JP2017046296A - 撮像モジュール、撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より薄型の撮像モジュール、撮像装置を提供する。
【解決手段】撮像モジュール１０は、イメージセンサ１４と、レンズシートユニット１３とを備える。レンズシートユニット１３は、一方の面１１ｂに凸状の単位レンズ形状１１２を有する柱状の光透過部１１１が配列された第１レンズシート１１と、これのイメージセンサ１４側に配置され、一方の面１２ａに凸状の単位レンズ形状１２２を有する柱状の光透過部１２１が配列された第２レンズシート１２を備える。光軸Ｏ方向から見て、光透過部１１１の配列方向と、光透過部１２１の配列方向とは、角度αをなして交差する。各光透過部１１１，１２１の配列方向において各光透過部１１１，１２１と交互に配置される各光吸収部１１３，１２３は、各レンズシート１１，１２の厚み方向に沿って、単位レンズ形状１１２，１２２側から反対側の面１１ｂ，１２ｂ側へ延びている。
【選択図】図２

Description

本発明は、撮像モジュール、撮像装置に関するものである。

近年、スマートフォンや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、様々に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、撮影後に焦点距離や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。

特開２０１５−９９３４５号公報 特表２０１５−５２０９９２号公報

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、レンズ収差の補正等が必要となる。そのため、携帯端末用カメラでは、複数枚の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。

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。

本発明の課題は、より薄型の撮像モジュール、撮像装置を提供することである。

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。
請求項１の発明は、入射する光を電気信号に変換する複数の画素（１４１）が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設けられたレンズシートユニット（１３）と、を備え、前記レンズシートユニットは、一方の面（１１ａ）に凸状の第１単位レンズ形状（１１２）を有する柱状の第１光透過部（１１１）が配列された第１レンズシート（１１）と、前記第１レンズシートよりも撮像素子部側に配置され、一方の面（１２ａ）に凸状の第２単位レンズ形状（１２２）を有する柱状の第２光透過部（１２１）が配列された第２レンズシート（１２）を備え、光軸（Ｏ）方向から見て、前記第１光透過部の配列方向（Ｒ１１）と、前記第２光透過部の配列方向（Ｒ１２）とは、角度αをなして交差し、前記第１レンズシートは、前記第１光透過部の配列方向（Ｒ１１）において前記第１光透過部と交互に配置され、前記第１光透過部の長手方向に延在する第１光吸収部（１１３）を有し、前記第１光吸収部は、前記第１レンズシートの厚み方向（Ｚ方向）に沿って、前記第１単位レンズ形状（１１２）側から反対側の面（１１ｂ）側へ延び、前記第２レンズシートは、前記第２光透過部の配列方向（Ｒ１２）において前記第２光透過部と交互に配置され、前記第２光透過部の長手方向に延在する第２光吸収部（１２３）を有し、前記第２光吸収部は、前記第２レンズシートの厚み方向（Ｚ方向）に沿って、前記第２単位レンズ形状（１２２）側から反対側の面（１２ｂ）側へ延びること、を特徴とする撮像モジュール（１０）である。
請求項２の発明は、請求項１に記載の撮像モジュールにおいて、前記角度αは、８０°≦α≦１００°を満たすこと、を特徴とする撮像モジュール（１０）である。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の撮像モジュールにおいて、前記各単位レンズ形状（１１２，１２２）は、各光透過部（１１１，１２１）の配列方向（Ｒ１１，Ｒ１２）に平行であって各レンズシート（１１，１２）の厚み方向に平行な断面が円の一部形状であること、を特徴とする撮像モジュール（１０）である。
請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の撮像モジュールにおいて、前記各光透過部（１１１，１２１）の屈折率Ｎ１と前記各光吸収部（１１３，１２３）の屈折率Ｎ２とは、Ｎ１≦Ｎ２という関係を満たすこと、を特徴とする撮像モジュール（１０）である。
請求項５の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の撮像モジュールにおいて、前記各光吸収部（１１３，１２３）と前記各光透過部（１１１，１２１）との界面が、前記各レンズシート（１１，１２）の厚み方向となす角度θは、０°≦θ≦１０°を満たすこと、を特徴とする撮像モジュール（１０）である。
請求項６の発明は、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の撮像モジュールにおいて、前記第２レンズシート（１２）は、前記撮像素子部（１４）と一体に接合されていること、を特徴とする撮像モジュール（１０）である。
請求項７の発明は、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の撮像モジュールにおいて、前記第１単位レンズ形状（１１２）は、前記第１レンズシート（１１）の撮像素子部（１４）側の面に形成され、前記第２単位レンズ形状（１２１）は、前記第２レンズシート（１２）の被写体側の面に形成されていること、を特徴とする撮像モジュール（１０）である。
請求項８の発明は、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の撮像モジュール（１０）を備える撮像装置である。

