JP2010021985A - 撮像素子の位置調整方法、カメラモジュール製造方法及び装置、カメラモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】カメラモジュールの撮影レンズと撮像素子の位置調整を短時間、かつ高精度に行なう。
【解決手段】レンズ保持機構４４、素子移動機構４５にレンズユニット１５、素子ユニット１６をそれぞれ保持させる。第２スライドステージ７６で素子ユニット１６をＺ軸方向に移動させながら、撮影レンズ６が結像したチャート像を撮像素子１２で撮像し、撮像面１２ａ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。撮像位置毎に得られた合焦座標値を３次元座標系に展開することにより得られる複数の評価点の相対位置から近似結像面を算出し、この近似結像面に撮像面１２ａが一致するように、第２スライドステージ７６及び２軸回転ステージ７４で素子ユニット１６の位置及び傾きを調整する。
【選択図】図５

Description

本発明は、撮影レンズに対する撮像素子の位置を調整する方法と、レンズユニット及び素子ユニットを有するカメラモジュールの製造方法及び装置と、カメラモジュールとに関する。

撮影レンズが組み込まれたレンズユニットと、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子が組み込まれた素子ユニットとを一体化したカメラモジュールが知られている。カメラモジュールは、携帯電話機等の小型電子機器に撮影機能を付与するため、小型電子機器の筐体内に組み込まれている。

従来、カメラモジュールには、１００〜２００万画素程度の低画素数の撮像素子が用いられていた。低画素数の撮像素子は、開口率が高いので、撮影レンズと撮像素子との厳密な位置調整を行わなくても画素数に見合った解像度の画像を得ることができる。しかし、現在のカメラモジュールは、一般的なデジタルカメラと同様に撮像素子の高画素化が進んでおり、例えば３００〜５００万画素の撮像素子を使用したものが増えている。高画素数の撮像素子は、開口率が低くなるので、画素数に見合った解像度の画像を得るには、撮影レンズと撮像素子との厳密な位置調整が必要となる。

素子ユニットに対するレンズユニットの位置調整と、素子ユニットとレンズユニットの固定とを自動的に行うカメラモジュール製造装置及び方法が発明されている（例えば、特許文献１参照）。このカメラモジュール製造方法では、フォーカスの粗調整、あおり調整、フォーカス微調整を行った後、レンズユニットと素子ユニットの固定を行っている。

特許文献１記載のフォーカス粗調整では、レンズユニットと素子ユニットとを初期位置にセットした後、レンズユニットを光軸方向に移動させながら撮像素子に測定用チャートを撮像させ、撮像素子の撮像面上に予め決められた５つの測定点の解像度が最大となる位置を探索し、その位置にレンズユニットを位置決めしている。あおり調整では、各測定点の解像度が所定範囲に収まり、かつほぼ均一化されるようにフィードバック制御してレンズユニットの傾きを調整している。フォーカス微調整では、レンズユニット内でレンズ鏡筒を光軸方向に移動させ、解像度が最大となる位置を探索している。

また、ズームレンズを構成する固定レンズ群の傾きを調整する方法ではあるが、最初に調整目標値を求め、この調整目標値に向けて固定レンズ群の傾きを調整する調整方法が発明されている（例えば、特許文献２参照）。この調整方法では、デフォーカス座標の測定、調整値の算出、固定レンズ群のあおり調整を、調整量の大きさが所定範囲に収まるまで、あるいは一定回数繰り返している。

特許文献２記載のデフォーカス座標の測定では、ズームレンズを望遠側にセットし、至近距離から無限遠までのフォーカス範囲にわたってフォーカス操作を行いながら撮像素子で撮像を行い、この撮像素子の撮像面の第１〜第４象限に設定された４つの測定点ごとにＭＴＦ値（Modulation Transfer Function）がピークとなるデフォーカスカーブを求めている。調整値の算出では、４種類のＭＴＦデフォーカスカーブについて、それぞれのピーク位置の三次元座標を得、そのうちの３点の組み合わせで特定される４種類の平面を算出し、それぞれの平面の法線ベクトルを求めている。さらに、４平面の法線ベクトルを平均した単位法線ベクトルを算出し、これに基づいて固定レンズ群の傾きを合せる目標平面を求め、この目標平面に合致させるための調整量を算出している。また、固定レンズ群のあおり調整では、ズームレンズに設けた調整機構の調整ネジや調整リングを手動で操作している。
特開２００５−１９８１０３号公報 特開２００３−０４３３２８号公報

特許文献１記載の発明では、フォーカスの粗調整、あおり調整、フォーカス微調整を順次行う必要があるので、時間がかかる。また、あおり調整では、フィードバック制御により解像度が最大となる位置を求めてレンズユニットの傾きを調整しているので、やはり調整に時間がかかる。

特許文献２記載の発明では、デフォーカス座標の測定、調整機構の調整を繰り返し行っているので、時間がかかる。また、固定レンズ群のあおり調整を手動で行っているので、調整時間、調整精度等が作業者の技量に影響されてしまう。また、特許文献２には、固定レンズ群のフォーカス調整が記載されていないが、フォーカス調整の工程を付加することにより、さらに時間がかかってしまう。

携帯電話機等に用いられる量産形のカメラモジュールは、短時間で一定の品質を満たす製品を大量に生産しなければならない。そのため、上記特許文献１、２記載の発明は、量産形カメラモジュールの製造に適用することができない。

本発明は、撮影レンズに対する撮像素子の位置調整を短時間で行うことができる撮像素子の位置調整方法等を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の撮像素子の位置調整方法は、合焦座標値取得工程、結像面算出工程、調整値算出工程、調整工程を備えている。合状座標値取得工程は、測定チャートに直交するＺ軸上に撮影レンズと撮影レンズによって結像されるチャート像を撮像する撮像素子とをセットし、Ｚ軸上に予め離散的に設定された複数の測定位置に撮影レンズまたは撮像素子のいずれかを順次に移動して撮像を行っている。次いで、撮像素子の撮像面上に設定された少なくとも５つの撮像位置から得られる撮像信号に基づいて各々の撮像位置での合焦度合を表す個別の合焦評価値を複数の測定位置ごとに算出し、撮像位置の各々について所定の合焦評価値が得られたときのそれぞれのＺ軸上の位置を合焦座標値としている。

結像面算出工程は、撮像面をＺ軸に直交する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ごとに得られたＺ軸上の合焦座標値との組み合わせで表される少なくとも５つの評価点を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たときに、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している。調整値算出工程は、Ｚ軸と近似結像面との交点である結像面座標値と、ＸＹ座標平面に対する近似結像面のＸ軸及びＹ軸回りの回転角度とを算出している。調整工程は、結像面座標値及び回転角度に基づいて撮像素子のＺ軸上での位置とＸ軸及びＹ軸回りの傾きとを調整し、撮像面を近似結像面に一致させている。

合焦座標値取得工程は、撮像位置の各々について、合焦評価値が最大となる測定位置のＺ軸上の位置を合焦座標値としている。これによれば、合焦評価値が最も高いＺ軸上の位置に基づいて、撮像素子の位置を調整することができる。

また、別の合焦座標値取得工程では、撮像位置の各々について、複数の測定位置ごとに算出した各合焦評価値を、Ｚ軸方向において隣り合う測定位置同士で順に比較していき、合焦評価値が所定回数連続して低下したときに、撮影レンズまたは撮像素子の測定位置への移動を中止してもよい。この場合、合焦評価値が低下する前の測定位置のＺ軸上の座標値を合焦座標値とする。これによれば、全ての測定位置で合焦評価値を取得する必要がなくなるので、合焦座標値取得工程にかかる時間を短縮することができる。

さらに別の合焦座標値取得工程では、撮像位置の各々について、複数の測定位置のＺ軸上の座標値と、複数の測定位置に対応する各合焦評価値との組み合わせで表される複数の評価点から近似曲線を生成し、この近似曲線から求められた最大の合焦評価値に対応するＺ軸上の位置を合焦座標値としてもよい。これによれば、各撮像位置の合焦評価値の最大値を実測せずに求めることができるので、最大値を実測する場合に比べて時間を短縮することができる。また、合焦評価値の最大値に基づいて合焦座標値を求めることができるので、調整精度が向上する。

さらにまた別の合焦座標値取得工程では、撮像位置の各々について、予め決められた指定値と複数の測定位置ごとに算出した各合焦評価値との差分をそれぞれ算出し、差分が最小となる測定位置のＺ軸上の座標値を合焦座標値としてもよい。これによれば、各撮像位置の合焦評価値をバランスよく揃えることができるので、画質を向上させることができる。

