WO2012169363A1

WO2012169363A1 - ステレオカメラの製造方法及びステレオカメラ

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Publication number: WO2012169363A1
Application number: PCT/JP2012/063294
Authority: WO
Inventors: 水上雅文
Original assignee: Konica Minolta Advanced Layers Inc
Current assignee: Konica Minolta Advanced Layers Inc
Priority date: 2011-06-10
Filing date: 2012-05-24
Publication date: 2012-12-13
Anticipated expiration: 2013-12-10

Abstract

　２つのカメラモジュールの調整をできるだけ簡素なものとし,振動,衝撃,経時変化等での調整位置のずれ等が発生する可能性を低減でき、長期間にわたって安定した性能を発揮できるステレオカメラの製造方法及びそれにより製造されるステレオカメラを提供する。カメラモジュール２０Ｌ、２０Ｒを回転させるという簡単な調整にて、２つの黒点の画像ＢＰＬ、ＢＰＲのずれが観察画面の長辺方向（又は左右方向）にのみ存在するようにできるため、工数がかからず、ステレオカメラのコスト低減を行うことができる。

Description

ステレオカメラの製造方法及びステレオカメラ

　本発明は、立体視用の画像データを得るステレオカメラの製造方法及びステレオカメラに関する。

　近年、ＣＣＤ（Charged Coupled Device）型イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型イメージセンサなどの固体撮像素子で撮像した被写体光をデジタルの画像データに変換し、内蔵メモリやメモリカードなどの記憶媒体に記録するデジタルカメラが普及している。

　このようなデジタルカメラの一タイプとして、２つの撮像部を用いて立体視用の画像を撮像できる、いわゆるステレオカメラが知られている。このステレオカメラでは、各撮像部によって同一の被写体を同時に撮像し、右眼用画像と左眼用画像との２種類の画像を取得することができる。

　取得した２種類の画像を画像表示装置上に交互に表示し、右目及び左目の前方に表示画像に同期して透過、非透過とする眼鏡をかけることで、立体視可能とするものや、画像表示装置前面にレンチキュラーレンズ等を配置し裸眼で立体視可能とするものがある。

　ところで、このような立体視可能な画像を撮影するためには、2つのカメラの光軸を平行に且つ所定間隔で離間して配置することによって、取得される2つの画像に視差を持たせることが必要になる。これに対し特許文献１に示すように、一体の支持部材に対しレンズと撮像素子を含む回路基板を表裏から組み付け、回路基板位置を面内で移動及び回転させて調整する技術が知られている。

　又、特許文献２に示すように、１枚のプレートに2つの円形開口を形成し,該開口にそれぞれカメラモジュールを挿入して、カメラモジュールに形成された平坦部をプレート面に当接させることにより、2つのカメラモジュールの光軸を平行とする技術も知られている。

特開2001-242521号公報国際公開第２００９／５７４３６号パンフレット

　しかるに、特許文献１の技術によれば、撮像素子を、調整部としてのネジなどを用いてＸＹ方向、θ方向に面内変位させて調整を行うため、工数がかかりコストが増大するという問題がある。又、調整部が多いと、振動、衝撃、経時変化等により、折角調整された撮像素子の調整位置のずれが発生する可能性が高くなり、安定して性能を発揮できないという問題もある。

　一方、特許文献２の技術は、光軸を平行に保つには有効なものであるが、2つのカメラモジュールで得られた2つの画像の回転方向のずれに関しては、どのように対処すべきか記載されていない。

　本発明は、上記問題に鑑み、２つのカメラモジュールの調整を極めて簡素なものとし、振動、衝撃、経時変化等での調整位置のずれ等が発生する可能性を低減でき、長期間にわたって安定した性能を発揮できるステレオカメラの製造方法及びそれにより製造されるステレオカメラを提供することを目的とする。

