JP2000031445A

JP2000031445A - 固体撮像モジュール

Info

Publication number: JP2000031445A
Application number: JP10207101A
Authority: JP
Inventors: Hirobumi Tsuchida; 博文槌田; Atsuo Goto; 敦夫後藤
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1998-07-08
Filing date: 1998-07-08
Publication date: 2000-01-28

Abstract

(57)【要約】【課題】結像レンズと集光光学素子アレイと固体撮
像素子とを一体化させた時に十分な集光効果が得られる
ようにする。【解決手段】結像光学系の最も像側のレンズの固体
撮像素子側の面を平面とし、この最も像側のレンズの像
側の面にてレンズと集光用光学素子アレイを密着させ、
かつ集光用光学素子アレイと固体撮像素子とを密着させ
て一体化した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ビデオカメラ等に
用いる固体撮像モジュールに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子的な撮像を行なうためのカメ
ラが普及しており、特に車載用や情報端末用等の簡単に
撮像できる小型で低コストな固体撮像モジュールの要望
が高い。

【０００３】固体撮像素子等とレンズアレイを一体化さ
せた構成にした従来例として、特開平４−３２２４６６
号公報に開示されている固体撮像装置が知られている。
しかしこの従来例は撮像レンズ等のレンズ系との組み合
わせについては全く開示されていない。

【０００４】又、撮像レンズと固体撮像素子とを一体化
させた撮像装置は、特開平９−４９９６６号公報に記載
されている。しかしこの従来例のマイクロレンズについ
ての記載は全くない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】結像レンズを固体撮像
素子の像側面に直接貼り付けて一体化した固体撮像素子
モジュールは、集光用のマイクロレンズアレイをそのま
ま一体化すると、マイクロレンズの屈折率と接着に使用
される接着剤の屈折率との差が小になるために集光効果
が低下するという欠点があった。

【０００６】本発明は、結像レンズとマイクロレンズア
レイと固体撮像素子とを一体化させた固体撮像モジュー
ルで、十分な集光効果が得られる固体撮像モジュールを
提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像モジュ
ールは、撮像光学系と、集光用光学素子アレイと、固体
撮像素子とよりなり、撮像光学系の最も像側のレンズの
固体撮像素子側のレンズの固体撮像素子側の面が平面で
あり、撮像光学系の最も像側（固体撮像素子側）のレン
ズの像側の集光用光学素子アレイとがレンズの像側の面
にて密着され、かつ集光用光学素子アレイと固体撮像素
子が密着され一体化されたことを特徴としている。

【０００８】本発明の固体撮像モジュールは、図１に示
す基本構成を有するもので、結像レンズ系（撮像レンズ
系）ＬＳと集光用光学素子アレイＡＲと固体撮像素子Ｃ
ＣＤとよりなり、結像レンズ系ＬＳの最も像側（撮像素
子側）のレンズＬ１の像側の面を平面とし、これと集光
用光学素子アレイＡＲと撮像素子ＣＣＤとを一体化した
ことを特徴とする。

【０００９】この基本構成において、集光用光学素子ア
レイとしては、均質マイクロレンズを透明樹脂中に埋め
込んだ均質マイクロレンズアレイや、多数の屈折率分布
レンズを配置した屈折率分布マイクロレンズアレイや、
多数の凸面又は凹面を有する二つのレンズ部を凸面又は
凹面を有する面にて互いに接合させた層内レンズアレイ
や、反射面を有する錐体を多数有する錐体反射アレイ等
が用いられる。

【００１０】又集光用光学素子アレイＡＲとしては、前
記各種のアレイのうちの同種又は異種のアレイを複数組
み合わせた構成のものでもよい。

【００１１】又、結像レンズ系としては、最も像側の面
が平面であればよいので、均質単レンズ、屈折率分布レ
ンズ、回折型レンズ等の各種のレンズの使用が可能であ
る。又、本発明は、前記固体撮像モジュールを使用した
撮像装置である。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に本発明の固体撮像モジュール
の実施の形態を図をもとに説明する。

【００１３】図２は本発明の固体撮像モジュールの第１
の実施の形態を示す図である。この第１の実施の形態
は、集光用光学素子アレイとして、そのマイクロレンズ
を屈折率分布レンズ（ＧＲＩＮレンズ）にて構成したも
のをもちいた点を特徴とする。

【００１４】図２において、１は像側の面１ａが平面で
ある撮像光学系の最も像側の撮像レンズ（像側の面近傍
のみ図示してある）、２は集光用光学素子アレイ、３は
固体撮像素子で撮像面近傍のみ示されている。

【００１５】この第１の実施の形態は、集光用光学素子
アレイとして屈折率分布レンズを用いたもので、屈折率
分布マイクロレンズアレイを用いたものである。この屈
折率分布マイクロレンズアレイ２は、各屈折率分布レン
ズ２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・が夫々固体撮像素子３の各
画素３ａ，３ｂ，３ｃ，・・・に対応する位置に形成さ
れている。つまり、固体撮像素子３の各画素の中心軸線
（各画素の中心を通り受光面に垂直な直線）上に集光用
光学素子アレイ２の各屈折率分布レンズ２ａ，２ｂ，２
ｃ，・・・が位置するように構成されている。

