(57)【要約】【課題】構造が簡単で、リフロー工程時に熱膨張が生じても、解像度が低下することを防止できるレンズモジュール及び撮像ユニットを提供する。【解決手段】可視光を透過する少なくとも１つのレンズと、レンズを収容する鏡筒２０とを備えたレンズモジュールＬＭであって、レンズのいずれかに設けられた光学絞り３２と、レンズのいずれかに設けられた遮光絞り３４と、を備え、鏡筒２０は、レンズを内部に収容する鏡筒胴部２１とレンズに可視光を入射するための開口部２２ａとを有し、レンズの外側面と鏡胴２０の鏡筒胴部２１の内側面との間にクリアランスが設けられ、開口部２２ａは、光学絞り３２及び遮光絞り３４のうち少なくとも光入射側に近い側の絞りよりも開口径Ｄが大きい。【選択図】図１
2011100056.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光を透過する少なくとも１つのレンズと、前記レンズを収容する鏡筒とを備えたレンズモジュールであって、
前記レンズのいずれかに設けられた光学絞りと、
前記レンズのいずれかに設けられた遮光絞りと、を備え、
前記鏡筒は、前記レンズを内部に収容する鏡筒胴部と前記レンズに可視光を入射するための開口部とを有し、
前記レンズの外側面と前記鏡胴の前記鏡筒胴部の内側面との間にクリアランスが設けられ、
前記開口部は、前記光学絞り及び前記遮光絞りのうち少なくとも光入射側に近い側の絞りよりも開口径が大きいレンズモジュール。
【請求項２】
請求項１に記載のレンズモジュールであって、
複数の前記レンズが前記鏡筒胴部に収容され、複数の前記レンズそれぞれの光軸が同じであり、複数の前記レンズのうち前記開口部に最も近いレンズの入射面に前記光学絞り及び前記遮光絞りのうち一方を設け、前記光学絞り及び前記遮光絞りのうち他方を複数の前記レンズ同士の間に設けるレンズモジュール。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のレンズモジュールであって、
前記レンズと前記鏡筒がともにリフロー工程の加熱温度よりも高い耐熱温度を有する材料で構成されるレンズモジュール。
【請求項４】
請求項１から３のいずか１つに記載のレンズモジュールであって、
前記レンズ及び前記鏡筒は、樹脂材料で構成されているレンズモジュール。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１つに記載のレンズモジュールを備えた撮像ユニットであって、
前記レンズモジュールが接合されたセンサ基板を備える撮像ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレンズモジュール及び撮像ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、携帯電話や監視用カメラ等に用いられる撮像ユニットにおいては、撮像を行うカメラを小型モジュール化し、回路基板に直接接合する構成が採用される。この撮像ユニットは、一般にＣＣＤ（Charge Coupled Device：電荷結合素子）及びＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor：相補型金属酸化物半導体）等の撮像センサと撮像用のレンズモジュールとを組み合わせた構成となっている。レンズモジュールは、鏡筒の内部に１つ又は複数のレンズを取り付けた構成である。
【０００３】
