(57)【要約】【課題】視差をなくし、簡単な構成で高画素化や高倍率化を達成し、カメラ等の機器の薄型化を達成することを可能としたカメラモジュールを提供する。【解決手段】第１のレンズと、分光プリズムと、第２のレンズと、撮像素子、撮像素子の検出情報より被写体像を生成する画像処理回路よりなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体からの光を透過する第１のレンズと、
前記第１のレンズを透過した光を複数の色成分の光に分割し、前記色成分ごとに射出方向を分離する分光プリズムと、
前記分光プリズムから射出された光を透過する第２のレンズと、
前記第２のレンズを通過した光を受光する撮像素子と、
前記撮像素子により検出された情報より被写体像を生成する演算回路と、を有することを特徴とするカメラモジュール。
【請求項２】
前記第１のレンズと前記分光プリズムとが一体構成である請求項１記載のカメラモジュール。
【請求項３】
前記第２のレンズと前記分光プリズムとが一体構成である請求項１記載のカメラモジュール。
【請求項４】
前記第１のレンズと前記第２のレンズと前記分光プリズムとが一体構成である
請求項１記載のカメラモジュール。
【請求項５】
前記第１のレンズの少なくとも一方の表面に回折素子を形成している請求項１記載のカメラモジュール。
【請求項６】
前記第２のレンズの少なくとも一方の表面に回折素子を形成している請求項１記載のカメラモジュール。
【請求項７】
被写体と前記第１のレンズとの間に回折素子を有する請求項１記載のカメラモジュール。
【請求項８】
前記第１のレンズと前記分光プリズムとの間に回折素子を有する請求項１記載のカメラモジュール。
【請求項９】
前記分光プリズムと前記第２のレンズとの間に回折素子を有する請求項１記載のカメラモジュール。
【請求項１０】
前記第２のレンズと前記撮像素子との間に回折素子を有する請求項１記載のカメラモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラ、特に薄型のデジタルカメラ等に使用するカメラモジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の薄型デジタルカメラの需要の高まりに伴い、複数のレンズとイメージャーを使って単一の被写体を撮影して、それぞれの得られた像を合成して単一の高画質な２次元画像を得ることを目的とした撮像装置が提案されている。
【０００３】
図８を参照しながら、このような撮像装置の構成について説明する。図８は上記従来の例の説明図である。１０１はモールドなどで一体的に作られた撮像レンズであり、後述のＣ−ＭＯＳセンサ１０３の色毎に分割されたセンサ部１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃのそれぞれに被写体像を結像させるためのＲ波長用レンズ１０１ａ、Ｇ波長用レンズ１０１ｂ、Ｂ波長用レンズ１０１ｃを有している。
【０００４】
１０２は、レンズ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃのそれぞれの絞り１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃを一体的に構成したものである。また、絞り１０２には、更にＲ波長光透過フィルター１０２ａ、Ｇ波長透過フィルター１０２ｂ、Ｂ波長透過フィルター１０２ｃが一体的に構成されている。
【０００５】
１０３は不図示の画像処理回路などが一体に構成されているＣ−ＭＯＳセンサで、図８（ｂ）に示すように、それぞれＲ、Ｇ、Ｂ用のセンサ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃが平面的に独立して構成されているため、従来のベイヤー配列のセンサに比べ同じ画素サイズと画素数であればレンズの焦点距離がルート１／３で済み、光軸方向の厚みが薄く構成できるものである（特許文献１）。
【特許文献１】特許第３３９７７５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような従来の薄型化撮像装置では、複数のレンズを使用するため、得られる被写体像に視差が発生する点に留意する必要があった。
【０００７】
この視差は、Ｃ-ＭＯＳセンサ１０３の後段のデジタル画像処理部で、目立たない様に補正をかけるが、視差があまりに大きいと補正処理しきれなくなり本来の狙いの高画質化が妨げられてしまうという問題が発生する。
