(57)【要約】【課題】カメラモジュールの薄型化及び小型化、組み立ての容易化を可能とし、かつ高い色再現性を備えるカメラモジュールを提供すること。【解決手段】実施の形態によれば、カメラモジュールは、複数のイメージセンサ１Ｒ、１Ｇｒ、１Ｇｂ、１Ｂと、複数の回折型レンズ２Ｒ、２Ｇｒ、２Ｇｂ、２Ｂとを有する。イメージセンサ１Ｒ、１Ｇｒ、１Ｇｂ、１Ｂは、被写体像を撮像する。回折型レンズ２Ｒ、２Ｇｒ、２Ｇｂ、２Ｂは、被写体からの光を回折させてイメージセンサ１Ｒ、１Ｇｒ、１Ｇｂ、１Ｂにて集光させる。イメージセンサ１Ｒ、１Ｇｒ、１Ｇｂ、１Ｂは、色光ごとに設けられる。複数の回折型レンズ２Ｒ、２Ｇｒ、２Ｇｂ、２Ｂは、イメージセンサ１Ｒ、１Ｇｒ、１Ｇｂ、１Ｂに対応して設けられた回折型レンズ２Ｒ、２Ｇｒ、２Ｇｂ、２Ｂを同一面内に並列させて構成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体像を撮像するための複数のイメージセンサと、
被写体からの光を回折させて前記イメージセンサにて集光させる複数の回折型レンズと、を有し、
前記イメージセンサは、色光ごとに設けられ、
前記複数の回折型レンズは、前記イメージセンサに対応して設けられた前記回折型レンズを同一面内に並列させて構成されることを特徴とするカメラモジュール。
【請求項２】
前記複数の回折型レンズは、一体として構成されることを特徴とする請求項１に記載のカメラモジュール。
【請求項３】
前記回折型レンズは、前記色光ごとに、単位構造体の形状及びピッチの少なくとも一方を異ならせて形成された回折構造を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のカメラモジュール。
【請求項４】
前記複数のイメージセンサは、前記イメージセンサの撮像面を同一面内に並列させ、一体として構成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のカメラモジュール。
【請求項５】
前記複数のイメージセンサと、前記複数の回折型レンズとを一体とするシールド部を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項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】
本発明の実施の形態は、カメラモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一般的なカメラモジュールとして、屈折型レンズで屈折させた光を、一つのイメージセンサに集光させるものがある。画像を得るための光電変換を担うイメージセンサは、例えば、赤色（Ｒ）用、緑色（Ｇ）用、青色（Ｂ）用の光電変換部（画素）を同一平面上にベイヤー配列させて構成される。かかるイメージセンサと組み合わせる屈折型レンズは、各色光をできるだけ同一平面上に集光可能であること、言い換えると色収差が少ないことが求められる。
【０００３】
カメラモジュールは、薄型化や小型化の要請により、レンズとイメージセンサとの間の焦点距離をできるだけ短くする傾向にある。屈折型レンズを使用する場合、焦点距離は、レンズ材料の屈折率や屈折面の曲率に依存することになる。レンズ材料に高屈折率材料を使用することで、焦点距離を短くすることが可能になる一方、色収差の低減に複数のレンズが必要となる場合が生じる。また、レンズ設計の複雑化、カメラモジュールの組み立て精度の厳格化、屈折率を向上させるためのレンズ材料の開発を要すること等も課題となる。
【０００４】
一般的なカメラモジュールに使用されるイメージセンサは、画素ごとに設けられたカラーフィルタを備える。イメージセンサは、カラーフィルタを透過した光を検出し、カラー原画像を再現する。高い色再現性を実現させるためには、カラーフィルタは、所定の色光を完全に分離可能であることが望ましい。カラーフィルタの色分離特性は、カラーフィルタの物性に依存することになる。従来使用されるカラーフィルタは、所定の色光を主に透過させる以外に、他の色光については完全には遮断できず一部が透過してしまうため、イメージセンサでの混色の発生が問題となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−８４１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の実施の形態は、カメラモジュールの薄型化及び小型化、組み立ての容易化を可能とし、かつ高い色再現性を備え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】
