JP2004012960A

JP2004012960A - 撮像素子と撮影レンズの相対位置調整方法及び撮像素子

Info

Publication number: JP2004012960A
Application number: JP2002168359A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Uchida; 内田　亮宏; Takashi Misawa; 三沢　岳志
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2002-06-10
Filing date: 2002-06-10
Publication date: 2004-01-15

Abstract

【課題】撮影レンズと撮像素子の相対位置の調節を、複雑な調整用治具を使用することなく、精度よく行う。
【解決手段】撮像素子２１の有効画素領域３１の周辺部に、フォトダイオードなどの受光センサＳ１〜Ｓ４を設ける。各受光センサＳ１〜Ｓ４を、有効画素領域３１の中心Ｏから等距離の位置に配置する。光源，撮影レンズ，撮像素子２１の順に配置して、光源から撮影レンズに光を入射させる。撮影レンズを通過した光を各受光センサＳ１〜Ｓ４で受光する。各受光センサＳ１〜Ｓ４からの出力信号をモニタに出力し、それらの出力レベルを比較する。各受光センサＳ１〜Ｓ４は、中心Ｏから等距離にあるから、光軸Ａと中心Ｏとが一致する場合には、各受光センサＳ１〜Ｓ４の出力レベルが同じになる。
【選択図】　　　　図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラに組み込まれる撮像素子及び撮影レンズの相対位置を位置決めする撮像素子と撮影レンズの相対位置調整方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
デジタルカメラやビデオカメラなどの本体内には、ＣＣＤやＣＭＯＳなど、被写体光を光電変換して画像を記録する撮像素子が組み込まれている。被写体画像を正確に撮像するためには、撮像素子の有効画素領域の中心と、撮影レンズの光軸とが一致し、かつ、撮像素子の受光面が前記光軸と直交していなければならない。そのため、撮像素子をカメラ本体に取り付ける際には、撮像素子と撮影レンズの相対位置が調整されてそれらの位置決めがなされる。
【０００３】
例えば、特開平９−６９９７３号公報に記載の発明では、撮影レンズの光軸上に撮像素子を配置した状態で、縞模様の調整用パターンを、撮影レンズによって撮像素子の受光面に結像させ、得られた画像に基づいて、撮影レンズと撮像素子の相対位置を調整している。これによれば、高い精度で位置決めを行うことができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の方法では、調整用治具に、撮像素子を駆動する駆動回路や得られた画像信号を処理する画像処理回路が必要となるため、調整用治具が複雑化するという問題があった。
【０００５】
本発明は、複雑な調整用治具を用いずに、精度のよい位置決めが可能な撮影レンズと撮像素子の相対位置調整方法及び撮像素子を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の撮像素子と撮影レンズの相対位置調整方法は、カメラ本体に組み込まれる撮像素子と撮影レンズの相対位置を調整する撮像素子と撮影レンズの相対位置調整方法において、前記撮影レンズの光軸上に、前記撮像素子をその受光面が前記光軸とほぼ直交するように配置し、光源から前記撮影レンズへ入射させた光を、前記受光面内の有効画素領域の周辺でかつ有効画素領域の中心から等距離にある少なくとも３つの位置に配置された受光センサで受光し、前記各受光センサの出力信号に基づいて、前記相対位置を調整することを特徴とする。
【０００７】
前記光源として、撮影レンズの全面に、明るさが一様な拡散光を照射する光源を使用することが好ましい。
【０００８】
また、本発明の撮像素子は、多数の画素がマトリックス状に配列された受光面を持つ撮像素子において、前記受光面内の有効画素領域の周辺部でかつその有効画素領域の中心から等距離にある少なくとも３つの位置に、撮影レンズとの相対位置を調整する際に使用される位置決め用受光センサが設けられていることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１に示すように、カメラ１０には、カメラ本体１１にレンズ鏡筒１２と撮像素子ユニット１３とが組み付けられる。レンズ鏡筒１２は、撮影レンズ１４が組み込まれた後、光軸Ａ方向に移動自在にカメラ本体１１に取り付けられる。撮影レンズ１４の背後には、撮像素子ユニット１３が取り付けられる。
