(57)【要約】  コストを抑制しつつも光学素子の高精度な組付けを実現できる光学素子ユニット及び光学素子ユニットの製造方法を提供する。光学素子ユニットは、光学素子の第１嵌合部と、他部品の第２嵌合部とを嵌合してなり、前記第１嵌合部と前記第２嵌合部のうち少なくとも一方に、前記光学素子の光軸直交方向に突出した微細形状部を設けており、前記微細形状部は、前記光学素子と前記他部品との嵌合深さが深くなるにつれ、前記光学素子の光軸に交差する面方向の突出量が増大し、前記第１嵌合部又は前記第２嵌合部の被嵌合寸法は、前記第２嵌合部又は前記第１嵌合部の嵌合寸法よりも大きく、前記嵌合寸法に前記微細形状部の最大突出量を加えた寸法よりも小さい。
2015115351.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子の第１嵌合部と、他部品の第２嵌合部とを嵌合してなる光学素子ユニットにおいて、
前記第１嵌合部と前記第２嵌合部のうち少なくとも一方に、前記光学素子の光軸直交方向に突出した微細形状部を設けており、
前記微細形状部は、前記光学素子と前記他部品との嵌合深さが深くなるにつれ、前記光学素子の光軸に交差する面方向の突出量が増大し、
前記第１嵌合部又は前記第２嵌合部の被嵌合寸法は、前記第２嵌合部又は前記第１嵌合部の嵌合寸法よりも大きく、前記嵌合寸法に前記微細形状部の最大突出量を加えた寸法よりも小さいことを特徴とする光学素子ユニット。
【請求項２】
前記他部品は別の光学素子である請求項１に記載の光学素子レンズユニット。
【請求項３】
前記他部品は，前記光学素子を保持する鏡枠である請求項１に記載の光学素子ユニット。
【請求項４】
前記微細形状部は、周方向に等間隔で複数個設けられている請求項１〜３のいずれかに記載の光学素子ユニット。
【請求項５】
前記光学素子の光学面と前記第１嵌合部を転写する金型は同一である請求項１〜４のいずれかに記載の光学素子ユニット。
【請求項６】
前記光学素子は、光軸が異なるように複数の光学面を配列したレンズと、前記レンズと接合する板部とを有する請求項１〜５のいずれかに記載の光学素子ユニット。
【請求項７】
光学素子と、他部品とを嵌合し、前記光学素子の第１基準形状部と、前記他部品の第２基準形状部とを突き当てて、前記光学素子の光軸直交方向の位置決めを行う光学素子ユニットにおいて、
前記第１基準形状部以外の前記光学素子と、前記第２基準形状部以外の前記他部品のうち少なくとも一方に、前記光学素子の光軸直交方向に突出した微細形状部を設けており、
前記微細形状部は、前記光学素子と前記他部品の嵌合深さが深くなるにつれ、前記光学素子の光軸に交差する面方向の突出量が増大し、
前記光学素子又は前記他部品の被嵌合寸法は、前記他部品又は前記光学素子の嵌合寸法よりも大きく、前記嵌合寸法に前記微細形状部の最大突出量を加えた寸法よりも小さいことを特徴とする光学素子ユニット。
【請求項８】
前記第１基準形状部と前記第２基準形状部は、それぞれ前記光軸に沿って延在する互いに交差した２面に設けられ、前記微細形状部は、前記２面に対して前記光軸を挟んだ反対側に設けられている請求項７に記載の光学素子ユニット。
【請求項９】
前記光学素子は、光軸が異なるように複数の光学面を配列したレンズと、前記レンズと接合する板部とを有し、
前記他部品は、前記板部に嵌合する凹部を有し、
前記第１基準形状部は前記板部の外周面の一部であり、前記第２基準形状部は前記凹部の内周面の一部である請求項７又は８に記載の光学素子ユニット。
【請求項１０】
前記板部と前記凹部は、前記光軸方向に見て多角形状である請求項９に記載の光学素子ユニット。
【請求項１１】
前記多角形状は光軸方向に見て四角形状であり、光軸方向像側から見て時計回りに、前記板部の外周面を第１外縁部〜第４外縁部とし、それぞれ対応する前記凹部の内周面を第１内縁部〜第４内縁部としたときに、前記第１基準形状部は、前記第３外縁部と前記第４外縁部に設けられ、前記第２基準形状部は、前記第３内縁部と前記第４内縁部に設けられる請求項１０に記載の光学素子ユニット。
【請求項１２】
前記微細形状部は、前記第１外縁部と前記第２外縁部、或いは前記第１内縁部と前記第２内縁部に設けられる請求項１１に記載の光学素子ユニット。
【請求項１３】
前記光学素子の光学面と前記第１基準形状部を転写する金型は同一である請求項７〜１２のいずれかに記載の光学素子ユニット。
【請求項１４】
前記微細形状部の安全率は１未満である請求項１〜１３のいずれかに記載の光学素子ユニット。
【請求項１５】
前記微細形状部は、前記光学素子と前記他部品の嵌合方向に沿って軸線を有する半円錐形状又は三角錐形状である請求項１〜１４のいずれかに記載の光学素子ユニット。
【請求項１６】
前記微細形状部を形成される前記光学素子又は前記他部品は、熱可塑性樹脂により成形される請求項１〜１５のいずれかに記載の光学素子ユニット。
