JP2003029115A

JP2003029115A - 撮像装置及びその焦点調整方法

Info

Publication number: JP2003029115A
Application number: JP2001216524A
Authority: JP
Inventors: Katsushige Ishizuka; 勝重石塚
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-07-17
Filing date: 2001-07-17
Publication date: 2003-01-29

Abstract

(57)【要約】【課題】この発明は、入射した光を撮像素子の受光部
に結像するようにレンズの焦点距離を簡単な操作で調整
でき、その調整後にレンズを固定することにより良好な
画質を得る新規な撮像装置及びその焦点調整方法を提供
することを課題とする。【解決手段】この発明に係る撮像装置は、入射光を収束
するレンズ１と、その収束された光を電気信号に変換す
る受光部を有する撮像素子（半導体センサ４）と、レン
ズ１を撮像素子４に対して移動可能に装着した鏡筒３
と、レンズ１と撮像素子４との間における鏡筒３に固定
され、レンズ１からの光を通過させる透光板７とを有
し、その透光板７とレンズ１とにより形成される空間に
ガスを注入する注入孔３ｂを鏡筒３に設け、この注入孔
３ｂよりガスを注入することによりレンズ１を移動さ
せ、レンズ１による焦点位置が受光部になるようにレン
ズ１を鏡筒３に固定したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、携帯電話機等の
小型情報通信機器に搭載される撮像装置及びレンズユニ
ットと受光センサとの焦点距離を調整する焦点調整方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の撮像装置に関し、例えば特開平９
−１１３７８７号公報には、鏡筒側の端面に調整方向に
変化するカムを形成し、レンズユニット側にはカムに接
する突起形状を形成するとともに、組み込み調整時には
レンズユニット側の突起部を鏡筒カムに接しながら回転
させることにより、レンズユニットと半導体センサ（以
下、撮像素子ともいう。）との間の焦点距離を調整する
ものが記載されている。また、従来の撮像装置には、レ
ンズユニットを構成するレンズホルダの外形に雄ねじ
を、鏡筒内側に雌ねじを形成し、レンズユニットを回転
させることにより、鏡筒に対してレンズユニットを移動
させて固定した半導体センサとレンズユニットとの相対
位置の調整を行うものがあった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来に
おけるカムを利用する撮像装置の焦点調整方法では、カ
ム形状の形成によるサイズ増大や調整範囲の制限等のほ
か、焦点調整の自動化において回転させるための工具取
付方向と画像取込み方向が同じとなるため、連続的な検
査や調整が困難になるという課題があった。また、従来
におけるねじによる撮像装置の焦点調整方法では、ねじ
部の加工精度等により半導体センサとレンズ光軸との直
角度の確保や鏡筒とレンズユニットとの同軸度の確保が
困難となり、結果的にレンズ光軸と半導体センサの中心
部との位置ずれを生じやすく、またねじを形成するため
ねじ部分の肉厚増加や成形品における成形時の変形など
の要因にもなり成形金型も複雑化することから、製品の
小型化にも限界があり、生産性も安定しないという課題
があった。そこで、この発明は、かかる課題を解決する
ためになされたもので、入射した光を撮像素子の受光部
に結像するようにレンズの焦点距離を簡単な操作で調整
でき、その調整後にレンズを固定することにより良好な
画質を得る新規な撮像装置及び焦点調整の自動化に適し
た撮像装置の焦点調整方法を提供することを目的とす
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る撮像装置は、入射光を収束するレンズと、その収束さ
れた光を電気信号に変換する受光部を有する撮像素子
と、前記レンズを前記撮像素子に対して移動可能に装着
した鏡筒と、前記レンズと前記撮像素子との間における
前記鏡筒に固定され、前記レンズからの光を通過させる
透光板とを有し、その透光板と前記レンズとにより形成
される空間にガスを注入する注入孔を前記鏡筒に設け、
この注入孔よりガスを注入することにより前記レンズを
移動させ、前記レンズによる焦点位置が前記受光部にな
るように前記レンズを前記鏡筒に固定したものである。