本発明によれば、より薄型の撮像モジュール、撮像装置を提供することができる。

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ユニット１３を説明する図である。 実施形態の第１レンズシート１１及び第２レンズシート１２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。 レンズシートユニット１３の他の実施形態を説明する図である。 レンズシートユニット１３の変形形態を示す図である。 レンズシートユニット１３の光透過部１１１，１２１の配列方向とイメージセンサ１４の画素の配列方向との関係を示す図である。

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。
本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。

（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、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、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。

図１に示すように、本実施形態のカメラ１は、開口部２０を有する筐体３０内に、撮像モジュール１０を備える撮像装置である。
カメラ１は、スマートフォン等の携帯電話やタブレット端末等の携帯端末に用いられる撮像装置であり、この筐体３０は、携帯端末本体の筐体に相当する。このカメラ１は、さらに、不図示の制御部、記憶部等を備えている。
また、カメラ１は、筐体３０をカメラ本体の筐体として備える、一般的な撮像装置としてもよい。この場合、カメラ１は、制御部、記憶部等に加えて、不図示のシャッタ部、シャッタ駆動部等を備える。
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へ取り込む開口である。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の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。

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、レンズシートユニット１３、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。
レンズシートユニット１３及びイメージセンサ１４は、矩形状の平板状の部材であり、その幾何学的中心に光軸Ｏが直交している。

図３は、本実施形態のレンズシートユニット１３を説明する図である。図３（ａ）は、レンズシートユニット１３の斜視図であり、図３（ｂ）では、レンズシートユニット１３を構成する第１レンズシート１１の光透過部１１１及び第２レンズシート１２の光透過部１２１の配列方向について示している。
図４は、第１レンズシート１１及び第２レンズシート１２を説明する図である。図４（ａ）は第１レンズシート１１の光透過部１１１の配列方向及び第１レンズシート１１の厚み方向に平行な断面の一部を拡大して示し、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。なお、図４では、第１レンズシート１１における各部の符号を示し、括弧内に、第２レンズシート１２における対応する各部の符号を示している。
レンズシートユニット１３は、イメージセンサ１４の被写体側（＋Ｚ側）に位置している。レンズシートユニット１３は、光軸Ｏ方向（Ｚ方向）に沿って被写体側（＋Ｚ側）から順に、第１レンズシート１１、第２レンズシート１２を備える。レンズシートユニット１３は、第１レンズシート１１及び第２レンズシート１２が不図示の支持部材により支持されており、イメージセンサ１４に対する位置が決められている。

第１レンズシート１１は、柱状の光透過部１１１と、光透過部１１１の配列方向に沿って光透過部１１１と交互に配置される光吸収部１１３とを備える光学シートである。本実施形態の第１レンズシート１１では、光透過部１１１は、上下方向（Ｙ方向）に配置され、その長手方向（稜線方向）が左右方向（Ｘ方向）に平行となっている。
光透過部１１１は、光を透過する部分であり、イメージセンサ１４側（−Ｚ側）に、凸形状の単位レンズ形状１１２を有している。第１レンズシート１１のイメージセンサ１４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。

