(57)【要約】【課題】簡素な構成でありながら、環境温度変化が生じた場合でも焦点位置の変動を抑制できるレンズユニット及び撮像装置を提供する。【解決手段】第１アレイレンズＡＬ１を形成するプラスチックの線膨張係数α１が、鏡枠ＬＦの線膨張係数α２よりも大きくなっているので、環境温度上昇時に第１アレイレンズＡＬ１に熱膨張が生じて光軸直交方向に広がったとき、同じ温度では鏡枠ＬＦの熱膨張量がより小さいため、図３に一点鎖線で図示するように斜面ＬＦａに沿って斜面ＦＬ１ａがせり上がるようになる。これにより、鏡枠ＬＦに対して第１アレイレンズＡＬ１が物体側に移動するので、温度変化によりレンズＬ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ２ａ、Ｌ２ｂにおいて屈折率変化が生じ、それによりレンズバックが長くなった場合でも、焦点位置の変動を抑制できる。【選択図】図３
2015060140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチックから形成され、光軸を互いに平行に配置してなる複数のレンズ部及び前記レンズ部周囲のフランジ部とを備えたアレイレンズと、前記アレイレンズを保持する鏡枠とを有するレンズユニットであって、
前記アレイレンズのフランジ部は、光軸方向物体側に向かうにつれて光軸直交方向外方に向かう第１斜面を有しており、
前記鏡枠は、前記第１斜面に対向するようにして当接する第２斜面を有しており、
前記第１斜面を前記第２斜面に向かって付勢する付勢手段が設けられ、
前記アレイレンズのプラスチックの線膨張係数は、前記鏡枠の線膨張係数よりも大きいことを特徴とするレンズユニット。
【請求項２】
前記付勢手段は弾性体であることを特徴とする請求項１に記載のレンズユニット。
【請求項３】
前記レンズユニットは、複数枚のアレイレンズを積層してなることを特徴とする請求項１又は２に記載のレンズユニット。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のレンズユニットを有することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複眼カメラモジュールに好適なレンズユニット及び撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、スマートフォンやタブレット型パーソナルコンピュータなどに代表される薄型のカメラモジュール付き携帯端末が急速に普及している。ここで、薄型の携帯端末に搭載される撮像装置には、高解像度を有しながらも薄形でコンパクトであることが要求されている。このような要求に対応するために、撮像レンズの光学設計による全長短縮やそれに伴う誤差感度増大に対応した製造精度向上を行ってきたが、さらなる要求に対応するためには、従来の単一の撮像レンズと撮像素子の組み合わせで像を得るという構成では限界があり、従来とは発想を変えた光学系の開発が期待されている。
【０００３】
これに対し、撮像素子の撮像領域を分割して、それぞれにレンズ（以下、個眼光学系という）を配置し、得られた画像を処理することで、最終的な画像出力を行う複眼光学系と呼ばれる光学系が、薄形化への要求に対応するために注目されている。特許文献１には、複数の撮像領域により撮像された複数の画像から各画像の視差情報を利用して１つの画像を再構成することができる複眼カメラモジュールが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１８０６５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、複眼光学系を、複数のレンズを一体化したアレイレンズから構成する試みがある。このようなアレイレンズを成形するのにプラスチックを用いると、金型成形により大量生産が可能になるが、アレイレンズにおいて温度変化に起因した屈折率変化や変形等により焦点位置が変化し、合成後の画像の画質低下を招き好ましくない。これに対し、アレイレンズを光軸方向に移動させるアクチュエータを設けて、温度変化時の焦点距離変化に応じてアレイレンズを移動させることも考えられるが、コストが増大するとともにレンズユニットの大型化を招くという問題がある。