【０００８】
従って、従来の構造では一つ一つのイメージャーの画素数をあまり大きくすることができなかった。画素数を大きくすると、イメージャーの占める面積も大きくなり、これによりその前に位置するレンズの間隔も大きくなり、視差が大きくなってしまう。また、従来の構造ではレンズの焦点距離を長くして撮影倍率を上げることが難しい。隣どうしのレンズ間隔を同じとすると、レンズの焦点距離に比例して出来た画像の視差は大きくなり、やはり画像の劣化を招くからである。また、レンズの焦点距離を長くして倍率を大きくすると、薄型のカメラを作るという目的にも反することとなる。
【０００９】
本発明はこのような問題を解決するために成されたものであり、視差をなくし、簡単な構成で高画素化や高倍率化を達成し、搭載されるカメラ等の機器の薄型化を達成することを可能とした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】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明に係るカメラモジュールは、被写体からの光を透過する第１のレンズと、第１のレンズを透過した光を複数の色成分の光に分割し、色成分ごとに射出方向を分離する分光プリズムと、分光プリズムから射出された光を透過する第２のレンズと、第２のレンズを通過した光を受光する撮像素子と、撮像素子により検出された情報より被写体像を生成する演算回路とを有することを特徴とする。
【００１１】
上記構成において、第１のレンズと分光プリズムとが一体構成であることが好ましい。また、第２のレンズと分光プリズムとが一体構成であることが好ましい。また、第１のレンズと第２のレンズと分光プリズムとが一体構成であることが好ましい。
【００１２】
また上記構成において、第１のレンズの少なくとも一方の表面に回折素子を形成することが好ましい。また、第２のレンズの少なくとも一方の表面に回折素子を形成することが好ましい。また、被写体と第１のレンズとの間に回折素子を有することが好ましい。また、第１のレンズと分光プリズムとの間に回折素子を有することが好ましい。また、分光プリズムと第２のレンズとの間に回折素子を有することが好ましい。また、第２のレンズと撮像素子との間に回折素子を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、視差を増やすことなく簡単な構成で高画素化や高倍率化を達成し、搭載されるカメラ等の機器の薄型化を達成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施の形態のカメラモジュールの説明図である。図１において、１は第１のレンズ素子、２は分光プリズム素子、３ａ、３ｂは第２のレンズ素子、４ａ、４ｂは撮像素子、５は第１の光軸、６ａ、６ｂは第２の光軸である。
【００１６】
第１のレンズ素子１は、被写体からの光を集光する役割であり、分光プリズム素子２は、第１のレンズ素子１で集光された光を、周波数帯域別に分光する役割を有し、さらに分光後の光の進む方向を、周波数帯域別に異ならせる役割もある。第２のレンズ素子３ａは、第２の光軸６ａ方向に分光された光をさらに集光し、撮像素子４ａの撮像面上に結像する役割を有する。同様に、第２のレンズ素子３ｂは、第２の光軸６ｂ方向に分光された光をさらに集光し、撮像素子４ｂの撮像面上に結像する役割を有する。撮像素子４ａ、４ｂは、不図示の画像処理回路により、撮像面に結像した像を画像として出力する役割を有する。
【００１７】
第１の光軸５の延長方向に存在する被写体（不図示）からの第１の光軸５を光軸とする光線は、第１のレンズ素子１で集光させられ、分光プリズム素子２により所定の周波数帯域別に分光され、かつ射出方向を制御されて、第２の光軸６ａ、６ｂ方向に射出される。第２のレンズ素子３ａ、３ｂはそれぞれの周波数帯域にあわせ専用の設計をされたレンズ素子であり、入射した周波数帯域別の光をそれぞれの撮像素子４ａ、４ｂの撮像面に結像し、後述する不図示の画像処理回路により処理し、画像として出力する構成となっている。
【００１８】
本構成により、従来の組み合わせレンズによる光学系に比べ、光学長を維持しながらも、モジュール全体長（第１の光軸５方向の全長）を著しく短くすることが可能となる。
【００１９】
