JP2014228809A - 複眼光学系、撮像装置、及び複眼光学系の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズアレイ内を伝搬する光によるクロストーク又はゴーストを低減することができる複眼光学系及びその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】複眼光学系１００を構成する第１レンズアレイ１０において、像側主面の光学面１１ａ側の第１パターンＰＴ１が略同一方向を向いているので、特定のレンズ要素で回折され隣のレンズ要素に到達した光が、同一方向の第１パターンＰＴ１により繰り返し回折を受ける。このような第１パターンＰＴ１で繰り返し回折されることによって、クロストークの原因となる迷光を低減することができ、複眼光学系１００の性能を向上させることができる。【選択図】図５

Description

本発明は、複眼光学系、複眼光学系を組み込んだ撮像装置、及び複眼光学系の製造方法に関する。

近年の撮像光学系に対する薄型化の要求は非常に大きい。それに対応するために、光学設計により全長短縮を図ったり、それに伴う誤差感度の増大に対応するために製造精度を向上させたりすることが行われてきたが、一つの光学系と撮像素子で像を得るという従来の方式ではさらなる要求への対応が難しくなってきている。
そこで、撮像素子を複数の領域に分割して、それぞれに光学系を配置し、得られた画像を処理することで最終的な画像出力を行う複眼撮像装置、及び、それに用いられる複眼光学系と呼ばれる光学系が、薄型化への要求に対応する観点で注目されている。

現在までに、各種の複眼光学系が提案されているが、軽量でコストダウンに優れている熱可塑性樹脂などの光学樹脂材料を用いて、高画質で超薄型を達成する手法について十分に検討した例はない。

複眼光学系は、複数の独立した個眼を前提としており、各個眼により得られる複数の画像の干渉を回避するために個眼間に間隔を設けることが好ましい。特に、複眼光学系が樹脂製である場合、射出成形によってレンズアレイを得る成形条件を良くする観点からも各レンズ部の有効径外にフランジ部を設けることが好ましい。しかし、本願発明者らの検討によれば、このフランジ部を光が伝播してクロストークが発生し、ゴーストとして観察される可能性があることが判明している。つまり、ある個眼から入射した光がフランジ部を介して隣の個眼へ伝播することでゴーストを生じるおそれがある。

特許文献１、２には、フランジ部を有する樹脂製のレンズアレイを用いた複眼撮像装置が記載されている。
また、特許文献３の従来技術欄には、レンズアレイとして、レンズ要素をマス目状に隙間なく配置したプラスチック製の光学素子が開示されている。この光学素子は、サイドゲート方式の射出成形によって得られる成形品である。
なお、複眼光学系に関するものではなく、単独のレンズ系に関するものであるが、特許文献４では、樹脂レンズ表面に形成された直線状の多数の細溝を表裏で９０度向きを変えることによって、波面収差の影響を低減することが記載されている。

しかし、特許文献１、２では、クロストークの防止のために撮像素子とレンズアレイとの間に遮光壁を配置し、さらにレンズアレイより物体側に絞りを配置する構造について述べられているが、アレイ内を伝搬する光によるクロストークについては考慮していない。
また、特許文献３の従来技術欄には、サイドゲートのプラスチック製レンズアレイの例があるが、これは画像表示装置用であり、ゴーストについても言及されていない。
特許文献４では、単一のレンズの入射面と出射面とを透過する光線の波面収差の低減に関するものであることから、隣接する複数のレンズ間のゴーストの低減については述べられていない。

特開２００７−９４０１３号公報 特開２０１１−１４７０７９号公報 特開平８−２４８２０７号公報 特開２００６−９１３２８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、アレイ内を伝搬する光によるクロストーク又はゴーストを低減することができる複眼光学系及びその製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、上記複眼光学系を組み込んだ撮像装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る複眼光学系は、２次元状に配列する複数のレンズ要素と、複数のレンズ要素間に延在するフランジ部とを含む光学材料からなる一体物であるレンズアレイを備え、レンズアレイの２つの主面のうち像側の主面において、複数のレンズ要素が有する複数の第１光学面に、直線状に延びる周期的な凹凸からなる第１パターンが形成され、複数の第１光学面の第１パターンは、略同一方向を向いている。

上記複眼光学系では、像側主面において第１パターンが略同一方向を向いているので、物体側からあるレンズ要素に入射し像側の光学面で回折反射されフランジ部を伝播して隣のレンズ要素の像側の光学面に達する光を、隣接する２つのレンズの像側の光学面の第１パターンによる複合的な回折によって、クロストークの原因となる迷光を低減することができる。ここで、周期的パターンは金型の転写面上に形成されたツールマーク等が転写されることで形成されるものである。
なお、ツールマークは、加工工具による転写面の形成に付随して発生する非平坦な痕跡である。ツールマークは、通常周期パターンであり、成形型の光学転写面を研磨で仕上げてツールマークを消すことも可能であるが、消去工程で形状変動が発生し面精度が低下するおそれがある。このため、面精度が要求される用途では、ツールマークが残ることを或る程度許容する必要がある。このようにツールマークを残す場合であっても、像側主面において隣り合う２つのレンズについて、ツールマークの形状が反映された第１パターンの方向を一致させることで、特定のレンズ要素で回折されさらにフランジ部で全反射されて隣のレンズ要素の像側の光学面に到達する光が、第１パターンによって繰り返し回折を受ける。これにより、特定のレンズ要素に入射した意図しない光線が回折によって隣のレンズ要素の光路に比較的大きな強度で入射することを防止でき、かかる光のクロストークによって像検出等の精度を劣化させる現象を抑えることができる。

本発明の具体的な側面又は態様では、上記複眼光学系において、レンズアレイは、熱可塑性樹脂を成形型に注入して成形され、２つの主面をつなぐ外縁の側部に樹脂注入部が設けられている。レンズアレイは、熱可塑性樹脂によって比較的安価に成形することができる。特に、熱可塑性樹脂を樹脂注入部に対応するゲート等を介して型空間内に注入する場合、レンズアレイの薄い部分に相当する部分にも樹脂を供給しやすく、得られるレンズアレイを比較的高精度とすることができる。なお、樹脂注入部が側部に形成される場合、成形品の収縮が中心軸の周りにおいて軸対称ではなくなるので、補正を考慮して光学面等を自由曲面にすることが望ましくなる。このような自由曲面に対応する転写型は、加工工具を直線的に移動させることによって加工を簡易かつ高精度にできるので、結果的にツールマーク及びこれを反映した光学面上のパターンも周期的で直線状となる。

本発明のさらに別の側面では、第１パターンの凹凸のピッチをＴＰ（μｍ）とし、複数のレンズ要素での使用中心波長をλ（μｍ）としたときに、以下の関係
１．５＜ＴＰ／λ＜８．０
を満たす。値ＴＰ／λを８．０より小さくすると、ピッチが粗くなり面精度が低下する傾向が生じるのを防ぐことができる。逆に、値ＴＰ／λを１．５より大きくすると、ピッチが細かくなり回折しなくなったり、特異的に非常に強い回折が発生するという不具合が生じたりするのを防止することができる。

本発明のさらに別の側面では、第１パターンの凹凸の高さをＨ（μｍ）とし、複数のレンズ要素の使用中心波長をλ（μｍ）としたときに、以下の関係
０．５＜１００×Ｈ／λ＜７．０
を満たす。値１００×Ｈ／λが７．０より小さくなるような周期的パターンの高さとすることにより、回折効率が高くなりすぎることを抑制し、低減できる量を超えてクロストークが増加することを防止できる。値１００×Ｈ／λが０．５をより大きくなるような周期的パターンの高さとすることにより、回折効率が低くなり過ぎるのを防止し、周期的パターンの複合的な回折によるクロストーク低減効果を確保することができる。

