JP2019003976A - 貫通電極基板、光学素子、撮像モジュール、撮像装置 - Google Patents
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Abstract
Description
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ついては、上述のライトフィールドカメラのように、撮影後に画像の焦点距離や被写界深度を変更する性能を備えることへの要求もあり、さらなる性能の向上も求められている。
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り、隔壁シートを配置することによって光軸方向の寸法がさらに大きくなり、小型化、薄型化が困難となるという問題があった。
このような課題を解決するために、本願出願人は、特許文献3に示す撮像モジュール、撮像装置を提案している。
第1の発明は、第1表面(143a)と、前記第1表面に対向する第2表面(143b)とを有し、透光性を有する本体部(143)と、前記本体部に設けられた透光領域(141,441)と、前記透光領域以外の領域(142,442)に設けられ、前記第1表面及び前記第2表面を貫通する複数の貫通孔(146)と、前記貫通孔内に設けられ貫通電極(147)と、前記透光領域内であって前記第1表面及び前記第2表面の少なくとも一方の面にパターン状に形成され、遮光性を有する遮光パターン部(144)と、を備える貫通電極基板(14,44)である。
第2の発明は、第1の発明の貫通電極基板において、前記遮光パターン部(144)は、光を吸収して遮光する機能を有すること、を特徴とする貫通電極基板(14,44)である。
第3の発明は、第1の発明又は第2の発明の貫通電極基板において、前記遮光パターン部(144)は、顔料又は染料のいずれかを含有する樹脂組成物により形成されていること、を特徴とする貫通電極基板(14,44)である。
第4の発明は、第1の発明又は第2の発明の貫通電極基板において、前記遮光パターン部(144)は、金属又は金属酸化物により形成されていること、を特徴とする貫通電極基板(14,44)である。
第5の発明は、第1の発明から第4の発明までのいずれかの貫通電極基板において、前記第1表面(143a)及び前記第2表面(143b)の前記透光領域(141,441)以外の領域(142,442)の少なくとも一部には、光を吸収して遮光する遮光層(145)が形成されていること、を特徴とする貫通電極基板(14,44)である。
第6の発明は、第1の発明から第5の発明までのいずれかの貫通電極基板(14,44)と、集光作用を有するレンズシート(11,12)を少なくとも一枚備える光学機能部(13)と、を備える光学素子(14,45)である。
第7の発明は、第6の発明の光学素子において、前記レンズシート(11,12)は、シート面に沿って配列され、一方の面側に凸状又は凹状の単位レンズ形状(112,122)を有する光透過部(111,121)と、前記光透過部の配列方向において、前記光透過部と交互に配列され、前記レンズシートの厚み方向に沿って延びる光吸収部(113,123)と、を有し、該光学素子の厚み方向に平行な方向から見て、前記遮光パターン部(144)は、前記光吸収部と位置が一致していること、を特徴とする光学素子(14,45)である。
第8の発明は、第6の発明又は第7の発明の光学素子において、前記貫通電極基板(44)は、少なくとも一方の面に凹部(448)を有し、前記凹部は、底面に前記光学機能部(13)を配置し、前記光学機能部の厚み方向の少なくとも一部をその内部に配置可能であること、を特徴とする光学素子(45)である。
第9の発明は、第8の発明の光学素子において、前記凹部(448)の側面部(448b)には、光を吸収して遮蔽する遮光膜(448c)が形成されていること、を特徴とする光学素子(45)である。
第10の発明は、第6の発明から第9の発明までのいずれかの光学素子(15,45)と、前記光学素子の出光側に配置され、入射する光を電気信号に変換する複数の画素(162)が配列された受光領域(161)を有する撮像素子部(16)と、を備え、前記撮像素子部は、前記貫通電極基板(14,44)と電気的に接続されていること、を特徴とする撮像モジュール(10,40)である。
第11の発明は、第10の発明の撮像モジュールにおいて、前記貫通電極基板(14,44)は、少なくとも一方の面に、他部材との位置を合わせるためのアライメントマーク(14c)を備えること、を特徴とする撮像モジュール(10,40)である。
第12の発明は、第10の発明又は第11の発明の撮像モジュール(10,40)を備える撮像装置(1)である。
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。
また、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。
また、本明細書中において、シート面とは、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。なお、板面、フィルム面についても同様で有るとする。
図1は、第1実施形態のカメラ1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、カメラ1を基本的な姿勢で支持し、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、光軸Oの軸方向をZ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。また、Z方向は、撮像モジュール10の厚み方向に相当する。
