(57)【要約】      （修正有）【課題】小型軽量で高画質のカラー映像を得られる撮像素子を得る。【解決手段】１個の撮像センサーの撮像領域を複数の波長域に分割し、かつ夫々の波長域に対し最適設計されたレンズと夫々の波長域に適した所要の機能膜を施したガラス板と絞りを配置する光学系を独立した部屋に分けた構造のレンズ鏡筒を構造的に一体化させ、夫々の波長域の撮像を担当させることにより、小型軽量で高画質のカラー映像を得られる撮像素子を得られた。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１個のカラー映像撮像センサーを複数の波長域に分割し夫々の波長域での撮像を分担させ、夫々の波長域に対応した複数の光学系を有する撮像素子においてレンズ、カラーフィルター、IRカットフィルター、絞り、鏡筒、撮像センサーを構造的に一体化させたことを特徴とする撮像素子。
【請求項２】
請求項１において、カバーガラス板にカラーフィルターおよびIRカットフィルターを施したことを特徴とする撮像素子。
【請求項３】
請求項１において、各絞りからカラーフィルターおよびIRカットフィルター、レンズを通って撮像センサーに至る光学系を夫々、他の波長域とは遮光された部屋に分離させたことを特徴とする撮像素子。
【請求項４】
請求項１において、各波長域に分離された光学系の夫々に両端をカットした蒲鉾型のレンズを遮光壁を介して隣接させ並べたことを特徴とする撮像素子
【請求項５】
請求項１において、所要の機能膜を施したガラス板を絞りとレンズとの間で、絞り直後に設置したことを特徴とする撮像素子
【請求項６】
請求項１において、所要の機能膜を施したガラス板を絞りの前に設置したことを特徴とする撮像素子。
【請求項７】
請求項１において、各波長域毎に分離した部屋を構成するレンズ鏡筒の底面を撮像センサー面に接するように配置したことを特徴とする撮像素子。
【請求項８】
請求項１において、鏡筒の構成を上下部品に分け、上鏡筒には絞りおよび所要の機能膜を施したガラス板を設置し、下鏡筒にレンズを配置したことを特徴とする撮像素子。
【請求項９】
請求項１において、撮像センサーをダイボンドした基板にレンズ鏡筒を機械的に支持する保護用の上蓋となる固定枠を取り付け、これにレンズ鏡筒を固定することを特徴とする撮像素子。
【請求項１０】
請求項１において、CSPのバンプ接合した撮像センサーにレンズ鏡筒を機械的に支持する保護用の上蓋となる固定枠を取り付け、これにレンズ鏡筒を固定することを特徴とする撮像素子。
【請求項１１】
請求項１において、鏡筒の構成を1部品にして、絞りおよび所要の機能膜を施したガラス板、レンズを1方向から組み込むことを特徴とする撮像素子。
【請求項１２】
請求項１において、各波長域毎に分離した部屋を構成するレンズ鏡筒の底面が撮像センサー面に付き当てることなく、接する位置に設置する構造を特徴とする撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はカラー映像を撮像するための撮像素子すなわち光学レンズ付きCCD／CMOS撮像センサーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来カラー映像を撮像するための撮像素子として３板式の撮像素子が使用されていた。これはレンズを通った映像はプリズムによりRGB成分に分割され、各RGB成分専用の撮像センサーで受光するもので、３色分離用プリズムや各RGB成分用の撮像センサーが必要となるため、重量、容積とも大型となりコスト高となる欠点があった。しかも、プリズムの貼り合わせなど構造が立体的で複雑なため製造に高度な技術と多くの工程が必要であり、必然的に高価なものになってしまうという欠点があった。
【０００３】
これに対し単板式撮像素子が開発され主流となっている。これは撮像センサー上にベイヤ配列カラーフィルターを載せるというもので、プリズムによる分光を必要としないため、重量、容積を低減でき構造も簡素化できる。しかし、ベイヤ配列カラーフィルターは画素ピッチで細かいRGBフィルターを並べて設けているため、３板式撮像素子に比べ色解像度がRBで１／４、Gで１／２となる。しかも光学系と撮像センサーの主光線入射角が適合しないと色クロストークが生じ、色補完処理の影響で偽色が発生する。また、画素ピッチが微小になると折り返しによりモアレが発生するなどの欠点があった。その上、撮像センサー全体の対角をカバーする必要があるので、どうしてもレンズ光学長が大きくなり、撮像素子の小型化には限界があった。