本発明のさらに別の側面では、複数のレンズ要素は、直交する４つの基準方向に沿ってマトリックス状に配置されている。

本発明のさらに別の側面では、レンズアレイの物体側の主面において、複数のレンズ要素が有する複数の第２光学面に、直線状に延びる周期的な凹凸からなる第２パターンが形成され、複数の第２光学面の第２パターンは、第１パターンと略同一方向を向いている。この場合、像側の第１パターンと物体側の第２パターンとが略同一方向を向いているので、第１パターンと第２パターンとの複合的回折によって、クロストークの原因となる迷光を低減することができ、複眼光学系の性能を向上させることができる。

本発明のさらに別の側面では、上述したレンズアレイを含む複数のレンズアレイが積層されている。この場合、異なるレンズアレイのレンズ要素の組み合わせによって結像性能を向上させることができる。

本発明のさらに別の側面では、複数のレンズアレイは、上述したレンズアレイの上記レンズ要素を第１レンズ要素とし上記フランジ部を第１フランジ部とする第１レンズアレイを含み、また、２次元状に配列する複数の第２レンズ要素と当該複数の第２レンズ要素間に延在する第２フランジ部とを含む一体物である第２レンズアレイを含んでおり、第２レンズアレイの２つの主面のうち少なくとも像側の主面において、複数の第２レンズ要素に対応する複数の第３光学面に直線状に延びる周期的な凹凸である第３パターンが形成され、複数の第３光学面の第３パターンは、略同一方向を向いている。

本発明のさらに別の側面では、第２のレンズアレイの物体側の主面において、複数の第２レンズ要素に対応する複数の第４光学面に直線状に延びる周期的な凹凸である第４パターンが形成され、複数の第４光学面の第４パターンは、第３パターンと略同一方向を向いている。

本発明のさらに別の側面では、第１レンズアレイの第１及び第２パターンと、第２レンズアレイの第３及び第４パターンとが略同一方向を向いている。

本発明のさらに別の側面では、第１レンズアレイの第１及び第２パターンと、第２レンズアレイの第３及び第４パターンとが異なる方向を向いている。

本発明のさらに別の側面では、積層しなくてもよいレンズアレイの２つの主面の少なくとも一方においてフランジ部の表面に直線状に延びる周期的な凹凸からなる第５パターンが形成されている。この場合、光学面以外にも周期的パターンが形成されるため、レンズアレイ内を伝播する光の強度をさらに低減させる効果も期待できる。

本発明のさらに別の側面では、第１レンズアレイの２つの主面及び第２レンズアレイの２つの主面のうち少なくとも一つにおいてフランジ部の表面に直線状に延びる周期的な凹凸からなる第５パターンが形成されている。

上記課題を解決するため、本発明に係る撮像装置は、上述の複眼光学系と、複数のレンズ要素に対応して設けられた複数のセンサー要素を有するセンサーアレイとを備える。

上記撮像装置では、既に説明した特徴を有する複眼光学系を組み込んでいるので、クロストークを低減でき、視野分割方式又は超解像方式の画像検出に際しての性能向上を図ることができる。ここで、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。また、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。

上記課題を解決するため、本発明に係る複眼光学系の製造方法は、複数のレンズ要素と、複数のレンズ要素間に延在するフランジ部とに対応する成形面を有する成形型の成形空間をレンズ材料で満たす工程と、２つの主面のうち像側の主面において、それぞれが複数のレンズ要素に含まれ、略同一方向を向いた、直線状に延びる周期的な凹凸からなる第１パターンを有する複数の第１光学面を有するレンズアレイを得る工程とを備える。

上記の製造方法によって得られる複眼光学系では、第１パターンが略同一方向を向いているので、第１パターンにより繰り返し回折されることによって、クロストークの原因となる迷光を低減することができる。

本発明の具体的な側面では、成形面は、複数の第１光学面に対応する部位に、直線状に延びる周期的な凹凸からなるツールマークを有し、ツールマークの形状をレンズ材料に転写した後、成形型から成形物を取り出すことにより、一体成形された複数のレンズ要素とフランジ部とを備えるレンズアレイを得る。この場合、成形型の成形面に形成されたツールマークを成形物であるレンズアレイの光学面に転写することで周期的なパターンを形成するので、レンズアレイの後加工が不要となり、製造工程が簡素化される。

本発明の別の側面では、ツールマークは、ラスター加工によって成形型の成形面に形成される。この場合、レンズアレイの光学面等を自由曲面として加工することが可能になる。

本発明のさらに別の側面では、成形型の成形面を加工する工程をさらに含み、該加工工程は、非軸対称誤差をフィードバックによって補正する加工データの補正工程を含む。この場合、成形品の収縮等を考慮した形状補正が可能になる。

（Ａ）及び（Ｂ）は、第１実施形態の複眼光学系等を説明する平面図及び側方断面図である。 （Ａ）は、図１（Ａ）等に示す複眼光学系の斜視図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示す複眼光学系の一部破断斜視図である。 回折によるクロストークの発生を概念的に説明する断面図である。 周期的パターンによる回折光の発生を説明する図である。 （Ａ）は、実施形態のレンズアレイの光学面に形成される周期的パターンを説明する図であり、（Ｂ）は、参考例のレンズアレイの光学面に形成される周期的パターンを説明する図である。 （Ａ）は、実施形態の複眼光学系における回折によるクロストーク光の低減を概念的に説明する図であり、（Ｂ）は、参考例の複眼光学系における回折によるクロストーク光を概念的に説明する図である。 （Ａ）は、複眼光学系の変形例を説明する断面図であり、（Ｂ）は、概念図である。 （Ａ）は、複眼光学系の別の変形例を説明する断面図であり、（Ｂ）は、概念図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、図３（Ａ）等に示すレンズアレイ用の成形金型を説明する部分拡大断面図及び断面概念図である。 複眼光学系等の製造方法を説明する図である。 成形用の金型の加工装置を説明する図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、レンズアレイ等の製造を段階的に説明する図である。 （Ａ）は、射出成形による成形品の一例を示す図であり、（Ｂ）は、射出成形による成形品の別の例を示す図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、第２実施形態の複眼光学系に用いられるレンズアレイを説明する図である。

〔第１実施形態〕
図１（Ａ）、１（Ｂ）、２（Ａ）及び２（Ｂ）に示すように、本実施形態の複眼光学系１００は、複数のレンズアレイ１０，２０と、複数のスペーサー３０，４０とを交互に積み重ねた積層体である。複眼光学系１００のうち、第１及び第２レンズアレイ１０，２０は、ＸＹ面に平行に延びる平板状の部材であり、第１及び第２スペーサー３０，４０は、第１及び第２レンズアレイ１０，２０に沿って延びる部材であり、これらの部材１０，２０，３０，４０は、ＸＹ面に垂直なＺ軸方向に積み重ねられている。

