JP6327123B2 - Camera focus adjustment device - Google Patents
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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。 The present invention relates to a camera focus adjustment device that adjusts the focus of a camera.
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。
Conventionally, in
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。 In this prior art, the MTF value is measured while changing the relative position of the imaging lens and the solid-state imaging device in the optical axis direction by a predetermined pitch. When the measured MTF value exceeds a preset MTF set value, the imaging lens and the solid-state imaging device are fixed at that position.
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。 However, according to the above prior art, it is necessary to change the relative position of the imaging lens and the solid-state imaging device in the optical axis direction until the measured MTF value exceeds the MTF set value, so that the number of MTF values to be measured increases. And adjustment time becomes long. Therefore, there is a problem that it is difficult to improve the productivity of the camera unit.
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。 The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to shorten the time for adjusting the relative position between a lens and an image sensor.
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し、
相対位置変化手段(13)は、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、
画像処理手段(15)は、相対位置変化手段(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)同士を比較することを特徴とする。
In order to achieve the above object, in the invention described in
A lens (1a) for imaging light;
An image sensor (1b) that converts light that has passed through the lens (1a) into a digital signal;
A collimator (14) for projecting an inspection chart (C1, C2, C3, C4, C5) for focus adjustment onto the lens (1a) and the image sensor (1b);
Relative position changing means (13) for changing the relative position of the lens (1a) and the image pickup device (1b) in the optical axis direction (Z);
Image processing means (15) for imaging the digital signal converted by the image sensor (1b),
The image processing means (15) calculates the MTF value of the inspection chart (C1, C2, C3, C4, C5) at a plurality of relative positions, and based on the calculated MTF value, determines the relative position at which the MTF value is maximum. estimated,
The relative position changing means (13) changes the relative position at a first pitch and changes at a second pitch smaller than the first pitch,
The image processing means (15) determines the relative position at which the MTF value is maximum when the relative position changing means (13) changes the relative position at the first pitch and when the relative position is changed at the second pitch. Estimated separately,
The estimated relative position values (Pf1, Pf2) at which the MTF values are maximized are compared with each other .
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。 According to this, since the relative position where the MTF value becomes maximum can be obtained by estimation without actually measuring, the number of times of changing the relative position and the number of times of calculating the MTF value can be reduced. Therefore, the time for adjusting the relative position in the optical axis direction (Z) between the lens (1a) and the image sensor (1b) can be shortened.
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。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
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。
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. The camera
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。
The
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。
As shown in FIG. 3, the camera
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。
Devices such as a
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
Furthermore, the camera
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。
The
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。
First, in step S100, the MTF value is searched by bringing the
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。
Specifically, the actuator of the
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。
MTF value = (Cmax−Cmin) / (Cmax + Cmin) × 100
As shown in FIG. 6, Cmax is the maximum contrast value in one inspection chart (black and white stripes), and Cmin is the minimum contrast value in one inspection chart (monochrome stripes). The larger the MTF value, the stronger the contrast of the inspection chart. In FIG. 6, a part of the inspection chart (black and white stripes) and the corresponding contrast value (sinusoidal curve) are superimposed.
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。 In subsequent step S110, it is determined whether or not the MTF values of the five inspection charts C1 to C5 are all equal to or greater than the threshold value.
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)。
If any of the MTF values of the five inspection charts C1 to C5 does not exceed the threshold value, the process returns to step S100. When the MTF values of the five inspection charts C1 to C5 all exceed the threshold value, the process proceeds to step S120, and the position of the
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。
In subsequent S130, the falling point Pm2 is estimated. As shown in FIG. 8, the falling point Pm2 is at least one of the MTF values of the five inspection charts C1 to C5 when the
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。 Specifically, for each of the five inspection charts C1 to C5, a plurality of (for example, three or more) MTF values calculated up to the rising point Pm1 are minimum 2 on the MTF curve Lm (FIG. 9) prepared in advance. The falling point Pm2 is estimated by approximating by multiplication.
