JP2016001244A - 複眼撮像装置及び複眼撮像システム - Google Patents

Abstract

【課題】環境温度に依存して局所的な個眼光学系の結像性能が劣化することを抑制して高精度の撮像を可能にする複眼撮像装置及びこれを用いた複眼撮像システムを提供すること。【解決手段】樹脂製の複数のレンズアレイ２１，２２が金属製の絞り板２５を介して接着材層２４ａ，２４ｂを介して接着されるので、レンズアレイ２１，２２間の迷光を抑制しつつレンズアレイ２１，２２間の接合を強固なものとできる。さらに、接着の面積比Ｓ１，１／Ｓ１，２に関する上記条件式（１）を満足するので、温度変化があった場合でも、レンズアレイ２１，２２又はレンズアレイ積層体（複眼撮像光学系）２０の反りを焦点深度以内に抑えることが容易となる。【選択図】図２

Description

本発明は、光軸直交方向に複数のレンズが形成されたレンズアレイを有する複眼撮像装置及びこれを組み込んだ複眼撮像システムに関する。

近年、携帯端末の撮像光学系に対する低背化及び高性能化の要求が高くなっている。これらの要求に対して、複数の個眼光学系をアレイ状に配列した複眼撮像光学系を用いて複数の画像を撮影して１つの画像に再構成する、いわゆる超解像技術を用いた撮像装置が開発されている。このような撮像装置は、小型かつ薄型でありながら、複数の個眼光学系で得られた画像を再構成することで、複数の低解像の画像から高解像の画像を作り出すことができる。

ここで、個眼光学系は、性能確保のため一般に複数のレンズで構成される。このように、各個眼光学系が複数のレンズで構成される場合、製造の容易性を考慮すると、複数のレンズアレイを積層して接合した積層型の複眼撮像光学系を用いることになる。しかしながら、レンズアレイがプラスチック材料で形成され、間挿された絞りが金属で形成されている場合、接合の仕方によっては、積層型の複眼撮像光学系が置かれる環境温度の変化によって個々のレンズアレイに比較的大きな反りが発生する可能性があり、複数の個眼光学系のうち中心側のものと周辺側のものとで結像状態に差が生じる可能性がある。たとえば、絞りを介して一対のレンズアレイの周囲の枠部分で接着固定した場合、環境温度の上昇によりレンズアレイが膨張し、レンズアレイの固定された枠部分の近傍では個眼光学系を構成するレンズの光軸方向の間隔やセンサーまでの距離は維持されるが、レンズアレイの中央部では、レンズアレイの反りによって個眼光学系を構成するレンズの光軸方向の間隔やセンサーまでの距離が変化し、中心側の個眼光学系の結像性能が劣化する問題がある。

また、複数のレンズアレイを積層するものとして、例えば複数のレンズアレイをレンズに対応する位置に複数の開口が設けられた中間プレートを介して接合するものが知られている（特許文献１）。この特許文献１は、複数のレンズアレイを接合した後に個別のレンズに個片化する技術に関するものであり、積層型の複眼撮像光学系の状態で使用することを前提とせず、したがって積層型の複眼撮像光学系が温度変化する環境下で局所的な個眼光学系において結像性能が劣化するような状況を前提としていない。

なお、露光装置に関するものであるが、温度変化によるレンズアレイの位置ずれを抑える手法として、レンズアレイを２つのホルダーで挟むように支持し、熱膨張差や固定位置を適宜設定することによってレンズアレイの位置的安定性を確保しているものがある（特許文献２）。しかしながら、上記手法の対象は、単一のレンズアレイであり、複数のレンズアレイを積層した積層型のレンズアレイが温度変化によって反って局所的な個眼光学系で結像性能が劣化するような状況の対策になっていない。

特開２００３‐３２９８０８号公報 特開２００４‐３３３７１５号公報

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、環境温度に依存して局所的な個眼光学系の結像性能が劣化することを抑制して高精度の撮像を可能にする複眼撮像装置及びこれを用いた複眼撮像システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る複眼撮像装置は、複数の個眼光学系を有する複眼撮像光学系と、複数の個眼光学系によって形成された複数の物体像を検出する撮像素子とを備える複眼撮像装置であって、複眼撮像光学系は、光軸の異なる複数の個眼レンズを一体に形成した樹脂製のレンズアレイが光軸方向に積層され、レンズアレイは、金属製の絞り板を介して接着材層によって接着され、接着材層の面積比が以下の条件式を満足する。

ただし、
Ｓ_ｎ，ｍ：物体側からｎ番目の絞り板に接着されるｍ番目のレンズアレイに接する接着材層の面積（ｎ、ｍは１以上の整数）
ｐｐ：撮像素子の画素ピッチ（μｍ）
Ｆ：個眼光学系のＦナンバー