このカメラ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。カメラ1は、筐体30内に、さらに不図示の制御部、記憶部等を備えている。
開口部31は、被写体側からの光を、カメラ1内の撮像モジュール10へ取り込む開口である。
本実施形態の撮像モジュール10は、光軸O方向に沿って被写体側(入光側、+Z側)から順に、カバーシート17、赤外線遮蔽シート18、光学素子部15、イメージセンサ16等を備えている。光学素子部15は、被写体側(入光側、+Z側)から順に、貫通電極基板14、レンズ部13を備えている。
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、レンズ部13によってイメージセンサ16の被写体側(+Z側)の面に設けられた受光領域161上に結像した像を撮像する。
なお、本実施形態の撮像モジュール10は、一例として、カバーシート17、赤外線遮蔽シート18、光学素子部15(貫通電極基板14、レンズ部13)、イメージセンサ16等を備える例を示した。しかし、これに限らず、撮像モジュール10としては、少なくとも、光学素子部15(貫通電極基板14、レンズ部13)、イメージセンサ16を備えるものとしてよい。
このカバーシート17は、カメラ1及び撮像モジュール10内への埃やゴミ等の異物の侵入を防止する機能を有している。被写体側からの光は、このカバーシート17を透過して、撮像モジュール10へ入射する。
このような赤外線遮蔽シート18をイメージセンサ16よりも被写体側(+Z側)に設けることにより、ノイズを発生させて画質の劣化を招く赤外線(特に、近赤外線)を遮蔽することができ、カメラ1及び撮像モジュール10の撮影する画質の向上を図ることができる。
なお、これに限らず、例えば、カバーシート17と赤外線遮蔽シート18との間や、赤外線遮蔽シート18と貫通電極基板14との間に、光軸O方向(Z方向)おいて、わずかに空間が設けられた(Z方向に離間した)形態とし、不図示の支持部材で支持される形態としてもよい。
貫通電極基板14は、図1や図2に示すように、レンズ部13よりも被写体側(入光側、+Z側)に配置されている。
貫通電極基板14は、透光性を有する本体部143と、本体部143の両表面143a,143b間を貫通する複数の貫通孔146と、この貫通孔146内に設けられた貫通電極147とを備える。
この貫通電極基板14の両面14a,14b(即ち、本体部143の両面143a,143b)は、互いに平行であり、光軸O方向に対して直交する。
この透光領域141の被写体側(+Z側)の面14a上には、赤外線遮蔽シート18が積層されて配置されている。
また、透光領域141の像側(−Z側)の面14b上には、レンズ部13の第1レンズシート11が配置されている。本実施形態では、透光領域141の像側(−Z側)の面14bと第1レンズシート11の被写体側(+Z)側の面とが対面するように配置され、透光性を有する接合層19aにより接合されている。
遮光パターン部144は、線状であってY方向に延在し、X方向に配列される遮光パターン144aと、線状であってX方向に延在し、Y方向に配列される遮光パターン144bとにより格子状に形成されている。
この遮光パターン部144は、光軸O方向(Z方向)から見て、後述するレンズ部13の各レンズシートに形成された光吸収部113,123とその位置が一致している。即ち、本実施形態では、光軸O方向(Z方向)から見て、光吸収部113と遮光パターン144aとの位置が一致し、光吸収部123と遮光パターン144bとの位置が一致している。
また、遮光パターン部144は、貫通電極基板14(本体部143)の一方の面の透光領域141内に遮光パターン144aが形成され、他方の面の透光領域141内に遮光パターン144bが形成される形態としてもよい。遮光パターン部144が設けられる面については、レンズ部13の貫通電極基板14に対する位置等に応じて適宜選択してよい。
このような遮光パターン部144は、フォトリソグラフィ法、インクジェット法や印刷法等により形成される。
貫通電極147は、貫通電極基板14の両面の配線パターンを導通する部分であり、銅、アルミニウム、タングステン、チタン、タンタル等の高融点化合物を主成分として含有する材料により形成されている。また、貫通電極147は、充填めっき、スパッタリング、蒸着等の各種方法により形成される。
貫通電極基板14の両面14a,14b(本体部143の両面143a,143b)の配線領域142等には、配線パターン間を絶縁させるための絶縁性を有する樹脂層等が配線パターン間に適宜設けられている。また、配線パターンを保護する目的で、絶縁性を有する樹脂等により、配線パターン上(特に、被写体側の面14aの配線パターン上)にカバー膜145が設けられている。
本実施形態のカバー膜145は、光吸収性を有しており、本体部143の両面の配線領域パターン上に形成されている。このようなカバー膜145は、例えば、前述の遮光パターン部144に用いられるような黒色等の暗色系の顔料又は染料を含有する樹脂により形成可能である。
なお、カバー膜145が透光性を有する場合は、このカバー膜145の上にさらに不図示の光吸収性層を形成してもよい。また、本体部143は、透光性を有するので、貫通孔146の内周面に、光を吸収する不図示の光吸収層を形成した後、貫通電極147を形成し、迷光の低減を図ってもよい。
