(57)【要約】【課題】複数の微小結像光学系からなるレンズアレイ装置において、薄型化とともに高画角化を実現したレンズアレイ装置を提供する。【解決手段】微小レンズ３ａを配列してなるレンズアレイ３と、レンズアレイ３に対向する受光素子アレイ１を備えたレンズアレイ装置において、レンズアレイ３は各微小レンズ３ａに対応した開口部４ａを配列してなる開口アレイ４を備え、開口アレイ４はレンズアレイ３の受光素子アレイ１と反対側の面３ｂに配置した。また、レンズアレイ３の微小レンズ３ａは受光素子アレイ１側の面に非球面形状に形成されてなる。【選択図】  図１
2004336228.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小レンズを配列してなるレンズアレイと、該レンズアレイに対向する受光素子アレイを備えたレンズアレイ装置において、
上記レンズアレイは上記各微小レンズに対応した開口部を配列してなる開口アレイを備え、該開口アレイは上記レンズアレイの受光素子アレイと反対側の面に配置したことを特徴とするレンズアレイ装置。
【請求項２】
上記受光素子アレイとレンズアレイの間には上記各微小レンズに対応した複数の領域に上記受光素子アレイを分割する隔壁部を設け、上記各開口部から入射した光はそれぞれ上記各微小レンズの略全面によって集光されると共に、上記隔壁部で分割された受光素子アレイの各領域に結像されることを特徴とする請求項１記載のレンズアレイ装置。
【請求項３】
上記レンズアレイの微小レンズは上記受光素子アレイ側の面に非球面形状に形成されてなることを特徴とする請求項１または２記載のレンズアレイ装置。
【請求項４】
上記開口アレイは上記レンズアレイと一体的に形成してなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のレンズアレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレンズアレイにより複数の微小結像光学系を形成するレンズアレイ装置に関し、特に薄型化及び高画角化することのできるレンズアレイ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、レンズを用いて光を集光し、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの受光素子で光を電気信号に変換して画像を得るカメラモジュールが用いられている。このようなカメラモジュールは、一般的なデジタルカメラとして用いられるほか、携帯電話等に内蔵されることもある。ところで、最近ではこのカメラモジュールの薄型化が望まれている。カメラモジュールを薄型化できれば、デジタルカメラを薄型化することができるのはもちろんのこと、特に携帯電話などではその厚さが限られているため、薄型化の要請が強い。さらに、薄型化することで、これまで搭載することのできなかった機器等にもカメラを内蔵させることができるようになる。
【０００３】
上記のようなカメラモジュールの場合、受光素子の素子数を多くすれば、それだけ解像度の高い画像を得ることができる。しかし、受光素子はある程度の大きさを有しているため、素子数を多くすればそれだけ受光素子を並べた受光面は大きくなり、このために焦点距離を大きくしなければならなくなるので、厚みが増してしまう。
【０００４】
そこで、従来から複数の微小レンズの集合であるレンズアレイを用いたレンズアレイ装置によって、カメラモジュールを構成するものが知られている。これは、昆虫の複眼のような構成を有するもので、受光面を複数の微小受光面に分割し、レンズアレイの各微小レンズからの光を、分割された各微小受光面で受けて結像し、それによって得られた複数の画像をデジタル処理により再構成し、単一の高解像度の画像を得るものである。この方法によれば、解像度は若干低下するものの、各微小受光面の大きさに対する焦点距離を取ればよいので、カメラモジュールを大幅に薄型化することができる。この例としては特許文献１のようなものが挙げられる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−６１１０９号公報
【０００６】
図３には従来のレンズアレイ装置における１つの微小受光面における光学系を示す。この図に示すように、レンズアレイ装置は受光素子１０ａを表面に有する受光素子アレイ１０を隔壁部１１によって分割し、その１つの領域に対応する微小レンズとなるレンズ面１２ａを受光アレイ１０側に有してなるレンズアレイ１２を設けてなるものである。
【０００７】
ここで、微小レンズによる収差を低減したり、解像度を向上させるために、開口部１３を設けている。開口部１３は、レンズアレイ１２のレンズ面１２ａ側、すなわち受光素子アレイ１０側に設けられる。
