フォーカス調整装置、カメラモジュール製造装置、フォーカス調整方法、カメラモジュールの製造方法、フォーカス調整プログラムおよび記録媒体
【課題】生産効率が高く、かつ、コンパクトに実現可能なフォーカス調整装置を提供する。
【解決手段】フォーカス調整装置は、距離ｙを検出する検出部と、下記の式（１）で求められる距離ｄｚを演算する演算部と、フォーカスレンズと像面との相対距離を距離ｄｚだけ短縮させるフォーカス調整部とを備える。
【解決手段】フォーカス調整装置は、距離ｙを検出する検出部と、下記の式（１）で求められる距離ｄｚを演算する演算部と、フォーカスレンズと像面との相対距離を距離ｄｚだけ短縮させるフォーカス調整部とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラモジュールの製造に関し、特に、フォーカスレンズの位置調整に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機等のモバイル機器において静止画または動画を撮像するためのカメラモジュールの搭載率が高まっており、カメラモジュールの需要増加の要因となっている。携帯電話機等に搭載されるカメラモジュールは、近年、画質向上等の観点から、高画素化及び高性能化、高機能化が求められており、カメラモジュールのフォーカスレンズのピント調整を最適に行うことが求められている。尚、特に、モバイル機器に搭載されるカメラモジュールの場合、通常、少なくとも無限遠または所定の接写距離（以下、「最適物体距離」とする）にピントを合わせることを想定して製造されており、製造時に、良好にピントを調整することが求められている。カメラモジュールの生産過程では、ＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）センサや、ＣＭＯＳ（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサなどの受光センサ（個体撮像素子）とレンズとのアセンブリの際に、センサの受光像面位置とレンズとの光軸方向における相対関係を調整するプロセスを必要とする。
【０００３】
製造時におけるピントの調整は、一般的に、作業者が、テスタの表示部に表示されたカメラモジュールの撮像画像を目視により確認しながら、マニュアル操作によりカメラモジュールのフォーカスレンズを光軸方向に沿って移動させ、ピントが合う位置に調整していた。または、作業者が、マニュアル操作により、テスタの表示部に表示された撮像画像の鮮鋭度を示すインジケータを確認しながら、ピントの調整を行っていた。
【０００４】
しかし、作業者によりマニュアル操作でピントを調整する場合には、高額な人件費により製造コストが飛躍的に増大するという問題があった。また、作業者によって、ピントの調整精度が異なる、即ち、作業者によってカメラモジュールの品質が影響を受け、品質の安定性を十分に図ることが困難であるという問題があった。
【０００５】
これに対し、下記の特許文献１には、フォーカスレンズの位置情報と合焦度との関係を示す近似曲線から合焦度が最大となる最適位置情報を求め、フォーカスレンズの位置を調整するフォーカス調整装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−３１５２号公報（２００９年１月８日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示されているフォーカス調整装置では、近似曲線を得るためにフォーカス調整位置の異なる数個の撮像を必要とするため、調整に多大な時間を要する。また、上記フォーカス調整装置では、装置内に配置された物体に対してピント調整を行っているため、調整対象であるカメラモジュールの最適物体距離が変更される毎に、装置内の上記物体の位置を変更する必要があるため、装置の大掛かりな改造を要する。さらに、カメラモジュールの最適物体距離が比較的遠距離である場合、フォーカス調整装置のサイズが大きくなるため、カメラモジュールの生産設備の大型化を招く。
【０００８】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、生産効率が高く、かつ、コンパクトに実現可能なフォーカス調整装置およびフォーカス調整方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明に係るフォーカス調整装置は、カメラモジュールのフォーカスレンズの像面に対する相対位置を調整する位置調整手段を備えるフォーカス調整装置であって、位置調整前において、上記フォーカスレンズの中心を通り、上記フォーカスレンズの光軸に対して角度θをなす直線が上記像面と交わる位置と、上記光軸と上記像面とが交わる位置との距離ｙを検出する検出手段と、上記カメラモジュールに適用される最適物体距離をａ、上記フォーカスレンズの焦点距離をｆとして、下記の式（１）で求められる距離ｄｚを演算する演算手段とを備え、上記位置調整手段は、上記フォーカスレンズと上記像面との相対距離を距離ｄｚだけ短縮させることを特徴としている。
【００１０】
【数１】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明に係るフォーカス調整方法は、カメラモジュールのフォーカスレンズの像面に対する相対位置を調整する位置調整工程を有するフォーカス調整方法であって、上記位置調整工程の前において、上記フォーカスレンズの中心を通り、上記フォーカスレンズの光軸に対して角度θをなす直線が上記像面と交わる位置と、上記光軸と上記像面とが交わる位置との距離ｙを検出する検出工程と、上記カメラモジュールに適用される最適物体距離をａ、上記フォーカスレンズの焦点距離をｆとして、下記の式（１）で求められる距離ｄｚを演算する演算工程とを有し、上記位置調整工程では、上記フォーカスレンズと上記像面との相対距離を距離ｄｚだけ短縮させることを特徴としている。
【００１２】
【数１】
【００１３】
上記の構成によれば、角度θ、距離ｙ、最適物体距離ａおよび焦点距離ｆから距離ｄｚが演算され、フォーカスレンズと上記像面との相対距離が距離ｄｚだけ短縮されることにより、フォーカスレンズを最良像面位置に調整することができる。すなわち、一回の演算でフォーカス調整量を算出できるため、任意の最適物体距離に対するフォーカス調整を短時間で実施することができる。
【００１４】
距離ｙは、例えば、所定の形状を有するチャート（光遮蔽手段）や、フォーカスレンズの光軸に対して角度θで入射するレーザ光を出射するレーザ光源（光出射手段）を設けて、像面に映る写像に基づいて検出される。このとき、チャートやレーザ光源は、カメラモジュールの最適物体距離よりも近距離に設置することができるので、装置の小型化を容易に図ることができる。
【００１５】
したがって、生産効率が高く、かつ、コンパクトに実現可能なフォーカス調整装置およびフォーカス調整方法を提供することができる。
【００１６】
本発明に係るフォーカス調整装置では、上記フォーカスレンズから上記光軸の方向に離間した光遮蔽手段を備え、上記光遮蔽手段の特定の縁と上記フォーカスレンズの中心とを結ぶ直線は、上記光軸に対して角度θをなし、上記検出手段は、上記像面に映る上記光遮蔽手段の写像の、上記特定の縁に対応する位置と、上記光軸との距離を距離ｙとして検出することが好ましい。
【００１７】
上記の構成によれば、光遮蔽手段をカメラモジュールの最適物体距離よりも近距離に設置することができるので、フォーカス調整装置の小型化を容易に図ることができる。
【００１８】
本発明に係るフォーカス調整装置では、上記光軸に対して角度θで上記フォーカスレンズの中心を通過する光を出射する光出射手段を備え、上記検出手段は、上記光が上記像面に到達する位置と上記フォーカスレンズの光軸と上記像面とが交わる位置との距離を距離ｙとして検出することが好ましい。
【００１９】
上記の構成によれば、光出射手段をカメラモジュールの最適物体距離よりも近距離に設置することができるので、フォーカス調整装置の小型化を容易に図ることができる。
【００２０】
本発明に係るフォーカス調整装置では、上記フォーカスレンズの開口径を、上記カメラモジュールの設計上の開口径よりも小さくする開口径縮小手段を備えることが好ましい。
【００２１】
上記の構成によれば、フォーカス調整中に、フォーカスレンズの開口径を小さくすることにより、被写界深度が大きくなるので、写像のボケ量が小さくなる。よって、距離ｙの検出精度を向上させて、フォーカス調整量の誤差を小さくすることができる。
【００２２】
本発明に係るカメラモジュール製造装置は、上記のフォーカス調整装置を備えることを特徴としている。
【００２３】
上記の構成によれば、上記のフォーカス調整装置は、フォーカス調整時間が短くコンパクトであるため、カメラモジュール製造装置の生産効率の向上、および小型化を容易に図ることができる。
【００２４】
