WO2011078090A1

WO2011078090A1 - 工業用小型電子撮像カメラ

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Publication number: WO2011078090A1
Application number: PCT/JP2010/072800
Authority: WO
Inventors: 尚志長谷川; 修司本間; 佐弥香浅見; 政義山口; 栄一原田
Original assignee: 東芝テリー株式会社
Priority date: 2009-12-25
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2011-06-30
Also published as: KR101336456B1; US8605207B2; EP2464096B1; US20120169918A1; JP2011139138A; EP2464096A1; KR20120050499A; JP4910039B2; CA2778180A1; EP2464096A4; CA2778180C

Abstract

　外部インターフェイスケーブルの接続機構を備えた工業用小型電子撮像カメラにおいて、経済的に有利な構成で外部インターフェイスケーブルの引出方向を任意に選定して容易に組立ることができるとともに、カメラ機能を集約化し、信頼性の高い回路動作を期待できる。　レンズマウント１０と基板実装フレーム２０と三面カバー３０と外部インターフェイスコネクタ５０を取り付けたコネクタ取付金具４０とにより、前面を除いた５面を対象に任意の面に外部インターフェイスコネクタを設けることのできる４ピース構造の箱形カメラ筐体１を構成し、かつ、カメラ筐体１内の撮像室２に、センサ基板１５の他に、センサ基板を制御する制御基板２１およびセンサ基板と制御基板の動作用電源を供給制御する電源基板２２を収容してカメラ機能を集約化した。

Description

工業用小型電子撮像カメラ

　本発明は、マシンビジョンシステムに適用して好適な外部インターフェイスケーブルの接続機構を備えた工業用小型電子撮像カメラに関する。

　マシンビジョンシステムにおいて超小型カメラと称される、例えば一辺が２０～３０mm程度の箱形筐体構造の小型電子撮像カメラにおいては、筐体内における外部インターフェイスコネクタの占有スペースが大きく、外部インターフェイスコネクタの実装スペースを筐体内の複数箇所に確保することが困難であることから、外部インターフェイスコネクタを筐体の一カ所に固定して設けていた。具体例を挙げると箱形カメラ筐体の背面（後面）から光軸方向に沿う延長方向に外部インターフェイスケーブルが引き出されるように、箱形カメラ筐体の背面（後面）部に外部インターフェイスコネクタを設けていた。従って、従来では、外部インターフェイスコネクタに接続される外部インターフェイスケーブルの引出方向が一方向に定まり、ケーブルの引出方向を変更することができなかった。このため、例えば、設置場所の変更、監視対象の変更、カメラ構成の変更等によるカメラ環境設定の変更に対して自由度に乏しく、また、外部インターフェイスコネクタの取付位置（ケーブルの取り出し位置）が固定であることから、製品として、汎用性の面で問題があった。さらに、上記した超小型カメラと称される箱形筐体構造の小型電子撮像カメラにおいては、外部インターフェイスケーブルの接続構成を容易化する（カメラ機能の集約化を図る）ため、固体撮像素子（エリアイメージセンサ）を実装したセンサ基板の他に、センサ基板を制御する制御基板およびセンサ基板と制御基板の動作用電源を供給制御する電源基板をそれぞれ単一のカメラ筐体に収容する実装構造が要求されている。しかしながら、上記した超小型カメラと称される箱形筐体構造の小型電子撮像カメラにおいては、カメラ筐体の内部に形成される撮像室の室空間が非常に狭く、センサ基板の他に、上記した制御基板および電源基板を収容する実装スペースの確保が困難であった。

　カメラのケーブル引出方向の可変機構として、外筐体の一側面部に、外筐体に対し直交する二軸回り方向に回動可能なコネクタ回動機構を設けて、コネクタのケーブル接続方向に自由度を持たせたビデオカメラが存在した（特許文献１参照）。このコネクタ回動機構を設けたビデオカメラにおいては、ケーブル引出方向を可変できるが、配線を施したコネクタを回動可能に支持する機構が煩雑であり、経済性並びに信頼性に問題があるとともに、上記した箱形構造の超小型カメラ筐体に適用しようとした場合、実装スペースの確保が困難であり、さらに、ケーブルの引出方向は可変可能であってもコネクタの取付部は筐体の予め定められた位置に固定されることになり、上述した自由度並びに汎用性の問題が生じる。

特開平５－２０７３４２号公報

　上述したように、従来のマシンビジョン用小型電子撮像カメラにおいては、カメラ環境設定の変更に対して自由度に乏しく、かつ製品として汎用性の面で問題があった。また、カメラ機能の集約化を図るべく、カメラ筐体内に、センサ基板の他に、制御基板、電源基板等の複数の回路基板を実装することが困難であった。

　本発明は上記実情に鑑みなされたもので、マシンビジョンシステムに適用される、外部インターフェイスケーブルの接続機構を備えた工業用小型電子撮像カメラにおいて、経済的に有利な構成で、外部インターフェイスケーブルの引出方向を任意に選定して容易に組立ることができるとともに、カメラ筐体内の撮像室に、センサ基板の他に、センサ基板を制御する制御基板およびセンサ基板と制御基板の動作用電源を供給制御する電源基板を収容してカメラ機能を集約化でき、かつ信頼性の高い回路動作を期待できる工業用小型電子撮像カメラを提供することを目的とする。

