(57)【要約】【課題】優れた画像を出力することができるレンズ一体型撮像装置及びその製造方法と製造装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、撮像チップが実装されたパッケージに対して、光学レンズを有するレンズ保持部を、光軸調整パターンからの光学像が撮像チップの撮像面に結像するよう自動的に調整して、その調整後の位置におけるレンズ保持部とパッケージとの間に位置調整部材として用いた接着剤により互いに固定するレンズ一体型撮像装置の製造方法と製造装置、及びそのように製造された優れた特性を有するレンズ一体型撮像装置である。【選択図】図１
2005057261.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像チップが実装されたパッケージと、前記撮像チップの撮像面に光学像を結像させるための光学レンズを有し、前記光学レンズが前記撮像チップの撮像面と対向するように前記パッケージに実装されたレンズ保持部とを備えたレンズ一体型撮像装置の製造方法において、
前記撮像チップが実装された前記パッケージをステージに固定するとともに前記ステージの接続端子と前記撮像チップとを電気的に接続させる工程、
前記レンズ保持部を部品保持具に装着する工程、
光軸調整パターンからの光学像を前記撮像チップの撮像面に結像させる工程、
前記接続端子から出力された前記撮像チップの画像信号を判定する工程、
前記判定の結果に基づき、前記レンズ保持部を保持した部品保持具を前記撮像チップの撮像面に対して移動調整する工程、及び
前記移動調整後において前記パッケージと前記レンズ保持部とを固定する工程、
を有するレンズ一体型撮像装置の製造方法。
【請求項２】
部品保持具を撮像チップの撮像面に対して移動調整する工程は、
前記撮像チップから得られる画像信号と基準信号との差異が基準内に収まるようレンズ保持部を移動させる工程と、
前記撮像チップから得られる画像信号と基準信号との差異が基準値の範囲内のときパッケージとレンズ保持部とを固定する工程と、
を有する請求項１に記載のレンズ一体型撮像装置の製造方法。
【請求項３】
レンズ保持部を保持する部品保持具に採光部が形成されており、前記採光部と通して光軸調整パターンの光学像を撮像チップの撮像面に結像させる請求項１に記載のレンズ一体型撮像装置の製造方法。
【請求項４】
撮像チップが実装されたパッケージと、前記撮像チップの撮像面に光学像を結像させるための光学レンズを有し、前記光学レンズが前記撮像チップの撮像面と対向するように前記パッケージに実装されたレンズ保持部とを備えたレンズ一体型撮像装置の製造方法において、
前記レンズ保持部をステージに固定する工程、
前記撮像チップが実装された前記パッケージを部品保持具に装着するとともに前記部品保持部の接続端子と前記撮像チップとを電気的に接続させる工程、
光軸調整パターンからの光学像を前記撮像チップの撮像面に結像させる工程、
前記接続端子から出力された前記撮像チップの画像信号を判定する工程、
前記判定の結果に基づき、前記パッケージを保持した部品保持具を前記光学レンズに対して移動調整する工程、及び
前記移動調整後において前記パッケージと前記レンズ保持部とを固定する工程、
を有するレンズ一体型撮像装置の製造方法。
【請求項５】
部品保持具を光学レンズに対して移動調整する工程は、
前記撮像チップから得られる画像信号と基準信号との差異が基準内に収まるようレンズ保持部を移動させる工程と、
前記撮像チップから得られる画像信号と基準信号との差異が基準値の範囲内のときパッケージとレンズ保持部とを固定する工程と、
を有する請求項４に記載のレンズ一体型撮像装置の製造方法。
【請求項６】
レンズ保持部を保持するステージに採光部が形成されており、前記採光部と通して光軸調整パターンの光学像を撮像チップの撮像面に結像させる請求項４に記載のレンズ一体型撮像装置の製造方法。
【請求項７】
撮像チップから得られた画像信号を基準信号と比較し判定する工程において、
撮像チップからの画像信号をＡ／Ｄ変換する工程と、
画像の位置、歪み、直線性、コントラスト、ピント等の調整項目の基準信号を生成する工程と、
撮像チップからの画像信号と基準信号が比較してされて、前記調整項目が基準値の範囲内にあるか否かを判定する工程と、
を有する請求項１又は４に記載のレンズ一体型撮像装置の製造方法。
【請求項８】
移動調整後においてパッケージとレンズ保持部とを紫外線硬化型接着剤を用いて固定する請求項１又は４に記載のレンズ一体型撮像装置の製造方法。
【請求項９】
撮像チップが実装されたパッケージと、前記撮像チップの撮像面に光学像を結像させるための光学レンズを有し、前記光学レンズが前記撮像チップの撮像面と対向するように前記パッケージに実装されたレンズ保持部とを備えたレンズ一体型撮像装置の製造装置において、
