JP2008034453A - カメラモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】撮像素子の中央領域および周囲領域における感度のむらを低減させること。
【解決手段】複数の光電変換部１２が形成された撮像素子１と、撮像素子と離間して配置されたレンズアレイ２とを備えている。レンズアレイ２は、複数のマイクロレンズ２ａが形成された第１の面（上面）と撮像素子に対向する第２の面（下面）とを有しており、撮像素子の複数の光電変換部１２が形成された面側（上方）に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば携帯電話またはデジタルスチルカメラなどの携帯機器に搭載されるカメラモジュールに関するものである。

近年、例えば携帯電話またはデジタルスチルカメラに搭載されるカメラモジュールは、さらに小型化および薄型化される傾向にある。従来のカメラモジュールは、下記特許文献１に示されているように、撮像素子の表面に複数のマイクロレンズが形成されており、複数のマイクロレンズを介して光電変換部に光が入射される構造となっている。
特開平１０−１６３４６２号公報

しかしながら、近年における薄型化の傾向に伴って撮像素子の受光面における周辺領域への光入射角がさらに小さくなっており、撮像素子の表面に複数のマイクロレンズが形成されているという従来の構造においては、撮像素子の中央領域および周囲領域における感度むらをさらに低減させることは困難となってきた。

すなわち、撮像素子の周辺領域に形成された光電変換部ほど光入射角がさらに小さくなるために、撮像素子の周辺領域の光電変換部に到達する光の量がさらに減少し、中央領域に比べて周辺領域の画像がさらに暗くなり、感度が低くなるという問題があった。

本発明のカメラモジュールは、上記問題点を鑑みて完成されたものであり、その目的は、撮像素子の中央領域および周囲領域における感度のむらを低減させることにある。

本発明のカメラモジュールは、複数の光電変換部が形成された撮像素子と、この撮像素子と離間して配置されたレンズアレイとを備えている。レンズアレイは、複数のマイクロレンズが形成された第１の面と撮像素子に対向する第２の面とを有しており、撮像素子の複数の光電変換部が形成された面側に配置されている。また、本発明のカメラモジュールは、複数の光電変換部が形成された撮像素子と、撮像素子の上方に配置された光路変換手段とを備えている。光路変換手段は、撮像素子の反対側から入射された光を撮像素子の複数の光電変換部に対して垂直に出射する。

本発明のカメラモジュールは、複数のマイクロレンズが形成された第１の面と撮像素子に対向する第２の面とを有しており、撮像素子と離間して配置されたレンズアレイを備えていることにより、撮像素子の中央領域および周囲領域における光入射角の差をさらに低減させることができ、撮像素子の中央領域および周囲領域における感度のむらを低減させることができる。

本発明のカメラモジュールの実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明のカメラモジュールの構成を示す断面図である。図２は、本発明のカメラモジュールにおける撮像素子１とレンズアレイ２との関係を示す断面図である。本発明のカメラモジュールは、撮像素子１と、撮像素子１と離間して配置されたレンズアレイ２とを備えている。レンズアレイ２は、外部から入射された光を撮像素子１に導く複数のマイクロレンズ２ａを有している。

撮像素子１は、半導体材料からなる基板１１上に形成された光電変換部（受光部）１２および遮光部１３を有しており、光電変換部１２および遮光部１３上に形成されたオーバーコート層を有している。ここで、撮像素子１の光電変換部とは、外部から入射された光を受けてこの光に応じた電気信号を出力する部分であり、入射光を電荷に変換する部分である。撮像素子１は、光電変換部１２に入射された光を電気信号に変換するものであり、基板３上に搭載されている。

本発明において、レンズアレイ２は、撮像素子１の光電変換部１２が形成された面側（図１において、撮像素子１の上方）に撮像素子１と離間されて配置されており、撮像素子１に対して反対側の面（光が入射される側の面）に複数のマイクロレンズ２ａを有している。このように、レンズアレイ２は、複数のマイクロレンズ２ａが形成された第１の面（光が入射される面；図１において上面）と、撮像素子１に対向する第２の面（図１において下面）とを有している。複数のマイクロレンズ２ａは、撮像素子１に対して反対側（光が入射される側）に凸状に形成されており、外部から入射された光を撮像素子１の光電変換部１２に導く。

