JP2005031460A - Compound eye optical system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子撮像装置に関し、デジタルカメラ、特に小型携帯端末用カメラに関する。 The present invention relates to an electronic imaging apparatus, and more particularly to a digital camera, and more particularly to a camera for a small portable terminal.
最近の撮像系は、一般的なカメラのほかに、ノートパソコンや情報携帯端末あるいは携帯電話にも実装されるようになってきている。これらの用途においてはより小型な撮像系が望ましい。これらの要求を満たすためにはCCDやCMOSと言った電子撮像素子をより小型化し撮像系を小型化するか、あるいは撮像系を構成するレンズ枚数を削減する事により撮像系を小型化・薄型化することが考えられる。 Recent imaging systems have been mounted on notebook computers, portable information terminals, and mobile phones in addition to general cameras. In these applications, a smaller imaging system is desirable. In order to meet these requirements, electronic imaging devices such as CCD and CMOS are made smaller and the imaging system is downsized, or the number of lenses constituting the imaging system is reduced, and the imaging system is downsized and thinned. It is possible to do.
しかしながら、電子撮像素子の微細化は、それに伴う受光感度の低下の問題により難しく、またレンズ枚数を削減することは収差補正上の困難が伴うと言った問題点があった。 However, miniaturization of the electronic image pickup device is difficult due to the problem of a decrease in light receiving sensitivity associated therewith, and there is a problem that it is difficult to correct aberrations to reduce the number of lenses.
それに対し、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小型及び薄型の光学系を実現した複眼光学系が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。
しかしながら、同公報開示の方法では、隣り合うレンズからの迷光、いわゆるゴースト光を防止するために視野制限バッフルなる遮光部材が必要であり、複眼光学系の光軸方向の厚みが増してしまうと言った問題があった。また、隣り合うレンズ間に遮光を兼ねるスペーサを配置する必要がありそのため、レンズレット及び受光素子の面積が増大してしまうと言った問題点があった。 However, the method disclosed in the publication requires a light-shielding member that is a field-of-view baffle to prevent stray light from adjacent lenses, so-called ghost light, and increases the thickness of the compound-eye optical system in the optical axis direction. There was a problem. In addition, it is necessary to dispose a spacer that also serves as a light shield between adjacent lenses. Therefore, there is a problem that the area of the lenslet and the light receiving element is increased.
上記課題を解決するため、本発明に係る第1の発明は、
集光力を有するレンズブロックが複数配列された光学素子と、該レンズブロックに入射する光束を規制する開口絞り部と、該光学素子により形成される被写体像を撮像する撮像素子からなる複眼光学系であり、
該撮像素子は、該光学素子の複数のレンズブロックに1対1に対応した複数の撮像領域からなると共に、該複数の撮像領域は、それぞれ複数の画素から構成されており、該画素は、それぞれ光を検出する受光素子と、該画素に入射する光束が隣り合う受光素子へ到達することを防止する遮光マスクから構成されている複眼光学系において、
該遮光マスクの開口中心を、対応する受光素子に入射する光線に略沿って配置する事を特徴とする。
In order to solve the above problems, the first invention according to the present invention is:
A compound-eye optical system comprising an optical element in which a plurality of lens blocks having condensing power are arranged, an aperture stop for restricting a light beam incident on the lens block, and an imaging element for capturing a subject image formed by the optical element And
The imaging element includes a plurality of imaging areas corresponding to a plurality of lens blocks of the optical element in a one-to-one relationship, and the plurality of imaging areas are each configured by a plurality of pixels, In a compound eye optical system composed of a light receiving element that detects light and a light shielding mask that prevents a light beam incident on the pixel from reaching an adjacent light receiving element,
The center of the opening of the light shielding mask is arranged substantially along the light beam incident on the corresponding light receiving element.
また、本発明に係る第2の発明は、
前記複数の画素はそれぞれ、光を検出する受光素子と、該画素に入射する光束が隣り合う受光素子へ到達することを防止する遮光マスクと、該画素へ光を集光するマイクロレンズから構成され、
該マイクロレンズの中心と、該遮光マスクの開口中心を、対応する受光素子に入射する光線に略沿って配置することを特徴とする。
Further, the second invention according to the present invention is:
Each of the plurality of pixels includes a light receiving element that detects light, a light shielding mask that prevents a light beam incident on the pixel from reaching an adjacent light receiving element, and a microlens that collects light on the pixel. ,
The center of the microlens and the center of the opening of the light shielding mask are arranged substantially along the light beam incident on the corresponding light receiving element.
また、本発明に係る第3の発明は、
前記レンズブロックの光軸と、該レンズブロックに隣り合うレンズブロックの光軸が成す角θと、それぞれのレンズブロックの半画角ωが、θ+ω>20°の関係を満たすことを特徴とする。
Further, the third invention according to the present invention is
The angle θ formed by the optical axis of the lens block, the optical axis of the lens block adjacent to the lens block, and the half angle of view ω of each lens block satisfy the relationship θ + ω> 20 °.
