２０７は、光軸調整ユニット２０を光軸調整用治具４０に取り付けた状態において、レンズ３３の設計上の光軸が、治具ベース４１の基準位置（中心ピン４５の十字マークの交点）と一致するように位置決めされている。なお、貫通孔２０６は小判形状をなしているため、開口４４の位置との間で若干の誤差があったとしても吸収することができる。

図１１は、本発明の実施形態に係る光軸調整方法が実行されるシステムの構成例を示すブロック図である。光軸調整システム２は、光軸調整ユニット２０及び光軸調整用治具４０に加え、カメラモジュール３０に接続された情報処理装置５０と、表示装置５４とを備える。情報処理装置５０は、パーソナルコンピュータやタブレット端末等の汎用の装置によって構成することができる。情報処理装置５０は、外部インタフェース５１と、記憶部５２と、プロセッサ５３とを備える。

外部インタフェース５１は、当該情報処理装置５０をカメラモジュール３０と接続し、カメラモジュール３０との間で信号を送受信するインタフェースである。具体的には、外部インタフェース５１は、カメラモジュール３０から出力される画像信号を受信する。

記憶部５２は、例えばＲＯＭやＲＡＭといった半導体メモリやハードディスク等のコンピュータ読取可能な記憶媒体を用いて構成される。記憶部５２は、オペレーティングシステムプログラム及びドライバプログラム、各種機能を実行するアプリケーションプログラム、これらのプログラムの実行中に使用される各種パラメータ等を格納するプログラム記憶部５２１を有する。

プロセッサ５３は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）を用いて構成され、プログラム記憶部５２１に記憶された各種プログラムを読み込むことにより、光軸調整システム２の各部を統括的に制御すると共に、光軸調整用の画面を表示装置５４に表示させるための各種処理を実行する。具体的には、撮像制御部５３１は、カメラモジュール３０における撮像動作の開始及び終了を制御する。表示制御部５３２は、カメラモジュール３０から出力された画像信号に基づいて、中心ピン４５の画像を表示装置５４に表示させると共に、カメラの画角（撮像素子３２の撮像領域）の中心位置を表示装置５４に表示させる。

表示装置５４は、例えば液晶又は有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）を用いて構成された表示パネル及び駆動部を含むディスプレイである。

図１２は、本発明の実施形態に係る光軸調整方法を示すフローチャートである。
まず、カメラモジュール３０を補強プレート２０１に固定し（ステップＳ１０）、補強プレート２０１をカメラ取付板２０２に取り付ける（ステップＳ１１）。それにより、図５～図８に示す光軸調整ユニット２０の状態となる。また、この際に、調整ボルト２０３を限界トルクまで締め付けておく。

続いて、光軸調整ユニット２０を光軸調整用治具４０に取り付ける（ステップＳ１２、図９及び図１０参照）。即ち、カメラ取付板２０２を支持部４２の上に、貫通孔２０６，２０７を開口４４に合わせて配置し、開口４４に位置決めピン４３を嵌合させる。

続いて、カメラモジュール３０を情報処理装置５０に接続し、基準位置としての十字マークが示された中心ピン４５をカメラモジュール３０に撮像させる（ステップＳ１３）。

図１３は、カメラモジュール３０により撮像された光軸調整前の画像を示す模式図である。表示装置５４の画面５４ａには、中心ピンの像４５ａが写っている。また、画面５４ａには、カメラの画角の中心５４ｂが示されている。図１３においては、基準位置である十字マークの像４６ａが、カメラの画角の中心５４ｂからずれている。

ユーザは、画像を見ながら、調整ボルト２０３を回転させることにより、カメラの光軸調整を行う（ステップＳ１４）。詳細には、光軸調整ユニット２０に設けられた複数の調整ボルト２０３を順次少しずつ緩めることにより、カメラ取付板２０２に対する補強プレート２０１の傾きを変化させる。図１４は、カメラモジュール３０により撮像された光軸調整後の画像を示す模式図である。図１４においては、基準位置である十字マークの像４６ａが、カメラの画角の中心５４ｂと一致している。これにより、光軸調整ユニット２０におけるカメラの光軸調整が完了する。

このように光軸調整された光軸調整ユニット２０は、光軸調整用治具４０から取り外され、光学機器１に取り付けられる。詳細には、カメラ取付板２０２の３つのネジ穴２０９に対し、フレーム側板１０２の側からボルト１３１を螺合させる。そして、光軸調整ユニット２０を水平に保ちつつ、表示装置５４の画面に写った画像を見ながら、測定ワーク１２０に対するカメラの画角が所定の範囲となるように、高さ（ワークディスタンスＷＤ）を調整する。そして、ボルト１３１を締めることにより、フレーム１０に対して光軸調整ユニット２０を固定する。

