(57)【要約】【課題】歩留まりを向上させ、製造コストを低減可能とする撮像装置及び撮像レンズを提供すること。【解決手段】被写体からの光を電気信号に変換する光電変換素子であるＣＭＯＳセンサ１０と、光電変換素子へ被写体の像を投影するためのレンズ素子である第１レンズ素子１６、第２レンズ素子１７と、光電変換素子及びレンズ素子の間隔を保持するスペーサ１２と、を有し、スペーサ１２は、スペーサ１２を介して積層された要素であるガラスプレート１４、レンズプレート１５、及びスペーサ１２に囲まれた内部空間と、スペーサ１２の外部との通気のための通気構造を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体からの光を電気信号に変換する光電変換素子と、
前記光電変換素子へ前記被写体の像を投影するためのレンズ素子と、
前記光電変換素子及び前記レンズ素子の間隔を保持するスペーサと、を有し、
前記スペーサは、前記スペーサを介して積層された要素及び前記スペーサに囲まれた内部空間と、前記スペーサの外部との通気のための通気構造を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記スペーサは、多孔質材料を用いて構成されることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記スペーサは、前記要素を接着させる面に形成されたコーティング層を備えることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記スペーサは、前記要素を接着させる面に形成されたマイクロチャネルを備えることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項５】
被写体の像を投影面に投影するためのレンズ素子と、
前記投影面及び前記レンズ素子の間隔を保持するスペーサと、を有し、
前記スペーサは、前記スペーサを介して積層された要素及び前記スペーサに囲まれた内部空間と、前記スペーサの外部との通気のための通気構造を備えることを特徴とする撮像レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置及び撮像レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話等の電子機器に用いられるカメラモジュールに使用される撮像レンズは、電子機器の組み立て工程の簡略化のために、半田のリフロー温度（例えば２６０度）に耐え得る耐熱性が要求されている。一般に、レンズの材料としては、ガラス等の無機材料、アクリルやエポキシを主成分とする樹脂有機材料が知られている。無機材料は、耐熱性が高く融点も高いことから、レンズの作製は、融点に近い５００度を超える温度で金型を押し付ける鋳造が主となる。鋳造の場合、高温であることから金型の劣化が激しく、一度に製造できるレンズの個数が限られるため、製造コストが高くなる点が課題となる。耐熱樹脂を用いたモールド法による作製の場合も、鋳造の場合と同様な点が課題となる。撮像レンズの低コスト化の要求に対して、ウェハレベル技術によるウェハレベルレンズの作製が注目されている。ウェハレベルレンズは、例えば、ＵＶ硬化性の耐熱樹脂を透明基板上に供給し、レンズ型を押し付けた状態でＵＶを照射し、レンズ型を外すことにより作製される。数千個のレンズを一括で形成することで、低コスト化が可能となる。
【０００３】
撮像レンズは、画像の歪みや収差を低減するために、レンズが形成された複数の透明基板（レンズプレート）を積み重ねて構成される場合が多い。ウェハレベルレンズの場合、ウェハ形状に形成されたスペーサを介して複数のレンズプレートを積層し、ダイシングを経て、レンズモジュールを作成することとなる（例えば、特許文献１参照）。スペーサとしては、厚さが調整されたガラスウェハ、或いはシリコンウェハ等が用いられる。スペーサのうちレンズに対応する部分には、ブラスト加工、切削加工等により空洞が形成される。