CN1673792A - 焦点调整方法、焦点调整装置 - Google Patents

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中桥正洋
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Abstract

本发明提供一种焦点调整方法和焦点调整装置。可得到与利用MTF的焦点调整相同的精度和对摄像面整体的焦点调整评价，可将用于焦点调整的装置小型化。焦点调整装置具有激光束照射部、光束点面积计测部、透镜单元调整部。激光束照射部将一束平行光激光束照射到透镜单元的中央部分，使其在摄像面的中央附近聚光，并且将多束平行光激光束倾斜照射到透镜单元的中央部分，使其在摄像面的周围附近聚光。光束点面积计测部通过对摄像元件的输出进行图像处理，来计测由平行光激光束的聚光在摄像面上形成的多个光束点的面积。透镜单元调整部能够调整透镜单元相对于摄像面的距离和姿态中的一方或两方。

Description

焦点调整方法、焦点调整装置
技术领域
本发明涉及一种焦点调整方法、焦点调整装置。
背景技术
【专利文献1】特开2002-267923号公报
在各种图像输入装置中，必须进行CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合装置)等摄像元件和透镜单元的焦点调整，特别是在照相机模块的制造中，该焦点调整是重要的工序。照相机模块是将安装有CCD等摄像元件的基板和摄像用的透镜单元一体化的部件，它不但安装在数字照相机，还被安装在带有照相机功能的各种便携式电子设备(移动电话、便携式PC、PDA等)中。在制造该照相机模块时，将透镜单元的焦点调整并保持在摄像元件的摄像面上，在进行了焦点调整的状态下将透镜单元和摄像元件基板一体化固定。
在这样的照相机模块的制造中，作为对透镜单元进行焦点调整的方法，优选不仅能将摄像面的中心部分，也能使摄像面的四角全都成为聚焦状态的方法，另外，进行使在远离透镜的位置上的被摄体能够在摄像面上成像的焦点调整。因此，以往，使用在中央和四角具有图(chart)部的测试图，在扫描透镜单元同时拍摄该测试图，对按各图部的图的像算出该摄像的MTF，由此检测出最佳焦点位置(参照上述专利文献1)。
近年来安装在便携式电子设备上的照相机模块，最好为小型且能够拍摄高度精细的图像，多采用具有高分辨率的摄像元件。并且，对于这样具有高分辨率的摄像元件，为了使以往的利用MTF的焦点调整达到适当的精度并满足前述的要求，就不得不将测试图放大并使其距透镜单元相当大的距离。实际上，对于2百万像素等级的摄像元件，在进行焦点调整时，在2m大小的测试图距离透镜单元2m的状态下进行调整作业。由此产生了如下问题：包含了保持测试图的机构等用于焦点调整的装置变得庞大，需要大的作业空间。另外，虽有基于摄像元件的检测光量的简易的焦点调整方法等，但与前述的利用MTF的焦点调整方法相比存在如下问题：精度变差，另外不能够对摄像面整体进行充分的聚焦状态的评价。
发明内容
本发明以处理这样的问题作为课题的一例。即，本发明的目的为：在照相机模块等中的焦点调整方法和焦点调整装置，可达到与以往的MTF的焦点调整相同的精度和可对摄像面整体进行焦点调整评价；对远距离处的被摄体可以进行良好的聚焦；还可以使用于焦点调整的装置小型化。
为了达成该目的，本发明至少具有以下各独立权利要求的结构。
(权利要求1)一种相对摄像元件的摄像面调整透镜单元的焦点位置的焦点调整方法，其特征在于，具有以下步骤：将一束平行光激光束照射到所述透镜单元的中央部分，使其在所述摄像面的中央附近聚光，并且将多束平行光激光束倾斜照射到所述透镜单元的中央部分，使其在所述摄像面的周围附近聚光；计测由所述平行光激光束的聚光在所述摄像面上形成的多个光束点的面积；根据所述多个光束点的面积调整所述透镜单元相对所述摄像面的距离和姿态中的一方或两方。
(权利要求5)一种相对于摄像元件的摄像面调整透镜单元的焦点位置的焦点调整装置，其特征在于，具有：激光束照射装置，其将一束平行光激光束照射到所述透镜单元的中央部分，使其在所述摄像面的中央附近聚光，并且将多束平行光激光束倾斜照射到所述透镜单元的中央部分，使其在所述摄像面的周围附近聚光；光束点面积计测装置，其通过对所述摄像元件的输出进行图像处理，来计测由所述平行光激光束的聚光在所述摄像面上聚光形成的多个光束点的面积；透镜单元调整装置，其能够根据所述光束点面积计测装置的计测结果，调整所述透镜单元相对于所述摄像面的距离和姿态中的一方或两方。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的焦点调整装置的说明图。
图2是表示实施方式的焦点位置调整装置的监视器装置的显示方式的一例的说明图。
图3是表示本发明的其他实施方式的说明图。
图4是表示本发明的实施例的说明图。
符号说明
1：摄像元件；1A：摄像面；2：透镜单元；3：半反射镜；4：反射镜；10：基板；11：激光束照射部(激光束照射装置)；12：光束点面积计测部(光束点面积计测装置)；12A：图像取入部；12B：运算处理装置；12C：监视器装置(监视器装置)；13：透镜单元调整部(透镜单元调整装置)；L1～L5：激光光源；C1～C5：准直透镜；LB1～LB5：平行光激光束；s1～s5：光束点。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的实施方式。图1是表示本发明的一实施方式的焦点调整装置的说明图。本发明的实施方式的焦点调整装置具有：激光束照射部(激光束照射装置)11；光束点面积计测部(光束点面积计测装置)12；透镜单元调整部(透镜单元调整装置)13，该焦点调整装置相对于摄像元件1的摄像面1A调整透镜单元2的焦点位置。
激光束照射部11将1束平行光激光束LB1照射到透镜单元2的中央部分使其在摄像面1A的中央附近聚光，并且将多束平行光激光束LB2～LB5倾斜照射到透镜单元2的中央部分，使其在摄像面1A的周围附近聚光。为了形成平行光激光束LB2～LB5，该激光束照射部11具备激光光源L1～L5和使从该激光光源L1～L5出射的激光光束变为平行光的准直透镜C1～C5。
