JP2014182354A - レンズ傾き検出装置およびレンズ傾き検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズがホルダに組み込まれた光学ユニットの状態でも、レンズの光軸の傾きを正確に検出できるレンズ傾き検出装置およびレンズ傾き検出方法を提供する。
【解決手段】基準軸ｍに直交する平面上に互いに間隔をあけて配置され、基準軸ｍ上に配置された測定対象のレンズに光を照射する複数の点光源２１と、複数の点光源２１に対して測定対象のレンズＬ１と反対の側かつ基準軸ｍに光軸が一致するように配置され、測定対象のレンズＬ１の複数のレンズ面からの反射光により生成される点光源２１の複数の結像画像を撮像する撮像カメラ３と、撮像カメラ３により撮像された複数の点光源２１の複数の結像画像の夫々の中心位置の相対的なずれ量に基づいて、基準軸ｍ方向に対する測定対象のレンズＬ１の光軸の傾斜角度と傾斜方向を検出するレンズ傾き検出部(４,５,６)とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、レンズ傾き検出装置およびレンズ傾き検出方法に関し、光通信用レンズ、撮像系用レンズおよび光ディスク用レンズ等のレンズチルト調整に用いられるレンズ傾き検出装置およびレンズ傾き検出方法に関するものである。

携帯電話用のカメラモジュールでは、撮像素子のコンパクト化および非球面レンズの多様化により、レンズを光学ユニットに組込む際に、厳密な位置決め調整精度が要求されている。

そこで、従来のレンズ傾き検出装置として、照明光をレンズに照射してレンズ面の反射像のずれからレンズホルダの基準面に対するレンズチルト角を換算することにより傾き調整するものがある(例えば、特開２０１０−５４６７７号公報(特許文献１)参照)。

特開２０１０−５４６７７号公報

ところで、レンズは、レンズユニットに組み込まれた後、レンズ駆動用のアクチュエータが搭載された光学ユニットとなる。このとき、光学ユニットの基準面に対してレンズが傾いて組付調整される場合も多く、光学ユニットの光軸に対してレンズが傾いており、この光学ユニットを撮像センサに調整なしで装着しても所望の性能を有するカメラモジュールを得ることができない。そのため、光学ユニットの状態でレンズの傾きを測定し、発生している傾きを調整することが必要となる。

上記レンズ傾き検出装置の技術を用いれば、レンズを組込むホルダに対するレンズの光軸の傾斜角度を調整することができるが、レンズの傾きの基準をレンズ外形あるいはレンズが接しているホルダの内径にする必要がある。このため、これらが見えないホルダに組込み済みの光学ユニット状態のものでは、レンズの傾きを正確に測定することができず、光学ユニットを撮像センサに組み込み調整することができないという問題がある。

この発明は、上記問題に鑑み、ホルダにレンズが組み込まれた光学ユニットの状態でも、レンズの光軸の傾きを正確に検出できるレンズ傾き検出装置およびレンズ傾き検出方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するため、この発明のレンズ傾き検出装置は、
基準軸に直交する同一平面上に互いに間隔をあけて配置され、上記基準軸上に配置された測定対象のレンズに光を照射する複数の点光源と、
上記複数の点光源に対して上記測定対象のレンズと反対の側かつ上記基準軸に光軸が一致するように配置され、上記測定対象のレンズの複数のレンズ面からの反射光により生成される上記点光源の複数の結像画像を撮像する撮像カメラと、
上記撮像カメラにより撮像された上記複数の点光源の複数の結像画像の夫々の中心位置の相対的なずれ量に基づいて、上記基準軸方向に対する上記測定対象のレンズの光軸の傾斜角度と傾斜方向を検出するレンズ傾き検出部と
を備えたことを特徴とする。

また、一実施形態のレンズ傾き検出装置では、
上記複数の点光源は、複数の多角形の頂点に配置されている。

また、一実施形態のレンズ傾き検出装置では、
上記複数の点光源のうちの１または２以上の点光源を任意のタイミングで点灯可能に制御する光源制御部を備えた。

また、この発明のレンズ傾き検出方法では、
基準軸に直交する平面上に互いに間隔をあけて配置された複数の点光源からの光を、上記基準軸上に配置された測定対象のレンズに照射し、上記測定対象のレンズの複数のレンズ面の第１面の反射光の像を、上記基準軸と光軸が一致する結像系により結像させる撮像カメラにより撮像する工程と、
上記撮像カメラにより撮像された上記第１面の反射光の像の中心位置を中心位置演算部により求める工程と、
上記レンズの第１面と異なる他のレンズ面からの反射光の像を上記結像系により結像させて、上記撮像カメラにより撮像する工程と、
上記撮像カメラにより撮像された上記レンズの第１面と異なる他のレンズ面からの反射光の像の中心位置を上記中心位置演算部により求める工程と、
上記中心位置演算部により求められた上記第１面の反射光の像の中心位置と上記第１面と異なる他のレンズ面からの反射光の像の中心位置に基づいて、上記基準軸方向に対する上記レンズの光軸の傾斜角度と傾斜方向をレンズ傾き演算部により演算する工程と
を含むことを特徴とする。

