(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズ部組と、イメージセンサと、イメージセンサを支持する支持枠部材とから構成される撮像ユニットを組み立てる撮像ユニット組立装置において、
所定の軸線上に中心点が位置決めされた第１の光学チャートと、
前記所定の軸線上に中心点が位置決めされ、前記第１の光学チャートから所定の距離だけ離間した位置に配置された第２の光学チャートと、
前記レンズ部組に設けられたレンズの光軸を前記所定の軸線に一致させた状態で前記レンズ部組を保持するレンズ部組保持手段と、
前記第１および第２の光学チャートを撮像できるように、前記イメージセンサを前記所定の軸線上に配置して保持するイメージセンサ保持手段と、
前記第１および第２の光学チャートと前記イメージセンサ保持手段との間で、前記支持枠部材を前記所定の軸線上に保持する支持枠部材保持手段と、
前記イメージセンサ保持手段を前記所定の軸線に沿って移動させる第１のＺ方向移動手段と、
前記イメージセンサ保持手段と前記支持枠部材保持手段とを前記所定の軸線に沿って一体的に移動させる第２のＺ方向移動手段と、
前記第１および第２のＺ方向移動手段を駆動させて前記レンズ部組と前記イメージセンサと前記支持枠部材とを仮組みした後、前記イメージセンサ保持手段を前記所定の軸線と直交する面上で移動させることにより、前記イメージセンサが前記第１の光学チャートを撮像して得られる画像に基づいて、前記所定の軸線に対して前記イメージセンサを位置決め調整する第１の位置決め調整手段と、
前記第１の位置決め調整手段によって前記イメージセンサを位置決めした状態で、前記イメージセンサを前記支持枠部材に組み付け固定する第１の組み付け手段と、
前記第２のＺ方向移動手段を駆動することにより、前記イメージセンサが前記第１および第２の光学チャートを撮像して得られる画像に基づいて、前記レンズ部組に対する前記支持枠部材の相対位置を調整する第２の位置決め調整手段と、前記第２の位置決め調整手段によって前記レンズ部組に対する前記支持枠部材の相対位置を調整した状態で、前記支持枠部材を前記レンズ部組に組み付け固定する第２の組み付け手段と、
を具備したことを特徴とする撮像ユニット組立装置。
【請求項２】
前記イメージセンサ保持手段は、前記第１および第２のＺ方向移動手段を駆動させて前記レンズ部組と前記イメージセンサと前記支持枠部材とを仮固定する際にイメージセンサがあおり方向に傾くことを許容する機構を備えていることを特徴とする請求項１に記載の撮像ユニット組立装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像用の光学系とイメージセンサとを組立調整した後に固定手段により固定する撮像ユニット組立装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、撮像用の光学系とイメージセンサとの調整組立においては、例えば、特許第３１５９７８５号に示されるような自動組立装置が知られている。図９はそのような自動組立装置を示しており、図中、１０１はイメージセンサ、１０２はイメージセンサ基板、１０３はレンズアレイ、１０４はイメージセンサ位置設定金具、１０５は光学的読み取りユニット、１０６はイメージセンサ位置設定金具固定ビス、１０７はイメージセンサ基板固定ビス、１０８ａはイメージセンサ位置設定金具ビスドライバ、１０８ｂはイメージセンサ基板固定ビスドライバ、１０９は光学チャート、１１０ａは側方基板把持ピン、１１０ｂは上方基板把持ピン、１１１ａは左右位置調整ステージ、１１１ｂはピント位置調整ステージ、１１１ｃは回転位置調整ステージ、１１１ｄは上下位置調整ステージ、１１１ｅはアオリ位置調整ステージ、１１２はイメージセンサ初期位置設定ピン、１１３は光源、１１４は拡散板、１１５は光学レール、１１６は下方突き当てピン、１１７は摺動コマである。
【０００３】