また、本発明に係る第4の発明は、
前記複数のレンズブロックの光軸が略並行であることを特徴とする。
The fourth invention according to the present invention is
The optical axes of the plurality of lens blocks are substantially parallel.
また、本発明に係る第5の発明は、
前記複数のレンズブロックの光軸が互いに傾きを持って配置されていることを特徴とする。
The fifth invention according to the present invention is:
The optical axes of the plurality of lens blocks are arranged with an inclination to each other.
以上、本発明を整理して要約すれば以下の構成に集約できる。 As described above, if the present invention is organized and summarized, it can be integrated into the following configurations.
(1)集光力を有するレンズブロックが複数配列された光学素子と、該レンズブロックに入射する光束を規制する開口絞り部と、該光学素子により形成される被写体像を撮像する撮像素子からなる複眼光学系であり、
該撮像素子は、該光学素子の複数のレンズブロックに1対1に対応した複数の撮像領域からなると共に、該複数の撮像領域は、それぞれ複数の画素から構成されており、該画素は、それぞれ光を検出する受光素子と、該画素に入射する光束が隣り合う受光素子へ到達することを防止する遮光マスクから構成されている複眼光学系において、
該遮光マスクの開口中心は、対応する受光素子に入射する光線に略沿って配置されている事を特徴とする複眼光学系。
(1) An optical element in which a plurality of lens blocks having a condensing power are arranged, an aperture stop for restricting a light beam incident on the lens block, and an image pickup element that captures a subject image formed by the optical element. A compound eye optical system,
The imaging element includes a plurality of imaging areas corresponding to a plurality of lens blocks of the optical element in a one-to-one relationship, and the plurality of imaging areas are each configured by a plurality of pixels, In a compound eye optical system composed of a light receiving element that detects light and a light shielding mask that prevents a light beam incident on the pixel from reaching an adjacent light receiving element,
A compound eye optical system characterized in that an opening center of the light shielding mask is arranged substantially along a light ray incident on a corresponding light receiving element.
(2)前記複数の画素はそれぞれ、光を検出する受光素子と、該画素に入射する光束が隣り合う受光素子へ到達することを防止する遮光マスクと、該画素へ光を集光するマイクロレンズから構成され、
該マイクロレンズの中心と、該遮光マスクの開口中心は、対応する受光素子に入射する光線に略沿って配置されていることを特徴とする前記(1)記載の複眼光学系。
(2) Each of the plurality of pixels includes a light receiving element that detects light, a light shielding mask that prevents a light beam incident on the pixel from reaching an adjacent light receiving element, and a microlens that collects light on the pixel. Consisting of
The compound-eye optical system according to (1), wherein the center of the microlens and the center of the opening of the light-shielding mask are disposed substantially along a light beam incident on a corresponding light receiving element.
(3)前記レンズブロックの光軸と、該レンズブロックに隣り合うレンズブロックの光軸が成す角θと、それぞれのレンズブロックの半画角ωが、θ+2ω>20°の関係を満たすことを特徴とする前記(1)または(2)記載の複眼光学系。 (3) The angle θ formed by the optical axis of the lens block, the optical axis of the lens block adjacent to the lens block, and the half angle of view ω of each lens block satisfy the relationship θ + 2ω> 20 °. The compound eye optical system according to (1) or (2).
(4)前記複数のレンズブロックの光軸は略並行であることを特徴とする前記(1)ないし(3)いずれか記載の複眼光学系。 (4) The compound eye optical system according to any one of (1) to (3), wherein optical axes of the plurality of lens blocks are substantially parallel.
(5)前記複数のレンズブロックの光軸は互いに傾きを持って配置されていることを特徴とする前記(1)ないし(3)いずれか記載の複眼光学系。 (5) The compound-eye optical system according to any one of (1) to (3), wherein optical axes of the plurality of lens blocks are arranged with an inclination.
以上説明したように、本発明に係る第1および第2の発明によると、
集光力を有するレンズブロックが複数配列された光学素子と、該レンズブロックに入射する光束を規制する開口絞り部と、該光学素子により形成される被写体像を撮像する撮像素子からなる複眼光学系であり、
該撮像素子は、該光学素子の複数のレンズブロックに1対1に対応した複数の撮像領域からなると共に、該複数の撮像領域は、それぞれ複数の画素から構成されており、該画素は、それぞれ光を検出する受光素子と、該画素に入射する光束が隣り合う受光素子へ到達することを防止する遮光マスクと、該画素へ光を集光するマイクロレンズから構成されている複眼光学系において、
該遮光マスクの開口中心を、対応する受光素子に入射する光線に略沿って配置すること、また、該マイクロレンズの中心を対応する受光素子に入射する光線に略沿って配置することにより受光素子に入射した光線を効率的にフォトセンサへと導くことが可能となる。
As explained above, according to the first and second inventions of the present invention,
A compound-eye optical system comprising an optical element in which a plurality of lens blocks having condensing power are arranged, an aperture stop for restricting a light beam incident on the lens block, and an imaging element for capturing a subject image formed by the optical element And
The imaging element includes a plurality of imaging areas corresponding to a plurality of lens blocks of the optical element in a one-to-one relationship, and the plurality of imaging areas are each configured by a plurality of pixels, In a compound eye optical system composed of a light receiving element that detects light, a light shielding mask that prevents a light beam incident on the pixel from reaching an adjacent light receiving element, and a microlens that collects light on the pixel,
By arranging the opening center of the light shielding mask substantially along the light beam incident on the corresponding light receiving element, and by arranging the center of the micro lens substantially along the light beam incident on the corresponding light receiving element It becomes possible to efficiently guide the light incident on the photosensor to the photosensor.
