JP2009180976A - 複眼カメラモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】複眼カメラモジュールにおいて、不要光が遮光壁に反射して、撮像領域に写り込むゴースト現象を低減する。
【解決手段】互いに光軸の異なる複数のレンズからなるレンズユニットと、前記複数のレンズに１対１に対応する複数の撮像領域を含む撮像素子と、前記レンズユニットと前記撮像素子との間に配置され、前記複数のレンズのそれぞれの光路を分離する遮光壁と、を備え、前記遮光壁は前記撮像領域の撮像面に対し所定角度で傾斜した複数の傾斜面を有し、且つ、前記遮光壁の表面には反射防止膜が設けられている複眼カメラモジュール。
【選択図】図２

Description

本発明は、携帯電話用カメラや車載用小型カメラなどに用いられ、複数の光学系と撮像素子とを備えた複眼方式のカメラモジュールに関する。

携帯電話用カメラや車載用小型カメラといったカメラモジュールは、レンズを介してＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどの撮像素子に被写体像を結像させることにより、被写体の画像情報を取得する装置である。近年のカメラモジュールにおいては、カラー化のみならず、より画像品質の高いカメラモジュールが要望され、その画像品質に直結する単位面積あたりの画素数は、より高画素化へと着実に進展している。

このような背景の中で、小型化するシステムに対応するカメラモジュールは、限られた狭い設置スペースに合致させる構造上の工夫のみならず、基本性能の維持向上と無欠陥の安定したカメラモジュールが求められている。

また、カメラモジュールを構成する光学レンズなどのデバイスは、従来のごとき単眼レンズを主とした光学系に対し複数のレンズを同一面に形成したもの（以下、複眼レンズと記す）も提案されている。この複眼レンズを用いたカメラモジュールは、被写体の２次元情報のみならず、被写体の３次元情報、例えば被写体までの距離を測定する機能などを付加した多機能なカメラが提案されている。また、このような複眼レンズのカメラモジュールを実現するには、レンズ毎の光路を遮断し撮像素子の撮像領域を分割する遮光壁は極力表面反射の少ない構造にしなくてはならない。これは、遮光壁表面における反射が顕著な場合には、ゴ−ストなどの画像欠陥を誘発する原因となるためである。

このような複眼方式のカメラモジュールの一例が特許文献１に開示されている。特許文献１は、撮像光学系を赤色の波長の光を受け持つレンズと、緑色の波長の光を受け持つレンズと、青色の波長の光を受け持つレンズとを平面内に並べた構成のカメラモジュールであり、撮像素子には、各レンズに対応した各波長帯域の撮像領域が設けられている。

図９は、前記カメラモジュールの分解斜視図である。被写体側から順に、絞り部材２３、レンズアレイ２４、遮光ブロック２５、光学フィルタアレイ２６、撮像素子２７が配置されている。レンズアレイ２４は複数のレンズ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄを備え、絞り部材２３は、レンズアレイ２４の各レンズ２４ａ−２４ｄの光軸と一致する位置に、それぞれ絞り（開口）２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄを備えている。光学フィルタアレイ２６は、レンズアレイ２４の各レンズ２４ａ−２４ｄに対応する領域ごとに、分光特性が異なる複数の光学フィルタ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄを備えており、撮像素子２７の受光面２８を覆っている。遮光ブロック２５は、レンズアレイ２４の隣り合うレンズ間の境界、すなわち光学フィルタアレイ２６の隣り合う光学フィルタ２６ａ−２６ｄ間の境界と一致する位置に遮光壁２５ａを備えている。撮像素子２７は、半導体基板上に形成され、駆動回路２９や信号処理回路３０などが実装されている。このカメラモジュール３１によれば、遮光ブロック２５の遮光壁２５ａによって、レンズ２４ａ−２４ｄを通過した光線が、それぞれに対応した撮像領域に入射し隣接する撮像領域への光線侵入を防止している。
特開２００３−１４３４５９号公報

しかしながら、従来の図９に示すような撮像装置では、レンズ２４ａ−２４ｄに入射する光線の入射角度が大きくなると、レンズ２４ａ−２４ｄを通過した光線もそれに応じて光線の角度が大きくなり、撮像領域に対し結像位置より外れた光線が、直接撮像領域に入射しないものの撮像領域を分割する遮光壁２５ａに反射し、撮像された映像に反射像が写り込む（ゴースト像）という課題が発生していた。

