JP2018006725A - カメラモジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】感光度を改善したイメージセンサおよび画像取込装置のカメラモジュールを提供する。
【解決手段】カメラモジュールA30は光透過板31、上感知層32、および光カット層33を含む。光透過板31は、下面311および下面311に対向する上面312を含む。上感知層32は下面311上に形成されている。光カット層33は上面312上に形成され、ブロック材331、およびブロック材331を貫いて設けられた複数の透光孔332を含む。
【選択図】図1

Description

本発明はイメージセンサおよび画像取込装置に関し、より詳細には、イメージセンサ、および位相差検出オートフォーカス(phase−difference−detection−autofocus)機能を備える画像取込装置のカメラモジュールに関する。
一般に、デジタルカメラでは、イメージセンサを用いて入射光線を感知し、画像信号を生成している。よって、デジタルカメラにより撮影された写真は、画像信号に基づいて生成されたものであり得る。
デジタルカメラの絶え間ない進化に伴って、画像の品質とオートフォーカス速度の両方が要求されるようになってきた。位相差検出オートフォーカス(phase−difference−detection−autofocus)技術は、位相差検出画素(phase difference detection pixels)を用いて一対の画像を形成するものである。2つの画像間の間隔を測定することにより、焦点ズレ(out−of−focus)の距離が計算され得る。計算された移動距離に基づいて、レンズの位置を調整することにより直接フォーカス制御が実行される。これはコントラストオートフォーカス技術よりも高速である。
あるケースでは、位相差検出画素は、分離したオートフォーカスセンサに配される。デジタルカメラは通常ビームスプリッターを備えており、これにより光を分割してイメージセンサ、および分離したオートフォーカスセンサにそれぞれ導く。2つのセンサの画像の位相差を比較することにより、オートフォーカスが実行される。
またあるケースでは、位相差検出画素がイメージセンサ中に組み込まれている。このケースでは、それら画素から位相差信号を得るが、画角において光の一部が遮られてしまう。結果として、入射光線の一部は、他へ逸れて導かれる(guided away)または遮蔽されるため、イメージセンサに入射しない。よって、イメージセンサの感光度が低下し、画像の品質に影響してしまう。
したがって、デジタルカメラおよびイメージセンサを改善するための解決策を提供することが求められる。本発明では、イメージセンサは位相差検出オートフォーカス技術を備え、かつ入射光線が分離または遮蔽されないため、イメージセンサの感光度(photosensitivity)が低下しない。さらに、イメージセンサの位相差検出画素の感光度は、位相差検出画素までの入射光線の経路の長さを減らすことによって増強される。
本発明は、画像取込装置およびイメージセンサのカメラモジュールを提供し、イメージセンサの感光度を改善する。
本発明は、光透過板、上感知層、および光カット層を含むカメラモジュールを提供する。光透過板は下面と、下面に対向する上面とを含む。上感知層は下面上に形成される。光カット層は上面上に形成され、かつブロック材と、ブロック材を貫いて設けられた透光孔とを含む。
いくつかの実施形態では、上感知層は、不可視光カット(invisible−light−cutting)フィルムと、不可視光カットフィルムを貫いて設置され複数の上感知ユニットとを含む。
いくつかの実施形態では、上感知ユニットは2つ1組に配され、各組の2つの上感知ユニットは一緒に用いられる。2つの上感知ユニットの各組には、第1の上感知ユニットと第2の上感知ユニットとが含まれる。第1の上感知ユニットは、第1のフォーカス信号を生成するように構成されており、第2の上感知ユニットは第2のフォーカス信号を生成するように構成されている。第1のフォーカス信号および第2のフォーカス信号に基づいて処理モジュールがフォーカス値を得る。
