WO2015111703A1 - レンズユニット及び撮像装置 - Google Patents

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WO2015111703A1
WO2015111703A1 PCT/JP2015/051850 JP2015051850W WO2015111703A1 WO 2015111703 A1 WO2015111703 A1 WO 2015111703A1 JP 2015051850 W JP2015051850 W JP 2015051850W WO 2015111703 A1 WO2015111703 A1 WO 2015111703A1
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WO
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lens
lens unit
positioning
optical elements
optical
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Application number
PCT/JP2015/051850
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Inventor
佐藤暢高
森基
立林圭介
Original Assignee
コニカミノルタ株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/021—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses for more than one lens
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/02—Simple or compound lenses with non-spherical faces
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/022—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses lens and mount having complementary engagement means, e.g. screw/thread
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14618—Containers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/55—Optical parts specially adapted for electronic image sensors; Mounting thereof

Definitions

  • the present invention relates to a lens unit in which a plurality of optical elements are overlapped, and an imaging device incorporating the lens unit.
  • Patent Document 1 discloses a compound lens that positions a pair of lenses by a fitting structure, and includes a tapered portion provided on an outer peripheral portion of one lens and having an inward slope, and an outer peripheral portion of the other lens. And positioning with a tapered portion having an outward slope.
  • the lens of Patent Document 2 is also provided with a lens inwardly tapered surface and an outwardly tapered surface provided in each lens, and positioning is performed so that the optical axes are matched by surface contact or fitting.
  • Patent Document 3 discloses a compound lens that positions a pair of lenses by a reference plane perpendicular to the optical axis and a fitting structure, and includes a plurality of arc-shaped protrusions provided on the outer periphery of one lens. Positioning in the direction perpendicular to the optical axis is performed by the cylindrical surface and the stepped outer cylindrical surface provided on the outer periphery of the other lens. Also in the lens of Patent Document 4, annular concavo-convex portions are provided on both lenses, and positioning is performed to match the optical axes by fitting the inner peripheral surface and the outer peripheral surface thereof.
  • both ends of the shaft-shaped fitting portion are rotatably fitted in the recesses provided at the centers of the two substrates, and the rotation directions of both the substrates are marked. It is positioned by.
  • the tip of a shaft-shaped fitting portion protruding from the center of one lens array substrate is rotatably fitted in a fitting hole formed in the center of the other lens array substrate, and the rotation direction of both substrates is marked. It is positioned by.
  • the fitting of the tapered surface used in the above Patent Documents 1 and 2 can be precisely aligned if it is an ideal shape, but the so-called minus which makes the outside of the fitting portion narrower.
  • minus which makes the outside of the fitting portion narrower.
  • the cylindrical surface used in Patent Documents 3 and 4 has a minus gap such that the outside of the fitting portion becomes narrow, the fitting becomes impossible or the optical surface is pressed into the optical surface.
  • deformation or the like occurs or a positive gap is formed, the optical axis shift occurs due to play. Furthermore, adjustment of the relative rotational position of the lenses is not considered.
  • a lens unit includes a plurality of optical elements that are overlapped and fixed to each other, and a plurality of optical elements that are spaced apart from each other at an outer peripheral portion that surrounds the main body of each optical element.
  • Each of the positioning units is provided at a position opposite to the plurality of optical elements and abuts with each other to thereby form an optical axis.
  • the main body portion of the optical element means a central lens portion in the case of a single lens, and means the whole of a plurality of individual lenses in the case of a lens array having a plurality of individual lenses.
  • the inherent restriction direction is a direction that restricts relative movement or rotation of the plurality of optical elements in each positioning unit.
  • the pair of contact portions provided in the three positioning portions are relatively moved with respect to the optical axis direction and the inherent restriction direction around the central axis on a plane perpendicular to the optical axis.
  • the at least two positioning portions are formed so that the inherent restriction directions are different from each other, so that not only precise positioning is possible with respect to the optical axis direction and the plane direction perpendicular to the optical axis, With respect to rotation around the central axis, precise positioning that allows some dimensional difference is possible.
  • an imaging apparatus includes the lens unit described above and a sensor that detects an image formed by the lens unit.
  • FIG. 1A is a plan view illustrating the lens knit of the first embodiment
  • FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AA of the lens unit in FIG. 1A
  • FIG. 2A is a rear view of the first single lens
  • FIG. 2B is a plan view of the second single lens
  • 3A is a view of the protruding member of the first positioning portion viewed from the central axis direction
  • FIG. 3B is a cross-sectional view of the protruding member viewed from the direction perpendicular to the central axis. It is sectional drawing explaining the shaping
  • FIG. 5A is a plan view for explaining a lens knit or the like of the second embodiment
  • FIG. 5B is a cross-sectional view of the lens unit of FIG. 6A is a rear view of the first lens array
  • FIG. 6B is a plan view of the second lens array.
  • 1A and 1B has an outer shape of a square or rectangular plate, and includes a lens unit 20, a filter 40, a single sensor 50, and a holder 60.
  • the imaging optical system 200 is configured by the lens unit 20, the filter 40, and the holder 60.
  • the lens unit 20 forms a subject image by a single composite optical system.
  • the lens unit 20 includes a first single lens 21, a second single lens 22, and an intermediate diaphragm 23. These members 21, 22, and 23 are stacked in the optical axis AX direction or the Z-axis direction.
  • the lens unit 20 has a function of forming a subject image on the image plane or the imaging plane (projected plane) I of the single sensor 50.
  • the lens unit 20 itself may be called an imaging optical system.
  • the frame portion (outer peripheral portion) 21b of the first lens portion 21a has flat first and second frame surfaces 21e and 21f extending perpendicularly to the optical axis AX around the first and second optical surfaces 21c and 21d.
  • the frame portion 21 b includes a thin portion 25 that is recessed in a step shape on the outer periphery, and receives the spacer portion 26 of the second single lens 22.
  • the optical axis AX coincides with the central axis of the main body.
  • the second single lens 22 is an optical element disposed on the image side of the first single lens 21.
  • the second single lens (optical element) 22 has a structure similar to that of the first single lens 21. That is, as shown in FIGS. 1B and 2B, the second single lens 22 includes a main body portion, that is, a central second lens portion 22a, and an outer peripheral portion, that is, a surrounding frame portion 22b. It is a resin molded product formed of a thermoplastic material, and has a circular outline when viewed from the optical axis AX direction.
  • the second lens unit 22a includes a third optical surface 22c that is a concave aspheric surface on the object side, and a fourth optical surface 22d that is a convex aspheric surface on the image side.
  • the frame portion (outer peripheral portion) 22b of the second lens portion 22a has flat third and fourth frame surfaces 22e and 22f extending perpendicularly to the optical axis AX around the third and fourth optical surfaces 22c and 22d.
  • the frame portion 22 b includes a spacer portion 26 protruding in a step shape on the outer periphery, and faces the thin portion 25 of the first single lens 21.
  • the first and second single lenses 21 and 22 can be formed of resin, glass, or the like.
  • the single lenses 21 and 22 are formed of a resin, they are integrally formed by, for example, injection molding using a mold or press molding using a mold or a resin mold.
  • the filter 40 is a rectangular or quadrangular plate-like member, and is provided between the second single lens 22 and the single sensor 50.
  • the filter 40 is an infrared cut filter having a function of reflecting infrared rays, for example.
  • the single sensor 50 detects a subject image formed by the lens unit 20, that is, the pair of lens portions 21a and 22a.
  • the single sensor 50 incorporates an imaging unit 52 that extends along the XY plane perpendicular to the optical axis AX.
  • the imaging unit 52 is a sensor chip made of a solid-state imaging device.
  • the photoelectric conversion unit (not shown) constituting the imaging unit 52 is composed of a CCD or a CMOS, photoelectrically converts incident light for each RGB, and outputs an analog signal thereof.