さらに、貫通電極基板14の配線領域142に設けられた別の不図示の端子は、不図示のフレキシブルプリント基板等に電気的に接続され、このフレキシブルプリント基板を介して制御部等が設けられた電子回路基板(マザーボード)に電気的に接続されている。
このアライメントマーク14cは、後述するレンズ部13の第1レンズシート11を貫通電極基板14の面14bに接合したり、後述するイメージセンサ16との接続及び接合を行う際に用いられるマークであり、これにより、第1レンズシート11と貫通電極基板14との貼合精度を向上させたり、イメージセンサ16と貫通電極基板14との接続及び整合位置の精度を向上させることができ、撮像モジュール10及びカメラ1の組み立て精度を向上させたり、作業効率の向上を図ったりすることができる。
このアライメントマーク14cの形状や色等は、適宜設定してよい。
なお、本実施形態では、貫通電極基板14は、配線パターンが形成された配線領域142を備える例を挙げて説明したが、これに限らず、貫通電極基板14上に電子部品等を配置して、回路パターンをその両面14a,14bに備える形態としてもよい。
貫通電極基板14の厚さは、0.2〜1.0mm程度が好ましく、本実施形態では、例えば、0.4mmである。
図5は、第1実施形態のレンズ部13の第1レンズシート11を説明する図である。
図6は、第1実施形態のレンズ部13の第2レンズシート12を説明する図である。
図5では、第1レンズシート11の光透過部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)に平行な断面の一部を拡大して示している。図6では、第2レンズシート12の光透過部121の配列方向(X方向)及び第2レンズシート12の厚み方向(Z方向)に平行な断面の一部を拡大して示している。
レンズ部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と、第2レンズシート12とを備えている。
また、第1レンズシート11は、第1の面11aとこれに対向する第2の面11bとを有している。本実施形態では、第1の面11aが像側(−Z側)に位置し、第2の面11bが被写体側(+Z側)に位置している。
本実施形態の第1レンズシート11では、光透過部111は、その配列方向R1が上下方向(Y方向)に平行であり、その長手方向(延在方向、稜線方向)が左右方向(X方向)に平行となっている。
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反射防止層が形成されている。この反射防止層は、反射防止機能を有する材料(例えば、フッ化マグネシウム(MgF2)、二酸化ケイ素(SiO2)、フッ素系光学用コーティング剤等)を所定の膜厚でコーティングする等により形成される。
第1レンズシート11の第2の面11b(本実施形態では、被写体側(+Z側)の面)は、略平面状となっている。
このような光透過部111は、例えば、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、紫外線成形法等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。また、光透過部111は、樹脂に限らず、ガラスにより形成されてもよい。
光吸収部113は、その配列方向(Y方向)及び第1レンズシート11の厚み方向(Z方向)に平行な断面における断面形状が楔形形状、もしくは、矩形形状である。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。
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。
このような光吸収部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。
また、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を組み合わせて用いてもよい。
このような光吸収材を含有する樹脂としては、例えば、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、例えば、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。
また、光吸収部113を形成する材料は、光透過部111間の溝状の部分に、例えば、真空充填により充填してもよいし、毛細管現象を利用して充填してもよい。
光透過部111(単位レンズ形状112)の配列ピッチPは、約10〜230μm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(光透過部111の配列方向において、光吸収部113の最も第1の面11a側の端部と光透過部111との境界となる点t1〜点t2間の寸法)は、約10〜200μm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(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の第1の面11a側の面から単位レンズ形状112の最も凸となる点(頂点)t3までの寸法)は、約2〜40μmとすることが好ましい。
光吸収部113の高さH2(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)は、約20〜470μmとすることが好ましい。