合焦評価値として、コントラスト伝達関数値を用いるのが好ましい。また、合焦座標値取得工程では、撮像位置の各々について、複数の測定位置ごとに、ＸＹ座標平面上に設定された第１方向とこの第１方向に直交する第２方向のそれぞれについてコントラスト伝達関数値を算出し、かつ撮像位置の各々について、第１方向及び第２方向ごとに個別の第１合焦座標値及び第２合焦座標値を取得してもよい。結像面算出工程では、各撮像位置の第１合焦座標値及び第２合焦座標値から少なくとも１０点の評価点を求め、これらの評価点の相対位置に基づいて近似結像面を算出するのが好ましい。これによれば、各撮像位置において、複数方向でのコントラスト伝達関数値にバラツキがある場合でもバランスのよい近似結像面を得ることができる。また、評価点の増加により、近似結像面の算出精度も向上する。

コントラスト伝達関数値が算出される第１方向及び第２方向として、水平方向及び垂直方向が好ましい。また、撮影レンズの径方向及びこの径方向に直交する直交方向で、コントラスト伝達関数値を求めてもよい。

撮像面上に設定した５つの撮像位置は、例えば、撮像面の中心と、撮像面の４象限上とに１つずつ設定することが好ましい。また、合焦座標値取得工程において、撮像位置の各々に結像されるチャートパターンは、同一であることが好ましい。

調整工程の後に合焦座標値取得工程を行い、撮像位置の各々について、合焦座標値を確認してもよい。また、合焦座標値取得工程、結像面算出工程、調整値算出工程、調整工程を複数回繰り返して、撮像面を近似結像面に一致させてもよい。これによれば、調整精度が向上する。

本発明のカメラモジュール製造方法は、上記撮像素子の位置調整方法を用いて、素子ユニットの位置調整を行っている。

本発明のカメラモジュール製造装置は、測定チャート、レンズユニット保持手段、素子ユニット保持手段、移動手段、素子制御手段、合焦座標値取得手段、結像面算出手段、調整値算出手段、調整手段を備えている。測定チャートには、撮像素子により撮像されるチャートパターンが設けられている。レンズユニット保持手段は、撮影レンズを組み込んだレンズユニットを保持し、測定チャートに直交するＺ軸上にセットしている。素子ユニット保持手段は、撮像素子を組み込んだ素子ユニットを保持してＺ軸上にセットするとともに、素子ユニットのＺ軸上での位置と、Ｚ軸に直交するＸ軸及びＹ軸回りの傾きとを変化させることができる。測定位置移動手段は、Ｚ軸上に予め離散的に設定された複数の測定位置に、撮影レンズまたは撮像素子が順次に移動されるように、レンズユニット保持手段または素子ユニット保持手段のいずれかを移動する。素子制御手段は、測定位置の各々で、撮像素子に撮影レンズにより結像されたチャート像を撮像させる。

合焦座標値取得手段は、撮像素子の撮像面上に設定された少なくとも５つの撮像位置から得られる撮像信号に基づいて各々の撮像位置での合焦度合を表す個別の合焦評価値を複数の測定位置ごとに算出し、撮像位置の各々について所定の合焦評価値が得られたときのそれぞれのＺ軸上の位置を合焦座標値としている。結像面算出手段は、撮像面をＺ軸に直交する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ごとに得られたＺ軸上の合焦座標値との組み合わせで表される少なくとも５つの評価点を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たときに、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している。

調整値算出手段は、Ｚ軸と近似結像面との交点である結像面座標値と、ＸＹ座標平面に対する近似結像面のＸ軸及びＹ軸回りの回転角度とを算出している。調整手段は、結像面座標値及び回転角度に基づいて素子ユニット保持手段を駆動させ、撮像素子のＺ軸上での位置とＸ軸及びＹ軸回りの傾きとを調整し、撮像面を近似結像面に一致させている。

カメラモジュール製造装置には、素子ユニットのＺ軸上での位置と、Ｚ軸に直交するＸ軸及びＹ軸回りの傾きとの調整後に、レンズユニットと素子ユニットとを固定させる固定手段を備えてもよい。

素子ユニット保持手段は、素子ユニットを保持する保持機構と、保持機構をＸ軸及びＹ軸回りで傾ける２軸回転ステージと、２軸回転ステージをＺ軸方向に沿って移動させるスライドステージとから構成している。

素子ユニット保持手段には、撮像素子と素子制御手段とを電気的に接続させる素子接続部を設けてもよい。また、レンズユニット保持手段には、レンズユニット内に組み込まれたオートフォーカス機構と、このオートフォーカス機構を駆動するＡＦドライバとを電気的に接続させるＡＦ接続部を設けてもよい。

チャートパターンは、矩形のチャート面をその中心位置に対してＸ軸方向、Ｙ軸方向及び２つの対角線方向に沿って分割した８つの領域を有し、第１〜第４象限のそれぞれに設けられた２つの領域内に、互いに直交する平行な複数本の線が設けてもよい。これによれば、測定チャートを取り替えることなく、画角の異なる撮像素子を用いたカメラモジュールの製造にも用いることができる。

本発明のカメラモジュールに用いる素子ユニットは、次のような手順で位置調整が行われている。まず、測定チャートに直交するＺ軸上にレンズユニットと素子ユニットとをセットし、Ｚ軸上に予め離散的に設定された複数の測定位置に撮影レンズまたは撮像素子が停止されるように、レンズユニットまたは素子ユニットのいずれかを順次に移動して撮像を行い、撮像素子の撮像面上に設定された少なくとも５つの撮像位置から得られる撮像信号に基づいて各々の撮像位置での合焦度合を表す個別の合焦評価値を複数の測定位置ごとに算出し、撮像位置の各々について所定の合焦評価値が得られたときのそれぞれのＺ軸上の位置を合焦座標値としている。

ついで、撮像面をＺ軸に直交する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ごとに得られたＺ軸上の合焦座標値との組み合わせで表される少なくとも５つの評価点を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たときに、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している。Ｚ軸と近似結像面との交点である結像面座標値と、ＸＹ座標平面に対する近似結像面のＸ軸及びＹ軸回りの回転角度とを算出し、さらに、結像面座標値及び回転角度に基づいて、撮像面が近似結像面に一致するように、前記撮像素子のＺ軸上での位置とＸ軸及びＹ軸回りの傾きとが調整されている。

本発明によれば、撮像素子の撮像面上に設定された各撮像位置の合焦座標値の取得、各合焦座標値からの近似結像面の算出、撮像面を近似結像面に一致させるための調整値の算出、撮像面を近似結像面に一致させる調整を自動的に行うことができ、さらには調整工程では、フォーカス調整とあおり調整とが同時に行われるので、短時間で撮像素子の位置調整を完了させることができる。よって、本発明を量産型カメラモジュールの製造に適用したときの効果は非常に大きく、一定品質以上のカメラモジュールを短時間で大量に生産することができる。

図１、２に示すカメラモジュール２は、例えば、１辺が１０ｍｍ角程度のサイズを有する立方形状である。カメラモジュール２の前面中央には、撮影開口５が形成されている。撮影開口５の奥には、撮影レンズ６が配置されている。撮影開口５の周囲の対角線上には、カメラモジュール２の製造時の位置決めに用いられる３つないしは４つの位置決め面７〜９が設けられている。この位置決め面７〜９のうち、同じ対角線上に位置する２つの位置決め面７、９の略中央には、位置決め面よりも小径の位置決め穴７ａ，９ａが形成されている。これにより、空間上の絶対位置及び傾きを高精度に規制する。

カメラモジュール２の背面には、矩形の開口１１が形成されている。この開口１１は、内蔵されている撮像素子１２の背面に設けられた複数の接点１３を露出させている。

図３に示すように、カメラモジュール２は、撮影レンズ６が組み込まれたレンズユニット１５と、撮像素子１２が組み込まれた素子ユニット１６から構成されている。素子ユニット１６は、レンズユニット１５の背面側に取り付けられている。

図４に示すように、レンズユニット１５は、略筒状に形成されたユニット本体１９と、このユニット本体１９内に組み込まれたレンズ鏡筒２０と、ユニット本体１９の前面側に固着される前カバー２１から構成されている。前カバー２１には、上述した撮影開口５、位置決め面７〜９等が設けられている。ユニット本体１９、レンズ鏡筒２０、前カバー２１は、例えばプラスチックで形成されている。

レンズ鏡筒２０は、円筒状に形成されており、例えば３群構成の撮影レンズ６が組み込まれている。レンズ鏡筒２０は、ユニット本体１９の前面に取り付けられた金属製の板バネ２４に保持されており、板バネ２４の弾性によって光軸Ｓ方向に移動自在となっている。