以上より明らかなように、この発明によれば、撮像カメラにより撮像された複数の点光源の複数の結像画像の夫々の中心位置の相対的なずれ量に基づいて、測定対象のレンズの光軸の傾斜角度と傾斜方向を検出することによって、レンズがホルダに組み込まれた光学ユニットの状態でも、レンズの光軸の傾きを正確に検出できるレンズ傾き検出装置およびレンズ傾き検出方法を実現することができる。

図１はこの発明の第１実施形態のレンズ傾き検出装置の概略構成を示す図である。 図２Ａは上記レンズ傾き検出装置において点光源の一例としてのＬＥＤを４角形の頂点になるように配置した光源の模式図である。 図２Ｂは上記レンズ傾き検出装置によりレンズ傾きが検出される光学ユニットの断面模式図である。 図３Ａは上記光学ユニットのレンズがチルトした際に生じる偏心と像の関係を示す図である。 図３Ｂは凸メニスカスレンズの上面で発散反射した光による虚像と、レンズの上面を透過し下面で発散反射した光による虚像を示す図である。 図３Ｃは凹メニスカスレンズの上面で収束反射した光による実像と、レンズの上面を透過し下面で収束反射した光による実像を示す図である。 図３Ｄは両凹レンズの上面で収束反射した光による実像と、レンズの上面を透過し下面で発散反射した光による虚像を示す図である。 図３Ｅは第１レンズが両凸レンズ、第２レンズが凹メニスカスレンズである場合の像を示す図である。 図４Ａはレンズが傾斜していない場合の光源の像の様子を示す図である。 図４Ｂは上記レンズホルダを反時計回りに回転させた場合の光源の像の様子を示す図である。 図４Ｃは上記レンズホルダを時計回りに回転させた場合の光源の像の様子を示す図である。 図５Ａはレンズホルダのアパーチャーがレンズ中心に対してずれて形成されている場合の光源の像の様子を示す図である。 図５Ｂは上記レンズホルダを反時計回りに回転させた場合の光源の像の様子を示す図である。 図５Ｃは上記レンズホルダを時計回りに回転させた場合の光源の像の様子を示す図である。 図６Ａは上記撮像センサの受光面のチルト量の測定について説明するための図である。 図６Ｂは上記レンズ傾き検出装置を用いた光学ユニットのチルト量の測定について説明するための図である。 図６Ｃは撮像チャートを撮像して撮像特性を確認する製品検査について説明するための図である。 図７Ａはこの発明の第２実施形態のレンズ傾き検出装置のＬＥＤを４角形と５角形の頂点になるように配置した光源の模式図である。 図７Ｂは４角形の頂点に配置された点光源のみが点灯した場合の光源の模式図である。 図７Ｃは５角形の頂点に配置された点光源のみが点灯した場合の光源の模式図である。 図８Ａは図７Ｂに示す四角形状に点光源を配置した光源の構成において、レンズが傾斜していない場合の光源の像の様子を示す図である。 図８Ｂは図７Ｂに示す四角形の頂点に配置された点光源のみが点灯した場合の光源において、レンズホルダを反時計回りに回転させた場合の光源の像の様子を示す図である。 図８Ｃは図７Ｃに示す５角形の頂点に配置された点光源のみが点灯した場合の光源において、レンズホルダを反時計回りに回転させた場合の光源の像の様子を示す図である。 図９Ａは各点光源のうちの指定した箇所のみ点灯させた第１の例の光源の像の様子を示す図である。 図９Ｂは各点光源のうちの指定した箇所のみ点灯させた第２の例の光源の像の様子を示す図である。 図９Ｃは各点光源のうちの指定した箇所のみ点灯させた第３の例の光源の像の様子を示す図である。 図９Ｄは各点光源のうちの指定した箇所のみ点灯させた第４の例の光源の像の様子を示す図である。

以下、この発明のレンズ傾き検出装置およびレンズ傾き検出方法を図示の実施の形態により詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
図１はこの発明の第１実施形態のレンズ傾き検出装置の概略構成を示している。

この第１実施形態のレンズ傾き検出装置１は、図１に示すように、光源２と、撮像カメラ３と、信号処理部４と、画像処理部５と、演算処理部６と、表示部７とを備えている。上記信号処理部４と画像処理部５と演算処理部６でレンズ傾き検出部を構成している。

上記光源２は、図２Ａに示すように、点光源の一例としてのＬＥＤ(Light Emitting Diode：発光ダイオード)２１が複数配置された光源であり、基準軸(撮像カメラ３の光軸ｍ)に直交する同一平面上において４つのＬＥＤ２１を４角形の頂点になるように配置している。なお、この光源２に用いる発光素子は、ＬＥＤに限られるものではなく、蛍光管、電球、レーザー光、ＥＬ(Electro Luminescence：エレクトロ・ルミネッセンス)などでもよい。また、ＬＥＤの数や配置は異なっていてもよい。

また、上記光学ユニット１０は、図２Ｂに示すようにレンズ群４１(図１では３枚レンズ構成)と、そのレンズ群４１が装着されたレンズホルダ４２と、そのレンズホルダ４２を上下に駆動させるためのアクチュエータ４３から構成されている。

