CN1860780A - 摄像装置以及微透镜阵列的制造方法 - Google Patents

Abstract

将具备多个有光电转换功能的像素(3a)的摄像元件(3)、与具有在纵横方向上排列了多个使被拍摄体在多个像素(3a)上成像的微透镜(1a)的微透镜阵列(1)相对地布置。微透镜阵列(1)在相邻的微透镜(1a)之间具有格子状的槽(20)，槽(20)的深度比微透镜阵列(1)的厚度的一半还深。因而，可以实现制造容易，装置构成简洁化，极大减少散射光的影响和串扰，以及能得到鲜明图像摄影的摄像装置。

Description

摄像装置以及微透镜阵列的制造方法

技术领域

本发明涉及摄像装置，特别涉及在具有多个像素的摄像元件的被拍摄体侧布置了排列有多个微透镜的微透镜阵列的摄像装置，此外，本发明还涉及该微透镜阵列的制造方法。

背景技术

近年，在市场规模不断扩大的数字静态照相机市场中，对携带性好的小型、薄型照相机的需求不断提高。负责信号处理的LSI等电路部件利用布线图形的细微化等在高性能、小型化上取得了进展。另外，记录介质也是小型化、大容量且变得可以廉价地获得。但是，由透镜和CCD或CMOS等固体摄像元件构成的摄像系统的小型化还不够，为了实现携带性更好的照相机而希望进行小型摄像系统的开发。

众所周知，作为实现摄像系统小型化的结构，要使用在平面上排列了多个微透镜的透镜阵列光学系统。使用透镜阵列光学系统可以使摄像系统在光轴方向变薄，且由于各个微透镜的直径小，故能够比较小地抑制像差。

在(日本)特公昭59-50042号公报中提出了使用这种透镜阵列的摄像系统。这种摄像系统从被拍摄体侧顺序地具有：在平面内排列了多个微透镜的微透镜阵列、在平面内形成了多个与微透镜一一对应的针孔的针孔遮光框(pin hole mask)、以及通过了各针孔的光成像的像平面。各微透镜在针孔遮光框上分别形成被拍摄体的缩小像，而且各针孔使该缩小像的相互不同的部分的光通过(取样)。结果，在像平面上形成被拍摄体像。

但是，在上述(日本)特公昭59-50042号公报的摄像系统中，由于在像平面上形成的被拍摄体像的分辨率由微透镜(即针孔)的个数以及密度决定，因此很难高画质化。总之，由组成对的微透镜和针孔构成的组成单位的布置，决定所得到的像素的取样点的布置，因此为了提高画质，在增多上述组成单位的个数而增加取样点数的同时，需要小型化各个微透镜且减小上述组成单位的排列间距。但是，微透镜的小型化是有限度的，因此很难得到高分辨率。另外，由于用针孔限制到达像平面的光束，所以光强度的损失大，感光度方面也存在问题。

在(日本)特开2001-61109号公报中提出了解决上述课题的使用其它透镜阵列的摄像系统。如图12所示，这种摄像装置从被拍摄体侧顺序地具有：在同一平面内排列了多个微透镜111a的微透镜阵列111、为了使来自各微透镜111a的光信号互不干扰而由用于分离的格子框状的隔壁112a组成的隔壁层112、以及在同一平面内布置了多个光电转换元件113a的受光元件阵列113。一个微透镜111a、与它对应的用隔壁112a分离的一个空间、以及多个光电转换元件113a构成一个成像单元115。在各个成像单元115中，微透镜111a在多个对应的光电转换元件113a上形成被拍摄体像。因而，在每个成像单元115上可以得到摄影图像。这种摄影图像的分辨率依赖于构成一个成像单元115的光电转换元件113a的个数(像素数)。各个微透镜111a对被拍摄体的相对位置不同，从而在多个光电转换元件113a上形成的被拍摄体像的成像位置因每个成像单元115而异。结果，得到的摄影图像因每个成像单元115而异。通过对这些相互不同的多个摄影图像进行信号处理可以得到一个图像。

在这种摄像装置中，由于构成各个成像单元115的像素数少，所以从各个成像单元115中得到的摄影图像的画质低，但对多个成像单元115中分别得到的相互有少许错位的摄影图像进行信号处理后再构造图像，就可以得到与使用多个光电转换元件进行摄影时同样画质的影像。

