(57)【要約】【課題】レンズの種類に関わらずにフランジ焦点距離誤差を自動的に補償するカメラ装置を提供する。【解決手段】機械視覚装置を用いる方法およびカメラ組立であって、カメラ組立が、複数の交換可能電気制御調節焦点距離レンズ組立の何れかと連結される構造の装着フランジを形成する支持構造と、前記支持構造によって支持され、かつフランジ焦点距離だけ前記装着フランジから離れた２次元センサ面を形成する２次元イメージセンサと、フランジ焦点距離誤差でプログラムされ前記フランジ焦点距離誤差を用いてレンズ制御信号を生成してレンズが装着フランジに装着されるときに前記フランジ焦点距離誤差を補償するようにプログラムされたプロセッサと、を備える。【選択図】図２
2016122217.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械視覚装置に用いられるカメラ組立であって、
交換可能かつ電気制御調節可能な複数の焦点距離レンズ組立の何れかに連結するために構成された装着フランジを形成する支持構造と、
前記支持構造に支持され、かつ前記装着フランジからフランジ焦点距離だけ離れている２次元センサ面を形成する２次元イメージセンサと、
前記支持構造に支持され、かつ前記カメラ組立における通常動作前のフランジ焦点距離誤差を記憶するメモリと、が設けられ、
前記フランジ焦点距離誤差が、理想的フランジ焦点距離および前記フランジ焦点距離間の差とされ、
前記記憶されたフランジ焦点距離誤差を用いて通常動作中にレンズ制御信号を生成するようにプログラムされたプロセッサがさらに設けられ、前記装着フランジにレンズが装着されるときに該レンズ制御信号によって前記フランジ焦点距離誤差が補償される
ことを特徴とするカメラ組立。
【請求項２】
前記フランジ焦点距離誤差を用いてレンズ制御信号を生成するようにプログラムされたプロセッサがさらに設けられ、前記装着フランジにレンズが装着されるときに該レンズ制御信号によって前記フランジ焦点距離誤差が補償される
ことを特徴とする請求項１に記載のカメラ組立。
【請求項３】
前記プロセッサが、前記装着フランジを形成する前記支持構造によって支持される
ことを特徴とする請求項２に記載のカメラ組立。
【請求項４】
調節可能焦点距離レンズがさらに設けられ、
前記プロセッサが、前記レンズ組立によって支持されると共に、前記レンズ組立が前記装着フランジに結合された後に前記メモリから前記焦点距離誤差を取得するように構成される
ことを特徴とする請求項２に記載のカメラ組立。
【請求項５】
前記フランジ焦点距離誤差が、第１のレンズ組立を用いて試運転中に測定されると共に、その後、少なくとも第２のレンズ組立での通常の動作中に用いられる
ことを特徴とする請求項１に記載のカメラ組立。
【請求項６】
前記プロセッサと結合される電気接触部が前記装着フランジの近傍にさらに設けられ、
前記レンズ組立が前記装着フランジに装着されたときに前記接触部が前記レンズ組立と接触して、前記レンズ制御信号が前記レンズ組立に供給される
ことを特徴とする請求項３に記載のカメラ組立。
【請求項７】
前記レンズ組立が前記装着フランジに装着されるときに、前記レンズ組立からレンズ特性を取得し該レンズ特性を用いて前記レンズ制御信号を生成して前記フランジ焦点距離誤差を補償するように、前記プロセッサがさらにプログラムされている
ことを特徴とする請求項６に記載のカメラ組立。
【請求項８】
前記レンズには固定ガラス撮像レンズおよび液体レンズが含まれる
ことを特徴とする請求項７に記載のカメラ組立。
【請求項９】
前記レンズ特性には前記撮影レンズの有効焦点距離が含まれる
ことを特徴とする請求項８に記載のカメラ組立。
【請求項１０】
前記カメラ組立から、画像化されるターゲットまでのターゲット距離を測定する距離測定手段がさらに設けられ、
前記ターゲット距離を用いて前記レンズ制御信号を生成して前記フランジ焦点距離誤差を補償するように、前記プロセッサがプログラムされている
ことを特徴とする請求項２に記載のカメラ組立。
【請求項１１】
前記レンズ組立がモータ付レンズ組立とされると共に、前記レンズ制御信号によって前記フランジ焦点距離誤差に相当する量だけ調節される
ことを特徴とする請求項２に記載のカメラ組立。
【請求項１２】
前記フランジ焦点距離誤差が前記プロセッサによって実行されるソフトウェアにコード化されて、前記レンズ制御信号が生成される
ことを特徴とする請求項１に記載のカメラ組立。
【請求項１３】
機械視覚装置に用いられるカメラ組立であって、
交換可能かつ電気制御調節可能な複数の焦点距離レンズ組立の何れかに連結するために構成された装着フランジを形成する支持構造と、
前記装着フランジからフランジ焦点距離だけ離れている２次元センサ面を形成する、前記支持構造によって支持された２次元イメージセンサと、
前記カメラ組立の通常動作前に測定され、かつ、その後、複数の調節可能焦点距離レンズ組立において使用される理想的フランジ焦点距離誤差を記憶し、かつ、前記支持構造に支持されたメモリと、
前記フランジ焦点距離誤差を前記メモリから取得し、該フランジ焦点距離誤差を使用してレンズ制御信号を生成して、前記装着フランジにレンズが装着されるときに前記フランジ焦点距離誤差を補償するようにプログラムされたプロセッサと、
が設けられ、
前記フランジ焦点距離誤差が、理論的フランジ焦点距離および前記フランジ焦点距離間の差とされる
ことを特徴とするカメラ組立。
【請求項１４】
前記プロセッサが前記装着フランジを形成する前記支持構造によって支持される
ことを特徴とする請求項１３に記載のカメラ組立。
【請求項１５】
前記プロセッサが前記複数の調節可能焦点距離レンズ組立の１つによって支持される
ことを特徴とする請求項１３に記載のカメラ組立。
【請求項１６】
前記レンズが前記支持構造に装着されたときに、レンズメモリから少なくとも１つのレンズ特性を取得し、前記フランジ焦点距離誤差および該少なくとも１つのレンズ特性を用いて前記レンズ制御信号を生成して前記フランジ焦点距離誤差を補償するように、前記プロセッサがさらにプログラムされている
ことを特徴とする請求項１４に記載のカメラ組立。
【請求項１７】
前記カメラから、ターゲットまでのターゲット距離を測定するための距離測定手段がさらに設けられ、前記ターゲット距離を用いて前記レンズ制御信号を生成して前記フランジ焦点距離誤差を補償するように前記プロセッサがプログラムされている
ことを特徴とする請求項１３に記載のカメラ組立。
【請求項１８】
交換可能かつ電気制御可能な複数の調節焦点距離レンズ組立の何れかに連結するために構成された装着フランジを形成する支持構造と、
前記装着フランジからフランジ焦点距離だけ離れている２次元センサ面を形成する、前記支持構造によって支持された２次元イメージセンサと、
プロセッサと、
が設けられた、機械視覚装置に用いられるカメラ組立を使用する方法であって、
前記カメラ組立の通常動作の前の試運転中に、理想的フランジ焦点距離および前記フランジ焦点距離間の差であるフランジ焦点距離誤差を測定する工程と、
前記カメラ組立を該カメラ組立の通常動作中に使用するために、前記装着フランジにレンズを装着するときに、前記フランジ焦点距離誤差を用いてレンズ制御信号を生成して前記フランジ焦点距離誤差を補償するように、前記プロセッサをプログラムする工程と、
を有していることを特徴とする方法。
【請求項１９】
前記カメラ組立に、前記支持構造によって支持されるメモリがさらに設けられ、
前記プログラムする工程に、前記メモリに前記フランジ焦点距離誤差を記憶する工程が含まれ、前記フランジ焦点距離誤差を前記メモリから読み出すように前記プロセッサをプログラムする
ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記フランジ焦点距離誤差が、第１のレンズ組立を用いて前記試運転中に測定されると共に、その後、少なくとも第２のレンズ組立との通常の動作中に用いられる
ことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記レンズ組立が前記装着フランジに装着されるときに、前記レンズ組立からレンズ特性を取得し該レンズ特性を用いて前記レンズ制御信号を生成して前記フランジ焦点距離誤差を補償するように、前記プロセッサをさらにプログラムする
ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記レンズ特性には、前記レンズ組立に関連する有効焦点距離が含まれている
ことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記フランジに装着された前記レンズ組立がモータ駆動レンズ組立とされ、
前記レンズ組立が前記フランジ焦点距離誤差に相当する量だけ前記制御信号によって調節される
ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
前記フランジ焦点距離誤差を前記プロセッサで実行されるソフトウェアにコード化して、前記レンズ制御信号を生成する
ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２５】
前記カメラ組立には、前記支持構造によって支持されるメモリがさらに設けられ、
前記フランジ焦点距離誤差を前記メモリに記憶する工程と、
前記メモリから前記フランジ焦点距離誤差を読み出すように前記プロセッサをプログラムする工程と、
をさらに含んでいる
ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２６】
前記支持構造に前記レンズが装着されたときに、少なくとも１つのレンズ特性をレンズメモリから取得し、前記フランジ焦点距離誤差および前記少なくとも１つのレンズ特性を用いて前記レンズ制御信号を生成して前記フランジ焦点距離誤差を補償するように、前記プロセッサをさらにプログラムする
ことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記カメラ組立から、画像化されるターゲットまでのターゲット距離を測定するための距離測定手段がさらに設けられ、
前記ターゲット距離を用いて前記レンズ制御信号を生成して前記フランジ焦点距離誤差を補償するように、前記プロセッサをさらにプログラムする
ことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像化装置の較正に関し、詳細には、製造公差によるフランジ焦点距離誤差を補償する較正に関する。
【０００２】
機械ビジョン産業が、コード識別およびデコード、並びにビジョン検査装置に用いられる高品質画像を取得するためのデジタルカメラを開発してきた。典型的に、デジタルカメラが２次元ＣＭＯＳまたはＣＣＤセンサアレイ、レンズ組立、レンズマウントフランジ、およびカメラプロセッサを備える。レンズ組立をセンサからの特定の距離に位置付けるとされるレンズマウントフランジにレンズ組立が装着される。たとえば、Ｃマウントカメラの場合、マントフランジおよびセンサ面間の特定の距離が１７．５２６ミリメートルとされる。同様に、ＣＳマウントカメラの場合、マントフランジおよびセンサ面間の特定の距離が１２．５ミリメートルとされる。カメラの焦点距離を制御するように演算される方法でレンズを制御するようにプロセッサがプログラムされ、ここで、制御特性がマウントフランジおよびセンサアレイ間の特定の距離に少なくとも部分的に基づいている。
【０００３】
レンズ組立の１つのタイプがモータ駆動レンズタイプであって、モータが光軸に沿ってレンズ部品を動かして焦点距離を調節するように用いられる。レンズ組立の別のタイプが液体レンズなどの可変光学動力タイプであって、光軸に沿ってレンズを動かして焦点距離を調節するのに代わって、レンズの形状を変形させて距離を調節する。モータレンズを制御するのに、プロセッサがレンズモータを駆動するレンズへの制御信号を調節して焦点距離を変更する。液体レンズを制御するのに、プロセッサがレンズに加わる電圧を調節してレンズの形状を変化させこれによって焦点距離を調節する。
【０００４】
