JP6536955B2 - レンズアレイ、レンズアレイ積層体、及び、これらの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数のレンズ部を有するレンズアレイ、レンズアレイ積層体、及び、これらの製造方法に関する。

近年、スマートフォンやタブレット型パーソナルコンピュータなどに代表される薄型の撮像装置付き携帯端末が急速に普及している。しかるに、このような薄型の携帯端末に搭載される撮像装置には、高解像度を有しながらも薄形でコンパクトであることが要求されている。このような要求に対応するために、撮像レンズの光学設計による全長短縮やそれに伴う誤差感度増大に対応した製造精度向上を行ってきたが、さらなる要求に対応するためには、従来の単一の撮像レンズと撮像素子の組み合わせで像を得るという構成では不十分になっており、従来とは発想を変えた光学系が期待される。

一方、撮像素子の撮像領域を分割して、それぞれにレンズを配置し、得られた画像を処理することで、最終的な画像出力を行う複眼撮像装置に用いられる複眼光学系と呼ばれる光学系が、薄型化への要求に対応するために注目されている。複眼撮像装置においては、個々のレンズに対してはさほど高い光学性能は求められないので、個々のレンズを小さく薄く形成することができ、全体として薄型で小型の光学系とすることができる。特許文献１には、射出成形法により作製されるマイクロレンズアレイが記載されている。このような複眼光学系において、高画質化を達成するためには、光軸を平行に配置したレンズ部をマトリクス状に並べたレンズアレイを複数積層することが有利である。これに対し、撮像装置に用いられる公知のレンズとして、複数のレンズアレイを構成要素のレンズ間に設けられた位置決め部により位置決めしつつ接合し、接合後に個片に切断して複合レンズを得るものがある（特許文献２参照）。特許文献２の場合、第１レンズアレイに設けられた凸部と、第２レンズアレイに設けられた凹部とを用いて両レンズアレイを嵌合させる。この際、対向する光学面間に形成された空隙を囲んで密閉するように各光学面の周囲が接合され、最終的に、レンズ間を切断して撮像レンズに個片化している。２次元状に配列された複数のレンズ部を備える複眼光学系においても、レンズアレイ同士、あるいは、レンズアレイと鏡枠や絞り部材など他の部材との位置決めを行うために、レンズアレイに位置決め構造を設けることが考えられる。

特開平０８−２４８２０７号公報 特開２００３−３２９８０８号公報

ところで、レンズアレイを射出成形で形成する場合、レンズアレイに対応するキャビティの側面からゲートを介して熱可塑性樹脂を充填することが考えられる。しかるに、レンズアレイに対応するキャビティは、薄板状に広がる空間であるから、ゲート側から反ゲート側に樹脂が到達するまで、ある程度の流動距離がある。すると、キャビティ内の流動抵抗が多い部位では樹脂の流れが遅くなり、流動抵抗が少ない部位では樹脂の流れが速くなるという現象が生じる。一方、上述のように、マトリクス配列された複数のレンズ部を有するレンズアレイにおいて、他部品との位置決めを行うための位置決め構造を設ける場合、光軸方向（Ｚ方向）及び光軸垂直方向（Ｘ方向、Ｙ方向）だけでなく、光軸周りの回転方向（θ方向）、光軸に垂直な平面の傾き方向（Ｘθ方向、Ｙθ方向）への位置決めも考慮する必要があるため、周状の突起として位置決め部を構成することが考えられる。しかし、このような周状の位置決め構造をレンズアレイに設けると、射出成形の際に位置決め構造を形成するキャビティ部分に沿って樹脂の流れが速くなり、レンズ部に対応するキャビティ部分よりも先に奥へ到達して、流れの遅い樹脂と落ち合って固化し、最も奥側のレンズ部にウェルドと呼ばれる成形不良を生じる恐れがある。また、光学特性向上のために、複数のレンズアレイが積層された積層型レンズアレイを用いる場合、少なくとも一つのレンズアレイのレンズ部は比較的薄肉になる傾向がある。そのようなレンズアレイにおいては、レンズ部に対応するキャビティの部位を通過する樹脂の流動が遅くなるから、マトリクス状にレンズ部が並んだレンズアレイを形成する場合、レンズ部に対応するキャビティの部位を通過する毎に流動遅れが拡大し、最終のレンズ部に対応するキャビティ内で、他を通過した流動速度の速い樹脂と落ち合って固化し、ウェルドがさらに生じやすくなる恐れがある。なお、フランジ部の面積を大きくすることによって、ウェルドが発生してもレンズ部にまで及ばないようにしようとすると、レンズアレイ全体のサイズが大きくなってしまい、小型化という本来の目的を果たせなくなるという問題がある。

これに対し、特許文献１ではウェルドについて全く言及されておらず、また、複数のレンズアレイを積層することや、他の部品と位置決めするための位置決め構造をレンズアレイに設けることも記載されていない。

特許文献２においても、ウェルドについて全く言及されておらず、しかも、特許文献２のレンズアレイ積層体は、個々のレンズ部に個片化されるものであり、ウェルドによる影響がなく、高画質で小型の複眼光学系を提供するという技術思想が開示されていない。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、比較的小型でありながら高精度な光学面を持つレンズ部を複数備え、しかも他の部品と正確に位置決めすることのできる、複眼光学系に好適なレンズアレイ、レンズアレイ積層体、及び、これらの製造方法を提供することを目的とする。

