(57)【要約】【課題】撮影レンズと撮像素子との間隔を広げる簡単な構成により、撮像素子の傾き調整のマージンを十分に確保することができる低コストかつ省スペースな撮像素子の位置調整装置を提供する。【解決手段】移動機構２０によりレンズユニット保持部１１または撮像ユニット保持部のいずれか一方をＺ軸方向に沿って移動させながら撮像素子により撮像された測定チャート１のチャート像に基づいて、撮像素子のＺ軸回りの傾きおよびそのＺ軸に交わるＸ軸,Ｙ軸回りの傾きを調整する傾き調整部２０を備える。上記測定チャート１と撮影レンズ７２との距離Ｌが、      ２００ｍｍ  ≦  Ｌ  ≦  ２０００ｍｍの条件を満たす。【選択図】図１
2014179764.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のチャートパターンが形成された測定チャートと、
上記測定チャートに直交するＺ軸上に配置された撮影レンズが組み込まれた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、
上記撮影レンズによって結像される上記測定チャートのチャート像を撮像するように上記Ｚ軸上に配置された撮像素子が組み込まれた撮影ユニットを保持するための撮像ユニット保持部と、
上記レンズユニット保持部または上記撮像ユニット保持部のいずれか一方を、上記Ｚ軸方向に沿って移動させる移動機構と、
上記移動機構により上記レンズユニット保持部または上記撮像ユニット保持部のいずれか一方を上記Ｚ軸方向に沿って移動させながら上記撮像素子により撮像された上記測定チャートのチャート像に基づいて、上記撮像素子のＺ軸回りの傾きおよびそのＺ軸に交わるＸ軸,Ｙ軸回りの傾きを調整する傾き調整部と
を備え、
上記測定チャートと上記撮影レンズとの距離Ｌは、
２００ｍｍ  ≦  Ｌ  ≦  ２０００ｍｍ
の条件を満たすことを特徴とする撮像素子の位置調整装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像素子の位置調整装置において、
上記測定チャートと上記撮影レンズとの距離Ｌは、
４００ｍｍ  ≦  Ｌ  ≦  １０００ｍｍ
の条件を満たすことを特徴とする撮像素子の位置調整装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の撮像素子の位置調整装置において、
上記レンズユニットと上記撮影ユニットとの間に有する空隙の少なくとも一部に接着剤を充填する充填部を備えたことを特徴とする撮像素子の位置調整装置。
【請求項４】
請求項３に記載の撮像素子の位置調整装置において、
上記充填部は、上記撮像素子のＸ軸,Ｙ軸およびＺ軸回りの角度を上記傾き調整部により調整する前に、上記空隙の少なくとも一部に紫外線硬化型の接着剤または熱硬化型の接着剤の少なくとも一方を充填することを特徴とする撮像素子の位置調整装置。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか1つに記載の撮像素子の位置調整装置において、
上記撮像素子により撮像された上記チャート像に基づいて、ＳＦＲ(空間周波数応答)を用いて上記撮影レンズにより結像された上記チャート像の結像面に対する上記撮像素子の撮像面のＸ軸,Ｙ軸,Ｚ軸回りの傾きを算出する傾き算出部を備え、
上記傾き調整部は、上記傾き算出部により算出された上記撮像素子の撮像面のＸ軸,Ｙ軸,Ｚ軸回りの傾きに基づいて、上記撮像素子のＸ軸,Ｙ軸,Ｚ軸回りの傾きを調整することを特徴とする撮像素子の位置調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、撮像素子の位置調整装置に関し、詳しくは撮影レンズに対する撮像素子の傾きを調整する撮像素子の位置調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の第１の撮像素子の位置調整装置としては、レンズ保持機構にレンズユニットを保持させると共に、素子移動機構に撮像素子が組み込まれた撮像ユニットを保持させ、スライドステージで撮像ユニットをＺ軸方向に移動させながら、撮影レンズにより結像したチャート像を撮像素子で撮像し、撮像面上に設定された少なくとも５つの撮像位置の合焦座標値を取得するものがある(例えば、特開２０１０−２１９８５号公報(特許文献１)参照)。この従来の第１の撮像素子の位置調整装置は、撮像位置毎に得られた合焦座標値を３次元座標系に展開することにより得られる複数の評価点の相対位置から近似結像面を算出して、この近似結像面に撮像面が一致するように、第２スライドステージおよび２軸回転ステージで撮像ユニットの位置および傾きを調整する。
【０００３】
