WO2015104892A1 - 撮像モジュールの製造方法及び撮像モジュール製造装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an imaging module manufacturing method and an imaging module manufacturing apparatus.
- This imaging module has a structure in which a lens unit in which a photographing lens is incorporated and an imaging element unit in which an imaging element such as a CCD image sensor or a CMOS image sensor is incorporated are integrated.
- the imaging module has an auto-focus (AF) mechanism for adjusting the focus by moving the lens in the lens unit, and the lens unit and the image sensor unit are moved relative to each other in the direction perpendicular to the optical axis to capture an image.
- AF auto-focus
- Some have an optical image blur correction mechanism for optically correcting image blur.
- Patent Document 1 describes an imaging module having an AF mechanism.
- Patent Document 2 describes an imaging module having an AF mechanism and an optical image blur correction mechanism.
- image sensors used in image pickup modules have been widely used having a low pixel number of about 1 million to 2 million pixels to a high number of pixels of 3 million to 10 million pixels or more. ing.
- Patent Document 1 describes a technique for fixing a lens unit and an image sensor unit after aligning the lens unit and the image sensor unit.
- Patent Document 1 after setting the lens unit and the image sensor unit to the initial positions, the image sensor is caused to image the chart while moving the image sensor unit in the optical axis direction while energizing with the probe applied to the lens unit. Then, the positions of the lens unit and the image sensor unit are adjusted from the obtained captured image. After this adjustment, the lens unit and the image sensor unit are bonded and fixed.
- Patent Document 1 The technique described in Patent Document 1 is based on the premise that the optical axis of the lens is perpendicular to the imaging surface of the imaging device.
- the position of the lens unit deviates from a desired position in a plane perpendicular to the optical axis due to manufacturing variations (part accuracy and assembly accuracy) of the optical image blur correction mechanism. There is.
- the center of the image pickup surface of the image pickup device and the optical axis of the lens do not coincide with each other when the lens unit and the image pickup device unit are held in the manufacturing apparatus, and the alignment can be performed with high accuracy. Can not.
- the lens unit is energized and alignment is performed in a state where the lens position is controlled to a desired position.
- this method requires a mechanism and electric power for energization, and increases manufacturing costs.
- Patent Document 2 discloses a pedestal fixed to a lens unit, an arm part for gripping a lens barrel in the lens unit, and a support spring for supporting the arm part movably in the optical axis direction with respect to the pedestal. Is used to adjust the position of the lens barrel in the lens unit in the direction of the optical axis.
- the adjustment device prevents the lens barrel from moving in two directions perpendicular to the optical axis even when the arm portion is holding the lens barrel because the arm portion is supported by the support spring. It is not possible.
- Patent Document 2 after fixing the lens unit and the image sensor unit, the position of the lens barrel in the lens unit in the optical axis direction is adjusted, and the positioning accuracy of the lens barrel is not taken into consideration.
- the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an inexpensive imaging module manufacturing apparatus and imaging module manufacturing method capable of highly accurately aligning a lens unit and an imaging element unit.
- the manufacturing method of an imaging module of the present invention is a manufacturing method of an imaging module having a lens unit having a lens group, and an imaging element unit having an imaging element fixed to the lens unit and imaging a subject through the lens group.
- the lens unit includes a lens holding unit that holds the lens group, and a first lens drive that moves at least a part of the lenses in the first direction along the optical axis of the lens group. And a second lens driving unit and a third lens driving unit that move at least some of the lenses in the second direction and the third direction orthogonal to the optical axis of the lens group, respectively.
- a first step of holding the unit and holding the imaging device unit on the axis, and changing the relative position in the axial direction of the lens unit, the imaging device unit, and the measurement chart held on the axis Then, based on the second step of imaging the measurement chart by the imaging device at each relative position and the imaging signal obtained by imaging the measurement chart by the imaging device, the imaging element unit with respect to the lens unit
- the imaging module manufacturing apparatus of the present invention includes a measurement chart installation unit for installing a measurement chart, and a subject through a lens unit having a lens group on an axis orthogonal to the measurement chart installed in the measurement chart installation unit.
- An image sensor unit holding unit for holding an image sensor unit having an image sensor for imaging, and a lens for holding the lens unit on the axis between the measurement chart setting unit and the image sensor unit holding unit.
- a control unit that images the measurement chart installed in the measurement chart installation unit through the lens unit, and is held by the lens unit holding unit based on an imaging signal obtained by imaging the measurement chart by the imaging element.
- An adjustment unit that adjusts the inclination of the image sensor unit held by the image sensor unit holding unit with respect to the lens unit that has been adjusted, and a unit fixing unit that fixes the image sensor unit adjusted by the adjustment unit to the lens unit.
- the lens unit holding portion includes a fixing portion whose position in a plane perpendicular to the axis is fixed, and the fixing portion holds the lens group in the housing of the lens unit. It has a fitting part fitting with a part.
- FIG. 1 is an external perspective view of an imaging module 100 according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is an external perspective view of the imaging module 100 shown in FIG. 1 with a lens unit 10 omitted.
- FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA of the imaging module 3 shown in FIG. It is a block diagram which shows the electrical connection structure of the lens unit 10 shown in FIG. 2 is a side view illustrating a schematic configuration of a manufacturing apparatus 200 of the imaging module 100.
- FIG. 10 is a diagram showing a chart surface of a measurement chart 89. 6 is an enlarged view of a lens positioning plate 75.
- FIG. 6 is a diagram for explaining a holding state of the lens unit 10 and the imaging element unit 20 by the imaging module manufacturing apparatus 200.
- FIG. 2 is a block diagram illustrating an internal configuration of an imaging module manufacturing apparatus 200.
- FIG. 4 is a flowchart for explaining a manufacturing process of the imaging module 100 by the imaging module manufacturing apparatus 200. It is a figure which shows the modification of the lens positioning plate 75.
- FIG. It is a figure which shows the modification of a structure of the lens positioning plate 75 and the lens barrel. It is a figure which shows the modification of a structure of the lens positioning plate 75 and the lens barrel.
- FIG. 1 is an external perspective view of an imaging module 100 according to an embodiment of the present invention.
- the imaging module 100 includes a lens unit 10 having a lens group 12 and an imaging element unit 20 having an imaging element (not shown in FIG. 1) that is fixed to the lens unit 10 and images a subject through the lens group 12.
- the direction along the optical axis Ax of the lens group 12 is defined as the z direction, and the two directions orthogonal to the z direction and orthogonal to each other are defined as the x direction and the y direction, respectively.
- the lens unit 10 includes a casing 11 that accommodates each component described later.
- An opening 11 a centering on the optical axis Ax of the lens group 12 is formed on the top surface of the housing 11.
- the imaging module 100 captures subject light from the opening 11a into the lens group 12 for imaging.
- a part of the flexible substrate 13 accommodated in the housing 11 is exposed outside the housing 11.
- a lens unit terminal portion 14 including terminals 14A to 14F is connected to the tip of the exposed portion of the flexible substrate 13.
- the lens unit terminal portion 14 includes terminals other than the terminals 14A to 14F. However, in FIG. 1, only the terminals 14A to 14F are illustrated for simplification, and the other terminals are not illustrated. is doing.
- FIG. 2 is an external perspective view of the imaging module 100 shown in FIG. 1 with the lens unit 10 omitted.
- the image pickup device unit 20 includes a substrate 21 on which an image pickup device 27 such as a CCD image sensor or a CMOS image sensor is formed, and a flexible substrate 22 that is electrically connected to the substrate 21.
- an image pickup device 27 such as a CCD image sensor or a CMOS image sensor is formed
- a flexible substrate 22 that is electrically connected to the substrate 21.
- the pixel pitch of the image sensor 27 is not particularly limited, but a pixel pitch of 1.0 ⁇ m or less is used.
- the pixel pitch refers to the smallest distance among the distances between the centers of the photoelectric conversion regions included in the pixels included in the image sensor 27.
- the pixel pitch of the image sensor has become narrower, but when the pixel pitch becomes narrower, the area per pixel becomes smaller. As a result, the radius of the allowable circle of confusion is reduced and the depth of focus is reduced. Furthermore, since it is necessary to increase the amount of light collected per pixel, the F number of the lens tends to be small.
- a cylindrical cover holder 25 is formed on the substrate 21, and an image sensor 27 is disposed inside the cover holder 25.
- a cover glass (not shown) is fitted in the hollow portion of the cover holder 25 above the image sensor 27.
- an image sensor unit terminal portion 24 including terminals 24A to 24F for electrical connection with the lens unit 10 is provided on the surface of the substrate 21 outside the cover holder 25, an image sensor unit terminal portion 24 including terminals 24A to 24F for electrical connection with the lens unit 10 is provided. Similarly to the lens unit terminal unit 14, only a part of the image sensor unit terminal unit 24 is illustrated.
- the substrate 21 is provided with an image sensor wiring connected to a data output terminal and a drive terminal of the image sensor 27.
- the imaging element wiring is connected to the external connection terminal portion 23 provided at the end of the flexible substrate 22 via the wiring provided on the flexible substrate 22.
- the substrate 21 is provided with lens unit wirings connected to the respective terminals included in the image sensor unit terminal portion 24.
- the lens unit wiring is connected to the external connection terminal portion 23 provided at the end of the flexible substrate 22 via the wiring provided on the flexible substrate 22.
- the lens unit 10 and the image sensor unit 20 are fixed by, for example, an adhesive.
- each terminal of the lens unit terminal unit 14 and each terminal of the image sensor unit terminal unit 24 corresponding thereto are electrically connected. It is connected to the.
- the terminal 14A and the terminal 24A are electrically connected, the terminal 14B and the terminal 24B are electrically connected, the terminal 14C and the terminal 24C are electrically connected, and the terminal 14D and the terminal 24D are connected.
- the terminal 14E and the terminal 24E are electrically connected, and the terminal 14F and the terminal 24F are electrically connected.
- FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA of the imaging module 100 shown in FIG.
- the image sensor 27 is disposed in a recess provided in the substrate 21 and is sealed by a cover holder 25 provided on the substrate 21 and a cover glass 26 fitted in the cover holder 25. ing.
- the lens unit 10 includes a lens group 12 including a plurality of lenses (four lenses 12A to 12D in the example of FIG. 3) arranged above the cover glass 26, and a cylindrical shape as a lens holding portion that holds the lens group 12.
- the lens group 12, the lens barrel 15, the bottom block 19, the flexible substrate 13, and the lens driving device 16 are accommodated in the housing 11.
- the lens driving device 16 includes a first lens driving unit, a second lens driving unit, a third lens driving unit, and a Hall element as a position detection element that detects the position of the lens.
- the first lens driving unit sets at least a part of the lenses in the lens group 12 (all the lenses in the lens group 12 in the example of FIG. 3) in a first direction along the optical axis Ax of the lens group 12 ( It is a drive unit for performing focus adjustment by moving in the z direction in FIG.
- the second lens driving unit has at least a part of the lenses in the lens group 12 (all lenses in the lens group 12 in the example of FIG. 3) in a second direction orthogonal to the optical axis Ax of the lens group 12 ( This is a drive unit that is moved in the x direction in FIG. 1 to correct blurring of an image captured by the image sensor 27.
- the third lens driving unit includes at least a part of the lens group 12 (all lenses in the lens group 12 in the example of FIG. 3) in a third direction orthogonal to the optical axis Ax of the lens group 12 ( It is a drive unit that is moved in the y direction in FIG. 1 and corrects blurring of an image captured by the image sensor 27.
- the first lens driving unit, the second lens driving unit, and the third lens driving unit are actuators for moving the lens, and a voice coil motor (VCM) is used in this embodiment.
- VCM voice coil motor
- This actuator need not be a VCM.
- the lens barrel is easily affected by gravity when the lens unit 10 is held by the manufacturing apparatus, so that the effect of the present invention is further increased.
