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技術 レンズシート、撮像モジュール、撮像装置

出願人 大日本印刷株式会社
発明者 播戸一樹
出願日 2015年12月22日 (5年2ヶ月経過) 出願番号 2015-249452
公開日 2017年6月29日 (3年7ヶ月経過) 公開番号 2017-116633
状態 特許登録済
技術分野 レンズ以外の光学要素 スタジオ装置 光学要素・レンズ 固体撮像素子
主要キーワード 隔壁シート 略多角錐形状 多層誘電膜 略四角錐形状 一部形状 長方格子 楔形形状 真空充填
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年6月29日)のものです。
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図面 (11)

課題

撮像モジュール及び撮像装置薄型化でき、良好な3次元画像を提供することができるレンズシート、及び、これを備える撮像モジュール、撮像装置を提供することである。

解決手段

レンズシート11は、撮像モジュール10において撮像素子部14よりも光の入射側に配置され、シート面に沿って複数の方向に配列され、光の入射側の面に凸状の単位レンズ形状112を有する光透過部111と、互いに隣り合う光透過部111間に、各光透過部111を囲むようにして設けられ、該レンズシート11の厚み方向に沿って、単位レンズ形状112側の面11aから反対側である該レンズシート11の裏面11b側に延びる光吸収部113とを備える。

概要

背景

近年、スマートフォンタブレット等の携帯端末に備えられるカメラにおいては、画質の向上等、様々な開発が行われている(例えば、特許文献1参照)。特に、スマートフォン等の携帯端末においては、薄型化が進んでおり、携帯端末に備えられるカメラ(以下、携帯端末用カメラという)においても、薄型化が図られている(例えば、特許文献1参照)。

また、ライトフィールドカメラと呼ばれる、撮影後に焦点距離被写界深度を変更できるカメラが開発され、近年広まっている(例えば、特許文献2参照)。このライトフィールドカメラは、イメージセンサ上に配置されたマイクロレンズアレイにより、入射光を分割して複数の方向の光を撮影することにより、撮影後に光の入射方向や強度に基づいて所定の画像処理を行って所定の焦点距離や被写界深度に変更することができる。

概要

撮像モジュール及び撮像装置を薄型化でき、良好な3次元画像を提供することができるレンズシート、及び、これを備える撮像モジュール、撮像装置を提供することである。レンズシート11は、撮像モジュール10において撮像素子部14よりも光の入射側に配置され、シート面に沿って複数の方向に配列され、光の入射側の面に凸状の単位レンズ形状112を有する光透過部111と、互いに隣り合う光透過部111間に、各光透過部111を囲むようにして設けられ、該レンズシート11の厚み方向に沿って、単位レンズ形状112側の面11aから反対側である該レンズシート11の裏面11b側に延びる光吸収部113とを備える。

目的

本発明の課題は、撮像モジュール及び撮像装置を薄型化することができるレンズシート、及び、これを備える撮像モジュール、撮像装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

撮像モジュールにおいて撮像素子部よりも光の入射側に配置されるレンズシートであって、シート面に沿って複数の方向に配列され、光の入射側の面に凸状の単位レンズ形状を有する光透過部と、互いに隣り合う前記光透過部間に、各前記光透過部を囲むようにして設けられ、該レンズシートの厚み方向に沿って、前記単位レンズ形状側の面から反対側である該レンズシートの裏面側に延びる光吸収部と、を備えるレンズシート。

請求項2

請求項1に記載のレンズシートにおいて、前記単位レンズ形状は、シート面の法線方向から見た形状が円形状に形成されていること、を特徴とするレンズシート。

請求項3

請求項1に記載のレンズシートにおいて、前記単位レンズ形状は、シート面の法線方向から見た形状が矩形状に形成されていること、を特徴とするレンズシート。

請求項4

請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のレンズシートにおいて、前記光透過部の屈折率N1と前記光吸収部の屈折率N2とは、N1≦N2を満たすこと、を特徴とするレンズシート。

請求項5

入射する光を電気信号に変換する複数の画素2次元配列された撮像素子部と、前記撮像素子部よりも光の入射側に配置され、請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の前記レンズシートとを備え、前記レンズシートは、その裏面が前記撮像素子部と対向するようにして配置されること、を特徴とする撮像モジュール。

請求項6

請求項5に記載の撮像モジュールにおいて、前記レンズシートと、前記撮像素子部との間に、請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の第2のレンズシートを更に備えること、を特徴とする撮像モジュール。

請求項7

請求項5又は請求項6に記載の撮像モジュールを備える撮像装置

技術分野

0001

本発明は、レンズシートと、これを備える撮像モジュール及び撮像装置とに関するものである。

背景技術

0002

近年、スマートフォンタブレット等の携帯端末に備えられるカメラにおいては、画質の向上等、様々な開発が行われている(例えば、特許文献1参照)。特に、スマートフォン等の携帯端末においては、薄型化が進んでおり、携帯端末に備えられるカメラ(以下、携帯端末用カメラという)においても、薄型化が図られている(例えば、特許文献1参照)。

