JP6859263B2 - カメラモジュールおよび電子機器 - Google Patents

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Description

本技術は、カメラモジュールおよび電子機器に関し、特に、様々な用途に利用可能なカメラモジュールを提供することができるようにするカメラモジュールおよび電子機器に関する。
ウエハ基板の平面方向にレンズを複数配列させるウエハレベルレンズプロセスは、レンズを形成する際の形状精度や位置精度の要求が厳しい。特に、ウエハ基板どうしを積層して積層レンズ構造体を製造するプロセスは非常に難易度が高く、量産レベルでは３層以上の積層は実現されていない。
ウエハレベルレンズプロセスについては、これまでも様々な技術が考案され、提案されている。例えば、特許文献１では、基板に形成した貫通孔内にレンズ材料を充填してレンズを形成する際、そのレンズ材料をそのまま接着剤とすることで、ウエハ基板を積層する方法が提案されている。
特開２００９−２７９７９０号公報
近年、ウエハレベルレンズプロセスを用いて作製された積層レンズを光学ユニットとしてカメラモジュールに採用し、様々な用途に利用することが検討されている。
本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、様々な用途に利用可能なカメラモジュールを提供することができるようにするものである。
本技術の第１の側面のカメラモジュールは、Ｒ，Ｇ、またはＢの波長の光を受光する画素が行列状に２次元配置された第１の画素アレイと、入射光を前記第１の画素アレイに集光させる第１の光学ユニットの組を２個と、可視光の波長領域の光を受光する画素が行列状に２次元配置された第２の画素アレイと、前記入射光を前記第２の画素アレイに集光させる第２の光学ユニットの組を２個とを備え、２個の前記第２の画素アレイから得られた画素情報を用いて距離情報を生成し、前記第１の画素アレイと前記第２の画素アレイから得られた画素情報を用いて高解像度画像を生成する第１の動作モードと、１つの前記第１の画素アレイと前記第２の画素アレイを第１の露光時間で駆動し、他の前記第１の画素アレイと前記第２の画素アレイを前記第１の露光時間と異なる第２の露光時間で駆動する第２の動作モードとを有する。
本技術の第２の側面の電子機器は、Ｒ，Ｇ、またはＢの波長の光を受光する画素が行列状に２次元配置された第１の画素アレイと、入射光を前記第１の画素アレイに集光させる第１の光学ユニットの組を２と、可視光の波長領域の光を受光する画素が行列状に２次元配置された第２の画素アレイと、前記入射光を前記第２の画素アレイに集光させる第２の光学ユニットの組を２個とを備え、２個の前記第２の画素アレイから得られた画素情報を用いて距離情報を生成し、前記第１の画素アレイと前記第２の画素アレイから得られた画素情報を用いて高解像度画像を生成する第１の動作モードと、１つの前記第１の画素アレイと前記第２の画素アレイを第１の露光時間で駆動し、他の前記第１の画素アレイと前記第２の画素アレイを前記第１の露光時間と異なる第２の露光時間で駆動する第２の動作モードとを有するカメラモジュールを備える。
本技術の第１及び第２の側面においては、Ｒ，Ｇ、またはＢの波長の光を受光する画素が行列状に２次元配置された第１の画素アレイと、入射光を第１の画素アレイに集光させる第１の光学ユニットの組を２個と、入射光が第１の光学ユニットによって集光され、可視光の波長領域の光を受光する画素が行列状に２次元配置された第２の画素アレイと、入射光を第２の画素アレイに集光させる第２の光学ユニットの組を２個とが設けられ、２個の第２の画素アレイから得られた画素情報を用いて距離情報を生成し、第１の画素アレイと第２の画素アレイから得られた画素情報を用いて高解像度画像を生成する第１の動作モードと、１つの前記第１の画素アレイと前記第２の画素アレイを第１の露光時間で駆動し、他の前記第１の画素アレイと前記第２の画素アレイを前記第１の露光時間と異なる第２の露光時間で駆動する第２の動作モードとが設けられる。
カメラモジュール及び電子機器は、独立した装置であっても良いし、他の装置に組み込まれるモジュールであっても良い。
本技術の第１及び第２の側面によれば、様々な用途に利用可能なカメラモジュールを提供することができる。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
本技術を適用した積層レンズ構造体を用いたカメラモジュールの第１の実施の形態を示す図である。 特許文献１に開示された積層レンズ構造体の断面構造図である。 図１のカメラモジュールの積層レンズ構造体の断面構造図である。 レンズ付き基板の直接接合を説明する図である。 図１のカメラモジュールを形成する工程を示す図である。 図１のカメラモジュールを形成する工程を示す図である。 図１のカメラモジュールを形成する別の工程を示す図である。 レンズ付き基板の構成を説明する図である。 本技術を適用した積層レンズ構造体を用いたカメラモジュールの第２の実施の形態を示す図である。 本技術を適用した積層レンズ構造体を用いたカメラモジュールの第３の実施の形態を示す図である。 本技術を適用した積層レンズ構造体を用いたカメラモジュールの第４の実施の形態を示す図である。 本技術を適用した積層レンズ構造体を用いたカメラモジュールの第５の実施の形態を示す図である。 第４の実施の形態に係るカメラモジュールの詳細構成を説明する図である。 担体基板とレンズ樹脂部の平面図と断面図である。 積層レンズ構造体と絞り板を示す断面図である。 本技術を適用した積層レンズ構造体を用いたカメラモジュールの第６の実施の形態を示す図である。 本技術を適用した積層レンズ構造体を用いたカメラモジュールの第７の実施の形態を示す図である。 レンズ付き基板の詳細構成を示す断面図である。 レンズ付き基板の製造方法を説明する図である。 レンズ付き基板の製造方法を説明する図である。 レンズ付き基板の製造方法を説明する図である。 レンズ付き基板の製造方法を説明する図である。 レンズ付き基板の製造方法を説明する図である。 レンズ付き基板の製造方法を説明する図である。 レンズ付き基板の製造方法を説明する図である。 レンズ付き基板の製造方法を説明する図である。 レンズ付き基板の製造方法を説明する図である。 レンズ付き基板の製造方法を説明する図である。 レンズ付き基板の製造方法を説明する図である。 基板状態のレンズ付き基板どうしの接合を説明する図である。 基板状態のレンズ付き基板どうしの接合を説明する図である。 ５枚のレンズ付き基板を基板状態で積層する第１の積層方法を説明する図である。 ５枚のレンズ付き基板を基板状態で積層する第２の積層方法を説明する図である。 本技術を適用した積層レンズ構造体を用いたカメラモジュールの第８の実施の形態を示す図である。 本技術を適用した積層レンズ構造体を用いたカメラモジュールの第９の実施の形態を示す図である。 本技術を適用した積層レンズ構造体を用いたカメラモジュールの第１０の実施の形態を示す図である。 本技術を適用した積層レンズ構造体を用いたカメラモジュールの第１１の実施の形態を示す図である。 比較構造例１としてのウエハレベル積層構造の断面図である。 比較構造例２としてのレンズアレイ基板の断面図である。 図３９のレンズアレイ基板の製造方法を説明する図である。 比較構造例３としてのレンズアレイ基板の断面図である。 図４１のレンズアレイ基板の製造方法を説明する図である。 比較構造例４としてのレンズアレイ基板の断面図である。 図４３のレンズアレイ基板の製造方法を説明する図である。 比較構造例５としてのレンズアレイ基板の断面図である。 レンズとなる樹脂がもたらす作用を説明する図である。 レンズとなる樹脂がもたらす作用を説明する図である。 比較構造例６としてのレンズアレイ基板を模式的に表した図である。 比較構造例７としての積層レンズ構造体の断面図である。 図４９の積層レンズ構造体がもたらす作用を説明する図である。 比較構造例８としての積層レンズ構造体の断面図である。 図５１の積層レンズ構造体がもたらす作用を説明する図である。 本構造を採用した積層レンズ構造体の断面図である。 図５３の積層レンズ構造体を模式的に表した図である。 カバーガラスに絞りを追加した第１の構成例を示す図である。 図５５のカバーガラスの製造方法を説明する図である。 カバーガラスに絞りを追加した第２の構成例を示す図である。 カバーガラスに絞りを追加した第３の構成例を示す図である。 貫通孔の開口自体を絞り機構とする構成例を示す図である。 金属接合を用いたウエハレベルでの貼り合わせを説明する図である。 高濃度ドープ基板を用いたレンズ付き基板の例を示す図である。 図６１のAのレンズ付き基板の製造方法を説明する図である。 図６１のBのレンズ付き基板の製造方法を説明する図である。 カメラモジュールに備わる絞り板の平面形状の例を表す図である。 カメラモジュールの受光領域の構成を説明する図である。 カメラモジュールの受光領域の画素配列の第１の例を示す図である。 カメラモジュールの受光領域の画素配列の第２の例を示す図である。 カメラモジュールの受光領域の画素配列の第３の例を示す図である。 カメラモジュールの受光領域の画素配列の第４の例を示す図である。 図６６に示した画素配列の変形例を示す図である。 図６８の画素配列の変形例を示す図である。 図６９の画素配列の変形例を示す図である。 カメラモジュールの受光領域の画素配列の第５の例を示す図である。 カメラモジュールの受光領域の画素配列の第６の例を示す図である。 カメラモジュールの受光領域の画素配列の第７の例を示す図である。 カメラモジュールの受光領域の画素配列の第８の例を示す図である。 カメラモジュールの受光領域の画素配列の第９の例を示す図である。 カメラモジュールの受光領域の画素配列の第１０の例を示す図である。 カメラモジュールの受光領域の画素配列の第１１の例を示す図である。 本技術を適用した積層レンズ構造体を用いたカメラモジュールの第１２の実施の形態を示す図である。 第１２の実施の形態における受光素子の構造を説明する図である。 第１２の実施の形態における受光素子の構造を説明する図である。 第１２の実施の形態における受光素子の構造を説明する図である。 本技術を適用した積層レンズ構造体を用いたカメラモジュールの第１３の実施の形態を示す図である。 第１３の実施の形態における受光素子の基板構成例を示す図である。 第１３の実施の形態における受光素子の処理例を説明する図である。 本技術を適用した積層レンズ構造体を用いたカメラモジュールの第１４の実施の形態を示す図である。 第１４の実施の形態における受光素子の駆動方法を説明する図である。 第１４の実施の形態における受光素子の構成例を示す図である。 第１の形状可変レンズを有するカメラモジュールの概略断面図である。 第２の形状可変レンズを有するカメラモジュールの概略断面図である。 第３の形状可変レンズを有するカメラモジュールの概略断面図である。 第４の形状可変レンズを有するカメラモジュールの概略断面図である。 本技術を適用した電子機器としての撮像装置の構成例を示すブロック図である。 イメージセンサの使用例を説明する図である。
以下、本技術を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．カメラモジュールの第１の実施の形態
２．カメラモジュールの第２の実施の形態
３．カメラモジュールの第３の実施の形態
４．カメラモジュールの第４の実施の形態
５．カメラモジュールの第５の実施の形態
６．第４の実施の形態のカメラモジュールの詳細構成
７．カメラモジュールの第６の実施の形態
８．カメラモジュールの第７の実施の形態
９．レンズ付き基板の詳細構成
１０．レンズ付き基板の製造方法
１１．レンズ付き基板どうしの直接接合
１２．カメラモジュールの第８及び第９の実施の形態
１３．カメラモジュールの第１０の実施の形態
１４．カメラモジュールの第１１の実施の形態
１５．他の構造と比較した本構造の効果
１６．各種の変形例
１７．受光素子の画素配列と絞り板の構造と用途説明
１８．カメラモジュールの第１２の実施の形態
１９．カメラモジュールの第１３の実施の形態
２０．カメラモジュールの第１４の実施の形態
２１．形状可変レンズを有する積層レンズ構造体の例
２２．電子機器への適用例
２３．イメージセンサの使用例
＜１．カメラモジュールの第１の実施の形態＞
図１は、本技術を適用した積層レンズ構造体を用いたカメラモジュールの第１の実施の形態を示す図である。
図１のAは、カメラモジュール１の第１の実施の形態としてのカメラモジュール１Aの構成を示す模式図である。図１のBは、カメラモジュール１Aの概略断面図である。
カメラモジュール１Aは、積層レンズ構造体１１と受光素子１２とを備える。積層レンズ構造体１１は、縦横それぞれ５個ずつ、合計２５個の光学ユニット１３を備える。受光素子１２は、光学ユニット１３に対応して複数の受光領域（画素アレイ）を有する固体撮像装置である。光学ユニット１３は、１本の光軸方向に複数枚のレンズ２１を含んで構成され、入射光を、対応する受光素子１２に集光させる。カメラモジュール１Aは、光学ユニット１３を複数個備えた複眼カメラモジュールである。
カメラモジュール１Aが備える複数個の光学ユニット１３の光軸は、図１のBに示されるように、モジュールの外側に向かって広がるように配置され、これにより広角の画像の撮影が可能とされている。
なお、図１のBでは、簡単のため、積層レンズ構造体１１はレンズ２１を３層だけ積層した構造になっているが、より多くのレンズ２１を積層して良いことは言うまでもない。
図１のカメラモジュール１Aは、複数個の光学ユニット１３を介して撮影した複数枚の画像をつなぎ合わせて、１枚の広角画像を作り出すことができる。複数枚の画像をつなぎ合わせるため、各画像を撮影する各光学ユニット１３の形成および配置には、高い精度が要求される。また、特に広角側の光学ユニット１３は、レンズ２１への光の入射角度が小さいため、光学ユニット１３の内での各レンズ２１の位置関係と配置にも、高い精度が要求される。
図２は、特許文献１が開示する、樹脂による固着技術を用いた積層レンズ構造体の断面構造図である。
図２に示される積層レンズ構造体５００においては、レンズ５１１を備えた基板５１２どうしを固着する手段として、樹脂５１３が用いられている。樹脂５１３は、ＵＶ硬化性などのエネルギー硬化性樹脂である。
基板５１２どうしを貼り合わせる前に、基板５１２表面全面に樹脂５１３の層が形成される。その後、基板５１２どうしが貼り合わされ、さらに、樹脂５１３が硬化される。これにより、貼り合わせた基板５１２どうしが固着される。
しかし、樹脂５１３を硬化させた際に、樹脂５１３は硬化収縮する。図２に示される構造の場合、基板５１２全体に樹脂５１３の層を形成した後、樹脂５１３を硬化させるため、樹脂５１３の変位量が大きくなってしまう。
また、基板５１２どうしを貼り合わせて形成した積層レンズ構造体５００を個片化し、撮像素子を組み合わせてカメラモジュールを形成した後も、カメラモジュールに備わる積層レンズ構造体５００は、図２に示されるように、レンズ５１１を備えた基板５１２間全体に、樹脂５１３が存在している。このため、カメラモジュールをカメラの筐体内に搭載し、実使用した際に、機器の発熱による温度上昇により、積層レンズ構造体５００の基板間の樹脂が熱膨張する懸念がある。
図３は、図１のカメラモジュール１Aの積層レンズ構造体１１のみを示した断面構造図である。
カメラモジュール１Aの積層レンズ構造体１１も、レンズ２１を備えたレンズ付き基板４１を複数枚積層して形成されている。
カメラモジュール１Aの積層レンズ構造体１１では、レンズ２１を備えたレンズ付き基板４１どうしを固定する手段として、図２の積層レンズ構造体５００やその他の先行技術文献に示されるものとは全く異なる固定手段が用いられている。
すなわち、積層される２枚のレンズ付き基板４１は、一方の基板表面に形成した酸化物や窒化物による表面層と、他方の基板表面に形成した酸化物や窒化物による表面層と、の間の共有結合によって、直接接合される。具体例として、図４に示されるように、積層する２枚のレンズ付き基板４１それぞれの表面に、表面層としてシリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜が形成され、これに水酸基を結合させた後、２枚のレンズ付き基板４１どうしが貼り合わされ、昇温されて脱水縮合される。その結果、２枚のレンズ付き基板４１の表面層の間で、シリコン−酸素共有結合が形成される。これにより２枚のレンズ付き基板４１が直接接合される。なお、縮合の結果、２枚の表面層に含まれる元素同士が直接共有結合を形成することも起こり得る。
本明細書では、このように、２枚のレンズ付き基板４１の間に配置した無機物の層を介して２枚のレンズ付き基板４１を固定すること、あるいは、２枚のレンズ付き基板４１の表面にそれぞれ配置した無機物の層どうしを化学結合させることで２枚のレンズ付き基板４１を固定すること、あるいは、２枚のレンズ付き基板４１の表面にそれぞれ配置した無機物の層の間に脱水縮合による結合を形成することで２枚のレンズ付き基板４１を固定すること、あるいは、２枚のレンズ付き基板４１の表面にそれぞれ配置した無機物の層の間に、酸素を介した共有結合あるいは互いの無機物の層に含まれる元素どうしの共有結合を形成することで２枚のレンズ付き基板４１を固定すること、あるいは、２枚のレンズ付き基板４１の表面にそれぞれ配置したシリコン酸化物層もしくはシリコン窒化物層の間に、シリコン―酸素共有結合あるいはシリコン―シリコン共有結合を形成することで２枚のレンズ付き基板４１を固定すること、を直接接合と呼ぶ。
この貼り合わせと昇温による脱水縮合を行うため、本実施の形態では、半導体装置やフラットディスプレイ装置の製造分野で使用される基板を用いて、基板状態でレンズが形成され、基板状態で貼り合わせおよび昇温による脱水縮合が行われ、基板状態で共有結合による接合が行われる。２枚のレンズ付き基板４１の表面に形成した無機物の層の間を、共有結合によって接合させた構造は、特許文献１が開示する図２で説明した技術を用いた場合に懸念される、基板全体に渡る樹脂５１３の硬化収縮による変形や、実使用時の樹脂５１３の熱膨張による変形を抑える、という作用または効果をもたらす。
図５及び図６は、積層レンズ構造体１１と受光素子１２を組み合わせた図１のカメラモジュール１Aを形成する工程を示す図である。
まず、図５に示されるように、各レンズ２１（不図示）が平面方向に複数形成されたレンズ付き基板４１Wが複数枚用意され、これらが積層される。これにより、基板状態のレンズ付き基板４１Wが複数枚積層された、基板状態の積層レンズ構造体１１Wが得られる。
次に、図６に示されるように、受光素子１２が平面方向に複数形成された基板状態のセンサ基板４３Wが、図５に示した基板状態の積層レンズ構造体１１Wとは別に作製され、用意される。
そして、基板状態のセンサ基板４３Wと、基板状態の積層レンズ構造体１１Wが、積層され、貼り合わせた基板のモジュール毎に外部端子を着けることで、基板状態のカメラモジュール４４Wが得られる。
最後に、基板状態のカメラモジュール４４Wが、モジュール単位またはチップ単位に個片化される。個片化されたカメラモジュール４４が、別途用意された筐体（不図示）に封入されることで、最終的なカメラモジュール４４が得られる。
なお、本明細書及び図面においては、例えば、レンズ付き基板４１Wのように、符号に“W”が付加された部品は、それが基板状態（ウエハ状態）であることを表し、レンズ付き基板４１のように“W”が付されていないものは、モジュール単位またはチップ単位に個片化された状態であることを表す。その他、センサ基板４３W、カメラモジュール４４Wなどについても同様である。
図７は、積層レンズ構造体１１と受光素子１２を組み合わせた図１のカメラモジュール１Aを形成する別の工程を示す図である。
まず、上述した工程と同様に、基板状態のレンズ付き基板４１Wが複数枚積層された、基板状態の積層レンズ構造体１１Wが製造される。
次に、基板状態の積層レンズ構造体１１Wが、個片化される。
また、基板状態の積層レンズ構造体１１Wとは別に、基板状態のセンサ基板４３Wが作製され、用意される。
そして、基板状態のセンサ基板４３Wの各受光素子１２の上に、個片化された積層レンズ構造体１１が１個ずつマウントされる。
最後に、個片化された積層レンズ構造体１１がマウントされた、基板状態のセンサ基板４３Wがモジュール単位またはチップ単位に個片化される。積層レンズ構造体１１がマウントされ、個片化されたセンサ基板４３が、別途用意された筐体（不図示）に封入され、さらに外部端子が着けられることで、最終的なカメラモジュール４４が得られる。
さらに、積層レンズ構造体１１と受光素子１２を組み合わせた図１のカメラモジュール１Aを形成する別の工程の例として、図７に示した基板状態のセンサ基板４３Wを個片化し、その結果得られた個々の受光素子１２へ、個片化後の積層レンズ構造体１１をそれぞれマウントして、個片化されたカメラモジュール４４を得ても良い。
図８は、カメラモジュール１Aにおけるレンズ付き基板４１の構成を説明する図である。
図８のAは、図１のAと同様の、カメラモジュール１Aの構成を示す模式図である。
図８のBは、図１のBと同様の、カメラモジュール１Aの概略断面図である。
カメラモジュール１Aは、図８のBに示されるように、複数枚のレンズ２１を組み合わせて形成し、１本の光軸を備えた光学ユニット１３を、複数個備えた複眼カメラモジュールである。積層レンズ構造体１１は、縦横それぞれ５個ずつ、合計２５個の光学ユニット１３を備える。
カメラモジュール１Aでは、複数個の光学ユニット１３の光軸が、モジュールの外側に向かって広がるように配置され、これにより、広角の画像の撮影が可能とされている。図８のBでは、簡単のため、積層レンズ構造体１１は、レンズ付き基板４１を３層だけ積層した構造になっているが、より多くのレンズ付き基板４１を積層して良いことは言うまでもない。
図８のC乃至Eは、積層レンズ構造体１１を構成する３層のレンズ付き基板４１それぞれの平面形状を示す図である。
図８のCは、３層のうちの最上層のレンズ付き基板４１の平面図であり、図８のDは、中層のレンズ付き基板４１の平面図であり、図８のDは、最下層のレンズ付き基板４１の平面図である。カメラモジュール１は、複眼広角カメラモジュールであるため、上層になるに従って、レンズ２１の径が大きくなると共に、レンズ間のピッチが広がっている。
図８のF乃至Hは、図８のC乃至Eに示したレンズ付き基板４１を得るための、基板状態のレンズ付き基板４１Wの平面図である。
図８のFに示されるレンズ付き基板４１Wは、図８のCのレンズ付き基板４１に対応する基板状態を示し、図８のGに示されるレンズ付き基板４１Wは、図８のDのレンズ付き基板４１に対応する基板状態を示し、図８のHに示されるレンズ付き基板４１Wは、図８のEのレンズ付き基板４１に対応する基板状態を示している。
図８のF乃至Hに示される基板状態のレンズ付き基板４１Wは、図８のAに示したカメラモジュール１Aを、基板１枚につき８個得られる構成とされている。
図８のF乃至Hの各レンズ付き基板４１Wの間で、モジュール単位のレンズ付き基板４１内のレンズ間のピッチは、上層のレンズ付き基板４１Wと下層のレンズ付き基板４１Wとで異なる一方、各レンズ付き基板４１Wにおいて、モジュール単位のレンズ付き基板４１を配置するピッチは、上層のレンズ付き基板４１Wから下層のレンズ付き基板４１Wまで、一定となっていることがわかる。
＜２．カメラモジュールの第２の実施の形態＞
図９は、本技術を適用した積層レンズ構造体を用いたカメラモジュールの第２の実施の形態を示す図である。
図９のAは、カメラモジュール１の第２の実施の形態としてのカメラモジュール１Bの外観を示す模式図である。図９のBは、カメラモジュール１Bの概略断面図である。
カメラモジュール１Bは、２個の光学ユニット１３を備える。２個の光学ユニット１３は、積層レンズ構造体１１の最上層に、絞り板５１を備える。絞り板５１には、開口部５２が設けられている。
カメラモジュール１Bは２個の光学ユニット１３を備えるが、これら２つの光学ユニット１３の光学パラメータは異なる。すなわち、カメラモジュール１Bは、光学性能が異なる２種類の光学ユニット１３を備える。２種類の光学ユニット１３は、例えば、近景を撮影するための焦点距離が短い光学ユニット１３と、遠景を撮影するために焦点距離が長い光学ユニット１３とすることができる。
カメラモジュール１Bでは、２つの光学ユニット１３の光学パラメータが異なるため、例えば、図９のBに示されように、２つの光学ユニット１３のレンズ２１の枚数が異なる。また、２つの光学ユニット１３が備える積層レンズ構造体１１の同じ層のレンズ２１において、径、厚さ、表面形状、体積、または、隣接するレンズとの距離、のいずれかが異なる構成が可能となっている。このため、カメラモジュール１Bにおけるレンズ２１の平面形状は、例えば、図９のCに示されるように、２つの光学ユニット１３が同じ径のレンズ２１を備えていても良いし、図９のDに示すように、 異なる形状のレンズ２１を備えていても良いし、図９のEに示すように、一方がレンズ２１を備えない空洞２１Xとなった構造でも良い。
図９のF乃至Hは、図９のC乃至Eに示したレンズ付き基板４１を得るための、基板状態のレンズ付き基板４１Wの平面図である。
図９のFに示されるレンズ付き基板４１Wは、図９のCのレンズ付き基板４１に対応する基板状態を示し、図９のGに示されるレンズ付き基板４１Wは、図９のDのレンズ付き基板４１に対応する基板状態を示し、図９のHに示されるレンズ付き基板４１Wは、図９のEのレンズ付き基板４１に対応する基板状態を示している。
図９のF乃至Hに示される基板状態のレンズ付き基板４１Wは、図９のAに示したカメラモジュール１Bを、基板１枚につき１６個得られる構成とされている。
図９のF乃至Hに示されるように、カメラモジュール１Bを形成するために、基板状態のレンズ付き基板４１Wの基板全面に同じ形状のレンズを形成することや、異なる形状のレンズを形成することや、レンズを形成したり形成しなかったりすることが可能である。
＜３．カメラモジュールの第３の実施の形態＞
図１０は、本技術を適用した積層レンズ構造体を用いたカメラモジュールの第３の実施の形態を示す図である。
図１０のAは、カメラモジュール１の第３の実施の形態としてのカメラモジュール１Cの外観を示す模式図である。図１０のBは、カメラモジュール１Cの概略断面図である。
カメラモジュール１Cは、光の入射面上に、縦横２個ずつ、合計４個の光学ユニット１３を備える。４個の光学ユニット１３どうしでは、レンズ２１の形状は同じになっている。
４個の光学ユニット１３は、積層レンズ構造体１１の最上層に、絞り板５１を備えるが、その絞り板５１の開口部５２の大きさが、４個の光学ユニット１３の間で異なる。これにより、カメラモジュール１Cは、例えば、以下のようなカメラモジュール１Cを実現することができる。すなわち、例えば防犯用の監視カメラにおいて、昼間のカラー画像監視用に、ＲＧＢ３種類のカラーフィルタを備えてＲＧＢ３種の光を受光する受光画素と、夜間の白黒画像監視用に、ＲＧＢ用のカラーフィルタを備えない受光画素と、を備えた受光素子１２を用いたカメラモジュール１Cにおいて、照度が低い夜間の白黒画像を撮影するための画素だけ絞りの開口の大きさを大きくすることが可能となる。このため、１個のカメラモジュール１Cにおけるレンズ２１の平面形状は、例えば図１０のCに示されるように、４つの光学ユニット１３が備えるレンズ２１の径は同じであって、かつ、図１０のDに示されるように、絞り板５１の開口部５２の大きさは、光学ユニット１３によっては異なる。
図１０のEは、図１０のCに示したレンズ付き基板４１を得るための、基板状態のレンズ付き基板４１Wの平面図である。図１０のFは、図１０のDに示した絞り板５１を得るための、基板状態での絞り板５１Wを示す平面図である。
図１０のEの基板状態のレンズ付き基板４１W、及び、図１０のFの基板状態の絞り板５１Wでは、図１０のAに示したカメラモジュール１Cを、基板１枚につき８個得られる構成とされている。
図１０のFに示されるように、基板状態での絞り板５１Wでは、カメラモジュール１Cを形成するために、カメラモジュール１Cが備える光学ユニット１３毎に、異なる開口部５２の大きさを設定することができる。
＜４．カメラモジュールの第４の実施の形態＞
図１１は、本技術を適用した積層レンズ構造体を用いたカメラモジュールの第４の実施の形態を示す図である。
図１１のAは、カメラモジュール１の第４の実施の形態としてのカメラモジュール１Dの外観を示す模式図である。図１１のBは、カメラモジュール１Dの概略断面図である。
カメラモジュール１Dは、カメラモジュール１Cと同様に、光の入射面上に、縦横２個ずつ、合計４個の光学ユニット１３を備える。４個の光学ユニット１３どうしでは、レンズ２１の形状と絞り板５１の開口部５２の大きさは同じになっている。