- FIG. 4 is a block diagram showing an electrical connection configuration of the lens unit 10 shown in FIG.
- the lens driving device 16 detects an x-direction VCM 16A (the second lens driving unit) for moving the lens group 12 in the x direction and a position of the lens group 12 in the x direction.
- the z-direction VCM 16E (the first lens driving unit) for moving the lens group 12 in the z-direction and the z-direction hall element 16F for detecting the z-direction position of the lens group 12 are provided.
- the x-direction VCM 16A has two terminals, and each of the two terminals is electrically connected to the terminal 14A and the terminal 14B via a wiring formed on the flexible substrate 13.
- the x-direction hall element 16B has four terminals, and each of the four terminals is electrically connected to the terminal 14a, the terminal 14b, the terminal 14c, and the terminal 14d through a wiring formed on the flexible substrate 13. ing.
- the y-direction VCM 16C has two terminals, and each of the two terminals is electrically connected to the terminal 14C and the terminal 14D through wiring formed on the flexible substrate 13.
- the y-direction hall element 16D has four terminals, and each of the four terminals is electrically connected to the terminal 14e, the terminal 14f, the terminal 14g, and the terminal 14h via wiring formed on the flexible substrate 13. ing.
- each of the two terminals is electrically connected to the terminal 14E and the terminal 14F via a wiring formed on the flexible substrate 13.
- the z-direction hall element 16F has four terminals, and each of the four terminals is electrically connected to the terminal 14i, the terminal 14j, the terminal 14k, and the terminal 14l through the wiring formed on the flexible substrate 13. ing.
- the number of terminals required for each lens driving unit and each Hall element is an example, and is not limited to the above.
- the lens unit 10 and the imaging element unit 20 are separately manufactured. Then, an adjustment process for aligning the lens unit 10 and the image sensor unit 20 is performed so that the imaging surface of the subject imaged by the lens group 12 coincides with the image pickup surface of the image sensor 27, and then the lens. The unit 10 and the image sensor unit 20 are fixed.
- the above adjustment process is performed by moving the image sensor unit 20 in a state where the lens unit 10 is held in a predetermined posture by the manufacturing apparatus.
- FIG. 5 is a side view showing a schematic configuration of the manufacturing apparatus 200 for the imaging module 100.
- the imaging module manufacturing apparatus 200 adjusts the position and inclination of the imaging element unit 20 with respect to the lens unit 10, and after the adjustment, fixes the imaging element unit 20 to the lens unit 10 to complete the imaging module 100.
- the imaging module manufacturing apparatus 200 includes a chart unit 71, a condensing unit 73, a lens positioning plate 75, a lens holding mechanism 77, an imaging element unit holding unit 79, an adhesive supply unit 81, an ultraviolet lamp 83, And a control unit 85 for controlling them.
- the chart unit 71, the condensing unit 73, the lens positioning plate 75, the lens holding mechanism 77, and the image sensor unit holding unit 79 are arranged side by side on a plane perpendicular to the gravity direction of the work table 87.
- the chart unit 71 includes a box-shaped casing 71a, a measurement chart 89 fitted in the casing 71a, and a light source 91 that is incorporated in the casing 71a and illuminates the measurement chart 89 from the back with parallel light. It is configured.
- the chart unit 71 functions as a measurement chart installation unit for installing the measurement chart 89.
- the measurement chart 89 is formed of, for example, a plastic plate having light diffusibility.
- the chart surface of the measurement chart 89 is parallel to the direction of gravity.
- the chart unit 71 functions as a measurement chart installation unit for installing the measurement chart 89.
- the measurement chart 89 may be removable and replaceable with another one.
- FIG. 6 is a diagram showing a chart surface of the measurement chart 89.
- the measurement chart 89 has a rectangular shape, and a plurality of chart images CH1, CH2, CH3, CH4, and CH5 are printed on the chart surface on which the chart pattern is provided.
- the plurality of chart images are all the same image, and are so-called ladder-like chart patterns in which black lines are arranged at predetermined intervals.
- Each chart image is composed of a horizontal chart image Px arranged in the horizontal direction of the image and a vertical chart image Py arranged in the vertical direction of the image.
- the condensing unit 73 is arranged to face the chart unit 71 on the Z axis, which is a perpendicular to the chart surface of the measurement chart 89 and passes through the chart surface center 89a.
- the condensing unit 73 includes a bracket 73a and a condensing lens 73b fixed to the work table 87.
- the condensing lens 73b condenses the light emitted from the chart unit 71 and causes the condensed light to enter the lens unit 10 through the opening 73c formed in the bracket 73a.
- the lens positioning plate 75 is formed to be rigid, for example, by metal, and is provided with an opening 75c through which the light collected by the light collecting unit 73 passes.
- the lens positioning plate 75 is a fixed portion whose position in a plane perpendicular to the Z axis is fixed, and is disposed facing the light collecting unit 73 on the Z axis.
- FIG. 7 is a partially enlarged view of the lens positioning plate 75.
- FIG. 8 is a diagram for explaining a holding state of the lens unit 10 and the imaging element unit 20 by the imaging module manufacturing apparatus 200.
- the lens positioning plate 75 is provided with a positioning cylinder 75a on the surface of the lens positioning plate 75 opposite to the chart unit 71 side.
- the hollow part of the cylindrical part 75a has a shape corresponding to the housing 11 of the lens unit 10.
- the lens unit 10 is positioned by inserting the casing 11 of the lens unit 10 into the hollow portion from the top surface side.
- the cylindrical portion 75a functions as a positioning portion that positions the housing 11 of the lens unit 10.
- a cylindrical portion 75b corresponding to the shape of the lens barrel 15 of the lens unit 10 is provided on the bottom surface of the hollow portion of the cylindrical portion 75a.
- the cylindrical portion 75b has a shape that fits with the end of the lens barrel 15 on the subject side.
- the center of the cylindrical portion 75b coincides with the Z axis. For this reason, as shown in FIG. 7, the lens barrel 15 is fitted in a state where the optical axis Ax and the Z axis of the lens unit 10 are aligned by fitting a part of the side surface of the lens barrel 15 into the hollow portion of the cylindrical portion 75b. 15 can be held.
- the cylinder portion 75 b functions as a fitting portion that fits with the lens barrel 15.
- the cylindrical portion 75 b is in contact with a plane 15 a that is orthogonal to the optical axis Ax on the surface of the lens barrel 15 in a state of being fitted to the lens barrel 15. In this way, by fitting the cylindrical portion 75b and the lens barrel 15, the movement of the lens barrel 15 in the optical axis direction can also be restricted.
- the lens holding mechanism 77 includes a first slide stage 99 movable in the Z-axis direction, and a holding plate 114 provided on the stage portion 99a of the first slide stage 99.
- the first slide stage 99 is an electric precision stage that rotates a ball screw by the rotation of a motor (not shown) and moves the stage portion 99a engaged with the ball screw in the Z-axis direction.
- the first slide stage 99 is controlled by the control unit 85.
- the holding plate 114 is for holding the lens unit 10 so that the top surface of the housing 11 faces the chart unit 71 on the Z axis.
- the housing 11 is positioned by the lens positioning plate 75, and the holding plate 114 is pressed against the bottom block 19 of the lens unit 10 holding the lens barrel 15.
- the lens unit 10 is held by the manufacturing apparatus 200.
- the lens positioning plate 75 and the lens holding mechanism 77 constitute a lens unit holding portion for holding the lens unit 10 on the Z-axis.
- the image sensor unit holding unit 79 is for holding the image sensor unit 20 on the Z axis. Further, the image sensor unit holding unit 79 can change the position and inclination of the image sensor unit 20 in the Z-axis direction under the control of the control unit 85.
- the inclination of the imaging element unit 20 means the inclination of the imaging surface 27a of the imaging element 27 with respect to a plane perpendicular to the Z axis.
- the imaging element unit holding unit 79 holds a chuck hand 115 that holds the imaging element unit 20 so that the imaging surface 27a faces the chart unit 71 on the Z axis, and a substantially crank-shaped bracket 117 to which the chuck hand 115 is attached.
- the two-axis rotary stage 119 that adjusts the inclination around two axes orthogonal to the Z-axis (horizontal X-axis and vertical Y-axis) and the bracket 121 to which the two-axis rotary stage 119 is attached are held in the Z-axis direction. And a second slide stage 123 to be moved.
- the chuck hand 115 includes a pair of sandwiching members 115a bent in a substantially crank shape, and an actuator 115b that moves these sandwiching members 115a in the X-axis direction orthogonal to the Z-axis (see FIG. 5). It consists of and.
- the sandwiching member 115 a sandwiches the outer frame of the image sensor unit 20 and holds the image sensor unit 20.
- the chuck hand 115 positions the image pickup device unit 20 held by the holding member 115a so that the Z axis substantially coincides with the center position of the image pickup surface 27a.
- the two-axis rotary stage 119 is an electric two-axis goniometer stage, and the rotation of two motors (not shown) causes the image sensor unit 20 to move around the X axis about the center position of the image pickup surface 27a. It is inclined in the ⁇ x direction and the ⁇ y direction around the Y axis perpendicular to the Z axis and the X axis. Thereby, when the imaging element unit 20 is tilted in each direction, the positional relationship between the center position of the imaging surface 27a and the Z axis does not shift.
- the second slide stage 123 is an electric precision stage that rotates a ball screw by rotation of a motor (not shown) and moves a stage portion 123a engaged with the ball screw in the Z-axis direction.
- a bracket 121 is fixed to the stage portion 123a.
- the connector cable 127 connected to the external connection terminal portion 23 provided at the tip of the flexible substrate 22 of the image sensor unit 20 is attached to the biaxial rotation stage 119.
- the connector cable 127 inputs a drive signal for the image sensor 27 and outputs an image signal output from the image sensor 27.
- the adhesive supply unit 81 and the ultraviolet lamp 83 constitute a unit fixing unit that fixes the lens unit 10 and the image sensor unit 20.
- the adhesive supply unit 81 supplies the ultraviolet curable adhesive to the gap between the lens unit 10 and the image sensor unit 20 after the adjustment of the position and inclination of the image sensor unit 20 with respect to the lens unit 10 is completed.
- the ultraviolet lamp 83 cures the adhesive by irradiating the ultraviolet curable adhesive supplied to the gap with ultraviolet rays.
- the adhesive in addition to the ultraviolet curable adhesive, an instantaneous adhesive, a thermosetting adhesive, a natural curable adhesive, and the like can be used.
- FIG. 9 is a block diagram showing an internal configuration of the imaging module manufacturing apparatus 200. As shown in FIG.
- each unit described above is connected to the control unit 85.
- the control unit 85 is, for example, a microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, and the like, and controls each unit based on a control program stored in the ROM.
- the control unit 85 is connected to an input unit 131 such as a keyboard and a mouse for performing various settings, and a display unit 133 that displays setting contents, work contents, work results, and the like.
- the in-focus coordinate value acquisition circuit 149 performs Z for a plurality of imaging positions (positions corresponding to the chart images CH1, CH2, CH3, CH4, and CH5 of the measurement chart 89) set on the imaging surface 27a of the imaging element 27. In-focus coordinate values that are positions with a high degree of focus in the axial direction are acquired.
- the control unit 85 controls the second slide stage 123 when acquiring the in-focus coordinate values of a plurality of imaging positions, and a plurality of measurement positions (Z0, Z1, Z2) discretely set in advance on the Z axis. ,... Are sequentially moved. Further, the control unit 85 controls the image sensor driver 147 to display chart images of a plurality of chart images CH1, CH2, CH3, CH4, and CH5 of the measurement chart 89 formed by the lens group 12 at each measurement position. Let's take an image.
- the focused coordinate value acquisition circuit 149 extracts pixel signals corresponding to the plurality of imaging positions from the imaging signal input via the connector cable 127, and individually focuses evaluation on the plurality of imaging positions from the pixel signals. Each value is calculated.
