JP4557799B2 - デジタルカメラの調整方法及び、その調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、レンズ交換式デジタルカメラにおける撮像素子ユニットの位置調整方法及び、その調整装置に関する。

一眼レフレックスカメラのように、焦点距離の異なる複数の撮影レンズ（交換レンズ）を交換可能な構造を有するレンズ交換式デジタルカメラが知られている。このようなカメラは、撮影レンズをカメラ本体に装着した際に、その装着面（マウント面）から撮像素子の受光面までの距離（所謂、フランジバック）が一定となるように、高精度に調整されていなければならない。

例えば、特許文献１に開示されるような従来のレンズ交換式のフィルムカメラにおいては、製造時にフィルムレール面を研削治具で加工することによって、フランジバックが設計時に定めた所定値になるように調整を行っていた。
特開平７−４９５２０

しかし、レンズ交換式デジタルカメラの場合、従来のフィルムカメラと構成が異なり、同様なフランジバック調整ができない。従って、図９（ａ）に示すような機械的な距離測定に比べて、光学部材の影響により、図９（ｂ）に示すように、撮像素子の受光面位置（光学的位置）がずれる。従って、従来の機械的な距離測定では、正しく光学的位置を特定することはできない。

また測定装置として、レーザを用いた三角測量による測定装置もあるが、レーザー等で三角測量をする際に、レーザーを当てる位置に適切な反射部材が必要となり、撮像素子の受光面上に設けるために設計の自由度を損なうため、実用的ではない。
そこで本発明は、レンズ交換式デジタルカメラのマウント面から撮像素子までの光学的距離を高精度に調整するための調整方法及び、その調整装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために、撮影レンズを装着するためのマウント面を有するマウント部と、該マウント部に固着され、金属板の上に撮像素子を実装してなる撮像素子ユニットを含むデジタルカメラのための調整装置の調整方法であって、上記マウント部の上記マウント面から上記撮像素子ユニットを固着するための端面までの距離（Ｌｍ）を測定するステップと、上記撮像素子の受光面に相当する位置に測定チャートが配置されたマスタ治具を上記調整装置の基準台に設置した場合と、被検ユニットとしての上記撮像素子ユニットを上記基準台に設置した場合とにおいて、上記測定チャートの位置と上記受光面の位置との差を深度計にて測定するステップを含み、その測定結果に基づいて、上記撮像素子ユニットの上記金属板上の基準面から上記撮像素子の受光面までの距離（Ｌｃ）を測定するステップと、上記距離Ｌｍ、上記距離Ｌｃ及び、予め規定されるフランジバック長（Ｌｆ）から、上記マウント部の端面と上記撮像素子ユニットの基準面との間の調整距離（Ｌｓ）を求めて、その調整距離の間にスペーサを挟み、上記マウント部と上記撮像素子ユニット間の位置関係を調整するステップと、を備えるデジタルカメラのための調整方法を提供する。

また、本発明は、撮影レンズを装着するためのマウント面を有するマウント部と、該マウント部に固着され、金属板の上に撮像素子を実装してなる撮像素子ユニットとを含むデジタルカメラのための調整装置であって、上記撮像素子の受光面に相当する位置に測定チャートが配置されたマスタ治具を上記調整装置の基準台に設置した場合と、被検ユニットとしての上記撮像素子ユニットを上記基準台に設置した場合とにおいて、上記測定チャートの位置と上記受光面の位置との差を測定する深度計を含み、その測定結果にもとづいて上記撮像素子ユニットの上記金属板上の基準面から上記撮像素子の受光面までの距離（Ｌｃ）を測定する手段と、上記マウント部の上記マウント面から上記撮像素子ユニットを固着するための端面までの距離（Ｌｍ）と、規定のフランジバック長（Ｌｆ）と、上記撮像素子ユニットの基準面から上記撮像素子表面までの距離（Ｌｃ）とから、上記マウント部の端面と上記撮像素子ユニットの基準面との間の調整距離（Ｌｓ）を求めて、上記マウント部に上記撮像素子ユニットを固着する際に、その調整距離に基づくスペーサの寸法を算出する手段と、を備えるデジタルカメラのための調整装置を提供する。

本発明によれば、レンズ交換式デジタルカメラのマウント面から撮像素子までの光学的距離を高精度に調整するための調整方法及び、その調整装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の第１の実施形態について詳細に説明する。
図１には、本発明のデジタルカメラの調整方法を実現するための調整装置の概念的な構成例を示して説明する。図２は、本実施形態において、調整されるデジタルカメラ本体のマウント部に取り付けられるミラーボックス等を含むマウントユニットの構成例を示し、図３には、そのマウントユニットの断面構成例を示している。