アレイ状にスペーサが形成されたスペーサアレイプレートと、アレイ状にレンズが形成されたレンズアレイプレートとは、接着剤を介して順次積層され、ダイシングにより個片化される。スペーサ内部の空洞は、スペーサを介して積層されるレンズプレートによって閉じられることとなる。スペーサの内部空間は気体が密閉された状態となるため、例えば、リフロー工程等の熱プロセスにおける気体の膨張により、レンズプレートとスペーサとの剥離や破損が生じる場合がある。このため、歩留まりの低下、製造コストの無駄が課題となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００５−５３９２７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、歩留まりを向上させ、製造コストを低減可能とする撮像装置及び撮像レンズを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願発明の一態様によれば、被写体からの光を電気信号に変換する光電変換素子と、光電変換素子へ被写体の像を投影するためのレンズ素子と、光電変換素子及びレンズ素子の間隔を保持するスペーサと、を有し、スペーサは、スペーサを介して積層された要素及びスペーサに囲まれた内部空間と、スペーサの外部との通気のための通気構造を備えることを特徴とする撮像装置が提供される。
【０００７】
また、本願発明の一態様によれば、被写体の像を投影面に投影するためのレンズ素子と、投影面及びレンズ素子の間隔を保持するスペーサと、を有し、スペーサは、スペーサを介して積層された要素及びスペーサに囲まれた内部空間と、スペーサの外部との通気のための通気構造を備えることを特徴とする撮像レンズが提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、歩留まりを向上させ、製造コストを低減させるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１の実施の形態に係る撮像装置の断面概略図である。
【図２】図２は、スペーサにレンズプレートを積層させた構成を説明する平面図である。
【図３】図３は、スペーサを構成する多孔質セラミックの断面拡大図である。
【図４−１】図４−１は、撮像装置を製造する手順を説明する断面模式図である。
【図４−２】図４−２は、撮像装置を製造する手順を説明する断面模式図である。
【図５】図５は、レンズアレイプレートの平面図である。
【図６】図６は、スペーサアレイプレートの平面図である。
【図７】図７は、第１の実施の形態の変形例に係る撮像装置の断面概略図である。
【図８】図８は、スペーサに形成する内壁面の変形例を説明する平面図である。
【図９】図９は、スペーサに形成する内壁面の変形例を説明する平面図である。
【図１０】図１０は、第１の実施の形態の応用例に係る撮像装置の断面概略図である。
【図１１】図１１は、第２の実施の形態に係る撮像装置の断面概略図である。
【図１２】図１２は、スペーサのうちカバーガラス側の平面図である。
【図１３】図１３は、スペーサアレイプレートの断面模式図である。
【図１４】図１４は、スペーサアレイプレートのうちマイクロチャネルが形成された側の平面図である。
【図１５】図１５は、マイクロチャネルの変形例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に添付図面を参照して、本発明の実施の形態に係る撮像装置及び撮像レンズを詳細に説明する。
【００１１】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置の断面概略図である。撮像装置は、ＣＭＯＳセンサ１０及び撮像レンズ１１を備える。ＣＭＯＳセンサ１０は、被写体からの光を電気信号に変換する光電変換素子である。光電変換素子としては、ＣＭＯＳセンサ１０に代えてＣＣＤを用いても良い。
【００１２】