【０００５】この発明の請求項２に係る撮像装置は、前
記透光板を前記鏡筒と一体成形した請求項１に記載のも
のである。

【０００６】この発明の請求項３に係る撮像装置は、前
記鏡筒の外部を塗装して外部からの光の入射を遮蔽した
請求項１又は２に記載のものである。

【０００７】この発明の請求項４に係る撮像装置の焦点
調整方法は、レンズユニットの撮像素子に対する焦点距
離を調整する調整範囲内で移動可能に鏡筒内に装着する
装着工程と、前記撮像素子に近い前記調整範囲の最下位
置に前記レンズユニットを設定する設定工程と、前記鏡
筒内の前記レンズユニットと前記撮像素子との間の空間
にガスを注入する注入工程と、この注入工程により前記
レンズユニットを移動させ、位置調整冶具に接触する位
置において前記注入工程を停止させる停止工程と、この
停止工程後に前記撮像素子による画像を検出する画像デ
ータ検出工程と、その画像データより画像の良否を判定
する判定工程と、この判定工程による判定が不良のと
き、前記注入工程により前記レンズユニットの微調整を
行い、画像の再判定を行う再判定工程と、前記判定工程
又は前記再判定工程により判定が良のときに、前記レン
ズユニットを前記鏡筒に固定する固定工程とを備えたも
のである。

【０００８】この発明の請求項５に係る撮像装置は、入
射光を収束するレンズユニットと、その収束された光を
電気信号に変換する撮像素子と、前記レンズユニットを
前記撮像素子に対して移動可能に装着した鏡筒と、前記
レンズと前記撮像素子との間における前記鏡筒に固定さ
れ、前記レンズからの光を通過させる透光板とを備え、
前記レンズユニットを移動させる位置調整冶具により掴
まれる掴み代を前記レンズユニットに形成し、前記掴み
代が嵌挿される切欠き部を前記鏡筒に形成し、前記掴み
代が前記切欠き部内を移動することにより、前記レンズ
ユニットを前記鏡筒内で移動させ、前記レンズユニット
による焦点位置が前記撮像素子になるように前記レンズ
ユニットを前記鏡筒に固定したものである。

【０００９】この発明の請求項６に係る撮像装置の焦点
調整方法は、レンズユニットの撮像素子に対する焦点距
離を調整する調整範囲内で前記レンズユニットを移動可
能に鏡筒内に装着する装着工程と、前記レンズユニット
に位置調整冶具を接続し、前記鏡筒内の第１及び第２の
位置に前記レンズユニットを移動させる移動工程と、前
記第１の位置における前記撮像素子による画像を検出す
る第１の検出工程と、その画像データより画像の良否を
判定する第１の判定工程と、その判定が不良のときに、
前記第２の位置における前記撮像素子による画像を検出
する第２の検出工程と、この第２の検出工程による画像
データより画像の良否を判定する第２の判定工程と、こ
の第２の判定工程により判定が良のときに、前記レンズ
ユニットを前記鏡筒に固定する固定工程とを備えたもの
である。

【００１０】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明の
実施の形態１について、図１、図２および図３を用いて
説明する。図１は、実施の形態１に係る撮像装置を分解
したときの斜視図、図２は、実施の形態１に係る撮像装
置の斜視図、図３は、実施の形態１に係る撮像装置の断
面構成図である。これらの図において、１は入射光を収
束させるレンズ、２はレンズ１を支持するレンズユニッ
トで、一部品を構成する。３は円筒状の鏡筒で、その上
部からレンズユニット２を挿入し、レンズユニット２を
外力により上下に移動可能とするとともに、所望位置に
保持している。４はレンズ１により収束された光を電気
信号に変換する受光部４ａを有する半導体センサで、例
えばＣＣＤ、ＣＭＯＳや人工網膜チップにより構成す
る。鏡筒は、透明樹脂で一体成形し、外部を着色してい
る。５はレンズ１を挟持するレンズホルダで、その外周
面５ａと鏡筒３の内周面３ａを嵌め合い公差で製作す
る。半導体センサ４は鏡筒３に対して接着剤等により固
定しているため、レンズユニット２は鏡筒３に滑らかに
摺動するように組込む。

