JP4378434B2

JP4378434B2 - 複眼カメラモジュール

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Publication number: JP4378434B2
Application number: JP2009525817A
Authority: JP
Inventors: 悟史玉木; 典広今村
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-01-11
Filing date: 2009-01-09
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2029-01-09
Also published as: CN101682690B; JPWO2009087974A1; WO2009087974A1; US20100053414A1; CN101682690A

Description

本発明は、複数の撮影光学レンズによって画像を撮像する複眼カメラモジュールに関する。

デジタルビデオカメラやデジタルカメラのような撮像装置では、レンズを介して被写体像をＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子上に形成することにより、被写体を２次元の画像情報に変換する。近年、複数のレンズを用いることによって、複数の被写体の２次元画像を取得し、得られた画像の情報から被写体までの距離情報を測定するカメラが提案されている。

特許文献１はこのような被写体までの距離を測定する複眼カメラモジュールの一例を開示している。図１０は特許文献１に開示された複眼カメラモジュールの分解斜視図を示している。この複眼カメラモジュールは、被写体側から順に、光学絞り部材１１１、レンズアレイ１１２、遮光ブロック１１３、光学フィルタアレイ１１４、撮像素子１１６が配置された構造を備えている。レンズアレイ１１２は複数のレンズ１１２ａを有する。光学絞り部材１１１は、レンズアレイ１１２の各レンズの光軸と一致する位置に、それぞれ光学絞りを備える。光学フィルタアレイ１１４は、レンズアレイ１１２の各レンズに対応する領域ごとに分光特性が異なる複数の光学フィルタを備え、撮像素子１１６の受光面を覆っている。遮光ブロック１１３は、レンズアレイ１１２の隣り合うレンズ間の境界、即ち、光学フィルタアレイ１１４の隣り合う光学フィルタ間の境界と一致する位置に遮光壁１１３ａを備えている。撮像素子１１６は半導体基板１１５上に搭載されている。半導体基板１１５上には、駆動回路１１７および信号処理回路１１８が実装されている。

このように構成されたカメラモジュールにより、視差を有する画像が得られる。視差量はブロックマッチングと呼ばれる手法を用い、基準画像７−１の任意のブロックと最も類似したブロックを、参照画像７−２内で探索することによって視差量を算出し、視差量に基づいて被写体までの距離を算出する。

特開２００３−１４３４５９号公報

しかしながら、特許文献１に開示された複眼カメラモジュールでは、周囲の環境温度が変化すると、レンズアレイの各レンズの焦点距離や、レンズの光軸間の長さである基線長が変化する。これによって、測定距離の精度が劣化する。特許文献１は、この課題の解決方法についてはなんら記載していない。

本発明は、このような従来技術の課題を解決し、周囲の環境温度が変化しても測距精度を確保でき、小型で低コストの複眼カメラモジュールを提供することを目的とする。

本発明の複眼カメラモジュールは、同一平面上に配置された複数のレンズを有するレンズアレイと、前記複数のレンズによって形成された複数の被写体の像が１対１の関係で投影される複数の撮像領域を含み、投影された複数の像をそれぞれ電気信号に変換する撮像部と、前記複数のレンズに１対１の関係で対応する複数の光学絞りを有し、前記レンズアレイに対して前記撮像部と反対側位置する光学絞り部とを備え、前記レンズアレイを構成する材料の線膨張率と光学絞り部を構成する材料の線膨張率との差の絶対値が０．７×１０^-5／℃以下である。

ある好ましい実施形態において、前記レンズアレイを構成する材料の線膨張率と光学絞り部を構成する材料の線膨張率との差の絶対値が０．３５×１０^-5／℃以下である。

ある好ましい実施形態において、前記レンズアレイを構成する材料の線膨張率と光学絞り部を構成する材料の線膨張率との差の絶対値が０．２×１０^-5／℃以下である。

ある好ましい実施形態において、前記光学絞り部は、画角を規制するフード部を有する。

ある好ましい実施形態において、前記光学絞り部の各光学絞りの中心が前記各レンズの光軸と一致するように、前記光学絞り部と前記レンズアレイとが互いに当接し位置決めされている。

ある好ましい実施形態において、前記光学絞り部は、前記複数の光学絞りのそれぞれの位置を独立して調整可能な構造を備えている。

ある好ましい実施形態において、複眼カメラモジュールは、前記光学絞り部および前記撮像部を支持する鏡筒をさらに備え、前記レンズアレイと前記光学絞り部とは、前記各レンズの光軸と垂直な面における前記レンズアレイの中心に対して、対称に配置された第１の接着剤によって互いに固定されており、前記鏡筒と前記光学絞り部とは、前記各レンズの光軸と垂直な面における前記レンズアレイの中心に対して、対称に配置された第２の接着剤によって互いに固定されている。