　本発明は、レンズマウントにより構成される前面部を除いた複数の面部を対象に、任意の面部に外部インターフェイスコネクタを取付可能にした、六面体構造をなす箱形カメラ筐体と、前記カメラ筐体の内部に形成された撮像室に収容された、固体撮像素子を実装したセンサ基板と、前記撮像室に収容され、前記センサ基板に実装された前記固体撮像素子を駆動制御する制御基板と、
　前記撮像室に収容され、前記センサ基板および前記制御基板に動作用電源を供給制御する電源基板と、を具備し、前記制御基板と前記電源基板は、中央部分が膨出した円柱形状の複数個の樹脂コアはんだボールにより、対向する基板面の間に一定の間隔を存して一体にはんだ結合されるとともに相互に回路接続された二段構造のＰＯＰ（Package On Package）基板を構成している工業用小型電子撮像カメラを特徴とする。

　また、前記工業用小型電子撮像カメラにおいて、前記カメラ筐体は、撮像窓を有し、六面体構造をなす箱形カメラ筐体の前面部を構成するレンズマウントと、前記レンズマウントの各辺に対し前記撮像窓の光軸と平行な垂直軸回りに辺を替えて前記レンズマウントに取付可能な、前記カメラ筐体の任意の三側面部若しくは任意の二側面部と背面部を構成する断面コ字状の三面カバーと、前記カメラ筐体の内部に形成された撮像室に複数の基板を収容し支持する基板取付機構を有し、前記レンズマウントに取り付けられて前記カメラ筐体の任意の一側面部を構成する基板実装フレームと、前記レンズマウントに取り付けられて前記カメラ筐体の任意の一側面部若しくは前記カメラ筐体の背面部を構成するコネクタ取付金具と、外部インターフェイスケーブルを接続する外部接続端子を有し、該外部接続端子を外部に露出させて前記コネクタ取付金具に取り付けられた外部インターフェイスコネクタと、を具備して構成され、前記レンズマウントに、前記センサ基板が支持され、前記基板取付機構に、前記ＰＯＰ基板が支持されて、前記センサ基板および前記ＰＯＰ基板が前記撮像室に収容されていることを特徴とする。

　また、前記工業用小型電子撮像カメラにおいて、前記ＰＯＰ基板は、前記対向する基板面において、一方の基板面に動作時に熱を発散する能動回路部品が実装され、この能動回路部品の上面と、前記一方の基板面に対向する他方の基板面との間に、前記樹脂コアはんだボールにより、一定の間隙が形成されていることを特徴とする。

　また、前記工業用小型電子撮像カメラにおいて、前記ＰＯＰ基板は、前記能動回路部品の両側に前記樹脂コアはんだボールを配設しており、前記間隙は前記能動回路部品から発散される熱を前記樹脂コアはんだボールに導く廃熱路を形成していることを特徴とする。

　本発明によれば、外部インターフェイスケーブルの接続機構を備えた工業用小型電子撮像カメラにおいて、経済的に有利な構成で、外部インターフェイスケーブルの引出方向を任意に選定して容易に組立ることができるとともに、汎用性の高い工業用小型電子撮像カメラを提供することができる。さらに、カメラ筐体内の撮像室に、センサ基板の他に、センサ基板を制御する制御基板およびセンサ基板と制御基板の動作用電源を供給制御する電源基板を収容してカメラ機能を集約化でき、かつ信頼性の高い回路動作を期待できる工業用小型電子撮像カメラを提供することができる。

本発明の実施形態における、筐体の背面部から外部インターフェイスケーブルを引出す場合のカメラ組立構造を示す分解斜視図。上記実施形態における、筐体の側面部（上側面部／下側面部／左側面部／右側面部）から外部インターフェイスケーブルを引出す場合のカメラ組立構造の一部（レンズマウント組込モジュールを除いた組立構造）を示す斜視図。上記図１に示すカメラ組立構造（組立後）を示す側断面図。上記図１に示すカメラ組立構造の一部（組立後）を示す斜視図。上記図２に示すカメラ組立構造（組立後）を示す側断面図。上記図２に示すカメラ組立構造の一部（組立後）を示す斜視図。上記実施形態における、筐体の背面部から外部インターフェイスケーブルを引出す場合のカメラ組立構造および組込状態を示す斜視図。上記実施形態における、筐体の背面部から外部インターフェイスケーブルを引出す場合のカメラ組立構造（組立後）の外観構成を示す斜視図。上記実施形態における、筐体の上側面部から外部インターフェイスケーブルを引出す場合のカメラ組立構造および組込状態を示す斜視図。上記実施形態における、筐体の上側面部から外部インターフェイスケーブルを引出す場合のカメラ組立構造（組立後）の外観構成を示す斜視図。上記実施形態における、筐体の下側面部から外部インターフェイスケーブルを引出す場合のカメラ組立構造および組込状態を示す斜視図。上記実施形態における、筐体の下側面部から外部インターフェイスケーブルを引出す場合のカメラ組立構造（組立後）の外観構成を示す斜視図。上記実施形態における、筐体の左側面部から外部インターフェイスケーブルを引出す場合のカメラ組立構造および組込状態を示す斜視図。上記実施形態における、筐体の左側面部から外部インターフェイスケーブルを引出す場合のカメラ組立構造（組立後）の外観構成を示す斜視図。上記実施形態における、筐体の右側面部から外部インターフェイスケーブルを引出す場合のカメラ組立構造および組込状態を示す斜視図。上記実施形態における、筐体の右側面部から外部インターフェイスケーブルを引出す場合のカメラ組立構造（組立後）の外観構成を示す斜視図。上記実施形態における、筐体の背面部から外部インターフェイスケーブルを引出す場合の組立手順を説明するための分解斜視図。上記実施形態における、筐体の背面部から外部インターフェイスケーブルを引出す場合の組立手順を説明するための分解斜視図。上記実施形態における、筐体の背面部から外部インターフェイスケーブルを引出す場合の組立手順を説明するための分解斜視図。上記実施形態における、筐体の背面部から外部インターフェイスケーブルを引出す場合の組立手順を説明するための側面図。上記実施形態における、筐体の背面部から外部インターフェイスケーブルを引出す場合の組立手順を説明するための分解斜視図。上記実施形態における、筐体の背面部から外部インターフェイスケーブルを引出す場合のカメラ組立構造（組立後）の外観構成を示す斜視図。上記実施形態における、筐体の側面部（上側面部／下側面部／左側面部／右側面部）から外部インターフェイスケーブルを引出す場合の組立手順を説明するための分解斜視図。上記実施形態における、筐体の側面部（上側面部／下側面部／左側面部／右側面部）から外部インターフェイスケーブルを引出す場合の組立手順を説明するための分解斜視図。上記実施形態における、筐体の側面部から外部インターフェイスケーブルを引出す場合の組立手順を説明するための分解斜視図。上記実施形態における、筐体の側面部から外部インターフェイスケーブルを引出す場合の組立手順を説明するための側面図。上記実施形態における、筐体の側面部から外部インターフェイスケーブルを引出す場合の組立手順を説明するための分解斜視図。上記実施形態における、ＰＯＰ基板の概要を説明するための斜視図。上記実施形態における、ＰＯＰ基板の要部の構造を示す側面図。上記実施形態における、ＰＯＰ基板の要部の他の構造例を示す側面図。