【００１１】図２及び図３に示すように、鏡筒３の内部
にガスを注入するために、注入孔３ｂをその内部に貫通
するように鏡筒３に形成する。したがって、注入孔３ｂ
からガスを注入すると、鏡筒３に組込まれたレンズユニ
ット２はガス圧により押上げられる。７はガス注入時の
気密性を確保するためにレンズ１と半導体センサ４の受
光部４ａとの間に設けた透光板で、レンズ１から受光部
４ａに至る光路を確保するため、所要の波長を通過する
ガラス材料により構成してもよく、鏡筒３と透光板７と
をアクリル樹脂等の透明素材により一体成形してもよ
い。図４は、鏡筒３と透光板７とを一体成形したとき
の構成説明図である。図４において、レンズ１と受光部
４ａとの間の光路部分及び透光板７に相当する部分（図
４において、未塗装範囲と記す部分）を除き、鏡筒３の
外周部（図４において、塗装範囲と記す部分）に塗装を
施すことにより、外光が鏡筒３を通してその内部におけ
る受光部４ａに入射するのを防止している。こうして、
レンズユニット２からの光が半導体センサ４の受光部４
ａ上に結像するようにレンズユニット２を鏡筒３内で摺
動させ、その結像位置において紫外線硬化型の接着剤等
によりレンズユニット２を鏡筒３に固定する。

【００１２】実施の形態２．次に、この発明に係る撮像
装置の焦点調整方法について、図５を用いて説明する。
図５は、その焦点調整方法を説明するための概略説明図
である。図５において、レンズユニット２、鏡筒３及び
半導体センサ４により組立てた撮像装置を焦点調整用装
置に装備・固定する。制御装置９の入力部より撮像装置
の装備・固定完了を入力すると、焦点調整用装置は起動
する。焦点調整装置は、位置調整冶具６、その冶具６に
固定した図５に示すような押え部６ａを有する。焦点調
整用装置の起動により、位置調整冶具６の押え部６ａは
レンズユニット２の焦点調整範囲の最下位置に移動す
る。量産品のレンズユニット２や鏡筒３や半導体センサ
４による組立てにより、レンズユニット２が半導体セン
サ４の受光部４ａに焦点を結ぶべきレンズユニット２の
位置について、焦点調整範囲を予め設定することができ
る。このとき、図５に示すような注入ノズル１０を鏡筒
３の注入孔３に接続して、ガスの注入を開始する。レン
ズユニット２は、ガス圧により持上げられ、レンズユニ
ット２が位置調整冶具６の押え部６ａに接触したとき
に、レンズユニット２は移動を停止する。このとき、ガ
スの注入を継続してレンズユニット２が下がらないよう
にする。次に、例えば非接触変計を用いてレンズユニッ
ト２の位置を確認して制御装置９により画像検出に移行
する。この画像検出では、レンズユニット２の停止状態
で、半導体センサ４により取込んだ画像データの良否を
制御装置９により判定する。

【００１３】制御装置９による判定が良のとき、ガスの
注入を継続した状態で、例えば紫外線硬化接着剤により
レンズユニット２を鏡筒３に固定する。このような固定
作業が完了した時点でガスの注入を停止し、注入ノズル
１０や位置調整冶具６を退避する。また、調整作業が完
了したことを確認し、調整装置から撮像装置を取り出し
て一連の作業を完了する。一方、制御装置９による判定
が不良のとき、位置調整冶具６を所定量だけ上方に移動
させ、ガス圧によりレンズユニット２を位置調整冶具６
の押え部６ａに接触するまで移動させる。この移動後に
レンズユニット２を停止させ、再び半導体センサ４によ
る画像データを制御装置９に取込み、制御装置９により
再判定を行う。この再判定が良のときには、上記と同様
にして、レンズユニット２を鏡筒３に固定し、ガスの注
入を停止して注入ノズル１０等を退避し、撮像装置を調
整装置から取り出す。しかし、制御装置９による再判定
が不良のとき、位置調整冶具６を更に所定量だけ上方に
移動してレンズユニット２を移動し、制御装置９により
画像データの再判定を行う。こうして、再判定を繰返す
ことにより、各撮像装置におけるレンズユニット２を鏡
筒３の最適位置に固定することにより、レンズユニット
２を通過した光を半導体センサ４の受光部４ａに焦点を
結像させ、精度の高い画像をうることが可能となる。

