JP2015072444A

JP2015072444A - 立体によるピント調整方法及びそのシステム

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Publication number: JP2015072444A
Application number: JP2014039238A
Authority: JP
Inventors: ユン−シャンチェン; Yung Shang Chen; ホアン−フォンチャン; Huang Feng Chang; シー−タイホアン; Shih Tai Huang
Original assignee: Chicony Electronics Co Ltd
Current assignee: Chicony Electronics Co Ltd
Priority date: 2013-10-03
Filing date: 2014-02-28
Publication date: 2015-04-16
Also published as: TWI489164B; TW201514569A; CN104516170B; CN104516170A

Abstract

【課題】立体によるピント調整方法及び立体によるピント調整システムを提供することを課題とする。
【解決手段】本発明は、カメラモジュールを所定位置に合焦させるように前記カメラモジュールのフォーカスポイントを調整する立体によるピント調整方法を提供する。該方法は、トップ部を備える錐体を提供し、且つ、該錐体のトップ部と該カメラモジュールとの間が距離を隔て、該錐体のトップ部を該カメラモジュールの光軸と大まかに揃えることと、該カメラモジュールのフォーカスポイントを調整することで、第１画像を形成し、該第１画像において、該錐体の画像の一部が鮮明であることと、該第１画像に基づき、該カメラモジュールが該第１画像を形成する時のフォーカスポイントの位置を算出することと、該第１画像を形成した後の該カメラモジュールのフォーカスポイントを調整することと、を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、ピント調整方法及びピント調整システムに関し、特に、３Ｄ物体を利用したピント調整方法及びピント調整システムに関する。

カメラモジュールは、カメラ、携帯電話、タブレット型コンピュータ及びノートパソコン等の機器の内部に内蔵された撮像アセンブリで、レンズとイメージセンサーと回路板とコネクタ等の主要構成要素を含む。上記電子機器に取り付けられる前に、カメラモジュールを所定位置に合焦させるようにカメラモジュールのフォーカスポイントを調整する（カメラモジュール内におけるレンズとイメージセンサー間の距離によりピント合わせ位置が決定される）必要がある。例えば、携帯電話に使用されるカメラモジュールのフォーカスポイント位置は、カメラモジュールから６０ｃｍの距離の箇所に予め設定する。よって携帯電話に取り付けられる前に該カメラモジュールのフォーカスポイントは、上記所定位置に調整される必要がある。この過程はモジュールのピント調整と呼ばれる。一般的によく見られるカメラモジュールについて言うと、モジュールのピント調整過程は、カメラモジュール内のレンズを回してカメラモジュール内のレンズとイメージセンサーの相対距離を変更させることである。調整の過程において該所定位置（上記携帯電話を例とすると、カメラモジュールから６０ｃｍの距離の箇所）にある物体の画像が、不鮮明から徐々に鮮明になる。

カメラモジュールのピント調整は、一般的に機器或いは手動でレンズをレンズホルダに回して配置し、カメラモジュール上方の所定の合焦位置に平面テストチャート（図面の図８）が設けられており、次にレンズ上のピントリングを回し、スクリーン内のテストチャートの画像を観察して、画像が一定の鮮明度に達すると、レンズの回転を停止して、ピント調整のプロセスを終え、これが平面ピント調整方法である。平面のピント調整方法において、一枚の平面テストチャートを使用することができるし、または異なる位置に設置した複数枚の平面テストチャートを使用して、１枚ごとにピント調整及びテストを行うこともできる。平面のピント調整方法は、現在業界の主流となっているピント調整の方式で、その利点はハードウェア設備が簡単で、投資金額も比較的少なく済み、また異なる装置、異なる機種のモジュールに対し、ピント調整設備を速やかに調整できることである。その主な欠点は、必要とするスペースが比較的大きく取られ、例えば所定の合焦位置がカメラモジュールから２ｍ離れた場所の場合、平面テストチャート及びカメラモジュールを設置するのに、最短２ｍの長さのスペースが必要とされる。更に、複数枚の平面テストチャートを使用したシステムにおいて、全体的なピント調整過程が、フォーカスポイントの調整とプログラムによる画像判読の間、何度も繰り返され、ピント調整過程が長いすぎるため、アウトプットがアップできない。

別の種類の比較的先進的なピント調整方法として逆投影のピント調整方法があり、該方法は、ピント調整がまだなされていないカメラモジュールの光軸上に設置する高倍率のルーペを必要とする。その操作方法は該高倍率のルーペと該カメラモジュールの距離を調整し、カメラモジュール内のイメージセンサー前方のカラーフィルタＲＧＢ３原色のパターンを鮮明にして結像させ、その後該高倍率のルーペと該カメラモジュールの間隔を自動プログラムにフィードバックし、計算後調整信号を生成し、ピントリングを最適なピント合わせ位置に一度で回す。この方法は、速やかにカメラモジュールのピント調整を終え、そのアウトプットをアップできるが、逆投影のピント調整方法の設備は、比較的高価で、且つこのピント調整方法は、画像の中心のみに対し最適なピント調整を行うことができるが、画像の周縁に配慮できない。

上述を取りまとめると、現在業界に同時に設備が簡単で、所要スペースが小さく、調整過程が迅速で且つ柔軟性等の複数の利点を持つカメラモジュールのピント調整方法が欠乏してきたため、モジュールのピント調整のコストとアウトプットの両方に配慮できないでいた。

