JPWO2013168811A1 - 撮像装置、レンズアレイ積層体、及び、その製造方法 - Google Patents

撮像装置、レンズアレイ積層体、及び、その製造方法 Download PDF

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Abstract

組立コストを低減しつつ、積層したレンズアレイの各レンズ内を導光する迷光を回避し、良好な再構成画像を得ることのできる小型で薄型である撮像装置を提供することを目的とする。撮像装置(1000)は、再構成画像を作成するための複数の画像データを生成するものであり、レンズアレイとして、積層された第1及び第2レンズアレイ(210,220)を含むレンズアレイ積層体(200)が用いられ、レンズアレイ(210,220)を構成する複数のレンズ(211,221)は、それぞれ一体物からなり、レンズアレイ(210,220)のうち少なくとも一方は、互いに向き合う面に、それぞれ曲面状の光学面を有する複数のレンズ(211,221)を有しており、レンズアレイ(210,220)は、遮光性を有する樹脂製の光硬化性接着層(240)を介して接着され、光硬化性接着層(240)は、互いに向き合う面に設けられる光学面(211d,221c)間に設けられ、光吸収性の遮光材料を含む。

Description

本発明は、複数の画像を一括して取得する撮像装置等に関し、特にレンズアレイと撮像素子アレイとを備える撮像装置、当該撮像装置に用いられるレンズアレイ積層体、及びレンズアレイ積層体の製造方法に関する。
近年、CCD(Charged Coupled Device)型イメージセンサーやCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型イメージセンサー等の固体撮像素子と、2次元的に配置された複数の撮像レンズとを用いて複数の画像を撮影し、得られた複数の画像から1つの画像を再構成する撮像装置(以下、レンズアレイ型撮像装置という)が提案されている(例えば、特許文献1参照)。このようなレンズアレイ型撮像装置では、複数の撮像レンズの視差に基づいて各撮像レンズによって得られる画像を再構成することで、高精細な画像を作り出すことができる。そのため、各撮像レンズにはあまり高い光学性能が求められず、結果として小型化・薄型化を実現し、かつ高精細な画像を得ることができる。この種のレンズアレイでは、撮像素子上で各レンズに対応する複数画像が互いに干渉することのないように、通常、各レンズは間隔をあけて配置される。
レンズアレイ型撮像装置において、さらなる高画質化を達成するためには、レンズアレイを光軸方向に複数積層する構成を採用することが有効である。一方、レンズアレイとして、樹脂やガラスを金型の成形空間に充填する一体成形などの製造方法によって得られる、2次元的に配列される複数のレンズが一体的に形成されたレンズアレイを用いると、透明基板上に別材料でレンズ部を成形することで作製されたレンズアレイ(例えば、ガラス基板上に複数の樹脂製レンズ部を形成したレンズアレイ)に比べて、製造工程の数が少なく、かつ、光路上に界面がなく光学性能が低下しにくいという利点がある。
レンズアレイ型撮像装置において、レンズアレイ内の各レンズが一体に形成され、複数のレンズアレイが積層されている場合、高画質化には適しているものの、本発明者らの検討によれば、一方のレンズアレイのレンズ部から入射した光が、他方のレンズアレイと向き合う面におけるレンズ部の光学面と屈折率が1の媒質である空気との界面で屈折されて他方のレンズアレイのレンズアレイ内に進入し、この光が同じレンズアレイの隣のレンズ部に向けて進み、レンズアレイと空気との界面や、レンズアレイと接着層との界面等で全反射しレンズアレイ内部を導光していく迷光となり、この迷光が画像を再構成する際にノイズとなることが判明した。特に、高画質化のためにレンズアレイ間の向かい合う面に曲面からなるレンズ部を設けている場合、各レンズの曲面に起因してレンズアレイ内に導かれる光が発生し、迷光の発生が顕著となる。従って、向かい合う面に形成されるレンズの曲面に起因する迷光を抑制することが強く求められる。このような迷光を防ぐために、例えば、最も物体側に配置されるレンズアレイの物体側の面における各レンズ部間や、最も像側に配置されるレンズアレイの像側の面における各レンズ部間に光吸収層を設けることが考えられる。しかし、隣り合うレンズ部間の間に正確に光吸収層を形成することは現実には難しく、レンズの光学性能を維持しながらレンズアレイ内を導光する迷光を十分に防ぐことは難しい。なお、特許文献2には、生体認証などに用いる撮像装置として、平板の片面に別材料で複数のレンズが形成された2枚のレンズアレイを、互いに平坦な面を向かい合わせて、間に絞りアレイを挟んで接着することが記載されている。しかしながら、特許文献2の撮像装置は、上述したレンズアレイ型撮像装置とは異なり、通常のCCDやCMOSに比べてかなり大きな間隔で配置された光検出素子を有しており、物体の一点から射出された光を前段レンズによって絞りアレイ近傍で最小径の光束とした後に、後段レンズで光検出素子に点状に集光させるものである。このため、上述のレンズアレイ型撮像装置とは異なり、前段レンズ間には間隔が設けられていない。また、両レンズアレイの向き合う面には曲面からなるレンズは存在せず、上述したような2つのレンズアレイが向き合う面に設けられたレンズ部に起因する迷光は生じない。さらに、特許文献2の装置では、一方のレンズアレイには絞りアレイが密着形成されているが、他方のレンズアレイは接着層を介して接着されている。光硬化性接着剤は、通常、光透過性又は乳白色のものであるため、仮にレンズアレイ内に光が進入した場合、迷光を十分に抑制することができない。
特開2007−94103号公報 特開2011−203792号公報
本発明では、組立コストを低減しつつ、積層したレンズアレイの各レンズ内を導光する迷光を回避し、良好な再構成画像を得ることのできる小型で薄型である撮像装置を提供することを目的とする。
本発明は、上述の撮像装置に組み込まれるレンズアレイ積層体、及びその製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明に係る撮像装置は、2次元的に配列された複数のレンズを有するレンズアレイと、レンズアレイによって、再構成画像を作成するための複数の画像データを生成する撮像素子アレイと、を備え、レンズアレイとして、光軸方向に積層された第1レンズアレイと第2レンズアレイとを含むレンズアレイ積層体が用いられ、第1レンズアレイは第1フランジ部及び複数の第1レンズ本体部を備える一体物からなり、第1レンズアレイ内の各レンズは第1レンズ本体部及びその周囲の第1フランジ部で構成され、第2レンズアレイは第2フランジ部及び複数の第2レンズ本体部を備える一体物からなり、第2レンズアレイ内の各レンズは第2レンズ本体部及びその周囲の第2フランジ部で構成され、第1及び第2レンズアレイのうち少なくとも一方は、互いに向き合う面に、それぞれ曲面状の光学面を有する複数のレンズを有しており、第1フランジ部と第2フランジ部とが、少なくとも隣り合う曲面状の光学面の間の領域とその対向面との間で、光吸収性の遮光材料を含み遮光性を有する樹脂製の光硬化性接着層によって接着されている。つまり、光硬化性接着層は、例えば第1レンズアレイの第2レンズアレイ側に設けられる光学面と光学面との間に配置され、或いは第2レンズアレイの第1レンズアレイ側に設けられる光学面と光学面との間に配置される。ここで、光吸収性の遮光材料とは、撮像装置で使用する撮像光を吸収によって遮光する材料であり、例えば可視光等を含む広い波長範囲で高い吸光性を示す黒色材料等がある。また、ここでいう第1及び第2レンズアレイとは、互いに接合するレンズアレイ同士を見たときに、一方を第1レンズアレイとし、他方を第2レンズアレイとすることを意味する。
上記撮像装置によれば、レンズアレイを一体物とし、光吸収性の遮光材料を含ませることで透過率を低くした光硬化性接着層によって一対のレンズアレイを接着するので、迷光の発生を抑制することができる。つまり、画像再構成で問題となる迷光は全反射後に到達する光学面によって屈折され撮像素子アレイに到達するが、本発明の撮像装置においては、第1フランジ部と第2フランジ部とが、少なくとも隣り合う曲面状の光学面の間の領域とその対向面との間で、光吸収性の遮光材料を含み遮光性を有する樹脂製の光硬化性接着層によって接着されているので、第1及び第2レンズアレイの互いに向き合う面の少なくとも一方に設けられた曲面状の光学面に起因する迷光の強度を効果的に減衰させることができる。また、光吸収性の遮光材料を用いて光硬化性を保つように透過率を調整することで、確実な硬化を実現しつつ、十分な遮光性を有する接着層を形成することができる。
本発明の具体的な態様又は観点では、上記撮像装置において、光硬化性接着層は、脂環式エポキシ化合物を含むカチオン重合性樹脂組成物を用いて形成される。この場合、脂環式エポキシ化合物を光硬化性接着層に使用することで、黒色材料その他である光吸収性の遮光材料を含んでいても光硬化性を十分に保つことができる。
本発明の別の観点では、上記撮像装置において、レンズアレイ積層体は、2枚のレンズアレイで構成される。この場合、2枚の積層体にすることで撮像レンズを高画質でかつ簡単な構成のものにでき、より光学全長を小さくすることができる。
