CN1918903A

CN1918903A - 摄像模块

Info

Publication number: CN1918903A
Application number: CNA2005800040794A
Authority: CN
Inventors: 是永继博
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-10-28
Filing date: 2005-10-07
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2025-10-07
Also published as: CN100473120C; WO2006046396A1; EP1720340A1; JPWO2006046396A1

Abstract

本发明的摄像模块，多个单透镜(11a～11d)分别在多个摄像区(17a～17d)形成被摄体像，合成来自多个摄像区的电信号来取得图像。多个单透镜保持在透镜支架(12)上，多个摄像区保持在摄像器件支架(16)上。透镜支架和摄像器件支架面对配置。

Description

摄像模块

技术领域

本发明涉及薄型、小型、高精细且能够测量距被摄体的距离，对周围温度变化保持性能稳定的复眼式摄像模块。

背景技术

通过透镜系统使被摄体像在固体摄像器件上成像的摄像模块，广泛用于数码静态摄像机和便携式电话机用摄像机等。近几年，对于摄像模块同时谋求高像素化和小尺寸化。一般随着像素数的增加，同时要求透镜系统提高分辨力，所以，摄像模块的光轴方向的厚度出现增大趋势。对此，正在努力尝试即使固体摄像器件的像素间距小、像素数相同，也能够通过减小摄像器件的尺寸来减小透镜系统的比例，实现兼顾了高像素化和小尺寸化的摄像模块。

然而，固体摄像器件的灵敏度和饱和输出与像素尺寸成正比，所以，像素间距的缩小受到限制。

作为摄像模块，一般是所谓的单眼式，其由沿光轴配置1或2个以上的透镜的一个透镜系统、和在该光轴上配置的一个固体摄像器件构成。对此，近几年，为了达到摄像模块的薄型化，提出了所谓的复眼式摄像模块，其由配置在同一平面上的多个透镜系统、和对该多个透镜系统一对一地对应地配置在同一平面上的多个摄像区构成。

这种复眼式摄像模块的一例在特开2001-61109号公报中有记载，用图10对其进行说明。

配置在同一平面上的、焦距约为数百μm左右的多个微小透镜101a形成一个整体的透镜阵列101、以及多个受光元件配置在单一平面上的受光元件阵列103，互相面对配置。受光元件阵列103的受光区，分割成与透镜阵列101的多个微小透镜101a一对一地对应的多个摄像区。由一个微小透镜101a和与该微小透镜101a对应的一个摄像区内所包含的多个受光元件共同构成一个成像单元。在透镜阵列101和受光元件阵列103之间，配置了用于避免成像单元之间的光信号干扰的隔壁层102。对每个成像单元，由各微小透镜101a在受光元件阵列103所对应的摄像区形成被摄体像。由于各微小透镜101a相对于被摄体的相对位置各不相同，所以，形成在各成像单元上的被摄体像稍有差异。通过对来自多个摄像区的信号进行运算，对各被摄体像进行合成，可获得高分辨率的图像。

透镜阵列101上的各微小透镜101a是在玻璃基板上通过腐蚀加工形成的衍射型透镜或折射型透镜。通过采用约数百μm左右的短焦距透镜，即可使透镜阵列101和受光元件阵列103的距离非常小，能够实现薄型化。

复眼式摄像模块的另一例记载在特开2001-78217号公报中，用图11对其进行说明。图11仅抽出摄像模块的主要部分来表示。具有3个透镜111a、111b、111c的透镜阵列112和固体摄像器件114相面对配置。在透镜阵列112的被摄体侧的面上，在分别与3个透镜111a、111b、111c相面对的位置，分别设置了绿色滤谱器113a、红色滤谱器113b、蓝色滤谱器113c。在固体摄像器件114的透镜阵列112侧的面上，也在分别与3个透镜111a、111b、111c相面对的位置，分别设置了绿色滤谱器115a、红色滤谱器115b、蓝色滤谱器115c。从而，绿色滤谱器113a、透镜111a、绿色滤谱器115a、以及设置了固体摄像器件114的绿色滤谱器115a的摄像区，共同构成绿色光的成像单元。同样，红色滤谱器113b、透镜111b、红色滤谱器115b、以及设置了固体摄像器件114的红色滤谱器115b的摄像区，共同构成红色光的成像单元。设置了蓝色滤谱器113c、透镜111c、蓝色滤谱器115c、以及固体摄像器件114的蓝色滤谱器115c的摄像区，共同构成蓝色光的成像单元。通过对来自3个成像单元的信号进行运算，对各被摄体像进行合成，由此可获得彩色图像。

在复眼式摄像模块中，利用从多个成像单元分别取得的多个图像之间的视差，能够测量出距被摄体的距离。图12表示利用视差来测量距被摄体的距离的原理。

透镜122a使来自被摄体121的光在固体摄像器件124a上成像为被摄体像123a，透镜122b使来自被摄体121的光在固体摄像器件124b上成像为被摄体像123b。这时，来自被摄体121上的同一点的光产生视差Δ，该光分别到达固体摄像器件124a、124b，由固体摄像器件124a、124b的像素受光，变换成电信号。

这里，设透镜122a、122b的光轴间的距离为D；透镜和被摄体121之间的距离为G；透镜的焦距为f，当距离G远大于焦距f时，下式(1)成立。

G＝Df/Δ……(1)

