(57)【要約】      （修正有）【課題】光パターンのディフォーカスの量と方向の判定結果に基づいて、合焦位置の移動方向を確定し、カメラモジュールの調整時間を短縮可能なカメラモジュール調整方法及びカメラモジュール調整装置を提供する。【解決手段】カメラモジュール調整装置１０において、光源の出射光を平行光線である第１の光パターンに変換するパターン１１ｃを備え、パターンの垂直軸は、所定の角度傾斜し、カメラモジュールは、平行光線を光軸上に存在する合焦位置に集光するカメラレンズ１２ａと、カメラレンズによって、平行光線が結像された第２の光パターンが形成される撮像素子１２ｂと、を備え、撮像素子から出力された第２の光パターンの画像データを解析し、第２の光パターンのディフォーカス量とディフォーカス量の方向を測定し、ディフォーカス量に基づいて、撮像素子の移動方向及び移動量を確定する。【選択図】図９
2020140018.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コリメート光源部、カメラモジュール、画像処理部、制御部及びＺ軸駆動部を有するカメラモジュール調整装置であって、
前記コリメート光源部は、光源と、前記光源の出射光を第１の光パターンに変換するパターンと、前記パターンから入射された前記第１の光パターンを平行光線に変換するコリメータレンズを備え、
前記パターンの垂直軸は、前記コリメート光源部又は前記カメラモジュールの光軸に対して所定の角度だけ傾斜し、
前記カメラモジュールは、前記平行光線を前記光軸上に存在する合焦位置に集光するカメラレンズと、前記カメラレンズによって、前記平行光線が結像された第２の光パターンが形成される撮像素子と、を備え、
前記画像処理部は、前記撮像素子から出力された前記第２の光パターンの画像データを解析し、前記第２の光パターンのディフォーカス量と該ディフォーカス量の符号を測定し、
前記制御部は、前記ディフォーカス量及び前記符号に基づいて、前記撮像素子の移動方向を確定し、前記撮像素子の移動量を算出し、
前記Ｚ軸駆動部が、前記移動方向及び前記移動量に基づいて、前記合焦位置が前記撮像素子の受光面に略一致するまでの調整時間を短縮することができることを特徴とするカメラモジュール調整装置。
【請求項２】
前記Ｚ軸駆動部は、前記撮像素子を保持又は積載する撮像素子保持部を備え、
前記移動方向及び前記移動量に基づいて、前記光軸方向に前記撮像素子を移動させる請求項１に記載のカメラモジュール調整装置。
【請求項３】
前記パターンは、少なくとも３つ以上の開口部を有し、
１つの前記開口部の中心と前記コリメータレンズの焦点とが略一致するように配置された請求項１又は２に記載のカメラモジュール調整装置。
【請求項４】
前記開口部が略円形のピンホールである請求項１乃至３のいずれかに記載のカメラモジュール調整装置。
【請求項５】
前記合焦位置が前記受光面に略一致する場合において、前記開口部からそれぞれ異なる第１の開口部、第２の開口部及び第３の開口部を設定し、
前記第１の開口部を透過した第１の光線が合焦する第１の合焦点は、前記撮像素子から見て前記カメラレンズの側に存在し、
前記第２の開口部を透過した第２の光線が合焦する第２の合焦点は、前記撮像素子の前記受光面に存在し、
前記第３の開口部を透過した第３の光線が合焦する第３の合焦点は、前記撮像素子から見て前記カメラレンズの反対側に存在する請求項３又は４に記載のカメラモジュール調整装置。
【請求項６】
コリメート光源部、カメラモジュール、画像処理部、制御部及びＺ軸駆動部を有するカメラモジュール調整方法であって、
前記コリメート光源部は、光源及びパターンによって、前記光源の出射光を第１の光パターンに変換し、コリメータレンズによって、前記パターンから入射された前記第１の光パターンを平行光線に変換し、
前記パターンの垂直軸は、前記コリメート光源部又は前記カメラモジュールの光軸に対して所定の角度だけ傾斜し、
前記カメラモジュールは、カメラレンズによって、前記平行光線を前記光軸上に存在する合焦位置に集光し、撮像素子によって、前記カメラレンズにより前記平行光線が結像された第２の光パターンが形成され、
前記画像処理部によって、前記撮像素子から出力された前記第２の光パターンの画像データを解析し、前記第２の光パターンのディフォーカス量と該ディフォーカス量の符号を測定し、
前記制御部によって、前記ディフォーカス量及び前記符号に基づいて、前記撮像素子の移動方向を確定し、前記撮像素子の移動量を算出し、
前記Ｚ軸駆動部によって、前記移動方向及び前記移動量に基づいて、前記合焦位置が前記撮像素子の受光面に略一致するまでの調整時間を短縮することができることを特徴とするカメラモジュール調整方法。
【請求項７】
前記Ｚ軸駆動部において、撮像素子保持部によって前記撮像素子を保持又は積載し、
前記移動方向及び前記移動量に基づいて、前記光軸方向に前記撮像素子を移動させる請求項６に記載のカメラモジュール調整方法。
【請求項８】
前記パターンは、少なくとも３つ以上の開口部を有し、
１つの前記開口部の中心と前記コリメータレンズの焦点とが略一致するように配置された請求項６又は７に記載のカメラモジュール調整方法。
【請求項９】
前記開口部が略円形のピンホールである請求項６乃至８のいずれかに記載のカメラモジュール調整方法。
【請求項１０】
前記合焦位置が前記受光面に略一致する場合において、前記開口部からそれぞれ異なる第１の開口部、第２の開口部及び第３の開口部を設定し、
前記第１の開口部を透過した第１の光線が合焦する第１の合焦点は、前記撮像素子から見て前記カメラレンズの側に存在し、
前記第２の開口部を透過した第２の光線が合焦する第２の合焦点は、前記撮像素子の前記受光面に存在し、
前記第３の開口部を透過した第３の光線が合焦する第３の合焦点は、前記撮像素子から見て前記カメラレンズの反対側に存在する請求項８又は９に記載のカメラモジュール調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラモジュール調整装置及びカメラモジュール調整方法に関する。特に、本発明は、カメラモジュールの撮像素子上に結ぶ像を形成するパターンを光軸に対して傾斜させて、上記像を解析することによって、撮像素子とカメラレンズとの距離の遠近を判定することができるカメラモジュール調整装置及びカメラモジュール調整方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、カメラモジュールなどの画像入力装置の製造工程において、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等で構成される撮像素子とレンズユニットとのフォーカス調整が行われている。カメラモジュールは、撮像素子が実装された基板と撮像用のレンズユニットとを一体化した部品（デバイス）であって、デジタルカメラは勿論のこと、カメラ機能付きの各種携帯型電子機器（例えば、携帯電話、携帯型ＰＣ、ＰＤＡ等）に搭載されている。カメラモジュールを製造する際には、撮像素子の撮像面（受光面）にフォーカスの調整をしながらレンズユニットを保持し、フォーカスの調整がなされた状態でレンズユニットと基板とを一体として固定化することが知られている。そのような技術については、例えば、特開２００３−３１５６５０号公報（特許文献１）、及び特開２００２−２６７９２３号公報（特許文献２）には、チャート部を有するテストチャート（チャート紙）を用い、レンズユニットを移動させながら、テストチャートを撮像し、撮像されたデータからＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を算出することによって、最適なフォーカス位置を検出する技術が開示されている。
【０００３】
ここで、従来のカメラモジュール調整装置１００の模式図の一例を図１に示す。図１に示すように、カメラモジュール調整装置１００は、コリメート光源１０１、カメラモジュール１０２、画像処理部１０３、制御部１０４及びＺステージ１０５から成る。また、カメラモジュール１０２は、カメラレンズ１０２ａ及び撮像素子１０２ｂより成る。
