WO2012005141A1 - 撮像装置の調整方法及び撮像装置 - Google Patents

撮像装置の調整方法及び撮像装置 Download PDF

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imaging
optical axis
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imaging device
outer cylinder
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加納光央
上坂武史
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コニカミノルタオプト株式会社
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    • G03B2205/0053—Driving means for the movement of one or more optical element
    • G03B2205/0069—Driving means for the movement of one or more optical element using electromagnetic actuators, e.g. voice coils

Definitions

  • the present invention relates to an image pickup apparatus adjustment method and an image pickup apparatus, and more particularly to a small image pickup apparatus adjustment method and an image pickup apparatus suitable for mass production.
  • Small and thin imaging devices are used for mobile terminals such as mobile phones and PDAs (Personal Digital Assistants).
  • a solid-state image pickup element such as a CCD type image sensor or a CMOS type image sensor is known.
  • CCD type image sensor or a CCD type image sensor
  • CMOS type image sensor is known.
  • image pickup apparatus has been increasing in the number of pixels of an image pickup element, and high resolution and high performance have been achieved.
  • the allowable tilt is 19 ', and in order to realize this, the component accuracy and assembly accuracy must be increased, resulting in high costs.
  • the F value tends to be smaller, thereby further reducing the depth of field, which is a factor for further increasing the required accuracy of optical axis tilt.
  • the lens holding mechanism and the element moving mechanism hold the lens unit and the element unit, respectively, and the imaging lens forms an image while moving the element unit in the Z-axis direction by the second slide stage.
  • An image is picked up by an image pickup device, in-focus coordinate values of at least five image pickup positions set on the image pickup surface are acquired, and the focus coordinate values obtained for each image pickup position are developed in a three-dimensional coordinate system.
  • the approximate imaging plane is calculated from the relative positions of the plurality of evaluation points obtained by the above, and the position and inclination of the element unit are adjusted by the second slide stage and the biaxial rotation stage so that the imaging plane coincides with the approximate imaging plane. It is adjusted.
  • Patent Documents 1 and 2 an XY stage, a rotary table, and the like are required for tilt adjustment, and there is a problem that the apparatus for adjustment becomes larger and complicated and costs increase.
  • the imaging apparatus of Patent Document 2 includes an actuator that drives the imaging lens, in order to capture a chart image, power must be supplied to this actuator. A probe is required to do this, making the configuration more complex.
  • the conventional adjustment method has a problem because the module height of the finished product and the inclination of the top and bottom surfaces change for each individual depending on the adjustment amount.
  • the present invention has been made in view of the problems of the related art, and an imaging apparatus adjustment method and an imaging apparatus capable of obtaining a high-quality image even though the adjustment can be performed using a simple configuration.
  • the purpose is to provide.
  • the adjustment method of the imaging device includes an imaging lens, an inner cylinder that supports the imaging lens, an outer cylinder disposed around the inner cylinder, an end of the outer cylinder, and the inner cylinder.
  • a first spring means for connecting the outer cylinder and the inner cylinder away from the first spring means in the optical axis direction of the imaging lens, and the outer spring An adjustment method of an imaging apparatus having an actuator that drives the inner cylinder in the optical axis direction with respect to a cylinder, and a solid-state imaging device mounted on a substrate, A chart having a predetermined pattern is directly opposed to the solid-state image sensor, Based on the image information output from the solid-state image sensor when the chart is imaged, the first spring means is displaced in a direction intersecting the optical axis with respect to the outer cylinder, and the imaging lens It is characterized by fixing after adjusting the tilt of the optical axis.
  • the chart is imaged by driving the imaging lens to an in-focus position by supplying power to the actuator through an actual wiring in a state where the solid-state imaging device is mounted on a substrate. Therefore, there is no need to prepare a complicated stage or jig separately, and tilt adjustment can be performed in a state close to the actual product, so that the difference in conditions between adjustment and actual use can be reduced. it can.
  • the first spring means is displaced relative to the outer cylinder, and the inner cylinder connected via the first spring means is displaced, so that the outer cylinder is attached to the inner cylinder.
  • the tilt adjustment of the imaging lens can be easily performed without using a bulky and complicated adjusting device such as an XY stage or a rotary table.
  • a high-quality image can be obtained by the imaging apparatus adjusted in this way.
  • the second spring is in the direction orthogonal to the optical axis on the side attached to resist the displacement of the first spring means in the inner cylinder suspended by the two springs. It is preferable to hold the inner cylinder so as to be tilted freely while suppressing the movement.
  • the image pickup apparatus adjustment method according to claim 2 is the adjustment method according to claim 1, wherein the first spring means is connected to the first spring and the first spring. And the clearance is formed between the frame and the outer cylinder. However, the outer cylinder and the inner cylinder may be directly connected by the first spring.
  • the adjustment method of the imaging device according to claim 3 is the adjustment method according to claim 1 or 2, wherein the chart has the predetermined patterns at least at four corners. By imaging such a chart, the tilt of the imaging lens can be detected from the obtained image information.
  • the adjustment method of the imaging device according to claim 4 is the adjustment method according to any one of claims 1 to 3, wherein the image information is a resolution evaluation value obtained by imaging the chart. It is characterized by that.
  • the resolution evaluation value is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-281481.
  • the image pickup apparatus according to claim 5 is adjusted by the image pickup apparatus adjustment method according to any one of claims 1 to 4.
  • the imaging apparatus wherein a clearance that can be shifted within a predetermined range in a direction intersecting the optical axis is provided between the first spring means and the outer cylinder before the both are fixed. It is provided. By tilting the first spring means relative to the outer cylinder within the predetermined range, the tilt of the optical axis of the imaging lens attached to the inner cylinder can be adjusted.
  • the image pickup device is the image pickup device according to claim 5 or 6, characterized in that an outer shape of the first spring means is smaller than an outer shape of the outer cylinder. Thereby, after the tilt adjustment, the first spring means is less likely to protrude outwardly from the outer diameter of the outer cylinder, and it is possible to prevent the first spring means from interfering with other parts.
  • An imaging device is the imaging device according to any one of the fifth to seventh aspects, wherein the first spring means and the outer cylinder are fixed at least in the optical axis direction.