  • the surface of the photoelectric conversion unit is an imaging surface (projection surface) I.
  • the single sensor 50 is covered with a cover glass 53 on the front side and fixed with a wiring board (not shown) on the back side.
  • the wiring board receives a voltage and a signal for driving the imaging unit 52 from the external circuit 55 and outputs a detection signal to the external circuit 55.
  • the external circuit 55 includes an image processing unit that performs image processing.
  • the holder 60 is a frame member for housing and holding the lens unit 20, the filter 40, and the single sensor 50.
  • the holder 60 is formed with a recess 60a having a plurality of step portions T1, T2, T3.
  • the holder 60 has a bowl-like or box-like outer shape as a whole.
  • the lens unit 20, the filter 40, and the single sensor 50 are set in order.
  • Each member 20, 40, 50 is positioned by each step T1, T2, T3 of the recess 60a.
  • a circular opening 60b is formed at a position corresponding to the first optical surface 21c of the lens unit 20.
  • the holder 60 is formed of a light shielding resin, for example, a liquid crystal polymer (LCP) or a polyphthalamide (PPA) containing a colorant such as a black pigment.
  • LCP liquid crystal polymer
  • PPA polyphthalamide
  • the lens unit 20 is attached to the thin portion 25 and the spacer portion 26 as a plurality of positioning portions in the ring-shaped peripheral portion of the first single lens (optical element) 21 and the second single lens (optical element) 22. It has first to third positioning portions 11, 12, and 13. By the first to third positioning portions 11, 12, and 13, the first single lens 21 and the second single lens 22 are positioned with respect to the optical axis AX direction and the XY direction perpendicular to the optical axis AX.
  • the first to third positioning portions 11, 12, and 13 are symmetrically arranged at intervals of 120 ° around the optical axis AX corresponding to the central axis.
  • the first positioning unit 11 is disposed in the 12 o'clock direction with respect to the optical axis AX
  • the second positioning unit 12 is disposed in the 4 o'clock direction with respect to the optical axis AX as a third positioning
  • the unit 13 is arranged in the 8 o'clock direction with respect to the optical axis AX.
  • the first to third positioning portions 11, 12, and 13 are formed integrally with the single lenses 21 and 22, so that the positioning accuracy can be easily improved.
  • the first positioning unit 11 not only restricts the relative movement of the single lenses 21 and 22 with respect to the optical axis AX direction, but also the direction around the central axis of the main body on a plane perpendicular to the optical axis AX, specifically This contributes to positioning by restricting the relative movement or rotation of the single lenses 21 and 22 with respect to the inherent restriction direction P1 parallel to the XY plane and perpendicular to the radial direction D1 outward from the optical axis AX.
  • the second positioning unit 12 not only restricts the relative movement of the single lenses 21 and 22 with respect to the optical axis AX direction, but also inherently restricts the radial direction D2 parallel to the XY plane and outward from the optical axis AX.
  • Limiting the relative movement or rotation of the single lenses 21 and 22 with respect to the direction P2 contributes to positioning.
  • the third positioning unit 13 not only restricts the relative movement of the single lenses 21 and 22 with respect to the optical axis AX direction, but also inherently restricts the radial direction D3 parallel to the XY plane and outward from the optical axis AX. Limiting the relative movement or rotation of the single lenses 21 and 22 with respect to the direction P3 contributes to positioning.
  • the inherent restriction directions P1, P2, and P3 of positioning by the first to third positioning portions 11, 12, and 13 are tangential to the positioning portions 11, 12, and 13 on the circumference with the optical axis AX as the center. It is equivalent. Thereby, the support by the three positioning parts 11, 12, and 13 is balanced, and stable and highly accurate positioning is facilitated.
  • the first positioning portion 11 is formed of a pair of abutting portions that are provided at opposing positions of the first and second single lenses 21 and 22 and abut against each other.
  • the first positioning portion 11 includes a hemispherical convex portion 11a as one abutting portion, and a groove portion 11b having a V-shaped cross section as the other abutting portion.
  • the hemispherical surface 11t of the convex portion 11a contacts the groove slope 11s of the groove portion 11b during positioning.
  • the convex portion 11 a is integrated with the thin portion 25 of the first single lens 21 and protrudes from the surface 21 k of the thin portion 25.
  • the groove portion 11 b is integrated with the spacer portion 26 of the second single lens 22, and is formed to be recessed from the surface 22 k of the spacer portion 26.
  • the groove portion 11b extends in the radial direction D1
  • the hemispherical surface 11t of the convex portion 11a passes through the optical axis AX while being in contact with the groove inclined surface 11s of the groove portion 11b, and the optical axis AX direction. It slides in the radial direction D1, which is a direction perpendicular to the inherent restriction direction P1.
  • the convex portion 11a is restricted from moving in the optical axis AX direction with respect to the groove portion 11b, and the first positioning portion 11 as a whole can be positioned in the optical axis AX direction.
  • the protrusion 11a is allowed to move in the radial direction D1 with respect to the groove 11b, but is restricted from moving in the inherent restriction direction P1 perpendicular to the radial direction D1, and the first positioning part 11 as a whole
  • the positioning in the tangential direction along the circumference of the thin portion 25 is enabled.
  • the second positioning portion 12 has the same structure as that of the first positioning portion 11 and includes a hemispherical convex portion 11a as one abutting portion and a groove portion 12b having a V-shaped cross section as the other abutting portion. .
  • the groove portion 12b of the second positioning portion 12 has the same shape as the groove portion 11b of the first positioning portion 11 and is formed as a recess from the surface 22k of the spacer portion 26. Extend in the radial direction D2 which differs by 120 °. As a result, the second positioning part 12 enables positioning in the optical axis AX direction by the convex part 11a and the groove part 12b.
  • the thin part 25 is formed by restricting the movement of the convex part 11a in the inherent restriction direction P2 perpendicular to the radial direction D2 while being allowed to move in the radial direction D2 with respect to the groove part 12b. Positioning in the tangential direction along the circumference is performed.
  • the 3rd positioning part 13 has the same structure as the 1st positioning part 11, is equipped with the hemispherical convex part 11a as one contact part, and is provided with the groove part 13b of a V-shaped cross section as the other contact part. .
  • the groove portion 13b of the third positioning portion 13 has the same shape as the groove portion 11b of the first positioning portion 11 and is formed as a recess from the surface 22k of the spacer portion 26, but the radial direction in which the groove portions 11b and 12b extend. It extends in a radial direction D3 that is 120 ° different from D1 and D2.
  • the groove portions 11b, 12b, and 13b extend radially from a common center point (the optical axis AX in the illustrated example).
  • one contact portion is a convex portion and the other contact portion is a groove portion, so that it is easy to ensure accuracy with a simple structure. Yes.
  • both the single lenses 21 and 22 are overlapped, and the single lenses 21 and 22 with respect to the optical axis AX direction are obtained by the cooperation of the first to third positioning units 11, 12, and 13.
  • the relative distance between the single lenses 21 and 22 with respect to the optical axis AX direction is prevented.
  • the cooperation of the first to third positioning portions 11, 12, and 13 makes the relative relationship between the single lenses 21 and 22 with respect to the XY direction perpendicular to the optical axis AX direction. Therefore, the optical axis AX of both the single lenses 21 and 22 can be matched.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining an example of a manufacturing method of the first single lens 21.
  • the first single lens 21 including the convex portion 11a of the first positioning portion 11 is integrally formed by injection molding. That is, the first single lens 21 is formed of a pair of mold parts 91 and 92 from a thermoplastic resin.
  • the transfer surface 91a of one mold part 91 is obtained by inverting the first optical surface 21c, the first frame surface 21e, and the like.
  • the transfer surface 92a of the other mold part 92 is obtained by inverting the second optical surface 21d, the second frame surface 21f, the surface 21k, the hemispherical surface 11t, and the like.