【０００６】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、簡素な構成でありながら、環境温度変化が生じた場合でも焦点位置の変動を抑制できるレンズユニット及び撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載のレンズユニットは、プラスチックから形成され、光軸を互いに平行に配置してなる複数のレンズ部及び前記レンズ部周囲のフランジ部とを備えたアレイレンズと、前記アレイレンズを保持する鏡枠とを有するレンズユニットであって、
前記アレイレンズのフランジ部は、光軸方向物体側に向かうにつれて光軸直交方向外方に向かう第１斜面を有しており、
前記鏡枠は、前記第１斜面に対向するようにして当接する第２斜面を有しており、
前記第１斜面を前記第２斜面に向かって付勢する付勢手段が設けられ、
前記アレイレンズのプラスチックの線膨張係数は、前記鏡枠の線膨張係数よりも大きいことを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、前記アレイレンズのプラスチックの線膨張係数が、前記鏡枠の線膨張係数よりも大きくなっているので、環境温度上昇時に前記アレイレンズに熱膨張が生じて光軸直交方向に広がったとき、同じ温度では前記鏡枠の熱膨張量がより小さいため、前記第２斜面に沿って前記第１斜面がせり上がるようになる。これにより、前記鏡枠に対して前記アレイレンズが物体側に移動するので、温度変化により前記レンズ部において屈折率変化が生じ、それによりレンズバックが長くなった場合でも、焦点位置の変動を抑制できる。尚、環境温度が低下した場合、上記と逆の作用が生じ、前記第２斜面に沿って前記第１斜面が下がるので、同様に焦点位置の変動を抑制できる。
【０００９】
請求項２に記載のレンズユニットは、請求項１に記載の発明において、前記付勢手段は弾性体であることを特徴とする。
【００１０】
これにより前記第１斜面と前記第２斜面とが離間することが回避される。尚、前記付勢手段としては、弾性体に限らず磁力などを発生するものであっても良い。
【００１１】
請求項３に記載のレンズユニットは、請求項１又は２に記載の発明において、前記レンズユニットは、複数枚のアレイレンズを積層してなることを特徴とする。
【００１２】
これにより、レンズユニットを安価に精度良く構成できる。
【００１３】
請求項３に記載の撮像装置は、請求項１又は２に記載のレンズユニットを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、簡素な構成でありながら、環境温度変化が生じた場合でも焦点位置の変動を抑制できるレンズユニット及び撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施の形態にかかるカメラモジュールの模式図である。
【図２】撮像ユニットＬＵの断面図である。
【図３】撮像ユニットＬＵの一部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張され、実際の比率とは異なる場合がある。
【００１７】
まず、複眼光学系としてのレンズユニットを用いた複眼カメラモジュールについて説明する。複眼光学系は、１つの撮像素子に対して複数のレンズ系がアレイ状に配置された光学系であり、各レンズ系が同じ視野の撮像を行う超解像タイプと、各レンズ系が異なる視野の撮像を行う視野分割タイプと、に通常分けられる。ここでは、視野の異なる複数の像をつなぎ合わせて１枚の合成画像を出力するために、視野の異なる複数の結像を行う超解像タイプの複眼カメラモジュールについて説明する。
【００１８】
図１に、本実施の形態にかかる撮像装置を模式的に示す。図１に示すように、撮像装置ＤＵは、撮像ユニットＬＵ，画像処理部１，演算部２，メモリー３等を有している。そして、撮像ユニットＬＵは、１つの撮像素子ＳＲと、その撮像素子ＳＲに対して視野の異なる複数の結像を行うレンズユニットＬＨと、を有している。撮像素子ＳＲとしては、例えば複数の画素を有するＣＣＤ型イメージセンサー，ＣＭＯＳ型イメージセンサー等の固体撮像素子が用いられる。撮像素子ＳＲの光電変換部である受光面ＳＳ上には、被写体の光学像が形成されるようにレンズユニットＬＨが設けられているので、レンズユニットＬＨによって形成された光学像は、撮像素子ＳＲによって電気的な信号に変換される。
