JP2013198053A - カメラモジュールの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】結像面全体に焦点が合うように製造時に画像センサに対するレンズ部の傾き量を調整する動的解像度測定時間をより短くする。
【解決手段】被写体からの画像光を光電変換して撮像する画像センサ1に対して画像光を集光するレンズ部としてのレンズバレル2の取付時の傾き量を調整するレンズ部調整工程を有し、レンズ部調整工程は、レンズバレル2の傾き量毎に画像センサ1における結像画像の解像度を結像面上の複数箇所で測定し、レンズバレル2の傾き量に対する解像度(コントラスト)の関係を複数得、複数得られた傾き量と解像度との関係から係数を求めて近似関数を導き出し、近似関数を用いて結像面全体に焦点が合うレンズバレル2の取付時の傾き量を求める。
【選択図】図3
【解決手段】被写体からの画像光を光電変換して撮像する画像センサ1に対して画像光を集光するレンズ部としてのレンズバレル2の取付時の傾き量を調整するレンズ部調整工程を有し、レンズ部調整工程は、レンズバレル2の傾き量毎に画像センサ1における結像画像の解像度を結像面上の複数箇所で測定し、レンズバレル2の傾き量に対する解像度(コントラスト)の関係を複数得、複数得られた傾き量と解像度との関係から係数を求めて近似関数を導き出し、近似関数を用いて結像面全体に焦点が合うレンズバレル2の取付時の傾き量を求める。
【選択図】図3
Description
本発明は、携帯電話装置の小形電子機器に搭載されるカメラモジュールにおいて、レンズバレルの取り付け角度を最適に調整して固定するレンズバレル最適化調整方法を含むカメラモジュールの製造方法に関する。
従来のカメラモジュールにおいて、レンズ部を構成するレンズバレルの固定にも製造上のバラツキがあり、画像センサとの組み合わせによっては、画像面中央に焦点が合っているが画像面右側の焦点は合っていないなど、トータル性能がスペックを外れる場合が生じる。小形のカメラモジュール製造時にレンズバレルからセンサへの結像の解像度を、レンズバレルの傾きを変えて動的に測定しながら、画像センサに対してレンズバレルを最適角度に調整して固定する方法が有効である。
特許文献1〜4では撮像モジュールの製造装置を用いて、画像センサに対してレンズバレルを最適角度に調整して固定する方法が開示されている。
ところが、上記従来の構成では、被写体からの画像光がレンズバレルを通して画像センサへの結像の解像度を、画像センサに対するレンズバレルの傾きを変化させて動的に測定することから、そのレンズバレルの傾きを決めるのに調整時間が長くなり過ぎ、レンズバレルの傾きの最適化調整を行う費用対効果が低くなってしまう。
また、従来、このような最適化調整を行わずに、レンズバレルを単に平行搭載するだけでも、レンズバレルの実力で最適化調整なしでもある程度の不良率に収まることを想定した製造方法になっている。
特許文献1に撮像モジュールの製造装置が開示されているが、レンズバレルの取り付け調整の高速化に関するものではなく、特許文献1ではカメラモジュール製造時の動的解像度測定時間を短縮することができないという問題があった。
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、結像面全体に焦点が合うように製造時に画像センサに対するレンズ部の傾き量を調整する動的解像度測定時間をより短くすることができるカメラモジュールの製造方法を提供することを目的とする。
本発明のカメラモジュールの製造方法は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する画像センサに対して該画像光を集光するレンズ部の取付時の傾き量を調整するレンズ部調整工程を有し、該レンズ部調整工程は、該レンズ部の傾き量毎に該画像センサにおける結像画像の解像度を結像面上の複数箇所で測定し、該レンズ部の傾き量に対する該解像度の関係を複数得、複数得られた該傾き量と該解像度との関係から係数を求めて近似関数を導き出し、該近似関数を用いて該結像面全体に焦点が合うレンズ部の傾き量を求めるものであり、そのことにより上記目的が達成される。