また、本発明に係る第3の発明によれば、
前記レンズブロックの光軸と、該レンズブロックに隣り合うレンズブロックの光軸が成す角θと、それぞれのレンズブロックの半画角ωがθ+2ω>20°の関係を満たすよう構成することによりゴースト光の発生を防止することができる。
According to the third invention of the present invention,
Ghost light is configured such that the optical axis of the lens block, the angle θ formed by the optical axis of the lens block adjacent to the lens block, and the half angle of view ω of each lens block satisfy the relationship θ + 2ω> 20 °. Can be prevented.
また、本発明に係る第4の発明によれば、
前記複数のレンズブロックの光軸を略並行とする事により、ステレオ画像を撮影可能な光学系を実現できる。
According to the fourth invention of the present invention,
By making the optical axes of the plurality of lens blocks substantially parallel, an optical system capable of capturing a stereo image can be realized.
また、本発明に係る第5の発明によれば、
前記複数のレンズブロックの光軸を互いに傾きを持って配置する事により、レンズブロック全体により被写体全体像を撮影可能な光学系を実現できる。
According to the fifth aspect of the present invention,
By arranging the optical axes of the plurality of lens blocks so as to be inclined, it is possible to realize an optical system capable of photographing the entire subject image with the entire lens block.
次に、本発明の実施例を説明する。 Next, examples of the present invention will be described.
図1及び図2は、本発明の第1の実施例の複眼光学系の上面図及び側面断面図である。また、本実施例の複眼光学系を説明のため展開した図を図3に示す。 1 and 2 are a top view and a side sectional view of a compound eye optical system according to a first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a developed view of the compound eye optical system of the present embodiment for the sake of explanation.
複眼光学系1は、絞り部材2、光学素子3、光学フィルタ4、撮像センサ5から構成される。
The compound eye
なお、撮像センサ5は、CMOSセンサやCCDセンサ等の撮像センサであり、複数の受光ユニットからなる撮像エリア6と駆動処理回路7から構成されている。
The
絞り部材2には、複数の開口部、2−1、2−2、2−3、2−4〜2−25が設けられている。なお、これら開口部は、図中の1段目左端が2−1、以降右に向かって2−2、2−3、2−4、2−5と配置され、次いで2段目左端が2−6、以降右に向かって2−7、2−8、2−9、2−10と配置される。以降同様に配置され、5段目右端に2−25が配置される。
The
光学素子3は、複数のレンズブロック、3−1、3−2、3−3、3−4、3−5〜3−25が一体で構成されたものである。なお、複数のレンズブロック3−1〜3−25についても、開口部同様に1段目左端を3−1とし、5段目右端が3−25となるよう配置される。光学素子3は、プラスチックやガラスなどの透明材料で構成される。
The
光学フィルタ4は、光学ローパスフィルタや赤外線カットフィルタ等で構成されている。
The
なお、光学フィルタの表面は、透過領域4−1、4−2、〜4−25以外が不透明に構成されている。 The surface of the optical filter is configured to be opaque except for the transmission regions 4-1, 4-2, and 4-25.
次に、本発明の複眼光学系における結像作用について説明する。 Next, the imaging action in the compound eye optical system of the present invention will be described.
図示しない被写体からの光線のうち、開口部2−1を通過した光線は、レンズブロック3−1により屈折作用を受けた後、透過領域4−1を通過し、次いで光学フィルタ4を通過し、撮像エリア6上に結像する。
Of the light rays from the subject (not shown), the light rays that have passed through the aperture 2-1 are refracted by the lens block 3-1, then pass through the transmission region 4-1, and then pass through the
なお、図4は、撮像エリア6における結像を模式的に説明する図であり、開口部2−1を通過した光線は、撮像領域6−1上に被写体像を形成する。
FIG. 4 is a diagram schematically illustrating the imaging in the
したがって、開口部2−1から撮像領域6−1に至る経路は、1つの撮像光学系(以降、撮像ブロックと呼ぶ)として機能する。同様に、開口部2−2から撮像領域6−2に至る経路、及び開口部2−3から撮像領域6−3に至る経路もそれぞれ撮像ブロックとして機能し、以降開口部2−25から撮像領域6−25に至る経路も同様に撮像ブロックとして機能する。 Therefore, the path from the opening 2-1 to the imaging region 6-1 functions as one imaging optical system (hereinafter referred to as an imaging block). Similarly, the path from the opening 2-2 to the imaging area 6-2 and the path from the opening 2-3 to the imaging area 6-3 also function as an imaging block, and the subsequent opening 2-25 to the imaging area. The route to 6-25 also functions as an imaging block.
