(57)【要約】  レンズアレイの傾きや反りにより個眼撮像光学系ごとにレンズ間隔が変化しても、個眼撮像光学系間の結像面位置変化量のばらつきによる再構成画像の画質劣化を抑制することができ、レンズ間隔変化に対する結像面位置変化量が小さな複眼撮像光学系及びそれを用いた複眼撮像装置を提供する。複数の物体像を形成する複眼撮像光学系は、条件式（１）を満足する。  −０．６＜ｆ／ｆ２＜１．５      （１）但し、  ｆ：個眼撮像光学系の全系焦点距離(ｍｍ)  ｆ２：第２個眼レンズ群の焦点距離(ｍｍ)
2014203675.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子の撮像面に複数の物体像を形成する複眼撮像光学系において、
前記複眼撮像光学系は、物体側から順に、第１レンズアレイと、少なくとも1枚のレンズアレイを有する第２レンズアレイ群からなり、各レンズアレイは複数の個眼レンズを一体に形成してなり、前記第１レンズアレイと前記第２レンズアレイ群の個眼レンズを光軸方向に積層することで複数の個眼撮像光学系が形成され、該複数の個眼撮像光学系により複数の物体像がそれぞれ形成され、前記個眼撮像光学系の数は前記撮像素子に取得される前記物体像の数と等しくなっており、
下記の条件式を満足することを特徴とする複眼撮像光学系。
−０．６＜ｆ／ｆ２＜１．５      （１）
但し、
ｆ：前記個眼撮像光学系の全系焦点距離(ｍｍ)
ｆ２：第２個眼レンズ群の焦点距離（前記第２レンズアレイ群が１枚のレンズアレイからなる場合には、そのレンズアレイの個眼レンズの焦点距離であり、前記第２レンズアレイ群が２枚以上のレンズアレイからなる場合には、各レンズアレイにおける光軸方向に積層された２枚以上の個眼レンズの合成焦点距離をいう）(ｍｍ)
尚、焦点距離は、各個眼撮像光学系の設計中心波長で計算されるものとする。
【請求項２】
前記第１レンズアレイの個眼レンズである第１個眼レンズは、正の屈折力を有することを特徴とする請求項１に記載の複眼撮像光学系。
【請求項３】
前記第１個眼レンズは、下記の条件式を満足することを特徴とする請求項２に記載の複眼撮像光学系。
０．７＜ｆ１／ｆ＜１．５      （２）
但し、
ｆ１：第１個眼レンズの焦点距離(ｍｍ)
【請求項４】
前記第１レンズアレイの個眼レンズである第１個眼レンズの物体側面は、物体側に凸面を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の複眼撮像光学系。
【請求項５】
前記第１個眼レンズは、下記の条件式を満足することを特徴とする請求項４に記載の複眼撮像光学系。
−５．０＜ｇ１＜−０．５      （３）
但し、
ｇ１：前記第１個眼レンズのシェーピングファクター
（ｇ１＝（Ｒ１＋Ｒ２）／（Ｒ１−Ｒ２））
Ｒ１：前記第１個眼レンズの物体側面の曲率半径(ｍｍ)
Ｒ２：前記第１個眼レンズの像側面の曲率半径(ｍｍ)
【請求項６】
前記第２個眼レンズ群における像側に最も近い面の周辺部は、像側に凸の面形状を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の複眼撮像光学系。
【請求項７】
下記の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の複眼撮像光学系。
０．０５＜ｄ２／ｆ＜０．２５      （４）
但し、
ｄ２：前記第１レンズアレイの個眼レンズである第１個眼レンズの像側面と、前記第２個眼レンズ群の最も物体側の面との間隔(ｍｍ)
【請求項８】
下記の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の複眼撮像光学系。
０≦Δ（ｆ／ｆ２）ｍａｘ＜０．６      （５）
但し、
Δ（ｆ／ｆ２）ｍａｘ：各個眼撮像光学系における（ｆ／ｆ２）の差の最大値の絶対値
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の複眼撮像光学系を有することを特徴とする複眼撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のレンズから成るレンズアレイを用いて物体像を形成させる複眼撮像装置及びそれに用いる複眼撮像光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、撮像装置を薄いスマートフォンなどに搭載することが行われているが、撮像光学系に対する薄型化の要求が非常に大きく、これまでは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により対応してきた。しかし、さらなる薄型化（超薄型化）の要求に対応するためには、従来のように１組の光学系と撮像素子で像を得る構成では限界が見えている。そこで、超薄型化への要求に対応するために、撮像領域を分割しそれぞれの撮像領域に１組の光学系（個眼撮像光学系）を配置することで、従来よりも大幅に光学全長の短縮化が可能となる複眼撮像装置が開発された。【０００３】