第１レンズシート１１の単位レンズ形状１１２は、イメージセンサ１４側（−Ｚ側）に凸となっており、光透過部１１１の配列方向（Ｙ方向）及び第１レンズシート１１の厚み方向（Ｚ方向）に平行な断面形状が円の一部形状となっている。単位レンズ形状１１２は、この断面形状が光透過部１１１の長手方向に延在している。
光透過部１１１の裏面１１ｂ側（レンズ形状面１１ａとは反対側、＋Ｚ側）は、光透過部１１１がシート面に平行な方向に連続しているランド部１１４となっている。このランド部１１４には、光透過部１１１を形成する際の基材となる基材層を含んでいてもよい。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。
また、本実施形態の第１レンズシート１１の裏面１１ｂの表面には、反射防止機能を有する不図示の層がコーティングされている。本実施形態では、第１レンズシート１１の裏面１１ｂは、レンズシートユニット１３への光の入射面であるため、第１レンズシート１１と空気との界面となる裏面１１ｂでの反射を抑制し、入射光量の増加を図っている。

光透過部１１１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、１．４３〜１．６０程度である。
本実施形態の光透過部１１１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、紫外線成形法により形成されている。
なお、これに限らず、光透過部１１１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。
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層がコーティングされている。

光吸収部１１３は、光を吸収する作用を有し、第１レンズシート１１の厚み方向に沿って、単位レンズ形状１１２が形成されたレンズ形状面１１ａ側から反対側の面（裏面）１１ｂ側へ延びる壁状の部分である。また、光吸収部１１３は、光透過部１１１の長手方向に沿って延在している。
光吸収部１１３は、その配列方向及び第１レンズシート１１の厚み方向に平行な断面における断面形状が楔形形状である。ここでいう楔形形状とは、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、三角形形状や台形形状等を含む。

本実施形態の光吸収部１１３は、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台形形状となっている。これに限らず、光吸収部１１３は、その断面形状が、前述のような台形形状としてもよいし、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。

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、顔料や染料、顔料や染料で着色された樹脂粒子等が挙げられる。

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。

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。

第１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、光透過部１１１を賦形する凹形状を有し、光吸収部１１３となる部分が溝状に賦形されるように凸形状に形成された成形型を用い、紫外線成形法により、光透過部１１１が形成される。次に、光透過部１１１間の溝部分に、光吸収部１１３を形成する材料をワイピング（スキージング）して充填し、硬化させる。その後、所定の大きさに整える等により、第１レンズシート１１が作製される。
なお、第１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、光吸収部１１３，１２３は、真空充填等により、光吸収部１１３，１２３を形成する材料を光透過部１１１間の溝部分に充填した後、硬化させて形成してもよい。また、光吸収部１１３，１２３は、毛細管現象を利用して、光透過部１１１間の溝部分に光吸収部１１３，１２３を形成する材料を充填した後、硬化させて形成してもよい。

また、第１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のレンズ開口幅Ｄ１は、光透過部１１１の配列方向において、光透過部１１１のレンズ形状面１１ａ側の寸法（光透過部１１１と光吸収部１１３の最もレンズ形状面１１ａ側端部との境界となる点ｔ１〜点ｔ２間の寸法）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、第１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の最も凸となる点ｔ３までの寸法であり、約２〜４０μｍとすることが好ましい。

第１レンズシート１１の総厚Ｔは、第１レンズシート１１の厚み方向（Ｚ方向）において、裏面１１ｂの表面から点ｔ３までの寸法であり、約３０〜４８０μｍとすることが好ましい。
光吸収部１１３の幅Ｄ２は、光透過部１１１の配列方向における、光吸収部１１３の最もレンズ形状面１１ａ側の寸法であり、約１〜３０μｍとすることが好ましい。
光吸収部１１３の高さＨ２は、第１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。
ランド厚Ｄ３は、ランド部１１４の厚さであり、第１レンズシート１１の厚み方向において、光吸収部１１３の裏面１１ｂ側先端から第１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。第１レンズシート１１が基材層を備えている場合には、このランド厚Ｄ３は、約１〜１８０μｍとすることが、上述の理由から好ましい。
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、０〜１０°程度とすることが好ましい。

