JPWO2014203676A1 - 位置決め装置、位置決め方法及び複眼カメラモジュール - Google Patents

Abstract

複眼カメラモジュールの製造時に、複眼光学系と撮像素子との位置決めを高精度に且つ短時間で行える位置決め装置、位置決め方法及び複眼カメラモジュールを提供する。この位置決め装置は、Ｎ（Ｎは３以上の整数）個の個眼光学系が２次元的に並べられ一体的に形成された複眼光学系と、各個眼光学系により光学像がそれぞれ結像されるＮ個の領域を含む撮像面を備えた撮像素子と、を位置決めするために、前記撮像素子のＺ軸方向に前記複眼光学系を配置して、チャートを撮像したときに、前記Ｎ個の領域のうち２以上、（Ｎ−１）以下の領域からの画像信号に基づいて、前記複眼光学系と前記撮像素子とのずれ量を検出し、前記ずれ量に基づいて前記複眼光学系と前記撮像素子とを相対移動させる。

Description

本発明は、複眼カメラモジュールの製造に好適な位置決め装置、位置決め方法及び複眼カメラモジュールに関する。

近年、スマートフォンやタブレット型パーソナルコンピュータなどに代表される薄型のカメラモジュール付き携帯端末が急速に普及している。しかるに、このような薄型の携帯端末に搭載される撮像装置には、高解像度を有しながらも薄形でコンパクトであることが要求されている。このような要求に対応するために、撮像レンズの光学設計による全長短縮やそれに伴う誤差感度増大に対応した製造精度向上を行ってきたが、さらなる要求に対応するためには、従来の単一の撮像レンズと撮像素子の組み合わせで像を得るという構成では限界があり、従来とは発想を変えた光学系の開発が期待されている。

これに対し、撮像素子の撮像領域を分割して、それぞれにレンズ（以下、個眼光学系という）を配置し、得られた画像を処理することで、最終的な画像出力を行う複眼光学系と呼ばれる光学系が、薄形化への要求に対応するために注目されている。特許文献１には、複数の撮像領域により撮像された複数の画像から各画像の視差情報を利用して１つの画像を再構成することができる複眼カメラモジュールが開示されている。但し特許文献１には、複眼光学系と撮像素子との位置決めについて言及されていない。

特開２００７−１８０６５３号公報 特開２０１０−２１９８５号公報

これに対し、特許文献２には、単一の光学系を持つカメラモジュールの製造工程で、測定チャートと直交する光軸方向のＺ軸と、Ｚ軸と直交する撮像面のＸ軸およびＹ軸、そしてＸ軸を中心とするＸ軸回り、Ｙ軸を中心とするＹ軸回りの計５軸について、測定チャートを撮像した撮像素子出力の画像データの演算結果をもとに調整する方法が示されている。

ところで、特許文献２に示すような従来のカメラモジュールは、単一の光学系と単一の撮像面を持つ撮像素子で構成されているのに対し、特許文献１に示すような複眼カメラモジュールは、複数の個眼光学系を一体とした複眼光学系と、各個眼光学系の像を撮像する複数の撮像領域を持つ単一または複数の撮像素子とで構成されている。従って、複眼カメラモジュールの製造では、従来のカメラモジュールの製造における際に調整されるＺ軸方向、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｘ軸回り、Ｙ軸回りの５軸以外に、Ｚ軸回りの位置を調整して、各個眼光学系の光軸と、それに対応する撮像領域とを高い精度で一致させる必要がある。

一方、特許文献２に用いた位置決め手法を、複眼カメラモジュールに適用することも考えられる。より具体的には、複眼カメラモジュールの複数面の画像データから合成した合成画像データをもとに６軸についての調整すべき値を算出し、それをもとに調整することもできる。しかしながら、複数の撮像領域から出力された画像信号のデータ量は膨大であり、合成画像の演算に時間を要するので調整時間が長くなり、生産効率が低下するという課題がある。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、複眼カメラモジュールの製造時に、複眼光学系と撮像素子との位置決めを高精度に且つ短時間で行える位置決め装置、位置決め方法及び複眼カメラモジュールを提供することを目的とする。

上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映した位置決め装置は、Ｎ（Ｎは３以上の整数）個の個眼光学系が２次元的に並べられ一体的に形成された複眼光学系と、各個眼光学系により光学像がそれぞれ結像されるＮ個の領域を含む撮像面を備えた撮像素子とを位置決めする位置決め装置であって、
前記撮像素子の撮像面法線方向をＺ軸とし、前記Ｚ軸に直交する方向をＸ軸とし、前記Ｚ軸及びＸ軸に直交する方向をＹ軸としたときに、前記複眼光学系と前記撮像素子のうち一方を他方に対して、前記Ｚ軸方向，前記Ｘ軸方向、前記Ｙ軸方向、前記Ｚ軸回り、前記Ｘ軸回り、前記Ｙ軸回りに相対的に駆動する駆動機構と、
前記撮像素子のＺ軸方向に前記複眼光学系を配置して、チャートを撮像したときに、前記Ｎ個の領域のうち２以上、（Ｎ−１）以下の領域からの画像信号に基づいて、前記複眼光学系と前記撮像素子とのずれ量を検出し、前記ずれ量に基づいて前記駆動機構を駆動する制御手段と、を有することを特徴とする。

本位置決め装置によれば、複眼カメラモジュールの製造で必要な前記Ｚ軸方向，前記Ｘ軸方向、前記Ｙ軸方向、前記Ｚ軸回り、前記Ｘ軸回り、前記Ｙ軸回りの６軸の位置調整や角度調整が、調整用のチャートの撮像画像から算出したズレ量をもとに自動調整できる。このとき、複眼カメラモジュールの特性上、必ずしも全ての領域からの画像信号を用いる必要がない。なぜなら、例えば前記Ｚ軸回りにおける位置決めを行う場合において、個眼光学系の像と，それに対応する領域とのずれ量が最も大きくなるのは、Ｚ軸から最も離れた領域だからであり、従ってＺ軸から最も離れた領域からの画像信号に基づいて調整を行えば、それ以外の領域では個眼光学系の像とのずれをより小さく抑制できることは明らかである。よって、本位置決め装置では、前記制御手段が、前記Ｎ個の領域のうち2以上、（Ｎ−１）以下の領域からの画像信号に基づいて、前記複眼光学系と前記撮像素子とのずれ量を検出し、前記ずれ量に基づいて前記駆動機構を駆動するので、全ての領域からの画像信号を画像処理する必要はなく、位置決めに必要な時間を大幅に短縮できる。これにより、組立不良の発生率が低下することで製造効率を向上できるとともに、製造コストを低減できることで、高画質でありながら安価な複眼カメラモジュールを提供することができる。