上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映したレンズアレイは、熱可塑性樹脂の一体物からなる複眼光学系用レンズアレイであって、
光軸方向からみて、少なくとも３列かつ少なくとも３行のマトリクス状に２次元的に配置された複数のレンズ部と、
前記複数のレンズ部の周囲に延在するフランジ部と、
前記フランジ部の周囲に位置し、前記フランジ部の周囲部分よりも前記レンズ部の光軸方向に突出する周状のリム部と、を有し、
前記リム部の、突出する側の第１面及びその反対側の第２面のうち少なくとも一方には、他の部品との位置決めを行うための第１位置決め部が設けられ、前記第２面が、前記フランジ部の周囲部分よりも前記第１面側に位置し、
前記レンズアレイの光軸方向における平均肉厚が０．３〜０．７mmであり、
前記レンズ部の光軸方向における、前記レンズアレイの最も厚い部分の肉厚をＤ₁、最も薄い部分の肉厚をＤ₂とすると、前記レンズ部、フランジ部、及び、リム部を含む前記レンズアレイ全体について、１．３３≦Ｄ₁／Ｄ₂≦２．０の関係を満たし、
前記フランジ部の周囲部分の光軸方向の平均厚みＢ ₁ 、及び、前記リム部の光軸方向の平均厚みＣが、
Ｃ＜１．５Ｂ ₁
という関係を満たすことを特徴とする。
上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映した別のレンズアレイは、熱可塑性樹脂の一体物からなる複眼光学系用レンズアレイであって、
光軸方向からみて、少なくとも３列かつ少なくとも３行のマトリクス状に２次元的に配置された複数のレンズ部と、
前記複数のレンズ部の周囲に延在するフランジ部と、
前記フランジ部の周囲に位置し、前記フランジ部の周囲部分よりも前記レンズ部の光軸方向に突出する周状のリム部と、を有し、
前記リム部の、突出する側の第１面及びその反対側の第２面のうち少なくとも一方には、他の部品との位置決めを行うための第１位置決め部が設けられ、前記第２面が、前記フランジ部の周囲部分よりも前記第１面側に位置し、
前記レンズアレイの光軸方向における平均肉厚が０．３〜０．７mmであり、
前記レンズ部の光軸方向における、前記レンズアレイの最も厚い部分の肉厚をＤ ₁ 、最も薄い部分の肉厚をＤ ₂ とすると、前記レンズ部、フランジ部、及び、リム部を含む前記レンズアレイ全体について、１．３３≦Ｄ ₁ ／Ｄ ₂ ≦２．０の関係を満たし、
前記レンズ部の光軸方向の最小厚みＡ、及び、前記フランジ部の光軸方向の平均厚みＢ ₂ が、
Ｂ ₂ ＜１．５Ａ
という関係を満たすことを特徴とする。
上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映したさらに別のレンズアレイは、熱可塑性樹脂の一体物からなる複眼光学系用レンズアレイであって、
光軸方向からみて、少なくとも３列かつ少なくとも３行のマトリクス状に２次元的に配置された複数のレンズ部と、
前記複数のレンズ部の周囲に延在するフランジ部と、
前記フランジ部の周囲に位置し、前記フランジ部の周囲部分よりも前記レンズ部の光軸方向に突出する周状のリム部と、を有し、
前記リム部の、突出する側の第１面及びその反対側の第２面のうち少なくとも一方には、他の部品との位置決めを行うための第１位置決め部が設けられ、前記第２面が、前記フランジ部の周囲部分よりも前記第１面側に位置し、
前記レンズアレイの光軸方向における平均肉厚が０．３〜０．７mmであり、
前記レンズ部の光軸方向における、前記レンズアレイの最も厚い部分の肉厚をＤ ₁ 、最も薄い部分の肉厚をＤ ₂ とすると、前記レンズ部、フランジ部、及び、リム部を含む前記レンズアレイ全体について、１．３３≦Ｄ ₁ ／Ｄ ₂ ≦２．０の関係を満たし、
前記フランジ部の周囲部分の光軸方向の平均厚みＢ ₁ 、及び、前記リム部の光軸方向の平均厚みＣが、
Ｃ＜１．５Ｂ ₁
という関係を満たし、
前記レンズ部の光軸方向の最小厚みＡ、及び、前記フランジ部の光軸方向の平均厚みＢ₂が、
Ｂ₂＜１．５Ａ
という関係を満たすことを特徴とする。

上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映したレンズアレイの製造方法は、熱可塑性樹脂の一体物からなる複眼光学系用レンズアレイの製造方法であって、
光軸方向からみて、少なくとも３列かつ少なくとも３行のマトリクス状に２次元的に配置された複数のレンズ部と、前記複数のレンズ部の周囲に延在するフランジ部と、前記フランジ部の周囲に位置し、前記フランジ部の周囲部分よりも前記レンズ部の光軸方向に突出する周状のリム部と、に対応する成形面を有する成形型のキャビティ内に溶融された熱可塑性樹脂を射出し、
前記キャビティの、樹脂注入部とは反対側の前記リム部の側面成形面と、該リム部に最も近いレンズ部成形面との距離が３ｍｍ以内であり、
前記キャビティの、樹脂注入部とは反対側の前記リム部を形成する部位の光軸方向の高さが最も小さく、
前記キャビティの、樹脂注入部とは反対側の前記リム部を形成する部位の手前に狭小部が設けられており、
射出した前記樹脂を固化した後、離型して、前記リム部の、突出する側の第１面及びその反対側の第２面のうち少なくとも一方には、他の部品との位置決めを行うための第１位置決め部が設けられ、前記第２面が、前記フランジ部の周囲部分よりも前記第１面側に位置するレンズアレイを得ることを特徴とする。

本レンズアレイ積層体の製造方法は、前記レンズアレイを第１のレンズアレイとし、前記第１位置決め部に対応する第２位置決め部を有する第２のレンズアレイを、前記第１レンズアレイに積層することを特徴とする。

本発明によれば、比較的小型でありながら高精度な光学面を持つレンズ部を複数備え、しかも他の部品と正確に位置決めすることのできる、複眼光学系に好適なレンズアレイ、レンズアレイ積層体、及び、これらの製造方法を提供することができる。