透镜122a、122b的光轴间的距离D和透镜的焦距f是已知的。如果根据来自固体摄像器件124a、124b的电信号，求固体摄像器件124a、124b之间的被摄体像123a、123b的位置偏移量、即视差Δ，则根据式(1)可计算出距被摄体的距离G。这样，复眼式摄像模块不仅取得图像，而且也具有作为测距传感器的功能。

在图11和图12的复眼式摄像模块中，抽出从多个成像单元取得的多个图像中的同一点，以使该同一点互相重合的方式合成多个图像来形成合成图像。

然而，若由于周围温度变化而使透镜和与其对应的摄像区的相对位置发生变动，则合成图像劣化，或者图像处理时间大大增加。

日本专利文献特开2001-78217号公报公开了：假定周围温度变化约为±20℃以下，在各摄像区形成的被摄体像的同一点的间隔A(mm)、透镜阵列112的材料的线膨胀系数α_L、固体摄像器件114的像素间距P(mm)满足下式：

2×A×(α_L-0.26×10^-5)×20＜P/2……(2)

在式(2)的左边，“0.26×10^-5”是固体摄像器件114的线膨胀系数，“20”是温度变化量(℃)。日本专利文献特开2001-78217号公报记载的例中，假定固体摄像器件114的像素间距P为2.8μm，对角线长度为2.8mm，像素数为48万个，在此情况下，将α_L为1.2×10^-5的玻璃材料作为透镜阵列112的材料是有效的。

然而，从日本专利文献特开2001-78217号公报所示的式(2)中可以看出，在复眼式摄像模块中，为了对周围温度变化保持稳定，取得良好的图像，必须采用线膨胀系数小的材料作为透镜阵列材料。其结果，现实中不得不采用玻璃来作为满足该条件的透镜用透明材料，若与现状的单眼式摄像模块中广泛采用的树脂材料相比，则存在经济性和生产率方面的问题。

并且，即使采用线膨胀系数小的玻璃材料，也不能够使各摄像区上所形成的各被摄体像的同一点的间隔A与像素间距P之比A/P增大。因此，固体摄像器件的像素数的上限被限制在约数10万，不能够获得高精细的图像。

再者，即使从透镜到被摄体的距离一定，也会是在周围温度变化时视差Δ也变化。这是因为由于温度变化而产生的透镜间距离的变化量、和摄像区间距离的变化量不一致。因此，当周围温度变化时，不能够高精度地测量用式(1)求得的距被摄体的距离G。

发明内容

本发明解决上述过去的问题，其目的是提供薄型、小型、高精细，且生产率好、对周围温度变化能保持稳定性能的复眼式摄像模块。

本发明的摄像模块具有多个单透镜和与上述多个单透镜一对一地对应的多个摄像区。上述多个单透镜在上述多个摄像区分别形成被摄体像，合成来自上述多个摄像区的电信号来取得图像。

上述摄像模块还具有保持上述多个单透镜的透镜支架、和保持上述多个摄像区的摄像器件支架。上述透镜支架和上述摄像器件支架相面对配置。并且，上述透镜支架和上述摄像器件支架由各自的部件构成，各自材料的线膨胀系数大致相同。上述透镜支架、上述摄像器件支架以及上述多个单透镜由不同材料构成。

发明效果

根据本发明，即使周围温度变化，单透镜以及与其相对应的摄像区的相对位置偏差也很微小，所以，不管温度是否变化，均能够稳定地取得高质量图像，并且，能够以高精度测量距被摄体的距离。再者，根据本发明，能够提供薄型、小型、高精细、生产率良好的摄像模块。

附图说明

图1是表示本发明第1实施方式的摄像模块的概略结构的分解立体图。

图2是本发明第1实施方式的摄像模块的沿光轴的剖视图。

图3A是表示利用本发明第1实施方式的摄像模块的4个固体摄像器件来对实质上放置在无限远处的白色光源进行摄影时的光量峰值位置的一例的图。

图3B是表示利用本发明第1实施方式的摄像模块的4个固体摄像器件对实质上放置在无限远处的白色光源进行摄影时的光量分布的一例的图。

图4是本发明第1实施方式的摄像模块沿光轴的剖视图。

图5是说明在本发明第1实施方式的摄像模块中，把透镜形成并保持在透镜支架内的方法的剖视图。

图6是表示用图5的方法取得的带有透镜的透镜支架的一例的侧视图。

图7是表示本发明第2实施方式的摄像模块的概略结构的分解立体图。

图8是本发明第2实施方式的摄像模块的沿光轴的剖视图。

图9是本发明第3实施方式的摄像模块的沿光轴的剖视图。

图10是表示过去的复眼式摄像模块的一例的概略结构的分解立体图。

图11是表示过去的复眼式摄像模块的另一例的概略结构的分解立体图。

图12是表示在复眼式摄像模块中利用视差来测量距被摄体的距离的原理的图。

具体实施方式

在上述本发明的摄像模块中，最好通过比较来自上述多个摄像区的上述电信号，测量距被摄体的距离。这样，能够把本发明的摄像模块作为高精度的侧距装置使用。例如，能够测量距视场内的一部分或全部被摄体的距离。

在上述本发明的摄像模块中，最好上述透镜支架和上述摄像器件支架均由硅构成。摄像器件支架的材料如果是硅，则摄像器件支架的线膨胀系数大致上与固体摄像器件和数字信号处理器(DSP)的线膨胀系数相同，所以，容易进行组装和布线形成，能够确保充分的可靠性。并且，由于透镜支架和上述摄像器件支架由同一种材料构成，所以两者的线膨胀系数相同，因此，能够抑制性能随温度的变化而变化。