レンズ鏡筒２０の外周とユニット本体１９の内周には、互いに対峙するように永久磁石２５と電磁石２６とが取り付けられ、オートフォーカス機能を実現している。電磁石２６は、供給される電流の向きが切り換えられることにより極性が変化する。レンズ鏡筒２０は、永久磁石２５が電磁石２６の極性変化に応じて反発または吸引されることにより、光軸Ｓ方向に移動してフォーカスを調整している。電磁石２６に電流を供給する接点２６ａは、例えば、ユニット本体１９の下面から露出するように設けられている。なお、オートフォーカス機能に用いる機構としては、パルスモータ＋送りネジ、ピエゾ振動子による送り機構等も考えられる。

素子ユニット１６は、矩形の枠状に形成された素子枠２９と、撮像面１２ａがレンズユニット１５側を向くように素子枠２９内に取り付けられた撮像素子１２から構成されている。素子枠２９は、例えばプラスチックで形成されている。

素子枠２９の前面側方と、ユニット本体１９の側面及び背面の間の角部には、４つの嵌合片３２と、これらの嵌合片３２が嵌合される凹状の嵌合部３３がそれぞれ設けられている。これらの嵌合片３２及び嵌合部３３の勘合後に、嵌合部３３内に接着剤が充填されることで、レンズユニット１５と素子ユニット１６とが固着される。

ユニット本体１９の両側面の背面側角部には、高さ位置の異なる一対の切欠３６が設けられている。また、素子枠２９の両側面には、一対の平面部３７が設けられている。切欠３６及び平面部３７は、レンズユニット１５と素子ユニット１６との組立時に、両者を位置決めして保持するために用いられる。なお、切欠３６及び平面部３７を設けているのは、ユニット本体１９及び素子枠２９が射出成形により形成され、側面が型抜きのための緩やかなテーパー形状とされるためであり、テーパーの無い面を保持する場合には、設けなくてもよい。

次に、本発明のカメラモジュール製造装置の第１実施形態について説明する。図５に示すカメラモジュール製造装置は、上記レンズユニット１５に対する素子ユニット１６の位置を調整し、調整後に素子ユニット１６をレンズユニット１５に固定する。カメラモジュール製造装置４０は、例えば、チャートユニット４１と、集光ユニット４２と、レンズ位置決めプレート４３と、レンズ保持機構４４と、素子移動機構４５と、接着剤供給器４６と、紫外線ランプ４７と、これらを制御する制御部４８から構成されている。これらは、共通の作業台４９上に設置されている。

チャートユニット４１は、箱状の筐体４１ａと、筐体４１ａ内に嵌合される測定チャート５２と、筐体４１ａ内に組み込まれて測定チャート５２を背面から平行光で照明する光源５３とから構成されている。測定チャート５２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。

図６に示すように、測定チャート５２は矩形状であり、チャートパターンが設けられたチャート面には、中心５２ａと、４象限上の左上、左下、右上、右下とに第１〜第５チャート画像５６〜６０がそれぞれ印刷されている。第１〜第５チャート画像５６〜６０は、全て同一の画像であり、黒色の線を所定間隔で配列させた、いわゆるラダー状のチャートパターンであり、それぞれ水平方向に配列させた水平チャート画像５６ａ〜６０ａと、垂直方向に配列させた垂直チャート画像５６ｂ〜６０ｂから構成されている。

集光ユニット４２は、測定チャート５２の中心５２ａに直交するＺ軸上において、チャートユニット４１に対面するように配置されている。集光ユニット４２は、作業台４９に固定されたブラケット４２ａと、集光レンズ４２ｂから構成されている。集光レンズ４２ｂは、チャートユニット４１から放射された光を集光し、ブラケット４２ａに形成された開口４２ｃを通してレンズユニット１５に入射させる。

レンズ位置決めプレート４３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４２により集光された光を通過させる開口４３ａが設けられている。

図７に示すように、レンズ位置決めプレート４３のレンズ保持機構４４に対する面には、開口４３ａの周囲に３個の当接ピン６３〜６５が設けられている。３個の当接ピン６３〜６５のうち、対角線上に配置された２個の当接ピン６３、６５の先端には、当接ピンよりも小径の挿入ピン６３ａ，６５ａが設けられている。当接ピン６３〜６５は、レンズユニット１５の位置決め面７〜９を受け、挿入ピン６３ａ，６５ａは、位置決め穴７ａ，９ａに挿入されてレンズユニット１５を位置決めする。

レンズ保持機構４４は、Ｚ軸上でチャートユニット４１に前面が向くようにレンズユニット１５を保持する保持プレート６８と、この保持プレート６８をＺ軸方向に移動させる第１スライドステージ６９とから構成されている。図７に示すように、保持プレート６８は、第１スライドステージ６９のステージ部６９ａに保持される水平基部６８ａと、この水平基部６８ａから上方及び水平方向に突設されてレンズユニット１５の一対の切欠３６に嵌合される一対の保持アーム６８ｂとを備えている。

保持プレート６８には、電磁石２６の接点２６ａに接触する複数のプローブピン７０ａを備えた第１プローブユニット７０が取り付けられている。この第１プローブユニット７０は、電磁石２６と、ＡＦドライバ８４（図８参照）とを電気的に接続する。

第１スライドステージ６９は、いわゆる自動精密ステージと呼ばれるもので、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６９ａを水平に移動させる。

素子移動機構４５は、Ｚ軸上でチャートユニット４１に撮像面１２ａが向くように素子ユニット１６を保持するチャックハンド７２と、チャックハンド７２が取り付けられた略クランク状のブラケット７３を保持してＺ軸に直交する２軸の回りで傾きを調整する２軸回転ステージ７４と、２軸回転ステージ７４が取り付けられたブラケット７５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７６とから構成されている。

チャックハンド７２は、図７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７２ａと、これらの挟持部材７２ａ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７２ｂとから構成されている。挟持部材７２ａは、素子枠２９の平面部３７を挟み込んで素子ユニット１６を保持する。また、チャックハンド７２は、撮影レンズ６の光軸中心と撮像面１２ａの中心１２ｂとが略一致するように、挟持部材７２ａに挟持された素子ユニット１６を位置決めする。

２軸回転ステージ７４は、いわゆる自動２軸ゴニオステージと呼ばれるもので、図示しない２つのモータの回転により、撮像面１２ａの中心１２ｂを中心にして、素子ユニット１６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方向で傾ける。これにより、素子ユニット１６を各方向に傾けた際に、撮像面１２ａの中心１２ｂ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７６は、本発明の測定位置移動手段を兼用しており、２軸回転ステージ７４を介して素子ユニット１６をＺ軸方向に移動させる。なお、第２スライドステージ７６は、第１スライドステージ６９とサイズ等が異なる以外はほぼ同様のものなので、詳しい説明は省略する。

２軸回転ステージ７４には、素子ユニット１６の開口１１を通して撮像素子１２の各接点１３に接触する複数のプローブピン７９ａを備えた第２プローブユニット７９が取り付けられている。この第２プローブユニット７９は、撮像素子１２と撮像素子ドライバ８５（図８参照）とを電気的に接続する。

接着剤供給器４６は、素子ユニット１６の位置調整が終了してレンズユニット１５の嵌合部３３に素子ユニット１６の嵌合片３２が嵌合されたときに、嵌合部３３内に紫外線硬化接着剤を供給する。接着剤供給器４６とともに固定手段を構成する紫外線ランプ４７は、嵌合部３３に紫外線を照射して紫外線硬化接着剤を硬化させる。なお、接着剤としては、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８に示すように、上で説明した各部は制御部４８に接続されている。制御部４８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４８には、各種設定を行うキーボードやマウス等の入力装置８１と、設定内容や作業内容、作業結果等が表示されるモニタ８２とが接続されている。

ＡＦドライバ８４は、電磁石２６を駆動する駆動回路であり、第１プローブユニット７０を介して電磁石２６に電流を流している。撮像素子ドライバ８５は、撮像素子１２を駆動する駆動回路であり、第２プローブユニット７９を介して撮像素子１２に制御信号を入力している。

合焦座標値取得回路８７は、図９に示す撮像素子１２の撮像面１２ａ上に設定された第１〜第５撮像位置８９ａ〜８９ｅのＺ軸方向において、合焦度合の高い位置である合焦座標値を取得する。第１〜第５撮像位置８９ａ〜８９ｅは、撮像面１２ａの中心１２ｂと、４象限上の左上、左下、右上、右下とに設定されており、測定チャート５２の第１〜第５チャート画像５６〜６０が撮像可能な位置及び範囲をそれぞれ有している。なお、測定チャート５２は、撮影レンズ６により上下左右が反転して結像されるので、第２〜第５撮像位置８９ｂ〜８９ｅは、それぞれ対角線上の反対側に配置された第２〜第５チャート画像５７〜６０を撮像する。

