WO2009087974A1 - 複眼カメラモジュール - Google Patents

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WO2009087974A1
WO2009087974A1 PCT/JP2009/000067 JP2009000067W WO2009087974A1 WO 2009087974 A1 WO2009087974 A1 WO 2009087974A1 JP 2009000067 W JP2009000067 W JP 2009000067W WO 2009087974 A1 WO2009087974 A1 WO 2009087974A1
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WO
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optical
lens array
lens
optical aperture
linear expansion
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Application number
PCT/JP2009/000067
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English (en)
French (fr)
Inventor
Satoshi Tamaki
Norihiro Imamura
Original Assignee
Panasonic Corporation
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Publication date
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays
    • G02B3/0037—Arrays characterized by the distribution or form of lenses
    • G02B3/005—Arrays characterized by the distribution or form of lenses arranged along a single direction only, e.g. lenticular sheets
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C3/00—Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders
    • G01C3/02—Details
    • G01C3/06—Use of electric means to obtain final indication
    • G01C3/08—Use of electric radiation detectors
    • G01C3/085—Use of electric radiation detectors with electronic parallax measurement
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G—PHYSICS
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    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/57—Mechanical or electrical details of cameras or camera modules specially adapted for being embedded in other devices
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    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/40—Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled
    • H04N25/41—Extracting pixel data from a plurality of image sensors simultaneously picking up an image, e.g. for increasing the field of view by combining the outputs of a plurality of sensors
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    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T156/00—Adhesive bonding and miscellaneous chemical manufacture
    • Y10T156/10—Methods of surface bonding and/or assembly therefor

Definitions

  • the present invention relates to a compound eye camera module that captures an image with a plurality of photographing optical lenses.
  • a subject image is converted into two-dimensional image information by forming a subject image on an imaging element such as a CCD or CMOS through a lens.
  • an imaging element such as a CCD or CMOS
  • a camera that acquires a two-dimensional image of a plurality of subjects by using a plurality of lenses and measures distance information from the obtained image information to the subject.
  • Patent Document 1 discloses an example of a compound eye camera module that measures the distance to such a subject.
  • FIG. 10 is an exploded perspective view of the compound eye camera module disclosed in Patent Document 1.
  • This compound-eye camera module has a structure in which an optical aperture member 111, a lens array 112, a light blocking block 113, an optical filter array 114, and an image sensor 116 are arranged in this order from the subject side.
  • the lens array 112 has a plurality of lenses 112a.
  • the optical diaphragm member 111 includes an optical diaphragm at a position that coincides with the optical axis of each lens of the lens array 112.
  • the optical filter array 114 includes a plurality of optical filters having different spectral characteristics for each region corresponding to each lens of the lens array 112, and covers the light receiving surface of the image sensor 116.
  • the light shielding block 113 includes a light shielding wall 113a at a position that coincides with a boundary between adjacent lenses of the lens array 112, that is, a boundary between adjacent optical filters of the optical filter array 114.
  • the image sensor 116 is mounted on the semiconductor substrate 115.
  • a drive circuit 117 and a signal processing circuit 118 are mounted on the semiconductor substrate 115.
  • An image having parallax can be obtained by the camera module configured as described above.
  • a method called block matching is used, the amount of parallax is calculated by searching the reference image 7-2 for a block most similar to an arbitrary block of the standard image 7-1, and the subject is based on the amount of parallax. The distance to is calculated.
  • Patent Document 1 does not describe any solution for this problem.
  • An object of the present invention is to solve such problems of the prior art and provide a compact and low-cost compound-eye camera module that can ensure ranging accuracy even when the ambient environmental temperature changes.
  • the compound eye camera module according to the present invention includes a lens array having a plurality of lenses arranged on the same plane, and a plurality of imagings in which images of a plurality of subjects formed by the plurality of lenses are projected in a one-to-one relationship.
  • An imaging unit that includes a region and converts each of a plurality of projected images into an electrical signal; and a plurality of optical apertures corresponding to the plurality of lenses in a one-to-one relationship, and the imaging with respect to the lens array And an optical diaphragm part located on the opposite side of the optical part, and the absolute value of the difference between the linear expansion coefficient of the material constituting the lens array and the linear expansion coefficient of the material constituting the optical diaphragm part is 0.7 ⁇ 10 ⁇ 5. / ° C or less.
