(57)【要約】【課題】画素毎の感度のばらつきを改善することができるカメラモジュールを提供すること。【解決手段】実施形態に係るカメラモジュール１０は、固体撮像素子１４、レンズ１５、およびレンズホルダ１７、を有する。固体撮像素子１４は、複数の画素１４ａが設けられた受光面１４Ｓを有する。この固体撮像素子１４の受光面１４Ｓは、レンズ１５によって集光される光の主光線が各々の画素１４ａに対して実質的に等しい角度で入射されるように湾曲している。レンズ１５は、固体撮像素子１４の上方に配置され、固体撮像素子１４の各々の画素１４ａに光を集光する。レンズホルダ１７は、固体撮像素子１４を覆うように配置され、レンズ１５を内部に有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と、
この第１の基板上に配置され、湾曲した表面を有するスペーサと、
このスペーサの表面上に裏面全面が接するように配置された第２の基板と、
この第２の基板の表面上に配置され、複数の画素が設けられた受光面を有する固体撮像素子と、
この固体撮像素子の上方に配置され、前記固体撮像素子の各々の前記画素に光を集光するレンズと、
前記スペーサ、前記第２の基板、および前記固体撮像素子を覆うように、前記第１の基板の表面上に配置され、前記レンズを内部に有するレンズホルダと、
を具備し、
前記レンズは、前記固体撮像素子の前記受光面に対向する表面に、複数の凸部を有するレンズであり、
前記スペーサの表面は、前記レンズのレンズ特性図に基づいて湾曲するように設計されており、
前記固体撮像素子の前記受光面は、前記レンズによって集光される前記光の主光線が各々の前記画素に対して実質的に垂直に入射されるように湾曲していることを特徴とするカメラモジュール。
【請求項２】
複数の画素が設けられた受光面を有する固体撮像素子と、
この固体撮像素子の上方に配置され、前記固体撮像素子の各々の前記画素に光を集光するレンズと、
前記固体撮像素子を覆うように配置され、前記レンズを内部に有するレンズホルダと、
を具備し、
前記固体撮像素子の前記受光面は、前記レンズによって集光される前記光の主光線が各々の前記画素に対して実質的に等しい角度で入射されるように湾曲していることを特徴とするカメラモジュール。
【請求項３】
前記固体撮像素子の前記受光面は、前記レンズによって集光される前記光の前記主光線が、各々の前記画素に対して実質的に垂直に入射されるように湾曲していることを特徴とする請求項２に記載のカメラモジュール。
【請求項４】
前記レンズは、前記固体撮像素子の前記受光面に対向する表面に、複数の凸部を有するレンズであることを特徴とする請求項２または３に記載のカメラモジュール。
【請求項５】
第１の基板と、
この第１の基板上に配置され、前記レンズのレンズ特性図に基づいて湾曲するように設計された表面を有するスペーサと、
このスペーサの表面上に裏面全面が接するように配置され、表面に前記固体撮像素子を有する第２の基板と、
をさらに具備し、
前記レンズホルダは、前記スペーサ、前記第２の基板、および前記固体撮像素子を覆うように、前記第１の基板の表面上に配置されることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載のカメラモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、カメラモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば携帯電話等に実装される小型のカメラモジュールは、複数の画素が格子状に配列された受光面を有する固体撮像素子が、内部にレンズを有するレンズホルダに覆われたものである。
【０００３】
このようなカメラモジュールにおいて、従来、固体撮像素子は、この素子の受光面が水平な状態で、レンズホルダ内に設けられている。しかし、例えば固体撮像素子の受光面に対向する表面が凸状に湾曲したレンズがレンズホルダ内に設けられている場合、中心部の画素に対しては光が垂直に入射されるものの、端部の画素においては、光が斜め方向から入射される。従って、従来のカメラモジュールにおいては、画素毎に感度がばらつく、という問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−７８５９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