また、好ましくは、本発明のカメラモジュールの製造方法におけるレンズ部調整工程は、前記画像センサに対する前記レンズ部の傾き量を、所定角度上向き、水平方向、所定角度下向き、所定角度右向きおよび所定角度左向きのうちの少なくとも該所定角度上向き、該水平方向および該所定角度下向きに可変し、該レンズ部と該画像センサとの距離を変化させて前記結像面上の複数箇所の結像画像に対する解像度を該傾き量毎に測定して、該レンズ部の傾き量対解像度データを複数得る。
さらに、好ましくは、本発明のカメラモジュールの製造方法における複数の傾き量対解像度データから、前記結像面上の複数箇所の最高解像度が得られる焦点位置の前記近似関数を求め、各データの最高解像度が得られる焦点位置の分散が最も少ない傾き量に前記レンズ部の傾き量を設定する。
さらに、好ましくは、本発明のカメラモジュールの製造方法におけるレンズ部の傾き量に対する前記結像面上の複数箇所の最高解像度の乖離幅の複数のデータから前記近似関数を求める。
さらに、好ましくは、本発明のカメラモジュールの製造方法における近似関数は前記レンズ部の傾き量に対する前記最高解像度の乖離幅の関係を有し、該乖離幅が最も小さい傾き量を前記レンズ部の最適な傾き量とする。
さらに、好ましくは、本発明のカメラモジュールの製造方法における近似関数は2次関数または3次関数であり、前記最高解像度の乖離幅の極小値に対する傾き量を前記レンズ部の最適な傾き量とする。
上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。
本発明においては、被写体からの画像光を光電変換して撮像する画像センサに対して画像光を集光するレンズ部の取付時の傾き量を調整するレンズ部調整工程を有し、レンズ部調整工程は、レンズ部の傾き量毎に画像センサにおける結像画像の解像度を結像面上の複数箇所で測定し、レンズ部の傾き量に対する解像度の関係を複数得、複数得られた傾き量と解像度との関係から係数を求めて近似関数を導き出し、近似関数を用いて結像面全体に焦点が合うレンズ部の傾き量を求める。
これによって、傾き量と解像度との関係から係数を求めて近似関数を導き出し、近似関数を用いて結像面全体に焦点が合うレンズ部の傾き量を求めることにより、結像面全体に焦点が合うように製造時に画像センサに対するレンズ部の傾き量を調整する動的解像度測定時間をより短くすることが可能となる。
したがって、最適化調整を行わずにレンズバレルを平行搭載しても、レンズの実力で最適化調整なしでもある程度の不良率に収まるが、以上のように動的解像度測定時間が短くなると、100パーセント調整が可能になり、該当不良率も限りなく0パーセントに近づく。
以上により、本発明によれば、傾き量と解像度との関係から係数を求めて近似関数を導き出し、近似関数を用いて結像面全体に焦点が合うレンズ部の傾き量を求めるため、結像面全体に焦点が合うように製造時に画像センサに対するレンズ部の傾き量を調整する動的解像度測定時間をより短くすることができる。
以下に、本発明のレンズバレル最適化調整方法を含むカメラモジュールの製造方法の実施形態1について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図における構成部材のそれぞれの厚みや長さなどは図面作成上の観点から、図示する構成に限定されるものではない。
(実施形態1)
図1は、本実施形態1のカメラモジュールの製造方法におけるレンズバレル最適化調整方法の基本原理について説明するための図である。
図1は、本実施形態1のカメラモジュールの製造方法におけるレンズバレル最適化調整方法の基本原理について説明するための図である。
