JP5460406B2 - 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

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（特許文献１）。このカメラモジュールでは、素子ユニットが基板に実装されており、基板をレンズユニットに紫外線硬化樹脂により接着している。この場合、撮像素子が基板に対して曲がって取り付けられているおそれがある。そこで、製造時に、撮像素子の撮像面がレンズユニットの結像面に略一致するように、レンズユニットに対する素子ユニットの位置調整を行っている。

特許文献１記載の撮像素子の位置調整方法では、合焦座標値取得工程、結像面算出工程、調整値算出工程、及び調整工程を備えている。合焦座標値取得工程は、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、撮像素子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中央及びその周辺との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にそれぞれのＺ軸上の位置を合焦座標値とする。

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する。近似結像面の算出としては、例えば前記評価点を最小自乗法により演算して平面近似された近似結像面を求めている（特許文献１、段落［００６５］、［００７９］）。

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する。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る。

特開２０１０−２１９８５号公報

近年、カメラモジュールの薄型化が望まれている。そこで、素子ユニットについて撮像素子を実装する基板の薄層化を図っている。しかしながら、基板の厚さが薄いと、例えばスパッタリング等により表面に多層薄膜を形成する基板等では、成膜された多層薄膜の膜応力（圧縮応力）により、基板が反るという問題点が生じている。

特許文献１に記載の最小自乗法を用いて近似結像面を算出する方法では、撮像素子の撮像面の全面が一様に傾いて変形して全評価点の相対位置が一様に傾いて得られる場合には、算出される近似結像面が傾きを矯正した面（垂直な面）になる。また、撮像面の全面が波打つように変形して全評価点の相対位置が一定の誤差を含む位置で得られる場合には、算出される近似結像面も一定の誤差を含む面になる。したがって、基板が一様に変形している場合では、従来技術の方法でも問題が生じない。

しかしながら、図２６（Ａ）に示すように、基板が部分的に変形して撮像面２００の一部２００ａの解像度が極端に下落している場合がある。この場合、合焦度合いの高い位置である合焦評価値２０１の一部に異常値２０１ａが含まれることになる．目的関数に最小自乗法を使用する場合には、図２６（A）に示すように、近似結像面２０２に異常値２０１ａが反映されないため、撮像面２００の一部２００ａの解像度が極端に低下するという問題が生じる。なお、図２６では、水平方向がＺ軸方向、垂直方向がＹ軸方向であり、仮想空間での合焦評価値は、基板の変形の向きに比べて左右反転した向きで表れる。

本発明は、基板の一部の変形によって解像度の低下が部分的に生じている撮像素子でも、撮像面全体の解像度をバランスよく調整する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、補間工程、特定結像面決定工程、及び調整工程を含む。合焦座標値取得工程は、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軸上で前記撮影レンズ又は前記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中央とその周辺の２つ以上と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Ｚ軸上の測定座標値毎に算出する。補間工程は、前記各撮像位置における前記Ｚ軸上の測定座標値毎の合焦評価値を補間して連続合焦評価値データを算出する。特定結像面決定工程は、前記撮像面の中央に設定された撮像位置における連続合焦評価値データのピークとなるＺ軸座標値を求め、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、前記Ｚ軸上の測定座標値との組み合わせで表される少なくとも３つ以上の評価点を前記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平面を算出し、前記近似平面を前記Ｚ軸との交点が前記Ｚ軸座標値となるように移動し、この位置を中心として前記Ｚ軸に直交するＸ軸及びＹ軸回りに動かしてできる複数の結像平面と前記各連続合焦評価データとの交点から各結像平面における各撮像位置の推定解像度を求め、前記各結像面における前記撮像位置毎の推定解像度のバラツキを表すバランス評価値に基づいて特定の結像平面を決める。調整工程は、前記Ｚ軸と前記特定の結像平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特定の結像平面のＸ軸及びＹ軸回りの回転角度とを算出して、前記特定の結像平面に前記撮像面を一致させるものである。