【０００４】
さらに、カメラモジュール調整装置１００の各構成の働きと各構成間の関係について簡単に説明する。
【０００５】
まず、コリメート光源１０１は、テスト用パターン（２次元の光パターン）をカメラモジュール１０２に投射する。
【０００６】
次に、撮像素子１０２ｂは、カメラレンズ１０２ａによって結像された光パターンを電気信号で変換し、画像処理部１０３に出力する。
【０００７】
カメラレンズ１０２ａの位置を調整して固定する前の段階では、撮像素子１０２ｂに対するカメラレンズ１０２ａの光軸方向の位置は、一般的には、的確に設定されていない。このため、この段階では、光パターンの像は、カメラモジュール１０２のディフォーカス状態によりピンボケ画像となっている。ディフォーカス量（例えば、撮像素子１０２ｂがカメラレンズ１０２ａの合焦位置に近いほど、０（ゼロ）に近づく評価値）を評価するため、受光したピンボケした光パターン画像の特徴を評価して、ディフォーカス量を減少させて、ジャストピント状態である、略ディフォーカス量が０（ゼロ）になるように制御を行う。
【０００８】
すなわち、画像処理部１０３は、光パターンを示す電気信号（画像信号）を変換した画像データに基づいて、ディフォーカス量を算出する。そして、画像処理部１０３は、撮像素子１０２ｂから送信された画像信号を解析して、合焦の度合いを判定するものである。
【０００９】
さらに、画像処理部１０３による画像信号の解析処理に続いて、画像処理部１０４は、ディフォーカス量に基づいて、Ｚステージ１０５の高さを制御する制御指令値を算出し、Ｚステージ１０５に出力する。
【００１０】
最後に、Ｚステージ１０５は、制御指令値に基づいて撮影素子１０２ｂの高さを調整する。
【００１１】
以上のような動作を経て、カメラモジュール１０２内のカメラレンズ１０２ａと撮影素子１０２ｂとの距離を調整する。
【００１２】
次に、コリメータ光源１０１の詳しい光学的な構造、及びカメラモジュール１００内の光線の光路を、図２を用いて説明する。
【００１３】
コリメータ光源１０１は、光源１０１ａ、拡散板１０１ｂ、光透過パターン（以下、単に「パターン」又は「レクチル」と称する。）１０１ｃ、及びコリメータレンズ１０１ｄから成る。
【００１４】
まず、光源１０１ａから出射した光は、拡散板１０１ｂによって、均一な拡散光に変換される。
【００１５】
パターン１０１ｃは、拡散光を透過する開口部（又は、透過部）Ｈ0と、拡散光を透過させずに遮断する遮光部とで分割された２次元パターンを有している。パターン１０１ｃの略中央にピンホール状の開口部Ｈ0が穿設されており、拡散板１０１ｂを通った光の一部が、開口部Ｈ0を透過することができる。例えば、パターン１０１ｃの簡単な例は、半径ｒの円形の開口を挙げることが出来る。拡散光の一部は、パターン１０１ｃの開口部Ｈ0を透過して、コリメータレンズ１０１ｄに入射する。
【００１６】
次に、コリメータレンズ１０１ｄは、パターン１０１ｃからコリメータレンズ１０１ｄの焦点距離ｆLだけ離れて配置される。このため、コリメータレンズ１０１ｄは、入射した光を平行光線に変換した光線をカメラモジュール１０２に出射する。そして、コリメータレンズ１０１ｄを出射した平行な光線は、カメラレンズ１０２ａに入射する。
【００１７】
また、撮像素子１０２ｂは、カメラレンズ１０２ａの焦点距離ｆCだけ離れて配置される。
【００１８】
ここで、ディフォーカス量及びディフォーカス量の符号について以下のように補足する。後述するようにディフォーカス量をΔで表わすと、ディフォーカス量Δの大きさは｜Δ｜で表される。また、開口部１０１ｃからの光線（被写体）の結像位置が撮像素子１０２ｂ面の上（手前）に位置している状態（以下、「前ピン状態」と称する。）には、ディフォーカス量の符号は負とする（Δ＜０）。逆に、開口部１０１ｃからの光線の結像位置が撮像素子面より下（奥）に位置している状態（以下、「後ピン状態」と称する。）の場合では、ディフォーカス量の符号は正（プラス）とする（Δ＞０）。開口部１０１ｃからの光線の結像位置が撮像面に位置している状態、即ち、合焦状態である場合には、ディフォーカス量Δは０である。
【００１９】
また、カメラモジュール１０２の調整後において、カメラレンズ１０２ａによって、撮像素子１０２ｂの受光面に合焦した（ピントが合った）像が結ばれた様子を図３に示す。また、撮像素子１０２ｂの受光面に合焦した（ピントが合った）像を図４に示す。図４が示すように、画面中央には、小さい直径Ｄ１の光スポットが観測される。そして、撮像素子１０２ｂの受光面に合焦した（ピントが合った）像を示す状態を「Ｊｕｓｔ」と呼ぶ。なお、このときのディフォーカス量Δは、ゼロである。
【００２０】
次に、カメラモジュール１０２の調整が必要な状態で、カメラレンズ１０２ａを透過した光による、撮像素子１０２ｂの受光面における合焦位置Ｇが届かない（ピントが合っていない）様子を図５に示す。すなわち、撮像素子１０２ｂの受光面に合焦位置Ｇが届かない（ピントが合っていないディフォーカス状態の）像を図６に示す。図６が示すように、画面中央には、Ｄ１より大きい直径Ｄ２（＞Ｄ１）の光スポットが観測される。そして、撮像素子１０２ｂの受光面に合焦位置Ｇが届かない（ピントが合っていない）ディフォーカス状態、すなわち合焦位置Ｇが、撮像素子１０２ｂから見て、カメラレンズ１０２ａの側に位置する状態を「Ｆａｒ」と呼ぶ。なお、このときのディフォーカス量Δの符号は、負（マイナス）である。
【００２１】
また、合焦位置Ｇが撮像素子１０２ｂから見て、カメラレンズ１０２の反対側に位置する（ピントが合っていない）ディフォーカス状態の様子を、図７に示す。すなわち、合焦位置Ｇが撮像素子１０２ｂから見て、カメラレンズ１０２の反対側に位置する（ピントが合っていない）ディフォーカスの状態の像を図８に示す。図８が示すように、画面中央には、Ｄ１より大きい直径Ｄ３（＞Ｄ１）の光スポットが観測される。そして、合焦位置Ｇが撮像素子１０２ｂの受光面を通り過ぎて、撮像素子１０２ｂの下に位置している（ピントが合っていない）ディフォーカスの状態、すなわち合焦位置Ｇが、撮像素子１０２ｂから見て、カメラレンズ１０２ａの反対側に位置する状態を、「Ｆａｒ」に対して、「Ｎｅａｒ」と呼ぶ。なお、このときのディフォーカス量Δの符号は、正（プラス）である。
【００２２】
カメラモジュール１０２のカメラレンズ１０２ａと撮像素子１０２ｂとの距離を調整する場合、通常、「Ｎｅａｒ」又は「Ｆａｒ」を検出した状態から、「Ｊｕｓｔ」を検出する状態となるように、Ｚステージを上下に移動させるように調整が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】特開２００３−３１５６５０号公報
【特許文献２】特開２００２−２６７９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
従来のカメラモジュール１０２において、図６又は図８に示すような広がった光スポットの画像データが取得された場合において、合焦位置Ｇと撮像素子１０２ｂとの関係について以下のように説明する。
【００２５】
画像データからは、合焦位置Ｇが、撮像素子１０２ｂから見て、カメラレンズ１０２ａの側に存在する「Ｆａｒ」状態と、合焦位置Ｇが、撮像素子１０２ｂからみてカメラレンズの反対側に存在する「Ｎｅａｒ」状態のいずれであるのかを判別することができない。このため、合焦位置Ｇを撮像素子１０２ｂに近づける方向への移動と、合焦位置Ｇを撮像素子１０２ｂから遠ざかる方向への移動とのいずれを選択するのか、確定することが原理的に不可能である。すなわち、従来のカメラモジュール調整装置又は方法においては、前述のディフォーカス量Δの符号を判断することが、原理的に不可能である。そして、ディフォーカス量Δの符号のいずれを仮に選択して合焦位置Ｇを移動させたとき、「Ｎｅａｒ」又は「Ｆａｒ」の度合いは拡大し、期待に反して、ディフォーカス量Δが、一層増大する場合がある。
【００２６】
そのような場合は、改めて反対向きに合焦位置を移動させる余分な工程により、測定時間又は制御時間が延びるという問題が生じる。
