JP4248586B2 - 撮像装置及びその製造方法、並びに該撮像装置を搭載した携帯情報端末及び撮像機器 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置及びその製造方法、並びに該撮像装置を搭載した携帯情報端末及び撮像機器に関し、詳細には、光学系と固体撮像素子との位置合わせを行うために用いられる構造体と、光学系とを、固体撮像素子が設けられたパッケージの上面に直接形成した撮像装置及びその製造方法、並びに該撮像装置を搭載した携帯情報端末及び撮像機器に関する。

レンズからの光を撮像素子の受光面で受けて撮像情報を得ることができる固体撮像装置は、デジタルスチルカメラや、カメラ機能を有する携帯電話などの撮像機器・情報機器に用いられている。この固体撮像装置において、レンズからの光を撮像素子における所定範囲の受光領域に照射させるとともに、設計された光学性能を十分引き出し、鮮明で片ボケ等のない画像を得るためには、レンズからの光を、撮像面の所定領域に位置精度良く、且つ良好な垂直精度で結像させる必要がある。しかしながら、レンズと撮像面との間に相対位置のズレや光軸のズレがあると、レンズからの光束の位置が撮像面から外れてしまったり、撮像された画のケラレ、アオリを生じたり、片ボケを生じたりする。このような不具合が生じないようにするためには、レンズと撮像素子との相対位置や、光軸と撮像面との垂直度を正確に合わせ、且つバックフォーカス(レンズ群のなかで一番撮像面に近い面から撮像面までの距離)を正確に合わせる必要がある。

従来の固体撮像装置においては、基板などの素子固定材に撮像素子を取り付けるとともに、この素子固定材に、レンズを保持したレンズホルダを、位置調整用のねじで位置調整可能な姿勢で組み付けた後、レンズからの光束が撮像素子の撮像面に良好に位置決めされ、レンズの光軸と撮像素子の撮像面とが垂直となるように、位置調整用のねじを用いて調整する構成がある。

特許文献１では、素子固定材とレンズホルダとの間に位置調整用基板を介装し、この位置調整用基板の素子固定材やレンズホルダに対する取付位置を、位置調整用基板に設けたねじで調整して、レンズと撮像素子との相対位置や、レンズの光軸と撮像素子の撮像面との垂直精度を合わせている。しかしながら、上記の構成の場合、撮像素子と素子固定材との位置規制や、素子固定材とレンズホルダとの位置規制を行わずに、撮像素子と素子固定材とレンズホルダとを組み付けた後に、位置調整用のねじを調整したり、位置調整用基板の取付位置をねじで調整したりして、各撮像ユニット毎に、レンズと撮像素子との相対位置や、レンズの光軸と撮像面との垂直精度等を調整している。そのため、これらの調整作業を必ず行わなければならないとともに、これらの調整作業に極めて多くの手間や時間がかかる。

特許文献２には、撮像素子との位置決めを行うための位置決め用孔が形成された素子固定材を備えた構成が開示されている。この位置決め孔には、素子固定材とレンズホルダとを位置決めするための、レンズホルダに形成された位置決め用凸部も係合できるように構成されており、係合されることによって、レンズホルダが素子固定材に固定される。すなわち、この構成によれば、素子固定材と撮像素子との相対位置を位置決めする素子固定材の位置決め用孔が、素子固定材とレンズホルダとの相対位置を位置決めする位置決め孔としても用いることができる。そのため、レンズホルダにより保持されたレンズと、撮像素子とを、比較的容易に位置決めすることができる。
特開平６−１６７６４４号公報（１９９４年６月１４日公開） 特開２００６−１５４３１９号公報（２００６年６月１５日公開）

しかしながら、特許文献２の構成の場合、素子固定材（素子パッケージ）に形成できる位置決め部の形状は、その製法や金型構造の関係から、小径の孔や凸形状に限られ、また、正確な形状あるいは複雑な形状を形成することが困難である。

携帯電話や小型情報端末に搭載される固体撮像装置は、その筐体における大きさの制限などにより、年々小型化が進められている。更に、近年では、固体撮像素子の高画素化・高機能化が求められており、携帯電話などに搭載される小型カメラにおいても３００万〜５００万画素でオートフォーカスやズーム機能が搭載されたカメラも登場している。このような、小型でかつ高機能なカメラモジュールにおいては、光学系を構成するレンズ同士の高精度組立や光学系と撮像素子との高精度な位置合わせが必須であるが、上記のように、位置決め部が、正確な形状で形成されていなかったり、位置決め機能を充分に果たすことができないと、所望の撮像品位を実現することができない。

そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、レンズを含む光学系と、撮像素子とを、簡易な構造体を用いて、容易且つ高精度で位置決めすることができる撮像装置及びその製造方法を提供するものであるとともに、該撮像装置を搭載した携帯情報端末を提供するものである。

本発明に係る撮像装置は、上述した課題を解決するために、撮像素子と、底部に上記撮像素子を配設することができるように構成された撮像パッケージと、上記撮像パッケージの上面に設けられ、上記撮像素子に向けて光を導く第１の光学素子と、上記第１の光学素子に向けて光を導く第２の光学素子と、上記撮像パッケージの上面に設けられ、上記第１の光学素子と上記第２の光学素子とを位置合わせするための構造体とを備えることを特徴としている。具体的には、上記構造体は、第１の光学素子と、第２の光学素子と、撮像素子との相対位置を、所望の位置に定めるための構造体である。

上記の構成によれば、レンズを含む光学系と、撮像素子とを、簡易な構造体を用いて、容易且つ高精度で位置決めされた撮像装置を提供することができる。

すなわち、本発明の撮像装置の構成は、上記第１の光学素子及び上記構造体が、上記撮像パッケージの上面に設けられている。そのため、（第２の）光学素子を撮像パッケージに取り付けるための位置合わせ部（位置決め部）として機能する上記構造体を、（第１の）光学素子と同じ精度で形成することが可能であり、正確な形状の構造体を実現することができ、光学素子において一般的に採用されている複雑な構造の構造体であっても、それを正確に実現することができる。よって、位置決め機能を充分に果たすことができ、所望の撮像品位を実現することができる。

