JP5158895B2

JP5158895B2 - 撮像装置

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Publication number: JP5158895B2
Application number: JP2010109236A
Authority: JP
Inventors: 真北川
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2010-05-11
Filing date: 2010-05-11
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2030-05-11
Also published as: WO2011142219A1; JP2011237623A

Description

所定距離をおいて配設された複数のレンズユニットと、前記複数のレンズユニットによって形成される像を撮像する複数の撮像素子を備えた撮像装置に関する。

従来から、パノラマ画像など複数の画像を撮像する撮像装置、例えば、水平方向に所定距離ずつずらして配設された複数のデジタルカメラにより撮像された複数枚の画像データを合成して１枚の画像を生成する装置が提案されている。

特許文献１には、このようなパノラマ画像を生成する撮像装置が開示されている。この撮像装置は、装置内に、所定距離をおいて配設された複数のレンズユニットと、前記複数のレンズユニットによって形成される像を撮像する複数の撮像素子を備える。なお、前記レンズユニットは、少なくとも、レンズと鏡筒から構成され、前記所定距離は、いわゆる基線長と呼ばれるものである。
パノラマ画像は、前記複数の撮像素子によって撮像された複数の画像の重複する領域（オーバーラップ領域とも言う）を相互に重ね合わせることによって生成される。

特開２００７−１６６３１７号公報

このような撮像装置の製造工程において、最適なパノラマ画像を得るために、例えば、所定間隔をおいて複数の撮像素子を平面状の板（保持板とも言う）に接着固定し、また、前記複数の撮像素子に対応する複数のレンズユニットを前記保持板に接着固定する作業を行う。

このとき、複数の撮像素子（レンズユニット）間の距離（基線長）が必要以上に大きくなると、撮像画像間の視差が大きくなるので、オーバーラップ領域が小さくなる。その結果、水平方向におけるパノラマ画像の幅が狭くなる。そこで、基線長を適切な長さに設定する必要がある。

しかし、複数の撮像素子を保持板に固定する固定部材が場所を取り合う、即ち、固定部材が干渉し合うので、基線長を適切な長さに設定することは困難である。
このように、基線長を適切な長さに設定しなければならない状況下で、複数の撮像素子の位置合わせ調整作業、及び、固定作業を容易に実行することは更に困難である。

本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、所定距離をおいて配設された複数のレンズユニットと、前記複数のレンズユニットによって形成される像を撮像する複数の撮像素子を備えた撮像装置において、基線長を適切な長さに設定し、複数の撮像素子の位置合わせ調整作業、固定作業を容易かつ確実にする撮像装置を提供することを目的とする。

第１の技術手段は、所定距離をおいて配設された複数のレンズユニットに対応し、前記複数のレンズユニットによって形成される像を撮像する複数の撮像素子を備えた撮像装置において、前記複数の撮像素子はそれぞれの基板に搭載され、前記それぞれの基板に搭載された前記撮像素子は、該撮像素子の画素配列方向が所定の方向と略一致するように配設され、前記それぞれの基板が紫外線透過性部材からなる１つの平板状の保持板に固着されており、前記保持板は、前記それぞれの基板の外形形状に略一致する複数の矩形開口部を備え、前記保持板の矩形開口部内に、前記それぞれの基板が配設され、前記保持板の矩形開口部の内側面部と前記それぞれの基板の外側面部とが紫外線硬化樹脂により接着固定されており、紫外線透過性部材からなる前記１つの平板状の保持板の矩形開口部の内側面部は、テーパ部を備え、前記保持板の前記テーパ部と前記それぞれの基板の外側面部との隙間に、前記テーパ部に対応する、紫外線透過性部材からなるクサビ形状の固定部材が、前記それぞれの基板の調整された配設位置を変えることなく差し込まれ、前記くさび形状の固定部材と前記保持板のテーパ部、及び、前記固定部材と前記それぞれの基板の外側面部とが紫外線硬化樹脂により接着固定されていることを特徴とするものである。

第２の技術手段は、第１の技術手段の撮像装置において、前記それぞれの基板を紫外線硬化樹脂により前記１つの平板上の保持板に接着固定した後、前記レンズユニットを前記１つの平板上の保持板に接着固定することを特徴とするものである。