【００２７】
本発明は上述のような事情に基づいてなされたものであり、本発明の目的は、パターン又はレクチルを光軸に対して傾斜させて、撮像素子に結像させた光パターンの画像データを解析して、光パターンのディフォーカス量とその方向（合焦位置Ｇが「Ｎｅａｒ」又は「Ｆａｒ」のいずれであるか）を判定し、判定結果に基づいて、合焦位置Ｇの移動方向を確定することによって、カメラモジュールの調整時間を短縮可能なカメラモジュール調整方法及びカメラモジュール調整装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明に係るカメラモジュール調整装置の上記目的は、コリメート光源部、カメラモジュール、画像処理部、制御部及びＺ軸駆動部を有するカメラモジュール調整装置であって、前記コリメート光源部は、光源と、前記光源の出射光を第１の光パターンに変換するパターンと、前記パターンから入射された前記第１の光パターンを平行光線に変換するコリメータレンズを備え、前記パターンの垂直軸は、前記コリメート光源部又は前記カメラモジュールの光軸に対して所定の角度だけ傾斜し、前記カメラモジュールは、前記平行光線を前記光軸上に存在する合焦位置に集光するカメラレンズと、前記カメラレンズによって、前記平行光線が結像された第２の光パターンが形成される撮像素子と、を備え、前記画像処理部は、前記撮像素子から出力された前記第２の光パターンの画像データを解析し、前記第２の光パターンのディフォーカス量と該ディフォーカス量の符号を測定し、前記制御部は、前記ディフォーカス量及び前記符号に基づいて、前記撮像素子の移動方向を確定し、前記撮像素子の移動量を算出し、前記Ｚ軸駆動部が、前記移動方向及び前記移動量に基づいて、前記合焦位置が前記撮像素子の受光面に略一致するまでの調整時間を短縮することができることにより達成される。
【００２９】
また、本発明に係るカメラモジュール調整装置の上記目的は、前記Ｚ軸駆動部は、前記撮像素子を保持又は積載する撮像素子保持部を備え、前記移動方向及び前記移動量に基づいて、前記光軸方向に前記撮像素子を移動させることにより、或いは前記パターンは、少なくとも３つ以上の開口部を有し、１つの前記開口部の中心と前記コリメータレンズの焦点とが略一致するように配置されたことにより、或いは前記開口部が略円形のピンホールであることにより、或いは前記合焦位置が前記受光面に略一致する場合において、前記開口部からそれぞれ異なる第１の開口部、第２の開口部及び第３の開口部を設定し、前記第１の開口部を透過した第１の光線が合焦する第１の合焦点は、前記撮像素子から見て前記カメラレンズの側に存在し、前記第２の開口部を透過した第２の光線が合焦する第２の合焦点は、前記撮像素子の前記受光面に存在し、前記第３の開口部を透過した第３の光線が合焦する第３の合焦点は、前記撮像素子から見て前記カメラレンズの反対側に存在することにより、より効果的に達成される。
【００３０】
本発明に係るカメラモジュール調整方法の上記目的は、コリメート光源部、カメラモジュール、画像処理部、制御部及びＺ軸駆動部を有するカメラモジュール調整方法であって、前記コリメート光源部は、光源及びパターンによって、前記光源の出射光を第１の光パターンに変換し、コリメータレンズによって、前記パターンから入射された前記第１の光パターンを平行光線に変換し、前記パターンの垂直軸は、前記コリメート光源部又は前記カメラモジュールの光軸に対して所定の角度だけ傾斜し、前記カメラモジュールは、カメラレンズによって、前記平行光線を前記光軸上に存在する合焦位置に集光し、撮像素子によって、前記カメラレンズにより前記平行光線が結像された第２の光パターンが形成され、前記画像処理部によって、前記撮像素子から出力された前記第２の光パターンの画像データを解析し、前記第２の光パターンのディフォーカス量と該ディフォーカス量の符号を測定し、前記制御部によって、前記ディフォーカス量及び前記符号に基づいて、前記撮像素子の移動方向を確定し、前記撮像素子の移動量を算出し、前記Ｚ軸駆動部によって、前記移動方向及び前記移動量に基づいて、前記合焦位置が前記撮像素子の受光面に略一致するまでの調整時間を短縮することができることにより達成される。
【００３１】
また、本発明に係るカメラモジュール調整方法の上記目的は、前記Ｚ軸駆動部において、撮像素子保持部によって前記撮像素子を保持又は積載し、前記移動方向及び前記移動量に基づいて、前記光軸方向に前記撮像素子を移動させることにより、或いは前記パターンは、少なくとも３つ以上の開口部を有し、１つの前記開口部の中心と前記コリメータレンズの焦点とが略一致するように配置されたことにより、或いは前記開口部が略円形のピンホールであることにより、或いは前記合焦位置が前記受光面に略一致する場合において、前記開口部からそれぞれ異なる第１の開口部、第２の開口部及び第３の開口部を設定し、前記第１の開口部を透過した第１の光線が合焦する第１の合焦点は、前記撮像素子から見て前記カメラレンズの側に存在し、前記第２の開口部を透過した第２の光線が合焦する第２の合焦点は、前記撮像素子の前記受光面に存在し、前記第３の開口部を透過した第３の光線が合焦する第３の合焦点は、前記撮像素子から見て前記カメラレンズの反対側に存在することにより、より効果的に達成される。
【発明の効果】
【００３２】
本発明に係るカメラモジュール調整方法、及びカメラモジュール調整装置によれば、パターン又はレクチルを光軸に対して傾斜させて、撮像素子に結像させた光パターンの画像データを解析して、光パターンのディフォーカス量とその方向又は符号（合焦位置Ｇが「Ｎｅａｒ」又は「Ｆａｒ」のいずれであるか）を判定し、その判定結果に基づいて合焦位置の移動量及びその方向を確定することによって、カメラレンズと撮像素子との距離の調整回数を略一回で済ますことができるという格別の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】従来のカメラモジュール調整装置のブロック図である。
【図２】従来のカメラモジュール調整装置のコリメータ光源及びカメラモジュールの模式図である。
【図３】従来のカメラモジュールの調整後、カメラレンズによって、撮像素子の受光面に合焦した（ピントが合った）像が結ばれた様子を示す図である。
【図４】図３において、撮像素子の受光面に合焦した（ピントが合った）像を示す図である。
【図５】従来のカメラモジュールの調整前、カメラレンズを透過した光の合焦位置Ｇが、撮像素子１０２ｂの受光面から見て、カメラレンズ側に位置している（ピントが合っていない）様子を示す図である。
【図６】図５において、撮像素子の受光面に合焦していない（ピントが合っていない）ディフォーカス状態の像を示す図である。
【図７】従来のカメラモジュールの調整前、合焦位置Ｇが撮像素子１０２ｂの受光面から見て、カメラレンズの反対側に位置している（ピントが合っていない）ディフォーカス状態の様子を示す図である。
【図８】図７において、撮像素子の受光面に合焦していない（ピントが合っていない）ディフォーカス状態の像を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係るカメラモジュール調整装置のコリメータ光源及びカメラモジュールの模式図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態に係るカメラモジュール調整装置におけるパターン（レクチル）を示す図である。
【図１１】カメラレンズと撮像素子との距離が、ピントが合う距離より近い場合における、合焦位置ＧＮｅａｒ、合焦位置ＧＪｕｓｔ、及び合焦位置ＧＦａｒと、撮像素子との位置関係を示す図である。
【図１２】図１１が示すようなカメラレンズと撮像素子との位置関係において、開口部ＨＮｅａｒ、開口部ＨＪｕｓｔ、及び開口部ＨＦａｒを出射した光線が、撮像素子の受光面で集光した各光スポットの様子（大小関係）を示す図である。
【図１３】カメラレンズと撮像素子との距離が、ピントが合う距離より遠い場合における、合焦位置ＧＮｅａｒ、合焦位置ＧＪｕｓｔ、及び合焦位置ＧＦａｒと、撮像素子との位置関係を示す図である。
