(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カメラ用の複数の光学装置（２０ａ）を製造する方法であって、各々の光学装置（２０ａ）は、焦点が固定されたレンズモジュール（２ａ）と、画像センサ平面（５）を備える画像センサとともに組立てるためのマウント要素（３ａ）とを有し、前記レンズモジュールは、同一設計のカメラ用に設計され、各々のレンズモジュール（２ａ）は１つ以上のレンズ（１７ａ..ｂ，１８ａ..ｂ）またはレンズ部品を備え、前記方法は、
・複数のレンズモジュール（２ａ..ｄ）を製造するステップを備え、すべての前記レンズモジュールは、同一のウェハまたは同一のウェハ積層体アセンブリの一部であり、前記方法はさらに、
・各レンズモジュール（２ａ..ｄ）毎に各々のレンズモジュール焦点合わせパラメータ値（ＦＰ）を定めるステップと、
・前記レンズモジュール（２ａ..ｂ）にマウント要素（３ａ..ｂ）を設けて割当てるステップとを備え、前記マウント要素（３ａ..ｂ）は、前記レンズモジュール（２ａ..ｂ）と前記画像センサ平面（５）との間に固定分離距離を規定するように前記光学装置（２０ａ）内に配置されるようにされ、前記マウント要素（３ａ..ｂ）は可変のマウントセクション長さ（７ａ..ｂ）を有し、これにより前記レンズモジュール（２ａ）と前記画像センサ平面（５）との間の固定分離距離は、前記レンズモジュール（２ａ..ｂ）の光学的性質に依存して個別にまたはまとめて各レンズモジュール（２ａ..ｄ）毎に調整されて前記複数のレンズモジュール（２ａ..ｄ）間の前記レンズモジュール焦点合わせパラメータ値（ＦＰ）のばらつきを補うので、前記レンズモジュールの焦点面は、画像平面内に入るかまたは前記光学装置（２０ａ）を内蔵する前記カメラの焦点深度内に存在し、さらに
・前記レンズモジュール（２ａ）および前記マウント要素（３ａ）を組立てて光学装置（２０ａ）を形成するステップを備える、方法。
【請求項２】
前記レンズモジュール焦点合わせパラメータ値（ＦＰ）は、フランジ焦点距離（ＦＦＬ）または前記フランジ焦点距離（ＦＦＬ）に基づくレンズモジュールパラメータに対応し、前記方法は、前記フランジ焦点距離（ＦＦＬ）の値の直接もしくは間接の測定によってまたは対応の前記レンズモジュール（２ａ..ｄ）の前記フランジ焦点距離（ＦＦＬ）に基づくパラメータ値の決定によって、前記レンズモジュール焦点合わせパラメータ値（ＦＰ）を定めるステップを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
レンズモジュール（２ａ..ｄ）を製造する前記ステップは、
・１つまたは１つよりも多くのウェハまたはウェハ積層体アセンブリ（１）を製造するステップをさらに備え、各々のウェハまたはウェハ積層体アセンブリは複数のレンズモジュール（２ａ..ｄ）を内蔵し、さらに
・各々のウェハまたはウェハ積層体アセンブリ（１）を個別のレンズモジュール（２ａ..ｄ）に分離するステップをさらに備える、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
・前記レンズモジュール焦点合わせパラメータ値（ＦＰ）の少なくとも２つのクラスを規定するステップをさらに備え、前記レンズモジュール焦点合わせパラメータ値（ＦＰ）の各々のクラスは、前記レンズモジュール（２ａ..ｄ）が特徴とし得る、前記レンズモジュール焦点合わせパラメータ値（ＦＰ）または前記レンズモジュール焦点合わせパラメータ値（ＦＰ）の範囲を包含し、さらに
・各々のレンズモジュール（２ａ..ｄ）に対して定められた前記レンズモジュール焦点合わせパラメータ値（ＦＰ）に基づいて、各々のレンズモジュール（２ａ..ｄ）を前記レンズモジュール焦点合わせパラメータ値（ＦＰ）のクラスに割当てるステップと、
・前記レンズモジュール焦点合わせパラメータ値（ＦＰ）または前記マウント要素（３ａ..ｂ）が割当てられる前記クラスの前記レンズモジュール焦点合わせパラメータ値（ＦＰ）の前記範囲に依存して、規定されたマウントセクション長さ（７ａ..ｂ）を有するマウント要素（３ａ..ｂ）のクラスを前記レンズモジュール焦点合わせパラメータ値（ＦＰ）の各々のクラスに与えて割当てるステップと、
・クラスの各々のレンズモジュール（２ａ..ｂ）に、このクラスのマウント要素（３ａ..ｂ）を割当てるステップとをさらに備える、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記マウント要素（３ａ..ｂ）の前記マウントセクション長さ（７ａ..ｂ）は、マウント要素（３ａ..ｂ）の前記クラス間で、５−１０μｍ刻みで等級をつけられる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
ウェハもしくはウェハ積層体アセンブリ（１）のレンズモジュール（２ａ..ｄ）または異なるウェハもしくはウェハ積層体アセンブリ（１）同士の間のレンズモジュール（２ａ..ｄ）は、レンズ（１７ａ..ｂ，１８ａ..ｂ）またはレンズ部品の作製公差により、異なる前記レンズモジュール焦点合わせパラメータ値（ＦＰ）を有する、請求項３から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