かかる複眼撮像装置において、複数の個眼撮像光学系により同一被写体を撮影し、撮像素子から出力される複数の低解像度画像を画像処理で合成することで、１枚の高解像度画像を出力する、いわゆる超解像技術を用いることができ、これにより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ることができる。【０００４】
このような複眼撮像光学系は、１つの個眼撮像光学系が物体像を形成する撮像領域が小さく、低画素数であるとはいえ、各個眼撮像光学系には従来の撮像光学系よりも高い光学性能が要求される。例えば特許文献１には、被写体の波長成分ごとに異なる複数の個眼レンズを有する複眼撮像光学系が開示されている。しかしながら、上記特許文献１に記載の複眼撮像光学系は、１枚のレンズアレイから構成されているので、たとえ波長成分ごとに異なる個眼レンズを設計したとしても、１枚構成のレンズでは収差補正が不十分であり、要求される光学性能の達成は困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−７８２１２号公報
【特許文献２】特開２０１１−６５０４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これに対し個眼撮像光学系を、光軸方向に積層した複数枚のレンズから形成すると、収差補正の自由度が高まり、高画質な画像を形成しやすくなるが、別個に個眼撮像光学系を形成した上で光軸直交方向に並べて複眼撮像光学系を形成することは、組み立ての手間が増える。そこで、複数のレンズ（個眼レンズ）を一体的に形成したレンズアレイを、光軸方向に積層することで、積層された個眼レンズからなる個眼撮像光学系を複数個一度に形成しようとする試みがある。複数の個眼レンズを一体に形成したレンズアレイは、レンズアレイ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。【０００７】
ゆえに、複眼撮像光学系としては、２枚以上のレンズアレイから構成されることが望ましいが、レンズアレイの傾きや反りが１つの課題となる。かかる課題について説明する。例えば、図１（ａ）において、第１レンズアレイＬＡ１と第２レンズアレイＬＡ２とを有する複眼撮像光学系の各個眼撮像光学系ＩＬ１，ＩＬ２，ＩＬ３に、それぞれ被写体光ＬＢ１，ＬＢ２，ＬＢ３を入射させたものとする。ここで、実線で示す第１レンズアレイＬＡ１に対し、点線で示す第２レンズアレイＬＡ２が基準位置であるとすると、被写体光ＬＢ１，ＬＢ２，ＬＢ３について点線で示すように撮像面Ｉがピント位置となり、被写体像がそれぞれ適切に形成される。ここで、第１レンズアレイＬＡ１を基準とし、第２レンズアレイＬＡ２が基準位置からずれるような課題を想定する。すなわち、第２レンズアレイＬＡ２が点線から実線で示す位置へと平行移動した場合、実線で示すようにピント位置はずれるが、複眼撮像光学系と撮像面Ｉとの相対位置を変位させて調整すれば、撮像面Ｉ上に全てピント位置が乗るので問題は少ない。【０００８】
ところが、図１（ｂ）に示すように、第２レンズアレイＬＡ２が点線から実線で示す位置へと傾いた場合、光軸方向位置が殆ど変わらない個眼撮像光学系ＩＬ１を通過した被写体光ＬＢ１については、撮像面Ｉがピント位置に維持されるのに対し、個眼撮像光学系ＩＬ２，ＩＬ３を通過した被写体光ＬＢ２，ＬＢ３については、撮像面Ｉがピント位置からずれてしまうので、局所的にぼけた画像が得られることとなる。【０００９】
同様に、図１（ｃ）、（ｄ）に示すように、第２レンズアレイＬＡ２が点線から実線で示す位置へと反った場合、個眼撮像光学系ＩＬ１〜ＩＬ３を通過した被写体光ＬＢ１〜ＬＢ３のいずれも、撮像面Ｉがピント位置からずれてしまうので、全体的にぼけた画像が得られることとなる。このように、レンズアレイの傾きや反りが生じた場合、個眼撮像光学系を後から個々に調整することはできないため、何らかの対策が必要になる。【００１０】
このように、複眼撮像光学系の場合は、レンズアレイ全体に傾きや反りが発生した場合、各個眼撮像光学系ごとに空気間隔に違いが生じ結像点を変化させるから、その結果として、それぞれの個眼撮像系の性能バラつきが大きくなり良好な再構成画質を得ることが出来ないという問題がある。【００１１】
これに対し、特許文献２には、複数のレンズアレイを積層した複眼撮像光学系ユニットが開示されているが、上記課題に対する考慮はなく、さらに具体的なレンズ構成および形状の開示はされていない。【００１２】
