(57)【要約】軽量で、簡易な成形によってコストダウンを確保でき、高画質で超薄型の複眼光学系及びその製造方法を提供する。ゲートＧＡ付近のレンズ要素１０ａ，２０ａ，３０ａは複屈折のような特性劣化の影響を大きく受けやすいので、レンズアレイ１０，２０，３０の樹脂注入部１４，２４，３４がレンズ要素１０ａ，２０ａ，３０ａの配列に関する複数の基準方向に対応して配置されるようにすることで、樹脂の注入工程に起因する特性劣化の影響を分散させ、複合光学系２又は個眼レンズ系相互間に発生する特性のバラツキを低減することができる。
2014119738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂で成形され、２次元的に配列されたレンズ要素をそれぞれ有する複数のレンズアレイを重ね合わせることによって得られる複眼光学系であって、
各レンズアレイには、樹脂注入部があり、
各樹脂注入部は、レンズアレイの側方に配置され、レンズ要素の配列に関する複数の基準方向に対応して配置されている複眼光学系。
【請求項２】
各レンズアレイにおいて、前記レンズ要素は、直交する４つの基準方向に沿ってマトリックス状に配置され、前記樹脂注入部は、前記レンズ要素を配列した矩形枠を構成する辺のうち複数の辺に対向して配置されている、請求項１に記載の複眼光学系。
【請求項３】
各レンズアレイは、前記矩形枠に対応する矩形輪郭を有し、前記樹脂注入部は、前記矩形輪郭のいずれかの辺の中央外側に設けられている、請求項２に記載の複眼光学系。
【請求項４】
前記複数のレンズアレイとして、４枚以下のレンズアレイが積層され、前記樹脂注入部は、全て異なる基準方向に対応して配置されている、請求項１から３までのいずれか一項に記載の複眼光学系。
【請求項５】
各レンズアレイは、当該レンズアレイの最小厚みをＴとし、当該レンズアレイの樹脂注入部に対応するゲートの延在方向に関する当該レンズアレイの長さをＬとして、以下の条件式
１０＜Ｌ／Ｔ＜６０
を満たす、請求項１から４までのいずれか一項に記載の複眼光学系。
【請求項６】
各レンズアレイは、当該レンズアレイの樹脂注入部に対応するゲートを横断するゲート垂直方向のゲート幅をＤとし、当該レンズアレイの前記ゲート垂直方向に関する長さをＷとして、以下の条件式
１．３＜Ｗ／Ｄ＜２５
を満たす、請求項１から５までのいずれか一項に記載の複眼光学系。
【請求項７】
前記レンズアレイを形成する樹脂の光弾性係数は、５０×１０−７（ｃｍ２／Ｋｇｆ）以下である、請求項１から６までのいずれか一項に記載の複眼光学系。
【請求項８】
前記複数のレンズアレイを重ね合わせることで得られる２次元的に配列された複数の複合光学系は、別の視野をそれぞれ観察する、請求項１から７までのいずれか一項に記載の複眼光学系。
【請求項９】
複数の複合光学系は、３×３以上のアレイ数で配列されている、請求項８に記載の複眼光学系。
【請求項１０】
前記複数のレンズアレイを重ね合わせることで得られる２次元的に配列された複数の複合光学系は、同じ視野をそれぞれ観察する、請求項１から７までのいずれか一項に記載の複眼光学系。
【請求項１１】
請求項１から１０までのいずれか一項に記載の複眼光学系と、
前記複数のレンズアレイに対応して設けられたセンサーアレイと、
前記センサーアレイによって検出された画像信号に対して処理を行う画像処理部と、
を備える撮像装置。
【請求項１２】
複数のレンズアレイを重ね合わせることで得られる２次元的に配列された複数の複合光学系は、別の視野をそれぞれ観察するものであり、
前記画像処理部は、前記センサーアレイによって検出された画像信号の合成処理を行う、請求項１１に記載の撮像装置。
【請求項１３】
２次元的に配列されたレンズ要素をそれぞれ有する複数のレンズアレイを熱可塑性樹脂の注入によって成形する工程と、
複数のレンズアレイを重ね合わせることによって複眼光学系を得る工程とを備える複眼光学系の製造方法であって、
前記レンズアレイの樹脂注入部を、レンズ要素の配列に関する複数の基準方向に対応して配置する複眼光学系の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズアレイを積み重ねて形成した複数の複合光学系を有する複眼光学系、これを組み込んだ撮像装置、及び複眼光学系の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のレンズを用いて撮像素子上に複数の画像を結像し、得られた複数画像から１つの画像を再構成する複眼撮像装置に用いられる複眼光学系として、樹脂製のレンズアレイを複数光軸方向に重ねたものが知られている。例えば、特許文献１には、複眼光学系として、３種類のレンズを光軸垂直方向に隣接させ一体化させている光学アレイであって、２つの成形品を光軸方向の上下に重ねた２枚構成の光学素子が開示されている。
また、特許文献２には、複数のレンズと位置決め部とが一体成形された合成樹脂製のレンズアレイを、レンズ同士が同一光軸上に並ぶように複数重ね合わされたレンズアレイ組立品が開示されている。【０００３】
しかしながら、特許文献１の複眼光学系は、光硬化性樹脂で形成されており、熱可塑性樹脂で形成されていない。光硬化性樹脂は、材料として軽量ではあるが、成形工程が比較的複雑であり、コストダウンも容易でない。また、硬化前の光硬化性樹脂は粘度が非常に低いため、金型からの漏れ出し等の問題があり、射出成形による成形が難しいという問題もある。
特許文献２のレンズアレイ組立品は、金型側方から金型内への樹脂の射出により成形されたレンズアレイを複数用いるものであるが、レンズアレイの光学性能やゲートからの距離に関連する成形体の収縮等についての記載がなく、複数のレンズアレイを積層した際の光学性能の確保について十分検討がなされていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３３８５０５号公報