また、第１の光学素子が撮像パッケージの上面に設けられていることから、位置合わせ部を形成した部材を介装させて、光学素子を実装する構成と比較して、撮像装置の小型化を実現することができ、小型化でありながら、高性能な撮像品位を実現する撮像装置を提供することができる。

また、光学系を構成するレンズ同士の高精度組立も可能となる。

また、本発明に係る撮像装置は、さらに、上記第２の光学素子を保持する保持体を備えており、上記保持体が、上記構造体を介して、上記撮像パッケージに対して固定されていてもよい。

また、本発明に係る撮像装置は、上記構造体と上記第１の光学素子とが、一体的に構成されている。

これにより、上記構造体と上記第１の光学素子とが別体で構成されている場合と比較して、撮像パッケージの上面への取り付け時（固着時）に、取り扱いを容易に行うことができる。すなわち、上記構造体と上記第１の光学素子とが別体で構成されている場合、撮像パッケージの上面への取り付け時（固着時）に、個々を、撮像素子に対して位置合わせするのに加えて、互いの位置合わせが必要となるため、工程が煩雑になる。これに対して、上記構造体と上記第１の光学素子とが一体になっていれば、互いの位置合わせは必要なくなり、工程を簡素化することが可能である。

また、上記の構成によれば、構造体と第１の光学素子とが別体で構成されている場合と比較して、固着強度を高めることができる。すなわち、上記構造体と上記第１の光学素子とが別体で構成されている場合、撮像パッケージの上面への取り付け時（固着時）に、各々が、撮像パッケージの上面に独立して固着されているため、上記構造体が比較的小さいサイズの場合には、何らかの外的要因によって、撮像パッケージの上面から離脱したり、位置ズレを起こしたりする虞がある。これに対して、上記構造体と上記第１の光学素子とが一体になっていれば、上記構造体が小さいサイズのものであっても、上記構造体は、第１の光学素子によっても、撮像パッケージの上面に固着させられた状態となっている。そのため、固着強度を高め、信頼性の高い位置決めを実施することが可能となる。

尚、本発明に係る撮像装置は、構造体と第１の光学素子とが別体で構成されているが、同時に形成された構成であってもよい。この構成によれば、別体であっても、工程数を増やすことなく形成することができる。

また、本発明に係る撮像装置は、上記撮像パッケージが、撮像素子の上に、透光性材料からなる蓋部材を有していることが好ましい。

上記の構成によれば、透光性材料からなる蓋部材を有していることから、撮像素子を、湿気や、外部の粉塵から保護することができる。よって、所望の撮像品位を維持することができるとともに、撮像素子の劣化を防ぐことができる。

また、本発明に係る撮像装置は、上記撮像パッケージは、第１の光学素子以外から撮像素子に光が入射することを防ぐための不透光性部材を有していることが好ましい。

上記の構成によれば、不要な光が撮像素子に入射することがなく、撮像品位を損なうことなく、高い撮像精度を実現することができる。

また、本発明に係る撮像装置は、上記第１の光学素子として、撮像パッケージの上記上面と対向する面が平面である平凹レンズまたは平凸レンズを用いることができる。

また、本発明に係る撮像装置は、上記第１の光学素子が、撮像パッケージの上記上面から上方に向けて突出した突出構造を複数有しており、上記突出構造は、先細り構造であるものを用いることができる。

上記の構成によれば、上記第１の光学素子に入射する光は、複数の突出構造によって反射が抑制される。これにより、上記第１の光学素子における光の損失（ロス）を抑え、撮像素子への光の入射量を十分確保することができる。

また、本発明に係る撮像装置は、上記構造体を凸型構造として、上記第２の光学素子には、上記凸型構造に咬合する凹型構造が形成することができる。また、この構成とは逆に、本発明に係る撮像装置は、上記構造体に凹型構造を形成しておき、上記第２の光学素子が、上記凹型構造に咬合する構成であってもよい。

また、凸型構造が先細りの構造であってもよく、凹型構造が先細りの構造であってもよい。これにより、咬合をスムーズに行うことができる。また、撮像装置の製造過程において構造体及び第２の光学素子を射出成形によって形成する場合、先細りした構造としておくことによって、金型からの離型が容易となる。

また、本発明に係る撮像装置は、上記構造体が、撮像パッケージの上面にて、第１の光学素子の外周を囲む輪状に構成されていることが好ましい。これにより、撮像装置の製造過程において、構造体及び第２の光学素子を射出成形によって形成する場合、金型の作製が容易でかつ高精度に作製することができる。また、金型から離型する際に、離型剤等を必要とせずに、構造体を欠けさせることなく離型することができる。また、第１の光学素子の外周を囲む輪状、すなわち連続した構造体とすることによって、構造体の強度が向上し、変形も抑制することができる。しかしながら、これに限定されるものではなく、本発明に係る撮像装置は、上記構造体が、撮像パッケージの上面にて、第１の光学素子の外周に沿って断続して配置されていてもよい。

また、本発明に係る撮像装置は、上記第２の光学素子が、複数のレンズを有していてもよい。

また、本発明に係る別の撮像装置は、上述した課題を解決するために、撮像素子と、底部に上記撮像素子を配設することができるように構成された撮像パッケージと、上記撮像素子に向けて光を導く第１の光学素子とを備えており、上記第１の光学素子は、一方の面には、上記撮像パッケージの上面に配置される平面を有しており、他方の面には、光学有効領域の外に、該他方の面側に配設される部材と、第１の光学素子との位置合わせを行う際に用いられる突起もしくは窪みが設けられていることを特徴としている。

上記の構成によれば、第１の光学素子に形成した上記突起もしくは窪みを、レンズを含む光学系（例えば、レンズを保持したレンズ鏡筒）と、撮像素子との位置合わせ部として用いることができ、且つ、この突起もしくは窪みを、レンズと同様の精度、すなわち高精度で作成することができる。