実施形態は、画素毎の感度のばらつきを改善することができるカメラモジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態に係るカメラモジュールは、固体撮像素子、レンズ、およびレンズホルダ、を具備する。前記固体撮像素子は、複数の画素が設けられた受光面を有する。この固体撮像素子の前記受光面は、前記レンズによって集光される光の主光線が各々の前記画素に対して実質的に等しい角度で入射されるように湾曲している。前記レンズは、前記固体撮像素子の上方に配置され、前記固体撮像素子の各々の前記画素に光を集光する。前記レンズホルダは、前記固体撮像素子を覆うように配置され、前記レンズを内部に有する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本実施形態に係るカメラモジュールを示す一断面図である。
【図２】表面が凸状に湾曲したレンズに入射された光が、水平な受光面を有する固体撮像素子に向かって進行する様子を説明する図である。
【図３】受光面が水平な固体撮像素子の画素の位置と、表面が凸状に湾曲したレンズに入射された光の各画素に対する主光線角度θと、の関係を示すレンズの特性図である。
【図４】レンズの変形例を示す図である。
【図５】受光面が水平な固体撮像素子の画素の位置と、図４に示すレンズに入射された光の各画素に対する主光線角度θと、の関係を示すレンズの特性図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に、実施形態に係るカメラモジュールについて説明する。図１は、本実施形態に係るカメラモジュールを示す一断面図である。図１に示すカメラモジュール１０において、第１の基板上１１には、スペーサ１２および第２の基板１３を介して、固体撮像素子１４が配置されている。
【０００９】
スペーサ１２は、固体撮像素子１４の受光面１４Ｓを、後に詳述するレンズ１５の形状に応じて湾曲させるためのものであって、湾曲した表面を有する。このスペーサ１２は、例えば樹脂成型物であって、第１の基板１１の表面上に配置されている。
【００１０】
スペーサ１２の湾曲した表面上には、例えばシリコン等の半導体からなる第２の基板１３が配置されている。第２の基板１３は、この表面上に固体撮像素子１４が配置されるものであり、この基板１３の裏面全面がスペーサ１２の表面に接するように配置されている。このように第２の基板１３が配置されることにより、第２の基板１３は、スペーサ１２の表面形状に応じて湾曲している。
【００１１】
この第２の基板１３の表面上には、固体撮像素子１４が配置されている。固体撮像素子１４は、複数の画素１４ａが格子状に配列形成された受光面１４Ｓを有しており、各画素１４ａによって光を受光し、受光量に応じた量の電荷を発生させることにより、信号電圧を生成する。このような固体撮像素子１４は、湾曲した第２の基板１３の表面上に配置されているため、固体撮像素子１４の受光面１４Ｓは、第２の基板１３の湾曲形状に応じて、すなわち、スペーサ１２表面の湾曲形状に応じて湾曲している。
【００１２】
なお、固体撮像素子１４と第２の基板１３とは、電気的に接続されている。そして、第２の基板１３と第１の基板１１とは、例えばワイヤー１６等によって、電気的に接続されている。従って、固体撮像素子１４から出力される信号は、第２の基板１３およびワイヤー１６を介して、第１の基板１１に伝達される。
【００１３】
このように固体撮像素子１４が配置された第１の基板１１の表面上には、例えば遮光性樹脂からなる筒状のレンズホルダ１７が配置されている。レンズホルダ１７は、内径が小さい径小部１７ａ、および径小部１７ａより内径が大きい径大部１７ｂを有している。このようなレンズホルダ１７は、径大部１７ｂが固体撮像素子１４、第２の基板１３、およびスペーサ１２を覆い、かつ後述するレンズ１５が固体撮像素子１４の上方に配置されるように、第１の基板１１の表面上に配置されている。
【００１４】
このレンズホルダ１７の径小部１７ａの一部には、カメラモジュール１０の外部から入射される光の赤外線成分を遮断し、赤外線成分以外を透過させる赤外線遮断フィルタ１８が配置されている。
【００１５】
このようなレンズホルダ１７の径小部１７ａの内部のうち、赤外線遮断フィルタ１８の上方には、例えば遮光性樹脂からなり、中心に開口部を有する天板部１９ａが一端に設けられた筒状のレンズバレル１９が、上下方向に移動可能に嵌合配置されている。そして、このレンズバレル１９の内部に、上述の固体撮像素子１４の各々の画素１４ａに光を集光するレンズ１５が配置されている。
【００１６】
なお、レンズホルダ１７の径小部１７ａにはネジ山１７ｃが設けられているとともに、レンズバレル１９の外周面にはネジ溝１９ｂが設けられている。従って、本実施形態においては、レンズバレル１９を回転させることにより、レンズバレル１９を上下方向に移動させることができるものである。このレンズバレル１９の移動によって、レンズバレル１９内部に配置されるレンズ１５の上下方向における位置を調節することができる。
【００１７】
