JP4545190B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置に関する。さらに特定的には、複数のレンズ素子からなるレンズアレイと、該レンズ素子ごとに分割された撮像領域を持つ撮像素子とを有する複眼型の撮像装置に関する。

近年市場規模が大きくなりつつあるデジタルスチルカメラの市場においては、より携帯性に優れた小型・薄型のカメラに対するニーズが高まってきている。信号処理を担う回路部品は、配線パターンの微細化などにより高機能化及び小型化が進んでいる。また、記録メディアも小型で大容量のものが廉価にて入手できるようになってきている。しかしながら、撮像光学系とＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）センサやＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサなどの撮像素子とから構成される撮像装置の小型化、特に薄型化は未だ充分とは言えず、より携帯性に優れたカメラを実現するためにも薄型の撮像装置の開発が要望されている。

撮像装置の薄型化を実現するための構成として、平面上に複数の微小レンズ素子を配列した複眼型の撮像装置が知られている。従来の光軸上に複数のレンズ素子を並べた光学系は、光軸方向に長くなるため体積が増大し、またレンズ径が大きいため収差が大きくなるという問題を有していた。これに対して、複眼型の撮像装置は、光軸方向に薄くすることができ、かつ個々の微小レンズ素子のレンズ径が小さいため収差を比較的小さく抑えることが可能である。

例えば、特開２００１−６１１０９号公報は、複数の微小結像光学系により画像を形成する撮像装置を開示している。この撮像装置は、単一平面の光電変換部と、複数の結像ユニットが配列された結像ユニットアレイとを有し、該結像ユニットアレイにより、光電変換部上の異なる位置に結像ユニット毎に被写体からの光束を結像する。
特開２００１−６１１０９号公報

図１４は、従来の撮像装置の構成の一例を示す一部切欠斜視図である。また、図１５は、従来の撮像装置のレンズアレイの概略図であり、（ａ）は、該レンズアレイの平面図、（ｂ）は、該レンズアレイの側面図である。図１４において、撮像装置９００は、撮像素子９１０と、隔壁部材９２０と、レンズアレイ９３０とから構成される。

撮像素子９１０は、個々の画素に相当する多数の光電変換部からなる受光面を持つ。撮像素子９１０は、受光面に入射した入射光をその強度に応じて電気的な信号に変換し、電気的な画像信号として外部へ出力する。撮像素子９１０の受光面は、複数の光電変換部を含む正方形の撮像領域９１０ａを含んでいる。

隔壁部材９２０は、正方形の撮像領域９１０ａに対応して、各撮像領域９１０ａを囲むように形成された格子状の隔壁部９２０ａを持つ。レンズアレイ９３０は、平面上に一体形成された多数のレンズ素子９３０ａを並列に配置してなる。各レンズ素子９３０ａは、前記撮像素子９１０の撮像領域９１０ａに対応して形成されている。ここで、レンズ素子９３０ａと、対応する撮像領域９１０ａとにより結像ユニットが構成される。各結像ユニット同士は、前記隔壁部材９２０により物理的に分離される。

図１５において、レンズアレイ９３０に含まれるレンズ素子９３０ａは、被写体側に凸の軸対称な曲面形状（典型的には球面）を持つ平凸形状のレンズ素子である。各レンズ素子９３０ａは、各撮像領域９１０ａの中心と対称軸とを一致させて配置されている。

以上の構成において、各レンズ素子９３０ａは、対応する撮像領域９１０ａに被写体の光学像を形成する。各撮像領域９１０ａは、形成された光学像を電気的な画像信号に変換して出力する。各結像ユニットから出力された画像信号は、図示しない画像処理装置により合成され、１枚の画像に対応する合成画像の画像信号に再構築される。このとき、各結像ユニットから出力される画像信号は、各結像ユニットが異なる視点で被写体の光学像を形成するので、合成画像の解像度を向上させることができる。

図１６は、従来の撮像装置の作用を説明する光路図である。図１６の光路図は、撮像装置９００をレンズアレイ９３０の対角線Ａ−Ａ’を含み撮像素子に垂直な面で切断したときに配列されている結像ユニットを模式的に示す。なお、図１６では、隔壁部材９２０の記載を省略している。

図１６において、ｎ個の結像ユニットＵ１〜Ｕｎは、それぞれ対応するレンズ素子Ｌ１〜Ｌｎと、撮像領域Ｄ１〜Ｄｎとから構成される。撮像装置９００では、結像ユニットＵ１〜Ｕｎは、すべて等しい構成を有している。すなわち、レンズ素子Ｌ１〜Ｌｎは、等しい有効径と焦点距離とを備えており、撮像領域Ｄ１〜Ｄｎは、等しい面積を有し、等しい画素を含んでいる。