この反射によるゴースト像の影響は、レンズ２４ａ−２４ｄに入射する光線の角度を規制する事でも低減することで可能であった。具体的には、レンズ２４ａ−２４ｄの被写体側にフードを設けそのフードを厚くし入射する光線の角度を制限することで低減することが可能であった。しかしながら、フードを厚くすると画角が狭くなるという機能上の課題とともに、カメラモジュール自体が厚くなるという問題があった。

一方、反射像が撮像領域に写り込まないように撮像領域を設定することでもゴースト像を低減することができるが、この場合には、不要に多い画素を有する撮像素子を用いるか、逆に撮像領域を小さく制限せざるを得なくなり性能低下の要因となってしまう。

本発明は、前記のような従来の問題を解決するものであり、不要入射光が撮像領域に写り込むことを防止しつつ、小型高性能の複眼カメラモジュールを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の複眼カメラモジュールは、互いに光軸の異なる複数のレンズからなるレンズユニットと、前記複数のレンズに１対１に対応する複数の撮像領域を含む撮像素子と、前記レンズユニットと前記撮像素子との間に配置され、前記複数のレンズのそれぞれの光路を分離する遮光壁とを備え、前記遮光壁は前記撮像領域の撮像面に対し所定角度で傾斜した複数の傾斜面を有し、且つ、前記遮光壁の表面には反射防止膜が設けられている。

本発明によれば、不要入射光が撮像領域に写り込むことを防止し、ゴーストなどの画像上の欠陥がなく、小型高性能の複眼カメラモジュールを実現できる。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態の複眼カメラモジュールの遮光壁の構成を示す斜視図である。図１において、遮光壁１には複数の突起部が形成されており、各突起部は、撮像素子側（図では下方側）の面２と、レンズ側（図では上方）の面３とによって形成されている。本実施形態では、面２は撮像素子の撮像面と平行であり、面３は撮像面に対し所定角度θだけ傾斜した面である。また、面２および面３からなる突起部は、図１のようにＺ方向に複数形成されており、また、遮光壁の両面に同じように形成されている。

図２は、図１におけるＡ部の拡大図である。遮光壁１表面には、表面を覆うように反射防止膜４が形成されている。

図３は、カメラモジュールに組み込む前の遮光壁の斜視図である。図３における遮光壁５、６は、本実施の形態で説明する４眼方式のカメラモジュ−ルに搭載するものであり、４眼方式では撮像領域を４分割するため、前記遮光壁５、６の中央部には、それぞれ交差させるための交差溝５ａ、６ａが形成されている。

図４は遮光壁５、６を撮像素子上に組み込んだ状態の斜視図である。図４において、遮光壁はそれぞれの中央部で交差して組み合わされ、十字形状の遮光ブロック７として用いられる。遮光ブロック７は、撮像素子８に対し図４のＸ方向とＹ方向のほぼ中心に載置され、撮像素子８の撮像領域をほぼ等分に４分割する位置に配置される。これにより、４つの撮像領域８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄが形成される。

尚、遮光ブロック７は、本実施の形態では２枚の遮光壁５、６を別々に作製し交差溝５ａ、６ａで一体化したが、これに限定するものではなく一体構造で作製しても構わない。

図５は、本実施の形態の複眼カメラモジュールの分解斜視図である。図５において、９はレンズアレイ、１０は光学フィルタアレイ、１１は基板、１２は撮像素子、１３は上鏡筒、７は遮光ブロック、１４は外筒部である。説明の便宜のために、図示したようなＸＹＺ直交座標系を設定する。Ｚ軸は、撮像素子１２の有効画素領域のほぼ中心を通り、これと垂直な軸とする。Ｘ軸およびＹ軸は、Ｚ軸と直交し、外筒部１４に収納された遮光ブロック７の各遮光壁に平行な軸とする。

レンズアレイ９は、それぞれ単レンズである４つのレンズ９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄを有する。４つのレンズ９ａ−９ｄは、ＸＹ面と平行な同一平面上に配置されている。４つのレンズ９ａ−９ｄの各光軸はＺ軸と平行であり、各光軸はＸＹ面に平行な仮想の長方形の４つの頂点を通るように配置されている。レンズ９ａ−９ｄは、光の３原色のうち、赤、青、緑のいずれかの波長帯域の光に対して要求されるＭＴＦ等の光学仕様を満足するよう設計されている。具体的には、レンズ９ａは赤色、レンズ９ｂは緑色、レンズ９ｃは緑色、レンズ９ｄは青色の各波長帯域の光に最適に設計されている。レンズ９ａ−９ｄは、ガラス又はプラスチックなどの材料を用いて一体に形成されている。

