JP2016092761A - カメラフォーカス調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズと撮像素子との相対位置を調整する時間を短縮する装置を提供する。
【解決手段】光を結像するレンズ１ａと、レンズを通過した光をデジタル信号に変換する撮像素子１ｂと、レンズ及び撮像素子に、フォーカス調整用の検査チャートを投影するコリメータ１４と、レンズと撮像素子との光軸方向の相対位置を変化させる相対位置変化手段（バレルチャック機構１３）と、撮像素子が変換したデジタル信号を画像化する画像処理手段（制御装置１５）とを備える。画像処理手段は、複数の相対位置において検査チャートのＭＴＦ値を算出し、算出したＭＴＦ値に基づいて、ＭＴＦ値が最大となる相対位置を推定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、カメラのフォーカスを調整するカメラフォーカス調整装置に関する。

従来、特許文献１には、カメラユニットに用いられる結像レンズと固体撮像素子とを固定する際に、結像レンズと固体撮像素子との光軸方向の相対位置を調整してピント調整を行う調整装置が記載されている。

この従来技術では、結像レンズと固体撮像素子との光軸方向の相対位置を所定のピッチずつ変化させながらＭＴＦ値を測定する。そして、測定したＭＴＦ値が、予め設定されたＭＴＦ設定値を超えた場合、その位置で結像レンズと固体撮像素子とを固定する。

特開平８−２５１３４８号公報

しかしながら、上記従来技術によると、測定したＭＴＦ値がＭＴＦ設定値を超えるまで結像レンズと固体撮像素子との光軸方向の相対位置を変化させる必要があるので、ＭＴＦ値の測定数が多くなってしまい、調整時間が長くなってしまう。そのため、カメラユニットの生産性を向上させるのが困難であるという問題がある。

本発明は上記点に鑑みて、レンズと撮像素子との相対位置を調整する時間を短縮することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、
光を結像するレンズ（１ａ）と、
レンズ（１ａ）を通過した光をデジタル信号に変換する撮像素子（１ｂ）と、
レンズ（１ａ）および撮像素子（１ｂ）に、フォーカス調整用の検査チャート（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５）を投影するコリメータ（１４）と、
レンズ（１ａ）と撮像素子（１ｂ）との光軸方向（Ｚ）の相対位置を変化させる相対位置変化手段（１３）と、
撮像素子（１ｂ）が変換したデジタル信号を画像化する画像処理手段（１５）とを備え、
画像処理手段（１５）は、複数の相対位置において検査チャート（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５）のＭＴＦ値を算出し、算出したＭＴＦ値に基づいて、ＭＴＦ値が最大となる相対位置を推定することを特徴とする。

これによると、ＭＴＦ値が最大となる相対位置を、実際に測定することなく推定によって取得できるので、相対位置を変化させる回数、およびＭＴＦ値を算出する回数を少なくすることができる。そのため、レンズ（１ａ）と撮像素子（１ｂ）との光軸方向（Ｚ）の相対位置を調整する時間を短縮できる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

一実施形態におけるレンズユニットおよびレンズホルダの斜視図である。 一実施形態におけるカメラモジュールの斜視図である。 一実施形態におけるカメラフォーカス調整装置の全体構成図である。 一実施形態におけるフォーカス調整用の検査チャートを示す図である。 一実施形態におけるカメラフォーカス調整装置の制御装置が実行する制御処理を示すフローチャートである。 一実施形態における検査チャートのコントラスト値の最大値および最小値を説明するグラフである。 一実施形態におけるＭＴＦ特性曲線の立上点を示すグラフである。 一実施形態におけるＭＴＦ特性曲線の立下点およびレンズ固定位置の第１候補値を示すグラフである。 一実施形態における検査チャートのレンズ固定位置の第１候補値および最終サーチ位置を示すグラフである。 一実施形態における予め用意したＭＴＦ曲線を示すグラフである。

以下、実施形態について図に基づいて説明する。カメラフォーカス調整装置１０は、図１に示すレンズユニット１ａとレンズホルダ１ｂとの光軸方向Ｚの相対位置を適切なフォーカス位置に調整するとともに、調整した相対位置でレンズユニット１ａとレンズホルダ１ｂとを高温接着によって固定させて、図２に示すカメラモジュール１を組み立てる装置である。カメラモジュール１は、例えば、車両運転支援システムの車載カメラとして用いられる。

レンズユニット１ａは、複数枚のレンズと、それを収容するケースとを有している。複数枚のレンズは光を結像する。レンズホルダ１ｂは、撮像素子を有している。撮像素子は、レンズユニット１ａのレンズを通過した光をデジタル信号に変換する。