0003

また、ライトフィールドカメラと呼ばれる、撮影後に焦点距離被写界深度を変更できるカメラが開発され、近年広まっている(例えば、特許文献2参照)。このライトフィールドカメラは、イメージセンサ上に配置されたマイクロレンズアレイにより、入射光を分割して複数の方向の光を撮影することにより、撮影後に光の入射方向や強度に基づいて所定の画像処理を行って所定の焦点距離や被写界深度に変更することができる。

先行技術

0004

特開2015−99345号公報
特表2015−520992号公報

発明が解決しようとする課題

0005

携帯端末用カメラでは、高画質な画像を撮影するためには、レンズ収差補正等が必要となる。そのため、携帯端末用カメラでは、複数枚レンズにより構成される撮像レンズが用いられている。しかし、この撮像レンズは、複数枚のレンズにより構成されているため、全体としてのカメラの厚さ(5〜7mm程度)の約80%(約4mm)を撮像レンズが占めることとなる。そのため、携帯端末用カメラにおいて、高画質な画像の撮影と薄型化との両立が、大きな課題となっている。
また、携帯端末用カメラに対する、画質や撮影機能の向上等は、常に要求されることである。

0006

一方、ライトフィールドカメラでは、イメージセンサ上に配置される各マイクロレンズアレイの各レンズからの光(像)が、受光面上で重ならないようにするために、前述のような撮像レンズや、各レンズに対応した隔壁を有する隔壁シート等が必要となっている。
前述のように撮像レンズは、複数枚のレンズにより構成されるため、大型であり、ライトフィールドカメラの小型化、薄型化が困難であった。また、隔壁シートを配置する場合には、隔壁とマイクロレンズアレイとの位置合わせが困難であるという問題があった。

0007

本発明の課題は、撮像モジュール及び撮像装置を薄型化することができるレンズシート、及び、これを備える撮像モジュール、撮像装置を提供することである。

課題を解決するための手段

0008

本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
第1の発明は、撮像モジュール(10)において撮像素子部(14)よりも光の入射側に配置されるレンズシート(11)であって、シート面に沿って複数の方向に配列され、光の入射側の面に凸状の単位レンズ形状(112)を有する光透過部(111)と、互いに隣り合う前記光透過部間に、各前記光透過部を囲むようにして設けられ、該レンズシートの厚み方向に沿って、前記単位レンズ形状側の面(11a)から反対側である該レンズシートの裏面(11b)側に延びる光吸収部(113)と、を備えるレンズシートである。
第2の発明は、第1の発明のレンズシート(11)において、前記単位レンズ形状(112)は、シート面の法線方向(Z方向)から見た形状が円形状に形成されていること、を特徴とするレンズシートである。
第3の発明は、第1の発明のレンズシート(11)において、前記単位レンズ形状(112)は、シート面の法線方向(Z方向)から見た形状が矩形状に形成されていること、を特徴とするレンズシートである。
第4の発明は、第1の発明から第3の発明までのいずれかのレンズシート(11)において、前記光透過部(111)の屈折率N1と前記光吸収部(113)の屈折率N2とは、N1≦N2を満たすこと、を特徴とするレンズシートである。
第5の発明は、入射する光を電気信号に変換する複数の画素2次元配列された撮像素子部(14)と、前記撮像素子部よりも光の入射側に配置され、第1の発明から第4の発明までのいずれかの前記レンズシート(11)とを備え、前記レンズシートは、その裏面(11b)が前記撮像素子部と対向するようにして配置されること、を特徴とする撮像モジュール(10)である。
第6の発明は、第5の発明の撮像モジュール(10)において、前記レンズシート(11)と、前記撮像素子部(14)との間に、第1の発明から第4の発明までのいずれかの第2のレンズシート(12)を更に備えること、を特徴とする撮像モジュールである。
第7の発明は、第5の発明又は第6の発明の撮像モジュール(10)を備える撮像装置(1)である。

発明の効果

0009

本発明によれば、撮像モジュール及び撮像装置を薄型化することができるレンズシート、及び、これを備える撮像モジュール、撮像装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

0010

実施形態のカメラ1を説明する図である。
実施形態の撮像モジュール10を説明する図である。
実施形態のレンズシート11の詳細を説明する図である。
実施形態のレンズシート11の詳細を説明する図である。
実施形態のレンズシート11の製造に用いる金型の製造方法の一例を説明する図である。
実施形態のレンズシート11の製造方法の一例を説明する図である。
実施形態の撮像モジュール10のイメージセンサ14の受光面上での結像の様子を説明する図である。
レンズシート11の別な形態を示す図である。
撮像モジュール10の別な形態を示す図である。
単位レンズ形状112の別な形態を示す図である。