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(Z方向)となす角度θは、0〜10°程度とすることが好ましい。
第1レンズシート11の総厚T(第1レンズシート11の厚み方向(Z方向)における第2の面11bから単位レンズ形状112の頂点となる点t3までの寸法)は、約30〜480μmとすることが好ましい。
第1レンズシート11は、上記寸法範囲で形成されることによって、その焦点距離が約24〜300μm(空気中の換算値)となる。
第2レンズシート12は、前述の第1レンズシート11と略同様の形状であり、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。また、第2レンズシート12は、第1の面12aと、これに対向する第2の面12bとを有している。
この第2レンズシート12は、光透過部121(単位レンズ形状122)及び光吸収部123の配列方向R2が、前述の第1レンズシート11とは異なっている。また、本実施形態の第2レンズシート12では、第1の面12aは、被写体側(+Z側)に位置し、第2の面12bは、イメージセンサ側(−Z側)に位置している点が、第1レンズシート11とは異なる。
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することができる。
また、第2レンズシート12は、第2の面12bが、透光性を有する接合層19bを介してイメージセンサ16の受光領域161上に接合されている。
このような第1レンズシート11及び第2レンズシート12を備える本実施形態のレンズ部13の厚さは、例えば、約0.20mmである。
接合層19aは、貫通電極基板14とレンズ部13の第1レンズシート11との間に設けられ、これらを一体に接合している。このような形態とすることにより、第1レンズシート11と貫通電極基板14との光学密着を抑制することができる。また、ガラス製の本体部143を備える貫通電極基板14を用いた場合には、第1レンズシート11をこれよりも剛性の高い貫通電極基板14と接合することにより、第1レンズシート11の反りやたわみ等の変形を抑制できる。
また、イメージセンサ16の駆動時の発熱によるレンズ部13の反り等の変形を抑制する観点から、接合層19a,19b(特に、接合層19b)は、耐熱性を有することが好ましい。
このような接合層19a,19b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、この接合層19a,19bは、その屈折率が光透過部111,121の屈折率N1よりも小さいものも適用可能であり、その場合、例えば、シリコーン系粘着剤が適用可能である。
イメージセンサ16は、略平板状であり、被写体側(+Z側)の面に、光を受光可能な受光領域161を有している。また、イメージセンサ16において、光軸O方向から見て、被写体側(+Z側)の面の受光領域161の外側は、光を受光しない非受光領域となっている。
また、この接合部材19cにより、イメージセンサ16と貫通電極基板14とは、接合されており、これにより、第1レンズシート11と第2レンズシート12との光軸O方向(Z方向)における位置が決められ、固定されている。
本実施形態では、貫通電極基板14とイメージセンサ16とは、フリップチップボンディング法を用いて実装されている。なお、これに限らず、貫通電極基板14とイメージセンサ16とは、ワイヤーボンディング法等の他の方法により実装されていてもよい。
このようなイメージセンサ16としては、例えば、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等が好適に用いられる。本実施形態のイメージセンサ16は、CMOSが用いられている。
従って、レンズ部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、各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。
また、前述のように、光軸O方向から見て、光吸収部113,123の位置と、遮光パターン144a,144bは、一致している。
そして、被写体からの光は、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、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少なくとも一部は、光吸収部113,123に入射して吸収される。そして、レンズ部13を透過した光は、イメージセンサ16の受光領域161上で結像する。
前述のように、レンズ部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、各マイクロレンズ間に遮光壁が形成された状態に等しい。
従って、本実施形態では、図7(a)に示すように、イメージセンサ16の受光領域161上には、この疑似的な各マイクロレンズにより結像された各像Zが、それぞれ重なることなく形成される。
撮影時に撮像モジュール10により得られた、各画素162が検出した入射光の強度及び入射方向の情報は、カメラ1の不図示の記憶部に記憶される。そして、不図示の制御部により各種演算等が行われることにより、撮影後に、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。