本発明に係るカメラモジュールの製造方法は、フォーカスレンズとフォーカスレンズの像面に設けられる個体撮像素子とをアセンブリするアセンブリ工程を有するカメラモジュールの製造方法であって、上記アセンブリ工程は、上記のフォーカス調整方法の上記検出工程、上記演算工程および上記位置調整工程を含むことを特徴としている。
【００２５】
上記の構成によれば、カメラモジュールの製造を、高効率でコンパクトに実現することができる。
【００２６】
なお、上記フォーカス調整装置は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを上記記フォーカス調整装置の上記検出手段、上記演算手段および上記位置調整手段としてコンピュータを機能させるためのフォーカス調整プログラム、及び当該フォーカス調整プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も本発明に含まれる。
【発明の効果】
【００２７】
以上のように、本発明に係るフォーカス調整装置は、カメラモジュールのフォーカスレンズの像面に対する相対位置を調整する位置調整手段を備えるフォーカス調整装置であって、位置調整前において、上記フォーカスレンズの中心を通り、上記フォーカスレンズの光軸に対して角度θをなす直線が上記像面と交わる位置と、上記光軸と上記像面とが交わる位置との距離ｙを検出する検出手段と、上記カメラモジュールに適用される最適物体距離をａ、上記フォーカスレンズの焦点距離をｆとして、下記の式（１）で求められる距離ｄｚを演算する演算手段とを備え、上記位置調整手段は、上記フォーカスレンズと上記像面との相対距離を距離ｄｚだけ短縮させる構成である。
【００２８】
【数１】
【００２９】
また、本発明に係るフォーカス調整方法は、カメラモジュールのフォーカスレンズの像面に対する相対位置を調整する位置調整工程を有するフォーカス調整方法であって、上記位置調整工程の前において、上記フォーカスレンズの中心を通り、上記フォーカスレンズの光軸に対して角度θをなす直線が上記像面と交わる位置と、上記光軸と上記像面とが交わる位置との距離ｙを検出する検出工程と、上記カメラモジュールに適用される最適物体距離をａ、上記フォーカスレンズの焦点距離をｆとして、下記の式（１）で求められる距離ｄｚを演算する演算工程とを有し、上記位置調整工程では、上記フォーカスレンズと上記像面との相対距離を距離ｄｚだけ短縮させる構成である。
【００３０】
【数１】
【００３１】
したがって、生産効率が高く、かつ、コンパクトに実現可能なフォーカス調整装置およびフォーカス調整方法を提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態に係るカメラモジュール製造装置の一部の概略構成を示す図である。
【図２】上記カメラモジュール製造装置に設けられるチャートの一例を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係るフォーカス調整装置の概略構成を示すブロック図である。
【図４】カメラモジュールおよびチャートの位置関係を示す断面図である。
【図５】図２に示すチャートの撮像画像データを示す図である。
【図６】チャートの他の例を示す図である。
【図７】図６に示すチャートの撮像画像データを示す図である。
【図８】チャートの他の例を示す図であり、（ａ）は、円形のチャートを示しており、（ｂ）は、矩形のチャートを示している。
【図９】フォーカスレンズの開口径を縮小する構成例示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明の実施の一形態について図１〜図９に基づいて説明すれば以下のとおりである。
【００３４】
（カメラモジュール製造装置の構成）
図１は、本実施形態に係るカメラモジュール製造装置１の一部の概略構成を示す図である。カメラモジュール製造装置１は、カメラモジュール２を製造するための装置であり、図１では、カメラモジュール製造装置１を構成する部材のうち、ソケットボード３、パソコン４、搬送装置５およびチャート６が示されている。
【００３５】
ソケットボード３は、カメラモジュール２の個体撮像素子が撮像した撮像画像データをパソコン４に転送するものである。
【００３６】
パソコン４は、この撮像画像データおよびカメラモジュール２に適用される最適物体距離に応じて、フォーカスレンズの像面に対する相対距離の調整量を演算する。ここで、最適物体距離とは、カメラモジュール２の合焦状態が最大になる物体の距離として製造時にあらかじめ設定されている距離であり、カメラモジュール２の種類毎に最適物体距離は異なる。
【００３７】
パソコン４において演算されたフォーカスレンズの像面に対する相対距離の調整量に基づいて、後述するカメラモジュール２のフォーカスレンズ駆動装置が、フォーカスレンズを移動させる。これにより、最適物体距離に応じたフォーカスレンズの位置が調整される。
【００３８】
ソケットボード３は、カメラモジュール２を搬送する搬送装置５の近傍に設置されている。各カメラモジュール２は、フォーカスレンズとフォーカスレンズの像面に設けられる個体撮像素子とをアセンブリされた状態で搬送され、ソケットボード３に最も接近する位置（フォーカス調整位置とする）において、順次フォーカス調整される。また、フォーカス調整位置には、カメラモジュール２のフォーカスレンズの光軸方向に離間したチャート６が設けられている。
【００３９】
チャート６は、特許請求の範囲に記載の光遮蔽手段に相当するものであり、例えば、図２に示すような、中央部に円形の開口６１を有する黒色の板である。図１に示すように、チャート６は、開口６１とフォーカス調整位置にあるカメラモジュール２のフォーカスレンズとが対向するように設けられる。これにより、主に開口６１を通過した光がカメラモジュール２のフォーカスレンズに入射する。
【００４０】
図１に示すカメラモジュール製造装置１を構成する部材の中で、ソケットボード３、パソコン４およびチャート６が、本発明に係るフォーカス調整装置に含まれる。
【００４１】
図３は、上記フォーカス調整装置の概略構成を示すブロック図である。フォーカス調整装置は、ソケットボード３、パソコン４、チャート６およびフォーカスレンズ駆動装置７を備えている。
【００４２】
パソコン４は、検出部４１、演算部４２およびフォーカス調整部４３を備えている。パソコン４に形成されるこれらの機能ブロックは、フォーカス調整プログラムをパソコン４において実行することにより形成される。
【００４３】
カメラモジュール２の個体撮像素子が撮像した撮像画像データは、ソケットボード３からパソコン４の検出部４１に転送される。検出部４１は、特許請求の範囲に記載の検出手段に相当するものであり、当該撮像画像データから後述する「距離ｙ」を検出する。演算部４２は、特許請求の範囲に記載の演算手段に相当するものであり、検出された距離ｙから、フォーカス調整量である「距離ｄｚ」を算出する。フォーカス調整部４３は、特許請求の範囲に記載の位置調整手段手段に相当するものであり、算出された距離ｄｚだけカメラモジュール２のフォーカスレンズと像面との相対位置を変化させるように、フォーカスレンズ駆動装置７に指示する。
【００４４】
（フォーカス調整のための演算）
続いて、本実施形態におけるフォーカスレンズのフォーカス調整のための演算について、具体的に説明する。
【００４５】
図４は、カメラモジュール２およびチャート６の位置関係を示す断面図である。図４における左右方向は、図１における上下方向に相当する。
【００４６】
図４に示すように、カメラモジュール２のフォーカスレンズ２１とチャート６の開口６１とが対向しており、開口６１の中心はフォーカスレンズ２１の光軸上に位置している。
【００４７】
フォーカスレンズ２１の像面２２には、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどの個体撮像素子が配置されている。チャート６の開口６１の写像は、像面２２に映し出され、個体撮像素子によって光電変換される。これにより、図５に示すような撮像画像データが生成される。この撮像画像データは、ソケットボード３からパソコン４に送られる。
【００４８】
ここで、図４に示すように、フォーカスレンズ２１の光軸と像面２２との交点を位置Ｙ１とする。また、開口６１の縁とフォーカスレンズ２１の中心とを結ぶ直線が、フォーカスレンズ２１の光軸に対して角度θをなすように、フォーカスレンズ２１とチャート６との距離および開口６１の大きさが設定されている。フォーカス位置調整前における、当該直線と像面２２との交点を位置Ｙ２とする。このとき、位置Ｙ１と位置Ｙ２との距離をｙとする。
【００４９】
また、カメラモジュール２の製造時に設定される最適物体距離をａ、最適物体距離ａにおけるフォーカスレンズ２１の最良像面位置Ｆ１とフォーカスレンズ２１の主平面との距離をｂ、フォーカス位置調整前における像面２２と上記最良像面位置との距離をｄｚとすると、
ｙ＝（ｂ＋ｄｚ）×ｔａｎθ
となる。また、フォーカスレンズ２１の焦点距離をｆとすると、写像公式より、