本実施形態による撮像装置を模式的に示す図である。 本実施形態による撮像ユニットＬＵの断面図である。 （ａ）は、図２の第１レンズアレイＬＡ１と、第２レンズアレイＬＡ２と，遮光部材ＡＰ１を分解して示す断面図であり、（ｂ）は、これらを組み立てた状態で示す断面図である。る。 図２のIV部を拡大して示す図である。 （ａ）は、本実施形態の第１レンズアレイＬＡ１を成形する工程を示す図である。（ｂ）は、比較例を成形する工程を示す図である。 （ａ）は、図５（ａ）をVIA-VIA線で切断して矢印方向に見たキャビティ内部を示す図であり、（ｂ）は、図５（ｂ）をVIB-VIB線で切断して矢印方向に見たキャビティ内部を示す図である。 ウェルドの発生についての説明図である。 本実施形態の変形例を示す図である。 本実施形態の変形例にかかるレンズアレイの要部断面図である。 本実施形態の変形例を示す図である。 比較例の第１レンズアレイの断面図であり、本実施形態に対してハッチングで示す部位をリム部に肉盛りしている。

まず、本実施形態に係るレンズアレイを用いた複眼光学系を有する撮像装置について説明する。複眼光学系は、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、各レンズ系が同じ視野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。本発明に係る複眼光学系は、いずれのタイプにも用いることができるが、ここでは複数のレンズ系によって得られる同じ視野の複数の像から解像度の高い１枚の合成画像を出力する超解像タイプについて説明する。

図１に本実施形態によ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に対して実質的に同じ視野の複数の結像を行う複眼光学系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光学系ＬＨが設けられているので、複眼光学系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。画像処理部１内の画像合成部１ａにおいては、撮像素子ＳＲから送られる複数の画像に相当する電気信号に基づいて、複数枚の画像からより解像度の高い１枚の画像データを得るように画像処理を実行する。

図２は、本実施形態による撮像ユニットＬＵの断面図である。図２の上方が物体側である。複眼光学系ＬＨは、複数（ここでは４行４列に並べた１６個）の物体側レンズ部ＬＡ１ａが一体に形成された第１レンズアレイＬＡ１と、複数（ここでは４行４列に並べた１６個）の像側レンズ部ＬＡ２ａが一体に形成された第２レンズアレイＬＡ２と、を有する。第１レンズアレイＬＡ１と第２レンズアレイＬＡ２は、ポリカーボネートやアクリル樹脂などの透光性を有する熱可塑性樹脂の一体物からなり、後述するように成形型を用いて射出成形することによって得られるものである。物体側レンズ部ＬＡ１ａと、像側レンズ部ＬＡ２ａの光軸は一致している。

図２において、第１レンズアレイＬＡ１と、第２レンズアレイＬＡ２との間には、金属板や樹脂板などからなる遮光部材ＡＰ１が配置されている。遮光部材ＡＰ１は、光軸を中心とした光透過部としての開口ＡＰ１ａを複数個（ここでは４行４列に並べた１６個）形成している。第１レンズアレイＬＡ１と遮光部材ＡＰ１との間、及び第２レンズアレイＬＡ２と遮光部材ＡＰ１との間には接着剤が塗布されている。

第２レンズアレイＬＡ２の像側には、金属板や樹脂板などからなる遮光部材ＡＰ２が接着されている。遮光部材ＡＰ２は、光軸を中心とした光透過部としての開口ＡＰ２ａを複数個（ここでは４行４列に並べた１６個）形成している。

図３（ａ）は、図２の第１レンズアレイＬＡ１と、第２レンズアレイＬＡ２と，遮光部材ＡＰ１を分解して示す断面図であり、図３（ｂ）は、これらを組み立てた状態で示す断面図である。第１レンズアレイＬＡ１は、光軸が平行になるように２次元的に配置された複数のメニスカスレンズ形状である物体側レンズ部ＬＡ１ａと、物体側レンズ部ＬＡ１ａ同士を接続するとともに、物体側レンズ部ＬＡ１ａ周囲に延在する略板状のフランジ部ＬＡ１ｂと、フランジ部ＬＡ１ｂの周囲に接続され、フランジ部ＬＡ１ｂに対して光軸方向像側にシフトしたリム部ＬＡ１ｃとを有している。換言すれば、リム部ＬＡ１ｃは、像側に突出した周状の突起部であり、その物体側の面（第２面、その反対の面を第１面という）はリム部ＬＡ１ｃに接続するフランジ部ＬＡ１ｂの周囲部分よりも像側に位置している。尚、リム部ＬＡ１ｃには、鏡枠ＬＦや第２レンズアレイＬＡ２に局所的に当接するボス部を設けても良い。

第２レンズアレイＬＡ２は、光軸が平行になるように２次元的に配置された複数のメニスカスレンズ形状である像側レンズ部ＬＡ２ａと、像側レンズ部ＬＡ２ａ同士を接続するとともに、像側レンズ部ＬＡ２ａ周囲に延在する略板状のフランジ部ＬＡ２ｂと、フランジ部ＬＡ２ｂの周囲に接続され、フランジ部ＬＡ２ｂに対して光軸方向像側にシフトしたリム部ＬＡ２ｃとを有している。換言すれば、リム部ＬＡ２ｃは、像側に突出した周状の突起部であり、その物体側の面（第２面、その反対の面を第１面という）はリム部ＬＡ２ｃに接続するフランジ部ＬＡ２ｂの周囲部分よりも像側に位置している。尚、リム部ＬＡ２ｃには、第１レンズアレイＬＡ１に局所的に当接するボス部を設けても良い。各レンズ部ＬＡ１ａの物体側光学面と像側光学面，及び各レンズ部ＬＡ２ａの物体側光学面と像側光学面は、それぞれ後述する成形型によって精度良く形成されている。

図３（ａ）には、各レンズアレイについて、レンズ部を矢印ａの範囲により、リム部を矢印ｃの範囲により、フランジ部のうち隣り合うレンズ部間をつなぐ部位を矢印ｂ１の範囲により、フランジ部のうちリム部と接続する部位を矢印ｂ２の範囲により、それぞれ示してある。リム部には、後述する位置決め部面も含まれる。尚、本実施形態では、物体側と像側とで光学面の大きさが異なっていたり、光軸方向から見たときの位置決め部の位置が異なっていたりするため、光学面の大きい方を基準にしてレンズアレイのレンズ部ａを定め、光軸に垂直な方向の位置決め部までの長さが長くなる方を基準にして、レンズアレイのリム部ｃを定めている。

