JP2015036794A - 複眼撮像光学系及び複眼撮像装置 - Google Patents

複眼撮像光学系及び複眼撮像装置 Download PDF

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Abstract

【課題】小型化、高性能化を両立させかつ焦点距離を変化させた際にも周辺まで高画質な合成画像を取得可能な複眼撮像光学系、及び複眼撮像光学系を用いた撮像撮像装置を提供する。【解決手段】複眼光学系LHの各個眼光学系LSが、それぞれ、自身の光学面が変形する焦点距離可変素子FVEを有し、複数の焦点距離可変素子FVEは、第1及び第2のレンズアレイLA1,LA2間に配置され、各焦点距離可変素子FVEの一方の面は、対応する第1又は第2のレンズアレイLA1,LA2の個眼レンズに密着しており、他方の面FVEaは空気に接しており、各焦点距離可変素子の空気に接する側の面FVEaは、変形前の状態で下の条件式を満足する球面又は平面である。|Smax|/TTL<2.5E−3(1)但し、Smax:焦点距離可変素子の空気に接する側の面の変形前の状態での最大サグ量(mm)TTL:個眼光学系の光学全長(mm)【選択図】図2

Description

本発明は、小型で薄型であり、CCD(Charged Coupled Device)型イメージセンサー或いはCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型イメージセンサー等の固体撮像素子に、複数のレンズから成る複眼撮像光学系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。
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に用いる個眼光学系としては、単一のレンズに比べ光学性能に優れることから、複数のレンズを光軸方向に積層して用いるのが好ましい。尚、複眼撮像装置において、複数の個眼光学系で構成されるものを複眼撮像光学系という。
ここで、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)を一体化したレンズアレイを用いることが考えられる。特許文献1には、画像読み取り用のレンズアレイとして、ライン上に並べた複数のレンズを一体成形したものが開示されているが、複眼撮像装置において同様の構成を用いることは可能である。このように、複数のレンズを一体化したレンズアレイを用いることで、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。
ところで、レンズアレイは、温度変化に起因した屈折率変化や変形等により焦点位置が変化し、レンズ部間で光学性能にばらつきを生じる恐れがあることが知られている。また、積層時に各レンズアレイがチルトすると空気間隔に傾斜がのり焦点位置が傾いてしまう等、製造誤差によってもレンズ部間で光学性能にばらつきが生じる恐れがあることが知られている。このような焦点位置の変化は、各個眼光学系によって結像される物体像のバラツキを生じさせるので、合成後の画像の画質低下を招き好ましくない。これに対し、特許文献2に開示されているような焦点合わせ手段を用いて、個眼光学系を光軸方向に移動させることで、機械的に焦点位置を撮像面に合わせ込むことは可能である。
しかしながら、特許文献2の技術をそのまま適用すると、レンズアレイを一体で移動させることになるので、各個眼光学系に生じた焦点位置の変化を個々に補正することはできない。加えて、駆動のための機構が複雑になるという課題の他、いずれかの個眼光学系の焦点位置を合わせるための駆動によってレンズアレイの位置ずれや傾きを招いてしまい、別の個眼光学系の焦点位置の変化を増大させる恐れもある。
特開2000−227505号公報 特開平07−152096号公報 特表2011−527764号公報 特開2007−158825号公報
これに対し、レンズを光軸方向に移動させることなく焦点位置を変化させる技術として、液状あるいは弾性を有する光学材料によってレンズを形成し、その形状を変化させることで焦点距離を変化させ得る形状可変レンズが提案されている(特許文献3、4参照)。
しかしながら、特許文献3,4に記載の形状可変レンズは、レンズアレイに適用されることを意図していない。すなわち、形状可変レンズを個眼光学系内に配置する場合、いずれに配置すべきか、また形状可変レンズは、いかなる面形状を有すべきかなど、特許文献3,4に全く開示も示唆もされていない。また、本発明者の検討によれば、個眼光学系により物体像を形成する際に、周辺領域における光学性能が重要となることが判明しているが、特許文献3,4には、周辺領域の光学性能をどのように確保するかについても言及されていない。このように、これまで、レンズアレイが複数積層された複眼撮像光学系において、各個眼光学系内に形状可変レンズを配置する構成が詳細に検討された例は知られていない。
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、焦点距離可変素子の配置位置と、焦点距離可変素子の面形状を最適化することで小型化、高性能化を両立させかつ焦点距離を変化させた際にも周辺まで高画質な合成画像を取得可能な複眼撮像光学系、及び複眼撮像光学系を用いた撮像撮像装置を提供することを目的とする。
請求項1に記載の複眼撮像光学系は、それぞれ複数の個眼レンズが一体化された第1及び第2のレンズアレイを光軸方向に積層してなり、光軸方向に積層された複数の前記個眼レンズにより複数の個眼光学系が形成され、前記複数の個眼光学系により複数の物体像がそれぞれ形成され、
前記各個眼光学系は、それぞれ、自身の光学面が変形することで対応する前記個眼光学系の焦点距離を変化させる焦点距離可変素子をさらに有し、
複数の前記焦点距離可変素子は、前記第1及び第2のレンズアレイ間に配置され、
前記各焦点距離可変素子の一方の面は、対応する前記第1又は第2のレンズアレイの前記個眼レンズに密着しており、他方の面は空気に接しており、
前記各焦点距離可変素子の空気に接する側の面は、変形前の状態で下の条件式を満足する球面又は平面であることを特徴とする。
|Smax|/TTL<2.5E−3 (1)
但し、
Smax:前記焦点距離可変素子の空気に接する側の面の変形前の状態での最大サグ量(mm)
TTL:当該個眼光学系の光学全長(mm)
光軸方向に積層された複数の個眼レンズにより個眼光学系を構成することで、より高解像に対応できる収差補正能力を持った複眼撮像光学系を提供することができる。又、複数の個眼レンズを一体に形成した2枚以上のレンズアレイによって、複数の個眼光学系を持つ複眼撮像光学系を構成することで、レンズアレイ内の各個眼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。更に、前記焦点距離可変素子を用いて焦点距離を変化させることで、レンズアレイを用いた場合に特に問題となり得るピント位置ずれによる性能劣化を補正し、良好な再構成画像を得ることが出来る。
加えて、前記個眼レンズに密着させることで、前記個眼レンズと前記焦点距離可変素子との合成素子の光軸方向厚みを薄くできるため、前記焦点距離可変素子を前記レンズアレイ間に配置することと相まって、複眼撮像光学系の全長を小さく保つことが可能となる。更には、前記焦点距離可変素子の変形前に、前記焦点距離可変素子の空気に接する側の面形状を条件式(1)の範囲内となるような緩やかなR形状にすることで、焦点距離可変時の像面湾曲発生量を小さくすることができ、結果として各々個眼レンズに対して焦点距離可変時の性能差を小さく抑えることが可能となり、これにより周辺まで良好な再構成画像を得ることが出来る。更には、焦点距離可変時のサグ量を小さく抑えることができるため、形状制御が容易となり周辺まで良好な性能を実現することが可能となる。
請求項2に記載の複眼撮像光学系は、請求項1に記載の発明において、前記焦点距離可変素子の空気に接する側の面は、変形前の状態で以下の条件式を満足することを特徴とする。
0≦|Sa−Sb|/TTL<2.0E−3 (2)
但し、
Sa:複数の前記個眼光学系に含まれる複数の前記焦点距離可変素子のうち、空気に接する側の面のサグ量が最大となる前記焦点距離可変素子の最大サグ量(mm)
Sb:複数の前記個眼光学系に含まれる複数の前記焦点距離可変素子のうち、空気に接する側の面のサグ量が最小となる前記焦点距離可変素子の最大サグ量(mm)
請求項3に記載の複眼撮像光学系は、請求項1又は2に記載の発明において、前記焦点距離可変素子は、前記第1のレンズアレイと前記第2のレンズアレイとの間に配置されていることを特徴とする。
請求項4に記載の複眼撮像光学系は、請求項1〜3のいずれかに記載の発明において、複数の前記個眼光学系に対応する光透過部を有する開口絞りをさらに備え、該開口絞りは,前記第1レンズアレイと前記第2レンズアレイとの間に配置されていることを特徴とする。
請求項5に記載の複眼撮像光学系は、請求項4に記載の発明において、前記開口絞りと前記焦点距離可変素子の空気に接する側の面との光軸上の距離が、前記焦点距離可変素子の変形前の状態で、以下の条件式を満足することを満足することを特徴とする。
0.01<D/TTL<0.15 (3)
但し、
D:前記開口絞りと前記焦点距離可変素子の空気に接する側の面との光軸上の距離(mm)
請求項6に記載の複眼撮像光学系は、請求項1〜5のいずれかに記載の発明において、前記複眼撮像光学系は、3枚以上のレンズアレイで構成されることを特徴とする。
請求項7に記載の複眼撮像装置は、請求項1〜6のいずれかに記載の複眼撮像光学系と、撮像素子とを有する複眼撮像装置において、前記焦点距離可変素子は、前記撮像素子から出力される像面位置情報に基づいて変形することを特徴とする。
請求項8に記載の複眼撮像装置は、請求項1〜6のいずれかに記載の複眼撮像光学系と、請求項1〜6のいずれかに記載の複眼撮像光学系と、撮像素子とを有する複眼撮像装置において、前記焦点距離可変素子は、温度情報に基づいて変形することを特徴とする。