このとき、例えば、図7(b)に示すように、各マイクロレンズの像が隣の領域等にも投影され、像Z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162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各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のイメージセンサ側等に別体で用意したりする必要があった。
従って、本実施形態の撮像モジュール10及びカメラ1は、撮影後に、その焦点距離や被写界深度等を変更可能であり、焦点距離や被写界深度を変更可能である。また、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る。
図8(a)は、本実施形態の光学素子部15を示し、図8(b)は、比較例の光学素子部15Bを示す図である。なお、図8では、貫通電極基板14,14Bについては簡略化して示している。
比較例の光学素子部15Bが備える貫通電極基板14Bは、遮光パターン部144を備えていない以外は、本実施形態の貫通電極基板14と同様の形状である。
図8(b)に示すように、比較例では、光軸O方向に対して角度をなす方向から光学素子部15Bに入射した光等、一部の光L1が、設計上入射すべき単位レンズ形状112に入射せず、隣接する別の単位レンズ形状112に入射し、レンズ部13を透過してイメージセンサ16の受光領域161に到達する。このような光L1は、クロストークを生じさせ、光の入射方向や強度の分解精度を大幅に低下させ、画像のぼけ等画質の低下を生じさせる。
また、本実施形態の貫通電極基板14は、ガラス製の板状の部材を本体部143としており、従来のエポキシ等の有機材料により形成された本体部を有する有機材料系貫通電極基板に比べて高い剛性を有する。従って、本実施形態によれば、第1レンズシート11及び第2レンズシート12は、各レンズシートよりも高い剛性を有する貫通電極基板14及びイメージセンサ16にそれぞれ接合されるので、各レンズシートの反りやたわみ等の変形を抑制することができる。
また、本実施形態によれば、貫通電極基板14は、従来の有機材料系貫通電極基板に比べて、耐熱性が高く、寸法の安定性が高いことに加え、表面の平滑性も高く、より細密な配線パターンを形成できる。従って、配線基板として配線領域の省スペース化を図ることができ、撮像モジュール10及びカメラ1の薄型化、小型化等を実現できる。
また、本実施形態によれば、イメージセンサ16と貫通電極基板14とをフリップチップボンディング法等を用いて接続でき、更なる省スペース化を図ることができる。
また、本実施形態によれば、第1レンズシート11,第2レンズシート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、従来のライトフィールドカメラで必要であった隔壁シート及びマイクロレンズアレイが不要となり、また、マイクロレンズアレイと隔壁シートとの高精度の位置合わせも不要となる。
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、撮像モジュール10及びカメラ1の製造が容易に行え、さらに、生産コストを低減できる。
図9は、第2実施形態の撮像モジュール40を説明する図である。図9は、図2(a)に示す第1実施形態の撮像モジュール10の断面に相当する撮像モジュール40の断面図を示している。
図10は、第2実施形態の貫通電極基板44を説明する図である。図10(a)は、光軸O方向から見た貫通電極基板44の平面図であり、図10(b)は、図10(a)に示す矢印B1−B2に沿った断面図である。
第2実施形態の撮像モジュール40は、貫通電極基板44が片面に凹部448を有している点が、前述の第1実施形態の撮像モジュール10とは異なる以外は、第1実施形態の撮像モジュール10と同様の形態である。従って、前述した第1実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号又は末尾に同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
第2実施形態の貫通電極基板44は、前述の第1実施形態に示す貫通電極基板14と同様の形態であるが、像側(−Z側)の面44bに凹部448が形成されている点が異なる。
本実施形態の凹部448は、光軸O方向から見た形状(外形)が矩形形状であり、その底面448aは、貫通電極基板44の被写体側の面44aに平行である。なお、これに限らず、凹部448の外形は、例えば角部分が丸く形成された略矩形形状や他の多角形形状、円形形状や楕円形状、長円形状等としてもよい。
また、貫通電極基板44には、光軸O方向(Z方向)から見て、凹部448よりも外側に凹部448を囲むように、周縁部449が設けられている。周縁部449における貫通電極基板44の厚さd2は、凹部448の底面448aにおける貫通電極基板44の厚さd1よりも大きい。
本実施形態では、貫通電極基板44の周縁部449の像側に設けられた不図示の端子と、イメージセンサ16の非受光領域に設けられた端子とが半田等の接合部材19c等により電気的に接続され、接合されている。
また、周縁部449での貫通電極基板44の厚さd2は、0.4mm程度であり、凹部448の深さd3は0.1〜0.2mm程度である。しかし、これに限らず、貫通電極基板44としての剛性を十分に確保できるのであれば、周縁部449での貫通電極基板44の厚みd2を大きくしたり、凹部448の深さd3をより深くしたりしてもよい。