  • the 2nd single lens 22 is manufactured similarly to the 1st single lens 21 with a pair of metal mold parts with the groove parts 11b, 12b, and 13b.
  • the pair of contact portions (the convex portions 11a and the groove portions 11b, 12b, and 13b) provided in the three positioning portions 11, 12, and 13 are optical axes.
  • the relative movement of the plurality of single lenses 21 and 22 is restricted with respect to the AX direction and the inherent restriction directions P1, P2, and P3 perpendicular to the optical axis AX, and the three positioning portions 11, 12, and 13 are provided with the inherent restriction directions P1, Since P2 and P3 are formed to be different from each other, not only precise positioning is possible with respect to the optical axis AX direction and the direction perpendicular to the optical axis AX, but also with respect to rotation about the optical axis AX, Precise positioning that allows some dimensional difference is possible.
  • the imaging apparatus 1100 shown in FIGS. 5A and 5B is for capturing a plurality of images using a plurality of imaging systems and reconstructing one image.
  • the imaging device 1100 has a square or rectangular plate-like outer shape, and includes a lens unit 1020, a filter 40, a sensor array 1050, and a holder 60.
  • the compound eye imaging optical system 1200 is configured by the lens unit 1020, the filter 40, and the holder 60.
  • the lens unit 1020 is a laminated lens array unit that forms a plurality of sets of subject images.
  • the lens unit 1020 includes a first lens array 1021, a second lens array 1022, and an intermediate aperture 23. These members 1021, 1022, and 23 are stacked in the optical axis AX direction or the Z-axis direction.
  • the lens unit 1020 has a function of forming a subject image on the image plane or the imaging plane (projected plane) I of the sensor array 1050.
  • the lens unit 1020 itself may be referred to as a compound eye imaging optical system.
  • Each single lens 121a has a first optical surface 21c that is a convex aspheric surface on the object side, and a second optical surface 21d that is a concave aspheric surface on the image side.
  • the frame portion 21b around the single lens 121a has flat first and second frame surfaces 21e and 21f extending perpendicularly to the optical axis AX around the first and second optical surfaces 21c and 21d.
  • the frame portion 21 b includes a spacer portion 27 on the outer peripheral portion in order to ensure a distance in the Z-axis direction with respect to the second lens array 1022.
  • the main body of the first lens array 1021 that is an optical element is the entire plurality of first single-eye lenses 121a, and the center thereof is the central axis CX.
  • the second lens array 1022 is disposed on the image side of the first lens array 1021.
  • the second lens array 1022 includes a plurality of second eye lenses 122a that are two-dimensionally arranged in the XY direction perpendicular to the optical axis AX, like the first lens array 1022.
  • a frame portion 22b that connects the plurality of second eye lenses 122a from the periphery, and is a resin molded product formed of, for example, a thermoplastic material, and has a rectangular outline when viewed from the optical axis AX direction.
  • the single lens 122a is two-dimensionally arranged along the rectangular lattice points.
  • Each single lens 122a has a third optical surface 22c that is a concave aspheric surface on the object side, and a fourth optical surface 22d that is a convex aspheric surface on the image side.
  • the frame portion 22b around the single lens 122a has flat third and fourth frame surfaces 22e and 22f extending perpendicularly to the optical axis AX around the third and fourth optical surfaces 22c and 22d.
  • the frame portion 22 b includes a spacer portion 28 that is joined to the spacer portion 27 of the first lens array 1021 on the outer peripheral portion in order to secure a distance in the Z-axis direction with respect to the first lens array 1021.
  • the two-lens lens 122a functions as one imaging lens that forms an object image (subject image) independently, that is, as an imaging single-eye optical system 20s.
  • the single-eye optical system 20s is arranged in a matrix in the XY direction.
  • the plurality of single-eye optical systems 20s are divided into a plurality of types suitable for, for example, a red (R) subject image, a green (G) subject image, and a blue (R) subject image. They can be of different types, such as having different fields of view, or they can all be of the same type.
  • the first and second lens arrays 1021 and 1022 can be formed of resin, glass, or the like.
  • the first and second lens arrays 1021 and 1022 are formed of resin, they are formed by, for example, injection molding using a mold or press molding using a mold or a resin mold.
  • the intermediate diaphragm 23 is a rectangular plate-shaped diaphragm member, and is provided between the first lens array 1021 and the second lens array 1022.
  • the intermediate diaphragm (diaphragm member) 23 is bonded to the frame portion 21b of the first lens array 1021 with an adhesive.
  • the intermediate diaphragm 23 has a circular opening 23a at a position corresponding to the first single-eye lens 121a constituting the first lens array 1021.
  • the sensor array 1050 detects a subject image formed by the individual lenses 121a and 122a constituting the lens unit 1020.
  • the sensor array 1050 includes an imaging unit 52 including sensor units 51 that are two-dimensionally arranged along the XY plane perpendicular to the optical axis AX.
  • the imaging unit 52 is a sensor chip made of a solid-state imaging device.
  • the surface of the photoelectric conversion unit constituting the sensor unit 51 of the imaging unit 52 is an imaging surface (projected surface) I.
  • the sensor array 1050 is covered with a cover glass 53 on the front side, and fixed on the back side with a wiring board (not shown).
  • the wiring board receives a voltage and a signal for driving the imaging unit 52 from the external circuit 55 and outputs a detection signal to the external circuit 55.
  • the external circuit 55 includes an image processing unit that performs image processing conforming to the super-resolution method or the visual field division method.
  • the super-resolution method refers to a method of obtaining one high-resolution image by image processing from images of the same field of view formed by individual lenses.
  • the field division method refers to a method of obtaining one image by connecting images of different fields of view formed by individual lenses by image processing.
  • a single sensor element that collectively receives and detects a plurality of images from the lens unit 1020 may be used.
  • the lens unit 20 has first to third positioning portions 11, 12, 13 attached to the spacer portions 27, 28 at a rectangular outer peripheral portion or peripheral portion as a plurality of positioning portions.
  • the first to third positioning portions 11, 12, and 13 are symmetrically arranged at intervals of 120 ° around the central axis CX.
  • These first to third positioning portions 11, 12, and 13 have the same structure as that of the first embodiment shown in FIGS. 3A and 3B. That is, the 1st positioning part 11 is provided with the convex part 11a and the groove part 11b, the 2nd positioning part 12 is provided with the convex part 11a and the groove part 12b, and the 3rd positioning part 13 is the convex part 11a and the groove part 13b. Is provided.
  • the first to third positioning portions 11, 12, and 13 can cooperate by simply superimposing both lens arrays 1021 and 1022 as in the lens unit 20 of the first embodiment. Accordingly, the relative distance between the lens arrays 1021 and 1022 with respect to the central axis CX direction is adjusted, and the relative inclination of the lens arrays 1021 and 1022 with respect to the central axis CX direction is prevented. Further, by simply superimposing both lens arrays 1021 and 1022, the two lens arrays 1021, with respect to the XY direction perpendicular to the central axis CX and the optical axis AX direction can be obtained by the cooperation of the first to third positioning portions 11, 12, and 13.
  • the relative positional shift of the lens 1022 is prevented, and the central axes CX of the lens arrays 1021 and 1022 and the optical axes AX of the first and second eye lenses 121a and 122a can be matched.
  • the first and second lens arrays 1021 and 1022 that have completed such positioning are cured by supplying an adhesive to an appropriate position between the surface 21k of the spacer portion 27 and the surface 22k of the spacer portion 28 that are adjacent to each other. Are joined in a positioned state. Even when both lens arrays 1021, 1022 have shapes slightly deviated from precise design values, the groove portions 11b, 12b, 13b of the first to third positioning portions 11, 12, 13 have such dimensions. Since the difference is allowed, the centering to match the central axis CX is relatively accurate, and the optical axes AX of the corresponding individual lenses 121a and 122a (that is, the individual optical system 20s) are relatively accurately matched. Can do.