さらに、上記した構成を有する撮像装置を備えた携帯情報端末も本発明の範囲である。

さらに、上記した構成を有する撮像装置を備えた撮像機器も本発明の範囲である。撮像機器としては、デジタルスチルカメラやビデオカメラなどが挙げられる。

また、本発明に係る撮像装置の製造方法は、上述した課題を解決するために、底部に撮像素子を搭載した撮像パッケージを配置したときに撮像パッケージの上面に所定の空間が形成される金型を配置した後、上記空間に未硬化の液状材料を充填する充填工程と、上記充填工程によって充填された液状材料を硬化させる硬化工程とを含み、撮像パッケージの上記上面に、上記撮像素子に光を導く第１の光学素子と、第１の光学素子に向けて光を導く第２の光学素子を撮像パッケージに取り付けるための構造体とを、上記液体材料により形成することを特徴としている。

上記の構成によれば、レンズを含む光学系と、撮像素子とを、簡易な構造体を用いて、容易且つ高精度で位置決めすることができる。

すなわち、本発明の撮像装置の製造方法は、上記第１の光学素子及び上記構造体が、上記撮像パッケージの上面に設けられている。そのため、（第２の）光学素子を撮像パッケージに取り付けるための位置合わせ部（位置決め部）として機能する上記構造体を、（第１の）光学素子と同じ精度で形成することが可能であり、正確な形状の構造体を実現することができ、光学素子において一般的に採用されている複雑な構造の構造体であっても、それを正確に実現することができる。よって、位置決め機能を充分に果たすことができ、所望の撮像品位を実現することができる。

また、第１の光学素子が撮像パッケージの上面に設けられていることから、位置合わせ部を形成した部材を介装させて、光学素子を実装する構成と比較して、撮像装置の小型化を実現することができ、小型化でありながら、高性能な撮像品位を実現することができる。

本発明に係る撮像装置は、以上のように、撮像素子と、底部に上記撮像素子を配設することができるように構成された撮像パッケージと、上記撮像パッケージの上面に設けられ、上記撮像素子に向けて光を導く第１の光学素子と、上記第１の光学素子に向けて光を導く第２の光学素子と、上記撮像パッケージの上面に設けられ、上記第１の光学素子と上記第２の光学素子とを位置合わせするための構造体とを備えることを特徴としている。また、本発明に係る別の撮像装置は、以上のように、撮像素子と、底部に上記撮像素子を配設することができるように構成された撮像パッケージと、上記撮像素子に向けて光を導く第１の光学素子とを備えており、上記第１の光学素子は、一方の面には、上記撮像パッケージの上面に配置される平面を有しており、他方の面には、光学有効領域の外に、該他方の面側に配設される部材と、第１の光学素子との位置合わせを行う際に用いられる突起もしくは窪みが設けられていることを特徴としている。また、本発明に係る撮像装置の製造方法は、以上のように、底部に撮像素子を搭載した撮像パッケージを配置したときに撮像パッケージの上面に所定の空間が形成される金型を配置した後、上記空間に未硬化の液状材料を充填する充填工程と、上記充填工程によって充填された液状材料を硬化させる硬化工程とを含み、撮像パッケージの上記上面に、上記撮像素子に光を導く第１の光学素子と、第１の光学素子に向けて光を導く第２の光学素子を撮像パッケージに取り付けるための構造体とを、上記液体材料により形成することを特徴としている。また、上記した構成を有する撮像装置を備えた携帯情報端末も本発明の範囲であり、また、上記した構成を有する撮像装置を備えた撮像機器も本発明の範囲である。

以上の構成とすれば、レンズを含む光学系と、撮像素子とを、簡易な構造体を用いて、容易且つ高精度で位置決めすることができる。

〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態を図１ないし図６に基づいて説明する。尚、以下の説明では、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は以下の実施形態および図面に限定されるものではない。

図１は、本実施形態の撮像装置の構成を示した図である。本実施形態の撮像装置１は、例えば、携帯電話機等（携帯情報端末）において撮像を行うときに用いることができる。そのため、本実施形態の撮像装置１は、図１に示すように、撮像系（撮像パッケージ）２と、第１の光学系（第１の光学素子）３と、第２の光学系（第２の光学素子及び保持体、部材）４とを少なくとも備えている。以下、各構成部材について詳述する。

図２は、撮像系２と、第１の光学系３とによって構成された固体撮像部の構成を示した断面図である。

上記撮像系２は、図２に示すように、固体撮像素子５と、有効画素領域６と、透光性蓋部７とからなる撮像素子ユニット８、基板９、電極１０、及び、不透光性パッケージ１１を有している。

上記撮像素子ユニット８の固体撮像素子５は、半導体基板上に平面視矩形状に形成されており、光を受光して電気信号に変換することができる。固体撮像素子５は、具体的には、ＣＣＤもしくはＣＭＯＳイメージセンサーを用いて構成することができる。

上記撮像素子ユニット８の有効画素領域６は、上記固体撮像素子５に形成されており、実際に光を受光している領域である。

上記撮像素子ユニット８の透光性蓋部７は、外部の湿気、ダスト（ゴミ、切りくず）などから保護するために有効画素領域６に対向した位置に設けられており、例えば、ガラス材料を用いて構成することができる。透光性蓋部７には、その片面またはその両面に、必要に応じて機能性膜を設けてもよい。機能性膜としては、ＡＲコート膜やＩＲカット膜等が挙げられるが、これに限定されるものではなく、固体撮像素子５に入射する光に対して何らかの作用を及ぼす従来公知のものであってもよい。

上記基板９は、上記の構成を備えた撮像素子ユニット８がマウントするために設けられており、例えばセラミックやガラエポ基板を用いて構成することができる。

上記電極１０は、上記基板９における撮像素子ユニット８実装側とは反対側の面に形成されており、固体撮像素子５からの電気信号を外部に引き出している。固体撮像素子５で生成される電気信号は、例えばワイヤーボンディングを介して、電極１０に出力される。