図1において、本実施形態1のカメラモジュールの製造方法は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する画像センサ1に画像光を集光するレンズ部としてのレンズバレル2(またはレンズホルダ)の取り付け方向を最適化して固定するレンズバレル最適化調整工程を有し、レンズバレル最適化調整工程は、レンズバレル2の取り付け方向毎(傾き量毎)の結像画像の解像度を結像面上の複数箇所(ここでは中央とその周辺位置の5箇所)測定し、その傾き量毎にレンズバレルの傾き量とそのときの結像画像の解像度との関係を複数得、複数得られた傾き量と解像度との関係から自己相関係数を求める関数を導き出し、導き出した関数を用いて結像面全体に焦点が合うレンズバレル2の取り付け方向(傾き量)を求める。これによって、従来のような最適位置検索動作なしで、結像面全体に焦点が合うレンズバレル2の取り付け方向の最適化位置への調整が短時間で可能になる。
画像センサ1に対してレンズ部としてのレンズバレル2を、傾き量とし上向き、水平方向、下向き、右向きおよび左向きなどに順次変化させ、レンズバレル2が水平方向でのチャート上の5エリアの解像度ABCDEを測定する。同様に、レンズバレル2をT+方向でチャート上の5エリアの解像度ABCDEを測定し、以後、T−方向でチャート上の5エリアの解像度ABCDEを測定し、R+方向でチャート上の5エリアの解像度ABCDEを測定し、R−方向でチャート上の5エリアの解像度ABCDEを測定して合計25箇所のデータを得る。
各5エリアでの解像度ABCDE測定結果を二次近似関数に当てはめ、5方向の傾きに対する各5エリアの推定最適焦点位置を求める。さらに、集められた各5エリア間の推定最適焦点位置の乖離幅(分散値)を計算しておく。得られた乖離度(分散値)とT±方向の傾き量を最小二乗式近似した解は乖離幅(分散値)が最も少ないT±方向の傾きとなり、同様にR±方向の傾き量も最小二乗式近似し、2方向の予測値を併用することにより、レンズバレル2の乖離幅(分散値)が最もすくなくなる傾きを予測することができる。
予測された乖離幅(分散値)が最も少ない角度にレンズバレル2の傾きを設定する。レンズバレル2は、アクチュエータとスイベルステージにより分オーダの傾きで正確に取り付けることができるが、画像センサ1に対してレンズバレル2を傾けて配置する際に、アクチュエータでレンズバレル2を保持し、これに対して画像センサ1の撮像面側を傾けて、各エリアの解像度のSFR値を測定している。その測定後、レンズバレル2の最適な傾き量で、アクチュエータとスイベルステージにより分オーダの傾きで正確に取り付けることができる。
即ち、画像センサ1に対するレンズバレル2の傾き量を上向き、水平方向、下向きなどレンズバレル2の取り付け方向を可変し、その結像画像に対して焦点が合っているかどうかを示す解像度(コントラスト)を示すSFR状態を例えば上記3点で調べて、画像センサ1の撮像面全体の解像度が良好かどうかを判定する。要するに、SFR状態として、画像センサ1に対してレンズバレル2の傾きを保持した状態でレンズバレル2と画像センサ1との距離を変化させて解像度のSFR値を調べ、SFR値のピーク位置(フォーカス位置)で解像度のSFR値が高くなって焦点が合っている。
図1の上側では、レンズバレル2の傾きを上向きにした場合、焦点合わせのデフォーカス位置に対して、上2エリアの解像度ACのSFR値のピーク位置でまず焦点が合い、次に、中央エリアの解像度Eのピーク位置で焦点が合い、さらに、下2エリアの解像度BDのピーク位置で焦点が順次合うが、中央エリアの解像度EのSFR値のピーク位置で焦点を合わそうとすると、中央エリアの解像度Eのピーク値は上2エリアの解像度ACに近いが、下2エリアの解像度BDのピーク値は中央エリアの解像度Eのピーク値から離れていることから、下2エリアの解像度BDが片ボケする。この良否判定はNGである。
