(57)【要約】【課題】積層型カメラモジュールにおいて、装置コストの増大を抑制しつつ撮影品質を高めるようにする。【解決手段】レンズ１１，１２，１５が配されたレンズ用基板１０，１２，１５と、受光面２１Ｊを有する撮像素子２１が配された撮像用基板２０と、基板の間の位置関係を調節するためのアクチュエータ３１が配された位置調節用基板３０とを備え、レンズ１１，１３，１５を通して受光面２１Ｊに結像される被写体の光学像が撮像素子２１で撮像可能となるように各基板を積層する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の予め定められた複数の領域それぞれにレンズを配置してなる１枚以上のレンズ用基板と、受光面を有する撮像素子を前記各領域に対応する各位置に配置してなる撮像用基板と、前記基板間の位置関係を調節するためのアクチュエータを前記各領域に対応する各位置に配置してなる１枚以上の位置調節用基板とを、前記各レンズを通して被写体の光学像が前記各受光面上に結像されるように積層し、
その後、前記積層によって得られた積層体を、該積層体の積層方向に対して直交する面に沿って切断し前記各領域に対応する部位それぞれを互に切り離して、前記受光面上に結像される光学像を前記撮像素子で撮像可能な積層型カメラモジュールを複数得ることを特徴とする積層型カメラモジュールの製造方法。
【請求項２】
レンズが配された１枚以上のレンズ用基板と、受光面を有する撮像素子が配された撮像用基板と、前記基板間の位置関係を調節するためのアクチュエータが配された１枚以上の位置調節用基板とを備え、前記レンズを通して被写体の光学像が前記撮像素子の受光面上に結像されるように前記各基板が積層されたものであることを特徴とする積層型カメラモジュール。
【請求項３】
前記位置調節用基板が、互に隣り合う前記基板間における、該基板の積層方向の位置関係を調節するものであることを特徴とする請求項２記載の積層型カメラモジュール。
【請求項４】
前記位置調節用基板が、互に隣り合う前記基板間における、該基板の積層方向に対して直交する方向の位置関係を調節するものであることを特徴とする請求項２または３記載の積層型カメラモジュール。
【請求項５】
前記位置調節用基板が、互に隣り合う前記基板間の傾きを調節するものであることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項記載の積層型カメラモジュール。
【請求項６】
２つ以上の前記レンズ用基板を備え、
前記位置調節用基板が、互に隣り合う前記撮像用基板と前記レンズ用基板との間、および互に隣り合う前記レンズ用基板の間の両方に配されたものであることを特徴とする請求項２から５のいずれか１項記載の積層型カメラモジュール。
【請求項７】
前記撮像用基板の前記レンズ用基板の側とは反対側にベース基板をさらに備え、該ベース基板と前記撮像用基板との間に該基板の積層方向に対して直交する方向への位置関係を調節するためのアクチュエータが配置されたベース位置調節用基板を備えていることを特徴とする請求項２から６のいずれか１項記載の積層型カメラモジュール。
【請求項８】
前記アクチュエータが、ピエゾ素子であることを特徴とする請求項２から７のいずれか１項記載の積層型カメラモジュール。
【請求項９】
前記アクチュエータが、前記被写体の光学像を前記受光面上へ伝播させるための前記基板の積層方向へ延びる開口を有する筒形状をなすものであることを特徴とする請求項２から８のいずれか１項記載の積層型カメラモジュール。
【請求項１０】
請求項２から９のいずれか１項記載の積層型カメラモジュールを備えたことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体の光学像を撮像するための積層型カメラモジュールの製造方法および積層型カメラモジュール並びに撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、特に携帯電話に搭載される小型のカメラモジュールにおいては、その小型化と低コスト化が推進されている。
【０００３】
カメラモジュールの小型化を推進するために最近ではウエハレベル光学系、もしくはウエハレベルカメラと呼ばれる技術が実現化されている（非特許文献１参照）。この技術は、導体工程を用いてガラス基板上に小さいレンズを縦横に配列させてなるレンズアレイを形成し、そのようにして作成した同種のガラス基板を必要枚数だけ積層した後に、積層方向に並べられて構成される個々のレンズ系を切り出して撮像レンズを得るものである。なお、半導体工程で光ディスク用のレンズを製造する技術等も知られている（特許文献１参照）。
【０００４】
ウエハレベルカメラは可動部品が存在しないので、堅牢で、プリント基板上にリフロー実装可能である。さらに、量産性に優れているので安価に製造できるという魅力がある。なお、このウエハレベルカメラは、撮像レンズと撮像素子とを組み合わせる際のフォーカス調整も不要である。
【０００５】
また、リフロー実装可能なカメラモジュールとして、耐熱性の高い光学系を用いたものが知られている（特許文献２〜４参照）。この技術は、ガラス基板に熱硬化性樹脂を接着してレンズを形成することにより、高温環境下での耐性を向上させた撮像レンズを得るものである。
【非特許文献１】Wafer-Level Camera Technology. Copyright 2008 Tessera, Inc. All rights reserved. [retrieved on 2008-05-20]. Retrieved from the Internet: <URL: http://www.tessera.com/technologies/products/wafer_level_camera/>.
