JP2009250785A - Imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の光学系と撮像素子とを備えた複眼方式の撮像装置に関する。 The present invention relates to a compound eye type imaging apparatus including a plurality of optical systems and an imaging element.
携帯電話用カメラや車載用小型カメラとして用いられるカメラモジュールは、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、被写体の画像情報を取得する撮像装置である。 A camera module used as a mobile phone camera or a vehicle-mounted small camera is an imaging device that forms a subject image on an imaging element such as a CCD or CMOS sensor via a lens and acquires image information of the subject.
近年、このようなカメラモジュールは、カラー化のみならず、より画像品質の高いものが要望され、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。また、小型化に対応するための構造上の工夫や、基本性能の経時的安定性および信頼性も求められている。 In recent years, such a camera module is demanded not only for colorization but also for higher image quality, and the number of pixels per unit area directly linked to image quality is steadily progressing to higher pixels. . There is also a demand for structural ingenuity to cope with downsizing, and stability and reliability over time of basic performance.
さらに、複数のレンズを同一面に形成した複眼レンズを用いたカメラモジュールも提案されている。この複眼方式のカメラモジュールでは、被写体の3次元情報や、被写体までの距離を測定することが可能となる。 Furthermore, a camera module using a compound eye lens in which a plurality of lenses are formed on the same surface has been proposed. With this compound-eye camera module, it is possible to measure the three-dimensional information of the subject and the distance to the subject.
特許文献1に、複眼方式のカメラモジュールの一例が開示されている。特許文献1の撮像装置は、複数の撮像領域を備えた撮像素子と、複数の撮像領域上に被写体像をそれぞれ結像させる複数の撮像光学系と、撮像素子の出力信号を処理する画像処理手段と、雰囲気温度を検出するための温度計測手段とを備えている。、画像処理手段は、複数の撮像光学系による複数の画像に対し、温度計測手段の出力に応じた位置補正を行う。そして、位置補正を行った複数の画像を合成し、合成画像信号を出力している。
このような複眼方式のカメラモジュールにより被写体までの距離を測定する場合、温度変化に起因する撮像光学系の光軸間の距離変化、即ち基線長の変化は、測距精度に対し大きな影響を及ぼす。したがって、基線長の変化を精度良く補正できないと、特に車載用途の測距カメラモジュールとして用いる場合には致命的な欠陥となってしまう。 When measuring the distance to the subject using such a compound eye type camera module, the change in the distance between the optical axes of the imaging optical system due to the temperature change, that is, the change in the baseline length has a great influence on the distance measurement accuracy. . Therefore, if the change in the baseline length cannot be corrected with high accuracy, it becomes a fatal defect particularly when used as a ranging camera module for in-vehicle use.
特許文献1においても、撮像素子を保持する基板上に温度センサを配置し、温度センサの検知した雰囲気温度に基づいて、基線長変化を補正している。 Also in Patent Document 1, a temperature sensor is arranged on a substrate holding an image sensor, and a change in baseline length is corrected based on the ambient temperature detected by the temperature sensor.
しかしながら、特許文献1の構成では、車載用途の測距カメラモジュールとしては信頼性が不十分であった。 However, the configuration of Patent Document 1 has insufficient reliability as a ranging camera module for in-vehicle use.
本発明は上記した課題に鑑みてなされたものであり、温度変化に起因する基線長の変化を高精度に補正し、車載用途の測距カメラモジュールとして十分な信頼性を有する撮像装置を提供するものである。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides an imaging apparatus having sufficient reliability as a ranging camera module for in-vehicle use by correcting a change in baseline length caused by a temperature change with high accuracy. Is.
上記目的を達成するために、本発明に係わる撮像装置は、複数の光学レンズを同一平面上に配置したレンズユニットと、前記複数の光学レンズに1対1に対応する複数の撮像領域を有する撮像素子と、前記レンズユニットに接して配置され、前記レンズユニットの温度を検出する温度検出素子と、を有し、前記温度検出手段の検出した温度に基づいて、前記複数の光学レンズ間の距離を補正し、補正後の前記複数の光学レンズ間の距離に基づいて、被写体までの距離を算出する撮像装置である。 In order to achieve the above object, an imaging apparatus according to the present invention includes an imaging unit having a lens unit in which a plurality of optical lenses are arranged on the same plane, and a plurality of imaging regions corresponding to the plurality of optical lenses on a one-to-one basis. An element and a temperature detection element that is disposed in contact with the lens unit and detects the temperature of the lens unit, and based on the temperature detected by the temperature detection means, the distance between the plurality of optical lenses is determined. The imaging apparatus corrects and calculates the distance to the subject based on the corrected distance between the plurality of optical lenses.