本発明によれば、所定距離をおいて配設された複数のレンズユニットと、前記複数のレンズユニットによって形成される像を撮像する複数の撮像素子を備えた撮像装置において、複数の撮像素子の固定に紫外線を透過する固定部材を用いることで、基線長を適切な長さに設定し、複数の撮像素子の位置合わせ調整作業、固定作業を容易かつ確実にすることができる。

本発明に係る撮像装置の主要構成部品の調整工程、固定工程を説明する図である。撮像素子の制御基板等を保持板に取り付ける工程を説明する図である。固定部材の外観図である。紫外線硬化樹脂が塗布された状態を示す図である。レンズユニットの位置調整、固定工程を説明する図である。撮像素子を保持板に直接固定する工程を説明する図である。撮像素子等を保持板に直接取り付ける工程を説明する図である。レンズユニットの位置調整、固定工程を説明する図である。撮像素子を保持板に直接固定する工程を説明する図である。図９の断面詳細図である。

（実施例１）
本発明に係る撮像装置の組み立て工程を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る撮像装置１００の主要構成部品の調整工程、固定工程を説明する図である。
図２（Ａ）は、第１撮像素子１１０が搭載されている第１制御基板１２０等を保持板１３０に取り付ける工程を説明する正面図、図２（Ｂ）は、前記工程を説明する側面図である。

図１の顕微鏡２００は、ステージ２０１上に置かれた第１撮像素子１１０の画素等を拡大して観察するものである。このステージ２０１は、顕微鏡２００の光軸Ａ（Ｚ軸）に対して垂直である（ＸＹ平面）。
マニピュレータ３００は、撮像装置１００の主要構成部品の位置調整を行うものである。

図２の第１撮像素子１１０は、第１撮像素子１１０の外装用基板（パッケージ基板）である第１撮像素子基板１１０ａに搭載されている。更に、第１撮像素子基板１１０ａは、第１制御基板１２０に搭載されている。
第１制御基板１２０は、第１撮像素子基板１１０ａの他にも、第１撮像素子１１０の動作制御や第１撮像素子１１０が出力した画像データを受信する各種電子部品を搭載する基板である。

第１撮像素子１１０と同機能を有する第２撮像素子１４０も、第２撮像素子１４０の外装用基板（パッケージ基板）である第２撮像素子基板１４０ａに搭載され、第２撮像素子基板１４０ａも、第１制御基板１２０と同機能を有する第２制御基板１５０に搭載されている。

保持板１３０は、第１制御基板１２０、第２制御基板１５０が取り付け固定される平面状の板（平板）である。
符号Ｆは、撮像素子（１１０、１４０）を搭載する基板（１２０、１５０）が保持板１３０に固着されている固着部分を示す。

以下、第１撮像素子１１０、第２撮像素子１４０を同一平面の保持板１３０上に配設、固定する工程を、図１、図２等を参照しながら詳細に説明する。
まず、技術者が、ステージ２０１に保持板１３０を置く。保持板１３０には第１制御基板１２０、第２制御基板１５０の概略位置決めを行うための第１位置決めピン１３０ａ、第２位置決めピン１３０ｂが予め取り付けられている。このとき、マニピュレータ３００のアーム３０１を第１制御基板１２０に取り外し自在に取り付ける。マニピュレータ３００は、アーム３０１を６軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θ_Ｘ、θ_Ｙ、θ_Ｚ）方向に動作させることが可能であり、マニピュレータ３００により、第１制御基板１２０の位置を６軸方向に調整する。ここでθ_ＸはＸ軸周りの回転、θ_ＹはＹ軸方向の回転、θ_ＺはＺ軸方向の回転を示す。

次に、第１位置決めピン１３０ａに沿って第１制御基板１２０を保持板１３０に配置することで、第１制御基板１２０の概略位置決めを行う。
次に、技術者は、顕微鏡２００を覗きながらマニピュレータ３００を操作して、第１撮像素子１１０におけるθ_Ｘ、θ_Ｙ方向のあおりが顕微鏡の焦点深度内に入るように第１制御基板１２０の位置調整を行う。そして、顕微鏡２００のＸＹ方向（符号Ｃに示すクロスライン参照）と第１撮像素子１１０の画素配列（ＸＹ軸参照）が一致するようにθ_Ｚ方向に対して第１制御基板１２０の位置調整を行う。