上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映した位置決め方法は、Ｎ（Ｎは３以上の整数）個の個眼光学系が２次元的に並べられ一体的に形成された複眼光学系と、各個眼光学系により光学像をそれぞれ結像されるＮ個の領域を含む撮像面を備えた撮像素子とを位置決めする位置決め方法であって、
前記撮像素子の撮像面法線方向をＺ軸とし、前記Ｚ軸に直交する方向をＸ軸とし、前記Ｚ軸及びＸ軸に直交する方向をＹ軸としたときに、前記複眼光学系と前記撮像素子のうち一方を他方に対して、前記Ｚ軸方向，前記Ｘ軸方向、前記Ｙ軸方向、前記Ｚ軸回り、前記Ｘ軸回り、前記Ｙ軸回りの６軸方向に相対的に移動可能となっており、
前記撮像素子のＺ軸方向に前記複眼光学系を配置して、チャートを撮像したときに、前記Ｎ個の領域のうち２以上、（Ｎ−１）以下の領域からの画像信号に基づいて、前記複眼光学系と前記撮像素子とのずれ量を検出し、前記ずれ量に基づいて、前記複眼光学系と前記撮像素子を相対移動させることを特徴とする。

本位置決め方法によれば、複眼カメラモジュールの製造で必要な前記Ｚ軸方向，前記Ｘ軸方向、前記Ｙ軸方向、前記Ｚ軸回り、前記Ｘ軸回り、前記Ｙ軸回りの６軸の位置調整や角度調整が、調整用のチャートの撮像画像から算出したズレ量をもとに自動調整できる。このとき、複眼カメラモジュールの特性上、必ずしも全ての領域からの画像信号を用いる必要がない。なぜなら、例えば前記Ｚ軸回りにおける位置決めを行う場合において、個眼光学系の像と，それに対応する領域とのずれ量が最も大きくなるのは、Ｚ軸から最も離れた領域だからであり、従ってＺ軸から最も離れた領域からの画像信号に基づいて調整を行えば、それ以外の領域では個眼光学系の像とのずれをより小さく抑制できることは明らかである。よって、本位置決め方法では、前記Ｎ個の領域のうち2以上、（Ｎ−１）以下の領域からの画像信号に基づいて、前記複眼光学系と前記撮像素子とのずれ量を検出し、前記ずれ量に基づいて、前記複眼光学系と前記撮像素子とを相対移動させるので、全ての領域からの画像信号を画像処理する必要はなく、位置決めに必要な時間を大幅に短縮できる。これにより、組立不良の発生率が低下することで製造効率を向上できるとともに、製造コストを低減できることで、高画質でありながら安価な複眼カメラモジュールを提供することができる。

本複眼カメラモジュールは、上述の位置決め方法により互いに位置決めされた複眼光学系と撮像素子とを有することを特徴とする。

本発明によれば、複眼カメラモジュールの製造時に、複眼光学系と撮像素子との位置決めを高精度に且つ短時間で行える位置決め装置、位置決め方法及び複眼カメラモジュールを提供することができる。

本実施形態にかかるカメラモジュールの模式図である。 図１の撮像ユニットＣＵの断面図である。 （ａ）は、撮像領域と得られる像との関係を示す図であり、（ｂ）は、Ｚ軸回りにずれた際の像の関係を示す図である。 本実施形態による位置決め装置を示す図である。 複眼光学系ＬＨと撮像素子ＳＳとの位置関係を示す図である。 チャートＣＨの正面図である。 本実施形態の位置決め方法を示すフローチャートである。 デフォーカス調整に用いるグラフである。

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張され、実際の比率とは異なる場合がある。

まず、複眼光学系を用いた複眼カメラモジュールについて説明する。複眼光学系は、１つの撮像素子に対して複数のレンズ系がアレイ状に配置された光学系であり、各レンズ系が同じ視野の撮像を行う超解像タイプと、各レンズ系が異なる視野の撮像を行う視野分割タイプと、に通常分けられる。ここでは、視野の異なる複数の像をつなぎ合わせて１枚の合成画像を出力するために、視野の異なる複数の結像を行う超解像タイプの複眼カメラモジュールに相当する。

図１に本実施形態にかかる撮像ユニットを模式的に示す。図１に示すように、撮像ユニット（カメラモジュールともいう）ＣＵは、１つの撮像素子ＳＲと、その撮像素子ＳＲに対して視野の異なる複数の結像を行う複眼光学系ＬＨとを有している。撮像素子ＳＲとしては、例えば複数の画素を有するＣＣＤ型イメージセンサー，ＣＭＯＳ型イメージセンサー等の固体撮像素子が用いられる。撮像素子ＳＲの光電変換部である受光面に複数の撮像領域ＳＳが形成され、この撮像領域に被写体の光学像がそれぞれ形成されるように複眼光学系ＬＨが設けられているので、複眼光学系ＬＨによって形成された光学像は、撮像素子ＳＲによって電気的な信号に変換される。

図２は、図１の撮像ユニットＣＵの断面図である。図２の上方が物体側である。複眼光学系ＬＨは、複数（ここでは４行４列に並べた１６個）の物体側レンズ部ＬＡ１ａが一体に形成された第１レンズアレイＬＡ１と、複数（ここでは４行４列に並べた１６個）の像側レンズ部ＬＡ２ａが一体に形成された第２レンズアレイＬＡ２と、を有する。第１レンズアレイＬＡ１と第２レンズアレイＬＡ２は、ポリカーボネート又はアクリルから射出成形されている。物体側レンズ部ＬＡ１ａと、像側レンズ部ＬＡ２ａの光軸は一致している。物体側レンズ部ＬＡ１ａと像側レンズ部ＬＡ２ａとで、個眼光学系を構成する。

