JP6419110B2 - アレイ式レンズモジュール - Google Patents

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Description

本発明はレンズモジュールに関し、特にモバイル電子デバイス用のレンズモジュールに関する。
科学技術が絶えずに発展しているに伴い、電子デバイスは、絶えずにスマート化へ進化していく。デジタルカメラのほかに、携帯式電子デバイス、例えばタブレットPC、携帯電話などにはレンズモジュールが配置されている。人々のニーズを満足するために、レンズモジュールにより撮影された物体の画像品質に対してもより高く求められている。これだけではなく、3D結像技術の発展に伴い、これらのモバイル電子デバイスに裸眼3D撮像レンズが配置されることも発展のトレンドになっている。
従来技術における3Dレンズモジュールは、一定の被写界深度を有する写真を撮るように、2組のレンズモジュールを用いて人の目の結像機能を真似る。2組のレンズモジュールは、いずれも、光透過孔が開設されたレンズ鏡筒と、レンズ鏡筒内に設けられたレンズ群とを含み、レンズ群は少なくとも二枚の光学レンズを含む。光透過孔の幾何学的中心を通る直線がこれらの光学レンズの光軸と重なり合う必要があり、即ち、高い同軸度を有すると確保することが必要である。しかしながら、光学レンズ間の偏心は敏感ですので、高い同軸度及び安定性を確保することが難しい。2組のレンズモジュールは別々に組み立てられ、それぞれ各自のレンズ鏡筒を有するため、組み立てられるとき、レンズ鏡筒の公差の影響を受け、組み立ての精度を確保することができない。
したがって、新型のレンズモジュールを提供する必要がある。
本発明は、解像度が高く、製造コストが低く、且つ実装が簡単なアレイ式レンズモジュールを提供することを目的とする。
本発明に係る技術方案は以下のとおりである。アレイ式レンズモジュールであって、ケーシングと、前記ケーシング内に収容された画像プロセッサーと、前記画像プロセッサーに電気的に接続された画像センサーと、前記画像センサー上に設けられたレンズモジュールとを含み、前記レンズモジュールは、少なくとも二枚のガラスレンズを積層することにより形成され、前記レンズモジュールに、第1のレンズと、前記第1のレンズと一定の距離を隔てて設けられた第2のレンズとが成形されている。
前記画像センサーは感光領域を有し、前記第1のレンズは第1の結像領域を有し、前記第2のレンズは第2の結像領域を有し、前記第1の結像領域と前記第2の結像領域は、少なくとも部分的には前記感光領域内に入っており、前記画像センサーは、前記感光領域内の前記第1の結像領域及び前記第2の結像領域に基づいた計算により、前記第1のレンズ及び前記第2のレンズの中心点の座標を取得し、前記中心点の座標を前記画像センサーの記憶領域内に記録し、前記中心点の座標に基づき、画像をキャプチャし、前記画像プロセッサーはそれぞれ前記第1の結像領域及び前記第2の結像領域に一定のアスペクト比で第1の画像領域及び第2の画像領域をキャプチャし、前記第1の画像領域内における画像及び前記第2の画像領域内における画像は、視差が存在する。
好ましくは、前記感光領域は、対向し、平行に設けられた二つの第1の側辺と、前記二つの第1の側辺に接続された第2の側辺とを有し、前記第1の画像領域と前記第2の画像領域との幾何学的中心の連結線は、前記第1の側辺に平行する。
好ましくは、前記感光領域は、対向し、平行に設けられた二つの第1の側辺と、前記二つの第1の側辺に接続された第2の側辺とを有し、前記第1の画像領域と前記第2の画像領域との幾何学的中心の連結線は、前記第2の側辺に平行する。
好ましくは、前記感光領域は矩形をなしており、前記第1の画像領域と前記第2の画像領域はいずれも円形をなしている。
好ましくは、前記第1の画像領域と前記第2の画像領域は、それぞれ前記感光領域の対角位置に位置する。
好ましくは、前記第1の画像領域又は第2の画像領域の、前記画像センサーにおける対応する領域はモノクロ感光領域である。
好ましくは、前記第2のレンズと前記画像センサーとの間、又は前記第1のレンズと前記画像センサーとの間に、さらに赤外フィルタが設けられている。
好ましくは、前記ケーシングにおける、前記第1のレンズ及び前記第2のレンズに対応する位置に、それぞれ第1の通光孔及び第2の通光孔が開設されている。