カメラモジュール１Dは、光の入射面の縦方向と横方向のそれぞれについて２個ずつ配置した光学ユニット１３に備わる光軸が、同じ方向に延びている。図１１のBに示される１点鎖線は、光学ユニット１３それぞれの光軸を表している。この様な構造のカメラモジュール１Dは、超解像技術を利用して、１個の光学ユニット１３で撮影するよりも、解像度が高い画像を撮影することに適している。
カメラモジュール１Dでは、縦方向と横方向のそれぞれについて、光軸が同じ方向を向きながら、異なる位置に配置された複数個の受光素子１２で画像を撮影することにより、あるいは１個の受光素子１２の中の異なる領域の受光画素で画像を撮影することにより、光軸が同じ方向を向きながら、必ずしも同一ではない複数枚の画像を得ることができる。これら同一ではない複数枚の画像が持っている場所毎の画像データを合わせることで、解像度が高い画像を得ることができる。このため、１個カメラモジュール１Dにおけるレンズ２１の平面形状は、図１１のCに示されるように、４つの光学ユニット１３で同じになっていることが望ましい。
図１１のDは、図１１のCに示したレンズ付き基板４１を得るための、基板状態のレンズ付き基板４１Wの平面図である。基板状態のレンズ付き基板４１Wは、図１１のAに示したカメラモジュール１Dを、基板１枚につき８個得られる構成とされている。
図１１のDに示されるように、基板状態のレンズ付き基板４１Wでは、カメラモジュール１Dを形成するために、カメラモジュール１Dが複数個のレンズ２１を備え、この１個のモジュール用のレンズ群が、基板上に一定のピッチで複数個配置されている。
＜５．カメラモジュールの第５の実施の形態＞
図１２は、本技術を適用した積層レンズ構造体を用いたカメラモジュールの第５の実施の形態を示す図である。
図１２のAは、カメラモジュール１の第５の実施の形態としてのカメラモジュール１Eの外観を示す模式図である。図１２のBは、カメラモジュール１Eの概略断面図である。
カメラモジュール１Eは、１本の光軸を有する光学ユニット１３をカメラモジュール１E内に１個備える、単眼のカメラモジュールである。
図１２のCは、カメラモジュール１Eにおけるレンズ２１の平面形状を示すレンズ付き基板４１の平面図である。カメラモジュール１Eは、１個の光学ユニット１３を備える。
図１２のDは、図１２のCに示したレンズ付き基板４１を得るための、基板状態のレンズ付き基板４１Wの平面図である。基板状態のレンズ付き基板４１Wは、図１２のAに示したカメラモジュール１Eを、基板１枚につき３２個得られる構成とされている。
図１２のDに示されるように、基板状態のレンズ付き基板４１Wでは、カメラモジュール１E用のレンズ２１が、基板上に一定のピッチで複数個配置されている。
＜６．第４の実施の形態のカメラモジュールの詳細構成＞
次に、図１３を参照して、図１１に示した第４の実施の形態に係るカメラモジュール１Dの詳細構成について説明する。
図１３は、図１１のBに示したカメラモジュール１Dの断面図である。
カメラモジュール１Dは、複数のレンズ付き基板４１ａ乃至４１ｅが積層された積層レンズ構造体１１と、受光素子１２を含んで構成される。積層レンズ構造体１１は、 複数個の光学ユニット１３を備える。１点鎖線８４は、それぞれの光学ユニット１３の光軸を表す。受光素子１２は、積層レンズ構造体１１の下側に配置されている。カメラモジュール１Dにおいて、上方からカメラモジュール１D内へと入射した光は、積層レンズ構造体１１を透過し、積層レンズ構造体１１の下側に配置された受光素子１２で受光される。
積層レンズ構造体１１は、積層された５枚のレンズ付き基板４１ａ乃至４１ｅを備える。５枚のレンズ付き基板４１ａ乃至４１ｅを特に区別しない場合には、単に、レンズ付き基板４１と記述して説明する。
積層レンズ構造体１１を構成する各レンズ付き基板４１の貫通孔８３の断面形状は、下側(受光素子１２を配置する側)に向かって開口幅が小さくなる、いわゆる下すぼみの形状となっている。
積層レンズ構造体１１の上には、絞り板５１が配置されている。絞り板５１は、例えば、光吸収性もしくは遮光性を有する材料で形成された層を備える。絞り板５１には、開口部５２が設けられている。
受光素子１２は、例えば、表面照射型または裏面照射型のCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサで構成される。受光素子１２の積層レンズ構造体１１側となる上側の面には、オンチップレンズ７１が形成されており、受光素子１２の下側の面には、信号を入出力する外部端子７２が形成されている。
積層レンズ構造体１１、受光素子１２、絞り板５１などは、レンズバレル７４に収納されている。
受光素子１２の上側には、構造材７３が配置されている。その構造材７３を介して、積層レンズ構造体１１と受光素子１２とが固定されている。構造材７３は、例えばエポキシ系の樹脂である。
本実施の形態では、積層レンズ構造体１１は、積層された５枚のレンズ付き基板４１ａ乃至４１ｅを備えるが、レンズ付き基板４１の積層枚数は２枚以上であれば特に限定されない。
積層レンズ構造体１１を構成するそれぞれのレンズ付き基板４１は、担体基板８１にレンズ樹脂部８２が追加された構成である。担体基板８１は貫通孔８３を有し、貫通孔８３の内側に、レンズ樹脂部８２が形成されている。レンズ樹脂部８２は、上述したレンズ２１を含み、担体基板８１まで延在してレンズ２１を担持する部位も併せて、レンズ２１を構成する材料によって一体となった部分を表す。
なお、レンズ付き基板４１ａ乃至４１ｅそれぞれの担体基板８１、レンズ樹脂部８２、または、貫通孔８３を区別する場合には、図１３に示されるように、レンズ付き基板４１ａ乃至４１ｅに対応して、担体基板８１ａ乃至８１ｅ、レンズ樹脂部８２ａ乃至８２ｅ、または、貫通孔８３ａ乃至８３ｅのように記述して説明する。
＜レンズ樹脂部の詳細説明＞
次に、レンズ付き基板４１ａのレンズ樹脂部８２ａを例に、レンズ樹脂部８２の形状について説明する。
図１４は、レンズ付き基板４１ａを構成する担体基板８１ａとレンズ樹脂部８２ａの平面図と断面図である。
図１４に示される担体基板８１ａとレンズ樹脂部８２ａの断面図は、平面図に示されているB‐B’線とC‐C’線の断面図である。
レンズ樹脂部８２ａは、レンズ２１を構成する材料によって一体となって形成した部位であり、レンズ部９１と担持部９２を備える。上述した説明において、レンズ２１とは、レンズ部９１またはレンズ樹脂部８２ａ全体に相当する。
レンズ部９１は、レンズとしての性能を有する部位、言い換えれば、「光を屈折させて集束もしくは発散させる部位」、あるいは、「凸面や凹面や非球面などの曲面を備えた部位、もしくはフレネルレンズや回折格子を利用したレンズで用いる複数個の多角形を連続して配置した部位」である。
担持部９２は、レンズ部９１から担体基板８１ａまで延在してレンズ部９１を担持する部位である。担持部９２は、腕部１０１と脚部１０２で構成され、レンズ部９１の外周に位置する。
腕部１０１は、レンズ部９１の外側に、レンズ部９１に接して配置し、レンズ部９１から外側方向へ一定の膜厚で延在する部位である。脚部１０２は、担持部９２のなかで腕部１０１以外の部分で、かつ貫通孔８３ａの側壁に接する部分を含む部位である。脚部１０２は、腕部１０１よりも樹脂の膜厚が厚いことが好ましい。
担体基板８１ａに形成された貫通孔８３ａの平面形状は円形であり、その断面形状は当然直径の方向によらず同じである。レンズ形成時に上型と下型の形によって決まる形状であるレンズ樹脂部８２ａの形状も、その断面形状が直径の方向によらず同じとなるように形成されている。
図１５は、図１３のカメラモジュール１Dの一部である積層レンズ構造体１１と絞り板５１を示す断面図である。
カメラモジュール１Dでは、モジュールに入射される光が絞り板５１で絞られた後、積層レンズ構造体１１の内部で広げられて、積層レンズ構造体１１の下方に配置された受光素子１２（図１５では不図示）へと入射される。すなわち、積層レンズ構造体１１全体について概観すると、モジュールに入射された光は、絞り板５１の開口部５２から下側に向かって、ほぼ末広がりに広がって進行する。このため、積層レンズ構造体１１に備わるレンズ樹脂部８２の大きさの一例として、図１５の積層レンズ構造体１１においては、絞り板５１の直下に配置されたレンズ付き基板４１ａに備わるレンズ樹脂部８２ａが最も小さく、積層レンズ構造体１１の最下層に配置されたレンズ付き基板４１ｅに備わるレンズ樹脂部８２ｅが最も大きくなっている。
仮にレンズ付き基板４１のレンズ樹脂部８２の厚さを一定にした場合、大きさが小さなレンズよりも大きなレンズを作る方が難しい。それは例えば、レンズを製造する際にレンズに加わる荷重によってレンズが変形しやすい、大きさが大きいゆえに強度を保つのが難しい、との理由による。このため、大きさが大きなレンズは、大きさが小さなレンズよりも、厚さを厚くすることが好ましい。このため、図１５の積層レンズ構造体１１においては、レンズ樹脂部８２の厚さは、最下層に配置したレンズ付き基板４１ｅに備わるレンズ樹脂部８２ｅが最も厚くなっている。
図１５の積層レンズ構造体１１は、レンズ設計の自由度を高めるために、さらに以下の特徴の少なくとも一つを備える。
（１） 担体基板８１の厚さが、積層レンズ構造体１１を構成する少なくとも複数枚のレンズ付き基板４１の間で異なる。例えば、担体基板８１の厚さが、下層のレンズ付き基板４１の方が厚い。
（２） レンズ付き基板４１に備わる貫通孔８３の開口幅が、積層レンズ構造体１１を構成する少なくとも複数枚のレンズ付き基板４１の間で異なる。例えば、貫通孔８３の開口幅が、下層のレンズ付き基板４１の方が大きい。
（３） レンズ付き基板４１に備わるレンズ部９１の直径が、積層レンズ構造体１１を構成する少なくとも複数枚のレンズ付き基板４１の間で異なる。例えば、レンズ部９１の直径が、下層のレンズ付き基板４１のレンズ部９１の方が大きい。
（４） レンズ付き基板４１に備わるレンズ部９１の厚さが、積層レンズ構造体１１を構成する少なくとも複数枚のレンズ付き基板４１の間で異なる。例えば、レンズ部９１の厚さが、下層のレンズ付き基板４１のレンズ部９１の方が厚い。
（５） レンズ付き基板４１に備わるレンズ間の距離が、積層レンズ構造体１１を構成する少なくとも複数枚のレンズ付き基板４１の間で異なる。
（６） レンズ付き基板４１に備わるレンズ樹脂部８２の体積が、積層レンズ構造体１１を構成する少なくとも複数枚のレンズ付き基板４１の間で、異なる。例えば、レンズ樹脂部８２の体積が、下層のレンズ付き基板４１のレンズ樹脂部８２の方が大きい。
（７） レンズ付き基板４１に備わるレンズ樹脂部８２の材料が、積層レンズ構造体１１を構成する少なくとも複数枚のレンズ付き基板４１の間で異なる。
一般的に、カメラモジュールに入射される入射光は、垂直入射光と射入射光とを併せて含んでいる。射入射光の多くは絞り板５１に当たり、そこで吸収もしくはカメラモジュール１Dの外側へ反射される。絞り板５１によって絞りきれなかった射入射光は、その入射角度によっては貫通孔８３の側壁に当たってしまい、そこで反射される可能性がある。
射入射光の反射光が進行する方向は、図１３において示される、射入射光８５の入射角度と、貫通孔８３の側壁の角度とによって決まる。貫通孔８３の開口幅が、入射側から受光素子１２側へ向かって大きくなる、いわゆる、末広がりの形状の場合、絞り板５１によって絞りきれなかった特定の入射角度の射入射光８５が、貫通孔８３の側壁に当たってしまった際には、それが受光素子１２方向へと反射されてしまい、これが迷光あるいはノイズ光となる可能性がある。
しかしながら、図１３に示した積層レンズ構造体１１においては、図１５に示されるように、貫通孔８３は、下側(受光素子１２を配置する側)に向かって開口幅が小さくなる、いわゆる下すぼみの形状となっている。この形状の場合、貫通孔８３の側壁に当たった射入射光８５は、下側方向いわゆる受光素子１２の方向ではなく、上側方向、いわゆる入射側方向へと反射される。これにより、迷光あるいはノイズ光の発生を抑えるという作用または効果が得られる。
レンズ付き基板４１の貫通孔８３は、その側壁に当たって反射される光を低減するために、光吸収性の材料を側壁に配置するとなお良い。
一例として、カメラモジュール１Dをカメラとして使用する際に受光したい波長の光（例えば可視光）を、第１の光とし、その第１の光とは波長が異なる光（例えばＵＶ光）を、第２の光とした場合、第２の光（ＵＶ光）によって硬化する樹脂に、第１の光（可視光）の吸収材料としてカーボン粒子を分散させたものを、担体基板８１の表面に塗布または噴射し、貫通孔８３の側壁部の樹脂のみに第２の光（ＵＶ光）を照射して硬化させ、これ以外の領域の樹脂を除去することで、貫通孔８３の側壁に、第１の光（可視光）に対する光吸収性を有する材料の層を形成して良い。
図１５に示した積層レンズ構造体１１は、積層した複数枚のレンズ付き基板４１の一番上に、絞り板５１を配置した構造の例である。絞り板５１は、積層した複数枚のレンズ付き基板４１の一番上ではなく、中間のレンズ付き基板４１のどこかに挿入して配置しても良い。
さらに別の例として、板状の絞り板５１をレンズ付き基板４１と別に備えるのではなく、レンズ付き基板４１の表面に、光吸収性を有する材料の層を形成して、これを絞りとして機能させても良い。例えば、上記第２の光（ＵＶ光）によって硬化する樹脂に、上記第１の光（可視光）の吸収材料としてカーボン粒子を分散させたものを、レンズ付き基板４１の表面に塗布または噴射し、絞りとして機能させる際に光を透過させたい領域を除いて、それ以外の領域の樹脂へ第２の光（ＵＶ光）を照射して、上記樹脂を硬化させて残し、硬化させなかった領域、すなわち絞りとして機能させる際に光を透過させたい領域、の樹脂を除去することで、レンズ付き基板４１の表面に絞りを形成しても良い。
なお、上記表面に絞りを形成するレンズ付き基板４１は、積層レンズ構造体１１の最上層に配置されたレンズ付き基板４１であって良いし、あるいは、積層レンズ構造体１１の内層となるレンズ付き基板４１であっても良い。
図１５に示した積層レンズ構造体１１は、レンズ付き基板４１を積層した構造を備える。
別の実施形態として、積層レンズ構造体１１は、レンズ付き基板４１を複数枚と、レンズ樹脂部８２を備えない担体基板８１を少なくも１枚、併せて備えた構造であっても良い。この構造において、レンズ樹脂部８２を備えない担体基板８１は、積層レンズ構造体１１の最下層もしくは最上層に配置しても良いし、積層レンズ構造体１１における内側の層として配置しても良い。この構造は、例えば、積層レンズ構造体１１が備える複数枚のレンズ間の距離や、積層レンズ構造体１１の最下層のレンズ樹脂部８２と積層レンズ構造体１１の下側に配置される受光素子１２との距離を、任意に設定し得る、と言う作用または効果をもたらす。
あるいはまた、この構造は、レンズ樹脂部８２を備えない担体基板８１の開口幅を適切に設定し、かつ、開口部を除いた領域に光吸収性を有する材料を配置することによって、これを絞り板として機能させ得る、と言う作用または効果をもたらす。
＜７．カメラモジュールの第６の実施の形態＞
図１６は、本技術を適用した積層レンズ構造体を用いたカメラモジュールの第６の実施の形態を示す図である。
図１６において、図１３に示した第４の実施の形態と対応する部分については同一の符号を付してあり、図１３のカメラモジュール１Dと異なる部分に注目して説明する。
図１６に示されるカメラモジュール１Fにおいても、図１３に示したカメラモジュール１Dと同様に、入射した光が、絞り板５１で絞られた後、積層レンズ構造体１１の内部で広がり、積層レンズ構造体１１の下方に配置された受光素子１２へと入射される。すなわち、積層レンズ構造体１１全体について概観すると、光は、絞り板５１の開口部５２から下側に向かって、末広がりに広がって進行する。
図１６のカメラモジュール１Fは、積層レンズ構造体１１を構成する各レンズ付き基板４１の貫通孔８３の断面形状が、下側(受光素子１２を配置する側)に向かって開口幅が大きくなる、いわゆる末広がりの形状となっている点が、図１３に示したカメラモジュール１Dと異なる。
カメラモジュール１Fの積層レンズ構造体１１は、入射した光が、絞り板５１の開口部５２から下側に向かって末広がりに広がって進行する構造であるため、貫通孔８３の開口幅が下側向かって大きくなる末広がり形状は、貫通孔８３の開口幅が下側に向かって小さくなる下すぼみ形状よりも、例えば、担体基板８１が光路の邪魔になりにくい。これにより、レンズ設計の自由度が高いという作用をもたらす。
また、担持部９２を含めたレンズ樹脂部８２の基板平面方向の断面積は、貫通孔８３の開口幅が下側に向かって小さくなる下すぼみ形状の場合、レンズ樹脂部８２の下面においては、レンズ２１に入射した光線を透過させるために特定の大きさとなり、かつ、レンズ樹脂部８２の下面から上面に向かって、その断面積が大きくなって行く。
これに対して、貫通孔８３の開口幅が下側向かって大きくなる末広がり形状の場合、レンズ樹脂部８２の下面における断面積は、下すぼみ形状の場合と概ね同じとなるが、レンズ樹脂部８２の下面から上面に向かって、その断面積が小さくなって行く。
これにより、貫通孔８３の開口幅が下側に向かって大きくなる構造は、担持部９２を含めたレンズ樹脂部８２の大きさを、小さく抑えることができるという作用または効果をもたらす。また、これにより、先に述べたレンズが大きい場合に生じるレンズ形成の難しさを、低減できるという作用または効果をもたらす。
＜８．カメラモジュールの第７の実施の形態＞
図１７は、本技術を適用した積層レンズ構造体を用いたカメラモジュールの第７の実施の形態を示す図である。
図１７においても、図１３と対応する部分については同一の符号を付してあり、図１３に示したカメラモジュール１Dと異なる部分に注目して説明する。
図１７のカメラモジュール１Gは、やはり、積層レンズ構造体１１を構成する各レンズ付き基板４１のレンズ樹脂部８２と貫通孔８３の形状が、図１３に示したカメラモジュール１Dと異なる。
カメラモジュール１Gの積層レンズ構造体１１は、貫通孔８３の形状が、下側(受光素子１２を配置する側)に向かって開口幅が小さくなる、いわゆる下すぼみの形状となったレンズ付き基板４１と、貫通孔８３の形状が、下側に向かって開口幅が大きくなる、いわゆる末広がりの形状となったレンズ付き基板４１と、の双方を備える。
貫通孔８３が、下側に向かって開口幅が小さくなる、いわゆる下すぼみの形状となったレンズ付き基板４１は、先に述べたように、貫通孔８３の側壁に当たった射入射光８５が、上側方向いわゆる入射側方向へと反射され、これにより迷光あるいはノイズ光の発生を抑える、という作用または効果をもたらす。
そこで、図１７の積層レンズ構造体１１においては、積層レンズ構造体１１を構成する複数枚のレンズ付き基板４１のうち、特に上側（入射側）の複数枚において、貫通孔８３が、下側に向かって開口幅が小さくなる、いわゆる下すぼみの形状となったレンズ付き基板４１が用いられている。
貫通孔８３が、下側に向かって開口幅が大きくなる、いわゆる末広がりの形状となったレンズ付き基板４１は、先に述べたように、レンズ付き基板４１に備わる担体基板８１が光路の邪魔となりにくく、これによって、レンズ設計の自由度が増す、あるいは、レンズ付き基板４１に備わる担持部９２を含めたレンズ樹脂部８２の大きさを小さく抑える、という作用または効果をもたらす。
図１７の積層レンズ構造体１１においては、光は絞りから下側に向かって、末広がりに広がって進行するため、積層レンズ構造体１１を構成する複数枚のレンズ付き基板４１のうち、下側に配置した何枚かのレンズ付き基板４１に備わるレンズ樹脂部８２の大きさが大きい。このような大きいレンズ樹脂部８２において、末広がりの形状の貫通孔８３を用いると、レンズ樹脂部８２の大きさを抑制する作用が大きく現れる。
そこで、図１７の積層レンズ構造体１１においては、積層レンズ構造体１１を構成する複数枚のレンズ付き基板４１のうち、特に下側の複数枚において、貫通孔８３が、下側に向かって開口幅が大きくなる、いわゆる末広がりの形状となったレンズ付き基板４１を用いている。
＜９．レンズ付き基板の詳細構成＞
次に、レンズ付き基板４１の詳細構成について説明する。
図１８は、レンズ付き基板４１の詳細構成を示す断面図である。
なお、図１８では、５枚のレンズ付き基板４１ａ乃至４１ｅのうちの、最上層のレンズ付き基板４１ａが図示されているが、その他のレンズ付き基板４１も同様に構成されている。
レンズ付き基板４１の構成としては、図１８のA乃至Cのいずれかの構成をとることができる。
図１８のAに示されるレンズ付き基板４１には、担体基板８１に設けられた貫通孔８３に対して、上面からみて貫通孔８３を塞ぐようにレンズ樹脂部８２が形成されている。レンズ樹脂部８２は、図１４を参照して説明したように、中央部のレンズ部９１（不図示）と、その周辺部の担持部９２（不図示）で構成される。
レンズ付き基板４１の貫通孔８３となる側壁には、光反射を起因とするゴーストやフレアを防止するために光吸収性もしくは遮光性を有する膜１２１が成膜されている。これらの膜１２１を便宜的に遮光膜１２１と呼ぶ。
担体基板８１とレンズ樹脂部８２の上側表面には、酸化物もしくは窒化物あるいはその他の絶縁物を含む上側表面層１２２が形成されており 、担体基板８１とレンズ樹脂部８２の下側表面には、酸化物もしくは窒化物あるいはその他の絶縁物を含む下側表面層１２３が形成されている。
上側表面層１２２は、一例として、低屈折膜と高屈折膜を交互に複数層積層した反射防止膜を構成している。反射防止膜は、例えば、低屈折膜と高屈折膜を交互に合計４層積層して構成することができる。低屈折膜は、例えば、SiOx（１≦x≦２）、SiOC、SiOFなどの酸化膜、高屈折膜は、例えば、TiO、TaO、Nb2O5などの金属酸化膜で構成される。
なお、上側表面層１２２の構成は、例えば、光学シミュレーションを用いて所望の反射防止性能が得られるように設計されていればよく、低屈折膜及び高屈折膜の材料、膜厚、積層数などは特に限定されない。本実施の形態では、上側表面層１２２の最表面は、低屈折膜となっており、その膜厚は、例えば２０乃至１０００nm、密度は、例えば２．２乃至２．５ｇ／cm3、平坦度が、例えば１nm以下程度の二乗平均粗さRq（RMS）となっている。また、詳細は後述するが、この上側表面層１２２は、他のレンズ付き基板４１と接合される際の接合膜にもなっている。
上側表面層１２２は、一例として、低屈折膜と高屈折膜を交互に複数層積層した反射防止膜であって良く、そのなかでも無機物の反射防止膜であって良い。上側表面層１２２は、別の例として、酸化物もしくは窒化物あるいはその他の絶縁物を含む単層膜であっても良く、そのなかでも無機物の膜であっても良い。
下側表面層１２３も、一例として、低屈折膜と高屈折膜を交互に複数層積層した反射防止膜であって良く、そのなかでも無機物の反射防止膜であって良い。下側表面層１２３は、別の例として、酸化物もしくは窒化物あるいはその他の絶縁物を含む単層膜であっても良く、そのなかでも無機物の膜であっても良い。
図１８のB及びCのレンズ付き基板４１については、図１８のAに示したレンズ付き基板４１と異なる部分についてのみ説明する。
図１８のBに示されるレンズ付き基板４１においては、担体基板８１とレンズ樹脂部８２の下側表面に形成されている膜が、図１８のAに示したレンズ付き基板４１と異なる。
図１８のBのレンズ付き基板４１では、担体基板８１の下側表面には、酸化物もしくは窒化物あるいはその他の絶縁物を含む下側表面層１２４が形成されている一方、レンズ樹脂部８２の下側表面には、下側表面層１２４が形成されていない。下側表面層１２４は、上側表面層１２２と同一材料でもよいし、異なる材料でもよい。
このような構造は、例えば、レンズ樹脂部８２を形成する前に、担体基板８１の下側表面に下側表面層１２４を形成しておき、その後、レンズ樹脂部８２を形成する製法により、形成し得る。あるいは、レンズ樹脂部８２を形成した後に、レンズ樹脂部８２にマスクを形成し、担体基板８１上にはマスクを形成しない状態で、下側表面層１２４を構成する膜を、例えばＰＶＤにより、担体基板８１の下側表面に堆積させることで、形成し得る。
図１８のCのレンズ付き基板４１においては、担体基板８１の上側表面に、酸化物もしくは窒化物あるいはその他の絶縁物を含む上側表面層１２５が形成されている一方、レンズ樹脂部８２の上側表面には、上側表面層１２５が形成されていない。
同様に、レンズ付き基板４１の下側表面においても、担体基板８１の下側表面に、酸化物もしくは窒化物あるいはその他の絶縁物を含む下側表面層１２４が形成されている一方、レンズ樹脂部８２の下側表面には、下側表面層１２４が形成されていない。
このような構造は、例えば、レンズ樹脂部８２が形成される前に、担体基板８１に上側表面層１２５と下側表面層１２４を形成しておき、その後、レンズ樹脂部８２を形成する製法により、形成し得る。あるいは、レンズ樹脂部８２を形成した後に、レンズ樹脂部８２にマスクを形成し、担体基板８１上にはマスクを形成しない状態で、上側表面層１２５および下側表面層１２４を構成する膜を、例えばＰＶＤにより、担体基板８１の表面に堆積させることで、形成し得る。下側表面層１２４と上側表面層１２５は、同一材料でもよいし、異なる材料でもよい。
レンズ付き基板４１は、以上のように構成することができる。
＜１０．レンズ付き基板の製造方法＞
次に、図１９乃至図２９を参照して、レンズ付き基板４１の製造方法を説明する。
初めに、複数の貫通孔８３が形成された基板状態の担体基板８１Wが用意される。担体基板８１Wは、例えば、通常の半導体装置に用いる、シリコンの基板を用いることができる。担体基板８１Wの形状は、例えば図１９のAに示されるような円形で、その直径は、例えば200ｍｍや300mmなどとされる。担体基板８１Wは、シリコンの基板ではなく、例えば、ガラスの基板、樹脂の基板、あるいは金属の基板であっても良い。
また、貫通孔８３の平面形状は、本実施の形態では、図１９のAに示されるように円形であるとするが、図１９のBに示されるように、貫通孔８３の平面形状は、例えば四角形などの多角形であっても良い。
貫通孔８３の開口幅は、例えば、100μm程度から20mm程度まで採り得る。この場合、担体基板８１Wには、例えば100個程度から500万個程度まで配置し得る。
本明細書においては、レンズ付き基板４１の平面方向における貫通孔８３の大きさを、開口幅と呼ぶ。開口幅は、特に断り書きがが無い限り、貫通孔８３の平面形状が四角形である場合は一辺の長さ、貫通孔８３の平面形状が円形である場合は直径を意味する。
貫通孔８３は、図２０に示されるように、担体基板８１Wの第１の表面における第１の開口幅１３１よりも、第１の表面と対向する第２の表面における第２の開口幅１３２の方が、小さくなっている。
第１の開口幅１３１よりも第２の開口幅１３２の方が小さい貫通孔８３の３次元形状の例として、貫通孔８３は、図２０のAに示される円錐台の形状であって良いし、多角形の角錐台の形状であっても良い。貫通孔８３の側壁の断面形状は、図２０のAに示されるような直線であって良いし、図２０のBに示されるような曲線であってもよい。あるいはまた、図２０のCに示されるように、段差があっても良い。
第１の開口幅１３１よりも第２の開口幅１３２の方が小さい形状である貫通孔８３は、貫通孔８３内に樹脂を供給し、この樹脂を、第１と第２の表面のそれぞれから対向する方向へ型部材で押すことでレンズ樹脂部８２を形成する際に、レンズ樹脂部８２となる樹脂が、対向する２つの型部材からの力を受けて、貫通孔８３の側壁に押し付けられる。これにより、レンズ樹脂部８２となる樹脂と担体基板との密着強度が高くなるという作用をもたらし得る。
なお、貫通孔８３の他の実施の形態として、第１の開口幅１３１と第２の開口幅１３２が等しい形状、すなわち貫通孔８３の側壁の断面形状が垂直となる形状であっても良い。
＜ウェットエッチングを用いた貫通孔の形成方法＞
担体基板８１Wの貫通孔８３は、担体基板８１Wをウェットエッチングにより、エッチングすることによって形成することができる。具体的には、担体基板８１Wをエッチングする前に、担体基板８１Wの非開口領域がエッチングされることを防ぐためのエッチングマスクが、担体基板８１Wの表面に形成される。エッチングマスクの材料には、例えばシリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜などの絶縁膜が用いられる。エッチングマスクは、エッチングマスク材料の層を担体基板８１Wの表面に形成し、この層に貫通孔８３の平面形状となるパターンを開口することで、形成される。エッチングマスクが形成された後、担体基板８１Wをエッチングすることにより、担体基板８１Wに貫通孔８３が形成される。
担体基板８１Wとして、例えば、基板表面方位が(100)の単結晶シリコンを使用する場合、貫通孔８３を形成するためには、KOHなどのアルカリ性の溶液を用いた結晶異方性ウェットエッチングを採用することができる。