最好上述本发明的摄像模块，还在上述透镜支架和上述摄像器件支架之间具有隔离件。这样，能够防止不必要的光从摄像模块的周边射入到摄像区。

在上述本发明的摄像模块中，最好上述多个单透镜由互相独立并分离的树脂构成。这样，各透镜的膨胀收缩对每个透镜都是分断的，所以，能够与透镜的间隔无关地取得对周边温度保持稳定的图像。

上述本发明的摄像模块还具有与上述多个单透镜一对一地对应的多个滤色器；上述多个滤色器中的至少一个把红色波段的光射入上述摄像区，其他至少一个把绿色波段的光射入上述摄像区，其他至少一个把蓝色波段的光射入上述摄像区。这样，各透镜不必具有可见光区的全波段，只要是对红、绿、蓝各波段的光产生像差小的透镜即可，用单透镜就能够确保充分的性能。所以，能够使摄像机光学系统薄型化。

尤其最好在上述多个滤色器中，至少2个透过相同波段的光。这样，对利用相同波段的光而取得的至少2个被摄体像进行比较，即可求出视差，能够测量从摄像机到被摄体的距离。

在上述本发明的摄像模块中，最好上述多个单透镜分别在两面具有衍射光栅。这样，能够减少像差，不会降低细的像素间距的摄像区的分辨率，能够获得高质量的图像。并且，能够用更薄的透镜来取得与非球面透镜同等的性能，所以，能够使摄像模块更加薄型化。

最好上述多个单透镜各自的光轴与对应的上述摄像区的受光面相垂直、且大致通过上述摄像区的中心。这样，能够使高分辨率的图像在摄像区的大区内成像，所以，通过增加像素数，能够获得分辨率高的图像。最好单透镜的光轴和摄像区的中心的偏差量为10μm以下。

最好上述本发明的摄像模块还具有：被摄体像的焦点位置检测机构；使上述透镜支架和上述摄像器件支架之间的沿光轴的间隔变化的致动机构；以及，根据由上述检测机构检测出的上述焦点位置，驱动上述致动机构的控制机构。这样，即使由于周围温度变化而使沿光轴方向的焦点位置发生偏差，也能够获得无模糊的图像。

最好上述隔离件防止透过与其对应的上述单透镜以外的上述单透镜的光射入上述摄像区。这样，能够防止不需要的色的光射入各摄像区，能够防止图像的色再现性劣化。

最好在上述本发明的摄像模块中，在上述透镜支架的面对上述摄像器件支架的面、以及上述摄像器件支架的面对上述透镜支架的面上，涂敷用于抑制表面反射的膜层。这样，能够防止不需要的光射入到摄像区内，能够防止闪烁和重影。

最好上述膜层由折射率为2.1、膜厚为140nm的单层膜构成，上述单层膜的材料是硫化锌、氧化铈、氧化钽、氧化钛中的某一种。这样，在透镜支架和摄像器件支架由硅构成的情况下，用单层膜就能够获得充分的防止反射效果，能够防止不需要的光的反射。

最好在上述本发明的摄像模块中，保持上述多个单透镜的上述透镜支架是通过如下过程得到：用一对成形镶块夹持上述透镜支架，往由上述透镜支架和上述一对成形镶块形成的腔体内注入树脂来成形。这样，用简单的工序就能够同时进行多个透镜的形成和各个透镜在透镜支架上的安装。

最好或者是在上述本发明的摄像模块中，保持上述多个单透镜的上述透镜支架是通过如下过程得到：用一对成形镶块夹持上述透镜支架，往由上述透镜支架和上述一对成形镶块形成的腔体内注入紫外线固化树脂，对上述紫外线固化树脂照射紫外线来使其固化。这样，用简单的工序即可同时进行多个透镜的形成和各透镜向透镜支架上的安装。

以下。参照附图详细说明本发明的最佳实施方式。

[第1实施方式]

图1是表示本发明第1实施方式的摄像模块的概略结构的分解立体图。图2是及本发明第1实施方式的摄像模块的沿光轴的剖视图。

4个透镜11a、11b、11c、11d是互相独立的双面非球面单透镜，用透镜支架12配置在大致同一平面上来进行定位。4个透镜11a、11b、11c、11d的各光轴13a、13b、13c、13d，均与透镜支架12的主面的法线相平行。这里，如图1所示，将与光轴13a、13b、13c、13d相平行的方向设为Z轴，与Z轴相垂直的一个方向设为X轴，与Z轴和X轴相垂直的方向设为Y轴。透镜11a、11b、11c、11d在XY平面上配置在由与X轴相平行的直线和与Y轴相平行的直线所形成的栅格点上。

在各透镜的第1面(被摄体侧的面)上涂敷有使光的三原色红、蓝、绿中的任一波段的光透过的滤色器膜。其结果，透镜11a和透镜11b透过绿色光；透镜11b透过红色光；透镜11c透过蓝色光。

透镜支架12由硅构成。对支承透镜的部分实施开孔加工。在透镜支架12的背面侧(与被摄体相反一侧的面)涂敷防止反射的膜层。具体来说，形成有折射率为2.1、膜厚为140nm的硫化锌单层膜。如果折射率约为2.1，则不限于硫化锌，例如也可以是氧化铈、氧化钽和氧化钛等。