好ましくは、それぞれの前記ガラスレンズの表面に反射低減霧防止塗層が塗布されており、前記反射低減霧防止塗層は、少なくとも前記第1のレンズと前記第2のレンズを被覆している。
好ましくは、それぞれの前記ガラスレンズにいずれも、第1の光学レンズと、前記第1の光学レンズと間隔を隔てて設けられた第2の光学レンズとが形成されており、いずれの二枚の前記ガラスレンズにおける前記第1の光学レンズと前記第2の光学レンズの位置は、それぞれ対応しており、前記第1のレンズは全ての前記第1の光学レンズを積層することにより形成され、且つ全ての前記第1の光学レンズの光学中心は互いにアライメントされ、前記第2のレンズは全ての前記第2の光学レンズを積層することにより形成され、且つ全ての前記第2の光学レンズの光学中心は互いにアライメントされている。
本発明が有する有益な効果は以下のとおりである。レンズモジュールは、積層されたガラス基板から切断され、得たものであるため、第1のレンズと第2のレンズとの距離は既に確定されている。したがって、組み立ての精度は高く、加工コストが低い。且つ、レンズモジュールは全ガラス構成であり、高い光線透過率及び優れた色収差消しのパフォーマンスを有する。
本発明に係るアレイ式レンズモジュールの構成を示す模式図である。 本発明に係るアレイ式レンズモジュールにおけるレンズモジュールの構成を示す模式図である。 本発明に係るアレイ式レンズモジュールにおける第1のガラスレンズの構成を示す模式図である。 本発明に係るアレイ式レンズモジュールにおける第2のガラスレンズの構成を示す模式図である。 本発明に係るアレイ式レンズモジュールの3D結像の原理図である。 本発明に係るアレイ式レンズモジュールにおける感光領域、第1の画像領域及び第2の画像領域の一つの位置関係を示す図である。 本発明に係るアレイ式レンズモジュールにおける感光領域、第1の画像領域及び第2の画像領域のもう一つの位置関係を示す図である。 本発明に係るアレイ式レンズモジュールにおける感光領域、第1の画像領域及び第2の画像領域のさらにもう一つの位置関係を示す図である。 本発明に係るアレイ式レンズモジュールにおける第1のレンズと第2のレンズの中心点を確定する原理図である。 本発明に係るアレイ式レンズモジュールの製造フローを示す図である。
以下、図面と実施形態を参照しながら、本発明についてさらに説明する。
図1及び図2に示すように、アレイ式レンズモジュール100は、ケーシング101と、ケーシング101に収容された画像プロセッサーと、画像プロセッサーに電気的に接続された画像センサーと、画像センサーに設けられたレンズモジュール200とを含む。ケーシング101は、間隔を隔てて設けられた第1の通光孔102と第2の通光孔103とを有する。
本実施例においては、レンズモジュール200は、二つのガラスレンズを積層することにより形成されたガラスレンズ群と、ガラスレンズ群に形成された第1のレンズ203及び第2のレンズ204(図2の点線のフレーム内における部分に示すように)とを有する。第1のレンズ203及び第2のレンズ204は、一定の視差を有する画像を撮るように、それぞれ人の左の目及び右の目の結像機能を真似るためのものである。説明が便利なために、二つのガラスレンズをそれぞれ第1のガラスレンズ201と第2のガラスレンズ202とする。
第1のガラスレンズ201は、第1の光学レンズ203Aと、第1の光学レンズ203Aと間隔を隔てて設けられた第2の光学レンズ204Aとを有する。図3に示すように、第1のガラスレンズ201は、第1の表面201Aと、第1の表面201Aと対向し、設けられた第2の表面201Bとを有する。第1の光学レンズ203Aは、第1の表面201Aに設けられた第1の光学面201aと、第2の表面201Bに設けられた第2の光学面201bとを有し、且つ、第2の光学面201bは第1の光学面201aと位置が対応しており、これは、第2の光学面201bの光学中心と第1の光学面201aの光学中心とはアライメントされていることを意味する。第2の光学レンズ204Aは、第1の表面201Aに設けられた第3の光学面201cと、第2の表面201Bに設けられた第4の光学面201dとを含み、且つ、第4の光学面201dは第3の光学面201cと位置が対応しており、これは、同様に、第4の光学面201dの光学中心と第3の光学面201cの光学中心とアライメントされていることを意味する。