なお、透過領域4−1は、レンズブロック3−1に対応した箇所のみ開口部を有する不透明体であるため、例えば、開口部2−1に入射した光線が、撮像領域6−1以外に到達することをある程度防止する事が可能であり、また同様に、開口部2−1以外から入射した光線が撮像領域6−1に到達することをある程度防止することが可能である。同様に透過領域4−2〜4−25もそれぞれ対応するレンズブロック以外からの光線が他の撮像領域へと到達することを防止する。 In addition, since the transmissive area 4-1 is an opaque body having an opening only at a position corresponding to the lens block 3-1, for example, a light ray incident on the opening 2-1 reaches other than the imaging area 6-1. It is possible to prevent this from occurring to some extent, and similarly, it is possible to prevent to some extent that rays incident from other than the opening 2-1 reach the imaging region 6-1. Similarly, the transmissive areas 4-2 to 4-25 prevent rays from other than the corresponding lens blocks from reaching other imaging areas.
本実施例においては、各撮像ブロックの光軸はそれぞれ傾きを持って配置されている。 In the present embodiment, the optical axes of the respective imaging blocks are arranged with an inclination.
図2は、複眼光学系1の開口絞り2−11〜2−15の開口中心を通る側面断面図であり、図中において1点鎖線で表される線はそれぞれのレンズブロックの光軸を表している。例えば光軸8−11は、開口絞り2−11の開口中心を通り、レンズブロック3−11の光学中心を通った後撮像領域6−11に至る線分となる。
FIG. 2 is a side cross-sectional view passing through the aperture centers of the aperture stops 2-11 to 2-15 of the compound-eye
以降説明のため、図1におけるx方向を水平方向、y方向を垂直方向として説明する。 In the following description, the x direction in FIG. 1 will be described as a horizontal direction and the y direction as a vertical direction.
本実施例の複眼光学系を構成する複数のレンズブロックにおける中心のレンズブロック3−13の光軸8−13は、図1において紙面に略垂直となるよう構成されている。また、レンズブロック3−13の撮影画角は、水平方向に2ω=10°(半画角10°)、垂直方向に2ω=10°となるよう構成されている。 The optical axis 8-13 of the central lens block 3-13 in the plurality of lens blocks constituting the compound eye optical system of the present embodiment is configured to be substantially perpendicular to the paper surface in FIG. The photographing field angle of the lens block 3-13 is configured to be 2ω = 10 ° in the horizontal direction (half field angle of 10 °) and 2ω = 10 ° in the vertical direction.
レンズブロック3−14の光軸8−14は光軸8−13に対し水平方向に略10°傾きを持って配置されている。また、レンズブロック3−14の撮影画角は、水平方向に2ω=10°、垂直方向に2ω=10°となるよう構成されている。そのため、レンズブロック3−14は、水平画角10°を中心に5°から15°の領域を撮像する。 The optical axis 8-14 of the lens block 3-14 is disposed with an inclination of approximately 10 ° in the horizontal direction with respect to the optical axis 8-13. Further, the photographing field angle of the lens block 3-14 is configured to be 2ω = 10 ° in the horizontal direction and 2ω = 10 ° in the vertical direction. Therefore, the lens block 3-14 images a region of 5 ° to 15 ° with a horizontal field angle of 10 ° as a center.
次いで、レンズブロック3−15の光軸8−15は光軸8−13に対し水平方向に略20°傾きを持って配置されている。また、レンズブロック3−15の撮影画角は、水平方向に2ω=10°、垂直方向に2ω=10°となるよう構成されている。そのため、レンズブロック3−15は、水平画角20°を中心に15°から25°の領域を撮像する。 Next, the optical axis 8-15 of the lens block 3-15 is disposed with an inclination of approximately 20 ° in the horizontal direction with respect to the optical axis 8-13. The shooting field angle of the lens block 3-15 is configured to be 2ω = 10 ° in the horizontal direction and 2ω = 10 ° in the vertical direction. Therefore, the lens block 3-15 images a region from 15 ° to 25 ° around a horizontal angle of view of 20 °.