複眼光学系１００において、物体側の第１レンズアレイ１０は、光学材料である熱可塑性樹脂製の一体物であり、平面視において正方形又は矩形の輪郭を有する。第１レンズアレイ１０は、それぞれが光学素子である複数のレンズ要素１０ａと、複数のレンズ要素１０ａを周囲から支持するフランジ部１０ｆとを有する。フランジ部１０ｆは、レンズ要素１０ａ間にあるレンズ間フランジ部１０ｃと、第１レンズアレイ１０の外周部にある外周フランジ部１０ｂとからなる。第１レンズアレイ１０を構成する複数のレンズ要素１０ａは、ＸＹ面に平行に配列された正方又は矩形の格子点（図示の例では４×４の１６点）上にそれぞれの光学面が重なるように２次元的に配置されている。各レンズ要素１０ａは、物体側主面１０ｐにおいて凸の光学面１１ａを有し、像側主面１０ｑにおいて凹の光学面１１ｂを有し、両光学面１１ａ，１１ｂは、例えば非球面となっている。外周フランジ部１０ｂ及びレンズ間フランジ部１０ｃからなるフランジ部１０ｆは、平板状の平坦部である。ここで、レンズ間フランジ部１０ｃは、物体側にフランジ面１１ｃを有し、像側にフランジ面１１ｄを有する。レンズ間フランジ部１０ｃには、第１スペーサー３０が接合されている。

図１（Ｂ）に示す像側の第２レンズアレイ２０は、光学材料である熱可塑性樹脂製の一体物であり、平面視において正方形又は矩形の輪郭を有する。第２レンズアレイ２０は、それぞれが光学素子である複数のレンズ要素２０ａと、複数のレンズ要素２０ａを周囲から支持するフランジ部２０ｆとを有する。第２レンズアレイ２０のフランジ部２０ｆは、レンズ要素２０ａ間にあるレンズ間フランジ部２０ｃと、第２レンズアレイ２０の外周部にある外周フランジ部２０ｂとからなる。複数のレンズ要素２０ａは、ＸＹ面に平行に配列された正方又は矩形の格子点（図示の例では４×４の１６点）上に２次元的に配置されている。各レンズ要素２０ａは、物体側主面２０ｐにおいて凹の光学面１２ａを有し、像側主面２０ｑにおいて凸の光学面１２ｂを有し、両光学面１２ａ，１２ｂは、例えば非球面となっている。外周フランジ部２０ｂ及びレンズ間フランジ部２０ｃからなるフランジ部２０ｆは、平板状の平坦部である。ここで、レンズ間フランジ部２０ｃは、物体側にフランジ面１２ｃを有し、像側にフランジ面１２ｄを有する。レンズ間フランジ部２０ｃは、第１及び第２スペーサー３０，４０と接合される。

第１スペーサー３０は、ガラス、セラミックス、金属、樹脂、あるいはこれらの複合材料等で形成された部材である。第１スペーサー３０は、一方の主面において第１レンズアレイ１０の像側主面１０ｑに接合されるとともに、他方の主面において第２レンズアレイ２０の物体側主面２０ｐに接合されている。第１スペーサー３０は、スペーサー本体３１と開口３２とを有する。スペーサー本体３１は、格子枠状の部分であり、開口３２は、矩形形状を有する。開口３２は、レンズ要素１０ａ等に対応する位置に貫通孔として形成されている。第１レンズアレイ１０のレンズ要素１０ａや第２レンズアレイ２０のレンズ要素２０ａは、開口３２の周囲の矩形枠によって各レンズ要素の光軸に平行なレンズアレイの中心軸ＡＸ方向に関して支持されていることになる。

第２スペーサー４０は、ガラス、セラミックス、金属、樹脂、あるいはこれらの複合材料等で形成された部材である。第２スペーサー４０は、一方の主面において第２レンズアレイ２０の像側主面２０ｑに接合されている。第２スペーサー４０は、スペーサー本体４１と開口４２とを有する。スペーサー本体４１は、格子枠状の部分であり、開口４２は、矩形形状を有する。開口４２は、レンズ要素２０ａに対応する位置に貫通孔として形成されている。第２レンズアレイ２０のレンズ要素２０ａは、開口４２の周囲の矩形枠によって軸ＡＸ方向に関して支持されていることになる。なお、本実施形態のように、別体のスペーサー３０、４０を設ける代わりに、レンズ要素を構成する樹脂で、レンズ要素の周囲にレンズアレイ間隔やレンズアレイと撮像素子との間隔を規定するスペーサー部を一体的に形成してもよい。

なお、第１レンズアレイ１０の各レンズ要素１０ａと、これの−Ｚ側に対向して配置される第２レンズアレイ２０のレンズ要素２０ａとは、第１スペーサー３０の対応部分を間に挟んで軸ＡＸに沿ってアライメントして配置されており、１つの合成レンズ１ａを構成している。格子点上に２次元的に配列された複数の合成レンズ１ａは、視野分割方式又は超解像方式の個眼レンズに相当するものとなっている。ここで、視野分割方式とは、個々の複合光学系である各合成レンズ１ａ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である。また、超解像方式とは、個々の複合光学系である各合成レンズ１ａ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である。

図１（Ａ）及び１（Ｂ）等に示すように、複眼光学系１００は、撮像装置１０００に組み込まれる。撮像装置１０００は、上述した複眼光学系１００の他に、複眼光学系１００を構成する個々の合成レンズ１ａに対応して設けられた複数の検出部（センサー要素）６１を有するイメージセンサーアレイ６０と、イメージセンサーアレイ６０によって検出された画像信号に対して処理を行う画像処理部６５とを備える。ここで、複眼光学系１００は、イメージセンサーアレイ６０に対して固定され、矩形枠状又は正方形枠状のケース５０に収納されている。

以下、図３を参照して、光学的なクロストークの発生について概略的に説明する。なお、第１レンズアレイ１０の表裏の光学面には、後述する周期的パターンが形成されている。複眼光学系１００の第１レンズアレイ１０において、第１のレンズ要素１０ａ１に入射したある光Ｌ１は、光学面１１ｂに到達して回折反射され、レンズ間フランジ部１０ｃで全反射されつつ伝搬し、隣の第２のレンズ要素１０ａ２に入り込む。この光Ｌ１は、第２のレンズ要素１０ａ２の光学面１１ｂを内側から回折透過して像側に射出され、第２レンズアレイ２０のレンズ要素２０ａを経て、センサーアレイ６０のうち第２のレンズ要素１０ａ２に対応する検出部（センサー要素）６１に入射する。つまり、本実施形態の複眼光学系１００において、上記のようなクロストーク光は、いずれか１つ以上の合成レンズ１ａを構成するレンズ要素１０ａで発生し、その周りのレンズ間フランジ部１０ｃを伝搬し、隣の合成レンズ１ａ及びこれに付随する検出部６１に入射する。

ここで、光学面１１ａから入射した光Ｌ１が第１のレンズ要素１０ａ１の光学面１１ｂで反射される際には、光学面１１ｂで正反射されるものと、光学面１１ｂ上に形成された周期的パターンＰＴ１によって回折されるものとが存在する。さらに、光Ｌ１が第２のレンズ要素１０ａ２の光学面１１ｂから射出される際には、光学面１１ｂで屈折されるものと、光学面１１ｂ上に形成された周期的パターンＰＴ１によって回折されるものとが存在する。

別の例として、第１レンズアレイ１０において、第２のレンズ要素１０ａ２に入射したある光Ｌ２は、光学面１１ｂに到達して回折反射され、レンズ間フランジ部１０ｃで全反射されつつ伝搬し、隣の第３のレンズ要素１０ａ３に入り込む。この光Ｌ３は、第３のレンズ要素１０ａ３の光学面１１ａで回折反射され光学面１１ｂを通過して射出され、第２レンズアレイ２０のレンズ要素２０ａを経て、センサーアレイ６０のうち第３のレンズ要素１０ａ３に対応する検出部（センサー要素）６１に入射する。つまり、本実施形態の複眼光学系１００において、上記のようなクロストーク光は、いずれか１つ以上の合成レンズ１ａを構成するレンズ要素１０ａで発生し、その周りのレンズ間フランジ部１０ｃを伝搬し、隣の合成レンズ１ａ及びこれに付随する検出部６１に入射する。