前記撮像チップが実装された前記パッケージが固定され、前記撮像チップと電気的に接続される接続端子を有するステージ、
前記レンズ保持部が装着され、光軸調整パターンからの光学像を前記撮像チップの撮像面へ通す採光部を有する部品保持具、
前記ステージの前記接続端子に電気的に接続され、前記撮像チップからの画像信号を処理する信号処理部、
前記信号処理部からの画像信号が入力され、前記画像信号を判定する自動判定部、及び
前記自動判定部からの信号に基づき、前記部品保持具を前記撮像チップの撮像面に対して移動調整する駆動部、
を具備するレンズ一体型撮像装置の製造装置。
【請求項１０】
撮像チップが実装されたパッケージと、前記撮像チップの撮像面に光学像を結像させるための光学レンズを有し、前記光学レンズが前記撮像チップの撮像面と対向するように前記パッケージに実装されたレンズ保持部とを備えたレンズ一体型撮像装置の製造装置において、
前記レンズ保持部が固定され、光軸調整パターンからの光学像を前記撮像チップの撮像面へ通す採光部を有するステージ、
前記撮像チップが実装された前記パッケージが装着され、前記撮像チップと電気的に接続される接続端子を有する部品保持具、
前記部品保持具の前記接続端子に電気的に接続され、前記撮像チップからの画像信号を処理する信号処理部、
前記信号処理部からの画像信号が入力され、前記画像信号を判定する自動判定部、及び
前記自動判定部からの信号に基づき、前記部品保持具を前記撮像チップの撮像面に対して移動調整する駆動部、
を具備するレンズ一体型撮像装置の製造装置。
【請求項１１】
駆動部による部品保持具の移動調整後において、パッケージとレンズ保持部とを接着剤により固定する固定機構をさらに具備する請求項９又は１０に記載のレンズ一体型撮像装置の製造装置。
【請求項１２】
自動判定部は、
信号処理部からの画像信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、
画像の位置、歪み、直線性、コントラスト、ピント等の調整項目の基準信号を生成する基準信号発生部と、
前記画像信号と前記基準信号を比較する比較部と、
前記各調整項目が基準値の範囲内にあるか否かがを判定する判定部と、
を備える請求項９又は１０に記載のレンズ一体型撮像装置の製造装置。
【請求項１３】
採光部が透光部材で構成され、前記採光部を通過した光軸調整パターンの光学像が撮像チップの撮像面に結像するよう構成された請求項９又は１０に記載のレンズ一体型撮像装置の製造装置。
【請求項１４】
撮像チップが実装されたパッケージ、
前記撮像チップの撮像面に光学像を結像させるための光学レンズ、
前記光学レンズが前記撮像チップの撮像面と対向するように前記パッケージに実装されたレンズ保持部、及び
前記レンズ保持部と前記パッケージとの間に配設され、前記レンズ保持部と前記パッケージとを接着する位置調整部材、
を具備するレンズ一体型撮像装置。
【請求項１５】
パッケージとレンズ保持部と間の位置調整部材が紫外線硬化型接着剤で構成された請求項１４に記載のレンズ一体型撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学レンズと固体撮像装置が一体的に形成されたレンズ一体型撮像装置、その製造方法及び製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＣＣＤセンサ等に代表される固体撮像装置を用いたレンズ一体型撮像装置においては、光学レンズを通して取り込まれた被写体の光学像を固体撮像装置における撮像チップの撮像面で結像させ、光信号を電気信号に変換することにより、所望の画像信号を出力するよう構成されている。特に近年では、電子スチールカメラや携帯端末などに組み込まれるレンズ一体型撮像装置において、小型化、高画素化が進み、より鮮明な画像を得るために、光学レンズと撮像チップの光軸を正確に一致させることが要求されている。
【０００３】
図５はこの種のレンズ一体型撮像装置の一般的な構成を示す側面断面図である。図５においては、パッケージ１０１の上面が凹形状に形成されておりキャビティ１０２が設けられている。そのキャビティ１０２の内部には撮像チップ１０３が実装されている。撮像チップ１０３は接着剤１０４によりキャビティ１０２の底面に固定されている。撮像チップ１０３は図示されていないボンディングワイヤ（金ワイヤ等）を介してリード１０５に電気的に接続されている。一方、光学レンズ１０６はレンズ保持部１０７により光学レンズ１０６が撮像チップ１０３の撮像面１０３ａと対向するよう保持されている。レンジ保持部１０７は、その断面がアーチ型の形状を有しており、撮像チップ１０３を跨ぐようにパッケージ１０１のキャビティ１０２の内部に実装されている。
【０００４】
