JP2007094103A - 複眼撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複眼撮像装置において、絞り部材を光学レンズと一体的に形成することによって、絞り部材分の厚みを実質的に省略し、装置全体をより薄型化する。
【解決手段】複数の光学レンズ２が一体的に形成された光学レンズアレイ３と、複数の光学レンズ２によって形成される複数の像を撮像する受光素子アレイ４と、各光学レンズ２から出射する光が互いに干渉しないように光学レンズアレイ３と受光素子アレイ４との間の空間を光軸Ｌに直交する面上において区画する遮光ブロック５と、近赤外線光を除去する光学フィルタ６とを備える複眼撮像装置１において、光学レンズ２の表面に円形開口部７を除いて黒色の印刷８が施され、これによって実質的な絞り部材９が形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像のための光学系を複数の微小な光学系により構成することによって焦点距離を短縮し薄型化を図ることができる複眼撮像装置に関する。

携帯電話やパソコン等に組み込む薄型のカメラモジュールとして複眼撮像装置が開発されている。複眼撮像装置は、複数の光学レンズが集積された光学レンズアレイと、光学レンズアレイの各光学レンズによって形成される複数の像を撮像する受光素子アレイと、受光素子アレイによって撮像された複数の画像から各画像の視差情報を利用して１つの画像を再構成する画像再構成回路とから主に構成される。

また、光学レンズアレイと受光素子アレイとの間には、複数の光学レンズから受光素子アレイへと出射される光が互いに干渉しないように区画する遮光ブロックが設けられ、光学レンズには不要な外光の入射を遮断するための絞りが付設される。

一方、プリンタやスキャナ等の読取装置には、微小な光学レンズが平板上に規則的に配置されたマイクロレンズアレイが備えられ、このマイクロレンズアレイにおける光学レンズ間の迷光を防止するために、光学レンズ間の溝部に光吸収性膜や反射膜を形成する技術が知られている（例えば、特許文献１乃至特許文献３参照）。

また、マイクロレンズアレイの光が出射する側の面にピンホールを有する遮光性の膜を形成し、そのピンホールから光を出射させることによって画像のコントラストを改善する技術が知られている（例えば、特許文献４参照）。
特開２００３−２０２４１１号公報 特開２００１−３３０７０９号公報 特開２００３−２２７９０３号公報 特開２００４−７０１０２号公報

従来の複眼撮像装置の具体的な構造の例について、図６を参照して説明する。複眼撮像装置１０１は、光軸Ｌが互いに平行である複数の光学レンズ１０２が１枚の板上に一体的に集積して形成された光学レンズアレイ１０３と、光学レンズアレイ１０３の上方に配置され、各光学レンズ１０２への不要な外光の入射を遮断するための板状の絞り部材１０４と、光学レンズアレイ１０３の下方に配置され、複数の光学レンズ１０２によってそれぞれ形成される複数の像を撮像する受光素子アレイ１０５と、光学レンズアレイ１０３と受光素子アレイ１０５との間に配置され、各光学レンズ１０２から出射する光が互いに干渉しないように光学レンズアレイ１０３と受光素子アレイ１０５との間の空間を光軸に直交する面上において区画する遮光ブロック１０６と、遮光ブロック１０６の下面に固定された光学フィルタ１０７とを備えている。

受光素子アレイ１０５は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）等の半導体基板からなり、表面に多数の受光素子（不図示）を有している。半導体基板の延長上には、受光素子アレイ１０５上に結像した複数の像を電気的に処理して１つの画像を再構成する電子回路が搭載されている。光学フィルタ１０７は近赤外線を除去するためのフィルタである。

複眼撮像装置１０１は、携帯電話やパソコン等に組み込むために可能な限り薄型に構成されることが望ましいが、光学レンズ１０２の光軸Ｌに沿って配置される絞り部材１０４、光学レンズ１０２、遮光ブロック１０６、光学フィルタ１０７及び受光素子アレイ１０５は、いずれも必須の要素であって省略することができない。光学レンズアレイ１０３と受光素子アレイ１０５との間隔は、光学レンズ１０２の焦点距離によって決定されるので、容易には短縮することができない。また、絞り部材１０４は、板状材で構成されるので、０．３ｍｍ程度の厚みを有している。