【特許文献２】特開２０００−２２７５０５号公報
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、軽量で、簡易な成形によってコストダウンを確保でき、高画質で超薄型の複眼光学系及びその製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、上記複眼光学系を組み込んだ小型で高性能の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】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係る複眼光学系は、熱可塑性樹脂で成形され、２次元的に配列されたレンズ要素をそれぞれ有する複数のレンズアレイを重ね合わせることによって得られる複眼光学系であって、各レンズアレイには、樹脂注入部があり、各樹脂注入部は、レンズアレイの側方に配置され、レンズ要素の配列に関する複数の基準方向に対応して配置されている。【０００７】
また、本発明に係る撮像装置は、上述の複眼光学系と、複数のレンズアレイに対応して設けられたセンサーアレイと、センサーアレイによって検出された画像信号に対して処理を行う画像処理部とを備える。【０００８】
また、本発明に係る複眼光学系の製造方法は、２次元的に配列されたレンズ要素をそれぞれ有する複数のレンズアレイを熱可塑性樹脂の注入によって成形する工程と、複数のレンズアレイを重ね合わせることによって複眼光学系を得る工程とを備える複眼光学系の製造方法であって、レンズアレイの樹脂注入部をレンズ要素の配列に関する複数の基準方向に対応して配置する。
【発明の効果】
【０００９】
上記複眼光学系では、レンズアレイに形成される樹脂注入部がレンズアレイの側方に配置されるので、熱可塑性樹脂を樹脂注入部に対応するゲート等を介して型空間内に注入する際に、レンズアレイの薄い部分に相当する部分にも樹脂を供給しやすく、得られるレンズアレイを高精度とすることができる。また、複数のレンズアレイの樹脂注入部がレンズ要素の配列に関する複数の基準方向に対応して配置されているので、レンズアレイの光学性能が空間的に同様の偏りを有する場合、それらの偏りが緩和され、２次元的に配列された複数の複合光学系又は個眼レンズ系相互間で特性のバラツキが発生することを抑制できる。より具体的に説明すると、ゲート付近の樹脂には樹脂注入に際して比較的大きな応力がかかることに起因して、複屈折性を発現させてしまう。複屈折性は、個々のレンズ要素等のレンズ性能に影響するものである。複屈折の発生の方向は、レンズ面のように軸対称でなく、ゲートの延在方向に沿って複屈折の程度が変化するものなので、これを補正するのは非常に困難となる。したがって、複屈折のような樹脂の注入工程に起因する特性劣化の影響を小さくしないと、高精度のレンズを得ることができない。上記のようにゲート付近のレンズ要素は複屈折のような特性劣化の影響を大きく受けやすいので、ゲートすなわち樹脂注入部を同じ方向に揃えてレンズアレイを積み重ねると、特性劣化の影響が大きなレンズ同士を重ねることになり、その近辺の複合光学系又は個眼レンズ系だけ極端に性能が悪化してしまい使えないものとなるおそれがある。そこで、上記のように複数のレンズアレイの樹脂注入部がレンズ要素の配列に関する複数の基準方向に対応して配置されるようにすることで、樹脂の注入工程に起因する特性劣化の影響を分散させ、複合光学系又は個眼レンズ系相互間に発生する特性のバラツキを低減することができる。なお、本発明の場合、複数のレンズアレイの樹脂注入部の角度が相互に異なるものとなり、各レンズアレイを構成するレンズ要素は、回転対称に配列されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１Ａ及び１Ｂは、第１実施形態の複眼光学系等を説明する平面図及び側方断面図である。
【図２】複眼光学系を構成する複数のレンズアレイの積み重ね方法を説明する概念的な斜視図である。
【図３】図３Ａ及び３Ｂは、複眼光学系を構成する１つのレンズアレイを説明する平面図及び側方断面図である。
【図４】図４Ａ及び４Ｂは、図３Ａ等に示すレンズアレイ用の成形金型を説明する部分拡大断面図及び断面概念図である。
【図５】第２実施形態の複眼光学系を説明する斜視図である。
【図６】第３実施形態の複眼光学系を説明する模式的な斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
〔第１実施形態〕
図１Ａ及び１Ｂ等に示すように、本実施形態の複眼光学系１００は、第１レンズアレイ１０と第２レンズアレイ２０と第３レンズアレイ３０とを貼り合わせた積層体である。第１〜第３レンズアレイ１０，２０，３０は、ＸＹ面に平行に延びる平板状の部材である。これらのレンズアレイ１０，２０，３０は、ＸＹ面に垂直なＺ軸方向に積み重ねられている。
【００１２】
複眼光学系１００のうち＋Ｚ側（図面の上側）の第１レンズアレイ１０は、熱可塑性樹脂製の成形品であり、平面視において矩形（正方形を含む）の輪郭を有する。第１レンズアレイ１０は、それぞれが光学素子である複数のレンズ要素１０ａと、複数のレンズ要素１０ａを周囲から支持する支持部１０ｂとを有する。複数のレンズ要素１０ａは、ＸＹ面に平行に配列された正方の格子点（４×４の１６点）上に２次元的に配列されている。つまり、レンズ要素１０ａは、直交する４つの基準方向ＤＲ１，ＤＲ２，ＤＲ３，ＤＲ４に沿ってマトリックス状に配置されている。レンズ要素１０ａの配列領域は、第１レンズアレイ１０全体と同様に矩形の輪郭を有する矩形枠ＲＬとなっている。各レンズ要素１０ａは、一方の主面１０ｐ側に凸の第１光学面１１ａを有し、他方の主面１０ｑ側に凸の第２光学面１１ｂを有する。両光学面１１ａ，１１ｂは、例えば非球面となっている。