本発明のさらに別の観点では、レンズアレイ積層体は、3枚のレンズアレイで構成される。この場合、3枚の積層体にすることでさらに高画質な再構成画像を得ることができる。
本発明のさらに別の観点では、遮光材料は、0.1μm以上1μm以下の平均粒径を有する。この場合、光吸収性の遮光材料の粒径を0.1μm以上とすることによって、光吸収性の遮光材料の凝集を抑制することができる。また、光吸収性の遮光材料の粒径を1μm以下とすることによって、接着厚の許容範囲を広げつつ、光硬化性接着層の遮光性を高くすることができる。
本発明のさらに別の観点では、光硬化性接着層において、遮光材料の含有率は5重量%以上10重量%以下である。この場合、光吸収性の遮光材料の含有率を5重量%以上とすることによって、光硬化性接着層の遮光性が低下するのを防止することができる。また、光吸収性の遮光材料の含有率を10重量%以下とすることによって、光硬化による接着性を確保しつつ、高コスト化を防止することができる。
本発明のさらに別の観点では、光硬化性接着層は、波長350nm以上750nm以下における反射率が1.5%以下である。この場合、入射光の反射が実質的に無視できる程度に低減され、迷光強度を十分に減衰させることができる。
本発明のさらに別の観点では、光硬化性接着層は、透光性の微粒子を含む。この場合、レンズアレイと光硬化性接着層との界面の艶消し性を向上させ、入射光の反射を低減することができる。微粒子としては、架橋アクリルビーズ等の有機系化合物や、シリカ、メタケイ酸アルミン酸マグネシウム、酸化チタン等の無機系化合物のいずれのものも使用することができる。その中でも、微粒子の分散性や低コスト等の観点からシリカを用いることが好ましい。
本発明のさらに別の観点では、光硬化性接着層は、以下の条件式を満足する。
0.01<Tg<0.1 …(1)
ただし、
Tg:レンズアレイの各レンズの光軸方向における接着層10μm当たりの透過率
この場合、光硬化性接着層の透過率が条件式(1)の上限を下回ることで、光硬化性接着層内を通過する迷光の強度を効果的に低減させることができる。また、条件式(1)の下限を上回ることで、確実に硬化を行うことができる。
本発明のさらに別の観点では、撮像装置は、以下の条件式を満たす。
Ng/Nd>0.9 …(2)
ただし、
Ng:光硬化性接着層の屈折率
Nd:レンズアレイの屈折率
この場合、光硬化性接着層の屈折率が条件式(2)の範囲を満足することで、レンズアレイから光硬化性接着層へ入射する光線がレンズアレイと光硬化性接着層との境界面で全反射しにくくなり、より効果的に迷光強度を低減することができる。
本発明のさらに別の観点では、レンズアレイ積層体のうち最も物体側のレンズアレイは正のレンズパワーで構成され、以下の条件式を満たす。
1.5<Nd<1.9 …(3)
ただし、
Nd:最も物体側のレンズアレイの屈折率
この場合、例えばレンズアレイ積層体のうち最も物体側のレンズアレイが正のレンズパワーで構成され、屈折率の比が条件式(3)の下限を上回ることで、レンズの有効面の角度を小さくすることができるため、第1レンズアレイの像面側で全反射を起こしにくくすることができる。また、条件式(3)の上限を下回ることで、レンズと空気等の屈折率が1の媒質との間での全反射角が小さくなり迷光が起こりにくくなる。
本発明のさらに別の観点では、光硬化性接着層は、少なくともレンズアレイ中の各レンズの光軸を結んだ直線上に設けられる。この場合、光硬化性接着層が迷光の原因となり得る主な経路上に配置され、より効果的に迷光を防ぐことができる。
本発明のさらに別の観点では、第1レンズアレイと第2レンズアレイとの間に、複数のレンズに対応した位置に複数の開口を有する中間絞り部材が設けられ、光硬化性接着層は、第1レンズアレイと中間絞り部材との間、及び、第2レンズアレイと中間絞り部材との間の2つの層からなる。この場合、中間絞り部材により精度よく光線を規制することができ、撮像素子アレイ上に正確に所期の結像を行うことができる。
本発明のさらに別の観点では、中間絞り部材の開口縁が、光硬化性接着層よりも当該開口に対応するレンズの光軸側に位置する。この場合、中間絞り部材によって不要光の進入を確実に防止しつつ、レンズアレイと空気等の屈折率が1の媒質との界面を少なくすることができるため、全反射する迷光を減らすことができる。
本発明のさらに別の観点では、中間絞り部材は、物体側面及び像側面の少なくとも1面があらし面である。この場合、密着させた絞り部材の面をあらし面にすることで絞り部材で反射されてレンズアレイ内に戻る光の強度を減少させることができる。
本発明のさらに別の観点では、レンズアレイ積層体のうち最も物体側のレンズアレイの物体側面に設けた光学面と光学面との間に反射率10%以下の樹脂層が設けられている。この場合、最も物体側の反射率10%以下の樹脂層によって、最も物体側のレンズアレイで発生する迷光強度を更に低下させることができる。
本発明のさらに別の観点では、レンズアレイ積層体のうち最も像側のレンズアレイの像側面に設けた光学面と光学面との間に反射率10%以下の樹脂層が設けられている。この場合、最も像側の反射率10%以下の樹脂層によって、最も像側のレンズアレイ内で発生する迷光強度を更に低下させることができる。
本発明のさらに別の観点では、レンズアレイ積層体のうち最も物体側のレンズアレイは、物体側面に設けた光学面と光学面との間にあらし面を有する。この場合、最も物体側のレンズアレイで発生する迷光強度を更に低下させることができる。
本発明のさらに別の観点では、レンズアレイ積層体のうち最も像側のレンズアレイは、像側面に設けた光学面と光学面との間にあらし面を有する。この場合、最も像側のレンズアレイ内で発生する迷光強度を更に低下させることができる。
本発明のさらに別の観点では、レンズアレイ積層体のうち最も物体側のレンズアレイの像側面に配置された光学面は、最大面角度が40度以下の凹面である。例えば最も物体側のレンズアレイの像側面が凹面の場合、最大面角度を40度以下にすることで、物体側面で屈折された光線の像側面に対する入射角度が小さくなり全反射を起こしにくくなる。
本発明のさらに別の観点では、凹面は下記条件式を満たす。
YS2/YS1<1.5 …(4)
ただし、
YS1:最も物体側のレンズアレイ物体側光学面の有効半径
YS2:最も物体側のレンズアレイ像側光学面の有効半径
この場合、最も物体側のレンズアレイの有効径比が条件式(4)の下限を下回ることで、特に全反射を生じやすい最も物体側のレンズアレイの像側光学面の外周部(光学面内)への入射光線を少なくすることができ、迷光の強度を低減することができる。
本発明のさらに別の観点では、レンズアレイ積層体のうち最も物体側のレンズアレイの像側面に配置された光学面が凸面である。この場合、入射する光線の面に対する角度(レンズから空気への入射角)を小さくすることができる。そのため、最も物体側のレンズアレイの像側の光学面で全反射を起こしにくくすることができ、迷光反射面を限定することができるようになる。これにより、光硬化性接着層を配置する面積を小さくすることができるため接着層の広がり制御が容易となり生産性が向上する。
上記課題を解決するため、本発明に係るレンズアレイ積層体は、再構成画像を作成するための複数の画像データを生成する撮像装置に用いられるものであって、それぞれ2次元的に配列された複数のレンズを有する第1及び第2のレンズアレイを含み、第1レンズアレイと第2レンズアレイとは光軸方向に積層され、第1レンズアレイは第1フランジ部及び複数の第1レンズ本体部を備える一体物からなり、第1レンズアレイ内の各レンズは第1レンズ本体部及びその周囲の第1のフランジ部で構成され、第2レンズアレイは第2フランジ部及び複数の第2レンズ本体部を備える一体物からなり、第2レンズアレイ内の各レンズは第2レンズ本体部及びその周囲の第2フランジ部で構成され、第1及び第2レンズアレイのうち少なくとも一方は、互いに向き合う面に、それぞれ曲面状の光学面を有する複数のレンズを有しており、第1フランジ部と第2フランジ部とが、少なくとも隣り合う曲面状の光学面の間の領域とその対向面との間で、光吸収性の遮光材料を含み遮光性を有する樹脂製の光硬化性接着層によって接着されている。
上記レンズアレイ積層体によれば、第1フランジ部と第2フランジ部とが、少なくとも隣り合う曲面状の光学面の間の領域とその対向面との間で、光吸収性の遮光材料を含み遮光性を有する樹脂製の光硬化性接着層によって接着されているので、第1及び第2レンズアレイの互いに向き合う面の少なくとも一方に設けられた曲面状の光学面に起因する迷光の強度を効果的に減衰させることができる。また、光吸収性の遮光材料を用いて光硬化性を保つように透過率を調整することで、確実な硬化を実現しつつ、十分な遮光性を有する接着層を形成することができる。
本発明の具体的な態様又は観点では、上記レンズアレイ積層体において、光硬化性接着層は、脂環式エポキシ化合物を含むカチオン重合性樹脂組成物を用いて形成される。
本発明の別の観点では、レンズアレイのうち一方のレンズアレイと他方のレンズアレイとの間に、複数のレンズに対応した位置に複数の開口を有する中間絞り部材が設けられ、中間絞り部材の開口縁が光硬化性接着層よりも当該開口に対応するレンズの光軸側に位置する。