- the measurement position when a predetermined focus evaluation value is obtained for each imaging position is set as a focus coordinate value on the Z axis.
- a contrast transfer function value (hereinafter referred to as CTF value) can be used.
- the CTF value is a value representing the contrast of the image with respect to the spatial frequency, and when the CTF value is high, the degree of focus is considered high.
- the in-focus coordinate value acquisition circuit 149 has a plurality of directions set on the XY coordinate plane for each of a plurality of measurement positions (Z0, Z1, Z2,...) Set on the Z axis for each of a plurality of imaging positions. CTF values are calculated for each.
- the direction in which the CTF value is calculated is, for example, a horizontal direction (X-axis direction) that is the horizontal direction of the imaging surface 27a and a vertical direction (Y-axis direction) orthogonal thereto, and the CTF value in each direction is X -CTF value and Y-CTF value are calculated respectively.
- the in-focus coordinate value acquisition circuit 149 for a plurality of imaging positions corresponding to each chart image CH1, CH2, CH3, CH4, CH5, coordinates on the Z axis (Zp1, Zp2) of the measurement position where the X-CTF value is maximum , Zp3, Zp4, Zp5) are acquired as the horizontal in-focus coordinate values. Similarly, the coordinate on the Z axis of the measurement position where the Y-CTF value is maximized is acquired as the vertical focus coordinate value.
- the image plane calculation circuit 151 receives the horizontal focus coordinate value and the vertical focus coordinate value of each imaging position from the focus coordinate value acquisition circuit 149.
- the imaging plane calculation circuit 151 includes the XY coordinate value of each imaging position when the imaging surface 27a is made to correspond to the XY coordinate plane, the horizontal in-focus coordinate value on the Z axis and the vertical value obtained for each imaging position.
- a plurality of evaluation points expressed in combination with the in-focus coordinate values are expanded into a three-dimensional coordinate system combining the XY coordinate plane and the Z axis, and the three-dimensional coordinate system is based on the relative positions of these evaluation points.
- An approximate imaging plane expressed as one plane is calculated.
- Approximate image plane information is input from the image plane calculation circuit 151 to the adjustment value calculation circuit 153.
- the adjustment value calculation circuit 153 has an imaging plane coordinate value F1 on the Z axis that is an intersection of the approximate imaging plane and the Z axis, and an inclination about the X axis and the Y axis of the approximate imaging plane with respect to the XY coordinate plane.
- a certain XY direction rotation angle is calculated and input to the control unit 85.
- the control unit 85 drives the image sensor unit holding unit 79 based on the imaging plane coordinate value and the XY direction rotation angle input from the adjustment value calculation circuit 153, and adjusts the Z-axis direction position and inclination of the image sensor unit 20. Then, the imaging surface 27a is made to coincide with the approximate imaging surface.
- the control unit 85 functions as an adjustment unit.
- the imaging module manufacturing apparatus 200 described above generally performs the following steps. (1) Step of holding the lens unit 10 and the image sensor unit 20 on the Z axis orthogonal to the chart surface of the measurement chart 89 (2) Changing the position of the image sensor unit 20 held on the Z axis in the Z axis direction (3) Imaging the lens unit 10 based on an imaging signal obtained by imaging the measurement chart 89 by the imaging device 27. A step of adjusting the position and inclination of the element unit 20 and fixing the imaging element unit 20 to the lens unit 10
- control unit 85 can insert the lens unit 10 between the lens positioning plate 75 and the holding plate 114 by controlling the first slide stage 99 and moving the holding plate 114 along the Z-axis direction. Form a space.
- the lens unit 10 is held by a robot (not shown) and transferred between the lens positioning plate 75 and the holding plate 114.
- the control unit 85 detects the movement of the lens unit 10 with an optical sensor or the like, and moves the stage unit 99a of the first slide stage 99 in a direction approaching the lens positioning plate 75. As a result, the holding plate 114 is moved toward the lens positioning plate 75.
- the housing 11 of the lens unit 10 is inserted into the hollow portion of the cylindrical portion 75a of the lens positioning plate 75.
- the lens unit 10 is positioned in the Z-axis direction, the X-axis direction, and the Y-axis direction (S1).
- a robot pushes the lens barrel 15 into the lens positioning plate 75 from the side opposite to the top surface 11 a of the housing 11 and fits the lens barrel 15 into the hollow portion of the cylindrical portion 75 b of the lens positioning plate 75. Combine. Thereby, the lens barrel 15 is held on the Z-axis (S2).
- the holding plate 114 is moved toward the lens positioning plate 75, and the holding plate 114 biases the lens unit 10 toward the lens positioning plate 75, whereby the lens unit 10 is held on the Z axis (S3).
- the holding of the lens unit 10 is completed, the holding of the lens unit 10 by a robot (not shown) is released.
- control unit 85 controls the second slide stage 123 to move the biaxial rotary stage 119 along the Z-axis direction, so that the image sensor unit is interposed between the holding plate 114 and the biaxial rotary stage 119.
- 20 forms an insertable space.
- the image sensor unit 20 is held by a robot (not shown) and transferred between the holding plate 114 and the biaxial rotation stage 119.
- the control unit 85 detects the movement of the image sensor unit 20 with an optical sensor or the like, and moves the stage unit 123a of the second slide stage 123 in a direction approaching the holding plate 114. Then, the operator holds the image sensor unit 20 using the clamping member 115a of the chuck hand 115 (S4).
- the connector cable 127 is connected to the external connection terminal portion 23 of the image sensor unit 20. Thereby, the image sensor 27 and the control unit 85 are electrically connected. Thereafter, the holding of the image sensor unit 20 by a robot (not shown) is released.
- the focus coordinate value acquisition circuit 149 causes the horizontal focus coordinate value and the vertical focus coordinate value of each image pickup position on the image pickup surface 27a. Is acquired (S5).
- control unit 85 controls the second slide stage 123 to move the biaxial rotation stage 119 in a direction approaching the lens holding mechanism 77, and the first measurement in which the image sensor 27 is closest to the lens unit 10.
- the image sensor unit 20 is moved to the position.
- the controller 85 causes the light source 91 of the chart unit 71 to emit light and controls the image sensor driver 147 to cause the image sensor 27 to image the chart images CH1, CH2, CH3, CH4, and CH5 formed by the lens unit 10.
- the image sensor 27 inputs the captured image signal to the focused coordinate value acquisition circuit 149 via the connector cable 127.
- the in-focus coordinate value acquisition circuit 149 extracts the pixel signal at the imaging position corresponding to each chart image CH1, CH2, CH3, CH4, and CH5 from the input imaging signal, and X for each imaging position from the pixel signal. -Calculate CTF and Y-CTF values.
- the control unit 85 stores information on the X-CTF value and the Y-CTF value in, for example, a RAM in the control unit 85.
- the control unit 85 sequentially moves the image sensor unit 20 to a plurality of measurement positions (Z0, Z1, Z2,%) Set along the Z-axis direction, and sets the lens group 12 to the reference position at each measurement position.
- the image sensor 27 is caused to capture the chart image of the measurement chart 89.
- the focused coordinate value acquisition circuit 149 calculates an X-CTF value and a Y-CTF value at each imaging position at each measurement position.
- the focused coordinate value acquisition circuit 149 selects the maximum value from among the plurality of calculated X-CTF values and Y-CTF values for each of the imaging positions, and the Z-axis of the measurement position where the maximum value is obtained.
- the coordinates are acquired as the horizontal focus coordinate value and the vertical focus coordinate value of the imaging position.
- the horizontal focus coordinate value and the vertical focus coordinate value acquired by the focus coordinate value acquisition circuit 149 are input to the imaging plane calculation circuit 151.
- the imaging plane calculation circuit 151 calculates an approximate imaging plane F that is approximated by a plane, for example, by the method of least squares (S7).
- the adjustment value calculation circuit 153 includes an imaging plane coordinate value F1 that is an intersection of the approximate imaging plane F and the Z axis, and an XY direction that is an inclination around the X axis and the Y axis of the approximate imaging plane with respect to the XY coordinate plane.
- the rotation angle is calculated and input to the control unit 85 (S8).
- the control unit 85 controls the biaxial rotation stage 119 and the second slide stage 123 based on the imaging plane coordinate value F1 and the rotation angle in the XY direction, and the center position of the imaging plane 27a of the imaging element 27 is the imaging plane coordinate.
- the image sensor unit 20 is moved in the Z-axis direction so as to coincide with the value F1. Further, the angles of the ⁇ x direction and the ⁇ y direction of the image sensor unit 20 are adjusted so that the inclination of the imaging surface 27a coincides with the approximate imaging surface F (S9).
- the control unit 85 performs a confirmation step of confirming the in-focus position of each imaging position after adjusting the position and inclination of the imaging element unit 20 (S10).
- this confirmation step the above-described steps S4 and S6 are executed again.
- the variation in the evaluation value corresponding to the horizontal direction and the vertical direction becomes small for each of the image pickup positions.
- the controller 85 moves the image sensor unit 20 in the Z-axis direction so that the center position of the imaging surface 27a coincides with the imaging plane coordinate value F1 (S11). ). Further, the control unit 85 supplies an ultraviolet curable adhesive from the adhesive supply unit 81 to the gap between the lens unit 10 and the image pickup device unit 20 (S12), and turns on the ultraviolet lamp 83, thereby activating the ultraviolet curable adhesive. The agent is cured (S13).
- the confirmation process of S10 may be abbreviate
- the completed imaging module 100 is taken out from the imaging module manufacturing apparatus 200 by a robot (not shown) (S14).
- the lens unit 10 and the image sensor unit 20 can be fixed with an ultraviolet curable adhesive, but curing with the ultraviolet curable adhesive may be used as temporary fixing between the lens unit 10 and the image sensor unit 20.
- the imaging module 100 is removed from the imaging module manufacturing apparatus 200 in a state where the lens unit 10 and the imaging element unit 20 are temporarily fixed, and after performing a desired process such as a cleaning process, the lens unit 10 and the imaging element unit 20 May be completely fixed by a thermosetting adhesive or the like.
- the imaging module 100 By manufacturing the imaging module 100 with the manufacturing apparatus 200 described above, when the lens unit 10 is held on the Z-axis, the position of the lens barrel 15 in the plane perpendicular to the Z-axis can be fixed.
- the unit 10 and the image sensor unit 20 can be aligned with high accuracy.
- the manufacturing apparatus 200 since it is not necessary to energize the lens unit 10 to control the lens position, a mechanism and power for energization are not necessary, and the manufacturing cost can be reduced.
- the lens unit 10 is held on the Z axis even when the measurement chart 89 is not imaged. However, only when the measurement chart 89 is imaged, the lens unit 10 is You may make it hold
- FIG. 11 is a view showing a modification of the lens positioning plate 75.
- the cylindrical portion 75 b may be configured not to contact the flat surface 15 a of the lens barrel 15 when fitted to the lens barrel 15. Even in this configuration, the position of the lens group 12 in a plane perpendicular to the Z-axis direction can be fixed.
- FIG. 12 is a view showing a modified example of the configuration of the lens positioning plate 75 and the lens barrel 15.
- a convex portion 15b is provided on the top surface of the lens barrel 15, and a concave portion 75bA that fits the convex portion 15b is provided on the lens positioning plate 75 as a fitting portion.
- the surface 75e on which the recess 75bA is formed is in contact with a surface perpendicular to the optical axis of the lens barrel 15. For this reason, the movement of the lens group 12 in the Z-axis direction can be reliably prevented.
- FIG. 13 is a view showing a modified example of the configuration of the lens positioning plate 75 and the lens barrel 15.
- a concave portion 15c is provided on the top surface of the lens barrel 15, and a convex portion 75bB fitted to the concave portion 15c is provided on the lens positioning plate 75 as a fitting portion.
