(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重ね合わされて相互に固定される複数の光学素子と、
前記複数の光学素子のうち各光学素子の本体部を囲む外周部において互いに離間した３箇所に設けられて、協働して位置決めを行う３つの位置決め部と、を備えるレンズユニットであって、
各位置決め部は、前記複数の光学素子の対向箇所に設けられて互いに当接することによって光軸方向と、前記光軸に垂直な面上における前記本体部の中心軸まわりの固有制限方向とに関して前記複数の光学素子の相対的移動を規制する一対の当接部を含み、
前記３つの位置決め部のうち少なくとも２つの位置決め部は、前記固有制限方向を互いに異ならせるように形成されており、
前記一対の当接部のうち、一方の当接部は、球状面を有する凸部であり、他方の当接部は、前記光軸を通り、前記光軸方向と前記固有制限方向とに垂直な方向である半径方向に延びる溝部であり、前記凸部は、前記溝部に対して前記半径方向の移動が許容されるレンズユニット。
【請求項２】
前記一対の当接部は、前記中心軸を通り、前記中心軸に垂直な方向に関して前記複数の光学素子の相対的移動を許容する、請求項１に記載のレンズユニット。
【請求項３】
前記一対の当接部のうち、前記他方の当接部は、断面Ｖ字状の溝部である、請求項１及び２のいずれか一項に記載のレンズユニット。
【請求項４】
前記３つの位置決め部は、前記中心軸のまわりに対称的に配置され、前記中心軸を中心とする円周上の各位置決め部における接線方向を固有制限方向とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のレンズユニット。
【請求項５】
前記一対の当接部は、前記複数の光学素子と一体的に形成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のレンズユニット。
【請求項６】
前記複数の光学素子は、樹脂成形品であり、前記一対の当接部は、前記各光学素子のうち少なくとも前記外周部と共通の金型部品で形成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のレンズユニット。
【請求項７】
前記複数の光学素子は、熱可塑性の材料で形成されている、請求項６に記載のレンズユニット。
【請求項８】
前記複数の光学素子を構成する各光学素子は、複数の個眼レンズを有するレンズアレイであり、前記３つの位置決め部は、複数のレンズアレイの外周部の３箇所に設けられる、請求項１〜７のいずれか一項に記載のレンズユニット。
【請求項９】
前記複数の光学素子を構成する各光学素子は、単レンズである、請求項１〜７のいずれか一項に記載のレンズユニット。
【請求項１０】
請求項１〜９までのいずれか一項に記載のレンズユニットと、
前記レンズユニットによって形成された像を検出するセンサーと
を備える撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の光学素子を重ね合わせたレンズユニット、及びレンズユニットを組み込んだ撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の光学素子を積層したレンズユニットの組み立て方法として、隣接する一対のレンズに対して光軸等を基準として精度良く形成された一対の対応する嵌合形状を設け、これらの嵌合形状を組み合わせることで光軸に垂直な方向等に関して両レンズを精密に位置合わせするものが多数提案されている（特許文献１〜５参照）。【０００３】
例えば、特許文献１では、一対のレンズを嵌合構造によって位置決めする複合レンズを開示しており、一方のレンズの外周部に設けられて内向き斜面を有するテーパー部と、他方のレンズの外周部に設けられて外向きの斜面を有するテーパー部とを嵌合させて位置決めを行っている。特許文献２のレンズでも、各レンズに設けたレンズ内向きのテーパー面と外向きのテーパー面とを設け、これらの面接触又は嵌合によって光軸を合致させる位置決めを行っている。【０００４】
また、特許文献３では、一対のレンズを光軸に垂直な基準面と嵌合構造とによって位置決めする複合レンズを開示しており、一方のレンズの外周に設けられた複数の円弧状突起の内円筒面と、他方のレンズの外周に設けられた段差の外円筒面とによって、光軸に垂直な方向の位置決めを行っている。特許文献４のレンズでも、両レンズに環状の凹凸を設け、これらの内周面と外周面とを嵌合させることによって光軸を一致させる位置決めを行っている。【０００５】