  • the absolute value of the difference between the linear expansion coefficient of the material forming the lens array and the linear expansion coefficient of the material forming the optical aperture section is 0.35 ⁇ 10 ⁇ 5 / ° C. or less.
  • an absolute value of a difference between a linear expansion coefficient of a material forming the lens array and a linear expansion coefficient of a material forming the optical aperture section is 0.2 ⁇ 10 ⁇ 5 / ° C. or less.
  • the optical aperture section has a hood section that regulates the angle of view.
  • the optical diaphragm unit and the lens array are positioned in contact with each other such that the center of each optical diaphragm of the optical diaphragm unit coincides with the optical axis of each lens.
  • the optical aperture section has a structure capable of independently adjusting the positions of the plurality of optical apertures.
  • the compound-eye camera module further includes a lens barrel that supports the optical aperture unit and the imaging unit, and the lens array and the optical aperture unit are on a plane perpendicular to the optical axis of each lens.
  • the lens barrel and the optical diaphragm are fixed to each other by a first adhesive arranged symmetrically with respect to the center of the lens array, and the lens in a plane perpendicular to the optical axis of each lens They are fixed to each other by a second adhesive arranged symmetrically with respect to the center of the array.
  • a lens array having a plurality of lenses arranged on the same plane and a plurality of subject images formed by the plurality of lenses are projected in a one-to-one relationship.
  • an optical diaphragm unit positioned on the opposite side of the imaging unit, and the absolute value of the difference between the linear expansion coefficient of the material forming the lens array and the linear expansion coefficient of the material forming the optical diaphragm unit is 0.7 ⁇ 10.
  • a plane parallel to the optical axis and the front Comprising the step of bonding the lens module and the optical aperture portion by the first adhesive in a state where the abutted against the optical axis and parallel to the plane of each lens in the lens module.
  • the lens array and the optical aperture section are arranged by symmetrically arranging the first adhesive with respect to the center of the lens array in a plane perpendicular to the optical axis of each lens. Fix it.
  • the difference in linear expansion coefficient between the material of the lens array and the material of the optical aperture unit is set to 0.7 ⁇ 10 ⁇ 5 / ° C. or less, so that the temperature of the material constituting the compound eye camera module can be increased.
  • the amount of eccentricity between the optical axis of the lens and the center of the optical diaphragm which is difficult to correct only by taking into account the amount of expansion and contraction, can be prevented from changing due to the environmental temperature, and the amount of parallax can be changed. Can also be suppressed. Therefore, it is possible to maintain high distance measurement accuracy even when the environmental temperature changes, and it is possible to improve distance accuracy even with a small compound eye camera module having a short base line length.
  • (A) shows the position of the adhesive that joins the lens array and the optical aperture module
  • (b) shows the position of the adhesive that joins the optical aperture and the lens barrel.
  • () Is sectional drawing which shows the position of the adhesive agent shown to (a) and (b). It is side surface sectional drawing which shows the other form of the optical aperture part used for the compound-eye camera module by this invention. It is a disassembled perspective view which shows the conventional compound eye camera module.
  • FIG. 1 is a side sectional view showing the main configuration of the compound eye camera module of the present embodiment.
  • the compound eye camera module includes an optical aperture unit 1, a lens array 4, a lens barrel 5, and an imaging unit 6.
  • the lens array 4 has two lenses 4a and 4b arranged on the same plane, and is integrally formed by resin molding or the like.
  • the optical diaphragm 1 is located on the subject side of the lens array 4.
  • the optical diaphragm 1 has optical diaphragms 2a and 2b corresponding to the lenses 4a and 4b in a one-to-one relationship.
  • the optical diaphragms 2a and 2b have openings, and limit the amount of light incident on the lenses 4a and 4b.
  • the lens array 4 and the optical diaphragm unit 1 are positioned so that the centers 2ap and 2bp of the optical diaphragms 2a and 2b coincide with the optical axes 4ap and 4bp of the lenses 4a and 4b.
  • the centers 2ap and 2bp coincide with the optical axes 4ap and 4bp means that not only the eccentricity of the centers 2ap and 2bp with respect to the optical axes 4ap and 4bp is strictly 0 ⁇ m, but also approximately 5 ⁇ m or less. To tell.
  • FIG. 2 is a side sectional view of a unit composed of the lens array 4 and the optical diaphragm unit 1
  • FIG. 3 is a front view of the unit viewed from the optical diaphragm unit 1 side, that is, the subject side.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of the unit viewed from the lens array 4 side.