図２において、第１レンズアレイＬＡ１と、第２レンズアレイＬＡ２との間には、金属板又は樹脂板の遮光部材ＡＰ１が配置されている。遮光部材ＡＰ１は、光軸を中心とした開口ＡＰ１ａを複数個（ここでは４行４列に並べた１６個）形成している。第１レンズアレイＬＡ１と遮光部材ＡＰ１との間、及び第２レンズアレイＬＡ２と遮光部材ＡＰ１との間には接着剤が塗布されている。

第２レンズアレイＬＡ２の像側には、金属板又は樹脂板の遮光部材ＡＰ２が接着されている。遮光部材ＡＰ２は、光軸を中心とした開口ＡＰ２ａを複数個（ここでは４行４列に並べた１６個）形成している。

図２において、黒色であるアクリル製の鏡枠ＬＦは、複眼光学系ＬＨの周囲を囲う矩形枠状の側面部ＬＦ１と、側面部ＬＦ１の上端から内側に延在する天面部ＬＦ２とを有する。天面部ＬＦ２には、光軸を中心とした開口ＬＦ２ａを複数個（ここでは４行４列に並べた１６個）形成している。

図２において、鏡枠ＬＦの側面部ＬＦ１の下端は、基板ＣＴの上面に接着されている。基板ＣＴ上において、鏡枠ＬＦに囲まれた内側に、皿状の下部筐体ＢＸが固定されている。下部筐体ＢＸは、底面に撮像素子ＳＲを保持するとともに、撮像素子ＳＲと複眼光学系ＬＨとの間に配置されるようにカバーガラスＣＧを保持する機能を有する。

図１に示すように、撮像ユニットＣＵは、位置決め調整時に処理装置ＰＵと接続される。処理装置ＰＵは、撮像ユニットＣＵから画像データ出力信号を入力し、位置ずれ演算を行う演算部と、駆動制御を行う制御部から構成され、さらに位置決め調整時のデータを保存する記憶部も持つ。ここで、データとは、6軸位置決め位置情報や調整済みユニットの数量などをいう。複眼光学系ＬＨの個眼光学系により、撮像素子ＳＲの対応する撮像領域ＳＳに結像された光学像は、画像信号に光電変換される。各画像信号を画像処理することによって、図３（ａ）に示すように、ＳＳ（１）〜ＳＳ（１６）から、それぞれ像０１〜像１６が得られる。

処理装置ＰＵは、得られた像０１〜像１６を合成して、１枚の合成画像ＭＬを形成し、更に位置ずれ演算を行う。位置ずれ量の演算結果は、後述の図４の４軸調整ステージ１１２又はθ回転調整機構１１５ｃ、Z軸方向昇降機構１１５ｄに出力される。尚、撮像ユニットＣＵを携帯端末等に組み込んだ場合、撮像ユニットＣＵの画像データ出力信号は、携帯端末等のＣＰＵで画像処理されて、ディスプレイに表示等されることとなる。

ここで、複眼光学系を用いる複眼カメラモジュールでは、一般的な単一の光学系を持つカメラモジュールにおいて必要なＺ軸方向、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｘ軸回り、Ｙ軸回りの５軸に、Ｚ軸回りを加えた６軸調整を行って、個眼光学系の光軸と各撮像領域の中心とを高い精度で一致させる必要がある。もし個眼光学系の光軸と各撮像領域の中心とが一致していない場合は、各撮像領域ＳＳ（１）〜ＳＳ（１６）から得られた各像０１〜像１６（図３参照）が、Ｚ軸回りの位置（θ）が一致している場合と比較すると、Ｚ軸回りにズレた分だけ各々の撮像画像に写る被写体がシフトするズレが生じる。但し、図３（ｂ）に示すように、例えば像０４の画像は、点線で示すようにＺ軸を中心として回転するのではなく、実線で示すように平行にシフトする。円形である個眼光学系が回転しても光学像は回転しないからである。

このように、個眼光学系の光軸と各撮像領域の中心とが一致していない場合、その影響で、最終的に一枚の画像に合成する処理が本来の視差の分をシフトだけでは一致した画像を生成できず、Ｚ軸回りのズレを補正する追加処理が必要になるだけでなく、各々の撮像画像の中で共通の被写体を撮像しているエリアが減少することにより、合成画像の有効サイズが小さくなってしまう恐れがある。そこで、以下に示すような、複眼光学系ＬＨと撮像素子ＳＲとの位置決めが重要となる。

複眼光学系ＬＨと撮像素子ＳＳとの位置決め装置及び方法について説明する。図４は、本実施形態による複眼光学系ＬＨと撮像素子ＳＳとの位置決め装置の概略構成図である。図５は、複眼光学系ＬＨと撮像素子ＳＳとの位置関係を示す図である。

図５に示すように、撮像素子ＳＳの撮像面ＳＲ１の法線方向をＺ軸とし、Ｚ軸に直交し撮像面ＳＲ１の長辺方向をＸ軸とし、Ｚ軸に直交し撮像面ＳＲ１の短辺方向をＹ軸とする。ここで、Ｚ軸回りをθ方向，Ｘ軸回りをφＸ方向，Ｙ軸回りをφＹ方向として表す。個眼光学系ＬＩ（１）〜ＬＩ（１６）により、撮像領域ＳＳ（１）〜ＳＳ（１６）にそれぞれ結像された光学像は、画像処理されて、像０１〜像１６（図３（ａ）参照）として出力される。

図４において、位置決め装置１００は、フレーム１０１上に載置されている。撮像ユニット支持機構１１０が、フレーム１０１上に配設された基台１１１と、基台１１１に連結された４軸調整ステージ１１２と、４軸調整ステージ１１２の上端に設けられ撮像素子ＳＲを実装した基板ＣＴを着脱可能に保持する保持部１１３と、を有している。