結像ユニットＵ１は、被写体領域Ａ１の範囲を撮像する。すなわち、結像ユニットＵ１において、レンズ素子Ｌ１は、被写体領域Ａ１の光学像を撮像領域Ｄ１に形成する。同様に、結像ユニットＵ２は、被写体領域Ａ２の範囲を撮像し、結像ユニットＵｎは、被写体領域Ａｎの範囲を撮像する。この結果、撮像装置９００は、被写体領域Ａ１から被写体領域Ａｎまでの範囲Ａａｌｌの大部分を、互いに重複させながら撮像することが可能になる。各被写体領域の重複部は、それぞれ異なる視線で被写体の光学像を形成するので、画像処理によって合成画像の解像度の向上を図ることができる。

しかしながら、図１６から明らかなように、被写体領域Ａ１の周辺部Ａａ１は、隣接する結像ユニットＵ２の被写体領域Ａ２との間に重複部が存在せず、被写体領域Ａｎの周辺部Ａａｎは、隣接する結像ユニットＵｎ−１の被写体領域Ａｎ−１との間に重複部が存在しない。したがって、周辺部Ａａ１と周辺部Ａａｎとにある被写体の光学像は、合成画像を再構築する際に解像度を向上させることができなかった。

また、撮像装置９００は、結像ユニットＵ１〜Ｕｎがすべて等しい構成を有しているので、ある撮影距離において、撮像領域Ｄ１〜Ｄｎに形成される光学像の解像度はいずれも等しく、撮影距離に応じて合成画像の解像度が一義的に決定されるという性質を有していた。このため、撮影距離が大きく変化すると、合成画像の解像度も大きく変化してしまうという問題があった。

本発明の目的は、合成画像の解像度が高く、撮影距離が大きく変化しても合成画像の解像度の変化が緩和される薄型の撮像装置を提供することである。

前記目的の１つは、以下の撮像装置により達成される。すなわち本発明は、
少なくとも一方の面にパワーを持つ複数のレンズ素子を並列に配置してなるレンズアレイと、
各前記レンズ素子を含む光学系により形成された光学的な像を、複数の光電変換部を含む互いに異なる撮像領域でそれぞれ受光して電気的な画像信号に変換する撮像素子とを備え、
各前記レンズ素子と該レンズ素子に対応する前記撮像領域とが、結像ユニットを構成しており、該撮像領域の面積が相異なる該結像ユニットを含み、
各前記結像ユニットの被写体領域を互いに重複させながら撮像し、
各前記結像ユニットから出力された画像信号が、画像処理装置によって合成され、１枚の画像に対応する合成画像の画像信号に再構築され、
隣接する結像ユニットの被写体領域と完全に重複する被写体領域の範囲を撮像する結像ユニットを有する、撮像装置
に関する。

本発明によれば、合成画像の解像度が高く、撮影距離が大きく変化しても合成画像の解像度の変化が緩和される薄型の撮像装置を提供することができる。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る撮像装置の構成を示す一部切欠斜視図である。また、図２は、実施の形態１に係る撮像装置のレンズアレイの概略図であり、（ａ）は、該レンズアレイの平面図、（ｂ）は、該レンズアレイの側面図である。図１において、撮像装置１００は、撮像素子１１０と、隔壁部材１２０と、レンズアレイ１３０とから構成される。

撮像素子１１０は、個々の画素に相当する多数の光電変換部からなる受光面を持つ。撮像素子１１０は、受光面に入射した入射光をその強度に応じて電気的な信号に変換し、電気的な画像信号として外部へ出力する。撮像素子１１０の受光面は、複数の光電変換部を含む矩形の撮像領域１１０ａ〜１１０ｆ等（図１中、符号で示さず）を含んでいる。

隔壁部材１２０は、矩形の撮像領域に対応して、各撮像領域を囲むように形成された格子状の隔壁部１２０ａを持つ。レンズアレイ１３０は、平面上に一体形成された多数のレンズ素子１３０ａ〜１３０ｆ等を並列に配置してなる。各レンズ素子１３０ａ〜１３０ｆは、撮像素子１１０の撮像領域１１０ａ〜１１０ｆに対応して形成されている。ここで、レンズ素子１３０ａ〜１３０ｆと、対応する撮像領域１１０ａ〜１１０ｆとにより結像ユニットが構成される。各結像ユニット同士は、前記隔壁部材１２０により物理的に分離される。すなわち、隔壁部材１２０は、隔壁部１２０ａに入射した迷光の反射を抑制するとともに、対応するレンズ素子以外のレンズ素子から射出された入射光を他の撮像領域に到達させない機能を持つ。

撮像装置１００は、撮像素子の中心部から離れた周辺部に位置する結像ユニットの撮像領域の面積が、撮像素子の中心部に位置する結像ユニットの撮像領域の面積よりも小さくなるように構成される。具体的には、撮像素子の対角線上に配置される各結像ユニットについて、最周辺部に位置する結像ユニットの正方形の撮像領域は、最周辺部から１列中心側に位置する結像ユニットの正方形の撮像領域よりも、中心部に位置する結像ユニットの正方形の撮像領域と比較して順次小さくなる。最周辺部に位置する他の結像ユニットは、最周辺部のコーナーに位置する結像ユニットの撮像領域の一辺の長さ（正方形の一辺の長さ）と同じ長さの一辺を有する長方形の撮像領域を持つ。最周辺部から１列中心側に位置する他の結像ユニットも同様である。なお、本明細書において、中心部とは撮像素子の中心軸を含むかあるいは接する位置を意味する。