本発明の複眼カメラモジュールの製造方法は、同一平面上に配置された複数のレンズを有するレンズアレイと、前記複数のレンズによって形成された複数の被写体の像が１対１の関係で投影される複数の撮像領域を含み、投影された複数の像をそれぞれ電気信号に変換する撮像部と、前記複数のレンズに１対１の関係で対応する複数の光学絞りを有し、前記レンズアレイに対して前記撮像部と反対側位置する光学絞り部とを備え、前記レンズアレイを構成する材料の線膨張率と光学絞り部を構成する材料の線膨張率との差の絶対値が０．７×１０^-5／℃以下である複眼カメラモジュールの製造方法であって、前記光学絞りの各光学絞りの中心が前記各レンズの光軸上に位置するように、前記光学絞り部の前記各レンズの光軸と平行な面と、前記レンズモジュールの前記各レンズの光軸と平行な面とを当接させた状態で前記光学絞り部と前記レンズモジュールを第１の接着剤によって接合する工程を包含する。

ある好ましい実施形態において、前記各レンズの光軸と垂直な面における前記レンズアレイの中心に対して、前記第１の接着剤を対称に配置することにより、前記レンズアレイと前記光学絞り部とを固定する。

本発明によれば、レンズアレイの材料および光学絞り部の材料の線膨張率差を０．７×１０^-5／℃以下に設定することによって、複眼カメラモジュールを構成する材料の環境温度に応じた膨張量や収縮量を考慮するだけでは、補正することが困難なレンズの光軸と光学絞りの中心との偏芯量が環境温度によって変化することを抑制することができ、視差量の変化も抑制できる。したがって、環境温度が変化しても高い測距精度を維持することが可能であり、基線長が短い小型の複眼カメラモジュールであっても、距離精度を向上させることが可能となる。

本発明による複眼カメラモジュールの実施形態を示す側面断面図である。図１の複眼カメラモジュールにおける、光学絞り部およびレンズアレイからなるユニットの側面断面図である。図２のユニットの正面図である。図２のユニットの分解斜視図である。図１の複眼カメラモジュールにおいて、距離を算出する原理を説明する図である。光学絞りの中心がレンズの光軸に対し偏芯している場合における像高と視差変化率との関係を示すグラフである。光学絞りの中心がレンズの光軸に対し偏芯している場合における像高と視差変化率との関係を示す他のグラフである。（ａ）は、レンズアレイと光学絞りモジュールとを接合する接着剤の位置を示しており、（ｂ）は、光学絞り部と鏡筒とを接合する接着剤の位置を示しており、（ｃ）は、（ａ）および（ｂ）に示す接着剤の位置を示す断面図である。本発明による複眼カメラモジュールに用いられる光学絞り部の他の形態を示す側面断面図である。従来の複眼カメラモジュールを示す分解斜視図である。

以下、図面を参照しながら本発明による複眼カメラモジュールの実施形態を説明する。

図１は本実施形態の複眼カメラモジュールの主要な構成を示す側面断面図である。複眼カメラモジュールは、光学絞り部１と、レンズアレイ４と、鏡筒５と、撮像部６とを備えている。

レンズアレイ４は、同一の平面上に配置された２つのレンズ４ａ、４ｂを有しており、樹脂成型などによって一体的に構成されている。レンズアレイ４の被写体側に光学絞り部１が位置している。光学絞り部１は、レンズ４ａ、４ｂに１対１の関係で対応した光学絞り２ａ、２ｂを有している。光学絞り２ａ、２ｂは開口を有し、レンズ４ａ、４ｂに入射する光の量を制限する。光学絞り２ａ、２ｂの中心２ａｐ、２ｂｐはレンズ４ａ、４ｂの光軸４ａｐ、４ｂｐと一致するようにレンズアレイ４と光学絞り部１とが位置決めされており、レンズアレイ４と光学絞り部１とが接合されることによってユニットを構成している。ここで、中心２ａｐ、２ｂｐが光軸４ａｐ、４ｂｐと一致するとは、中心２ａｐ、２ｂｐの光軸４ａｐ、４ｂｐに対する偏芯量が厳密に０μｍである場合のみならず、概ね５μｍ以下であることを言う。

図２は、レンズアレイ４および光学絞り部１からなるユニットの側面断面図であり、図３は光学絞り部１側、つまり、被写体側からユニットを見た正面図である。また、図４はレンズアレイ４側から見たユニットの分解斜視図である。

これらの図に示すように、光学絞り部１はさらにレンズ４ａ、４ｂに対して斜め光が入射しないようにフード部３ａ、３ｂを有している。光学絞り部１において、光学絞り２ａ、２ｂとフード３ａ、３ｂとが一体的に構成されているため、部品点数が削減され、コストの低減が図れる。光学絞り部１も樹脂成型などによって一体的に構成されている。以下において、詳細に説明するように、レンズアレイ４を構成する材料の線膨張率と光学絞り部１を構成する材料の線膨張率との差の絶対値は０．７×１０^-5／℃以下である。