また、レンズブロック3−12の光軸8−12は光軸8−13に対し水平方向に略−10°傾きを持って配置されている。また、レンズブロック3−12の撮影画角は、水平方向に2ω=10°、垂直方向に2ω=10°となるよう構成されている。そのため、レンズブロック3−12は、水平画角−10°を中心に−5°から−15°の領域を撮像する。 Further, the optical axis 8-12 of the lens block 3-12 is disposed with an inclination of about −10 ° in the horizontal direction with respect to the optical axis 8-13. In addition, the photographing field angle of the lens block 3-12 is configured to be 2ω = 10 ° in the horizontal direction and 2ω = 10 ° in the vertical direction. Therefore, the lens block 3-12 images a region from −5 ° to −15 ° with a horizontal angle of view of −10 °.
また、レンズブロック3−11の光軸8−11は光軸8−13に対し水平方向に略−20°傾きを持って配置されている。また、レンズブロック3−11の撮影画角は、水平方向に2ω=10°、垂直方向に2ω=10°となるよう構成されている。そのため、レンズブロック3−11は、水平画角−20°を中心に−15°から−25°の領域を撮像する。 Further, the optical axis 8-11 of the lens block 3-11 is disposed with an inclination of about −20 ° in the horizontal direction with respect to the optical axis 8-13. The photographing field angle of the lens block 3-11 is configured to be 2ω = 10 ° in the horizontal direction and 2ω = 10 ° in the vertical direction. Therefore, the lens block 3-11 images a region from −15 ° to −25 ° with a horizontal field angle of −20 ° as a center.
同様にそれぞれのレンズブロックの光軸は、光軸8−13に対してそれぞれ傾きを持って配置されていると共に、それぞれのレンズブロックの撮影画角は水平方向に2ω=10°、垂直方向に2ω=10°となるよう構成されている。このような構成とする事により、それぞれのレンズブロックはそれぞれ異なる領域を撮像することとなり、レンズブロック全体として水平画角50°、垂直画角50°の撮像が可能となる。 Similarly, the optical axis of each lens block is arranged with an inclination with respect to the optical axis 8-13, and the shooting field angle of each lens block is 2ω = 10 ° in the horizontal direction and in the vertical direction. It is comprised so that it may become 2omega = 10 degrees. With this configuration, each lens block captures a different area, and the entire lens block can be imaged with a horizontal field angle of 50 ° and a vertical field angle of 50 °.
つまり、本実施例のような構成とする事により、それぞれのレンズブロックは、被写体のそれぞれ異なる個所、すなわち被写体の部分分割像をそれぞれ対応する撮像領域上に結像し、レンズブロック全体として被写体の全体像を撮像エリア6上に結像する。
In other words, with the configuration as in the present embodiment, each lens block forms a different portion of the subject, i.e., a partially divided image of the subject, on the corresponding imaging region, and the entire lens block of the subject. A whole image is formed on the
駆動処理回路7は、撮像エリア6を駆動し、それぞれのレンズブロックがそれぞれ対応する撮像領域に形成する被写体の部分分割像を読み出す。次いで駆動処理回路7は、これら被写体の部分分割像をつなぎ合わせる処理を行い、被写体全体像として画像出力する。
The drive processing circuit 7 drives the
次に、撮像センサ5の構造について具体的に説明する。
Next, the structure of the
前述したように撮像センサ5には複数の受光ユニットからなる撮像エリア6が構成されている。図5は、撮像エリア6の一部を拡大表示した断面図である。
As described above, the
図において、9はシリコン等で形成された基板であり、基板9上には光を受光し電気信号へ変換するフォトセンサ10が形成されている。フォトセンサ10の上方には、フォトセンサ10への電力供給や、フォトセンサ10からの信号読み出しのための配線層11−1、11−2が形成されている。なお、配線層11−1、11−2は不透明な金属で形成され、図5の紙面に対して垂直方向に形成されている。
In the figure,
配線層11の上部には遮光メタル層16が形成されている。なお、配線層11、遮光メタル層16は、SiO2等の透明な基材15中に形成されている。
A light shielding
基材15上には、透明な窒化酸化膜等で構成される平滑層12が形成され、平滑層12上に樹脂などのカラーフィルタ13が形成されている。
A
カラーフィルタ13の上には、フォトセンサ10に効果的に光線を導くためのマイクロレンズ14が形成されている。なお、マイクロレンズ14は、樹脂などの透明材料で形成されている。
On the
図中において、点線から点線までの領域が1つの受光ユニットの単位を表しており、撮像エリア6はこのような受光ユニット複数から構成されている。
In the figure, a region from a dotted line to a dotted line represents a unit of one light receiving unit, and the
カラーフィルタ13は、赤や緑や青といった特定の色の光線のみを選択的に透過する特性を有している。また、図中中心の受光ユニットのカラーフィルタ13は緑を、図中左の受光ユニットのカラーフィルタ13は赤を、図中右の受光ユニットのカラーフィルタ13は青を、といったように隣り合う受光ユニットにおいてカラーフィルタ13を透過する色を周期的に変える事により被写体の色情報を取得することが可能となる。また、赤、緑、青といった組み合わせ以外にも、イエロー、マゼンタ、シアン、グリーンといった色を透過する特性をカラーフィルタ13に持たせても同様の効果が期待できる。
The
また、図中、1点鎖線は該受光ユニットへ入射する光線を表している。 In the figure, a one-dot chain line represents a light beam incident on the light receiving unit.