【特許文献１】特開２０００−１３１５０８号公報
【特許文献２】特許第３９７６７８０号公報
【特許文献３】特許第３９７６７８１号公報
【特許文献４】特許第３９７６７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、このような量産性に優れている積層型のカメラモジュールであるウエハレベルカメラに対し、さらなる性能向上が望まれており、例えば、オートフォーカス機構付きのデジタルカメラと同等の性能が求められている。
【０００７】
このウエハレベルカメラは、焦点深度を深くしてオートフォーカス機構が不要となるように、すなわち稼動部が不要となるように設計されているため、受光面上に結像させる光学像の鮮鋭性がオートフォーカス機構を有するものに比して低下してしまうころがある。すなわち、ウエハレベルカメラは、焦点深度を深くすることにより、被写体までの撮影距離が大きく変動しても受光面上に結像させる光学像の鮮鋭性が大きく劣化しない点では優れているが、焦点深度の範囲内において常に高い鮮鋭性を持つ光学像を受光面上に結像させることが難しいという問題がある。なお、この問題は、ウエハレベルカメラに限らず、焦点合わせ機構を持たないカメラについて一般に生じる問題である。
【０００８】
一方、ウエハレベルカメラに、例えば、通常のデジタルカメラに採用されている焦点合わせ機構を適用しようとすると装置サイズが大きくなるとともに、部材を積層して組み立てることが難しくなり、量産性が低下して装置コストが増大するという問題が生じる。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、装置コストの増大を抑制しつつ撮影品質を高めることができる積層型カメラモジュールの製造方法および積層型カメラモジュール並びに撮像装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の積層型カメラモジュールの製造方法は、基板上の予め定められた複数の領域それぞれにレンズを配置してなる１枚以上のレンズ用基板と、受光面を有する撮像素子を前記各領域に対応する各位置に配置してなる撮像用基板と、前記基板間の位置関係を調節するためのアクチュエータを前記各領域に対応する各位置に配置してなる１枚以上の位置調節用基板とを、前記各領域それぞれについて、前記レンズ用基板の各レンズを通して被写体の光学像が各受光面上に結像されるように積層し、その後、この積層によって得られた積層体を、その積層体の積層方向に対して直交する面に沿って切断し前記各領域に対応する各部位それぞれを互に切り離して、受光面上に結像される光学像を撮像素子で撮像可能な積層型カメラモジュールを複数得ることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の積層型カメラモジュールは、レンズが配された１枚以上のレンズ用基板と、受光面を有する撮像素子が配された撮像用基板と、前記基板間の位置関係を調節するためのアクチュエータが配された１枚以上の位置調節用基板とを備え、前記レンズ用基板のレンズを通して受光面上に結像される被写体の光学像が撮像素子で撮像可能となるように各基板が積層されたものであることを特徴とするものである。
【００１２】
なお、「基板間」は、複数のレンズ用基板のうちの２つのレンズ用基板の間、またはレンズ用基板と撮像用基板との間を意味するものである。
【００１３】
また、積層するとは、互に隣接させて積層する場合に限らず、他の構成要素を間に介在させて積層する場合を含むものを意味する。
【００１４】
また、「レンズを通して前記受光面上に結像される被写体の光学像が前記撮像素子で撮像可能となるように前記各基板が積層される」とは、レンズを通して前記受光面上に結像される被写体の光学像が前記撮像素子で撮像可能となるように、１枚以上のレンズ用基板と撮像用基板と１枚以上の位置調節用基板とが積層されることを意味する。
【００１５】
前記位置調節用基板は、互に隣り合う基板間における、それらの基板の積層方向の位置関係を調節するものとしたり、それらの基板の積層方向に対して直交する方向の位置関係を調節するものとしたり、互に隣り合う基板間の傾きを調節するものとすることができる。
【００１６】
前記積層型カメラモジュールは、２つ以上の前記レンズ用基板を備え、位置調節用基板が、互に隣り合う撮像用基板とレンズ用基板との間、および互に隣り合うレンズ用基板の間の両方に配されたものとすることができる。
【００１７】
前記積層型カメラモジュールは、前記撮像用基板の前記レンズ用基板の側とは反対側にベース基板をさらに備え、このベース基板と撮像用基板との間にこれらの基板の積層方向に対して直交する方向への位置関係を調節するためのアクチュエータが配置されたベース位置調節用基板を備えたものとすることができる。
【００１８】
前記アクチュエータは、ピエゾ素子とすることができる。
【００１９】
前記アクチュエータは、被写体の光学像を受光面上へ伝播させるための前記基板の積層方向へ延びる開口を有する筒形状をなすものとすることができる。
【００２０】