１つ以上のウェハ積層体アセンブリ（１）を製造するステップを備え、各々のウェハ積層体アセンブリ（１）は複数のレンズモジュール（２ａ..ｂ）を内蔵し、前記ウェハ積層体アセンブリ（１）は第１のウェハ（２３ａ）と第２のウェハ（２５ａ）とを内蔵し、各々のウェハの上にレンズモジュール（２ａ..ｂ）用の複数のレンズ（１７ａ..ｂ，１８ａ..ｂ）またはレンズ部品が設けられ、前記第１および第２のウェハ（２３ａ，２５ａ）はスペーサウェハ（２４ａ）を介して接合され、前記スペーサウェハ（２４ａ）は複数の貫通孔（１６ａ..ｂ）を有し、前記貫通孔（１６ａ，１６ｂ）はレンズ（１７ａ..ｂ，１８ａ..ｂ）またはレンズ部品と整列される、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記光学装置は、画像センサ平面（５）を備える画像センサを各々が有する光電子ユニット（４）をさらに備え、複数の光電子ユニット（４）を内蔵するウェハまたはウェハ積層体アセンブリが生産され、前記ウェハまたはウェハ積層体アセンブリは個別の光電子ユニット（４）に分離され、前記光電子ユニット（４）、前記レンズモジュール（２ａ..ｂ）、および前記マウント要素（３ａ..ｂ）は動作するようにともに接続される、請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の光学装置を製造するステップを備え、前記カメラの中に前記光学装置を組み込むステップをさらに備える、カメラを製造する方法。
【請求項１０】
前記マウント要素（３ａ..ｂ）は筒形状を有し、筒形状の前記マウント要素（３ａ..ｂ）の各々は、その内部に１つの前記レンズモジュール（２ａ..ｂ）を収容するように配置される、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
発明は、ＣＭＯＳまたはＣＣＤカメラなどのデジタルカメラ装置の分野にある。これは、光学装置を製造するための方法と、そのようなカメラ用の光学装置と、当該光学装置を内蔵するカメラとに属する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
カメラおよび特にインテグレーテッドカメラオプティクスは今日、携帯電話、コンピュータ、ウェブカメラなどを含む、製造される任意の電子機器の大部分において集積されている。そのようなカメラをたとえば並列プロセスで経済的に製造できること、および機械的に複雑で、製造が困難で、または慎重に扱うべき部品がそれらにおいてできるだけ少ないことがますます重要になっている。特に携帯電話適用例のために、しかし他の適用例のためにも、薄い、すなわち光学軸方向の広がりが小さいカメラに対する増大する要求がさらに存在する。それにも拘わらず、そのようなインテグレーテッドカメラが達成すべき分解能に対する増大する要求も存在する。
【０００３】
経済的理由により、たとえばレンズモジュールなどの光学装置の構成要素はウェハスケールで生産されることが多い。これにより、ウェハまたはウェハ積層体は自動化されたプロセスで生産されるが、これは、たとえばレンズモジュールのような複数の同属構成要素を内蔵し、複数の同属構成要素は、その後のプロセスステップでそれらをウェハまたはウェハ積層体から分離することによって個々に区別される。
【０００４】
光学装置、とりわけレンズモジュールは、画像センサ素子が配置される画像センサ平面を規定する、画像センサを含む光電子ユニットも内蔵する。この光電子ユニットも上述のようにウェハスケールで製造可能である。この種類の製造プロセスは現行技術で周知であり、たとえば特許公開ＷＯ２００９／０７６７８６に記載されている。
【０００５】
レンズモジュールは、カメラの光電子ユニットの画像センサ平面上の入射光の誘導および分散のために働く１つ以上のレンズまたはレンズ部品の配置を備える。そのようなレンズモジュールは、レンズモジュールと、一旦光学装置に組立てられると光電子ユニットの画像センサ平面との間の距離に一致するように配される固定焦点を有する。これにより、固定焦点はフランジ焦点距離（ＦＦＬ）によって規定される。フランジ焦点距離（ＦＦＬ）は、最後のウェハ平面であるレンズ（またはむしろ対物レンズ）の最後の物理面、すなわち本件ではセンサに向けられたもの、と、画像化すべき対象とは反対側、すなわちセンサ側の焦点面との間の距離に対応する。したがって、フランジ焦点距離はバックＦＦＬを指す。高い画像鮮鋭度を達成するため、焦点面と画像センサ平面とは一致していなければならない。すなわち、カメラ用の光学装置の大規模生産プロセスで固定焦点レンズモジュールを用いると、すべてのレンズモジュールは一定のＦＦＬを有しなければならない。
【０００６】