  • a separation prohibiting means for prohibiting the separation of the two is provided. Thereby, it is possible to prevent the first spring means from being inadvertently dropped before being fixed to the outer cylinder.
  • the present invention it is possible to provide an imaging apparatus adjustment method and an imaging apparatus that can obtain a high-quality image even though the adjustment can be performed using a simple configuration.
  • FIG. 50 is a perspective view of a first spring 25.
  • FIG. It is a front view of chart CHT. It is a figure for demonstrating the adjustment process (a) and adjustment process (b) of an imaging device. It is sectional drawing of imaging device 50 'concerning a modification. It is the front view (a) and the rear view (b) which show the state equipped with the imaging device 50 in the mobile telephone 100 as a portable terminal which is a digital device.
  • 3 is a control block diagram of the mobile phone 100.
  • FIG. 1 and 2 are cross-sectional views of the imaging device 50 according to the present embodiment cut at different positions.
  • FIG. 3 is a view of the configuration of FIG. 1 taken along the line III-III and viewed in the direction of the arrow. 3 is a cross-sectional view taken along the line I-I in FIG. 3 and viewed in the direction of the arrow, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
  • the imaging device 50 captures a subject image on a CMOS image sensor 51 as a solid-state imaging device having a photoelectric conversion unit 51 a and a photoelectric conversion unit (light receiving surface) 51 a of the image sensor 51.
  • An imaging lens OU to be held a holder 21 that holds the imaging lens OU, an inner cylinder 22 that supports the holder 21, an upper frame 23 provided around the inner cylinder 22, and a frame fixed to the upper end of the upper frame 23 ,
  • a first spring 25 that connects the upper end of the inner cylinder 22 and the frame-shaped body 24, a second spring 26 that connects the lower end of the inner cylinder 22 and the lower part of the upper frame 23, and an upper frame
  • a photoelectric conversion unit 51a as a light receiving unit in which pixels (photoelectric conversion elements) are two-dimensionally arranged is formed in the center of a plane on the light receiving side.
  • a signal processing circuit includes a drive circuit unit that sequentially drives each pixel to obtain a signal charge, an A / D conversion unit that converts each signal charge into a digital signal, and a signal that forms an image signal output using the digital signal. It consists of a processing unit and the like.
  • a large number of pads are arranged near the outer edge of the plane on the light receiving side of the image sensor 51 and are connected to the substrate 52 via wires (not shown).
  • the image sensor 51 converts the signal charge from the photoelectric conversion unit 51a into an image signal such as a digital YUV signal, and outputs it to a predetermined circuit CKT (FIG. 3) on the substrate 52 via a wire (not shown).
  • Y is a luminance signal
  • the solid-state imaging device is not limited to the CMOS image sensor, and other devices such as a CCD may be used.
  • the substrate 52 is connected to an external circuit (for example, a control circuit included in a host device of a portable terminal mounted with an imaging device) via an external connection terminal (not shown), and drives the image sensor 51 from the external circuit. It is possible to receive a voltage and a clock signal and to output a digital YUV signal to an external circuit.
  • an external circuit for example, a control circuit included in a host device of a portable terminal mounted with an imaging device
  • an external connection terminal not shown
  • the holder 21 has a flange portion 21a extending inward in the direction orthogonal to the optical axis on the object side (upper side in FIG. 1), and a circular opening formed in the center thereof is a stop S.
  • the imaging lens OU is formed by laminating and adhering the lens L1, the lens L2, and the lens L3 in this order from the object side, and is fixed to the inner periphery of the holder 21 so that the periphery of the lens L1 is in contact with the flange portion 21a. Therefore, the coaxiality between the imaging lens OU and the holder 21 is high.
  • the holder 21 has a male screw portion 21b on the outer periphery.
  • the cylindrical inner cylinder 22 has a female threaded portion 22a on the inner periphery, and the holder 21 is attached to the inner cylinder 22 so as to be displaceable in the optical axis direction by screwing the male threaded portion 21b with the female threaded portion 22a. ing.
  • the inner cylinder 22 has a flange portion 22b that extends outward in the direction perpendicular to the optical axis on the outer periphery of the lower portion thereof.
  • the upper end of the inner cylinder 22 is assumed to be orthogonal to the axis of the female screw portion 22a with high accuracy.
  • An actuator 30, which is an annular voice coil motor, includes a cylindrical coil 31 having an end attached to the flange portion 22 b of the inner cylinder 22 and extending coaxially, and an outer frame surrounding the outer side of the coil 31.
  • a magnet 32 attached to the inner periphery of the magnet 23, and a yoke 33 that passes from the outer peripheral surface side of the magnet 32 to the upper side of the magnet 32 and the coil 31 and reaches the inner periphery side of the coil 31.
  • the driving principle of the voice coil motor is well known and will be omitted. However, the magnet is generated by the magnetic force generated by supplying power to the coil 31 from the actuator driver AD via the wirings H1 and H2 and the second spring 26.
  • the coil 31 together with the inner cylinder 22 can be displaced in the vertical direction in FIG. 1 in accordance with the supplied electric power, so that the imaging lens OU can be moved in the optical axis direction.
  • the rectangular tube-shaped upper frame 23 crawls the inner peripheral side of the upper end over the entire periphery, forming an inner peripheral step portion 23a.
  • the rectangular frame-shaped body 24 includes a cylindrical portion 24a and a flange portion 24b, and the outer peripheral side of the first spring 25 is bonded to the flange portion 24b.
  • the frame-like body 24 and the first spring 25 constitute a first spring means.
  • the cylinder part 24a has the outer peripheral side of the lower end extending over the entire circumference, and forms an outer peripheral step part 24c.
  • the frame-like body 24 is assembled to the upper frame 23 so that the inner peripheral step portion 23a is positioned outward of the outer peripheral step portion 24c in the direction orthogonal to the optical axis.
  • a chamfered portion 24d is formed between the outer peripheral step portion 24c and the cylindrical portion 24a.
  • the alignment amount required to correct the tilt of ⁇ 30 ′ is ⁇ 26 ⁇ m (3 * tan30 ′).
  • a flange portion 23b extending inward in the direction perpendicular to the optical axis is formed on the lower inner periphery of the upper frame 23, and a part of the lower surface thereof protrudes in a rectangular shape to form an upper frame reference surface (reference plane). 23c is formed.