【００１４】このように、予め設定したアルゴリズムに
基き調整シーケンスを実行して一連の調整作業を完了す
る。また、上述した位置調整冶具６の移動すべき所定量
は、可能な限り微小量が望ましいが、制御装置９による
画像データの判定精度とも関係するほか、生産効率の低
下にも関係するため、これらの兼ね合いで設定する。な
お、ガス注入孔３ａは、必要に応じレンズユニット２の
位置を調整した後に、キャップ又は接着剤等により封じ
る。また、上述の実施の形態２では、鉛直方向に対して
レンズユニット２を上方に半導体センサ４を下方に配置
した場合について説明したが、これらの全体を反転して
レンズユニット２を下方に半導体センサ４を上方に配置
して、実施の形態２において説明をしたと同様の方法に
より、レンズユニット２を下方に位置調整を行ってもよ
く、この場合にも、実施の形態２の含まれる。このよう
に、レンズユニット２を下方に配置することにより、レ
ンズユニット２を下方に位置調整の後、完全にガス注入
を停止した状態で、制御装置９により画像データの判定
を行い、より安定した条件での調整が可能となる。

【００１５】実施の形態３．次に、実施の形態３につい
て、図６を用いて説明する。図６は、実施の形態３につ
いて説明するための撮像装置の断面図である。実施の形
態３では、図３のレンズホルダー５に相当する部品を鏡
筒３に一体化することにより、図６に示すように構成し
ている。即ち、鏡筒３の内側に段部を形成し、鏡筒３の
上方からレンズ１を挿入してその段部にレンズ１を位置
決めする。このとき、レンズ１は最下位となる。鏡筒３
の内周とレンズ１の外周を嵌め合い寸法として摺動面を
形成しているため、ガスをガス注入孔３から注入すれ
ば、レンズ１は図６に示す位置から上方に移動する。し
たがって、実施の形態２の場合と同様の手順に基づい
て、レンズ１の位置決め及びレンズ１の焦点調整を行っ
た後、レンズ１を接着剤等により鏡筒３に固定する。な
お、図６中に示す８はレンズ押えで、レンズ１の移動の
上限を規制するために、鏡筒３の上端部からレンズ１の
周辺部を覆うように配置している。

【００１６】実施の形態４．次に、実施の形態４につい
て図７を用いて説明する。図７は、この発明に係る撮像
装置の斜視図である。図７において、３は円筒状の鏡筒
で、その上部の対向部分に切欠き部３ｃを形成してい
る。２は鏡筒３の中空部に挿入されるレンズユニット
で、レンズホルダ掴み代５ｂ、５ｂを形成している。そ
のレンズホルダ掴み代５ｂ、５ｂは、鏡筒３の切欠き部
３ｃ、３ｃに嵌挿している。この状態で、レンズユニッ
ト２は、レンズホルダ掴み代５ｂが鏡筒３の切欠き部３
ｃに当接する位置から上方に移動させうる。ここに、位
置調整冶具（図７に図示せず。）は、レンズホルダ掴み
代５ｂ、５ｂをそれらの側方から掴み込み、レンズユニ
ット２をホールドする。この位置調整冶具は、レンズユ
ニット２を挟みながらレンズユニット２を鏡筒３内に移
動させるように図示しない駆動装置により駆動される。
その位置調整冶具をレンズユニット２が鏡筒３の最下位
（例えば、レンズホルダ掴み代５ｂが切欠き部３ｃに当
接する位置）に設定したとき、レンズユニット２による
半導体センサ４からの画像データを制御装置９により判
定する。この判定の結果が不良であれば、位置調整冶具
により所定量だけレンズユニット２を移動させ、制御装
置９により再判定を行う。その結果、判定が良であれ
ば、位置調整冶具のその位置におけるレンズユニット２
を鏡筒３に固定する。その後、位置調整冶具をレンズユ
ニット２、即ち、レンズホルダ掴み代５ｂから解除す
る。その他の点については、実施の形態２において説明
したと同様である。

【００１７】

【発明の効果】この発明に係る撮像装置よれば、各撮像
装置におけるレンズユニットを鏡筒の最適位置に固定す
ることにより、レンズユニットを通過した光を撮像素子
に焦点を結像させうるため、高精度画像を得ることがで
きる。また、この発明に係る撮像装置の焦点調整方法よ
れば、入射した光を撮像素子の受光部に結像するように
レンズの焦点距離を簡単な操作で調整でき、その調整後
にレンズを固定することにより良好な画質を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１に係る撮像装置を分解したとき
の斜視図である。