特許文献５では、２つのレンズアレイ基板の中心を位置決めするため、軸状の嵌合部の両端を両基板の中心に設けられた凹部に回転可能に嵌合させ、両基板の回転方向をマークによって位置決めしている。或いは、一方のレンズアレイ基板の中心から突起する軸状の嵌合部の先端を他方のレンズアレイ基板の中心に形成された嵌合孔に回転可能に嵌合させ、両基板の回転方向をマークによって位置決めしている。【０００６】
しかしながら、レンズユニットを構成する各レンズは、形状や寸法に多少のバラつきを有する場合がある。特にレンズが樹脂製である場合、金型加工の精度や製造条件の変動等の影響で、嵌合構造の寸法等にバラつきが生じやすい。【０００７】
上記特許文献１、２で用いられているテーパー面の嵌合は、理想的な形状であれば、精密な位置合わせが可能になるが、嵌合部の外側が狭くなるような、いわゆるマイナスの隙間になった場合、光軸方向に浮きが発生し、プラスの隙間になった場合、遊びによって光軸ズレが発生してしまう。さらに、レンズ同士の相対的な回転位置の調整については考慮されていない。
上記特許文献３、４で用いられている円筒面の嵌合は、嵌合部の外側が狭くなるような、マイナスの隙間になった場合、嵌合が不可能になったり圧入によって光学面に変形等が発生したりし、プラスの隙間になった場合、遊びによって光軸ズレが発生してしまう。さらに、レンズ同士の相対的な回転位置の調整については考慮されていない。
上記特許文献５の手法は、レンズアレイのようにレンズの外形サイズが大きくなっても嵌合部が中心にあり、光軸ズレは生じにくく、嵌合不良の問題は生じにくいが、回転方向の位置決めが別途必要であり、顕微鏡等を利用した煩雑な調整工程が不可欠となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１９６２１１号公報
【特許文献２】特開２００７−１６３６５６号公報
【特許文献３】特開２０１０−１９７８１６号公報
【特許文献４】特開２００５−２５８３２９号公報
【特許文献５】特開２０１２−７８６７５号公報
【発明の概要】
【０００９】
本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、複数の光学素子に多少の寸法差があっても、簡易な手法で精密なアライメントによって製造可能なレンズユニット及びこれを組み込んだ撮像装置を提供することを目的とする。
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明に係るレンズユニットは、重ね合わされて相互に固定される複数の光学素子と、複数の光学素子のうち各光学素子の本体部を囲む外周部において互いに離間した３箇所に設けられて、協働して位置決めを行う３つの位置決め部と、を備えるレンズユニットであって、各位置決め部は、複数の光学素子の対向箇所に設けられて互いに当接することによって光軸方向と、光軸に垂直な面上における本体部の中心軸まわりの固有制限方向とに関して複数の光学素子の相対的移動を規制する一対の当接部を含み、３つの位置決め部のうち少なくとも２つの位置決め部は、固有制限方向を互いに異ならせるように形成されており、一対の当接部のうち、一方の当接部は、球状面を有する凸部であり、他方の当接部は、光軸を通り、光軸方向と固有制限方向とに垂直な方向である半径方向に延びる溝部であり、凸部は、溝部に対して半径方向の移動が許容される。ここで、光学素子の本体部とは、単レンズの場合、中央のレンズ部を意味し、複数の個眼レンズを有するレンズアレイの場合、複数の個眼レンズ全体を意味する。また、固有制限方向とは、各位置決め部において、複数の光学素子の相対的な移動又は回転等を制限する方向である。
【００１１】
上記レンズユニットでは、３つの位置決め部にそれぞれ設けた一対の当接部が、光軸方向と、光軸に垂直な面上における中心軸まわりの固有制限方向とに関して複数の光学素子の相対的移動を規制し、少なくとも２つの位置決め部が、固有制限方向を互いに異ならせるように形成されているので、光軸方向と光軸に垂直な面方向とに関して精密な位置決めが可能になるだけでなく、中心軸のまわりの回転に関しても、多少の寸法差を許容する精密な位置決めが可能になる。
【００１２】
また、本発明に係る撮像装置は、上述したレンズユニットと、レンズユニットによって形成された像を検出するセンサーとを備える。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１Ａは、第１実施形態のレンズニット等を説明する平面図であり、図１Ｂは、図１ＡのレンズユニットのＡＡ矢視断面図である。