制御部４８は、第１〜第５撮像位置８９ａ〜８９ｅの合焦座標値を取得する際に、第２スライドステージ７６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に素子ユニット１６を順次に移動させる。また、制御部４８は、撮像素子ドライバ８５を制御し、各測定位置で撮影レンズ６が結像した第１〜第５チャート画像５６〜６０のチャート像を撮像素子１２に撮像させる。

合焦座標値取得回路８７は、第２プローブユニット７９を介して入力された撮像信号から第１〜第５撮像位置８９ａ〜８９ｅに対応する画素の信号を抽出し、その画素信号から第１〜第５撮像位置８９ａ〜８９ｅについて個別の合焦評価値を複数の測定位置ごとに算出し、第１〜第５撮像位置８９ａ〜８９ｅの各々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。

本実施形態では、合焦評価値として、コントラスト伝達関数値（Contrast Transfer Function：以下、ＣＴＦ値と呼ぶ）を用いている。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しているとみなすことができる。ＣＴＦ値は、撮像素子１２から出力された撮像信号の出力値の最大値と最小値との差を、出力値の最大値と最小値との和で除して求められる。例えば撮像信号の出力値の最大値をＰとし、最小値をＱとしたとき、ＣＴＦ値は、以下の式（１）によって算出される。
ＣＴＦ値＝（Ｐ−Ｑ）／（Ｐ＋Ｑ）・・・（１）

合焦座標値取得回路８７は、第１〜第５撮像位置８９ａ〜８９ｅの各々について、Ｚ軸上に設定された複数の測定位置ごとに、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、任意の第１方向とこの第１方向に直交する第２方向であり、例えば本実施形態では、撮像面１２ａ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）のＣＴＦ値であるＨ−ＣＴＦ値及びＶ−ＣＴＦ値をそれぞれ算出する。また、合焦座標値取得回路８７は、第１〜第５撮像位置８９ａ〜８９ｅの各々について、Ｈ−ＣＴＦ値及びＶ−ＣＴＦ値が最大となる測定位置のＺ軸上の座標を水平合焦座標値及び垂直合焦座標値として取得する。

結像面算出回路９２には、合焦座標値取得回路８７から第１〜第５撮像位置８９ａ〜８９ｅ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９２は、撮像面１２ａをＸＹ座標平面に対応させたときの各撮像位置８９ａ〜８９ｅのＸＹ座標値と、それぞれの撮像位置８９ａ〜８９ｅごとに得られた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１０点の評価点を、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。

結像面算出回路９２による近似結像面の算出には、例えば、ａＸ＋ｂＹ＋ｃＺ＋ｄ＝０の式（ａ〜ｄは任意の定数）で表される最小自乗法が用いられている。結像面算出回路９２は、第１〜第５撮像位置８９ａ〜８９ｅのＸＹ座標平面上の座標値と、合焦座標値取得回路８７により求められたＺ軸上の水平合焦座標値または垂直合焦座標値とを上記式に代入して演算することにより、近似結像面を算出する。

調整値算出回路９５には、結像面算出回路９２から近似結像面の情報が入力される。調整値算出回路９５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４８に入力する。制御部４８は、調整値算出回路９５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素子移動機構４５を駆動させ、撮像面１２ａが近似結像面に一致するように素子ユニット１６の位置及び姿勢を調整する。

次に、上記実施形態の作用について、図１０及び１１のフローチャートを参照しながら説明する。まず、レンズ保持機構４４によるレンズユニット１５の保持（Ｓ１）について説明する。制御部４８は、第１スライドステージ６９を制御して保持プレート６８を移動させることにより、レンズ位置決めプレート４３と保持プレート６８との間にレンズユニット１５が挿入可能なスペースを形成している。レンズユニット１５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４３と保持プレート６８との間に移動される。

制御部４８は、光学センサ等でレンズユニット１５の移動を検知し、第１スライドステージ６９のステージ部６９ａをレンズ位置決めプレート４３に近付ける方向に移動させる。保持プレート６８は、一対の保持アーム６８ｂを一対の切欠３６に嵌合させてレンズユニット１５を保持する。第１プローブユニット７０は、接点２６ａに接触して電磁石２６と、ＡＦドライバ８４とを電気的に接続する。

図示しないロボットによるレンズユニット１５の保持解除後、保持プレート６８は更にレンズ位置決めプレート４３に向けて移動され、位置決め面７〜９が当接ピン６３〜６５に当接し、位置決め穴７ａ，９ａに挿入ピン６３ａ，６５ａが挿入される。これにより、レンズユニット１５は、Ｚ軸方向と、Ｘ軸方向及びＹ軸方向とで位置決めされる。なお、位置決め面７〜９及び当接ピン６３〜６５は３個ずつしか設けられておらず、位置決め穴７ａ，９ａ及び挿入ピン６３ａ，６５ａは対角線上に２個しか設けられていないので、レンズユニット１５が誤ってセットされることはない。

次に、素子移動機構４５による素子ユニット１６の保持（Ｓ２）について説明する。制御部４８は、第２スライドステージ７６を制御して２軸回転ステージ７４を移動させることにより、保持プレート６８と２軸回転ステージ７４との間に素子ユニット１６が挿入可能なスペースを形成している。素子ユニット１６は、図示しないロボットにより保持されて、保持プレート６８と２軸回転ステージ７４との間に移動される。

制御部４８は、光学センサ等で素子ユニット１６の移動を検知し、第２スライドステージ７６のステージ部７６ａを保持プレート６８に近付ける方向に移動させる。そして、チャックハンド７２の挟持部材７２ａにより、平面部３７を挟み込ませて素子ユニット１６を保持させる。また、第２プローブユニット７９の各プローブ７９ａが撮像素子１２の各接点１３に接触され、撮像素子１２と制御部４８とが電気的に接続される。その後、図示しないロボットによる素子ユニット１６の保持が解除される。

レンズユニット１５及び素子ユニット１６の保持完了後、撮像面１２ａの第１〜第５撮像位置８９ａ〜８９ｅの水平合焦座標値及び垂直合焦座標値が取得される（Ｓ３）。図１１に示すように、制御部４８は、第２スライドステージ７６を制御して２軸回転ステージ７４をレンズ保持機構４４に近づく方向に移動させ、撮像素子１２がレンズユニット１５に最も近くなる最初の測定位置に素子ユニット１６を移動させる（Ｓ３−１）。

制御部４８は、チャートユニット４１の光源５３を発光させる。また、制御部４８は、ＡＦドライバ８４を制御して、撮影レンズ６を所定の焦点位置に移動させ、撮像素子ドライバ８５を制御して、撮影レンズ６が結像した第１〜第５チャート画像５６〜６０を撮像素子１２に撮像させる（Ｓ３−２）。撮像素子１２から出力された撮像信号は、第２プローブユニット７９を介して合焦座標値取得回路８７に入力される。

合焦座標値取得回路８７は、入力された撮像信号から第１〜第５撮像位置８９ａ〜８９ｅに対応する画素の信号を抽出し、その画素信号から第１〜第５撮像位置８９ａ〜８９ｅについてのＨ−ＣＴＦ値及びＶ−ＣＴＦ値を算出する（Ｓ３−３）。Ｈ−ＣＴＦ値及びＶ−ＣＴＦ値は、例えば、制御部４８内のＲＡＭに記憶される。

制御部４８は、素子ユニット１６をＺ軸方向に沿って設定された複数の測定位置に順次に移動させ、各測定位置で撮像素子１２に測定チャート５２のチャート像を撮像させる。合焦座標値取得回路８７は、各測定位置で第１〜第５撮像位置８９ａ〜８９ｅのＨ−ＣＴＦ値及びＶ−ＣＴＦ値を算出する（Ｓ３−２〜Ｓ３−４）。

図１２、１３のグラフは、第１〜第５撮像位置８９ａ〜８９ｅの各測定位置におけるＨ−ＣＴＦ値であるＨａ１〜Ｈａ５と、Ｖ−ＣＴＦ値であるＶａ１〜Ｖａ５の算出結果の一例を示している。なお、測定位置「０」は、撮影レンズ６による設計上の結像面を表している。合焦座標値取得回路８７は、第１〜第５撮像位置８９ａ〜８９ｅの各々について、算出された複数のＨ−ＣＴＦ値Ｈａ１〜Ｈａ５、及びＶ−ＣＴＦ値Ｖａ１〜Ｖａ５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軸座標を第１〜第５撮像位置８９ａ〜８９ｅの水平合焦座標値及び垂直合焦座標値として取得する（Ｓ３−６）。