そこで、本発明は、複眼撮像装置において、絞り部材を光学レンズに一体的に形成することによって、絞り部材分の厚みを実質的に省略でき、装置全体をより薄型化することができる複眼撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、複数の光学レンズが一体的に形成された光学レンズアレイと、前記光学レンズへの不要な外光入射を遮断するための絞り部材と、前記光学レンズアレイから所定距離隔てて配置され、前記複数の光学レンズによりそれぞれ形成される複数の像を撮像する受光素子アレイと、前記光学レンズアレイと前記受光素子アレイとの間に配置され、前記複数の光学レンズのうちの各光学レンズから出射する光が互いに干渉しないように前記光学レンズアレイと前記受光素子アレイとの間の空間を前記光学レンズの光軸に直交する面上において区画する遮光ブロックと、前記複数の光学レンズから出射する光から赤外線に近い波長成分の光を除去する光学フィルタと、前記受光素子アレイにより撮像された複数の画像から、各画像の視差情報を利用して１つの画像を再構成する画像再構成手段とを備える複眼撮像装置において、前記絞り部材が前記光学レンズの表面に施された印刷によって形成されることを特徴とする。

請求項２の発明は、複数の光学レンズが一体的に形成された光学レンズアレイと、前記光学レンズへの不要な外光入射を遮断するための絞り部材と、前記光学レンズアレイから所定距離隔てて配置され、前記複数の光学レンズによりそれぞれ形成される複数の像を撮像する受光素子アレイと、前記光学レンズアレイと前記受光素子アレイとの間に配置され、前記複数の光学レンズのうちの各光学レンズから出射する光が互いに干渉しないように前記光学レンズアレイと前記受光素子アレイとの間の空間を前記光学レンズの光軸に直交する面上において区画する遮光ブロックと、前記複数の光学レンズから出射する光から赤外線に近い波長成分の光を除去する光学フィルタとを備える複眼撮像装置において、前記絞り部材が、前記光学レンズの表面に貼付されたシール材によって形成されることを特徴とする。

請求項３の発明は、複数の光学レンズが一体的に形成された光学レンズアレイと、前記光学レンズへの不要な外光入射を遮断するための絞り部材と、前記光学レンズアレイから所定距離隔てて配置され、前記複数の光学レンズによりそれぞれ形成される複数の像を撮像する受光素子アレイと、前記光学レンズアレイと前記受光素子アレイとの間に配置され、前記複数の光学レンズのうちの各光学レンズから出射する光が互いに干渉しないように前記光学レンズアレイと前記受光素子アレイとの間の空間を前記光学レンズの光軸に直交する面上において区画する遮光ブロックと、前記複数の光学レンズから出射する光から赤外線に近い波長成分の光を除去する光学フィルタとを備える複眼撮像装置において、前記光学レンズが、透明樹脂材料と着色樹脂材料の２種の樹脂材料によって成型され、前記光学レンズの表面側に層状に配置される着色樹脂材料によって前記絞り部材が形成されることを特徴とする。

請求項４の発明は、複数の光学レンズが一体的に形成された光学レンズアレイと、前記光学レンズへの不要な外光入射を遮断するための絞り部材と、前記光学レンズアレイから所定距離隔てて配置され、前記複数の光学レンズによりそれぞれ形成される複数の像を撮像する受光素子アレイとを備える複眼撮像装置において、前記絞り部材が前記光学レンズと一体的に形成されることを特徴とする。