光学的読み取りユニット１０５の構造において、イメージセンサ１０１はイメージセンサ基板１０２に半田付けされ、イメージセンサ基板１０２はイメージセンサ位置設定金具１０４にイメージセンサ基板固定ビス１０７で固定され、イメージセンサ位置設定金具１０４は光学的読み取りユニット１０５にイメージセンサ位置設定金具固定ビス１０６で固定されている。ピントとアオリ方向はイメージセンサ位置設定金具固定ビス１０６により位置設定され、左右と上下と回転方向はイメージセンサ基板固定ビス１０７により位置設定される。レンズアレイ１０３は光学的読み取りユニット１０５に固定されており、その光学調整はイメージセンサ１０１の位置を調整することにより行なう。
【０００４】
光学的読み取りユニット１０５は、その取り付け位置が光学レール１１５と下方突き当てピン１１６と摺動コマ１１７とによって設定され、図示しない光学的読み取りユニットクランプ機構によって当該自動調整装置に固定される。光学チャート１０９は、その位置が光学的読み取りユニット１０５における原稿位置に設定され、光源１１３と拡散板１１４とにより均一に透過照明される。拡散板１１４の表面のムラを光学的読み取りユニット１０５が拾わないようにするため、拡散板１１４は、光学的読み取りユニット１０５の焦点深度外に位置設定され、光学チャート１０９とは密着されない。
【０００５】
イメージセンサ１０１の位置調整は、イメージセンサ基板１０２の両側面を側方基板把持ピン１１０ａで把持し、上面を基板把持ピン１１０ｂで支え、左右位置を左右位置調整ステージ１１１ａで調整、ピント位置をピント位置調整ステージ１１１ｂで調整し、回転位置を回転位置調整ステージ１１１ｃで調整し、上下位置を上下位置調整ステージ１１１ｄで調整し、アオリ位置をアオリ位置調整ステージ１１１ｅで調整することによって成される。回転位置調整ステージ１１１ｃおよびアオリ位置調整ステージ１１１ｅは、調整時の軸間干渉を少なくするために、イメージセンサ１０１の中心が回転中心となるように配置される。
【０００６】
イメージセンサ位置設定金具固定ビスドライバ１０８ａおよびイメージセンサ基板固定ビスドライバ１０８ｂは、図示しないモータにより回転駆動される。この場合、ドライバ駆動用のモータに流す電流を切り換えてドライバ駆動トルクを制御する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構成の自動組立装置を用いた撮像光学系とイメージセンサとの組立調整においては、調整後のイメージセンサの固定が固定ビスによって行なわれるため、固定ビスドライバによる締め付けトルクを加えた時に、少なからず位置ズレが発生し、精度の良い組立調整が不可能である。
【０００８】
また、イメージセンサの固定に固定ビスを使っているため、製品に固定ビスを配置するスペースが必要になり、スペース的に余裕の無い微小な製品の組立調整が難しいという欠点がある。
【０００９】
さらに、イメージセンサのピント、アオリ、左右、上下方向の調整は、全て、１つの把持機構を所望の方向に駆動することで行なわれるため、調整方向の独立性を保つことが難しく、例えば、アオリ方向のみを調整したい場合、ピント方向も同時にずれてしまうなどの不具合が発生する可能性がある。
【００１０】
本発明は前記事情に着目してなされたものであり、その目的とするところは、調整誤差が少ない高精度な組立を行なうことができ、また、リードタイムの短縮を図ることができる撮像ユニット組立装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は、レンズ部組と、イメージセンサと、イメージセンサを支持する支持枠部材とから構成される撮像ユニットを組み立てる撮像ユニット組立装置において、所定の軸線上に中心点が位置決めされた第１の光学チャートと、前記所定の軸線上に中心点が位置決めされ、前記第１の光学チャートから所定の距離だけ離間した位置に配置された第２の光学チャートと、前記レンズ部組に設けられたレンズの光軸を前記所定の軸線に一致させた状態で前記レンズ部組を保持するレンズ部組保持手段と、前記第１および第２の光学チャートを撮像できるように、前記イメージセンサを前記所定の軸線上に配置して