上記光源２からの光は、図１に示すように光学ユニット１０に照射される。そして、光源２からの光は、レンズ群４１の第１レンズＬ１の上面Ｓ１で反射した像と下面Ｓ２で反射した像を形成する。撮像カメラ３は、この像をレンズユニット３１によって受光素子であるＣＣＤ(Charge Coupled Device：電荷結合素子)３２に入射させる。上記レンズユニット３１は、光学ユニット１０のレンズ群４１の反射光の像を結像させる結像系である。

なお、光源２は、光学ユニット１０側に光を照射するが、撮像カメラ３側には光を照射しない。

上記ＣＣＤ３２の撮像面上では、第１レンズＬ１の上面Ｓ１と下面Ｓ２で反射した光源２の像が撮像される。光源２の像の形状は、ＣＣＤ３２、レンズユニット３１、光源２、第１レンズＬ１の位置関係、および撮像カメラ３の諸元設定に基づいて決定される。

上記ＣＣＤ３２からの出力信号は、信号処理部４へ送られ、信号処理部４は受光した像の光強度に相当するビデオ信号を発生させ、画像処理部５に送信する。そして、画像処理部５において、受信したビデオ信号を画像信号に変換する。なお、信号処理部４は、ＣＣＤ３２内に設けても良いし、演算処理部６内に設けてもよい。画像処理部５で変換された画像信号は、マイクロコンピューターから構成される演算処理部６に出力され、演算処理部６で画像の中心位置を求める。

上記演算処理部６は、撮像カメラ３により撮像された第１レンズＬ１からの反射光の像の中心位置を求める中心位置演算部６aと、中心位置演算部６aにより求められた反射光の像の中心位置に基づいて、第１レンズＬ１の傾きを演算するレンズ傾き演算部６bとを有する。

なお、画像処理部５の演算によって点光源の位置関係から、画像光強度の重心などを求めてもよく、中心位置や重心以外の特定の位置を求めてもよい。

重心を求める場合には、ＣＣＤ３２のかわりにＰＳＤ(Position Sensitive Device：位置検出素子)を用いても良い。その場合、画像処理部５の代わりにＰＳＤの出力信号を処理する信号処理部を用いる。

上記演算処理部６は、ＣＣＤ３２の出力信号に基づいて演算処理を施すことにより、第１レンズＬ１の傾き(傾斜角度と傾斜方向)を算出する。

そして、上記演算処理部６で得られた画像や演算結果を表示部７に表示する。なお、表示部７には、液晶ディスプレイやＣＲＴディスプレイを採用する。

また、通常複数の第１〜第３レンズＬ１,Ｌ２,Ｌ３からなるレンズ群４１は高精度でチルト調整が行われて組み立てられている。その中でも特に第１レンズＬ１は、光学性能に大きく影響するレンズであることが多いため、第１レンズＬ１の光軸の傾きがレンズ群４１の光学性能を左右する。

そのため、次に、レンズ群４１のチルト調整する指標とするための第１レンズＬ１の傾き(傾斜角度と傾斜方向)を検出するレンズ傾き検出方法について詳細に説明する。このレンズ傾き検出方法は、第１レンズＬ１が傾いた際に生じる偏心の状態を求め、第１レンズＬ１の傾き(傾斜角度と傾斜方向)を検出するものである。

図３Ａ〜図３Ｄを用いて第１レンズＬ１の偏心と像の関係について説明する。

まず、図３Ａに示すように、第１レンズＬ１が両凸レンズである場合、光源２から発した光は、まず第１レンズＬ１の上面Ｓ１で発散反射し、第１レンズＬ１に対して撮像カメラ３と反対の側の点Ｐ１に虚像ができる。次に、第１レンズＬ１の上面Ｓ１を透過し下面Ｓ２で収束反射した光は、第１レンズＬ１に対して撮像カメラ３側の点Ｐ２に実像を結像する。これらの点Ｐ１,Ｐ２にできる像を撮像カメラ３で観測すると、第１レンズＬ１に対して光源２と反対の側(奥側)の点Ｐ１に像ができ、第１レンズＬ１に対して光源２側(手前側)の点Ｐ２に像ができる。

このとき、撮像カメラ３の被写界深度は、点Ｐ１から点Ｐ２が同時に観測されるだけあることが望ましい。ただし、被写界深度が点Ｐ１から点Ｐ２まで十分なくても、像の中心が測定できるだけの画像が得られれば問題ない。

また、図３Ｂに示すように、第１レンズＬ１が照明側から見て凸メニスカスレンズである場合、光源２から発した光は、まず第１レンズＬ１の上面Ｓ１で発散反射し、点Ｐ１に虚像ができる。次に、第１レンズＬ１の上面Ｓ１を透過した光は、第１レンズＬ１の下面Ｓ２で発散反射し、点Ｐ２に虚像を結像する。これらの点Ｐ１,Ｐ２にできる像を撮像カメラ３で観測すると、第１レンズＬ１に対して光源２と反対の側(奥側)の点Ｐ１,Ｐ２に像ができる。