図３に示すように、カメラフォーカス調整装置１０は、架台１１、セット治具１２、バレルチャック機構１３、コリメータ１４および制御装置１５等を備えている。

架台１１には、セット治具１２、バレルチャック機構１３、コリメータ１４および制御装置１５等の機器が固定されている。

セット治具１２は、レンズホルダ１ｂを保持する。バレルチャック機構１３は、レンズユニット１ａを保持する。バレルチャック機構１３は、レンズホルダ１ｂに対するレンズユニット１ａの光軸方向Ｚの距離を調整するアクチュエータを有している。バレルチャック機構１３は、レンズホルダ１ｂのレンズとレンズホルダ１ｂの撮像素子との光軸方向Ｚの相対位置を複数の位置に変化させる相対位置変化手段である。

コリメータ１４は、レンズユニット１ａおよびレンズホルダ１ｂの撮像素子に、フォーカス調整用の検査チャートを投影する。図４に示すように、コリメータ１４は、白黒縞の５個の検査チャートＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５を中央および四隅に投影する。

制御装置１５は、撮像素子が変換したデジタル信号を画像化して処理する画像処理手段であるとともに、バレルチャック機構１３のアクチュエータ等の作動を制御する制御手段でもある。

制御装置１５は、中央演算装置（ＣＰＵ）およびその周辺回路などで構成されたパーソナルコンピュータであり、中央演算装置に読み込まれたプログラムにしたがって動作する。制御装置１５には、種々の情報を表示するディスプレイモニタが接続されている。

さらに、カメラフォーカス調整装置１０は、ホットエアー装置（図示せず）を備えている。ホットエアー装置は、レンズユニット１ａとレンズホルダ１ｂとを高温接着するために熱風を吹き出す装置である。ホットエアー装置の作動は、制御装置１５によって制御される。

制御装置１５は、図５のフローチャートに示す制御処理を実行する。この制御処理は、レンズユニット１ａがレンズホルダ１ｂに対して適切なフォーカス位置よりも離れている状態で実行される。

まず、ステップＳ１００では、レンズユニット１ａをレンズホルダ１ｂに粗刻みで近づけてＭＴＦ値をサーチする。

具体的には、バレルチャック機構１３のアクチュエータが、レンズユニット１ａを比較的大きなピッチ（例えば１５μｍ）でレンズホルダ１ｂに近づける。制御装置１５は、コリメータ１４が投影した５個の検査チャートＣ１〜Ｃ５の画像を撮像素子から取得して、５個の検査チャートＣ１〜Ｃ５のそれぞれについてＭＴＦ値を算出する。ＭＴＦ値は、以下の数式を用いて算出される。

ＭＴＦ値＝（Ｃｍａｘ−Ｃｍｉｎ）／（Ｃｍａｘ＋Ｃｍｉｎ）×１００
図６に示すように、Ｃｍａｘは、１つの検査チャート（白黒縞）におけるコントラスト値の最大値であり、Ｃｍｉｎは、１つの検査チャート（白黒縞）におけるコントラスト値の最小値である。ＭＴＦ値が大きいほど、その検査チャートのコントラストが強いことを意味する。図６では、検査チャート（白黒縞）の一部と、それに対応するコントラスト値（正弦波状の曲線）とを重ね合わせて図示している。

続くステップＳ１１０では、５個の検査チャートＣ１〜Ｃ５のＭＴＦ値がいずれも閾値以上になったか否かを判定する。

５個の検査チャートＣ１〜Ｃ５のＭＴＦ値のいずれかが閾値を上回っていない場合、ステップＳ１００へ戻る。５個の検査チャートＣ１〜Ｃ５のＭＴＦ値がいずれも閾値を上回った場合、ステップＳ１２０へ進み、そのときのレンズユニット１ａの位置を立上点Ｐｍ１に決定する（図７）。

続くＳ１３０では、立下点Ｐｍ２を推定する。図８に示すように、立下点Ｐｍ２は、レンズユニット１ａを立上点Ｐｍ１よりもレンズホルダ１ｂ側に近づけていったときに、５個の検査チャートＣ１〜Ｃ５のＭＴＦ値のうち少なくとも１つのＭＴＦ値が閾値以下になる位置である。

具体的には、５個の検査チャートＣ１〜Ｃ５のそれぞれについて、立上点Ｐｍ１までに算出した複数（例えば３つ以上）のＭＴＦ値を、予め用意したＭＴＦ曲線Ｌｍ（図９）に最小２乗法によって近似させることによって、立下点Ｐｍ２を推定する。

５個の検査チャートＣ１〜Ｃ５のそれぞれについて、立上点Ｐｍ１よりもレンズホルダ１ｂ側の複数（例えば３つ以上）の位置でＭＴＦ値を算出し、算出した複数のＭＴＦ値を、予め用意したＭＴＦ曲線Ｌｍに最小２乗法によって近似させることによって、立下点Ｐｍ２を推定してもよい。

