JP2006165883A - フォーカス調整装置、及びフォーカス調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 汎用性が高く、容易にカメラモジュール等のフォーカス調整を行うことが可能なフォーカス調整装置、及びフォーカス調整方法。
【解決手段】 少なくとも一以上のレンズを有するレンズユニットを撮像素子の撮像面に対してフォーカス調整するフォーカス調整装置は、レーザビームをレンズユニットに対して照射し、撮像面に集光させるレーザビーム照射手段と、撮像面で反射したレーザビームの反射レーザビームが照射され、当該反射レーザビームを撮像する反射レーザビーム撮像手段と、撮像された反射レーザビームを画像処理する画像処理手段と、画像処理手段による画像処理の結果に基づいて、レンズユニットの撮像面に対する距離又は姿勢の少なくとも一方を調整するフォーカス調整手段とを備える。したがって撮像素子から出力を得るためのフォーカス調整用の信号処理回路等を撮像素子の種類に応じて作成する必要がなく、撮像素子に対する汎用性が高い。
【選択図】 図２

Description

本発明は、カメラモジュール内のレンズユニット等のフォーカス（ピント）調整を行うフォーカス調整装置、及びフォーカス調整方法に関する。

従来から、カメラモジュールなどの画像入力装置の製造工程において、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等で構成される撮像素子とレンズユニットとのフォーカス調整が行われている。カメラモジュールは、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（例えば、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フォーカス調整しながら保持し、フォーカス調整された状態でレンズユニットと基板とを一体化に固定することがなされている。

例えば、特許文献１及び２には、チャート部を有するテストチャート（チャート紙）を用い、レンズユニットを移動させながらこのテストチャートを撮像し、撮像されたデータからＭＴＦ（Modulation Transfer Function）を算出することによって、最適なフォーカス位置を検出する技術が記載されている。

特開２００３−３１５６５０号公報 特開２００２−２６７９２３号公報

ところで、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。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によるフォーカス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、テスト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。例えば、２メガピクセルクラスの撮像素子に対してフォーカス調整を行う場合には、一辺が２ｍ程度の矩形のテストチャートをレンズユニットから２ｍ離した状態で作業を行う必要がある。以上より、上記の特許文献に記載されたフォーカス調整方法では、高い分解能を有する撮像素子に対してフォーカス調整を行う場合には、テストチャートを保持する機構などを含めてフォーカス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あった。

また、前述したフォーカス調整は、カメラモジュール内の撮像素子の出力を直接取り込むことによって行われているが、撮像素子から出力を得るためには、その撮像素子に適合するフォーカス調整用の信号処理回路（例えば、ＣＣＤドライバや画像処理ボードなどによって構成される）を作成する必要がある。例えば、フォーカス調整の対象となるカメラモジュールの種類を変更する場合には、そのカメラモジュールの撮像素子に適合する信号処理回路を新たに作成しなければならなかった。そのため、フォーカス調整を行うのに手間及びコストがかかるという問題があった。

更に、カメラモジュール内の撮像素子の出力を直接取り込むためには、カメラモジュール内の撮像素子に接続された端子と、フォーカス調整用の信号処理回路側の端子（例えば触針など）とを電気的に接続する必要がある。よって、多数のカメラモジュールのフォーカス調整を行うと、信号処理回路側の端子に磨耗などが生じてしまう場合があった。

本発明が解決しようとする課題は上記のようなものが例として挙げられる。本発明は、汎用性が高く、容易にカメラモジュール等のフォーカス調整を行うことが可能なフォーカス調整装置、及びフォーカス調整方法を提供することを課題とする。

請求項１に記載の発明では、少なくとも一以上のレンズを有するレンズユニットを、撮像素子の撮像面に対してフォーカス調整するフォーカス調整装置は、レーザビームを前記レンズユニットに対して照射し、前記撮像面に集光させるレーザビーム照射手段と、前記撮像面で反射した前記レーザビームの反射レーザビームが照射され、当該反射レーザビームを撮像する反射レーザビーム撮像手段と、撮像された前記反射レーザビームを画像処理する画像処理手段と、前記画像処理手段による画像処理の結果に基づいて、前記レンズユニットの前記撮像面に対する距離又は姿勢の少なくとも一方を調整するフォーカス調整手段と、を備えることを特徴とする。