ここで、光Ｌ２が第２のレンズ要素１０ａ２の光学面１１ｂで反射される際には、光学面１１ｂで正反射されるものと、光学面１１ｂ上に形成された周期的パターンＰＴ１によって回折されるものとが存在する。さらに、光Ｌ２が第３のレンズ要素１０ａ３の光学面１１ａで反射される際には、光学面１１ａで正反射されるものと、光学面１１ａ上に形成された周期的パターンＰＴ２によって回折されるものとが存在する。光Ｌ２が第３のレンズ要素１０ａ３の光学面１１ｂから射出される際には、光学面１１ｂで屈折されるものと、光学面１１ｂ上に形成された周期的パターンＰＴ１によって回折されるものとが存在する。

上記光Ｌ１が第１レンズアレイ１０において隣接する合成レンズ１ａ間を伝搬してクロストークが発生するとき、特に回折が原因となるものとしては、光Ｌ１が、あるレンズ要素１０ａ１の光学面１１ｂで回折され、さらに、隣のレンズ要素１０ａ２の光学面１１ｂで回折される場合と、上記光Ｌ２が、あるレンズ要素１０ａ２の光学面１１ｂで回折され、かつ、隣のレンズ要素１０ａ３の光学面１１ａで回折される場合とが、主要なものと考えられる。

図４は、第１レンズアレイ１０の光学面１１ａ，１１ｂに形成された周期的パターンＰＴを説明する概念図である。光学面１１ａ，１１ｂの表面には、ピッチＴＰ（μｍ）で高さＨ（μｍ）の周期的な筋状の凹凸として周期的パターンＰＴが形成されている。なお、周期的パターンＰＴを構成する各溝Ｋは、紙面に垂直な方向に一様に延びている。光学面１１ａ，１１ｂに角度θで入射した波長λ（μｍ）の光は、屈折によって角度θ'で射出される。この際、射出光には、０次の基本光の他に、±１次の回折光、±２次の回折光、…等が含まれる。この際、
ｎ・ｓｉｎθ−ｎ'・ｓｉｎθ'＝ｍλ／ＴＰ （ｍは次数を表す整数）
なる関係が成り立っており、周期的凹凸（周期的パターンＰＴ）のピッチＴＰに応じて回折が発生し、ピッチＴＰが小さく波長λが長いほど回折の角度が大きくなって曲がりやすくなる。基本的には無限の次数で回折が発生するが、周期的凹凸（周期的パターンＰＴ）の高さＨが低いと、回折光の大半は０次光となり、±１次光、±２次光の順に回折効率は大きく減少する。従って、通常は一次回折の影響のみを考慮すればよい。例えば、周期的パターンＰＴのピッチＴＰが２μｍで波長λが０．５μｍのとき、１次光は入射角度θ＝０°だと１４．５度で回折する。このような１次光、２次光等がどれだけ回折するかは、周期的パターンＰＴの回折効率に依存することになるが、回折効率を厳密に計算するには、スカラー理論ではなく、ベクトル理論に基づいた計算を行う必要がある。

図５（Ａ）は、隣接する複数のレンズ要素１０ａの表面の周期的パターンの配置関係を説明する説明する概念図である。第１レンズアレイ１０の像側主面１０ｑに形成された第１の周期的パターンＰＴ１は、Ｙ方向に平行に等ピッチで形成されている。また、第１レンズアレイ１０の物体側主面１０ｐに形成された第２の周期的パターンＰＴ２も、像側と同様にＹ方向に平行に等ピッチで形成されている。

図６（Ａ）は、隣接する複数のレンズ要素１０ａの表面の周期的パターンの配置関係とクロストークの低減との関係を概念的に説明する図である。例えば第１レンズアレイ１０の第１領域ＡＲ１において、第１レンズアレイ１０の第１のレンズ要素１０ａ１に対して周期的パターンＰＴ１、ＰＴ２に直交する方向から主面に対して傾斜して物体側から入射した光Ｌ（１）は、第１のレンズ要素１０ａ１の光学面１１ｂにより回折反射され、回折作用を受けた光Ｌ（２）となる。この光Ｌ（２）が第１レンズアレイ１０内を伝播し、隣の第２のレンズ要素１０ａ２の光学面１１ａ，１１ｂのうちいずれか一方に到達すると、光学面１１ａ、１１ｂのいずれかにより、再度回折作用を受けた光Ｌ（３）となる。図３に示した光Ｌ１は、光Ｌ（２）が光学面１１ｂにより回折透過されたときの光Ｌ（３）に相当する。また、図３に示した光Ｌ２は、光Ｌ（２）が光学面１１ａにより回折反射されたときの光Ｌ（３）に相当する。ここで、光Ｌ（１）が入射する光学面１１ｂの第１の周期的パターンＰＴ２は、光軸方向（又は光線方向）からみて光Ｌ（１）に対して垂直であるため、回折された光Ｌ（２）は、光Ｌ（１）に比べて強度は低下するものの、光Ｌ（２）を含み光軸に平行な入射平面内に留まることになる。光Ｌ（３）についても同様である。本発明者らの検討によれば、回折反射の場合は、入射光に対する周期的パターンの向きを垂直とする方が平行とするよりも回折効率の値がかなり小さいことが判明している。従って、周期的パターンＰＴ１、ＰＴ２に対して垂直に光が入射する場合、入射平面から外側へ光が拡散しにくいということから、クロストーク発生の観点では一見不利にみえるが、回折効率の値が小さい光学面で回折が繰り返されるため、結果的に光Ｌ（３）は、強度が十分に低下したものとなり、図３における光Ｌ１や光Ｌ２は、クロストークによって像検出等の精度を劣化させるまでに至らない程度のものとなると推測される。

また、例えば第２領域ＡＲ２において、第１レンズアレイ１０の第１のレンズ要素１０ａ１に対して周期的パターンＰＴ１、ＰＴ２に平行な方向から傾斜して入射した光Ｌ（１）を考えると、この光Ｌ（１）は、第１のレンズ要素１０ａ１の光学面１１ｂにより回折反射され、回折作用を受けた光Ｌ（２）となる。この光Ｌ（２）は、第１レンズアレイ１０内を伝播し、隣の第２のレンズ要素１０ａ２の光学面１１ａ，１１ｂのうちいずれか一方に達すると、光学面１１ａ、１１ｂのいずれかにより、再度回折作用を受けた光Ｌ（３）となる。図３に示した光Ｌ１は、光Ｌ（２）が光学面１１ｂにより回折透過されたときの光Ｌ（３）に相当する。また、図３に示した光Ｌ２は、光Ｌ（２）が光学面１１ａにより回折反射されたときの光Ｌ（３）に相当する。ここで、第２の周期的パターンＰＴ２に平行に入射した光Ｌ（１）は、光軸に垂直な方向に拡散される。また、光Ｌ（２）は、光学面１１ａによって回折反射されるか光学面１１ｂによって回折透過される際にさらに光軸に垂直な方向に拡散される。よって、光Ｌ（３）は強度が十分に低下したものとなり、図３における光Ｌ１や光Ｌ２によるクロストークの発生が防止されるものと推測される。

図５（Ｂ）は、周期的パターンＰＴ１、ＰＴ２の向きに関して変更を加えた参考例を説明する図である。この場合、第１レンズアレイ１０の物体側主面１０ｐに形成された第２の周期的パターンＰＴ２は、千鳥状に配置された光学面においてＹ方向に平行に等ピッチで形成され、残りの位置にある光学面においてＸ方向に平行に等ピッチで形成されている。また、第１レンズアレイ１０の像側主面１０ｑに形成された第１の周期的パターンＰＴ１は、物体側の光学面に対応する千鳥状の位置に配置された光学面においてＹ方向に平行に等ピッチで形成され、残りの位置にある光学面においてＸ方向に平行に等ピッチで形成されている。