  • the lens units 20, 1020 and the like according to the present invention are not limited to the above examples.
  • the first to third positioning portions 11, 12, and 13 are not limited to the combination of the convex portion 11a and the groove portions 11b, 12b, and 13b, but have various partial fitting structures or directional combinations that combine concave and convex portions. It can be a composite structure.
  • the shape of the convex portion 11a is not limited to a hemisphere, and can be various shapes including a spheroid, a quadrangular pyramid, a truncated cone, and the like.
  • the shape of the grooves 11b, 12b, and 13b is not limited to a V-shaped cross section, but can be a curved arc of a cross section, a U-shaped cross section, or other curved shapes.
  • a fourth positioning portion can be provided.
  • the fourth positioning unit allows relative movement with respect to the radial direction or the radial direction from the optical axis AX or the central axis CX, and the circumferential direction perpendicular thereto is set as an inherent restriction direction in which relative movement is restricted.
  • the inherent restriction directions P1 to P3 allow relative movement in the radial direction from an axis or base point shifted from the central axis CX, and restrict relative movement in the circumferential direction perpendicular thereto. You can also.
  • the groove portions 11b, 12b, and 13b extend in a radial direction from an arbitrary base point that is separated from the central axis CX. That is, the positioning base point may not be on the central axis CX of the lens unit 1020 or the like. However, it is easier to increase the alignment accuracy if the positioning base point is near or relatively close to the center axis CX.
  • the shape of the optical surfaces 21c, 21d,... Of the lens portions 21a, 22a constituting the single lenses 21, 22 can be appropriately changed according to the use or specification of the lens unit 20 or the imaging device 100.
  • the arrangement of the single lenses 121a and 122a constituting the lens arrays 1021 and 1022, the shapes of the optical surfaces 21c, 21d,..., And the like may be changed as appropriate according to the use or specification of the lens unit 1020 or the imaging device 1100. Can do.
  • the single lenses 121a and 122a are not limited to being arranged at 4 ⁇ 4 lattice points, but can be arranged at lattice points such as 3 ⁇ 3, 2 ⁇ 2, 5 ⁇ 5, and the like.
  • the lens array constituting the lens unit 1020 is not limited to the two layers illustrated above, and may be three layers or four or more layers.
  • the outline shape of the lens units 20 and 1020 is generally rectangular or quadrangular, but can be slightly modified.
  • a single lens or a lens array having an outline of an octagon or the like close to a quadrangle with a corner dropped can be an element constituting the lens unit according to the present invention.

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Abstract

　複数の光学素子に多少の寸法差があっても、簡易な手法で精密なアライメントによって製造可能なレンズユニットを提供する。３つの位置決め部１１，１２，１３にそれぞれ設けた一対の当接部（凸部１１ａ及び溝部１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ）が、光軸ＡＸ方向と、光軸ＡＸに垂直な面上における中心軸まわりの固有制限方向Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３とに関して複数の単レンズ２１，２２の相対的移動を規制し、３つの位置決め部１１，１２，１３が、固有制限方向Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を互いに異ならせるように形成されているので、光軸ＡＸ方向と光軸ＡＸに垂直な面方向とに関して精密な位置決めが可能になるだけでなく、中心軸のまわりの回転に関しても、精密な位置決めが可能になる。

Description

レンズユニット及び撮像装置
　本発明は、複数の光学素子を重ね合わせたレンズユニット、及びレンズユニットを組み込んだ撮像装置に関する。
　複数の光学素子を積層したレンズユニットの組み立て方法として、隣接する一対のレンズに対して光軸等を基準として精度良く形成された一対の対応する嵌合形状を設け、これらの嵌合形状を組み合わせることで光軸に垂直な方向等に関して両レンズを精密に位置合わせするものが多数提案されている（特許文献１～５参照）。