【００１９】
図２は、本実施例にかかる撮像ユニットを示す断面図である。本実施の形態においては、レンズユニットＬＨとして、複数のレンズを一体化形成したいわゆるアレイレンズを積層して用いている。より具体的には、プラスチックから一体形成された第１アレイレンズＡＬ１は、正方形平板状の第１フランジ部ＦＬ１の物体側面に形成された樹脂製の第１物体側レンズＬ１ａと、第１フランジ部ＦＬ１の像側面に形成された樹脂製の第１像側レンズＬ１ｂとを有する。レンズＬ１ａ、Ｌ１ｂは、４×４でマトリクス状に配列されている。
【００２０】
又、プラスチックから一体形成された第２アレイレンズＡＬ２は、正方形平板状の第２フランジ部ＦＬ２の物体側面に形成された樹脂製の第２物体側レンズＬ２ａと、第２フランジ部ＦＬ２の像側面に形成された樹脂製の第２像側レンズＬ２ｂとを有する。レンズＬ２ａ、Ｌ２ｂは、レンズＬ１ａ、Ｌ１ｂに対応して４×４でマトリクス状に配列されている。フランジ部ＦＬ１，ＦＬ２のレンズ以外の表面には、迷光を抑制する黒色皮膜（不図示）が形成されている。尚、アレイレンズは３枚以上積層されていても良い。
【００２１】
各レンズＬ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの数は、撮像素子ＳＲの撮像面ＳＳ上に形成される物体像（個眼像という）の数と等しく（ここでは４×４）させてなる。つまり、光軸方向に積層されたレンズＬ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを通過した光線が、それぞれ撮像面ＳＳ上で１つの像（個眼像）を形成する。
【００２２】
図２において、第１フランジ部ＦＬ１と第２フランジ部ＦＬ２の間には、その周縁に接着された枠状もしくはブロック状のスペーサＳＰが介在しており、両者の間隔を所定値に維持している。
【００２３】
一方、黒色である鏡枠ＬＦは矩形枠状であって、レンズユニットＬＨの周囲を囲っており、その上端内周に、上方に向かうにつれて光軸方向外側に向かうテーパ平面状の斜面（第２斜面）ＬＦａが４つ形成されている。鏡枠ＬＦの下端近傍の内周には、段部ＬＦｂが形成され、平行平板状のＩＲカットフィルタＦが取り付けられている。鏡枠ＬＦの下端は、撮像素子ＳＲを載置した基板ＳＴの上面に当接している。
【００２４】
レンズユニットＬＨを構成する第１アレイレンズＡＬ１の第１フランジ部ＦＬ１は、鏡枠ＬＦの斜面ＬＦａに対向するようにして当接し、光軸方向物体側に向かうにつれて光軸直交方向外方に向かうテーパ平面状の斜面（第１斜面）ＦＬ１ａを４つ有している。鏡枠ＬＦの上端に、弾性体としてのばね板ＳＰＧの一端が取り付けられ、その他端は第１フランジ部ＦＬ１の上面に当接して、レンズユニットＬＨを像側に付勢している。第１アレイレンズＡＬ１を形成するプラスチックの線膨張係数α１は、鏡枠ＬＦの線膨張係数α２よりも大きくなっている。
【００２５】
図３は、図２の矢印II部を拡大して示す図である。鏡枠ＬＦの斜面ＬＦａ及び第１アレイレンズＡＬ１の斜面ＦＬ１ａの光軸直交面に対する傾き角θは、４２°〜７２°である。斜面の滑りを考えた時に、摩擦角θ’、摩擦係数μでμ＝ｔａｎθ’、すなわち、摩擦角よりも角度が大きいと滑りが生じることとなる。種々の素材の摩擦係数μを考えたとき、最大０．９程度であり、その際の摩擦角θ’は４２°となるから、傾き角θはそれ以上であれば良い。一方、傾き角θを大きくすると撮像ユニットの大型化を招くため、傾き角θの上限値は、撮像ユニットのサイズにより制限される。撮像ユニットのサイズが最小で８ｍｍ程度と考えると、その際の傾き角θの上限値は７２°となる。
【００２６】
本実施形態によれば、第１アレイレンズＡＬ１を形成するプラスチックの線膨張係数α１が、鏡枠ＬＦの線膨張係数α２よりも大きくなっているので、環境温度上昇時に第１アレイレンズＡＬ１に熱膨張が生じて光軸直交方向に広がったとき、同じ温度では鏡枠ＬＦの熱膨張量がより小さいため、図３に一点鎖線で図示するように斜面ＬＦａに沿って斜面ＦＬ１ａがせり上がるようになる。このとき、ばね板ＳＰＧが第１アレイレンズＡＬ１を上方から付勢しているので、鏡枠ＬＦの斜面ＬＦａと第１アレイレンズＡＬ１の斜面ＦＬ１ａとが離間することはない。
【００２７】