従来の固体撮像装置と光学レンズとを組立てる製造方法としては、パッケージの一部に基準面となる凸部を設けて組み付けの位置精度を確保するものがあった。このような製造方法を開示したものとして、例えば、特許文献１がある。
【０００５】
図６は、特許文献１に開示された従来の固体撮像装置と光学レンズとをパッケージに組み付ける方法を示すものである。図６においては図５に示した部品と同じ機能、構成を有するものに同じ符号を付し、図６を用いて以下の説明を行う。
【０００６】
図６に示す従来のレンズ一体型撮像装置においては、パッケージ１０１のキャビティ１０２の底面に一対の凸部１０９，１０９を形成し、それぞれの凸部１０９，１０９の上端面１０９ａ，１０９ａを光軸方向の基準面として設定している。このように形成されたパッケージ１０１に対して、撮像チップ１０３を吸引保持したチップ吸着治具１１０の下側端面を基準面である凸部１０９の上端面１０９ａに突き当る。このとき、チップ吸着治具１１０の下側端面には撮像チップ１０３の撮像面１０３ａが吸引固着されている。このように、チップ吸着治具１１０の下側端面を凸部１０９の上端面１０９ａに突き当てて撮像チップ１０３の位置決めを行い、パッケージ１０１の所望の位置に撮像チップ１０３を接着剤１０４により固定する。
【０００７】
また、光学レンズ１０６を有するレンズ保持部１０７は、撮像チップ１０３と同様に、吸着治具（図示なし)により吸引保持されて、基準面である上端面１０９ａにレンズ保持部１０７を突き当ててパッケージ１０１に実装していた。
【特許文献１】特開平１０−３２１８２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のような従来のレンズ一体型撮像装置の製造方法においては、光軸方向における撮像チップ１０３と光学レンズ１０６の相対距離がレンズ保持部１０７の寸法のバラツキにより変動するため、光学レンズ１０６の焦点位置に撮像チップ１０３の撮像面１０３ａを精度高く位置決めすることができないという問題があった。
【０００９】
この対策としては、例えば、予めレンズ保持部に光学レンズの位置を調節する機構が設けられたものがある。このような光学レンズの位置調整機構を有するレンズ保持部によりレンズ一体型撮像装置を製造する場合、レンズ保持部を撮像チップが固定されたパッケージに固定してレンズ一体型撮像装置を組立製造した後、別工程として、作業員が手作業により、光学レンズの位置調整を行っていた。その場合、作業員が撮像チップで撮像した調整用画像を見ながら、レンズ保持部に設けられた光学レンズの位置調節機構を用いて光学レンズの位置を変更することにより、撮像チップと光学レンズとの間の焦点距離を調整していた。しかしながら、このような位置調整方法を用いてレンズ一体型撮像装置を製造する方法では、組立後にさらに調整工程が必要であり、且つこのような焦点距離の調整は作業員個々の技量に頼るところが大きいために、時間がかかるうえ、コストアップを招いていた。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、従来のレンズ一体型撮像装置の製造方法における問題を解決するものであり、構成部品の寸法精度に関係なく、実装時に光学レンズと撮像チップの光軸を一致させることにより、実装後にあらためて光学レンズの位置調整を行う必要のない、優れた画像を得ることができるレンズ一体型撮像装置、その製造方法及びその製造装置を提供することを目的とする。
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明に係るレンズ一体型撮像装置の製造方法では、撮像チップが実装されたパッケージと、前記撮像チップの撮像面に光学像を結像させるための光学レンズを有し、前記光学レンズが前記撮像チップの撮像面と対向するように前記パッケージに実装されたレンズ保持部とを備えたレンズ一体型撮像装置の製造方法であり、この製造方法が、
前記撮像チップが実装された前記パッケージをステージに固定するとともに前記ステージの接続端子と前記撮像チップとを電気的に接続させる工程、
前記レンズ保持部を部品保持具に装着する工程、
光軸調整パターンからの光学像を前記撮像チップの撮像面に結像させる工程、
前記接続端子から出力された前記撮像チップの画像信号を判定する工程、
前記判定の結果に基づき、前記レンズ保持部を保持した部品保持具を前記撮像チップの撮像面に対して移動調整する工程、及び
前記移動調整後において前記パッケージと前記レンズ保持部とを固定する工程、を有する。
【００１２】
上記のように構成された本発明に係るレンズ一体型撮像装置の製造方法は、撮像チップから得られた画像信号に基づき光学レンズと撮像チップの位置調整を行い、両者の光軸を一致させているため、構成部品の寸法精度に関係なく、優れた画像を出力するレンズ一体型撮像装置を提供することができる。