被写体（図示せず）からの光は、各レンズ９ａ−９ｄを通過し、光学フィルタアレイ１０を通過した後、撮像素子１２上に結像する。光学フィルタアレイ１０は、レンズアレイ９と撮像素子１２との間に配置されている。光学フィルタアレイ１０は、レンズアレイ９と同じように、ＸＹ面と平行な同一平面上に配置された４つの光学フィルタ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを備えている。４つの光学フィルタ１０ａ−１０ｄは、それぞれ赤、緑、青のうちのいずれかの波長帯域の光のみを透過する。具体的には、光学フィルタ１０ａは赤色、光学フィルタ１０ｂは緑色、光学フィルタ１０ｃは緑色、光学フィルタ２ｄは青色の各波長帯域の光を透過させる。なお、赤外線をカットする必要がある場合には、光学フィルタ１０ａ−１０ｄは、その特性を付加したものでもよい。４つの光学フィルタ１０ａ−１０ｄは、４つレンズ９ａ−９ｄの各光軸上にそれぞれ配置されている。

撮像素子１２は、ＣＣＤ等の撮像センサであり、縦横方向に２次元配列された多数の画素を備えている。撮像素子１２の有効画素領域は、４つの撮像領域１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄにほぼ等分されている。なお、この構成に限らず、視差量を考慮した非均一の領域としてもよい。４つの撮像領域１２ａ−１２ｄは、４つレンズ９ａ−９ｄの各光軸上にそれぞれ配置されている。

以上の構成により、４つの撮像領域１２ａ−１２ｄ上のそれぞれに、赤、緑、青のうちのいずれかの波長成分のみからなる被写体像が独立して形成されることになる。具体的には、レンズ９ａを通過した被写体からの光のうち、赤色の波長帯域光のみが、光学フィルタ１０ａを通過して撮像領域１２ａ上に赤色の波長成分のみからなる被写体像を結像する。同様に、レンズ９ｂを通過した被写体からの光のうち、緑色の波長帯域光のみが、光学フィルタ１０ｂを通過して撮像領域１２ｂ上に緑色の波長成分のみからなる被写体像を結像する。レンズ９ｃを通過した被写体からの光のうち、緑色の波長帯域光のみが、光学フィルタ１０ｃを通過して撮像領域１２ｃ上に緑色の波長成分のみからなる被写体像を結像する。レンズ９ｄを通過した被写体からの光のうち、青色の波長帯域光のみが、光学フィルタ１０ｄを通過して撮像領域１２ｄ上に青色の波長成分のみからなる被写体像を結像する。

撮像素子１２の撮像領域１２ａ−１２ｄを構成する各画素は、入射した被写体からの光を光電変換し、光の強度に応じた電気信号（図示せず）をそれぞれ出力する。撮像素子１２から出力された電気信号は、様々な信号処理が施され、映像処理される。例えば、緑色の波長帯域光が入射する撮像領域１２ｂ及び１２ｃが撮像した２つの画像からこれらの画像間の視差量を求めることができる。このことにより、４つの撮像領域１２ａ−１２ｄがそれぞれ撮像した４つの画像間の視差量を求める。また、これらの視差量を考慮して、赤、緑、青の３色の画像を合成して１つのカラー画像を作成することができる。また、撮像領域１２ｂ及び１２ｃが撮像した２つの画像を比較し、画像間の視差量を用いて、被写体までの距離を測定することもできる。これらの処理はデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ、図示せず）等を用いて行うことができる。

上鏡筒１３は、その下面にレンズアレイ９を保持して固定している。レンズアレイ９と、これを保持する上鏡筒１３とで、レンズモジュール１５が構成されている。さらに、保持されたレンズアレイ９の４つレンズ９ａ−９ｄの各光軸が通過する位置に４つの絞り（開口）１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄが形成されている。上鏡筒１３は光を透過しない材料で形成しており、絞り１３ａ−１３ｄ以外から不要な外光がレンズ９ａ−９ｄに入射するのを遮蔽するようにしている。

