JP5545527B2 - 距離画像取得装置 - Google Patents

Description

本発明は、レンズアレイを構成するステレオレンズペアと撮像素子を用いて距離情報を取得する距離画像取得装置（ステレオカメラ）に関し、特に車載用のように、温度の環境変化が激しい用途に適した距離画像取得装置に関するものである。この距離画像取得装置は、車載用画像センサ、セキュリティ用画像センサ、産業用画像センサ、又は医療用画像センサ等に応用することができる。

自動車等を制御するために、周囲の環境をより高精度に認識することができる距離画像取得装置のニーズが高くなっている。そして、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、装置を小型化することも併せて要請されている。距離画像取得装置は、ステレオカメラの原理を用いているため、その光軸と略垂直な平面内での２つのレンズ（カメラ）の光軸間の距離、即ち、基線長が距離の検出精度を決定する重要な要素となる。
しかし、例えば自動車に搭載する用途では、厳しい環境下での装置の使用が要求されるが、この環境の変化は距離画像取得装置による距離の検出精度に大きく影響を与える。その中でも、特に温度変化による基線長の変化は大きな誤差要因となる。

小型の距離画像取得装置において、温度変化による距離の検出誤差に対応する従来技術としては、特開２００９−２５０７８５号公報（「撮像装置」、引用文献１）に記載されたものがある。この距離画像取得装置では、レンズアレイを構成するレンズをステレオレンズペアとして装置の小型化を図ると共に、温度変化による基線長の変化を知るために温度検出素子を構成として付加している。
しかし、この距離画像取得装置では温度検出用の余分な構成が付加されているため、装置の製造コストを増大させ、また装置を大型化させるという問題があった。

また、他の従来技術としては、特開２００９−５３０１１号公報（「撮像装置」、引用文献２）に記載されたものがある。この距離画像取得装置おいても、上記引用文献１の従来技術と同様に、レンズアレイを構成するレンズをステレオレンズペアとして装置の小型化を図ったものであり、レンズアレイの熱変形の個体差を抑制すべく、レンズアレイ保持方法を改良したものである。
しかし、この距離画像取得装置では、熱変形による基線長の変動の検知方法が開示されていないため、上記従来技術と同じような温度検出用の余分な構成の付加を想定すれば、依然として装置の製造コストの増大や大型化の問題が残ったままである。

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２０１０−８３３０号の「撮像装置」がある。このものは、レンズアレイ、遮光部材（隔壁アレイ）を用いた撮像装置において、遮光部材の像の位置を検出することにより、レンズアレイと遮光部材におけるレンズと隔壁の位置変動を検知して補正するものである。

そこで、本発明の課題は、従来の距離画像取得装置が有する問題点を解決するために、新たな構成を付加することなく、温度変化の影響を受けないで高精度の距離検出が可能となるよう、基線長変動量を検知するための構成を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) 本発明に係る距離画像取得装置（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て２つのレンズペアを構成し、その１つがステレオレンズペアを構成するレンズアレイと、この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、上記ステレオレンズペアによる個眼像ペアから距離画像を算出する距離画像演算器とから成る距離画像取得装置を前提として、
上記撮像手段と略平行な平面内において、かつ上記ステレオレンズペアの配列方向に対し略垂直方向の任意の一断面においてのみ、上記レンズアレイと接触して該レンズアレイを保持する保持部材と、
１つの個眼像ペアの視野をそれぞれ制限し、上記レンズアレイに一体化された視野制限手段と、
視野が制限された個眼像ペアから算出した輝度値と、視野が制限されない個眼像から算出した輝度値との比に基づいて、上記ステレオレンズペアにおける基線長変動量を検知し、上記距離画像演算器による距離出力の値を補正するための演算器とを備えることである。

