JP2009201008A - 複眼式撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像領域が広く、塵埃の発生が少ない複眼方式のカメラモジュールを提供する。
【解決手段】複眼式撮像装置１１は、互いに光軸が異なるように配置された複数のレンズからなるレンズアレイ１０２と、撮像領域が複数のレンズに対応した複数の領域に分割された撮像素子１０５と、レンズアレイと撮像素子との間に設けられ、複数のレンズによってそれぞれ形成される複数の光路間に設けられた少なくとも１つの遮光壁１０４とを備える。分割された撮像領域の一辺の長さをＤ、レンズアレイと撮像素子とのフランジバック寸法をｈ、遮光壁の厚さをｔ、遮光壁の撮像素子側端面と撮像素子表面との間隔をｚとした場合、

の関係を満たすようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は一つの撮像素子を複数の撮像領域に分割して被写体を撮像する複眼式撮像装置に関する。

近年、身の回りに散在する様々な情報を効率的に収集して活用するために、監視カメラや車載カメラなど、センシングデバイスとしてのカメラモジュールが提案されている。このような用途のカメラモジュールは外形が小さいこと、特に、小型で薄型であることが要求されている。しかし、従来のビデオカメラのような複雑な構成の機器全体をそのまま小型化することには、構造上の制約があったり、非常にコストがかかったりするなどの問題がある。そこで、センシングデバイス用カメラモジュール独自の構造を採用することによって、このような用途のカメラモジュールの小型化・低コスト化が検討されている。

例えば、特許文献１は、複眼方式のカメラモジュールを提案している。以下、図８を参照しながら、この複眼方式のカメラモジュールを説明する。図８に示すカメラモジュールは、絞り部材７０１、光学レンズアレイ７０２、遮光ブロック７０３、光学フィルタ７０４および撮像ユニット７０５を含む。

絞り部材７０１は、光学レンズアレイ７０２の各レンズ７０２ａ〜７０２ｄの光軸と中心が一致する位置に絞り７０１ａ〜７０１ｄを備えており、被写体の像は、絞り７０１ａ〜７０１ｄのそれぞれを通過し、レンズ７０２ａ〜７０２ｄによって集光される。遮光ブロック７０３は撮像ユニット７０５上の撮像素子７０５ａを複数の撮像領域に分割するように配置され、レンズ７０２ａ〜７０２ｄによって集光した被写体の像は、それぞれ分割された撮像領域７０５ａにおいて結像する。

撮像ユニット７０５には、複数の撮像領域から得られた画像間の視差情報を算出する視差算出回路７０５ｂが設けられている。分割された撮像領域のそれぞれから得られる画像同士を比較すると各レンズ７０２ａ〜７０２ｄと被写体との位置関係の違いにより、画像上の被写体の位置にズレ（視差）が生じる。視差算出回路７０５ｂは、この視差量を検出し、カメラから被写体までの距離を算出する。

このような複眼方式のカメラモジュールによれば、１つの大きな光学レンズで被写体の像を撮像領域に結像させる場合に比べて、レンズの焦点距離を短くできる。このため、カメラモジュールを薄型にできる。また、複数の撮像素子を用いず、一つの撮像素子の撮像領域を遮光ブロックによって、複数の領域に分割することによって、複数の撮像素子を用いる場合に比べて回路の構成や信号処理を簡単にすることができる。また、撮像ユニット上に視差算出回路を一体的に構成することによっても回路の構成を簡単にできる。したがって、非常に簡単な構造を備え、コンパクトな複眼方式のカメラモジュールを実現できる。

図８の複眼方式のカメラモジュールにおいて、遮光ブロック７０３は隣接するレンズ系から光が漏れ、結像することによる混信を防ぐために設けられている。特許文献１に開示された複眼方式のカメラモジュールに限らず、１つの撮像素子を用いて、撮像領域を複数の領域に分割する場合、隣接するレンズ間の距離を大きくとることが出来ない。このため、隣接するレンズ系からの光漏れを防止し、分割されたそれぞれの撮像領域において、被写体を正しく撮影するために、遮光壁を必ず設ける必要がある。この場合、遮光壁の下端面と撮像素子との間隔が開いていると光漏れ防止の効果が十分ではない。特許文献２、３は、撮像素子または撮像素子直上に配置した保護材と遮光壁と接触させて設置することが望ましいと開示している。
特開２００３−１４３４５９号公報 特開２００２−１７１４２９号公報 特開２００１−０６１１０９号公報

しかし、従来の複眼方式のカメラモジュールの上述の構造によれば、撮像素子の撮像領域のうち遮光壁と接する部分は、被写体の撮像に使用することができない。また、遮光壁を設ける場合の位置あわせ誤差分のマージンを設けなければ、撮像領域が遮光壁と重なってしまう可能性がある。このため、撮像領域のうち、遮光壁の直下およびその周囲を、撮像に用いない未使用領域として設定しなければならない。