尚、基板９は、撮像素子ユニット８の強度を確保するものである。そのため、仮に撮像素子ユニット８自体で所望の強度が得られる場合には、基板９を設けなくてもよい。基板９を設けない場合、電極１０は、固体撮像素子５における透光性蓋部７に対向する側とは反対側の面に形成することができる。

基板９の上面における、透光性蓋部７と固体撮像素子５とで密閉された領域以外の部分は、上記不透光性パッケージ１１によって封止されている。不透光性パッケージ１１は、被撮像体とは関係ない光、すなわち不要な光が固体撮像素子５に入射することを防ぎ、高い撮像品位を実現することができる。また、不透光性パッケージ１１を設けることによって、ゴミの侵入を考えずに後の組立工程が進められるため、撮像素子ユニット８の取り扱いが簡易で、高い信頼性を確保することができる。不透光性パッケージ１１は、半導体パッケージ用モールド樹脂等の従来公知の遮光材料から構成することができ、透光性蓋部７と固体撮像素子５とで密閉された領域以外をこの遮光材料によって封止すればよい。

以上のような構成を備えた上記撮像系２の、透光性蓋部７と不透光性パッケージ１１とによって形成される面（以下、この面を撮像系２の上面と称する）には、図１及び図２に示すように、上記第１の光学系３が形成されている。

上記第１の光学系３は、例えば、透光性を有するガラスや樹脂から構成することができ、後述するように、固体撮像素子５の近傍における撮像系２の上面に形成されている。第１の光学系３は、主に固体撮像素子５への光の入射角を緩和し、周辺部の光量落ちを改善する役割を有しているが、必要に応じて、本実施形態のようにレンズ機能を有する構造としてもよい。尚、本実施形態では、図１及び図２に示すように、第１の光学系３として平凸レンズを採用しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、平凹レンズを採用してもよい。

上記第１の光学系３は、撮像系２の上面をみたときに、図３に示すように円形を有している。そして、この円形の第１の光学系３の外周には、上記第２の光学系４と、上記撮像系２との位置決めを行うために設けられた本発明の特徴的構成である構造体１２ａが形成されている。

上記構造体１２ａは、撮像系２の上面から突出した凸型構造であり、図３に示した円形の第１の光学系３の外周において第１の光学系３と同心円状の輪を構成するように形成されている。同心円状とすることで、金型の作製が容易でかつ高精度に作製することができるだけでなく、金型から離型する際に、離型剤等を必要とせずに、構造体１２ａが欠けることなく離型することを可能とする。また、外周に輪状の構造、すなわち連続した構造とすることによって、構造体１２ａの変形も抑制することができる。更に、図２に示すように、構造体１２ａを突出端に向けて徐々に細くなった先細りした構造となっている。このように先細りした構造とすることによって、構造体１２ａを金型を用いて製造する際に、離型性をより一層向上させることができるだけでなく、後述する、第２の光学系４に設けている受け部１６（図５）との嵌合も容易となる。

構造体１２ａは、図２に示すように、第１の光学系３と一体的に構成されている。このように構造体１２ａと第１の光学系３とを一体的に構成すれば、取り扱いや撮像系２の上面への固定等が容易となると共に、変形等により、構造体１２ａの第１の光学系３に対する位置決め機能を損なうことを抑制することができる。仮に、構造体１２ａと第１の光学系３とが一体的に構成されておらず、各々別体で構成されている場合、撮像系２の上面への形成時に、個々を、撮像素子に対して位置合わせするのに加えて、互いの位置合わせが必要となるため、工程が煩雑になる。これに対して、構造体１２ａと第１の光学系３とが一体的に構成されていれば、互いの位置合わせは必要なくなり、工程を簡素化することが可能である。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、構造体１２ａと第１の光学系３とが別体で構成されていてもよい。この場合には、形成工程数が増加しないよう、両者を同時に撮像系２の上面に形成することが好ましい。以下の説明では、構造体１２ａと第１の光学系３とが一体的に構成されている態様について説明する。

構造体１２ａを構成する材料は、第１の光学系３を構成する材料と同一であり、ガラスや樹脂を用いることができる。

樹脂の場合は、紫外線等により硬化する樹脂を用いることができる。樹脂を用いれば、構造体１２ａ及び第１の光学系３を、撮像系２の上面に直接形成することが可能である。直接形成することによって、位置調整や接着材等を用いて固定するといった工程を簡略化することが可能となる。この形成方法については、後述する。

一方、ガラスの場合は、撮像系２の上面に直接形成することは困難である。しかしながら、撮像系２の上面に配設する前に、予め構造体１２ａ及び第１の光学系３を一体的に構成（製造）し、該製造物と有効画素領域６との位置調整を行った後、接着剤等を用いて撮像系２の上面に固着させればよい。

また、樹脂の中でも熱硬化性樹脂を用いる場合、撮像系２の上面で樹脂を加熱して硬化させると撮像系２の破損を招く恐れがある。そこで、このように撮像系２の破損を招く恐れがある材料を採用する場合には、ガラスの場合と同様に、撮像系２の上面に配設する前に、予め構造体１２ａ及び第１の光学系３を一体的に構成（製造）しておけばよい。

尚、構造体１２ａと第１の光学系３との一体構造は、図２に示すように構造体１２ａ及び第１の光学系３の下面に厚みを有する構造のほかにも、構造体１２ａ及び第１の光学系３同士の一部が繋がった構造（不図示）であってもよい。

また、本実施形態では、輪状の構造体１２ａについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、別の形状として、輪状ではなく、構造体１２ａと同じ位置にあって、且つ互いに等間隔をあけて並ぶ複数の構造体からなるものであってもよい。図４は、この構造を撮像系２の上面を斜め方向からみたときの状態を示している。図４では、第１の光学系３の同心円状に等間隔に少なくとも３箇所に設けている。図４に示す各構造体１２ａ’は、ピン形状やそれに類似した形状で形成してもよい。この場合、第１の光学系３及び撮像系２の中心光軸に対して垂直な平面を形成し、その結果、光学系のチルトを抑制することができる。また、構造体１２ａを第１の光学系３の外周の同心円状に少なくとも３箇所以上のフック形状として、第２の光学系４を接着剤の介在なしに撮像系２の上面に搭載できる構造としても良い。