図２に示したカメラモジュールにおいて、レンズアレイ２の複数のマイクロレンズ２ａは、撮像素子１の複数の光電変換部１２に対応して配置されている。ここで、“対応して”とは、少なくとも複数の光電変換部１２のすべてと複数のマイクロレンズ２ａとの関係を示すことができることをいい、図２に示したカメラモジュールにおいては、複数のマイクロレンズ２ａの一つが複数の光電変換部１２の一つに関係付けられている。すなわち、図２に示したカメラモジュールにおいて、複数のマイクロレンズ２ａの数と複数の光電変換部１２の数とが等しい。複数のマイクロレンズ２ａに入射された光は、複数のマイクロレンズ２ａに対応する撮像素子１の光電変換部１２に入射される。レンズアレイ２の複数のマイクロレンズ２ａは、撮像素子１の光電変換部１２より大きく形成されている。図２に示したカメラモジュールにおいて、レンズアレイ２は、撮像素子１の反対側（外部）から入射された光を撮像素子１の複数の光電変換部１２に対して垂直に出射する光路変換手段である。

レンズアレイ２は透光性材料からなる。ここで、レンズアレイ２の透光性とは、外部から入射された光の少なくとも一部の波長が透過できることをいう。レンズアレイ２の具体的な材料は、例えば、ホウケイ酸ガラスなどのガラス材料、または、アクリル樹脂やメタクリル樹脂などの透光性の高い高分子材料である。ホウケイ酸ガラスは、ガラス材料にホウ酸が加えられたものであり、耐熱性および耐薬品性に優れているとともに、滑らかな表面を有する成形物を構成することができる。このように、ホウケイ酸ガラスは、光学的な特性に優れた透光性材料である。レンズアレイ２は、例えば、不純物の溶け込みが比較的少ない白金（Ｐｔ）から成る型に、溶融した高純度のガラス材料を流し込んで冷却することにより作製される。

図１に示したカメラモジュールにおいて、レンズアレイ２の上方（外部側）にはレンズ４が配置されている。レンズ４は、撮像素子１との間にレンズアレイ２が位置するように配置されており、基板３上に固定されたレンズホルダ５により支持されている。レンズ４は透光性材料からなる。ここで、レンズ４の透光性とは、外部から入射された光の少なくとも一部が透過できることをいう。レンズ４の透光性材料として、例えば、アクリル樹脂やメタクリル樹脂などの透光性樹脂やガラスがある。レンズホルダ５は、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂、または、液晶ポリマー，ポリエチレン，ポリエステルなどの熱可塑性樹脂などからなる。

ここで本発明のカメラモジュールにおける撮像素子１に対する光の入射について図３を用いて説明する。図３は、図１に示したカメラモジュールにおける撮像素子１およびレンズアレイ２に対する入射光を模式的に示したものである。図３において、レンズアレイ２に入射される光（外部から入射される光）をＬ２と示して、撮像素子１に入射される光をＬ１と示している。本発明のカメラモジュールは、凸状に形成された複数のマイクロレンズを有しており撮像素子１と離間されて配置されたレンズアレイ２を備えていることにより、撮像素子１の受光面（上面）の中央領域Ｒｃにおける光Ｌ２の入射角と、周囲領域Ｒｐにおける光Ｌ２の入射角との差を低減させて、撮像素子１の中央領域Ｒｃおよび周囲領域Ｒｐにおける受光量の差を低減させることができる。このように、本発明においては、撮像素子１の中央領域Ｒｃおよび周囲領域Ｒｐにおける解像むらを低減させることができる。

（レンズアレイの第２の例）次に、本発明のカメラモジュールにおけるレンズアレイ２の他の例（第２の例）について図４を参照して説明する。図４は、レンズアレイ２の第２の例の構成を示す模式図である。レンズアレイ２の第２の例において、レンズアレイ２の周囲領域Ｒｐに位置する複数のマイクロレンズ２ａは、レンズアレイ２の中央領域Ｒｃに位置する複数のマイクロレンズ２ａより大きく形成されている。図４に示したカメラモジュールにおいて、レンズアレイ２の周囲領域Ｒｐに位置する複数のマイクロレンズ２ａは、レンズアレイ２の中央領域Ｒｃに位置する複数のマイクロレンズ２ａより厚く形成されている。また、図４に示したカメラモジュールにおいて、レンズアレイ２の周囲領域Ｒｐに位置する複数のマイクロレンズ２ａは、レンズアレイ２の中央領域Ｒｃに位置する複数のマイクロレンズ２ａより大きい径を有する。

また、図４に示したレンズアレイ２の例において、複数のマイクロレンズ２ａは、レンズアレイ２の中央領域Ｒｃから周囲領域Ｒｐに向かうに伴って漸次大きくなっている。本発明のカメラモジュールにおいて、レンズアレイ２の周囲領域Ｒｐに位置する複数のマイクロレンズ２ａが、レンズアレイ２の中央領域Ｒｃに位置する複数のマイクロレンズ２ａより大きいことにより、撮像素子１の受光面に入射される光量のむらをさらに低減させて、撮像素子１の中央領域Ｒｃおよび周囲領域Ｒｐにおける解像むらを低減させることができる。すなわち、本発明のカメラモジュールにおいて、レンズアレイ２（光路変換手段）は、中央領域Ｒｃより周囲領域Ｒｐの方が光路の変換量が大きくなるように複数のマイクロレンズ２ａが形成されており、このような構成により、撮像素子１の中央領域Ｒｃおよび周囲領域Ｒｐにおける解像むらを低減させることができる。

