(57)【要約】  本発明は、最小限の構造長さおよび優れた光学特性を備える対物レンズを中に有する経済的なカメラモジュールの改良に関する。その結果、この種のカメラモジュールは、携帯電話、またはＰＤＡ（パーソナルデジタルアシスタント）のようなミニコンピュータに使用することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
小型対物レンズを含むカメラモジュールであって、
誘電体層構造を含んで視野側に配置されたＩＲバリアフィルタと、結像面側に配置された撮像光電子ユニットと、を備える石英ガラスおよび／またはパイレックス（登録商標）製の支持構造体と、
ポリマー材料製の少なくとも一つのモノリシックかつ非球面の光学レンズプレートと、
を含むカメラモジュール。
【請求項２】
前記撮像電子ユニットはＣＭＯＳセンサを含む、請求項１に記載のカメラモジュール。
【請求項３】
前記ＣＭＯＳセンサは、薄型であり、かつ、裏側にライトを受ける、請求項１または２に記載のカメラモジュール。
【請求項４】
前記撮像電子ユニットはＣＣＤセンサを含む、請求項１に記載のカメラモジュール。
【請求項５】
前記少なくとも一つのレンズプレートは、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、シクロオレフィンポリマー、シクロオレフィンコポリマーまたはその他のポリシクロオレフィン系ポリマーを含むグループから選択されるポリマーを含む、請求項１から４のいずれか一つに記載のカメラモジュール。
【請求項６】
前記対物レンズは少なくとも２つのレンズプレートを有する、請求項１から５のいずれか一つに記載のカメラモジュール。
【請求項７】
前記少なくとも２つのレンズプレートは、異なる分散特性を有することにより前記対物レンズの無色化が調整可能である、請求項１から６のいずれか一つに記載のカメラモジュール。
【請求項８】
間隔画定要素が、システムアパチャを形成する円錐形凹部を有する不透明ポリマープレートの形態で２つのレンズプレートの間に配置され、前記凹部は、その厚さゆえに視野絞りとして作用する、請求項１から７のいずれか一つに記載のカメラモジュール。
【請求項９】
前記少なくとも一つのレンズプレートは平凹および／または平凸である、請求項１から８のいずれか一つに記載のカメラモジュール。
【請求項１０】
前記少なくとも一つのレンズプレートは両凸および／または両凹である、請求項１から９のいずれか一つに記載のカメラモジュール。
【請求項１１】
前記少なくとも一つのレンズプレートは凹凸および／または凸凹である、請求項１から１０のいずれか一つに記載のカメラモジュール。
【請求項１２】
前記対物レンズは３つのレンズプレートを有し、視野側の２つのレンズプレートは非球面の平凸であり、結像面のレンズプレートは非球面の平凹である、請求項１から１１のいずれか一つに記載のカメラモジュール。
【請求項１３】
前記少なくとも一つのレンズプレートは、一側または両側が誘電体構造および／またはモスアイ構造によって反射防止される、請求項１から１２のいずれか一つに記載のカメラモジュール。
【請求項１４】
前記視野側のレンズプレートは、視野側に撥水性コーティングを有する、請求項１から１３のいずれか一つに記載のカメラモジュール。
【請求項１５】
前記視野側のレンズプレートは、視野側に耐スクラッチ性コーティングを有する、請求項１から１４のいずれか一つに記載のカメラモジュール。
【請求項１６】
前記視野側のレンズプレートは、視野側に、特にモスアイ構造による反射防止コーティングを有する、請求項１から１５のいずれか一つに記載のカメラモジュール。
【請求項１７】
前記カメラモジュールの像平面から第一面までの構造長さは、１ｍｍから１０ｍｍまで、詳しくは３ｍｍから５ｍｍまでの範囲である、請求項１から１６のいずれか一つに記載のカメラモジュール。
【請求項１８】
前記カメラモジュールは一つの支持構造体上に配置され、前記カメラモジュールはウェーハ積層体を形成する、請求項１から１７のいずれか一つに記載のカメラモジュールを含むアレイ。
【請求項１９】
前記支持構造体には、２から数千までのカメラモジュールが配置される、請求項１８に記載のカメラモジュールを含むアレイ。
【請求項２０】
請求項１から１７のいずれか一つに記載のカメラモジュールをウェーハ規模で製造する方法であって、
結像面側には前記撮像電子ユニットを、視野側には前記誘電体層構造を含むＩＲバリアフィルタを、石英および／またはパイレックス（登録商標）製の支持構造体に、ウェーハ技術によって適用することと、
ホットスタンピングまたはＵＶ複製によって製造された少なくとも一つのポリマーレンズプレートを前記ＩＲバリアフィルタに、視野側のＵＶまたは熱硬化接着剤によって接続することと、
前記カメラモジュールをそれぞれ鋸刃によって分離することと、
を含む方法。
【請求項２１】