  • the outer peripheral side of the second spring 26 is bonded to the upper surface of the flange portion 23 b, and the inner peripheral side of the second spring 26 is screwed or bonded to the lower end of the inner cylinder 22.
  • a part of the upper surface of the substantially annular lower frame 27 protrudes annularly to form a lower frame reference surface 27a, and has a stepped portion 27b on the upper outer periphery.
  • the upper frame 23 and the lower frame 27 are joined and bonded so that the upper frame reference surface 23c is in contact with the lower frame reference surface 27a and the lower end inner periphery 23d of the upper frame 23 is fitted to the stepped portion 27b.
  • the outer cylinder is configured.
  • An annular leg portion 27 c protruding from the lower portion of the lower frame 27 is in contact with and bonded to the upper surface of the substrate 52 around the image sensor 51.
  • An IR cut filter FI is attached to the center of the lower frame 27.
  • the object side from the upper frame 23 is referred to as an optical block OB
  • the image side from the lower frame 27 is defined as an imaging block CB (see FIG. 2).
  • FIG. 4 is a perspective view of the first spring 25.
  • the first spring 25 is made of a thin plate, and includes an outer annular portion 25a bonded to the frame-like body 24, an inner annular portion 25b bonded to the inner cylinder 22, an outer annular portion 25a, and an inner annular portion 25b. And three arc-shaped spring portions 25c connected at positions that do not overlap in the radial direction.
  • the first spring 25 having such a shape can reduce the spring constant in the axial direction with a small area.
  • the second spring 26 has the same shape, but is composed of two parts.
  • FIG. 5 is an example of the chart CHT used in the present embodiment.
  • the chart CHT has a rectangular shape, and the first to fifth chart patterns PT are printed at the center and the upper left, lower left, upper right, and lower right near the four corners on the chart surface on which the chart pattern is provided.
  • the first to fifth chart patterns PT as the predetermined patterns are all the same image, and are so-called ladder-like chart patterns in which black lines are arranged at predetermined intervals, and are arranged in the horizontal direction. It consists of a horizontal chart image PT1 and a vertical chart image PT2 arranged in the vertical direction.
  • FIG. 6A is a diagram for explaining the adjustment process before the adjustment process of the imaging device
  • FIG. 6B is a diagram for explaining the adjustment process.
  • the imaging device 50 to be adjusted is assembled (including wiring) except that the frame body 24 is fixed to the upper frame 23.
  • the frame-like body 24 is fitted to the upper end of the upper frame 23 but is not fixed, and can be displaced in the direction perpendicular to the optical axis within the range of the clearance CL (FIGS. 1 and 2). Therefore, the frame-like body 24 is temporarily fixed to the upper frame 23 with a jig (not shown).
  • the imaging device 50 is arranged so that the light receiving surface 51a of the image sensor 51 faces the chart CHT (in parallel).
  • image plane AF autofocus
  • the actuator 30 is driven and controlled by the actuator driver AD so that the center pattern PT is imaged most clearly.
  • the current supplied from the actuator driver AD flows to the coil 31 through one of the terminal T1, the wiring H1, and the second spring 26, and then the actuator through the other of the second spring 26, the wiring H2, and the terminal T2.
  • a closed circuit is formed, and the imaging lens OU is moved to the in-focus position for each of the holder 21 and the inner cylinder 22.
  • the subject image of the top, bottom, left, and right chart pattern PT is imaged on the light receiving surface 51a of the image sensor 51 via the imaging lens OU, and is continuously photoelectrically converted.
  • the image signal (image information) is output.
  • the image signal is subjected to image processing (edge detection) and resolved.
  • image processing edge detection
  • the frame-like body 24 does not protrude outward in the radial direction of the upper frame 23, the outer shape is stabilized. Furthermore, the frame-like body 24 is fixed to the upper frame 23 by applying an adhesive to the chamfered portion 24d.
  • all of the combined complex tilt factors such as the tilt of the imaging plane due to the optical errors of the lenses L1 to L3, the error factor of the actuator 30, and the tilt with respect to the substrate 52 (image sensor 51) are cancelled. Can do. Further, since the tilt adjustment of the imaging lens OU is performed in a state where the image sensor 51 and the actuator driver AD are mounted on the substrate 52, it is possible to perform the adjustment in the same state as that of an actual product, and the uncertainties that impede the adjustment. Elements can be eliminated as much as possible.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing the optical block OB of the imaging apparatus 50 ′ according to the modification.
  • a flange portion (or claw portion) 24 c ′ protruding outward in the direction orthogonal to the optical axis is formed at the lower end of the main body 24 a ′ of the frame-like body 24 ′.
  • a circumferential groove 23e 'extending in the circumferential direction is formed on the inner circumference near the upper end of the upper frame 23'.
  • the relationship E> F is established. Note that it is preferable to provide a chamfer on the flange portion 24c '.
  • the flange portion 24c 'of the frame-like body 24' is formed in the circumferential groove 23e '. It abuts on the edge 23f ′ and elastically deforms so that the tip of the main body 24a ′ bends inward, and after the edge 23f ′ is overcome, the elastic deformation returns. As a result, the frame-like body 24 ′ is prohibited from dropping from the upper frame 23 ′.
  • the frame-like body 24 ′ and the upper frame 23 ′ are movable in the direction perpendicular to the optical axis within the range of the clearance CL, as in the above-described embodiment.
  • the flange portion 24c 'and the circumferential groove 23e' constitute drop-off prohibiting means.
  • the drop-off prohibiting means is not limited to the above.
  • dropping of the frame-shaped body can be suppressed by attaching a highly viscous resin or the like to the frame-shaped body and the upper frame, or attaching an iron piece or the like to the frame-shaped body and attracting it with the magnet of the actuator.
  • FIG. 8 is a front view (a) and a rear view (b) showing a state in which the imaging device 50 is mounted on a mobile phone 100 as a mobile terminal which is a digital device.
  • FIG. 9 is a control block diagram of the mobile phone 100.