本発明によれば、焦点距離可変素子の配置位置と、焦点距離可変素子の面形状を最適化することで小型化、高性能化を両立させかつ焦点距離を変化させた際にも周辺まで高画質な合成画像を取得可能な複眼撮像光学系、及び複眼撮像光学系を用いた撮像撮像装置を提供することができる。
本実施の形態にかかる複眼撮像装置を模式的に示す図である。 複眼撮像光学系LHの拡大断面図である。 制御回路CONTが接続された第1レンズアレイLA1を像側から見た図である。 別な実施の形態にかかる複眼撮像装置の一部を示す図である。 実施例1の青色の波長帯域に対応した個眼光学系の断面図である。 実施例1の青色の波長帯域に対応した個眼光学系の収差図(球面収差(a)、非点収差(b)、歪曲収差(c))であるが、変形前(焦点距離非変更な状態)を示す。 実施例1の青色の波長帯域に対応した個眼光学系の収差図(球面収差(a)、非点収差(b)、歪曲収差(c))であるが、焦点距離可変素子FVEの変形により焦点距離を+25μmと、長くした状態を示す。 実施例1の青色の波長帯域に対応した個眼光学系の収差図(球面収差(a)、非点収差(b)、歪曲収差(c))であるが、焦点距離可変素子FVEの変形により焦点距離を−25μmと、短くした状態を示す。 実施例1の緑色の波長帯域に対応した個眼光学系の断面図である。 実施例1の緑色の波長帯域に対応した個眼光学系の収差図(球面収差(a)、非点収差(b)、歪曲収差(c))であるが、変形前(焦点距離非変更な状態)を示す。 実施例1の緑色の波長帯域に対応した個眼光学系の収差図(球面収差(a)、非点収差(b)、歪曲収差(c))であるが、焦点距離可変素子FVEの変形により焦点距離を+25μmと、長くした状態を示す。 実施例1の緑色の波長帯域に対応した個眼光学系の収差図(球面収差(a)、非点収差(b)、歪曲収差(c))であるが、焦点距離可変素子FVEの変形により焦点距離を−25μmと、短くした状態を示す。 実施例1の赤色の波長帯域に対応した個眼光学系の断面図である。 実施例1の赤色の波長帯域に対応した個眼光学系の収差図(球面収差(a)、非点収差(b)、歪曲収差(c))であるが、変形前(焦点距離非変更な状態)を示す。 実施例1の赤色の波長帯域に対応した個眼光学系の収差図(球面収差(a)、非点収差(b)、歪曲収差(c))であるが、焦点距離可変素子FVEの変形により焦点距離を+25μmと、長くした状態を示す。 実施例1の赤色の波長帯域に対応した個眼光学系の収差図(球面収差(a)、非点収差(b)、歪曲収差(c))であるが、焦点距離可変素子FVEの変形により焦点距離を−25μmと、短くした状態を示す。 実施例2の青色の波長帯域に対応した個眼光学系の断面図である。 実施例2の青色の波長帯域に対応した個眼光学系の収差図(球面収差(a)、非点収差(b)、歪曲収差(c))であるが、変形前(焦点距離非変更な状態)を示す。 実施例2の青色の波長帯域に対応した個眼光学系の収差図(球面収差(a)、非点収差(b)、歪曲収差(c))であるが、焦点距離可変素子FVEの変形により焦点距離を+25μmと、長くした状態を示す。 実施例2の青色の波長帯域に対応した個眼光学系の収差図(球面収差(a)、非点収差(b)、歪曲収差(c))であるが、焦点距離可変素子FVEの変形により焦点距離を−25μmと、短くした状態を示す。 実施例2の緑色の波長帯域に対応した個眼光学系の断面図である。 実施例2の緑色の波長帯域に対応した個眼光学系の収差図(球面収差(a)、非点収差(b)、歪曲収差(c))であるが、変形前(焦点距離非変更な状態)を示す。 実施例2の緑色の波長帯域に対応した個眼光学系の収差図(球面収差(a)、非点収差(b)、歪曲収差(c))であるが、焦点距離可変素子FVEの変形により焦点距離を+25μmと、長くした状態を示す。 実施例2の緑色の波長帯域に対応した個眼光学系の収差図(球面収差(a)、非点収差(b)、歪曲収差(c))であるが、焦点距離可変素子FVEの変形により焦点距離を−25μmと、短くした状態を示す。 実施例2の赤色の波長帯域に対応した個眼光学系の断面図である。 実施例2の赤色の波長帯域に対応した個眼光学系の収差図(球面収差(a)、非点収差(b)、歪曲収差(c))であるが、変形前(焦点距離非変更な状態)を示す。 実施例2の赤色の波長帯域に対応した個眼光学系の収差図(球面収差(a)、非点収差(b)、歪曲収差(c))であるが、焦点距離可変素子FVEの変形により焦点距離を+25μmと、長くした状態を示す。 実施例2の赤色の波長帯域に対応した個眼光学系の収差図(球面収差(a)、非点収差(b)、歪曲収差(c))であるが、焦点距離可変素子FVEの変形により焦点距離を−25μmと、短くした状態を示す。 実施例3の個眼光学系の断面図である。 実施例3の個眼光学系の収差図(球面収差(a)、非点収差(b)、歪曲収差(c))であるが、変形前(焦点距離非変更な状態)を示す。 実施例3の個眼光学系の収差図(球面収差(a)、非点収差(b)、歪曲収差(c))であるが、焦点距離可変素子FVEの変形により焦点距離を+25μmと、長くした状態を示す。 実施例3の個眼光学系の収差図(球面収差(a)、非点収差(b)、歪曲収差(c))であるが、焦点距離可変素子FVEの変形により焦点距離を−25μmと、短くした状態を示す。 実施例4の個眼光学系の断面図である。 実施例4の個眼光学系の収差図(球面収差(a)、非点収差(b)、歪曲収差(c))であるが、変形前(焦点距離非変更な状態)を示す。 実施例4の個眼光学系の収差図(球面収差(a)、非点収差(b)、歪曲収差(c))であるが、焦点距離可変素子FVEの変形により焦点距離を+25μmと、長くした状態を示す。 実施例4の個眼光学系の収差図(球面収差(a)、非点収差(b)、歪曲収差(c))であるが、焦点距離可変素子FVEの変形により焦点距離を−25μmと、短くした状態を示す。 実施例4の複眼撮像光学系の断面図である。
以下、本発明に係る複眼撮像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。本実施の形態では、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。
図1に本実施の形態にかかる撮像装置を模式的に示す。図1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。
図2は、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,第3レンズアレイLA3からなる。なお、各レンズアレイは樹脂から一体成形されているが、平行平板の少なくとも一方の面に樹脂をレンズ状に成形した、所謂ウエハレンズを用いても良い。つまり、複数の樹脂レンズに対して共通の平行平板を有することで複数の個眼レンズが一体化されていてもよい。第1レンズアレイLA1は、ここでは3行3列のマトリクス状に並んだ複数の第1個眼レンズ部L1aの周囲を接続して1枚の板状となっている。第1個眼レンズ部L1aの像側には、それぞれ対応するように複数の焦点距離可変素子FVEが設けられている。開口絞りSは,例えば第1レンズアレイLA1の像側面に形成した遮光膜の開口部とすることができ、ここでは第1個眼レンズ部L1aと焦点距離可変素子FVEとの間に設けている。
第2レンズアレイLA2は、ここでは3行3列のマトリクス状に並んだ複数の第2個眼レンズ部L2aの周囲を接続して1枚の板状となっている。又、第3レンズアレイLA3は、ここでは3行3列のマトリクス状に並んだ複数の第3個眼レンズ部L3aの周囲を接続して1枚の板状となっている。互いに重なり合うようにして光軸方向に積層された第1個眼レンズL1aと、第2個眼レンズL2aと、第3個眼レンズL3aとで、個眼光学系LSを構成する。個眼光学系は、光軸方向に積層された2枚以上の個眼レンズを有すれば足りるが、特に3枚以上の個眼レンズから構成することで、個眼撮像系各々の収差補正能力が向上し、周辺まで良好な再構成画像を得ることが出来るので好ましい。
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、Fは光学的ローパスフィルタやIRカットフィルタであり、CGは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。
焦点距離可変素子FVEの物体側は、第1個眼レンズL1aに密着しており、他方の面は空気に接しており、焦点距離可変素子FVEの空気に接する側の面(像側面)FVEaは、変形前の状態で条件式(1)を満足する球面又は平面である。
|Smax|/TTL<2.5E−3 (1)
但し、
Smax:焦点距離可変素子FVEの空気に接する側の面FVEaの変形前の状態での最大Sag量(mm)
TTL:個眼光学系LSの光学全長(mm)
焦点距離可変素子FVEとしては、光透過性の素材から形成され、例えば外部からの給電により、自身の光学面が変形することで第1個眼レンズL1aと焦点距離可変素子FVEの合成焦点距離を変更可能となっているものであると好ましく、例えば特表2011−527764号公報に記載されるような、ピエゾリングの形成された薄膜と構造壁により形成される空間内に軟質ポリマーを充填し底部に透明部材を配置した光学レンズであって、ピエゾリングに電圧を印加することで軟質ポリマーを変形させるようにしたものや、特開2005−084387号公報に記載の素子、すなわち、容器内に互いに混じり合わない2種類の液体を封入し、光軸に垂直な平面内に設けられた第1電極リングと、光軸に対して物体側になるほど内径が小さくなるように傾いた第2電極リングとを備え、両電極リングを介して電圧を印加することによりエレクトロウェッティング効果によって液体界面を変形させるようにした素子、などを用いることができる。