図２において、レンズアレイ１３０に含まれるレンズ素子１３０ａ〜１３０ｆ等は、いずれも被写体側に凸の軸対称な曲面形状（典型的には球面）を持ち、全体として正のパワーを持つ屈折型のレンズ素子である。

中心部に位置するレンズ素子１３０ａは、対応する正方形の撮像領域に略内接する円形状の軸対称レンズ面を持つ平凸形状の軸対称レンズ素子である。最周辺部から１列中心側のコーナーに位置するレンズ素子１３０ｂと、最周辺部のコーナーに位置するレンズ素子１３０ｃとは、いずれも対応する撮像領域に合わせて、レンズ素子１３０ａと同様の軸対称レンズ素子の一部を対称軸に平行な２つの平面で切断した形状を持つ。この結果、レンズ素子１３０ｂ及びレンズ素子１３０ｃは、対応する撮像領域の中心を通る軸に対して対称軸が平行偏芯したレンズ素子となっている。

最周辺部から１列中心側に位置するレンズ素子１３０ｅと、最周辺部に位置するレンズ素子１３０ｆとは、いずれも対応する撮像領域に合わせて、レンズ素子１３０ａと同様の軸対称レンズ素子の一部を対称軸に平行な１つの平面で切断した形状を持つ。また最周辺部に位置するレンズ素子１３０ｄは、対応する撮像領域に合わせて、レンズ素子１３０ａと同様の軸対称レンズ素子の一部を対称軸に平行な２つの平面で切断した形状を持つ。この結果、レンズ素子１３０ｄ、レンズ素子１３０ｅ及びレンズ素子１３０ｆは、対応する撮像領域の中心を通る軸に対して対称軸が平行偏芯したレンズ素子となっている。

レンズアレイ１３０は、被写体の光学像を形成するための光束を透過可能な樹脂を材料とすることが望ましい。例えば、可視光域の光学像を形成する場合、可視光を透過するシクロオレフィン系樹脂、ポリーカボネート、アクリル系樹脂等の光学樹脂が好適である。また、レンズアレイ１３０は、レンズ素子間の位置合わせを高精度に行う必要があるため、一体的に形成することが望ましい。前記光学樹脂を用いて射出成形を行うことにより、レンズアレイを一体的に形成することができる。なお、レンズアレイ１３０は、光学ガラス材料を一体的にプレス成形して製造することもできる。

以上の構成において、各レンズ素子は、対応する撮像領域に被写体の光学像を形成する。各撮像領域は、形成された光学像を電気的な画像信号に変換して出力する。各結像ユニットから出力された画像信号は、図示しない画像処理装置により合成され、１枚の画像に対応する合成画像の画像信号に再構築される。このとき、各結像ユニットから出力される画像信号は、各結像ユニットが異なる視点で被写体の光学像を形成するので、合成画像の解像度を向上させることができる。

図３は、実施の形態１に係る撮像装置の作用を説明する光路図である。図３の光路図は、撮像装置１００をレンズアレイ１３０の対角線Ｂ−Ｂ’を含み撮像素子に垂直な面で切断したときに配列されている結像ユニットを模式的に示す。なお、図３では、隔壁部材１２０の記載を省略している。

図３において、ｎ個の結像ユニットＵ１〜Ｕｎは、それぞれ対応するレンズ素子Ｌ１〜Ｌｎと、撮像領域Ｄ１〜Ｄｎとから構成される。なお、中心部の結像ユニットＵｃは、レンズ素子Ｌｃと撮像領域Ｄｃとから構成される。撮像装置１００では、中心部に位置する結像ユニットＵｃの撮像領域Ｄｃよりも、最周辺部から１列中心部側に位置する結像ユニットＵ２及びＵｎ−１の撮像領域Ｄ２及びＤｎ−１の方が小さく、画素が少なくなっている。さらに該撮像領域Ｄ２及びＤｎ−１よりも、最周辺部に位置する結像ユニットＵ１及びＵｎの撮像領域Ｄ１及び撮像領域Ｄｎの方が小さく、画素が少なくなっている。

結像ユニットＵ１は、被写体領域Ａ１の範囲を撮像する。すなわち、結像ユニットＵ１において、レンズ素子Ｌ１は、被写体領域Ａ１の光学像を撮像領域Ｄ１に形成する。同様に、結像ユニットＵ２は、被写体領域Ａ２の範囲を撮像し、結像ユニットＵｃは、被写体領域Ａｃの範囲を撮像し、結像ユニットＵｎ−１は、被写体領域Ａｎ−１の範囲を撮像し、結像ユニットＵｎは、被写体領域Ａｎの範囲を撮像する。このとき、結像ユニットＵ１の被写体領域Ａ１は、隣接する結像ユニットＵ２の被写体領域Ａ２と完全に重複し、結像ユニットＵｎの被写体領域Ａｎは、隣接する結像ユニットＵｎ−１の被写体領域Ａｎ−１と完全に重複する。したがって、撮像装置１００において、結像ユニットＵ１及び結像ユニットＵｎから出力される画像信号は、すべて合成画像を再構築する際に解像度を向上させるために用いることができる。