台湾特許第Ｉ３０７８０５号明細書台湾実用新案第Ｍ３７９７５８号明細書米国特許出願公開第２０１２／０２２９６５２号明細書

本発明は、従来の技術の諸欠点に鑑みてなされたものであり、モジュールのピント調整のコストを削減し、同時にそのアウトプットを増やし、且つテスト設備の所要スペースを効果的に縮小できる立体によるピント調整方法を提供することを目的とする。

本発明は、カメラモジュールを所定位置に合焦させるように前記カメラモジュールのフォーカスポイントを調整する立体によるピント調整方法を提供する。該方法は、トップ部を備える錐体を提供し、且つ該錐体のトップ部と該カメラモジュールとの間が距離を隔て、該錐体のトップ部を該カメラモジュールの光軸と大まかに揃えることと、該カメラモジュールのフォーカスポイントを調整することで、第１画像を形成し、該第１画像において、該錐体画像の一部が鮮明であることと、該第１画像に基づき、該カメラモジュールが該第１画像を形成する時のフォーカスポイントの位置を算出することと、該第１画像を形成した後の該カメラモジュールのフォーカスポイントを調整することと、を含む。

好ましくは、本発明で提供する立体によるピント調整方法は、第２画像を形成し、該第２画像において、該錐体の画像の別の部分が鮮明であることと、該第２画像に基づき、該カメラモジュールが該第２画像を形成する時のフォーカスポイントの位置を算出することと、該第２画像を形成した後の該カメラモジュールのフォーカスポイントを該所定位置まで調整することと、を更に含む。

好ましくは、本発明で提供する立体によるピント調整方法において、該錐体のトップ部と該カメラモジュールとの間隔の距離は、該カメラモジュールの最短合焦距離より大きいか又は最短合焦距離に等しい。

好ましくは、本発明で提供する立体によるピント調整方法において、該第２画像を形成した後の該カメラモジュールのフォーカスポイント距離を、該第２画像のフォーカスポイント距離より遠くなるように調整する。

好ましくは、本発明で提供する立体によるピント調整方法において、該錐体が軸心を有し、該トップ部が該軸心の上に位置し、且つ該錐体の構造が該軸心に対して対称となる。
好ましくは、本発明で提供する立体によるピント調整方法において、該カメラモジュールは短辺を有するイメージセンサーを含み、該錐体が底部を備え、該錐体の底部の該イメージセンサーにおける結像は、イメージセンサーの短辺を完全に覆うことができる。

好ましくは、本発明で提供する立体によるピント調整方法において、該錐体の該トップ部と該カメラモジュールとの間隔の該固定距離は５ｃｍ〜２０ｃｍとする。
好ましくは、本発明で提供する立体によるピント調整方法において、合焦させる該所定位置と該カメラモジュールの距離が６０ｃｍを下回る。

好ましくは、本発明で提供する立体によるピント調整方法において、合焦させる該所定位置と該カメラモジュールの距離は６０ｃｍ〜１ｍとする。
好ましくは、本発明で提供する立体によるピント調整方法において、合焦させる該所定位置と該カメラモジュールの距離が、１ｍを上回る。

好ましくは、本発明で提供する立体によるピント調整方法において、該カメラモジュールと該錐体の間に補正用レンズモジュールが設けられている。
好ましくは、本発明で提供する立体によるピント調整方法において、該錐体が多角形或いは円形の断面を備える。

好ましくは、本発明で提供する立体によるピント調整方法において、該錐体は内側に凹陥する錐体とすることができる。
好ましくは、本発明で提供する立体によるピント調整方法において、該錐体の表面が白黒交互模様を有する。

好ましくは、本発明で提供する立体によるピント調整方法において、該錐体の表面が目盛りを有する。
本発明は、更に、カメラモジュールを所定位置に合焦させるように前記カメラモジュールのフォーカスポイントを調整するための立体によるピント調整システムを提供する。該システムは該カメラモジュールにより１個或いは複数個の合焦位置で錐体の画像を１枚又は複数枚撮影されるトップ部を備える錐体と、該１枚又は複数枚の画像を受信並びに分析することで、該１枚又は複数枚の画像に対応する該カメラモジュールの該１個或いは複数個の合焦位置を計算し、これをもって調整信号を生成する計算モジュールと、該調整信号を受信することで、該カメラモジュールのフォーカスポイントを該所定位置となるように調整する自動調整モジュールと、を含む。

好ましくは、本発明で提供する立体によるピント調整システムにおいて、該錐体のトップ部と該カメラモジュールとの間隔の距離が、該カメラモジュールの最短合焦距離より大きいか又は最短合焦距離に等しい。

好ましくは、本発明で提供する立体によるピント調整システムにおいて、該所定位置に対応する該カメラモジュールの合焦距離が、該１枚又は複数枚の画像に対応する該カメラモジュールの合焦距離より大きい。

好ましくは、本発明で提供する立体によるピント調整システムにおいて、該錐体が軸心を有し、該トップ部が該軸心の上に位置し、且つ該錐体の構造が該軸心に対して対称となる
好ましくは、本発明で提供する立体によるピント調整システムにおいて、該１枚又は複数枚の画像において、該錐体の一部が鮮明である。

