JP2009201008A - Compound-eye imaging apparatus - Google Patents
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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1A compound-eye camera module having a wide imaging area and less dust generation is provided.
A compound-eye imaging device 11 includes a lens array 102 composed of a plurality of lenses arranged so that their optical axes are different from each other, and an imaging element 105 in which an imaging region is divided into a plurality of regions corresponding to the plurality of lenses. And at least one light shielding wall 104 provided between the lens array and the imaging device and provided between a plurality of optical paths respectively formed by a plurality of lenses. The length of one side of the divided imaging region is D, the flange back dimension between the lens array and the imaging device is h, the thickness of the light shielding wall is t, and the distance between the imaging device side end surface of the light shielding wall and the imaging device surface is z. If
To meet the relationship.
[Selection] Figure 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。 The present invention relates to a compound-eye imaging apparatus that images a subject by dividing one imaging element into a plurality of imaging regions.
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。 In recent years, in order to efficiently collect and use various information scattered around us, camera modules as sensing devices such as surveillance cameras and vehicle-mounted cameras have been proposed. The camera module for such applications is required to have a small outer shape, in particular, to be small and thin. However, downsizing an entire device having a complicated configuration such as a conventional video camera has problems such as structural limitations and very high costs. Therefore, by adopting a unique structure of the sensing device camera module, it is considered to reduce the size and cost of the camera module for such applications.
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。
For example, Patent Document 1 proposes a compound eye type camera module. Hereinafter, this compound-eye camera module will be described with reference to FIG. The camera module shown in FIG. 8 includes a
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。
The
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。
The
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。 According to such a compound-eye camera module, the focal length of the lens can be shortened as compared with a case where an image of a subject is formed in an imaging region with one large optical lens. For this reason, a camera module can be made thin. Also, by dividing the imaging area of one image sensor into a plurality of areas by using a light shielding block without using a plurality of image sensors, the circuit configuration and signal processing can be simplified compared to the case where a plurality of image sensors are used. can do. The circuit configuration can also be simplified by integrally configuring the parallax calculation circuit on the imaging unit. Therefore, a compact compound-eye camera module having a very simple structure can be realized.
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。
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。 However, according to the above-described structure of the conventional compound-eye camera module, the portion of the imaging area of the imaging device that contacts the light shielding wall cannot be used for imaging the subject. Further, if a margin for an alignment error when providing a light shielding wall is not provided, there is a possibility that the imaging region overlaps with the light shielding wall. For this reason, in the imaging area, the area immediately below and around the light shielding wall must be set as an unused area that is not used for imaging.
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。 Since there is a limit to thinning the light shielding wall and reducing the alignment error, if the camera module is reduced in size, the proportion of the unused area in the imaging area increases. As a result, the amount of information that can be acquired in one imaging area is reduced, causing problems such as image deterioration and distance measurement accuracy.
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。 In order to reduce the unused area, it is conceivable to make the light shielding wall thinner. However, in this case, the strength of the light shielding wall is reduced, and chipping of the light shielding wall is likely to occur when the camera module is assembled or used. The dust generated by the chipping adheres to the image sensor or the image sensor protection member and hinders light reception to the image sensor, which causes a large image deterioration.
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。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve at least one of the problems of the prior art and to provide a compound eye type camera module having a wide imaging area and less dust generation.
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、
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。 In a preferred embodiment, the compound-eye imaging device further includes a barrel that covers the plurality of optical paths formed by the plurality of lenses, and the light shielding wall is formed integrally with the barrel.
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。 In a preferred embodiment, the compound-eye imaging apparatus further includes a lens barrel that covers the plurality of optical paths formed by the plurality of lenses, and the light shielding wall and the lens barrel are respectively configured by separate members. .
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。 In a preferred embodiment, the compound-eye imaging device further includes a calculation unit, and images the subject imaged by at least two of the plurality of lenses in at least two corresponding divided regions of the imaging device, The calculation unit detects a parallax amount of an image of a subject obtained from the at least two divided regions, and calculates a distance to the subject based on the detected parallax amount.
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。 According to the present invention, since the predetermined gap is provided between the imaging element side end face of the light shielding wall and the imaging element surface, it is possible to expand the imaging area to the area below the light shielding wall that could not be used for conventional imaging. Thus, the subject can be imaged in a wide imaging area. When the imaging area is not enlarged, a smaller imaging element can be used, and the compound-eye imaging apparatus can be downsized.
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。 Further, the light shielding wall can be thickened, and the strength of the light shielding wall can be increased to prevent chipping of the light shielding wall.
(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。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of a compound-eye imaging device according to the present invention will be described. FIG. 1 is an exploded perspective view of the compound-
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。
The
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。
The
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。
A plurality of
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。
The
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。
The image of the subject imaged by the compound-
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。
For example, when calculating the distance from the compound-
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。
2A is a perspective view seen from the
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。
In order to ensure parallelism of the
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。
The
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。
As shown in FIG. 2A, in this embodiment, the
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。
On the other hand, as shown in FIG. 2B, the
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。
FIGS. 3A and 3B are XZ sectional views of the compound-
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。
As shown in FIG. 3A, the
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。
Further, the flange back dimension between the
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。
At this time, among the light rays incident on the
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。
That is, as shown in FIG. 3B, when x is ½ or less of the thickness t of the
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。
From equation (2), if t is set large, z can be increased. Conversely, if t is decreased, z is also decreased. In order to reduce the distance z between the
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。
Therefore, by determining t and z within a range satisfying Expression (2), a distance z between the
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。
Thereby, the area which can be imaged in the
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。
On the other hand, according to the present embodiment, as shown in FIG. 4B, for the reason described above, the subject can be imaged also in the projection
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。
On the other hand, when imaging a subject with the same number of pixels as before, it is possible to reduce the area that cannot be used for imaging, so it is possible to capture an image with the same resolution as the conventional image sensor. It becomes. Therefore, the compound
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。
Further, since the
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。
In order to provide the distance z with high accuracy, it is preferable to integrally mold the
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。
If the
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。
Hereinafter, a method for manufacturing the compound-
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。
First, as shown in FIG. 5A, the
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。
Next, as shown in FIG. 5B, the
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。
Next, as illustrated in FIG. 5C, the
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。
Finally, the
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。
Thereby, it is possible to easily assemble the compound-
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。 Hereinafter, a specific example of the compound eye imaging device of the present embodiment will be described.