しかしながら、作製公差により、ウェハもしくはウェハ積層体アセンブリのレンズモジュールおよび／または異なるウェハもしくはウェハ積層体アセンブリのレンズモジュールは、ある程度、可変ＦＦＬ値を有する。すなわち、レンズモジュールのＦＦＬ値はむしろ、たとえば図３に示すような正規分布に従う。この正規分布の中心から離れて存在するＦＦＬを有するレンズモジュールを不合格にしなければならないことは明確である。なぜなら、レンズモジュールの焦点面が画像センサ平面から遠く離れているであろうからである。しかしながら、そのような光学装置の経済的な生産のためには、不良品の発生ができる限り少ないことが必須である。言及された作製公差を小さくするために生産プロセスを改良できるのは限られた程度まででしかない。したがって、不合格の構成要素の量を減らすために他のやり方を見つける必要がある。
【０００７】
現行技術からは、レンズが筒およびマウントに組立てられ、次に画像センサ上への組立ての後に焦点合わせされることが公知である。この方策には、焦点合わせステップによって生じる付加的な組立コストという欠点がある。さらなる欠点は、筒／マウント解決策は通常はより大きいために、カメラの設置面積が大きくなることである。さらに、この方法は、画像センサ上のいわゆる「異物」というリスクを有する。これは、筒／マウントの粒子が焦点合わせ操作の間にセンサの上に落ちる可能性があるからである。
【０００８】
現行技術からは、たとえば底部スペーサまたはすべてのレンズについて固定高さを有するマウントにより、固定焦点距離でレンズを組立てることも公知である。この方法は以上で言及した方策の欠点を解消するが、生産バッチ中のレンズが（標準的な作製公差によって生じる）それらのＦＦＬのある分布を有する場合に、組立てられたレンズの多くが焦点が合わなくなり、こうして歩留まりがかなり低くなる可能性があるというリスクを有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
発明の説明
本発明の目的は、不良品をできるだけ少なくしつつ、カメラ用の複数の光学装置を製造するための経済的な方法を提供することである。発明のさらなる目的は、発明に従う製造方法で生産されるそのようなカメラ用の複数の光学装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
これらの目的は請求項１に従う方法および請求項１０に従う光学装置によって達成される。さらに、従属特許クレームから好ましい実施形態が明らかとなる。方法クレームの特徴を装置クレームの特徴と組合せてもよく、その逆も然りである。
【００１１】
既に以上で言及したように、各々の光学装置は、１つ以上のレンズまたはレンズ部品を有する固定焦点レンズモジュールを備える。固定焦点レンズモジュールは、画像センサ平面を有する画像センサを有する光電子ユニットとともに組立るためのものである。
【００１２】
光電子ユニットは、この特許出願中の規定に従う光学装置の一部であり得る。センサ素子は画像センサの画像センサ平面上に配置される。光はレンズモジュールを通って画像センサ平面に向けられ、センサ素子に当たる。したがって、光がセンサ平面に正しく向けられることが重要である。画像センサは、画素のアレイ、すなわち検知素子のアレイを備えてもよい。画像センサは、たとえば、ＣＭＯＳセンサとも称される能動画素センサ（ＡＰＳ）、またはＣＣＤセンサであり得る。
【００１３】
ここで、方法は、
・複数のレンズモジュールを製造するステップと、
・各レンズモジュール毎にレンズモジュール焦点合わせパラメータ値を定めるステップと、
・マウント要素をレンズモジュールに設けて割当てるステップとを備え、一方で、マウント要素は、レンズモジュールと画像センサ平面との間の固定分離距離を規定するように光学装置内に配置されるようにされ、マウント要素は可変マウントセクション長さを有し、これによりレンズモジュールと画像センサ平面との間の幾何学的距離は、レンズモジュールの光学的性質に依存して、個別にまたはまとめて各レンズモジュール毎に調整されて複数のレンズモジュール間のレンズモジュール焦点合わせパラメータ値のばらつきを補うので、レンズモジュールの焦点面は、画像平面、特に画像センサ平面内に入るかまたは光学装置を内蔵するカメラの焦点深度内に存在し、さらに
・レンズモジュールおよびマウント要素を組立てて光学装置を形成するステップを備える。
【００１４】
焦点合わせパラメータは好ましくは、焦点距離、特にフランジ焦点距離（ＦＦＬ）である。これは、たとえば有効焦点距離（ＥＦＬ）のような焦点距離に関連の別のパラメータでもあり得る。以下の説明でこれがＦＦＬを指す場合、これは、適切な場合は、一般的に焦点合わせパラメータも意味する可能性がある。
【００１５】
焦点合わせパラメータがＦＦＬである場合、レンズモジュール焦点合わせパラメータ値を定めるステップは、ＦＦＬ値の直接もしくは間接測定を備えることができ、またはレンズモジュールの具体的な光学的性質の判定を備えることができ、これらの光学的性質は対応のレンズモジュールのフランジ焦点距離（ＦＦＬ）に基づいている。
【００１６】
発明の好ましい実施形態では、レンズモジュールの生産は、
・１つまたは１つよりも多くのウェハまたはウェハ積層体アセンブリを製造するステップをさらに備え、各々のウェハまたはウェハ積層体アセンブリは複数のレンズモジュールを内蔵し、さらに
・各々のウェハまたはウェハ積層体アセンブリを個別のレンズモジュールに分離するステップをさらに備える。
【００１７】
マウント要素は以下に概略を述べるようないくつかの機能を有する。