図3は、第1レンズアレイLA1を像側から見た図である。第1レンズアレイLA1上において3行3列のマトリクス状に並んだ焦点距離可変素子FVEの各々に対して、制御回路CONTから配線が接続されている。制御回路CONTからの駆動信号に応じて、各焦点距離可変素子FVEは、可変媒体に対して電圧を印加するなどして、独立的に自身を変形させることで焦点距離を変化させることができる。
更に、焦点距離可変素子FVEを、第1レンズアレイLA1と第2レンズアレイLA2の間に配置することにより光線高の低い位置に変形するレンズ面を配置できるため、焦点距離可変時の像面湾曲変化量を小さくすることができ、周辺まで良好な再構成画像を得ることが出来る。
又、開口絞りSを第1レンズアレイLA1と第2レンズアレイLA2の間に配置することで、個眼光学系LSの全長増加を抑えつつ、焦点距離可変素子FVEに開口絞りSを極力近づけることができるため、焦点距離可変時の像面湾曲変化量を小さくすることができ、周辺まで良好な再構成画像を得ることが出来る。
開口絞りSと焦点距離可変素子FVEの空気に接する側の面との光軸上の距離が、焦点距離可変素子FVEの変形前の状態で、条件式(3)を満足すると好ましい。
0.01<D/TTL<0.15 (3)
但し、
D:開口絞りSと焦点距離可変素子FVEの空気に接する側の面との光軸上の距離(mm)
条件式(3)の値が下限を上回ることで、焦点距離可変時における焦点距離可変素子FVEの空気に接する側の面のサグ量を十分に確保することができるようになるため、広い範囲で焦点距離を変化させることができるようになる。一方、条件式(3)の値が上限を下回ることで、焦点距離可変時における像面湾曲変化量を小さく抑えることが出来るため、周辺まで良好な再構成画像を得ることが出来る。
図1において、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。
組み付け後の調整時において、それぞれの焦点距離可変素子FVEについて、制御回路CONTから出力される駆動信号を変えながら、画像処理部1が、撮像素子SRからの出力に基づいて個眼像Znの高周波成分(像面位置情報)をそれぞれ検出し、最も高周波成分が高くなる状態になるような、制御回路CONTからの駆動信号を求めるようにする。かかる駆動信号は、メモリー3に記憶され、例えば複眼撮像装置の電源がオンにされたときに、メモリー3から読み出されて,制御回路CONTが各焦点距離可変素子FVEに対してそれぞれの駆動信号を出力することで各焦点距離可変素子FVEを最適な形状に変化させることができる。これによって、アレイレンズL1,L2の製造誤差等に起因する個眼レンズ間の光学性能のバラツキを補償することができる。
又、図1に示すように、温度センサSを取り付けて、環境温度と、その際の最適な焦点距離可変素子FVEの形状との関係を実験等により予め求めて、その関係をメモリー3に温度情報として記憶しておくこともできる。かかる場合、実際の撮影時に測定した温度に応じて、その温度時に最適な形状となるよう、メモリー3から読み出した温度情報に基づいて、制御回路CONTが各焦点距離可変素子FVEを駆動制御することができる。上述した製造誤差等に起因する個眼レンズ間のバラツキ抑制のための駆動と併用するようにしてもよい。なお、各焦点距離可変素子FVEが駆動による変形で素子全体の厚みが変化するものである場合、レンズアレイに接触しない範囲で変形させるように制御回路CONTで駆動することが好ましい。また、図2に示した複眼撮像光学系LHのレンズアレイLA2の個眼レンズの物体側光学面のように、焦点距離可変素子に対向するレンズアレイの個眼レンズの少なくとも光軸位置部分が、焦点距離可変素子に対して奥まった位置にある形状の光学面を有していると、焦点距離可変素子の変形に伴う故障等を回避しやすく、光学設計も容易にしやすくなる。
図4は、別な実施の形態にかかる複眼撮像装置の一部を示す図であるが、第1レンズアレイLA1と,カラーフィルタCFのみを示す。本実施の形態においては、レンズアレイLA1内における個眼レンズに、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な面形状を与える。このとき、1つのレンズアレイLA1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する。
図4の例では、2行2列の個眼光学系を想定しているが、このとき第1レンズアレイLA1の像側に、赤色のフィルタFRと、青色のフィルタFBと、緑色のフィルタFGとを格子状に並べたカラーフィルタCFを配置する。個眼光学系は、緑の波長帯域に対応して設計された第1レンズL1gを含む緑用個眼光学系と、赤の波長帯域に対応して設計された第1レンズL1rを含む赤用個眼光学系と、青の波長帯域に対応して設計された第1レンズL1bを含む青用個眼光学系の3グループに分けられる。
緑用個眼光学系を通過した被写体光は、緑色のフィルタFGによりそれ以外の波長の被写体光がカットされて撮像素子の撮像面に結像され、赤用個眼光学系を通過した被写体光は、赤色のフィルタFRによりそれ以外の波長の被写体光がカットされて撮像素子の撮像面に結像され、青用個眼光学系を通過した被写体光は、青色のフィルタFBによりそれ以外の波長の被写体光がカットされて撮像素子の撮像面に結像される。その後、各個眼領域からの出力信号を画像処理にて合成し、被写体像を形成することとなる。これにより、2枚のレンズアレイからなる薄形の複眼撮像光学系により、高画質な画像を形成できる。
本実施の形態においても、第1レンズL1g、L1r、L1bの像側面に焦点距離可変素子FVEを配置している。よって、制御回路CONTが駆動信号を出力し、これにより各焦点距離可変素子FVEを最適な形状に変化させることができる。ここで、焦点距離可変素子FVEの空気に接する側の面は、変形前の状態で条件式(2)を満足することが好ましい。一般的に、Saは赤の波長帯域に対応して設計された第1レンズL1rで得られ、Sbは青の波長帯域に対応して設計された第1レンズL1bで得られる。
0≦|Sa−Sb|/TTL<2.0E−3 (2)
但し、
Sa:複数の個眼光学系に含まれる複数の焦点距離可変素子FVEのうち、空気に接する側の面のサグ量が最大となる焦点距離可変素子の最大サグ量(mm)
Sb:複数の個眼光学系に含まれる複数の焦点距離可変素子FVEのうち、空気に接する側の面のサグ量が最小となる焦点距離可変素子の最大サグ量(mm)
本実施の形態の複眼撮像光学系は、異なる波長帯域に対応して設計された3つの個眼光学系を持つので、各個眼光学系について配置された焦点距離可変素子FVEは、空気に接する面の形状が異なる場合がある。かかる場合、変形前における空気に接する側の面FVEaにおける個眼光学系間の形状差を、条件式(2)の値が上限を下回るような類似形状とすることで、変形後の個眼光学系間のサグ量差を小さく抑えることができるため、形状制御が容易となり、結果として個眼光学系の性能差を小さく抑えることが出来、周辺まで良好な性能を実現することが可能となる。
次に、上述した実施の形態に好適なレンズの実施例について説明する。以下に示す実施例において、複眼撮像光学系中、光軸方向に並んだ2つのレンズ(個眼光学系という)については共通するから、その仕様を説明する。尚、本明細書中、また、以降(表のレンズデータを含む)において、10のべき乗数(例えば、2.5×10-02)を、E(例えば2.5e−002,又は2.5E−2)を用いて表すものとする。また、レンズデータの面番号は第1レンズの物体側を1面として順に付与した。なお、実施例に記載の長さを表す数値の単位はすべてmmとする。
OBJ:物体距離(mm)
FL:Reference Wavelengthでの個眼光学系全系の焦点距離(mm)
Fno:Fナンバー
ω:半画角(゜)
Ymax::固体撮像素子の撮像面対角線長
TTL:個眼光学系全系の最も物体側のレンズ面から像側焦点までの光軸上の距離(但し、「像側焦点」とは、個眼光学系に光軸と平行な平行光線が入射した場合の像点をいう。)
BF: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
各実施例において、Sは面番号であり、その面番号の後に*と付された面は、焦点距離可変素子の空気に接する側の面であり、その面番号の後にSPSと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X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。
Figure 2015036794
ただし、
Ai:i次の非球面係数
R :曲率半径
K :円錐定数
(実施例1)
図4の実施の形態に好適な実施例1のレンズデータを、表1A〜1Cに示す。図5、7、9は、実施例1の個眼光学系の断面図である。実施例1は、個眼光学系を波長毎に設計しており、表1A、図5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(主波長)は、450nmである。又、表1B、図7に示す個眼光学系では、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、530nmである。更に、表1C、図9に示す個眼光学系では、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、610nmである。これらの個眼光学系は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5、7、9中、実施例1は、物体側より順に、第1の個眼レンズLa1と、開口絞りSと、第1の個眼レンズLa1の像側面に密着した焦点距離可変素子FVEと、第2の個眼レンズLa2と、第3の個眼レンズLa3から構成される。IM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、CGは、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。
[表1A]
(実施例1 Bレンズ)