また、第２のレンズ素子は、限られた周波数帯域のみで十分な性能を実現すれば良いため、レンズ設計が容易になる効果や、より歪の少ない画像を再現することができる効果、また、第１のレンズ素子１が担う集光度合いを小さくすることができ、第１のレンズ素子１の厚みを薄くすることができたり、第１のレンズ素子１と分光プリズム素子２との間隔を狭くすることが可能となり、さらにカメラモジュールの全体長（第１の光軸方向の全長）を短くすることができる効果などがある。
【００２０】
（第２の実施の形態）
図２は、本発明の第２の実施の形態のカメラモジュールの説明図である。図１と同じ構成要素については同じ符号を用い説明を省略する。７は回折格子を形成した回折素子である。各素子が図１に示した構成と同様の働きをし、同様の効果を得ることができる。
【００２１】
さらに加えて、回折素子７に第１のレンズ素子１の集光性能の一部、またはすべてを担わせることにより、第１のレンズ素子の曲率を大きくし、厚みも薄くすることができる。これにより、モジュール全体長（第１の光軸５方向の全長）をさらに短くすることができる。また、分光プリズム２へ入射する前の光学系（前段の光学系）にて、大きな集光度が得られるため、分光プリズム２から撮像素子４ａ、４ｂまでの後段の光学系での集光度を小さくすることができ、結果として、第２のレンズ素子３ａ、３ｂの曲率を大きくしたり、厚みを薄くしたりすることが可能となり、モジュール幅（第２の光軸方向の全長）も小さくすることができる。さらに、回折素子７に第１のレンズ素子１の集光性能を全て担わせることにより、第１のレンズ素子１を排除することができ、モジュール全体長（第１の光軸方向の全長）をさらに短くすることができる。
【００２２】
図３は、本発明の第２の実施の形態のカメラモジュールの変形例の説明図である。図２では第１のレンズ素子１と被写体（不図示）の間に回折素子７を挿入しているのに対し、図３では第１のレンズ素子１と分光プリズム素子２との間に回折素子を挿入している。図２および図３に示す構成では、プリズム２により分光する前の光軸５上に回折素子を設けているため、回折素子を１個にすることができ、コスト面において有効である。
【００２３】
図４、図５は、本発明の第２の実施の形態のカメラモジュールの別の変形例の説明図である。図４、図５では後段の光学系に回折素子を挿入している。図４では、第１の回折素子７ａと第２の回折素子７ｂとを、それぞれ分光プリズム２と第２のレンズ素子３ａ、３ｂの間に挿入している。一方、図５では、第１の回折素子７ａと第２の回折素子７ｂとを、それぞれ第２のレンズ素子３ａ、３ｂと撮像素子４ａ、４ｂとの間に挿入している。これらにおいても図２、３と同様の効果を有することは言うまでもない。
【００２４】
さらに、図４および図５の構成において、回折素子７ａ、７ｂに第２のレンズ素子３ａ、３ｂの集光性能の一部、またはすべてを担わせることにより、第２のレンズ素子の曲率を大きくし、厚みも薄くすることができ、モジュール全体長（第１の光軸５方向の全長）をさらに短くしながら、モジュール幅（第２の光軸６ａ、６ｂ方向の全長）も小さくすることができる。
【００２５】
なお、本構成では、色分光後の光線に対して回折素子による集光を行っているため、回折格子に入射する光線の波長帯域は非常に狭い帯域となっている。回折格子は、原理上、設計波長を特定して設計され、それ以外の波長が入射すると著しく効率を低下させる。したがって、狭い帯域の光線のみが回折素子に入射する本構成は、回折素子を利用する上で最も有効な構成である。
【００２６】
さらに、本構成では、回折素子から射出された光線が、再度、第２のレンズ素子に入射するように構成されている。したがって、後段のレンズ素子により集光することが十分可能であるため、回折素子に入射する光線は、比較的平行光に近い光線でもよい。これも、回折素子の性能を十分に引き出す一つの条件であり、回折格子の設計をより容易にするものである。
【００２７】
以上のことにより、本構成では、明るく優れた画質の画像を得ることができる。
【００２８】
（第３の実施の形態）
図６は、本発明の第３の実施の形態のカメラモジュールの説明図である。８ａは第２のレンズ素子３ａの表面に形成した第１の回折格子であり、８ｂは第２のレンズ素子３ｂの表面に形成した第２の回折格子である。
【００２９】
本実施の形態のように、別途、回折素子を挿入する代わりに、レンズ素子や分光プリズム素子の表面に回折格子を形成することにより、集光性能を向上させることも可能である。本構成により、図１と同様の効果が得られるとともに、回折素子の挿入が不要となることによりモジュール全体長（第１の光軸５方向の全長）やモジュール幅（第２の光軸６ａ、６ｂ方向の全長）を削減することが可能となる。
【００３０】
