カメラモジュール向けのアクティブアライメント：センサーの傾き、6自由度（6-DOF）の誤差許容範囲、およびUV硬化による組立
このガイドでは、アクティブアライメントとは何か、高解像度においてネジとロックによる組立方式では調整範囲が不足してしまう理由、6自由度（6-DOF）のエラーバジェットの算出方法、およびUV硬化プロセスによってレンズとセンサーの位置がマイクロメートル単位で固定される仕組みについて解説します。
Active alignment (AA) is a camera module assembly process that positions the lens relative to the powered image sensor in up to six degrees of freedom while measuring MTF (the contrast the lens preserves at a given spatial frequency) from live video, then locks the position with UV-cure adhesive. It replaces thread-and-lock assembly when corner focus at high resolution must survive tilt, decenter, and defocus tolerances that a threaded interface cannot control.
Sensor alignment is the underlying requirement: the sensor must sit perpendicular to the lens optical axis, centered on it, and at the designed axial distance. This guide covers both, plus the diagnostics that separate real misalignment from field curvature.
アクティブ・アライメントとは何ですか？
「アクティブ」という言葉は、寸法公差に依存する「パッシブアセンブリ」との違いを際立たせています。パッシブアセンブリでは、部品を正確に加工し、積み重ね、その積み重ねによって生じる光学的な結果をそのまま受け入れるものです。一方、アクティブアライメントでは、測定された画像に基づいてループを閉じる仕組みとなっています。センサーは組み立て中に電源が供給され、データをストリーミングしているため、機械は各レンズをその特定のダイの正確な位置に合わせて調整し、上流工程のあらゆる機械的公差を一工程で吸収します。
A rigid-body move cannot make the corners and center peak at the same distance when the lens retains field curvature or astigmatism, so the station balances the field instead. The MTF curve guide explains the measurement. Active alignment runs it inside the assembly loop, on the module's own sensor, for every unit built.
Camera module manufacturers call it active alignment or AA; optics labs call it active lens-to-sensor alignment. Commonlands runs it for board-level camera module assembly in San Diego.
センサーのアライメントとは何ですか？
Alignment errors accumulate from ordinary manufacturing variation: die placement, solder height after reflow, PCB flatness, holder molding, and thread engagement. Each source is small. Combined, they can move the sensor outside the lens design's focus tolerance, and no lens swap or software calibration recovers the loss. Commonlands matches each lens image circle and back focal distance to the sensor so the aligned stack keeps focus margin.
チルト
Tilt means the sensor plane is not orthogonal to the optical axis, so one region sits closer to the in-focus image surface than the opposite region. The result is a focus gradient: one side sharp, the opposite side soft. Only tilt produces a clean linear gradient, which makes it the most diagnosable error. A tilted lens element can mimic it; the lens-rotation test in the FAQ below separates the two.
Decenter
Decenter is lateral displacement of the sensor from the optical axis. The lens's best-corrected field region shifts relative to the pixel array, so sharpness becomes asymmetric: the side nearer the displaced axis performs better than the far side. Decenter also skews relative illumination, pushing the falloff pattern off-center relative to what the lens datasheet predicts.
回転
回転とは、センサーが光軸を中心に回転することです。長方形のセンサー上に配置された回転対称なレンズの場合、回転によって画質が変化することはほとんどありません。しかし、幾何学的には重要な影響があります。具体的には、測定座標が回転し、ステレオリグのベースラインがずれて、ピクセルと物理的な位置の対応関係が変化します。計測用カメラやマルチカメラリグでは、チルトやデセンターとともに、回転方向の位置合わせも確認されます。
Z軸の高さ誤差
Z-height error places the sensor at the wrong axial distance, shifting the focus conjugate away from the intended working distance. Unlike tilt, it produces symmetric defocus, indistinguishable from being out of focus. Refocusing resolves it; the giveaway is that sharp focus lands at a working distance other than spec. Back focal length tolerances are the usual cause, covered in the back focal length guide.
高解像度では、なぜねじとロックの組み立てだけでは不十分なのでしょうか？
A threaded M12 lens controls one degree of freedom: axial position, set by rotating the lens in its holder. Tilt, decenter, and rotation remain wherever the mechanical tolerances put them. Whether that matters depends on the depth of focus, which the working f-number and the allowed blur circle set together. Near 1.5µm pixels and below, that budget can shrink until thread clearance and board-level stack-up alone consume the entire corner focus allowance.
Rotation and axial position are coupled on a thread: the M12 x 0.5 pitch moves the lens 500µm per full turn, so the thread sets axial focus with micrometer-scale sensitivity. The clearance a thread needs to turn, set by the ISO metric tolerance classes, lets the locked lens sit slightly off-axis and tilted, and thread adhesive freezes whatever pose that clearance allowed.