遮光壁を薄くしたり、位置あわせ誤差を小さくしたりすることには限界があるため、カメラモジュールを小型にすると、撮像領域に占める未使用領域の割合が増大してしまう。その結果、一つの撮像領域で取得できる情報量が減少し、画像の劣化や測距精度の低下などの問題が生じる。

未使用領域を小さくするためには、遮光壁を薄くすることが考えられる。しかし、この場合、遮光壁の強度が低下し、カメラモジュールの組み立て時や使用時に遮光壁のチッピングが生じやすくなる。チッピングにより生じた塵埃は、撮像素子または撮像素子保護部材に付着し、撮像素子への受光を妨げるために画像劣化の大きな原因となる。

本発明はこのような従来技術の課題の少なくとも１つを解決し、撮像領域が広く、塵埃の発生が少ない複眼方式のカメラモジュールを提供することを目的とする。

本発明の複眼式撮像装置は、互いに光軸が異なるように配置された複数のレンズからなるレンズアレイと、撮像領域を有し、前記撮像領域が前記レンズアレイの複数のレンズに対応した複数の分割領域に分割された撮像素子と、前記レンズアレイと前記撮像素子との間に設けられており、前記複数のレンズによってそれぞれ形成される複数の光路間に設けられた少なくとも１つの遮光壁とを備え、前記複数のレンズのうち、少なくとも１つは、前記少なくとも１つのレンズの前記撮像素子側の面の有効開口領域、および、前記遮光壁の撮像素子側の端面をそれぞれ前記撮像素子の撮像領域に投影した場合において、前記撮像領域上に投影された前記有効開口領域の、投影された前記遮光壁の端面領域から最も離れた点から前記投影された遮光壁の端面領域の前記投影された有効開口領域側の辺との距離をＤとし、前記レンズアレイと前記撮像素子とのフランジバック寸法をｈとし、前記遮光壁の厚さをｔとし、前記遮光壁の撮像素子側端面と前記撮像素子表面との間隔ｚとした場合、

の関係を満たしている。

ある好ましい実施形態において、複眼式撮像装置は、前記複数のレンズによってそれぞれ形成される前記複数の光路を覆う鏡筒をさらに備え、前記遮光壁は前記鏡筒と一体的に成形されている。

ある好ましい実施形態において、複眼式撮像装置は、前記複数のレンズによってそれぞれ形成される前記複数の光路を覆う鏡筒をさらに備え、前記遮光壁と前記鏡筒とは別部材によってそれぞれ構成されている。

ある好ましい実施形態において、複眼式撮像装置は、演算部をさらに備え、前記複数のレンズのうち少なくとも２つによってそれぞれ結像した被写体を、前記撮像素子の対応する少なくとも２つの分割領域で撮像し、前記演算部は、前記少なくとも２つの分割領域から得られた被写体の画像の視差量を検出し、検出した視差量に基づいて前記被写体までの距離を算出する。

本発明によれば、遮光壁の撮像素子側端面と撮像素子表面との間に所定の間隙を設けるため、従来撮像に利用できなかった遮光壁の下方の領域まで撮像領域を拡大することが可能となり、広い撮像領域で被写体を撮像することができる。撮像領域を拡大しない場合には、より小さな撮像素子を利用することが可能となり、複眼式撮像装置の小型化を図ることができる。

また、遮光壁を厚くすることが可能であり、遮光壁の強度を高くして、遮光壁のチッピングを防止することができる。

（第１の実施形態）
以下本発明による複眼式撮像装置の第１の実施形態を説明する。図１は、複眼式撮像装置１１の分解斜視図である。複眼式撮像装置１１は、上鏡筒１０１、レンズアレイ１０２、下鏡筒１０３、遮光壁１０４および基板１０６に設けられた撮像素子１０５を備えている。これらの構成要素は、被写体側から上鏡筒１０１、レンズアレイ１０２、下鏡筒１０３及び遮光壁１０４、撮像素子１０５、基板１０６の順に配置される。以降、説明のために図１に示すように複眼式撮像装置１１に座標軸Ｘ、Ｙ、Ｚを設定する。ＸＹ平面は撮像素子１０５の表面である撮像領域１０５ｓに対して平行な面であり、Ｚ軸は撮像領域１０５ｓに垂直である。本実施形態の複眼式撮像装置１１は４つの光学系を備えており、ＸＹ方向において２行２列に配列されている。

上鏡筒１０１には絞り１０１ａ〜１０１ｄが形成されており、レンズアレイ１０２に入射する光線を制限する機能を有している。上鏡筒１０１は光を遮蔽する材料によって形成されており、内側、つまり、絞り１０１ａ〜１０１ｄから入射する光線側の面は低反射化処理がなされていることが好ましい。