上記課題を解決するため、本発明に係るレンズアレイ積層体の製造方法は、再構成画像を作成するための複数の画像データを生成する撮像装置に用いられるレンズアレイ積層体のためのものであって、それぞれ、2次元的に配列された複数のレンズを有し、フランジ部と複数のレンズ本体部とを備える一体物からなる第1及び第2のレンズアレイであって、第1レンズアレイ内の各レンズは第1レンズ本体部及びその周囲の第1フランジ部で構成され、第2レンズアレイ内の各レンズは第2レンズ本体部及びその周囲の第2フランジ部で構成されている第1及び第2のレンズアレイのうち、少なくとも一方のフランジ部に遮光性を有する樹脂からなる光硬化性接着剤を配置し、第1及び第2のレンズアレイを光軸方向に積層する工程と、第1及び第2のレンズアレイの積層物に対して光を照射して光硬化性接着剤を硬化することにより、第1及び第2フランジ部を、光硬化性接着剤により接着する工程と、を含み、第1及び第2レンズアレイのうち少なくとも一方は、互いに向き合う面に、それぞれ曲面状の光学面を有する複数のレンズを有しており、光硬化性接着剤は、光吸収性の遮光材料を含み、少なくとも隣り合う曲面状の光学面の間の領域とその対向面との間で、第1フランジ部と第2フランジ部とを接着する。
上記レンズアレイ積層体の製造方法によれば、第1フランジ部と第2フランジ部とが、少なくとも隣り合う曲面状の光学面の間の領域とその対向面との間で、光吸収性の遮光材料を含み遮光性を有する樹脂製の光硬化性接着層によって接着されているので、第1及び第2レンズアレイの互いに向き合う面の少なくとも一方に設けられた曲面状の光学面に起因する迷光の強度を効果的に減衰させるレンズアレイ積層体を得ることができる。また、光吸収性の遮光材料を用いて光硬化性を保つように透過率を調整することで、確実な硬化を実現しつつ、十分な遮光性を有する接着層を形成することができる。また、第1及び第2レンズアレイの少なくとも一方に接着剤を配置し積層した後に光照射して光硬化性接着剤を硬化させることにより、アレンレンズ積層体の全体にわたって均一な厚みを有する接着層を形成することができる。
本発明の具体的な態様又は観点では、上記撮像装置の製造方法において、光硬化性接着層は、脂環式エポキシ化合物を含むカチオン重合性樹脂組成物を光硬化させて得られるものである。
本発明の別の観点では、光硬化性接着剤を配置する工程において、第1及び第2レンズアレイのうちの一方について、少なくとも隣り合う曲面状の光学面の間の領域に光硬化性接着剤を配置し、複数のレンズに対応する複数の開口を有する中間絞り部材の一方の面を光硬化性接着剤の配置された第1レンズアレイに積層し、さらに、中間絞り部材上の他方の面に光硬化性接着剤を配置する。この場合、光線がより精度よくレンズの有効面外を通過し、像側のレンズアレイ中を全反射する迷光を遮断することができる。
図1Aは、第1実施形態の撮像装置の側方断面図であり、図1Bは、図1Aに示す撮像装置に用いられるレンズアレイ積層体の物体側からみた平面図である。 図1A等に示す撮像装置の分解斜視図である。 図3A〜3Eは、図1Aの撮像装置のうちレンズアレイ積層体の部分拡大図である。 図1Aの撮像装置を搭載した撮像処理装置を説明する図である。 図5A〜図5Fは、撮像装置の製造工程を説明する図である。 図6A〜図6Dは、撮像装置の製造工程を説明する図である。 第2実施形態の撮像装置の側方断面図である。 撮像装置の変形例を説明する図である。
〔第1実施形態〕
以下、本発明の第1実施形態である撮像装置、レンズアレイ積層体、並びに、撮像装置及びレンズアレイ積層体の製造方法について、図面を参照しつつ説明する。
撮像装置1000は、複数の撮像レンズを用いて複数の画像を撮影し、1つの画像を再構成するためのものである。図1A、1B、及び図2に示すように、撮像装置1000は、正方形又は矩形の外形を有し、ホルダー100と、レンズアレイ積層体200と、後絞り300と、赤外線カットフィルター400と、撮像素子アレイ500とを有する。
ホルダー100は、レンズアレイ積層体200、後絞り300、赤外線カットフィルター400、及び撮像素子アレイ500を収納し保持するためのものである。ホルダー100には、複数の段部T1,T2,T3を有する凹部101が形成されており、ホルダー100は、全体として升状の外形を有する。凹部101内には、レンズアレイ積層体200、後絞り300、赤外線カットフィルター400、及び撮像素子アレイ500が順番にセットされる。各部材200,300,400,500は、凹部101の各段部T1,T2,T3によって位置決めされる。ホルダー100には、レンズアレイ積層体200の複数の光学面に対応する格子点位置に円形の開口部102が形成されている。ホルダー100は、遮光性の樹脂、例えば黒色顔料等の着色剤を含む液晶ポリマー(LCP)やポリフタルアミド(PPA)等で形成されている。
レンズアレイ積層体200は、被写体像を形成するものである。レンズアレイ積層体200は、第1レンズアレイ210と、第2レンズアレイ220と、中間絞り部材230とを有する。これらの部材210,220,230は、光軸OA方向に積層されている。レンズアレイ積層体200は、被写体像を撮像素子アレイ500の像面又は撮像面(被投影面)Iに結像させる機能を有する。なお、本実施形態において、レンズアレイ積層体200自体をレンズアレイと呼ぶ場合もある。なお、本実施形態において、光軸OAは、それぞれのレンズアレイ内の各レンズの光軸であり、全て平行である。
レンズアレイ積層体200のうち第1レンズアレイ210は、撮像装置1000の最も物体側に配置される。第1レンズアレイ210は、光軸OAに垂直な方向に2次元的に配列された複数のレンズ211で構成されている。第1レンズアレイ210は、正方形又は矩形の外形を有し、第1レンズアレイ210内の各レンズ211は、繋がった状態で一体に形成されている。具体的には、第1レンズアレイ210は、第1レンズ本体部211aとその周囲に一体化された第1フランジ部211bとを一組とする多数のレンズ211を配列したものであり、さらに、隣接する各レンズ211の第1フランジ部211bが一体化されている。つまり、第1レンズアレイ210は、複数の第1レンズ本体部211a及び一つの第1フランジ部211bが、同じ光学材料で一体物として形成されたレンズアレイであるともいえる。第1レンズ本体部211aは、物体側に凸形状の非球面である第1光学面211cと、像側に凹形状の非球面である第2光学面211dとを有する。第1レンズ本体部211aの周囲の第1フランジ部211bは、第1光学面211cの周囲に広がる平坦な第1フランジ面211eと、第2光学面211dの周囲に広がる平坦な第2フランジ面211fとを有する。第1及び第2フランジ面211e,211fは、光軸OAに垂直なXY面に対して平行に配置されている。
第1レンズアレイ210の各レンズ211は正のレンズパワーで構成され、以下の条件式を満たす。
1.5<Nd<1.9 …(3)
ただし、
Nd:最も物体側のレンズアレイ(この場合、第1レンズアレイ210)の屈折率
レンズアレイ積層体のうち最も物体側のレンズアレイである第1レンズアレイ210が正のレンズパワーで構成され、屈折率の比が条件式(3)の下限を上回ることで、レンズの有効面の角度を小さくすることができるため、第1レンズアレイ210の像面側で全反射を起こしにくくすることができる。また、条件式(3)の上限を下回ることで、レンズと空気等の屈折率が1の媒質との間での全反射角が小さくなり、後述する迷光が起こりにくくなる。
第1レンズアレイ210の像側面に配置された第2光学面211dは最大面角度が40度以下の凹面である。この凹面は下記条件式を満たす。
YS2/YS1<1.5 …(4)
ただし、
YS1:最も物体側のレンズアレイ物体側光学面(この場合、光学面211c)の有効半径
YS2:最も物体側のレンズアレイ像側光学面(この場合、光学面211d)の有効半径
第1レンズアレイ210の有効径比が条件式(4)の下限を下回ることで、特に全反射を生じやすい最も物体側のレンズアレイである第1レンズアレイ210の像側光学面(光学面211d)の外周部(光学面内)への入射光線を少なくすることができ、後述する迷光の強度を低減することができる。
図3Aに示すように、第1レンズアレイ210の物体側面の第1光学面211cと隣接する第1光学面211cとの間には、反射率10%以下の樹脂層212が設けられている。樹脂層212は、例えば、黒色の塗料等、反射率10%以下の樹脂を塗布することによって形成する。これにより、第1レンズアレイ210の物体側面に入射する光を低減し、第1レンズアレイ210で発生する迷光強度を更に低下させることができる。なお、図3Bに示すように、第1レンズアレイ210の物体側面の第1光学面211cと隣接する第1光学面211cとの間にあらし面ZPを設けてもよい。あらし面ZPは、微細でランダムな凹凸を含む面であり、例えばブラスト加工や型による転写によって形成する。
第1レンズアレイ210の像側面の外周側には、中間絞り部材230を位置決めするための斜面部210aが形成されている。
レンズアレイ積層体200のうち第2レンズアレイ220は、撮像装置1000の最も像側に配置される。なお、第2レンズアレイ220は、第1レンズアレイ210の構造と略同様であり、同様の部分は適宜省略して説明する。