【請求項１７】
光学素子の第１嵌合部と、他部品の第２嵌合部とを嵌合してなる光学素子ユニットの製造方法において、
前記第１嵌合部と前記第２嵌合部のうち少なくとも一方に、前記光学素子の光軸直交方向に突出した微細形状部を設け、
前記微細形状部は、前記光学素子と前記他部品との嵌合深さが深くなるにつれ、前記光学素子の光軸に交差する面方向の突出量が増大し、
前記第１嵌合部又は前記第２嵌合部の被嵌合寸法は、前記第２嵌合部又は前記第１嵌合部の嵌合寸法よりも大きく、前記嵌合寸法に前記微細形状部の最大突出量を加えた寸法よりも小さく、
前記第１嵌合部と前記第２嵌合部とを嵌合したときに、前記微細形状部により前記光学素子と前記他部品との光軸直交方向の位置決めが行われることを特徴とする光学素子ユニットの製造方法。
【請求項１８】
光学素子と、他部品とを嵌合し、前記光学素子の第１基準形状部と、前記他部品の第２基準形状部とを突き当てて、前記光学素子の光軸直交方向の位置決めを行う光学素子ユニットの製造方法において、
前記第１基準形状部以外の前記光学素子と、前記第２基準形状部以外の前記他部品のうち少なくとも一方に、前記光学素子の光軸直交方向に突出した微細形状部を設け、
前記微細形状部は、前記光学素子と前記他部品の嵌合深さが深くなるにつれ、前記光学素子の光軸に交差する面方向の突出量が増大し、
前記光学素子又は前記他部品の被嵌合寸法は、前記他部品又は前記光学素子の嵌合寸法よりも大きく、前記嵌合寸法に前記微細形状部の最大突出量を加えた寸法よりも小さく、
前記第１基準形状部と前記第２基準形状部とを突き当てたときに、前記微細形状部により前記光学素子と前記他部品との光軸直交方向のガタを抑えることを特徴とする光学素子ユニットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子ユニット及び光学素子ユニットの製造方法に関するものである。
【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撮像装置付き携帯端末が急速に普及している。しかるに、このような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小型であることが要求されている。よって、このような撮像装置に用いる撮像レンズとしては、小型で光学特性に優れることはもちろんであるが、新興国のメーカーとの競合も激化している昨今では、低コスト化の推進も厳しく要求されている。【０００３】
ところで、例えば複数のレンズを組み付ける場合において、設計上の光学性能を発揮するためには、各レンズの光軸を精度良く一致させる必要がある。ここで、各レンズの光軸を一致させるために、検査カメラ等でレンズに付したアライメントマークを検出しながらレンズ同士を合わせ込む方法があるが、組み付け設備にかかるコストが高くなり、また合わせ込みに時間がかかるという問題がある。同様な問題は、レンズと、鏡枠などの他部品との間でも生じうる。【０００４】
これに対し特許文献１には、一対のレンズに、光軸を中心としたテーパ状の凹部と凸部をそれぞれ設け、凹部と凸部を嵌合させることで、一対のレンズの光軸を合わせ込む技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１９６２１１号公報
【特許文献２】特開２００５−２５８３２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の技術において、凹部と凸部を精度良く形成することが困難であることに起因する問題がある。具体的には、凸部に対して凹部が大きすぎると、組み合わせた際に両者間に隙間ができ偏心が生じる一方、凸部に対して凹部が小さすぎると、光軸方向において凹部と凸部が適切な位置で嵌合できず、レンズ間距離を設計値に維持できないという問題である。【０００７】
一方、特許文献２に開示された組み付け方法では、凹部と凸部の嵌合部形状をストレートにしているので、光軸方向において凹部と凸部が不適切な位置で嵌合することは回避できるものの、特許文献１と同様に凸部に対して凹部が大きすぎると、組み合わせた際に両者間に隙間ができ偏心が生じるという問題がある。又、凸部に対して凹部が小さすぎると、強制的に嵌合させた際に生じる内部応力で、光学面に歪みを発生させる恐れもある。以上の問題は、レンズ径が大きくなるほど顕著になりやすく、その対策が重要になる。【０００８】
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、コストを抑制しつつも光学素子の高精度な組付けを実現できる光学素子ユニット及び光学素子ユニットの製造方法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】
