(57)【要約】【課題】２つの独立したカメラの光軸を平行に配列したカメラモジュールにより、三角測量法を用いて被写体距離を算出する場合、複雑な補正を必要とし、時間的な安定性や周辺温度に対する安定性に欠けるという問題があった。【解決手段】レンズアレイ（１１）として一体化された複数のレンズ（１２ａ、１２ｂ）と、これらのレンズにより撮像された被写体像を検出する複数の撮像領域（１７ａ、１７ｂ）が単一の半導体ウエハー上に形成された固体撮像素子（１６）とを有する複眼式カメラモジュールとすることで、簡単な初期補正のみで経時変化や周辺温度変化に対して安定で高精度な被写体距離の測定が可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに光軸が異なる複数のレンズによる複数の被写体像を、前記複数のレンズのそれぞれに１対１に対応した複数の撮像領域に結像し、前記複数の撮像領域からそれぞれ出力される電気信号を比較することにより前記被写体の距離情報を得るカメラモジュールであって、
前記複数のレンズは、光軸が互いに略平行となる配置で一体化されているとともに、前記複数の撮像領域は、単一の半導体ウエハー上に形成されていることを特徴とするカメラモジュール。
【請求項２】
前記複数の撮像領域は、互いに離間して配置されていることを特徴とする請求項１記載のカメラモジュール。
【請求項３】
前記複数の撮像領域のそれぞれに対して、個別に前記電気信号の転送回路を備えていることを特徴とする請求項１又は２記載のカメラモジュール。
【請求項４】
さらに温度検出手段を備え、前記温度検出手段からの検出温度に基づいて前記距離情報を補正することを特徴とする請求項１記載のカメラモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高精度、かつ経時変化や温度変化に対して安定に被写体距離を測定できる複眼方式のカメラモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、同一の光学系からなるカメラをそれぞれの光軸が平行になるように配置し、それぞれの撮影画像を比較し、同一被写体のずれ(視差)を検出して被写体の距離を計測する方法が知られている。図１０はこのようなステレオカメラによる三角測量の基本原理を示す図である。
【０００３】
図１０において被写体１０１からの光を同一の光学系からなる２台のカメラ１０２ａ、１０２ｂを配置して撮影する場合を考える。レンズ１０３ａを通して得た被写体像１０４ａと、レンズ１０３ｂを通して得た被写体像１０４ｂとは、被写体上の同一点が視差Δだけずれて固体撮像素子１０５ａ、１０５ｂにそれぞれ至り、各固体撮像素子上の撮像領域にある多数の受光素子（画素）で受光され、電気信号に変換される。
【０００４】
カメラ１０２ａと１０２ｂは例えばステージ１０６上に固定されており、それぞれの光軸が平行になるように配置されている。視差Δは２つの光軸を含む面内で２つの光軸に垂直な方向にずれとして生じる。
【０００５】
ここでレンズ１０３ａ、１０３ｂの光軸間の距離は基線長と呼ばれ、これをＤとし、レンズと被写体との距離をＡ、レンズの焦点距離をｆとし、Ａ≫ｆであるときには次式が成り立つ。
【０００６】
【数１】
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【０００７】
（数１）より、基線長Ｄ、およびレンズの焦点距離ｆは既知であるから、視差Δを検出すれば被写体までの距離Ａを算出することができる。
【０００８】
視差の検出方法を、図１１を用いて説明する。図１１は図１０における固体撮像素子１０５ａと１０５ｂ上に形成されたカメラから距離Ａだけ離れたところにある各被写体像１１１ａと１１１ｂを示している。
【０００９】
被写体像１１１ａ、１１１ｂは視差Δだけずれてそれぞれ固体撮像素子１０５ａと１０５ｂに撮像され、それぞれの撮像領域に縦横とも所定ピッチ間隔でマトリックス状に配置された多数の画素により電気信号に変換される。すなわち、各固体撮像素子からマトリックス状に配置された各画素の輝度情報がそれぞれ得られる。
【００１０】