４軸調整ステージ１１２は保持部１１３を、保持部１１３で保持した撮像素子ＳＲの撮像面ＳＲ１（図４参照）に沿って互いに直交するＸ軸方向およびＹ軸方向に、かつ、撮像面ＳＲ１の向きを変化させるφＸ方向、φＹ方向に（４軸に）独立して高い精度で移動できるように構成されている。

本実施形態では、４軸調整ステージ１１２は、ＸＹステージ、ゴニオステージを組み合わせることによって構成されており、各ステージに設けられたアクチュエータを駆動することによって、保持部１１３に保持された撮像素子ＳＲを、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、φＸ方向、φＹ方向それぞれに独立して動かすことができるようになっており、このような４軸調整ステージ１１２として市販品を使用可能である。

鏡枠支持機構１１５は、光通過部１１５ａと、光通過部１１５ａを設けた鏡枠支持部１１５ｂと、鏡枠支持部１１５ｂをＸ軸方向、Ｙ軸方向に移動させ、また、Ｚ軸回りに回転させるθ回転調整機構１１５ｃと、光通過部１１５ａおよび鏡枠支持部１１５ｂをＺ軸方向に移動させる昇降機構１１５ｄと、を備えている。

基台１１１の一側から脚部１１１ａが起立し、この脚部１１１ａの上部に、撮像ユニット支持機構１１０の上方に臨むようにして鏡枠支持機構１１５が設けられている。

光通過部１１５ａは、鏡枠支持部１１５ｂを貫通する貫通孔であって、鏡枠ＬＦよりも僅かに小さい寸法の矩形孔で形成されている。鏡枠支持部１１５ｂは、鏡枠ＬＦの外周を保持するようになっている。

なお、鏡枠支持機構１１５は、鏡枠ＬＦを嵌合した際に負圧を作用させ、鏡枠ＬＦを鏡枠支持機構１１５にエア吸着させるための不図示の空気路が設けられている。

θ回転調整機構１１５ｃは、昇降機構１１５ｄと鏡枠支持部１１５ｂとの間に設けられており、保持された鏡枠ＬＦを複眼光学系ＬＨとともに、θ方向（Ｚ軸回り）に回転させることができるようになっており、市販品を使用可能である。

昇降機構１１５ｄは、脚部１１１ａに対して鏡枠支持機構１１５をＺ軸方向に移動可能に保持するものである。このような昇降機構１１５ｄとしては例えばラック・ピニオン機構を用いたもの、チェーン歯車機構を用いたもの、エアシリンダを用いたものなど従来公知のさまざまな機構が採用可能である。４軸調整ステージ１１２とθ回転調整機構１１５ｃと昇降機構１１５ｄとで駆動手段を構成する。

図１，図４の処理装置ＰＵは、撮像素子ＳＲの撮像領域ＳＳから画像信号を入力して画像処理を施し、その結果より、４軸調整ステージ１１２とθ回転調整機構１１５ｃと昇降機構１１５ｄとを駆動する。尚、保持部１１３の近傍には、紫外線を照射する光源ＯＰＳが配置されている。

鏡枠支持機構１１５の上方に、撮像素子ＳＲから所定距離離れてチャートＣＨが配置されている。チャートＣＨは、例えば図６に示すパターンＰＴ１〜ＰＴ５が、中心と７０％像高の４箇所に有り、且つチャート中心で交差する縦と横の線を有するが、これに限らずピントが合ったこと（合焦）を確認できる解像度検出用パターンがあり、またチャート中心が検出しやすいものが望ましい。

次に、図７のフローチャートを参照して、本実施形態による位置決め方法を説明する。ここで、Ｚ軸回り（θ）、Ｚ軸方向、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｘ軸回り（φＸ）、Ｙ軸回り（φＹ）の６軸のうち、θを除く５軸の位置決めはレンズ収差やレンズ組立ずれの影響も受ける。例えば、Ｘ軸方向とＹ軸方向の調整はレンズ面の偏心、Ｘ軸回りとＹ軸回りの調整はレンズ像面の傾き、Ｚ軸方向の調整はレンズの芯厚やレンズ間隔の誤差の影響を受ける。しかし、Ｚ軸回りの調整は、複眼光学系ＬＨと撮像素子ＳＲの回転ズレを調整するものであり、他の５軸と独立して調整することが可能である。但し、Ｚ軸方向の複数の位置で撮像するデフォーカス調整を行わないと、ズレ量を算出可能な画像を得られないため、まずＺ軸方向の調整は必要になるが、Ｘ軸方向とＹ軸方向の光軸調整や、Ｘ軸回りとＹ軸回りの傾き調整と独立して、Ｚ軸回りの調整を行うことが可能であり、光軸調整及び傾き調整と、Ｚ軸回りの順序は任意に選択することが可能である。

ここで、図４の保持部１１３は、撮像素子ＳＲを実装した基板ＣＴをセットすると撮像面ＳＲ１の中心からの法線がチャートＣＨの中心に向き、撮像面ＳＲ１とチャートＣＨのθ方向（Ｚ軸回り）も一致した状態で保持する構造になっている。まず、鏡枠支持機構１１５に、複眼光学系ＬＨを取り付けた鏡枠ＬＦを保持し、鏡枠ＬＦの下端に紫外線硬化接着剤を付与した上で、基板ＣＴに接近させる。ここで、複眼光学系ＬＨの個眼光学系を通過した光学像が、撮像素子ＳＲの各撮像領域ＳＳに入射するようになる。

図１，図４の処理装置ＰＵは、図７のステップＳ１０１で、Ｚ軸方向調整を行う。より具体的には、例えば中央の４つの撮像領域（ここでは図５の領域ＳＳ（６）、ＳＳ（７）、ＳＳ（１０）、ＳＳ（１１））からの画像信号を入力し、高周波成分を抽出する。次いで昇降機構１１５ｄにより複眼光学系ＬＨをＺ軸方向に微小に移動させて、再度同じ撮像領域から画像信号を入力し、高周波成分を抽出する。これをデフォーカス調整という。ここで、縦軸に高周波成分の量、横軸にＺ軸方向位置をプロットしたグラフを作成すると、図８に示すようになる。４つの撮像領域の画像信号からそれぞれ高周波成分を抽出すると、４本のグラフ（４つの山）を描く。このピーク（山の頂点）が一致していれば問題ないのであるが、実際は図８に示すように、山の左右（遠近）と頂点の高さが少々異なるグラフになることが多い。処理装置ＰＵは、昇降機構１１５ｄにより、これらが全体的にバランスの良い位置（例えばそれぞれグラフのベストピント位置ｄ１〜ｄ４の平均位置ｄ(ave)など）に複眼光学系ＬＨを移動させる。これにより複眼光学系ＬＨのピントが撮像領域ＳＳに合うようになる（中心ベスト位置）。