以上により、鏡枠ＬＦに対して第１アレイレンズＡＬ１が物体側に平行移動するので、温度変化によりレンズＬ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ２ａ、Ｌ２ｂにおいて屈折率変化が生じ、それによりレンズバックが長くなった場合でも、焦点位置の変動を抑制できる。尚、環境温度が低下した場合、上記と逆の作用が生じ、斜面ＬＦａに沿って斜面ＦＬ１ａが像側に下がり、第１アレイレンズＡＬ１が像側に平行移動するので、同様に焦点位置の変動を抑制できる。
【００２８】
本発明者の検討結果を説明する。第１アレイレンズＡＬ１の斜面部の幅が１４ｍｍであるレンズユニットＬＨにおいて、＋３０℃の温度上昇があったとき、＋１５μｍだけレンズバックが長くなったものとする。ここで、アレイレンズ材料を線膨張係数α１＝６０×１０-6／℃のプラスチックとし、鏡枠材料を線膨張係数α２＝２３．６×１０-6／℃のアルミニウムとする。鏡枠の斜面の高さを２．５ｍｍとした場合、＋３０℃の温度上昇があったときに、鏡枠自身の膨張分で斜面部が＋物体側に１．８μｍ移動する。＋３０℃の温度上昇により斜面部の両端でアレイレンズ材料と鏡枠の線膨張差は１５．３μｍ発生する。すなわち、斜面片側であれば膨張差は７．６５μｍである。傾き角θ＝５９．９°とすることで、物体側に残る＋１３．２μｍ繰り出すことが出来、鏡枠自身の膨張分と合わせて、＋３０℃の温度上昇があったときに、レンズユニットＬＨを物体側に＋１５μｍ移動させることができ、レンズの焦点位置変動をキャンセルできる。
【００２９】
又、同条件で、アレイレンズ材料を線膨張係数α１＝６０×１０-6／℃のプラスチックとし、鏡枠材料を線膨張係数α２＝１７．３×１０-6／℃のステンレスとした場合、傾き角θ＝５６．８°とすることで、＋３０℃の温度上昇があったときに、レンズユニットＬＨを物体側に＋１５μｍ移動させることができ、レンズの焦点位置変動をキャンセルできる。
【００３０】
更に、同条件で、アレイレンズ材料を線膨張係数α１＝６０×１０-6／℃のプラスチックとし、鏡枠材料を線膨張係数α２＝２．６×１０-6／℃のセラミックとした場合、傾き角θ＝５０．８°とすることで、＋３０℃の温度上昇があったときに、レンズユニットＬＨを物体側に＋１５μｍ移動させることができ、レンズの焦点位置変動をキャンセルできる。
【００３１】
本実施の形態の撮像装置の動作を説明すると、図１に示すように、画像処理部１は、画像合成部１ａと、画像補正部１ｂと、出力画像処理部１ｃと、を有している。画像合成部１ａは、レンズユニットＬＨにより形成された複数の撮像領域ＳＳからの画像信号を合成して１枚の合成画像ＭＬを出力する。その際、画像補正部１ｂは、反転処理，歪曲処理，シェーディング処理，合成処理等を行う。さらに、必要に応じて歪曲補正も行う。出力された合成画像ＭＬは、メモリー３に記憶される。
【符号の説明】
【００３２】
１            画像処理部
１ａ            画像合成部
１ｂ            画像補正部
１ｃ            出力画像処理部
２，            演算部
３            メモリー
ＡＬ１            第１アレイレンズ
ＡＬ２            第２アレイレンズ
ＤＵ            撮像装置
Ｆ            ＩＲカットフィルタ
ＦＬ１            第１フランジ部
ＦＬ１ａ          斜面
ＦＬ２            第２フランジ部
ＨＬＤ            鏡枠
Ｌ１ａ            レンズ
Ｌ１ａ            物体側レンズ
Ｌ１ｂ            像側レンズ
Ｌ２ａ            物体側レンズ
Ｌ２ｂ            像側レンズ
ＬＦ            鏡枠
ＬＦａ            斜面
ＬＦｂ            段部
ＬＨ            レンズユニット
ＬＵ            撮像ユニット
ＭＬ            合成画像
ＳＰ            スペーサ
ＳＰＧ            ばね板
ＳＲ            撮像素子
ＳＳ            撮像面
ＳＴ            基板
【図１】
2015060140.tif 000003
【図２】
2015060140.tif 000004
【図３】
2015060140.tif 000005