【００１０】
撮像素子ユニット１３は、パッケージ２２上に、撮像素子２１及び保護部材２３を取り付けたものである。撮像素子２１には、多数の画素がマトリックス状に配列された受光面２１ａが形成されている。撮像素子２１は、その受光面２１ａが撮影レンズ１４と対面するように配置される。保護部材２３は、撮像素子２１に塵や埃が付着するのを防止するためのものであり、透明なガラスで形成される。パッケージ２２には、撮像素子２１と電気的に接続される回路基板や、撮像素子２１を取り付けるための凹部が設けられている。
【００１１】
撮像素子ユニット１３は、ネジ２６によってカメラ本体１１に固定される。パッケージ２２には、ネジ２６を貫通する孔２２ａが形成されており、また、カメラ本体１１には、ネジ２６と係合するネジ山が形成されている。ネジ２６を締め付けることで、撮像素子ユニット１３がカメラ本体１１に固定される。
【００１２】
撮像素子ユニット１３を取り付ける際には、撮影レンズ１４の光軸Ａと、撮像素子２１の有効画素領域の中心とが一致するように、撮影レンズ１４と撮像素子２１との相対位置が調整される。パッケージ２２の孔２２ａは、ネジ２６の直径よりも大きく形成されており、これにより、撮像素子ユニット１３全体を光軸Ａと直交する面内のＸ方向及びＹ方向に移動できるようにしている。位置調整は、撮像素子ユニット１３をカメラ本体１１に仮止めした後、撮像素子ユニット１３をＸ方向及びＹ方向に移動させることにより行われる。
【００１３】
なお、パッケージ２２とカメラ本体１１とが接合するそれぞれの接合面２２ａ，１１ａは、受光面２１ａと、光軸Ａとを直交させるように位置決めする位置決め面となっている。したがって、各接合面２２ａ，１１ａを接合させることで、撮像素子２１の受光面２１ａと、光軸Ａとの直交が確保される。このため、受光面２１ａにアオリが発生することはない。
【００１４】
図２に示すように、撮像素子ユニット１３の取り付けは、レンズ鏡筒１２をカメラ本体１１に組み付けた後に行われる。この取り付けの際に、撮像素子ユニット１３の位置調整が行われる。位置調整の際には、光軸Ａ上に配置された光源３０から、撮影レンズ１４に向かって光を照射する。
【００１５】
図３に示すように、撮像素子２１には、撮像に使用される有効画素領域３１の周辺に、４つの受光センサＳ１〜Ｓ４が設けられている。これら各受光センサＳ１〜Ｓ４は、有効画素領域３１の中心Ｏから等距離の位置に配置されており、受光した光量に応じた信号を出力する。位置調整の際には、各受光センサＳ１〜Ｓ４がモニタ４１に接続される。モニタ４１には各受光センサＳ１〜Ｓ４の出力レベルが、例えば、棒グラフ形式に表示される。これら各受光センサＳ１〜Ｓ４の出力レベルに基づいて、位置調整が行われる。
【００１６】
受光センサとしては、例えば、フォトダイオードが使用される。出力レベルは、フォトダイオードが接続された回路の電圧や電流を調べることによって検出される。このフォトダイオードを使用することで、従来のように、撮像素子の撮像データを使用する場合と比較して、位置調整用治具が簡単化される。もちろん、フォトダイオードの代わりフォトトランジスタなどを用いてもよい。
【００１７】
また、各受光センサＳ１〜Ｓ４は、有効画素領域３１を区画する各辺の中央付近に配置される。符号１３は、撮影レンズ１４のイメージサークルを示す。イメージサークル３３は、周知のように、撮影レンズ１４の結像領域のうち、明暗を識別可能な限界域を示す。イメージサークル３３外では、光量が極端に低下するため、各受光センサＳ１〜Ｓ４は、このイメージサークル３３内に配置されることが好ましい。
【００１８】
このイメージサークル３３は、それが最も小さい場合でも、有効画素領域３１の外接円の直径以上の大きさとなる。各受光センサＳ１〜Ｓ４を有効画素領域３１の各コーナー近傍に配置すると、イメージサークル３３が小さい場合に、各受光センサＳ１〜Ｓ４がイメージサークル３３からはみ出してしまうおそれがある。そのため、本例では、各受光センサＳ１〜Ｓ４を前記各辺の中央付近に配置することで、イメージサークル３３が最も小さい場合でも、各受光センサＳ１〜Ｓ４がイメージサークル３３内に収まるようにしている。