図９の例では、予め用意したＭＴＦ曲線Ｌｍは、１つの連続的な曲線になっている。予め用意したＭＴＦ曲線Ｌｍは、レンズユニット１ａの位置に応じて分割された複数の曲線で構成されていてもよい。例えば、立上点Ｐｍ１付近の領域、ＭＴＦ値が最大となる位置付近の領域、および立下点Ｐｍ２付近の領域で分けられた３つの曲線でＭＴＦ曲線Ｌｍが構成されていてもよい。

続くステップＳ１４０では、レンズ固定位置の第１候補値Ｐｆ１を算出する。レンズ固定位置は、レンズホルダ１ｂに対してレンズユニット１ａを固定する位置である。レンズ固定位置では、５個の検査チャートＣ１〜Ｃ５の全てについてＭＴＦ値が良好となる必要がある。

第１候補値Ｐｆ１は、立上点Ｐｍ１および立下点Ｐｍ２に基づいて算出される。例えば、図１０に示すように、立上点Ｐｍ１と立下点Ｐｍ２との中間付近の位置を第１候補値Ｐｆ１とする。

続くステップＳ１５０では、レンズユニット１ａを立上点Ｐｍ１から細刻みでレンズホルダ１ｂに近づけてＭＴＦ値をサーチする。

具体的には、バレルチャック機構１３のアクチュエータが、レンズユニット１ａをステップＳ１００よりも小さなピッチ（例えば４μｍ）でレンズホルダ１ｂに近づける。制御装置１５は、コリメータ１４が投影した５個の検査チャートＣ１〜Ｃ５の画像を撮像素子から取得して、５個の検査チャートＣ１〜Ｃ５のそれぞれについてＭＴＦ値を算出する。ＭＴＦ値は、ステップＳ１００で説明した数式を用いて算出される。

続くステップＳ１６０では、レンズ固定位置の第２候補値Ｐｆ２を算出する。具体的には、５個の検査チャートＣ１〜Ｃ５のそれぞれについて、ステップＳ１５０を複数回繰り返すことによって算出した複数の細刻みのＭＴＦ値を、予め用意したＭＴＦ曲線Ｌｍに最小２乗法によって近似させることによって、ＭＴＦ値が最大となるレンズユニット１ａの位置を推定し、５個の検査チャートＣ１〜Ｃ５のそれぞれについて推定された位置の平均値を第２候補値Ｐｆ２とする。

続くステップＳ１７０では、第１候補値Ｐｆ１と第２候補値Ｐｆ２との差が許容範囲内であるか否かを判定する。第１候補値Ｐｆ１と第２候補値Ｐｆ２との差が許容範囲内であると判定した場合、ステップＳ１８０へ進み、レンズ固定位置を第１候補値Ｐｆ１に決定する。これにより、レンズホルダ１ｂが、第１候補値Ｐｆ１の位置でレンズユニット１ａに高温接着によって固定される。

一方、ステップＳ１７０において第１候補値Ｐｆ１と第２候補値Ｐｆ２との差が許容範囲内でないと判定した場合、ステップＳ１９０へ進み、レンズホルダ１ｂの位置（サーチ位置）が最終サーチ位置Ｐｅに達したか否かを判定する。

最終サーチ位置Ｐｅは、予め制御装置１５に設定された位置であり、ＭＴＦ値が最大となるレンズユニット１ａの位置よりも手前の位置（レンズユニット１ａから離れた位置）に設定されている。

レンズホルダ１ｂの位置が最終サーチ位置Ｐｅに達していないと判定した場合、ステップＳ１５０へ戻る。

一方、レンズホルダ１ｂの位置が最終サーチ位置Ｐｅに達したと判定した場合、ステップＳ２００へ進み、レンズ固定位置を第２候補値Ｐｆ２に決定する。これにより、レンズホルダ１ｂが、第２候補値Ｐｆ２の位置でレンズユニット１ａに高温接着によって固定される。

このように、本実施形態では、バレルチャック機構１３は、レンズユニット１ａのレンズとレンズホルダ１ｂの撮像素子との光軸方向Ｚの相対位置を変化させる。そして、制御装置１５は、複数の相対位置において検査チャートＣ１〜Ｃ５のＭＴＦ値を算出し、算出したＭＴＦ値に基づいて、ＭＴＦ値が最大となる相対位置を推定する。

これによると、ＭＴＦ値が最大となる相対位置を、実際に測定することなく推定によって取得できるので、相対位置を変化させる回数、およびＭＴＦ値を算出する回数を少なくすることができる。そのため、レンズユニット１ａのレンズとレンズホルダ１ｂの撮像素子との光軸方向Ｚの相対位置を調整する時間を短縮できる。その結果、カメラモジュール１の生産性を向上できる。