今、固体撮像素子１０５ａの撮像領域における光軸原点が画素ｍにあり、固体撮像素子１０５ｂの撮像領域における光軸原点が画素ｎにあるとする。これらの各光軸原点は、光軸上の十分に離れた距離にある光源のスポットがレンズ１０３ａ、１０３ｂを通して固体撮像素子１０５ａと１０５ｂの各撮像領域に結像する点としてそれぞれ検知できる。
【００１１】
（数１）からもわかるように十分に離れた距離にある被写体に対する視差は限りなく零に近くなることから、上記のマトリックス状に配置された各画素の輝度情報を画素ｍと画素ｎが重なるようにし、固体撮像素子１０５ａと１０５ｂの画素マトリックス上の被写体像を比較した際のずれ量が視差Δとなる。
【００１２】
画像の中にカメラからの距離の異なる複数の被写体がある場合にはそれぞれの視差量は異なるため、画像を複数のブロックに分割してブロック毎に比較し、ブロック単位での視差量を検出することが行われる。
【００１３】
しかしながら、実際のところ、以上説明したステレオカメラによる三角測量ではさまざまな誤差要因が発生することにより視差Δを正確に検出することは容易ではない。
【００１４】
例えば、２つのレンズの光軸が平行でないと視差Δには誤差が含まれてしまう。あるいは２つの固体撮像素子の画素マトリックスどうしが平行でなく傾いていたり、所定の間隔からずれたりしていても視差Δには誤差が含まれてしまう。例えば図１２のように２つの独立したカメラを配置する場合にはそれぞれの固体撮像素子の画素マトリックスは必ずしも平行にはならず、図１２のαのように傾くことが起き得る。このような画素マトリックスの角度ずれを完全に補正して画像の比較をしないと視差Δには誤差が生じてしまう。
【００１５】
これらの誤差要因は完全に排除することは現実的には非常に困難である。また、一時的に誤差要因を排除するだけでは不十分で、長期的な環境変動である経時変化や周辺温度の変化に対しても安定である必要がある。
【００１６】
従って、実際にこのようなステレオカメラを用いた被写体距離測定においては２つのカメラレンズの光軸の非平行性や、撮像領域である画素マトリックスのずれに対して複雑な補正が必要であるとともに、長期的に測定性能を確保する工夫が必要であった。
【００１７】
例えば特許文献１では２つのカメラレンズの光軸を平行にするために所定のラインで構成されたチャートを撮影し、撮影したチャートの像が特定の状態になるようにカメラのアライメントを行う方法が開示されている。
【００１８】
あるいは特許文献２ではステレオカメラの経時的な光軸のずれを距離測定精度への影響が無視できる早期の段階から、稼動停止せずに機械的、電気的手段で自動調整することで距離測定精度の時間的な劣化を防ぐ方法が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−０１４３４７号公報
【特許文献２】特開平１１−２５９６３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、特許文献１に開示された方法は時間の経過とともに光軸の平行ずれが避けられないために、定期的にアライメントをする必要があった。また、特許文献２ではアライメントを自動調整するものの大掛かりな機械装置や電気的制御手段が必要であるという問題を抱えていた。
【００２０】
本発明者らによる検討では、これらのステレオカメラのさまざまな誤差要因は主としてステレオカメラの構造に起因すると考えられる。
【００２１】
従来のステレオカメラでは同じカメラを使用するものの、別々に独立したカメラを２つ用いるために、個々のカメラは自由にセッテイングできるメリットがある反面、距離測定の安定性に欠けるデメリットを有する。
【００２２】
例えば、メリットとしては基線長を大きくとることが容易なので、(数１)からもわかるように遠くにある被写体でも視差が存在し、距離測定が可能になる。
【００２３】
その一方で、光軸平行化のアライメントが必要で、個々のカメラは通常カメラとは異なる材料からなるステージに別々に独立して配置されているため、組み立て後にアライメントを行っても時間的安定性に関しては十分ではなかったり、周辺の温度変化に対する補正が困難であったりする問題を抱えていた。
【００２４】
