JP5621615B2 - Imaging device - Google Patents
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Description
本発明は、車載カメラや監視カメラ、産業用カメラ、医療用カメラ等、様々な用途に利用される撮像装置に係り、詳しくは、レンズアレイを用いた超小型の撮像装置に関する。 The present invention relates to an imaging apparatus used for various purposes such as an in-vehicle camera, a surveillance camera, an industrial camera, and a medical camera, and more particularly to an ultra-small imaging apparatus using a lens array.
車載カメラや監視カメラ、産業用カメラ、医療用カメラ等、様々な用途で撮像装置が利用されるが、この種の撮像装置は、一般に場所を選ばず、また、目立たないように設置する必要があるため、装置の小型化、薄型化が要求される。そこで、複数のレンズがアレイ配列されたレンズアレイを用い、該レンズアレイの複数のレンズによる被写体像を基板上に形成された撮像素子にそれぞれ受光するようにした、超小型の撮像装置が、従来からいろいろ提案されている(例えば、特許文献1、特許文献2等)。
Imaging devices are used for various purposes such as in-vehicle cameras, surveillance cameras, industrial cameras, medical cameras, etc., but this kind of imaging devices should generally be installed in any place and inconspicuously. Therefore, it is required to reduce the size and thickness of the device. Therefore, an ultra-small image pickup apparatus that uses a lens array in which a plurality of lenses are arranged in an array and receives an image of an object formed by the plurality of lenses in the lens array on an image pickup element formed on a substrate is conventionally provided. Have been proposed (for example,
ところで昨今、この種の撮像装置においては、広い範囲を撮像する要望もあり、小型化に加えて、広角化も要求されてきている。しかしながら、広角にした場合、レンズが暗くなるか、画像の周辺のMTFが劣化してしまう不具合が生じる。広角でレンズを明るくし、且つ、MTFの劣化も抑えるとすると、レンズを何枚か重ね合わせる必要があるが、この場合、今度はレンズの位置の精度が厳しくなる。したがって、温度変化や経時変化などにより、レンズの位置精度が低下すると、MTFが損なわれ、信頼性の面で問題となる。 Recently, in this type of imaging apparatus, there is a demand for imaging a wide range, and in addition to downsizing, a wide angle is also required. However, when the wide angle is set, there is a problem that the lens becomes dark or the MTF around the image deteriorates. If the lens is brightened at a wide angle and the deterioration of the MTF is also suppressed, it is necessary to superimpose several lenses. In this case, however, the accuracy of the lens position is now severe. Therefore, if the positional accuracy of the lens is lowered due to a temperature change or a change over time, the MTF is impaired, which causes a problem in terms of reliability.
本発明は、上記問題に鑑みなされたもので、複数枚のレンズを用いて広角にするよりも、明るく、MTF劣化が少なく、且つ、信頼性に優れた、超小型で広角複眼の撮像装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides an ultra-compact and wide-angle compound-eye imaging device that is brighter, less MTF-degraded, and more reliable than a wide-angle lens using a plurality of lenses. It is to provide.
本発明は、被写体に対向する位置に設けられた、複数のレンズがアレイ配列されたレンズアレイと、前記レンズアレイの像面側に設けられた、前記複数のレンズのそれぞれにより略結像される前記被写体の個眼像の集合である複眼像を撮像する撮像素子とを有する撮像装置において、前記レンズアレイを被写体側に対して凸状に湾曲にするとともに、前記レンズアレイと前記撮像素子の間に、前記レンズアレイの各レンズの光軸が前記撮像素子の受光面に対して垂直になるように光束を曲げる手段を設けたことである。 In the present invention, an image is approximately formed by each of a lens array provided at a position facing a subject, in which a plurality of lenses are arrayed, and a plurality of lenses provided on the image plane side of the lens array. In an imaging apparatus having an imaging device that captures a compound eye image that is a set of single-eye images of the subject, the lens array is curved convexly with respect to the subject side, and between the lens array and the imaging device. In addition, there is provided means for bending the light flux so that the optical axis of each lens of the lens array is perpendicular to the light receiving surface of the image sensor.
