JP2007295141A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複眼型の撮像装置は、光学レンズから撮像素子に至るそれぞれの光路において、隣接する光路からの光が侵入すると写り込みが発生し画像上ではゴースト欠陥となる。この欠陥は画像品質の劣化を招き、高画質化の障害となっているのみならず、距離の測定を同じ撮像装置で行う場合、画像品質に起因した測定誤差を招く恐れもある。
【解決手段】本発明の撮像装置は、互いに光軸の異なる複数の光学レンズを有する光学レンズユニット（２５）と、複数の光学レンズのそれぞれに１対１に対応する複数の撮像領域を有する撮像素子（２２）と、光学レンズユニット（２５）と撮像素子（２２）との間に配置され、複数の光学レンズを透過した光の内、特定の波長帯域の光を透過させる光学フィルタ（１）とを有し、光学フィルタ（１）の表面には、複数の撮像領域の境界に対応する部分に遮光膜（２０）が配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯電話用カメラや車載用小型カメラなどに用いられる、複数の光学系と撮像素子を備えた複眼型の撮像装置に関する。

携帯電話用カメラや車載用小型カメラといった撮像装置は、レンズを介してＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどの撮像素子に被写体像を結像させることにより、被写体の画像情報を取得する装置である。また、近年の撮像装置においては、カラー化のみならずより画像品質の高い撮像装置が要望され、その画像品質に直結する単位面積あたりの画素数は、より高画素化へと着実に進展している。このような背景の中で、小型化するシステムに対応する撮像装置は、限られた狭い設置スペースに合致させる構造上の工夫のみならず、基本性能の維持向上と無欠陥の安定した撮像装置が求められている。

さらに、撮像装置を構成する光学レンズなどのデバイスは、従来のごとき単眼レンズを主とした光学系に対し複数の光学レンズを同一面に形成したもの（以下、複眼レンズと記す）が提案され、それら複眼レンズを応用した商品の開発や実用化が精力的に進められている。この複眼レンズを用いた撮像装置は、被写体の２次元情報のみならず、被写体の３次元情報、例えば被写体までの距離を測定する機能などを付加した多機能なカメラが提案されている。

例えば特許文献１においては、光軸が互いに略平行である複数の光学レンズが一体形成された光学レンズユニットと、複数の光学レンズにより形成された被写体像をそれぞれ撮像する、同一の半導体基板上に形成された複数の撮像領域と、これら複数の撮像領域により撮像された画像間の視差情報を算出する視差算出回路とを有する撮像装置が提案されている。
特開２００３−１４３４５９号公報

特許文献１に開示されている撮像装置は、絞り部材の開口部から侵入した光線を光学レンズおよび光学フィルタを透過して撮像素子に導くものであり、光学レンズのそれぞれの光路を分離する遮光部材を設けることで隣接する光路からの光の混入を防止し、ゴースト光を抑制し画像品質に優れた複眼型の撮像装置を提供するものである。

しかしながら、特許文献１においては、光学フィルタの配置に起因した構造上の課題が存在する。その一つは撮像素子表面に配置する光学フィルタの厚みであり、例えば一般的に用いられる数百マイクロメータの厚さを有した光学フィルタを用いた場合、光学フィルタの厚さに応じた隙間が遮光部材と撮像素子との間に存在することとなり、この隙間を通して一部の光線が隣接する撮像領域へ侵入する恐れがある。この現象は光学フィルタの厚さが厚くなるほど顕著となるため、光学フィルタの厚みは極力薄い方が望ましい。しかし、光学フィルタの厚みを薄くすると、ガラスを基材とする光学フィルタではガラス基材そのものの強度低下を招き、撮像装置の製造中に光学フィルタが割れるなどの不良を誘発する原因になり、歩留り低下や作業性悪化などを招くことが予想される。

また、撮像素子と遮光部材との間の隙間に関するもう一つの課題は、部材の作製精度および組み立て精度に起因するものであり、いずれの精度が低下しても、遮光部材と光学フィルタとの隙間、およびと光学フィルタと撮像素子と隙間は更に大きくなることから、双方の高精度化を実現しないと不良を拡大する結果となる。

さらに、撮像素子上に光学フィルタを配置する構造は、撮像素子と電気回路との結線方法によってもその影響が異なるが、一般的なワイヤボンディングで考えると、光学フィルタとワイヤとが接触する可能性が考えられ、その場合はワイヤの断線不良となる。この不良を回避するには、高精度な位置決めと固定が光学フィルタと撮像素子に要求されるが、狭小スペースでもあることから工法上の障害となることも少なくない。

上記課題を解決するため、本発明の撮像装置は、互いに光軸の異なる複数の光学レンズを有する光学レンズユニットと、複数の光学レンズのそれぞれに１対１に対応する複数の撮像領域を有する撮像素子と、光学レンズユニットと撮像素子との間に配置され、複数の光学レンズを透過した光の内、特定の波長帯域の光を透過させる光学フィルタとを有し、光学フィルタの表面には、複数の撮像領域の境界に対応する部分に遮光膜が配置されている。