- the surface 75f on which the convex portion 75bB is formed is in contact with the surface perpendicular to the optical axis of the lens barrel 15. For this reason, the movement of the lens group 12 in the Z-axis direction can be reliably prevented.
- the fitting portion included in the lens positioning plate 75 is inserted into the housing 11 through the opening 11a from the top surface side of the housing 11 of the lens unit 10, so that the lens positioning plate 75, the lens barrel 15, The fitting was performed.
- the lens positioning plate 75 and the lens barrel 15 may be fitted by inserting a fitting portion into the housing 11 from the bottom block 19 side of the lens unit 10.
- the shape of the fitting portion is controllable.
- the lens positioning plate 75 is made of a material that is deformed by heat. Then, after the fixation of the lens unit 10 and the image sensor unit 20 is completed, the lens positioning plate 75 is heated to reduce the convex portion 75b, and the fitting between the lens positioning plate 75 and the lens barrel 15 is released.
- the convex portions 75b are not cylindrical, but a pair of convex portions that are opposed to each other with a space therebetween, and the pair of convex portions can be inclined in a direction away from each other by a hinge or the like. Then, after the fixing of the lens unit 10 and the image sensor unit 20 is completed, the convex portion is inclined and the fitting between the lens positioning plate 75 and the lens barrel 15 is released.
- the disclosed method of manufacturing an imaging module is a method of manufacturing an imaging module having a lens unit having a lens group, and an image sensor unit that is fixed to the lens unit and has an image sensor that images a subject through the lens group.
- the lens unit includes a lens holding unit that holds the lens group, and a first lens drive that moves at least a part of the lenses in the first direction along the optical axis of the lens group. And a second lens driving unit and a third lens driving unit that move at least some of the lenses in the second direction and the third direction orthogonal to the optical axis of the lens group, respectively.
- a lens driving device including a lens holding unit and a housing that houses the lens driving device.
- the imaging element unit for the lens unit based on a second step of imaging the measurement chart with the imaging element at each relative position and an imaging signal obtained by imaging the measurement chart with the imaging element
- a third step of fixing the image sensor unit to the lens unit wherein in the first step, the fixing portion and the lens are fixed at a position in a plane perpendicular to the axis.
- the holding part is fitted.
- the lens unit is held on the axis in a state where the position of the lens holding portion in a plane perpendicular to the axis is fixed. For this reason, in the state where the lens unit is held on the axis, there is no variation in the position of the lens holding portion in the plane due to the manufacturing variation of the lens unit, and alignment can be performed with high accuracy.
- the casing in the first step, is further positioned by the fixing portion.
- the housing can be held and the lens holding portion can be fixed with the same member, and the manufacturing cost can be suppressed.
- the lens holding portion is cylindrical, and in the first step, a part of the side surface of the lens holding portion is fitted with the fixing portion.
- the shape of the lens holding portion is made to match the shape of the fixing portion, or the shape of the fixing portion only needs to be adjusted to the shape of the lens holding portion. Manufacturing cost can be reduced.
- the lens holding portion has a convex portion or a concave portion
- the convex portion or the concave portion of the lens holding portion is a concave portion provided in the fixing portion or It is to be fitted with the convex part.
- the lens holding portion includes a plane orthogonal to the optical axis, and in the first step, a part of the fixing portion is brought into contact with the plane to It further restricts movement in the optical axis direction.
- the fixing portion is fitted to the lens holding portion through an opening provided in the housing.
- the fixing portion and the lens holding portion can be easily fitted, and the manufacturing efficiency can be increased.
- the lens unit in the first step, is held in a posture in which the optical axis of the lens group is perpendicular to the direction of gravity at each relative position.
- the in-plane position of the lens holding portion is moved in the gravitational direction due to the influence of gravity. This movement can be prevented by the fitting of the lens holding portion, and highly accurate positioning is possible.
- the manufacturing method of the disclosed imaging module includes a method in which the pixel pitch of the imaging element is 1 ⁇ m or less.
- the disclosed imaging module manufacturing apparatus includes a measurement chart installation unit for installing a measurement chart, and a subject through a lens unit having a lens group on an axis orthogonal to the measurement chart installed in the measurement chart installation unit.
- An image sensor unit holding unit for holding an image sensor unit having an image sensor for imaging, and a lens for holding the lens unit on the axis between the measurement chart setting unit and the image sensor unit holding unit.
- a control unit that images the measurement chart installed in the measurement chart installation unit through the lens unit, and is held by the lens unit holding unit based on an imaging signal obtained by imaging the measurement chart by the imaging element.
- An adjustment unit that adjusts the inclination of the image sensor unit held by the image sensor unit holding unit with respect to the lens unit that has been adjusted, and a unit fixing unit that fixes the image sensor unit adjusted by the adjustment unit to the lens unit.
- the lens unit holding portion includes a fixing portion whose position in a plane perpendicular to the axis is fixed, and the fixing portion holds the lens group in the housing of the lens unit. It has a fitting part fitting with a part.