保持するイメージセンサ保持手段と、前記第１および第２の光学チャートと前記イメージセンサ保持手段との間で、前記支持枠部材を前記所定の軸線上に保持する支持枠部材保持手段と、前記イメージセンサ保持手段を前記所定の軸線に沿って移動させる第１のＺ方向移動手段と、前記イメージセンサ保持手段と前記支持枠部材保持手段とを前記所定の軸線に沿って一体的に移動させる第２のＺ方向移動手段と、前記第１および第２のＺ方向移動手段を駆動させて前記レンズ部組と前記イメージセンサと前記支持枠部材とを仮組みした後、前記イメージセンサ保持手段を前記所定の軸線と直交する面上で移動させることにより、前記イメージセンサが前記第１の光学チャートを撮像して得られる画像に基づいて、前記所定の軸線に対して前記イメージセンサを位置決め調整する第１の位置決め調整手段と、前記第１の位置決め調整手段によって前記イメージセンサを位置決めした状態で、前記イメージセンサを前記支持枠部材に組み付け固定する第１の組み付け手段と、前記第２のＺ方向移動手段を駆動することにより、前記イメージセンサが前記第１および第２の光学チャートを撮像して得られる画像に基づいて、前記レンズ部組に対する前記支持枠部材の相対位置を調整する第２の位置決め調整手段と、前記第２の位置決め調整手段によって前記レンズ部組に対する前記支持枠部材の相対位置を調整した状態で、前記支持枠部材を前記レンズ部組に組み付け固定する第２の組み付け手段とを具備したことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
【００１３】
図１〜図６は本発明の第１の実施形態を示している。図１に示されるように、本実施形態の撮像ユニット組立装置は、縦型に構成されており、最下部に装置ベース２４を有している。装置ベース２４上には回転ステージ１が配置されており、回転ステージ１の回転テーブル１ａは、装置基準軸２５を回転中心に回転できるように構成されている。回転テーブル１ａ上には、上下方向に駆動可能な第２のＺ方向移動手段としてのＺステージ２が配置されている。
【００１４】
Ｚステージ２上には、第１のＺ方向移動手段としてのＺステージ３ａとＸＹステージ３ｂとを有するＸＹＺステージ３が配置されており、ＸＹＺステージ３のＺステージ３ａ上には、イメージセンサ４の画像を装置上で取り込めるようにした給配電部５ａを備えたイメージセンサ保持治具（イメージセンサ保持手段）５が載置できるようになっている。なお、イメージセンサ保持治具５は、後述する第１および第２の光学チャート１７ａ，１７ｂを撮像できるようにイメージセンサ４を装置基準軸２５上に配置して保持するとともに、Ｚステージ３ａの駆動により装置基準軸２５に沿って昇降できる。
【００１５】
ここで、イメージセンサ保持治具５を載置する部分について詳しく説明する。図示のように、ＸＹＺステージのＺステージ３ａ上には板バネ支持部８が立設されており、この板バネ支持部８には板バネ７が固定されている。図２に示されるように、板バネ７は、外周部７ｂと、内周部７ｃと、これらの周部７ｂ、７ｃ同士を接続する渦巻き状の形状部７ａとを有しており、外周部７ｂが板バネ支持部８に固定されている。板バネ７の内周部７ｃにはイメージセンサ保持治具載置部６が固定されており、このイメージセンサ保持治具載置部６上に、イメージセンサ４を保持するイメージセンサ保持治具５を載置できるようになっている。したがって、この構造において、板バネ７は、イメージセンサ４がその接合面近傍を中心に自由に傾くことを許容し、イメージセンサ４の接合面の傾きを吸収する傾き吸収機構を構成している。
【００１６】
また、Ｚステージ２上には支持枠部材保持治具設置部１１が立設されており、支持枠部材保持治具設置部１１上には、レンズ９ａが予め組み込まれて成る支持枠部材９を保持する支持枠部材保持治具（支持枠部材保持手段）１０が設置されている。そして、支持枠部材９は、支持枠部材保持治具１０および支持枠部材保持治具設置部１１により、イメージセンサ４の上方で保持され、その中心軸が装置基準軸２５と一致するように配置される。なお、支持枠部材保持治具１０は、Ｚステージ２の駆動により、イメージセンサ保持治具５と一体で装置基準軸２５に沿って昇降できる。