（レンズアレイの第３の例）次に、本発明のカメラモジュールにおけるレンズアレイ２の他の例（第３の例）について図５を参照して説明する。図５は、レンズアレイ２の第３の例の構成を示す模式図である。レンズアレイ２の第３の例において、複数のマイクロレンズ２ａには、レンズアレイ２の中央部側に向かって傾斜する面が形成されている。図５に示したカメラモジュールにおいて、レンズアレイ２の周囲領域Ｒｐに位置する複数のマイクロレンズ２ａは、レンズアレイ２の中央領域Ｒｃに位置する複数のマイクロレンズ２ａより大きく形成されている。図５に示したカメラモジュールにおいて、レンズアレイ２の周囲領域Ｒｐに位置する複数のマイクロレンズ２ａは、レンズアレイ２の中央領域Ｒｃに位置する複数のマイクロレンズ２ａより厚く形成されている。

また、図５に示したカメラモジュールにおいて、複数のマイクロレンズ２ａは、レンズアレイ２の中央領域Ｒｃから周囲領域Ｒｐに向かうに伴って上面の傾斜角度が大きくなっている。本発明のカメラモジュールにおいて、複数のマイクロレンズ２ａには、レンズアレイ２の中央部に向かって傾斜する面が形成されていることにより、撮像素子１の受光面に入射される光量のむらをさらに低減させて、撮像素子１の中央領域Ｒｃおよび周囲領域Ｒｐにおける解像むらを低減させることができる。すなわち、本発明のカメラモジュールにおいて、レンズアレイ２（光路変換手段）は、中央領域Ｒｃより周囲領域Ｒｐの方が光路の変換量が大きくなるように複数のマイクロレンズ２ａが形成されており、このような構成により、撮像素子１の中央領域Ｒｃおよび周囲領域Ｒｐにおける解像むらを低減させることができる。

（レンズアレイの第４の例）次に、本発明のカメラモジュールにおけるレンズアレイ２の他の例（第４の例）について図６を参照して説明する。図６は、レンズアレイ２の第４の例の構成を示す模式図である。レンズアレイ２の第４の例において、レンズアレイ２の周囲領域Ｒｐに位置する複数のマイクロレンズ２ａが、レンズアレイ２の中央領域Ｒｃに位置する複数のマイクロレンズ２ａより、大きくかつ上面の傾斜角が大きく形成されている。本発明のカメラモジュールは、このような構成により、撮像素子１の中央領域Ｒｃおよび周囲領域Ｒｐにおける解像むらを低減させることができる。すなわち、本発明のカメラモジュールにおいて、レンズアレイ２（光路変換手段）は、中央領域Ｒｃより周囲領域Ｒｐの方が光路の変換量が大きくなるように複数のマイクロレンズ２ａが形成されており、このような構成により、撮像素子１の中央領域Ｒｃおよび周囲領域Ｒｐにおける解像むらを低減させることができる。なお、ここで言うマイクロレンズは少なくとも光路を変換する機能を有しており、複数のマイクロレンズ２ａの表面が平面状の構造もあり得る。

（レンズアレイの第５の例）次に、本発明のカメラモジュールにおけるレンズアレイ２の他の例（第５の例）について図７を参照して説明する。図７は、レンズアレイ２の第５の例の構成を示す模式図である。第５の例において、レンズアレイ２の表面に近赤外線遮断膜２７が形成されている。図７に示したレンズアレイ２において、近赤外線遮断膜２７は、レンズアレイ２の第２の面（撮像素子１に対向する面；図７において下面）に形成されている。ここで、本発明において近赤外線遮断膜２７とは、７００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長帯域の近赤外線の少なくとも一部を吸収するものであり、例えば、誘電体多層膜からなる光学フィルタである。近赤外線遮断膜（誘電体多層膜）２７は、屈折率が１．７以上の誘電体材料から成る相対的に高屈折率の誘電体層と、屈折率が１．６以下の誘電体材料からなる相対的に低屈折率の誘電体層とからなる。この誘電体多層膜は、高屈折率の誘電体層と低屈折率の誘電体層とが、蒸着法またはスパッタリング法などにより、数十層にわたって交互に積層されている。

図７に示したカメラモジュールにおいて、近赤外線遮断膜２７は、４００ｎｍ〜６００ｎｍの波長帯域において、反射率の最大値が２０％以下であり、７００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長帯域において、反射率の最小値が９０％以上である。