在与透镜支架12的被摄体相反一侧的面上，粘贴遮光隔离件14。遮光隔离件14具有把4个透镜的光轴13a、13b、13c、13d分别作为中心的开口(穿通孔)15a、15b、15c、15d。在形成各开口的内壁面上实施了防止反光处理。具体来说，为了抑制表面的反光，进行消光处理，如涂黑色，使表面粗糙等。这样，能够防止在内壁面反射的杂散光射入固体摄像器件内。

在与遮光隔离件14的被摄体相反一侧的面上粘贴摄像器件支架16。摄像器件支架16由硅构成，在与该透镜支架12相面对的面上，涂敷和透镜支架12上所设置的膜层相同的防止反射的膜层。在摄像器件支架16的遮光隔离件14侧的面上，4个固体摄像器件17a、17b、17c、17d配置在大致同一平面上(XY平面上)。4个透镜的光轴13a、13b、13c、13d大致上通过4个固体摄像器件各自的中心(矩形状的固体摄像器件的对角线的交点)。所以，各固体摄像器件的中心间隔和各透镜的中心间隔大致上相等。各固体摄像器件进行黑白检测，在内部不具有滤色器。

图2是表示包括图1所示的摄像模块的光轴13a、13d的剖视图。在摄像器件支架16上设置包括数字信号处理器(DSP)的基板21，其上配置4个固体摄像器件17a、17b、17c、17d。

在本实施方式的摄像模块中，在射入单透镜11a、11d的来自被摄体的光中、绿色光分别射入固体摄像器件17a、17d。并且，射入单透镜11b的来自被摄体的光中、红色光射入固体摄像器件17b。并且，射入单透镜11c的来自被摄体的光中、蓝色光射入固体摄像器件17c。这样，来自被摄体的光分离成绿色波段光、红色波段光和蓝色波段光，由固体摄像器件17a、17b、17c、17d拍摄。对由这些4个固体摄像器件17a、17b、17c、17d拍摄的4个图像进行合成，得到彩色图像。这些图像的合成通过数字信号处理器(DSP)来进行。

在本实施方式的摄像模块中，具有4个成像单元，该成像单元包括一个透镜和与其对应的一个固体摄像器件。

遮光隔离件14具有与4个成像单元对应且独立的4个开口15a、15b、15c、15d，所以能够防止来自分别与其对应的透镜以外的透镜的光射入各固体摄像器件。因此，能够防止图像质量下降。

4个透镜11a、11b、11c、11d相对于被摄体的相对位置不同，所以，在由4个固体摄像器件17a、17b、17c、17d拍摄的4个图像之间，产生视差引起的偏差。如图1所示，如果将配置在对角的象限内的接受绿色波段的光的固体摄像器件17a、17d拍摄的2个绿色波段图像合成为一致，则能够求出两者间的视差(像差)的X方向成分和Y方向成分，这样，能够推导出X方向和Y方向的图像的合成规则。利用该2方向的合成规则，把红色波段图像和蓝色波段图像合成为绿色波段图像，即可获得彩色图像。在此，为了校正视差所造成的像差，采用2个绿色波段图像，这是因为通过增多人眼容易感受的绿色光信号，能够获得鲜明的图像。

以合成分别从4个固体摄像器件17a、17b、17c及17d获得的4个图像为前提，必须知道拍摄到相同被摄体的像素各固体摄像器件的什么地方。用图3A和图3B说明该认知方法的一例。

如图3A所示，对实质上放置在无限远(例如离开10m的距离)处的白色光源(最好从实施上看作点光源的光源)进行摄影，把光量达到峰值的位置(像素)定为各固体摄像器件17a、17b、17c、17d的原点31、32、33、34，这样，能够确定构成各固体摄像器件的多个像素的位置。在装配摄像模块后，利用该方法求出各固体摄像器件的原点31、31、33、34，由此，各固体摄像器件组装等装配时不再需要准确地对准位置，使摄像模块容易制作。

即使实质上为无限远处的大体上的点光源，也并非仅对一个像素拍摄其图像。来自大致白色光源的光在固体摄像器件的受光面上的光量分布，如图3B所示。在此情况下，像素35a、35b、35c中，将受光量最大的像素35b作为该固体摄像器件的原点。

根据这样确定的各个固体摄像器件的原点，即可求出成像单元之间的上述视差。

以下利用图4，详细说明在本实施方式的摄像模块中当周围温度变化时产生的影响。图4与图2相同，是包括本实施方式的摄像模块的光轴13a、13b的面内的剖视图。

在利用图3A和图3B说明的各固体摄像器件的原点的确定操作结束之后，假定周围温度上升Δτ(℃)。

这时，透镜支架12和摄像器件支架16分别膨胀，所以，透镜的中心间隔和固体摄像器件的中心间隔扩大。如果透镜中心间隔的变化量和固体摄像器件的中心间隔的变化量不同，则预先确定的各固体摄像器件上的上述原点位置产生偏差。

当将各透镜直径设为L(mm)，透镜、固体摄像器件、透镜支架和摄像器件支架的线膨胀系数分别设为α、β、γ、δ，在对角方向上互相邻接的光轴13a、13d(或者13b、13c)之间的间隔设为D时，周围温度上升Δτ(℃)，因此各固体摄像器件上的原点偏差量Δd可按下式求得。