撮像レンズ１１は、レンズプレート１５及びスペーサ１２を有する。レンズプレート１５は、第１レンズ素子１６、第２レンズ素子１７、ガラス基板１８を有する。第１レンズ素子１６及び第２レンズ素子１７は、被写体の像をＣＭＯＳセンサ１０の投影面に投影するためのレンズ素子である。第１レンズ素子１６は、凹面を備える凹レンズである。第１レンズ素子１６は、レンズプレート１５のうち被写体からの光が入射する入射面に設けられている。第２レンズ素子１７は、凸面を備える凸レンズである。第２レンズ素子１７は、レンズプレート１５のうち入射面から入射した光が射出する射出面に設けられている。第１レンズ素子１６の凹面、第２レンズ素子１７の凸面は、球面及び非球面のいずれであっても良い。ガラス基板１８は、第１レンズ素子１６及び第２レンズ素子１７を支持する。
【００１３】
スペーサ１２は、ＣＭＯＳセンサ１０及びレンズプレート１５の間隔を保持する。スペーサ１２は、多孔質材料、例えば、多孔質セラミックを用いて構成されている。スペーサ１２の内側には、内壁面１３により囲まれた空洞が形成されている。レンズプレート１５及びスペーサ１２は、接着層２１により固定されている。
【００１４】
カバーガラス１４は、ＣＭＯＳセンサ１０及びスペーサ１２の間に設けられている。スペーサ１２及びカバーガラス１４は、接着層２２により固定されている。スペーサ１２に形成された空洞は、スペーサ１２を介して積層された要素であるレンズプレート１５及びカバーガラス１４により、上下が塞がれている。スペーサ１２の内部には、スペーサ１２の内壁面１３、レンズプレート１５、及びカバーガラス１４により囲まれた内部空間が形成されている。ＣＭＯＳセンサ１０及びカバーガラス１４は、接着層２３により、隙間を設けて固定されている。なお、撮像レンズ１１の構成は、本実施の形態で説明するものに限られず、レンズ素子を配置する態様など、適宜変更しても良い。
【００１５】
図２は、スペーサ１２にレンズプレート１５を積層させた構成を説明する平面図である。（ａ）は、レンズプレート１５のうちスペーサ１２側の平面図、（ｂ）は、スペーサ１２のうちカバーガラス１４側の平面図、（ｃ）は、スペーサ１２にレンズプレート１５を積層させた構成のうち、カバーガラス１４側の平面図を示す。レンズプレート１５の第２レンズ素子１７は、円形状をなしている。レンズプレート１５のうちスペーサ１２側とは反対側に設けられた第１レンズ素子１６（図１参照）も、円形状をなしている。スペーサ１２の内壁面１３は、第２レンズ素子１７が収まる大きさの正方形形状をなしている。内壁面１３がなす正方形の一辺は、例えば１．５ｍｍとする。第２レンズ素子１７は、内壁面１３に囲まれた部分に配置されている。
【００１６】
図３は、スペーサ１２を構成する多孔質セラミックの断面拡大図である。多孔質セラミックとしては、例えば、アルミナやシリカの焼結体を用いる。スペーサ１２を構成する多孔質セラミックの気孔は、スペーサ１２の内壁面１３、レンズプレート１５、及びカバーガラス１４により囲まれた内部空間と、スペーサ１２の外部との通気のための通気構造として機能する。多孔質セラミックの気孔率は、例えば、４０〜５０％とする。多孔質セラミックの気孔径は、撮像装置の組み立て工程等において、撮像の妨げとなる異物の進入を防止可能であることが望ましく、例えば、１０μｍ〜２０μｍとする。
【００１７】
スペーサ１２に通気構造を設けることにより、スペーサ１２の内部空間とスペーサ１２の外部とで、気体の流動が可能となる。このため、スペーサ１２の内部空間において気体が膨張した場合であっても、スペーサ１２の外部へ気体を流動させ、レンズプレート１５とスペーサ１２との剥離や破損を低減させることができる。これにより、撮像装置について、歩留まりを向上させ、製造コストを低減させるという効果を奏する。なお、多孔質材料は、本実施の形態で説明するものに限られず、通気構造として機能可能な気孔を有するものであれば、いずれのものとしても良い。
【００１８】
図４−１及び図４−２は、撮像装置を製造する手順を説明する断面模式図である。図４−１の（ａ）に示すように、板状に成型された多孔質セラミックプレート３１を用意する。多孔質プレート３１の厚さは、例えば０．５７ｍｍとする。（ｂ）に示す工程では、多孔質セラミックプレート３１の加工により、複数の内壁面１３を備えるスペーサアレイプレート３２を形成する。
