JP5549230B2 - 測距装置、測距用モジュール及びこれを用いた撮像装置 - Google Patents
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Description
その測距用受像素子3B、4Bは図10に示すように、所定ピッチ間隔で縦に配置された多数の画素からなる。
A’=D×(f/Δ)
視差Δは、測距用受像素子3Bの画素の中心Oから受像画素3Cまでの横方向のずれ量ΔY1と、測距用受像素子4Bの画素の中心Oから受像画素4Cまでの横方向のずれ量ΔY2との和として求められる。
しかしながら、2つの測距光学系3、4による三角測量では各種の誤差要因により、視差Δを正確に求めることが困難である。
また、両測距用受像素子3B、4Bの画素が互いに平行ではなく傾いていたり、測距用受像素子3B、4Bの画素の中心Oの間隔が所定間隔からずれていたりする場合にも、視差Δに誤差が含まれる。
また、一時的に誤差要因を取り除くだけでは不十分で、長期的な環境変動である経時変化や周囲温度の変化に対しても取り除く必要がある。
これは、測距装置2を低コスト化するために、測距用レンズ3A、4Aにプラスティックレンズを用いた場合、温度変化によってプラスティックが膨張し、基線長Dや測距用レンズ3A、4Aの位置が変化して、測距誤差が大きくなるため、測距用レンズ3A、4Aそれ自体が膨張したとしても、光軸O1、O2の間隔、すなわち、基線長Dが変化しないように、対策したものである。
このようなセンサやタイマを設けて補正することにすると、センサやタイマの他、そのセンサを制御する制御回路等が必要になり、特許文献1と同様に、部品点数が増え、コストがアップする。
[数1]から視差Δは、
[数2]
Δ=D・f/A=5μmとなる。
すなわち、この測距装置2では、5μmの視差Δがあるときに、距離Aを5mと認識する。
[数3]D×α×Δt=3μm
となり、視差が3μm増えたことと同等になる。この結果、温度変化が10℃あると同じ距離5mを測距しても60%(=3μm/5μm)もの大きな測距誤差が発生することになる。
前記中間ミラー部材は前記一対の反射部材の間に介在され、
前記レンズアレイ部材と前記ミラーアレイ部材とが一体に形成され、
前記一対の測距用レンズの温度変化による基線長の変化を前記一対の反射部材の間隔が変化することにより相殺することを特徴とする。
請求項3に記載の測距装置は、互いに光軸が平行な一対の測距用レンズを有して各測距用レンズによりそれぞれ被写体像を撮像領域に形成するレンズアレイ部材と、
前記一対の測距用レンズにより前記撮像領域にそれぞれ被写体像が形成されるように各測距用レンズからの像形成光束をそれぞれ反射する反射面が形成された一対の反射部材を有するミラーアレイ部材と、
前記一対の反射部材のうちの一方の反射部材の反射面により反射された像形成光束を前記撮像領域に向けて反射する第1反射面と前記一対の反射部材のうちの他方の反射部材の反射面により反射された像形成光束を前記撮像領域に向けて反射する第2反射面とを有する中間ミラー部材と、を備え、
前記中間ミラー部材は前記一対の反射部材の間に介在され、
前記レンズアレイ部材と前記ミラーアレイ部材とが略同一の線膨張係数を有する材料又は同一の材料により形成され、
前記レンズアレイ部材と前記ミラーアレイ部材とが別体に形成され、
前記一対の測距用レンズの温度変化による基線長の変化を前記一対の反射部材の間隔が変化することにより相殺することを特徴とする。
請求項4に記載の測距装置は、前記中間ミラー部材が前記ミラーアレイ部材と別体に形成されていることを特徴とする。
請求項6に記載の測距装置は、前記撮像領域がウエハ基板に一体に形成され、前記レンズアレイ部材と前記ミラーアレイ部材とが前記ウエハ基板と一体化されていることを特徴とする。
請求項7に記載の測距装置は、前記各反射部材の反射面及び中間ミラー部材の反射面が光軸に対して略45°の角度で傾斜していることを特徴とする。
請求項10に記載の撮像装置は、前記測距装置により得られた被写体までの距離の近傍を走査して被写体までの合焦位置を検出するオートフォーカス手段を有することを特徴とする。