【００１３】
第１レンズアレイ１０は、周囲の４辺Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４に沿って主面１０ｑから−Ｚ方向に突出するリブ１２を有する。第１レンズアレイ１０のリブ１２は、これに隣接する第２レンズアレイ２０に対するスペーサーとして機能する。第１レンズアレイ１０のうち第１基準方向ＤＲ１（図面中の＋Ｙ側）にある１つの辺Ｓ１の中央からは、ブロック状の樹脂注入部１４が突出している。樹脂注入部１４は、成形時のゲートに対応するゲート跡であり、第１レンズアレイ１０の積層前に予め切除することもできるが、工程の簡素化のため残したままとしている。なお、樹脂注入部１４を除去して１つの辺Ｓ１に対応する側面ＳＦ１を平坦化し若しくはこれに窪みを形成した場合も、切除跡が残り、この切除跡を樹脂注入部１４と呼ぶものとする。ここで、樹脂注入部１４を設けた辺Ｓ１は、レンズ要素１０ａを配列した矩形枠ＲＬのうち第１基準方向ＤＲ１（図面中の＋Ｙ側）にある１つの辺ＲＬ１に対向して平行に延びている。樹脂注入部１４は、矩形枠ＲＬの１つの辺ＲＬ１に対向してこの辺ＲＬ１の中央の外側に配置されていることになる。この場合、樹脂注入部１４をレンズ要素１０ａの配列枠に対応させて配置することができ、後述する樹脂の注入工程に起因する特性劣化をレンズ要素１０ａの配列枠に対応させることができる。なお、樹脂注入部１４は、Ｚ方向からみて辺Ｓ１の中央に完全に一致している必要はない（後述する樹脂注入部２４，３４についても同様）。例えば、各レンズアレイ１０，２０，３０の樹脂注入部１４，２４，３４は、辺Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３において中心からずれて同じ側に偏って設けられていてもよい。
【００１４】
第２レンズアレイ２０は、熱可塑性樹脂製の成形品であり、平面視において矩形の輪郭を有する。第２レンズアレイ２０は、それぞれが光学素子である複数のレンズ要素２０ａと、複数のレンズ要素２０ａを周囲から支持する支持部２０ｂとを有する。複数のレンズ要素２０ａは、ＸＹ面に平行に配列された正方の格子点（４×４の１６点）上に２次元的に配列されている。つまり、レンズ要素２０ａは、直交する４つの基準方向ＤＲ１，ＤＲ２，ＤＲ３，ＤＲ４に沿ってマトリックス状に配置されている。レンズ要素２０ａの配列領域は、第２レンズアレイ２０全体と同様に矩形の輪郭を有する矩形枠ＲＬとなっている。各レンズ要素２０ａは、一方の主面２０ｐ側に凸の第１光学面２１ａを有し、他方の主面２０ｑ側に凹の第２光学面２１ｂを有する。両光学面２１ａ，２１ｂは、例えば非球面となっている。
【００１５】
第２レンズアレイ２０は、周囲の４辺Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４に沿って主面２０ｑから−Ｚ方向に突出するリブ２２を有する。第２レンズアレイ２０のリブ２２は、これに隣接する第３レンズアレイ３０に対するスペーサーとして機能する。第２レンズアレイ２０のうち第２基準方向ＤＲ２（図面中の＋Ｘ側）にある１つの辺Ｓ２の中央からは、ブロック状の樹脂注入部２４が突出している。樹脂注入部２４は、成形時のゲートに対応するゲート跡であり、第２レンズアレイ２０の積層前に予め切除することもできるが、工程の簡素化のため残したままとしている。なお、樹脂注入部２４を除去して側面ＳＦ２を平坦化し若しくはこれに窪みを形成した場合も、その切除跡を樹脂注入部２４と呼ぶものとする。ここで、樹脂注入部２４を設けた辺Ｓ２は、レンズ要素２０ａを配列した矩形枠ＲＬのうち第２基準方向ＤＲ２（図面中の＋Ｘ側）にある１つの辺ＲＬ２に対向して平行に延びている。樹脂注入部２４は、矩形枠ＲＬの１つの辺ＲＬ２に対向してこの辺ＲＬ２の中央の外側に配置されていることになる。
【００１６】
第３レンズアレイ３０は、熱可塑性樹脂製の成形品であり、平面視において矩形の輪郭を有する。第３レンズアレイ３０は、それぞれが光学素子である複数のレンズ要素３０ａと、複数のレンズ要素３０ａを周囲から支持する支持部３０ｂとを有する。複数のレンズ要素３０ａは、ＸＹ面に平行に配列された正方の格子点（４×４の１６点）上に２次元的に配列されている。つまり、レンズ要素３０ａは、直交する４つの基準方向ＤＲ１，ＤＲ２，ＤＲ３，ＤＲ４に沿ってマトリックス状に配置されている。レンズ要素３０ａの配列領域は、第３レンズアレイ３０全体と同様に矩形の輪郭を有する矩形枠ＲＬとなっている。各レンズ要素３０ａは、一方の主面３０ｐ側に凹の第１光学面３１ａを有し、他方の主面３０ｑ側に凸の第２光学面３１ｂを有する。両光学面３１ａ，３１ｂは、例えば非球面となっている。
【００１７】
第３レンズアレイ３０は、周囲の４辺Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４に沿って主面３０ｑから−Ｚ方向に突出するリブ３２を有する。第３レンズアレイ３０のリブ３２は、これに隣接するセンサーアレイ６０に対するスペーサーとして機能する。第３レンズアレイ３０のうち第３基準方向ＤＲ３（図面中の−Ｙ側）にある１つの辺Ｓ３の中央からは、ブロック状の樹脂注入部３４が突出している。樹脂注入部３４は、成形時のゲートに対応するゲート跡であり、第３レンズアレイ３０の積層前に予め切除することもできるが、工程の簡素化のため残したままとしている。なお、樹脂注入部３４を除去して側面ＳＦ３を平坦化し若しくはこれに窪みを形成した場合も、その切除跡を樹脂注入部３４と呼ぶものとする。ここで、樹脂注入部３４を設けた辺Ｓ３は、レンズ要素３０ａを配列した矩形枠ＲＬのうち第３基準方向ＤＲ３（図面中の−Ｙ側）にある１つの辺ＲＬ３に対向して平行に延びている。樹脂注入部３４は、矩形枠ＲＬの１つの辺ＲＬ３に対向してこの辺ＲＬ３の中央の外側に配置されていることになる。
【００１８】