また、従来の第２の撮像素子の位置調整装置としては、２枚の試験チャートを用いて撮像素子の位置と角度の調整を行うものがある(例えば、特開２００６-３０２５６号公報(特許文献２)参照)。この従来の第２の撮像素子の位置調整装置では、まず白黒パターンを設けた第１の試験チャートで合焦評価を行い(フォーカス)、白色のチャートである第２の試験チャートで周辺光量比を測定して、撮像素子の調整角度(センサチルト量)を求める。上記従来の第２の撮像素子の位置調整装置では、周辺光量比は、解像度と１００％の相関関係があるとは言えず、また、周辺光量比は、光源(被写体照明用)とレンズの特性の積で決まる値であり、光源の照度分布にも影響されるため、照度分布にばらつきのない均一発光光源を用いれば、照度分布の影響を小さくすることができるが、コストが高くなる。また、上記撮像素子の位置調整装置において、照度分布にばらつきのある不均一発光光源を用いれば、低コストにできるが、撮像素子の傾きの計算結果にばらつきが生じてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２１９８５号公報
【特許文献２】特開２０１０−２１９８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の第１,第２の撮像素子の位置調整装置では、特にレンズユニットの撮影レンズと撮像ユニットの撮像素子との間のギャップが狭いカメラモジュールにおいて、撮像素子の調整角度が大きい場合に傾き調整のマージンを十分に確保することでできないという問題がある。
【０００６】
そこで、この発明の課題は、撮影レンズと撮像素子との間隔を広げる簡単な構成により、撮像素子の傾き調整のマージンを十分に確保することができる低コストかつ省スペースな撮像素子の位置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】
【０００７】
上記課題を解決するため、この発明の撮像素子の位置調整装置は、
複数のチャートパターンが形成された測定チャートと、
上記測定チャートに直交するＺ軸上に配置された撮影レンズが組み込まれた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、
上記撮影レンズによって結像される上記測定チャートのチャート像を撮像するように上記Ｚ軸上に配置された撮像素子が組み込まれた撮影ユニットを保持するための撮像ユニット保持部と、
上記レンズユニット保持部または上記撮像ユニット保持部のいずれか一方を、上記Ｚ軸方向に沿って移動させる移動機構と、
上記移動機構により上記レンズユニット保持部または上記撮像ユニット保持部のいずれか一方を上記Ｚ軸方向に沿って移動させながら上記撮像素子により撮像された上記測定チャートのチャート像に基づいて、上記撮像素子のＺ軸回りの傾きおよびそのＺ軸に直交するＸ軸,Ｙ軸回りの傾きを調整する傾き調整部と
を備え、
上記測定チャートと上記撮影レンズとの距離Ｌは、
２００ｍｍ  ≦  Ｌ  ≦  ２０００ｍｍ
の条件を満たすことを特徴とする。
なお、この発明の撮像素子の位置調整装置は、レンズユニットおよび撮影ユニットを含まない。
【０００８】
また、一実施形態の撮像素子の位置調整装置では、
上記測定チャートと上記撮影レンズとの距離Ｌは、
４００ｍｍ  ≦  Ｌ  ≦  １０００ｍｍ
の条件を満たす。
【０００９】
また、一実施形態の撮像素子の位置調整装置では、
上記レンズユニットと上記撮影ユニットとの間に有する空隙の少なくとも一部に接着剤を充填する充填部を備えた。
【００１０】
また、一実施形態の撮像素子の位置調整装置では、
上記充填部は、上記撮像素子のＸ軸,Ｙ軸およびＺ軸回りの角度を上記傾き調整部により調整する前に、上記空隙の少なくとも一部に紫外線硬化型の接着剤または熱硬化型の接着剤の少なくとも一方を充填する。
【００１１】
上記実施形態によれば、傾き調整部による調整する前に、レンズユニットと撮影ユニットとの空隙の少なくとも一部に紫外線硬化型の接着剤または熱硬化型の接着剤の少なくとも一方を充填部により充填することによって、撮像素子の傾きを調整する前の状態でレンズユニットと撮影ユニットとの間隔に接着剤を容易に充填できると共に、傾き調整後にレンズユニットと撮影ユニットとの間隔が狭くなった箇所があっても、充填された接着剤に対して紫外線を照射するかまたは加熱することにより、レンズユニットと撮影ユニットとを確実かつ容易に接着できる。
【００１２】
また、一実施形態の撮像素子の位置調整装置では、
上記撮像素子により撮像された上記チャート像に基づいて、ＳＦＲ(空間周波数応答)を用いて上記撮影レンズにより結像された上記チャート像の結像面に対する上記撮像素子の撮像面のＸ軸,Ｙ軸,Ｚ軸回りの傾きを算出する傾き算出部を備え、
上記傾き調整部は、上記傾き算出部により算出された上記撮像素子の撮像面のＸ軸,Ｙ軸,Ｚ軸回りの傾きに基づいて、上記撮像素子のＸ軸,Ｙ軸,Ｚ軸回りの傾きを調整する。
【００１３】
上記実施形態によれば、撮像素子により撮像されたチャート像に基づいて、ＳＦＲ(空間周波数応答)を用いて撮影レンズにより結像されたチャート像の結像面に対する撮像素子の撮像面のＸ軸,Ｙ軸,Ｚ軸回りの傾きを傾き算出部により算出するので、ＳＦＲ(空間周波数応答)により不鮮明な画像からでも精度よく合焦評価ができ、撮影レンズにより結像されたチャート像の結像面に対する撮像素子の撮像面のＸ軸,Ｙ軸,Ｚ軸回りの傾きを正確に算出することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上より明らかなように、この発明によれば、撮影レンズと撮像素子との間隔を広げることにより、撮影レンズと撮像素子との間隔を広げる簡単な構成により、撮像素子の傾き調整のマージンを十分に確保することができる低コストかつ省スペースな撮像素子の位置調整装置を実現することができる。