具体的には、レンズアレイは、その端部レンズを外側に傾斜させる。光束を曲げる手段は、前記レンズアレイと対応する面が該レンズアレイとは逆に凹状に湾曲した三角プリズム、あるいは、前記レンズアレイと対向する面に凹凸の形状を設けたホログラム素子とする。 Specifically, the lens array tilts its end lens outward. The means for bending the light beam is a triangular prism whose surface corresponding to the lens array is curved in a concave shape opposite to the lens array, or a hologram element having an uneven shape on the surface facing the lens array.
本発明の撮像装置によれば、複数のレンズを用いて広角にするよりも、明るく、MTF劣化が少なく、かつ、信頼性に優れた広角複眼の撮像が可能になる。 According to the imaging apparatus of the present invention, it is possible to capture a wide-angle compound eye that is brighter, has less MTF deterioration, and is more reliable than a wide-angle lens that uses a plurality of lenses.
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
初めに、レンズアレイを用いた超小型の撮像装置の従来例について説明する。図1は、この種の撮像装置の従来例の断面図である。図1において、1は複数のレンズがアレイ配列されたマイクロレンズアレイ(以下、単にレンズアレイと称す)であり、ここでは4×2のレンズからなるとする。該レンズアレイ1はレンズホルダ2に保持される。3は基板で、レンズアレイ1と対向する位置にCCDセンサやCMOSセンサなどの撮像素子であるセンサ受光部6が形成されている。基板3上には、駆動回路や信号処理回路なども形成されているが、図1では省略してある。レンズアレイ1の被写体に対向する側には、各レンズに対応して複数の穴の開けられた絞り板4が設けられ、また、レンズアレイ1のセンサ受光部6と対向する側には、隣接するレンズ間での光線のクロストークを防止するための遮光板5が設けられている。
First, a conventional example of an ultra-small image pickup apparatus using a lens array will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view of a conventional example of this type of imaging apparatus. In FIG. 1,
ここで、レンズホルダ2と基板6の間には、0.5mm程度の隙間が設けられ、センサ受光部6から得られる画像をモニタし、そのモニタ画像より、レンズホルダ全体の傾き調整およびX,Y,Z軸方向の位置調整を行い、隙間に接着剤10などを充填して、レンズホルダ2と基板3を固定する。図2は完成後の撮像装置の斜視図を示したものである。
Here, a gap of about 0.5 mm is provided between the
このような撮像装置において、広角でレンズを明るくし、且つ、MTFの劣化も抑えるとすると、レンズを何枚か重ね合わせる必要がある。 In such an imaging apparatus, if a lens is brightened at a wide angle and deterioration of MTF is also suppressed, it is necessary to superimpose several lenses.
図3は、図1の撮像装置について、広角にするためにレンズを増やした場合の断面図を示したものである。図3において、1−1及び1−2がそれぞれレンズアレイであり、これ以外の構成は図1と同様である。図3の構成の場合、レンズアレイ1−1とレンズアレイ1−2の位置精度が問題であり、両者の位置関係の精度が低下すると、MTFが劣化し、信頼性が損なわれることになる。 FIG. 3 is a cross-sectional view of the image pickup apparatus shown in FIG. 1 when the number of lenses is increased to obtain a wide angle. In FIG. 3, reference numerals 1-1 and 1-2 denote lens arrays, respectively, and the other configurations are the same as those in FIG. In the case of the configuration of FIG. 3, the positional accuracy of the lens array 1-1 and the lens array 1-2 is a problem. If the accuracy of the positional relationship between the two decreases, the MTF deteriorates and the reliability is impaired.