また、結像ユニットＵ１及び結像ユニットＵｎ、並びに結像ユニットＵ２及び結像ユニットＵｎ−１は、それぞれ中心部の結像ユニットＵｃとは異なる構成を有しているので、中心部の結像ユニットＵｃと異なる解像度で被写体の画像信号を出力する。このため、撮影距離が大きく変化しても、従来のように合成画像の解像度が大きく変化することはなく、合成画像の解像度の変化は緩和される。

以上のように、撮像装置１００は、撮像領域の面積が相異なる結像ユニットを含んでいるので、撮影距離が大きく変化しても合成画像の解像度が大きく変化することがない。また、撮像装置１００では、最周辺部に位置する結像ユニットの撮像領域の面積が、中心部に位置する結像ユニットの撮像領域の面積よりも小さいので、被写体の光学像の重複部の面積を増加させることが可能となり、出力される合成画像の解像度を向上させることができる。

また、撮像装置１００では、結像ユニットが、軸対称レンズ素子の一部を対称軸に平行な平面で切断した形状を持つレンズ素子を有するので、レンズアレイ上の画像形成に寄与する面積を増加させることができる。

さらに、撮像装置１００では、撮像素子の最周辺部に位置する結像ユニットが、対応する撮像領域の中心を通る軸に対して対称軸が平行偏芯したレンズ素子を有するので、有効径が大きく明るいレンズアレイを構成することができる。

なお、撮像装置１００では、最周辺部に位置する結像ユニットと該最周辺部から１列中心部側に位置する結像ユニットとの２列の結像ユニットの撮像領域が、中心部に位置する結像ユニットの撮像領域よりも小さくなる例を示したが、これに限られない。中心部から最周辺部へと順に、撮像領域の面積を小さくすることもできる。また、撮像装置１００のレンズ素子の個数は任意であり、勿論、中心部の撮像素子を所望の数の撮像領域に分割し、各撮像領域に対応するレンズ素子を配列することができる。

また、撮像装置１００では、最周辺部に位置する結像ユニットの被写体領域が、隣接する結像ユニットの被写体領域と完全に重複する例を示したが、これに限られない。前記したように、例えば最周辺部に位置する結像ユニットの撮像領域の面積は、中心部に位置する結像ユニットの撮像領域の面積よりも小さく、本実施の形態１に係る撮像装置において、各結像ユニットの撮像領域の面積は相異なる。したがって、隣接する結像ユニットの被写体領域同士が完全には重複しなくとも、例えば図１６に示す従来の撮像装置における被写体領域Ａ１の周辺部Ａａ１や被写体領域Ａｎの周辺部Ａａｎのような、隣接する結像ユニットの被写体領域との間に重複部が存在しない領域を充分に小さくすることができる。すなわち、本実施の形態１に係る撮像装置では、たとえ隣接する結像ユニットの被写体領域同士が完全には重複しなくとも、従来の撮像装置と比較して被写体領域同士の重複部を充分に大きくすることができる。

なお、後述する実施の形態２〜６及びその他の実施の形態に係る撮像装置においても、前記実施の形態１に係る撮像装置と同様に、各結像ユニットの撮像領域の面積は相異なるので、たとえ隣接する結像ユニットの被写体領域同士が完全には重複しなくとも、従来の撮像装置と比較して被写体領域同士の重複部を充分に大きくすることができる。

（実施の形態２）
図４は、実施の形態２に係る撮像装置の構成を示す一部切欠斜視図である。また、図５は、実施の形態２に係る撮像装置のレンズアレイの概略図であり、（ａ）は、該レンズアレイの平面図、（ｂ）は、該レンズアレイの側面図である。実施の形態２に係る撮像装置２００は、概略構成が、実施の形態１に係る撮像装置１００と等しいので、以下、相違する点に基づく特徴部分のみ説明する。図４において、撮像装置２００は、撮像素子２１０と、隔壁部材２２０と、レンズアレイ２３０とから構成される。

撮像装置２００の特徴は、結像ユニットすべてが、対応する撮像領域の中心を通る軸と光軸とが一致したレンズ素子を有し、撮像領域に略内接する円形状の軸対称レンズ面を持つことである。すなわち、撮像装置２００は、撮像装置１００と比較すると、最周辺部に位置する結像ユニットを構成するレンズ素子２３０ｂと、中心部に位置する結像ユニットを構成するレンズ素子２３０ａとの間で、開口数が相違する構成となっている。なお、レンズアレイ２３０に含まれるレンズ素子２３０ａ及び２３０ｂは、いずれも被写体側に凸の軸対称な曲面形状（典型的には球面）を持ち、全体として正のパワーを持つ屈折型のレンズ素子である。

図６は、実施の形態２に係る撮像装置の作用を説明する光路図である。図６の光路図は、撮像装置２００をレンズアレイ２３０の対角線Ｃ−Ｃ’を含み撮像素子に垂直な面で切断したときに配列されている結像ユニットを模式的に示す。なお、図６では、隔壁部材２２０の記載を省略している。