【図２】図２Ａは、第１単レンズの裏面図であり、図２Ｂは、第２単レンズの平面図である。
【図３】図３Ａは、第１位置決め部のうち突起部材を中心軸方向から見た図であり、図３Ｂは、突起部材を中心軸に垂直な方向から見た断面図である。
【図４】単レンズの成形方法を説明する断面図である。
【図５】図５Ａは、第２実施形態のレンズニット等を説明する平面図であり、図５Ｂは、図５ＡのレンズユニットのＢＢ矢視断面図である。
【図６】図６Ａは、第１レンズアレイの裏面図であり、図６Ｂは、第２レンズアレイの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係るレンズユニット及びこれを組み込んだ撮像装置について、図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
図１Ａ及び１Ｂに示す撮像装置１００は、四角又は矩形板状の外形を有し、レンズユニット２０と、フィルター４０と、単センサー５０と、ホルダー６０とを有する。これらのうち、レンズユニット２０、フィルター４０、及びホルダー６０によって、撮像光学系２００が構成される。
【００１６】
レンズユニット２０は、単独の複合光学系によって被写体像を形成するものである。レンズユニット２０は、第１単レンズ２１と、第２単レンズ２２と、中間絞り２３とを有する。これらの部材２１，２２，２３は、光軸ＡＸ方向又はＺ軸方向に積層されている。レンズユニット２０は、被写体像を単センサー５０の像面又は撮像面（被投影面）Ｉに結像させる機能を有する。なお、レンズユニット２０自体を撮像光学系と呼ぶ場合もある。
【００１７】
レンズユニット２０のうち第１単レンズ２１は、撮像装置１００の最も物体側に配置される光学素子である。第１単レンズ（光学素子）２１は、図１Ｂ及び図２Ａにも示すように、本体部すなわち中央の第１レンズ部２１ａと、外周部すなわち周囲の枠部２１ｂとを備え、これらを一体化した例えば熱可塑性の材料で形成された樹脂成形品（プラスチック成形品）であり、光軸ＡＸ方向から見て円形の輪郭を有する。第１レンズ部２１ａは、物体側に凸形状の非球面である第１光学面２１ｃと、像側に凹形状の非球面である第２光学面２１ｄとを有する。第１レンズ部２１ａの枠部（外周部）２１ｂは、第１及び第２光学面２１ｃ，２１ｄの周囲に光軸ＡＸに垂直に延びる平坦な第１及び第２枠面２１ｅ，２１ｆを有する。枠部２１ｂは、外周に段差状に窪んだ肉薄部２５を備え、第２単レンズ２２のスペーサー部２６を受け入れる。なお、本実施形態において、光軸ＡＸは、本体部の中心軸と一致している。
【００１８】
第２単レンズ２２は、第１単レンズ２１の像側に配置される光学素子である。第２単レンズ（光学素子）２２は、第１単レンズ２１と類似する構造を有する。すなわち、第２単レンズ２２は、図１Ｂ及び図２Ｂにも示すように、本体部すなわち中央の第２レンズ部２２ａと、外周部すなわち周囲の枠部２２ｂとを備え、これらを一体化した例えば熱可塑性の材料で形成された樹脂成形品であり、光軸ＡＸ方向から見て円形の輪郭を有する。第２レンズ部２２ａは、物体側に凹形状の非球面である第３光学面２２ｃと、像側に凸形状の非球面である第４光学面２２ｄとを有する。第２レンズ部２２ａの枠部（外周部）２２ｂは、第３及び第４光学面２２ｃ，２２ｄの周囲に光軸ＡＸに垂直に延びる平坦な第３及び第４枠面２２ｅ，２２ｆを有する。枠部２２ｂは、外周に段差状に突起したスペーサー部２６を備え、第１単レンズ２１の肉薄部２５と対向する。
【００１９】
第１及び第２単レンズ２１，２２は、樹脂、ガラス等で形成することができる。各単レンズ２１，２２は、樹脂で形成される場合、例えば金型による射出成形や、金型や樹脂型等によるプレス成形によって一体成形される。
【００２０】
中間絞り２３は、矩形又は四角形の絞り部材であり、第１単レンズ２１と、第２単レンズ２２との間に設けられている。中間絞り（絞り部材）２３は、接着剤によって第２単レンズ２２の枠部２２ｂに接着されている。中間絞り２３は、第２単レンズ２２の第２レンズ部２２ａに対応する位置に円形の開口部２３ａを有する。中間絞り２３は、金属や樹脂等からなる板状部材であって、それ自体で光吸収性を有する黒色又は暗色の材料や、表面を黒色又は暗色に塗装されたものが用いられる。
【００２１】
フィルター４０は、矩形又は四角形の板状部材であり、第２単レンズ２２と単センサー５０との間に設けられている。フィルター４０は、例えば赤外線を反射させる機能を有する赤外線カットフィルターである。
【００２２】