この側面448bには、遮光パターン部144を形成する材料等により形成された不図示の遮光膜448cが形成されている。この遮光膜448cは、光を吸収する作用を有し、これにより、レンズ部13へ侵入する迷光を低減して画質を向上させることができる。
そして、凹部448は、貫通電極基板44の本体部443を形成するガラス製の平板状の部材を、所定の形状及び深さにエッチングすることにより形成することができる。なお、凹部448の形成方法は、これに限らず、例えば、サンドブラスト法により形成してもよい。
また、本実施形態によれば、凹部448の側面448bには遮光膜448cが形成されているので、例えば、カメラ1の筐体内に侵入し、レンズ部13の外周側等から入射する迷光を吸収でき、画像のぼけ等の画質の低下を抑制できる。
また、本実施形態によれば、貫通電極基板44に接合された第1レンズシート11と、イメージセンサ16に接合された第2レンズシート12との距離を、凹部448の深さd3や周縁部449の厚みd2を制御することで所望の値に容易に設定して維持することができ、2つのレンズシートの間の距離を安定させ、画質の向上を図ることができる。
以上説明した各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)各実施形態において、レンズ部13は、貫通電極基板14,44よりも像側(−Z側)に位置する例を示したが、レンズ部13の位置は、これに限定されない。
図11は、光学素子部15の変形形態を説明する図である。図11では、理解を容易にするために、貫通電極基板14及びレンズ部13は、その形状を簡略化して示している。
図11(a)に示すように、レンズ部13は、貫通電極基板14の被写体側(+Z側)に位置する形態としてもよい。このとき、貫通電極基板14の透光領域141の被写体側の面上に第2レンズシート12が配置され、この第2レンズシート12被写体側に第1レンズシート11が配置される。第2レンズシート12と貫通電極基板14とは、前述の接合層19a,19bのような透光性を有する接合層で接合されていてもよい。
また、このような形態であって、貫通電極基板14の片面の透光領域141に遮光パターン部144が形成される場合には、レンズ部13側の面に形成されることが好ましい。
また、各実施形態において、光学素子部15,45は、貫通電極基板14,44が2枚以上配置され、1枚の貫通電極基板の片面に1枚のレンズシートが貼合される形態としてもよい。なお、貫通電極基板を2枚以上用いる場合には、少なくとも一枚がイメージセンサ16等と導通していればよい。
このような形態とすることにより、貫通電極基板14,44と第1レンズシート11との貼合精度を向上させることができ、光学素子部15,45、撮像モジュール10,40、カメラ1としての精度を高めることができる。また、このような形態とすることにより、貫通電極基板14,44と第1レンズシート11との層間での反射等を抑制してレンズ部13への入射光量の増加を図ることができ、かつ、撮像モジュール10,40の厚さを低減することができる。
図12は、撮像モジュール10の変形形態を説明する図である。なお、図12では、理解を容易にするために、撮像モジュール10における光学素子部15及びイメージセンサ16のみを示し、カバーシート17等は省略している。
図12に示すように、第2レンズシート12が接合層19fによって貫通電極基板14と接合され、光軸O方向の位置が決められる形態としてもよい。
このような形態とする場合、図12に示すように、第2レンズシート12は、第1レンズシート11よりも少なくとも一部が外周側に大きく突出して形成され、その突出した部分に接合層19fが設けられ、貫通電極基板14と接合される。なお、第2レンズシート12は、光軸O方向から見て、第1レンズシート11よりも一部が大きい形態としてもよいし、全体的に大きな形態としてもよい。
なお、第1実施形態を例に挙げて説明したが、これに限らず、第2実施形態においても、上記変形形態は適用可能である。
このような形態とすることにより、撮像モジュールのさらなる薄型化を実現することができる。
このとき、光学密着等を防止する観点から、第1レンズシート11と貫通電極基板14,44との間に不図示のスペーサを配置する等してもよい。
また、各実施形態において、第1レンズシート11の第1の面11aと第2レンズシート12の第1の面12aのZ方向(光軸O方向)における位置は、適宜選択して配置してよい。
また、各実施形態において、第1レンズシート11の光透過部111の配列方向R1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R2を上下方向(Y方向)としてもよい。
また、各実施形態において、第1レンズシート11の光透過部111の配列方向R1と、第2レンズシート12の光透過部121の配列方向R2とがなす角度αは、80°〜100°の範囲内としてもよい。角度αがこの範囲内であれば、レンズ部13として所望される光学的機能は維持される。
図13は、撮像モジュール10の変形形態を説明する図である。図13では、理解を容易にするために、撮像モジュール10のうち、貫通電極基板14、レンズ部73、イメージセンサ16等を示している。
図14及び図15は、図13に示す撮像モジュール10の変形形態に用いられるレンズ部73を説明する図である。図14は、レンズ部73を像側(−Z側)から見た正面図である。図15(a)は、図14に示す矢印C1−C2に沿ったレンズ部73の断面(YZ断面)の一部を拡大した拡大図であり、図15(b)は、図14に示す矢印D1−D2に沿ったレンズ部73の断面(XZ断面)の一部を拡大した拡大図である。