いくつかの実施形態では、2組の上感知ユニットが不可視光カット領域を画定する。不可視光カット領域の各々は、それぞれ透光孔のうちの1つの下に位置する。不可視光カット領域の面積は透光孔の面積より大きい。不可視光カット領域の中心は透光孔の中心に位置合わせされている。
いくつかの実施形態では、上感知ユニットは、上感知層の下に位置する基板を介して処理モジュールに電気的に接続する。
いくつかの実施形態では、上感知ユニットは有機フォトダイオードであり、かつ不可視光を感知するように構成されている。上感知ユニットは複数の透明ワイヤと接続し、透明ワイヤを介して処理モジュールと電気的に接続する。
いくつかの実施形態では、不可視光は、波長が800nmよりも大きい赤外光である。不可視光は、波長が400nmよりも小さい紫外光である。透明ワイヤはITOで作製されている。上感知ユニットの幅は透明ワイヤの幅の約20倍である。
いくつかの実施形態では、感知層、フィルターユニットおよびマイクロレンズを含む感知デバイスをさらに含む。感知層は、画像信号を生成するように構成された下感知ユニットを含む。フィルターユニットは下感知ユニット上に配置されている。マイクロレンズはフィルターユニット上に配置されている。上感知層はマイクロレンズの上に位置する。
いくつかの実施形態では、カメラモジュールは、光カット層の上に位置するレンズを含む感知デバイスをさらに含む。上感知層は、フォーカス信号を生成するように構成されている上感知ユニットを含み、レンズはフォーカス信号に基づいて移動する。
上記構成により、入射光線は保護構造を通過して感知デバイスへ至り、保護構造の上感知層が位相差検出オートフォーカス機能を実現する。故に、入射光線の一部は、従来のオートフォーカスセンサに導かれず、感知デバイスの感光度が改善する。さらに、上感知層の感光度も改善される。
本発明では、イメージセンサは位相差検出オートフォーカス技術を備え、かつ入射光線が分離または遮蔽されないため、イメージセンサの感光度(photosensitivity)が低下しない。さらに、イメージセンサの位相差検出画素の感光度は、位相差検出画素までの入射光線の経路の長さを減らすことによって増強される。
添付の図面を参照しながら、以下の詳細な説明および例を読むことにより、本発明をより十分に理解することができる。
本発明のいくつかの実施形態による画像取込装置の概略図である 本発明のいくつかの実施形態による画像取込装置のシステム図である。 図3Aは本発明のいくつかの実施形態による保護構造の上面図である。 図3Bは本発明のいくつかの実施形態による上感知層の上面図である。 図3Cは本発明のいくつかの実施形態による光カット層の上面図である。 本発明のいくつかの実施形態による上感知ユニットおよび透明ワイヤの概略図である。 本発明のいくつかの実施形態による画像取込装置の概略図である。
以下の開示では、本発明の各種異なる特徴を実施するための、多数の異なる実施形態および例を提示する。本発明を簡潔に説明するよう、以下に構成要素および配置の特定の例を記載する。例えば、以下の記載において、第1の特徴の第2の特徴の上方または上への形成には、第1および第2の特徴が直接に接触して形成される実施形態が含まれてよく、また第1および第2の特徴が直接に接触せず第1および第2の特徴の間にさらなる特徴が形成され得る実施形態が含まれてもよい。
さらに、本開示では、各種異なる例において、参照番号および/または文字を繰り返すことがある。この繰り返しは簡潔および明白にする目的でなされるものであって、それ自体で、記述される各種実施形態および/または構成間の関係を示すものではない。さらに、図面は単に説明の目的であること意図されているため、図面における形状、サイズおよび厚さは縮尺通りに描かれていないことがある、または記述を明確とするために図面が簡略化されることがある。
図1は本発明のいくつかの実施形態による画像取込装置A1の概略図である。図2は本発明のいくつかの実施形態による画像取込装置A1のシステム図である。いくつかの実施形態では、画像取込装置A1は、カメラ、モバイルフォン、またはコンピュータのような撮影機能を備える電子デバイスである。画像取込装置A1は、対象物(object)の画像を撮るフォーカス速度を高めるための位相差検出オートフォーカス機能を提供する。