本実施形態では、バレルチャック機構１３は、レンズユニット１ａのレンズとレンズホルダ１ｂの撮像素子との光軸方向Ｚの相対位置を第１のピッチで変化させるとともに、第１のピッチよりも小さい第２のピッチで変化させる。

そして、制御装置１５は、バレルチャック機構１３が相対位置を第１のピッチで変化させた場合と第２のピッチで変化させた場合とで、ＭＴＦ値が最大となる相対位置を別個に推定し、ＭＴＦ値が最大となる相対位置の推定値Ｐｆ１、Ｐｆ２同士を比較する。

これによると、ＭＴＦ値が最大となる相対位置を異なる２つの手法で推定し、その２つの推定値Ｐｆ１、Ｐｆ２同士を比較するので、ＭＴＦ値が最大となる相対位置の推定精度を高めることができる。

本実施形態では、コリメータ１４は、検査チャートＣ１〜Ｃ５を複数個、互いに異なる場所に投影する。そして、複数個の検査チャートＣ１〜Ｃ５のそれぞれに対してＭＴＦ値が最大となる相対位置を推定する。

これによると、複数の場所に対してＭＴＦ値が最大となる相対位置を推定するので、フォーカス調整の精度を高めることができる。

本実施形態では、制御装置１５は、複数の位置におけるＭＴＦ値と、予め設定されたＭＴＦ曲線Ｌｍとに基づいて、ＭＴＦ値が最大となる相対位置を推定する。そして、ＭＴＦ曲線Ｌｍは、相対位置に応じて分割された複数の曲線で構成されている。これにより、ＭＴＦ値が最大となる相対位置の推定精度を高めることができる。

（他の実施形態）
上記実施形態を例えば以下のように種々変形可能である。

（１）上記実施形態では、ＭＴＦ値が最大となるレンズユニット１ａの位置を推定する際、算出したＭＴＦ値を、予め用意したＭＴＦ曲線Ｌｍに最小２乗法によって近似させるが、これに限定されることなく、種々の推定手法を用いることができる。

（２）上記実施形態のステップＳ１００、Ｓ１５０において、レンズユニット１ａをレンズホルダ１ｂに近づけるピッチを種々変更可能である。

（３）上記実施形態では、カメラフォーカス調整装置１０は、車両運転支援システムの車載カメラとして用いられるカメラモジュール１を組み立てるが、カメラフォーカス調整装置１０は、種々の用途のカメラモジュールを組み立て可能である。

１ａ レンズユニット（レンズ）
１ｂ レンズホルダ（撮像素子）
１４ コリメータ
１３ バレルチャック機構（相対位置変化手段）
１５ 制御装置（画像処理手段）

Claims (4)

1. 光を結像するレンズ（１ａ）と、
   前記レンズ（１ａ）を通過した光をデジタル信号に変換する撮像素子（１ｂ）と、
   前記レンズ（１ａ）および前記撮像素子（１ｂ）に、フォーカス調整用の検査チャート（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５）を投影するコリメータ（１４）と、
   前記レンズ（１ａ）と前記撮像素子（１ｂ）との光軸方向（Ｚ）の相対位置を変化させる相対位置変化手段（１３）と、
   前記撮像素子（１ｂ）が変換したデジタル信号を画像化する画像処理手段（１５）とを備え、
   前記画像処理手段（１５）は、複数の前記相対位置において前記検査チャート（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５）のＭＴＦ値を算出し、算出した前記ＭＴＦ値に基づいて、前記ＭＴＦ値が最大となる前記相対位置を推定することを特徴とするカメラフォーカス調整装置。
2. 前記相対位置変化手段（１３）は、前記相対位置を第１のピッチで変化させるとともに、前記第１のピッチよりも小さい第２のピッチで変化させ、
   前記画像処理手段（１５）は、前記相対位置変化手段（１３）が前記相対位置を前記第１のピッチで変化させた場合と前記第２のピッチで変化させた場合とで、前記ＭＴＦ値が最大となる前記相対位置を別個に推定し、
   前記ＭＴＦ値が最大となる前記相対位置の推定値（Ｐｆ１、Ｐｆ２）同士を比較することを特徴とする請求項１に記載のカメラフォーカス調整装置。
3. 前記コリメータ（１４）は、前記検査チャート（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５）を複数個、互いに異なる場所に投影し、
   前記複数個の検査チャート（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５）のそれぞれに対して前記ＭＴＦ値が最大となる前記相対位置を推定することを特徴とする請求項１または２に記載のカメラフォーカス調整装置。
4. 前記画像処理手段（１５）は、前記複数の位置における前記ＭＴＦ値と、予め設定されたＭＴＦ曲線（Ｌｍ）とに基づいて、前記ＭＴＦ値が最大となる前記相対位置を推定し、
   前記ＭＴＦ曲線（Ｌｍ）は、前記相対位置に応じて分割された複数の曲線で構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のカメラフォーカス調整装置。

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