次に、本発明の撮像装置について説明する、図4は本発明に係る撮像装置の一実施例の断面図、図5は分解斜視図である。図4及び図5において、図1及び図2と同一部分には同じ符号が付されている。本実施例は、レンズアレイ1を被写体側に対して凸状に湾曲させた構造にするとともに、該レンズアレイ1とセンサ受光部(撮像素子)6の間に、該レンズアレイ1の各レンズの光軸がセンサ受光部6の受光面に対して垂直になるようにレンズの光束を曲げる手段として三角プリズム7を設けたものである。図4、図5では、レンズアレイ1は、その端部レンズを外側に傾斜させているが、これは一例であり、レンズアレイ全体を湾曲させることでもよい。三角プリズム7のレンズアレイ1と対向する面は、該レンズアレイ1とは逆に凹状に湾曲させる。ここでは、端部を内側に傾斜させる。遮光板5は三角プリズム7とセンサ受光部6との間に配置する。また、レンズアレイ1の被写体に対向する側に設けられる絞り板4は、該レンズアレイと同様に湾曲あるいは傾斜した構造とする。
Next, the imaging apparatus of the present invention will be described. FIG. 4 is a sectional view of an embodiment of the imaging apparatus according to the present invention, and FIG. 5 is an exploded perspective view. 4 and 5, the same parts as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals. In this embodiment, the
本撮像装置によって撮像された被写体の光学像は、絞り板4の各穴を通過し、レンズアレイ1の各レンズによってそれぞれ集光された後、三角プリズム7を通過して、センサ受光部6の各領域に垂直に入射される。すなわち、センサ受光部6では、収差発生を防止しつつ、光学性能が劣化することなく、レンズアレイ1におけるレンズの個数に対応した数の個眼像の集合からなる複眼像が取得される。隣接するレンズ間での光線のストロークは、遮光板5に設けられた隔壁によって防止される。
The optical image of the subject imaged by the imaging apparatus passes through each hole of the
本実施例によれば、湾曲したレンズアレイ1と三角プリズムとを組み合わせることで、従来の複数枚のレンズを用いて広角にするよりも、明るく、MTF劣化が少なく、かつ、信頼性に優れた広角像を取得することが可能になる、なお、レンズアレイ1をどのくらいに湾曲させるかは、どのくらい広角にしたいかによって決めればよい。
According to the present embodiment, by combining the
図6は、本発明に係る撮像装置の別の実施例の断面図を示したものである。図6において、図4と同一部分には同じ符号が付されている。ここで、レンズアレイ1、絞り板4、遮光板5等の構成、配置は図4と同様であるが、本実施例は、光束を曲げる手段として、図4の三角プリズムの代わりにホログラム素子8を設けたものである。
FIG. 6 shows a cross-sectional view of another embodiment of the imaging apparatus according to the present invention. 6, the same parts as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals. Here, the configuration and arrangement of the
ホログラム素子は、平板の上に凹凸の形状を設けることで、光束の向きを変えることが可能であり、三角プリズムよりも光軸方向に対して薄型化が可能であるため、全体して小型化が可能となる。 The hologram element can change the direction of the light beam by providing a concavo-convex shape on the flat plate, and can be made thinner in the optical axis direction than the triangular prism. Is possible.
本実施例においても、従来の複数枚のレンズを用いて広角にするよりも、明るく、MTF劣化が少なく、かつ、信頼性に優れた広角の複眼像を取得することが可能であり、さらに、より小型化が可能になる。 Also in this embodiment, it is possible to obtain a wide-angle compound eye image that is brighter, has less MTF deterioration, and is more reliable than a wide-angle lens using a plurality of conventional lenses. Further downsizing is possible.
1 レンズアレイ
2 レンズホルダ
3 基板
4 絞り板
5 遮光板
6 センサ受光部(撮像素子)
7 三角プリズム
8 ホログラム素子
DESCRIPTION OF
7
Claims (4)
前記レンズアレイが被写体側に対して凸状に湾曲しているとともに、前記レンズアレイと前記撮像素子の間に、前記レンズアレイの各レンズの光軸が前記撮像素子の受光面に対して垂直になるように光束を曲げる手段を設けたことを特徴とする撮像装置。 Each of the subjects that is substantially imaged by each of a lens array in which a plurality of lenses are arranged in an array and a plurality of lenses that are provided on the image plane side of the lens array. In an imaging apparatus having an imaging element that captures a compound eye image that is a set of eye images,
The lens array is curved convexly with respect to the subject side, and the optical axis of each lens of the lens array is perpendicular to the light receiving surface of the image sensor between the lens array and the image sensor. An image pickup apparatus characterized in that means for bending a light beam is provided.
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