第２レンズシート１２は、第１レンズシート１１のイメージセンサ１４側（−Ｚ側）に位置する光学シートである。この第２レンズシート１２は、イメージセンサ１４の被写体側（＋Ｚ側）に後述する接合層１５により接合されている。
第２レンズシート１２は、前述の第１レンズシート１１と同様の形状であり、単位レンズ形状１２２を有する光透過部１２１、光吸収部１２３等を有しているが、レンズ形状面１２ａの位置、及び、光透過部１２１及び光吸収部１２３の配列方向が、第１レンズシート１１とは異なる。

第２レンズシート１２では、凸状の単位レンズ形状１２２が形成されるレンズ形状面１２ａは、光の入射側となる被写体側（＋Ｚ側）に位置し、裏面１２ｂは、イメージセンサ１４側（−Ｚ側）に位置している。
また、図３（ｂ）に示すように、第２レンズシート１２では、光透過部１２１及び光吸収部１２３の配列方向Ｒ１２は、光軸Ｏ方向（Ｚ方向）から見て、第１レンズシート１１の光透過部１１１及び光吸収部１１３の配列方向Ｒ１１と交差し、角度αをなしている。本実施形態では、この角度α＝９０°であり、第２レンズシート１２の光透過部１２１（単位レンズ形状１２２）は、配列方向が左右方向（Ｘ方向）であり、長手方向が上下方向（Ｙ方向）に延在している。
この第２レンズシート１２は、第１レンズシート１１と同様の材料を用いて形成される。

レンズシートユニット１３（第２レンズシート１２）とイメージセンサ１４とは、接合層１５により、一体に接合されている。
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、第２レンズシート１２の光透過部１２１の屈折率Ｎ２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ユニット１３の反り等の変形を抑制する観点から、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１２１の屈折率Ｎ２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、シリコン系粘着剤等が挙げられる。

レンズシートユニット１３を透過した光は、単位レンズ形状１１２，１２２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１１２，１２２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。
また、第１レンズシート１１と第２レンズシート１２とは、単位レンズ形状１１２，１２２がその頂点（点ｔ３）で互いに接した状態、又は近接した状態で配置されており、各レンズシート１１，１２間は、空気が位置する形態となっている。

第１レンズシート１１、第２レンズシート１２は、光軸Ｏ方向（Ｚ方向）から見た場合に、光透過部１１１及び光透過部１２１（単位レンズ形状１１２及び単位レンズ形状１２２）の配列方向が角度α＝９０°をなすように配置されている。また、第１レンズシート１１、第２レンズシート１２は、光透過部１１１，１２１間に光吸収部１１３，１２３を有している。従って、レンズシートユニット１３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、マイクロレンズ間に遮光壁が形成された状態に略等しい。

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部分である。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ＣＯＭＳ（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。

開口部２０から撮像モジュール１０内に進んだ光は、レンズシートユニット１３に入射し、第１レンズシート１１及び第２レンズシート１２を透過する。このとき、レンズシートユニット１３内を透過する光は、第１レンズシート１１の単位レンズ形状１１２により、その配列方向であるＹ方向（上下方向）において集光され、また、第２レンズシート１２の単位レンズ形状１２２により、その配列方向であるＸ方向（左右方向）において集光される。また、第１レンズシート１１及び第２レンズシート１２において、光透過部１１１，１２１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１１３，１２３に入射して吸収される。そして、レンズシートユニット１３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。

このとき、前述のように、第１レンズシート１１及び第２レンズシート１２は、単位レンズ形状１１２，１２２の長手方向が直交するように配置されているので、レンズシートユニット１３は、光学的には、Ｘ方向及びＹ方向にマイクロレンズが複数配列されている形態に近しい。
そして、イメージセンサ１４の受光面上には、この疑似的なマイクロレンズ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。

