(57)【要約】【課題】光学系と撮像素子の間の距離調整をより簡単に行うことが可能な技術を提供する。【解決手段】光学系と、撮像素子と、前記光学系と前記撮像素子の間に配置されるスペーサ部材と、を有する撮像装置であって、前記スペーサ部材は、光軸を中心とする円周方向に沿って、光軸方向の高さが変化する複数の当接面を有し、前記光学系は、前記複数の当接面にそれぞれ当接する複数の当接部を有し、前記スペーサ部材の前記当接面と前記光学系の前記当接部とによって、前記光学系と前記スペーサ部材を光軸まわりに相対回転させることで前記光学系と前記撮像素子の間の距離を調整可能な調整構造が形成されている。【選択図】図１
2018165786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系と、
撮像素子と、
前記光学系と前記撮像素子の間に配置されるスペーサ部材と、
を有する撮像装置であって、
前記スペーサ部材は、光軸を中心とする円周方向に沿って、光軸方向の高さが変化する複数の当接面を有し、
前記光学系は、前記複数の当接面にそれぞれ当接する複数の当接部を有し、
前記スペーサ部材の前記当接面と前記光学系の前記当接部とによって、前記光学系と前記スペーサ部材を光軸まわりに相対回転させることで前記光学系と前記撮像素子の間の距離を調整可能な調整構造が形成されている
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記光学系は、ウェハレベル光学系である
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記複数の当接面のそれぞれは、互いに異なる半径をもつ円環形状又は円弧形状の面であり、
前記複数の当接面は、光軸を中心とする同心円状に配置されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記複数の当接部は、前記複数の当接部を頂点とする多角形の内側に前記光学系の重心が存在するように、配置されている
ことを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記当接面は、円周方向に沿って、光軸方向の高さが連続的に増加するスロープ形状を有する
ことを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記当接部は、前記当接面のスロープに平行な先端面を有し、前記先端面により前記当接面に面接触する
ことを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記当接面は、円周方向に沿って、光軸方向の高さが段階的に増加する階段形状を有する
ことを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記当接面は、光軸方向の高さが異なる４つの段を９０度ずつずらして配置した形状を有する
ことを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記光学系及び前記スペーサ部材は、それぞれ、光軸に平行な端面を有し、
前記光学系の端面と前記スペーサ部材の端面とが面一になるように、前記光学系と前記スペーサ部材とが組み付けられている
ことを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記光学系を光軸に垂直な平面に投影したときの外形状と、前記スペーサ部材を光軸に垂直な平面に投影したときの外形状は、同じ大きさの正方形である
ことを特徴とする請求項８又は９に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記スペーサ部材は、前記光学系が光軸まわりに回転可能な状態で嵌挿される凹部を有する
ことを特徴とする請求項１〜７のうちいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記光学系と前記スペーサ部材は、接着剤にて固定されている
ことを特徴とする請求項１〜１１のうちいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１３】
光学系と、撮像素子と、前記光学系と前記撮像素子の間に配置されるスペーサ部材と、を有する撮像装置の製造方法であって、
前記スペーサ部材は、光軸を中心とする円周方向に沿って、光軸方向の高さが変化する複数の当接面を有し、
前記光学系は、前記複数の当接面にそれぞれ当接する複数の当接部を有し、
前記製造方法は、
前記光学系の前記複数の当接部が前記スペーサ部材の前記複数の当接面に当接するように、前記光学系を前記スペーサ部材に組み付ける工程と、
前記光学系と前記スペーサ部材を光軸まわりに相対回転させることで、前記光学系と前記撮像素子の間の距離を調整する工程と、
距離を調整した後に、前記光学系と前記スペーサ部材を固定する工程と、を含む
ことを特徴とする撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関し、特に光学系と撮像素子の間の距離調整に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＣＤ型イメージセンサあるいはＣＭＯＳ型イメージセンサ等の固体撮像素子を用いた撮像装置が搭載された携帯型デバイスの普及が急速に拡大してきている。また、上記携帯型デバイスのサイズは小型化されてきており、それに搭載される撮像装置にも必然的に小型化及び低コスト化への要求が厳しくなってきている。