図1は本発明の測距装置の光学系の構成図を示している。
図1において、11はレンズアレイ部材、12はミラーアレイ部材、13は回路基板、14は中間ミラー部材である。レンズアレイ部材11は平板部11’を有し、この平板部11’には、互いに光軸O1、O2が平行な一対の測距用レンズ11a、11bが一体に形成されている。この測距用レンズ11a、11bはその光軸O1、O2の間隔が基線長Dとされている。
その反射面12c、12dは、ここでは、光軸O1、O2に対する傾斜角度が45度である。その理由については後述する。
そのレンズアレイ部材11とミラーアレイ部材12と回路基板13と中間ミラー部材14と半導体ウエハ15とは一体化されて、測距用モジュール17が形成される。
ここで、図2、図3において、光軸O1、O2に沿う方向をZ軸とし、Z軸に直交し、光軸O1と光軸O2とを結ぶ方向をY軸とし、Z軸とY軸との両方に直交する方向をX軸とすると、測距用レンズ11a、11bはXY平面上に存在し、Y軸上に両レンズ11a、11bの中心Oが位置することになり、この場合、視差Δが発生する方向はY軸方向となる。
なお、中間ミラー部材14がプラスチックス材料で形成されている場合、この中間ミラー部材14も膨張するが、基線長Dに対して間隔δが小さいので、中間ミラー部材14の温度変化による中間ミラー部材14の膨張は実質的に無視できる。
従って、レンズアレイ部材11とミラーアレイ部材12とを同一のプラスチックス材料により形成し、これらを一体化した場合には、温度変化によって生じる測距誤差は解消され、初期調整のみで精度の高い距離測定が得られる。
したがって、既述したように、反射面12c、12dは測距用レンズの光軸O1、O2に対して45°傾斜していることが望ましい。
中間ミラー部材14をプラスチックス材料で構成し、図7に示すように、中間ミラー部材14とミラーアレイ部材12とを一体化して形成すると、レンズアレイ部材11とミラーアレイ部材12とを一体化することによって相殺された被写体像の位置ずれが中間ミラー部材14の膨張によって再度位置ずれが発生することがあるからである。
その図8において、19は撮像装置としてのデジタルカメラである。デジタルカメラ19は、電源20、被写体21を撮像する撮影光学系22、撮像手段23、プロセッサ24、測距装置25、制御手段26、第1オートフォーカス手段27、フォーカス駆動手段28を有する。
プロセッサ24は撮像手段23からの像形成信号に所定の処理を行って、図示を略すモニターに出力する。測距装置25は被写体21までの距離を三角測距の原理に基づき測定する。
フォーカス駆動手段28は撮影光学系22の一部を光軸方向に移動させて撮像手段23に形成される被写体像のピント状態を変化させる。
制御手段26は、測距装置25によって得られた距離に対応するピント状態の近傍のピント範囲で評価を行うように第1オートフォーカス手段27を制御する。
しかし、その反面、全域走査後に最適ピント位置(合焦位置)を求めるため、合焦するまでに時間がかかるという欠点がある。とりわけ、高倍率のズーム機能を持つデジタルカメラ19においてはフォーカスが合焦するまでに時間がかかる。
具体的には温度変化に伴う測距用レンズ11a、11bの膨張と反射部材12a、12bの位置ずれが相殺するように配置することで周辺温度にかかわらず正確な視差Δ及び距離A’を求めることが可能となる。
11a、11b 測距用レンズ
12 ミラーアレイ部材
12a、12b 反射部材
14 中間ミラー部材
16 撮像素子
16a、16b 撮像領域
Claims (10)
- 互いに光軸が平行な一対の測距用レンズを有して各測距用レンズによりそれぞれ被写体像を撮像領域に形成するレンズアレイ部材と、
前記一対の測距用レンズにより前記撮像領域にそれぞれ被写体像が形成されるように各測距用レンズからの像形成光束をそれぞれ反射する反射面が形成された一対の反射部材を有するミラーアレイ部材と、
前記一対の反射部材のうちの一方の反射部材の反射面により反射された像形成光束を前記撮像領域に向けて反射する第1反射面と前記一対の反射部材のうちの他方の反射部材の反射面により反射された像形成光束を前記撮像領域に向けて反射する第2反射面とを有する中間ミラー部材と、を備え、