本発明は、このような課題点に鑑みてなされたものであり、超低背でかつ高画質を有する複眼撮像光学系において、レンズアレイの傾きや反りにより個眼撮像光学系ごとにレンズ間隔が変化しても、個眼撮像光学系間の結像面位置変化量のばらつきによる再構成画像の画質劣化を抑制することができ、レンズ間隔変化に対する結像面位置変化量が小さな複眼撮像光学系及びそれを用いた複眼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】
【００１３】
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複眼撮像光学系は、撮像素子の撮像面に複数の物体像を形成する複眼撮像光学系において、
前記複眼撮像光学系は、物体側から順に、第１レンズアレイと、少なくとも1枚のレンズアレイを有する第２レンズアレイ群からなり、各レンズアレイは複数の個眼レンズを一体に形成してなり、前記第１レンズアレイと前記第２レンズアレイ群の個眼レンズを光軸方向に積層することで複数の個眼撮像光学系が形成され、該複数の個眼撮像光学系により複数の物体像がそれぞれ形成され、前記個眼撮像光学系の数は前記撮像素子に取得される前記物体像の数と等しくなっており、
下記の条件式を満足することを特徴とする。
−０．６＜ｆ／ｆ２＜１．５      （１）
但し、
ｆ：前記個眼撮像光学系の全系焦点距離(ｍｍ)
ｆ２：第２個眼レンズ群の焦点距離（前記第２レンズアレイ群が１枚のレンズアレイからなる場合には、そのレンズアレイの個眼レンズの焦点距離であり、前記第２レンズアレイ群が２枚以上のレンズアレイからなる場合には、各レンズアレイにおける光軸方向に積層された２枚以上の個眼レンズの合成焦点距離をいう）(ｍｍ)
尚、焦点距離は、各個眼撮像光学系の設計中心波長で計算されるものとする。【００１４】
本発明者は、レンズ間隔変化に対するピント位置変化量（結像面位置の変化量）が小さい光学系について検討した。図２（ａ）で、焦点距離がｆ１の第１個眼レンズＬ１と、焦点距離がｆ２の第２個眼レンズＬ２の軸間距離をｄとする。ピント位置は、物体側から順に数えて最終のレンズ面から、焦点位置までの距離ｆＢで考える。【００１５】
ここで、レンズアレイの反りや傾きにより、図２（ｂ）に示すように、第１個眼レンズＬ１と第２個眼レンズＬ２の軸間距離がｔだけ変化したものとする。この軸間距離の変化が生じても、ピント位置の変化量を抑えるには、ｆＢのｔに対する変化量ｄ（ｆＢ）／ｄｔが小さければ良い。【００１６】
図２（ａ）に示す設計状態での個眼撮像光学系の全系の焦点距離をｆとすると、
ｆ＝（ｆ１・ｆ２）／（ｆ１＋ｆ２−ｄ）      （６）
で表せる。一方、図２（ｂ）に示すように、第１個眼レンズＬ１と第２個眼レンズＬ２の軸間距離がｔだけ変化した状態での、個眼撮像光学系の合成焦点距離をｆ’とすると、
ｆ’＝（ｆ１・ｆ２）／（ｆ１＋ｆ２−（ｄ＋ｔ））      （７）
で表せる。又、このとき第２主点までの距離Ｈ’は、以下の式で表せる。
Ｈ’＝−ｆ'（ｄ＋ｔ）／ｆ１      （８）
更に、第１個眼レンズＬ１と第２個眼レンズＬ２の軸間距離がｔだけ変化した個眼撮像光学系における最終のレンズ面から焦点位置までの距離ｆＢは、以下の式で表せる。
ｆＢ＝ｆ’＋Ｈ’
＝（ｆ２（ｆ１−（ｄ＋ｔ））／（ｆ１＋ｆ２−（ｄ＋ｔ））      （９）
（９）式をｔで微分すると、以下のようになる。
ｄ（ｆＢ）／ｄｔ＝−ｆ２2／（ｆ１＋ｆ２−（ｄ＋ｔ））2      （１０）【００１７】
式（１０）によれば、ｄ（ｆＢ）／ｄｔはｆ２に対して放物線状に変化し極値を持つから、あるｆ２の範囲でｄ（ｆＢ）／ｄｔの値を小さく抑えることができる、すなわちｔが変化してもｆＢの変化量を抑えることができることが分かる。【００１８】
図３は、横軸にｆ／ｆ２をとり、縦軸にｄ（ｆＢ）／ｄｔをとって、式（１０）の値をプロットして示すグラフである。ｄ（ｆＢ）／ｄｔを０とすることは理想であるが、必ずしも０にする必要はなく、−２．０以上に抑えることで、実用上ぼけの目立たない画像を得ることができる。このとき、ｆ／ｆ２の範囲は−０．６〜２となる。【００１９】
本複眼撮像光学系によれば、条件式（１）を満たすように、第２個眼レンズ群の焦点距離を長くすることで、各個眼撮像光学系のレンズ間隔変化に対する結像面位置変動を小さくでき、個眼撮像光学系間の性能バラつきを低減できる。より具体的には、条件式（１）の値が上限値を下回ることで、第２個眼レンズ群が正の屈折力を有するとき（ｆ／ｆ２＞０）、レンズ間隔の変化に対する結像面位置変動を抑えることができ、良好な画質の再構成画像を得ることが出来る。一方、条件式（１）の値が下限値を上回ることで、第２個眼レンズ群が負の屈折力を有するとき（ｆ／ｆ２＜０）、レンズ間隔の変化に対する結像面位置変動を抑えることができ、良好な画質の再構成画像を得ることが出来る。【００２０】