本発明の撮像装置によれば、簡単な構成により隣接する光路からの光の干渉を受けることなく高品質の画像情報を得ることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態例について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１を用いて本発明に係る撮像装置の全体構成を説明する。

図１は撮像装置の全体構成を示す模式図であり、絞りユニット２６、光学レンズユニット２６を組合せる前の状態を示している。図１において、２１は基板であり、基板２１を基準として撮像素子２２および筐体２４が固定されている。撮像素子２２の上には十字形状の遮光壁２３が撮像素子２２の表面に密着して配置され、撮像素子２２を４つの撮像領域に分割している。遮光壁２３の上には光学フィルタ１が配置されており、光学フィルタ１の表面には十字形状の遮光膜２０が形成されている。遮光膜２０は、遮光壁２３の形状、即ち撮像素子２２の４つの撮像領域の境界に対応した形状をしている。光学フィルタ１の上には、４つの光学レンズを有する光学レンズユニット２５が配置されている。また、光学レンズユニット２５の上には、４つの開口部を有する絞りユニット２６が配置されている。

次に、図２を用いて本発明の効果について説明する。

図２は本発明の撮像装置の効果を説明する概念図である。図２（ａ）は従来の撮像装置の概略断面図であり、図２（ｂ）は本発明の撮像装置の概略断面図である。図２には、光学レンズから侵入した光線が撮像素子に到達するまでの経路も合わせて示している。図２（ａ）において、被写体からの侵入光線３５、３６、３７、３８は、光学レンズ３９、４０と光学フィルタ４１を通過し、撮像素子４３で結像する。その際、被写体から侵入する光線３５、３６、３７、３８は、入射する角度によって、光学レンズ３９、４０を通過した後、それぞれの侵入角度に応じた挙動を示す。これらの光線の内、特に入射角度の大きい光線３８（例えば光線３５に対し５５°の角度）では、光学レンズ３９を通過した後、隣接する光学レンズ４０の光路に侵入する結果となる。このような現象が発生すると、隣接する光路に侵入した光線が写り込みゴーストとなって画像上に現れる。

一方、図２（ｂ）に示す本発明の撮像装置では、光学フィルタ４１の表面に遮光膜４２が配置されているため、光線３８に対しても遮光膜４２により隣接する光路への侵入を防止することができる。即ち、光学レンズ毎に干渉しない独立した光路が確保でき、画像欠陥のない複眼型の撮像装置が実現できる。また、遮光膜４２は、安価で容易に形成可能であり、その厚みおよび幅が比較的容易にかつ自由に調整可能であるため、所望の撮像領域と入射する不要光線に応じた対策が適時選択できる。従って、高画質で高性能な複眼型の撮像装置を容易に提供することが可能となる。

さらに、本実施の形態では、光学フィルタ４１、遮光壁４５、撮像素子４３および筐体４４が、お互いに密着し密閉空間を形成する構造であるため、撮像素子４３表面がダストによって汚染されることも防止できる。

次に、図３、４を用いて光学フィルタの構成について詳細に説明する。

図３は、光学フィルタの構成を示す平面図と側面図である。光学フィルタ１は特定の波長帯域の光線のみを通過させるものであり、その表面には十字形状の遮光膜２を配置している。遮光膜２の形状は、複眼型の撮像装置を構成する光学レンズの数や撮像領域の形状などによって決定される。図３に示した構成は、４つの光学レンズを一体化した複眼型の撮像装置であって、４つの光学レンズにそれぞれ対応する撮像領域をほぼ等しくしたものであり、光学フィルタ１の表面に十字形状の遮光膜２を形成している。

図４は、別の光学フィルタの構成を示す平面図と側面図である。光学フィルタ１の両面に、配置位置を一致させて遮光膜２、１０を形成している。このように光学フィルタ１に形成する遮光膜２は、光学フィルタ１の両面に形成しても良い。両面に形成することにより、遮光性能はより向上する。

次に、図５〜７を用いて光学フィルタの製造方法について説明する。

図５は光学フィルタの製造方法の一例である印刷方式を説明する模式図である。図５（ａ）に示すように、主として金属製の型枠１１にステンレスやポリエステルからなる細線を網目状に織り上げたスクリーン１２を貼り付けたものを用いる。次に、図５（ｂ）に示すように、所定位置に任意の形状（本実施の形態では図中示した十字形状のパターン）を開口させたパターンを形成する。パターン形状を規制するには、一般的に感光性乳剤１３が多く用いられている。次に、スクリーン１２上に、図５（ｃ）に示す通り、遮光塗料１４を適量載せスキージ１５を一定の応力と速度で光学フィルタ１表面を移動させる（図中示した矢印方向）。その結果、スクリーン１２にパターン化した形状の遮光膜２が光学フィルタ１表面に印刷される。なお、光学フィルタの両面に遮光膜を形成する場合には、片面の印刷が終了し遮光膜を乾燥硬化させた後、他方の面を同様の方法で印刷する。

