JP2011172174A - 撮像装置、距離画像取得装置、及びこれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数を削減すると共に、製造時における部品の把持や位置制御を容易にして、製品コストの低減、生産効率の増大、及び装置性能の向上を図ることができるように、各部品の構成や製造方法について工夫すること。
【解決手段】被写体に対向する位置に設けられ、複数のレンズがアレイ配列されたレンズアレイ(1)と、上記レンズアレイの像面側に設けられ、上記複数のレンズのそれぞれにより略結像される上記被写体の縮小像(個眼像という)の集合である複眼像を撮像する撮像手段(4)とから成る撮像装置を前提として、
レンズアレイの各レンズに一対一に対応する貫通孔(2a)を有し、かつ撮像光線に対して不透明性を有するレンズアレイ保持部材（筐体）(2)を備えることである。
【選択図】図１

Description

本発明は、レンズアレイと撮像素子を用いる超小型の撮像装置（カメラ）、距離画像取得装置、及びこれらの製造方法に関する。この超小型の撮像装置や距離画像取得装置は、車載カメラ、監視カメラ、産業用カメラ、医療用カメラ等の様々な分野に応用することができる。

超小型の撮像装置は上記のように様々な用途に利用されており、取り付け場所を選ばず、装置を目立たないように設置することができるように、装置の小型化や薄型化が要請されている。
超小型の撮像装置において、レンズアレイを撮像用のレンズとして用いて、超小型と薄型化を図った従来技術としては、特開２００９−２０１００８号公報（「複眼式撮像装置」、引用文献１）に記載されたものがある。この複眼式撮像装置では、レンズアレイ、遮光壁、及び撮像手段等の装置構成部材の相対位置を正確に調整しながら接合する装置の製造方法について、以下のような問題がある。

このような製造方法による製造時には、各構成部材を治具で保持し、位置調整しながら構成部材を接合していく。しかし、構成部材のうちの重要部品のひとつである遮光壁について、遮光壁の壁部分と対応する位置にある撮像手段の画素領域が、遮光壁の影により無効となることを鑑みると、壁厚み（貫通孔と貫通孔の間に介在する遮光壁の壁厚み）はできるだけ薄いことが望まれる。また、撮像手段における撮像面と基板とをつなぐ配線（ワイヤ）と干渉しないように、当該遮光壁の面積は撮像面とほぼ同面積の小ささが望ましい。その結果、製造時の遮光壁の保持をエア吸着により行おうとする場合は、吸着するだけの面積が確保できず、エア漏れを起こすため吸着保持が困難となる。また、他に機構部を用いて機械的に把持しようとする場合でも、その遮光壁の小ささと脆さのために、把持や位置制御が非常に困難である。そして、このような不具合により、装置品質の低下、部品点数の増加、製品コストの増大、及び生産効率の低下などの問題が発生していた。

また、車載カメラ、監視カメラ、又は産業用カメラ等の様々な用途において、自動車やロボット等の周辺環境をより高精度に認識するための距離画像取得装置（ステレオカメラ等）のニーズが高まっており、取り付け場所を選ばず、装置を目立たないよおうに設置することができるように、装置の超小型化の要請も併せて高まっている。
超小型の距離画像取得装置としては、特許第４２４６２５８号公報（「測距機能を有する複眼方式の撮像装置」、引用文献２）に記載されたものがある。この複眼方式の撮像装置は、レンズアレイをステレオレンズとして用いるものであるが、当該撮像装置おいても、レンズアレイや撮像手段の他に、遮光壁や各々の保持部材や筐体等の数多くの部品から構成されており、製品コスト増大、生産効率の低下、及び装置性能の低下などの問題を有している。

また、刊行物に記載されたものではないが、本件出願人の先の出願に係る特願２００９−２５５０６４号の「距離画像取得装置及び距離画像取得処理方法」がある。このものは、レンズアレイを構成する一部のステレオレンズペアを用いた距離画像取得装置において、基線長の異なる２つのレンズペアそれぞれによる規格化視差を用いることにより、距離画像の取得精度を向上させるものである。

そこで、本発明の課題は、従来の撮像装置、距離画像取得装置、及びこれらの製造方法が有する問題点を解決するために、部品点数を削減すると共に、製造時における部品の把持や位置制御を容易にして、製品コストの低減、生産効率の増大、及び装置性能の向上を図ることができるように、各部品の構成や製造方法について工夫することである。

以下に、上記課題を解決するために講じた技術的手段を作用と共に説明する。
(１) 本発明に係る撮像装置（請求項１に対応）は、被写体に対向する位置に設けられ、複数のレンズがアレイ配列されたレンズアレイと、上記レンズアレイの像面側に設けられ、上記複数のレンズのそれぞれにより略結像される上記被写体の縮小像(個眼像という)の集合である複眼像を撮像する撮像手段とから成る撮像装置を前提として、
レンズアレイの各レンズに一対一に対応する貫通孔を有し、かつ撮像光線に対して不透明性を有するレンズアレイ保持部材（筐体）を備えることである。

レンズアレイを用いる超小型の撮像装置（カメラ）においては、重要部品の１つである遮光壁の把持やハンドリングの困難さから、製造コスト、生産効率、及び製品品質の面等で不利な点が生じる。
そこで、上記のように構成することによって、レンズアレイを通過する光線のクロストーク防止機能を持たせたレンズアレイ保持部材を備え、このレンズアレイ保持部材をエア吸着等で把持しながら位置調整や接合を行うことができるので、遮光壁を用いる必要はなく、遮光壁の把持やハンドリングから生じる問題、及びそれに起因して起こる問題を解消することができる。また、遮光壁を用いないことにより、部品点数や組立工程数を削減することができ、製造コストの低減を図ることが可能であり、信頼性を確保することができる。

