JP2005274925A - ピント調整方法、ピント調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＭＴＦによるピント調整と同等の精度及び撮像面の全体に対するピント調整評価が可能で、ピント調整のための装置を小型化できる。
【解決手段】 ピント調整装置は、レーザビーム照射部１１，ビームスポット面積計測部１２，レンズユニット調整部１３を備える。レーザビーム照射部１１は、１本の平行光レーザビームＬＢ１をレンズユニット２の中央部分に照射して撮像面１Ａの中央付近に集光させると共に、複数本の平行光レーザビームＬＢ２〜ＬＢ５をレンズユニット２の中央部分に斜めに照射して撮像面１Ａの周辺付近に集光させる。ビームスポット面積計測部１２は、平行光レーザビームＬＢ１〜ＬＢ５の集光によって撮像面１Ａ上に形成された複数のビームスポットｓ１〜ｓ５の面積を撮像素子１の出力を画像処理することによって計測する。レンズユニット調整部１３は、レンズユニット２の撮像面１Ａに対する距離と姿勢の一方又は両方が調整できる機構を備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ピント調整方法、ピント調整装置に関するものである。

ＣＣＤ等の撮像素子とレンズユニットとのピント調整は各種の画像入力装置等で必要になるが、特に、カメラモジュールの製造において重要な工程である。カメラモジュールは、ＣＣＤ等の撮像素子が実装された基板と撮像用のレンズユニットとを一体化した部品であって、デジタルカメラは勿論のこと、カメラ機能付きの各種携帯型電子機器（携帯電話、携帯型ＰＣ、ＰＤＡ等）に搭載されている。このカメラモジュールを製造する際には、レンズユニットを撮像素子の撮像面にピント調整しながら保持し、ピント調整された状態でレンズユニットと撮像素子基板とを一体化に固定することがなされている。

このようなカメラモジュールの製造においてレンズユニットのピント調整を行う方法としては、撮像面の中心部分だけでなく、撮像面の四隅で全体的にピントが合った状態にすることが望まれ、また、レンズから離れた位置にある被写体を撮像面に結像させることができるようなピント合わせが行われている。このために従来は、中央部と四隅にチャート部を有するテストチャートを用いて、レンズユニットをスキャンしながらこのテストチャートを撮像し、この撮像のＭＴＦを各チャート部のチャート像毎に算出することによって、最適なピント位置を検出することが行われていた（下記特許文献１参照）。

特開２００２−２６７９２３号公報

近年の携帯電子機器に搭載されるカメラモジュールは、小型でありながらも高精細な画像を撮影できることが望まれており、高い分解能を有する撮像素子が採用されることが多くなっている。そして、このような高い分解能を有する撮像素子に対して、従来のＭＴＦによるピント調整を適切な精度で且つ前述の要求に適うように行うためには、チャートを大きくしてレンズユニットからかなり離さざるを得ないことになる。実際に、２メガピクセルクラスの撮像素子に対してピント調整を行う際には、２ｍ□サイズのテストチャートをレンズユニットから２ｍ離した状態でピント調整の作業を行っている。これによると、テストチャートを保持する機構などを含めてピント調整のための装置が巨大化してしまい、大きな作業スペースが必要になるという問題が生じる。また、撮像素子の検出光量に基づく簡易なピント調整方法等はあるが、前述したＭＴＦによるピント調整に比べると精度が悪く、また撮像面全体に対して充分なピント合わせ状態の評価を行うことができないという問題がある。

本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、カメラモジュール等におけるピント調整方法及びピント調整装置において、従来のＭＴＦによるピント調整と同等の精度及び撮像面の全体に対するピント調整評価が可能であること、遠距離にある被写体に対して良好なピント合わせが可能であること、更には、ピント調整のための装置を小型化できること、等が本発明の目的である。

このような目的を達成するために、本発明は、以下の各独立請求項に係る構成を少なくとも具備するものである。

［請求項１］撮像素子の撮像面に対してレンズユニットのピント位置を調整するピント調整方法において、１本の平行光レーザビームを前記レンズユニットの中央部分に照射して前記撮像面の中央付近に集光させると共に、複数本の平行光レーザビームを前記レンズユニットの中央部分に斜めに照射して前記撮像面の周辺付近に集光させる手順と、前記平行光レーザビームの集光によって前記撮像面上に形成された複数のビームスポットの面積を計測する手順と、前記複数のビームスポットの面積に基づいて、前記レンズユニットの前記撮像面に対する距離と姿勢の一方又は両方を調整する手順と、を有することを特徴とするピント調整方法。