好ましくは、本発明で提供する立体によるピント調整システムにおいて、該カメラモジュールは短辺を有するイメージセンサーを含み、該錐体が底部を備え、該カメラモジュールが該錐体の１枚又は複数枚の画像を撮影しているときに、該錐体の底部の結像はイメージセンサーの短辺を完全に覆うことができる。

好ましくは、本発明で提供する立体によるピント調整システムにおいて、該錐体の該トップ部と該カメラモジュールとの間隔の該固定距離は５ｃｍ〜２０ｃｍとする。
好ましくは、本発明で提供する立体によるピント調整システムにおいて、該錐体が多角形或いは円形の断面を備える。

好ましくは、本発明で提供する立体によるピント調整システムにおいて、該錐体の表面が白黒交互模様を有する。
好ましくは、本発明で提供する立体によるピント調整システムにおいて、該錐体の表面が目盛りを有する。

好ましくは、本発明で提供する立体によるピント調整システムにおいて、該カメラモジュール及び該錐体の間に補正用レンズモジュールが設けられている。
好ましくは、本発明で提供する立体によるピント調整システムにおいて、該錐体は内側に凹陥する錐体とすることができる。

本発明に係る立体によるピント調整方法におけるピント調整に用いる錐体を例示する図である。本発明に係る立体によるピント調整システムを例示した図である。本発明に係る第１の実施例における、錐体の結像を示す模式図である。本発明立体によるピント調整方法における、錐体の実際の結像である。本発明に係る立体によるピント調整方法における、錐体の別の実際の結像である。本発明に係る立体によるピント調整方法における、別種のピント調整に用いる錐体を例示した図である。図５Ａに示す錐体の結像を示す模式図である。本発明に係る立体によるピント調整方法における、更なる別種のピント調整に用いる錐体を例示した図である。錐体を利用して本発明に係る立体によるピント調整方法を実施する際の設置側面図である。内側に凹陥する錐体を利用して本発明に係る立体によるピント調整方法を実施する際の設置側面図である。従来技術の平面ピント合わせの方法で使用する標準テストチャートを例示した図である。

本発明を含む好ましい実施例及び図面を参照して本発明を十分説明するが、この説明により当業者は、本文内で記載される発明の修正を加え得るものであることを、理解されるべきである。よって、以下の記載では、当業者に対し幅広く開示し、且つその内容によって、本発明が限定的に解釈されるものではない。
（第１の実施例）
本発明に係る第１の実施例は、カメラモジュールを所定位置に合焦させるようにカメラモジュールのフォーカスポイントを調整する立体によるピント調整方法を例示している。前記カメラモジュールはスマートフォンの主要レンズに用いられ、合焦距離が４ｍｍのレンズとサイズが１／３”のイメージセンサー（長さ４．８ｍｍ、幅３．６ｍｍ）とを含む。この組み合せは約７４°の視野角を提供し、レンズ絞り値がｆ／２とする。この実施例において、該カメラモジュールのフォーカスポイントの所定位置（つまりピント調整を終えた後のフォーカスポイント）は、カメラモジュールから６０ｃｍの場所に設定される。

本実施例において、錐体は該レンズモジュールのフォーカスポイントを調整するために利用され、該錐体は軸心を有し、且つ該軸心にトップ部１０２を備え、該錐体の構造が該軸心に対して対称状を呈する。本実施例においてピラミッド形の錐体を例としているが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の立体によるピント調整方法の原理は、大まかに以下の通りとする。つまり該ピラミッド形の錐体が該レンズモジュールを通じて結像し、上記画像の分析により、該レンズモジュールのその時の合焦位置を得ることができるため、所定の合焦位置までの距離の調整量を算出して、最終的に更にレンズモジュールのフォーカスポイントを所定位置に調整できる。本発明の図１に示すように、該ピラミッド形の錐体１００は、正方形の断面を有し、その底部１０１が８ｃｍ平方の正方形で、錐体のトップ部１０２から錐体の底部１０１までの高さが１０ｃｍで、該錐体の４個の側辺が錐体の軸心に対して互いに対称し、且つその表面が白黒交互模様を有する、或いは目盛りを設ける。錐体のトップ部１０２から底部１０１までは、傾きが一定した連続斜面で、錐体の高さ及び錐体の底部の大きさは、実際の設置利便性の考えとカメラモジュールレンズ及びイメージセンサーの各種パラメータによって設計される。