(２) また、上記(１)の撮像装置において、上記レンズアレイ保持部材が、上記撮像手段における撮像素子と基板との結線部に対する逃げ部を有することができる。（請求項２に対応）
撮像手段における撮像素子を基板と配線するためににワイヤ配線（ワイヤボンディング）を用いることがある。その場合、撮像素子の周囲に非常に細い結線用のワイヤが存在することになるので、レンズアレイ保持部材や遮光部材等の部材が少しでも触れるとワイヤを切断してしまうため、撮像素子が動作しなくなる。
そこで、上記のように構成することによって、レンズアレイ保持部材の逃げ部が、レンズアレイ保持部材と結線部との干渉問題を解消するので、撮像素子にワイヤ配線を用いる場合でも、ワイヤを切断する心配がなく撮像素子の機能を確保することができる。

(３) また、上記(１)の撮像装置において、上記撮像手段による複眼像を単一像に再構成する再構成演算器を備えることができる。（請求項３に対応）
このような構成によって、上記撮像手段による複眼像から、相互の視差を利用して単一像を再構成することができるので、取得される像の解像度を向上させ、撮像装置の性能を向上させることができる。

(４) また、上記(１)の撮像装置において、上記レンズアレイの一部がステレオレンズペアを形成し、当該ステレオレンズペアにより得られる個眼像ペアから距離画像を生成する距離画像生成演算器を備えることができる。（請求項４に対応）
このような構成によって、上記レンズアレイの一部をステレオレンズペアとして作用させ、このステレオレンズペアによる個眼像ペアから距離画像を生成するための距離画像生成演算器を備えることにより、部品点数の削減を図り、超小型の距離画像取得装置の製造コストを低減し、性能の向上を図ることができる。

(５) また、上記(１)の撮像装置において、上記貫通孔が、被写体側から像面側に向かって孔サイズが拡大するテーパ形状を有することができる。（請求項５に対応）
このような撮像装置における貫通孔は、孔と孔の間の壁厚が薄い方が撮像手段の撮像領域を有効に活用するために都合が良い。しかし、貫通孔を有するレンズ保持部材をプラスチック材料で製作する場合、そのような薄い壁厚では、成形型からの成形品の離型性等に起因して製作が困難となる。その結果、厚い壁厚になり、撮像装置において壁と近接する位置にある撮像領域を使用できなくなるため、画素数が低減して撮像性能を低下させる。
そこで、上記のように構成することにより、上記貫通孔が、被写体側から像面側に向かって孔サイズが拡大するテーパ形状を有するので、撮像領域に近接する側は薄い壁厚となり、撮像領域を有効に活用し得ると共に、製造時に成形型からの離型性を確保することができ、撮像装置の性能低下を招くことはない。

(６) また、上記(１)の撮像装置において、上記貫通孔の貫通方向と略垂直な平面内での断面形状が、上記撮像手段と近接する部分において、略矩形形状であっても良い。（請求項６に対応）
上記レンズアレイ保持部材における貫通孔の貫通方向と略垂直な平面内での断面形状は、円形孔が製作容易であるが、一般には、取得画像として長方形や正方形の画像が求められるため、円形孔では撮像に寄与しない撮像領域が生じてしまい、解像度の低下を招くことになる。
そこで、上記のように構成することにより、上記貫通孔の貫通方向と略垂直な平面内での断面形状を、上記撮像領域と近接する部分において略矩形形状とすることにより、矩形の画像取得が可能となるので、撮像装置の性能低下を招くことはない。

(７) また、上記(１)の撮像装置において、上記レンズアレイの被写体側又は像面側の面における当該レンズアレイを構成するレンズの有効部以外の領域を、撮像光線に対して不透明な部材で覆うことができる。（請求項７に対応）
レンズアレイにおいて、像性能を保証するレンズ形状をレンズアレイ全体で形成するのは困難であるため、レンズアレイにおけるレンズの有効部を規定した方が効果的である。しかし、レンズアレイ保持部材における貫通孔によってレンズの有効部を規定するには、上記レンズアレイ保持部材に相当の製作精度が要求されるため、歩留まりや生産効率の低下を招くことになる。
そこで、上記のように構成することにより、上記レンズアレイの被写体側又は像面側の面において、当該レンズアレイを構成するレンズの有効部以外の領域を撮像光線に対して不透明な部材で覆うことにより、効果的にレンズ有効部の規定を図ったので、歩留まりや生産効率の低下を招くことなく、撮像装置の性能を保証することができる。

(８) また、上記(１)〜(７)のいずれかの撮像装置において、上記レンズアレイの像面側の面におけるレンズの有効部以外の領域の少なくとも２箇所に第１のマーク部を設け、上記レンズアレイ保持部材における上記第１のマーク部に略対応する部分に、当該第１のマーク部の断面サイズ以上のサイズを有する第２のマーク部を設けることができる。（請求項８に対応）
このような撮像装置において、レンズの光軸と略垂直な平面内における、上記レンズアレイ保持部材の貫通孔と上記レンズアレイのレンズとの位置関係は、撮像領域を有効に活用し距離検出性能を確保するために、厳密な精度が求められる。
そこで、上記のように構成することによって、上記レンズアレイの第１のマーク部と、上記レンズアレイ保持部材の第２のマーク部を用いて、レンズの光軸と略垂直な平面内での上記レンズアレイ保持部材の貫通孔と、上記レンズアレイのレンズとを高精度に位置合わせすることができる。

(９) また、上記(８)の撮像装置において、上記第１のマーク部をレンズアレイの他の部分と透過率の異なる膜により形成することができる。（請求項９に対応）
このような構成によって、上記第１のマーク部をレンズアレイの他の部分と透過率の異なる膜で形成することにより、余分な構成を付加することなく簡便に形成することができる。