カメラシステムによっては多種類のレンズを用いられるものが開発されている。液体レンズの多種類のタイプが単一のカメラ組立で用いられる場合、典型的には、レンズに搭載されているメモリに記憶された異なるレンズ仕様動作特性を異なるレンズが有し、他には、プロセッサがレンズを制御して焦点距離を調節する方法を計算するように用いることができる。液体レンズが装着フランジに装着されると、プロセッサがレンズメモリ装置から動作特性を読み取り、次いで動作特性およびカメラ搭載タイプ（たとえばＣマウント、ＣＳマウント他）に従ってレンズを制御する。たとえば、動作特性および特定カメラマウントタイプの特性がレンズに印加される電圧を演算してレンズの形状を制御し、特定の光学動力を起こすように用いられて良い。
【０００５】
現存のＣＣＤまたはＣＭＯＳベースのカメラ装置での１つの課題が、ＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサアレイに関する製造公差がしばしば逆に焦点距離誤差を発生させるフランジ焦点距離誤差になるということである。たとえば、ＣＣＤセンサアレイが回路基板（ＰＣＢ）上に実装されたＣＣＤアレイを含み、回路基板が次いで装置支持構造内に搭載される。ＰＣＢおよびアレイの厚さが適宜に変わり、その結果、フランジ焦点距離誤差になる（すなわち、特定レンズ種用の特定のまたは理想的フランジ焦点距離からの変位）。センサ金型の位置の公差がやはりかなりの割でフランジ焦点距離誤差の一因である。フランジ焦点距離誤差があるビジョン用途のフィールドの深度よりも大きな焦点誤差に帰着し、その結果、誤差が全体装置の性能に実質的に影響する。
【０００６】
フランジ焦点距離誤差に関する問題への１つの解法がセンサアレイ（たとえばＣＣＤアレイ）および特定レンズ（たとえば特定タイプの液体レンズ）の組合せを、組合せの出荷の前に工場で較正することである。工場組込みレンズがただセンサアレイで用いられる場合にこの解法が機能するが、工場組込みレンズと交換できる他のレンズをこの解法は許さない。
【０００７】
別の解法が較正ターゲットをセンサアレイから知られた距離の位置でカメラ組立に組み込むか、センサアレイから知られた距離の位置でアプリケーション環境に組み込み、システムをプログラムして組立が試運転の間、組立がブートアップする毎に自身を再較正する。類似の解法が、システムが組み込まれた後にセンサアレイおよびレンズ組合せをセンサから知られた距離に配設されたターゲットでフィールド較正する。これらの解法は何れも追加的な試運転手順工程を必要とする。加えて、これらの解法は１つのタイプのレンズが異種のレンズに交換される度に繰り返される工程を必要とする。
【０００８】
フランジ焦点距離誤差に関連の問題への別の解法が、製造後の装着フランジおよびセンサプレーンの間のフランジ焦点距離を調節するため、焦点距離誤差を補償するか無くする機械的調節機構を提供することである。この解法が、可能ならば、非常に正確な機械的調節組立を必要とし、その結果追加的な装置構成要素を必要となって全体コストが上がる。
【０００９】
他の１つの解法が、クローズドループオートフォーカス装置を設計することで、そこで画像のシーケンスが取得され装置がレンズを調節して測定の画像シャープネスに基づく光学焦点距離を設定する。この解法は高速に動く用途においてうまく動作せず、画像の連続を分析して各取得画像間の焦点を調節して合焦設定を探すのに十分な時間が無い。
【００１０】
このように、装置に用いられたレンズの種類に関わらずにフランジ焦点距離誤差を自動的に補償することのできるカメラ装置を有するのは有利である。
【発明の概要】
【００１１】
特定のセンサ／フランジ組立に対するフランジ焦点距離誤差が製造後に測定でき、センサ／フランジ組立に物理的に関連するメモリ装置に保存できることが認知されてきた。次いで、レンズが装着フランジに装着されたときに、装置プロセッサがレンズを機械的に調節してフランジ焦点距離誤差を補償するようにプログラムされて良い。たとえば、Ｃマウントのセンサ／フランジ組立のフランジ焦点距離誤差が２５０ミクロン短い場合（具体的には固有の１７．５２６ミリメータよりも少ない２５０ミクロン）、プロセッサがモータ駆動レンズ組立におけるレンズを２５０ミクロン反対方向に自動的に駆動して、センサを２５０ミクロン分のレンズ距離まで延在し、その結果誤差を無くす。
【００１２】
液体レンズなどの可変パワーレンズの場合、フランジ焦点距離誤差を補償するに必要な光学動力の量がレンズの有効焦点距離に依存する。多くの場合、レンズの有効焦点距離がレンズメモリにレンズ動作パラメータとして保存される。レンズがカメラに装着されるときに、有効焦点距離値がカメラプロセッサによってフランジ焦点距離誤差値と共に用いられて、誤差補償に必要な光学動力を特定する。光学動力がレンズドライバに送られることで、ドライバがレンズの電圧を制御できレンズ形状を変更し誤差補償に必要な光学動力を達成する。
【００１３】
上述に一貫して、少なくともある発明の実施形態が機械視覚装置に使用されるカメラ組立を含み、組立が複数の交換可能で電気的制御調節可能焦点距離レンズ組立に連結するよう構成された装着フランジを形成する支持構造と、支持構造に支持されフランジ焦点距離だけ装着フランジから離れた２次元センサと、通常動作に先んじてフランジ焦点距離誤差との試運転手順のあいだにプログラムされるプロセッサであって、レンズが装着フランジに装着されるときにフランジ焦点距離誤差用いて理想的フランジ距離およびフランジ焦点距離の間の差とされるフランジ焦点距離誤差を補償するレンズ制御信号を生成する。
【００１４】
ある実施形態では、支持構造に支持され、かつ組立の通常の動作前のフランジ焦点距離誤差を記憶しそのあとに複数焦点距離長レンズ組立と共に使用されるメモリとをさらに備える。フランジ焦点距離誤差が第１レンズ組立を試運転手順中に用いて測定され、その後通常動作中に少なくとも第２レンズ組立と共に使用される場合がある。
【００１５】
ある場合には、プロセッサが装着フランジを形成する支持構造によって支持される。ある場合には、装着フランジの近傍に前記プロセッサと結合される電気接触部をさらに備え、レンズ組立が装着フランジに装着されたときに接触部がレンズ組立と接触してレンズ制御信号をレンズ組立に供給する。ある場合には、プロセッサがさらには、レンズ組立が装着フランジに装着されるときに、レンズ特性をレンズ組立から取得し、レンズ特性を用いてレンズ制御信号を生成してフランジ焦点距離誤差を補償するようにプログラムされる。ある場合には、レンズが固定ガラス撮像レンズおよび液体レンズを有する。ある場合にはレンズ特性が前記撮影レンズの有効焦点距離を含む。
【００１６】
ある実施形態では、カメラおよび画像化されるターゲット間のターゲット距離を測定する距離測定手段をさらに有し、かつプロセッサがターゲット距離を用いてレンズ制御信号を生成してフランジ焦点距離誤差を補償するようにプログラムされる。ある場合には、レンズ組立がモータ付レンズ組立であって、制御信号によってレンズ組立がフランジ焦点距離誤差に相当する量だけ調節される。ある場合には、前記フランジ焦点距離誤差がプロセッサによって実行されるソフトウェアにコード化されて前記レンズ制御信号を生成する。
【００１７】
他の実施形態では、機械視覚装置に用いられるカメラ組立であって、複数の交換可能電気制御調節焦点距離レンズ組立の何れかと連結される構造とされた装着フランジを形成する支持構造と、支持構造によって支持され、かつフランジ焦点距離だけ装着フランジから離れた２次元センサ面を形成する２次元イメージセンサと、支持構造に支持され、かつ組立の通常の動作前の理想的フランジ焦点距離およびフランジ焦点距離間の距離とされるフランジ焦点距離誤差を記憶し、その後に多重調節可能焦点距離レンズ組立と共に用いられるメモリと、フランジ焦点距離誤差をメモリから取得し、該フランジ焦点距離誤差を使用してレンズ制御信号を生成し、装着フランジにレンズが装着されるときにフランジ焦点距離誤差を補償するようにプログラムされたプロセッサと、を備えている。
【００１８】
ある場合には、支持構造にレンズが装着されたときにレンズメモリから少なくとも１つのレンズ特性を取得し、フランジ焦点距離誤差および１つのレンズ特性を用いてレンズ制御信号を生成してフランジ焦点距離誤差を補償するようにプロセッサがさらにプログラムされている。ある場合には、カメラからターゲットまでのターゲット距離を測定するための距離測定手段をさらに備え、プロセッサがターゲット距離を用いてレンズ制御信号を生成してフランジ焦点距離誤差を補償するようにプログラムされている。
【００１９】
さらに他の実施形態では、複数の交換可能電気制御調節焦点距離レンズ組立の何れかと連結されるように構成された装着フランジを形成する支持構造と、支持構造によって支持され、かつフランジ焦点距離だけ装着フランジから離れた２次元センサ面を形成する２次元イメージセンサと、プロセッサと、を備え、機械視覚装置に用いられるカメラ組立を使用する方法であって、カメラの通常動作の前の試運転中に、理想的フランジ焦点距離およびフランジ焦点距離間の差であるフランジ焦点距離誤差を測定する工程と、カメラ組立の通常動作中にカメラ組立を使用するために装着フランジにレンズを装着するときにフランジ焦点距離誤差を用いてレンズ制御信号を生成してフランジ焦点距離誤差を補償するようにプロセッサをプログラムする工程と、を有している。
【００２０】
ある場合には、カメラ組立が支持構造によって支持されるメモリをさらに備え、プログラムする工程に、フランジ焦点距離誤差をメモリ内に記憶する工程を含み、プロセッサがメモリからフランジ焦点距離誤差を読み出すようにプログラムされる。ある場合には、フランジ焦点距離誤差が、試運転中に第１のレンズ組立を用いて測定され、その後に少なくとも第２のレンズ組立との通常の動作中に用いられる。ある場合には、装着フランジにレンズ組立が装着されるときに、レンズ組立からレンズ特性を取得しレンズ特性を用いてレンズ制御信号を生成してフランジ焦点距離誤差を補償するように、前記プロセッサがさらにプログラムされている。
【００２１】
ある場合には、レンズ特性には前記レンズ組立に関連する有効焦点距離が含まれている。ある場合には、フランジに装着されたレンズ組立がモータ駆動レンズ組立とされ、制御信号によってレンズ組立がフランジ焦点距離誤差に相当する量だけ調節される。ある場合には、前記フランジ焦点距離誤差がプロセッサによって実行されるソフトウェアにコード化されて前記レンズ制御信号を生成する。
【００２２】
他の実施形態では、機械視覚装置において使用されるカメラ装置に用いられる方法を含み、カメラ組立が複数の交換可能電気制御調節焦点距離レンズ組立の何れかと連結されるように構成された装着フランジを形成する支持構造と、支持構造によって支持され、かつフランジ焦点距離だけ装着フランジから離れた２次元センサ面を形成する２次元イメージセンサと、支持構造によって支持されるメモリと、プロセッサと、を備え、カメラの通常動作の前の試運転中に、理想的フランジ焦点距離およびフランジ焦点距離間の相違であるフランジ焦点距離誤差を測定する工程と、カメラ組立の通常動作中にカメラ組立を使用するために装着フランジにレンズを装着するときに、フランジ焦点距離誤差を用いてレンズ制御信号を生成してフランジ焦点距離誤差を補償するようにプロセッサをプログラムする。
【００２３】
ある場合には、支持構造にレンズが装着されたときにレンズメモリから少なくとも１つのレンズ特性を取得し、前記フランジ焦点距離誤差および少なくとも１つのレンズ特性を用いて前記レンズ制御信号を生成して前記フランジ焦点距離誤差を補償するように前記プロセッサがさらにプログラムされている。ある場合には、カメラから画像化されるターゲットへのターゲット距離を測定するための距離測定手段をさらに備え、プロセッサがターゲット距離を用いてレンズ制御信号を生成し、フランジ焦点距離誤差を補償するようにプロセッサがさらにプログラムされている。
【００２４】