このように構成することによって、距離画像取得装置は最小限の構成部材から成り、保持部材に保持されたレンズアレイの作用と視野制限手段の作用、及び演算器による簡単な演算により、温度変化による基線長変動量を検知して、距離検出への影響を補正することができる。また、基線長変動量を検知するための新たな構成を付加する必要がないので、製造コストの増大や装置の大型化を回避することができ、温度変化による影響を受けることなく高精度の距離検出をすることが可能である。

(２) また、上記(１)の距離画像取得装置において、レンズアレイと同質の材料からなり、複数のレンズの絞りとして作用する開口アレイを備え、この開口アレイの一部を視野制限手段として作用させることができる。（請求項２に対応）
このようなレンズアレイを用いる距離画像取得装置では、レンズアレイの各レンズに対して絞りとして作用する開口部を設けることにより、レンズ以外の部分を通過する光線の像面への到達が抑制され、取得される像の品質を向上することができる。
そして、上記のような構成によって、レンズアレイの各レンズの絞りとして作用する開口アレイの一部に、視野制限手段の機能を持たせることができるので、基線長変動量を検知するための新たな構成を付加する必要がなく、製造コストの増大や装置の大型化を回避することができる。

(３) また、上記(２)の距離画像取得装置において、開口アレイは、レンズアレイの被写体側又は像側の一方の面に塗布した薄膜により形成されても良い。（請求項３に対応） このような構成により、印刷工程を用いてレンズアレイの面に不透明なインク樹脂を塗布することにより、開口アレイを簡易に低コストで形成することができる。

(４) また、上記(１)の距離画像取得装置において、レンズアレイと同質の材料からなり、複数のレンズによる光線のクロストークを防止する隔壁アレイを備え、この隔壁アレイは上記レンズアレイに一体化されていないが、その一部を上記視野制限手段として作用させることができる。
このようなレンズアレイを用いる距離画像取得装置では、レンズアレイの各レンズを通過した光が撮像手段上でクロストークを起こし、取得される画像の品質を低下させる場合がある。このようなクロストークを防止するために、各レンズの通過光線が隣のレンズによる画像の領域内に侵入しないように、レンズと一対一に対応する隔壁アレイを設けている。
そして、上記のような構成によって、レンズアレイを通った光のクロストークを防止する隔壁アレイの一部に、視野制限手段の機能を持たせることができるので、基線長変動量を検知するための新たな構成を付加する必要がなく、製造コストの増大や装置の大型化を回避することができる。

(５) また、上記(４)の距離画像取得装置における隔壁アレイとレンズアレイとの接合部において、該隔壁アレイがレンズ面のサグ(Sag)に応じた逃げ部を有することができる。
上記(４)の距離画像取得装置では、レンズアレイの被写体側、又は像側の少なくとも一方の面に隔壁アレイを接合する必要があるが、この接合面にレンズの凸形状がある場合、隔壁アレイに設けた視野制限手段が上記レンズの凸形状と干渉を起こし、レンズと隔壁アレイとの間に不確定な隙間ができる等の問題を発生するが、上記のような構成によって、隔壁アレイとレンズアレイとの接合部において、隔壁アレイにレンズ面のサグに応じた逃げ部を持たせることにより、干渉を起こさないようにすることができるので、レンズと隔壁アレイとの間に不確定な隙間ができることはない。

(６) また、上記(１)〜(３)のいずれかの距離画像取得装置において、視野が制限された個眼像を、その輝度値に基づき有効領域と無効領域に分別し、その個眼像ペアの上記有効領域における画像の輝度値の総和と、視野が制限されない個眼像の輝度値の総和との比について、基線長変動量との関係を校正データとして予め記憶しておき、現に検出される各輝度値の総和の比から上記校正データを用いて基線長変動量を検知することができる。（請求項４に対応）
このような構成により、上記(１)の距離画像取得装置と同様の作用を生じるものである。