　請求項１に記載のステレオカメラの製造方法は、立体視のための視差を有した２つの画像を取得するために、撮影光学系を内包する円筒形の鏡筒部と撮像素子とをそれぞれ有する2つのカメラモジュールが支持部材に配置されてなるステレオカメラの製造方法において、
　前記撮像光学系の光軸と前記撮像素子の撮像面とを直交させると共に、前記撮像面の有効画素領域の外縁の２つの長辺の中線上に前記撮像光学系の光軸を位置させて各カメラモジュールを製造するカメラモジュール製造工程と、
　前記支持部材に所定の間隔で形成された２つの円形開口に、前記２つのカメラモジュールの鏡筒部をそれぞれ挿入して組み込む組込工程と、
　組込工程後に行う調整工程と、を有し、
　前記調整工程は、前記２つのカメラモジュールのうち少なくとも一方の前記カメラモジュールを前記円形開口内で前記光軸周りに回転させることのみで行うことを特徴とする。

　本発明者は、いわゆる3D画像が、観察者に遠近感、立体感を与えることを主たる目的とするものであるから、立体視のための視差を有する２つの画像を、例えば横長の表示画面の長辺方向（左右方向）に視差を有するように表示した場合、表示画面の短辺方向（上下方向）の撮影範囲が略一致していることが必要であって、表示画面の長辺方向（左右方向）における2つの画像のずれ量は、立体視を得るためだけの目的であれば、さほど正確性を必要としないことに着目した。そこで、調整工程において、少なくとも一方のカメラモジュールを光軸周りに円形開口内で回転させることで、短辺方向の撮影範囲を略一致させることができ、長辺方向にのみ立体視のための視差を与えることができることを見出したのである。一方、3D画像の撮影機材としては、各種の撮影現場で使用されるため、できるだけ振動、衝撃に対する耐力を有し、経時変化等の無いものが好ましいのであるが、支持部材の円形開口にカメラモジュールの鏡筒部を挿入して接着などすれば、簡素な構成を実現しつつも、振動、衝撃に対する耐力があるから、長期間にわたって、その状態を維持することができ、安定した性能を発揮できる。尚、「円形開口」とは、開口の少なくとも一部が円形であれば足り、カメラモジュールを撮像光学系の光軸周りに回転できるよう構成されたものであればよい。「前記撮像光学系の光軸と前記撮像素子の撮像面とを直交させる」とは、誤差±０．５度以下で直交させることをいい、「前記撮像面の有効画素領域の外縁の2つの長辺の中線上に撮像光学系の光軸を位置させる」とは、誤差±４０μｍ以内で一致させることをいう。

　請求項２に記載のステレオカメラの製造方法は、請求項１に記載の発明において、前記調整工程は、左右に配置された前記２つのカメラモジュールにより被撮影面上の同一マークを撮影して、前記２つのカメラモジュールの撮影によって得られたマーク画像を観察画面にそれぞれ表示しながら、前記観察画面に表示されたマーク画像の上下方向の位置が等しくなるように、少なくとも一方の前記カメラモジュールを前記円形開口内で前記光軸周りに回転させることを特徴とする。

　これにより、簡単な調整にて、２つのカメラモジュールにより得られる画像のずれが表示画面の長辺方向（左右方向）にのみ存在するようにできるため、工数がかからず、コスト低減を行うことができる。「マーク」とは、点や十字線などがあるが、これに限られず、調整のためのターゲットであることを認識できるものであればよい。

　請求項３に記載のステレオカメラは、請求項１又は２に記載のステレオカメラの製造方法により製造されたことを特徴とする。

　請求項４に記載のステレオカメラは、請求項３に記載の発明において、前記支持部材は、前記ステレオカメラを構成する部品で兼用したことを特徴とする。例えば、ステレオカメラの筐体の一部を支持部材として用いることで、軽量化や部品点数の削減を図れる。

　本発明によれば、２つのカメラモジュールの調整を極めて簡素なものとでき、振動、衝撃、経時変化等での調整位置のずれ等が発生する可能性を低減でき、長期間にわたって安定した性能を発揮できるステレオカメラの製造方法及びそれにより製造されるステレオカメラを提供することができる。