Δd＝D·|γ-δ|·Δτ/2……(3)

从式(3)可以看出，在本实施方式的摄像模块中，原点偏差量Δd，与透镜和固体摄像器件的线膨胀系数α、β、透镜直径L完全没有关系。

例如，固体摄像器件17a、17b、17c、17d分别具有100万个像素(受光部)，对角方向(连结光轴13a、13d的方向)上的像素间距为2.8μm的情况下，各固体摄像器件的对角线长度T约为2.8mm。各透镜11a、11b、11c、11d的直径L为1.6mm，焦距为2.5mm。作为透镜材料，假定为一般使用的聚烯烃类热可塑性树脂(例如日本ゼオン公司、ZEONEX×480、线膨胀系数α为6×10^-5)。

将透镜光轴间距离D设为稍大于固体摄像器件的对角线长度T的3mm，将周围温度变化Δτ设为20℃时，在采用式(3)时，原点偏差量Δd为像素间距2.8μm的10分之1以下的条件为

|γ-δ|≤0.94×10^-5/℃……(4)

式中，将原点偏差量Δd的允许上限值设为像素间距的10分之1，其基于为抑制合成图像的分辨率下降所需的图像合成精度约为这么大。

已知，如果将透镜支架12和摄像器件支架16的材料选择为满足上述式(4)的关系，则在固体摄像器件17a、17d的各原点确定之后，即使对原点确定时的温度产生了约20℃的温度变化，原点位置实质上仍不变，对图像合成没有影响。

具体来说，例如透镜支架12的材料为石英(线膨胀系数为0.04×10^-5)，摄像器件支架16的材料为硅(0.3×10^-5)的情况下，满足式(4)。

这样，在本实施方式的摄像模块中，使用时即使出现温度变化，也不需要更改对由4个固体摄像器件得到的4个图像进行合成而取得彩色图像时的运算。也就是说，尽管温度变化，仍可以用相同的像素作为原点，在相同条件下进行图像合成。因此，能够简化数字信号处理器(DSP)。这样，利用本实施方式，能够用薄型来取得不受周围温度变化的影响的100万像素以上的高精细图像。

并且，对由固体摄像器件17a、17d拍摄的2个绿色波段图像进行比较，计算其视差，用式(1)进行运算，即可测量出从摄像机到被摄体的距离。这时，在满足上述式(4)的情况下，如果周围温度变化约为20℃以下，则其对视差的影响可以控制在像素间距的10分之1以下，即0.28μm以下。所以，若采用本实施方式的摄像模块，则即使使用时发生温度变化，也完全不会影响测量距被摄体距离的精度。

在本实施方式中，透镜支架12和摄像器件支架16的材料只要具有大致上相同的线膨胀系数即可。一般来说，固体摄像器件17a、17b、17c、17d和数字信号处理器(DSP)的基板材料以硅为主要成分。如果摄像器件支架16的线膨胀系数大致上与其上所安装的固体摄像器件和数字信号处理器(DSP)的线膨胀系数相同，则有利于安装、布线形成，防止翘曲、提高可靠性。所以，最好摄像器件支架16的材料是硅。再者，为了减小周围温度变化Δτ所造成的原点偏差量Δd，透镜支架12的材料也最好是硅。

在本实施方式的复眼式摄像模块中，来自被摄体的光，对每个成像单元，均分离成绿色波段光、红色波段光、蓝色波段光，各固体摄像器件对3原色中的某一种色的图像进行摄影。这里，对绿色波段光的图像进行摄影的成像单元的数为2个。对由这2个成像单元取得的2个绿色图像进行比较，求出视差，由此来测量距被摄体的距离，而且，对绿、红、蓝各色图像进行合成，取得彩色图像。通过对同色的图像进行比较，能够更准确地求出视差，所以，能够提高距离测量的精度，并且，能够获得高质量的彩色图像。

本实施方式的复眼式摄像模块中，来自被摄体的光对每个成像单元分离成绿色波段光、红色波段光、蓝色波段光，由各固体摄像器件对3原色中的某一色图像进行摄像。但是，本发明的摄像模块并不限于这种方式。例如，也可以是在各成像单元中不进行分色，由各固体摄像器件对全色图像进行摄像的复眼式摄像模块(例如参照特开2001-61109号公报)。即使这种方式也需要把各固体摄像器件所取得的彩色图像合成为一个图像来进行处理。在此情况下，也需要确定上述原点像素。因此，本发明能够广泛应用于各种复眼式摄像模块。

以下利用图5，详细说明在本实施方式的摄像模块中，在透镜支架12上形成并保持各透镜11a、11b、11c、11d，且不产生光轴偏差的方法。

在本实施方式的摄像模块中，透镜支架12和固体摄像器件支架16由互相独立的各自的部件构成，所以，能够采用以下说明的那种透镜形成方法。

把预先制作的透镜支架12夹入分别形成有与透镜形状相反的反转形状的上下成形镶块51a、51b内。这时，成形镶块51a、51b各自的标准面52a、52b垂直于分别形成在成形镶块51a、51b上的反转的透镜形状光轴53a、53b。使上侧的成形镶块51a的标准面52a和透镜支架12的上面55a紧密结合，使下侧的成形镶块51b的标准面52b和透镜支架12的下面55b紧密结合，这样，在与光轴53a、53b相平行的方向上，对透镜支架12和成形镶块51a、51b相对进行位置限制。再者，使形成在透镜支架12的周缘上的止动器54a、54b、54c、54d抵接到上下的成形镶块51a、51b的侧面，由此，在与光轴53a、53b相垂直的方向上，对透镜支架12和成形镶块51a、51b相对进行位置限制。由此，形成在上侧的成形镶块51a上的反转的透镜形状的光轴53a、和形成在下侧的成形镶块51b上的反转的透镜形状的光轴53b相一致。在此状态下，将加热而低粘度的热可塑性树脂从成形镶块浇口处(未图示)流入到由形成在透镜支架12上的开口和成形镶块51a、51b构成的空腔56内，进行注射成形。