　例えば、特許文献１では、一対のレンズを嵌合構造によって位置決めする複合レンズを開示しており、一方のレンズの外周部に設けられて内向き斜面を有するテーパー部と、他方のレンズの外周部に設けられて外向きの斜面を有するテーパー部とを嵌合させて位置決めを行っている。特許文献２のレンズでも、各レンズに設けたレンズ内向きのテーパー面と外向きのテーパー面とを設け、これらの面接触又は嵌合によって光軸を合致させる位置決めを行っている。
　また、特許文献３では、一対のレンズを光軸に垂直な基準面と嵌合構造とによって位置決めする複合レンズを開示しており、一方のレンズの外周に設けられた複数の円弧状突起の内円筒面と、他方のレンズの外周に設けられた段差の外円筒面とによって、光軸に垂直な方向の位置決めを行っている。特許文献４のレンズでも、両レンズに環状の凹凸を設け、これらの内周面と外周面とを嵌合させることによって光軸を一致させる位置決めを行っている。
　特許文献５では、２つのレンズアレイ基板の中心を位置決めするため、軸状の嵌合部の両端を両基板の中心に設けられた凹部に回転可能に嵌合させ、両基板の回転方向をマークによって位置決めしている。或いは、一方のレンズアレイ基板の中心から突起する軸状の嵌合部の先端を他方のレンズアレイ基板の中心に形成された嵌合孔に回転可能に嵌合させ、両基板の回転方向をマークによって位置決めしている。
　しかしながら、レンズユニットを構成する各レンズは、形状や寸法に多少のバラつきを有する場合がある。特にレンズが樹脂製である場合、金型加工の精度や製造条件の変動等の影響で、嵌合構造の寸法等にバラつきが生じやすい。
　上記特許文献１、２で用いられているテーパー面の嵌合は、理想的な形状であれば、精密な位置合わせが可能になるが、嵌合部の外側が狭くなるような、いわゆるマイナスの隙間になった場合、光軸方向に浮きが発生し、プラスの隙間になった場合、遊びによって光軸ズレが発生してしまう。さらに、レンズ同士の相対的な回転位置の調整については考慮されていない。
　上記特許文献３、４で用いられている円筒面の嵌合は、嵌合部の外側が狭くなるような、マイナスの隙間になった場合、嵌合が不可能になったり圧入によって光学面に変形等が発生したりし、プラスの隙間になった場合、遊びによって光軸ズレが発生してしまう。さらに、レンズ同士の相対的な回転位置の調整については考慮されていない。
　上記特許文献５の手法は、レンズアレイのようにレンズの外形サイズが大きくなっても嵌合部が中心にあり、光軸ズレは生じにくく、嵌合不良の問題は生じにくいが、回転方向の位置決めが別途必要であり、顕微鏡等を利用した煩雑な調整工程が不可欠となる。
特開２００２－１９６２１１号公報 特開２００７－１６３６５６号公報 特開２０１０－１９７８１６号公報 特開２００５－２５８３２９号公報 特開２０１２－７８６７５号公報
　本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、複数の光学素子に多少の寸法差があっても、簡易な手法で精密なアライメントによって製造可能なレンズユニット及びこれを組み込んだ撮像装置を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明に係るレンズユニットは、重ね合わされて相互に固定される複数の光学素子と、複数の光学素子のうち各光学素子の本体部を囲む外周部において互いに離間した３箇所に設けられて、協働して位置決めを行う３つの位置決め部と、を備えるレンズユニットであって、各位置決め部は、複数の光学素子の対向箇所に設けられて互いに当接することによって光軸方向と、光軸に垂直な面上における本体部の中心軸まわりの固有制限方向とに関して複数の光学素子の相対的移動を規制する一対の当接部を含み、３つの位置決め部のうち少なくとも２つの位置決め部は、固有制限方向を互いに異ならせるように形成されている。ここで、光学素子の本体部とは、単レンズの場合、中央のレンズ部を意味し、複数の個眼レンズを有するレンズアレイの場合、複数の個眼レンズ全体を意味する。また、固有制限方向とは、各位置決め部において、複数の光学素子の相対的な移動又は回転等を制限する方向である。
　上記レンズユニットでは、３つの位置決め部にそれぞれ設けた一対の当接部が、光軸方向と、光軸に垂直な面上における中心軸まわりの固有制限方向とに関して複数の光学素子の相対的移動を規制し、少なくとも２つの位置決め部が、固有制限方向を互いに異ならせるように形成されているので、光軸方向と光軸に垂直な面方向とに関して精密な位置決めが可能になるだけでなく、中心軸のまわりの回転に関しても、多少の寸法差を許容する精密な位置決めが可能になる。
　また、本発明に係る撮像装置は、上述したレンズユニットと、レンズユニットによって形成された像を検出するセンサーとを備える。
図１Ａは、第１実施形態のレンズニット等を説明する平面図であり、図１Ｂは、図１ＡのレンズユニットのＡＡ矢視断面図である。 図２Ａは、第１単レンズの裏面図であり、図２Ｂは、第２単レンズの平面図である。 図３Ａは、第１位置決め部のうち突起部材を中心軸方向から見た図であり、図３Ｂは、突起部材を中心軸に垂直な方向から見た断面図である。 単レンズの成形方法を説明する断面図である。 図５Ａは、第２実施形態のレンズニット等を説明する平面図であり、図５Ｂは、図５ＡのレンズユニットのＢＢ矢視断面図である。 図６Ａは、第１レンズアレイの裏面図であり、図６Ｂは、第２レンズアレイの平面図である。
〔第１実施形態〕
　以下、本発明の第１実施形態に係るレンズユニット及びこれを組み込んだ撮像装置について、図面を参照しつつ説明する。
　図１Ａ及び１Ｂに示す撮像装置１００は、四角又は矩形板状の外形を有し、レンズユニット２０と、フィルター４０と、単センサー５０と、ホルダー６０とを有する。これらのうち、レンズユニット２０、フィルター４０、及びホルダー６０によって、撮像光学系２００が構成される。
　レンズユニット２０は、単独の複合光学系によって被写体像を形成するものである。レンズユニット２０は、第１単レンズ２１と、第２単レンズ２２と、中間絞り２３とを有する。これらの部材２１，２２，２３は、光軸ＡＸ方向又はＺ軸方向に積層されている。レンズユニット２０は、被写体像を単センサー５０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、レンズユニット２０自体を撮像光学系と呼ぶ場合もある。
　レンズユニット２０のうち第１単レンズ２１は、撮像装置１００の最も物体側に配置される光学素子である。第１単レンズ（光学素子）２１は、図１Ｂ及び図２Ａにも示すように、本体部すなわち中央の第１レンズ部２１ａと、外周部すなわち周囲の枠部２１ｂとを備え、これらを一体化した例えば熱可塑性の材料で形成された樹脂成形品（プラスチック成形品）であり、光軸ＡＸ方向から見て円形の輪郭を有する。第１レンズ部２１ａは、物体側に凸形状の非球面である第１光学面２１ｃと、像側に凹形状の非球面である第２光学面２１ｄとを有する。第１レンズ部２１ａの枠部（外周部）２１ｂは、第１及び第２光学面２１ｃ，２１ｄの周囲に光軸ＡＸに垂直に延びる平坦な第１及び第２枠面２１ｅ，２１ｆを有する。枠部２１ｂは、外周に段差状に窪んだ肉薄部２５を備え、第２単レンズ２２のスペーサー部２６を受け入れる。なお、本実施形態において、光軸ＡＸは、本体部の中心軸と一致している。
　第２単レンズ２２は、第１単レンズ２１の像側に配置される光学素子である。第２単レンズ（光学素子）２２は、第１単レンズ２１と類似する構造を有する。すなわち、第２単レンズ２２は、図１Ｂ及び図２Ｂにも示すように、本体部すなわち中央の第２レンズ部２２ａと、外周部すなわち周囲の枠部２２ｂとを備え、これらを一体化した例えば熱可塑性の材料で形成された樹脂成形品であり、光軸ＡＸ方向から見て円形の輪郭を有する。第２レンズ部２２ａは、物体側に凹形状の非球面である第３光学面２２ｃと、像側に凸形状の非球面である第４光学面２２ｄとを有する。第２レンズ部２２ａの枠部（外周部）２２ｂは、第３及び第４光学面２２ｃ，２２ｄの周囲に光軸ＡＸに垂直に延びる平坦な第３及び第４枠面２２ｅ，２２ｆを有する。枠部２２ｂは、外周に段差状に突起したスペーサー部２６を備え、第１単レンズ２１の肉薄部２５と対向する。
　第１及び第２単レンズ２１，２２は、樹脂、ガラス等で形成することができる。各単レンズ２１，２２は、樹脂で形成される場合、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一体成形される。