図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に対応し、参考例における周期的パターンの配置関係とクロストークの低減との関係を概念的に説明する図である。参考例の場合、例えば第１レンズアレイ１０の第１領域ＡＲ１において、第１レンズアレイ１０の第１のレンズ要素１０ａ１に対して例えば光学面１１ａの第１の周期的パターンＰＴ２に光軸方向（又は光線方向）からみて垂直に入射した光Ｌ（１）は、第１のレンズ要素１０ａ１の光学面１１ｂによって回折反射されて光Ｌ（２）となり、第１レンズアレイ１０内を伝播した後、隣の第２のレンズ要素１０ａ２の光学面１１ａ又は光学面１１ｂに到達する。図６（Ａ）で説明したように、光Ｌ（２）、及び、次の光Ｌ（３）は、光Ｌ（１）に比べて強度は低下するものの、光Ｌ（２）、光Ｌ（３）を含み光軸に平行な入射平面内に留まる。ここで、回折反射の場合、入射光に対する周期的パターンの向きを平行とするよりも垂直とする方が回折効率の値がかなり大きいため、特に図３の光Ｌ２によるクロストークを十分に抑制することができなくなるものと推測される。

また、例えば第２領域ＡＲ２において、第１レンズアレイ１０の第１のレンズ要素１０ａ１に対して、光軸方向（又は光線方向）からみて光学面１１ａの第２の周期的パターンＰＴ２に平行な方向から入射する光Ｌ（１）について考えると、第１のレンズ要素１０ａ１の光学面１１ｂによって回折反射され光Ｌ（２）は、第１レンズアレイ１０内を伝播し、隣の第２のレンズ要素１０ａ２の光学面１１ａ又は光学面１１ｂに達する。ここで、第１の周期的パターンＰＴ１によって回折反射された光Ｌ（２）は、光軸に垂直な方向にある程度拡散するが、隣の光学面１１ａの第２パターンＰＴ２又は光学面１１ｂの第１パターンＰＴ１によって回折される際には図６（Ａ）の領域ＡＲ２の場合に比べて大きくは広がらず、クロストークを十分に抑制できなくなるものと推測される。このため、光Ｌ（３）は、強度が十分に低下したものとならない。

第１及び第２の周期的パターンＰＴ１、ＰＴ２のピッチをＴＰ（μｍ）については、複数のレンズ要素１０ａでの使用中心波長をλ（μｍ）としたときに、以下の関係
１．５＜ＴＰ／λ＜８．０
が満たされている。なお、値ＴＰ／λが８．０より小さいと、ピッチＴＰが過度に粗くなることを回避でき、光学面１１ａ，１１ｂの面精度を向上させることが比較的容易となる。逆に、値ＴＰ／λが１．５より大きいと、ピッチＴＰが過度に細かくなることを回避でき、光学面１１ａ，１１ｂで特異的に非常に強い回折が発生することを回避できる。

第１及び第２の周期的パターンＰＴ１、ＰＴ２の高さをＨ（μｍ）については、複数のレンズ要素１０ａでの使用中心波長をλ（μｍ）としたときに、以下の関係
０．５＜１００×Ｈ／λ＜７．０
が満たされている。なお、値１００×Ｈ／λが７．０より小さいと、回折効率が全体として高くなりすぎることを抑制でき、低減できる量を超えてクロストークが増加することを防止できる。値１００×Ｈ／λが０．５より大きいと、第１及び第２ツールマークＴＭ１，ＴＭ２を或る程度残した加工が比較的容易であり、また、回折効率が低くなり過ぎるのを防止し、周期的パターンの複合的な回折によるクロストーク低減効果を確保することが可能になる。

図５（Ａ）を参照して、複数のレンズ要素１０ａの周期的な配列間隔をＬＰ（ｍｍ）とし、複数のレンズ要素１０ａの有効径をＥＤ（ｍｍ）としたときに、以下の関係
ＥＤ＜ＬＰ
が満たされている。つまり、隣り合うレンズ要素の有効面の間には間隔が設けられている。なお、有効径ＥＤは、第１及び第２光学面１１ａ，１１ｂの有効径の平均値とする。

参考のため、レンズアレイのレンズ要素の表裏に周期的パターンが存在する場合の回折効率についてシミュレーションを行った。

以下の表１は、所定角度で光を入射させたときの偏光による回折効率を、回折パターンへの入射方向（垂直又は平行）と、回折パターンのピッチとを変えて、ベクトル理論による厳密計算（ＲＣＷＡ法）によって求めた結果を示す。ここで、回折パターンすなわち周期的パターンの高さは１０ｎｍであるとした。また、周期的パターンは矩形断面の回折格子であるとした。計算波長は、０．５５μｍとした。表１は、ツールマークに垂直な方向及び平行な方向から第１レンズアレイ１０の平面方向に対して傾いた光線が入射角度５０°で入射した場合を示し、回折透過の場合と、回折反射の場合とを示している。実際の回折は、±１次、±３次、±５次、…と発生するが、計算の結果、１次に比べて他の次数の回折効率がかなり小さかったので、±１次の結果のみを記す。
〔表１〕

なお、入射角度は、例えばピッチＴＰ＝２μｍの場合、一般的な屈折率１．５の媒体（特に平板状のレンズ間フランジ部）内で全反射伝搬する際の反射角度が４２°であることを考慮して、５０°に設定した。表１から明らかなように、回折透過の場合は、垂直と平行の何れの場合も、ＴＥ波及びＴＭ波のどちらの偏光も、±１次の両方の次数において、回折効率は非常に小さいことがわかる。これに対して、回折反射の場合は、回折透過に比べて回折効率の値がかなり大きく、また、入射光を平行にした方が垂直にする場合よりも値が大きいことが分かる。

なお、回折効率の計算で用いたＲＣＷＡ法とはRigorous Coupled Wave Analysis法のことであり、厳密結合波解析法などと訳されることもある。ＲＣＷＡ法は、スカラー解析ではなく、電場・磁場がベクトル場であることを考慮した電磁界解析のうち微分法の一種である。周期的な構造にしか適用できないが，回折効率の厳密な計算や、ＳＰＲ（Surface Plasmon Resonance：表面プラズモン共鳴）現象などのシミュレーションに用いることができる。

以上では、第１レンズアレイ１０のみにおける回折によるクロストークについて説明したが、第２レンズアレイ２０内でも同様の現象が生じる。このため、第２レンズアレイ２０の像側主面２０ｑに形成された第３の周期的パターンＰＴ３の向きを略同一方向に揃えるのが好ましい。また、物体側主面２０ｐに形成された第４の周期的パターンの向きを略同一方向に揃えることが望ましい。この際、図７（Ａ）及び７（Ｂ）に示すように、第２レンズアレイ２０の第３及び第４の周期的パターンＰＴ３，ＰＴ４の方向を第１レンズアレイ１０の第１及び第２の周期的パターンＰＴ１、ＰＴ２の方向と一致させてもよいし、図８（Ａ）及び８（Ｂ）に示すように、第２レンズアレイ２０の第３及び第４の周期的パターンＰＴ３，ＰＴ４の方向を第１レンズアレイ１０の第１及び第２の周期的パターンＰＴ１，ＰＴ２の方向と直交させてもよい。後者の場合は、合成レンズ１ａ内で特定方向に偏って像劣化が生じることを防止できる。