なお、点Ｐ１と点Ｐ１の光軸ｍに沿った方向の位置関係は、第１レンズＬ１のレンズ面(Ｓ１,Ｓ２)の曲率によって決まるが、本発明では重要ではない。

また、図３Ｃに示すように、第１レンズＬ１が照明側から見て凹メニスカスレンズである場合、光源２から発した光は、まず第１レンズＬ１の上面Ｓ１で収束反射し、点Ｐ１に実像ができる。次に、第１レンズＬ１の上面Ｓ１を透過した光は、第１レンズＬ１の下面Ｓ２で収束反射し、点Ｐ２に実像を結像する。これらの点Ｐ１,Ｐ２にできる像を撮像カメラ３で観測すると、第１レンズＬ１に対して光源２側(手前側)の点Ｐ１,Ｐ２に像ができる。

また、図３Ｄに示すように、第１レンズＬ１が両凹レンズである場合、光源２から発した光は、まず第１レンズＬ１の上面Ｓ１で収束反射し、点Ｐ１に実像ができる。次に、第１レンズＬ１の上面Ｓ１を透過した光は、第１レンズＬ１の下面Ｓ２で発散反射し、点Ｐ２に虚像を結像する。これらの点Ｐ１,Ｐ２にできる像を撮像カメラ３で観測すると、第１レンズＬ１に対して光源２側(手前側)の点Ｐ１に像ができ、第１レンズＬ１に対して光源２と反対の側(奥側)の点Ｐ２に像ができる。このように、レンズの形状に関係なく１枚のレンズの表面と裏面からの反射象が光軸ｍ上に形成される。

また、第１レンズＬ１以外の複数のレンズがある場合も、それぞれのレンズの面からの反射光による像が生成されることになり、撮像カメラ３で被写界深度内の像が観測できる。

例えば、図３Ｅに示すように、第１レンズＬ１が両凸レンズ、第２レンズＬ２が凹メニスカスレンズである場合、光源２の像は点Ｐ１〜Ｐ４に生成される。

図３Ｅでは、第１レンズＬ１が凸レンズである場合、光源２から発した光は、まず第１レンズＬ１の上面Ｓ１で発散反射し、点Ｐ１に虚像ができる。次に、第１レンズＬ１の上面Ｓ１を透過した光は、第１レンズＬ１の下面Ｓ２で収束反射し、点Ｐ２に実像を結像する。さらに、第１レンズＬ１を透過した光は、第２レンズＬ２の上面Ｓ１で収束反射して第１レンズＬ１を透過し、点Ｐ３に実像を結像する。また、第２レンズＬ２を透過した光は、第２レンズＬ２の下面Ｓ４で収束反射して第１レンズＬ１を透過し、点Ｐ４に実像を結像する。

このとき、撮像カメラ３の被写界深度ＷはＰ１〜Ｐ４のすべての像を一度に観測できる設計であれば良いが、少なくとも２つ以上の像が観測できる設計が望ましい(図３ＥではＷはＰ１,Ｐ２の２点が一度に観測できる設計例)。

また、被写界深度Ｗが小さく２点以上一度に観測できない場合は、撮像カメラ３で各像点に順次ピントを合わせ、逐次観測していってもよい。

次に、これらの照明の像がレンズチルトした場合の様子を図４Ａ,図４Ｂ,図４Ｃに示している。図４Ａ,図４Ｂ,図４Ｃにおいて、図中上部にＣＣＤ３２(図１に示す)で得られた画像を示し、図中下部にレンズホルダ４２と第１レンズＬ１の光軸の傾斜状況を断面模式図で示す。

図４Ａは第１レンズＬ１が傾斜していない場合を示す。このときにＣＣＤ３２で得られる画像には、四角形の頂点に光源２の像Ｒ１,Ｒ２(中心位置を表す点Ｐ１,Ｐ２)が現れる。

この状態から、図４Ｂに示すように、Ｗ１の方向(反時計方向)にレンズホルダ４２を回転させると、光源２の像Ｒ１,Ｒ２の中心位置を表す点Ｐ１,Ｐ２は、図中左右にずれて観測される。

次に、図４Ｃに示すように、Ｗ２(時計方向)の方向にレンズホルダ４２を回転させると、光源２の像Ｒ１,Ｒ２の中心位置を表す点Ｐ１,Ｐ２は、図中左右逆方向にずれて観測される。

このように、第１レンズＬ１が傾くと光学面(Ｓ１,Ｓ２)は偏心することとなり、その偏心の状態は、撮像カメラ３で得られた画像(像Ｒ１,Ｒ２の中心位置を表す点Ｐ１,Ｐ２)の相対位置関係から検出することができるので、検出した偏心の状態から逆算して、光軸ｍ方向に対する第１レンズＬ１の光軸の傾斜角度や傾斜方向等を求めることができる。

すなわち、ＣＣＤ３２の画像から、光源２の像Ｒ１,Ｒ２の中心位置を表す点Ｐ１,Ｐ２のずれ方向を検出することで、光軸ｍ方向に対する第１レンズＬ１の光軸の傾斜方向を検出でき、光源２の像の中心位置を表す点Ｐ１,Ｐ２の距離を検出することで、光軸ｍ方向に対する第１レンズＬ１の光軸の傾斜角度を検出することができる。

したがって、第１レンズＬ１の傾き補正は、光源２の像Ｒ１,Ｒ２が同心円上になって中心位置を表す点Ｐ１,Ｐ２が重なるように調整することで行うことができる。

これは、レンズの２つ以上の像の相対位置関係を検出することにより第１レンズＬ１の光軸の傾斜角度を検出しているため、レンズ外形が見えない光学ユニット１０に搭載された第１レンズＬ１に対して有効である。

