JP6459983B2 - Lens unit and imaging device - Google Patents
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Description
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。 The present invention relates to a lens unit in which a plurality of optical elements are overlapped, and an imaging apparatus incorporating the lens unit.
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)。 As a method of assembling a lens unit in which a plurality of optical elements are stacked, a pair of corresponding fitting shapes that are accurately formed with reference to the optical axis or the like are provided for a pair of adjacent lenses, and these fitting shapes are combined. Many proposals have been made to precisely align both lenses in a direction perpendicular to the optical axis (see Patent Documents 1 to 5).
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。 For example, 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.
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。 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.
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。 In Patent Document 5, in order to position the centers of the two lens array substrates, 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. Alternatively, 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.
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。 However, each lens constituting the lens unit may have some variation in shape and size. In particular, when the lens is made of a resin, variations in the dimensions of the fitting structure are likely to occur due to the effects of mold processing accuracy and manufacturing conditions.
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。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. When it becomes a gap, floating occurs in the optical axis direction, and when it becomes a positive gap, the optical axis shifts due to play. Furthermore, adjustment of the relative rotational position of the lenses is not considered.
When 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. When 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.
Although the method of the above-mentioned patent document 5 has a fitting portion at the center even when the outer size of the lens is increased as in a lens array, the optical axis shift is less likely to occur and the problem of poor fitting is less likely to occur. Positioning is separately required, and a complicated adjustment process using a microscope or the like is indispensable.
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。 The present invention has been made in view of the above background art, and a lens unit that can be manufactured by precise alignment with a simple method even if there are some dimensional differences in a plurality of optical elements, and an imaging apparatus incorporating the lens unit The purpose is to provide.
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おり、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、光軸を通り、光軸方向と固有制限方向とに垂直な方向である半径方向に延びる溝部であり、凸部は、溝部に対して半径方向の移動が許容される。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。
In order to achieve the above object, a lens unit according to the present invention 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. Including a pair of contact portions for restricting relative movement of the plurality of optical elements with respect to the direction and the inherent restriction direction around the central axis of the main body portion on a plane perpendicular to the optical axis, and at least two of the three positioning portions The two positioning portions are formed so that the inherent restriction directions are different from each other. Of the pair of contact portions, one contact portion is a convex portion having a spherical surface, and the other contact portion is light Through a groove extending in the radial direction and the optical axis direction and the limitations inherent direction which is perpendicular, projections, radial movement is allowed against the groove. Here, 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. Further, the inherent restriction direction is a direction that restricts relative movement or rotation of the plurality of optical elements in each positioning unit.
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。 In the lens unit described above, 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.
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。 An imaging device according to the present invention includes the lens unit described above and a sensor that detects an image formed by the lens unit.
〔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。[First Embodiment]
Hereinafter, a lens unit according to a first embodiment of the present invention and an imaging apparatus incorporating the lens unit will be described with reference to the drawings.
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。
An
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。
The
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。
The first
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。
The second
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。
The first and second
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the
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。
The
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。
The
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。
In the first to
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。
When combining the
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。
FIG. 4 is a diagram for explaining an example of a manufacturing method of the first
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。
In addition, although illustration is abbreviate | omitted, the 2nd
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。
According to the
〔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。[Second Embodiment]
Hereinafter, a lens unit according to a second embodiment and an imaging apparatus incorporating the lens unit will be described with reference to the drawings.
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。
An
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。
The
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。
Of the
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。
The
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。
Any one first-
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。
The first and
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。
The
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。
The
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。The
Instead of the
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。
The
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。
The
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。
In the case of the
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。
As described above, the embodiments have been described. However, the
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。In addition to the first to
In addition, 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. In this case, for example, in the example using the
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。
In addition, the shapes of the
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。
Further, the arrangement of the
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。
The outline shape of the
Claims (10)
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おり、
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、前記光軸を通り、前記光軸方向と前記固有制限方向とに垂直な方向である半径方向に延びる溝部であり、前記凸部は、前記溝部に対して前記半径方向の移動が許容されるレンズユニット。 A plurality of optical elements that are superimposed and secured to each other;
A lens unit provided with three positioning portions provided in three locations spaced apart from each other in the outer peripheral portion surrounding the main body portion of each optical element among the plurality of optical elements;
Each positioning portion is provided at an opposite location of the plurality of optical elements and abuts with each other to thereby determine the optical axis direction and the inherent restriction direction around the central axis of the main body portion on a plane perpendicular to the optical axis. Including a pair of contact portions for restricting relative movement of the plurality of optical elements;
Of the three positioning parts, at least two positioning parts are formed to make the inherent restriction directions different from each other ,
Of the pair of contact portions, one contact portion is a convex portion having a spherical surface, and the other contact portion passes through the optical axis and is perpendicular to the optical axis direction and the inherent restriction direction. The lens unit is a groove portion extending in a radial direction, which is an arbitrary direction .
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。 The lens unit according to any one of claims 1 to 9,
An imaging device comprising: a sensor that detects an image formed by the lens unit.
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