【０００３】
これらの要求に対して、ウェハレベル光学系とウェハレベルチップサイズパッケージ（ＣＳＰ）タイプの撮像チップ（以下、ＣＳＰ撮像チップと記載）を組み合わせた撮像装置に注目が集まっている。ウェハレベル光学系は、複数のウェハ上にそれぞれ多数の光学素子を形成し、それらのウェハ同士を重ね合せて固定して光学ウェハアセンブリとし、その光学ウェハアセンブリをダイシングして個々の光学モジュール（レンズユニット）としたものである。他方、ＣＳＰ撮像チップは、ウェハの一方の面にＣＣＤやＣＭＯＳ等の半導体素子を多数形成し、ウェハの他方の面に貫通配線を介してそれぞれの半導体素子と接続された外部電極を形成し、そのウェハをダイシングすることで個々の撮像チップとしたものである。ウェハレベル光学系とＣＳＰ撮像チップを組み合わせて作製される撮像装置（ウェハレベルカメラとも呼ばれる）は、小型であり、且つ低コストであるという特徴を持つ。
【０００４】
ウェハレベルカメラにより高画質な画像を撮影するためには、ＣＳＰ撮像チップのセンサー面がウェハレベル光学系の像面に一致していなければならない。しかし、ウェハレベル光学系やＣＳＰ撮像チップに使用するウェハの厚み誤差や、ウェハ上に作製される光学素子や半導体素子の製造誤差がある。そのため、ＣＳＰ撮像チップのセンサー面をウェハレベル光学系の像面に一致させる為に、ＣＳＰ撮像チップとウェハレベル光学系の間隔を調整するピント調整が必要となる。特許文献１では、ＣＳＰ撮像チップとウェハレベル光学系の間に挿入するスペーサ部材の厚さを変えることでピント調整を行う方法が開示されている。なお、特許文献２に、円筒カムを使用して、光学系と撮像素子との相対的な回転によってピント調整を行う方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００５−５３９２７６号公報
【特許文献２】特開２００６−２２２４７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の方法のようにスペーサ部材の厚さを変えてピント調整を行う場合にはいくつかの問題が発生する。１つ目は、微小ピッチで厚みを異ならせた多数のスペーサ部材を予め用意する必要があり、ピント調整の準備に多大な時間とコストが掛かることである。２つ目は、多数のスペーサを入れ替えて所望な厚みのスペーサを選定しなければならず、組立作業性が低下してしまう。
【０００７】
本発明は、光学系と撮像素子の間の距離調整をより簡単に行うことが可能な技術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】
【０００８】
本発明の第１態様は、光学系と、撮像素子と、前記光学系と前記撮像素子の間に配置されるスペーサ部材と、を有する撮像装置であって、前記スペーサ部材は、光軸を中心とする円周方向に沿って、光軸方向の高さが変化する複数の当接面を有し、前記光学系は、前記複数の当接面にそれぞれ当接する複数の当接部を有し、前記スペーサ部材の前記当接面と前記光学系の前記当接部とによって、前記光学系と前記スペーサ部材を光軸まわりに相対回転させることで前記光学系と前記撮像素子の間の距離を調整可能な調整構造が形成されていることを特徴とする撮像装置を提供する。
【０００９】
本発明の第２態様は、光学系と、撮像素子と、前記光学系と前記撮像素子の間に配置されるスペーサ部材と、を有する撮像装置の製造方法であって、前記スペーサ部材は、光軸を中心とする円周方向に沿って、光軸方向の高さが変化する複数の当接面を有し、前記光学系は、前記複数の当接面にそれぞれ当接する複数の当接部を有し、前記製造方法は、前記光学系の前記複数の当接部が前記スペーサ部材の前記複数の当接面に当接するように、前記光学系を前記スペーサ部材に組み付ける工程と、前記光学系と前記スペーサ部材を光軸まわりに相対回転させることで、前記光学系と前記撮像素子の間の距離を調整する工程と、距離を調整した後に、前記光学系と前記スペーサ部材を固定する工程と、を含むことを特徴とする撮像装置の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光学系と撮像素子の間の距離調整をより簡単に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態の撮像装置の断面図。
【図２】ＣＳＰ撮像チップの製造プロセスを示す図。
【図３】ウェハレベル光学系の製造プロセスを示す図。
【図４】第１実施形態のスペーサ部材を示す図。
【図５】第１実施形態のウェハレベル光学系に設けた当接部の位置関係を示す図。
【図６】第１実施形態のスペーサ部材の当接面のスロープの勾配を示す図。
【図７】第１実施形態のウェハレベル光学系に設けた当接部の断面図。
【図８】スペーサ部材の円形凹部にウェハレベル光学系を嵌挿した状態を示す図。
【図９】第２実施形態のスペーサ部材を示す図。
【図１０】第３実施形態のウェハレベル光学系を示す図。