［請求項５］撮像素子の撮像面に対してレンズユニットのピント位置を調整するピント調整装置において、１本の平行光レーザビームを前記レンズユニットの中央部分に照射して前記撮像面の中央付近に集光させると共に、複数本の平行光レーザビームを前記レンズユニットの中央部分に斜めに照射して前記撮像面の周辺付近に集光させるレーザビーム照射手段と、前記平行光レーザビームの集光によって前記撮像面上に形成された複数のビームスポットの面積を前記撮像素子の出力を画像処理することによって計測するビームスポット面積計測手段と、前記ビームスポット面積計測手段の計測結果に基づいて、前記レンズユニットの前記撮像面に対する距離と姿勢の一方又は両方が調整可能なレンズユニット調整手段とを備えることを特徴とするピント調整装置。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係るピント調整装置を示す説明図である。本発明の実施形態に係るピント調整装置は、レーザビーム照射部（レーザビーム照射手段）１１、ビームスポット面積計測部（ビームスポット面積計測手段）１２、レンズユニット調整部（レンズユニット調整手段）１３を備えるものであって、撮像素子１の撮像面１Ａに対してレンズユニット２のピント位置を調整するものである。

レーザビーム照射部１１は、１本の平行光レーザビームＬＢ１をレンズユニット２の中央部分に照射して撮像面１Ａの中央付近に集光させると共に、複数本の平行光レーザビームＬＢ２〜ＬＢ５をレンズユニット２の中央部分に斜めに照射して撮像面１Ａの周辺付近に集光させるものである。平行光レーザビームＬＢ２〜ＬＢ５を形成するために、このレンズ照射部１１は、レーザ光源Ｌ１〜Ｌ５とこのレーザ光源Ｌ１〜Ｌ５から出射したレーザビームを平行光にするコリメータレンズＣ１〜Ｃ５とを備えている。

ビームスポット面積計測部１２は、平行光レーザビームＬＢ１〜ＬＢ５の集光によって撮像面１Ａ上に形成された複数のビームスポットｓ１〜ｓ５の面積を撮像素子１の出力を画像処理することによって計測するものである。

具体的には、このビームスポット面積計測部１２では、撮像素子１からの出力が撮像素子ドライバ等を有する画像取り込み部１２Ａに取り込まれ、その出力が画像処理機能を有する演算処理装置１２Ｂに送られて、この演算処理装置１２Ｂでビームスポット面積を計測する画像処理がなされる。また、演算処理装置１２Ｂにはモニタ装置（モニタ手段）１２Ｃが接続されており、演算処理装置１２Ｂによって求められたビームスポット面積の計測結果が逐次モニタ装置１２Ｃの表示画面に出力されるようになっている。

レンズユニット調整部１３は、レンズユニット２の撮像面１Ａに対する距離と姿勢（レンズの煽り）の一方又は両方が調整できる機構を備えている。このレンズユニット調整部１３による調整を行うと、設定された平行光レーザビームＬ１〜Ｌ５の状態に対して前述のビームスポットｓ１〜ｓ５の面積が調整に応じて変化するが、ビームスポット面積計測部１２ではこの調整に応じた計測結果をモニタ装置１２Ｃに表示できるようにしている。

これによって、ビームスポットｓ１〜ｓ５の面積の計測結果をモニタ装置１２Ｃで確認しながらレンズユニット調整部１３の調整操作を行うことによって、レンズユニット２のピント位置をマニアル調整することができる。また、演算処理装置１２Ｃに、計測結果が最適化されるようにレンズユニット調整部１３を調整する調整制御機能を加えて、この演算処理装置１２Ｃからの出力によってレンズユニット調整部１３を自動調整可能にすることもできる。

このようなピント調整装置を用いたピント調整方法を説明すると、基本的には、レンズユニット２に入射した全ての平行光レーザビームＬＢ１〜ＬＢ５が撮像面１Ａ上で点状に集光されるようにピント調整が行われる。これによって無限遠の被写体が撮像面に結像する状態にレンズ位置を設定することができる。

具体的には、レーザビーム照射部１１によって、１本の平行光レーザビームＬＢ１をレンズユニット２の中央部分に照射して撮像面１Ａの中央付近に集光させると共に、４本の平行光レーザビームＬＢ２〜ＬＢ５をレンズユニット２の中央部分に斜めに照射して撮像面１Ａの四隅に集光させる。

そして、ビームスポット面積計測部１２によって、平行光レーザビームＬＢ１〜ＬＢ５の集光によって撮像面１Ａ上に形成された複数のビームスポットｓ１〜ｓ５の面積を計測し、この計測結果をモニタ手段１２Ｃの画面に表示させる。