  • the optical diaphragm 1 further includes hoods 3a and 3b so that oblique light does not enter the lenses 4a and 4b. Since the optical diaphragms 2a and 2b and the hoods 3a and 3b are integrally formed in the optical diaphragm unit 1, the number of parts can be reduced and the cost can be reduced.
  • the optical diaphragm 1 is also integrally formed by resin molding or the like. In the following, as will be described in detail, the absolute value of the difference between the linear expansion coefficient of the material forming the lens array 4 and the linear expansion coefficient of the material forming the optical aperture section 1 is 0.7 ⁇ 10 ⁇ 5 / ° C. It is as follows.
  • the lens barrel 5 holds and fixes the unit composed of the optical diaphragm 1 and the lens array 4 in the vicinity of one end.
  • the imaging unit 6 is held and fixed in the vicinity of the other end of the lens barrel 5.
  • the imaging unit 6 includes imaging areas 6a and 6b, and each of the imaging areas 6a and 6b includes a large number of pixels that are two-dimensionally arranged in two directions.
  • the imaging unit 6 includes two imaging sensors such as a CCD, and the two imaging sensors may have imaging regions 6a and 6b, respectively.
  • the imaging unit 6 includes one imaging sensor, and one imaging region is the imaging region 6a. 6b may be included.
  • the two subject images formed by the lenses 4a and 4b are arranged with respect to the lens array 4 so as to be projected on the imaging regions 6a and 6b of the imaging unit 6 in a one-to-one relationship.
  • the imaging unit 6 is located on the side opposite to the optical aperture unit 1 with respect to the lens array 4.
  • a light shielding wall 8 is provided between the lens array 4 and the imaging unit 6 and between the optical paths of the lens 4a and the lens 4b so that each of the two subject images does not enter the imaging region 6a or 6b that does not correspond to each other. It has been.
  • the light from the subject passes through the optical apertures 2a and 2b, and images are separately formed by the lenses 4a and 4b, respectively, and projected onto the imaging areas 6a and 6b.
  • the imaging unit 6 converts the images formed in the imaging regions 6a and 6b into electrical signals according to the light intensity.
  • an optical filter 7 may be provided between the lens array 4 and the imaging unit 6. Further, a light shielding film 9 may be provided in the vicinity of the optical filter 7 in order to prevent stray light from entering the imaging regions 6 a and 6 b.
  • the electrical signal output from the imaging unit 6 is subjected to various signal processing and image processing. For example, using two images captured by the imaging regions 6a and 6b, the amount of parallax between the images can be obtained, and the distance to the subject can be measured. These processes can be performed using a digital signal processor (not shown) or the like.
  • the image of the imaging region 6a is used as a reference image, and the image of 6a is divided into a plurality of pixel blocks, for example, 32 ⁇ 32 pixels. Then, an area having a correlation with a pixel block in the imaging area 6a is searched and specified in the image of the imaging area 6b that is the other reference image. This is a so-called block matching method. Then, the distance to the subject is calculated from the parallax between the identified pixel blocks.
  • the distance from the lenses 4a and 4b to the subject is L [mm]
  • the lenses 4a and 4b have the same optical characteristics
  • the focal length is f [mm].
  • the base line length that is the lens interval (inter-optical axis distance) between the lenses 4a and 4b is D [mm]
  • the parallax amount that is the relative shift amount of the pixel block calculated by block matching is z [pixel]
  • the pixel pitch of the image sensor be p [mm / pixel].
  • the distance L to the subject can be obtained using the following (Equation 1).
  • the linear expansion coefficient of the material composing the lens array 4 and the linear expansion coefficient of the material composing the optical diaphragm unit 1 so that high ranging accuracy can be maintained even if the ambient environmental temperature changes.
  • the absolute value of the difference is 0.7 ⁇ 10 ⁇ 5 / ° C. or less.
  • the volume of the lens array 4 is determined by the linear expansion coefficient of the resin. It changes according to the environmental temperature.
  • the base line length D which is the length between the optical axes of the lenses 4a and 4b, increases or decreases depending on the environmental temperature, and errors included in the measured distance result increase.
  • the refractive index of the lens array 4 also changes, and the focal length f of the lens changes. Therefore, the error included in the measured distance result increases.