基板表面方位が(100)の単結晶シリコンである担体基板８１Wに、KOHなどのアルカリ性の溶液を用いた結晶異方性ウェットエッチングを行うと、開口側壁に(111)面が現れるようにエッチングが進行する。その結果、エッチングマスクの開口部の平面形状が円形もしくは四角形のどちらであっても、平面形状が四角形であって、貫通孔８３の開口幅は第１の開口幅１３１よりも第２の開口幅１３２の方が小さく、貫通孔８３の３次元形状が角錐台もしくはこれに類似の形状となる貫通孔８３が得られる。角錐台となる貫通孔８３の側壁の角度は、基板平面に対して、約５５°の角度となる。
貫通孔形成のためのエッチングは、別の実施の例として、国際公開第２０１１/０１７０３９号などに開示された、結晶方位の制約を受けずに任意の形状にシリコンをエッチング可能な薬液を用いたウェットエッチングによって行っても良い。この薬液としては、例えば、TMAH（水酸化テトラメチルアンモニウム）水溶液に、界面活性剤であるポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリエチレングリコールの少なくとも１つを加えた薬液、もしくは、KOH水溶液にイソプロピルアルコールを加えた薬液、などを採用することができる。
基板表面方位が(100)の単結晶シリコンである担体基板８１Wに、上述したいずれかの薬液を用いて貫通孔８３形成のためのエッチングを行うと、エッチングマスクの開口部の平面形状が円形である場合は、平面形状が円形であって、第１の開口幅１３１よりも第２の開口幅１３２の方が小さく、３次元形状が円錐台もしくはこれに類似の形状、となる貫通孔８３が得られる。
エッチングマスクの開口部の平面形状が四角形である場合には、平面形状が四角形であって、開口幅は第１の開口幅１３１よりも第２の開口幅１３２の方が小さく、３次元形状が角錐台もしくはこれに類似の形状、となる貫通孔８３が得られる。上記円錐台もしくは角錐台となる貫通孔８３の側壁の角度は、基板平面に対して、約４５°の角度となる。
＜ドライエッチングを用いた貫通孔の形成方法＞
また、貫通孔８３形成のエッチングには、上述したウェットエッチングではなく、ドライエッチングを用いることも可能である。
図２１を参照して、ドライエッチングを用いた貫通孔８３の形成方法について説明する。
図２１のAに示されるように、担体基板８１Wの一方の表面に、エッチングマスク１４１が形成される。エッチングマスク１４１は、貫通孔８３を形成する部分が開口されたマスクパターンとなっている。
次に、図２１のBに示されるように、エッチングマスク１４１の側壁を保護するための保護膜１４２が形成された後、図２１のCに示されるように、ドライエッチングにより担体基板８１Wが所定の深さでエッチングされる。ドライエッチング工程により、担体基板８１W表面とエッチングマスク１４１表面の保護膜１４２は除去されるが、エッチングマスク１４１側面の保護膜１４２は残存し、エッチングマスク１４１の側壁は保護される。エッチング後、図２１のDに示されるように、側壁の保護膜１４２が除去され、エッチングマスク１４１が、開口パターンのパターンサイズを大きくする方向に後退される。
そして、再び、図２１のB乃至Dの保護膜形成工程、ドライエッチング工程、エッチングマスク後退工程が、複数回繰り返し行われる。これにより、図２１のEに示されるように、担体基板８１Wは、周期性のある段差を持つ階段形状（凹凸形状）となるようにエッチングされる。
最後に、エッチングマスク１４１が除去されると、図２１のFに示されるように、階段形状の側壁をもつ貫通孔８３が、担体基板８１Wに形成される。貫通孔８３の階段形状の平面方向の幅（１段の幅）は、例えば、４００nm乃至１μｍ程度とされる。
以上のようにドライエッチングを用いて貫通孔８３を形成する場合には、保護膜形成工程、ドライエッチング工程、エッチングマスク後退工程が繰り返し実行される。
貫通孔８３の側壁が周期性のある階段形状（凹凸形状）であることにより、入射光の反射を抑制することができる。また、仮に、貫通孔８３の側壁がランダムな大きさの凹凸形状である場合には、貫通孔８３内に形成されるレンズと側壁との間の密着層にボイド（空隙）が発生し、そのボイドが原因でレンズとの密着性が低下する場合がある。しかしながら、上述した形成方法によれば、貫通孔８３の側壁は周期性のある凹凸形状となるので、密着性が向上し、レンズ位置ずれによる光学特性の変化を抑制することができる。
各工程で使用される材料の一例としては、例えば、担体基板８１Wは単結晶シリコン、エッチングマスク１４１はフォトレジスト、保護膜１４２は、C4F8やCHF3などのガスプラズマを用いて形成するフロカーボンポリマー、エッチング処理は、SF6/O2、C4F8/SF6などFを含むガスを用いたプラズマエッチング、マスク後退工程は、O2ガス、CF4/O2などO2を含むプラズマエッチングとすることができる。
あるいはまた、担体基板８１Wは単結晶シリコン、エッチングマスク１４１はSiO2、エッチングは、Cl2を含むプラズマ、保護膜１４２は、O2プラズマを用いてエッチング対象材を酸化させた酸化膜、エッチング処理は、Cl2を含むガスを用いたプラズマエッチングマスク後退工程は、CF4/O2などFを含むガスを用いたプラズマエッチングとすることができる。
以上のように、ウェットエッチング、または、ドライエッチングにより、担体基板８１Wに、複数の貫通孔８３を同時形成することができるが、担体基板８１Wには、図２２のAに示されるように、貫通孔８３を形成していない領域に貫通溝１５１を形成しても良い。
図２２のAは、貫通孔８３に加えて貫通溝１５１を形成した担体基板８１Wの平面図である。
貫通溝１５１は、例えば、図２２のAに示されるように、行列状に配置された複数個の貫通孔８３を避けて、行方向と列方向のそれぞれの貫通孔８３の間の一部にだけ配置される。
また、担体基板８１Wの貫通溝１５１は、積層レンズ構造体１１を構成する各レンズ付き基板４１どうしで、同一の位置に配置することができる。この場合には、積層レンズ構造体１１として複数枚の担体基板８１Wが積層された状態では、図２２のBの断面図のように、複数枚の担体基板８１Wの貫通溝１５１が、複数枚の担体基板８１Wの間で貫通した構造となる。
レンズ付き基板４１の一部としての担体基板８１Wの貫通溝１５１は、例えば、レンズ付き基板４１を変形させる応力がレンズ付き基板４１の外部から働く場合に、応力によるレンズ付き基板４１の変形を緩和する作用または効果をもたらし得る。
あるいは、貫通溝１５１は、例えば、レンズ付き基板４１を変形させる応力がレンズ付き基板４１の内部から発生する場合に、応力によるレンズ付き基板４１の変形を緩和する作用または効果をもたらし得る。
＜レンズ付き基板の製造方法＞
次に、図２３を参照して、基板状態のレンズ付き基板４１Wの製造方法について説明する。
初めに、図２３のAに示されるように、貫通孔８３が複数形成された担体基板８１Wが用意される。貫通孔８３の側壁には遮光膜１２１が成膜されている。図２３では、紙面の制約上、２個の貫通孔８３のみが示されているが、実際には、図１９で示したように、担体基板８１Wの平面方向に、多数の貫通孔８３が形成されている。また、担体基板８１Wの外周に近い領域には、位置合わせのためのアライメントマーク（不図示）が形成されている。
担体基板８１W上側の表側平坦部１７１と、下側の裏側平坦部１７２は、後の工程で行われるプラズマ接合が可能な程度に平坦に形成された平坦面となっている。担体基板８１Wの厚みは、最終的にレンズ付き基板４１として個片化され、他のレンズ付き基板４１と重ねられた際に、レンズ間距離を決定するスペーサとしての役割も担っている。
担体基板８１Wには、熱膨張係数が１０ppm／℃以下の低熱膨張係数の基材を用いるのが好ましい。
次に、図２３のBに示されるように、凹形状の光学転写面１８２が一定の間隔で複数配置された下型１８１の上に、担体基板８１Wが配置される。より詳しくは、凹形状の光学転写面１８２が担体基板８１Wの貫通孔８３の内側に位置するように、担体基板８１Wの裏側平坦部１７２と下型１８１の平坦面１８３とが重ね合わされる。下型１８１の光学転写面１８２は、担体基板８１Wの貫通孔８３と１対１に対応するように形成されており、対応する光学転写面１８２と貫通孔８３の中心が光軸方向で一致するように、担体基板８１Wと下型１８１の平面方向の位置が調整される。下型１８１は、硬質の型部材で形成されており、例えば、金属やシリコン、石英、ガラスで構成される。
次に、図２３のCに示されるように、重ね合わされた下型１８１と担体基板８１Wの貫通孔８３の内側に、エネルギー硬化性樹脂１９１が充填（滴下）される。レンズ樹脂部８２は、このエネルギー硬化性樹脂１９１を用いて形成される。そのため、エネルギー硬化性樹脂１９１は、気泡を含まないようにあらかじめ脱泡処理されていることが好ましい。脱泡処理としては、真空脱泡処理、または、遠心力による脱泡処理であることが好ましい。また、真空脱泡処理は充填後に行うことが好ましい。脱泡処理を行うことにより、気泡を抱き込むことなく、レンズ樹脂部８２の成形が可能となる。
次に、図２３のDに示されるように、重ね合わされた下型１８１と担体基板８１Wの上に、上型２０１が配置される。上型２０１には、凹形状の光学転写面２０２が一定の間隔で複数配置されており、下型１８１を配置したときと同様に、貫通孔８３の中心と光学転写面２０２の中心が光軸方向で一致するように、精度良く位置決めされた上で、上型２０１が配置される。
紙面上の縦方向となる高さ方向については、上型２０１と下型１８１との間隔を制御する制御装置により、上型２０１と下型１８１との間隔が予め定めた距離となるように、上型２０１の位置が固定される。このとき、上型２０１の光学転写面２０２と下型１８１の光学転写面１８２とで挟まれる空間は、光学設計によって計算されたレンズ樹脂部８２（レンズ２１）の厚みと等しくなる。
あるいはまた、図２３のEに示されるように、下型１８１を配置したときと同様に、上型２０１の平坦面２０３と、担体基板８１Wの表側平坦部１７１とを、重ね合わせても良い。この場合、上型２０１と下型１８１との距離は、担体基板８１Wの厚みと同値となり、平面方向及び高さ方向の高精度な位置合わせが可能となる。
上型２０１と下型１８１との間隔が予め設定した距離となるように制御したとき、上述した図２３のCの工程において、担体基板８１Wの貫通孔８３の内側に滴下されたエネルギー硬化性樹脂１９１の充填量は、担体基板８１Wの貫通孔８３と、その上下の上型２０１及び下型１８１とで囲まれる空間から溢れないようにコントロールされた量となっている。これにより、エネルギー硬化性樹脂１９１の材料を無駄にすることなく、製造コストを削減することができる。
続いて、図２３のEに示される状態において、エネルギー硬化性樹脂１９１の硬化処理が行われる。エネルギー硬化性樹脂１９１は、例えば、熱またはUV光をエネルギーとして与え、所定の時間放置することで、硬化する。硬化中には、上型２０１を下方向に押し込んだり、アライメントをすることにより、エネルギー硬化性樹脂１９１の収縮による変形を最小限に抑制することができる。
エネルギー硬化性樹脂１９１の代わりに、熱可塑性樹脂を用いても良い。その場合には、図２３のEに示される状態において、上型２０１と下型１８１を昇温することでエネルギー硬化性樹脂１９１がレンズ形状に成形され、冷却することで硬化する。
次に、図２３のFに示されるように、上型２０１と下型１８１の位置を制御する制御装置が、上型２０１を上方向、下型１８１を下方向へ移動させて、上型２０１と下型１８１を担体基板８１Wから離型する。上型２０１と下型１８１が担体基板８１Wから離型されると、担体基板８１Wの貫通孔８３の内側に、レンズ２１を含むレンズ樹脂部８２が形成されている。
なお、担体基板８１Wと接触する上型２０１と下型１８１の表面をフッ素系またはシリコン系等の離型剤でコーティングしてもよい。そのようにすることにより、上型２０１と下型１８１から担体基板８１Wを容易に離型することができる。また、担体基板８１Wとの接触面から容易に離型する方法として、フッ素含有DLC（Diamond Like Carbon）等の各種コーティングを行ってもよい。
次に、図２３のGに示されるように、担体基板８１Wとレンズ樹脂部８２の表面に上側表面層１２２が形成され、担体基板８１Wとレンズ樹脂部８２の裏面に、下側表面層１２３が形成される。上側表面層１２２及び下側表面層１２３の成膜前後において、必要に応じてCMP（Chemical Mechanical Polishing）等を行うことで、担体基板８１Wの表側平坦部１７１と裏側平坦部１７２を平坦化してもよい。
以上のように、担体基板８１Wに形成された貫通孔８３に、エネルギー硬化性樹脂１９１を上型２０１と下型１８１を用いて加圧成型（インプリント）することで、レンズ樹脂部８２を形成し、レンズ付き基板４１を製造することができる。
光学転写面１８２及び光学転写面２０２の形状は、上述した凹形状に限定されるものではなく、レンズ樹脂部８２の形状に応じて適宜決定される。図１５に示したように、レンズ付き基板４１ａ乃至４１ｅのレンズ形状は、光学系設計により導出された様々な形状をとることができ、例えば、両凸形状、両凹形状、平凸形状、平凹形状、凸メニスカス形状、凹メニスカス形状、更には高次非球面形状などでもよい。
また、光学転写面１８２及び光学転写面２０２の形状は、形成後のレンズ形状がモスアイ構造となる形状とすることもできる。
上述した製造方法によれば、エネルギー硬化性樹脂１９１の硬化収縮によるレンズ樹脂部８２どうしの平面方向の距離の変動を、担体基板８１Wの介在によって断ち切ることができるので、レンズ距離間精度を高精度に制御することができる。また、強度の弱いエネルギー硬化性樹脂１９１を、強度の強い担体基板８１Wによって補強する効果がある。これにより、ハンドリング性の良いレンズを複数配置したレンズアレイ基板を提供することができるとともに、レンズアレイ基板の反りを抑制できる効果を有する。
＜貫通孔形状が多角形の例＞
図１９のBに示したように、貫通孔８３の平面形状は、例えば四角形などの多角形であっても良い。
図２４は、貫通孔８３の平面形状が四角形である場合の、レンズ付き基板４１ａの担体基板８１ａとレンズ樹脂部８２ａの平面図と断面図である。
図２４におけるレンズ付き基板４１ａの断面図は、平面図のB‐B’線とC‐C’線における断面図を示している。
B‐B’線断面図とC‐C’線断面図を比較して判るように、貫通孔８３ａが四角形の場合、貫通孔８３ａの中心から貫通孔８３ａの上部外縁までの距離、および、貫通孔８３ａの中心から貫通孔８３ａの下部外縁までの距離は、四角形である貫通孔８３ａの辺方向と対角線方向とで異なり、対角線方向の方が大きい。このため、貫通孔８３ａの平面形状が四角形の場合、レンズ部９１を円形にすると、レンズ部９１外周から貫通孔８３ａ側壁までの距離、言い換えれば、担持部９２の長さを、四角形の辺方向と対角線方向とで異なる長さにする必要がある。
そこで、図２４に示されるレンズ樹脂部８２ａは、以下の構造を備える。
（１）レンズ部９１の外周に配置した腕部１０１の長さは、四角形の辺方向と対角線方向とで同じである。
（２）腕部１０１の外側に配置し、貫通孔８３ａ側壁まで延在する脚部１０２の長さは、四角形の辺方向の脚部１０２の長さよりも対角線方向の脚部１０２の長さの方を、長くしている。
図２４に示されるように、脚部１０２は、レンズ部９１に直接は接していない一方、腕部１０１は、レンズ部９１に直接接している。
図２４のレンズ樹脂部８２ａでは、レンズ部９１に直接接している腕部１０１の長さと厚さを、レンズ部９１の外周全体に渡って一定にすることで、レンズ部９１全体を偏りなく一定の力で支える、という作用または効果をもたらし得る。
さらに、レンズ部９１全体を偏りなく一定の力で支えることにより、例えば、貫通孔８３ａを取り囲む担体基板８１ａから、貫通孔８３ａの外周全体に渡って応力が加わるような場合には、これをレンズ部９１全体に偏りなく伝えることで、レンズ部９１の特定の部分だけに偏って応力が伝わることを抑える、という作用または効果をもたらし得る。
図２５は、平面形状が四角形である貫通孔８３のその他の例について示す、レンズ付き基板４１ａの担体基板８１ａとレンズ樹脂部８２ａの平面図と断面図である。
図２５におけるレンズ付き基板４１ａの断面図は、平面図のB‐B’線とC‐C’線における断面図を示している。
図２５においても、図２２と同様に、貫通孔８３ａの中心から貫通孔８３ａの上部外縁までの距離、および、貫通孔８３ａの中心から貫通孔８３ａの下部外縁までの距離は、四角形である貫通孔８３ａの辺方向と対角線方向とで異なり、対角線方向の方が大きい。このため、貫通孔８３ａの平面形状が四角形の場合、レンズ部９１を円形にすると、レンズ部９１外周から貫通孔８３ａ側壁までの距離、言い換えれば、担持部９２の長さを、四角形の辺方向と対角線方向とで異なる長さにする必要がある。
そこで、図２５に示されるレンズ樹脂部８２ａは、以下の構造を備える。
（１）レンズ部９１の外周に配置した脚部１０２の長さを、貫通孔８３ａの四角形の４つの辺に沿って、一定にしている。
（２）上記（１）の構造を実現するために、腕部１０１の長さは、四角形の辺方向の腕部の長さよりも対角線方向の腕部の長さの方を、長くしている。
図２５に示されるように、脚部１０２は腕部１０１よりも、樹脂の膜厚が厚い。このため、レンズ付き基板４１ａの平面方向の単位面積当たりの体積も、脚部１０２は腕部１０１よりも大きい。
図２５の実施例では、脚部１０２の体積をできるだけ小さくし、かつ、貫通孔８３ａの四角形の４辺に沿って一定にすることで、例えば樹脂の膨潤のような変形が発生するような場合には、これによる体積変化をできるだけ抑え、かつ体積変化がレンズ部９１の外周全体に渡ってできるだけ偏らないようにする、という作用または効果をもたらし得る。
図２６は、レンズ付き基板４１のレンズ樹脂部８２と貫通孔８３の他の実施形態を示す断面図である。
図２６に示されるレンズ樹脂部８２と貫通孔８３は、以下の構造を備える。
（１）貫通孔８３の側壁は、段付き部２２１を備える段付き形状である。
（２）レンズ樹脂部８２の担持部９２の脚部１０２が、貫通孔８３の側壁上方に配置されるだけでなく、貫通孔８３に備わる段付き部２２１の上にも、レンズ付き基板４１の平面方向に延在している。
図２７を参照して、図２６に示した段付き形状の貫通孔８３の形成方法について説明する。
初めに、図２７のAに示されるように、担体基板８１Wの一方の面に、貫通孔開口の際のウェットエッチングに対する耐性を有するエッチングストップ膜２４１が形成される。エッチングストップ膜２４１は、例えば、シリコン窒化膜とすることができる。
次いで、担体基板８１Wのもう一方の面に、貫通孔開口の際のウェットエッチングに対する耐性を有するハードマスク２４２が形成される。ハードマスク２４２も、例えばシリコン窒化膜とすることができる。
次に、図２７のBに示されるように、ハードマスク２４２の所定の領域が、１回目のエッチングのために開口される。１回目のエッチングでは、貫通孔８３の段付き部２２１の上段となる部分がエッチングされる。このため、１回目のエッチングのためのハードマスク２４２の開口部は、図２６に記載のレンズ付き基板４１の上側基板表面における開口に対応した領域となる。
次に、図２７のCに示されるように、ウェットエッチングにより、ハードマスク２４２の開口部に応じて、担体基板８１Wが所定の深さ分だけエッチングされる。
次に、図２７のDに示されるように、エッチング後の担体基板８１Wの表面に、ハードマスク２４３が改めて形成され、貫通孔８３の段付き部２２１の下側となる部分に対応してハードマスク２４３が開口される。２回目のハードマスク２４３も、例えばシリコン窒化膜を採用することができる。
次に、図２７のEに示されるように、ウェットエッチングにより、ハードマスク２４３の開口部に応じて、エッチングストップ膜２４１に到達するまで担体基板８１Wがエッチングされる。
最後に、図２７のFに示されるように、担体基板８１Wの上側表面のハードマスク２４３と、下側表面のエッチングストップ膜２４１が除去される。
以上のように、ウェットエッチングによる貫通孔形成のための担体基板８１Wのエッチングを２回に分けて行うことで、図２６に示した段付き形状の貫通孔８３が得られる。
図２８は、貫通孔８３ａが段付き部２２１を有し、かつ、貫通孔８３ａの平面形状が円形である場合の、レンズ付き基板４１ａの担体基板８１ａとレンズ樹脂部８２ａの平面図と断面図である。
図２８におけるレンズ付き基板４１ａの断面図は、平面図のB‐B’線とC‐C’線における断面図を示している。
貫通孔８３ａの平面形状が円形である場合、貫通孔８３ａの断面形状は当然直径の方向によらず同じである。これに加えて、レンズ樹脂部８２ａの外縁、腕部１０１、及び脚部１０２の断面形状も、直径の方向によらず同じとなるように形成されている。
図２８の段付き形状を有する貫通孔８３ａは、貫通孔８３ａ内に段付き部２２１を備えない図１４の貫通孔８３ａと比較して、レンズ樹脂部８２の担持部９２の脚部１０２が、貫通孔８３ａの側壁と接触する面積を大きくできる、という作用または効果をもたらす。また、これにより、レンズ樹脂部８２と貫通孔８３ａの側壁との密着強度、言い換えれば、レンズ樹脂部８２ａと担体基板８１Wとの密着強度を増加させる、という作用または効果をもたらす。
図２９は、貫通孔８３ａが段付き部２２１を有し、かつ、貫通孔８３ａの平面形状が四角形である場合の、レンズ付き基板４１ａの担体基板８１ａとレンズ樹脂部８２ａの平面図と断面図である。
図２９におけるレンズ付き基板４１ａの断面図は、平面図のB‐B’線とC‐C’線における断面図を示している。
図２９に示されるレンズ樹脂部８２と貫通孔８３は、以下の構造を備える。
（１）レンズ部９１の外周に配置した腕部１０１の長さは、四角形の辺方向と対角線方向とで同じである。
（２）腕部１０１の外側に配置し、貫通孔８３ａの側壁まで延在する脚部１０２の長さは、四角形の辺方向の脚部１０２の長さよりも、対角線方向の脚部１０２の長さが長い。
図２９に示されるように、脚部１０２は、レンズ部９１に直接は接していない一方、腕部１０１は、レンズ部９１に直接接している。
図２９のレンズ樹脂部８２ａでは、図２４に記載のレンズ樹脂部８２ａと同様に、レンズ部９１に直接接している腕部１０１の長さと厚さを、レンズ部９１の外周全体に渡って一定にすることで、レンズ部９１全体を偏りなく一定の力で支える、という作用または効果をもたらし得る。
さらに、レンズ部９１全体を偏りなく一定の力で支えることにより、例えば、貫通孔８３ａを取り囲む担体基板８１ａから、貫通孔８３ａの外周全体に渡って応力が加わるような場合には、これをレンズ部９１全体に偏りなく伝えることで、レンズ部９１の特定の部分だけに偏って応力が伝わることを抑える、という作用または効果をもたらし得る。
さらに、図２９の貫通孔８３ａの構造は、貫通孔８３ａ内に段付き部２２１を備えない図２４等の貫通孔８３ａと比較して、レンズ樹脂部８２ａの担持部９２の脚部１０２が、貫通孔８３ａの側壁と接触する面積を大きくできる、という作用または効果をもたらす。これにより、レンズ樹脂部８２ａと貫通孔８３ａの側壁部との密着強度、言い換えれば、レンズ樹脂部８２ａと担体基板８１ａとの密着強度が増加する、という作用または効果をもたらす。
＜１１．レンズ付き基板どうしの直接接合＞
次に、複数のレンズ付き基板４１が形成された基板状態のレンズ付き基板４１Wどうしの直接接合について説明する。
以下の説明では、図３０に示されるように、複数のレンズ付き基板４１ａが形成された基板状態のレンズ付き基板４１Wを、レンズ付き基板４１W−ａと記述し、複数のレンズ付き基板４１ｂが形成された基板状態のレンズ付き基板４１Wを、レンズ付き基板４１W−ｂと記述する。その他のレンズ付き基板４１ｃ乃至４１ｅについても同様に表す。
図３１を参照して、基板状態のレンズ付き基板４１W−ａと、基板状態のレンズ付き基板４１W−ｂとの直接接合について説明する。
なお、図３１では、レンズ付き基板４１W−ａの各部と対応するレンズ付き基板４１W−ｂの部分には、レンズ付き基板４１W−ａと同じ符号を付して説明する。
レンズ付き基板４１W−ａとレンズ付き基板４１W−ｂの上側表面には、上側表面層１２２または１２５が形成されている。レンズ付き基板４１W−ａとレンズ付き基板４１W−ｂの下側表面には、下側表面層１２３または１２４が形成されている。そして、図３１のAに示されるように、レンズ付き基板４１W−ａと４１W−ａの接合される面となる、レンズ付き基板４１W−ａの裏側平坦部１７２を含む下側表面全体、及び、レンズ付き基板４１W−ｂの表側平坦部１７１を含む上側表面全体に、プラズマ活性処理が施される。プラズマ活性処理に使用されるガスは、O2、N2、He、Ar、H2などプラズマ処理可能なガスであれば何でもよい。ただし、プラズマ活性処理に使用されるガスとして、上側表面層１２２及び下側表面層１２３の構成元素と同じガスを使用すると、上側表面層１２２及び下側表面層１２３の膜自体の変質を抑制することができるので、好ましい。
そして、図３１のBに示されるように、活性化された表面状態のレンズ付き基板４１W−ａの裏側平坦部１７２と、レンズ付き基板４１W−ｂの表側平坦部１７１とを貼り合わせる。
このレンズ付き基板どうしの貼り合わせ処理により、レンズ付き基板４１W−ａの下側表面層１２３または１２４の表面のOH基の水素とレンズ付き基板４１W−ｂの上側表面層１２２または１２５の表面のOH基の水素との間に水素結合が生じる。これにより、レンズ付き基板４１W−ａとレンズ付き基板４１W−ｂとが固定される。このレンズ付き基板どうしの貼り合わせ処理は、大気圧の条件下で行い得る。
上記貼り合わせ処理を行ったレンズ付き基板４１W−ａとレンズ付き基板４１W−ｂに、アニール処理を加える。これによりOH基どうしが水素結合した状態から脱水縮合が起きて、レンズ付き基板４１W−ａの下側表面層１２３または１２４と、レンズ付き基板４１W−ｂの上側表面層１２２または１２５との間に、酸素を介した共有結合が形成される。あるいは、レンズ付き基板４１W−ａの下側表面層１２３または１２４に含まれる元素と、レンズ付き基板４１W−ｂの上側表面層１２２または１２５に含まれる元素とが共有結合する。これらの結合により、２枚のレンズ付き基板が強固に固定される。このように、上側に配置したレンズ付き基板４１Wの下側表面層１２３または１２４と、下側に配置したレンズ付き基板４１Wの上側表面層１２２または１２５との間に共有結合が形成され、これによって２枚のレンズ付き基板４１Wが固定されることを、本明細書では直接接合と呼ぶ。特許文献１が開示する複数枚のレンズ付き基板を基板全面に渡って樹脂によって固着する方法は、樹脂の硬化収縮や熱膨張とこれによるレンズの変形の懸念がある。これに対して、本技術の直接接合は、複数枚のレンズ付き基板４１Wを固定する際に樹脂を用いないため、これによる硬化収縮や熱膨張を起こすことなく、複数枚のレンズ付き基板４１Wを固定することができる、という作用または効果をもたらす。
上記アニール処理も、大気圧の条件下で行い得る。このアニール処理は、脱水縮合を行うため、１００℃以上または１５０℃以上もしくは２００℃以上で行い得る。一方、このアニール処理は、レンズ樹脂部８２を形成するためのエネルギー性硬化樹脂１９１を熱から保護する観点やエネルギー性硬化樹脂１９１からの脱ガスを抑える観点から、４００℃以下または３５０℃以下もしくは３００℃以下で行い得る。
上記レンズ付き基板４１Wどうしの貼り合わせ処理あるいは上記レンズ付き基板４１Wどうしの直接接合処理を、仮に大気圧以外の条件下で行った場合には、接合されたレンズ付き基板４１W−ａとレンズ付き基板４１W−ｂを大気圧の環境に戻すと、接合されたレンズ樹脂部８２とレンズ樹脂部８２との間の空間と、レンズ樹脂部８２の外部との圧力差が生じてしまう。この圧力差により、レンズ樹脂部８２に圧力が加わり、レンズ樹脂部８２が変形してしまう懸念がある。
上記レンズ付き基板４１Wどうしの貼り合わせ処理あるいは上記レンズ付き基板どうしの直接接合処理の双方を、大気圧の条件下で行うことは、接合を大気圧以外の条件下で行った場合に懸念されるレンズ樹脂部８２の変形を回避することができる、という作用または効果をもたらす。
プラズマ活性処理を施した基板を直接接合する、言い換えればプラズマ接合することで、例えば、接着剤として樹脂を用いた場合のような流動性、熱膨張を抑制することができるので、レンズ付き基板４１W−ａとレンズ付き基板４１W−ｂを接合する際の位置精度を向上させることができる。
レンズ付き基板４１W−ａの裏側平坦部１７２と、レンズ付き基板４１W−ｂの表側平坦部１７１には、上述したように、上側表面層１２２または下側表面層１２３が成膜されている。この上側表面層１２２及び下側表面層１２３は、先に行ったプラズマ活性処理により、ダングリングボンドが形成されやすくなっている。即ち、レンズ付き基板４１W−ａの裏側平坦部１７２に成膜した下側表面層１２３と、レンズ付き基板４１W−ｂの表側平坦部１７１に成膜した上側表面層１２２は、接合強度を増加させる役割も有している。
また、上側表面層１２２または下側表面層１２３が酸化膜で構成されている場合には、プラズマ（O2）による膜質変化の影響を受けないため、レンズ樹脂部８２に対しては、プラズマによる腐食を抑制する効果も有する。