−これは、レンズモジュールを担持し、レンズモジュールを、動作するように光電子ユニットと直接にまたは間接に接続する；
−これは、互いに対するレンズモジュールおよび光電子ユニットの位置を規定する；かつ
−これは、レンズモジュールの可変焦点合わせパラメータ値、特にＦＦＬ値を補って、レンズモジュールの焦点面が画像センサ平面内に確実に入るようにする。
【００１８】
方法ステップを異なる順序で行なうことも可能である。しかしながら、理に適った論理的な順序で方法ステップを行なわなければならない。
【００１９】
マウント要素のマウントセクション長さ（ｈ１，ｂ１）、特にマウントＦＦＬセクション長さは、マウント要素上のレンズモジュールのための限界止め部（limit stop）と画像センサ平面との間に存在し、マウント要素上の限界止め部と画像センサ平面との間の合計距離の長さセクションを規定する。レンズモジュールの焦点面が画像センサの平面内に入ることを達成するため、当該合計距離はここでは、対応のレンズモジュールの実際の焦点合わせパラメータ値、特にＦＦＬ値に調整されなければならない。これは、マウント要素に可変マウントセクション長さ（ｈ１）を与えることによって発生する。
【００２０】
可変マウントセクション長さ（ｈ１，ｂ１）はマウント要素の長さセクションに対応し、当該長さセクションは、光電子ユニットおよびレンズモジュールがそれに沿って組立てられる軸に平行である。マウント要素の可変マウントセクション長さ（ｈ１，ｂ１）は、光電子ユニットまたは光電子ユニットに直接もしくは間接に接続される組立部品の上の、その光電子ユニットに向く側の、それを介してマウント要素が支持されるマウント要素上の第２の接触表面と、レンズモジュールをその上に支持し、限界止め部を形成する第１の接触表面または支持表面との間の距離によって特に規定される。したがって、第１の接触表面と第２の接触表面との間の距離は可変マウントセクション長さ（ｈ１，ｂ１）を規定する。光学装置のレイアウトは好ましくは、当該第２の接触表面と画像センサ平面との間の距離がすべての光学装置について同じであるようなものである。
【００２１】
発明の好ましいさらなる発展例に従うと、方法は、さらに、
・焦点合わせパラメータ値の少なくとも２つのクラス、特にＦＦＬクラスを規定するステップを備え、各々のクラスは、レンズモジュールの、たとえばＦＦＬ値などのレンズモジュール焦点合わせパラメータ値またはたとえばＦＦＬ値などのレンズモジュール焦点合わせパラメータ値の可能な分布内に入るたとえばＦＦＬ値の範囲などのレンズモジュール焦点合わせパラメータ値の範囲を包含し、さらに
・たとえばＦＦＬ値などのレンズモジュール焦点合わせパラメータ値に基づいて各々のレンズモジュールをクラスに割当てるステップと、
・各々のクラスに、規定されたマウントセクション長さ（ｈ１，ｂ１）を有するマウント要素のクラスを与えて割当てるステップとを備え、マウントセクション長さ（ｈ１，ｂ１）は、マウント要素を割当てるべきクラスの、たとえばＦＦＬ値などのレンズモジュール焦点合わせパラメータ値、またはたとえばＦＦＬ値などのレンズモジュール焦点合わせパラメータ値の範囲に依存して規定され、さらに
・クラスの各々のレンズモジュールに、このクラスに割当てられるマウント要素を割当てるステップを備える。
【００２２】
クラスへのレンズモジュールの割当を排除のプロセスによって行なうこともでき、レンズモジュールが適合しないクラスは、正しいクラスが残るまで除かれる。レンズモジュールのクラス割当を比較法によって行なうこともできる。
【００２３】
発明の好ましい実施形態では、マウント要素のマウントセクション長さ（ｈ１，ｂ１）は、マウント要素のクラス間で、規定された刻み、たとえば５−１５μｍ、特に１０μｍ刻みで等級をつけられる（graded）。マウント要素のクラス間の刻みは好ましくは一定である。可能性のある焦点合わせパラメータ値、特にＦＦＬ値のスペクトルが１０μｍ刻みに分割されれば、１０種類のマウント要素およびしたがって１０個のクラスのＦＦＬ値範囲が１００μｍのＦＦＬ値の合計範囲をカバーする。正規分布の中心からの距離が増大するにつれて、規定されたＦＦＬ値の範囲内に入るレンズモジュールの数が急激に減少するので、中心から遠く離れて存在しているアウトライヤが好ましくはこのプロセスでカバーされなくなり、さらに拒絶される。
【００２４】
既に言及したように、レンズモジュールは好ましくはウェハスケールで生産され、すなわち複製され、レンズモジュールは好ましくはウェハ積層体アセンブリに基づいている。複製プロセスは、成形または型押しのようなプロセスステップを備えることができる。刊行物ＥＰ−Ａ−１４４３３４４、ＥＰ−Ａ−１８３７１６５、ＥＰ−Ａ−１８３７１６７、およびＷＯ２００９／０７６７８６は、たとえば、レンズモジュールの製造、すなわち複製、のためのプロセスを開示する。
【００２５】