まず、本実施形態で調整される被検体となる撮像素子が取り付けられたマウントユニットについて説明する。
図２に示すように、マウントユニット２には、光軸方向に沿って撮影レンズ側から撮影レンズがマウントされるマウント部１と、ミラーボックス３と、シャッタユニット４と、光学部材撮像素子５が実装された基板６とが配置される。この基板６は、回路基板７と、金属板８とが重ねられて構成され、撮像素子５は、金属板８を挟んで回路基板７に実装される。この基板６は、マウント部１から付き出した脚部１ａ〜１ｃの当て付け面にそれぞれ調整用スペーサとなるカンザ９ａ〜９ｃを挟んでネジ止めされている。

このマウントユニット２は 従来と同様に、撮像素子５とシャッタユニット４との間に、光学部材即ち、ローパスフィルタ１０及びガラス等から成る透明保護部材１１が介在するように設けられている。また、撮像素子５においても、受光面となる表面上にマイクロレンズが設けられている。このマイクロレンズは、表面（入射側）に半球状の微小凸レンズが各画素の開口部に光軸方向（又は入射方向）に重なるように形成され、入射した光束を個々に各画素の開口部に集光する。またマイクロレンズの裏表面は平坦面であり、撮像素子の受光面にほぼ密着している。

図１に示す第１の実施形態における調整装置について説明する。
この調整装置は、基板６に撮像素子５及びローパスフィルタ１０及び透明部材（保護ガラス）１１を実装した撮像ユニット（被検ユニット）に対して、撮像素子５を正面（光軸方向）から撮像して、マイクロレンズの表面の画像を得るビデオカメラ２１と、ビデオカメラ２１に取り付けられた対物レンズ２２と、ビデオカメラ２１及び対物レンズ２２を光軸方向に予め定めた移動間隔（ピッチ）で移動させる移動部２３と、ビデオカメラ２１及び移動部２３を駆動制御し、撮影されたマイクロレンズの表面の画像におけるコントラスト値を算出し、撮像素子の光学的位置を算出する制御部２４と、被検ユニットを設置するための基準台２５と、光軸方向に対して斜め方向から照明光を照射する光源２６とで構成される。尚、移動部２３は、ビデオカメラ２１及び対物レンズ２２をステップ移動させてビデオカメラで撮影しているが、一定速度で移動させて、ビデオカメラ２１が所定の間隔で画像を取り込むようにしてもよい。

図３に示すミラーボックスに図示される寸法は、撮影レンズが装着されるマウント面から脚部１ａ〜１ｃの当て付け面までの距離をＬｍ、厚さ調整を行うためのカンザ９ａ〜９ｃの厚さをＬｓ、金属板８の表面から実装される撮像素子５のマイクロレンズ表面までの距離をＬｃとする。また、マウント面から撮像素子５のマイクロレンズ表面までの距離即ち、フランジバック長をＬｆとして設計時に規定する。尚、本実施形態では、撮像素子５の受光面に密着するマイクロレンズの表面の位置（光学的位置）を測定して、一義的に受光面の位置としている。

従って、マウントユニットの調整は、設計時に規定したフランジバック長Ｌｆになるように調整すればよい。つまり、適正なフランジバック長Ｌｆにするためには、当て付け部に必要な厚さのカンザ（スペーサ）を入れて、カンザ９ａ〜９ｃの厚さＬｓを調整することにより実現する。カンザ９ａ〜９ｃの厚さＬｓは、距離Ｌｍと距離Ｌｃが分かれば求めることができる。

マウント面から当て付け面までの距離Ｌｍの測定は、マグネスケール等を用いて、実測することができる。勿論、他にもレーザ光を用いた測定等種々の計測方法を用いて実測してもよい。続いて、後述する光学的に測定方法を用いて金属板８の表面から実装される撮像素子５の受光面までの距離Ｌｃを測定する。
フランジバック長Ｌｆ＝Ｌｍ＋Ｌｓ−Ｌｃであるから、カンザの厚さＬｓ＝Ｌｆ−Ｌｍ＋Ｌｃとなる。

次に、図１及び図４乃至図６を参照して、金属板８の表面から実装される撮像素子５の受光面までの距離Ｌｃの測定について説明する。ここで、図４は、図１における撮像素子により得られたコントラスト特性曲線が記載される図である。図５は、被検体の撮像素子が取り付けられた被検ユニットに代わって、基準となるコントラスト値を得るためのパターンが設けられたマスタ治具３１を実装し、調整装置が深度計として用いる構成を示している。図６は、図５における撮像素子により得られたコントラスト特性曲線が記載される図である。