【０００７】
実施の形態によれば、カメラモジュールは、複数のイメージセンサと、複数の回折型レンズとを有する。イメージセンサは、被写体像を撮像する。回折型レンズは、被写体からの光を回折させてイメージセンサにて集光させる。イメージセンサは、色光ごとに設けられる。複数の回折型レンズは、イメージセンサに対応して設けられた回折型レンズを同一面内に並列させて構成される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態にかかるカメラモジュールの断面模式図。
【図２】イメージセンサアレイと回折型レンズアレイとの斜視模式図。
【図３】回折型レンズの一部の断面模式図。
【図４】回折型レンズによる集光作用についての説明図。
【図５】回折型レンズの回折構造の変形例を示す断面模式図。
【図６】回折型レンズの回折構造の変形例を示す断面模式図。
【図７】回折型レンズの回折構造の変形例を示す断面模式図。
【図８】第１変形例にかかるカメラモジュールの断面模式図。
【図９】第２変形例にかかるカメラモジュールの断面模式図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に添付図面を参照して、本発明の実施の形態にかかるカメラモジュールを詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００１０】
（実施の形態）
図１は、実施の形態にかかるカメラモジュールの断面模式図である。カメラモジュールは、イメージセンサアレイ１、回折型レンズアレイ２、及びシールド部３を備える。イメージセンサアレイ１は、複数のイメージセンサからなる。イメージセンサは、被写体像を撮像する。回折型レンズアレイ２は、複数の回折型レンズからなる。回折型レンズは、被写体からの光を回折させてイメージセンサにて集光させる。
【００１１】
イメージセンサアレイ１は、回線基板５上に設けられている。半田ボール４は、回線基板５のうちイメージセンサアレイ１とは反対側に設けられている。センサガラス６は、イメージセンサアレイ１を覆う。回線基板５とセンサガラス６とは、イメージセンサアレイ１の周囲において、接着部材９を介して互いに接着されている。ＩＲカットフィルタ７は、回折型レンズにより取り込まれた光から赤外光を除去する。センサガラス６とＩＲカットフィルタ７は、回折型レンズからイメージセンサへ光が進行する領域の周囲において、接着部材９を介して互いに接着されている。
【００１２】
スペーサ８は、ＩＲカットフィルタ７と回折型レンズアレイ２との間の、光が進行する領域の周囲に設けられている。スペーサ８は、イメージセンサアレイ１と回折型レンズアレイ２との間隔を保持する。ＩＲカットフィルタ７とスペーサ８は、接着部材９を介して互いに接着されている。回折型レンズアレイ２は、スペーサ８の上に設けられている。スペーサと回折型レンズアレイ２は、接着部材９を介して互いに接着されている。シールド部３は、回線基板５から回折型レンズアレイ２までの各部の周囲を封止する。シールド部３は、イメージセンサアレイ１と回折型レンズアレイ２とを一体とする。シールド部３と回折型レンズアレイ２とは、接着部材９を介して互いに接着されている。
【００１３】
図２は、イメージセンサアレイと回折型レンズアレイとの斜視模式図である。イメージセンサ１Ｒ、１Ｇｒ、１Ｇｂ、１Ｂは、色光ごとに設けられている。イメージセンサ１Ｒ、１Ｇｒ、１Ｇｂ、１Ｂは、縦横２×２のマトリクス状に配置されている。イメージセンサ１Ｒ、１Ｇｒ、１Ｇｂ、１Ｂは、二つのＧ用イメージセンサ１Ｇｒ、１Ｇｂが斜向かいとなるように配置されている。
【００１４】
Ｒ用イメージセンサ１Ｒは、被写体像のＲ成分を撮像する。Ｒ用イメージセンサ１Ｒは、Ｒ光を透過させるカラーフィルタを備えるＲ用画素で構成されている。Ｂ用イメージセンサ１Ｂは、被写体像のＢ成分を撮像する。Ｂ用イメージセンサ１Ｂは、Ｂ光を透過させるカラーフィルタを備えるＢ用画素で構成されている。
【００１５】
Ｇ用イメージセンサ１Ｇｒ、１Ｇｂは、被写体像のＧ成分を撮像する。Ｇ用イメージセンサ１Ｇｒ、１Ｇｂは、Ｇ光を透過させるカラーフィルタを備えるＧ用画素で構成されている。イメージセンサ１Ｒ、１Ｇｒ、１Ｇｂ、１Ｂは、撮像面を同一面内に並列させ、一体として構成されている。
【００１６】