【００１６】このように構成された第１の実施の形態に
おいては、撮像レンズ１よりの光４は集光用光学素子ア
レイ２の各屈折率分布レンズ２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・
により夫々固体撮像素子３の各画素３ａ，３ｂ，３ｃ，
・・・に夫々集光される。

【００１７】図３は、第１の実施の形態の変形例で、撮
像レンズ１と集光用光学素子アレイ２２と固体撮像素子
３とより構成され、集光用光学素子アレイ２２として図
示するような屈折率分布レンズ２２ａ，２２ｂ，２２
ｃ，・・・を配置した屈折率分布マイクロレンズアレイ
を用いた他の例である。この変形例は、第１の実施の形
態と、集光用光学素子アレイ２２の屈折率分布レンズ２
２ａ，２２ｂ，２２ｃ，・・・が固体撮像素子３の側に
形成されている点で相違する。

【００１８】この変形例も、撮像レンズ１よりの光は集
光用光学素子アレイ２２の屈折率分布レンズ２２ａ，２
２ｂ，２２ｃ，・・・により夫々集光され、固体撮像素
子３の各画素３ａ，３ｂ，３ｃ，・・・に夫々集光され
る。

【００１９】図４は、本発明の固体撮像モジュールの第
２の実施の形態を示す図で、撮像光学系の最も像側のレ
ンズ１と集光用光学素子アレイ５と固体撮像素子３とを
密着させて一体化したもので、集光用光学素子アレイ５
が図示する通りの形状の高い屈折率ｎ₆の第１のレンズ
部６と低い屈折率ｎ₇の第２のレンズ部７とを接合させ
た構成である。つまり第１のレンズ部６の屈折率ｎ₆と
第２のレンズ部７の屈折率ｎ₇とがｎ₆＞ｎ₇の関係を満
足するようにしている。

【００２０】この第２の実施の形態の集光用光学素子ア
レイ５は、第１、第２の両レンズ部６、７の屈折率の差
によりその境界面８による屈折作用によって層内レンズ
を構成した層内レンズアレイであって、この層内レンズ
アレイにより撮像レンズよりの光４は、この各層内レン
ズによる集光作用によって（第１のレンズ部６と第２の
レンズ部７との境界面でのレンズ作用によって）、固体
撮像素子３の各画素３ａ，３ｂ，３ｃ，・・・に夫々集
光される構成になっている。つまり第１のレンズ部６と
第２のレンズ部７の境界面が図示するような形状であっ
て、この境界面の固体撮像素子の画素３ａ，３ｂ，３
ｃ，・・・に対応する部分６ａ，６ｂ，６ｃ，・・・が
各画素３ａ，３ｂ，３ｃ，・・・に向けて凸の曲面（球
面）をなし、しかも第１のレンズ部６と第２のレンズ部
７の屈折率ｎ₆、ｎ₇がｎ₆＞ｎ₇であるため、前述のよう
に光４が夫々画素３ａ，３ｂ，３ｃ，・・・上に集光す
ることになる。この実施の形態も固体撮像素子３の各画
素３ａ，３ｂ，３ｃ，・・・の中心軸線上に境界面８の
各凸面部分６ａ，６ｂ，６ｃ，・・・の頂点が位置する
ような曲面形状になっている。

【００２１】図５は、第２の実施の形態の変形例であっ
て、集光用光学素子アレイ２５が層内レンズを用いた層
内レンズアレイであるが、第２のレンズ部２７の屈折率
ｎ₂₇が第１のレンズ部２６の屈折率ｎ₂₆よりも大であ
り、又、両レンズ部の境界面の形状が撮像素子３の各画
素３ａ，３ｂ，３ｃ，・・・に対向する部分２６ａ，２
６ｂ，２６ｃ，・・・が画素側に凹面になるように形成
されている。これによって、撮像レンズ１よりの光４は
集光用光学素子アレイ（層内レンズアレイ）２５に入射
した後境界面の画素に対し凹の面（凹の球面）にて集光
され、各画素３ａ，３ｂ，３ｃ，・・・上に集光される
ことになる。

【００２２】つまり固体撮像素子３の各画素３ａ，３
ｂ，３ｃ，・・・の中心軸上に境界面の凹面部分２６
ａ，２６ｂ，２６ｃ，・・・の頂点が位置するようにな
っている。

【００２３】図６は、本発明の固体撮像モジュールの第
３の実施の形態を示す図である。

【００２４】この実施の形態の固体撮像素子モジュール
は、撮像レンズ１と集光用光学素子アレイ１０と、固体
撮像素子３とにて構成したもので、この実施の形態にお
いては集光用光学素子アレイ１０が、多数のマイクロレ
ンズ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，・・・を樹脂１２内に埋
め込んだ埋込レンズにした均質マイクロレンズアレイで
ある。ここで各マイクロレンズ１１ａ，１１ｂ，１１
ｃ，・・・の屈折率ｎ₁₁は樹脂の屈折率ｎ₁₂よりも大で
ある。つまりｎ₁₁＞ｎ₁₂である。

【００２５】この第３の実施の形態も、集光用光学素子
アレイ（均質マイクロレンズアレイ）１０の各マイクロ
レンズ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，・・・の頂点が、夫々
固体撮像素子３の各画素３ａ，３ｂ，３ｃ，・・・の中
心軸線上に位置するように構成されている。