【０００４】
また、３板方式にしろ、単板方式にしろ、本来RGB波長毎に収差を取るためにレンズの形状を最適化する必要があるのに各RGB成分に対して１つのレンズを共用するので、必然的に映像の劣化を避けることは困難であった。
【特許文献１】特許公開平5-232304              特許公開平11-331856
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は第一に小型軽量でしかも優れた撮像機能を有する撮像素子を提供することにある。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は第二に絞り部内側に配置するカバーガラス板に所要の機能膜を施すことにより部品点数および組立工程数を減らし安価な撮像素子を提供することにある。
【０００７】
そして本発明が解決しようとする課題は第三に各レンズから撮像素子に至る光学系を、他の波長域から遮光された部屋に分離することにより色解像度の高い撮像素子を提供することにある。
【０００８】
そして本発明が解決しようとする課題は第四に各波長域に分離された光学系それぞれに収差を取り除く最適なレンズの両端をカットし、蒲鉾型にしたレンズを使用し、蒲鉾型レンズの長辺側を遮光壁を介して隣接させ配置することにより、より小型軽量の撮像素子を提供することにある。
【０００９】
そして本発明が解決しようとする課題は第五に所要の機能膜を施したガラス板を絞りとレンズ間の絞り直後に設置し、カバーガラスとして共用することで部品点数および組立工程数を減らし安価な撮像素子を提供することにある。
【００１０】
そして本発明が解決しようとする課題は第六に所要の機能膜を施したガラス板を絞りの前に設置し、絞りからレンズ第１面までの距離を短縮し、レンズ鏡筒の高さ寸法を低下することで組込み性のよい撮像素子を提供することにある。
【００１１】
そして本発明が解決しようとする課題は第七に各波長域毎に分離した部屋を構成したレンズ鏡筒の底面を撮像センサー面に接するように設置することで、薄型で安定した画像を得ることができる撮像素子を提供することにある。
【００１２】
そして本発明が解決しようとする課題は第八にレンズ鏡筒の構成を上下２部品に分け、上鏡筒には絞りおよび所要の機能膜を施したガラス板を設置し、また下鏡筒には各波長域に適応したレンズを設置することで、組立易い構造となり品質が安定した安価な撮像素子を提供することにある。
【００１３】
そして本発明が解決しようとする課題は第九に撮像センサーをダイボンドした基板にレンズ鏡筒を機械的に支持する保護用の上蓋となる固定枠を取り付け、これにレンズ鏡筒を固定することにより撮像センサーとレンズ鏡筒を堅牢に固定することができ、実使用時での品質を安定することにある。
【００１４】
そして本発明が解決しようとする課題は第十にCSPのバンプ接合した撮像センサーにレンズ鏡筒を機械的に支持する保護用の上蓋となる固定枠を取り付け、これにレンズ鏡筒を固定することにより撮像センサーとレンズ鏡筒を堅牢に固定することができ、実使用時での品質を安定することにある。
【００１５】
そして本発明が解決しようとする課題は第十一にレンズ鏡筒の構成を絞りを有した１部品にして、１方向から所要の機能膜を施したガラス板、レンズを取り付ける構造とすることで、組立時の寸法バラツキを低減させることにある。
【００１６】
そして本発明が解決しようとする課題は第十二に各波長域毎に分離した部屋を構成したレンズ鏡筒の底面を撮像センサー面へ押しつけることがない位置に配置することで、撮像センサー面への負荷を無くすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この課題を解決する手段としては第一に１個の撮像センサーを複数の波長域に分割し、夫々の波長域での撮像を分担させ、夫々に対応するレンズを配置する光学系においてレンズ、IRカットフィルター、カラーフィルター、絞り、マイクロレンズから光学系が構成され、レンズとIRカットフィルターとカラーフィルターと絞りとマイクロレンズおよび撮像センサーを構造的に一体化させたことを特徴とする撮像素子によって解決される。
【００１８】
こうすることにより、重量、容積増の要因となっていたプリズムを除去できるとともに各波長域専用の複数の撮像センサーを使用する必要がなくなる。また、ベイヤ配列カラーフィルターを使用しないので色解像度の劣化がなく、色クロストーク、偽色、モアレの発生の可能性もなくなる。そして１つのレンズで画素領域の各波長域内をカバーすれば良いので、レンズの光学長も小さくなり撮像素子全体の小型化が可能となる。