Reference Wave Length = 450 nm

SURF DATA
NUM. r d nd vd
OBJ INFINITY 350.0000
1SPS 1.2697 0.4072 1.58313 59.45
STO INFINITY 0.2998 1.43000 49.99
3* 1e+018 0.0546
4 INFINITY 0.2006
5SPS -1.1104 0.5049 1.58313 59.45
6SPS -0.9319 0.1127
7SPS 1.2109 0.4000 1.58313 59.45
8SPS 0.8085 0.2808
9 INFINITY 0.1000 1.52550 54.49
10 INFINITY 0.1000
11 INFINITY 0.4000 1.51000 62.39
12 INFINITY 0.0400
IMG INFINITY 0.0000

ASPHERICAL SURFACE
1:K=-2.35563e-001,A3=1.19340e-003,A4=6.33757e-002,A5=-2.29722e-001,A6=6.39135e-002,A7=0.00000e+000,A8=1.05399e+000,A9=0.00000e+000,A10=-2.56607e+000,A11=0.00000e+000,A12=9.71885e-001,A13=0.00000e+000,A14=0.00000e+000,A15=0.00000e+000,A16=0.00000e+000,A17=0.00000e+000,A18=0.00000e+000,A19=0.00000e+000,A20=0.00000e+000
5:K=-1.07878e+001,A3=-2.39864e-001,A4=9.96139e-001,A5=-6.12465e+000,A6=1.12083e+001,A7=0.00000e+000,A8=-1.30562e+001,A9=0.00000e+000,A10=-8.60728e+000,A11=0.00000e+000,A12=1.25425e+002,A13=0.00000e+000,A14=-2.36288e+002,A15=0.00000e+000,A16=0.00000e+000,A17=0.00000e+000,A18=0.00000e+000,A19=0.00000e+000,A20=0.00000e+000
6:K=-3.84062e+000,A3=7.67757e-002,A4=-1.52850e+000,A5=2.56125e+000,A6=-8.46956e-001,A7=0.00000e+000,A8=-2.73008e+000,A9=0.00000e+000,A10=9.20480e+000,A11=0.00000e+000,A12=-1.25764e+001,A13=0.00000e+000,A14=5.52455e+000,A15=0.00000e+000,A16=0.00000e+000,A17=0.00000e+000,A18=0.00000e+000,A19=0.00000e+000,A20=0.00000e+000
7:K=-1.29065e+000,A3=5.49537e-002,A4=-1.57427e+000,A5=1.59578e+000,A6=-1.34009e-002,A7=0.00000e+000,A8=-1.46473e+000,A9=0.00000e+000,A10=7.43227e-001,A11=0.00000e+000,A12=2.06235e+000,A13=0.00000e+000,A14=-3.20073e+000,A15=0.00000e+000,A16=0.00000e+000,A17=0.00000e+000,A18=0.00000e+000,A19=0.00000e+000,A20=0.00000e+000
8:K=-3.94237e+000,A3=1.66800e-001,A4=-1.16510e+000,A5=1.57390e+000,A6=-9.34027e-001,A7=0.00000e+000,A8=1.34970e-001,A9=0.00000e+000,A10=1.35545e-001,A11=0.00000e+000,A12=-2.41729e-001,A13=0.00000e+000,A14=8.19644e-002,A15=0.00000e+000,A16=0.00000e+000,A17=0.00000e+000,A18=0.00000e+000,A19=0.00000e+000,A20=0.00000e+000

FL 1.93
Fno 2.40
w 28.45
Ymax 1.0945
BF 0.92
TTL 2.90

Elem Surfs Focal Length
1 1-3 2.14
2 5-6 4.76
3 7-8 -6.51

[表1B]
(実施例1 Gレンズ)

Reference Wave Length = 530 nm

SURF DATA
NUM. r d nd vd
OBJ INFINITY 350.0000
1SPS 1.2367 0.4102 1.58313 59.45
STO INFINITY 0.2998 1.43000 49.99
3* 1e+018 0.0427
4 INFINITY 0.1888
5SPS -1.1337 0.5425 1.58313 59.45
6SPS -0.8773 0.1127
7SPS 1.3558 0.4000 1.58313 59.45
8SPS 0.7873 0.2621
9 INFINITY 0.1002 1.52550 54.49
10 INFINITY 0.1000
11 INFINITY 0.4002 1.51000 62.39
12 INFINITY 0.0400
IMG INFINITY 0.0000

ASPHERICAL SURFACE
1:K=-8.96847e-001,A3=1.66087e-002,A4=1.98868e-002,A5=-5.52827e-006,A6=-1.10618e-002,A7=0.00000e+000,A8=4.43071e-002,A9=0.00000e+000,A10=1.55200e+000,A11=0.00000e+000,A12=-4.67507e+000,A13=0.00000e+000,A14=0.00000e+000,A15=0.00000e+000,A16=0.00000e+000,A17=0.00000e+000,A18=0.00000e+000,A19=0.00000e+000,A20=0.00000e+000
5:K=-1.32902e+001,A3=-2.57401e-001,A4=8.39117e-001,A5=-6.28619e+000,A6=1.13370e+001,A7=0.00000e+000,A8=-1.30229e+001,A9=0.00000e+000,A10=-1.16371e+001,A11=0.00000e+000,A12=1.47591e+002,A13=0.00000e+000,A14=-3.04754e+002,A15=0.00000e+000,A16=0.00000e+000,A17=0.00000e+000,A18=0.00000e+000,A19=0.00000e+000,A20=0.00000e+000
6:K=-2.83049e+000,A3=6.59375e-002,A4=-1.52755e+000,A5=2.51370e+000,A6=-9.26793e-001,A7=0.00000e+000,A8=-3.25470e+000,A9=0.00000e+000,A10=9.19353e+000,A11=0.00000e+000,A12=-9.23569e+000,A13=0.00000e+000,A14=5.38890e-001,A15=0.00000e+000,A16=0.00000e+000,A17=0.00000e+000,A18=0.00000e+000,A19=0.00000e+000,A20=0.00000e+000
7:K=-2.91999e+000,A3=3.42278e-002,A4=-1.65551e+000,A5=1.65616e+000,A6=-5.77254e-002,A7=0.00000e+000,A8=-1.45408e+000,A9=0.00000e+000,A10=9.04343e-001,A11=0.00000e+000,A12=1.81579e+000,A13=0.00000e+000,A14=-4.07849e+000,A15=0.00000e+000,A16=0.00000e+000,A17=0.00000e+000,A18=0.00000e+000,A19=0.00000e+000,A20=0.00000e+000
8:K=-3.61048e+000,A3=1.64237e-001,A4=-1.37257e+000,A5=1.73286e+000,A6=-8.36887e-001,A7=0.00000e+000,A8=1.56690e-003,A9=0.00000e+000,A10=9.25939e-002,A11=0.00000e+000,A12=-1.05895e-001,A13=0.00000e+000,A14=2.70371e-002,A15=0.00000e+000,A16=0.00000e+000,A17=0.00000e+000,A18=0.00000e+000,A19=0.00000e+000,A20=0.00000e+000

FL 1.93
Fno 2.40
w 28.47
Ymax 1.0945
BF 0.90
TTL 2.90

Elem Surfs Focal Length
1 1-3 2.11
2 5-6 3.71
3 7-8 -4.33

[表1C]
(実施例1 Rレンズ)