請求項４に記載の発明では、少なくとも一以上のレンズを有するレンズユニットを、撮像素子の撮像面に対してフォーカス調整するフォーカス調整方法は、レーザビームを前記レンズユニットに対して照射し、前記撮像面に集光させるレーザビーム照射工程と、前記撮像面で反射した前記レーザビームの反射レーザビームが照射され、当該反射レーザビームを撮像する反射レーザビーム撮像工程と、撮像された前記反射レーザビームを画像処理する画像処理工程と、前記画像処理工程における画像処理の結果に基づいて、前記レンズユニットの前記撮像面に対する距離又は姿勢の少なくとも一方を調整するフォーカス調整工程と、を備えることを特徴とする。

本発明の好適な実施形態では、少なくとも一以上のレンズを有するレンズユニットを、撮像素子の撮像面に対してフォーカス調整するフォーカス調整装置は、レーザビームを前記レンズユニットに対して照射し、前記撮像面に集光させるレーザビーム照射手段と、前記撮像面で反射した前記レーザビームの反射レーザビームが照射され、当該反射レーザビームを撮像する反射レーザビーム撮像手段と、撮像された前記反射レーザビームを画像処理する画像処理手段と、前記画像処理手段による画像処理の結果に基づいて、前記レンズユニットの前記撮像面に対する距離又は姿勢の少なくとも一方を調整するフォーカス調整手段と、を備える。

上記のフォーカス調整装置は、カメラモジュール等の撮像素子の撮像面に対して、少なくとも一以上のレンズを有するレンズユニットのフォーカス位置を調整する装置である。具体的には、フォーカス調整装置は、平行光であるレーザビームをレンズユニットに対して照射し、これを撮像面に集光させる。そして、フォーカス調整装置は、撮像面で反射したレーザビームの反射レーザビームを撮像し、撮像された反射レーザビームを画像処理する。この場合、撮像される反射レーザビームは、レンズユニットによる集光によって、撮像面上に形成された像に対応する。したがって、フォーカス調整装置は、反射レーザビームに対する画像処理の結果に基づいて、撮像面に対するレンズユニットのフォーカス調整を行う。

このようなフォーカス調整装置と、撮像素子からの出力に基づいてフォーカス調整を行う比較例に係る構成とを比較すると、上記のフォーカス調整装置は、撮像面で反射した反射レーザビームに基づいてフォーカス調整を行うので、撮像素子から出力を得るためのフォーカス調整用の信号処理回路等を撮像素子の種類に応じて作成する必要がないため、撮像素子に対する汎用性が高く、容易にフォーカス調整を行うことができる。また、上記のフォーカス調整装置は、撮像素子から出力を得るための信号処理回路と撮像素子との脱着を行うことなくフォーカス調整を行うので、撮像素子のコンタクト部分に磨耗などが生じることはない。加えて、フォーカス調整装置は、撮像素子から出力を得るための触針などの消耗部品が不要になるため、装置の安定性も向上する。更に、上記のフォーカス調整装置と、テストチャートを用いてフォーカス調整する他の比較例に係る構成とを比較すると、フォーカス調整装置は平行光であるレーザビームを用いてフォーカス調整を行うため、装置の構成を小型化することができる。

上記のフォーカス調整装置の一態様では、前記画像処理手段は、前記反射レーザビームの直接光が前記撮像手段上に形成した像の面積を求め、前記フォーカス調整手段は、前記面積が最小となる位置に前記レンズユニットを固定する。

この態様では、画像処理手段は、反射レーザビームの直接光が撮像手段上に形成した像（この像は、「ビームスポット」に相当する）の面積を求める画像処理を行い、フォーカス調整手段は、求められた面積が最小となる位置にレンズユニットを固定する。上記の面積が最小となる位置は、撮像面に対するレンズユニットの最適なフォーカス位置であるため、フォーカス調整手段は、この位置にレンズユニットを固定することができる。

上記のフォーカス調整装置の他の一態様では、前記画像処理手段は、前記反射レーザビームの回折光が前記撮像手段上に形成した像において、当該像の面積と輝度値とを乗算して求められる輝度体積を求め、前記フォーカス調整手段は、前記輝度体積が最大となる位置に前記レンズユニットを固定する。

この態様では、画像処理手段は、反射レーザビームの回折光が前記撮像手段上に形成した像の面積と輝度値とを乗算して求められる輝度体積を求め、フォーカス調整手段は、輝度体積が最大となる位置にレンズユニットを固定する。上記の輝度体積が最大となる位置は、撮像面に対するレンズユニットの最適なフォーカス位置であるため、フォーカス調整手段は、この位置にレンズユニットを固定することができる。

