JP2012195758A

JP2012195758A - 撮像モジュール

Info

Publication number: JP2012195758A
Application number: JP2011058009A
Authority: JP
Inventors: Jun Watabe; 順渡部; Takeshi Maruyama; 剛丸山; Sadao Takahashi; 禎郎高橋; Masahiro Fujimoto; 真裕藤本; Shin Aoki; 青木　　伸
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2011-03-16
Filing date: 2011-03-16
Publication date: 2012-10-11

Abstract

【課題】遮光機能を持たせるための部材を構成する部品の点数を減らし、部品コストや組み付けコストを抑える。
【解決手段】位置決め部１８がレンズアレイ１２の各レンズにおける有効面以外であるレンズの外周部に設けられている。この位置決め部１８は撮像素子１１とレンズアレイ１２との間に配置される遮光部材１３に設けられた開口部１７に合致する。これにより、レンズアレイと遮光部材との位置決めが簡単に精度良く行われることになる。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像モジュールに関するものである。

デジタルビデオカメラやデジタルカメラのような撮像装置は、レンズを介して被写体をＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子上に形成することで被写体の２次元の画像を形成している。このような撮像装置には、複数のレンズが光軸に対して略直交する方向に延在する列や行列を形成するように配列されたレンズアレイ等の光学系を用いることで、撮像素子の薄型化・小型化を図ることができる。近年、このように複数のレンズを有する、いわゆる複眼式の撮像モジュールは、被写体までの距離を測定する測距モジュールとして用いられている。複眼式の撮像モジュールにおいてレンズアレイの各レンズは異なる位置に配列されているため、同一の被写体からの光を各レンズから取り込み撮像素子で映像化した各画像は視差のある画像となる。そして、各画像の視差量を算出し、算出した視差量に基づいて被写体までの距離を算出できる。

このような複眼式の撮像モジュールにおいて、レンズを通過した光線の中に、レンズの有効面以外から迷光と呼ばれる不要な光が含まれたり、隣接するレンズ間でのクロストーク光が発生することがある。この迷光は撮像素子によって映像化した画像に、不要な光によって画像が白っぽくなったり、光がにじんだりする現象であるフレアや、同一画像が二重、三重に現れる現象であるゴーストとなって現れる。これらのフレアやゴーストの発生を防ぐために、各レンズの外周に遮光部を形成させる必要があり、センサとレンズアレイの間に各レンズアレイに対応した開口部が設けられた、遮光性の部材から構成される遮光壁が配置する必要がある。上記レンズアレイと遮光壁の組み付けにおいて、そのばらつきに起因して、演算で算出した視差に誤差が生じ、上述した距離測定精度が悪化してしまうといった問題があった。また、上記組み付け精度を確保するためには、レンズアレイ、遮光壁にそれぞれアライメントマークを設け、組み付けに複雑な調整機構を用いる必要性があり、生産時のコスト高になるという問題がある。

この課題を解決するための撮像モジュールが特許文献１に提案されている。この特許文献１の撮像モジュールは、撮像素子、レンズアレイ、遮光膜、遮光壁及び遮光ブロックを備えている。撮像素子は、各レンズをそれぞれ通過した光ごとに撮像領域が設けられ、上述したようにレンズを通過した光を光電変換するものである。レンズアレイは複数のレンズを有している。遮光膜は、各レンズと対応した開口部を有し、該開口部以外の部分で遮光する膜部材である。遮光壁はレンズの光軸方向に所定の高さを有し、レンズを通過した光が当該レンズに対応しない撮像領域に入射して結像する上記クロストーク光の発生を防ぐために入射光の光路を取り囲むように設けられている。そして、遮光ブロックは外部からの光を遮光する遮光筐体を備え、当該遮光筐体内には上記遮光壁が組み付け位置決め用の凹部に嵌め込まれている。上記特許文献１では、遮光ブロックに遮光壁及び遮光膜を組み付けることで遮光機能を上げている。つまり、遮光ブロックの遮光筐体によって外光の入射を防ぐとともに、遮光壁によって本来通過すべきレンズ以外のレンズを通過した光が本来通過すべきレンズを通過した光が結像する撮像領域に、入射してしまうことを防いでいる。また、遮光膜は、被写体からの光の入射角が大きくなって本来結像させる必要のない光がレンズも通過して、他のレンズに対応する撮像領域に結像することを防いでいる。そして、遮光ブロックには、レンズアレイのレンズ以外の部分に設けられた基準面と当接するための基準面と、レンズアレイと遮光ブロックの間に配置される遮光膜に設けられた凹部と嵌合するための凸部とが設けられている。遮光ブロックにレンズアレイ及び遮光膜をそれぞれ組み付ける時には、遮光ブロックの凸部に遮光膜の凹部を嵌合して遮光ブロックと遮光膜との位置決めを行って遮光ブロックの遮光筐体内に遮光膜を嵌め込んだ後、遮光ブロックの基準面にレンズアレイの基準面を押し当てて遮光ブロックとレンズアレイとの位置決めを行い、レンズアレイを遮光ブロックの遮光筐体内に遮光膜の上から組み付ける。