（１／ａ）＋（１／ｂ）＝１／ｆ
となる。
【００５０】
これらの式から、
【００５１】
【数１】
【００５２】
が成り立つ。
【００５３】
本実施形態に係るフォーカス調整工程において、距離ｙが、図５に示す撮像画像データに基づいて、図３に示すパソコン４の検出部４１によって検出される（検出工程）。また、最適物体距離ａ、焦点距離ｆおよび角度θは、パソコン４にあらかじめ記憶されている。これにより、パソコンの演算部４２は、式（１）から、距離ｄｚを演算し（演算工程）、フォーカス調整部４３が、距離ｄｚだけフォーカスレンズ２１と像面２２との相対距離を短縮させるように、フォーカスレンズ駆動装置７を制御する（位置調整工程）。言い換えると、距離ｄｚが正の値の場合、フォーカスレンズ２１と像面２２とを距離ｄｚだけ近づけるように調整され、距離ｄｚが負の値の場合、フォーカスレンズ２１と像面２２とをｄｚの絶対値の距離だけ離れるように調整される。この調整において、フォーカスレンズ２１を移動させてもよいし、像面２２を移動させてもよい。これにより、フォーカスレンズ２１の位置がカメラモジュール２の最適物体距離ａにおける最良像面位置Ｆ１となるように調整される。
【００５４】
以上のように、本実施形態では、フォーカス調整前において、フォーカスレンズ２１の中心を通り、フォーカスレンズ２１の光軸に対して角度θをなす直線が像面２２と交わる位置Ｙ２と、上記光軸と像面２２とが交わる位置Ｙ２との距離ｙを検出し、式（１）で求められる距離ｄｚを算出し、フォーカスレンズ２１と像面２２との相対距離を距離ｄｚだけ短縮させることにより、フォーカス調整を行う。すなわち、一回の演算でフォーカス調整の距離を算出できるため、任意の最適物体距離に対するフォーカス調整を短時間で実施することができる。
【００５５】
また、チャート６をカメラモジュール２の最適物体距離にかかわらず、チャート６の位置は、開口６１の縁を通る軸外光線経路が、フォーカスレンズ２１の光軸に対して角度θをなすように設定すればよい。すなわち、チャート６をカメラモジュール２の最適物体距離に設置する必要はなく、チャート６をフォーカス調整位置にあるカメラモジュール２から比較的近距離（例えば１０〜５０ｃｍ）に設置することができる。
【００５６】
したがって、生産効率が高く、かつ、コンパクトなフォーカス調整装置を実現することができる。
【００５７】
なお、上記の角度θの値も０ｄｅｇ＜θ＜９０ｄｅｇを満たすのであれば、特に限定されない。なお、角度θが大きいほど、フォーカス位置調整の精度は向上するが、製造誤差による収差が増大する。また、チャート６とカメラモジュール２との距離が近すぎると、ディスとーションなどの収差が大きくなる。フォーカス位置調整の精度については、後述する。
【００５８】
（変形例）
上記では、フォーカス調整前において、フォーカスレンズ２１の中心を通り、フォーカスレンズ２１の光軸に対して角度θをなす直線が像面２２と交わる位置Ｙ２と、上記光軸と像面２２とが交わる位置Ｙ２との距離ｙを検出するために、円形の開口６１を有するチャート６を用いていたが、距離ｙの検出方法は、これに限定されない。チャートの開口の形状は特に限定されず、例えば、図６に示すように、矩形の開口６２を有するチャート６ａを用いてもよい。
【００５９】
この場合、図７に示すように、像面２２に映し出される開口６２の写像も矩形となるため、フォーカスレンズ２１の光軸と像面２２とが交わる位置Ｙ１と、写像の外縁との距離は一定ではない。そのため、チャート６ａを使用する場合、例えば、開口６２の写像のうち、開口６２の特定の縁６２ａに対応する位置Ｙ２ａと、上記位置Ｙ１との距離を、上記演算で用いられる距離ｙとしてもよい。このとき、縁６２ａとフォーカスレンズ２１の中心とを結ぶ直線と、フォーカスレンズ２１の光軸とがなす角度を、上記演算で用いられる角度θとする。これにより、上記式（１）から距離ｄｚが算出される。
【００６０】
あるいは、開口６２の複数の縁について、上記式（１）を用いて距離ｄｚを算出し、算出された各距離ｄｚを平均した値を、フォーカス調整に用いてもよい。
【００６１】
また、上記では、距離ｙをチャートの開口の写像に基づいて検出したが、チャートの形状は、これに限定されない。例えば、図８（ａ）に示す、黒色の円板状のチャート６ｂや、図８（ｂ）に示す、黒色の矩形状のチャート６ｃを用いてもよい。これらのチャート６ｂ・６ｃを用いた場合であっても、像面２２に映し出される写像に基づいて、距離ｙを検出することができる。なお、チャートの形状は、円形および矩形に限定されない。
【００６２】
さらに、チャートの代わりにレーザ光源（光出射手段）を用いることで距離ｄｚを得ることができる。この場合、レーザ光源から、フォーカスレンズ２１の光軸に対して角度θでフォーカスレンズ２１の中心を通過するレーザ光を出射し、このレーザ光が像面２２に到達する位置と位置Ｙ１との距離を、距離ｙとして検出する。また、レーザ光は、指向性を有するので、後述するフォーカス調整量の誤差が少ないという利点がある。この構成においても、レーザ光源の位置は、特に制限されず、カメラモジュール２の最適物体距離よりも近距離であってもよい。したがって、フォーカス調整装置の小型化を図ることができる。
【００６３】
なお、距離ｙを検出するために用いられる光は、指向性を有する光であれば、レーザ光に限定されない。
【００６４】
このように、本実施形態では、フォーカス調整前において、フォーカスレンズ２１の中心を通り、フォーカスレンズ２１の光軸に対して角度θをなす直線が像面２２と交わる位置Ｙ２と、上記光軸と像面２２とが交わる位置Ｙ２との距離ｙを検出できれば、フォーカスレンズ２１を最適物体距離ａにおける最良像面位置に調整することができ、距離ｙを検出方法は、特に限定されない。
【００６５】
（フォーカス調整の精度）
図２に示すように、チャート６の開口６１の縁を通り、フォーカスレンズ２１を通過した光は、結像位置Ｆ２において収束する。フォーカス調整前における像面２２の位置が結像位置Ｆ２と偶然重なっていた場合を除き、結像位置Ｆ２と像面２２の位置とは、通常は一致しない。そのため、図５に示す写像は、外縁がボケた状態となり、距離ｙの検出に誤差が生じる。
【００６６】
ここで、画素ピッチ（個体撮像素子間の距離）をε（μｍ）とし、写像のボケ幅が、ε以下であると仮定すると、距離ｙの検出誤差はεとなる。すなわち、検出される距離ｙの最大値をｙ’、検出される距離ｙの最小値をｙ”とすると、
ε＝ｙ’−ｙ” ・・・式（２）
となる。ここで、上記の式（１）より、
【００６７】
【数２】
【００６８】
となる。よって、距離ｙ’に基づいて算出された距離ｄｚを距離ｄｚ’、距離ｙ”に基づいて算出された距離ｄｚを距離ｄｚ”とすると、
ｙ’−ｙ”＝（ｄｚ’−ｄｚ”）×ｔａｎθ
となり、式（２）より、
ｄｚ’−ｄｚ”＝ε／ｔａｎθ ・・・式（３）
が成り立つ。
【００６９】
ｄｚ’−ｄｚ”は、フォーカスレンズ２１のフォーカス調整量の誤差であり、εは一定であるので、角度θが大きいほどフォーカス調整の精度が高くなることが分かる。例えば、カメラモジュール２の画素ピッチε＝１．４μｍとすると、角度θとフォーカス調整量の誤差との関係は、下記の表１のようになる。
【００７０】
【表１】
【００７１】
例えば、角度θが１５ｄｅｇ以上であれば、フォーカス調整は、約５μｍ以下の精度で実施できる。フォーカスレンズの製造誤差に関して、モバイル機器向けのフォーカスレンズでは、製造誤差による画角誤差は、一般的に±２ｄｅｇ以下であるため、半画角である角度θの誤差は±１ｄｅｇ以下となる。
【００７２】
さらに、θ＝２５ｄｅｇの場合、製造誤差によりθ＝２６（２５＋１）ｄｅｇとなったとしても、フォーカス調整量の誤差は０．１μｍ程度であり、高精度のフォーカス調整を実現できる。
【００７３】
（狭開口化による精度向上）
上述のように、チャート６の写像は、通常、ボケた状態で像面２２に映し出されるデフォーカス像であるため、フォーカス調整量に誤差が生じる。そこで、下記のように、フォーカスレンズ２１の開口径を、カメラモジュール２で設定されている開口径よりも擬似的に狭くすることが望ましい。これにより、被写界深度が大きくなるので、写像のボケ量を小さくして、フォーカス調整量の誤差を小さくすることができる。
【００７４】
図９は、フォーカスレンズ２１の開口径を縮小する構成例示す断面図である。カメラモジュール２の設計上の開口径Ａ１は、フレーム２３によって規定されている。ここで、フォーカス調整時に、Ａ１よりも小さいＡ２の開口径を有するフレーム８を、フレーム２３に重ねる。このフレーム８は、特許請求の範囲に記載の開口径縮小手段に相当する治具であり、フレーム８によってフォーカスレンズ２１に向かう光のうち、設計上の開口径の比較的外側の光線を遮蔽する。
【００７５】
これにより、被写界深度が大きくなるので、チャート６の写像のボケ量を小さくして、上述の距離ｙの検出精度を向上させることができる。よって、フォーカス調整量の誤差（上述のｄｚ’−ｄｚ”）を小さくすることができる。