本発明の他の実施形態では、少なくとも一以上のレンズを有するレンズユニットを、撮像素子の撮像面に対してフォーカス調整するフォーカス調整方法は、レーザビームを前記レンズユニットに対して照射し、前記撮像面に集光させるレーザビーム照射工程と、前記撮像面で反射した前記レーザビームの反射レーザビームが照射され、当該反射レーザビームを撮像する反射レーザビーム撮像工程と、撮像された前記反射レーザビームを画像処理する画像処理工程と、前記画像処理工程における画像処理の結果に基づいて、前記レンズユニットの前記撮像面に対する距離又は姿勢の少なくとも一方を調整するフォーカス調整工程と、を備える。

上記のフォーカス調整方法によれば、撮像面で反射した反射光に基づいてフォーカス調整を行うため、撮像素子から出力を得るための信号処理回路等を撮像素子の種類に応じて作成することなくフォーカス調整を行うことができる。したがって、フォーカス調整方法は、種々のカメラモジュールに対して適用することができ、且つ、カメラモジュールに対するフォーカス調整も容易に行うことが可能となる。また、上記のフォーカス調整方法によれば、撮像素子から出力を得るための信号処理回路と撮像素子との脱着を行うこと工程がないため、撮像素子のコンタクト部分に磨耗などが生じることはない。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。

［カメラモジュールの構成］
まず、本発明によるフォーカス調整が行われるカメラモジュール５０の構成について、図１を用いて説明する。

図１は、カメラモジュール５０の概略構成と製造工程を示す図である。なお、図１は、カメラモジュール５０をレーザビームＬＢの進行方向に沿って切断した断面図を示している。

カメラモジュール５０は、主に、ＣＣＤ又はＣＭＯＳなどで構成される撮像素子１と、レンズユニット２と、基板１０と、レンズホルダ２０と、バレル２１と、備えている。カメラモジュール５０は、撮像素子１が実装された基板１０上に、レンズユニット２などを保持するレンズホルダ２０が一体化されて構成されている。具体的には、レンズユニット２は、２つのレンズから構成されており、バレル２１に保持されている。また、バレル２１は、レンズホルダ２０に対してねじ式に固定されている。よって、バレル２１をレンズホルダ２０に対して回転させることにより、バレル２１はレンズホルダ２０に対してねじ込まれたり、緩められたりして、バレル２１はレンズホルダ２０に対して軸方向に移動する。バレル２１が軸方向に移動することにより、レンズホルダ２０内におけるレンズユニット２の位置が軸方向に移動する。更に、レンズホルダ２０は、光学フィルタ２２や図示しない絞りなどが組み込まれている。

ここで、カメラモジュール５０の製造工程について簡単に説明する。なお、カメラモジュール５０の製造工程において行われるレンズユニット２のフォーカス調整は、本発明の実施例に係るフォーカス調整装置１００を用いて行われる。

まず、図１（ａ）に示すように、バレル２１にレンズユニット２を保持させて、このバレル２１や光学フィルタ２２などをレンズホルダ２０に固定させる。更に、基板１０上に撮像素子１を実装する。そして、基板１０とレンズホルダ２０とを接着する位置に、紫外線硬化型の接着剤３０を基板１０側に塗布する。

次に、図１（ｂ）に示すように、後述するフォーカス調整装置１００が有するバレル保持具１３Ａにバレル２１を保持させて、レンズホルダ２０全体を保持させる。そして、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る。この状態で、フォーカス調整装置１００からレーザビームＬＢをカメラモジュール５０に対して出射させる。この場合、レーザビームＬＢがバレル保持具１３Ａの開口部１３Ａａを通過してレンズユニット２に入射するように、フォーカス調整装置１００からレーザビームＬＢを出射させる。

レンズユニット２に入射したレーザビームＬＢは撮像素子１の撮像面１Ａ上の点Ｐに集光すると共に、撮像面１Ａで反射する。そして、撮像面１Ａで反射した反射レーザビームＲＬＢをフォーカス調整装置１００に入射させて、この反射レーザビームＲＬＢに基づいて、後述するフォーカス調整部１３を制御する。

具体的には、レンズホルダ２０を基板１０上の所定位置に配置し、矢印ＵＶで示すように接着剤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。そして、この状態で、バレル２１を矢印Ｅ１で示すように回転させて、バレル２１を矢印Ｅ２で示すように軸方向に移動させる。即ち、フォーカス調整部１３によってバレル２１のねじ込み高さ制御を行うことによって、レンズユニット２をフォーカス方向に移動させる。このようにレンズユニット２を移動させたときの反射レーザビームＲＬＢを計測することによって、撮像面１Ａに対するレンズユニット２の最適なフォーカス位置が検出される。これによって、適切なフォーカス調整がなされたカメラモジュール５０を得ることができる。