【０００９】
上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映した光学素子ユニットは、
光学素子の第１嵌合部と、他部品の第２嵌合部とを嵌合してなる光学素子ユニットにおいて、
前記第１嵌合部と前記第２嵌合部のうち少なくとも一方に、前記光学素子の光軸直交方向に突出した微細形状部を設けており、
前記微細形状部は、前記光学素子と前記他部品との嵌合深さが深くなるにつれ、前記光学素子の光軸に交差する面方向の突出量が増大し、
前記第１嵌合部又は前記第２嵌合部の被嵌合寸法は、前記第２嵌合部又は前記第１嵌合部の嵌合寸法よりも大きく、前記嵌合寸法に前記微細形状部の最大突出量を加えた寸法よりも小さいことを特徴とする。【００１０】
上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映した別の光学素子ユニットは、
光学素子と、他部品とを嵌合し、前記光学素子の第１基準形状部と、前記他部品の第２基準形状部とを突き当てて、前記光学素子の光軸直交方向の位置決めを行う光学素子ユニットにおいて、
前記第１基準形状部以外の前記光学素子と、前記第２基準形状部以外の前記他部品のうち少なくとも一方に、前記光学素子の光軸直交方向に突出した微細形状部を設けており、
前記微細形状部は、前記光学素子と前記他部品の嵌合深さが深くなるにつれ、前記光学素子の光軸に交差する面方向の突出量が増大し、
前記光学素子又は前記他部品の被嵌合寸法は、前記他部品又は前記光学素子の嵌合寸法よりも大きく、前記嵌合寸法に前記微細形状部の最大突出量を加えた寸法よりも小さいことを特徴とする。【００１１】
上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映した光学素子ユニットの製造方法は、
光学素子の第１嵌合部と、他部品の第２嵌合部とを嵌合してなる光学素子ユニットの製造方法において、
前記第１嵌合部と前記第２嵌合部のうち少なくとも一方に、前記光学素子の光軸直交方向に突出した微細形状部を設け、
前記微細形状部は、前記光学素子と前記他部品との嵌合深さが深くなるにつれ、前記光学素子の光軸に交差する面方向の突出量が増大し、
前記第１嵌合部又は前記第２嵌合部の被嵌合寸法は、前記第２嵌合部又は前記第１嵌合部の嵌合寸法よりも大きく、前記嵌合寸法に前記微細形状部の最大突出量を加えた寸法よりも小さく、
前記第１嵌合部と前記第２嵌合部とを嵌合したときに、前記微細形状部により前記光学素子と前記他部品との光軸直交方向の位置決めが行われることを特徴とする。【００１２】
上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映した別の光学素子ユニットの製造方法は、
光学素子と、他部品とを嵌合し、前記光学素子の第１基準形状部と、前記他部品の第２基準形状部とを突き当てて、前記光学素子の光軸直交方向の位置決めを行う光学素子ユニットの製造方法において、
前記第１基準形状部以外の前記光学素子と、前記第２基準形状部以外の前記他部品のうち少なくとも一方に、前記光学素子の光軸直交方向に突出した微細形状部を設け、
前記微細形状部は、前記光学素子と前記他部品の嵌合深さが深くなるにつれ、前記光学素子の光軸に交差する面方向の突出量が増大し、
前記光学素子又は前記他部品の被嵌合寸法は、前記他部品又は前記光学素子の嵌合寸法よりも大きく、前記嵌合寸法に前記微細形状部の最大突出量を加えた寸法よりも小さく、
前記第１基準形状部と前記第２基準形状部とを突き当てたときに、前記微細形状部により前記光学素子と前記他部品との光軸直交方向のガタを抑えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、コストを抑制しつつも光学素子の高精度な組付けを実現できる光学素子ユニット及び光学素子ユニットの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態にかかる光学素子ユニットを構成する第１レンズ１０の断面図である。
【図２】第１レンズ１０の斜視図である。
【図３】金型ＭＤを示す斜視図である。
【図４】第１レンズ１０と第２レンズ２０とからなる光学素子ユニット３０の断面図である。
【図５】図４の構成をV-V線で切断して矢印方向に見た図である。
【図６】比較例にかかる光学素子ユニット３０’の断面図である。
【図７】図６の構成をVII-VII線で切断して矢印方向に見た図である。
【図８】本実施形態にかかる光学素子ユニット３０を組み付けた撮像装置４０の断面図である。
【図９】変形例にかかる撮像装置４０の断面図である。
【図１０】第２の実施形態にかかる撮像装置を模式的に示す図である。