【図２】実施の形態１に係る撮像装置の斜視図であ
る。

【図３】実施の形態１に係る撮像装置の断面構成図で
ある。

【図４】実施の形態１に係る撮像装置の鏡筒３と透光
板７とを一体成形したときの構成説明図である。

【図５】実施の形態２に係る撮像装置の焦点調整方法
を説明するための概略説明図である。

【図６】実施の形態３について説明するための撮像装
置の断面図である。

【図７】実施の形態４係る撮像装置の斜視図である。

【符号の説明】

１…レンズ、２…レンズユニット、３…鏡筒、３ａ…内
周面、３ｂ…ガス注入孔、４…半導体センサ、５…レン
ズホルダ、５ａ…外周面、６…位置調整冶具、６ａ…押
え部、７…透光板、８…レンズ押え、９…制御装置、１
０…注入ノズル、５ｂ…レンズホルダ掴み代、３ｃ…切
欠き部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入射光を収束するレンズと、その収束さ
れた光を電気信号に変換する受光部を有する撮像素子
と、前記レンズを前記撮像素子に対して移動可能に装着
した鏡筒と、前記レンズと前記撮像素子との間における
前記鏡筒に固定され、前記レンズからの光を通過させる
透光板とを有し、その透光板と前記レンズとにより形成
される空間にガスを注入する注入孔を前記鏡筒に設け、
この注入孔よりガスを注入することにより前記レンズを
移動させ、前記レンズによる焦点位置が前記受光部にな
るように前記レンズを前記鏡筒に固定したことを特徴と
する撮像装置。
【請求項２】前記透光板は、前記鏡筒と一体成形した
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】前記鏡筒の外部を塗装して外部からの光
の入射を遮蔽したことを特徴とする請求項１又は２に記
載の撮像装置。
【請求項４】レンズユニットの撮像素子に対する焦点
距離を調整する調整範囲内で前記レンズユニットを移動
可能に鏡筒内に装着する装着工程と、前記撮像素子の側
における第１の位置に前記レンズユニットを設定する設
定工程と、前記鏡筒内の前記レンズユニットと前記撮像
素子との間の空間にガスを注入する注入工程と、この注
入工程により前記レンズユニットを移動させ、位置調整
冶具に接触する位置において前記注入工程を停止させる
停止工程と、この停止工程後に前記撮像素子による画像
を検出する画像データ検出工程と、その画像データより
画像の良否を判定する判定工程と、この判定工程による
判定が不良のとき、前記注入工程により前記レンズユニ
ットを第２の位置に微調整を行い、画像の再判定を行う
再判定工程と、前記判定工程又は前記再判定工程により
判定が良のときに、前記レンズユニットを前記鏡筒に固
定する固定工程とを備えたことを特徴とする撮像装置の
焦点調整方法。
【請求項５】入射光を収束するレンズユニットと、そ
の収束された光を電気信号に変換する撮像素子と、前記
レンズユニットを前記撮像素子に対して移動可能に装着
した鏡筒と、前記レンズと前記撮像素子との間における
前記鏡筒に固定され、前記レンズからの光を通過させる
透光板とを備え、前記レンズユニットを移動させる位置
調整冶具により掴まれる掴み代を前記レンズユニットに
形成し、前記掴み代が嵌挿される切欠き部を前記鏡筒に
形成し、前記掴み代が前記切欠き部内を移動することに
より、前記レンズユニットを前記鏡筒内で移動させ、前
記レンズユニットによる焦点位置が前記撮像素子になる
ように前記レンズユニットを前記鏡筒に固定したことを
特徴とする撮像装置。
【請求項６】レンズユニットの撮像素子に対する焦点
距離を調整する調整範囲内で前記レンズユニットを移動
可能に鏡筒内に装着する装着工程と、前記レンズユニッ
トに位置調整冶具を接続し、前記鏡筒内の第１及び第２
の位置に前記レンズユニットを移動させる移動工程と、
前記第１の位置における前記撮像素子による画像を検出
する第１の検出工程と、その画像データより画像の良否
を判定する第１の判定工程と、その判定が不良のとき
に、前記第２の位置における前記撮像素子による画像を
検出する第２の検出工程と、この第２の検出工程による
画像データより画像の良否を判定する第２の判定工程
と、この第２の判定工程により判定が良のときに、前記
レンズユニットを前記鏡筒に固定する固定工程とを備え
たことを特徴とする撮像装置の焦点調整方法。