したがって、ウェハ積層体アセンブリは複数のレンズモジュールを備える。ウェハ積層体アセンブリそれ自体は好ましくは第１のウェハと第２のウェハとを内蔵する。第１および第２のウェハの上に、レンズモジュール用の複数のレンズ構造が複製され、第１のウェハが複数の第１のレンズユニットを形成し、第２のウェハが複数の第２のレンズユニットを形成する。第１のウェハと第２のウェハとは接合され、たとえばスペーサウェハを介して互いから離間される。すなわち、ウェハは互いの上に積層される。スペーサウェハは複製されたレンズ構造と整列される複数の貫通孔を有してもよいので、第１のレンズユニットのレンズを透過する光は第１のレンズと第２のレンズとの間の空間を妨害されずに横切る。オプションで、第１のウェハの対象物側に、アパーチャを有するスクリーンウェハまたはバッフルウェハが配置され、画像化すべき対象物に面している。アパーチャはウェハ積層体アセンブリのレンズモジュールのレンズと整列される。アパーチャを有するスクリーンは迷光を遮断するために設けられる。上述のようなスクリーンウェハまたはバッフルウェハは、レンズモジュールの生産のための別のウェハ設計に適用することもできる。さらにまたは代替例として、たとえば、第１のウェハは不透明の層または複数の不透明の層を備えてもよく、不透明の層は、たとえばここに引用により援用されるＷＯ２００９／０７６７８７に記載のようなバッフルをともに形成してもよい。
【００２６】
発明の好ましいさらなる発展例では、光電子ユニットもウェハスケールで製造され、複数の光電子ユニットを内蔵するウェハまたはウェハ積層体アセンブリが製造される。次にウェハまたはウェハ積層体アセンブリは個別の光電子ユニットに分離される。
【００２７】
発明は、上述のような発明の方法に従って製造されるカメラ用の複数の光学装置をさらに備える。光学装置の群のレンズモジュールは、可変焦点合わせパラメータ値、特にフランジ焦点距離（ＦＦＬ）を有する。各々の光学装置はマウント要素を備える。マウント要素は、可変マウントセクション長さ（ｈ１，ｂ１）、特にマウントＦＦＬセクションを有し、マウント要素のマウントＦＦＬセクション（ｈ１，ｂ１）は対応の光学装置のレンズモジュールのＦＦＬ値に適合されるので、レンズモジュールの焦点面は画像センサ平面内に入る。当該レンズモジュールは、たとえば同一設計のカメラ用に設計される。レンズモジュールの製造のため、好ましくは同一のレンズまたは同一のレンズ群を用いてレンズモジュールを形成する。しかしながら、レンズモジュール同士の間のＦＦＬは、レンズモジュールで用いられる構成要素の生産の際の作製公差のためにおよび／またはレンズモジュールの作製公差のためにばらつく可能性がある。
【００２８】
マウント要素は、好ましくは、レンズモジュールを収容する中空筒状要素の形状を有する。マウント要素は、円形、楕円形、または角柱形の筒の形態を有することができ、特に立方体の形状も有することができる。マウント要素は、その内側に、（マウント要素の第２の接触表面から、すなわちそれぞれ焦点面から見ると）当該マウント要素の中に下からまたは上から導入される、レンズモジュールのための第１の接触表面を形成し、かつレンズモジュールのための完全止め（dead stop）または支持表面として働く、少なくとも１つの突起または周方向内向きに突出する輪を含んでもよい。第２の接触表面とは反対に存在するマウント要素の端面上の少なくとも部分的に閉じられたカバー要素によって、完全止め部、すなわち第１の接触表面を形成することもできる。カバー要素は不透明または透明であり得る。カバー要素は、たとえば、内向きに面する輪の形状の突起の形態であることができる。さらに、カバー要素は、好ましくはマウント要素の一体化部品である。したがって、言及された完全止め部の第１の接触表面はマウントセクション長さ（ｈ１，ｂ１）の１つの境界を規定する。
【００２９】
マウント要素の第２の接触面は、光電子ユニットとともに組立てられると光電子ユニットに面するように設計され、光電子ユニット上にマウント要素を直接または間接に支持するように設計される。この表面は、たとえばマウント要素の輪の形状の前方端である。マウント要素のマウントセクション長さ（ｈ１，ｂ１）は、マウント要素の第２の接触表面と光電子ユニットの画像センサ平面との間の距離、いわゆる装置セクション長さ（ｈ２，ｂ２）、特に装置ＦＦＬセクションを、光電子ユニットとともに組立てられると、マウント要素のすべてのクラスについて一定に保つことができるようにサイズ決めされる。
【００３０】
マウント要素の軸方向（Ｄ）の当該第２の接触表面に対する、完全止め部の、特に少なくとも１つの突起の位置または設計、すなわち当該第２の接触表面に対する当該第１の接触表面の位置は、ここでマウント要素の可変マウントセクション長さを規定する。したがって、焦点合わせパラメータ値、特にＦＦＬ値の異なるクラスについてのマウント要素の第１の接触表面は、（組立軸に対応する）中空筒状マウント要素の軸方向（Ｄ）に沿った第２の表面に対する異なる距離に位置するため、マウント要素の可変マウントセクション長さは、レンズモジュールの可変焦点合わせパラメータ値を補うように達成される。マウント要素は、たとえば個別にまたはウェハスケールでも生産することができる。それらは、たとえば、射出成形プロセスによって生産可能である。しかしながら、本発明の重要な局面であるのは、それによってレンズモジュールと画像平面との間の幾何学的距離が調整されるマウントセクション長さが、マウント要素とともにまたは後処理ステップで一体に生産されるが、それは常にレンズモジュールに対するマウント要素の割当の前であり、かつレンズモジュールとともに組立てる前に生産されることである。