図２において、黒色のアクリル樹脂などの遮光性材料からなる鏡枠ＬＦは、複眼光学系ＬＨの周囲を囲う矩形枠状の側面部ＬＦ１と、側面部ＬＦ１の上端から内側に延在する天面部ＬＦ２とを有する。天面部ＬＦ２には、光軸を中心とした光透過部としての開口ＬＦ２ａを複数個（ここでは４行４列に並べた１６個）形成している。

図４は、図２のIV部を拡大して示す図である。第１レンズアレイＬＡ１のリム部ＬＡ１ｃは、フランジ部ＬＡ１ｂに接続するために、同じ方向に傾いた第１斜面ＬＡ１ｄと、第２斜面ＬＡ１ｅを有している。一方、第２レンズアレイＬＡ２のリム部ＬＡ２ｃは、フランジ部ＬＡ２ｂに接続するために、同じ方向に傾いた第２斜面ＬＡ２ｄと、第２斜面ＬＡ２ｅを有している。これらの斜面は、レンズ部との位置関係及びその形状が所期のものとなるように、正確な位置に正確な形状で形成されている。第１位置決め部としての第１レンズアレイＬＡ１の第２斜面ＬＡ１ｅと、第２位置決め部としての第２レンズアレイＬＡ２の第１斜面ＬＡ２ｄとを向き合うようにして、２つのレンズアレイを重ねることにより、第１レンズアレイＬＡ１と第２レンズアレイＬＡ２が、光軸直交方向（Ｘ方向及びＹ方向）及び光軸回転方向（θ方向）において、公差内に位置決めされる。一方、第１レンズアレイＬＡ１のリム部ＬＡ１ｃの下面と、第２レンズアレイＬＡ２のリムＬＡ２ｃの上面とが当接することで、第１レンズアレイＬＡ１と第２レンズアレイＬＡ２の光軸間距離が定まる。尚、第２レンズアレイＬＡ２の第２斜面ＬＡ２ｅは、遮光部材ＡＰ２を位置決めする機能を有する。位置決めされた状態で、２つのレンズアレイの間の隙間を接着剤で接着し、レンズアレイ積層体を得る。

更に、鏡枠ＬＦの天面部ＬＦ２は、第１レンズアレイＬＡ１の第１斜面ＬＡ１ｄに対向して、鏡枠斜面ＬＦ２ｂを形成している。第１位置決め部としての第１レンズアレイＬＡ１の第１斜面ＬＡ１ｄと、鏡枠斜面ＬＦ２ｂとを向き合わせて、両者を重ねることで、第１レンズアレイＬＡ１と鏡枠ＬＦの光軸直交方向及び光軸回転方向の位置決めがなされる。又、第１レンズアレイＬＡ１のリム部ＬＡ１ｃの上面と、鏡枠ＬＦの天面部ＬＦ２の下面とが当接することで、第１レンズアレイＬＡ１及び第２レンズアレイＬＡ２と鏡枠ＬＦとの光軸間距離が定まる。この状態で、鏡枠ＬＦの天面部ＬＦ２の下面と第１レンズアレイＬＡ１との間を接着することで、レンズアレイ（本実施形態ではレンズアレイ積層体）を鏡枠ＬＦに固定してなるレンズアレイユニットが得られる。

図２において、鏡枠ＬＦの側面部ＬＦ１の下端は、基板ＣＴの上面に接着されている。基板ＣＴ上において、鏡枠ＬＦに囲まれた内側に、皿状の下部筐体ＢＸが固定されている。下部筐体ＢＸは、底面に撮像素子ＳＲを保持するとともに、撮像素子ＳＲと複眼光学系ＬＨとの間に配置されるようにカバーガラスＣＧを保持する機能を有する。

レンズアレイＬＡ１，ＬＡ２の光軸方向における平均肉厚は０．３〜０．７mmであると好ましい。平均肉厚を０．３mm以上にすることで必要な充填性を確保でき、また０．７mm以下にすることで、光学性能を確保しつつ複眼光学系ＬＨを構成した際の低背化を達成することができる。本実施形態においては、第１レンズアレイＬＡ１の平均肉厚を０．６０ｍｍとし、第２レンズアレイＬＡ２の平均肉厚を０．５５ｍｍとしている。

本実施形態において、第１レンズアレイＬＡ１の光軸方向における、最も厚い部分の肉厚をＤ₁、最も薄い部分の肉厚をＤ₂とすると、Ｄ₁／Ｄ₂≦２．０の関係を満たしている。図４の第１レンズアレイＬＡ１においては、リム部ＬＡ１ｃの中央部分が最も厚みの大きい最厚肉部となり、Ｄ₁＝０．７８ｍｍである。また、第１レンズアレイＬＡ１の物体側の面において、隣り合うレンズ部ＬＡ１ａ間に設けた窪みの中心部分が、最も厚みの小さい最薄肉部となり、Ｄ₂＝０．４１ｍｍであるから、Ｄ₁／Ｄ₂＝１．９０である。なお、上述した窪みはレンズアレイ内を伝播する不要光を弱めるのに有用なものであるが、必ずしも設ける必要はなく、これを無くすことで成形型の製造を容易化することに繋がる。窪みが無い場合は、点線で示すように、物体側レンズ部ＬＡ１ａの縁が最薄肉部となり、Ｄ₂＝０．５１ｍｍであるから、Ｄ₁／Ｄ₂＝１．５３である。

更に第２レンズアレイＬＡ２においては、像側レンズ部ＬＡ２ａの中央が最も厚肉部となり、Ｄ₁＝０．６５ｍｍであり、且つ像側レンズ部ＬＡ２ａの縁が最も薄肉部となり、Ｄ₂＝０．４９ｍｍであるから、Ｄ₁／Ｄ₂＝１．３３である。