以上のように、複数のレンズ付き基板４１ａが形成された基板状態のレンズ付き基板４１W−ａと、複数のレンズ付き基板４１ｂが形成された基板状態のレンズ付き基板４１W−が、プラズマによる表面活性化処理を施したうえで直接接合される、言い換えれば、プラズマ接合を用いて接合される。
図３２は、図３１を参照して説明した基板状態のレンズ付き基板４１Wどうしの接合方法を用いて、図１３の積層レンズ構造体１１に対応する５枚のレンズ付き基板４１ａ乃至４１ｅを基板状態で積層する第１の積層方法を示している。
最初に、図３２のAに示されるように、積層レンズ構造体１１において最下層に位置する基板状態のレンズ付き基板４１W−ｅが用意される。
次に、図３２のBに示されるように、積層レンズ構造体１１において下から２層目に位置する基板状態のレンズ付き基板４１W−ｄが、基板状態のレンズ付き基板４１W−ｅの上に接合される。
次に、図３２のCに示されるように、積層レンズ構造体１１において下から３層目に位置する基板状態のレンズ付き基板４１W−ｃが、基板状態のレンズ付き基板４１W−ｄの上に接合される。
次に、図３２のDに示されるように、積層レンズ構造体１１において下から４層目に位置する基板状態のレンズ付き基板４１W−ｂが、基板状態のレンズ付き基板４１W−ｃの上に接合させる。
次に、図３２のEに示されるように、積層レンズ構造体１１において下から５層目に位置する基板状態のレンズ付き基板４１W−ａが、基板状態のレンズ付き基板４１W−ｂの上に接合される。
最後に、図３２のFに示されるように、積層レンズ構造体１１においてレンズ付き基板４１ａの上層に位置する絞り板５１Wが、基板状態のレンズ付き基板４１W−ａの上に接合される。
以上のように、基板状態の５枚のレンズ付き基板４１W-ａ乃至４１W-ｅを、積層レンズ構造体１１における下層のレンズ付き基板４１Wから、上層のレンズ付き基板４１Wへと、１枚ずつ順番に積層していくことで、基板状態の積層レンズ構造体１１Wが得られる。
図３３は、図３１を参照して説明した基板状態のレンズ付き基板４１Wどうしの接合方法を用いて、図１３の積層レンズ構造体１１に対応する５枚のレンズ付き基板４１ａ乃至４１ｅを基板状態で積層する第２の積層方法を示している。
最初に、図３３のAに示されるように、積層レンズ構造体１１においてレンズ付き基板４１ａの上層に位置する絞り板５１Wが用意される。
次に、図３３のBに示されるように、積層レンズ構造体１１において最上層に位置する基板状態のレンズ付き基板４１W−ａが、上下を反転させたうえで、絞り板５１Wの上に接合される。
次に、図３３のCに示されるように、積層レンズ構造体１１において上から２層目に位置する基板状態のレンズ付き基板４１W−ｂが、上下を反転させたうえで、基板状態のレンズ付き基板４１W−ａの上に接合される。
次に、図３３のDに示されるように、積層レンズ構造体１１において上から３層目に位置する基板状態のレンズ付き基板４１W−ｃが、上下を反転させたうえで、基板状態のレンズ付き基板４１W−ｂの上に接合される。
次に、図３３のEに示されるように、積層レンズ構造体１１において上から４層目に位置する基板状態のレンズ付き基板４１W−ｄが、上下を反転させたうえで、基板状態のレンズ付き基板４１W−ｃの上に接合される。
最後に、図３３のFに示されるように、積層レンズ構造体１１において上から５層目に位置する基板状態のレンズ付き基板４１W−eが、上下を反転させたうえで、基板状態のレンズ付き基板４１W−ｄの上に接合される。
以上のように、基板状態の５枚のレンズ付き基板４１W-ａ乃至４１W-ｅを、積層レンズ構造体１１における上層のレンズ付き基板４１Wから、下層のレンズ付き基板４１Wへと、１枚ずつ順番に積層していくことで、基板状態の積層レンズ構造体１１Wが得られる。
図３２または図３３で説明した積層方法により積層した基板状態の５枚のレンズ付き基板４１W-ａ乃至４１W-ｅは、ブレード若しくはレーザなどを用いてモジュール単位またはチップ単位に個片化されることで、５枚のレンズ付き基板４１ａ乃至４１ｅが積層された積層レンズ構造体１１となる。
＜１２．カメラモジュールの第８及び第９の実施の形態＞
図３４は、本技術を適用した積層レンズ構造体を用いたカメラモジュールの第８の実施の形態を示す図である。
図３５は、本技術を適用した積層レンズ構造体を用いたカメラモジュールの第９の実施の形態を示す図である。
図３４及び図３５の説明では、図１３に示したカメラモジュールEと異なる部分についてのみ説明する。
図３４のカメラモジュール１Hと図３５のカメラモジュール１Jは、図１３に示したカメラモジュールEにおける構造材７３の部分が異なる構造に置き換えられている。
図３４のカメラモジュール１Hでは、カメラモジュール１Jにおける構造材７３の部分が、構造材３０１ａ及び３０１ｂと、光透過性基板３０２に置き換えられている。
具体的には、受光素子１２の上側の一部に、構造材３０１ａが配置されている。その構造材３０１ａを介して、受光素子１２と光透過性基板３０２が固定されている。構造材３０１ａは、例えばエポキシ系の樹脂である。
光透過性基板３０２の上側には、構造材３０１ｂが配置されている。その構造材３０１ｂを介して、光透過性基板３０２と積層レンズ構造体１１が固定されている。構造材３０１ｂは、例えばエポキシ系の樹脂である。
これに対して、図３５のカメラモジュール１Jでは、図３４のカメラモジュール１Hの構造材３０１ａの部分が、光透過性を有する樹脂層３１１に置き換えられている。
樹脂層３１１は、受光素子１２の上側全面に配置されている。その樹脂層３１１を介して、受光素子１２と光透過性基板３０２が固定されている。受光素子１２の上側全面に配置された樹脂層３１１は、光透過性基板３０２の上方から光透過性基板３０２に応力が加わった場合に、これが受光素子１２の一部の領域に集中して印加されることを防ぎ、受光素子１２全面に応力を分散させて受け止める作用または効果をもたらす。
光透過性基板３０２の上側には、構造材３０１ｂが配置されている。その構造材３０１ｂを介して、光透過性基板３０２と積層レンズ構造体１１が固定されている。
図３４のカメラモジュール１Hと図３５のカメラモジュール１Jは、受光素子１２の上側に光透過性基板３０２を備える。光透過性基板３０２は、例えば、カメラモジュール１Hまたは１Jを製造する途中で、受光素子１２に傷が着くことを抑える、という作用または効果をもたらす。
＜１３．カメラモジュールの第１０の実施の形態＞
図３６は、本技術を適用した積層レンズ構造体を用いたカメラモジュールの第１０の実施の形態を示す図である。
図３６に示されるカメラモジュール１Jにおいて、積層レンズ構造体１１は、レンズバレル７４に収納されている。レンズバレル７４は、シャフト３３１に沿って移動する移動部材３３２と、固定部材３３３で固定されている。レンズバレル７４が不図示の駆動モータによってシャフト３３１の軸方向に移動されることにより、積層レンズ構造体１１から受光素子１２の撮像面までの距離が調整される。
レンズバレル７４、シャフト３３１、移動部材３３２、及び、固定部材３３３は、ハウジング３３４に収納されている。受光素子１２の上部には保護基板３３５が配置され、保護基板３３５とハウジング３３４が、接着剤３３６により接続されている。
上記の積層レンズ構造体１１を移動させる機構は、カメラモジュール１Jを用いたカメラが、画像を撮影する際に、オートフォーカス動作を行うことを可能にする、という作用または効果をもたらす。
＜１４．カメラモジュールの第１１の実施の形態＞
図３７は、本技術を適用した積層レンズ構造体を用いたカメラモジュールの第１１の実施の形態を示す図である。
図３７のカメラモジュール１Lは、圧電素子による焦点調節機構を追加したカメラモジュールである。
即ち、カメラモジュール１Lでは、図３４のカメラモジュール１Hと同様に、受光素子１２の上側の一部に、構造材３０１ａが配置されている。その構造材３０１ａを介して、受光素子１２と光透過性基板３０２が固定されている。構造材３０１ａは、例えばエポキシ系の樹脂である。
光透過性基板３０２の上側には、圧電素子３５１が配置されている。その圧電素子３５１を介して、光透過性基板３０２と積層レンズ構造体１１が固定されている。
カメラモジュール１Lでは、積層レンズ構造体１１の下側に配置した圧電素子３５１へ電圧を印加および遮断することで、積層レンズ構造体１１を上下方向に移動させることができる。積層レンズ構造体１１を移動する手段としては、圧電素子３５１に限らず、電圧の印加および遮断によって形状が変化する他のデバイスを用いることができる。例えばＭＥＭＳデバイスを用いることができる。
上記の積層レンズ構造体１１を移動させる機構は、カメラモジュール１Lを用いたカメラが、画像を撮影する際に、オートフォーカス動作を行うことを可能にする、という作用または効果をもたらす。
＜１５．他の構造と比較した本構造の効果＞
積層レンズ構造体１１は、レンズ付き基板４１どうしを直接接合により固着させた構造（以下、本構造という。）である。本構造の作用及び効果について、レンズが形成されたレンズ付き基板のその他の構造と比較して説明する。
＜比較構造例１＞
図３８は、本構造と比較するための第１の基板構造（以下、比較構造例１という。）であって、特開２０１１−１３８０８９号公報（以下、比較文献１という。）において図１４（ｂ）として開示されたウエハレベル積層構造の断面図である。
図３８に示されるウエハレベル積層構造１０００は、ウエハ基板１０１０上にイメージセンサ１０１１が複数配列されているセンサアレイ基板１０１２の上に、２枚のレンズアレイ基板１０２１が、柱状のスペーサ１０２２を介して積層された構造を有する。各レンズアレイ基板１０２１は、レンズ付き基板１０３１と、そのレンズ付き基板１０３１に複数形成された貫通孔部分に形成されているレンズ１０３２とで構成される。
＜比較構造例２＞
図３９は、本構造と比較するための第２の基板構造（以下、比較構造例２という。）であって、特開２００９−２７９７９０号公報（以下、比較文献２という。）において図５（ａ）として開示されたレンズアレイ基板の断面図である。
図３９に示されるレンズアレイ基板１０４１では、板状の基板１０５１に設けられた複数の貫通孔１０５２それぞれに、レンズ１０５３が設けられている。各レンズ１０５３は、樹脂（エネルギー硬化性樹脂）１０５４で形成されており、その樹脂１０５４は、基板１０５１の上面にも形成されている。
図４０を参照して、図３９のレンズアレイ基板１０４１の製造方法について簡単に説明する。
図４０のAは、複数個の貫通孔１０５２が形成された基板１０５１が、下型１０６１の上に置かれた状態を示している。下型１０６１は、この後の工程で、樹脂１０５４を下方から上方へ押す金型である。
図４０のBは、複数個の貫通孔１０５２内部と基板１０５１上面に樹脂１０５４を塗布した後、上型１０６２を基板１０５１の上に配置し、上型１０６２と下型１０６１を用いて、加圧成型している状態を示している。上型１０６２は、樹脂１０５４を上方から下方へ押す金型である。図４０のBに示される状態で、樹脂１０５４の硬化が行われる。
図４０のCは、樹脂１０５４が硬化した後、上型１０６２と下型１０６１を離形させ、レンズアレイ基板１０４１が完成した状態を示している。
このレンズアレイ基板１０４１は、（１）基板１０５１の貫通孔１０５２の位置に形成された樹脂１０５４がレンズ１０５３となり、このレンズ１０５３が基板１０５１に複数個形成され、かつ、（２）これら複数個のレンズ１０５３の間に位置する基板１０５１の上側表面全体に、樹脂１０５４の薄い層が形成されている、ことが特徴である。
このレンズアレイ基板１０４１を複数積層した構造体を形成する場合、基板１０５１の上側表面全体に形成された樹脂１０５４の薄い層が、基板どうしを接着する接着剤としての作用または効果をもたらす。
また、レンズアレイ基板１０４１を複数積層した構造体を形成する場合、比較構造例１として示した図３８のウエハレベル積層構造１０００と比較して、基板どうしを接着する面積を大きくすることができるので、基板どうしをより強い力で接着することができる。
＜比較構造例２において樹脂がもたらす作用＞
比較構造例２である図３９のレンズアレイ基板１０４１が開示されている比較文献２では、レンズ１０５３となる樹脂１０５４の作用として、以下のことが開示されている。
比較構造例２では、樹脂１０５４としてエネルギー硬化性樹脂が使用されている。そして、エネルギー硬化性樹脂の一例として、光硬化性樹脂が使用されている。エネルギー硬化性樹脂として光硬化性樹脂を使用した場合、ＵＶ光が樹脂１０５４に照射されると、樹脂１０５４が硬化する。この硬化により、樹脂１０５４では、硬化収縮が起きる。
しかし、図３９のレンズアレイ基板１０４１の構造によれば、樹脂１０５４の硬化収縮が起きても、複数個あるレンズ１０５３の間には基板１０５１が介在するので、樹脂１０５４の硬化収縮によるレンズ１０５３間の距離の変動を断ち切ることができ、これにより、複数個のレンズ１０５３を配置したレンズアレイ基板１０４１の反りを抑制することができるとしている。
＜比較構造例３＞
図４１は、本構造と比較するための第３の基板構造（以下、比較構造例３という。）であって、特開２０１０−２５６５６３号公報（以下、比較文献３という。）において図１として開示されたレンズアレイ基板の断面図である。
図４１に示されるレンズアレイ基板１０８１では、板状の基板１０９１に設けられた複数の貫通孔１０９２それぞれに、レンズ１０９３が設けられている。各レンズ１０９３は樹脂（エネルギー硬化性樹脂）１０９４で形成されており、その樹脂１０９４は、貫通孔１０９２が設けられていない基板１０９１の上面にも形成されている。
図４２を参照して、図４１のレンズアレイ基板１０８１の製造方法について簡単に説明する。
図４２のAは、複数個の貫通孔１０９２が形成された基板１０９１が、下型１１０１の上に置かれた状態を示している。下型１１０１は、この後の工程で、樹脂１０９４を下方から上方へ押す金型である。
図４２のBは、複数個の貫通孔１０９２内部と基板１０９１上面に樹脂１０９４を塗布した後、上型１１０２を基板１０９１の上に配置し、上型１１０２と下型１１０１を用いて、加圧成型している状態を示している。上型１１０２は、樹脂１０９４を上方から下方へ押す金型である。図４２のBに示される状態で、樹脂１０９４の硬化が行われる。
図４２のCは、樹脂１０９４が硬化した後、上型１１０２と下型１１０１を離形させ、レンズアレイ基板１０８１が完成した状態を示している。
このレンズアレイ基板１０８１は、（１）基板１０９１の貫通孔１０９２の位置に形成された樹脂１０９４がレンズ１０９３となり、このレンズ１０９３が基板１０９１に複数個形成され、かつ、（２）これら複数個のレンズ１０９３の間に位置する基板１０９１の上側表面全体に、樹脂１０９４の薄い層が形成されている、ことが特徴である。
＜比較構造例３において樹脂がもたらす作用＞
比較構造例３である図４１のレンズアレイ基板１０８１が開示されている比較文献３では、レンズ１０９３となる樹脂１０９４の作用として、以下のことが開示されている。
比較構造例３では、樹脂１０９４としてエネルギー硬化性樹脂が使用されている。そして、エネルギー硬化性樹脂の一例として、光硬化性樹脂が使用されている。エネルギー硬化性樹脂として光硬化性樹脂を使用した場合、ＵＶ光が樹脂１０９４に照射されると、樹脂１０９４が硬化する。この硬化により、樹脂１０９４では、硬化収縮が起きる。
しかし、図４１のレンズアレイ基板１０８１の構造によれば、樹脂１０９４の硬化収縮が起きても、複数個あるレンズ１０９３の間には基板１０９１が介在するので、樹脂１０９４の硬化収縮によるレンズ１０９３間の距離の変動を断ち切ることができ、これにより、複数個のレンズ１０９３を配置したレンズアレイ基板１０８１の反りを抑制することができるとしている。
以上のように、比較文献２及び３では、光硬化性樹脂が硬化する際、硬化収縮が起きることが開示されている。なお、光硬化性樹脂が硬化する際、硬化収縮が起きることは、比較文献２及び３以外にも、例えば、特開２０１３−１０９１号公報などでも開示されている。
また、樹脂をレンズの形状に成型し、成型後の樹脂を硬化させると、樹脂に硬化収縮が起きて問題となるのは、光硬化性樹脂に限ったことではない。例えば、光硬化性樹脂と同様にエネルギー硬化性樹脂の一種である熱硬化性樹脂においても、硬化の際に硬化収縮が起きることが問題となる。このことは、例えば、比較文献１や３、特開２０１０−２０４６３１号公報などにおいても開示されている。
＜比較構造例４＞
図４３は、本構造と比較するための第４の基板構造（以下、比較構造例４という。）であって、上述した比較文献２において図６として開示されたレンズアレイ基板の断面図である。
図４３のレンズアレイ基板１１２１は、図３９に示したレンズアレイ基板１０４１と比較すると、貫通孔１０４２部分以外の基板１１４１の形状が、上側だけでなく下側にも突出した形状となっている点、及び、基板１１４１の下側表面の一部にも、樹脂１１４４が形成されている点が異なる。レンズアレイ基板１１２１のその他の構成は、図３９に示したレンズアレイ基板１０４１と同様である。
図４４は、図４３のレンズアレイ基板１１２１の製造方法を説明する図であって、図４０のＢに対応する図である。
図４４は、複数個の貫通孔１１４２内部と基板１１４１上面に樹脂１１４４を塗布した後、上型１１５２と下型１１５１を用いて、加圧成型している状態を示している。樹脂１１４４は、基板１１４１下面と下型１１５１との間にも注入されている。図４４に示される状態で、樹脂１１４４の硬化が行われる。
このレンズアレイ基板１１２１は、（１）基板１１４１の貫通孔１１４２の位置に形成された樹脂１１４４がレンズ１１４３となり、このレンズ１１４３が基板１１４１に複数個形成され、かつ、（２）これら複数個のレンズ１１４３の間に位置する基板１１４１の上側表面全体に、樹脂１１４４の薄い層が形成されているだけでなく、基板１１４１の下側表面の一部にも、樹脂１１４４の薄い層が形成されている、ことが特徴である。
＜比較構造例４において樹脂がもたらす作用＞
比較構造例４である図４３のレンズアレイ基板１１２１が開示されている比較文献２では、レンズ１１４３となる樹脂１１４４の作用として、以下のことが開示されている。
比較構造例４である図４３のレンズアレイ基板１１２１においても、樹脂１１４４として、エネルギー硬化性樹脂の一例である光硬化性樹脂が使用されている。そして、ＵＶ光が樹脂１１４４に照射されると、樹脂１１４４が硬化する。この硬化により、比較構造例２および３と同様に、樹脂１１４４では、硬化収縮が起きる。
しかし、比較構造例４のレンズアレイ基板１１２１では、複数個のレンズ１１４３の間に位置する基板１１４１の上側表面全体だけでなく、基板１１４１の下側表面の一定の領域にも、樹脂１１４４の薄い層が形成されている。
このように、基板１１４１の上側表面と下側表面の双方に樹脂１１４４を形成した構造とすることにより、レンズアレイ基板１１２１全体の反りの方向を相殺することができる。
これに対して、比較構造例２として図３９に示したレンズアレイ基板１０４１では、複数個のレンズ１０５３の間に位置する基板１０５１の上側表面全体には樹脂１０５４の薄い層が形成されているが、基板１０５１の下側表面には、樹脂１０５４の薄い層が一切形成されていない。
従って、図４３のレンズアレイ基板１１２１では、図３９のレンズアレイ基板１０４１と比較して、反り量をより小さくしたレンズアレイ基板を提供することができる。
＜比較構造例５＞
図４５は、本構造と比較するための第５の基板構造（以下、比較構造例５という。）であって、上述した比較文献２において図９として開示されたレンズアレイ基板の断面図である。
図４５のレンズアレイ基板１１６１は、図３９に示したレンズアレイ基板１０４１と比較すると、基板１１７１に形成された貫通孔１１７２近傍の基板裏面に、樹脂はみだし領域１１７５を有している点が異なる。レンズアレイ基板１１６１のその他の構成は、図３９に示したレンズアレイ基板１０４１と同様である。
なお、図４５のレンズアレイ基板１１６１は、個片化された後の状態を示している。
このレンズアレイ基板１１６１は、（１）基板１１７１の貫通孔１１７２の位置に形成された樹脂１１７４がレンズ１１７３となり、このレンズ１１７３が基板１１７１に複数個形成され、かつ、（２）これら複数個のレンズ１１７３の間に位置する基板１１７１の上側表面全体に、樹脂１１７４の薄い層が形成されているだけでなく、基板１１７１の下側表面の一部にも、樹脂１１７４の薄い層が形成されている、ことが特徴である。
＜比較構造例５において樹脂がもたらす作用＞
比較構造例５である図４５のレンズアレイ基板１１６１が開示されている比較文献２では、レンズ１１７３となる樹脂１１７４の作用として、以下のことが開示されている。
比較構造例５である図４５のレンズアレイ基板１１６１においても、樹脂１１７４として、エネルギー硬化性樹脂の一例である光硬化性樹脂が使用されている。そして、ＵＶ光が樹脂１１７４に照射されると、樹脂１１７４が硬化する。この硬化により、比較構造例２および３と同様に、樹脂１１７４では、硬化収縮が起きる。
しかし、比較構造例５のレンズアレイ基板１１７１では、複数個のレンズ１１７３の間に位置する基板１１７１の上側表面全体だけでなく、基板１１７１の下側表面の一定の領域にも、樹脂１１７４の薄い層（樹脂はみだし領域１１７５）が形成されている。これにより、レンズアレイ基板１１７１全体の反りの方向を相殺し、反り量をより小さくしたレンズアレイ基板を提供することができる。
＜比較構造例２乃至５において樹脂がもたらす作用の比較＞
比較構造例２乃至５において樹脂がもたらす作用についてまとめると、次のようになる。
（１）比較構造例２及び３のように、レンズアレイ基板の上面全体に樹脂の層を配置した構造の場合、複数個のレンズを配置した基板に、反りが発生してしまう。
図４６は、比較構造例２及び３のように、レンズアレイ基板の上面全体に樹脂の層を配置した構造を模式的に表した図であり、レンズとなる樹脂がもたらす作用を説明する図である。
図４６のA及びBに示されるように、レンズアレイ基板１２１１（レンズ及び貫通孔の図示は省略）の上面に配置された光硬化性樹脂１２１２の層では、硬化のためのＵＶ光の照射により、硬化収縮が生じる。これにより、光硬化性樹脂１２１２の層内では、光硬化性樹脂１２１２に起因した収縮方向の力が発生する。
一方、レンズアレイ基板１２１１自体は、ＵＶ光を照射しても、収縮も膨張もしない。すなわち、レンズアレイ基板１２１１自体には、基板に起因した力は発生しない。その結果、レンズアレイ基板１２１１は、図４６のCに示されるように、下に凸の形状に反ってしまう。
（２）しかし、比較構造例４および５のように、レンズアレイ基板の上面と下面の双方に樹脂の層を配置した構造の場合、レンズアレイ基板の反りの方向が相殺されるので、比較構造例２及び３よりも、レンズアレイ基板の反り量を小さくすることができる。
図４７は、比較構造例４及び５のように、レンズアレイ基板の上面と下面の双方に樹脂の層を配置した構造を模式的に表した図であり、レンズとなる樹脂がもたらす作用を説明する図である。
図４７のA及びBに示されるように、レンズアレイ基板１２１１の上面に配置した光硬化性樹脂１２１２の層では、硬化のためのＵＶ光の照射により、硬化収縮が生じる。これにより、レンズアレイ基板１２１１の上面に配置した光硬化性樹脂１２１２の層内では、光硬化性樹脂１２１２に起因した収縮方向の力が発生する。このため、レンズアレイ基板１２１１の上面側では、レンズアレイ基板１２１１を下に凸の形状に反らせようとする力が働く。
これに対して、レンズアレイ基板１２１１自体は、ＵＶ光を照射しても、収縮も膨張もしない。すなわち、レンズアレイ基板１２１１自体には、基板に起因した力は発生しない。
一方、レンズアレイ基板１２１１の下面に配置した光硬化性樹脂１２１２の層では、硬化のためのＵＶ光の照射により、硬化収縮が生じる。これにより、レンズアレイ基板１２１１の下面に配置した光硬化性樹脂１２１２の層内では、光硬化性樹脂１２１２に起因した収縮方向の力が発生する。このため、レンズアレイ基板１２１１の下面側では、レンズアレイ基板１２１１を上に凸の形状に反らせようとする力が働く。
レンズアレイ基板１２１１の上面側における、レンズアレイ基板１２１１を下に凸の形状に反らせようとする力と、レンズアレイ基板１２１１の下面側における、レンズアレイ基板１２１１を上に凸の形状に反らせようとする力は、相殺されるように働く。
その結果、図４７のCに示されるように、比較構造例４及び５におけるレンズアレイ基板１２１１の反り量は、図４６のCに示した比較構造例２及び３における反り量よりも低減される。
以上のように、レンズアレイ基板を反らせる力およびレンズアレイ基板の反り量は、
（１）当該レンズアレイ基板の上面において当該レンズアレイ基板に作用する力の方向および大きさと、
（２）当該レンズアレイ基板の下面において当該レンズアレイ基板に作用する力の方向および大きさと、
の相対関係の影響を受ける。
＜比較構造例６＞
そこで、例えば、図４８のAに示されるように、レンズアレイ基板１２１１の上面に配置する光硬化性樹脂１２１２の層及び面積と、レンズアレイ基板１２１１の下面に配置する光硬化性樹脂１２１２の層及び面積とを、同一にするレンズアレイ基板構造が考えられる。このレンズアレイ基板構造を、本構造と比較するための第６の基板構造（以下、比較構造例６という。）と呼ぶ。
比較構造例６では、レンズアレイ基板１２１１の上面に配置された光硬化性樹脂１２１２の層では、光硬化性樹脂１２１２に起因した収縮方向の力が発生する。レンズアレイ基板１２１１自体は、基板に起因した力が発生しない。このため、レンズアレイ基板１２１１の上面側では、レンズアレイ基板１２１１を下に凸の形状に反らせようとする力が働く。
一方、レンズアレイ基板１２１１の下面に配置された光硬化性樹脂１２１２の層では、光硬化性樹脂１２１２に起因した収縮方向の力が発生する。レンズアレイ基板１２１１自体は、基板に起因した力が発生しない。このため、レンズアレイ基板１２１１の下面側では、レンズアレイ基板１２１１を上に凸の形状に反らせようとする力が働く。
レンズアレイ基板１２１１を反らせようとする上記２つの力が、図４７のAに示した構造よりもさらに相殺する方向に働く。その結果、レンズアレイ基板１２１１を反らせる力およびレンズアレイ基板１２１１の反り量は、比較構造例４および５よりもさらに低減される。
＜比較構造例７＞
ところで、実際には、カメラモジュールに組み込まれる積層レンズ構造体を構成するレンズ付き基板の形状は全て同じではない。より具体的には、積層レンズ構造体を構成する複数のレンズ付き基板どうしは、例えば、レンズ付き基板の厚さや貫通孔の大きさが異なっていたり、貫通孔に形成されるレンズの厚みや形状、体積などが異なる場合がある。さらに言えば、レンズ付き基板の上面及び下面に形成される光硬化性樹脂の膜厚なども、各レンズ付き基板で異なる場合もある。
図４９は、第７の基板構造（以下、比較構造例７という。）としての、３枚のレンズ付き基板の積層で構成される積層レンズ構造体の断面図である。この積層レンズ構造体では、図４８で示した比較構造例６と同様に、各レンズ付き基板の上面及び下面に配置された光硬化性樹脂の層及び面積が同一に形成されているものとする。
図４９に示される積層レンズ構造体１３１１は、３枚のレンズ付き基板１３２１乃至１３２３で構成される。
以下では、３枚のレンズ付き基板１３２１乃至１３２３のうち、真ん中のレンズ付き基板１３２１を、第１のレンズ付き基板１３２１、最上層のレンズ付き基板１３２２を、第２のレンズ付き基板１３２２、最下層のレンズ付き基板１３２３を、第３のレンズ付き基板１３２３という。
最上層に配置された第２のレンズ付き基板１３２２と、最下層に配置された第３のレンズ付き基板１３２３は、基板の厚さ、及び、レンズの厚さが異なる。
より具体的には、レンズの厚さが、第２のレンズ付き基板１３２２よりも第３のレンズ付き基板１３２３の方が厚く形成されており、それに伴い、基板の厚さも、第２のレンズ付き基板１３２２よりも第３のレンズ付き基板１３２３の方が厚く形成されている。
第１のレンズ付き基板１３２１と第２のレンズ付き基板１３２２との接触面、及び、第１のレンズ付き基板１３２１と第３のレンズ付き基板１３２３との接触面には、樹脂１３４１が全面に渡って形成されている。
３枚のレンズ付き基板１３２１乃至１３２３の貫通孔の断面形状は、基板上面よりも基板下面の方が広い、いわゆる末広がり形状である。
図５０を参照して、形状の異なる３枚のレンズ付き基板１３２１乃至１３２３がもたらす作用について説明する。
図５０のA乃至Cは、図４９に示した積層レンズ構造体１３１１を模式的に表した図である。
この積層レンズ構造体１３１１のように、第１のレンズ付き基板１３２１の上面と下面に、基板の厚さが異なる第２のレンズ付き基板１３２２と第３のレンズ付き基板１３２３を配置した場合、３枚のレンズ付き基板１３２１乃至１３２３の接触面全面に渡って存在する樹脂１３４１の層が、積層レンズ構造体１３１１の厚さ方向のどの位置に存在するかによって、この積層レンズ構造体１３１１を反らせる力、及び、積層レンズ構造体１３１１の反る量が、変わる。