　以下図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

　本発明の実施形態に係る、工業用小型電子撮像カメラのカメラ組立構造を図１，図２，図３Ａ，図４Ａに示している。六面体構造をなす箱形カメラ筐体の背面部（後面部）に外部インターフェイスコネクタを設けて箱形カメラ筐体の背面部から外部インターフェイスケーブルを引き出す場合の組立構造を図１（分解斜視図）および図３Ａ（側断面図）に示し、上記箱形カメラ筐体の任意の側面部（上、下、左、右の何れか一側面部）に外部インターフェイスコネクタを設けて箱形カメラ筐体の側面部から外部インターフェイスケーブルを引き出す場合の組立構造を図２（一部分解斜視図）および図４Ａ（側断面図）に示している。以下、図１および図３Ａに示すカメラ組立構造を背面ケーブル引出組立構造と称し、図２および図４Ａに示すカメラ組立構造を側面ケーブル引出組立構造と称す。

　図１，図２，図３Ａ，図４Ａに示すように、本発明の実施形態に係る工業用小型電子撮像カメラは、撮像窓１０１を有し、六面体構造をなす箱形カメラ筐体１の前面部を構成するレンズマウント１０と、レンズマウント１０の各辺に対し撮像窓１０１の光軸Ｏ１と平行な垂直軸回りに辺を替えてレンズマウント１０に取付可能な、カメラ筐体１の任意の三側面部若しくは任意の二側面部と背面部を構成する断面コ字状の三面カバー３０と、カメラ筐体１の内部に形成された撮像室２に複数の基板を収容し支持する基板取付機構２０５を有し、レンズマウント１０に取り付けられてカメラ筐体１の任意の一側面部を構成する基板実装フレーム２０と、レンズマウント１０に取り付けられてカメラ筐体１の任意の一側面部若しくはカメラ筐体１の背面部を構成するコネクタ取付金具４０と、外部インターフェイスケーブルを接続する外部接続端子５１を有し、この外部接続端子５１を外部に露出させてコネクタ取付金具４０に取り付けられた外部インターフェイスコネクタ５０とを具備して構成されている。

　上記した箱形カメラ筐体１の構成要素をなす、レンズマウント１０、基板実装フレーム２０、三面カバー３０、および外部インターフェイスコネクタ５０を取り付けたコネクタ取付金具４０は、それぞれ、背面ケーブル引出組立構造および側面ケーブル引出組立構造に共通の筐体構成部品である。このレンズマウント１０と基板実装フレーム２０と三面カバー３０と外部インターフェイスコネクタ５０を取り付けたコネクタ取付金具４０とにより本発明の実施形態に係る、前面を除いた５面を対象に任意の面に外部インターフェイスコネクタを設けることのできる４ピース立方体構造の箱形カメラ筐体１が実現される。

　なお、図１および図３Ａに示す背面ケーブル引出組立構造のときと、図２および図４Ａに示す側面ケーブル引出組立構造のときでは、図の対比から明らかなように、コネクタ取付金具４０に対してコネクタ端子導出孔４０３から導出される外部接続端子５０２の向きが図３Ｂ、図４Ｂに示すように上下逆になる。これに伴い外部接続端子５０２の接続端面５０３の端子配列の向きも逆になる。

　本発明の実施形態に係る箱形カメラ筐体１においては、コネクタ取付金具４０がカメラ筐体１の背面部を構成した背面ケーブル引出組立構造であるとき、外部インターフェイスコネクタ５０に設けられた外部接続端子５０２のケーブル接続方向が光軸Ｏ１に平行し（外部接続端子５０２の接続端面５０３が光軸Ｏ１に直交し）、コネクタ取付金具４０がカメラ筐体１の右側面部、左側面部、上側面部、下側面部のいずれかを構成した側面ケーブル引出組立構造であるとき、上記外部接続端子５０２のケーブル接続方向が光軸Ｏ１に対して直交する（外部接続端子５０２の接続端面５０３が光軸Ｏ１に平行する）。