【図１１】本実施形態にかかる撮像装置の断面図である。
【図１２】図１１の構成をXII-XII線で切断して矢印方向に見た図である。
【図１３】図１３（ａ）は、図１２に矢印XIIIAで示す１つのブロック部Ｌｃ１の拡大図であるが、組み付け前の状態で示している。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）に示すブロック部Ｌｃ１を矢印XIIIB方向に見た図である。
【図１４】変形例にかかる撮像装置の図１２と同様な断面図である。
【図１５】図１４の構成をXV-XV線で切断して矢印方向に見た図である。
【図１６】別な変形例にかかる撮像装置の図１２と同様な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の第１の実施形態に係る光学素子ユニットについて説明する。図１は、光学素子ユニットを構成する第１レンズ１０の断面図であり、図２は、第１レンズ１０の斜視図である。第１レンズ１０は、光学面を有するレンズ部１１と、レンズ部１１の周囲に放射状に板状に広がるフランジ部１２と、軸線がレンズ部１１の光軸と一致してなり、レンズ部１１とフランジ部１２との間から光軸方向に延在する短筒状の嵌合部（第１嵌合部）１３とを有する。嵌合部１３の外周には、等間隔に８つの微細形状部１４が形成されている。
【００１６】
図２に示すように、各微細形状部１４は、光軸と平行な軸線を有する円錐を半割りした同一形状を有し、フランジ部１２側に向かうにつれて拡径した形状となっている。円錐の軸線をらせん状に配置しても良い。又、微細形状部１４は、三角錐形状でもよいし、光軸方向に沿ってフランジ部１２に近接するにつれ突出量が増大する形状であれば、任意の形状とできる。
【００１７】
図１，２に示す第１レンズ１０は、図３に示す金型ＭＤより形成できる。金型ＭＤは、レンズ部１１の光学面を形成する転写面ＭＤ１と、フランジ部１２の面を転写する転写面ＭＤ２と、嵌合部１３の外周面を転写する転写面ＭＤ３とを有している。転写面ＭＤ３の内周には、等間隔に８つの凹部ＭＤ３ａが形成されている。凹部ＭＤ３ａは、微細形状部１４に対応して、円錐を半割りした溝状となっており、嵌合部１３の光軸方向端部より所定の距離だけフランジ部１２側に寄った位置に先端が来るように形成されている。
【００１８】
図３の金型ＭＤと、不図示の金型とを型合わせした上で、内部のキャビティに熱可塑性樹脂を注入し固化させることで、第１レンズ１０を成形することができる。このとき、凹部ＭＤ３ａを転写されてなる微細形状部１４は、レンズ部１１の光学面を形成する金型部品と同一の金型部品から同時に成形されるので高精度に加工されることとなる。
【００１９】
図４は、第１レンズ１０と第２レンズ２０とからなる光学素子ユニット３０の断面図である。図５は、図４の構成をV-V線で切断して矢印方向に見た図である。図４において、第２レンズ２０は、光学面を有するレンズ部２１と、レンズ部２１の周囲に放射状に板状に広がるフランジ部２２と、軸線がレンズ部２１の光軸と一致してなり、フランジ部２２の外周から光軸方向に延在する短筒状の嵌合部（第２嵌合部）２３とを有する。なお、第１レンズ１０の嵌合部１３の端面と、これに対向する第２レンズ２０のフランジ部２２の面との間には、円形開口を有する円形板状の遮光部材２５が配置されている。
【００２０】
図５に示すように、嵌合部２３の内径φ２（被嵌合寸法）は、第１レンズ１０の嵌合部１３の外径φ１（嵌合寸法）より大きいが、微細形状部１４の外接円φ３（嵌合寸法に微細形状部の径方向の最大突出量を加えた寸法）よりも小さくなっている。ここで、微細形状部１４の径方向の最大突出量δ（図１）は０．１ｍｍ程度であり、嵌合部２３の内径φ２と微細形状部１４の外接円φ３との差の１／２（隙間）に対して、その安全率が１未満となるように設計されている。
【００２１】
なお、「安全率」とは、素材の破壊応力と許容応力との比で表され、安全の度合いを示す比率をいう。許容応力とは，材料に作用しても破壊を生じない応力の上限値であり、破壊応力とは，その材料が破壊を起こす応力をいう。安全率が１未満であると、組み付け時に部材の塑性変形を招くことが多い。
【００２２】
光学素子ユニット３０の製造方法について説明する。光軸垂直方向の当接面に接着剤を塗布した状態で、第１レンズ１０の嵌合部１３と、遮光部材２５を内包した第２レンズ２０の嵌合部２３とを互いに突き合わせて光軸方向に沿って接近させる、嵌合部１３，２３の端部同士の間に隙間があるので、中程までスムーズに挿入が行われる。その後、微細形状部１４が、第２レンズ２０の嵌合部２３の内周に当接し、これを押しつぶして塑性変形させる。このとき、微細形状部１４にムシレなどにより小屑が生じる場合もあるが、第１嵌合部１３の外周に塗布した接着剤に取り込まれることで、光学面等への付着を抑制できる。嵌合部２３の光軸方向端面が、第１レンズ１０のフランジ部１２の対向面に当接することで、組付けが完了する。なお、嵌合後に接着剤を塗布しても良い。