このレンズ部73は、1枚のレンズシート71により形成されている。
レンズシート71は、図14及び図15に示すように、シート面に沿ってX方向及びY方向に等間隔に配列される複数の光透過部711と、互いに隣り合う光透過部711間に、各光透過部711を囲むようにして設けられる光吸収部713とを備えた、いわゆるマイクロレンズアレイシートである。このレンズシート71では、光透過部711は、正方格子状に配置されている。
単位レンズ形状712は、略半球状の形状に形成されており、鉛直方向(Y方向)及び左右方向(X方向)に対称な形状に形成されている。即ち、単位レンズ形状712は、YZ断面における断面形状とXZ断面における断面形状とが、円の一部形状(円弧形状)となっている。また、単位レンズ形状712(光透過部711)は、レンズシート71のシート面の法線方向(光軸O方向、Z方向)から見た形状が円形状に形成されている。ここで、略半球状とは、半球だけでなく、球の一部形状や回転楕円体の一部形状を含む形状をいう。
単位レンズ形状712の表面には、不図示の反射防止層が形成されている。
このランド部714は、第1実施形態等に示した第1レンズシート11及び第2レンズシート12と同様に、その厚みが可能な限り薄い方が好ましく、ランド部714の厚さが0であること(即ち、ランド部714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。
光吸収部713は、図15に示すように、レンズシート71の厚み方向(Z方向)に平行な断面における断面形状が楔形形状、又は、矩形形状に形成されている。
また、このような形態とすることにより、レンズ部の厚みをさらに低減することができ、撮像モジュール及びカメラの薄型化、軽量化、生産コストの低減等を実現することができる。
図16は、レンズ部73の別の形態を説明する図である。図16(a)は、レンズ部73であるレンズシート71を、その厚み方向(Z方向)の像側(−Z側)から見た正面図である。図16(b)は、図16(a)に示す矢印E1−E2に沿った断面を示す図(YZ断面図)であり、図16(c)は、図16(a)に示す矢印F1−F2に沿った断面を示す図(XZ断面図)である。
この場合、単位レンズ形状712は、像側(−Z側)に膨らんだ略四角錐形状に形成される。具体的には、単位レンズ形状712は、図16(b),(c)に示すように、四角錐形状の角部(頂部や稜線)が面取りされ、曲面状に形成された形態となる。
また、レンズシート71は、第2の面71bが像側に位置し、第1の面71aが接合層19aによって貫通電極基板14に接合される形態としてもよい。この場合、単位レンズ形状712の集光作用を発揮する観点から、接合層19aは、その屈折率が光透過部711の屈折率N1よりも小さいものとすることが好ましい。
また、レンズ部73は、貫通電極基板14の被写体側に設けられる形態としてもよい。このとき、レンズシート71が貫通電極基板14と接合される面は、第1の面71aでも第2の面71bでもどちらを選択してもよい。
この不図示のレンズシートについては、単位レンズ形状が設けられる第1の面の光軸O方向における位置や、各部の寸法等は、レンズシート71と同様としてもよいし、相違してもよい。
なお、撮像モジュール10を例に挙げて説明したが、これに限らず、撮像モジュール40においても上記変形形態は適用可能である。
図17は、第1レンズシート11の変形形態を説明する図である。
図17に示すように、第1レンズシート11を、光吸収部113が第2の面11b側から第1の面11a側へ厚み方向に沿って形成される形態とする場合、ランド部114が第1の面11a側に位置し、単位レンズ形状112は連続して配列され、第2の面11bに光吸収部113の第2の面11b側端部が位置している。
このような形態とすることにより、単位レンズ形状112の谷底部分に光吸収部113を形成する材料が付着する等して単位レンズ形状112のレンズ開口幅D1が狭まり、光量が低下することを防止できる。
なお、第2レンズシート12や、前述の変形形態(9)に示したレンズシート71についても同様に、光吸収部123,713が第2の面12b,71b側から第1の面12a,71a側へ延びる形態としてもよい。
図18は、レンズ部13の変形形態を説明する図である。
図18に示すように、単位レンズ形状112,122は、その配列方向及び厚み方向に平行な断面形状が凹形状であり、円の一部形状等である形態としてもよい。このような形態とする場合には、図18に示すように、光吸収部113,123は第2の面11b,12b側から第1の面11a,12a側へ厚み方向(Z方向)に沿って延びる形態とすることが好ましい。
また、このとき、第1レンズシート11と第2レンズシート12との間に、光透過部111,121よりも屈折率が高い樹脂層719が充填され、この樹脂層719により第1レンズシート11と第2レンズシート12とが接合される形態とすることが好ましい。
図19は、第1レンズシート11の変形形態を説明する図である。
基材層115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。
なお、このような基材層115を有する場合には、光吸収部113の第2の面側先端から第2の面11bまでの寸法D4を可能な範囲で小さくすることが、迷光やクロストーク等を抑制する観点から好ましい。
このような基材層115を備える形態とすることにより、第1レンズシート11のハンドリングが容易になる。
