(57)【要約】【課題】個々に成型したレンズと、レンズ保持部材との組み立てて構成する複眼光学系において、レンズのアライメントを容易にし、かつレンズの取り付けミスを防止できる複眼光学系の構成手法を提示すること。【解決手段】結像作用を有する複数の光学素子と、保持部材と、少なくとも１つの撮像素子からなる複眼光学系において、光学素子は、保持部材に保持されると共に、光学素子に位置合わせ用の基準が設けられていること。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
結像作用を有する複数の光学素子と、該複数の光学素子を保持する保持部材と、該光学素子にて結像される被写体像を撮像する少なくとも１つの撮像素子からなる複眼光学系において、前記光学素子は、前記保持部材に保持されると共に、前記光学素子に位置合わせ用の基準が設けられていることを特徴とする複眼光学系。
【請求項２】
前記光学素子の基準が、光学素子の光線有効領域外に設けられたマークであることを特徴とする請求項１記載の複眼光学系。
【請求項３】
前記光学素子の基準が、光学素子外周に設けられた突起であることを特徴とする請求項１記載の複眼光学系。
【請求項４】
前記光学素子の基準が、非点対称に構成された外周形状であることを特徴とする請求項１記載の複眼光学系。
【請求項５】
前記複眼光学系を構成する複数の光学素子には、互いに異なる基準を設けてあることを特徴とする請求項１記載の複眼光学系。
【請求項６】
前記複眼光学系を構成する光学素子は、光学素子のいくつかが一体で構成されることを特徴とする請求項１記載の複眼光学系。
【請求項７】
前記複数の光学素子は、互いに異なる視野領域を撮像することを特徴とする請求項１記載の複眼光学系。
【請求項８】
前記複数の光学素子の保持方法は、前記保持部材と前記複数の光学素子の勘合であることを特徴とする請求項１記載の複眼光学系。
【請求項９】
前記複数の光学素子の保持方法は、保持部材への接着であることを特徴とする請求項１記載の複眼光学系。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複数のレンズからなる光学素子と撮像素子からなる複眼光学系に関し、それぞれ個別に整形された形状の異なるレンズを保持部材に取り付け、かつ光学素子及び保持部材に位置合わせ基準を設けることで、光学系のアライメントを容易にし光学素子の取り付けミスを防止する、複眼光学系の構成手法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の撮像系には、一般的なカメラのほかに、ノートパソコンその他の情報携帯端末に実装するため、より小型化が望まれている。このような要望に対し、撮影光学系として複数のレンズを並列に配置した光学素子を用いることにより、薄型および小型化を実現した複眼光学系が提案されている。複数のレンズを並列に配置したレンズアレイと撮像素子からなる撮像系としては、特開平１０−１４５８０６号公報で開示されている小型デジタルカメラがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようなレンズアレイにおいて、個々のレンズが異なる視野を撮像する構成とした場合、レンズの法線方向あるいはレンズ形状がそれぞれ異なる複雑なレンズ形状が要求されるため、レンズアレイを一体成型することは困難となる。また、成形そのものが可能でも、アレイ内全てのレンズで一定の光学性能を満たす必要があり、歩留まりは悪くなる。
【０００４】
さらに、レンズを個別に成型し、それらを組み立てることにより複眼光学系を形成する場合、個々のレンズの光軸調整を行う必要があるため、組み立て工程が非常に煩雑になる。さらに、多数のレンズから構成される複眼光学系においてはレンズの組み立て工程においてレンズの取り付け位置を取り違える可能性もあった。
【０００５】