　中間絞り２３は、矩形又は四角形の絞り部材であり、第１単レンズ２１と、第２単レンズ２２との間に設けられている。中間絞り（絞り部材）２３は、接着剤によって第２単レンズ２２の枠部２２ｂに接着されている。中間絞り２３は、第２単レンズ２２の第２レンズ部２２ａに対応する位置に円形の開口部２３ａを有する。中間絞り２３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。
　フィルター４０は、矩形又は四角形の板状部材であり、第２単レンズ２２と単センサー５０との間に設けられている。フィルター４０は、例えば赤外線を反射させる機能を有する赤外線カットフィルターである。
　単センサー５０は、レンズユニット２０すなわち一組のレンズ部２１ａ，２２ａによって形成された被写体像を検出するものである。単センサー５０は、光軸ＡＸに垂直なＸＹ面に沿って延びる撮像部５２を内蔵している。撮像部５２は、固体撮像素子からなるセンサーチップである。撮像部５２を構成する光電変換部（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。光電変換部の表面は、撮像面（被投影面）Ｉとなっている。単センサー５０は、表側がカバーガラス５３で覆われ裏側で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５５から撮像部５２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５５へ出力したりする。外部回路５５は、画像処理を行う画像処理部等を備える。
　ホルダー６０は、レンズユニット２０、フィルター４０、及び単センサー５０を収納し保持するための枠部材である。ホルダー６０には、複数の段部Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３を有する凹部６０ａが形成されており、ホルダー６０は、全体として升状又は箱状の外形を有する。凹部６０ａ内には、レンズユニット２０、フィルター４０、及び単センサー５０が順番にセットされる。各部材２０，４０，５０は、凹部６０ａの各段部Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３によって位置決めされる。ホルダー６０には、レンズユニット２０の第１光学面２１ｃに対応する位置に円形の開口部６０ｂが形成されている。ホルダー６０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。
　レンズユニット２０は、第１単レンズ（光学素子）２１及び第２単レンズ（光学素子）２２の輪帯状の周辺部において、複数の位置決め部として、肉薄部２５及びスペーサー部２６に付随して第１～第３位置決め部１１，１２，１３を有する。これら第１～第３位置決め部１１，１２，１３によって、第１単レンズ２１と第２単レンズ２２とが光軸ＡＸ方向及び光軸ＡＸに垂直なＸＹ方向に関して位置決めされる。第１～第３位置決め部１１，１２，１３は、中心軸に相当する光軸ＡＸのまわりに１２０°間隔で対称的に配置されている。具体的には、第１位置決め部１１は、光軸ＡＸを基準として１２時の方向に配置され、第２位置決め部１２は、光軸ＡＸを基準として４時の方向に配置され、第３位置決め部１３は、光軸ＡＸを基準として８時の方向に配置されている。第１～第３位置決め部１１，１２，１３は、各単レンズ２１，２２と一体的に形成されており、位置決め精度を高めやすくなっている。
　第１位置決め部１１は、光軸ＡＸ方向に関して両単レンズ２１，２２の相対的な移動を制限するだけでなく、光軸ＡＸに垂直な面上における本体部の中心軸まわりの方向、具体的にはＸＹ面に平行で光軸ＡＸから外に向かう半径方向Ｄ１に垂直な固有制限方向Ｐ１に関して両単レンズ２１，２２の相対的な移動又は回転を制限することで、位置決めに寄与する。第２位置決め部１２は、光軸ＡＸ方向に関して両単レンズ２１，２２の相対的な移動を制限するだけでなく、ＸＹ面に平行で光軸ＡＸから外に向かう半径方向Ｄ２に垂直な固有制限方向Ｐ２に関して両単レンズ２１，２２の相対的な移動又は回転を制限することで、位置決めに寄与する。第３位置決め部１３は、光軸ＡＸ方向に関して両単レンズ２１，２２の相対的な移動を制限するだけでなく、ＸＹ面に平行で光軸ＡＸから外に向かう半径方向Ｄ３に垂直な固有制限方向Ｐ３に関して両単レンズ２１，２２の相対的な移動又は回転を制限することで、位置決めに寄与する。以上において、第１～第３位置決め部１１，１２，１３による位置決めの固有制限方向Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は、光軸ＡＸを中心とする円周上の位置決め部１１，１２，１３における接線方向に相当するものとなっている。これにより、３つの位置決め部１１，１２，１３による支持がバランスし、安定した高精度の位置決めが容易となる。
　図３Ａ及び３Ｂに示すように、第１位置決め部１１は、第１及び第２単レンズ２１，２２の対向箇所に設けられて互いに当接する一対の当接部からなる。具体的には、第１位置決め部１１は、一方の当接部として半球状の凸部１１ａを備え、他方の当接部として断面Ｖ字状の溝部１１ｂを備える。凸部１１ａの半球状面１１ｔは、位置決めに際して、溝部１１ｂの溝斜面１１ｓに当接する。凸部１１ａは、第１単レンズ２１の肉薄部２５と一体化されており、肉薄部２５の表面２１ｋから突起している。溝部１１ｂは、第２単レンズ２２のスペーサー部２６と一体化されており、スペーサー部２６の表面２２ｋから窪んで形成されている。ここで、溝部１１ｂは、半径方向Ｄ１に延びているので、凸部１１ａの半球状面１１ｔは、溝部１１ｂの溝斜面１１ｓに当接した状態で、光軸ＡＸを通り、光軸ＡＸ方向と固有制限方向Ｐ１とに垂直な方向である半径方向Ｄ１に滑動する。つまり、第１位置決め部１１において、凸部１１ａは、溝部１１ｂに対して光軸ＡＸ方向に関する移動の規制を受けることなり、第１位置決め部１１全体としては、光軸ＡＸ方向に関する位置決めを可能にする。また、凸部１１ａは、溝部１１ｂに対して半径方向Ｄ１の移動が許容されつつも半径方向Ｄ１に垂直な固有制限方向Ｐ１に関する移動の規制を受けることになり、第１位置決め部１１全体としては、肉薄部２５の円周に沿った接線方向に関する位置決めを可能にする。
　第２位置決め部１２は、第１位置決め部１１と同様の構造を有し、一方の当接部として半球状の凸部１１ａを備え、他方の当接部として断面Ｖ字状の溝部１２ｂを備える。第２位置決め部１２の溝部１２ｂは、第１位置決め部１１の溝部１１ｂと同一の形状を有し、スペーサー部２６の表面２２ｋからの窪みとして形成されているが、溝部１１ｂの延びる半径方向Ｄ１とは１２０°異なる半径方向Ｄ２に延びている。この結果、第２位置決め部１２は、凸部１１ａ及び溝部１２ｂによって光軸ＡＸ方向に関する位置決めを可能にする。また、第２位置決め部１２では、凸部１１ａが溝部１２ｂに対して半径方向Ｄ２の移動を許容されつつも半径方向Ｄ２に垂直な固有制限方向Ｐ２の移動を規制されることによって、肉薄部２５の円周に沿った接線方向に関する位置決めが行われる。
　第３位置決め部１３は、第１位置決め部１１と同様の構造を有し、一方の当接部として半球状の凸部１１ａを備え、他方の当接部として断面Ｖ字状の溝部１３ｂを備える。第３位置決め部１３の溝部１３ｂは、第１位置決め部１１の溝部１１ｂと同一の形状を有し、スペーサー部２６の表面２２ｋからの窪みとして形成されているが、溝部１１ｂ，１２ｂの延びる半径方向Ｄ１，Ｄ２とは１２０°異なる半径方向Ｄ３に延びている。この結果、第３位置決め部１３は、凸部１１ａ及び溝部１３ｂによって光軸ＡＸ方向に関する位置決めを可能にする。また、第３位置決め部１３では、凸部１１ａが溝部１３ｂに対して半径方向Ｄ３の移動を許容されつつも半径方向Ｄ３に垂直な固有制限方向Ｐ３の移動を規制されることによって、肉薄部２５の円周に沿った接線方向に関する位置決めが行われる。
　第１～第３位置決め部１１，１２，１３において、溝部１１ｂ，１２ｂ，１３ｂは、共通の中心点（図示の例では光軸ＡＸ）から放射状に延びていることなる。以上説明した第１～第３位置決め部１１，１２，１３は、一方の当接部を凸部とし、他方の当接部を溝部とすることで、簡単な構造で精度を確保しやすくなっている。
