JP2020177059A - レンズアレイ、撮像モジュール、撮像装置及びレンズアレイの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
なお、図面において、撮像モジュール4のシート面に平行であって、互いに直交する2方向をX(X1−X2)方向、Y(Y1−Y2)方向とし、シート面と直交する方向をZ(Z1−Z2)方向とする。
図2は、本実施形態の撮像モジュール4を説明する図である。
図3は、図2のI−I線断面図である。
図1に示すように、カメラ1は、開口部2を有する筐体3の内部に、撮像モジュール4を備える。カメラ1は、例えば、スマートフォン、タブレット端末、産業用機器等の電子機器に搭載される撮像装置である。筐体3は、上述した電子機器の筐体に相当する。また、図示していないが、カメラ1は、制御部、記憶部等を備える。
撮像モジュール4は、光軸O(Z方向)に沿って、光の入射側(被写体側、Z1側)から順に、レンズアレイ5、接合層7、イメージセンサ(撮像部)6等を備える。撮像モジュール4は、前述した制御部(不図示)からの出力信号により、被写体を撮像する。
レンズアレイ5は、光軸O方向において、イメージセンサ6よりも光の入射側(Z1側)に配置されている。レンズアレイ5は、接合層7を介してイメージセンサ6の受光面(Z1側の面)に接合されている。
レンズ部10は、図2に示すように、複数の単位レンズ11により構成されている。各単位レンズ11は、シート面に沿ってX方向及びY方向に正方格子状に配列している。これにより、各単位レンズ11は、撮像モジュール4として構成された場合に、イメージセンサ6の受光面に沿って2次元的に配列されることになる。単位レンズ11は、図3に示すように、光の入射側(Z1側)に凸形状となる光学部材である。本実施形態の単位レンズ11は、X−Z断面において、略半球状に形成されている。略半球状とは、半球だけでなく、球や回転楕円体の一部形状等を含む形状をいう。また、光の入射側に凸形状となる光学部材として、例えば、フレネルレンズを用いることもできる。
遮光隔壁部21は、図2に示すように、受光面の法線方向から見た形状が、単位レンズ11を囲むように格子状に区画された構造体である。以下、遮光隔壁部21の一区画を「隔壁区画部21d」ともいう。遮光隔壁部21は、図3に示すように、レンズアレイ5の厚さ方向(Z方向)に沿って延在している。レンズ部10の光の出射側(Z2側)に遮光隔壁部21(光制御部20)を設けることにより、各単位レンズ11が形成する像の一部が斜め方向から入射して、隣の画素領域(イメージセンサ6)に投影される、いわゆるクロストークと呼ばれる現象を抑制できる。
光吸収材としては、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。
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。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。
また、遮光隔壁部21は、後述するように、ステンレス、鉄、銅等の薄板をエッチングすることにより得られた金属製の遮光隔壁シート211を複数枚重ね合わせることによっても作製できる。
上述のように、遮光隔壁部21は、樹脂又は金属からなる複数の遮光隔壁シート211を重ね合わせた積層体として構成されている。
イメージセンサ6としては、例えば、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等が用いられる。
撮影時、撮像モジュール4において、各画素PX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される。
図4は、レンズアレイ5の断面図である。図4は、図3と同じく図2のI−I線断面図に相当する図である。なお、図4では、図3に示す接着層30の図示を省略している。
図4に示すレンズアレイ5の各部の寸法として、例えば、以下のような数値が挙げられる。(カッコ内は、好ましい範囲)。なお、以下に示す数値は、光制御部20において、クロストークを抑制するために必要な条件の一例であり、レンズアレイ5の各部の寸法は、下記の具体例に限定されない。
遮光隔壁部21の幅wは、100μmである。
遮光隔壁部21の高さh1は、1000μmである。
単位レンズ11の高さh2は、レンズ部10と光制御部20との界面bからの数値であり、500μmである。なお、界面bは、レンズ部10と光制御部20との間に接着層30がないと仮定した場合の界面を示している。
また、遮光隔壁部21上側(Z1側)の端部は、レンズ部10において、各単位レンズ11の周囲を囲むように延在してもよい。
まず、樹脂製の遮光隔壁シート211を用いて光制御部20を製造する例について説明する。
図5(A)〜(D)は、樹脂製の遮光隔壁シート211を用いて光制御部20を製造する手順を示す図である。なお、図5及び後述する図6〜図9では、1つの図面により製造方法を説明するため、光制御部20の厚さ方向(Z方向)の高さを、図3に示す高さよりも短く図示している。
図6(A)〜(E)は、金属製の遮光隔壁シート211を用いて光制御部20を製造する手順を示す図である。
まず、図6(A)に示すように、銅の薄板からなる基材シート212を用意する。基材シート212の表面にレジスト層213を形成し、例えば、電子線パターン描画によるパターン形成方法を用いて、レジストパターンを形成する。このレジストパターンは、遮光隔壁部21と同じパターン形状を有する。