そして、これらの位置調整が終了すると、第１撮像素子１１０の上辺の中央部、左辺の中央部、右辺の中央部に対応する第１制御基板１２０の外側面部１２０ａに紫外線硬化樹脂が塗布された固定部材１６０を配設する。
図３は、固定部材１６０の外観図である。固定部材１６０は、紫外線を透過する部材から構成された例えば立方体状の部品である。固定部材１６０の側面部１６０ａ、底面部１６０ｂに予め紫外線硬化樹脂を塗布する。そして、図４に示すように、紫外線硬化樹脂（符号Ｂ参照）が塗布された固定部材１６０の側面部１６０ａを、位置調整が終了している第１制御基板１２０の外側面部１２０ａに接するように配設する。このとき、底面部１６０ｂが保持板１３０に接している。なお、図４では、第１撮像素子１１０の上辺の中央部にある固定部材１６０に塗布された紫外線硬化樹脂のみを図示しているが、第１撮像素子１１０の左辺の中央部、右辺の中央部に配設された固定部材にも同様に紫外線硬化樹脂が塗布されている。

前記紫外線硬化樹脂が塗布された固定部材１６０を前記位置に配設した後、図示しない紫外線照射装置から紫外線を固定部材１６０に照射して、塗布された紫外線硬化樹脂を硬化する。
固定部材１６０は、紫外線透過性部材から構成されているので、紫外線照射装置からの紫外線が固定部材１６０を透過して、前記紫外線硬化樹脂に照射され、前記紫外線硬化樹脂が確実に硬化する。
紫外線硬化樹脂の硬化後、マニピュレータ３００を取り外し、第２制御基板１５０の位置調整、固定作業を行う。この作業は、前述した第１制御基板１２０の位置調整、固定作業と同様である。前記位置調整、固定作業により、第１撮像素子１１０と同一の焦点深度内に第２撮像素子１４０の位置が調整され、更に、第１撮像素子１１０、第２撮像素子１４０の画素配列がＸＹ方向に一致する。

このように、固着部Ｆは、紫外線透過性部材からなる固定部材１６０を備え、固定部材１６０を介して第１制御基板１２０、第２制御基板１５０が保持板１３０に固着されている。

図２に示した保持板１３０の中央部に固定された固定部材１６０_Ｍは、第１制御基板１２０、第２制御基板１５０を固定している。このように１つの固定部材を介して２つの基板を固定することができるので、固定部材が干渉し合うことにより、基線長が必要以上に長くなることがない。それ故、基線長を適切な長さに設定することができる。

次に、レンズユニットの位置調整、固定工程について、図５を用いて説明する。
図５（Ａ）は、レンズユニット１７０等の位置調整、固定工程を説明する正面図、図５（Ｂ）は、同断面図である。

まず、第１撮像素子１１０の中心にレンズユニット１７０のレンズの中心が略一致するように、即ち、両中心が同一光軸上に位置するように、レンズユニット１７０の位置を概略調整する。なお、レンズユニット１７０には、マニピュレータ３００のアーム３０１が取り付けられているとする。同時に、第１制御基板１２０と表示装置とを接続して、レンズユニット１７０のレンズを介して第１撮像素子１１０により撮像されたチャート画像が前記表示装置に表示されるようにする。このチャート画像は、バックフォーカス調整、あおり調整を行う際に必要なものである。

このようにチャート画像が前記表示装置に表示されている状態において、チャート画像が前記表示装置に最適表示されるように、Ｚ方向にレンズユニット１７０の位置調整、即ち、バックフォーカス調整を行う。引き続き、表示装置の画面内で均一に焦点を結ぶように、レンズユニット１７０におけるθ_Ｘ、θ_Ｙ方向のあおり調整を行う。前記調整を繰り返し、レンズユニット１７０の最適配置を調整する。この調整が終了すると、例えば、紫外線硬化樹脂等を用いてレンズユニット１７０を保持板１３０に固定する。

次に、第１撮像素子１１０に対応するレンズユニット１７０の配設、固定と同様にして、第２撮像素子１４０に対応するレンズユニット１７１の配設、固定作業を行い、撮像装置１００の主要組み立て作業が完了する。