前記ウェーハ積層体の組み立て時の精度を上げるために調整構造が用いられる、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記間隔画定要素は、ホットスタンピング、射出成形または不透明ポリマープレートの打ち抜きによって製造される、請求項２０または２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記間隔画定要素は、ＵＶまたは熱硬化接着剤によって前記少なくとも一つのレンズプレートに接着される、請求項２０から２２のいずれか一つに記載の方法。
【請求項２４】
前記視野側のレンズプレートの視野側側面には撥水性コーティングが設けられる、請求項２０から２３のいずれか一つに記載の方法。
【請求項２５】
前記視野側のレンズプレートの視野側側面には耐スクラッチ性コーティングが設けられる、請求項２０から２４のいずれか一つに記載の方法。
【請求項２６】
前記少なくとも一つのレンズプレートは誘電体コーティングを有する、請求項２０から２５のいずれか一つに記載の方法。
【請求項２７】
前記少なくとも一つのレンズプレートには、特にモスアイ構造による反射防止コーティングが設けられる、請求項２０から２６のいずれか一つに記載の方法。
【請求項２８】
ＵＶまたは熱硬化接着剤によって、前記レンズプレートが相互に接続されるか、または、前記レンズプレートと前記間隔画定要素とが接続される、請求項２０から２７のいずれか一つに記載の方法。
【請求項２９】
前記カメラモジュールそれぞれが分離された後に、前記分離されたカメラモジュールの側面が、散乱光を最小限にするために黒色にされる、請求項２０から２８のいずれか一つに記載の方法。
【請求項３０】
携帯電話またはポータブルミニコンピュータを製造するための、請求項１から１７のいずれか一つに記載のカメラモジュールの用途。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、最小限の構造長さおよび優れた光学特性を備える対物レンズを中に有する経済的なカメラモジュールの改良に関する。その結果、この種のカメラモジュールは、携帯電話、またはＰＤＡ（パーソナルデジタルアシスタント）のようなミニコンピュータに使用することができる。
【０００２】
携帯電話およびポータブルミニコンピュータの製造業者からの、それらに使用されるデジタルカメラのサイズを小さくしたいという要望が増している。電子機器の小型化に遅れないためには、それに対応して結像光学レンズをより小さな寸法にしていく必要がある。このため、所定の視野および結像面に対して、可能な限り短い構造長さにしつつ光学像品質を維持することが望まれている。
【０００３】
従来技術により公知の組み立てバリエーションにおいては目下のところ、光学システムの要素は個々に製造され、対物レンズを形成するように組み合わせられ、例えばＣＣＤまたはＣＭＯＳのマトリクスのような撮像光電子ユニットに対して個々に配置される。これによれば、組み立ての複雑性が多大となり、コスト高、および、偶発的な調整不具合ゆえの不良品が生じる。
【０００４】
米国特許第４，３４８，０８１号明細書には、陰極管ディスプレイのための投影対物レンズが開示されている。この対物レンズは、絞り依存の収差を補正する要素、両凸面要素、および結像面平坦子として機能する要素を有する。しかし、この場合は小型化が問題となることがない。というのは、それに対する実質的な要求が陰極管の分野においては存在しないからである。
【特許文献１】米国特許第４，３４８，０８１号明細書
【発明の開示】
【０００５】
したがって、本発明の目的は、小型対物レンズを有するカメラモジュールを提供することにある。この対物レンズは、ウェーハ規模で製造することが可能なので、カメラモジュールの組み立ての複雑性および製造コストを顕著に低減する。
【０００６】
この目的は、請求項１の特徴を有するカメラモジュールによって達成される。かかるカメラモジュールによるアレイは請求項１８の特徴を有し、カメラモジュールの製造方法は請求項２０の特徴を有する。本発明に係るカメラモジュールの用途は請求項３０に記載される。さらなる従属項によって有利な改良が明らかになる。
【０００７】
本発明によれば、カメラモジュールは小型対物レンズを含んで与えられ、誘電体層構造を含んで視野側に配置されたＩＲバリアフィルタと結像面側に配置された撮像光電子ユニットとを備える石英ガラスおよび／またはパイレックス（登録商標）製の支持構造体と、ポリマー材料製の少なくとも一つのモノリシックかつ非球面の光学レンズプレートと、を有する。
【０００８】
本発明によって、プラスチックのＵＶ複製またはホットスタンピングのようなマイクロオプティクス技術が用いられて、複数の類似した光学要素を基板上に並列させて高精度かつ経済的に製造することができるという利点が得られる。スタンピングのツールは、精密ダイアモンド加工の型構造をガルバニック成形（ｇａｌｖａｎｉｓｃｈｅ  Ａｂｆｏｒｍｕｎｇ）することによって製造される。必要な複数の光学要素を構成するための高品質対物レンズの組み立てがウェーハ規模で行われる。ウェーハ規模での組み立てによって初めて、この種の対物レンズに対して２つ以上の光学要素を使用することが経済的に実行可能となる。したがって、本発明によって、通常の方法で製造された対物レンズと比較して、光学像の優れた光学的品質を達成できると同時にコストが低減される。