Reference Wave Length = 610 nm

SURF DATA
NUM. r d nd vd
OBJ INFINITY 350.0000
1SPS 1.2159 0.4149 1.58313 59.45
STO INFINITY 0.2998 1.43000 49.99
3* 1e+018 0.0767
4 INFINITY 0.1417
5SPS -1.1103 0.5541 1.58313 59.45
6SPS -0.8613 0.1127
7SPS 1.3718 0.4000 1.58313 59.45
8SPS 0.7824 0.2602
9 INFINITY 0.1002 1.52550 54.49
10 INFINITY 0.1000
11 INFINITY 0.4002 1.51000 62.39
12 INFINITY 0.0400
IMG INFINITY 0.0000

ASPHERICAL SURFACE
1:K=-6.35439e-001,A3=1.29155e-002,A4=3.74130e-002,A5=-6.58288e-002,A6=2.04986e-002,A7=0.00000e+000,A8=4.18635e-001,A9=0.00000e+000,A10=-8.69352e-002,A11=0.00000e+000,A12=-2.35517e+000,A13=0.00000e+000,A14=0.00000e+000,A15=0.00000e+000,A16=0.00000e+000,A17=0.00000e+000,A18=0.00000e+000,A19=0.00000e+000,A20=0.00000e+000
5:K=-1.16904e+001,A3=-2.63515e-001,A4=8.60350e-001,A5=-6.31589e+000,A6=1.10954e+001,A7=0.00000e+000,A8=-1.36147e+001,A9=0.00000e+000,A10=-1.09406e+001,A11=0.00000e+000,A12=1.44841e+002,A13=0.00000e+000,A14=-2.94060e+002,A15=0.00000e+000,A16=0.00000e+000,A17=0.00000e+000,A18=0.00000e+000,A19=0.00000e+000,A20=0.00000e+000
6:K=-2.83522e+000,A3=5.60739e-002,A4=-1.55434e+000,A5=2.48285e+000,A6=-9.14492e-001,A7=0.00000e+000,A8=-3.13281e+000,A9=0.00000e+000,A10=8.67926e+000,A11=0.00000e+000,A12=-1.13584e+001,A13=0.00000e+000,A14=4.89613e+000,A15=0.00000e+000,A16=0.00000e+000,A17=0.00000e+000,A18=0.00000e+000,A19=0.00000e+000,A20=0.00000e+000
7:K=-3.07209e+000,A3=1.41765e-002,A4=-1.64026e+000,A5=1.66037e+000,A6=-6.69751e-002,A7=0.00000e+000,A8=-1.54583e+000,A9=0.00000e+000,A10=8.38353e-001,A11=0.00000e+000,A12=2.08309e+000,A13=0.00000e+000,A14=-4.59906e+000,A15=0.00000e+000,A16=0.00000e+000,A17=0.00000e+000,A18=0.00000e+000,A19=0.00000e+000,A20=0.00000e+000
8:K=-3.27310e+000,A3=1.04486e-001,A4=-1.29600e+000,A5=1.70139e+000,A6=-8.73198e-001,A7=0.00000e+000,A8=5.05561e-002,A9=0.00000e+000,A10=1.11770e-001,A11=0.00000e+000,A12=-2.08109e-001,A13=0.00000e+000,A14=9.27248e-002,A15=0.00000e+000,A16=0.00000e+000,A17=0.00000e+000,A18=0.00000e+000,A19=0.00000e+000,A20=0.00000e+000

FL 1.93
Fno 2.40
w 28.47
Ymax 1.0945
BF 0.90
TTL 2.90

Elem Surfs Focal Length
1 1-3 2.09
2 5-6 3.63
3 7-8 -4.17
図6A〜6Cは、図5の個眼光学系にそれぞれ対応する収差図(球面収差(a)、非点収差(b)、歪曲収差(c))であり、図6Aは焦点距離可変素子FVEの変形前(焦点距離非変更な状態)を示し、図6Bは焦点距離可変素子FVEの変形により焦点距離を+25μmと、長くした状態を示し、図6Cは焦点距離可変素子FVEの変形により焦点距離を−25μmと、短くした状態を示す。又、図8A〜8Cは、図7の個眼光学系にそれぞれ対応する収差図(球面収差(a)、非点収差(b)、歪曲収差(c))であり、図8Aは焦点距離可変素子FVEの変形前(焦点距離非変更な状態)を示し、図8Bは焦点距離可変素子FVEの変形により焦点距離を+25μmと、長くした状態を示し、図8Cは焦点距離可変素子FVEの変形により焦点距離を−25μmと、短くした状態を示す。更に、図10A〜10Cは、図9の個眼光学系にそれぞれ対応する収差図(球面収差(a)、非点収差(b)、歪曲収差(c))であり、図10Aは焦点距離可変素子FVEの変形前(焦点距離非変更な状態)を示し、図10Bは焦点距離可変素子FVEの変形により焦点距離を+25μmと、長くした状態を示し、図10Cは焦点距離可変素子FVEの変形により焦点距離を−25μmと、短くした状態を示す。いずれの収差も良好に抑えられている。
図6A〜6Cの球面収差図において、実線は波長450nmの光線、点線は波長410nmの光線に対する球面収差量をそれぞれ表す。図8A〜8Cの球面収差図において、実線は波長530nmの光線、点線は波長490nmの光線に対する球面収差量をそれぞれ表す。図10A〜10Cの球面収差図において、実線は波長610nmの光線、点線は波長570の光線に対する球面収差量をそれぞれ表す。また、非点収差図において、実線Sはサジタル面、点線Mはメリディオナル面を表す。
表2は、焦点距離変化前後における、焦点距離可変素子FVEの空気に接する面の形状を球面(非球面でも良い)で表した際の曲率半径(mm)を示している。担当する波長帯域毎に、焦点距離可変素子FVEの形状を変えている。表中、Bは青色領域に対応して設計されたレンズであることを意味し、Rは赤色領域に対応して設計されたレンズであることを意味し、Gは緑色領域に対応して設計されたレンズであることを意味する(以下同じ)。
Figure 2015036794
(実施例2)
図4の実施の形態に好適な実施例2のレンズデータを、表3A〜3Cに示す。図11、13、15は、実施例2の個眼光学系の断面図である。実施例2は、個眼光学系を波長毎に設計しており、表2A、図11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(主波長)は、450nmである。又、表2B、図12に示す個眼光学系では、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、530nmである。更に、表2C、図13に示す個眼光学系では、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、610nmである。これらの個眼光学系は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。
[表3A]
(実施例2 Bレンズ)

Reference Wave Length = 450 nm

SURF DATA
NUM. r d nd vd
OBJ INFINITY 350.0000
1SPS 1.1561 0.4225 1.58313 59.45
STO INFINITY 0.2500 1.44000 43.99
3* 50.0000 0.0524
4 INFINITY 0.1984
5SPS -1.1163 0.4975 1.58313 59.45
6SPS -0.8684 0.1127
7SPS 1.8117 0.4000 1.58313 59.45
8SPS 0.8857 0.2290
9 INFINITY 0.1000 1.52550 54.49
10 INFINITY 0.1000
11 INFINITY 0.4000 1.51000 62.39
12 INFINITY 0.0400
IMG INFINITY 0.0000

ASPHERICAL SURFACE
1:K=-2.23725e-001,A3=2.89946e-003,A4=8.24076e-002,A5=-2.95150e-001,A6=1.12714e-001,A7=0.00000e+000,A8=1.45763e+000,A9=0.00000e+000,A10=-4.31194e+000,A11=0.00000e+000,A12=3.56573e+000,A13=0.00000e+000,A14=0.00000e+000,A15=0.00000e+000,A16=0.00000e+000,A17=0.00000e+000,A18=0.00000e+000,A19=0.00000e+000,A20=0.00000e+000
5:K=-1.05779e+001,A3=-2.35352e-001,A4=9.63650e-001,A5=-6.06457e+000,A6=1.07677e+001,A7=0.00000e+000,A8=-1.15233e+001,A9=0.00000e+000,A10=4.11432e+000,A11=0.00000e+000,A12=6.04873e+001,A13=0.00000e+000,A14=-1.60490e+002,A15=0.00000e+000,A16=0.00000e+000,A17=0.00000e+000,A18=0.00000e+000,A19=0.00000e+000,A20=0.00000e+000
6:K=-5.34367e+000,A3=2.08068e-002,A4=-1.55823e+000,A5=2.47938e+000,A6=-7.25607e-001,A7=0.00000e+000,A8=-1.93930e+000,A9=0.00000e+000,A10=9.60210e+000,A11=0.00000e+000,A12=-1.56415e+001,A13=0.00000e+000,A14=8.25473e+000,A15=0.00000e+000,A16=0.00000e+000,A17=0.00000e+000,A18=0.00000e+000,A19=0.00000e+000,A20=0.00000e+000
7:K=-3.22638e+000,A3=5.81812e-002,A4=-1.64362e+000,A5=1.64217e+000,A6=-6.77756e-002,A7=0.00000e+000,A8=-1.40521e+000,A9=0.00000e+000,A10=1.05845e+000,A11=0.00000e+000,A12=2.01838e+000,A13=0.00000e+000,A14=-4.53844e+000,A15=0.00000e+000,A16=0.00000e+000,A17=0.00000e+000,A18=0.00000e+000,A19=0.00000e+000,A20=0.00000e+000
8:K=-5.75549e+000,A3=1.82343e-001,A4=-1.26621e+000,A5=1.66755e+000,A6=-9.81955e-001,A7=0.00000e+000,A8=1.10880e-001,A9=0.00000e+000,A10=2.03653e-001,A11=0.00000e+000,A12=-2.71673e-001,A13=0.00000e+000,A14=7.61596e-002,A15=0.00000e+000,A16=0.00000e+000,A17=0.00000e+000,A18=0.00000e+000,A19=0.00000e+000,A20=0.00000e+000