  • the change in the baseline length D with respect to the environmental temperature change can be obtained by detecting the ambient temperature to obtain the true baseline length D that is expanded or contracted by the ambient temperature. It is possible to estimate, and it is possible to easily calculate an accurate measurement distance in which the influence of the environmental temperature is corrected.
  • the ambient temperature is rarely constant, and the ambient temperature changes every moment. Therefore, in such a case, in order to accurately measure the distance to the subject, it is important to perform correction according to changes in the ambient environmental temperature as described above.
  • the fluctuation factors such as the volume change of the lens array 4 can be corrected by detecting the ambient temperature change.
  • the influence due to the change of the environmental temperature in the compound eye camera module does not occur only in the lens array 4.
  • deviation between the centers 2ap and 2bp of the optical apertures 2a and 2b and the optical axes 4ap and 4bp of the corresponding lenses 4a and 4b that is, eccentricity increases an error included in the measurement distance. It turned out to be a factor.
  • FIG. 6 shows an analysis of the change in the amount of parallax with respect to the image height when the decentering between the optical axes 4ap and 4bp of the lenses 4a and 4b and the corresponding centers 2ap and 2bp of the optical apertures 2a and 2b is changed in four stages. Shows the results.
  • the analysis was performed by chief ray tracing with a baseline length of 2.6 mm, a focal length of 2.6 mm, and a subject placed at a distance of 3000 mm from the lenses 4a and 4b.
  • the horizontal axis indicates the image height when the maximum image height is 100
  • the vertical axis indicates the change rate of the parallax amount with respect to the correct parallax amount.
  • Condition 1 indicated by a dotted line indicates the relationship between the image height and the parallax amount change rate at a normal position without eccentricity.
  • Condition 2 indicated by a solid line is the change rate of the image height and the amount of parallax when the centers 2ap and 2bp of the optical apertures 2a and 2b are shifted by 5 ⁇ m in the baseline direction with respect to the optical axes of the lenses 4a and 4b. Shows the relationship.
  • Condition 3 indicated by a two-dot chain line is that the image height and the amount of parallax when the centers 2ap and 2bp of the optical apertures 2a and 2b are shifted 12.3 ⁇ m in the baseline direction with respect to the optical axes of the lenses 4a and 4b.
  • Condition 4 indicated by the one-dot chain line is that the image height and the parallax amount when the centers 2ap and 2bp of the optical apertures 2a and 2b are shifted by 7.3 ⁇ m in the baseline direction with respect to the optical axes of the lenses 4a and 4b. The relationship with the rate of change is shown.
  • the eccentricity in Condition 2 is immediately after the compound eye camera module is assembled at room temperature, and the pitch deviation between the optical diaphragms 2a and 2b of the optical diaphragm unit 1 or the pitch deviation between the lenses 4a and 4b of the lens array 4 is achieved.
  • the eccentricity between the center of the optical diaphragm at the initial stage of assembly and the optical axis of the lens, which occurs due to the above, is assumed.
  • Condition 3 (two-dot chain line) has a difference in the linear expansion coefficient of the lens array 4 and the linear expansion coefficient of the optical diaphragm unit 1, and the amount of eccentricity is changed to the baseline direction by changing the ambient environmental temperature from the condition 2 condition.
  • the eccentricity of 7.3 ⁇ m is a material constituting the lens array 4, a cycloolefin polymer system having a linear expansion coefficient of 7.0 ⁇ 10 ⁇ 5 / ° C., and a linear expansion as a material constituting the optical diaphragm member.
  • condition 4 one-dot chain line
  • condition 4 there is a difference in the linear expansion coefficient of the lens array 4 and the linear expansion coefficient of the optical diaphragm unit 1, and the amount of eccentricity is changed by changing the ambient environmental temperature from the condition 1 condition. This corresponds to the case where 7.3 ⁇ m increases in the baseline direction.
  • the change rate of the parallax amount with respect to the image height becomes non-linear as shown by a two-dot chain line, and even if the eccentric amount between the center of the optical aperture and the optical axis of the lens is calculated based on the ambient environmental temperature. Since the change in the amount of parallax varies greatly depending on the image height, it can be seen that it is very difficult to correct the measurement distance. That is, even if the environmental temperature changes primarily, it is extremely difficult to find the relationship between the parallax amount change rate with respect to each image height before and after the environmental temperature change.