【図１１】第３実施形態のスペーサ部材を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、光学系と撮像素子を有する小型の撮像装置及びその製造方法に関し、詳しくは、当該撮像装置における光学系と撮像素子の間の距離を調整可能な調整構造に関する。光学系としては、極めて小型の光学系（ウェハレベル光学系又はウェハレベルレンズと呼ばれる）を好ましく用いることができる。また、撮像素子としては、ウェハレベルチップサイズパッケージタイプのＣＣＤ型イメージセンサ又はＣＭＯＳ型イメージセンサ（ＣＳＰ撮像チップと呼ばれる）を好ましく用いることができる。本発明に係る撮像装置は、一般的なデジタルカメラやデジタルビデオカメラにももちろん適用できるが、小型かつローコストであるという特徴から、様々な電子機器の組み込み用カメラモジュールに好ましく適用できる。電子機器としては、例えば、携帯電話、スマートフォン、タブレット端末、パーソナルコンピュータ、ゲーム機、ウェアラブル端末などが挙げられる。
【００１３】
以下、本発明の好適な実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下
に示す実施形態は一例に過ぎず、本発明は、図示された構成等に限定されるものではない。
【００１４】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る撮像装置１００の断面図である。撮像装置１００はＣＳＰ撮像チップ２００、ウェハレベル光学系３００、スペーサ部材４００を有する。符号Ｌは光軸を示す。
【００１５】
図２Ａ〜図２Ｄを参照して、ＣＳＰ撮像チップ２００の構造及び製造プロセスを説明する。まず、シリコンウェハ２０１上に多数の光電変換部２０２が形成される（図２Ａ）。次に、各光電変換部２０２の上面に不図示のカラーフィルタが作製され、カラーフィルタ上にマイクロレンズアレイ２０３が形成される（図２Ｂ）。マイクロレンズアレイ２０３が形成されたシリコンウェハ２０１に対し、凹部２０５が形成されたカバーガラス２０４がＵＶ硬化性樹脂等の接着剤を用いて接合される（図２Ｃ）。その後、図２Ｄに示すように、点線に沿ってダイシングすることで個々のＣＳＰ撮像チップ２００が作製される。
【００１６】
図３Ａ〜図３Ｄを参照して、ウェハレベル光学系３００の構造及び製造プロセスを説明する。まず、石英ガラスウェハ３０１を用意する（図３Ａ）。石英ガラスウェハ３０１の面Ｓ１上に、多数の光学素子３０２がレプリカ技術等の成型技術にて作製される（図３Ｂ）。次に、反対側の面Ｓ２上に、各光学素子３０２に対して３つの当接部（位置決め突起）３０３、３０４、３０５が作製される（図３Ｃ）。ここで、面Ｓ２がスペーサ部材４００に対向する面である。その後、図３Ｄに示すように、石英ガラスウェハ３０１を点線に沿ってダイシングすることで個々のウェハレベル光学系３００が作製される。なお本例では、面Ｓ１のみに光学素子（凸レンズ）を設けたが、面Ｓ２のみに光学素子を設けてもよいし、面Ｓ１と面Ｓ２の両方に光学素子を設けてもよい。また、光学素子が形成された他のウェハをウェハ３０１に接合してもよい。また、光学素子は凸レンズに限定されるものではなく、凹レンズや回折構造などの光学素子でもよい。
【００１７】
撮像装置１００によって高画質な画像を撮影するためには、ＣＳＰ撮像チップ２００のセンサー面（受光面）がウェハレベル光学系３００の像面に一致している必要がある。しかし、ＣＳＰ撮像チップ２００やウェハレベル光学系３００に使用するウェハの厚み誤差や、ウェハ上に作製される光学素子や半導体素子の製造誤差がある。したがって、個々の撮像装置１００ごとに（つまり、ＣＳＰ撮像チップ２００とウェハレベル光学系３００の組み合わせごとに）、ＣＳＰ撮像チップ２００とウェハレベル光学系３００の間隔を調整するピント調整を行うことが好ましい。
【００１８】
ＣＳＰ撮像チップ２００とウェハレベル光学系３００の間に配置されたスペーサ部材４００は、ＣＳＰ撮像チップ２００とウェハレベル光学系３００の間の距離を調整して撮像装置１００のピントを調整する役割を担っている。スペーサ部材４００は、ＣＳＰ撮像チップ２００のカバーガラス２０４に対し、ＵＶ硬化性樹脂等の接着剤を用いて固定される。
【００１９】
スペーサ部材４００は、ウェハレベル光学系３００の複数の当接部３０３、３０４、３０５がそれぞれ当接する複数の当接面を有している。各当接面は、光軸を中心とする円周方向に沿って、光軸方向の高さが連続的に変化するように形成されている。スペーサ部材４００とウェハレベル光学系３００を光軸まわりに相対回転させることで、ウェハレベル光学系３００の当接部３０３、３０４、３０５が当接する当接面の高さが変化し、ＣＳＰ撮像チップ２００とウェハレベル光学系３００の間隔が変化する。これにより、撮像装置１００のピント調整を行うことが可能となる。ピント調整後、ウェハレベル光学系３００とスペーサ部材４００はＵＶ硬化性樹脂等の接着剤を用いて固定され、撮像装置１００が
作製される。
【００２０】
次に、本実施形態の撮像装置１００の特徴部分である、ＣＳＰ撮像チップ２００とウェハレベル光学系３００の間隔調整（ピント調整）に関して、図４Ａ、図４Ｂ、図５、図６、図７Ａ〜図７Ｃ、図８を用いて詳細に説明する。
【００２１】
図４Ａはスペーサ部材４００の斜視図であり、図４Ｂはスペーサ部材４００をウェハレベル光学系３００側からみた平面図である。スペーサ部材４００は、同心円状に配置された３つの当接面４０１、４０２、４０３を有している。図４Ｂの例では、当接面４０１、４０２、４０３はいずれも径方向の幅がＷの略円環形状を有しており、それぞれの半径をｒ１、ｒ２、ｒ３とした場合に、ｒ２＝ｒ１＋Ｗ、ｒ３＝ｒ２＋Ｗとなるように設計されている。なお、ここでは、当接面の幅方向（径方向）の中心を通る円の半径（言い換えると、当接面の内周の半径と外周の半径の平均）を「当接面の半径」と呼ぶこととする。