【００１３】
本発明の他の観点に係るレンズ一体型撮像装置の製造方法では、撮像チップが実装されたパッケージと、前記撮像チップの撮像面に光学像を結像させるための光学レンズを有し、前記光学レンズが前記撮像チップの撮像面と対向するように前記パッケージに実装されたレンズ保持部とを備えたレンズ一体型撮像装置の製造方法であり、この製造方法が、
前記レンズ保持部をステージに固定する工程、
前記撮像チップが実装された前記パッケージを部品保持具に装着するとともに前記部品保持部の接続端子と前記撮像チップとを電気的に接続させる工程、
光軸調整パターンからの光学像を前記撮像チップの撮像面に結像させる工程、
前記接続端子から出力された前記撮像チップの画像信号を判定する工程、
前記判定の結果に基づき、前記パッケージを保持した部品保持具を前記光学レンズに対して移動調整する工程、及び
前記移動調整後において前記パッケージと前記レンズ保持部とを固定する工程、を有する。
【００１４】
上記のように構成された本発明に係るレンズ一体型撮像装置の製造方法は、撮像チップから得られた画像信号に基づき光学レンズと撮像チップの位置調整を行い、両者の光軸を一致させているため、構成部品の寸法精度に関係なく、優れた画像を出力するレンズ一体型撮像装置を提供することができる。
【００１５】
本発明に係るレンズ一体型撮像装置の製造装置では、撮像チップが実装されたパッケージと、前記撮像チップの撮像面に光学像を結像させるための光学レンズを有し、前記光学レンズが前記撮像チップの撮像面と対向するように前記パッケージに実装されたレンズ保持部とを備えたレンズ一体型撮像装置の製造装置であり、この製造装置が、
前記撮像チップが実装された前記パッケージが固定され、前記撮像チップと電気的に接続される接続端子を有するステージ、
前記レンズ保持部が装着され、光軸調整パターンからの光学像を前記撮像チップの撮像面へ通す採光部を有する部品保持具、
前記ステージの前記接続端子に電気的に接続され、前記撮像チップからの画像信号を処理する信号処理部、
前記信号処理部からの画像信号が入力され、前記画像信号を判定する自動判定部、及び
前記自動判定部からの信号に基づき、前記部品保持具を前記撮像チップの撮像面に対して移動調整する駆動部、を具備する。
【００１６】
上記のように構成された本発明に係るレンズ一体型撮像装置の製造装置では、撮像チップから得られる画像信号を基準信号と比較し、その比較結果に基づき光学レンズと撮像チップの位置調整を行うことにより、高精度で優れた特性を有するレンズ一体型撮像装置を提供することができる。
【００１７】
本発明の他の観点に係るレンズ一体型撮像装置の製造装置では、撮像チップが実装されたパッケージと、前記撮像チップの撮像面に光学像を結像させるための光学レンズを有し、前記光学レンズが前記撮像チップの撮像面と対向するように前記パッケージに実装されたレンズ保持部とを備えたレンズ一体型撮像装置の製造装置であり、この製造装置が、
前記レンズ保持部が固定され、光軸調整パターンからの光学像を前記撮像チップの撮像面へ通す採光部を有するステージ、
前記撮像チップが実装された前記パッケージが装着され、前記撮像チップと電気的に接続される接続端子を有する部品保持具、
前記部品保持具の前記接続端子に電気的に接続され、前記撮像チップからの画像信号を処理する信号処理部、
前記信号処理部からの画像信号が入力され、前記画像信号を判定する自動判定部、及び
前記自動判定部からの信号に基づき、前記部品保持具を前記撮像チップの撮像面に対して移動調整する駆動部、を具備する。
【００１８】
上記のように構成された本発明に係るレンズ一体型撮像装置の製造装置では、撮像チップから得られる画像信号を基準信号と比較し、その比較結果に基づき光学レンズと撮像チップの位置調整を行うことにより、高精度で優れた特性を有するようレンズ一体型撮像装置を提供することができる。
【００１９】
本発明に係るレンズ一体型撮像装置は、撮像チップが実装されたパッケージ、
前記撮像チップの撮像面に光学像を結像させるための光学レンズ、
前記光学レンズが前記撮像チップの撮像面と対向するように前記パッケージに実装されたレンズ保持部、及び
前記レンズ保持部と前記パッケージとの間に配設され、前記レンズ保持部と前記パッケージとを接着する位置調整部材、を具備する。
【００２０】
上記のように構成されたレンズ一体型撮像装置は、レンズ保持部とパッケージとの間の接着剤が位置調整部材として機能しているため、構成部品の寸法精度に関係なく、優れた画像を提供することができる。
【００２１】