まず、図５に示すように、マスタ治具３１を調整装置の基準台２５にセットする。このマスタ治具３１は、撮像素子５が取り付けられた状態の金属板８と同じような形状を成した金属材料からなり、撮像素子５の受光面に相当する面（被測定面３１ａ）には、コントラスト値を得るためのストライプパターンなどのチャートが設けられている。このマスタ治具３１において、基準台２５に接するつば面３１ｂから被測定面３１ａまでの距離（厚さ）をＬmasterとする。

光源２６を点灯させて、マスタ治具３１の被測定面を照明して、予め焦点が固定された対物レンズ２２を所定のピッチで光軸方向に移動させつつ撮像する。ビデオカメラ２１が撮像した画像に基づき、コントラスト値を算出して、図６に示すチャート位置におけるコントラスト値の関係を示すコントラスト特性曲線を描く。このコントラスト特性曲線からコントラスト値のピーク値を求め、そのピーク値に対応する位置Ｐｍ（合焦位置）を算出する。

その算出方法としては、公知な方法で求めることができる。例えば、測定により求められた各コントラスト値のピーク値のうちの最大となるポイントとその前後２ポイントの合計３ポイントと、それらのチャート距離を用いて計算によって求められる。

即ち、２次直線Ｙ＝ａＸ2＋ｂＸ＋ｃ（Ｙはコントラスト値、Ｘはチャート距離）を求め、Ｘで微分をして、（ｄＹ／ｄＸ）＝２ａＸ＋ｂを求め、（ｄＹ／ｄＸ）＝０となるＸを求めると、ピーク位置のチャート距離を求めることができる。図６における黒丸は、計算から求めたピーク位置Ｐｍを示している。

次に図７に示すフローチャートを参照して、本実施形態の調整装置による調整方法について説明する。
まず、マウント面から当て付け面までの距離Ｌｍを測定する（ステップＳ１）。即ち、図５に示すように、マスタ治具３１を調整装置の基準台２５にセットする。そして、光源２６を点灯させてマスタ治具３１の被測定面を照明した状態で、予め焦点が固定された対物レンズ２２を光軸方向に移動させつつ撮像し、撮像された画像からコントラスト値を算出して、図６に示すコントラスト特性曲線を描く（ステップＳ２）。

次に、このコントラスト特性曲線からコントラスト値のピーク値を求め、そのピーク値に対応する位置Ｐｍ（合焦位置）を算出する（ステップＳ３）。
次に、マスタ治具３１に換えて、被検ユニットとなる撮像素子５を実装する基板６を調整装置の基準台２５にセットする。光源２６を点灯させて、斜め方向から撮像素子５の被測定面を照明し、予め焦点が固定された対物レンズ２２を光軸方向に移動させつつ、所定のチャート位置で撮像する。撮像された画像からコントラスト値を算出する。さらに、算出されたコントラスト値及びチャート位置から、図４に示すコントラスト特性曲線を描く（ステップＳ４）。この斜め方向から照明光となる光束を照射するのは、撮像素子の上にマイクロレンズ１２設けられている構成であれば、そのマイクロレンズ１２の表面に設けられている半球状の凸レンズに対して、斜め方向から光束を照射することより凸レンズに陰を作り、明暗のコントラストによりピントを合わせ易くするためである。

前述したマスタ治具３１の場合と同様に、このコントラスト特性曲線からコントラスト値のピーク値を求め、そのピーク値に対応する位置Ｐｘ（合焦位置）を算出する（ステップＳ５）。前述したマスタ治具３１の距離Ｌmasterに基づき、算出されたマスタ治具３１におけるピーク位置Ｐｍと撮像素子５の基板６におけるピーク位置Ｐｘとから距離Ｌｃを次式で算出する（ステップＳ６）。
式は、距離Ｌｃ＝Ｌmaster＋（Ｐｘ−Ｐｍ）とする。

この算出結果となる距離Ｌｃを用いて、カンザの厚さＬｓ＝Ｌｆ−Ｌｍ＋Ｌｃを求める（ステップＳ７）。求められた厚さＬｓに従うカンザ量（調整厚）を決定する（ステップＳ８）。そのカンザ量に合うように厚さの異なるカンザを種々組み合わせて、当て付け部と金属板８との間に挟んで、規定されているフランジバック長Ｌｆとなるように調整する（ステップＳ９）。

尚、本実施形態では、マイクロレンズの表面を測定してフランジバック長Ｌｆを求めているが、マイクロレンズの表面と撮像素子の受光面との距離は、数〜十数μｍであるため、この差分を考慮する必要がある。そこで想定される差分を求められたフランジバック長Ｌｆに加算すればよい。また、マイクロレンズ部の外側のＣＣＤの回路パターン等を測定してもＬｆは求めることができる。
以上説明したように、本発明の第１の実施形態におけるデジタルカメラの調整装置は、マスタ治具を基準として用いた光学式の深度計として利用し、被検体となる撮像素子における調整値となるカンザ量を算出して、設計時に規定されたフランジバック長Ｌｆに調整することができる。従って、カメラ本体に交換式の撮影レンズを装着した際に、撮影レンズにかかわらず、適正なフランジバック長Ｌｆに設定される。