撮像ユニットを製造するに際に、プロセスの簡略化のため、回路基板にレンズモジュールを搭載した状態で、半田等を用いたリフロー工程を行いたいという要請がある。リフロー工程は、２００℃以上（一般的には２５０℃〜２７０℃）の高温の環境下で数秒から数十秒の間、晒される工程である。リフロー工程時の高温に耐えられるようにするため、特許文献１のようにレンズモジュールを構成するレンズ及び鏡筒の材料を耐熱性材料にする必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−５３５２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、レンズモジュールをリフロー温度に耐えうる耐熱性材料で形成したとしても、レンズと鏡筒との線膨張係数がそれぞれ異なることに起因して、リフロー温度に晒された時にレンズと鏡筒の間に熱膨張による差が生じる。レンズモジュールは、鏡筒に設けた絞り位置とレンズの光軸位置とが適正な位置に合わされているが、熱膨張によってレンズと鏡筒との位置関係がずれる。そして、加熱後に常温に戻しても、レンズと鏡筒との位置関係がずれたまま元に戻らず、解像度が低下してしまう問題がある。
【０００６】
特許文献１では、鏡筒胴部の内径とレンズの外径との間にクリアランスを設けてリフロー時の熱膨張の影響を抑制している。また、鏡胴とレンズとの間に凹部及び凸部からなる調芯機構を形成して鏡筒とレンズの位置精度を保つようにしている。しかし、鏡筒とレンズに凹部及び凸部を設けるため、それぞれの形状が複雑になる。また、調芯機構を形成する場合には、高い精度で加工する必要があるがそのような加工は困難である。
【０００７】
特許文献１は、第１のレンズと第２のレンズとの間に中間環が配置され、この中間環が絞りとして機能する構成であるが、仮に中間環を遮光絞りの機能とすると、光学絞りの機能を有する絞りが、鏡筒の開口部となる。しかし、リフロー工程の際に鏡筒とレンズに熱膨張が生じると、レンズの光軸と鏡筒の開口部に相当する光学絞りとの間で位置ずれが生じ、解像度の低下を起こす虞がある。
【０００８】
本発明は、構造が簡単で、リフロー工程時に熱膨張が生じても、解像度が低下することを防止できるレンズモジュール及び撮像ユニットを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、可視光を透過する少なくとも１つのレンズと、前記レンズを収容する鏡筒とを備えたレンズモジュールであって、
前記レンズのいずれかに設けられた光学絞りと、
前記レンズのいずれかに設けられた遮光絞りと、を備え、
前記鏡筒は、前記レンズを内部に収容する鏡筒胴部と前記レンズに可視光を入射するための開口部とを有し、
前記レンズの外側面と前記鏡胴の前記鏡筒胴部の内側面との間にクリアランスが設けられ、
前記開口部は、前記光学絞り及び前記遮光絞りのうち少なくとも光入射側に近い側の絞りよりも開口径が大きいレンズモジュールである。
【００１０】
この例の構成のレンズモジュールによれば、レンズと鏡筒胴部との間のクリアランスによって、リフロー工程の際に高い温度環境下でレンズに熱膨張が生じても、レンズや鏡筒の変形や、レンズの破損を防止することができる。このとき、クリアランスの方へレンズが熱膨張すると、鏡筒に対するレンズの位置が僅かにずれる可能性がある。しかし、光学絞り及び遮光絞りはいずれも、鏡筒側ではなくレンズ側に設けられているため、レンズと絞りとの位置がずれることはない。このため、解像度が低下することを防止できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、構造が簡単で、リフロー工程時の熱膨張が生じても解像度の低下を防止できるレンズモジュール及び撮像ユニットを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】撮像ユニットを断面視した図である。
【図２】レンズの有効径及び光面径の関係を示す図である
【図３】撮像ユニットの他の例を断面視した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１は、撮像ユニットを断面視した図である。撮像ユニット１は、レンズモジュールＬＭと、センサ基板Ｂを備える。レンズモジュールＬＭは、センサ基板Ｂに接合されている。図１では、レンズモジュールＬＭに対して図中上側から光が入射する。
【００１４】