(１０) また、上記(８)の撮像装置において、上記第１のマーク部を凹形状、凸形状、又はそれらの組み合わせにより形成することができる。（請求項１０に対応）
このような構成によって、上記第１のマーク部を凹形状、凸形状、又はそれらの組み合わせにより形成することにより、レンズアレイのレンズ形状の製作過程において同時に形成可能であり、当該第１のマーク部を効率的に形成することができる。

(１１) また、上記(８)の撮像装置において、上記第２のマーク部を開口部により形成することができる。（請求項１１に対応）
このような構成によって、上記第２のマーク部を開口部により形成することにより、レンズアレイと相対する面と逆側の面からの光の通過を許容することができるので、第１のマーク部と第２のマーク部の位置関係を調整する場合に、操作性と精度を確保することができる。

(１２) また、上記(８)〜(１１)のいずれかの撮像装置において、上記レンズアレイ保持部材と撮像手段との間の略レンズの光軸方向における空間に、上記レンズアレイ保持部材や撮像手段とは異なる媒質を介在させることができる。（請求項１２に対応）
このような撮像装置においては、上記レンズアレイのレンズと撮像手段との略レンズの光軸方向における位置関係は、レンズの結像関係を保証し、像品質を確保する上で厳密な精度が求められる。
そこで、上記のように構成することによって、上記レンズアレイ保持部材と撮像手段との間の空間に介在させた媒質の略レンズの光軸方向における厚みを厳密に調整することができるので、上記レンズアレイのレンズと撮像手段との略レンズの光軸方向における位置関係を厳密に調整することが可能であり、レンズの結像関係を保証すると共に、像品質を確保することができる。

(１３) 本発明に係る上記(１２)の撮像装置の製造方法（請求項１３に対応）は、接合しようとするレンズアレイ保持部材とレンズアレイに光を照射して、上記第１のマーク部と第２のマーク部における通過光量を検知しながら、上記レンズアレイとレンズアレイ保持部材を接合する第１の工程と、
上記レンズアレイ保持部材と撮像手段の間に介在させた媒質の厚みを、上記撮像手段による複眼像から抽出した特徴量に基づき調整しながら、上記レンズアレイ保持部材と撮像手段を結合する第２の工程とから成ることである。

このように構成することによって、第１の工程により、上記レンズアレイ保持部材とレンズアレイを重ね合わせて光を照射し、第１及び第２のマーク部における通過光量を検知しながら、両者を相対的に位置合わせをして接合することができる。また、第２の工程により、上記レンズアレイ保持部材と撮像手段の間に媒質を介在させ、撮像手段によって撮像される複眼像をモニターしながら、全ての個眼像が略合焦するように両者の間に介在させた媒質の厚みを調整して、両者を結合することができる。
これにより、撮像装置を効率的、かつ高精度に製造することができる。

(１４) また、上記(１)〜(７)のいずれかの撮像装置において、上記レンズアレイ保持部材の少なくとも２箇所に第２のマーク部を設け、上記撮像手段における第２のマーク部に対応する部分に、その周辺部分と異なる反射率を有する第３のマーク部を設けることができる。（請求項１４に対応）
このような構成によって、上記レンズアレイ保持部材の第２のマーク部と、上記撮像手段の第３のマーク部を用いて、レンズの光軸と略垂直な平面内での上記レンズアレイ保持部材と撮像手段との相対的位置を厳密に調整することができる。

(１５) また、上記(１４)の撮像装置において、上記レンズアレイ保持部材とレンズアレイとの間の略レンズの光軸方向における空間に、上記レンズアレイ保持部材やレンズアレイとは異なる媒質を介在させることができる。（請求項１５に対応）
このような構成によって、上記レンズアレイ保持部材とレンズアレイとの間の空間に介在させた媒質における、略レンズの光軸方向の厚みを厳密に調整することができるので、上記レンズアレイのレンズと撮像手段との略レンズの光軸方向における位置関係を厳密に調整することが可能であり、レンズの結像関係を保証し、像品質を確保することができる。

(１６) 本発明に係る上記(１５)の撮像装置の製造方法（請求項１６に対応）は、接合しようとする上記レンズアレイ保持部材と撮像手段に光を照射して、上記第３のマーク部で反射され上記第２のマーク部を通過する光量を検知しながら、上記レンズアレイ保持部材と撮像手段を接合する第１の工程と、
上記レンズアレイ保持部材とレンズアレイの間に介在させた媒質の厚みを、上記撮像手段による複眼像から抽出した特徴量に基づき調整しながら、上記レンズアレイ保持部材とレンズアレイを結合する第２の工程とから成ることである。

このように構成することによって、第１の工程により、上記レンズアレイ保持部材と撮像手段を重ねて光を照射し、上記第２及び第３のマーク部における光量を検知しながら、両者を相対的に位置合わせをして接合することができる。また、第２の工程により、上記レンズアレイ保持部材とレンズアレイとの間に媒質を介在させ、上記撮像手段によって撮像される複眼像をモニターしながら、全ての個眼像が略合焦するように両者の間に介在させた媒質の厚みを調整して、両者を結合することができる。
これにより、撮像装置を効率的、かつ高精度に製造することができる。

本発明の効果を請求項に従って整理すると、次のとおりである。
(１) 請求項１に係る発明
本発明の撮像装置は、レンズアレイの各レンズに一対一に対応する貫通孔を有し、撮像光線に対して不透明なレンズアレイ保持部材を備えることにより、遮光壁を用いる必要がないので、当該遮光壁の把持や調整から生じる問題、及びそれに起因して生じる問題を解消することができる。また、遮光壁を用いないことにより、部品点数や組み付け工程数を削減することができ、その結果、超小型で薄型の撮像装置において、製造コストを低減し、性能の向上を図ることができる。