FL 1.95
Fno 2.40
w 28.47
Ymax 1.0945
BF 0.87
TTL 2.80

Elem Surfs Focal Length
1 1-3 1.97
2 5-6 3.77
3 7-8 -3.48

[表3B]
(実施例2 Gレンズ)

Reference Wave Length = 530 nm

SURF DATA
NUM. r d nd vd
OBJ INFINITY 350.0000
1SPS 1.1364 0.4261 1.58313 59.45
STO INFINITY 0.2500 1.44000 43.99
3* 20.0000 0.0483
4 INFINITY 0.1944
5SPS -1.0898 0.5046 1.58313 59.45
6SPS -0.8819 0.1127
7SPS 1.5718 0.4000 1.58313 59.45
8SPS 0.8618 0.2371
9 INFINITY 0.1000 1.52550 54.49
10 INFINITY 0.1000
11 INFINITY 0.4000 1.51000 62.39
12 INFINITY 0.0400
IMG INFINITY 0.0000

ASPHERICAL SURFACE
1:K=-2.22145e-001,A3=4.03764e-003,A4=8.28976e-002,A5=-2.73639e-001,A6=1.06929e-001,A7=0.00000e+000,A8=1.39665e+000,A9=0.00000e+000,A10=-4.06387e+000,A11=0.00000e+000,A12=3.23322e+000,A13=0.00000e+000,A14=0.00000e+000,A15=0.00000e+000,A16=0.00000e+000,A17=0.00000e+000,A18=0.00000e+000,A19=0.00000e+000,A20=0.00000e+000
5:K=-1.03403e+001,A3=-2.43251e-001,A4=9.18965e-001,A5=-6.15238e+000,A6=1.07507e+001,A7=0.00000e+000,A8=-1.14228e+001,A9=0.00000e+000,A10=3.23971e+000,A11=0.00000e+000,A12=6.41192e+001,A13=0.00000e+000,A14=-1.69917e+002,A15=0.00000e+000,A16=0.00000e+000,A17=0.00000e+000,A18=0.00000e+000,A19=0.00000e+000,A20=0.00000e+000
6:K=-5.04489e+000,A3=7.92100e-003,A4=-1.56597e+000,A5=2.46647e+000,A6=-7.51825e-001,A7=0.00000e+000,A8=-2.02825e+000,A9=0.00000e+000,A10=9.42350e+000,A11=0.00000e+000,A12=-1.56085e+001,A13=0.00000e+000,A14=8.69015e+000,A15=0.00000e+000,A16=0.00000e+000,A17=0.00000e+000,A18=0.00000e+000,A19=0.00000e+000,A20=0.00000e+000
7:K=-3.21871e+000,A3=3.34734e-002,A4=-1.62223e+000,A5=1.67121e+000,A6=-4.74123e-002,A7=0.00000e+000,A8=-1.47789e+000,A9=0.00000e+000,A10=1.02413e+000,A11=0.00000e+000,A12=2.14506e+000,A13=0.00000e+000,A14=-4.42314e+000,A15=0.00000e+000,A16=0.00000e+000,A17=0.00000e+000,A18=0.00000e+000,A19=0.00000e+000,A20=0.00000e+000
8:K=-4.94145e+000,A3=1.49805e-001,A4=-1.22439e+000,A5=1.64857e+000,A6=-9.74679e-001,A7=0.00000e+000,A8=1.20622e-001,A9=0.00000e+000,A10=1.90971e-001,A11=0.00000e+000,A12=-2.74272e-001,A13=0.00000e+000,A14=8.13601e-002,A15=0.00000e+000,A16=0.00000e+000,A17=0.00000e+000,A18=0.00000e+000,A19=0.00000e+000,A20=0.00000e+000

FL 1.95
Fno 2.40
w 28.47
Ymax 1.0945
BF 0.88
TTL 2.81

Elem Surfs Focal Length
1 1-3 2.00
2 5-6 4.15
3 7-8 -4.11

[表3C]
(実施例2 Rレンズ)

Reference Wave Length = 610 nm

SURF DATA
NUM. r d nd vd
OBJ INFINITY 350.0000
1SPS 1.1192 0.4296 1.58313 59.45
STO INFINITY 0.2500 1.44000 43.99
3* 13.0000 0.0420
4 INFINITY 0.1880
5SPS -1.0927 0.5273 1.58313 59.45
6SPS -0.8361 0.1127
7SPS 1.7182 0.4000 1.58313 59.45
8SPS 0.8580 0.2370
9 INFINITY 0.1000 1.52550 54.49
10 INFINITY 0.1000
11 INFINITY 0.4000 1.51000 62.39
12 INFINITY 0.0400
IMG INFINITY 0.0000

ASPHERICAL SURFACE
1:K=-9.77580e-002,A3=2.11150e-003,A4=9.67504e-002,A5=-3.21193e-001,A6=1.38031e-001,A7=0.00000e+000,A8=1.62780e+000,A9=0.00000e+000,A10=-5.05573e+000,A11=0.00000e+000,A12=4.49407e+000,A13=0.00000e+000,A14=0.00000e+000,A15=0.00000e+000,A16=0.00000e+000,A17=0.00000e+000,A18=0.00000e+000,A19=0.00000e+000,A20=0.00000e+000
5:K=-9.67838e+000,A3=-2.41085e-001,A4=8.85496e-001,A5=-6.23439e+000,A6=1.04656e+001,A7=0.00000e+000,A8=-1.13867e+001,A9=0.00000e+000,A10=6.07983e+000,A11=0.00000e+000,A12=4.37350e+001,A13=0.00000e+000,A14=-1.28599e+002,A15=0.00000e+000,A16=0.00000e+000,A17=0.00000e+000,A18=0.00000e+000,A19=0.00000e+000,A20=0.00000e+000
6:K=-4.82826e+000,A3=-1.01673e-002,A4=-1.59867e+000,A5=2.44185e+000,A6=-8.13409e-001,A7=0.00000e+000,A8=-2.06790e+000,A9=0.00000e+000,A10=9.16730e+000,A11=0.00000e+000,A12=-1.67932e+001,A13=0.00000e+000,A14=1.13345e+001,A15=0.00000e+000,A16=0.00000e+000,A17=0.00000e+000,A18=0.00000e+000,A19=0.00000e+000,A20=0.00000e+000
7:K=-2.32616e+000,A3=1.82420e-002,A4=-1.61894e+000,A5=1.64313e+000,A6=-4.32599e-002,A7=0.00000e+000,A8=-1.48788e+000,A9=0.00000e+000,A10=1.04212e+000,A11=0.00000e+000,A12=2.08338e+000,A13=0.00000e+000,A14=-4.81963e+000,A15=0.00000e+000,A16=0.00000e+000,A17=0.00000e+000,A18=0.00000e+000,A19=0.00000e+000,A20=0.00000e+000
8:K=-5.59473e+000,A3=1.63810e-001,A4=-1.18234e+000,A5=1.60564e+000,A6=-1.01167e+000,A7=0.00000e+000,A8=1.87365e-001,A9=0.00000e+000,A10=2.10869e-001,A11=0.00000e+000,A12=-3.91263e-001,A13=0.00000e+000,A14=1.51612e-001,A15=0.00000e+000,A16=0.00000e+000,A17=0.00000e+000,A18=0.00000e+000,A19=0.00000e+000,A20=0.00000e+000