同様に、第2のガラスレンズ202は、第1の光学レンズ203Bと、第1の光学レンズ203Bと間隔を隔てて設けられた第2の光学レンズ204Bとを有する。第1の光学レンズ203B及び第2の光学レンズ204Bは、前記第1の光学レンズ203A及び第2の光学レンズ204Aとは、それぞれ位置が対応している。図4に示すように、第2のガラスレンズ202は、第1の表面202Aと、第1の表面202Aと対向し設けられた第2の表面202Bとを有する。第1の光学レンズ203Bは、第1の表面202Aに設けられた第1の光学面202aと、第2の表面202Bに設けられた第2の光学面202bとを有し、第2の光学面202bと第1の光学面202aと位置が対応しており、両者の光学中心はアライメントされている。第2の光学レンズ204Bは、第1の表面202Aに設けられた第3の光学面202cと、第2の表面202Bに設けられる第4の光学面202dとを有する。第4の光学面202dと第3の光学面202cと位置が対応しており、両者の光学中心はアライメントされている。
第1のレンズ203は、第1のガラスレンズ201における第1の光学レンズ203Aと、第2のガラスレンズ202における第1の光学レンズ203Bを組み合わせることにより形成される。第1の光学レンズ203Aと第1の光学レンズ203Bとの間には、通常隙間が存在しており、当該隙間は、遮光シートなどの光学素子を配置するためのものである。第2のレンズ204は、第1のガラスレンズ201における第2の光学レンズ204Aと、第2のガラスレンズ202における第2の光学レンズ204Bとを組み合わせることにより形成される。第2の光学レンズ204Aと第2の光学レンズ204Bとの間にも隙間が存在している。
ケーシング101内における画像センサーは、少なくとも第1のレンズ203と第2のレンズ204を覆い、レンズモジュール200がケーシング101に実装されてから、第1の通光孔102の幾何学的中心は第1の光軸A1に位置すべきであり、第2の通光孔103の幾何学的中心は第2の光軸A2に位置すべきである。
なお、第1のガラスレンズ201に第1の光学レンズ203Aが形成され、第2のガラスレンズ202にも第1の光学レンズ203Bが形成されているが、両者は異なる光学特性を有し、その各自の第1の光学面と第2の光学面は、光学特性及び形状も完全に同じではない。同様に、第1のガラスレンズ201に第2の光学レンズ204Aが形成され、第2のガラスレンズ202上も第2の光学レンズ204Bが形成されているが、両者は異なる光学特性を有し、その各自の第3の光学面と第4の光学面は、光学特性及び形状も完全に同じではない。具体的には、レンズモジュールの設計要求に応じて確定される。
なお、さらに高い光線透過率及び優れた色収差消しのパフォーマンスを得るように、第1のガラスレンズ201及び第2のガラスレンズ202の表面には、更に、反射を低減し、霧を防止する塗層、即ち、反射低減霧防止塗層(AR塗層)及び/又は赤外カット膜(IR膜)を塗布することができる。AR塗層及びIR膜は、少なくとも第1のレンズ203及び第2のレンズ204を覆う必要がある。
以上、本発明に係るアレイ式レンズモジュール100の構成について説明したが、その原理について以下のように説明する。
画像センサーは、通常、一つの感光領域を有する。第1のレンズ203は、第1の結像領域を有し、第2のレンズ204は第2の結像領域を有する。被写体が反射した光線が第1のレンズ203及び第2のレンズ204を透過した後、画像センサーにおける、対応する領域に画像が形成される。本発明の好ましい実施例においては、感光領域は矩形であり、第1の結像領域及び第2の結像領域は円形である。画像センサーの使用率を最大化するために、第1の結像領域と第2の結像領域はできるだけ感光領域を完全に覆う必要がある。画像プロセッサーは、一定のアスペクト比でそれぞれ第1の結像領域及び第2の結像領域において、画像をキャプチャすることにより、第1の画像領域及び第2の画像領域を出力する。第1の画像領域における画像及び第2の画像領域における画像は視差が存在するため、被写界深度を有する画像を合成することができ、これにより、レンズモジュールの3D撮影効果を実現することができる。画像プロセッサーが画像領域をキャプチャするアスペクト比は4:3、16:9などであってもよい。画像センサーの画素サイズ及び画像プロセッサーがキャプチャするアスペクト比を選択することにより、高解像度を有する画像を得ることができる。