(２) 請求項２に係る発明
レンズアレイ保持部材が、撮像手段における撮像素子と基板との結線部に対する逃げ部を備えることにより、上記レンズアレイ保持部材と結線部との干渉を解消することができるので、撮像素子と基板の間にワイヤ配線を用いる場合でも、ワイヤを切断する心配がなく撮像素子の機能を確保することができる。
(３) 請求項３に係る発明
撮像手段による複眼像から、相互の視差を利用して単一像を再構成する演算器を備えることにより、取得される像の解像度を向上させ、撮像装置の性能を向上させることができる。

(４) 請求項４に係る発明
撮像装置におけるレンズアレイの一部をステレオレンズペアとして作用させ、当該ステレオレンズペアによる個眼像ペアから距離画像を生成するための距離画像生成演算器を備えることにより、部品点数を削減することが可能であり、超小型の距離画像取得装置の製造コストを低減し、性能の向上を図ることができる。
(５) 請求項５に係る発明
レンズアレイ保持部材に設けた貫通孔が、被写体側から像面側に向かって孔サイズが拡大するテーパ形状を有することにより、撮像領域に近接する側は薄い壁厚になり撮像領域を有効活用でき、かつ製造時の成形型からの離型も良好に行うことができる。これにより、撮像装置の性能低下を招くことはない。

(６) 請求項６に係る発明
レンズアレイ保持部材の貫通孔における貫通方向と略垂直な平面内での断面形状を、撮像領域と近接する領域において略矩形形状とすることにより、矩形の画像取得が可能となるので、撮像装置の性能低下を招くことはない。
(７) 請求項７に係る発明
レンズアレイの被写体側、又は像面側の面において、当該レンズアレイを構成するレンズの有効部以外の領域を、撮像光線に対して不透明な部材で覆うことにより、効果的にレンズ有効部の規定を図ることができる。これにより、歩留まりや生産効率の低下を招くことなく、撮像装置の性能を保証することができる。

(８) 請求項８に係る発明
レンズアレイの像面側の面におけるレンズ有効部以外の領域の少なくとも２箇所に第１のマーク部を設け、レンズアレイ保持部材における上記第１のマーク部に略対応する部分に、当該第１のマーク部の断面サイズ以上のサイズを有する第２のマーク部を設けることにより、上記第１及び第２のマーク部を用いて、レンズの光軸と略垂直な平面内での上記レンズアレイ保持部材の貫通孔とレンズアレイのレンズとを高精度に位置合わせすることが可能であり、撮像装置の性能を保証することができる。
(９) 請求項９に係る発明
第１のマーク部をレンズアレイの他の部分と透過率の異なる膜により形成することにより、余分な構成を付加することなく簡便に形成することができる。

(１０) 請求項１０に係る発明
レンズアレイに形成する第１のマーク部を凹形状、凸形状、又はこれらの組み合わせによって形成することにより、上記レンズアレイにおけるレンズ形状の製作過程において、同時に形成することが可能であるので、上記第１のマーク部を効率的に形成することができる。
(１１) 請求項１１に係る発明
レンズアレイ保持部材に形成する第２のマーク部を開口部により形成することにより、レンズアレイと相対する面と逆側の面からの光の通過を許容することができるので、第１のマーク部と第２のマーク部の位置関係を調整する場合に、操作性と精度を確保することができる。

(１２) 請求項１２に係る発明
レンズアレイ保持部材と撮像手段との間の略レンズの光軸方向における空間に、上記レンズアレイ保持部材や撮像手段とは異なる媒質を介在させることにより、当該媒質の略レンズの光軸方向における厚みを厳密に調整することができるので、レンズアレイにおけるレンズと上記撮像手段の略レンズの光軸方向における位置関係を厳密に調整することが可能である。これにより、レンズの結像関係を保証し、像品質を確保することができる。
(１３) 請求項１３に係る発明
第１の工程により、レンズアレイ保持部材とレンズアレイとを相対的に位置合わせをして接合することができ、また第２の工程により、レンズアレイ保持部材の撮像手段に対する位置と傾きを調整して両者を結合することができるので、撮像装置を効率的、かつ高精度に製造することができる。

(１４) 請求項１４に係る発明
レンズアレイ保持部材の少なくとも２箇所に第２のマーク部を設け、撮像手段における上記第２のマーク部に対応する部分に、その周辺部分と異なる反射率を有する第３のマークを設けることにより、上記第２及び第３のマーク部を用いて、レンズの光軸と略垂直な平面内での上記レンズアレイ保持部材と撮像手段との相対的位置を厳密に調整することが可能であり、撮像装置の性能を保証することができる。
(１５) 請求項１５に係る発明
レンズアレイ保持部材とレンズアレイとの間の略レンズの光軸方向における空間に、上記レンズアレイ保持部材やレンズアレイとは異なる媒質を介在させ、この介在させた媒質の略レンズの光軸方向における厚みを厳密に調整することにより、上記レンズアレイと撮像手段との略レンズの光軸方向における位置関係を厳密に調整することが可能であり、レンズの結像関係を保証し、像品質を確保することができる。

(１６) 請求項１６に係る発明
第１の工程により、レンズアレイ保持部材と撮像手段とを相対的に位置合わせをして接合することができ、また第２の工程により、上記レンズアレイ保持部材とレンズアレイとの間に媒質を介在させ、上記レンズアレイの上記撮像手段に対する位置と傾きを調整して、上記レンズアレイ保持部材とレンズアレイとを結合することができるので、撮像装置を効率的、かつ高精度に製造することができる。