図２は、その表示形態の一例を示したものである。同図（ａ）は、撮像面１Ａに対応した表示画面の領域を形成して、その領域に撮像面１Ａ全体の出力状態を表示させたものである。これによると、この表示領域には、中央にビームスポットｓ１の形成状態が表示され、その四隅にビームスポットｓ２〜ｓ５の形成状態が表示されることになるので、レンズユニット２の調整に応じてビームスポットｓ１〜ｓ５の面積がどのように変化するかを目視で確認することができる。また、その上にはビームスポットｓ１〜ｓ５に対する面積の計測結果が数値で示されており、これによって、各ビームスポットｓ１〜ｓ５の面積の細かい比較が可能になる。

同図（ｂ）は、レンズユニット２を軸方向にスキャンさせて、レンズ位置（ｘ）に対する各ビームスポットｓ１〜ｓ５の面積（Ｓ）を求めて、その変化をグラフ化したものである。これによると各ビームスポットｓ１〜ｓ５の面積が最小になるレンズ位置を把握することができるので、これに基づいてレンズユニット２の調整を行うことができる。

この際に、全てのビームスポットｓ１〜ｓ５の面積が最小になるレンズ位置を求めることはできないので、例えば、撮像面１Ａの中央付近に形成されるビームスポットｓ１の面積がより小さくなり、撮像面１Ａの周辺付近に形成される複数のビームスポットｓ２〜ｓ５の面積が相互に等しくなるように、レンズユニット２の調整を行う。特に、レンズユニット２の姿勢を３次元的に調整（煽り調整）しながら複数のビームスポットｓ２〜ｓ５の面積比較をすることで、適正なレンズユニット２の姿勢を得ることができる。

このような実施形態に係るピント調整装置及びピント調整方法によると、レーザビームを用いた精度の高い平行光をレンズユニット２に入射してレンズの焦点位置を撮像面１Ａに一致させることができるので、無限遠の被写体を撮像面１Ａに結像させるピント調整を高精度に行うことができる。また、撮像面１Ａの中央付近だけでなく、その四隅を含む周辺付近でのピント合わせを考慮したレンズの位置決めを行うことができる。これによって、従来行われていたＭＴＦによるピント調整と同様の評価が可能なピント調整を、装置を大型化することなく実行することが可能になる。

図３は、本発明の他の実施形態を示すものである。図１に示した例では、レーザビーム照射部１１は、５つのレーザ光源Ｌ１〜Ｌ５とその光源のそれぞれに設けられるコリメータレンズＣ１〜Ｃ５によって構成されているが、これによると、レーザ光源Ｌ１〜Ｌ５とコリメータレンズＣ１〜Ｃ５との調整を各レーザ光源とコリメータレンズ毎に行う必要があり、精度の高い平行光を得るためにはこの調整を精密に行う必要があるので、初期設定に手間と時間を要するという難点がある。

これを解消するために、図３に示す実施形態では、少なくとも一つのレーザ光源Ｌ２３の出射光から複数本の平行光レーザビームを形成するビーム分岐手段を設けている。すなわち、この実施形態では、一つのレーザ光源Ｌ２３からの出射光をコリメータレンズＣ２３で平行光にしてこれをハーフミラー３で分岐し、一方をミラー４で反射させて前述の平行光レーザビームＬＢ２としてレンズユニット２に入射し、他方を前述の平行光レーザビームＬＢ３としてレンズユニット２に入射させている。

このようなビーム分岐手段を備えた実施形態によると、前述した実施形態と同様の作用を得ることができ、しかも、レーザ光源の数を減らすことができると同時に、レーザ光源とコリメータレンズとの調整を減らすことができる。これによって初期設定が容易になるという利点がある。

図４は、前述したピント調整方法を採用して、カメラモジュールの製造を行う実施例を示したものである。カメラモジュールは、ＣＣＤまたはＣＭＯＳといった撮像素子１が実装された基板１０にレンズユニット２を位置決めしたレンズホルダ２０を一体化させたものである。ここでは、レンズホルダ２０には予めレンズユニット２の他に開口部２１ａを有する絞り２１や光学フィルタ２２が組み込まれている。

先ず、同図（ａ）に示すように、レンズホルダ２０の上面に前述したレンズユニット調整部１３におけるレンズユニット保持具１３Ａを吸着させて、レンズホルダ２０を保持する。また、撮像素子１が実装された基板１０の上には接着位置に紫外線硬化型の接着剤３０を塗布する。

次に、同図（ｂ）に示すように、レンズユニット保持具１３Ａで保持されたレンズホルダ２０を基板１０上の接着位置まで移動させ、この状態で、レンズユニット保持具１３Ａ或いは絞り２１の開口部２１ａを介して、前述した平行光レーザビームＬＢ１〜ＬＢ５を入射する。そして、前述したビームスポットｓ１〜ｓ５の面積をモニタしながら、レンズユニット保持具１３Ａを上下又は揺動方向に移動させてレンズユニット２のピント位置を検出する。