撮像位置としては、中央とその周辺２つ以上であればよく、中央とその周辺４つ以上であればさらに望ましい。特定結像面決定工程での特定の結像平面の決め方としては、前記バランス評価値が予め決められた規格値を満たすよう結像平面を決めてもよいし、前記バランス評価値が最も小さくなるよう結像平面を決めてもよい。また、特定結像面決定工程としては、前記各連続合焦評価データに対して前記Ｚ軸方向の単位長さ当たりの解像度変化率を算出して解像度低下が少ない範囲を探索範囲と定め、前記探索範囲内で前記特定の結像平面を決める工程を含んでもよい。

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座標値の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、合焦座標値取得工程としては、撮像位置の各々について、複数の測定座標値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、撮影レンズ又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、全ての測定座標値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、複数の測定座標値と、複数の測定座標値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座標値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。特定結像面決定工程では、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平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平面を得ることができる。また、評価点の増加により、近似平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少なくとも３つの撮像位置は、例えば撮像面の中心と、撮像面の４象限上のうちの対角線上の２つに設定することが好ましい。撮像位置を５つにする場合には、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、補間工程、特定結像面決定工程、調整工程を複数回繰り返して、撮像面を特定の結像平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、補間工程、特定結像面決定手段、及び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、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軸上で前記撮影レンズ又は前記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中央とその周辺の２つ以上と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Ｚ軸上の測定座標値毎に算出する。補間手段は、前記各撮像位置における前記Ｚ軸上の測定座標値毎の合焦評価値を補間して連続合焦評価値データを算出する。

特定結像面決定手段は、前記撮像面の中央に設定された撮像位置における連続合焦評価値データのピークとなるＺ軸座標値を求め、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、前記Ｚ軸上の測定座標値との組み合わせで表される少なくとも３以上の評価点を前記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平面を算出し、前記近似平面を前記Ｚ軸との交点が前記Ｚ軸座標値となるように移動し、この位置を中心として前記Ｚ軸に直交するＸ軸及びＹ軸回りに動かしてできる複数の結像平面と前記各連続合焦評価データとの交点から各結像平面における各撮像位置の推定解像度を求め、前記各結像平面における前記撮像位置毎の推定解像度のバラツキを表すバランス評価値に基づいて特定の結像平面を決める。

調整手段は、前記Ｚ軸と前記特定の結像平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特定の結像平面のＸ軸及びＹ軸回りの回転角度とを算出して、前記特定の結像平面に前記撮像面を一致させる。

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軸上で撮影レンズ又は前記撮像素子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中央とその周辺の４つのと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Ｚ軸上の測定座標値毎に算出し、各撮像位置におけるＺ軸上の測定座標値毎の合焦評価値を補間して連続合焦評価値データを算出する。

次ぎに、撮像面の中央に設定された撮像位置における連続合焦評価値データのピークとなるＺ軸座標値を求め、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、Ｚ軸上の測定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平面を算出し、近似平面をＺ軸との交点がＺ軸座標値となるように移動し、この位置を中心としてＺ軸に直交するＸ軸及びＹ軸回りに動かしてできる複数の結像平面と各連続合焦評価データとの交点から各結像平面における撮像位置毎の推定解像度を求め、各結像平面の中から撮像位置毎の推定解像度のバラツキを表すバランス評価値に基づいて特定の結像平面を決め、Ｚ軸と特定の結像平面との交点である結像面座標値と、ＸＹ座標平面に対する特定の結像平面のＸ軸及びＹ軸回りの回転角度とを算出して、結像面が特定の結像平面に一致するように、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、合焦評価値に基づいて算出した近似平面を基準に動かしてできる複数の結像平面における撮像位置毎の推定解像度を求め、撮像位置毎の解像度のバランスを表すバランス評価値を算出し、バランス評価値に基づいて各結像平面の中から特定の結像平面を決めるため、撮像素子を実装する基板の変形等により撮像面の一部に解像度が極端に低下している部位がある場合でも、低下部分の解像度が向上し、結像面全体としてバランスのとれた解像度に調整することができる。