【０００９】
好ましくは、撮像光電子ユニットとして、薄型かつバックライト型のＣＭＯＳセンサが使用される。この目的のため、対物レンズは必ずしもテレセントリックに機能する必要はない。対物レンズ設計をＣＭＯＳセンサに合わせることによって新規な設計自由度が得られ、光学システムを顕著に短縮することができる。撮像センサ上への広い入射角すなわち像側メインビーム角度は、裏側から照明される薄いＣＭＯＳセンサを使用している際には問題とはならない。というのは、プリント基板および電極の構造によって、またはアクティブなピクセル領域のごく直前に配置されている薄い色フィルタによって、陰影の影響が少なくなるので、色が重なるリスクが低くなるからである。像側のテレセントリック性がなくて済むため、通常の対物レンズと比較して、自由なビーム経路が可能となり、システムの長さは幾何学的理由にのみ基づいて顕著に低減される。
【００１０】
さらに好ましい変形例において、ＣＣＤセンサは、撮像光電子ユニットとして、カメラモジュールで使用されてもよい。
【００１１】
レンズプレートに関しては、これは、ウェーハ規模の組み立てに適用される必要がある。すなわち、極端な凹凸が用いられることはない。レンズの周縁および中心の厚さは、ホットスタンピングに耐え得る程度に調整される必要がある。好ましい変形例において、個々のレンズプレートは、平凸面および／または平凹面を有する。これによって、個々のレンズプレートの製造が容易になる。それにもかかわらず、一般に、両凹および／または両凸、または凹凸または凸凹レンズプレートが使用されても、まずは光学設計上のおよび構造長さ上の要求を満たすことができる。しかし、その結果、表側および裏側のツールの組み立ての複雑性が増す。
【００１２】
好ましくは、レンズプレートの製造に使用されるポリマー材料としては、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート、ポリスチレン、シクロオレフィンポリマー(ＣＯＰ)、シクロオレフィンコポリマー（ＣＯＣ）またはその他の、例えばゼオネックス（登録商標）のような、ポリシクロオレフィン系ポリマーがある。このため、ＰＭＭＡは、その低分散性ゆえに際立っているが、他方、熱的にはまたは空気湿度に関しては、それほど安定ではない。それに対して、ポリカーボネートは、高分散性であるが、機械的に、熱的におよび空気湿度に関して非常に安定である。クラウン系または重フリント系のポリマーを組み合わせることによって無色化が可能となる。
【００１３】
好ましい変形例において、対物レンズは少なくとも２つのレンズプレートを有する。ここで、少なくとも２つのレンズプレートは異なる分散特性を有し、それゆえに対物レンズの無色化が調整できるのが特に好ましい。
【００１４】
さらに好ましくは、システムアパチャを形成する円錐形凹部を有する不透明ポリマープレートの形態の間隔画定要素が、２つのレンズプレートの間に配置される。そのため、これは、レンズの視野を制限することにより散乱光を低減するための光防護ファンネルとして機能する。
【００１５】
好ましくは、少なくとも一つのレンズプレートは、結像面を平坦化する要素として構成される。その要素によって、対物レンズの視野全体にわたって顕著に改善された光学像品質が得られる。これは、像平面の直前に配置される。
【００１６】
好ましくは、ＩＲバリアフィルタは誘電体層構造を含む。これは、熱機械的理由から好ましい。ここで、ＩＲバリアフィルタは、結像のテレセントリック性がないことによって、入射角の分布が広くても機能が確保されるように設計することができる。これは、ウェーハ規模で製造されて、レンズ要素積層体内の所定位置に導入される。
【００１７】
入射帯域幅が広角であること、および上層としての少なくとも一つのレンズプレートがポリマー材料であることを考慮して、入射角の関数としての帯域端の変位を最小限にするためには、特別なフィルタ設計が要求される。
【００１８】
結像面側に配置される撮像光電子ユニットと視野側に配置されるＩＲバリアフィルタとのための支持構造体としては、石英ガラスおよび／またはパイレックス（登録商標）製の構造体が用いられる。これらによって、センサを支持体に接続するための大きな温度間隔に対する製造および接合工程の要求が満たされるという利点が得られる。
【００１９】
本発明に係るカメラモジュールは、像平面からカメラモジュールの第一面までのカメラモジュールの構造長さが１ｍｍから１０ｍｍまで、特に好ましくは３ｍｍから５ｍｍまでの範囲になるように設計される。
【００２０】
本発明によれば、本発明に係るカメラモジュールを含むアレイも同様に提供される。このアレイにおいては、複数のカメラモジュールが一つの支持構造体に配置される。これにより、２から数千のカメラモジュールを支持構造体に配置することができる。
【００２１】