本複眼撮像装置は、上述の複眼撮像光学系を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、レンズアレイの傾きや反りにより個眼撮像光学系ごとにレンズ間隔が変化しても、個眼撮像光学系間の結像面位置変化量のばらつきによる再構成画像の画質劣化を抑制することができ、レンズ間隔変化に対する結像面位置変化量が小さな複眼撮像光学系及びそれを用いた複眼撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は複眼光学撮像系におけるレンズアレイの傾きや反り等の変形の例を説明するための図である。
【図２】（ａ）（ｂ）は、個眼レンズの焦点距離の関係を示す図である。
【図３】横軸にｆ／ｆ２をとり、縦軸にｄ（ｆＢ）／ｄｔをとって式（１０）の値を示すグラフである。
【図４】本実施形態による撮像装置を模式的に示す図である。
【図５】図４の複眼撮像光学系の断面図である。
【図６】実施例１の複眼撮像系における、光軸方向に積層した一組の個眼レンズ（個眼撮像光学系）の断面図である。
【図７】実施例１の収差図（球面収差（ａ）、非点収差・像面湾曲（ｂ）、歪曲収差（ｃ））である。
【図８】実施例２の複眼撮像系における、光軸方向に積層した一組の個眼レンズ個眼撮像光学系）の断面図である。
【図９】実施例２の複眼撮像系における、光軸方向に積層した一組の個眼レンズ個眼撮像光学系）の断面図である。
【図１０】実施例２の複眼撮像系における、光軸方向に積層した一組の個眼レンズ個眼撮像光学系）の断面図である。
【図１１】実施例２の収差図（球面収差（ａ）、非点収差・像面湾曲（ｂ）、歪曲収差（ｃ））である。
【図１２】実施例２の収差図（球面収差（ａ）、非点収差・像面湾曲（ｂ）、歪曲収差（ｃ））である。
【図１３】実施例２の収差図（球面収差（ａ）、非点収差・像面湾曲（ｂ）、歪曲収差（ｃ））である。
【図１４】実施例３の複眼撮像系における、光軸方向に積層した一組の個眼レンズ個眼撮像光学系）の断面図である。
【図１５】実施例３の複眼撮像系における、光軸方向に積層した一組の個眼レンズ個眼撮像光学系）の断面図である。
【図１６】実施例３の複眼撮像系における、光軸方向に積層した一組の個眼レンズ個眼撮像光学系）の断面図である。
【図１７】実施例３の収差図（球面収差（ａ）、非点収差・像面湾曲（ｂ）、歪曲収差（ｃ））である。
【図１８】実施例３の収差図（球面収差（ａ）、非点収差・像面湾曲（ｂ）、歪曲収差（ｃ））である。
【図１９】実施例３の収差図（球面収差（ａ）、非点収差・像面湾曲（ｂ）、歪曲収差（ｃ））である。
【図２０】実施例４の複眼撮像系における、光軸方向に積層した一組の個眼レンズ個眼撮像光学系）の断面図である。
【図２１】実施例４の収差図（球面収差（ａ）、非点収差・像面湾曲（ｂ）、歪曲収差（ｃ））である。
【図２２】実施例５の複眼撮像系における、光軸方向に積層した一組の個眼レンズ個眼撮像光学系）の断面図である。
【図２３】実施例５の収差図（球面収差（ａ）、非点収差・像面湾曲（ｂ）、歪曲収差（ｃ））である。
【図２４】実施例６の複眼撮像系における、光軸方向に積層した一組の個眼レンズ個眼撮像光学系）の断面図である。
【図２５】実施例６の収差図（球面収差（ａ）、非点収差・像面湾曲（ｂ）、歪曲収差（ｃ））である。
【図２６】実施例７の複眼撮像系における、光軸方向に積層した一組の個眼レンズ個眼撮像光学系）の断面図である。
【図２７】実施例７の収差図（球面収差（ａ）、非点収差・像面湾曲（ｂ）、歪曲収差（ｃ））である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態による複眼撮像光学系とそれを用いた撮像装置等を説明する。複眼撮像光学系は、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、各レンズ系が同一被写体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、同一被写体の複数の低解像度画像を画像処理にて合成し、1枚の高解像度画像を出力する超解像タイプにかかる複眼撮像光学系について説明する。
【００２４】
図４に本実施形態による撮像装置を模式的に示す。図４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に対して同一被写体の複数の像を結像する複眼撮像光学系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（Charged Coupled Device）型イメージセンサまたはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型イメージセンサ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撮像光学系ＬＨが設けられているので、複眼撮像光学系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。
【００２５】