以上において、第１レンズアレイ１０と第２レンズアレイ２０とは、光硬化型の接着剤で接合されている。つまり、第１レンズアレイ１０のリブ１２の下端面が、接着剤を介して第２レンズアレイ２０の上側の主面２０ｐに接合される。また、第２レンズアレイ２０と第３レンズアレイ３０とは、光硬化型の接着剤で接合されている。つまり、第２レンズアレイ２０のリブ２２の下端面が、接着剤を介して第３レンズアレイ３０の上側の主面３０ｐに接合される。第１〜第３レンズアレイ１０，２０，３０を積み重ねて接合して得た複眼光学系１００は、多数の個眼レンズ系である多数の複合光学系２を２次元的に配列したものとなっている。具体的には、複合光学系（個眼レンズ系）２は、ＸＹ面に平行に配列された正方の格子点（４×４の１６点）上に配列されている。つまり、複合光学系２は、直交する４つの基準方向ＤＲ１，ＤＲ２，ＤＲ３，ＤＲ４に沿ってマトリックス状に配置されている。
【００１９】
図１Ｂに示すように、複眼光学系１００を組み込んだ撮像装置１０００は、上述した複眼光学系１００の他に、複数のレンズアレイ１０，２０，３０に対応して設けられたセンサーアレイ６０と、センサーアレイ６０によって検出された画像信号に対して処理を行う画像処理部６５とを備える。ここで、複眼光学系１００は、センサーアレイ６０に接合され、矩形枠状のケース５０に収納されている。ケース５０には、レンズアレイ１０等のレンズ要素１０ａ等に対応する位置に開口５１が形成されている。
【００２０】
複眼光学系１００は、上述のようにＸＹ面に沿って２次元的に配列された複合光学系（個眼レンズ系）２を有している。センサーアレイ６０には、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）その他の固体撮像素子６１が各複合光学系２に対応する２次元的配列で形成されている。なお、各複眼光学系１００は、３つのレンズ要素１０ａ，２０ａ，３０ａからなる。これらのレンズ要素１０ａ，２０ａ，３０ａの光学設計を適宜行うことで、複眼光学系１００は、（１）４×４個の複合光学系２によって別の視野をそれぞれ観察する光学系と、（２）４×４個の複合光学系２によって同じ視野をそれぞれ観察する光学系とのいずれか一方として用いられる。複眼光学系１００を（１）の視野分割方式で用いる場合、図１Ｂ等では簡略化しているが、各複合光学系２を構成するレンズ要素１０ａ，２０ａ，３０ａとセンサーアレイ６０のうち対応する固体撮像素子６１とは、光軸ＡＸ上に中心を完全に一致させるのではなく、互いに視野を補うように光軸ＡＸに垂直な方向に適宜シフトさせて配置される。一方、複眼光学系１００を（２）の超解像方式で用いる場合、各複合光学系２を構成するレンズ要素１０ａ，２０ａ，３０ａと、センサーアレイ６０のうち対応する固体撮像素子６１とは、互いに視野を一致させるように光軸ＡＸ上に中心を完全に一致させて配置される。
【００２１】
複眼光学系１００が視野分割方式の画像検出に用いられる場合、複眼光学系１００を構成する複合光学系２は、同時に異なる視野を観察可能にするものであり、各複合光学系２が異なる視野から画像を取り込み、各固体撮像素子６１が異なる視野からの画像を電気的な画像信号に変換する。画像処理部６５は、固体撮像素子６１から出力された画像信号に対して適宜画像処理を行って、各視野の画像をつなぎ合わせた合成画像を得る。上述の複眼光学系１００は、特性劣化の影響を分散させるので、特定のレンズの性能が悪くならない。そのため、複眼光学系１００を視野分割方式の画像検出に用いた場合、複合光学系２又は個眼レンズ系相互間に発生する特性のバラツキを低減することができる。  
【００２２】
複眼光学系１００が超解像方式の画像検出に用いられる場合、複眼光学系１００を構成する複合光学系２は、同時に同じ視野を観察可能にするものであり、各複合光学系２が同じ視野から画像を取り込み、各固体撮像素子６１が同じ視野からの画像を電気的な画像信号に変換する。画像処理部６５は、固体撮像素子６１から出力された画像信号に対して適宜画像処理を行って、同じ視野の低解像の画像から同じ視野の高解像の画像を得る。上述の複眼光学系１００は、特性劣化の影響を分散するが、全て又は大半の複合光学系２、又は個眼レンズ系で基準以上の良好な光学性能を確保することで、超解像方式の用途でも十分な性能を発揮できる。
【００２３】
図２は、複眼光学系１００の構造及び製造方法を概念的に説明する斜視図である。複眼光学系１００において、第１レンズアレイ１０と第２レンズアレイ２０と第３レンズアレイ３０とが順次接合されているが、これらのレンズアレイ１０，２０，３０は、樹脂注入部１４，２４，３４を基準として、９０°ずつ異なる回転位置で積層されている。このように回転させても、レンズ要素１０ａ，２０ａ，３０ａは互いにアライメントされた状態に保たれ、個々の複合光学系（個眼レンズ系）２は、設計通りの特性を達成することができる。さらに、本実施形態の場合、樹脂注入部１４，２４，３４の位置を基準方向ＤＲ１，ＤＲ２，ＤＲ３，ＤＲ４のいずれかに分散させているので、レンズアレイ１０，２０，３０の成形過程に起因する光学的特性のバラツキの影響が複眼光学系１００全体としては出にくくなっている。具体的には、各レンズアレイ１０，２０，３０において、樹脂注入部１４，２４，３４に隣接する領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３（図２の一点鎖線参照）では、比較的大きな複屈折が生じている。複眼光学系１００全体では、異なる領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３に複屈折量が分配され、個々の複合光学系（個眼レンズ系）２の性能が全体として一定以上のレベルを満たすものとなる。言い換えれば、本実施形態の複眼光学系１００では、１つ以上の特定の複合光学系２から得た画像が劣化した画質とならないようにしている。これにより、後の画像処理で、劣化した画像が混入して処理後の画像の画質が著しく劣化することを防止できる。