【図１４】図１３が示すようなカメラレンズと撮像素子との位置関係において、開口部ＨＮｅａｒ、開口部ＨＪｕｓｔ、及び開口部ＨＦａｒを出射した光線が、撮像素子の受光面で集光した各光スポットの様子（大小関係）を示す図である。
【図１５】カメラレンズと撮像素子との距離が、ピントが丁度合う距離の場合における、合焦位置ＧＮｅａｒ、合焦位置ＧＪｕｓｔ、及び合焦位置ＧＦａｒと、撮像素子との位置関係を示す図である。
【図１６】図１５が示すようなカメラレンズと撮像素子と位置関係において、開口部ＨＮｅａｒ、開口部ＨＪｕｓｔ、及び開口部ＨＦａｒを出射した光線が、撮像素子の受光面で集光した各光スポットの様子（大小関係）を示す図である。
【図１７】本発明の第１の実施形態に係るカメラモジュール調整装置が行う工程を示すフローチャートである。
【図１８】前ピン状態におけるディフォーカス量Δ（＜０）とボケ量Ｗとの関係を示す図である。
【図１９】後ピン状態におけるディフォーカス量Δ（＞０）とボケ量Ｗとの関係を示す図である。
【図２０】本発明の第２の実施形態に係るカメラモジュール調整装置におけるパターン（レクチル）を正面から見た様子を示す図である。
【図２１】本発明の第２の実施形態に係るカメラモジュール調整装置において、光軸に対してパターン（レクチル）が傾斜した様子を示す図である。
【図２２】本発明の第２の実施形態に係るカメラモジュール調整装置において、コリメータレンズの焦点距離ｆLから距離ｄだけ離れた光軸ＡＬから出射された拡散光の結像関係を示す図である。
【図２３】本発明の第２の実施形態に係るカメラモジュール調整装置において、レクチルの開口部を透過した光線による、撮像素子上の所定の幅Ｓを有する帯状の積算エリアにおける、輝度分布と、輝度分布の輝度傾斜幅（像広がり幅）を示す台形幅Ｗｅの様子を示す図である。
【図２４】図２３の台形幅Ｗｅのプロットした様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明に係るカメラモジュール調整装置は、パターン又はレクチルを光軸に対して傾斜させて、撮像素子に結像させた光パターンの画像データを解析して、光パターンの結像のディフォーカス量Δ、並びにその方向又は符号（合焦位置Ｇが「Ｎｅａｒ」又は「Ｆａｒ」のいずれであるか）を判定し、その判定結果に基づいて合焦位置Ｇの移動方向を確定することによって、カメラレンズと撮像素子との距離の調整回数を略一回で済ますことができるという格別の効果を奏する。
【００３５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、あくまでも例示であり、以下に明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。即ち、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形（各実施例を組み合わせる等）して実施することができる。また、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付して表している。図面は模式的なものであり、必ずしも実際の寸法や比率等とは一致しない。図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることがある。
【００３６】
［第１の実施形態］
＜カメラモジュール調整装置の構成と合焦位置の判定方法＞
最初に、本発明の第１の実施形態の原理に関して、図９を用いて説明する。図９が示すように、第１の実施形態に係るカメラモジュール調整装置１０は、図２に示すような従来のカメラモジュール調整装置１００に対して、パターンを光軸に対して傾斜し、複数の開口部を穿設した点で相違するが、その余の点で略同じである。なお、第１の実施形態に係るカメラモジュール調整装置１０と、図１及び２に示すような従来のカメラモジュール調整装置とで共通する構成要素については説明を省略するが、第１の実施形態に係るカメラモジュール調整装置１０の構成要素は、従来のカメラモジュール調整装置１００の構成要素と明確に区別するため、異なる符号を付している。
【００３７】
まず、コリメータ光源１１及びカメラモジュール１２の光学的な構造及び光路を図９に示す。なお、第１の実施形態に係るカメラモジュール調整装置１０におけるパターン１１ｃは、図１０に示すように、３つの開口部を備えており、それら３つの開口部は、略同一の直径Ｄpatternを有し、一直線状に連なっている。具体的には、コリメータレンズ１１ｄに最も近い開口部ＨＮｅａｒ、コリメータレンズ１１ｄの丁度焦点距離ｆLだけ離れ、光軸上に位置する開口部ＨＪｕｓｔ、及びコリメータレンズ１１ｄに最も遠い開口部ＨＦａｒである。
【００３８】
また、開口部ＨＮｅａｒ、開口部ＨＪｕｓｔ、及び開口部ＨＦａｒから発せられる光線の経路は、それぞれ（光路）ＬＮｅａｒ、光線（光路）ＬＪｕｓｔ、及び光線（光路）ＬＦａｒ、として、模式的に図９に示す。
【００３９】
本発明の第１の実施形態に係るカメラモジュール調整装置１０におけるコリメータ光源１１は、光源１１ａ、拡散板１１ｂ、パターン１１ｃ、及びコリメータレンズ１１ｄから成り、前述の従来のカメラモジュール調整装置１００における構成と対応するものである。
【００４０】
しかしながら、パターン１１ｃが光軸に対して傾斜しているため、開口部ＨＮｅａｒ、開口部ＨＪｕｓｔ、及び開口部ＨＦａｒとコリメータレンズ１１ｄとの距離は、それぞれ異なる。このため、カメラモジュール１２において、３つ開口部を透過した光線は、カメラレンズ１２ａから異なる距離で合焦する。すなわち、図９に示すように、開口部ＨＮｅａｒ、開口部ＨＪｕｓｔ、及び開口部ＨＦａｒから出射した光線は、それぞれ異なる光路を通って、異なる合焦位置ＧＦａｒ、合焦位置ＧＪｕｓｔ、及び合焦位置ＧＮｅａｒで結像する。
【００４１】
次に、カメラレンズ１２ａと撮像素子１２ｂとの距離が、ピントが合っている距離より近い場合のそれぞれの位置関係を図１１に示す。図１１が示すように、合焦位置ＧＮｅａｒは、撮像素子１２ｂの受光面に略位置しており、合焦位置ＧＪｕｓｔは、撮像素子１２ｂの下面に位置しており、合焦位置ＧＦａｒは、撮像素子１２ｂから離れた下側に位置している。撮像素子１２ｂの受光面における、開口部ＨＮｅａｒ、開口部ＨＪｕｓｔ、及び開口部ＨＦａｒを出射した光線の各光スポットの様子を図１２に示す。図１２が示すように、開口部ＨＮｅａｒ、開口部ＨＪｕｓｔ、及び開口部ＨＦａｒを出射した光線の各光スポットの直径は、それぞれ直径ＤＮｅａｒ、直径ＤＪｕｓｔ、及び直径ＤＦａｒとして観測される。このように、カメラレンズ１２ａと撮像素子１２ｂとの距離が、ピントが合っている距離より近い場合には、直径ＤＮｅａｒ＜直径ＤＪｕｓｔ＜直径ＤＦａｒの大小関係が観測される。
【００４２】
次に、カメラレンズ１２ａと撮像素子１２ｂとの距離が、ピントが合っている距離より遠い場合における、合焦位置ＧＮｅａｒ、合焦位置ＧＪｕｓｔ、及び合焦位置ＧＦａｒの位置関係を図１３に示す。図１３が示すように、合焦位置ＧＦａｒは、撮像素子１２ｂの受光面に略位置しており、合焦位置ＧＪｕｓｔは、撮像素子１２ｂから離れた上方に位置しており、合焦位置ＧＮｅａｒは、合焦位置ＧＪｕｓｔよりも撮像素子１２ｂから離れて位置している。また、撮像素子１２ｂの受光面における、開口部ＨＮｅａｒ、開口部ＨＪｕｓｔ、及び開口部ＨＦａｒを出射した光線の各光スポットの様子を図１４に示す。図１４が示すように、カメラレンズ１２ａと撮像素子１２ｂとの距離が、ピントが合っている距離より遠い場合には、直径ＤＮｅａｒ＞直径ＤＪｕｓｔ＞直径ＤＦａｒの大小関係が観測される。そして、直径ＤＮｅａｒ、直径ＤＪｕｓｔ及び直径ＤＦａｒの大小関係に関して、カメラレンズ１２ａと撮像素子１２ｂとの距離が、ピントが合っている距離より遠い場合と、近い場合とでは逆である。
【００４３】
従来のカメラモジュール調整装置１００では、カメラレンズ１２ａと撮像素子１２ｂとの距離が、ピントが合っている距離より近い場合でも、カメラレンズ１２ａと撮像素子１２ｂとの距離が、ピントが合っている距離より遠い場合でも、図３〜６が示すように、光スポットの直径の差分として観測されなかった。