以下、第１レンズアレイ１０等の製造方法について説明する。第１レンズアレイ１０は、射出成形によって形成される。

図９（Ａ）は、第１レンズアレイ１０を成形するための金型を説明する図である。金型装置７０は、第１金型７１と第２金型７２とを備える。第１金型７１と第２金型７２とは、型合わせ面ＰＬで型合わせされ、金型７１，７２間にキャビティ７０ａを形成する。キャビティ７０ａに臨むように、第１金型７１には、第レンズアレイ１０の第１主面１０ｐ側の形状を転写するための転写面７１ｃが形成され、第２金型７２には、第レンズアレイ１０の第２主面１０ｑ側の形状を転写するための転写面７２ｃが形成されている。転写面７１ｃ，７２ｃは、レンズ要素１０ａの光学面１１ａ，１１ｂを転写するため、その一部に２次元的に配列された複数の光学転写部７１ｇ，７２ｇを有する。金型装置７０には、キャビティ７０ａに連通するゲートＧＡが形成されている。この場合、ゲートＧＡは、転写面７１ｃ，７２ｃの中央ではなく側方に配置されており、サイドゲート方式で射出成形が行われる。なお、レンズ要素を多数備えるアレイレンズは、個々のレンズ要素に求められる精度の要求が高く、各光学面の偏心精度や光学面頂の深さのばらつきが例えば１μｍ以下とするような精度が求められる。このため、入れ子ではない一体型として金型を作製することが好ましい。一体型とすることで、光学面を同時加工できるため精度が向上する。金型製造のためのコスト増大の回避などを考慮して、図９に破線で示すように入れ子と受け型とを組み合わせた金型としてもよいが、この場合は、成形によって得られるレンズアレイが要求精度を下回らないようにするため、金型を精度よく作製するとともに、入れ子と受け型とを正確に位置調整する必要がある。

図９（Ｂ）は、金型装置７０の全体構造を説明する断面図である。図４（Ａ）のキャビティ７０ａには、ゲートＧＡを介してランナーＲＡが連結され、ランナーＲＡは、樹脂供給側のスプルーＳＰに繋がっている。結果的に、熱可塑性樹脂を溶融させることによって得たスプルーＳＰからの溶融樹脂Ｊは、ランナーＲＡを充填し、ゲートＧＡを介してキャビティ７０ａを充填する。溶融樹脂Ｊの冷却後に第１金型７１と第２金型７２とを離間させることで、スプルーＳＰに対応するスプルー部８１と、ランナーＲＡに対応するランナー部８２と、ゲートＧＡに対応するゲート部８３と、キャビティ７０ａに対応するレンズアレイ本体８４とを備える成形品８０が形成される。ここで、ゲート部８３に対しては、ゲートカット処理が施され、ゲート部８３の残りである樹脂注入部１４と、その先のレンズアレイ本体８４とによって、第１レンズアレイ１０が得られる。

なお、第２レンズアレイ２０も第１レンズアレイ１０と同様の手法によって成形される。つまり、第２レンズアレイ２０も、熱可塑性樹脂をサイドゲート方式で射出成形することによって製造される。

以下、図１０を参照して、複眼光学系１００の製造工程の概要について説明する。まず、図９（Ａ）に示す第１金型７１及び第２金型７２になるべき初期金型を作製する（ステップＳ０１）。具体的には、第１金型７１の転写面７１ｃや第２金型７２の転写面７２ｃを数値制御型の研削又は切削装置である加工装置によって創成する。

図１１は、図９（Ａ）に示す第１及び第２金型７１，７２の転写面７１ｃ，７２ｃを加工するための加工装置の構造を説明する模式的な斜視図である。加工装置９０は、被加工体であるワークＷを切削加工するための切削ユニット９１と、切削ユニット９１をワークＷに対して支持する駆動装置としてのＮＣ駆動機構９２とを備える。切削ユニット９１は、例えばエンドミル等である切削工具９１ａを有し、切削工具９１ａを回転軸のまわりに回転させることもできる。切削工具９１ａの先端は、自由曲面を加工可能な形状となっている。ＮＣ駆動機構９２は、台座９４ａ上に第１ステージ９４ｂと第２ステージ９４ｃとを載置した構造の駆動装置である。ここで、第１ステージ９４ｂは、第１可動部９５ａを支持しており、この第１可動部９５ａは、不図示のチャックを介してワークＷを支持している。第１ステージ９４ｂは、ワークＷを、例えばｚ軸方向に沿った所望の位置に所望の速度で移動させることができる。一方、第２ステージ９４ｃは、第２可動部９５ｂを支持しており、この第２可動部９５ｂは、切削ユニット９１を支持している。第２ステージ９４ｃは、第２可動部９５ｂ及び切削ユニット９１を支持して、これらを例えばｘ軸方向に沿った所望の位置に所望の速度で移動させることができ、第２可動部９５ｂは、切削ユニット９１を支持して、これをｙ軸方向に沿った所望の位置に所望の速度で移動させることができる。

不図示の駆動制御装置によって、ＮＣ駆動機構９２に内蔵されたモータや位置センサー等を駆動することにより、第１及び第２ステージ９４ｂ，９４ｃや、第１及び第２可動部９５ａ，９５ｂを目的とする状態に適宜動作させる。ワークＷの表面Ｗａに自由曲面を加工する場合、例えばラスター型の走査を行いつつ切削加工を行う。具体的には、第２ステージ９４ｃによって切削ユニット９１をｘ軸方向に定速度で移動させる主走査を行うことができ、第１可動部９５ａによって切削ユニット９１をｚ軸方向に定速度で移動させる副走査を行うことができる。これらの主走査及び副走査に際して、第２可動部９５ｂが切削ユニット９１をｙ方向に適宜変位させることで、ワークＷの表面Ｗａに所望の凹凸形状を形成することができる。つまり、図９（Ａ）に示す金型７１，７２の転写面７１ｃ，７２ｃを自由曲面として加工することができる。

図１２（Ａ）及び１２（Ｂ）は、図１１の加工装置９０による切削工具９１ａ先端の走査パターンを説明する図である。図に示すように、ｘ方向への走査で１ラインの加工を行った後、加工位置をｚ方向に１ライン分ずらし、ｘ方向の開始地点に戻した後、次のラインの加工を行うという手順を繰り返す。ワークＷの表面Ｗａは、２次元的に走査される切削ユニット９１の切削工具９１ａによって立体的に加工され、結果的に第１金型７１の転写面７１ｃが得られる。この転写面７１ｃには、凹の光学転写部７１ｇが形成されている。なお、加工装置９０によるワークＷの切削は、一回で行われず、深さ方向に関して複数段階に分割して行われる。このため、初期段階又は途中段階ではワークＷの表面Ｗａに図１２（Ａ）等に示すような加工を行う必要はなく、同心状その他の軌跡で加工を行うことができるが、最終段階ではワークＷの表面Ｗａに図１２（Ａ）等に示すような直線的な加工を行う。なお、ワークの加工は、同一方向へ走査を繰り返すやり方だけでなく、ｚ方向に移動した後、ｘ方向の逆方向へ加工する（つまり、ｘ方向において往復させながら加工を行う）ようにしてもよい。

図１２（Ｃ）に示すように、転写面７１ｃの光学転写部７１ｇ上には、切削工具９１ａの先端の軌跡に対応して溝Ｋが形成されており、全体としてｘ方向に平行に延びｚ方向に等間隔で配列された周期溝であるツールマークＴＭが形成されている。なお、加工装置９０によって転写面７１ｃ，７２ｃを形成した後に光学転写部７１ｇ，７２ｇ以外を研磨してツールマークを消すこともできる。