続いて、カメラ取付板２０２に形成された３つのネジ穴２０８に対し、フレーム上板１０３の側からボルト１４１を螺合させる。そして、表示装置５４の画面に写った画像を見ながら、測定ワーク１２０の中心にレンズ３３の光軸が一致するように、ボルト１４１を適宜回転させて光軸の微調整を行う。それにより、機械的な組立誤差や部品の精度誤差の集積による光軸の僅かなずれを補正することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、補強プレート２０１を介してカメラモジュール３０をカメラ取付板２０２に取り付け、少なくとも３箇所に設けられた締結部２１により補強プレート２０１とカメラ取付板２０２との間隔を調整することにより、カメラ取付板２０２に対するレンズ３３の光軸を正確に調整することができる。従って、このカメラ取付板２０２を光学機器１に取り付けることにより、カメラモジュール３０を用いた光学機器１において、光軸調整を容易且つ精度良く行うことができるようになる。それにより、汎用のカメラモジュールを用いて高精度の光学機器を実現することが可能となる。

詳細には、本実施形態によれば、光軸調整ユニット２０において既に光軸調整がなされているため、光軸調整ユニット２０を光学機器１に取り付ける際には、光軸調整ユニット２０の高さ方向における位置調整と光軸の微調整を行うだけで済む。従って、光学機器１における光軸の調整量を抑制することができ、取り付け工程も簡単に行うことができる。また、調整量が少ないことから、調整機構をコンパクトに構成することができ、小型の光学機器にも容易に適用することが可能となる。

ここで、仮に、光軸調整ユニットにおいて光軸調整を行わず、光軸調整ユニットを光学機器のフレームに取り付けた後で、光学機器側においてのみ光軸調整を行おうとすると、カメラモジュールにおける光軸ずれと機械的な組み立て誤差とを光学機器において一度に調整する必要が生じるため、調整量が大きくなってしまう。それにより、光学機器全体において機械的な歪み応力が発生し、機械的な経時変化が発生してしまう。その結果、カメラと照明との相対的な位置関係が崩れ、設計通りの照度が得られず、照度ムラが発生するおそれがある。また、カメラモジュールの取り付け後に装着する外装ケースとフレームとの間においても、相対的な位置関係がずれてしまい、外装ケースの装着時に大きな応力が発生してしまう。或いは、ずれが大きすぎて、外装ケースを装着できなくなるおそれもある。この点、本実施形態においては、光軸調整ユニットにおいて光軸調整を行った後で光学機器に取り付けるので、光学機器側における調整量を最小限に抑えることができる。

また、本実施形態によれば、光軸調整ユニット２０において、調整ボルト２０３により締結される補強プレート２０１とカメラ取付板２０２との間にウェーブワッシャ及び平ワッシャを交互に配置するので、コンパクトなサイズで大きなトルクを得ることができる。従って、光軸調整ユニット２０及びこれを含む光学機器１全体のサイズを小型化することが可能となる。また、ウェーブワッシャと平ワッシャとを交互に配置することにより、一般的なスプリングワッシャを用いる場合と比較して、光軸調整後に光軸の変動がほとんど発生しない十分な締め付けトルクを得ることが可能となる。

本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、他の様々な形で実施することができる。例えば、実施形態に示した全構成要素からいくつかの構成要素を除外して形成しても良いし、上記実施形態に示した構成要素を適宜組み合わせて形成しても良い。

１…光学機器、２…光軸調整システム、１０…フレーム、１３…高さ調整機構、１４…微調整機構、２０…光軸調整ユニット、２１…締結部、３０…カメラモジュール、３１…回路基板、３２…撮像素子、３３…レンズ、３４…レンズ取付ホルダ、３５…ＩＣチップ、３６…コネクタ、３７…取付穴、３８…ボルト、４０…光軸調整用治具、４１…治具ベース、４２…支持部、４３…位置決めピン、４４…開口、４５…中心ピン、４５ａ…中心ピンの像、４６ａ…十字マークの像、５０…情報処理装置、５１…外部インタフェース、５２…記憶部、５３…プロセッサ、５４…表示装置、５４ａ…画面、５４ｂ…画角の中心、１０１…フレームベース板、１０２…フレーム側板、１０３…フレーム上板、１２０…測定ワーク、１２１…保持トレイ、１２２…光源、１３１，１４１…ボルト、１３２，１４２，２０５，２０６，２０７…貫通孔、１３３，１４３…スプリングワッシャ、２０１…補強プレート、２０２…カメラ取付板、２０２ａ…第１の領域、２０２ｂ…第２の領域、２０２ｃ…第３の領域、２０３…調整ボルト、２０４，２０８，２０９…ネジ穴、２１０，２１２…平ワッシャ、２１１，２１３…ウェーブワッシャ、５２１…プログラム記憶部、５３１…撮像制御部、５３２…表示制御部

Claims (6)