本発明によれば、複眼撮像装置において、絞り部材分の厚みを実質的に省略でき、装置全体をより薄型化することができる。

（第１実施形態）
本発明を実施するための第１の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態の複眼撮像装置１は、図１及び図２に示されるように、光軸Ｌが互いに平行である３行４列の１２個の光学レンズ２が１枚の板上に一体的に形成された光学レンズアレイ３と、光学レンズアレイ３の下方に配置され、各光学レンズ２によってそれぞれ形成される１２個の像を撮像する受光素子アレイ４と、光学レンズアレイ３と受光素子アレイ４との間に配置され、各光学レンズ２から出射する光が互いに干渉しないように光学レンズアレイ３と受光素子アレイ４との間の空間を光軸Ｌに直交する面上において区画する遮光ブロック５と、遮光ブロック５の下面に固定された光学フィルタ６とを備えている。

遮光ブロック５と光学フィルタ６と受光素子アレイ４は、図２に示されるように、それぞれ長方形の板状に形成され、平面視において重なり合うように配置される。受光素子アレイ４は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）等の半導体基板から構成され、表面に多数の受光素子（不図示）を有する。遮光ブロック５は、平面視において受光素子アレイ４よりも少し小さな直方形のブロックであり、光学レンズアレイ３の各光学レンズ２に臨む円形の開口５ａを有している。光学フィルタ６は近赤外線をカットするためのフィルタである。なお、光学フィルタ６は、ＮＤフィルタやスペクトル選択フィルタであってもよい。

そして、本実施形態では、板状の絞り部材を有さず、光学レンズ２の表面に印刷によって絞り部材が形成されている。すなわち、例えば、各光学レンズの表面に対して、インクジェットプリンタ等のプリンタによって、中央の円形開口部７を除き黒色のインク（印刷）８が付着されて実質的な絞り部材９が形成される。この絞り部材９によって、各光学レンズ２への不要な外光の入射が遮断される。

従って、被写体からの光は、絞り部材９によって一定の光量に規制されて光学レンズアレイ３の各光学レンズ２に入射し、各光学レンズ２から出射する光は、遮光ブロック５の隔壁５ｂによって、互いの干渉を生じることなく光学フィルタ６を介して受光素子アレイ４上に到達して、遮光ブロック５の開口５ａに応じた円形の像（個眼画像）Ａｃを、受光素子アレイ４上に形成する。上記光学レンズアレイ３、遮光ブロック５、光学フィルタ６及び受光素子アレイ４から構成される部分を光学系モジュールと称する。

受光素子アレイ４上に形成された１２個の個眼画像Ａｃは、それぞれ電気信号に変換されて受光素子アレイ４から出力され、受光素子アレイ４を構成する同一の半導体基板上に備えられたマイクロプロセッサか、又は受光素子アレイ４にインタフェースを介して外部接続されたパソコン等のマイクロプロセッサに入力され、そのマイクロプロセッサにより液晶モニタ等の表示器に表示される１つの画像に再構成される。

図３に受光素子アレイ４とマイクロプロセッサ１１と液晶モニタ１２の電気的ブロック構成の例を示す。受光素子アレイ４とマイクロプロセッサ１１は、バス１３によって接続される。マイクロプロセッサ１１は、受光素子アレイ４から入力される各個眼画像Ａｃに関する信号を、ＲＯＭ１４に格納された所定の処理プログラムに基づいて処理して、インタフェース１５を介して液晶モニタ１２へ再構成された１つの画像Ａｒとして出力する。マイクロプロセッサ１１は、上記処理プログラムに基づく処理を実行する際の種々の演算結果をＲＡＭ１６に一時記憶させる。

マイクロプロセッサ１１による個眼画像Ａｃに関する信号の処理は、１２個の円形の個眼画像Ａｃから各個眼画像に内接する正方形の画像Ａｓを切出す処理と、切出した１２個の正方形の画像Ａｓから各画像の視差情報を利用して１つの画像Ａｒを再構成する処理から構成され、本実施形態では、両処理共にマイクロプロセッサ１１によって実行される。上記各処理は、個別に設けたマイクロプロセッサ又はＩＣによって個別に実行させるようにしてもよい。複数の画像の視差情報を利用して１つの画像を再構成する処理は公知の技術である。