- the fixing unit further includes a positioning unit that positions the housing of the lens unit.
- the fitting portion is fitted to a part of the side surface of the cylindrical lens holding portion.
- the fitting portion has a concave portion or a convex portion that fits into a convex portion or a concave portion provided in the lens holding portion.
- the fitting portion is in contact with a plane perpendicular to the optical axis of the lens group on the surface of the lens holding portion in a state where the fitting portion is fitted to the lens holding portion.
- the movement of the lens holding portion in the optical axis direction is restricted.
- the fitting portion passes through the opening provided in the housing of the lens unit in a state where the fitting portion is fitted to the lens holding portion.
- the lens unit holding unit holds the lens unit in a posture in which the optical axis of the lens group is perpendicular to the direction of gravity at each relative position.
- the present invention is highly convenient and effective when applied to an imaging module mounted on a mobile terminal such as a smartphone.
- Lens unit 11 Housing 15 Lens barrel (lens holding part) 16 Lens drive device 20 Image sensor unit 75 Lens positioning plate (fixed part) 75a Tube part (positioning part) 75b Tube part (fitting part) 89 Measurement Chart 100 Imaging Module 200 Imaging Module Manufacturing Device
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Abstract
レンズバレル15及びレンズ駆動装置16を収容する筐体11を有するレンズユニット10と撮像素子ユニット20とを備える撮像モジュール100の製造方法は、測定チャート89に直交するZ軸上にレンズユニット10と撮像素子ユニット20を保持する第一工程と、撮像素子ユニット20をZ軸方向に移動させ、各位置において測定チャート89を撮像させる第二工程と、測定チャート89の撮像信号に基づいて、レンズユニット10に対する撮像素子ユニット20の傾きを調整する第三工程と、を備える。第一工程では、Z軸に垂直な面内における位置が固定されている筒部75bとレンズバレル15とを嵌合させる。
Description
本発明は、撮像モジュールの製造方法及び撮像モジュール製造装置に関する。
撮影機能を有する携帯電話機等の携帯用電子機器には、小型で薄型の撮像モジュールが搭載されている。この撮像モジュールは、撮影用のレンズが組み込まれたレンズユニットと、CCDイメージセンサやCMOSイメージセンサ等の撮像素子が組み込まれた撮像素子ユニットとが一体化された構造を有する。
撮像モジュールには、レンズユニット内のレンズを動かしてフォーカス調整をするためのオートフォーカス(AF)機構を有するもの、レンズユニットと撮像素子ユニットを光軸に直交する方向に相対移動させて、撮像される像のブレを光学的に補正するための光学式像ブレ補正機構を有するものがある。
例えば、特許文献1には、AF機構を有する撮像モジュールが記載されている。また、特許文献2には、AF機構と光学式像ブレ補正機構を有する撮像モジュールが記載されている。
近年、撮像モジュールに使用される撮像素子は、100万~200万画素程度の低画素数から、300万~1000万画素、或いはそれ以上の高画素数を有するものが広く使用されるようになっている。
低画素数の撮像素子を用いる場合、レンズユニットと撮像素子ユニットとの位置合わせに特に高い精度は要求されなかったが、高画素数の撮像素子を用いる場合には、高い精度での位置合わせが必要となる。
特許文献1には、レンズユニットと撮像素子ユニットの位置合わせをしてから、レンズユニットと撮像素子ユニットの固定を行う技術が記載されている。
特許文献1では、レンズユニットと撮像素子ユニットとを初期位置にセットした後、レンズユニットにプローブを当てて通電した状態で、撮像素子ユニットを光軸方向に移動させながら撮像素子にチャートを撮像させ、得られた撮像画像からレンズユニットと撮像素子ユニットの位置を調整する。この調整後、レンズユニットと撮像素子ユニットを接着固定している。
特許文献1に記載の技術は、撮像素子の撮像面に対し、レンズの光軸が垂直になっていることを前提としている。しかし、光学式像ブレ補正機構を有する撮像モジュールでは、光学式像ブレ補正機構の製造バラつき(部品精度、組み立て精度)によってレンズユニットの位置が光軸に垂直な面内において所望の位置からずれることがある。
このようなずれがあると、製造装置でレンズユニットと撮像素子ユニットを保持したときに、撮像素子の撮像面の中心と、レンズの光軸とが一致しなくなり、位置合わせを精度良く行うことができない。
レンズユニットに通電して、レンズの位置を所望の位置に制御した状態で位置合わせを行うことも考えられるが、この方法では、通電のための機構や電力が必要となり、製造コストが増大する。
特許文献2には、レンズユニットに固定される台座と、レンズユニット内のレンズバレルを把持するためのアーム部と、アーム部を台座に対して光軸方向に移動可能に支持するための支持バネとから構成された調整装置を用いて、レンズユニット内のレンズバレルの光軸方向の位置調整を行うことが記載されている。
しかしながら、上記調整装置は、アーム部が支持バネによって支持されているため、アーム部がレンズバレルを把持した状態であっても、レンズバレルが光軸に直交する2方向に移動するのを阻止することはできない。また、特許文献2は、レンズユニットと撮像素子ユニットを固定した後に、レンズユニット内のレンズバレルの光軸方向位置を調整するものであり、レンズバレルの位置決め精度は考慮されていない。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、レンズユニットと撮像素子ユニットの位置合わせを高精度で行うことができる安価な撮像モジュール製造装置及び撮像モジュールの製造方法を提供することを目的とする。
本発明の撮像モジュールの製造方法は、レンズ群を有するレンズユニットと、上記レンズユニットに固定され、上記レンズ群を通して被写体を撮像する撮像素子を有する撮像素子ユニットと、を有する撮像モジュールの製造方法であって、上記レンズユニットは、上記レンズ群を保持するレンズ保持部と、上記レンズ群のうち少なくとも一部のレンズを上記レンズ群の光軸に沿う第一の方向に移動させる第一のレンズ駆動部と、上記レンズ群のうち少なくとも一部のレンズを上記レンズ群の光軸に直交する第二の方向及び第三の方向にそれぞれ移動させる第二のレンズ駆動部及び第三のレンズ駆動部とを含むレンズ駆動装置と、上記レンズ保持部及び上記レンズ駆動装置を収容する筐体と、を有し、測定チャートに直交する軸上に上記レンズユニットを保持し、上記軸上に上記撮像素子ユニットを保持する第一工程と、上記軸上に保持された上記レンズユニット、上記撮像素子ユニット、及び上記測定チャートの上記軸方向の相対位置を変化させて、各相対位置において上記撮像素子により上記測定チャートを撮像させる第二工程と、上記撮像素子により上記測定チャートを撮像して得られる撮像信号に基づいて、上記レンズユニットに対する上記撮像素子ユニットの傾きを調整し、上記撮像素子ユニットを上記レンズユニットに固定する第三工程と、を備え、上記第一工程では、上記軸に垂直な面内における位置が固定されている固定部と上記レンズ保持部とを嵌合させるものである。
本発明の撮像モジュール製造装置は、測定チャートを設置するための測定チャート設置部と、上記測定チャート設置部に設置された上記測定チャートに直交する軸上に、レンズ群を有するレンズユニットを通して被写体を撮像する撮像素子を有する撮像素子ユニットを保持するための撮像素子ユニット保持部と、上記測定チャート設置部と上記撮像素子ユニット保持部との間の上記軸上で上記レンズユニットを保持するためのレンズユニット保持部と、上記測定チャート設置部、上記レンズユニット保持部、及び上記撮像素子ユニット保持部の上記軸方向の相対位置を変化させ、各相対位置において、上記撮像素子ユニット保持部により保持された上記撮像素子ユニットの上記撮像素子により、上記レンズユニット保持部により保持された上記レンズユニットを通して、上記測定チャート設置部に設置された上記測定チャートを撮像させる制御部と、上記撮像素子により上記測定チャートを撮像して得られる撮像信号に基づいて、上記レンズユニット保持部により保持された上記レンズユニットに対する上記撮像素子ユニット保持部により保持された上記撮像素子ユニットの傾きを調整する調整部と、上記調整部により調整後の上記撮像素子ユニットを上記レンズユニットに固定するユニット固定部と、を備え、上記レンズユニット保持部は、上記軸に垂直な面内における位置が固定の固定部を含み、上記固定部は、上記レンズユニットの筐体内にある上記レンズ群を保持するレンズ保持部と嵌合する嵌合部を有するものである。
本発明によれば、レンズユニットと撮像素子ユニットの位置合わせを高精度で行うことができる安価な撮像モジュール製造装置及び撮像モジュールの製造方法を提供することができる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施形態である撮像モジュール100の外観斜視図である。
撮像モジュール100は、レンズ群12を有するレンズユニット10と、レンズユニット10に固定され、レンズ群12を通して被写体を撮像する撮像素子(図1では不図示)を有する撮像素子ユニット20と、を備える。
図1では、レンズ群12の光軸Axに沿う方向をz方向とし、z方向に直交する2方向であって互いに直交する2つの方向をそれぞれx方向、y方向としている。
レンズユニット10は、後述する各構成部材を内部に収容する筐体11を備える。
筐体11の天面には、レンズ群12の光軸Axを中心とする開口11aが形成されている。撮像モジュール100は、被写体光をこの開口11aからレンズ群12に取り込んで撮像を行う。
筐体11の外部には、筐体11に収容されるフレキシブル基板13の一部が露出している。このフレキシブル基板13の露出部分の先端には、端子14A~14Fを含むレンズユニット端子部14が接続されている。
なお、レンズユニット端子部14は、後述するように、端子14A~14F以外の端子も含むが、図1では、簡略化のために端子14A~14Fのみを図示し、その他の端子の図示を省略している。
図2は、図1に示す撮像モジュール100においてレンズユニット10を省略した状態の外観斜視図である。
図2に示すように、撮像素子ユニット20は、CCDイメージセンサ又はCMOSイメージセンサ等の撮像素子27が形成される基板21と、基板21と電気的に接続されるフレキシブル基板22と、を備える。
撮像素子27の画素ピッチは特に限定されないが、1.0μm以下のものが用いられる。ここで、画素ピッチとは、撮像素子27が有する画素に含まれる光電変換領域の中心間距離のうち、最も小さい距離のことをいう。
近年、画素数の増加に伴い、撮像素子の画素ピッチは狭くなっているが、画素ピッチが狭くなると、1画素あたりの面積が小さくなる。これにより、許容錯乱円の半径が小さくなり、焦点深度が浅くなる。更に、1画素あたりの集光量を多くする必要があるため、レンズのFナンバーも小さくなる傾向にある。
これらのことから、近年の撮像モジュールは、非常に焦点深度が浅く、レンズユニットと撮像素子ユニットの位置合わせ精度は高いものが要求されている。画素ピッチが1μm以下になると、特に高い位置合わせ精度が要求される。
基板21上には筒状のカバーホルダ25が形成され、カバーホルダ25内部に撮像素子27が配置されている。カバーホルダ25の中空部には撮像素子27上方において図示省略のカバーガラスが嵌め込まれる。
カバーホルダ25の外側における基板21表面には、レンズユニット10との電気的接続をとるための端子24A~24Fを含む撮像素子ユニット端子部24が設けられている。この撮像素子ユニット端子部24も、レンズユニット端子部14と同様に、一部の端子のみ図示している。
基板21には、撮像素子27のデータ出力用端子及び駆動用端子等と接続される撮像素子用配線が設けられている。撮像素子用配線は、フレキシブル基板22に設けられた配線を経由して、フレキシブル基板22端部に設けられた外部接続用端子部23に接続されている。
また、基板21には、撮像素子ユニット端子部24に含まれる各端子と接続されるレンズユニット用配線が設けられている。レンズユニット用配線は、フレキシブル基板22に設けられた配線を経由して、フレキシブル基板22端部に設けられた外部接続用端子部23に接続されている。