なお、本発明は、上記のようなレンズユニット２のフォーカス調整方法を行うことに限定はされず、この代わりに、レンズホルダ２０を直接フォーカス位置に位置制御するフォーカス調整方法を行っても良い。この場合には、レンズホルダ２０自体をフォーカス方向に位置制御することによって最適なフォーカス位置を検出し、この最適なフォーカス位置にレンズホルダ２０を配置させた状態で接着剤３０に紫外線を照射して、レンズホルダ２０を基板１０上に固定する。

［フォーカス調整装置の構成］
次に、本発明の実施例に係るフォーカス調整装置１００の構成について、図２を用いて説明する。図２は、フォーカス調整装置１００の概略構成を示す図である。

フォーカス調整装置１００は、主に、光学ヘッド１６と、画像処理部１２と、フォーカス調整部１３と、を備える。フォーカス調整装置１００は、前述したカメラモジュール５０の製造工程において、撮像素子１の撮像面１Ａに対するレンズユニット２のフォーカス調整を行う装置である。なお、図２は、説明の便宜上、カメラモジュール５０の撮像素子１、レンズユニット２、及び基板１０のみを示しており、その他のカメラモジュール５０の構成要素は省略している。

光学ヘッド１６は、レーザビーム照射部１１と、反射レーザビーム撮像部１４と、ビームスプリッタＢＳと、を備える。レーザビーム照射部１１はレーザ光源Ｌを有しており、レーザ光源Ｌは、平行光であるレーザビームＬＢを出射する。具体的には、レーザ光源Ｌは、図示しないコリメータレンズなどによって平行光であるレーザビームＬＢを作成して、このレーザビームＬＢをレンズユニット２に対して照射する。この場合、レーザビームＬＢは、レンズユニット２に入射する前にビームスプリッタＢＳを透過していく。このように、レーザビーム照射部１１は、レーザビーム照射手段として機能する。

ビームスプリッタＢＳは、レーザ光源Ｌから出射されたレーザビームＬＢを透過させ、撮像面１Ａで反射した反射レーザビームＲＬＢ（一点鎖線で示す）を反射させる。この場合、ビームスプリッタＢＳは、反射レーザビームＲＬＢを反射レーザビーム撮像部１４に対して入射させる。なお、光学ヘッド１６は、上記のビームスプリッタＢＳの代わりに、ハーフミラーを用いて構成してもよい。

反射レーザビーム撮像部１４は、集光レンズ１４Ａと、撮像素子１４Ｂと、を備える。集光レンズ１４Ａは、ビームスプリッタＢＳで反射した反射レーザビームＲＬＢが入射され、この反射レーザビームＲＬＢを撮像素子１４Ｂ上に集光させる。なお、レーザビームＬＢはレンズユニット２などを通過する際に、直進する光の成分と回折する光の成分が生じるため、反射レーザビーム撮像部１４に入射される反射レーザビームＲＬＢには、直進する光の成分（以下、「直接光」と呼ぶ）と回折する光の成分（以下、「回折光」と呼ぶ）とが含まれている。

撮像素子１４Ｂは、図示しないＣＣＤやＣＭＯＳなどによって構成され、集光レンズ１４Ａによる反射レーザビームＲＬＢの集光によって、撮像素子１４Ｂの撮像面上に形成された像を撮像する。撮像素子１４Ｂ上に形成される像には、反射レーザビームＲＬＢの直接光が撮像素子１４Ｂ上に形成する像と、反射レーザビームＲＬＢの回折光が撮像素子１４Ｂ上に形成する像と、が含まれる。詳しくは、直接光は撮像素子１４Ｂ上に略円形の像（即ち、「ビームスポット」）を形成し、回折光は撮像素子１４Ｂ上にリング形状をした像（以下、この像を「回折光像」と呼ぶ）を形成する。また、撮像素子１４Ｂ上に形成されたこれらの像は、レンズユニット２によるレーザビームＬＢの集光によって、撮像面１Ａの点Ｐ上に形成された像に相当する。なお、撮像素子１４Ｂは、撮像した反射レーザビームＲＬＢの像に対応する画像データＳ１を画像処理部１２に供給する。このように、反射レーザビーム撮像部１４は、反射レーザビーム撮像手段として機能する。