レンズモジュールＬＭは、可視光を透過する２つのレンズＬ１，Ｌ２と、これらレンズＬ１，Ｌ２を収容する鏡筒２０を備える。鏡筒２０は、可視光に対して遮光性を有する材料で構成される。レンズＬ１，Ｌ２の光軸を図中一点鎖線で示している。
【００１５】
レンズＬ１，Ｌ２は光軸の方向に見た状態で光軸を中心とする円形状であって、レンズＬ１，Ｌ２の径が同じである。レンズＬ１，Ｌ２は光軸の方向に厚みを有し、この厚みに相当する面を外側面とする。
【００１６】
鏡筒２０は、略円筒形状の鏡筒胴部２１を有する。鏡筒胴部２１の内にはレンズＬ１とレンズＬ２が、それぞれ光軸が一致するように収容されている。鏡筒胴部２１のセンサ基板側の端部がセンサ基板Ｂに接合され、センサ基板Ｂに接合されていない光入射側の端部には鏡筒端部２２が形成されている。鏡筒端部２２には、光入射側からみて正円状の開口２２ａが形成されている。鏡筒胴部２１の内側には、円周状の内側面２１ａが形成されている。
【００１７】
センサ基板Ｂは、該センサ基板Ｂの光入射側の面に固体撮像素子Ｓが設けられている。センサ基板Ｂは、例えばシリコンなどの半導体材料で形成されたウェハを平面視略矩形状に切り出して成形されている。固体撮像素子Ｓは、センサ基板Ｂの略中央部に設けられている。
【００１８】
固体撮像素子Ｓは、例えばＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサである。センサ基板Ｂは、チップ化された固体撮像素子を実装した構成とすることができる。または、固体撮像素子は、センサ基板Ｂに対して周知の成膜工程、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程、不純物添加工程等を繰り返し、該センサ基板Ｂに電極、絶縁膜、配線等を形成して構成されてもよい。
【００１９】
レンズＬ１は、光入射側の面及びセンサ基板側の面のそれぞれに所定の形状を有するレンズ面１１ａ，１１ｂが形成されている。レンズＬ１の光入射側のレンズ面１１ａは凸状に形成され、レンズＬ１の光入射側に対して反対側のレンズ面１１ｂは凹状に形成されている。
【００２０】
同様に、レンズＬ２は、光入射側の面及びセンサ基板側の面のそれぞれに所定の形状を有するレンズ面１２ａ，１２ｂが形成されている。レンズＬ２の光入射側のレンズ面１２ａは凹状に形成され、レンズＬ２の光入射側に対して反対側のレンズ面１２ｂは凸状に形成されている。
【００２１】
レンズＬ１の光入射側とは反対側の面に嵌合部１４が設けられている。また、レンズＬ２の光入射側の面に嵌合部１６が設けられている。レンズＬ１の嵌合部１４とレンズＬ２の嵌合部１６とを直接嵌め合わせることで、レンズＬ１とレンズＬ２は、それぞれの光軸が一致するように位置決めされる。
【００２２】
鏡筒２０の内部には、円環状の押さえ板２４が設けられている。押さえ板２４は、その外周面が鏡筒胴部２１の内側面２１ａに嵌め合わされている。押さえ板２４は鏡筒胴部２１の内側面２１ａに設けられた段差部に当接され、鏡筒胴部２１の内部における光軸の方向に対する位置が固定される。また、押さえ板２４がレンズＬ２の光入射側の反対側の面に当接し、レンズＬ２と嵌合するレンズＬ１が鏡筒２０の鏡筒端部２２に押し付けられる。こうして、レンズＬ１，Ｌ２が鏡筒胴部２１の内部で光軸の方向に位置が変わることがないように保持される。
【００２３】
鏡筒２０の内部において、鏡筒胴部２１の内側面２１ａとレンズＬ１，レンズＬ２の外側面との間には、クリアランスが設けられている。
【００２４】
次に、レンズの材料について説明する。
レンズの材料としては、リフロー工程の加熱温度よりも高い耐熱温度を有する材料を用いることが好ましい。レンズの材料として樹脂を用いることができる。樹脂は加工性に優れており、型等でレンズ面を簡易且つ安価に形成するのに適している。レンズ材料に用いる樹脂は、リフロー工程の加熱温度よりも高い耐熱温度を有するものが好ましく、紫外線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれも用いることができる。上述した撮像ユニットのリフロー工程を考慮すると、軟化点が例えば２００℃以上の比較的高いものが好ましく、２５０℃以上のものがより好ましい。