図５は、図４の複眼撮像光学系ＬＨの拡大断面図である。複眼撮像光学系ＬＨは、物体側より順に、第１レンズアレイＬＡ１、第２レンズアレイＬＡ２からなる。各レンズアレイは、所謂ウエハレンズである。第１レンズアレイＬＡ１は、１枚の第１平行平板ＰＰ１の物体側に複数の第１物体側レンズ部Ｌ１ａを形成し、像側に複数の第１像側レンズ部Ｌ１ｂを成形により形成している。第１物体側レンズ部Ｌ１ａと、第１平行平板ＰＰ１と、第１像側レンズ部Ｌ１ｂとで、第１個眼レンズＩＬ１を構成する。
【００２６】
又、第２レンズアレイＬＡ２は、１枚の第２平行平板ＰＰ２の物体側に複数の第２物体側レンズ部Ｌ２ａを形成し、像側に複数の第２像側レンズ部Ｌ２ｂを成形により形成している。第２物体側レンズ部Ｌ２ａと、第２平行平板ＰＰ２と、第２像側レンズ部Ｌ２ｂとで、第２個眼レンズ群ＩＬ２を構成する。光軸方向に積層された第１個眼レンズＩＬ１と第２個眼レンズ群ＩＬ２とで、個眼撮像光学系を構成する。
【００２７】
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）の数と等しくさせてなる。つまり、光軸方向に積層された個眼レンズを通過した光線が、それぞれ撮像面ＳＳ上で１つの像を形成する。尚、Ｓは、第１物体側レンズ部Ｌ１ａの周囲に形成された開口絞りであり、Ｆは光学的ローパスフィルタやＩＲカットフィルタ、固体撮像素子のシールガラス等を想定した平行平板である。個眼撮像光学系の全系焦点距離をｆ(ｍｍ)、第２個眼レンズ群の焦点距離ｆ２（ｍｍ）とすると、以下の式が成立する。
−０．６＜ｆ／ｆ２＜１．５      （１）
【００２８】
第１レンズアレイＬＡ１と第２レンズアレイＬＡ２のうち少なくとも一方を、一体成形しても良い。又、１つのレンズアレイ内における個眼レンズが、少なくとも３つ以上の異なる波長分布に対して各々設計され異なる光学特性を有するようにしても良い。又、１つのレンズアレイ内における個眼レンズが、異なる複数の波長分布に応じた透過率を持った複数のカラーフィルタと組み合わされるようにしても良い。
【００２９】
図４に示すように、画像処理部１は、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，…）に応じた信号を合成処理し、１枚の個眼合成画像ＭＬを出力することができる。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。
【００３０】
以下、好ましい実施態様についてさらに説明する。
【００３１】
上記複眼撮像光学系において、前記第１レンズアレイの個眼レンズである第１個眼レンズは、正の屈折力を有することが好ましい。第１個眼レンズが正の屈折力を有するようにすることで、個眼撮像光学系の全長を短くできる。
【００３２】
また、前記第１個眼レンズは、下記の条件式を満足することが好ましい。
０．７＜ｆ１／ｆ＜１．５      （２）
但し、
ｆ１：第１個眼レンズの焦点距離(ｍｍ)
【００３３】
条件式（２）を満たすことで、第1個眼レンズの焦点距離を個眼撮像光学系全系の焦点距離に近づけて、第２個眼レンズ群の焦点距離を長くすることができ、レンズ間隔の変化に対する個眼撮像光学系間の性能バラつき抑制効果をより高めることができる。また、第1個眼レンズの焦点距離を小さくすることで全長短縮が期待できる。具体的には、条件式（２）の値が上限値を下回ることで、第1個眼レンズの焦点距離が小さくなり、主点が前進し、光学全長を短くすることができる。また、第1個眼レンズの焦点距離が小さくなることで、画角を広角化できる。一方、条件式（２）の値が下限値を上回ることで、第２個眼レンズの焦点距離が大きくなり、レンズ間隔の変化に対する結像面位置変動を抑えることができ、良好な画質の再構成画像を得ることが出来る。
【００３４】
また、前記第１レンズアレイの個眼レンズである第１個眼レンズの物体側面は、物体側に凸面を有することが好ましい。第１個眼レンズの物体側面が物体側に凸面を有することで、個眼撮像光学系の全長を短くできる。
【００３５】
また、前記第１個眼レンズは、下記の条件式を満足することが好ましい。
−５．０＜ｇ１＜−０．５      （３）
但し、
ｇ１：前記第１個眼レンズのシェーピングファクター
（ｇ１＝（Ｒ１＋Ｒ２）／（Ｒ１−Ｒ２））
Ｒ１：前記第１個眼レンズの物体側面の曲率半径(ｍｍ)
Ｒ２：前記第１個眼レンズの像側面の曲率半径(ｍｍ)
【００３６】
条件式（３）を満たすことで、複眼撮像光学系の光学性能を向上させることができるとともに、第１レンズアレイの成形性を向上できる。具体的には、条件式（３）の値が上限値を下回ることで、第１個眼レンズの球面収差を抑制することができ、良好な画質の再構成画像を得ることが出来る。また、主点を前進させ、個眼撮像光学系の光学全長を短くすることもできる。一方、条件式（３）の値が下限値を上回ることで、第１個眼レンズの曲率が大きくなり過ぎず、そのレンズ面への光線入射角を小さくすることで、コマ収差などの発生を抑制できる。また、第１個眼レンズを樹脂の射出成形で製造する場合、曲率を大きくし過ぎないことで、樹脂の流動性を確保し、成形精度を向上できる。