在图12所示的摄像装置中，一旦来自微透镜111a的光入射到与该微透镜111a不对应的相邻的成像单元115的光电转换元件113a中(称这种现象为串扰)，就会发生散射光，而不能再构造高画质的图像，或者产生光损失。为了防止这种串扰而设计了隔壁层112a。

可是，若隔壁112a的厚度(在与排列了光电转换元件113a的面平行的方向的厚度)厚了，则在一个成像单元115中含有的光电转换元件113a的个数就减少，画质就降低。因此，隔壁112a的厚度最好较薄。

但是，若隔壁112a的厚度变薄，则隔壁层112的制造和摄像装置的组装就变得困难。

发明内容

本发明的目的要解决上述以往的问题，并提供容易制造的摄像装置。

本发明的摄像装置，具有摄像元件和微透镜阵列，上述摄像元件具备多个有光电转换功能的像素，上述微透镜阵列具有在纵横方向上排列了多个使被拍摄体像成像在上述摄像元件的多个像素上的微透镜。并且，其特征是上述微透镜阵列在相邻的上述微透镜之间具有格子状的槽，上述槽的深度比上述微透镜阵列的厚度的一半还深。

本发明摄像装置的第1制造方法，其特征在于包括以下工序：由树脂成型得到微透镜阵列的工序，该微透镜阵列在一个面上具有球面或者非球面的多个微透镜，另一个面是平面；以及从上述微透镜阵列的上述另一个面照射光，在上述另一个面上形成格子状的槽的工序。

本发明摄像装置的第2制造方法，其特征在于包括以下工序：得到微透镜阵列的工序，该微透镜阵列在一个面上具有球面或者非球面的多个微透镜，另一个面上具有格子状的槽，且上述另一个面除上述槽外是平面；以及在上述槽中注入在溶剂中溶解有黑色涂料的溶液，在上述槽的侧面实施黑色加工的工序。

本发明的效果如下

根据本发明，由于使微透镜阵列内具备和以往的隔壁有相同作用的部分，因此可以实现一种摄像装置，其制造容易，装置构成简洁化，极大减少散射光的影响和串扰，能得到鲜明图像摄影。

附图说明

图1是本发明实施方式1中摄像装置一部分欠缺的立体图。

图2是从固体摄像元件侧的面看本发明实施方式1的摄像装置中使用的微透镜阵列的立体图。

图3是本发明实施方式1中，沿着图2中III-III线的箭头方向看微透镜阵列的剖面图。

图4是示出当微透镜阵列的槽的深度是微透镜阵列厚度的一半时，发生散射光的情形的剖面图。

图5是示出当微透镜阵列的槽的深度是微透镜阵列厚度的70％时，散射光被抑制的情形的剖面图。

图6是本发明实施方式1的摄像装置中使用的其他微透镜阵列的剖面图。

图7是本发明实施方式2的摄像装置中使用的微透镜阵列的剖面图。

图8是本发明实施方式2的摄像装置中使用的其他微透镜阵列的剖面图。

图9是本发明实施方式3的摄像装置的一部分欠缺的立体图。

图10是本发明实施方式3的摄像装置中使用的微透镜阵列的剖面图。

图11A是示出了本发明的微透镜阵列制造方法的一例的一个工序的剖面图。

图11B是示出了本发明的微透镜阵列制造方法的一例的一个工序的剖面图。

图11C是示出了本发明的微透镜阵列制造方法的一例的一个工序的剖面图。

图11D是示出了本发明的微透镜阵列制造方法的一例的一个工序的剖面图。

图12是示出了以往摄像装置的概略构成的分解立体图。

具体实施方式

在上述本发明的摄像装置中，上述微透镜阵列的材料最好由光透射性的树脂组成。因而，光的损失少，能得到鲜明的图像摄影。另外，利用树脂材料从而使得制造容易。

另外，在上述本发明的摄像装置中，上述微透镜阵列最好是在一个面上形成上述微透镜的平凸透镜阵列，在另一个面上形成上述槽，且上述另一个面与上述摄像元件相对。因而，可以在被限制的厚度范围内极大地减少散射光的影响和串扰。