FL 1.95
Fno 2.40
w 28.47
Ymax 1.0945
BF 0.88
TTL 2.83

Elem Surfs Focal Length
1 1-3 2.02
2 5-6 3.48
3 7-8 -3.55
図11、13、15中、実施例2は、物体側より順に、第1の個眼レンズLa1と、開口絞りSと、第1の個眼レンズLa1の像側面に密着した焦点距離可変素子FVEと、第2の個眼レンズLa2と、第3の個眼レンズLa3から構成される。IM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、CGは、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12A〜12Cは、図11の個眼光学系にそれぞれ対応する収差図(球面収差(a)、非点収差(b)、歪曲収差(c))であり、図12Aは焦点距離可変素子FVEの変形前(焦点距離非変更な状態)を示し、図12Bは焦点距離可変素子FVEの変形により焦点距離を+25μmと、長くした状態を示し、図12Cは焦点距離可変素子FVEの変形により焦点距離を−25μmと、短くした状態を示す。又、図14A〜14Cは、図13の個眼光学系にそれぞれ対応する収差図(球面収差(a)、非点収差(b)、歪曲収差(c))であり、図14Aは焦点距離可変素子FVEの変形前(焦点距離非変更な状態)を示し、図14Bは焦点距離可変素子FVEの変形により焦点距離を+25μmと、長くした状態を示し、図14Cは焦点距離可変素子FVEの変形により焦点距離を−25μmと、短くした状態を示す。更に、図16A〜16Cは、図15の個眼光学系にそれぞれ対応する収差図(球面収差(a)、非点収差(b)、歪曲収差(c))であり、図16Aは焦点距離可変素子FVEの変形前(焦点距離非変更な状態)を示し、図16Bは焦点距離可変素子FVEの変形により焦点距離を+25μmと、長くした状態を示し、図16Cは焦点距離可変素子FVEの変形により焦点距離を−25μmと、短くした状態を示す。いずれの収差も良好に抑えられている。
図12A〜12Cの球面収差図において、実線は波長450nmの光線、点線は波長410nmの光線に対する球面収差量をそれぞれ表す。図14A〜14Cの球面収差図において、実線は波長530nmの光線、点線は波長490nmの光線に対する球面収差量をそれぞれ表す。図16A〜16Cの球面収差図において、実線は波長610nmの光線、点線は波長570の光線に対する球面収差量をそれぞれ表す。また、非点収差図において、実線Sはサジタル面、点線Mはメリディオナル面を表す。
表4は、焦点距離変化前後における、焦点距離可変素子FVEの空気に接する面の形状を球面(非球面でも良い)で表した際の曲率半径(mm)を示している。担当する波長帯域毎に、焦点距離可変素子FVEの形状を変えている。
Figure 2015036794
(実施例3)
図3の実施の形態に好適な実施例3のレンズデータを、表5に示す。図17は、実施例3の個眼光学系の断面図である。実施例3は、全波長領域に対応しており、すなわち個眼光学系の面形状は全ての個眼光学系で共通している。図中、実施例3は、物体側より順に、第1の個眼レンズLa1と、開口絞りSと、第2の個眼レンズLa2の物体側面に密着した焦点距離可変素子FVEと、第2の個眼レンズLa2と、第3の個眼レンズLa3と、第4の個眼レンズLa4とから構成される。IM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、CGは、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。
[表5]
(実施例3)

Reference Wave Length = 587.56 nm

SURF DATA
NUM. r d nd vd
OBJ INFINITY 400.0000
1SPS 2.0846 0.3969 1.54470 55.99
2SPS -2.0566 -0.0447
STO INFINITY 0.0300
4 INFINITY 0.0647
5* 1000.0000 0.2501 1.44000 49.99
6 INFINITY 0.2001 1.63469 23.86
7SPS 2.4390 0.1723
8SPS -2.7432 0.5640 1.54470 55.99
9SPS -0.7153 0.0500
10SPS 1.6058 0.3055 1.63469 23.86
11SPS 0.6494 0.4066
12 INFINITY 0.1000 1.52550 54.49
13 INFINITY 0.1000
14 INFINITY 0.5000 1.51000 62.39
15 INFINITY 0.0400
IMG INFINITY 0.0000

ASPHERICAL SURFACE
1:K=-6.66098e+000,A3=9.09007e-004,A4=-1.27549e-001,A5=-9.73816e-002,A6=-2.67060e-001,A7=0.00000e+000,A8=-5.52665e-001,A9=0.00000e+000,A10=5.89967e-001,A11=0.00000e+000,A12=-2.83993e+000,A13=0.00000e+000,A14=0.00000e+000,A15=0.00000e+000,A16=0.00000e+000,A17=0.00000e+000,A18=0.00000e+000,A19=0.00000e+000,A20=0.00000e+000
2:K=3.39719e+000,A3=-4.39634e-002,A4=3.79124e-002,A5=-1.72776e-001,A6=-3.01673e-001,A7=0.00000e+000,A8=-2.72538e-003,A9=0.00000e+000,A10=1.40236e+000,A11=0.00000e+000,A12=-3.49057e+000,A13=0.00000e+000,A14=0.00000e+000,A15=0.00000e+000,A16=0.00000e+000,A17=0.00000e+000,A18=0.00000e+000,A19=0.00000e+000,A20=0.00000e+000
7:K=-1.78160e+001,A4=2.62769e-002,A6=2.98744e-001,A8=-2.25255e+000,A10=1.51574e+000,A12=1.81248e+001,A14=-2.48229e+001,A16=0.00000e+000,A18=0.00000e+000,A20=0.00000e+000
8:K=1.55896e+001,A4=1.36321e-001,A6=-4.95562e-002,A8=1.53559e+000,A10=1.67626e+000,A12=2.80264e+000,A14=-2.93573e+000,A16=0.00000e+000,A18=0.00000e+000,A20=0.00000e+000
9:K=-3.93922e+000,A3=1.30178e-001,A4=-8.19205e-001,A5=8.50709e-001,A6=-1.09874e-001,A7=0.00000e+000,A8=5.47424e-001,A9=0.00000e+000,A10=4.26210e-001,A11=0.00000e+000,A12=-2.72862e-001,A13=0.00000e+000,A14=2.47248e+000,A15=0.00000e+000,A16=0.00000e+000,A17=0.00000e+000,A18=0.00000e+000,A19=0.00000e+000,A20=0.00000e+000
10:K=-2.40976e+001,A3=1.96007e-001,A4=-7.98215e-001,A5=3.11076e-001,A6=1.51662e-001,A7=0.00000e+000,A8=1.68112e-001,A9=0.00000e+000,A10=-1.83407e-001,A11=0.00000e+000,A12=-2.62057e-001,A13=0.00000e+000,A14=2.96916e-001,A15=0.00000e+000,A16=0.00000e+000,A17=0.00000e+000,A18=0.00000e+000,A19=0.00000e+000,A20=0.00000e+000
11:K=-6.81041e+000,A3=3.92709e-001,A4=-1.18854e+000,A5=8.28926e-001,A6=-7.83004e-002,A7=0.00000e+000,A8=-1.17943e-001,A9=0.00000e+000,A10=-2.55442e-002,A11=0.00000e+000,A12=4.43169e-002,A13=0.00000e+000,A14=-1.59848e-002,A15=0.00000e+000,A16=0.00000e+000,A17=0.00000e+000,A18=0.00000e+000,A19=0.00000e+000,A20=0.00000e+000

FL 2.13
Fno 2.20
w 30.47
Ymax 1.24
BF 1.15
TTL 3.14

Elem Surfs Focal Length
1 1-2 1.97
2 5-7 -3.85
3 8-9 1.62
4 10-11 -1.96
図18A〜18Cは、図17の個眼光学系にそれぞれ対応する収差図(球面収差(a)、非点収差(b)、歪曲収差(c))であり、図18Aは焦点距離可変素子FVEの変形前(焦点距離非変更な状態)を示し、図18Bは焦点距離可変素子FVEの変形により焦点距離を+25μmと、長くした状態を示し、図18Cは焦点距離可変素子FVEの変形により焦点距離を−25μmと、短くした状態を示す。いずれの収差も良好に抑えられている。
図18A〜18Cの球面収差図において、実線はd線、点線はg線に対する球面収差量をそれぞれ表す。また、非点収差図において、実線Sはサジタル面、点線Mはメリディオナル面を表す。
表6は、焦点距離変化前後における、焦点距離可変素子FVEの空気に接する面の形状を球面(非球面でも良い)で表した際の曲率半径(mm)を示している。
Figure 2015036794
(実施例4)
図3の実施の形態に好適な実施例4のレンズデータを、表7に示す。図19は、実施例4の個眼光学系の断面図である。実施例4は、全波長領域に対応しており、すなわち個眼光学系の面形状は全ての光学系で共通している。図中、実施例4は、物体側より順に、第1の個眼レンズLa1と、第1の個眼レンズLa1の物体側面に密着した焦点距離可変素子FVEと、第2の個眼レンズLa2と、第3の個眼レンズLa3とから構成される。実施例4において、第1の個眼レンズLa1は、第1平行平板PP1と、その物体側に密着形成された第1レンズ部L1とからなり、開口絞りSは、第1平行平板PP1と第1レンズ部L1との間に形成される。又、第2の個眼レンズLa2は、第2平行平板PP2と、その物体側に密着形成された第2レンズ部L2と,像側に密着形成された第3レンズ部L3からなる。更に、第3の個眼レンズLa3は、第3平行平板PP3と、その物体側に密着形成された第4レンズ部L4と,像側に密着形成された第5レンズ部L5からなる。IM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、CGは、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。なお、図21は、実施例4のような透明な平行平板上に樹脂などからなる個眼レンズを形成してなるレンズアレイを複数積層した複眼撮像光学系の断面図である。図21に示すように、各レンズアレイにおいて、平行平板は複数の個眼レンズに対して共通である。このように、基板によって複数の個眼レンズが一体化されていてもよい。
[表7]
(実施例4)