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。 合焦座標値取得工程を示すフローチャートである。 特定結像平面決定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。 仮想の３次元空間に配した近似平面を示す説明図である。 一連続合焦評価データにおける探索範囲の設定例を示すグラフである。 結像平面毎に各撮像位置の推定解像度に基づいて算出したバランス評価値の分布を仮想の３次元空間に配した説明である。 調整後に確認した撮像位置に対する解像度を示すグラフである。 調整後の各カメラモジュールで測定された下落部分の解像度の度数分布を示すグラフである。 調整後に確認した各結像平面のバランス評価値を示すグラフである。 調整後に確認したバランス評価値の度数分布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。 従来技術で説明した算出方法で近似結像面を算出したときの撮像素子の調整を示した説明図であり、（Ａ）は基盤が部分的に変形をしている場合に従来技術で近似結像面を算出した場合、（Ｂ）は本願発明を用いた調整の場合をそれぞれ示している。

図１及び図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θ方向と、Ｚ軸及びＸ軸に直交するＹ軸の回りのφ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軸上の測定座標値としている。

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、［数１］に記載の式によって算出される。

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、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。

補間回路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。補間回路９２は、各撮像位置８９ａ〜８９ｅにおけるＺ軸上の測定座標値毎の合焦評価値を補間して連続合焦評価値データを算出する。補間回路９２による連続合焦評価値データの算出は、例えば各撮像位置８９ａ〜８９ｅにおけるＺ軸上の測定座標値毎の合焦評価値をスプライン補間して連続合焦評価値データを算出する。なお、補間回路９２としては、スプライン補間に限らず、周知のキュービック補間、ラグランジュ補間、及び最近傍補間等を用いても補間しても良い。

特定結像面決定回路９３には、各撮像位置８９ａ〜８９ｅの連続合焦評価値データが入力される。特定結像面決定回路９３は、撮像面１２ａの中央に設定された撮像位置８９ａにおける連続合焦評価値データのピークとなるＺ軸座標値を求め、撮像面１２ａ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８９ａ〜８９ｅのＸＹ座標値と、Ｚ軸上の測定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平面を算出する。

特定結像面決定回路９３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。特定結像面決定回路９３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。

特定結像面決定回路９３は、算出した近似平面を仮想の三次元モデルに配置し、近似平面のＺ軸との交点が連続合焦評価データのピークであるＺ軸座標値になるように近似平面をＺ軸座標値に移動する。そして、この位置を中心としてＸ・Ｙ軸回りに動かしてできる複数の結像平面の撮像位置と各連続合焦評価データとの交点から各結像平面における撮像位置８９ａ〜８９ｅ毎の推定解像度を求める。なお、各結像平面の撮像位置８９ａ〜８９ｅが各連続合焦評価値データからずれるおそれがある。この場合には、そのずれが微少であるので誤差の範囲として判断し、その近似の合焦評価値を推定解像度とする。

このとき、特定結像面決定回路９３は、各連続合焦評価データに対してＺ軸方向の単位長さ当たりの解像度変化率を算出して解像度低下が少ない範囲を探索範囲と定め、探索範囲内に収まるように特定の結像平面を決める。なお、探索範囲を決めるパラメータとしては、解像度低下が少ない範囲に加えて、接着後に生じる撮像面の予測の変化量、及び予め決めた解像度許容値を考慮して各探索範囲を決めても良い。この場合、例えば各結像平面における撮像位置８９ａ〜８９ｅ毎の推定解像度が各探索範囲内に収まっているか否かを判断し、全て収まっている場合に、各結像平面における撮像位置８９ａ〜８９ｅ毎の推定解像度を求める。収まっていない場合には、例えば解像度許容値を緩くする等のパラメータ変更をして各探索範囲を広げ、再び各結像平面が探索範囲内に収まるか否かを判断する。ここで、接着後の撮像面１２ａの予測の変化量は、予め実測したデータに基づいて決められる。