フォーカス調整部１３は、バレル２１を保持するバレル保持具１３Ａと、駆動部１３Ｂとを有する。バレル保持具１３Ａは、レンズユニット２が固定されたバレル２１を保持する。駆動部１３Ｂは、電動式のモータ（例えば、ステッピングモータ）などによって構成され、画像処理部１２の演算処理装置１２Ｂから供給される信号Ｓ２によって駆動される。フォーカス調整部１３は、供給される信号Ｓ２に基づいて、バレル２１を図１中の矢印Ｅ１で示す方向に回転させることにより、レンズユニット２を図２中の矢印Ｅ２で示す軸方向（即ち、レーザビームＬＢの光軸と平行な方向）に移動させる。これにより、撮像面１Ａに対するレンズユニット２のフォーカスの調整、言い換えるとフォーカスの調整が行われる。以上のように、フォーカス調整部１３は、フォーカス調整手段として機能する。

画像処理部１２は、演算処理装置１２Ｂ及びモニタ装置１２Ｃを備えている。演算処理装置１２Ｂは、ＣＰＵやＲＡＭやＲＯＭなどを備えるパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等によって構成される。演算処理装置１２Ｂは、撮像素子１４Ｂから画像データＳ１を取得し、取得した画像データＳ１を画像処理する。具体的には、演算処理装置１２Ｂは、反射レーザビームＲＬＢの直接光が形成するビームスポットの面積を求める画像処理、又は反射レーザビームＲＬＢの回折光が形成する回折光像の輝度体積（画像の面積と輝度値とを乗算した値）を求める画像処理の少なくとも一方を行う。また、演算処理装置１２Ｂは、撮像素子１４Ｂから取得した画像データＳ１において、反射レーザビームＲＬＢのレーザパワーが異なる部分が、異なる色によってモニタ装置１２Ｃに表示されるような画像処理も行う。

更に、演算処理装置１２Ｂは、フォーカス調整部１３の駆動部１３Ｂを制御するための信号Ｓ２を駆動部１３Ｂに供給する。即ち、演算処理装置１２Ｂは、フォーカス調整部１３を制御して、レンズユニット２を移動させる。この場合、演算処理装置１２Ｂは、レンズユニット２を移動させつつ上記の画像処理を行い、レンズユニット２の位置とビームスポットの面積との関係、又はレンズユニット２の位置と回折光像の輝度体積との関係の少なくとも一方を求め、求められた関係に基づいてレンズユニット２の最適なフォーカス位置を決定する。

一方、モニタ装置１２Ｃは、例えば、反射レーザビーム撮像部１４で撮像された画像や、演算処理装置１２Ｂによる画像処理結果を表示する。このように、画像処理部１２は、画像処理手段として機能する。

以上のように、本実施例に係るフォーカス調整装置１００は、調整対象であるカメラモジュール５０の撮像素子１からの出力に基づいてフォーカス調整を行うのではなく、撮像素子１の撮像面１Ａに対してレーザビームＬＢを照射し、撮像面１Ａで反射した反射レーザビームＲＬＢに基づいてフォーカス調整を行う。よって、撮像素子１から出力を得るためのフォーカス調整用の信号処理回路等を撮像素子１の種類に応じて作成することなくフォーカス調整を行うことができる。したがって、本実施例に係るフォーカス調整装置１００は、調整対象であるカメラモジュール５０の撮像素子１からの出力に基づいてフォーカス調整を行う比較例に係る構成と比較すると、カメラモジュール５０に対する汎用性が高くなり、容易にカメラモジュール５０に対してフォーカス調整を行うことが可能となる。また、本実施例に係るフォーカス調整装置１００は、撮像素子１から出力を得るためのフォーカス調整用信号処理回路と撮像素子１との電気的な接続を行うことなくフォーカス調整を行うので、フォーカス調整用信号処理回路及び撮像素子１のコンタクト部分に磨耗などが生じることはない。また、撮像素子１から出力を得るための触針などの消耗部品が不要になるため、装置の安定性も向上する。

更に、本実施例に係るフォーカス調整装置１００と、テストチャートを用いてフォーカス調整する他の比較例に係る構成とを比較すると、フォーカス調整装置１００は平行光であるレーザビームＬＢを用いてフォーカス調整を行うため、装置の構成を小型化することができる。よって、フォーカス調整装置１００は、大きな作業スペースを要せずにフォーカス調整を行うことができる。

なお、レンズユニット２のフォーカス位置の調整は、演算処理装置１２Ｂが自動で行うことに限定はされず、演算処理装置１２Ｂによる画像処理の結果などをモニタ装置１２Ｃで確認しながら、フォーカス調整部１３を手動で調整（即ち、マニアル調整）することによって行うこともできる。