【００３７】
また、前記第２個眼レンズ群における像側に最も近い面の周辺部は、像側に凸の面形状を有することが好ましい。第２個眼レンズ群の最終面の周囲が、像側に凸の面形状を有することで、高像高の光線射出角度が減少し、撮像面に対するテレセントリック性が良好になる他、隣接する個眼撮像エリアへの光線侵入（クロストーク）の抑制効果がある。
【００３８】
また、下記の条件式を満足することを特徴とする。
０．０５＜ｄ２／ｆ＜０．２５      （４）
但し、
ｄ２：前記第１レンズアレイの個眼レンズである第１個眼レンズの像側面と、前記第２個眼レンズ群の最も物体側の面との間隔(ｍｍ)
【００３９】
複眼撮像光学系の超薄型化に対応するためには、全長を短縮しながらも、収差補正のための光学面形状の自由度の確保は重要である。そこで、条件式（４）の値が上限値を下回ることで、主点を前進させ、個眼撮像光学系の光学全長を短くすることができる。一方、条件式（４）の値が下限値を上回ることで、個眼レンズ間隔をある程度確保することで、光学面形状の自由度が向上し、収差補正能力を増大させることが出来る。望ましくは、以下の条件式を満足することである。
０．１＜ｄ２／ｆ＜０．１９      （４’）
【００４０】
また、下記の条件式を満足することが好ましい。
０≦Δ（ｆ／ｆ２）ｍａｘ＜０．６      （５）
但し、
Δ（ｆ／ｆ２）ｍａｘ：各個眼撮像光学系における（ｆ／ｆ２）の差の最大値の絶対値
【００４１】
各個眼撮像光学系における第２個眼レンズ群の焦点距離ｆ２は、条件式（１）を満たすことが前提である。ここで、全波長域に対して共通に設計された個眼撮像光学系それぞれにおける第２個眼レンズ群の焦点距離ｆ２の差は、設計上ゼロである。ところが、各個眼撮像光学系をグループ分けし、異なる波長分布（色）毎に最適設計する仕様がある。このような仕様でも、焦点距離ｆ２を互いにある程度近い値とすることが望ましい。そこで、条件式（５）の値が上限値を下回るようにすることで、仕様にかかわらず個眼撮像光学系同士の第２個眼レンズ群の焦点距離ｆ２の差が小さくなり、レンズ間隔の変化に対して、個眼撮像光学系ごとの結像面位置変動バラつきを抑えることができ、良好な画質の再構成画像を得ることが出来る。望ましくは、以下の条件式を満足することである。
０  ≦Δ（ｆ／ｆ２）ｍａｘ    ＜  ０．０５
【００４２】
ここで、例えば異なる３つの波長分布α（λ）、β（λ）、γ（λ）に対して設計された各個眼撮像光学系のそれぞれの基準波長で焦点距離を、ｆα、ｆβ、ｆγとし、第２個眼レンズ群の焦点距離を、ｆ２α、ｆ２β、ｆ２γとすると、｜ｆα／ｆ２α−ｆβ／ｆ２β｜、｜ｆα／ｆ２α−ｆγ／ｆ２γ｜、｜ｆβ／ｆ２β−ｆγ／ｆ２γ｜の内、最大値となるものをΔ（ｆ／ｆ２）ｍａｘとする。
【００４３】
次に、上述した実施形態に好適な実施例について説明する。以下に示す実施例において、複眼撮像光学系は共通するから、その仕様を説明している。
Ｆｎｏ：Ｆナンバー
ω：画角（゜）
Ｙ：像高（ｍｍ）
ｆ：全系焦点距離（ｍｍ）
ｆＢ：バックフォーカス（ｍｍ）
Ｒ：曲率半径（ｍｍ）
ｄ：軸上面間隔（ｍｍ）
ｎｄ：レンズ材料のｄ線に対する屈折率
νｄ：レンズ材料のアッベ数
【００４４】
各実施例において、Ｓは面番号であり、非球面係数が記載された面が非球面形状を有する面であり、非球面の形状は、面の頂点を原点とし、光軸方向にZ軸をとり、光軸と垂直方向の高さをｈとして以下の「数１」で表す。
【００４５】
【数１】
2014203675.tif 000003
ただし、
ｚ：光軸に平行な面のサグ量
ｈ：光軸に垂直な方向の高さ
Ｒ：曲率半径
ｋ：コーニック係数（円錐定数）
Ａi：ｉ次の非球面係数
【００４６】
（実施例１）
実施例１のレンズデータを表１に示す。実施例１の設計中心波長は、５４６．１ｎｍである。なお、これ以降（表のレンズデータを含む）において、１０のべき乗数（たとえば２．５×１０-02）を、Ｅ（たとえば２．５Ｅ−０２）を用いて表すものとする。図６は、実施例１の個眼撮像光学系の断面図である。図中、ＩＬ１は物体側に凸面を形成し正の屈折力を有する第１個眼レンズ、ＩＬ２は第２個眼レンズ群である。第２個眼レンズ群ＩＬ２の最も像側の面の周辺部は、像側に凸の面形状を有する。Iは撮像面を示し、Ｆは光学的ローパスフィルタやＩＲカットフィルタ、固体撮像素子のシールガラス等を想定した平行平板を示す。図７は実施例１の収差図（球面収差（ａ）、非点収差・像面湾曲（ｂ）、歪曲収差（ｃ））である。ここで、球面収差図において、実線は波長６５６ｎｍの光線、点線は波長５４６ｎｍの光線、一点鎖線は波長４０５ｎｍの光線に対する球面収差量をそれぞれ表す。又、非点収差・像面歪曲図において、実線はサジタル方向、点線はメリジオナル方向を表す（以下同じ）。