実施例

0011

以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、図1を含め、以下に示す各図は、模式的に示した図であり、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするために、適宜誇張している。
明細書中に記載する各部材の寸法等の数値及び材料名等は、実施形態としての一例であり、これに限定されるものではなく、適宜選択して使用してよい。
本明細書中において、形状や幾何学的条件を特定する用語、例えば、平行や直交等の用語については、厳密に意味するところに加え、同様の光学的機能を奏し、平行や直交と見なせる程度の誤差を有する状態も含むものとする。
本明細書中において、シート面とは、各シート状の部材において、そのシート全体として見たときにおける、シートの平面方向となる面を示すものであるとする。

0012

(実施形態)
図1は、本実施形態のカメラ1を説明する図である。
図2は、本実施形態の撮像モジュール10を説明する図である。図2(a)は、撮像モジュールの正面側(光が入射する側)から見た正面図であり、図2(b)及び図2(c)は、それぞれ、図2(a)のb部断面図、c部断面図である。図2(b)及び図2(c)に示す各断面図は、光透過部の配列方向(X方向、Y方向)に平行であって、厚み方向から見て互いに隣り合う光透過部の中心部を通り、レンズシートの厚み方向に平行な面における断面形状を示している。

0013

図1を含め、以下に示す各図において、理解を容易にするために、XYZ直交座標系を適宜設けて示している。この座標系では、撮影者が、撮像装置を基本的な姿勢で支持し、光軸Oを水平として画像を撮影するとき、水平方向(左右方向)をX方向、鉛直方向(上下方向)をY方向とし、光軸Oの軸方向をZ方向とし、撮影者側から見て左側(被写体側から見て右側)に向かう方向を+X方向、鉛直方向上側に向かう方向を+Y方向、光軸O方向をZ方向とし、被写体側に向かう方向を+Z方向とする。

0014

カメラ1は、被写体を撮像することができる撮像装置である。
カメラ1は、図1に示すように、開口部20を有する筐体30内に、撮像モジュール10を備えている。また、このカメラ1は、不図示の制御部、記憶部、シャッタ部、シャッタ駆動部等を備えている。
開口部20は、被写体側からの光を、カメラ1の撮像モジュール10へ取り込む部分である。この開口部20には、撮像モジュール10への埃やゴミ等の異物侵入を防止する等の観点から、開口部20を覆うようにカバーガラス21が配置されている。

0015

本実施形態の撮像モジュール10は、光軸O(Z方向)に沿って、光の入射側(被写体側、+Z側)から順に、レンズシート11、接合層15、イメージセンサ14等を備えている。この撮像モジュール10は、前述の制御部からの出力信号により、像を撮像する。
レンズシート11及びイメージセンサ14は、矩形状の平板状の部材であり、その平板面幾何学的中心に光軸Oが直交している。

0016

図3は、本実施形態のレンズシート11を説明する図である。図3(a)は、図2(b)に示すレンズシート11の断面(YZ断面)の一部を拡大した拡大図であり、図3(b)では、図3(a)に示す断面の一部をさらに拡大して示している。
図4は、本実施形態のレンズシート11を説明する図である。図4(a)は、図2(c)に示すレンズシート11の断面(XZ断面)の一部を拡大した拡大図であり、図4(b)では、図4(a)に示す断面の一部をさらに拡大して示している。

0017

レンズシート11は、光軸O方向(Z方向)において、イメージセンサ14の被写体側(+Z側)に位置しており、接合層15により、イメージセンサ14の被写体側(+Z側)に接合されている。
レンズシート11は、図2(a)に示すように、シート面に沿ってX方向及びY方向に等間隔に配列される複数の光透過部111と、互いに隣り合う光透過部111間に、各光透過部111を囲むようにして設けられる光吸収部113とを備えている、いわゆるマイクロレンズアレイである。
光透過部111は、光を透過する透明部分であり、被写体側(+Z側)に、凸形状の単位レンズ形状112を有している、いわゆるマイクロレンズである。レンズシート11の被写体側(+Z側)の面は、単位レンズ形状112が複数配列されたレンズ形状面11aとなっている。また、レンズシート11のイメージセンサ14側(+Z側)の面(レンズ形状面11aとは反対側の面)である裏面11bは、略平面状となっている。

0018

本実施形態の単位レンズ形状112は、略半球状の形状に形成されており、鉛直方向及び左右方向に対象な形状に形成されている。すなわち、単位レンズ形状112は、図3に示すYZ断面における断面形状と、図4に示すXZ断面における断面形状とが、円の一部形状円弧形状)となっている。また、単位レンズ形状112(光透過部111)は、レンズシート11のシート面の法線方向(Z方向)から見た形状が円形状に形成されている。ここで、略半球状とは、半球だけでなく、球や、回転楕円体の一部形状を含む形状をいう。

0019

光透過部111の裏面11b側(イメージセンサ14側、−Z側)には、シート面に平行な方向に連続しているランド部114が形成されており、各光透過部111がランド部114に接合されている。
このランド部114は、光透過部111と同様に、光を透過する透明部分である。ランド部114は、その厚みができる限り薄い方が好ましく、ランド部114の厚さが0であること(即ち、ランド部114が存在しない形態)が、迷光等を防止し、高画質の画像を提供する観点から理想的である。なお、本実施形態のランド部114は、光透過部111と一体に形成されている。