本発明のカメラモジュールは、レンズアレイ２の表面に近赤外線遮断膜が形成されていることにより、解像度を向上させることができる。

（レンズアレイの第６の例）次に、本発明のカメラモジュールにおけるレンズアレイ２の他の例（第６の例）について図８を参照して説明する。図８は、レンズアレイ２の第６の例の構成を示す模式図である。本発明のカメラモジュールにおいて、レンズアレイ２の表面に反射防止膜が形成されている。ここで、本発明のカメラモジュールにおける反射防止膜とは、４５０ｎｍ〜６００ｎｍの可視領域の少なくとも一部の反射を低減させるものである。図８に示したカメラモジュールにおいて、反射防止膜２８は、４５０ｎｍ〜６００ｎｍの可視領域における反射率の最大値が２％以下である。図８に示したカメラモジュールにおいて、反射防止膜２８は、レンズアレイ２の第２の面（撮像素子１に対向する面；図８において下面）に形成されている。

反射膜２８は、屈折率１．７以上の絶縁材料と屈折率１．６以下の絶縁材料とからなる。屈折率１．７以上の絶縁材料として、例えば、五酸化タンタル，酸化チタン，五酸化ニオブ，酸化ランタン，酸化ジルコニウムがある。屈折率１．６以下の絶縁材料として、例えば、酸化珪素，酸化アルミニウム，フッ化ランタン，フッ化マグネシウムがある。硬度や安定性などの機械的特性、および、光学フィルタとしての機能に関係する屈折率などの光学的特性を考慮すると、相対的に高屈折率の絶縁材料として酸化チタン、相対的に低屈折率の絶縁材料として酸化珪素が望ましい。

本発明のカメラモジュールは、レンズアレイ２の表面に反射防止膜が形成されていることにより、解像度を向上させることができる。

本発明のカメラモジュールの構成を示す断面図である。 本発明のカメラモジュールにおける撮像素子１とレンズアレイ２との関係を示す断面図である。 図１に示したカメラモジュールにおける撮像素子１およびレンズアレイ２に対する入射光を模式的に示したものである。 レンズアレイ２の第２の例の構成を示す模式図である。 レンズアレイ２の第３の例の構成を示す模式図である。 レンズアレイ２の第４の例の構成を示す模式図である。 レンズアレイ２の第５の例の構成を示す模式図である。 レンズアレイ２の第６の例の構成を示す模式図である。

符号の説明

１・・・撮像素子
２・・・レンズアレイ
２ａ・・・複数のマイクロレンズ
３・・・基体
４・・・レンズ
５・・・レンズホルダ

Claims (11)

1. 基板上に複数の光電変換部が形成された撮像素子と、
   複数のマイクロレンズが形成された第１の面と前記撮像素子に対向する第２の面とを有しており、前記撮像素子の前記複数の光電変換部が形成された面側に前記撮像素子と離間して配置されたレンズアレイと、を備えたカメラモジュール。
2. 前記複数のマイクロレンズが、前記撮像素子の前記複数の光電変換部に対応して配置されていることを特徴とする請求項１記載のカメラモジュール。
3. 前記撮像素子との間に前記レンズアレイが位置するように配置されたレンズをさらに備えていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のカメラモジュール。
4. 前記レンズアレイの表面に形成された近赤外線遮断膜をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のカメラモジュール。
5. 前記近赤外線遮蔽膜は、前記レンズアレイの前記第２の面に形成されていることを特徴とする請求項４記載のカメラモジュール。
6. 前記レンズアレイの表面に形成された反射防止膜を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のカメラモジュール。
7. 前記反射防止膜は、前記レンズアレイの前記第２の面に形成されていることを特徴とする請求項６記載のカメラモジュール。
8. 前記レンズアレイの周囲領域に位置する前記複数のマイクロレンズが、前記レンズアレイの中央領域に位置する前記複数のマイクロレンズより大きいことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のカメラモジュール。
9. 前記複数のマイクロレンズに、前記レンズアレイの中央部側に傾斜する面が形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のカメラモジュール。
10. 基板上に複数の光電変換部が形成された撮像素子と、
    該撮像素子の上方に配置され、前記撮像素子の反対側から入射された光を前記撮像素子の前記複数の光電変換部に対して垂直に出射する光路変換手段と、を備えたカメラモジュール。
11. 前記光路変換手段は、複数のマイクロレンズを有しており、
    前記光路変換手段の周囲領域に位置する前記複数のマイクロレンズは、前記光路変換手段の中央領域に位置する前記複数のマイクロレンズより、光路の変換量が大きいことを特徴とする請求項１０記載のカメラモジュール。

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