【００４７】
【表１】
2014203675.tif 000004
【００４８】
（実施例２）
実施例２のレンズデータを表２Ａ〜２Ｃに示す。図８〜１０は、実施例２の個眼撮像光学系の断面図である。本実施例では、第１レンズアレイ、第２レンズアレイがそれぞれ一体的に形成されていて（実施例３，４、５、７において同じ）、更に個眼撮像光学系を波長毎に設計しており、表２Ａ、図８に示す個眼撮像光学系では、赤色領域に対して最適設計を行った例であり、その設計中心波長は、６２２．０ｎｍである。又、表２Ｂ、図９に示す個眼撮像光学系では、緑色領域に対して最適設計を行った例であり、その設計中心波長は、５４４．０ｎｍである。更に、表２Ｃ、図１０に示す個眼撮像光学系では、青色領域に対して最適設計を行った例であり、その設計中心波長は、４５８．０ｎｍである。これらの個眼撮像光学系は３つを１セットとし、対応する色のカラーフィルタとともに用いることで、１つの物体像を形成できる。図中、ＩＬ１は物体側に凸面を形成し正の屈折力を有する第１個眼レンズ、ＩＬ２は第２個眼レンズ群である。第２個眼レンズ群ＩＬ２の最も像側の面の周辺部は、像側に凸の面形状を有する。Iは撮像面を示し、Ｆは光学的ローパスフィルタやＩＲカットフィルタ、固体撮像素子のシールガラス等を想定した平行平板を示す。図１１〜１３は、図８〜１０の個眼撮像光学系にそれぞれ対応する収差図（球面収差（ａ）、非点収差・像面湾曲（ｂ）、歪曲収差（ｃ））である。
【００４９】
【表２Ａ】
2014203675.tif 000005
【００５０】
【表２Ｂ】
2014203675.tif 000006
【００５１】
【表２Ｃ】
2014203675.tif 000007
【００５２】
（実施例３）
実施例３のレンズデータを表３Ａ〜３Ｃに示す。図１４〜１６は、実施例３の個眼撮像光学系の断面図である。本実施例では、第１レンズアレイ、第２レンズアレイがそれぞれ一体的に形成されていて、更に個眼撮像光学系を波長毎に設計しており、表３Ａ、図１４に示す個眼撮像光学系では、赤色領域に対して最適設計を行った例であり、その設計中心波長は、６２２．０ｎｍである。又、表３Ｂ、図１５に示す個眼撮像光学系では、緑色領域に対して最適設計を行った例であり、その設計中心波長は、５４４．０ｎｍである。更に、表３Ｃ、図１６に示す個眼撮像光学系では、青色領域に対して最適設計を行った例であり、その設計中心波長は、４５８．０ｎｍである。これらの個眼撮像光学系は３つを１セットとし、対応する色のカラーフィルタとともに用いることで、１つの物体像を形成できる。図中、ＩＬ１は物体側に凸面を形成し正の屈折力を有する第１個眼レンズ、ＩＬ２は第２個眼レンズ群である。第２個眼レンズ群ＩＬ２の最も像側の面の周辺部は、像側に凸の面形状を有する。Iは撮像面を示し、Ｆは光学的ローパスフィルタやＩＲカットフィルタ、固体撮像素子のシールガラス等を想定した平行平板を示す。図１７〜１９は、図１４〜１６の個眼撮像光学系にそれぞれ対応する収差図（球面収差（ａ）、非点収差・像面湾曲（ｂ）、歪曲収差（ｃ））である。
【００５３】
【表３Ａ】
2014203675.tif 000008
【００５４】
【表３Ｂ】
2014203675.tif 000009
【００５５】
【表３Ｃ】
2014203675.tif 000010
【００５６】
（実施例４）
実施例４レンズデータを表４に示す。実施例４の設計中心波長は、５３０．０ｎｍである。図２０は、実施例４の個眼撮像光学系の断面図である。図中、ＩＬ１は物体側に凸面を形成し正の屈折力を有する第１個眼レンズ、ＩＬ２は第２個眼レンズ，ＩＬ３は第３個眼レンズである。ＩＬ２，ＩＬ３とで第２個眼レンズ群を構成する。第３個眼レンズＩＬ３の最も像側の面の周辺部は、像側に凸の面形状を有する。Iは撮像面を示し、Ｆは光学的ローパスフィルタやＩＲカットフィルタ、固体撮像素子のシールガラス等を想定した平行平板を示す。図２１は実施例４の収差図（球面収差（ａ）、非点収差・像面湾曲（ｂ）、歪曲収差（ｃ））である。ここで、球面収差図において、実線は波長５７０ｎｍの光線、点線は波長５３０ｎｍの光線、一点鎖線は波長４９０ｎｍの光線に対する球面収差量をそれぞれ表す。
【００５７】
【表４】
2014203675.tif 000011
【００５８】
（実施例５）
実施例５のレンズデータを表５に示す。実施例５の設計中心波長は、５４６．１ｎｍである。図２２は、実施例５の個眼撮像光学系の断面図である。図中、ＩＬ１は物体側に凸面を形成し正の屈折力を有する第１個眼レンズ、ＩＬ２は第２個眼レンズ群である。第２個眼レンズ群ＩＬ２の最も像側の面の周辺部は、像側に凸の面形状を有する。Iは撮像面を示し、Ｆは光学的ローパスフィルタやＩＲカットフィルタ、固体撮像素子のシールガラス等を想定した平行平板を示す。図２３は実施例５の収差図（球面収差（ａ）、非点収差・像面湾曲（ｂ）、歪曲収差（ｃ））である。ここで、球面収差図において、実線は波長６５６ｎｍの光線、点線は波長５４６ｎｍの光線、一点鎖線は波長４０５ｎｍの光線に対する球面収差量をそれぞれ表す。