また、図５Ａのようにレンズホルダ４２のアパーチャーＡＰが第１レンズＬ１の中心に対してずれている場合に対しても、その影響を受けることなく、像Ｒ１,Ｒ２が同心円上になって中心位置を表す点Ｐ１,Ｐ２が重なるときはレンズチルトがない状態であると判断できる。

一方、図５Ｂに示すように、Ｗ１の方向(反時計方向)にレンズホルダ４２を回転させると、アパーチャーＡＰの位置に関係なく光源２の像の中心位置を表す点Ｐ１,Ｐ２は、図中左右にずれて観測される。

次に、図５Ｃに示すように、Ｗ２の方向(時計方向)にレンズホルダ４２を回転させると、光源２の像の中心位置を表す点Ｐ１,Ｐ２は、図中左右逆方向にずれて観測される。

このように、第１レンズＬ１が傾くと、光学面(Ｓ１,Ｓ２)は偏心することとなり、その偏心の状態は、得られた画像の相対位置関係から検出することができるので、検出した偏心の状態から逆算して、光軸ｍ方向に対する第１レンズＬ１の光軸の傾斜角度等を求めることができる。

すなわち、ＣＣＤ３２の画像から、光源２の像Ｒ１,Ｒ２の中心位置を表す点Ｐ１,Ｐ２のずれ方向を検出することで、光軸ｍ方向に対する第１レンズＬ１の光軸の傾斜方向を検出でき、光源２の像Ｒ１,Ｒ２の中心位置を表す点Ｐ１,Ｐ２の距離を検出することで、光軸ｍ方向に対する第１レンズＬ１の光軸の傾斜角度を検出することができる。

なお、上記第１実施形態では、第１レンズＬ１のみの反射画像での説明を行ったが、レンズが２枚以上で構成された光学ユニットにおいて、２個以上の画像が得られる場合でも同様に画像が同心円上になる状態がレンズチルトのない状態であり、それぞれの画像の中心位置の差分和により傾斜角度が検出され、チルト発生によりそれぞれの画像が偏芯する方向を検出することで傾斜方向を認識できる。

次に、図１に示すレンズ傾き検出装置を用いて、この発明のレンズ傾き検出方法を実施する撮像カメラモジュールの組立てについて説明する。撮像カメラモジュールの組立てフローは、演算処理部６(図１に示す)におけるプログラムからの指示で実行される。このプログラムは、演算処理部６における図示しないＲＯＭ(リード・オンリー・メモリー)やＲＡＭ(ランダム・アクセス・メモリー)に記憶されている。

図６Ａに示すように、まず、カメラモジュール用の撮像センサ９を図示しない組立て装置にセットし、組み立て装置の組み立て基準軸(光軸ｍ)上に配置したチルトセンサ２０により、基準軸(光軸ｍ)に対する撮像センサ９の受光面のチルト量(傾斜角度)α１を測定する。

次に、図６Ｂのようにカメラモジュール用の光学ユニット１０を組立て装置にセットし、組み立て装置の組み立て基準軸(光軸ｍ)上に配置したこの第１実施形態のレンズ傾き検出装置１により、基準軸(光軸ｍ)に対するレンズ群４１のチルト量(傾斜角度)α２を測定する。

上記の測定結果に従い、(1)カメラモジュールとしては撮像センサ９をチルト量α１からレンズ群４１のチルト量α２に修正して、光学ユニット１０に相対的な位置調整をした後、組み付けてカメラモジュールを組み立てる、
あるいは、(2)光学ユニット１０をチルト量α２から撮像センサのチルト量α１に修正して撮像センサ９に相対的な位置調整をした後、組み付けてカメラモジュールを組み立てる、
あるいは、(3)基準軸(光軸ｍ)に対して撮像センサ９のチルト量α１が０になるように修正し、レンズ群４１のチルト量α２が０になるように光学ユニット１０の姿勢を修正し、修正された撮像センサ４と光学ユニット１０の相対的な位置調整をした後、組み付けてカメラモジュールを組み立てる。

以上の(1),(2),(3)のいずれかにより組み立てられたカメラモジュールに対して、図６Ｃ(図は上記(1)の方法で組み立てられた場合)のように基準軸(光軸ｍ)に対して垂直に配置された撮像チャートＣを撮像して撮像特性を確認して製品検査を行う。

このようにして、レンズ群４１のチルト量(傾斜角度)が事前に測定できていれば、そのチルト量を補正してカメラモジュールを組み立てることができ、レンズチルトが原因で不良となるカメラモジュールを削減することができ、製造コストを大幅に削減することが可能となる。

上記第１実施形態のレンズ傾き検出装置およびレンズ傾き検出方法によれば、撮像カメラ３により撮像された複数のＬＥＤ２１の複数の結像画像の夫々の中心位置の相対的なずれ量に基づいて、基準軸ｍ方向に対する測定対象の第１レンズＬ１の光軸の傾斜角度と傾斜方向を検出することによって、測定対象の第１レンズＬ１が傾斜していても、測定対象の第１レンズＬ１の光軸の傾きを正確に検出することができる。