回折型レンズ２Ｒ、２Ｇｒ、２Ｇｂ、２Ｂは、イメージセンサ１Ｒ、１Ｇｒ、１Ｇｂ、１Ｂに対応して設けられている。回折型レンズ２Ｒ、２Ｇｒ、２Ｇｂ、２Ｂは、イメージセンサ１Ｒ、１Ｇｒ、１Ｇｂ、１Ｂと同様に、縦横２×２のマトリクス状に配置されている。
【００１７】
回折型レンズ２Ｒ、２Ｇｒ、２Ｇｂ、２Ｂは、回折構造を同一面内に並列させて、一体として構成されている。回折型レンズ２Ｒ、２Ｇｒ、２Ｇｂ、２Ｂは、同一の材料から作製されている。回折構造は、回折型レンズ２Ｒ、２Ｇｒ、２Ｇｂ、２Ｂのそれぞれにおいて、略同心円状に形成されている。図２には、回折型レンズ２Ｒ、２Ｇｒ、２Ｇｂ、２Ｂのうち回折構造が形成された面を示している。回折構造は、回折型レンズ２Ｒ、２Ｇｒ、２Ｇｂ、２Ｂのうち、例えば、光を射出する射出面に形成されている。
【００１８】
Ｒ用回折型レンズ２Ｒは、Ｒ用イメージセンサ１ＲにＲ光を集光させる。Ｇ用回折型レンズ２Ｇｒは、Ｇ用イメージセンサ１ＧｒにＧ光を集光させる。Ｇ用回折型レンズ２Ｇｂは、Ｇ用イメージセンサ１ＧｂにＧ光を集光させる。Ｂ用回折型レンズ２Ｂは、Ｂ用イメージセンサ１ＢにＢ光を集光させる。
【００１９】
図３は、回折型レンズの一部の断面模式図である。回折型レンズは、回折格子周期により回折方向が決まり、回折格子深さや形状など回折格子構造により回折効率が決定される。図３の回折構造は、所定の間隔で設けられた複数の単位構造体１０を並列させて構成されている。単位構造体１０は、例えば、矩形の断面形状をなしている。単位構造体１０は、例えば、０．１μオーダー或いは１μオーダーのピッチ及び高さで形成されている。
【００２０】
図４は、回折型レンズによる集光作用についての説明図である。各回折型レンズ２Ｒ、２Ｇｒ、２Ｇｂ、２Ｂには、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光を含む光が入射する。Ｒ用回折型レンズ２Ｒは、Ｒ光について最大の回折効率が得られ、かつＲ光の結像面がＲ用イメージセンサ１Ｒの撮像面に一致するように設計された回折構造を備える。
【００２１】
Ｇ用回折型レンズ２Ｇｒ、２Ｇｂは、Ｇ光について最大の回折効率が得られ、かつＧ光の結像面がＧ用イメージセンサ１Ｇｒ、１Ｇｂの撮像面に一致するように設計された回折構造を備える。Ｂ用回折型レンズ２Ｂは、Ｂ光について最大の回折効率が得られ、かつＢ光の結像面がＢ用イメージセンサ１Ｂの撮像面に一致するように設計された回折構造を備える。回折型レンズ２Ｒ、２Ｇｒ、２Ｇｂ、２Ｂは、色光ごとに、単位構造体１０の形状及びピッチの少なくとも一方を異ならせて形成された回折構造を備える。
【００２２】
回折型レンズ２Ｒ、２Ｇｒ、２Ｇｂ、２Ｂは、単位構造体１０のピッチを大きくするほど、回折による光の偏向角が大きくなる。回折型レンズ２Ｒ、２Ｇｒ、２Ｇｂ、２Ｂは、回折構造の設計により、焦点距離を制御可能である。焦点距離の制御は、例えば、回折型レンズ２Ｒ、２Ｇｒ、２Ｇｂ、２Ｂの中心から周辺に向かって、回折格子周期を小さくすることにより実現可能である。このため、カメラモジュールは、屈折型レンズに代えて回折型レンズ２Ｒ、２Ｇｒ、２Ｇｂ、２Ｂを設けることで、焦点距離の短縮化が容易となる。また、回折構造により光を偏向させるため、屈折型レンズを用いる場合に比較して、短い焦点距離を薄型のレンズにより実現することもできる。焦点距離の短縮化及びレンズの薄型化により、カメラモジュールは、薄型化及び小型化が可能となる。
【００２３】
Ｒ用イメージセンサ１Ｒは、Ｒ光の偏向に特化して設計されたＲ用回折型レンズ２Ｒによって、被写体像のＲ成分について高解像度を得ることが可能となる。これに対して、Ｒ成分以外のＧ成分及びＢ成分については、Ｒ用イメージセンサ１Ｒの撮像面での解像度が低下することとなる。Ｇ用イメージセンサ１Ｇｒ、１Ｇｂ、Ｂ用イメージセンサ１Ｂについても同様に、検出対象とする色成分については高解像度とし、その他の色成分については解像度を低下させることができる。イメージセンサ１Ｒ、１Ｇｒ、１Ｇｂ、１Ｂは、検出対象とする色成分のみについて高感度にできることから、良好な色分離特性を得ることができる。
【００２４】
カメラモジュールは、回折型レンズ２Ｒ、２Ｇｒ、２Ｇｂ、２Ｂによる色分離を適用することで、カラーフィルタのみによって色分離を実施する場合に対して、高い色再現性を得ることが可能となる。また、カメラモジュールは、被写体からの光を取り込む光学系について、検出対象とする色成分に特化した構成とし、色収差の低減のための設計及び構成が不要となる。
【００２５】
