知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-04-25
(45)【発行日】2022-05-09
(54)【発明の名称】キャリアフレームと回路基板を備えた電子デバイス
(51)【国際特許分類】
G02B 7/02 20210101AFI20220426BHJP
G03B 15/03 20210101ALI20220426BHJP
G03B 17/02 20210101ALI20220426BHJP
G03B 30/00 20210101ALI20220426BHJP
H04N 5/225 20060101ALI20220426BHJP
【ＦＩ】
G02B7/02 Z
G02B7/02 C
G02B7/02 E
G03B15/03 K
G03B15/03 X
G03B17/02
G03B30/00
H04N5/225 100
H04N5/225 600
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2019198416
(22)【出願日】2019-10-31
(62)【分割の表示】P 2017093730の分割
【原出願日】2013-10-04
(65)【公開番号】P2020024460
(43)【公開日】2020-02-13
【審査請求日】2019-11-05
(31)【優先権主張番号】13/655972
(32)【優先日】2012-10-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】504382671
【氏名又は名称】コグネックス・コーポレイション
(74)【代理人】
【識別番号】100134832
【弁理士】
【氏名又は名称】瀧野 文雄
(74)【代理人】
【識別番号】100165308
【弁理士】
【氏名又は名称】津田 俊明
(72)【発明者】
【氏名】カイ フルッグ
(72)【発明者】
【氏名】ローレンス ヌニンク
(72)【発明者】
【氏名】リヒャルト ロイター
(72)【発明者】
【氏名】デイヴィッド アール キング
【審査官】登丸 久寿
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１１／０５６２２８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００６－２６１３９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－２７０２７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－２６６６９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００５－５０７５７１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｂ ７／０２
Ｇ０３Ｂ １５／０３
Ｇ０３Ｂ １７／０２
Ｇ０３Ｂ ３０／００
Ｈ０４Ｎ ５／２２５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
１つ以上の可撓性の回路基板で互いに結合した複数の剛直な回路基板からなり、処理エレメントと視覚センサを備えた電子回路基板であって、前記視覚センサが前記複数の剛直な回路基板のうちの第１の剛直な回路基板であるセンサボードに支持される、電子回路基板と、前記電子回路基板を支持するキャリアフレームと、
視覚センサの上に設けられ、前記キャリアフレームで支持されたレンズであって、前記レンズが前記視覚センサと位置合わせできるように、少なくとも部分的に前記複数の剛直な回路基板で画定された容積内に設けられ、レンズの位置が前記キャリアフレームと前記視覚センサの関連で調節可能なレンズと、
からなる電子デバイスであって、
前記視覚センサおよび照準デバイスは、前記第１の剛直な回路基板上に配置され、
前記複数の剛直な回路基板のうちの第１の追加の剛直な回路基板は、前記レンズから前記センサボードに対向して配置され、
前記複数の剛直な回路基板のうちの第２の追加の剛直な回路基板は、前記レンズに沿って、前記センサボードを越えて前記第１の追加の剛直な回路基板との接続部から延在し、
前記複数の剛直な回路基板のうちの第３の追加の剛直な回路基板は、前記センサボードと前記第１の追加の剛直な回路基板から前記レンズに対向して配置されることを特徴とする電子デバイス。
【請求項2】
前記レンズのための容積を確定する前記第１～第３の追加の剛直な回路基板のうち第１の追加の剛直な回路基板が、照明ボードを備え、前記照明ボードが前記レンズの一部を覆い、前記照明ボードを貫通する開口部が十分な光が前記レンズに進入可能な寸法である
ことを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項4】
前記キャリアフレームが前記照明ボードを前記レンズの上に固定するための複数の拘束具を備え、前記複数の拘束具が前記照明ボードとスナップ式に嵌合することを特徴とする請求項２に記載の電子デバイス。
【請求項5】
前記照明ボードが前記１つ以上の可撓性回路基板を用いて前記第２の追加の剛直な回路基板に含まれる電源とＩ／Ｏボードと結合していることを特徴とする請求項２に記載の電子デバイス。
【請求項7】
前記照準デバイスがセンサボード上に配置され、記憶媒体が前記第１の追加の剛直な回路基板又は前記第３の追加の剛直な回路基板上に配置され、
１つまたは複数の入力および出力コネクタは前記第１の追加の剛直な回路基板又は前記第２の追加の剛直な回路基板上に配置され、
前記第３の追加の剛直な回路基板は、前記第１の追加の剛直な回路基板から前記レンズに対向する照明デバイスを支持する
ことを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項9】
前記複数の剛直な回路基板によって画定された容積の中に少なくとも部分的に位置して、前記レンズの前記視覚センサとの位置合わせを支持するレンズエクステンダーをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本技術は電子デバイスの組み立てに関し、より具体的には、プリント回路基板とこのプリント回路基板を支持するサポートフレームと共に組み立てる電子デバイスに関する。