0020

光透過部111及びランド部114は、光透過性を有する樹脂により形成され、その屈折率N1は、1.38〜1.60程度である。
本実施形態の光透過部111及びランド部114は、ウレタンアクリレートポリエステルアクリレートエポキシアクリレート等の紫外線硬化型樹脂を用いて、紫外線成形法等により形成されている。
なお、これに限らず、光透過部111及びランド部114は、電子線硬化型樹脂等の他の電離放射線硬化型樹脂により形成してもよい。また、光透過部111及びランド部114は、PET(ポリエチレンテレフタレート)樹脂等の熱可塑性樹脂等を用いて熱溶融押出成形法等により形成されてもよいし、ガラスにより形成されてもよい。

0021

また、単位レンズ形状112の表面には、反射防止機能を有する不図示の反射防止層が形成されている。この反射防止層は、反射防止機能を有する材料(例えば、フッ化マグネシウム(MgF2)、二酸化ケイ素(SiO2)、フッ素光学用コーティング剤等)を所定の膜厚コーティングする等により形成される。
レンズシート11のレンズ形状面11aは、光の入射面であるため、反射防止層を形成することにより、レンズシート11と空気との界面となるレンズ形状面11aにおける反射を抑制し、入射光量の増加を図ることができる。

0022

光吸収部113は、光を吸収する作用を有する部分であり、互いに隣り合う光透過部111間に、各光透過部111を囲むようにして設けられている。光吸収部113は、レンズシート11の厚み方向(Z方向)に沿って、単位レンズ形状112が形成されたレンズ形状面11aから反対側の面(裏面11b)側に延びるようにして形成されている。
光吸収部113は、図3及び図4に示すように、レンズシート11の厚み方向(Z方向)に平行な断面における断面形状が楔形形状、もしくは、矩形形状に形成されている。ここで、楔形形状とは、一方の端部の幅が広く、他方に向けて次第に幅が狭くなる形状をいい、三角形形状台形形状等を含む形状をいう。

0023

本実施形態の光吸収部113は、図3及び図4に示すようなレンズシート11の厚み方向(Z方向)に平行な面における断面形状において、レンズ形状面11a側の寸法が裏面11b側の寸法に比べて大きい等脚台形形状に形成されている。これに限らず、光吸収部113は、厚み方向(Z方向)に平行な面における断面形状が、裏面11b側を頂点とする三角形形状としてもよい。
光吸収部113は、光透過部111内を進む光のうち、隣接する他の光透過部111側へ向かうような迷光を吸収する機能を有する。

0024

この光吸収部113は、カーボンブラック等の光吸収性を有する材料(以下、光吸収材という)や、光吸収材を含有した樹脂等により形成される。
光吸収部113に用いられる光吸収材は、可視光領域の光を吸収する機能を有する粒子状等の部材が好適である。このような部材としては、カーボンブラック、グラファイト黒色酸化鉄等の金属塩顔料染料、顔料や染料で着色された樹脂粒子等が挙げられる。

0025

顔料や染料で着色された樹脂粒子を用いる場合には、その樹脂粒子は、アクリル系樹脂や、PC(ポリカーボネート)樹脂、PE(ポリエチレン)樹脂、PS(ポリスチレン)樹脂、MBSメチルメタクリレートブタジエンスチレン)樹脂、MS(メチルメタクリレート・スチレン)樹脂等により形成されたものが用いられる。
光吸収材としては、カーボンブラック等と上記のような着色された樹脂粒子とを組み合わせて用いてもよい。
光吸収材を含有する樹脂としては、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート等の紫外線硬化型樹脂や電子線硬化型樹脂等の電離放射線硬化型樹脂が挙げられる。
本実施形態の光吸収部113は、カーボンブラックを含有するアクリル系樹脂により形成されている。

0026

光吸収部113の屈折率N2は、1.45〜1.60程度である。また、光吸収部113の屈折率N2は、光透過部111の屈折率N1に対して、N2≧N1となっていることが好ましい。これは、光吸収部113と光透過部111との界面で、光が全反射する等し、不要な光がイメージセンサ14に到達することを防ぐためである。

0027

レンズシート11の各部の寸法は、以下の通りである。
光透過部111(単位レンズ形状112)の配列ピッチPは、約20〜230μmとすることが好ましい。
単位レンズ形状112の曲率半径Rは、約10〜180μmとすることが好ましい。
単位レンズ形状112のレンズ開口径D1は、シート面の法線方向から見た場合の単位レンズ形状112の直径であり、約20〜200μmとすることが好ましい。
単位レンズ形状112のレンズ高さH1は、レンズシート11の厚み方向(Z方向)において、光吸収部113のレンズ形状面11a側の面から単位レンズ形状112の最も凸となる頂部t3までの寸法であり、約2〜40μmとすることが好ましい。
レンズシート11の総厚さTは、レンズシート11の厚み方向(Z方向)において、単位レンズの頂部t3から裏面11bまでの寸法であり、約30〜480μmである。