【００４４】
しかしながら、第１の実施形態に係るカメラモジュール調整装置１０では、カメラレンズ１２ａと撮像素子１２ｂとの距離が、ピントが合っている距離より近いのか或いは遠いかを、直径ＤＮｅａｒ、直径ＤＪｕｓｔ及び直径ＤＦａｒの大小関係を観測することにより、容易に判定できるという格別の効果を奏する。
【００４５】
さらに、カメラレンズ１２ａと撮像素子１２ｂとの距離が、ピントが略合っている場合、合焦位置ＧＮｅａｒ、合焦位置ＧＪｕｓｔ、及び合焦位置ＧＦａｒの位置関係を図１５に示す。図１５が示すように、合焦位置ＧＪｕｓｔは、撮像素子１２ｂの受光面に略位置しており、合焦位置ＧＮｅａｒは、撮像素子１２ｂの上方に位置している。一方、合焦位置ＧＦａｒは、撮像素子１２ｂの下方に位置している。撮像素子１２ｂの受光面における、開口部ＨＮｅａｒ、開口部ＨＪｕｓｔ、及び開口部ＨＦａｒを出射した光線の各光スポットの様子を図１６に示す。図１６が示すように、カメラレンズ１２ａと撮像素子１２ｂとのピントが略合っている場合には、直径ＤＮｅａｒ〜直径ＤＦａｒ＞直径ＤＪｕｓｔの大小関係が観測される。
【００４６】
また、第１の実施形態に係るカメラモジュール調整装置１０では、カメラレンズ１２ａと撮像素子１２ｂとの距離が、ピントが合っていることが、各開口部を出射した光線の各光スポットの直径の大小関係、すなわち直径ＤＮｅａｒと直径ＤＦａｒとが略等しく、直径ＤＪｕｓｔは、直径ＤＮｅａｒと直径ＤＦａｒより小さいという特別な序列として、検知されるという格別の効果を奏する。
【００４７】
＜カメラモジュール調整装置の調整フロー＞
次に、カメラモジュール調整装置の動作フロー１０について、図１７に示すフローチャートを用いて説明する。
【００４８】
まず、カメラモジュール１２を所定位置に設置する（ステップＳ１０）。
【００４９】
次に、光源１１ａをＯＮにして、光線をカメラモジュール１２に照射する（ステップＳ２０）。
【００５０】
続いて、撮像素子１２ｂが画像信号を画像処理部１３に出力する（ステップＳ３０）。
【００５１】
次に、画像処理部１３は、光パターンを示す画像信号（電気信号）を変換した画像データを解析し、各光スポットの直径を算出する（ステップＳ４０）。
【００５２】
また、各光スポットの直径の大小関係に基づいて、ディフォーカス量Δ（例えば、撮像素子１２ｂがカメラレンズ１２ａの合焦位置に近いほど、０（ゼロ）に近づく評価値）を、画像処理部１３は算出する（ステップＳ４０）。
【００５３】
次に、カメラレンズ１２ａに対して、撮像素子１２ｂが「Ｎｅａｒ」の関係にあるか否かを、各光スポットの直径の大小関係に基づくディフォーカス量Δを用いて、画像処理部１３は判定する（ステップＳ５０）。ここで、ステップＳ５０における判定結果がＹｅｓであるならば、カメラレンズ１２ａを撮像素子１２ｂから遠ざけるように、制御指令値ステップを負の値（＜０）に設定する（ステップＳ６０）。また、ステップＳ５０における判定結果がＮｏであるならば、後述するステップＳ８０に進む（ステップＳ５０）。
【００５４】
そして、制御指令値ステップに基づいて、制御部１４はＺ軸ステージ１５を駆動する（ステップＳ７０）。
【００５５】
次に、カメラレンズ１２ａに対して、撮像素子１２ｂが「Ｆａｒ」の関係にあるか否かを、各光スポットの直径の大小関係に基づくディフォーカス量を用いて、画像処理部１３は判定する（ステップＳ８０）。
【００５６】
そして、ステップＳ８０における判定結果がＹｅｓであるならば、カメラレンズ１２ａを撮像素子１２ｂから近づけるように、制御指令値ステップを正の値（＞０）に設定する（ステップＳ９０）。
【００５７】
そして、制御指令値ステップに基づいて、制御部１４はＺ軸ステージ１５を駆動する（ステップＳ７０）。
【００５８】
また、ステップＳ８０における判定結果がＮｏであるならば、後述するステップＳ１００に進む（ステップＳ１００）。
【００５９】
次に、カメラレンズ１２ａに対して、撮像素子１２ｂが「Ｊｕｓｔ」の関係にあるか否かを、各光スポットの直径の大小関係に基づくディフォーカス量Δを用いて、画像処理部１３は判定する（ステップＳ１００）。ここで、ステップＳ１００における判定結果がＮｏであるならば、前述したステップＳ３０に戻る（ステップＳ１００）。また、ステップＳ１００における判定結果がＹｅｓであるならば、ステップＳ１０において設置したカメラモジュール１２を調整する処理を終了する。
【００６０】
［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態に係るカメラモジュール調整装置２０について、図１８〜２４に示して説明する。
【００６１】
第２の実施形態に係るカメラモジュール調整装置２０は、第１の実施形態に係るカメラモジュール調整装置１０に対して、カメラモジュール調整装置の光学部品の光学パラメータ（仕様）並びに光学部品間の配置及び距離を用いて、ディフォーカス量Δ及びボケ量Ｗ（例えば、光スポットの広がり幅、又は直径）を算出する点が異なっているが、その他の構成は略同じである。このため、第１の実施形態と共通する構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００６２】
まず、ディフォーカス量Δとボケ量Ｗとの関係を図１８及び図１９に示す。図１８では、撮像素子１２ｂとカメラレンズ１２ａとの間に焦点Ｇが位置することによって、撮像素子１２ｂ上に、ボケ量Ｗの光スポットが照射される様子を示している。なお、カメラレンズ１２ａの焦点Ｇが撮像素子１２ｂより前の位置にある状態、すなわち「前ピン状態」であるから、このときのディフォーカス量Δは負の値である。また、図１９では、カメラレンズ１２ａと焦点Ｇとの間に撮像素子１２ｂが位置することによって、撮像素子１２ｂ上に、ボケ量Ｗの光スポットが照射される様子を示している。なお、カメラレンズ１２ａの焦点Ｇが撮像素子１２ｂより後の位置にある状態、すなわち「後ピン状態」であるから、このときのディフォーカス量Δは正の値である。図１８及び図１９に示す光路から、ボケ量Ｗとディフォーカス量Δの絶対値は略比例の関係にある。したがって、ボケ量Ｗに対応する物理量（例えば、光スポットの直径、輝度、輝度分布の形状又は輝度分布の変化等）を測定することによって、ディフォーカス量Δ及びその符号を見積もることができる。
【００６３】
次に、パターン（レクチル）１１ｃ’を正面から見た様子を図２０に示す。図２０が示すように、パターン（レクチル）１１ｃ’には、略長方形の複数の開口部１１ｃ−Ａ、１１ｃ−Ｂ、１１ｃ−Ｃ、１１ｃ−Ｄ、１１ｃ−Ｅ（以下、１１ｃ−Ａ〜１１ｃ−Ｅと略記する）が穿設されている。
【００６４】
次に、光軸ＡＬに対してパターン（レクチル）１１ｃの傾斜する様子を図２１に示す。図２１に示すように、パターン（レクチル）１１ｃ’が光軸ＡＬの垂直面に対して傾斜する角度を、傾き角θとして定義する。
【００６５】
そして、コリメート光源１１とカメラモジュール１２との結像関係又は光学素子の位置を示すために、図２１の右上に示すような直交座標（ＸＹＺ直交座標系）を設定する。その際、Ｚ軸は、光軸ＡＬに平行に設定される。また、Ｘ−Ｙ平面は、Ｚ軸に対し垂直に設定される。また、Ｘ−Ｙ平面に対する傾き角は、θとする。なお、Ｘ軸は、紙面に垂直方向に設定され、Ｙ軸は、紙面に平行に、Ｘ軸及びＹ軸に垂直に設定される。
【００６６】
また、前述したように、パターン（レクチル）１１ｃ’は略長方形の開口部１１ｃ−Ａが穿設されている。このため、パターン（レクチル）１１ｃ’が、Ｘ−Ｙ面上に配置されている場合、開口部１１ｄ’はＸ−Ｙ面上に配置される。
【００６７】
