(57)【要約】【課題】温度変化に起因する基線長の変化を高精度に補正し、車載用途の測距カメラモジュールとして十分な信頼性を有する撮像装置を提供する。【解決手段】本発明の撮像装置は、複数の光学レンズ４、５を同一平面上に配置したレンズユニット６と、前記複数の光学レンズに１対１に対応する複数の撮像領域を有する撮像素子１２と、前記レンズユニット６に接して配置され、前記レンズユニット６の温度を検出する温度検出素子７と、を有し、前記温度検出手段の検出した温度に基づいて、前記複数の光学レンズ４、５の光軸間の距離を補正し、補正後の前記複数の光学レンズの光軸間の距離に基づいて、被写体までの距離を算出する撮像装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光学レンズを同一平面上に配置したレンズユニットと、
前記複数の光学レンズに１対１に対応する複数の撮像領域を有する撮像素子と、
前記レンズユニットに接して配置され、前記レンズユニットの温度を検出する温度検出素子と、を有し、
前記温度検出手段の検出した温度に基づいて、前記複数の光学レンズ間の距離を補正し、補正後の前記複数の光学レンズ間の距離に基づいて、被写体までの距離を算出する、撮像装置。
【請求項２】
前記温度検出素子は、前記複数の光学レンズ以外の領域において、前記レンズユニットに接して配置されている、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記温度検出素子は、前記複数の光学レンズ間の領域において、前記レンズユニットに接して配置されている、請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記レンズユニットの前記温度検出素子が接して配置される領域に、外部からの光が入射するように構成されている、請求項２に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の光学系と撮像素子とを備えた複眼方式の撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話用カメラや車載用小型カメラとして用いられるカメラモジュールは、レンズを介してＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどの撮像素子に被写体像を結像させ、被写体の画像情報を取得する撮像装置である。
【０００３】
近年、このようなカメラモジュールは、カラー化のみならず、より画像品質の高いものが要望され、画像品質に直結する単位面積あたりの画素数は、より高画素化へと着実に進展している。また、小型化に対応するための構造上の工夫や、基本性能の経時的安定性および信頼性も求められている。
【０００４】
さらに、複数のレンズを同一面に形成した複眼レンズを用いたカメラモジュールも提案されている。この複眼方式のカメラモジュールでは、被写体の３次元情報や、被写体までの距離を測定することが可能となる。
【０００５】
特許文献１に、複眼方式のカメラモジュールの一例が開示されている。特許文献１の撮像装置は、複数の撮像領域を備えた撮像素子と、複数の撮像領域上に被写体像をそれぞれ結像させる複数の撮像光学系と、撮像素子の出力信号を処理する画像処理手段と、雰囲気温度を検出するための温度計測手段とを備えている。、画像処理手段は、複数の撮像光学系による複数の画像に対し、温度計測手段の出力に応じた位置補正を行う。そして、位置補正を行った複数の画像を合成し、合成画像信号を出力している。
【特許文献１】特開２００２−２０４４６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような複眼方式のカメラモジュールにより被写体までの距離を測定する場合、温度変化に起因する撮像光学系の光軸間の距離変化、即ち基線長の変化は、測距精度に対し大きな影響を及ぼす。したがって、基線長の変化を精度良く補正できないと、特に車載用途の測距カメラモジュールとして用いる場合には致命的な欠陥となってしまう。
【０００７】
特許文献１においても、撮像素子を保持する基板上に温度センサを配置し、温度センサの検知した雰囲気温度に基づいて、基線長変化を補正している。
【０００８】
しかしながら、特許文献１の構成では、車載用途の測距カメラモジュールとしては信頼性が不十分であった。
【０００９】
本発明は上記した課題に鑑みてなされたものであり、温度変化に起因する基線長の変化を高精度に補正し、車載用途の測距カメラモジュールとして十分な信頼性を有する撮像装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係わる撮像装置は、複数の光学レンズを同一平面上に配置したレンズユニットと、前記複数の光学レンズに１対１に対応する複数の撮像領域を有する撮像素子と、前記レンズユニットに接して配置され、前記レンズユニットの温度を検出する温度検出素子と、を有し、前記温度検出手段の検出した温度に基づいて、前記複数の光学レンズ間の距離を補正し、補正後の前記複数の光学レンズ間の距離に基づいて、被写体までの距離を算出する撮像装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、温度変化に起因する基線長の変化を高精度に補正することができるため、高い信頼性を有する撮像装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