図１０に戻って、ステップＳ０１で得た第１金型７１と第２金型７２とを利用して、第１レンズアレイ１０等を成形する（ステップＳ０２）。
図１３（Ａ）は、金型装置７０によって成形された成形品としての第１レンズアレイ１０を示す。第１レンズアレイ１０の光学面１１ａ，１１ｂには、図１２（Ｃ）のツールマークＴＭを転写した平行に延びる周期的な筋状のパターンＰＴが形成されている（図１２（Ｄ）参照）。この場合、第１レンズアレイ１０において、４辺うち１辺の中央に突起状のゲート跡に対応する樹脂注入部１４が形成されている。樹脂注入部１４の突起は後加工によって除去することができる。なお、第１レンズアレイ１０は、ゲート側領域Ｒ１と反ゲート側領域Ｒ２とで転写性に違いがあり、第１レンズアレイ１０の表側の各光学面１１ａに対しては非対称な形状誤差が発生する。同様に、図示を省略するが、裏側の各光学面１１ｂに対しても非対称な形状誤差が発生する。
図１３（Ｂ）は、第１レンズアレイ１０の別の成形例を示す。この場合、図１３の第１レンズアレイ１０に比較して９０°異なる位置に樹脂注入部１４が形成されている。なお、本成形例では、周期的パターンＰＴ１、ＰＴ２の向きが、樹脂注入時の樹脂の流れに沿ったものとなるため、成形不良の低減に有利である。また、図１３Ａ、１３Ｂいずれの場合においても、成形が完了して型からレンズアレイを取り出し、樹脂注入部１４をランナー部から切断した後、樹脂注入部１４の一部あるいは樹脂注入部１４が接続していた部位の痕跡がレンズアレイに残されるため、この部位や痕跡によって、周期的パターンの向きや形状誤差の傾向を把握することができる。

次に、得られた成形品としての第１レンズアレイ１０における各光学面１１ａ，１１ｂの形状誤差を測定し評価する。この結果を利用して、金型の補正形状を算出する（ステップＳ０３）。つまり、熱可塑性樹脂をサイドゲート方式で射出成形するため、第１レンズアレイ１０には、非対称な形状誤差が発生するが、このような形状誤差を予め相殺するような補償形状を有するキャビティ７０ａを予め金型装置７０によって形成すれば、形状誤差のない第１レンズアレイ１０を得ることができる。このような補償形状に相当する補正形状は、非軸対称形状になる。

次に、ステップＳ０２で得た補正形状のデータに基づいて、金型７１，７２の転写面７１ｃ，７２ｃに対して非軸対称誤差等を含む補正加工を施す（ステップＳ０４）。この補正加工は、ラスター加工によって行われる。すなわち、図１２（Ａ）等に示す切削工具９１ａの走査パターン（主方向に切削工具９１ａを走査し、副方向にピッチ送りすること）によって、転写面７１ｃ，７２ｃの表層が全面加工される。上述したように、同一方向への加工をＺ方向の位置を変えて繰り返すやり方だけでなく、Ｚ方向の位置を変えながらＸ方向に往復するように加工してもよい。

次に、ステップＳ０２で得た金型７１，７２を利用して、第１レンズアレイ１０等を成形する（ステップＳ０５）。上記のようにゲート側領域Ｒ１と反ゲート側領域Ｒ２とで転写性に差があるが、ステップＳ０４で予めフィードバックによって金型補正しているため、各光学面１１ａ，１１ｂの形状誤差が低減され、設計形状に近づく。

次に、得られた成形品としての第１レンズアレイ１０における各光学面１１ａ，１１ｂの形状誤差（配置関係も含む）を測定し評価し、設計上のレンズ形状に対して許容範囲内であるか否かを判断する（ステップＳ０５）。光学面１１ａ，１１ｂの形状誤差が許容値の範囲内である場合、金型装置７０の転写面７１ｃ，７２ｃの形状が確定し、成形条件も確定する。一方、光学面１１ａ，１１ｂの形状誤差が許容値の範囲外である場合、ステップＳ０４に戻って金型７１，７２の転写面７１ｃ，７２ｃに対して再度の補正加工を施す。

ステップＳ０５で光学面１１ａ，１１ｂの形状誤差が許容値の範囲内であった場合、得られた第１レンズアレイ１０は、複眼光学系１００の組立工程に送られる（ステップＳ０６）。組立工程では、以上のようにして得た第１レンズアレイ１０と、同様の手法で得た第２レンズアレイ２０とが第１スペーサー３０を挟んで接合され、さらに、第２レンズアレイ２０側には、第２スペーサー４０が接合される。なお、形状誤差が許容範囲内であることが一旦確認された後は、その後の測定を、頻度を減らしたり省略したりして多数の成形を繰り返してもよい。

以上説明した第１実施形態の複眼光学系１００等によれば、第１レンズアレイ１０において、光学面１１ｂ側の第１の周期的パターンＰＴ１が略同一方向を向いているので、第１の周期的パターンＰＴ１での複合的な回折によって、クロストークの原因となる迷光を低減することができ、複眼光学系１００の性能を向上させることができる。また、第１パターンＰＴ１と第２パターンＰＴ２とが略同一方向を向いているので、第１パターンＰＴ１と第２パターンＰＴ２との複合的回折によって、クロストークの原因となる迷光を低減することができ、複眼光学系１００の性能を向上させることができる。

〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態に係る複眼光学系等を説明する。第２実施形態に係る複眼光学系等は、第１実施形態に係る複眼光学系等を部分的に変更したものであり、特に説明しない部分は、第１実施形態と同様であるものとする。

図１４（Ａ）は、第２実施形態の複眼光学系を構成する第１レンズアレイ１０を説明する平面図であり、図１４（Ｂ）は、本実施形態の第１レンズアレイ１０を説明する裏面図である。図示のように、第１レンズアレイ１０の物体側主面１０ｐには、光学面１１ａだけでなく全面に亘って周期的パターンＰＴ２が形成されている。同様に、第１レンズアレイ１０の像側主面１０ｑには、光学面１１ｂだけでなく全面に亘って周期的パターンＰＴ１が形成されている。換言すれば、本例の第１レンズアレイ１０においては、光学面以外の領域に第５の周期的パターンが形成されている。

なお、図示を省略するが、第２レンズアレイ２０にも、上記第１レンズアレイ１０と同様に、表裏の主面全体に周期的パターンＰＴ３，ＰＴ４を形成することができる。この際、第２レンズアレイ２０の周期的パターンを第１レンズアレイ１０と平行にすることができるが、第２レンズアレイ２０の周期的パターンを第１レンズアレイ１０と直交させることもできる。

本実施形態の場合、金型成形面全体にわたって周期的パターンを設けた金型とすることで、光学転写面以外の部位を研磨してツールマークを消去するなどの手間を省くことができる。また、このような金型を使って成形を行うことで得られるレンズアレイ１０，２０には、光学面以外にも周期的パターンが形成されるため、レンズアレイ１０，２０内を伝播する光の強度をさらに低減させる効果も期待できる。なお、光学面以外の領域における周期的パターン（第５の周期的パターン）を、第１及び第２レンズアレイ１０，２０の表裏の主面の何れか一方のみに設けるようにしてもよい。この場合、少なくとも像側主面１０ｑ，２０ｑに設けることが望ましい。

以上、実施形態に係る複眼光学系等について説明したが、本発明に係る複眼光学系等
は上記のものには限られない。例えば、レンズアレイ１０，２０を構成するレンズ要素１０ａ，２０ａの配列や光学面１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂの形状は、複眼光学系１００又は撮像装置１０００の用途又は仕様に応じて適宜変更することができる。例えばレンズ要素１０ａ，２０ａは、４×４の格子点に配列するものに限らず、例えば３×３、５×５等の格子点に配列することができ、矩形格子に限らず、多様な配列とすることができる。さらに、複眼光学系１００を構成するレンズアレイは、２層（第１及び第２レンズアレイ１０，２０）に限らず、１層（第１レンズアレイ１０のみ）とすることもできるし、３層以上とすることもできる。