(７) また、上記(１)〜(３)のいずれかの距離画像取得装置において、視野が制限された個眼像を、その輝度値に基づき有効領域と無効領域に分別し、その個眼像ペアの上記有効領域における画像の輝度値の平均と、視野を制限されない個眼像の輝度値の平均との比について、基線長変動量との関係を校正データとして予め記憶しておき、現に検出される各輝度値の平均の比から上記校正データを用いて基線長変動量を検知することができる。（請求項５に対応）
このような構成により、上記(１)の距離画像取得装置と同様の作用を生じるものである。

(８) また、上記(１)の距離画像取得装置において、想定される温度環境の最高温度、最低温度、及び常温との関係から、上記視野制限手段による制限量を規定することができる。（請求項６に対応）
このような距離画像取得装置において、視野制限手段による視野の制限量が想定される温度環境に対して不適切であると、レンズ有効面積等で規定される視野制限幅を有効に活用できず、検知可能な基線長変動の範囲を制限してしまう場合があるが、上記のような構成によって、想定される温度環境の最高温度、最低温度及び常温との関係から、上記視野制限手段による制限量を適正に規定することにより、上記視野制限幅を有効に活用することができ、検知可能な基線長変動の範囲を最大限にすることが可能である。

(９) また、上記(１)の距離画像取得装置において、レンズペアに設けられた視野制限手段が、撮像手段と略平行な方向において、ペアとなるレンズ間で略対称な形状を有することができる。（請求項７に対応）
このような距離画像取得装置において、レンズペアに設けた視野制限手段の形状によっては、検知される輝度値から基線長変動量を求める処理工程が複雑になる場合があるが、上記のような構成によって、レンズペアに設けられた視野制限手段が、撮像手段と略平行な方向において、ペアとなるレンズ間で略対称な形状を有することによって、検知される輝度値から基線長変動量を求める処理工程を簡便にすることができる。

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、４及び５に係る発明
保持部材に保持されたレンズアレイの作用と視野制限手段の作用、及び演算器による簡単な演算により、基線長の変動を検知して、距離検出への影響を補正することができるので、基線長変動量を検知するための新たな構成を付加する必要がなく、製造コストの増大や装置の大型化を回避することができ、温度変化の影響を受けず高精度の距離検出が可能な小型の距離画像取得装置を提供することができる。

(２) 請求項２に係る発明
距離画像取得装置における視野制限手段の作用が、レンズアレイの各レンズの絞りとして機能する開口アレイの一部を利用して得られるため、基線長変動量を検知するための新たな構成を付加する必要がないので、製造コストの低減や装置の小型化を図ることができる。
(３) 請求項３に係る発明
印刷工程を用いてレンズアレイの面に不透明なインク樹脂を塗布することによって、開口アレイを簡易に、かつ低コストで形成することができる。

(削 除)

(４) 請求項６に係る発明
想定される温度環境の最高温度、最低温度及び常温との関係から、上記視野制限手段による制限量を適正に規定することによって、上記視野制限幅を有効に活用することができるので、検知可能な基線長変動の範囲を最大限にすることが可能である。
(５) 請求項７に係る発明
レンズペアに設けられた視野制限手段が、撮像手段と略平行な方向において、ペアとなるレンズ間で略対称な形状を有することにより、検知される輝度値から基線長変動量を求める処理工程を簡便にすることができる。

図１は、本発明の実施例１による距離画像取得装置の模式図であり、開口アレイに視野制限手段の作用を持たせたものである。(ａ)は距離画像取得装置を被写体側からみた模式図であり、(ｂ)は矢印方向にある被写体を撮像する場合の距離画像取得装置の模式的断面図である。 図２は、同じく実施例１による距離画像取得装置により取得される複眼像の説明図である。 図３は、同じく実施例１による距離画像取得装置において、該装置又はその周辺の温度変化に伴って、視野制限手段により得られる個眼像の変化を説明する模式図であり、(ａ)は常温の場合、(ｂ)は高温の場合、(ｃ)は低温の場合を示す。 図４は、同じく実施例１による距離画像取得装置において、該装置又はその周辺の温度変化に伴う基線長の変動を検知し、その影響を補正して距離画像を取得するための処理に関するフロー図である。 図５は、本発明の実施例２による距離画像取得装置の模式図であり、隔壁アレイに視野制限手段の作用を持たせたものである。(ａ)は距離画像取得装置を被写体側からみた模式図であり、(ｂ)及び(ｃ)は(ａ)におけるＡ−Ａ断面図及びＢ−Ｂ断面図である。