【００７６】
なお、開口径を絞るとフォーカスレンズ２１に入射する光量が減少するため、開口径の絞り量は、個体撮像素子の感度に応じて適宜設定される。
【００７７】
（ソフトウェアによる実施例）
カメラモジュール製造装置１のパソコン４の各ブロック、すなわち検出部４１、演算部４２およびフォーカス調整部４３は、集積回路（ＩＣチップ）上に形成された論理回路によってハードウェア的に実現してもよいし、ＣＰＵ(Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ)を用いてソフトウェア的に実現してもよい。
【００７８】
後者の場合、パソコン４は、各機能を実現するプログラムの命令を実行するＣＰＵ、上記プログラムを格納したＲＯＭ(Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ)、上記プログラムを展開するＲＡＭ(Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ)、上記プログラムおよび各種データを格納するメモリ等の記憶装置（記録媒体）などを備えている。そして、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアであるフォーカス調整プログラムのプログラムコード（実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム）をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、パソコン４に供給し、そのコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成可能である。
【００７９】
上記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ類、フロッピー（登録商標）ディスク／ハードディスク等の磁気ディスクやＣＤ−ＲＯＭ／ＭＯ／ＭＤ／ＤＶＤ／ＣＤ−Ｒ等の光ディスクを含むディスク類、ＩＣカード（メモリカードを含む）／光カード等のカード類、マスクＲＯＭ／ＥＰＲＯＭ／ＥＥＰＲＯＭ／フラッシュＲＯＭ等の半導体メモリ類、あるいはＰＬＤ(Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｄｅｖｉｃｅ)やＦＰＧＡ(Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ)等の論理回路類などを用いることができる。
【００８０】
また、パソコン４を通信ネットワークと接続可能に構成し、上記プログラムコードを通信ネットワークを介して供給してもよい。この通信ネットワークは、プログラムコードを伝送可能であればよく、特に限定されない。例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、ＬＡＮ、ＩＳＤＮ、ＶＡＮ、ＣＡＴＶ通信網、仮想専用網(Ｖｉｒｔｕａｌ Ｐｒｉｖａｔｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ)、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、この通信ネットワークを構成する伝送媒体も、プログラムコードを伝送可能な媒体であればよく、特定の構成または種類のものに限定されない。例えば、ＩＥＥＥ１３９４、ＵＳＢ、電力線搬送、ケーブルＴＶ回線、電話線、ＡＤＳＬ(Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｌｉｎｅ)回線等の有線でも、ＩｒＤＡやリモコンのような赤外線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＩＥＥＥ８０２．１１無線、ＨＤＲ(Ｈｉｇｈ Ｄａｔａ Ｒａｔｅ)、ＮＦＣ(ＮｅａｒＦｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ)、ＤＬＮＡ(Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｖｉｎｇ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ａｌｌｉａｎｃｅ)、携帯電話機網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。なお、本発明は、上記プログラムコードが電子的な伝送で具現化された、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態でも実現され得る。
【００８１】
（付記事項）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明は、最適物体距離が比較的遠距離のカメラモジュールの製造に特に好適である。
【符号の説明】
【００８３】
１ カメラモジュール製造装置
２ カメラモジュール
３ ソケットボード
４ パソコン
５ 搬送装置
６ チャート（光遮蔽手段）
６ａ チャート（光遮蔽手段）
６ｂ チャート（光遮蔽手段）
６ｃ チャート（光遮蔽手段）
７ フォーカスレンズ駆動装置
８ フレーム（開口径縮小手段）
２１ フォーカスレンズ
２２ 像面
２３ フレーム
４１ 検出部（検出手段）
４２ 演算部（演算手段）
４３ フォーカス調整部（位置調整手段）
６１ 開口
６２ 開口
Ａ１ 開口径
Ａ２ 開口径
Ｆ１ 最良像面位置
Ｆ２ 結像位置
Ｙ１ 位置
Ｙ２ 位置
Ｙ２ａ 位置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラモジュールの製造に関し、特に、フォーカスレンズの位置調整に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機等のモバイル機器において静止画または動画を撮像するためのカメラモジュールの搭載率が高まっており、カメラモジュールの需要増加の要因となっている。携帯電話機等に搭載されるカメラモジュールは、近年、画質向上等の観点から、高画素化及び高性能化、高機能化が求められており、カメラモジュールのフォーカスレンズのピント調整を最適に行うことが求められている。尚、特に、モバイル機器に搭載されるカメラモジュールの場合、通常、少なくとも無限遠または所定の接写距離（以下、「最適物体距離」とする）にピントを合わせることを想定して製造されており、製造時に、良好にピントを調整することが求められている。カメラモジュールの生産過程では、ＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）センサや、ＣＭＯＳ（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサなどの受光センサ（個体撮像素子）とレンズとのアセンブリの際に、センサの受光像面位置とレンズとの光軸方向における相対関係を調整するプロセスを必要とする。
【０００３】
製造時におけるピントの調整は、一般的に、作業者が、テスタの表示部に表示されたカメラモジュールの撮像画像を目視により確認しながら、マニュアル操作によりカメラモジュールのフォーカスレンズを光軸方向に沿って移動させ、ピントが合う位置に調整していた。または、作業者が、マニュアル操作により、テスタの表示部に表示された撮像画像の鮮鋭度を示すインジケータを確認しながら、ピントの調整を行っていた。
【０００４】
しかし、作業者によりマニュアル操作でピントを調整する場合には、高額な人件費により製造コストが飛躍的に増大するという問題があった。また、作業者によって、ピントの調整精度が異なる、即ち、作業者によってカメラモジュールの品質が影響を受け、品質の安定性を十分に図ることが困難であるという問題があった。
【０００５】
これに対し、下記の特許文献１には、フォーカスレンズの位置情報と合焦度との関係を示す近似曲線から合焦度が最大となる最適位置情報を求め、フォーカスレンズの位置を調整するフォーカス調整装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−３１５２号公報（２００９年１月８日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示されているフォーカス調整装置では、近似曲線を得るためにフォーカス調整位置の異なる数個の撮像を必要とするため、調整に多大な時間を要する。また、上記フォーカス調整装置では、装置内に配置された物体に対してピント調整を行っているため、調整対象であるカメラモジュールの最適物体距離が変更される毎に、装置内の上記物体の位置を変更する必要があるため、装置の大掛かりな改造を要する。さらに、カメラモジュールの最適物体距離が比較的遠距離である場合、フォーカス調整装置のサイズが大きくなるため、カメラモジュールの生産設備の大型化を招く。