前記中間ミラー部材は前記一対の反射部材の間に介在され、
前記レンズアレイ部材と前記ミラーアレイ部材とが一体に形成され、
前記一対の測距用レンズの温度変化による基線長の変化を前記一対の反射部材の間隔が変化することにより相殺することを特徴とする測距装置。 - 前記レンズアレイ部材は第一の平板部を有し、該第一の平板部に前記一対の測距用レンズが形成され、
前記ミラーアレイ部材は第二の平板部を有し、該第二の平板部に前記一対の反射部材が形成され、
前記第一の平板部と前記第二の平板部とが一体に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の測距装置。 - 互いに光軸が平行な一対の測距用レンズを有して各測距用レンズによりそれぞれ被写体像を撮像領域に形成するレンズアレイ部材と、
前記一対の測距用レンズにより前記撮像領域にそれぞれ被写体像が形成されるように各測距用レンズからの像形成光束をそれぞれ反射する反射面が形成された一対の反射部材を有するミラーアレイ部材と、
前記一対の反射部材のうちの一方の反射部材の反射面により反射された像形成光束を前記撮像領域に向けて反射する第1反射面と前記一対の反射部材のうちの他方の反射部材の反射面により反射された像形成光束を前記撮像領域に向けて反射する第2反射面とを有する中間ミラー部材と、を備え、
前記中間ミラー部材は前記一対の反射部材の間に介在され、
前記レンズアレイ部材と前記ミラーアレイ部材とが略同一の線膨張係数を有する材料又は同一の材料により形成され、
前記レンズアレイ部材と前記ミラーアレイ部材とが別体に形成され、
前記一対の測距用レンズの温度変化による基線長の変化を前記一対の反射部材の間隔が変化することにより相殺することを特徴とする測距装置。 - 前記中間ミラー部材が前記ミラーアレイ部材と別体に形成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の測距装置。
- 前記レンズアレイ部材の材料と前記ミラーアレイ部材の材料がプラスチックであることを特徴とする請求項3に記載の測距装置。
- 前記撮像領域がウエハ基板に一体に形成され、前記レンズアレイ部材と前記ミラーアレイ部材とが前記ウエハ基板と一体化されていることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の測距装置。
- 前記各反射部材の反射面及び中間ミラー部材の反射面が光軸に対して略45°の角度で傾斜していることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の測距装置。
- 互いに光軸が平行な一対の測距用レンズを有して各測距用レンズによりそれぞれ被写体像を撮像領域に形成するレンズアレイ部材と、
前記一対の測距用レンズにより前記撮像領域にそれぞれ被写体像が形成されるように各測距用レンズからの像形成光束をそれぞれ反射する反射面が形成された一対の反射部材を有するミラーアレイ部材と、
前記一対の反射部材のうちの一方の反射部材の反射面により反射された像形成光束を前記撮像領域に向けて反射する第1反射面と前記一対の反射部材のうちの他方の反射部材の反射面により反射された像形成光束を前記撮像領域に向けて反射する第2反射面とを有する中間ミラー部材と、を備え、
前記レンズアレイ部材と前記ミラーアレイ部材とが一体に形成され、
前記撮像領域がウエハ基板に一体に形成され、
前記中間ミラー部材は前記一対の反射部材の間に介在されかつ前記ミラーアレイ部材と別体に形成されていることを特徴とする測距用モジュール。 - 請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の測距装置又は請求項8に記載の測距用モジュールが搭載されていることを特徴とする撮像装置。
- 前記測距装置により得られた被写体までの距離の近傍を走査して被写体までの合焦位置を検出するオートフォーカス手段を有することを特徴とする請求項9に記載の撮像装置。
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