本実施の形態にかかるステレオカメラの斜視図であり、（ａ）は背面側斜視図、（ｂ）は正面側斜視図、（ｃ）は透視図であるステレオカメラ１０のブロック図である。ステレオカメラ１０の製造工程を示すフローチャート図である。カメラモジュールの組み立て図である。カメラモジュール２０Ｌ、２０Ｒの支持部材１６への組込工程を示す、支持部材およびカメラモジュールの要部断面図であり、（ａ）はカメラモジュールを支持部材へ組み込む前、（ｂ）は組み込んだ後を示す。カメラモジュール２０Ｌ、２０Ｒの支持部材１６への組込工程を示す斜視図であり、（ａ）はカメラモジュールを支持部材へ組み込む前、（ｂ）は組み込んだ後を示す。カメラモジュール２０Ｌ、２０Ｒを組み付けられた支持部材１６の正面図である。ステレオカメラ１０の調整工程を示すフローチャート図である。調整工程に用いる調整装置の概略図である。調整工程（ａ）～（ｇ）を説明する図である。（ａ）は本実施の形態の製造方法により製造された、変形例にかかるステレオカメラを示す斜視図、（ｂ）はその一部断面図である。

　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。図１は、本実施の形態にかかるステレオカメラの斜視図であり、（ａ）は背面側斜視図、（ｂ）は正面側斜視図、（ｃ）は透視図であるが、支持部材とカメラモジュールのみを示し、内部回路等は図示を省略する。

　ステレオカメラ１０は、図１（ｂ）に示すように、筐体１１の正面側に、被写体光取り入れ用の２つの開口１１Ｌ、１１Ｒを有している。又、ステレオカメラ１０は、図１（ａ）に示すように、筐体１１１の背面側にディスプレイ等の表示部１２を有し、表示部１２の側方には、ファンクションボタン１３，１４が設けられ、更に筐体１１の上部には、レリーズボタン１５が設けられている。

　更にステレオカメラ１０は、図１（ｃ）に示すように、支持部材１６により支持された２つのカメラモジュール２０Ｌ、２０Ｒを、それぞれ開口１１Ｌ、１１Ｒに対向するようにして設けている。

　図２は、ステレオカメラ１０の主要部の関係を示すブロック図である。図２において、電源部１９から電力を供給された制御部１７は、レリーズボタン１５からのレリーズ信号に応じて、左目用のカメラモジュール２０Ｌ、右目用のカメラモジュール２０Ｒから画像信号を入力し、必要な画像処理を行って得られた画像データを表示部１２に入力して、３Ｄ画像を表示するようになっている。かかる画像データは、メモリ等の記憶部１８に記憶されるようになっている。尚、ファンクションボタン１３，１４の例として、図２では、ステレオ撮影／非ステレオ撮影切り換えスイッチや、動画／静止画切り換えスイッチが設けられている。ステレオ撮影／非ステレオ撮影切り換えスイッチで、ステレオ撮影が選択されている場合には、カメラモジュール２０Ｌ、２０Ｒの双方を用いて撮影・記録が行われ、非ステレオ撮影が選択されている場合には、カメラモジュール２０Ｌ、２０Ｒのいずれか一方のみで撮影・記録が行われるようになっている。

　図３は、本実施の形態に係るステレオカメラ１０の製造工程を示すフローチャート図である。図４は、カメラモジュールの組み立て図である。

　図面を参照して、ステレオカメラ１０の製造工程を説明する。図３のステップＳ１０１にて、図４に示すように、不図示の回路がプリントされた基板２１をセットし、ステップＳ１０２で撮像素子（センサー）２２を含むセンサーパッケージＳＰを基板２１上に実装する。更にステップＳ１０３において、中空の鏡筒部２４に撮影光学系としてのレンズ２３を挿入し接着してレンズユニットＬＵを構成し、その後、撮像素子２２の中心とレンズ２３の光軸とが一致し、且つ撮像素子２２の撮像面がレンズ２３の光軸と直交するように、レンズユニットＬＵをセンサーパッケージＳＰに取り付けて接着する。尚、鏡筒部２４に内包されるレンズ２３の光軸は、鏡筒部２４の円筒外周面２４ａと平行になっており、且つ鏡筒部２４の下端と直交しているものとする。