そこで、本発明では、個々に成型したレンズと、レンズ保持部材とを組み立てて構成する複眼光学系において、レンズのアライメントを容易にし、かつレンズの取り付けミスを防止できる複眼光学系の構成手法を提示することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明では、結像作用を有する複数の光学素子と、該複数の光学素子を保持する保持部材と、該光学素子にて結像される被写体象を撮像する少なくとも１つの撮像素子からなる複眼光学系において、前記光学素子は、前記保持部材に勘合あるいは接着保持されると共に、前記光学素子に位置合わせ用の基準が設けられていることを特徴とする。
【０００７】
また前記複数の光学素子は、互いに異なる視野領域を撮像し、さらに前記複数の光学素子は互いに異なる基準を設けてあることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１３は本発明の第１の実施例の複眼光学系を物体側より見た構成図である。なお、図１３においては説明のため構成部品の一部を切除して記載してある。また、第一の実施例における複眼光学系の模式図を図１に示す。また図１２に第一の実施例における光学系の構成図を示す。なお、図１及び図１２は本発明の複眼光学系の光軸を含む平面による断面図である。
【０００９】
まず図１２を用い本光学系の結像作用について説明する。
【００１０】
図１２において、光学系は結像作用を持つ光学素子１１２ａ〜１１２ｅ及び撮像素子１２１により構成される。光学素子１１２ａ〜１１２ｅはガラスやプラスチックなどの透明材料で形成される。撮像素子１２１は図１２のように光学素子の数に合わせ１２３ａ〜１２３ｅの撮像素子領域に分けられる。各撮像素子領域はそれぞれ複数の画像検出素子により構成される。
【００１１】
また、図１２において、一点鎖線は各光学素子の光軸を示している。光軸は各光学素子と、対応する撮像素子領域の中心を結んだ線で定義する。各光学素子の光軸は他の光学素子の光軸と互いに傾いて配置されるため、各光学素子の撮像する被写体領域は互いに異なる。光学素子１１２ａは撮像素子領域１２３ａ上に像を結び、撮像素子領域１２３ａにより撮像される。同様に、各光学素子による像は、対応する撮像素子領域により撮像される。このように複数の光学素子によってそれぞれ異なる被写体領域を撮像することにより、複眼光学系全体として広い被写体領域の撮影を可能としている。このような複眼光学系においては、各光学素子の光軸が傾いているため、各光学素子はその光軸の傾きにおいて収差が最小となるようレンズ形状を設定することが望ましく、したがって本実施例においては各光学素子のレンズ形状はそれぞれ異なって構成されている。
【００１２】
本実施例において光学素子１２３ａ〜１２３ｅは、別々に成形される。成形においては、モールドやプレス、射出成型と言った手法により成型される。一般的にこれらの成型手法においては、所望の光学面形状を得るために成型時の金型の形状や、圧力等を適切に設定する必要があるが、複雑な光学面ほどこれらの条件を適切に設定することは困難である。
【００１３】
本実施例においては前述のように各光学素子を別々に成型するため、それぞれの光学素子を最適な条件下で成型することが可能となり成型工程が簡略化できると共に、最適な条件下で成型を行う事により光学素子の歩留まりも向上することが可能となる。
【００１４】
次に本実施例における光学素子の組み立て調整について説明する。
【００１５】
この撮影範囲を分割して撮影を行う複眼光学系において、複眼となる複数の光学素子のアライメントを行う構成を示した図が図１となる。
【００１６】
図１は複眼光学系を構成する複数の光学素子１１ａ〜１１ｅと、該光学素子を保持する保持部材１２からなる複眼光学系１４の断面図を示している。前記複数の光学素子１１ａ〜１１ｅのそれぞれは、図１のように保持部材１２に構成された、それぞれ対応する保持開口１３ａ〜１３ｅに勘合保持された後、接着保持されることにより、複数の光学素子１１ａ〜１１ｅが並列に配列された複眼光学系１４を形成する。
【００１７】