遮光メタル層16は不透明な金属などで構成され、マイクロレンズ14の下部のみに開口を有する構造となっている。このような構成とする事により、マイクロレンズ14に入射した光線が隣り合うフォトセンサ10へ入射することを防止している。
The light
次に、本実施例における、迷光の防止方法について説明する。 Next, a method for preventing stray light in this embodiment will be described.
図6は、本実施例における複眼光学系1の側面断面図であり、説明のためレンズブロック3−13とそれに隣接するレンズブロック3−14のみを図示している。
FIG. 6 is a side cross-sectional view of the compound eye
図中における1点鎖線は、それぞれのレンズブロックの中心画角の主光線、すなわちそれぞれのレンズブロックの光軸を表している。また、破線は、それぞれのレンズブロックの水平方向の最大及び最小画角の主光線を表している。なお、これらの光線は、本来であればレンズブロック等の屈折作用により折れ曲がった曲線となるが、図においては説明のため直線として表示している。本実施例においては、それぞれのレンズブロックの撮影画角2ωは10°で構成されている。また、隣り合うレンズブロックの光軸が成す角θは10°で構成されている。 A one-dot chain line in the drawing represents a principal ray at a central field angle of each lens block, that is, an optical axis of each lens block. The broken lines represent the principal rays with the maximum and minimum angles of view in the horizontal direction of the respective lens blocks. Although these light rays are originally bent curves due to the refraction action of a lens block or the like, they are displayed as straight lines in the figure for explanation. In this embodiment, the shooting field angle 2ω of each lens block is 10 °. The angle θ formed by the optical axes of adjacent lens blocks is 10 °.
撮像センサ5上の点Aにおける受光ユニットの構造を図7(a)に示す。また、点Bにおける受光ユニットの構造を図7(b)に示す。同様に点Cにおける受光ユニットの構造を図7(c)に示す。
The structure of the light receiving unit at point A on the
図6における点Aにおいては、レンズブロック3−13からの光線は、撮像センサ5に対し略垂直に入射する。そのため、図7(a)のように、点Aにおける受光ユニットにおいてはマイクロレンズ14の中心及び、遮光メタル層16の開口中心が、1点鎖線で示される光軸に沿うように配置されている。このような受光ユニット構造の場合における、入射光線のフォトセンサ10への結合効率の測定結果のグラフを図8(a)に示す。図において、横軸は受光ユニットのマイクロレンズ14に入射する光線の角度であり、縦軸はフォトセンサ10に到達する光線の強度を示している。なお、縦軸の光線強度はマイクロレンズ14に入射角する角度が0°の際の光線強度を1として規格化してある。図のように点Aにおける受光ユニットにおいては、レンズブロック3−13からの光線の撮像センサ5への入射角度が0°の時にフォトセンサ10への到達光線強度が最大となり、入射角度が20°程度においてほぼ0になる。このように入射角度が大きい光線におけるフォトセンサ10への到達光線強度が弱くなるのは、マイクロレンズを通過した光線が遮光メタル層16や配線層11−1ないし11−2で遮蔽されるためである。
At point A in FIG. 6, the light beam from the lens block 3-13 enters the
次に図6における点Bに置いては、レンズブロック3−13からの光線は、撮像センサ5に対し角度−ωで入射する。なお、本実施例においてはω=5°である。そのため、図7(b)のように、点Bにおける受光ユニットにおいてはマイクロレンズ14の中心及び、遮光メタル層16の開口中心が、1点鎖線で示される主光線に沿うように配置されている。このような受光ユニット構造の場合における、入射光線のフォトセンサ10への結合効率の測定結果のグラフを図8(b)に示す。なお、縦軸の光線強度はマイクロレンズ14に入射角する角度が−5°の際の光線強度を1として規格化してある。図のように点Bにおける受光ユニットにおいては、レンズブロック3−13からの光線の撮像センサ5への入射角度が−5°の時にフォトセンサ10への到達光線強度が最大となり、入射角度が15°を超えるか、入射角度が−25°を下回る場合においてほぼ0になる。
Next, at the point B in FIG. 6, the light beam from the lens block 3-13 enters the
次に図6における点Cに置いては、レンズブロック3−14からの光線は、撮像センサ5に対し角度θ+ωで入射する。なお、本実施例においてはω=5°であり、θ=10°である。そのため、図7(c)のように、点Cにおける受光ユニットにおいてはマイクロレンズ14の中心及び、遮光メタル層16の開口中心が、1点鎖線で示される主光線に沿うように配置されている。このような受光ユニット構造の場合における、入射光線のフォトセンサ10への結合効率の測定結果のグラフを図8(c)に示す。なお、縦軸の光線強度はマイクロレンズ14に入射角する角度が15°の際の光線強度を1として規格化してある。図のように点Cにおける受光ユニットにおいては、レンズブロック3−14からの光線の撮像センサ5への入射角度が15の時にフォトセンサ10への到達光線強度が最大となり、入射角度が30°を超えるか、入射角度が−5°を下回る場合においてほぼ0になる。
Next, at a point C in FIG. 6, the light beam from the lens block 3-14 enters the
同様に撮像センサ5上の任意の点における受光ユニットにおいても、マイクロレンズ14の中心と遮光メタル層16の開口中心が入射する主光線に沿うように配置してあるため、受光ユニットに入射する主光線の角度において、フォトセンサ10への到達光線強度が最大となる。
Similarly, in the light receiving unit at an arbitrary point on the
図4のように、隣接するレンズブロックに対応する撮像領域も撮像エリア6上で隣接する。