第2レンズアレイ220は、第1レンズアレイ220と同様に、光軸OAに垂直な方向に2次元的に配列された複数のレンズ221で構成されている。そして、各レンズ221は、第2レンズ本体部221aとその周囲に一体化された第2フランジ部221bとで構成され、隣接する各レンズ211の第1フランジ部211bが一体化されている。つまり、第2レンズアレイ220は、複数の第2レンズ本体部221a及び一つの第2フランジ部221bが、同じ光学材料で一体物として形成されたレンズアレイであるともいえる。第2レンズ本体部221aは、物体側に凹形状の非球面である第3光学面221cと、像側に凸形状の非球面である第4光学面221dとを有する。第2レンズ本体部221aの周囲の第2フランジ部221bは、第3光学面221cの周囲に広がる平坦な第3フランジ面221eと、第4光学面221dの周囲に広がる平坦な第4フランジ面221fとを有する。第3及び第4フランジ面221e,221fは光軸OAに垂直なXY面に対して平行に配置されている。レンズ221は、第1レンズアレイ210のレンズ211と共に撮像レンズ200uとしての機能を有する。
図3Cに示すように、第2レンズアレイ220の像側面の第4光学面221dと隣接する第4光学面221dとの間には、反射率10%以下の樹脂層222が設けられている、なお、図3Dに示すように、第2レンズアレイ220の像側面の第4光学面221dと隣接する第4光学面221dとの間にあらし面ZPを設けてもよい。
以上説明した第1及び第2レンズアレイ210,220は、互いに向き合う面に、それぞれ曲面状の第2及び第3光学面211d,221cを有する複数のレンズ211,221を有することになる。
第1及び第2レンズアレイ210,220は、例えばガラスや樹脂で形成されている。第1及び第2レンズアレイ210,220は、ガラスの場合、例えば金型によるプレス成形によって成形される。また、樹脂の場合、例えば金型による射出成形や金型や樹脂型等によるプレス成形によって成形される。
図1Aに示すように、第1レンズアレイ210と第2レンズアレイ220とは、遮光性を有する樹脂製の光硬化性接着層240を介して積層されている。光硬化性接着層240は、第1レンズアレイ210側の第1光硬化性接着層241と第2レンズアレイ220側の第2光硬化性接着層242とで構成され、第1及び第2光硬化性接着層241,242間に中間絞り部材230を挟んでいる。
光硬化性接着層240は、少なくとも第1及び第2レンズアレイ210,220内の各レンズ211,221を構成する第1及び第2レンズ本体部211a,221aと隣接する第1及び第2レンズ本体部211a,221aとの間(言い換えれば、光学面と隣接する光学面との間)に設けられている。これにより、第1フランジ部211bと、第2フランジ部221bとが、少なくとも隣り合う曲面状の光学面の間の領域とその対向面との間で、遮光性を有する樹脂製の光硬化性接着層240によって接着される。なお、本実施形態では、光硬化性接着層240は、中間絞り部材230の上面と下面の2層に分かれているが、中間絞り部材230を、形状を保持し得る強度を有する部材で構成することにより、第1レンズアレイと第2レンズアレイとの接着性は、中間絞り部材230を設けない場合と同等とすることができる。また、各接着層241、242がそれぞれ対応するレンズアレイ210、220に密着しているため、遮光性も中間絞り部材230を設けない場合と同等以上である。さらに、図1Bに示すように、光硬化性接着層240は、少なくとも第1及び第2レンズアレイ210,220中の各レンズ211,221の光軸OAを結んだ直線L1,L2上に設けられる。このようにすることで、光硬化性接着層が迷光の原因となり得る主な経路上に配置され、より効果的に迷光を防ぐことができる。中間絞り部材230が存在することで、接着層は薄くて済むため、レンズアレイ間の間隔を正確に制御しやすくなる。中間絞り部材230としては、厚みが均一なものを用いることが好ましい。なお、中間絞り部材230の厚みに多少のばらつきがあったとしても、接着剤と中間絞り部材230との合計の厚みを適切に保持して接着剤を硬化することで、このばらつきを吸収することができる。光硬化性接着層241、242の厚みは5〜30μmとすることが好ましい。5μm以上にすることで安定して接着剤を塗布することができ、30μm以下とすることで接着対象物である絞り部材やレンズアレイを積層する際の接着剤の広がりを適切に制御することができる。
光硬化性接着層240は、例えば脂環式エポキシ化合物を含むカチオン重合性樹脂組成物、あるいは、脂肪族エポキシ化合物と、オキセタン環(4員環エーテル)を有するオキセタン化合物とを含むカチオン重合性樹脂組成物を光重合により硬化させたものであり、吸収による遮光性を有する材料(以下、光吸収性の遮光材料)及び透光性の微粒子を含む。また、光硬化性接着層240を形成する光硬化性樹脂には、光硬化性樹脂の重合を開始させるカチオン系光重合開始剤及び粘度を調整する多官能モノマーが含まれている。
脂環式エポキシ化合物を含むカチオン重合性樹脂組成物は、遮光性材料の存在下でも良好な硬化性を示し、特に好ましいものである。脂環式エポキシ化合物としては、例えばビニルシクロヘキセンモノオキサイド、1,2−エポキシ−4−ビニルシクロヘキサン、1,2:8,9ジエポキシリモネン、3、4−エポキシシクロヘキセニルメチル−3、'4'−エポキシシクロヘキセンカルボキシレート等が挙げられる。市販品としては、セロキサイド2021P、セロキサイド2081(ダイセル化学工業社製)等が挙げられる。
脂肪族エポキシ化合物としては、例えば、脂肪族多価アルコール又はそのアルキレンオキサイド付加物のポリグリシジルエーテルが挙げられる。そのような脂肪族エポキシ化合物の例には、ビスフェノールFジグリシジルエーテル、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、2,2'−ビス(4−グリシジルオキシシクロヘキシル)プロパン、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3,4−エポキシシクロヘキサンカーボキシレート、ビニルシクロヘキセンジオキシド、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)−5,5−スピロ−(3,4−エポキシシクロヘキサン)−1,3−ジオキサン、ビス(3,4−エポキシシクロヘキシル)アジペート、1,2−シクロプロパンジカルボン酸ビスグリシジルエステル、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、トリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテルが含まれる。市販品としては、YH−301、YH−325(新日鐵化学製)、エピコート802、エピコート815(ジャパンエポキシレジン製)等が挙げられる。
オキセタン化合物としては、3−エチル−3−ヒドロキシメチルオキセタン、1,4−ビス[{(3−エチル−3−オキセタニル)メトキシ}メチル]ベンゼン、3−エチル−3−(フェノキシメチル)オキセタン、ビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、3−エチル−3−(2−エチルヘキシロキシメチル)オキセタン、3−エチル−{(3−トリエトキシシリルプロポキシ)メチル}オキセタン、ジ[1−エチル(3−オキセタニル)]メチルエーテル、オキセタニルシルセスキオキサン、フェノールノボラックオキセタン、1,4ビス{[(3−エチルオキセタン−3−イル)メトキシ]メチル}オキセタンが挙げられる。ここで「オキセタニルシルセスキオキサン」とは、オキセタニル基を有するシラン化合物を意味する。例えば、オキセタニルシルセスキオキサンは、前述の3−エチル−3−[{(3−トリエトキシシリル)プロポキシ}メチル]オキセタンを加水分解縮合させることにより得られる、オキセタニル基を複数有するネットワーク状ポリシロキサン化合物である。これらのオキセタン化合物の中でも、3−エチル−3−ヒドロキシメチルオキセタン、ビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、3−エチル−3−(2−エチルヘキシロキシメチル)オキセタンが好ましい。市販品としては、例えば、OXT−101、OXT−211、OXT−221、OXT−212、OXT−121(いずれも東亞合成株式会社)が挙げられる。
カチオン系光重合開始剤としては、紫外域(400nm以下)の波長に吸収極大を持ち、当該紫外域の波長でカチオン発生するものであれば、いずれも用いることができる。カチオン発生する光重合開始剤には、スルフォニウム塩、ヨードニウム塩、ジアゾニウム塩、フェロセニウム塩、ジエチレントリアミン等がある。スルフォニウム塩には、例えば、CYRACURE UVI−6976、UVI−6992(いずれもダウ・ケミカル製)、サンエイドSI−60L、SI−80L(三新化学製)、アデカオプトマーSP−150、SP−170(ADEKA製)、Uvacure1590(ダイセルUCB製)等がある。ヨードニウム塩タイプでは、UV9380C(モメンティブパフォーマンスマテリアルズジャパン製)、IRGACURE 250(チバジャパン製)等がある。なお、光重合開始剤の選択にあたっては、撮像装置1000の使用波長域での透過率を低下させないように配慮し、硬化光に対する吸光度が適度となるように考慮する。光重合開始剤の添加量は、光硬化性樹脂に対して、0.001質量%〜5質量%、好ましくは0.01質量%〜3質量%、さらに好ましくは0.05質量%〜1質量%である。