  • the object-side end surface of the imaging lens OU is provided on the back surface of the mobile phone 100 (the liquid crystal display unit side in FIG. 8A is the front surface). It arrange
  • the external connection terminal (not shown) of the imaging device 50 is connected to the control unit 101 of the mobile phone 100 and outputs an image signal such as a luminance signal or a color difference signal to the control unit 101 side.
  • the mobile phone 100 controls each unit in an integrated manner, and controls and inputs a control unit (CPU) 101 that executes a program corresponding to each process, and a number and the like with keys.
  • An input unit 60 a display unit 70 for displaying captured images and videos, a wireless communication unit 80 for realizing various information communications with an external server, a system program and various processing programs for the mobile phone 100,
  • a storage unit (ROM) 91 that stores necessary data such as a terminal ID, and various processing programs and data executed by the control unit 101, processing data, imaging data by the imaging device 50, and the like are temporarily stored.
  • a temporary storage unit (RAM) 92 used as a work area for storage.
  • an image signal of a still image or a moving image is taken into the image sensor 51.
  • the actuator 30 is operated by the image plane AF function. Is driven, and the imaging lens OU moves to the in-focus position.
  • the release is performed, and the image signal is taken into the imaging device 50.
  • the image signal input from the imaging device 50 is transmitted to the control system of the mobile phone 100 and stored in the storage unit 92 or displayed on the display unit 70, and further, video information is transmitted via the wireless communication unit 80. Will be transmitted to the outside.
  • a high-quality image can be obtained, for example, in a mobile phone equipped with the image pickup apparatus or a portable terminal such as a PDA.

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Abstract

　簡素な構成を用いて調整を行えるにも関わらず、高画質な画像を得ることができる撮像装置の調整方法及び撮像装置を開示する。枠状体２４に光軸直交方向に力を与えて変位させると、第１のバネ２５により内筒２２の上端が同じ方向に変位する。このとき、内筒２２の下端は、第２のバネ２６により変位が抑制されるので、その結果、内筒２２は傾頭することとなる。従って四隅のチャートパターンＰＴの像が一様に鮮明になるように枠状体２４をＸＹ方向に変位させることで、撮像レンズＯＵの光軸Ｘ１の傾きを調整できる。

Description

撮像装置の調整方法及び撮像装置
　本発明は、撮像装置の調整方法及び撮像装置に関し、特に小型で大量生産に好適な像装置の調整方法及び撮像装置に関する。
　小型でかつ薄型の撮像装置が、携帯電話機やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）等の携帯端末に用いられている。これらの撮像装置に使用される撮像素子としては、ＣＣＤ型イメージセンサやＣＭＯＳ型イメージセンサ等の固体撮像素子が知られている。このような撮像装置は、近年では撮像素子の高画素化が進んでおり、高解像、高性能化が図られてきている。
　ところで、近年における小型・高画素の固体撮像素子においては、以下のような問題が顕在化した。即ち、撮像素子の高画素化によって被写界深度はより狭くなるため、レンズにはより高いチルト精度が求められる。ところが、近年の小型の固体撮像素子においては、画素の狭ピッチ化が促進されており、それによる弊害が問題となってきた。例えば画素ピッチ1.75μｍの固体撮像素子において、30'の光軸チルトが許容されるレンズがあった場合、これを画素ピッチ1.1μｍの固体撮像素子に適用するためには、その比率でチルト精度を高くする必要があるため、許容チルトは19'となり、それを実現するためには部品精度や組み付け精度を高めなくてはならず、コスト高を招くこととなった。また、画素の狭ピッチ化とともに、Ｆ値については小さくなる傾向にあり、それにより被写界深度は一層狭くなり、これが光軸チルトの要求精度を一層高める要因となっている。