発明の新規な特徴は添付の請求の範囲に特に記載したものに他ならないが、構成及び内容の双方に関して本発明は、他の目的や特徴と合わせて図面と共に以下の詳細な説明を読むことにより、より良く理解され評価されるであろう。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係るレンズ一体型撮像装置の製造方法及び製造装置によれば、実装時に実画像を形成して、この実画像の画像信号と基準信号と比較して、画像の位置、歪み、直線性、コントラスト、ピント状態などの各項目を自動的に調整しつつ撮像チップが固定されたパッケージに対してレンズ保持部を実装している。このため、本発明によれば、光軸方向においては、パッケージ厚やチップ厚のバラツキによる影響を受けることがなく、撮像チップと光学レンズの光軸を正確に一致させることができる。
【００２３】
したがって、本発明によれば、光学レンズと撮像チップの光軸調整を実装時に同時に完了することができ、部品実装後において光学レンズの位置を変化させて焦点距離を調整する必要がなく、良好な画像を映し出すレンズ一体型撮像装置を確実に、且つ容易に製造することが可能となる。また、本発明に係るレンズ一体型撮像装置の製造方法及び製造装置では、焦点距離の調整に要する作業工数、及び治具や測定器類等を大幅に削減することができる。これにより、本発明によれば、高精度な部品実装を実現したレンズ一体型撮像装置をきわめて安価に提供することが可能となる。
【００２４】
また、本発明によれば、レンズ保持部にレンズ位置調整機構を設ける必要がなくなるばかりではなく、部品を当接して位置決めを行う製造方法ではないため、レンズ保持部とパッケージとにおいてそれぞれの寸法精度を高くする必要がなくなる。これにより、本発明によれば、部品加工コストを削減することができ、極めて安価なレンズ一体型撮像装置を提供できる。
【００２５】
一般的に、レンズ一体型撮像装置の構成部品において、部品個体差により、光学レンズには光学特性のバラツキがあり、撮像チップには受光特性のバラツキがある。また、光学レンズと撮像チップの撮像面の機械的な位置関係を確保したとしても、レンズ一体型撮像装置全体として光学特性（撮像特性）にバラツキがある。本発明に係るレンズ一体型撮像装置の製造方法においては、実画像を用いて調整を行いつつ実装を行っているため、上記のようなバラツキに対処することができ、品質及び出力特性においてバラツキのないレンズ一体型撮像装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明に係るレンズ一体型撮像装置の製造方法及び製造装置の好適な実施の形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
【００２７】
《実施の形態１》
図１は本発明に係る好適な実施の形態１であるレンズ一体型撮像装置の製造方法を説明する図である。図２は撮像チップに対する光学レンズの位置調整及び角度調整を説明する図である。図３はレンズ一体型撮像装置の製造装置における自動判定部の構成を示すブロック図である。
【００２８】
実施の形態１におけるレンズ一体型撮像装置は、パッケージ１の上面が凹形状に形成されておりキャビティ２が設けられている。そのキャビティ２の内部には撮像チップ３が実装されている。キャビティ２の内部への撮像チップ３の実装方法は、撮像チップ３を吸引保持したチップ吸着治具をパッケージ１に対して所望の位置に配置して撮像チップ３の位置決めを行い、撮像チップ３とパッケージ１のキャビティ２の底面との間に接着剤４を塗布して互いに固定している。この撮像チップ３の位置決めは、チップ吸着治具の端面をパッケージ１の基準面のとなる端面に突き当てることにより行っても良い。ただし、本発明においては、後述の製造方法により詳細に述べるように、撮像チップ３の撮像面３ａに対して光学レンズ６を適切な位置、角度に配設するため、撮像チップ３のパッケージ１に対する位置決めは高精度に行う必要がない。
【００２９】
図１は、レンズ一体型撮像装置の製造方法における製造途中を示す図であり、撮像チップ３がパッケージ１に形成された凹形状のキャビティ２内の所望の位置に接着剤４により固着された状態を示している。
【００３０】
図１に示すように、パッケージ１はレンズ一体型撮像装置の製造装置における実装のためのステージである実装ステージ１１に固定されている。実装ステージ１１には接続端子である電気接点１２が設けられており、この電気接点１２は製造装置内の駆動電源発生回路、同期信号発生回路、信号増幅回路等で構成された各種制御及び映像を撮像するのに必要な機能を有する信号処理部１３に接続されている。また、パッケージ１に実装された撮像チップ３は、リード５を介して電気接点１２に接続されており、撮像チップ３の撮像面上の光学像が電気信号に変換されて電気接点１２から出力されるよう構成されている。なお、実施の形態１においては、実装ステージ１１の電気接点１２と、パッケージ１から導出されたリード５は、脱着可能にクリップ形式で接続されている。したがって、パッケージ１に実装された撮像チップ３は、電気接点１２が画像信号を出力できるよう構成されており、完成されたレンズ一体型撮像装置における撮像動作と同様の動作を行う。