【０００８】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、生産効率が高く、かつ、コンパクトに実現可能なフォーカス調整装置およびフォーカス調整方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明に係るフォーカス調整装置は、カメラモジュールのフォーカスレンズの像面に対する相対位置を調整する位置調整手段を備えるフォーカス調整装置であって、位置調整前において、上記フォーカスレンズの中心を通り、上記フォーカスレンズの光軸に対して角度θをなす直線が上記像面と交わる位置と、上記光軸と上記像面とが交わる位置との距離ｙを検出する検出手段と、上記カメラモジュールに適用される最適物体距離をａ、上記フォーカスレンズの焦点距離をｆとして、下記の式（１）で求められる距離ｄｚを演算する演算手段とを備え、上記位置調整手段は、上記フォーカスレンズと上記像面との相対距離を距離ｄｚだけ短縮させることを特徴としている。
【００１０】
【数１】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明に係るフォーカス調整方法は、カメラモジュールのフォーカスレンズの像面に対する相対位置を調整する位置調整工程を有するフォーカス調整方法であって、上記位置調整工程の前において、上記フォーカスレンズの中心を通り、上記フォーカスレンズの光軸に対して角度θをなす直線が上記像面と交わる位置と、上記光軸と上記像面とが交わる位置との距離ｙを検出する検出工程と、上記カメラモジュールに適用される最適物体距離をａ、上記フォーカスレンズの焦点距離をｆとして、下記の式（１）で求められる距離ｄｚを演算する演算工程とを有し、上記位置調整工程では、上記フォーカスレンズと上記像面との相対距離を距離ｄｚだけ短縮させることを特徴としている。
【００１２】
【数１】
【００１３】
上記の構成によれば、角度θ、距離ｙ、最適物体距離ａおよび焦点距離ｆから距離ｄｚが演算され、フォーカスレンズと上記像面との相対距離が距離ｄｚだけ短縮されることにより、フォーカスレンズを最良像面位置に調整することができる。すなわち、一回の演算でフォーカス調整量を算出できるため、任意の最適物体距離に対するフォーカス調整を短時間で実施することができる。
【００１４】
距離ｙは、例えば、所定の形状を有するチャート（光遮蔽手段）や、フォーカスレンズの光軸に対して角度θで入射するレーザ光を出射するレーザ光源（光出射手段）を設けて、像面に映る写像に基づいて検出される。このとき、チャートやレーザ光源は、カメラモジュールの最適物体距離よりも近距離に設置することができるので、装置の小型化を容易に図ることができる。
【００１５】
したがって、生産効率が高く、かつ、コンパクトに実現可能なフォーカス調整装置およびフォーカス調整方法を提供することができる。
【００１６】
本発明に係るフォーカス調整装置では、上記フォーカスレンズから上記光軸の方向に離間した光遮蔽手段を備え、上記光遮蔽手段の特定の縁と上記フォーカスレンズの中心とを結ぶ直線は、上記光軸に対して角度θをなし、上記検出手段は、上記像面に映る上記光遮蔽手段の写像の、上記特定の縁に対応する位置と、上記光軸との距離を距離ｙとして検出することが好ましい。
【００１７】
上記の構成によれば、光遮蔽手段をカメラモジュールの最適物体距離よりも近距離に設置することができるので、フォーカス調整装置の小型化を容易に図ることができる。
【００１８】
本発明に係るフォーカス調整装置では、上記光軸に対して角度θで上記フォーカスレンズの中心を通過する光を出射する光出射手段を備え、上記検出手段は、上記光が上記像面に到達する位置と上記フォーカスレンズの光軸と上記像面とが交わる位置との距離を距離ｙとして検出することが好ましい。
【００１９】
上記の構成によれば、光出射手段をカメラモジュールの最適物体距離よりも近距離に設置することができるので、フォーカス調整装置の小型化を容易に図ることができる。
【００２０】
本発明に係るフォーカス調整装置では、上記フォーカスレンズの開口径を、上記カメラモジュールの設計上の開口径よりも小さくする開口径縮小手段を備えることが好ましい。
【００２１】
上記の構成によれば、フォーカス調整中に、フォーカスレンズの開口径を小さくすることにより、被写界深度が大きくなるので、写像のボケ量が小さくなる。よって、距離ｙの検出精度を向上させて、フォーカス調整量の誤差を小さくすることができる。
【００２２】
本発明に係るカメラモジュール製造装置は、上記のフォーカス調整装置を備えることを特徴としている。
【００２３】
上記の構成によれば、上記のフォーカス調整装置は、フォーカス調整時間が短くコンパクトであるため、カメラモジュール製造装置の生産効率の向上、および小型化を容易に図ることができる。
【００２４】
本発明に係るカメラモジュールの製造方法は、フォーカスレンズとフォーカスレンズの像面に設けられる個体撮像素子とをアセンブリするアセンブリ工程を有するカメラモジュールの製造方法であって、上記アセンブリ工程は、上記のフォーカス調整方法の上記検出工程、上記演算工程および上記位置調整工程を含むことを特徴としている。
【００２５】
上記の構成によれば、カメラモジュールの製造を、高効率でコンパクトに実現することができる。
【００２６】
なお、上記フォーカス調整装置は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを上記記フォーカス調整装置の上記検出手段、上記演算手段および上記位置調整手段としてコンピュータを機能させるためのフォーカス調整プログラム、及び当該フォーカス調整プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も本発明に含まれる。
【発明の効果】
【００２７】
以上のように、本発明に係るフォーカス調整装置は、カメラモジュールのフォーカスレンズの像面に対する相対位置を調整する位置調整手段を備えるフォーカス調整装置であって、位置調整前において、上記フォーカスレンズの中心を通り、上記フォーカスレンズの光軸に対して角度θをなす直線が上記像面と交わる位置と、上記光軸と上記像面とが交わる位置との距離ｙを検出する検出手段と、上記カメラモジュールに適用される最適物体距離をａ、上記フォーカスレンズの焦点距離をｆとして、下記の式（１）で求められる距離ｄｚを演算する演算手段とを備え、上記位置調整手段は、上記フォーカスレンズと上記像面との相対距離を距離ｄｚだけ短縮させる構成である。
【００２８】
【数１】
【００２９】
また、本発明に係るフォーカス調整方法は、カメラモジュールのフォーカスレンズの像面に対する相対位置を調整する位置調整工程を有するフォーカス調整方法であって、上記位置調整工程の前において、上記フォーカスレンズの中心を通り、上記フォーカスレンズの光軸に対して角度θをなす直線が上記像面と交わる位置と、上記光軸と上記像面とが交わる位置との距離ｙを検出する検出工程と、上記カメラモジュールに適用される最適物体距離をａ、上記フォーカスレンズの焦点距離をｆとして、下記の式（１）で求められる距離ｄｚを演算する演算工程とを有し、上記位置調整工程では、上記フォーカスレンズと上記像面との相対距離を距離ｄｚだけ短縮させる構成である。
【００３０】
【数１】
【００３１】
したがって、生産効率が高く、かつ、コンパクトに実現可能なフォーカス調整装置およびフォーカス調整方法を提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態に係るカメラモジュール製造装置の一部の概略構成を示す図である。
【図２】上記カメラモジュール製造装置に設けられるチャートの一例を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係るフォーカス調整装置の概略構成を示すブロック図である。
【図４】カメラモジュールおよびチャートの位置関係を示す断面図である。
【図５】図２に示すチャートの撮像画像データを示す図である。
【図６】チャートの他の例を示す図である。
【図７】図６に示すチャートの撮像画像データを示す図である。
【図８】チャートの他の例を示す図であり、（ａ）は、円形のチャートを示しており、（ｂ）は、矩形のチャートを示している。
【図９】フォーカスレンズの開口径を縮小する構成例示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明の実施の一形態について図１〜図９に基づいて説明すれば以下のとおりである。
【００３４】
（カメラモジュール製造装置の構成）
図１は、本実施形態に係るカメラモジュール製造装置１の一部の概略構成を示す図である。カメラモジュール製造装置１は、カメラモジュール２を製造するための装置であり、図１では、カメラモジュール製造装置１を構成する部材のうち、ソケットボード３、パソコン４、搬送装置５およびチャート６が示されている。
【００３５】