本発明によれば、本発明に係るカメラモジュールの製造方法も同様に提供される。この方法においては、レンズプレートが、ホットスタンピングまたはＵＶ複製によってウェーハ規模で製造される。さらに、ウェーハ技術によって、撮像光電子ユニットが支持構造体の結像面側に設けられ、ＩＲバリアフィルタが視野側に配置される。レンズプレートは、ＵＶまたは熱硬化接着剤によってＩＲバリアフィルタの視野側に接続され、鋸刃によって個々のカメラモジュールに分離される。
【００２２】
個々のカメラモジュールの分離工程は、一連の工程の様々な点での用途に応じて本発明の範囲内に入れることができる。撮像光電子ユニットおよび必要なプリント回路基板もまたウェーハ規模でレンズウェーハに接続されてデジタルカメラに必要なすべての要素が組み立てられた後になって初めて分離が行われ、最大限の集積性が達成される。このようにして、モジュールの要素の調整は、モジュール毎の巨視的で限られた精度のみによってではなく、一つのウェーハ上の大きなグループのモジュールに対する製造の際のウェーハ上の調整構造による一つの調整ステップで、かつ、リソグラフィーの精度で、行われる。
【００２３】
好ましくは、間隔画定要素は、ホットスタンピング、射出成形または不透明ポリマープレートの打ち抜きによって製造される。
【００２４】
さらに好ましい変形実施例によれば、間隔画定要素は、ＵＶまたは熱硬化接着剤によって少なくとも一つのレンズプレートに接着される。
【００２５】
ウェーハ積層体の組み立ては、個々のウェーハ上の調整構造の補助を得て行われる。その結果、製造中の精度が顕著に向上されると同時に、複数のカメラモジュールの同時調整によって、製造の複雑性が低減される。
【００２６】
本発明に係るカメラモジュールは、特に、携帯電話またはポータブルミニコンピュータ（パーソナルデジタルアシスタントすなわちＰＤＡ）の製造に用いられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明に係るカメラモジュールの好ましい実施例を、その構成を参照しながら以下に述べる。
【００２８】
結像光学システムは、ウェーハ規模の屈折型の、場合によっては非球面の光学要素によって形成される。これらは、３つのＰＭＭＡ製ホットスタンピング成形レンズプレートと、間隔およびシステムアパチャを画定して円錐孔を有する不透明ポリマープレートとを含む。ここで、光学要素は、好ましくは自己調整されるか、またはウェーハ規模の調整マークにより相互に調整可能なように相互接続される。なお、それに対応して、実際の光学的に有意なレンズ面は、レンズプレートの深さまたはオフセットが低くなる。さらに、カメラモジュールは、石英ガラスまたはパイレックス（登録商標）製の支持体を有する。この支持体の結像面側には、例えばＣＭＯＳセンサのような撮像光電子ユニットが配置される。ポリマー材料製の支持体は、ここではそれほど有利ではない。というのは、その熱膨張係数が非常に大きくて、シリコンを含むＣＭＯＳセンサの熱膨張係数に整合させることができず、その破壊を引き起こし得るからである。さらに、本発明に係るカメラモジュールは、誘電体層構造としてのＩＲバリアフィルタを有する。これは、支持構造体の視野側に適用される。ここで、入射帯域幅が広角であること、および基板としてのレンズプレートがポリマー材料であることを考慮して、入射角の関数としての帯域端の変位を最小限にするためには、特別なフィルタ設計が必要となる。ここで、レンズ形状は、ウェーハ規模の組み立てに適合させる必要がある。すなわち、極端な凹凸を避ける必要がある。レンズの周縁および中心の厚さは、ホットスタンピングに耐え得る程度に調整する必要がある。光学ウェーハを分割する際に生じる鋸引き側面が散乱光を最小限にするべく、せん断点を設けるのがさらに有利である。さらに、反射防止コーティングをウェーハ規模で適用してもよい。ここで、視野側面のコーティングは、撥水性かつ耐スクラッチ性のコーティングによって行われるのが有利である。対物レンズ内に配置される平坦面は、例えば、反射防止のためのモスアイ構造によって与えられてもよい。これらの構造の製造は、表側のレンズ構造成形時にレンズウェーハの裏側に対して所定のスタンピングツールを選択することによって容易に可能となる。レンズ構造自体の反射防止は、誘電体層構造によって行われるのが好ましい。しかし、レンズ湾曲面の構造もまた、モスアイ構造にすることを考慮してよい。
【００２９】
さらには、ウェーハ積層体から鋸切断される本モジュールのレンズの配置は、視野外部の光源からシステムアパチャに進入する光が光学的界面での反射または屈折によって、使用されるレンズ開口部の外部を通過して像受信部に戻ることを確実に防止する必要がある。これにより、コントラストの低減またはゴースト像の生成が生じかねない。この点に関し、散乱光のシミュレーションから、レンズ間隔を画定する機能を果たすレンズとレンズとの継ぎ目が重要なことがわかっている。したがって、最大限に可能な入射角でシステムの開口に進入する光であっても反射または屈折してセンサに戻ることがないように、こうした継ぎ目において自由開口を広げることが重要となる。
【００３０】
本発明の主題は、以下の図面および例示を参照して詳細に説明されることになるが、本明細書で言及される特別な実施例に制限されない。