光吸収性の遮光材料とは、撮像装置1000の使用光を吸収によって遮光する材料であり、例えば黒色の無機顔料や有機顔料等がある。光吸収性の遮光材料として、具体的には、例えばカーボン微粒子、チタン微粒子、アニリン微粒子、ペリレン系色素、アントラキノン系色素等があり、カーボン微粒子又はチタン微粒子が好ましい。光吸収性の遮光材料の平均粒径は、0.1μm以上1μm以下である。光吸収性の遮光材料の粒径を0.1μm以上とすることによって、光吸収性の遮光材料の凝集を抑制することができる。また、光吸収性の遮光材料の粒径を1μm以下とすることによって、接着厚の許容範囲を広げつつ、光硬化性接着層の遮光性を高くすることができる。光硬化性接着層240において、光吸収性の遮光材料の含有量を適切に調整することで、接着剤の硬化が損なわれることなく、しかも遮光を十分に行うことができる。このような観点から、光吸収性の遮光材料の含有率は、光硬化性樹脂接着層240を構成する光硬化性接着剤全体の重量に対して5重量%以上10重量%以下とすることが好ましい。一方、光硬化性接着層240は、透光性の微粒子を含むことで、波長350nm以上750nm以下における反射率が1.5%以下となっている。このようにすることで、入射光の反射が実質的に無視できる程度に低減され、迷光強度を減衰させることができる。反射率は、オリンパス社製反射率測定器USPM−RuIIIを使用し、350nm〜750nmの波長域における反射率として測定することができる。透光性の微粒子としては、架橋アクリルビーズ等の有機系化合物や、シリカ、メタケイ酸アルミン酸マグネシウム、酸化チタン等の無機系化合物のいずれのものも使用することができる。その中でも、微粒子の分散性や低コスト等の観点からシリカを用いることが好ましい。
光硬化性接着層240は、以下の条件式を満足する。
0.01<Tg<0.1 …(1)
ただし、
Tg:光硬化性接着層(接着層)の光軸方向の10μm当たりの透過率
光硬化性接着層240の透過率が条件式(1)の上限を下回ることで、光硬化性接着層240内を通過する迷光の強度を効果的に低減させることができる。また、条件式(1)の下限を上回ることで、確実に硬化を行うことができる。
また、第1及び第2レンズアレイ210,220の屈折率と、光硬化性接着層240の屈折率とは、以下の条件式を満たす。
Ng/Nd>0.9 …(2)
ただし、
Ng:光硬化性接着層(接着層)の屈折率
Nd:レンズアレイの屈折率
光硬化性接着層240の屈折率が条件式(2)の範囲を満足することで、第1レンズアレイ210や第2レンズアレイ220から光硬化性接着層240へ入射する光線が、第1レンズアレイ210と光硬化性接着層240との境界面や第2レンズアレイ220と光硬化性接着層220と光硬化性接着層240との境界面で全反射しにくくなり、より効果的に迷光強度を低減することができる。
中間絞り部材230は、正方形又は矩形の板状部材であり、第1レンズアレイ210と、第2レンズアレイ220との間に設けられている。中間絞り部材230は、光硬化性接着層240を介して第1及び第2レンズアレイ210,220と密着している。つまり、中間絞り部材230は、光硬化性接着層240の内部に埋め込まれた状態となっている。中間絞り部材230は、第1及び第2レンズアレイ210,220の第1及び第2レンズ本体部211a,221aに対応する位置に円形の開口部231が形成されている。開口部231の内縁は、光硬化性接着剤240からレンズ本体部211a,221a側に(当該開口に対応するレンズの光軸側に)はみ出している。中間絞り部材230は、金属や樹脂等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。中間絞り部材230として、形状を保持し得る強度を有する部材で正確な開口縁形状を備えたものを使用することにより、入射光を精度よくレンズ211,221の有効面内で通過させ、像側の第2レンズアレイ220中を全反射する迷光を遮断することができる。中間絞り部材230は、物体側面及び像側面の少なくとも1面があらし面となっている。これにより、中間絞り部材230を反射して第1又は第2レンズアレイ210,220内に戻る光の強度を減少させることができる。
後絞り300は、正方形又は矩形の板状部材であり、レンズアレイ積層体200と赤外線カットフィルター400との間に設けられている。後絞り300は、第1及び第2レンズアレイ210,220の第1及び第2レンズ本体部211a,221aに対応する位置に正方形又は矩形の開口部301が形成されている。後絞り300の材質は、中間絞り部材230と同様のものを用いることができる。後絞り300は、撮像素子アレイ500へ入射する迷光を遮断する。後絞り300を赤外線カットフィルター400上に印刷等で形成してもよい。
赤外線カットフィルター400は、正方形又は矩形の板状部材であり、後絞り300と撮像素子アレイ500との間に設けられている。赤外線カットフィルター400は、赤外線を反射させる機能を有する。
撮像素子アレイ500は、第1及び第2レンズアレイ210,220の各レンズ211,221によって形成された被写体像を検出するものである。撮像素子アレイ500は、光軸OAに垂直な方向に2次元的に配列された撮像素子を備える撮像部501を内蔵している。撮像部501は、固体撮像素子アレイからなるセンサーチップである。撮像部501の光電変換部(不図示)は、CCDやCMOSからなり、入射光をRGB毎に光電変換し、そのアナログ信号を出力する。受光部としての光電変換部の表面は、撮像面(被投影面)Iとなっている。撮像素子アレイ500は、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501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。
なお、撮像素子アレイ500のレンズアレイ積層体200側には、透明な平行平板が撮像素子アレイ500等を覆うように配置・固定されていてもよい。
以下、図4を参照しつつ、撮像装置1000を搭載した撮像処理装置3000及びその動作について説明する。
撮像処理装置3000は、撮像装置1000と、マイクロプロセッサー81と、インターフェース82と、ディスプレイ83とを有する。
撮像素子アレイ500は、撮像部501上に形成された各画像をそれぞれ電気信号に変換し、マイクロプロセッサー81に出力する。マイクロプロセッサー81は、入力された信号をマイクロプロセッサー81内のROMに格納された所定の処理プログラムに基づいて処理し、各画像を1つの画像に再構成する。その後、マイクロプロセッサー81は、インターフェース82を介してディスプレイ83へ再構成された1つの画像を出力する。また、マイクロプロセッサー81は、上記処理プログラムに基づく処理を実行する際の種々の演算結果をRAMに一時記憶させる。なお、マイクロプロセッサー81による画像の再構成処理としては、例えば、各画像から必要な正方形又は矩形領域を切り出す処理、及び、切り出した正方形又は矩形画像から各々の視差情報に基づいて画像を再構成する処理を含むもの等、公知の処理を用いることができる。
以下、図5A〜5F、6A〜6Dを参照しつつ、撮像装置1000の製造工程について説明する。
まず、研削加工等によって第1レンズアレイ210の最終形状に対応するマスター型を作製する。次に、当該マスター型を用いて第1レンズアレイ210の各レンズ211を一体に成形する。これにより、図5Aに示すように、第1レンズアレイ210を得る。第2レンズアレイ220についても同様に作製する。
次に、図5Bに示すように、第1レンズアレイ210の像側面であり、第2光学面211dと隣接する第2光学面211dとの間に第1光硬化性接着層241となる光硬化性樹脂材料からなる光硬化性接着剤BDを塗布する。光硬化性接着剤BDは、第1及び第2レンズアレイ210,220を積層した際に、第1レンズアレイ210の第2フランジ面211fと第2レンズアレイ220の第3フランジ面221eとの間に形成される空間の容積より小さい量を塗布し、光学面211d,221c側にはみ出さないようにする。ここで、光硬化性接着剤BDは、インクジェット方式のディスペンサー等を用いて塗布することができる。本実施形態においては、光硬化性接着剤BDの塗布位置を、X方向及びY方向における隣り合う光学面間、X方向及びY方向における最外に位置する光学面の外側、及び、斜め方向に隣り合う光学面間としている。そして、第1及び第2レンズアレイ210,220を互いに押圧した際に、第2光学面211d及び第3光学面221c以外の範囲内で光硬化性接着剤BDが押し広げられる。このように塗布することで、容易に光吸収性の接着層を形成することができる。