【００２２】
図４Ａに示すように、各当接面４０１、４０２、４０３は、円周方向に沿って連続的に光軸方向の高さが増加するスロープ形状となっている。各当接面の勾配は、下記式のように、時計回りの角度θ（スロープの始点をθ＝０度とする）に比例して高さｈ（θ）が増加し、一周したとき（θ＝３６０度のとき）に最大高さｈｍａｘとなるように設計されている。なお、ｈｍｉｎはスロープの始点での高さである。
ｈ（θ）＝ｈｍｉｎ＋（ｈｍａｘ−ｈｍｉｎ）×θ／３６０
【００２３】
本実施形態では、３つの当接面４０１、４０２、４０３の最小高さｈｍｉｎは互いに等しく、また最大高さｈｍａｘも互いに等しくなるように設計されている。ただし、３つの当接面４０１、４０２、４０３の位相、つまり、スロープの始点の位置を１２０度ずつずらしている。
【００２４】
また、スペーサ部材４００は、ウェハレベル光学系３００の対角長さよりも僅かに大きい直径の円形凹部４０４を有する。ウェハレベル光学系３００を円形凹部４０４内に嵌挿すると、ウェハレベル光学系３００がスペーサ部材４００に対し光軸まわりに回転可能な状態となる。更に、スペーサ部材４００は、ウェハレベル光学系３００を通過した光束を遮らない様に、貫通孔４０５を有している。本実施形態のスペーサ部材４００は、例えば、射出成型、切削加工などにより作製することができる。
【００２５】
以上、図４Ａ及び図４Ｂに示されたスペーサ部材４００の構成を具体的に説明したが、スペーサ部材４００の構成は上記例に限られない。スペーサ部材４００に複数の当接面が設けられ、当接面の光軸方向の高さが円周方向に沿って変化するよう設計されていれば、同じ目的を達成することができる。例えば、スペーサ部材４００の材質が透光性を有するものであれば、貫通孔４０５は設けなくてもよい。また、当接面の数は３つに限られず、２つでもよいし、３つより多くてもよい。また、当接面同士の位相差（ずれ角）は１２０度に限定されないし、位相差を均等にしなくてもよい。また、スロープの始点（最小高さ）から終点（最大高さ）までの角度範囲は３６０度より小さくてもよい（その場合、当接面は円環形状ではなく円弧形状となる）。また、各当接面の最小高さや最大高さを一致させなくてもよい（その場合、当接面の光軸方向高さに合わせて、ウェハレベル光学系３００に設ける当接部の光軸方向高さを設定すればよい）。
【００２６】
図５にウェハレベル光学系３００を面Ｓ２側から見た図を示す。ウェハレベル光学系３００は光学有効範囲５０２外に３つの当接部３０３、３０４、３０５を有している。３つの当接部３０３、３０４、３０５は、ウェハレベル光学系３００をスペーサ部材４００に重ねた場合に、その先端がそれぞれスペーサ部材４００の当接面４０１、４０２、４０３に当接するように配置されている。具体的には、図５に示すように、光軸５０１から当接
部３０３、３０４、３０５（の中心）までの距離がそれぞれｒ１、ｒ２、ｒ３に設定され、３つの当接部３０３、３０４、３０５が光軸５０１のまわりに１２０度ずつずらして配置される。このように、３つの当接部３０３、３０４、３０５の配置角をスペーサ部材４００の３つの当接面４０１、４０２，４０３の位相差に合わせることで、当接面４０１、４０２、４０３の同じ高さの位置に各当接部３０３、３０４、３０５が当接するようになる。このとき、ウェハレベル光学系３００とスペーサ部材４００を光軸まわりに相対回転させても、ウェハレベル光学系３００の光軸が傾くことなく、３つの当接部３０３、３０４、３０５が必ず対応する当接面４０１、４０２、４０３に当接した状態が保たれる。
【００２７】
なお、当接部の数及び配置は図５のものに限られない。ただし、ウェハレベル光学系３００を安定に支持するために、当接部の数は３つ以上であることが好ましく、また、当接部を頂点とする多角形の内側にウェハレベル光学系３００の重心が存在するように各当接部を配置することが好ましい。
【００２８】
前述の通り、スペーサ部材４００に設けた当接面４０１、４０２、４０３はスロープ形状をしている。そのため、当接部３０３、３０４、３０５の先端面が面Ｓ２と平行となっていると、当接部３０３、３０４、３０５と当接面４０１、４０２、４０３は点接触となり、ウェハレベル光学系３００の支持状態が不安定となる恐れがある。そこで、当接部３０３、３０４、３０５の先端面に角度を付けることで、当接部３０３、３０４、３０５を当接面４０１、４０２、４０３と面接触させ、ウェハレベル光学系３００とスペーサ部材４００の当接が安定するようにすることが好ましい。
【００２９】
図６は、３つの当接面４０１、４０２、４０３の光軸方向の高さｈ（縦軸）とスロープの円周長さ（横軸）の関係を示したグラフである。なお、スロープの円周長さとは、スロープの最下点を始点とする、スロープの幅方向（径方向）の中心を通る円弧の長さをいう。線６０１は当接面４０１のスロープ、線６０２は当接面４０２のスロープ、線６０３は当接面４０３のスロープを示したものである（比較のため、スロープの始点を一致させている）。当接面４０１、４０２、４０３のスロープの最大高さは全て同じｈｍａｘであるが、各当接面の半径が異なるため、スロープの円周長さは当接面ごとに異なる。したがって、スロープの勾配角度は当接面ごとに異なり、当接面４０１、４０２、４０３それぞれの勾配角度をα１、α２、α３としたとき、