次に、第２の実施形態について説明する。
図８は、本実施形態における被検体となる撮像素子の測定位置について説明するための図である。前述した第１の実施形態では、撮像素子における測定点が１つの例であったが、勿論、これに限定されるものではない。本実施形態では、撮像素子の周辺側について、前述した第１の実施形態と同様な深度計として利用した測定方法により複数の位置を測定する。これらの複数の測定点から得られた距離により、撮像素子の傾きを検出することができる。これらの距離差を解消することにより、撮影レンズの光軸に対して、撮像素子の受光面が垂直となり、交換される撮影レンズにかかわらず、適正なフランジバック長Ｌｆ値に設定される。

本発明のデジタルカメラの調整方法を実現するための調整装置の概念的な構成例を示す図である。 第１の実施形態における被検体となるマウントユニットの構成例を示す図である。 図２示したマウントユニットの断面構成例を示す図である。 図１における撮像素子により得られたコントラスト特性曲線が記載される図である。 マスタ治具を実装する調整装置の構成を示す図である。 図５における撮像素子により得られたコントラスト特性曲線が記載される図である。 第１の実施形態の調整装置による調整方法について説明するためのフローチャートである。 第２の実施形態における被検体となる撮像素子のおける測定位置について説明するための図である。 光学部材の有無によるフランジバック長の違いについて説明するための図である。

符号の説明

１…マウント部、２…マウントユニット、３…ミラーボックス、４…シャッタユニット、５…撮像素子、６…基板、７…回路基板、８…金属板、９ａ，９ｃ…カンザ、１０…ローパスフィルタ、１１…透明保護部材、２１…ビデオカメラ、２２…対物レンズ、２２…駆動部、２３…移動部、２４…制御部、２５…基準台、２６…光源。

Claims (2)

1. 撮影レンズを装着するためのマウント面を有するマウント部と、該マウント部に固着され、金属板の上に撮像素子を実装してなる撮像素子ユニットを含むデジタルカメラのための調整装置の調整方法であって、
   上記マウント部の上記マウント面から上記撮像素子ユニットを固着するための端面までの距離（Ｌｍ）を測定するステップと、
   上記撮像素子の受光面に相当する位置に測定チャートが配置されたマスタ治具を上記調整装置の基準台に設置した場合と、被検ユニットとしての上記撮像素子ユニットを上記基準台に設置した場合とにおいて、上記測定チャートの位置と上記受光面の位置との差を深度計にて測定するステップを含み、その測定結果に基づいて、上記撮像素子ユニットの上記金属板上の基準面から上記撮像素子の受光面までの距離（Ｌｃ）を測定するステップと、
   上記距離Ｌｍ、上記距離Ｌｃ及び、予め規定されるフランジバック長（Ｌｆ）から、上記マウント部の端面と上記撮像素子ユニットの基準面との間の調整距離（Ｌｓ）を求めて、その調整距離の間にスペーサを挟み、上記マウント部と上記撮像素子ユニット間の位置関係を調整するステップと、
   を具備することを特徴とするデジタルカメラのための調整方法。
2. 撮影レンズを装着するためのマウント面を有するマウント部と、該マウント部に固着され、金属板の上に撮像素子を実装してなる撮像素子ユニットとを含むデジタルカメラのための調整装置であって、
   上記撮像素子の受光面に相当する位置に測定チャートが配置されたマスタ治具を上記調整装置の基準台に設置した場合と、被検ユニットとしての上記撮像素子ユニットを上記基準台に設置した場合とにおいて、上記測定チャートの位置と上記受光面の位置との差を測定する深度計を含み、その測定結果にもとづいて上記撮像素子ユニットの上記金属板上の基準面から上記撮像素子の受光面までの距離（Ｌｃ）を測定する手段と、
   上記マウント部の上記マウント面から上記撮像素子ユニットを固着するための端面までの距離（Ｌｍ）と、規定のフランジバック長（Ｌｆ）と、上記撮像素子ユニットの基準面から上記撮像素子表面までの距離（Ｌｃ）とから、上記マウント部の端面と上記撮像素子ユニットの基準面との間の調整距離（Ｌｓ）を求めて、上記マウント部に上記撮像素子ユニットを固着する際に、その調整距離に基づくスペーサの寸法を算出する手段と、
   を具備することを特徴とするデジタルカメラのための調整装置。

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