また、本実施形態において、フランジ部ＬＡ１ｂの周囲部分（図３（ａ）の符号ｂ₂で示される部分）の光軸方向の平均厚みＢ₁、及び、リム部ＬＡ１ｃの光軸方向の平均厚みＣが、Ｃ＜１．５Ｂ₁の関係を満たしている。このようにすると、リム部ＬＡ１ｃを回りこんでくる樹脂の流速が速くならないため、ウェルドが生じにくくなる。本実施形態では、Ｃ≒０．７５ｍｍ、Ｂ₁≒０．６０ｍｍであり、図５（ｂ）に示す金型で成形されるリム部の厚い比較例では、Ｃ≒０．９１ｍｍ、Ｂ₁≒０．６０ｍｍである。

また、本実施形態において、レンズ部ＬＡ１ｃの光軸方向の最小厚みＡ、及び、フランジ部ＬＡ１ｂの光軸方向の平均厚みＢ₂が、Ｂ₂＜１．５Ａの関係を満たしている。このようにすると、レンズ部を通る樹脂の流速がフランジ部を通る樹脂の流速に対して遅くならないため、ウェルドが生じにくい。本実施形態及び比較例ともに、Ａ≒０．５５ｍｍ、Ｂ≒０．６０ｍｍである。

次に、本実施形態によるレンズアレイの成形工程を、第１レンズアレイＬＡ１及び比較例を例にとって説明する。図５（ａ）は、本実施形態の第１レンズアレイＬＡ１を成形する工程を示す図である。図５（ｂ）は、比較例を成形する工程を示す図である。比較例は、本実施形態の第１レンズアレイＬＡ１に対して、図１１にハッチングで示すようにリム部ＬＡ１ｃの肉厚を最も厚くなるように肉盛りしたものであり、それ以外の形状は、第１レンズアレイＬＡ１と同じである。従って、比較例の最大肉厚Ｄ₁＝０．９２ｍｍであるから、Ｄ₁／Ｄ₂＝２．２となる。

図５において、それぞれ金型材料の一体物からなる第１型ＭＤ１と第２型ＭＤ２とが型締めされた後、樹脂流入部であるゲートＧＴ（点線）から，紙面垂直方向に沿ってキャビティＣＶ内に溶融した熱可塑性樹脂を供給した後、固化させ離型することで、第１レンズアレイＬＡ１及び比較例を得た。ここで、レンズ部と斜面との位置が所期の位置関係となるように、成形型である第１及び第２型ＭＤ１、ＭＤ２が設計され、また、正確に作製されている。この場合、金型材料を研削加工するなどして、一体物からなる金型を成形型として用いることで、レンズ部と斜面との位置関係を正確なものとしやすくなる。

図６（ａ）は、図５（ａ）をVIA-VIA線で切断して矢印方向に見たキャビティ内部を示す図であり、図６（ｂ）は、図５（ｂ）をVIB-VIB線で切断して矢印方向に見たキャビティ内部を示す図であり、ともにゲートＧＴからキャビティＣＶ（図５）内に供給される熱可塑性樹脂の先端を、時間順にＴ１〜Ｔ５として示す。尚、図６に示す円は、物体側レンズ部ＬＡ１ａのレンズ部成形面ＰＰである。

成形時の樹脂の流れについて説明する。比較例の場合、図６（ｂ）に示すように、ゲートＧＴから供給された熱可塑性樹脂ＰＬは、時刻Ｔ１では、キャビティＣＶ内を略均等に広がってゆくが、時刻Ｔ２で１列目のレンズ部成形面ＰＰを通過する際に、リム部成形面に比べてレンズ部成形面及びフランジ部成形面のキャビティ空間が薄くなっていることから抵抗を受け、リム部成形面を通過する樹脂ＰＬに対して遅れが生じる。更に、時刻Ｔ２で１列目のレンズ部成形面ＰＰ及びフランジ部成形面で遅れた樹脂ＰＬが、２列目のレンズ部成形面ＰＰ及びフランジ部成形面で再び抵抗を受けることで遅れが拡大する（ルートＲ１）。一方、レンズ部成形面ＰＰ及びフランジ部成形面の外側にあるリム部の成形面を通過する樹脂ＰＬは、キャビティ空間が厚いため流動速度が比較的速い（ルートＲ２）。

よって、時刻Ｔ３、Ｔ４を経て時刻Ｔ５を過ぎて、レンズ部成形面ＰＰの外側を通過してきた樹脂ＰＬが、ゲートＧＴと反対側のキャビティ端部ＥＮＤに到達しても、レンズ部成形面ＰＰ及びフランジ部成形面を通過してきた樹脂ＰＬは、まだ４列目のレンズ部成形面ＰＰ及びフランジ部成形面を通過しておらず、これにより４列目のレンズ部成形面ＰＰ内で、ルートＲ１とルートＲ２を通った樹脂ＰＬが落ち合うこととなり，そのまま固化することでウェルドＷが発生する。ウェルドＷが、レンズ部に形成すると収差劣化を招く恐れがある。一方、ウェルドＷをレンズ部成形面ＰＰに到達しない位置で発生させるためにゲートと反対側のフランジ部を長くすることも考えられるが、そのためには、図６（ｂ）の点線の位置までキャビティ端部ＥＮＤを広げなくてはならず、それによりレンズアレイの大型化を招き好ましくない。

また、光学性能を向上させる目的で、レンズアレイ積層体のうち一部のレンズアレイのレンズ部を薄肉に光学設計することがある。そのようなレンズアレイを射出成形で作製する場合、レンズ部に対応するキャビティの部位を通過する樹脂の流動が遅くなるから、マトリクス状にレンズ部が並んだレンズアレイを形成する場合、図７に示すように、レンズ部に対応するキャビティの部位を通過する毎に流動遅れが拡大し、最終のレンズ部に対応するキャビティ内で、他を通過した流動速度の速い樹脂と落ち合って固化し、ウェルドがさらに生じやすくなる恐れがある。