図5は本発明に係るアレイ式レンズモジュール100の3D結像の原理図である。C1及びC2はそれぞれ第1のレンズ203及び第2のレンズ204を指す。Pは被写体であり、Dは被写界深度であり、fは焦点距離であり、bは第1のレンズ203と第2のレンズ204との間の距離であり、V1は被写体のある一つの点の、第1のレンズ203における結像位置を指し、V2は被写体の同一の点の、第2のレンズ204における結像位置を指し、両者の差であるV1-V2 は視角差と称する。
D/(D-f)=b/(b-(V1-V2))であるため、
D=bf/(V1-V2) となる。
上記の式に基づき、当該アレイ式レンズモジュール100の被写界深度Dを算出することができる。
上記の記述は、本発明の一つの好ましい実施例に過ぎない。他の実施可能な実施例においては、ガラスレンズは、三枚、四枚、ひいてはそれ以上の枚数であってもよい。その動作原理及び構成は、二枚のガラスレンズが用いられたレンズモジュールと類似し、ここで繰り返し述べない。
なお、第1の画像領域(第1のレンズ)と第2の画像領域(第2のレンズ)の、画像センサーにおける相対的な位置関係を変更することにより、異なる程度の被写界深度を得ることができる。
図6に示すように、Aは画像センサーの感光領域を示し、平行に対向し設けられた第1の側辺A1と、二つの第1の側辺A1に接続された第2の側辺A2を有する。B1は画像プロセッサーがキャプチャする第1の画像領域を示し、B2は画像プロセッサーがキャプチャする第2の画像領域を示し、両者は矩形をなしている。且つ、両者の幾何学的中心の連結線は、第1の側辺A1に平行する。即ち、第1の画像領域B1と第2の画像領域B2は水平位置にある。このとき、第1のレンズ203及び第2のレンズ204は、水平方向において、視差を有する。
図8に示すように、Aは画像センサーの感光領域を示し、平行に対向し設けられた第1の側辺A1と、二つの第1の側辺A1に接続された第2の側辺A2とを有する。B1は画像プロセッサーがキャプチャする第1の画像領域を示し、B2は画像プロセッサーがキャプチャする第2の画像領域を示し、両者は矩形をなしている。且つ、両者の幾何学的中心の連結線は、第2の側辺A2に平行する。即ち、第1の画像領域B1と第2の画像領域B2は垂直位置にあり、このとき、第1のレンズ203及び第2のレンズ204は、垂直方向において、視差を有する。
図7に示すように、Aは画像センサーの感光領域を示す。B1は画像プロセッサーがキャプチャする第1の画像領域を示し、B2は画像プロセッサーがキャプチャする第2の画像領域を示し、両者は矩形をなしている。且つ、両者はそれぞれ感光領域Aの対角位置に位置する。このとき、第1のレンズ203及び第2のレンズ204は、垂直方向及び水平位置においていずれも視差が存在する。
図9に示すように、本発明に係るアレイ式レンズモジュールは、レンズの中心点を容易に特定し、組立が容易であるメリットを有する。組み立てのとき、理想的な被写界深度を有する画像を得るように、アレイ式レンズモジュールにおけるレンズの中心点は、画像センサーに設定された中心点の座標と一致することが必要である。図9における断面線で充填された矩形は、画像センサーの感光領域を示す。実線で示された二つの円形は、それぞれ第1のレンズ203と第2のレンズ204の結像領域を示す。二つの結像領域は、一部が感光領域内に入るため、感光領域内に直線を引くと、結像領域との、感光領域内に入る二つの交点が存在する。図9において、第1のレンズ203の結像領域は、直線A1と、二つの交点があり、直線B1と、二つの交点がある。第2のレンズ204の結像領域は、直線A2と、二つの交点があり、直線B2と、二つの交点がある。