【００２６】これにより、撮像レンズ１よりの光４は、
集光光学素子アレイ１０内に入射し、マイクロレンズ１
１ａ，１１ｂ，１１ｃ，・・・により夫々集光されて固
体撮像素子３の各画素３ａ，３ｂ，３ｃ，・・・上に集
光される。

【００２７】図７は、本発明の固体撮像モジュールの第
３の実施の形態の変形例で、集光用光学素子アレイ（均
質マイクロレンズアレイ）３０がマイクロレンズ３１
ａ，３１ｂ，３１ｃ，・・・をこのマイクロレンズより
も屈折率の低い樹脂３２内に埋め込んだ構成のものであ
る。この変形例は、集光用光学素子アレイ３０の樹脂３
２内に押し込んだマイクロレンズ３１ａ，３１ｂ，３１
ｃ，・・・が撮像レンズ１の側に配置されている点で第
３の実施の形態と相違する。

【００２８】この変形例も、集光用光学素子アレイ（均
質マイクロレンズアレイ）３０の樹脂３２内に押込まれ
ているマイクロレンズ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，・・・
は、夫々その頂点が、固体撮像素子３の各画素３ａ，３
ｂ，３ｃ，・・・の中心軸線上に位置するように配置さ
れている。

【００２９】この変形例のモジュールも光線４が集光用
光学素子アレイ（均質マイクロレンズアレイ）内に入射
すると、各マイクロレンズ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，・
・・により集光され、夫々固体撮像素子３の各画素３
ａ，３ｂ，３ｃ，・・・上に集光される。

【００３０】図８は、本発明の固体撮像モジュールの第
４の実施の形態を示すもので、撮像レンズ１と集光用光
学素子アレイ１３と撮像素子３とにて構成されている。
この第４の実施の形態は、集光用光学素子アレイ１３が
樹脂１５内に円錐台状又は角錐台状の多数の光学素子
（錐体）１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，・・・を押し込んだ
構成で、各錐体１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，・・・の屈折
率ｎ₁₄を樹脂１５の屈折率ｎ₁₅よりも高くしてある。つ
まりｎ₁₄＞ｎ₁₅になるように構成されている。

【００３１】この第４の実施の形態においては、各錐体
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ・・・の中心軸線（錐体の底面
の中心を通り底面に垂直な直線）が、固体撮像素子３の
各画素３ａ，３ｂ，３ｃ，・・・の軸線と一致するよう
に配置されている。

【００３２】以上のような構成の第４の実施の形態によ
れば、撮像レンズ１よりの光は、集光用光学素子アレイ
１３へ入射し、円錐台状又は角錐台状の錐体１４ａ，１
４ｂ，１４ｃ，・・・の側面１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，
・・・にて全反射されて撮像素子の各画素に夫々集光さ
れる。つまりこの集光用光学素子アレイは、光学素子１
４ａ，１４ｂ，１４ｃ，・・・の屈折率ｎ₁₄が樹脂１５
の屈折率ｎ₁₅よりも大であるために両者の境界面である
側面１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，・・・にて全反射されて
各画素に集光されるもので錐体反射アレイである。

【００３３】図９は、第４の実施の形態の変形例で、集
光用光学素子アレイ３３が、固体撮像素子３の各画素３
ａ，３ｂ，３ｃ，・・・に対応する位置に円錐形状又は
角錐形状の穴（錐形の穴）を形成し、その側面に反射コ
ート３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，・・・を施して反射面と
した錐体反射アレイである。

【００３４】この変形例では、撮像レンズ１よりの光４
が集光用光学素子アレイ（錐体反射アレイ）３３の円錐
形状又は角錐形状の穴３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，・・・
の側面反射面３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，・・・にて反射
されて各画素３ａ，３ｂ，３ｃ，・・・に集光される。

【００３５】この変形例において、各穴３４ａ，３４
ｂ，３４ｃ，・・・を透明材料にて埋めてもよい。

【００３６】この第４の実施の形態の変形例において、
集光用光学素子アレイ３３の各錐体形状の穴３４ａ，３
４ｂ，３４ｃ・・・あるいは透明材料よりなる各錐体
は、その中心軸線が固体撮像素子３の各画素３ａ，３
ｂ，３ｃ，・・・の中心軸線と一致するように形成され
ている。

【００３７】以上述べた各実施の形態は、本発明の固体
撮像モジュールの基本構成である図１に示す構成におい
て、結像光学系（撮像光学系）ＬＳの最も像側のレンズ
Ｌ１の像側の面に密着させる集光用光学素子アレイＡＲ
を、各種の異なる構成にしたものである又本発明におい
ては以上述べた各実施の形態において、結像光学系ＬＳ
の構成についても異なる各種のものが考えられる。

【００３８】図１０乃至図１５は、いずれも異なる構成
の結像光学系ＬＳを用い、その最も物体側の面を平面に
してこの平面と集光用光学素子アレイＡＲを密着させた
本発明の固体撮像アレイの実施の形態の概要を示す図で
ある。

【００３９】図１０は第５の実施の形態を示すもので、
結像光学系ＬＳとして像側の面が平面である単レンズＬ
Ｓ１を用いた例である。つまりこの単レンズＬＳ１より
なる結像光学系と、集光用光学素子アレイＡＲと固体撮
像素子ＣＣＤとを図示するように一体に構成したもので
ある。