本発明によれば、温度変化に起因する基線長の変化を高精度に補正することができるため、高い信頼性を有する撮像装置を提供することが可能となる。 According to the present invention, since the change in the baseline length caused by the temperature change can be corrected with high accuracy, an imaging apparatus having high reliability can be provided.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1に本発明の第1の実施の形態に係る撮像装置を示す。図1(a)は撮像装置の上面図であり、図1(b)は、レンズユニットの斜視図であり、図1(c)は撮像装置の側面から見た断面図である。各図において、同一の構成要素については、同一の番号を用いて説明する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows an imaging apparatus according to the first embodiment of the present invention. 1A is a top view of the imaging apparatus, FIG. 1B is a perspective view of the lens unit, and FIG. 1C is a cross-sectional view as viewed from the side of the imaging apparatus. In each figure, the same components are described using the same numbers.
図1(a)において、1は上鏡筒、2は上鏡筒に形成した開口部A、3は上鏡筒に形成した開口部B、4は光学レンズA、5は光学レンズBである。 In FIG. 1A, 1 is an upper lens barrel, 2 is an opening A formed in the upper lens barrel, 3 is an opening B formed in the upper lens barrel, 4 is an optical lens A, and 5 is an optical lens B. .
前記上鏡筒1には、2つの光学レンズ4、5を形成したレンズユニット6が固定されている。2つの光学レンズ4、5は、外光の侵入角度を制限する開口部2、3に対応した位置に配置されている。また、開口部2、3は、被写体側から光学レンズ側にかけて径が小さくなるような傾斜面を有する円錐形状である。
A lens unit 6 formed with two
図1(b)は、レンズユニット6の温度を検出するための構成を示す図である。図1(b)において、6はレンズユニット、7は温度検出素子、8はリード線である。レンズユニット6は光学レンズA4と光学レンズB5とを同一面に一体形成したものである。温度検出素子7は、光学レンズ4、5の光路と干渉しない位置、即ち、光学レンズ以外の領域において、レンズユニット6に埋め込まれている。また、温度検出素子7には、出力を取り出すためのリード線8が接続されている。
FIG. 1B is a diagram showing a configuration for detecting the temperature of the lens unit 6. In FIG. 1B, 6 is a lens unit, 7 is a temperature detection element, and 8 is a lead wire. The lens unit 6 is obtained by integrally forming an optical lens A4 and an optical lens B5 on the same surface. The temperature detection element 7 is embedded in the lens unit 6 at a position where it does not interfere with the optical path of the
なお、本実施形態では、温度検出素子をレンズユニットに埋め込んでいるが、レンズユニットの表面に接着させても良い。 In this embodiment, the temperature detection element is embedded in the lens unit, but may be adhered to the surface of the lens unit.
また、本実施形態では、温度検出素子をレンズユニットの端部に配置しているが、光学レンズ4、5の間の領域に配置することがより好ましい。この部分の温度変化が基線長変化に最も影響するためである。
In the present embodiment, the temperature detection element is disposed at the end of the lens unit, but it is more preferable to dispose the temperature detection element in a region between the
また、本実施の形態では、レンズユニットとして、光学レンズ4、5の2つの光学レンズを有する撮像装置を説明しているが、これに限定するものではなく、3眼、4眼など多数の光学レンズを同一面に形成したレンズユニットを有する撮像装置としても同様の効果が得られる。
In the present embodiment, an imaging device having two
図1(c)は、本実施の形態の撮像装置の側面から見た断面図である。図1(c)において、9は下鏡筒、10は光学フィルタ、11は遮光壁、12は撮像素子、13は基板である。下鏡筒9には、レンズユニット6側に波長選択性を持った光学フィルタ10が所定位置に接着固定されている。また、各光学レンズに対応して撮像領域を分割する遮光壁11が、撮像素子12と光学フィルタ10のと間に配置されている。レンズユニット6および温度検出素子7を固定した上鏡筒1は、下鏡筒9に接着固定されている。上鏡筒1および下鏡筒9が一体化した鏡筒は、撮像素子12上で位置決めされ、基板13に接着などの手法で固定されている。また、温度検出素子7の出力を取り込むリード線8は、下鏡筒9の外に取り出され、基板13上の電気回路に接続させている。
FIG. 1C is a cross-sectional view seen from the side of the imaging device of the present embodiment. In FIG. 1C, 9 is a lower lens barrel, 10 is an optical filter, 11 is a light shielding wall, 12 is an image sensor, and 13 is a substrate. An
次に、本実施の形態の撮像装置の効果について説明する。 Next, effects of the imaging apparatus according to the present embodiment will be described.