これに対し、第１レンズアレイＬＡ１の場合、図６（ａ）に示すように、ゲートＧＴから供給された熱可塑性樹脂ＰＬのうち、ルートＲ１に沿って流動するものは、第１レンズアレイＬＡ１のリム部ＬＡ１ｃの成形面のキャビティ空間の厚みが比較例より薄く、各列のレンズ部成形面及びフランジ部成形面と同等の厚みになっている。従って、ルートＲ２に沿って流動する樹脂ＰＬは、レンズ部成形面ＰＰより外側のリム部ＬＡ１ｃに対応するキャビティＣＶ内を通過する際に少なからず抵抗を受ける。時刻Ｔ３、Ｔ４を経て、時刻Ｔ５を過ぎて、ルートＲ２に沿って流動してきた樹脂ＰＬが、ゲートＧＴと反対側のキャビティ端部ＥＮＤに到達した時点で、ルートＲ１に沿って流動してきた樹脂ＰＬは、既に４列目のレンズ部成形面ＰＰを通過しており、これによりレンズ部成形面ＰＰ以外の位置で、ルートＲ２を通った樹脂ＰＬが落ち合うこととなり，それにより生じたウェルドＷは、レンズ部成形面ＰＰとキャビティ端部ＥＮＤとの間にできる。従って、物体側レンズ部ＬＡ１ａにはウェルドＷが形成されないので、収差性能の劣化を抑制できる。同様のことは、第２レンズアレイＬＡ２においてもいえる。

また、本実施形態によれば、ゲートＧＴからキャビティＣＶ内に樹脂ＰＬを注入して成形する際に、樹脂ＰＬの流れ方向においてキャビティ空間がほぼ均一となるため、どの部位においても樹脂ＰＬの流動速度がほぼ一定になり、樹脂ＰＬの先端部を揃えた状態で注入がなされるため、大きなウェルドＷが生じにくくなる。特に、ゲートＧＴとは反対側のキャビティ端部ＥＮＤに近いレンズ部成形面ＰＰに特異的にウェルドＷが発生することを防止することができる。このため、レンズアレイＬＡ１、ＬＡ２の平面方向の面積を必要以上に大きくしなくてすむ。

更に、本実施形態のように、３行以上及び３列以上の多数のレンズ部をマトリクス状に配置することにより、十分な高画質化を達成しつつ、レンズ部の数が増えることに伴って樹脂注入時の注入抵抗が増大しても、効果的にウェルドの発生を防止できる。また、レンズ部の数が多くなっても、別の光学関連部品（他のレンズアレイ、絞り部材、鏡枠等）と光軸周り方向を含む方向において確実に位置決めを行うことができるため、レンズアレイの光学性能の低下をより確実に回避することができる。

更に、本実施形態によれば、第１レンズアレイＬＡ１のリム部ＬＡ１ｃに、各々位置決め用の２つの斜面ＬＡ１ｄ、ＬＡ１ｅを設けることにより、鏡枠ＬＦ及び第２レンズアレイＬＡ２と確実に位置決めを行うとともに、光軸方向からみたときの位置決め用のスペースを小さくすることができ、レンズアレイＬＡ１，ＬＡ２の平面方向のサイズが大きくなることを抑制できる。特に、２つの斜面ＬＡ１ｄ、ＬＡ１ｅの傾斜の向きを揃えておくことにより、第１レンズアレイＬＡ１の肉厚がほぼ均一になるから、第１レンズアレイＬＡ１の成形時に、熱硬化性樹脂をスムーズに注入でき、位置決め用の斜面ＬＡ１ｄ、ＬＡ１ｅを有していてもウェルドＷの発生を確実に抑制することができる。同様なことは、第２レンズアレイＬＡ２においてもいえる。尚、図８（ａ）（ｂ）に示すように、第１の斜面と第２の斜面のうち少なくとも一方を、なだらかな曲面に形成したり、曲面と平面とを組み合わせたりしたものとしても良い。図８（ａ）は斜面ＬＡ２ｄを曲面とした例を示し、図８（ｂ）は、斜面ＬＡ２ｄ、ＬＡ１ｅを曲面とした例を示す。平坦面にせよ曲面にせよ、傾斜面であれば成形時に樹脂の流通を妨げにくいため成形不良が生じにくくなり、また、樹脂充填後の離型が容易になる。また、傾斜面であることにより、レンズアレイと別部品との位置決め（アライメント）が容易になり、位置決めによってレンズアレイにストレスがかかったり、破損したりすることを防止することができる。

又、第１レンズアレイＬＡ１の物体側レンズ部ＬＡ１ａと、第２レンズアレイＬＡ２の像側レンズ部ＬＡ２ａはメニスカスレンズ形状を有しているので、凹面と凸面の組み合わせからなるため肉厚を均一にしやすく、本発明の効果を発揮しやすい。

尚、キャビティ端部ＥＮＤ（レンズアレイのリム部の側面成形面）と，それに最も近いレンズ部成形面ＰＰとを、３ｍｍ以内に近づけることで、撮像に関与しない不要部分が小さくなるので、レンズアレイのサイズが大きくなることを防止でき、しかも、レンズアレイで特異的にウェルドが生じやすい、樹脂注入部とは反対側のリム部のキャビティ端部においてもウェルドの発生を抑制できる。

第１レンズアレイを成形した後、第２レンズアレイも同様の手順で成形して作製し、上述したように、両者の対応する位置決め部を向き合せて重ねることにより、アライメントを行う。その状態で両者を接着することにより、レンズアレイ積層体を得ることができる。さらに、レンズアレイ積層体を鏡枠に接着することで、レンズアレイユニットが得られる。

図９は、本実施形態の変形例にかかるレンズアレイの要部断面図である。図９において、第１レンズアレイＬＡ１は、第１斜面ＬＡ１ｄ、第２斜面ＬＡ１ｅの他に、第２斜面ＬＡ１ｅに対向する第３斜面ＬＡ１ｆを有している。上述した実施形態と同様に、第２斜面ＬＡ１ｅは、第２レンズアレイＬＡ２の第１斜面ＬＡ２ｄと当接することで位置決め機能を発揮する。一方、第３斜面ＬＡ１ｆは、他の部品である板状の遮光部材ＳＨの光透過部としての開口ＳＨ１に係合することで、絞り部材としての遮光部材ＳＨの位置決めに使用するものである。