一方、パターン（レクチル）１１ｃ’を傾き角θだけ傾斜させた場合、Ｘ軸に平行な回転中心軸Ｏに配置された開口部１１ｃ−Ａの回転軸は、略不動であるが、図２０に示すように、回転中心軸Ｏから離れた開口部１１ｃ−Ｂ及び１１ｃ−Ｃは、Ｘ−Ｙ平面から距離ｄだけ離れる。そして、パターン１１ｃ’の中央部の開口部１１ｃ−Ａは、パターン１１ｃ’が回転した場合でも、その回転中心は、回転中心軸上Ｏに存在する。さらに、コリメータレンズ１１ｄは、回転中心軸Ｏからコリメータレンズ１１ｄの焦点距離ｆLだけ離れて配置されている。このため、パターン１１ｃの中央部の開口部１１ｃ―Ａを透過した光線（光路）ＬＪｕｓｔは、パターン１１ｃ’の傾き角θに依存せず、コリメータレンズ１１ｄによって、略平行光線に変換される。
【００６８】
一方、パターン１１ｃの中央部から離れた開口部１１ｃ−Ｂは、パターン１１ｃ’が回転した場合、前述のように、Ｚ軸のプラス方向にＸ−Ｙ平面から距離ｄだけ離れる。また、パターン１１ｃ’の回転中心軸Ｏからもう片方の開口部１１ｃ−Ｃは、パターン１１ｃ’が回転した場合、前述のように、Ｚ軸のマイナス方向にＸ−Ｙ平面から距離ｄだけ離れる。
【００６９】
このため、パターン１１ｃ’の傾きに応じて、コリメータ１１ｄの焦点距離ｆCより近い開口部１１ｃ−Ｂを透過した光線（光路）ＬＮｅａｒは、コリメータレンズ１１ｄの焦点距離ｆCより遠い開口部１１ｃ−Ｃを透過した光線（光路）ＬＦａｒは、コリメータレンズ１１ｄを透過しても、平行光線ではなく、若干拡散した光線として出射する。また、パターン１１ｃ’の回転中心Ｏから離れた開口部１１ｃ−Ｂを透過した光線（光路）ＬＦａｒは、コリメートレンズ１１ｄを透過しても、平行光線ではなく、若干集束した光線として出射する。このようにして、回転中心Ｏから離れた開口部１１ｃ−Ｂ及び１１ｃ−Ｃを透過した光線は、パターン１１ｃ’の傾き角θに応じて、若干拡散又は集束した光線として出射する。
【００７０】
次に、開口部１１ｃ−Ａ、１１ｃ−Ｂ及び１１ｃ−Ｃを透過した光線、すなわち光線（光路）ＬＪｕｓｔ、光線（光路）ＬＮｅａｒ、及び光線（光路）ＬＦａｒが、カメラモジュール１２の撮像素子１２ｂ上に結んだ像（光スポット）のボケ量（以下、「広がり幅」と称する。）Ｗを、コリメート光源１１及びカメラモジュール１２における光路から計算する。
【００７１】
ここで、コリメータレンズ１１ｄの焦点距離ｆLから距離ｄだけ離れて光軸ＡＬ上から出射された拡散光の結像関係を図２２に示す。なお、この場合、距離Ｈは開口部ＨＦａｒの像高に対応する。
【００７２】
ここで、光線（光路）ＬＮｅａｒ、光線（光路）ＬＪｕｓｔ、及び光線（光路）ＬＦａｒの光路計算に用いる、光学パラメータ（例えば、光学素子の焦点距離、倍率、位置関係等）の記号の意味、及び光学特性値（ディフォーカス量）の記号と、それらの定義又は意味を以下に説明する。なお、単位は省略する。
【００７３】
Ｈ：開口部ＨＦａｒの像高又は開口部ＨＮｅａｒの像高
ｆL：コリメータレンズ１１ｄの焦点距離。
【００７４】
ｆC：カメラレンズ１２ａの焦点距離。
【００７５】
ｄ：回転中心軸Ｏを含むＸ−Ｙ平面から開口部ＨＦａｒまでの距離（ズレ量）。レンズから近づく方向を正とする。
【００７６】
ｂ：開口部ＨＦａｒから発した拡散光（以下、「開口部ＨＦａｒ拡散光」と称する。）が、コリメータレンズ１１ｄの中心を基準にコリメータレンズ１１ｄによって集光する距離。なお、ｂの符号は、ズレ量ｄの符号が正（＞０）の場合には、正（＞０）とする。
【００７７】
Ｌ：コリメータレンズ１１ｄとカメラレンズ１２ａとの距離。
【００７８】
Δ：ディフォーカス量（なお、開口部ＨＦａｒ拡散光は、カメラレンズ１２ａから距離（ｆc＋Δ）だけ離れた位置で集光することを意味する。
【００７９】
Ｗ：開口部ＨＦａｒ拡散光が、距離（ｆc＋Δ）より後方に設置された場合の光スポットの「広がり幅」（「ボケ量」に相当するもの）。なお、Δはディフォーカス量である。
【００８０】
Δ’：広がり幅Ｗの光スポットが形成される場合におけるディフォーカス量（なお、カメラレンズ１２ａの焦点距離ｆcだけ離れた位置を基準として、撮像素子１２ｂがズレ（シフトし）ている距離である。）
【００８１】
次に、第２の実施形態に係るカメラモジュール調整装置２０におけるパターン１１ｃ、コリメータレンズ１１ｄ、カメラレンズ１２ａ及び撮像素子１２ｂの位置関係について説明する。
【００８２】
まず、パターン（レクチル）１１ｃ’の開口部１１ｃ−Ａ〜１１ｃ−Ｅのパターンが撮像素子１２ｂの受光面に合焦するような撮像素子１２ｂは、図２２に示すように、焦点距離ｆｃよりディフォーカス量（補正量）Δ分だけ離れて位置している。
【００８３】
また、パターン（レクチル）１１ｃ’の開口部１１ｃ−Ａ〜１１ｃ−Ｅは、コリメータレンズ１１ｄから距離（ｆL＋ｄ）離れて位置する。このため、光源１１ａから発した光は、平行光線に変換されず、光軸ＡＬ上においてコリメータレンズ１１ｄから距離ｂだけ離れた位置で集光する。その後、コリメータレンズ１１ｄを出射した光は、カメラレンズ１２ａによって、カメラレンズ１２ａから距離（ｆc＋Δ）で集光する。
【００８４】
ここで、受光素子１２ｄの受光面が、距離ｆcから距離Δ’だけ離れて位置している場合、その受光面での開口部１１ｃ−Ａ〜１１ｃ−Ｅの像は、ピントがずれて、広がり幅Ｗだけボケる（「にじむ」と称してもよい）。
【００８５】
まず、図２２に示すようなコリメート光源１１側の結像関係は、レンズの公式（結像の公式）にしたがって、焦点距離ｆL、距離ｂ及びズレ量ｄを用いて、以下の数１のように記述することができる。
【００８６】
同様に、図２２に示すようなカメラモジュール１２側の結像関係は、レンズの公式にしたがって、焦点距離ｆc、距離Ｌ、距離ｂ及びディフォーカス量Δを用いて、以下の数２のように記述することができる。
【００８７】
【数１】
2020140018.tif 000003
【００８８】
【数２】
2020140018.tif 000004
【００８９】
次に、数１及び数２を用いて、ディフォーカス量Δを導出する。
ここでは、開口部ＨＦａｒが、パターン１１ｃの回転中心Ｏを含むＸ―Ｙ平面から、ズレ量ｄだけ離れた位置にくるように、パターン１１ｃを回転させた場合における、ディフォーカス量Δを導出する。
【００９０】
数１を変形して分子分母を整理すると、数３が得られる。
【００９１】
【数３】
2020140018.tif 000005
次に、数３の両辺を逆数にすることによって、焦点距離ｆL、焦点距離ｆC及びズレ量ｄを用いて、距離ｂを表わす数４が得られる。
【００９２】
【数４】
2020140018.tif 000006
次に、数２を変形することによって、焦点距離ｆC、ズレ量ｄ及びディフォーカス量Δを用いて、コリメータレンズ１１ｄから出射した光線が集光する位置からカメラレンズ１２ａの中心までの距離である距離ｂ−Ｌの逆数を表わす数５が得られる。
【００９３】
【数５】
2020140018.tif 000007
そして、数５の両辺の逆数をとることによって、距離ｂ−Ｌを表わす数６が得られる。
【００９４】
【数６】
2020140018.tif 000008
そして、数６の左辺のＬを右辺に移項し、右辺を整理することによって、焦点距離ｆC、距離Ｌ及びディフォーカス量Δを用いて、距離ｂを表わす数７が得られる。
【００９５】
【数７】
2020140018.tif 000009
さらに、数４及び数７から距離ｂを消去することによって、ズレ量ｄを含む数８が得られる。
【００９６】
【数８】
2020140018.tif 000010
数８を整理することによって、ズレ量ｄ及びディフォーカス量Δを含む項をそれぞれ１つにした数９のような数式が得られる。
【００９７】
【数９】
2020140018.tif 000011
そして、数９をズレ量ｄについて解くと、以下に示す数１０が得られる。
【００９８】
【数１０】
2020140018.tif 000012
さらに、数１０の右辺の分母及び分子にディフォーカス量Δを掛けることによって、数１１が得られる。
【００９９】
【数１１】
2020140018.tif 000013
数９を変形することによって、数１２が得られる。
【０１００】
【数１２】
2020140018.tif 000014
そして、数１２の両辺を逆数にして、両辺をｆｃの２乗で割り、左辺にディフォーカス量Δについて解くことによって、数１３が得られる。
【０１０１】
【数１３】