図６は、本実施の形態に係る複眼カメラモジュールにおいて、レンズ光軸を通る断面における光の経路を示す図である。なお、図６は、図５のカメラモジュールにおいて、レンズ９ａ、９ｂを通りＹＺ面に平行な面における光線を示す図である。

被写体からの入射光１６ａ−１６ｄは、１６ａから１６ｄに向けて順に光線の入射角度が大きくなっている。図６においては、入射光１６ａから１６ｂまでの光線が撮像できるよう撮像領域を設定しており、１６ｃ、１６ｄは不要な斜入射光である。

図５で説明したように、撮像面１２ａ−１２ｂには略垂直なＺ方向に、遮光ブロック７を立設している。また、遮光ブロック７の両面には、複数の傾斜面１７が形成されている。傾斜面１７は撮像領域１２ａ−１２ｂの撮像面に対して傾斜しており、より具体的には各傾斜面１７は、遮光ブロック７から離れるにつれて、撮像素子１２に向かうように傾斜した傾斜面である。この傾斜面において、図６の本実施の形態に係る構成では、入射光１６ｃは傾斜面１７で反射し、その反射光１６ｃｒは外筒部１４の内面で反射され、撮像領域１２ａの外側に結像する。同様に、入射光の角度が大きい光線１６ｄについては、レンズ９ａ、フィルタ１０ａを通過した後、傾斜面１７で反射した後、フィルタ１０ａで反射され、その反射光１６ｄｒは外筒部１４の内面で反射され、撮像領域１２ａの外側に結像する。このように、入射光１６ｂより大きい入射角度の光線１６ｃ、１６ｄについては、その反射光が撮像領域１２ａに写りこむことはない。

また、外筒部１４の中空部は、撮像素子１２に向かにつれて、外側に広がるように傾斜しているとともに、少なくとも撮像素子１２を囲む部分においては、撮像素子１２の外形より大きくなっている。このことにより、レンズ９ｂ、フィルタ１０ｂを通る入射光のうち、入射光１６ｄより入射角度が大きい入射光が、外筒部１４の内面に当たることを防止している。また、入射光が、外筒部１４の内面に当たる構成であっても、中空部は撮像素子１２を囲む部分では、撮像素子１２の外形より大きくなっているので、外筒部１４の反射光が撮像領域１２ｂの外側に結像するようにすることができる。

以上説明したように、遮光壁の傾斜面により、不要光の反射方向を制御して、撮像領域に写り込まないようにすることが可能であるが、本実施の形態において特に重要なのは、傾斜面の端部、即ち傾斜面によって形成される突起部の先端部分に反射防止膜を形成していることである。

一般に、高精度に遮光壁を成型したしたとしても、突起部の先端は完全なエッジとはならず、ある程度の丸みを有する形状になってしまう。このような丸みを有する先端部における不要光の反射は、傾斜面における反射のように制御することが困難であり、様々な方向に散乱されて撮像領域に写り込んでしまう。

これに対し、本実施の形態のように、突起部の先端部に反射防止膜を形成することにより、先端部における反射を低減し、撮像領域への写り込みを低減することが可能となる。即ち、大部分の不要光に対しては、傾斜面の角度を設定することにより撮像領域外に反射するようにし、反射方向を制御することが困難な先端部に入射する不要光については、反射防止膜によりできるだけ反射を低減するものである。

なお、本実施の形態では、反射防止膜を、傾斜面を含む遮光壁の全面に形成したが、先端部の近傍のみに形成しても良い。特に、反射防止膜に光を散乱させる作用がある場合には、突起部の先端部近傍のみに形成する方が、傾斜面における散乱光が撮像領域に写り込むことを防止できるため好ましい。

反射防止膜としては、一般的なものを用いることが可能であり、例えば、所定の厚みを有する誘電体膜や、複数の誘電体膜を積層したものが用いられる。

以上説明した本実施の形態によれば、撮像領域に、これと対応しないレンズからの光線が入射するのを防止できることに加えて、撮像領域を外れる入射角度の大きな入射光が、遮光壁で反射して撮像領域に写りこむゴースト像を解消できることになる。よって、入射角度の大きい光線が入射しないよう画角を制限するため、別途フードを用いる必要がなくなり、カメラモジュールの小型、低コスト化が可能になる。また、遮光壁からの反射光を撮像領域に写り込まないように、多くの不要画素を有する大型の撮像素子を用いる必要がなく、撮像領域を不用意に縮小する必要もない。この点においても、カメラモジュールの小型化、低コスト化が可能になる。