ステップＳ１０２で、処理装置ＰＵは、Ｚ軸の位置を固定したままθ調整を行う。より具体的には、例えばＸ軸方向に離れた２つの撮像領域（ここでは同じＹ軸座標を含む図５の領域ＳＳ（５）、ＳＳ（８））からの画像信号を入力し、得られた像０５，像０８における中心を求める。更に処理装置ＰＵは、ステップＳ１０３で、像０５，像０８の中心が、それぞれ領域ＳＳ（５）、ＳＳ（８）の所定範囲内にある（規格値内に入っている）か否かを判断する。撮像されたチャート画像の同じ点（例えば中心）が、同じＹ軸座標上に表示されば、Ｚ軸回りの回転ずれが規格値内であることが分かる。

所定範囲内にないと判断すれば、処理装置ＰＵは、ステップＳ１０４でθ回転調整機構１１５ｃを駆動して、複眼光学系ＬＨをＺ軸回りに回転させ、再度撮像領域ＳＳ（５）、ＳＳ（８）からの画像信号を入力し、得られた像０５，像０８における中心を求め，再びステップＳ１０３で、像０５，像０８の中心が、それぞれ撮像領域ＳＳ（５）、ＳＳ（８）の所定範囲内にあるか否かを判断する。

ここで、像０５，像０８の中心が、それぞれ撮像領域ＳＳ（５）、ＳＳ（８）の所定範囲内にあると処理装置ＰＵが判断すれば、次いで４軸調整を行う。以下、詳細に説明する。

処理装置ＰＵは、まずステップＳ１０５で光軸調整量を算出する。より具体的には、ステップＳ１０５で、処理装置ＰＵは、複眼光学系の中心から等距離の対角線上にある個眼光学系を通した像０１と像１６に写るチャートＣＨの中心位置が、それぞれの撮影した領域ＳＳ（１）とＳＳ（１６）において中心位置からＸ軸，Ｙ軸ともに逆方向に等距離の位置に写る状態がＸ軸とＹ軸が適正位置であることから、その撮像領域中心から画像上に写るチャートＣＨの中心位置までの距離の差分からＸ軸方向またはＹ軸方向のずれ量を求め、更にステップＳ１０６で、求めたずれ量が規格値内であるか否かを判断する。

ずれ量が規格値外であると判断すれば、処理装置ＰＵは、ステップＳ１０７で４軸調整ステージ１１２を駆動して、像０１と像１６に写るチャートＣＨの中心位置が、それぞれの撮影した領域ＳＳ（１）とＳＳ（１６）の中心位置から逆方向に等距離に位置するように、複眼光学系ＬＨをＸ軸方向又はＹ軸方向に移動させ、再度撮像領域ＳＳ（１）、ＳＳ（１６）からの画像信号を入力し、得られた像０１，像１６に写るチャートＣＨの中心位置と、領域ＳＳ（１）、ＳＳ（１６）における中心位置との距離の差分からＸ軸方向及びＹ軸方向のずれ量を求め、更にステップＳ１０６で、求めたずれ量が規格値内であるか否かを判断する。

これに対し、ステップＳ１０６で、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のずれ量が規格値内であると判断すると、処理装置ＰＵは、傾き調整を行う。より具体的には、例えばＸ軸方向に離れた２つの撮像領域（ここでは図５の領域ＳＳ（５）、ＳＳ（８））からの画像信号を入力し、得られた像０５，像０８の高周波成分が多くなるピーク位置を比較するとともに、Ｙ軸方向に離れた２つの撮像領域（ここでは図５の領域ＳＳ（３）、ＳＳ（１５））からの画像信号を入力し、得られた像０３，像１５の高周波成分が多くなるピーク位置を比較する。高周波成分が多くなるピーク位置が同じであれば、Ｘ軸回りの位置決めとＹ軸回りの位置決めがなされた状態にあることが分かる。

そこで処理装置ＰＵは、ステップＳ１０８でデフォーカス調整を行いながら、ステップＳ１０９で、像０５，像０８の高周波成分が多くなるピーク位置を比較し、また像０３，像１５の高周波成分が多くなるピーク位置を比較して、差が大きい場合には、傾き規格値外であると判断して、ステップＳ１１０で、４軸調整ステージ１１２を駆動して、高周波成分が多くなるピーク位置の差が小さくなる方向に、複眼光学系ＬＨをＸ軸回り又はＹ軸回りに回転移動させる。

ここで、複眼光学系ＬＨをＸ軸回り又はＹ軸回りに回転移動させると、Ｘ軸の位置、Ｙ軸の位置が変化することが多いので、処理装置ＰＵは、フローを再びステップＳ１０５へと戻し、再び光軸調整と傾き調整の繰り返し制御ループを繰り返す（ステップＳ１０５〜Ｓ１１０）。

このようにして、光軸調整と傾き調整を行って、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のずれ量と、Ｘ軸回り及びＹ軸回りのずれ量が規格値内に収まったと判断した場合、ステップＳ１１１で、鏡枠ＬＦと基板ＣＴとの間に紫外線硬化性樹脂が塗布され、処理装置ＰＵが光源ＯＰＳから紫外線を照射する。これによりステップＳ１１２で、紫外線硬化性樹脂が硬化するので、鏡枠ＬＦと基板ＣＴとが接着固定される。これにより、複眼光学系ＬＨと撮像素子ＳＲとは、調整された状態に維持される。以上で、複眼光学系ＬＨと撮像素子ＳＲとの位置決めが完了する。