　レンズユニットＬＵを精度良くセンサーパッケージＳＰに取り付ける方法としては、以下の例がある。
（ａ）センサーパッケージＳＰの外形に対して、撮像素子２２の撮像面（有効画素領域）の中心座標が精度良く位置決めされていることを前提として、鏡筒部２４の外周の中心として求められる光軸を、センサーパッケージＳＰの外形を頼りに上記中心座標に移動させることで、撮像素子２２の中心とレンズ２３の光軸とを精度良く一致させることができる。又は、
（ｂ）撮像素子２２を撮像面側からカメラで撮影し、その外形から有効画素領域の中心を求め、レンズ２３を像面側からカメラで撮影し、その外径からレンズ２３の中心を求め、レンズ２３の中心と撮像素子２２の撮像面（有効画素領域）の中心を略一致させるように移動させて重ね合わせて組み付けることで、撮像素子２２の中心とレンズ２３の光軸とを精度良く一致させることができる。
　尚、本実施の形態では、撮像面の有効画素領域の外縁の2つの長辺の中線上に撮像光学系の光軸を位置させれば足りる。

　更に、鏡筒部２４の下端が、レンズ２３の光軸に対して精度良く直交していることを前提として、鏡筒部２４の下端をセンサーパッケージＳＰの上面に載置することで、撮像素子２２の撮像面がレンズ２３の光軸と精度良く直交することとなる。

　以上のカメラモジュール製造工程を通して、レンズユニットＬＵを精度良くセンサーパッケージＳＰに取り付けた後、図３のステップＳ１０４の検査工程を経て、カメラモジュール２０Ｌ、２０Ｒが完成することとなる（ステップＳ１０５）。次いで、ステップＳ１０６（組込工程）で、カメラモジュール２０Ｌ、２０Ｒを支持部材１６に組み付ける。

　図５、６は、カメラモジュール２０Ｌ、２０Ｒの支持部材１６への組込工程を示す図である。図７は、カメラモジュール２０Ｌ、２０Ｒを組み込まれた支持部材１６の正面図である。

　支持部材１６は、例えば、矩形状の板材であって、図５（ａ）、図６（ａ）のように、所定の間隔で円形開口１６Ｌ、１６Ｒが形成されている。図５（ｂ）、図６（ｂ）のように、同一の側から、円形開口１６Ｌ、１６Ｒ内へと、カメラモジュール２０Ｌ、２０Ｒを挿入し、鏡筒部２４の円筒外周面２４ａを嵌合させている。このとき、図７の円形開口１６Ｌ、１６Ｒと円筒外周面２４ａとはスキマ嵌合であるため、互いに相対回転可能となっており、この時点で接着は行わない。

　その後、図３のステップＳ１０７にて、調整工程を行う。以下、調整工程を詳細に説明する。図８は、ステレオカメラ１０の調整工程を示すフローチャート図であり、ステップＳ１０７の内容を示している。図９は調整工程に用いる調整装置の概略図、図１０は、調整工程を説明する図である。

　まず、図８のステップＳ１０７ａにて、カメラモジュール２０Ｌ、２０Ｒを取り付けた支持部材１６を調整装置にセットする。より具体的には、図９に示すように、支持部材１６を台座ＢＳに水平に取り付けて、カメラモジュール２０Ｌ、２０Ｒの光軸をスクリーンＳＣに向け、更にカメラモジュール２０Ｌ、２０Ｒの出力をディスプレイＤＰに出力できるよう、配線ＷＬ、ＷＲを接続する。尚、スクリーンＳＣには、中央に黒点（マーク）ＢＰが形成されている。

　次に、ステップＳ１０７ｂにて、カメラモジュール２０Ｌ、２０Ｒが撮影した黒点の画像ＢＰを、ディスプレイＤＰの観察画面上に表示する。このとき、図１０（ａ）に示すように、カメラモジュール２０Ｌ、２０Ｒの水平位置がずれており、その結果、図１０（ｂ）に示すように、カメラモジュール２０Ｌ、２０Ｒの撮像面における黒点ＢＰの結像位置は、互いに撮像面中心からｘ方向及びｙ方向にずれているものとする。ここで、撮像面の水平基線（長辺の中線）をＨＬとし、垂直基線（短辺の中線）をＶＬとする。