本発明の撮像装置は、積層型カメラモジュールを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の積層型カメラモジュールの製造方法および積層型カメラモジュール並びに撮像装置によれば、基板間の位置関係を調節するためのアクチュエータが配された位置調節用基板を備えているので、撮像素子の受光面上に被写体の光学像をより正確に結像させる焦点合わせを実施することができ、さらに、位置調節用基板も他のレンズ用基板と同様に積層することができるので組み立てが容易であり、装置コストの増大を抑制しつつ撮影品質を高めることができる。
【００２２】
すなわち、焦点合わせ機構を持たない場合には、撮像素子の受光面上に結像させる光学像の鮮鋭性は劣るが焦点深度の深い光学系を採用する必要があるが、焦点合わせを実施する場合には、焦点深度は浅いが鮮鋭性の高い光学像を受光面上に結像可能な光学系を採用することができる。これにより、撮影品質を高めることができる。
【００２３】
また、位置調節用基板を、互に隣り合う基板間における、それらの基板の積層方向の位置関係を調節するものとすれば、より正確に被写体の光学像を受光面上に結像させることができる。
【００２４】
ここで、互に隣り合う撮像用基板とレンズ用基板との間に位置調節用基板を配置して両基板間の間隔を基板の積層方向に拡大させたり縮小させたりすることにより、撮像素子に対してレンズ全体を繰り出しした焦点調節が可能となる。その結果非常に小型でありながらもオートフォーカスを実現できる。
【００２５】
なお、位置調節用基板を、互に隣り合う基板間における、それらの基板の積層方向に対して直交する方向の位置関係を調節するものとすれば、手ぶれ補正を実現することが可能である。これは、撮影時にスローシャッタとなるような状況（低照度時）に於いて、撮影者がシャッターを押下した瞬間にカメラ自体が動き撮影される像が流れてしまう事を防ぐものである。具体的には、レンズを構成するある特定のレンズを、カメラの動きを打ち消す方向に動かすことで実現できる。
【００２６】
また、位置調節用基板を、互に隣り合う基板間の傾きを調節するものとすれば、上記のように手ぶれ補正を実現したり、受光面上に結像させる光学像に生じる収差を補正することができる。
【００２７】
積層型カメラモジュールを２つ以上のレンズ用基板を備えたものとし、位置調節用基板を、互に隣り合う撮像用基板とレンズ用基板との間、および互に隣り合うレンズ用基板の間の両方に配されたものとすれば、全体繰り出しをするレンズ系全体の中の個別のレンズをさらに独立させて移動させることができ、至近距離撮影時に問題となる像面を補正でき、いわゆるフローティングフォーカスの効果を得ることが期待できる。
【００２８】
さらに、撮像用基板のレンズ用基板の側とは反対側にベース基板をさらに備え、そのベース基板と撮像用基板との間にそれらの基板の積層方向に対して直交する方向への互いの位置関係を調節するためのアクチュエータが配置されたベース位置調節用基板を備えれば、手ぶれ補正を実現することが可能である。これは、撮影時にスローシャッタとなるような状況（低照度時）に於いて、撮影者がシャッターを押下した瞬間にカメラ自体が動き撮影される像が流れてしまう事を防ぐものである。具体的には、カメラ全体を、カメラの動きを打ち消す方向に動かすことで実現できる。
【００２９】
また、アクチュエータを、ピエゾ素子とすれば、基板間の位置関係をより確実に調節することができる。
【００３０】
前記アクチュエータを、被写体の光学像を受光面上へ伝播させるための前記基板の積層方向へ延びる開口を有する筒形状をなすものであれば、基板間の位置関係をより確実に調節することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００３２】
＜実施例１＞
図１は本発明の実施の形態による実施例１の積層型カメラモジュールの概略構成を示す断面図、図２は上記積層型カメラモジュールのレンズ構成を詳しく示す断面図、図３、４、５それぞれは、上記積層型カメラモジュールにおけるＭＴＦ特性を示す図である。
【００３３】
図１に示す実施例１の積層型カメラモジュール１０１は、第１レンズ１１、第２レンズ１３、および第３レンズ１５それぞれが配されたレンズ用基板である第１レンズ用基板１０、第２レンズ用基板１２、および第３レンズ用基板１４と、受光面２１Ｊを有する撮像素子２１が配された撮像用基板２０と、互に隣り合う基板間である第３レンズ用基板１４と撮像用基板２０の間の位置関係を調節するためのピエゾ素子３１が配された位置調節用基板３０とを備えている。
【００３４】
この積層型カメラモジュール１０１は、第１レンズ１１、第２レンズ１３、および第３レンズ１５を通して受光面２１Ｊ上に結像される被写体の光学像を撮像素子２１で撮像可能とするように各基板、すなわち、第１レンズ用基板１０、第２レンズ用基板１２、第３レンズ用基板１４、位置調節用基板３０、撮像用基板２０を物体側からこの順に積層してなるものである。
【００３５】
なお、この積層型カメラモジュール１０１は、撮像用基板２０と位置調節用基板３０との間に平行平面板からなる赤外光カットフィルタ７２を備え、また、第１レンズ１１の物体側には開口絞り７４を備えている。赤外光カットフィルタ７２は、撮像素子２１で検出可能であるが被写体の撮像には不要である赤外光の受光面２１Ｊへの入射を遮断するものである。
【００３６】