これらおよび他の発明の目的、有利な点、態様が次の説明から明白になる。この説明において、その一部を構成する添付の図面が参照され、そこで発明の好適な実施形態が示される。そのような実施形態が必ずしも発明の範囲をすべて代表するつもりはなく、よって発明の範囲を解釈するためには記載の特許請求の範囲が参照される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の少なくともある態様に一貫するカメラ／レンズ組立の斜視図である。
【図２】カメラサブ組立から分離されたレンズ組立の、図１に示す組立の部分斜視図である。
【図３】カメラ組立に装着されたレンズ組立を示す、図２と同様の図である。
【図４】図３に示すカメラ／レンズ組立を示す構成図である。
【図５】本発明の少なくともある実施形態に一貫する液体レンズサブ組立に用いられるプロセスを示すフローチャートである。
【図６】本発明の少なくともある実施形態に一貫するモータ駆動レンズサブ組立に用いられるプロセスを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の１つまたは複数の特別な実施形態を以降に説明する。何れの実際の実施の開発において、何れの技術または設計プロジェクトにおけるように、多くの実施特別決定がなされて開発の特別な目的が達成され、それには１つの実施から別ので変わる場合のあるシステム関連およびビジネス関連規制への適合が含まれることは理解されよう。さらには、そのような開発の努力が複雑で時間の要するものであるが、それにも関わらず、この開示の利益を有する当業者にとって、設計、製作、製造のルーチン業務であることが理解されよう。
【００２７】
本発明が図１〜３に示す例示のカメラ／レンズおよび図４の概略図を参照して説明する。組立１０がカメラサブ組立１１およびレンズ組立１４を備える。カメラサブ組立１１がカメラハウジング１２、処理ユニットまたはプロセッサ２４、および画像センサアレイ２６を備える。例示の実施形態において、ハウジング１２がハウジング構造を一緒に形成するいくつかの構成要素として示される。他の実施形態において、構成要素の他のサブセットが組み合わさってハウジング構造を形成し、少なくともある場合には単一成形構成要素がハウジング構造を形成して良い。
【００２８】
図１〜４を参照し、ハウジング１２が一方（たとえば図２、３に示すような左側）に一般に開くハウジングキャビティ２０を形成する。プロセッサ２４（図４参照）がキャビティ２０内のＰＣＢ２７へ実装される。画像センサ２６がＰＣＢ２７の表面に実装されるＣＣＤ、ＣＭＯＳまたは他のタイプの２次元平板センサアレイを含み、センサ／ＰＣＢ組立がキャビティ２０内に実装されてセンサ２６がキャビティの開口端に対向する。センサ２６がカメラ画像化軸３５に沿った配列される。図２、３を参照し、組み付け後、画像センサ２６の検知表面が検知面３７内に配設される。画像センサ２６がプロセッサ２４に連結される。
【００２９】
図２、３を参照し、ハウジング１２がやはりキャビティ２０の開口端およびフランジ面４１を介してキャビティ２０へ開口するねじ切りメス連結開口３０に対向するフランジ面またはフランジ４１を形成する。開口３０が画像化軸３５の周りおよび画像センサ２６の検知面に隣接して対称的に形成される。フランジ焦点距離（ＦＦＤ）が画像センサ２６の検知面３７および図２、３に示すフランジ面３９の間に存在する。
【００３０】
図１および図４を参照すると、カメラ組立１１が結合開口３０に隣接するメス電気カプラまたはポート１６を形成する。ポート１６がレンズ組立１４の一部を形成するオス電気プラグ部材１４を受けて機械的にそれに結合するよう設計されて、レンズ制御信号がプロセッサ２４からレンズ組立１４に伝送でき、および、少なくともある実施形態ではレンズ特性がレンズメモリからプロセッサ２４によって読み込まれる。
【００３１】
図４を参照すると、上述の構成要素に加えて、カメラ組立１１が電源５３、メモリ４２および距離測定装置４０を備える。少なくともある実施形態では、電源５３がバッテリを備える。プロセッサ２４が電源５３に接続されて電力をそこから受ける。また、プロセッサ２４がメモリ４２にも接続される。本発明の少なくともある態様に一貫する方法を実行するプロセッサ２４によって実行されるアルゴリズムがメモリ４２に記憶される。さらに、発明の方法または処理を実行するのに必要なデータがやはりメモリ４２に記憶される。
【００３２】
距離測定装置４０が、カメラ組立１０および画像化されるターゲット表面間の距離を測定するのに用いられる装置またはサブ組立を有する。種々の距離測定装置が当技術分野に良く知られ、よってここでは詳細に説明しない。装置４０がプロセッサ２４に接続されて、インスタントカメラにターゲット距離値をカメラ組立動作中にプロセッサ２４に供給する（図４参照）。ここに説明する実施形態が測定装置４０をカメラ組立１０の一部として備えるが、装置４０が組立１０から分離して設けられて良い
【００３３】
図１から図４をもう一度参照すると、少なくともある実施形態において、レンズサブ組立１４がレンズ支持構造１７、液体レンズ組立３２，固定ガラスイメ−ジャレンズ５５（または固定レンズ群）、レンズメモリ装置４４（特には図４を参照）、ドライバ５１、およびオス電気プラグ１８（特には図１参照）を備える。支持構造１７が典型的には固体プラスチック材で形成され、その名称から示唆されるように、レンズサブ組立１４を構成する他の構成要素に対する支持を提供する。支持構造１７が例示の実施形態のいくつかの構成要素を含むように示されるが、支持構造１７が構成要素の異なるサブ組または１つの構成要素で形成される。ドライバ５１、メモリ４４、プラグ１８，イメ−ジャレンズ５５、および液体レンズ組立３２がそれぞれ構造１７によって支持される。
【００３４】
構造１７がレンズサブ組立１４をカメラサブ組立１１に連結するための他の機能を有し、カメラサブ組立の特徴と協働して、カメラ構成要素に対してレンズサブ組立構成要素を正確に位置付ける。最後に、図３、４を参照すると、支持構造１７が固定および液体レンズが光学軸に沿って配設されて搭載されている典型的に円筒通路を形成する。構造１７の外部面がカメラハウジング１２によって形成されるねじ切りメス連結開口３０に連結するように設計された円筒ねじ切りオス連結面３４を形成する。構造１７がやはりねじ切り面３４と直角に延在し、フランジ面４１と協働してカメラサブ組立１２に対して搭載時にレンズサブ組立１４の位置を画定する。
【００３５】
レンズ３２のような液体レンズが当技術分野によく知られ、よってレンズサブ組立３２がここには詳細に説明しない。液体レンズ３２が、対向する２つの平行する窓によって画定される流体チャンバ、および窓が固定される本体を有する。好ましくは窓がガラスなどの光学透明材料で形成された透明板である。流体チャンバが同様の密度の２つの非混合液体を有し、凹凸レンズ形状の光学インタフェースを形成する。好適には液体の１つが絶縁液体とされ、たとえばオイルおよび／または油分を有し、他には好適には導電液体とされ、たとえば水性溶液を有する。液体レンズがやはりキャップ、およびキャップ並びにレンズ構造の強度を保つ本体の間に挟まされるガスケットを有する。導体液体がキャップで形成された電極と接触し、液体−液体インタフェースが絶縁された電極を有する本体の円錐部に接触する。電気的湿現象を介してキャップおよび本体で形成された電極間に印加する電圧に従って液体−液体インタフェースの曲面を修正することができる。たとえば、曲面が凹第１形状から相対的により凹第２形状に変化する。このように流体チャンバを貫通する光線が印加電圧によってより広いまたは狭い範囲で合焦される。
【００３６】
図４を参照し、液体レンズ組立３２の駆動部（図示せず）が駆動電圧を印加するドライバ５１によって電気的に制御されて、光学レンズ組立１４の焦点距離が制御されるよう変更される。ドライバ５１がプラグ１８に連結され、プラグ１８がポート１６（図１参照）に接続されるときにドライバ５１が処理ユニット２４から制御信号を受信する。少なくともある実施形態において、レンズメモリ４４がやはり電気的にプラグ１８に接続されてプラグ１８がポート１６に連結されたときにレンズ特性がプロセッサ２４によって読み取られる。
【００３７】
メモリ４４が、少なくともある実施形態では、ＥＥＰＲＯＭを有し、レンズ組立１４の様々な特性を記憶するよう用いられる。たとえば、少なくともある実施形態では、メモリ４４が固定レンズ５５の有効焦点距離を記憶する（図４参照）。さらに、メモリ４４が液体レンズ３２の光学動力をレンズ形状を変えるのに必要な印加電圧値に関連させるスロープおよびオフセットを記憶して、異なる光学動力を生成してよい。
【００３８】
図２を参照し、レンズ組立１４をカメラサブ組立１１に搭載するために、構造１７がレンズオスカプラのねじ切り面３４をカメラハウジングメスカプラ３０のねじ切り面に並ぶように位置付けられ、カメラサブセット１１に向かってねじが嵌合するまで移動される。停止面４３がフランジ面４１に当接するまでレンズサブ組立１４が回転する。この時点で面４１および４３が協働して、カメラサブ組立構成要素に対して組立１４の構成要素を特別に並置して位置付ける。さらに具体的には、面４１、４３、他のレンズサブ組立、およびハウジング１２が協働して、レンズ５５、３２を画像化軸３５（図３参照）に沿って位置付けし、レンズ３２、５５をイメージングセンサ２６の検知面に対して既知の位置に設置する。
【００３９】
プロセッサ２４によって実行されてレンズ組立３２を制御するための液体レンズ制御信号を生成する演算は、レンズ３２および３５がセンサ２６に対して正確な位置にあるという前提に基づく。したがって、レンズおよびセンサ間の並置における何れの変化が組立１０からの距離でのターゲット面（図４の６９参照）に合焦することに悪影響を与えかねない。このようにフランジ焦点距離ＦＦＤ（図２，３参照）がカメラサブ組立１１を製造する際に特に重要な寸法である。
【００４０】
上述のように、様々な理由のために、製造中にＦＦＤを制御するのが難しいので、ＦＦＤ誤差（ｅFFD）が度々発生し、それがカメラ組立１０のセンサ２６の検知面上のターゲット６９に合焦する能力に悪影響を与える。
【００４１】
本発明の少なくともある実施形態では、ｅFFDを補償するのに、製造が完了したのちに各カメラサブ組立１１に対してｅFFDが計算され、使用するために、カメラメモリ４２にプロセッサ２４によってｅFFDが保存されて誤差を補償されても良い。次いで通常動作中に、レンズサブ組立がカメラサブ組立１１に装着されてのちにプロセッサがｅFFDを用いて可変焦点レンズサブ組立を制御しｅFFDを補償しても良い。
【００４２】
レンズ３２のような液体レンズの場合、レンズ制御信号が変更されてｅFFDを補償する方法はレンズの有効焦点距離に依存する。上述のように、液体レンズを含む多くのレンズサブ組立がレンズメモリ４４に保存されたレンズの焦点距離を備えており、それはレンズ搭載時にプロセッサ２４に読み出される。
【００４３】
レンズ制御信号の算出に関し、ターゲットが例示のカメラ組立に対して合焦している距離ｄが次の一般方程式で表わされる。
【数１】
2016122217.tif 000003
ここで、ＬＬopが液体レンズ３２の光学動力であり、ＩＬopがイメ−ジャレンズ５５の光学動力であり、両者がジオプタで表わされ、ＦＦＤjが理想的フランジ焦点距離（すなわち、ｅFFDの無いフランジ焦点距離）であり、ｅFFDがフランジ焦点距離誤差である。イメ−ジャレンズの光学動力ＬＬopがイメ−ジャのい有効焦点距離の逆数として式２のように表わされる。
【数２】
2016122217.tif 000004
【００４４】
式１、２が連結され書き直されて、具体的な距離ｄにおけるターゲットに合焦するために液体レンズ３２の必要な光学動力を次のようにして算出できる。
【数３】
2016122217.tif 000005
【００４５】