The thread is one contributor among several: die placement, solder height, PCB flatness and warp, holder squareness, thread clearance, and lens cell concentricity all stack into the lens-to-pixel position. The image-side tolerance for that stack is the depth of focus (distinct from object-side depth of field, covered in the depth of focus section of the DOF guide):
絞り込むと、Nに比例して被写界深度が深くなり、残存する位置ズレが隠されます。これは、照明条件が許す限り有効な設計手段ですが、その分、入射光量が減少します。被写体側の計画を行う際は、被写界深度計算ツールをご利用ください。
6自由度（6-DOF）の誤差許容範囲とは何ですか？
A camera module has six rigid-body degrees of freedom between lens and sensor: three translations (X, Y, Z) and three rotations (θx and θy tip and tilt, θz rotation). Z sets focus, X and Y set decenter, tip and tilt set the corner focus gradient, and θz sets geometric registration. An error budget assigns each axis a tolerance whose combined image-side effect stays inside the depth of focus at every field point.
Building the budget starts from the allowed blur circle c, set by pixel pitch and the detection task. Compute the depth of focus, then allocate it: Z placement error, tilt-induced corner shift, and the lens's own field curvature residual must sum within δ at every field point. Independent random sources, such as die placement and holder squareness, combine by root-sum-square. The field curvature residual is systematic, so it adds directly rather than in quadrature.
The budget is verified with a through-focus MTF sweep at the center and four corners: on a threaded build it qualifies the design's passive tolerances, and on an actively aligned line the same measurement runs on every unit as the alignment criterion. Commonlands builds to this budget on both lines.
どのような場合に、ネジ式M12構造ではなく、アクティブアライメントを備えたカメラが必要となるのでしょうか？
まずはM12ネジ付きのプロトタイプを製作します。これにより、カタログ部品のみを使用し、組立用治具を一切用いずに、センサー、視野角、照明、および処理チェーンの検証を行います。ピクセルピッチが小さい場合のコーナーMTF、個体間の一貫性、あるいは傾きに敏感な広角設計により、パッシブ公差では歩留まりが目標値を下回ってしまう場合は、量産に向けてアクティブアライメントに移行します。
The threaded workflow is fast: select a stock lens from the M12 lens collection, thread it into a holder, focus on a live image, and lock it. Modules with pixel pitches around 2µm and larger, center-weighted detection tasks, or refocusable service procedures routinely ship threaded and hold spec.
C-mount systems mostly sit outside this decision: the 17.526mm flange is standardized, the lens refocuses with its own cam mechanism, and a user can correct focus in the field. Active alignment is a board-level module process.
| 因子 | M12ネジ式・ロック付き | アクティブアライメント |
|---|---|---|
| 制御される自由度 | Z軸のみ、スレッド回転による | 最大で6つすべて |
| コーナーでのフォーカスの安定性 | 受動部品の積層公差による制約 | 測定されたMTFに基づいて単位ごとに設定する |
| 設備 | フォーカスターゲットと手工具 | AAステーション、接着剤塗布、UV硬化 |
| 単位コストとサイクルタイム | 最低 | 高値、出来高ベースで償却 |
| 手直し | ネジロック剤が硬化するまでは、再度締め付けが可能です | 接着剤の硬化後は恒久的なものとなる |
| 標準的なサイズ感 | 試作機、画素サイズ約2µm以上、コーナー仕様は中程度 | 微細画素の製造、広角コーナーの仕様、ステレオ位置合わせ |
The two paths share parts. A module prototyped with a stock M12 lens can move to actively aligned production with the same optics, so the lens qualification work carries over. Commonlands has run this progression at scale, including a 20,000-unit MIPI camera module program pairing Sony IMX577 sensors with the CIL227 2.7mm fisheye, built with per-unit focus scoring.
UV硬化型アクティブアライメントプロセスは、どのように機能するのでしょうか？
- 塗布する。接着剤のビードは、ホルダーの接合面またはレンズバレルのスカート部分に塗布する。この接着剤の隙間がねじ山の代わりとなるため、補正対象となるZ方向の公差範囲全体を吸収できる十分な厚さである必要がある。
- 把持と大まかな位置決め。多軸グリッパーがレンズを公称位置付近に配置します。センサーの電源が入り、アライメントソフトウェアにライブ映像がストリーミングされます。
- フォーカス範囲をスキャンします。ステーションはレンズをZ軸方向にスキャンし、各フレームの中心および4つのコーナーの関心領域について、MTFまたはシャープネススコアを算出します。
- ポーズを最適化します。共通のウィンドウ内で、中心と隅のスコアがピークに達するまで、ティップ、チルト、X、Y、Z方向の移動を行います。この評価関数は、中心のみを最大化するのではなく、フィールド全体のバランスを取るようになっています。
- Cure and verify. UV LEDs gel the joint within seconds while the gripper holds the optimized pose, with the target pre-offset by the characterized cure shrinkage. A thermal post-cure completes cross-linking where the chemistry requires it, followed by end-of-line through-focus verification.