A1と結像領域との二つの交点を接続し、二つの交点の連結線の中点を通って垂線を引き、B1と結像領域との二つの交点を接続し、当該連結線の中点を通って垂線を引くと、二つの垂線の交点は、第1のレンズ203の結像領域の中心点となり、当該中心点の座標は(X1,Y1)である。同様に、第2のレンズ204の結像領域の中心点(X2,Y2)を得ることができる。第1のレンズ203及び第2のレンズ204の中心点の座標は、画像センサーの記憶領域内に記録し、二つの中心点に基づき、それぞれ特定のサイズの画像をキャプチャすることにより、被写界深度の要求を満たす。また、画像センサーは、計算することにより、中心点の座標を取得し、当該座標に基づき画像をキャプチャするため、レンズの実装に対する要求は低い。即ち、画像センサーは、計算することにより、二つのレンズの相対位置関係に適合することができるため、組み立てに対する要求は大幅に低下する。
なお、さらに画像センサーの画素サイズを変更することにより、より立体感を有する画像を得ることができる。例えば、画像センサーの画素サイズを1.75μmから1.12μmに変更する。第1の画像領域または第2の画像領域の、画像センサーにおける対応する領域をモノクロ感光領域に変更すると、アレイ式レンズモジュール100の感光度を向上させることができる。この場合、非モノクロ感光領域が対応するレンズと画像センサーとの間に、赤外フィルタを配置する、又はレンズの表面に赤外カット膜(IR膜)を塗布することにより、一つのカラーの撮影機能、一つのIRの撮影機能を実現することができる。
図10は、上述したアレイ式レンズモジュール100の製造方法を提供する。それは、主に以下のステップを含む。
ステップS1において、少なくとも二枚のガラス基板が提供され、それぞれは第1のガラス基板104と第2のガラス基板105である。
ステップS2において、ウェハプレス金型が提供される。本実施例においては、二枚のガラス基板があり、二枚のガラス基板は光学特性が異なるため、二つのウェハプレス金型は二つが必要であり、それぞれを第1のウェハプレス金型300、第2のウェハプレス金型400とする。第1のウェハプレス金型300は、第1の上型301と第1の下型302とを含む。第1の上型301は、第1の光学面及び第3の光学面アレイを有する。第1の下型302は、第2の光学面及び第4の光学面アレイを有する。第2のウェハプレス金型400は、第2の上型401と第2の下型402とを含む。第2の上型401は、第1の光学面及び第3の光学面のアレイを含む。第2の下型402は、第2の光学面及び第4の光学面のアレイを含む。第2の下型402における光学面のアレイは、第1の下型302における光学面のアレイと異なり、第2の上型401における光学面のアレイも、第1の上型301における光学面のアレイと異なる。
第1のガラス基板104を第1の上型301と第1の下型302との間に配置し、加温加圧することにより、第1の光学レンズと第2の光学レンズのアレイをプレスする。第2のガラス基板105を第2の上型401と第2の下型402との間に配置し、加温加圧することにより、第1の光学レンズ及び第2の光学レンズのアレイをプレスする。
ステップS3において、第1のガラス基板104と第2のガラス基板105を積層する。
ステップS4において、図10に示されたステップS3の点線に基づき、積層されたガラス基板をカットすることにより、ガラスレンズを積層することにより形成されたレンズモジュールを分離させ、形成する。
ステップS5において、画像センサーと、第1の通光孔及び第2の通光孔を有するケーシングが提供され、ステップS4において分離されたレンズモジュールと画像センサーを組み立て、ケーシング内に実装する。
なお、光線透過率を向上させ、色収差消しのパフォーマンスを改善するように、第1のガラス基板104及び第2のガラス基板105を積層する前、上記の方法は、ガラス基板に、反射を低減し、霧を防止する塗層、即ち、反射低減霧防止塗層及び/又は赤外カット膜を塗布するステップを更に含むことができる。
レンズモジュールは、積層されたガラス基板からカットすることにより、得るものであるため、第1のレンズと第2のレンズとの間の距離は、製造過程で既に確定されており、組み立てるとき、第1のレンズ及び第2のレンズの精度を影響することがないため、高い組立の精度及び解像度を有する。なお、レンズモジュールは全ガラス構成であり、高い光線透過率及び優れた色収差消しのパフォーマンスを有する。且つ、製造はフロー化されているため、加工及び組立のコストは低い。