３枚のレンズ付き基板１３２１乃至１３２３の接触面全面に渡って存在する樹脂１３４１の層が、積層レンズ構造体１３１１の中心線、即ち、積層レンズ構造体１３１１の厚さ方向の中点を通って、基板平面方向に走る線に対して対称に配置されていないと、第１のレンズ付き基板１３２１の上面と下面に配置された樹脂１３４１の硬化収縮によって発生する力の作用を、図４８のCに示したように、完全に相殺することはできない。その結果、積層レンズ構造体１３１１はどちらかの方向へ反ってしまう。
例えば、第１のレンズ付き基板１３２１の上面と下面の２層の樹脂１３４１が、積層レンズ構造体１３１１の厚さ方向の中心線よりも上側方向にずれて配置される場合、２層の樹脂１３４１が硬化収縮を起こすと、積層レンズ構造体１３１１は、図５０のCに示されるように、下に凸の形状に反ってしまう。
さらに、第２のレンズ付き基板１３２２と第３のレンズ付き基板１３２３のうち、厚さが薄い方の基板の貫通孔の断面形状が、第１のレンズ付き基板１３２１の方向に向かって大きくなる形状である場合には、レンズの欠損あるいは破損、となる懸念が増加する。
図４９に示した例では、第２のレンズ付き基板１３２２と第３のレンズ付き基板１３２３のうち、厚さが薄い方の第２のレンズ付き基板１３２２の貫通孔の断面形状が、第１のレンズ付き基板１３２１の方向に向かって大きくなる末広がり形状である。このような形状において、第１のレンズ付き基板１３２１の上面と下面の２層の樹脂１３４１が硬化収縮した際には、積層レンズ構造体１３１１には、図５０のCに示したように下に凸の形状に反る力が作用し、この力は、図５０のDに示されるように、第２のレンズ付き基板１３２２において、レンズと基板が離間する方向の力として作用する。この作用により、第２のレンズ付き基板１３２２のレンズ１３３２が、欠損あるいは破損、となる懸念が増加する。
次に、樹脂が熱膨張する場合について考える。
＜比較構造例８＞
図５１は、第８の基板構造（以下、比較構造例８という。）としての、３枚のレンズ付き基板の積層で構成される積層レンズ構造体の断面図である。この積層レンズ構造体では、図４８で示した比較構造例６と同様に、各レンズ付き基板の上面及び下面に配置された光硬化性樹脂の層及び面積が同一に形成されているものとする。
図５１の比較構造例８は、３枚のレンズ付き基板１３２１乃至１３２３の貫通孔の断面形状が、基板上面よりも基板下面の方が狭い、いわゆる下すぼみ形状である点のみが、図４９の比較構造例７と異なる。
図５２のA乃至Cは、図５１に示した積層レンズ構造体１３１１を模式的に表した図である。
ユーザがカメラモジュールを実使用する際、動作に伴う消費電力の増大によりカメラの筐体内の温度が上昇し、カメラモジュールの温度も上昇する。この温度上昇により、図５１の積層レンズ構造体１３１１において、第１のレンズ付き基板１３２１の上面と下面に配置された樹脂１３４１が熱膨張する。
第１のレンズ付き基板１３２１の上面と下面に配置する樹脂１３４１の面積と厚さを、図４８のAのように同一にしたとしても、３枚のレンズ付き基板１３２１乃至１３２３の接触面全面に渡って存在する樹脂１３４１の層が、積層レンズ構造体１３１１の中心線、即ち、積層レンズ構造体１３１１の厚さ方向の中点を通って、基板平面方向に走る線に対して対称に配置されていないと、第１のレンズ付き基板１３２１の上面と下面に配置された樹脂１３４１の熱膨張によって発生する発生する力の作用を、図４８のCに示したように、完全に相殺することはできない。その結果、積層レンズ構造体１３１１はどちらかの方向へ反ってしまう。
例えば、第１のレンズ付き基板１３２１の上面と下面の２層の樹脂１３４１が、積層レンズ構造体１３１１の厚さ方向の中心線よりも上側方向にずれて配置される場合、２層の樹脂１３４１が熱膨張を起こすと、積層レンズ構造体１３１１は、図５２のCに示されるように、上に凸の形状に反ってしまう。
さらに、図５１に示した例では、第２のレンズ付き基板１３２２と第３のレンズ付き基板１３２３のうち、厚さが薄い方の第２のレンズ付き基板１３２２の貫通孔の断面形状が、第１のレンズ付き基板１３２１の方向に向かって小さくなる下すぼみ形状である。このような形状において、第１のレンズ付き基板１３２１の上面と下面の２層の樹脂１３４１が熱膨張した際には、積層レンズ構造体１３１１には、上に凸の形状に反る力が作用し、この力は、図５２のDに示されるように、第２のレンズ付き基板１３２２において、レンズと基板が離間する方向の力として作用する。この作用により、第２のレンズ付き基板１３２２のレンズ１３３２が、欠損あるいは破損、となる懸念が増加する。
＜本構造＞
図５３は、本構造を採用した３枚のレンズ付き基板１３６１乃至１３６３からなる積層レンズ構造体１３７１を示す図である。
図５３のAは、図４９の積層レンズ構造体１３１１に対応した構造であり、貫通孔の断面形状が、いわゆる末広がり形状の構造である。一方、図５３のBは、図５１の積層レンズ構造体１３１１に対応した構造であり、貫通孔の断面形状が、いわゆる下すぼみ形状の構造である。
図５４は、本構造がもたらす作用を説明するため、図５３の積層レンズ構造体１３７１を模式的に示した図である。
積層レンズ構造体１３７１は、真ん中の第１のレンズ付き基板１３６１の上方に第２のレンズ付き基板１３６２を配置し、第１のレンズ付き基板１３６１の下方に第３のレンズ付き基板１３６３を配置した構造である。
最上層に配置された第２のレンズ付き基板１３６２と、最下層に配置された第３のレンズ付き基板１３６３は、基板の厚さ、及び、レンズの厚さが異なる。より具体的には、レンズの厚さが、第２のレンズ付き基板１３６２よりも第３のレンズ付き基板１３６３の方が厚く形成されており、それに伴い、基板の厚さも、第２のレンズ付き基板１３６２よりも第３のレンズ付き基板１３６３の方が厚く形成されている。
本構造の積層レンズ構造体１３７１では、レンズ付き基板どうしを固着する手段として、基板どうしの直接接合が用いられる。言い換えれば、固着させるレンズ付き基板へプラズマ活性処理が施され、固着させる２つのレンズ付き基板がプラズマ接合される。さらに言い換えれば、積層する２枚のレンズ付き基板それぞれの表面に、シリコン酸化膜を形成し、これに水酸基を結合させた後、２枚のレンズ付き基板どうしを貼り合わせ、これを昇温して脱水縮合させる。こうして、２枚のレンズ付き基板が、シリコン−酸素共有結合により、直接接合されている。
したがって、本構造の積層レンズ構造体１３７１においては、レンズ付き基板どうしを固着する手段として、樹脂による接着は用いられていない。このため、レンズ付き基板とレンズ付き基板との間に、レンズ形成用の樹脂もしくは基板を接着するための樹脂が配置されない。また、レンズ付き基板の上面や下面に樹脂が配置されないため、レンズ付き基板の上面や下面において、樹脂が熱膨張したり、硬化収縮することはない。
従って、積層レンズ構造体１３７１では、第１のレンズ付き基板１３５１の上層及び下層に、レンズの厚さ、及び、基板の厚さが異なる第２のレンズ付き基板１３６２と第３のレンズ付き基板１３６３が配置されても、上述した各比較構造例１乃至８のような、硬化収縮に起因した基板の反り、及び、熱膨張に起因した基板の反りは発生しない。
即ち、レンズ付き基板どうしを直接接合により固着させた本構造は、上方と下方に、レンズの厚さ、及び、基板の厚さが異なるレンズ付き基板を積層した場合でも、上述した各比較構造例１乃至８よりも、基板の反りを大きく抑制することができる、という作用及び効果をもたらす。
＜１６．各種の変形例＞
上述した各実施の形態のその他の変形例について、以下説明する。
＜１６．１ 光学絞り付きカバーガラス＞
積層レンズ構造体１１の上部には、積層レンズ構造体１１のレンズ２１の表面を保護するため、カバーガラスを設ける場合がある。この場合、カバーガラスに、光学絞りの機能を持たせるようにすることができる。
図５５は、カバーガラスが光学絞りの機能を備える第１の構成を示す図である。
図５５に示されるカバーガラスが光学絞りの機能を備える第１の構成例では、積層レンズ構造体１１の上部にカバーガラス１５０１がさらに積層されている。そして、積層レンズ構造体１１とカバーガラス１５０１の外側に、レンズバレル７４が配置されている。
カバーガラス１５０１のレンズ付き基板４１ａ側の面（図中、カバーガラス１５０１の下面）に、遮光膜１５０２が形成されている。ここで、各レンズ付き基板４１ａ乃至４１ｅのレンズ中心（光学中心）から所定の範囲は、遮光膜１５０２が形成されていない開口部１５０３となっており、開口部１５０３は、光学絞りとして機能する。これにより、例えば、図１３のカメラモジュール１D等で構成されていた絞り板５１が省略されている。
図５６は、遮光膜１５０２が形成されたカバーガラス１５０１の製造方法を説明する図である。
初めに、図５６のAに示されるように、例えば、ウエハもしくはパネルの形態のカバーガラス（ガラス基板）１５０１Wの一方の面全体に、光吸収材料がスピンコート塗布されることにより、遮光膜１５０２が形成される。遮光膜１５０２となる光吸収材料としては、例えば、カーボンブラック顔料や、チタンブラック顔料を内添した光吸収性を有する樹脂が用いられる。
次に、遮光膜１５０２の所定の領域がリソグラフィ技術またはエッチング処理によって除去されることにより、図５６のBに示されるように、開口部１５０３が所定の間隔で複数形成される。開口部１５０３の配置は、図２３の担体基板８１Wの貫通孔８３の配置と１対１に対応する。なお、遮光膜１５０２と開孔部１５０３の別の形成方法の例として、開口部１５０３を除いた領域へインクジェットによって遮光膜１５０２となる光吸収材料噴射するという方法を用いることもできる。
以上のようにして製造された基板状態のカバーガラス１５０１Wと、同じく基板状態の複数枚のレンズ付き基板４１Wとが、貼り合わされた後、ブレードもしくはレーザなどを活用したダイシング等により個片化される。これにより、図５５に示した、絞り機能を備えるカバーガラス１５０１が積層された積層レンズ構造体１１が完成する。
このように、半導体プロセスの一工程として、カバーガラス１５０１を形成することにより、別の組み立て工程でカバーガラスを形成する場合に懸念されるゴミ欠陥の発生を抑制することができる。
図５５に示した第１の構成例によれば、塗布により光学絞りを形成するので、遮光膜１５０２は１μｍ程度の薄い膜厚で形成することができ、絞り機構が所定の厚みを有することにより入射光が遮蔽されることに起因する光学性能の劣化（周辺部の減光）を抑えることができる。
なお、上述した例では、カバーガラス１５０１Wの個片化を、複数枚のレンズ付き基板４１Wと接合した後に行ったが、接合前に行っても良い。換言すれば、遮光膜１５０２を備えたカバーガラス１５０１と５枚のレンズ付き基板４１ａ乃至４１ｅとの接合は、ウエハレベルで行っても良いし、チップレベルで行っても良い。
遮光膜１５０２の表面は粗くしてもよい。この場合、遮光膜１５０２を形成したカバーガラス１５０１表面の表面反射を減らすとともに、遮光膜１５０２の表面積を増大させることができるので、カバーガラス１５０１とレンズ付き基板４１との接合強度を向上させることができる。
遮光膜１５０２の表面を粗面にする方法としては、例えば、遮光膜１５０２となる光吸収材料を塗布後、エッチングなどにより粗面に加工する方法、光吸収材料を塗布前のカバーガラス１５０１を粗面に形成後、光吸収材料を塗布する方法、凝集する光吸収材料により成膜後に表面に凹凸が生じるようにする方法、固形分を含んだ光吸収材料により成膜後に表面に凹凸が生じるようにする方法、などがある。
また、遮光膜１５０２とカバーガラス１５０１との間に、反射防止膜を形成してもよい。
カバーガラス１５０１が絞りの支持基板を兼用することにより、カメラモジュール１のサイズを小型化することができる。
図５７は、カバーガラスが光学絞りの機能を備える第２の構成を示す図である。
図５７に示されるカバーガラスが光学絞りの機能を備える第２の構成例では、カバーガラス１５０１が、レンズバレル７４の開口部の位置に配置されている。その他の構成は、図５５に示した第１の構成例と同じである。
図５８は、カバーガラスが光学絞りの機能を備える第３の構成を示す図である。
図５８に示されるカバーガラスが光学絞りの機能を備える第３の構成例では、遮光膜１５０２が、カバーガラス１５０１の上面、換言すれば、レンズ付き基板４１ａと反対側に形成されている。その他の構成は、図５５に示した第１の構成例と同じである。
なお、図５７に示した、レンズバレル７４の開口部にカバーガラス１５０１を配置した構成においても、遮光膜１５０２を、カバーガラス１５０１の上面に形成してもよい。
＜１６．２ 貫通孔による絞り形成＞
次に、上述した絞り板５１やカバーガラス１５０１を用いた絞りに代えて、レンズ付き基板４１の貫通孔８３の開口自体を絞り機構とする例について説明する。
図５９のAは、貫通孔８３の開口自体を絞り機構とする第１の構成例を示す図である。
なお、図５９の説明においては、図５８に示した積層レンズ構造体１１と異なる部分についてのみ説明し、同一部分の説明は適宜省略する。また、図５９では、図が煩雑になるのを避けるため、説明に必要となる符号のみ図示されている。
図５９のAに示される積層レンズ構造体１１ｆは、図５８に示した積層レンズ構造体１１を構成する５枚のレンズ付き基板４１ａ乃至４１ｅのうち、光入射側に最も近く、受光素子１２から最も遠い位置にあるレンズ付き基板４１ａが、レンズ付き基板４１ｆに置き換えられた構成とされている。
レンズ付き基板４１ｆを図５８のレンズ付き基板４１ａと比較すると、図５８のレンズ付き基板４１ａでは、上面の穴径が下面の穴径よりも大きくなっているのに対して、図５９のレンズ付き基板４１ｆでは、上面の穴径D１が下面の穴径D２よりも小さくなっている。すなわち、レンズ付き基板４１ｆの貫通孔８３の断面形状は、いわゆる末広がり形状となっている。
レンズ付き基板４１ｆの貫通孔８３に形成されているレンズ２１の最表面の高さ位置は、図５９のAにおいて一点鎖線で示される、レンズ付き基板４１ｆの最上面の位置よりも低くなっている。
積層レンズ構造体１１ｆでは、複数枚のレンズ付き基板４１のうち、最上層のレンズ付き基板４１ｆの貫通孔８３の光入射側の穴径が最も小さくなることにより、この貫通孔８３の穴径の最も小さい部分（穴径D１の部分）が、入射光の光線を制限する光学絞りとして機能する。
図５９のBは、貫通孔８３の開口自体を絞り機構とする第２の構成例を示す図である。
図５９のBに示される積層レンズ構造体１１ｇは、図５８に示した積層レンズ構造体１１を構成する５枚のレンズ付き基板４１ａ乃至４１ｅのうち、やはり、最上層のレンズ付き基板４１ａが、レンズ付き基板４１ｇに置き換えられた構成とされている。そして、レンズ付き基板４１ｇのさらに上に、基板１５１１が積層された構成とされている。
レンズ付き基板４１ｇの貫通孔８３の穴径は、図５９のAに示したレンズ付き基板４１ｆと同様、光入射側の方が小さい末広がり形状になっている。基板１５１１は、貫通孔８３を有するが、レンズ２１を保持していない基板である。レンズ付き基板４１ｇと基板１５１１の貫通孔８３の断面形状は、いずれも、いわゆる末広がり形状となっている。
レンズ付き基板４１ｇの上に基板１５１１が積層されることにより、入射光が入射される平面領域が、図５９のAのレンズ付き基板４１ｆよりもさらに狭められている。基板１５１１の上面の穴径D３は、レンズ２１の曲面部分（レンズ部９１）の直径D４よりも小さく構成されている。これにより、基板１５１１の貫通孔８３の穴径の最も小さい部分（穴径D３の部分）が、入射光の光線を制限する光学絞りとして機能する。
光学絞りの位置は、積層レンズ構造体１１ｇのなかの最上面のレンズ２１からできるだけ離れた位置にある方が、射出瞳位置を離し、シェーディングを抑えることができる。
図５９のBに示されるように、５枚のレンズ付き基板４１ｂ乃至４１ｅ及び４１ｇのさらに上に基板１５１１を積層することにより、光学絞りの位置を、積層レンズ構造体１１ｇのなかで最上面のレンズ２１となる、レンズ付き基板４１ｇのレンズ２１から、光入射方向の反対方向に大きく離れた位置とすることができ、シェーディングを抑えることができる。
図５９のCは、貫通孔８３の開口自体を絞り機構とする第３の構成例を示す図である。
図５９のCに示される積層レンズ構造体１１ｈは、図５８に示した積層レンズ構造体１１を構成する５枚のレンズ付き基板４１ａ乃至４１ｆのうちのレンズ付き基板４１ａのさらに上に、基板１５１２が積層された構成とされている。
基板１５１２は、貫通孔８３を有するが、レンズ２１を保持していない基板である。基板１５１２の貫通孔８３は、穴径が基板１５１２の最上面と最下面で異なり、上面の穴径D５が下面の穴径D５よりも小さい、いわゆる末広がり形状である。また、基板１５１２の最上面の穴径D５は、レンズ２１の曲面部分（レンズ部９１）の直径よりも小さく構成されている。これにより、この貫通孔８３の穴径の最も小さい部分（穴径D５の部分）が、入射光の光線を制限する光学絞りとして機能する。なお、基板１５１２の形状の別の例として、上面の穴径D５が下面の穴径D５よりも大きい、いわゆる下すぼみの形状であっても良い。
なお、図５９のA乃至Cの例は、いずれも、積層レンズ構造体１１を構成する複数枚のレンズ付き基板４１のなかで、最上面（受光素子１２から最も離れた位置）のレンズ付き基板４１ｆの貫通孔８３の穴径を、光学絞りとして構成したり、最上層に配置した基板１５１１若しくは１５１２の貫通孔８３の穴径を、光学絞りとして構成する例である。
しかしながら、積層レンズ構造体１１を構成する複数枚のレンズ付き基板４１のなかの、最上面以外のレンズ付き基板４１ｂ乃至４１ｅいずれかの貫通孔８３の穴径を、上述したレンズ付き基板４１ｆまたは基板１５１１若しくは１５１２のように構成し、光学絞りとして機能させてもよい。
ただし、シェーディングを抑える観点では、図５９のA乃至Cに示したように、光学絞りの機能を有するレンズ付き基板４１は、最上層、または、可能な限り上方（受光素子１２から最も遠い位置）に配置した方がよい。
以上のように、積層レンズ構造体１１を構成する複数枚のレンズ付き基板４１のなかの所定の１枚のレンズ付き基板４１、または、レンズ２１を保持していない基板１５１１若しくは１５１２が、光学絞りの機能を兼ね備えることで、積層レンズ構造体１１及びカメラモジュール１としてのサイズを小型化することができる。
光学絞りが、レンズ２１を保持するレンズ付き基板４１と一体とすることで、結像性能に影響を与える絞りに最も近いレンズ曲面と光学絞りの位置精度が向上し、結像性能を向上させることができる。
＜１６．３ 金属接合によるウエハレベル接合＞
上述した実施の形態では、貫通孔８３にレンズ２１が形成されたレンズ付き基板４１Wどうしを、プラズマ接合により貼り合わせるようにしたが、金属接合を用いて貼り合わせるようにすることもできる。
図６０は、金属接合を用いたウエハレベルでの貼り合わせを説明する図である。
初めに、図６０のAに示されるように、複数形成された貫通孔１５３２のそれぞれにレンズ１５３３が形成された基板状態のレンズ付き基板１５３１W-ａが用意され、そのレンズ付き基板１５３１W-ａの上側表面と下側表面に、反射防止膜１５３５が成膜される。
このレンズ付き基板１５３１Wは、上述した基板状態のレンズ付き基板４１Wに対応するものである。また、反射防止膜１５３５は、上述した上側表面層１２２と下側表面層１２３に対応する。
ここで、レンズ付き基板１５３１W-ａの上側表面に形成された反射防止膜１５３５の一部に、異物１５３６が混入された状態を想定する。レンズ付き基板１５３１W-ａの上側表面は、後述する図６０のDの工程において、レンズ付き基板１５３１W-ｂと接合される面である。
次に、図６０のBに示されるように、金属膜１５４２が、レンズ付き基板１５３１W-ｂとの接合面となるレンズ付き基板１５３１W-ａの上側表面に形成される。このとき、レンズ１５３３が形成されている貫通孔１５３２の部分は、金属膜１５４２が形成されないように、メタルマスク１５４１を用いてマスクされる。
金属膜１５４２の材料としては、例えば、金属接合としてよく使用されるCuを用いることができる。金属膜１５４２の成膜方法としては、低温で形成が可能な蒸着法やスパッタ法、イオンプレーティング法などのPVD法を用いることができる。
なお、金属膜１５４２の材料としては、Cu以外に、Ni、Co、Mn、Al、Sn、In、Ag、Zn等や、これら２種以上の合金材料を用いても良い。また、塑性変形し易い金属材料であれば、例示した以外の材料でもよい。
金属膜１５４２の成膜法として、PVD法とメタルマスクによる形成以外にも、例えば、銀粒子などの金属ナノ粒子を用いたインクジェット法を用いてもよい。
次に、図６０のCに示されるように、接合前の前処理として、大気に開放した際に金属膜１５４２の表面に形成される酸化被膜を、ギ酸、水素ガス、水素ラジカルなどの還元性ガスを用いて除去することにより、金属膜１５４２の表面が清浄化される。
金属膜１５４２の表面の清浄化の方法として、還元ガス以外にも、プラズマ中のArイオンを金属表面に入射させてスパッタ作用により物理的に酸化被膜を除去しても良い。
上述した図６０のA乃至Cと同様の工程によって、接合するもう一方の基板状態のレンズ付き基板１５３１Wであるレンズ付き基板１５３１W-ｂが用意される。
そして、図６０のDに示されるように、レンズ付き基板１５３１W-ｂの接合面と、レンズ付き基板１５３１W-ａの接合面とが向き合うように配置され、位置合わせが行われた後、適切な圧力が加えられると、レンズ付き基板１５３１W-ａの金属膜１５４２とレンズ付き基板１５３１W-ｂの金属膜１５４２が、金属接合により接合される。
ここで、レンズ付き基板１５３１W-ｂの接合面となるレンズ付き基板１５３１W-ｂの下側表面にも、例えば、異物１５４３が混入されているとする。しかしながら、異物１５３６や異物１５４３があっても、金属膜１５４２として、塑性変形し易い金属材料を用いているので、金属膜１５４２は変形し、レンズ付き基板１５３１W-ａとレンズ付き基板１５３１W-ｂとが接合される。
最後に、図６０のEに示されるように、熱処理を加えることにより、金属の原子間接合、結晶化を促し、接合強度が高められる。なお、この熱処理工程は省略することもできる。
以上のようにして、複数の貫通孔１５３２のそれぞれにレンズ１５３３が形成されたレンズ付き基板１５３１Wどうしを、金属接合を用いて貼り合わせることができる。
なお、レンズ付き基板１５３１W-ａと金属膜１５４２の接合を得るために、密着層となる膜を、レンズ付き基板１５３１W-ａと金属膜１５４２との間に形成することも可能である。この場合、密着層は、反射防止膜１５３５の上側（外側）、換言すれば、反射防止膜１５３５と金属膜１５４２の間に形成される。密着層としては、例えば、Ti、Ta、または、Wなどを用いることができる。または、Ti、Ta、Wなどの窒化物若しくは酸化物、または、窒化物と酸化物との積層構造を用いても良い。レンズ付き基板１５３１W-ｂと金属膜１５４２との接合についても同様である。
また、レンズ付き基板１５３１W-ａに成膜する金属膜１５４２の材料と、レンズ付き基板１５３１W-ｂに成膜する金属膜１５４２の材料は、異なる金属材料としてもよい。
基板状態のレンズ付き基板１５３１Wどうしを、ヤング率が低く塑性変形し易い金属接合を用いて貼り合わせることで、接合面に異物が存在する場合であっても押し当て圧により変形することで接触面積が得られる。
金属接合を用いて貼り合わせた複数のレンズ付き基板１５３１Wを個片化して積層レンズ構造体１１とし、上述したカメラモジュール１に組み込んだ場合、金属膜１５４２は、封止性に優れ、側面からの光や水分の流入を防止することができるので、信頼性の高い積層レンズ構造体１１及びカメラモジュール１を作製することができる。
＜１６．４ 高濃度ドープ基板を用いたレンズ付き基板＞
図６１は、上述したレンズ付き基板４１ａの変形例であるレンズ付き基板４１ａ’−１と４１ａ’−２の断面図である。
図６１のレンズ付き基板４１ａ’−１と４１ａ’−２の説明では、上述したレンズ付き基板４１ａと同一の部分の説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。
図６１のAに示されるレンズ付き基板４１ａ’−１は、シリコン基板に、B（ボロン）が高濃度に拡散（イオン注入）された高濃度ドープ基板である。レンズ付き基板４１ａ’−１の不純物濃度は、例えば、１×１０１９cm-3程度の濃度であり、レンズ付き基板４１ａ’−１は、広い範囲の波長の光を効率よく吸収することができる。
レンズ付き基板４１ａ’−１のその他の構成は、上述したレンズ付き基板４１ａと同様である。
一方、図６１のBに示されるレンズ付き基板４１ａ’−２では、シリコン基板の領域が、不純物濃度が異なる２つの領域、即ち、第１の領域１５５１と第２の領域１５５２に分けられる。
第１の領域１５５１は、光が入射される側の基板表面から所定の深さ（例えば、３μm程度）に形成されている。第１の領域１５５１の不純物濃度は、例えば、１×１０１６cm-3程度の高濃度である。第２の領域１５５２は、その不純物濃度が、例えば、１×１０１０cm-3程度とされ、第１の濃度よりも低い濃度にされている。第１の領域１５５１及び第２の領域１５５２に拡散（イオン注入）されたイオンは、例えば、レンズ付き基板４１ａ’−１と同様に、B（ボロン）である。
レンズ付き基板４１ａ’−２の光入射側となる第１の領域１５５１の不純物濃度は、１×１０１６cm-3程度であり、レンズ付き基板４１ａ’−１の不純物濃度（例えば、１×１０１９cm-3）よりも低い。そこで、レンズ付き基板４１ａ’−２では、貫通孔８３の側壁に形成される遮光膜１２１’の膜厚が、図６１のAのレンズ付き基板４１ａ’−１の遮光膜１２１よりも厚く形成されている。例えば、レンズ付き基板４１ａ’−１の遮光膜１２１の膜厚が２μｍであるとすると、レンズ付き基板４１ａ’−２の遮光膜１２１’の膜厚は、５μmに形成されている。
レンズ付き基板４１ａ’−２のその他の構成は、上述したレンズ付き基板４１ａと同様である。
以上のように、レンズ付き基板４１ａ’−１及び４１ａ’−２として、高濃度ドープ基板を採用することにより、遮光膜１２１や上側表面層１２２を透過して基板に到達した光を基材そのもので吸収することができるので、反射光を抑制することができる。ドーピング量は、基板に到達した光を吸収できればよいため、基板に到達してくる光量や、遮光膜１２１や上側表面層１２２の膜厚によって、適宜設定することができる。
また、レンズ付き基板４１ａ’−１及び４１ａ’−２として、取扱い容易なシリコン基板を用いるので、ハンドリングが容易である。遮光膜１２１や上側表面層１２２を透過して基板に到達した光を基材そのもので吸収することができるので、遮光膜１２１や上側表面層１２２、積層される基板自体の厚み等を薄くすることもでき、薄膜化、構造の簡便化が可能である。
なお、レンズ付き基板４１ａ’−１及び４１ａ’−２において、シリコン基板にドープされるイオンは、B（ボロン）に限られず、その他、例えば、リン（P）、ヒ素（As）、またはアンチモン（Sb）などでもよく、さらに言えば、光吸収量が増加するバンド構造をとることができる元素であればよい。
また、積層レンズ構造体１１を構成するその他のレンズ付き基板４１ｂ乃至４１ｅについても、レンズ付き基板４１ａ’−１及び４１ａ’−２と同様の構成とすることができる。
＜製造方法＞
図６２を参照して、図６１のAに示したレンズ付き基板４１ａ’−１の製造方法について説明する。
初めに、図６２のAに示されるように、B（ボロン）が高濃度に拡散（イオン注入）された基板状態の高濃度ドープ基板１５６１Wが用意される。高濃度ドープ基板１５６１Wの不純物濃度は、例えば、１×１０１９cm-3程度である。
次に、図６２のBに示されるように、高濃度ドープ基板１５６１Wの所定の位置に、エッチングにより、貫通孔８３が形成される。図６２では、紙面の制約上、２個の貫通孔８３のみが示されているが、実際には、高濃度ドープ基板１５６１Wの平面方向に、多数の貫通孔８３が形成されている。
次に、図６２のCに示されるように、貫通孔８３の側壁に、黒色のレジスト材料をスプレーコートによって塗布することにより、遮光膜１２１が成膜される。
そして、図６２のDに示されるように、レンズ２１を含むレンズ樹脂部８２が、図２３を参照して説明した上型２０１と下型１８１を用いた加圧成型により、貫通孔８３の内側に形成される。
その後、図示は省略するが、高濃度ドープ基板１５６１Wとレンズ樹脂部８２の上側表面に上側表面層１２２が成膜され、高濃度ドープ基板１５６１Wとレンズ樹脂部８２の下側表面に下側表面層１２３が成膜され、個片化される。これにより、図６１のAに示したレンズ付き基板４１ａ’−１が完成する。
次に、図６３を参照して、図６１のBに示したレンズ付き基板４１ａ’−２の製造方法について説明する。
初めに、図６３のAに示されるように、B（ボロン）が所定の濃度で拡散（イオン注入）された基板状態のドープ基板１５７１Wが用意される。ドープ基板１５７１Wの不純物濃度は、例えば、１×１０１０cm-3程度である。