次に、図6(C)に示すように、4枚の遮光隔壁シート211を重ね合わせて接合し、1枚の遮光隔壁部21を作製する。金属性の遮光隔壁シート211の接合は、例えば、接着剤を用いてもよいし、電気的な手法を用いてもよい。また、樹脂製の遮光隔壁シート211の場合と同じく、遮光隔壁部21の隔壁区画部21dに充填される光透過層22により、4枚の金属製の遮光隔壁シート211を接合してもよい。
まず、図7(A)に示すように、光制御部20の光の入射側(Z1側)の面に接着層30を形成する。光制御部20は、樹脂製の遮光隔壁シート211(図5参照)で構成されたものでもよいし、金属製の遮光隔壁シート211で構成されたものでもよい(図6参照)。
これにより、図7(C)に示すように、レンズ部10と光制御部20とを備えたレンズアレイ5が完成する。
図8(A)は、開口制御部211aを有する遮光隔壁部21の断面図である。図8(B)は、開口制御部211aを有する光制御部20の断面図である。図8(A)及び(B)では、理解を容易にするため、遮光隔壁シート211の間に隙間を示しているが、遮光隔壁部21において、複数の遮光隔壁シート211は、隙間なく積層されている。後述する図9(A)〜(C)についても同様である。
図9(A)に示す遮光隔壁部21は、隔壁区画部21dとなる領域において、4枚の遮光隔壁シート211にそれぞれ反射制御部211bが設けられている。反射制御部211bは、隔壁区画部21dを区画する部分の断面形状が、レンズ部10側(Z1側)とイメージセンサ6側(Z2側)とで異なる。具体的には、反射制御部211bは、イメージセンサ6側(Z2側)の端部が、レンズ部10側(Z1側)の端部よりも内側に突出するように形成されている。なお、反射制御部211bは、レンズ部10側(Z1側)の端部が、イメージセンサ6側(Z2側)の端部よりも内側に突出するように形成してもよい。
また、図9(C)に示す断面形状の遮光隔壁シート211と、図8(A)、図9(A)に示す断面形状の遮光隔壁シート211とを組み合わせてもよい。
実施形態では、遮光隔壁部21を、複数の遮光隔壁シート211を重ね合わせた積層体とした例について説明した。これに限らず、遮光隔壁部21を1枚の遮光隔壁シート211により構成してもよい。また、複数の遮光隔壁シート211を重ね合わせて積層体とする場合、各遮光隔壁シート211の厚みは、均等でもよいし、それぞれ異なっていてもよい。
実施形態では、複数の単位レンズ11がシート面に沿ってX方向及びY方向に正方格子状に配列される例について説明した。これに限らず、複数の単位レンズ11は、シート面の法線方向(Z方向)から見て、六方格子状、長方格子状に配列するように構成してもよい。
実施形態では、撮像モジュール4を備えた撮像装置の一例として、筐体3に撮像モジュール4を収納したカメラ1について説明した。これに限らず、撮像モジュール4は、筐体3に収納せずに単体で使用してもよい。
4 撮像モジュール
5 レンズアレイ
6 イメージセンサ
10 レンズ部
20 光制御部
21 遮光隔壁部
21d 隔壁区画部
211 遮光隔壁シート
211a 開口制御部
211b 反射制御部
22 光透過性材料層(光透過層)
Claims (9)
- 撮像モジュールの撮像部よりも光の入射側に配置されるレンズアレイであって、
光の入射側に凸形状となる複数の単位レンズが、前記撮像部の受光面に沿って2次元的に配列されたレンズ部と、
前記レンズ部の光の出射側に設けられ、受光面の法線方向から見た形状が各前記単位レンズを囲むように区画された隔壁部と、
前記隔壁部の各区画の内部に充填される光透過性材料層と、
を備えるレンズアレイ。 - 請求項1に記載のレンズアレイにおいて、
前記隔壁部は、複数の隔壁シートを重ね合わせた積層体である、
レンズアレイ。 - 請求項2に記載のレンズアレイにおいて、
前記隔壁シートは、樹脂シートである、
レンズアレイ。 - 請求項2に記載のレンズアレイにおいて、
前記隔壁シートは、金属シートである、
レンズアレイ。 - 請求項2から請求項4までのいずれか1項に記載のレンズアレイにおいて、
複数の前記隔壁シートのうちの少なくとも1つは、開口制御部を備える、
レンズアレイ。 - 請求項2から請求項4までのいずれか1項に記載のレンズアレイにおいて、
複数の前記隔壁シートのうちの少なくとも1つは、反射制御部を備える、
レンズアレイ。 - 入射した光を電気信号に変換する複数の画素が2次元的に配列された撮像部と、
前記撮像部よりも光の入射側に配置される、請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載のレンズアレイと、
を備える撮像モジュール。 - 請求項7に記載の撮像モジュールを備える撮像装置。
- 撮像モジュールの撮像部よりも光の入射側に配置されるレンズアレイの製造方法であって、
1層分の隔壁部を有する隔壁シートを作製する工程と、
複数枚の前記隔壁シートを重ね合わせて積層体を形成する工程と、
前記積層体において複数の前記隔壁部により厚さ方向に区画された隔壁部の内部に光透過性材料層を形成する工程と、
光の入射側に凸形状となる複数の単位レンズが2次元的に配列されたレンズ部を作製する工程と、
前記光透過性材料層が形成された前記積層体の光の入射側に前記レンズ部を貼り合わせる工程と、
含むレンズアレイの製造方法。
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