また、スペーサ６２がレンズ用基板１０とレンズ用基板１２の間に、スペーサ６４がレンズ用基板１２とレンズ用基板１４の間に、位置調節用基板３０がレンズ用基板１４と赤外光カットフィルタ７２の間に、スペーサ６６が赤外光カットフィルタ７２と撮像用基板２０との間に配置されている。これらのスペーサ６２、６４、６６、および位置調節用基板３０が、第１レンズ１１、第２レンズ１３、第３レンズ１５、および受光面２１Ｊが所定位置に位置するように、すなわち所望の空気間隔を置いて配置されるように設けられている。
【００３７】
レンズ用基板１０に形成された第１レンズ１１、レンズ用基板１２に形成された第２レンズ１３、レンズ用基板１４に形成された第３レンズ１５それぞれは両面が非球面からなるものである。このように、積層型カメラモジュール１０１は、開口絞り７４の後段に６面の非球面が配置されたものである。
【００３８】
より詳しくは、図２に示すように、レンズ用基板１０に配された第１レンズ１１は、ガラス材料からなる平行平面板１１Ｈの両側に耐熱性を有する熱硬化性樹脂１１ａ、１１ｂを接着して形成されたものである。また、レンズ用基板１２に配された第１レンズ１３も、ガラス材料からなる平行平面板１３Ｈの両側に耐熱性を有する熱硬化性樹脂１３ａ，１３ｂを接着して形成されたものである。さらに、レンズ用基板１４に配された第１レンズ１５も、ガラス材料からなる平行平面板１５Ｈの両側に耐熱性を有する熱硬化性樹脂１５ａ，１５ｂを接着して形成されたものである。
【００３９】
このようなレンズ用基板の形成については、特許第３９７６７８０号公報、特許第３９７６７８１号公報、特許第３９７６７８２号公報等に記載の手法を用いることができる。
【００４０】
なお、このようなレンズ用基板の形成には半導体製造工程を利用することもできる。さらに、積層型カメラモジュールの全体を半導体製造プロセスを用いて形成するようにしてもよい。
【００４１】
位置調節用基板３０に配されたピエゾ素子３１は、第１レンズ１１、第２レンズ１３、第３レンズ１５からなる撮像レンズ１９の全体を、撮像素子２１に対して光軸Ｃの方向（図中矢印Ｚ方向）へ移動させる。これによって、いわゆるレンズ系の全体繰り出しによる焦点調節が可能となる。
【００４２】
図３は、積層型カメラモジュール１０１の最適撮影距離（２．５メートル）におけるＭＴＦ特性を示すグラフである。短い撮影距離（０．５メートル）におけるＭＴＦ特性を示すグラフは図４であり、光軸方向にＭＴＦ特性曲線のピークがずれてしまっている。これは、物体が撮像レンズ１９に近づいたことによって、撮像レンズ１９を通して結像される被写体の光学像もその分だけ光軸方向に移動するためである。
【００４３】
図５は、位置調節用基板３０に配されたピエゾ素子３１を駆動して、レンズ系の全体を繰り出したときのＭＴＦ特性を示すグラフである。図５に示すように、上記光学像の移動を打ち消す分（１８マイクロメートル）だけレンズ系を全体的に繰り出すことによって図３のＭＴＦ特性曲線のピークを与える位置と同一の位置にＭＴＦ特性曲線のピークが移動しており、撮影距離の変動による焦点移動が打ち消されていることがわかる。
【００４４】
すなわち、ピエゾ素子３１の駆動により、位置調節用基板３０のスペーサとしての厚みを０．４７１ｍｍから０，４８９ｍｍに増大させて、レンズ用基板１４と赤外光カットフィルタ７２との間の空気間隔を０．７００ｍｍから０．７１８ｍｍに増大させることにより、撮影距離の変動による光学像の結像位置の変動分が打ち消される。
【００４５】
なお、ＭＴＦ特性を示す図３、４、５は、１２０ラインペア／ｍｍにおけるＭＴＦ特性曲線を示すものであり、横軸の単位はｍｍ、縦軸の単位は％である。また、図３、４、５の各図中の符号１が軸上、符号２が像高０．５ｍｍ、符号３が像高１．０ｍｍ、符号４が像高１．５ｍｍそれぞれに関するＭＴＦ特性曲線を示している。また、各図中の実線がサジタル方向のＭＴＦ特性を示し、破線がタンジェンシャル方向のＭＴＦ特性を示している。なお、各図中の横軸上の値0.000で示す位置が設計上の結像位置である。
【００４６】
＜実施例２＞
図６は、実施例２の積層型カメラモジュール１０２を示す断面図、図７、８それぞれは、上記積層型カメラモジュール１０２におけるＭＴＦ特性を示す図である。
【００４７】
積層型カメラモジュール１０２は、積層型カメラモジュール１０１のスペーサ６４を、ピエゾ素子３３が設けられた位置調節用基板３２で置換したものである。この位置調節用基板３２の追加により第２レンズ用基板１２と第３レンズ用基板１４の間の光軸Ｃ方向（図中矢印Ｚ方向）への位置関係を調節することができ、これにより第３レンズ１５に独立な動きを与えたものである。それ以外の構成については実施例１の積層型カメラモジュール１０１と同様であり共通の構成については同じ符号を用いその説明は省略する。
【００４８】
図７は、実施例１の積層型カメラモジュール１０１において、近距離撮影（０．５メートル）から更に撮影距離を短くしたマクロ領域の撮影距離（２センチ）におけるＭＴＦ特性を示すグラフであり、この時の位置調節用基板３０のピエゾ素子３１の駆動によるレンズ系の全体繰り出し量は６４４マイクロメートルである。
【００４９】
図７に示すＭＴＦ特性は、図３〜５に示すＭＴＦ特性と比較すると明らかに全体的にＳ・Ｔ像面が崩れている。したがってこのように撮影条件を設定したカメラモジュールで得られる画像品質は低下する。このような画像の劣化を少なくするように改良したのが、この実施例２の積層型カメラモジュール１０２である。