【００３１】
図１に示すように、信号処理部１３には、自動判定部１４及びモニタ１５が接続されており、モニタ１５には撮像チップ３が撮像した画像１６が出力される。したがって、実施の形態１のレンズ一体型撮像装置の製造装置においては、作業者がモニタ１５の画像を見ながら、画像の歪みやピント状態などを確認できる構成である。
【００３２】
実施の形態１の自動判定部１４には駆動部１７が接続されており、この駆動部１７によりレンズ保持部７を吸引保持する部品保持具１０を任意の位置に移動させることができる。図２は撮像チップ３の撮像面３ａに対する光学レンズ６の位置調整及び角度調整の方向を模式的に示している。図２に示すように、実施の形態１においては、駆動部１７により撮像面３ａと平行な平面ＡにおけるＸ軸方向とＹ軸方向、その平面に直交するＺ軸方向（高さ方向）という３軸の直線上の移動動作、及びＸ軸を中心とする回転方向β（Ｘ軸を中心とするあおり方向）、Ｙ軸を中心とする回転方向α（Ｙ軸を中心とするあおり方向）、そしてＺ軸を中心とする回転方向θ、という３軸の各軸を中心とする回転方向への移動動作を、部品保持具１０に対して行えるよう構成されている。
【００３３】
実施の形態１の部品保持具１０には、採光部として貫通孔１８が形成されており、この貫通孔１８の内部を後述する光軸調整パターン２０からの光学像が通過するよう構成されている。また、貫通孔１８は真空引きするための吸引口２１に連通している。また、貫通孔１８には透光材で形成された透光板２２が配設されており、光路と吸気路の分離が確保されている。なお、部品保持具１０は撮像チップ３を吸引保持してパッケージ１に実装するときに用いるチップ吸着治具と兼用しても良い。
【００３４】
上記のように、実施の形態１における部品保持具１０は、実装部品となるレンズ保持部７を、例えば真空引きなどの手段を用いて保持する機能に加え、採光部となる貫通孔１８を通してミラー１９に反射した光軸調整パターン２０からの光学像を実装ステージ１１上の撮像チップ３の撮像面３ａ上に結像できる構造を有している。
【００３５】
図３は実施の形態１の製造装置における自動判定部１４の構成を示すブロック図である。自動判定部１４は、信号処理部１３を介して入力された撮像チップ３からの画像信号を、Ａ／Ｄ変換器１４ａによりＡ／Ｄ変換して、比較部１４ｂへ出力する。基準信号発生部１４ｃは、光軸調整パターン２０の画像の位置、歪み、直線性、コントラスト、ピントなどの各調整項目に関する基準信号を生成し比較部１４ｂに出力する。比較部１４ｂにおいて、撮像チップ３からの画像信号と基準信号が比較されて、それぞれの調整項目が基準値内にあるか否かがを示す信号が判定部１４ｄに出力される。判定部１４ｄでは、各調整項目において正しく調整されたかを判定し、各調整項目別及び総合的に評価し、その評価結果に応じて駆動部１７に電気信号を出力するよう構成されている。
【００３６】
次に、撮像チップ３がパッケージ１のキャビティ２内に実装された状態以降のレンズ一体型撮像装置の製造方法について説明する。
【００３７】
実施の形態１のレンズ一体型撮像装置の製造装置において、図１に示したように、撮像チップ３がパッケージ１のキャビティ２内に実装された状態では、部品保持具１０の貫通孔１８である採光部を通して光軸調整パターン２０の光学像が撮像チップ３の撮像面３ａに結像できる状態である。このとき、モニタ１５を通して光軸調整パターン２０の画像１６が認識できる状態である。
【００３８】
まず、パッケージ１に固定された撮像チップ３の撮像面３ａがレンズ保持部７と対向するようパッケージ１を実装ステージ１１に固定する。すなわち、撮像面３ａが部品保持具１０と対向するよう固定する。この時、撮像チップ３はワイヤボンディング(Wire bonding)によりパッケージ１のリード５と電気的に接続済みである。なお、撮像チップ３はフリップチップボンディング(Flip chip bonding)によりパッケージ１のリード５と電気的に接続してもよい。
【００３９】
実施の形態１においては、真空吸着のような固定手段を用いてパッケージ１の底面を実装ステージ１１の上面に密着固定させると同時に、リード５の塑性変形により、実装ステージ１１に設けられた電気接点１２とリード５が電気的に接触するよう構成されている。この結果、パッケージ１に固定された撮像チップ３は、完成品であるレンズ一体型撮像装置における撮像チップと同様に動作することが可能となり、信号処理部１３を介してモニタ１５に撮像した画像１６が映し出せる状態となる。
【００４０】
なお、本発明における製造方法においては、パッケージ１のリード５と実装ステージ１１の電気接点１２との電気的接続は単なる接触に限るものではなく、クランプ機能により電気的に接続する構成でもよい。