上記複眼撮像装置によれば、樹脂製の複数のレンズアレイが金属製の絞り板を介して接着材層によって接着されるので、レンズアレイ間の迷光を抑制しつつレンズアレイ間の接合を強固なものとできる。さらに、接着の面積比に関する上記条件式（１）を満足するので、温度変化があった場合であっても、レンズアレイ又は複眼撮像光学系の反りを焦点深度に対応する程度以内に抑えることができる。なお、上記条件式（１）において、２・ｐｐ・Ｆ（μｍ）は、個眼光学系の焦点深度に相当する。また、レンズアレイ又は複眼撮像光学系の反り量は、接着面積比の自然対数値ｌｎ（Ｓ_１，１／Ｓ_ｎ，ｍ）に応じて、例えば比例係数を−３．５５６とし切片を０．３３６１とする関係で線形的に増減する傾向がある。

本発明の具体的な観点又は側面では、上記複眼撮像装置において、レンズアレイの非周辺領域の個眼レンズは、枠状の接着領域に囲まれている。この場合、非周辺領域つまり中央側で個眼レンズが相互にしっかり固定される。

本発明の別の側面では、絞り板の両面の接着材層を光軸方向に投影して見たとき、同じ形状パターンである。この場合、上記条件式を満足させるのが容易となる。

本発明の別の側面では、複数のレンズアレイは、外周の枠部分において接着されている。この場合、外周側の個眼光学系を構成する個眼レンズ間の結合を安定化させることができる。

本発明の別の側面では、接着に関する面積比が、下記条件式を満足する。
０．５＜Ｓ_１，１／Ｓ_ｎ，ｍ＜１．５
この場合、隣接する接着面積の差が大きくなることを抑制でき、迷光発生を抑制しやすくなる。

本発明の別の側面では、各絞りと、当該絞りに隣接する一対のレンズアレイとの間隔は、以下の条件式を満足する。
−０．７＜（ｄ２−ｄ１）／ｄ１＜＋０．７
ただし、
ｄ１：絞りと物体側のレンズアレイとの間隔
ｄ２：絞りと像側のレンズアレイとの間隔
この場合、絞りを挟んで存在する一対の接着材層から発生する応力をバランスさせやすい。

本発明の別の側面では、各絞りに隣接する一対のレンズアレイを接着する接着材層の弾性率は、略等しい。この場合、絞りを挟んで存在する一対の接着材層から発生する応力をバランスさせやすい。

上記目的を達成するため、本発明に係る複眼撮像システムは、上述した複眼撮像装置と、複眼撮像装置から出力された複数の画像情報に基づいて１つの画像情報を再構成する画像処理部とを備える。

（Ａ）は、本発明の一実施形態である複眼撮像装置の側方断面図であり、（Ｂ）は、複眼撮像光学系を構成するレンズアレイ積層体の平面図である。 （Ａ）は、第１レンズアレイ側の接着材層を説明する図であり、（Ｂ）は、第２レンズアレイ側の接着材層を説明する図である。 第１レンズアレイ側から絞り板や第２レンズアレイを見た図である。 レンズアレイ積層体のレンズ間領域における断面構造を説明する図である。 図１の撮像装置を搭載した複眼撮像システムを説明する図である。 駆動処理部等について説明するブロック図である。 （Ａ）は、レンズアレイ積層体の反りに関するシミュレーションの結果を示し、（Ｂ）は、反りに関する実験の結果を示す。 （Ａ）〜（Ｃ）は、レンズアレイ積層体の反りの状態とピントとの関係について説明する概念図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、レンズアレイ積層体の構造の変形例を説明する部分拡大断面図である。 図３に示す接着材層の輪郭の変形例を説明する図である。

以下、本発明の一実施形態である複眼撮像光学系を組み込んだ複眼撮像装置及び複眼撮像システムについて、図面を参照しつつ説明する。

図１（Ａ）及び１（Ｂ）に示す複眼撮像装置１００は、複数の撮像レンズ（すなわち複数の個眼光学系）を用いて複数の画像を撮影するためのものである。複眼撮像装置１００は、矩形状の外形を有し、レンズアレイ積層体２０と、絞り板２５と、後絞り３０と、フィルター４０と、センサー部５０と、ホルダー６０とを有する。これらのうち、レンズアレイ積層体２０、絞り板２５、後絞り３０、及びフィルター４０によって、複眼撮像光学系２００が構成される。

レンズアレイ積層体２０は、複数の被写体像を形成するものである。レンズアレイ積層体２０は、第１レンズアレイ２１と、第２レンズアレイ２２と、絞り板２５とを有する。これらのレンズアレイ２１，２２や絞り板２５は、光軸ＡＸ方向に積層されている。レンズアレイ積層体２０は、複数の被写体像をセンサー部５０に設けた複数の撮像面（被投影面）Ｉ上に個別に結像させる機能を有する。なお、本実施形態において、自体を複眼撮像光学系と呼ぶ場合もある。