【背景技術】
【0002】
全部ではなくとも殆どの電子デバイスは、一枚以上のプリント回路基板（PCB）を備えている。組み立ての間、プリント回路基板は電子デバイスのハウジング又はハウジング内の他のボードの一部にねじ止めされるか接続される。電子デバイスの一種は、撮像デバイス、より一般的に言えばカメラである。撮像デバイスは、一般的に対象物の画像を検査、位置決め、及び／又は取得するために用いられる。例えば、製造用途において、撮像装置は製造対象物の画像を取得し、画像解析のために様々な種類の画像処理アルゴリズムを用いることによって、対象物の不良検出に用いることができる。画像を取り込み保存するためにフィルムを用いる昔ながらのカメラと違って、幾つかの撮像デバイスは、種々の電子、固体デバイスと、視覚センサやコントローラや照明デバイスやレンズ等の他のデバイスを用いている。
【0003】
幾つかの撮像デバイスは、ハウジングと、所望の構成でハウジングに保持された剛直なPCBと、幾つかの剛直なPCBに設けられた固体デバイスを備えることができる。幾つかの剛直なPCBの１枚は、レンズと位置合わせする必要があり、レンズはハウジングの開口部と位置合わせする必要がある。一枚以上のPCBを互いに接続するためにコネクタが用いられ、それによってサイズ、コスト、組立時間、障害の可能性のある領域が増加する。ハウジングの大きさは、様々な固体デバイスの大きさとそれらを支持するために用いられる剛直なPCBの大きさによって制限される。
【0004】
電子デバイスのためのプリント回路基板の分野において、改善がなされてきた。PCBは現在可撓性を有する形状で利用可能であり、剛直と可撓性のハイブリッドPCBが、rigid-flex PCBとして知られている。このハイブリッドrigid-flex PCBは、一般的に剛直な基板と可撓性の基板からなり、互いに積層されて、単一の構造になっている。PCBのもう一つの形態は、強化柔軟構造として知られ、それは単純に柔軟な回路に、回路基板上の電子部品を支持するために補強材を取り付けたものである。Rigid-flex回路は、一般的に剛直な層に導電体を有しており、これは補強材を用いた多層回路とは異なっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従来技術の電子デバイスは、組立工程だけではなく、全体的な大きさにおいても幾つかの欠点を有しており、剛直な回路基板の保守性やPCBコネクタの信頼性に対して限界を有していた。必要なものは、剛直なPCBと関係した問題や欠点の無い、容易な組み立てや他のデバイス部品の支持のためのPCBを支持するキャリアフレームを用いたシステムと方法である。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本実施例は、PCBを支持するためにキャリアフレームを用いることによって、従来技術の欠点を解消する。PCBはキャリアフレームの周りに設けることができ、キャリアフレームで支持することができる。そして追加の電子デバイスや固体デバイスを、このPCB及び／又はキャリアフレームによって支持することができる。
【0007】
従って、幾つかの実施例は、調節可能なレンズデバイスを備えている。この調節可能なレンズデバイスは、レンズベースとレンズベースから延在したレンズ胴体からなるレンズを備えている。調節可能なレンズデバイスは、キャリアフレームを備えることができ、キャリアフレームは開口部を備え、開口部はリムを備えている。開口部は少なくともレンズベースを収容できる大きさにすることができる。ラチェット部とレンズ保持部を備えたレンズ焦点固定機構を含めることができる。ラチェット部はラチェット部から延在する少なくとも一本のラチェットアームを備えることができ、少なくとも一本のラチェットアームは係合端を備え、その係合端はリムの近くに位置する複数の相手方係合機構の少なくとも１つと係合する大きさである。レンズ保持部が係合部を備え、係合部はレンズと係合してレンズの動きを抑制する。レンズ焦点固定機構は、回転自在でレンズの焦点位置を調節するようになっており、レンズ焦点固定機構が第一方向に第一距離だけ回転した時に、前記レンズ保持部がレンズを第一方向の第二位置まで回転させるようになっている。
【0008】
他の実施例も、電子デバイスを備えている。電子デバイスは、可撓性の回路基板で互いに結合した複数の回路基板からなり、処理エレメントと視覚センサを含んだ電子回路基板を備えている。電子回路基板を支持するために、キャリアフレームを用いることができる。レンズは視覚センサの上に設けられ、前記キャリアフレームで支持され、少なくとも部分的に前記電子回路基板の容積内に設けられ、レンズの位置が前記キャリアフレームと前記視覚センサの関連で調節可能である。レンズ焦点固定機構はキャリアフレームに接続され、レンズと接触することができる。
【0009】
上記内容に従って、幾つかの実施例は電子デバイスの組立方法を備えている。この方法は、電子回路基板を支持するための複数の拘束具を備えたキャリアフレームを準備し、視覚センサとプロセッサを備えた電子回路基板を準備し、キャリアフレームの少なくとも一部の周りに電子回路基板を屈曲させ、電子回路基板を前記複数の拘束具と係合させ、視覚センサの上にレンズを位置させ、キャリアフレームに視覚センサ上のレンズを支持させ、そして、レンズをレンズ焦点固定機構で拘束し、レンズ焦点固定機構はレンズとキャリアフレームとに接触して、レンズ焦点固定機構を第一の方向に第一の距離だけ回転することで、レンズを第一の方向に第二の距離だけ回転させる工程を備えている。
【0010】
前述の、そして関連する目的を達成するために、本発明は以下で十分に記載する特徴を備えている。以下の記載と付属の図面は、本発明の具体的態様を詳細に説明する。しかし、これらの態様は本発明の原理が採用可能な種々の方法の一部を表示しているにすぎない。本発明の他の態様、長所、そして新規の特徴は、図面と共に以下の本発明の詳細な記載を検討することで、明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【発明を実施するための形態】