本発明は以上の課題解決を行うべく、簡単な初期補正だけで経時変化や周辺温度変化に対して安定な距離測定ができる複眼式カメラモジュールを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記目的を達成するために、本発明のカメラモジュールは、
互いに光軸が異なる複数のレンズによる複数の被写体像を、前記複数のレンズのそれぞれに１対１に対応した複数の撮像領域に結像し、前記複数の撮像領域からそれぞれ出力される電気信号を比較することにより前記被写体の距離情報を得るカメラモジュールであって、前記複数のレンズは、光軸が互いに略平行となる配置で一体化されているとともに、前記複数の撮像領域は、単一の半導体ウエハー上に形成されていることを特徴とするものである。
【００２６】
本発明のカメラモジュールにおいては、前記複数の撮像領域は、互いに離間して配置されていることが望ましい。これにより、隣接する撮像領域に被写体像が写りこむことを避けることができるとともに基線長を自由に設定することができる。
【００２７】
また、前記複数の撮像領域のそれぞれに対して、個別に前記電気信号の転送回路を備えていることが望ましい。
【００２８】
さらに温度検出手段を備え、前記温度検出手段からの検出温度に基づいて前記距離情報を補正することが望ましい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明のカメラモジュールは、複数のレンズが、光軸が互いに略平行となる配置で一体化されているとともに、複数の撮像領域が、単一の半導体ウエハー上に形成されているため、簡単な初期補正だけで高い距離測定精度が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい形態について説明する。
【００３１】
（実施の形態１）
図１は本発明のカメラモジュールの概略構成図、図２は断面図を示すものである。
【００３２】
図１においてレンズアレイ１１には両面非球面であるレンズ１２ａ、１２ｂが一体化されて形成されている。レンズ１２ａ、１２ｂは同じ形状のレンズであって焦点距離は等しく、それぞれの光軸１３ａ、１３ｂは平行である。両光軸間の距離である基線長はＤである。
【００３３】
ここで図のように光軸１３ａ、１３ｂの方向をＺ軸とし、Ｚ軸に垂直であり、かつ光軸１３ａから光軸１３ｂへ向かう方向をＸ軸とし、Ｚ軸とＸ軸の両方に直交する方向をＹ軸とする。レンズ１２ａ、１２ｂはＸＹ平面上にありＹ軸上に両レンズの中心を配置した。この場合、視差Δが発生する方向はＹ軸方向となる。
【００３４】
レンズアレイ１１と、緑の波長帯を透過するフィルタ基板１４は鏡筒１５に固定され、鏡筒１５の底面にはＣＭＯＳ、ＣＣＤ等の固体撮像素子１６が配置されている。固体撮像素子１６は、単一の半導体ウエハー上に、半導体プロセスにより多数の受光素子（画素）を形成したものである。固体撮像素子１６の上にはレンズ１２ａ、フィルタ１４を通じて被写体像が結像される撮像領域１７ａと、レンズ１２ｂ、フィルタ基板１４を通じて被写体像が結像される撮像領域１７ｂとが離間して配置されている。撮像領域１７ａと１７ｂはそれぞれ同じ大きさの矩形領域であり、各撮像領域にはＸ方向、Ｙ方向に同じピッチ間隔でマトリックス状に画素が配置された画素マトリックスが存在する。
【００３５】
これらの各撮像領域の対角中心と、各レンズの中心、すなわち光軸はほぼ一致しており、各撮像領域は内部にカラーフィルタはなく、フィルタ基板１４にて選別、透過してきた緑の波長帯の光に対するセンシングを行う。
【００３６】
本発明のカメラモジュールは一つの固体撮像素子１６に撮像領域１７ａと１７ｂとを離間して設けている。撮像領域を離間していないと隣接する撮像領域へ光線が入射することを避けるために、撮像領域を区切る壁などを設ける必要があるが、本発明のカメラモジュールではこのような構造は不要である。
【００３７】
本発明のカメラモジュールでは撮像領域が互いに離間して配置されているため、隣接する撮像領域に被写体像が写りこむことを避けることができ、部品点数の削減、実装工程の簡略化ができる。また、画素数を減らすことなく基線長の大きさを比較的自由に設定することができる。
【００３８】
図２は図１のカメラモジュールの光軸１３ａ、１３ｂを含む面での断面図である。２２は鏡筒底面でその上にデジタル信号プロセッサー（ＤＳＰ）を含む基板２１があり、さらにその上に１個の固体撮像素子１６を配置している。