（実施例１の変形例）
上記実施例では、第１撮像素子１１０（第１撮像素子基板１１１ａ）は、第１制御基板１２０に搭載されていたが、第１制御基板１２０から第１撮像素子１１０を物理的に分離し、第１撮像素子１１０と第１制御基板１２０をフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ：Flexible printed circuits）を介して接続することもある。
このような場合、図６に示すように、第１撮像素子１１１の第１撮像素子基板１１１ａを保持板１３０に固定部材１６０を用いて直接固定するようにしてもよい。

図６（Ａ）は、第１撮像素子基板１１１ａを保持板１３０に固定部材１６０を用いて直接固定している状態を示す正面図、図６（Ｂ）は同側面図である。
第１撮像素子１１１（第１撮像素子基板１１１ａ）は、ＦＰＣ１８０を介して図示しない制御基板に接続している。第２撮像素子１４１の第２撮像素子基板１４１ａも、第１撮像素子基板１１１ａと同様に保持板１３０に固定部材１６０を用いて直接固定する。なお、第２撮像素子１４１（第２撮像素子基板１４１ａ）も、ＦＰＣ１８１を介して図示しない制御基板に接続している。

（実施例２）
他にも様々な手法により、紫外線硬化樹脂を使用して平板の保持板に撮像素子等を取り付け固定することができる。
図７（Ａ）は、上記取り付け固定を説明する正面図、図７（Ｂ）は、同断面図である。
保持板１３１は、紫外線透過性部材から構成される平面状の板であり、矩形開口部１３１ａ、１３１ｂを備える。

矩形開口部１３１ａの形状は、第１撮像素子１１２が搭載される第１撮像素子基板１１２ａの外形形状に略一致する。矩形開口部１３１ｂの形状は、第２撮像素子１４２が搭載される第２撮像素子基板１４２ａの外形形状に略一致する。
また、実施例１のように、第１撮像素子基板１１２ａは第１制御基板１２１に搭載され、第２撮像素子基板１４２ａは第２制御基板１５１に搭載されているものとする。

以下、第１撮像素子１１２、第２撮像素子１４２を保持板１３１に配設、固定する工程を、図７を参照しながら詳細に説明する。
まず、保持板１３１に形成された矩形開口部１３１ａの内側面部１３１ｃに紫外線硬化樹脂を塗布する。そして、保持板１３１の裏側（図７（Ｂ）では左側）から第１撮像素子基板１１２ａ（第１撮像素子１１２）を矩形開口部１３１ａに配設（挿入）する。なお、矩形開口部１３１ａの内側面部１３１ｃと第１撮像素子基板１１２ａの外側面部１１２ｂには符号Ｓ（図７（Ｂ））で示す隙間（クリアランス）が形成され、その間に紫外線硬化樹脂がある。

次に、第１撮像素子基板１１２ａを保持板１３１の矩形開口部１３１ａに配設した状態のまま、図１に示した顕微鏡２００のステージ２０１に平面状の保持板１３１を置く。なお、このとき、保持板１３１とステージ２０１との間に一定の空間が生じるように、保持板１３１とステージ２０１の間に、例えば４つの円柱状部材を置く。この４つの円柱状部材は、保持板１３１の角部にそれぞれ置かれる。この円柱状部材により、第１制御基板１２１等の位置調整を行う際に必要となる空間が形成される。このとき、ステージ２０１と保持板１３１とが平行になっている。

次に、マニピュレータ３００のアーム３０１を第１制御基板１２１に取り外し自在に取り付ける。そして、実施例１で説明したように、第１撮像素子１１２におけるθ_Ｘ、θ_Ｙ方向のあおりが顕微鏡の焦点深度内に入るように第１制御基板１２１の位置調整を行う。そして、顕微鏡２００のＸＹ方向と第１撮像素子１１２の画素配列が一致するようにθ_Ｚ方向に対して第１制御基板１２１の位置調整を行う。