次に、図６３のBに示されるように、ドープ基板１５７１Wの所定の位置に、エッチングにより、貫通孔８３が形成される。図６３では、紙面の制約上、２個の貫通孔８３のみが示されているが、実際には、ドープ基板１５７１Wの平面方向に、多数の貫通孔８３が形成されている。
次に、図６３のCに示されるように、ドープ基板１５７１Wの光入射面側の基板表面から所定の深さ（例えば、３μm程度）まで、B（ボロン）がイオン注入された後、９００℃で熱処理が施される。その結果、図６３のDに示されるように、不純物濃度が高濃度である第１の領域１５５１と、それよりも低濃度である第２の領域１５５２が形成される。
そして、図６３のEに示されるように、貫通孔８３の側壁に、黒色のレジスト材料をスプレーコートによって塗布することにより、遮光膜１２１が成膜される。
また、図６３のFに示されるように、レンズ２１を含むレンズ樹脂部８２が、図２３を参照して説明した上型２０１と下型１８１を用いた加圧成型により、貫通孔８３の内側に形成される。
その後、図示は省略するが、ドープ基板１５７１Wとレンズ樹脂部８２の上側表面に上側表面層１２２が成膜され、ドープ基板１５７１Wとレンズ樹脂部８２の下側表面に下側表面層１２３が成膜され、個片化される。これにより、図６１のBに示したレンズ付き基板４１ａ’−２が完成する。
図１に示した積層レンズ構造体１１を構成するレンズ付き基板４１ａ乃至４１ｅのそれぞれを、図６１に示したような高濃度ドープ基板とすることができる。これにより、基板自体の光吸収量を上げることができる。
＜１７．受光素子の画素配列と絞り板の構造と用途説明＞
次に、図１０と図１１で示したカメラモジュール１が備える受光素子１２の画素配列と絞り板５１の構成についてさらに説明する。
図６４は、図１０と図１１で示したカメラモジュール１に備わる絞り板５１の平面形状の例を表す図である。
絞り板５１は、光を吸収もしくは反射することで入射を防ぐ遮蔽領域５１ａと、光を透過させる開口領域５１ｂとを備える。
図１０と図１１で示したカメラモジュール１に備わる４個の光学ユニット１３は、絞り板５１の開口領域５１ｂの開口径が、図６４のA乃至Dに示されるように、４個とも同じ大きさであっても良いし、異なる大きさであっても良い。図６４の図中の「L」、「M」、「S」は、開口領域５１ｂの開口径が「大」、「中」、「小」であることを表す。
図６４のAに記載の絞り板５１は、４個の開口領域５１ｂの開口径が同じである。
図６４のBに記載の絞り板５１は、２個の開口領域５１ｂの開口径の大きさが「中」つまり、標準的な絞りの開口である。これは例えば図１３に記載したように、絞り板５１が、レンズ付き基板４１のレンズ２１にやや重畳していて良い、言い換えれば、レンズ２１の直径よりも絞り板５１の開口領域５１ｂの方がやや小さくて良い。そして、図６４のBに記載の絞り板５１の残りの２個の開口領域５１ｂは、開口径の大きさが「大」つまり、先に述べた開口径の大きさが「中」のものよりも、開口径が大きい。この大きな開口領域５１ｂは、例えば被写体の照度が低い場合に、より多くの光をカメラモジュール１に備わる受光素子１２へ入射させるという作用をもたらす。
図６４のCに記載の絞り板５１は、２個の開口領域５１ｂの開口径の大きさが「中」つまり、標準的な絞りの開口である。そして、図６４のCに記載の絞り板５１の残りの２個の開口領域５１ｂは、開口径の大きさが「小」つまり、先に述べた開口径の大きさが「中」のものよりも、開口径が小さい。この小さな開口領域５１ｂは、例えば被写体の照度が高く、ここからの光を開口径の大きさが「中」である開口領域５１ｂを通してカメラモジュール１に備わる受光素子１２へ入射させると受光素子１２に備わる光電変換部で発生する電荷が光電変換部の飽和電荷量を越えてしまうような場合に、受光素子１２へ入射する光量を減らすという作用をもたらす。
図６４のDに記載の絞り板５１は、２個の開口領域５１ｂの開口径の大きさが「中」つまり、標準的な絞りの開口である。そして、図６４のDに記載の絞り板５１の残りの２個の開口領域５１ｂは、開口径の大きさが１個が「大」、１個が「小」である。これらの開口領域５１ｂは、図６４のBと図６４のCで述べた開口径の大きさが「大」および「小」の開口領域５１ｂと同様の作用をもたらす。
図６５は、図１０と図１１で示したカメラモジュール１の受光領域の構成を示している。
カメラモジュール１は、図６５に示されるように、４個の光学ユニット１３（不図示）を備える。そして、これら４個の光学ユニット１３へ入射した光を、それぞれの光学ユニット１３に対応した受光手段でそれぞれ受光する。そのために、図１０と図１１で示したカメラモジュール１は、受光素子１２が、４個の受光領域１６０１ａ１乃至１６０１ａ４を備える。
なお受光手段に関わる別の実施の形態として、カメラモジュール１に備わる１個の光学ユニット１３へ入射した光を受光する受光領域１６０１ａを、受光素子１２が１個備え、カメラモジュール１がこのような受光素子１２を、カメラモジュール１に備わる光学ユニット１３の個数分、例えば図１０と図１１に記載のカメラモジュール１の場合は４個、備える構成であっても良い。
受光領域１６０１ａ１乃至１６０１ａ４は、それぞれに光を受光する画素をアレイ状に配列した画素アレイ１６０１ｂ１乃至１６０１ｂ４を備える。
なお、図６５では、簡単のため、画素アレイに備わる画素を駆動するための回路や画素を読み出すための回路を省略し、受光領域１６０１ａ１乃至１６０１ａ４と、画素アレイ１６０１ｂ１乃至１６０１ｂ４とを同じ大きさで表している。
受光領域１６０１ａ１乃至１６０１ａ４に備わる画素アレイ１６０１ｂ１乃至１６０１ｂ４は、複数の画素からなる画素の繰り返し単位１６０２ｃ１乃至１６０２ｃ４を備え、これら繰り返し単位１６０２ｃ１乃至１６０２ｃ４を縦方向と横方向との双方にそれぞれ複数個アレイ状に配列することで、画素アレイ１６０１ｂ１乃至１６０１ｂ４が構成されている。
受光素子１２に備わる４個の受光領域１６０１ａ１乃至１６０１ａ４上には、それぞれに光学ユニット１３が配置される。４個の光学ユニット１３は、その一部として絞り板５１を備える。図６５では、絞り板５１の４個の開口領域５１ｂの開口径の一例として、図６４のDに示した絞り板５１の開口領域５１ｂが破線で示されている。
画像の信号処理の分野では、原画像に対して適応することでより解像度が高い画像を得る技術として、超解像技術が知られている。その一例は、例えば特開２０１５−１０２７９４号公報に開示されている。
図１０と図１１に記載のカメラモジュール１は、断面構造として、図１３、図１６、図１７や、図３４、図３５、図３７、図５５に記載の構造を取り得る。
これらのカメラモジュール１は、光の入射面となるモジュール１の表面の縦方向と横方向のそれぞれについて２個ずつ配置した光学ユニット１３に備わる光軸が、同じ方向に延びている。これにより、光軸が同じ方向を向きながら、異なる受光領域を用いて、必ずしも同一ではない複数枚の画像を得ることができる。
この様な構造のカメラモジュール１は、得られた複数枚の原画像を基に、これらへ超解像技術を利用して、１個の光学ユニット１３から得られる１枚の画像よりも、解像度が高い画像を得ることに適している。
図６６乃至図６９は、図１０と図１１で示したカメラモジュール１の受光領域の画素の構成例を示している。
なお、図６６乃至図６９において、Gの画素は、緑色波長の光を受光する画素を表し、Rの画素は、赤色波長の光を受光する画素を表し、Bの画素は、青色波長の光を受光する画素を表す。Cの画素は、可視光の全波長領域の光を受光する画素を表す。
図６６は、カメラモジュール１の受光素子１２に備わる４個の画素アレイ１６０１ｂ１乃至１６０１ｂ４の画素配列の第１の例を示している。
４個の画素アレイ１６０１ｂ１乃至１６０１ｂ４では、それぞれ、繰り返し単位１６０２ｃ１乃至１６０２ｃ４が行方向及び列方向に繰り返し配列されている。図６６の繰り返し単位１６０２ｃ１乃至１６０２ｃ４それぞれは、R,G,B,Gの画素で構成されている。
図６６の画素配列は、可視光が照射された被写体からの入射光を赤色（Ｒ）・緑色（Ｇ）・青色（Ｂ）に分光してＲＧＢ３色からなる画像を得ることに適する、という作用をもたらす。
図６７は、カメラモジュール１の受光素子１２に備わる４個の画素アレイ１６０１ｂ１乃至１６０１ｂ４の画素配列の第２の例を示している。
図６７の画素配列は、図６６の画素配列とは、繰り返し単位１６０２ｃ１乃至１６０２ｃ４を構成する各画素が受光する光の波長（色）の組合せが異なる。図６７では、繰り返し単位１６０２ｃ１乃至１６０２ｃ４それぞれは、R,G,B,Cの画素で構成されている。
図６７の画素配列は、上述のようにR,G,Bに分光しないで可視光の全波長領域の光を受光するCの画素を備える。Cの画素は分光した一部の光を受光するR,G,Bの画素よりも受光する光量が多い。このためこの構成は、例えば被写体の照度が低い場合であっても、この受光量の多いCの画素で得られる情報、例えば被写体の輝度情報を用いて、明度がより高い画像あるいは輝度についての階調性がより多い画像を得ることができる、という作用をもたらす。
図６８は、カメラモジュール１の受光素子１２に備わる４個の画素アレイ１６０１ｂ１乃至１６０１ｂ４の画素配列の第３の例を示している。
図６８では、繰り返し単位１６０２ｃ１乃至１６０２ｃ４それぞれは、R,C,B,Cの画素で構成されている。
図６８に記載の画素の繰り返し単位１６０２ｃ１乃至１６０２ｃ４は、Gの画素を備えない。Gの画素に相当する情報は、C、R、及びBの画素からの情報を演算処理することによって得る。例えば、Cの画素の出力値から、Ｒの画素とＢの画素の出力値を減じることによって得る。
図６８に記載の画素の繰り返し単位１６０２ｃ１乃至１６０２ｃ４は、全波長領域の光を受光するCの画素を、図６７に記載の繰り返し単位１６０２ｃ１乃至１６０２ｃ４の２倍となる２個備える。また、図６８に備わる画素アレイ１６０１ｂにおけるCの画素のピッチが、画素アレイ１６０１ｂの縦方向と横方向の双方において、図６７に備わる画素アレイ１６０１ｂにおけるCの画素のピッチの２倍となるように、図６８に記載の画素の繰り返し単位１６０２ｃ１乃至１６０２ｃ４は、２個のCの画素を繰り返し単位１６０２ｃの外形線の対角線方向に配置している。
このため図６８に記載の構成は、例えば被写体の照度が低い場合に、受光量の多いCの画素から得る情報、例えば輝度情報を、図６７に記載の構成と比較して、２倍の解像度で得ることが可能となり、これにより解像度が２倍高くて鮮明な画像を得ることができる、という作用をもたらす。
図６９は、カメラモジュール１の受光素子１２に備わる４個の画素アレイ１６０１ｂ１乃至１６０１ｂ４の画素配列の第４の例を示している。
図６９では、繰り返し単位１６０２ｃ１乃至１６０２ｃ４それぞれは、R,C,C,Cの画素で構成されている。
例えば、自動車に搭載して前方を撮影するカメラ用途の場合、カラー画像は必ずしも必要とされない場合が多々ある。前方を走行する自動車の赤色のブレーキランプと道路に設置された信号機の赤信号を認識できて、かつ、その他の被写体の形状を認識できることを要求される場合が多い。
このため図６９に記載の構成は、Ｒの画素を備えることで自動車の赤色のブレーキランプと道路に設置された信号機の赤信号を認識し、かつ、受光量の多いCの画素を図６８に記載の画素の繰り返し単位１６０２ｃよりもさらに数多く備えることで、例えば被写体の照度が低い場合にも、より解像度が高くて鮮明な画像を得ることができる、という作用をもたらす。
なお、図６６乃至６９に示した受光素子１２を備えるカメラモジュール１は、そのいずれもが、絞り板５１の形状として、図６４のA乃至Dに記載のいずれを用いても良い。
図６６乃至６９に示した受光素子１２のいずれかと、図６４のA乃至Dいずれかの絞り板５１を備えた、図１０と図１１に記載のカメラモジュール１は、光の入射面となるカメラモジュール１の表面の縦方向と横方向のそれぞれについて２個ずつ配置した光学ユニット１３に備わる光軸が、同じ方向に延びている。
このような構造のカメラモジュール１は、得られた複数枚の原画像へ超解像技術を適応して、より解像度が高い画像を得ることができる、という作用をもたらす。
図７０は、図６６に示した画素配列の変形例を示している。
図６６の繰り返し単位１６０２ｃ１乃至１６０２ｃ４は、R,G,B,Gの画素で構成され、同色の２つのGの画素の構造が同一であるのに対して、図７０では、繰り返し単位１６０２ｃ１乃至１６０２ｃ４は、R,G1,B,G2の画素で構成され、同色の２つのGの画素、即ち、G1の画素とG2の画素で、画素の構造が異なる。
G1の画素とG2の画素は、画素に備わる信号生成手段（例えばフォトダイオード）として、G1の画素よりもG2の画素の方が、その適正な動作限界が高いもの（例えば飽和電荷量が大きいもの）を備える。かつ、画素に備わる生成信号の変換手段（例えば電荷電圧変換容量）の大きさも、G1の画素よりもG2の画素の方が大きいものを備える。
これらの構成により、G2の画素は、単位時間当たりに一定量の信号（例えば電荷）が生成した場合の出力信号がG1の画素よりも小さく抑えられ、かつ飽和電荷量が大きいために、例えば、被写体の照度が高い場合にも、画素が動作限界には至らず、これにより高い階調性を有する画像を得られる、という作用をもたらす。
一方、G1の画素は、単位時間当たりに一定量の信号（例えば電荷）が生成した場合に、G2の画素よりも大きな出力信号が得られるため、例えば、被写体の照度が低い場合にも、高い階調性を有する画像を得られる、という作用をもたらす。
図７０に記載の受光素子１２は、このようなG1の画素とG2の画素とを備えるため、広い照度範囲において高い階調性を有する画像を得られる、いわゆるダイナミックレンジの広い画像を得られる、という作用をもたらす。
図７１は、図６８の画素配列の変形例を示している。
図６８の繰り返し単位１６０２ｃ１乃至１６０２ｃ４は、R,C,B,Cの画素で構成され、同色の２つのCの画素の構造が同一であるのに対して、図７１では、繰り返し単位１６０２ｃ１乃至１６０２ｃ４は、R,C1,B,C2の画素で構成され、同色の２つのCの画素、即ち、C1の画素とC2の画素で、画素の構造が異なる。
C1の画素とC2の画素も、画素に備わる信号生成手段（例えばフォトダイオード）として、C1の画素よりもC2の画素の方が、その動作限界が高いもの（例えば飽和電荷量が大きいもの）を備える。かつ、画素に備わる生成信号の変換手段（例えば電荷電圧変換容量）の大きさも、C1の画素よりもC2の画素の方が大きいものを備える。
図７２は、図６９の画素配列の変形例を示している。
図６９の繰り返し単位１６０２ｃ１乃至１６０２ｃ４は、R,C,C,Cの画素で構成され、同色の３つのCの画素の構造が同一であるのに対して、図７２では、繰り返し単位１６０２ｃ１乃至１６０２ｃ４は、R,C1,C2,C3の画素で構成され、同色の３つのCの画素、即ち、C1乃至C3の画素で、画素の構造が異なる。
例えば、C1乃至C3の画素も、画素に備わる信号生成手段（例えばフォトダイオード）として、C1の画素よりもC2の画素、C2の画素よりもC3の画素の方が、その動作限界が高いもの（例えば飽和電荷量が大きいもの）を備える。また、画素に備わる生成信号の変換手段（例えば電荷電圧変換容量）の大きさも、C1の画素よりもC2の画素、C2の画素よりもC3の画素の方が大きいものを備える。
図７１及び図７２に記載の受光素子１２は、上記の構成を備えるため、図７０に記載の受光素子１２と同様、広い照度範囲において高い階調性を有する画像を得られる、いわゆるダイナミックレンジの広い画像を得られる、という作用をもたらす。
図７０乃至図７２に記載の受光素子１２を備えるカメラモジュール１の絞り板５１の構成としては、図６４のA乃至Dに示した各種の絞り板５１の構成や、それらの変形例を採用することができる。
図７０乃至図７２に示した受光素子１２のいずれかと、図６４のA乃至Dいずれかの絞り板５１を備えた、図１０と図１１に記載のカメラモジュール１は、光の入射面となるカメラモジュール１の表面の縦方向と横方向のそれぞれについて２個ずつ配置した光学ユニット１３に備わる光軸が、同じ方向に延びている。
このような構造のカメラモジュール１は、得られた複数枚の原画像へ超解像技術を適応して、より解像度が高い画像を得ることができる、という作用をもたらす。
図７３のAは、カメラモジュール１の受光素子１２に備わる４個の画素アレイ１６０１ｂ１乃至１６０１ｂ４の画素配列の第５の例を示している。
受光素子１２に備わる４個の画素アレイ１６０１ｂ１乃至１６０１ｂ４は、上述したように必ずしも同一の構造ではなく、図７３のAに示されるように、異なる構造であっても良い。
図７３のAに示される受光素子１２においては、画素アレイ１６０１ｂ１と画素アレイ１６０１ｂ４の構造が同じであり、画素アレイ１６０１ｂ１と１６０１ｂ４を構成する繰り返し単位１６０２ｃ１と１６０２ｃ４の構造も同じである。
これに対して、画素アレイ１６０１ｂ２と画素アレイ１６０１ｂ３の構造は、画素アレイ１６０１ｂ１と画素アレイ１６０１ｂ４の構造と異なる。具体的には、画素アレイ１６０１ｂ２と画素アレイ１６０１ｂ３の繰り返し単位１６０２ｃ２と１６０２ｃ３に含まれる画素サイズが、画素アレイ１６０１ｂ１と画素アレイ１６０１ｂ４の繰り返し単位１６０２ｃ１と１６０２ｃ４の画素サイズより大きい。さらに言えば、画素に含まれる光電変換部の大きさが大きい。画素サイズが大きいため、繰り返し単位１６０２ｃ２と１６０２ｃ３の領域サイズも、繰り返し単位１６０２ｃ１と１６０２ｃ４の領域サイズよりも大きい。このため、画素アレイ１６０１ｂ２と画素アレイ１６０１ｂ３は、画素アレイ１６０１ｂ１と画素アレイ１６０１ｂ４と比較して、同じ面積ではあるが、少ない画素数で構成されている。
図７３のAの受光素子１２を備えるカメラモジュール１の絞り板５１の構成としては、図６４のA乃至Cに示した各種の絞り板５１の構成、もしくは、図７３のB乃至Dに示される絞り板５１の構成、または、それらの変形例を採用することができる。
一般的に、大きな画素を用いる受光素子は、小さな画素を用いる受光素子よりも、信号ノイズ比（Ｓ／Ｎ比）の良い画像を得られる、という作用をもたらす。
例えば信号の読み出し回路や読み出した信号を増幅する回路でのノイズの大きさは、大きな画素を用いる受光素子と小さな画素を用いる受光素子とでほぼ同じであるのに対して、画素に備わる信号生成部で生成する信号の大きさは、画素が大きいほど大きくなる。
このため、大きな画素を用いる受光素子は、小さな画素を用いる受光素子よりも、信号ノイズ比（Ｓ／Ｎ比）の良い画像を得られる、という作用をもたらす。
一方、画素アレイの大きさが同じであるならば、小さな画素を用いる受光素子は、大きな画素を用いる受光素子よりも、解像度が高くなる。
このため、小さな画素を用いる受光素子は、大きな画素を用いる受光素子よりも、解像度の高い画像を得られる、という作用をもたらす。
図７３のAに記載の受光素子１２に備わる上記の構成は、例えば、被写体の照度が高くそれゆえ受光素子１２において大きな信号が得られる場合には、画素サイズが小さく解像度が高い受光領域１６０１ａ１と１６０１ａ４を用いて、解像度の高い画像を得ることが可能となり、さらにこれら２枚の画像へ超解像技術を適応してより解像度の高い画像をも得る、という作用をもたらす。
また、被写体の照度が低くそれゆえ受光素子１２において大きな信号が得られないために、画像のＳ／Ｎ比が低下する懸念がある場合には、Ｓ／Ｎ比の高い画像が得られる受光領域１６０１ａ２と１６０１ａ３を用いて、Ｓ／Ｎ比の高い画像を得ることが可能となり、さらにこれら２枚の画像へ超解像技術を適応してより解像度の高い画像をも得る、という作用をもたらす。
この場合、図７３のAに示した受光素子１２を備えるカメラモジュール１は、絞り板５１の形状として、図７３のB乃至Dに記載した絞り板５１の形状に関わる３枚のうち、例えば、図７３のBに記載の絞り板５１の形状を用いて良い。
図７３のB乃至Dに記載した絞り板５１の形状に関わる３枚のうち、例えば、図７３のCの絞り板５１は、大きな画素を用いた受光領域１６０１ａ２と１６０１ａ３と組み合わせて用いる絞り板５１の開口領域５１ｂが、他の受光領域と組み合わせて用いる絞り板５１の開口領域５１ｂよりも大きい。
このため、図７３のB乃至Dに記載した絞り板５１の形状に関わる３枚のうち、図７３のCの絞り板５１を、図７３のAに示した受光素子１２と組み合わせて用いるカメラモジュール１は、図７３のBの絞り板５１を、図７３のAに示した受光素子１２と組み合わせて用いるカメラモジュール１よりも、例えば、被写体の照度が低くそれゆえ受光素子１２において大きな信号が得られない場合に、受光領域１６０１ａ２と１６０１ａ３とにおいて、よりＳ／Ｎ比の高い画像を得ることが可能になる、という作用をもたらす。
図７３のB乃至Dに記載した絞り板５１の形状に関わる３枚のうち、例えば、図７３のDの絞り板５１は、大きな画素を用いた受光領域１６０１ａ２と１６０１ａ３と組み合わせて用いる絞り板５１の開口領域５１ｂが、他の受光領域と組み合わせて用いる絞り板５１の開口領域５１ｂよりも小さい。
このため、図７３のB乃至Dに記載した絞り板５１の形状に関わる３枚のうち、図７３のDの絞り板５１を、図７３のAに示した受光素子１２と組み合わせて用いるカメラモジュール１は、図７３のB乃至Dに記載した絞り板５１の形状に関わる３枚のうち、図７３のBの絞り板５１を、図７３のAに示した受光素子１２と組み合わせて用いるカメラモジュール１よりも、例えば、被写体の照度が高くそれゆえ受光素子１２において大きな信号が得られる場合に、受光領域１６０１ａ２と１６０１ａ３へ入射する光の量を抑える、という作用をもたらす。
これにより、受光領域１６０１ａ２と１６０１ａ３に備わる画素へ過大な光が入射してしまい、これにより受光領域１６０１ａ２と１６０１ａ３に備わる画素の適正な動作限界を超えてしまう（例えば飽和電荷量を越えてしまう）という事態の発生を抑える、という作用をもたらす。
図７４のAは、カメラモジュール１の受光素子１２に備わる４個の画素アレイ１６０１ｂ１乃至１６０１ｂ４の画素配列の第６の例を示している。
図７４のAに示される受光素子１２においては、画素アレイ１６０１ｂ１の繰り返し単位１６０２ｃ１の領域サイズが、画素アレイ１６０１ｂ２及び１６０１ｂ３の繰り返し単位１６０２ｃ１及び１６０２ｃ２の領域サイズよりも小さい。画素アレイ１６０１ｂ４の繰り返し単位１６０２ｃ４の領域サイズは、画素アレイ１６０１ｂ２及び１６０１ｂ３の繰り返し単位１６０２ｃ１及び１６０２ｃ２の領域サイズよりも大きい。
即ち、繰り返し単位１６０２ｃ１乃至１６０２ｃ４の領域サイズには、繰り返し単位１６０２ｃ１＜（繰り返し単位１６０２ｃ２＝繰り返し単位１６０２ｃ３）＜繰り返し単位１６０２ｃ４、という関係がある。
繰り返し単位１６０２ｃ１乃至１６０２ｃ４の領域サイズが大きいほど、画素サイズも大きく、光電変換部のサイズも大きい。
図７４のAの受光素子１２を備えるカメラモジュール１の絞り板５１の構成としては、図６４のA乃至Cに示した各種の絞り板５１の構成、もしくは、図７４のB乃至Dに示される絞り板５１の構成、または、それらの変形例を採用することができる。
図７４のAに記載の受光素子１２に備わる上記の構成は、例えば、被写体の照度が高くそれゆえ受光素子１２において大きな信号が得られる場合には、画素サイズが小さく解像度が高い受光領域１６０１ａ１を用いて、解像度の高い画像を得ることが可能となる、という作用をもたらす。
また、被写体の照度が低くそれゆえ受光素子１２において大きな信号が得られないために、画像のＳ／Ｎ比が低下する懸念がある場合には、Ｓ／Ｎ比の高い画像が得られる受光領域１６０１ａ２と１６０１ａ３を用いて、Ｓ／Ｎ比の高い画像を得ることが可能となり、さらにこれら２枚の画像へ超解像技術を適応してより解像度の高い画像をも得る、という作用をもたらす。
被写体の照度がさらに低くそれゆえ受光素子１２において画像のＳ／Ｎ比がさらに低下する懸念がある場合には、Ｓ／Ｎ比のさらに高い画像が得られる受光領域１６０１ａ４を用いて、Ｓ／Ｎ比のさらに高い画像を得ることが可能となり、という作用をもたらす。
この場合、図７４のAに示した受光素子１２を備えるカメラモジュール１は、絞り板５１の形状として、図７４のB乃至Dに記載した絞り板５１の形状に関わる３枚のうち、例えば、図７４のBに記載の絞り板５１の形状を用いて良い。
図７４のB乃至Dに記載した絞り板５１の形状に関わる３枚のうち、例えば、図７４のCの絞り板５１は、大きな画素を用いた受光領域１６０１ａ２と１６０１ａ３と組み合わせて用いる絞り板５１の開口領域５１ｂが、小さな画像を用いた受光領域１６０１ａ１と組み合わせて用いる絞り板５１の開口領域５１ｂよりも大きい。また、さらに大きな画素を用いた受光領域１６０１ａ４と組み合わせて用いる絞り板５１の開口領域５１ｂは、さらに大きい。
このため、図７４のB乃至Dに記載した絞り板５１の形状に関わる３枚のうち、図７４のCの絞り板５１を、図７４のAに示した受光素子１２と組み合わせて用いるカメラモジュール１は、図７４のB乃至Dに記載した絞り板５１の形状に関わる３枚のうち、図７４のBの絞り板５１を、図７４のAに示した受光素子１２と組み合わせて用いるカメラモジュール１よりも、例えば、被写体の照度が低くそれゆえ受光素子１２において大きな信号が得られない場合に、受光領域１６０１ａ２と１６０１ａ３とにおいて、よりＳ／Ｎ比の高い画像を得ることが可能になると共に、被写体の照度がさらに低い場合に、受光領域１６０１ａ４において、さらにＳ／Ｎ比の高い画像を得ることが可能になる、という作用をもたらす。
図７４のB乃至Dに記載した絞り板５１の形状に関わる３枚のうち、例えば、図７４のDの絞り板５１は、大きな画素を用いた受光領域１６０１ａ２と１６０１ａ３と組み合わせて用いる絞り板５１の開口領域５１ｂが、小さな画像を用いた受光領域１６０１ａ１と組み合わせて用いる絞り板５１の開口領域５１ｂよりも小さい。また、さらに大きな画素を用いた受光領域１６０１ａ４と組み合わせて用いる絞り板５１の開口領域５１ｂは、さらに小さい。
このため、図７４のB乃至Dに記載した絞り板５１の形状に関わる３枚のうち、図７４のDの絞り板５１を、図７４のAに示した受光素子１２と組み合わせて用いるカメラモジュール１は、図７４のB乃至Dに記載した絞り板５１の形状に関わる３枚のうち、図７４のBの絞り板５１を、図７４のAに示した受光素子１２と組み合わせて用いるカメラモジュール１よりも、例えば、被写体の照度が高くそれゆえ受光素子１２において大きな信号が得られる場合に、受光領域１６０１ａ２と１６０１ａ３へ入射する光の量を抑える、という作用をもたらす。
これにより、受光領域１６０１ａ２と１６０１ａ３に備わる画素へ過大な光が入射してしまい、これにより受光領域１６０１ａ２と１６０１ａ３に備わる画素の適正な動作限界を超えてしまう（例えば飽和電荷量を越えてしまう）という事態の発生を抑える、という作用をもたらす。
また、受光領域１６０１ａ４へ入射する光の量をさらに抑え、これにより、受光領域１６０１ａ４に備わる画素へ過大な光が入射してしまい、これにより受光領域１６０１ａ４に備わる画素の適正な動作限界を超えてしまう（例えば飽和電荷量を越えてしまう）という事態の発生をも抑える、という作用をもたらす。
なお、別の実施形態として、例えば一般的なカメラで用いられるように、複数枚の板を組み合わせ、その位置関係を変えることで開口の大きさを変える絞りと同様の構造を用いて、開口領域５１ｂが可変となる絞り板５１をカメラモジュールが備え、被写体の照度に応じて絞りの開口の大きさを変える構造としても良い。
例えば、図７３のAと図７４のAに記載の受光素子１２を用いる場合に、被写体の照度が低い場合には、図７３のB乃至Dと図７４のB乃至Dに記載した絞り板５１の形状に関わる３枚のうち、図７３のCと図７４のCの形状を用いて、これよりも被写体の照度が高い場合には、図７３のBと図７４のBの形状を用いて、これよりもさらに被写体の照度が高い場合には、図７３のDと図７４のDの形状を用いる、という構造としても良い。
図７５は、カメラモジュール１の受光素子１２に備わる４個の画素アレイ１６０１ｂ１乃至１６０１ｂ４の画素配列の第７の例を示している。
図７５に示される受光素子１２では、画素アレイ１６０１ｂ１の全画素は、緑色の波長の光を受光する画素で構成されている。画素アレイ１６０１ｂ２の全画素は、青色の波長の光を受光する画素で構成されている。画素アレイ１６０１ｂ３の全画素は、赤色の波長の光を受光する画素で構成されている。画素アレイ１６０１ｂ４の全画素は、緑色の波長の光を受光する画素で構成されている。
図７６は、カメラモジュール１の受光素子１２に備わる４個の画素アレイ１６０１ｂ１乃至１６０１ｂ４の画素配列の第８の例を示している。
図７６に示される受光素子１２では、画素アレイ１６０１ｂ１の全画素は、緑色の波長の光を受光する画素で構成されている。画素アレイ１６０１ｂ２の全画素は、青色の波長の光を受光する画素で構成されている。画素アレイ１６０１ｂ３の全画素は、赤色の波長の光を受光する画素で構成されている。画素アレイ１６０１ｂ４の全画素は、可視光全体の領域の波長の光を受光する画素で構成されている。
図７７は、カメラモジュール１の受光素子１２に備わる４個の画素アレイ１６０１ｂ１乃至１６０１ｂ４の画素配列の第９の例を示している。