另外，在上述本发明的摄像装置中，上述槽的侧面最好被赋予吸光性材料。因而，可以更加减少散射光和串扰。

在这种情况下，上述吸光性材料最好是黑色的。因而，可以更加减少散射光和串扰。

另外，在上述本发明的摄像装置中，上述槽的宽度最好随着接近上述摄像元件而变大。因而，在用模具形成微透镜阵列时，模具取卸良好，生产性提高。

另外，在上述本发明的摄像装置中，最好用具有比构成上述微透镜阵列的第1材料小的光的透射率的第2材料来填充上述槽。因而，可以更加减少散射光和串扰。另外，利用在槽中填充第2材料而提高微透镜阵列的强度。

在这种情况下，上述第2材料最好包含具有吸光作用的材料。因而，由于可以防止入射到第2材料的光从此射出，更加减少散射光和串扰。

另外，上述第2材料最好具有比上述第1材料大的折射率。因而，在第1材料和第2材料的界面很难引起全反射，且从第1材料入射到该界面的光容易入射到第2材料。其结果，利用光在界面的反射可以防止发生散射光。

另外，在上述本发明的摄像装置中，上述微透镜阵列最好由树脂成型来制造。因而，可以高效地进行微透镜阵列的制造。

另外，在上述本发明摄像装置的第1制造方法中，最好还具备在上述槽中注入在溶剂中溶解有黑色涂料的溶液，对上述槽的侧面实施黑色加工的工序。因而，可以简单且高效地向槽的侧面实施黑色涂层。

以下，在参照附图的同时，就本发明的实施方式进行说明。

(实施方式1)

图1是本发明实施方式1中涉及的摄像装置的一部分欠缺的立体图。1是在同一平面内按纵横方向排列了具有球面或者非球面的多个微透镜1a的微透镜阵列。3是在同一平面内按纵横方向排列了具有光电转换功能的多个像素3a的固体摄像元件(例如CCD)。多个像素3a对应于一个微透镜1a，它们构成一个成像单元5。在各个成像单元5，微透镜1a在对应的多个像素3a上形成被拍摄体像。微透镜1a形成在微透镜阵列1的与固体摄像元件3相反一侧(被拍摄体侧)的面上。

图2是从固体摄像元件侧的面看微透镜阵列1的立体图。图3是沿着图2中III-III线的箭头方向看微透镜阵列的剖面图。微透镜阵列1是如下的平凸透镜阵列：由光透射性的树脂组成，在一个面(被拍摄体侧的面)上形成多个微透镜1a，另一个面(固体摄像元件3侧的面)几乎是平面。在该另一个面上，沿着相邻的成像单元5的边界形成格子状的狭槽20。由格子状的槽20而形成柱状部22。微透镜1a和柱状部22是一一对应的。来自被拍摄体的光由微透镜1a聚集，在柱状部22的内部传输，从与微透镜1a相对的射出部23射出，射入到与射出部23相对的固体摄像元件3中。

在柱状部22的侧面(即，槽20的侧面。它垂直于微透镜阵列1的上述另一个面)被施以具有吸光性的黑色涂层25。入射到该侧面的散射光被黑色涂层25吸收，因此不会通过而入射到相邻的柱状部22。

槽20的深度(柱状部22的高度)比微透镜阵列1厚度的一半还深。因而，可以防止通过了微透镜1a的光从与该微透镜1a不对应的柱状部22的射出部23中射出的现象，即串扰。

以下，对此进行详细说明。

图4是示出了当微透镜阵列1的槽20的深度D是微透镜阵列1厚度H的一半时，发生散射光的情形的剖面图。

在图4中，对微透镜1a倾斜入射的光束L1几乎没有被槽20遮蔽，到达与入射的微透镜1a不对应的柱状部22的射出部23。因此，当光束L1的入射角方向存在高亮度物体时，可能存在产生散射光的问题。

入射角小于光束L1的光束L2对微透镜1a倾斜入射时，光束L2的一部分被槽20遮蔽，剩余部分到达与入射的微透镜1a不对应的柱状部22的射出部23。因此，在这种情况下，与上述光束L1入射的情况相比，入射到与光束入射的微透镜1a不对应的像素的光的强度弱。由此，减少散射光的发生。

入射角大于光束L1的光束(无图示)对微透镜1a倾斜入射时，由于该光束全部被槽20遮蔽，不会直接入射到与入射的微透镜1a不对应的像素上。由此，几乎抑制散射光的发生。

图5示出了当微透镜阵列1的槽20深度D是微透镜阵列1的厚度H的70％时，散射光被抑制的情形的剖面图。

在图5中，当入射角与如图4所示的光束L1相同的光束L3入射时，光束L3大约一半被槽20遮蔽。因此，在这种情况下，与图4中光束L1入射的情况相比，入射到与光束入射的与微透镜1a不对应的像素的光的强度弱。由此，减少散射光的发生。