　そこで、光軸チルトを精度良く調整するために、例えば特許文献１、２に開示されているように、撮像素子とのあおりを調整する手法が開発されている。ここで、特許文献１の技術によれば、結合前の光学ブロックおよび撮像ブロックの相対位置を変更可能に保持し、光学ブロックを撮像ブロックに対して所定の位置に配置する移動機構及び回転テーブルと、光学系を通じて固体撮像素子へ所定の測定用光を照射する光源部と、光学系を通じて測定用光が照射された固体撮像素子から得られる画像情報に基づいて、結合前の光学系の固体撮像素子に対する配置が所定条件を満たす配置に調整するように制御することで、撮像レンズのチルト調整を行っている。
　一方、特許文献２によれば、レンズ保持機構、素子移動機構にレンズユニット、素子ユニットをそれぞれ保持させ、第２スライドステージで素子ユニットをＺ軸方向に移動させながら、撮影レンズが結像したチャート像を撮像素子で撮像し、撮像面上に設定された少なくとも５つの撮像位置の合焦座標値を取得して、撮像位置毎に得られた合焦座標値を３次元座標系に展開することにより得られる複数の評価点の相対位置から近似結像面を算出し、この近似結像面に撮像面が一致するように、第２スライドステージ及び２軸回転ステージで素子ユニットの位置及び傾きを調整している。
特開２００５－１９８１０３号公報 特開２０１０－２１９８５号公報
　しかるに、特許文献１，２においては、チルト調整のためにＸＹステージや回転テーブル等が必要になり、調整のための装置が大型化・複雑化し、コストがかかるという問題がある。又、特許文献２の撮像装置は、撮像レンズを駆動するアクチュエータを有するため、チャート像を撮像するためには、このアクチュエータに給電を行わなくてはならないが、そのため電磁石の接点に押し付けて給電を行うためのプローブが必要になり、構成をより複雑にしている。又、従来の調整方式では、調整量によって完成品のモジュール高さや、上下面の傾きが個体ごとに変化するため問題であった。
　本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、簡素な構成を用いて調整を行えるにも関わらず、高画質な画像を得ることができる撮像装置の調整方法及び撮像装置を提供することを目的とする。
　請求項１に記載の撮像装置の調整方法は、撮像レンズと、前記撮像レンズを支持する内筒と、前記内筒の周囲に配置された外筒と、前記外筒の端部と前記内筒とを連結する第１のバネ手段と、前記第１のバネ手段に対して前記撮像レンズの光軸方向に離れて、前記外筒と前記内筒とを連結する第２のバネと、前記外筒に対して前記内筒を前記光軸方向に駆動するアクチュエータと、基板に実装された固体撮像素子とを有する撮像装置の調整方法であって、
　前記固体撮像素子に対して、所定のパターンを有するチャートを正対させ、
　前記チャートを撮像したときに前記固体撮像素子から出力される画像情報に基づいて、前記第１のバネ手段を前記外筒に対して前記光軸に交差する方向に変位させて、前記撮像レンズの光軸のチルトを調整した後、固定することを特徴とする。
　本発明によれば、基板に前記固体撮像素子が実装された状態で、且つ実際の配線を介して前記アクチュエータに給電することで前記撮像レンズを合焦位置へと駆動して、前記チャートを撮像するので、別個に複雑なステージや治具等を準備する必要がなく、実際の製品に近い状態でチルト調整を行うことが出来るから、調整時と実使用時との条件差を減少させることができる。又、前記外筒に対して前記第１のバネ手段を相対変位させて、前記第１のバネ手段を介して連結された前記内筒が変位することを利用して、前記内筒に取り付けられた前記撮像レンズの光軸のチルトを調整した後に固定するので、ＸＹステージや回転テーブルなど嵩張って複雑な調整装置を用いることなく容易に前記撮像レンズのチルト調整を行うことができる。このようにして調整された撮像装置により、高画質な画像を得ることができる。又、本発明によれば、調整後に撮像装置の外形の変形を抑えることができるので、他部品に組み付ける際に都合がよい。尚、調整時において、第２のバネは、２つのバネで宙吊り状態になった内筒において、第１のバネ手段を変位させた際に、それに抗するように取り付けた側の光軸直交方向移動を抑えつつ、内筒が自由に傾けるように保持すると好ましい。
　請求項２に記載の撮像装置の調整方法は、請求項１に記載の調整方法において、前記第１のバネ手段は、第１のバネと、前記第１のバネに連結されてなり前記外筒に固定される枠状体とを有し、前記枠状体と前記外筒との間に前記クリアランスが形成されていることを特徴とする。但し、第１のバネにより前記外筒と前記内筒とを直接連結していても良い。
　請求項３に記載の撮像装置の調整方法は、請求項１又は２に記載の調整方法において、前記チャートは、少なくとも四隅に前記所定のパターンを有することを特徴とする。かかるチャートを撮像することで、得られた画像情報により前記撮像レンズのチルトを検出することができる。
　請求項４に記載の撮像装置の調整方法は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の調整方法において、前記画像情報は、前記チャートを撮像することによって得られる解像評価値であることを特徴とする。解像評価値については、例えば特開2008-281481号公報に記載されている。
　請求項５に記載の撮像装置は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置の調整方法により調整されたことを特徴とする。
　請求項６に記載の撮像装置は、前記第１のバネ手段と前記外筒との間には、両者が固定される前において、前記光軸に交差する方向において所定範囲でシフト可能なクリアランスが設けられていることを特徴とする。前記所定範囲内で、前記外筒に対して前記第１のバネ手段を相対変位させることにより、前記内筒に取り付けた前記撮像レンズの光軸のチルトを調整することができる。
　請求項７に記載の撮像装置は、請求項５又は６の撮像装置において、前記第１のバネ手段の外形は、前記外筒の外形よりも小さいことを特徴とする。これにより、チルト調整後に、前記第１のバネ手段が前記外筒の外径から外方にはみ出す恐れが少なく、他部品との組付けの邪魔になることが抑制される。
　請求項８に記載の撮像装置は、請求項５乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置において、前記第１のバネ手段と前記外筒とが固定される前において、少なくとも光軸方向における両者の分離を禁止する分離禁止手段が設けられていることを特徴とする。これにより前記第１のバネ手段を前記外筒に固定する前に、不用意に落下することを抑制できる。