【００３１】
本発明は、光電子ユニットとともに組立てるための、それぞれカメラに組立てられて光学装置を形成するための「予め焦点合わせされた」モジュールを提供する。したがって、カメラに組立てている間もしくはその後に、または光電子ユニットとともに組立てている間もしくはその後にさらなる焦点合わせステップを行なう必要はない。
【００３２】
発明は、上述のような光学装置を内蔵する複数のカメラをさらに備える。
添付の図面に図示する好ましい例示的な実施形態を参照して以下の本文で発明の主題をより詳細に説明する。図面は概略的に以下のものを示す。
【００３３】
図面で用いる参照符号およびそれらの意味を参照符号の一覧として要約の形態で列挙する。原則的に、同一部品には図中同じ参照符号を与える。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】複数のレンズモジュールを備えるウェハ積層体アセンブリの図である。
【図２】図１に従うウェハ積層体アセンブリからの分離されたレンズモジュールの図である。
【図３】ＦＦＬ値、またはレンズモジュールのＦＦＬに依存する値の分布の図である。
【図４】マウント要素の図である。
【図５】ＦＦＬ値、またはレンズモジュールの規定されたクラスのＦＦＬに依存する値の分布の図である。
【図６】１組の光学装置の第１の実施形態の図である。
【図７】画像センサの図である。
【図８】光電子ユニットを補足された光学装置の図である。
【図９】発明に従う製造プロセスを通じた、ＦＦＬ値またはＦＦＬに依存する値の分布の図である。
【図１０】１組の光学装置の第２の実施形態の図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
好ましい実施形態の詳細な説明
図１は、複数のレンズモジュール２ａ..ｄを備えるウェハ積層体アセンブリ１を概略的に示す。レンズモジュール２ａ..ｄは、一旦単一のユニットに分離されると、レンズチップとも称される。ウェハ積層体アセンブリ１の構築は、第１および第２のウェハ２３、２５を備え、各々のウェハ２３、２５は複数のレンズ構造１７ａ..ｄ、１８ａ..ｄ（図２も参照）を内蔵する。レンズ構造１７ａ..ｄ、１８ａ..ｄは、たとえば、透明硬化可能エポキシ樹脂などの透明プラスチックからなるかまたはこれを含有することができる。それらを、たとえば、第１および第２のウェハ２３、２５の表面上に複製可能である。第１および第２のウェハ２３、２５は、プラスチックまたはガラスからなることができるかまたはこれを含有することができる。第１のウェハ２３のレンズ構造１７ａ..ｂは、ウェハ担体セクションと関連して、各レンズモジュール２ａ..ｂ毎に１つ、第１のレンズユニット１３ａ..ｂを規定する。第２のウェハ２５のレンズ構造１８ａ..ｂは、ウェハ担体セクションと関連して、各レンズモジュール２ａ..ｂ毎に１つ、第２のレンズユニット１５ａ..ｂを規定する。レンズモジュール２ａ..ｂの第１および第２のレンズユニット１３ａ..ｂ、１５ａ..ｂは当該レンズモジュール２ａ..ｂ（図２）のレンズ配置を形成する。
【００３６】
第１および第２のウェハ２３、２５はスペーサウェハ２４によって離間される。スペーサウェハ２４は、各レンズモジュール２ａ..ｄ毎に１つ、複数のスペーサ要素１４ａ..ｂを備える。スペーサウェハ２４は、各スペーサ要素１４ａ..ｂ毎に、すなわち各レンズモジュール２ａ..ｂ毎に１つ、複数の開口または貫通孔２６ａ..ｂをさらに備える。貫通孔２６ａ..ｂはレンズモジュール２ａ..ｄのレンズ配置と整列されるため、光は第１のレンズユニット１３ａ..ｂ、貫通孔２６ａ..ｂ、および第２のレンズユニット１５ａ..ｂを透過することができる。第１および第２のウェハ２３、２５およびスペーサウェハ２４は好ましくは、たとえば接着剤によってともに接合される。
【００３７】
第１のウェハ２３の自由表面上に、ウェハ積層体アセンブリは、各レンズモジュール２ａ..ｂ毎に１つ、複数のスクリーン要素１２ａ..ｂを規定するスクリーンウェハ２２をさらに含む。スクリーンウェハ２２は、各スクリーン要素１２ａ..ｂ毎に１つ、複数のアパーチャ１６ａ..ｂを含む。アパーチャ１６ａ..ｂはレンズモジュール２ａ..ｄのレンズ配置と整列されるため、入射光は、レンズ配置を透過する前に、まずアパーチャ１６ａ..ｂを通って入る。スクリーン要素１２ａ…ｂは、所望されない迷光がレンズ配置に入って透過しないように働く。第１のウェハ２３上に配置されるスクリーンウェハ２２は、画像センサ平面５から離れる方を向く。たとえば接着剤により、スクリーンウェハ２２を第１のウェハ２３上に接合することができる。
【００３８】
当然ながら、図１に示すようなウェハ積層体アセンブリ１はレンズモジュールを生産する唯一の可能なウェハスケール構築ではない。レンズモジュールを、レンズ構造を内蔵する唯一のまたは２つよりも多くのウェハに基づいて設計することもできる。第１の場合はスペーサウェハは必要なく、後者の場合はウェハを互いから離間するには１つよりも多くのスペーサウェハが必要である。さらに、ウェハの片側または両側にレンズ構造を設けることができる。
【００３９】