入射角小于光束L3的光束L4对微透镜1倾斜入射时，光束L4中一半以上被槽20遮蔽，剩余的极少部分到达与所入射的微透镜1a不对应的柱状部22的射出部23。因此，在这种情况下，入射到与光束入射的微透镜1a不对应的像素的光的强度就大幅地减弱。由此，更加减少散射光的产生。

入射角大于光束L3的光束(无图示)对微透镜1倾斜入射时，由于该光束全部被槽20遮蔽，不会直接入射到与所入射的微透镜1a不对应的像素上。由此，几乎抑制散射光的发生。

在图5中，发生散射光的可能性最大是在光束L3入射的情况，但这种情况下发生的散射光与图4中光束L1入射的情况相比大幅地减少。

如上所述，通过使槽20的深度D比微透镜阵列1的厚度H的一半还深(D＞0.5×H)，实际上就可以得到极好的遮光效果。而且，本发明中，如图4以及图5所示，微透镜阵列1的厚度H是根据去除了微透镜1a的突出部分的微透镜阵列1的厚度而定义的。

本实施方式的摄像装置中，由于槽20具有如图12所示的以往摄像装置的隔壁112a的功能，而不需要以往的隔壁层112。因此，更容易制造，结构更简洁化。

而且，在本实施方式中说明了在槽20的侧面实施黑色涂层25的例子，但取代黑色涂层25，也可以在槽20的侧面实施具有吸光作用或使光衰减作用的加工，这种情况下也同样可以得到极好的遮蔽效果。另外，即使在槽20的侧面上不实施如上所述的特别加工，如果槽20的侧面24是足够必要的粗面，即使仅设置图6所示的槽20也可以减少散射光的影响。

在每个成像单元5中，微透镜1a在固体摄像元件3上形成被拍摄体像。固体摄像元件3的各个像素3a对入射的光进行光电转换。由于微透镜1a以及像素3a相对于被拍摄体的相对位置因每个成像单元5而异，因此每个成像单元5得到的图像就会略有不同。利用如上述(日本)特开2001-61109号公报中记载的方法合成这些在每个成像单元5中得到的多个图像，就可以得到远远超过一个成像单元5中所含像素3a的个数的高分辨率的图像。

(实施方式2)

图7是本实施方式2的摄像装置中使用的微透镜阵列1的剖面图。对与实施方式1相同的构成要素附加相同符号标记，并对其省略说明。

本实施方式2中微透镜阵列1上形成的格子状的槽20的宽度(在与排列了微透镜1a的面平行方向上的尺寸)随着从微透镜1a侧到与固体摄像元件3相对的一面侧而逐渐变大，这一点与实施方式1中槽20的宽度几乎固定不同。使槽20的宽度如本实施方式那样变化，从而在由树脂成型来制作微透镜阵列1时，更容易从模具中取卸，而提高生产性。

在槽20的侧面实施吸光性的黑色涂层25，这一点与图3的微透镜阵列1相同。

使槽20的宽度如本实施方式那样变化时，如图8所示，可以省略槽20的侧面24的黑色涂层。从柱状部22出射到槽20内的散射光入射到相邻的柱状部22的侧面24时，由于该入射角变大，所以不入射到柱状部22而被反射的可能性变大，因此可以极大地减少散射光的影响。

(实施方式3)

图9是本发明实施方式3中摄像装置的一部分欠缺的立体图。图10是本实施方式3的摄像装置中使用的微透镜阵列1的剖面图。对与实施方式1相同的构成要素附加相同符号标记，并对其省略说明。

在本实施方式3中，在沿着微透镜阵列1的固体摄像元件3侧的面的、相邻的成像单元5的边界形成为格子状的狭槽20内，填充黑色树脂30。树脂30由光的透射率比含有微透镜1a的微透镜阵列1的材料小的材料组成。

通过微透镜1a后，入射到了该槽20的光被黑色树脂30吸收，因此通过黑色树脂30后不入射到相邻的柱状部22中。

另外，通过在槽20内填埋树脂30，增加微透镜阵列1的强度，所以也使得在组装装置时更容易操作。

另外，当树脂30的材料的折射率比微透镜阵列1的材料的折射率还大时，从柱状部22入射到柱状部22和树脂30的界面的光在该界面会难于被全反射，散射光会容易被树脂30吸收，因此，可以更加减少散射光的影响。