利用这种方法，能够得到具有任意非球面形状的透镜11a、11b、11c、11d，而且使各透镜的光轴13a、13b、13c、13d与透镜支架12的法线相平行，使各透镜定位和保持在透镜支架12上。

在透镜成形后，如图6所示，有时相邻透镜之间的透镜支架12的表面上，粘附树脂层61。该树脂层61有时对透镜的可靠性和图像造成障碍，所以最好在后加工时将其除去，使各透镜互相分离，保持独立。

在图5中，说明了成形镶块51a、51b分别具有多个透镜的反转形状的例子。但是也可以在透镜支架12的上下各配置4个具有一个透镜的反转形状的成形镶块，来形成4个透镜。

在图5中采用热可塑性树脂作为透镜材料，但是，也可以使用透明的紫外线固化树脂。透镜材料往成形镶块内充填的方法，也可以和图5的情况一样利用浇口。利用石英等透过紫外线的材料构成的成形镶块，通过成形镶块往透镜材料照射紫外线，和图5时一样，使透镜和透镜支架12形成一个整体。

过去，采用的方法是，在透明的、线膨胀系数比树脂小的基材如玻璃板的表面上，用各种方法来形成树脂透镜。但是用这种方法很难形成两面均为曲面的透镜。与此相反，若利用上述方法，则能够自由设定透镜两面的形状。例如能够制成双面非球面透镜或双面衍射光栅透镜等，采用这种透镜，能够得到过去很难实现的高分辨率的图像。如果用像素间距细的固体摄像器件来对高分辨率的图像进行分辨，则能够以更高的精度求出视差，所以能够进一步提高到达被摄体的距离测量精度。

[第2实施方式]

图7是表示本发明第2实施方式的摄像模块的概略结构的分解立体图。图8是本发明第2实施方式的摄像模块沿光轴的剖视图。

4个透镜71a、71b、71c、71d是互相独立的两面带衍射光栅的非球面单透镜，利用透镜支架72来配置在大致上同一个平面上来进行定位。4个透镜71a、71b、71c、71d的光轴73a、73b、73c、73d均与透镜支架72的主面的法线相平行。在此，如图7所示，与光轴73a、73b、73c、73d相平行的方向为Z轴，与Z轴相垂直的一个方向为X轴，与Z轴和X轴相垂直的的方向为Y轴。透镜71a、71b、71c、71d在XY平面上，配置在由与X轴相平行的直线和与Y轴相平行的直线形成的栅格点上。

透镜71a和71d是对绿色光的衍射效率和成像性能进行了最优化的、两面带有衍射光栅的非球面单透镜，透镜71b是对红色光的衍射效率和成像性能进行了最优化的、两面带有衍射光栅的非球面单透镜。透镜71c是对蓝色光的衍射效率和成像性能进行了最优化的、两面带有衍射光栅的非球面单透镜。

透镜支架72由硅构成，和第1实施方式的透镜支架12相同，所以其详细说明从略。

在与透镜支架72的被摄体相反一侧的面上粘贴遮光隔离件74。遮光隔离件74具有4个透镜的光轴73a、73b、73c、73d通过的一个开口(穿通孔)77。遮光隔离件74遮挡从摄像模块周边射入到各固体摄像器件内的光。对形成开口77的内壁面实施了防止反光的处理。具体来说，为了抑制表面反射，进行消光处理，如涂黑色，使表面粗糙等。从而，能够避免在内壁面反射的杂散光射入到固体摄像器件内。

在与遮光隔离件74的被摄体相反一侧的面上粘贴摄像器件支架75。摄像器件支架75由硅构成，在与该透镜支架72相面对的面上，实施了与设在透镜支架72上的膜同样的防止反射的涂膜。在摄像器件支架75的遮光隔离件74侧的面上，在大致上同一个平面上(XY平面上)配置有4个固体摄像器件76a、76b、76c、76d。4个透镜的光轴73a、73b、73c、73d大致通过4个固体摄像器件各自的中心(矩形状的固体摄像器件的对角线交点)。所以，各固体摄像器件的中心间隔和各透镜的中心间隔几乎相等。

在对绿色光最优化的透镜71a、71d所对应的固体摄像器件76a、76d的内部(比受光部更靠近透镜侧)，设置了通过绿波段光的滤色器，同样，在对红色光最优化的透镜71b所对应的固体摄像器件76b的内部(比受光部更靠近透镜侧)，设置了透过红波段光的滤色器。在对蓝色光最优化的透镜71c所对应的固体摄像器件76c的内部(比受光部更靠近透镜侧)，设置了透过蓝波段光的滤色器。