0028

光吸収部113の幅D2は、レンズ形状面11a側における最も狭い部分、すなわち、図3(b)に示す断面における左右方向(X方向)の幅や、図4(b)に示す断面における鉛直方向(Y方向)の幅であり、約1〜30μmとすることが好ましい。
光吸収部113の高さH2は、レンズシート11の厚み方向(Z方向)における光吸収部113の寸法であり、約20〜470μmとすることが好ましい。
光吸収部113と光透過部111との界面がシート面の法線方向となす角度θは、0°≦θ≦10°とすることが好ましい。角度θを上述の範囲内とすることにより、紫外線硬化樹脂賦形による製造をする場合、金型からの離型が容易になる、という効果を奏することができる。また、レンズシート11をイメージセンサ14に貼り付けた場合において、光吸収部113の影となる部分減らし、イメージセンサ14の有効画素数を多く保つため、楔形の光吸収部113の全体の幅D2を小さくするのが好ましく、なおかつ、光吸収部113の高さH2を高く設定する場合、光吸収部の上端下端の幅の差を極力小さくした方が良いということがあるので、上述の範囲が好ましい。

0029

ランド厚D3は、ランド部114の厚さであり、レンズシート11の厚み方向において、光吸収部113のイメージセンサ14側の面からレンズシート11の裏面11bまでの寸法であり、約1〜50μmとすることが、迷光や、所定の光透過部111(単位レンズ形状112)に入射した光が、隣接する他の光透過部111(単位レンズ形状112)側へ光が進んでしまうことを抑制する観点から好ましい。
レンズシート11は、上記寸法範囲で形成されることによって、その焦点距離が約24〜300μm(空気中の換算値)となる。

0030

図5は、本実施形態のレンズシート11の製造に用いられる成形型40の製造方法の一例を説明する図である。図5(a)は、銅板に光透過部に対応する穴形状を作製する状態を示す図であり、図5(b)は、穴形状が複数、銅板上に形成された成形型の平面図の一部拡大図である。
レンズシート11の製造に用いられる成形型40は、図5(a)及び図5(b)に示すように、銅板上に光透過部111(単位レンズ形状112)に対応する未貫通の穴形状41がドリルによって複数形成されることによって製造される。
ここで、ドリルは、その先端部が曲率半径Rの曲面状に形成され、また、その先端部の直径がレンズ開口径D1と同寸法に形成されている。また、ドリルの径は、先端部から離れるにつれて太くなるように形成されており、ドリルの周側面がドリルの回転軸に対して角度θで傾斜している。そのため、銅板に設けられる穴形状41は、光透過部111に設けられる単位レンズ形状112の形状に対応した形状に形成されることとなる。

0031

図6は、本実施形態のレンズシート11の製造方法の一例を説明する図である。
レンズシート11の製造方法の一例は、以下の通りである。
まず、図6(a)に示すように、PET樹脂製等の基材用のシート状の部材(以下、基材層という)51を用意し、図6(b)に示すように、その片面にメラミン樹脂アクリル樹脂等を塗布して硬化させ、剥離層52を形成する。

0032

次に、上述の光透過部111に対応する穴形状41が形成された成形型40を用い、紫外線成形法により、図6(c)に示すように、基材層51の剥離層52の上に、光透過部111を形成する。
次に、図6(d)に示すように、光透過部111間の溝部分に、光吸収部113を形成する材料(光吸収材を含有した液状のバインダ)をワイピングスキージング)して充填し、硬化させて、光吸収部113を形成する。ここで、光透過部111を囲むようにして光吸収部113を適正に形成する観点から、光吸収部113を形成する材料のワイピングは、複数の方向から行われるのが望ましい。
その後、所定の大きさに裁断して整え、図6(e)に示すように、剥離層52ごと基材層51を剥離する。そして、不図示の反射防止層を単位レンズ形状112のレンズ形状面11a(表面)に形成する等し、図6(f)に示すように、レンズシート11が形成される。

0033

レンズシート11の製造方法は、上記の例に限らず、使用する材料等に応じて適宜選択できる。
例えば、基材層51及び剥離層52は、基材層に予め剥離層が形成されている汎用の部材を使用してもよい。また、基材層51は、上記の材料に限らず、トリアセチルセルロース(TAC)、ポリエステル、ポリカーボネート(PC)、ポリウレタン系樹脂ポリアクリル系樹脂等を用いて形成してもよいし、剥離層52は、上記の材料に限らず、シリコーン系材料フッ素化合物系材料等を用いて形成してもよい。
また、例えば、基材層51が剥離層52を有しておらず、光透過部111及び光吸収部113を形成後に、基材層51に相当する部分を削る等により、レンズシート11を形成してもよい。
また、例えば、光吸収部113は、光透過部111間の溝部分に光吸収部113を形成する材料を、真空充填等により充填して形成されるようにしてもよいし、毛細管現象を利用した充填方法により形成されるようにしてもよい。