【００２３】
図６は、比較例にかかる光学素子ユニット３０’の断面図である。図７は、図６の構成をVII-VII線で切断して矢印方向に見た図である。光学素子ユニット３０'の第１レンズ１０'は、微細形状部が設けられていない以外、寸法・形状とも図１，２の第１レンズ１０と同じである。
【００２４】
比較例の光学素子ユニット３０'においては、互いに嵌合する嵌合部１３，２３の径を精度良く等しくする必要があるが、かかる径は成形バラツキによって変わりうる。嵌合部２３の内径に対して嵌合部１３の外径が大きい場合、嵌合部１３，２３の嵌合は圧入となるので、発生した応力によりレンズ部１１，２１の光学面の歪みを招く恐れがある。一方、嵌合部２３の内径に対して嵌合部１３の外径が小さい場合、図７に示すように、径差の１／２分だけ、第１レンズ１０と第２レンズ２０とに光軸ずれ（偏心）が生じてしまい、本来の光学性能を発揮できない。
【００２５】
これに対し本実施形態によれば、嵌合部２３の内径に対して嵌合部１３の外径が小さいので、成形バラツキに関わりなく圧入によらない容易な嵌合が可能となり、また微細形状部１４のテーパ先端側から嵌合部２３が嵌合してくることで、そのガイド機能によって嵌合部１３の軸線（第１レンズ１０の光軸）と嵌合部２３の軸線（第２レンズ２０の光軸）とを精度良く一致させることができる。更に、嵌合を続行することで、微細形状部１４の径方向外側面が嵌合部２３によって押しつぶされるが、このとき、同一形状である８つの微細形状部１４が均等に押しつぶされることで、嵌合部１３の軸線と嵌合部２３の軸線との同軸度が精度良く確保される。又、微細形状部１４が押しつぶされても、その影響は局所的な範囲に留まり、第１レンズ１０の光学面に及ぶ恐れが少ないため、第１レンズ１０の光学性能を維持することができる。なお、第１レンズ１０の微細形状部１４の代わりに、第２レンズ２０の嵌合部２３の内周面に微細形状部を設けても良い。
【００２６】
図８は、本実施形態にかかる光学素子ユニット３０を組み付けた撮像装置４０の断面図である。図８において、撮像装置４０は、光学素子ユニット３０の外周面に嵌合した筒状の鏡枠４１の端面を、固体撮像素子４２を実装した基板４３上に接着してなる。光学素子ユニット３０の第１レンズ１０と第２レンズ２０により被写体像が撮像装置４０の撮像面に結像し、光電変換された画像信号が外部へと出力されるようになっている。
【００２７】
図９は、変形例にかかる撮像装置４０の断面図である。図９において、撮像装置４０の鏡枠４１は、上述した微細形状部１４と同様な形状の微細形状部４１ａを、側壁４１ｂにおける端壁４１ｃ近傍内周に、８つ等間隔で形成している。又、側壁４１ｂの内径と、光学素子ユニット３０の外径と、微細形状部４１ａの突出量の関係も、上述した実施形態と同様である。
【００２８】
端壁４１ｃは、中央に開口絞り４１ｄを形成している。従って、撮像装置４０の性能を確保する為には、光学素子ユニット３０の光軸と、開口絞り４１ｄの中心軸とを一致させることが重要である。
【００２９】
本変形例によれば、鏡枠４１内に光学素子ユニット３０を組み付けてゆくと、微細形状部４１ｄのテーパ先端側から第１レンズ１０の外径が嵌合してくるので、そのガイド機能によって開口絞り４１ｄの中心軸と光学素子ユニット３０の光軸とを精度良く一致させることができる。更に、嵌合を続行することで、微細形状部４１ｄの径方向内側面が第１レンズ１０によって押しつぶされるが、このとき、同一形状である８つの微細形状部４１ｄが均等に押しつぶされることで、開口絞り４１ｄの中心軸と光学素子ユニット３０の光軸との同軸度が精度良く確保される。
【００３０】
次に、第２の実施形態にかかる撮像装置について説明する。近年、光軸を異ならせて配置した複数の個眼光学系を用いて、複数の物体像を撮像素子の撮像面上に形成し、各物体像に対応する画像信号を画像処理することで、1つの画像を合成して再構成する技術を用いた複眼撮像装置が開発されている。このような複眼撮像装置の一タイプとして、複数の個眼光学系によって撮像領域を分割し、得られた複数の低画素画像から画像処理によって１つの高画素画像を再構成する超解像技術を用いたものがある。超解像技術を用いれば、個眼光学系各々に使用するレンズ枚数を少なくすることができ、結果として既存の光学系よりも大幅な低背化を実現しながらも高解像な画像を得られる複眼撮像装置を提供することが可能となる。
【００３１】