【００４０】この図に示す第５の実施の形態のうち集光
用光学素子アレイＡＲは、前述の第１、第２、第３、第
４の実施の形態に示すものおよびそれらの変形例のいず
れを用いてもよい。又、結像光学系ＬＳ、集光用光学素
子アレイＡＲ、固体撮像素子ＣＣＤとの組み合わせにつ
いても、結像光学系ＬＳのうちの最も像側部分つまり前
記各実施の形態を示す各図のうちの撮像レンズ１と、集
光用光学素子アレイ（例えば図２の集光用光学素子アレ
イ２）と、固体撮像素子３とを図示するように組み合わ
せればよい。

【００４１】図１１に示す第６の実施の形態は、撮像光
学系として少なくとも像面側が平面の屈折率分布レンズ
ＬＳ２を用いたもので、この撮像光学系ＬＳと集光用光
学素子アレイＡＲと固体撮像素子ＣＣＤとを密着させて
一体にしたものである。この図１１に示す第６の実施の
形態も、集光用光学素子アレイＡＲとして図２乃至図９
に示す構成のいずれの構成のものを採用してもよい。
又、撮像光学系、集光用光学素子アレイ、固体撮像素子
の組み合わせについては、夫々図２乃至図９に示すもの
と同様に組み合わせを行なえばよい。

【００４２】図１２は、第７の実施の形態を示す図で、
撮像光学系として回折素子ＤＯＥを有する回折レンズＬ
Ｓ３を用いたもので、同様に、撮像光学系ＬＳ３、集光
用光学素子アレイＡＲ、固体撮像素子ＣＣＤとを図示す
るように組み合わせたものである。

【００４３】この実施の形態のモジュールも撮影光学系
として回折レンズを用いた点以外は他と同様であって、
回折レンズＬＳ３の像側平面と集光用光学素子アレイＡ
Ｒとが密着されている。

【００４４】又、集光用光学素子アレイＡＲとしては、
図２乃至図９のうちのいずれも適用でき、その組み合わ
せ方法も図２乃至図９に示すものと実質上同じである。

【００４５】図１３は、第８の実施の形態を示す図で、
撮像光学系として接合レンズＬＳ４を用いた例で、接合
レンズＬＳ４と集光用光学素子アレイＡＲと、固体撮像
素子ＣＣＤとを図示するように密着組み合わせたもので
ある。つまり接合レンズＬＳ４の像側の面を平面としこ
の平面と集光用光学素子アレイＡＲとを密着させた配置
にしてある。

【００４６】又、この実施の形態のモジュールも、集光
用光学素子アレイＡＲとして図２乃至図９に示すものの
いずれを用いてもよい。そしてそれら集光用光学素子ア
レイのいずれかと撮像光学系（接合レンズＬＳ４）およ
び固体撮像素子との組み合わせは、図２乃至図９に示す
通りの組み合わせ方法によりモジュールを構成し得る。

【００４７】図１４に示す第９の実施の形態は、撮像光
学系として、物体側の面が非球面で像側の面が平面であ
る非球面単レンズＬＳ５を用いたものである。

【００４８】この実施の形態は、図示するように物体側
より非球面単レンズＬＳ５と集光用光学素子アレイＡＲ
と固体撮像素子ＣＣＤとを図示するように組み合わせた
ものである。

【００４９】この実施の形態においても、集光用光学素
子アレイとして図２乃至図９に示す構成のものが用いら
れ、又、撮像光学系、集光用光学素子アレイ、固体撮像
素子の組み合わせに関しても上記図面に示す通りであ
る。

【００５０】図１５に示す第１０の実施の形態は、撮像
光学系として単レンズ（物体側面が凸面で像側面が平面
の単レンズ）で、その球面（凸面）に回折作用を持たせ
たレンズにて構成したものである。この第１０の実施の
形態も、球面と回折レンズをと組み合わせたレンズＬＳ
６と集光用光学素子アレイＡＲと固体撮像素子ＣＣＤと
を図示するように組み合わせた構成である。

【００５１】この実施の形態においても、集光用光学素
子アレイの構成およびそれと撮像光学系、固体撮像素子
の組み合わせについては、図２乃至図９に示すもののい
ずれかを採用すればよい。

【００５２】図１６乃至図１９は、いずれも集光用光学
素子アレイＡＲとして同種又は異種のアレイを二つ組み
合わせて使用した構成の実施の形態を示すものである。

【００５３】図１６に示す第１１の実施の形態は、集光
用光学素子アレイとして異なる種類の二つの集光用光学
素子アレイを組み合わせて使用したものである。つまり
図示するように結像レンズ１と二つの集光用光学素子ア
レイ１０、５と固体撮像素子３とよりなる。この二つの
集光用光学素子アレイのうち集光用光学素子アレイ１０
は、図６に示す構成の埋込レンズよりなるもので、均質
マイクロレンズ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，・・・を樹脂
１２内に押し込んだ構成である。又他の集光用光学素子
アレイ５は図４に示す構成の層内レンズで、第１のレン
ズ部６と第２のレンズ部７とよりなる。そして集光用光
学素子アレイ５の境界面のうち固体撮像素子３に向けて
凸状球面６ａ，６ｂ，６ｃ，・・・が夫々画素３ａ，３
ｂ，３ｃ，・・・に相対する位置にあり、又集光用光学
素子アレイ１０は、マイクロレンズ１１ａ，１１ｂ，１
１ｃ，・・・が夫々前記球面６ａ，６ｂ，６ｃ，・・・
したがって画素３ａ，３ｂ，３ｃ，・・・に相対する位
置にあるように構成されている。