図１に示すように、鏡筒５は、上述の光学絞り部１およびレンズアレイ４からなるユニットを一端近傍において保持、固定する。撮像部６は、鏡筒５の他端近傍において保持、固定されている。撮像部６は撮像領域６ａ、６ｂを有し、撮像領域６ａ、６ｂのそれぞれは、２方向に２次元配列された多数の画素を含む。撮像部６はＣＣＤ等の２つの撮像センサーを含み、２つの撮像センサーがそれぞれ撮像領域６ａ、６ｂを有していてもよいし、１つの撮像センサーによって構成され、１つの撮像領域が撮像領域６ａ、６ｂを含んでいてもよい。

レンズ４ａ、４ｂによって形成された２つの被写体の像が撮像部６の撮像領域６ａ、６ｂに１対１の関係で投影されるようにレンズアレイ４に対して配置されている。撮像部６はレンズアレイ４に対して光学絞り部１とは反対側に位置している。２つの被写体の像のそれぞれが、対応しない撮像領域６ａまたは６ｂに入射しないよう、レンズアレイ４と撮像部６との間であって、レンズ４ａおよびレンズ４ｂの光路の間に遮光壁８が設けられている。

被写体からの光は、光学絞り２ａ、２ｂを通過し、それぞれ別個にレンズ４ａ、４ｂによって像が形成され、撮像領域６ａ、６ｂに投影される。撮像部６は、撮像領域６ａ、６ｂに形成された像を光の強度に応じて電気信号に変換する。所定の波長の光のみを透過させるため、レンズアレイ４と撮像部６との間に光学フィルタ７を設けてもよい。また、撮像領域６ａ、６ｂに迷光が入射するのを防止するため、光学フィルタ７の近傍に遮光膜９を設けてもよい。

撮像部６から出力された電気信号は、様々な信号処理が施され、画像処理される。たとえば、撮像領域６ａ、６ｂが撮像した２つの画像を用いて、画像間の視差量を求め、被写体までの距離を測定することができる。これらの処理は、デジタル信号プロセッサ（図示せず）等を用いて行うことができる。

次に、図５を参照しながら、各撮像画像を用いて対象物までの距離を測定する原理を説明する。

撮像領域６ａの画像を基準画像とし、６ａの画像を、例えば３２×３２画素からなる複数の画素ブロックに分割する。そして、撮像領域６ａのある画素ブロックと相関を有する領域を、他方の参照画像である撮像領域６ｂの画像内で探索し特定する。いわゆる、ブロックマッチングと呼ばれる手法である。そして、特定された画素ブロック間の視差より、被写体までの距離を算出する。

レンズ４ａ、４ｂから被写体までの距離をＬ［ｍｍ］とし、レンズ４ａ、４ｂが同一の光学特性を有しており、焦点距離がｆ［ｍｍ］であるとする。また、レンズ４ａ、４ｂのレンズ間隔（光軸間距離）である基線長をＤ［ｍｍ］とし、ブロックマッチングにより算出された画素ブロックの相対的なズレ量である視差量をｚ［画素］、撮像素子の画素ピッチをｐ［ｍｍ／画素］とする。被写体までの距離Ｌは下記（数１）を用いて求めることができる。

このようにして、（数１）を用いることによって、撮像された１組の画像から、被写体までの距離を測定することができる。

本発明では、周囲の環境温度が変化しても高い測距精度を維持することができるように、レンズアレイ４を構成する材料の線膨張率と光学絞り部１を構成する材料の線膨張率との差の絶対値を０．７×１０^-5／℃以下にする。以下、この理由を説明する。

図１に示すように構成された複眼カメラモジュールにおいて、特にレンズアレイ４が樹脂から構成される場合、周囲の環境温度が変化すると、レンズアレイ４の体積が樹脂の線膨張率で定まる割合で、環境温度に応じて変化する。その結果、環境温度に応じて、レンズ４ａ、４ｂの光軸間の長さである基線長Ｄが伸びたり縮んだりし、測定した距離の結果に含まれる誤差が増大する。また、環境温度が変化すると、レンズアレイ４の屈折率も変化し、レンズの焦点距離ｆが変化する。したがって測定した距離の結果に含まれる誤差が増大する。

環境温度変化に対する基線長Ｄの変化等は、レンズアレイ４を構成する樹脂の線膨張率が既知であれば、環境温度を検出することにより、環境温度によって膨張または収縮した真の基線長Ｄを推測することが可能であり、環境温度による影響を補正した正確な測定距離を容易に算出できる。

例えば、複眼カメラモジュールが車に搭載される場合、周囲の環境温度が一定となることは稀であり、周囲の環境温度は時々刻々と変化する。したがって、このような場合において、被写体までの距離を正確に測定するためには、上述したように周囲の環境温度の変化に応じた補正を行うことが重要である。