画像取込装置A1はカメラレンズA20、カメラモジュールA30、および処理モジュールA40を含む。カメラレンズA20はメラモジュールA30の上に配置される。カメラレンズA20はレンズハウジングA21およびレンズアセンブリA22を含み得る。レンズアセンブリA22はレンズハウジングA21内に配置される。
レンズアセンブリA22は、1つまたは複数のレンズA221および保護レンズA222を含む。レンズA221は、光線の焦点をカメラモジュールA30上に合わせるように構成されている。保護レンズA222は板構造であって、レンズA221を保護するように構成されている。
カメラモジュールA30は、対象物の画像を取り込むように構成されている。処理モジュールA40はカメラモジュールA30およびカメラレンズA20と電気的に接続する。いくつかの実施形態では、処理モジュールA40は処理チップ(processing chip)である。
カメラモジュールA30は感知デバイス20および保護構造30を含む。感知デバイス20は、入射光線を検出し、感知デバイス20に入射する光線に基づいて画像信号を生成するように構成されている。保護構造30は感知デバイス20の上に位置している。
いくつかの実施形態では、感知デバイス20はCMOS(相補型金属酸化膜半導体)イメージセンサである。いくつかの実施形態では、感知デバイス20はFSI(Frontside illumination)もしくはBSI(backside illumination)CMOSイメージセンサ、またはその他の適したセンサである。
図1に示されるように、保護構造30は感知デバイス20から離間している。換言すると、スペースS1が保護構造30と感知デバイス20との間にある。いくつかの実施形態では、スペースS1にはガスまたは透明材料が充填される。保護構造30は、感知デバイス20を保護し、かつ位相差検出オートフォーカス機能を実現するように構成されている。いくつかの実施形態では、保護構造30は板構造である。
感知デバイス20は感知層21、フィルターユニット22、およびマイクロレンズ23を含む。感知層21は基準面(reference plane)P1に沿って延伸している。感知層21は下記する素子のすべてを含み得るが、感知層21の目的を達成できさえすれば、感知層21は下記する素子のすべてを含まなくてもよい。
感知層21は基板211および下感知ユニット212を含む。いくつかの実施形態では、感知層21は、誘電体層または反射防止層のようなその他任意の層(図示せず)も含む。
下感知ユニット212は基板211中に設置される。下感知ユニット212は基準面P1に沿って感知アレイをなすように配列している。いくつかの実施形態では、下感知ユニット212はフォトダイオードである。下感知ユニット212の各々は、光線を感知し、その上に入射する光線の強度に基づいて画像信号を生成するように構成されている。処理モジュールA40は下感知ユニット212に電気的に接続され、画像信号を受信する。画像信号に基づいて処理モジュールA40により画像が生成され得る。
フィルターユニット22は感知層21上に配置される。フィルターユニット22は、基準面P1に平行な平面上にフィルターアレイをなすように配列している。フィルーユニット22の各々は、下感知ユニット212のうちの1つの上にそれぞれ配置される。
フィルターユニット22の各々は、所定の範囲の波長の光を通過させる。いくつかの実施形態では、フィルターユニット22はカラーフィルタユニットである。フィルターユニット22は、赤色フィルターユニット、緑色フィルターユニット、および青色フィルターユニットを含む。赤色フィルターユニット、緑色フィルターユニット、および青色フィルターユニットは、フィルターアレイを成すように交互に配列している。
赤色フィルターユニットは波長620nmから750nmまでの範囲の光(赤色光)を通過させて下感知ユニット212まで到達させる。緑色フィルターユニットは波長495nmから570nmまでの範囲の光(緑色光)を通過させて下感知ユニット212まで到達させる。青色フィルターユニットは波長425nmから495nmまでの範囲の光(青色光)を通過させて下感知ユニット212まで到達させる。