本実施形態では、疑似的なマイクロレンズの１つ１つのレンズに対して、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、対応する疑似的なマイクロレンズ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１１２，１２２を透過したか（ＸＹ平面上の疑似的なマイクロレンズの位置）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。

図５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と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５（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。
このとき、例えば、図５（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シートのイメージセンサ側等に別体で用意する必要があった。

しかし、本実施形態によれば、光吸収部１１３，１２３が、光透過部１１１，１２１間に形成され、各レンズシートの厚み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、図５（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１１２，１２２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。

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、レンズシートユニット１３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できる。さらに、携帯端末本体の薄型化を妨げることがなく、意匠性の向上にも寄与できる。

また、本実施形態によれば、レンズシート１１，１２内に光透過部１１１，１２１（単位レンズ形状１１２，１２２）に対応して光吸収部１１３，１２３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。従って、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、生産コスト低減できる。

さらに、本実施形態によれば、光透過部１１１，１２１のレンズ開口幅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１１２，１２２を増やすことも容易であり、かつ、光吸収部１１３，１２３が一体に形成されるので、レンズシートユニット１３による疑似的な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。

本実施形態によれば、携帯端末用のカメラに対しても、撮影後に、焦点距離や被写界深度が変更可能なライトフィールドカメラとしての機能を付与することができ、高性能化を図ることができる。しかも、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、カメラ機能の向上を図ることができる。
さらに、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。

（レンズシートユニット１３の他の実施形態）
図６は、レンズシートユニット１３の他の実施形態を説明する図である。
図６（ａ）に示すように、レンズシートユニット１３を構成する第１レンズシート１１、第２レンズシート１２は、そのレンズ形状面１１ａ，１２ａがいずれも被写体側（＋Ｚ側）となるように配置されていてもよい。
また、図６（ｂ）に示すように、レンズシートユニット１３を構成する第１レンズシート１１、第２レンズシート１２は、そのレンズ形状面１１ａ，１２ａがいずれもイメージセンサ側（−Ｚ側）となるように配置されていてもよい。
さらに、図６（ｃ）に示すように、第１レンズシート１１は、そのレンズ形状面１１ａが被写体側（＋Ｚ側）となるように配置され、第２レンズシート１２は、そのレンズ形状面１２ａがイメージセンサ側（−Ｚ側）となるように配置されていてもよい。

図６（ｂ），（ｃ）に示すように第２レンズシート１２のレンズ形状面１２ａがイメージセンサ１４側（−Ｚ側）に位置する場合には、接合層１５は、その屈折率Ｎ３が第２レンズシート１２の光透過部１２１の屈折率Ｎ１よりも小さいものとすることが好ましい。このような接合層１５としては、シリコン系粘着剤等が好適である。
また、第１レンズシート１１の光透過部１１１の配列方向Ｒ１１を左右方向（Ｘ方向）とし、第２レンズシート１２の光透過部１２１の配列方向Ｒ１２を上下方向（Ｙ方向）としてもよい。

なお、図６（ｃ）ように、第１レンズシート１１の第２レンズシート１２側（−Ｚ側）の面が、単位レンズ形状１１２が形成されていない裏面１１ｂであり、第２レンズシート１２の第１レンズシート１１側の面も裏面１２ｂである場合、光学密着による迷光の発生を抑制する観点から、第１レンズシート１１及び第２レンズシート１２との間に、不図示のスペーサを配置してもよい。また、このとき、光学密着による迷光の発生を抑制する効果を高める観点から、双方の裏面１１ｂ，１２ｂを、微細凹凸形状が形成されたマット面としてもよい。
また、この図６（ｃ）に示す形態の場合、第１レンズシート１１と第２レンズシート１２との間に、不図示の接合層を設けて、第１レンズシート１１と第２レンズシート１２とを一体に接合してもよい。この形態の場合、その接合層の屈折率は、接合層と各レンズシート１１，１２の裏面１１ｂ，１２ｂとの界面での光の反射を防ぐ観点から、光透過部１１１，１２１の屈折率と等しいものが好ましい。
このような形態のレンズシートユニット１３を使用した場合にも、良好な画質で撮像することができる。