【００５９】
【表５】
2014203675.tif 000012
【００６０】
（実施例６）
実施例６のレンズデータを表６に示す。実施例６の設計中心波長は、５４６．１ｎｍである。図２４は、実施例６の個眼撮像光学系の断面図である。図中、ＩＬ１は物体側に凸面を形成し正の屈折力を有する第１個眼レンズ、ＩＬ２は第２個眼レンズ群である。第２個眼レンズ群ＩＬ２の最も像側の面の周辺部は、像側に凸の面形状を有する。Iは撮像面を示し、Ｆは光学的ローパスフィルタやＩＲカットフィルタ、固体撮像素子のシールガラス等を想定した平行平板を示す。図２５は実施例６の収差図（球面収差（ａ）、非点収差・像面湾曲（ｂ）、歪曲収差（ｃ））である。ここで、球面収差図において、実線は波長６５６ｎｍの光線、点線は波長５４６ｎｍの光線、一点鎖線は波長４０５ｎｍの光線に対する球面収差量をそれぞれ表す。
【００６１】
【表６】
2014203675.tif 000013
【００６２】
（実施例７）
実施例７のレンズデータを表７に示す。実施例７の設計中心波長は、５４６．１ｎｍである。図２６は、実施例７の個眼撮像光学系の断面図である。図中、ＩＬ１は物体側に凸面を形成し正の屈折力を有する第１個眼レンズ、ＩＬ２は第２個眼レンズ群である。Iは撮像面を示し、Ｆは光学的ローパスフィルタやＩＲカットフィルタ、固体撮像素子のシールガラス等を想定した平行平板を示す。図２７は実施例７の収差図（球面収差（ａ）、非点収差・像面湾曲（ｂ）、歪曲収差（ｃ））である。ここで、球面収差図において、実線は波長６５６ｎｍの光線、点線は波長５４６ｎｍの光線、一点鎖線は波長４０５ｎｍの光線に対する球面収差量をそれぞれ表す。
【００６３】
【表７】
2014203675.tif 000014
【００６４】
各条件式に対応する各実施例の値を表８に示す。
【００６５】
【表８】
2014203675.tif 000015
【００６６】
本発明は、本明細書に記載の実施形態、実施例に限定されるものではなく、他の実施形態・実施例・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施形態や実施例や技術思想から本分野の当業者にとって明らかである。
【符号の説明】
【００６７】
１              画像処理部
２              演算部
３              メモリー
Ｆ              カバーガラス
ＬＡ１          第１レンズアレイ
ＬＡ２          第２レンズアレイ
ＬＡ３          第３レンズアレイ
ＬＨ            複眼撮像光学系
ＬＵ            撮像ユニット
ＳＲ            撮像素子
ＳＳ            撮像面
【図１】
2014203675.tif 000016
【図２】
2014203675.tif 000017
【図３】
2014203675.tif 000018
【図４】
2014203675.tif 000019
【図５】
2014203675.tif 000020
【図６】
2014203675.tif 000021
【図７】
2014203675.tif 000022
【図８】
2014203675.tif 000023
【図９】
2014203675.tif 000024
【図１０】
2014203675.tif 000025
【図１１】
2014203675.tif 000026
【図１２】
2014203675.tif 000027
【図１３】
2014203675.tif 000028
【図１４】
2014203675.tif 000029
【図１５】
2014203675.tif 000030
【図１６】
2014203675.tif 000031
【図１７】
2014203675.tif 000032
【図１８】
2014203675.tif 000033
【図１９】
2014203675.tif 000034
【図２０】
2014203675.tif 000035
【図２１】
2014203675.tif 000036
【図２２】
2014203675.tif 000037
【図２３】
2014203675.tif 000038
【図２４】
2014203675.tif 000039
【図２５】
2014203675.tif 000040
【図２６】
2014203675.tif 000041
【図２７】
2014203675.tif 000042
【国際調査報告】
2014203675.tif 000043
2014203675.tif 000044
2014203675.tif 000045
2014203675.tif 000046