ところで、個眼光学系を、光軸方向に積層した複数枚のレンズから形成する場合、層毎に複数のレンズ（個眼レンズ）を一体的に形成したアレイレンズを用いることが行われる。複数のレンズを一体に形成したアレイレンズは、アレイレンズ内の各レンズの性能ばらつきを小さくできる他、組み込み回数や形成回数を低減しコストを低くできるメリットがある。ここで、光学素子ユニットは、アレイレンズを積層した複眼光学系と鏡枠からなるものとする。
【００３２】
以下、複眼光学系を用いた撮像装置等を説明する。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。本実施形態では、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視野分割タイプにかかる複眼光学系について説明する。
【００３３】
図１０に、第２の実施形態にかかる撮像装置を模式的に示す。図１０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複眼光学系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複眼光学系ＬＨが設けられているので、複眼光学系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。
【００３４】
図１１は、本実施形態にかかる撮像装置の断面図である。図１２は、図１１の構成をXII-XII線で切断して矢印方向に（像側から）見た図である。図１１において、複眼光学系ＬＨは、物体側より順に、第１アレイレンズＬＡ１、第２アレイレンズＬＡ２からなり、鏡枠ＨＬＤに保持されている。鏡枠ＨＬＤは第２嵌合部（断面矩形状の凹部）として角筒状の周囲壁ＨＬＤｂを有し、周囲壁ＨＬＤｂの物体側端は物体側壁ＨＬＤａにより閉止されており、更に物体側壁ＨＬＤａに複数の開口絞りＳが形成されている。
【００３５】
第１アレイレンズＬＡ１は，開口絞りＳに対応して複数の個眼レンズＬａ１と、個眼レンズＬａ１を設けた矩形状板部Ｌｂ１を一体に形成してなり、第２アレイレンズＬＡ２は，各個眼レンズＬａ１に対応して複数の個眼レンズＬａ２と、個眼レンズＬａ２を設けた矩形状板部Ｌｂ２を一体に形成してなる。個眼レンズの数は、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個眼レンズＬａ１，Ｌａ２を通過した光線が、それぞれ撮像面ＳＳ上で１つの像を形成する。第２アレイレンズＬＡ２の個眼レンズＬａ２の像側面Ｓ４は周辺部が凸の形状を有する。なお、第１アレイレンズＬＡ１の外縁から光軸方向の突出した矩形枠部Ｌｆ１の内周面に対向して、第２アレイレンズＬＡ２の光軸方向に矩形状に突出したフランジ部Ｌｂ２の外周には、図１に示すものと同様な微細形状部Ｌｃ２が所定の間隔で形成されている。
【００３６】
更に第１アレイレンズＬＡ１は、図１２に示すように、矩形状板部Ｌｂ１の各辺（各辺のうち図１２で上方の辺を第１外縁部とし、ここから時計回りに、各辺を第２外縁部，第３外縁部、第４外縁部とする）に２つずつ、直方体状のブロック部Ｌｃ１を第１嵌合部として形成している。
【００３７】
図１３（ａ）は、図１２に矢印XIIIAで示す１つのブロック部Ｌｃ１の拡大図であるが、組み付け前の状態で示している。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）に示すブロック部Ｌｃ１を矢印XIIIB方向に見た図である。図１３において、ブロック部Ｌｃ１の外側面には、２つの微細形状部Ｌｄ１が形成されている。なお、微細形状部Ｌｄ１の突出量Δは、鏡枠ＨＬＤに対してセンタリングした状態で示す周囲壁ＨＬＤｂの位置（図１３（ａ）にて点線で示す）よりも外側にはみ出すようになっていて、その安全率は１未満である。
【００３８】
図１３（ｂ）に示すように、各微細形状部Ｌｄ１は、個眼レンズＬａ１の光軸と平行な軸線を有する同一の三角錐形状を有しており、図１１で鏡枠ＨＬＤの物体側壁ＨＬＤａ側に向かうにつれて先細の形状となっている。ブロック部Ｌｃ１と微細形状部Ｌｄ１は、個眼レンズＬａ１の物体側面Ｓ１を形成する金型部品（不図示）と同一の金型部品から成形されていることが好ましく、同時加工されるとより好ましい。また、微細形状部Ｌｄ１は成形収縮による嵌合寸法バラつきを許容できるようにすると好ましい。但し、ピッチ誤差の関係で、成形バラツキ±３μｍ程度の許容度が必要である。
【００３９】