【００２４】
以下、樹脂注入部１４，２４，３４を固定後を基準とする４辺Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４のうち異なる３つの辺にそれぞれ配置する理由について説明する。
【００２５】
図３Ａ及び３Ｂは、第１レンズアレイ１０の平面図及び側方断面図である。第１レンズアレイ１０の樹脂注入部１４は、辺Ｓ１又は側面ＳＦ１に形成されている。これは、第１レンズアレイ１０が熱可塑性樹脂をサイドゲート方式で成形することによって得られたものであることに起因している。複眼光学系１００は、視野分割方式又は超解像方式のいずれの用途においても、撮像装置１０００を薄型化できる観点で注目されている。これまでに、各種の複眼光学系が提案されているが、軽量でコストダウンに優れている樹脂（熱可塑性樹脂）を用いて、高画質で超薄型を達成するために必要な要件を提案しているものはなかった。本実施形態では、複眼光学系１００を構成する第１レンズアレイ１０だけでなく、他のレンズアレイ２０，３０も熱可塑性樹脂で成形し、超薄型ながら高画質を達成することを提案する。
【００２６】
レンズアレイ１０，２０，３０を熱可塑性樹脂で成形する場合、サイドゲート、ピンゲート等のいずれを採用するかの問題がある。ピンゲートの場合、樹脂注入部が上下方向に形成されるが、樹脂の流入方向と広がる方向とが垂直のためレンズアレイ１０，２０，３０の薄い箇所に樹脂が入りにくいという不利がある。一方、サイドゲートの場合、樹脂の流入方向と広がる方向とが概ね一致するため、レンズアレイ１０，２０，３０の薄い箇所にも樹脂が入り込みやすく、形状の転写精度が求められる複眼光学系１００の製造方法として有利である。また、ピンゲートの場合は離型の際にゲートが自動切断されるが、ゲートが引きちぎられる形で切断されるため、レンズのゲート付近が局所的に変形し、高精度なレンズの成形には不利である。一方、サイドゲートの場合はゲートが切断されずに離型され、後工程にてゲートカット機等を用いて切断されるため、ゲート部に局所的な変形が起こりづらく、高精度なレンズの成形に有利である。
【００２７】
図４Ａは、第１レンズアレイ１０を成形する金型を説明する図である。金型装置７０は、第１金型７１と第２金型７２とを備える。第１金型７１と第２金型７２とは、型合わせ面ＰＬで型合わせされ、金型７１，７２間にキャビティ７０ａを形成する。キャビティ７０ａに臨むように、第１金型７１には、第１レンズアレイ１０の主面１０ｐ側の形状を転写するための転写面７１ｃが形成され、第２金型７２には、第１レンズアレイ１０の主面１０ｑ側の形状を転写するための転写面７２ｃが形成されている。転写面７１ｃ，７２ｃは、レンズ要素１０ａの光学面１１ａ，１１ｂを転写するため、２次元的に配列された複数の光学転写部７１ｇ，７２ｇを有する。なお、第２金型７２には、リブ１２を形成するための転写面７２ｆも形成されている。金型装置７０には、キャビティ７０ａに連通するゲートＧＡが形成されている。ゲートＧＡは、リブ１２の転写面７２ｆに隣接して設けられている。
【００２８】
図４Ｂは、金型装置７０の全体構造を説明する断面図である。図４Ａのキャビティ７０ａには、ゲートＧＡを介してランナーＲＡが形成され、ランナーＲＡは、樹脂供給側のスプルーＳＰに繋がっている。結果的に、スプルーＳＰからの溶融樹脂Ｊは、ランナーＲＡを充填し、ゲートＧＡを介してキャビティ７０ａを充填する。溶融樹脂Ｊの冷却後に第１金型７１と第２金型７２とを離間させることで、スプルーＳＰに対応するスプルー部８１と、ランナーＲＡに対応するランナー部８２と、ゲートＧＡに対応するゲート部８３と、キャビティ７０ａに対応するレンズアレイ本体８４とを備える成形品８０が形成される。ここで、ゲート部８３に対しては、ゲートカット処理が施され、ゲート部８３の残りである樹脂注入部１４と、その先のレンズアレイ本体８４とによって、第１レンズアレイ１０が得られる。以上のような成形を行う場合、ゲートカット処理後の樹脂注入部１４に対してゲートカットバリを除去する等の工程が必要となる。このようなゲートカットバリの除去は、樹脂注入部１４が周辺に形成されるサイドゲート方式では簡易なものとなるが、ピンゲート方式等では必ずしも簡易にならない。
【００２９】
図３Ａに戻って、第１レンズアレイ１０における樹脂注入部１４の配置や形状について考察する。図示の例では、樹脂注入部１４が辺Ｓ１又は側面ＳＦ１の中央に対応する位置に配置されている。これに対して、一点鎖線で示すように、樹脂注入部１４'を辺Ｓ１又は側面ＳＦ１の端部寄りに形成したり、樹脂注入部１４"を一対の辺Ｓ１，Ｓ２の交わる隅部に形成したりすることが考えられる。しかしながら、端部寄りの樹脂注入部１４'は、最も遠いレンズ要素１０ａまでの距離が中央配置の樹脂注入部１４の場合よりも増加し、隅部の樹脂注入部１４"は、最も遠いレンズ要素１０ａまでの距離が端部寄りの樹脂注入部１４'の場合よりもさらに増加する。第１レンズアレイ１０を構成するレンズ要素１０ａの面精度を高めるには、金型装置７０のキャビティ７０ａ内のレンズ要素１０ａに対応する部分に十分な圧力をかける必要がある。このため、金型装置７０において、いずれかのレンズ要素１０ａの転写部がゲートＧＡから遠くなると、圧力損失が大きくなり、レンズ要素１０ａの面精度が低下しやすくなる。したがって、レンズ要素１０ａの転写部はできるだけゲートＧＡに近い方が良く、レンズ要素１０ａの転写部とゲートＧＡの位置とを最も近くするためには、ゲートＧＡが第１レンズアレイ１０の辺Ｓ１又は側面ＳＦ１の中央に対応して配置されることが望ましい。結果的に、第１レンズアレイ１０において樹脂注入部１４が辺Ｓ１又は側面ＳＦ１の中央又はその近傍に配置されることが望ましいといえる。これにより、樹脂の圧力損失を抑えることができ、各レンズ要素１０ａを比較的高品位で成形することができる。