図１０（ａ）（ｂ）は、本実施形態の変形例を示す図であって、図５（ａ）のVIII-VIII線で切断した断面図に相当する。図１０（ａ）の例では、上述した実施形態の第１型ＭＤ１に対して、キャビティ内面ＭＤ１ａが、キャビティ端部ＥＮＤ近傍でせり出している。これにより、キャビティ端部ＥＮＤ近傍のキャビティ空間Δが最も狭くなっている。従って、ゲートＧＴから供給された樹脂のうち、ルートＲ２（図６参照）を通過する樹脂が、狭いキャビティ空間Δ内に進入する際に抵抗を受け、キャビティ端部ＥＮＤに突き当たって戻るまでの時間が長くなるので、ルートＲ１（図６参照）を通過する樹脂と、レンズ部成形面ＰＰ以外で落ち合うようにすることができ、これによりレンズ部にウェルドが生じることを抑制できる。これ以外の構成は、上述した実施形態と同様である。

図１０（ｂ）の例では、上述した実施形態の第１型ＭＤ１に対して、キャビティ端部ＥＮＤ近傍で、樹脂注入方向に対して手前に、キャビティ内面ＭＤ１ａから突出する壁ＭＤ１ｂを形成して、絞り部（狭小部）γを形成している。従って、ゲートＧＴから供給された樹脂のうち、ルートＲ２（図６参照）を通過する樹脂が、絞り部γを通過する際に抵抗を受け、キャビティ端部ＥＮＤに突き当たって戻るまでの時間が長くなるので、ルートＲ１（図６参照）を通過する樹脂と、レンズ部成形面ＰＰ以外で落ち合うようにすることができ、これによりレンズ部にウェルドが生じることを回避できる。これ以外の構成は、上述した実施形態と同様である。

本発明は、本明細書に記載の実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施形態や技術思想から本分野の当業者にとって明らかである。

たとえば、上記各実施形態においては、斜面や曲面を用いて位置決めを行っているが、成形に支障がなければ、垂直面で位置決めを行うようにしてもよい。但し、樹脂注入時に段差がきつくなり成形不良を生じやすかったり、離型抵抗が大きくなったりしやすいので、この点に対する配慮を行って成形することが望ましい。

また、上記各実施形態は、レンズアレイを２層積層したものであるが、これに限るものではなく、レンズアレイを３層以上積層してもよいし、レンズアレイが１層であってもよい。

また、上記各実施形態は、レンズアレイのレンズ部がメニスカスレンズ形状のものであるが、これに限るものではなく、非メニスカスレンズ形状のレンズ部を持つレンズアレイが含まれていてもよい。

本発明にかかるレンズアレイは、超解像タイプや視野分割タイプなどの複眼光学系を備える撮像装置の複眼光学系に用いることができる。

１ 画像処理部
２ 演算部
３ メモリー
ＡＰ１ 遮光部材
ＡＰ１ａ 開口（光透過部）
ＡＰ２ 遮光部材
ＡＰ２ａ 開口（光透過部）
ＢＸ 下部筐体
ＣＧ カバーガラス
ＣＴ 基板
ＣＶ キャビティ
ＤＵ 撮像装置
ＥＮＤ キャビティ端部
ＧＴ ゲート
ＬＡ１ 第１レンズアレイ
ＬＡ１ａ 物体側レンズ部
ＬＡ１ｂ フランジ部
ＬＡ１ｃ リム部
ＬＡ１ｄ 第１斜面
ＬＡ１ｅ 第２斜面
ＬＡ１ｆ 第３斜面
ＬＡ２ 第２レンズアレイ
ＬＡ２ａ 像側レンズ部
ＬＡ２ｂ フランジ部
ＬＡ２ｃ リム部
ＬＡ２ｄ 第１斜面
ＬＡ２ｅ 第２斜面
ＬＦ 鏡枠
ＬＦ１ 側面部
ＬＦ２ 天面部
ＬＦ２ａ 開口（光透過部）
ＬＦ２ｂ 鏡枠斜面
ＬＨ 複眼光学系
ＬＵ 撮像ユニット
ＭＤ１ 第１型
ＭＤ１ａ キャビティ内面
ＭＤ１ｂ 壁
ＭＤ２ 第２型
ＰＬ 熱可塑性樹脂
ＰＰ レンズ部成形面
Ｒ１ ルート
Ｒ２ ルート
ＳＨ 遮光部材
ＳＨ１ 開口（光透過部）
ＳＲ 撮像素子
ＳＳ 受光面
Ｗ ウェルド

Claims (14)