本発明は、距離画像取得装置において、温度変化の影響を受けないで高精度の距離検出を行うという目的を、視野が制限された個眼像ペアから算出した輝度値と、視野が制限されない個眼像から算出した輝度値との比に基づいて、ステレオレンズペアにおける基線長変動量を検知することにより、新たな構成を付加す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による距離画像取得装置について、図１〜図４に基づいて説明する。
本実施例１の距離画像取得装置は、視野制限手段の作用を開口アレイに持たせたものであり、その構成について図１を参照しながら説明する。図１(ａ)は、距離画像取得装置を被写体側からみた模式図であり、図１(ｂ)は、矢印方向にある被写体を撮像する場合の距離画像取得装置の模式的断面図である。図１(ａ)及び図１(ｂ)において、同じ部品には同じ符号を付けている。

図１に示されるように、符号１はレンズアレイであり、このレンズアレイ１は被写体側の面と像面側の面の二面からなり、それぞれの面内に複数のレンズがアレイ状に配列されている。また、レンズアレイ１はプラスチック材料から形成されており、それぞれのレンズ面は非球面形状を有する。図中の符号１ａは被写体側の面に設けられたレンズ、１ｂは像側の面に設けられたレンズであり、これらのレンズ１ａ,１ｂがセットになって被写体の像を像面上に結像させる。当該レンズ形状は、必要なレンズ特性に応じて球面又は非球面のいずれでも良く、回折レンズであっても良い。また、レンズアレイ１は、図１(ａ)に示されるように、レンズペア１’、レンズペア１''という２つのレンズペアから構成されている。第１のレンズペア１’は、ステレオカメラの原理に基づくステレオレンズペアとして作用し、第２のレンズペア１''は、後述する第１のレンズペア１’における基線長の変動を検知するのために使用される。

図中の符号２は、レンズアレイ１における隣接するレンズセット間での光線のクロストーク（混線）を防止するための遮光用の隔壁アレイであり、レンズアレイ１と同じプラスチック材質、又は同等の線膨張係数を有するプラスチック材質で作られているが、黒色の微粒子を混在させる等により、撮像光線に対して不透明な特性を持たせている。上記レンズアレイ１と隔壁アレイ２は、別部品としてそれぞれ成形加工により製作しておき、後で接着して両者を接合しても良いし、二色成形プロセスにより一体成形しても良い。

図中の符号３は、レンズアレイ１の被写体側の面のみに設けられた開口アレイであり、インク薄膜から形成される（請求項３）。この開口アレイ３もレンズアレイ１と同じ材質、又は同等の線膨張係数を有する材質からなり、黒色の微粒子を混在させる等により、撮像光線に対して不透明な特性を持たせている。そして、上記インク薄膜はレンズアレイ１における各レンズの有効径以外の部分に塗布され、レンズの有効径以外の部分を通過する光線が像面に到達するのを防止するように、開口絞りのアレイとして作用する。また、第２のレンズペア１''の周辺に塗布されたインク薄膜は、後述する第１のレンズペア１’における基線長の変動を検知するのために、図１(ａ)に示されるように、レンズ有効径の一部にのみ撮像光線を通過させるように、レンズの視野制限手段として塗布されている（請求項２）。上記開口アレイ３としてのインク薄膜は、印刷プロセスによりレンズアレイ１の面に塗布することができる。