レンズアレイ積層体２０のうち第１レンズアレイ２１は、最も物体側に配置される。第１レンズアレイ２１は、光軸ＡＸに垂直な方向に２次元的に配列された複数の第１個眼レンズ１２１を連結したプラスチック成形品であり、矩形又は正方形の外形を有する。第１レンズアレイ２１は、樹脂、例えばポリカーボネート又はアクリル等で形成されている。図示の例では、第１個眼レンズ１２１は、４行４列のマトリックス状に並べられて計１６個存在する。各第１個眼レンズ１２１は、レンズ本体２１ａとフランジ部２１ｂとを有し、隣接する第１個眼レンズ１２１は、フランジ部２１ｂを介して連結され一体化されている。レンズ本体２１ａは、物体側が凸形状の非球面である第１光学面２１ｃと、像側が凹形状の非球面である第２光学面２１ｄとを有する。レンズ本体２１ａの周囲のフランジ部２１ｂは、第１及び第２光学面２１ｃ，２１ｄの周囲に光軸ＡＸに垂直に延びる一対の平坦なフランジ面２１ｅ，２１ｆを有する。

第２レンズアレイ２２は、第１レンズアレイ２１の像側に配置される。第２レンズアレイ２２は、第１レンズアレイ２１と同様に、光軸ＡＸに垂直な方向に２次元的に配列され複数の第２個眼レンズ１２２を連結したプラスチック成形品であり、矩形又は正方形の外形を有する。第２レンズアレイ２２は、樹脂、例えばポリカーボネート又はアクリル等で形成されている。第２個眼レンズ１２２は、４行４列のマトリックス状に並べられて計１６個存在する。各第２個眼レンズ１２２は、レンズ本体２２ａとフランジ部２２ｂとを有し、隣接する第２個眼レンズ１２２は、フランジ部２２ｂを介して連結され一体化されている。レンズ本体２２ａは、物体側が凹形状の非球面である第３光学面２２ｃと、像側が凸形状の非球面である第４光学面２２ｄとを有する。レンズ本体２２ａの周囲のフランジ部２２ｂは、第３及び第４光学面２２ｃ，２２ｄの周囲に光軸ＡＸに垂直に延びる一対の平坦なフランジ面２２ｅ，２２ｆを有する。

第１レンズアレイ２１を構成する１つの第１個眼レンズ１２１と、第２レンズアレイ２２側において同一の光軸ＡＸ上に配置されている第２個眼レンズ１２２とは、単独で物体像を形成する１つの撮像レンズ、つまり単独で撮像を可能にする個眼光学系２０ｓとして機能する。つまり、光軸ＡＸ方向に隣接し対向する一対の個眼レンズ１２１，１２２は、個眼光学系２０ｓとして機能する。レンズアレイ積層体２０全体では、格子点上に配置された４×４個の個眼光学系２０ｓが存在する。

第１及び第２レンズアレイ２１，２２は、樹脂で形成された一体成形品であり、例えば金型による射出成形や、金型若しくは樹脂型等によるプレス成形又はキャスト成形によって成形される。

第１レンズアレイ２１と第２レンズアレイ２２とは、絞り板２５と接着部２４とを介して積層されている。接着部２４は、第１レンズアレイ２１側の第１接着材層２４ａと第２レンズアレイ２２側の第２接着材層２４ｂとで構成され、第１及び第２接着材層２４ａ，２４ｂ間に絞り板２５を挟んでいる。接着部２４は、例えば吸収による遮光性を有する光硬化性樹脂によって形成される。吸収による遮光性を確保する目的で、例えば黒色の無機顔料や有機顔料等が光硬化性樹脂に添加される。

第１接着材層２４ａは、絞り板２５の物体側において、第１レンズアレイ２１内の各第１個眼レンズ１２１を構成するレンズ本体２１ａと、これに隣接するレンズ本体２１ａとの間、つまりフランジ部２１ｂの領域に設けられている。
具体的には、図２（Ａ）に示すように、第１接着材層２４ａは、複数の個眼レンズ１２１間に延びる格子状の部分に対応して、格子状に広がっている。ただし、第１接着材層２４ａは、絞り板２５において外枠に相当する矩形（正方形を含む）の外周領域２５ｒには広がっていない（図３参照）。つまり、中央側の非周辺領域ＮＰに配置されているレンズ本体２１ａの場合、第１接着材層２４ａの一部である枠状の接着領域ＮＰａによって光軸ＡＸに垂直な横方向に関して周囲から囲まれており、周辺側つまり非周辺領域ＮＰ外に配置されているレンズ本体２１ａの場合、第１接着材層２４ａによって二方又は三方を囲まれているが部分的に開放された状態となっている。