【００４１】
次に、部品保持具１０がレンズ保持部７を所望の状態で保持する。部品保持具１０の採光部である貫通孔１８における実装ステージ１１に対向する側には開口１８ａが形成されている。開口１８ａは貫通孔１８の内径より大きく、且つ部品保持具１０の下端面がレンズ保持部７の外周部分と接触できるよう形成されている。また、部品保持具１０の下端面にはレンズ保持部７の外周部分の位置決めを行う凸部１８ｂが形成されている。上記のように構成された部品保持具１０は実装部品であるレンズ保持部７を、このレンズ保持部７におけるパッケージ１との接合面が実装ステージ側（下向き）となるように保持する。
【００４２】
部品保持具１０にてレンズ保持部７を保持した状態において、光軸調整パターン２０の光学像を光学レンズ６を通して撮像面３ａに結像させるとき、収差による光学レンズ６の位置依存性を極力抑えて撮像面３ａに歪みなく結像させるために、採光部の光学像の中心、すなわち貫通孔１８の中心位置と光学レンズ６の中心位置が一致することが望ましい。このため、実施の形態１においては、部品保持具１０に凸部１８ｂを形成して、レンズ保持部７の位置を規制している。このように、本発明においては、レンズ保持部７を部品保持具１０により保持する際には、部品保持具１０のレンズ保持部７との接触面に位置規正ピンである凸部１８ｂなどの位置決め機構を設けることにより、光学レンズ６の中心位置と、採光部である貫通孔１８の中心位置を一致させている。
【００４３】
なお、部品保持具１０に上記のような特別な位置決め機構を設けずとも、部品保持具１０がレンズ保持部７を受け取るときに、認識カメラにより、部品保持具１０とレンズ保持部７の双方を画像認識して、両者の位置決めを行うなどの方法により光学レンズ６の中心位置と、採光部の中心位置である光学像の中心と一致させてもよい。
【００４４】
部品保持具１０によるレンズ保持部７の保持方法としては、真空吸着などが一般的であるが、クランプ機構による機械的な保持方法も本発明においては適用可能である。
【００４５】
実施の形態１においては、部品保持具１０に形成した真空吸着用の孔と採光部の貫通孔１８とを連通している。このため、レンズ保持部７で部品保持具１０の開口１８ａが塞がれたとき、部品保持具１０の内部に設けられた開口１８ａが真空状態を維持できるよう透光板２２を設けて、開口１８ａ及び採光部の一部が密閉状態となるよう構成されている。透光板２２は、可視光線が透過可能な材質、例えば、ガラス、石英、ポリカーボネイドなどの透光材で形成されている。
【００４６】
なお、部品保持具１０に設けられた透光板２２は、光学レンズ６への光軸調整用パターン２０の画像取り込み口（図示せず）、すなわち光軸調整パターン２０とミラー１９との間に設けても良い。また、部品保持具１０自体を可視光線が透過可能な材質、例えば、ガラス、石英、ポリカーボネイドなどの透光材で作成してもよく、この場合には採光部としての貫通孔は不要となる。
【００４７】
実施の形態１においては、真空吸着用の孔と採光部の貫通孔１８とを連通するよう構成した例で説明したが、真空吸着用の孔は採光部と別々に設けてもよく、ガラス保持部７をより小さい吸引力で効率的に部品保持具１０に吸着できるよう、例えばガラス保持部７の外周の複数箇所を吸引するよう構成してもよい。
【００４８】
図１に示すように、レンズ一体型撮像装置の製造方法において、レンズ保持部７を吸引保持した部品保持具１０を実装ステージ１１に固定されたパッケージ１内の撮像チップ３に対して一定の距離まで近づける。このとき、ミラー１９に反射された光軸調整パターン２０が採光部の貫通孔１８を通り、光学レンズ６を通って、撮像チップ３の撮像面３ａ上に結像される。
【００４９】
撮像面３ａで結像されたパターンは撮像チップ３によりクリアな画像として電気的な信号に変換され、信号処理部１３に入力される。信号処理部１３において処理された画像信号は自動判定部１４に入力される。なお、自動判定部１４においてその判別精度を向上させる為に、光軸調整パターン２０に照明用ライトをあてるなどして撮像面３ａに入射する光量を十分に確保することが望ましい。
【００５０】
また、部品保持具１０周辺に光軸調整パターン２０を設置できる充分なスペースが確保できる場合は、ミラー１９を介さずに、撮像チップ３の撮像面３ａと光学レンズ６と採光部である貫通孔１８を直線上に配設し、その直線上に光軸調整パターン２０を配置する構成でもよい。この場合、ミラー１９を省くことができるため装置の小型化を図ることができるとともに、光軸調整パターン２０からの光が直接に撮像面３ａに到達するため、撮像面３ａに入射する光量を確保することが容易となる。
【００５１】
前述のように、撮像チップ３により光軸調整パターン２０を撮像すると、信号処理部１３で形成された画像信号が自動判定部１４とモニタ１５に出力され、撮像した光軸調整パターン２０の画像１６がモニタ１５に映し出される。