しかしながら、上記特許文献１では、遮光機能を持たせるために、遮光ブロックを構成する遮光壁及び遮光筐体、そして遮光膜の３つの部品を用いている。そして、遮光ブロックの凸部と遮光膜の凹部とを嵌合させ、遮光ブロックの基準面とレンズアレイの基準面とを当接させることによって組み付けている。このため、遮光ブロックに凸部と基準面とを形成するにあたって遮光膜の凹部とレンズアレイの基準面と位置関係の精度が要求される。更には、遮光ブロックにレンズアレイ及び遮光膜がそれぞれ個別に組み付けられたときレンズアレイの各レンズの光軸が遮光膜の開口部の中心に一致しなければならないため、組み付け時での、遮光ブロックの凸部、遮光膜の凹部、遮光ブロックの基準面及びレンズアレイの基準面の位置関係の精度も要求される。遮光機能を持たせる部材を構成する部品の多さに加えて、各部品の加工精度も要求されるため、部品コスト高になる。そして、複数の位置決めを行い、かつ複雑な組み立て機構を用いて相互の位置精度を確保しながら組み立てるため、組み付けコスト高になる。

本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、遮光機能を持たせるための部材を構成する部品の点数を減らし、部品コストや組み付けコストを抑えることができる撮像モジュールを提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、複数のレンズを一平面上に配置したレンズアレイと、前記各レンズにそれぞれに対応する撮像領域を複数有する撮像素子と、前記レンズアレイと前記撮像素子との間に配置され、レンズの光軸方向に所定の厚みを持ち、かつ、前記各レンズからの光を対応する撮像領域まで通過させる開口部が前記各レンズのそれぞれに対応して形成された遮光部材と、を有する撮像モジュールにおいて、前記各レンズの有効面外である外周部分に、前記レンズアレイと前記遮光部材との位置決めを行う位置決め部を設け、該位置決め部を前記開口部の端部に合致させて前記レンズアレイを前記遮光部材に組み付けたことを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１記載の撮像モジュールにおいて、前記位置決め部における外周面の断面形状は、前記開口部における内壁の端部の断面形状に合わせた形状であることを特徴とするものである。
更に、請求項３の発明は、請求項２記載の撮像モジュールにおいて、前記位置決め部における外周面の断面形状は、前記レンズの光軸方向に延びた形状であることを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項２記載の撮像モジュールにおいて、前記位置決め部における外周面は、テーパ面をなすことを特徴とするものである。
更に、請求項５の発明は、請求項１記載の撮像モジュールにおいて、前記位置決め部は、前記レンズの曲面が延びた有効面外の外周部に設けられていることを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の撮像モジュールにおいて、前記位置決め部が合致する前記開口部の端部以外の断面形状は、テーパ形状もしくは段差形状であることを特徴とするものである。

本発明において、レンズアレイを構成する複数のレンズの有効面外である外周部に、レンズアレイと遮光部材との位置決めを行う位置決め部を設け、この位置決め部を遮光部材における開口部の端部に合致させる。遮光部材はレンズの光軸方向に所定の厚みを持っているため、レンズの有効面以外からの光の入射は遮光部材の開口部以外の遮光部によって防ぐことができる。これにより、被写体からの光のレンズへの光軸に対する入射角が大きくなって当該レンズ以外のレンズに対応する撮像領域に結像することを防いでいる。つまり、レンズから入射した光が当該レンズに対応する撮像領域以外の撮像領域に結像することはない。これらの遮光機能は、レンズの有効面外である外周部に設けられた位置決め部を遮光部材の開口部の端部に合致してレンズ有効面を遮光部の開口部に嵌め込むことだけで持たせることができる。つまり、各レンズに対応して設けられた各開口部を有する遮光部材だけで遮光機能を持たせることができる。よって、遮光機能を持たせる部材を構成する部品の点数は減り、部品コストを抑えることができる。また、１つの位置決めで、遮光部材の開口部の中心と各レンズの光軸の一致が済むため、複雑な組み付け機構も不要となって組み付けコストを抑えることができる。