図2は、本実施の形態の撮像装置14の側面から見た断面図である。図2に示すように、15、16、17、18の4つの位置に温度検出素子を設けた。そして、この撮像装置を、恒温槽に投入し、各温度まで恒温槽の温度を変化させて、撮像装置の各位置における温度を測定した。
FIG. 2 is a cross-sectional view seen from the side of the
尚、本実施形態における実際の実験では、予め20℃に設定した恒温槽に撮像装置を投入するとともに撮像装置を動作させ2時間放置した後、前記15、16、17、18の4つの位置の温度を測定した。さらに、昇温速度20℃/hrで20℃から40℃に設定温度を変化させ、40℃到達後1時間放置し、前記15、16、17、18の4つの位置の温度を測定した。また、設定温度60℃についても、20℃から40℃に設定温度を変化させた場合と同様の手順で温度を測定した。
In the actual experiment in the present embodiment, the imaging device was put in a constant temperature bath set to 20 ° C. and the imaging device was operated and left for 2 hours, and then the four
結果を表1に示す。本測定値は、雰囲気温度が設定温度に到達し、さらに同温度で1時間程度放置した時点の各測定位置における温度である。20℃、40℃、60℃の各温度に上昇させて測定した結果、各位置15、16、17、18における温度は、何れの測定位置においても数度程度の誤差が発生していた。特に、撮像装置の裏面に配置した温度検出素子の検出温度は誤差が大きく、雰囲気温度が20℃および40℃の時で2℃、60℃の時で1.4℃の誤差が発生した。
The results are shown in Table 1. This measurement value is the temperature at each measurement position when the ambient temperature reaches the set temperature and is left for about 1 hour at the same temperature. As a result of increasing the temperature to 20 ° C., 40 ° C., and 60 ° C., the temperature at each of the
この温度分布は、実使用状態を想定し、撮像装置を動作させた状態で実験しているため、撮像素子自体が熱源となり、撮像素子に近くなるほど検出温度は高くなる。このような結果からも、レンズユニットに温度検出素子を直結する本発明は、レンズ間の基線長を正確に補正するため有効である。 Since this temperature distribution assumes an actual use state and is experimented in a state where the image pickup apparatus is operated, the image pickup device itself becomes a heat source, and the detected temperature becomes higher as the image pickup device is closer to the image pickup device. Also from such a result, the present invention in which the temperature detection element is directly connected to the lens unit is effective for accurately correcting the base line length between the lenses.
以上の結果より、雰囲気温度が変化した場合、撮像装置の各位置における温度は、1時間程度では雰囲気温度に到達しないことがわかる。従来の撮像装置では、雰囲気温度を測定して温度補正を行っていたが、この場合には数度程度の誤差が発生していたことになる。数度程度の誤差であっても、車載用途の測距カメラモジュールとしては信頼性に大きな影響を及ぼしてしまう。 From the above results, it can be seen that when the ambient temperature changes, the temperature at each position of the imaging device does not reach the ambient temperature in about 1 hour. In the conventional imaging apparatus, the ambient temperature is measured and the temperature correction is performed, but in this case, an error of several degrees has occurred. Even an error of several degrees greatly affects reliability as a ranging camera module for in-vehicle use.