1. 光軸調整ユニットが取り付けられた光学機器であって、
   前記光軸調整ユニットは、
   回路基板と、該回路基板に実装された撮像素子と、該撮像素子の受光面に光を入射させるレンズとを有するカメラモジュールと、
   前記回路基板が固定される補強プレートと、
   前記カメラモジュールが固定された補強プレートを保持した状態で光学機器に取り付けられるカメラ取付板と、
   前記カメラ取付板の少なくとも３箇所に設けられ、前記補強プレートを前記カメラ取付板に締結する締結部と、
   を備え、
   前記締結部は、
   前記カメラ取付板に形成された貫通孔を通り、前記補強プレートに形成されたネジ穴に螺合されるボルトと、
   前記カメラ取付板と前記補強プレートとの間において前記ボルトを挿通させる弾性部と、
   を有し、前記ボルトを回転させることにより前記補強プレートと前記カメラ取付板との間隔を調整可能であり、
   前記少なくとも３箇所に設けられた前記締結部において前記補強プレートと前記カメラ取付板との間隔が調整されることにより、前記カメラ取付板を基準として前記レンズの光軸が調整され、
   当該光学機器のフレームの３箇所に設けられ、該フレームに対する前記光軸調整ユニットの高さを調整する高さ調整機構と、
   前記フレームの３箇所に設けられ、該フレームに対する前記光軸調整ユニットの傾きを調整する微調整機構と、
   をさらに備える光学機器。
2. 前記弾性部は、
   前記カメラ取付板と前記補強プレートの間において前記ボルトを挿通させる複数のウェーブワッシャと、
   前記複数のウェーブワッシャのうち隣り合うウェーブワッシャの間に配置される平ワッシャと、
   を含む、請求項１に記載の光学機器。
3. 前記弾性部において、前記ウェーブワッシャは、２つ以上５つ以下設けられている、請求項２に記載の光学機器。
4. 対象物を支持する支持台と、
   前記対象物を照明する光源と、
   前記カメラモジュールから出力される画像信号に基づいて、前記対象物の色、形状、又は寸法を測定する情報処理装置と、
   をさらに備える請求項１～３のいずれか１項に記載の光学機器。
5. 回路基板と、該回路基板に実装された撮像素子と、該撮像素子の受光面に光を入射させるレンズとを有するカメラモジュールと、
   前記回路基板が固定される補強プレートと、
   前記カメラモジュールが固定された補強プレートを保持した状態で光学機器に取り付けられるカメラ取付板と、
   前記カメラ取付板の少なくとも３箇所に設けられ、前記補強プレートを前記カメラ取付板に締結する締結部と、
   を備え、前記締結部は、
   前記カメラ取付板に形成された貫通孔を通り、前記補強プレートに形成されたネジ穴に螺合されるボルトと、
   前記カメラ取付板と前記補強プレートとの間において前記ボルトを挿通させる弾性部と、
   を有し、前記ボルトを回転させることにより前記補強プレートと前記カメラ取付板との間隔を調整可能であり、
   前記少なくとも３箇所に設けられた前記締結部において前記補強プレートと前記カメラ取付板との間隔が調整されることにより、前記カメラ取付板を基準として前記レンズの光軸が調整される、光軸調整ユニットと、
   前記カメラ取付板に対する前記レンズの光軸を調整するための光軸調整用治具と、
   を備え、
   前記光軸調整用治具は、
   基準位置が設けられたベースと、
   前記レンズを前記ベースに向けた状態で前記カメラ取付板を支持する支持部と、
   を有し、
   前記カメラ取付板は、前記レンズの設計上の光軸が前記基準位置と一致するように、前記支持部に対して位置決めされている、光軸調整システム。
6. 回路基板と、該回路基板に実装された撮像素子と、該撮像素子の受光面に光を入射させるレンズとを有するカメラモジュールの光軸を調整する光軸調整方法であって、
   前記カメラモジュールを光軸調整ユニットに取り付けるステップ（ａ）と、
   前記光軸調整ユニットを、基準位置が設けられた光軸調整用治具に対し、前記レンズの設計上の光軸が前記基準位置と一致するように取り付けるステップ（ｂ）と、
   前記カメラモジュールによって前記基準位置を撮像することにより、該基準位置が写った画像を画面に表示するステップ（ｃ）と、
   前記画像に基づいて前記光軸調整ユニットを操作することにより、前記レンズの光軸を調整するステップ（ｄ）と、
   を含み、
   前記光軸調整ユニットは、
   前記回路基板が固定される補強プレートと、
   前記カメラモジュールが固定された補強プレートを保持した状態で光学機器に取り付けられるカメラ取付板と、
   前記カメラ取付板の少なくとも３箇所に設けられ、前記補強プレートを前記カメラ取付板に締結する締結部と、を備え、
   前記締結部は、前記カメラ取付板に形成された貫通孔を通り、前記補強プレートに形成されたネジ穴に螺合されるボルトと、前記カメラ取付板と前記補強プレートとの間において前記ボルトを挿通させる弾性部と、を有し、前記ボルトを回転させることにより前記補強プレートと前記カメラ取付板との間隔を調整可能であり、
   ステップ（ｂ）は、前記カメラ取付板を前記光軸調整用治具に取り付け、
   ステップ（ｃ）は、前記画面にカメラの画角の中心をさらに表示し、
   ステップ（ｄ）は、前記画面において前記基準位置の像が前記画角の中心と一致するように、前記少なくとも３箇所に設けられた前記締結部において前記補強プレートと前記カメラ取付板との間隔を調整することにより、前記カメラ取付板を基準として前記レンズの光軸を調整する、光軸調整方法。

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