【００３１】
図１は、好ましい変形実施例の配置に係る、ウェーハ規模の小型対物レンズの原理での製造例を示す。ホットスタンピングされたポリマーの３つのレンズプレート１、２および３によってレンズウェーハ積層体が形成される。吸収スペーサ５は、ここでは図示されない。表側でＩＲバリアフィルタを支持し、裏側で像変換光電子ユニット（ここでは薄型かつバックライト型のＣＭＯＳセンサ）を支持する石英ガラスプレート４は、レンズウェーハ積層体に接続されて、ウェーハ規模のカメラモジュールのアレイが形成される。
【００３２】
図２は、分離されたカメラモジュールを示す。このカメラモジュールは、平坦面１ｂ、２ａ、３ｂ、凸面１ａ、２ｂまたは凹面３ａを備えるポリマーのレンズ１、２および３と、石英ガラス基板４の表側４ａのＩＲバリアフィルタと、裏側４ｂの薄型かつバックライト型のＣＭＯＳセンサと、円錐形開口を備えるシステムアパチャを形成し面２ｂと面３ａとの間のスペーサとして機能する吸収ポリマープレート５とを含む。
【００３３】
図３は、上記変形実施例に係るウェーハ規模の小型デジタルカメラを製造するための一連の工程の提案を示す。
【００３４】
図３Ａ：平坦面１ｂ、２ａ、３ｂおよび凸面１ａ、２ｂまたは凹面を備えるレンズプレート１、２および３を、ポリマーのホットスタンピングにより製造する。石英ガラス基板の表側４ａにＩＲバリアフィルタを製造し、その後裏側４ｂに、バックライトを受ける薄いＣＭＯＳセンサを適用する。個々のモジュールの、円錐形開口を備えるシステムアパチャを形成し、面２ｂと面３ａとの間のスペーサとして機能する吸収ポリマープレート５を、ホットスタンピング、射出成形または所定厚さのプレートの打ち抜きによって製造する。
【００３５】
図３Ｂ：個々のポリマー要素ウェーハを組み立て調整し、ＵＶまたは熱硬化接着剤によって接着する。
【００３６】
図３Ｃ：ポリマー用鋸刃によってポリマーウェーハ積層体を裏側から予備的に鋸引きする。
【００３７】
図３Ｄ：ポリマーウェーハ積層体を、ＩＲバリアフィルタおよびＣＭＯＳセンサを支持する石英ガラスプレートに対して組み立て調整し、ＵＶまたは熱硬化接着する。
【００３８】
図３Ｅ：ポリマーウェーハ積層体の残りの支持ポリマー構造部を所定の鋸刃によって切断する。
【００３９】
図３Ｆ：石英ガラスプレートを所定の鋸刃によって切断する。その結果、カメラモジュールが分離される。
【００４０】
図４は、カメラモジュールの個々のポリマー要素が積層されて、間隔が集積的にとられたサンドイッチ状態になっているところを示す。レンズプレート１、２および３、ならびに黒色プレート５は、システムアパチャを画定するため、およびレンズ１とレンズ２との間隔をとるためのものである。レンズ２とレンズ３との間隔画定は、レンズプレート２および３の深さおよび形状によって決定される。本変形実施例において、個々のモジュールの要素は、組み立て前に分離されて、それらを受容するシリンダ６の形状によって中心合わせがされるように移動されてもよい。
【００４１】
図５は、回転対称な光学的配置の断面図を示す。イメージサークルの直径は４.５６ｍｍであり、第１レンズ面１ａから像平面４ｂまでのシステム長さは４.３２ｍｍである。示されているフィールド角は０°、２５°および３５°である。
【００４２】
図示されるＰＭＭＡのレンズ１、２および３は、平坦面１ｂ、２ａ、３ｂ、凸面１ａ、２ｂまたは凹面３ａ、石英ガラス基板の表側４ａのＩＲバリアフィルタ、および裏側４ｂの薄型かつバックライト型のＣＭＯＳセンサを備える。
【００４３】
図６は、具体的な適用に係るＩＲバリアフィルタの透過率曲線を、ＰＭＭＡの入射角をパラメータとして示す。フィルタの透過率は、異なる入射角に対する波長の関数としてプロットされる。帯域端は約６５０ｎｍ（５０％の透過率）である。入射角による帯域端の変位は、特別のフィルタ設計によって低減させることができた。
【００４４】
図７は、システムによって生成されるスポットが、結像面全体平均で１０μｍのＲＭＳスポット半径になることを示すダイヤグラムである。本発明に係る対物レンズの多色スポット像が、３つの異なる入射角０°、２５°および３５°において示される。
【００４５】
図８Ａは、上述の変形実施例の、タンジェンシャル像方向およびサジタル像方向のそれぞれに対して、結像面座標にわたってプロットされた変調伝達関数（ＭＴＦ）を示す。パラメータは３つの観測局所周波数である。解像力が周縁で劣化していることのみが結像面にわたって読み取れる。
【００４６】
図８Ｂは、上述の変形実施例の、タンジェンシャル像方向およびサジタル像方向のそれぞれに対して、局所周波数にわたってプロットされた変調伝達関数（ＭＴＦ）を示す。パラメータは３つの観測された結像面座標である。像細部の精細度（Ｆｅｉｎｈｅｉｔ）の増加に伴う結像コントラストの許容可能な落ち込みが読み取れる。
【００４７】
図９Ａは、上述の変形実施例の結像面湾曲（結像面座標の増加に伴う解像力劣化）および歪曲（像高さの関数としての結像尺度の変化）が最小限であることを示す。異なる波長に対する曲線と、タンジェンシャル像方向およびサジタル像方向に対する曲線とが示される。