［フォーカス調整処理］
ここで、上記のフォーカス調整装置１００が行うフォーカス調整処理について、図３のフローチャートを用いて説明する。なお、本実施例に係るフォーカス調整処理は、前述した画像処理部１２の演算処理装置１２Ｂが主体となって行う。

まず、ステップＳ１１では、演算処理装置１２Ｂは、フォーカス調整部１３を制御して、レンズユニット２を所定の位置に移動させる。言い換えると、演算処理装置１２Ｂは、フォーカス調整処理を開始する際の開始位置に、レンズユニット２を移動させる。そして、処理はステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では、演算処理装置１２Ｂは、レーザビーム照射部１１を制御して、レーザビームＬＢをレンズユニット２に照射させる。この場合、レンズユニット２に照射されたレーザビームＬＢは、撮像素子１の撮像面１Ａで反射する。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３では、撮像素子１の撮像面１Ａで反射した反射レーザビームＲＬＢが光学ヘッド１６内に取り込まれる。取り込まれた反射レーザビームＲＬＢはビームスプリッタＢＳに入射し、ビームスプリッタＢＳで反射して反射レーザビーム撮像部１４に入射される。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ１４に進む。

ステップＳ１４では、演算処理装置１２Ｂは、反射レーザビーム撮像部１４で撮像された画像を画像処理する。具体的には、演算処理装置１２Ｂは、モニタ装置１２Ｃに表示するための表示画像を作成する画像処理を行うと共に、反射レーザビームＲＬＢの直接光が形成するビームスポットの面積を求める画像処理、又は反射レーザビームＲＬＢの回折光が形成する回折光像の輝度体積を求める画像処理の少なくとも一方を行う。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ１５に進む。

ここで、上記の演算処理装置１２Ｂによって、モニタ装置１２Ｃに表示するための画像処理が行われた画像の例を、図４を用いて具体的に説明する。図４は、反射レーザビーム撮像部１４の撮像素子１４Ｂで撮像された画像に対して、演算処理装置１２Ｂが画像処理した後の画像の例である。

図４（ａ）、（ｂ）に、演算処理装置１２Ｂが画像処理した画像Ｇ１、Ｇ２をそれぞれ示す。画像Ｇ１と画像Ｇ２は、撮像面１Ａに対してレンズユニット２を異なる位置に配置した際に得られた反射レーザビーム撮像部１４による撮像画像の例である。なお、ハッチングの濃淡の違いは、画像の輝度の大小、即ち反射レーザビームＲＬＢのレーザパワーの強弱を示している。図４に示すように、画像Ｇ１、Ｇ２には、反射レーザビームＲＬＢの直接光が形成するビームスポットＢ１、Ｂ２、及び反射レーザビームＲＬＢの回折光が形成する回折光像Ｒ１、Ｒ２が含まれている。この場合、ビームスポットＢ１と比較してビームスポットＢ２は、輝度が大きく、即ち反射レーザビームＲＬＢのレーザパワーが強く、且つ、その面積が小さいことがわかる。特に、ビームスポットＢ２においては、その中心部分のレーザパワーが強いことがわかる。更に、回折光像Ｒ１と比較して回折光像Ｒ２は、輝度が大きく、即ちレーザパワーが強く、その面積が大きいことがわかる。

上記のようなビームスポット又は回折光像に基づいて、レンズユニット２の最適なフォーカス位置を求めることができる。撮像素子１４Ｂ上に形成された像は、レンズユニット２による集光によって撮像面１Ａ上に形成された像に対応するため、例えば撮像素子１４Ｂ上に形成されたビームスポットの面積が最小になるになると、撮像面１Ａ上に形成されたビームスポットの面積も最小となる。この場合、撮像面１Ａ上に形成されたビームスポットの面積が最小になると、レンズユニット２は撮像面１Ａに対してレーザビームＬＢを最適に集光している、即ちレーザビームＬＢは合焦状態にあるといえる。したがって、撮像素子１４Ｂ上に形成されたビームスポットの面積が最小になるときのレンズユニット２の位置は、撮像面１Ａに対するレンズユニット２の最適なフォーカス位置である。

また、撮像素子１４Ｂ上に形成された回折光像の輝度体積が最大になると、撮像面１Ａ上に形成されたレーザビームＬＢによる回折光像の輝度体積も最大になる。この場合、撮像面１Ａ上に形成された回折光像の輝度体積が最大になると、レンズユニット２は撮像面１Ａに対してレーザビームＬＢを最適に集光している、即ちレーザビームＬＢは合焦状態にあるといえる。したがって、撮像素子１４Ｂ上に形成された回折光像の輝度体積が最大になるときのレンズユニット２の位置は、撮像面１Ａに対するレンズユニット２の最適なフォーカス位置である。