图8是图7所示的包括摄像模块的光轴73a、73d的面的剖视图。在摄像器件支架75上设置包括数字信号处理器(DSP)的基板81，其上配置了4个固体摄像器件76a、76b、76c、76d。

在本实施方式的摄像模块中，射入各透镜71a、71b、71c、71d的来自被摄体的光分别到达面对的固体摄像器件76a、76b、76c、76d。固体摄像器件76a、76c利用设在其内部的绿色滤色器检测绿色光。同样，固体摄像器件76b检测红色光，固体摄像器件76d检测蓝色光。对由这些4个固体摄像器件76a、76b、76c及76d拍摄的4个图像进行合成，取得彩色图像。这些合成由数字信号处理器(DSP)进行。

本实施方式的摄像模块中的图像处理过程、各固体摄像器件的原点位置确定、周围温度变化造成的原点位置偏差、透镜材料、透镜在透镜支架上的保持方法与第1实施方式相同，所以其说明从略。

由于本实施方式的摄像模块利用两面带有衍射光栅的非球面透镜，所以能够减小像差。因此，不会降低细的像素间距的固体摄像器件的分辨率，能够获得高质量图像。并且，能够用更薄的透镜厚度来获得与非球面透镜同等的性能。所以，能够使摄像模块更加薄型化。

另一方面，对于带有衍射光栅的透镜，必须对表面施加微细形状，所以，在透镜材料为玻璃的情况下，采用模具成形的透镜加工生产率不一定好。这是因为随着成形次数的增加，涂敷在模具的成形镶块表面上的保护膜产生磨损或变形，所以形状精度提前下降。但是，在本实施方式的摄像模块中，由于可以采用树脂作为透镜材料，所以能够大大提高模具的耐久性，从而能够廉价而大量制作两面带有衍射光栅的非球面透镜。制作衍射光栅的方法，除了模具成形外，还有干腐蚀和切削加工。但是，用干腐蚀法很难在任意的曲面上加工衍射光栅，用切削加工，则必须每次只加工透镜的一个面。这些方法都有生产率较差的问题。模具成形最适合作为两面带有衍射光栅的非球面透镜的加工方法。这是本实施方式的摄像模块的优点之一。

[第3实施方式]

图9是表示本实施方式的摄像模块的包括光轴73a、73d的面的剖视图。本实施方式的摄像模块，附加了致动机构90，该致动机构90用来使摄像器件支架75沿光轴相对于透镜支架72移动。这一点不同于图8所示的第2实施方式的摄像模块。对与第2实施方式的摄像模块相同的构成部件标注同一标记，其说明从略。

致动机构90包括：压电元件91、使其长度方向与Z轴平行配置的棒状驱动轴92、与Z方向相面对的一对支持块93a、93b以及摩擦运转部94。压电元件91的一端固定在支持块93a上，另一端连接在驱动轴92的一端。驱动轴92的另一端固定在支持块93b上。一对支持块93a、93b固定在框体98的内壁面上。驱动轴92穿过摩擦运转部94，利用摩擦力来保持摩擦运转部94。摩擦运转部94通过连结杆95来保持摄像器件支架75。

摄像器件支架75通过多个致动机构90保持在框架98内。

缓慢地向压电元件91施加电压，使其伸长，使摩擦运转部94和驱动轴92一起沿Z轴移动，然后，若突然去掉电压，则压电元件91瞬时收缩返回原状，但摩擦运转部94因惯性作用而不动。

或者，若对压电元件91施加急剧上升的电压，则驱动轴92瞬时移动，但摩擦运转部94因惯性作用而不移动。所以，摩擦运转部94在Z轴方向上相对于驱动轴92移动。然后，若缓慢地去除加在压电元件91上的电压，则摩擦运转部94与驱动轴92一起移动。

通过重复这种动作，即可使摩擦运转部95在Z轴方向上移动。若对多个致动机构90同步进行驱动，则能够通过摩擦运转部95来使摄像器件支架75、包括数字信号处理器(DSP)的基板81、以及4个固体摄像器件76a、76b、76c、76d整体在Z轴方向上移动。

本实施方式的摄像模块是还具有用于检测焦点位置的机构、和根据该焦点位置来对压电元件91进行电压控制的控制机构的、带有自动对焦功能的摄像模块。对焦点位置的检测方法没有特别限制，例如可以采用这样的方法，即根据从固体摄像器件取得的图像，对视场中央部的被摄体像的对比度进行分析，对致动机构90进行驱动，以提高其对比度。对压电元件91的控制机构，没有特别限制，可以采用带有压电元件的致动机构用的已知驱动电路。

当周围温度变化时，如第1、2实施方式所述，透镜间的间隔和固体摄像器件间的间隔产生变化，同时，在Z轴方向即透镜的光轴方向上焦点位置产生偏差。光轴方向的焦点位置偏差，其原因是温度变化造成的透镜厚度和形状的变化或透镜材质的折射率的变化。越是F数小且亮的透镜，震深越浅，所以，温度变化造成的焦点位置偏差容易表现为图像劣化。

在本实施方式的摄像模块中，因为能够使固体摄像器件在光轴方向上移动，所以，即使因周围温度变化而使被摄体像的成像位置在光轴方向上移动，也容易对其进行校正。所以，能够实现温度变化对图像质量影响更小的摄像模块。