次に、図5Cに示すように、中間絞り部材230を第1レンズアレイ210の上方に配置し、第1レンズアレイ210の第1レンズ本体部211aと中間絞り部材230の開口部231とをアライメントする。その後、図5Dに示すように、第1レンズアレイ210上に中間絞り部材230を押し当てる。この際、中間絞り部材230は、第1レンズアレイ210の外周側に設けられた斜面部210aによって位置決めされる。
次に、図5Eに示すように、中間絞り部材230上に第2光硬化性接着層242となる光硬化性接着剤BDを塗布する。この際、光硬化性接着剤BDの塗布位置と塗布量は、第1レンズアレイ210の場合と略同様である。
次に、図5Fに示すように、第2レンズアレイ220と中間絞り部材230の上方に配置し、第1レンズアレイ210の第1レンズ本体部211aと第2レンズアレイ220の第2レンズ本体部221aとをアライメントする。その後、図6Aに示すように、中間絞り部材230上に第2レンズアレイ220を押し当てる。その際、冶具などを用いて両レンズアレイを保持し両者を適切な間隔に保って積層する。その後、図6Aに示すように、第1及び第2レンズアレイ210,220を積層した状態で、第1レンズアレイ210の物体側面と第2レンズアレイ220の像側面に対して紫外線を照射し、光硬化性接着剤BDを硬化させる。これにより、均一な厚みを有する光硬化性接着層240が形成され、図6Bに示すレンズアレイ積層体200を得る。なお、中間絞り部材230が存在することで、接着層の厚みを小さくすることができるので、中間絞り部材230の厚みと2つの接着層の合計の厚みを、レンズアレイ積層体200全体にわたって均一にしやすい。
次に、図6Cに示すように、予め作製しておいたホルダー100にレンズアレイ積層体200をセットする。ホルダー100への組み込みに当たっては、レンズアレイ積層体200を損傷しないように、適当な治具や容器に収めた上でホルダーへの組み込み工程へ搬送することが好ましい。レンズアレイ積層体200は、ホルダー100の凹部101の段部T1によって位置決めされる。レンズアレイ積層体200は、接着剤等によってホルダー100に固定される。なお、レンズアレイ積層体200をホルダー100にセットした状態であれば、レンズアレイ積層体200の取り扱いが容易になるため、撮像装置1000に組み込むまでの作業性を向上することができる。
次に、図6Dに示すように、ホルダー100内のレンズアレイ積層体200上に後絞り300、赤外線カットフィルター400、及び撮像素子アレイ500を順番にセットする。後絞り300、赤外線カットフィルター400、及び撮像素子アレイ500もレンズアレイ積層体200と同様に、ホルダー100の凹部101の段部T2,T3によってそれぞれ位置決めされる。後絞り300、赤外線カットフィルター400、及び撮像素子アレイ500は、接着剤等によってホルダー100に固定される。
以上説明した撮像装置1000によれば、第1及び第2レンズアレイ210,220をそれぞれ樹脂やガラス等の光学材料からなる一体物とし、複数のレンズアレイ210,220を光吸収性の遮光材料を含む透過率の低い光硬化性接着層240を介して積層し、光硬化性接着層240を迷光が到達しうる第1及び第2レンズアレイ210,220内の第2光学面211d,221dと隣接する第2光学面211d,221dとの間に配置して、隣接する光学面の間の領域でフランジ面211f、221eの両方に接着することで、効果的に迷光強度を減衰させることができる。具体的には、図1Aに示すように、画像再構成で問題となる、曲面状の光学面211d、221dに起因する迷光(例えば、図1Aの光線RA1,RA2)は、接着層240が無い場合に全反射後に到達する第2光学面211d、第4光学面221dによって屈折されるが、撮像装置1000では、光硬化性接着層240がフランジ面211f、221eに密着し、迷光強度を減衰させるため、撮像部501に迷光が到達するのが防止される。
また、光吸収性の遮光材料を用いて光硬化性を保つように透過率を調整することで、硬化時間が比較的短いという光硬化性接着剤BDの利点を活かしつつ、確実に硬化を行うことができ、しかも、遮光性を有する光硬化性接着層240を形成することができる。また、上述したように、第1及び第2レンズアレイ210、220の少なくとも一方に接着剤を配置し積層した後に光照射して光硬化性接着剤BDを硬化させることにより、アレンレンズ積層体200の全体にわたって均一な厚みを有する接着層240を形成することができる。これにより、第1及び第2レンズアレイ210,220内の性能のばらつきを小さくすることができる。また、レンズアレイ積層体200を2枚で構成することにより、光学全長を小さくすることができる。
一方、遮光性を有する光硬化性接着層240を設けない場合、第2光学面211d,221dによって屈折される迷光(図1Aの光線RA1,RA2)が減衰せずに撮像部501に達し(図1Aに示す破線部分)、画像の再構成の際にノイズとなる。なお、図1A及び1Bには図示していないが、光線RA1、RA2以外にも、第1レンズアレイ210の第1光学面211c間の第1フランジ面211eや、第2レンズアレイ220の第4光学面221d間の第4フランジ面221f間で反射されずに、第1レンズアレイ210の第2光学面211d間の第2フランジ面211fと第2レンズアレイ220の第3光学面221c間の第3フランジ面221e及び第1〜第4光学面211c,211d,221c,221dのみで反射を繰り返す迷光も存在する。そのため、第1レンズアレイ210の第1光学面211c間の第1フランジ面211eや第2レンズアレイ220の第4光学面221d間の第4フランジ面221fに光吸収性の接着層を設けるだけでは迷光による画質低下を十分防止することはできない。本実施形態のように、第1レンズアレイ210の第2光学面211d間の第2フランジ面211fと第2レンズアレイ220の第3光学面221c間の第3フランジ面221eに光吸収性の接着層である光硬化性接着層240を配置することにより、このような迷光も効果的に吸収することができる。また、この光吸収性の光硬化性接着層240はレンズ有効径ギリギリに配置せずともこのような迷光を確実に抑制することができるので、製造面でも有利である。
〔第2実施形態〕
以下、第2実施形態に係る撮像装置等について説明する。なお、第2実施形態の撮像装置等は第1実施形態の撮像装置等を変形したものであり、特に説明しない部分は第1実施形態と同様である。
図7に示すように、レンズアレイ積層体200は、第1レンズアレイ210と、第2レンズアレイ220と、第3レンズアレイ250と、第1中間絞り部材231と、第2中間絞り部材232とを有する。なお、本実施形態において、互いに接合するレンズアレイ同士を見たときに、一方が第1レンズアレイに相当し、他方が第2レンズアレイに相当する。つまり、第1及び第3レンズアレイ210,250の関係で、それぞれ第1及び第2レンズアレイに対応する。また、第3及び第2レンズアレイ250,220の関係で、それぞれ第1及び第2レンズアレイに対応する。
第3レンズアレイ250は、第1レンズアレイ210と、第2レンズアレイ220との間に設けられる。第3レンズアレイ250は、第1レンズアレイ210及び第2レンズアレイ220と光硬化性接着層240を介して積層され接着されている。
第3レンズアレイ250は、第1レンズアレイ220等と同様に、光軸OAに垂直な方向に2次元的に配列された複数のレンズ251で構成される。各レンズ251は、第3レンズ本体部251aと第3フランジ部251bとで構成され、隣接する各レンズ251の第3フランジ部251bが一体化されている。つまり、第3レンズアレイ250は、複数の第3レンズ本体部251a及び第3フランジ部251bが、同じ光学材料で一体物として形成されたレンズアレイであるともいえる。第3レンズ本体部251aは、物体側が凹形状の非球面である第5光学面251cと、像側が凸形状の非球面である第6光学面251dとを有する。第3レンズ本体部251aの周囲の第3フランジ部251bは、第5光学面251cの周囲に広がる平坦な第5フランジ面251eと、第6光学面251dの周囲に広がる平坦な第6フランジ面251fとを有する。第5及び第6フランジ面251e,251fは光軸OAに垂直なXY面に対して平行に配置されている。レンズ251は、撮像レンズとしての機能を有する。
第1中間絞り部材231は、第1レンズアレイ210及び第2レンズアレイ220間に設けられ,第2中間絞り部材232は、第2レンズアレイ220及び第3レンズアレイ250間に設けられている。
レンズアレイ積層体200が3枚で構成されることにより、2枚で構成される場合に比べてより高画質な再構成画像を得ることができる。3層となることで、各レンズ部(レンズ本体部211a,221a,251a)の性能ばらつきを抑えることの難度は高くなるが、上下のレンズアレイにそれぞれ光吸収層を設ける必要がないので、レンズ部の性能ばらつきを抑制しつつ、レンズアレイ内を迷光が導光することを防止することができる。
以上、本実施形態に係る撮像装置等について説明したが、本発明に係る撮像装置等は上記のものには限られない。例えば、上記実施形態において、第1〜第4光学面211c,211d,221c,221d等の形状、大きさ、数、配置間隔等は、用途や機能に応じて適宜変更することができる。第2光学面211d及び第3光学面221cのうちの一方が曲面状でなくてもよい。また、各レンズアレイ210,220,250の外形形状や、ホルダー100の外形形状等も用途や機能に応じて適宜変更することができる。