単センサー５０は、レンズユニット２０すなわち一組のレンズ部２１ａ，２２ａによって形成された被写体像を検出するものである。単センサー５０は、光軸ＡＸに垂直なＸＹ面に沿って延びる撮像部５２を内蔵している。撮像部５２は、固体撮像素子からなるセンサーチップである。撮像部５２を構成する光電変換部（不図示）は、ＣＣＤやＣＭＯＳからなり、入射光をＲＧＢ毎に光電変換し、そのアナログ信号を出力する。光電変換部の表面は、撮像面（被投影面）Ｉとなっている。単センサー５０は、表側がカバーガラス５３で覆われ裏側で不図示の配線基板によって固定されている。この配線基板は、外部回路５５から撮像部５２を駆動するための電圧や信号の供給を受けたり、検出信号を上記外部回路５５へ出力したりする。外部回路５５は、画像処理を行う画像処理部等を備える。
【００２３】
ホルダー６０は、レンズユニット２０、フィルター４０、及び単センサー５０を収納し保持するための枠部材である。ホルダー６０には、複数の段部Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３を有する凹部６０ａが形成されており、ホルダー６０は、全体として升状又は箱状の外形を有する。凹部６０ａ内には、レンズユニット２０、フィルター４０、及び単センサー５０が順番にセットされる。各部材２０，４０，５０は、凹部６０ａの各段部Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３によって位置決めされる。ホルダー６０には、レンズユニット２０の第１光学面２１ｃに対応する位置に円形の開口部６０ｂが形成されている。ホルダー６０は、遮光性の樹脂、例えば黒色顔料等の着色剤を含む液晶ポリマー（ＬＣＰ）やポリフタルアミド（ＰＰＡ）等で形成されている。
【００２４】
レンズユニット２０は、第１単レンズ（光学素子）２１及び第２単レンズ（光学素子）２２の輪帯状の周辺部において、複数の位置決め部として、肉薄部２５及びスペーサー部２６に付随して第１〜第３位置決め部１１，１２，１３を有する。これら第１〜第３位置決め部１１，１２，１３によって、第１単レンズ２１と第２単レンズ２２とが光軸ＡＸ方向及び光軸ＡＸに垂直なＸＹ方向に関して位置決めされる。第１〜第３位置決め部１１，１２，１３は、中心軸に相当する光軸ＡＸのまわりに１２０°間隔で対称的に配置されている。具体的には、第１位置決め部１１は、光軸ＡＸを基準として１２時の方向に配置され、第２位置決め部１２は、光軸ＡＸを基準として４時の方向に配置され、第３位置決め部１３は、光軸ＡＸを基準として８時の方向に配置されている。第１〜第３位置決め部１１，１２，１３は、各単レンズ２１，２２と一体的に形成されており、位置決め精度を高めやすくなっている。
【００２５】
第１位置決め部１１は、光軸ＡＸ方向に関して両単レンズ２１，２２の相対的な移動を制限するだけでなく、光軸ＡＸに垂直な面上における本体部の中心軸まわりの方向、具体的にはＸＹ面に平行で光軸ＡＸから外に向かう半径方向Ｄ１に垂直な固有制限方向Ｐ１に関して両単レンズ２１，２２の相対的な移動又は回転を制限することで、位置決めに寄与する。第２位置決め部１２は、光軸ＡＸ方向に関して両単レンズ２１，２２の相対的な移動を制限するだけでなく、ＸＹ面に平行で光軸ＡＸから外に向かう半径方向Ｄ２に垂直な固有制限方向Ｐ２に関して両単レンズ２１，２２の相対的な移動又は回転を制限することで、位置決めに寄与する。第３位置決め部１３は、光軸ＡＸ方向に関して両単レンズ２１，２２の相対的な移動を制限するだけでなく、ＸＹ面に平行で光軸ＡＸから外に向かう半径方向Ｄ３に垂直な固有制限方向Ｐ３に関して両単レンズ２１，２２の相対的な移動又は回転を制限することで、位置決めに寄与する。以上において、第１〜第３位置決め部１１，１２，１３による位置決めの固有制限方向Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は、光軸ＡＸを中心とする円周上の位置決め部１１，１２，１３における接線方向に相当するものとなっている。これにより、３つの位置決め部１１，１２，１３による支持がバランスし、安定した高精度の位置決めが容易となる。
【００２６】