図１１において、鏡枠ＨＬＤの物体側壁ＨＬＤａと第１アレイレンズＬＡ１との間に、第１遮光絞りＳＨ１が形成され、第１アレイレンズＬＡ１と第２アレイレンズＬＡ２との間に、第２遮光絞りＳＨ２が形成され、第２アレイレンズＬＡ２の像側に、それに隣接して第３遮光絞りＳＨ３が形成されている。第１遮光絞りＳＨ１、第２遮光絞りＳＨ２，第３遮光絞りＳＨ３は、２０μｍ〜１００μｍであるＳＵＳの板材からなる。第２アレイレンズＬＡ２と、撮像素子ＳＲとの間には、ＩＲカットフィルタＦと、撮像素子ＳＲの撮像面ＳＳを覆うカバーガラスＣＧとが物体側からこの順序で配置されている。光学部材としてのＩＲカットフィルタＦの物体側面には遮光膜が密着形成され、これが第４遮光絞りＳＨ４となっている。尚、第３遮光絞りＳＨ３，第４遮光絞りＳＨ４のいずれかを省略しても良い。各遮光絞りＳＨ１〜ＳＨ４は、各個眼レンズの各々に対応する開口部を持つ。個眼レンズＬａ２の像側面Ｓ４の周囲や、カバーガラスＣＧに遮光膜を密着形成して遮光膜として機能させても良い。
【００４０】
図１０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、を有している。複眼撮像光学系ＬＨにより撮像素子ＳＲの撮像面ＳＳ上に形成された複数の個眼像Ｚｎ（ｎ＝１，２，３，…）に応じた信号を、画像合成部１ａが、つなぎ合わせて１枚の個眼合成画像ＭＬを出力することができる。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，つなぎ合わせ処理等を行う。さらに、必要に応じて歪曲補正も行う。個眼合成画像ＭＬは、演算部２で圧縮されてメモリー３に記憶される。
【００４１】
光学素子ユニットの製造方法について説明する。本実施形態では、第１アレイレンズＬＡ１と第２アレイレンズＬＡ２とは、予め成形されて光軸方向に積層され、複眼光学系ＬＨが形成される。このとき、第１アレイレンズＬＡ１の矩形枠状部Ｌｆ１と、第２アレイレンズＬＡ２のフランジ部Ｌｂ２とを嵌合させたとき、間に介在する微細形状部Ｌｃ２が塑性変形することで、上述の実施形態と同様にして各個眼レンズＬａ１、Ｌａ２の光軸が一致するようになっている。
【００４２】
更に、鏡枠ＨＬＤの周囲壁ＨＬＤｂにおける奥側に接着剤を塗布した状態で、図１１に示す姿勢で複眼光学系ＬＨを鏡枠ＨＬＤ内に光軸方向に沿って挿入すると、第１アレイレンズＬＡ１の周囲に設けられた微細形状部Ｌｄ１が、鏡枠ＨＬＤの周囲壁ＨＬＤｂに当接するまでは、スムーズに挿入が行われる。その後、微細形状部Ｌｄ１の山部が、鏡枠ＨＬＤの周囲壁ＨＬＤｂの内周面に当接し、例えば１５〜２０μｍ程度押しつぶされて塑性変形し、塑性変形後の高さが３０μｍ程度になる。このとき、微細形状部Ｌｄ１にムシレなどにより小屑が生じる場合もあるが、鏡枠ＨＬＤに塗布した接着剤に取り込まれることで、個眼レンズ等への付着を抑制できる。第１アレイレンズＬＡ１の板部Ｌｂ１の物体側面が、鏡枠ＨＬＤの物体側壁ＨＬＤａの対向面に当接することで、組付けが完了する。なお、嵌合後に接着剤を塗布しても良い。
【００４３】
本実施形態によれば、微細形状部Ｌｄ１の山部が第１レンズ１０によって押しつぶされるが、このとき、第１アレイレンズＬＡ１の４つの辺に形成した微細形状部Ｌｄ１が均等に押しつぶされることで、各開口絞りＳの中心軸と個眼レンズＬａ１，Ｌａ２の光軸との同軸度が精度良く確保される。
【００４４】
図１４は、変形例にかかる撮像装置の図１２と同様な断面図である。図１５は、図１４の構成をXV-XV線で切断して矢印方向に見た図である。本変形例では、上述した実施形態に対して、第１アレイレンズＬＡ１の物体側面中央に、円錐状の突起Ｌｅ１を形成しており、これに対応して鏡枠ＨＬＤの物体側壁ＨＬＤａの中央に、円錐状の凹部ＨＬＤｄを形成している。又、第１アレイレンズＬＡ１の個眼レンズＬａ１以外の物体側面には遮光膜を形成して、遮光絞りの代わりとしている。それ以外の構成は、上述した実施形態と同様である。
【００４５】
鏡枠ＨＬＤに第１アレイレンズＬＡ１を組み付けたとき、微細形状部Ｌｄ１の塑性変形のみでは、鏡枠ＨＬＤに対して第１アレイレンズＬＡ１の中心回りの相対位置ずれが生じる恐れがある。これに対し本変形例によれば、円錐状の突起Ｌｅ１に円錐状の凹部ＨＬＤｄが嵌合して、第１アレイレンズＬＡ１と鏡枠ＨＬＤとの突起Ｌｅ１回りの位置決めが行われるので、微細形状部Ｌｄ１の塑性変形と相まって、より高精度な位置決めを行うことができる。
【００４６】
図１６は、別な変形例にかかる撮像装置の図１２と同様な断面図である。図１６に示す光軸方向像側から見て時計回りに、第１アレイレンズＬＡ１の外周面を第１外縁部〜第４外縁部とし、それぞれ対応する鏡枠ＨＬＤの内周面を第１内縁部〜第４内縁部とすると、図１６に示す第１アレイレンズＬＡ１の左方と下方の辺（第３外縁部、第４外縁部に相当）のブロック部Ｌｃ１に微細形状部を設けていない。微細形状部を設けていないブロックＬｃ１を第１基準形状部とする。又、それに対向する鏡枠ＨＬＤ(凹部)の内周面（第３内縁部、第４内縁部に相当）を第２基準形状部とする。それ以外の構成は、図１２，１３に示す実施形態と同様である。
【００４７】