レンズアレイ１０２は、たとえば、同じ光学特性を備えた４つのレンズ１０２ａ〜１０２ｄを有し、プラスチックまたはガラスなどの材料を用いて一体成型されている。絞り１０１ａ〜１０１ｄの中心がレンズ１０２ａ〜１０２ｄの光軸上に位置するように、上鏡筒１０１およびレンズアレイ１０２が位置あわせされた状態で下鏡筒１０３に支持されている。レンズ１０２ａ〜１０２ｄの光軸はＺ軸に対して平行である。これらの光軸は一致しておらず、上述したように４つの光学系がＸＹ方向において２行２列に配列されるように、レンズ１０２ａ〜１０２ｄもＸＹ方向に２行２列に配置されている。

下鏡筒１０３は、レンズ１０２ａ〜１０２ｄの光路および基板１０６に設けられた撮像素子１０５を覆うように基板１６に取り付けられている。レンズアレイ１０２は、各レンズ１０２ａ〜１０２ｄの光軸が撮像領域１０５ｓに垂直であり、かつ、撮像領域１０５ｓとレンズアレイ１０２との間隔がレンズ１０２ａ〜１０２ｄの焦点距離と一致するように、下鏡筒１０３によって保持される。

下鏡筒１０３の内部には複数の遮光壁１０４が一体成形または組み立てによって設けられている。遮光壁１０４は、レンズ１０２ａ〜１０２ｄによってそれぞれ形成される光路の間に位置している。本実施形態では、レンズ１０２ａ〜１０２ｄによって、下鏡筒１０３内にＸ方向およびＹ方向の２行２列に配列された４つの光路が形成される。このため、遮光壁１０４もＺ方向に伸び、Ｘ方向およびＹ方向へそれぞれ２つの光路を分けるように位置している。

撮像素子１０５は例えば、ＣＣＤ等の画像センサであり、撮像領域１０５ｓを有している。撮像領域１０５ｓは、Ｘ方向およびＹ方向の２次元に配列された多数の画素を備えている。本実施形態では、撮像領域１０５ｓは、Ｘ方向およびＹ方向の２行２列に分けられ、４つの分割された撮像領域（以下、分割撮像領域と呼ぶ）１０５ａ〜１０５ｄを含んでいる。撮像領域１０５ｓにおいて、分割撮像領域１０５ａ〜１０５ｄは物理的に分割されていてもよいし、撮像領域１０５ｓとしては連続した１つの領域であり、分割撮像領域１０５ａ〜１０５ｄに照射される光線を、それぞれ、異なる領域であるとして信号処理することによって１つの領域が分割されてもよい。

複眼式撮像装置１１によって撮像される被写体の像は、絞り１０１ａ〜１０１ｄを通過し、レンズ１０２ａ〜１０２ｄによってそれぞれ集光され、撮像素子１０５の分割撮像領域１０５ａ〜１０５ｄにおいて、それぞれ独立した被写体の像を結ぶ。分割撮像領域１０５ａ〜１０５ｄを構成する各画素は入射した光を光電変換し、光の強度に応じた電気信号をそれぞれ出力する。出力された電気信号は基板１０６上に形成した演算回路１０７によって、様々な信号処理が施され、画像信号が生成される。生成した画像信号は、複眼式撮像装置１１の用途や複眼式撮像装置１１の機能に応じて処理される。

例えば、複眼式撮像装置１１から被写体までの距離を算出する場合には、演算回路１０７において、複数の分割撮像領域から得られた画像信号を相関処理することによって被写体の画像の視差量を算出し、視差量から三角測量の原理を用いて被写体から複眼式撮像装置１１までの距離を求めることができる。また、複数の分割撮像領域から得られた画像信号を、視差量を考慮した上で合成することによって、高精細な被写体画像を得ることができる。

図２（ａ）は下鏡筒１０３のレンズアレイ１０２側の開口１０３ｕからみた斜視図であり、図２（ｂ）は撮像素子１０５側の開口１０３ｄから見た斜視図である。図２（ａ）に示すように、下鏡筒１０３の開口１０３ｕ側の内側面には、レンズアレイ１０２を支持するレンズ当接面２０１と、上鏡筒と当接する基準面２０２が設けられている。図２（ｂ）に示すように、下鏡筒１０３の開口１０３ｄは、基板１０６と当接する基板当接面２０４が設けられている。

レンズアレイ１０２のＸＹ平面に対する平行度を確保するため、言い換えれば、レンズアレイ１０２の各レンズ１０２ａ〜１０２ｄの光軸が撮像素子１０５の撮像領域１０５ｓに対して設計誤差の範囲内で垂直となるように、また、レンズアレイ１０２と撮像素子１０５とのフランジバック寸法（flange focal length）が所定の精度内で設計値と一致するように、レンズ当接面２０１と基板当接面２０４との間の距離及び平行度は特に精度よく形成されている。