以上本発明によれば、遮光機能を持たせるための部材を構成する部品の点数を減らし、部材コストや組み付けコストを抑えることができるという優れた効果がある。

本実施形態の撮像モジュールの構成を示す概略断面図である。本実施形態の撮像モジュールの別の構成の部分拡大図である。本実施形態の撮像モジュールの構成の変形例を示す概略断面図である。本実施形態の撮像モジュールの構成の変形例を示す概略断面図である。

以下、本発明を適用した撮像モジュールの実施形態について説明する。
図１は本実施形態の撮像モジュールの構成を示す概略断面図である。図１の（ａ）は分解した概略断面図であり、同図の（ｂ）は組み立てた概略断面図である。図１の（ａ）において、本実施形態の撮像モジュール１０は、撮像素子１１、レンズアレイ１２及び遮光部材１３を含んで構成されている。撮像素子１１はＣＣＤ等の撮像センサであり、図示していないが縦横方向に２次元配列された複数の画素を備えている。そして、撮像素子１１の撮像領域はそれぞれほぼ等分されている。各レンズを通過した被写体からの光が撮像素子１１のそれぞれの撮像領域上に結像し、各撮像領域における各画素は入射した被写体からの光を光電変換して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様々な信号処理が施されて映像化される。また、レンズアレイ１２を構成する各レンズ１４は、光軸方向の両側に凸レンズ１５、１６がそれぞれ形成されて構成している。更に、遮光部材１３は、撮像素子１１とレンズアレイ１２との間に配置され、複数のレンズ１４に対応する複数の開口部１７を有している。また、この遮光部材１３はレンズ１４を通過した光が対応する撮像領域上に結像するための焦点距離を持たせ、かつ該当するレンズ以外のレンズを通過した光が当該レンズに対応する撮像領域に侵入することを防ぐために、レンズの光軸方向に所定の厚みを有している。そして、凸レンズ１６の外周部には被有効面の位置決め部１８が形成されている。この位置決め部１８は凸レンズ１６のレンズ曲面と連続した部分であって、上述したようにレンズ有効面外となる領域に形成されている。そして、レンズアレイ１２を遮光部材１３に組み付けたときレンズの光軸方向が所定の方向に定まるように位置決め部１８は形成されている。一方、遮光部材１３の開口部１７の形状は凸レンズ１６の位置決め部１８の形状に一致するように形成されている。レンズアレイ１２と遮光部材１３を組み付けたときには、図１の（ｂ）、図１の（ｂ）の点線で囲んだ部分の拡大図である図１の（ｃ）からわかるように、レンズアレイ１２の凸レンズ１６の外周に設けられた位置決め部１８と遮光部材１３の開口部１７が合致する。これにより、レンズアレイ１２と遮光部材１３とが位置決めされることになる。

なお、部分拡大図である図２に示すように、レンズアレイ１２の凸レンズ１６の外周に設けられた位置決め部１８の断面形状と遮光部材１３の開口部１７の断面形状をテーパ形状とする。つまり位置決め部１８の外周面と開口部１７の端部の内壁面はテーパ面とする。これにより、両者がテーパ合わせとなるため、更にその位置決め作業を容易に、かつ正確に実施することができる。

また、図１及び図２に示す実施形態において、レンズアレイ１２の凸レンズ１６の外周に設けられた位置決め部１８の形状はレンズアレイ１２における凸レンズ１６の設けられていない平坦部と直交する方向に延びた直線部で形成されているが、これに限定する必要はない。例えば図３に示すように、位置決め部１８を凸レンズ１６のレンズ形状の延長線上で形成してもよい。そして、遮光部材１３の開口部１７の開口形状も凸レンズ１５の位置決め部１８の形状に一致するように、遮光部材１３の一部が位置決め部１８の湾曲面に一致する湾曲面に形成されている。この場合はレンズアレイ１２におけるレンズ形状に段差が生じないためレンズの加工が容易になる。