【００１９】
この課題を解決する手段としては第二に前記撮像素子において絞りからレンズ鏡筒内への埃、水分などの侵入防止用のカバーガラス板に直接、カラーフィルターおよびIRカットフィルターを施したことを特徴とする撮像素子によって解決される。
【００２０】
この課題を解決する手段としては第三に各レンズから撮像センサーに至る光学系を遮光壁で分離した構造のレンズ鏡筒を用いることを特徴とする撮像素子によって解決される。
【００２１】
この課題を解決する手段としては第四に夫々の波長域に適合した曲率を持ったレンズで且つ、撮像センサー面に複数個のレンズが載る幅に両端をカットした蒲鉾型のレンズを成型し、遮光壁で分離された構造の鏡筒にレンズを取り付けたことを特徴とする撮像素子によって解決される。したがって、レンズの寸法は撮像センサー面を何分割するかで決まり、
0.3mm〜2.5mm程度が望ましい。
【００２２】
この課題を解決する手段としては第五に上鏡筒に設けた絞り部に所要の機能膜を施したガラス板の取り付け部を設けたことを特徴とする撮像素子によって解決される。
【００２３】
この課題を解決する手段としては第六に上鏡筒の絞り部の外側に所要の機能膜を施したガラス板の取り付け部を設ける構造、または本撮像素子を組み込む装置側に設けることを特徴とする撮像素子によって解決される。
【００２４】
この課題を解決する手段としては第七にレンズ鏡筒の底面を撮像センサー面に載せられる大きさのレンズ鏡筒の寸法としたことを特徴とする撮像素子によって解決される。したがって、レンズ鏡筒の外形は画像センサーの有効撮像領域に対応した１辺の長さ2mm〜10mm程度が望ましい。
【００２５】
この課題を解決する手段としては第八に組立易さに配慮した構造上、鏡筒を上鏡筒と下鏡筒から構成されることを特徴としたレンズ鏡筒を特徴とする撮像素子によって解決される。上鏡筒には絞りおよびフィルターガラス取り付け部を設け、下鏡筒にはレンズ取り付け部を設けた構造とする。
【００２６】
この課題を解決する手段としては第九に撮像センサー面の光学中心に対しレンズ鏡筒が上下左右への位置ずれを起こさないようレンズ鏡筒は固定枠を介して撮像センサーに取り付ける構造を特徴とする撮像素子によって解決される。この固定枠は撮像センサーに被せるように取り付ける。固定枠の位置決めは撮像センサーの外周または特定の1角を付き当てるように行い、接着などの方法を用い撮像センサーがダイボンドされている基板と固定する。また、固定枠には鏡筒を挿入、固定するための穴を設けてあり、そこにレンズ鏡筒を挿入し鏡筒底面と撮像センサー面とが接する位置で接着などの方法を用い固定する。
【００２７】
この課題を解決する手段としては第十に撮像センサー面の光学中心に対しレンズ鏡筒が上下左右への位置ずれを起こさないようレンズ鏡筒は固定枠を介して撮像センサーに取り付ける構造を特徴とする撮像素子によって解決される。この固定枠はCSPのバンプ接合した撮像センサーに被せるように取り付ける。固定枠の位置決めは撮像センサーの外周または特定の1角を付き当てるように行い、接着などの方法を用い撮像センサーが実装されている基板表面に固定する。また、固定枠には鏡筒を挿入、固定するための穴を設けてあり、そこにレンズ鏡筒を挿入し鏡筒底面と撮像センサー面とが接する位置で接着などの方法を用い固定する。
【００２８】
この課題を解決する手段としては第十一に組立時に生じる寸法バラつきを低減するため、鏡筒を１部品にして、かつ、カラーフィルターおよびIRカットフィルターを施したガラス板とレンズを１方向から取り付けていくことを特徴とした撮像素子によって解決される。
【００２９】
この課題を解決する手段としては第十二にレンズ鏡筒が撮像センサー面に接する位置でレンズ鏡筒の部位が固定枠に突き当てる構造を特徴とした撮像素子によって解決される。
【発明の効果】
【００３０】
1個の撮像センサーを複数の波長域の領域に分割し、夫々に対応する複数のレンズを配置する光学系において、レンズ、IRカットフィルター、カラーフィルター、絞り、マイクロレンズから光学系が構成され、レンズとIRカットフィルターとカラーフィルターと絞りとマイクロレンズおよび撮像センサーを機能的に一体化させ、各波長域の夫々の収差を減らすべく最適設計された両端をカットした蒲鉾型のレンズを隣接して並べ、各波長域の光学系を遮光壁にて分離させた鏡筒に組み付けたこと、および画像センサー面にレンズ鏡筒底面を直付けしバックフォーカスを安定させることで、球面収差、非点収差、歪曲収差が少なく、小型軽量な撮像素子を得ることができる。