【００１９】
図５は、撮像装置の製造に用いられるレンズアレイプレート３３のうち、第２レンズ素子１７が形成された側の平面図である。レンズアレイプレート３３には、第１レンズ素子１６（図１参照）及び第２レンズ素子１７が形成されている。レンズアレイプレート３３において、第２レンズ素子１７は、二次元方向について規則的に並列させて設けられている。第１レンズ素子１６は、第２レンズ素子１７に対応する位置に配置されている。第１レンズ素子１６も、第２レンズ素子１７と同様に、二次元方向について規則的に並列させて設けられている。
【００２０】
図６は、スペーサアレイプレート３２の平面図である。スペーサアレイプレート３２の内壁面１３は、レンズアレイプレート３３の第１レンズ素子１６及び第２レンズ素子１７の位置に対応する位置に形成される。内壁面１３も、第１レンズ素子１６及び第２レンズ素子１７と同様に、二次元方向について規則的に並列させて設けられている。
【００２１】
内壁面１３は、例えば、多孔質セラミックプレート３１にブラスト加工やドリル加工を施すことにより形成する。多孔質セラミックプレート３１には、レンズアレイプレート３３の第１レンズ素子１６、第２レンズ素子１７に対応する数、例えば約２０００個の内壁面１３を形成する。スペーサアレイプレート３２は、多孔質セラミックプレート３１の加工により形成する他、所望のスペーサアレイプレート３２の形状の型を用意し、加圧焼結により形成しても良い。多孔質セラミックプレート３１の加工によりスペーサアレイプレート３２を形成する場合、コスト面で有利であるという利点がある。
【００２２】
図４−１の（ｃ）に示す工程では、接着剤からなる接着層２１を用いて、スペーサアレイプレート３２とレンズアレイプレート３３とを接着する。スペーサアレイプレート３２とレンズアレイプレート３３とは、第１レンズ素子１６及び第２レンズ素子１７の位置と、内壁面１３の位置とを一致させて固定される。
【００２３】
次に、図４−２の（ｄ）に示す工程において、スペーサアレイプレート３２及びレンズアレイプレート３３をダイシングする。スペーサアレイプレート３２及びレンズアレイプレート３３のダイシングにより、（ｅ）に示すように、スペーサ１２にレンズプレート１５が積層された撮像レンズ１１が得られる。（ｆ）に示す工程では、ＣＭＯＳセンサ１０及びカバーガラス１４を撮像レンズ１１に取り付ける。ＣＭＯＳセンサ１０及びカバーガラス１４は、接着剤からなる接着層２３を用いて接着される。カバーガラス１４及び撮像レンズ１１は、接着剤からなる接着層２２を用いて接着される。以上により、第１の実施の形態に係る撮像装置が得られる。
【００２４】
なお、撮像装置は、ウェハレベルで全ての構成を積層した後、各構成を一括してダイシングする手順により製造しても良い。スペーサアレイプレート３２にレンズアレイプレート３３を積層した段階でダイシングし、ＣＭＯＳセンサ１０を取り付ける手順は、ＣＭＯＳセンサ１０及び撮像レンズ１１のいずれか一方の歩留まりが悪い場合に、モジュール全体の歩留まりへの影響を少なくできるという利点がある。
【００２５】
図７は、第１の実施の形態の変形例に係る撮像装置の断面概略図である。本変形例は、スペーサ１２に形成されたコーティング層３５を有することを特徴とする。コーティング層３５は、スペーサ１２のうちレンズプレート１５を接着させる面と、カバーガラス１４を接着させる面とに設けられている。コーティング層３５は、例えば、スペーサ１２上に耐熱樹脂をコーティングすることにより形成される。コーティング層３５の厚さは、例えば、０．１μｍ程度とする。
【００２６】
多孔質材料を用いて構成されたスペーサ１２は、接着剤が浸透することにより、レンズプレート１５、カバーガラス１４との接着力が弱められる場合がある。スペーサ１２にコーティング層３５を施すことにより、スペーサ１２への接着剤の浸透を低減させ、スペーサ１２へのレンズプレート１５及びカバーガラス１４の固定を強固にすることができる。なお、スペーサ１２にコーティング層３５を施した場合であっても、スペーサ１２のうち外部側の面と内壁面１３との間における気孔を介して、通気性を確保できる。