　本発明によれば、簡素な構成を用いて調整を行えるにも関わらず、高画質な画像を得ることができる撮像装置の調整方法及び撮像装置を提供することができる。
本実施形態にかかる撮像装置５０の断面図である。 本実施形態にかかる撮像装置５０の断面図である。 図１の構成をIII-III線で切断して矢印方向に見た図である。 第１のバネ２５の斜視図である。 チャートＣＨＴの正面図である。 撮像装置の調整工程前（ａ）及び調整工程（ｂ）を説明するための図である。 変形例にかかる撮像装置５０’の断面図である。 撮像装置５０をデジタル機器である携帯端末としての携帯電話機１００に装備した状態を示す正面図（ａ）及び背面図（ｂ）である。 携帯電話機１００の制御ブロック図である。
　以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１、２は、本実施形態にかかる撮像装置５０を異なる位置で切断した断面図である。図３は、図１の構成をIII-III線で切断して矢印方向に見た図である。尚、図３のI-I線で切断して矢印方向に見た断面図が図１になり、図３のII-II線で切断して矢印方向に見た断面図が図２になる。
　図１、２に示すように、撮像装置５０は、光電変換部５１ａを有する固体撮像素子としてのＣＭＯＳ型イメージセンサ５１と、このイメージセンサ５１の光電変換部（受光面）５１ａに被写体像を撮像させる撮像レンズＯＵと、撮像レンズＯＵを保持するホルダ２１と、ホルダ２１を支持する内筒２２と、内筒２２の周囲に設けられた上枠２３と、上枠２３の上端に固定された枠状体２４と、内筒２２の上端と枠状体２４とを連結する第１のバネ２５と、内筒２２の下端と上枠２３の下部とを連結する第２のバネ２６と、上枠２３に対して内筒２２を駆動するアクチュエータ３０と、上枠２３を支持する下枠２７と、イメージセンサ５１を保持すると共にその電気信号の送受を行う外部接続用端子（不図示）を有する基板５２とを備え、これらは一体的に組み立てられている。
　上記イメージセンサ５１は、その受光側の平面の中央部に、画素（光電変換素子）が２次元的に配置された、受光部としての光電変換部５１ａが形成されており、信号処理回路（不図示）に接続されている。かかる信号処理回路は、各画素を順次駆動し信号電荷を得る駆動回路部と、各信号電荷をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、このデジタル信号を用いて画像信号出力を形成する信号処理部等から構成されている。また、イメージセンサ５１の受光側の平面の外縁近傍には、多数のパッド（図示略）が配置されており、ワイヤ（不図示）を介して基板５２に接続されている。イメージセンサ５１は、光電変換部５１ａからの信号電荷をデジタルＹＵＶ信号等の画像信号等に変換し、ワイヤ（不図示）を介して基板５２上の所定の回路ＣＫＴ（図３）に出力する。ここで、Ｙは輝度信号、Ｕ（＝Ｒ－Ｙ）は赤と輝度信号との色差信号、Ｖ（＝Ｂ－Ｙ）は青と輝度信号との色差信号である。なお、固体撮像素子は上記ＣＭＯＳ型のイメージセンサに限定されるものではなく、ＣＣＤ等の他のものを使用しても良い。
　基板５２は、外部接続用端子（不図示）を介して外部回路（例えば、撮像装置を実装した携帯端末の上位装置が有する制御回路）と接続し、外部回路からイメージセンサ５１を駆動するための電圧やクロック信号の供給を受けたり、また、デジタルＹＵＶ信号を外部回路へ出力したりすることを可能とする。
　ホルダ２１は、物体側（図１で上側）に光軸直交方向内方に延在するフランジ部２１ａを有し、その中央に形成された円形開口が絞りＳとなっている。撮像レンズＯＵは、物体側からレンズＬ１，レンズＬ２，レンズＬ３をこの順序で積層接着してなり、レンズＬ１の周囲をフランジ部２１ａに当接するようにして、ホルダ２１の内周に固着されているため、撮像レンズＯＵとホルダ２１との同軸性は高くなっている。又、ホルダ２１は、外周に雄ねじ部２１ｂを有している。
　円筒状の内筒２２は、内周に雌ねじ部２２ａを有し、雄ねじ部２１ｂを雌ねじ部２２ａに螺合させることによって、ホルダ２１が内筒２２に対して光軸方向に変位可能に取り付けられている。内筒２２は、その下部外周に、光軸直交方向外方に延在するフランジ部２２ｂを有している。尚、内筒２２の上端は、雌ねじ部２２ａの軸線に対して精度良く直交しているものとする。
　環状のボイスコイルモータであるアクチュエータ３０は、内筒２２のフランジ部２２ｂに端部が取り付けられ同軸に延在する筒状のコイル３１と、コイル３１の外方を包囲するようにして、上枠２３の内周に取り付けられた磁石３２と、磁石３２の外周面側から、磁石３２及びコイル３１の上方側を通過して、コイル３１の内周側に至るヨーク３３とを有する。ボイスコイルモータの駆動原理は良く知られているので省略するが、アクチュエータドライバＡＤより、配線Ｈ１，Ｈ２、第２のばね２６を介してコイル３１に電力を供給することで発生する磁力により、磁石３２に対してコイル３１を内筒２２と共に、供給された電力に応じて図１で上下方向に変位させることができるものであり、これにより撮像レンズＯＵの光軸方向移動が可能となる。
　角筒状の上枠２３は、その上端の内周側を全周にわたって抉っており、内周段部２３ａを形成している。一方、矩形状の枠状体２４は、筒部２４ａとフランジ部２４ｂとからなり、フランジ部２４ｂに第１のバネ２５の外周側を接着している。枠状体２４と第１のバネ２５により、第１のバネ手段を構成する。筒部２４ａは、その下端の外周側を全周にわたって抉っており、外周段部２４ｃを形成している。外周段部２４ｃの光軸直交方向外方に内周段部２３ａが位置するようにして、上枠２３に対して枠状体２４が組み付けられている。尚、外周段部２４ｃと筒部２４ａとの間には、面取り部２４ｄを形成している。
　ここで、図１に示すように、上枠２３の外寸Ａと、枠状体２４の外寸Ｂとの間には、Ａ＞Ｂなる関係がある。又、内周段部２３ａの内寸Ｃと、外周段部２４ｃの外寸Ｄとの間には、Ｃ＞Ｄなる関係がある。以上の寸法関係は、直交する断面においても同様である。従って、内周段部２３ａと外周段部２４ｃとの間には、寸法差に応じたクリアランスＣＬがあり、固定前においては、このクリアランスＣＬの範囲内で、上枠２３に対して枠状体２４が光軸直交方向に変位可能となっている。一例として、第１のバネ２５と第２のバネ２６間の距離が3mmのアクチュエータにおいて、±30’のチルトを補正するのに必要な調芯量は±26μｍとなる（3*tan30'）。この約1.5倍の調整代を確保するため、クリアランスＣＬとしては±40μｍ以上確保することが望ましい。