マイクロレンズ23はフィルターユニット22に位置合わせされている。マイクロレンズ23の各々はフィルターユニット22のうちの1つの上にそれぞれ配置される。マイクロレンズ23は、基準面P1に平行な平面上にマイクロレンズアレイを成すように配列している。マイクロレンズ23は、光の焦点を下感知ユニット212に合わせるように構成されている。
図3Aは本発明のいくつかの実施形態による保護構造30の上面図である。図3Bは本発明のいくつかの実施形態による上感知層32の上面図である。図3Cは本発明のいくつかの実施形態による光カット層33の上面図である。保護構造30は光透過板31、上感知層32、および光カット層33を含む。
光透過板31は基準面P1に平行な板構造である。いくつかの実施形態では、光透過板31はガラスで作製されている。光透過板31は下面311と、下面311と対向する上面312とを有する。
上感知層32は下面311上に形成され、感知デバイス20に対面している。上感知層32はマイクロレンズ23の上に位置している。図1に示されるように、上感知層32はマイクロレンズ23から離間している。スペースS1は上感知層32とマイクロレンズ23との間にある。
上感知層32は不可視光カットフィルム321および上感知ユニット322を含む。不可視光カットフィルム321は、光線の不可視光成分をブロックして、光線の可視光成分を通過させるように構成されている。不可視光成分は、波長が800nmよりも大きい赤外光、または波長が400nmよりも小さい紫外光に対応している。可視光成分は可視光に対応している。この実施形態では、不可視光成分は赤外光に対応している。
上感知ユニット322は不可視光カットフィルム321に取り囲まれている。上感知ユニット322は透明である。上感知ユニット322は感知アレイをなすように配列している。いくつかの実施形態では、上感知ユニット322のサイズは下感知ユニット212のサイズよりも大きい。上感知ユニット322の数は下感知ユニット212の数よりも少ない。
いくつかの実施形態では、上感知ユニット322は有機フォトダイオードまたはIR有機フォトダイオードである。上感知ユニット322は、上感知ユニット322上に入射する光線に基づいてフォーカス信号を生成するように構成されている。
いくつかの実施形態では、上感知ユニット322は赤外光または紫外光を感知するように構成されている。上感知ユニット322は、上感知ユニット322上に入射する光線の不可視光成分(赤外光成分または紫外光成分)に基づいて、フォーカス信号を生成する。処理モジュールA40は上感知ユニット322に電気的に接続され、フォーカス信号を受信する。
図1、2および4に示されるように、上感知ユニット322は、透明ワイヤW1と上感知層32の下に位置する基板211とを介して処理モジュールA40に電気的に接続される。いくつかの実施形態では、上感知ユニット322の幅T1は約20umである。透明ワイヤW1の幅T2は約1umである。上感知ユニット322の幅T1は透明ワイヤW1の幅T2の約20倍である。図1に示されるように、幅T1および幅T2は基準面P1に平行に測定される。
いくつかの実施形態では、透明ワイヤW1はITO(酸化インジウムスズ)から作製されている。透明ワイヤW1は、約400nmから800nmまでの範囲の波長の光線を通過させる。透明ワイヤW1の光線透過率は約90%である。よって、上感知層32の光ロスは約1%である。
光カット層33は上面312上に形成されている。レンズA221は光カット層33の上に位置している。光カット層33は、ブロック材331および透光孔332を含む。ブロック材331は上感知ユニット322の上に位置している。ブロック材331は、光線の不可視光成分をブロックする一方で、光線の可視光成分を通過させるように構成されている。
透光孔332はブロック材331を貫いて形成されており、かつ上感知層32の不可視光カットフィルム321の上に位置している。透光孔332は、開口アレイをなすように配列している。透光孔332は、光線のすべての成分(可視光成分と不可視光成分)を通過させる。いくつかの実施形態では、ブロック材331または透光孔332の材料が光線の不可視光成分をブロックできれば、ブロック材331および透光孔332の材料は同じであっても、または異なっていてよい。