上記第２の光学系４は、少なくとも１枚以上のレンズ１４（第２の光学素子）と、レンズ１４を保持する鏡筒１５（保持体）とによって構成されており、図５に示すように、複数のレンズ１４が配設されることが好ましい。上記鏡筒１５には、上記構造体１２ａと嵌合するように形成された受け部１６が設けられている。すなわち、受け部１６は、凹型構造を有している。

以上の構成を備えた撮像装置１（図１）において、第２の光学系４（レンズ１４）、第１の光学系３、及び撮像系２の光軸同士が一致していないと、撮像された画のケラレ、アオリを生じたり、片ボケを生じたりする。そこで、以下に、図６に基づいて、これらの光軸同士を互いに一致もしくは実質的に一致させるための、撮像系２と第１の光学系３との組立時、及び第１の光学系３と第２の光学系４との組立時に行われる位置調整（位置合わせ）を、第１の光学系３及び第２の光学系４の製造工程に沿って説明する。

まず、図６に示すＸＹステージ１７に撮像系２を載置する。次に、第１の光学系３及び構造体１２ａを樹脂を用いて形成する場合は、ＸＹステージ１７に載置した撮像系２の上面に、第１の光学系３と構造体１２ａとが互いに位置合わせされている金型１３を配置する。この金型は透明材料から構成されている。そのため、金型１３越しにＣＣＤカメラ１８で認識し、つづいて透明金型１３に付けられたアライメントマークや、第１の光学系３の外周あるいは、第１の光学系３の外周に設けた構造体１２ａを認識して、有効画素領域６の中心と金型の中心を合わせるようにＸＹステージ１７で位置調整を行う。これにより、第１の光学系３及び構造体１２ａは、撮像系２の有効画素領域６に対して高精度にアライメントされる。

このようにアライメントがとれた状態で、例えば紫外線硬化樹脂を金型に充填する。そして、透明である金型の外側から紫外線を照射し、充填した樹脂を硬化させる。これにより、撮像系２の上面に、第１の光学系３と構造体１２ａとを直接形成することができる。

次に、第２の光学系４を実装する。撮像系２の有効画素領域６と、第１の光学系３及び構造体１２ａとが高精度に位置合わせされていれば、この構造体１２ａに、第２の光学系４の受け部１６と嵌合することによって、有効画素領域６と、第１の光学系３と、第２の光学系４とを高精度に組み立てることができる。ここで、第２の光学系４を構成するレンズ１４と鏡筒１５とは、予め、レンズ１４の光軸と、第１の光学系３の光軸とが互いに一致もしくは実質的に一致するように組み立てられており、鏡筒１５の受け部１６も、これらの光軸同士が一致もしくは実質的に一致するよう形成されている。受け部１６の形成方法は、鏡筒１５を金型によって成型し、この金型に受け部１６の形状を設けておけばよい。これにより、簡易且つ正確に鏡筒１５及び受け部１６を形成することができる。

以上のように、本実施形態における撮像装置１は、固体撮像素子５が底面に搭載された撮像系２と、固体撮像素子５に光学像を結像できるように構成された第１の光学系３とを備えており、第１の光学系３は、一方の面に平面を有していて、該平面と撮像系２の上面とが固着することによって撮像系２の上面に搭載されており、上記第１の光学系３には、他方の面における光学有効領域の外に、他方の面の側に配設される第２の光学系４と第１の光学系３との位置決めを行う際に用いられる構造体１２ａが設けられている。これにより、レンズを含む光学系と、撮像素子とを、簡易な構造体を用いて、容易且つ高精度で位置決めされた撮像装置を提供することができる。すなわち、撮像装置１の構成は、第１の光学系３及び構造体１２ａを、撮像系２の上面に直接固着させている。そのため、第２の光学系４を搭載する際の位置決め部として機能する構造体１２ａを、第１の光学系３と同じ精度で形成することが可能であり、正確な形状の構造体１２ａを実現することができ、光学素子において一般的に採用されている複雑な構造の構造体であっても、それを正確に実現することができる。よって、位置決め機能を充分に果たすことができ、所望の撮像品位を実現することができる。

また、第１の光学系３を撮像系２の上面に直接固着させていることから、位置決め部を形成した部材を介装させて、光学素子を実装する構成と比較して、撮像装置の小型化を実現することができ、小型化でありながら、高性能な撮像品位を実現する撮像装置を提供することができる。

また、本実施形態によれば、構造体１２ａと第１の光学系３とが、一体的に構成されていることから、構造体と第１の光学系とが別体で構成されている場合と比較して、撮像系２の上面への取り付け時（固着時）に、取り扱いを容易に行うことができる。すなわち、上記構造体と上記第１の光学素子とが別体で構成されている場合、撮像系２の上面への取り付け時（固着時）に、個々を、撮像素子に対して位置合わせするのに加えて、互いの位置合わせが必要となるため、工程が煩雑になる。これに対して、上記構造体と上記第１の光学素子とが一体になっていれば、互いの位置合わせは必要なくなり、工程を簡素化することが可能である。

また、上記の構成によれば、構造体と第１の光学系とが別体で構成されている場合と比較して、固着強度を高めることができる。すなわち、構造体と第１の光学系とが別体で構成されている場合、撮像系２の上面への取り付け時（固着時）に、各々が、撮像系２の上面に独立して固着されているため、上記構造体が比較的小さいサイズの場合には、何らかの外的要因によって、撮像系２の上面から離脱したり、位置ズレを起こしたりする虞がある。これに対して、本実施形態のように構造体１２ａと第１の光学系３とが一体になっていれば、構造体１２ａが小さいサイズのものであっても、構造体１２ａは、第１の光学素子によっても、撮像系２の上面に固着させられた状態となっている。そのため、固着強度を高め、信頼性の高い位置決めを実施することが可能となる。