下鏡筒１０３と遮光壁１０４は、組み立ての容易さおよび組み立て精度の観点から一体で成型したほうが好ましい。下鏡筒１０３および遮光壁１０４は光を透過しない材料からなり、低反射化のため、例えば粗面化処理、メッキ、黒色化処理などの各種表面処理が施されていることが好ましい。

図２（ａ）に示すように、本実施形態では、下鏡筒１０３の開口１０３ｕ側の遮光壁１０４の端面２０３は、レンズ当接面２０１よりも奥に位置している。端面２０３もレンズアレイ１０２と当接し、レンズアレイ１０２を支持するように、レンズ当接面２０１と同じ平面内に遮光壁１０４の端面２０３が位置していてもよい。この場合には、端面２０３の位置や表面の仕上げの精度もレンズ当接面２０１と同程度に高いことが好ましい。

一方、図２（ｂ）に示すように、下鏡筒１０３の開口１０３ｄ側の遮光壁１０４の端面２０５は、所定の距離ｚ０だけ基板当接面２０４から凹んだ位置にある。この距離ｚ０は、基板１０６に設けられた撮像素子１０５の高さよりも長く、遮光壁１０４の端面２０５と撮像素子１０５の撮像領域１０５ｓの表面との間に所定の間隙が生じるように設定されている。これにより、隣接する光学系への光漏れを抑制しつつ、遮光壁による撮像領域上に生じる未使用領域の割合を小さくし、撮像領域中の撮像に用いることのできる領域を大きくすることができる。また、遮光壁を厚くして遮光壁のチッピングやそれに伴う埃塵を抑制することができる。以下、距離ｚ０の設定方法を詳細に説明する。

図３（ａ）および図３（ｂ）は複眼式撮像装置１１のＸＺ断面図であり、４つの光学系のうち、レンズ１０２ａおよび１０２ｂを含む２つの光学系が示されている。

図３（ａ）に示すように、レンズ１０２ｂの撮像素子１０５側の有効開口領域１０２ｅおよび遮光壁１０４の端面２０５をそれぞれ撮像素子１０５の撮像領域１０５ｓに垂直に投影する。投影された有効開口領域（投影有効開口領域とよぶ）１０２ｅ’のうちの投影された端面の領域（投影端面領域と呼ぶ）２０５’から最も離れた点と、投影端面領域２０５’のうちの投影有効開口領域１０２ｅ’側の辺との距離をＤとする。

また、レンズアレイ１０２と撮像素子１０５のフランジバック寸法をｈとし、遮光壁１０４の厚さをｔとし、遮光壁１０４の端面２０５と撮像素子１０５の撮像領域１０５ｓの表面との間隔をｚとする。

レンズ１０２ｂの光学系から隣接するレンズ１０２ａの光学系に入射する光の領域の幅を投影端面領域２０５’のうちにの投影有効開口領域１０２ｅ’側の辺を基準としてｘとすれば、Ｄ、ｘ、ｚ、ｈによって形成される図形の幾何的な関係から以下の式（１）が成り立つ。

このとき、レンズ１０２ｂの撮像素子１０５側の有効開口領域１０２ｅに入射する光線のうち、遮光壁１０４から最も遠い位置を通過する光線が投影端面領域２０５’の中心よりも隣接するレンズ１０２ａの光学系側へ侵入しなければ、レンズ１０２ａの光学系に対する混信が生じず、投影端面領域２０５’の中心までで結像することができる。投影端面領域２０５’は、遮光壁１０４が撮像素子１０５に接している場合には、撮像に使用できない領域であるから、このように、遮光壁１０４の端面２０５を撮像素子１０５から離間させることによって、分割された撮像領域を拡大させることができる。

つまり、図３（ｂ）に示すように、ｘが遮光壁１０４の厚さｔの１／２以下であれば、隣接する光学系からの光の入射を防ぎつつ、撮像領域１０５ｓのうちの遮光壁１０４の直下に位置する領域、つまり投影端面領域２０５’を撮像に使用することが可能となり、分割された撮像領域を拡大することができる。

遮光壁１０４が撮像素子１０５の表面と接触せずに、遮光壁の下方に被写体を結像させることのできる条件は以下の式（２）で表される。

式（２）から、ｔを大きく設定すれば、ｚも大きくすることが可能であり、逆に、ｔが小さくなれば、ｚも小さくなる。遮光壁２０４と撮像素子１０５との間の距離ｚを小さくするためには、ｔも小さくする必要がある。例えば図３（ｂ）において破線で示すように、ｔよりも大きい厚さｔ’の遮光壁１０４’を設ける場合、遮光壁の端面端面２０５’と撮像素子１０５の表面との距離ｚ’は距離ｚよりも大きくなる。