【００３９】
図１、図２で示した本発明の実施の形態１では、レンズ１２ａ、１２ｂに入射した被写体からの光のうち、緑色の光のみが撮像領域１７ａ、１７ｂにそれぞれ入射する。これら２つの撮像領域上の画素マトリックスで検知された画像信号を比較して被写体の距離情報を得る。このような処理はデジタル信号プロセッサー（ＤＳＰ）により行う。
【００４０】
緑色波長帯域の画像を用いているのは人間の眼に感じる波長、いわゆる可視光波長帯域において、緑色は中央に位置する波長帯であり、ほとんどの被写体が緑色の波長成分を有するため、検出できない被写体をほとんど無くす効果を有するためである。
【００４１】
２つの撮像領域１７ａ、１７ｂからそれぞれ得られた画像を比較する際の前提として、同じ被写体をとらえている画素どうしが、各撮像領域のどこにあるかを認知する必要がある。その認知方法の一例を図３（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明する。
【００４２】
実質的に無限遠（例えば数十ｍ離した距離）に置かれた白色光源を撮影した際に、光量がピークになる位置を原点３１ａ，３１ｂにして、各画像を構成する画素を特定することが可能になる。このようにして各画像の原点３１ａ，３１ｂを求めることにより、各画像を構成する固体撮像素子の実装時の正確な位置合わせが不要となり、カメラモジュールの製作が容易となる。
【００４３】
図４は本実施の形態のカメラモジュールにおける固体撮像素子１６と、２つの撮像領域１７ａ、１７ｂと、各原点３１ａ，３１ｂ、および２つのレンズ１２ａ、１２ｂを通してそれぞれ得られた被写体像４１ａ、４１ｂの位置関係を示す図である。
【００４４】
本実施の形態のカメラモジュールでは、撮像領域１７ａ、１７ｂは単一の半導体ウエハー上に形成されている。固体撮像素子の受光素子（画素）は半導体プロセスで形成され、マスクを用いて画素のパターニングが行われており、ここでは撮像領域１７ａ、１７ｂの画素マトリックスが平行であるようなパターンをもつマスクを用いる。また、半導体ウエハーの表面は平面であるため、２つの撮像領域１７ａ、１７ｂの法線も自動的に平行となる。これにより、２つの被写体像４１ａ、４１ｂを比較する際には、従来必要であった角度ずれ補正を行う必要がなくなる（図８参照）。また、一つの固体撮像素子１６を実装すればよいので、部品点数の削減と実装工程の簡略化ができる。
【００４５】
また、レンズ１２ａ、１２ｂは一体化されており、金型を用いた一般的な射出成形等を用いれば、製造ばらつきや時間的な変動を伴わずに、容易に両レンズの光軸の平行度を常に保つことができる。これにより被写体像４１ａ、４１ｂの画像の片方が歪んだりすることがなく、視差Δを正確に算出することができる。
【００４６】
以上により、本発明のカメラモジュールはレンズがレンズアレイとして一体化されており、撮像領域も単一の半導体ウエハー上に形成されているため、図３の各光軸原点の抽出を始めとする基本的な初期補正さえ行えば、その後、アライメントを行わなくても安定して被写体距離の測定が可能となり、補正を大幅に簡略化することができる。
【００４７】
次に本実施の形態のカメラモジュールにおける被写体距離の測定精度について説明する。
【００４８】
ここでは距離測定精度を被写体までの距離真値に対する誤差（％）と定義する。（数１）より被写体距離Ａは視差Δに反比例することから、距離測定精度は視差Δをどこまで精度よく読み取れるかによって決定される。
【００４９】
視差Δの読み取り易さは、同じ被写体距離でも視差Δが大きくなるようなカメラモジュールが有利と想像される。
【００５０】
（数１）より、基線長Ｄと焦点距離ｆの積が大きいほど視差Δが大きくなることがわかる。
【００５１】
従来のカメラモジュールでは基線長Ｄを大きくして視差Δを大きくすることがよく行われていた。そのために２つのカメラを独立、個別にして距離を離してステージ等に設置することが行われていた。このような方法では視差Δの値を大きくできる反面、上述したように２つのカメラ間にはあらゆるアライメント上のずれが生じるために、小さな視差量を読み取ることは困難で、時間的安定性にも欠けていた。また、基線長が極端に大きく、視差Δが大きい画像を重ねる場合、被写体の輪郭部等に片方のカメラでは見えても、もう片方のカメラには写らない部分が生じてしまい、画像の重ね合わせ精度が劣化してしまう問題があった。このため、画素ピッチの細かい固体撮像素子を用いても視差Δの読み取りの精度はほとんど向上できない問題があった。