また、上記実施形態において、光硬化性接着層240は透光性の微粒子を含むもとしたが、反射率を十分抑えることができるのであれば、必ずしも含んでいなくてもよい。
また、上記実施形態において、中間絞り部材230を設けているが、中間絞り部材230の材質が反射しにくいものであれば、あらし面は必ずしも必要ない。また、光吸収性の光硬化性接着層240をレンズ本体部211a,221aの十分近傍まで配置できる場合等中間絞り部材230が特に必要ない場合はなくてもよい。
また、上記実施形態において、第1レンズアレイ210の第1光学面211cと隣接する第1光学面211cとの間に反射率10%以下の樹脂層212やあらし面ZPを設けたり、第2レンズアレイ220の第4光学面221dと隣接する第4光学面221dとの間についても同様に樹脂層222やあらし面ZPを設けたりしているが、光吸収性の光硬化性接着層240の存在により十分迷光を防止できる場合は、これらがなくてもよい。
また、上記実施形態において、第1レンズアレイ210の像側面に配置された第2光学面211dを凹面としたが、図8に示すように、凸面であってもよい。これにより、入射する光線の面に対する角度を小さくすることができる。なお、第2光学面211dを凸面とした場合、中間絞り部材230の位置決めは斜面部210a以外に、第1及び第2レンズアレイ210,220の外側に別途設けた位置決め機構によって行ってもよい。
また、上記実施形態において、光硬化性接着層240を第1レンズアレイ210等の第2フランジ面211f等の一部に設けたが、第2光学面211dに干渉しなければ、第2フランジ面211f等の面全体に設けてもよい。
また、上記実施形態において、光硬化性接着剤BDを第1及び第2レンズアレイ210,220側から同時に光硬化したが、光硬化性接着剤BDを塗布後、片面ずつ光硬化してもよい。
以上では、レンズアレイ積層体200を構成する各個眼レンズ(例えば光軸方向に並んだ一組のレンズ211,221からなる合成レンズ)が光学的に同一の仕様であることを前提としているが、各個眼レンズの光学的仕様は異なるものであってもよい。この場合、各個眼レンズによって倍率や視野が異なる画像を取得することができる。
上記課題を解決するため、本発明に係る撮像装置は、2次元的に配列された複数のレンズを有するレンズアレイと、レンズアレイによって、再構成画像を作成するための複数の画像データを生成する撮像素子アレイと、を備え、レンズアレイとして、光軸方向に積層された第1レンズアレイと第2レンズアレイとを含むレンズアレイ積層体が用いられ、第1レンズアレイは第1フランジ部及び複数の第1レンズ本体部を備える一体物からなり、第1レンズアレイ内の各レンズは第1レンズ本体部及びその周囲の第1フランジ部で構成され、第2レンズアレイは第2フランジ部及び複数の第2レンズ本体部を備える一体物からなり、第2レンズアレイ内の各レンズは第2レンズ本体部及びその周囲の第2フランジ部で構成され、第1及び第2レンズアレイのうち少なくとも一方は、互いに向き合う面に、それぞれ曲面状の光学面を有する複数のレンズを有しており、第1フランジ部と第2フランジ部とが、少なくとも隣り合う曲面状の光学面の間の領域とその対向面との間で、光吸収性の遮光材料を含み遮光性を有する樹脂製の光硬化性接着層によって接着されている。つまり、光硬化性接着層は、例えば第1レンズアレイの第2レンズアレイ側に設けられる光学面と光学面との間に配置され、或いは第2レンズアレイの第1レンズアレイ側に設けられる光学面と光学面との間に配置される。ここで、光吸収性の遮光材料とは、撮像装置で使用する撮像光を吸収によって遮光する材料であり、例えば可視光等を含む広い波長範囲で高い吸光性を示す黒色材料等がある。また、ここでいう第1及び第2レンズアレイとは、互いに接合するレンズアレイ同士を見たときに、一方を第1レンズアレイとし、他方を第2レンズアレイとすることを意味する。
さらに、本発明に係る撮像装置では、レンズアレイ積層体のうち最も物体側のレンズアレイは正のレンズパワーで構成され、以下の条件式を満たす。
1.5<Nd<1.9 …(3)
ただし、
Nd:最も物体側のレンズアレイの屈折率
上記撮像装置によれば、レンズアレイを一体物とし、光吸収性の遮光材料を含ませることで透過率を低くした光硬化性接着層によって一対のレンズアレイを接着するので、迷光の発生を抑制することができる。つまり、画像再構成で問題となる迷光は全反射後に到達する光学面によって屈折され撮像素子アレイに到達するが、本発明の撮像装置においては、第1フランジ部と第2フランジ部とが、少なくとも隣り合う曲面状の光学面の間の領域とその対向面との間で、光吸収性の遮光材料を含み遮光性を有する樹脂製の光硬化性接着層によって接着されているので、第1及び第2レンズアレイの互いに向き合う面の少なくとも一方に設けられた曲面状の光学面に起因する迷光の強度を効果的に減衰させることができる。また、光吸収性の遮光材料を用いて光硬化性を保つように透過率を調整することで、確実な硬化を実現しつつ、十分な遮光性を有する接着層を形成することができる。
また、上記撮像装置によれば、例えばレンズアレイ積層体のうち最も物体側のレンズアレイが正のレンズパワーで構成され、屈折率が条件式(3)の下限を上回ることで、レンズの有効面の角度を小さくすることができるため、レンズアレイの像面側で全反射を起こしにくくすることができる。また、条件式(3)の上限を下回ることで、レンズと空気等の屈折率が1の媒質との間での全反射角が大きくなり迷光が起こりにくくなる。
上記課題を解決するため、本発明に係るレンズアレイ積層体は、再構成画像を作成するための複数の画像データを生成する撮像装置に用いられるものであって、それぞれ2次元的に配列された複数のレンズを有する第1及び第2のレンズアレイを含み、第1レンズアレイと第2レンズアレイとは光軸方向に積層され、第1レンズアレイは第1フランジ部及び複数の第1レンズ本体部を備える一体物からなり、第1レンズアレイ内の各レンズは第1レンズ本体部及びその周囲の第1のフランジ部で構成され、第2レンズアレイは第2フランジ部及び複数の第2レンズ本体部を備える一体物からなり、第2レンズアレイ内の各レンズは第2レンズ本体部及びその周囲の第2フランジ部で構成され、第1及び第2レンズアレイのうち少なくとも一方は、互いに向き合う面に、それぞれ曲面状の光学面を有する複数のレンズを有しており、第1フランジ部と第2フランジ部とが、少なくとも隣り合う曲面状の光学面の間の領域とその対向面との間で、光吸収性の遮光材料を含み遮光性を有する樹脂製の光硬化性接着層によって接着されている。
さらに、本発明に係るレンズアレイ積層体では、最も物体側のレンズアレイは正のレンズパワーで構成され、以下の条件式を満たす。
1.5<Nd<1.9 …(3)
ただし、
Nd:最も物体側のレンズアレイの屈折率
上記課題を解決するため、本発明に係るレンズアレイ積層体の製造方法は、再構成画像を作成するための複数の画像データを生成する撮像装置に用いられるレンズアレイ積層体のためのものであって、それぞれ、2次元的に配列された複数のレンズを有し、フランジ部と複数のレンズ本体部とを備える一体物からなる第1及び第2のレンズアレイであって、第1レンズアレイ内の各レンズは第1レンズ本体部及びその周囲の第1フランジ部で構成され、第2レンズアレイ内の各レンズは第2レンズ本体部及びその周囲の第2フランジ部で構成されている第1及び第2のレンズアレイのうち、少なくとも一方のフランジ部に遮光性を有する樹脂からなる光硬化性接着剤を配置し、第1及び第2のレンズアレイを光軸方向に積層する工程と、第1及び第2のレンズアレイの積層物に対して光を照射して光硬化性接着剤を硬化することにより、第1及び第2フランジ部を、光硬化性接着剤により接着する工程と、を含み、第1及び第2レンズアレイのうち少なくとも一方は、互いに向き合う面に、それぞれ曲面状の光学面を有する複数のレンズを有しており、光硬化性接着剤は、光吸収性の遮光材料を含み、少なくとも隣り合う曲面状の光学面の間の領域とその対向面との間で、第1フランジ部と第2フランジ部とを接着する。
さらに、本発明に係るレンズアレイ積層体の製造方法では、最も物体側のレンズアレイは正のレンズパワーで構成され、以下の条件式を満たす。
1.5<Nd<1.9 …(3)
ただし、
Nd:最も物体側のレンズアレイの屈折率

Claims (28)

  1. 2次元的に配列された複数のレンズを有するレンズアレイと、
    前記レンズアレイによって、再構成画像を作成するための複数の画像データを生成する撮像素子アレイと、を備え、
    前記レンズアレイとして、光軸方向に積層された第1レンズアレイと第2レンズアレイとを含むレンズアレイ積層体が用いられ、
    前記第1レンズアレイは第1フランジ部及び複数の第1レンズ本体部を備える一体物からなり、前記第1レンズアレイ内の各レンズは前記第1レンズ本体部及びその周囲の前記第1フランジ部で構成され、前記第2レンズアレイは第2フランジ部及び複数の第2レンズ本体部を備える一体物からなり、前記第2レンズアレイ内の各レンズは前記第2レンズ本体部及びその周囲の前記第2フランジ部で構成され、
    前記第1及び第2レンズアレイのうち少なくとも一方は、互いに向き合う面に、それぞれ曲面状の光学面を有する複数のレンズを有しており、