　コネクタ取付金具４０がカメラ筐体１の背面部を構成した背面ケーブル引出組立構造であるとき、図１および図３Ａに示すように、コネクタ取付金具４０が基板実装フレーム２０を介してレンズマウント１０にねじ止め固定されるとともに、三面カバー３０を介してレンズマウント１０にねじ止め固定され、コネクタ取付金具４０がカメラ筐体１の右側面部、左側面部、上側面部、下側面部のいずれかを構成した側面ケーブル引出組立構造であるとき、図２および図４Ａに示すように、上記コネクタ取付金具４０がレンズマウント１０に直接ねじ止め固定されるとともに、三面カバー３０および基板実装フレーム２０を介してレンズマウント１１にねじ止め固定される。なお、ねじ止め固定に用いられる螺子Ｔについては一部を省略して示している。

　レンズマウント１０は、外部に露出する表面部の撮像窓１０１の周囲にトップマーク１０３を付したレンズ枠部１０２を有し、裏面部の四辺各角部に、直交する二辺に平行する２つの螺子孔（螺刻孔）をそれぞれに有した螺子止め固定片１０４，１０５，１０６，１０７を有して構成される。この螺子止め固定片１０４，１０５，１０６，１０７の計８つの螺子孔を用いて、レンズマウント１０と基板実装フレーム２０と三面カバー３０と外部インターフェイスコネクタ５０を取り付けたコネクタ取付金具４０とを相互に螺子止め固定することにより撮像室２を形成した箱形カメラ筐体の組立構造が構成される。上記トップマーク１０３は、箱形カメラ筐体の各種組立構造に対して常に固体撮像素子の撮像面（後述する）における上下方向を明示している。ここではレンズ枠部１０２にトップマーク１０３を刻設している。

　基板実装フレーム２０は、外部に露出する表面部に銘板が貼着され、裏面部に、螺子挿入孔をそれぞれ穿設した２つの係止片２０２，２０３と、螺子孔（螺刻孔）をそれぞれに有した２つの螺子止め固定片２０１，２０４と、基板取付機構を構成する基板固定片２０５とを具備する。係止片２０２は辺ａ上の辺ｂ側角部に設けられ、係止片２０３は辺ｃ上の辺ｂ側角部に設けられている。係止片２０２，２０３は辺ｂと平行する方向に螺子止め孔が穿設されている。螺子止め固定片２０１は辺ａ上の辺ｄ側角部に設けられ、螺子止め固定片２０４は辺ｄ上の辺ｃ側角部に設けられている。螺子止め固定片２０１は辺ａと直交する方向に螺子孔が穿設され、螺子止め固定片２０４は辺ｄと直交する方向に螺子孔が穿設されている。基板固定片２０５は辺ａ上に設けられ、辺ａと平行する方向に螺子孔が穿設されている。

　螺子止め固定片２０１は、背面ケーブル引出組立構造であるとき、三面カバー３０の螺子止め孔３１４に係合し、側面ケーブル引出組立構造であるとき、三面カバー３０の螺子止め孔３１５に係合する。係止片２０２は、背面ケーブル引出組立構造であるとき、レンズマウント１０の螺子止め固定片１０７に螺子止め固定され、側面ケーブル引出組立構造であるとき、レンズマウント１０の螺子止め固定片１０５に螺子止め固定される。係止片２０３は、背面ケーブル引出組立構造であるとき、レンズマウント１０の螺子止め固定片１０６に螺子止め固定され、側面ケーブル引出組立構造であるとき、レンズマウント１０の螺子止め固定片１０４に螺子止め固定される。螺子止め固定片２０４は、背面ケーブル引出組立構造であるとき、コネクタ取付金具４０の螺子止め孔４１１に係合し、側面ケーブル引出組立構造であるとき、三面カバー３０の螺子止め孔３１１に係合する。

　三面カバー３０は、中間（中央）の面部３０１と両側の面部３０２，３０３とにより断面コ字状に形成され、コ字状の一方端縁は同一平面上（面一）にあり、他方端縁は、中間の面部３０１の端縁が両側の面部３０２，３０３の端縁より突出（延出）形成され、この突出面部（延出部）３０４が張出部４０２（コネクタ収容室６）のカバーおよびコネクタ取付金具４０の取付片（コネクタ取付金具４０にねじ止め固定される片部）を形成している。

　三面カバー３０の中間の面部３０１には、一方端縁の面部３０３側の角部に螺子止め孔３１１が穿設され、他方端縁の両角部に螺子止め孔３１２，３１３が穿設されている。両側の面部３０２，３０３のうち、面部３０２の面部３０１側の角部に螺子止め孔３１４が穿設され、面部３０３の他方端縁側の端部に螺子止め孔３１５が穿設されている。三面カバー３０の両側の面部３０２，３０３の一方端縁の終端は、基板実装フレーム２０に設けられた係止片２０２，２０３に嵌合する切欠部３１６，３１７を形成している。

　螺子止め孔３１１は、背面ケーブル引出組立構造であるとき、レンズマウント１０の螺子止め固定片１０４に螺子止め固定され、側面ケーブル引出組立構造であるとき、基板実装フレーム２０の螺子止め固定片２０４に螺子止め固定される。螺子止め孔３１２，３１３は、コネクタ取付金具４０の螺子止め固定片４０６，４０７に螺子止め固定される。螺子止め孔３１４は、背面ケーブル引出組立構造であるとき、レンズマウント１０の螺子止め固定片１０５に螺子止め固定され、側面ケーブル引出組立構造であるとき、基板実装フレーム２０の螺子止め固定片２０１に螺子止め固定される。