有効焦点距離ｅflが液体レンズカメラメモリ４４に保存される。フランジ焦点距離誤差ｅFFDが製造後に測定されてカメラメモリ４２に保存される。さらに、カメラサブ組立１１が特殊な種類（たとえば、Ｃマウント、ＣＳマウント）であり、したがってプロセッサ２４によって実行されるアルゴリズムにプログラムされる理想的フランジ焦点距離ＦＦＤjによって特徴付けられる。このようにカメラからターゲット距離ｄが距離測定装置４０で測定され、プロセッサ２４に供給されるときに、メモリ４４、４２から有効焦点距離およびフランジ焦点距離誤差をそれぞれ読み出して、式３を解くことで、プロセッサ２４が距離ｄにおけるターゲットに合焦するのに必要な液体レンズ光学動力ＬＬopを算出できる。光学動力ＬＬopが決定されると、プロセッサ２４がレンズドライバ５１に供給される制御信号を生成し、距離ｄにおいて合焦するのに必要な液体レンズ光学動力を特定する。少なくともある実施形態では、他の制御信号種類が考慮されても、該制御信号がＰＷＭとして供給される。
【００４６】
さらに図４を参照し、ドライバ５１が様々な液体レンズパラメータでプログラムされるが、ドライバ５１が液体レンズ３２を制御しレンズ３２の光学動力を調節し、式３を用いて算出されたパワー値と合致する。最後に、産業界には良く知られているように、レンズ３２が光学動力をレンズに亘って印加される電圧レベルに関連する傾斜およびオフセットによって特徴付けされる。傾斜およびオフセットがレンズに対して決定され、ドライバ５１によって用いられるようにレンズメモリ４４に保存される。ドライバ５１が電圧をレンズ駆動部に供給して液体レンズ光学動力を制御する。
【００４７】
カメラ組立１１の製造後、任意の様々な方法が用いられてフランジ焦点距離誤差ｅFFDを測定して良い。たとえば、少なくともある実施形態では、液体レンズがカメラに搭載されてそれの誤差ｅFFDが測定されて良く、ターゲットがカメラ組立から知られた距離に配設されて良い。知られた距離ｄで式３を解きゼロフランジ焦点距離誤差ｅFFDを推定することで、プロセッサが液体レンズに対する光学動力ＬＬopがを演算して良い。カメラ組立が制御されて、式３中のｅFFD値を変えながらターゲット画像を取得されて良く、その結果、シャープに合焦された画像結果になるまで液体レンズの光学電力を変える。合焦画像の誤差ｅFFDが次いで他のレンズに続けて用いられるようにカメラメモリ４２に保存されて良い。
【００４８】
別の例として、液体レンズが理想的フランジ焦点距離ＦＦＤjを有することが知られる第１のカメラに搭載され、第１のカメラ／レンズ組立がターゲットに対して位置付けられて、その結果の画像が特別な光学動力の液体レンズセットでシャープとなる。第１のカメラ／レンズ組立およびターゲット間の第１の距離が画像がシャープになるときに測定される。次いで、レンズの焦点設定を変えることなく、それのｅFFDが決定される第２のカメラにレンズが設置される。第２のカメラ／レンズ組立が画像がシャープになるまでターゲットに対して移動し、第２のカメラ／レンズ組立のターゲットまでの距離が測定される。知られた有効焦点距離および第１および第２の距離間の相違が用いられて誤差ｅFFDが演算され（たとえば式３を解くことにより）、次いで続いて用いられるよう保存される。
【００４９】
次いで図５を参照し、フローチャート５０の例示するのは本発明の少なくともある実施形態の少なくともある態様に一貫する方法である。また、図４を参照し、ブロック５２において、イメ−ジャレンズ５５の有効焦点距離ｅflがメモリ４４に保存される。さらに、図５には示していないものの、ドライバ５１に用いられて液体レンズを制御する光学動力およびレンズ電圧関係に関連する傾斜およびオフセット値がやはりブロック５２で保存される。ブロック５４において、フランジ焦点距離誤差ｅFFDが測定される前に、カメラ組立が製造されカメラメモリ４２に保存される。ブロック５６にて、複数の異なる液体レンズ組立の何れ（たとえば、図２の例示の組立１４を参照のこと）が、カメラサブ組立１１に搭載される。少なくとも例示の実施形態において、搭載には、レンズサブ組立１４をカメラサブ組立１４に機械的に搭載すること、およびポート１６のプラグ１８を受けてプロセッサ２４およびドライバ５１間の電気的接続を形成すること、レンズメモリ４４およびプロセッサ２４間のデータ通信リンクが含まれる。
【００５０】
さらに図５を参照し、レンズサブ組立１４がカメラサブ組立１１に搭載された後に、プロセッサ２４がレンズメモリからデータを読み込む。上述の実施形態において、プロセッサがメモリ４４から有効焦点距離ｅfl値を読み込む。ブロック６０において、カメラ／レンズ組立１０が用いられて距離ｄにおけるターゲットの画像を取得する（図４の６９参照）間に、ブロック６０において、距離測定装置４０が最初にカメラからターゲットまでの距離ｄを測定し、値ｄをプロセッサ２４に供給する。ブロック６２において、プロセッサ２４がカメラメモリ４２からフランジ焦点距離誤差ｅFFD、有効焦点距離ｅflおよびブロック６０からの測定距離ｄを用いてセンサ２６上の距離ｄにおけるターゲットの画像に合焦する（図４参照）。ブロック６６において、プロセッサ２４がレンズ制御信号を生成して必要とされる光学動力を示す液体レンズドライバ５１に供給する。ブロック６８において、ドライバ５１が、制御信号および液体レンズ３２に関連する傾斜およびオフセット値を用いて液体レンズ電圧を演算されたレベルで設定することで、その結果、必要な光学動力となる。
【００５１】
少なくもある実施形態において、液体レンズサブ組立の代わりに、モータ駆動レンズサブ組立が上述のようにカメラサブ組立１１と共に用いられて良いことが考えられる。モータ駆動レンズ組立が用いられる場合、フランジ焦点距離誤差が上述のようにターゲットに合焦するカメラ組立の能力に類似の効果を有する。モータ駆動レンズサブ組立の場合、フランジ焦点距離誤差がレンズサブ組立からの有効焦点距離などの情報を取得することなく補償される。代わりに、プロセッサ２４がプログラムされてモータ駆動レンズの制御をフランジ焦点距離誤差に等しい分だけかつ反対方向に単に調節して、その結果モータ駆動レンズ組立を画像化軸３５に沿って動かす。たとえば、図２をもう一度参照し、実際のフランジ焦点距離ＦＦＤが理想的フランジ焦点距離ＦＦＤiよりも大きい２５０マイクロメートルであって、その結果フランジ焦点距離誤差ｅFFDが２５０マイクロメートルとなり、プロセッサ２４がモータ駆動レンズサブ組立を単に調節するように制御されて、サブ組立レンズを画像化軸３５に沿って２５０マイクロメートルだけイメージセンサ２６方向に動かして誤差を直接的に補償する。同様に、フランジ焦点距離誤差が２５０マイクロメートルであって、プロセッサ２４がレンズサブ組立のレンズをイメージセンサ２６から軸３５に沿って２５０マイクロメートルだけ離して動かすようにプログラムされて良い。
【００５２】
もう一度図４を参照し、カメラ組立がモータ駆動レンズを有する場合、図４が概略レンズメモリ４４を含まずに液体レンズ３２および固定レンズ５５が適当なドライバ５１で駆動されるモータ駆動レンズ組立によって置き換えらる。
【００５３】
図６を参照すると、例示の方法７０が示すのは、モータ駆動レンズサブ組立がカメラサブ組立１１に搭載された際にフランジ焦点距離誤差を補償するように該方法が用いられる場合である。また図４を参照し、ブロック７２において、カメラに対するフランジ焦点距離誤差ｅFFDが測定されてカメラメモリ４２に保存される。ブロック７２において、モータ駆動レンズサブ組立がカメラサブ組立に搭載される。ブロック７８において、通常動作の間、距離ｄにおけるターゲットの画像が取得されるときに、距離測定装置４０が用いられてカメラサブ組立１１およびターゲット６９間の距離ｄを測定する。ブロック８０において、プロセッサ２４がメモリ４２からフランジ焦点距離誤差ｅFFDを読み出す。ブロック８４において、プロセッサ２４がフランジ焦点距離ｅFFDおよび距離ｄの関数によって調節されて誤差を補償する。
【００５４】
発明が種々の変態および代替の形態を受けるものの、特別な実施形態が図面に例として示され、本明細書に詳細に説明された。しかしながら、発明が開示されたこの特別な形式に限定されるものではないことは理解されよう。たとえば、上記の例におけるレンズを制御するプロセッサがカメラハウジングに搭載されたが、プロセッサがレンズまたはレンズハウジング内に直接に搭載されて良いことも考えられる。この場合、レンズがカメラサブ組立に接続された際にレンズベースプロセッサがカメラメモリからフランジ焦点距離誤差を読み出し上記処理の１つを実行しても良い。別の例として、電圧および光学動力の関係を画定する傾斜およびオフセット値などの他のレンズ特性がレンズメモリから有効焦点距離と共にカメラプロセッサによって読み出されて、プロセッサがレンズ電圧信号を制御信号と反対するように生成して必要とされる光学動力に影響しても良い。
【００５５】
さらに別の例として、上述の実施形態には、測定フランジ焦点距離誤差が製造後におよび通常動作に先んじて保存されるカメラメモリを有するが、他の実施形態においては、フランジ焦点距離誤差が演算された後に、式３を修正して誤差を反映するようにして、その結果、誤差が効果的にソフトウェアにプログラムされてプロセッサ２４に実行されて良い。このように上記の式３の最終項が定数になり、誤差が算出されて後に、理想的フランジ焦点距離ＦＦＤiおよび誤差ｅFFDの両方が分かる。この方法において、図４のメモリ４２が省略されて、誤差ｅFFDが直接にソフトウェアにコード化されてプロセッサ２４によって実行される。
【００５６】
このように、発明が次の特許請求の範囲で定義されるような発明の主旨および範囲に入る変態、等価、代替をすべてを含むものとする。
【００５７】
本発明の範囲を公にするために、特許請求の範囲を次に定義する。
【図１】
2016122217.tif 000006
【図２】
2016122217.tif 000007
【図３】
2016122217.tif 000008
【図４】
2016122217.tif 000009
【図５】
2016122217.tif 000010
【図６】
2016122217.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成28年4月15日(2016.4.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像化装置の較正に関し、詳細には、製造公差によるフランジ焦点距離誤差を補償する較正に関する。
【０００２】
機械ビジョン産業が、コード識別およびデコード、並びにビジョン検査装置に用いられる高品質画像を取得するためのデジタルカメラを開発してきた。典型的に、デジタルカメラが２次元ＣＭＯＳまたはＣＣＤセンサアレイ、レンズ組立、レンズマウントフランジ、およびカメラプロセッサを備える。レンズ組立をセンサからの特定の距離に位置付けるとされるレンズマウントフランジにレンズ組立が装着される。たとえば、Ｃマウントカメラの場合、マントフランジおよびセンサ面間の特定の距離が１７．５２６ミリメートルとされる。同様に、ＣＳマウントカメラの場合、マントフランジおよびセンサ面間の特定の距離が１２．５ミリメートルとされる。カメラの焦点距離を制御するように演算される方法でレンズを制御するようにプロセッサがプログラムされ、ここで、制御特性がマウントフランジおよびセンサアレイ間の特定の距離に少なくとも部分的に基づいている。
【０００３】
レンズ組立の１つのタイプがモータ駆動レンズタイプであって、モータが光軸に沿ってレンズ部品を動かして焦点距離を調節するように用いられる。レンズ組立の別のタイプが液体レンズなどの可変光学パワータイプであって、光軸に沿ってレンズを動かして焦点距離を調節するのに代わって、レンズの形状を変形させて距離を調節する。モータレンズを制御するのに、プロセッサがレンズモータを駆動するレンズへの制御信号を調節して焦点距離を変更する。液体レンズを制御するのに、プロセッサがレンズに加わる電圧を調節してレンズの形状を変化させこれによって焦点距離を調節する。
【０００４】
カメラシステムによっては多種類のレンズを用いられるものが開発されている。液体レンズの多種類のタイプが単一のカメラ組立で用いられる場合、典型的には、レンズに搭載されているメモリに記憶された異なるレンズ仕様動作特性を異なるレンズが有し、他には、プロセッサがレンズを制御して焦点距離を調節する方法を計算するように用いることができる。液体レンズが装着フランジに装着されると、プロセッサがレンズメモリ装置から動作特性を読み取り、次いで動作特性およびカメラ搭載タイプ（たとえばＣマウント、ＣＳマウント他）に従ってレンズを制御する。たとえば、動作特性および特定カメラマウントタイプの特性がレンズに印加される電圧を演算してレンズの形状を制御し、特定の光学パワーを起こすように用いられて良い。