また、第２接着材層２４ｂは、絞り板２５の像側において、第２レンズアレイ２２内の各第２個眼レンズ１２２を構成するレンズ本体２２ａと、これに隣接するレンズ本体２２ａとの間、つまりフランジ部２２ｂの領域に設けられている。
具体的には、図２（Ｂ）に示すように、第２接着材層２４ｂは、複数の個眼レンズ１２２間に延びる格子状の部分に対応して、格子状に広がっている。ただし、第２接着材層２４ｂは、絞り板２５の外周領域２５ｒ（図３参照）には広がっていない。つまり、中央側の非周辺領域ＮＰに配置されているレンズ本体２２ａの場合、第２接着材層２４ｂの一部である枠状の接着領域ＮＰａによって光軸ＡＸに垂直な横方向に関して周囲から囲まれており、周辺側つまり非周辺領域ＮＰ外に配置されているレンズ本体２２ａの場合、第２接着材層２４ｂによって二方又は三方から囲まれているが部分的に開放された状態となっている。このように、第１接着材層２４ａと第２接着材層２４ｂとを光軸方向に投影して見たとき、面積は異なっていても同じ形状パターンとなっていることが好ましい。

図３等に示す絞り板２５は、矩形で板状の中間絞り部材であり、接着部２４の第１及び第２接着材層２４ａ，２４ｂを介して第１及び第２レンズアレイ２１，２２に接合されている。絞り板２５において、第１及び第２レンズアレイ２１，２２の第１及び第２レンズ本体２１ａ，２２ａに対応する位置には円形の開口部２５ａが形成されている。絞り板２５は、金属からなる板状部材であって、それ自体で光吸収性を有する黒色又は暗色の材料や、表面を黒色又は暗色に塗装されたものが用いられる。なお、本実施形態の場合、絞り板２５の外周を形成する矩形（正方形を含む）の枠部である外周領域２５ｒは、接着部２４によって固定されておらず、両レンズアレイ２１，２２に対して独立した状態となっている。

図４は、レンズアレイ積層体２０の中央寄りのレンズ間領域ＩＡ（図１（Ｂ）参照）における断面構造を説明する拡大断面図である。横方向に隣接する２つの個眼光学系２０ｓ間では、物体側からの順で、第１レンズアレイ２１のフランジ部２１ｂと、第１接着材層２４ａと、絞り板２５と、第２接着材層２４ｂと、第２レンズアレイ２２のフランジ部２２ｂとが積層された状態となっている。

図１（Ａ）に示すように、レンズアレイ積層体２０において、その外周には、第１レンズアレイ２１の枠部１２ｒと、第２レンズアレイ２２の枠部２２ｒとの間に挟まれてスペーサー２６が設けられている。このスペーサー２６は、例えば接着材からなる充填材である。ただし、スペーサー２６は、接着剤に限らず、樹脂等で形成された別部材、あるいは第１レンズアレイ２１、第２レンズアレイ２２の少なくとも一方に一体で形成されたものであってもよい。スペーサー２６が別部材である場合、スペーサー２６の上面及び下面は、接着材層を介して第１及び第２レンズアレイ２１，２２の枠部２１ｒ，２２ｒに接着される。なお、スペーサー２６は、第１及び第２レンズアレイ２１，２２に対して４辺全体で接着される必要はなく、例えば４隅のように局所的に接着されてもよい。

後絞り３０は、矩形の板状部材であり、レンズアレイ積層体２０とフィルター４０との間に設けられている。後絞り３０には、矩形の開口部３０ａが形成されている。後絞り３０の材質は、絞り板２５と同様のものを用いることができる。後絞り３０は、各個眼光学系２０ｓの視野絞り的な機能を有するとともに、センサー部５０へ入射する迷光を遮断する。

フィルター４０は、矩形の板状部材であり、後絞り３０とセンサー部５０との間に設けられている。フィルター４０は、例えば赤外線を反射させる機能を有する赤外線カットフィルターである。

センサー部５０は、撮像素子であり、レンズアレイ積層体２０を構成する各個眼光学系２０ｓによって形成された複数の被写体像を個別に検出する撮像部５２を有する。撮像部５２を構成するセンサー領域５１に設けられた光電変換部（不図示）は、ＣＣＤやＣＭＯＳからなり、入射光を光電変換し、そのアナログ信号を出力する。センサー素子５１又は光電変換部の表面は、撮像面（被投影面）Ｉとなっている。センサー部（撮像素子）５０は、表側においてカバーガラスである平行平板ＣＧで覆われ、裏側において不図示の配線基板によって固定されている。この配線基板は、外部回路から撮像部５２を駆動するための電圧や信号の供給を受けたり、検出信号を上記外部回路へ出力したりする。