（実施の形態１）
図１に本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置を示す。図１（ａ）は撮像装置の上面図であり、図１（ｂ）は、レンズユニットの斜視図であり、図１（ｃ）は撮像装置の側面から見た断面図である。各図において、同一の構成要素については、同一の番号を用いて説明する。
【００１４】
図１（ａ）において、１は上鏡筒、２は上鏡筒に形成した開口部Ａ、３は上鏡筒に形成した開口部Ｂ、４は光学レンズＡ、５は光学レンズＢである。
【００１５】
前記上鏡筒１には、２つの光学レンズ４、５を形成したレンズユニット６が固定されている。２つの光学レンズ４、５は、外光の侵入角度を制限する開口部２、３に対応した位置に配置されている。また、開口部２、３は、被写体側から光学レンズ側にかけて径が小さくなるような傾斜面を有する円錐形状である。
【００１６】
図１（ｂ）は、レンズユニット６の温度を検出するための構成を示す図である。図１（ｂ）において、６はレンズユニット、７は温度検出素子、８はリード線である。レンズユニット６は光学レンズＡ４と光学レンズＢ５とを同一面に一体形成したものである。温度検出素子７は、光学レンズ４、５の光路と干渉しない位置、即ち、光学レンズ以外の領域において、レンズユニット６に埋め込まれている。また、温度検出素子７には、出力を取り出すためのリード線８が接続されている。
【００１７】
なお、本実施形態では、温度検出素子をレンズユニットに埋め込んでいるが、レンズユニットの表面に接着させても良い。
【００１８】
また、本実施形態では、温度検出素子をレンズユニットの端部に配置しているが、光学レンズ４、５の間の領域に配置することがより好ましい。この部分の温度変化が基線長変化に最も影響するためである。
【００１９】
また、本実施の形態では、レンズユニットとして、光学レンズ４、５の２つの光学レンズを有する撮像装置を説明しているが、これに限定するものではなく、３眼、４眼など多数の光学レンズを同一面に形成したレンズユニットを有する撮像装置としても同様の効果が得られる。
【００２０】
図１（ｃ）は、本実施の形態の撮像装置の側面から見た断面図である。図１（ｃ）において、９は下鏡筒、１０は光学フィルタ、１１は遮光壁、１２は撮像素子、１３は基板である。下鏡筒９には、レンズユニット６側に波長選択性を持った光学フィルタ１０が所定位置に接着固定されている。また、各光学レンズに対応して撮像領域を分割する遮光壁１１が、撮像素子１２と光学フィルタ１０のと間に配置されている。レンズユニット６および温度検出素子７を固定した上鏡筒１は、下鏡筒９に接着固定されている。上鏡筒１および下鏡筒９が一体化した鏡筒は、撮像素子１２上で位置決めされ、基板１３に接着などの手法で固定されている。また、温度検出素子７の出力を取り込むリード線８は、下鏡筒９の外に取り出され、基板１３上の電気回路に接続させている。
【００２１】
次に、本実施の形態の撮像装置の効果について説明する。
【００２２】
図２は、本実施の形態の撮像装置１４の側面から見た断面図である。図２に示すように、１５、１６、１７、１８の４つの位置に温度検出素子を設けた。そして、この撮像装置を、恒温槽に投入し、各温度まで恒温槽の温度を変化させて、撮像装置の各位置における温度を測定した。
【００２３】
尚、本実施形態における実際の実験では、予め２０℃に設定した恒温槽に撮像装置を投入するとともに撮像装置を動作させ２時間放置した後、前記１５、１６、１７、１８の４つの位置の温度を測定した。さらに、昇温速度２０℃／ｈｒで２０℃から４０℃に設定温度を変化させ、４０℃到達後１時間放置し、前記１５、１６、１７、１８の４つの位置の温度を測定した。また、設定温度６０℃についても、２０℃から４０℃に設定温度を変化させた場合と同様の手順で温度を測定した。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
結果を表１に示す。本測定値は、雰囲気温度が設定温度に到達し、さらに同温度で１時間程度放置した時点の各測定位置における温度である。２０℃、４０℃、６０℃の各温度に上昇させて測定した結果、各位置１５、１６、１７、１８における温度は、何れの測定位置においても数度程度の誤差が発生していた。特に、撮像装置の裏面に配置した温度検出素子の検出温度は誤差が大きく、雰囲気温度が２０℃および４０℃の時で２℃、６０℃の時で１．４℃の誤差が発生した。
【００２６】
この温度分布は、実使用状態を想定し、撮像装置を動作させた状態で実験しているため、撮像素子自体が熱源となり、撮像素子に近くなるほど検出温度は高くなる。このような結果からも、レンズユニットに温度検出素子を直結する本発明は、レンズ間の基線長を正確に補正するため有効である。
【００２７】
以上の結果より、雰囲気温度が変化した場合、撮像装置の各位置における温度は、１時間程度では雰囲気温度に到達しないことがわかる。従来の撮像装置では、雰囲気温度を測定して温度補正を行っていたが、この場合には数度程度の誤差が発生していたことになる。数度程度の誤差であっても、車載用途の測距カメラモジュールとしては信頼性に大きな影響を及ぼしてしまう。
【００２８】