このように、レンズアレイ４の体積変化等の変動要因については、周辺環境温度変化を検出することにより補正することが可能である。しかし、複眼カメラモジュールにおける環境温度の変化による影響はレンズアレイ４にのみ生じるのではない。本願発明者が詳細に検討したところ、光学絞り２ａ、２ｂの中心２ａｐ、２ｂｐと対応するレンズ４ａ、４ｂの光軸４ａｐ、４ｂｐとのズレ、つまり偏芯が測定距離に含まれる誤差を増大させる要因となることが分かった。

しかしながら、この偏芯は、環境温度を検出しても容易に補正することができない。なぜなら、光学絞り２ａ、２ｂの中心２ａｐ、２ｂｐと対応するレンズ４ａ、４ｂの光軸４ａｐ、４ｂｐとの偏芯が生じると、被写体の像高によって視差量が異なってしまい、その変化は像高に対して非線形的だからである。このため、視差量を像高に応じて補正することは非常に困難である。さらに、周辺の環境温度が変化することにより、光学絞り２ａ、２ｂの中心２ａｐ、２ｂｐと対応するレンズ４ａ、４ｂの光軸４ａｐ、４ｂｐとの偏芯量が変化すると、視差量もさらに変化する。このため環境温度あるいは像高に応じて視差量を補正することがさらに困難となる。

以下、光学絞りの中心とレンズの光軸とのズレが像高および視差量にどのように影響を与えるかを検討した結果を説明する。

図６は、レンズ４ａ、４ｂの光軸４ａｐ、４ｂｐとそれに対応した光学絞り２ａ、２ｂの中心２ａｐ、２ｂｐとの偏芯を４段階に変化させた場合における像高に対する視差量の変化について解析した結果を示している。解析は、基線長を２．６ｍｍとし、焦点距離を２．６ｍｍとし、被写体をレンズ４ａ、４ｂから３０００ｍｍの距離に置き、主光線追跡によって行った。図６において、横軸は最大像高を１００とした時の像高を示し、縦軸は正しい視差量に対する視差量の変化率を示している。点線で示される条件１は、偏芯がない正規の位置での像高と視差量変化率との関係を示す。また、実線で示される条件２は、レンズ４ａ、４ｂの光軸に対し、光学絞り２ａ、２ｂの中心２ａｐ、２ｂｐが、基線方向に５μｍシフトした場合の、像高と視差量の変化率との関係を示している。さらに、２点鎖線で示される条件３は、レンズ４ａ、４ｂの光軸に対し、光学絞り２ａ、２ｂの中心２ａｐ、２ｂｐが、基線方向に１２．３μｍシフトした場合の、像高と視差量の変化率との関係を示している。さらに、１点鎖線で示される条件４はレンズ４ａ、４ｂの光軸に対し、光学絞り２ａ、２ｂの中心２ａｐ、２ｂｐが、基線方向に７．３μｍシフトした場合の、像高と視差量の変化率との関係を示している。

図６において点線（条件１）で示すように、レンズ４ａ、４ｂの光軸４ａｐ、４ｂｐと光学絞り２ａ、２ｂの中心２ａｐ、２ｂｐとに偏芯が生じていない場合、像高によらず、視差量の変化率はゼロとなる。つまり、偏芯がなければ、像高によらず測定距離に誤差が発生しないことを示している。

これに対し図６において実線（条件２）で示すように、５μｍの偏芯がある場合、像高によって視差量の変化率が非線形的に変化する。図示していないが同じ偏芯の条件で、被写体距離を変えて同様に偏芯による視差量の変化率の解析を行ったところ、被写体距離を変化させた時の変化の度合いと、各像高に対する視差量の変化の度合いとの関係を導き出すことは非常に困難であることが分かった。したがって、光学絞り２ａ、２ｂの中心２ａｐ、２ｂｐとレンズ４ａ、４ｂの光軸４ａｐ、４ｂｐとの偏芯による測定距離の誤差を、環境温度を検出することによって補正することはきわめて困難であることがわかった。

なお、条件２における偏芯は、室温で複眼カメラモジュールを組み立てた直後であり、光学絞り部１の各光学絞り２ａ、２ｂ間のピッチずれ、あるいは、レンズアレイ４のレンズ４ａ、４ｂ間のピッチズレに起因して発生する、組立て初期の光学絞りの中心とレンズの光軸との偏芯を想定している。