したがって、式（２）を満たす範囲でｔおよびｚを決定することにより、遮光壁１０４の端面２０５と撮像素子１０５の表面との距離ｚを設け、遮光壁１０４の下方に被写体を結像させ、かつ、遮光壁１０４の厚さｔを十分に確保することができる。レンズ１０２ａ、１０２ｃおよび１０２ｄにおいても同様に遮光壁１０４の厚さｔと、遮光壁の端面２０５と撮像素子１０５の表面との距離ｚを設定することができる。

これにより、撮像領域１０５ｓ中の撮像可能な面積を大きくすることができる。図４（ａ）は従来の複眼式撮像装置における撮像素子の撮像領域１０５ｓにおける分割された撮像領域１０５ａ〜１０５ｄを示す平面図である。図４（ａ）に示すように、従来技術によれば、遮光壁が撮像素子の表面に当接しているため、遮光壁の撮像領域１０５ｓ上における投影端面領域２０５’は遮光壁との接触領域でもある。このため、投影端面領域２０５’には光線が照射せず、分割された撮像領域１０５ａ〜１０５ｄを投影端面領域２０５’内へ広がって設定することはできず、分割された撮像領域１０５ａ〜１０５ｄは投影端面領域２０５’に隣接している。

これに対して、本実施形態によれば、図４（ｂ）に示すように、上述した理由から、投影端面領域２０５’内にも被写体を結像させることができ、撮像領域１０５ａ〜１０５ｄを投影端面領域２０５’内へ広がって設定することができる。したがって、同じ大きさの撮像領域１０５ｓを有する撮像素子１０５を用いる場合には、被写体を撮像する分割撮像領域１０５ａ〜１０５ｄの画素数を多くすることができるため、より広い画角での撮影が可能になる。一方、同一画角で撮像をする場合には、レンズの解像度を高めることによって、より高精細な画像を撮影することが可能となる。また、複数の光学系で撮影した被写体の視差量を利用して被写体までの距離を算出する場合には、視差量を検出する分解能が高まるため、より正確に距離を算出することができる。

一方、従来と同程度の画素数で被写体を撮像する場合には、撮像に使用できない領域を小さくすることができるため、従来と同程度の解像度の画像をより小さな撮像素子で撮影することが可能となる。したがって、複眼式撮像装置１１をより小型にすることが可能となる。

また、遮光壁１０４を厚くすることができるため、従来に比べて遮光壁１０４の強度を高め、遮光壁１０４のチッピングによる埃塵の発生を抑制することができる。遮光壁１０４の端面２０５と撮像素子１０５の表面とは距離ｚを隔てているため、複眼式撮像装置を製造する際、遮光壁１０４と撮像素子１０５とが当接することもなく、遮光壁１０４のチッピングが生じる可能性も小さくできる。

距離ｚを精度良く設けるためには、遮光壁１０４と下鏡筒１０３とを一体に成型することが好ましい。この場合、下鏡筒１０３の基板当接面２０４から遮光壁１０４の端面２０５までの距離ｚ０を、基板表面から撮像素子表面までの高さｚ１に距離ｚを加えた値に設定すればよい。つまりｚ０＝ｚ１＋ｚとする。これにより、下鏡筒１０３の基板当接面２０４と基板０６の撮像素子１０５が設けられた表面とを当接させれば、距離ｚを精度良く設定することができる。

このように遮光壁１０４と下鏡筒１０３とを一体に成型すれば、２つ以上の光学系を有する複眼式撮像装置においても、比較的簡便に、かつ、精度よく遮光壁の端面２０５と撮像素子１０５の表面との距離ｚを設定することができる。

以下、図５（ａ）から（ｃ）を参照しながら、複眼式撮像装置１１の製造方法を説明する。

まず図５（ａ）に示すように、上鏡筒１０１とレンズアレイ１０２を嵌合させる。上鏡筒１０１は、レンズアレイ１０２を受ける凹部１０１ｒが設けられており、凹部１０１ｒの底部に絞り１０１ａ〜１０１ｄが設けられている。凹部１０１ｒの側面４０１にレンズアレイ１０２の側面を当接させることによって、絞り１０１ａ〜１０１ｄの中心とレンズ１０２ａ〜１０２ｄの中心を一致させる。冶具等でレンズアレイ１０２を上鏡筒１０１に当接させた状態に保ち、ＵＶ硬化接着剤等で固定する。以降、レンズアレイ１０２が組み込まれた上鏡筒１０１をレンズユニット１０８と呼ぶ。