図２は、本発明に係る立体によるピント調整方法を操作する時、各種ハードウエアの設置を説明する。錐体１００が該カメラモジュール２００の上方に設けられ、錐体１００のトップ部１０２及び軸心が大まかにカメラモジュール２００の光軸と揃え、錐体１００の重心も大まかにカメラモジュール２００の光軸と揃え、該トップ部１０２とカメラモジュール２００の間隔が５ｃｍで、トップ部１０２は先鋭部とすることができ、平面とすることもできる。本発明で提供する立体によるピント調整方法において、錐体のトップ部及び錐体の軸心がカメラモジュールの光軸と揃えることは、必要とされる条件ではないが、この設置が一般的な設置方式で、錐体の画像を分析する時、簡素化（該画像が画像の中心に対称する）もできる。これ以外に、錐体のトップ部１０２とカメラモジュール２００との距離は、なんら特殊な制限がなく、好ましくは、該距離がカメラモジュール２００の最短合焦距離より大きいか又は等しくすることができ、錐体がカメラモジュールのレンズを通じて、イメージセンサーに結像させることができる。オートフォーカスの目的を達成するため、図２に示すように、計算モジュール３００の設置がカメラモジュール２００から錐体１００の画像データを受信して、該画像データを分析するために用いられる。このほかに、計算モジュール３００が制御信号を自動調整モジュール４００に伝送し、自動調整モジュール４００が該制御信号に基づき、カメラモジュール２００のピントリングを調整することで、その合焦位置を変更する。別の実施例において、カメラモジュール２００を所定の合焦位置に合焦させるように製品仕様によって手動でカメラモジュール２００のピントリングを調整することができる。

上記錐体１００とカメラモジュール２００の設置を終えた後、本発明で提供する立体によるピント調整方法は、ピント調整のステップ１を行い、このステップにおいて計算モジュール３００は自動調整モジュール４００を駆動することで、カメラモジュール２００の合焦位置を調整し、その目的は、第１画像を形成することである。ピント調整ステップ１の後のフォーカスポイント位置は、第１の合焦位置と呼ばれ、該第１画像において錐体１００の一部が鮮明となる。被写界深度の位置要素を考えない状態で、錐体１００の画像は図３に示されるようにするが、実際の状況において錐体１００は空間中に分布する立体物体で、錐体１００のトップ部１０２からカメラモジュール２００までの距離は比較的近く、その底部１０１からカメラモジュール２００までの距離が比較的遠いため、カメラモジュールのフォーカスポイントは錐体のトップ部１０２と底部１０１の間に位置する場合、一部が鮮明な画像、一部が不鮮明な画像を形成する可能性がある。図４Ａは、フォーカスポイントが錐体１００のトップ部にある時、錐体１００の実際画像を例示する。図４Ａから錐体１００のトップ部が比較的鮮明で、底部に近く画像が比較的不鮮明となることが分かる。図４Ｂは、フォーカスポイントが錐体１００の底部にある時、錐体１００の実際画像を例示する。図４Ｂから錐体１００の底部が比較的鮮明で、トップ部に近く画像が比較的不鮮明となることが分かる。

本実施例において計算モジュール３００が上記ピント調整ステップ１を経た後の第１画像を分析し、カメラモジュール２００の実際の第１の合焦位置が該カメラモジュールから１０ｃｍの場所にあり、該カメラモジュールの所定の合焦位置が該カメラモジュールから６０ｃｍの場所にあると算出した際、カメラモジュール２００の合焦位置は、やはり５０ｃｍ調整しなければならない。計算モジュール３００は、この調整量に基いて、調整信号を生成して自動調整モジュール４００を制御し、カメラモジュール２００のフォーカスポイントを所定位置に調整する。この実施例において計算モジュール３００は、フォーカスポイントをやはり５０ｃｍ調整しなければならない情報に基くだけで、自動調整モジュール４００までに伝送する調整信号を算出し、自動調整モジュール４００が該調整信号により、カメラモジュール２００のフォーカスポイントを所定位置に調整する。仕様が同じで、製造プロセスの誤差が極めて小さいカメラモジュールのロットにおいて、標本間の差異性が極めて低いため、少量の標本を観察すると、調整信号とフォーカスポイント調整量の関係（具体的に言うと、ピントリングの回転量とカメラモジュールのフォーカスポイント移動量の関係）を見付けることができる。よって同じロットのカメラモジュールについて、計算モジュール３００は本発明に係る第１の実施例に示されるように、フォーカスポイントをやはり調整しなければならない距離だけで、上記調整信号を推定できる。ただし、実際の状況において、標本間の誤差は良好な制御を受けておらず、本発明に係る第１の実施例に示される方法によりフォーカスポイントを調整する場合に、合焦位置の精度が不足し、誤差が許容範囲を超える可能性がある。
（第２の実施例）
本発明に係る第２の実施例は、改良した立体によるピント調整方法を例示し、上記欠点を避けることができる。本発明に係る第２の実施例のハードウェア構成と設置は、本発明に係る第１の実施例と全く同じである。錐体１００とカメラモジュール２００の設置を終えた後、本発明に係る第２の実施例の立体によるピント調整方法は、ピント調整のステップ１を行い、このステップにおいて計算モジュール３００は自動調整モジュール４００を駆動することで、カメラモジュール２００の合焦位置を調整し、その目的は、第１画像を形成することである。該第１画像において錐体１００の一部は鮮明であり、該一部の鮮明な第１画像に基き、計算モジュール３００はカメラモジュール２００のピント調整ステップ１の後のフォーカスポイント位置を分析でき、第１の合焦位置と呼ばれる。その後ピント調整ステップ２を行い、このステップにおいて計算モジュール３００は自動調整モジュール４００を再度駆動し、カメラモジュール２００のピントリングを一定量回転させることで、第２画像を形成する。該第２画像において錐体１００の別の部分が鮮明であり、該一部の鮮明な第２画像に基き、計算モジュール３００はカメラモジュール２００のピント調整ステップ２の後のフォーカスポイント位置を分析でき、第２の合焦位置と呼ばれる。該第１の合焦位置及び該第２の合焦位置に基き、計算モジュール３００はカメラモジュール２００のピントリングの回転量とカメラモジュールのフォーカスポイント移動量の関係を算出できる。計算モジュール３００は、第２の合焦位置及びフォーカスポイントの所定位置に基き、カメラモジュール２００のフォーカスポイントをやはり調整しなければならない距離を算出し、また上記ピントリングの回転量とカメラモジュールのフォーカスポイント移動量の関係に基き、調整信号を算出して自動調整モジュール４００を制御することで、カメラモジュール２００のフォーカスポイントを所定位置に調整することができる。本発明に係る第２の実施例に示される方法は、各カメラモジュールについてピントリングの回転量とカメラモジュールのフォーカスポイント移動量の関係を求め、よって最終ステップにおいて調整信号の概算は、標本間の差の影響を受けることなく、ピント調整の精度を向上できる。