上述したのは、本発明の実施形態に過ぎない。当然ながら、当業者にとっては、本発明の技術方案の主旨及び原則から逸脱させない限り、改善することもできるが、これらは全て本発明の保護範囲に含まれる。

Claims (10)

  1. ケーシングと、前記ケーシング内に収容された画像プロセッサーと、前記画像プロセッサーに電気的に接続された画像センサーと、前記画像センサーに設けられたレンズモジュールとを含むアレイ式レンズモジュールであって、
    前記レンズモジュールは、少なくとも二枚のガラスレンズを積層することにより形成され、
    前記レンズモジュールに、第1のレンズと、前記第1のレンズと一定の距離を隔てて設けられた第2のレンズが成形されており、
    前記画像センサーは感光領域を有し、前記第1のレンズは第1の結像領域を有し、前記第2のレンズは第2の結像領域を有し、前記第1の結像領域と前記第2の結像領域は、少なくとも部分的には前記感光領域内に入っており、前記画像センサーは、前記感光領域内の前記第1の結像領域及び前記第2の結像領域に基づいた計算により、前記第1のレンズ及び前記第2のレンズの中心点の座標を取得し、前記中心点の座標を前記画像センサーの記憶領域内に記録し、前記中心点の座標に基づき、画像をキャプチャし、前記画像プロセッサーはそれぞれ前記第1の結像領域及び前記第2の結像領域に一定のアスペクト比で第1の画像領域及び第2の画像領域をキャプチャし、前記第1の画像領域内における画像及び前記第2の画像領域内における画像は視差が存在する、ことを特徴とするアレイ式レンズモジュール。
  2. 前記感光領域は、対向して平行に設けられた二つの第1の側辺と、前記二つの第1の側辺に接続された第2の側辺とを有し、前記第1の画像領域と前記第2の画像領域との幾何学的中心の連結線は、前記第1の側辺に平行する、ことを特徴とする請求項1に記載のアレイ式レンズモジュール。
  3. 前記感光領域は、対向して平行に設けられた二つの第1の側辺と、前記二つの第1の側辺に接続された第2の側辺とを有し、前記第1の画像領域と前記第2の画像領域との幾何学的中心の連結線は、前記第2の側辺に平行する、ことを特徴とする請求項1に記載のアレイ式レンズモジュール。
  4. 前記感光領域は矩形をなしており、前記第1の画像領域と前記第2の画像領域はいずれも円形をなしている、ことを特徴とする請求項2又は3に記載のアレイ式レンズモジュール。
  5. 前記第1の画像領域と前記第2の画像領域は、それぞれ前記感光領域の対角位置に位置する、ことを特徴とする請求項4に記載のアレイ式レンズモジュール。
  6. 前記第1の画像領域又は第2の画像領域の、前記画像センサーにおける対応する領域はモノクロ感光領域である、ことを特徴とする請求項4に記載のアレイ式レンズモジュール。
  7. 前記第2のレンズと前記画像センサーとの間、又は前記第1のレンズと前記画像センサーとの間に、さらに赤外フィルタが設けられている、ことを特徴とする請求項6に記載のアレイ式レンズモジュール。
  8. 前記ケーシングにおける、前記第1のレンズ及び前記第2のレンズに対応する位置に、それぞれ第1の通光孔及び第2の通光孔が開設されている、ことを特徴とする請求項1に記載のアレイ式レンズモジュール。
  9. それぞれの前記ガラスレンズの表面に反射低減霧防止塗層が塗布されており、前記反射低減霧防止塗層は、少なくとも前記第1のレンズと前記第2のレンズを被覆している、ことを特徴とする請求項1に記載のアレイ式レンズモジュール。
  10. それぞれの前記ガラスレンズにいずれも、第1の光学レンズと、前記第1の光学レンズと間隔を隔てて設けられた第2の光学レンズとが形成されており、
    いずれの二枚の前記ガラスレンズにおける前記第1の光学レンズと前記第2の光学レンズの位置は、それぞれ対応しており、
    前記第1のレンズは全ての前記第1の光学レンズを積層することにより形成され、且つ全ての前記第1の光学レンズの光学中心は互いにアライメントされ、
    前記第2のレンズは全ての前記第2の光学レンズを積層することにより形成され、且つ全ての前記第2の光学レンズの光学中心は互いにアライメントされていること、を特徴とする請求項1に記載のアレイ式レンズモジュール。
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