ソケットボード３は、カメラモジュール２の個体撮像素子が撮像した撮像画像データをパソコン４に転送するものである。
【００３６】
パソコン４は、この撮像画像データおよびカメラモジュール２に適用される最適物体距離に応じて、フォーカスレンズの像面に対する相対距離の調整量を演算する。ここで、最適物体距離とは、カメラモジュール２の合焦状態が最大になる物体の距離として製造時にあらかじめ設定されている距離であり、カメラモジュール２の種類毎に最適物体距離は異なる。
【００３７】
パソコン４において演算されたフォーカスレンズの像面に対する相対距離の調整量に基づいて、後述するカメラモジュール２のフォーカスレンズ駆動装置が、フォーカスレンズを移動させる。これにより、最適物体距離に応じたフォーカスレンズの位置が調整される。
【００３８】
ソケットボード３は、カメラモジュール２を搬送する搬送装置５の近傍に設置されている。各カメラモジュール２は、フォーカスレンズとフォーカスレンズの像面に設けられる個体撮像素子とをアセンブリされた状態で搬送され、ソケットボード３に最も接近する位置（フォーカス調整位置とする）において、順次フォーカス調整される。また、フォーカス調整位置には、カメラモジュール２のフォーカスレンズの光軸方向に離間したチャート６が設けられている。
【００３９】
チャート６は、特許請求の範囲に記載の光遮蔽手段に相当するものであり、例えば、図２に示すような、中央部に円形の開口６１を有する黒色の板である。図１に示すように、チャート６は、開口６１とフォーカス調整位置にあるカメラモジュール２のフォーカスレンズとが対向するように設けられる。これにより、主に開口６１を通過した光がカメラモジュール２のフォーカスレンズに入射する。
【００４０】
図１に示すカメラモジュール製造装置１を構成する部材の中で、ソケットボード３、パソコン４およびチャート６が、本発明に係るフォーカス調整装置に含まれる。
【００４１】
図３は、上記フォーカス調整装置の概略構成を示すブロック図である。フォーカス調整装置は、ソケットボード３、パソコン４、チャート６およびフォーカスレンズ駆動装置７を備えている。
【００４２】
パソコン４は、検出部４１、演算部４２およびフォーカス調整部４３を備えている。パソコン４に形成されるこれらの機能ブロックは、フォーカス調整プログラムをパソコン４において実行することにより形成される。
【００４３】
カメラモジュール２の個体撮像素子が撮像した撮像画像データは、ソケットボード３からパソコン４の検出部４１に転送される。検出部４１は、特許請求の範囲に記載の検出手段に相当するものであり、当該撮像画像データから後述する「距離ｙ」を検出する。演算部４２は、特許請求の範囲に記載の演算手段に相当するものであり、検出された距離ｙから、フォーカス調整量である「距離ｄｚ」を算出する。フォーカス調整部４３は、特許請求の範囲に記載の位置調整手段手段に相当するものであり、算出された距離ｄｚだけカメラモジュール２のフォーカスレンズと像面との相対位置を変化させるように、フォーカスレンズ駆動装置７に指示する。
【００４４】
（フォーカス調整のための演算）
続いて、本実施形態におけるフォーカスレンズのフォーカス調整のための演算について、具体的に説明する。
【００４５】
図４は、カメラモジュール２およびチャート６の位置関係を示す断面図である。図４における左右方向は、図１における上下方向に相当する。
【００４６】
図４に示すように、カメラモジュール２のフォーカスレンズ２１とチャート６の開口６１とが対向しており、開口６１の中心はフォーカスレンズ２１の光軸上に位置している。
【００４７】
フォーカスレンズ２１の像面２２には、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどの個体撮像素子が配置されている。チャート６の開口６１の写像は、像面２２に映し出され、個体撮像素子によって光電変換される。これにより、図５に示すような撮像画像データが生成される。この撮像画像データは、ソケットボード３からパソコン４に送られる。
【００４８】
ここで、図４に示すように、フォーカスレンズ２１の光軸と像面２２との交点を位置Ｙ１とする。また、開口６１の縁とフォーカスレンズ２１の中心とを結ぶ直線が、フォーカスレンズ２１の光軸に対して角度θをなすように、フォーカスレンズ２１とチャート６との距離および開口６１の大きさが設定されている。フォーカス位置調整前における、当該直線と像面２２との交点を位置Ｙ２とする。このとき、位置Ｙ１と位置Ｙ２との距離をｙとする。
【００４９】
また、カメラモジュール２の製造時に設定される最適物体距離をａ、最適物体距離ａにおけるフォーカスレンズ２１の最良像面位置Ｆ１とフォーカスレンズ２１の主平面との距離をｂ、フォーカス位置調整前における像面２２と上記最良像面位置との距離をｄｚとすると、
ｙ＝（ｂ＋ｄｚ）×ｔａｎθ
となる。また、フォーカスレンズ２１の焦点距離をｆとすると、写像公式より、
（１／ａ）＋（１／ｂ）＝１／ｆ
となる。
【００５０】
これらの式から、
【００５１】
【数１】
【００５２】
が成り立つ。
【００５３】
本実施形態に係るフォーカス調整工程において、距離ｙが、図５に示す撮像画像データに基づいて、図３に示すパソコン４の検出部４１によって検出される（検出工程）。また、最適物体距離ａ、焦点距離ｆおよび角度θは、パソコン４にあらかじめ記憶されている。これにより、パソコンの演算部４２は、式（１）から、距離ｄｚを演算し（演算工程）、フォーカス調整部４３が、距離ｄｚだけフォーカスレンズ２１と像面２２との相対距離を短縮させるように、フォーカスレンズ駆動装置７を制御する（位置調整工程）。言い換えると、距離ｄｚが正の値の場合、フォーカスレンズ２１と像面２２とを距離ｄｚだけ近づけるように調整され、距離ｄｚが負の値の場合、フォーカスレンズ２１と像面２２とをｄｚの絶対値の距離だけ離れるように調整される。この調整において、フォーカスレンズ２１を移動させてもよいし、像面２２を移動させてもよい。これにより、フォーカスレンズ２１の位置がカメラモジュール２の最適物体距離ａにおける最良像面位置Ｆ１となるように調整される。
【００５４】
以上のように、本実施形態では、フォーカス調整前において、フォーカスレンズ２１の中心を通り、フォーカスレンズ２１の光軸に対して角度θをなす直線が像面２２と交わる位置Ｙ２と、上記光軸と像面２２とが交わる位置Ｙ２との距離ｙを検出し、式（１）で求められる距離ｄｚを算出し、フォーカスレンズ２１と像面２２との相対距離を距離ｄｚだけ短縮させることにより、フォーカス調整を行う。すなわち、一回の演算でフォーカス調整の距離を算出できるため、任意の最適物体距離に対するフォーカス調整を短時間で実施することができる。
【００５５】
また、チャート６をカメラモジュール２の最適物体距離にかかわらず、チャート６の位置は、開口６１の縁を通る軸外光線経路が、フォーカスレンズ２１の光軸に対して角度θをなすように設定すればよい。すなわち、チャート６をカメラモジュール２の最適物体距離に設置する必要はなく、チャート６をフォーカス調整位置にあるカメラモジュール２から比較的近距離（例えば１０〜５０ｃｍ）に設置することができる。
【００５６】
したがって、生産効率が高く、かつ、コンパクトなフォーカス調整装置を実現することができる。
【００５７】
なお、上記の角度θの値も０ｄｅｇ＜θ＜９０ｄｅｇを満たすのであれば、特に限定されない。なお、角度θが大きいほど、フォーカス位置調整の精度は向上するが、製造誤差による収差が増大する。また、チャート６とカメラモジュール２との距離が近すぎると、ディスとーションなどの収差が大きくなる。フォーカス位置調整の精度については、後述する。
【００５８】
（変形例）
上記では、フォーカス調整前において、フォーカスレンズ２１の中心を通り、フォーカスレンズ２１の光軸に対して角度θをなす直線が像面２２と交わる位置Ｙ２と、上記光軸と像面２２とが交わる位置Ｙ２との距離ｙを検出するために、円形の開口６１を有するチャート６を用いていたが、距離ｙの検出方法は、これに限定されない。チャートの開口の形状は特に限定されず、例えば、図６に示すように、矩形の開口６２を有するチャート６ａを用いてもよい。
【００５９】
この場合、図７に示すように、像面２２に映し出される開口６２の写像も矩形となるため、フォーカスレンズ２１の光軸と像面２２とが交わる位置Ｙ１と、写像の外縁との距離は一定ではない。そのため、チャート６ａを使用する場合、例えば、開口６２の写像のうち、開口６２の特定の縁６２ａに対応する位置Ｙ２ａと、上記位置Ｙ１との距離を、上記演算で用いられる距離ｙとしてもよい。このとき、縁６２ａとフォーカスレンズ２１の中心とを結ぶ直線と、フォーカスレンズ２１の光軸とがなす角度を、上記演算で用いられる角度θとする。これにより、上記式（１）から距離ｄｚが算出される。
【００６０】
あるいは、開口６２の複数の縁について、上記式（１）を用いて距離ｄｚを算出し、算出された各距離ｄｚを平均した値を、フォーカス調整に用いてもよい。
【００６１】