また、受光素子アレイ１０の受光素子１０ａには、その表面にマイクロレンズを備え、入射した光を受光素子１０ａに対して集光することにより、受光素子１０ａの感度を向上させるようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のレンズアレイ装置においては、以下に述べる問題点を有していた。
開口部１３から受光素子１０ａに対して入射する光は、図３の場合は最大画角を４５°としている。画角４５°での入射光Ｌ２の受光素子１０ａに対する最大入射角度は、図３に示すθ２であり、約２２°となる。このように１つの領域における周辺部において、入射光が受光素子１０ａに対して大きな入射角度となると、実際に光が入射する位置と、本来入射すべき位置との間には大きく差が生じる。入射位置に大きく差が生じると、受光素子１０ａの表面に設けたマイクロレンズを充分に機能させることはできず、受光素子１０ａは、１つの領域における周辺部においてその感度が低下したり、または全く受光できなくなる。したがって、従来の構成では画角をあまり大きくすることができない。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決すべくなされたものであり、複数の微小結像光学系からなるレンズアレイ装置において、薄型化とともに高画角化を実現したレンズアレイ装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係るレンズアレイ装置は、微小レンズを配列してなるレンズアレイと、該レンズアレイに対向する受光素子アレイを備えたレンズアレイ装置において、
上記レンズアレイは上記各微小レンズに対応した開口部を配列してなる開口アレイを備え、該開口アレイは上記レンズアレイの受光素子アレイと反対側の面に配置したことを特徴として構成されている。
【００１１】
また、本発明に係るレンズアレイ装置は、上記受光素子アレイとレンズアレイの間には上記各微小レンズに対応した複数の領域に上記受光素子アレイを分割する隔壁部を設け、上記各開口部から入射した光はそれぞれ上記各微小レンズの略全面によって集光されると共に、上記隔壁部で分割された受光素子アレイの各領域に結像されることを特徴として構成されている。
【００１２】
さらに、本発明に係るレンズアレイ装置は、上記レンズアレイの微小レンズは上記受光素子アレイ側の面に非球面形状に形成されてなることを特徴として構成されている。
【００１３】
さらにまた、本発明に係るレンズアレイ装置は、上記開口アレイは上記レンズアレイと一体的に形成してなることを特徴として構成されている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について、図面に沿って詳細に説明する。図１は、本実施形態におけるレンズアレイ装置を模式的に示した分解斜視図である。また、図２は、本実施形態におけるレンズアレイ装置の１つのユニットを拡大した断面図である。図１に示すように、本実施形態におけるレンズアレイ装置は、表面に受光素子１ａを多数配置した受光素子アレイ１と、その受光素子１ａの配置面を複数の領域に分割する隔壁部２と、受光素子アレイ１に対向し、隔壁部２で分割された各領域にそれぞれ対応する微小レンズを多数配置してなるレンズアレイ３とを、重ね合わせてなるものである。
【００１５】
ここで、受光素子１ａはＣＣＤからなり、それぞれのＣＣＤの表面にはさらにマイクロレンズを設けており、入射光をこのマイクロレンズによって集光してＣＣＤで受光することにより、ＣＣＤの感度を向上させている。なお、図１は本実施形態のレンズアレイ装置を模式的に示したものであり、実際には受光素子１ａは受光素子アレイ１に数１０万〜数１００万個設けられ、隔壁部２も受光素子アレイ１を縦横それぞれ１０程度に分割して、１つの領域に数千〜数万個の受光素子１ａが配置されるようにする。
【００１６】
レンズアレイ３には、受光素子アレイ１側の面に非球面形状からなるレンズ面３ａを多数設けている。それぞれのレンズ面３ａは、隔壁部２で分割された受光素子アレイ１の各領域にそれぞれ対応するように配置され、１つのレンズ面３ａからの出射光は、隔壁部２で分割された１つの受光素子アレイ１の領域に結像される。したがって、受光素子アレイ１では隔壁部２で分割された領域の数だけ、それぞれ光が結像されて画像を得ることになる。ある物体をそれぞれのレンズ面３ａで結像した場合に、物体と各レンズ面３ａとの位置関係は異なることから、それぞれの画像には差異が生じる。これを利用して図示しないデジタル処理部にて画像を再構成し、それぞれの領域で得た画像よりも解像度の高い画像を得ることができる。
【００１７】
レンズアレイ３の受光素子アレイ１とは反対側の面、すなわち光の入射面３ｂ側には、各レンズ面３ａに対応する開口部４ａを多数配置してなる開口アレイ４を備えている。本実施形態では、最大画角が４５°となるように開口部４ａとレンズ面３ａを構成している。開口部４ａは、略円形に形成され、各レンズ面３ａに対応してそれぞれ１つずつ設けられるので、受光素子アレイ１の分割された各領域に対応して１つずつ開口部４ａが設けられることになる。また、開口アレイ４は、レンズアレイ３とは一体的に形成されている。