上記２つの実施例から分かるように本発明は、錐体１００がカメラモジュール２００に対して遠近分布を有する立体物体であるという特性を利用し、一部が鮮明な画像、一部が不鮮明な画像が生じ、この画像の鮮明な部分位置の分析を通じて、カメラモジュール２００の実際の第１の合焦位置及び第２の実施例内の実際の第２の合焦位置を算出できる。一部が鮮明な画像、一部が不鮮明な画像を形成できるかどうかは、カメラモジュールのレンズ絞り値、合焦距離及び実際のフォーカスポイント位置と関係する。原則上、大きな絞り、長いレンズ焦点距離及び近いフォーカスポイントは浅い被写界深度（不鮮明な範囲が大きな画像）の形成に助けがある。よって本発明に係る第１の実施例及び第２の実施例は、レンズの絞りと焦点距離がいずれも一定値の状況において、実際の合焦位置が画像の鮮明と不鮮明の範囲に影響を及ぼし、よって錐体１００とカメラモジュール２００の距離も十分重要となり、距離が遠すぎると、錐体全体の画像を鮮明範囲に入り、距離が近すぎると、錐体画像の鮮明部分が小さすぎ、識別上の困難がある。

下表１では本発明に係る第１の実施例及び第２の実施例で使用するカメラモジュール２００実際の合焦位置と画像鮮明範囲の関係をリストアップし、実際の合焦位置と鮮明な画像範囲はいずれもカメラモジュール２００との距離で表示する。

表１から分かるように、本発明に係る第１の実施例及び第２の実施例で使用するカメラモジュール２００にとって、実際の合焦位置は該カメラモジュールから５ｃｍ〜４０ｃｍ距離で、対応の鮮明な画像範囲を得ることができ、近い合焦位置が小さい鮮明な画像範囲に対応し、遠い合焦位置が大きい鮮明な画像範囲に対応する。しかし第１の合焦位置或いは第２の合焦位置のカメラモジュールから４０ｃｍ場所で、限定的なスペース内でピント調整を完了することは、すでに困難がある。その原因は鮮明な画像範囲が大きすぎる（３２．７９ｃｍ〜５１．２７ｃｍ）ことにあることが明らかである。よって錐体の高さは少なくとも鮮明な画像範囲を上回り、つまり１８．４８ｃｍである。実際錐体の高さはこの値より遥かに大きく、なぜなら画像内も十分な不鮮明な範囲が必要とされる。このため、錐体１００とカメラモジュール２００との距離は、４０ｃｍ（第１の合焦位置或いは第２の合焦位置からカメラモジュール２００までの距離は４０ｃｍを上回ることを意味）の場合、ピント調整システム全体の所要長さは、大まかに概算すると１ｍを超えてしまい、本発明の所要空間が小さいという利点を失する。本発明に係る第１の実施例と第２の実施例のカメラモジュール２００を使用する場合、錐体とイメージセンサー間の距離は約５ｃｍ〜２０ｃｍ程度にあることが明らである。錐体とイメージセンサー間の距離が２０ｃｍ〜４０ｃｍでの設置は、理論上実現可能であるが実際システムの体積が大きすぎ、このような設置は実際レンズの絞りが更に大きい、又は焦点距離が更に長く、イメージセンサーが更に大きなカメラモジュールに適し、現在市販している携帯電話においてこの種のハイエンドカメラモジュールを装備している少数のものが確かにある。逆に、本発明実施例で使用するカメラモジュールより更にローエンドするカメラモジュール（絞りが小さい、又は焦点距離が更に短く、イメージセンサーが更に小さい）は、本発明で提供する立体によるピント調整方法を利用する時、錐体とイメージセンサー間の距離は５ｃｍを下回る可能性がある。よって、テスト設備の所要スペースを縮減するため、本発明に係る第１の実施例及び第２の実施例において、好ましい実施形態は、合焦距離が短い第１画像及び第２画像でカメラモジュールの調整に要する距離を算出することで、該カメラモジュールを合焦距離が長い該所定の合焦位置に調整する。簡単に言うと、本発明は、合焦距離が短い合焦テストステップで合焦距離が長い所定の合焦位置の調整に要する調整量を算出するため、長い合焦距離による調整時、体積が膨大なテスト機具を使用する必要がなく、これによりテストスペースを縮減し、テスト効率及び生産能力が増える。上記を取りまとめると、錐体とカメラモジュール間の距離は、カメラモジュールの仕様によって最適化させることができる。このほかに、錐体とカメラモジュールの間に補正用レンズモジュールを設けることで、設備体積を増えない状況でカメラモジュールの長い合焦距離における結像状況をシミュレーションすることができる。