【００２７】
図８及び図９は、スペーサ１２に形成する内壁面の変形例を説明する平面図である。図８の（ａ）に示すように、円形状をなす第２レンズ素子１７に対して、（ｂ）に示す内壁面３７は、第２レンズ素子１７より大きい円形状をなしている。また、図９の（ａ）に示すように円形状をなす第２レンズ素子１７に対して、（ｂ）に示す内壁面３８は、第２レンズ素子１７が収まる大きさの八角形形状をなしている。スペーサ１２に形成する内壁面の形状は、正方形形状の他、本変形例で説明する円形状や八角形、さらに、八角形以外の多角形形状等、適宜変形可能である。内壁面を円形状或いは多角形形状とする場合、スペーサ１２とレンズプレート１５との接着面積を広く確保可能とすることで、スペーサ１２及びレンズプレート１５の固定を強固にできるという利点がある。
【００２８】
図１０は、第１の実施の形態の応用例に係る撮像装置の断面概略図である。本応用例で説明する撮像レンズ４０は、スペーサを介して積層された複数のレンズプレートを有する。撮像レンズ４０は、第１レンズプレート４４、第２レンズプレート４５、第３レンズプレート４６、第４レンズプレート４７を有する。第１レンズプレート４４は、ガラス基板に形成された第１レンズ素子４８を有する。第１レンズ素子４８は、凸レンズである。第２レンズプレート４５は、ガラス基板に形成された第２レンズ素子４９を有する。第２レンズ素子４９は、凸レンズである。第３レンズプレート４６は、ガラス基板に形成された第３レンズ素子５０を有する。第３レンズ素子５０は、凹レンズである。第４レンズプレート４７は、ガラス基板に形成された第４レンズ素子５１を有する。第４レンズ素子５１は、凸レンズである。
【００２９】
第１スペーサ４１、第２スペーサ４２、第３スペーサ４３は、ＣＭＯＳセンサ１０及び各レンズプレート４４、４５、４６、４７の間隔を保持する。第１レンズプレート４４及び第２レンズプレート４５は、第１スペーサ４１を介して積層されている。第３レンズプレート４６及び第４レンズプレート４７は、第２スペーサ４２を介して積層されている。第４レンズプレート４７及びＣＭＯＳセンサ１０は、第３スペーサ４３を介して積層されている。第２レンズプレート４５のうち第２レンズ素子４９側とは反対側の面と、第３レンズプレート４６のうち第３レンズ素子５０側とは反対側の面とは、接着されている。なお、各要素の間に設けられる接着層については、図示を省略している。
【００３０】
第１スペーサ４１、第２スペーサ４２、第３スペーサ４３は、いずれも多孔質材料を用いて構成されている。第１スペーサ４１を構成する多孔質材料の気孔は、第１レンズプレート４４、第２レンズプレート４５、及び第１スペーサ４１に囲まれた内部空間と、第１スペーサ４１の外部との通気のための通気構造として機能する。第２スペーサ４２を構成する多孔質材料の気孔は、第３レンズプレート４６、第４レンズプレート４７、及び第２スペーサ４２に囲まれた内部空間と、第２スペーサ４２の外部との通気のための通気構造として機能する。第３スペーサ４３を構成する多孔質材料の気孔は、第４レンズプレート４７、ＣＭＯＳセンサ１０、及び第３スペーサ４３に囲まれた内部空間と、第３スペーサ４３の外部との通気のための通気構造として機能する。本応用例では、撮像レンズ４０及び撮像装置について、歩留まりを向上させ、製造コストを低減させることができる。なお、撮像レンズ４０の構成は、本応用例で説明するものに限られず、レンズプレートの数、レンズ素子を配置する態様など、適宜変更しても良い。
【００３１】
（第２の実施の形態）
図１１は、本発明の第２の実施の形態に係る撮像装置の断面概略図である。本実施の形態は、スペーサ５０に形成されたマイクロチャネル５１を有することを特徴とする。上記の第１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。スペーサ５０は、従来用いられる材料、例えばガラスやシリコンを用いて構成されている。マイクロチャネル５１は、スペーサ５０のうちカバーガラス１４を接着させる接着面に設けられている。図１１に示す断面図において、マイクロチャネル５１は、矩形形状をなしている。