ホルダー６０は、黒色の樹脂で形成され、天面部６１と側壁部６２とを備えた部材であり、全体として升状の外形を有する。ホルダー６０には、複数の段部Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３を有する凹部６０ａが形成されており、凹部６０ａ内には、レンズアレイ積層体２０、後絞り３０、フィルター４０、及びセンサー部５０が順番にセットされ保持されている。各部材２０，３０，４０，５０は、凹部６０ａの各段部Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３によって光軸ＡＸ方向等に関して位置決めされる。ホルダー６０には、レンズアレイ積層体２０の複数の光学面に対応する格子点位置に円形の開口部６０ｂが形成されている。ホルダー６０は、遮光性の樹脂、例えば黒色顔料等の着色剤を含むアクリル、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）等で形成されている。
なお、図１（Ｂ）に示すように、レンズアレイ積層体２０の第１レンズアレイ２１側の外周には、接着領域ＢＡが設けられている。この接着領域ＢＡに供給される接着材層２３によって、第１レンズアレイ２１の枠部１２ｒとホルダー６０の天面部６１とが互いに接着される。つまり、レンズアレイ積層体２０は、ホルダー６０に対して接着材層２３を介して位置決めされた状態で固定される。
ホルダー６０の側壁部６２と、レンズアレイ積層体２０の外周面との間には若干の隙間が形成されており、かかる隙間は、常温から最大に温度変化が生じた場合でも、ホルダー６０の側壁部内壁面とレンズアレイ積層体２０の外周面とが接触しない値となっている。ただし、第１レンズアレイ２１と側壁部６２との隙間については、第２レンズアレイ２２と側壁部６２との隙間より小さいことが好ましい。なお、第２レンズアレイ２２の外周下端と、ホルダー６０の側壁部６２の内壁面との間に、補強用接着材を別途供給し、両者を接着してもよい。第２レンズアレイ２２の外周下端と側壁部６２の内壁面との間に供給される補強用接着材は、レンズアレイ積層体２０の外周を補助的に保持する機能を有する。補強用接着材は、接着材層２３の接着材よりも硬化後の弾性率が大きくなっており、ホルダー６０の変形を阻害することはない。
ホルダー６０の側壁部６２の下端は、接着部１２３によってセンサー部５０が固定されている。接着部１２３は、接着材層２３よりも硬化後の弾性率が小さくなっており、ホルダー６０とセンサー部５０とを剛性を持たせて連結する。

以下、図５を参照しつつ、複眼撮像装置１００を搭載した複眼撮像システム３００について説明する。

複眼撮像システム３００は、複眼撮像装置１００と、駆動処理部８１と、ディスプレイ８３とを有する。ここで、駆動処理部８１には、複眼撮像装置１００のセンサー部５０に設けた各センサー領域５１（図１（Ａ）参照）からの電気信号が入力される。この電気信号は、各センサー領域５１上に形成された各画像に対応するものとなっている。駆動処理部８１は、入力された信号を所定の処理プログラムに基づいて処理することによって各画像を１つの画像に再構成し、ディスプレイ８３へ再構成された１つの画像を出力する。なお、ディスプレイ８３ではなく、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）などへ接続し、再構成された画像データを出力してもよい。

図６を参照して、駆動処理部８１等について説明する。駆動処理部８１は、画像処理部９１と、記憶部９２と、画像出力部９３と、制御部９４とを備える。画像処理部９１は、画像合成部９１ａと画像補正部９１ｂとを有する。画像処理部９１には、センサー部５０のｋ個（具体例では１６個）のセンサー領域５１から出力されＡＤ変換部５５を経てデジタル化されたｋ個の略同一視野に対応する画像データＺｋ（ｋ＝１，２，３，…）が入力される。画像合成部９１ａは、記憶部９２に保管されたデータを用いて画像再構成、具体的には略同一視野に対応する画像データＺｋに画像処理を施して１枚の合成画像を出力する超解像処理を行う。画像補正部９１ｂは、画像合成部９１ａで処理される前後の画像データに対して補正処理を行う。超解像処理には、反転処理、歪曲処理、シェーディング処理等が含まれる。記憶部９２は、画像データのほか、画像合成や画像補正等に必要な情報を記憶する。画像出力部９３は、画像処理部９１での処理によって得た再構成画像を、制御部９４からの指示に基づいて所定のタイミングで出力する。制御部９４は、画像処理部９１、記憶部９２、画像出力部９３等を含む駆動処理部８１の動作を統括的に制御する。

以下、レンズアレイ積層体２０の接着材層２４ａ，２４ｂの面積について説明する。予め、レンズアレイ積層体２０の構造を一般化して考える。レンズアレイ積層体２０が複数のレンズアレイで構成され、これら複数のレンズアレイ間に絞り板が配置され、各絞り板の物体側及び像側に挿入された接着材層によって複数のレンズアレイが互いに接合されていると想定する。この場合において、物体側からｎ番目の絞り板に接着されるｍ番目のレンズアレイに接する接着材層の光軸ＡＸ方向から見た面積をＳ_ｎ，ｍとする。この場合、レンズアレイ積層体２０は、接着の面積比に関する以下の条件式（１）を満足する。

ここで、値ｐｐはセンサー部５０の画素ピッチ（μｍ）であり、値Ｆは個眼光学系２０ｓのＦナンバーである。そして、値２・ｐｐ・Ｆは、個眼光学系２０ｓの焦点深度に相当する。