【００１５】
また、撮影レンズに対して測定チャートを近距離に配置することで、光軸方向だけでなく、幅方向・奥行き方向に対しても装置本体を小型化できる。
【００１６】
また、望遠端近くに配置した測定チャートよりも小さい測定チャートで撮像素子の位置調整が可能となり、材料費・加工費などの製造コストを削減できる。
【００１７】
また、撮像素子の位置調整時の撮影レンズと撮像素子との間隔を確保することにより、調整角度が大きな撮影レンズに対しても撮像素子を撮影レンズが干渉しにくくなり、量産工程において調整可能なカメラモジュールの絶対数を増やすことができる。
【００１８】
このようにして、調整可能なカメラモジュールが増えることによって、不良品数が減って歩留まりが向上するため、製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１はこの発明の第１実施形態の撮像素子の位置調整装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図２は上記撮像素子の位置調整装置のレンズユニットおよび撮像ユニットの構成を示す断面模式図である。
【図３】図３は上記撮像素子の位置調整装置の測定チャートの平面図である。
【図４】図４は被写体距離と焦点位置移動量の関係を示す図である。
【図５】図５は撮影レンズと撮像素子との間のギャップと撮像素子の許容回転角度の関係を示す図である。
【図６】図６は上記レンズユニットと撮像ユニットの被写体距離に対する焦点位置の関係を説明するための図である。
【図７】図７は上記撮像ユニットの傾き調整について説明するための図である。
【図８】図８はこの発明の第２実施形態の撮像素子の位置調整装置の像高０割における被写体距離とＳＦＲ値の相関を示す図である。
【図９】図９は上記撮像素子の位置調整装置の像高６割における被写体距離とＳＦＲ値の相関を示す図である。
【図１０】図１０は図８の要部の拡大図である。
【図１１】図１１は図９の要部の拡大図である。
【図１２】図１２は像高９割における被写体距離とＳＦＲ値の相関を示す図である。
【図１３】図１３は画像中心に対する周辺像高のＳＦＲ値に基づくピーク座標のばらつきを説明するための図である。
【図１４】図１４はこの発明の第３実施形態の撮像素子の位置調整装置の制御装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、この発明の撮像素子の位置調整装置を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００２１】
〔第１実施形態〕
図１はこの発明の第１実施形態の撮像素子の位置調整装置の概略構成を示す斜視図である。なお、この第１実施形態では、スマートホンやデジタルカメラなどに用いられるカメラモジュールの撮像素子の位置調整を行う。
【００２２】
この第１実施形態の撮像素子の位置調整装置は、図１に示すように、測定チャート１と、レンズユニット２を保持するレンズユニット保持部の一例としてのレンズ保持機構１１を有するレンズ位置決め治具１０と、撮像ユニット３により撮像されたチャート像に基づいて、撮像ユニットのＺ軸回りの傾きおよびそのＺ軸に直交するＸ軸,Ｙ軸回りの傾きを調整する傾き調整部２０bと撮像ユニット保持部２０aを含む移動機構２０を備えている。
【００２３】
上記レンズユニット２は、測定チャート１に直交するＺ軸上に配置されている。また、上記撮像ユニット３(センサ基板)は、レンズユニット２によって結像されるチャート像を撮像するようにＺ軸上に配置された撮像素子８２(図２に示す)が搭載されている。
【００２４】
上記レンズユニット２は、図２に示すように、ユニット本体７１と、ユニット本体内に組み込まれた撮影レンズ７２と、その撮影レンズ７２を光軸方向に沿って移動させるＶＣＭ(Voice Coil Moto:ボイス・コイル・モータ)７３とを有する。上記撮影レンズ７２は、例えば３〜５枚のプラスチックレンズまたはガラスレンズで主に構成されている(この第１実施形態では３枚構成)。
【００２５】
また、上記撮像ユニット３は、図２に示すように、基板８１と、その基板８１上に搭載された撮像素子８２とを有する。
【００２６】
また、図１に示す移動機構２０は、Ｚ軸方向の移動と、Ｚ軸に直交するＸ軸方向の移動と、Ｚ軸かつＸ軸に直交するＹ軸方向の移動と、Ｚ軸回りの回転と、Ｘ軸回りの回転と、Ｙ軸回りの回転を行う機能を備えた６軸ステージである。
【００２７】
また、上記撮像素子の位置調整装置は、レンズユニット２のＶＣＭ７３(図２に示す)や移動機構２０を制御する制御装置３０と、レンズユニット２に撮像ユニット３を固定するための接着剤を塗布する充填部の一例としての接着剤塗布装置４０と、接着剤を固めるための紫外線を照射するＵＶ照射機５０とを備えている。
【００２８】
上記制御装置３０は、撮像素子８２により撮像されたチャート像に基づいて、ＳＦＲ(空間周波数応答)を用いて撮影レンズ７２により結像されたチャート像の結像面に対する撮像素子８２の撮像面のＸ軸,Ｙ軸,Ｚ軸回りの傾きを算出する傾き算出部３０aを有する。なお、制御装置３０には、パーソナルコンピュータを用いてもよいし、マイクロコンピュータと入出力回路などからなるものでよい。