次に、図1の中央では、レンズバレル2の傾きを水平方向に設定した場合、デフォーカス位置に対して、上2エリアの解像度ACにまずSFR値のピーク位置で焦点が合い、次に、中央エリアの解像度EのSFR値のピーク位置で焦点が合い、さらに、下2エリアの解像度BDに焦点が合うが、中央エリアの解像度EのSFR値のピーク位置で焦点を合わそうとすると、上2エリアの解像度ACと下2エリアの解像度BDとの各SFR値のピーク位置が互いに離れていて合致していないことから、上下4エリアの解像度ACおよびBDが両ボケしている。これも良否判定はNGである。
さらに、図1の下側では、レンズバレル2の傾きを下向きにした場合、略同じデフォーカス位置に対して、上2エリアの解像度AC、中央1エリアの解像度Eおよび下2エリアの解像度BDの各SFR値のピーク位置が同じ焦点位置で略同時に焦点が合う。このときの良否判定はOKである。このときのレンズバレル2の傾きをレンズバレル最適化方向として調整して固定化する。
本実施形態1では、従来のような最適位置検索動作なしで、前述したようにレンズバレル2の傾きを最適に調整する。
即ち、結像画像の解像度を数箇所(ここでは中央とその周囲のA〜Eの5箇所)測定し、レンズバレル2の傾き量と解像度(SFR状態)の関係を得、得られた傾き量と解像度の関係から二次近似関数を用いて最高解像度が得られる焦点位置の予測し、最小二乗法の自己相関値で求めた乖離幅(分散値)が最小になる多項式を導き出すことにより、従来のような最適位置検索動作なしで、レンズバレル2の最適取り付け位置への方向調整が短時間で可能になる。
通常は、レンズバレル2の搭載時の光学中心位置ずれにより、画像センサ1上の場所により結像画像の解像度(SFR状態)に差が生じ、片ボケなどの現象が発生する。この片ボケを防止するためには、図2に示すように画像センサ1に対するレンズバレル2の方向を動的に確認しながら、レンズバレル2の傾き調整を行う方法(アクティブアライメント)が有効であるが、解像度をその都度確認し検索しながらのレンズバレル2の角度調整動作になるため、このような従来方法では時間がかかり過ぎて長時間となる。レンズバレル2の角度調整動作は、レンズバレル2をスイープ(揺動)させて、焦点が合致するところ(SFR状態のピーク位置)でレンズバレル2を固定化する。
図3は、本実施形態1のカメラモジュールの製造方法におけるレンズバレル最適化調整方法の具体例を説明するための図である。
図3において、画像センサ1に対してレンズバレル2の傾きを、上向き、水平方向、下向きなど揺動させながら、レンズバレル2の水平方向でのチャート上の5エリアの解像度ABCDEを測定するため、1回の解像度のSFR測定時でも、数十回分の画像データを検索する必要がある。精密に測定するためには、レンズバレル2のスイープ回数(揺動回数)を増やすことになるが、このため、レンズバレル2のスイープを繰り返す毎に測定時間が長くかかってしまう。レンズバレル2を揺動させながら、3種類のレンズバレル2の傾きに対してチャート上の5エリアの解像度ABCDEを測定し、中心解像度Eと他の箇所の解像度ABCDのピーク値(SFR状態のピーク値)間の距離を乖離度(乖離幅)として保持する。
画像センサ1に対するレンズバレル2の傾きに対して、乖離幅(分散値)を2次式などの多項式に近似することにより、各解像度のピーク値が理論的に合致するレンズバレル2の傾きを求めることができ、このレンズバレル2の傾きにレンズバレル2の向きを固定することができる。
本実施形態1のカメラモジュールの製造方法におけるレンズバレル最適化調整方法を更に具体的に説明する。
図3に示すように、上2エリアの解像度ACのSFR値のピーク位置の中心線C1、中央エリアの解像度EのSFR値のピーク位置の中心線C2および、下2エリアの解像度BDのSFR値のピーク位置の中心線C3としている。下2エリアの解像度BDのピーク値(中心線C3)は中央エリアの解像度Eのピーク値(中心線C2)から離れていることから、中央エリアの解像度Eの中心線C2と下2エリアの解像度BDの中心線C3との距離を乖離Xデータとし、中央エリアの解像度Eの中心線C2と上2エリアの解像度ACの中心線C1との距離を乖離Yデータとする。