レンズユニット10と撮像素子ユニット20は例えば接着剤によって固定されており、固定された状態では、レンズユニット端子部14の各端子とこれに対応する撮像素子ユニット端子部24の各端子とが電気的に接続されている。
図1の例では、端子14Aと端子24Aとが電気的に接続され、端子14Bと端子24Bとが電気的に接続され、端子14Cと端子24Cとが電気的に接続され、端子14Dと端子24Dとが電気的に接続され、端子14Eと端子24Eとが電気的に接続され、端子14Fと端子24Fとが電気的に接続される。
図3は、図1に示す撮像モジュール100のA-A線断面図である。
図3に示すように、撮像素子27は、基板21に設けられた凹部に配置されるとともに、基板21上に設けられたカバーホルダ25及びカバーホルダ25に嵌め込まれたカバーガラス26によって封止されている。
レンズユニット10は、カバーガラス26上方に配置された複数(図3の例では12A~12Dの4つ)のレンズを含むレンズ群12と、レンズ群12を保持するレンズ保持部としての筒状のレンズバレル15と、撮像素子ユニット20のカバーホルダ25の上面に載置された底部ブロック19と、底部ブロック19上に固定されたフレキシブル基板13と、フレキシブル基板13に接続されたレンズユニット端子部14と、フレキシブル基板13上に形成されたレンズ駆動装置16と、を備える。
レンズ群12、レンズバレル15、底部ブロック19、フレキシブル基板13、及びレンズ駆動装置16は、筐体11に収容されている。
レンズ駆動装置16は、第一のレンズ駆動部と、第二のレンズ駆動部と、第三のレンズ駆動部と、レンズの位置を検出する位置検出素子としてのホール素子と、を備える。
第一のレンズ駆動部は、レンズ群12のうち少なくとも一部のレンズ(図3の例ではレンズ群12の全てのレンズとしている)を、レンズ群12の光軸Axに沿う第一の方向(図1のz方向)に移動させてフォーカス調整を行うための駆動部である。
第二のレンズ駆動部は、レンズ群12のうち少なくとも一部のレンズ(図3の例ではレンズ群12の全てのレンズとしている)をレンズ群12の光軸Axに直交する第二の方向(図1のx方向)に移動させて、撮像素子27によって撮像される像のブレを補正するための駆動部である。
第三のレンズ駆動部は、レンズ群12のうち少なくとも一部のレンズ(図3の例ではレンズ群12の全てのレンズとしている)をレンズ群12の光軸Axに直交する第三の方向(図1のy方向)に移動させて、撮像素子27によって撮像される像のブレを補正するための駆動部である。
第一のレンズ駆動部と第二のレンズ駆動部と第三のレンズ駆動部は、それぞれ、レンズを移動させるためのアクチュエータであり、本実施形態ではボイスコイルモータ(VCM)を使用している。このアクチュエータとしてはVCMでなくてもよいが、VCMの場合は、レンズユニット10を製造装置で保持したときに、レンズバレルが重力の影響を受けやすくなるため、本発明の効果がより大きくなる。
図4は、図1に示すレンズユニット10の電気的接続構成を示すブロック図である。
図4に示すように、レンズ駆動装置16は、レンズ群12をx方向に移動させるためのx方向VCM16A(上記第二のレンズ駆動部)と、レンズ群12のx方向位置を検出するためのx方向ホール素子16Bと、レンズ群12をy方向に移動させるためのy方向VCM16C(上記第三のレンズ駆動部)と、レンズ群12のy方向位置を検出するためのy方向ホール素子16Dと、レンズ群12をz方向に移動させるためのz方向VCM16E(上記第一のレンズ駆動部)と、レンズ群12のz方向位置を検出するためのz方向ホール素子16Fと、を備える。
x方向VCM16Aには2つの端子があり、この2つの端子の各々は、フレキシブル基板13に形成された配線を介して、端子14A、端子14Bと電気的に接続されている。
x方向ホール素子16Bには4つの端子があり、この4つの端子の各々は、フレキシブル基板13に形成された配線を介して、端子14a、端子14b、端子14c、端子14dと電気的に接続されている。
y方向VCM16Cには2つの端子があり、この2つの端子の各々は、フレキシブル基板13に形成された配線を介して、端子14C、端子14Dと電気的に接続されている。
y方向ホール素子16Dには4つの端子があり、この4つの端子の各々は、フレキシブル基板13に形成された配線を介して、端子14e、端子14f、端子14g、端子14hと電気的に接続されている。
z方向VCM16Eには2つの端子があり、この2つの端子の各々は、フレキシブル基板13に形成された配線を介して、端子14E、端子14Fと電気的に接続されている。
z方向ホール素子16Fには4つの端子があり、この4つの端子の各々は、フレキシブル基板13に形成された配線を介して、端子14i、端子14j、端子14k、端子14lと電気的に接続されている。
なお、各レンズ駆動部と各ホール素子について必要な端子の数は一例であり、上述したものには限定されない。
以上の構成の撮像モジュール100は、まず、レンズユニット10と撮像素子ユニット20が別々に製造される。そして、レンズ群12によって結像される被写体の結像面が撮像素子27の撮像面と一致するように、レンズユニット10と撮像素子ユニット20の位置合わせをする調整工程が行われ、その後、レンズユニット10と撮像素子ユニット20が固定される。
上記調整工程は、レンズユニット10を製造装置によって所定の姿勢で保持した状態で、撮像素子ユニット20を動かして行われる。
図5は、撮像モジュール100の製造装置200の概略構成を示す側面図である。
撮像モジュール製造装置200は、レンズユニット10に対する撮像素子ユニット20の位置及び傾きを調整し、調整後に撮像素子ユニット20をレンズユニット10に固定して撮像モジュール100を完成させる。
撮像モジュール製造装置200は、チャートユニット71と、集光ユニット73と、レンズ位置決めプレート75と、レンズ保持機構77と、撮像素子ユニット保持部79と、接着剤供給部81と、紫外線ランプ83と、これらを制御する制御部85と、を備える。チャートユニット71、集光ユニット73、レンズ位置決めプレート75、レンズ保持機構77、及び撮像素子ユニット保持部79は、作業台87の重力方向に垂直な面上で一方向に並べて配置されている。
チャートユニット71は、箱状の筐体71aと、筐体71a内に嵌合される測定チャート89と、筐体71a内に組み込まれて測定チャート89を背面から平行光で照明する光源91とから構成されている。チャートユニット71は、測定チャート89を設置するための測定チャート設置部として機能する。
測定チャート89は、例えば、光拡散性を有するプラスチック板で形成されている。測定チャート89のチャート面は重力方向に平行となっている。チャートユニット71は、測定チャート89を設置するための測定チャート設置部として機能する。測定チャート89は取り外し可能として別のものに交換できるようにしてもよい。
図6は測定チャート89のチャート面を示す図である。測定チャート89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、複数のチャート画像CH1,CH2,CH3,CH4,CH5がそれぞれ印刷されている。
複数のチャート画像は、全て同一の画像であり、黒色の線を所定の一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る。各チャート画像は、それぞれ画像の水平方向に配列させた水平チャート画像Pxと、画像の垂直方向に配列させた垂直チャート画像Pyから構成されている。
集光ユニット73は、測定チャート89のチャート面の垂線であって、チャート面中心89aを通る線であるZ軸上において、チャートユニット71に対面配置されている。
集光ユニット73は、作業台87に固定されたブラケット73aと集光レンズ73bから構成されている。集光レンズ73bは、チャートユニット71から放射された光を集光し、集光した光をブラケット73aに形成された開口73cを通してレンズユニット10に入射させる。
レンズ位置決めプレート75は、例えば金属によって剛性を有するように形成されており、集光ユニット73により集光された光を通過させる開口75cが設けられている。レンズ位置決めプレート75は、Z軸に垂直な面内における位置が固定されている固定部であり、Z軸上において集光ユニット73に対面配置されている。
図7は、レンズ位置決めプレート75の部分拡大図である。図8は、撮像モジュール製造装置200によるレンズユニット10と撮像素子ユニット20の保持状態を説明するための図である。
図7,8に示すように、レンズ位置決めプレート75は、レンズ位置決めプレート75のチャートユニット71側とは反対側の面に位置決め用の筒部75aが設けられている。
筒部75aの中空部分は、レンズユニット10の筐体11と対応する形状になっている。この中空部分にレンズユニット10の筐体11を天面側から挿入することで、レンズユニット10の位置決めがなされる。筒部75aは、レンズユニット10の筐体11を位置決めする位置決め部として機能する。
また、筒部75aの中空部の底面には、レンズユニット10のレンズバレル15の形状に対応した筒部75bが設けられている。
筒部75bは、レンズバレル15の被写体側の端部と嵌合する形状となっている。筒部75bの中心はZ軸と一致している。このため、図7に示すように、筒部75bの中空部分にレンズバレル15の側面の一部が嵌合することで、レンズユニット10の光軸AxとZ軸を一致させた状態でレンズバレル15を保持することができる。筒部75bは、レンズバレル15と嵌合する嵌合部として機能する。
図7の例では、筒部75bが、レンズバレル15と嵌合した状態で、レンズバレル15の表面のうちの光軸Axに直交する平面15aに当接している。このように、筒部75bとレンズバレル15を嵌合させることで、レンズバレル15の光軸方向への移動も規制することができる。
図5に戻り、レンズ保持機構77は、Z軸方向に移動可能な第1スライドステージ99と、第1スライドステージ99のステージ部99a上に設けられた保持プレート114と、を備える。
第1スライドステージ99は、電動式の精密ステージであって、図示しないモータの回転によってボールネジを回転させ、このボールネジに噛合されたステージ部99aをZ軸方向に移動させる。第1スライドステージ99は制御部85によって制御される。
保持プレート114は、Z軸上でチャートユニット71に筐体11の天面が向くようにレンズユニット10を保持するためのものである。ステージ部99aをZ軸方向に移動させて、レンズ位置決めプレート75によって筐体11が位置決めされ、かつ、レンズバレル15を保持されたレンズユニット10の底部ブロック19に保持プレート114を押し当てることで、レンズユニット10が製造装置200に保持される。
このように、レンズ位置決めプレート75とレンズ保持機構77とによって、レンズユニット10をZ軸上に保持するためのレンズユニット保持部が構成される。
撮像素子ユニット保持部79は、撮像素子ユニット20をZ軸上に保持するためのものである。また、撮像素子ユニット保持部79は、制御部85の制御により、撮像素子ユニット20のZ軸方向位置及び傾きが変更可能となっている。
撮像素子ユニット20の傾きは、Z軸に垂直な平面に対する撮像素子27の撮像面27aの傾きを意味する。
撮像素子ユニット保持部79は、Z軸上でチャートユニット71に撮像面27aが向くように撮像素子ユニット20を保持するチャックハンド115と、チャックハンド115が取り付けられた略クランク状のブラケット117を保持し、Z軸に直交する2軸(水平X軸、垂直Y軸)の回りで傾きを調整する2軸回転ステージ119と、2軸回転ステージ119が取り付けられたブラケット121を保持してZ軸方向に移動させる第2スライドステージ123とから構成されている。
チャックハンド115は、図8に示すように、略クランク状に屈曲された一対の挟持部材115aと、これらの挟持部材115aをZ軸に直交するX軸方向で移動させるアクチュエータ115b(図5参照)とから構成されている。挟持部材115aは、撮像素子ユニット20の外枠を挟み込み、撮像素子ユニット20を保持する。
また、チャックハンド115は、Z軸と撮像面27aの中心位置とが略一致するように、挟持部材115aに挟持された撮像素子ユニット20を位置決めする。
2軸回転ステージ119は、電動式の2軸ゴニオステージであって、図示しない2つのモータの回転により、撮像面27aの中心位置を回転中心にして、撮像素子ユニット20を、X軸の回りのθx方向と、Z軸及びX軸に直交するY軸の回りのθy方向に傾ける。これにより、撮像素子ユニット20を各方向に傾けた際に、撮像面27aの中心位置とZ軸との位置関係がずれることがない。
第2スライドステージ123は、電動式の精密ステージであって、図示しないモータの回転によってボールネジを回転させ、このボールネジに噛合されたステージ部123aをZ軸方向に移動させるものである。ステージ部123aにはブラケット121が固定されている。
2軸回転ステージ119には、撮像素子ユニット20のフレキシブル基板22の先端に設けられた外部接続用端子部23と接続されるコネクタケーブル127が取り付けられている。このコネクタケーブル127は、撮像素子27の駆動信号を入力したり、撮像素子27から出力される撮像信号を出力したりする。
接着剤供給部81と紫外線ランプ83は、レンズユニット10と撮像素子ユニット20を固定するユニット固定部を構成する。
接着剤供給部81は、レンズユニット10に対する撮像素子ユニット20の位置及び傾きの調整が終了した後、レンズユニット10と撮像素子ユニット20との隙間に紫外線硬化型接着剤を供給する。
紫外線ランプ83は、上記隙間に供給された紫外線硬化型接着剤に紫外線を照射することで、接着剤を硬化させる。なお、接着剤としては、紫外線硬化型接着剤の他、瞬間接着剤、熱硬化接着剤、自然硬化接着剤等も利用可能である。
図9は、撮像モジュール製造装置200の内部構成を示すブロック図である。
図9に示すように、上記説明した各部は制御部85に接続されている。制御部85は、例えば、CPUやROM、RAM等を備えたマイクロコンピュータであり、ROMに記憶されている制御プログラムに基づいて各部を制御している。また、制御部85には、各種設定を行うキーボードやマウス等の入力部131と、設定内容や作業内容、作業結果等が表示される表示部133とが接続されている。