次に、図５（ｂ）に示すように、レンズユニット１０８を遮光壁１０４と一体的に成形された下鏡筒１０３に固定する。この際、レンズ当接面２０１をレンズアレイ１０２の面４０２に当接しつつ、上鏡筒の側面を基準面２０２に押し当てて固定する。この手順で組み立てを行うことによって、下鏡筒１０３を基準として、レンズアレイ１０２および撮像素子１０５の位置、特に、傾きおよび距離（フランジバック寸法）を比較的簡便に、かつ、精度よく設計値と一致させることができる。以下、レンズユニット１０８を取り付けた下鏡筒１０３を鏡筒部１０９と呼ぶ。

次に、図５（ｃ）に示すように、基板１０６に対して撮像素子１０５を位置決めし、撮像素子１０５を基板１０６に固定する。撮像素子１０５は基板１０６とワイヤーボンディングで、あるいは、基板１０６に形成された導電性のプリントパターンにより電気的に接続される。また、撮像素子１０５からの電気信号を処理する電子部品が基板１０６に固定され、撮像素子１０５と電気的に接続される。基板１０６の撮像素子１０５が設けられた面は組み立て時の基準面として用いられる。以降、説明のためにと撮像素子１０５が固定された基板１０６を撮像部１１０と呼ぶ。

最後に、鏡筒部１０９と撮像部１１０とを組み立てる。冶具等によって、撮像素子１０５の表面とレンズアレイ１０２の各レンズ１０２ａ〜１０２ｄの光軸が垂直になるよう基板１０６、撮像部１１０と鏡筒部１０９とを固定する。この状態で、コリメータ光をレンズ光軸に対して平行に入射させながら、撮像素子１０５を駆動する。これにより、各レンズ各レンズ１０２ａ〜１０２ｄの光軸位置を確認しながらＸＹ方向の位置合わせを行うことができる。ＸＹ方向の位置合わせ後、鏡筒部１０９を撮像部１１０の基板１０６に当接させてＺ方向の位置決めを行う。

これにより、高価な組み立て装置を用いず、簡便に複眼式撮像装置１１の組み立てを行うことができ、距離ｚの寸法を精度設定することができる。

以下、本実施形態の複眼式撮像装置の具体的な一例を説明する。

複眼式撮像装置１１の上鏡筒１０１、下鏡筒１０３および遮光壁１０４ならびにレンズアレイ１０２を射出成型によって製作する。下鏡筒１０３と遮光壁１０４とは一体成型する。撮像素子１０５にはＣＣＤを用い、基板１０６に固定した後、ワイヤーボンディングによって電気的に接続した。

図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、距離をＤ、フランジバック寸法ｈ、遮光壁の厚さｔを以下の通りにする。また、レンズ直径を２．６５ｍｍと設定する。
Ｄ＝３．１５ｍｍ
ｈ＝４．８４１ｍｍ
ｔ＝０．２０ｍｍ

この場合、式（２）より、遮光壁１０４の端面２０５と撮像素子１０５の表面１０５との間隔ｚは０＜ｚ＜０．１４８（ｍｍ）の範囲で設定することができる。これらの数値は、各部品の成型精度および組み立て精度の観点から、実用的な値である。

遮光壁１０４の端面２０５と撮像素子１０５の撮像領域１０５ｓの表面との距離ｚの部品実装誤差を±０．０１ｍｍと考え、ｚ＝０．１３８ｍｍの位置に遮光壁１０４を設置する。この条件では、遮光壁１０４を撮像素子１０５に当接させていた従来の構造に比べて、分割撮像領域上の一辺の長さを０．０２７１ｍｍ〜０．０３１５ｍｍ長くでき、従来撮像に使用できなかった領域を遮光壁の厚さ方向に１３．５％〜１５．７％小さくすることができる。

本実施例で使用した撮像素子の画素数は７Ｍ（３０９６画素×２３２８画素）ピクセルであり、１ピクセルが１．８５μｍの撮像素子１０５をこの遮光壁１０４で撮像素子１０５の長手方向に２分割した場合、遮光壁１０４の厚さ方向（撮像素子の長手方向）に１４ピクセル〜１７ピクセル、撮像素子１０５全体では３２５９２ピクセル〜３９５７６ピクセル分、分割撮像領域を増大させることができる。

また、距離ｚの値をまず決定し、このとき、式（２）を満たす遮光壁の厚さｔを０．３５３ｍｍ賭した場合、厚さｔ＝０．２ｍｍの遮光壁を撮像素子に当接させた場合と同寸法の分割撮影領域を確保することができる。したがって、分割撮像領域を減少させることなく、遮光壁を厚くし、遮光壁の強度を高めることも可能である。