具体的なレンズアレイ積層体２０においては、第１及び第２レンズアレイ２１，２２が存在し、その間の絞り板２５を挟むように２つの第１及び第２接着材層２４ａ，２４ｂが存在する。つまり、具体的なレンズアレイ積層体２０の場合、接着材層２４ａ，２４ｂに関して２つの面積Ｓ_１，１、Ｓ_１，２が存在する。したがって、接着面積比Ｓ_１，１／Ｓ_１，２は上記条件式（１）の下限値を上回り上限値を下回っている。このように上記条件式（１）を満足すれば、温度変化があった場合であっても、レンズアレイ積層体２０の反りを焦点深度以内に抑えることができる。

上記条件式（１）の意味について詳細に説明する。図７（Ａ）は、レンズアレイ積層体２０の反りに関するシミュレーションの結果を示し、図７（Ｂ）は、レンズアレイ積層体２０の反りに関する実験の結果を示す。図７（Ｂ）に示すグラフの塗りつぶし三角はＳ_１１のデータ、白抜き三角はＳ_１２のデータを示している。上記２つのグラフにおいて、横軸は接着面積比Ｓ_１，１／Ｓ_１，２であり、縦軸は反り量ｙ〔μｍ〕である。ここで、レンズアレイ積層体２０の温度変化ΔＴを２４℃（上限及び下限で説明すると２〜２６℃）としている。また、センサー部５０の画素ピッチを１．７５μｍとし、個眼光学系２０ｓのＦナンバーを３．１としている。反り量の正負の定義は、積層体が物体側凸に反った場合が正であり（後述する図８（Ｂ）、（Ｃ）等参照）、像側凸に反った場合が負であるとしている。以下の表１は、シミュレーション等に用いたレンズアレイ積層体２０の概略形状を示す。なお、表１において、寸法Ｗ及びＤは、光軸ＡＸ方向から見た縦横寸法を示し、寸法Ｈはレンズアレイについては、レンズ部及びフランジ部の厚みを示し、絞り及び接着剤層については実験した２種の厚みを示している。なお、接着材層の面積をＳ_ｎ，ｍの計算に際して外周（スペーサー２６）を含めないで接着材層２４ａ，２４ｂのみで計算を行った。

以下の表２に、シミュレーション等に用いたレンズアレイ積層体２０を構成する部材の材料特性についてまとめた。なお、線膨張係数や弾性率は、−１０℃〜５０℃での値となっている。

図７（Ａ）及び７（Ｂ）から明らかなように、接着面積比Ｓ_１，１／Ｓ_１，２と反り量ｙとの間には、シミュレーション及び実験によって次式が成立している。
ｙ＝−３．５５６・ｌｎ（Ｓ_１，１／Ｓ_１，２）＋０．３３６１ … （２）
温度変動によるレンズアレイ積層体２０の反りは、基本的には個眼光学系２０ｓで決まる解像力が維持される焦点深度よりも小さければよい。図８（Ａ）は、レンズアレイ積層体２０の反りのない状態を示しており、全個眼光学系２０ｓのピントは平面内に形成され、焦点深度内に収まっている。また、レンズアレイ積層体２０が反ったとしても、図８（Ｂ）のように、全個眼光学系２０ｓのピントずれ量が焦点深度内であれば問題ない。しかし、図８（Ｃ）のようにレンズアレイ積層体２０の反りが大きい場合、少なくとも一部の個眼光学系２０ｓのピント位置が光軸方向に焦点深度以上ずれることがある。この場合は、全個眼光学系２０ｓが必要とされる解像力を維持することができない。ゆえに、個眼光学系２０ｓの焦点深度２・ｐｐ・Ｆに対して、
−２・ｐｐ・Ｆ＜ｙ＜２・ｐｐ・Ｆ … （３）
を満足すれば、レンズアレイ積層体２０の反りを焦点深度以内に抑えることができる。条件式（３）は、条件式（１）に書き換えられる。

第１及び第２接着材層２４ａ，２４ｂの具体的例について説明する。例えば、第１接着材層２４ａは、共立化学産業株式会社の「ワールドロック５３００Ｔ２」等を使用する。第２接着材層２４ｂは、基本的には、第１接着材層２４ａと同じ接着材を使用するのが好ましい。しかし、絞り板２５を挟んで第１レンズアレイ２１側と第２レンズアレイ２２側で使用する接着材を異ならせることもできる。両接着材層２４ａ，２４ｂの材料が異なる場合は、両接着材層２４ａ，２４ｂの材料の弾性率を略等しくすることが望ましい。例えば、第１レンズアレイ２１側の第１接着材層２４ａに「ワールドロック５３００Ｔ２」を使用した場合には、第２レンズアレイ２２側の第２接着材層２４ｂの材料として「ワールドロック５３００Ｔ２」の弾性率と同様の４〜４０００ＭＰａの範囲のものを用いることが好ましい。

さらに、第１及び第２レンズアレイ２１，２２と絞り板２５との間隔は、第１レンズアレイ２１側と第２レンズアレイ２２側とで略等しく設計することが好ましい。すなわち、絞りに隣接する一対のレンズアレイとの間隔は以下のように設定することが好ましい。本例の場合、例えば、第１レンズアレイ２１側の間隔をｄ１とし、第２レンズアレイ２２側の間隔をｄ２として（図４参照）、次式（４）
−０．７＜（ｄ２−ｄ１）／ｄ１＜＋０．７ … （４）
を満たす程度に間隔ｄ１，ｄ２を設定することが好ましい。