画像センサ1に対するレンズバレル2の傾きを上向きにした図3の上側の場合、レンズバレル2の傾きが「10分」でその解像度ピーク間距離の測定結果の乖離Xデータが「−4」、乖離Yデータが「3」である。乖離幅を乖離Yデータ−乖離Xデータとすると、乖離幅は「7」となる。下2エリアの解像度BDの中心線C3が中央エリアの解像度Eの中心線C2に対して「4」離れており、中央エリアの解像度Eに焦点を合わせると、下2エリアの解像度BDが片ボケする。この良否判定はNGである。
次に、レンズバレル2の傾きを水平方向にした図3の中央の場合、レンズバレル2の傾きが「0分」でその解像度ピーク間距離の測定結果が乖離Xデータが「−1」、乖離Yデータが「1」である。乖離幅を乖離Yデータ−乖離Xデータとして、乖離幅は「2」となって間が広がっている。上2エリアの解像度ACの中心線C1と下2エリアの解像度BDの中心線C3とが乖離幅「1」で広がって各SFR値のピーク位置が離れて合致していないことから、焦点を中央エリアの解像度Eの中心線C2に合わせると、上下4エリアの解像度ACおよびBDは両ボケする。この良否判定もNGである。
さらに、レンズバレル2の傾きを下向きにした図3の下側の場合、レンズバレル2の傾きが「−10分」でその解像度ピーク間距離の測定結果として乖離Xデータが「−3」、乖離Yデータが「0.5」である。乖離幅を乖離Yデータ−乖離Xデータとして、乖離幅は「3.5」となって互いに中心線C1〜C3がレンズバレル2の傾き1以内に近接している。上2エリアの解像度ACの中心線C1と、中央エリアの解像度Eの中心線C2と、下2エリアの解像度BDの中心線C3とが互いに近接していることから、焦点を中央エリアの解像度Eの中心線C2に合わせると、上下4エリアの解像度ACおよびBDに焦点が略合う。この良否判定はOK(良)である。
略同じデフォーカス位置に対して、上2エリアの解像度AC、中央エリアの解像度Eおよび下2エリアの解像度BDの各SFR値のピーク位置(中心線C1〜C3)で略同時に同デフォーカス位置で焦点が合う。このときのレンズバレル2の傾きをレンズバレル最適化方向として調整してレンズバレル2を固定化する。
図4は、図3のレンズバレル2の傾きに対する乖離幅(分散値)を2次式に近似した場合の図である。
図4に示すように、図3のレンズバレル2の傾きに対する乖離幅(分散値)を2次式に近似すると、Y=aX2+bX+cの一般式に図3の3点座標を代入して係数a,b,cを求めると、Y=0.0325X2+0.175X+2になり、図4のような2次曲線に近似することができる。この上に凹の2次曲線の極小値は、レンズバレル2の傾きX=−2.69でそのときの乖離幅Yが「1.76」となる。これをレンズバレル最適化方向としてレンズバレル2の向きを調整して固定化する。図5の場合はレンズバレル2の傾き量θは−2.69分で、乖離Xデータが「−0.5」、乖離Yデータが「0.2」であり、乖離幅が乖離Yデータ−乖離Xデータとして、乖離幅は「0.7」である。
したがって、本実施形態1によれば、被写体からの画像光を光電変換して撮像する画像センサ1に対して画像光を集光するレンズ部としてのレンズバレル2の取付時の傾き量を調整するレンズ部調整工程を有し、レンズ部調整工程は、レンズバレル2の傾き量毎に画像センサ1における結像画像の解像度を結像面上の複数箇所で測定し、レンズバレル2の傾き量に対する解像度(コントラスト)の関係を複数得、複数得られた傾き量と解像度との関係から係数を求めて近似関数を導き出し、近似関数を用いて結像面全体に焦点が合うレンズバレル2の取付時の傾き量を求める。
これによって、傾き量と解像度との関係から係数を求めて近似関数を導き出し、近似関数を用いて結像面全体に焦点が合うレンズバレル2の傾き量を求めることにより、結像面全体に焦点が合うように製造時に画像センサ1に対するレンズバレル2の傾き量を調整する動的解像度測定時間をより短くすることができる。