【００５２】
また、基線長を大きくするために、２つのカメラを含めた光学系全体の大きさが大型化してしまう問題があった。
【００５３】
このように従来のカメラモジュールでは被写体の距離測定精度を向上するには全体を大型化することが避けられないとともに、その測定精度には限界があり、かつ時間的安定性に欠けるという重大な課題を抱えていた。
【００５４】
一方、本実施の形態のカメラモジュールでは２つのレンズが一体化され、かつ２つの撮像領域が単一の半導体ウエハー上に形成されているために、２つの被写体像の視差Δをより細かい画素ピッチで、かつ安定して読み取ることができる。さらには視差Δの検出精度を向上するために、画素ピッチ単位で決定するのではなく補間処理により、画素間、すなわちサブピクセルの単位で光軸原点の抽出や２つの画像の比較することが行うことができる。基線長をいたずらに大きくしないため、２つのレンズによる画像には上述した被写体輪郭部の差がほとんどないため、視差Δの読み取り精度を向上し、より正確に被写体距離を算出することが可能となる。
【００５５】
具体例としてレンズ間の基線長３ｍｍ、焦点距離２ｍｍのレンズアレイと、画素ピッチ２μｍの固体撮像素子を用い、カメラから被写体までの距離が１ｍである場合、（数１）より視差Δは６μｍとなる。補間処理により画素ピッチの少なくとも±１／１０程度は読み取ることが可能で、±０．２μｍまで読み取ることができ、距離測定精度は±３．３％で、高い精度で距離測定できることがわかる。従来のカメラモジュールに対して基線長を１／５以下にすることができる。
【００５６】
本発明のカメラモジュールは、サイズを大きくすることなく高い精度で、かつ安定に被写体距離の測定が可能であるという特長を有する。
【００５７】
なお、本実施の形態のカメラモジュールでは２つのレンズと２つの撮像領域を有する構成について説明したが、２つ以上であってもよい。図１において、視差の発生するＹ方向と平行な輪郭線を持つ被写体については視差Δの検出ができなくなるが、図１におけるＸ軸上に別にレンズと撮像領域を設ければＹ方向と平行な輪郭線を持つ被写体に対しても視差の検出が可能となる。
【００５８】
また、本実施の形態では緑色の波長の光のみを検出したが、これに限るものではない。例えば近赤外の波長の光を検出するカメラモジュールとし、フィルタ基板１４が近赤外の波長のみを透過するフィルタとし、近赤外波長を発光するＬＥＤ等の光源によって被写体を照明すれば、夜間であっても被写体の像が得られ、被写体距離の測定が可能である。
【００５９】
あるいは可視光全域を用いたカメラモジュールとし、フィルタ基板１４を無くし、固体撮像素子の撮像領域の各画素にいわゆるベイヤー配列に代表されるカラーフィルタを設ければ被写体距離の測定だけでなくカラー画像をも得ることもできる。
【００６０】
あるいは一つのカメラモジュールの中に異なる波長に対応するレンズの組み合わせを複数設けてもよい。
【００６１】
また、レンズは非球面レンズに限るものではなく、例えば回折格子を備えたレンズでも構わない。
【００６２】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１で説明した複数の撮像領域１７ａ、１７ｂが形成された固体撮像素子１６に関して望ましい形態について説明する。
【００６３】
図５は一般的な固体撮像素子の製造工程における半導体ウエハーを示している。円形上のシリコンウエハー５１の上に四角で図示された一つ一つが、受光素子がマトリクス状に形成された個々の撮像領域を示している。これらのウエハーはマスクを用いたフォトリソグラフィ工程、ドライエッチング工程、成膜工程などを複数回繰り返して作製されている。通常、汎用の固体撮像素子では、このようにして得たウエハーから１個ずつの撮像領域をダイシングで切り出し、固体撮像素子チップとして用いる。
【００６４】
本発明のカメラモジュールに用いる固体撮像素子として図５のウエハーから点線部５２のように２つの撮像領域が含まれる形でダイシングする。