【００１９】
もちろん、イメージサークル３３が大きければ、各受光センサＳ１〜Ｓ４を、有効画素領域３１の各コーナー近傍に配置してもよい。また、本例では、４つの受光センサＳ１〜Ｓ４を設けた例で説明しているが、３つでもよい。
【００２０】
図４のグラフに示すように、撮影レンズ１４を通過する光の光量Ｌは、光軸Ａの位置で最大となり、光軸Ａから離れるに従って低下する。各受光センサＳ１〜Ｓ４は、中心Ｏから等距離に配置されているので、光軸Ａと中心Ｏとが一致していれば、各受光センサＳ１〜Ｓ４の出力レベルは等しくなる。
【００２１】
この場合、各受光センサＳ１〜Ｓ４へ照射される入射光のレベルが異なると、出力レベルを正確に比較することはできない。そのため、撮像素子２１の受光面２１ａに対して、その全面に一様な明るさの光を照射する必要がある。
【００２２】
そこで、光源３０としては、例えば、輝度箱など、撮影レンズ１４の全面に明るさが一様な平行光を照射可能な光源が使用される。輝度箱は、周知のように、乳白色のアクリル板を照射部として備えており、この乳白色のアクリル板の背面に配置された蛍光灯を点灯させることにより、明るさが一様な拡散光を照射する光源である。この輝度箱の照射面は、光軸Ａと平行な拡散光が照射されるように、光軸Ａと直交する向きに配置される。
【００２３】
撮影レンズ１４は、入射した平行光を一点に結像させるという特性を持つから、輝度箱を使用することにより、受光面（結像面）２１ａの全面で一様な光量分布を得ることができる。また、撮影レンズ１４は、コサイン４乗則（入射光の入射角と光量の関係を示す法則）で明らかなように、平行光を入射させたときに光量が最大となる。そのため、輝度箱を使用することで、撮影レンズ１４の全面に渡って平行光を入射させることができるので、各受光センサ３１のすべてに多くの光を照射することができる。
【００２４】
以下、上記構成による作用について説明する。カメラ本体１１にレンズ鏡筒１２を取り付けた後、光軸Ａ上に、光源３０，撮影レンズ１４，撮像素子ユニット１３を順に配置する。撮像素子ユニット１３をカメラ本体１１にネジ２６で仮止めした後、撮像素子ユニット１３の各受光センサＳ１〜Ｓ２とモニタ４１とを接続する。
【００２５】
オペレータは、光源３０を点灯させ、モニタ４１に表示される各受光センサＳ１〜Ｓ４の出力レベルを確認する。図５（Ａ）に示すように、光軸Ａと中心Ｏとが一致した場合には、図５（Ｂ）に示すように、各受光センサＳ１〜Ｓ４の出力レベルが等しくなる。
【００２６】
他方、光軸Ａと中心Ｏとが一致していない場合には、図６や図７に示すように、各受光センサＳ１〜Ｓ４の出力レベルが等しくならない。図６に示すように、中心Ｏが、光軸よりも斜め上方に位置する場合には、光軸Ａに接近する受光センサＳ１，Ｓ４の出力レベルが増加する一方、光軸Ａから離れる受光センサＳ２，Ｓ３の出力レベルが減少する。また、図７に示すように、中心Ｏが光軸Ａよりも下方に位置する場合には、受光センサＳ２が光軸Ａに接近するので、その出力レベルが増加する一方、受光センサＳ４が光軸Ａから離れるので、その出力レベルが減少する。
【００２７】
オペレータは、撮像素子ユニット１３をＸ方向及びＹ方向に移動させながら、モニタ４１に表示される各受光センサ３２の出力レベルが等しくなるように、撮像素子ユニット１３の位置を調整する。位置調整が完了したら、ネジ２６を締め付けて撮像素子ユニット１３をカメラ本体１１に固定する。撮像素子ユニット１３が取り付けられたカメラ本体１１は、次工程に送られる。
【００２８】
上記実施形態では、光源として、輝度箱を使用して、撮影レンズの全面に一様な明るさの平行光を照射する例で説明したが、図８に示すように、複数のレーザー光源５１を使用してもよい。各レーザー光源５１は、受光センサの数に応じて設けられる。そして、各レーザー光源５１からの各レーザー光を、有効画素領域３１の中心Ｏと光軸Ａとが一致するときに各受光センサＳ１〜Ｓ４が位置する各点に向けて、照射する。これにより、すべての受光センサＳ１〜Ｓ４がオン（出力レベルがｈｉｇｈ）になる位置が、有効画素領域３１の中心Ｏと光軸Ａとが一致する位置であると特定される。
【００２９】
上記実施形態では、撮像素子ユニットを移動して、撮像素子と撮影レンズの相対位置を調整する例で説明したが、その反対に撮影レンズを移動して相対位置を調整してもよい。
【００３０】