【０００５】
現存のＣＣＤまたはＣＭＯＳベースのカメラ装置での１つの課題が、ＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサアレイに関する製造公差がしばしば逆に焦点距離誤差を発生させるフランジ焦点距離誤差になるということである。たとえば、ＣＣＤセンサアレイが回路基板（ＰＣＢ）上に実装されたＣＣＤアレイを含み、回路基板が次いで装置支持構造内に搭載される。ＰＣＢおよびアレイの厚さが適宜に変わり、その結果、フランジ焦点距離誤差になる（すなわち、特定レンズ種用の特定のまたは理想的フランジ焦点距離からの変位）。センサ金型の位置の公差がやはりかなりの割でフランジ焦点距離誤差の一因である。フランジ焦点距離誤差があるビジョン用途のフィールドの深度よりも大きな焦点誤差に帰着し、その結果、誤差が全体装置の性能に実質的に影響する。
【０００６】
フランジ焦点距離誤差に関する問題への１つの解法がセンサアレイ（たとえばＣＣＤアレイ）および特定レンズ（たとえば特定タイプの液体レンズ）の組合せを、組合せの出荷の前に工場で較正することである。工場組込みレンズがただセンサアレイで用いられる場合にこの解法が機能するが、工場組込みレンズと交換できる他のレンズをこの解法は許さない。
【０００７】
別の解法が較正ターゲットをセンサアレイから知られた距離の位置でカメラ組立に組み込むか、センサアレイから知られた距離の位置でアプリケーション環境に組み込み、システムをプログラムして組立が試運転の間、組立がブートアップする毎に自身を再較正する。類似の解法が、システムが組み込まれた後にセンサアレイおよびレンズ組合せをセンサから知られた距離に配設されたターゲットでフィールド較正する。これらの解法は何れも追加的な試運転手順工程を必要とする。加えて、これらの解法は１つのタイプのレンズが異種のレンズに交換される度に繰り返される工程を必要とする。
【０００８】
フランジ焦点距離誤差に関連の問題への別の解法が、製造後の装着フランジおよびセンサプレーンの間のフランジ焦点距離を調節するため、焦点距離誤差を補償するか無くする機械的調節機構を提供することである。この解法が、可能ならば、非常に正確な機械的調節組立を必要とし、その結果追加的な装置構成要素を必要となって全体コストが上がる。
【０００９】
他の１つの解法が、クローズドループオートフォーカス装置を設計することで、そこで画像のシーケンスが取得され装置がレンズを調節して測定の画像シャープネスに基づく光学焦点距離を設定する。この解法は高速に動く用途においてうまく動作せず、画像の連続を分析して各取得画像間の焦点を調節して合焦設定を探すのに十分な時間が無い。
【００１０】
このように、装置に用いられたレンズの種類に関わらずにフランジ焦点距離誤差を自動的に補償することのできるカメラ装置を有するのは有利である。
【発明の概要】
【００１１】
特定のセンサ／フランジ組立に対するフランジ焦点距離誤差が製造後に測定でき、センサ／フランジ組立に物理的に関連するメモリ装置に保存できることが認知されてきた。次いで、レンズが装着フランジに装着されたときに、装置プロセッサがレンズを機械的に調節してフランジ焦点距離誤差を補償するようにプログラムされて良い。たとえば、Ｃマウントのセンサ／フランジ組立のフランジ焦点距離誤差が２５０ミクロン短い場合（具体的には固有の１７．５２６ミリメータよりも少ない２５０ミクロン）、プロセッサがモータ駆動レンズ組立におけるレンズを２５０ミクロン反対方向に自動的に駆動して、センサを２５０ミクロン分のレンズ距離まで延在し、その結果誤差を無くす。
【００１２】
液体レンズなどの可変パワーレンズの場合、フランジ焦点距離誤差を補償するに必要な光学パワーの量がレンズの有効焦点距離に依存する。多くの場合、レンズの有効焦点距離がレンズメモリにレンズ動作パラメータとして保存される。レンズがカメラに装着されるときに、有効焦点距離値がカメラプロセッサによってフランジ焦点距離誤差値と共に用いられて、誤差補償に必要な光学パワーを特定する。光学パワーがレンズドライバに送られることで、ドライバがレンズの電圧を制御できレンズ形状を変更し誤差補償に必要な光学パワーを達成する。
【００１３】
上述に一貫して、少なくともある発明の実施形態が機械視覚装置に使用されるカメラ組立を含み、組立が複数の交換可能で電気的制御調節可能焦点距離レンズ組立に連結するよう構成された装着フランジを形成する支持構造と、支持構造に支持されフランジ焦点距離だけ装着フランジから離れた２次元センサと、通常動作に先んじてフランジ焦点距離誤差との試運転手順のあいだにプログラムされるプロセッサであって、レンズが装着フランジに装着されるときにフランジ焦点距離誤差用いて理想的フランジ距離およびフランジ焦点距離の間の差とされるフランジ焦点距離誤差を補償するレンズ制御信号を生成する。
【００１４】
ある実施形態では、支持構造に支持され、かつ組立の通常の動作前のフランジ焦点距離誤差を記憶しそのあとに複数焦点距離長レンズ組立と共に使用されるメモリとをさらに備える。フランジ焦点距離誤差が第１レンズ組立を試運転手順中に用いて測定され、その後通常動作中に少なくとも第２レンズ組立と共に使用される場合がある。
【００１５】
ある場合には、プロセッサが装着フランジを形成する支持構造によって支持される。ある場合には、装着フランジの近傍に前記プロセッサと結合される電気接触部をさらに備え、レンズ組立が装着フランジに装着されたときに接触部がレンズ組立と接触してレンズ制御信号をレンズ組立に供給する。ある場合には、プロセッサがさらには、レンズ組立が装着フランジに装着されるときに、レンズ特性をレンズ組立から取得し、レンズ特性を用いてレンズ制御信号を生成してフランジ焦点距離誤差を補償するようにプログラムされる。ある場合には、レンズが固定ガラス撮像レンズおよび液体レンズを有する。ある場合にはレンズ特性が前記撮影レンズの有効焦点距離を含む。
【００１６】
ある実施形態では、カメラおよび画像化されるターゲット間のターゲット距離を測定する距離測定手段をさらに有し、かつプロセッサがターゲット距離を用いてレンズ制御信号を生成してフランジ焦点距離誤差を補償するようにプログラムされる。ある場合には、レンズ組立がモータ付レンズ組立であって、制御信号によってレンズ組立がフランジ焦点距離誤差に相当する量だけ調節される。ある場合には、前記フランジ焦点距離誤差がプロセッサによって実行されるソフトウェアにコード化されて前記レンズ制御信号を生成する。
【００１７】
他の実施形態では、機械視覚装置に用いられるカメラ組立であって、複数の交換可能電気制御調節焦点距離レンズ組立の何れかと連結される構造とされた装着フランジを形成する支持構造と、支持構造によって支持され、かつフランジ焦点距離だけ装着フランジから離れた２次元センサ面を形成する２次元イメージセンサと、支持構造に支持され、かつ組立の通常の動作前の理想的フランジ焦点距離およびフランジ焦点距離間の距離とされるフランジ焦点距離誤差を記憶し、その後に多重調節可能焦点距離レンズ組立と共に用いられるメモリと、フランジ焦点距離誤差をメモリから取得し、該フランジ焦点距離誤差を使用してレンズ制御信号を生成し、装着フランジにレンズが装着されるときにフランジ焦点距離誤差を補償するようにプログラムされたプロセッサと、を備えている。
【００１８】
ある場合には、支持構造にレンズが装着されたときにレンズメモリから少なくとも１つのレンズ特性を取得し、フランジ焦点距離誤差および１つのレンズ特性を用いてレンズ制御信号を生成してフランジ焦点距離誤差を補償するようにプロセッサがさらにプログラムされている。ある場合には、カメラからターゲットまでのターゲット距離を測定するための距離測定手段をさらに備え、プロセッサがターゲット距離を用いてレンズ制御信号を生成してフランジ焦点距離誤差を補償するようにプログラムされている。
【００１９】
さらに他の実施形態では、複数の交換可能電気制御調節焦点距離レンズ組立の何れかと連結されるように構成された装着フランジを形成する支持構造と、支持構造によって支持され、かつフランジ焦点距離だけ装着フランジから離れた２次元センサ面を形成する２次元イメージセンサと、プロセッサと、を備え、機械視覚装置に用いられるカメラ組立を使用する方法であって、カメラの通常動作の前の試運転中に、理想的フランジ焦点距離およびフランジ焦点距離間の差であるフランジ焦点距離誤差を測定する工程と、カメラ組立の通常動作中にカメラ組立を使用するために装着フランジにレンズを装着するときにフランジ焦点距離誤差を用いてレンズ制御信号を生成してフランジ焦点距離誤差を補償するようにプロセッサをプログラムする工程と、を有している。
【００２０】
ある場合には、カメラ組立が支持構造によって支持されるメモリをさらに備え、プログラムする工程に、フランジ焦点距離誤差をメモリ内に記憶する工程を含み、プロセッサがメモリからフランジ焦点距離誤差を読み出すようにプログラムされる。ある場合には、フランジ焦点距離誤差が、試運転中に第１のレンズ組立を用いて測定され、その後に少なくとも第２のレンズ組立との通常の動作中に用いられる。ある場合には、装着フランジにレンズ組立が装着されるときに、レンズ組立からレンズ特性を取得しレンズ特性を用いてレンズ制御信号を生成してフランジ焦点距離誤差を補償するように、前記プロセッサがさらにプログラムされている。
【００２１】
ある場合には、レンズ特性には前記レンズ組立に関連する有効焦点距離が含まれている。ある場合には、フランジに装着されたレンズ組立がモータ駆動レンズ組立とされ、制御信号によってレンズ組立がフランジ焦点距離誤差に相当する量だけ調節される。ある場合には、前記フランジ焦点距離誤差がプロセッサによって実行されるソフトウェアにコード化されて前記レンズ制御信号を生成する。
【００２２】
他の実施形態では、機械視覚装置において使用されるカメラ装置に用いられる方法を含み、カメラ組立が複数の交換可能電気制御調節焦点距離レンズ組立の何れかと連結されるように構成された装着フランジを形成する支持構造と、支持構造によって支持され、かつフランジ焦点距離だけ装着フランジから離れた２次元センサ面を形成する２次元イメージセンサと、支持構造によって支持されるメモリと、プロセッサと、を備え、カメラの通常動作の前の試運転中に、理想的フランジ焦点距離およびフランジ焦点距離間の相違であるフランジ焦点距離誤差を測定する工程と、カメラ組立の通常動作中にカメラ組立を使用するために装着フランジにレンズを装着するときに、フランジ焦点距離誤差を用いてレンズ制御信号を生成してフランジ焦点距離誤差を補償するようにプロセッサをプログラムする。
【００２３】
ある場合には、支持構造にレンズが装着されたときにレンズメモリから少なくとも１つのレンズ特性を取得し、前記フランジ焦点距離誤差および少なくとも１つのレンズ特性を用いて前記レンズ制御信号を生成して前記フランジ焦点距離誤差を補償するように前記プロセッサがさらにプログラムされている。ある場合には、カメラから画像化されるターゲットへのターゲット距離を測定するための距離測定手段をさらに備え、プロセッサがターゲット距離を用いてレンズ制御信号を生成し、フランジ焦点距離誤差を補償するようにプロセッサがさらにプログラムされている。
【００２４】
これらおよび他の発明の目的、有利な点、態様が次の説明から明白になる。この説明において、その一部を構成する添付の図面が参照され、そこで発明の好適な実施形態が示される。そのような実施形態が必ずしも発明の範囲をすべて代表するつもりはなく、よって発明の範囲を解釈するためには記載の特許請求の範囲が参照される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の少なくともある態様に一貫するカメラ／レンズ組立の斜視図である。