特定結像面決定回路９３は、各結像平面が探索範囲内に収まると判断した後に、撮像位置８９ａ〜８９ｅ毎の推定解像度の平均値に対するバラツキが最小になる特定の結像平面を各結像平面の中から決定する。推定解像度の平均値に対するバラツキ（以下、「バランス評価値」と称す）は、［数２］に示す式で求める。特定の結像平面の決め方としては、各結像平面における撮像位置８９ａ〜８９ｅ毎の推定解像度を［数２］に示す式に代入してバランス評価値を算出し、バランス評価値が最小となる結像平面を決める。なお、バランス評価値が予め決められた規格値を満たす結像平面を特定の結像平面と決めてもよい。

数２に示すｎは撮像位置、Ｒ_ｎは撮像位置ｎにおける推定解像度、Ｒｈは推定解像度平均値、Bは推定解像度のバランス評価値。

調整値算出回路９５には、特定結像面決定回路９３から特定の結像平面の情報が入力される。調整値算出回路９５は、特定の結像平面とＺ軸との交点であるＺ軸上の結像面座標値と、ＸＹ座標平面に対する特定の結像平面の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が特定の結像平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及び図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の各プローブピン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１３、１４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１３、図１４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１５、図１６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、補間回路９２に入力される。補間回路９２は、各撮像位置におけるＺ軸上の測定座標値毎の合焦評価値をスプライン補間して連続合焦評価値データを算出する（Ｓ５）。

補間回路９２で算出された各撮像位置８９ａ〜８９ｅの各連続合焦評価値データは、特定結像面決定回路９３に入力される。特定結像面決定回路９３は、撮像面１２ａの中央に設定された第１撮像位置８９ａにおける連続合焦評価値データのピークとなるＺ軸座標値を求める（Ｓ６−１）。そして、各連続合焦評価値データに基づいて最小自乗法により平面近似された近似平面を算出する（Ｓ６−２）。

特定結像面決定回路９３は、算出した近似平面を仮想の三次元モデルに配置し、近似平面のＺ軸との交点が連続合焦評価データのピークであるＺ軸座標値になるように近似平面をＺ軸座標値に移動する（Ｓ６−３）。

特定結像面決定回路９３は、図１７に示すように、算出した近似平面９７を仮想の三次元空間に構築し、近似平面９７のＺ軸との交点が連続合焦評価データのピークであるＺ軸座標値になるように近似平面９７をＺ軸座標値に移動し、この位置を中心としてＸ・Ｙ軸回りに動かしてできる複数の結像平面の撮像位置と各連続合焦評価データとの交点から各結像平面における撮像位置８９ａ〜８９ｅ毎の推定解像度を求める（Ｓ６−５）。

特定結像面決定回路９３は、前述した処理（Ｓ６−１〜Ｓ６−４）と並行に、各連続合焦評価データに対してＺ軸方向の単位長さ当たりの解像度変化率を算出する（Ｓ６−５）。そして、探索範囲を各結像平面における撮像位置毎に設定する（Ｓ６−６）。各探索範囲は、例えば図１８に示すように、解像度変化率に対して予め決めた閾値により解像度低下が少ない範囲Ｐが定められ、接着後に生じる撮像面の予測の変化分となる距離マージンＱ、及び予め決めた解像度許容値Ｒを考慮して探索範囲Ｍが決められる。

特定結像面決定回路９３は、各結像平面における撮像位置８９ａ〜８９ｅ毎の推定解像度が各探索範囲内に収まっているか否かを判断し（Ｓ６−７）、全て収まっている場合に、特定の結像平面を決定する（Ｓ６−８）。収まっていない場合には、例えば解像度の低下が少ない範囲を設置するための閾値、又は解像度許容値、あるいはこれらの組合せた値を緩くする等のパラメータ変更を予め段階的に決めておき、各探索範囲を徐々に広げて（Ｓ６−９）、各結像平面が探索範囲内に収まるか否かを判断する。

特定結像面決定回路９３は、撮像位置８９ａ〜８９ｅ毎の推定解像度のバラツキを表すバランス評価値が最小になる特定の結像平面を各結像面の中から決める。

特定結像面決定回路９３で決定された特定結像平面の情報は、調整値算出回路９５に入力される。調整値算出回路９５は、特定結像平面とＺ軸との交点であるＺ軸座標値と、ＸＹ座標平面に対する特定結像平面の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（Ｓ７）。