図中の符号４は、レンズアレイ１における各レンズセットにより撮像される被写体の像を撮像するＣＭＯＳセンサ（撮像手段）であり、基板５の上に実装されている。また、符号６は、レンズアレイ１、隔壁アレイ２、及び開口アレイ３から成るレンズユニットを一体として保持すると共に、このレンズユニットやＣＭＯＳセンサ４を覆って保護するための筐体（保持部材）である。この筐体６は、レンズアレイ１より小さい線膨張係数を有する金属から成る。上記筐体６とレンズユニットは接着部７ａ,７ｂを介して接合されている。この接着部７ａ,７ｂは、第１のレンズペア１’におけるレンズ配列軸８に対して略垂直な軸９上にある。このようにして、筐体６とレンズユニットを接合することによって、装置やその周辺の温度変化により装置に熱変動が生じた際に、レンズユニットをレンズ配列軸８の方向が主方向となるように誘導的に伸縮させることができる。また、レンズアレイ１、隔壁アレイ２、及び開口アレイ３は、同質の材料を用いているため線膨張係数が略等しく、温度変化に伴って略同様の伸縮挙動を示す。

次に、図１に示された距離画像取得装置により取得される画像について、図２を参照しながら説明する。図２は距離画像取得装置により取得される複眼像の説明図である。
この距離画像取得装置でＣＭＯＳセンサにより撮像される像は、図２に模式的に示したような複眼像になる。この複眼像は、レンズアレイ１におけるレンズの個数に対応して４つの個眼像（被写体の縮小像）から構成される。図２における符号１０は、第１のレンズペア１’による第１の個眼像ペアであり、符号１１は第２のレンズペア１''による第２の個眼像ペアである。この第２の個眼像ペア１１は、第２のレンズペア１''のレンズの一部をインク薄膜で覆ったことにより、像が観察されない（インク薄膜の影ができた）個眼像領域１１ａ,１１ｂを含んでいる。符号１２は隔壁アレイ２の影である。

図２に示される複眼像は、図１(ｂ)に示されるように、距離画像演算器２０の画像キャプチャ部２１でキャプチャされ、各個眼像に対応してＩ_１ａ,Ｉ_１ｂ,Ｉ_２ａ,Ｉ_２ｂの４つの画像データに分けられる。第１のレンズペア１’に対応する画像データＩ_１ａ,Ｉ_１ｂは、視差検出演算器２２に転送され、第２のレンズペア１''に対応する画像データＩ_２ａ,Ｉ_２ｂは、基線長変動量を検知するための基線長変動量演算器２３に転送される。視差演算は、一方の個眼像内の微小ブロック（例えば、図２の符号１３で示した微小ブロック）を他方の個眼像の微小ブロック（例えば、図２の符号１３’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１３を個眼像内で図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で検出された視差を次の(１)式に代入することにより、微小ブロック又は画素ごとでの距離が算出され、そ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は第１のレンズペア１’におけるレンズ配列軸８方向のレンズ間隔、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)、ｑは装置やその周辺温度変化等に起因する基線長変動量である。
ここで基線長の変動について説明すると、第１のレンズペア１’の間隔Ｂは前述のように基線長と呼ばれ、この値は検出される距離の精度にシビアに影響する。レンズ間隔Ｂの誤差は基線長誤差となり、被写体距離によらず一定に生じる。しかし、ステレオカメラでは複眼像間の視差が検出信号となり、被写体がカメラから遠のくにつれ視差は小さくなっていくため、一定量のノイズがあればＳＮ比がその分劣化していくことになる。そのため、ＣＭＯＳセンサ４の画素サイズをはるかに下回るような小さい視差を問題とする場合、基線長誤差はそれ以下に抑える必要がある。

一方で、本発明におけるレンズアレイ１は、ガラス等の線膨張係数の小さい材質で製作することも可能であるが、製作コストやレンズ形状の自由度を考えると、より低コストで広範な形状を形成可能なプラスチック材質が好ましい。しかし、プラスチックはガラスに比べ線膨張係数が大きいため、レンズアレイ１の温度変化により該レンズアレイが収縮を起こし易い。これによって、基線長の変動が生じ距離の検出精度を劣化させるため、より高精度の距離検出を実現するためには、基線長の変動を検知してその距離検出への影響を補正する必要がある。