以上から、図４においては、画像Ｇ２を撮像したレンズユニット２の位置の方が、画像Ｇ１を撮像したレンズユニット２の位置よりも、撮像素子１Ａに対するレンズユニット２のフォーカス位置に近いということがわかる。

図３に戻って、ステップＳ１５における処理の説明を行う。ステップＳ１５では、演算処理装置１２Ｂは、レンズユニット２を移動させた量が所定量αに達したか否かを判定する。言い換えると、演算処理装置１２Ｂは、レンズユニット２を移動させた距離の総計が所定量αに達したか否かを判定する。レンズユニット２を移動させた量が所定量αに達している場合（ステップＳ１５；Ｙｅｓ）は、処理はステップＳ１７に進む。一方、レンズユニット２を移動させた量が所定量αに達していない場合（ステップＳ１５；Ｎｏ）は、処理はステップＳ１６に進む。即ち、図３に示すフォーカス調整処理の例では、レンズユニットを所定量βずつ所定量αの範囲内で移動させつつ、反射レーザビーム撮像部１４で撮像された画像に対して演算処理装置１２Ｂを繰り返すことにより、最適なフォーカス位置を決定する。

ステップＳ１６では、演算処理装置１２Ｂは、フォーカス調整部１３を制御して、レンズユニット２を所定量β（β＜α）だけ移動させる。この処理が終了すると、処理はステップＳ１３に戻り、前述したステップＳ１３〜Ｓ１５までの処理を行う。したがって、演算処理装置１２Ｂは、レンズユニット２を移動させた量が所定量αに達するまで、レンズユニット２を所定量βずつ移動させることになる。この場合、演算処理装置１２Ｂは、レンズユニット２を移動させるごとに、反射レーザビーム撮像部１４で撮像された画像に対して前述の画像処理を行う。これにより、レンズユニット２の位置とビームスポットの面積との関係、又はレンズユニット２の位置と回折光像の輝度体積との関係の少なくともいずれかが求められる。

一方、ステップＳ１７では、演算処理装置１２Ｂは、撮像面１Ａに対するレンズユニット２のフォーカス位置を決定する。この場合には、レンズユニット２を移動させた量が所定量αに達しているため、レンズユニット２の位置とビームスポットの面積との関係、又はレンズユニット２の位置と回折光像の輝度体積との関係の少なくともいずれかは求まっている。したがって、演算処理装置１２Ｂは、この関係に基づいて、レンズユニット２の最適なフォーカス位置を決定する。ステップＳ１７の処理が終了すると、処理はステップＳ１８に進む。

ステップＳ１８では、演算処理装置１２Ｂは、フォーカス調整部１３を制御して、ステップＳ１７で決定されたフォーカス位置にレンズユニット２を移動させる。以上の処理が終了すると、当該フローを抜ける。

ここで、上記したレンズユニット２の位置とビームスポットの面積との関係、及びレンズユニット２の位置と回折光像の輝度体積との関係の具体例を図５に示す。

図５（ａ）は、レンズユニット２の位置（横軸）とビームスポットの面積（縦軸）との関係を示す特性曲線Ａ１を表示している。縦軸に示したビームスポットの面積は、撮像された画像において、所定以上のレーザパワーを有する画像から求められる。よって、この面積には、レーザパワーが所定未満である画像の面積は含まれていない。特性曲線Ａ１からは、レンズユニット２が位置Ｘ１にあるときに、ビームスポットの面積が最小になっていることがわかる。よって、この位置Ｘ１が、撮像面１Ａに対するレンズユニット２の最適なフォーカス位置となる。

図５（ｂ）は、レンズユニット２の位置（横軸）と回折光像の輝度体積（縦軸）との関係を示す特性曲線Ａ２を表示している。縦軸に示した回折光像の輝度体積は、リング状部分の画像の輝度値と、その部分の面積とを乗算して得られた値である。この場合、輝度体積は、撮像された画像において、レーザパワーが所定範囲内にある部分の画像から求められる。よって、レーザパワーが強い部分やレーザパワーが弱い部分の画像は、輝度体積を求める際には用いられない。特性曲線Ａ２からは、レンズユニット２が位置Ｘ２にあるときに、回折光像の輝度体積が最大になっていることがわかる。即ち、レンズユニット２が位置Ｘ２にあるときの、回折光像の画像の面積及び輝度値が大きいといえる。よって、この位置Ｘ２が、撮像面１Ａに対するレンズユニット２の最適なフォーカス位置となる。