【００２９】
上記構成の撮像素子の位置調整装置は、例えば除振台等の上に配置される。
【００３０】
なお、この実施の形態の撮像素子の位置調整装置を用いて調整するカメラモジュールの撮影ユニットの仕様は次の通りである。
画素数：８００万画素
撮像素子：ＣＭＯＳセンサ
焦点距離：４.２ｍｍ
【００３１】
また、測定チャート１は、チャート照明用の光源(反射型または透過型)を有する。
【００３２】
また、移動機構２０(図１に示す)は、撮像ユニット３(センサ基板)を吸着する吸着パッド(図示せず)を含む撮像ユニット保持部２０aと、その吸着パッドの下部に配置され、制御装置３０(図１に示す)により制御される傾き調整部２０bを含む６軸ステージ(図示せず)を有する。
【００３３】
図１において、レンズユニット２を吸着する吸着パッド(図示せず)の上面を基準面とし、その基準面から測定チャート１までの距離Ｌを６００ｍｍとしている。
【００３４】
上記レンズ保持機構１１の吸着パッド(図示せず)および移動機構２０の吸着パッド(図示せず)にエアポンプ(図示せず)を接続している。このエアポンプの吸引力によって、レンズ保持機構１１の吸着パッドにレンズユニット２が吸着して位置決めされると共に、移動機構２０の吸着パッドに撮像ユニット３が吸着して位置決めされる。
【００３５】
また、図３は上記撮像素子の位置調整装置の測定チャート１の平面図を示している。この測定チャート１は、図３に示すように、矩形状のチャート面の中心を通る垂線と水平線で第１〜第４象限に４分割されている。測定チャート１のチャート面の第１,第２象限上に、黒色の正方形状のチャートパターン６１,６１を印刷している。また、測定チャート１のチャート面の第３,第４象限上に、黒色の正方形状のチャートパターン６２,６２を印刷すると共に、チャート面の中央部分にチャートパターン６３を印刷している。
【００３６】
図４は上記レンズユニット２と撮像ユニット３で構成されたカメラモジュールにおいて被写体距離Ｌと焦点位置移動量Ｄの繰出量(撮像素子８２の撮像面と結像面のずれ量)の関係を示している。上記レンズユニット２により無限遠の被写体の像が撮像ユニット３の撮像面に結像して合焦するように設定されたカメラモジュールにおいて、６００ｍｍの位置に配置された測定チャート１に対しては、撮影レンズ７２を被写体側に０.０２９ｍｍ繰り出すことにより、測定チャート１のチャート像が撮像素子８２の撮像面に結像して合焦する(合焦面がずれる)。
【００３７】
従って、レンズユニット２を測定チャート１の方向に持ち上げるか、または、図６に示すように、撮像ユニット３(センサ基板)を測定チャート１とは逆方向(撮像素子８２側)に下げることで、これまでのプロセス(レンズユニットと撮像ユニットを機械的に当接させて接着)よりも、撮影レンズ７２と撮像素子８２との間のギャップを０.０２９ｍｍ増やすことができるため、撮像素子８２の傾き調整に使用できる空間が広がる。
【００３８】
このため、合焦評価値解析によって求められた撮像ユニット３(センサ基板)の回転角度に対して、撮像ユニット３の傾き調整のマージンが広がる。そして、図７に示すように、撮像ユニット３の傾き調整後に、レンズユニット２をＺ軸方向に対して０.０２９ｍｍ下げて(無限遠のレンズ設計位置)、レンズユニット２と撮像ユニット３とを接着剤により接着する。
【００３９】
例えば、撮影レンズ７２との距離が６００ｍｍの測定チャート１で合焦評価値の解析には、撮像ユニット３をＺ軸方向に６０μｍ〜１００μｍのストロークを確保することで、±３０′(＝±０.５°×６０)のセンサ調整(θｘ，θｙ)が可能となる。
【００４０】
合焦評価値の解析は、撮像ユニット３をＺ軸方向に移動させながら、レンズユニット２の撮影レンズ７２により結像したチャート像を撮像ユニット３の撮像素子８２で撮像して、撮像面上に設定された評価領域を用いてチャート像の各チャートパターンの合焦評価値を取得する。この評価領域毎に得られた各チャートパターンの合焦評価値を３次元座標系に展開することにより近似結像面を算出して、この近似結像面に撮像面が一致するように、撮像ユニット３の傾きを調整する。
【００４１】
上記撮像ユニット３の傾き調整前に、撮像ユニット３の撮像素子８２が搭載された基板８１上の予め定められた領域にＵＶ＋熱併用型の接着剤を塗布して、撮像ユニット３の傾き調整をした後に、ＵＶ照射機５０から光ファイバー５１を介して紫外線を照射する。これによって、レンズユニット２と撮像ユニット３との相対位置関係が保持できるように接着剤を仮硬化させ、その後、高温炉にて接着剤を本硬化させる。なお、この実施の形態では、ＵＶ＋熱併用型の接着剤を用いたが、これに限らず、瞬間接着剤、熱硬化接着剤、自然硬化接着剤等を利用してもよい。
【００４２】
この実施形態では、撮像ユニット３の角度調整後に、レンズユニット２と撮像ユニット３との間のギャップに接着剤を充填するのでなく、撮像ユニット３の角度調整前に予め塗布しておく。
【００４３】