α１＝ｔａｎ−１（（ｈｍａｘ−ｈｍｉｎ）／２πｒ１）
α２＝ｔａｎ−１（（ｈｍａｘ−ｈｍｉｎ）／２πｒ２）
α３＝ｔａｎ−１（（ｈｍａｘ−ｈｍｉｎ）／２πｒ３）
であり、３つの勾配角度の関係は、α１＞α２＞α３となる。
【００３０】
図７Ａは図５のａ−ａ線で切断したウェハレベル光学系３００の断面図、図７Ｂは図５のｂ−ｂ線で切断したウェハレベル光学系３００の断面図、図７Ｃは図５のｃ−ｃ線で切断したウェハレベル光学系３００の断面図である。当接部３０３、３０４、３０５の先端面Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５は、各々が当接する当接面４０１、４０２、４０３の勾配角度に合わせた角度が付いている。具体的には、当接部３０３の先端面Ｓ３は角度α１、当接部３０４の先端面Ｓ４は角度α２、当接部３０５の先端面Ｓ５は角度α３である。上述のように、各当接部の先端面を対応する当接面のスロープに平行な形状とすることで、当接部と当接面を面接触で当接させることが可能となり、ウェハレベル光学系３００とスペーサ部材４００の当接状態を安定させることが出来る。
【００３１】
図８にスペーサ部材４００の円形凹部４０４にウェハレベル光学系３００を嵌挿した状態を示す。図８はウェハレベル光学系３００の側からみた平面図である。ウェハレベル光学系３００をスペーサ部材４００の円形凹部４０４に嵌挿すると、当接部３０３と当接面４０１、当接部３０４と当接面４０２、当接部３０５と当接面４０３がそれぞれ当接した
状態となる。この状態でウェハレベル光学系３００とスペーサ部材４００を光軸まわりに相対回転させると、当接部３０３、３０４、３０５が当接する当接面４０１、４０２、４０３の高さが変わる。よって、当接部３０３、３０４、３０５、すなわちウェハレベル光学系３００が光軸方向に沿って上下動する（図８の例では、ウェハレベル光学系３００を時計方向に回転させると上方に移動し、反時計方向に回転させると下方に移動する）。これにより、ＣＳＰ撮像チップ２００とウェハレベル光学系３００との距離を連続的に調整して、ピント調整を行うことができる。ピント調整後、ウェハレベル光学系３００とスペーサ部材４００はＵＶ硬化性樹脂等の接着剤を用いて固定され、撮像装置１００が作製される。このように、ウェハレベル光学系３００とスペーサ部材４００の固定に接着剤を用いることで、ウェハレベル光学系３００とスペーサ部材４００の相対角度が如何なる場合でも固定することが可能となる。
【００３２】
上述のように、ピント調整はスペーサ部材４００とウェハレベル光学系３００を相対的に回転させることにより行うが、ウェハレベル光学系３００は回転対称であり、どのアジムスで使用しても光学性能が変わることはない。また、ウェハレベル光学系３００はスペーサ部材４００の円形凹部４０４に嵌挿した状態で回転させるため、光軸と直交する方向の位置ずれを起こすことなくピント調整を行うことができる。更に、ウェハレベル光学系３００は３つの当接部３０３、３０４、３０５でそれぞれスペーサ部材４００の当接面４０１、４０２、４０３と当接しているため、ピント調整中にウェハレベル光学系３００の光軸が傾くことが無い。
【００３３】
以上説明した本実施形態のピント調整構造によれば、従来のように厚みの異なるスペーサ部材を複数種類用意することなく、撮像装置１００のピント調整が可能となり、組立作業性の向上および低コスト化を実現できる。特に、本実施形態では、光軸方向高さが円周方向に沿って連続的に変化するスロープ形状の当接面を用いたので、ＣＳＰ撮像チップ２００とウェハレベル光学系３００の間隔を連続的に変化させることが可能となり、緻密なピント調整を行うことができる。また、各当接面の半径を異ならせて同心円状に配置したことにより、各当接面のスロープを３６０度の円環形状にすることができる。これにより、スペーサ部材４００とウェハレベル光学系３００の相対角度を０度から３６０度の範囲で変化させることが可能となり、ピント調整の調整範囲拡大や調整分解能向上を図ることができる。
【００３４】
＜第２実施形態＞
第１実施形態では、円周方向に沿って光軸方向高さが連続的に変化する当接面を有するスペーサ部材を用いて、連続的にピント調整が可能な構成を説明した。これに対し、第２実施形態では、円周方向に沿って光軸方向高さが段階的に変化する当接面を有するスペーサ部材を用いたピント調整構造を説明する。以下では第２実施形態に特有の構成を中心に説明をし、第１実施形態と同じ構成部分については第１実施形態と同一の符号を付すなどして説明を省略する。
【００３５】
図９は第２実施形態のスペーサ部材６００の斜視図である。スペーサ部材６００は、同心円状に配置された３つの当接面６０１、６０２、６０３を有している。当接面６０１、６０２、６０３はいずれも径方向の幅がＷの略円環形状を有しており、それぞれの半径をｒ１、ｒ２、ｒ３とした場合に、ｒ２＝ｒ１＋Ｗ、ｒ３＝ｒ２＋Ｗとなるように設計されている。
【００３６】
図９に示すように、各当接面６０１、６０２、６０３は、円周方向に沿って段階的に（不連続的に）光軸方向の高さが増加する階段形状となっている。具体的には、当接面６０１は、低い方から順に第１段６０１ａ、第２段６０１ｂ、第３段６０１ｃの３つの面を有する。同じように、当接面６０２は、低い方から順に第１段６０２ａ、第２段６０２ｂ、