0034

接合層15は、レンズシート11とイメージセンサ14とを一体に接合する層である。
接合層15は、粘着剤又は接着剤により形成され、光透過性を有している。この接合層15の屈折率N3は、レンズシート11及び接合層15の界面における光の屈折を防止する観点から、レンズシート11の光透過部111の屈折率N1と等しいことが好ましい。
また、イメージセンサ14は、駆動時に発熱し、約40℃前後まで表面温度が上昇する。そのため、イメージセンサ14の発熱によるレンズシート11の反り等の変形を抑制する観点から、接合層15は、耐熱性を有することが好ましい。
このような接合層15としては、エポキシ樹脂製ウレタン樹脂製等の粘着剤、接着剤が好適である。
なお、接合層15は、その屈折率N3が光透過部111の屈折率N1よりも小さいものも適用可能である。このような接合層15としては、例えば、シリコーン系粘着剤等が挙げられる。

0035

レンズシート11を透過した光は、単位レンズ形状112により、後述するイメージセンサ14の受光面上が焦点となるように集光される。即ち、単位レンズ形状112の曲率半径R、屈折率N1は、イメージセンサ14の受光面上が焦点となるように設定されている。
レンズシート11は、光学的には、マイクロレンズが2次元方向(X方向及びY方向)に配置され、マイクロレンズ間遮光壁が形成された状態に略等しい。

0036

イメージセンサ14は、受光面で受光した光を電気信号に変換して出力する固体撮像素子である。このイメージセンサ14は、複数の画素が2次元方向に配列されており、各画素により、その画素に入射した光の強度を検出可能である。
イメージセンサ14を構成する複数の画素は、イメージセンサ14の受光面である被写体側の表面に、2次元方向に配列されている。本実施形態では、イメージセンサ14の画素は、左右方向及び上下方向(X方向及びY方向)に複数配列されているものとする。
このようなイメージセンサ14としては、例えば、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等が好適に用いられる。
本実施形態では、このイメージセンサ14として、CMOSが用いられている。

0037

開口部20から撮像モジュール10内に進んだ光は、レンズシート11に入射する。このとき、レンズシート11内を透過する光は、単位レンズ形状112の略球形の形状により集光される。また、レンズシート11において、光透過部111内を光軸O方向に対して大きな角度をなす方向へ進む光の一部は、光吸収部113に入射して吸収される。そして、レンズシート11を透過した光は、イメージセンサ14の受光面で焦点を結ぶ。
そして、イメージセンサ14の受光面上には、このレンズシート11により結像された像が、それぞれ重なることなく形成される。

0038

本実施形態では、レンズシート11に設けられた複数の単位レンズ形状112(光透過部111)に対して、イメージセンサ14の複数の画素が対応するように配置されている。そして、撮影時には、各画素には、対応する単位レンズ形状112(光透過部111)により分割された光が入射し、各画素により、光の強度が検出される。また、各画素と、XY平面上のどの位置の単位レンズ形状112を透過したかとの関係から、画素に入射した光の入射方向が検出可能となる。
撮影時、撮像モジュール10により得られた、各画素が検出した入射光の強度及び入射方向の情報は、記憶部に記憶され、また、制御部により各種演算等が行われることにより、その焦点距離や被写界深度等を変更した(リフォーカス処理を行った)画像データとして生成可能である。

0039

図7は、本実施形態の撮像モジュール10のイメージセンサ14の受光面上での結像の様子を説明する図である。
一般的に、ライトフィールドカメラでは、マイクロレンズアレイの1つのマイクロレンズに対して所定の領域内に位置する複数個の画素141(画素群)が対応している。そして、それぞれのマイクロレンズによる像が、例えば、図7(a)に示すように、対応する領域内に投影されることが重要である。

0040

このとき、例えば、図7(b)に示すように、各マイクロレンズの像が隣の領域に投影され、像が重なると、被写体面上で異なる位置と角度を有する光が同一の画素に入射するクロストークという現象が生じ、光の入射方向や強度を分解できなくなる。これを解消するために、従来のライトフィールドカメラでは、マイクロレンズアレイよりも被写体側に設けられた撮像レンズの絞りを利用したり、マイクロレンズアレイの単位レンズに対応した隔壁を有する隔壁シートをマイクロレンズアレイのイメージセンサ側等に別体で用意したりする必要があった。

0041

しかし、本実施形態によれば、レンズシート11の光吸収部113が、各光透過部111間に形成され、レンズシート11の厚み方向(Z方向)に延びているので、撮像レンズや隔壁シート等を用いることなく、かつ、図7(a)に示すように、クロストークを生じさせることなく、単位レンズ形状112により集光された光を、イメージセンサ14の対応する領域の画素141(画素群)に入射させることができる。これにより、画素141は、入射光の強度と入射方向の情報を高精度で出力することができる。