条件３（２点鎖線）は、レンズアレイ４の線膨張率および光学絞り部１の線膨張率に差があり、条件２の状態から周辺の環境温度が変化することによって偏芯量が基線方向に７．３μｍが増加した場合に対応する。偏芯がゼロのときに比べて１２．３μｍ発生した場合に相当する。なお、７．３μｍの偏芯は、レンズアレイ４を構成する材料として、線膨張率が７．０×１０^-5／℃であるシクロオレフィンポリマー系と、光絞り部材を構成する材料として線膨張係数が２．３×１０^-5／℃であるアルミニウムとを用い、温度変化が６０℃ある場合に生じる偏芯量に相当する。図６から明らかなように、環境温度が変化し、偏芯量がさらに大きくなると、視差量の変化率もさらに大きくなり、その結果、測定距離の誤差も増大することがわかる。

また、条件４（１点鎖線）は、レンズアレイ４の線膨張率および光学絞り部１の線膨張率に差があり、条件１の状態から周辺の環境温度が変化することによって偏芯量が基線方向に７．３μｍが増加した場合に対応する。

図６において、２点鎖線で示すように、像高に対する視差量の変化率は非線形となり、光学絞りの中心とレンズの光軸との偏芯量を周囲の環境温度に基づいて算出したとしても、像高によって視差量の変化が大きく異なるため、計測距離の補正をすることが非常に困難であることがわかる。つまり、環境温度が１次的に変化しても、環境温度の変化前後での各像高に対する視差量の変化率との関係を見出すことが極めて困難である。

図６において１点鎖線で示すように、偏芯量が小さければ、視差量の変化率も小さくなる。しかし、変化率は像高に対して一定ではない。したがって、条件３の場合と同様、環境温度の変化前後での各像高に対する視差量の変化率との関係を見出すことが極めて困難である。つまり、偏芯の原因となるレンズおよび光学絞りを構成するレンズアレイ４と光学絞り部１の線膨張率を用いて、環境温度に応じて偏芯量の変化を正確に補正することが実質的にできないということが分かった。

そこで、本実施形態の複眼カメラモジュールでは、環境温度が変化しても、光学絞りの中心とレンズの光軸との偏芯量を増大させないため、光学絞り部１およびレンズアレイ４の材料の線膨張率を略同一とした。つまり、必要な測定距離精度を確保するために、環境温度変化に対し偏芯量を推測し、測定距離を補正するのではなく、環境温度が変化しても、レンズの光軸と光学絞りの中心との偏芯量が一定の範囲内になるように構成している。

レンズアレイ４および光学絞り部１の具体的材料としては、例えば、レンズアレイにシクロオレフィンポリマー系の樹脂を採用した場合、その線膨張率は７×１０^-5／℃であり、光学絞り部１にポリカーボネイトを採用した場合、その線膨張率は６．８×１０^-5／℃である。したがって２つの材料の線膨張率はほぼ一致している。これらの組合せ以外でも、適宜選択可能である。例えば、ＡＢＳにガラスを分散させることにより、線膨張率を調整することが可能である。

図７は、レンズ４ａ、４ｂの光軸４ａｐ、４ｂｐとそれに対応した光学絞り２ａ、２ｂの中心２ａｐ、２ｂｐとのズレである偏芯を３段階に変化させた時の、像高に対する視差量の変化について解析した結果を示す。解析は、基線長を２．６ｍｍとし、被写体を距離３０００ｍｍにおき、主光線追跡により行った。図７において、横軸は最大像高を１００とした時の像高を示し、縦軸は正しい視差量に対する視差量の変化率を示している。点線は、レンズアレイ４の線膨張率を７．０×１０^-5／℃とし、光絞り部１の線膨張係数を６．８×１０^-5／℃とし、温度変化量を６０℃とした場合の値である（条件５）。また、実線は、レンズアレイ４の線膨張率を７．０×１０^-5／℃とし、光絞り部１の線膨張係数を６．６５×１０^-5／℃とし、温度変化量を６０℃とした場合の値である（条件６）。さらに、２点鎖線は、レンズアレイ４の線膨張率を７．０×１０^-5／℃とし、光絞り部材の線膨張係数を６．３×１０^-5／℃とし、温度変化量を６０℃とした場合の値である（条件７）。条件５、６、７における線膨張率の差はそれぞれ、０．２×１０^-5／℃、０．３５×１０^-5／℃、０．７×１０^-5／℃である。

図７と図６とを比較することによって明らかなように、レンズアレイ４の線膨張率と光絞り部１の線膨張率との差の絶対値を所定の値以下にすることによって、レンズの光軸と光学絞りの中心と偏芯量の変化が抑制されるため、視差量の変化が大幅に抑制されることが分かる。また、視差の変化量が像高にほとんど依存しなくなることが分かる。