また、第１レンズシート１１の光透過部１１１（単位レンズ形状１１２）の配列方向Ｒ１１と、第２レンズシート１２の光透過部１２１（単位レンズ形状１２２）の配列方向Ｒ１２とがなす角度αは、９０°±１０°の範囲、即ち、８０°〜１００°の範囲内であれば、レンズシートユニット１３として所望される光学的機能は維持される。従って、角度αは、９０°に限定されず、８０°〜１００°の範囲内としてもよい。
従って、第１レンズシート１１及び第２レンズシート１２をレンズシートユニット１３として撮像モジュール１０を組み立てる際に、第１レンズシート１１の光透過部１１１の配列方向Ｒ１１と第２レンズシート１２の光透過部１２１の配列方向Ｒ１２とのなす角度αを厳密に９０°として配置しなくともよく、レンズシートユニット１３及び撮像モジュール１０の組み立て作業の容易化、作業効率の向上、歩留りの向上を図ることができる。

（撮像モジュール１０の他の実施形態）
撮像モジュール１０は、レンズシートユニット１３とイメージセンサ１４とを接合する接合層１５を備えず、第２レンズシート１２がイメージセンサ１４の受光面上に接して配置され、レンズシートユニット１３の第１レンズシート１１及び第２レンズシート１２、イメージセンサ１４は、それぞれ不図示の支持部材で支持され、所定の位置で固定される形態としてもよい。
このとき、図２，図３及び図６（ａ）に示すように、第２レンズシート１２のイメージセンサ１４側（−Ｚ側）の面が、単位レンズ形状１２２が形成されていない裏面１２ｂである場合、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と第２レンズシート１２との光学密着を防止したりする観点から、裏面１２ｂ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、第２レンズシート１２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と第２レンズシート１２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。

（変形形態）
以上説明した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）単位レンズ形状１１２，１２２は、例えば、光透過部１１１，１２１の配列方向及びレンズシートの厚さ方向における断面形状が、シート面に長軸が直交する楕円の一部形状や、多角形形状等としてもよし、頂部が円弧等の曲線であり、単位レンズ形状の谷部側が直線からなる形状としてもよい。

（２）レンズシートユニット１３は、１枚のシート状の基材層の両面に、単位レンズ形状１１２，１２２を有する光透過部１１１，１２１及び光吸収部１１３，１２３が形成されている形態としてもよい。
図７は、レンズシートユニット１３の変形形態を示す図である。
レンズシートユニット１３は、図７に示すように、１枚のシート状の基材層１３１の両面に、単位レンズ形状１１２，１２２を有する光透過部１１１，１２１及び光吸収部１１３，１２３が形成された形態としてもよい。
基材層１３１は、光透過性を有する樹脂製のシート状の部材である。この基材層１３１の厚さは、可能な範囲で薄いことが、迷光を抑制し、クロストークを低減して、各画素に入射する光の強度や入射方向の精度を向上させる観点から好ましい。

また、レンズシートユニット１３は、３枚以上のレンズシートが光軸Ｏ方向（Ｚ方向）に沿って配列された形態としてもよい。
このとき、例えば、３枚目のレンズシート（以下、第３レンズシートという）は、第１レンズシート１１及び第２レンズシート１２と同様の形状のレンズシートであり、その光透過部の配列方向が、第１レンズシート１１及び第２レンズシート１２の光透過部１１１，１２１の配列方向に対して、４５°±１０°をなしているものとすることが好ましい。
また、第３レンズシートのレンズ形状面は、被写体側（＋Ｚ側）であっても、イメージセンサ１４側（−Ｚ側）であってもよい。レンズシートユニット１３内の第３レンズシートの光軸Ｏ方向（Ｚ方向）おける位置についても適宜選択してよい。