また、雰囲気温度の変化以外にも、外光の吸収による影響も無視できないことが実験により明らかとなった。即ち、レンズユニット材料が外光を吸収し、レンズユニットの温度が上昇するという現象である。この影響は、雰囲気温度が低い場合において特に顕著となる。 In addition to the change in ambient temperature, it has become clear from experiments that the influence of external light absorption cannot be ignored. That is, the lens unit material absorbs external light and the temperature of the lens unit rises. This effect is particularly noticeable when the ambient temperature is low.
上記したこれらの新たな知見に基づき、本実施の形態の撮像装置では、温度検出素子7をレンズユニット6に直接接触させ、レンズユニットの温度を直接測定する構造としている。そして、検出された温度に基づいて、光学レンズ4および光学レンズ5の間の基線長の温度変化を補正している。これにより、雰囲気温度変化の影響および外光の吸収による影響を高精度に補正でき、車載用途の測距カメラモジュールとしても十分な信頼性を得ることが可能となった。
Based on these new findings described above, the imaging apparatus according to the present embodiment has a structure in which the temperature detection element 7 is brought into direct contact with the lens unit 6 to directly measure the temperature of the lens unit. Then, based on the detected temperature, the temperature change of the baseline length between the
なお、本実施の形態では、レンズユニットの端部に接するように温度検出素子を配置し、その部分には外からの光が入らないように構成したが、温度検出素子を配置した部分にも外からの光が入射するように、上鏡筒1に開口部を設けても良い。この場合には、上記した外光による温度上昇の影響を直接測定できるため、より高精度に補正することが可能となる。 In the present embodiment, the temperature detection element is arranged so as to be in contact with the end of the lens unit so that light from outside does not enter the part, but the temperature detection element is also arranged in the part where the temperature detection element is arranged. An opening may be provided in the upper barrel 1 so that light from outside enters. In this case, since the influence of the temperature rise due to the external light can be directly measured, it can be corrected with higher accuracy.
次に本実施の形態の撮像装置における温度補正方法について説明する。 Next, a temperature correction method in the imaging apparatus according to the present embodiment will be described.
表2および図3に、各雰囲気温度における基線長の変化量を実測した結果を示す。 Table 2 and FIG. 3 show the results of actually measuring the amount of change in the baseline length at each ambient temperature.
約20℃を基準にして、約40℃と約60℃の2条件で実際の基線長の変化量を実測した。図3の結果からも明らかなように、20℃温度を上昇させると基線長は約3.5μm程度変化する。また、40℃温度が上昇すると、7.3μm程度の基線長変化が認められた。この基線長の変化は、レンズユニットの材料が熱膨張または熱収縮することに起因し、レンズユニットの材料に依存する。本実施の形態では、レンズユニットをプラスチック材料で形成したが、プラスチック材料は、ガラスなどよりも熱膨張係数が大きいため、基線長の変化は大きくなる。 With reference to about 20 ° C., the actual change in baseline length was measured under two conditions of about 40 ° C. and about 60 ° C. As is apparent from the results of FIG. 3, when the temperature of 20 ° C. is raised, the baseline length changes by about 3.5 μm. Moreover, when 40 degreeC temperature rose, the baseline length change of about 7.3 micrometers was recognized. The change in the baseline length is caused by the thermal expansion or thermal contraction of the lens unit material and depends on the lens unit material. In the present embodiment, the lens unit is formed of a plastic material, but since the plastic material has a larger coefficient of thermal expansion than glass or the like, the change in the baseline length becomes large.
図4は、測距演算手法を説明するための模式図である。図4において、Lは光学レンズから被写体までの距離、fは光学レンズ4または5から撮像素子までの焦点距離、Dは光学レンズ4と光学レンズ5の各光軸間の距離である基線長、Sは視差である。本実施の形態の撮像装置では、以下の(数1)によって被写体までの距離を求めることができる。
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the distance measurement calculation method. In FIG. 4, L is the distance from the optical lens to the subject, f is the focal length from the
(数1)において、Dとfは既知であり、Sが変数となる。Sの値を2つの画像の差より求めることで、被写体までの距離Lが求められる。 In (Equation 1), D and f are known, and S is a variable. By obtaining the value of S from the difference between the two images, the distance L to the subject can be obtained.