したがって、最適化調整を行わずにレンズバレル2を平行搭載しても、レンズバレル2の実力で最適化調整なしでもある程度の不良率に収まるが、以上のように動的解像度測定時間が短くなると、100パーセント調整が可能になり、該当不良率も限りなく0パーセントに近づく。
なお、本実施形態1では、特に説明しなかったが、カメラモジュールの全数において、レンズバレル2の傾きに対する解像度を測定し、これを多項式に近似し、これを用いてレンズバレル2の最適な傾きに固定化したが、これに限らず、最適化調整を行わずに、レンズバレルを単に平行搭載するだけでも、レンズバレルの実力で最適化調整なしでもある程度の不良率に収まるが、このとき、レンズバレル2の傾きに対する解像度を測定してこれの良否判定をして、不良判定されたカメラモジュールのレンズバレル2の傾き修正することにより、歩留まりを向上させることができる。
以上のように、本発明の好ましい実施形態1を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態1に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態1の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
本発明は、携帯電話装置の小形電子機器に搭載されるカメラモジュールにおいて、レンズバレルを最適化角度調整して固定するレンズバレル最適化調整方法を含むカメラモジュールの製造方法の分野において、傾き量と解像度との関係から係数を求めて近似関数を導き出し、近似関数を用いて結像面全体に焦点が合うレンズ部の傾き量を求めるため、結像面全体に焦点が合うように製造時に画像センサに対するレンズ部の傾き量を調整する動的解像度測定時間をより短くすることができる。
1 画像センサ
2 レンズバレル(レンズ部)
2 レンズバレル(レンズ部)
Claims (6)
- 被写体からの画像光を光電変換して撮像する画像センサに対して該画像光を集光するレンズ部の取付時の傾き量を調整するレンズ部調整工程を有し、該レンズ部調整工程は、該レンズ部の傾き量毎に該画像センサにおける結像画像の解像度を結像面上の複数箇所で測定し、該レンズ部の傾き量に対する該解像度の関係を複数得、複数得られた該傾き量と該解像度との関係から係数を求めて近似関数を導き出し、該近似関数を用いて該結像面全体に焦点が合うレンズ部の傾き量を求めるカメラモジュールの製造方法。
- 前記レンズ部調整工程は、前記画像センサに対する前記レンズ部の傾き量を、所定角度上向き、水平方向、所定角度下向き、所定角度右向きおよび所定角度左向きのうちの少なくとも該所定角度上向き、該水平方向および該所定角度下向きに可変し、該レンズ部と該画像センサとの距離を変化させて前記結像面上の複数箇所の結像画像に対する解像度を該傾き量毎に測定して、該レンズ部の傾き量対解像度データを複数得る請求項1に記載のカメラモジュールの製造方法。
- 前記複数の傾き量対解像度データから、前記結像面上の複数箇所の最高解像度が得られる焦点位置の前記近似関数を求め、各データの最高解像度が得られる焦点位置の分散が最も少ない傾き量に前記レンズ部の傾き量を設定する請求項2に記載のカメラモジュールの製造方法。
- 前記レンズ部の傾き量に対する前記結像面上の複数箇所の最高解像度の乖離幅の複数のデータから前記近似関数を求める請求項3に記載のカメラモジュールの製造方法。
- 前記近似関数は前記レンズ部の傾き量に対する前記最高解像度の乖離幅の関係を有し、該乖離幅が最も小さい傾き量を前記レンズ部の最適な傾き量とする請求項4に記載のカメラモジュールの製造方法。
- 前記近似関数は2次関数または3次関数であり、前記最高解像度の乖離幅の極小値に対する傾き量を前記レンズ部の最適な傾き量とする請求項5に記載のカメラモジュールの製造方法。
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