図１は、本発明の実施例１による撮像装置の模式図であり、(ａ)は撮像装置を被写体側からみた正面図であり、(ｂ)は撮像装置の模式的な断面図と演算器のブロック図である。 図２は、同じく実施例１による撮像装置により取得される複眼像の例を示し、この複眼像から距離画像を取得する処理方法の一部を説明する図である。 図３は、同じく実施例１による撮像装置により取得される複眼像から、解像度を保証した単一像を再構成する処理方法を模式的に説明する図である。 図４は、同じく実施例１による撮像装置により取得される複眼像から、解像度を保証した単一像を再構成する処理フローを説明するフロー図である。 図５は、同じく実施例１による撮像装置により取得される複眼像から、距離画像を取得する演算器のブロック図である。 図６は、同じく実施例１による撮像装置の製造工程を説明するフロー図である。 図７は、本発明の実施例２による撮像装置の模式的な断面図である。 図８は、同じく実施例２による撮像装置において、筐体と撮像手段の相対位置関係の調整方法を説明する模式図であり、(ａ)は筐体と撮像手段が正しい相対位置にある場合、(ｂ)は相対位置がずれている場合を示す。 図９は、同じく実施例２による撮像装置の製造工程を説明するフロー図である。

本発明は、撮像装置、距離画像取得装置、及びこれらの製造方法において、製品コストの低減、生産効率の増大、及び装置性能の向上を図るという目的を、部品点数を削減すると共に、製造時における部品の把持や位置制御を容易にすることにより、遮光壁を用いることなしに実現することである。

以下に、本発明の実施例１による撮像装置について、図１〜図６に基づいて説明する。
先ず、本実施例１の撮像装置の構成について、図１を参照しながら説明する。図１(ａ)は、撮像装置を被写体側からみた模式図であり、図１(ｂ)は、撮像装置の模式的な断面図と演算器のブロック図である。これらの図面では、同じ部品に同じ符号を付けている。
図１における符号１はレンズアレイであって、被写体側の面と像側の面から成り、それぞれに所定形状の曲面１ａ,１ｂがアレイ配列されて形成されている。そして、これらのレンズ作用により被写体からの光線が略像面上にて結像する。上記所定形状の曲面１ａ,１ｂは、結像特性に応じて球面又は非球面のいずれをも使用でき、また回折レンズであっても良い。

符号２は筐体（レンズアレイ保持部材）であり、レンズアレイ１と接着剤を介して接合され、このレンズアレイ１を所定位置に保持する機能と、装置内に粉塵等を侵入させない保護機能を有するものである。この筐体２は、黒色等の撮像光線に対して不透明性を有するプラスチック材料の成形加工により作製されており、レンズアレイ１におけるレンズと一対一に対応する位置に貫通孔２ａが開けられている。この貫通孔２ａは、レンズアレイ１を通過する光線の像面上でのクロストークを防止する作用を有している（請求項１）。また、上記貫通孔２ａのレンズの光軸と略垂直な平面における断面形状は、略矩形形状をなしており（請求項６）、当該矩形形状で区切られることによって、像面では略矩形の個眼像（被写体の縮小像）がアレイ配列して構成される複眼像が形成される。

さらに、上記筐体２の貫通孔２ａは、被写体側から像面側に（図の上から下に）向かうにつれて、貫通孔２ａと貫通孔２ａの間に介在する壁部２ｂが細くなるテーパ形状を有している（請求項５）。この貫通孔２ａのテーパ形状には、以下の２つの意義が存在する。即ち、後述するように当該壁部２ｂと近接する位置にある画素領域には、壁部２ｂによる影像が生じ、当該画素は画像の無効領域となる。像面側で壁部２ｂの厚みが細くなるような上記貫通孔２ａのテーパ形状は、そのような画像の無効領域をより少なくするという第一の意義がある。また、当該筐体２は、成形加工によって金型の形状を転写した成形品として得られるが、金型から成形品を離型する際に離型し易くなるという第二の意義がある。即ち、図に示すような壁部２ｂの構造は溝を切った金型から得られるが、深さが溝幅に対して相対的に深く、アスペクト比（溝幅と深さの比）が高い場合には、離型時に壁部２ｂが折れてしまい、金型から正確な形状で取り外せなくなることを防ぐ趣旨である。

レンズアレイ１の被写体側の面には、レンズの有効径内以外の領域を通過する光線が、撮像面に到達することを防ぐために、不透過性の黒インク薄膜３が塗布されている（請求項７）。当該黒インク薄膜３は、いわゆる開口絞りとして作用する。
レンズアレイ１を通過した被写体からの光線は、レンズの略像面位置で結像し、撮像手段４により被写体像が撮像される。撮像手段４は、ＣＭＯＳセンサ（撮像素子）４ａと、ＣＭＯＳセンサ４ａが貼り付けられ、所定の回路を施した基板４ｂとから構成されており、これらはワイヤ４ｃにより結線されている。ＣＭＯＳセンサ４ａの画素信号はワイヤ４ｃを介して基板４ｂに送られ、画像信号として演算器２０に転送される。当該ワイヤ４ｃは非常に細い金属線からなるため、僅かに触れただけでも切断して信号伝送の機能を果たさなくなる。そこで、ワイヤ４ｃに触れることのないように、図１(ｂ)に示されるように、筐体２における壁は、ＣＭＯＳセンサ４ａの撮像面の上方のみをカバーするように位置されており、また、筐体２にはワイヤ４ｃの逃げ部として作用する空間２ｃが設けられている（請求項２）。

ＣＭＯＳセンサ４ａによる信号は、複眼像として画像キャプチャ部２１によりキャプチャされる（図１(ｂ)）。本実施例１の撮像装置により撮像された複眼像の例を図２に示す。図２における符号７ａ〜７ｄが、レンズアレイ１の各レンズに対応する個眼像であり、各個眼像７ａ〜７ｄの集合として複眼像が形成される。各個眼像７ａ〜７ｄは、それぞれのレンズの位置に応じて、被写体の異なる方向から観察した像であり、それぞれの個眼像は相互に視差を有している。符号８は、筐体２における壁部２ｂの影に相当する画素領域であり、この壁部２ｂの影部分は取得される画像情報に寄与しない無効領域となる。そのため、上述したように壁部２ｂがテーパ形状になって、影領域がより細くなった方が画素を有効に使用できることになる。上記画像キャプチャ部２１にキャプチャされた複眼像において、壁部２ｂの影による無効領域が閾値処理等により除去されて、各個眼像７ａ〜７ｄが独立して取得される。