図６において、ｎ個の結像ユニットＵ１〜Ｕｎは、それぞれ対応するレンズ素子Ｌ１〜Ｌｎと、撮像領域Ｄ１〜Ｄｎとから構成される。なお、中心部の結像ユニットＵｃは、レンズ素子Ｌｃと撮像領域Ｄｃとから構成される。撮像装置２００では、中心部に位置する結像ユニットＵｃの撮像領域Ｄｃよりも、最周辺部に位置する結像ユニットＵ１及びＵｎの撮像領域Ｄ１及び撮像領域Ｄｎの方が小さく、画素が少なくなっている。

結像ユニットＵ１は、被写体領域Ａ１の範囲を撮像する。すなわち、結像ユニットＵ１において、レンズ素子Ｌ１は、被写体領域Ａ１の光学像を撮像領域Ｄ１に形成する。同様に、結像ユニットＵｃは、被写体領域Ａｃの範囲を撮像し、結像ユニットＵｎは、被写体領域Ａｎの範囲を撮像する。このとき、結像ユニットＵ１の被写体領域Ａ１は、隣接する結像ユニットＵ２の被写体領域Ａ２と完全に重複し、結像ユニットＵｎの被写体領域Ａｎは、隣接する結像ユニットＵｎ−１の被写体領域Ａｎ−１と完全に重複する。したがって、撮像装置２００において、結像ユニットＵ１及び結像ユニットＵｎから出力される画像信号は、すべて合成画像を再構築する際に解像度を向上させるために用いることができる。

また、結像ユニットＵ１及び結像ユニットＵｎは、中心部の結像ユニットＵｃとは異なる構成を有しているので、中心部の結像ユニットＵｃと異なる解像度で被写体の画像信号を出力する。このため、撮影距離が大きく変化しても、従来のように合成画像の解像度が大きく変化することはなく、合成画像の解像度の変化は緩和される。

以上のように、撮像装置２００は、撮像領域の面積が相異なる結像ユニットを含んでいるので、撮影距離が大きく変化しても合成画像の解像度が大きく変化することがない。また、撮像装置２００では、最周辺部に位置する結像ユニットの撮像領域の面積が、中心部に位置する結像ユニットの撮像領域の面積よりも小さいので、被写体の光学像の重複部の面積を増加させることが可能となり、出力される合成画像の解像度を向上させることができる。

また、撮像装置２００では、結像ユニットが、対応する撮像領域の中心を通る軸と光軸とが一致し、矩形の撮像領域に略内接する円形状の軸対称レンズ面を持つレンズ素子を有するので、レンズアレイの製造及びレンズアレイと隔壁部材又は撮像素子との組み立て調整を容易に行うことができる。

なお、撮像装置２００では、最周辺部に位置する結像ユニットの撮像領域が、中心部に位置する結像ユニットの撮像領域よりも小さくなる例を示したが、これに限られない。中心部から最周辺部へと順に、撮像領域の面積を小さくすることもできる。また、撮像装置２００のレンズ素子の個数は任意であり、勿論、中心部の撮像素子を所望の数の撮像領域に分割し、各撮像領域に対応するレンズ素子を配列することができる。

（実施の形態３）
図７は、実施の形態３に係る撮像装置の構成を示す一部切欠斜視図である。また、図８は、実施の形態３に係る撮像装置のレンズアレイの概略図であり、（ａ）は、該レンズアレイの平面図、（ｂ）は、該レンズアレイの側面図である。実施の形態３に係る撮像装置３００は、概略構成が、実施の形態１に係る撮像装置１００と等しいので、以下、相違する部分に基づく特徴部分のみ説明する。

撮像装置３００において、撮像素子１１０と隔壁部材１２０とは、撮像装置１００と等しい構造を備える。したがって、撮像装置３００は、撮像素子の中心部から離れた周辺部に位置する結像ユニットの撮像領域の面積が、撮像素子の中心部に位置する結像ユニットの撮像領域の面積よりも小さくなるように構成される。具体的には、撮像素子の対角線上に配置される各結像ユニットについて、最周辺部に位置する結像ユニットの正方形の撮像領域は、最周辺部から１列中心側に位置する結像ユニットの正方形の撮像領域よりも、中心部に位置する結像ユニットの正方形の撮像領域と比較して順次小さくなる。最周辺部に位置する他の結像ユニットは、最周辺部のコーナーに位置する結像ユニットの撮像領域の一辺の長さ（正方形の一辺の長さ）と同じ長さの一辺を有する長方形の撮像領域を持つ。最周辺部から１列中心側に位置する他の結像ユニットも同様である。

レンズアレイ３３０は、撮像領域の形状に対応して形成された矩形のレンズ素子３３０ａ、３３０ｂ等を含む。レンズアレイ３３０に含まれるレンズ素子３３０ａ、３３０ｂ等は、いずれも被写体側に凸の軸対称な曲面形状（典型的には球面）を持ち、全体として正のパワーを持つ屈折型のレンズ素子である。これらのレンズ素子はいずれも、対応する撮像領域に合わせて、対称軸に平行な４つの平面で切断することにより、撮像領域と同一の矩形の形状を有している。