図６は、光学フィルタの製造方法の一例である転写方式に関して、転写型を示す平面図（ａ）と、その転写型を用いた転写方式を説明する模式図である。図６（ａ）に示す転写型１６は、本実施の形態１で示す十字形状１７を、その最表面に突出させて形成した転写型１６であり、この十字形状１７が光学フィルタ１表面に転写される。その方法を図６（ｂ）に示すが、転写型１６表面に形成した十字形状１７を一旦仰向けにし、遮光塗料を含浸させたローラー１８を移動（図中示した矢印方向）させ、転写型１６の十字形状１７表面に遮光膜の原料となる遮光塗料（図では省略）を塗布する。その後、軸対象位置に配置した光学フィルタ１方向に転写型１６を軸反転（図中に示す）させ、光学フィルタ１表面に押し付ける（図中示した矢印方向）事で十字形状表面の遮光塗料（図では省略）を転写型１６から光学フィルタ１表面に転写するものである。なお、転写型１６および光学フィルタ１は、土台となる冶具１９によって保持されている。このような方法によっても、光学フィルタ表面に所定形状で高精度の遮光膜が形成できる。さらに、図では省略したが、遮光膜パターン形状にプラスチックフィルムなどを打ち抜き、そのプラスチックフィルムを光学フィルタ表面で位置合わせし密着させ、遮光塗料を混入させた塗料をスプレー方式などで噴霧し塗布しても、同様の形状規制は可能である。

図７は光学フィルタの製造方法の別の例を説明する模式図である。図７（ａ）は、予め所定形状で作製した遮光膜２０と光学フィルタ１を示す図である。遮光膜２０は、プラスチックや金属またはセラミックなど、ある程度剛体の薄体を用いエッチングやプレスなどの手法で形状を整えることで作製できる。前記遮光膜２０を光学フィルタ１表面の所定位置に載置し接着する事で、図７（ｂ）に示す光学フィルタ１が得られる（表面の十字部は遮光膜２０）。光学フィルタ１と遮光膜２０は接着としているが限定するものではなく、保持するのみでも同様の効果が得られる。また、この遮光膜２０は、プラスチックや金属またはセラミックなど、光線を透過しなければ何れの材料を用いて作製しても良い。但し、このような材料は、素材そのものの表面が光線を反射する光沢面となることも少なくなく、このような場合は、遮光塗料などを塗布して用いる。なお、図７では光学フィルタの片面に遮光膜を形成しているが、両面に形成することも可能である。

本発明の撮像装置は、携帯電話に搭載する小型カメラや車載用の周辺監視カメラなどに用いられる撮像装置として有用である。

本発明に係る撮像装置の全体構成を示す模式図 本発明に係る撮像装置の効果を説明する概念図 実施の形態１の光学フィルタの構成を示す図 実施の形態１の光学フィルタの別の構成を示す図 実施の形態１の光学フィルタの製造方法を説明する模式図 実施の形態１の光学フィルタの別の製造方法を説明する模式図 実施の形態１の光学フィルタの別の製造方法を説明する模式図

符号の説明

１ 光学フィルタ
２ 遮光膜
３ 長さ
４ 幅
５ 厚み
６〜９ 撮像領域
１０ 遮光膜
１１ 型枠
１２ スクリーン
１３ 感光性乳剤
１４ 遮光塗料
１５ スキージ
１６ 転写型
１７ 十字形状
１８ ローラー
１９ 冶具
２０ 遮光膜
２１ 基板
２２ 撮像素子
２３ 遮光壁
２４ 筐体
２５ 光学レンズユニット
２６ 絞りユニット
２７〜３０ 光学レンズ
３１〜３４ 絞り
３５〜３８ 入射光線
３９，４０ 光学レンズ
４１ 光学フィルタ
４２ 遮光膜
４３ 撮像素子
４４ 筐体
４５ 遮光壁
４６，４７ 絞り
４８ 絞りユニット
４９ 撮像装置

Claims (1)

1. 互いに光軸の異なる複数の光学レンズを有する光学レンズユニットと、
   前記複数の光学レンズのそれぞれに１対１に対応する複数の撮像領域を有する撮像素子と、
   前記光学レンズユニットと前記撮像素子との間に配置され、前記複数の光学レンズを透過した光の内、特定の波長帯域の光を透過させる光学フィルタと、を有し、
   前記光学フィルタの表面には、前記複数の撮像領域の境界に対応する部分に遮光膜が配置されている撮像装置。

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