次に、取得した複眼像から単一像を再構成するための演算処理について、図２〜図４を参照しながら説明する。図２は撮像装置により撮像される複眼像であり、図３は複眼像から単一像を再構成する処理方法を説明する模式図であり、図４は処理方法を説明するフロー図である。
各レンズの位置に伴う像の視差は、レンズ主平面から被写体までの距離（被写体距離）と、レンズ主平面から撮像面までの距離（像面距離）との比に基づく光学倍率、及びレンズアレイ１における各レンズ間隔（基線長）により決定される。個眼像内に複数の被写体が存する場合は、被写体ごとで異なる視差となるが、平均的な視差で代用される場合や、撮像装置に一番近い被写体にフォーカスしたい場合など、被写体距離を一意的に決められる場合は、レンズ間隔と像面距離を用いて視差は一意的に決定される。

再構成処理では、図４に示されるように、先ず複眼像を取得し（ステップＳ１）、この複眼像の中から上記壁部２ｂの影を除去した個眼像７ａ〜７ｄを抽出する（ステップＳ２）。個眼像の中の１つのペア、例えば個眼像７ａと個眼像７ｄのように垂直方向と水平方向に視差を有するペアから、上記の一意的に決まる視差を相互相関演算等により取得し（ステップＳ３）、視差を用いた複眼像から単一像への変換演算を行った後（ステップＳ４）、再構成像を出力する（ステップＳ５）。単一像への変換演算は、図３に示されるように、複眼像における個眼像から画素輝度を取り出し、個眼像の位置と視差に応じて、演算器内の仮想空間における再構成像１１の所定位置に、その取り出した画素輝度を配置する。各個眼像の全画素に対して上記画素輝度の配置を繰り返すことにより、再構成像を取得することができる。仮想空間における再構成像１１のサイズを個眼画像１０ａのサイズより大きくしておき、サブピクセルの視差を利用して上記再構成処理を実施すれば、個眼像の解像力より高い解像力で再構成像を取得することができる。（請求項３）

次に、本撮像装置で得られる複眼像の別の利用形態として、距離検出を行う場合について、図１、図２及び図５参照しながら説明する。撮像装置のレンズアレイ１等のハードウェアの構成は、図１に示したものと同じであるが、演算器は図５にブロック図で示した演算器３０に変更する。この演算器３０では、画像キャプチャ部３１によりキャプチャされた複眼像（図２の複眼像と同じ）のうち、１対の個眼像ペア、例えば個眼像７ｃと個眼像７ｄが２つの画像データとして抽出される。これらの画像データは視差検出部３２に転送される。ここでの視差検出は、一方の個眼像７ｃ内の微小ブロック（例えば、図２の符号９で示した微小ブロック）を他方の個眼像７ｄ内の微小ブロック（図２の符号９'で示した微小ブロック）と対比させながら、例えば相互相関を利用したブロックマッチング演算により実施される。そして、微小ブロック９を個眼像７ｃ内で図２の矢印方向に走査することにより、個眼像全体の微小ブロック（画素ごとにずらせば全画素）での視差を検出することができる。微小ブロック又は画素ごとに検出された視差量を、次の(１)式に代入することによって、微小ブロック又は画素ごとでの距離が算出され、これらを画像として結合することにより距離画像を取得することができる。


上記(１)式において、Ｂはレンズペアを構成するレンズの配列軸方向の距離、即ち基線長、ｆはレンズアレイにおけるレンズの焦点距離、Ｓは上記微小ブロックごとで検出される視差（単位は画素）、ｉは微小ブロ ック番号、ｐはＣＭＯＳセンサの画素ピッチ（画素サイズ）である。（請求項４）

次に、上記実施例１による撮像装置（図１を参照）の製造方法の一例について、図１及び図６を参照しながら説明する。図６は撮像装置の製造方法を説明するフロー図である。
図１に示された撮像装置おいて、レンズアレイ１には、結像に寄与しない領域の２箇所に、黒インクを塗布して形成された略円形の第１のマーク部５が施されている（請求項９）。一方、筐体２の当該第１のマーク部５に対応する所定位置には、第２のマーク部である略円形形状の開口部６が開けられている（請求項１１）。この撮像装置を製造する工程では、レンズアレイ１と筐体２を接合する際に、両者を略重ね合わせた被写体側の面、又は像側の面のいずれか一方の方向から光を照射し、他方の方向から各開口部６,６を通過してくる光量を検知しながら、その通過光量が最も少なくなるように、レンズアレイ１と筐体（レンズアレイ保持部材）２を面内シフト及び面内回転をさせて相対的位置を調整する。調整が完了したらレンズアレイ１と筐体２を突き当て（ほぼ完全に重ね合わせ）、両者の接触部の一部又は全部に接着剤を塗布して接合する。これによって、両者の相対的な位置合わせを厳密に行った上で、両者を接合することができる。

なお、上記第１のマーク部５と開口部（第２のマーク部）６の直径を厳密に一致させなくても、開口部６の直径を第１のマーク部５の直径より大きくしておけば、上記の通過光量の変化は検出可能である（請求項８）。また、上記の方法では第１のマーク部５を黒インクにより形成したが、そのような透過率の異なる材質のものを塗布しなくても、凹面もしくは凸面形状、又はそれらの組み合わせにより第１のマーク部５を形成しても良い。さらに、面形状による光の屈折作用により、マーク位置が観察又は検知することができるため、それらの形状を位置合わせ用の第１のマーク部５として用いても良い（請求項１０）。