図８において、レンズ素子３３０ａ、３３０ｂ等は、対応する撮像領域の中心を通る軸と光軸とが一致し、矩形の撮像領域よりも大きな円形状の軸対称レンズ面の一部を切断した形状を持つ。図８の（ａ）中に破線で示した円は、レンズアレイ３３０の対角線上に配置されたレンズ素子のレンズ面を切断しない場合の、外接円の仮想的な形状を示している。例えば、中心部に配置されているレンズ素子３３０ａは、レンズ径が破線で示される屈折型レンズを撮像領域に合わせて切断した形状を持っている。同様に、最周辺部のコーナーに位置するレンズ素子３３０ｂも、レンズ径が破線で示される屈折型レンズを撮像領域に合わせて切断した形状を持っている。

撮像装置３００は、撮像領域の面積が相異なる結像ユニットを含んでいるので、撮影距離が大きく変化しても合成画像の解像度が大きく変化することがない。また、撮像装置３００では、最周辺部に位置する結像ユニットの撮像領域の面積が、中心部に位置する結像ユニットの撮像領域の面積よりも小さいので、被写体の光学像の重複部の面積を増加させることが可能となり、出力される合成画像の解像度を向上させることができる。

また、撮像装置３００では、結像ユニットが、対応する撮像領域に合わせて対称軸に平行な４つの平面で切断することにより撮像領域と同一の矩形の形状を持つレンズ素子を含むので、レンズアレイに入射した光をすべて結像に寄与させることができ、光束の利用効率を向上させることができる。

また、撮像装置３００では、結像ユニットが、対応する撮像領域の中心を通る軸と光軸とが一致するレンズ素子を有するので、レンズアレイの製造及びレンズアレイと隔壁部材又は撮像素子との組み立て調整を容易に行うことができる。

なお、撮像装置３００では、最周辺部に位置する結像ユニットと該最周辺部から１列中心部側に位置する結像ユニットとの２列の結像ユニットの撮像領域が、中心部に位置する結像ユニットの撮像領域よりも小さくなる例を示したが、これに限られない。中心部から最周辺部へと順に、撮像領域の面積を小さくすることもできる。また、撮像装置３００のレンズ素子の個数は任意であり、勿論、中心部の撮像素子を所望の数の撮像領域に分割し、各撮像領域に対応するレンズ素子を配列することができる。

（実施の形態４）
図９は、実施の形態４に係る撮像装置の構成を示す一部切欠斜視図である。また、図１０は、実施の形態４に係る撮像装置のレンズアレイの概略図であり（ａ）は、該レンズアレイの平面図、（ｂ）は、該レンズアレイの側面図である。実施の形態４に係る撮像装置４００は、概略構成が、実施の形態３に係る撮像装置３００と等しいので、以下、相違する部分に基づく特徴部分のみ説明する。

撮像装置４００は、隔壁手段として、レンズアレイを構成するレンズ素子とは別体で形成された隔壁部を持つ隔壁部材ではなく、レンズアレイを構成するレンズ素子と一体に形成された溝部を有する点に特徴を持っている。撮像装置４００は、撮像素子１１０と、レンズアレイ４３０とを備える。撮像素子１１０は、撮像装置１００に含まれる撮像素子と等しい構造を持っている。

レンズアレイ４３０は、撮像装置３００に含まれるレンズアレイ３３０と等しいレンズ面の構成を持つ。すなわち、レンズアレイ４３０は、対応する撮像領域と等しい形状を持つ矩形のレンズ素子を並列に配置した形状を備えている。レンズアレイ４３０の像側には、格子状の溝部４３０ａが形成されている。溝部４３０ａは、撮像装置１００において説明した隔壁部材１２０の隔壁部１２０ａと等しい形状で形成される。この溝部４３０ａの隔壁部は、入射した迷光が正反射して他の撮像領域に到達させないように粗面に形成されている。

撮像装置４００において、溝部４３０ａは、撮像装置１００の隔壁部１２０ａと同様に、隔壁部に入射した迷光の反射を抑制するとともに、対応するレンズ素子以外のレンズ素子から射出された入射光を他の撮像領域に到達させない機能を持つ。これによって、撮像領域間で発生するクロストークを防止することができる。また、撮像装置４００では、レンズアレイ４３０と隔壁手段である溝部４３０ａとを一体に形成することが可能である。このため、撮像装置を組み立て調整する際に、レンズアレイにおける各レンズ素子と隔壁手段である溝部とを位置合わせする必要がなく、撮像装置を容易に精度良く組み立てることができる。すなわち、撮像装置４００は、撮像装置３００において説明した作用効果に加えて、組み立て調整が容易であるという作用効果も有する。

なお、溝部４３０ａは、樹脂によりレンズアレイを射出成形する際に一体的に形成してもよいし、樹脂を用いて肉厚のレンズアレイを射出成形した後、レーザ加工により形成してもよい。