本発明に係る第１の実施例及び第２の実施例において、カメラモジュールの所定の合焦位置（ピント調整を終えた後のフォーカスポイント）は、カメラモジュールから６０ｃｍの場所であるが、本発明で提供する立体によるピント調整方法は上記範囲に限定されるものではなく、本発明で提供する立体によるピント調整方法は、６０ｃｍ以下のフォーカスポイント調整に応用でき、中間の合焦距離（ピント調整を終えた後のフォーカスポイントからカメラモジュールまでの距離が６０ｃｍ〜１ｍ）、更に長い合焦距離（ピント調整を終えた後のフォーカスポイントからカメラモジュールまでの距離が１ｍを上回る）の調整も応用できる。長い合焦距離と中間の合焦距離による調整において、本発明の前記実施例内で示す短い合焦距離（ピント調整を終えた後のフォーカスポイントからカメラモジュールまでの距離が６０ｃｍ以内）による調整との最大相違点は、第１の実施例の短い合焦距離による調整において第１の合焦位置がピント調整後の合焦位置と比較的接近し、よって最後に自動調整モジュールがフォーカスポイントを第１の合焦位置から所定位置に調整するためのピントリングの回転量（つまり何度回動させた）と、第１の合焦位置とピント調整後の合焦位置と大まかに線形関係を呈する可能性があり、この線形関係が存在する時、計算モジュール３００が第１の合焦位置とピント調整後の合焦位置の差により、最終的に自動調整モジュールに伝送する調整信号を計算することは比較的単純になることである。第２の実施例において第２の合焦位置とピント調整後の合焦位置の差により、最終的に自動調整モジュールに伝送する調整信号を計算することも同じ状況である。
（第３の実施例）
ただし、上記線形関係は、大幅に合焦位置を調整する時、大きな差が発生する。調整の精度を向上するため、中焦点調整と遠焦点調整の状態において、以下の簡単な結像公式を利用して、全ての物体距離を像距離離に換算できる。

式［１］において、ｕは物体距離、ｖが像距離、ｆがカメラモジュールレンズの焦点距離である。該式の応用に関し、以下に本発明に係る第２の実施例と近似する第３の実施例で説明する。本発明に係る第３の実施例のハードウェア構成と設置は、本発明に係る第２の実施例と全く同じである。錐体１００とカメラモジュール２００の設置を終えた後、本発明に係る第３の実施例の立体によるピント調整方法は、ピント調整のステップ１を行い、このステップにおいて計算モジュール３００は自動調整モジュール４００を駆動することで、カメラモジュール２００の合焦位置を調整し、その目的は、第１画像を形成することである。該第１画像において錐体１００の一部は鮮明であり、該一部の鮮明な第１画像に基き、計算モジュール３００はカメラモジュール２００のピント調整ステップ１の後のフォーカスポイント位置を分析でき、第１の焦点位置と呼ばれる。該第１の焦点位置とカメラモジュール２００の距離は、物体距離（実際錐体上の某点からカメラモジュール２００のレンズまでの距離）であるため、式［１］を利用して第１の焦点位置とカメラモジュール２００の距離を第１の像距離に変換できる。その後ピント調整ステップ２を行い、このステップにおいて計算モジュール３００は自動調整モジュール４００を再度駆動し、カメラモジュール２００のピントリングを一定量回転させることで、第２画像を形成する。該第２画像において錐体１００の別の部分が鮮明であり、該一部の鮮明な第２画像に基き、計算モジュール３００はカメラモジュール２００のピント調整ステップ２の後のフォーカスポイント位置を分析でき、第２の焦点位置と呼ばれる。同様に、該第２の焦点位置も式［１］を通じて第２の像距離に変換できる。該第１の像距離及び該第２の像距離に基き、計算モジュール３００はカメラモジュール２００のピントリングの回転量とカメラモジュールの像距離変化動量の関係を算出できる。計算モジュール３００は、フォーカスポイントの所定位置に基き、式［１］を通じて最終像距離として変換してから第２の像距離及び最終像距離に基き、カメラモジュール２００のやはり調整しなければならない像距離を算出し、また上記ピントリングの回転量とカメラモジュールのフ像距離変化動量の関係に基き、調整信号を算出して自動調整モジュール４００を制御することで、カメラモジュール２００のフォーカスポイントを所定位置に調整することができる。上記第３の実施例に示される方法は、中焦点と遠焦点の調整に応用できるだけではなく、近焦点の調整に応用することも比較的正確なピント調整結果を得ることができる。