また、図１に示された撮像装置において、筐体２と基板４ｂの間のレンズ光軸方向には隙間が空いており、接着剤２ｄが充填されている（請求項１２）。この隙間は、レンズアレイ１におけるレンズを介して、被写体と像が所定の結像関係を有するように調整されている。即ち、レンズアレイ１と筐体２を位置決めして接合した後、筐体２の所定の面、例えば２ｅ面をエア吸着し、筐体２を把持する。そして、所定の被写体距離に撮像ターゲットとなるチャートを設置し、それをレンズアレイ１で結像させる。撮像手段４により撮像された当該ターゲットチャートの複眼像をモニターしながら、全ての個眼像が略合焦するように（「複眼像から抽出した特徴量」に基づいて）、筐体２の略レンズの光軸方向における位置と傾きを調整する（ 請求項１３における「複眼像から抽出した特徴量」は、上記個眼像の合焦の程度に相当する）。複眼像の合焦調整ができたら、図１(ｂ)に示すように、筐体２と基板４ｂとの間の位置に接着剤２ｄを塗布し、筐体２と撮像手段４を接合する。

以上のようにして、レンズを介して被写体と像が所定の結像関係を有するように調整した上で、レンズアレイ１を取り付けた筐体２と撮像手段４とを接合させることができる（請求項９における「媒質」は、上記接着剤に相当する）。接着剤２ｄを筐体２と撮像手段４との間に塗布せず、筐体２の側面に塗布して、筐体２と撮像手段４とを接合することも可能である（この場合は、筐体２と撮像手段４との間に介在する空気が「媒質」に相当する）。
なお、レンズアレイ１を取り付けた筐体２と撮像手段４との、レンズの光軸と略垂直な平面内でのシフトや回転調整は、上記壁部２ｂの影の画像をモニターしながら、上記レンズの光軸方向の調整と並行して実施可能である。以上の製造工程の処理フローを図６に示す。（請求項１３）

本発明の実施例２による撮像装置について、図７〜図９に基づいて説明する。
先ず、本実施例２の撮像装置の構成について、図７を参照しながら説明する。図７は撮像装置の模式的な断面図であって、図１(ｂ)と同様な図であり、図１と同じ部品は同じ符号を付しており、同じ機能や作用を有する。
図７に示された本実施例２の撮像装置と、上記実施例１の撮像装置（図１を参照）との相違点は、主に２点である。第１の相違点は、撮像手段４の基板４ｂと筐体（レンズアレイ保持部材）２との間に、接着剤（媒質）２ｄ（図１(ｂ)を参照）を介在させず、両者を略接触させた状態で接着剤１２により接合している点である。しかし、これではレンズアレイ１と撮像手段４との結像関係を保証できないので、第２の相違点として、レンズアレイ１と筐体２の間に接着剤（媒質）１３を介在させ、当該接着剤１３の厚みを規定することによって、上記結像関係を保証している点である（請求項１５）。

次に、本実施例２による撮像装置の製造方法について、図７〜図９を参照しながら説明する。図７は撮像装置の模式的断面図、図８は製造工程での筐体と撮像手段の相対位置関係の調整方法を説明する模式図、図９は製造工程の処理フローを説明するフロー図である。
図７には図示されていないが、撮像手段４において、図１(ａ)における第１のマーク部５と開口部（第２のマーク部）６に対応する位置には、開口部６の直径以下の直径を有し、円形ミラーとして作用する第３のマーク部であるアルミ薄膜１４が蒸着されている（請求項１４）。このアルミ薄膜１４は、撮像手段４と筐体２のレンズ光軸と略垂直な平面内での位置調整のために用いる。図８を用いてその様子を説明する。図８において、符号４ａ及び４ｂは撮像手段４の撮像素子（ＣＭＯＳセンサ）及び基板、２は筐体、２ａ及び２ｂは筐体２の貫通孔及び壁部、６は筐体２に形成された位置合わせ用開口部（第２のマーク部）、１４は撮像手段４に蒸着されたアルミ薄膜であり、レンズアレイ１を取り付けずに、筐体２のみを撮像手段４に重ねたときの様子が示されている。

また、図８(ａ)は、筐体２が撮像手段４に対して正しい相対的位置にある場合であり、図８(ｂ)は、筐体２が撮像手段４に対してレンズ光軸と略垂直な平面内で回転及びシフトした場合である。両者を略重ね合わせた状態で、筐体２の開口部６の方向（筐体２を挟んで撮像手段４に対し反対側の方向）から光を照明したときに、図８(ａ)のように、正常な状態であって開口部６とアルミ薄膜１４がほぼ同じ位置にあれば、照明光はアルミ薄膜１４の全体で反射され、開口部６を照明方向とは逆方向に戻ってくる。そして、その場合の戻り光の光量は最大となる。しかし、図８(ｂ)のように、筐体２と撮像手段４との間に上記の回転及びシフトがあり、それに伴って開口部６とアルミ薄膜１４の相対位置がずれていると、照明光はアルミ薄膜１４の一部でしか反射されないので、その戻り光の光量は低下する。そのとき、筐体２をエア吸着などで把持し、当該戻り光の光量を検知しながら筐体２と撮像手段４の相対位置を調整することにより、上記正常な状態（図８(ａ)）を作り出すことができる。このようにして調整ができたら、図７に示されるように接着剤１２を塗布し、筐体２と撮像手段４を接合する。