　更に、２つのカメラモジュール２０Ｌ、２０Ｒの出力を合成し、水平基線ＨＬと垂直基線ＶＬとが重なるようにすると、図１０（ｃ）に示すように、２つの黒点の画像ＢＰＬ、ＢＰＲが観察画面上で異なる位置に表示される。かかる状態では、３Ｄ表示に適した適切な視差をステレオカメラに与えることができない。

　そこで、ステップＳ１０７ｃにおいて、図１０（ｄ）に示すように、カメラモジュール２０Ｒを、円形開口１６Ｒ内で例えば反時計回りに回転させる。すると、撮像面中心の位置は変わらず、撮像面が傾くので水平基線ＨＬも傾くこととなるため、観察画面上における黒点の画像ＢＰＲは、点線の位置から矢印で示すように相対変位することとなる（図１０（ｅ）の右図参照）。

　更に、ステップＳ１０７ｄにおいて、図１０（ｄ）に示すように、カメラモジュール２０Ｌを、円形開口１６Ｌ内で例えば反時計回りに回転させる。すると、撮像面中心の位置は変わらず、撮像面が傾くので水平基線ＨＬも傾くこととなるため、観察画面上における黒点の画像ＢＰＬは、点線の位置から矢印で示すように相対変位することとなる（図１０（ｅ）の左図参照）。

　このように、カメラモジュール２０Ｌ、２０Ｒを回転させると、撮像面は水平に対して傾くことになるが、カメラモジュール２０Ｌ、２０Ｒから出力される画像自体は、図１０（ｆ）に示すようなものとなり、更に２つのカメラモジュール２０Ｌ、２０Ｒの出力を合成して、水平基線ＨＬと垂直基線ＶＬとが重なるようにすると、図１０（ｇ）に示すように観察画面上では黒点の画像ＢＰＬは水平方向にのみずれた状態で表示されるようになる。

　この状態は換言すると、カメラモジュール２０Ｌ、２０Ｒの撮像光学系の光軸方向から見て、それぞれの撮像素子の水平基線に平行な有効画素領域の外縁が、それぞれの光軸を結ぶ線と略平行となった状態であり、この状態にはカメラモジュールを光軸周りに回転させることのみでおこなうことができる。

　すなわち、支持部材１６に形成された円形開口１６Ｌ、１６Ｒの中心位置が支持部材１６上で、所定の位置からずれて形成されている場合や、円形開口１６Ｌ、１６Ｒの径とカメラモジュール２０Ｌ、２０Ｒの円筒外周面２４ａの径が嵌合状態以上に大きなガタを有して形成されている場合においても、カメラモジュールを光軸周りに回転させることのみで調整が可能となる。

　また、稀ではあるが、場合によってはカメラモジュール２０Ｌ、２０Ｒの一方だけを回転させれば調整できる場合もありえる。

　ここで、調整後におけるディスプレイＤＰの観察画面上に表示される２つの黒点の画像ＢＰＬ、ＢＰＲの位置が、水平基線ＨＬに対して等しい垂直距離Δとなれば（撮像面上、ｙ座標が等しくなれば）、ディスプレイＤＰの観察画面上では３Ｄ表示に適した水平基線ＨＬ方向にのみ視差を有した画像の撮影が可能なステレオカメラとすることができる。但し、２つの黒点の画像ＢＰＬ、ＢＰＲの水平基線ＨＬ方向の相対距離は無視してよい。よって、ステップＳ１０７ｅで、２つの黒点の画像ＢＰＬ、ＢＰＲの位置が、水平基線ＨＬに対して等しい垂直距離となるか否かを判断し、等しくなければステップＳ１０７ｂに戻り、同様のステップを繰り返す。一方、２つの黒点の画像ＢＰＬ、ＢＰＲの位置が、水平基線ＨＬに対して等しい垂直距離となれば、ステップＳ１０７ｆで、カメラモジュール２０Ｌ、２０Ｒの鏡筒部２４を支持部材１６に接着して、調整工程が完了する。