たとえば、レンズ構造の異なる幾何学的形状をもたらし得る作製公差により、レンズモジュール２ａ..ｄのフランジ焦点距離（ＦＦＬ）６ａ..ｄは可変である。すなわち、レンズモジュール２ａ..ｄの焦点面２７ａ..ｄは、レンズ配置からの可変距離６ａ..ｄの中に存在する。図３は、標準分布に対応する作製公差によって生じる、ＦＦＬ値または複数のレンズモジュールのＦＦＬに依存する値の典型的な分布１９ａを示す。
【００４０】
図４は、いわゆるトップローディング式のマウント要素３ｂの第１の実施形態を示す。「トップローディング式」という名称は、レンズモジュール２ｂが（焦点面２７ｂから見ると）上からマウント要素３ｂの内部に挿入されることを意味する。マウント要素は中空の円形の筒状のまたは立方体の形状を有する。マウント要素３ｂの内壁上には、中空の筒の内径をすぼめる輪の形状の突起が設けられる。輪の形状の突起は中空の筒と同心に配置される。マウント要素３ｂの内部空間はレンズモジュール２ｂを収容し、言及された突起は、マウント要素３ｂの内部空間の中に導入された場合にレンズモジュール２ｂのための完全止め部として働く第１の接触または支持表面１０を形成して、光学装置２０ａ（図６も参照）を形成する。マウント要素３ｂは、光電子ユニット４とともに組立てるため、光電子ユニット４に面するその側に、第２の接触表面１１をさらに形成する。本件では、第２の接触表面１１は、中空の筒に同心に配置されるマウント要素３ｂの輪の形状の前方端である。レンズモジュール２ａとマウント要素３ａとを備える光学装置２０ａおよび光電子ユニット４が一旦組立てられて、補完された光学装置（図８も参照）を形成すると、マウント要素３ａ..ｂは第２の接触表面１１を介して光電子ユニット４の上に直接にまたは間接に支持される。しかしながら、補完される光学装置２０ａは、光学装置２０ａおよび光電子ユニット４が動作するようにともに接続されると、カメラの中にのみ形成されることもできる。
【００４１】
当該第２の接触表面１１と突起の第１の接触表面１０との間の距離７ａ..７ｂはマウントＦＦＬセクションｈ１に対応する。図６に示すように、マウント要素３ａ..ｂのマウントＦＦＬセクションｈ１は可変であり、対応のレンズモジュール２ａ..ｂのＦＦＬ値に適合されて当該レンズモジュール２ａ..ｂのＦＦＬ値のばらつきを補う。マウントＦＦＬセクションｈ１の変動性は、中空筒状形状のマウント要素３ａ..ｂの軸Ｄに沿った輪の形状の突起９ａ..ｂの異なる位置によって達成される。マウント要素３ａ..ｂの第２の接触表面１１と装置ＦＦＬセクションｈ２とも称される画像センサ平面５、すなわちそれぞれ焦点面２７ａ..ｂ、との間の距離８は一定である。「トップローディングマウント」実施形態に従うと、レンズモジュール２ａ..ｄのフランジ焦点距離ＦＦＬ６ａ..ｂは、可変マウントＦＦＬセクションｈ１と一定の装置ＦＦＬセクションｈ２との和に対応する。
【００４２】
図９に従うと、第１のステップＡで、各々のレンズモジュール２ａ..ｄのＦＦＬ値またはＦＦＬに依存する値が定められる、たとえば測定される。その後のステップＢで、レンズモジュール２ａ..ｄは、それらの定められた値、特にＦＦＬ値に従って分類される。このため、ここでは合計５つ、すなわちＩ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ、ＶであるいくつかのＦＦＬクラスまたは群がつくられ、各々のＦＦＬクラスは、値の範囲、特にＦＬＬ値の範囲を規定する。ここでは各々のレンズモジュール２ａ..ｄはＦＦＬクラスに割当てられる。アウトライヤを拒絶することができる。
【００４３】
各クラスまたは群毎に、当該軸Ｄに沿った第２の接触表面に対する第１の接触表面、すなわち突起の位置に対する具体的な設計のマウント要素を設ける。ステップＣで、各々のＦＦＬクラスのレンズモジュールはここで、このクラスに割当てられるマウント要素とともに組立てられる。
【００４４】
各々のＦＦＬクラスは、１つの値だけではなく値の範囲、特にＦＦＬ値、をカバーするので、ＦＦＬクラスのレンズモジュールは依然として可変の値、特にＦＦＬ値、を有する。ＦＦＬ値のそのような分布１９ｂを図９のステップＢに示す。ｙ軸はマウント要素の量を表わし、ｘ軸はＦＦＬ値またはＦＦＬに依存する値を表わす。しかしながら、クラス内のレンズモジュール２ａ..ｄのＦＦＬ値のばらつき１９ｂは全体的な分布１９ａよりもはるかに小さいため、レンズモジュールの焦点面は本質的に、公差範囲にも拘わらず、画像センサ４の画像センサ平面５内に入る。図５および図９（ステップＣ）に、レンズモジュールの分類後のＦＦＬの値の累積分布１９ｃを示す。グラフに見られるように、ＦＦＬ値の変動は、分布１９ａと比較してはるかに小さく、したがってＦＦＬの許容できないばらつきによるレンズモジュールの不合格は少なくなるかまたは排除すらされる。
【００４５】