次に、レンズアレイ１をエア吸着等で把持しながら筐体２に近づけ、レンズアレイ１により結像され、撮像手段４により撮像されたターゲットチャートの複眼像をモニターする。そして、複眼像を構成する全ての個眼像で焦点の合ったターゲットチャート像が得られるように、レンズアレイ１の略レンズ光軸方向における位置及び傾きを調整する。レンズの光軸と略垂直な面内でのレンズアレイ１の回転及びシフトの調整については、被写体方向から光を照明し、撮像手段４に形成されたアルミ薄膜１４により反射され、筐体２の開口部６を通過してくる戻り光が、レンズアレイ１における黒インク薄膜（図１(ａ)の第１のマーク部５を参照）により最も遮られる位置を、当該戻り光の光量を検知しながら見つけるようにすれば、当該回転及びシフトの誤差が除去される。そして、レンズの光軸と略平行な方向及び垂直な方向における所定位置にレンズアレイ１を位置決めできたら、図７に示されるように、接着剤１３をレンズアレイ１と筐体２の接触部分に塗布し、固化して両者を接合させる。（請求項１６）
以上により、レンズアレイ１、筐体２、及び撮像手段４について、所定の相対位置関係を確保しつつ、撮像装置を効率良く製造することができる。以上の製造工程のフローを図９に示す。

１…レンズアレイ １ａ，１ｂ…所定形状の曲面
２…筐体（レンズアレイ保持部材） ２ａ…貫通孔 ２ｂ…壁部 ２ｃ…空間（逃げ部）
２ｄ…接着剤 ２ｅ…（筐体の所定の）面
３…黒インク薄膜（不透明な膜） ４…撮像手段
４ａ…ＣＭＯＳセンサ（撮像素子） ４ｂ…基板
４ｃ…ワイヤ ５…第１のマーク部
６…開口部（第２のマーク部）
７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ…個眼像（被写体の縮小像）
８…壁部の影部分の画像領域
９，９’…微小ブロック（個眼像内の）
１０…複眼画像 １０ａ…個眼画像
１１…再構成像 １２，１３…接着剤
１４…アルミ薄膜（第３のマーク部） ２０，３０…演算器
２１，３１…画像キャプチャ部 ２２，３２…視差検出部
２３…再構成処理部 ３３…距離画像生成部

特開２００９−２０１００８号公報 特許第４２４６２５８号公報

Claims (16)

1. 被写体に対向する位置に設けられ、複数のレンズがアレイ配列されたレンズアレイと、前記レンズアレイの像面側に設けられ、前記複数のレンズのそれぞれにより略結像される前記被写体の縮小像(個眼像という)の集合である複眼像を撮像する撮像手段とから成る撮像装置において、
   レンズアレイの各レンズに一対一に対応する貫通孔を有し、かつ撮像光線に対して不透明性を有するレンズアレイ保持部材を備えることを特徴とする撮像装置。
2. 前記レンズアレイ保持部材が、前記撮像手段における撮像素子と基板との結線部に対する逃げ部を有することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記撮像手段による複眼像を単一像に再構成する再構成演算器を備えることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記レンズアレイの一部がステレオレンズペアを形成し、当該ステレオレンズペアにより得られる個眼像ペアから距離画像を生成する距離画像生成演算器を備えることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
5. 前記貫通孔が、被写体側から像面側に向かって孔サイズが拡大するテーパ形状を有することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
6. 前記貫通孔の貫通方向と略垂直な平面内での断面形状が、前記撮像手段と近接する部分において、略矩形形状であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
7. 前記レンズアレイの被写体側又は像面側の面における当該レンズアレイを構成するレンズの有効部以外の領域を、撮像光線に対して不透明な部材で覆うことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
8. 前記レンズアレイの像面側の面におけるレンズの有効部以外の領域の少なくとも２箇所に第１のマーク部を設け、前記レンズアレイ保持部材における前記第１のマーク部に略対応する部分に、当該第１のマーク部の断面サイズ以上のサイズを有する第２のマーク部を設けることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の撮像装置。
9. 前記第１のマーク部を前記レンズアレイの他の部分と透過率の異なる膜により形成することを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
10. 前記第１のマーク部を凹形状、凸形状、又はそれらの組み合わせにより形成することを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
11. 前記第２のマーク部を開口部により形成することを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
12. 前記レンズアレイ保持部材と前記撮像手段との間の略レンズの光軸方向における空間に、前記レンズアレイ保持部材や前記撮像手段とは異なる媒質を介在させることを特徴とする請求項８〜請求項１１のいずれかに記載の撮像装置。
13. 接合しようとする前記レンズアレイ保持部材と前記レンズアレイに光を照射して、前記第１のマーク部と第２のマーク部における通過光量を検知しながら、前記レンズアレイと前記レンズアレイ保持部材を接合する第１の工程と、
    前記レンズアレイ保持部材と前記撮像手段の間に介在させた媒質の厚みを、前記撮像手段による複眼像から抽出した特徴量に基づき調整しながら、前記レンズアレイ保持部材と前記撮像手段を結合する第２の工程とから成ることを特徴とする請求項１２に記載の撮像装置の製造方法。
14. 前記レンズアレイ保持部材の少なくとも２箇所に第２のマーク部を設け、前記撮像手段における前記第２のマーク部に対応する部分に、その周辺部分と異なる反射率を有する第３のマーク部を設けることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の撮像装置。
15. 前記レンズアレイ保持部材と前記レンズアレイとの間の略レンズの光軸方向における空間に、前記レンズアレイ保持部材や前記レンズアレイとは異なる媒質を介在させることを特徴とする請求項１４に記載の撮像装置。
16. 接合しようとする前記レンズアレイ保持部材と前記撮像手段に光を照射して、前記第３のマーク部で反射され前記第２のマーク部を通過する光量を検知しながら、前記レンズアレイ保持部材と前記撮像手段を接合する第１の工程と、
    前記レンズアレイ保持部材と前記レンズアレイの間に介在させた媒質の厚みを、前記撮像手段による複眼像から抽出した特徴量に基づき調整しながら、前記レンズアレイ保持部材と前記レンズアレイを結合する第２の工程とから成ることを特徴とする請求項１５に記載の撮像装置の製造方法。