【００４８】
図９Ｂは、結像面座標の関数としてプロットされた像空間におけるメインビーム角を示す。システムはテレセントリックに設計されておらず、像側のメインビーム角は、システムの焦点距離にわたって結像面座標に相関する物側の入射角とともに増加する。
【００４９】
図１０は、視野外部の光源により生じる検出器への迷光を最小限にするための、レンズプレート２とレンズプレート３との継ぎ目を示す。図５に係るレンズ設計により生じるレンズプレートのパラメータに基づいて、レンズプレートはスペーサを含むが、大きな自由開口に起因して光学特性に影響を与えたり、迷光を生じさせたり、対物レンズの側方空間要求を不必要に増加させたりすることがないように修正される必要がある。なお、「スペーサを含む」ことによって、実際の光学的に有意なレンズ面は、レンズプレートの深さまたはオフセットがそれに対応して低くなる。
【００５０】
例
ＶＧＡ解像力（６４０ｘ４８０）、５.６μｍのピクセルサイズ、および５６°の水平視野（ＦＯＶ）を備える、図面に示された上述の対物レンズの構造長さは、４.３２ｍｍである。これは、水準技術に係るこの種の仕様に対する公知の光学システムの中で最も短い。所定のパラメータを表１に示す。
【表１】
2008508545.tif 000003
【００５１】
上述の変形実施例の構成：結像システム（図５）は、３つのＰＭＭＡの非球面レンズプレート１、２および３と、５００μｍの厚さの石英ガラスプレート４とを含む。後者は、表側４ａのＩＲバリアフィルタ、および裏側４ｂの薄型かつバックライト型のＣＭＯＳセンサのための、熱的および機械的負荷に耐え得る支持構造体として機能する。
【００５２】
光の入射方向のビーム経路にある２つの第１レンズは、非球面の平凸形状であり、分割された対物レンズとして機能する。１.１１ｍｍの直径を備えるシステム開口（ＳＴＯＰ）は、第１レンズプレート１の平坦な裏側１ｂに配置される。システムアパチャに関する対物レンズの対称性によって、収差が低減される。システムのＦナンバーは２.８である。技術的工程に応じて、ＳＴＯＰは、面１ｂ上の吸収材料（ポリマー）のコーティングとして、またはレンズプレート１と２との間の付加的な薄い吸収ポリマープレート５（黒色ＰＭＭＡ）として製造される。ここで、５は同時に、レンズプレート１と２との間隔のための間隔画定構造体としても機能し、および、所定の円錐形アパチャによってレンズの視野を制限することで散乱光を低減するための一種の光防護ファンネルとしても機能する。
【００５３】
第３レンズプレートは、非球面の平凹形状であり、結像面を平坦化するのと同時に、面３ａを形成する所定の連続面によって面２ｂまでの間隔を画定する要素として機能する。結像面を平坦化するこの要素を使用することによって、レンズの視野にわたって一様に高いＭＴＦを得ることができる。
【００５４】
最小限の構造長さを可能とするためにテレセントリック性が求められないので、（材料内の）結像空間におけるメインビーム角は、入射角（フィールド角）に対応する。
【００５５】
上述の光学要素は、ウェーハ規模のアレイ構造体としてホットスタンピングによって製造される。ＵＶ硬化接着剤によってレンズプレートが相互に接続されて、間隔を画定および調整する構造体が、レンズプレート、または付加的な吸収プレート５に直接的に集積化される。薄い石英ガラスプレート４が、ＰＭＭＡレンズ要素積層体の裏側３ｂに接着される。ここで、ＰＭＭＡレンズ要素積層体の裏側３ｂとＣＭＯＳセンサ４ｂとの間に、エアギャップの存在は許容されない。というのは、それが大きなメインビーム角を結像空間に引き起こして全反射が部分的に生じ得るからである。
【００５６】
誘電体ＩＲバリアフィルタは、石英ガラス基板の表側にのみ導入配置が可能であり、その裏側においては撮像電子ユニットが配置される。というのは、誘電体層構造にＰＭＭＡをコーティングすることは、熱機械的な材料の境界条件ゆえに不可能だからである。可能な限り短い対物レンズを得る上でテレセントリック性がなくて済む結果、結像空間におけるメインビーム角は結果的に大きくなり、および、フィルタの対物レンズへの近接ゆえに、フィルタが仕様を満たす必要のある入射角が幅広い分布になる。これにより、システムのホワイトバランスをとることが可能となる。この事実、およびフィルタの上層がエアにではなくＰＭＭＡに配置されているという事実によって、フィルタ設計への要求が増加する。特に、カットオフ波長が短い波長に変位する一方で入射角が増加することは、フィルタの特性にマイナスの影響を与える。このため、広い入射角分布、上層としてのＰＭＭＡ、および所定の波長範囲に対して直接的に最適化されたフィルタが用いられる。ＳｉＯ２／ＴｉＯ２層構造の特別な設計によれば、３０ｎｍまでのポリマー内の０−３５°の入射角分布に対しては、カットオフ波長のかかる変位を低減することができた。図６は、上述の入射角分布に対して開発されたフィルタの所定の透過率曲線を示す。カットオフ波長（５０％）は、入射角に依存するが、６５０ｎｍから６７５ｎｍの間にある。バリア領域の平均透過率は３％よりも低い一方、透明領域の透過率は８５％よりも高い。