第３段６０２ｃの３つの面を、当接面６０３は、低い方から順に第１段６０３ａ、第２段６０３ｂ、第３段６０３ｃの３つの面を、それぞれ有する。ここでは、各当接面の第１段６０１ａ、６０２ａ、６０３ａが同じ高さに、また第２段６０１ｂ、６０２ｂ、６０３ｂが同じ高さに、第３段６０１ｃ、６０２ｃ、６０３ｃが同じ高さに、それぞれ設定される。ただし、図９に示すように、３つの当接面６０１、６０２、６０３の位相を１２０度ずつずらしている。
【００３７】
本実施形態のスペーサ部材６００も、第１実施形態のものと同様、射出成型や切削加工により作製することができる。あるいは、当接面６０１、６０２、６０３の各段は互いに略平行で、かつ単純な形状をしているため、本実施形態のスペーサ部材６００はリソグラフィ技術により作製することも可能である。リソグラフィ技術を用いることで、製造誤差を抑え、且つ、低コストでスペーサ部材６００を作製することができる。
【００３８】
以上、図９に示されたスペーサ部材６００の構成を具体的に説明したが、スペーサ部材６００の構成は上記例に限られない。スペーサ部材６００に複数の当接面が設けられ、当接面の各段の光軸方向の高さが円周方向に沿って変化するよう設計されていれば、同じ目的を達成することができる。例えば、スペーサ部材６００の材質が透光性を有するものであれば、貫通孔４０５は設けなくてもよい。また、当接面の数は３つに限られず、２つでもよいし、３つより多くてもよい。また、当接面同士の位相差（ずれ角）は１２０度に限定されないし、位相差を均等にしなくてもよい。また、当接面の角度範囲は３６０度より小さくてもよい。また、各当接面の段数は２つ以上であればよい。また、当接面同士の段の高さを一致させなくてもよい（その場合、当接面の各段の光軸方向高さに合わせて、ウェハレベル光学系３００に設ける当接部の光軸方向高さを設定すればよい）。
【００３９】
本実施形態のウェハレベル光学系３００は３つの当接部３０３、３０４、３０５を有し、その先端面は面Ｓ２と略平行に作製される（不図示）。３つの当接部３０３、３０４、３０５は、ウェハレベル光学系３００をスペーサ部材６００に重ねた場合に、その先端面がそれぞれスペーサ部材６００の当接面６０１、６０２、６０３に当接するように配置されている。具体的には、光軸から当接部３０３、３０４、３０５（の中心）までの距離がそれぞれｒ１、ｒ２、ｒ３に設定され、３つの当接部３０３、３０４、３０５が光軸まわりに１２０度ずつずらして配置される。このように、３つの当接部３０３、３０４、３０５の配置角をスペーサ部材６００の３つの当接面６０１、６０２，６０３の位相差に合わせることで、当接面６０１、６０２、６０３の同じ高さの段に各当接部３０３、３０４、３０５が当接する。このとき、ウェハレベル光学系３００の光軸が傾くことなく、３つの当接部３０３、３０４、３０５が必ず対応する当接面６０１、６０２、６０３に当接した状態が保たれる。
【００４０】
なお、当接部の数及び配置は上記のものに限られない。ただし、ウェハレベル光学系３００を安定に支持するために、当接部の数は３つ以上であることが好ましく、また、当接部を頂点とする多角形の内側にウェハレベル光学系３００の重心が存在するように各当接部を配置することが好ましい。
【００４１】
ウェハレベル光学系３００をスペーサ部材６００の円形凹部４０４に嵌挿すると、当接部３０３と当接面６０１、当接部３０４と当接面６０２、当接部３０５と当接面６０３がそれぞれ当接した状態となる。スペーサ部材６００の当接面６０１、６０２、６０３は階段形状のため、ウェハレベル光学系３００の当接部３０３、３０４、３０５の先端面（面Ｓ２に略平行な形状である）は当接面６０１、６０２、６０３に面接触する。よって、安定的にウェハレベル光学系３００とスペーサ部材６００を当接させることが出来る。この状態でスペーサ部材６００とウェハレベル光学系３００を光軸まわりに相対回転させると、当接部３０３、３０４、３０５が当接する当接面６０１、６０２、６０３の高さが変わ
る。よって、当接部３０３、３０４、３０５、すなわちウェハレベル光学系３００が光軸方向に沿って上下動する（図９の例では、ウェハレベル光学系３００を時計方向に回転させると上方に移動し、反時計方向に回転させると下方に移動する）。これにより、ＣＳＰ撮像チップ２００のセンサー面とウェハレベル光学系３００との距離を段階的に調整して、ピント調整を行うことができる。ピント調整後、ウェハレベル光学系３００とスペーサ部材６００はＵＶ硬化性樹脂等の接着剤を用いて固定され、撮像装置１００が作製される。このように、ウェハレベル光学系３００とスペーサ部材６００の固定に接着剤を用いることで、ウェハレベル光学系３００とスペーサ部材６００の相対角度が如何なる場合でも固定することが可能となる。
【００４２】
上述のように、ピント調整はスペーサ部材６００とウェハレベル光学系３００を相対的に回転させることにより行うが、ウェハレベル光学系３００は回転対称であり、どのアジムスで使用しても光学性能が変わることはない。また、ウェハレベル光学系３００はスペーサ部材６００の円形凹部４０４に嵌挿した状態で回転させるため、光軸と直交する方向の位置ずれを起こすことなくピント調整を行うことができる。更に、ウェハレベル光学系３００は３つの当接部３０３、３０４、３０５でそれぞれスペーサ部材６００の当接面６０１、６０２、６０３と当接しているため、ピント調整中にウェハレベル光学系３００の光軸が傾くことが無い。