【００３２】
図１２は、スペーサ５０のうちカバーガラス１４側の平面図である。マイクロチャネル５１は、直線状に形成された溝である。スペーサ５０には、格子状に並列させた複数のマイクロチャネル５１が形成されている。各マイクロチャネル５１は、内壁面１３がなす正方形の各辺に略平行となるように形成されている。マイクロチャネル５１は、カバーガラス１４側の面の全体に形成されている。なお、内壁面１３の形状は、第１の実施の形態と同様に、適宜変形しても良い。
【００３３】
マイクロチャネル５１が形成されたスペーサ５０をカバーガラス１４に積層させることにより、マイクロチャネル５１は、スペーサ５０の内部空間と、スペーサ５０の外部との通気のための通気構造を構成する。マイクロチャネル５１の断面サイズは、撮像装置の組み立て工程等において、撮像の妨げとなる異物の進入を防止可能であることが望ましく、例えば、断面形状の一辺を１０μｍ〜２０μｍとする。マイクロチャネル５１を設けることにより、スペーサ５０の内部空間とスペーサ５０の外部とで、気体の流動が可能となる。なお、マイクロチャネル５１の断面形状は、矩形である場合に限られず、いずれの形状としても良い。
【００３４】
図１３は、撮像装置の製造に用いられるスペーサアレイプレート５２の断面模式図である。図１４は、スペーサアレイプレート５２のうちマイクロチャネル５１が形成された側の平面図である。スペーサアレイプレート５２は、板状に成型されたプレートの加工により内壁面１３及びマイクロチャネル５１を形成することにより得られる。マイクロチャネル５１は、内壁面１３を並列させる二次元方向に沿って形成する。マイクロチャネル５１は、リソグラフィ及びエッチングによる加工、レーザ加工、ダイシングソーによる加工など、いずれの方法により形成しても良い。撮像装置を製造する手順は、マイクロチャネル５１が形成されたスペーサアレイプレート５２を用いる他は、第１の実施の形態と同様である。
【００３５】
第１の実施の形態の応用例として説明した撮像レンズ４０（図１０参照）の各スペーサ４１、４２、４３も、多孔質材料の使用に代えて、マイクロチャネル５１を形成することとしても良い。以上により、本実施の形態の場合も、第１の実施の形態と同様に、撮像装置、撮像レンズの歩留まりを向上させ、製造コストを低減させることが可能となる。
【００３６】
図１５は、マイクロチャネルの変形例を説明する図である。スペーサアレイプレート５２に形成されたマイクロチャネル５３は、内壁面１３を並列させる二次元方向に対して略４５度傾けられている。スペーサアレイプレート５２をダイシングすると、内壁面１３がなす正方形の各辺に対して略４５度傾けられたマイクロチャネル５３を得る。内壁面１３に対するマイクロチャネル５３の傾きは任意であって、適宜変形可能である。
【００３７】
マイクロチャネルは、規則的な配列とする場合に限られず、不規則な配列であっても良い。例えば、直線状のマイクロチャネルをランダムに配置することとしても良い。また、マイクロチャネルは、直線状である場合に限られず、曲線状であっても良い。マイクロチャネルの位置は、スペーサ５０のうちＣＭＯＳセンサ１０側の面である場合に限られない。マイクロチャネルは、スペーサ５０のうちレンズプレート１５側の面に形成しても良く、ＣＭＯＳセンサ１０側の面とレンズプレート１５側の面との双方に形成しても良い。
【符号の説明】
【００３８】
１０  ＣＭＯＳセンサ、１１  撮像レンズ、１２  スペーサ、１６  第１レンズ素子、１７  第２レンズ素子、３５  コーティング層、４０  撮像レンズ、４１  第１スペーサ、４２  第２スペーサ、４３  第３スペーサ、５０  スペーサ、５１  マイクロチャネル。
【図１】
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【図２】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図３】
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