【0012】
本発明の様々な態様が、添付の図面を参照して以下に記載され、幾つかの図面を通して類似の部材に対応するものは同じ参照符号を付している。しかし、以下の図面と詳細な記載は、請求項の範囲を開示された特定の形式に限定することを意図したものでないことを理解すべきである。むしろ、我々の意図は、請求項の範囲内のすべての変形例、代替案をカバーすることである。
【0013】
ここで用いられる用語「コンポーネント」「システム」「デバイス」等は、実行中のハードウエア、ハードウエアとソフトウエアの組み合わせ、又はソフトウエアのいずれかに言及することを意図したものである。単語「例示的な」は、ここでは例、事例、実例として提示することを意味する。ここで「例示的に」記載されたいかなる態様も設計も、他の態様や設計に対して必ずしも好ましい又は有利なものを構成するものではない。
【0014】
また、開示された内容は、ここで詳細に記載された態様を実施するために電子ベースのデバイスを制御するための、システム、方法、装置、又はプログラミング基準を用いた製造品及び／又はエンジニアリング技法及び／又はハードウエア、ファームウエア、ソフトウエア又はそれらのあらゆる組み合わせを生産するためのプログラミングとして実施される。
【0015】
特定され又は限定されない限り、用語「取り付けられ」「接続され」「支持され」及び「結合され」とそれらのバリエーションは、広く用いられ、直接又は間接的に、「取り付け」「接続」「支持」「結合」を含んでいる。また、「接続され」及び「結合され」は、物理的又は機械的な接続又は結合に限定されない。ここで用いられるのは、明示的に別段の定めをした場合を除き、「接続され」は１つのエレメント／機構が直接的又は間接的に他のエレメント／機構に接続されることを意味し、必ずしも電気的又は機械的に接続されることを意味しない。同様に、明示的に別段の定めをした場合を除き、「結合され」は１つのエレメント／機構が直接的又は間接的に他のエレメント／機構に結合されることを意味し、必ずしも電気的又は機械的に結合されることを意味しない。
【0016】
ここで用いられる用語「プロセッサ」は、１つ以上のプロセッサとメモリ及び／又は１つ以上のプログラム可能なハードウエアエレメントを含めることができる。ここで用いられる用語「プロセッサ」は、あらゆる種類のプロセッサ、ＣＰＵ、マイクロコントローラ、ディジタルシグナルプロセッサ、又は他のソフトウエア命令を実行可能なデバイスを含めることを意図している。
【0017】
ここで用いられる用語「記憶媒体」は、不揮発性媒体、例えば磁性媒体又はハードディスク、光学式記憶媒体又はフラッシュメモリや、揮発性媒体、例えばシステムメモリに用いるランダムアクセスメモリ（RAM）としてDRAM, SRAM, EDO RAM, RAMBUS RAM, DR RAM（登録商標）等や、ソフトウエア媒体としてインストール用に用いるCD-ROM、フロッピー（登録商標）ディスクが含まれ、そこでプログラムがストアされ、及び／又はデータ通信がバッファされる。用語「記憶媒体」は、また他の種類のメモリやその組み合わせを含めることができる。
【0018】
本発明の実施例は、本発明の実施例を実施するために用いられる構造や処理を表示するための図を用いて以下に記載される。本発明の実施例を表現するためにこの様に図を用いることは、発明の範囲の限定を構成するものではない。本発明は、電子デバイスの構成と、PCBを支持するキャリアフレームを有する電子デバイスの組み立てと使用のためのシステムと方法の両方について検討したものである。
【0019】
電子デバイスの様々な実施例は、キャリアフレームとその周りに位置する又は曲げられたrigid-flex PCBを用いて組み立てた撮像デバイスと関連して記載される。それは、この技術の特徴と長所が、この目的に十分に適合しているからである。なお、当然のことながら、本発明の様々な態様は、他の形態の電子デバイスやPCB及びrigid-flex PCBとキャリアフレームを用いることで利益を受ける他のシステムやアセンブリにも適用可能である。キャリアフレームの周りに設けたrigid-flex PCBを使用することで、電子デバイスとしてコストが低減し、コンパクトな立方形状が得られる。rigid-flex PCBとキャリアフレームは、電子デバイスの長さや厚さや幅の他の部分を増加させることなく、長さや厚さや幅の少なくとも１つを低減するために用いることができる。
【0020】
例示的な撮像デバイスは、機械視覚及び／又はコード読み取り機能を付与するために、他の電子デバイスに埋め込むことができるし、独立した撮像デバイスとすることもできる。埋め込んだ場合、このような電子デバイスは、限定されない例として、工業用、医療用、携帯用、又は小売り用デバイスとすることができ、かつ、限定されない例として、製造用アセンブリ、テスト、測定、オートメーション、及び／又は制御用途に他の物に交じって用いることができる。独立して用いる場合、撮像デバイスは筐体と一体化することができ、コネクタ、I/O、電源回路、及びユーザーインタフェースコンポーネントなどを含めることができる。例示的な撮像デバイスは、画像収集の様々な種類を実行できる画像取得ソフトウエアを用いることができる。この撮像デバイスは、限定されない例として、機械が読み取り可能なシンボルを含めた機械視覚仕事が実行でき、及び／又は画像の復号化ができる。
【0021】
図１を参照して、ここに記載された様々な実施例は、撮像デバイス５０の大きさ及び／又はコストを低減できる。幾つかの実施例において、幾つかの又はすべての電子コンポーネントは、キャリアフレーム５４上に及び／又は中に及び／又は周りに設けることができる１つ以上のrigid-flex PCB５２上に載置することができる。キャリアフレーム５４は、rigid-flex PCB５２や、撮像デバイスの機構部分、電子回路、及び／又は光学系を含めた他のコンポーネントを支持することができる。このように、撮像デバイスは最小の体積内に最大のPCB面積を得ることができる。撮像デバイス５０の全体の大きさは、rigid-flex PCB５２をキャリアフレーム５４の周りに曲げて又は折って用いることで、低減することができる。この大きさの低減は、鏡筒の体積を折り曲げたrigid-flex PCB５２の内部に包含することによって得ることができる。