また、雰囲気温度の変化以外にも、外光の吸収による影響も無視できないことが実験により明らかとなった。即ち、レンズユニット材料が外光を吸収し、レンズユニットの温度が上昇するという現象である。この影響は、雰囲気温度が低い場合において特に顕著となる。
【００２９】
上記したこれらの新たな知見に基づき、本実施の形態の撮像装置では、温度検出素子７をレンズユニット６に直接接触させ、レンズユニットの温度を直接測定する構造としている。そして、検出された温度に基づいて、光学レンズ４および光学レンズ５の間の基線長の温度変化を補正している。これにより、雰囲気温度変化の影響および外光の吸収による影響を高精度に補正でき、車載用途の測距カメラモジュールとしても十分な信頼性を得ることが可能となった。
【００３０】
なお、本実施の形態では、レンズユニットの端部に接するように温度検出素子を配置し、その部分には外からの光が入らないように構成したが、温度検出素子を配置した部分にも外からの光が入射するように、上鏡筒１に開口部を設けても良い。この場合には、上記した外光による温度上昇の影響を直接測定できるため、より高精度に補正することが可能となる。
【００３１】
次に本実施の形態の撮像装置における温度補正方法について説明する。
【００３２】
表２および図３に、各雰囲気温度における基線長の変化量を実測した結果を示す。
【００３３】
【表２】
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【００３４】
約２０℃を基準にして、約４０℃と約６０℃の２条件で実際の基線長の変化量を実測した。図３の結果からも明らかなように、２０℃温度を上昇させると基線長は約３．５μｍ程度変化する。また、４０℃温度が上昇すると、７．３μｍ程度の基線長変化が認められた。この基線長の変化は、レンズユニットの材料が熱膨張または熱収縮することに起因し、レンズユニットの材料に依存する。本実施の形態では、レンズユニットをプラスチック材料で形成したが、プラスチック材料は、ガラスなどよりも熱膨張係数が大きいため、基線長の変化は大きくなる。
【００３５】
図４は、測距演算手法を説明するための模式図である。図４において、Ｌは光学レンズから被写体までの距離、ｆは光学レンズ４または５から撮像素子までの焦点距離、Ｄは光学レンズ４と光学レンズ５の各光軸間の距離である基線長、Ｓは視差である。本実施の形態の撮像装置では、以下の（数１）によって被写体までの距離を求めることができる。
【００３６】
【数１】
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【００３７】
（数１）において、Ｄとｆは既知であり、Ｓが変数となる。Ｓの値を２つの画像の差より求めることで、被写体までの距離Ｌが求められる。
【００３８】
しかし、既値となるべきＤとｆは常に一定の値を保つ事が前提となって（数１）が成立するのに対し、温度など外的要因によって、Ｄまたはｆの値が変化した場合は、その誤差に依存し精度が劣化する。特にＤは温度の影響を大きく受け易く正確に補正する必要がある。
【００３９】
つまり、測距演算上のＤは、設計上の値を固定値（想定温度は２０℃）として演算し距離Ｌを求めるため、温度によって演算上与えられた固定値と実際のＤに誤差が発生すると、その誤差を修正しなくてはならない。
【００４０】
表２は、設計上の基線長Ｄ（本実施形態では２０℃で２．５ｍｍ）が、使用環境を想定した約４０℃と約６０℃の雰囲気中で変化した誤差寸法（何れも＋側）を実測した結果であるが、測距演算精度を高めるには、この誤差分を予測し適時補正しなくてはならない。
【００４１】
つまり、基線長Ｄが外部温度によって変化した場合、有効な補正を行わないと被写体までの距離を見誤る結果を招くこととなる。
【００４２】
本実施の形態の撮像装置では、レンズユニットに温度検出素子を直結し、その温度検出素子の出力から基線長を補正することにより、レンズユニットの温度を高精度に検知できる。したがって、得られた温度より、上記（数１）の基線長Ｌの値を補正することにより、温度変化が激しい環境等においても高精度の測距が可能となり、車載用途の測距カメラモジュールとして十分な信頼性を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明の撮像装置は、携帯電話に搭載する小型カメラや、車載用途の測距カメラなどとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本実施の形態の撮像装置の説明図
【図２】本実施の形態の撮像装置における温度測定位置の説明図
【図３】本実施の形態の撮像装置における検知温度と基線長変化との関係を示すグラフ
【図４】三角測量の原理により距離を求める原理を説明する図
【符号の説明】
【００４５】
１    上鏡筒
２    開口Ａ
３    開口Ｂ
４    光学レンズＡ
５    光学レンズＢ
６    レンズユニット
７    温度検出素子
８    リード線
９    下鏡筒
１０    光学フィルタ
１１    遮光壁
１２    撮像素子
１３    基板
１４    撮像装置
１５    温度検出位置
１６    温度検出位置
１７    温度検出位置
１８    温度検出位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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