【００５０】
実施例２の積層型カメラモジュール１０２は、上記のように全体的にＳ・Ｔ像面が崩れている状況を完全に打ち消すことは出来ないが、画面中央付近の性能を改善するために、位置調節用基板３０のピエゾ素子３１の駆動による６１７マイクロメートルのレンズ系の全体繰り出しに加え、位置調節用基板３２のピエゾ素子３３の駆動により第３レンズを３０マイクロメートルだけ物体側に移動させることにより、このような全体的にＳ・Ｔ像面が崩れている状況を改善することができる。
【００５１】
このような改良を施した積層型カメラモジュール１０２によって得られたＭＴＦ特性曲線を図８に示す。この図８に示すＭＴＦ特性曲線から読み取れるように、中心と第２画角での性能が改善されている。
【００５２】
尚、改善の度合、すなわち、どの程度の画角まで補正し得るかについては光学設計に依存するところであり、補正する画角については本実施例のようにする場合に限らない。
【００５３】
なお、ＭＴＦ特性を示す図７、８は、１２０ラインペア／ｍｍにおけるＭＴＦ特性曲線を示すものであり、横軸の単位はｍｍ、縦軸の単位は％である。また、図７，８の各図中の符号１が軸上、符号２が像高０．５ｍｍ、符号３が像高１．０ｍｍ、符号４が像高１．５ｍｍそれぞれに関するＭＴＦ特性曲線を示している。また、各図中の実線がサジタル方向のＭＴＦ特性を示し、破線がタンジェンシャル方向のＭＴＦ特性を示している。なお、各図中の横軸上の値0.000で示す位置が設計上の結像位置である。
【００５４】
＜実施例３＞
図９は、実施例３の積層型カメラモジュール１０３を示す断面図、図１０、図１１それぞれは位置調節用基板におけるピエゾ素子の配置を示す断面図、図１２Ａ〜１２Ｄ、１３Ａ〜１３Ｄそれぞれは、上記積層型カメラモジュール１０３におけるＭＴＦ特性を示す図である。
【００５５】
実施例３の積層型カメラモジュール１０３は、上述の実施例１の積層型カメラモジュール１０１に配されたスペーサ６２をピエゾ素子３５が設けられている位置調節用基板３４で置換し、第１レンズ１１を第２レンズ１３に対して光軸Ｃと直交する光軸直交方向（図中Ｘ-Ｙ平面方向）へ移動可能としたものである。それ以外の構成については実施例１の積層型カメラモジュール１０１と同様であり共通の構成については同じ符号を用いその説明は省略する。
【００５６】
なお、図１０は、位置調節用基板３４が４つのピエゾ素子を持つ場合の光軸直交方向の断面の状態を表すＡ-Ａ断面を示すものであり、図１１は、位置調節用基板３４が８つのピエゾ素子を持つ場合の光軸直交方向の断面の状態を表すＡ-Ａ断面を示すものである。
【００５７】
これらのピエゾ素子からなるアクチュエータは、被写体の光学像を受光面上へ伝播させるための上記基板の積層方向へ延びる開口を有する筒形状をなすものである。
【００５８】
図１０に示すように、４つのピエゾ素子を持つ位置調節用基板３４は、図中の矢印＋Ｘ，−Ｘ，＋Ｙ，−Ｙの各方向の位置にピエゾ素子３５を配置したものであり、光軸直交方向（図中のＸ-Ｙ平面の延びる方向）における任意方向への第１レンズ１１の移動を実現する。図１１に示すピエゾ素子の配置は、図中の矢印＋Ｘ，−Ｘ，＋Ｙ，−Ｙの各方向それぞれに対して更に４５度方向の位置にピエゾ素子３５を追加配置して、更に第１レンズ１１を移動させるときの精度を高めようとするものである。
【００５９】
尚、必ずしも位置調節用基板３４にピエゾ素子を配置する場合に限らず、本質的には、第１レンズ用基板１０に配された第１レンズ１１、もしくはある特定のレンズを光軸直交方向に移動させることによって、受光面２１に光学像を結像させるときのぶれ補正を実現できるように位置調節用基板３４が構成されていればよい。
【００６０】
積層型カメラモジュール１０３においては、第１レンズ１１を光軸直交方向に１０マイクロメートル移動させるとその凸レンズ作用によって０．２度のぶれを補正することが可能である。
【００６１】
積層型カメラモジュール１０３のレンズ系の焦点距離は３．３１１ミリメートル（ｆ＝３．３１１）であり、０．２度（θ＝０．２度）のぶれが生じた場合のボケ量δは、δ＝ｆ×ｔａｎ（θ）＝３．３１１×ｔａｎ（０．２）＝１２マイクロメートルである。
【００６２】
１２マイクロメートルは空間周波数として４２ラインペア／ｍｍに相当する。撮影時に０．２度のぶれが生じた場合、理想的な点像で考えるとぶれの方向に沿って１２マイクロメートルだけ点像が引き延ばされてしまう。この時、４２ラインペア／ｍｍ相当より高い空間周波数での解像度が定義不能、すなわち、ＭＴＦを論じられないほどの画質劣化が生じることになる。
【００６３】
図１２Ａ〜１２Ｄは、本実施例のレンズ系において、０．２度の補正を実現するために、第１レンズ１１を光軸垂直方向に１０マイクロメートル移動させたときのＭＴＦ特性曲線を示している。図１２Ａ〜１２Ｄから明らかなようにある程度のＭＴＦが保たれている。図１３Ａ〜１３Ｄは第１レンズ１１を移動させない場合（全てのレンズが理想的に光軸上に配置している場合）の特性曲線を示している。確かに、図１２Ａ〜１２Ｄに示すＭＴＦ特性は、図１３Ａ〜１３Ｄに示すＭＴＦ特性と比較して性能が劣っているものの、補正を実施することなく４２ラインペア／ｍｍよりも高い空間周波数での解像度が定義不能となる状態よりは良いと考えられる。
【００６４】