図１０は、いわゆる「ボトムローディング式」の１組のマウント要素４３ａ..ｂの第２の実施形態を示す。「ボトムローディング式」という名称は、レンズモジュール４２ａ..ｂが（焦点面５７ａ..ｂから見ると）下からマウント要素４３ａ..ｂの内部に挿入されることを意味する。マウント要素４３ａ..ｂは中空の円形の筒または立方体の形状を有する。第２の接触表面５１ａ..ｂの反対側に存在するマウント要素４３ａ..ｂの端面上に、マウント要素４３ａ..ｂは限界止め部４９を含み、これは第１の接触表面を形成し、したがって挿入されたレンズモジュール４２ａ..ｂが挿入方向にさらに移動しないようにする。本件では、限界止め部４９は、第２の接触表面５１ａ..ｂとは反対側に存在するマウント要素４３ａ..ｂの開口を閉じるカバー４９の形態にある。カバー４９はアパーチャ５６を有するスクリーン要素として設計される。アパーチャ５６はレンズモジュール４２ａ…ｂのレンズと整列される。アパーチャ５６を有するスクリーン要素は迷光を遮断するために設けられる。しかしながら、限界止め部は、マウント要素の当該端面上の輪の形状の突起の形態であることもできる。
【００４６】
マウント要素４３ａ..ｂの内部空間はレンズモジュール４２ａ..ｂを収容し、言及されたカバー４９は、マウント要素４３ａ..ｂの内部空間の中に導入された場合にレンズモジュール４２ａ..ｂのための完全止め部として働く第１の接触または支持表面５０を形成して、光学装置６０ａ..ｂを形成する。マウント要素４３ａ..ｂは、光電子ユニットとともに組立てるため、光電子ユニット（図示せず）に面するその側に、第２の接触表面５１ａ..ｂをさらに有する。本件では、第２の接触表面５１ａ..ｂは、中空の筒に同心に配置されるマウント要素４３ａ..ｂの輪の形状の前方端（円形、角柱形、または任意の他の形状）である。レンズモジュール４２ａ..ｂとマウント要素４３ａ..ｂとを備える光学装置６０ａ..ｂおよび光電子ユニットが一旦組立てられて、補完された光学装置６０ａ..ｂを形成すると、マウント要素４３ａ..ｂは第２の接触表面５１を介して光電子ユニット上に直接にまたは間接に支持される。しかしながら、補完された光学装置６０ａ..ｂは、光学装置６０ａ..ｂおよび光電子ユニットが動作するようにともに接続されると、カメラの中にのみ形成されることもできる。
【００４７】
当該第２の接触表面５１ａ..ｂとカバー４９の第１の接触表面５０との間の距離４７ａ..ｂは可変マウントＦＦＬセクションｂ１に対応する。図１０に示すように、マウント要素４３ａ..ｂのマウントＦＦＬセクションｂ１は可変であり、対応のレンズモジュール４２ａ..ｂのＦＦＬ値に適合されて当該レンズモジュール４２ａ..ｂのＦＦＬ値のばらつきを補う。マウントＦＦＬセクションｂ１の変動性は、マウント要素４３ａ..ｂの可変高さ（軸Ｄに沿ったマウント長さ）によって達成される。マウント要素４３ａ..ｂの第２の接触表面５１ａ..ｂと、装置ＦＦＬセクションｂ２とも称される画像センサ平面、すなわちそれぞれ焦点面６７ａ..ｂ、との間の距離４８は、すべての光学装置６０ａ..ｂについて一定である。
【００４８】
「ボトムローディングマウント」実施形態に従うと、レンズモジュール４２ａ..ｄのフランジ焦点距離ＦＦＬ４６ａ..ｂとレンズチップ高さ７０，ｂ４との和は、可変マウントＦＦＬセクション４７ａ..ｂ，ｈ１と一定の装置ＦＦＬセクション４８、ｈ２との和に対応する。レンズチップ４２ａ..ｂの高さｂ４として。
【００４９】
発明の本好ましい実施形態で発明を説明したが、発明はこれに限定されるものではなく、請求項の範囲内でそれ以外の態様でさまざまに具体化されかつ実践されてもよいことがはっきりと理解される。
【符号の説明】
【００５０】
１  レンズモジュールのウェハ積層体アセンブリ、２ａ..ｄ  レンズモジュール、３ａ..ｂ  マウント要素、４  画像センサを有する光電子ユニット、５  画像センサ平面、６ａ..ｄ  レンズモジュールのＦＦＬ、７ａ..ｂ  可変マウントＦＦＬセクション（ｈ１）、８  一定の装置ＦＦＬセクション（ｈ２）、９ａ..ｂ  輪の形状の突起、１０  第１の接触表面、１１  第２の接触表面、１２ａ..ｂ  スクリーン要素、１３ａ..ｂ  第１のレンズユニット、１４ａ..ｂ  スペーサ要素、１５ａ..ｂ  第２のレンズユニット、１６ａ..ｂ  スクリーンアパーチャ、１７ａ..ｂ  第１のレンズユニットのレンズ構造、１８ａ..ｂ  第２のレンズユニットのレンズ構造、１９ａ  すべてのレンズモジュールのＦＦＬ分布、１９ｂ  ＦＦＬの分布およびクラスＩ−Ｖへの分類、１９ｃ  レンズモジュールの分類後の累積されたＦＦＬ分布、２０ａ..ｂ  光学装置、２２  スクリーンウェハ、２３  第１のウェハ、２４  スペーサウェハ、２５  第２のウェハ、２６ａ..ｂ  貫通孔、２７ａ..ｄ  焦点面、４２ａ..ｂ  レンズモジュール、４３ａ..ｂ  マウント要素、４６ａ..ｂ  レンズモジュールのＦＦＬ（レンズＦＦＬ）、４７ａ..ｂ  可変マウントＦＦＬセクション（ｂ１）、４８  一定の装置ＦＦＬセクション（ｂ２）、４９  カバー要素（スクリーン要素）、５０  第１の接触表面、５１ａ..ｂ  第２の接触表面、５６  スクリーンアパーチャ、６０ａ..ｂ  光学装置、６７ａ..ｂ  焦点面、７０  レンズチップの高さ（ｂ４）。
【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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