図１２、１３に示す例では、Ｈ−ＣＴＦ値ｈａ１〜ｈａ５、及びＶ−ＣＴＦ値ｖａ１〜ｖａ５がそれぞれ最大値となっており、これらのＣＴＦ値に対応する測定位置Ｚ０〜Ｚ５及びＺ０〜Ｚ４のＺ軸座標が、水平合焦座標値及び垂直合焦座標値として取得される。

図１４、１５に示すグラフは、撮像面１２ａをＸＹ座標平面に対応させたときの各撮像位置８９ａ〜８９ｅのＸＹ座標値と、それぞれの撮像位置８９ａ〜８９ｅごとに得られた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１０個の評価点Ｈｂ１〜Ｈｂ５及びＶｂ１〜Ｖｂ５を、ＸＹＺの三次元座標系に展開した状態を示している。これらのグラフから分るように、水平方向の評価点Ｈｂ１〜Ｈｂ５、及び垂直方向のＶｂ１〜Ｖｂ５により表される撮像素子１２の実際の結像面は、各部品の製造誤差、組立誤差により、Ｚ軸の「０」上に形成される設計上の結像面に対してずれてしまう。

合焦座標値取得回路８７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９２に入力される。結像面算出回路９２は、最小自乗法により平面近似された近似結像面を算出する（Ｓ５）。図１６及び１７に示すように、結像面算出回路９２により算出された近似結像面Ｆは、評価点Ｈｂ１〜Ｈｂ５及びＶｂ１〜Ｖｂ５の相対位置に基づいてバランスよく設定されている。

結像面算出回路９２で算出された近似結像面Ｆの情報は、調整値算出回路９５に入力される。図１6及び１7に示すように、調整値算出回路９５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４８に入力する（Ｓ６）。

制御部４８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７４及び第２スライドステージ７６を制御し、撮像面１２ａの中心１２ａが結像面座標値Ｆ１に一致するように、素子ユニット１６をＺ軸方向に移動させ、撮像面１２ａの傾きが近似結像面Ｆに一致するように、素子ユニット１６のθＸ方向及びθＹ方向の角度を調整させる（Ｓ７）。

素子ユニット１６の位置調整後に、第１〜第５撮像位置８９ａ〜８９ｅの合焦位置を確認する確認工程が実施される（Ｓ８）。この確認工程では、上述したＳ３の各工程が再び実行される。

図１８、１９に示すグラフは、確認工程で算出された第１〜第５撮像位置８９ａ〜８９ｅの各測定位置におけるＨ−ＣＴＦ値Ｈｃ１〜Ｈｃ５、及びＶ−ＣＴＦ値Ｖｃ１〜Ｖｃ５の算出結果の一例を表している。このグラフから分るように、素子ユニット１６の位置調整後には、ＣＴＦ値の最大値であるＨ−ＣＴＦ値ｈｃ１〜ｈｃ５及びＶ−ＣＴＦ値ｖｃ１〜ｖｃ５が、それぞれ測定位置Ｚ１〜Ｚ４及びＺ１〜Ｚ３の間に収まるように収束される。

図２０、２１に示すグラフは、Ｈ−ＣＴＦ値ｈｃ１〜ｈｃ５及びＶ−ＣＴＦ値ｖｃ１〜ｖｃ５から求めた水平合焦座標値及び垂直合焦座標値を、ＸＹＺの三次元座標系に評価点ｈｄ１〜ｈｄ５及びｖｄ１〜ｖｄ５として展開した状態を表している。このグラフから分るように、素子ユニット１６の位置調整後には、第１〜第５撮像位置８９ａ〜８９ｅ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４８は、確認工程（Ｓ８）の終了後（Ｓ４）、撮像面１２ａの中心１２ｂが結像面座標値Ｆ１に一致するように素子ユニット１６をＺ軸方向に移動させる（Ｓ９）。また、制御部４８は、接着剤供給部４６から嵌合部３３内に紫外線硬化接着剤を供給させ（Ｓ１０）、紫外線ランプ４７を点灯させて紫外線硬化接着剤を硬化させる（Ｓ１１）。完成したカメラモジュール２は、図示しないロボットによりカメラモジュール製造装置４０から取り出される（Ｓ１２）。

以上説明したように、素子ユニット１６は、撮像面１２ａが近似結像面Ｆに一致するように位置調整されるので、高解像度の画像を得ることができる。また、第１〜第５撮像位置８９ａ〜８９ｅの合焦座標値の取得、近似結像面の算出、近似結像面に基づく調整値の算出、フォーカス調整及びあおり調整、レンズユニット１５及び素子ユニット１６の固定の全工程が自動で行われるので、一定レベル以上の画質を有する量産形のカメラモジュール２を短時間で大量に製造することができる。

以下、本発明の第２〜４実施形態について説明する。なお、上記第１の実施形態と機能・構成上同一のものについては、同符号を付し、詳細な説明を省略する。

本発明の第２実施形態では、図８に示す合焦座標値取得回路８７に代えて、図２２に示す、合焦座標値取得回路１００を用いている。合焦座標値取得回路１００は、第１実施形態の合焦座標値取得回路８７と同様に、複数の測定位置で、第１〜第５撮像位置８９ａ〜８９ｅのＨ−ＣＴＦ値及びＶ−ＣＴＦ値を取得する。また、合焦座標値取得回路１００は、各測定位置で算出されたＨ−ＣＴＦ値及びＶ−ＣＴＦ値を順に比較していくＣＴＦ値比較部１０１を備えている。

制御部４８は、図１０に示すステップＳ３において、合焦座標値取得回路１００及びＣＴＦ値比較部１０１を動作させ、図２３に示す各ステップを実行する。制御部４８は、素子ユニット１６を各測定位置に順次に移動させ、各測定位置で合焦座標値取得回路１００に第１〜第５撮像位置８９ａ〜８９ｅのＨ−ＣＴＦ値及びＶ−ＣＴＦ値を算出させる（Ｓ３−１〜Ｓ３−５、Ｓ２０−１）。

合焦座標値取得回路１００は、各測定位置でＨ−ＣＴＦ値及びＶ−ＣＴＦ値が算出されるごとに、ＣＴＦ値比較部１０１に、各測定位置のＨ−ＣＴＦ値及びＶ−ＣＴＦ値を順に比較させていく（Ｓ２０−２）。制御部４８は、ＣＴＦ値比較部１０１の比較結果を参照し、Ｈ−ＣＴＦ値及びＶ−ＣＴＦ値が例えば２回連続して低下したときに、素子ユニット１６の次の測定位置への移動を中止させる（Ｓ２０−４）。合焦座標値取得回路１００は、Ｈ−ＣＴＦ値及びＶ−ＣＴＦ値が低下する前の測定位置のＺ軸座標を水平合焦座標値及び垂直合焦座標値として取得する（Ｓ２０−５）。図１２、１３に示すように、いったん低下したＣＴＦ値が再度上昇することはないので、測定位置の途中であってもＣＴＦ値の最大値を得ることができる。

図２４に示す例では、Ｈ−ＣＴＦ値１０３に対し、Ｈ−ＣＴＦ値１０４、１０５が２回連続して低下している。したがって、Ｈ−ＣＴＦ値１０３に対応する測定位置−Ｚ２のＺ軸座標が水平合焦座標値として取得される。

結像面算出回路９２は、第１実施形態と同様に、合焦座標値取得回路１００から入力された水平合焦座標値及び垂直合焦座標値に基づいて近似結像面Ｆを算出し、調整値算出回路９５は、近似結像面Ｆから結像面座標値Ｆ１及びＸＹ方向回転角度を算出し、撮像面１２ａが近似結像面Ｆに一致するように素子ユニット１６の位置を調整する（Ｓ５〜Ｓ７）。確認工程Ｓ８の終了後（Ｓ４）、素子ユニット１６がレンズユニット１５に固定される（Ｓ９〜Ｓ１２）。

上記第１実施形態では、Ｚ軸上に予め設定された全ての測定位置で第１〜第５撮像位置８９ａ〜８９ｅのＨ−ＣＴＦ値及びＶ−ＣＴＦ値を算出し、その後に水平合焦座標値及び垂直合焦座標値を取得しているので時間がかかる。しかし、本実施形態は、途中の測定位置でＨ−ＣＴＦ値及びＶ−ＣＴＦ値の最大値が得られた場合には、Ｈ−ＣＴＦ値及びＶ−ＣＴＦ値の取得を途中で中止するので、水平合焦座標値及び垂直合焦座標値を取得する工程にかかる時間を短縮することができる。