2020140018.tif 000015
さらに、その数１３の右辺の分子及び分母に、ズレ量ｄを掛けることによって、数１４が得られる。
【０１０２】
【数１４】
2020140018.tif 000016
以上説明したように、レンズの公式を利用することよって、カメラモジュール調整装置２０に使用される光学部品の光学パラメータ（仕様）並びに光学部品間の配置及び距離を用いて、ディフォーカス量Δを算出することができる。
【０１０３】
次に、レチクル１１ｃ’がカメラモジュール１２の撮像素子１２ｂの受光面に結像した像の合成倍率Ｍを示す数式を導出する。
【０１０４】
光源側のコリメータレンズの倍率ＭLEDに関して、数１５のように表すことができる。
【０１０５】
【数１５】
2020140018.tif 000017
また、カメラモジュール１２における倍率ＭCamに関して、数１６のように表すことができる。
【０１０６】
【数１６】
2020140018.tif 000018
したがって、総合倍率（合成倍率）Ｍは、倍率ＭLEDと倍率ＭCamとの積で表すことができるから、すなわち数１５及び数１６を用いることよって、数１７が得られる。
【０１０７】
【数１７】
2020140018.tif 000019
次に、ズレ量ｄを用いて、総合倍率（合成倍率）Ｍを導出する。
【０１０８】
まず、数１５及び数４から距離ｂを消去することによって、倍率ＭLEDを表す数１８が得られる。
【０１０９】
【数１８】
2020140018.tif 000020
また、数１６の距離ｂに数４の右辺を代入し、数１６のディフォーカス量Δに数１３の右辺を代入することによって、倍率ＭCamを表わす数１９が得られる。
【０１１０】
【数１９】
2020140018.tif 000021
数１９の分子分母を整理して、数２０が得られる。
【０１１１】
【数２０】
2020140018.tif 000022
数２０の分子と分母を整理することによって、数２１が得られる。
【０１１２】
【数２１】
2020140018.tif 000023
数２１と数１８との積をとることによって、ズレ量ｄを含む合成倍率Ｍを表わす数２２が得られる。
【０１１３】
【数２２】
2020140018.tif 000024
そして、数２２を整理することによって、合成倍率Ｍを表す数２３が得られる。
【０１１４】
【数２３】
2020140018.tif 000025
以上説明したように、レンズの公式及び図２２から、合成倍率Ｍを算出することができる。
【０１１５】
なお、検算のため距離ｄ→０（無限系）とした場合における合成倍率Ｍを数２４のように表すことができることを確認した。また、数２４が負の数であることは、像が反転することに対応する。
【０１１６】
【数２４】
2020140018.tif 000026
次に、ディフォーカス量Δを用いて、合成倍率Ｍを導出する。
【０１１７】
まず、数１５のｂに数７の右辺を代入し、数１５のｄに数１１の右辺を代入することによって、数２５で表わされるコリメータ光源側の倍率ＭLEDが得られる。
【０１１８】
【数２５】
2020140018.tif 000027
そして、数２５の分子及び分母を整理することによって、数２６が得られる。
【０１１９】
【数２６】
2020140018.tif 000028
また、数１６の距離ｂに数７の右辺を代入することによって、カメラモジュール側の倍率Ｍcamを表す数２７が得られる。
【０１２０】
【数２７】
2020140018.tif 000029
そして、数２７の分子及び分母を整理することによって、数２８が得られる。
【０１２１】
【数２８】
2020140018.tif 000030
そして、数２６の右辺と数２８の右辺を乗算することによって、数２９に示すように合成倍率Ｍが得られる。
【０１２２】
【数２９】
2020140018.tif 000031
そして、Δ→０（無限系）とした場合における合成倍率Ｍは、前述のように数３０のように表わされる。なお、数３０が負の数であることは、像が反転することに対応する。
【０１２３】
【数３０】
2020140018.tif 000032
次に、幾何光学的に計算することによって、カメラモジュール１２の受光面上におけるパターンの像の広がり幅（ボケ量）Ｗを導出する。
【０１２４】
ここで、以下のように設定する。
【０１２５】
図２２に示すように、カメラレンズ１２ａの焦点距離ｆCから前述のディフォーカス量Δだけ離れた位置に、パターン（レクチル）１１ｃ’における像高Hに位置する開口部１１ｃがフォーカスするように結像する。
【０１２６】
ここで、カメラレンズ１２ａから距離（ｆC＋Δ’）だけ離れた位置に、撮像素子１２ｂが設置される場合、パターン（レクチル）１１ｃ’における像高Hに位置する開口部１１ｃは、カメラレンズ１２ａから距離（ｆC＋Δ’）だけ離れて、ぼやけた結像が結ばれる。なお、ディフォーカス量（補正量）Δ’は、カメラレンズ１２ａの焦点距離ｆCから撮像素子１２ｂの受光面まで変位（距離）を示す。
【０１２７】
以上のように設定した配置における、ぼやけた結像の広がり幅Ｗを算出する。
【０１２８】
また、図２２において、カメラレンズ１２ａの開口幅（単に、「レンズ幅」とも称する。）をＤと設定する。
【０１２９】
図２２より、開口幅Ｄに対する広がり幅Ｗの比率が、カメラレンズ１２ａの焦点距離ｆｃとディフォーカス量Δとの和（ｆC＋Δ）に対する、ディフォーカス量Δ’とディフォーカス量Δとの差分（Δ’−Δ）の比率が等しい。
【０１３０】
具体的には、図２２において、△ＡＢＯと△Ａ’Ｂ’Ｏとは相似関係であるため、対応する辺同士の比率は等しいことが導ける。
【０１３１】
したがって、カメラレンズの開口幅Ｄ、広がり幅Ｗ、距離（ｆC＋Δ）、及び距離（Δ’−Δ）の関係は、数３１のように表わされる。
【０１３２】
【数３１】
2020140018.tif 000033
Ｗを左辺に残すように数３１を、数３２のように変形する。
【０１３３】
【数３２】
2020140018.tif 000034
また、ディフォーカス量Δ’を左辺に残すように数３２を、数３３のように変形する。
【０１３４】
【数３３】
2020140018.tif 000035
次に、カメラレンズ１２ａと撮像素子１２ｂとの距離を調整するために、カメラモジュール１２でレクチル１１ｃ’の結像の輝度分布に基づいて、ディフォーカス量Δ又はディフォーカス量Δ’を計算する方法を説明する。
【０１３５】
なお、カメラレンズ１２ａの焦点距離ｆcだけ離れた位置を基準として、撮像素子１２ｂがズレ（シフトし）ている距離を、ディフォーカス量Δ又はディフォーカス量Δ’とする。
【０１３６】
ここで、レクチル１１ｃ’の開口部１１Ｃ−１〜１１Ｃ−５の各エッジによる、撮像素子１２ｂ上における、各エッジに対応する台形状の輝度分布と、輝度傾斜幅（像広がり幅）（以下、「台形幅Ｗｅ」と称する。）の様子を図２３に示す。
【０１３７】
まず、開口部１１Ｃ−１〜１１Ｃ−５の各幅は、それぞれ同一のピッチＰである。そして、丁度焦点が合うエッジ（「ジャスピンエッジ」又は「ジャストピントエッジ」と称しても良い）をレクチルセンタＬｃとし、また、縦方向に配列された開口部１１Ｃ−５の端に位置するレクチル開口部端をＬｅとする。
【０１３８】
まず、撮像素子１２ｂに向けて、光のパターンが照射される。そして、撮像素子１２ｂにおいて、コリメート光源１１ａによる光のパターンが照射された領域から、所定の基準長Ｓを有する帯状の積算エリア（領域）を、撮像素子１２ｂを用いて所定の時間撮影する。
【０１３９】
図２３が示すように、帯状の積算エリア（領域）の方向は、パターン（レクチル）１１ｃ’の各開口部１１Ｃ−１〜１１Ｃ−５を透過した光の累積輝度が得られるように設定される。なお、積算エリアの方向（例えば、幅方向）と各開口部の方向（例えば、長辺方向）とが、略回転角ψだけ回転した状態に設定する。
【０１４０】
仮に、帯状の積算エリア（領域）の方向をＹ軸とし、累積輝度の強度をＹ軸と垂直なＸ軸を使って表わすと、累積輝度の強度分布（以下、「輝度分布」と称する。）は、図２３が示すように、略台形状の光パターンとして観測することができる。