　更に、上枠２３の下部内周には、光軸直交方向内方に延在するフランジ部２３ｂが形成されており、その下面の一部が矩形状に突出して上枠基準面（基準平面）２３ｃを形成している。第２のバネ２６の外周側は、フランジ部２３ｂの上面に接着され、第２のバネ２６の内周側は、内筒２２の下端にねじ止め又は接着されている。
　一方、略環状の下枠２７は、その上面の一部が環状に突出して下枠基準面２７ａを形成し、また上部外周に段部２７ｂを有している。上枠基準面２３ｃが下枠基準面２７ａに当接し、また上枠２３の下端内周２３ｄが段部２７ｂに嵌合するようにして、上枠２３と下枠２７とが結合されて接着され、外筒を構成している。ここで、上枠２３の下端面と下枠２７との間には隙間Δがあるが、その隙間Δは全周にわたってバラツキがなく一様であり、この隙間Δに接着剤を塗布した際の強度バラツキを抑え、また異物などの侵入を阻止することができる。下枠２７の下部から突出した環状の脚部２７ｃが、イメージセンサ５１の周囲の基板５２の上面に当接し接着されている。下枠２７の中央には、ＩＲカットフィルタＦＩが取り付けられている。尚、本実施形態では、上枠２３より物体側を光学ブロックＯＢといい、下枠２７より像側を撮像ブロックＣＢと定義する（図２参照）。
　図３の断面において、下枠２７を光軸方向に見たときに、全面にわたって基板５２の面に当接した脚部２７ｃの外周の一部が、内側にへこんで凹部２７ｅを形成している。凹部２７ｅ内の基板５２上（即ち下枠２７の外側）には、金属製の端子Ｔ１，Ｔ２が形成されている。端子Ｔ１，Ｔ２は、下枠２７内であって基板５２上に実装されたアクチュエータドライバＡＤに接続されている。又、図２に示すように、端子Ｔ１，Ｔ２は、それぞれ配線Ｈ１，Ｈ２に接続され、第２のバネ２６を介してアクチュエータ３０に接続されている。
　図４は、第１のバネ２５の斜視図である。第１のバネ２５は、薄い板材からなり、枠状体２４に接着される外側環状部２５ａと、内筒２２に接着される内側環状部２５ｂと、外側環状部２５ａと内側環状部２５ｂとを、径方向に重ならない位置で連結する円弧状の３つのバネ部２５ｃとを有する。このような形状を有する第１のバネ２５は、小面積で軸線方向のバネ定数を下げることができる。尚、第２のバネ２６も同様の形状を有するが、２部品から構成されている。
　次に、組立工程の最終段階で行う撮像装置の調整方法について述べる。図５は、本実施形態で用いるチャートＣＨＴの一例である。チャートＣＨＴは矩形状であり、チャートパターンが設けられたチャート面には、中心と、四隅近傍の左上、左下、右上、右下とに第１～第５チャートパターンＰＴがそれぞれ印刷されている。所定のパターンとしての第１～第５チャートパターンＰＴは、全て同一の画像であって、黒色の線を所定間隔で配列させた、いわゆるラダー状のチャートパターンであり、それぞれ水平方向に配列させた水平チャート画像ＰＴ１と、垂直方向に配列させた垂直チャート画像ＰＴ２から構成されている。
　図６（ａ）は撮像装置の調整工程前、（ｂ）は調整工程をそれぞれ説明するための図である。まず、図６（ａ）に示すように、上枠２３に枠状体２４を固定することを除き、調整対象とする撮像装置５０を組み付ける（配線を含む）。かかる状態では、枠状体２４は、上枠２３の上端に嵌合しているが固定されておらず、クリアランスＣＬ（図１，図２）の範囲内で光軸直交方向に変位可能となっているから、枠状体２４を上枠２３に対して治具（不図示）で仮固定する。この状態で、イメージセンサ５１の受光面５１ａがチャートＣＨＴに正対するように（平行となるように）撮像装置５０を配置する。
　続いて、イメージセンサ５１からの画像信号（画像情報）に基づき像面ＡＦ（オートフォーカス）を行う。より具体的には、イメージセンサ５１からの画像信号に基づいて、中央のパターンＰＴが最も鮮明に撮像されるようにアクチュエータドライバＡＤによりアクチュエータ３０を駆動制御する。アクチュエータドライバＡＤから供給された電流は、端子Ｔ１，配線Ｈ１、第２のバネ２６の一方を介して、コイル３１に流れ、その後第２のバネ２６の他方、配線Ｈ２，端子Ｔ２を介してアクチュエータドライバＡＤに戻り、これにより閉回路が形成され、撮像レンズＯＵをホルダ２１及び内筒２２毎、合焦位置に移動させるようになっている。
　中央のパターンＰＴにピントがあった状態で、上下左右のチャートパターンＰＴの被写体像が撮像レンズＯＵを介して、イメージセンサ５１の受光面５１ａ上に結像することにより、連続的に光電変換された画像信号（画像情報）が出力される。このとき、図６（ａ）に示すように、撮像レンズＯＵの光軸Ｘ１が、イメージセンサ５１の直交線Ｘ２に対して傾いていた場合、画像信号を画像処理（エッジ検出）して解像評価値を求めると、左右いずれかのチャートパターンＰＴの像が片ぼけしていることがわかる。
　かかる場合、図６（ｂ）に矢印で示すごとく、枠状体２４に光軸直交方向に力を与えて変位させると、第１のバネ２５により内筒２２の上端が同じ方向に変位する。このとき、内筒２２の下端は、第２のバネ２６により変位が抑制されるので、その結果、内筒２２は傾頭することとなる。従って四隅のチャートパターンＰＴの像が一様に鮮明になるように枠状体２４をＸＹ方向に変位させることで、撮像レンズＯＵの光軸Ｘ１の傾きを調整できる。かかる状態では、上枠２３の半径方向外方に枠状体２４ははみ出すことがないので、外形形状が安定する。更に、面取り部２４ｄに接着剤を付与することで、枠状体２４は上枠２３に固定される。
　本実施形態によれば、レンズL1～L3の光学誤差による結像面の傾き、アクチュエータ３０の誤差要因、基板５２（イメージセンサ５１）に対するチルト等、合成された複雑なチルト要因全てをキャンセルすることができる。又、イメージセンサ５１やアクチュエータドライバＡＤを基板５２に実装した状態で、撮像レンズＯＵのチルト調整を行うので、実際の製品と同様な状態での調整を行うことが出来、調整を阻害する不確定要素を極力排除できる。
　図７は、変形例にかかる撮像装置５０’の光学ブロックＯＢを示す断面図である。本変形例においては、枠状体２４’の本体２４ａ’の下端に、光軸直交方向外方に突出したフランジ部（又は爪部）２４ｃ’が形成されている。一方、上枠２３’の上端近傍の内周には、周方向に延在する周溝２３ｅ’が形成されている。ここで、フランジ部２４ｃ’の外寸をＥ、周溝２３ｅ’の縁部２３ｆ’の内寸をＦとすると、Ｅ＞Ｆの関係が成立する。尚、フランジ部２４ｃ’には面取りを設けると好ましい。