As shown in FIG. 4, the imaging areas corresponding to the adjacent lens blocks are also adjacent on the
具体的には、例えば図6において、隣接するレンズブロック3−13と3−14に対応する撮像領域6−13と6−14も隣接する。そのため、レンズブロック3−13の最大画角の像点である点Bと、レンズブロック3−14の最大画角の像点である点Cは隣接する。そのため、レンズブロック3−13に対して最大画角を超えて入射した光線(図中2点鎖線)が点Cに到達しゴーストを発生する可能性がある。従来、このようなゴースト光を防止するためには、隣接するレンズブロック3−13と3−14間に衝立を設けるなどのゴースト対策が必要であった。 Specifically, for example, in FIG. 6, imaging regions 6-13 and 6-14 corresponding to adjacent lens blocks 3-13 and 3-14 are also adjacent. Therefore, the point B that is the image point of the maximum angle of view of the lens block 3-13 and the point C that is the image point of the maximum angle of view of the lens block 3-14 are adjacent. Therefore, there is a possibility that a light ray (a two-dot chain line in the figure) incident on the lens block 3-13 exceeding the maximum angle of view reaches the point C and generates a ghost. Conventionally, in order to prevent such ghost light, it has been necessary to take measures against ghost such as providing a partition between adjacent lens blocks 3-13 and 3-14.
本実施例においては、前述したように隣接するレンズブロックの光軸の成す角θを10°とし、それぞれのレンズブロックの画角2ωを10°として構成している。したがって、図6のαで示されるような隣接する撮像領域に到達する光線間の成す角はθ+2ωであり、本実施例においては20°となる。前述したように、例えば、図6における点Bの受光ユニットは入射角−5°においてフォトセンサ10への到達光線強度が最大となるよう構成されていると共に、入射角−5°に対して20°以上の角度で入射する光線に対しては、到達光線強度がほぼ0となるよう構成されている。したがって、点Bに、隣接するレンズブロック3−14からのゴースト光が入射した場合においても、その光線は点Bにおけるフォトセンサ10には到達せずゴーストを生じさせない。 In the present embodiment, as described above, the angle θ formed by the optical axes of adjacent lens blocks is set to 10 °, and the field angle 2ω of each lens block is set to 10 °. Therefore, the angle formed between the light rays reaching the adjacent imaging region as indicated by α in FIG. 6 is θ + 2ω, and is 20 ° in this embodiment. As described above, for example, the light receiving unit at the point B in FIG. 6 is configured to have the maximum light intensity reaching the photosensor 10 at the incident angle of −5 °, and 20 for the incident angle of −5 °. With respect to light incident at an angle of more than 0 °, the reaching light intensity is substantially zero. Therefore, even when ghost light from the adjacent lens block 3-14 enters the point B, the light beam does not reach the photosensor 10 at the point B and does not cause ghost.
なお、レンズブロック3−13とレンズブロック3−14の場合において説明したが、他のレンズブロックにおいても同様であり、本実施例においては隣接するレンズブロックからの光線によるゴーストの発生を防止できる。 In addition, although it demonstrated in the case of the lens block 3-13 and the lens block 3-14, it is the same also in another lens block, and generation | occurrence | production of the ghost by the light ray from an adjacent lens block can be prevented in a present Example.
また、本実施例においては、隣接するレンズブロックの光軸の成す角θを10°とし、それぞれのレンズブロックの画角2ωを10°として構成したが、θ+2ωが20°を超える条件であれば同様な効果が期待できる。更にθ+2ωが40°を超える条件であれば、ゴースト光のフォトセンサ10への到達光線強度をより低く抑えることができるためより効果的である。 In this embodiment, the angle θ formed by the optical axes of adjacent lens blocks is set to 10 °, and the angle of view 2ω of each lens block is set to 10 °. However, as long as θ + 2ω exceeds 20 °. Similar effects can be expected. Further, if the condition of θ + 2ω exceeds 40 °, it is more effective because the intensity of the ghost light reaching the photosensor 10 can be further reduced.