さらに、第１レンズシート１１及び第２レンズシート１２と同様の形状のレンズシートである４枚目のレンズシート（第４レンズシート）を配置する場合には、その光透過部の配列方向が、第１レンズシート１１及び第２レンズシート１２の光透過部１１１，１２１の配列方向に対して、４５°±１０°をなし、第３レンズシートの光透過部の配列方向に対して９０°±１０°をなしているものとすることが好ましい。
また、第４レンズシートのレンズ形状面は、被写体側（＋Ｚ側）であっても、イメージセンサ１４側（−Ｚ側）であってもよい。また、レンズシートユニット１３内の第４レンズシートの光軸Ｏ方向（Ｚ方向）おける位置についても適宜選択してよい。

（３）第１レンズシート１１及び第２レンズシート１２は、それぞれ裏面１１ｂ，１２ｂ側に樹脂製の基材層が一体に積層されていてもよい。この基材層は、光透過性を有する樹脂製のシート状の部材であり、光透過部１１１，１２１を紫外線成形等で形成する際に、基材（ベース）となる部材である。
第１レンズシート１１及び第２レンズシート１２は、ランド厚Ｄ３が小さい方が好ましいので、基材層が離型性を有する部材であり、光透過部１１１，１２１及び光吸収部１１３，１２３の成形後に基材シートを剥離することが好ましい。しかし、基材層が十分に薄い場合等には、基材層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。
また、基材層が剥離性を有していない場合には、基材層に相当する部分を削る等により、ランド厚Ｄ３を薄くしてもよい。

（４）図８は、レンズシートユニット１３の光透過部１１１，１２１の配列方向とイメージセンサ１４の画素の配列方向との関係を示す図である。
前述の実施形態では、図８（ａ）に示すように、イメージセンサ１４の画素が光軸Ｏ方向（Ｚ方向）に対して直交する２方向Ｇ１，Ｇ２（Ｙ方向及びＸ方向）に配列され、第１レンズシート１１の光透過部１１１の配列方向Ｒ１１は、画素の配列方向の１つの方向Ｇ１（Ｙ方向）に平行であり、第２レンズシート１２の光透過部１２１の配列方向Ｒ１２は、画素の配列方向のもう１つの方向Ｇ２（Ｘ方向）に平行である例を示した。
このとき、光軸Ｏ方向（Ｚ方向）から見て、第１レンズシート１１の光透過部１１１の配列方向Ｒ１１と画素の配列方向の１つの方向Ｇ１となす角度β、第２レンズシート１２の光透過部１２１の配列方向Ｒ１２が画素の配列方向のもう１つの方向Ｇ２となす角度γは、いずれも０°であった。

しかし、これに限らず、図８（ｂ）に示すように、例えば、光軸Ｏ方向（Ｚ方向）から見て、角度β及び角度γは、０°〜１０°の範囲内であれば、光学的な機能は維持されるので、この範囲内で適宜選択して設定してよい。このような形態とすることにより、イメージセンサ１４とレンズシートユニット１３（第１レンズシート１１及び第２レンズシート１２）との位置合わせが容易となり、製造作業の簡略化や作業時間の短縮、歩留りの向上等を図ることができる。
なお、図８（ｂ）では、画素の配列方向Ｇ１，Ｇ２は、Ｙ方向及びＸ方向に平行であるい例を示しているが、これに限らず、光透過部１１１，１２１の配列方向Ｒ１１，Ｒ１２がＹ方向及びＸ方向に平行であり、画素の配列方向Ｇ１，Ｇ２とそれぞれ角度β，γをなす形態としてもよいし、画素の配列方向Ｇ１，Ｇ２及び光透過部１１１，１２１の配列方向Ｒ１１，Ｒ１２が、角度β，γをなし、かつ、いずれもＹ方向及びＸ方向に平行でない形態としてもよい。

（５）光透過部１１１，１２１と光吸収部１１３，１２３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。

（６）実施形態において、単位レンズ形状１１２，１２２の配列ピッチＰやレンズ開口幅Ｄ１、曲率半径Ｒ、光透過部１１１，１２１の屈折率Ｎ１は、第１レンズシート１１と第２レンズシート１２とで同じである例を示したが、これに限らず、第１レンズシート１１と第２レンズシート１２とで異なっていてもよい。