【００１７】
回転ステージ１上にはレンズ部組保持治具設置部１４が立設されており、このレンズ部組保持治具設置部１４には、レンズが予め組み込まれて成るレンズ部組１２を保持するレンズ部組保持治具（レンズ部組保持手段）１３が設置されている。そして、レンズ部組１２は、レンズ部組保持治具１３およびレンズ部組保持治具設置部１４により、そのレンズの光軸が装置基準軸２５に一致された状態で支持枠部材９の上方に保持されるようになっている。また、本実施形態において、レンズ部組１２と支持枠部材９は、互いに嵌合するような形状となっており、装置に載置された際には、その軸が互いに一致するようになっている。
【００１８】
イメージセンサ保持治具５の近傍には、イメージセンサ４の接合面にＵＶ硬化型接着剤を塗布する接着剤塗布装置２３が進退自在に配置されている。また、支持枠部材９の近傍には、ＵＶ光照射ヘッド１５が進退自在に配置されている。このＵＶ光照射ヘッド１５は、Ｚステージ２が下降した時に、装置基準軸２５と直交する方向に移動されて、レンズ部組１２と支持枠部材９との間に挿入される。
【００１９】
レンズ部組１２の側方には、支持枠部材９とレンズ部組１２とを溶融接合できるように、レーザヘッド１６が配置されている。また、レンズ部組１２の上方には、装置基準軸２５上に中心点が位置決めされた第１の光学チャート１７ａと、装置基準軸２５上に中心点が位置決めされ且つ第１の光学チャート１７ａから所定の距離だけ離間した位置に配置された第２の光学チャート１７ｂとが設置されている。この場合、第１の光学チャート１７ａは近い位置の解像度を評価するためのものであり、第２の光学チャート１７ｂは遠い位置の解像度を評価するためのものである。これらの第１の光学チャート１７ａおよび第２の光学チャート１７ｂは、図示しないチャート切り換え機構により、 交互に切り換えることができるようになっている。なお、第２の光学チャート１７ｂの上方には、第１の光学チャート１７ａおよび第２の光学チャート１７ｂを照明する透過照明２０が配置されている。
【００２０】
イメージセンサ保持部５の給配電部５ａには、画像取り込み装置２１が接続されており、画像取り込み装置２１は、画像処理と各可動部を制御するための制御装置２２に接続されている。
【００２１】
次に、上記構成からなる撮像ユニット組立装置を用いた撮像ユニットの組立方法について、図３〜図６を参照しながら説明する。
【００２２】
まず、図３に示されるように、装置外で、イメージセンサ４、支持枠部材９、レンズ部組１２を各保持治具、すなわち、イメージセンサ保持治具５、支持枠部材保持治具１０、レンズ部組保持治具１３にそれぞれセットする。次に、各保持治具５，１０，１３をそれぞれ装置の所定の場所にセットし、接着剤塗布装置２３により、イメージセンサ４の表面すなわちカバーレンズ９ａとの接合面にＵＶ硬化型接着剤を定量塗布する。
【００２３】
次に、図４に示されるように、ＸＹＺステージ３のＺステージ３ａを上昇させ、先にイメージセンサ４に塗布した接着剤を支持枠部材９のカバーレンズ９ａに押しつけて接着剤を拡げる。この時、板バネ７（図１参照）の作用により、イメージセンサ４の接合面とカバーレンズ９ａの接合面とが完全に面で接触することができる。次に、Ｚステージ２を上昇させ、レンズ部組１２と支持枠部材９とを嵌合させるとともに、第１の光学チャート１７ａにピントを合わせて、イメージセンサ４の画像を取り込みつつ、ＸＹＺステージ３のＸＹステージ３ｂを駆動させて、第１の光学チャート１７ａの中心と画像の中心とを合わせる。
【００２４】
次に、図５に示されるように、Ｚステージ２を下降させて、レンズ部組１２と支持枠部材９との嵌合状態を解除する。そして、その状態で、レンズ部組１２と支持枠部材９との間にＵＶ光照射ヘッド１５を移動させ、ＵＶ光照射ヘッド１５によってイメージセンサ４とカバーレンズ９ａとの接合面の接着剤を硬化する。
【００２５】