【図２】カメラサブ組立から分離されたレンズ組立の、図１に示す組立の部分斜視図である。
【図３】カメラ組立に装着されたレンズ組立を示す、図２と同様の図である。
【図４】図３に示すカメラ／レンズ組立を示す構成図である。
【図５】本発明の少なくともある実施形態に一貫する液体レンズサブ組立に用いられるプロセスを示すフローチャートである。
【図６】本発明の少なくともある実施形態に一貫するモータ駆動レンズサブ組立に用いられるプロセスを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の１つまたは複数の特別な実施形態を以降に説明する。何れの実際の実施の開発において、何れの技術または設計プロジェクトにおけるように、多くの実施特別決定がなされて開発の特別な目的が達成され、それには１つの実施から別に変わる場合のあるシステム関連およびビジネス関連規制への適合が含まれることは理解されよう。さらには、そのような開発の努力が複雑で時間の要するものであるが、それにも関わらず、この開示の利益を有する当業者にとって、設計、製作、製造のルーチン業務であることが理解されよう。
【００２７】
本発明が図１〜３に示す例示のカメラ／レンズおよび図４の概略図を参照して説明する。組立１０がカメラサブ組立１１およびレンズ組立１４を備える。カメラサブ組立１１がカメラハウジング１２、処理ユニットまたはプロセッサ２４、および画像センサアレイ２６を備える。例示の実施形態において、ハウジング１２がハウジング構造を一緒に形成するいくつかの構成要素として示される。他の実施形態において、構成要素の他のサブセットが組み合わさってハウジング構造を形成し、少なくともある場合には単一成形構成要素がハウジング構造を形成して良い。
【００２８】
図１〜４を参照し、ハウジング１２が一方（たとえば図２、３に示すような左側）に一般に開くハウジングキャビティ２０を形成する。プロセッサ２４（図４参照）がキャビティ２０内のＰＣＢ２７へ実装される。画像センサ２６がＰＣＢ２７の表面に実装されるＣＣＤ、ＣＭＯＳまたは他のタイプの２次元平板センサアレイを含み、センサ／ＰＣＢ組立がキャビティ２０内に実装されてセンサ２６がキャビティの開口端に対向する。センサ２６がカメラ画像化軸３５に沿った配列される。図２、３を参照し、組み付け後、画像センサ２６の検知表面が検知面３７内に配設される。画像センサ２６がプロセッサ２４に連結される。
【００２９】
図２、３を参照し、ハウジング１２がやはりキャビティ２０の開口端およびフランジ面４１を介してキャビティ２０へ開口するねじ切りメス連結開口３０に対向するフランジ面またはフランジ４１を形成する。開口３０が画像化軸３５の周りおよび画像センサ２６の検知面に隣接して対称的に形成される。フランジ焦点距離（ＦＦＤ）が画像センサ２６の検知面３７および図２、３に示すフランジ面３９の間に存在する。
【００３０】
図１および図４を参照すると、カメラ組立１１が結合開口３０に隣接するメス電気カプラまたはポート１６を形成する。ポート１６がレンズ組立１４の一部を形成するオス電気プラグ部材１４を受けて機械的にそれに結合するよう設計されて、レンズ制御信号がプロセッサ２４からレンズ組立１４に伝送でき、および、少なくともある実施形態ではレンズ特性がレンズメモリからプロセッサ２４によって読み込まれる。
【００３１】
図４を参照すると、上述の構成要素に加えて、カメラ組立１１が電源５３、メモリ４２および距離測定装置４０を備える。少なくともある実施形態では、電源５３がバッテリを備える。プロセッサ２４が電源５３に接続されて電力をそこから受ける。また、プロセッサ２４がメモリ４２にも接続される。本発明の少なくともある態様に一貫する方法を実行するプロセッサ２４によって実行されるアルゴリズムがメモリ４２に記憶される。さらに、発明の方法または処理を実行するのに必要なデータがやはりメモリ４２に記憶される。
【００３２】
距離測定装置４０が、カメラ組立１０および画像化されるターゲット表面間の距離を測定するのに用いられる装置またはサブ組立を有する。種々の距離測定装置が当技術分野に良く知られ、よってここでは詳細に説明しない。装置４０がプロセッサ２４に接続されて、インスタントカメラにターゲット距離値をカメラ組立動作中にプロセッサ２４に供給する（図４参照）。ここに説明する実施形態が測定装置４０をカメラ組立１０の一部として備えるが、装置４０が組立１０から分離して設けられて良い
【００３３】
図１から図４をもう一度参照すると、少なくともある実施形態において、レンズサブ組立１４がレンズ支持構造１７、液体レンズ組立３２，固定ガラスイメ−ジャレンズ５５（または固定レンズ群）、レンズメモリ装置４４（特には図４を参照）、ドライバ５１、およびオス電気プラグ１８（特には図１参照）を備える。支持構造１７が典型的には固体プラスチック材で形成され、その名称から示唆されるように、レンズサブ組立１４を構成する他の構成要素に対する支持を提供する。支持構造１７が例示の実施形態のいくつかの構成要素を含むように示されるが、支持構造１７が構成要素の異なるサブ組または１つの構成要素で形成される。ドライバ５１、メモリ４４、プラグ１８，イメ−ジャレンズ５５、および液体レンズ組立３２がそれぞれ構造１７によって支持される。
【００３４】
構造１７がレンズサブ組立１４をカメラサブ組立１１に連結するための他の機能を有し、カメラサブ組立の特徴と協働して、カメラ構成要素に対してレンズサブ組立構成要素を正確に位置付ける。最後に、図３、４を参照すると、支持構造１７が固定および液体レンズが光学軸に沿って配設されて搭載されている典型的に円筒通路を形成する。構造１７の外部面がカメラハウジング１２によって形成されるねじ切りメス連結開口３０に連結するように設計された円筒ねじ切りオス連結面３４を形成する。構造１７がやはりねじ切り面３４と直角に延在し、フランジ面４１と協働してカメラサブ組立１２に対して搭載時にレンズサブ組立１４の位置を画定する。
【００３５】
レンズ３２のような液体レンズが当技術分野によく知られ、よってレンズサブ組立３２がここには詳細に説明しない。液体レンズ３２が、対向する２つの平行する窓によって画定される流体チャンバ、および窓が固定される本体を有する。好ましくは窓がガラスなどの光学透明材料で形成された透明板である。流体チャンバが同様の密度の２つの非混合液体を有し、凹凸レンズ形状の光学インタフェースを形成する。好適には液体の１つが絶縁液体とされ、たとえばオイルおよび／または油分を有し、他には好適には導電液体とされ、たとえば水性溶液を有する。液体レンズがやはりキャップ、およびキャップ並びにレンズ構造の強度を保つ本体の間に挟まされるガスケットを有する。導体液体がキャップで形成された電極と接触し、液体−液体インタフェースが絶縁された電極を有する本体の円錐部に接触する。電気的湿現象を介してキャップおよび本体で形成された電極間に印加する電圧に従って液体−液体インタフェースの曲面を修正することができる。たとえば、曲面が凹第１形状から相対的により凹第２形状に変化する。このように流体チャンバを貫通する光線が印加電圧によってより広いまたは狭い範囲で合焦される。
【００３６】
図４を参照し、液体レンズ組立３２の駆動部（図示せず）が駆動電圧を印加するドライバ５１によって電気的に制御されて、光学レンズ組立１４の焦点距離が制御されるよう変更される。ドライバ５１がプラグ１８に連結され、プラグ１８がポート１６（図１参照）に接続されるときにドライバ５１が処理ユニット２４から制御信号を受信する。少なくともある実施形態において、レンズメモリ４４がやはり電気的にプラグ１８に接続されてプラグ１８がポート１６に連結されたときにレンズ特性がプロセッサ２４によって読み取られる。
【００３７】
メモリ４４が、少なくともある実施形態では、ＥＥＰＲＯＭを有し、レンズ組立１４の様々な特性を記憶するよう用いられる。たとえば、少なくともある実施形態では、メモリ４４が固定レンズ５５の有効焦点距離を記憶する（図４参照）。さらに、メモリ４４が液体レンズ３２の光学パワーをレンズ形状を変えるのに必要な印加電圧値に関連させるスロープおよびオフセットを記憶して、異なる光学パワーを生成してよい。
【００３８】
図２を参照し、レンズ組立１４をカメラサブ組立１１に搭載するために、構造１７がレンズオスカプラのねじ切り面３４をカメラハウジングメスカプラ３０のねじ切り面に並ぶように位置付けられ、カメラサブセット１１に向かってねじが嵌合するまで移動される。停止面４３がフランジ面４１に当接するまでレンズサブ組立１４が回転する。この時点で面４１および４３が協働して、カメラサブ組立構成要素に対して組立１４の構成要素を特別に並置して位置付ける。さらに具体的には、面４１、４３、他のレンズサブ組立、およびハウジング１２が協働して、レンズ５５、３２を画像化軸３５（図３参照）に沿って位置付けし、レンズ３２、５５をイメージングセンサ２６の検知面に対して既知の位置に設置する。
【００３９】
プロセッサ２４によって実行されてレンズ組立３２を制御するための液体レンズ制御信号を生成する演算は、レンズ３２および３５がセンサ２６に対して正確な位置にあるという前提に基づく。したがって、レンズおよびセンサ間の並置における何れの変化が組立１０からの距離でのターゲット面（図４の６９参照）に合焦することに悪影響を与えかねない。このようにフランジ焦点距離ＦＦＤ（図２，３参照）がカメラサブ組立１１を製造する際に特に重要な寸法である。
【００４０】
上述のように、様々な理由のために、製造中にＦＦＤを制御するのが難しいので、ＦＦＤ誤差（ｅFFD）が度々発生し、それがカメラ組立１０のセンサ２６の検知面上のターゲット６９に合焦する能力に悪影響を与える。
【００４１】
本発明の少なくともある実施形態では、ｅFFDを補償するのに、製造が完了したのちに各カメラサブ組立１１に対してｅFFDが計算され、使用するために、カメラメモリ４２にプロセッサ２４によってｅFFDが保存されて誤差を補償されても良い。次いで通常動作中に、レンズサブ組立がカメラサブ組立１１に装着されてのちにプロセッサがｅFFDを用いて可変焦点レンズサブ組立を制御しｅFFDを補償しても良い。
【００４２】
レンズ３２のような液体レンズの場合、レンズ制御信号が変更されてｅFFDを補償する方法はレンズの有効焦点距離に依存する。上述のように、液体レンズを含む多くのレンズサブ組立がレンズメモリ４４に保存されたレンズの焦点距離を備えており、それはレンズ搭載時にプロセッサ２４に読み出される。
【００４３】
レンズ制御信号の算出に関し、ターゲットが例示のカメラ組立に対して合焦している距離ｄが次の一般方程式で表わされる。
【数１】
2016122217.tif 000012
ここで、ＬＬopが液体レンズ３２の光学パワーであり、ＩＬopがイメ−ジャレンズ５５の光学パワーであり、両者がジオプタで表わされ、ＦＦＤjが理想的フランジ焦点距離（すなわち、ｅFFDの無いフランジ焦点距離）であり、ｅFFDがフランジ焦点距離誤差である。イメ−ジャレンズの光学パワーＬＬopがイメ−ジャのい有効焦点距離の逆数として式２のように表わされる。
【数２】
2016122217.tif 000013
【００４４】
式１、２が連結され書き直されて、具体的な距離ｄにおけるターゲットに合焦するために液体レンズ３２の必要な光学パワーを次のようにして算出できる。
【数３】
2016122217.tif 000014
【００４５】
有効焦点距離ｅflが液体レンズカメラメモリ４４に保存される。フランジ焦点距離誤差ｅFFDが製造後に測定されてカメラメモリ４２に保存される。さらに、カメラサブ組立１１が特殊な種類（たとえば、Ｃマウント、ＣＳマウント）であり、したがってプロセッサ２４によって実行されるアルゴリズムにプログラムされる理想的フランジ焦点距離ＦＦＤjによって特徴付けられる。このようにカメラからターゲット距離ｄが距離測定装置４０で測定され、プロセッサ２４に供給されるときに、メモリ４４、４２から有効焦点距離およびフランジ焦点距離誤差をそれぞれ読み出して、式３を解くことで、プロセッサ２４が距離ｄにおけるターゲットに合焦するのに必要な液体レンズ光学パワーＬＬopを算出できる。光学パワーＬＬopが決定されると、プロセッサ２４がレンズドライバ５１に供給される制御信号を生成し、距離ｄにおいて合焦するのに必要な液体レンズ光学パワーを特定する。少なくともある実施形態では、他の制御信号種類が考慮されても、該制御信号がＰＷＭとして供給される。