なお、レンズユニット２の位置とビームスポットの面積との関係、又はレンズユニット２の位置と回折光像の輝度体積との関係のいずれを用いるかは、フォーカス調整装置１００の設定によって変更することができる。例えば、回折光像は比較的レーザパワーが小さいのでレンズユニット２を移動させても差異がほとんど生じない場合があり、この場合には、回折光像の輝度体積を用いずにビームスポットの面積のみを用いて、レンズユニット２のフォーカス位置を決定することができる。また、いずれか一方の関係のみを用いずに、両方の関係を考慮して、撮像面１Ａに対するレンズユニット２の最適なフォーカス位置を決定してもよい。

このように、本実施例に係るフォーカス調整処理では、カメラモジュール５０の撮像素子１からの出力に基づいてフォーカス調整を行わずに、撮像素子１の撮像面１Ａに対してレーザビームＬＢを照射し、撮像面１Ａで反射した反射レーザビームＲＬＢに基づいてフォーカス調整を行うため、撮像素子１から出力を得るための信号処理回路等を撮像素子１の種類に応じて作成することなくフォーカス調整を行うことができる。したがって、フォーカス調整装置１００は、カメラモジュール５０の種類に影響されることなく、容易にフォーカス調整を行うことが可能となる。また、本実施例に係るフォーカス調整処理によれば、撮像素子１から出力を得るための信号処理回路と撮像素子１との電気的な接続を行うことがないので、撮像素子１のコンタクト部分に磨耗などが生じることはない。

カメラモジュールの構成及び製造方法を示す図である。 本発明の実施例に係るフォーカス調整装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施例に係るフォーカス調整処理を示すフローチャートである。 撮像された反射レーザビームの画像の具体例を示す図である。 レンズユニットを移動させたときの、ビームスポットの面積の変化及び回折光像の輝度体積の変化を示す図である。

符号の説明

１、１４Ｂ 撮像素子
１Ａ 撮像面
２ レンズユニット
１１ レーザビーム照射部
１２ 画像処理部
１２Ｂ 演算処理装置
１３ フォーカス調整部
１４ 反射レーザビーム撮像部
１６、１６ａ 光学ヘッド
５０ カメラモジュール
１００ フォーカス調整装置
Ｌ レーザ光源
ＬＢ レーザビーム
ＲＬＢ 反射レーザビーム

Claims (4)

1. 少なくとも一以上のレンズを有するレンズユニットを、撮像素子の撮像面に対してフォーカス調整するフォーカス調整装置であって、
   レーザビームを前記レンズユニットに対して照射し、前記撮像面に集光させるレーザビーム照射手段と、
   前記撮像面で反射した前記レーザビームの反射レーザビームが照射され、当該反射レーザビームを撮像する反射レーザビーム撮像手段と、
   撮像された前記反射レーザビームを画像処理する画像処理手段と、
   前記画像処理手段による画像処理の結果に基づいて、前記レンズユニットの前記撮像面に対する距離又は姿勢の少なくとも一方を調整するフォーカス調整手段と、を備えることを特徴とするフォーカス調整装置。
2. 前記画像処理手段は、前記反射レーザビームの直接光が前記撮像手段上に形成した像の面積を求め、
   前記フォーカス調整手段は、前記面積が最小となる位置に前記レンズユニットを固定することを特徴とする請求項１に記載のフォーカス調整装置。
3. 前記画像処理手段は、前記反射レーザビームの回折光が前記撮像手段上に形成した像において、当該像の面積と輝度値とを乗算して求められる輝度体積を求め、
   前記フォーカス調整手段は、前記輝度体積が最大となる位置に前記レンズユニットを固定することを特徴とする請求項１又は２に記載のフォーカス調整装置。
4. 少なくとも一以上のレンズを有するレンズユニットを、撮像素子の撮像面に対してフォーカス調整するフォーカス調整方法であって、
   レーザビームを前記レンズユニットに対して照射し、前記撮像面に集光させるレーザビーム照射工程と、
   前記撮像面で反射した前記レーザビームの反射レーザビームが照射され、当該反射レーザビームを撮像する反射レーザビーム撮像工程と、
   撮像された前記反射レーザビームを画像処理する画像処理工程と、
   前記画像処理工程における画像処理の結果に基づいて、前記レンズユニットの前記撮像面に対する距離又は姿勢の少なくとも一方を調整するフォーカス調整工程と、を備えることを特徴とするフォーカス調整方法。
   

Images