次に、本発明の第３実施形態について説明する。本発明の第３実施形態では、図８に示す合焦座標値取得回路８７に代えて、図２５に示す、合焦座標値取得回路１１０を用いている。合焦座標値取得回路１１０は、第１実施形態の合焦座標値取得回路８７と同様に、複数の測定位置で、第１〜第５撮像位置８９ａ〜８９ｅのＨ−ＣＴＦ値及びＶ−ＣＴＦ値を取得する。また、合焦座標値取得回路１１０は、近似曲線生成部１１２を備えている。

制御部４８は、図１０に示すステップＳ３において、合焦座標値取得回路１１０及び近似曲線生成部１１２を動作させ、図２６に示す各ステップを実行する。制御部４８は、各測定位置で合焦座標値取得回路１００に第１〜第５撮像位置８９ａ〜８９ｅのＨ−ＣＴＦ値及びＶ−ＣＴＦ値を算出させる（Ｓ３−１〜Ｓ３−５）。

近似曲線生成部１１２は、図２７（Ａ）に示すように、全ての測定位置で第１〜第５撮像位置８９ａ〜８９ｅのＨ−ＣＴＦ値及びＶ−ＣＴＦ値が算出された後、離散的に取得された各Ｈ−ＣＴＦ値又は各Ｖ−ＣＴＦ値を基にスプライン曲線補間処理を行うことにより、同図（ｂ）に示すように、各ＣＴＦ値に応じた近似曲線ＡＣを生成する（Ｓ３０−１）。

合焦座標値取得回路１１０は、近似曲線生成部１１２が近似曲線ＡＣを生成すると、その近似曲線ＡＣの最大値ＭＰを求める（Ｓ３０−２）。そして、合焦座標値取得回路１１０は、その最大値ＭＰに対応するＺ軸上の位置Ｚｐ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決定する（Ｓ３０−３）。

その後、第１、２実施形態と同様に、結像面算出回路９２は、合焦座標値取得回路１１０から入力された水平合焦座標値及び垂直合焦座標値に基づいて近似結像面Ｆを算出し、調整値算出回路９５は、近似結像面Ｆから結像面座標値Ｆ１及びＸＹ方向回転角度を算出し、撮像面１２ａが近似結像面Ｆに一致するように素子ユニット１６の位置を調整する（Ｓ５〜Ｓ７）。確認工程Ｓ８の終了後（Ｓ４）、素子ユニット１６がレンズユニット１５に固定される（Ｓ９〜Ｓ１２）。

上記第１、２実施形態では、各撮像位置８９ａ〜８９ｅのＨ−ＣＴＦ値及びＶ−ＣＴＦ値が最も高くなる測定位置のＺ軸座標を水平合焦座標値及び垂直合焦座標値として取得しているが、各ＣＴＦ値は、離散的に取得されるため、上記第１、２実施形態の構成では、取得された各ＣＴＦ値の間に最大値があることが懸念される。こうした最大値の誤差は、水平合焦座標値及び垂直合焦座標値の誤差として表れてしまう。

これに対し、本実施形態では、各ＣＴＦ値を基に近似曲線ＡＣを生成し、その近似曲線ＡＣの最大値ＭＰに対応する測定位置を、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決定するようにした。従って、本実施形態によれば、上記第１、２実施形態と比べてより高精度に水平合焦座標値及び垂直合焦座標値を求めることができる。また、本実施形態によれば、各合焦座標値の向上にともなって、測定位置の数を間引く（測定位置の間隔を広げる）ことが可能になるので、上記第１、２実施形態と比べて、素子ユニット１６の位置調整の速度アップを図ることができる。

なお、上記第３実施形態では、スプライン曲線補間処理を行うことによって近似曲線ＡＣを生成したが、これに限ることなく、例えば、ベジエ曲線補間処理やＮ次多項式補間処理によって近似曲線ＡＣを生成しても良い。また、上記実施形態では、合焦座標値取得回路１１０内に近似曲線生成部１１２を設けたが、これに限ることなく、合焦座標値取得回路１１０の外部に近似曲線生成部１１２を設けてもよい。

次に、本発明の第４実施形態について説明する。本発明の第４実施形態では、図８に示す合焦座標値取得回路８７に代えて、図２８に示す、合焦座標値取得回路１２０を用いている。合焦座標値取得回路１２０は、第１実施形態の合焦座標値取得回路８７と同様に、複数の測定位置で、第１〜第５撮像位置８９ａ〜８９ｅのＨ−ＣＴＦ値及びＶ−ＣＴＦ値を取得する。また、合焦座標値取得回路１２０は、ＲＯＭ１２１を備えている。ＲＯＭ１２１には、水平合焦座標値及び垂直合焦座標値を決定する際に用いられる指定値１２２が記憶されている。

制御部４８は、図１０に示すステップＳ３において、合焦座標値取得回路１２０及びＲＯＭ１２１を動作させ、図２９に示す各ステップを実行する。制御部４８は、各測定位置で合焦座標値取得回路１２０に第１〜第５撮像位置８９ａ〜８９ｅのＨ−ＣＴＦ値及びＶ−ＣＴＦ値を算出させる（Ｓ３−１〜Ｓ３−５）。

合焦座標値取得回路１２０は、全ての測定位置で第１〜第５撮像位置８９ａ〜８９ｅのＨ−ＣＴＦ値及びＶ−ＣＴＦ値を算出した後、ＲＯＭ１２１から指定値１２２を読み出す（Ｓ４０−１）。合焦座標値取得回路１２０は、指定値１２２を読み出すと、指定値１２２から各測定位置のＨ−ＣＴＦ値及びＶ−ＣＴＦ値を減算し、両者の差分ＳＢを算出する（Ｓ４０−２）。そして、合焦座標値取得回路１２０は、差分ＳＢが最小となる測定位置の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（Ｓ４０−３）。図３０に示す例では、Ｈ−ＣＴＦ値１２５の差分ＳＢが最小となるため、このＨ−ＣＴＦ値１２５が求められた測定位置ＺｓのＺ軸座標が、水平合焦座標値となる。

その後、第１〜３実施形態と同様に、結像面算出回路９２は、合焦座標値取得回路１１０から入力された水平合焦座標値及び垂直合焦座標値に基づいて近似結像面Ｆを算出し、調整値算出回路９５は、近似結像面Ｆから結像面座標値Ｆ１及びＸＹ方向回転角度を算出し、撮像面１２ａが近似結像面Ｆに一致するように素子ユニット１６の位置を調整する（Ｓ５〜Ｓ７）。確認工程Ｓ８の終了後（Ｓ４）、素子ユニット１６がレンズユニット１５に固定される（Ｓ９〜Ｓ１２）。

一般的に、写真では、局所的に解像度の高い部位があるよりも、全体的に均一な解像度である方が、人間の眼で見たときに画質が良いと捉えられる。上記第１〜３実施形態では、各撮像位置８９ａ〜８９ｅのＨ−ＣＴＦ値及びＶ−ＣＴＦ値が最も高くなるＺ軸上の位置から水平合焦座標値及び垂直合焦座標値を求めていた。このため、上記第１〜３実施形態では、四隅の撮像位置８９ｂ〜８９ｅのＨ−ＣＴＦ値もしくはＶ−ＣＴＦ値にバラツキがある場合、素子ユニット１６の位置調整後にもバラツキが残ってしまい、画質が悪いと判断されてしまうことが懸念される。

一方、本実施形態では、指定値１２２との差分ＳＢを算出し、差分ＳＢが最小となる測定位置を水平合焦座標値及び垂直合焦座標値として決定するようにした。これにより、各合焦座標値は、指定値１２２に近くなるように合わせられるので、これらの各合焦座標値を基に素子ユニット１６の位置調整を行うことで、各撮像位置８９ａ〜８９ｅのＨ−ＣＴＦ値及びＶ−ＣＴＦ値のバラツキを抑えることができる。従って、本実施形態のカメラモジュール２によれば、画像全体にわたって解像度のバラツキがなく、人間の眼で見た際に画質が良いと判断される画像を取得することができる。

なお、指定値１２２は、撮影レンズ６の設計値などに応じて適宜設定すればよい。また、各測定位置でＣＴＦ値を取得した後に、各ＣＴＦ値の最低値、平均値等を指定値として選択してもよい。