図７から分かるように、測定精度を０．３％以下、つまり、視差変化率を０．３％以下にするには、レンズアレイ４の線膨張率と光絞り部１の線膨張率との差の絶対値を０．７×１０^-5／℃以下にする必要がある。さらに、測定精度（視差変化率）を０．２％以下にするには、レンズアレイ４の線膨張率と光絞り部１の線膨張率との差の絶対値を０．３５×１０^-5／℃以下にする必要がある。さらに、測定精度（視差変化率）を０．１％以下にするには、レンズアレイ４の線膨張率と光絞り部１の線膨張率との差の絶対値を０．２×１０^-5／℃以下にする必要がある。したがって、レンズアレイ４の線膨張率と光絞り部１の線膨張率との差の絶対値は、０．７×１０^-5／℃以下であることが好ましく、０．３５×１０^-5／℃以下であることがより好ましい。レンズアレイ４の線膨張率と光絞り部１の線膨張率との差の絶対値が０．２×１０^-5／℃以下であれば、環境温度変化によるレンズの光軸と光学絞りの中心と偏芯量の変化の影響をほぼ排除することができる。

このように本実施形態の複眼カメラモジュールによれば、レンズアレイの材料および光学絞り部の材料の線膨張率差を０．７×１０^-5／℃以下にすることによって、複眼カメラモジュールを構成する材料の環境温度に応じた膨張量や収縮量を考慮するだけでは、補正することが困難なレンズの光軸と光学絞りの中心との偏芯量が環境温度によって変化することを抑制することができ、視差量の変化も抑制できる。したがって、距離の測定精度を飛躍的に向上させることができる。

なお、図６のグラフから分かるように、レンズの光軸と光学絞りの中心との偏芯量が厳密にゼロでなければ、像高に応じて視差量の変化率に差異が生じる。しかし、上述したようにレンズアレイ４の線膨張率と光絞り部１の線膨張率との差の絶対値を所定の値以下にすることによって、環境温度の変化による偏芯量の変動が抑制されるため、環境温度の変化によって視差量の変化率が変動することはない。このため、複眼カメラモジュールを組み立てた際のレンズの光軸と光学絞りの中心との偏芯量が厳密にゼロではなくても、このような、環境温度の変化による視差変化率の変動が抑制されるため、距離の測定精度を向上させることができる。

また、このようにレンズアレイ４の線膨張率と光絞り部１の線膨張率との差の絶対値を所定の値以下にすることによって、環境温度の変化にかかわらず、レンズ４ａ、４ｂの光軸４ａｐ、４ｂｐとそれに対応した光学絞り２ａ、２ｂの中心２ａｐ、２ｂｐとのズレである偏芯によって生じる測定誤差の影響を最小にすることができる。ただし、これによって、環境温度変化に対する基線長Ｄの変化を抑制することはできない。このため、上述したように、環境温度変化に応じて、レンズアレイ４を構成する材料の線膨張率を用いて基線長Ｄの変化量を求め、基線長Ｄの変化量に基づいて視差量を補正することが好ましい。これにより、環境温度の変化にかかわらず精度の高い計測を行なうことが可能となる。

また、上述した構成によって、環境温度の変化による偏芯量の変化を抑制することができるが、偏芯量の初期値そのものを小さくするためには、レンズアレイ４および光学絞り部１の線膨張率を略同一にすることに加えて、組み立て時における偏芯量を出来るだけ低減することも重要である。このため、本実施形態の複眼カメラモジュールでは、光学絞り部１の光学絞りの中心とレンズの光軸とが一致するように、光学絞り部１とレンズアレイ４とを当接させて位置決めし、光学絞り部１とレンズアレイ４とを接合している。以下、この点を含めて複眼カメラモジュールの製造方法を説明する。

図４に示すように、光学絞り部１およびレンズアレイ４からなるユニットにおいて、レンズアレイ４のレンズ４ａ、４ｂが配置された平面に平行にｘ軸およびｙ軸をとり、レンズアレイ４の厚さ方向にｚ軸をとる。光学絞り部１はレンズ４ａ、４ｂの光軸と平行であり、ｘ軸およびｙ軸にそれぞれ平行な基準面１ｘおよび基準面１ｙを有しており、レンズアレイ４は、レンズ４ａ、４ｂの光軸と平行であり、ｘ軸およびｙ軸にそれぞれ平行な基準面４ｘおよび基準面４ｙを有している。

複眼カメラモジュールを製造する際、まず、所定の形状に加工された光学絞り部１、レンズアレイ４、鏡筒５および撮像部６を用意する。次に、光学絞り部１とレンズアレイ４とを接合し、ユニットを作製する。この際、図４に示すように、光学絞り部１の光学絞り２ａ、２ｂの中心２ａｐ、２ｂｐとレンズアレイ４のレンズ４ａ、４ｂの光軸４ａｐ、４ｂｐとが一致するように、光学絞り部１の基準面１ｘとレンズアレイ４の基準面４ｘとを当接させ、また、光学絞り部１の基準面１ｙとレンズアレイ４の基準面４ｙとを当接させる。これにより、レンズアレイ４が光学絞り部１に対して位置決めされた状態となる。