図２は光学素子１１ａおよび保持開口１３ａを拡大した図である。以下の全ての図で、図中の符号が同じ物は、同じ機能を持つものであり、説明は省く。光学素子１１ａは光線有効領域２１と外周２２に分けられ、外周２２に位置合わせ用基準２３ａが設けてある。この位置合わせ基準２３ａを、保持部材１２上の保持開口１３ａ周囲に設けてある位置合わせ基準２４ａと合わせ、勘合の後接着することにより、光学素子１１ａのアライメントが容易に行われる。同様に、光学素子１１ｂ〜１１ｅにおいても、光学素子の外周に位置合わせ基準を形成する。この位置合わせ基準の形状は前記位置合わせ基準２３ａとそれぞれ異なる形状、例えば三角形や四角形などとする。
【００１８】
さらに保持部材１２上に形成された保持開口１３ｂ〜１３ｅにも、光学素子１１ｂ〜１１ｅに形成された位置合わせ基準と同じ形状をした位置合わせ基準を形成する。この位置合わせ基準を互いに揃えることで、光学素子１１ｂ〜１１ｅはアライメントされ、保持開口１３ｂ〜１３ｅに勘合の後、接着保持される。また、位置合わせ基準の形状が異なるため、各光学素子の取り付け位置を取り違えることがない。
【００１９】
第二の実施例を図３を用いて説明する。図３は、９個の光学素子３１ａ〜３１ｉからなる複眼光学系を示している。２次元的に配列される複眼光学系に関し、個々の光学素子３１ａ〜３１ｉはそれぞれ異なる視野を持ち、その形状はそれぞれ異なる。光学素子３１ａ〜３１ｉはそれぞれ保持部材１２上の保持開口３２ａ〜３２ｉに勘合される。
【００２０】
図４は図３における１つの光学素子３１ａの拡大図である。図４に示すように、少なくとも１つの位置合わせ基準２３ａが光学素子外周２２に設けられる。位置合わせ基準２３ａの形状・位置は光学素子ごとに異なる。例えば、図３において光学素子３１ａでは、位置合わせ基準として、２つの円形のマークが円周方向に１３５度回転した位置に形成されているが、光学素子３１ｃの位置合わせ基準は、２つの円形のマークが円周方向に１８０度回転した位置に形成されている。
【００２１】
また、光学素子３１ａは、位置合わせ基準２３ａと同様に、２つの円形のマークが円周方向に１３５度回転した位置に形成されている位置合わせ基準２４ａを持つ保持開口３２ａに、位置合わせ基準２３ａが位置合わせ基準２４ａに一致するように、勘合保持される。同様に複数の光学素子３２ｂ〜３２ｉを、それぞれ位置合わせ基準の形状、位置が一致する位置合わせ基準が形成された保持開口３２ｂ〜３２ｉに勘合することにより、光学素子３２ａ〜３２ｉはアライメントされた状態で保持され、複眼光学系１４を構成する。また、位置合わせの基準となるマークの形状、位置を光学素子及び保持開口ごとに異なるものにすることで、組み立て時に光学素子の配列を取り違えることを防ぐ。
【００２２】
第三の実施例を図５を用いて説明する。第三の実施例では、光学素子５１ａ〜５１ｉの外縁に突起５２を設け、位置合わせの基準とする。突起５２は光学素子５１ａ〜５１ｉの外縁に少なくとも１つ設けられ、その形状、大きさは光学素子ごとに異なる。また、保持部材１２上にあけられた保持開口３２ａ〜３２ｉには、突起５２に対応した形状、大きさの凹部５３が設けられており、突起５２を凹部５３に合わせ光学素子を保持開口に勘合後、接着することにより、光学素子５１ａ〜５１ｉはそれぞれアライメントされた状態で保持される。
【００２３】
図６のように、突起５２の形状は三角形、楕円状、長方形等、様様な形状が考えられる。また凹部５３の形状、大きさは、凹部５３が形成されている保持開口１３に接着される光学素子に形成されている突起５２の形状、大きさと等しくなる。突起５２の形状、大きさ及び対応する凹部の形状、大きさをそれぞれの光学素子及び保持部材上の保持開口ごとに変更することにより、保持部材１２上において光学素子と、光学素子を接着する保持開口の組み合わせは一意に決定されるため、個々の光学素子５１ａ〜５１ｉの配列位置を取り違える事がない。
【００２４】
第四の実施例を図７を用いて説明する。図７は第四の実施例の模式図である。また、図７において、複眼光学系１４の対角線７３および直線７４における断面図をそれぞれ図１４（ａ）及び（ｂ）に示す。
【００２５】
図１４（ａ）は対角線７３における断面図、図１４（ｂ）は直線７４における断面図を示している。対角線７３における断面は、光学素子７１ａ、７１ｃ、７１ｄの光軸を含む面となる。同様に直線７５における断面は光学素子７１ａ、７１ｇ、７１ｈの光軸を含む。