被写体距離(測定チャート１と撮像ユニット３との距離)を遠ざけると、位置調整装置全体が高さ方向に大きくなるだけでなく、幅方向・奥行き方向にも大きくなる。また、測定チャートの作製費用に関しても、１枚の大きなシートに一度に印刷するのが困難であると共に、撓まない１枚の大きな板材が必要となるため、コストが大幅にアップする。
【００４４】
撮像ユニット３のＸ軸の回りおよびＹ軸の回りの回転系は、自動２軸ゴニオステージで、２つのモータの回転により撮像面の中心を回転中心にして、撮像ユニット３をＸ軸の回りのθＸ方向と、Ｚ軸およびＸ軸に直交するＹ軸の回りのθＹ方向で撮像ユニット３を傾ける。これにより、撮像ユニット３を各方向に傾けたときに、撮像面の中心とＺ軸との位置関係がずれないようにしている。
【００４５】
上記実施の形態では、合焦評価値解析は、空間周波数応答(Spatial Frequency Response)を用いて行う。なお、合焦評価値解析は、ＭＴＦ(Modulation Transfer Function)値などの他の評価値を用いてもよい。例えば、レンズユニット２と撮像ユニット３で構成されたカメラモジュールの完成品の撮像テストにおいて同様の項目の検査が実施されているため、チャートパターンのコントラスト比を計算して、合焦評価を行っても良い。
【００４６】
撮影レンズ７２と撮像素子８２との間のギャップを設計値(バックフォーカス)から０.０２９ｍｍ広げた場合の撮像ユニット３の調整角度について、例えば、レンズユニット２の外形および撮像ユニット３の撮像素子８２が搭載された基板の外形を夫々□８.３ｍｍとすると、±２４′(＝±０.４°×６０)のマージンがあることになる。この実施形態では、撮像ユニット３の最大回転角度は、±２０′(≒±０.３３°×６０)を想定しており、撮影レンズ７２と撮像素子８２との間に(設計値＋０.０２９ｍｍ)のギャップを設けたことによって、撮像ユニット３の傾き調整に十分な隙間を有していることになる。
【００４７】
上記撮像ユニット３の外形を□８.３ｍｍとするとき、撮影レンズ７２と撮像素子８２との間のギャップと撮像素子８２の許容回転角度の関係は、図５に示すとおりである。
【００４８】
上記第１実施形態の撮像素子の位置調整装置によれば、測定チャート１を撮影レンズ７２に対して近距離(６００ｍｍ)に配置することで、光軸方向だけでなく、幅方向・奥行き方向に対しても位置調整装置本体を小型化できると共に、測定チャート１の製造コストも削減することができる。
【００４９】
また、撮像素子８２の傾き調整において撮影レンズ７２と撮像素子８２との間に十分なギャップを確保することによって、撮像ユニット３の調整角度が大きい撮影レンズ７２に対しても撮影レンズ７２に撮像素子８２が干渉しにくくなり、量産工程において調整可能なカメラモジュールの絶対数を増やすことができ、不良品数が減って歩留まりが向上するため、製造コストを下げることができる。
【００５０】
また、無限遠に相当する位置の被写体の像を撮像素子８２の撮像面に結像させる撮影レンズ７２の位置に対して、撮影レンズ７２を被写体側に移動させて、撮影レンズ７２と撮像素子８２との間隔を広げて撮像素子８２の傾き調整を行うことができ、アクティブアライメントによる撮像素子８２・撮影レンズ７２の調整角度が大きくても、傾き調整のマージンを十分に確保することができる。なお、撮影レンズ７２を被写体側に移動させる代わりに、撮像素子８２を被写体と反対の側に移動させてもよい。
【００５１】
また、上記レンズユニット２と撮像ユニット３との空隙の少なくとも一部に接着剤塗布装置４０(充填部)により接着剤を充填することによって、傾き調整後にレンズユニット２との空隙がばらつく撮像ユニット３をレンズユニット２に容易に固定できる。
【００５２】
また、上記移動機構２０の傾き調整部２０bによる調整の前に、レンズユニット２と撮像ユニット３との空隙の少なくとも一部に紫外線硬化型の接着剤または熱硬化型の接着剤の少なくとも一方を接着剤塗布装置４０により充填することによって、撮像素子８２の傾きを調整する前の状態でレンズユニット２と撮像ユニット３との間隔に接着剤を容易に充填できると共に、傾き調整後にレンズユニット２と撮像ユニット３との間隔が狭くなった箇所があっても、充填された接着剤に対して紫外線を照射するかまたは加熱することにより、レンズユニット２と撮像ユニット３とを確実かつ容易に接着できる。
【００５３】
また、上記撮像素子８２により撮像されたチャート像に基づいて、ＳＦＲ(空間周波数応答)を用いて撮影レンズ７２により結像されたチャート像の結像面に対する撮像素子８２の撮像面のＸ軸,Ｙ軸,Ｚ軸回りの傾きを傾き算出部３０aにより算出するので、ＳＦＲ(空間周波数応答)により不鮮明な画像からでも精度よく合焦評価ができ、撮影レンズ７２により結像されたチャート像の結像面に対する撮像素子８２の撮像面のＸ軸,Ｙ軸,Ｚ軸回りの傾きを正確に算出することができる。
【００５４】
〔第２実施形態〕
次に、この発明の第２実施形態の撮像素子の位置調整装置について説明する。なお、この第２実施形態の撮像素子の位置調整装置は、被写体距離を除いて第１実施形態の撮像素子の位置調整装置と同一の構成をしている。
【００５５】
図８はこの発明の第２実施形態の撮像素子の位置調整装置の像高０割における被写体距離とＳＦＲ値の相関を示し、図９は上記撮像素子の位置調整装置の像高６割における被写体距離とＳＦＲ値の相関を示す図である。