【００４６】
さらに図４を参照し、ドライバ５１が様々な液体レンズパラメータでプログラムされるが、ドライバ５１が液体レンズ３２を制御しレンズ３２の光学パワーを調節し、式３を用いて算出されたパワー値と合致する。最後に、産業界には良く知られているように、レンズ３２が光学パワーをレンズに亘って印加される電圧レベルに関連する傾斜およびオフセットによって特徴付けされる。傾斜およびオフセットがレンズに対して決定され、ドライバ５１によって用いられるようにレンズメモリ４４に保存される。ドライバ５１が電圧をレンズ駆動部に供給して液体レンズ光学パワーを制御する。
【００４７】
カメラ組立１１の製造後、任意の様々な方法が用いられてフランジ焦点距離誤差ｅFFDを測定して良い。たとえば、少なくともある実施形態では、液体レンズがカメラに搭載されてそれの誤差ｅFFDが測定されて良く、ターゲットがカメラ組立から知られた距離に配設されて良い。知られた距離ｄで式３を解きゼロフランジ焦点距離誤差ｅFFDを推定することで、プロセッサが液体レンズに対する光学パワーＬＬopがを演算して良い。カメラ組立が制御されて、式３中のｅFFD値を変えながらターゲット画像を取得されて良く、その結果、シャープに合焦された画像結果になるまで液体レンズの光学電力を変える。合焦画像の誤差ｅFFDが次いで他のレンズに続けて用いられるようにカメラメモリ４２に保存されて良い。
【００４８】
別の例として、液体レンズが理想的フランジ焦点距離ＦＦＤjを有することが知られる第１のカメラに搭載され、第１のカメラ／レンズ組立がターゲットに対して位置付けられて、その結果の画像が特別な光学パワーの液体レンズセットでシャープとなる。第１のカメラ／レンズ組立およびターゲット間の第１の距離が画像がシャープになるときに測定される。次いで、レンズの焦点設定を変えることなく、それのｅFFDが決定される第２のカメラにレンズが設置される。第２のカメラ／レンズ組立が画像がシャープになるまでターゲットに対して移動し、第２のカメラ／レンズ組立のターゲットまでの距離が測定される。知られた有効焦点距離および第１および第２の距離間の相違が用いられて誤差ｅFFDが演算され（たとえば式３を解くことにより）、次いで続いて用いられるよう保存される。
【００４９】
次いで図５を参照し、フローチャート５０の例示するのは本発明の少なくともある実施形態の少なくともある態様に一貫する方法である。また、図４を参照し、ブロック５２において、イメ−ジャレンズ５５の有効焦点距離ｅflがメモリ４４に保存される。さらに、図５には示していないものの、ドライバ５１に用いられて液体レンズを制御する光学パワーおよびレンズ電圧関係に関連する傾斜およびオフセット値がやはりブロック５２で保存される。ブロック５４において、フランジ焦点距離誤差ｅFFDが測定される前に、カメラ組立が製造されカメラメモリ４２に保存される。ブロック５６にて、複数の異なる液体レンズ組立の何れ（たとえば、図２の例示の組立１４を参照のこと）が、カメラサブ組立１１に搭載される。少なくとも例示の実施形態において、搭載には、レンズサブ組立１４をカメラサブ組立１４に機械的に搭載すること、およびポート１６のプラグ１８を受けてプロセッサ２４およびドライバ５１間の電気的接続を形成すること、レンズメモリ４４およびプロセッサ２４間のデータ通信リンクが含まれる。
【００５０】
さらに図５を参照し、レンズサブ組立１４がカメラサブ組立１１に搭載された後に、プロセッサ２４がレンズメモリからデータを読み込む。上述の実施形態において、プロセッサがメモリ４４から有効焦点距離ｅfl値を読み込む。ブロック６０において、カメラ／レンズ組立１０が用いられて距離ｄにおけるターゲットの画像を取得する（図４の６９参照）間に、ブロック６０において、距離測定装置４０が最初にカメラからターゲットまでの距離ｄを測定し、値ｄをプロセッサ２４に供給する。ブロック６２において、プロセッサ２４がカメラメモリ４２からフランジ焦点距離誤差ｅFFD、有効焦点距離ｅflおよびブロック６０からの測定距離ｄを用いてセンサ２６上の距離ｄにおけるターゲットの画像に合焦する（図４参照）。ブロック６６において、プロセッサ２４がレンズ制御信号を生成して必要とされる光学パワーを示す液体レンズドライバ５１に供給する。ブロック６８において、ドライバ５１が、制御信号および液体レンズ３２に関連する傾斜およびオフセット値を用いて液体レンズ電圧を演算されたレベルで設定することで、その結果、必要な光学パワーとなる。
【００５１】
少なくもある実施形態において、液体レンズサブ組立の代わりに、モータ駆動レンズサブ組立が上述のようにカメラサブ組立１１と共に用いられて良いことが考えられる。モータ駆動レンズ組立が用いられる場合、フランジ焦点距離誤差が上述のようにターゲットに合焦するカメラ組立の能力に類似の効果を有する。モータ駆動レンズサブ組立の場合、フランジ焦点距離誤差がレンズサブ組立からの有効焦点距離などの情報を取得することなく補償される。代わりに、プロセッサ２４がプログラムされてモータ駆動レンズの制御をフランジ焦点距離誤差に等しい分だけかつ反対方向に単に調節して、その結果モータ駆動レンズ組立を画像化軸３５に沿って動かす。たとえば、図２をもう一度参照し、実際のフランジ焦点距離ＦＦＤが理想的フランジ焦点距離ＦＦＤiよりも大きい２５０マイクロメートルであって、その結果フランジ焦点距離誤差ｅFFDが２５０マイクロメートルとなり、プロセッサ２４がモータ駆動レンズサブ組立を単に調節するように制御されて、サブ組立レンズを画像化軸３５に沿って２５０マイクロメートルだけイメージセンサ２６方向に動かして誤差を直接的に補償する。同様に、フランジ焦点距離誤差が２５０マイクロメートルであって、プロセッサ２４がレンズサブ組立のレンズをイメージセンサ２６から軸３５に沿って２５０マイクロメートルだけ離して動かすようにプログラムされて良い。
【００５２】
もう一度図４を参照し、カメラ組立がモータ駆動レンズを有する場合、図４が概略レンズメモリ４４を含まずに液体レンズ３２および固定レンズ５５が適当なドライバ５１で駆動されるモータ駆動レンズ組立によって置き換えらる。
【００５３】
図６を参照すると、例示の方法７０が示すのは、モータ駆動レンズサブ組立がカメラサブ組立１１に搭載された際にフランジ焦点距離誤差を補償するように該方法が用いられる場合である。また図４を参照し、ブロック７２において、カメラに対するフランジ焦点距離誤差ｅFFDが測定されてカメラメモリ４２に保存される。ブロック７２において、モータ駆動レンズサブ組立がカメラサブ組立に搭載される。ブロック７８において、通常動作の間、距離ｄにおけるターゲットの画像が取得されるときに、距離測定装置４０が用いられてカメラサブ組立１１およびターゲット６９間の距離ｄを測定する。ブロック８０において、プロセッサ２４がメモリ４２からフランジ焦点距離誤差ｅFFDを読み出す。ブロック８４において、プロセッサ２４がフランジ焦点距離ｅFFDおよび距離ｄの関数によって調節されて誤差を補償する。
【００５４】
発明が種々の変態および代替の形態を受けるものの、特別な実施形態が図面に例として示され、本明細書に詳細に説明された。しかしながら、発明が開示されたこの特別な形式に限定されるものではないことは理解されよう。たとえば、上記の例におけるレンズを制御するプロセッサがカメラハウジングに搭載されたが、プロセッサがレンズまたはレンズハウジング内に直接に搭載されて良いことも考えられる。この場合、レンズがカメラサブ組立に接続された際にレンズベースプロセッサがカメラメモリからフランジ焦点距離誤差を読み出し上記処理の１つを実行しても良い。別の例として、電圧および光学パワーの関係を画定する傾斜およびオフセット値などの他のレンズ特性がレンズメモリから有効焦点距離と共にカメラプロセッサによって読み出されて、プロセッサがレンズ電圧信号を制御信号と反対するように生成して必要とされる光学パワーに影響しても良い。
【００５５】
さらに別の例として、上述の実施形態には、測定フランジ焦点距離誤差が製造後におよび通常動作に先んじて保存されるカメラメモリを有するが、他の実施形態においては、フランジ焦点距離誤差が演算された後に、式３を修正して誤差を反映するようにして、その結果、誤差が効果的にソフトウェアにプログラムされてプロセッサ２４に実行されて良い。このように上記の式３の最終項が定数になり、誤差が算出されて後に、理想的フランジ焦点距離ＦＦＤiおよび誤差ｅFFDの両方が分かる。この方法において、図４のメモリ４２が省略されて、誤差ｅFFDが直接にソフトウェアにコード化されてプロセッサ２４によって実行される。
【００５６】
このように、発明が次の特許請求の範囲で定義されるような発明の主旨および範囲に入る変態、等価、代替をすべてを含むものとする。
【００５７】
本発明の範囲を公にするために、特許請求の範囲を次に定義する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械視覚装置に用いられるカメラ組立であって、
交換可能かつ電気制御調節可能な複数の焦点距離レンズ組立の何れかに連結するために構成された装着フランジを形成する支持構造と、
前記支持構造に支持され、かつ前記装着フランジからフランジ焦点距離だけ離れている２次元センサ面を形成する２次元イメージセンサと、
前記支持構造に支持され、かつ前記カメラ組立における通常動作前のフランジ焦点距離誤差を記憶するメモリと、が設けられ、
前記フランジ焦点距離誤差が、理想的フランジ焦点距離および前記フランジ焦点距離間の差とされ、
固定ガラス撮像レンズおよび液体レンズを含むレンズ組立が、前記装着フランジに装着されるときに、
前記レンズ組立から前記撮像レンズの有効焦点距離を含むレンズ特性を取得し、
前記撮像レンズの有効焦点距離とカメラからターゲットまでのターゲット距離と前記フランジ焦点距離誤差とに基づき、ターゲットに合焦する液体レンズの光学パワーを算出し、且つ、算出された前記液体レンズの光学パワーを提供するために、前記液体レンズのレンズドライバを制御することによって、前記フランジ焦点距離誤差および前記レンズ特性を用いてレンズ制御信号を生成して、前記フランジ焦点距離誤差を補償するように、プログラムされたプロセッサがさらに設けられている
ことを特徴とするカメラ組立。
【請求項２】
前記カメラ組立に、前記装着フランジに隣接する第１電気接触部が、さらに設けられ、
前記第１電気接触部は、前記レンズ組立の第２電気接触部に結合するように構成されており、
前記レンズ組立が前記装着フランジに装着されたとき、前記レンズ特性および前記レンズ制御信号が、前記プロセッサと前記レンズ組立との間で通信される
ことを特徴とする請求項１に記載のカメラ組立。
【請求項３】
前記レンズ特性は、前記液体レンズの光学パワー機能のための傾斜およびオフセットをさらに含む 
ことを特徴とする請求項１に記載のカメラ組立。
【請求項４】
前記光学パワーの算出は、前記光学パワー機能のための傾斜およびオフセットに基づく
ことを特徴とする請求項３に記載のカメラ組立。
【請求項５】
前記カメラ組立には、前記カメラから前記ターゲットまでのターゲット距離を測定する距離測定手段がさらに設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載のカメラ組立。
【請求項６】
前記プロセッサは、前記装着フランジを形成する前記支持構造によって支持される
ことを特徴とする請求項１に記載のカメラ組立。
【請求項７】
前記レンズ組立が前記装着フランジに装着されるときに、前記プロセッサが前記レンズ組立によって支持される
ことを特徴とする請求項１に記載のカメラ組立。
【請求項８】
機械視覚装置用のプロセッサおよび関連するカメラ組立を使用する方法であって、