以上のように、本実施形態の複眼撮像装置１によれば、光学レンズ２の表面の印刷８によって実質的に絞り部材９が形成されるので、従来の複眼撮像装置に用いられていた板状の絞り部材が省略され、光学系モジュールの光軸Ｌ方向の厚みを薄く形成できる。

（第２実施形態）
次に、第２の実施形態について、図４を参照して説明する。第２の実施形態では、光学レンズ２の表面にシール材２１を貼付することによって絞り部材２２が形成される。その他の構成は、第１の実施形態と同一であるので説明を省略する。具体的には、光学レンズ２の表面に、円形開口部２３を有するシール材２１が接着剤又は両面接着テープ２４によって貼付される。シール材２１には、例えば、ＰＥＴ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）に黒色のカーボンを混合して製造した厚さが２０μｍ前後のものを用いる。この場合、シール材２１と接着剤又は両面接着テープ２４の合計の厚さが４０μｍ前後になる。

従って、この第２の実施形態によれば、光学レンズ２の表面のシール材２１によって実質的に絞り部材２２が形成されるので、従来の複眼撮像装置に用いられていた板状の絞り部材が省略され、光学系モジュールの光軸Ｌ方向の厚みを薄く形成できる。

第２の実施形態では、シール材２１によって絞り部材２２を形成するので、第１の実施形態における印刷８による場合に比べて、印刷むら等による遮光むらが生じる可能性が低い。

（第３実施形態）
次に、第３の実施形態について、図５を参照して説明する。第３の実施形態は、光学レンズ２自体が、透明樹脂材料と着色樹脂材料の２種類の材料によって成型され、光学レンズ２の表面側に層状に配置される着色樹脂材料３１によって絞り部材３２が形成される。その他の構成は、第１の実施形態と同一であるので説明を省略する。具体的には、この第３の実施形態では、光学レンズ２は、その射出成型過程において、円形開口部３３を除く表面側全面に黒色の樹脂材料３１が使用され、その他の部分に透明な樹脂材料が使用されたものである。

従って、この第３の実施形態によれば、光学レンズ２の表面側の黒色の樹脂材料３１の層によって実質的に絞り部材３２が形成されるので、従来の複眼撮像装置に用いられていた板状の絞り部材が省略され、光学系モジュールの光軸Ｌ方向の厚みを薄く形成できる。なお、光学レンズ２は、その裏面側（遮光ブロック５に接する側の面）に黒色の樹脂材料層が配置されたものであってもよく、その場合には、光学レンズ２の裏面側に配置された黒色樹脂材料の層が実質的な絞り部材を形成する。

第３の実施形態では、光学レンズ２の内部に形成した着色樹脂材料３１の層によって絞り部材３２を形成するので、光学レンズ２の表面上に印刷８又はシール材２１を施す第１、第２の実施形態に比べて、複眼撮像装置をさらに薄型化することが可能になる。

以上のように、本発明に係る複眼撮像装置１によれば、被写体からの光を受けて複数の像Ａｃを形成する、光学レンズアレイ３、遮光ブロック５、光学フィルタ６及び受光素子アレイ４から構成される光学系モジュールの光軸Ｌ方向の厚みを、板状の絞り部材を有さない分だけ薄く形成できる。従って、携帯電話やパソコン等に組み込む場合に、携帯電話やパソコン側の組み込みスペースをより小さく設計することができる。また、板状の絞り部材を用いて光学系モジュールを構成する場合に必要な板状絞り部材と光学レンズアレイとの位置合わせ作業（光軸を合わせる作業）が不要である。

本発明の第１の実施形態に係る複眼撮像装置の光学系モジュール部分を示す側断面図。 同複眼撮像装置の遮光ブロック、光学フィルタ及び受光素子アレイの平面図。 同複眼撮像装置の電気的ブロック構成の例を示す図。 本発明の第２の実施形態に係る複眼撮像装置の光学レンズアレイの一部を示す側断面図。 本発明の第３の実施形態に係る複眼撮像装置の光学レンズアレイの一部を示す側断面図。 従来の複眼撮像装置における光学系モジュール部分の側断面図。