【０１４１】
さらに、略台形状の輝度分布の形状を解析するため、輝度分布の最大強度Ｘmax〜最小強度Xminの間に、閾値thL及びthH（Xmax＞thH＞thL＞Xminのような大小関係である）を設ける。そして、各台形の斜辺における、thHに対応するＸ座標と、thLに対応するＸ座標との差分が、台形状の輝度分布の斜辺の幅を示す台形幅Ｗｅである。
【０１４２】
撮像素子１２ｂを用いて、所定の時間撮影した輝度データに基づいて、輝度分布を計測する。なお、開口部１１Ｃ−１〜１１Ｃ−５からの光量を積算する場合、開口部１１Ｃ−１〜１１Ｃ−５と積算エリアとが重なるエリアは、略正方形になるように設定することが好適である。
【０１４３】
そして、略台形状の輝度分布の台形幅Ｗｅをそれぞれ計測して、Ｚ軸方向（の移動量又は変位）に対する台形幅Ｗｅのプロットを図２４に示す。図２４が示すように、Ｚ軸方向に対する台形幅Ｗｅのプロット（図２４中の「○」又は「◎」に示す）は、Ｖ字状に傾きが変わる形状として表わされる。このため、台形幅Ｗｅのプロットは、２つの直線Ｌ（＋）及びＬ（−）で表わすことができる。なお、２つの直線Ｌ（＋）及びＬ（−）の交点を求めるため、図２４に示す台形幅Ｗｅが低い方から１又は２個の台形幅Ｗｅのデータに関しては、除外しても良いとする。
【０１４４】
そして、ディフォーカス量Δの算出方法を以下に示す。
【０１４５】
まず、基準長Ｓは、例えば図２３のレチクル図の開口部１１Ｃ−１の端〜１１Ｃ−５の端の間の距離とする。また、直線Ｌ（−）と直線Ｌ（＋）との交点をＬ（０）とする。そして、交点Ｌ（０）と白黒エッジとの差分ｄを算出する。なお、白黒エッジは、無限遠に調整されているものとする。差分ｄと基準長Ｓを用いて、基準長Ｓに対応するディフォーカス量Δは算出することができる。例えば、ディフォーカス量Δは差分ｄを基準長Ｓで割った値（Δ＝ｄ／Ｓ）として算出される。また、ディフォーカス量Δ’についても同様である。
そして、ディフォーカス量Δ又はΔ’に基づいて、カメラレンズ１２ａと撮像素子１２ｂとの距離を調整することができる。
【０１４６】
以上、実施例を用いて本発明の実施形態について説明したが、各実施例は、好ましい一例を示したものであり、同様な効果と特徴を有する他の構造又は構成は、本発明の範疇である。そして、本発明は上記実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、様々な変更をなし得ることはいうまでもない。
【０１４７】
例えば、本発明の実施形態に係るカメラモジュール調整装置において、パターン（レチクル）１１ｃ及び１１ｃ’には、開口部ＨＮｅａｒ、開口部ＨＪｕｓｔ、及び開口部ＨＦａｒ、若しくは開口部１１ｃ−Ａ〜１１ｃ−Ｅが設けられるような例を挙げたが、パターン（レチクル）は、透明基材に遮光パターンを形成することによって、開口部に対応する箇所に透過部を形成するようにしても良い。
【０１４８】
また、開口部ＨＮｅａｒ、開口部ＨＪｕｓｔ、及び開口部ＨＦａｒ、若しくは開口部１１ｃ−Ａ〜１１ｃ−Ｅの形状に関しても、円形又は長方形を例に挙げたが、カメラモジュール１２におけるディフォーカス状態を評価又はディフォーカス量を計測することができるのであれば、円形又は長方形でなくとも良く、例えば、正多角形、或いは円形及び正多角形を組合せた形状を採用しても良く、開口部の面積、サイズ、又は個数を限定するものではない。
【０１４９】
また、本発明の第１の実施形態に係るカメラモジュール調整装置１０における光源部１１ａは、パターン（レクチル）１１ｃによって光パターンが生成でき、光パターンの像を撮像素子上に結像できるデバイスであれば、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）、白熱灯、又は蛍光灯が挙げられ、拡散板１１ｂと組み合わせることによって、略均一な面光源が形成できるものであれば、どのような光源であっても良い。
【０１５０】
また、本発明の第１の実施形態に係るカメラモジュール調整装置１０において、直径ＤＮｅａｒ、直径ＤＪｕｓｔ、直径ＤＦａｒに基づいて、ディフォーカス量Δを算出しても良いし、ディフォーカス量Δの算出を経ずに、直径ＤＮｅａｒ、直径ＤＪｕｓｔ、直径ＤＦａｒの大小関係を評価するに止めても良い。例えば、直径ＤＮｅａｒ、直径ＤＪｕｓｔ、直径ＤＦａｒにおいて、直径ＤＪｕｓｔ、が第１の閾値以下且つ直径ＤＮｅａｒ、と直径ＤＦａｒとの差分が、第２の閾値以下というように処理してもよく、ピントが合っている状態が判定することができるならば、これ以外の方法を採用しても良い。
【０１５１】
さらに、第２の実施形態に係るカメラモジュール調整装置２０において、カメラモジュール調整装置の光学部品の光学パラメータ（仕様）並びに光学部品間の配置及び距離を用いて、ディフォーカス量Δを算出するような例を挙げたが、撮像素子１２ｂが出力する画像データに基づいて、直径ＤＮｅａｒ、直径ＤＪｕｓｔ、直径ＤＦａｒの各比率とディフォーカス量Δとの関係を実験又は実測を行って得られた対応データを記憶するルックアップテーブルを参照して、ディフォーカス量Δに対応した制御指令値を算出し、Ｚステージを駆動するようにしても良い。
【０１５２】
なお、第２の実施形態に係るカメラモジュール調整装置２０において、基準長Ｓに対応するディフォーカス量Δは、差分ｄを基準長Ｓで割ったものであることを示したが、対象カメラの定数、光源のレンズｆL、レチクルパターンの間隔Ｐ、及び回転角ψ等から計算できる係数をαとし、対象物が無限遠のときのジャスピンエッジ位置に基づくオフセット量βを用いて、例えば、数３４のような数式を用いて、基準長Ｓに対応するディフォーカス量Δを求めても良い。
【０１５３】
【数３４】
2020140018.tif 000036
【符号の説明】
【０１５４】
１０、１００                カメラモジュール調整装置
１１、１０１                コリメート光源
１１ａ、１０１ａ            光源
１１ｂ、１０１ｂ            拡散板
１１ｃ、１１ｃ’、１０１ｃ    パターン（レクチル）
１１ｄ、１０１ｄ            コリメータレンズ
１２、１０２、              カメラモジュール
１２ａ、１０２ａ            カメラレンズ
１２ｂ、１０２ｂ            撮像素子
１３、１０３                画像処理部
１４、１０４                制御部
１５、１０５                Ｚステージ
【図１】
2020140018.tif 000037
【図２】
2020140018.tif 000038
【図３】
2020140018.tif 000039
【図４】
2020140018.tif 000040
【図５】
2020140018.tif 000041
【図６】
2020140018.tif 000042
【図７】
2020140018.tif 000043
【図８】
2020140018.tif 000044
【図９】
2020140018.tif 000045
【図１０】
2020140018.tif 000046
【図１１】
2020140018.tif 000047
【図１２】
2020140018.tif 000048
【図１３】
2020140018.tif 000049
【図１４】
2020140018.tif 000050
【図１５】
2020140018.tif 000051
【図１６】
2020140018.tif 000052
【図１７】
2020140018.tif 000053
【図１８】
2020140018.tif 000054
【図１９】
2020140018.tif 000055
【図２０】
2020140018.tif 000056
【図２１】
2020140018.tif 000057
【図２２】
2020140018.tif 000058
【図２３】
2020140018.tif 000059
【図２４】
2020140018.tif 000060