【0022】
放熱を最適化するために、幾つかの実施例はrigid-flex PCB５２上に載置された熱発生コンポーネントの幾つか又はすべてを撮像デバイス５０の外側に向けさせて、撮像デバイス５０から熱を放出させやすくすることができる。幾つかの実施例において、異なるボード構成のrigid-flex PCB５２間の接続は、rigid-flex PCB５２の可撓性コンポーネント８２によって達成される。
【0023】
次に図２を参照して、例示的な撮像デバイス５０は一般的にrigid-flex PCB５２とキャリアフレーム５４を備えている。rigid-flex PCB５２は、処理エレメントを含む様々なボード構成を備えることができる。図２の実施例において、rigid-flex PCB５２はメインボード５６、センサボード５８、電源とI/Oボード６０、及び照明ボード６２を備えることができる。当然のことながら、これらのボードのいずれも取り外したり他のボードと置き換えたりすることができて、ここで議論し図に示したコンポーネントは１つのボードから他のボードに移動させることができる。特定のボードの名前は、限定するためのものではなく、単に簡潔さのために名付けたもので、特定の形態又は機能を定義するものではない。
【0024】
メインボード５６は、一般的に画像処理と復号化のために用いられるプロセッサ６４を備えることができる。プロセッサ６４は、とりわけ照明の制御や画像データの取得や取得した画像データの利用可能な情報への加工のために構成されたソフトウエアを用いて符号化することができる。画像処理は、限定されない例として、検査、位置合わせ、測定を含む既知のオペレーションを備えている。記憶媒体６６も画像ソフトウエア、画像、バッファデータ等を保存するためにメインボード５６に含めることができる。
【0025】
センサボード５８は一般的に視覚センサ６８を備えている。視覚センサ６８はレンズ７０を通して入ってきた光を電子に変換して画像を生成する役割を果たす。レンズ７０は画像データ即ち画像から反射された光を視覚センサ６８上に焦点合わせする。レンズ７０はセンサボード５８上の視覚センサ６８の上に設けて、視覚センサ６８の視野（FOV）内に対象物の像を供給する。視覚センサ６８をほこりや迷光から保護するために、例えば二重接着シールテープ９２のような封止材を用いることができて、例えば視覚センサ６８の外側縁部９４の周りに設けることができて、センサボード５８に接着させることができる。幾つかの実施例において、熱絶縁材料７４の織布を部品及び／又はボードの間に設けて、熱流量を減らすのに役立てることができる。例えば、熱絶縁材料７４を視覚センサ６８とプロセッサ６４の間に設けて、熱流量を減らすのに役立てることができる。
【0026】
例えば既知のLED及び／又はレーザーダイオードのような照準デバイス７２をセンサボード５８上に含めることができる。照準デバイス７２は例えばドット又はXのような可視マークを撮像デバイス５０の視野（FOV）の中央に供給することができる。照準デバイス７２はセンサボード５８又は他のボード上に設けることができて、キャリアフレーム５４はLEDビーム又はレーザービームを通過させることのできる開口部１２４を備えることができる。照準レンズ１２６を照準デバイス７２の前方又は上部に設けて、例えは照準出力角度及び／又は均一性を調整することができる。異なる用途の要求に合致させるために、照準レンズ１２６を他の種類のレンズと置き換えることができる。キャリアフレーム５４は、照準レンズ１２６をキャリアフレーム５４に固定するために用いられる凹部１２８を備えることができる。照準レンズ１２６は照準レンズ１２６と場合によっては照明ボード６２をキャリアフレーム５４に固定するための１つ以上のタブ又は締め具１３０を備えることができる。別の実施例において、接着テープ又は接着フィルムを単独で又は締め具１３０と組み合わせて、照準レンズ１２６をキャリアフレーム５４に固定するために用いることができる。
【0027】
電源とI/Oボード６０は、一般的に電源管理回路７６と様々なオプションデバイスのための及び／又は通信ネットワークと接続するためのアナログ及び／又はデジタル入出力（I/O）コネクタ７８を備えることができる。照明ボード６２もI/Oコネクタ７８を備えることができるし、LEDのような照明デバイス８０も備えることができる。照明デバイス８０は、例えば既知のLEDとすることができる。照準レンズ１２６と同様に、幾つかの実施例において、照明レンズ１１４も照明デバイス８０の前方又は上部に設けて、例えば光出力角度及び／又は均一性を調整することができる。異なる照明の要求に合致させるために、照明レンズ１１４を他の種類のレンズに置き換えることができる。照明ボード６２は、照明レンズ１１４をキャリアフレーム５４に固定するために用いられる凹部１１６又は他の固定機構を備えることができる大きさと形状にすることができる。照明レンズ１１４は、照明ボード６２をキャリアフレーム５４に保持するためにも用いることができる。照準レンズ１２６と同様に、幾つかの実施例において、照明レンズ１１４は照明レンズ１１４及び／又は場合によっては照明ボード６２をキャリアフレーム５４に固定するための１つ以上のタブ又は締め具１２０を備えることができる（図１５参照）。当然のことながら、キャリアフレーム５４が照明レンズ１１４をキャリアフレーム５４上に保持するための保持機構を備えていてもよい。他の実施例において、接着テープ又は接着フィルム１２２を単独で又は締め具１２０と組み合わせて、照明レンズ１１４を照明ボード６２及び／又はキャリアフレーム５４に固定するために用いることができる。
【0028】