本変形例において、鏡枠ＨＬＤに第１アレイレンズＬＡ１を組み付けたとき、図１６に示す第１アレイレンズＬＡ１の左方と下方の辺のブロック部Ｌｃ１の外側面（第１基準形状部）が鏡枠ＨＬＤの周囲壁ＨＬＤｂの内周面（第２基準形状部）に当接し、同時に第１アレイレンズＬＡ１の右方と上方の辺（第１外縁部、第２外縁部に相当）のブロック部Ｌｃ１の微細形状部Ｌｄ１が周囲壁ＨＬＤｂの内周面（第１内縁部、第２内縁部に相当）に当接して塑性変形する。これにより鏡枠ＨＬＤに第１アレイレンズＬＡ１の間のガタを排除できる。この状態で、各開口絞りＳの中心軸と個眼レンズＬａ１，Ｌａ２の光軸との同軸度が精度良く確保されるようになっている。本変形例では、第１アレイレンズＬＡ１の左方と下方のブロック部Ｌｃ１の外側面が鏡枠ＨＬＤの周囲壁ＨＬＤｂの内周面に当接することで、より精度良く位置決めを行える。なお、第１アレイレンズＬＡ１に微細形状部を設ける代わりに、鏡枠ＨＬＤの周囲壁ＨＬＤｂの第１内縁部、第２内縁部に微細形状部を設けても良い。
【００４８】
本発明は、本明細書に記載の実施形態や変形例に限定されるものではなく、他の実施形態や変形例を含むことは、本明細書に記載された実施形態や技術思想から本分野の当業者にとって明らかである。たとえば、上述した複眼光学系は、視野分割タイプに限らず、超解像タイプの撮像装置にも用いることができる。又、光学素子の成形後に、ＵＶ硬化樹脂等により微細形状部を形成しても良い。更に、光学素子の外形は円形に限らず、多角形状であって良い。更に、複眼光学系を光軸方向から見た形状は、四角形などの高く形状に限らず、角を円弧で連結した形状や、円形もしくは楕円形状でもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１              画像処理部
１ａ            画像合成部
１ｂ            画像補正部
２              演算部
３              メモリー
１０            第１レンズ
１１            レンズ部
１２            フランジ部
１３            嵌合部
１４            微細形状部
２０            第２レンズ
２１            レンズ部
２２            フランジ部
２３            嵌合部
３０            光学素子ユニット
４０            撮像装置
４１            鏡枠
４１ａ          微細形状部
４１ｂ          側壁
４１ｃ          端壁
４１ｄ          微細形状部
４２            固体撮像素子
ＣＧ            カバーガラス
ＤＵ            撮像装置
Ｆ              ＩＲカットフィルタ
ＨＬＤ          鏡枠
ＨＬＤａ        物体側壁
ＨＬＤｂ        周囲壁
ＨＬＤｄ        凹部
ＬＡ１          第１アレイレンズ
Ｌａ１          個眼レンズ
Ｌｂ１          矩形状板部
Ｌｃ１          ブロック部
Ｌｄ１          微細形状部
ＬＡ２          第２アレイレンズ
Ｌｂ２          矩形状板部
ＬＨ            複眼光学系
ＬＵ            撮像ユニット
ＭＤ            金型
ＭＤ１          転写面
ＭＤ２          転写面
ＭＤ３          転写面
ＭＤ３ａ        凹部
ＭＬ            個眼合成画像
【図１】
2015115351.tif 000003
【図２】
2015115351.tif 000004
【図３】
2015115351.tif 000005
【図４】
2015115351.tif 000006
【図５】
2015115351.tif 000007
【図６】
2015115351.tif 000008
【図７】
2015115351.tif 000009
【図８】
2015115351.tif 000010
【図９】
2015115351.tif 000011
【図１０】
2015115351.tif 000012
【図１１】
2015115351.tif 000013
【図１２】
2015115351.tif 000014
【図１３】
2015115351.tif 000015
【図１４】
2015115351.tif 000016
【図１５】
2015115351.tif 000017
【図１６】
2015115351.tif 000018
【国際調査報告】
2015115351.tif 000019
2015115351.tif 000020
2015115351.tif 000021
2015115351.tif 000022