〔第２実施形態〕
図７Ａ〜図７Ｃはこの発明の第２実施形態のレンズ傾き検出装置のＬＥＤ２１を４角形と５角形の頂点になるように配置した光源２を示している。なお、この第２実施形態のレンズ傾き検出装置は、光源１０２を除いて第１実施形態のレンズ傾き検出装置と同一の構成をしており、図１を援用する。

この第２実施形態のレンズ傾き検出装置は、図７Ａに示すように、ＬＥＤ２１を４角形と５角形の頂点になるように配置した光源１０２において、４角形の頂点に複数のＬＥＤ２１が配置されたＬＥＤ群と５角形の頂点に複数のＬＥＤ２１が配置されたＬＥＤ群とを別々に点灯できる。ここで、光源１０２のＬＥＤ２１のオンオフを制御するのは、光源制御部を含む演算処理部６(図１に示す)であるが、別に光源を制御する機能を有する制御部を備えてもよい。

なお、光源１０２に用いる発光素子はＬＥＤに限られるものではなく、蛍光管、電球、レーザー光、ＥＬなどでもよい。また、それぞれのＬＥＤの数、配置が異なっていてもよい。

図７Ｂに示す光源１０２のように、４角形の頂点にＬＥＤ２１が配置されたＬＥＤ群のみが点灯した構成では、レンズの上面で光が反射して形成された像と下面で光が反射して形成された像とが極端に近い場合やその像同士が一部重なる場合、像の座標を正確に検出できない場合がある。これに対して、図７Ｃに示すように、５角形の頂点にＬＥＤ２１が配置されたＬＥＤ群のみが点灯した構成に変更することで重なりを防ぎ、正確な検出を行うことが可能となる。

なお、上記光源１０２は、基準軸(光軸ｍ)に直交する同一平面上においてＬＥＤ２１を４角形と５角形の頂点になるように配置している。

このように、上記第２実施形態のレンズ傾き検出装置によれば、点光源の点灯形状を複数用いることで、像の接近や重なりによる検出精度の低下を防ぐことが可能となる。

図８Ａは図７Ｂに示す光源１０２の構成において、第１レンズＬ１が傾斜していない場合の照明の像の様子を示し、図８Ｂは図７Ｂに示す光源１０２の構成において、レンズホルダ４２を反時計回りに回転させた場合の照明の像の様子を示している。

図８Ａに示すように、図７Ｂに示す点灯状態の光源１０２において、ＣＣＤ３２(図１に示す)で得られる画像には、レンズホルダ４２に対しての四角形の位置に光源１０２の像Ｒ１,Ｒ２(中心位置を表す点Ｐ１,Ｐ２)が現れる。

この状態から、図８Ｂに示すように、Ｗ１の方向(反時計方向)にレンズホルダ４２を回転させると、光源１０２の像Ｒ１,Ｒ２の中心位置を表す点Ｐ１,Ｐ２は、図中左右にずれて観測される。

また、図８Ｃは図７Ｃに示す点灯状態の光源１０２において、レンズホルダ４２を反時計回りに回転させた場合の照明の像の様子を示している。

図８Ｃに示すように、Ｗ１(反時計方向)の方向にレンズホルダ４２を回転させると、光源１０２の像Ｒ１,Ｒ２の中心位置を表す点Ｐ１,Ｐ２は、図中左右にずれて観測される。

このように、第１レンズＬ１が傾くと光学面は偏心することとなり、その偏心の状態は、撮像カメラ３で得られた画像(像Ｒ１,Ｒ２の中心位置を表す点Ｐ１,Ｐ２)の相対位置関係から検出することができるので、検出した偏心の状態から逆算して、光軸ｍ方向に対する第１レンズＬ１の光軸の傾斜角度や傾斜方向等を求めることができる。

すなわち、ＣＣＤ３２の画像から、光源１０２の像Ｒ１,Ｒ２の中心位置を表す点Ｐ１,Ｐ２のずれ方向を検出することで、光軸ｍ方向に対する第１レンズＬ１の光軸の傾斜方向を検出でき、光源１０２の像の中心位置を表す点Ｐ１,Ｐ２の距離を検出することで、光軸ｍ方向に対する第１レンズＬ１の光軸の傾斜角度を検出することができる。

したがって、第１レンズＬ１の傾き補正は、光源１０２の像Ｒ１,Ｒ２が同心円上になって夫々の中心位置を表す点Ｐ１,Ｐ２が重なるように調整することで行うことができる。

上記第２実施形態のレンズ傾き検出装置は、第１実施形態のレンズ傾き検出装置と同様の効果を有する。

また、上記複数のＬＥＤ２１を複数の多角形の頂点に配置することによって、レンズチルトを検出するために必要な２つ以上の像が検出でき、撮像対象として、複数のＬＥＤ群を使用することで、光源の一部の像が正確に検出できない場合でも、それ以外の多角形のＬＥＤ群の位置関係から中心位置を求める(推測する)ことが可能であり、レンズチルトの検出精度を向上できる。

〔第３実施形態〕
次に、この発明の第３実施形態のレンズ傾き検出装置について説明する。なお、この第２実施形態のレンズ傾き検出装置は、光源２の点灯制御を除いて第１実施形態のレンズ傾き検出装置と同一の構成をしており、図１を援用する。ここで、説明をわかりやすくするため、光学ユニット１０のレンズ構成は、第１レンズＬ１の１枚構成とする。