1. 熱可塑性樹脂の一体物からなる複眼光学系用レンズアレイであって、
   光軸方向からみて、少なくとも３列かつ少なくとも３行のマトリクス状に２次元的に配置された複数のレンズ部と、
   前記複数のレンズ部の周囲に延在するフランジ部と、
   前記フランジ部の周囲に位置し、前記フランジ部の周囲部分よりも前記レンズ部の光軸方向に突出する周状のリム部と、を有し、
   前記リム部の、突出する側の第１面及びその反対側の第２面のうち少なくとも一方には、他の部品との位置決めを行うための第１位置決め部が設けられ、前記第２面が、前記フランジ部の周囲部分よりも前記第１面側に位置し、
   前記レンズアレイの光軸方向における平均肉厚が０．３〜０．７mmであり、
   前記レンズ部の光軸方向における、前記レンズアレイの最も厚い部分の肉厚をＤ₁、最も薄い部分の肉厚をＤ₂とすると、前記レンズ部、フランジ部、及び、リム部を含む前記レンズアレイ全体について、１．３３≦Ｄ₁／Ｄ₂≦２．０の関係を満たし、
   前記フランジ部の周囲部分の光軸方向の平均厚みＢ ₁ 、及び、前記リム部の光軸方向の平均厚みＣが、
   Ｃ＜１．５Ｂ ₁
   という関係を満たすことを特徴とするレンズアレイ。
2. 熱可塑性樹脂の一体物からなる複眼光学系用レンズアレイであって、
   光軸方向からみて、少なくとも３列かつ少なくとも３行のマトリクス状に２次元的に配置された複数のレンズ部と、
   前記複数のレンズ部の周囲に延在するフランジ部と、
   前記フランジ部の周囲に位置し、前記フランジ部の周囲部分よりも前記レンズ部の光軸方向に突出する周状のリム部と、を有し、
   前記リム部の、突出する側の第１面及びその反対側の第２面のうち少なくとも一方には、他の部品との位置決めを行うための第１位置決め部が設けられ、前記第２面が、前記フランジ部の周囲部分よりも前記第１面側に位置し、
   前記レンズアレイの光軸方向における平均肉厚が０．３〜０．７mmであり、
   前記レンズ部の光軸方向における、前記レンズアレイの最も厚い部分の肉厚をＤ₁、最も薄い部分の肉厚をＤ₂とすると、前記レンズ部、フランジ部、及び、リム部を含む前記レンズアレイ全体について、１．３３≦Ｄ₁／Ｄ₂≦２．０の関係を満たし、
   前記レンズ部の光軸方向の最小厚みＡ、及び、前記フランジ部の光軸方向の平均厚みＢ ₂ が、
   Ｂ ₂ ＜１．５Ａ
   という関係を満たすことを特徴とするレンズアレイ。
3. 熱可塑性樹脂の一体物からなる複眼光学系用レンズアレイであって、
   光軸方向からみて、少なくとも３列かつ少なくとも３行のマトリクス状に２次元的に配置された複数のレンズ部と、
   前記複数のレンズ部の周囲に延在するフランジ部と、
   前記フランジ部の周囲に位置し、前記フランジ部の周囲部分よりも前記レンズ部の光軸方向に突出する周状のリム部と、を有し、
   前記リム部の、突出する側の第１面及びその反対側の第２面のうち少なくとも一方には、他の部品との位置決めを行うための第１位置決め部が設けられ、前記第２面が、前記フランジ部の周囲部分よりも前記第１面側に位置し、
   前記レンズアレイの光軸方向における平均肉厚が０．３〜０．７mmであり、
   前記レンズ部の光軸方向における、前記レンズアレイの最も厚い部分の肉厚をＤ₁、最も薄い部分の肉厚をＤ₂とすると、前記レンズ部、フランジ部、及び、リム部を含む前記レンズアレイ全体について、１．３３≦Ｄ₁／Ｄ₂≦２．０の関係を満たし、
   前記フランジ部の周囲部分の光軸方向の平均厚みＢ ₁ 、及び、前記リム部の光軸方向の平均厚みＣが、
   Ｃ＜１．５Ｂ ₁
   という関係を満たし、
   前記レンズ部の光軸方向の最小厚みＡ、及び、前記フランジ部の光軸方向の平均厚みＢ ₂ が、
   Ｂ ₂ ＜１．５Ａ
   という関係を満たすことを特徴とするレンズアレイ。
4. 前記第１位置決め部が、前記第１面に設けられている請求項１〜３のいずれかに記載のレンズアレイ。
5. 前記第１位置決め部が、前記第２面に設けられている請求項１〜３のいずれかにに記載のレンズアレイ。
6. 前記第１位置決め部が、傾斜面を含む請求項１〜５のいずれかに記載のレンズアレイ。
7. 前記第１位置決め部が、前記第１面及び前記第２面の両方に設けられている請求項１〜３のいずれかに記載のレンズアレイ。
8. 前記第１面及び前記第２面の第１位置決め部がそれぞれ傾斜面を含んでおり、その傾斜の向きが揃っている請求項７に記載のレンズアレイ。
9. 前記複数のレンズ部のそれぞれがメニスカスレンズ形状を有していることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のレンズアレイ。
10. 前記他の部品が、前記複数のレンズ部に対応する複数の光透過部を備える板状の絞り部材であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のレンズアレイ。
11. 請求項１〜１０のいずれかに記載の前記レンズアレイを第１のレンズアレイとし、前記第１位置決め部に対応する第２位置決め部を有する第２のレンズアレイを、前記第１レンズアレイに積層してなることを特徴とするレンズアレイ積層体。
12. 熱可塑性樹脂の一体物からなる複眼光学系用レンズアレイの製造方法であって、
    光軸方向からみて、少なくとも３列かつ少なくとも３行のマトリクス状に２次元的に配置された複数のレンズ部と、前記複数のレンズ部の周囲に延在するフランジ部と、前記フランジ部の周囲に位置し、前記フランジ部の周囲部分よりも前記レンズ部の光軸方向に突出する周状のリム部と、に対応する成形面を有する成形型のキャビティ内に溶融された熱可塑性樹脂を射出し、
    前記キャビティの、樹脂注入部とは反対側の前記リム部の側面成形面と、該リム部に最も近いレンズ部成形面との距離が３ｍｍ以内であり、
    前記キャビティの、樹脂注入部とは反対側のリム部を形成する部位の光軸方向の高さが最も小さく、
    前記キャビティの、樹脂注入部とは反対側のリム部を形成する部位の手前に狭小部が設けられ、
    射出した前記樹脂を固化した後、離型して、前記リム部の、突出する側の第１面及びその反対側の第２面のうち少なくとも一方には、他の部品との位置決めを行うための第１位置決め部が設けられ、前記第２面が、前記フランジ部の周囲部分よりも前記第１面側に位置するレンズアレイを得ることを特徴とするレンズアレイの製造方法。
13. 前記成形型は、金型材料の一体物からなることを特徴とする請求項１２に記載のレンズアレイの製造方法。
14. 請求項１２又は１３のレンズアレイの製造方法で得られる前記レンズアレイを第１のレンズアレイとし、前記第１位置決め部に対応する第２位置決め部を有する第２のレンズアレイを、前記第１レンズアレイに積層することを特徴とするレンズアレイ積層体の製造方法。

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