Adhesive selection drives the process window. UV acrylates cure fastest. Modified epoxies, often dual-cure UV plus thermal, reach higher stability and handle joints the UV light cannot reach directly. All shrink slightly during cure, so production measures the post-cure shift on qualification builds and aims off by that amount.
A cured AA joint has no refocus. Early in development, working distance is a design variable. A cured module fixes it for the life of the unit. Confirm the final working distance and focus target before committing a production cure.
Find lenses for your camera project
Many Commonlands lenses publish MTF and distortion specs, so asymmetric corner degradation stands out against a known baseline during diagnosis. When a datasheet is not enough, a measured MTF report on a single lens sample is available through the Trioptics HR2 test report.
Commonlands also customizes lens mechanics. A stock barrel can be respecified with an active alignment flange, a flat bonding shoulder that replaces the M12 thread so an AA station can grip the lens, position it in six axes, and bond it to the holder. Send the sensor, holder geometry, and volume, and engineering will quote the change against the existing optical design.
カメラモジュールアセンブリ
Commonlands社は、サンディエゴにあるクラス1000（ISO 6）のクリーンルームでカメラモジュールの組み立てを行っており、年間100台から10万台規模の委託受託型センサー組み立てから、MIPI CSI-2、DVP、USB対応のカスタム開発まで対応しています。パッシブな公差では光学仕様を満たせない場合、アクティブアライメントも利用可能です。
よくある質問
Commonlands runs active alignment during camera module assembly in its San Diego cleanroom. These answers reflect that production process.
カメラモジュールの製造における「アクティブアライメント」とは何ですか？
アクティブアライメントとは、ライブ映像からMTFを測定しながら、レンズを電動式イメージセンサーに対して最大6自由度で位置決めし、UV硬化型接着剤でその位置を固定する組立プロセスです。各モジュールは、それぞれ測定された画像に合わせて位置合わせが行われるため、ねじによる組立では補正できない機械的公差を吸収することができます。
カメラモジュールにおけるセンサーの位置合わせとは何ですか？
センサーの位置合わせとは、イメージセンサー面とレンズの光軸および像面との間の機械的な関係のことです。位置合わせが適切に行われたセンサーは、光軸に対して垂直に配置され、光軸の中心に位置し、設計された軸方向の距離に配置されます。これらの条件のいずれかが満たされない場合、ソフトウェアでは回復できないほど光学性能が低下します。
センサーが傾いているかどうかはどうやって確認すればいいですか？
Capture a flat resolution target and measure sharpness at the center and four corners. Sensor tilt produces an asymmetric focus gradient, with one corner sharp and the diagonally opposite corner soft. Rotate the lens 90 degrees and refocus: if the pattern rotates with the lens, the tilt is in the lens assembly rather than the sensor mounting.
アクティブアライメントはどのような場合に必要となるのでしょうか？
アクティブアライメントは通常、コーナー性能の要件がパッシブアセンブリの公差で達成できる範囲を超える場合に必要となります。具体的には、画素サイズが1.5ミクロン以下のセンサー、広角固定焦点モジュール、位置合わせが必要なステレオシステム、および個体間の一貫性が歩留まりを左右する量産などが挙げられます。まずはM12ネジ仕様のプロトタイプを製作し、パイロットコーナーのMTFが基準に達しない場合に、アクティブアライメントに移行してください。
ソフトウェアでセンサーの傾きを補正することはできますか？
いいえ。シャープニングやデコンボリューションは、中程度の空間周波数域において見かけのコントラストを高めることはできますが、光学系がセンサーに伝達しなかった空間周波数成分を復元することはできません。ティルトによるピントずれで失われたピント情報は、撮影時点で失われてしまいます。この補正には機械的な対策が必要です。つまり、レンズとセンサーの積層構造を見直すか、組み立て時にモジュールを能動的に位置合わせする必要があります。
カメラモジュールの製作を計画中ですか？
Commonlands manufactures M12, C-mount, and CS-mount lenses, many with published MTF and distortion specifications. It also assembles camera modules in a Class 1000 (ISO 6) cleanroom in San Diego. ISO 9001:2015 certified. Send your sensor model, resolution target, and volume to engineering@commonlands.com. Orders for stocked lenses placed before 12 PM PST ship the same day.