キャリアフレーム５４は、成形、形成、及び／又は機械加工によるコンポーネントであって、ボード５６、５８、６０、６２のうちの幾つか又はすべてのための支持構造を提供し、そして以下に述べるように１つ以上の光学部材及び／又は追加の撮像デバイスコンポーネントを支持するための大きさと形状をとることができる。キャリアフレーム５４も、複数のPCB拘束具９０を備えることができる。図示の実施例において、キャリアフレーム５４は４つのPCB拘束具９０（左後方のPCB拘束具は図で隠れている）を備えているが、これ以上でもこれ以下でも用いることができる。６つのPCB拘束具９０が図１１で用いられている。図１、図２に示すように、例えばPCB拘束具９０は付勢されて、スナップ式にあらゆるボードと嵌合できる。図に示すように、メインボード５６、センサボード５８、電源とI/Oボード６０、及び／又は照明ボード６２は、PCB拘束具９０及び／又はキャリアフレーム５４自身を用いて、キャリアフレーム５４の上、及び／又は周りに保持することができる。
【0029】
従来の撮像デバイスは、特定の焦点距離に工場で校正され、ユーザーが調整できないレンズを備えている。焦点距離を変えるためには、撮像デバイスを替える必要があった。他の従来の撮像デバイスはある程度のレンズ調整能力を提供しているが、たとえ小さなマイナーな微調整のためにでも、治具と撮像デバイスの分解が必要である。これらの制約を解消するために、キャリアフレーム５４は主撮像レンズ７０を支持する大きさの開口部８８を備えることができる。開口部８８は、ねじ山が形成されて、レンズ７０を置き換え及び／又は回転させてレンズ焦点を調整可能にすることができる。これは撮像デバイス５０を移動させる代わりにレンズ７０を調整することによって撮像デバイス５０の焦点を合わせる機能を提供する。幾つかの実施例において、レンズ７０はねじ山の形成されたレンズベース９６を備え、そしてキャリアフレーム５４は開口部８８に相手方のねじ山９８を備えて、レンズ７０を支持し、レンズ７０が回転してレンズ７０と視覚センサ６８の間の距離を調整して焦点合わせできるようになっている。幾つかの用途において、レンズ７０はレンズ焦点固定機構（lens focus fix）１００によってレンズ７０が自身のまわりに回転できないようになっている。
【0030】
例えば製造時の組み立て、試験、測定、オートメーション、及び／又は制御用途に用いた場合、撮像デバイスは振動や熱膨張、熱収縮を生じさせる温度変化を含む苛酷な動作環境にさらされる。これらの環境要因は、レンズを自身のまわりに回転させ、最終的にレンズを焦点からずらし、不満足な結果を生じさせる。レンズ焦点固定機構１００は、このような苛酷な環境においてレンズ７０の回転を阻止するだけでなく、幾つかの実施例において、治具を使用することなくレンズ７０を保持しながら同時にレンズ７０の調整を可能にする。
【0031】
図３、図４を参照して、レンズ焦点固定機構１００はレンズ７０を保持するためにユーザーによって所定の位置に嵌合、スナップ嵌め又は押圧することができ、レンズ調整の離散的なステップを提供してレンズ７０の焦点位置を、治具を使用することなく調整するために、回転することができる。幾つかの実施例において、レンズ焦点固定機構１００はベース１３４とラチェット部１３６とレンズ保持部１３８を備えている。幾つかの実施例において、ラチェット部１３６はベース１３４から延在した少なくとも１つのラチェットアーム１４０を備えることができる。ラチェットアーム１４０は、ラチェットアーム１４０の係合端１４４から延在した突起１４２を備えることができる。突起１４２は、例えば開口部８８の凹状リム１４８周りに設けられた複数の凹部１４６の１つのような、相手方係合機構１４６と係合する大きさとすることができる。ラチェットアーム１４０は半径方向に延在した力を加えることができて、係合端１４４は相手方係合機構１４６に向かって付勢される。図示のように、レンズ焦点固定機構１００は６つのラチェットアーム１４０を備えているが、それ以上でもそれ以下でも構わない。各突起１４２と凹部１４６は、レンズ７０に対する離散的な焦点位置を提供する。幾つかの実施例において、凹状リム１４８は切り出し１５０を備えることができ、そこではラチェットアーム１４０と関連した突起１４２は凹部１４６と接触しない。当然のことながら、例えばリム１４８が突起１４２を備え、係合端１４４が凹部１４６を備えるような他のラッチ機構を用いることもできる。
【0032】
レンズ保持部１３８は、レンズの円筒部１０６を部分的に又は略囲むように接触し係合することができる。図３に示すように、レンズ保持部１３８は複数のリブ１５０からなる係合部１５０を備えることができ、円筒部１０６に接触し係合して、レンズ７０の回転を規制している。３つのリブ１５０が示されているが、それ以上でもそれ以下でも構わない。
【0033】
使用時には、ユーザーはねじ山の形成された開口部８８内でねじ山の形成されたレンズ７０を回転することによって、レンズ７０の調整をすることができる。次にユーザーはレンズ７０の上にレンズ焦点固定機構１００を設け、レンズ焦点固定機構１００を凹状リム１４８に挿入し、円筒部１０６の上に配することができる。これにより、レンズ７０は自身のまわりを回転することを規制される。離散的な焦点位置のための微調整を行うために、ユーザーはラチェット部１３６を握って時計回りか反時計回りにラチェット部を回転させて、レンズ７０の焦点位置を離散的に調整できる。レンズ保持部１３８がレンズ焦点固定機構１００に対するレンズ７０の位置を規制しながら、ラチェットアーム１４０と対応する凹部１４６は、離散的な調整位置を提供する。例えば、レンズ焦点固定機構１００を第一方向に一定距離回転させると、レンズ保持部１３８はレンズ７０をレンズ焦点固定機構１００と共に第一方向に一定距離回転させる。レンズ焦点固定機構１００とレンズ７０の回転距離は等しくすることができるが、例えばギヤ機構を備えることで、レンズ７０の回転距離をより長く又は短くすることができる。
【0034】
図５を参照して、幾つかの実施例において、レンズ焦点固定機構１００はレンズ焦点固定リング１０２を備えることができ、レンズ７０の上に設けてレンズを所望の焦点位置に固定してレンズの回転を規制することができる。レンズ焦点固定機構１００と同様に、レンズ焦点固定リング１０２もレンズ７０の上に設け、凹状リム１４８内に挿入してレンズ円筒部１０６の上に配置することができる。焦点の微調整を行うために、ユーザーはレンズ焦点固定リング１０２を取り外して、ねじ山の形成された開口部８８内でねじ山の形成されたレンズ７０を時計回りか反時計回りに回転することによって、レンズ７０の焦点位置を調整する。次にユーザーはレンズ７０の上にレンズ焦点固定リング１０２を再配置して、レンズ焦点固定リング１０２を凹状リム１４８内に挿入し、レンズ円筒部１０６の上に置くことができる。レンズ焦点固定リング１０２もレンズ保持部１３８を備えることができて、レンズ７０の回転を規制する。レンズ保持部１３８は、レンズ７０の円筒部１０６を部分的に又は略囲むように接触し係合することができる。