このような本実施形態に係るカメラモジュール１０において、レンズホルダ１７内のレンズ１５のうち、固体撮像素子１４の受光面１４Ｓに対向する表面１５Ｓは、凸状に湾曲している。以下に、このようなレンズ１５に入射された光がレンズ１５の表面１５Ｓから出射される様子を説明する。
【００１８】
図２は、表面１５Ｓが凸状に湾曲したレンズ１５に入射された光が、複数の画素１１４ａが格子状に設けられた、水平な受光面１１４Ｓを有する固体撮像素子１１４に向かって進行する様子を説明する図である。図２において、レンズ１５の光軸の延長上に配置される画素１１４ａの位置を「０」とし、この位置から最も離れた位置に配置される画素１１４ａの位置を、位置「０」の画素１１４ａに対する相対位置として、「１」としている。また、図中の実線矢印Ｌは、レンズ１５の表面１５Ｓから出射される光の主光線を示している。なお、以下の説明において、「０」の位置に配置される画素１１４ａを、中心部の画素１１４ａｏ、と称し、「１」の位置に配置される画素１１４ａを、最端部の画素１１４ａｅ、と称する。
【００１９】
図２に示すように、中心部の画素１１４ａｏに入射される光は、この光の主光線Ｌが画素１１４ａｏの表面に対して実質的に垂直に入射されるように、画素１１４ａｏに到達する。すなわち、上述した水平な受光面１１４Ｓとは、中心部の画素１１４ａｏに入射される光の主光線Ｌに対して実質的に垂直な受光面、を意味する。
【００２０】
これに対して、最端部の画素１１４ａｅを含む、中心部の画素１１４ａｏ以外の各画素１１４ａに入射される光は、この光の主光線Ｌが画素１１４ａの表面に対して斜め方向から入射されるように、各画素１１４ａに到達する。
【００２１】
すなわち、中心部の画素１１４ａｏは、主光線角度θ＝０°で光を受光するのに対して、最端部の画素１１４ａｅを含む、中心部の画素１１４ａ以外の各画素１１４ａは、主光線角度θ≠０°で光を受光する。
【００２２】
図３は、受光面１１４Ｓが水平な固体撮像素子１１４の画素１１４ａの位置と、表面１５Ｓが凸状に湾曲したレンズ１５に入射された光の各画素１１４ａに対する主光線角度θと、の関係を示すレンズの特性図である。図３において横軸は、画素１１４ａの位置を示し、縦軸は、各画素１１４ａに対する主光線角度θを示す。
【００２３】
図３に示すように、表面１５Ｓが凸状に湾曲したレンズ１５を用いて、水平な受光面１１４Ｓを有する固体撮像素子１１４に光を集光する場合、中心部の画素１１４ａｏは、主光線角度θ＝０°で光を受光するが、中心部の画素１１４ａｏ以外の各画素１１４ａは、中心部の画素１１４ａから離れた位置に配置された画素１１４ａほど（＝最端部の画素１１４ａｅに近い位置に配置された画素１１４ａほど）、大きな主光線角度θで光を受光する。
【００２４】
図２、図３に示されるように固体撮像素子１１４の各画素１１４ａが光を受光する場合、中心部の画素１１４ａｏが最も多くの光を受光し、中心部の画素１１４ａｏから離れた位置に配置された画素１１４ａほど（＝最端部の画素１１４ａｅに近い位置に配置された画素１１４ａほど）、光の受光量が低下する。従って、最端部の画素１１４ａｅに近い位置に配置された画素１１４ａほど、感度が低下する。このように受光面１１４Ｓが水平な固体撮像素子１１４においては、画素１１４ａ毎に感度がばらつき、画素１１４ａ毎の感度が不均一となる。
【００２５】
この問題を解決するために、図１に示すカメラモジュール１０においては、画素１４ａに入射される光の主光線角度θが、全ての画素１４ａにおいて互いに等しくなるように、固体撮像素子１４の受光面１４Ｓを湾曲させている。従って、画素１４ａ毎の感度のばらつきは改善される。
【００２６】
なお、固体撮像素子１４の受光面１４Ｓは、例えば図３に示されるレンズ特性図に基づいてスペーサ１２の表面の湾曲形状を設計して製造し、このように製造されたスペーサ１２上に固体撮像素子１４を配置することにより、所望の形状に湾曲させればよい。
【００２７】
特に、実施形態に係るカメラモジュール１０においては、画素１４ａに入射される光の主光線角度θが、全ての画素１４ａにおいて実質的にθ＝０°となるように、固体撮像素子１４の受光面１４Ｓを湾曲させている。従って、画素１４ａ毎の感度のばらつきが改善されるだけでなく、特に中心部以外の各画素１４ａの感度を向上させることができる。
【００２８】
以上に説明したように、本実施形態に係るカメラモジュール１０においては、画素１４ａに入射される光の主光線角度θが、全ての画素１４ａにおいて互いに等しくなるように、固体撮像素子１４の受光面１４Ｓを湾曲させている。従って、画素１４ａ毎の感度のばらつきを改善することができる。
【００２９】
さらに、本実施形態に係るカメラモジュール１０においては、画素１４ａに入射される光の主光線角度θが、全ての画素１４ａにおいて実質的にθ＝０°となるように、固体撮像素子１４の受光面１４Ｓを湾曲させている。従って、画素１４ａ毎の感度のばらつきを改善することができると同時に、特に中心部以外の各画素１４ａの感度を向上させることができる。