本発明の各実施例において、錐体のトップ部とカメラモジュールとの距離が５ｃｍで、錐体の高さが約１０ｃｍ、錐体の底部が８ｃｍ平方の正方形である。この配置において、実施例内で記載するカメラモジュール２００を通じて、錐体の結像範囲が約１つの正方形で、該正方形の辺長はカメラモジュール２００中のイメージセンサー短辺長さの３分の２とする。更に理想な状態において、高さが同じであるが底部の面積が更に大きな錐体（低く太り、傾きが緩和な錐体）を選択でき、錐体の底部の結像（前記第１画像、第２画像）がイメージセンサーの短辺を完全に覆わせることができる。このような設置は、計算モジュール３００の画像分析時の精度を向上でき、画像の周辺領域についてその他の分析（例えばレンズ周縁の画質分析）を行うこともできるが、この設置が絶対必要なものではない。この要件を満たしたい場合、カメラモジュールレンズの焦点距離、センサーの大きさ及びカメラモジュールと錐体のトップ部との距離によって、高さ及び底部の大きさが適当な錐体を設置する必要がある。

先に述べるとおり、本発明は、錐体を深さのある立体物体として利用し、画像の鮮明と不鮮明の変化が起きることで、フォーカスポイントを識別と共にピント調整に用いる。よって本発明の各実施例に使用される錐体は、図１に示されるとおりとするが、錐体の模様と形状が制限を受けることはない。図５Ａに示されるのは、本発明に係わる立体によるピント調整に用いられることができる別の錐体で、その形状が図１に示される錐体と同じであるが、その模様が異なる。図５Ｂはカメラモジュールを通じた結像（被写界深度の効果を考慮しない）である。このほかに、先に述べるとおり、本発明は錐体１００がカメラモジュール２００に対して遠近分布を有する立体物体とする特性を利用してテスト調整を行い、上記原則に適合する状態で、錐体の形状も変化でき、図６に示される円錐体又は多角錐体は、いずれも本発明内に使用されることができる。このほかに、内側に凹陥する錐体も同じ原理に基づいて本発明を実施できる。図７Ｂは内側に凹陥する錐体で本発明に係る立体によるピント調整方法を実施する際の設置を説明する。図７Ａは一般的な錐体で本発明に係る立体によるピント調整方法を実施する際の設置を説明することで、図７Ｂと対応比較する。図７Ａにおいて、カメラモジュール５０３が錐体５００の下方に置かれ、カメラモジュール５０３は第１の合焦位置５０１及び／或いは第２の合焦位置５０２にピントを合わせて錐体５００の第１画像及び／或いは第２画像を撮影でき、カメラモジュールの所定の合焦位置５０４（ピント調整を終えた後の合焦位置）とカメラモジュール５０３の距離は制限を受けず、該距離がカメラモジュール５０３から錐体５００の底部までの距離を遥かに上回ることができる。一般的に言うと、所定の合焦位置５０４とカメラモジュール５０３の距離は６０ｃｍから無限遠とする。図７Ｂは図７Ａと類した設置があり、カメラモジュール６０３が内側に凹陥する錐体６００の下方に置かれ、該内側に凹陥する錐体６００の内部表面に白黒交互模様或いは目盛りがあり、カメラモジュール６０３は第１の合焦位置６０１及び／或いは第２の合焦位置６０２にピントを合わせて内側に凹陥する錐体６００の第１画像及び／或いは第２画像を撮影でき、カメラモジュール６０３の所定の合焦位置６０４とカメラモジュール６０３の距離も制限を受けず、一般的に言うと該距離が６０ｃｍから無限遠とする。図７Ａ及び図７Ｂから分かるように、一般的な錐体又は内側に凹陥する錐体で本発明に開示される立体によるピント調整方法を実施することは、実質上差異がない。本発明において錐体の形状は、いかなる制限がないが、製作上の便利性及び画像分析の簡素化を勘案し、やはり対称性を有し、断面を正多角形とする錐体を優先し、カメラモジュールのアスペクト比に対応して調整を行うことができ、本発明はこれに限定されるものではない。

本発明の各実施例は、本発明に係る立体によるピント調整の方法とシステムを例示し、またピント調整方法及びシステム設置の詳細を開示することで、本発明の簡単な設備及び有限なスペースで、カメラモジュールのピント調整を迅速で且つ正確的に完了する目的を達成し、よってモジュールのピント調整アウトプットをアップすると共にそのコストを削減する。

１００…錐体、１０１…底部、１０２…トップ部、２００…カメラモジュール、３００…計算モジュール、４００…自動調整モジュール、５００…錐体、５０１…第１の合焦位置、５０２…第２の合焦位置、５０３…カメラモジュール、５０４…所定の合焦位置、６００…内側に凹陥する錐体、６０１…第１の合焦位置、６０２…第２の合焦位置、６０３…カメラモジュール、６０４…所定の合焦位置。