而且，虽然在图10中说明了槽20(或者黑色树脂30)的宽度在厚度方向是均匀的情况，但也可以与实施方式2(图7、图8)一样，随着从微透镜1a侧到与固体摄像元件3相对的面侧而逐渐变大，在这种情况下，起到与在实施方式2中说明的同样的效果。

上述以外的情况与实施方式1相同。

(实施方式4)

图11A～图11D是按照工序顺序示出了本发明的微透镜阵列1的制造方法的一例的剖面图。使用此图来说明微透镜阵列1的制造方法。

首先，如图11A所示，利用树脂成型(例如射出成型)，形成在一个面上具有多个微透镜1a、且另一个面是平面1b的平凸形状的微透镜阵列1。

接着，如图11B所示，从平面1b侧通过激光加工而加工成格子状的槽20。

接着，如图11C所示，在槽20内注入在溶剂中溶解有黑色涂料的溶液27。

当溶液27干燥时，如图11D所示，在槽20的侧面完成黑色涂层25。

在图11C增多溶液27中黑色涂料的含有量，以及/或者反复多次进行图11C以及图11D的工序，从而如实施方式3所示，可以得到槽20中被树脂填充的微透镜阵列1。

而且，槽20的加工不仅可以用激光加工来进行，而且也可以用与微透镜1a成型同时进行的树脂成型来进行。

以上说明的实施方式，只是以揭示本发明的技术内容为目的。本发明不被限定于这样的具体例来解释，也可以在记载着其发明的精神和权利要求的范围内进行各种变化后再实施。本发明应该是广义的解释。

工业上利用的可能性

本发明利用的领域没有特别地限制，可以很好地使用在卡式照相机装置等薄型摄像装置中。

Claims (13)

1.一种摄像装置，其特征在于：

具有摄像元件和微透镜阵列，上述摄像元件具备多个有光电转换功能的像素，上述微透镜阵列具有在纵横方向上排列了多个使被拍摄体像成像在上述摄像元件的多个像素上的微透镜；

上述微透镜阵列在相邻的上述微透镜之间具有格子状的槽，上述槽的深度比上述微透镜阵列的厚度的一半还深。

2.根据权利要求1记载的摄像装置，其特征在于：

上述微透镜阵列的材料由光透射性的树脂组成。

3.根据权利要求1记载的摄像装置，其特征在于：

上述微透镜阵列是在一个面上形成了上述微透镜的平凸透镜阵列，在另一个面上形成了上述槽，且上述另一个面与上述摄像元件相对。

4.根据权利要求1记载的摄像装置，其特征在于：

上述槽的侧面被赋予吸光性材料。

5.根据权利要求4记载的摄像装置，其特征在于：

上述吸光性材料是黑色的。

6.根据权利要求1记载的摄像装置，其特征在于：

上述槽的宽度随着接近上述摄像元件而变大。

7.根据权利要求1记载的摄像装置，其特征在于：

具有比构成上述微透镜阵列的第1材料小的光的透射率的第2材料被填充在上述槽中。

8.根据权利要求7记载的摄像装置，其特征在于：

上述第2材料包含具有吸光作用的材料。

9.根据权利要求7记载的摄像装置，其特征在于：

上述第2材料具有比上述第1材料大的折射率。

10.根据权利要求1记载的摄像装置，其特征在于：

上述微透镜阵列由树脂成型来制造。

11.一种微透镜的制造方法，其特征在于包括以下工序：

由树脂成型得到微透镜阵列的工序，该微透镜阵列在一个面上具有球面或者非球面的多个微透镜，另一个面是平面；

从上述微透镜阵列的上述另一个面照射光，在上述另一个面上形成格子状的槽的工序。

12.根据权利要求11记载的微透镜阵列的制造方法，其特征在于：

还具有在上述槽中注入在溶剂中溶解有黑色涂料的溶液，而在上述槽的侧面实施黑色加工的工序。

13.一种微透镜的制造方法，其特征在于包括以下工序：

得到微透镜阵列的工序，该微透镜阵列在一个面上具有球面或者非球面的多个微透镜，另一个面上具有格子状的槽，且上述另一个面除上述槽外是平面；

在上述槽中注入在溶剂中溶解有黑色涂料的溶液，而在上述槽的侧面实施黑色加工的工序。

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