回折型レンズ２Ｒ、２Ｇｒ、２Ｇｂ、２Ｂの回折構造は、例えば、半導体装置の製造工程と同様に、露光、現像及びエッチングを経て形成される。フォトリソグラフィの技術により、回折型レンズ２Ｒ、２Ｇｒ、２Ｇｂ、２Ｂは、精度良く作製でき、かつ金型を使用せずに容易に量産することも可能となる。入射面及び射出面のうちの一方に回折構造を備える回折型レンズアレイ２は、平板状の材料部材の一面を加工することにより作製できる。
【００２６】
イメージセンサアレイ１も半導体プロセスにより作製されるため、カメラモジュールは、ウェハ状態のイメージセンサアレイ１、回折型レンズアレイ２等の接合により、容易に製造することが可能である。回折型レンズ２Ｒ、２Ｇｒ、２Ｇｂ、２Ｂは、一体成型が可能であることから、互いの高精度な位置合わせを不要にできる。これにより、カメラモジュールは、組み立て性を向上させることができる。カメラモジュールは、別途ホルダーを用いなくても、シート状の一体構成とすることができる。
【００２７】
図５から図７は、回折型レンズの回折構造の変形例を示す断面模式図である。図５に示す回折構造の単位構造体１１は、三角形の断面形状をなす（ブレーズ形状）。図６に示す回折構造の単位構造体１２は、三角形の一辺を階段状に変形したような断面形状をなす（擬似ブレーズ形状）。このような形状は、例えば、半導体プロセスによる形成に適している。
【００２８】
図７に示す回折構造の単位構造体１３は、例えば大小の三角形を組み合わせた断面形状をなす。このような形状は、例えば、イメージセンサで検出対象とする以外の色成分を散乱させ、色分離特性をさらに向上させるような場合に適している。例えば、回折構造は必要な色分離特性や回折効率からフーリエ変換を経て決めることができる。回折型レンズ２Ｒ、２Ｇｒ、２Ｇｂ、２Ｂの回折構造は、被写体から入射する光を回折させるものであれば本実施の形態で示すものに限られず、適宜変形しても良い。回折構造は、カメラモジュールの特性等に応じて、所望の回折特性を得られる形状を選択しても良い。
【００２９】
回折構造は、回折型レンズ２Ｒ、２Ｇｒ、２Ｇｂ、２Ｂの射出面に設けられている場合に限られず、回折型レンズ２Ｒ、２Ｇｒ、２Ｇｂ、２Ｂの入射面に設けるものとしても良く、射出面及び入射面の双方に設けるものとしても良い。また、射出面及び入射面の一方の面に回折構造を形成して回折型レンズとして機能させるとともに、他方の面に曲面形状を形成して屈折型レンズとして機能させることとしても良い。カメラモジュールは、回折型レンズの射出面や入射面、或いはその周辺に、迷光を抑制するための遮光処理を施すこととしても良い。
【００３０】
図８は、第１変形例にかかるカメラモジュールの断面模式図である。本変形例は、回折型レンズアレイ２の表面にＩＲカットフィルタ７がコーティングされている。ＩＲカットフィルタ７は、回折型レンズアレイ２の入射面に設けられている。ＩＲカットフィルタ７は、回折レンズアレイ２の射出面に設けることとしても良い。
【００３１】
図９は、第２変形例にかかるカメラモジュールの断面模式図である。本変形例は、スペーサ８を省略し、接着部材９を介してセンサガラス６の上に回折型レンズアレイ２が設けられている。回折型レンズアレイ２は、図１に示す場合より厚みを持たせることで、イメージセンサアレイ１と回折構造との間隔を確保している。また、回折構造は、回折型レンズアレイ２の入射面に形成されている。ＩＲカットフィルタ７は、回折型レンズアレイ２の入射面に設ける他、射出面に設けても良い。カメラモジュールは、さらに、センサガラス６を省略することとし、イメージセンサアレイ１の上に回折型レンズアレイ２を設ける構成としても良い。
【００３２】
カメラモジュールは、本実施の形態に示す構成を適宜変形したものとしても良い。例えば、イメージセンサ及び回折型レンズは、それぞれ複数であれば良く、４つである場合に限られない。また、イメージセンサ及び回折型レンズは、互いに１対１の対応をなして配置されていれば良く、配置の態様を適宜変更しても良い。
【符号の説明】
【００３３】
１Ｒ、１Ｇｒ、１Ｇｂ、１Ｂ  イメージセンサ、２Ｒ、２Ｇｒ、２Ｇｂ、２Ｂ  回折型レンズ、３  シールド部、８  スペーサ、９  接着部材、１０、１１、１２、１３  単位構造体。
【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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【図９】
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