符号の説明

１ 複眼撮像装置
２ 光学レンズ
３ 光学レンズアレイ
４ 受光素子アレイ
５ 遮光ブロック
６ 光学フィルタ
８ 黒色インク（印刷）
９ 絞り部材
１１ マイクロプロセッサ（画像再構成手段）
２１ シール材
２２ 絞り部材
３１ 黒色樹脂材料（着色樹脂材料）
３２ 絞り部材
Ａｃ 画像
Ａｒ 再構成画像
Ｌ 光軸

Claims (4)

1. 複数の光学レンズが一体的に形成された光学レンズアレイと、
   前記光学レンズへの不要な外光入射を遮断するための絞り部材と、
   前記光学レンズアレイから所定距離隔てて配置され、前記複数の光学レンズによりそれぞれ形成される複数の像を撮像する受光素子アレイと、
   前記光学レンズアレイと前記受光素子アレイとの間に配置され、前記複数の光学レンズのうちの各光学レンズから出射する光が互いに干渉しないように前記光学レンズアレイと前記受光素子アレイとの間の空間を前記光学レンズの光軸に直交する面上において区画する遮光ブロックと、
   前記複数の光学レンズから出射する光から赤外線に近い波長成分の光を除去する光学フィルタと、
   前記受光素子アレイにより撮像された複数の画像から、各画像の視差情報を利用して１つの画像を再構成する画像再構成手段とを備える複眼撮像装置において、
   前記絞り部材が前記光学レンズの表面に施された印刷によって形成されることを特徴とする複眼撮像装置。
2. 複数の光学レンズが一体的に形成された光学レンズアレイと、
   前記光学レンズへの不要な外光入射を遮断するための絞り部材と、
   前記光学レンズアレイから所定距離隔てて配置され、前記複数の光学レンズによりそれぞれ形成される複数の像を撮像する受光素子アレイと、
   前記光学レンズアレイと前記受光素子アレイとの間に配置され、前記複数の光学レンズのうちの各光学レンズから出射する光が互いに干渉しないように前記光学レンズアレイと前記受光素子アレイとの間の空間を前記光学レンズの光軸に直交する面上において区画する遮光ブロックと、
   前記複数の光学レンズから出射する光から赤外線に近い波長成分の光を除去する光学フィルタとを備える複眼撮像装置において、
   前記絞り部材が、前記光学レンズの表面に貼付されたシール材によって形成されることを特徴とする複眼撮像装置。
3. 複数の光学レンズが一体的に形成された光学レンズアレイと、
   前記光学レンズへの不要な外光入射を遮断するための絞り部材と、
   前記光学レンズアレイから所定距離隔てて配置され、前記複数の光学レンズによりそれぞれ形成される複数の像を撮像する受光素子アレイと、
   前記光学レンズアレイと前記受光素子アレイとの間に配置され、前記複数の光学レンズのうちの各光学レンズから出射する光が互いに干渉しないように前記光学レンズアレイと前記受光素子アレイとの間の空間を前記光学レンズの光軸に直交する面上において区画する遮光ブロックと、
   前記複数の光学レンズから出射する光から赤外線に近い波長成分の光を除去する光学フィルタとを備える複眼撮像装置において、
   前記光学レンズが、透明樹脂材料と着色樹脂材料の２種の樹脂材料によって成型され、前記光学レンズの表面側に層状に配置される着色樹脂材料によって前記絞り部材が形成されることを特徴とする複眼撮像装置。
4. 複数の光学レンズが一体的に形成された光学レンズアレイと、
   前記光学レンズへの不要な外光入射を遮断するための絞り部材と、
   前記光学レンズアレイから所定距離隔てて配置され、前記複数の光学レンズによりそれぞれ形成される複数の像を撮像する受光素子アレイとを備える複眼撮像装置において、
   前記絞り部材が前記光学レンズと一体的に形成されることを特徴とする複眼撮像装置。

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