  • the eccentricity between the center of the optical aperture and the optical axis of the lens is not increased. Therefore, the material lines of the optical aperture section 1 and the lens array 4 The expansion rate was made substantially the same. In other words, in order to ensure the required measurement distance accuracy, the eccentricity is estimated with respect to the environmental temperature change and the measurement distance is not corrected.
  • the eccentricity with the center is configured to be within a certain range.
  • the linear expansion coefficient is 7 ⁇ 10 ⁇ 5 / ° C.
  • the optical aperture section 1 When polycarbonate is used as the material, the linear expansion coefficient is 6.8 ⁇ 10 ⁇ 5 / ° C. Therefore, the linear expansion coefficients of the two materials are almost the same.
  • the linear expansion coefficient can be adjusted by dispersing glass in ABS.
  • FIG. 7 shows the amount of parallax with respect to the image height when the eccentricity, which is the deviation between the optical axes 4ap and 4bp of the lenses 4a and 4b, and the centers 2ap and 2bp of the optical diaphragms 2a and 2b corresponding thereto is changed in three stages.
  • the result of having analyzed about the change of is shown.
  • the analysis was performed by chief ray tracing with a baseline length of 2.6 mm and a subject at a distance of 3000 mm.
  • the horizontal axis indicates the image height when the maximum image height is 100
  • the vertical axis indicates the change rate of the parallax amount with respect to the correct parallax amount.
  • the dotted line indicates that the linear expansion coefficient of the lens array 4 is 7.0 ⁇ 10 ⁇ 5 / ° C., the linear expansion coefficient of the optical aperture unit 1 is 6.8 ⁇ 10 ⁇ 5 / ° C., and the temperature change amount is 60 ° C. Value (condition 5).
  • the solid line represents the lens array 4 having a linear expansion coefficient of 7.0 ⁇ 10 ⁇ 5 / ° C., the optical expansion portion 1 having a linear expansion coefficient of 6.65 ⁇ 10 ⁇ 5 / ° C., and a temperature change amount of 60 ° C. (Condition 6).
  • the linear expansion coefficient of the lens array 4 is 7.0 ⁇ 10 ⁇ 5 / ° C.
  • the linear expansion coefficient of the optical diaphragm member is 6.3 ⁇ 10 ⁇ 5 / ° C.
  • the temperature change amount is 60. It is a value when it is set to ° C. (Condition 7).
  • Each difference in linear expansion coefficient condition 5,6,7 is 0.2 ⁇ 10 -5 /°C,0.35 ⁇ 10 -5 /°C,0.7 ⁇ 10 -5 / °C.
  • the absolute value of the difference between the linear expansion coefficient of the lens array 4 and the linear expansion coefficient of the optical diaphragm 1 is made to be equal to or smaller than a predetermined value. Since changes in the optical axis, the center of the optical aperture, and the amount of eccentricity are suppressed, it can be seen that the change in the amount of parallax is greatly suppressed. It can also be seen that the amount of change in parallax hardly depends on the image height.
  • the linear expansion coefficient of the lens array 4 and the linear expansion coefficient of the optical aperture section 1 are The absolute value of the difference needs to be 0.7 ⁇ 10 ⁇ 5 / ° C. or less. Furthermore, in order to reduce the measurement accuracy (parallax change rate) to 0.2% or less, the absolute value of the difference between the linear expansion coefficient of the lens array 4 and the linear expansion coefficient of the optical aperture section 1 is set to 0.35 ⁇ 10 ⁇ 5. / ° C or less is required.
  • the absolute value of the difference between the linear expansion coefficient of the lens array 4 and the linear expansion coefficient of the optical diaphragm 1 is set to 0.2 ⁇ 10 ⁇ 5. / ° C or less is required. Therefore, the absolute value of the difference between the linear expansion coefficient of the lens array 4 and the linear expansion coefficient of the optical aperture section 1 is preferably 0.7 ⁇ 10 ⁇ 5 / ° C. or less, and 0.35 ⁇ 10 ⁇ 5 / It is more preferable that it is below °C. If the absolute value of the difference between the linear expansion coefficient of the lens array 4 and the linear expansion coefficient of the optical aperture section 1 is 0.2 ⁇ 10 ⁇ 5 / ° C. or less, the optical axis of the lens and the center of the optical aperture due to environmental temperature changes And the influence of the change of the eccentricity can be almost eliminated.