【００５４】つまり、マイクロレンズを埋め込んだ埋込
レンズアレイ（均質マイクロレンズアレイ）１０は、各
マイクロレンズ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，・・・の頂点
が固体撮像素子３の各画素３ａ，３ｂ，３ｃ，・・・の
中心軸線上に位置するように、同様に層内レンズアレイ
５の境界面の凸状球面部分６ａ，６ｂ，６ｃ・・・も各
画素３ａ，３ｂ，３ｃ，・・・の中心軸線上に位置する
ように構成されている。

【００５５】この第１１の実施の形態の固体撮像アレイ
は、物体からの光が結像レンズ１を通り集光用光学素子
アレイ１０に入射すると、各マイクロレンズ１１ａ，１
１ｂ，１１ｃ，・・・にて集光された後に集光用光学素
子アレイ５に入射し両レンズ部６、７の境界面の６ａ，
６ｂ，６ｃ，・・・の部分にて更に集光されて固体撮像
素子３の画素３ａ，３ｂ，３ｃ，・・・上に夫々集光す
る。

【００５６】図１７は第１２の実施の形態を示すもの
で、この実施の形態のモジュールは、集光用光学素子ア
レイとして図２に示すような屈折率分布マイクロレンズ
アレイ２と、図４に示す層内レンズを用いた層内レンズ
アレイ５との二つの異なる種類の集光用光学素子アレイ
を用いたもので、図示するように結像レンズ１と、屈折
率分布マイクロレンズアレイ２と、層内レンズ５とを用
いた集光用光学素子アレイと、固体撮像素子３とを密着
させて一体にしたモジュールである。

【００５７】この第１２の実施の形態は、集光用光学素
子アレイＡＲを図示するように結像レンズ側の屈折率分
布マイクロレンズアレイ２をその各マイクロレンズ２
ａ，２ｂ，２ｃ，・・・が固体撮像素子３の各画素３
ａ，３ｂ，３ｃ，・・・に夫々対応する位置になるよう
に配置し、又層内レンズ５の第１のレンズ部６と第２の
レンズ部７との境界面のうち固体撮像素子３に対して凸
面となる部分６ａ，６ｂ，６ｃ，・・・が夫々画素３
ａ，３ｂ，３ｃ，・・・に対応する位置に、したがって
屈折率分布レンズアレイのマイクロレンズ２ａ，２ｂ，
２ｃ，・・・に夫々対応する位置になるように組み合わ
せてある。

【００５８】つまり、屈折率分布マイクロレンズアレイ
２の各屈折率分布レンズ２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・の軸
線が固体撮像素子３の各画素３ａ，３ｂ，３ｃ，・・・
の中心軸線と一致するように構成され、又層内レンズア
レイ５の両レンズ部６，７の境界面の球面部分６ａ，６
ｂ，６ｃ，・・・の夫々の頂点が、固体撮像素子３の各
画素３ａ，３ｂ，３ｃ，・・・の中心軸線上に位置する
ように構成されている。

【００５９】この第１２の実施の形態においては、撮像
レンズ１を通り集光用光学素子アレイＡＲに入射する光
は、屈折率分布マイクロレンズアレイ２の各レンズ２
ａ，２ｂ，２ｃ，・・・により集光されて層内レンズ５
に入射し、更に境界面６ａ，６ｂ，６ｃ，・・・にて集
光されて固体撮像素子３の各画素３ａ，３ｂ，３ｃ，・
・・上に夫々集光される。

【００６０】図１８は、第１３の実施の形態を示す図
で、集光用光学素子アレイＡＲとして異なる種類の均質
マイクロレンズアレイ１０（図６）と屈折率分布マイク
ロレンズアレイ２（図２）とを組み合わせた構成であ
る。即ち、図１８に示すように、撮像レンズ１と、均質
マイクロレンズアレイ１０と屈折率分布マイクロレンズ
アレイ２とよりなる集光用光学素子アレイＡＲと、固体
撮像素子３とよりなり、集光用光学素子アレイＡＲの均
質マイクロレンズアレイ１０の各マイクロレンズ１１
ａ，１１ｂ，１１ｃ，・・・が固体撮像素子３の各画素
３ａ，３ｂ，３ｃ，・・・に対応するように配置し、屈
折率分布レンズアレイ２の各屈折率分布レンズ２ａ，２
ｂ，２ｃ，・・・が各画素３ａ，３ｂ，３ｃ，・・・に
対応するように配置したものである。

【００６１】つまり、均質マイクロレンズアレイ１０の
各マイクロレンズ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，・・・の夫
々の頂点が固体撮像素子の各画素３ａ，３ｂ，３ｃ，・
・・の中心軸線上に位置するように構成し、又屈折率分
布マイクロレンズアレイ２の各屈折率分布レンズの軸線
が固体撮像素子３の各画素３ａ，３ｂ，３ｃ，・・・の
中心軸線と一致するように構成したものである。

【００６２】この第１３の実施の形態の固体撮像モジュ
ールは、撮像レンズ１を通り集光用光学素子アレイＡＲ
に入射した光が、屈折率分布マイクロレンズアレイ２に
入射して夫々屈折率分布レンズ２ａ，２ｂ，２ｃ，・・
・にて集光され、その後、均質マイクロレンズアレイ１
０の各マイクロレンズ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，・・・
にて更に集光され、固体撮像素子３の各画素３ａ，３
ｂ，３ｃ，・・・上に夫々集光される。