以上説明したように、本実施例においては、隣接するレンズブロックからのゴースト光を防止することが可能であるため、従来レンズブロック間に必要であった衝立のような遮蔽物が不要となるため、部品点数を削減しコストを抑えることが可能であると共に、光学系全体をコンパクトにすることが可能である。 As described above, in this embodiment, since it is possible to prevent ghost light from adjacent lens blocks, a shielding object such as a screen that has been conventionally required between the lens blocks is unnecessary. It is possible to reduce the number of parts and reduce the cost, and it is possible to make the entire optical system compact.
次に、本発明の第2の実施例を説明する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described.
図10及び図11は、本発明の第2の実施例の複眼光学系の上面図及び側面断面図である。また、本実施例の複眼光学系を説明のため展開した図を図9に示す。 10 and 11 are a top view and a side sectional view of the compound eye optical system according to the second embodiment of the present invention. Further, FIG. 9 shows a developed view of the compound eye optical system of the present embodiment for explanation.
なお、第1の実施例と同様であるものについては説明を省略する。 The description of the same components as those in the first embodiment will be omitted.
本実施例においては、レンズブロック3−1、3−2、3−3、3−4の光軸は全て略並行に構成されている。また、レンズブロック3−1、3−2、3−3、3−4の焦点距離も等しく構成されていると共に、各レンズブロックの撮影画角2ωも等しく構成されている。したがって、本実施例においては、各レンズブロックが結像する被写体は略同一であり、撮像される画像は互いに微小な視差を持った、いわゆるステレオ画像となる。なお、本実施例においては各レンズブロックの撮影画角2ωは40°で構成してある。 In the present embodiment, the optical axes of the lens blocks 3-1, 3-2, 3-3, 3-4 are all substantially parallel. In addition, the focal lengths of the lens blocks 3-1, 3-2, 3-3, and 3-4 are configured to be equal, and the shooting angle of view 2ω of each lens block is also configured to be equal. Therefore, in the present embodiment, the subject on which each lens block forms an image is substantially the same, and the captured images are so-called stereo images having minute parallax. In this embodiment, the photographing field angle 2ω of each lens block is 40 °.
撮像センサ5上には複数の受光ユニットからなる撮像エリア6が構成されている。第1実施例と同様に、各受光ユニットは、受光ユニットを構成するマイクロレンズの中心と、遮光メタル層の開口中心が、入射画角の主光線に沿うよう配置されており、該入射画角においてフォトセンサへの到達光線強度が最大となるよう構成されている。
An
図11において、隣接するレンズブロック3−1と3−2のそれぞれ最大画角光線が成す角αは、本実施例においては40°となる。したがって、第1の実施例と同様に、隣接するレンズブロックに最大画角を超えて入射した光線が撮像エリア6にてゴースト光を発生することを防止できる。
In FIG. 11, the angle α formed by the maximum field angle rays of the adjacent lens blocks 3-1 and 3-2 is 40 ° in this embodiment. Therefore, similarly to the first embodiment, it is possible to prevent a light beam incident on an adjacent lens block from exceeding the maximum angle of view from generating ghost light in the
1 複眼光学系
2 絞り部材
3 光学素子
4 遮光フィルタ(光学フィルタ)
5 撮像センサ
6 撮像エリア
7 駆動処理回路
DESCRIPTION OF
5
Claims (5)
該撮像素子は、該光学素子の複数のレンズブロックに1対1に対応した複数の撮像領域からなると共に、該複数の撮像領域は、それぞれ複数の画素から構成されており、該画素は、それぞれ光を検出する受光素子と、該画素に入射する光束が隣り合う受光素子へ到達することを防止する遮光マスクから構成されている複眼光学系において、
該遮光マスクの開口中心は、対応する受光素子に入射する光線に略沿って配置されている事を特徴とする複眼光学系。 A compound-eye optical system comprising an optical element in which a plurality of lens blocks having condensing power are arranged, an aperture stop for restricting a light beam incident on the lens block, and an imaging element for capturing a subject image formed by the optical element And
The imaging element includes a plurality of imaging areas corresponding to a plurality of lens blocks of the optical element in a one-to-one relationship, and the plurality of imaging areas are each configured by a plurality of pixels, In a compound eye optical system composed of a light receiving element that detects light and a light shielding mask that prevents a light beam incident on the pixel from reaching an adjacent light receiving element,
A compound eye optical system characterized in that an opening center of the light shielding mask is arranged substantially along a light ray incident on a corresponding light receiving element.
該マイクロレンズの中心と、該遮光マスクの開口中心は、対応する受光素子に入射する光線に略沿って配置されていることを特徴とする請求項1記載の複眼光学系。 Each of the plurality of pixels includes a light receiving element that detects light, a light shielding mask that prevents a light beam incident on the pixel from reaching an adjacent light receiving element, and a microlens that collects light on the pixel. ,
2. The compound eye optical system according to claim 1, wherein the center of the microlens and the center of the opening of the light shielding mask are arranged substantially along a light ray incident on a corresponding light receiving element.
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