【００５６】
図８,図９に示すように、被写体(測定チャート１)の距離が遠いほど解像度を表すＳＦＲ値は高く、画像中心近傍の周辺像高の方が、被写体(測定チャート１)の距離に対するＳＦＲ値が高くなる。
【００５７】
図１０は図８の要部の拡大図を示し、図１１は図９の要部の拡大図を示している。図１０,図１１に示すように、無限遠の被写体のＳＦＲ値に対して、数値劣化を３％とすると、像高０割で被写体距離１００ｍｍ以上で同等の性能を発揮し、像高０割で被写体距離２００ｍｍ以上で同等の性能を発揮する。
【００５８】
また、像高９割における被写体距離とＳＦＲ値の相関を示す図１２においても、像高９割で被写体距離２００ｍｍ以上で同等の性能を発揮する。
【００５９】
表１は図１０の数値データを示し、表２は図１１の数値データを示し、表３は図１２の数値データを示している(表１〜表３において「Ｉｎｆ」は無限遠を表す)。
【００６０】
【表１】
2014179764.tif 000003
【００６１】
【表２】
2014179764.tif 000004
【００６２】
【表３】
2014179764.tif 000005
【００６３】
また、図１３は画像中心に対する周辺像高のＳＦＲ値に基づくピーク座標のばらつきを説明するための図を示している。図１３において、横軸はＺ軸座標[ｍｍ]を表し、縦軸はＳＦＲ値を表している。また、図１３において、黒色の菱形印(◆)は、像高０割(「IH0.0」)のＳＦＲ値、黒色の四角(■)は第１の像高６割(「IH0.6-1」)のＳＦＲ値、黒色の三角(▲)は第２の像高６割(「IH0.0-2」)のＳＦＲ値である。
【００６４】
図１３に示すように、画像中心に対する周辺像高のＳＦＲ値に基づくピーク座標ばらつきから撮像素子８２の調整角度を求めるプロセスにおいて、ＳＦＲ値が小さいと、ノイズの影響が大きく、ピーク位置の再現性(ばらつき)や解析エラーの原因となり、撮像素子８２の調整角度の計算結果の信頼性が下がる。従って、各像高におけるＳＦＲ値は、無限遠の被写体のＳＦＲ値相当であることが好ましく、大きな差がない数値範囲として、無限遠の被写体のＳＦＲ値に対してＳＦＲ値の劣化が３％以下までを特性保証領域とする。
【００６５】
無限遠の被写体のＳＦＲ値相当のＳＦＲ値が得られる領域において傾き調整を行うことによって、撮像素子の位置調整装置の小型化と低コスト化ができると共に、調整精度を向上できる。
【００６６】
図８〜図１２に示すように、被写体距離が短くなるほど同一像高の解像度が下がる。また、表１〜表３に示すように、無限遠の被写体の被写体解像度を１とすると、解像度が３％劣化する被写体距離は、像高０割で１００ｍｍ、像高６割で２００ｍｍ、像高９割で２００ｍｍである。像高３％Ｌｅｓｓを許容すると、最近接像の被写体距離は２００ｍｍとなる。
【００６７】
さらに、解像度劣化がほぼゼロの領域としては、最近接像の被写体距離は６００ｍｍとなる。
【００６８】
無限遠の測定チャートの配置は、現実的には困難であり、無限遠と同等のＳＦＲ値が得られる領域(理想的には６００ｍｍ、シミュレーション結果からは２００ｍｍ以上)に測定チャート１を配置して、合焦評価値解析を行うことにより、装置の小型化・コスト削減と調整精度を両立できる。
【００６９】
但し、被写体距離の下限値を２００ｍｍとするのは、無限遠の解像度特性に対して３％の解像度劣化を許容することを想定しており、より高精度に調整角度を求めるには、無限遠と同等の解像度特性が必要となる。従って、図８〜図１１より、被写体距離は４００ｍｍ以上で用いるのが望ましい。
【００７０】
また、図４に示す被写体距離と焦点位置移動量(撮影レンズ７２の繰り出し量)の関係があるため、被写体距離を近くにするほど撮影レンズ７２と撮像素子８２のギャップは大きくなり、撮影レンズ７２の位置は、測定チャートを無限遠に配置するより、撮影レンズ７２に近づけた方が前方に繰り出される。
【００７１】
焦点位置移動量(撮影レンズ７２の繰出し量)に関しては、図４に示すように、被写体距離５０００ｍｍ程度までは、ほぼ変化がなく、２０００ｍｍを変曲点として、大きな値となる。無限遠の撮影レンズ７２の位置に対して、少なくとも１０μｍ以上のギャップを得られないと無限遠の撮影レンズ７２の位置に対してギャップを確保したことにならないため、測定チャート１を撮影レンズ７２から２０００ｍｍ以内に配置する必要がある。この点から、測定チャート１の配置を撮影レンズ７２から２０００ｍｍ以内とする。
【００７２】
さらに、撮像レンズ７２と撮像素子８２との間のギャップを効果的に広げることができる被写体距離１０００ｍｍに測定チャート１を設置することがより好ましい。これにより測定チャートのサイズが小さくなり、装置のサイズが小さくなるだけでなく、装置のコストダウンに貢献できる。
【００７３】
また、実際に装置を導入するにあたっては、装置の高さは最大で２ｍ〜３ｍ以内であることが望ましい。
【００７４】
以上より、被写体距離の上限値は、２０００ｍｍとしているが、１０００ｍｍ以下にすることがより好ましい。
【００７５】