【００３０】
図４Ａに示すゲートＧＡの断面積は、各レンズ要素１０ａに要求される面精度を確保する観点で大きいことが望ましい。つまり、各レンズ要素１０ａを高精度に成形するためには、溶融樹脂Ｊの流動性が良い方が良く、図３Ａ等も参照してゲートＧＡ（すなわち樹脂注入部１４）の横幅をＤとしゲートＧＡ（すなわち樹脂注入部１４）の縦幅をｈとした場合に、ゲート断面積（Ｄ×ｈ）は大きい方が望ましい。ここで、ゲートＧＡ又は樹脂注入部１４の横幅（ゲート幅Ｄ）は、広い方が流動性が良いが、広すぎるとゲートカット処理が難しくなるので、
１ｍｍ≦Ｄ≦１０ｍｍ
の範囲とする。また、ゲートＧＡ又は樹脂注入部１４の縦幅ｈは、大きい方が良いが、一般にフランジ高さＨよりは大きくできないため、
０．５≦ｈ/Ｈ≦１．０
の範囲とする。さらに好ましくは、
０．５≦ｈ/Ｈ≦０．８
の範囲とする。
【００３１】
さらに、キャビティ７０ａの充填不良を生じさせないで、薄型の第１レンズアレイ１０等を成形するためには、第１レンズアレイ１０等の断面サイズを適正に設定する必要がある。具体的には、図３Ｂを参照して、各レンズアレイ１０，２０，３０は、その最小厚みをＴとし、ゲート方向すなわち±Ｙ方向に関する各レンズアレイ１０，２０，３０の長さをＬとして、以下の条件式（１）
１０＜Ｌ／Ｔ＜６０    …    （１）
を満たす。条件式（１）は、充填を良好にし薄型の光学系にするために、レンズアレイ１０，２０，３０のゲートＧＡの延在方向の長さと薄さとの比を適切な範囲に設定するものである。条件式（１）の上限より小さくすることで、奥行き方向に長くなりすぎず、樹脂の流動を確保して、樹脂の充填を良好なものとできる。一方、条件式（１）の下限より大きくすることで、レンズアレイ１０，２０，３０が必要以上に厚くなりすぎず、薄型の複眼光学系１００を実現することができる。これにより、各レンズアレイ１０，２０，３０を薄型にしながら成形に際して溶融樹脂Ｊの流動性を確保することができる。
【００３２】
さらに、図３Ａ参照して、各レンズアレイ１０，２０，３０は、その樹脂注入部１４，２４，３４に対応するゲートＧＡを横断するゲート垂直方向すなわち±Ｘ方向のゲート幅をＤとし、ゲート垂直方向すなわち±Ｘ方向に関する各レンズアレイ１０，２０，３０の長さをＷとして、以下の条件式（２）
１．３＜Ｗ／Ｄ＜２５    …    （２）
を満たす。条件式（２）は、充填を良好にしゲートカット処理をやりやすくするために、ゲート垂直方向に関するレンズアレイ１０等の長さとゲート幅との比を適切な範囲に設定するものである。条件式（２）の上限より小さくすることで、ゲートＧＡのサイズを確保することができ、流動性を良好に保って充填不良の発生を抑制できる。一方、条件式（２）の下限より大きくすることで、ゲートＧＡをある程度狭くして、ゲートカット処理を容易にできる。これにより、ゲートＧＡの横幅をある程度以上大きくして溶融樹脂Ｊの流動性を保ちつつもゲートＧＡの横幅が大きくなりすぎないようにしてゲートカット処理を容易にしている。
【００３３】
図４Ｂ等に示すような金型装置７０を上記のように溶融樹脂Ｊの流動性や転写性を確保できる条件で用いても、第１レンズアレイ１０等において、ゲートＧＡから近い領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３では、複屈折量がかなり大きくなり、画像劣化が生じる傾向がある。ここで、複屈折とは、入射光線の偏光方向によって異なる屈折率を有するということである。つまり、複屈折が存在する場合、偏光によって光学性能（収差や焦点距離）が異なることを意味する。一般の撮影における被写体には偏光依存がないので、複屈折性を有するレンズ要素１０ａを含む複合光学系（個眼レンズ系）２は、異なる偏光の光学性能の合成された光学性能を有することになる。つまり、複屈折量が大きいと、結果的には収差の拡大（ボケ）や焦点距離の２重（ボケ）によって、画像の性能が劣化する度合が大きくなる。射出成形では、キャビティ７０ａに溶融樹脂Ｊが流入する過程で、キャビティ７０ａ壁面と接して冷えた固化層と中心部の流動層との間で生じるせん断力によって分子配向が起こる。配向した分子は冷却過程でランダムコイルの状態に戻ろうとするが、ガラス転移温度以下になると回復できず配向歪みとなる。配向歪みは、ストレスクラックに結び付くことは少なく強さや光学異方性による複屈折に影響する。特に、対象物であるレンズアレイ本体８４の肉厚が薄いと配向しやすいので、複屈折が生じやすくなる。具体的な実験によれば、ゲートＧＡ付近にレンズ要素１０ａが配置される場合、特にそのレンズ要素１０ａのみに複屈折の影響が発生し、ゲートＧＡから離れたレンズ要素１０ａに複屈折の影響が発生しないことが分かっている。このような事情を考慮して、本実施形態では、各レンズアレイ１０，２０，３０の樹脂注入部１４，２４，３４が複数の基準方向ＤＲ１，ＤＲ２，ＤＲ３に対応させて９０°ずつ異なる方向に配置されている。この場合、レンズアレイ１０，２０，３０のうち複屈折が発生している領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３が空間的に同様の偏りを有する場合、それらが緩和される傾向が生じるので、２次元的に配列された複数の複合光学系（個眼レンズ系）２の相互間で特性のバラツキが発生することを抑制でき、極端に性能が劣化した複合光学系２が現れることを防止している。
【００３４】