なお、溝部４３０ａに黒色の樹脂を充填することは、迷光の反射をさらに抑制することができるので望ましい。このほか、溝部４３０ａの隔壁部に吸光性の材料を付加したり、該隔壁部を黒色に塗装することもできる。

なお、撮像装置４００のレンズアレイ４３０は、撮像装置３００のレンズアレイ３３０と等しいレンズ面を持つように構成されているが、これに限られない。撮像装置１００や撮像装置２００で説明した形状のレンズ面を持つレンズアレイや他形状のレンズ面を持つレンズアレイも採用することができる。また、撮像装置４００のレンズ素子の個数は任意であり、勿論、中心部の撮像素子を所望の数の撮像領域に分割し、各撮像領域に対応するレンズ素子を配列することができる。

（実施の形態５）
図１１は、実施の形態５に係る撮像装置のレンズアレイの概略図であり、（ａ）は、該レンズアレイの平面図、（ｂ）は、該レンズアレイの側面図である。実施の形態５に係る撮像装置は、概略構成が、実施の形態３に係る撮像装置３００と等しいので、以下、相違する部分に基づく特徴部分のみ説明する。

レンズアレイ５３０は、レンズアレイ３３０と概略等しい構成を備える。レンズアレイ５３０とレンズアレイ３３０とは、含まれるレンズ素子が矩形の撮像領域よりも大きな円形状の軸対称レンズ面の一部を切断した形状を持つ点で一致する。しかしながら、レンズアレイ３３０に含まれるレンズ素子は、対応する撮像領域の中心を通る軸と光軸とが一致しているのに対し、レンズアレイ５３０に含まれるレンズ素子の内、最周辺部及び最周辺部から１列中心部側に配置されたレンズ素子は、対応する撮像領域の中心を通る軸に対して対称軸が平行偏芯したレンズ素子となっている。

レンズアレイ５３０を用いても、前記実施の形態１と同様の効果を奏することができる。なお、実施の形態５に係る撮像装置のレンズ素子の個数は任意であり、勿論、中心部の撮像素子を所望の数の撮像領域に分割し、各撮像領域に対応するレンズ素子を配列することができる。

（実施の形態６）
図１２は、実施の形態６に係る撮像装置の構成を示す一部切欠斜視図である。また、図１３は、実施の形態６に係る撮像装置のレンズアレイの概略図であり、（ａ）は、該レンズアレイの平面図、（ｂ）は、該レンズアレイの側面図である。実施の形態６に係る撮像装置６００は、概略構成が、実施の形態１に係る撮像装置１００と等しいので、以下、相違する部分に基づく特徴部分のみ説明する。

撮像装置６００は、撮像素子６１０と、隔壁部材６２０と、レンズアレイ６３０とを備える。撮像装置６００の特徴は、中心部に位置する結像ユニットの撮像領域の面積と等しい面積の撮像領域を持つ結像ユニットを、周辺部近傍に配置したことである。すなわち、レンズアレイ６３０において、中心部に配置された大径のレンズ素子６３０ａの周囲に、小径のレンズ素子６３０ｂが配置され、さらに該小径のレンズ素子６３０ｂに隣接する部分に、中心部に配置された大径のレンズ素子６３０ａと等しい径を持つレンズ素子６３０ｃが配置され、該大径のレンズ素子６３０ｃの周囲に、小径のレンズ素子６３０ｂと等しい径を持つレンズ素子６３０ｄが配置されている。

レンズアレイ６３０を用いても、前記実施の形態１と同様の効果を奏することができる。特に、撮像装置６００では、レンズアレイ６３０上で小径のレンズ素子６３０ｂ、６３０ｄ等が占有する面積が大きくなるので、特に撮影距離の変化に対する解像度の変化の緩和に効果を奏する。

なお、撮像装置６００のレンズ素子の個数は任意であり、勿論、中心部の撮像素子を所望の数の撮像領域に分割し、各撮像領域に対応するレンズ素子を配列することができる。

（その他の実施の形態）
前記各実施の形態に係る撮像装置に含まれるレンズアレイは、いずれも互いに直交する方向に同数のレンズ素子が配列された形状を備えているが、これに限られない。アスペクト比が４：３、１６：９等である撮像素子を用い、互いに直交する方向のレンズ素子の配列数を変化させてもよい。

また、前記各実施の形態に係る撮像装置に含まれるレンズアレイは、入射光線を屈折により偏向させる屈折型レンズ素子（つまり、異なる屈折率を有する媒質同士の界面で偏向が行われるタイプのレンズ素子）のみで構成されているが、これに限られない。例えば、回折により入射光線を偏向させる回折型レンズ素子、回折作用と屈折作用との組み合わせで入射光線を偏向させる屈折・回折ハイブリッド型レンズ素子、入射光線を媒質内の屈折率分布により偏向させる屈折率分布型レンズ素子等で、レンズアレイを構成することができる。