しかし、既値となるべきDとfは常に一定の値を保つ事が前提となって(数1)が成立するのに対し、温度など外的要因によって、Dまたはfの値が変化した場合は、その誤差に依存し精度が劣化する。特にDは温度の影響を大きく受け易く正確に補正する必要がある。 However, D and f, which should be the existing values, are based on the premise that they always maintain a constant value (Equation 1), whereas D or f changes due to external factors such as temperature. The accuracy deteriorates depending on the error. In particular, D is highly susceptible to temperature and needs to be corrected accurately.
つまり、測距演算上のDは、設計上の値を固定値(想定温度は20℃)として演算し距離Lを求めるため、温度によって演算上与えられた固定値と実際のDに誤差が発生すると、その誤差を修正しなくてはならない。 In other words, the distance calculation D is calculated using a design value as a fixed value (assumed temperature is 20 ° C.) to obtain the distance L, so that an error occurs between the fixed value given in the calculation and the actual D depending on the temperature. Then, the error must be corrected.
表2は、設計上の基線長D(本実施形態では20℃で2.5mm)が、使用環境を想定した約40℃と約60℃の雰囲気中で変化した誤差寸法(何れも+側)を実測した結果であるが、測距演算精度を高めるには、この誤差分を予測し適時補正しなくてはならない。 Table 2 shows an error dimension in which the design base line length D (in this embodiment, 2.5 mm at 20 ° C.) changes in an atmosphere of about 40 ° C. and about 60 ° C. assuming the use environment (both are on the + side). As a result of actual measurement, in order to improve the distance measurement calculation accuracy, it is necessary to predict this error and correct it in a timely manner.
つまり、基線長Dが外部温度によって変化した場合、有効な補正を行わないと被写体までの距離を見誤る結果を招くこととなる。 In other words, when the base line length D changes depending on the external temperature, a result of mistaking the distance to the subject is caused unless effective correction is performed.
本実施の形態の撮像装置では、レンズユニットに温度検出素子を直結し、その温度検出素子の出力から基線長を補正することにより、レンズユニットの温度を高精度に検知できる。したがって、得られた温度より、上記(数1)の基線長Lの値を補正することにより、温度変化が激しい環境等においても高精度の測距が可能となり、車載用途の測距カメラモジュールとして十分な信頼性を実現できる。 In the imaging apparatus of the present embodiment, the temperature of the lens unit can be detected with high accuracy by directly connecting the temperature detection element to the lens unit and correcting the baseline length from the output of the temperature detection element. Therefore, by correcting the value of the baseline length L in the above (Equation 1) from the obtained temperature, it becomes possible to perform high-precision distance measurement even in an environment where the temperature change is severe, and as a distance measurement camera module for in-vehicle use Sufficient reliability can be realized.
本発明の撮像装置は、携帯電話に搭載する小型カメラや、車載用途の測距カメラなどとして有用である。 The imaging apparatus of the present invention is useful as a small camera mounted on a mobile phone, a ranging camera for in-vehicle use, or the like.
1 上鏡筒
2 開口A
3 開口B
4 光学レンズA
5 光学レンズB
6 レンズユニット
7 温度検出素子
8 リード線
9 下鏡筒
10 光学フィルタ
11 遮光壁
12 撮像素子
13 基板
14 撮像装置
15 温度検出位置
16 温度検出位置
17 温度検出位置
18 温度検出位置
1 Upper barrel 2 Opening A
3 Opening B
4 Optical lens A
5 Optical lens B
6 Lens unit 7
Claims (4)
前記複数の光学レンズに1対1に対応する複数の撮像領域を有する撮像素子と、
前記レンズユニットに接して配置され、前記レンズユニットの温度を検出する温度検出素子と、を有し、
前記温度検出手段の検出した温度に基づいて、前記複数の光学レンズ間の距離を補正し、補正後の前記複数の光学レンズ間の距離に基づいて、被写体までの距離を算出する、撮像装置。 A lens unit in which a plurality of optical lenses are arranged on the same plane;
An imaging device having a plurality of imaging regions corresponding to the plurality of optical lenses on a one-to-one basis;
A temperature detecting element that is disposed in contact with the lens unit and detects the temperature of the lens unit;
An imaging apparatus that corrects distances between the plurality of optical lenses based on temperatures detected by the temperature detection unit, and calculates distances to a subject based on the corrected distances between the plurality of optical lenses.
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