以上のように、各レンズアレイ１０，２０，３０の角度を、樹脂注入部１４，２４，３４を基準として互いにずらすことで、複屈折の影響が偏ることは防止できるが、一枚のレンズアレイ１０，２０，３０が単独で大きな複屈折量を有する場合、要求されている性能を満たさなくなる可能性がある。一般的には、各レンズアレイ１０，２０，３０を成形する樹脂の光弾性係数は、５０×１０−７（ｃｍ２／Ｋｇｆ）以下とし、好ましくは３０×１０−７（ｃｍ２／Ｋｇｆ）以下とする。これにより、レンズ要素１０ａ，２０ａ，３０ａを形成する樹脂の光弾性係数を小さく抑え、レンズアレイ１０，２０，３０単独での性能を一定レベル以上に保ち、これらを積み重ねた複合光学系２又は複眼光学系１００全体としても性能を向上させることができる。
【００３５】
具体的には、レンズアレイ１０，２０，３０の材料として、ポリカーボネート系の樹脂ＥＰ４０００、ＥＰ５０００（三菱瓦斯化学社）、ポリオレフィン系の樹脂ＡＰＥＬ（三井化学社）等を用いることができる。なお、一般的なポリカーボネートの光弾性係数は、７１×１０−７（ｃｍ２／Ｋｇｆ）であり、ＥＰ４０００、ＥＰ５０００やＡＰＥＬの光弾性係数は、３０×１０−７（ｃｍ２／Ｋｇｆ）以下となる。
【００３６】
以上では、説明を省略したが、図２に示すように、レンズアレイ１０，２０，３０には、アライメントマークＭＡを設けることができる。図３Ｂに示す第１レンズアレイ１０では、ゲートＧＡ又は樹脂注入部１４から離れた部分Ｐ１１の成形後の収縮量は、ゲートＧＡ又は樹脂注入部１４に近い部分Ｐ１２の成形後の収縮量よりも大きくなる傾向がある。このような現象は、他のレンズアレイ２０，３０でも同様に生じる。このため、各レンズアレイ１０，２０，３０の角度を互いにずらした場合、レンズ要素１０ａ，２０ａ，３０ａのアライメントが単純でなくなる。その対策として、アライメントマークＭＡを利用してレンズアレイ１０，２０，３０相互のＸＹΘを調整し、又は測定結果をフィードバックすることで、精度の良い組み込みを実現できる。この際、レンズアレイ１０，２０，３０相互のずれを小さくできる箇所にアライメントマークＭＡを設けることで、調整するポイントをしっかり調整することができ、他の所も結果的に偏芯が小さくなる。
【００３７】
レンズアレイ１０，２０，３０において、樹脂注入部１４に近い部分Ｐ１２よりも樹脂注入部１４から離れた部分Ｐ１１で収縮量が大きくなる結果、１つ以上の複合光学系２においてレンズ要素１０ａ，２０ａ，３０ａ間で意図しない偏芯が生じる可能性がある。このような現象を回避する手段として、図４Ａに示す金型装置７０に転写面７１ｃ，７２ｃに形成する光学転写部７１ｇ，７２ｇの配置を予め調整しておくこともできる。つまり、レンズアレイ１０，２０，３０が正方の格子点上に配置される場合、そのピッチがゲートＧＡから離れるほど徐々に大きくなるように光学転写部７１ｇ，７２ｇをオフセットさせた配列とする。このため、例えば光学転写部７１ｇ，７２ｇを形成するための入子状のコア部材７１ｋ，７２ｋの加工や取り付けをゲートＧＡからの距離に応じて個々に最適化する。これにより、成形収縮によるピッチ誤差の影響が相殺され、レンズアレイ１０，２０，３０を組み合わせた後の偏芯が発生しなくなり或いは無視できる程度になる。
【００３８】
同様に、各レンズアレイ１０，２０，３０の角度を樹脂注入部１４，２４，３４を基準として互いにずらした場合、各レンズアレイ１０，２０，３０の反りの方向が異なるものとなり、このような反りの相対差によってもレンズ要素１０ａ，２０ａ，３０ａ間で意図しない面間距離のズレが生じる可能性がある。そこで、金型装置７０のコア部材７１ｋ，７２ｋの高さを調整するコア補正によってレンズアレイ１０，２０，３０の反りを相殺するように光学面１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂ，３１ａ，３１ｂの高さ位置を調整する。これにより、レンズアレイ１０，２０，３０内で光学面の高さ変動が生じないようにでき、各複合光学系２内においてレンズ要素１０ａ，２０ａ，３０ａの配置間隔を適正なものにできる。
【００３９】
以上説明した複眼光学系では、レンズアレイ１０，２０，３０に形成される樹脂注入部１４，２４，３４がレンズアレイ１０，２０，３０の側方に配置されるので、熱可塑性樹脂を樹脂注入部１４，２４，３４に対応するゲートＧＡ等を介して型空間内に注入する際に、レンズアレイ１０，２０，３０の薄い部分に相当する部分にも樹脂を供給しやすく、得られるレンズアレイ１０，２０，３０を高精度とすることができる。また、レンズアレイ１０，２０，３０の樹脂注入部１４，２４，３４がレンズ要素１０ａ，２０ａ，３０ａの配列に関する複数の基準方向ＤＲ１，ＤＲ２，Ｄ３に対応して配置されているので、レンズアレイ１０，２０，３０の光学性能が空間的に同様の偏りを有する場合、それらが緩和され、２次元的に配列された複数の複合光学系２又は個眼レンズ系相互間で特性のバラツキが発生することを抑制できる。より具体的に説明すると、ゲートＧＡ付近の樹脂には樹脂注入に際して比較的大きな応力がかかることに起因して、複屈折性を発現させてしまう。複屈折性は、個々のレンズ要素１０ａ等のレンズ性能に影響するものである。複屈折の発生の方向は、レンズ面のように軸対称でなく、ゲートＧＡの延在方向に沿って複屈折の程度が変化するものなので、これを補正するのは非常に困難となる。したがって、複屈折のような樹脂の注入工程に起因する特性劣化の影響を小さくしないと、高精度のレンズを得ることができない。上記のようにゲートＧＡ付近のレンズ要素１０ａ等は複屈折のような特性劣化の影響を大きく受けやすいので、ゲートＧＡすなわち樹脂注入部１４，２４，３４を同じ方向に揃えてレンズアレイ１０，２０，３０を積み重ねると、特性劣化の影響が大きなレンズ同士を重ねることになり、その近辺の複合光学系２又は個眼レンズ系だけ極端に性能が悪化してしまい使えないものとなるおそれがある。そこで、上記のようにレンズアレイ１０，２０，３０の樹脂注入部１４，２４，３４がレンズ要素１０ａ，２０ａ，３０ａの配列に関する複数の基準方向ＤＲ１，ＤＲ２，ＤＲ３に対応して配置されるようにすることで、樹脂の注入工程に起因する特性劣化の影響を分散させ、複合光学系２又は個眼レンズ系相互間に発生する特性のバラツキを低減することができる。なお、本発明の場合、複数のレンズアレイ１０，２０，３０の樹脂注入部１４，２４，３４の角度が相互に異なるので、各レンズアレイ１０，２０，３０を構成するレンズ要素１０ａ，２０ａ，３０ａは、回転対称に配列されることになる。