    前記第1フランジ部と前記第2フランジ部とが、少なくとも隣り合う前記曲面状の光学面の間の領域とその対向面との間で、光吸収性の遮光材料を含み遮光性を有する樹脂製の光硬化性接着層によって接着されていることを特徴とする撮像装置。
  2. 前記光硬化性接着層は、脂環式エポキシ化合物を含むカチオン重合性樹脂組成物を用いて形成されていることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
  3. 前記レンズアレイ積層体は、2枚のレンズアレイで構成され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撮像装置。
  4. 前記レンズアレイ積層体は、3枚のレンズアレイで構成され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撮像装置。
  5. 前記遮光材料は、0.1μm以上1μm以下の平均粒径を有することを特徴とする請求項1から4までのいずれか一項に記載の撮像装置。
  6. 前記光硬化性接着層において、前記遮光材料の含有率は5重量%以上10重量%以下であることを特徴とする請求項1から5までのいずれか一項に記載の撮像装置。
  7. 前記光硬化性接着層は、波長350nm以上750nm以下における反射率が1.5%以下であることを特徴とする請求項1から6までのいずれか一項に記載の撮像装置。
  8. 前記光硬化性接着層は、透光性の微粒子を含むことを特徴とする請求項7に記載の撮像装置。
  9. 前記光硬化性接着層は、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項1から8までのいずれか一項に記載の撮像装置。
    0.01<Tg<0.1 …(1)
    ただし、
    Tg:レンズアレイの各レンズの光軸方向における接着層10μm当たりの透過率
  10. 以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項1から9までのいずれか一項に記載の撮像装置。
    Ng/Nd>0.9 …(2)
    ただし、
    Ng:光硬化性接着層の屈折率
    Nd:レンズアレイの屈折率
  11. 前記レンズアレイ積層体のうち最も物体側のレンズアレイは正のレンズパワーで構成され、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項1から10までのいずれか一項に記載の撮像装置。
    1.5<Nd<1.9 …(3)
    ただし、
    Nd:最も物体側のレンズアレイの屈折率
  12. 前記光硬化性接着層は、少なくとも前記レンズアレイ中の各レンズの光軸を結んだ直線上に設けられることを特徴とする請求項1から11までのいずれか一項に記載の撮像装置。
  13. 前記第1レンズアレイと前記第2レンズアレイとの間に、前記複数のレンズに対応した位置に複数の開口を有する中間絞り部材が設けられ、前記光硬化性接着層は、前記第1レンズアレイと前記中間絞り部材との間及び前記第2レンズアレイと前記中間絞り部材との間の2つの層からなることを特徴とする請求項1から12までのいずれか一項に記載の撮像装置。
  14. 前記中間絞り部材の開口縁が、前記光硬化性接着層よりも当該開口に対応する前記レンズの光軸側に位置することを特徴とする請求項13に記載の撮像装置。
  15. 前記中間絞り部材は、物体側面及び像側面の少なくとも1面があらし面であることを特徴とする請求項13及び14のいずれか一項に記載の撮像装置。
  16. 前記レンズアレイ積層体のうち最も物体側のレンズアレイの物体側面に設けた光学面と光学面との間に反射率10%以下の樹脂層が設けられていることを特徴とする請求項1から15までのいずれか一項に記載の撮像装置。
  17. 前記レンズアレイ積層体のうち最も像側のレンズアレイの像側面に設けた光学面と光学面との間に反射率10%以下の樹脂層が設けられていることを特徴とする請求項1から15までのいずれか一項に記載の撮像装置。
  18. 前記レンズアレイ積層体のうち最も物体側のレンズアレイは、物体側面に設けた光学面と光学面との間にあらし面を有することを特徴とする請求項1から15までのいずれか一項に記載の撮像装置。
  19. 前記レンズアレイ積層体のうち最も像側のレンズアレイは、像側面に設けた光学面と光学面との間にあらし面を有することを特徴とする請求項1から15までのいずれか一項に記載の撮像装置。
  20. 前記レンズアレイ積層体のうち最も物体側のレンズアレイの像側面に配置された光学面は、最大面角度が40度以下の凹面であることを特徴とする請求項1から19までのいずれか一項に記載の撮像装置。
  21. 前記凹面は下記条件式を満たすことを特徴とする請求項20に記載の撮像装置。
    YS2/YS1<1.5 …(4)
    ただし、
    YS1:最も物体側のレンズアレイ物体側光学面の有効半径
    YS2:最も物体側のレンズアレイ像側光学面の有効半径
  22. 前記レンズアレイ積層体のうち最も物体側のレンズアレイの像側面に配置された光学面が凸面であることを特徴とする請求項1から19までのいずれか一項に記載の撮像装置。
  23. 再構成画像を作成するための複数の画像データを生成する撮像装置に用いられるレンズアレイ積層体であって、
    それぞれ2次元的に配列された複数のレンズを有する第1及び第2のレンズアレイを含み、
    前記第1レンズアレイと前記第2レンズアレイとは光軸方向に積層され、
    前記第1レンズアレイは第1フランジ部及び複数の第1レンズ本体部を備える一体物からなり、前記第1レンズアレイ内の各レンズは前記第1レンズ本体部及びその周囲の第1のフランジ部で構成され、前記第2レンズアレイは第2フランジ部及び複数の第2レンズ本体部を備える一体物からなり、前記第2レンズアレイ内の各レンズは前記第2レンズ本体部及びその周囲の前記第2フランジ部で構成され、
    前記第1及び第2レンズアレイのうち少なくとも一方は、互いに向き合う面に、それぞれ曲面状の光学面を有する複数のレンズを有しており、
    前記第1フランジ部と前記第2フランジ部とが、少なくとも隣り合う前記曲面状の光学面の間の領域とその対向面との間で、光吸収性の遮光材料を含み遮光性を有する樹脂製の光硬化性接着層によって接着されていることを特徴とするレンズアレイ積層体。
  24. 前記光硬化性接着層は、脂環式エポキシ化合物を含むカチオン重合性樹脂組成物を用いて形成されることを特徴とする請求項23に記載のレンズアレイ積層体。
  25. 前記レンズアレイのうち一方のレンズアレイと他方のレンズアレイとの間に、前記複数のレンズに対応した位置に複数の開口を有する中間絞り部材が設けられ、該中間絞り部材の開口縁が前記光硬化性接着層よりも当該開口に対応する前記レンズの光軸側に位置することを特徴とする請求項23及び24のいずれか一項に記載のレンズアレイ積層体。
  26. 再構成画像を作成するための複数の画像データを生成する撮像装置に用いられるレンズアレイ積層体の製造方法であって、
    それぞれ、2次元的に配列された複数のレンズを有し、フランジ部と複数のレンズ本体部とを備える一体物からなる第1及び第2のレンズアレイであって、前記第1レンズアレイ内の各レンズは前記第1レンズ本体部及びその周囲の前記第1フランジ部で構成され、前記第2レンズアレイ内の各レンズは前記第2レンズ本体部及びその周囲の前記第2フランジ部で構成されている第1及び第2のレンズアレイのうち、少なくとも一方のフランジ部に遮光性を有する樹脂からなる光硬化性接着剤を配置し、前記第1及び第2のレンズアレイを光軸方向に積層する工程と、
    前記第1及び第2のレンズアレイの積層物に対して光を照射して前記光硬化性接着剤を硬化することにより、前記第1及び第2フランジ部を、前記光硬化性接着剤により接着する工程と、を含み、
    前記第1及び第2レンズアレイのうち少なくとも一方は、互いに向き合う面に、それぞれ曲面状の光学面を有する複数のレンズを有しており、
    前記光硬化性接着剤は、光吸収性の遮光材料を含み、少なくとも隣り合う前記曲面状の光学面の間の領域とその対向面との間で、前記第1フランジ部と前記第2フランジ部とを接着することを特徴とするレンズアレイ積層体の製造方法。
  27. 前記光硬化性接着剤は、脂環式エポキシ化合物を含むカチオン重合性樹脂組成物を光硬化させて得られるものであることを特徴とする請求項26に記載のレンズアレイ積層体の製造方法。
  28. 前記光硬化性接着剤を配置する工程において、前記第1及び第2レンズアレイのうちの一方について、少なくとも隣り合う前記曲面状の光学面の間の領域に前記光硬化性接着剤を配置し、前記複数のレンズに対応する複数の開口を有する中間絞り部材の一方の面を前記光硬化性接着剤の配置された前記第1レンズアレイに積層し、さらに、前記中間絞り部材上の他方の面に前記光硬化性接着剤を配置することを特徴とする請求項26及び27のいずれか一項に記載のレンズアレイ積層体の製造方法。
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