【００４３】
以上説明した本実施形態のピント調整構造によれば、従来のように厚みの異なるスペーサ部材を複数種類用意することなく、撮像装置１００のピント調整が可能となり、組立作業性の向上および低コスト化を実現できる。特に、本実施形態では、スペーサ部材６００を単純な形状とすることで、スペーサ部材６００をリソグラフィ技術により作製することが可能となる。これにより、製造誤差を抑え、且つ、低コストでスペーサ部材６００を作製することができる。
【００４４】
＜第３実施形態＞
第３実施形態では、円周方向に沿って光軸方向高さが段階的に変化する当接面を有し、第２実施形態のものよりもさらに撮像装置の小型化に好適なスペーサ部材を用いたピント調整構造を説明する。以下では第３実施形態に特有の構成を中心に説明をし、前述の実施形態と同じ構成部分については前述の実施形態と同一の符号を付すなどして説明を省略する。
【００４５】
図１０に第３実施形態のウェハレベル光学系３１０を示す。図１０は面Ｓ１側（スペーサ部材とは反対の側）からみた平面図である。前述の通り、ウェハレベル光学系３１０は、ウェハ上に多数の光学素子をマトリクス状に形成した後にダイシング（格子状に切断）することで、作製される。ダイシングされた個々のウェハレベル光学系３１０は、図１０に示すように、光軸に平行な４つの端面（ダイシングの切断面）で囲まれた形状となり、その平面形状（光軸に垂直な平面に投影したときの外形状）は矩形となる。ウェハレベル光学系３１０の端面Ｆ１（ダイシングの切断面）から光軸３２０までの距離は数μｍの精度で作製することができる。なお、図示しないが、ＣＳＰ撮像チップ２００についてもダイシング後の平面形状は一般的に矩形となる。
【００４６】
本実施形態のウェハレベル光学系３１０は、３つの当接部３１１、３１２、３１３を有し、その先端面は面Ｓ２と略平行に作製される（不図示）。光軸３２０から当接部３１１、３１２、３１３（の中心）までの距離がそれぞれｒ１、ｒ２、ｒ３に設置され、３つの当接部３１１、３１２、３１３が光軸３２０のまわりに１２０度ずつずらして配置される。
【００４７】
図１１に第３実施形態のスペーサ部材７００を示す。図１１は図１０と同じ側からみた
平面図である。スペーサ部材７００は同心円状に配置された３つの当接面７０１、７０２、７０３を有している。当接面７０１、７０２、７０３はいずれも径方向の幅がＷの略円環形状を有しており、それぞれの半径をｒ１、ｒ２、ｒ３とした場合に、ｒ２＝ｒ１＋Ｗ、ｒ３＝ｒ２＋Ｗとなるように設計されている。
【００４８】
図１１に示すように、各当接面７０１、７０２、７０３は、円周方向に沿って段階的に（不連続的に）光軸方向の高さが増加する階段形状となっている。具体的には、当接面７０１は、低い方から順に第１段７０１ａ、第２段７０１ｂ、第３段７０１ｃ、第４段７０１ｄの４つの面を有する。同様に、当接面７０２は、低い方から順に第１段７０２ａ、第２段７０２ｂ、第３段７０２ｃ、第４段７０２ｄの４つの面を、当接面７０３は、低い方から順に第１段７０３ａ、第２段７０３ｂ、第３段７０３ｃ、第４段７０３ｄの４つの面を、それぞれ有する。ここでは、各当接面の第１段７０１ａ、７０２ａ、７０３ａが同じ高さに、また第２段７０１ｂ、７０２ｂ、７０３ｂが同じ高さに、第３段７０１ｃ、７０２ｃ、７０３ｃが同じ高さに、第４段７０１ｄ、７０２ｄ、７０３ｄが同じ高さに、それぞれ設定される。ただし、図１１に示すように、３つの当接面７０１、７０２、７０３の位相を１２０度ずつずらしている。
【００４９】
本実施形態のスペーサ部材７００も、第１実施形態のものと同様、射出成型や切削加工により作製することができる。あるいは、当接面７０１、７０２、７０３の各段は互いに略平行で、かつ単純な形状をしているため、本実施形態のスペーサ部材７００はリソグラフィ技術により作製することも可能である。例えば、ウェハ上にリソグラフィ技術を用いて多数のスペーサ部材７００の形状を形成した後、ウェハをダイシングすることで個々のスペーサ部材７００を作製することが可能である。ダイシングされたスペーサ部材７００も、ウェハレベル光学系３１０と同じく、光軸に平行な４つの端面で囲まれた形状となり、その平面形状は矩形となる。本実施形態では、ウェハレベル光学系３１０の平面形状とスペーサ部材７００の平面形状とが同じ大きさの正方形となるように、ダイシングされる。スペーサ部材７００の端面Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５（ダイシングの切断面）から光軸までの距離は数μｍの精度で作製することができる。
【００５０】
以上、図１１に示されたスペーサ部材７００の構成を具体的に説明したが、スペーサ部材７００の構成は上記例に限られない。スペーサ部材７００に複数の当接面が設けられ、当接面の各段の光軸方向の高さが円周方向に沿って変化するよう設計されていれば、同じ目的を達成することができる。例えば、スペーサ部材７００の材質が透光性を有するものであれば、貫通孔４０５は設けなくてもよい。また、当接面の数は３つに限られず、２つでもよいし、３つより多くてもよい。また、当接面同士の位相差（ずれ角）は１２０度に限定されないし、位相差を均等にしなくてもよい。また、当接面の角度範囲は３６０度より小さくてもよい。また、当接面同士の段の高さを一致させなくてもよい（その場合、当接面の各段の光軸方向高さに合わせて、ウェハレベル光学系３１０に設ける当接部の光軸方向高さを設計すればよい）。