前記位置調整後、図示しない紫外線照射装置から紫外線を矩形開口部１３１ａの内側面部１３１ｃに照射して、塗布された紫外線硬化樹脂を硬化して、第１撮像素子基板１１２ａを保持板１３１に固定する。このように、保持板１３１は、紫外線透過性部材から構成されているので、紫外線照射装置からの紫外線が前記紫外線硬化樹脂に照射され、紫外線硬化樹脂が確実に硬化する。
なお、保持板１３１と第１制御基板１２１との接触面にも紫外線硬化樹脂を塗布し、前記紫外線硬化樹脂により、保持板１３１と第１制御基板１２１を接着固定してもよい。

引き続き、第２制御基板１５１の位置調整、固定作業を行う。この作業の前に、マニピュレータ３００のアーム３０１を第１制御基板１２１から取り外し、第２制御基板１５１に取り付ける。そして、前述のように、保持板１３１の矩形開口部１３１ｂの内側面部１３１ｄに紫外線硬化樹脂を塗布し、保持板１３１の裏側から第２撮像素子基板１４２ａ（第２撮像素子１４２）を矩形開口部１３１ｂに配設する。

以後の作業は、第１制御基板１２１の位置調整、固定作業と同様である。前記位置調整、固定作業により、第１撮像素子１１２と同一の焦点深度内に第２撮像素子１４２の位置が調整され、更に、第１撮像素子１１２、第２撮像素子１４２の画素配列がＸＹ方向に一致する。

このように複数の開口部を保持板に形成し、前記複数の開口部内にそれぞれ撮像素子を接着固定することで、基線長が必要以上に長くなることがなくなり、基線長を適切な長さに設定することができる。また、保持板が、実施例１で説明した固定部材の固定機能を具備するので、部品点数が減り、製造コスト、製造工程を削減できる。

次に、レンズユニットの位置調整、固定工程について、図８を用いて説明する。
図８（Ａ）は、レンズユニット１７３等の位置調整、固定工程を説明する正面図、図８（Ｂ）は、同断面図である。
まず、第１撮像素子１１２の中心にレンズユニット１７３のレンズの中心が略一致するように、即ち、両中心が同一光軸上に位置するように、レンズユニット１７３の位置を概略調整する。なお、レンズユニット１７３には、マニピュレータ３００のアーム３０１が取り付けられているとする。その後、実施例１で説明したように、バックフォーカス調整、あおり調整を行い、レンズユニット１７３の配置位置を調整する。この調整が終了すると、レンズユニット１７３を保持板１３１に接着固定する。

なお、レンズユニット１７３位置決め用の突起部１３１ｅを保持板１３１に予め設け、突起部１３１ｅに沿うように、レンズユニット１７３を配設すれば、レンズユニット１７３の位置決め作業を簡略化し、かつ、前記位置決めを高精度に行うことができる。

第２撮像素子１４２のレンズユニット１７４についても、第１撮像素子１１２のレンズユニット１７３と同様にして、保持板１３１に取り付ける。

なお、保持板１３１の矩形開口部１３１ａ内に、第１制御基板１２１を配設できる場合には、第１制御基板１２１そのものを保持板１３１の矩形開口部１３１ａ内に配設して、固定してもよい。

（実施例２の変形例）
撮像素子をより高精度かつ確実に取り付け固定する実施例を図９、図１０を用いて説明する。
図９（Ａ）は、上記取り付け固定を説明する正面図、図９（Ｂ）は、同断面図である。図１０は、図９（Ｂ）の詳細断面図である。

保持板１３２は、実施例２で説明した保持板１３１と同様に紫外線透過性部材から構成される平面状の板であり、矩形開口部１３２ａ、１３２ｂを備える。

矩形開口部１３２ａの内側面部１３２ｃは、テーパ状に形成されている。
固定部材１６１は、クサビ形状の紫外線透過性部材から構成され、第１撮像素子基板１１２ａ（第１撮像素子１１２）を保持板１３２の矩形開口部１３２ａに固定する。固定部材１６１のくさび部分の角度は、図示のように、矩形開口部１３２ａのテーパ部のテーパ角度と同一である。