この場合には、図９に示すように、撮影レンズ１４を保持するレンズホルダ６１に、ネジ６４を貫通する孔６３を設け、この孔６３をネジ６４の直径よりも大きく形成しておく。そして、レンズホルダ６１をレンズ鏡筒６２に仮止めした状態で、レンズホルダ６１を、光軸Ａと直交する面内でＸ及びＹ方向に移動させて、光軸Ａと有効画素領域３１の中心Ｏとを位置決めする。
【００３１】
また、上記実施形態では、光軸と垂直な面内において位置調節（Ｘ及びＹ方向のみ）する例で説明したが、受光センサの出力レベルに基づいて、光軸方向（Ｚ方向）の位置調節をすることもできる。焦点が合っている合焦位置では、光量が最大になるので、受光センサの出力レベルが最大になる。この出力レベルが最大になる位置を見つけることにより、合焦位置の位置決めが可能になる。
【００３２】
このようにＺ方向の位置調節をする場合には、レンズ鏡筒７１を、移動筒７２と固定筒７３とから構成する。そして、移動筒７２を、Ｚ方向に移動自在に固定筒７３に取り付ける。移動筒７２の外周面と、固定筒７３の内周面とのそれぞれにネジを形成し、両者を係合させる。ネジの作用により、移動筒７２を回転させると、移動筒７２がＺ方向に移動する。なお、図９及び図１０の構成を組み合わせて、Ｘ，Ｙ，Ｚの３方向で移動できるようにしてもよい。
【００３３】
上記実施形態では、撮像素子ユニット又は撮影レンズをカメラ本体に仮止めした後、撮像素子ユニットをＸ方向及びＹ方向に移動しながら位置調整する例で説明したが、例えば、撮像素子ユニット又は撮影レンズを、Ｘ方向，Ｙ方向，Ｚ方向の３方向に移動自在なテーブルに取り付け、このテーブルを移動させながら位置調整を行い、位置決めがなされた後、カメラ本体１１との接合面に接着剤を滴下して固定するようにしてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明は、撮影レンズの光軸上に、撮像素子をその受光面が前記光軸とほぼ直交するように配置し、光源から前記撮影レンズへ入射させた光を、前記受光面内の有効画素領域の周辺でかつ有効画素領域の中心から等距離にある少なくとも３つの位置に配置された複数の受光センサで受光し、前記各受光センサの出力信号に基づいて、前記相対位置を調整するようにしたから、複雑な調整用治具を用いずに、精度よく位置決めすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】カメラの断面図である。
【図２】位置調整のときの光源，撮影レンズ，撮像素子の配置の説明図である。
【図３】撮像素子の説明図である。
【図４】光軸からの距離と光量との関係を示すグラフである。
【図５】光軸と有効画素領域の中心とが一致したときの受光センサの出力レベルの説明図である。
【図６】光軸と有効画素領域の中心とが一致しないときの受光センサの出力レベルの説明図である。
【図７】図６とは別の光軸と有効画素領域の中心とが一致しないときの受光センサの出力レベルの説明図である。
【図８】光源にレーザー光を使用する場合の位置調整方法の説明図である。
【図９】撮影レンズの位置を調整する場合の構成図である。
【図１０】撮影レンズを光軸方向に移動させる場合の構成図である。
【符号の説明】
１０　カメラ
１１　カメラ本体
１２　レンズ鏡筒
１３　撮像素子ユニット
１４　撮影レンズ
３０　光源
３１　有効画素領域
４１　モニタ
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４　受光センサ

Claims

カメラ本体に組み込まれる撮像素子と撮影レンズの相対位置を調整する撮像素子と撮影レンズの相対位置調整方法において、
前記撮影レンズの光軸上に、前記撮像素子をその受光面が前記光軸とほぼ直交するように配置し、
光源から前記撮影レンズへ入射させた光を、前記受光面内の有効画素領域の周辺でかつ有効画素領域の中心から等距離にある少なくとも３つの位置に配置された受光センサで受光し、
前記各受光センサの出力信号に基づいて、前記相対位置を調整することを特徴とする撮像素子と撮影レンズの相対位置調整方法。
前記光源として、撮影レンズの全面に、明るさが一様な拡散光を照射する光源を使用したことを特徴とする請求項１記載の撮像素子と撮影レンズの位置調整方法。
多数の画素がマトリックス状に配列された受光面を持つ撮像素子において、
前記受光面内の有効画素領域の周辺部でかつその有効画素領域の中心から等距離にある少なくとも３つの位置に、撮影レンズとの相対位置を調整する際に使用される位置決め用受光センサが設けられていることを特徴とする撮像素子。