前記カメラ組立は、メモリと、交換可能かつ電気制御可能な複数の調節焦点距離レンズ組立の何れかに連結するために構成された装着フランジを形成する支持構造と、前記支持構造に支持され、前記装着フランジからフランジ焦点距離だけ離れている２次元センサ面を形成する２次元イメージセンサと、を有し、
前記カメラ組立の通常動作の前の試運転中に、理想的フランジ焦点距離および前記フランジ焦点距離間の差であるフランジ焦点距離誤差を測定する工程と、
前記フランジ焦点距離誤差を前記メモリに記憶する工程と、
固定ガラス撮像レンズおよび液体レンズを含むレンズ組立が、前記装着フランジに装着されるときに、
前記レンズ組立から前記撮像レンズの有効焦点距離を含むレンズ特性を取得し、
前記撮像レンズの有効焦点距離とカメラからターゲットまでのターゲット距離と前記フランジ焦点距離誤差とに基づき、ターゲットに合焦する液体レンズの光学パワーを算出し、且つ、算出された前記液体レンズの光学パワーを提供するために、前記液体レンズのレンズドライバを制御することによって、前記フランジ焦点距離誤差および前記レンズ特性を用いてレンズ制御信号を生成し、前記フランジ焦点距離誤差を補償するように、前記プロセッサをプログラムする工程と、を有する
ことを特徴とする方法。
【請求項９】
前記カメラ組立に、前記装着フランジに隣接する第１電気接触部が、さらに設けられ、
前記レンズ組立が前記装着フランジに装着されたときに、前記第１電気接触部が、前記レンズ組立の第２電気接触部に結合するように構成され、
前記レンズ特性および前記フランジ焦点距離誤差の少なくとも１つを取得するように、前記プロセッサをプログラムする工程をさらに有する
ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記レンズ特性は、前記液体レンズの光学パワー機能のための傾斜およびオフセットをさらに含む
ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記光学パワーの算出は、前記光学パワー機能のための傾斜およびオフセットに基づく
ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記カメラ組立には、ターゲット距離を測定する距離測定手段がさらに設けられ、
前記距離測定手段から前記ターゲット距離を取得するように、前記プロセッサをプログラムする工程をさらに有する
ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記プロセッサは、前記装着フランジを形成する前記支持構造によって支持される
ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記レンズ組立が前記装着フランジに装着されるときに、前記プロセッサが前記レンズ組立によって支持される
ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2016122217.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成28年5月16日(2016.5.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械視覚装置に用いられるカメラ組立であって、
交換可能かつ電気制御調節可能な複数の焦点距離レンズ組立の何れかに連結するために構成された装着フランジを形成する支持構造と、
前記支持構造に支持され、かつ前記装着フランジからフランジ焦点距離だけ離れている２次元センサ面を形成する２次元イメージセンサと、
前記支持構造に支持され、かつ前記カメラ組立における通常動作前のフランジ焦点距離誤差を記憶するメモリと、が設けられ、
前記フランジ焦点距離誤差が、理想的フランジ焦点距離および前記フランジ焦点距離間の差とされ、
固定ガラス撮像レンズおよび液体レンズを含むレンズ組立が、前記装着フランジに装着されるときに、
前記レンズ組立から前記撮像レンズの有効焦点距離を含むレンズ特性を取得し、
前記撮像レンズの有効焦点距離とカメラからターゲットまでのターゲット距離と前記フランジ焦点距離誤差とに基づき、ターゲットに合焦する液体レンズの光学パワーを算出し、且つ、算出された前記液体レンズの光学パワーを提供するために、前記液体レンズのレンズドライバを制御することによって、前記フランジ焦点距離誤差および前記レンズ特性を用いてレンズ制御信号を生成して、前記フランジ焦点距離誤差を補償するように、プログラムされたプロセッサがさらに設けられている
ことを特徴とするカメラ組立。
【請求項２】
前記カメラ組立に、前記装着フランジに隣接する第１電気接触部が、さらに設けられ、
前記第１電気接触部は、前記レンズ組立の第２電気接触部に結合するように構成されており、
前記レンズ組立が前記装着フランジに装着されたとき、前記レンズ特性および前記レンズ制御信号が、前記プロセッサと前記レンズ組立との間で通信される
ことを特徴とする請求項１に記載のカメラ組立。
【請求項３】
前記レンズ特性は、前記液体レンズの光学パワー機能のための傾斜およびオフセットをさらに含む  
ことを特徴とする請求項１に記載のカメラ組立。
【請求項４】
前記光学パワーの算出は、前記光学パワー機能のための傾斜およびオフセットに基づく
ことを特徴とする請求項３に記載のカメラ組立。
【請求項５】
前記カメラ組立には、前記カメラから前記ターゲットまでのターゲット距離を測定する距離測定手段がさらに設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載のカメラ組立。
【請求項６】
前記プロセッサは、前記装着フランジを形成する前記支持構造によって支持される
ことを特徴とする請求項１に記載のカメラ組立。
【請求項７】
前記レンズ組立が前記装着フランジに装着されるときに、前記プロセッサが前記レンズ組立によって支持され、前記フランジ焦点誤差を取得する
ことを特徴とする請求項１に記載のカメラ組立。
【請求項８】
機械視覚装置用のプロセッサおよび関連するカメラ組立を使用する方法であって、
前記カメラ組立は、メモリと、交換可能かつ電気制御可能な複数の調節焦点距離レンズ組立の何れかに連結するために構成された装着フランジを形成する支持構造と、前記支持構造に支持され、前記装着フランジからフランジ焦点距離だけ離れている２次元センサ面を形成する２次元イメージセンサと、を有し、
前記カメラ組立の通常動作の前の試運転中に、理想的フランジ焦点距離および前記フランジ焦点距離間の差であるフランジ焦点距離誤差を測定する工程と、
前記フランジ焦点距離誤差を前記メモリに記憶する工程と、
固定ガラス撮像レンズおよび液体レンズを含むレンズ組立が、前記装着フランジに装着されるときに、
前記レンズ組立から前記撮像レンズの有効焦点距離を含むレンズ特性を取得し、
前記撮像レンズの有効焦点距離とカメラからターゲットまでのターゲット距離と前記フランジ焦点距離誤差とに基づき、ターゲットに合焦する液体レンズの光学パワーを算出し、且つ、算出された前記液体レンズの光学パワーを提供するために、前記液体レンズのレンズドライバを制御することによって、前記フランジ焦点距離誤差および前記レンズ特性を用いてレンズ制御信号を生成し、前記フランジ焦点距離誤差を補償するように、前記プロセッサをプログラムする工程と、を有する
ことを特徴とする方法。
【請求項９】
前記カメラ組立に、前記装着フランジに隣接する第１電気接触部が、さらに設けられ、
前記レンズ組立が前記装着フランジに装着されたときに、前記第１電気接触部が、前記レンズ組立の第２電気接触部に結合するように構成され、
前記第１電気接触部と前記第２接触部を介して前記レンズ特性および前記フランジ焦点距離誤差の少なくとも１つを取得するように、前記プロセッサをプログラムする工程をさらに有する
ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記レンズ特性は、前記液体レンズの光学パワー機能のための傾斜およびオフセットをさらに含む
ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記光学パワーの算出は、前記光学パワー機能のための傾斜およびオフセットに基づく
ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記カメラ組立には、前記ターゲット距離を測定する距離測定手段がさらに設けられ、
前記距離測定手段から前記ターゲット距離を取得するように、前記プロセッサをプログラムする工程をさらに有する
ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記プロセッサは、前記装着フランジを形成する前記支持構造によって支持される
ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記レンズ組立が前記装着フランジに装着されるときに、前記プロセッサが前記レンズ組立によって支持されて、前記メモリから前記フランジ焦点距離誤差を取得する
ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
機械視覚装置用のプロセッサおよび関連するカメラ組立を使用する方法であって、
前記カメラ組立は、メモリと、交換可能かつ電気制御可能な複数の調節焦点距離レンズ組立の何れかに連結するために構成された装着フランジを形成する支持構造と、前記支持構造に支持され、前記装着フランジからフランジ焦点距離だけ離れている２次元センサ面を形成する２次元イメージセンサと、を有し、
前記プロセッサで、理想的フランジ焦点距離と前記カメラの通常動作の前の試運転中に測定される前記フランジ焦点距離の差であるフランジ焦点距離誤差を前記メモリから取得する工程と、
固定ガラス撮像レンズおよび液体レンズを含むレンズ組立が、前記装着フランジに装着されるときに、
前記プロセッサで、前記レンズ組立から前記撮像レンズの有効焦点距離を含むレンズ特性を取得し、
前記撮像レンズの有効焦点距離とカメラからターゲットまでのターゲット距離と前記フランジ焦点距離誤差とに基づき、前記ターゲット距離でターゲットに合焦する液体レンズの光学パワーを算出し、且つ、算出された前記液体レンズの光学パワーを提供するために、前記液体レンズのレンズドライバを制御することによって、前記フランジ焦点距離誤差および前記レンズ特性を用いてレンズ制御信号を生成し、前記フランジ焦点距離誤差を補償する工程と、を有する
ことを特徴とする方法。
【請求項１６】
前記カメラ組立は、前記装着フランジに隣接する第１電気接触部を、さらに有し、前記レンズ組立が前記装着フランジに装着されたときに、前記第１電気接触部が、前記レンズ組立の第２電気接触部に結合するように構成されたものであり、
前記第１電気接触部と前記第２接触部を介して前記レンズ特性および前記フランジ焦点距離誤差の少なくとも１つを取得する工程をさらに有する
ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記レンズ特性は、前記液体レンズの光学パワー機能のための傾斜およびオフセットをさらに含む
ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記光学パワーの算出は、前記光学パワー機能のための傾斜およびオフセットに基づく
ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記カメラ組立は、前記ターゲット距離を測定する距離測定手段をさらに有する
ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記プロセッサは、前記装着フランジを形成する前記支持構造によって支持される
ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
前記レンズ組立が前記装着フランジに装着されるときに、前記プロセッサが前記レンズ組立によって支持されて、前記メモリから前記フランジ焦点距離誤差を取得する
ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。