本実施形態によれば、処理装置ＰＵが、１６個の撮像領域のうち一部の撮像領域からの画像信号に基づいて、複眼光学系ＬＨと撮像素子ＳＲとのずれ量を検出し、このずれ量に基づいて駆動機構を駆動して、複眼光学系ＬＨと撮像素子ＳＲとを相対移動させるので、全ての撮像領域からの画像信号を画像処理する必要はなく、位置決めに必要な時間を大幅に短縮できる。

尚、Ｚ軸回りの調整は、光軸調整と傾き調整の繰り返し制御ループ（ステップＳ１０５〜Ｓ１１０）の前に行ったが、その後に行っても良い。又、最終調整が終わった後、少なくとも１回は確認のため、全撮像領域からの画像に基づいて、６軸の位置又は傾きを確認しても良い。更に、６軸調整のいずれかは、像０１〜像１６のいずれか少なくとも２つを合成した合成画像に基づいて行っても良い。

又、処理装置ＰＵは、複眼光学系ＬＨを撮像素子ＳＲに対してＺ軸方向に移動させ、複数位置でチャートＣＨを撮像し、少なくとも２つの撮像領域からの画像信号に基づいて、各撮像領域毎に画像の像面湾曲を求め、この像面湾曲に基づいてＺ軸方向の位置と、Ｘ軸回りの位置と、Ｙ軸回りの位置の最適位置を求めることもできる。つまり、それぞれの撮像領域におけるチャートＣＨのパターンＰＴ１からもとめた画像中心の高周波成分だけでなく、チャートＣＨの周辺にあるパターンＰＴ２〜ＰＴ５からもとめた画像中心以外の像高の高周波成分のデータも取得し、高周波成分がピークとなるデフォーカス位置が一致せず、異なる位置でパターンＰＴ１〜ＰＴ５高周波成分がピークとなるような特性を持つ個眼光学系である場合（これを像面が平面ではなく湾曲していると表現する）、パターンＰＴ１のピーク位置ではなくパターンＰＴ１〜ＰＴ５の中心と周辺の高周波成分が平均して高くなる位置がバランスが良く最適位置とする。

又、処理装置ＰＵは、θ調整を行う際に、例えばＹ軸方向に離れた２つの撮像領域（ここでは同じＸ軸座標を含む図５の領域ＳＳ（３）、ＳＳ（１５））からの画像信号を入力し、得られた像０３，像１５における中心を求めるようにしても良い。かかる場合、チャート画像の同じ点（例えば中心）が、同じＸ軸座標上に表示されば、Ｚ軸回りの回転ずれが規格値内であることが分かる。

又、処理装置ＰＵは、少なくとも２つの撮像領域からの画像データに基づいて、それぞれ算出した視差の値に基づいて、検出した複眼光学系ＬＨと撮像素子ＳＲとのずれ量を求めることもできる。

また、図４の位置決め装置において、環境温度を測定する測定手段としての温度センサＳＮを設けるようにしてもよい。複眼光学系ＬＨをプラスチックから形成したような場合、シリコン製の撮像素子ＳＲとの熱膨張係数の違いから、環境温度変化によって位置決め状態が変化する恐れがある。そこで、処理装置ＰＵは、温度センサＳＮからの出力信号に基づいて、温度変化に起因した熱膨張の差による寸法変化に対応して、複眼光学系ＬＨと撮像素子ＳＲとのずれ量を補正することができる。

以下、好ましい実施態様についてさらに説明する。

上記位置決め装置において、前記制御手段（処理装置ＰＵ）は、少なくとも１回は、前記Ｎ個の領域全てからの画像信号に基づいて、前記複眼光学系と前記撮像素子とのずれ量を検出し、前記ずれ量に基づいて前記駆動機構を駆動することが好ましい。

例えば、中間の位置決め調整時には、例えば２つの領域からの画像信号を用いることで、前記複眼光学系と前記撮像素子とのずれ量を検出した上で、迅速に調整を行うが、最終の調整終了後には、前記撮像素子の全領域からの画像信号を用いることで、得られた合成画像に基づいて、ずれがないか確認することが好ましい。

また、前記Ｚ軸回り以外の方向の駆動は、そのいずれかの方向の駆動後に、再度前記Ｎ個の領域のうち２以上、（Ｎ−１）以下の領域からの画像信号に基づいて、前記複眼光学系と前記撮像素子とのずれ量を検出し、前記ずれ量に基づいて前記駆動機構を駆動する繰り返し制御ループを行うようになっており、前記Ｚ軸回りの駆動は、前記繰り返し制御ループ外で行うことが好ましい。

ここで、Ｚ軸回りを除く５軸の位置ずれについては、個眼光学系のレンズ収差や組立ずれの影響を受けて発生するものである。より具体的には、Ｘ軸方向とＹ軸方向のずれは、個眼光学系のレンズ面の偏心の影響を受け、Ｘ軸回りとＹ軸回りのずれは、個眼光学系のレンズ像面の傾きの影響を受け、Ｚ軸方向のずれはレンズの芯厚や個眼光学系のレンズ間隔の誤差の影響を受ける。しかしながら、Ｚ軸回りの位置決めは、複眼光学系と撮像素子の回転ズレを調整するものであり、他の５軸の位置ずれと独立して調整することが可能である。そこで、前記Ｚ軸回りの駆動を、前記繰り返し制御ループ外で行うことにより効率的な位置決めを行うことができる。

また、前記Ｚ軸回りの駆動は、前記繰り返し制御ループの前に行うことが好ましい。複眼光学系と撮像素子の位置決めにおいて、Ｚ軸方向の複数の位置で撮像するデフォーカス調整を行うことで、ズレ量を算出可能なピントが合った画像を得ることができる。必ずしも前記繰り返し制御ループの前に前記Ｚ軸回りの調整を行う必要はないが、先に独立して前記Ｚ軸回りの調整を実施すれば、Ｚ軸回りに調整済みのチャート撮像画像を取得できるので、補正などが不要になり演算処理の負荷が減って効率的である。