図３Ａ及び３Ｂに示すように、第１位置決め部１１は、第１及び第２単レンズ２１，２２の対向箇所に設けられて互いに当接する一対の当接部からなる。具体的には、第１位置決め部１１は、一方の当接部として半球状の凸部１１ａを備え、他方の当接部として断面Ｖ字状の溝部１１ｂを備える。凸部１１ａの半球状面１１ｔは、位置決めに際して、溝部１１ｂの溝斜面１１ｓに当接する。凸部１１ａは、第１単レンズ２１の肉薄部２５と一体化されており、肉薄部２５の表面２１ｋから突起している。溝部１１ｂは、第２単レンズ２２のスペーサー部２６と一体化されており、スペーサー部２６の表面２２ｋから窪んで形成されている。ここで、溝部１１ｂは、半径方向Ｄ１に延びているので、凸部１１ａの半球状面１１ｔは、溝部１１ｂの溝斜面１１ｓに当接した状態で、光軸ＡＸを通り、光軸ＡＸ方向と固有制限方向Ｐ１とに垂直な方向である半径方向Ｄ１に滑動する。つまり、第１位置決め部１１において、凸部１１ａは、溝部１１ｂに対して光軸ＡＸ方向に関する移動の規制を受けることなり、第１位置決め部１１全体としては、光軸ＡＸ方向に関する位置決めを可能にする。また、凸部１１ａは、溝部１１ｂに対して半径方向Ｄ１の移動が許容されつつも半径方向Ｄ１に垂直な固有制限方向Ｐ１に関する移動の規制を受けることになり、第１位置決め部１１全体としては、肉薄部２５の円周に沿った接線方向に関する位置決めを可能にする。
【００２７】
第２位置決め部１２は、第１位置決め部１１と同様の構造を有し、一方の当接部として半球状の凸部１１ａを備え、他方の当接部として断面Ｖ字状の溝部１２ｂを備える。第２位置決め部１２の溝部１２ｂは、第１位置決め部１１の溝部１１ｂと同一の形状を有し、スペーサー部２６の表面２２ｋからの窪みとして形成されているが、溝部１１ｂの延びる半径方向Ｄ１とは１２０°異なる半径方向Ｄ２に延びている。この結果、第２位置決め部１２は、凸部１１ａ及び溝部１２ｂによって光軸ＡＸ方向に関する位置決めを可能にする。また、第２位置決め部１２では、凸部１１ａが溝部１２ｂに対して半径方向Ｄ２の移動を許容されつつも半径方向Ｄ２に垂直な固有制限方向Ｐ２の移動を規制されることによって、肉薄部２５の円周に沿った接線方向に関する位置決めが行われる。
【００２８】
第３位置決め部１３は、第１位置決め部１１と同様の構造を有し、一方の当接部として半球状の凸部１１ａを備え、他方の当接部として断面Ｖ字状の溝部１３ｂを備える。第３位置決め部１３の溝部１３ｂは、第１位置決め部１１の溝部１１ｂと同一の形状を有し、スペーサー部２６の表面２２ｋからの窪みとして形成されているが、溝部１１ｂ，１２ｂの延びる半径方向Ｄ１，Ｄ２とは１２０°異なる半径方向Ｄ３に延びている。この結果、第３位置決め部１３は、凸部１１ａ及び溝部１３ｂによって光軸ＡＸ方向に関する位置決めを可能にする。また、第３位置決め部１３では、凸部１１ａが溝部１３ｂに対して半径方向Ｄ３の移動を許容されつつも半径方向Ｄ３に垂直な固有制限方向Ｐ３の移動を規制されることによって、肉薄部２５の円周に沿った接線方向に関する位置決めが行われる。
【００２９】
第１〜第３位置決め部１１，１２，１３において、溝部１１ｂ，１２ｂ，１３ｂは、共通の中心点（図示の例では光軸ＡＸ）から放射状に延びていることなる。以上説明した第１〜第３位置決め部１１，１２，１３は、一方の当接部を凸部とし、他方の当接部を溝部とすることで、簡単な構造で精度を確保しやすくなっている。
【００３０】
両単レンズ２１，２２の組み合わせに際しては、両単レンズ２１，２２を重ね合わせるだけで、第１〜第３位置決め部１１，１２，１３の協働によって、光軸ＡＸ方向に関する両単レンズ２１，２２の相対的な間隔が調整され、光軸ＡＸ方向に対しての単レンズ２１，２２の相対的な傾斜が防止される。さらに、両単レンズ２１，２２を重ね合わせるだけで、第１〜第３位置決め部１１，１２，１３の協働によって、光軸ＡＸ方向に垂直なＸＹ方向に関して両単レンズ２１，２２の相対的な位置ずれが防止され、両単レンズ２１，２２の光軸ＡＸを一致させることができる。このような位置決めを完了した第１及び第２単レンズ２１，２２は、近接する肉薄部２５の表面２１ｋとスペーサー部２６の表面２２ｋとの間の適当な箇所に接着剤を供給して硬化させることで、位置決めされた状態で接合される。なお、両単レンズ２１，２２が精密な設計値から多少ずれた形状を有する場合であっても、第１〜第３位置決め部１１，１２，１３の溝部１１ｂ，１２ｂ，１３ｂによって光軸ＡＸを通り、光軸ＡＸに垂直な方向に関して両単レンズ２１，２２の相対的移動を許容しこのような寸法差を許容するので、光軸ＡＸを一致させる芯出しは比較的正確なものとなる。
【００３１】