【００１８】
図２には、入射した光が受光素子１ａに受光されるまでの光学系を示している。この図では、開口部４ａからレンズアレイ３の入射面３ｂに対して垂直に入射する光線をＬ１とし、開口部４ａからレンズアレイ３の入射面３ｂに対して最大画角の入射角度で入射する光線をＬ２とし、開口部４ａからレンズアレイ３の入射面３ｂに対して光線Ｌ１とＬ２の中間の入射角度で入射する光線をＬ３として示している。光線Ｌ１は、入射面３ｂに対して垂直に入射するので、屈折せず、レンズアレイ３の出射面となるレンズ面３ａにより、受光素子アレイ１の１領域における中央部に集光される。
【００１９】
一方、レンズアレイ３の入射面３ｂに対する最大入射角度の光線Ｌ２は、入射面３ｂで屈折し、さらにレンズ面３ａによって、受光素子アレイ１の１領域における端部近傍に集光される。この場合には、従来例として示す図３のように、開口１３をレンズアレイ１２の出射面側に配置した場合に比べて、開口部４ａから受光素子アレイ１までの距離を大きく取ることができるので、光線Ｌ２の受光素子アレイ１に対する入射角度θ１を小さくすることができる。本実施形態では、この入射角度θ１は、約１２°となる。
【００２０】
光線Ｌ１では受光素子アレイ１に対する入射角度は０°であり、光線Ｌ３では受光素子アレイ１に対する入射角度はθ１より小さい。すなわち、本実施形態においては、受光素子アレイ１に対する光線の入射角度はθ１以下であり、この最大入射角度θ１を図３の従来例の場合における最大入射角度θ２よりも小さくすることができる。これにより、隔壁部２で分割された受光素子アレイ１の各領域では、その端部付近においても表面に設けられたマイクロレンズに光を入射させることができ、感度を低下させることがない。
このように、本実施形態では受光素子アレイ１に対する入射角度を小さく取ることができるので、レンズアレイを用いた複眼状の光学系において、高画角化を図ることができる。
【００２１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の適用はこれには限られず、技術的思想の範囲内において様々に適用することができる。例えば、本実施形態においては、レンズアレイ３の出射面側に非球面形状のレンズ面３ａを設けるようにしたが、レンズアレイ３の構成はこれに限られず、入射面３ｂ側にもレンズ面を形成するようにしてもよい。また、受光素子アレイ１の分割数についても、本実施形態のものには特に限られず、どのような分割数であっても本発明を適用することができる。さらに、受光素子１ａとしては、本実施形態のようなＣＣＤに限らず、ＣＭＯＳ等の他の種類の素子を用いてもよい。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るレンズアレイ装置によれば、レンズアレイは各微小レンズに対応した開口部を配列してなる開口アレイを備え、この開口アレイはレンズアレイの受光素子アレイと反対側の面に配置したことにより、開口部から受光素子アレイまでの距離を大きく取ることができ、受光素子アレイに対する光の入射角度を小さくすることができる。これにより、レンズアレイを用いた複数の微小結像光学系において、高画角化することができる。
【００２３】
また、本発明に係るレンズアレイ装置によれば、受光素子アレイとレンズアレイの間には各微小レンズに対応した複数の領域に受光素子アレイを分割する隔壁部を設けたので、各微小レンズからの光はそれぞれ１つの領域に集光され、他の領域に侵入しないようにすることができ、各開口部から入射した光はそれぞれ各微小レンズの略全面によって集光されることにより、受光素子アレイの各領域に対する最大入射角度を小さく抑えることができる。
【００２４】
さらに、本発明に係るレンズアレイ装置によれば、開口アレイはレンズアレイと一体的に形成してなることにより、組立工程を簡易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態におけるレンズアレイ装置を模式的に示した分解斜視図である。
【図２】本実施形態におけるレンズアレイ装置の１つのユニットを拡大した断面図である。
【図３】従来のレンズアレイ装置の１つのユニットを拡大した断面図である。
【符号の説明】
１      受光素子アレイ
１ａ    受光素子
２      隔壁部
３      レンズアレイ
３ａ    レンズ面
３ｂ    入射面
４      開口アレイ
４ａ    開口部
Ｌ      光線
【図１】
2004336228.tif 000003
【図２】
2004336228.tif 000004
【図３】
2004336228.tif 000005