本発明において基線長の変動を検知するために、図１に示す第２のレンズペア１''を用いる。この第２のレンズペア１''の作用について、図３を参照しながら説明する。図３(ａ)〜(ｃ)は、第２のレンズペア１''による第２の個眼像ペア１１をそれぞれ模式的に示したものであり、灰色の領域がレンズをインク薄膜（視野制限手段）で覆ったことによる影の領域である。図３(ａ)は、レンズアレイ１が常温の場合を示している。図３(ｂ)は、常温から温度が高くなったときであり、温度によりレンズアレイ１が伸び、ＣＭＯＳセンサ４はプラスチックに対して線膨張係数がはるかに小さいため、伸び量に大きな違いが生じる。その結果、インク薄膜による影の領域が小さくなる。図３(ｃ)は、常温から温度が低くなったときであり、温度によりレンズアレイ１はＣＭＯＳセンサ４に対して大きく縮むため、インク薄膜による影の領域が大きくなる。そのため、影の領域の大きさによりレンズアレイ１の伸縮、即ち基線長変動量を検知することができる。

基線長変動量を検知する場合の処理方法としては、例えば第２の個眼像ペア１１の輝度値に閾値を設けて、ある輝度値以下の領域は無効領域とし、それ以外の領域を有効領域として、この第２の個眼像ペア１１の有効領域の輝度値の総和を算出する。輝度値の総和のみでは観察対象の影響を受けるので、この輝度値の総和をインク薄膜による視野制限がされていない個眼像（画像データＩ_１ａ又はＩ_１ｂ）の輝度値の総和で除して正規化し、この正規化した値を基線長変動量の検知に用いる「特徴量」とする。そして、予め基線長変動量と当該特徴量との関係を表す校正データを取得しておき、図１(ｂ)に示される装置の校正データ用メモリ２５にテーブルとして保存しておく。そして、当該装置による距離検出の際に、算出した特徴量を校正データと対比させることによって、基線長変動量を検知することができる。上記校正データは装置の製造段階において、装置又はその周辺環境の温度を変化させながら、上記の輝度値の総和又は輝度値の平均を求め、記録することにより取得することができる。（請求項４）

上述の処理方法では、上記輝度値の総和を基線長変動量の検知に用いる特徴量の算出に使用したが、輝度値の総和の代わりに輝度値の平均を使用しても良い（請求項５）。
上述のようにして検知された基線長変動量を(１)式におけるｑに代入して計算することにより、温度による基線長の変動により発生する距離検出誤差を排除、又は抑制した距離画像を取得することができる。

図１に示される装置では、第２のレンズペア１''を構成する各レンズの有効面積をインク薄膜で覆うことにより、視野制限手段の作用を得ているが、インク薄膜を塗布する領域としてレンズの有効面積の半分程度のものが示されている。しかし、例えば当該インク薄膜で覆う領域のサイズが小さすぎると、レンズがある一定レベルまで伸びたとき、インク薄膜の影が個眼像視野内からはみ出してしまう（図３(ｂ)における影部分がなくなってしまう状態）。そして、それより高温の環境下ではインク薄膜の影による視野制限作用が得られなくなってしまい、上述のような基線長の変動を検知できなくなる。
逆に、当該インク薄膜で覆う領域のサイズが大きすぎると、レンズがある一定レベルまで縮んだとき、インク薄膜の影が個眼像視野全体を覆ってしまう（図３(ｃ)における影部分が個眼像全部を覆う状態）。そして、それより低温の環境下ではインク薄膜の影による視野制限作用が得られなくなってしまい、上述のような基線長の変動を検知できなくなる。そのため、次の(２)式に基づき、レンズの有効面積に対するインク薄膜領域の割合を規定する。