なお、図１２Ａ，１３Ａは、４０ラインペア／ｍｍにおけるＭＴＦ特性曲線を、図１２Ｂ，１３Ｂは、６０ラインペア／ｍｍにおけるＭＴＦ特性曲線を、図１２Ｃ，１３Ｃは、８０ラインペア／ｍｍにおけるＭＴＦ特性曲線を、図１２Ｄ，１３Ｄは、１００ラインペア／ｍｍにおけるＭＴＦ特性曲線をそれぞれ示すものであり、横軸の単位はｍｍ、縦軸の単位は％である。また、上記図１２Ａ〜１２Ｄ，１３Ａ〜１３Ｄの各図中の符号１が軸上、符号２が像高０．５ｍｍ、符号３が像高１．０ｍｍ、符号４が像高１．５ｍｍそれぞれに関するＭＴＦ特性曲線を示している。また、各図中の実線がサジタル方向のＭＴＦ特性を示し、破線がタンジェンシャル方向のＭＴＦ特性を示している。なお、各図中の横軸上の値0.000で示す位置が設計上の結像位置である。
【００６５】
＜実施例４＞
図１４は、実施例４の積層型カメラモジュール１０４を示す断面図、図１５、図１６それぞれは位置調節用基板におけるピエゾ素子の配置を示す断面図である。
【００６６】
積層型カメラモジュール１０４は、実施例１の積層型カメラモジュール１０１の撮像用基板２０の像側に、ピエゾ素子３７が配された位置調節用基板３６とこの位置調節用基板３６を支持するベース基板３８をこの順に配置して、ベース基板３８に対してレンズ系と撮像系とからなる撮像部（すなわち、積層型カメラモジュール１０１と同じ構成を有する部分）を一体的に可動可能としたものである。それ以外の構成については実施例１の積層型カメラモジュール１０１と同様であり共通の構成については同じ符号を用いその説明は省略する。
【００６７】
図１５は、位置調節用基板３６が４つのピエゾ素子３７を持つ場合の光軸直交方向の断面の状態を表すＢ-Ｂ断面を示している。また、図１６は、位置調節用基板３４が８つのピエゾ素子を持つ場合の光軸直交方向の断面の状態を表すＢ-Ｂ断面を示している。
【００６８】
図１５に示すように、４つのピエゾ素子を持つ位置調節用基板３６は、図中の矢印＋Ｘ，−Ｘ，＋Ｙ，−Ｙの各方向の位置にピエゾ素子３７を配置したものであり、これら４つのピエゾ素子３７を光軸方向に個別に伸縮させるように駆動して、レンズ系と撮像系とが一体的に傾くようにするものである。これによりレンズ系と撮像系とを一体的に任意方向に傾ける駆動を実現できる。図１６に示すピエゾ素子の配置は、図中の矢印＋Ｘ，−Ｘ，＋Ｙ，−Ｙの各方向それぞれに対して４５度方向の位置に更にピエゾ素子３７を追加して、更に駆動の精度を上げようとするものである。
【００６９】
ピエゾ素子の配置としては実施例３における図１０、図１１に示す配置と同様であるが、移動の方向は光軸Ｃの方向（図中矢印Ｚ方向）であるところが異なる。ぶれ補正を行うには、レンズ系と撮像系とを一体的にピッチ方向、ヨー方向へ変位させる必要があるので、各ピエゾ素子３７を独立に光軸方向へ駆動させて、上記ピッチ方向、ヨー方向への変位を実施する。
【００７０】
ぶれ補正としてはこのようにレンズ系と受光素子とを一体的に可動させる場合が最も望ましいが、これはレンズ系と撮像系とからなる撮像光学系における相対位置関係が不変であるためである。特に、撮像素子の画素ピッチが１．７５マイクロメートル等微細になっていること、またＦ値の小さい光学系では個々のレンズの位置精度が１０マイクロメートル程度であることが通常であり、実施例３に示した１０マイクロメートルのレンズの偏芯はたとえ補正のための手段であっても光学性能を維持する観点からは望ましくない。従って、本実施例のような一体的な移動によるぶれ補正がより好ましい。
【００７１】
尚、積層型カメラモジュール１０４においては、ぶれ補正の時に第１レンズ１１、第２レンズ１３、第３レンズ１５、受光面２１Ｊの互いの位置関係は不変であるため、既に説明した図１３に示すＭＴＦ特性、すなわち設計性能をそのまま期待することができる。
【００７２】
＜実施例５＞
図１７は、実施例５の積層型カメラモジュール１０５を示す断面図、図１８、１７、２０それぞれは、上記積層型カメラモジュール１０５におけるＭＴＦ特性を示す図である。
【００７３】
この積層型カメラモジュール１０５は、実施例１の積層型カメラモジュール１０１の前方（第１レンズ１１の物体側）に液体レンズを配した液体レンズ基板７６を配置し、第２レンズ１２と第３レンズ１４の間に配置されていた位置調節用基板３０を単なるスペーサ６８に置換したものである。これによって、いわゆる全体繰り出しによる焦点調節とほぼ同等の機能が可動部分無しに可能となる。それ以外の構成については実施例１の積層型カメラモジュール１０１と同様であり共通の構成については同じ符号を用いその説明は省略する。
【００７４】
なお、液体レンズは、従来より知られているものであり、内部に収容した水７６Ｗと油７６Ｖとの境界のなす曲面形状を変化させることにより、レンズ特性を調節することが可能なものである。
【００７５】
図１８は、積層型カメラモジュール１０５の最適撮影距離（２．５メートル）におけるＭＴＦ特性を示す図である。図１９は、積層型カメラモジュール１０５における短い撮影距離（０．６４メートル）におけるＭＴＦ特性を示す図である。図１９に示すように、光軸方向（図中矢印Ｚ方向）にＭＴＦ特性曲線のピークがずれてしまっている。これは、被写体が積層型カメラモジュール１０５に近づいたことによって、受光面に形成される光学像も、その近づいた分だけ光軸方向に移動するためである。
【００７６】