合焦座標値取得回路149は、撮像素子27の撮像面27a上に設定された複数の撮像位置(測定チャート89の各チャート画像CH1,CH2,CH3,CH4,CH5に対応する位置)について、Z軸方向における合焦度合の高い位置である合焦座標値をそれぞれ取得する。
制御部85は、複数の撮像位置の合焦座標値を取得する際に、第2スライドステージ123を制御し、Z軸上に予め離散的に設定された複数の測定位置(Z0,Z1,Z2,…)に撮像素子ユニット20を順次に移動させる。また、制御部85は、撮像素子ドライバ147を制御し、各測定位置でレンズ群12が結像した測定チャート89の複数のチャート画像CH1,CH2,CH3,CH4,CH5のチャート像を撮像素子27に撮像させる。
合焦座標値取得回路149は、コネクタケーブル127を介して入力された撮像信号から上記複数の撮像位置に対応する画素の信号を抽出し、その画素信号から複数の撮像位置に対する個別の合焦評価値をそれぞれ算出する。そして、各撮像位置について所定の合焦評価値が得られたときの測定位置をZ軸上の合焦座標値としている。
合焦評価値としては、例えばコントラスト伝達関数値(Contrast Transfer Function:以下、CTF値と呼称する)を用いることができる。CTF値は、空間周波数に対する像のコントラストを表す値であり、CTF値が高いときに合焦度が高いものとみなす。
合焦座標値取得回路149は、複数の撮像位置の各々について、Z軸上に設定された複数の測定位置(Z0,Z1,Z2,…)毎に、XY座標平面上で設定した複数方向のそれぞれに対してCTF値を算出している。CTF値が算出される方向としては、例えば、撮像面27aの横方向である水平方向(X軸方向)と、これに直交する垂直方向(Y軸方向)とし、各方向のCTF値であるX-CTF値及びY-CTF値をそれぞれ算出する。
合焦座標値取得回路149は、各チャート画像CH1,CH2,CH3,CH4,CH5に対応する複数の撮像位置について、X-CTF値が最大となる測定位置のZ軸上の座標(Zp1、Zp2,Zp3,Zp4,Zp5)を水平合焦座標値として取得する。また同様に、Y-CTF値が最大となる測定位置のZ軸上の座標を垂直合焦座標値として取得する。
結像面算出回路151には、合焦座標値取得回路149から各撮像位置の水平合焦座標値及び垂直合焦座標値が入力される。結像面算出回路151は、撮像面27aをXY座標平面に対応させたときの各撮像位置のXY座標値と、それぞれの撮像位置毎に得られたZ軸上の水平合焦座標値及び垂直合焦座標値との組み合わせで表される複数の評価点を、XY座標平面とZ軸とを組み合わせた三次元座標系に展開し、これらの評価点の相対位置に基づいて三次元座標系で一平面として表される近似結像面を算出する。
調整値算出回路153には、結像面算出回路151から近似結像面の情報が入力される。調整値算出回路153は、近似結像面とZ軸との交点であるZ軸上の結像面座標値F1と、XY座標平面に対する近似結像面のX軸回り及びY軸回りの傾きであるXY方向回転角度とを算出し、制御部85に入力する。
制御部85は、調整値算出回路153から入力された結像面座標値及びXY方向回転角度に基づいて撮像素子ユニット保持部79を駆動し、撮像素子ユニット20のZ軸方向位置及び傾きを調整して、撮像面27aを近似結像面に一致させる。制御部85は調整部として機能する。
以上の撮像モジュール製造装置200は、概略的には以下の工程を実施するものである。
(1)測定チャート89のチャート面に直交するZ軸上に、レンズユニット10と撮像素子ユニット20を保持する工程
(2)Z軸上に保持された撮像素子ユニット20のZ軸方向位置を変化させ、各位置において撮像素子27を駆動して撮像素子27により測定チャート89を撮像させる工程
(3)撮像素子27により測定チャート89を撮像して得られる撮像信号に基づいて、レンズユニット10に対する撮像素子ユニット20の位置及び傾きを調整し、撮像素子ユニット20をレンズユニット10に固定する工程
(1)測定チャート89のチャート面に直交するZ軸上に、レンズユニット10と撮像素子ユニット20を保持する工程
(2)Z軸上に保持された撮像素子ユニット20のZ軸方向位置を変化させ、各位置において撮像素子27を駆動して撮像素子27により測定チャート89を撮像させる工程
(3)撮像素子27により測定チャート89を撮像して得られる撮像信号に基づいて、レンズユニット10に対する撮像素子ユニット20の位置及び傾きを調整し、撮像素子ユニット20をレンズユニット10に固定する工程
以下、撮像モジュール製造装置200による撮像モジュール100の製造工程の詳細について、図10のフローチャートに沿って説明する。
まず、制御部85は、第1スライドステージ99を制御して保持プレート114をZ軸方向に沿って移動させることにより、レンズ位置決めプレート75と保持プレート114との間にレンズユニット10が挿入可能なスペースを形成する。レンズユニット10は、図示しないロボットにより保持されて、レンズ位置決めプレート75と保持プレート114との間に移送される。
制御部85は、光学センサ等でレンズユニット10の移動を検知し、第1スライドステージ99のステージ部99aをレンズ位置決めプレート75に近付ける方向に移動させる。これにより、保持プレート114はレンズ位置決めプレート75に向けて移動される。
そして、レンズユニット10の筐体11が、レンズ位置決めプレート75の筒部75aの中空部に挿入される。これにより、レンズユニット10は、Z軸方向と、X軸方向及びY軸方向とで位置決めされた状態になる(S1)。
この状態で、図示しないロボットが、筐体11の天面11aとは反対側から、レンズバレル15をレンズ位置決めプレート75に押し込み、レンズ位置決めプレート75の筒部75bの中空部にレンズバレル15を嵌合させる。これにより、レンズバレル15がZ軸上に保持される(S2)。
この状態から保持プレート114がレンズ位置決めプレート75に向けて移動され、保持プレート114がレンズユニット10をレンズ位置決めプレート75に付勢することで、レンズユニット10がZ軸上に保持される(S3)。レンズユニット10の保持が完了すると、図示しないロボットによるレンズユニット10の保持が解除される。
次に、制御部85は、第2スライドステージ123を制御して2軸回転ステージ119をZ軸方向に沿って移動させることにより、保持プレート114と2軸回転ステージ119との間に撮像素子ユニット20が挿入可能なスペースを形成する。撮像素子ユニット20は、図示しないロボットにより保持されて、保持プレート114と2軸回転ステージ119との間に移送される。
制御部85は、光学センサ等で撮像素子ユニット20の移動を検知し、第2スライドステージ123のステージ部123aを保持プレート114に近付ける方向に移動させる。そして、作業者は、チャックハンド115の挟持部材115aを用いて、撮像素子ユニット20を保持させる(S4)。また、コネクタケーブル127を撮像素子ユニット20の外部接続用端子部23に接続する。これにより、撮像素子27と制御部85とが電気的に接続された状態になる。その後、図示しないロボットによる撮像素子ユニット20の保持が解除される。
このようにしてレンズユニット10及び撮像素子ユニット20がZ軸上に保持された後、合焦座標値取得回路149によって、撮像面27aの各撮像位置の水平合焦座標値及び垂直合焦座標値が取得される(S5)。
具体的には、制御部85は、第2スライドステージ123を制御して2軸回転ステージ119をレンズ保持機構77に近づく方向に移動させ、撮像素子27がレンズユニット10に最も近くなる最初の測定位置に撮像素子ユニット20を移動させる。
制御部85は、チャートユニット71の光源91を発光させ、撮像素子ドライバ147を制御して、レンズユニット10により結像したチャート画像CH1,CH2,CH3,CH4,CH5を撮像素子27に撮像させる。撮像素子27は、撮像した撮像信号を、コネクタケーブル127を介して合焦座標値取得回路149に入力する。
合焦座標値取得回路149は、入力された撮像信号から各チャート画像CH1,CH2,CH3,CH4,CH5に対応する撮像位置における画素の信号を抽出し、その画素信号から各撮像位置についてのX-CTF値及びY-CTF値を算出する。制御部85は、X-CTF値及びY-CTF値の情報を、例えば、制御部85内のRAMに記憶する。
制御部85は、撮像素子ユニット20をZ軸方向に沿って設定された複数の測定位置(Z0,Z1,Z2,…)に順次に移動させ、各測定位置において、レンズ群12を基準位置に保持した状態で、撮像素子27に測定チャート89のチャート像を撮像させる。合焦座標値取得回路149は、各測定位置でそれぞれの撮像位置におけるX-CTF値及びY-CTF値を算出する。
合焦座標値取得回路149は、撮像位置の各々について、算出された複数のX-CTF値、及びY-CTF値の中から最大値を選択し、最大値が得られた測定位置のZ軸座標をその撮像位置の水平合焦座標値及び垂直合焦座標値として取得する。
合焦座標値取得回路149において取得された水平合焦座標値及び垂直合焦座標値は、結像面算出回路151に入力される。結像面算出回路151は、例えば最小自乗法により、平面近似された近似結像面Fを算出する(S7)。
結像面算出回路151で算出された近似結像面Fの情報は、調整値算出回路153に入力される。調整値算出回路153は、近似結像面FとZ軸との交点である結像面座標値F1と、XY座標平面に対する近似結像面のX軸回り及びY軸回りの傾きであるXY方向回転角度とを算出し、制御部85に入力する(S8)。
制御部85は、結像面座標値F1とXY方向回転角度に基づいて、2軸回転ステージ119及び第2スライドステージ123を制御し、撮像素子27の撮像面27aの中心位置が結像面座標値F1に一致するように、撮像素子ユニット20をZ軸方向に移動させる。また、撮像面27aの傾きが近似結像面Fに一致するように、撮像素子ユニット20のθx方向及びθy方向の角度を調整させる(S9)。
制御部85は、撮像素子ユニット20の位置及び傾き調整後に、各撮像位置の合焦位置を確認する確認工程を実施する(S10)。この確認工程では、上述したS4,S6の工程が再び実行される。撮像素子ユニット20の位置及び傾き調整後には、撮像位置の各々について、水平方向及び垂直方向で対応する評価値のバラツキが小さくなる。
制御部85は、確認工程(S10)の終了後(S6:YES)、撮像面27aの中心位置が結像面座標値F1に一致するように撮像素子ユニット20をZ軸方向に移動させる(S11)。また、制御部85は、接着剤供給部81から、レンズユニット10と撮像素子ユニット20との隙間に紫外線硬化接着剤を供給させ(S12)、紫外線ランプ83を点灯させることで、紫外線硬化型接着剤を硬化させる(S13)。なお、S10の確認工程は省略して、S9の後はS11に移行してもよい。
接着剤が硬化して、レンズユニット10と撮像素子ユニット20とが固定された後、完成した撮像モジュール100は、図示しないロボットにより撮像モジュール製造装置200から取り出される(S14)。
なお、レンズユニット10と撮像素子ユニット20は、紫外線硬化型接着剤により固定できるが、紫外線硬化型接着剤による硬化を、レンズユニット10と撮像素子ユニット20との仮固定として利用してもよい。
例えば、撮像モジュール100は、レンズユニット10と撮像素子ユニット20とを仮固定した状態で撮像モジュール製造装置200から取り出し、清浄処理等の所望の工程を行った後にレンズユニット10と撮像素子ユニット20とを、熱硬化型接着剤等によって完全に固定することであってもよい。
以上の製造装置200によって撮像モジュール100を製造することで、レンズユニット10をZ軸上に保持したときに、レンズバレル15のZ軸に垂直な面内での位置を固定することができ、レンズユニット10と撮像素子ユニット20の位置合わせを高精度に行うことができる。
また、製造装置200によれば、レンズユニット10に通電してレンズ位置を制御する必要がないため、通電のための機構や電力が不要となり、製造コストを削減することができる。
なお、上記説明では、測定チャート89の撮像を行っていないときにも、レンズユニット10はZ軸上に保持された状態としているが、測定チャート89の撮像を行うときにだけ、レンズユニット10をZ軸上に保持するようにしてもよい。
図11は、レンズ位置決めプレート75の変形例を示す図である。
図11に示すように、筒部75bは、レンズバレル15と嵌合したときに、レンズバレル15の平面15aと接触しない構成としてもよい。この構成でも、レンズ群12のZ軸方向に垂直な面内での位置を固定することができる。
図12は、レンズ位置決めプレート75とレンズバレル15の構成の変形例を示す図である。この変形例では、レンズバレル15の天面に凸部15bが設けられ、この凸部15bと嵌合する凹部75bAを嵌合部としてレンズ位置決めプレート75に設けている。
図12の例では、凹部75bAの形成された面75eがレンズバレル15の光軸に垂直な面に当接している。このため、レンズ群12のZ軸方向への移動を確実に防止することができる。
図13は、レンズ位置決めプレート75とレンズバレル15の構成の変形例を示す図である。この変形例では、レンズバレル15の天面に凹部15cが設けられ、この凹部15cと嵌合する凸部75bBを嵌合部としてレンズ位置決めプレート75に設けている。
図13の例では、凸部75bBの形成された面75fがレンズバレル15の光軸に垂直な面に当接している。このため、レンズ群12のZ軸方向への移動を確実に防止することができる。
ここまでは、レンズ位置決めプレート75に含まれる嵌合部を、レンズユニット10の筐体11の天面側から開口11aを通して筐体11内に挿入することで、レンズ位置決めプレート75とレンズバレル15との嵌合を行うものとした。しかし、嵌合部を、レンズユニット10の底部ブロック19側から筐体11内に挿入することで、レンズ位置決めプレート75とレンズバレル15との嵌合を行うようにしてもよい。
また、嵌合部とレンズバレル15との嵌合の解除をスムーズに行うために、嵌合部の形状を制御可能な構成としておくのが好ましい。
例えば、図7の構成において、レンズ位置決めプレート75を熱により変形する材料によって構成しておく。そして、レンズユニット10と撮像素子ユニット20の固定が終了した後に、レンズ位置決めプレート75を加熱して凸部75bを縮小させて、レンズ位置決めプレート75とレンズバレル15との嵌合を解除する。