また、温度変化によるレンズアレイ積層体２０の反りだけでなく、隣接する全個眼光学系２０ｓに進入する迷光（クロストーク）も効果的に抑制するためには、条件式（１）を次式の範囲とすることが望ましい。
０．５＜Ｓ_１，１／Ｓ_１，２＜１．５ … （１）'

以下、ホルダー６０にレンズアレイ積層体２０を組み付ける手順の一例を説明する。ここでは、レンズ間の接着材層２４ａ，２４ｂを形成するための接着材がＵＶ硬化性のものであり、レンズホルダ間の接着材層２３が熱硬化性の接着材であるとする。まず、第１レンズアレイ２１及び第２レンズアレイ２２間に絞り板２５を挟んで接着することによりレンズアレイ積層体２０を形成する。具体的には、第１レンズアレイ２１の像側面のレンズ間領域（図２（Ａ）の格子参照）に格子パターン状にＵＶ硬化性の接着材を塗布し、その上に絞り板２５を位置決めして配置する。次に、絞り板２５の開口部２５ａ間に延在する開口間領域（図２（Ｂ）の格子参照）に格子パターン状にＵＶ硬化性接着材を塗布するとともにスペーサー２６に対応する領域にもＵＶ硬化性接着材を塗布し、その上に第２レンズアレイ２２を位置決めして配置する。その後、第１及び第２レンズアレイ２１，２２の相対的な配置関係を保って、第１レンズアレイ２１の物体側と第２レンズアレイ２２の像側よりＵＶ光を照射し接着材層２４ａ，２４ｂ等を硬化させてレンズ間の接着を行う。ここで、接着材層２４ａ，２４ｂの面積比Ｓ_１，１／Ｓ_１，２は、上記条件式（１）等を満足するものとなっている。次に、レンズアレイ積層体２０の物体側面を下に向けた状態に維持するとともに、天地を逆にしたホルダー６０に対して、レンズアレイ積層体２０の物体側面の外周部（図１（Ｂ）の外枠参照）に対応するホルダー６０の天面部６１に熱硬化性の接着材を塗布した後、両者を当接させて加熱することで接着を行う。その後、ホルダー６０の側壁部６２の下端にセンサー部５０を嵌め込み、アライメントした状態で適所に接着材を供給し光又は熱によって硬化させる。つまり、接着材を硬化させた接着部１２３によってセンサー部５０をホルダー６０に固定する。

本実施形態の複眼撮像装置１００によれば、複数のレンズアレイ２１，２２が金属製の絞り板２５を介して接着材層２４ａ，２４ｂを介して接着されるので、レンズアレイ２１，２２間の迷光を抑制しつつレンズアレイ２１，２２間の接合を強固なものとできる。さらに、接着の面積比Ｓ_１，１／Ｓ_１，２に関する上記条件式（１）を満足するので、温度変化があった場合でも、レンズアレイ２１，２２又はレンズアレイ積層体（複眼撮像光学系）２０の反りを焦点深度以内に抑えることが容易となる。

以上、実施形態や実施例に即して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態等に限定されるものではない。例えば、個眼光学系２０ｓの配列は、４×４個に限らず、３×３個又は５×５個以上とすることができる。また、個眼光学系２０ｓを矩形格子点に配列するものに限らず、様々な配列パターンとすることができる。

レンズアレイ積層体２０は、一対のレンズアレイ２１，２２間に絞り板２５を挟んだ構造に限らない。
例えば、レンズアレイ積層体２０は、一対のレンズアレイ２１，２２の物体側に絞り板２７を接合したり、像側に絞り板２８を接合したりした構造とすることができる（図９（Ａ）参照）。双方に絞り板２７，２８が設けられている場合、絞り板２７側の接着材層１２７とし、絞り板２８側の接着材層１２８として、接着材層１２７の面積がＳ_１，１となり、接着材層２４ａの面積がＳ_２，１となり、接着材層２４ｂの面積がＳ_２，２となり、接着材層１２８の面積がＳ_３，２となり、これらの面積Ｓ_１，１、Ｓ_２，１、Ｓ_２，２、Ｓ_３，２が上記条件式（１）等を満たす。この場合、面積Ｓ_１，１と他の面積Ｓ_２，１、Ｓ_２，２、Ｓ_３，２との比が上記条件式（１）の上限及び下限に挟まれた範囲内となる。
また、レンズアレイ積層体２０は、３つ重ねたレンズアレイ２１，２２，２９の間に絞り板２５，１２５を挿入して接合した構造とすることができる（図９（Ｂ）参照）。この場合、接着材層２４ａの面積がＳ_１，１となり、接着材層２４ｂの面積がＳ_１，２となり、絞り板１２５のレンズアレイ２２側の接着材層１２４ａの面積がＳ_２，２となり、絞り板１２５のレンズアレイ２９側の接着材層１２４ｂの面積がＳ_２，３となり、これらの面積Ｓ_１，１、Ｓ_１，２、Ｓ_２，２、Ｓ_２，３が上記条件式（１）等を満たす。この場合、面積Ｓ_１，１と他の面積Ｓ_１，２、Ｓ_２，２、Ｓ_２，３との比が上記条件式（１）の上限及び下限に挟まれた範囲内となる。