【0035】
図６を参照して、別の実施例において、レンズ焦点固定機構１００はレンズ焦点固定プラグ１０８を備えることができて、キャリアフレーム５４の上又は中に設けることができる。レンズ焦点固定プラグ１０８は接触部１１０を備えることができる。接触部１１０は、ねじ山が形成されてレンズ７０上のねじ山の形成されたレンズベース９６と係合することができ、及び／又は、接触部１１０は全体的に柔らかい材料、例えばプラスチック又はゴムからなり、レンズ７０と係合してレンズ７０の回転を規制する。幾つかの実施例において、レンズ焦点固定機構１００又はレンズ焦点固定リング１０２と、レンズ焦点固定プラグ１０８の両方を用いることができる。
【0036】
図７と図８を参照して、代替的な実施例であるレンズ焦点固定機構２５０を示す。レンズ焦点固定機構１００と同様に、レンズ焦点固定機構２５０はレンズ７０を保持するためにユーザーによって所定の位置に嵌合、スナップ嵌め又は押圧することができる。レンズ焦点固定機構２５０は、回転することで、治具を使用することなくレンズ７０の焦点位置調整のためのレンズ調整の離散的なステップを提供することができる。幾つかの実施例において、レンズ焦点固定機構２５０はレンズ焦点固定機構２５０を回転するためのスクリュードライバー又は類似のデバイスのような治具を使用可能にするスロット２７４を備えることができる。レンズ焦点固定機構２５０は、拘束具２５２と共に、レンズ焦点固定機構２５０を回転することで得られる所定数の固定焦点位置を提供する。
【0037】
幾つかの実施例において、レンズ焦点固定機構２５０はベース２６２とラチェット部２５８とレンズ保持部２６８を備えている。ベース２６２は、ユーザーによってつかまれてレンズ焦点固定機構２５０を回転することができる。ラチェット部２５８の側壁２７８は所定数の係合機構２５６と少なくとも１つのストップ突起２６０を備えている。拘束具２５２と協働する例えば複数の凹部２５６の１つである各係合機構２５６は、レンズ７０の離散的な焦点位置を提供する。ストップ突起２６０は、所定の角度量（例えば１８０度又は２７０度、又はそれ以上又はそれ以下）以上にレンズ焦点固定機構２５０が回転できないような大きさに構成することができる。
【0038】
図９を参照して、拘束具２５２は様々な手段、例えばリベット又はねじ２７２によってキャリアフレーム５４に固定することができる。拘束具２５２は、ベース２７４から延在するラチェットアーム２６４と付勢アーム２６５を備えることができる。ラチェットアーム２６４は、ラチェットアーム２６４の係合端２７６から延在する突起２６６を備えることができる。突起２６６は、ラチェット部２５８の周りに設けられた複数の凹部２５６の１つと係合する大きさに構成することができる。ラチェットアーム２６４は、例えば半径方向に延在する圧縮力のような力を加えることができて、係合端２７６は相手方凹部２５６に向かって付勢される。図示のように、レンズ焦点固定機構２５０は３つの凹部２５６を備えているが、それ以上でもそれ以下でも構わない。突起２６６が所定の位置にある凹部２５６の１つにスナップ係止することで、各凹部２５６はレンズ７０の離散的な焦点位置を提供する。レンズ焦点固定機構２５０を回転させることで、突起２６６は凹部２５６との係止を解除でき、次の凹部２５６を見つけて再係止される。幾つかの実施例において、各凹部２５６は焦点位置を示す対応する視認指標２７０を有することができる。当然のことながら、例えばラチェット部２５８が突起２６６を備え係止端２７６が凹部２５６を備えるような、他のラッチ機構を用いることもできる。
【0039】
レンズ保持部２６８は、レンズ７０の円筒部１０６を部分的に又は略囲むように接触し係合することができる。図８と図９に最も良く見られるように、レンズ保持部２６８は例えば複数のリブ２５４からなる係合部２５４を備えることができて、円筒部１０６と接触し係合してレンズ７０の回転を規制する。３つのリブ２５４が図示されているが、それ以上でもそれ以下でも構わない。
【0040】
離散的な焦点位置に対する微調整を行うために、ユーザーはベース２６２を握って時計回り又は反時計回り１５２に回転させて、レンズ７０の焦点位置の離散的な調整を行う。突起２６６と対応する凹部２５６は、離散的な調整位置を提供し、一方でレンズ保持部２６８はレンズ焦点固定機構２５０に対するレンズ７０の位置を規制する。例えば、レンズ焦点固定機構２５０を第一方向に一定距離回転させると、レンズ保持部２６８はレンズ７０をレンズ焦点固定機構２５０と共に第一方向に一定距離回転させる。レンズ焦点固定機構２５０とレンズ７０の回転距離は等しくすることができるが、例えばギヤ機構を備えることで、レンズ７０の回転距離をより長く又は短くすることができる。図９において、レンズ焦点固定機構２５０が反時計回りにのみ回転可能である。なぜなら、ストップ突起２６０がレンズ焦点固定機構２５０の時計回りの回転を規制している。
【0041】
図１０を参照して、幾つかの実施例において、各ボード５６，５８，６０，６２は、全体的に１つ以上の剛直なPCBに可撓性のPCB８２が結合されて構成されており、ここではrigid-flex PCBと記載する。当然のことながら、rigid-flex PCBは全体的に又は部分的に用いることもできる。１つの実施例において、センサボード５８は、メインボード５６の上に設けられ、可撓性PCB８２を用いてメインボード５６と結合することができる。この方向は、レンズ７０が視覚センサ６８の上に配置できるような視覚センサ６８の配置を可能にする。電源とI/Oボード６０は、可撓性PCB８２を用いてメインボード５６と結合でき、撮像デバイスの面８４に向かって上向きに延在することができる（図１１参照）。電源とI/Oボード６０は、メインボード５６の代わりに例えばセンサボード５８と結合することもできる。次に、照明ボード６２が可撓性PCB８２を用いて電源とI/Oボード６０と結合できる。例えば、照明ボード６２もセンサボード５８と結合することができる。