【００５１】
上記構成において、ウェハレベル光学系３１０の端面Ｆ１及びそれに直交する端面Ｆ２がスペーサ部材７００の端面Ｅ２及びＥ３とそれぞれ面一になるように両者を組み付けると、当接部３１１、３１２、３１３が各当接面の第１段７０１ａ、７０２ａ、７０３ａにそれぞれ当接した状態となる。図１１の破線丸印３２１、３２２、３２３は、この状態における各当接部３１１、３１２、３１３の当接位置を示している。ここで、ウェハレベル光学系３１０を時計回りに９０度回転させ、ウェハレベル光学系３１０の端面Ｆ１及びＦ２をスペーサ部材７００の端面Ｅ３及びＥ４にそれぞれ合わせると、当接部３１１、３１２、３１３が各当接面の第２段７０１ｂ、７０２ｂ、７０３ｂにそれぞれ当接する。これにより、ウェハレベル光学系３１０の光軸方向高さが一段高くなる。さらに、ウェハレベル光学系３１０を時計回りに９０度ずつ回転させて、当接部３１１、３１２、３１３が当
接する段を変更することで、ウェハレベル光学系３１０の高さを一段ずつ高くすることができる。
【００５２】
このようなピント調整構造により、ＣＳＰ撮像チップ２００のセンサー面とウェハレベル光学系３１０との距離を４段階で調整して、ピント調整を行うことができる。また、ウェハレベル光学系３１０の端面Ｆ１及びＦ２をスペーサ部材７００の端面Ｅ２及びＥ３、Ｅ３及びＥ４、Ｅ４及びＥ５、Ｅ５及びＥ２のいずれかに合わせることで、光軸と直交する方向の位置決めを行うことができる。ピント調整及び光軸と直交する方向の位置決めを行った後、ウェハレベル光学系３００とスペーサ部材７００はＵＶ硬化性樹脂等の接着剤を用いて固定され、撮像装置１００が作製される。
【００５３】
以上説明した本実施形態のピント調整構造によれば、従来のように厚みの異なるスペーサ部材を複数種類用意することなく、撮像装置１００のピント調整が可能となり、組立作業性の向上および低コスト化を実現できる。
【００５４】
また、本実施形態では、スペーサ部材７００の各当接面に高さの異なる４つの段を９０度ずつずらして配置する構成としたので、ウェハレベル光学系とスペーサ部材の相対角度を９０度ずつ変化させるという簡易な操作で４段階のピント調整を可能にしている。しかも、ウェハレベル光学系とスペーサ部材の端面同士が面一になるように両者を組み付けたときに、ちょうどウェハレベル光学系の当接部がスペーサ部材の当接面の中央に当接するように、それぞれの配置が設計されている。よって、ウェハレベル光学系とスペーサ部材の光軸まわりの角度決めが容易になるとともに、光軸に直交する方向の位置決めも同時に行うことが容易になる。加えて、ウェハレベル光学系とスペーサ部材の端面が面一になるように両者を組み付けることで、撮像装置の小型化を図ることができる。なお、組み付け時には、ウェハレベル光学系とスペーサ部材それぞれの端面を同一の基準面に突き当てることで、光軸まわりの角度決め及び光軸に直交する面内での位置決めを簡単に行うことができる。
【００５５】
（その他）
上記実施形態の説明は、本発明を例示的に説明するものに過ぎない。本発明は上記の具体的な形態には限定されることはなく、その技術的思想の範囲内で種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では３つの当接部と３つの当接面を設けたが、当接部と当接面は少なくとも２つ以上あればよい。ただし、当接部の数が３つより少ない場合、あるいは、当接部を頂点とする多角形の内側に光学系の重心が無い場合など、当接部のみで光学系を安定して支持できない場合には、当接部（つまり位置決め用の構造）以外の支持構造を設けるとよい。
また、上記実施形態では、当接部と当接面を面接触させているが、当接部と当接面とを点接触又は線接触させても構わない。逆に、当接部の形状を円周方向に長くするなどして、当接部と当接面の間の接触面積を大きくしてもよい。
また上記実施形態では、ウェハレベル光学系及びＣＳＰ撮像チップを例示したが、他の製造プロセスにより作製した光学系及び撮像素子の距離調整にも、本発明を適用することが可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１００：撮像装置
２００：ＣＳＰ撮像チップ（撮像素子）
３００、３１０：ウェハレベル光学系
３０３、３０４、３０５、３１１、３１２、３１３：当接部
４００、６００、７００：スペーサ部材
４０１、４０２、４０３、６０１、６０２、６０３、７０１、７０２、７０３：当接面
【図１】
2018165786.tif 000003
【図２】
2018165786.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2018165786.tif 000007
【図６】
2018165786.tif 000008
【図７】
2018165786.tif 000009
【図８】
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【図９】
2018165786.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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