最適なピント位置が検出されたところで、レンズユニット保持具１３Ａを固定し、接着剤３０に紫外線を照射して接着剤３０を硬化させて、レンズホルダ２０を基板１０上に固定する。これによって、適正なピント調整がなされたカメラモジュールを得ることができる。

このような実施例によると、無限遠の被写体に対するピント位置を正確に検出したピント調整が可能であり、また、撮像素子１の撮像面１Ａ全体に対して適正なピント合わせを行うことが可能になる。更には、分解能の高い撮像素子１に対してピント調整を行う際にも、ピント調整の作業スペースを省スペース化することができる。

本発明の一実施形態に係るピント調整装置を示す説明図である。 実施形態のピント調整装置におけるモニタ装置の表示形態の一例を示した説明図である。 本発明の他の実施形態を示した説明図である。 本発明の実施例を示した説明図である。

符号の説明

１ 撮像素子
１Ａ 撮像面
２ レンズユニット
３ ハーフミラー
４ ミラー
１０ 基板
１１ レーザビーム照射部（レーザビーム照射手段）
１２ ビームスポット面積計測部（ビームスポット面積計測手段）
１２Ａ 画像取り込み部
１２Ｂ 演算処理装置
１２Ｃ モニタ装置（モニタ手段）
１３ レンズユニット調整部（レンズユニット調整手段）
Ｌ１〜Ｌ５ レーザ光源
Ｃ１〜Ｃ５ コリメータレンズ
ＬＢ１〜ＬＢ５ 平行光レーザビーム
ｓ１〜ｓ５ ビームスポット

Claims (9)

1. 撮像素子の撮像面に対してレンズユニットのピント位置を調整するピント調整方法において、
   １本の平行光レーザビームを前記レンズユニットの中央部分に照射して前記撮像面の中央付近に集光させると共に、複数本の平行光レーザビームを前記レンズユニットの中央部分に斜めに照射して前記撮像面の周辺付近に集光させる手順と、
   前記平行光レーザビームの集光によって前記撮像面上に形成された複数のビームスポットの面積を計測する手順と、
   前記複数のビームスポットの面積に基づいて、前記レンズユニットの前記撮像面に対する距離と姿勢の一方又は両方を調整する手順と、を有することを特徴とするピント調整方法。
2. 前記複数のビームスポットの面積は前記撮像素子の出力を画像処理することによって計測されることを特徴とする請求項１に記載されたピント調整方法。
3. 前記撮像面の中央付近に形成されるビームスポットの面積が小さくなり、前記撮像面の周辺付近に形成される複数のビームスポットの面積が相互に等しくなるように、前記レンズユニットの調整がなされることを特徴とする請求項１又は２に記載されたピント調整方法。
4. 前記撮像面の周辺付近に集光される複数本の平行光レーザビームは、前記撮像面の四隅に集光される４本のレーザビームからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載されたピント調整方法。
5. 撮像素子の撮像面に対してレンズユニットのピント位置を調整するピント調整装置において、
   １本の平行光レーザビームを前記レンズユニットの中央部分に照射して前記撮像面の中央付近に集光させると共に、複数本の平行光レーザビームを前記レンズユニットの中央部分に斜めに照射して前記撮像面の周辺付近に集光させるレーザビーム照射手段と、
   前記平行光レーザビームの集光によって前記撮像面上に形成された複数のビームスポットの面積を前記撮像素子の出力を画像処理することによって計測するビームスポット面積計測手段と、
   前記ビームスポット面積計測手段の計測結果に基づいて、前記レンズユニットの前記撮像面に対する距離と姿勢の一方又は両方が調整可能なレンズユニット調整手段とを備えることを特徴とするピント調整装置。
6. 前記ビームスポット面積計測手段は、前記レンズユニット調整手段による調整に応じた前記計測結果を表示するモニタ手段を備えることを特徴とする請求項５に記載されたピント調整装置。
7. 前記計測結果が最適化されるように前記レンズユニット調整手段を調整する調整制御手段を備えることを特徴とする請求項５又は６に記載されたピント調整装置。
8. 前記レーザビーム照射手段は、レーザ光源と該レーザ光源から出射したレーザビームを平行光にするコリメータレンズとを備えることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載されたピント調整装置。
9. 前記レーザビーム照射手段は、少なくとも一つのレーザ光源の出射光から前記複数本の平行光レーザビームを形成するビーム分岐手段を備えることを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載されたピント調整装置。

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