接着材層２４ａ，２４ｂは、中央側の非周辺領域ＮＰに配置されているレンズ本体２２ａの周囲だけでなく、絞り板２５の外周領域２５ｒにも形成することができる（図１０参照）。この場合、全ての個眼レンズが枠状の接着領域によって囲まれた状態となる。

以上の例では、ホルダー６０にセンサー部５０を直接的に固定しているが、センサー部５０を保持する下部筐体を設けて、この下部筐体とホルダー６０とを接合することもできる。

以上では、レンズアレイ積層体２０を構成する各個眼光学系２０ｓが同じ視野の撮像を行う超解像タイプとしたが、各個眼撮像光学系２０ｓが異なる視野の撮像を行う視野分割タイプとすることもできる。

複数の個眼光学系２０ｓ間で焦点距離や口径に若干の差があってもよい。この場合、Ｆ値は平均値で考える。

２０…レンズアレイ積層体、 ２０ｓ…個眼光学系、 ２１，２２，２９…レンズアレイ、 ２１ａ，２２ａ…レンズ本体、 ２１ｂ，２２ｂ…フランジ部、 ２１ｃ，２１ｄ…光学面、 ２１ｅ，２１ｆ…フランジ面、 ２２ｅ，２２ｆ…フランジ面、 ２３…接着材層、 ２４…接着部、 ２４ａ，２４ｂ…接着材層、 ２５，１２５…絞り板、 ２５ａ…開口部、 ２６…スペーサー、 ２７，２８…絞り板、 ２９…レンズアレイ、 ３０…後絞り、 ４０…フィルター、 ５０…センサー部、 ５１…センサー領域、 ５２…撮像部、 ５５…変換部、 ６０…ホルダー、 ６０ｂ…開口部、 ８１…駆動処理部、 ８３…ディスプレイ、 ９１…画像処理部、 ９２…記憶部、 ９３…画像出力部、 ９４…制御部、 １００…複眼撮像装置、 １２１，１２２…個眼レンズ、 １２３…接着部、 １２４ａ，１２４ｂ…接着材層、 １２７，１２８…接着材層、 ２００…複眼撮像光学系、 ３００…複眼撮像システム、 ＡＸ…光軸、 ＢＡ…接着領域、 ＣＧ…平行平板、 Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３…段部

Claims (8)

1. 複数の個眼光学系を有する複眼撮像光学系と、前記複数の個眼光学系によって形成された複数の物体像を検出する撮像素子とを備える複眼撮像装置であって、
   前記複眼撮像光学系は、光軸の異なる複数の個眼レンズを一体に形成した樹脂製のレンズアレイが光軸方向に積層され、
   前記レンズアレイは、金属製の絞り板を介して接着材層によって接着され、
   前記接着材層の面積比が以下の条件式を満足することを特徴とする複眼撮像装置。
   

   

   ただし、
   Ｓ_ｎ，ｍ：物体側からｎ番目の絞り板に接着されるｍ番目のレンズアレイに接する接着材層の面積（ｎ、ｍは１以上の整数）
   ｐｐ：前記撮像素子の画素ピッチ（μｍ）
   Ｆ：前記個眼光学系のＦナンバー
2. 前記レンズアレイの非周辺領域の個眼レンズは、枠状の接着領域に囲まれていることを特徴とする請求項１に記載の複眼撮像装置。
3. 前記絞り板の両面の接着材層を光軸方向に投影して見たとき、同じ形状パターンであることを特徴とする請求項１及び２のいずれか一項に記載の複眼撮像装置。
4. 前記複数のレンズアレイは、外周の枠部分において接着されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の複眼撮像装置。
5. 接着に関する面積比が、下記条件式を満足することを特徴とする請求項３及び４のいずれか一項に記載の複眼撮像装置。
   ０．５＜Ｓ_１，１／Ｓ_ｎ，ｍ＜１．５
6. 各絞りと、当該絞りに隣接する一対のレンズアレイとの間隔は、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の複眼撮像装置。
   −０．７＜（ｄ２−ｄ１）／ｄ１＜＋０．７
   ただし、
   ｄ１：絞りと物体側のレンズアレイとの間隔
   ｄ２：絞りと像側のレンズアレイとの間隔
7. 各絞りに隣接する一対のレンズアレイを接着する接着材層の弾性率は、略等しいことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の複眼撮像装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の複眼撮像装置と、
   前記複眼撮像装置から出力された複数の画像情報に基づいて１つの画像情報を再構成する画像処理部と
   を備える複眼撮像システム。

Images