【００６５】
このようにすれば、本発明のカメラモジュールのみだけに新たに高価なマスクを用意する必要がなく、汎用の固体撮像素子用のマスクを用い、同じ半導体プロセスで本発明のカメラモジュールに適用できる固体撮像素子を得ることができ、非常に効果的である。
【００６６】
本発明のカメラモジュールでは複数のレンズの光軸が略平行となる配置で一体化されているとともにレンズと同数の撮像領域が、単一の半導体ウエハー上に形成されていることを特徴とする。
【００６７】
これに対し比較例として、複数のレンズの光軸が略平行となる配置で一体化されているが、撮像領域が１つで、それにレンズ同じ数の被写体像が結像されているカメラモジュールについて図６を用いて説明する。
【００６８】
図６は一つの撮像領域６１を有する固体撮像素子６２と、２つのレンズ（図示せず）による結像エリア６３ａ、６３ｂとを示している。
【００６９】
図６（ａ）は基線長Ｄが小さい場合、図６（ｂ）は基線長Ｄが大きい場合を示す。基線長Ｄが小さい（ａ）においては結像エリア外の不要光線が隣の撮像領域に入射することを防ぐために遮光用の壁６４が設けられている。
【００７０】
画像を表示する場合には結像エリアを大きくし、画素数を増やすほうが高精細な画像が得られ望ましい。また、同じ焦点距離のレンズを考えた場合、画角の広いレンズほど結像エリアのサイズが大きくなる。これにより、結像エリアが大きいほど、広角な画像を得ることが容易である。
【００７１】
一方で被写体距離を測定する観点からは、基線長Ｄが小さすぎると視差Δが小さくなり、距離測定精度が落ちてしまう。先述したように、やみくもに基線長Ｄを大きくすると２つの画像の重ね合わせ精度が落ちるため適当な基線長の大きさが求められる。
【００７２】
図６（ａ）、（ｂ）からわかるように撮像領域が１つで、それにレンズ同じ数の被写体像が結像されているカメラモジュールでは、高精細な画像を得るために結像エリア６３ａ、６３ｂを大きくすると基線長Ｄを大きくできない。逆に被写体距離の測定精度を向上するために基線長Ｄを大きくすると必然的に結像エリア６３ａ、６３ｂは小さくなり、画像表示上不利になってしまう。また、撮像に寄与しない画素が発生してしまうため、固体撮像素子からの電気信号の転送速度や、コスト面でも不利となる。
【００７３】
図７は本発明のカメラモジュールにおける固体撮像素子として図５の点線部で切り出した固体撮像素子を示すものである。
【００７４】
一つの固体撮像素子７２に２つの撮像領域７１ａ、７１ｂが離れて配置しており、それぞれの撮像領域には２つのレンズ（図示せず）による結像エリア７３ａ、７３ｂが投影されている。
【００７５】
図６と比較すると基線長Ｄは十分大きく、撮像エリア７１ａ、７１ｂが離れているので遮光用の壁を設ける必要がない。かつ結像エリア７３ａ、７３ｂは十分大きく、高精細な画像を得ることができる。また、撮像に寄与しない画素がほとんど発生しないため、固体撮像素子からの電気信号の転送速度も小さくできる。
【００７６】
本実施の形態に示したような固体撮像素子を用いることにより、有効画素数を減らすことなく、基線長Ｄの大きさを適当な大きさに拡大することができるため、高精細な画像と、高精度な被写体距離測定を両立することができる。
【００７７】
（実施の形態３）
本実施の形態のカメラモジュールについて以下に説明する。
【００７８】
図８は本実施の形態のカメラモジュールにおける固体撮像素子８２と２つの撮像領域８１ａ、８１ｂ、および固体撮像素子がボンディングされた基板８３と、基板８３に形成された２つの電気信号転送回路８４ａ、８４ｂ、およびデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）８５の概略図である。
【００７９】
各撮像領域８１ａ、８１ｂにて電気信号に変換された画像情報はそれぞれ別々の電気信号転送回路８４ａ、８４ｂを経て、デジタルシグナルプロセッサ８５で画像比較処理が行われる。
【００８０】
従来、２つのカメラの画像情報を比較する際にはカメラが離れて配置されているため各撮像素子からの電気信号線が長くなり、信号の同期を取るために高速な画像情報転送処理が困難であった。
【００８１】