【００４０】
上述の複眼光学系１００を組み込んだ撮像装置１０００は、個眼レンズ系としての複合光学系２が樹脂の注入工程に起因する特性劣化の影響を分散させた相互にバラツキの少ないものとなっている。これにより、撮像装置１０００は、薄型で軽量でありながら高品位なものとなる。
【００４１】
以下、具体的な実施例について説明する。以下の表１は、レンズアレイ１０，２０，３０の厚みＴ、長さＬ、ゲート幅Ｄ、長さＷ等のパラメータを変更しつつ成形を行った実施例を示している。
〔表１〕
2014119738.tif 000003
いずれの実施例１〜６も複屈折等の影響を抑えた高性能のレンズアレイとなり、これらのレンズアレイを組み合わせた複眼光学系１００でも所期の性能が得られた。
【００４２】
〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係る複眼光学系等について説明する。なお、第２実施形態の複眼光学系等は第１実施形態の複眼光学系等を変形したものであり、特に説明しない事項は第１実施形態と同様である。
【００４３】
図５に示すように、本実施形態の複眼光学系１００は、４枚のレンズアレイ１０，２０，３０，４０を積層したものとなっている。これらのレンズアレイ１０，２０，３０，４０は、樹脂注入部１４，２４，３４，４４の位置が９０°異なる４つの基準方向ＤＲ１，ＤＲ２，ＤＲ３，ＤＲ４に沿ったものとなっており、複屈折等の影響がさらにバランス良くに配分されている。したがって、複眼光学系１００全体では、異なる領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４に複屈折量が分配され、個々の複合光学系（個眼レンズ系）２の性能が全体として一定以上のレベルを満たすものとなる。
【００４４】
〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態に係る複眼光学系等について説明する。なお、第３実施形態の複眼光学系等は第１実施形態の複眼光学系等を変形したものであり、特に説明しない事項は第１実施形態と同様である。
【００４５】
図６に示すように、本実施形態の複眼光学系１００は、３枚のレンズアレイ１０，２０，３０からなる複眼光学系１００におけるレンズアレイ１０，２０，３０の積層方法を説明したものである。この場合、３つのレンズアレイ１０，２０，３０は、複数のレンズ要素１０ａ，２０ａ，３０ａを３×３の正方の格子点上に配列したものとなっている。また、３つのレンズアレイ１０，２０，３０は、それぞれの樹脂注入部１４，２４，３４が異なる方向に向くように積層される。
【００４６】
本実施形態の複眼光学系では、視野分割の効果を高めて各視野領域で高品位の画像を取得することができる。
【００４７】
以上では、本実施形態に即して本発明を説明したが、本発明の複眼光学系は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、レンズアレイ１０，２０，３０，４０の樹脂注入部１４，２４，３４，４４が全て異なる方向を向く必要はなく、一部のレンズアレイが同一方向を向いていてもよい。
【００４８】
また、レンズアレイ１０，２０，３０，４０の平面視の輪郭は、矩形に限らず、円形や楕円形とすることもできる。
【００４９】
以上の説明では、レンズ要素１０ａや複合光学系２が正方格子点上に配列されているが、レンズ要素１０ａ，２０ａ，３０ａを長方形格子点上に配列することもできる。この場合、レンズアレイ１０，２０，３０を積層することを考慮して、樹脂注入部１４，２４，３４から見たレンズアレイ１０，２０，３０の形状を回転させてレンズアレイ１０，２０，３０を積層した後にレンズ要素１０ａ，２０ａ，３０ａ間の配列が一致するようにする。また、レンズ要素１０ａ，２０ａ，３０ａについては、３角格子点上に配列することも可能である。さらに、レンズ要素１０ａ，２０ａ，３０ａが回転対称に配列されている場合、その対称性の数に対応する角度単位で方向を変化させるように樹脂注入部の向きを設定した複数のレンズアレイを積層することができる。
【００５０】
以上の説明では、レンズアレイ１０，２０，３０を３又は４枚以上積層する場合について説明したが、レンズアレイは２枚又は５枚以上積層するものであってもよい。さらに、レンズ要素１０ａや複合光学系２の配列は、マトリックス状とする場合、５×５以上とすることができる。
【００５１】
また、上記実施形態において、必要に応じて、複眼光学系１００の前後や各レンズアレイの間に絞り部材を設けたり、各レンズアレイのうち少なくとも１つについて、少なくとも一方の主面に遮光材料を塗布して絞りを形成したりしてもよい。各レンズ要素に対応して設けられた複数の開口を有するケース５０に絞りの機能を持たせるようにしてもよい。
【００５２】
また、上記実施形態において、レンズ要素１０ａ，２０ａ，３０ａのサイズや光学面形状等は、用途や機能に応じて適宜変更することができる。
【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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【国際調査報告】
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2014119738.tif 000011
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