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。
The
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
As shown in FIGS. 3A and 3B, the distance is D, the flange back dimension h, and the light shielding wall thickness t is as follows. The lens diameter is set to 2.65 mm.
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。
In this case, the distance z between the
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。
A component mounting error at a distance z between the
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。
The number of pixels of the image sensor used in this example is 7M (3096 pixels × 2328 pixels), and the
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。 Further, the value of the distance z is first determined. At this time, when the thickness t of the light shielding wall satisfying the expression (2) is betted by 0.353 mm, the light shielding wall having a thickness t = 0.2 mm is brought into contact with the image sensor. It is possible to secure a divided photographing area having the same size as that of the case where the image is taken. Therefore, it is possible to increase the strength of the light shielding wall by increasing the thickness of the light shielding wall without reducing the divided imaging region.
(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。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the compound-eye imaging device according to the present invention will be described. FIG. 6 is an exploded perspective view of the compound-
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。 In the case where a plurality of optical systems are separated by the light shielding wall, if the light of the optical system is reflected by the surface of the light shielding wall and becomes stray light, the influence on the image is particularly large. For this reason, the surface of the light shielding wall may be preferably subjected to special surface treatment (texture processing, formation of a reflection-reducing fine structure, etc.) so that the reflectance is particularly small. However, if the light shielding wall and the lower lens barrel subjected to such surface treatment are to be molded integrally, it is necessary to move the mold for molding the light shielding wall in a direction perpendicular to the light shielding wall at the time of mold release. Yes, mold release becomes very difficult. In addition, since the light shielding wall is extremely thinner than other members, it may be possible to increase the molding accuracy of the light shielding wall itself and the dimensional accuracy of the lens barrel reference surface if manufactured separately from the lower lens barrel.
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。
As shown in FIG. 6, the compound-
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。
FIG. 7 is a perspective view of the
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。
The
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。
A manufacturing method of the compound eye
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。
Next, assembly of the
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。
Next, the
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。
Thereafter, as described in the first embodiment, the lower barrel unit and the lens unit are assembled to complete the barrel unit. Furthermore, after fixing the
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。 As described above, according to this embodiment, even when the lower lens barrel and the light shielding wall are configured separately, the distance z from the surface of the image sensor to the end surface of the light shielding wall can be accurately determined without using an expensive assembly device. I can decide well. Therefore, it is possible to provide a low reflection structure on the surface of the light shielding wall, suppress the influence of stray light of the optical system, and reduce interference with the adjacent optical system. Further, as in the first embodiment, the imaging region can be enlarged and the light shielding wall can be thickened.
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。 The compound-eye imaging device of the present invention can capture a subject in a wide imaging area, and thus can be designed to obtain a high-definition image, and the amount of parallax of the subject image obtained from a plurality of optical systems The distance can be accurately calculated based on the above. In addition, since an area that cannot be used for imaging can be reduced, it is possible to capture an image with a smaller imaging element. Therefore, it becomes possible to make the compound-eye imaging device smaller.
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。 For this reason, the compound-eye imaging device of the present invention is suitably used for a network camera, a vehicle-mounted camera, a portable camera, and the like.
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
DESCRIPTION OF
Claims (4)
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、
An imaging device having an imaging region, wherein the imaging region is divided into a plurality of divided regions corresponding to a plurality of lenses of the lens array;
At least one light-shielding wall provided between the lens array and the imaging device, and provided between a plurality of optical paths respectively formed by the plurality of lenses;
With
At least one of the plurality of lenses is
When the effective aperture region of the surface on the image sensor side of the at least one lens and the end surface on the image sensor side of the light shielding wall are respectively projected onto the image sensor region of the image sensor, it is projected onto the image sensor region The distance between the point of the effective opening area farthest from the projected end face area of the light shielding wall and the side of the projected end face area of the light shielding wall on the projected effective opening area side is D,
The flange back dimension between the lens array and the image sensor is h,
The thickness of the light shielding wall is t,
When the distance z between the image sensor side end surface of the light shielding wall and the image sensor surface,
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。 Further comprising a lens barrel covering the plurality of optical paths respectively formed by the plurality of lenses;
The compound-eye imaging device according to claim 1, wherein the light shielding wall is formed integrally with the lens barrel.
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。 Further comprising a lens barrel covering the plurality of optical paths respectively formed by the plurality of lenses;
The compound eye imaging apparatus according to claim 1, wherein the light shielding wall and the lens barrel are respectively configured by different members.
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。 It further includes an arithmetic unit,
The subjects respectively imaged by at least two of the plurality of lenses are imaged in at least two corresponding divided regions of the image sensor,
The said calculating part detects the amount of parallax of the image | photograph of the to-be-photographed object obtained from the said at least 2 division area, The distance to the to-be-photographed object is calculated based on the detected amount of parallax. Compound eye imaging device.
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2008
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