この第３実施形態では、光源２は、点光源としてＬＥＤを４角形になるように配置し、個々のＬＥＤを別々に点灯制御可能とした光源とする。この光源に用いる発光素子はＬＥＤに限られるものではなく、蛍光管、電球、レーザー光、ＥＬなどでもよい。また、それぞれのＬＥＤの数、配置が異なっていてもよい。

この第３実施形態のレンズ傾き検出装置は、図９Ａ〜図９Ｄに示すように、各ＬＥＤを個別もしくは指定した箇所のみ点灯させ、それぞれの場合に像の座標を検出する。ここで、光源２のＬＥＤのオンオフを制御するのは、光源制御部を含む演算処理部６(図１に示す)であるが、別に光源を制御する機能を有する制御部を備えてもよい。

図９Ａでは、光源２の４つのＬＥＤのうちの１つが点灯して、図９Ａの小さい四角形(点線)の右側の頂点に第１レンズＬ１の上面Ｓ１で形成される像Ｒ１が現れ、図９Ａの大きい四角形(点線)の左側の頂点に第１レンズＬ１の下面Ｓ２で形成される像Ｒ２が現れる。

また、図９Ｂでは、光源２の４つのＬＥＤのうちの１つ(図９Ａで点灯したＬＥＤの対角にあるＬＥＤ)が点灯して、図９Ｂの小さい四角形(点線)の左側の頂点に第１レンズＬ１の上面Ｓ１で形成される像Ｒ１が現れ、図９Ｂの大きい四角形(点線)の右側の頂点に第１レンズＬ１の下面Ｓ２で形成される像Ｒ２が現れる。

また、図９Ｃでは、光源２の４つのＬＥＤのうちの１つ(図９Ａ,図９Ｂで点灯したＬＥＤを除く他のＬＥＤの１つ)が点灯して、図９Ｃの小さい四角形(点線)の下側の頂点に第１レンズＬ１の上面Ｓ１で形成される像Ｒ１が現れ、図９Ｃの大きい四角形(点線)の上側の頂点に第１レンズＬ１の下面Ｓ２で形成される像Ｒ２が現れる。

また、図９Ｄでは、光源２の４つのＬＥＤのうちの１つ(図９Ａで点灯したＬＥＤの対角にあるＬＥＤ)が点灯して、図９Ｄの小さい四角形(点線)の上側の頂点に第１レンズＬ１の上面Ｓ１で形成される像Ｒ１が現れ、図９Ｄの大きい四角形(点線)の下側の頂点に第１レンズＬ１の下面Ｓ２で形成される像Ｒ２が現れる。

図９Ａ〜図９Ｄにおいて、第１レンズＬ１の上面Ｓ１と下面Ｓ２で形成される像Ｒ１,Ｒ２は１８０°回転しており、レンズチルトに対して逆方向に移動することから、チルト量が極めて大きい場合を除いて２つの像Ｒ１,Ｒ２が重なることがなく座標を検出することが可能である。

上記第３実施形態のレンズ傾き検出装置は、上記第１実施形態のレンズ傾き検出装置と同一の効果を有する。

また、上記第３実施形態のレンズ傾き検出装置によれば、光源２を構成する複数のＬＥＤの点灯を個別に制御することで、像の接近や重なりによる検出精度の低下を防ぐことが可能となる。

なお、上記第３実施形態のレンズ傾き検出装置の点光源の点灯制御の技術を上記第２実施形態のレンズ傾き検出装置の点光源に適用してもよい。

この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記第１〜第３実施形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。

この発明のレンズ傾き検出装置は、
基準軸ｍに直交する同一平面上に互いに間隔をあけて配置され、上記基準軸ｍ上に配置された測定対象のレンズに光を照射する複数の点光源２１と、
上記複数の点光源２１に対して上記測定対象のレンズＬ１と反対の側かつ上記基準軸ｍに光軸が一致するように配置され、上記測定対象のレンズＬ１の複数のレンズ面からの反射光により生成される上記点光源２１の複数の結像画像を撮像する撮像カメラ３と、
上記撮像カメラ３により撮像された上記複数の点光源２１の複数の結像画像の夫々の中心位置の相対的なずれ量に基づいて、上記基準軸ｍ方向に対する上記測定対象のレンズＬ１の光軸の傾斜角度と傾斜方向を検出するレンズ傾き検出部(４,５,６)と
を備えたことを特徴とする。

上記構成によれば、撮像カメラ３により撮像された複数の点光源２１の複数の結像画像の夫々の中心位置の相対的なずれ量に基づいて、基準軸ｍ方向に対する測定対象のレンズＬ１の光軸の傾斜角度と傾斜方向を検出することによって、基準軸ｍ方向に対して測定対象のレンズＬ１が傾斜していても、測定対象のレンズＬ１の光軸の傾きを正確に検出することができる。

また、一実施形態のレンズ傾き検出装置では、
上記複数の点光源２１は、複数の多角形の頂点に配置されている。

上記実施形態によれば、複数の点光源２１を複数の多角形の頂点に配置することによって、レンズチルトを検出するために必要な２つ以上の像が検出でき、撮像対象として複数の点光源群を使用することで、光源の一部の像が正確に検出できない場合でも、それ以外の多角形の点光源群の位置関係から中心位置を求める(推測する)ことが可能であり、レンズチルトの検出精度を向上できる。