図１９に示す例では、例えば［数２］に示した式により算出されたバランス評価値の分布を仮想の３次元空間に構築し、各結像平面におけるバランス評価値が最小になる最良点Ｈａを割り出し（特定の結像平面の決定）、最良点ＨａのＸ軸回りの角度θ及びＹ軸回りの角度φを求めている。

制御部４８は、Ｚ軸座標値と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１２ｂがＺ軸座標値に一致するように、素子ユニット１６をＺ軸方向に移動させ、撮像面１２ａの傾きが特定結像平面に一致するように、素子ユニット１６のθ方向及びφ方向の角度を調整させる（Ｓ８）。

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（Ｓ９）。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２０に示すグラフは、確認工程で確認された第１〜第５撮像位置８９ａ〜８９ｅの各測定位置における解像度の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、従来技術では、基板の一部の変形により撮像面の一部に解像度の下落が確認されているのに対し、本発明の調整方法によれば、近似平面に対して解像度のバランスが最小になる結像平面を決めるため、全体的に解像度が一定の範囲内に収まっている。このため、図２１に示す解像度下落部分の解像度の度数分布で比べると、本発明の調整方法の方が、下落部分の解像度が向上していることが分かる。また、図２２に示す撮像面全体のバランス評価値で比べても本発明の調整方法の方が、従来技術と比べて解像度のバランスが全体的に向上している。したがって、バランス評価値の度数分布で比べると、図２３に示すように、本発明の調整方法の方が「ゼロ」付近に収束されていることが分かる。これにより、図２６（Ｃ）に示すように、従来技術で説明した調整方法と比べて撮像面全体の解像度のバラツキが最も少なくなる結像平面２０２を得ることができる。

制御部４８は、確認工程（Ｓ９）の終了後（Ｓ４）、撮像面１２ａの中心１２ｂが特定結像平面座標値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（Ｓ１０）。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（Ｓ１１）、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（Ｓ１２）。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）。

なお、確認工程では、特定の結像平面の推定解像度と、確認工程で確認した調整後の撮像素子の撮像面の実測解像度とを比較し、［数３］に示す評価式から管理値を求め、管理値が予め決めた閾値以下か否かを判断する手段を設けるのが望ましい。閾値以下であると判断した場合には、装置４０の状態が保たれていることが分かり、越える場合には装置４０の状態が保たれていないことが分かる。このような判断手段を設けることで、装置４０のメンテナンス時期を把握することができ、また仮想空間で保証した各撮像位置毎の解像度、及び全面の解像度のバラツキの大きさを実空間においても保証することができる。

但し、ＰＭＶ（Product management Value）は管理値、ＣＴＦはコントラスト伝達関数値（［数１］参照）。管理値は、Ｈ−ＣＴＦ値及びＶ−ＣＴＦ値毎に算出する。

以上説明したように、素子ユニット１６は、撮像面１２ａ全面の解像度のバラツキが最小又は規格を満たす結像平面に一致するように位置調整されるので、多量生産において安定した画像を得ることができる。また、解像度の低下の少ない範囲、接着後のひずみ量等を考慮して探索範囲を撮像位置毎に定めて、各探索範囲内に収まるように特定の結像平面を決定するため、撮像面１２ａ全面の解像度が一定以上であり、かつそのバラツキが最小又は規格を満たす結像平面に一致するように位置調整されるので、カメラモジュール２の品質を向上することができる。

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２４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２５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。

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
５２、１３０、１３５ 測定チャート
５６〜６０ 第１〜第５チャート画像
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 合焦座標値取得回路
８９ａ〜８９ｅ 第１〜第５撮像位置
９２ 補間回路
９３ 特定結像面決定回路

Claims (5)