図７７に示される受光素子１２では、画素アレイ１６０１ｂ１の全画素は、可視光全体の領域の波長の光を受光する画素で構成されている。画素アレイ１６０１ｂ２の全画素は、青色の波長の光を受光する画素で構成されている。画素アレイ１６０１ｂ３の全画素は、赤色の波長の光を受光する画素で構成されている。画素アレイ１６０１ｂ４の全画素は、可視光全体の領域の波長の光を受光する画素で構成されている。
図７８は、カメラモジュール１の受光素子１２に備わる４個の画素アレイ１６０１ｂ１乃至１６０１ｂ４の画素配列の第１０の例を示している。
図７８に示される受光素子１２では、画素アレイ１６０１ｂ１の全画素は、可視光全体の領域の波長の光を受光する画素で構成されている。画素アレイ１６０１ｂ２の全画素は、可視光全体の領域の光を受光する画素で構成されている。画素アレイ１６０１ｂ３の全画素は、赤色の波長の光を受光する画素で構成されている。画素アレイ１６０１ｂ４の全画素は、可視光全体の領域の波長の光を受光する画素で構成されている。
図７５乃至図７８に示したように、受光素子１２の画素アレイ１６０１ｂ１乃至１６０１ｂ４は、画素アレイ単位で同一帯域の波長の光を受光するように構成することができる。
従来から知られるＲＧＢ３板式の固体撮像装置は、受光素子を３個備えそれぞれの受光素子が、Ｒ画像のみ、Ｇ画像のみ、Ｂ画像のみ、を撮影する。従来から知られるＲＧＢ３板式の固体撮像装置は、１個の光学ユニットへ入射した光を、プリズムによって３方向へ分光した後、３個の受光素子を用いて受光している。このため、３個の受光素子へ入射する被写体画像の位置は、３個の間で同一である。このためこれら３個の画像へ超解像技術を適用して、感度の高い画像を得ることは難しい。
これに対して、図７５乃至図７８に記載の受光素子１２いずれかを用いる、図１０と図１１に記載のカメラモジュール１は、光の入射面となるカメラモジュール１の表面において、その面内の縦方向と横方向のそれぞれに２個ずつ光学ユニット１３が配置され、かつこれら４個の光学ユニット１３に備わる光軸が、平行となって同じ方向に延びている。これにより、光軸が同じ方向を向きながら、受光素子１２が備える４個の異なる受光領域１６０１ａ１乃至１６０１ａ４を用いて、必ずしも同一ではない複数枚の画像を得ることができる。
この様な構造のカメラモジュール１は、上記の配置の４個の光学ユニット１３から得られた複数枚の画像を基に、これらへ超解像技術を利用して、１個の光学ユニット１３から得られる１枚の画像よりも、解像度が高い画像を得ることができる、という作用をもたらす。
なお、図７５に記載の受光素子１２によって、Ｇ、Ｒ、Ｇ、Ｂ、４枚の画像を得る構成は、図６６に記載の受光素子１２において、Ｇ、Ｒ、Ｇ、Ｂ、４個の画素を繰り返し単位とする構成によってもたらされる作用と、同様の作用をもたらす。
図７６に記載の受光素子１２において、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｃ、４枚の画像を得る構成は、図６７に記載の受光素子１２において、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｃ、４個の画素を繰り返し単位とする構成によってもたらされる作用と、同様の作用をもたらす。
図７７に記載の受光素子１２において、Ｒ、Ｃ、Ｂ、Ｃ、４枚の画像を得る構成は、図６８に記載の受光素子１２において、Ｒ、Ｃ、Ｂ、Ｃ、４個の画素を繰り返し単位とする構成によってもたらされる作用と、同様の作用をもたらす。
図７８に記載の受光素子１２において、Ｒ、Ｃ、Ｃ、Ｃ、４枚の画像を得る構成は、図６９に記載の受光素子１２において、Ｒ、Ｃ、Ｃ、Ｃ、４個の画素を繰り返し単位とする構成によってもたらされる作用と、同様の作用をもたらす。
図７５乃至図７８に示した受光素子１２いずれかを備えるカメラモジュール１の絞り板５１の構成としては、図６４のA乃至Dに示した各種の絞り板５１の構成や、それらの変形例を採用することができる。
図７９のAは、カメラモジュール１の受光素子１２に備わる４個の画素アレイ１６０１ｂ１乃至１６０１ｂ４の画素配列の第１１の例を示している。
図７９のAに示される受光素子１２においては、画素アレイ１６０１ｂ１乃至１６０１ｂ４それぞれで、１画素の画素サイズ、または、各画素が受光する光の波長が異なる。
画素サイズについては、画素アレイ１６０１ｂ１が最も小さく、画素アレイ１６０１ｂ２と１６０１ｂ３が同サイズで、画素アレイ１６０１ｂ１よりも大きく、画素アレイ１６０１ｂ４が、画素アレイ１６０１ｂ２と１６０１ｂ３よりも、さらに大きく構成されている。画素サイズの大きさは、各画素が備える光電変換部の大きさと比例する。
各画素が受光する光の波長については、画素アレイ１６０１ｂ１、１６０１ｂ２、及び１６０１ｂ４は、可視光全体の領域の波長の光を受光する画素で構成され、画素アレイ１６０１ｂ３は、赤色の波長の光を受光する画素で構成されている。
図７９のAに記載の受光素子１２に備わる上記の構成は、例えば、被写体の照度が高くそれゆえ受光素子１２において大きな信号が得られる場合には、画素サイズが小さく解像度が高い受光領域１６０１ａ１を用いて、解像度の高い画像を得ることが可能となる、という作用をもたらす。
また、被写体の照度が低くそれゆえ受光素子１２において大きな信号が得られないために、画像のＳ／Ｎ比が低下する懸念がある場合には、Ｓ／Ｎ比の高い画像が得られる受光領域１６０１ａ２を用いて、Ｓ／Ｎ比の高い画像を得ることが可能となる、という作用をもたらす。
被写体の照度がさらに低くそれゆえ受光素子１２において画像のＳ／Ｎ比がさらに低下する懸念がある場合には、Ｓ／Ｎ比のさらに高い画像が得られる受光領域１６０１ａ４を用いて、Ｓ／Ｎ比のさらに高い画像を得ることが可能となり、という作用をもたらす。
なお、図７９のAに記載の受光素子１２へ、図７９のB乃至Dに記載した絞り板５１の形状に関わる３枚のうち、図７９のBの絞り板５１を組み合わせて用いる構成は、図７４のAに記載の受光素子１２へ、図７４のB乃至Dに記載した絞り板５１の形状に関わる３枚のうち、図７４のBの絞り板５１を組み合わせて用いる構成によってもたらされる作用と、同様の作用をもたらす。
また、図７９のAに記載の受光素子１２へ、図７９のB乃至Dに記載した絞り板５１の形状に関わる３枚のうち、図７９のCの絞り板５１を組み合わせて用いる構成は、図７４のAに記載の受光素子１２へ、図７４のB乃至Dに記載した絞り板５１の形状に関わる３枚のうち、図７４のCの絞り板５１を組み合わせて用いる構成によってもたらされる作用と、同様の作用をもたらす。
また、図７９のAに記載の受光素子１２へ、図７９のB乃至Dに記載した絞り板５１の形状に関わる３枚のうち、図７９のDの絞り板５１を組み合わせて用いる構成は、図７４のAに記載の受光素子１２へ、図７４のB乃至Dに記載した絞り板５１の形状に関わる３枚のうち、図７４のDの絞り板５１を組み合わせて用いることによってもたらされる作用と、同様の作用をもたらす。
図７９のAの受光素子１２を備えるカメラモジュール１には、図６４のA若しくはDに示した絞り板５１の構成、若しくは、図７９のB乃至Dに示される絞り板５１の構成、または、それらの変形例を採用することができる。
＜１８．カメラモジュールの第１２の実施の形態＞
図８０は、本技術を適用した積層レンズ構造体を用いたカメラモジュールの第１２の実施の形態を示す図である。
図８０のAは、カメラモジュール１の第１２の実施の形態としてのカメラモジュール１Mの外観を示す模式図である。図８０のBは、カメラモジュール１Mの概略断面図である。
カメラモジュール１Mは、図９に示した第２の実施の形態のカメラモジュール１Bと同様、２個の光学ユニット１３を備える。カメラモジュール１Mが、図９のカメラモジュール１Bと異なる点は、第２の実施の形態のカメラモジュール１Bでは、２個の光学ユニット１３の光学パラメータが異なる構成であったのに対して、第１２の実施の形態のカメラモジュール１Mでは、２個の光学ユニット１３の光学パラメータが同じものとなっている。すなわち、カメラモジュール１Mに備わる２個の光学ユニット１３において、レンズ２１の個数、レンズ２１の径、レンズ２１の厚さ、レンズ２１の表面形状、レンズ２１の材料、上下に隣接する２枚のレンズ２１の間の距離、などが同じになっている。
図８０のCは、カメラモジュール１Mの積層レンズ構造体１１を構成する所定の１層のレンズ付き基板４１の平面形状を示す図である。
図８０のDは、図８０のCに示したレンズ付き基板４１を得るための、基板状態のレンズ付き基板４１Wの平面図である。
図８１は、図８０に示したカメラモジュール１Mの受光素子１２の構造を説明する図である。
カメラモジュール１Mの受光素子１２は、２個の受光領域１６０１ａ１と１６０１ａ２を備える。受光領域１６０１ａ１と１６０１ａ２は、それぞれに光を受光する画素をアレイ状に配列した画素アレイ１６０１ｂ１と１６０１ｂ２を備える。
画素アレイ１６０１ｂ１と１６０１ｂ２は、複数もしくは単数の画素からなる繰り返し単位１６０２ｃ１と１６０２ｃ２を備える。より詳しくは、画素アレイ１６０１ｂ１は、繰り返し単位１６０２ｃ１を縦方向と横方向の双方にそれぞれ複数個アレイ状に配列することで構成され、画素アレイ１６０１ｂ２は、繰り返し単位１６０２ｃ２を縦方向と横方向の双方にそれぞれ複数個アレイ状に配列することで構成されている。繰り返し単位１６０２ｃ１は、R,G,B,Gの各画素からなる４画素であり、繰り返し単位１６０２ｃ２は、１つのCの画素で構成される。
したがって、カメラモジュール１Mは、カラー画像信号を出力する１組のセンサユニット、即ち、R,G,Bの各画素を有する画素アレイ１６０１ｂ１と光学ユニット１３の組と、白黒画像信号を出力する１組のセンサユニット、即ち、Cの画素を有する画素アレイ１６０１ｂ２と光学ユニット１３の組とを備える。
国際電気通信連合が定めた、Ｒ，Ｇ，Ｂの画素信号を輝度信号と色差信号へ変換する規格ITU―R BT．601―7の輝度信号Ｙに関する次式（１）からもわかるように、Ｒ，Ｇ，Ｂの画素信号の中で、Ｇの信号は輝度に関する感度が最も高く、Ｂの信号は輝度に関する感度が最も低い。
Ｙ＝０．２９９Ｒ＋０．５８７Ｇ＋０．１１４Ｂ ・ ・ ・式（１）
そこで簡単のため、図８１に記載の受光領域１６０１ａ１において、高い感度で輝度情報が得られる画素はＧの画素だけだと仮定して、高い感度で輝度情報が得られる画素が配置された場所を示すと、図８２に示されるようになる。
図８２は、図８１に示した受光素子１２において、高い感度で輝度情報が得られる画素が配置された場所を示す図である。
輝度情報に関わる上記の仮定に基づくと、受光領域１６０１ａ１において高い感度で輝度情報が得られる画素は、Ｇの画素のみとなる。これに対して、受光領域１６０１ａ２では、画素アレイ１６０１ｂ２を構成する全ての画素が、可視光の全波長領域の光を受光することにより高い感度で輝度情報が得られる、Ｃの画素となっている。
図８３は、各画素の画素信号の出力点を画素中心として、図８２に示した受光素子１２において、高い感度で輝度情報が得られる画素（以下、高輝度画素ともいう。）の配置ピッチを示した図である。
受光領域１６０１ａ１と受光領域１６０１ａ２の高輝度画素の配置ピッチを比較すると、行方向と列方向については、共通の配置ピッチP_LEN1となっている。
しかし、行方向および列方向に対して４５°となる斜め方向については、受光領域１６０１ａ１の配置ピッチP_LEN2と受光領域１６０１ａ２の配置ピッチP_LEN3は異なる。具体的には、受光領域１６０１ａ２の配置ピッチP_LEN3は、受光領域１６０１ａ１の配置ピッチP_LEN2の１／２の幅になっている。言い換えれば、行方向および列方向に対して４５°となる斜め方向については、受光領域１６０１ａ２は、受光領域１６０１ａ１よりも、解像度が２倍高い画像を得ることができる。
図８０乃至図８３を参照して説明した２眼構造のカメラモジュール１Mは、R,G,B,Gの画素配列を繰り返し単位１６０２ｃ１として有するいわゆるベイヤ―配列の受光領域１６０１ａ１に加えて、画素アレイ１６０１ｂ２を構成する全ての画素がCの画素となっている受光領域１６０１ａ２を併せて備える。
このようなカメラモジュール１Mの構造は、受光領域１６０１ａ１のみから得られる画像よりも、鮮明な画像を得ることができるという作用をもたらす。例えば、受光領域１６０１ａ２から画素毎の輝度の変化の情報が得られる。この情報に基づいて、受光領域１６０１ａ１から得られる輝度の情報を補完すると、受光領域１６０１ａ１のみから得られる画像よりも、解像度の高い画像を得ることができるという作用をもたらす。上述したように、斜め方向の解像度は、受光領域１６０１ａ１から得られる画素情報のみの場合と比較して２倍となるので、受光領域１６０１ａ１と受光領域１６０１ａ２の両方の画素情報を組み合わせることで、２倍のロスレスズーム（画質劣化のない拡大画像）を実現することができる。異なる撮像範囲のレンズを使用する方法によりロスレスズームを実現する方法はあるが、その場合はカメラモジュールの高さが異なってしまう。カメラモジュール１Mによれば、モジュールの高さを変えずにロスレスズームを実現することができる。
また、ＲＧＢ３種類のカラーフィルタを備えない受光領域１６０１ａ２から得られる輝度信号は、カラーフィルタを備える受光領域１６０１ａ１から得られる輝度信号の約１．７倍の信号レベルとなる。したがって、例えば、受光領域１６０１ａ１で得られたGの輝度信号を、受光領域１６０１ａ２で得られた対応画素の輝度信号で置き換えるなど、受光領域１６０１ａ１と受光領域１６０１ａ２の両方の画素情報を組み合わせることで、SN比（Signal to Noise ratio）を向上させた画素信号を生成して出力することができる。例えば、単眼のカラー撮像センサを用いて複数枚の画像を撮像し、それらの画像信号を合成することにより、SN比を向上させる技術があるが、そのような方法は、複数枚の画像を取得するまでの時間が長くなるため、動体や動画には不向きである。カメラモジュール１Mは、受光領域１６０１ａ１と受光領域１６０１ａ２を同期して撮像できるので、高SN比の画像を短時間で生成でき、動画、動体の撮像にも適している。
また、受光領域１６０１ａ２の各画素の画素信号が、受光領域１６０１ａ１の画素間の中間位置に対応する位置となるように、受光領域１６０１ａ１と受光領域１６０１ａ２の両方の画素情報を組み合わせることで、受光領域１６０１ａ１のみから得られる画像の２倍の解像度の超解像画像を得ることができる。例えば、画素数が２０メガピクセルで、４Kx２Kの８メガピクセルの動画像を撮像する単眼のカラー撮像センサがある。このカラー撮像センサと画素数が同一の２眼のカメラモジュール１Mを用いた場合、上述のように受光領域１６０１ａ１に対して受光領域１６０１ａ２の画素位置を水平垂直方向それぞれに１／２画素ずらして画素情報を補完することで、８Kx４Kの３２メガピクセル相当の超解像動画を得ることができる。
以上のように、２眼のカメラモジュール１Mによれば、２つの受光領域１６０１ａ１と受光領域１６０１ａ２により得られる画素情報を用いて、画質劣化のない拡大画像、SN比を向上させた画像や、超解像画像など、様々な用途の画像を生成することができる。どのような用途の画像を生成するかは、例えば、カメラモジュール１Mが組み込まれた撮像装置の動作モードの設定によって選択決定される。
＜１９．カメラモジュールの第１３の実施の形態＞
図８４は、本技術を適用した積層レンズ構造体を用いたカメラモジュールの第１３の実施の形態を示す図である。
図８４のAは、カメラモジュール１の第１３の実施の形態としてのカメラモジュール１Nの外観を示す模式図である。図８４のBは、カメラモジュール１Nの概略断面図である。
カメラモジュール１Nは、図８４のBに示されるように、光学パラメータが同じ３個の光学ユニット１３を備える。
図８４のCは、カメラモジュール１Nの受光素子１２の構造を説明する図である。
カメラモジュール１Nの受光素子１２は、その上側に配置されている３個の光学ユニット１３に対応した位置に、３個の受光領域１６０１ａ１乃至１６０１ａ３を備える。受光領域１６０１ａ１乃至１６０１ａ３は、画素をアレイ状に配列した画素アレイ１６０１ｂ１乃至１６０１ｂ３を備える。
画素アレイ１６０１ｂ１乃至１６０１ｂ３は、複数もしくは単数の画素からなる繰り返し単位１６０２ｃ１乃至１６０１ｃ３を備える。より詳しくは、画素アレイ１６０１ｂ１は、繰り返し単位１６０２ｃ１を縦方向と横方向の双方にそれぞれ複数個アレイ状に配列することで構成され、画素アレイ１６０１ｂ２は、繰り返し単位１６０２ｃ２を縦方向と横方向の双方にそれぞれ複数個アレイ状に配列することで構成され、画素アレイ１６０１ｂ３は、繰り返し単位１６０２ｃ３を縦方向と横方向の双方にそれぞれ複数個アレイ状に配列することで構成されている。繰り返し単位１６０２ｃ１は、R,G,B,Gの各画素からなる４画素であり、繰り返し単位１６０２ｃ２と１６０１ｃ３は、１つのCの画素で構成される。
したがって、カメラモジュール１Nは、カラー画像信号を出力する１組のセンサユニット、即ち、R,G,Bの各画素を有する画素アレイ１６０１ｂ１と光学ユニット１３の組と、白黒画像信号を出力する２組のセンサユニット、即ち、Cの画素を有する画素アレイ１６０１ｂ２と光学ユニット１３の組及びCの画素を有する画素アレイ１６０１ｂ３と光学ユニット１３の組とを備える。
このようなカメラモジュール１Nの構造は、上述した２眼のカメラモジュール１Mと同様に、受光領域１６０１ａ１のみから得られる画像よりも、鮮明な画像を得ることができるという作用をもたらす。すなわち、Cの画素で構成された画素アレイ１６０１ｂ２を有する受光領域１６０１ａ２と、Cの画素で構成された画素アレイ１６０１ｂ３を有する受光領域１６０１ａ３からの画素情報、例えば画素毎の輝度の変化の情報、を利用して、R,G,B,Gの画素配列を繰り返し単位１６０２ｃ１として有するベイヤ―配列の受光領域１６０１ａ１から得られる輝度の情報を補完すると、受光領域１６０１ａ１のみから得られる画像よりも、解像度の高い画像を得ることができるという作用をもたらす。上述したように、斜め方向の解像度は、単眼のカラー撮像センサと比較して２倍となるので、受光領域１６０１ａ１乃至１６０１ａ３の画素情報を組み合わせることで、２倍のロスレスズーム（画質劣化のない拡大画像）を実現することができる。異なる撮像範囲のレンズを使用する方法によりロスレスズームを実現する方法はあるが、その場合はカメラモジュールの高さが異なってしまう。カメラモジュール１Nによれば、カメラモジュールの高さを変えずにロスレスズームを実現することができる。
３眼のカメラモジュール１Nにおいても、上述した２眼のカメラモジュール１Mと同様に、受光領域１６０１ａ１乃至１６０１ａ３を同期して撮像することで、高SN比の動画、動体の撮像が可能である。また、受光領域１６０１ａ１に対して受光領域１６０１ａ２及び１６０１ａ３の画素位置を水平垂直方向それぞれに１／２画素ずらして画素情報を補完することで、２倍の解像度の超解像画像を得ることができる。
さらに、カメラモジュール１Nの構造は、Cの画素で構成された受光領域１６０１ａ２と１６０１ａ３からの画像情報を用いて、例えば、特開２００８‐２８６５２７号公報や国際公開第２０１１／０５８８７６号に開示された測距装置と同様に、複眼測距装置として距離情報を得ることができるという作用をもたらす。
Cの画素で構成された受光領域１６０１ａ２と１６０１ａ３では、カラー撮像センサよりも約１．７倍の信号レベルの輝度信号が得られる。したがって、受光領域１６０１ａ２と１６０１ａ３を用いて距離情報を得ることで、被写体の照度が低く、その結果、被写体の輝度が低い撮影環境においても、距離情報を高速かつ正確に得ることができるという作用をもたらす。この距離情報を用いて、例えばカメラモジュール１Nを用いた撮像装置において、オートフォーカス動作を高速かつ正確に行うことができるという作用をもたらす。
オートフォーカス機構としては、一般に、一眼レフカメラではオートフォーカス専用センサが用いられ、コンパクトデジタルカメラ等では、画像センサの一部に位相差画素を配置した像面位相差方式とコントラストAF方式の組合せが用いられる。位相差画素は、受光領域が通常画素の例えば半分となるような画素で構成されるため、像面位相差方式は低照度に弱い欠点がある。また、コントラストAF方式は、フォーカス時間が遅い欠点があり、オートフォーカス専用センサは、装置サイズが大きくなる欠点がある。
カメラモジュール１Nでは、距離情報を取得する２つの受光領域１６０１ａ２と１６０１ａ３の全画素が、受光領域が縮小されていない通常画素で構成されている。また、距離情報を得るための受光領域１６０１ａ２と１６０１ａ３の撮像を、カラー画像を取得できる受光領域１６０１ａ１の撮像と同期して行わせることができる。したがって、カメラモジュール１Nによれば、コンパクトで、低照度に強く、高速に、オートフォーカスを行うことができる。
加えて、カメラモジュール１Nの構造は、例えば特開２００６‐３１８０６０号公報や特開２０１２‐１５６４２号公報に開示された距離画像と同様に、距離情報を用いて、濃淡の度合いによって距離を表現した距離画像を出力することができるという作用をもたらす。
以上のように、３眼のカメラモジュール１Nによれば、３つの受光領域１６０１ａ１乃至１６０１ａ３により得られる画素情報を用いて、画質劣化のない拡大画像、SN比を向上させた画像や、超解像画像、距離画像など、様々な用途の画像を生成することができる。受光領域１６０１ａ２と１６０１ａ３の視差に基づく距離情報を生成することもできる。３つの受光領域１６０１ａ１乃至１６０１ａ３から得られる画素情報を、どのような用途に用いるかは、例えば、カメラモジュール１Nが組み込まれた撮像装置の動作モードの設定によって選択決定される。
図８５は、３眼のカメラモジュール１Nに用いられる受光素子１２の基板構成例を示している。
３眼のカメラモジュール１Nに用いられる受光素子１２は、図８５に示されるように、３枚の半導体基板１７０１乃至１７０３を積層した３層構造で形成することができる。
３枚の半導体基板１７０１乃至１７０３のうち、光が入射される側の第１の半導体基板１７０１には、３つの光学ユニット１３に対応した３つの受光領域１６０１ａ１乃至１６０１ａ３が形成されている。
真ん中の第２の半導体基板１７０２には、３つの受光領域１６０１ａ１乃至１６０１ａ３に対応した３つのメモリ領域１６３１ａ１乃至１６３１ａ３が形成されている。メモリ領域１６３１ａ１乃至１６３１ａ３は、例えば、第３の半導体基板１７０３の制御領域１６４２ａ１乃至１６４２ａ３を介して供給される画素信号を所定時間保持する。
第２の半導体基板１７０２の下層の第３の半導体基板１７０３には、３つの受光領域１６０１ａ１乃至１６０１ａ３に対応したロジック領域１６４１ａ１乃至１６４１ａ３及び制御領域１６４２ａ１乃至１６４２ａ３が形成されている。制御領域１６４２ａ１乃至１６４２ａ３は、受光領域１６０１ａ１乃至１６０１ａ３から画素信号を読み出す読み出し制御、アナログの画素信号をデジタルに変換するAD変換処理、メモリ領域１６３１ａ１乃至１６３１ａ３への画素信号の出力などを行う。ロジック領域１６４１ａ１乃至１６４１ａ３は、例えば、AD変換された画像データの階調補正処理など、所定の信号処理を行う。
３枚の半導体基板１７０１乃至１７０３どうしは、例えば、貫通ビアやCu-Cuの金属結合により電気的に接続されている。
以上のように、受光素子１２は、３つの受光領域１６０１ａ１乃至１６０１ａ３に対応して、メモリ領域１６３１ａ１乃至１６３１ａ３、ロジック領域１６４１ａ１乃至１６４１ａ３、及び制御領域１６４２ａ１乃至１６４２ａ３を、３枚の半導体基板１７０１乃至１７０３に配置した３層構造により構成することができる。
一般に、単眼のカラー撮像センサを用いて高速フレームレートで撮像すると、１フレームの露光時間が短くなるので、SN比が劣化する。これに対して、カメラモジュール１Nでは、２つの受光領域１６０１ａ２及び１６０１ａ３において、撮像開始タイミングを１／２露光時間ずらして撮像動作させることで、単眼のカラー撮像センサと同一のフレームレートで、２倍の露光時間を確保することができる。受光領域１６０１ａ１のカラー画像信号から得られる輝度情報を、その２倍の露光時間に設定して得られる２つの受光領域１６０１ａ２及び１６０１ａ３の白黒画像信号（輝度情報）で交互に置き換えることで、高速フレームレートであっても高SN比な画像を出力することができる。
あるいはまた、３つの受光領域１６０１ａ１乃至１６０１ａ３のうちのいずれか１つのみを用いて撮像する場合には、１つの受光領域１６０１に対して３つのメモリ領域１６３１ａ１乃至１６３１ａ３を使用することができるので、メモリ容量が、通常の３倍になる。これにより、露光時間を短時間に設定して撮像するスーパースロー動画などにおいて、撮像時間を３倍に増やすことができる。さらに、AD変換処理も、３つの制御領域１６４２ａ１乃至１６４２ａ３の各ADC(analog/digital converter)を使用することができるので、３倍近い高速駆動が可能になる。
また、受光素子１２は、３つの受光領域１６０１ａ１乃至１６０１ａ３に対応させて、メモリ領域１６３１ａ１乃至１６３１ａ３を備えることで、例えば、図８６に示されるように、撮像画像全体のうち、ナンバープレートの領域の画像信号だけを後段に出力するなどの処理が可能となる。これにより、伝送するデータ量を圧縮することができるので、データ転送の負荷を低減し、転送速度の向上、消費電力の低減などの効果もある。
以上のように、カメラモジュール１Nの受光素子１２を、３枚の半導体基板１７０１乃至１７０３を積層した３層構造で構成することで、受光素子１２から得られる画像の用途も拡大する。
＜２０．カメラモジュールの第１４の実施の形態＞
図８７は、本技術を適用した積層レンズ構造体を用いたカメラモジュールの第１４の実施の形態を示す図である。
図８７のAは、カメラモジュール１の第１４の実施の形態としてのカメラモジュール１Pの外観を示す模式図である。図８７のBは、カメラモジュール１Pの概略断面図である。
カメラモジュール１Pは、光学パラメータが同じ４個の光学ユニット１３を備える。
図８７のCは、カメラモジュール１Pの受光素子１２の構造を説明する図である。
カメラモジュール１Pの受光素子１２は、その上側に配置されている４個の光学ユニット１３に対応した位置に、４個の受光領域１６０１ａ１乃至１６０１ａ４を備える。受光領域１６０１ａ１乃至１６０１ａ４は、光を受光する画素をアレイ状に配列した画素アレイ１６０１ｂ１乃至１６０１ｂ４を備える。
画素アレイ１６０１ｂ１乃至１６０１ｂ４は、複数もしくは単数の画素からなる繰り返し単位１６０２ｃ１乃至１６０１ｃ４を備える。より詳しくは、画素アレイ１６０１ｂ１は、繰り返し単位１６０２ｃ１を縦方向と横方向の双方にそれぞれ複数個アレイ状に配列することで構成され、画素アレイ１６０１ｂ２は、繰り返し単位１６０２ｃ２を縦方向と横方向の双方にそれぞれ複数個アレイ状に配列することで構成されている。また、画素アレイ１６０１ｂ３は、繰り返し単位１６０２ｃ３を縦方向と横方向の双方にそれぞれ複数個アレイ状に配列することで構成され、画素アレイ１６０１ｂ４は、繰り返し単位１６０２ｃ４を縦方向と横方向の双方にそれぞれ複数個アレイ状に配列することで構成されている。繰り返し単位１６０２ｃ１と１６０２ｃ４は、R,G,B，Gの各画素からなる４画素であり、繰り返し単位１６０２ｃ２と１６０１ｃ３は、１つのCの画素で構成される。
したがって、カメラモジュール１Pは、カラー画像信号を出力する２組のセンサユニット、即ち、R,G,Bの各画素を有する画素アレイ１６０１ｂ１と光学ユニット１３の組及びR,G,Bの各画素を有する画素アレイ１６０１ｂ４と光学ユニット１３の組と、白黒画像信号を出力する２組のセンサユニット、即ち、Cの画素を有する画素アレイ１６０１ｂ２と光学ユニット１３の組及びCの画素を有する画素アレイ１６０１ｂ３と光学ユニット１３の組とを備える。
このようなカメラモジュール１Pの構造は、上述した２眼のカメラモジュール１Mと同様に、受光領域１６０１ａ１のみから得られる画像よりも、鮮明な画像を得ることができるという作用をもたらす。すなわち、Cの画素で構成された画素アレイ１６０１ｂ２を有する受光領域１６０１ａ２と、Cの画素で構成された画素アレイ１６０１ｂ３を有する受光領域１６０１ａ３からの画素情報、例えば画素毎の輝度の変化の情報、を利用して、R,G,B,Gの画素配列を繰り返し単位１６０２ｃ１として有するベイヤ―配列の受光領域１６０１ａ１もしくは１６０１ａ４から得られる輝度の情報を補完すると、受光領域１６０１ａ１もしくは１６０１ａ４のみから得られる画像よりも、解像度の高い画像を得ることができるという作用をもたらす。また、斜め方向の解像度は、単眼または複眼のカラー撮像センサと比較して２倍となるので、受光領域１６０１ａ１乃至１６０１ａ４の画素情報を組み合わせることで、２倍のロスレスズーム（画質劣化のない拡大画像）を実現することができる。異なる撮像範囲のレンズを使用する方法によりロスレスズームを実現する方法はあるが、その場合はカメラモジュールの高さが異なってしまう。カメラモジュール１Pによれば、モジュールの高さを変えずにロスレスズームを実現することができる。