図４は、第１単レンズ２１の製造方法の一例を説明する図である。第１単レンズ２１は、第１位置決め部１１の凸部１１ａを含めて射出成形によって一体的に形成される。つまり、第１単レンズ２１は、熱可塑性樹脂から一対の金型部品９１，９２によって形成される。一方の金型部品９１の転写面９１ａは、第１光学面２１ｃ、第１枠面２１ｅ等を反転したものとなっている。他方の金型部品９２の転写面９２ａは、第２光学面２１ｄ、第２枠面２１ｆ、表面２１ｋ、半球状面１１ｔ等を反転したものとなっている。凸部１１ａが枠部２１ｂと共通の金型部品９２で形成されることにより、第１単レンズ２１が樹脂成形品であっても、金型の加工や組み付け精度に依存しにくいレンズユニット２０を得ることができる。
【００３２】
なお、図示を省略するが、第２単レンズ２２も溝部１１ｂ，１２ｂ，１３ｂとともに一対の金型部品によって第１単レンズ２１と同様に製造される。
【００３３】
以上説明した第１実施形態のレンズユニット２０等によれば、３つの位置決め部１１，１２，１３にそれぞれ設けた一対の当接部（凸部１１ａ及び溝部１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ）が、光軸ＡＸ方向と光軸ＡＸに垂直な固有制限方向Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３とに関して複数の単レンズ２１，２２の相対的移動を規制し、３つの位置決め部１１，１２，１３が、固有制限方向Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を互いに異ならせるように形成されているので、光軸ＡＸ方向と光軸ＡＸに垂直な方向とに関して精密な位置決めが可能になるだけでなく、光軸ＡＸのまわりの回転に関しても、多少の寸法差を許容する精密な位置決めが可能になる。
【００３４】
〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係るレンズユニット及びこれを組み込んだ撮像装置について、図面を参照しつつ説明する。
【００３５】
図５Ａ及び５Ｂに示す撮像装置１１００は、複数の撮像系を用いて複数の画像を撮影し、１つの画像を再構成するためのものである。撮像装置１１００は、四角又は矩形板状の外形を有し、レンズユニット１０２０と、フィルター４０と、センサーアレイ１０５０と、ホルダー６０とを有する。これらのうち、レンズユニット１０２０、フィルター４０、及びホルダー６０によって、複眼撮像光学系１２００が構成される。
【００３６】
レンズユニット１０２０は、複数組の被写体像を形成する積層型レンズアレイユニットである。レンズユニット１０２０は、第１レンズアレイ１０２１と、第２レンズアレイ１０２２と、中間絞り２３とを有する。これらの部材１０２１，１０２２，２３は、光軸ＡＸ方向又はＺ軸方向に積層されている。レンズユニット１０２０は、被写体像をセンサーアレイ１０５０の像面又は撮像面（被投影面）Ｉに結像させる機能を有する。なお、レンズユニット１０２０自体を複眼撮像光学系と呼ぶ場合もある。
【００３７】
レンズユニット１０２０のうち第１レンズアレイ１０２１は、撮像装置１１００の最も物体側に配置される。第１レンズアレイ１０２１は、図６Ａにも示すように、光軸ＡＸに垂直なＸＹ方向に２次元的に配列された複数の第１個眼レンズ１２１ａと、これら複数の第１個眼レンズ１２１ａを周囲から連結する枠部２１ｂとを備え、例えば熱可塑性の材料で形成された樹脂成形品であり、光軸ＡＸ方向から見て四角形の輪郭を有する。個眼レンズ１２１ａは、ＸＹ方向に繰り返される矩形格子点に沿って２次元的に配列されている。各個眼レンズ１２１ａは、物体側に凸形状の非球面である第１光学面２１ｃと、像側に凹形状の非球面である第２光学面２１ｄとを有する。個眼レンズ１２１ａの周囲の枠部２１ｂは、第１及び第２光学面２１ｃ，２１ｄの周囲に光軸ＡＸに垂直に延びる平坦な第１及び第２枠面２１ｅ，２１ｆを有する。枠部２１ｂは、第２レンズアレイ１０２２に対してＺ軸方向の間隔を確保するため、外周部にスペーサー部２７を備える。なお、本実施形態において、光学素子である第１レンズアレイ１０２１の本体部は、複数の第１個眼レンズ１２１ａ全体であり、その中心が中心軸ＣＸとなる。
【００３８】
第２レンズアレイ１０２２は、第１レンズアレイ１０２１の像側に配置される。第２レンズアレイ１０２２は、図６Ｂにも示すように、第１レンズアレイ１０２２と同様に、光軸ＡＸに垂直なＸＹ方向に２次元的に配列された複数の第２個眼レンズ１２２ａと、これら複数の第２個眼レンズ１２２ａを周囲から連結する枠部２２ｂとを備え、例えば熱可塑性の材料で形成された樹脂成形品であり、光軸ＡＸ方向から見て四角形の輪郭を有する。個眼レンズ１２２ａは、矩形格子点に沿って２次元的に配列されている。各個眼レンズ１２２ａは、物体側に凹形状の非球面である第３光学面２２ｃと、像側に凸形状の非球面である第４光学面２２ｄとを有する。個眼レンズ１２２ａの周囲の枠部２２ｂは、第３及び第４光学面２２ｃ，２２ｄの周囲に光軸ＡＸに垂直に延びる平坦な第３及び第４枠面２２ｅ，２２ｆを有する。枠部２２ｂは、第１レンズアレイ１０２１に対してＺ軸方向の間隔を確保するため、外周部に第１レンズアレイ１０２１のスペーサー部２７と接合されるスペーサー部２８を備える。