Reference Wave Length = 587.56 nm

SURF DATA
NUM. r d nd vd
OBJ INFINITY 400.0000
1SPS 0.9719 0.1887 1.51836 56.43
STO INFINITY 0.3000 1.51000 51.99
3 INFINITY 0.1350 1.44000 49.99
4* 16.0000 0.2043
5SPS -1.2856 0.0470 1.51836 56.43
6 INFINITY 0.3000 1.51000 51.99
7 INFINITY 0.2000 1.51836 56.43
8SPS -0.8076 0.0500
9SPS 1e+010 0.0597 1.51836 56.43
10 INFINITY 0.3000 1.51000 51.99
11 INFINITY 0.1400 1.51836 56.43
12SPS 1.0497 0.2650
13 INFINITY 0.1750 1.52310 54.49
14 INFINITY 0.1000
15 1e+018 0.4000 1.52000 62.39
16 1e+018 0.0400
IMG INFINITY 0.0000

ASPHERICAL SURFACE
1:K=-1.41000e+001,A3=5.51084e-002,A4=1.68956e+000,A5=-9.60674e-001,A6=-3.89503e+000,A7=0.00000e+000,A8=3.81958e+000,A9=0.00000e+000,A10=1.09553e+002,A11=0.00000e+000,A12=-6.02916e+002,A13=0.00000e+000,A14=9.86521e+002,A15=0.00000e+000,A16=0.00000e+000,A17=0.00000e+000,A18=0.00000e+000,A19=0.00000e+000,A20=0.00000e+000
5:K=-7.88017e-001,A3=0.00000e+000,A4=-1.11774e-001,A5=0.00000e+000,A6=4.82462e+000,A7=0.00000e+000,A8=-7.68016e+001,A9=0.00000e+000,A10=6.94860e+002,A11=0.00000e+000,A12=-3.36108e+003,A13=0.00000e+000,A14=8.31594e+003,A15=0.00000e+000,A16=-8.35153e+003,A17=0.00000e+000,A18=0.00000e+000,A19=0.00000e+000,A20=0.00000e+000
8:K=-7.75060e+000,A3=0.00000e+000,A4=-8.43150e-001,A5=0.00000e+000,A6=3.93196e+000,A7=0.00000e+000,A8=-1.26275e+001,A9=0.00000e+000,A10=3.09997e+001,A11=0.00000e+000,A12=-3.29812e+000,A13=0.00000e+000,A14=-8.41494e+001,A15=0.00000e+000,A16=7.07063e+001,A17=0.00000e+000,A18=0.00000e+000,A19=0.00000e+000,A20=0.00000e+000
9:K=0.00000e+000,A3=0.00000e+000,A4=-1.93365e-001,A5=0.00000e+000,A6=-2.15308e+000,A7=0.00000e+000,A8=7.34719e+000,A9=0.00000e+000,A10=-8.57194e+000,A11=0.00000e+000,A12=-5.43097e+000,A13=0.00000e+000,A14=3.28811e+001,A15=0.00000e+000,A16=-3.90104e+001,A17=0.00000e+000,A18=0.00000e+000,A19=0.00000e+000,A20=0.00000e+000
12:K=-7.90354e-001,A3=-5.18569e-002,A4=-7.86615e-001,A5=6.89399e-003,A6=8.28423e-001,A7=0.00000e+000,A8=-7.31805e-001,A9=0.00000e+000,A10=1.71176e-001,A11=0.00000e+000,A12=2.89883e-001,A13=0.00000e+000,A14=-3.56396e-001,A15=0.00000e+000,A16=1.25621e-001,A17=0.00000e+000,A18=0.00000e+000,A19=0.00000e+000,A20=0.00000e+000

FL 2.24
Fno 2.47
w 26.3
Ymax 1.0945
BF 0.98
TTL 2.90

Elem Surfs Focal Length
1 1-4 1.95
2 5-8 3.00
3 9-12 -2.02
図20A〜20Cは、図19の個眼光学系にそれぞれ対応する収差図(球面収差(a)、非点収差(b)、歪曲収差(c))であり、図20Aは焦点距離可変素子FVEの変形前(焦点距離非変更な状態)を示し、図20Bは焦点距離可変素子FVEの変形により焦点距離を+25μmと、長くした状態を示し、図20Cは焦点距離可変素子FVEの変形により焦点距離を−25μmと、短くした状態を示す。いずれの収差も良好に抑えられている。
図20A〜20Cの球面収差図において、実線はd線、点線はg線に対する球面収差量をそれぞれ表す。また、非点収差図において、実線Sはサジタル面、点線Mはメリディオナル面を表す。
表8は、焦点距離変化前後における、焦点距離可変素子FVEの空気に接する面の形状を球面(非球面でも良い)で表した際の曲率半径(mm)を示している。
Figure 2015036794
表9Aに、条件式(1)〜(3)の値を示す。尚、各実施例において、サグ量を計算する際に用いた有効半径は、表9Bに示すとおりである。
Figure 2015036794
Figure 2015036794
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
F フィルター
CG 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 複眼撮像系
La1 第1個眼レンズ
La2 第2個眼レンズ
La3 第3個眼レンズ
La4 第4個眼レンズ
LU 撮像ユニット
SR 撮像素子
SS 撮像面

Claims (8)

  1. それぞれ複数の個眼レンズが一体化された第1及び第2のレンズアレイを光軸方向に積層してなり、光軸方向に積層された複数の前記個眼レンズにより複数の個眼光学系が形成され、前記複数の個眼光学系により複数の物体像がそれぞれ形成され、
    前記各個眼光学系は、それぞれ、自身の光学面が変形することで対応する前記個眼光学系の焦点距離を変化させる焦点距離可変素子をさらに有し、
    複数の前記焦点距離可変素子は、前記第1及び第2のレンズアレイ間に配置され、
    前記各焦点距離可変素子の一方の面は、対応する前記第1又は第2のレンズアレイの前記個眼レンズに密着しており、他方の面は空気に接しており、
    前記各焦点距離可変素子の空気に接する側の面は、変形前の状態で下の条件式を満足する球面又は平面であることを特徴とする複眼撮像光学系。
    |Smax|/TTL<2.5E−3 (1)
    但し、
    Smax:前記焦点距離可変素子の空気に接する側の面の変形前の状態での最大サグ量(mm)
    TTL:当該個眼光学系の光学全長(mm)
  2. 前記焦点距離可変素子の空気に接する側の面は、変形前の状態で以下の条件式を満足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。
    0≦|Sa−Sb|/TTL<2.0E−3 (2)
    但し、
    Sa:複数の前記個眼光学系に含まれる複数の前記焦点距離可変素子のうち、空気に接する側の面のサグ量が最大となる前記焦点距離可変素子の最大サグ量(mm)
    Sb:複数の前記個眼光学系に含まれる複数の前記焦点距離可変素子のうち、空気に接する側の面のサグ量が最小となる前記焦点距離可変素子の最大サグ量(mm)
  3. 前記焦点距離可変素子は、前記第1のレンズアレイと前記第2のレンズアレイとの間に配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の複眼撮像光学系。
  4. 複数の前記個眼光学系に対応する光透過部を有する開口絞りをさらに備え、該開口絞りは,前記第1レンズアレイと前記第2レンズアレイとの間に配置されてい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。
  5. 前記開口絞りと前記焦点距離可変素子の空気に接する側の面との光軸上の距離が、前記焦点距離可変素子の変形前の状態で、以下の条件式を満足すること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。
    0.01<D/TTL<0.15 (3)
    但し、
    D:前記開口絞りと前記焦点距離可変素子の空気に接する側の面との光軸上の距離(mm)
  6. 前記複眼撮像光学系は、3枚以上のレンズアレイで構成され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。
  7. 請求項1〜6のいずれかに記載の複眼撮像光学系と、撮像素子とを有する複眼撮像装置において、前記焦点距離可変素子は、前記撮像素子から出力される像面位置情報に基づいて変形することを特徴とする複眼撮像装置。
  8. 請求項1〜6のいずれかに記載の複眼撮像光学系と、撮像素子とを有する複眼撮像装置において、前記焦点距離可変素子は、温度情報に基づいて変形することを特徴とする複眼撮像装置。
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