　枠状体２４’を上枠２３’に組み付ける際に、上枠２３’に対して枠状体２４’を軸線方向に押し込むと、枠状体２４’のフランジ部２４ｃ’が周溝２３ｅ’の縁部２３ｆ’に当接して、本体２４ａ’の先端が内側に曲がるように弾性変形し、縁部２３ｆ’を乗り越えた後に弾性変形が復帰する。これにより、枠状体２４’は上枠２３’から脱落することが禁止される。但し、枠状体２４’と上枠２３’とは、上述した実施形態と同様に、クリアランスＣＬの範囲で光軸直交方向に移動可能である。フランジ部２４ｃ’と周溝２３ｅ’とが脱落禁止手段を構成する。尚、脱落禁止手段としては、以上に限られない。例えば、粘性の高い樹脂等を枠状体と上枠に付着させたり、或いは枠状体に鉄片などを取り付けることで、アクチュエータの磁石により吸引させることでも、枠状体の脱落を抑制できる。
　次に、上述した撮像装置５０の使用態様について説明する。図８は、撮像装置５０をデジタル機器である携帯端末としての携帯電話機１００に装備した状態を示す正面図（ａ）及び背面図（ｂ）である。また、図９は携帯電話機１００の制御ブロック図である。
　撮像装置５０は、例えば、図８（ｂ）のように撮像レンズＯＵの物体側端面が携帯電話機１００の背面（図８（ａ）の液晶表示部側を正面とする）に設けられ、液晶表示部の下方に相当する位置になるよう配設される。
　撮像装置５０の外部接続用端子（不図示）は、携帯電話機１００の制御部１０１と接続され、輝度信号や色差信号等の画像信号を制御部１０１側に出力する。
　一方、携帯電話機１００は、図９に示すように、各部を統括的に制御すると共に、各処理に応じたプログラムを実行する制御部（ＣＰＵ）１０１と、番号等をキーにより支持入力するための入力部６０と、撮像した画像や映像等を表示する表示部７０と、外部サーバとの間の各種情報通信を実現するための無線通信部８０と、携帯電話機１００のシステムプログラムや各種処理プログラム及び端末ＩＤ等の必要な諸データを記憶している記憶部（ＲＯＭ）９１と、制御部１０１によって実行される各種処理プログラムやデータ、若しくは処理データ、或いは撮像装置５０による撮像データ等を一時的に格納する作業領域として用いられる一時記憶部（ＲＡＭ）９２とを備えている。
　携帯電話機１００を把持する撮影者が、被写体に対して撮像装置５０の撮像レンズＯＵを向けると、イメージセンサ５１に静止画又は動画の画像信号が取り込まれるが、このとき像面ＡＦ機能によりアクチュエータ３０が駆動されて、撮像レンズＯＵが合焦位置へと移動する。所望のシャッタチャンスで、図８（ａ）に示すボタンＢＴを撮影者が押すことでレリーズが行われ、画像信号が撮像装置５０に取り込まれることとなる。撮像装置５０から入力された画像信号は、上記携帯電話機１００の制御系に送信され、記憶部９２に記憶されたり、或いは表示部７０で表示され、さらには、無線通信部８０を介して映像情報として外部に送信されることとなる。
　本発明は、本明細書に記載の実施形態や使用態様に限定されるものではなく、他の実施形態や変形例を含むことは、本明細書に記載された実施形態や思想から本分野の当業者にとって明らかである。
　本発明の撮像装置の調整方法及び撮像装置によれば、例えば、撮像装置を装備した携帯電話機やＰＤＡ等の携帯端末において高画質な画像を得ることができる。
 ２１ ホルダ
 ２１ａ フランジ部
 ２１ｂ 雄ねじ部
 ２２ 内筒
 ２２ａ 雌ねじ部
 ２２ｂ フランジ部
 ２３ 上枠
 ２３ａ 内周段部
 ２３ｂ フランジ部
 ２３ｃ 上枠基準面
 ２４ 枠状体
 ２４ａ 筒部
 ２４ｂ フランジ部
 ２４ｃ 外周段部
 ２４ｄ 面取り部
 ２５ 第１のバネ
 ２５ａ 外側環状部
 ２５ｂ 内側環状部
 ２５ｃ バネ部
 ２６ 第２のバネ
 ２７ 下枠
 ２７ａ 下枠基準面
 ２７ｂ 段部
 ２７ｃ 脚部
 ３０ アクチュエータ
 ３１ コイル
 ３２ 磁石
 ３３ ヨーク
 ５０ 撮像装置
 ５１ イメージセンサ
 ５１ａ 光電変換部、受光面
 ５２ 基板
 ６０ 入力部
 ７０ 表示部
 ８０ 無線通信部
 ９２ 記憶部
１００ 携帯電話機
１０１ 制御部
ＢＴ ボタン
ＣＬ クリアランス
Ｌ１ レンズ
Ｌ２ レンズ
Ｌ３ レンズ
ＯＵ 撮像レンズ
Ｘ１ 撮像レンズの光軸
Ｘ２ イメージセンサの直交線

Claims (8)

  1. 　撮像レンズと、前記撮像レンズを支持する内筒と、前記内筒の周囲に配置された外筒と、前記外筒の端部と前記内筒とを連結する第１のバネ手段と、前記第１のバネ手段に対して前記撮像レンズの光軸方向に離れて、前記外筒と前記内筒とを連結する第２のバネと、前記外筒に対して前記内筒を前記光軸方向に駆動するアクチュエータと、基板に実装された固体撮像素子とを有する撮像装置の調整方法であって、
    　前記固体撮像素子に対して、所定のパターンを有するチャートを正対させ、
    　前記チャートを撮像したときに前記固体撮像素子から出力される画像情報に基づいて、前記第１のバネ手段を前記外筒に対して前記光軸に交差する方向に変位させて、前記撮像レンズの光軸のチルトを調整した後、固定することを特徴とする撮像装置の調整方法。
  2. 　前記第１のバネ手段は、第１のバネと、前記第１のバネに連結されてなり前記外筒に固定される枠状体と、を有し、前記枠状体と前記外筒との間に前記クリアランスが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置の調整方法。
  3. 　前記チャートは、少なくとも四隅に前記所定のパターンを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置の調整方法。
  4. 　前記画像情報は、前記チャートを撮像することによって得られる解像評価値であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置の調整方法。
  5. 　請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置の調整方法により調整されたことを特徴とする撮像装置。
  6. 　前記第１のバネ手段と前記外筒との間には、両者が固定される前において、前記光軸に交差する方向において所定範囲でシフト可能なクリアランスが設けられていることを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
  7. 　前記第１のバネ手段の外形は、前記外筒の外形よりも小さいことを特徴とする請求項５又は６に記載の撮像装置。
  8. 　前記第１のバネ手段と前記外筒とが固定される前において、少なくとも光軸方向における両者の分離を禁止する分離禁止手段が設けられていることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
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