【００３９】
第１レンズアレイ１０２１を構成するいずれか１つの第１個眼レンズ１２１ａと、この第１個眼レンズ１２１ａに対向して第２レンズアレイ１０２１側において同一の光軸ＡＸ上に配置されている第２個眼レンズ１２２ａとは、単独で物体像（被写体像）を形成する１つの撮像レンズ、つまり撮像用の個眼光学系２０ｓとして機能する。この個眼光学系２０ｓは、ＸＹ方向にマトリックス状に配列されている。なお、複数の個眼光学系２０ｓは、例えば赤色（Ｒ）の被写体像と、緑色（Ｇ）の被写体像と、青色（Ｒ）の被写体像とに適合する複数タイプに分かれているが、例えば互いに視野が異なる等異なるタイプとでき、或いは全てを同一タイプとすることもできる。
【００４０】
第１及び第２レンズアレイ１０２１，１０２２は、樹脂、ガラス等で形成することができる。第１及び第２レンズアレイ１０２１，１０２２は、樹脂で形成される場合、例えば金型による射出成形や、金型や樹脂型等によるプレス成形によって成形される。
【００４１】
中間絞り２３は、矩形板状の絞り部材であり、第１レンズアレイ１０２１と、第２レンズアレイ１０２２との間に設けられている。中間絞り（絞り部材）２３は、接着剤によって第１レンズアレイ１０２１の枠部２１ｂに接着されている。中間絞り２３は、第１レンズアレイ１０２１を構成する第１個眼レンズ１２１ａに対応する位置に円形の開口部２３ａを有する。
【００４２】
フィルター４０は、矩形又は四角形の板状部材であり、第２レンズアレイ１０２２とセンサーアレイ１０５０との間に設けられている。フィルター４０は、例えば赤外線を反射させる機能を有する赤外線カットフィルターである。
【００４３】
センサーアレイ１０５０は、レンズユニット１０２０を構成する各個眼レンズ１２１ａ，１２２ａによって形成された被写体像を検出するものである。センサーアレイ１０５０は、光軸ＡＸに垂直なＸＹ面に沿って２次元的に配列されたセンサー部５１からなる撮像部５２を内蔵している。撮像部５２は、固体撮像素子からなるセンサーチップである。撮像部５２のセンサー部５１を構成する光電変換部の表面は、撮像面（被投影面）Ｉとなっている。センサーアレイ１０５０は、表側がカバーガラス５３で覆われ裏側で不図示の配線基板によって固定されている。この配線基板は、外部回路５５から撮像部５２を駆動するための電圧や信号の供給を受けたり、検出信号を上記外部回路５５へ出力したりする。外部回路５５は、超解像方式又は視野分割方式に適合する画像処理を行う画像処理部等を備える。ここで、超解像方式とは、個々のレンズによって結像された同じ視野の画像から画像処理によって１つの高解像度の画像を得る方式を指す。また、視野分割方式とは、個々のレンズによって結像された異なる視野の画像を、画像処理よって各視野の画像をつなぎ合わせることで１つの画像を得る方式を指す。
なお、個眼光学系２０ｓごとにセンサー部５１を設けるセンサーアレイ１０５０に代えて、レンズユニット１０２０からの複数の画像を一括して受光し検出する単一のセンサー素子を用いることもできる。
【００４４】
ホルダー６０は、レンズユニット１０２０、フィルター４０、及びセンサーアレイ１０５０を収納し保持するための枠部材である。ホルダー６０には、複数の段部Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３を有する凹部６０ａが形成されており、ホルダー６０は、全体として升状又は箱状の外形を有する。凹部６０ａ内には、レンズユニット１０２０、フィルター４０、及びセンサーアレイ１０５０が順番にセットされる。各部材１０２０，４０，１０５０は、凹部６０ａの各段部Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３によって位置決めされる。ホルダー６０には、レンズユニット１０２０の複数の第１光学面２１ｃに対応する格子点位置に円形の開口部６０ｂが形成されている。
【００４５】