光束点面积计测部12通过对摄像元件1的输出进行图像处理，来计测由平行光激光束LB1～LB5的聚光在摄像面1A上形成的多个光束点s1～s5的面积。
具体地讲，在该光束点面积计测部12中，来自摄像元件1的输出被取入到具有摄像元件驱动器等的图像取入部12A，其输出被发送到具有图像处理功能的运算处理装置12B中，利用该运算处理12B进行计测光束点面积的图像处理。另外，运算处理装置12B上连接有监视器装置(监视器装置)12C，将利用运算处理装置12B求出的光束点面积的计测结果逐次输出到监视器装置12C的显示画面。
透镜单元调整部13具有可以调整透镜单元2相对于摄像面1A的距离和姿态中(透镜的摇动)的一方或两方的功能。当利用该透镜单元调整部13进行调整时，对于所设定的平行光激光束L1～L5的状态，所述光束点s1～s5的面积根据调整而变化，但是在光束点面积计测部12中，可以在监视器装置12C上显示与该调整对应的计测结果。
这样，通过一边用监视器装置12C确认光束点s1～s5的面积的计策结果，一边进行透镜单元调整部的调整操作，可以手动调整透镜单元2的焦点位置。另外，在运算处理装置12C上，也可以附加调整透镜单元调整部13使计测结果最佳化的调整控制功能，根据来自该运算处理装置12C的输出自动调整透镜单元调整部13。
下面说明使用了这样的焦点调整装置的焦点调整方法。基本上进行焦点调整，使入射到透镜单元2上的所有平行光激光束LB1～LB5在摄像面1A上聚光成点状。这样，可以设定透镜位置，以成为无限远处的被摄体成像于摄像面上的状态。
具体地讲，利用激光束照射部11，将1束平行光激光束LB1照射到透镜单元2的中央部分，使其在摄像面1A的中央附近聚光，并且将4束平行光激光束LB2～LB5倾斜照射到透镜单元2的中央部分，使其在摄像面1A的四角处聚光。
然后，利用光束点面积计测部12，计测由平行光激光束LB1～LB5的聚光在摄像面1A上形成的多个光束点s1～s5的面积，将该计测结果显示在监视器装置12C的画面上。
图2表示其显示方式的一例。该图(a)是形成对应于摄像面1A的显示画面的区域，并在该区域显示摄像面1A整体的输出状态的图。这样，在该显示区域中，在中央显示光束点s1的形成状态，在其四角处显示光束点s2～s5的形成状态，所以可以目视确认光束点s2～s5的面积如何根据透镜单元2的调整而变化。并且，在其上面用数值表示有对光束点s1～s5的面积的计测结果，由此，可以细致地比较各光束点s1～s5的面积。
该图(b)是使透镜单元2沿轴方向扫描，求出对应于透镜位置(x)的各光束点s1～s5的面积(S)，将其变化做成曲线的图。这样可以掌握各光束点s1～s5的面积最小时的透镜位置，所以据此可以进行透镜单元2的调整。
此时，由于不能求出所有的光束点s1～s5的面积都最小的透镜位置，所以进行透镜单元2的调整，使得例如在摄像面1A的中央附近形成的光束点s1的面积变得更小、使在摄像面1A的周围附近形成的多个光束点s2～s5的面积相互相等。特别是可以通过一边对透镜单元2的姿态进行三维调整(摇动调整)，一边比较多个光束点s2～s5的面积，得到合适的透镜单元2的姿态。
根据本实施方式的焦点调整装置和焦点调整方法，由于可以将使用了激光束的高精度的平行光入射到透镜单元2使透镜的焦点位置与摄像面1A一致，所以可以高精度地进行使无限远处的被摄体在摄像面1A上成像的焦点调整。另外，还可以进行不仅在摄像面1A的中央附近，而且在包含四角的周围附近处也考虑了聚焦的透镜定位。这样，无需使装置大型化，就可以执行与以往进行的利用了MTF的焦点调整相同评价的焦点调整。
图3是表示本发明的其他实施方式的图。在图1所示的例中，激光束照射部11由5个激光光源L1～L5和分别设于各光源上的准直透镜C1～C5构成，但是这样存在以下问题：必须按各激光光源和各准直透镜进行激光光源L1～L5和准直透镜C1～C5的调整，为了得到高精度的平行光必须精密地进行该调整，所以在初始设定时需要时间和工夫。
为了消除该问题，在图3所示的实施方式中，至少设有一个使激光光源L23的出射光形成多束平行光激光束的的光束分支装置。即，在该实施方式中，用准直透镜C23将来自一激光光源L23的出射光变成平行光，用半反射镜3将其分束，利用反射镜4使一束反射作为所述平行光激光束LB2入射到透镜单元2，将另一束作为所述平行光激光束LB3使其入射到透镜单元2。
根据这种具有光束分支装置的实施方式，可以获得与前述的实施方式相同的作用，而且，可以减少激光光源的数量的同时，可以减少激光光源和准直透镜的调整。这样，具有使初始设定变得容易的好处。
图4是表示采用前述的焦点调整方法进行照相机模块的制造的实施例的图。照相机模块是使定位透镜单元2的透镜架20一体成型于安装有CCD或CMOS之类的摄像元件1的基板而得到的。其中，在透镜架20上除了透镜单元2以外还预先组装有具有开口部21a的可变光阑21和光学滤镜22。
首先，如该图(a)所示，在透镜架20的上面吸附有所述透镜单元调整部13中的透镜单元保持具13A，以保持透镜架20。另外，在安装有摄像元件1的基板10上在粘接位置涂有紫外线固化型粘接剂30。
其次，如该图(b)所示，使保持在透镜单元保持具13A上的透镜架20移动至基板10上的粘接位置，在该状态下，经由透镜单元保持具13A或可变光阑21的开口21a，入射前述的平行光激光束LB1～LB5。并且，监视所述光束点s1～s5的面积，同时使透镜单元保持具13A在上下或摇动方向移动来检测透镜单元2的焦点位置。
检测出最佳的焦点位置后，立即固定透镜单元保持具13A，向粘接剂30照射紫外线，使粘接剂30固化，将透镜架20固定在基板10上。这样，可以得到进行了适当的焦点调整的照相机模块。
根据这样的实施例，可以进行能够正确地检测相对于无限远处的被摄体的焦点位置的焦点调整，另外，可以对摄像元件1的摄像面1A整体进行适当的聚焦。此外，在对分辨率高的摄像元件1进行焦点调整时，也可以节省焦点调整的作业空间。