而且，在本实施方式中，使固体摄像器件移动，但也可以使透镜移动。并且，致动机构不限于利用压电元件的方式，只要是例如电磁方式等能够控制位移的方式就可以。

在图9中省略了在第2实施方式中说明的遮光隔离件74的图示。为了对透镜支架72和摄像器件支架75的间隔进行调整，在本实施方式中必须使未图示的遮光隔离件与摄像器件支架75和透镜支架72中的一个相分离。或者也可以通过使框体98具有遮光功能，省略遮光隔离件74。

并且，在本实施方式中，表示了在第2实施方式的摄像模块中增加了致动机构的例子。但也可在第1实施方式的摄像模块中增加致动机构。

在第1～3实施方式的摄像模块中，使用了分别与4个透镜相对应的4个固体摄像器件。但是，本发明的摄像模块并不限于此。例如，也可以使用单一的固体摄像器件，将其分割成4个摄像区，以便分别与4个透镜相对应。在此情况下，容易安装固体摄像器件，能够降低成本。即使在此情况下，也需要确定被分割的4个摄像区的各原点像素的作业。

在第1～3实施方式的摄像模块中，固体摄像器件的像素沿X轴方向和Y轴方向配置成栅格点状，以便与4个透镜的光轴配置相对应。但是，本发明的摄像模块并不仅限于此。例如，也可以使像素沿着对配置于对角位置的透镜的光轴进行连结的方向(若是第1实施方式，则是对光轴13a、13d进行连结的方向、以及对光轴13b、13c进行连结的方向)，配置成栅格点状。并且，也可以使像素配置成栅格点状。

以上说明的实施方式，归根结底都是为了说明本发明的技术内容，不能解释为本发明仅限于这些具体例子，在本发明的精神和权利要求所述的范围内，可以进行各种更改，应当广义地解释本发明。

产业上的可利用性

根据本发明，能够实现薄型、小型高精细，能够取得即使周围温度变化也能保持稳定的图像的摄像模块。因此，本发明能够很好地应用于便携式电话机用摄像机、监视用摄像机或车载用摄像机等用途。

Claims

1、一种摄像模块，具有多个单透镜和与上述多个单透镜一对一地对应的多个摄像区，上述多个单透镜在上述多个摄像区分别形成被摄体像，合成来自上述多个摄像区的电信号来取得图像，其特征在于，

该摄像模块还具有保持上述多个单透镜的透镜支架、和保持上述多个摄像区的摄像器件支架；

上述透镜支架和上述摄像器件支架相面对配置，

上述透镜支架和上述摄像器件支架由各自的部件构成，各自材料的线膨胀系数大致相同，

上述透镜支架、上述摄像器件支架以及上述多个单透镜由不同材料构成。

2、如权利要求1所述的摄像模块，其特征在于，通过比较来自上述多个摄像区的上述电信号，测量距被摄体的距离。

3、如权利要求1所述的摄像模块，其特征在于，上述透镜支架和上述摄像器件支架均由硅构成。

4、如权利要求1所述的摄像模块，其特征在于，还在上述透镜支架和上述摄像器件支架之间具有隔离件。

5、如权利要求1所述的摄像模块，其特征在于，上述多个单透镜由互相独立并分离的树脂构成。

6、如权利要求1所述的摄像模块，其特征在于，还具有与上述多个单透镜一对一地对应的多个滤色器；

上述多个滤色器中的至少一个把红色波段的光射入上述摄像区，其他至少一个把绿色波段的光射入上述摄像区，其他至少一个把蓝色波段的光射入上述摄像区。

7、如权利要求6所述的摄像模块，其特征在于，在上述多个滤色器中，至少2个透过相同波段的光。

8、如权利要求1所述的摄像模块，其特征在于，上述多个单透镜分别在两面具有衍射光栅。

9、如权利要求1所述的摄像模块，其特征在于，上述多个单透镜各自的光轴与对应的上述摄像区的受光面相垂直、且大致通过上述摄像区的中心。

10、如权利要求1所述的摄像模块，其特征在于，还具有：被摄体像的焦点位置检测机构；使上述透镜支架和上述摄像器件支架之间的沿光轴的间隔变化的致动机构；以及，根据由上述检测机构检测出的上述焦点位置，驱动上述致动机构的控制机构。

11、如权利要求3所述的摄像模块，其特征在于，上述隔离件防止透过与其对应的上述单透镜以外的上述单透镜的光射入上述摄像区。

12、如权利要求1所述的摄像模块，其特征在于，在上述透镜支架的面对上述摄像器件支架的面、以及上述摄像器件支架的面对上述透镜支架的面上，涂敷用于抑制表面反射的膜层。

13、如权利要求12所述的摄像模块，其特征在于，上述膜层由折射率为2.1、膜厚为140nm的单层膜构成，上述单层膜的材料是硫化锌、氧化铈、氧化钽、氧化钛中的某一种。

14、如权利要求1所述的摄像模块，其特征在于，保持上述多个单透镜的上述透镜支架是通过如下过程得到：用一对成形镶块夹持上述透镜支架，往由上述透镜支架和上述一对成形镶块形成的腔体内注入树脂来成形。

15、如权利要求1所述的摄像模块，其特征在于，保持上述多个单透镜的上述透镜支架通过如下过程得到：用一对成形镶块夹持上述透镜支架，往由上述透镜支架和上述一对成形镶块形成的腔体内注入紫外线固化树脂，对上述紫外线固化树脂照射紫外线来使其固化。