0042

以上のことから、本実施形態によれば、複数枚の光学レンズからなる撮像レンズが不要であり、レンズシート11(マイクロレンズアレイ)の厚みを数10〜数100μm程度に抑えることができ、撮像モジュール10及びカメラ1として薄型化、軽量化を図ることができる。また、撮像レンズが不要となるので、撮像モジュール10及びカメラ1の生産コストを低減することができる。

0043

また、本実施形態によれば、レンズシート11に光吸収部113が設けられているので、入射した光が、隣接する光透過部に入射してしまうのを抑制することができる。これにより、単位レンズ形状112により集光された光を、イメージセンサ14の対応する領域の画素141(画素群)に適正に入射させることができ、入射光の強度と入射方向の情報とを高精度で出力することができる。

0044

更に、本実施形態によれば、レンズシート11内に光透過部111(単位レンズ形状112)に対応して光吸収部113が一体に形成されているので、隔壁シートとマイクロレンズアレイとの高精度の位置合わせが不要となる。これにより、マイクロレンズアレイと隔壁シートとの位置合わせ精度ずれによる歩留りの低下を抑制することができる。また、位置合わせが不要となるので、ハンドリングが容易となり、製造が容易に行え、生産コスト低減することができる。

0045

また、本実施形態によれば、光透過部111のレンズ開口径D1を小さくしてX方向及びY方向に配列される単位レンズ形状112の数を増やすことも容易であり、かつ、光吸収部113が一体に形成されるので、マイクロレンズをより細密化することができ、画像の空間解像度を向上させることができる。

0046

更に、本実施形態の撮像モジュール10及びカメラ1は、パンフォーカスでの撮影画像も形成可能であり、様々な焦点距離及び被写界深度での撮影画像が形成可能となり、被写体像を3次元にとらえることが可能となる。そのため、撮影された人物の顔などの認証機能の精度を向上させることができる。
また、従来のライトフィールドカメラは、撮像レンズや、マイクロレンズアレイとは別体の光線分割用の隔壁シート等が必要である。しかし、本実施形態によれば、いずれも不要であるので、ライトフィールドカメラとしても、薄型化及び軽量化、生産コストの低減等を図ることができる。

0047

(レンズシート11の別な形態)
以下に、レンズシート11の別な形態について説明する。
図8は、レンズシート11の別な形態の一例を示す図である。図8(a)は、図3(a)に対応する断面図であり、図8(b)は、図4(a)に対応する断面図である。
図8(a)及び図8(b)に示すように、レンズシート11は、裏面11b側に基材層51が一体に積層された形態としてもよい。

0048

レンズシート11は、クロストーク等を抑制する観点から、ランド部114等のような光透過部がシート面に平行な方向に連続する領域(光吸収部113が形成されていない部分)の厚さが小さい方が好ましい。従って、クロストーク等が十分抑制できる程度に基材層51が薄い場合等には、上述のように基材層51を積層した形態のままレンズシートとして使用してもよい。このような基材層51を備える形態とすることにより、レンズシート11のハンドリングが容易になる。

0049

(撮像モジュール10の別な形態)
図9は、撮像モジュールの別な形態を示す図である。
撮像モジュール10は、図9に示すように、レンズシート11とイメージセンサ14との間に、レンズシート11と同様な形態を有するレンズシート12を更に設けるようにした形態としてもよい。例えば、レンズの収差の補正等が必要な場合に有効である。
この場合、レンズシート12がイメージセンサ14に対して接合層15により接合される。レンズシート12は、単位レンズ形状122が設けられるレンズ形状面12aを、レンズシート11側に向くようにして配置されてもよく、また、イメージセンサ14側を向くようにして配置されてもよい。また、レンズシート12の単位レンズ形状122の各寸法は、レンズシート11と同等にしてもよく、また相違するようにしてもよい。

0050

また、撮像モジュール10は、レンズシート11とイメージセンサ14とを接合する接合層15を備えず、レンズシート11がイメージセンサ14の受光面上に接して配置され、レンズシート11、イメージセンサ14は、それぞれ不図示の枠部材で支持され、所定の位置で固定される形態としてもよい。
このとき、レンズシート11の裏面11b(イメージセンサ14側(−Z側)の面)が、イメージセンサ14の受光面の傷つきを防止したり、イメージセンサ14とレンズシート11との光学密着を防止したりする観点から、裏面11bを微細凹凸形状が形成されたマット面とすることが好ましい。
また、接合層15を設けない場合、レンズシート11とイメージセンサ14との間にスペーサを配置する等して、イメージセンサ14とレンズシート11との光学密着やイメージセンサ14の受光面の傷付き等を防止してもよい。