次に、図６に示されるように、ＵＶ光照射ヘッド１５を元の位置に退避させた後、再び、Ｚステージ２を上昇させてレンズ部組１２と支持枠部材９とを嵌合させることにより、第１の光学チャート１７ａが見える状態とし、この状態で、第１の光学チャート１７ａと第２の光学チャート１７ｂとを交互に切り替えつつ、２つの光学チャート１７ａ，１７ｂのパターンが規定のコントラスト値になるようにＺステージ２を微調整する。その後、回転ステージ１を回転させつつ、レンズ部組１２と支持枠部材９との嵌合部にレーザヘッド１６によりレーザ光を照射し、レンズ部組１２と支持枠部材９とを溶融接合する。そして、最後に、レンズ部組１２と支持枠部材９とを保持している保持治具１０，１３の保持部を開放した後、レンズ部組１２と支持枠部材９とイメージセンサ４とが一体になった部組品をイメージセンサ保持治具５に搭載したまま装置から取り出す。
【００２６】
以上説明したように、本実施形態の撮像ユニット組立装置は、装置基準軸２５上に中心点が位置決めされた第１の光学チャート１７ａと、装置基準軸２５上に中心点が位置決めされ且つ第１の光学チャート１７ａから所定の距離だけ離間した位置に配置された第２の光学チャート１７ｂと、レンズ部組１２に設けられたレンズの光軸を装置基準軸２５に一致させた状態でレンズ部組１２を保持するレンズ部組保持治具１３と、第１および第２の光学チャート１７ａ，１７ｂを撮像できるようにイメージセンサ４を装置基準軸２５上に配置して保持するイメージセンサ保持治具５と、第１および第２の光学チャート１７ａ，１７ｂとイメージセンサ保持治具５との間で、支持枠部材９を装置基準軸２５上に保持する支持枠部材保持治具１０と、イメージセンサ保持治具５を装置基準軸２５に沿って移動させるＺステージ３ａと、イメージセンサ保持治具５と支持枠部材保持治具１０とを装置基準軸２５に沿って一体的に移動させるＺステージ２と、Ｚステージ２，３ａを駆動させてレンズ部組１２とイメージセンサ４と支持枠部材９とを仮組みした後、イメージセンサ保持治具５を装置基準軸２５と直交する面上で移動させることにより、イメージセンサ４が第１の光学チャート１７ａを撮像して得られる画像に基づいて、装置基準軸２５に対してイメージセンサ４を位置決め調整する第１の位置決め調整手段と、前記第１の位置決め調整手段によってイメージセンサ４を位置決めした状態で、イメージセンサ４を支持枠部材９に組み付け固定する第１の組み付け手段と、Ｚステージ２を駆動することにより、イメージセンサ４が第１および第２の光学チャート１７ａ，１７ｂを撮像して得られる画像に基づいて、レンズ部組１２に対する支持枠部材９の相対位置を調整する第２の位置決め調整手段と、前記第２の位置決め調整手段によってレンズ部組１２に対する支持枠部材９の相対位置を調整した状態で、支持枠部材９をレンズ部組１２に組み付け固定する第２の組み付け手段とを備えている。
【００２７】
したがって、同一の装置上で、実際の撮像ユニットの画像を取り込みながら、芯出しおよびピント出しの調整を行なうことができるため、調整誤差が少ない高精度な組立を行なうことができる。また、調整後の固定を同一の装置内で行なうことができるため、リードタイムの短縮を図ることができる。また、イメージセンサ４、支持枠部材９、レンズ部組１２の各部品を専用の保持治具５，１０，１３に設置した後に装置にセットするため、自動でハンドリングすることが困難な微小な部品を位置決め精度良く装置にセットすることができる。
【００２８】
図７および図８は本発明の第２の実施形態を示している。なお、本実施形態において、第１の実施形態と共通する構成部分については、以下、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２９】
図示のように、本実施形態では、第１の実施形態の支持枠部材保持治具１１およびレンズ部組保持治具１４に代えて、装置基準軸２５に対して直交する方向に進退自在な部品把持部３１ａ，３１ｂが装置上に配置されている。また、ＵＶ光照射ヘッド１５に代えて、熱線照射ヘッド３５が使用されている。
【００３０】