本実施の形態のカメラモジュールは各撮像領域ごとに電気信号転送回路を備えている。これにより、例えばパラレル転送にて画像情報を転送すれば、２つの画像間の時間ずれをなくし、かつ転送速度の向上によりフレームレートの高速化が可能となる。
【００８２】
これにより、動きのある被写体に対しても、正確な視差量を検出することができるため高精度な距離測定が可能である。
【００８３】
（実施の形態４）
図９は本実施の形態のカメラモジュールの概略構成図を示すものである。
【００８４】
実質的には実施の形態１で示した図１とほぼ同様の構成に、固体撮像素子上に温度センサであるサーミスタ９１を付加した構成を有している。
【００８５】
以下、図１と共通の部分に対しては動作、作用は同じであるので説明を省略し、新たに付加したサーミスタ９１に関して説明を行う。
【００８６】
最初にカメラモジュールにおいて周辺温度が変化したときの影響について述べる。
【００８７】
まず、図３を用いて説明した各撮像領域の原点画素を特定する操作を行い、その後、周辺温度が△τ（℃）だけ上昇したとする。
【００８８】
このとき、レンズアレイ１１、固体撮像素子１６はそれぞれ膨張することによって、各レンズ１２ａ、１２ｂの間隔、すなわち基線長Ｄと、固体撮像素子１６の撮像領域１７ａ、１７ｂ、それぞれの対角中心の間隔はともに広がることになる。しかしながら、レンズ間隔と撮像領域の対角中心の間隔はそれぞれの構成材料が異なっている場合、温度による間隔の変化量にずれが生じる。これは周辺温度の変化とともに図３の原点が動くということであり、このままでは正確な視差Δを算出できないことを意味する。
【００８９】
本実施の形態のカメラモジュールにおいて、レンズアレイ材料と固体撮像素子の線膨張係数をそれぞれＬ、Ｓとし、周辺温度が△τ（℃）だけ上昇することによる、各固体撮像素子上での原点ずれ量△ｄは近似的に次式で与えられる。
【００９０】
【数２】
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【００９１】
（数２）の近似では、固体撮像素子の線膨張係数は半導体ウエハーの材料であるシリコンと同等であるとし、レンズ材料としては樹脂を想定して固体撮像素子よりも２桁以上熱膨張係数が大きいとした。なお、（数２）は周辺温度が下降する場合にも成立する。
【００９２】
このように本実施の形態のカメラモジュールでは、原点ずれ量は周辺温度変化によるレンズアレイ材料の線膨張、収縮のみで決定していることがわかる。
【００９３】
例えば、レンズ間の基線長Ｄが３ｍｍ、焦点距離２ｍｍとし、レンズアレイ材料としてシクロオレフィン系の熱可塑性樹脂（例えば日本ゼオン社、ＺＥＯＮＥＸ４８０、線膨張係数は６×１０−５）を想定し、周辺温度が２０℃上昇したとき、（数２）を用いて原点ずれ量△ｄを計算すると、＋１．８μｍとなる。なお、ここではレンズアレイと撮像領域の距離は変わらない前提を取り、焦点距離の温度変化は無視している。
【００９４】
実施の形態１で述べたように、被写体距離が１ｍのときの視差Δは６μｍであり、上記の△ｄの＋１．８μｍは約３０％に相当し、非常に大きなずれ量である。これは実際の被写体距離よりも約３０％小さい被写体距離として測定されることを意味している。また、逆に周辺温度が２０℃低下すれば実際の被写体距離よりも約３０％大きい被写体距離として測定されることを意味している。このことから、周辺温度が大きく変化する環境においては温度に対する対応が不可欠であることがわかる。
【００９５】
本実施の形態のカメラモジュールに搭載されたサーミスタは周辺温度に対して抵抗値が変化する素子であり、抵抗値を評価することで温度センサとして機能するものである。他の温度センサと比較して実装面積が小さい特徴を有する。
【００９６】
本実施の形態のカメラモジュールでは内蔵されたサーミスタにより周辺温度を検出し、その情報を用いて周辺温度が変化しても正確に被写体の距離情報を算出できるものである。具体的にはサーミスタにより周辺温度を検知し、その温度に応じて（数２）から原点ずれ量△ｄを算出する。この原点ずれ量を考慮することにより、正確な視差Δを求めることが可能となる。
【００９７】
このように、本実施の形態のカメラモジュールは周辺温度が変化してもその都度アライメントをする必要がなく、高精度に被写体の距離測定ができる。