【００５７】
上述の変形実施例の表面パラメータ（表２）：
【表２】
2008508545.tif 000004
【００５８】
上述の変形実施例の屈折率データ（表３）：
【表３】
2008508545.tif 000005
【００５９】
低分散性材料（ＰＭＭＡ）のみが用いられるので、上述の変形実施例に対しては無色化は不要である。
【００６０】
上述の変形実施例の結像特性は、図７、８および９に示される。上述の変形実施例は、結像面全体にわたってほぼ一様に高いＭＴＦ、および最小限の歪曲を有する。像平面内のメインビーム角は、各入射角に対応する。
【００６１】
さらに、上述の設計には＋／−５０μｍのデフォーカスに対する許容誤差があり、このことは、撮像電子ユニットを形成するべきレンズウェーハ積層体の軸調整が単純かつ軽微であることを意味する（ＲＭＳスポット直径の１０％拡大）。システムの許容誤差は重要でなくなる。というのは、すべてのフィールド角に対するメインビームは、光学要素表面の表面法線に対して相対的に小さな角度を有するのみだからである。
【００６２】
本変形実施例の長さの規模はピクセルサイズなので、結像面サイズにおいては、回折起因の解像力限界をピクセルサイズに適合させて検出光学パワーを維持するために、Ｆナンバーの付加的な低減が必要になることを考慮しなければならない。
【００６３】
対物レンズ視野外部の光源から生じる検出器への迷光を防止するため、第一に、大きな厚さでかつ円錐形状のシステムアパチャ５が選択された（図２）。これは、それと同時に、レンズプレート１と２との間のスペーサとしても機能する。第二に、レンズプレート２と３との継ぎ目の自由開口を３.４ｍｍにまで増大させた（図１０）。絞りプレート５の円錐角は、対物レンズ視野内の物点から生じてシステムアパチャを介して入射する光束が口径食を受けないように選択される。しかし、それとは対照的に、視野外部の光源から生じる光束は、部分的にないしは完全に口径食を受ける。
【００６４】
部分的にのみ口径食を受けた光束は、その後の界面での反射または屈折による迷光を発生させるので、重要である。このため、最大限に可能な入射角をもってシステム開口に入射する光であっても、レンズ開口外部の周縁において反射または屈折されてセンサに再び向かうことがない範囲内で、その後のレンズプレートの継ぎ目における自由開口の拡大が行われる。
【００６５】
かかる迷光に左右されやすいシステム設計において、特に、従来的な携帯電話カメラにおいての大きな厚さの第１要素としてではなく、薄い絞りとして対物レンズ内にシステムアパチャを備える結果、絞りプレート５は、同時に視野絞りとしても作用する。その結果、現行の携帯電話用カメラにおいては視野限界ゆえに実際のレンズの前に配置する必要があり、かつ、カメラの全体的な構造長さを顕著に増大させる、光防護ファンネルがなくて済む。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】カメラモジュールを含むアレイの概略図を示す。
【図２】カメラモジュールの構成を概略図で示す。
【図３】カメラモジュールの製造のための一連の工程の例を示す。
【図４】本発明に係るカメラモジュールの構成を斜視図で示す。
【図５】本発明に係るカメラモジュールの光学的配置の概略図を示す。
【図６】本発明において用いられるＩＲバリアフィルタの透過率曲線を示す。
【図７】本発明に係るカメラモジュールのＲＭＳスポット半径をダイヤグラムで示す。
【図８】本発明に係るカメラモジュールの、結像面座標（Ａ）、または局所周波数（Ｏｒｔｓｆｒｅｑｕｅｎｚ）（Ｂ）にわたってプロットされた変調伝達関数（ＭＴＦ）を示す。
【図９Ａ】本発明に係るカメラモジュールの結像面の湾曲および歪曲をダイヤグラムで示す。
【図９Ｂ】本発明に係るカメラモジュールの結像面座標の関数としてプロットされた結像空間のメインビーム角度をダイヤグラムで示す。
【図１０】本発明に係るカメラモジュールの２つのレンズプレートの継ぎ目における断面図を示す。
【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】
2008508545.tif 000012
【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年10月26日(2007.10.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
小型対物レンズを有するカメラモジュールであって、
ウェーハ技術によって視野側に適用されて誘電体層構造を含むＩＲバリアフィルタと、結像面側に適用された撮像光電子ユニットと、を備える石英ガラスおよび／またはパイレックス（登録商標）製の支持構造体と、
ポリマー材料製の少なくとも一つのモノリシックな非球面光学レンズと、
を有し、
前記支持構造体は前記少なくとも一つのレンズにエアギャップなしで接着される、カメラモジュール。
【請求項２】
前記撮像電子ユニットはＣＭＯＳセンサを含む、請求項１に記載のカメラモジュール。
【請求項３】