また、本発明に係る撮像装置は、以下の構成を特徴としていると換言することができる。
すなわち、本発明に係る撮像装置は、固体撮像素子と、固体撮像素子を有するパッケージと、パッケージの上面に、固体撮像素子と対向して配設した光学素子と、光学素子の外周に配設した構造体と、を備えたことを特徴としていると換言することができる。また、上記の構成において、構造体は、光学素子と一体で形成されていることが好ましい。また、上記の構成において、光学素子と構造体は、パッケージの上面に形成されていることが好ましい。また、上記の構成において、構造体は、光学素子の外周に同心円状に形成されていることが好ましいが、構造体は、等間隔に、少なくとも３箇所に設けられていてもよい。また、上記の構成において、構造体は、凸形状からなることが好ましい。

尚、本実施形態では、携帯電話機等の携帯情報端末を例に挙げたが、本発明はこれに限定されるものではなく、あらゆる撮像機器に適用することが可能である。

〔実施の形態２〕
本発明にかかる他の実施の形態について、図７及び図８に基づいて説明すれば以下の通りである。なお、本実施の形態では、上記実施の形態１との相違点について説明するため、説明の便宜上、実施の形態１で説明した部材と同一の機能を有する部材には同一の部材番号を付し、その説明を省略する。

図７は、本実施形態の撮像装置の一部である固体撮像部の構成を示した断面図を示しており、上記実施の形態１の図２に示した構成に相当する。図７に示す固体撮像部は、上記実施の形態１の図２に基づいて説明した固体撮像部の構造体１２ａに代えて、構造体１２ｂを備えている。

構造体１２ｂは、図７に示すように、凹型構造となっている。構造体１２ｂは、凹形状が、実施の形態１の図２に示した構造体１２ａと同じく、図７に示す円形の第１の光学系３の外周において第１の光学系３と同心円状の輪を構成するように形成されている。また、図７に示すように、構造体１２ｂは、開口部から先端に向けて凹型構造が徐々に細くなった先細りした構造となっている。このような先細りした構造にすることによって、構造体１２ｂを金型を用いて製造する際に、離型性をより一層向上させることができる。

ところで、上記した実施の形態１では、構造体１２ａ（図２）と嵌合するように形成された受け部１６が鏡筒１５（図５）に設けられている。これに対して、本実施形態の第２の光学系４’は、鏡筒１５’の端部が、凹型の構造体１２ｂと嵌合する。すなわち、本実施形態は、鏡筒１５の端部に凸型構造の受け部を形成せず、鏡筒１５の端部が、直接、凹型の構造体１２ｂと嵌合するように構成されている。

従来の撮像装置（以下、カメラモジュールと記載する）は、デジタルカメラを想定していたが、近年のカメラモジュールは、先に示したように、携帯電話等の携帯端末に搭載されることを想定としている。カメラモジュールが携帯端末に搭載される場合、カメラモジュールには、薄型化・小型化が要求されることとなり、カメラモジュールを構成する光学系、固体撮像装置の薄型化・小型化を行う必要がある。そこで、本発明の撮像装置においては、撮像系の上面にレンズ機能を有する光学系を設け、レンズ枚数やレンズの厚みを削減しても光学性能を低下させない光学系とした構成を取っている。また、透光性蓋部７を有効画素領域とほぼ同程度のサイズとし性能を維持した構成をとっている。

その結果、カメラモジュールを構成する光学系や固体撮像装置の薄型化・小型化は出来たものの、それらを組み立てることが困難な構造となっている。例えば、光学系を調整する機構を設けるスペースがないことが挙げられる。そこで、本実施形態では、光学系を構成するレンズを保持する鏡筒１５の側面を薄肉とした場合において、構造体１２が凸型構造の場合、鏡筒１５の側面に嵌合するための凹型構造を設けることができない場合がある。そこで、構造体１２を図７に示すように凹型構造とすれば、鏡筒１５の側面に嵌合するための凸型構造は、形成することなく直接に嵌合することができる。この状態を図８に示す。

また、本実施形態のように、凹型構造の構造体１２ｂを形成することによって、第２の光学系４’を無調整で組み立てることができる。よって、上記した実施の形態１と比べて、構造における低コスト化、簡便な組立による低コスト化が実現できる。

しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、図９に示すように、第２の光学系４’の鏡筒１５の端部に、凸型構造１９を形成してもよい。そして、凸型構造１９は、先細りした構造の凹型の構造体１２ｂに嵌合するように、突出端に向けて徐々に細くなった先細りした構造とすることができる。

また、構成体１２ｂは、同心円状に連続した構造であっても、あるいは、等間隔で、少なくとも３箇所に形成した構造であっても構わない。その他の形状や製造工程については、上記した実施の形態１に同じものとすることができる。

〔実施の形態３〕
本発明にかかる他の実施の形態について、図１０及び図１１に基づいて説明すれば以下の通りである。なお、本実施の形態では、上記実施の形態１との相違点について説明するため、説明の便宜上、実施の形態１で説明した部材と同一の機能を有する部材には同一の部材番号を付し、その説明を省略する。

図１０は、本実施形態の撮像装置の一部である撮像系２´の構成を示した断面図を示しており、上記実施の形態１の図２に示した構成に相当する。図１０に示す撮像系２´は、上記実施の形態１の図２に基づいて説明した不透光性パッケージ１１に代えて、撮像素子保護部材２０を備えている。以下、本実施形態について詳述する。

本実施形態の撮像装置に設けられた撮像系２´は、図１０に示すように、固体撮像素子５と、有効画素領域６と、透光性蓋部７と、基板９、電極１０、及び、素子保護部材２０とを有している。この撮像系２´では、素子保護部材２０は樹脂材料で成型されており、透光性蓋部７を保持するとともに、固体撮像素子５を覆ってゴミ・傷から保護し、被撮像体とは関係ない光、すなわち不要な光が固体撮像素子５に入射することを防ぐ。