　コネクタ取付金具４０は、取付固定片４０１と張出部４０２とコネクタ端子導出孔４０３とコネクタ支持部４０４とを備え、張出部４０２の内部に外部インターフェイスコネクタ５０の本体部（コネクタ本体）５０１を収容するコネクタ収容室６を形成している。

　取付固定片４０１には、背面ケーブル引出組立構造であるとき、基板実装フレーム２０の螺子止め固定片２０４に螺子止め固定され、側面ケーブル引出組立構造であるとき、レンズマウント１０の螺子止め固定片１０４，１０５，１０６，１０７のいずれかに螺子止め固定される螺子止め孔４１１が穿設されている。この取付固定片４０１に対して張り出した張出部４０２はコネクタの支持枠部を形成している。張出部４０２には、取付固定片４０１の取付面と平行する張出面に、外部インターフェイスコネクタ５０の外部接続端子５０２を外部に導出するコネクタ端子導出孔４０３が設けられ、その両側部に、コネクタ本体５０１を嵌合支持するコネクタ支持部４０４が設けられる。張出部４０２の張出端には、三面カバー３０の突出面部３０４に設けられた螺子止め孔３１２，３１３を螺子止め固定する螺子止め固定片４０６，４０７が設けられている。

　外部インターフェイスコネクタ５０は一対のロック端子付き締め付け螺子４１，４１によりコネクタ取付金具４０に螺子止め固定される。このロック端子付き締め付け螺子４１，４１は、外部インターフェイスコネクタ５０の外部接続端子５０２に図示しない外部インターフェイスケーブルの接続プラグ（コネクタ）がインターフェイス接続されるとき、プラグ（コネクタ）を外部接続端子５０２に固着するためのプラグ締め付け用ロック端子（ターミナル端子）を備えている。この外部インターフェイスコネクタ５０は、カメラリンク規格に準拠したカメラリンクコネクタを構成する。

　上記した４ピース構造の箱形カメラ筐体１の内部に形成された撮像室２には、センサーモジュールを構成するレンズマウント組込モジュール３と、制御モジュールを構成するフレーム組込モジュール４が収容され、撮像室２に連通してコネクタ取付金具４０の張出部４０２内に形成されたコネクタ収容室６には、外部インターフェイスコネクタ５０の本体部５０１が収容されている。このコネクタ取付金具４０と同コネクタ取付金具４０に取り付けられた外部インターフェイスコネクタ５０とによりコネクタモジュール５を構成している。

　センサーモジュールを構成するレンズマウント組込モジュール３は、レンズマウント１０と、Ｏリング１１と、フランジバック調整用のシム１２と、エリアイメージセンサを構成する矩形状の撮像面１３ａを有した固体撮像素子１３と、固体撮像素子１３を保持するデバイスホルダ１４と、デバイスホルダ１４を介して固体撮像素子１３を実装するセンサ基板（リジッド基板）１５とにより構成される。

　上記したレンズマウント組込モジュール３の構成要素において、固体撮像素子１３は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）またはＣＭＯＳイメージセンサ（Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor）により構成される。この実施形態では固体撮像素子１３にＣＣＤを用い、デバイスホルダ１４を介してＣＣＤ１３がセンサ基板１５に実装される。このＣＣＤ１３は光軸Ｏ１上のフランジバックを確保した位置に矩形状の撮像面１３ａが位置するように、シム１２により位置調整され、センサ基板１５に固定支持される。なお、フランジバック調整用のシム１２は光学調整作業において必要に応じて適宜用いられるもので調整によって実装されない場合もある。また、フランジバック（ＦＢ）は、レンズマウント１０に設けた撮像窓１０１の開口端（レンズのフランジ面）を基準に、焦点（撮像面１３ａ）までの距離（フランジ焦点距離）により定まる。

　デバイスホルダ１４を介在してＣＣＤ１３を実装したセンサ基板１５を、リング１１とシム１２を介挿し、デバイスホルダ１４を固定支持部材として、レンズマウント１０に螺子止め固定することによりレンズマウント組込モジュール３が構成される。

　制御モジュールを構成するフレーム組込モジュール４は、基板実装フレーム２０と、制御基板（リジッド基板）２１と、電源基板２２とにより構成される。制御基板２１と電源基板２２は、互いに重ね合わされ、中央部分が膨出した円柱形状の複数個の樹脂コアはんだボール（バレル形樹脂コアはんだボール）ＳＢにより、物理的に一体に結合され、相互に回路接続されて、二段構造のＰＯＰ（Package On Package）基板を構成している。このバレル形樹脂コアはんだボールＳＢを用いたＰＯＰ基板については図１６と図１７Ａ，図１７Ｂを参照して後述する。

　この制御基板２１と電源基板２２により構成されたＰＯＰ基板が基板実装フレーム２０の基板固定片２０５に螺子止め固定され、制御基板２１と電源基板２２が基板実装フレーム２０の面上に立設した状態で基板実装フレーム２０に支持固定されることにより制御モジュールを構成するフレーム組込モジュール４が構成される。