【００２６】
図１４（ａ）において光学素子７１ｃ、７１ｄの光軸の傾き角１４１、１４２の大きさは等しく，光軸の向きのみ異なる。従って、光学素子７１ｃと７１ｄの光学特性は等しい。
【００２７】
また、図１４（ｂ）において、光学素子７１ｇ、７１ｈの光軸は、光軸の向きは異なり、傾き角１４３、１４４の大きさは等しい。即ち、光学素子７１ｇと７１ｈの光学特性は各々等しい。また傾き１４１、１４２の大きさと傾き１４３、１４４の大きさは異なる。どちらの断面においても、中心の光学素子７１ａの光軸の向きは、撮像素子１２１に対し垂直な方向とする。
【００２８】
また図７において、対角線７３及び７５における複眼光学系１４の断面形状は等しく、さらに直線７４及び７６における断面形状も等しい。従って、７１ｂ〜７１ｅ、７１ｆ〜７１ｉはそれぞれ同じ形状の光学素子が、光学素子７１ａを中心として９０度ずつ回転して保持部材上１２で光学素子７１ａの周辺に勘合される配置となる。光学素子７１ａは回転対称の光学素子となるため、位置合わせ基準は不要となる。光学素子７１ｂ〜７１ｅは同じ卵型をした形状、７１ｆ〜７１ｉは７１ｂ〜７１ｅとは異なる卵型形状とする。
【００２９】
図８は光学素子７１ｃおよび保持開口７２ｃの拡大図である。保持部材１２にあけられる保持開口７２ｃは、勘合される光学素子７１ｃに合わせた卵型形状とする。光学素子が卵型形状をしているため、光学素子の取り付け位置を回転方向に間違えることなく、光学素子７１ｃは保持開口７２ｃに正しく勘合され、アライメントが行われる。
【００３０】
同様に、図７に示すように光学素子７１ｃ〜７１ｉ及び保持開口７２ｃ〜７２ｉの外周形状を卵型の非点対称形状とすることで、光学素子を保持開口に正しい向きに勘合するだけで光学素子のアライメントが行われる。また、２種類の卵型形状をした光学素子に関して、それぞれ勘合保持する保持開口の形状も２種類の卵型形状となり、またその同じ卵型形状をした光学素子同士は同等の光学性能を持つ光学素子であるため、光学素子の配列を取り違えることがない。光学素子７１ａは回転対称の光学素子であるため、位置合わせ基準を用いず保持開口７２ａに勘合することで光学素子７１ａのアライメントが行われる。
【００３１】
第五の実施例を図９を用いて説明する。第五の実施例では、複眼光学系１４を構成する９個の光学素子を、短冊状の光学素子部材９１ａ〜９１ｃに分割して作製する。光学素子部材９１ａ〜９１ｃはそれぞれ３つの光学素子を含む。
【００３２】
光学素子部材９１ａ〜９１ｃには、位置合わせ基準として、それぞれ少なくとも１つの突起９２もしくは凹部９３を形成する。突起９２及び凹部９３は光学素子部材９１ａ〜９１ｃそれぞれで位置及び形状が異なる。突起９２と凹部９３を合わせることにより、光学素子部材９１ａと９１ｂのアライメントが行われる。同様に光学素子部材９１ｂの突起と光学素子部材９１ｃの凹部を組み合わせることで、複眼光学系１４を形成する。また、光学部材９１ａと９１ｃにおいては、突起および凹部の位置が一致しないため、光学部材９１ａ〜９１ｃの配列を取り違えることはない。
【００３３】
第五の実施例では、光学素子部材の形状を、３つの光学素子を含む短冊状に規定したが、少なくとも２つの光学素子を含み、かつ少なくとも１つの位置合わせ基準を持つ部材であれば、特にこの形状及び含まれる光学素子の個数を限定しない。
【００３４】
第六の実施例を図１０を用いて説明する。第六の実施例では、複眼を構成する光学素子１０１ａと１０１ｂを非点対称形状をしている一つの光学素子部材１０２上に作製する。
【００３５】
この光学素子部材１０２は、図１１のように光学素子１１１を中心として、保持部材１２上に回転方向に９０度ずつ回転させた位置に４つ作成された保持開口１１２に勘合保持される。保持開口１１２の形状は光学素子部材１０２と同じ非点対称形状とする。光学素子１０１ａ、１０１ｂはそれぞれ互いに光軸の向き及び傾き量が異なる。また、光学素子１１１は回転対称の光学系であり、紙面に対し垂直な光軸を持つ。これら各光学素子の光軸を平面に射影した直線が図１１における二点差線となる。