次に、図８（ａ）および（ｃ）に示すように、レンズアレイ４が光学絞り部１に対して位置決めされた状態のまま、レンズアレイ４と光学絞り部１との間に接着剤（第１の接着剤）１０ａを配置する。このとき接着剤１０ａが配置される位置、領域および量は、レンズアレイ４のレンズ４ａ、４ｂが配置された平面あるいは（レンズ４ａ、４ｂの光軸に垂直な平面）における中心Ｃ１に対して、対称となるようにする。本実施形態では、ｙ方向における接着剤１０ａの位置、領域および量が中心Ｃ１に対して上下対称であり、また、ｘ方向における接着剤１０ａの位置、領域および量が中心Ｃ１に対して左右対称である。その後、接着剤１０ａが硬化するまでレンズアレイ４が光学絞り部１に対して位置決めされた状態を保つ。これにより、レンズアレイ４および光学絞り部１が互いに接合され、ユニットが構成される。また、それぞれの部品の加工公差内に偏芯量を押えることが可能となる。

次に、このユニットを鏡筒５に接合する。図８（ｂ）および（ｃ）に示すように、ユニットを鏡筒５に挿入し、光学絞り部１と鏡筒５のレンズ４ａ、４ｂと平行な面と鏡筒５のレンズ４ａ、４ｂと平行な面とを当接させて位置決めした後、鏡筒５とユニットの光学絞り部１との間に接着剤（第２の接着剤）１０ｂを配置する。このとき接着剤１０ｂが配置される位置、領域および量は、ユニットのレンズ４ａ、４ｂが配置された平面（レンズ４ａ、４ｂの光軸に垂直な平面）における中心Ｃ２に対して、対称となるようにする。本実施形態では、ｙ方向における接着剤１０ｂの位置、領域および量が中心Ｃ２に対して上下対称であり、また、ｘ方向における接着剤１０ｂの位置、領域および量が中心Ｃ２に対して左右対称である。その後、接着剤１０ｂが硬化するまでユニットが鏡筒５に対して位置決めされた状態を保つ。これにより、光学絞り部１と鏡筒５が接合され、光学絞り部１、レンズアレイ４および鏡筒５が一体的に接合される。

このように接着剤の塗布領域および塗布量を中心Ｃ１またはＣ２に対して対称に配置することにより、環境温度が変化した場合において、接着剤の膨張、収縮による応力が、レンズアレイ４、光学絞り部１および鏡筒５に対して上下対称かつ左右対称に加わり、レンズアレイ４、光学絞り部１および鏡筒５の組品は部材の中心を基準に膨張、収縮する。このため、各光学系の光軸の位置変化を精度良く推定することができ、高精度な温度補償が可能となる。

なお本実施形態では、光学絞り部１は光学絞り２ａ、２ｂを一体的に有していた。光学絞り部１に光学絞り２ａ、２ｂが精度よく形成されている場合には、一体構造であるため、レンズアレイ４に対する位置あわせが１つの部品ですみ、組み立てが簡便になるという利点がある。しかし、光学絞り２ａ、２ｂの中心間隔が所定の精度で配置していない場合、あるいは、光学絞り部１には光学絞り２ａ、２ｂが精度よく形成されているが、レンズアレイ４におけるレンズ４ａ、４ｂの位置精度が高くない場合には、レンズ４ａ、４ｂの光軸と、光学絞り２ａ、２ｂの中心とがそれぞれ一致するように、光学絞り部１は、光学絞り２ａ、２ｂのそれぞれの位置を独立して調整可能な構造を備えていてもよい。

図９は、このような構造を備えた光学絞り部１およびレンズアレイ４のユニットの断面構造を示している。図９に示すように、光学絞り部１は、光学絞り２ａを含む第１光学絞り部１ａと、光学絞り２ｂを含む第２光学絞り部１ｂを含む。光学絞り部１を２つに分割し、それぞれ独立して移動可能にすることによって、レンズアレイ４のレンズ４ａに対し、レンズ４ａの光軸４ａｐと光学絞り２ａの中心２ａｐが一致するよう、光学絞り部１ａを並進または回転調整して位置決めすることが可能となる。好ましくは、レンズ４ａの光軸４ａｐと光学絞り２ａの中心２ａｐが一致した状態で、レンズアレイ４のレンズ４ａの光軸と平行な面４ａｆと第１光学絞り部１ａのレンズ４ａの光軸と平行な面１ａｆとを当接させ、位置決めを行なう。

同様に、レンズアレイ４のレンズ４ｂに対し、レンズ４ｂの光軸４ｂｐと光学絞り２ｂの中心２ｂｐが一致するよう、光学絞り部１ｂを並進または回転調整して位置決めすることが可能となる。好ましくは、レンズ４ｂの光軸４ｂｐと光学絞り２ｂの中心２ｂｐが一致した状態で、レンズアレイ４のレンズ４ｂの光軸と平行な面４ｂｆと第２光学絞り部１ｂのレンズ４ａの光軸と平行な面１ｂｆとを当接させ、位置決めを行なう。