Claims

カメラモジュールを所定位置に合焦させるように前記カメラモジュールのフォーカスポイントを調整する立体によるピント調整方法であって、
トップ部を備える錐体を提供し、且つ、前記錐体のトップ部と前記カメラモジュールとの間が距離を隔て、前記錐体のトップ部を前記カメラモジュールの光軸と大まかに揃えることと、
前記カメラモジュールのフォーカスポイントを調整することで、第１画像を形成し、前記第１画像において、前記錐体の画像の一部が鮮明であることと、
前記第１画像に基づき、前記カメラモジュールが前記第１画像を形成する時のフォーカスポイントの位置を算出することと、
前記第１画像を形成した後の前記カメラモジュールのフォーカスポイントを調整することと、
を含むことを特徴とする立体によるピント調整方法。
前記第１画像を形成した後の前記カメラモジュールのフォーカスポイントを調整した後、
第２画像を形成し、前記第２画像において、前記錐体の画像の別の部分が鮮明であることと、
前記第２画像に基づき、前記カメラモジュールが前記第２画像を形成する時のフォーカスポイントの位置を算出することと、
前記第２画像を形成した後の前記カメラモジュールのフォーカスポイントを前記所定位置となるように調整することと、を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の立体によるピント調整方法。
前記錐体のトップ部と前記カメラモジュールとの間隔の距離は、前記カメラモジュールの最短合焦距離より大きいか、又は、最短合焦距離に等しいことを特徴とする請求項２に記載の立体によるピント調整方法。
前記第２画像を形成した後の前記カメラモジュールのフォーカスポイント距離を、前記第２画像のフォーカスポイント距離より遠くなるように調整することを特徴とする請求項２に記載の立体によるピント調整方法。
前記錐体が軸心を有し、前記トップ部が前記軸心の上に位置し、且つ、前記錐体の構造が前記軸心に対して対称となることを特徴とする請求項１に記載の立体によるピント調整方法。
前記カメラモジュールは短辺を有するイメージセンサーを含み、前記錐体が底部を備え、前記錐体の底部の前記イメージセンサーにおける結像は、前記イメージセンサーの短辺を完全に覆うことができることを特徴とする請求項１に記載の立体によるピント調整方法。
前記錐体の前記トップ部と前記カメラモジュールとの間隔の固定距離は５ｃｍ〜２０ｃｍとすることを特徴とする請求項１に記載の立体によるピント調整方法。
合焦させる前記所定位置と前記カメラモジュールの距離が６０ｃｍを下回ることを特徴とする請求項１に記載の立体によるピント調整方法。
合焦させる前記所定位置と前記カメラモジュールの距離は６０ｃｍ〜１ｍとすることを特徴とする請求項１に記載の立体によるピント調整方法。
合焦させる前記所定位置と該カメラモジュールの距離が１ｍを上回ることを特徴とする請求項１に記載の立体によるピント調整方法。
前記カメラモジュールと前記錐体の間に補正用レンズモジュールが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の立体によるピント調整方法。
前記錐体が多角形或いは円形の断面を備えることを特徴とする請求項１に記載の立体によるピント調整方法。
前記錐体は内側に凹陥する錐体とすることができることを特徴とする請求項１に記載の立体によるピント調整方法。
前記錐体の表面が白黒交互模様を有することを特徴とする請求項１に記載の立体によるピント調整方法。
前記錐体の表面が目盛りを有することを特徴とする請求項１に記載の立体によるピント調整方法。
カメラモジュールを所定位置に合焦させるように前記カメラモジュールのフォーカスポイントを調整するための立体によるピント調整システムであって、
前記カメラモジュールにより１個或いは複数個の合焦位置で錐体の画像を１枚又は複数枚撮影されるトップ部を備える錐体と、
前記１枚又は複数枚の画像を受信並びに分析することで、前記１枚又は複数枚の画像に対応する前記カメラモジュールの前記１個或いは複数個の合焦位置を計算し、これをもって調整信号を生成する計算モジュールと、
前記調整信号を受信することで、前記カメラモジュールのフォーカスポイントを前記所定位置となるように調整する自動調整モジュールと、
を含むことを特徴とする立体によるピント調整システム。
前記錐体のトップ部と前記カメラモジュールとの間隔の距離が、前記カメラモジュールの最短合焦距離より大きいか、又は、最短合焦距離に等しいことを特徴とする請求項１６に記載の立体によるピント調整システム。
前記所定位置に対応する前記カメラモジュールの焦点距離が、前記１枚又は複数枚の画像に対応する前記カメラモジュールの焦点距離より大きいことを特徴とする請求項１６に記載の立体によるピント調整システム。
前記錐体が軸心を有し、前記トップ部が前記軸心の上に位置し、且つ、前記錐体の構造が前記軸心に対して対称となることを特徴とする請求項１６に記載の立体によるピント調整システム。
前記１枚又は複数枚の画像において、前記錐体の一部が鮮明であることを特徴とする請求項１６に記載の立体によるピント調整システム。
前記カメラモジュールは短辺を有するイメージセンサーを含み、前記錐体が底部を備え、前記カメラモジュールが前記錐体の１枚又は複数枚の画像を撮影しているときに、前記錐体の底部の結像はイメージセンサーの短辺を完全に覆うことができることを特徴とする請求項１６に記載の立体によるピント調整システム。
前記錐体の前記トップ部と前記カメラモジュールとの間隔の固定距離は５ｃｍ〜２０ｃｍとすることを特徴とする請求項１６に記載の立体によるピント調整システム。
前記錐体が多角形或いは円形の断面を備えることを特徴とする請求項１６に記載の立体によるピント調整システム。
前記錐体の表面が白黒交互模様を有することを特徴とする請求項１６に記載の立体によるピント調整システム。
前記錐体の表面が目盛りを有することを特徴とする請求項１６に記載の立体によるピント調整システム。
前記カメラモジュールと前記錐体の間に補正用レンズモジュールが設けられていることを特徴とする請求項１６に記載の立体によるピント調整システム。
前記錐体は内側に凹陥する錐体とすることができることを特徴とする請求項１６に記載の立体によるピント調整システム。