第１スペーサー３０の開口３２や第２スペーサー４０の開口４２は、正方形、長方形、円形等、様々な形状とできる。具体的には、開口３２，４２を楕円形等に設定することができる。

なお、上記実施形態においては、レンズアレイの各レンズ要素の光学面における周期的パターンを、金型の光学転写面に設けるツールマークを転写することで形成したが、必ずしもこれに限るものではなく、他の方法、例えば、光学転写面上のツールマークが消去された金型でレンズアレイを成形した後、レーザー照射やエッチング、あるいは機械的加工により、レンズアレイの各レンズ要素の光学面に筋状の凹凸からなる周期的パターンを形成するようにしてもよい。

１ａ…合成レンズ、 １０…第１レンズアレイ、 ２０…第２レンズアレイ、 １０ａ，２０ａ…レンズ要素、 １０ｂ，２０ｂ…外周フランジ部、 １０ｃ，２０ｃ…レンズ間フランジ部、 １０ｐ，２０ｐ…物体側主面、 １０ｑ，２０ｑ…像側主面、 １１ａ，１１ｂ、１２ａ，１２ｂ…光学面、 １１ｃ，１２ｃ、１１ｄ，１２ｄ…フランジ面、 １４…樹脂注入部、 ３０，４０…スペーサー、 ３２，４２…開口、 ５０…ケース、 ６０…センサーアレイ、 ６１…検出部、 ６５…画像処理部、 ７０…金型装置、 ７１，７２…金型、 ７１ｃ，７２ｃ…転写面、 ７１ｇ，７２ｇ…光学転写部、 ８０…成形品、 ９０…加工装置、 ９１…切削ユニット、 ９１ａ…切削工具、 ９２…駆動機構、 ９４ｂ，９４ｃ…ステージ、 ９５ａ，９５ｂ…可動部、 １００…複眼光学系、 １０００…撮像装置、 ＡＸ…軸、 Ｋ…溝、 Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３…光、 Ｒ１…ゲート側領域、 Ｒ２…反ゲート側領域、 ＴＭ…ツールマーク、 ＰＴ１、ＰＴ２、ＰＴ３、ＰＴ４…周期的パターン 、 Ｗ…ワーク、 Ｗａ…表面

Claims (18)

1. ２次元状に配列する複数のレンズ要素と、前記複数のレンズ要素間に延在するフランジ部とを含む光学材料からなる一体物であるレンズアレイを備え、
   前記レンズアレイの２つの主面のうち像側の主面において、前記複数のレンズ要素が有する複数の第１光学面に、直線状に延びる周期的な凹凸からなる第１パターンが形成され、
   前記複数の第１光学面の前記第１パターンは、略同一方向を向いていることを特徴とする複眼光学系。
2. 前記レンズアレイは、熱可塑性樹脂を成形型に注入して成形され、前記２つの主面をつなぐ外縁の側部に樹脂注入部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の複眼光学系。
3. 前記第１パターンの凹凸のピッチをＴＰ（μｍ）とし、前記複数のレンズ要素での使用中心波長をλ（μｍ）としたときに、以下の関係
   １．５＜ＴＰ／λ＜８．０
   を満たす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複眼光学系。
4. 前記第１パターンの凹凸の高さをＨ（μｍ）とし、前記複数のレンズ要素の使用中心波長をλ（μｍ）としたときに、以下の関係
   ０．５＜１００×Ｈ／λ＜７．０
   を満たすことを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項に記載の複眼光学系。
5. 前記複数のレンズ要素は、直交する４つの基準方向に沿ってマトリックス状に配置されてい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複眼光学系。
6. 前記レンズアレイの物体側の主面において、前記複数のレンズ要素が有する複数の第２光学面に、直線状に延びる周期的な凹凸からなる第２パターンが形成され、前記複数の第２光学面の第２パターンは、前記第１パターンと略同一方向を向いてい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複眼光学系。
7. 前記レンズアレイを含む複数のレンズアレイが積層されてい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複眼光学系。
8. 前記複数のレンズアレイは、前記レンズアレイの前記レンズ要素を第１レンズ要素とし前記フランジ部を第１フランジ部とする第１レンズアレイを含み、また、２次元状に配列する複数の第２レンズ要素と前記複数の第２レンズ要素間に延在する第２フランジ部とを含む光学材料からなる一体物である第２レンズアレイを含んでおり、
   前記第２レンズアレイの２つの主面のうち少なくとも像側の主面において、前記複数の第２レンズ要素に対応する複数の第３光学面に直線状に延びる周期的な凹凸である第３パターンが形成され、前記複数の第３光学面の前記第３パターンは、略同一方向を向いていることを特徴とする請求項７に記載の複眼光学系。
9. 前記第２のレンズアレイの物体側の主面において、前記複数の第２レンズ要素に対応する複数の第４光学面に直線状に延びる周期的な凹凸である第４パターンが形成され、前記複数の第４光学面の第４パターンは、前記第３パターンと略同一方向を向いていることを特徴とする請求項８に記載の複眼光学系。
10. 前記第１レンズアレイの第１及び第２パターンと、前記第２レンズアレイの第３及び第４パターンとが略同一方向を向いていることを特徴とする請求項９に記載の複眼光学系。
11. 前記第１レンズアレイの第１及び第２パターンと、前記第２レンズアレイの第３及び第４パターンとが異なる方向を向いていることを特徴とする請求項９に記載の複眼光学系。
12. 前記２つの主面の少なくとも一方において前記フランジ部の表面に直線状に延びる周期的な凹凸からなる第５パターンが形成されてい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複眼光学系。
13. 前記第１レンズアレイの２つの主面及び前記第２レンズアレイの２つの主面のうち少なくとも一つにおいて前記フランジ部の表面に直線状に延びる周期的な凹凸からなる第５パターンが形成されていることを特徴とする請求項８から１１までのいずれか一項に記載の複眼光学系。
14. 請求項１から１３までのいずれか一項に記載の複眼光学系と、
    前記複数のレンズ要素に対応して設けられた複数のセンサー要素を有するセンサーアレイと
    を備えることを特徴とする撮像装置。
15. 複数のレンズ要素と、前記複数のレンズ要素間に延在するフランジ部とに対応する成形面を有する成形型の成形空間をレンズ材料で満たす工程と、
    ２つの主面のうち像側の主面において、それぞれが前記複数のレンズ要素に含まれ、略同一方向を向いた、直線状に延びる周期的な凹凸からなる第１パターンを有する複数の第１光学面を有するレンズアレイを得る工程と、を備えることを特徴とする複眼光学系の製造方法。
16. 前記成形面は、前記複数の第１光学面に対応する部位に、直線状に延びる周期的な凹凸からなるツールマークを有し、前記ツールマークの形状をレンズ材料に転写した後、前記成形型から成形物を取り出すことにより、一体成形された前記複数のレンズ要素と前記フランジ部とを備えるレンズアレイを得る請求項１５に記載の複眼光学系の製造方法。
17. 前記ツールマークは、ラスター加工によって前記成形型の成形面に形成されることを特徴とする請求項１６に記載の複眼光学系の製造方法。
18. 前記成形型の成形面を加工する工程をさらに含み、該加工工程は、非軸対称誤差をフィードバックによって補正する加工データの補正工程を含むことを特徴とする請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の複眼光学系の製造方法。

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