なお、傾斜角度や先端角が設計通りに作製できれば、本実施の形態のような反射防止膜を形成しなくても問題はないが、実際問題としては、ミクロン単位の制御が必要となり、どのような作製手段を講じたとしても実現するには精度上の高いハードルを越えなくてはならない。よって、本実施の形態１の遮光壁は反射を抑制する有用な手段を提供できるものである。

以下、図７を参照しながら、上記した先端部の形状について説明する。

図７は、遮光壁の突起部の先端形状を示す断面図である。図７において、平行面１８と傾斜面１９によって形成される突起部は、素材が樹脂製の場合、射出成形などの技術で作製されるが、突起部の先端２１は、できるだけ尖っている方が、不要光の撮像領域への写り込み防止効果が高い。

図８は、先端２１の拡大図であるが、量産性に優れる射出成形に限定して考えた場合、ある曲率（図中Ｒで示す）をもった状態で成形されることが予想される。

このような場合、傾斜面が設計通りであったとしても、撮像領域への不要光の写り込みを制御することが難しい。実験的に突起部先端の反射による撮像領域への写り込みの影響を評価した結果、先端の曲率Ｒが５μｍ以上の場合には、先端における反射の影響を無視できなくなる。そのため、突起部の先端の曲率が５μｍ以上の場合において、先端近傍に反射防止膜を形成することが特に有効である。

本発明の複眼カメラモジュールは、携帯電話に搭載する小型カメラや車載用の周辺監視カメラなど、被写体を捕らえ画像情報として表示する装置として有用である。

本発明の実施の形態における遮光壁の構成を示す斜視図 本発明の実施の形態における遮光壁の突起部先端の拡大図 本発明の実施の形態における遮光壁の概略図 本発明の実施の形態における遮光壁と撮像素子の組図 本発明の実施の形態における複眼カメラモジュールの斜視図 本発明の実施の形態におけるレンズ光軸を通る断面における光線図 本発明の実施の形態における遮光壁の突起部先端の断面図 本発明の実施の形態における突起部の先端の拡大図 従来例の複眼カメラモジュールの分解斜視図

符号の説明

１ 遮光壁
２ 傾斜面
３ 傾斜面
４ 反射防止膜
５，６ 遮光壁
７ 遮光ブロック
８ 撮像素子
９ レンズアレイ
１０ 光学フィルタアレイ
１１ 基板
１２ 撮像素子
１３ 上鏡筒
１４ 外筒部
１５ レンズモジュール
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ 入射光
１７ 傾斜面
１８ 傾斜面
１９ 傾斜面
２０ 遮光壁
２１ 突起部先端
２２ 反射防止膜
２３ 絞り部材
２４ レンズアレイ
２５ 遮光ブロック
２６ 光学フィルタアレイ
２７ 撮像素子
２８ 受光面
２９ 駆動回路
３０ 信号処理回路
３１ カメラモジュール

Claims (4)

1. 互いに光軸の異なる複数のレンズからなるレンズユニットと、
   前記複数のレンズに１対１に対応する複数の撮像領域を含む撮像素子と、
   前記レンズユニットと前記撮像素子との間に配置され、前記複数のレンズのそれぞれの光路を分離する遮光壁と、を備え、
   前記遮光壁は前記撮像領域の撮像面に対し所定角度で傾斜した複数の傾斜面を有し、且つ、前記遮光壁の表面には反射防止膜が設けられている、複眼カメラモジュール。
2. 前記遮光壁の表面には、前記複数の傾斜面により複数の突起部が形成されており、前記突起部の先端は５μｍ以上の曲率を有し、前記先端部に前記反射防止膜が設けられている、請求項１に記載の複眼カメラモジュール。
3. 前記傾斜面は、前記撮像面に対し平行な第１面と前記撮像面に対し所定角度で傾斜した第２面とからなり、前記突起部は前記第１面および前記第２面によって形成される、請求項１または２に記載の複眼カメラモジュール。
4. 前記傾斜面は、前記撮像面に対しそれぞれ所定角度で交差する第１面および第２面からなり、前記突起部は前記第１面および前記第２面によって形成される、請求項１または２に記載の複眼カメラモジュール。

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