又は、凸部75bを、筒状ではなく、間を空けて対向配置された一対の凸部としておき、この一対の凸部を、蝶番等によって互いに遠ざかる方向に傾斜できる構成にしておく。そして、レンズユニット10と撮像素子ユニット20の固定が終了した後に、凸部を傾斜させて、レンズ位置決めプレート75とレンズバレル15との嵌合を解除する。
このようにすることで、レンズ位置決めプレート75とレンズバレル15との嵌合を解除するときに、レンズバレル15に大きな力をかける必要がなくなり、レンズユニット10に含まれるレンズ駆動装置16の信頼性を向上させることができる。
以上説明してきたように、本明細書には以下の事項が開示されている。
開示された撮像モジュールの製造方法は、レンズ群を有するレンズユニットと、上記レンズユニットに固定され、上記レンズ群を通して被写体を撮像する撮像素子を有する撮像素子ユニットと、を有する撮像モジュールの製造方法であって、上記レンズユニットは、上記レンズ群を保持するレンズ保持部と、上記レンズ群のうち少なくとも一部のレンズを上記レンズ群の光軸に沿う第一の方向に移動させる第一のレンズ駆動部と、上記レンズ群のうち少なくとも一部のレンズを上記レンズ群の光軸に直交する第二の方向及び第三の方向にそれぞれ移動させる第二のレンズ駆動部及び第三のレンズ駆動部とを含むレンズ駆動装置と、上記レンズ保持部及び上記レンズ駆動装置を収容する筐体と、を有し、測定チャートに直交する軸上に上記レンズユニットを保持し、上記軸上に上記撮像素子ユニットを保持する第一工程と、上記軸上に保持された上記レンズユニット、上記撮像素子ユニット、及び上記測定チャートの上記軸方向の相対位置を変化させて、各相対位置において上記撮像素子により上記測定チャートを撮像させる第二工程と、上記撮像素子により上記測定チャートを撮像して得られる撮像信号に基づいて、上記レンズユニットに対する上記撮像素子ユニットの傾きを調整し、上記撮像素子ユニットを上記レンズユニットに固定する第三工程と、を備え、上記第一工程では、上記軸に垂直な面内における位置が固定されている固定部と上記レンズ保持部とを嵌合させるものである。
この方法によれば、軸に垂直な面内におけるレンズ保持部の位置が固定された状態でレンズユニットがその軸上に保持される。このため、レンズユニットが軸上に保持された状態において、レンズユニットの製造ばらつきに起因するレンズ保持部の上記面内における位置のばらつきがなくなり、位置合わせを高精度に行うことができる。
開示された撮像モジュールの製造方法は、上記第一工程では、更に、上記固定部によって上記筐体を位置決めするものである。
この方法によれば、筐体の保持とレンズ保持部の固定を同一部材で行うことができ、製造コストを抑制できる。
開示された撮像モジュールの製造方法は、上記レンズ保持部が筒状であり、上記第一工程では、上記レンズ保持部の側面の一部を上記固定部と嵌合させるものである。
この方法によれば、レンズ保持部の形状を固定部に合わせた形状にする、又は、固定部の形状をレンズ保持部の形状に合わせるだけでよいため、製造装置又はレンズ保持部に対する構成の追加が少なく製造コストを抑制できる。
開示された撮像モジュールの製造方法は、上記レンズ保持部が凸部又は凹部を有し、上記第一工程では、上記レンズ保持部の上記凸部又は上記凹部を上記固定部に設けられた凹部又は凸部と嵌合させるものである。
この方法によれば、レンズ保持部に凸部又は凹部を設けておくだけでよいため、構成の追加が少なく製造コストを抑制できる。
開示された撮像モジュールの製造方法は、上記レンズ保持部が上記光軸に直交する平面を含み、上記第一工程では、上記固定部の一部を上記平面に当接させて上記レンズ保持部の光軸方向への移動を更に規制するものである。
この方法によれば、第一の方向、第二の方向、第三の方向のいずれにもレンズ保持部が移動しないため、高精度の位置合わせが可能となる。
開示された撮像モジュールの製造方法は、上記第一工程では、上記固定部を上記筐体に設けられた開口を通して上記レンズ保持部と嵌合させるものである。
この方法によれば、固定部とレンズ保持部との嵌合を容易に行うことができ、製造効率を上げることができる。
開示された撮像モジュールの製造方法は、上記第一工程では、各相対位置において、上記レンズ群の光軸が重力方向に垂直な姿勢で上記レンズユニットを保持するものである。
この方法によれば、光軸が重力方向に垂直な姿勢でレンズユニットが保持されると、レンズ保持部の上記面内位置が重力の影響を受けて重力方向に移動してしまうが、固定部とレンズ保持部の嵌合によってこの移動を防ぐことができ、高精度の位置合わせが可能となる。
開示された撮像モジュールの製造方法は、上記撮像素子の画素ピッチが1μm以下であるものを含む。
開示された撮像モジュール製造装置は、測定チャートを設置するための測定チャート設置部と、上記測定チャート設置部に設置された上記測定チャートに直交する軸上に、レンズ群を有するレンズユニットを通して被写体を撮像する撮像素子を有する撮像素子ユニットを保持するための撮像素子ユニット保持部と、上記測定チャート設置部と上記撮像素子ユニット保持部との間の上記軸上で上記レンズユニットを保持するためのレンズユニット保持部と、上記測定チャート設置部、上記レンズユニット保持部、及び上記撮像素子ユニット保持部の上記軸方向の相対位置を変化させ、各相対位置において、上記撮像素子ユニット保持部により保持された上記撮像素子ユニットの上記撮像素子により、上記レンズユニット保持部により保持された上記レンズユニットを通して、上記測定チャート設置部に設置された上記測定チャートを撮像させる制御部と、上記撮像素子により上記測定チャートを撮像して得られる撮像信号に基づいて、上記レンズユニット保持部により保持された上記レンズユニットに対する上記撮像素子ユニット保持部により保持された上記撮像素子ユニットの傾きを調整する調整部と、上記調整部により調整後の上記撮像素子ユニットを上記レンズユニットに固定するユニット固定部と、を備え、上記レンズユニット保持部は、上記軸に垂直な面内における位置が固定の固定部を含み、上記固定部は、上記レンズユニットの筐体内にある上記レンズ群を保持するレンズ保持部と嵌合する嵌合部を有するものである。
開示された撮像モジュール製造装置は、上記固定部が、上記レンズユニットの上記筐体を位置決めする位置決め部を更に有するものである。
開示された撮像モジュール製造装置は、上記嵌合部が、筒状の上記レンズ保持部の側面の一部と嵌合するものである。
開示された撮像モジュール製造装置は、上記嵌合部が、上記レンズ保持部に設けられた凸部又は凹部と嵌合する凹部又は凸部を有するものである。
開示された撮像モジュール製造装置は、上記嵌合部が、上記レンズ保持部と嵌合した状態で、上記レンズ保持部の表面のうちの上記レンズ群の光軸に直交する平面に当接して上記レンズ保持部の前記光軸方向への移動を規制するものである。
開示された撮像モジュール製造装置は、上記嵌合部が、上記レンズ保持部と嵌合した状態で、上記レンズユニットの上記筐体に設けられた開口を貫通するものである。
開示された撮像モジュール製造装置は、上記レンズユニット保持部が、各相対位置において、上記レンズ群の光軸が重力方向に垂直な姿勢で上記レンズユニットを保持するものである。
本発明は、スマートフォン等の携帯端末に搭載される撮像モジュールに適用して利便性が高く、有効である。
以上、本発明を特定の実施形態によって説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、開示された発明の技術思想を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
本出願は、2014年1月8日出願の日本特許出願(特願2014-001665)に基づくものであり、その内容はここに取り込まれる。
本出願は、2014年1月8日出願の日本特許出願(特願2014-001665)に基づくものであり、その内容はここに取り込まれる。
10 レンズユニット
11 筐体
15 レンズバレル(レンズ保持部)
16 レンズ駆動装置
20 撮像素子ユニット
75 レンズ位置決めプレート(固定部)
75a 筒部(位置決め部)
75b 筒部(嵌合部)
89 測定チャート
100 撮像モジュール
200 撮像モジュール製造装置
11 筐体
15 レンズバレル(レンズ保持部)
16 レンズ駆動装置
20 撮像素子ユニット
75 レンズ位置決めプレート(固定部)
75a 筒部(位置決め部)
75b 筒部(嵌合部)
89 測定チャート
100 撮像モジュール
200 撮像モジュール製造装置
Claims (15)
- レンズ群を有するレンズユニットと、前記レンズユニットに固定され、前記レンズ群を通して被写体を撮像する撮像素子を有する撮像素子ユニットと、を有する撮像モジュールの製造方法であって、
前記レンズユニットは、前記レンズ群を保持するレンズ保持部と、前記レンズ群のうち少なくとも一部のレンズを前記レンズ群の光軸に沿う第一の方向に移動させる第一のレンズ駆動部と、前記レンズ群のうち少なくとも一部のレンズを前記レンズ群の光軸に直交する第二の方向及び第三の方向にそれぞれ移動させる第二のレンズ駆動部及び第三のレンズ駆動部とを含むレンズ駆動装置と、前記レンズ保持部及び前記レンズ駆動装置を収容する筐体と、を有し、
測定チャートに直交する軸上に前記レンズユニットを保持し、前記軸上に前記撮像素子ユニットを保持する第一工程と、
前記軸上に保持された前記レンズユニット、前記撮像素子ユニット、及び前記測定チャートの前記軸方向の相対位置を変化させて、各相対位置において前記撮像素子により前記測定チャートを撮像させる第二工程と、
前記撮像素子により前記測定チャートを撮像して得られる撮像信号に基づいて、前記レンズユニットに対する前記撮像素子ユニットの傾きを調整し、前記撮像素子ユニットを前記レンズユニットに固定する第三工程と、を備え、
前記第一工程では、前記軸に垂直な面内における位置が固定されている固定部と前記レンズ保持部とを嵌合させる撮像モジュールの製造方法。 - 請求項1記載の撮像モジュールの製造方法であって、
前記第一工程では、更に、前記固定部によって前記筐体を位置決めする撮像モジュールの製造方法。 - 請求項1又は2記載の撮像モジュールの製造方法であって、
前記レンズ保持部は筒状であり、
前記第一工程では、前記レンズ保持部の側面の一部を前記固定部と嵌合させる撮像モジュールの製造方法。 - 請求項1又は2記載の撮像モジュールの製造方法であって、
前記レンズ保持部は、凸部又は凹部を有し、
前記第一工程では、前記レンズ保持部の前記凸部又は前記凹部を前記固定部に設けられた凹部又は凸部と嵌合させる撮像モジュールの製造方法。 - 請求項1~4のいずれか1項記載の撮像モジュールの製造方法であって、
前記レンズ保持部は、前記光軸に直交する平面を含み、
前記第一工程では、前記固定部の一部を前記平面に当接させて前記レンズ保持部の光軸方向への移動を更に規制する撮像モジュールの製造方法。 - 請求項1~5のいずれか1項記載の撮像モジュールの製造方法であって、
前記第一工程では、前記固定部を前記筐体に設けられた開口を通して前記レンズ保持部と嵌合させる撮像モジュールの製造方法。 - 請求項1~6のいずれか1項記載の撮像モジュールの製造方法であって、
前記第一工程では、各相対位置において、前記レンズ群の光軸が重力方向に垂直な姿勢で前記レンズユニットを保持する撮像モジュールの製造方法。 - 請求項1~7のいずれか1項記載の撮像モジュールの製造方法であって、
前記撮像素子の画素ピッチが1μm以下である撮像モジュールの製造方法。 - 測定チャートを設置するための測定チャート設置部と、
前記測定チャート設置部に設置された前記測定チャートに直交する軸上に、レンズ群を有するレンズユニットを通して被写体を撮像する撮像素子を有する撮像素子ユニットを保持するための撮像素子ユニット保持部と、
前記測定チャート設置部と前記撮像素子ユニット保持部との間の前記軸上で前記レンズユニットを保持するためのレンズユニット保持部と、
前記測定チャート設置部、前記レンズユニット保持部、及び前記撮像素子ユニット保持部の前記軸方向の相対位置を変化させ、各相対位置において、前記撮像素子ユニット保持部により保持された前記撮像素子ユニットの前記撮像素子により、前記レンズユニット保持部により保持された前記レンズユニットを通して、前記測定チャート設置部に設置された前記測定チャートを撮像させる制御部と、
前記撮像素子により前記測定チャートを撮像して得られる撮像信号に基づいて、前記レンズユニット保持部により保持された前記レンズユニットに対する前記撮像素子ユニット保持部により保持された前記撮像素子ユニットの傾きを調整する調整部と、
前記調整部により調整後の前記撮像素子ユニットを前記レンズユニットに固定するユニット固定部と、を備え、
前記レンズユニット保持部は、前記軸に垂直な面内における位置が固定の固定部を含み、
前記固定部は、前記レンズユニットの筐体内にある前記レンズ群を保持するレンズ保持部と嵌合する嵌合部を有する撮像モジュール製造装置。 - 請求項9記載の撮像モジュール製造装置であって、
前記固定部は、前記レンズユニットの前記筐体を位置決めする位置決め部を更に有する撮像モジュール製造装置。 - 請求項9又は10記載の撮像モジュール製造装置であって、
前記嵌合部は、筒状の前記レンズ保持部の側面の一部と嵌合する撮像モジュール製造装置。 - 請求項9又は10記載の撮像モジュール製造装置であって、
前記嵌合部は、前記レンズ保持部に設けられた凸部又は凹部と嵌合する凹部又は凸部を有する撮像モジュール製造装置。 - 請求項9~12のいずれか1項記載の撮像モジュール製造装置であって、
前記嵌合部は、前記レンズ保持部と嵌合した状態で、前記レンズ保持部の表面のうちの前記レンズ群の光軸に直交する平面に当接して前記レンズ保持部の前記光軸方向への移動を規制する撮像モジュール製造装置。 - 請求項9~13のいずれか1項記載の撮像モジュール製造装置であって、
前記嵌合部は、前記レンズ保持部と嵌合した状態で、前記レンズユニットの前記筐体に設けられた開口を貫通する撮像モジュール製造装置。 - 請求項9~14のいずれか1項記載の撮像モジュール製造装置であって、
前記レンズユニット保持部は、各相対位置において、前記レンズ群の光軸が重力方向に垂直な姿勢で前記レンズユニットを保持する撮像モジュール製造装置。
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