【００３６】
また、光学素子部材１０２に含まれる光学素子１０１ａ、１０１ｂの撮像する視野範囲は、光学素子１１１の撮像する視野範囲と連続になる。この光学素子部材１０２及び光学素子１１１を図１１のように配置することで、光学素子１１１の視野を中心とした広い範囲の視野を撮像する複眼光学系を形成する。このとき、光学素子部材１０２は非点対称形状をしているため、勘合する向きを取り違えることなく、保持開口１１２に勘合保持するだけでアライメントが行われる。また、勘合される光学素子部材は１種類であるため、配列を取り違えることもない。光学素子１１１は回転対称の光学系であるため、保持開口１１３に勘合保持するだけでアライメントが行われる。
【００３７】
実施例６において、光学素子部材１０２に含まれる光学素子の数を２個に限定したが、光学素子部材１０２に含まれる光学素子が複眼光学系において、より内側の光学素子に対し連続な視野範囲を持つ光学素子が少なくとも２つ含まれていれば、その個数は限定しない。
【００３８】
また、実施例１においては複眼光学系の光学素子の個数及び配列を２５個の格子状、実施例２〜６では９個の格子状としたが、複眼光学系として所望の光学性能を満たしていれば、光学素子の個数及び配列構造は特にこれを制限しない。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、複数の光学素子と、それを保持する保持部材により、複雑な形状を持つ複眼光学系を、成形の困難な一体成形ではなく、異なる形状を持った別々の光学素子として成形し、それらを組み立てることで複眼光学系を容易に作製することができる。
【００４０】
また、光学素子にそれぞれ異なる形状、大きさを持った位置合わせ基準を設け、同様に保持部材にも光学素子と同じ形状、大きさを持った位置合わせ基準を形成、その両者をそろえることにより、偏心や非球面など複雑な形状を持つ光学素子のアライメントを容易に行い、かつその光学素子の配列を取り違うことなく組み立てを行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における実施例１の模式図である
【図２】実施例１における光学素子及び保持開口の拡大図である
【図３】本発明における実施例２の模式図である
【図４】実施例２における光学素子及び保持開口の拡大図である
【図５】本発明における実施例３の模式図である
【図６】実施例３における光学素子及び保持開口の例である
【図７】本発明における実施例４の模式図である
【図８】実施例４における光学素子及び保持開口の拡大図である
【図９】本発明における実施例５の模式図である
【図１０】本発明における実施例６の光学素子の構成である
【図１１】本発明における実施例６の模式図である
【図１２】本発明における複眼光学系の結像作用を説明する図である
【図１３】本発明における複眼光学系の構成の模式図である
【図１４】実施例４における複眼光学系の断面図である
【符号の説明】
１１ａ〜１１ｅ　光学素子
１２　　保持部材
１３ａ〜１３ｅ　保持開口
１４　　複眼光学系
２１　　光線有効領域
２２　　外周
２３ａ　位置合わせ基準
２４ａ　位置合わせ基準
３１ａ〜３１ｉ　光学素子
３２ａ〜３２ｉ　保持開口
５１ａ〜５１ｉ　光学素子
５２　　突起
５３　　凹部
７１ａ〜７１ｉ　光学素子
７２ａ〜７２ｉ　保持開口
７３，７５　対角線
７４，７６　直線
９１ａ〜９１ｃ　光学素子部材
９２　　突起
９３　　凹部
１０１ａ〜１０１ｂ　光学素子
１０２　光学素子部材
１１１　光学素子
１１２　保持開口
１２１　撮像素子
１２２ａ〜１２２ｅ　光学素子
１２３ａ〜１２３ｅ　撮像素子領域
１３１　光学素子
１４１〜１４４　傾き角
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2004029101.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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