図20は、レンズ部13の変形形態を説明する図である。
レンズシート77は、基材層771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。このレンズシート77は、第1レンズシート11と第2レンズシート12とが、基材層771の両面にそれぞれ一体に形成された形態に等しい。
また、基材層771は、その屈折率が光透過部111,121の屈折率N1に等しい、もしくは、光透過部111,121と可能な限り屈折率差が小さいことが好ましい。
例えば、不図示の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R1,R2に対して、それぞれ45°±10°をなしているものとすることが好ましい。第3レンズシートの第1の面は、被写体側(+Z側)であっても、イメージセンサ側(−Z側)であってもよい。
なお、レンズ部13内において、第3レンズシート、第4レンズシートの光軸O方向(Z方向)の位置については、特に限定しない。
イメージセンサ16の受光領域161の大きさは、例えば、スマートフォン等の携帯端末に搭載される場合には横×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)等に搭載される場合には、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等の大きな受光領域161を有するイメージセンサ16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1の性能向上を図ってもよい。また、このような大きな受光領域を有するイメージセンサ16を備えたカメラにおいても、薄型化、軽量化等を実現することができる。
10,40 撮像モジュール
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 レンズ部
14,44 貫通電極基板
141,441 透光領域
142,442 配線領域
143 本体部
144 遮光パターン部
145 カバー層
15 光学素子部
16 イメージセンサ
161 受光領域
17 カバーシート
18 赤外線遮蔽シート
19a,19b 接合層
19c 接合部材
Claims (12)
- 第1表面と、前記第1表面に対向する第2表面とを有し、透光性を有する本体部と、
前記本体部に設けられた透光領域と、
前記透光領域以外の領域に設けられ、前記第1表面及び前記第2表面を貫通する複数の貫通孔と、
前記貫通孔内に設けられ貫通電極と、
前記透光領域内であって前記第1表面及び前記第2表面の少なくとも一方の面にパターン状に形成され、遮光性を有する遮光パターン部と、
を備える貫通電極基板。 - 請求項1に記載の前記貫通電極基板において、
前記遮光パターン部は、光を吸収して遮光する機能を有すること、
を特徴とする貫通電極基板。 - 請求項1又は請求項2に記載の前記貫通電極基板において、
前記遮光パターン部は、顔料又は染料のいずれかを含有する樹脂により形成されていること、
を特徴とする貫通電極基板。 - 請求項1又は請求項2に記載の前記貫通電極基板において、
前記遮光パターン部は、金属又は金属酸化物により形成されていること、
を特徴とする貫通電極基板。 - 請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の貫通電極基板において、
前記第1表面及び前記第2表面の前記透光領域以外の領域の少なくとも一部には、光を吸収して遮光する遮光層が形成されていること、
を特徴とする貫通電極基板。 - 請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の貫通電極基板と、
集光作用を有するレンズシートを少なくとも一枚備える光学機能部と、
を備える光学素子。 - 請求項6に記載の光学素子において、
前記レンズシートは、
シート面に沿って配列され、一方の面側に凸状又は凹状の単位レンズ形状を有する光透過部と、
前記光透過部の配列方向において、前記光透過部と交互に配列され、前記レンズシートの厚み方向に沿って延びる光吸収部と、
を有し、
該光学素子の厚み方向に平行な方向から見て、前記遮光パターン部は、前記光吸収部と位置が一致していること、
を特徴とする光学素子。 - 請求項6又は請求項7に記載の光学素子において、
前記貫通電極基板は、少なくとも一方の面に凹部を有し、
前記凹部は、底面に前記光学機能部を配置し、前記光学機能部の厚み方向の少なくとも一部をその内部に配置可能であること、
を特徴とする光学素子。 - 請求項8に記載の光学素子において、
前記凹部の側面部には、光を吸収して遮蔽する遮光膜が形成されていること、
を特徴とする光学素子。 - 請求項6から請求項9までのいずれか1項に記載の光学素子と、
前記光学素子の出光側に配置され、入射する光を電気信号に変換する複数の画素が配列された受光領域を有する撮像素子部と、
を備え、
前記撮像素子部は、前記貫通電極基板と電気的に接続されていること、
を特徴とする撮像モジュール。 - 請求項10に記載の撮像モジュールにおいて、
前記貫通電極基板は、少なくとも一方の面に、他部材との位置を決めるアライメントマークを備えること、
を特徴とする撮像モジュール。 - 請求項10又は請求項11に記載の撮像モジュールを備える撮像装置。
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