上記第２実施形態の撮像素子の位置調整装置によれば、被写体距離を２００ｍｍ以上とすることによって、撮影レンズ７２の調整角度が許容誤差内で装置本体の小型化ができ、測定系(測定筐体、測定チャート)のコスト削減できると共に、調整精度を向上できる。
【００７６】
上記第２実施形態の撮像素子の位置調整装置では、測定チャート１と撮影レンズ７２との距離Ｌを、
２００ｍｍ  ≦  Ｌ  ≦  ２０００ｍｍ
さらに、
４００ｍｍ  ≦  Ｌ  ≦  １０００ｍｍ
とすることがより好ましい。
この条件の範囲内とすることで、装置本体を小型化しつつ、撮像素子８２の位置調整時の撮影レンズ７２と撮像素子８２との間隔を容易に確保することができる。
【００７７】
〔第３実施形態〕
図１４はこの発明の第３実施形態の撮像素子の位置調整装置の制御装置１３０のブロック図を示している。なお、この第３実施形態の撮像素子の位置調整装置は、制御装置を除いて第１実施形態の撮像素子の位置調整装置と同一の構成をしており、図１,図２を援用する。
【００７８】
この制御装置１３０は、図１４に示すように、撮像素子８２により撮像されたチャート像に基づいて、ＳＦＲ(空間周波数応答)を用いて撮影レンズ７２により結像されたチャート像の結像面に対する撮像素子８２の撮像面のＸ軸,Ｙ軸,Ｚ軸回りの傾きを算出する傾き算出部１３０aと、撮像素子８２の撮像面上に予め設定された撮像位置に少なくとも一部が含まれるチャートパターンを認識するチャートパターン認識部１３０bと、チャートパターン認識部１３０bにより認識されたチャートパターンの位置を基準にして決定されるチャート像の各チャートパターンに対する評価領域を用いて合焦評価値を算出する合焦評価値算出部１３０cとを有する。
【００７９】
撮影レンズ７２または撮像素子８２をＺ軸方向に移動させると、倍率変化によって、撮像ユニット３の撮像素子８２の撮像面とチャートパターンの結像面との関係が変化する。一般的に、測定チャート１とレンズユニット２の撮影レンズ７２との距離が近いほど、撮影レンズ７２の移動による倍率の変化は大きい。
【００８０】
この第３実施形態の手法では、矩形のチャートパターンの例えば左側の辺のエッジを画像処理(パターンマッチング)によって検出し、その点から各像高に応じて、所定の領域を解析する処理を行っている。
【００８１】
上記第３実施形態の撮像素子の位置調整装置によれば、装置の安定した稼働が実現できると共に、調整精度を向上できる。
【００８２】
また、上記レンズユニット２または撮像ユニット３をＺ軸方向の移動により画像倍率が変化して、撮像素子８２の撮像面とチャート像の結像面との関係が変化しても、特定の撮像領域のチャートパターンを認識し、そのチャートパターンの位置を基準にして各チャートパターンの評価領域を決定するので、画像倍率の変化に伴って、レンズユニット２または撮像ユニット３をＺ軸方向に移動させても、合焦評価値算出部１３０cにより合焦評価値を問題なく算出することができる。
【００８３】
上記第１〜第３実施形態では、黒色の正方形状の複数のチャートパターン６１,６２などがチャート面に印刷された測定チャート１を備えた撮像素子の位置調整装置について説明したが、測定チャートのチャートパターンはこれに限らず、所定の間隔で直線を配列したラダー状のチャートパターンなどでもよい。
【００８４】
また、Ｚ軸方向の移動と、Ｚ軸に直交するＸ軸方向の移動と、Ｚ軸かつＸ軸に直交するＹ軸方向の移動と、Ｚ軸回りの回転と、Ｘ軸回りの回転と、Ｙ軸回りの回転を行う機能を備えた６軸ステージを移動機構２０として用いたが、撮像ユニット保持部により保持される撮像素子の撮像素子のＺ軸回りの傾きが許容範囲内になるように撮像ユニット保持部により撮像ユニットを保持できる場合、移動機構は、Ｚ軸回りの回転を行う機能を備えなくてもよい。
【００８５】
この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記第１〜第３実施形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。
【００８６】
また、特許文献２(特開２００６-３０２５６号公報)に記載された従来技術では、
(1)  測定チャート交換の機構が必要となる(測定チャートが固定されている場合は移動機構が必要)。
(2)  測定チャート交換時に機構の動作精度が必要となる(位置決め精度)。
(3)  測定チャートの枚数に応じてコストが増加する。
(4)  装置のスペースが大きい(チャート２枚分)。
という問題があるのに対して、この発明の撮像素子の位置調整装置では、合焦・撮像素子調整角度を同一の被写体(測定チャート)を用いて行っており、どちらも解像度で調整しており、この解像度は実際の写真のボケとほぼ相関があるため、人間の目で見た画像に近い結果が得られ、次のような(a)〜(d)の特徴を有する。
(a)  組立時に調整するだけで良い。
(b)  測定チャートを交換する必要がない。
(c)  測定チャート１枚分のコストでよい。
(d)  測定チャート１枚分のスペースでよい。
【００８７】
この発明の撮像素子の位置調整装置は、
複数のチャートパターンが形成された測定チャート１と、
上記測定チャート１に直交するＺ軸上に配置された撮影レンズ７２が組み込まれたレンズユニット２を保持するためのレンズユニット保持部１１と、