【００６３】以上述べた、図１６乃至図１８に示す第１
１〜第１３の実施の形態は、いずれも集光用光学素子ア
レイＡＲが異なる種類の二つのアレイを組み合わせた構
成のものである。このように異なる種類の二つのアレイ
を組合わせて集光用光学素子アレイとする場合、前記の
第１１〜第１３の実施の形態のほかの組み合わせも考え
られる。即ち、屈折率分布マイクロレンズアレイと錐体
状反射アレイ、層内レンズアレイと錐体状反射アレイ、
均質マイクロレンズアレイと錐体状反射アレイ等の組み
合わせがある。

【００６４】又、例えば図１６に示す第１１の実施の形
態において、図示するマイクロレンズアレイの代わりに
その変形例である図７に示す均質マイクロレンズアレイ
を用い、これと層内レンズアレイとを組合わせたもので
もよい。このように一方又は両方をその変形例でおきか
えたものでもよい。

【００６５】又、二つのアレイを組合わせる際の順序は
逆でもよい。例えば、図１６に示す第１１の実施の形態
は、撮像レンズ１の側に均質マイクロレンズアレイ１０
を配置し、固体撮像素子３の側に層内レンズアレイ５を
配置したものであるが、撮像レンズ１の側が層内レンズ
アレイであって、固体撮像素子３の側が均質マイクロレ
ンズアレイであってもよい。

【００６６】以上は、異なる種類のアレイの組合わせで
あるが、同種のアレイを二つ組み合わせた構成でもよ
い。

【００６７】例えば図１９に示す第１４の実施の形態の
ように、二つの屈折率分布マイクロレンズアレイを組み
合わせて集光用光学素子アレイとしてもよい。

【００６８】この第１４の実施の形態においては、夫々
の屈折率分布マイクロレンズアレイが、各屈折率分布レ
ンズ２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・の軸線が互いに一致する
ように構成され、又、これらの軸線は、夫々固体撮像素
子３の各画素３ａ，３ｂ，３ｃ，・・・の中心軸線と一
致するように構成されている。

【００６９】この実施の形態の場合、撮像レンズ１の側
の屈折率分布マイクロレンズアレイの各屈折率分布レン
ズ２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・により夫々集光され、更に
固体撮像素子３の側の屈折率分布マイクロレンズアレイ
の各屈折率分布レンズ２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・により
集光されて固体撮像素子３の各画素３ａ，３ｂ，３ｃ，
・・・上に夫々集光される。

【００７０】このほか、二つの層内レンズアレイの組み
合わせ、二つの均質マイクロレンズアレイの組み合わ
せ、二つの錐体状反射アレイの組み合わせがあり、更に
それらの変形例、つまり図３、図４、図５、図６、図
７、図８、図９の固体撮像モジュールにて用いられる各
集光用光学素子アレイを二つ組み合わせた構成のもので
もよい。

【００７１】又、図１６に示す実施の形態において、結
像レンズ（結像光学系）として、図１に示す光学系、図
１０に示す単レンズよりなる結像光学系、図１１に示す
屈折率分布レンズよりなる結像光学系ＬＳ２、図１２に
示す回折レンズよりなる結像光学系ＬＳ３、図１３に示
す接合レンズよりなる結像光学系ＬＳ４、図１４に示す
非球面レンズよりなる結像光学系ＬＳ５、図１５に示す
レンズの球面に回折レンズを形成した結像光学系ＬＳ６
のいずれかが用いられる。

【００７２】同様に図１７に示す実施の形態、図１８に
示す実施の形態等もその撮像光学系として前述の種々の
撮像光学系のいずれかが用いられる。

【００７３】図２０は、本発明の固体撮像モジュールを
撮像装置に用いた例を示すもので、電子カメラを示す。

【００７４】図において、４０が本発明の固体撮像モジ
ュール、４１は電気基板、４２は処理回路、４３はメモ
リーカードである。

【００７５】図２１は、本発明の固体撮像モジュールを
電子内視鏡の観察系に組み込んだ例で、（Ａ）は電子内
視鏡の全体の構成を示し、（Ｂ）は内視鏡の先端部の断
面図である。

【００７６】電子内視鏡は、図２１（Ａ）に示すよう
に、電子内視鏡５１に接続し照明光を供給する光源装置
５２と、電子内視鏡よりの信号の処理を行なうビデオプ
ロセッサー５３と、このビデオプロセッサー５３からの
映像信号を表示するモニター５４と、ビデオプロセッサ
ー５３に接続されていて、映像信号等を記録するＶＴＲ
デッキ５５、およびビデオディスク５６と映像信号を映
像としてプリントアウトするビデオプリンター５７とよ
り構成されている。

【００７７】又、電子内視鏡の挿入部先端５９内には、
図２１（Ｂ）に示すように、光源装置からの照明光を伝
送するライトガイドファイバー束６２と、照明光学系と
よりなる照明光学系６１と、カバーガラス６３と、本発
明の固体撮像モジュール６４が配置されている。固体撮
像モジュール６４は、物体側から順に第１のプリズムレ
ンズＰ１とローパスフィルターＦと明るさ絞りＳと第２
のプリズムレンズＰ２とにて構成される観察用対物光学
系６０と、集光用光学素子アレイＡＲと、固体撮像素子
ＣＣＤとを備えている。