（７）第１レンズシート１１及び第２レンズシート１２には、その表裏面（レンズ形状面１１ａ，１２ａと裏面１１ｂ，１２ｂ）とを区別しやすくするために、表裏判別用の切欠きを設けてもよい。
また、レンズシートユニット１３の配置や組み立てを容易にするために、アライメントマークを第１レンズシート１１及び第２レンズシート１２に設けてもよい。

（８）第１レンズシート１１及び第２レンズシート１２は、例えば、シートの有効部分（光が透過する領域）以外の領域、もしくは、光学的に影響の小さい領域（例えば、四隅の角部分）等に、粘着剤や接着剤等による接合層を形成して、一体に形成してもよい。また第１レンズシート１１及び第２レンズシート１２の周縁部等に、外側へ凸となる領域等を設けて、その領域に接合層を設けて接合してもよい。

（９）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。

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各実施形態によって限定されることはない。

１ カメラ
１０ 撮像モジュール
２０ 開口部
３０ 筐体
１１ 第１レンズシート
１２ 第２レンズシート
１１１，１２１ 光透過部
１１２，１２２ 単位レンズ形状
１１３，１２３ 光吸収部
１３ レンズシートユニット
１４ イメージセンサ

Claims (8)

1. 入射する光を電気信号に変換する複数の画素が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設けられたレンズシートユニットと、
   を備え、
   前記レンズシートユニットは、一方の面に凸状の第１単位レンズ形状を有する柱状の第１光透過部が配列された第１レンズシートと、前記第１レンズシートよりも撮像素子部側に配置され、一方の面に凸状の第２単位レンズ形状を有する柱状の第２光透過部が配列された第２レンズシートを備え、
   光軸方向から見て、前記第１光透過部の配列方向と、前記第２光透過部の配列方向とは、角度αをなして交差し、
   前記第１レンズシートは、前記第１光透過部の配列方向において前記第１光透過部と交互に配置され、前記第１光透過部の長手方向に延在する第１光吸収部を有し、
   前記第１光吸収部は、前記第１レンズシートの厚み方向に沿って、前記第１単位レンズ形状側から反対側の面側へ延び、
   前記第２レンズシートは、前記第２光透過部の配列方向において前記第２光透過部と交互に配置され、前記第２光透過部の長手方向に延在する第２光吸収部を有し、
   前記第２光吸収部は、前記第２レンズシートの厚み方向に沿って、前記第２単位レンズ形状側から反対側の面側へ延びること、
   を特徴とする撮像モジュール。
2. 請求項１に記載の撮像モジュールにおいて、
   前記角度αは、８０°≦α≦１００°を満たすこと、
   を特徴とする撮像モジュール。
3. 請求項１又は請求項２に記載の撮像モジュールにおいて、
   前記各単位レンズ形状は、各光透過部の配列方向に平行であって各レンズシートの厚み方向に平行な断面が円の一部形状であること、
   を特徴とする撮像モジュール。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の撮像モジュールにおいて、
   前記各光透過部の屈折率Ｎ１と前記各光吸収部の屈折率Ｎ２とは、Ｎ１≦Ｎ２という関係を満たすこと、
   を特徴とする撮像モジュール。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の撮像モジュールにおいて、
   前記各光吸収部と前記各光透過部との界面が、前記各レンズシートの厚み方向となす角度θは、０°≦θ≦１０°を満たすこと、
   を特徴とする撮像モジュール。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の撮像モジュールにおいて、
   前記第２レンズシートは、前記撮像素子部と一体に接合されていること、
   を特徴とする撮像モジュール。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の撮像モジュールにおいて、
   前記第１単位レンズ形状は、前記第１レンズシートの撮像素子部側の面に形成され、前記第２単位レンズ形状は、前記第２レンズシートの被写体側の面に形成されていること、
   を特徴とする撮像モジュール。
8. 請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の撮像モジュールを備える撮像装置。

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