上記撮影レンズ７２によって結像される上記測定チャート１のチャート像を撮像するように上記Ｚ軸上に配置された撮像素子８２が組み込まれた撮影ユニット３を保持するための撮像ユニット保持部２０aと、
上記レンズユニット保持部１１または上記撮像ユニット保持部２０aのいずれか一方を、上記Ｚ軸方向に沿って移動させる移動機構２０と、
上記移動機構２０により上記レンズユニット保持部１１または上記撮像ユニット保持部２０aのいずれか一方を上記Ｚ軸方向に沿って移動させながら上記撮像素子８２により撮像された上記測定チャートのチャート像に基づいて、上記撮像素子８２のＺ軸回りの傾きおよびそのＺ軸に交わるＸ軸,Ｙ軸回りの傾きを調整する傾き調整部２０bと
を備え、
上記測定チャート１と上記撮影レンズ７２との距離Ｌは、
２００ｍｍ  ≦  Ｌ  ≦  ２０００ｍｍ
の条件を満たすことを特徴とする。
【００８８】
上記構成によれば、撮影レンズ７２から近距離の位置に測定チャート１を配置することが可能になり、光軸方向だけでなく、幅方向・奥行き方向に対しても装置本体を小型化できる。
【００８９】
また、無限遠に相当する位置の被写体の像を撮像素子８２の撮像面に結像させる撮影レンズ７２の位置に対して、撮影レンズ７２を被写体側に移動させるか、または、撮像素子８２を被写体と反対の側に移動させて、撮影レンズ７２と撮像素子８２との間隔を広げて撮像素子８２の傾き調整を行うことができ、アクティブアライメントによる撮像素子８２・撮影レンズ７２の調整角度が大きくても、低コストかつ省スペースな撮像素子の位置調整装置によって傾き調整のマージンを十分に確保することができる。
【００９０】
また、一実施形態の撮像素子の位置調整装置では、
上記測定チャート１と上記撮影レンズ７２との距離Ｌは、
４００ｍｍ  ≦  Ｌ  ≦  １０００ｍｍ
の条件を満たす。
【００９１】
また、一実施形態の撮像素子の位置調整装置では、
上記レンズユニット２と上記撮影ユニット３との間に有する空隙の少なくとも一部に接着剤を充填する充填部４０を備えた。
【００９２】
上記実施形態によれば、レンズユニット２と撮影ユニット３との空隙の少なくとも一部に充填部４０により接着剤を充填することによって、傾き調整後にレンズユニット２との空隙がばらつく撮影ユニット３をレンズユニット２に容易に固定できる。
【００９３】
また、一実施形態の撮像素子の位置調整装置では、
上記充填部４０は、上記撮像素子８２のＸ軸,Ｙ軸およびＺ軸回りの角度を上記傾き調整部２０bにより調整する前に、上記空隙の少なくとも一部に紫外線硬化型の接着剤または熱硬化型の接着剤の少なくとも一方を充填する。
【００９４】
上記実施形態によれば、傾き調整部２０bによる調整する前に、レンズユニット２と撮像ユニット３との空隙の少なくとも一部に紫外線硬化型の接着剤または熱硬化型の接着剤の少なくとも一方を充填部４０により充填することによって、撮像素子８２の傾きを調整する前の状態でレンズユニット２と撮像ユニット３との間隔に接着剤を容易に充填できると共に、傾き調整後にレンズユニット２と撮像ユニット３との間隔が狭くなった箇所があっても、充填された接着剤に対して紫外線を照射するかまたは加熱することにより、レンズユニット２と撮像ユニット３とを確実かつ容易に接着できる。
【００９５】
また、一実施形態の撮像素子の位置調整装置では、
上記撮像素子８２により撮像された上記チャート像に基づいて、ＳＦＲ(空間周波数応答)を用いて上記撮影レンズ７２により結像された上記チャート像の結像面に対する上記撮像素子８２の撮像面のＸ軸,Ｙ軸,Ｚ軸回りの傾きを算出する傾き算出部１３０aを備え、
上記傾き調整部２０bは、上記傾き算出部１３０aにより算出された上記撮像素子８２の撮像面のＸ軸,Ｙ軸,Ｚ軸回りの傾きに基づいて、上記撮像素子８２のＸ軸,Ｙ軸,Ｚ軸回りの傾きを調整する。
【００９６】
上記実施形態によれば、撮像素子８２により複数のＺ座標で夫々撮像されたチャート像に基づいて、ＳＦＲ(空間周波数応答)を用いて撮影レンズ７２により結像されたチャート像の結像面に対する撮像素子８２の撮像面のＸ軸,Ｙ軸,Ｚ軸回りの傾きを傾き算出部１３０aにより算出するので、ＳＦＲ(空間周波数応答)により不鮮明な画像からでも精度よく合焦評価ができ、撮影レンズ７２により結像されたチャート像の結像面に対する撮像素子８２の撮像面のＸ軸,Ｙ軸,Ｚ軸回りの傾きを正確に算出することができる。
【符号の説明】
【００９７】
１…測定チャート
２…レンズユニット
３…撮像ユニット
１０…レンズ位置決め治具
１１…レンズ保持機構
１２,２１…吸着パッド
１３,１４…位置決めピン
２０…移動機構
２０a…撮像ユニット保持部
２０b…傾き調整部
３０,１３０…制御装置
３０a,１３０a…傾き算出部
４０…接着剤塗布装置
５０…ＵＶ照射機
６１,６２,６３…チャートパターン
７１…ユニット本体
７２…撮影レンズ
７３…ＶＣＭ
８１…基板
８２…撮像素子
１３０b…チャートパターン認識部
１３０c…合焦評価値算出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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