また、一実施形態のレンズ傾き検出装置では、
上記複数の点光源２１のうちの１または２以上の点光源２１を任意のタイミングで点灯可能に制御する光源制御部６を備えた。

上記実施形態によれば、複数の点光源２１のうちの１または２以上の点光源２１を任意のタイミングで点灯可能に制御する光源制御部６によって、レンズチルトを検出するために必要な２つ以上の像が検出でき、複数の点光源２１の点灯箇所を適切に選択することで、特徴的な像をレンズ面に投影することができ、レンズチルトの検出精度を向上できる。

また、この発明のレンズ傾き検出方法では、
基準軸に直交する平面上に互いに間隔をあけて配置された複数の点光源２１からの光を、上記基準軸ｍ上に配置された測定対象のレンズＬ１に照射し、上記測定対象のレンズＬ１の複数のレンズ面の第１面の反射光の像を、上記基準軸ｍと光軸が一致する結像系により結像させる撮像カメラ３により撮像する工程と、
上記撮像カメラ３により撮像された上記第１面の反射光の像の中心位置を中心位置演算部６aにより求める工程と、
上記レンズＬ１の第１面と異なる他のレンズ面からの反射光の像を上記結像系により結像させて、上記撮像カメラにより撮像する工程と、
上記撮像カメラ３により撮像された上記レンズの第１面と異なる他のレンズ面からの反射光の像の中心位置を上記中心位置演算部６aにより求める工程と、
上記中心位置演算部６aにより求められた上記第１面の反射光の像の中心位置と上記第１面と異なる他のレンズ面からの反射光の像の中心位置に基づいて、上記基準軸ｍ方向に対する上記レンズＬ１の光軸の傾斜角度と傾斜方向をレンズ傾き演算部６bにより演算する工程と
を含むことを特徴とする。

上記構成によれば、撮像カメラ３により撮像された複数の点光源２１の複数の結像画像の夫々の中心位置の相対的なずれ量に基づいて、測定対象のレンズＬ１の光軸の傾斜角度と傾斜方向を検出することによって、基準軸ｍ方向に対して測定対象のレンズＬ１が傾斜していても、測定対象のレンズＬ１の光軸の傾きを正確に検出することができる。

１…レンズ傾き検出装置
２,１０２…光源
３…撮像カメラ
４…信号処理部
５…画像処理部
６…演算処理部
６a…中心位置演算部
６b…レンズ傾き演算部
７…表示部
９…撮像センサ
１０…光学ユニット
２０…チルトセンサ
２１…ＬＥＤ
３１…レンズユニット
３２…ＣＣＤ
４１…レンズ群
４２…レンズホルダ
４３…アクチュエータ

Claims (4)

1. 基準軸に直交する同一平面上に互いに間隔をあけて配置され、上記基準軸上に配置された測定対象のレンズに光を照射する複数の点光源と、
   上記複数の点光源に対して上記測定対象のレンズと反対の側かつ上記基準軸に光軸が一致するように配置され、上記測定対象のレンズの複数のレンズ面からの反射光により生成される上記点光源の複数の結像画像を撮像する撮像カメラと、
   上記撮像カメラにより撮像された上記複数の点光源の複数の結像画像の夫々の中心位置の相対的なずれ量に基づいて、上記基準軸方向に対する上記測定対象のレンズの光軸の傾斜角度と傾斜方向を検出するレンズ傾き検出部と
   を備えたことを特徴とするレンズ傾き検出装置。
2. 請求項１に記載のレンズ傾き検出装置において、
   上記複数の点光源は、複数の多角形の頂点に配置されていることを特徴とするレンズ傾き検出装置。
3. 請求項１または２に記載のレンズ傾き検出装置において、
   上記複数の点光源のうちの１または２以上の点光源を任意のタイミングで点灯可能に制御する光源制御部を備えたことを特徴とするレンズ傾き検出装置。
4. 基準軸に直交する平面上に互いに間隔をあけて配置された複数の点光源からの光を、上記基準軸上に配置された測定対象のレンズに照射し、上記測定対象のレンズの複数のレンズ面の第１面の反射光の像を、上記基準軸と光軸が一致する結像系により結像させる撮像カメラにより撮像する工程と、
   上記撮像カメラにより撮像された上記第１面の反射光の像の中心位置を中心位置演算部により求める工程と、
   上記レンズの第１面と異なる他のレンズ面からの反射光の像を上記結像系により結像させて、上記撮像カメラにより撮像する工程と、
   上記撮像カメラにより撮像された上記レンズの第１面と異なる他のレンズ面からの反射光の像の中心位置を上記中心位置演算部により求める工程と、
   上記中心位置演算部により求められた上記第１面の反射光の像の中心位置と上記第１面と異なる他のレンズ面からの反射光の像の中心位置に基づいて、上記基準軸方向に対する上記レンズの光軸の傾斜角度と傾斜方向をレンズ傾き演算部により演算する工程と
   を含むことを特徴とするレンズ傾き検出方法。

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