また、板バネ７に代えて、図８に示される傾き吸収機構が使用されている。この傾き吸収機構は、バネ３２が内蔵され且つ支持部材３３をガイドする４本のガイド部３６を備えている。これらのガイド部３６は、ＸＹＺステージのＺステージ３ａ上に立設されている。支持部材３３は、その先端部が球面形状になっており、イメージセンサ保持治具載置部６を４カ所で支えている。この４カ所の支持部材のうち、支持部３４ａは、支持部材３３の球面部でイメージセンサ保持治具載置部６に形成されたテーパ穴を支持するようになっている。また、支持部３４ｂは、支持部材３３の球面部でイメージセンサ保持治具載置部６に形成されたＶ溝を支持するようになっている。また、支持部３４ｃ、３４ｄは、支持部材３３の球面部で、イメージセンサ保持治具載置部６の裏側平面部を支持するようになっている。したがって、この４点支持機構は、テーパ穴支持、Ｖ溝支持、平面支持により、イメージセンサ４がその接合面近傍を中心に自由に傾くことを許容し、イメージセンサ４の接合面の傾きを吸収する傾き吸収機構を構成する。なお、それ以外の他の構成は、第１の実施形態と同一である。
【００３１】
上記構成の装置を用いた組立工程においては、まず、部品把持部３１ａ，３１ｂを進退させ、支持枠部材９およびレンズ部組１２を位置決め把持する。イメージセンサ４は、イメージセンサ保持治具５にセットされた後、装置のイメージセンサ保持治具載置部６にセットされる。その後の組立工程は、接着剤の硬化をＵＶ光に代えて、熱線照射ヘッド３５で熱線を照射して硬化させる点、並びに、レンズ部組１２と支持枠部材９とを保持している保持治具の保持部を開放する代わりに、部品把持部３１ａ，３１ｂを退行させることにより開放する点を除き、第１の実施形態と同じである。
【００３２】
本実施形態では、装置上の部品保持部３１ａ，３１ｂにより、支持枠部材９およびレンズ部組１２を直接に保持および開放できるため、組立後の支持枠部材９およびレンズ部組１２の開放を容易に行なうことができ、部品供給までを含めた完全自動化を容易に実現できる。また、接着剤として熱硬化型の接着剤を用いているため、接合面の光が照射できない部分の接着剤を硬化することができる。また、装置上での硬化は仮硬化とし、装置外で本硬化することが可能になり、リードタイムの短縮を図ることができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、調整誤差が少ない高精度な組立を行なうことができ、また、リードタイムの短縮を図ることができる撮像ユニット組立装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る撮像ユニット組立装置の概略構成図である。
【図２】図１の撮像ユニット組立装置に設けられる板バネの平面図である。
【図３】図１の撮像ユニット組立装置を用いた組立の第１の工程を示す概略図である。
【図４】図１の撮像ユニット組立装置を用いた組立の第２の工程を示す概略図である。
【図５】図１の撮像ユニット組立装置を用いた組立の第３の工程を示す概略図である。
【図６】図１の撮像ユニット組立装置を用いた組立の第４の工程を示す概略図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る撮像ユニット組立装置の概略構成図である。
【図８】（ａ）は図７の撮像ユニット組立装置に設けられる傾き吸収機構の概略構成図、（ｂ）は（ａ）のＡ方向矢視図である。
【図９】従来の撮像ユニット組立装置の概略構成図である。
【符号の説明】
２，３ａ…Ｚステージ（Ｚ方向移動手段）
４…イメージセンサ
５…イメージセンサ保持治具（イメージセンサ保持手段）
９…支持枠部材
１０…支持枠部材保持治具（支持枠部材保持手段）
１２…レンズ部組
１３…レンズ部組保持治具（レンズ部組保持手段）
１７ａ，１７ｂ…光学チャート
２５…装置基準軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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