【００２５】
レンズの材料として使用される樹脂は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、ポリスルホン樹脂等を例示することができる。
【００２６】
また、レンズの材料としては、ガラスを用いてもよい。
【００２７】
鏡筒の材料としては、可視光に対して遮光性を有し、また、リフロー工程の加熱温度よりも高い耐熱温度を有する材料を用いることが好ましい。鏡筒の材料としては、シリコン、金属、樹脂（紫外線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂）を用いることができる。樹脂としては、液晶ポリマ、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、ポリスルホン樹脂等を例示することができる。
【００２８】
次に、レンズモジュールＬＭに設ける光学絞りと遮光絞りについて説明する。
光学絞りは、入射光の光線束や光量を制限する機能を有する絞りである。遮光絞りは、迷光を防止する機能を有する絞りである。
レンズＬ１の光入射側の面には光学絞り３２が設けられている。レンズＬ１，Ｌ２はそれぞれ、光学機能面であるレンズ面と、該レンズ面の外周に形成されるフランジとからなる。
【００２９】
図２は、レンズの有効径及び光面径の関係を示す図である。図２に示すように、レンズは、有効径における優れた表面精度を確保するために、有効径よりも若干大きな光面径を有する。つまり、レンズを成形するにあたって、有効径よりも光面径を若干大きく設計したレンズ面を形成し、有効径の精度を確保する。光学絞りは、レンズにおける有効径以外の部分に形成されている。図１を参照すると、レンズＬ１に設けられた光学絞り３２は有効径以外の部分に形成されており、該光学絞り３２の開口部が有効径に相当する。
【００３０】
光学絞り３２を設ける方法としては、例えば、レンズ成形後に黒色印刷で形成することができる。または、レンズを成形する際に黒色の金属等からなる板部材をインサート成形することでレンズと一体に形成してもよい。
【００３１】
図１に示すように、レンズＬ１とレンズＬ２との間には、遮光絞り３４が形成されている。遮光絞り３４には開口部が形成され、遮光絞り３４の開口部の開口径ｄ２の中心は光学絞り３２の開口部の開口径ｄ１の中心と同じである。なお、遮光絞り３４は、光学絞り３２と同じ方法で形成してもよい。
【００３２】
鏡筒端部２２に設けられた開口部２２ａの開口径Ｄは、レンズＬ１の光学絞り３２の開口部の開口径ｄ１よりも大きい。つまり、鏡筒端部２２に設けられた開口部２２ａは、絞りとしての機能を有するものではなく、単に、光をレンズＬ１，Ｌ２へ入射させるために形成されたものである。
【００３３】
この例の構成のレンズモジュールＬＭによれば、該レンズＬ１，Ｌ２と鏡筒胴部２１との間のクリアランスによって、リフロー工程の際に高い温度環境下でレンズに熱膨張が生じても、レンズや鏡筒の変形や、レンズの破損を防止することができる。このとき、クリアランスの方へレンズが熱膨張すると、鏡筒２０に対するレンズＬ１，Ｌ２の位置が僅かにずれる可能性がある。しかし、光学絞り及び遮光絞りはいずれも、鏡筒２０側ではなくレンズＬ１，Ｌ２側に設けられているため、レンズＬ１，２と絞りとの位置がずれることはない。このため、解像度が低下することはない。鏡筒２０は、クリアランスによって鏡筒２０とレンズＬ１，Ｌ２との位置がずれる量を見込んで、鏡筒端部２２の開口部２２ａの開口径Ｄを大きく設計しておけば、必要な光束を確保することができる。
【００３４】