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。
For each of the five inspection charts C1 to C5, MTF values are calculated at a plurality of (for example, three or more) positions closer to the
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。
In the example of FIG. 9, the MTF curve Lm prepared in advance is a single continuous curve. The MTF curve Lm prepared in advance may be composed of a plurality of curves divided according to the position of the
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。
In the subsequent step S140, a first candidate value Pf1 for the lens fixing position is calculated. The lens fixing position is a position for fixing the
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。 The first candidate value Pf1 is calculated based on the rising point Pm1 and the falling point Pm2. For example, as shown in FIG. 10, a position near the middle between the rising point Pm1 and the falling point Pm2 is set as the first candidate value Pf1.
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。
In subsequent step S150, the MTF value is searched by bringing the
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。
Specifically, the actuator of the
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。
In subsequent step S160, a second candidate value Pf2 of the lens fixing position is calculated. Specifically, for each of the five inspection charts C1 to C5, a plurality of finely divided MTF values calculated by repeating step S150 a plurality of times are approximated to the MTF curve Lm prepared in advance by the method of least squares. Thus, the position of the
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。
In the subsequent step S170, it is determined whether or not the difference between the first candidate value Pf1 and the second candidate value Pf2 is within an allowable range. When it is determined that the difference between the first candidate value Pf1 and the second candidate value Pf2 is within the allowable range, the process proceeds to step S180, and the lens fixing position is determined as the first candidate value Pf1. Thereby, the
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。
On the other hand, if it is determined in step S170 that the difference between the first candidate value Pf1 and the second candidate value Pf2 is not within the allowable range, the process proceeds to step S190, where the position (search position) of the
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。
The final search position Pe is a position set in the
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。
If it is determined that the position of the
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。
On the other hand, when it is determined that the position of the
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。
Thus, in the present embodiment, the
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。
According to this, since the relative position where the MTF value becomes maximum can be obtained by estimation without actually measuring, the number of times of changing the relative position and the number of times of calculating the MTF value can be reduced. Therefore, the time for adjusting the relative position in the optical axis direction Z between the lens of the
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。
In the present embodiment, the
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。
Then, the
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。 According to this, since the relative position where the MTF value is maximized is estimated by two different methods and the two estimated values Pf1 and Pf2 are compared, the estimation accuracy of the relative position where the MTF value is maximized can be improved. it can.
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。
In the present embodiment, the
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。 According to this, since the relative position where the MTF value is maximum is estimated for a plurality of locations, the accuracy of focus adjustment can be improved.
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。
In the present embodiment, the
(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。
(Other embodiments)
The above embodiment can be variously modified as follows, for example.
(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。
(1) In the above embodiment, when estimating the position of the
(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。
(2) In steps S100 and S150 of the above embodiment, the pitch at which the
(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。
(3) In the above embodiment, the camera
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)
1a Lens unit (lens)
1b Lens holder (image sensor)
14
15 Control device (image processing means)
Claims (2)
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し、
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カメラフォーカス調整装置。 A lens (1a) for imaging light;
An image sensor (1b) that converts light that has passed through the lens (1a) into a digital signal;
A collimator (14) for projecting an inspection chart (C1, C2, C3, C4, C5) for focus adjustment onto the lens (1a) and the image sensor (1b);
Relative position changing means (13) for changing the relative position of the lens (1a) and the image sensor (1b) in the optical axis direction (Z);
Image processing means (15) for imaging the digital signal converted by the imaging device (1b),
The image processing means (15) calculates MTF values of the inspection charts (C1, C2, C3, C4, C5) at a plurality of the relative positions, and the MTF value is maximized based on the calculated MTF values. estimating the relative position at which,
The relative position changing means (13) changes the relative position at a first pitch and changes at a second pitch smaller than the first pitch,
The image processing means (15) has the MTF value when the relative position changing means (13) changes the relative position at the first pitch and when the relative position is changed at the second pitch. Separately estimate the relative position to be the maximum,
A camera focus adjustment device that compares estimated values (Pf1, Pf2) of the relative positions at which the MTF value is maximum .
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に記載のカメラフォーカス調整装置。 The collimator (14) projects a plurality of the inspection charts (C1, C2, C3, C4, C5) to different locations,
The camera focus adjustment apparatus according to claim 1 , wherein the relative position at which the MTF value is maximized is estimated for each of the plurality of inspection charts (C1, C2, C3, C4, C5). .
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