  • the compound eye camera module is configured by setting the difference in linear expansion coefficient between the lens array material and the optical aperture portion material to 0.7 ⁇ 10 ⁇ 5 / ° C. or less.
  • the amount of eccentricity between the optical axis of the lens and the center of the optical diaphragm which is difficult to correct by simply considering the amount of expansion or contraction according to the environmental temperature of the material to be controlled, is suppressed. And the change in the amount of parallax can be suppressed. Therefore, the distance measurement accuracy can be dramatically improved.
  • the lenses 4a and 4b are not affected by changes in the environmental temperature. It is possible to minimize the influence of the measurement error caused by the eccentricity that is a deviation between the optical axes 4ap and 4bp and the centers 2ap and 2bp of the optical apertures 2a and 2b corresponding to the optical axes 4ap and 4bp. However, this makes it impossible to suppress changes in the baseline length D with respect to environmental temperature changes.
  • the amount of change in the baseline length D is obtained using the linear expansion coefficient of the material constituting the lens array 4 according to the change in the environmental temperature, and the amount of parallax is calculated based on the amount of change in the baseline length D. It is preferable to correct. This makes it possible to perform highly accurate measurement regardless of changes in the environmental temperature.
  • the above-described configuration can suppress a change in the amount of eccentricity due to a change in environmental temperature.
  • the linear expansion of the lens array 4 and the optical aperture unit 1 is achieved.
  • the optical diaphragm unit 1 and the lens array 4 are abutted and positioned so that the center of the optical diaphragm of the optical diaphragm unit 1 and the optical axis of the lens coincide with each other.
  • the optical diaphragm 1 and the lens array 4 are joined.
  • the x-axis and y-axis are taken in parallel to the plane on which the lenses 4a and 4b of the lens array 4 are arranged, and the thickness of the lens array 4 Take the z-axis in the direction.
  • the optical aperture section 1 is parallel to the optical axes of the lenses 4a and 4b, and has a reference surface 1x and a reference surface 1y parallel to the x-axis and the y-axis, respectively.
  • the lens array 4 includes the light of the lenses 4a and 4b.
  • the reference plane 4x and the reference plane 4y are parallel to the axis and parallel to the x-axis and the y-axis, respectively.
  • an optical aperture unit 1, a lens array 4, a lens barrel 5, and an imaging unit 6 processed into a predetermined shape are prepared.
  • the optical diaphragm unit 1 and the lens array 4 are joined to produce a unit.
  • the optical aperture portions 1a and 2bp of the optical aperture portions 2a and 2b of the optical aperture portion 1 and the optical axes 4ap and 4bp of the lenses 4a and 4b of the lens array 4 coincide with each other.
  • 1 reference surface 1x and the reference surface 4x of the lens array 4 are brought into contact with each other, and the reference surface 1y of the optical diaphragm 1 and the reference surface 4y of the lens array 4 are brought into contact with each other.
  • the lens array 4 is positioned with respect to the optical aperture section 1.
  • an adhesive (between the lens array 4 and the optical diaphragm unit 1 is maintained while the lens array 4 is positioned with respect to the optical diaphragm unit 1.
  • First adhesive 10a is disposed. At this time, the position, region and amount of the adhesive 10a are relative to the center C1 on the plane where the lenses 4a and 4b of the lens array 4 are arranged (or the plane perpendicular to the optical axes of the lenses 4a and 4b). Try to be symmetric.
  • the position, region, and amount of the adhesive 10a in the y direction are vertically symmetrical with respect to the center C1, and the position, region, and amount of the adhesive 10a in the x direction are symmetrical with respect to the center C1. It is. Thereafter, the lens array 4 is kept positioned with respect to the optical diaphragm 1 until the adhesive 10a is cured. As a result, the lens array 4 and the optical diaphragm unit 1 are joined together to form a unit. In addition, the eccentricity can be suppressed within the machining tolerance of each part.
  • this unit is joined to the lens barrel 5.
  • the unit is inserted into the lens barrel 5, and the surface parallel to the optical diaphragm portion 1 and the lenses 4 a and 4 b of the lens barrel 5 and the lenses 4 a and 4 b of the lens barrel 5 are After the parallel surfaces are brought into contact with each other and positioned, an adhesive (second adhesive) 10b is disposed between the lens barrel 5 and the optical diaphragm portion 1 of the unit.