0051

(単位レンズ形状112の別な形態)
図10は、レンズシート11の単位レンズ形状112の別な形態を示す図である。図10(a)は、レンズシート11の厚み方向の被写体側から見た正面図である。図10(b)、図10(c)は、それぞれ図10(a)のb部断面図、c部断面図である。
単位レンズ形状112(光透過部111)は、図10(a)に示すように、レンズシート11のシート面の法線方向(Z方向)から見た形状が矩形状(正方形状)に形成されるようにしてもよい。この場合、単位レンズ形状112は、被写体側(+Z側)に膨らんだ略四角錐形状に形成される。具体的には、単位レンズ形状112は、図10(b)及び図10(c)に示すように、四角錐形状の角部(頂部や稜線)が面取りされ、曲面状に形成された形態となる。

0052

このような形態としても、上述の図3等に示す単位レンズ形状と同様の効果を奏することができる。また、シート面の法線方向から見た形状を矩形状にすることで、上述の図2図3等に示す形態に比して、レンズシート11に対する光の入射面積を増やすことができ、光の利用効率を向上させることができる。
また、単位レンズ形状112(光透過部111)は、レンズシート11のシート面の法線方向(Z方向)から見た形状が多角形状となる略多角錐形状に形成され、その略多角錐形状がシート面の被写体側(+Z側)に膨らみ、角部(頂部や稜線)が面取りされた形態となるようにしてもよい。

0053

変形形態
以上説明した各実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の範囲内である。
(1)上述の実施形態において、撮像モジュール10及びカメラ1は、レンズシート11とイメージセンサ14との間に、赤外線遮蔽する赤外線遮蔽層が設けられるようにしてもよい。これにより、昼間撮影時において、画像にノイズを発生させる赤外線(特に、波長域が700〜1100μmである近赤外線)を遮蔽することができ、良好な映像を撮影することができる。
なお、この場合、夜間撮影時において撮像モジュール10に入射する赤外光が遮蔽されてしまうのを防ぐために、カメラ1には、赤外線遮蔽層を光軸O上から退避させる退避機構等を設ける必要がある。
また、赤外線遮蔽層は、例えば、レンズシート11のレンズ形状面11a側に配置されるようにしてもよく、イメージセンサ14よりも被写体側であれば、特にその位置を限定されるものでない。

0054

更に、赤外線遮蔽層は、赤外線を吸収することにより遮蔽する場合、例えば、赤外線吸収特性を備える材料を含有するアクリル樹脂をコーティングする等により形成される。赤外線吸収特性を有する材料としては、有機色素化合物(例えば、シアニン化合物フタロシアニン化合物ナフトキノン化合物ジインモニウム化合物アゾ化合物)、有機金属錯塩(例えば、ジチオール金属錯体メルカプトナフトール金属錯体)、無機材料(例えば、錫ドープ酸化インジウム(ITO)、アンチモンドープ酸化錫ATO))等が挙げられる。
また、赤外線遮蔽層は、赤外線を反射することにより遮蔽する場合、例えば、酸化亜鉛酸化チタン、ITO、ATO等のスパッタリング膜蒸着膜等(高屈折率層低屈折率層多層誘電膜等)により形成される。

0055

(2)上述の実施形態において、単位レンズ形状112(光透過部111)は、鉛直方向及び左右方向に複数が配列される、すなわち正方格子状に配置される例を示したが、これに限定されるものでない。例えば、単位レンズ形状112(光透過部111)は、シート面の法線方向(Z方向)から見て、六方格子状や、長方格子状等に配置されるようにしてもよい。

0056

(3)光透過部111と光吸収部113との界面は、複数の平面からなる折れ面状となっていてもよいし、複数の平面と曲面とが複数組み合わされている形態としてもよい。

0057

(4)実施形態において、単位レンズ形状112の配列ピッチPやレンズ開口径D1、曲率半径R等は、レンズシート11の垂直方向(Y方向)と左右方向(X方向)とにおいて同様である例を示したが、これに限定されるものでなく、垂直方向と左右方向で上記寸法が相違するようにしてもよい。

0058

(5)イメージセンサ14の受光面の大きさは、撮像モジュール10が用いられる携帯端末やカメラ等の大きさや、所望する画質やカメラの性能等に応じて、適宜採用してよい。イメージセンサ14の受光面の大きさは、例えば、スマートフォン等の携帯端末に用いられる場合には横×縦のサイズが、4.8×3.6mmや4.4×3.3mm等、カメラ(主にコンパクトデジタルカメラ)等に用いられる場合には、6.2×4.7mm、7.5×5.6mm等が挙げられる。
また、例えば、23.6×15.8mm、36×24mm、43.8×32.8mm等の大きな受光面を有するイメージセンサ14を使用することにより、ノイズの低減や取得する焦点距離や被写界深度等の情報の精度や情報量の向上を図り、画質のさらなる向上や、カメラの性能向上を図ってもよい。

0059

なお、本実施形態及び変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。また、本発明は以上説明した実施形態等によって限定されることはない。

0060

1カメラ
10撮像モジュール
11レンズシート
111光透過部
112単位レンズ形状
113光吸収部
14イメージセンサ
15接合層
20 開口部
30筐体
40成形型
41穴形状

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