Claims (9)

1.一种相对摄像元件的摄像面调整透镜单元的焦点位置的焦点调整方法，其特征在于，具有以下步骤：
将一束平行光激光束照射到所述透镜单元的中央部分，使其在所述摄像面的中央附近聚光，并且将多束平行光激光束倾斜照射到所述透镜单元的中央部分，使其在所述摄像面的周围附近聚光；
计测由所述平行光激光束的聚光在所述摄像面上形成的多个光束点的面积；
根据所述多个光束点的面积，调整所述透镜单元相对于所述摄像面的距离和姿态中的一方或两方。
2.根据权利要求1所述的焦点调整方法，其特征在于，通过对所述摄像元件的输出进行图像处理，来计测所述多个光束点的面积。
3.根据权利要求1或2所述的焦点调整方法，其特征在于，对所述透镜单元进行调整，使得在所述摄像面的中央附近形成的光束点的面积变小、在所述摄像面的周围附近形成的多个光束点的面积相互相等。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的焦点调整方法，其特征在于，在所述摄像面的周围附近聚光的多束平行光激光束由在所述摄像面的四角聚光的4束激光束构成。
5.一种相对摄像元件的摄像面调整透镜单元的焦点位置的焦点调整装置，其特征在于，具有：
激光束照射装置，其将一束平行光激光束照射到所述透镜单元的中央部分，使其在所述摄像面的中央附近聚光，并且将多束平行光激光束倾斜照射到所述透镜单元的中央部分，使其在所述摄像面的周围附近聚光；
光束点面积计测装置，其通过对所述摄像元件的输出进行图像处理，来计测由所述平行光激光束的聚光在所述摄像面上形成的多个光束点的面积；
透镜单元调整装置，其能够根据所述光束点面积计测装置的计测结果，调整所述透镜单元相对于所述摄像面的距离和姿态中的一方或两方。
6.根据权利要求5所述的焦点调整装置，其特征在于，所述光束点面积计测装置具有监视器装置，该监视器装置显示对应于所述透镜调整装置的调整的所述计测结果。
7.根据权利要求5或6所述的焦点调整装置，其特征在于，具有调整所述透镜单元调整装置以使所述计测结果最佳化的调整控制装置。
8.根据权利要求5至7中的任意一项所述的焦点调整装置，其特征在于，所述激光束照射装置具有激光光源和使从该激光光源出射的激光束变为平行光的准直透镜。
9.根据权利要求5至8中的任意一项所述的焦点调整装置，其特征在于，所述激光束照射装置具有由至少1个激光光源的出射光形成所述多束平行光激光束的光束分支装置。
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