上記(２)式において、ｕは第２のレンズペア１''のうちの１つのレンズの有効面積に対するインク薄膜を塗布する領域の割合（単位は％）、Ｔ_ｏｒｄは常温、Ｔ_ｍａｘは想定される最高温度、Ｔ_ｍｉｎは想定される最低温度を表す。例えば、常温を２５度、最高温度を１００度、最低温度を−４０度とすると、ｕは５３.６％となるため、図１(ａ)に示すインク薄膜の塗布パターンにおいては、インク薄膜がレンズ有効面積の５３.６％を覆うように塗布すればよい。（請求項６）

上記隔壁アレイ２も温度により伸縮し、複眼像における隔壁アレイ２の影領域の大きさも温度変動を示すため、輝度値の総和又は輝度値の平均の取り扱いに際して、視野制限手段による影領域の変化と併せて考慮する必要があり、挙動の把握が複雑になる。しかし、視野制限手段の影が複眼像の中央寄りに生じるよう（図２に示すように第１のレンズペアによる個眼像と個眼像の間に生じる態様）にすれば、隔壁アレイ２の影は視野制限手段の影により隠れるため、輝度値の総和又は輝度値の平均の取り扱いに際して、視野制限手段による影領域の変化のみを考慮すれば良くなるので、温度に伴う影領域の変化における挙動の把握が容易になる。
また、インク薄膜の塗布パターンは、レンズ配列軸８方向において視野を制限し、温度変化に伴って視野制限量が変化する作用が得られれば任意で良いが、上記撮像手段と略平行な方向において、ペアとなるレンズ間で略対称な形状を有するように（図１に示すインク薄膜の塗布パターンの態様に）した方が、校正データがリニアに近い関係となる等により、挙動の把握が容易になるので有利である。（請求項７）
温度変化に伴う基線長の変動を検知して、その影響を補正して距離画像を取得する処理について、そのフロー図を図４に示す。

次に、本発明の実施例２による距離画像取得装置について、図５を参照しながら説明する。図５(ａ)は距離画像取得装置を被写体側からみた模式図であり、図５(ｂ)及び図５(ｃ)は、図５(ａ)のＡ−Ａ断面図及びＢ−Ｂ断面図である。
上記実施例１の距離画像取得装置（図１を参照）では、開口アレイ３の一部を視野制限手段として作用させているが、本実施例２による距離画像取得装置は、隔壁アレイ１５の一部を視野制限手段として作用させるものである。なお、本実施例２において、上記実施例１のものと共通する部品は、同じ符号を用いて示し、同じ機能や作用を有するものである。

図５における符号１４は開口アレイであり、図１のものと比べて、第２のレンズペア１''側の部分が、第１のレンズペア１’側の部分と同様に、レンズ有効面積全体を開放されている。開口アレイ１４の材質はレンズアレイ１の材質と同質であり、撮像光線に対して不透明な特性を有する。符号１５は隔壁アレイであり、第２のレンズペア１''側の部分が各レンズの有効面積の一部（個眼像の一部）を覆うように構成されている。レンズ有効面積を覆う部分は、ＣＭＯＳセンサ４の近傍まで部材が存在するように構成されており、レンズの近傍にはレンズ形状と隔壁アレイ１５が干渉しないように、逃げ部１５’が設けられている。隔壁アレイ１５についてもレンズアレイ１と同質の材料が用いられ、撮像光線に対して不透明な特性を持たせている。符号１５’は像側に設けられた隔壁アレイ１５の逃げ部である。

図５に示される距離画像取得装置により取得される像は、図２に示されたものと同様である。図１に示された実施例１の装置では、レンズによる反転作用により、インク薄膜でレンズを覆った部分と対をなす個眼像領域にインク薄膜の影ができるが、図５に示す装置では、隔壁アレイ１５で覆った領域にそのまま影が生じる。基線長変動量の検知処理やその影響による補正処理も、上記実施例１のものと同様である。実施例１のように開口アレイ３にインクを塗布した場合に比べて、本実施例２においては、ＣＭＯＳセンサ４の直近まで隔壁アレイ１５が存在するので、影像のボケが少なくシャープな像が得られるため、基線長変動量の検知処理や補正処理を高精度に行うことができる。