このように位置決めを行なった状態でレンズアレイ４と第１光学絞り部１ａおよび第２光学絞り部１ｂとを接着剤で接合すればよい。これによりそれぞれのレンズの光軸に対する光学絞りの中心の位置の偏芯量を低減するための調整を行なうことができる。その結果、複数のレンズを一体で構成するレンズアレイにおいても、それぞれのレンズの光軸と光学絞りの中心との偏芯量を限りなくゼロにすることが可能となり、測定距離の精度を確保することができる。

なお、本実施形態では、レンズアレイ４は２つのレンズ４ａ、４ｂを有していたが３つ以上のレンズを有していても同様の効果が得られる。

また、本実施形態では光学フィルタ７を、レンズアレイ４の近傍に配置しているが、撮像素部６上において画素毎に光学フィルタ７を配置してもよい。

また、光学絞り部１を構成する樹脂材料には遮光性が必要なことは言うまでもないが、そのために光学絞り部１を構成する樹脂材料にカーボンを３％以上添加させることによって遮光性を確保してもよい。

本発明の複眼カメラモジュールは、車載用途の測距装置や３次元画像の撮像装置として有用である。

１光学絞り部
２ａ、２ｂ光学絞り
３ａ、３ｂフード
４レンズアレイ
４ａ、４ｂレンズ
５鏡筒
６撮像部
６ａ、６ｂ撮像領域
７光学フィルタ
８遮光壁

Claims

同一平面上に配置された複数のレンズを有するレンズアレイと、
前記複数のレンズによって形成された複数の被写体の像が１対１の関係で投影される複数の撮像領域を含み、投影された複数の像をそれぞれ電気信号に変換する撮像部と、
前記複数のレンズに１対１の関係で対応する複数の光学絞りを有し、前記レンズアレイに対して前記撮像部と反対側位置する光学絞り部と、
を備え、
前記レンズアレイを構成する材料の線膨張率と光学絞り部を構成する材料の線膨張率との差の絶対値が０．７×１０^-5／℃以下である複眼カメラモジュール。
前記レンズアレイを構成する材料の線膨張率と光学絞り部を構成する材料の線膨張率との差の絶対値が０．３５×１０^-5／℃以下である請求項１に記載の複眼カメラモジュール。
前記レンズアレイを構成する材料の線膨張率と光学絞り部を構成する材料の線膨張率との差の絶対値が０．２×１０^-5／℃以下である請求項１に記載の複眼カメラモジュール。
前記光学絞り部は、画角を規制するフード部を有する請求項１から３のいずれかに記載の複眼カメラモジュール。
前記光学絞り部の各光学絞りの中心が前記各レンズの光軸と一致するように、前記光学絞り部と前記レンズアレイとが互いに当接し位置決めされている請求項１から４のいずれかに記載の複眼カメラモジュール。
前記光学絞り部は、前記複数の光学絞りのそれぞれの位置を独立して調整可能な構造を備えている請求項１から５のいずれかに記載の複眼カメラモジュール。
前記光学絞り部および前記撮像部を支持する鏡筒をさらに備え、
前記レンズアレイと前記光学絞り部とは、前記各レンズの光軸と垂直な面における前記レンズアレイの中心に対して、対称に配置された第１の接着剤によって互いに固定されており、
前記鏡筒と前記光学絞り部とは、前記各レンズの光軸と垂直な面における前記レンズアレイの中心に対して、対称に配置された第２の接着剤によって互いに固定されている請求項１から６にいずれかに記載の複眼カメラモジュール。
同一平面上に配置された複数のレンズを有するレンズアレイと、前記複数のレンズによって形成された複数の被写体の像が１対１の関係で投影される複数の撮像領域を含み、投影された複数の像をそれぞれ電気信号に変換する撮像部と、前記複数のレンズに１対１の関係で対応する複数の光学絞りを有し、前記レンズアレイに対して前記撮像部と反対側位置する光学絞り部とを備え、前記レンズアレイを構成する材料の線膨張率と光学絞り部を構成する材料の線膨張率との差の絶対値が０．７×１０^-5／℃以下である複眼カメラモジュールの製造方法であって、
前記光学絞りの各光学絞りの中心が前記各レンズの光軸上に位置するように、前記光学絞り部の前記各レンズの光軸と平行な面と、前記レンズモジュールの前記各レンズの光軸と平行な面とを当接させた状態で前記光学絞り部と前記レンズモジュールを第１の接着剤によって接合する工程を包含する複眼カメラモジュールの製造方法。
前記各レンズの光軸と垂直な面における前記レンズアレイの中心に対して、前記第１の接着剤を対称に配置することにより、前記レンズアレイと前記光学絞り部とを固定する請求項８に記載の複眼カメラモジュールの製造方法。