レンズユニット２０は、複数の位置決め部として、矩形の外周部又は周辺部においてスペーサー部２７，２８に付随して第１〜第３位置決め部１１，１２，１３を有する。第１〜第３位置決め部１１，１２，１３は、中心軸ＣＸのまわりに１２０°間隔で対称的に配置されている。これら第１〜第３位置決め部１１，１２，１３は、図３Ａ及び３Ｂに示す第１実施形態の場合と同様の構造を有している。つまり、第１位置決め部１１は、凸部１１ａと溝部１１ｂとを備え、第２位置決め部１２は、凸部１１ａと溝部１２ｂとを備え、第３位置決め部１３は、凸部１１ａと溝部１３ｂとを備える。
【００４６】
第２実施形態のレンズユニット１０２０の場合も、第１実施形態のレンズユニット２０と同様に両レンズアレイ１０２１，１０２２を重ね合わせるだけで、第１〜第３位置決め部１１，１２，１３の協働によって、中心軸ＣＸ方向に関する両レンズアレイ１０２１，１０２２の相対的な間隔が調整され、中心軸ＣＸ方向に対してのレンズアレイ１０２１，１０２２の相対的な傾斜が防止される。さらに、両レンズアレイ１０２１，１０２２を重ね合わせるだけで、第１〜第３位置決め部１１，１２，１３の協働によって、中心軸ＣＸや光軸ＡＸ方向に垂直なＸＹ方向に関して両レンズアレイ１０２１，１０２２の相対的な位置ずれが防止され、両レンズアレイ１０２１，１０２２の中心軸ＣＸ延いては第１及び第２個眼レンズ１２１ａ，１２２ａの光軸ＡＸを一致させることができる。このような位置決めを完了した第１及び第２レンズアレイ１０２１，１０２２は、近接するスペーサー部２７の表面２１ｋとスペーサー部２８の表面２２ｋとの間の適所に接着剤を供給して硬化させることで、位置決めされた状態で接合される。なお、両レンズアレイ１０２１，１０２２が精密な設計値から多少ずれた形状を有する場合であっても、第１〜第３位置決め部１１，１２，１３の溝部１１ｂ，１２ｂ，１３ｂがこのような寸法差を許容するので、中心軸ＣＸを一致させる芯出しが比較的正確なものとなり、対応する個眼レンズ１２１ａ，１２２ａ（つまり個眼光学系２０ｓ）の光軸ＡＸを比較的精密に一致させることができる。
【００４７】
以上、実施形態に即して説明したが、本発明に係るレンズユニット２０，１０２０等は、上記例示のものには限られない。例えば、第１〜第３位置決め部１１，１２，１３は、凸部１１ａ及び溝部１１ｂ，１２ｂ，１３ｂの組み合わせに限らず、凹凸を組み合わせた種々の部分的な嵌合構造又は方向性を有する嵌合構造とできる。凸部１１ａの形状は、半球に限らず、回転楕円体、四角錐、截頭錐体等を含む様々な形状とできる。溝部１１ｂ，１２ｂ，１３ｂの形状も、断面Ｖ字に限らず、断面円弧、断面Ｕ字その他の湾曲形状とできる。
【００４８】
上記第１〜第３位置決め部１１，１２，１３に追加して、第４の位置決め部を設けることもできる。この場合、第４の位置決め部は、光軸ＡＸ又は中心軸ＣＸから放射方向又は半径方向に関して相対的移動を許容し、これに垂直な周方向を相対的移動が制限される固有制限方向とするものとする。
また、固有制限方向Ｐ１〜Ｐ３は、中心軸ＣＸからずれた軸又は基点から放射方向に相対的移動を許容し、これに垂直な周方向の相対的移動が制限されるようなものとすることもできる。この場合、例えば溝部１１ｂ，１２ｂ，１３ｂを用いる例では、溝部１１ｂ，１２ｂ，１３ｂが中心軸ＣＸから離れた任意の基点から放射方向に延びるものとなる。つまり、位置決めの基点がレンズユニット１０２０等の中心軸ＣＸ上になくてもよい。ただし、位置決めの基点が中心軸ＣＸの近傍又は比較的近い位置にある方がアライメント精度を高めやすい。
【００４９】
また、単レンズ２１，２２を構成するレンズ部２１ａ，２２ａの光学面２１ｃ，２１ｄ，…の形状等は、レンズユニット２０又は撮像装置１００の用途又は仕様に応じて適宜変更することができる。
【００５０】
さらに、レンズアレイ１０２１，１０２２を構成する個眼レンズ１２１ａ，１２２ａの配列やその光学面２１ｃ，２１ｄ，…の形状等は、レンズユニット１０２０又は撮像装置１１００の用途又は仕様に応じて適宜変更することができる。例えば個眼レンズ１２１ａ，１２２ａは、４×４の格子点に配列するものに限らず、例えば３×３、２×２、５×５等の格子点に配列することができる。なお、レンズユニット１０２０を構成するレンズアレイは、上記例示の２層に限らず、３層又は４層以上とすることができる。
【００５１】
レンズユニット２０，１０２０の輪郭形状は、一般的に矩形又四角形となるが、多少の変形が可能である。例えば角を落とした４角形に近い８角形等の輪郭を有する単レンズやレンズアレイも、本発明に係るレンズユニットを構成する要素とできる。
【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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