【００９８】
なお、本実施の形態では固体撮像素子上のサーミスタによって周辺温度の検出を行ったが、熱電対などの別の温度センサでも構わない。あるいはレンズアレイ等、固体撮像素子以外の位置に温度検出手段を配置しても構わない。
【００９９】
本発明のカメラモジュールはレンズアレイとして一体化された複数のレンズと、これらのレンズにより撮像された被写体像を検出する複数の撮像領域が単一の半導体ウエハー上に形成された構造であり、非常にシンプルな構造であるがために（数２）の関係が成立する。図１０に示したような従来の２個の独立したカメラをフレーム上に離して配置する構成においては、周辺温度の変化により、フレームのたわみやそりが発生したり、カメラの光軸方向が複雑に変化することが起こり、（数２）のような単純な関係では表せず、たとえ温度検出手段を設けても安定した補正は困難であることを付け加えておく。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明のカメラモジュールは、車載用のカメラや携帯機器搭載用のカメラ、監視用カメラ等の用途に応用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明の実施の形態１におけるカメラモジュールの構成概略図
【図２】本発明の実施の形態１におけるカメラモジュールの断面図
【図３】（Ａ）実質的に無限遠に置かれた白色光源を各固体撮像素子で撮影したときに得られた原点の位置を示す図（Ｂ）光量のピークを示す図
【図４】本発明の実施の形態１におけるカメラモジュールの固体撮像素子１６と、２つの撮像領域１７ａ、１７ｂと、各原点３１ａ，３１ｂ、および２つのレンズ１２ａ、１２ｂを通してそれぞれ得られた被写体像４１ａ、４１ｂの位置関係を示す図
【図５】一般的な固体撮像素子のウエハーを示す図
【図６】比較例として複数のレンズの光軸が略平行となる配置で一体化されているが、撮像領域が１つで、それにレンズ同じ数の被写体像が結像されているカメラモジュールを示す図
【図７】本発明の実施の形態２におけるカメラモジュールにおける固体撮像素子として図５の点線部で切り出した固体撮像素子を示す図
【図８】本発明の実施の形態３におけるカメラモジュールの固体撮像素子周辺の概略構成図
【図９】本発明の実施の形態４におけるカメラモジュールの構成概略図
【図１０】従来のステレオカメラによる三角測量の基本原理を示す図
【図１１】従来のステレオカメラにおける視差検出方法を説明する図
【図１２】従来のステレオカメラにおける２つの独立したカメラそれぞれの画素マトリックスの配置を示す図
【符号の説明】
【０１０２】
１１    レンズアレイ
１２ａ，１２ｂ    非球面単レンズ
１３ａ，１３ｂ    レンズの光軸
１４    フィルタ基板
１５    鏡筒
１６    固体撮像素子
１７ａ，１７ｂ    撮像領域
２１    デジタル信号プロセッサー（ＤＳＰ）を含む基板
２２    鏡筒底面
３１ａ，３１ｂ    光量がピークになる位置(画像処理上の原点)
４１ａ，４１ｂ    被写体像
５１    シリコンウエハー
５２    固体撮像素子の切り出し部分
６１    撮像領域
６２    固体撮像素子
６３ａ，６３ｂ    結像エリア
６４    遮光用の壁
７１ａ，７１ｂ    撮像領域
７２    固体撮像素子
７３ａ，７３ｂ    結像エリア
８１ａ，８１ｂ    撮像領域
８２    固体撮像素子
８３    基板
８４ａ，８４ｂ    電気信号転送回路
８５    デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）
９１    サーミスタ
１０１    被写体
１０２ａ，１０２ｂ    カメラ
１０３ａ，１０３ｂ    レンズ
１０４ａ，１０４ｂ    被写体像
１０５ａ，１０５ｂ    固体撮像素子
１０６    ステージ
１１１ａ，１１１ｂ    被写体像
１２１ａ，１２１ｂ    被写体像
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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