実施例２で説明したように、矩形開口部１３２ａの内側面部１３２ｃに紫外線硬化樹脂Ｂ（図１０参照）を塗布し、更に、第１撮像素子基板１１２ａの外側面部１１２ｂに紫外線硬化樹脂Ｂを塗布した状態で、第１撮像素子基板１１２ａを矩形開口部１３２ａに配設して位置調整を行う。
そして、矩形開口部１３２ａの内側面部１３２ｃと第１撮像素子基板１１２ａの外側面部１１２ｂの隙間に、固定部材１６１を差し込む。なお、固定部材１６１に紫外線硬化樹脂Ｂを塗布してもよい。

その後、図示しない紫外線照射装置から紫外線を固定部材１６１に照射して、塗布された紫外線硬化樹脂を硬化する。

保持板１３２、固定部材１６１は、紫外線透過性部材から構成されているので、紫外線照射装置からの紫外線が前記紫外線硬化樹脂に照射され、紫外線硬化樹脂が確実に硬化する。

このようにして固定部材を用いることで、紫外線硬化樹脂の接着層の厚さを薄くすることができるので、撮像素子をより高精度かつ確実に保持板に取り付けることができる。

以上の実施例では、２つの撮像素子を備えた撮像装置を例示して説明したが、３つ以上の撮像素子を備えた撮像装置に対しても本発明を同様に適用できる。

固定部材１６０、１６１、保持板１３１、１３２は、温度上昇による撮像素子の位置ずれを防ぐため、なるべく熱膨張係数が小さい素材を用いることが好ましい。例えば、白板ガラス、石英ガラスのようなガラスや、プラスチックであればポリエーテルスルホンなどを用いて作製することが可能である。また、撮像素子の画素サイズや必要精度に応じて、材料を選定することが可能である。

１００…撮像装置、１１０，１１１，１１２…第１撮像素子、１１０ａ，１１１ａ，１１２ａ…第１撮像素子基板、１１２ｂ…外側面部、１２０，１２１…第１制御基板、１２０ａ…外側面部、１３０〜１３２…保持板、１３０ａ…第１位置決めピン、１３０ｂ…第２位置決めピン、１３１ａ，１３１ｂ，１３２ａ，１３２ｂ…矩形開口部、１３１ｃ，１３１ｄ，１３２ｃ…内側面部、１３１ｅ…突起部、１４０，１４１，１４２…第２撮像素子、１４０ａ，１４１ａ，１４２ａ…第２撮像素子基板、１５０，１５１…第２制御基板、１６０，１６１…固定部材、１６０ａ…側面部、１６０ｂ…底面部、１７０〜１７４…レンズユニット、１８０，１８１…ＦＰＣ、２００…顕微鏡、２０１…ステージ、３００…マニピュレータ、３０１…アーム、Ａ…光軸、Ｂ…紫外線硬化樹脂、Ｃ…クロスライン、Ｆ…固着部、Ｓ…隙間。

Claims

所定距離をおいて配設された複数のレンズユニットに対応し、前記複数のレンズユニットによって形成される像を撮像する複数の撮像素子を備えた撮像装置において、
前記複数の撮像素子はそれぞれの基板に搭載され、前記それぞれの基板に搭載された前記撮像素子は、該撮像素子の画素配列方向が所定の方向と略一致するように配設され、前記それぞれの基板が紫外線透過性部材からなる１つの平板状の保持板に固着されており、
前記保持板は、前記それぞれの基板の外形形状に略一致する複数の矩形開口部を備え、
前記保持板の矩形開口部内に、前記それぞれの基板が配設され、前記保持板の矩形開口部の内側面部と前記それぞれの基板の外側面部とが紫外線硬化樹脂により接着固定されており、
紫外線透過性部材からなる前記１つの平板状の保持板の矩形開口部の内側面部は、テーパ部を備え、
前記保持板の前記テーパ部と前記それぞれの基板の外側面部との隙間に、前記テーパ部に対応する、紫外線透過性部材からなるクサビ形状の固定部材が、前記それぞれの基板の調整された配設位置を変えることなく差し込まれ、
前記くさび形状の固定部材と前記保持板のテーパ部、及び、前記固定部材と前記それぞれの基板の外側面部とが紫外線硬化樹脂により接着固定されていることを特徴とする撮像装置。
請求項１に記載の撮像装置において、
前記それぞれの基板を前記１つの平板上の保持板に接着固定した後、前記レンズユニットを前記１つの平板上の保持板に接着固定することを特徴とする撮像装置。