【００３０】
なお、上述の実施形態においては、表面１５Ｓが凸状に湾曲したレンズ１５を採用した場合について説明したが、本実施形態に係るカメラモジュール１０においては、採用されるレンズの表面形状に応じて、画素１４ａに入射される光の主光線角度θが、全ての画素１４ａにおいて互いに等しくなるように、固体撮像素子１４の受光面１４Ｓを湾曲させることにより、画素１４ａ毎の感度のばらつきを改善することができる。
【００３１】
図４は、他のレンズの一例を模式的に示す図である。図４に示すレンズ２５は、固体撮像素子１４の受光面１４Ｓに対向する表面２５Ｓに複数の凸部を有する、いわゆるカモメレンズである。このレンズ２５は、図１に示されるレンズ１５による像面湾曲を補正することができるものである。
【００３２】
図５は、受光面１１４Ｓが水平な固体撮像素子１１４の画素１１４ａの位置と、いわゆるカモメレンズ２５に入射された光の各画素１１４ａに対する主光線角度θと、の関係を示すレンズの特性図である。図５においても同様に、横軸は、画素１１４ａの位置を示し、縦軸は、各画素１１４ａに対する主光線角度θを示す。
【００３３】
図５に示すように、いわゆるカモメレンズ２５を採用した場合、中心部の画素１１４ａｏ（「０」の位置に配置される画素）は、主光線角度θ＝０°で光を受光し、最端部の画素１１４ａｅを含む、中心部の画素１１４ａ以外の各画素１１４ａは、主光線角度θ≠０°で光を受光する。この点については、表面１４Ｓが凸状に湾曲したレンズ１５を採用した場合と同様であるが、中心部の画素１１４ａｏと最端部の画素１１４ａｅ（「１」の位置に配置される画素）との間に配置される所定の画素１１４ａにおいて、主光線角度θが最大となるように、各画素１１４ａが光を受光する点で異なっている。すなわち、カモメレンズ２５を採用した場合、中心部の画素１１４ａｏから外側に向かって所定の位置に配置される画素１１４ａに至る領域において、各画素に対する主光線角度θは、画素の位置が中心から外側に向かうほど増加する。しかし、上述の所定の位置に配置される画素から最端部の画素１１４ａｅに至る領域において、各画素に対する主光線角度θは、画素の位置が所定の位置に配置される画素から外側に向かうほど減少する。
【００３４】
このような特性のレンズ２５を採用した場合であっても、上述の実施形態において説明したように、画素１４ａに入射される光の主光線角度θが、全ての画素１４ａにおいて互いに等しくなるように、固体撮像素子１４の受光面１４Ｓを湾曲させることにより、画素１４ａ毎の感度のばらつきを改善することができる。
【００３５】
なお、この場合における固体撮像素子１４の受光面１４Ｓも同様に、例えば図５に示されるレンズ特性図に基づいてスペーサ１２の表面の湾曲形状を設計して製造し、このように製造されたスペーサ１２上に固体撮像素子１４を配置することにより、所望の形状に湾曲させればよい。
【００３６】
さらに、特性のレンズ２５を採用した場合であっても、画素１４ａに入射される光の主光線角度θが、全ての画素１４ａにおいて実質的にθ＝０°となるように、固体撮像素子１４の受光面１４Ｓを湾曲させることにより、画素１４ａ毎の感度のばらつきを改善することができると同時に、特に中心部以外の各画素１４ａの感度を向上させることができる。
【００３７】
以上に、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００３８】
例えば、実施形態において、レンズ１５、２５は、レンズホルダ１７内部に配置されるレンズバレル１９内に配置されていた。しかし、レンズ１５、２５は、少なくとも固体撮像素子１４の受光面１４Ｓの上方に配置されるように、レンズホルダ内部に配置されればよく、例えばレンズホルダ内部に直接固定されていてもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１０・・・カメラモジュール
１１・・・第１の基板
１２・・・スペーサ
１３・・・第２の基板
１４、１１４・・・固体撮像素子
１４ａ、１１４ａ・・・画素
１１４ａｏ・・・中心部の画素
１１４ａｅ・・・最端部の画素
１４Ｓ、１１４Ｓ・・・受光面
１５、２５・・・レンズ
１５Ｓ、２５Ｓ・・・表面
１６・・・ワイヤー
１７・・・レンズホルダ
１７ａ・・・径小部
１７ｂ・・・径大部
１７ｃ・・・ネジ山
１８・・・赤外線遮断フィルタ
１９・・・レンズバレル
１９ａ・・・天板部
１９ｂ・・・ネジ溝
【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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