　上記したコネクタモジュール５とフレーム組込モジュール４の間がコネクタ接続用フレキシブルプリント配線板（外部インターフェイスフレキシブルプリント配線板）２３によりコネクタを介し接離可能に回路接続され、フレーム組込モジュール４とレンズマウント組込モジュール３との間がセンサ回路用フレキシブルプリント配線板２５によりコネクタを介し接離可能に回路接続されている。外部インターフェイス用フレキシブルプリント配線板２３は中途部に信号処理用のＩＣ部品２４を有している。センサ回路用フレキシブルプリント配線板２５は、レンズマウント組込モジュール３に対してフレーム組込モジュール４およびコネクタモジュール５を光軸Ｏ１と平行な垂直軸回りに回動可能に多重折り込み可能な長さを有している。

　上記したカメラ組立構造における、背面ケーブル引出組立構造と側面ケーブル引出組立構造の組込状態および組込後の外観構成を図５Ａ乃至図９Ｂに示している。

　コネクタモジュール５を箱形カメラ筐体１の背面（後面）部に設ける場合の組込状態を図５Ａに示し、組込後の外観構成を図５Ｂに示している。この組立構造（外部インターフェイスケーブルを背面から引き出す組立構造）においては、基板実装フレーム２０がカメラ筐体１の底面部を構成している。

　コネクタモジュール５を箱形カメラ筐体１の上面部に設ける場合の組込状態を図６Ａに示し、組込後の外観構成を図６Ｂに示している。この組立構造（外部インターフェイスケーブルを上面から引き出す組立構造）においては、基板実装フレーム２０が上記図５Ａ，図５Ｂに示す組立構造と同様にカメラ筐体１の底面部を構成している。

　コネクタモジュール５を箱形カメラ筐体１の下面部に設ける場合の組込状態を図７Ａに示し、組込後の外観構成を図７Ｂに示している。この組立構造（外部インターフェイスケーブルを下面から引き出す組立構造）においては、基板実装フレーム２０がカメラ筐体１の上面部を構成している。

　コネクタモジュール５を箱形カメラ筐体１の左面部（カメラ筐体を基準にした）に設ける場合の組込状態を図８Ａに示し、組込後の外観構成を図８Ｂに示している。この組立構造（外部インターフェイスケーブルを左側面から引き出す組立構造）においては、基板実装フレーム２０がカメラ筐体１の右側面部を構成している。

　コネクタモジュール５を箱形カメラ筐体１の右面部（カメラ筐体を基準にした）に設ける場合の組込状態を図９Ａに示し、組込後の外観構成を図９Ｂに示している。この組立構造（外部インターフェイスケーブルを右側面から引き出す組立構造）においては、基板実装フレーム２０がカメラ筐体１の左側面部を構成している。

　上記した背面ケーブル引出組立構造の組立手順を図１０Ａ乃至図１２Ｂに示し、側面ケーブル引出組立構造の組立手順を図１３Ａ乃至図１５に示している。

　背面ケーブル引出組立構造の組立手順においては、図１０Ａに示すように、外部インターフェイス用フレキシブルプリント配線板２３に実装されたＩＣ部品２４の両面にクッション材Ｃ５を貼着した後、外部インターフェイス用フレキシブルプリント配線板２３をはんだ接続した外部インターフェイスコネクタ５０の外部接続端子５０２をコネクタ取付金具４０のコネクタ端子導出孔４０３よりコネクタ収容室６外へ導出し、ロック端子付き締め付け螺子４１，４１により、外部インターフェイスコネクタ５０をコネクタ取付金具４０に螺子止め固定してコネクタモジュール５を構成する。さらに、図１０Ｂに示すように、コネクタモジュール５から延出した外部インターフェイス用フレキシブルプリント配線板２３をフレーム組込モジュール４の制御基板２１にコネクタ接続する。

　続いて、フレーム組込モジュール４とコネクタモジュール５とを回路接続した外部インターフェイス用フレキシブルプリント配線板２３を図１１Ａ，図１１Ｂに示すように折り畳み、コネクタ取付金具４０を基板実装フレーム２０に係合させた後、図１２Ａに示すように、レンズマウント組込モジュール３をフレーム組込モジュール４に組み込み、クッション材Ｃ１，Ｃ２を介挿して、三面カバー３０をレンズマウント組込モジュール３とフレーム組込モジュール４とコネクタモジュール５に螺子止め固定する。なお、レンズマウント組込モジュール３をフレーム組込モジュール４に組み込む工程において、図３Ａおよび図５Ａに示すように、センサ回路用フレキシブルプリント配線板２５が折り畳まれてセンサ基板１５と制御基板２１の間に収められる。

　これにより図１２Ｂに示す、背面ケーブル引出組立構造の工業用小型電子撮像カメラが構成される（図５Ｂ参照）。

　側面ケーブル引出組立構造の組立手順においては、図１３Ａに示すように、外部インターフェイス用フレキシブルプリント配線板２３をはんだ接続した外部インターフェイスコネクタ５０の外部接続端子５０２をコネクタ取付金具４０のコネクタ端子導出孔４０３よりコネクタ収容室６外へ導出し、ロック端子付き締め付け螺子４１，４１により、外部インターフェイスコネクタ５０をコネクタ取付金具４０に螺子止め固定してコネクタモジュール５を構成する。なお、側面ケーブル引出組立構造と背面ケーブル引出組立構造ではコネクタ取付金具４０に対してコネクタ端子導出孔４０３に挿入する外部接続端子５０２の向きが上下逆さになる。さらに、図１３Ｂに示すように、コネクタモジュール５から延出した外部インターフェイス用フレキシブルプリント配線板２３をフレーム組込モジュール４の制御基板２１にコネクタ接続し、電源基板２２にクッション材Ｃ４を貼着する。