（第２の実施形態）
以下、本発明による複眼式撮像装置の第２の実施形態を説明する。図６は、複眼式撮像装置１２の分解斜視図である。

遮光壁によって複数の光学系を分離する場合、光学系の光が遮光壁表面で反射し、迷光となると、画像に与える影響が特に大きい。このため、遮光壁の表面は特に反射率が小さくなるように特殊な表面処理（シボ加工、反射低減微細構造形成など）を施すことが好ましい場合がある。しかし、このような表面処理が施された遮光壁と下鏡筒とを一体的に成形しようとすると、離型時に、遮光壁を成形する鋳型を遮光壁に対して垂直方向へ移動させる必要があり、鋳型の離型が非常に困難となる。また、遮光壁は他の部材より極端に薄いため、下鏡筒とは別に製造した方が、遮光壁自体の成形精度や鏡筒基準面の寸法精度を高めることが可能なこともある。

図６に示すように、複眼式撮像装置１２は、それぞれ別体で構成される遮光壁５０１、５０２と下鏡筒１０３とを備えている点で第１の実施形態と異なる。遮光壁５０１、５０２は、下鏡筒１０３と分離した部品として構成される。

図７は、遮光壁５０２の斜視図である。遮光壁５０２は平板部６０５およびその両端に設けられた嵌合部６０１によって構成されている。平板部６０５は、複数の光路を分離する薄い板形状を有し、表面にはシボ加工、反射低減微細構造などの低反射構造が設けられている。嵌合部６０１は、例えば、棒形状を有し、下鏡筒１０３の内側面と嵌合することによって、遮光壁５０２を下鏡筒１０３に固定する。平板部６０５が薄い板状であるため、嵌合部６０１が、組み立て時の把持部として使用される。嵌合部６０１の一端には基板１０６と当接する基板当接面６０３が設けられている。平板部６０５の端面６０４と基板当接面６０３との距離はｚ０である。また、遮光壁５０１と嵌合するために、平板部６０５の端面６０４と対向する面にスリット６０２が設けられている。

遮光壁５０１はスリット６０２が端面６０４側に設けられていることを除いて遮光壁５０２と同様の構造を備えている。

図６を参照しながら、複眼式撮像装置１２の製造方法を説明する。まず、第１の実施形態で説明したように、上鏡筒１０１とレンズアレイ１０２とを組み立て、レンズユニットを完成させる。

次に、遮光壁５０１、５０２と下鏡筒１０３との組み立てを説明する。下鏡筒１０３の基板当接面２０４（図２（ｂ））を平板上に冶具等で固定し、下鏡筒１０３の内空間に遮光壁５０２を挿入し、下鏡筒１０３の内側面に設けられた受け部５０３に遮光壁５０２の嵌合部６０１を嵌合させる。このとき、下鏡筒１０３の基板当接面２０４（図２（ｂ））と遮光壁５０２の当接面６０３が平板に同時に当接するように圧力を加えながら下鏡筒１０３と遮光壁５０２を接着する。これにより、遮光壁５０２の当接面６０３と下鏡筒１０３の基板当接面２０４とが同一平面上に位置するようになる。その結果、下鏡筒１０３の基板当接面２０４から遮光壁５０１、５０２の端面２０４までの距離を精度よくｚ０に設定することができる。

次に遮光壁５０１を下鏡筒１０３の内空間に挿入し、遮光壁５０２のスリット６０２に遮光壁５０１のスリット６０２を合わせながら遮光壁５０１の嵌合部６０１を下鏡筒１０３の受け部５０３に嵌合させる。遮光壁５０２と同様に下鏡筒１０３の基板当接面２０４と遮光壁５０１の基板当接面６０３が平板に当接するように接着する。その後、遮光壁５１、５０２がスリット６０２において摺動しない様、スリット６０２周辺を固着することが好ましい。このようにして、遮光壁５０１、５０２が固定された下鏡筒１０３を下鏡筒ユニットと呼ぶ。

その後、第１の実施形態で説明したように、下鏡筒ユニットとレンズユニットとを組み立て、鏡筒部を完成させる。さらに、基板１０６に撮像素子１０５を固定し、撮像部を組み立てた後、第１の実施形態で説明したように位置合わせを行いながら、鏡筒部と撮像部とを組み立て、複眼式撮像装置１２を完成させる。

このように本実施形態によれば、下鏡筒と遮光壁とを別体で構成する場合でも、高価な組み立て装置を用いることなく、撮像素子の表面から遮光壁の端面までの距離ｚを精度良く決定できる。したがって、遮光壁の表面に低反射構造を設け、光学系の迷光の影響を抑制し、隣接光学系への混信の低減することができる。また、第１の実施形態と同様、撮像領域を拡大し、遮光壁を厚くすることが可能となる。