図1および2に示されるように、不可視光カットフィルム321は不可視光カット領域321aを含む。上感知ユニット322は上感知ユニット322aおよび322bの対を含む。各対の上感知ユニット322aおよび322bは位相差を有する。各不可視光カット領域321aは1対または2対の上感知ユニット322aおよび322bの間にそれぞれ位置している。各透光孔332は不可視光カット領域321aうちの1つの上にそれぞれ位置している。各不可視光カット領域321aの面積は、各透光孔332の面積よりも大きい。
図1に示されるように、感知デバイス20に光線L1が入射する前に、上感知層32および光カット層33により光線L1の不可視光成分がブロックされる。よって、画像の品質は、光線L1の不可視光成分によって影響されることがない。
いくつかの実施形態では、上感知ユニット322は位相差検出画素である。位相差検出オートフォーカス技術は、上感知ユニット322を利用して1対の画像を形成するものである。
図1および2に示されるように、光線L2は透光孔332を通過してから、上感知ユニット322aを通過する。光線L2はブロック材331を通過しないため、光線L2の不可視光成分はブロックされない。言い換えると、上感知ユニット322aに入射した光線L2は可視光成分と不可視光成分を含んでいる。
上感知ユニット322aは、上感知ユニット322aに入射する光線L2の不可視光成分に基づいて第1のフォーカス信号を生成する。さらに、光線L2の可視光成分は上感知層32、マイクロレンズ23、およびフィルターユニット22を通過して、下感知ユニット212に入射する。
同様に、光線L3は、同じ透光孔332を通過してから、上感知ユニット322bを通過する。光線L3はブロック材331を通過しないため、光線L3の不可視光成分はブロックされない。言い換えると、上感知ユニット322bに入射する光線L3は可視光成分と不可視光成分を含んでいる。上感知ユニット322bは、上感知ユニット322bに入射する光線L3の不可視光成分に基づいて第2のフォーカス信号を生成する。さらに、光線L3の可視光成分は上感知層32、マイクロレンズ23、およびフィルターユニット22を通過して、下感知ユニット212に入射する。
図5に示されるように、光線L4は可視光成分と不可視光成分を含む。光線L4の可視光成分と不可視光成分は透光孔332を通過する。光線L4の不可視光成分は不可視光カットフィルム321に当たって、不可視光カットフィルム321にブロックされる。光線L4の可視光成分は、不可視光カットフィルム321、マイクロレンズ23、およびフィルターユニット22を通過して、下感知ユニット212に入射する。
光線L5は可視光成分と不可視光成分を含む。光線L5の不可視光成分はブロック材331に当たって、ブロック材331にブロックされる。光線L5の可視光成分はブロック材331、上感知ユニット322a(または上感知ユニット322b)、マイクロレンズ23、およびフィルターユニット22を通過して、下感知ユニット212に入射する。
処理モジュールA40は第1のフォーカス信号および第2のフォーカス信号に基づいてフォーカス値を得る。その後、処理モジュールA40は、フォーカス値に基づいて、レンズA221が感知デバイス20に対して移動するようレンズアセンブリA22を制御する。
さらに、光線L2およびL3の可視光成分は上感知ユニット322aおよび322bを通過できるため、画像の品質が上感知ユニット322aおよび322bにより影響されることはない。
まとめると、入射光線は保護構造を通過して感知デバイスに至り、保護構造の上感知層が位相差検出オートフォーカス機能を実現する。よって、入射光線の一部は、従来のオートフォーカスセンサへと導かれないため、感知デバイスの感光度が改善される。さらに、上感知層の感光度も改善される。
開示された特徴は、開示された1つまたは複数の実施形態における任意の適した方式で組み合わせる、変更する、または置換することができる。ただし、いかなる特定の実施形態にも限定されることはない。
例により、かつ好ましい実施形態の観点から本発明を記載したが、本発明はこれらに限定はされないことが理解されなければならない。それとは反対に、(当業者には明らかであるような)各種変更および類似の構成がカバーされるように意図されている。よって、添付の特許請求の範囲は、かかる変更および類似の構成がすべて包含されるよう最も広い解釈が与えられなければならない。