上記実施形態では、指定値１２２をＲＯＭ１２１に記憶させたが、これに限ることなく、例えば、ＨＤＤやフラッシュメモリなどの不揮発性の半導体メモリやコンパクトフラッシュ（登録商標）などの記憶媒体といった周知の記憶手段でよい。また、カメラモジュール製造装置４０内に設けられた任意の記憶手段から指定値１２２を読み出してもよいし、第２プローブユニット７９などを介してカメラモジュール２内に設けられた記憶手段から指定値１２２を読み出してもよいし、ネットワークなどを介して他の装置から指定値１２２を読み出してもよい。また、フラッシュメモリなどの読み書き可能な記憶手段に指定値１２２を記憶させることにより、入力装置８１などを介して指定値１２２を書き換えできるようにしてもよい。さらには、調整を開始する前に入力装置８１から指定値１２２を入力させるようにしてもよい。

また、上記第３実施形態と組み合わせて、近似曲線ＡＣを生成した後、近似曲線ＡＣと指定値１２２との差分ＳＢを算出し、その差分ＳＢが最小となる測定位置を第１〜第５撮像位置８９ａ〜８９ｅの水平合焦座標値及び垂直合焦座標値としてもよい。

上記各実施形態では、合焦評価値としてＣＴＦ値を用いたが、本発明は、ＣＴＦ値に限定されるものではなく、解像度やＭＴＦ値等、合焦度合を評価することができる様々な評価方法、評価値を合焦位置の測定に用いることができる。

また、ＣＴＦ値として、水平方向及び垂直方向のＨ−ＣＴＦ値及びＶ−ＣＴＦ値を用いたが、図３１に示す測定チャート１３０のように、撮影レンズの径方向に沿った線１３１ａと径方向に直交する線１３１ｂとが配列されたチャート画像１３１を用い、撮影レンズの径方向のＳ−ＣＴＦ値と、直交方向のＴ−ＣＴＦ値とを算出してもよい。さらに、Ｈ−ＣＴＦ値及びＶ−ＣＴＦ値と、Ｓ−ＣＴＦ値及びＴ−ＣＴＦ値との全てを各撮像位置で算出してもよいし、撮像位置ごとに算出されるＣＴＦ値を変えてもよい。また、Ｈ−ＣＴＦ値、Ｖ−ＣＴＦ値、Ｓ−ＣＴＦ値、Ｔ−ＣＴＦ値のいずれか１つ、あるいは任意の組み合わせで算出して合焦位置を測定してもよい。

また、図３２に示す測定チャート１３５のように、チャート面を中心位置に対してＸ軸方向、Ｙ軸方向及び２つの対角線方向に沿って分割し、第１〜第４象限１３６〜１３９のそれぞれに設けられた２つの領域内に、互いに直交する平行な複数本の線が設けてもよい。この測定チャート１３５によれば、対角線上に沿ったチャートパターンがどの位置でも同じになるので、画角の異なる撮像素子の位置調整に兼用することができる。なお、各領域に設ける線は、水平線及び垂直線でもよい。

上記各実施形態では、測定チャート５２とレンズユニット１５との位置が固定されているが、少なくとも一方をＺ軸方向で移動可能にしておき、測定チャート５２とレンズ鏡筒２０との距離をレーザ変位計等で測定して、この距離が所定値に収まるように位置調整を行ってから、素子ユニット１６の位置調整を行ってもよい。これによれば、より高精度な位置調整を行うことができる。

また、素子ユニット１６の位置調整を１回だけ行うようにしたが、複数回繰り返してもよい。更に、カメラモジュールの素子ユニット１６の位置調整を例に説明したが、一般的なデジタルカメラの撮像素子の位置調整にも用いることができる。

本発明のカメラモジュールの正面側外観斜視図である。 カメラモジュールの背面側外観斜視図である。 レンズユニットと素子ユニットの外観斜視図である。 カメラモジュールの断面図である。 カメラモジュール製造装置の構成を示す概略図である。 測定チャートのチャート面を示す正面図である。 カメラモジュール製造装置によるレンズユニットと素子ユニットの保持状態を示す説明図である。 カメラモジュール製造装置の構成を示すブロック図である。 撮像面上に設定された撮像位置の位置を示す説明図である。 カメラモジュールの製造手順を示すフローチャートである。 第１実施形態の合焦座標値取得工程を示すフローチャートである。 素子ユニット調整前の各撮像位置のＨ−ＣＴＦ値を示すグラフである。 素子ユニット調整前の各撮像位置のＶ−ＣＴＦ値を示すグラフである。 素子ユニット調整前の各撮像位置の評価点をＸ軸側から見た３次元グラフである。 素子ユニット調整前の各撮像位置の評価点をＹ軸側から見た３次元グラフである。 各撮像位置の合焦座標値から得た近似結像面をＸ軸側から見た３次元グラフである。 近似結像面の面方向から見た各評価点の３次元グラフである。 素子ユニット調整後の各撮像位置のＨ−ＣＴＦ値を示すグラフである。 素子ユニット調整後の各撮像位置のＶ−ＣＴＦ値を示すグラフである。 素子ユニット調整後の各撮像位置の評価点をＸ軸側から見た３次元グラフである。 素子ユニット調整後の各撮像位置の評価点をＹ軸側から見た３次元グラフである。 第２実施形態の合焦座標値取得回路を示すブロック図である。 第２実施形態の合焦座標値取得工程を示すフローチャートである。 第２実施形態にて取得された水平合焦座標値の一例を示すグラフである。 第３実施形態の合焦座標値取得回路を示すブロック図である。 第３実施形態の合焦座標値取得工程を示すフローチャートである。 第３実施形態にて取得された水平合焦座標値の一例を示すグラフである。 第４実施形態の合焦座標値取得回路を示すブロック図である。 第４実施形態の合焦座標値取得工程を示すフローチャートである。 第４実施形態にて取得された水平合焦座標値の一例を示すグラフである。 撮影レンズの径方向と径方向に直交する方向でＣＴＦ値を算出する際に用いられる測定チャートの正面図である。 画角の異なる撮像素子の位置調整に用いられるようにした測定チャートの正面図である。

２ カメラモジュール
６ 撮影レンズ
１２ 撮像素子
１２ａ 撮像面
１５ レンズユニット
１６ 素子ユニット
４０ カメラモジュール製造装置
４１ チャートユニット
４４ レンズ保持機構
４５ 素子移動機構
４６ 接着剤供給器
４８ 制御部
５２、１３０、１３５ 測定チャート
５６〜６０ 第１〜第５チャート画像
７２ チャックハンド
７４ ２軸回転ステージ
７６ 第２スライドステージ
７９ 第２プローブユニット
８７、１００、１１０、１２０ 合焦座標値取得回路
８９ａ〜８９ｅ 第１〜第５撮像位置
９２ 結像面算出回路
９５ 調整値算出回路
１０１ ＣＴＦ値比較部
１１２ 近似曲線生成部
１２１ ＲＯＭ
１２２ 指定値

Claims (21)