　その後、図３のステップＳ１０８で、ステレオカメラの性能検査を行い、目標の光学性能を満たしていれば、ステレオカメラが完成する。

　本実施の形態によれば、カメラモジュール２０Ｌ、２０Ｒを回転させるという簡単な調整にて、２つの黒点の画像ＢＰＬ、ＢＰＲのずれが観察画面の長辺方向（又は左右方向）にのみ存在するようにできるため、工数がかからず、ステレオカメラのコスト低減を行うことができる。

　図１１（ａ）は、本実施の形態の製造方法により製造された、変形例にかかるステレオカメラを有する携帯端末の斜視図であり、図１１（ｂ）は、その一部の断面図である。携帯端末ＭＶは、背面側にケースＣＡを有しているが、本変形例のステレオカメラは、ケースＣＡを支持部材として兼用している。即ち、図１１（ｂ）に示すように、ケースＣＡは円形開口ＣＡＬ、ＣＡＲを有しており、ここにカメラモジュール２０Ｌ、２０Ｒの鏡筒部２４を嵌合させている。それ以外は、調整工程も含めて上述した実施の形態と同様である。

　本発明は、明細書に記載の実施形態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例や思想から本分野の当業者にとって明らかである。明細書の記載及び実施形態は、あくまでも例証を目的としており、本発明の範囲は後述するクレームによって示されている。

１０ステレオカメラ
１１筐体
１１Ｌ、１１Ｒ開口
１２表示部
１３，１４ファンクションボタン
１５レリーズボタン
１６支持部材
１６Ｌ円形開口
１６Ｒ円形開口
１７制御部
１８記憶部
１９電源部
２０Ｌカメラモジュール
２０Ｒカメラモジュール
２１基板
２２撮像素子
２３レンズ
２４鏡筒部
２４ａ円筒外周面
ＢＰ黒点
ＢＰＬ黒点の画像
ＢＰＲ黒点の画像
ＢＳ台座
ＣＡケース
ＣＡＬ，ＣＡＲ円形開口
ＤＰディスプレイ
ＨＬ水平基線
ＷＲ配線
ＷＬ配線
ＬＵレンズユニット
ＭＶ携帯端末
ＳＣスクリーン
ＳＰセンサーパッケージ
ＶＬ垂直基線

Claims

　立体視のための視差を有した２つの画像を取得するために、撮影光学系を内包する円筒形の鏡筒部と撮像素子とをそれぞれ有する２つのカメラモジュールが支持部材に配置されてなるステレオカメラの製造方法において、
　前記撮像光学系の光軸と前記撮像素子の撮像面とを直交させると共に、前記撮像面の有効画素領域の外縁の２つの長辺の中線上に前記撮像光学系の光軸を位置させて各カメラモジュールを製造するカメラモジュール製造工程と、
　前記支持部材に所定の間隔で形成された２つの円形開口に、前記２つのカメラモジュールの鏡筒部をそれぞれ挿入して組み込む組込工程と、
　前記組込工程後に行う調整工程と、を有し、
　前記調整工程は、前記２つのカメラモジュールのうち少なくとも一方の前記カメラモジュールを前記円形開口内で前記光軸周りに回転させることのみで行うことを特徴とするステレオカメラの製造方法。
　前記調整工程は、左右に配置された前記２つのカメラモジュールにより被撮影面上の同一マークを撮影して、前記２つのカメラモジュールの撮影によって得られたマーク画像を観察画面にそれぞれ表示しながら、前記観察画面に表示されたマーク画像の上下方向の位置が等しくなるように、少なくとも一方の前記カメラモジュールを前記円形開口内で前記光軸周りに回転させることを特徴とする請求項１に記載のステレオカメラの製造方法。
　請求項１又は２に記載のステレオカメラの製造方法により製造されたことを特徴とするステレオカメラ。
　前記支持部材を、前記ステレオカメラを構成する部品で兼用したことを特徴とする請求項３に記載のステレオカメラ。