上記の例において、レンズＬ１の光入射側に遮光絞り３４を設け、レンズＬ１とレンズＬ２との間に、光学絞り３２を設けてもよい。つまり、鏡筒端部２２の開口部２２ａは、光学絞り３２と遮光絞り３４をそれぞれどのレンズのどちら側の面に設けるかにかかわらず、光学絞り３２及び遮光絞り３４のうち少なくとも光入射側に近い側の絞りよりもその開口径Ｄが大きく構成されていればよい。
【００３５】
上記の例では、レンズモジュールＬＭは、鏡筒２０に２つのレンズＬ１，Ｌ２を収容した構成としたが、レンズの数は限定されず、３つ以上としてもよい。
【００３６】
また、レンズモジュールＬＭは、後述する例のように単一のレンズを鏡筒に収容した構成としてもよい。
【００３７】
図３は、撮像ユニットの他の例を示す断面図である。
図３の撮像ユニット１は、レンズモジュールＬＭが単一のレンズＬを備えている点で、図１の例と相違する。なお、撮像ユニット１における他の構成部材は、基本的に図１の例を同じであるため、同じ参照番号を適宜参照することとし、説明を簡略又は省略する。
【００３８】
この例では、レンズＬの光入射側の面に光学絞り３２が設けられている。レンズＬの光入射側の反対側の面に遮光絞り３４が設けられている。光学絞り３２及び遮光絞り３４は、上記の例と同様の方法で形成することができる。
【００３９】
この撮像ユニット１においても、鏡筒端部２２の開口部２２ａはその開口径Ｄが、レンズＬの光入射側の面に設けられた光学絞り３２の開口部の開口径ｄ１より大きい。
【００４０】
図３の構成においてレンズＬの光入射側の面に遮光絞り３４を設け、光入射側の反対側の面に光学絞り３２を設けた構成としてもよい。そのような構成では、鏡筒２０の開口径Ｄを、遮光絞り３４の開口部の開口径ｄ２より大きくすればよい。
【００４１】
この例の撮像ユニット１によれば、レンズＬと絞りとの位置がずれることはないため、解像度が低下することを防止できる。鏡筒２０の開口部２２ａの開口径Ｄを、レンズＬと鏡筒２０とのクリアランスを適宜考慮して設計することで、必要な光束を確保することができる。
【００４２】
本明細書は、以下の事項を開示するものである。
（１）可視光を透過する少なくとも１つのレンズと、前記レンズを収容する鏡筒とを備えたレンズモジュールであって、
前記レンズのいずれかに設けられた光学絞りと、
前記レンズのいずれかに設けられた遮光絞りと、を備え、
前記鏡筒は、前記レンズを内部に収容する鏡筒胴部と前記レンズに可視光を入射するための開口部とを有し、
前記レンズの外側面と前記鏡胴の前記鏡筒胴部の内側面との間にクリアランスが設けられ、
前記開口部は、前記光学絞り及び前記遮光絞りのうち少なくとも光入射側に近い側の絞りよりも開口径が大きいレンズモジュール。
（２）上記（１）に記載のレンズモジュールであって、
複数の前記レンズが前記鏡筒胴部に収容され、複数の前記レンズそれぞれの光軸が同じであり、複数の前記レンズのうち前記開口部に最も近いレンズの入射面に前記光学絞り及び前記遮光絞りのうち一方を設け、前記光学絞り及び前記遮光絞りのうち他方を複数の前記レンズ同士の間に設けるレンズモジュール。
（３）上記（１）又は（２）に記載のレンズモジュールであって、
前記レンズと前記鏡筒がともにリフロー工程の加熱温度よりも高い耐熱温度を有する材料で構成されるレンズモジュール。
（４）上記（１）から（３）のいずか１つに記載のレンズモジュールであって、
前記レンズ及び前記鏡筒は、樹脂材料で構成されているレンズモジュール。
（５）上記（１）から（４）のいずれか１つに記載のレンズモジュールを備えた撮像ユニットであって、
前記レンズモジュールが接合されたセンサ基板を備える撮像ユニット。
【符号の説明】
【００４３】
１    撮像ユニット
２０    鏡筒
３２    光学絞り
３４    遮光絞り
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ    レンズ
ＬＭ    レンズモジュール
【図１】
2011100056.tif 000003
【図２】
2011100056.tif 000004
【図３】
2011100056.tif 000005