　両単レンズ２１，２２の組み合わせに際しては、両単レンズ２１，２２を重ね合わせるだけで、第１～第３位置決め部１１，１２，１３の協働によって、光軸ＡＸ方向に関する両単レンズ２１，２２の相対的な間隔が調整され、光軸ＡＸ方向に対しての単レンズ２１，２２の相対的な傾斜が防止される。さらに、両単レンズ２１，２２を重ね合わせるだけで、第１～第３位置決め部１１，１２，１３の協働によって、光軸ＡＸ方向に垂直なＸＹ方向に関して両単レンズ２１，２２の相対的な位置ずれが防止され、両単レンズ２１，２２の光軸ＡＸを一致させることができる。このような位置決めを完了した第１及び第２単レンズ２１，２２は、近接する肉薄部２５の表面２１ｋとスペーサー部２６の表面２２ｋとの間の適当な箇所に接着剤を供給して硬化させることで、位置決めされた状態で接合される。なお、両単レンズ２１，２２が精密な設計値から多少ずれた形状を有する場合であっても、第１～第３位置決め部１１，１２，１３の溝部１１ｂ，１２ｂ，１３ｂによって光軸ＡＸを通り、光軸ＡＸに垂直な方向に関して両単レンズ２１，２２の相対的移動を許容しこのような寸法差を許容するので、光軸ＡＸを一致させる芯出しは比較的正確なものとなる。
　図４は、第１単レンズ２１の製造方法の一例を説明する図である。第１単レンズ２１は、第１位置決め部１１の凸部１１ａを含めて射出成形によって一体的に形成される。つまり、第１単レンズ２１は、熱可塑性樹脂から一対の金型部品９１，９２によって形成される。一方の金型部品９１の転写面９１ａは、第１光学面２１ｃ、第１枠面２１ｅ等を反転したものとなっている。他方の金型部品９２の転写面９２ａは、第２光学面２１ｄ、第２枠面２１ｆ、表面２１ｋ、半球状面１１ｔ等を反転したものとなっている。凸部１１ａが枠部２１ｂと共通の金型部品９２で形成されることにより、第１単レンズ２１が樹脂成形品であっても、金型の加工や組み付け精度に依存しにくいレンズユニット２０を得ることができる。
　なお、図示を省略するが、第２単レンズ２２も溝部１１ｂ，１２ｂ，１３ｂとともに一対の金型部品によって第１単レンズ２１と同様に製造される。
　以上説明した第１実施形態のレンズユニット２０等によれば、３つの位置決め部１１，１２，１３にそれぞれ設けた一対の当接部（凸部１１ａ及び溝部１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ）が、光軸ＡＸ方向と光軸ＡＸに垂直な固有制限方向Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３とに関して複数の単レンズ２１，２２の相対的移動を規制し、３つの位置決め部１１，１２，１３が、固有制限方向Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を互いに異ならせるように形成されているので、光軸ＡＸ方向と光軸ＡＸに垂直な方向とに関して精密な位置決めが可能になるだけでなく、光軸ＡＸのまわりの回転に関しても、多少の寸法差を許容する精密な位置決めが可能になる。
〔第２実施形態〕
　以下、第２実施形態に係るレンズユニット及びこれを組み込んだ撮像装置について、図面を参照しつつ説明する。
　図５Ａ及び５Ｂに示す撮像装置１１００は、複数の撮像系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。撮像装置１１００は、四角又は矩形板状の外形を有し、レンズユニット１０２０と、フィルター４０と、センサーアレイ１０５０と、ホルダー６０とを有する。これらのうち、レンズユニット１０２０、フィルター４０、及びホルダー６０によって、複眼撮像光学系１２００が構成される。
　レンズユニット１０２０は、複数組の被写体像を形成する積層型レンズアレイユニットである。レンズユニット１０２０は、第１レンズアレイ１０２１と、第２レンズアレイ１０２２と、中間絞り２３とを有する。これらの部材１０２１，１０２２，２３は、光軸ＡＸ方向又はＺ軸方向に積層されている。レンズユニット１０２０は、被写体像をセンサーアレイ１０５０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、レンズユニット１０２０自体を複眼撮像光学系と呼ぶ場合もある。
　レンズユニット１０２０のうち第１レンズアレイ１０２１は、撮像装置１１００の最も物体側に配置される。第１レンズアレイ１０２１は、図６Ａにも示すように、光軸ＡＸに垂直なＸＹ方向に２次元的に配列された複数の第１個眼レンズ１２１ａと、これら複数の第１個眼レンズ１２１ａを周囲から連結する枠部２１ｂとを備え、例えば熱可塑性の材料で形成された樹脂成形品であり、光軸ＡＸ方向から見て四角形の輪郭を有する。個眼レンズ１２１ａは、ＸＹ方向に繰り返される矩形格子点に沿って２次元的に配列されている。各個眼レンズ１２１ａは、物体側に凸形状の非球面である第１光学面２１ｃと、像側に凹形状の非球面である第２光学面２１ｄとを有する。個眼レンズ１２１ａの周囲の枠部２１ｂは、第１及び第２光学面２１ｃ，２１ｄの周囲に光軸ＡＸに垂直に延びる平坦な第１及び第２枠面２１ｅ，２１ｆを有する。枠部２１ｂは、第２レンズアレイ１０２２に対してＺ軸方向の間隔を確保するため、外周部にスペーサー部２７を備える。なお、本実施形態において、光学素子である第１レンズアレイ１０２１の本体部は、複数の第１個眼レンズ１２１ａ全体であり、その中心が中心軸ＣＸとなる。
　第２レンズアレイ１０２２は、第１レンズアレイ１０２１の像側に配置される。第２レンズアレイ１０２２は、図６Ｂにも示すように、第１レンズアレイ１０２２と同様に、光軸ＡＸに垂直なＸＹ方向に２次元的に配列された複数の第２個眼レンズ１２２ａと、これら複数の第２個眼レンズ１２２ａを周囲から連結する枠部２２ｂとを備え、例えば熱可塑性の材料で形成された樹脂成形品であり、光軸ＡＸ方向から見て四角形の輪郭を有する。個眼レンズ１２２ａは、矩形格子点に沿って２次元的に配列されている。各個眼レンズ１２２ａは、物体側に凹形状の非球面である第３光学面２２ｃと、像側に凸形状の非球面である第４光学面２２ｄとを有する。個眼レンズ１２２ａの周囲の枠部２２ｂは、第３及び第４光学面２２ｃ，２２ｄの周囲に光軸ＡＸに垂直に延びる平坦な第３及び第４枠面２２ｅ，２２ｆを有する。枠部２２ｂは、第１レンズアレイ１０２１に対してＺ軸方向の間隔を確保するため、外周部に第１レンズアレイ１０２１のスペーサー部２７と接合されるスペーサー部２８を備える。
　第１レンズアレイ１０２１を構成するいずれか１つの第１個眼レンズ１２１ａと、この第１個眼レンズ１２１ａに対向して第２レンズアレイ１０２１側において同一の光軸ＡＸ上に配置されている第２個眼レンズ１２２ａとは、単独で物体像（被写体像）を形成する１つの撮像レンズ、つまり撮像用の個眼光学系２０ｓとして機能する。この個眼光学系２０ｓは、ＸＹ方向にマトリックス状に配列されている。なお、複数の個眼光学系２０ｓは、例えば赤色（Ｒ）の被写体像と、緑色（Ｇ）の被写体像と、青色（Ｒ）の被写体像とに適合する複数タイプに分かれているが、例えば互いに視野が異なる等異なるタイプとでき、或いは全てを同一タイプとすることもできる。
　第１及び第２レンズアレイ１０２１，１０２２は、樹脂、ガラス等で形成することができる。第１及び第２レンズアレイ１０２１，１０２２は、樹脂で形成される場合、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。
　中間絞り２３は、矩形板状の絞り部材であり、第１レンズアレイ１０２１と、第２レンズアレイ１０２２との間に設けられている。中間絞り（絞り部材）２３は、接着剤によって第１レンズアレイ１０２１の枠部２１ｂに接着されている。中間絞り２３は、第１レンズアレイ１０２１を構成する第１個眼レンズ１２１ａに対応する位置に円形の開口部２３ａを有する。
　フィルター４０は、矩形又は四角形の板状部材であり、第２レンズアレイ１０２２とセンサーアレイ１０５０との間に設けられている。フィルター４０は、例えば赤外線を反射させる機能を有する赤外線カットフィルターである。
　センサーアレイ１０５０は、レンズユニット１０２０を構成する各個眼レンズ１２１ａ，１２２ａによって形成された被写体像を検出するものである。センサーアレイ１０５０は、光軸ＡＸに垂直なＸＹ面に沿って２次元的に配列されたセンサー部５１からなる撮像部５２を内蔵している。撮像部５２は、固体撮像素子からなるセンサーチップである。撮像部５２のセンサー部５１を構成する光電変換部の表面は、撮像面（被投影面）Ｉとなっている。センサーアレイ１０５０は、表側がカバーガラス５３で覆われ裏側で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５５から撮像部５２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５５へ出力したりする。外部回路５５は、超解像方式又は視野分割方式に適合する画像処理を行う画像処理部等を備える。ここで、超解像方式とは、個々のレンズによって結像された同じ視野の画像から画像処理によって１つの高解像度の画像を得る方式を指す。また、視野分割方式とは、個々のレンズによって結像された異なる視野の画像を、画像処理よって各視野の画像をつなぎ合わせることで１つの画像を得る方式を指す。