１…レンズアレイ １ａ…レンズ（被写体側）
１ｂ…レンズ（像側） １’…第１のレンズペア
１''…第２のレンズペア ２…隔壁アレイ
３…開口アレイ ４…ＣＭＯＳセンサ
５…基板 ６…筺体
７ａ，７ｂ…接着部 ８…レンズ配列軸
９…レンズ配列軸に垂直な軸 １０…第１の個眼像ペア
１１…第２の個眼像ペア
１１ａ，１１ｂ…像が観察されない個眼像領域
１２…隔壁アレイの影
１３，１３’…個眼像内の微小ブロック １４…開口アレイ
１５…隔壁アレイ １５’…隔壁アレイの逃げ部
２０…距離画像演算器 ２１…画像キャプチャ部
２２…視差検出演算器 ２３…基線長変動量演算器
２４…距離演算器 ２５…校正データ用メモリ
Ｉ_１ａ，Ｉ_１ｂ，Ｉ_２ａ，Ｉ_２ｂ…画像データ

特開２００９−２５０７８５号公報 特開２００９−５３０１１号公報

Claims (7)

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て２つのレンズペアを構成し、その１つがステレオレンズペアを構成するレンズアレイと、この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、上記ステレオレンズペアによる個眼像ペアから距離画像を算出する距離画像演算器とから成る距離画像取得装置において、
   上記撮像手段と略平行な平面内において、かつ上記ステレオレンズペアの配列方向に対し略垂直方向の任意の一断面においてのみ、上記レンズアレイと接触して該レンズアレイを保持する保持部材と、
   １つの個眼像ペアの視野をそれぞれ制限し、上記レンズアレイに一体化された視野制限手段と、
   視野が制限された個眼像ペアから算出した輝度値と、視野が制限されない個眼像から算出した輝度値との比に基づいて、上記ステレオレンズペアにおける基線長変動量を検知し、上記距離画像演算器による距離出力の値を補正するための演算器とを備えることを特徴とする距離画像取得装置。
2. 上記レンズアレイと同質の材料からなり、上記複数のレンズの絞りとして作用する開口アレイを備え、この開口アレイの一部を上記視野制限手段として作用させることを特徴とする請求項１に記載の距離画像取得装置。
3. 上記開口アレイは、上記レンズアレイの被写体側又は像側の一方の面に塗布した薄膜により形成されることを特徴とする請求項２に記載の距離画像取得装置。
4. 上記視野が制限された個眼像を、その輝度値に基づき有効領域と無効領域に分別し、その個眼像ペアの上記有効領域における画像の輝度値の総和と、視野が制限されない個眼像の輝度値の総和との比について、基線長変動量との関係を校正データとして予め記憶しておき、現に検出される各輝度値の総和の比から上記校正データを用いて基線長変動量を検知することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の距離画像取得装置。
5. 上記視野が制限された個眼像を、その輝度値に基づき有効領域と無効領域に分別し、その個眼像ペアの上記有効領域における画像の輝度値の平均と、視野を制限されない個眼像の輝度値の平均との比について、基線長変動量との関係を校正データとして予め記憶しておき、現に検出される各輝度値の平均の比から上記校正データを用いて基線長変動量を検知することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の距離画像取得装置。
6. 想定される温度環境の最高温度、最低温度、及び常温との関係から、上記視野制限手段による制限量を規定することを特徴とする請求項１に記載の距離画像取得装置。
7. レンズペアに設けられた上記視野制限手段が、上記撮像手段と略平行な方向において、ペアとなるレンズ間で略対称な形状を有することを特徴とする請求項１に記載の距離画像取得装置。