図２０は、液体レンズ基板７６に配された液体レンズを駆動し、水７６Ｗと油７６Ｖとの境界面Ｂｏを曲率半径９０ミリメートル（物体側に凸面を向ける）とするように制御したときのＭＴＦ特性を示す図である。この図からわかるように、図１８に示す最適撮影距離（２．５メートル）におけるＭＴＦ特性曲線のピークを与える位置と同一の位置にＭＴＦ特性のピークが位置しており、撮影距離の変動による焦点位置の移動を液体レンズの調節のみで打ち消すことができる。
【００７７】
なお、ＭＴＦ特性を示す図１８、１９、２０は、１２０ラインペア／ｍｍにおけるＭＴＦ特性曲線を示すものであり、横軸の単位はｍｍ、縦軸の単位は％である。また、図１８，１９，２０の各図中の符号１が軸上、符号２が像高０．５ｍｍ、符号３が像高１．０ｍｍ、符号４が像高１．５ｍｍそれぞれに関するＭＴＦ特性曲線を示している。また、各図中の実線がサジタル方向のＭＴＦ特性を示し、破線がタンジェンシャル方向のＭＴＦ特性を示している。なお、各図中の横軸上の値0.000で示す位置が設計上の結像位置である。
【００７８】
＜実施例６＞
図２１は、実施例６の積層型カメラモジュール１０６を示す断面図、図２２、２３それぞれは、上記積層型カメラモジュール１０６におけるＭＴＦ特性を示す図である。
【００７９】
この積層型カメラモジュール１０６は、図１７に示す実施例５の積層型カメラモジュール１０５に変更を加えたものであり、第２レンズ１２と第３レンズ１４の間のスペーサ６４をピエゾ素子８１が配された位置調節用基板８０に置換するとともに、第３レンズ１４と赤外光カットフィルタ７２の間のスペーサ６８もピエゾ素子８３が配された位置調節用基板８２に置換して、第３レンズ１４に独立な動きを与えたものである。それ以外の構成については実施例５の積層型カメラモジュール１０５と同様であり共通の構成については同じ符号を用いその説明は省略する。
【００８０】
図２２は、実施例５の積層型カメラモジュール１０５に於ける短い撮影距離（０．６４メートル）から更に撮影距離を短くしたマクロ領域の撮影距離（０．２５メートル）におけるＭＴＦ特性曲線を示す図であり、この時、液体レンズの境界面Ｂｏの曲率半径が３５ミリメートルとなるように制御されている。
【００８１】
既に実施例５で説明した図１９、２０に示すＭＴＦ特性曲線と比較すると明らかに全体的にＳ・Ｔ像面が崩れている。これによって画像品質が損なわれる。この状況を完全に打ち消すことは出来ないが、液体レンズの境界面Ｂｏの曲率半径を３５ミリメートルに制御することに加え、第３レンズ１４を１５マイクロメートルだけ像側（受光面２１Ｊの側）に移動させるとレンズ性能が全般的に改善される。
【００８２】
ここで、第３レンズ１４のみを１５マイクロメートルだけ像側に移動させるには、ピエゾ素子８１の長さを１５マイクロメートル伸張させ、一方、ピエゾ素子８３の長さは１５マイクロメートル縮める。これにより、積層型カメラモジュール１０６中の第３レンズ１４の位置のみを移動させることができる。図２３は、このレンズ性能が全般的に性能が改善されたときのＭＴＦ特性を示している。
【００８３】
尚、改善の度合、すなわち、どの程度の画角まで補正し得るかについては光学設計に依存するところであり、補正する画角については本実施例の場合に限らない。
【００８４】
なお、ＭＴＦ特性を示す図２２、２３は、１２０ラインペア／ｍｍにおけるＭＴＦ特性曲線を示すものであり、横軸の単位はｍｍ、縦軸の単位は％である。また、図２２，２３の各図中の符号１が軸上、符号２が像高０．５ｍｍ、符号３が像高１．０ｍｍ、符号４が像高１．５ｍｍそれぞれに関するＭＴＦ特性曲線を示している。また、各図中の実線がサジタル方向のＭＴＦ特性を示し、破線がタンジェンシャル方向のＭＴＦ特性を示している。なお、各図中の横軸上の値0.000で示す位置が設計上の結像位置である。
【００８５】
＜実施例７＞
図２４は、実施例７の積層型カメラモジュール１０７を示す断面図である。
【００８６】
この積層型カメラモジュール１０７は、上述の実施例１の積層型カメラモジュール１０１の側面に遮光部８５を備えたものである。この遮光部８５は遮光処理を施したり、または遮光の為の部材を配置したりして形成したものである。それ以外の構成については実施例１の積層型カメラモジュール１０１と同様であり共通の構成については同じ符号を用いその説明は省略する。
【００８７】
遮光部８５を備えた積層型カメラモジュール１０７は、ノイズとなる迷光の入射を抑制することができるので、撮影品質をさらに向上させることができる。
【００８８】
上記のように、本発明の積層型カメラモジュールによれば、アクチュエータが配された位置調節用基板を備えているので、撮像素子の受光面上に被写体の光学像をより正確に結像させる焦点調節を実施することができ、さらに、位置調節用基板も他のレンズ用基板等と同様に積層することができるので容易に組み立てることができ、大型化や生産性の低下を抑制しつつ撮影品質を高めることができる。
【００８９】
なお、本発明の積層型カメラモジュールは、上記実施の形態等に限定されず種々の変形実施が可能である。
【００９０】
なお、上記のような積層型カメラモジュールは以下のようにして製造することができる。図２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃは、本発明の積層型カメラモジュールの製造方法を示す図である。
【００９１】