素子保護部材２０は、透光性蓋部７を貼り付けた後、基板９に接着剤等により固定される。ここでは、透光性蓋部７は、素子保護部材２０に固定するために固体撮像素子５と同じ側に固定した構成としているが、固体撮像素子５と逆の側に固定した構成としても構わない。例えば、透光性蓋部７の周辺の断面からゴミや埃が落ちるのであれば、固体撮像素子５と逆の側に固定した構成とすることによって防止することが可能である。いずれの構成であっても撮像系の上面に第１の光学素子及び構造体を形成することによって図２と同様の構成を得ることができる。

構造体１２ａと第１の光学系３とは、図１０に示すように、透光性蓋部７の上面に設けられていればよい。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、図１１にしめすように、構造体１２ａが、部分的に素子保護部材２０の上面に配置されていてもよい。また、図示しないが、構造体１２ａは素子保護部材２０の上面に配置されて、第１の光学系３のみが透光性蓋部７の上面に配置されてもよい。

〔実施の形態４〕
本発明にかかる他の実施の形態について、図１２に基づいて説明すれば以下の通りである。なお、本実施の形態では、上記実施の形態１との相違点について説明するため、説明の便宜上、実施の形態１で説明した部材と同一の機能を有する部材には同一の部材番号を付し、その説明を省略する。

図１２は、本実施形態の撮像装置の一部である撮像系２及び第１の光学系３´の構成を示した断面図を示しており、上記実施の形態１の図２に示した構成に相当する。図１２に示す第１の光学系３´について、以下に詳述する。

上記実施の形態１の第１の光学系３は、固体撮像素子５への入射角を緩和や、周辺部の光量落ちを改善する役割を有したり、レンズ機能を有する構成としていたが、本実施形態で採用している第１の光学系３´は、固体撮像素子５へ入射する光線により、不透光性パッケージ１１に設けられた透光性蓋部７から反射する光を低減するために透光性蓋部７の表面に反射を抑制する複数の先鋭構造（突出構造）を設けた構成とした。

一般に、透光性蓋部の表面には、反射を防止するためにＡＲコート層を設けた構成を採用している。しかしながら、本発明は、第２の光学系４（具体的にはレンズ１４）の位置決めを行う構造体１２を形成することが特徴であり、不透光性パッケージの表面に構造体を形成する工程を必要とする。その結果、コストの増加につながり問題となった。そこで、ここでは、ＡＲコート層を形成せず、構造体１２を形成すると同時に反射を抑制する複数の先鋭構造を形成することによって、コストを増加させることなく、撮像装置を得ることができる。

複数の先鋭構造の形成は、上記実施の形態１に示した第１の光学系３の形成と同じであり、金型に複数の先鋭構造を形成する構成を設け、紫外線硬化樹脂を用いて構造体１２と同時に形成することができる。

尚、図１２では、透光性蓋部７に直接、複数の先鋭構造を固定した構成としているが、僅かに厚みを設けてその上に複数の先鋭構造を形成した構成としても構わない。その構成とすることによって、例えば、紫外線硬化樹脂を均一に流し込むことができ、複数の先鋭構造が一つも欠けることなく形成することができる。

複数の先鋭構造のサイズとしては、例えば、ピッチ２５０ｎｍ、アスペクト比を１以上とすることによって、撮像において必要とされる波長の範囲（例えば、３００〜８００ｎｍ）において反射率を１％未満とすることができる。

また、第１の光学系３を曲面形状とし、その表面に複数の先鋭構造を有する構成としても構わない。一般にレンズの表面にはＡＲコート層を設けた構成とし、反射を防止するが、ＡＲコート層を形成する工程を省略して、曲面形状と、その表面に反射を抑制する先鋭構造を同時に形成することができる。この時の金型としては、曲面形状を形成する型を先に形成し、その後に、複数の先鋭構造を形成する型を追加して設けることによって形成することができる。

尚、本発明は上述した各実施の形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明の撮像装置は、第１の光学素子が撮像パッケージの上面に直接固着しており、且つ、第１の光学素子に向けて光を導く第２の光学素子を撮像パッケージに取り付けるための構造体が、撮像パッケージの上記上面に直接固着していることから、レンズを含む光学系と、撮像素子とを、簡易な構造体を用いて、容易且つ高精度で位置決めされた撮像装置を提供することができる。

従って、デジタルカメラや、撮像機能をもつ携帯電話機といった撮像素子を搭載するあらゆる機器に適用することができる。

本発明に係る撮像装置の一実施形態の構成を示した断面図である。 図１に示した撮像装置の主要部の一つの構成を示した断面図である。 図１に示した撮像装置の主要部の一つの構成を示した斜視図であり、図２に示す構成と同一の構成である。 図１に示した撮像装置の主要部の一つの構成を示した斜視図であり、図２及び図３に示す構成の変形例である。 図１に示した撮像装置の主要部の一つの構成を示した断面図である。 図１に示した撮像装置の主要部の一つの構成を製造している段階を示した図である。 本発明に係る撮像装置の主要部の他の実施形態を示した断面図である。 本発明に係る撮像装置の主要部の他の実施形態を示した断面図である。 本発明に係る撮像装置の主要部の他の実施形態を示した断面図である。 本発明に係る撮像装置の主要部の他の実施形態を示した断面図である。 本発明に係る撮像装置の主要部の他の実施形態を示した断面図である。 本発明に係る撮像装置の主要部の他の実施形態を示した断面図である。

符号の説明

１ 撮像装置
２ 撮像系（撮像パッケージ）
３ 第１の光学系（第１の光学素子）
４ 第２の光学系（第２の光学素子、部材）
５ 固体撮像素子（撮像素子）
６ 有効画素領域
７ 透光性蓋部
８ 撮像素子ユニット
９ 基板
１０ 電極
１１ 不透光性パッケージ
１２ａ 構造体（凸型構造）
１２ｂ 構造体（凹型構造）
１３ 金型
１４ レンズ
１５ 鏡筒
１６ 受け部（凹型構造）
１７ ＸＹステージ
１８ ＣＣＤカメラ
１９ 凸型構造

Claims (21)