　続いて、フレーム組込モジュール４とコネクタモジュール５とを回路接続した外部インターフェイス用フレキシブルプリント配線板２３を図１４Ａ，図１４Ｂに示すように折り畳み、図１５に示すように、レンズマウント組込モジュール３をフレーム組込モジュール４に組み込み、三面カバー３０をレンズマウント組込モジュール３とフレーム組込モジュール４とコネクタモジュール５に螺子止め固定する。この組立工程において、カメラ筐体１の右側面、左側面、上側面、下側面のいずれに外部インターフェイスコネクタ５０を設けるかにより、レンズマウント組込モジュール３に対してフレーム組込モジュール４を光軸Ｏ１と平行な垂直軸回りに９０度単位で回動（図示矢印ｒ方向参照）させ、所望する側面ケーブル引出組立構造とする。なお、この場合、センサ回路用フレキシブルプリント配線板２５は多重折り込み可能な長さを有しており、レンズマウント組込モジュール３とフレーム組込モジュール４を回路接続した状態で、カメラ筐体１のケーブル引出方向を、右側面と左側面と上側面と下側面のいずれかに任意に変更することができる。

　また、カメラ筐体１の一面部を構成する基板実装フレーム２０の面上に、制御基板２１と電源基板２２とをＰＯＰ基板とし、立位状態で支持したことにより、上記した背面ケーブル引出組立構造、側面ケーブル引出組立構造のいずれであっても、上記ＰＯＰ基板が、レンズマウント組込モジュール３に組み込まれたセンサ基板１５と重ね合わせたように同配列に実装されることから、撮像室２の基板実装スペースを最小限に抑制できる。

　さらに、制御基板２１と電源基板２２とをコネクタ接続とせず、熱変形および圧力変形に対してロバストなバレル形樹脂コアはんだボールＳＢを用いたＰＯＰ基板構造としたことで、制御基板２１と電源基板２２とを長期間にわたり安定した状態を維持して回路接続できるとともに、基板間を設定した一定間隔で強固に一体結合できる。

　この背面ケーブル引出組立構造と側面ケーブル引出組立構造の双方におけるセンサ基板１５とＰＯＰ基板の同配列実装手段と、バレル形樹脂コアはんだボールＳＢを用いたＰＯＰ基板構造とにより、センサ基板１５と制御基板２１と電源基板２２を２０mm角程度の超小型カメラ筐体１の撮像室２に実装することができた。

　上記したバレル形樹脂コアはんだボールＳＢを用いた制御基板２１と電源基板２２のＰＯＰ基板構造を図１６と図１７Ａに示している。制御基板２１は、電源基板２２と対向する基板面に、動作時に熱を発散する能動回路部品Ｐ１を実装している。電源基板２２の制御基板２１と対向するパターン形成面に、能動回路部品Ｐ１と対向する面部を避け、その両側にバレル形樹脂コアはんだボールＳＢを配列して、電源基板２２と制御基板２１をはんだリフロー処理により相互にはんだ接合する。これにより制御基板２１に実装された能動回路部品Ｐ１の両側にバレル形樹脂コアはんだボールＳＢが配列された状態で制御基板２１と電源基板２２がバレル形樹脂コアはんだボールＳＢにより一体結合され回路接続されて二段構造のＰＯＰ基板が製造される。なお、図１７Ａに示すＰ２は制御基板２１の部品実装面に実装された回路部品であり、Ｐ３は電源基板２２の部品実装面に実装された回路部品である。

　この制御基板２１と電源基板２２とで構成された二段構造のＰＯＰ基板は、図１７Ａに示すように、能動回路部品Ｐ１の両側にバレル形樹脂コアはんだボールＳＢを配列している。ここで、バレル形樹脂コアはんだボールＳＢの基板面に対して垂直な高さ方向の寸法（ｇａ）を能動回路部品Ｐ１の実装高さより大きい値とすることで、能動回路部品Ｐ１の上面と電源基板２２のパターン形成面との間に、一定間隔（ｇｂ）の間隙（ｈｒ）を形成することができる。実機においては、ｇａ＝１，５mmのバレル形樹脂コアはんだボールＳＢを用いて、ｇｂ＝０，３mmの間隙（ｈｒ）を形成している。この間隙（ｈｒ）により、能動回路部品Ｐ１から発散される熱を能動回路部品Ｐ１の両側に配列したバレル形樹脂コアはんだボールＳＢに導く廃熱路を形成している。

　制御基板２１と電源基板２２の互いに対向する面に、それぞれ動作時に熱を発散する能動回路部品を実装した場合のＰＯＰ基板構造を図１７Ｂに示している。ここでは、制御基板２１と電源基板２２の互いに対向する基板面において、制御基板２１に能動回路部品Ｐａ、電源基板２２に回路部品Ｐｂを互いに対面する状態で実装している。この場合、バレル形樹脂コアはんだボールＳＢの基板面に対して垂直な高さ方向の寸法（ｇａ）を能動回路部品Ｐａと回路部品Ｐｃの合計実装高さより大きい値とすることで、能動回路部品Ｐａの上面と回路部品Ｐｃの上面との間に、一定間隔（ｇｄ）の間隙（ｈｒ）を形成することができる。なお、図１７Ｂに示すＰｂは制御基板２１の部品実装面に実装された回路部品、Ｐｄは電源基板２２の部品実装面に実装された回路部品、ｇｂは能動回路部品Ｐａの上面と電源基板２２の基板面との間に形成された間隙、ｇｃは回路部品Ｐｃの上面と制御基板２１の基板面との間に形成された間隙である。