本発明の複眼式撮像装置は、広い撮像領域で被写体を撮像することが可能であるため、高精細な画像を得る設計が可能になり、複数の光学系から得られた被写体の画像の視差量に基づいて正確に距離を算出することができる。また、撮像に使用できない領域を小さくすることができるため、より小さな撮像素子で撮影することが可能となる。したがって、複眼式撮像装置をより小型にすることが可能となる。

このため、本発明の複眼式撮像装置は、ネットワークカメラや車載用カメラ携帯用カメラなどに好適に用いられる。

本発明の複眼式撮像装置の第１の実施形態を示す分解斜視図である。 （ａ）および（ｂ）は、図１の複眼式撮像装置の下鏡筒を、それぞれ、レンズアレイ側の開口から見た斜視図および撮像素子側の開口から見た斜視図である。 （ａ）および（ｂ）は、図１に示す複眼式撮像装置の断面図であって、遮光壁と撮像素子との間隔を説明する図である。 （ａ）は従来の撮像素子の分割された撮像領域を示す平面図であり、（ｂ）は本実施形態による撮像素子の分割された撮像領域を示す平面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、図１の複眼式撮像装置の製造方法を説明する斜視図である。 本発明の複眼式撮像装置の第２の実施形態を示す分解斜視図である。 図６の複眼式撮像装置の遮光壁を示す斜視図である。 従来の複眼方式カメラモジュールの分解斜視図である。

符号の説明

１１、１２ 複眼式撮像装置
１０１ 上鏡筒
１０１ａ〜１０１ｄ 絞り
１０１ｒ レンズアレイ１０２を受ける凹部
１０２ レンズアレイ
１０２ａ〜１０２ｄ レンズ
１０２ｅ レンズ１０２ｂの撮像素子１０５側の有効開口領域
１０２ｅ’ 投影有効開口領域
１０３ 下鏡筒
１０４、５０１、５０２ 遮光壁
１０４’ ｔよりも大きい厚さｔ’の遮光壁
１０５ 撮像素子
１０５ａ〜１０５ｄ 分割撮像領域
１０５ｓ 撮像領域
１０６ 基板
１０７ 演算回路
２０１ レンズ当接面
２０２ 基準面
２０３ 側端面
２０４ 基板当接面
２０５ 端面
２０５’ 投影端面領域
４０１ 側面
４０２ 面
５０３ 受け部
６０１ 嵌合部
６０２ スリット
６０３ 基板当接面
６０４ 端面
６０５ 平板部
７０１ 絞り部材
７０１ａ〜７０１ｄ 絞り
７０２ 光学レンズアレイ
７０２ａ〜７０２ｄ レンズ
７０３ 遮光ブロック
７０４ 光学フィルタ
７０５ 撮像ユニット
７０５ａ 撮像素子
７０５ｂ 視差算出回路

Claims (4)

1. 互いに光軸が異なるように配置された複数のレンズからなるレンズアレイと、
   撮像領域を有し、前記撮像領域が前記レンズアレイの複数のレンズに対応した複数の分割領域に分割された撮像素子と、
   前記レンズアレイと前記撮像素子との間に設けられており、前記複数のレンズによってそれぞれ形成される複数の光路間に設けられた少なくとも１つの遮光壁と、
   を備え、
   前記複数のレンズのうち、少なくとも１つは、
   前記少なくとも１つのレンズの前記撮像素子側の面の有効開口領域、および、前記遮光壁の撮像素子側の端面をそれぞれ前記撮像素子の撮像領域に投影した場合において、前記撮像領域上に投影された前記有効開口領域の、投影された前記遮光壁の端面領域から最もも離れた点から前記投影された遮光壁の端面領域の前記投影された有効開口領域側の辺との距離をＤとし、
   前記レンズアレイと前記撮像素子とのフランジバック寸法をｈとし、
   前記遮光壁の厚さをｔとし、
   前記遮光壁の撮像素子側端面と前記撮像素子表面との間隔ｚとした場合、
   

   

   の関係を満たしている、複眼式撮像装置。
2. 前記複数のレンズによってそれぞれ形成される前記複数の光路を覆う鏡筒をさらに備え、
   前記遮光壁は前記鏡筒と一体的に成形されている請求項１に記載の複眼式撮像装置。
3. 前記複数のレンズによってそれぞれ形成される前記複数の光路を覆う鏡筒をさらに備え、
   前記遮光壁と前記鏡筒とは別部材によってそれぞれ構成されている請求項１に記載の複眼式撮像装置。
4. 演算部をさらに備え、
   前記複数のレンズのうち少なくとも２つによってそれぞれ結像した被写体を、前記撮像素子の対応する少なくとも２つの分割領域で撮像し、
   前記演算部は、前記少なくとも２つの分割領域から得られた被写体の画像の視差量を検出し、検出した視差量に基づいて前記被写体までの距離を算出する請求項１から３のいずれかに記載の複眼式撮像装置。

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