カラー画像を撮像する２つの受光領域１６０１ａ１と１６０１ａ４で撮像範囲が重複するエリアでは、信号量が２倍になり、ノイズが１．４倍となるため、画素信号のSN比を向上させることができる。白黒画像を撮像する２つの受光領域１６０１ａ２と１６０１ａ３もさらに重複するエリアでは、輝度信号の信号レベルがカラー画像を撮像する受光領域１６０１ａ１と１６０１ａ４の約１．７倍あるため、さらにSN比が向上する。４つの受光領域１６０１ａ１乃至１６０１ａ４の画素情報を組み合わせた場合のSN比は、単眼のカラー撮像センサと比較して、約２．７倍に向上する。カメラモジュール１Pは、受光領域１６０１ａ１と受光領域１６０１ａ２を同期して撮像することができるので、高SN比の画像を短時間で生成でき、動画、動体の撮像にも適している。
さらに、カメラモジュール１Pの構造は、Cの画素で構成された受光領域１６０１ａ２と１６０１ａ３からの画像情報を用いて、例えば、特開２００８‐２８６５２７号公報や国際公開第２０１１／０５８８７６号に開示された測距装置と同様に、複眼測距装置として距離情報を得ることができるという作用をもたらす。
また、輝度信号の信号レベルが高いCの画素で構成された受光領域１６０１ａ２と１６０１ａ３を用いて距離情報を得ることで、被写体の照度が低く、その結果、被写体の輝度が低い撮影環境においても、距離情報を高速かつ正確に得ることができるという作用をもたらす。この距離情報を用いて、例えばカメラモジュール１Pを用いた撮像装置において、オートフォーカス動作を高速かつ正確に行うことができるという作用をもたらす。
カメラモジュール１Pでは、距離情報を取得する２つの受光領域１６０１ａ２及び１６０１ａ３の全画素が、位相差画素のように受光領域が縮小された画素ではなく、通常画素で構成されている。また、距離情報が得られる受光領域１６０１ａ２と１６０１ａ３を、カラー画像を取得できる受光領域１６０１ａ１及び１６０１ａ４と同期して撮像することができる。したがって、カメラモジュール１Nによれば、コンパクトで、低照度に強く、高速に、オートフォーカスを行うことができる。
加えて、カメラモジュール１Pの構造は、例えば特開２００６‐３１８０６０号公報や特開２０１２‐１５６４２号公報に開示された距離画像と同様に、距離情報を用いて、濃淡の度合いによって距離を表現した距離画像を出力することができるという作用をもたらす。
また、カメラモジュール１Pは、画素の駆動方法を変えることで、ダイナミックレンジの広い画像（ハイダイナミックレンジ画像）を得ることもできる。
図８８は、ハイダイナミックレンジ画像を得るための画素の駆動方法を説明する図である。
カメラモジュール１Pにおいて、R,G,B,Gの画素で構成された画素アレイ１６０１ｂ１を備える受光領域１６０１ａ１と、Cの画素で構成された画素アレイ１６０１ｂ３を備える受光領域１６０１ａ３は、被写体がある特定の照度下にある場合に、所定の露光時間（以下、第１の露光時間という。）で画像を撮影する。
一方、Cの画素で構成された画素アレイ１６０１ｂ２を備える受光領域１６０１ａ２と、R,G,B,Gの画素で構成された画素アレイ１６０１ｂ４を備える受光領域１６０１ａ４は、被写体が上記特定の照度下にある場合に、上記第１の露光時間よりも短い露光時間（以下、第２の露光時間という。）で画像を撮影する。なお、以下の説明では、第１の露光時間を長秒露光時間ともいい、第２の露光時間を短秒露光時間ともいう。
例えば、被写体の照度が高い場合、長秒露光時間で画像を撮影すると、被写体の中でも輝度が高いものを撮影した画素は、画素の適正な動作限界（例えば飽和電荷量）を越えた状態で撮影動作を行うことになり、撮影の結果得られる画像データが階調性を失っている、いわゆる画像が白飛びした状態になることがある。そのような場合においても、カメラモジュール１Pにおいては、受光領域１６０１ａ２と受光領域１６０１ａ４とから短秒露光時間で撮影した画像、言い換えれば、画素の適正な動作範囲内（例えば飽和電荷量以下）となる状態で撮影された画像を得ることができる。
カメラモジュール１Pは、このようにして得られた長秒露光時間で撮影した画像と短秒露光時間で撮影した画像とを、例えば特開平１１‐７５１１８号公報や特開平１１‐２７５８３号公報に開示されたダイナミックレンジ拡大のための画素信号の合成方法と同様にして合成することで、ハイダイナミックレンジ画像を得ることができるという作用をもたらす。
一般に、ハイダイナミックレンジ画像の生成方法には、単眼のカラー撮像センサ等を用いて、長秒露光時間で撮影した画像と短秒露光時間で撮影した画像とを時間差で取得し、合成する方法や、画素アレイを長秒露光画素と短秒露光画素とに分けて撮像する方法などがある。長秒露光時間で撮影した画像と短秒露光時間で撮影した画像の２枚の画像を合成する方法では、動体や動画に不向きであり、画素アレイを長秒露光画素と短秒露光画素とに分ける方法では、解像度の劣化が発生する。４眼のカメラモジュール１Pを用いてハイダイナミックレンジ画像を生成する方法によれば、解像度の劣化がなく、フレームレートの低下もないので、動体や動画にも適している。
以上のように、４眼のカメラモジュール１Pによれば、４つの受光領域１６０１ａ１乃至１６０１ａ４により得られる画素情報を用いて、画質劣化のない拡大画像、SN比を向上させた画像や、超解像画像、距離画像、ハイダイナミックレンジ画像など、様々な用途の画像を生成することができる。受光領域１６０１ａ２と１６０１ａ３の視差に基づく距離情報を生成することもできる。４つの受光領域１６０１ａ１乃至１６０１ａ４から得られる画素情報を、どのような用途に用いるかは、例えば、カメラモジュール１Pが組み込まれた撮像装置の動作モードの設定によって選択決定される。
図８９は、４眼のカメラモジュール１Pに用いられる受光素子１２の基板構成例を示している。
４眼のカメラモジュール１Pに用いられる受光素子１２は、図８９に示されるように、３枚の半導体基板１７０１乃至１７０３を積層した３層構造により形成することができる。
３枚の半導体基板１７０１乃至１７０３のうち、光が入射される側の第１の半導体基板１７０１には、４つの光学ユニット１３に対応した４つの受光領域１６０１ａ１乃至１６０１ａ４が形成されている。
真ん中の第２の半導体基板１７０２には、４つの受光領域１６０１ａ１乃至１６０１ａ４に対応した４つのメモリ領域１６３１ａ１乃至１６３１ａ４が形成されている。第３の半導体基板１７０３には、４つの受光領域１６０１ａ１乃至１６０１ａ４に対応したロジック領域１６４１ａ１乃至１６４１ａ４及び制御領域１６４２ａ１乃至１６４２ａ４が形成されている。
一般に、単眼のカラー撮像センサを用いて高速フレームレートで撮像すると、１フレームの露光時間が短くなるので、SN比が劣化する。これに対して、カメラモジュール１Pでは、４つの受光領域１６０１ａ１乃至１６０１ａ４を用いて、撮像開始タイミングを１／４露光時間ずらして撮像動作させることで、単眼のカラー撮像センサと同一のフレームレートで、４倍の露光時間を確保することができる。受光領域１６０１ａ１または１６０１ａ４のカラー画像信号から得られる輝度情報を、その４倍の露光時間に設定して得られる４つの受光領域１６０１ａ１乃至１６０１ａ４の輝度情報で順次置き換えることで、高速フレームレートであっても高SN比な画像を出力することができる。
あるいはまた、４つの受光領域１６０１ａ１乃至１６０１ａ４のうちのいずれか１つのみを用いて撮像する場合には、１つの受光領域１６０１に対して４つのメモリ領域１６３１ａ１乃至１６３１ａ４を使用することができるので、メモリ容量が、通常の４倍になる。これにより、露光時間を短時間に設定して撮像するスーパースロー動画などにおいて、撮像時間を４倍に増やすことができる。さらに、AD変換処理も、４つの制御領域１６４２ａ１乃至１６４２ａ４の各ADCを使用することができるので、4倍近い高速駆動が可能になる。
また、受光素子１２は、４つの受光領域１６０１ａ１乃至１６０１ａ４に対応させて、メモリ領域１６３１ａ１乃至１６３１ａ４を備えることで、図８６を参照して説明したように、所望の領域の画像信号だけを後段に出力するなどの処理が可能となる。これにより、伝送するデータ量を圧縮することができるので、データ転送の負荷を低減し、転送速度の向上、消費電力の低減などの効果もある。
以上のように、カメラモジュール１Pの受光素子１２を、３枚の半導体基板１７０１乃至１７０３を積層した３層構造で構成することで、受光素子１２から得られる画像の用途も拡大する。
＜２１．形状可変レンズを有する積層レンズ構造体の例＞
積層レンズ構造体１１は、積層された複数枚のレンズ付き基板４１のうちの少なくとも１つのレンズ付き基板４１のレンズ２１を、レンズ形状を変形させることができる形状可変レンズ２１Vとすることができる。
＜第１の形状可変レンズの例＞
図９０は、図１１で示したカメラモジュール１Dにおいて、積層レンズ構造体１１の１枚のレンズ付き基板４１のレンズ２１を、第１の形状可変レンズ２１V−１に置き換えたカメラモジュール１Dの概略断面図である。
図９０のAは、積層された複数枚のレンズ付き基板４１のうち、最上層のレンズ付き基板４１のレンズ２１を、第１の形状可変レンズ２１V−１に置き換えた構成例を示している。
図９０のBは、積層された複数枚のレンズ付き基板４１のうち、最下層のレンズ付き基板４１のレンズ２１を、第１の形状可変レンズ２１V−１に置き換えた構成例を示している。
第１の形状可変レンズ２１V−１は、可逆的に形状変化可能な物質を用いたレンズ材１７２１と、レンズ材１７２１を挟み込むように上面と下面それぞれに配置されたカバー材１７２２と、上面のカバー材１７２２に接触して配置された圧電材料１７２３とで構成されている。
レンズ材１７２１は、例えば、ソフトポリマー(米国特許出願公開第2011/149409号明細書)、フレキシブルポリマー（米国特許出願公開第2011/158617号明細書)、シリコンオイル等の動体流体(特開2000-081504号公報)、シリコンオイル、弾体ゴム、ゼリー、水等の流体(特開2002-243918号公報)などで構成される。
カバー材１７２２は、例えば、可撓性材料でできたカバーガラス(米国特許出願公開第2011/149409号明細書)、屈曲可能な透明カバー(米国特許出願公開第2011/158617号明細書)、珪酸ガラスからなる弾性膜(特開2000-081504号公報)、合成樹脂や有機材料を用いた柔らかい基板(特開2002-243918号公報)などで構成される。
第１の形状可変レンズ２１V−１は、圧電材料１７２３に電圧を印加することで、レンズ材１７２１の形状を変形させることができ、これにより、焦点を可変することができる。
図９０は、第１の形状可変レンズ２１V−１を用いた１枚のレンズ付き基板４１を、積層レンズ構造体１１を構成する複数枚のレンズ付き基板４１の最上層または最下層に配置した例であるが、最上層と最下層の間の中間層に配置してもよい。また、第１の形状可変レンズ２１V−１を用いたレンズ付き基板４１の枚数を、１枚ではなく複数枚としてもよい。
＜第２の形状可変レンズの例＞
図９１は、図１１で示したカメラモジュール１Dにおいて、積層レンズ構造体１１の１枚のレンズ付き基板４１のレンズ２１を、第２の形状可変レンズ２１V−２に置き換えたカメラモジュール１Dの概略断面図である。
図９１のAは、積層された複数枚のレンズ付き基板４１のうち、最上層のレンズ付き基板４１のレンズ２１を、第２の形状可変レンズ２１V−２に置き換えた構成例を示している。
図９１のBは、積層された複数枚のレンズ付き基板４１のうち、最下層のレンズ付き基板４１のレンズ２１を、第２の形状可変レンズ２１V−２に置き換えた構成例を示している。
第２の形状可変レンズ２１V−２は、圧力印加部１７３１と、凹部を有し光透過性を持った基材１７３２と、基材１７３２の凹部の上方に配置され光透過性を持った膜１７３３と、膜１７３３と基材１７３２の凹部との間に封入した流動体１７３４とで構成されている。
膜１７３３は、例えば、ポリジメチルシロキサン、ポリメタクリル酸メチル、ポリテレフタレートエチレン、ポリカーボネート、パリレン 、エポキシ樹脂、感光性ポリマー、シリコン、珪素、酸化シリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、多結晶シリコン、窒化チタン、ダイヤモンドカーボン、錫酸化インジウム、アルミニウム、銅、ニッケル、圧電材料などで構成される。
流動体１７３４は、例えば、プロピレンカーボネート、水、屈折率液体、オプティカルオイル、イオン性液体、または、空気、窒素、ヘリウムなどのガス等で構成される。
第２の形状可変レンズ２１V−２は、圧力印加部１７３１が膜１７３３の外周近傍を押下することで、膜１７３３の中央部が盛り上がる。圧力印加部１７３１による押下の大きさを制御することで、盛り上がった部分の流動体１７３４の形状を変形させることができ、これにより、焦点を可変することができる。
第２の形状可変レンズ２１V−２の構造については、例えば、米国特許出願公開第2012/170920号明細書などに開示されている。
図９１は、第２の形状可変レンズ２１V−２を用いた１枚のレンズ付き基板４１を、積層レンズ構造体１１を構成する複数枚のレンズ付き基板４１の最上層または最下層に配置した例であるが、最上層と最下層の間の中間層に配置してもよい。また、第２の形状可変レンズ２１V−２を用いたレンズ付き基板４１の枚数を、１枚ではなく複数枚としてもよい。
＜第３の形状可変レンズの例＞
図９２は、図１１で示したカメラモジュール１Dにおいて、積層レンズ構造体１１の１枚のレンズ付き基板４１のレンズ２１を、第３の形状可変レンズ２１V−３に置き換えたカメラモジュール１Dの概略断面図である。
図９２のAは、積層された複数枚のレンズ付き基板４１のうち、最上層のレンズ付き基板４１のレンズ２１を、第３の形状可変レンズ２１V−３に置き換えた構成例を示している。
図９２のBは、積層された複数枚のレンズ付き基板４１のうち、最下層のレンズ付き基板４１のレンズ２１を、第３の形状可変レンズ２１V−３に置き換えた構成例を示している。
第３の形状可変レンズ２１V−３は、凹部を有し光透過性を持った基材１７４１と、基材１７４１の凹部の上方に配置され光透過性を持った電気活性材料１７４２と、電極１７４３とで構成されている。
第３の形状可変レンズ２１V−３は、電極１７４３が電気活性材料１７４２へ電圧を印加することで、電気活性材料１７４２の中央部が盛り上がる。印加する電圧の大きさを制御することで、電気活性材料１７４２の中央部の形状を変形させることができ、これにより、焦点を可変することができる。
第３の形状可変レンズ２１V−３の構造については、例えば、特表2011-530715号公報などに開示されている。
図９２は、第３の形状可変レンズ２１V−３を用いた１枚のレンズ付き基板４１を、積層レンズ構造体１１を構成する複数枚のレンズ付き基板４１の最上層または最下層に配置した例であるが、最上層と最下層の間の中間層に配置してもよい。また、第３の形状可変レンズ２１V−３を用いたレンズ付き基板４１の枚数を、１枚ではなく複数枚としてもよい。
＜第４の形状可変レンズの例＞
図９３は、図１１で示したカメラモジュール１Dにおいて、積層レンズ構造体１１の１枚のレンズ付き基板４１のレンズ２１を、第４の形状可変レンズ２１V−４に置き換えたカメラモジュール１Dの概略断面図である。
図９３のAは、積層された複数枚のレンズ付き基板４１のうち、最上層のレンズ付き基板４１のレンズ２１を、第４の形状可変レンズ２１V−４に置き換えた構成例を示している。
図９３のBは、積層された複数枚のレンズ付き基板４１のうち、最下層のレンズ付き基板４１のレンズ２１を、第４の形状可変レンズ２１V−４に置き換えた構成例を示している。
第４の形状可変レンズ２１V−４は、液晶材料１７５１と、それを上下で挟み込む２枚の電極１７５２とで構成されている。
第４の形状可変レンズ２１V−４は、２枚の電極１７５２が液晶材料１７５１へ所定の電圧を印加することで、液晶材料１７５１の配向が変化し、これにより液晶材料１７５１を透過する光の屈折率が変化する。液晶材料１７５１へ印加する電圧の大きさを制御して、光の屈折率を変化させることで、焦点を可変することができる。
第４の形状可変レンズ２１V−４の構造については、例えば、米国特許出願公開第2014/0036183号明細書などに開示されている。
図９３は、第４の形状可変レンズ２１V−４を用いた１枚のレンズ付き基板４１を、積層レンズ構造体１１を構成する複数枚のレンズ付き基板４１の最上層または最下層に配置した例であるが、最上層と最下層の間の中間層に配置してもよい。また、第４の形状可変レンズ２１V−４を用いたレンズ付き基板４１の枚数を、１枚ではなく複数枚としてもよい。
＜２２．電子機器への適用例＞
上述したカメラモジュール１は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置や、撮像機能を有する携帯端末装置や、画像読取部に固体撮像装置を用いる複写機など、画像取込部（光電変換部）に固体撮像装置を用いる電子機器に組み込んだ形で使用することが可能である。
図９４は、本技術を適用した電子機器としての、撮像装置の構成例を示すブロック図である。
図９４の撮像装置２０００は、カメラモジュール２００２、およびカメラ信号処理回路であるDSP(Digital Signal Processor)回路２００３を備える。また、撮像装置２０００は、フレームメモリ２００４、表示部２００５、記録部２００６、操作部２００７、および電源部２００８も備える。DSP回路２００３、フレームメモリ２００４、表示部２００５、記録部２００６、操作部２００７および電源部２００８は、バスライン２００９を介して相互に接続されている。
カメラモジュール２００２内のイメージセンサ２００１は、被写体からの入射光（像光）を取り込んで撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力する。このカメラモジュール２００２として、上述したカメラモジュール１が採用されており、イメージセンサ２００１は、上述した受光素子１２に対応する。
表示部２００５は、例えば、液晶パネルや有機EL(Electro Luminescence)パネル等のパネル型表示装置からなり、イメージセンサ２００１で撮像された動画または静止画を表示する。記録部２００６は、イメージセンサ２００１で撮像された動画または静止画を、ハードディスクや半導体メモリ等の記録媒体に記録する。
操作部２００７は、ユーザによる操作の下に、撮像装置２０００が持つ様々な機能について操作指令を発する。電源部２００８は、DSP回路２００３、フレームメモリ２００４、表示部２００５、記録部２００６および操作部２００７の動作電源となる各種の電源を、これら供給対象に対して適宜供給する。
上述したように、カメラモジュール２００２として、高精度に位置決めされて接合（積層）された積層レンズ構造体１１を搭載したカメラモジュール１を用いることで、高画質化及び小型化を実現することができる。従って、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ、さらには携帯電話機等のモバイル機器向けカメラモジュールなどの撮像装置２０００においても、半導体パッケージの小型化と、撮像画像の高画質化の両立を図ることができる。
＜２３．イメージセンサの使用例＞
図９５は、カメラモジュール１として構成されたイメージセンサを使用する使用例を示す図である。
カメラモジュール１として構成されたイメージセンサは、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、X線等の光をセンシングする様々なケースに使用することができる。
・ディジタルカメラや、カメラ機能付きの携帯機器等の、鑑賞の用に供される画像を撮影する装置
・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
例えば、本技術は、可視光の入射光量の分布を検知して画像として撮像する固体撮像装置への適用に限らず、赤外線やＸ線、あるいは粒子等の入射量の分布を画像として撮像する固体撮像装置や、広義の意味として、圧力や静電容量など、他の物理量の分布を検知して画像として撮像する指紋検出センサ等の固体撮像装置（物理量分布検知装置）全般に対して適用可能である。
例えば、上述した複数の実施の形態の全てまたは一部を組み合わせた形態を採用することができる。
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、本明細書に記載されたもの以外の効果があってもよい。
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
Ｒ，Ｇ、またはＢの波長の光を受光する画素が行列状に２次元配置された第１の画素アレイ、及び、可視光の波長領域の光を受光する画素が行列状に２次元配置された第２の画素アレイと、
入射光を前記第１の画素アレイに集光させる第１の光学ユニット、及び、前記入射光を前記第２の画素アレイに集光させる第２の光学ユニットと
を備えるカメラモジュール。
（２）
前記第１の画素アレイと前記第１の光学ユニットの組を１個と、前記第２の画素アレイと前記第２の光学ユニットの組を２個とを備える
前記（１）に記載のカメラモジュール。
（３）
前記第１の画素アレイと前記第１の光学ユニットの組を２個と、前記第２の画素アレイと前記第２の光学ユニットの組を２個とを備える
前記（１）に記載のカメラモジュール。
（４）
前記第１の画素アレイ及び前記第２の画素アレイは、第１乃至第３の半導体基板が積層された３枚の半導体基板の前記第１の半導体基板に形成されており、
前記第２の半導体基板には、前記第１の画素アレイ及び前記第２の画素アレイで生成された画素信号を所定時間保持するメモリ領域が形成されており、
前記第３の半導体基板には、前記画素信号の読み出し制御とAD変換処理を行う制御領域が形成されている
前記（１）乃至（３）のいずれかに記載のカメラモジュール。
（５）
前記第１の光学ユニットと前記第２の光学ユニットそれぞれは、
基板に形成された貫通孔の内側にレンズが配置されたレンズ付き基板どうしが直接接合により接合されて積層されている積層レンズ構造体で構成されている
前記（１）乃至（４）のいずれかに記載のカメラモジュール。
（６）
前記第１の光学ユニットと前記第２の光学ユニットそれぞれは、
基板に貫通孔が形成され、その貫通孔の内側にレンズが形成されたレンズ付き基板である第１乃至第３のレンズ付き基板の３枚のレンズ付き基板が少なくとも積層され、
前記第１のレンズ付き基板の上方に、前記第２のレンズ付き基板が配置され、
前記第１のレンズ付き基板の下方に、前記第３のレンズ付き基板が配置され、
前記第２のレンズ付き基板と第３のレンズ付き基板とでは、基板の厚さまたは前記レンズの厚さが異なり、
前記第１と第２のレンズ付き基板の基板どうし、および、前記第１と第３のレンズ付き基板の基板どうしが、直接接合により接合されている積層レンズ構造体で構成されている
前記（１）乃至（４）のいずれかに記載のカメラモジュール。
（７）
前記積層レンズ構造体の積層されている前記レンズ付き基板のうち、少なくとも１枚の前記レンズ付き基板の前記レンズは、形状可変レンズで構成されている
前記（５）または（６）に記載のカメラモジュール。
（８）
Ｒ，Ｇ、またはＢの波長の光を受光する画素が行列状に２次元配置された第１の画素アレイ、及び、可視光の波長領域の光を受光する画素が行列状に２次元配置された第２の画素アレイと、
入射光を前記第１の画素アレイに集光させる第１の光学ユニット、及び、前記入射光を前記第２の画素アレイに集光させる第２の光学ユニットと
を備えるカメラモジュール
を備える電子機器。
１ カメラモジュール， １１ 積層レンズ構造体， １２ 受光素子， １３ 光学ユニット， ２１ レンズ， ２１V 形状可変レンズ，４１（４１ａ乃至４１ｇ） レンズ付き基板， ４３ センサ基板， ５１ 絞り板， ５２ 開口部， ８１ 担体基板， ８２ レンズ樹脂部， ８３ 貫通孔， １２１ 遮光膜， １２２ 上側表面層， １２３ 下側表面層， １４１ エッチングマスク， １４２ 保護膜， １５０１ カバーガラス， １５０２ 遮光膜， １５０３ 開口部， １５１１,１５１２ 基板， １５３１ レンズ付き基板， １５４２ 金属膜， １５５１ 第１の領域， １５５２ 第２の領域， １５６１W 高濃度ドープ基板， １６３１ａ１乃至１６３１ａ３ メモリ領域， １６４１ａ１乃至１６４１ａ４ ロジック領域， １６４２ａ１乃至１６４２ａ４ 制御領域， １７０１ 第１の半導体基板， １７０２ 第２の半導体基板， １７０３ 第３の半導体基板， ２０００ 撮像装置， ２００１ イメージセンサ， ２００２ カメラモジュール

Claims (7)

  1. Ｒ，Ｇ、またはＢの波長の光を受光する画素が行列状に２次元配置された第１の画素アレイと、入射光を前記第１の画素アレイに集光させる第１の光学ユニットの組を２個と、
    可視光の波長領域の光を受光する画素が行列状に２次元配置された第２の画素アレイと、前記入射光を前記第２の画素アレイに集光させる第２の光学ユニットの組を２個と
    を備え、
    ２個の前記第２の画素アレイから得られた画素情報を用いて距離情報を生成し、
    前記第１の画素アレイと前記第２の画素アレイから得られた画素情報を用いて高解像度画像を生成する第１の動作モードと、
    １つの前記第１の画素アレイと前記第２の画素アレイを第１の露光時間で駆動し、
    他の前記第１の画素アレイと前記第２の画素アレイを前記第１の露光時間と異なる第２の露光時間で駆動する第２の動作モードとを有する
    カメラモジュール。
  2. ２つの前記第２の画素アレイで撮像開始タイミングをずらして撮像する第３の動作モードをさらに有する
    請求項１に記載のカメラモジュール。
  3. 前記第１の画素アレイ及び前記第２の画素アレイは、第１乃至第３の半導体基板が積層された３枚の半導体基板の前記第１の半導体基板に形成されており、
    前記第２の半導体基板には、前記第１の画素アレイ及び前記第２の画素アレイで生成された画素信号を所定時間保持するメモリ領域が形成されており、
    前記第３の半導体基板には、前記画素信号の読み出し制御とAD変換処理を行う制御領域が形成されている
    請求項１または２に記載のカメラモジュール。
  4. 前記第１の光学ユニットと前記第２の光学ユニットそれぞれは、
    基板に形成された貫通孔の内側にレンズが配置されたレンズ付き基板どうしが直接接合により接合されて積層されている積層レンズ構造体で構成されている
    請求項１乃至３のいずれかに記載のカメラモジュール。
  5. 前記第１の光学ユニットと前記第２の光学ユニットそれぞれは、
    基板に貫通孔が形成され、その貫通孔の内側にレンズが形成されたレンズ付き基板である第１乃至第３のレンズ付き基板の３枚のレンズ付き基板が少なくとも積層され、
    前記第１のレンズ付き基板の上方に、前記第２のレンズ付き基板が配置され、
    前記第１のレンズ付き基板の下方に、前記第３のレンズ付き基板が配置され、
    前記第２のレンズ付き基板と第３のレンズ付き基板とでは、基板の厚さまたは前記レンズの厚さが異なり、
    前記第１と第２のレンズ付き基板の基板どうし、および、前記第１と第３のレンズ付き基板の基板どうしが、直接接合により接合されている積層レンズ構造体で構成されている
    請求項１乃至４のいずれかに記載のカメラモジュール。
  6. 前記積層レンズ構造体の積層されている前記レンズ付き基板のうち、少なくとも１枚の前記レンズ付き基板の前記レンズは、形状可変レンズで構成されている
    請求項４または５に記載のカメラモジュール。
  7. Ｒ，Ｇ、またはＢの波長の光を受光する画素が行列状に２次元配置された第１の画素アレイと、入射光を前記第１の画素アレイに集光させる第１の光学ユニットの組を２個と、
    可視光の波長領域の光を受光する画素が行列状に２次元配置された第２の画素アレイと、前記入射光を前記第２の画素アレイに集光させる第２の光学ユニットの組を２個と
    を備え、
    ２個の前記第２の画素アレイから得られた画素情報を用いて距離情報を生成し、
    前記第１の画素アレイと前記第２の画素アレイから得られた画素情報を用いて高解像度画像を生成する動作モード第１の動作モードと、
    １つの前記第１の画素アレイと前記第２の画素アレイを第１の露光時間で駆動し、
    他の前記第１の画素アレイと前記第２の画素アレイを前記第１の露光時間と異なる第２の露光時間で駆動する第２の動作モードとを有する
    カメラモジュール
    を備える電子機器。
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