　なお、個眼光学系２０ｓごとにセンサー部５１を設けるセンサーアレイ１０５０に代えて、レンズユニット１０２０からの複数の画像を一括して受光し検出する単一のセンサー素子を用いることもできる。
　ホルダー６０は、レンズユニット１０２０、フィルター４０、及びセンサーアレイ１０５０を収納し保持するための枠部材である。ホルダー６０には、複数の段部Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３を有する凹部６０ａが形成されており、ホルダー６０は、全体として升状又は箱状の外形を有する。凹部６０ａ内には、レンズユニット１０２０、フィルター４０、及びセンサーアレイ１０５０が順番にセットされる。各部材１０２０，４０，１０５０は、凹部６０ａの各段部Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３によって位置決めされる。ホルダー６０には、レンズユニット１０２０の複数の第１光学面２１ｃに対応する格子点位置に円形の開口部６０ｂが形成されている。
　レンズユニット２０は、複数の位置決め部として、矩形の外周部又は周辺部においてスペーサー部２７，２８に付随して第１～第３位置決め部１１，１２，１３を有する。第１～第３位置決め部１１，１２，１３は、中心軸ＣＸのまわりに１２０°間隔で対称的に配置されている。これら第１～第３位置決め部１１，１２，１３は、図３Ａ及び３Ｂに示す第１実施形態の場合と同様の構造を有している。つまり、第１位置決め部１１は、凸部１１ａと溝部１１ｂとを備え、第２位置決め部１２は、凸部１１ａと溝部１２ｂとを備え、第３位置決め部１３は、凸部１１ａと溝部１３ｂとを備える。
　第２実施形態のレンズユニット１０２０の場合も、第１実施形態のレンズユニット２０と同様に両レンズアレイ１０２１，１０２２を重ね合わせるだけで、第１～第３位置決め部１１，１２，１３の協働によって、中心軸ＣＸ方向に関する両レンズアレイ１０２１，１０２２の相対的な間隔が調整され、中心軸ＣＸ方向に対してのレンズアレイ１０２１，１０２２の相対的な傾斜が防止される。さらに、両レンズアレイ１０２１，１０２２を重ね合わせるだけで、第１～第３位置決め部１１，１２，１３の協働によって、中心軸ＣＸや光軸ＡＸ方向に垂直なＸＹ方向に関して両レンズアレイ１０２１，１０２２の相対的な位置ずれが防止され、両レンズアレイ１０２１，１０２２の中心軸ＣＸ延いては第１及び第２個眼レンズ１２１ａ，１２２ａの光軸ＡＸを一致させることができる。このような位置決めを完了した第１及び第２レンズアレイ１０２１，１０２２は、近接するスペーサー部２７の表面２１ｋとスペーサー部２８の表面２２ｋとの間の適所に接着剤を供給して硬化させることで、位置決めされた状態で接合される。なお、両レンズアレイ１０２１，１０２２が精密な設計値から多少ずれた形状を有する場合であっても、第１～第３位置決め部１１，１２，１３の溝部１１ｂ，１２ｂ，１３ｂがこのような寸法差を許容するので、中心軸ＣＸを一致させる芯出しが比較的正確なものとなり、対応する個眼レンズ１２１ａ，１２２ａ（つまり個眼光学系２０ｓ）の光軸ＡＸを比較的精密に一致させることができる。
　以上、実施形態に即して説明したが、本発明に係るレンズユニット２０，１０２０等は、上記例示のものには限られない。例えば、第１～第３位置決め部１１，１２，１３は、凸部１１ａ及び溝部１１ｂ，１２ｂ，１３ｂの組み合わせに限らず、凹凸を組み合わせた種々の部分的な嵌合構造又は方向性を有する嵌合構造とできる。凸部１１ａの形状は、半球に限らず、回転楕円体、四角錐、截頭錐体等を含む様々な形状とできる。溝部１１ｂ，１２ｂ，１３ｂの形状も、断面Ｖ字に限らず、断面円弧、断面Ｕ字その他の湾曲形状とできる。
　上記第１～第３位置決め部１１，１２，１３に追加して、第４の位置決め部を設けることもできる。この場合、第４の位置決め部は、光軸ＡＸ又は中心軸ＣＸから放射方向又は半径方向に関して相対的移動を許容し、これに垂直な周方向を相対的移動が制限される固有制限方向とするものとする。
　また、固有制限方向Ｐ１～Ｐ３は、中心軸ＣＸからずれた軸又は基点から放射方向に相対的移動を許容し、これに垂直な周方向の相対的移動が制限されるようなものとすることもできる。この場合、例えば溝部１１ｂ，１２ｂ，１３ｂを用いる例では、溝部１１ｂ，１２ｂ，１３ｂが中心軸ＣＸから離れた任意の基点から放射方向に延びるものとなる。つまり、位置決めの基点がレンズユニット１０２０等の中心軸ＣＸ上になくてもよい。ただし、位置決めの基点が中心軸ＣＸの近傍又は比較的近い位置にある方がアライメント精度を高めやすい。
　また、単レンズ２１，２２を構成するレンズ部２１ａ，２２ａの光学面２１ｃ，２１ｄ，…の形状等は、レンズユニット２０又は撮像装置１００の用途又は仕様に応じて適宜変更することができる。
　さらに、レンズアレイ１０２１，１０２２を構成する個眼レンズ１２１ａ，１２２ａの配列やその光学面２１ｃ，２１ｄ，…の形状等は、レンズユニット１０２０又は撮像装置１１００の用途又は仕様に応じて適宜変更することができる。例えば個眼レンズ１２１ａ，１２２ａは、４×４の格子点に配列するものに限らず、例えば３×３、２×２、５×５等の格子点に配列することができる。なお、レンズユニット１０２０を構成するレンズアレイは、上記例示の２層に限らず、３層又は４層以上とすることができる。
　レンズユニット２０，１０２０の輪郭形状は、一般的に矩形又四角形となるが、多少の変形が可能である。例えば角を落とした４角形に近い８角形等の輪郭を有する単レンズやレンズアレイも、本発明に係るレンズユニットを構成する要素とできる。

Claims (10)

  1. 　重ね合わされて相互に固定される複数の光学素子と、
    　前記複数の光学素子のうち各光学素子の本体部を囲む外周部において互いに離間した３箇所に設けられて、協働して位置決めを行う３つの位置決め部と、を備えるレンズユニットであって、
    　各位置決め部は、前記複数の光学素子の対向箇所に設けられて互いに当接することによって光軸方向と、前記光軸に垂直な面上における前記本体部の中心軸まわりの固有制限方向とに関して前記複数の光学素子の相対的移動を規制する一対の当接部を含み、
    　前記３つの位置決め部のうち少なくとも２つの位置決め部は、前記固有制限方向を互いに異ならせるように形成されているレンズユニット。
  2. 　前記一対の当接部は、前記中心軸を通り、前記中心軸に垂直な方向に関して前記複数の光学素子の相対的移動を許容する、請求項１に記載のレンズユニット。
  3. 　前記一対の当接部のうち、一方の当接部は、球状面を有する凸部であり、他方の当接部は、断面Ｖ字状の溝部である、請求項１及び２のいずれか一項に記載のレンズユニット。
  4. 　前記３つの位置決め部は、前記中心軸のまわりに対称的に配置され、前記中心軸を中心とする円周上の各位置決め部における接線方向を固有制限方向とする、請求項１～３のいずれか一項に記載のレンズユニット。
  5. 　前記一対の当接部は、前記複数の光学素子と一体的に形成されている、請求項１～４のいずれか一項に記載のレンズユニット。
  6. 　前記複数の光学素子は、樹脂成形品であり、前記一対の当接部は、前記各光学素子のうち少なくとも前記外周部と共通の金型部品で形成されている、請求項１～５のいずれか一項に記載のレンズユニット。
  7. 　前記複数の光学素子は、熱可塑性の材料で形成されている、請求項６に記載のレンズユニット。
  8. 　前記複数の光学素子を構成する各光学素子は、複数の個眼レンズを有するレンズアレイであり、前記３つの位置決め部は、複数のレンズアレイの外周部の３箇所に設けられる、請求項１～７のいずれか一項に記載のレンズユニット。
  9. 　前記複数の光学素子を構成する各光学素子は、単レンズである、請求項１～７のいずれか一項に記載のレンズユニット。
  10. 　請求項１～９までのいずれか一項に記載のレンズユニットと、
    　前記レンズユニットによって形成された像を検出するセンサーと
    を備える撮像装置。
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