  • the position, region, and amount at which the adhesive 10b is disposed are symmetrical with respect to the center C2 on the plane where the lenses 4a and 4b of the unit are disposed (the plane perpendicular to the optical axes of the lenses 4a and 4b).
  • the position, region, and amount of the adhesive 10b in the y direction are vertically symmetrical with respect to the center C2
  • the position, region, and amount of the adhesive 10b in the x direction are symmetrical with respect to the center C2. It is. Thereafter, the unit is kept positioned with respect to the lens barrel 5 until the adhesive 10b is cured. Thereby, the optical aperture section 1 and the lens barrel 5 are joined, and the optical aperture section 1, the lens array 4 and the lens barrel 5 are integrally joined.
  • the application area and the application amount of the adhesive symmetrically with respect to the center C1 or C2
  • the stress due to the expansion and contraction of the adhesive is applied to the lens array 4 and the optical aperture.
  • the lens array 4, the optical aperture unit 1 and the lens barrel 5 are expanded and contracted with respect to the center of the member. For this reason, it is possible to accurately estimate the position change of the optical axis of each optical system, and to perform highly accurate temperature compensation.
  • the optical diaphragm 1 has the optical diaphragms 2a and 2b integrally.
  • the optical diaphragms 2a and 2b are accurately formed in the optical diaphragm section 1, since the structure is an integral structure, the positioning with respect to the lens array 4 is only one part, and there is an advantage that assembly is simple.
  • the center distances of the optical diaphragms 2a and 2b are not arranged with a predetermined accuracy, or the optical diaphragms 2a and 2b are formed with high precision in the optical diaphragm unit 1, the lenses 4a and 2b in the lens array 4 are formed.
  • the optical aperture section 1 has the respective positions of the optical apertures 2a and 2b so that the optical axes of the lenses 4a and 4b coincide with the centers of the optical apertures 2a and 2b. May be provided with an independently adjustable structure.
  • FIG. 9 shows a cross-sectional structure of a unit of the optical aperture section 1 and the lens array 4 having such a structure.
  • the optical aperture section 1 includes a first optical aperture section 1a including an optical aperture 2a and a second optical aperture section 1b including an optical aperture 2b.
  • the optical axis 4ap of the lens 4a and the center 2ap of the optical diaphragm 2a coincide with the lens 4a of the lens array 4. It becomes possible to position the diaphragm 1a by translation or rotation adjustment.
  • the surface 4af of the lens array 4 parallel to the optical axis of the lens 4a and the optical axis of the lens 4a of the first optical aperture section 1a in a state where the optical axis 4ap of the lens 4a and the center 2ap of the optical aperture 2a coincide.
  • Positioning is performed by contacting the parallel surface 1af.
  • the optical diaphragm portion 1b can be positioned by translation or rotation adjustment so that the optical axis 4bp of the lens 4b and the center 2bp of the optical diaphragm 2b coincide with each other.
  • a surface 4bf parallel to the optical axis of the lens 4b of the lens array 4 and the optical axis of the lens 4a of the second optical diaphragm 1b Positioning is performed by contacting the parallel surface 1bf.
  • the lens array 4, the first optical aperture portion 1a, and the second optical aperture portion 1b may be bonded with an adhesive in a state where the positioning is performed in this way.
  • adjustments can be made to reduce the amount of eccentricity of the position of the center of the optical diaphragm with respect to the optical axis of each lens.
  • the eccentricity between the optical axis of each lens and the center of the optical aperture can be made zero as much as possible, and the accuracy of the measurement distance is ensured. be able to.
  • the lens array 4 has the two lenses 4a and 4b, but the same effect can be obtained even if the lens array 4 has three or more lenses.
  • the optical filter 7 is disposed in the vicinity of the lens array 4, but the optical filter 7 may be disposed for each pixel on the imaging element unit 6.
  • the resin material constituting the optical aperture section 1 needs to have a light shielding property.
  • the light shielding performance is ensured by adding 3% or more of carbon to the resin material constituting the optical aperture section 1. May be.
  • the compound eye camera module of the present invention is useful as a distance measuring device for in-vehicle use and a three-dimensional image capturing device.

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Abstract

　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／°C以下である。

Description

複眼カメラモジュール
　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。
符号の説明
　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
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　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。

Claims (9)

  1. 　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。
  2. 　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。
  3. 　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。
  4. 　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。
  5. 　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。
  6. 　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。
  7. 　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。
  8. 　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。
  9. 　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。
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