【0042】
図１１を参照して、幾つかの実施例において、照明ボード６２は撮像デバイス５０の面８４の一部又は大部分を覆うことができる。この実施例において、延在した照明ボード６２は、必要に応じて十分な光がレンズ７０に入ることができる大きさの、照明ボード６２を貫通する開口部８６のみを残すように、レンズ７０の一部を覆うことができる。
【0043】
図１２ないし図１４は、代替的な実施例を示し、そこではrigid-flex PCB５２は様々な方法でキャリアフレーム５４の周りに設けることができる。図１２において、rigid-flex PCB５２の配置がよく見えるように、キャリアフレーム５４は省略されている。図１２において、例えばメインボード５６は撮像デバイスの電源とI/Oボード６０と対向する側に設けられている。図１３と図１４において、代替的なボード構成が示され、そこでは照準デバイス７２及び／又は照明デバイス８０が１つ以上のボードの上に、例えばレンズ７０を囲み及び／又はレンズ７０の近傍に設けられたボードの上に配置することができる。加えて、可撓性PCB８２が様々なPCBのあらゆる側から延在可能であり、あらゆる寸法と形状の制約に、及び／又は、様々なキャリアフレーム５４の構成に対応できる。
【0044】
図１５を参照して、異なる種類のレンズ１５４を支持するために、レンズエクステンダー１１２をキャリアフレーム５４に結合する又は搭載することができ、又はキャリアフレーム５４の一部とすることができる。レンズエクステンダー１１２は、内面的に及び／又は外面的にねじ山を形成することができて、キャリアフレーム５４と螺合することができ、例えばレンズ１５４のような様々な異なるレンズをレンズエクステンダー１１２と螺合可能にしている。このように、異なる焦点及び／又は結像特性を有する異なる種類のレンズを、撮像デバイス５０に搭載することができて、使用できる用途が増加する。
【0045】
幾つかの用途において、視覚センサ６８と撮像対象の間の距離は、使用目的によって変化する場合がある。これらの場合に、実用的な画像（即ち、画像処理を完結するのに必要なデータが抽出可能な画像）を得るために、調整可能なレンズ及び自動焦点システムを用いることができる。これらの場合において、撮像デバイスが動作して撮像プロセスを実行する際に、レンズと自動焦点システムは、自動的にレンズの焦点を合わせて、撮像対象の鮮明な画像が視覚センサ上に生成でき、画像処理を完結できる。
【0046】
図１６を参照して、撮像デバイスで使用可能なレンズの種類の１つは、液体レンズ１３２である。液体レンズは異なる屈折率の１つ以上の液体で構成することができ、メニスカス又は液体表面を制御することで変化させることができる。液体レンズの１つの種類において、例えば、２種類の液体が透明な端末キャップを備えた筒に収容される。第一の液体は導電性水溶液であり、第二の液体は非導電性オイルである。筒の内部は疎水性材料でコートされ、水溶液が半球状レンズを形成し、エレクトロウェッティング（electrowetting）と呼ばれるプロセスにおいてコーティングにわたってＤＣ電圧を加えて撥水性を減少させることでレンズを調整することができる。エレクトロウェッティングは、液体の表面張力を調整して曲率半径を変化させ、レンズの焦点距離を調整する。
【0047】
液体レンズは極めて用途が広く、部品の移動を必要とすることなく、高度に多様な焦点距離を提供する。撮像デバイス５０は液体レンズ１３２を支持することができ、液体レンズ１３２は例えば照明ボード６２上でコネクタ７８と接続された可撓性コネクタ１５６を介して撮像デバイス５０と接続できるし、又は例えばコネクタ１５６がrigid-flex PCB５２の可撓性部分８２と接続することができる。
【0048】
従来の撮像デバイスは、通信ケーブルを用いて十分な処理能力を有するコンピュータ等の装置と物理的に接続されている。従来の撮像デバイスは画像の収集のために用いられ、その画像は次に画像復号のためにコンピュータにアップロードされる。このように、従来の撮像デバイスは、画像の収集と転送に十分な処理能力のみを備え、集中的な処理活動は空間や熱発生をより容易に管理できるコンピュータで行われる。周知のように、画像復号のような集中的な処理活動が走るプロセッサは、大きさを大きくすることができ、処理活動の副産物としての相当量の熱が発生する。
【0049】
幾つかの実施例において、コンピュータに処理させるために画像を転送する場合と比較して、画像を処理するような大きさにプロセッサ６４を構成することができる。この撮像デバイス５０上での画像処理は、相当量の熱が発生するので、物理的により大きなプロセッサのための追加のPCB空間も必要になる。加えて、撮像デバイス５０で処理を実行すると、コンポーネント間で転送が必要なより多くの信号が生成される。rigid-flex PCB５２の使用は、従来の剛直な回路基板間で、２つ以上の剛直な基板間を接続する追加のコネクタを低減及び／又は削除することができる。
【0050】
先に述べたように、放熱を最適化するために、実施例は撮像デバイス５０から熱を放出しやすくするために撮像デバイス５０の外側に向けてrigid-flex PCB５２に搭載された幾つかの又はすべての熱生成コンポーネントを備えることができる。幾つかの実施例において、プロセッサ６４と視覚センサ６８はrigid-flex PCB５２を構成する異なるボード上に設けることで、熱が発生するプロセッサ６４を熱に敏感な視覚センサ６８から離すことができる。
【0051】
他の実施例において、１つ以上のヒートシンク１８０を撮像デバイス５０と熱的に結合させて、熱を環境に分散させることができる。図１７に、撮像デバイス５０の底面図を示し、そこでは、筐体１８４又は筐体１８４の一部がヒートシンク１８０として働くことができる。一方、他の実施例では、ヒートシンク１８０を撮像デバイス５０のコンポーネントに熱的に結合させて、例えば別体の筐体の内側に配置することができる。既知のように、熱的填隙剤１８２をrigid-flex PCB５２上の例えばプロセッサ６４又は他のデバイスをヒートシンク１８０と結合させるために用いることができる。ヒートシンク１８０は、既知のヒートシンク材料、例えば銅及び／又はアルミニウムなどから構成することができる。筐体１８４は、例えばプラスチック材料で構成することができる。