1. 測定チャートに直交するＺ軸上に撮影レンズと前記撮影レンズによって結像されるチャート像を撮像する撮像素子とをセットし、前記Ｚ軸上に予め離散的に設定された複数の測定位置に前記撮影レンズまたは撮像素子のいずれかを順次に移動して撮像を行い、前記撮像素子の撮像面上に設定された少なくとも５つの撮像位置から得られる撮像信号に基づいて各々の撮像位置での合焦度合を表す個別の合焦評価値を前記複数の測定位置ごとに算出し、前記撮像位置の各々について所定の合焦評価値が得られたときにそれぞれのＺ軸上の位置を合焦座標値とする合焦座標値取得工程と、
   前記撮像面をＺ軸に直交する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ごとに得られたＺ軸上の合焦座標値との組み合わせで表される少なくとも５つの評価点を前記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たときに、これらの評価点の相対位置に基づいて前記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結像面算出工程と、
   前記Ｚ軸と前記近似結像面との交点である結像面座標値と、前記ＸＹ座標平面に対する前記近似結像面のＸ軸及びＹ軸回りの回転角度とを算出する調整値算出工程と、
   前記結像面座標値及び回転角度に基づいて、前記撮像素子のＺ軸上での位置とＸ軸及びＹ軸回りの傾きとを調整し、前記撮像面を前記近似結像面に一致させる調整工程と、
   を含むことを特徴とする撮像素子の位置調整方法。
2. 前記合焦座標値取得工程は、前記撮像位置の各々について、前記合焦評価値が最大となる前記測定位置のＺ軸上の位置を前記合焦座標値とすることを特徴とする請求項１記載の撮像素子の調整方法。
3. 前記合焦座標値取得工程は、前記撮像位置の各々について、前記複数の測定位置ごとに算出した各合焦評価値を、Ｚ軸方向において隣り合う前記測定位置同士で順に比較していき、前記合焦評価値が所定回数連続して低下したときに前記撮影レンズまたは前記撮像素子の次の測定位置への移動を中止し、前記合焦評価値が低下する前の前記測定位置のＺ軸上の位置を前記合焦座標値とすることを特徴とする請求項１記載の撮像素子の調整方法。
4. 前記合焦座標値取得工程は、前記撮像位置の各々について、前記複数の測定位置のＺ軸上の座標値と、前記複数の測定位置の各合焦評価値との組み合わせで表される複数の評価点から近似曲線を生成し、この近似曲線から求められた最大の合焦評価値に対応するＺ軸上の位置を前記合焦座標値とすることを特徴とする請求項１記載の撮像素子の位置調整方法。
5. 前記合焦座標値取得工程は、前記撮像位置の各々について、予め決められた指定値と前記複数の測定位置ごとに算出した各合焦評価値との差分をそれぞれ算出し、前記差分が最小となる前記測定位置のＺ軸上の位置を前記合焦座標値とすることを特徴とする請求項１記載の撮像素子の位置調整方法。
6. 前記合焦評価値が、コントラスト伝達関数値であることを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の撮像素子の位置調整方法。
7. 前記合焦座標値取得工程は、前記撮像位置の各々について、前記複数の測定位置ごとに、前記ＸＹ座標平面上に設定された第１方向とこの第１方向に直交する第２方向のそれぞれについて前記コントラスト伝達関数値を算出し、かつ前記撮像位置の各々について、前記第１方向及び第２方向ごとに個別の第１合焦座標値及び第２合焦座標値を取得し、
   前記結像面算出工程は、前記各撮像位置の第１合焦座標値及び第２合焦座標値から少なくとも１０点の評価点を求め、これらの評価点の相対位置に基づいて、前記近似結像面を算出することを特徴とする請求項６記載の撮像素子の位置調整方法。
8. 前記第１方向及び第２方向は、水平方向及び垂直方向であることを特徴とする請求項７記載の撮像素子の位置調整方法。
9. 前記第１方向及び第２方向は、前記撮影レンズの径方向及びこの径方向に直交する直交方向であることを特徴とする請求項７記載の撮像素子の位置調整方法。
10. 前記少なくとも５つの撮像位置は、前記撮像面の中心と、前記撮像面の４象限上とに１つずつ設定されていることを特徴とする請求項１〜９いずれか記載の撮像素子の位置調整方法。
11. 前記合焦座標値取得工程において、前記撮像位置の各々に結像されるチャートパターンが同一であることを特徴とする請求項１〜１０いずれか記載の撮像素子の位置調整方法。
12. 前記調整工程の後に前記合焦座標値取得工程を行い、前記撮像位置の各々について、前記合焦座標値を確認する確認工程を含むことを特徴とする請求項１〜１１いずれか記載の撮像素子の位置調整方法。
13. 前記合焦座標値取得工程、前記結像面算出工程、前記調整値算出工程、前記調整工程を複数回繰り返し、前記撮像面を前記近似結像面に一致させることを特徴とする請求項１〜１１いずれか記載の撮像素子の位置調整方法。
14. 撮影レンズが組み込まれたレンズユニットに、撮像素子が組み込まれた素子ユニットを位置調整して固定するカメラモジュールの製造方法において、
    前記素子ユニットの位置調整は、請求項１〜１３いずれか記載の撮像素子の位置調整方法により行われることを特徴とするカメラモジュール製造方法。
15. チャートパターンが設けられた測定チャートと、
    撮影レンズを組み込んだレンズユニットを保持し、前記測定チャートに直交するＺ軸上にセットするレンズユニット保持手段と、
    撮像素子を組み込んだ素子ユニットを保持して前記Ｚ軸上にセットするとともに、前記素子ユニットのＺ軸上での位置と、前記Ｚ軸に直交するＸ軸及びＹ軸回りの傾きとを変化させる素子ユニット保持手段と、
    前記Ｚ軸上に予め離散的に設定された複数の測定位置に、前記撮影レンズまたは前記撮像素子が順次に移動されるように、前記レンズユニット保持手段または前記素子ユニット保持手段のいずれかを移動させる測定位置移動手段と、
    前記測定位置の各々で、前記撮像素子に前記撮影レンズにより結像されたチャート像を撮像させる素子制御手段と、
    前記撮像素子の撮像面上に設定された少なくとも５つの撮像位置から得られる撮像信号に基づいて各々の撮像位置での合焦度合を表す個別の合焦評価値を前記複数の測定位置ごとに算出し、前記撮像位置の各々について所定の合焦評価値が得られたときのそれぞれのＺ軸上の位置を合焦座標値とする合焦座標値取得手段と、
    前記撮像面をＺ軸に直交する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ごとに得られたＺ軸上の合焦座標値との組み合わせで表される少なくとも５つの評価点を前記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たときに、これらの評価点の相対位置に基づいて前記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結像面算出手段と、
    前記Ｚ軸と前記近似結像面との交点である結像面座標値と、前記ＸＹ座標平面に対する前記近似結像面のＸ軸及びＹ軸回りの回転角度とを算出する調整値算出手段と、
    前記結像面座標値及びＸ軸及びＹ軸回りの回転角度に基づいて前記素子ユニット保持手段を駆動させ、前記撮像素子のＺ軸上での位置とＸ軸及びＹ軸回りの傾きとを調整し、前記撮像面を前記近似結像面に一致させる調整手段と、
    を備えたことを特徴とするカメラモジュール製造装置。
16. 前記素子ユニットのＺ軸上での位置と、前記Ｚ軸に直交するＸ軸及びＹ軸回りの傾きとの調整後に、前記レンズユニットと前記素子ユニットとを固定させる固定手段を備えたことを特徴とする請求項１５記載のカメラモジュール製造装置。
17. 前記素子ユニット保持手段は、前記素子ユニットを保持する保持機構と、前記保持機構を前記Ｘ軸及びＹ軸回りで傾ける２軸回転ステージと、前記２軸回転ステージを前記Ｚ軸方向に沿って移動させるスライドステージとを有することを特徴とする請求項１５または１６記載のカメラモジュール製造装置。
18. 前記素子ユニット保持手段には、前記撮像素子と前記素子制御手段とを電気的に接続させる素子接続部が設けられていることを特徴とする請求項１５〜１７いずれか記載のカメラモジュール製造装置。
19. 前記レンズユニット保持手段には、前記レンズユニット内に組み込まれたオートフォーカス機構と前記オートフォーカス機構を駆動するＡＦドライバとを電気的に接続させるＡＦ接続部が設けられていることを特徴とする請求項１５〜１８いずれか記載のカメラモジュール製造装置。
20. 前記チャートパターンは、矩形のチャート面をその中心位置に対してＸ軸方向、Ｙ軸方向及び２つの対角線方向に沿って分割した８つの領域を有し、第１〜第４象限のそれぞれに設けられた２つの領域内には、互いに直交する平行な複数本の線が設けられていることを特徴とする請求項１５〜１９いずれか記載のカメラモジュール製造装置。
21. 撮影レンズが組み込まれたレンズユニットと、前記撮影レンズが結像した像を撮像する撮像素子が組み込まれ、前記レンズユニットに対する位置が調整された状態で、前記レンズユニットに固定された素子ユニットとを備えたカメラモジュールにおいて、
    前記素子ユニットは、
    測定チャートに直交するＺ軸上に前記レンズユニットと前記素子ユニットとをセットし、前記Ｚ軸上に予め離散的に設定された複数の測定位置に前記撮影レンズまたは撮像素子が停止されるように、前記レンズユニットまたは素子ユニットのいずれかを順次に移動して撮像を行い、前記撮像素子の撮像面上に設定された少なくとも５つの撮像位置から得られる撮像信号に基づいて各々の撮像位置での合焦度合を表す個別の合焦評価値を前記複数の測定位置ごとに算出し、前記撮像位置の各々について所定の合焦評価値が得られたときのそれぞれのＺ軸上の位置を合焦座標値とし、
    前記撮像面をＺ軸に直交する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ごとに得られたＺ軸上の合焦座標値との組み合わせで表される少なくとも５つの評価点を前記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たときに、これらの評価点の相対位置に基づいて前記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し、
    前記Ｚ軸と前記近似結像面との交点である結像面座標値と、前記ＸＹ座標平面に対する前記近似結像面のＸ軸及びＹ軸回りの回転角度とを算出し、
    前記結像面座標値及びＸ軸及びＹ軸回りの回転角度に基づいて、前記撮像面が前記近似結像面に一致するように、前記撮像素子のＺ軸上での位置とＸ軸及びＹ軸回りの傾きとが調整されていることを特徴とするカメラモジュール。

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