また、上記では、距離ｙをチャートの開口の写像に基づいて検出したが、チャートの形状は、これに限定されない。例えば、図８（ａ）に示す、黒色の円板状のチャート６ｂや、図８（ｂ）に示す、黒色の矩形状のチャート６ｃを用いてもよい。これらのチャート６ｂ・６ｃを用いた場合であっても、像面２２に映し出される写像に基づいて、距離ｙを検出することができる。なお、チャートの形状は、円形および矩形に限定されない。
【００６２】
さらに、チャートの代わりにレーザ光源（光出射手段）を用いることで距離ｄｚを得ることができる。この場合、レーザ光源から、フォーカスレンズ２１の光軸に対して角度θでフォーカスレンズ２１の中心を通過するレーザ光を出射し、このレーザ光が像面２２に到達する位置と位置Ｙ１との距離を、距離ｙとして検出する。また、レーザ光は、指向性を有するので、後述するフォーカス調整量の誤差が少ないという利点がある。この構成においても、レーザ光源の位置は、特に制限されず、カメラモジュール２の最適物体距離よりも近距離であってもよい。したがって、フォーカス調整装置の小型化を図ることができる。
【００６３】
なお、距離ｙを検出するために用いられる光は、指向性を有する光であれば、レーザ光に限定されない。
【００６４】
このように、本実施形態では、フォーカス調整前において、フォーカスレンズ２１の中心を通り、フォーカスレンズ２１の光軸に対して角度θをなす直線が像面２２と交わる位置Ｙ２と、上記光軸と像面２２とが交わる位置Ｙ２との距離ｙを検出できれば、フォーカスレンズ２１を最適物体距離ａにおける最良像面位置に調整することができ、距離ｙを検出方法は、特に限定されない。
【００６５】
（フォーカス調整の精度）
図２に示すように、チャート６の開口６１の縁を通り、フォーカスレンズ２１を通過した光は、結像位置Ｆ２において収束する。フォーカス調整前における像面２２の位置が結像位置Ｆ２と偶然重なっていた場合を除き、結像位置Ｆ２と像面２２の位置とは、通常は一致しない。そのため、図５に示す写像は、外縁がボケた状態となり、距離ｙの検出に誤差が生じる。
【００６６】
ここで、画素ピッチ（個体撮像素子間の距離）をε（μｍ）とし、写像のボケ幅が、ε以下であると仮定すると、距離ｙの検出誤差はεとなる。すなわち、検出される距離ｙの最大値をｙ’、検出される距離ｙの最小値をｙ”とすると、
ε＝ｙ’−ｙ” ・・・式（２）
となる。ここで、上記の式（１）より、
【００６７】
【数２】
【００６８】
となる。よって、距離ｙ’に基づいて算出された距離ｄｚを距離ｄｚ’、距離ｙ”に基づいて算出された距離ｄｚを距離ｄｚ”とすると、
ｙ’−ｙ”＝（ｄｚ’−ｄｚ”）×ｔａｎθ
となり、式（２）より、
ｄｚ’−ｄｚ”＝ε／ｔａｎθ ・・・式（３）
が成り立つ。
【００６９】
ｄｚ’−ｄｚ”は、フォーカスレンズ２１のフォーカス調整量の誤差であり、εは一定であるので、角度θが大きいほどフォーカス調整の精度が高くなることが分かる。例えば、カメラモジュール２の画素ピッチε＝１．４μｍとすると、角度θとフォーカス調整量の誤差との関係は、下記の表１のようになる。
【００７０】
【表１】
【００７１】
例えば、角度θが１５ｄｅｇ以上であれば、フォーカス調整は、約５μｍ以下の精度で実施できる。フォーカスレンズの製造誤差に関して、モバイル機器向けのフォーカスレンズでは、製造誤差による画角誤差は、一般的に±２ｄｅｇ以下であるため、半画角である角度θの誤差は±１ｄｅｇ以下となる。
【００７２】
さらに、θ＝２５ｄｅｇの場合、製造誤差によりθ＝２６（２５＋１）ｄｅｇとなったとしても、フォーカス調整量の誤差は０．１μｍ程度であり、高精度のフォーカス調整を実現できる。
【００７３】
（狭開口化による精度向上）
上述のように、チャート６の写像は、通常、ボケた状態で像面２２に映し出されるデフォーカス像であるため、フォーカス調整量に誤差が生じる。そこで、下記のように、フォーカスレンズ２１の開口径を、カメラモジュール２で設定されている開口径よりも擬似的に狭くすることが望ましい。これにより、被写界深度が大きくなるので、写像のボケ量を小さくして、フォーカス調整量の誤差を小さくすることができる。
【００７４】
図９は、フォーカスレンズ２１の開口径を縮小する構成例示す断面図である。カメラモジュール２の設計上の開口径Ａ１は、フレーム２３によって規定されている。ここで、フォーカス調整時に、Ａ１よりも小さいＡ２の開口径を有するフレーム８を、フレーム２３に重ねる。このフレーム８は、特許請求の範囲に記載の開口径縮小手段に相当する治具であり、フレーム８によってフォーカスレンズ２１に向かう光のうち、設計上の開口径の比較的外側の光線を遮蔽する。
【００７５】
これにより、被写界深度が大きくなるので、チャート６の写像のボケ量を小さくして、上述の距離ｙの検出精度を向上させることができる。よって、フォーカス調整量の誤差（上述のｄｚ’−ｄｚ”）を小さくすることができる。
【００７６】
なお、開口径を絞るとフォーカスレンズ２１に入射する光量が減少するため、開口径の絞り量は、個体撮像素子の感度に応じて適宜設定される。
【００７７】
（ソフトウェアによる実施例）
カメラモジュール製造装置１のパソコン４の各ブロック、すなわち検出部４１、演算部４２およびフォーカス調整部４３は、集積回路（ＩＣチップ）上に形成された論理回路によってハードウェア的に実現してもよいし、ＣＰＵ(Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ)を用いてソフトウェア的に実現してもよい。
【００７８】
後者の場合、パソコン４は、各機能を実現するプログラムの命令を実行するＣＰＵ、上記プログラムを格納したＲＯＭ(Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ)、上記プログラムを展開するＲＡＭ(Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ)、上記プログラムおよび各種データを格納するメモリ等の記憶装置（記録媒体）などを備えている。そして、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアであるフォーカス調整プログラムのプログラムコード（実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム）をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、パソコン４に供給し、そのコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成可能である。
【００７９】
上記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ類、フロッピー（登録商標）ディスク／ハードディスク等の磁気ディスクやＣＤ−ＲＯＭ／ＭＯ／ＭＤ／ＤＶＤ／ＣＤ−Ｒ等の光ディスクを含むディスク類、ＩＣカード（メモリカードを含む）／光カード等のカード類、マスクＲＯＭ／ＥＰＲＯＭ／ＥＥＰＲＯＭ／フラッシュＲＯＭ等の半導体メモリ類、あるいはＰＬＤ(Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｄｅｖｉｃｅ)やＦＰＧＡ(Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ)等の論理回路類などを用いることができる。
【００８０】
また、パソコン４を通信ネットワークと接続可能に構成し、上記プログラムコードを通信ネットワークを介して供給してもよい。この通信ネットワークは、プログラムコードを伝送可能であればよく、特に限定されない。例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、ＬＡＮ、ＩＳＤＮ、ＶＡＮ、ＣＡＴＶ通信網、仮想専用網(Ｖｉｒｔｕａｌ Ｐｒｉｖａｔｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ)、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、この通信ネットワークを構成する伝送媒体も、プログラムコードを伝送可能な媒体であればよく、特定の構成または種類のものに限定されない。例えば、ＩＥＥＥ１３９４、ＵＳＢ、電力線搬送、ケーブルＴＶ回線、電話線、ＡＤＳＬ(Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｌｉｎｅ)回線等の有線でも、ＩｒＤＡやリモコンのような赤外線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＩＥＥＥ８０２．１１無線、ＨＤＲ(Ｈｉｇｈ Ｄａｔａ Ｒａｔｅ)、ＮＦＣ(ＮｅａｒＦｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ)、ＤＬＮＡ(Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｖｉｎｇ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ａｌｌｉａｎｃｅ)、携帯電話機網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。なお、本発明は、上記プログラムコードが電子的な伝送で具現化された、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態でも実現され得る。