【００７８】このような電子内視鏡は、光源装置５２よ
り光がライトガイドファイバー束６２により伝送され、
照明光学系６１を介して物体を照明する。照明された観
察部位の物体よりの光は、カバーガラス６３を介して観
察用対物光学系６０により物体像として形成される。こ
の物体像は、集光用光学素子アレイＡＲを介して固体撮
像素子ＣＣＤの撮像面６５上に形成される。このＣＣＤ
の撮像面６５上に形成された物体像は、映像信号に変換
されて図２１の（Ａ）のビデオプロセッサー５３により
モニター５４上に直接映し出される。それと共にＶＴＲ
デッキ５５、ビデオディスク５６中に記録され、またビ
デオプリンター５７から映像としてプリントアウトされ
る。

【００７９】上記のような構成の内視鏡は、少ない光学
部材で構成することができ、高性能で低コストにし得る
と共に観察用対物光学系６０の第１のプリズムレンズＰ
１と第２のプリズムレンズＰ２が内視鏡の長軸方向に並
ぶため、細径化を阻害することなしに高解像等の高い光
学性能を有する光学系を実現し得る。さらに本発明の固
体撮像モジュール６４のうち第２のプリズムＰ２と集光
用光学素子アレイＡＲと固体撮像素子ＣＣＤとが空気間
隔を介さずに一体的に構成されているので、長軸方向の
短縮化も実現し、患者への負担を軽減できる。なお、カ
バー部材６３を平行平面板の代わりに平凸レンズ等のパ
ワーを有するレンズを用いてもよい。

【００８０】この内視鏡にて用いられる固体撮像モジュ
ール６４は、前述のように観察用対物光学系６０と集光
用光学素子アレイＡＲと固体撮像素子ＣＣＤとを一体化
させたものであるが、集光用光学素子アレイＡＲとして
は、たとえば図２乃至図９等に示した、本発明の実施の
形態における集光用光学素子アレイが用いられる。

【００８１】尚、特許請求の範囲に記載する構成の固体
撮像モジュールのほか、次の各項に記載するものも本発
明の目的を達成し得る。

【００８２】（１）特許請求の範囲の請求項１又は２
に記載する固体撮像モジュールで、集光用光学素子アレ
イが屈折率分布媒質からなる平板マイクロレンズアレイ
であることを特徴とする固体撮像モジュール。

【００８３】（２）特許請求の範囲の請求項１又は２
に記載する固体撮像モジュールで、前記集光用光学素子
アレイが層内レンズであることを特徴とする固体撮像モ
ジュール。

【００８４】（３）特許請求の範囲の請求項１又は２
に記載する固体撮像モジュールで、集光用光学素子アレ
イが均質媒質マイクロレンズをその媒質より屈折率の小
である媒質中に埋め込まれた屈折面を持つ均質媒質マイ
クロレンズアレイであることを特徴とする固体撮像モジ
ュール。

【００８５】（４）特許請求の範囲の請求項１又は２
に記載する固体撮像モジュールで、集光用光学素子アレ
イが、錐体状反射素子アレイであることを特徴とする固
体撮像モジュール。

【００８６】（５）前記（４）の項に記載する固体撮
像モジュールで、前記錐体状反射素子アレイが周囲より
屈折率が高い媒質で構成され、全反射作用を利用して光
を集光するようにしたことを特徴とする固体撮像モジュ
ール。

【００８７】（６）前記（４）の項に記載する固体撮
像モジュールで、前記錐体状反射素子アレイが錐体面に
反射面を施し、この反射面による反射作用を利用して光
を集光することを特徴とする固体撮像素子モジュール。

【００８８】（７）特許請求の範囲の請求項１又は２
に記載する固体撮像モジュールで、前記集光用光学素子
アレイが均質マイクロレンズアレイと層内レンズアレイ
とを組み合わせた構成であることを特徴とする固体撮像
モジュール。

【００８９】（８）特許請求の範囲の請求項１又は２
に記載する固体撮像モジュールで、前記集光用光学素子
アレイが屈折率分布マイクロレンズアレイと層内レンズ
アレイとを組み合わせた構成であることを特徴とする固
体撮像モジュール。

【００９０】（９）特許請求の範囲の請求項１又は２
に記載する固体撮像モジュールで、前記集光用光学素子
アレイが均質マイクロレンズアレイと屈折率分布マイク
ロレンズアレイとを組み合わせた構成であることを特徴
とする固体撮像モジュール。

【００９１】（１０）特許請求の範囲の請求項１又は
２に記載する固体撮像モジュールで、前記集光用光学素
子アレイが、屈折率分布マイクロレンズアレイと錐体状
反射アレイとを組み合わせた構成であることを特徴とす
る固体撮像モジュール。

【００９２】（１１）特許請求の範囲の請求項１又は
２に記載する固体撮像モジュールで、前記集光用光学素
子アレイが、層内レンズアレイと錐体状反射アレイとを
組み合わせた構成であることを特徴とする固体撮像モジ
ュール。