本発明の積層型カメラモジュールの製造方法は、図２５Ａに示すように、基板上の予め定められた複数の所定領域、すなわち、基板を６行×６列に区分けしてなる３６の所定領域それぞれにレンズ５１を配置してなる３枚のレンズ用基板５２を用意する。また、受光面を有する撮像素子５３を上記６行×６列に区分けしてなる３６の所定領域に対応する各位置に配置してなる撮像用基板５４を用意する。
【００９２】
さらに、互に隣り合う上記基板間の位置関係を調節するためのアクチュエータ５５を上記６行×６列に区分けしてなる３６の所定領域に対応する各位置に配置してなる３枚の位置調節用基板５６を用意する。
【００９３】
そして、上記６行×６列に区分けしてなる３６の所定領域それぞれについて、被写体の光学像が３枚のレンズ５１を通して撮像素子５３の受光面上に結像されるように積層して、図２５Ｂに示すような積層体５０を得る。
【００９４】
その後、図２５Ｃに示すように、積層体５０を、この積層体５０の積層方向に対して直交する面に沿って切断して３６の所定領域それぞれに対応する各部位を互に切り離して、受光面上に結像される光学像を撮像素子５３で撮像可能な積層型カメラモジュール５９を３６個得るものである。
【００９５】
なお、上記「互に隣り合う基板間」は、レンズ用基板５２と撮像用基板５４の間、あるいは複数のレンズ用基板５２のうちの２つの互いに隣り合うレンズ用基板５２の間を意味するものである。
【００９６】
なお、積層型カメラモジュールを構成するレンズは両面非球面である場合に限らず、両面球面、あるいは一方が球面で他方が非球面からなるレンズであってもよい。さらに、積層型カメラモジュールを構成するレンズは、レンズ作用を有するものであればどのようなタイプのレンズを配置してもよい。
【００９７】
また、積層型カメラモジュールは、携帯電話、車載用カメラ、および内視鏡等に搭載するカメラとして採用することができる。
【００９８】
すなわち、積層型カメラモジュールは、リフロー実装用の接点が形成されたものとすることができ、これにより、プリント基板上に積層型カメラモジュールをリフロー実装して製作した携帯電話、車載用カメラ、および内視鏡等を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明の実施の形態による実施例１の積層型カメラモジュールの概略構成を示す断面図
【図２】実施例１の積層型カメラモジュールのレンズ構成を詳しく示す断面図
【図３】実施例１の積層型カメラモジュールにおけるＭＴＦ特性を示す図
【図４】実施例１の積層型カメラモジュールにおけるＭＴＦ特性を示す図
【図５】実施例１の積層型カメラモジュールにおけるＭＴＦ特性を示す図
【図６】実施例２の積層型カメラモジュールを示す断面図
【図７】実施例２の積層型カメラモジュールにおけるＭＴＦ特性を示す図
【図８】実施例２の積層型カメラモジュールにおけるＭＴＦ特性を示す図
【図９】実施例３の積層型カメラモジュールを示す断面図
【図１０】位置調節用基板における４個のピエゾ素子の配置を示す断面図
【図１１】位置調節用基板における８個のピエゾ素子の配置を示す断面図
【図１２Ａ】実施例３の積層型カメラモジュールにおけるＭＴＦ特性を示す図
【図１２Ｂ】実施例３の積層型カメラモジュールにおけるＭＴＦ特性を示す図
【図１２Ｃ】実施例３の積層型カメラモジュールにおけるＭＴＦ特性を示す図
【図１２Ｄ】実施例３の積層型カメラモジュールにおけるＭＴＦ特性を示す図
【図１３Ａ】実施例３の積層型カメラモジュールにおけるＭＴＦ特性を示す図
【図１３Ｂ】実施例３の積層型カメラモジュールにおけるＭＴＦ特性を示す図
【図１３Ｃ】実施例３の積層型カメラモジュールにおけるＭＴＦ特性を示す図
【図１３Ｄ】実施例３の積層型カメラモジュールにおけるＭＴＦ特性を示す図
【図１４】実施例４の積層型カメラモジュールを示す断面図
【図１５】位置調節用基板における４個のピエゾ素子の配置を示す断面図
【図１６】位置調節用基板における８個のピエゾ素子の配置を示す断面図
【図１７】実施例５の積層型カメラモジュールを示す断面図
【図１８】実施例５の積層型カメラモジュールにおけるＭＴＦ特性を示す図
【図１９】実施例５の積層型カメラモジュールにおけるＭＴＦ特性を示す図
【図２０】実施例５の積層型カメラモジュールにおけるＭＴＦ特性を示す図
【図２１】実施例６の積層型カメラモジュールを示す断面図
【図２２】実施例６の積層型カメラモジュールにおけるＭＴＦ特性を示す図
【図２３】実施例６の積層型カメラモジュールにおけるＭＴＦ特性を示す図
【図２４】実施例７の積層型カメラモジュールを示す断面図
【図２５Ａ】本発明の積層型カメラモジュールの製造方法の工程を示す図
【図２５Ｂ】本発明の積層型カメラモジュールの製造方法の工程を示す図
【図２５Ｃ】本発明の積層型カメラモジュールの製造方法の工程を示す図
【符号の説明】
【０１００】
５０    積層体
５１    レンズ
５２    レンズ用基板
５３    撮像素子
５４    撮像用基板
５５    アクチュエータ
５６    位置調節用基板
５９    積層型カメラモジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２５Ｃ】
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