【００８１】
（付記事項）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明は、最適物体距離が比較的遠距離のカメラモジュールの製造に特に好適である。
【符号の説明】
【００８３】
１ カメラモジュール製造装置
２ カメラモジュール
３ ソケットボード
４ パソコン
５ 搬送装置
６ チャート（光遮蔽手段）
６ａ チャート（光遮蔽手段）
６ｂ チャート（光遮蔽手段）
６ｃ チャート（光遮蔽手段）
７ フォーカスレンズ駆動装置
８ フレーム（開口径縮小手段）
２１ フォーカスレンズ
２２ 像面
２３ フレーム
４１ 検出部（検出手段）
４２ 演算部（演算手段）
４３ フォーカス調整部（位置調整手段）
６１ 開口
６２ 開口
Ａ１ 開口径
Ａ２ 開口径
Ｆ１ 最良像面位置
Ｆ２ 結像位置
Ｙ１ 位置
Ｙ２ 位置
Ｙ２ａ 位置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カメラモジュールのフォーカスレンズの像面に対する相対位置を調整する位置調整手段を備えるフォーカス調整装置であって、
位置調整前において、上記フォーカスレンズの中心を通り、上記フォーカスレンズの光軸に対して角度θをなす直線が上記像面と交わる位置と、上記光軸と上記像面とが交わる位置との距離ｙを検出する検出手段と、
上記カメラモジュールに適用される最適物体距離をａ、上記フォーカスレンズの焦点距離をｆとして、下記の式（１）で求められる距離ｄｚを演算する演算手段とを備え、
上記位置調整手段は、上記フォーカスレンズと上記像面との相対距離を距離ｄｚだけ短縮させることを特徴とするフォーカス調整装置。
【数１】
【請求項２】
上記フォーカスレンズから上記光軸の方向に離間した光遮蔽手段を備え、
上記光遮蔽手段の特定の縁と上記フォーカスレンズの中心とを結ぶ直線は、上記光軸に対して角度θをなし、
上記検出手段は、上記像面に映る上記光遮蔽手段の写像の、上記特定の縁に対応する位置と、上記光軸との距離を距離ｙとして検出することを特徴とする請求項１に記載のフォーカス調整装置。
【請求項３】
上記光軸に対して角度θで上記フォーカスレンズの中心を通過する光を出射する光出射手段を備え、
上記検出手段は、上記光が上記像面に到達する位置と上記フォーカスレンズの光軸と上記像面とが交わる位置との距離を距離ｙとして検出することを特徴とする請求項１に記載のフォーカス調整装置。
【請求項４】
上記フォーカスレンズの開口径を、上記カメラモジュールの設計上の開口径よりも小さくする開口径縮小手段を備えることを特徴とする請求項２または３に記載のフォーカス調整装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のフォーカス調整装置を備えるカメラモジュール製造装置。
【請求項６】
カメラモジュールのフォーカスレンズの像面に対する相対位置を調整する位置調整工程を有するフォーカス調整方法であって、
上記位置調整工程の前において、上記フォーカスレンズの中心を通り、上記フォーカスレンズの光軸に対して角度θをなす直線が上記像面と交わる位置と、上記光軸と上記像面とが交わる位置との距離ｙを検出する検出工程と、
上記カメラモジュールに適用される最適物体距離をａ、上記フォーカスレンズの焦点距離をｆとして、下記の式（１）で求められる距離ｄｚを演算する演算工程とを有し、
上記位置調整工程では、上記フォーカスレンズと上記像面との相対距離を距離ｄｚだけ短縮させることを特徴とするフォーカス調整方法。
【数１】
【請求項７】
フォーカスレンズとフォーカスレンズの像面に設けられる個体撮像素子とをアセンブリするアセンブリ工程を有するカメラモジュールの製造方法であって、
上記アセンブリ工程は、請求項６に記載のフォーカス調整方法の上記検出工程、上記演算工程および上記位置調整工程を含むことを特徴とするカメラモジュールの製造方法。
【請求項８】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のフォーカス調整装置の上記検出手段、上記演算手段および上記位置調整手段としてコンピュータを機能させるためのフォーカス調整プログラム。
【請求項９】
請求項８に記載のフォーカス調整プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項１】
カメラモジュールのフォーカスレンズの像面に対する相対位置を調整する位置調整手段を備えるフォーカス調整装置であって、
位置調整前において、上記フォーカスレンズの中心を通り、上記フォーカスレンズの光軸に対して角度θをなす直線が上記像面と交わる位置と、上記光軸と上記像面とが交わる位置との距離ｙを検出する検出手段と、
上記カメラモジュールに適用される最適物体距離をａ、上記フォーカスレンズの焦点距離をｆとして、下記の式（１）で求められる距離ｄｚを演算する演算手段とを備え、
上記位置調整手段は、上記フォーカスレンズと上記像面との相対距離を距離ｄｚだけ短縮させることを特徴とするフォーカス調整装置。
【数１】
【請求項２】
上記フォーカスレンズから上記光軸の方向に離間した光遮蔽手段を備え、
上記光遮蔽手段の特定の縁と上記フォーカスレンズの中心とを結ぶ直線は、上記光軸に対して角度θをなし、
上記検出手段は、上記像面に映る上記光遮蔽手段の写像の、上記特定の縁に対応する位置と、上記光軸との距離を距離ｙとして検出することを特徴とする請求項１に記載のフォーカス調整装置。
【請求項３】
上記光軸に対して角度θで上記フォーカスレンズの中心を通過する光を出射する光出射手段を備え、
上記検出手段は、上記光が上記像面に到達する位置と上記フォーカスレンズの光軸と上記像面とが交わる位置との距離を距離ｙとして検出することを特徴とする請求項１に記載のフォーカス調整装置。
【請求項４】
上記フォーカスレンズの開口径を、上記カメラモジュールの設計上の開口径よりも小さくする開口径縮小手段を備えることを特徴とする請求項２または３に記載のフォーカス調整装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のフォーカス調整装置を備えるカメラモジュール製造装置。
【請求項６】
カメラモジュールのフォーカスレンズの像面に対する相対位置を調整する位置調整工程を有するフォーカス調整方法であって、
上記位置調整工程の前において、上記フォーカスレンズの中心を通り、上記フォーカスレンズの光軸に対して角度θをなす直線が上記像面と交わる位置と、上記光軸と上記像面とが交わる位置との距離ｙを検出する検出工程と、
上記カメラモジュールに適用される最適物体距離をａ、上記フォーカスレンズの焦点距離をｆとして、下記の式（１）で求められる距離ｄｚを演算する演算工程とを有し、
上記位置調整工程では、上記フォーカスレンズと上記像面との相対距離を距離ｄｚだけ短縮させることを特徴とするフォーカス調整方法。
【数１】
【請求項７】
フォーカスレンズとフォーカスレンズの像面に設けられる個体撮像素子とをアセンブリするアセンブリ工程を有するカメラモジュールの製造方法であって、
上記アセンブリ工程は、請求項６に記載のフォーカス調整方法の上記検出工程、上記演算工程および上記位置調整工程を含むことを特徴とするカメラモジュールの製造方法。
【請求項８】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のフォーカス調整装置の上記検出手段、上記演算手段および上記位置調整手段としてコンピュータを機能させるためのフォーカス調整プログラム。
【請求項９】
請求項８に記載のフォーカス調整プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−７９７１（Ｐ２０１３−７９７１Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４２１６７（Ｐ２０１１−１４２１６７）
【出願日】平成２３年６月２７日（２０１１．６．２７）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２７日（２０１１．６．２７）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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