　上記したように本発明の実施形態によれば、外部インターフェイスコネクタの取付面を、箱形カメラ筐体の前面部（レンズマウント）を除く五面を対象に、任意の面（背面、右側面、左側面、上側面、下側面）に設定並びに変更でき、これによってカメラ筐体からの外部インターフェイスケーブルの引出方向を、カメラの光軸に平行な後出し、カメラの光軸に直交する右出し、左出し、上出し、下出しの５方向を対象に、任意の方向に引き出すことができる。これにより、外部インターフェイスケーブルの接続機構を備えた工業用小型電子撮像カメラにおいて、経済的に有利な構成で、外部インターフェイスケーブルの引出方向を任意に選定して容易に組立ることができる、汎用性の高い工業用小型電子撮像カメラを提供することができる。

　また、カメラ筐体内の撮像室に、センサ基板の他に、センサ基板を制御する制御基板およびセンサ基板と制御基板の動作用電源を供給制御する電源基板を収容してカメラ機能を集約化でき、かつ信頼性の高い回路動作を期待できる工業用小型電子撮像カメラを提供することができる。

　なお、本発明は、上記実施形態そのまま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で構成要素を変形して種々のカメラ組立構造を実現可能である。

　１…カメラ筐体、２…撮像室、３…レンズマウント組込モジュール、４…フレーム組込モジュール、５…コネクタモジュール、６…コネクタ収容室、１０…レンズマウント、１１…Ｏリング、１２…シム、１３…固体撮像素子（ＣＣＤ）、１４…デバイスホルダ、１５…センサ基板、２０…基板実装フレーム、２１…制御基板、２２…電源基板、２３…外部インターフェイス用フレキシブルプリント配線板、２４…ＩＣ部品２４、２５…センサ回路用フレキシブルプリント配線板、３０…三面カバー、４０…コネクタ取付金具、４１…ロック端子付き締め付け螺子、５０…外部インターフェイスコネクタ、１０１…撮像窓、１０２…レンズ枠部、１０３…トップマーク、４０１…取付固定片、４０２…張出部、４０３…コネクタ端子導出孔、５０１…本体部（コネクタ本体）、５０２…外部接続端子、５０３…接続端面、Ｏ１…光軸、ＳＢ…中央部分が膨出した円柱形状の樹脂コアはんだボール（バレル形樹脂コアはんだボール）。

Claims

　レンズマウントにより構成される前面部を除いた複数の面部を対象に、任意の面部に外部インターフェイスコネクタを取付可能にした、六面体構造をなす箱形カメラ筐体と、
　前記カメラ筐体の内部に形成された撮像室に収容された、固体撮像素子を実装したセンサ基板と、
　前記撮像室に収容され、前記センサ基板に実装された前記固体撮像素子を駆動制御する制御基板と、
　前記撮像室に収容され、前記センサ基板および前記制御基板に動作用電源を供給制御する電源基板と、
を具備し、
　前記制御基板と前記電源基板は、中央部分が膨出した円柱形状の複数個の樹脂コアはんだボールにより、対向する基板面の間に一定の間隔を存して一体にはんだ結合されるとともに相互に回路接続された二段構造のＰＯＰ基板を構成していることを特徴とする工業用小型電子撮像カメラ。
　前記カメラ筐体は、
　撮像窓を有し、六面体構造をなす箱形カメラ筐体の前面部を構成するレンズマウントと、
　前記レンズマウントの各辺に対し前記撮像窓の光軸と平行な垂直軸回りに辺を替えて前記レンズマウントに取付可能な、前記カメラ筐体の任意の三側面部若しくは任意の二側面部と背面部を構成する断面コ字状の三面カバーと、
　前記カメラ筐体の内部に形成された撮像室に複数の基板を収容し支持する基板取付機構を有し、前記レンズマウントに取り付けられて前記カメラ筐体の任意の一側面部を構成する基板実装フレームと、
　前記レンズマウントに取り付けられて前記カメラ筐体の任意の一側面部若しくは前記カメラ筐体の背面部を構成するコネクタ取付金具と、
　外部インターフェイスケーブルを接続する外部接続端子を有し、該外部接続端子を外部に露出させて前記コネクタ取付金具に取り付けられた外部インターフェイスコネクタと、
を具備して構成され、
　前記レンズマウントに、前記センサ基板が支持され、
　前記基板取付機構に、前記ＰＯＰ基板が支持されて、前記センサ基板および前記ＰＯＰ基板が前記撮像室に収容されていることを特徴とする請求項１に記載の工業用小型電子撮像カメラ。
　前記ＰＯＰ基板は、前記対向する基板面において、一方の基板面に動作時に熱を発散する能動回路部品が実装され、この能動回路部品の上面と、前記一方の基板面に対向する他方の基板面との間に、前記樹脂コアはんだボールにより、一定の間隙が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の工業用小型電子撮像カメラ。
　前記ＰＯＰ基板は、前記能動回路部品の両側に前記樹脂コアはんだボールを配設しており、前記間隙は前記能動回路部品から発散される熱を前記樹脂コアはんだボールに導く廃熱路を形成していることを特徴とする請求項３に記載の工業用小型電子撮像カメラ。
　前記撮像室において、前記センサ基板と、前記ＰＯＰ基板は、前記センサ基板に対して前記ＰＯＰ基板を前記レンズマウントの光軸と平行な垂直軸回りに回動可能に多重折り込み可能な長さを有するセンサ回路用フレキシブルプリント配線板により接離可能に回路接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の工業用小型電子撮像カメラ。