【００３１】
また、レンズ鏡筒は固定枠を介してバラつきが少なく強固に固定されるため、生産時の安定した品質と使用時の品質維持が可能である。
【実施例】
【００３２】
本発明の実施例について以下図面を参照しながら説明する。図−１はレンズ鏡筒の完成図で、図−２は上鏡筒の図、図−３は下鏡筒の組立図、図−４はレンズ形状図、図−５は撮像素子完成の断面図である。
【００３３】
本発明のレンズ鏡筒は図−１のように上鏡筒１と下鏡筒３を組み合わせた状態で完成となる。今回の実施例はRGB３色の波長域を分割する構成としている。
【００３４】
上鏡筒１には図−２で示すように所要の機能膜を施したガラス板を取り付けるための溝４を絞り２の直後に設けてあり、下鏡筒３と組み合わせる前に赤波長域用フィルター１０、緑波長域用フィルター１１、青波長域用フィルター１２のガラス板を嵌め込み接着などの方法を用いて固定する。なお、各カラーフィルターはもう1面側にIRカットフィルターを施している。
【００３５】
図−３では下鏡筒３の部品取り付け後を示している。下鏡筒３に赤波長域用レンズ５、緑波長域用レンズ６、青波長域用レンズ７の３個のレンズを遮光壁８を挟んで詰めて並べ接着等の方法を用い固定している。各レンズはRGB夫々に対応し最適設計されている。また、レンズ間を詰めるため図−４に示すように、レンズ９の両端をカットした蒲鉾型のレンズとしている。
【００３６】
上鏡筒１と下鏡筒３をRGB各波長域のカラーフィルターとレンズが合致するよう組み合わせてレンズ鏡筒が完成し、これを固定枠１３を介して撮像センサー基板１５に取り付け、本発明の撮像素子の完成となる。図−５に撮像素子の断面図を示す。RGB各波長域の光学系は絞り２から撮像センサー面１４まで遮光壁８および上鏡筒１、下鏡筒３によって、夫々が独立した部屋となっている。また、固定枠１３により撮像センサー１４に対するレンズ鏡筒の位置を安定させることができ、取付け強度を持たせることができる。
【００３７】
図−６は鏡筒の構成を１部品にしたレンズ鏡筒の断面図である。各波長域に対応したカラーフィルターおよびIRカットフィルターを施したガラス板１８と、各波長域に対応したレンズ１７の組み付け方向を１方向aから行うことで、絞り２からの夫々の距離寸法が安定し、部品点数を削減できる。
【００３８】
図−７はレンズ鏡筒の底面を撮像センサー面に突き当たることなく接する位置でレンズ鏡筒の一部が固定枠に当たり位置決めをする形状の撮像素子の断面図である。鏡筒３に鍔を設け、これを固定枠１３で受けることで、レンズ鏡筒の高さ寸法を決める。この場合、組立時に余計な付加を撮像センサー１４に加えることがなく、また保管中や使用中の雰囲気温度、湿度による部品の膨張、収縮による微小な動きによる撮像センサー面への負荷を無くし、映像の劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】レンズ鏡筒の完成外観図である。
【図２】上鏡筒の内側を示した図である。
【図３】下鏡筒の部品取り付け完成図である。
【図４】蒲鉾型レンズの外観図である。
【図５】撮像素子の完成断面図である。
【図６】鏡筒の構成を１部品にしたときのレンズ鏡筒の断面図である。
【図７】レンズ鏡筒の底面を撮像センサー面から浮かした構造の撮像素子の断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１    上鏡筒
２    絞り部
３    下鏡筒
４    ガラス板取付部
５    赤波長域用レンズ
６    緑波長域用レンズ
７    青波長域用レンズ
８    遮光壁
９    レンズ外観
１０  赤波長域用カラーフィルター、IRカットフィルター
１１  緑波長域用カラーフィルター、IRカットフィルター
１２  青波長域用カラーフィルター、IRカットフィルター
１３  固定枠
１４  撮像センサー
１５  基板
１６  一体鏡筒
１７  各波長域に対応したレンズ
１８  各波長域に対応したカラーフィルターおよびIRカットフィルターを施したガラス板
a     レンズ、カラーフィルターの取り付け方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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