【0052】
図１７の実施例において、撮像デバイス５０の３つの側面はヒートシンク１８０と熱的に結合している。当然のことながら、ヒートシンク１８０は３つより少ない又は多い側面と熱的に結合するように構成することができ、幾つかの実施例において、ヒートシンク１８０は撮像デバイス５０の１つ以上の側面から熱的に絶縁することができる。図示の筐体１８４は、上面部１８６と下面部１８８と正面カバー１９０と、筐体１８４の側面としてのヒートシンク１８０とを備えている。幾つかの実施例において、１つ以上のI/O及び／又は通信ケーブル１９２が後面壁１９４を通って延在し、撮像デバイス５０と接続された入出力ボード１９８と結合することができる。上面部１８６と下面部１８８と正面カバー１９０と、ヒートシンク１８０とは、組み立てられて、例えばねじ１９６を用いて互いに固定することができる。正面カバー１９０は、スナップ嵌めにすることができて、治具無しで取り外してレンズ焦点固定機構１００やレンズ焦点固定リング１０２にアクセスしてレンズ７０を調整できるようになっている。図１８に、筐体１８４内に収まった撮像デバイス５０を示す。
【0053】
図１９ないし２１を参照して、撮像デバイス５０と対応する筐体１８４の上面図を示す。図１９と図２０において、入出力ボード１９８がよく判るように示されており、可撓性PCB８２を用いて撮像デバイス５０と接続されている。幾つかの実施例において、可撓性PCB８２は入出力ボード１９８内のスロット２００を通って延在することができる。入出力ボード１９８はヒートシンク１８０及び／又は筐体１８４と結合することができ、例えばLEDのようなユーザーインタフェースとしての１つ以上の指標を備えることができる。
【0054】
入出力ボード１９８は、例えば既知のボード対ボードコネクタのようなコネクタ２０６を備えて、撮像デバイス５０が追加の照明デバイスを制御できるようにすることができる。例えば、図２０に最も良く示されているように、少なくとも１つの照明素子８０と相手方コネクタ２１２を有する照明デバイス２１０が、コネクタ２０６と接続することができる。幾つかの実施例において、図２１に示すように、照明デバイス２１０は、パッケージ化された製品又はユニット２１６の一部とすることができる。他の実施例において、照明デバイス２１０は、パッケージ化された製品又はユニットの一部ではないものの、リモートの照明デバイスであって、撮像デバイス５０と接続され制御されるものとすることができる。
【0055】
図２２を参照して、レンズ焦点固定機構２５０を備えた撮像デバイス５０が筐体１８４内に収まっている。筐体１８４は正面カバー１９０を備えることができる。この実施例において、正面カバー１９０はマスクされた部分２８０とクリアランス部分２７０とを備えることができる。クリアランス部分は、選択されたレンズ焦点位置を示す選択された可視指標２７０が目視できる大きさにすることができる。残りの焦点位置のための残りの可視指標２７０は、マスクされた部分２８０によって遮蔽することができる。
【0056】
図２３にキャリアフレーム５４とrigid-flex PCB５２を用いた電子デバイスの組立方法の実施例を示す。図２３に示す方法は、とりわけ先の図面に示されたシステムやデバイスのいずれとも共に用いることができる。様々な実施例において、この方法の要素の幾つかは、同時に実施可能であり、図示とは異なる順序で実施可能であり、又は省略可能である。要望に応じて、追加の方法の要素も実施可能である。
【0057】
図２３を参照して、キャリアフレーム５４とrigid-flex PCB５２を用いた電子デバイスの組立方法１６０を示す。第一ステップは、処理ブロック１６２に示すように、１つ以上の電子回路基板、この場合はrigid-flex PCB５２を支持するのに適したキャリアフレーム５４を準備することである。先に記載したように、キャリアフレーム５４はrigid-flex PCB５２を支持するための複数のPCB拘束具９０を備えることができる。処理ブロック１６４において、rigid-flex PCB５２が準備されて、処理ブロック１６６と１６８で、rigid-flex PCB５２は曲げられるか折られて、キャリアフレーム５４と係合する。幾つかの実施例において、rigid-flex PCB５２は視覚センサ６８を備えることができる。処理ブロック１７０に示すように、rigid-flex PCB５２がキャリアフレーム５４の上に、中に、及び／又は周りに位置付けられて、レンズ７０が視覚センサ６８の上方に位置付けることができ、キャリアフレーム５４が視覚センサ６８の上方のレンズ７０を支持する。レンズ７０が位置付けられると、処理ブロック１７２において、レンズ７０はレンズ焦点固定機構１００によって拘束することができる。幾つかの実施例において、レンズ焦点固定機構１００はレンズ７０とキャリアフレーム５４の両方と接触することで、レンズ７０が自身の回りに回転することを抑制し、レンズ７０の位置を調整できるようにする。
【0058】
好ましい実施例を参照して本発明を記載したが、当業者は本発明の精神と範囲から逸脱することなくなされた変形を認識できるであろう。例えば、本発明はここに示したスマートカメラとそれに関連するデバイスに限定するものではなく、他のラインスキャンカメラと共に実施することができる。
【0059】
上で開示した特定の実施例は、一例にすぎず、本発明は当業者には明らかな、異なるしかし等価な方法で変形して実施することができる。また、ここに示した構成や設計の詳細は、以下の請求項に記載されたものを除き、限定を意図したものではない。従って、上で開示された特定の実施例は、変更又は変形することができ、そのようなすべての変化は本発明の精神と範囲内であることは明らかである。従って、ここでの保護対象は以下の請求項に記載されている。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】