また、前記各実施の形態に係る撮像装置に含まれるレンズアレイは、被写体側にパワーを持つ凸面を有し、像側は平面である平凸形状のレンズ素子で構成されているが、これに限られない。例えば、被写体側及び像側ともに凸面である両凸形状のレンズ素子や、被写体側及び像側のいずれか一方が凸面で他方が凹面の正メニスカス形状のレンズ素子等でレンズアレイを構成することもできる。さらに、像側にパワーを持つ凸面を有し、被写体側は平面である平凸形状のレンズ素子でレンズアレイを構成することもできる。

また、前記各実施の形態では、各結像ユニットの撮像光学系を、レンズアレイを構成するレンズ素子のみで構成しているが、これに限られない。例えば、該レンズアレイと他のレンズアレイとを組み合わせて撮像光学系を構成することもでき、該レンズアレイと他のレンズ素子とを組み合わせて撮像光学系を構成することもできる。

本発明の撮像装置は、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラだけでなく、ノートブック型パーソナルコンピュータや携帯電話端末機器等のモバイル機器に搭載されるカメラ、車載カメラ、監視カメラなどのあらゆるカメラに適用することができる。また、本発明の撮像装置は、指紋認証装置や虹彩認証装置等のバイオメトリックス情報を用いたセキュリティ装置の入力用の撮像装置としても好適である。

実施の形態１に係る撮像装置の構成を示す一部切欠斜視図 実施の形態１に係る撮像装置のレンズアレイの概略図 実施の形態１に係る撮像装置の作用を説明する光路図 実施の形態２に係る撮像装置の構成を示す一部切欠斜視図 実施の形態２に係る撮像装置のレンズアレイの概略図 実施の形態２に係る撮像装置の作用を説明する光路図 実施の形態３に係る撮像装置の構成を示す一部切欠斜視図 実施の形態３に係る撮像装置のレンズアレイの概略図 実施の形態４に係る撮像装置の構成を示す一部切欠斜視図 実施の形態４に係る撮像装置のレンズアレイの概略図 実施の形態５に係る撮像装置のレンズアレイの概略図 実施の形態６に係る撮像装置の構成を示す一部切欠斜視図 実施の形態６に係る撮像装置のレンズアレイの概略図 従来の撮像装置の構成の一例を示す一部切欠斜視図 従来の撮像装置のレンズアレイの概略図 従来の撮像装置の作用を説明する光路図

符号の説明

１１０、２１０、６１０ 撮像素子
１２０、２２０、６２０ 隔壁部材
１３０、２３０、３３０、４３０、５３０、６３０ レンズアレイ

Claims (10)

1. 少なくとも一方の面にパワーを持つ複数のレンズ素子を並列に配置してなるレンズアレイと、
   各前記レンズ素子を含む光学系により形成された光学的な像を、複数の光電変換部を含む互いに異なる撮像領域でそれぞれ受光して電気的な画像信号に変換する撮像素子とを備え、
   各前記レンズ素子と該レンズ素子に対応する前記撮像領域とが、結像ユニットを構成しており、該撮像領域の面積が相異なる該結像ユニットを含み、
   各前記結像ユニットの被写体領域を互いに重複させながら撮像し、
   各前記結像ユニットから出力された画像信号が、画像処理装置によって合成され、１枚の画像に対応する合成画像の画像信号に再構築され、
   隣接する結像ユニットの被写体領域と完全に重複する被写体領域の範囲を撮像する結像ユニットを有する、撮像装置。
2. 撮像素子の最周辺部に位置する結像ユニットの被写体領域が、隣接する結像ユニットの被写体領域と完全に重複する、請求項１に記載の撮像装置。
3. 撮像素子の最周辺部に位置する結像ユニットの撮像領域の面積が、撮像素子の中心部に位置する結像ユニットの撮像領域の面積よりも小さい、請求項２に記載の撮像装置。
4. 撮像素子の最周辺部に位置する結像ユニットが、対応する撮像領域の中心を通る軸に対して対称軸が平行偏芯したレンズ素子を有する、請求項３に記載の撮像装置。
5. 撮像素子の最周辺部に位置する結像ユニットが、対応する撮像領域の中心を通る軸と光軸とが一致したレンズ素子を有する、請求項３に記載の撮像装置。
6. 結像ユニットが、軸対称レンズ素子の一部を対称軸に平行な平面で切断した形状を持つレンズ素子を有する、請求項１に記載の撮像装置。
7. 結像ユニットが、矩形の撮像領域に略内接する円形状の軸対称レンズ面を持つ軸対称レンズ素子を有する、請求項１に記載の撮像装置。
8. さらに、前記レンズアレイと前記撮像素子との間の空間を、前記結像ユニット毎に区分する隔壁手段を備える、請求項１に記載の撮像装置。
9. 隔壁手段が、レンズ素子と別体に配置され、矩形の撮像領域に対応して、各撮像領域を囲むように形成された格子状の隔壁部を持つ隔壁部材である、請求項８に記載の撮像装置。
10. 隔壁手段が、レンズ素子と一体に形成され、矩形の撮像領域に対応して、各撮像領域を囲むように形成された格子状の溝部である、請求項８に記載の撮像装置。

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