A1…画像取込装置
A20…レンズ
A21…レンズハウジング
A22…レンズアセンブリ
A221…レンズ
A222保護レンズ
A30…カメラモジュール
A40…処理モジュール
20…感知デバイス
21…感知層
211…基板
212…下感知ユニット
22…フィルターユニット
23…マイクロレンズ
30…保護構造
31…光透過板
311…下面
312…上面
32…上感知層
321…不可視光カット層
321a…不可視光カット領域
322(322a、322b)…上感知ユニット
33…光カット層
331…ブロック材
332…透光孔
L1、L2、L3、L4、L5…光線
P1…基準面
S1…スペース
T1、T2…幅
W1…透明ワイヤ

Claims (10)

  1. 下面および前記下面に対向する上面を含む光透過板と、
    前記下面上に形成された上感知層と、
    前記上面上に形成されており、ブロック材、および前記ブロック材を貫いて設けられた複数の透光孔を含む光カット層と、
    を含むカメラモジュール。
  2. 前記上感知層が、不可視光カットフィルムと、前記不可視光カットフィルムを貫いて設けられた複数の上感知ユニットとを含む、請求項1に記載の前記カメラモジュール。
  3. 前記上感知ユニットが2つ1組になるように配されており、各組の2つの上感知ユニットは一緒に使用され、2つの上感知ユニットの各組には第1の上感知ユニットおよび第2の上感知ユニットが含まれ、前記第1の上感知ユニットは第1のフォーカス信号を生成するように構成され、前記第2の上感知ユニットは第2のフォーカス信号を生成するように構成されており、前記第1のフォーカス信号および前記第2のフォーカス信号に基づいて処理モジュールがフォーカス値を得る、請求項2に記載のカメラモジュール。
  4. 2組の上感知ユニットが不可視光カット領域を画定し、前記不可視光カット領域の各々が前記透光孔のうちの1つの下にそれぞれ位置する、請求項2に記載のカメラモジュール。
  5. 前記不可視光カット領域の面積が前記透光孔の面積よりも大きく、前記不可視光カット領域の中心が前記透光孔の中心に位置合わせされている、請求項4に記載のカメラモジュール。
  6. 前記上感知ユニットが、前記上感知層の下に位置する基板を介して処理モジュールに電気的に接続し、前記上感知ユニットは有機フォトダイオードであって、不可視光を感知するように構成されており、前記上感知ユニットは複数の透明ワイヤに接続し、前記透明ワイヤを介して処理モジュールに電気的に接続する、請求項2に記載のカメラモジュール。
  7. 前記不可視光が、波長が800nmより大きい赤外光である、請求項2に記載のカメラモジュール。
  8. 前記透明ワイヤがITOから作製されており、前記上感知ユニットの幅が前記透明ワイヤの幅の約20倍である、請求項2に記載のカメラモジュール。
  9. 感知デバイスをさらに含み、
    前記感知デバイスは、
    画像信号を生成するように構成された複数の下感知ユニットを含む感知層と、
    前記下感知ユニット上に配置された複数のフィルターユニットと、
    前記フィルターユニット上に配置された複数のマイクロレンズと、
    前記光カット層の上に位置するレンズと、
    を含み、
    前記上感知層が前記マイクロレンズの上に位置し、かつフォーカス信号を生成するように構成された複数の上感知ユニットを含んでおり、前記レンズが前記フォーカス信号に基づいて移動する、請求項1に記載のカメラモジュール。
  10. 下面および前記下面に対向する上面を含む光透過板と、
    前記下面上に形成され、不可視光カットフィルム、および前記不可視光カットフィルムを貫いて設けられた複数の上感知ユニットを含む上感知層と、
    前記上面上に形成され、ブロック材、および前記ブロック材を貫いて設けられた複数の透光孔を含む光カット層と、
    を含むカメラモジュール。
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