また、前記Ｚ軸回りの駆動は、前記繰り返し制御ループの後に行うことが好ましい。前記Ｚ軸回りの調整は独立して行えるので、前記繰り返し制御ループの後に行うことも可能である。

また、前記制御手段（処理装置ＰＵ）は、前記駆動機構を介して前記複眼光学系と前記撮像素子のうち一方を他方に対して前記Ｚ軸方向に移動させ、複数位置で前記チャートを撮像し、前記Ｎ個の領域のうち２以上、（Ｎ−１）以下の領域からの画像信号に基づいて、各領域毎に画像の像面湾曲を求め、前記像面湾曲に基づいて前記Ｚ軸方向の位置と、前記Ｘ軸回りの位置と、前記Ｙ軸回りの位置とを求めることが好ましい。

前記複眼光学系と前記撮像素子のうち一方を他方に対して前記Ｚ軸方向に移動させ、Ｚ軸上の複数位置に移動して撮像したデフォーカス画像から、各個眼光学系の像面湾曲を演算して求め、その結果から各々の個眼光学系を介して各領域で撮像した画像を合成した際に、前記Ｚ軸方向の位置と、前記Ｘ軸回りの位置と、前記Ｙ軸回りの位置とに関して、総合的に最適になるような位置に調整することができる。

また、前記撮像素子の長辺方向がＸ軸方向であり、同じＹ軸座標を含み、且つＸ軸方向に並んだ少なくとも２つの前記領域からの画像信号に基づいて、前記制御手段は、前記駆動機構を介して前記複眼光学系と前記撮像素子のうち一方を他方に対して前記Ｚ軸回りに駆動することが好ましい。

前記撮像素子の領域の内、対角方向に離れた複数の領域よりも、水平方向に離れた複数の領域からの画像信号に基づいて、前記複眼光学系と前記撮像素子のずれ量を検出する方が好ましい。撮像されたチャート画像の同じ点（例えば中心）が、同じＹ軸座標上に表示されることで、Ｚ軸回りの位置決めが行われたことが分かるからである。

また、前記撮像素子の短辺方向がＹ軸方向であり、同じＸ軸座標を含み、且つＹ軸方向に並んだ少なくとも２つの前記領域からの画像信号に基づいて、前記制御手段は、前記駆動機構を介して前記複眼光学系と前記撮像素子のうち一方を他方に対して前記Ｚ軸回りに駆動することが好ましい。

前記撮像素子の領域の内、対角方向に離れた複数の領域よりも、垂直方向に離れた複数の領域からの画像信号に基づいて、前記複眼光学系と前記撮像素子のずれ量を検出する方が好ましい。撮像されたチャート画像の同じ点（例えば中心）が、同じＸ軸座標上に表示されることで、Ｚ軸回りの位置決めが行われたことが分かるからである。

また、前記制御手段は、少なくとも２つの前記領域からの画像信号に基づいて、それぞれ算出した視差の値に基づいて、検出した前記複眼光学系と前記撮像素子とのずれ量を求めることが好ましい。

例えば、Ｘ軸方向とＹ軸方向の位置決めにおいて、例えば、撮像面の対角方向に中心から等距離の２つの領域から得られたチャート画像で、チャート中心の位置がそれぞれの撮像画像の中心から等距離になる位置が適正であるから、その画像上の距離の差分からＸ軸方向またはＹ軸方向について調整する量を算出することができる。

また、前記複眼光学系の温度を測定する測定手段を有し、前記制御手段は、前記測定手段からの出力信号に基づいて、検出した前記複眼光学系と前記撮像素子とのずれ量を補正することが好ましい。

例えば、複眼光学系をプラスチックから形成したような場合、シリコン製の撮像素子との熱膨張係数の違いから、環境温度変化によって位置決め状態が変化する恐れがある。そこで、前記測定手段により前記複眼光学系の温度を測定することにより、前記制御手段は、前記測定手段からの出力信号に基づいて、検出した前記複眼光学系と前記撮像素子とのずれ量を補正することで、高精度な位置決めを行える。具体的には、位置決め装置の駆動機構近傍に温度センサーを設け、位置決め装置を設置している室内の温度が一定だとしても、調整に要した時間により複眼光学系や撮像素子の温度が変化した場合に、その温度検出結果をフィードバックして調整する位置を補正することができる。

また、前記複眼光学系は鏡枠に保持されており、前記撮像素子は基板に実装されており、前記制御手段が、検出した前記ずれ量に基づいて、前記駆動機構を介して前記複眼光学系と前記撮像素子のうち一方を他方に対して移動させた後、前記鏡枠と前記基板とが接着されるようになっていることが好ましい。これにより、前記複眼光学系と前記撮像素子との位置決めされた状態を維持できる。

また、前記鏡枠と前記基板との接着は、前記鏡枠と前記基板との間に紫外線硬化性樹脂を付与し、紫外線を照射することで硬化させるようになっていることが好ましい。紫外線硬化樹脂は、紫外線を照射することで硬化するので、比較的短時間で硬化するため、前記鏡枠と前記基板との接着に都合が良い。

本発明は、本明細書に記載の実施形態・変形例に限定されるものではなく、他の実施形態・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施形態や技術思想から本分野の当業者にとって明らかである。

ＣＨ チャート
ＰＵ 処理装置
ＣＴ 基板
ＣＵ カメラモジュール
ＬＡ１ レンズアレイ
ＬＡ１ａ 物体側レンズ部
ＬＡ２ レンズアレイ
ＬＡ２ａ 像側レンズ部
ＬＡ２ａ 像側レンズ部
ＬＦ 鏡枠
ＬＨ 複眼光学系
ＬＩ 個眼光学系
ＭＬ 合成画像
ＯＰＳ 光源
ＳＮ 温度センサ
ＳＲ 撮像素子
ＳＲ１ 撮像面
ＳＳ（１）〜ＳＳ（１６） 撮像領域
１００ 位置決め装置
１０１ フレーム
１１０ 撮像ユニット支持機構
１１１ 基台
１１１ａ 脚部
１１２ ４軸調整ステージ（XYステージとゴニオステージ）
１１３ 保持部
１１５ 鏡枠支持機構
１１５ａ 光通過部
１１５ｂ 鏡枠支持部
１１５ｃ θ回転調整機構
１１５ｄ 昇降機構（Ｚ軸方向の調整機構）