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軸上で前記撮影レンズ又は前記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中央とその周辺の２つ以上と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Ｚ軸上の測定座標値毎に算出する合焦座標値取得工程と、
   前記各撮像位置における前記Ｚ軸上の測定座標値毎の合焦評価値を補間して連続合焦評価値データを算出する補間工程と、
   前記撮像面の中央に設定された撮像位置における連続合焦評価値データのピークとなるＺ軸座標値を求め、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、前記Ｚ軸上の測定座標値との組み合わせで表される少なくとも３つ以上の評価点を前記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平面を算出し、前記近似平面を前記Ｚ軸との交点が前記Ｚ軸座標値となるように移動し、この位置を中心として前記Ｚ軸に直交するＸ軸及びＹ軸回りに動かしてできる複数の結像平面と前記各連続合焦評価データとの交点から各結像平面における各撮像位置の推定解像度を求め、前記各結像平面における前記撮像位置毎の推定解像度のバラツキを表すバランス評価値に基づいて特定の結像平面を決める特定結像面決定工程と、
   前記Ｚ軸と前記特定の結像平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特定の結像平面のＸ軸及びＹ軸回りの回転角度とを算出して、前記特定の結像平面に前記撮像面を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. 前記特定結像面決定工程は、前記各連続合焦評価データに対して前記Ｚ軸方向の単位長さ当たりの解像度変化率を算出して解像度低下が少ない範囲を探索範囲と定め、前記探索範囲内で前記特定の結像平面を決める工程を含む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。
3. 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座標値に、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Ｚ軸上の測定座標値の各々で、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中央とその周辺の２つ以上と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Ｚ軸上の測定座標値毎に算出する合焦評価値取得手段と、
   前記各撮像位置における前記Ｚ軸上の測定座標値毎の合焦評価値を補間して連続合焦評価値データを算出する補間手段と、
   前記撮像面の中央に設定された撮像位置に対応する連続合焦評価値データのピークとなるＺ軸座標値を求め、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、前記Ｚ軸上の測定座標値との組み合わせで表される少なくとも３つ以上の評価点を前記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平面を算出し、前記近似平面を前記Ｚ軸との交点が前記Ｚ軸座標値となるように移動し、この位置を中心として前記Ｘ・Ｙ軸回りに動かしてできる複数の結像平面と前記各連続合焦評価データとの交点から各結像平面における各撮像位置の推定解像度を求め、前記各結像平面における前記撮像位置毎の推定解像度のバラツキを表すバランス評価値に基づいて特定の結像平面を決める特定結像面決定手段と、
   前記Ｚ軸と前記特定の結像平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特定の結像平面のＸ軸及びＹ軸回りの回転角度とを算出して前記撮像面を前記特定の結像平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。
4. 特定結像面決定手段は、前記各連続合焦評価データにおける前記Ｚ軸方向の単位長さ当たりの解像度変化率を算出し、解像度低下が少ない範囲を探索範囲と定め、前記探索範囲内で前記特定の結像平面を決める手段を備えることを特徴とする請求項３記載のカメラモジュール製造装置。
5. 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軸上で前記撮影レンズ又は前記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中央とその周辺の２つ以上と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Ｚ軸上の測定座標値毎に算出し、
   前記各撮像位置における前記Ｚ軸上の測定座標値毎の合焦評価値を補間して連続合焦評価値データを算出し、
   前記撮像面の中央に設定された撮像位置における連続合焦評価値データのピークとなるＺ軸座標値を求め、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、前記Ｚ軸上の測定座標値との組み合わせで表される少なくとも３つ以上の評価点を前記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平面を算出し、
   前記近似平面を前記Ｚ軸との交点が前記Ｚ軸座標値となるように移動し、この位置を中心として前記Ｚ軸に直交するＸ軸及びＹ軸回りに動かしてできる複数の結像平面と前記各連続合焦評価データとの交点から各結像平面における各撮像位置の推定解像度を求めて、前記各結像平面における撮像位置毎の推定解像度のバラツキを表すバランス評価値に基づいて特定の結像平面を決め、
   前記Ｚ軸と前記特定の結像平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特定の結像平面の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、前記撮像面が前記特定の結像平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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