1. 撮像素子と、
   底部に上記撮像素子を配設することができるように構成された撮像パッケージと、
   上記撮像パッケージの上面に設けられ、上記撮像素子に向けて光を導く第１の光学素子と、
   上記第１の光学素子に向けて光を導く第２の光学素子と、
   上記撮像パッケージの上面に設けられ、上記第１の光学素子と上記第２の光学素子とを位置合わせするための構造体とを備えており、
   上記撮像パッケージの上記上面の一部分は、
   上記第１の光学素子を透過する光を遮らない位置に設けられた、上記第１の光学素子以外から撮像素子に光が入射することを防ぐための不透光性部材によって形成されており、
   上記構造体と上記第１の光学素子とは、同一材料から構成されており、
   上記構造体は、上記第１の光学素子の外周に位置しており、
   上記構造体における上記撮像パッケージの上記上面と対向する側の面は、その全域が上記不透光性部材の上面に固着していることを特徴とする撮像装置。
2. 上記構造体は、上記不透光性部材の上のみに固着していることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. さらに、上記第２の光学素子を保持する保持体を備えており、
   上記保持体は、上記構造体を介して、上記撮像パッケージに対して固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 上記構造体は、第１の光学素子と、第２の光学素子と、撮像素子との相対位置を、所望の位置に定めるための構造体であることを特徴とする請求項１から３までの何れか１項に記載の撮像装置。
5. 上記構造体と上記第１の光学素子とは、一体的に構成されていることを特徴とする請求項１から４までの何れか１項に記載の撮像装置。
6. 上記構造体と上記第１の光学素子とは、別体であるが、同時に形成された構成であることを特徴とする請求項１から４までの何れか１項に記載の撮像装置。
7. 上記撮像パッケージは、撮像素子の上に、透光性材料からなる蓋部材を有しており、
   上記不透光性部材は、上記蓋部材の周りに設けられており、
   上記撮像パッケージの上記上面は、上記不透光性部材及び上記蓋部材によって形成されていることを特徴とする請求項１から６までの何れか１項に記載の撮像装置。
8. 上記第１の光学素子は、撮像パッケージの上記上面と対向する面が平面である平凹レンズまたは平凸レンズであり、
   上記平面が上記撮像パッケージの上面に固着していることを特徴とする請求項１から７までの何れか１項に記載の撮像装置。
9. 上記第１の光学素子は、撮像パッケージの上記上面から上方に向けて突出した、上記撮像素子に入射する光線により上記蓋部材から反射する光を低減するための突出構造を複数有しており、
   上記突出構造は、先細り構造であることを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
10. 上記構造体は、凸型構造であり、
    上記第２の光学素子には、上記凸型構造に咬合する凹型構造が形成されていることを特徴とする請求項１から９までの何れか１項に記載の撮像装置。
11. 上記構造体は、凹型構造が形成されており、
    上記第２の光学素子は、上記凹型構造に咬合することを特徴とする請求項１から９までの何れか１項に記載の撮像装置。
12. 上記凸型構造は、先細りの構造であることを特徴とする請求項１０に記載の撮像装置。
13. 上記凹型構造は、先細りの構造であることを特徴とする請求項１０または１１に記載の撮像装置。
14. 上記構造体は、撮像パッケージの上面にて、第１の光学素子の外周を囲む輪状に構成されていることを特徴とする請求項１から１３までの何れか１項に記載の撮像装置。
15. 上記構造体は、撮像パッケージの上面にて、第１の光学素子の外周に沿って断続して配置されていることを特徴とする請求項１から１４までの何れか１項に記載の撮像装置。
16. 上記第２の光学素子は、複数のレンズを有していることを特徴とする請求項１から１５までの何れか１項に記載の撮像装置。
17. 撮像素子と、
    底部に上記撮像素子を配設することができるように構成された撮像パッケージと、
    上記撮像素子に向けて光を導く第１の光学素子と、
    上記撮像パッケージの上面に設けられ、上記第１の光学素子と、当該第１の光学素子における上記上面の側とは反対側に配設される部材との位置合わせを行う際に用いられる突起もしくは窪みが形成された構造体とを備えており、
    上記撮像パッケージの上記上面の一部分は、
    上記第１の光学素子を透過する光を遮らない位置に設けられた、上記第１の光学素子以外から撮像素子に光が入射することを防ぐための不透光性部材によって形成されており、
    上記構造体と上記第１の光学素子とは、同一材料から構成されており、
    上記構造体は、上記第１の光学素子の外周に位置しており、
    上記構造体における上記撮像パッケージの上記上面と対向する側の面は、その全域が上記不透光性部材の上面に固着していることを特徴とする撮像装置。
18. 上記構造体は、上記不透光性部材の上のみに固着していることを特徴とする請求項１７に記載の撮像装置。
19. 請求項１から１８までの何れか１項に記載の撮像装置を備えていることを特徴とする携帯情報端末。
20. 請求項１から１８までの何れか１項に記載の撮像装置を備えていることを特徴とする撮像機器。
21. 底部に撮像素子を搭載した撮像パッケージの上面に、当該撮像素子に光を導く第１の光学素子を有した撮像装置を製造する製造方法であって、
    上記撮像パッケージの上面の一部分は、上記第１の光学素子を透過する光を遮らない位置に設けられた、上記第１の光学素子以外から撮像素子に光が入射することを防ぐための不透光性部材によって形成されており、
    上記撮像パッケージを配置したときに上記上面に所定の空間が形成される金型であって、当該所定の空間が、第１の光学素子に相当する形状、及び、第１の光学素子と、第１の光学素子に向けて光を導く第２の光学素子とを撮像パッケージの上面に取り付ける際に当該第１の光学素子と第２の光学素子との位置合わせを行う際に用いられる構造体に相当する形状をなした当該金型を配置した後、上記空間に未硬化の液状材料を充填する充填工程と、
    上記充填工程によって充填された液状材料を硬化させる硬化工程とを含み、上記充填工程では、上記金型の上記構造体に相当する形状の部分が、上記撮像パッケージの上記上面における上記不透光性部材の上面に位置するように、当該金型を配置することを特徴とする撮像装置の製造方法。

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