前記ＣＭＯＳセンサは、薄型であり、かつ、裏側にライトを受ける、請求項１または２に記載のカメラモジュール。
【請求項４】
前記撮像電子ユニットはＣＣＤセンサを含む、請求項１に記載のカメラモジュール。
【請求項５】
前記少なくとも一つのレンズは、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、シクロオレフィンポリマー、シクロオレフィンコポリマーまたはその他のポリシクロオレフィン系ポリマーを含むグループから選択されるポリマーを含む、請求項１から４のいずれか一つに記載のカメラモジュール。
【請求項６】
前記対物レンズは少なくとも２つのレンズを有する、請求項１から５のいずれか一つに記載のカメラモジュール。
【請求項７】
前記少なくとも２つのレンズは、異なる分散特性を有することにより前記対物レンズの無色化が調整可能である、請求項１から６のいずれか一つに記載のカメラモジュール。
【請求項８】
間隔画定要素が、システムアパチャを形成する円錐形凹部を有する不透明ポリマープレートの形態で２つのレンズの間に配置され、前記凹部は、その厚さゆえに視野絞りとして作用する、請求項１から７のいずれか一つに記載のカメラモジュール。
【請求項９】
前記少なくとも一つのレンズは平凹および／または平凸である、請求項１から８のいずれか一つに記載のカメラモジュール。
【請求項１０】
前記少なくとも一つのレンズは両凸および／または両凹である、請求項１から９のいずれか一つに記載のカメラモジュール。
【請求項１１】
前記少なくとも一つのレンズは凹凸および／または凸凹である、請求項１から１０のいずれか一つに記載のカメラモジュール。
【請求項１２】
前記対物レンズは３つのレンズを有し、視野側の２つのレンズは非球面の平凸であり、結像面のレンズプレートは非球面の平凹である、請求項１から１１のいずれか一つに記載のカメラモジュール。
【請求項１３】
前記少なくとも一つのレンズは、一側または両側が誘電体構造および／またはモスアイ構造によって反射防止される、請求項１から１２のいずれか一つに記載のカメラモジュール。
【請求項１４】
前記視野側のレンズは、視野側に撥水性コーティングを有する、請求項１から１３のいずれか一つに記載のカメラモジュール。
【請求項１５】
前記視野側のレンズは、視野側に耐スクラッチ性コーティングを有する、請求項１から１４のいずれか一つに記載のカメラモジュール。
【請求項１６】
前記視野側のレンズは、視野側に、特にモスアイ構造による反射防止コーティングを有する、請求項１から１５のいずれか一つに記載のカメラモジュール。
【請求項１７】
前記カメラモジュールの像平面から第一面までの構造長さは、１ｍｍから１０ｍｍまで、詳しくは３ｍｍから５ｍｍまでの範囲である、請求項１から１６のいずれか一つに記載のカメラモジュール。
【請求項１８】
前記カメラモジュールは一つの支持構造体上に配置され、前記レンズは一つのレンズプレート上に配置され  前記カメラモジュールはウェーハ積層体を形成する、請求項１から１７のいずれか一つに記載のカメラモジュールを含むアレイ。
【請求項１９】
前記支持構造体には、２から数千までのカメラモジュールが配置される、請求項１８に記載のカメラモジュールを含むアレイ。
【請求項２０】
請求項１から１７のいずれか一つに記載のカメラモジュールをウェーハ規模で製造する方法であって、
結像面側には前記撮像電子ユニットを、視野側には前記誘電体層構造を含むＩＲバリアフィルタを、石英および／またはパイレックス（登録商標）製の支持構造体に、ウェーハ技術によって適用することと、
ホットスタンピングまたはＵＶ複製によって製造された少なくとも一つのポリマーレンズプレートを前記ＩＲバリアフィルタに、視野側のＵＶまたは熱硬化接着剤によってエアギャップなしで接続することと、
前記カメラモジュールをそれぞれ鋸刃によって分離することと、
を含む方法。
【請求項２１】
前記ウェーハ積層体の組み立て時の精度を上げるために調整構造が用いられる、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記間隔画定要素は、ホットスタンピング、射出成形または不透明ポリマープレートの打ち抜きによって製造される、請求項２０または２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記間隔画定要素は、ＵＶまたは熱硬化接着剤によって前記少なくとも一つのレンズプレートに接着される、請求項２０から２２のいずれか一つに記載の方法。
【請求項２４】
前記視野側のレンズプレートの視野側側面には撥水性コーティングが設けられる、請求項２０から２３のいずれか一つに記載の方法。
【請求項２５】
前記視野側のレンズプレートの視野側側面には耐スクラッチ性コーティングが設けられる、請求項２０から２４のいずれか一つに記載の方法。
【請求項２６】
前記少なくとも一つのレンズプレートは誘電体コーティングを有する、請求項２０から２５のいずれか一つに記載の方法。
【国際調査報告】
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