【００９３】（１２）特許請求の範囲の請求項１又は
２に記載する固体撮像モジュールで、前記集光用光学素
子アレイが、均質マイクロレンズアレイと錐体状反射ア
レイとを組み合わせた構成であることを特徴とする固体
撮像モジュール。

【００９４】（１３）特許請求の範囲の請求項１又は
２に記載する固体撮像モジュールで、前記集光用光学素
子アレイが、二つの屈折率分布マイクロレンズアレイを
組み合わせたことを特徴とする固体撮像モジュール。

【００９５】（１４）特許請求の範囲の請求項１又は
２に記載する固体撮像モジュールで、前記集光用光学素
子アレイが、二つの層内レンズアレイを組み合わせたこ
とを特徴とする固体撮像モジュール。

【００９６】（１５）特許請求の範囲の請求項１又は
２に記載する固体撮像モジュールで、前記集光用光学素
子アレイが、二つの均質マイクロレンズアレイを組み合
わせて構成したことを特徴とする固体撮像モジュール。

【００９７】（１６）特許請求の範囲の請求項１又は
２に記載する固体撮像モジュールで、前記集光用光学素
子アレイが、二つの錐体状反射アレイを組み合わせて構
成したことを特徴とする固体撮像モジュール。

【００９８】（１７）特許請求の範囲の請求項１ある
いは前記の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、
（６）、（７）、（８）、（９）、（１０）、（１
１）、（１２）、（１３）、（１４）、（１５）又は
（１６）の項に記載する固体撮像モジュールで、前記撮
像光学系が、一つの屈折率分布レンズにて構成されたこ
とを特徴とする固体撮像モジュール。

【００９９】（１８）特許請求の範囲の請求項１ある
いは前記の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、
（６）、（７）、（８）、（９）、（１０）、（１
１）、（１２）、（１３）、（１４）、（１５）又は
（１６）の項に記載する固体撮像モジュールで、前記撮
像光学系が、一つの回折レンズよりなることを特徴とす
る固体撮像モジュール。

【０１００】（１９）特許請求の範囲の請求項１ある
いは前記の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、
（６）、（７）、（８）、（９）、（１０）、（１
１）、（１２）、（１３）、（１４）、（１５）又は
（１６）の項に記載する固体撮像モジュールで、前記撮
像光学系が接合レンズにて構成されていることを特徴と
する固体撮像モジュール。

【０１０１】（２０）特許請求の範囲の請求項１ある
いは前記の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、
（６）、（７）、（８）、（９）、（１０）、（１
１）、（１２）、（１３）、（１４）、（１５）又は
（１６）の項に記載する固体撮像モジュールで、前記撮
像光学系が物体側の面が非球面である非球面レンズより
なることを特徴とする固体撮像モジュール。

【０１０２】（２１）特許請求の範囲の請求項１ある
いは前記の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、
（６）、（７）、（８）、（９）、（１０）、（１
１）、（１２）、（１３）、（１４）、（１５）又は
（１６）の項に記載する固体撮像モジュールで、前記撮
像光学系が物体側の面が曲面の回折面である回折レンズ
よりなることを特徴とする固体撮像モジュール。

【０１０３】（２２）前記の（１）、（２）、
（３）、（４）、（５）、（６）、（７）、（８）、
（９）、（１０）、（１１）、（１２）、（１３）、
（１４）、（１５）、（１６）、（１７）、（１８）、
（１９）、（２０）又は（２１）に記載する固体撮像モ
ジュールを使用した撮像装置。

【０１０４】

【発明の効果】本発明の固体撮像モジュールは、結像レ
ンズの像側面を平面にすることにより集光用光学素子ア
レイとの密着一体化を容易にし、小型で低コストで、し
かも集光用光学素子アレイによる集光効果が十分得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成を示す図

【図２】本発明の第１の実施の形態を示す図

【図３】図２に示す実施の形態の変形例

【図４】本発明の第２の実施の形態を示す図

【図５】図４に示す実施の形態の変形例

【図６】本発明の第３の実施の形態を示す図

【図７】図６に示す実施の形態の変形例

【図８】本発明の第４の実施の形態を示す図

【図９】図８に示す実施の形態の変形例

【図１０】本発明の第５の実施の形態を示す図

【図１１】本発明の第６の実施の形態を示す図

【図１２】本発明の第７の実施の形態を示す図

【図１３】本発明の第８の実施の形態を示す図

【図１４】本発明の第９の実施の形態を示す図

【図１５】本発明の第１０の実施の形態を示す図

【図１６】本発明の第１１の実施の形態を示す図

【図１７】本発明の第１２の実施の形態を示す図

【図１８】本発明の第１３の実施の形態を示す図

【図１９】本発明の第１４の実施の形態を示す図

【図２０】本発明の固体撮モジュールを用いた電子カメ
ラの構成を示す図

【図２１】本発明の固体撮モジュールを用いた電子内視
鏡の構成を示す図

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮像光学系と、集光用光学素子アレイ
と、固体撮像素子とよりなり、前記撮像光学系の最も像
側のレンズの固体撮像素子側の面が平面であり、前記撮
像光学系の最も像側のレンズと集光用光学素子アレイと
固体撮像素子の撮像面とを密着させて一体化したことを
特徴とする固体撮像モジュール。
【請求項２】前記撮像光学系が単レンズであること
を特徴とする請求項１の固体撮像モジュール。
【請求項３】請求項１又は２の固体撮像モジュール
を使用した撮像装置。