Claims (14)

1. Ｎ（Ｎは３以上の整数）個の個眼光学系が２次元的に並べられ一体的に形成された複眼光学系と、各個眼光学系により光学像がそれぞれ結像されるＮ個の領域を含む撮像面を備えた撮像素子と、を位置決めする位置決め装置であって、
   前記撮像素子の撮像面法線方向をＺ軸とし、前記Ｚ軸に直交する方向をＸ軸とし、前記Ｚ軸及びＸ軸に直交する方向をＹ軸としたときに、前記複眼光学系と前記撮像素子のうち一方を他方に対して、前記Ｚ軸方向，前記Ｘ軸方向、前記Ｙ軸方向、前記Ｚ軸回り、前記Ｘ軸回り、前記Ｙ軸回りに相対的に駆動する駆動機構と、
   前記撮像素子のＺ軸方向に前記複眼光学系を配置して、チャートを撮像したときに、前記Ｎ個の領域のうち２以上、（Ｎ−１）以下の領域からの画像信号に基づいて、前記複眼光学系と前記撮像素子とのずれ量を検出し、前記ずれ量に基づいて前記駆動機構を駆動する制御手段と、を有することを特徴とする位置決め装置。
2. 前記制御手段は、少なくとも１回は、前記Ｎ個の領域全てからの画像信号に基づいて、前記複眼光学系と前記撮像素子とのずれ量を検出し、前記ずれ量に基づいて前記駆動機構を駆動することを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
3. 前記Ｚ軸回り以外の方向の駆動は、そのいずれかの方向の駆動後に、再度前記Ｎ個の領域のうち２以上、（Ｎ−１）以下の領域からの画像信号に基づいて、前記複眼光学系と前記撮像素子とのずれ量を検出し、前記ずれ量に基づいて前記駆動機構を駆動する繰り返し制御ループを行うようになっており、前記Ｚ軸回りの駆動は、前記繰り返し制御ループ外で行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の位置決め装置。
4. 前記Ｚ軸回りの駆動は、前記繰り返し制御ループの前に行うことを特徴とする請求項３に記載の位置決め装置。
5. 前記Ｚ軸回りの駆動は、前記繰り返し制御ループの後に行うことを特徴とする請求項３に記載の位置決め装置。
6. 前記制御手段は、前記駆動機構を介して前記複眼光学系と前記撮像素子のうち一方を他方に対して前記Ｚ軸方向に移動させ、複数位置で前記チャートを撮像し、前記Ｎ個の領域のうち２以上、（Ｎ−１）以下の領域からの画像信号に基づいて、各領域毎に画像の像面湾曲を求め、前記像面湾曲に基づいて前記Ｚ軸方向の位置と、前記Ｘ軸回りの位置と、前記Ｙ軸回りの位置と、を求めることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の位置決め装置。
7. 前記撮像素子の長辺方向がＸ軸方向であり、同じＹ軸座標を含み、且つＸ軸方向に並んだ少なくとも２つの前記領域からの画像信号に基づいて、前記制御手段は、前記駆動機構を介して前記複眼光学系と前記撮像素子のうち一方を他方に対して前記Ｚ軸回りに駆動することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の位置決め装置。
8. 前記撮像素子の短辺方向がＹ軸方向であり、同じＸ軸座標を含み、且つＹ軸方向に並んだ少なくとも２つの前記領域からの画像信号に基づいて、前記制御手段は、前記駆動機構を介して前記複眼光学系と前記撮像素子のうち一方を他方に対して前記Ｚ軸回りに駆動することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の位置決め装置。
9. 前記制御手段は、少なくとも２つの前記領域からの画像信号に基づいて、それぞれ算出した視差の値に基づいて、検出した前記複眼光学系と前記撮像素子とのずれ量を求めることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の位置決め装置。
10. 前記複眼光学系の温度を測定する測定手段を有し、前記制御手段は、前記測定手段からの出力信号に基づいて、検出した前記複眼光学系と前記撮像素子とのずれ量を補正することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の位置決め装置。
11. 前記複眼光学系は鏡枠に保持されており、前記撮像素子は基板に実装されており、前記制御手段が、検出した前記ずれ量に基づいて、前記駆動機構を介して前記複眼光学系と前記撮像素子のうち一方を他方に対して移動させた後、前記鏡枠と前記基板とが接着されるようになっていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の位置決め装置。
12. 前記鏡枠と前記基板との接着は，前記鏡枠と前記基板との間に紫外線硬化性樹脂を付与し、紫外線を照射することで硬化させるようになっていることを特徴とする請求項１１に記載の位置決め装置。
13. Ｎ（Ｎは３以上の整数）個の個眼光学系が２次元的に並べられ一体的に形成された複眼光学系と、各個眼光学系により光学像をそれぞれ結像されるＮ個の領域を含む撮像面を備えた撮像素子と、を位置決めする位置決め方法であって、
    前記撮像素子の撮像面法線方向をＺ軸とし、前記Ｚ軸に直交する方向をＸ軸とし、前記Ｚ軸及びＸ軸に直交する方向をＹ軸としたときに、前記複眼光学系と前記撮像素子のうち一方を他方に対して、前記Ｚ軸方向，前記Ｘ軸方向、前記Ｙ軸方向、前記Ｚ軸回り、前記Ｘ軸回り、前記Ｙ軸回りの６軸方向に相対的に移動可能となっており、
    前記撮像素子のＺ軸方向に前記複眼光学系を配置して、チャートを撮像したときに、前記Ｎ個の領域のうち２以上、（Ｎ−１）以下の領域からの画像信号に基づいて、前記複眼光学系と前記撮像素子とのずれ量を検出し、前記ずれ量に基づいて、前記複眼光学系と前記撮像素子を相対移動させることを特徴とする位置決め方法。
14. 請求項１４に記載の位置決め方法により互いに位置決めされた複眼光学系と撮像素子とを有することを特徴とする複眼カメラモジュール。

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