なお、本構成では第２のレンズ素子３ａ、３ｂの分光プリズム素子２側の面に回折格子を形成しているが、他方の面に形成しても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００３１】
（第４の実施の形態）
図７は、本発明の第４の実施の形態のカメラモジュールの説明図である。
【００３２】
図７において、１は第１のレンズ素子、２は分光プリズム素子、３ａ、３ｂは第２のレンズ素子、４ａ、４ｂは撮像素子、５は第１の光軸、６ａ、６ｂは第２の光軸である。第１のレンズ素子１は、被写体からの光を集光する役割であり、片面を分光プリズム素子の入射面に接合した構成となっている。分光プリズム素子２は、第１のレンズ素子１で集光された光を、周波数帯域別に分光する役割を有し、さらに分光後の光の進む方向を、周波数帯域別に異ならせる役割を有する。さらに、第２のレンズ素子３ａは第２の光軸６ａ方向に分光された光をさらに集光し、撮像素子４ａの撮像面上に結像する役割を有し、一面を分光プリズム素子２の射出面に接合した構成となっている。同様に、第２のレンズ素子３ｂは、第２の光軸６ｂ方向に分光された光をさらに集光し、撮像素子４ｂの撮像面上に結像する役割を有し、一面を分光プリズム素子２の射出面に接合した構成となっている。撮像素子４ａ、４ｂは、不図示の画像処理回路により、撮像面に結像した像を画像として出力する役割を有する。
【００３３】
本実施の形態における動作および効果については、第１の実施の形態と同様である。
【００３４】
なお、第１のレンズ素子１と分光プリズム素子２とは、回折格子を形成した面を介して貼り合わせた構成にしても良い。また、分光プリズム素子２と第２のレンズ素子３ａ、３ｂとは、回折格子を形成した面を介して貼り合わせた構成にしても良い。これらの構成により、第１のレンズ素子１、第２のレンズ素子３ａ、３ｂの曲率を大きくしたり、厚みを薄くすることが出来るため、モジュール全体長（第１の光軸５方向の全長）を短くしたり、モジュール幅（第２の光軸６ａ、６ｂ方向の全長）小さくしたりすることも出来る。また、接合面に回折格子を形成することにより、モジュール組み立てにおいて、素子をハンドリングすることによる回折格子の破損の危険性が小さくなる。これにより取り扱いが容易になり、大幅なコストダウンが望める。
【００３５】
また、ここでは、第１のレンズ素子１の被写体（不図示）側の面、第２のレンズ素子３ａ、３ｂの撮像素子側の面に回折格子を構成した場合について、言及しなかったが、実施の形態１の効果と同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００３６】
なお、上記した各実施の形態においては、２つの周波数帯域に光を分割する場合の構成について説明したが、Ｒ、Ｇ、Ｂの３周波数帯域に分光する構成でも、Ｍｇ、Ｙｅ、Ｇ、Ｃｙの４周波数帯域、またはそれ以上に分割する構成でも同様な効果を得ることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明のカメラモジュールは、デジタルカメラ、特に薄型のデジタルカメラや、カメラ付き携帯電話等に使用するカメラモジュールとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１の実施の形態のカメラモジュールの説明図
【図２】本発明の第２の実施の形態のカメラモジュールの説明図
【図３】本発明の第２の実施の形態のカメラモジュールの変形例の説明図
【図４】本発明の第２の実施の形態のカメラモジュールの変形例の説明図
【図５】本発明の第２の実施の形態のカメラモジュールの変形例の説明図
【図６】本発明の第３の実施の形態のカメラモジュールの説明図
【図７】本発明の第４の実施の形態のカメラモジュールの断面図
【図８】（ａ）従来のカメラモジュールの説明図（ｂ）従来のカメラモジュールの撮像素子の説明図
【符号の説明】
【００３９】
１    第１のレンズ素子
２    分光プリズム素子
３ａ，３ｂ    第２のレンズ素子
４ａ，４ｂ    撮像素子
５    第１の光軸
６ａ，６ｂ    第２の光軸
７，７ａ，７ｂ    回折素子
８ａ，８ｂ    回折格子
【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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【図８】
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