更に、遮光部材１３の開口部１７の形状については、少なくとも凸レンズ１６の位置決め部１８と位置決めされる部分のみが、位置決め部１８と嵌めあうようになっていればよく、例えば図４の（ａ）に示すように位置決めされる部分以外の開口部１７の開口壁１９をテーパ形状にし、あるいは図４の（ｂ）に示す点線で囲んだ部分のように段差部２０を設けて、遮光部材１３の開口部１７の撮像素子１１側の開口部分を広げた形状としても良い。遮光部材１３の撮像素子１１側の開口部分が広いほど、１つのレンズに対応する撮像素子１１の画素数が多くなるため、解像度がよくなる。特に、本実施形態における撮像モジュールを測距撮像モジュールとして用いる場合にはその距離精度を向上させることができる。

以上説明したように、実施形態によれば、図１に示すように、位置決め部１８がレンズアレイ１２の各レンズにおける有効面以外であるレンズの外周部に設けられている。この位置決め部１８がレンズアレイ１２と撮像素子１１との間に配置される遮光部材１３に設けられた開口部１７の端部に合致される。これにより、レンズアレイ１２と遮光部材１３との位置決めが行われることになる。このように、１つの位置決めだけで、レンズ面の調整、各レンズ１５の光軸と遮光部材１３の開口部１７の中心との一致調整が済む。また、複雑な組み付け機構も不要となる。よって、部品点数を減らし、部品コストや組み付けコストを抑えることができる。

また、実施形態によれば、図１に示すように、位置決め部１８の断面形状は、開口部１７の端部断面に合わせた直線形状である。また、位置決め部１８の断面形状は、レンズ１４の光軸方向に延びた直線形状である。また、図２に示すように、位置決め部１８の断面形状がテーパ形状である。よって、位置決め作業を容易に、かつ正確に実施することができる。

更に、実施形態によれば、図３に示すように、位置決め部１８の断面形状が凸レンズ１６の曲面形状の延長した形状であることで、レンズの加工が容易になる。

また、実施形態によれば、図４に示すように、位置決め部１８が合致する開口部１７の端部以外の断面形状は、テーパ形状もしくは段差形状である。よって、１つのレンズに対応する撮像素子の画素数が多くなり、撮像素子の解像度が良くなる。このような撮像モジュールを測距撮像モジュールとして用いたとき距離精度が向上する。

１０撮像モジュール
１１撮像素子
１２レンズアレイ
１３遮光部材
１４レンズ
１５、１６凸レンズ
１７開口部
１８位置決め部
１９開口壁
２０段差部

特開２００９−１６４６５４号公報

Claims

複数のレンズを一平面上に配置したレンズアレイと、前記各レンズにそれぞれに対応する撮像領域を複数有する撮像素子と、前記レンズアレイと前記撮像素子との間に配置され、レンズの光軸方向に所定の厚みを持ち、かつ、前記各レンズからの光を対応する撮像領域まで通過させる開口部が前記各レンズのそれぞれに対応して形成された遮光部材と、を有する撮像モジュールにおいて、
前記各レンズの有効面外である外周部分に、前記レンズアレイと前記遮光部材との位置決めを行う位置決め部を設け、該位置決め部を前記開口部の端部に合致させて前記レンズアレイを前記遮光部材に組み付けたことを特徴とする撮像モジュール。
請求項１記載の撮像モジュールにおいて、
前記位置決め部における外周面の断面形状は、前記開口部における内壁の端部の断面形状に合わせた形状であることを特徴とする撮像モジュール。
請求項２記載の撮像モジュールにおいて、
前記位置決め部における外周面の断面形状は、前記レンズの光軸方向に延びた形状であることを特徴とする撮像モジュール。
請求項２記載の撮像モジュールにおいて、
前記位置決め部における外周面は、テーパ面をなすことを特徴とする撮像モジュール。
請求項１記載の撮像モジュールにおいて、
前記位置決め部は、前記レンズの曲面が延びた有効面外の外周部に設けられていることを特徴とする撮像モジュール。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の撮像モジュールにおいて、
前記位置決め部が合致する前記開口部の端部以外の断面形状は、テーパ形状もしくは段差形状であることを特徴とする撮像モジュール。