【００５２】
自動判定部１４は、信号処理部１３からの画像信号を、Ａ／Ｄ変換器１４ａを介して比較部１４ｂへ出力する。基準信号発生部１４ｃは、基準信号を生成し比較部１４ｂに出力する。比較部１４ｂにおいて、撮像チップ３からの画像信号と基準信号が比較され、判定部１４ｄにおいて、各調整項目において正しく調整されたか否かを判定する。
【００５３】
上記のように、自動判定部１４においては、画像信号と基準信号とを自動的に比較判断することにより、撮像面３ａと光学レンズ６の光軸が一致し、良好な画像が得られているかどうかの判断を行う。
【００５４】
自動判定部１４においては、撮像データである画像信号とあらかじめ規定してある基準信号とを比較判断する際、両者の相関レベル（一致率）が設定値以上であるか否かでその判別が行われている。
【００５５】
また、自動判定部１４では、光軸調整パターン２０から光学レンズ６を介して撮像チップ３に入射した画像が撮像チップ３において電気信号に変換された後において、光量の差により生じる画像の明暗（強弱）によらず正しい判定を行うことが可能なように、Ａ／Ｄ変換器１４ａにて信号の正規化が行われている。
【００５６】
また、撮像チップ３において電気信号に変換された画像は、その位置関係、歪み、直線性、コントラスト、ピント状態などの違いにより、Ａ／Ｄ変換器１４ａにおいて正規化されたパターン出力波形が異なっている。このため、Ａ／Ｄ変換器１４ａから出力されたパターンと、基準信号発生部１４ｃにおいてあらかじめ設定されていた基準画像のパターンとの差分を取ることにより、両者の相関レベル（一致率）を算出することができる。
【００５７】
なお、上記のように自動的な判定動作を行う自動判定部１４のみを用い、作業者による目視観測を用いない場合には、モニタ１５は省略してもよい。
【００５８】
自動判定部１４において、撮像チップ３から得られる画像信号と基準信号とを比較して、画像の位置、歪み、直線性、コントラスト、ピント状態などそれぞれの調整項目が基準値内にない場合は、その判定結果を駆動部１７に出力して、部品保持具１０を所定の位置及び角度だけ移動することにより、光学レンズ６と撮像面３ａの位置関係を変更して、調整を行う。
【００５９】
撮像チップ３から得られる画像信号と基準信号との差異が基準値の範囲内に収まるまで、このフィードバック制御による調整が行われる。
【００６０】
調整動作としては、図２に示すように、撮像面と平行な平面ＡにおけるＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の位置調整動作、及びＸ軸を中心とする回転方向β（Ｘ軸を中心とするあおり方向）、Ｙ軸を中心とする回転方向α（Ｙ軸を中心とするあおり方向）、そしてＺ軸を中心とする回転方向θの回転調整動作の６方向に関する調整動作を行う。
【００６１】
実施の形態１における調整動作は、始めにＸ軸方向の位置調整動作を行う。このとき、他の軸に関する移動は禁止されている。すなわち、レンズ保持部７を保持した部品保持具１０をＸ軸方向に移動させつつ、自動判定部１４では、リアルタイムで比較部１４ｂにより撮像面３ａから得られる画像信号と基準信号発生部１４ｃによって出力される基準信号のパターンとの差分を取ることにより、両者の相関レベル（一致率）を算出する。
【００６２】
両者の差分が最小（相関レベルが最大）となったＸ軸上の位置に部品保持具１０を移動し、続いてＹ軸方向の位置調整動作を行う。このとき、他の軸に関する移動は禁止されている。すなわち、レンズ保持部７を保持した部品保持具１０をＹ軸方向にのみ移動させつつ、自動判定部１４でリアルタイムに比較部１４ｂにより撮像面３ａから得られる画像信号と基準信号発生部１４ｃによって出力される基準信号のパターンとの差分を取り、両者の相関レベル（一致率）を算出する。そして、両者の差分が最小（相関レベルが最大）となったＹ軸上の位置に部品保持具１０を移動する。
【００６３】
以下、Ｚ軸方向の位置調整と、回転方向θ、回転方向α及び回転方向βの回転調整の順で動作を実施する。
【００６４】
上記の調整動作が一巡した状態において、撮像チップ３の撮像面３ａから得られた画像信号と基準信号発生部１４ｃから出力された基準信号のパターンとの相関レベル（一致率）が当初設定した基準値の範囲内に収まっていれば位置決め動作は終了となる。もし、その一致率が基準値の範囲を超えていた場合には、再度上記のＸ軸方向の位置調整動作から始まる調整動作に戻り、一致率が基準値の範囲内に収まるまでこの調整動作を繰り返す。
【００６５】
当然、Ｘ軸方向の位置調整動作から最後の回転方向βまでの回転調整動作までの調整動作が一巡しなくても、撮像面３ａから得られる電気信号と基準信号発生部１４ｃから出力される基準信号のパターンとの相関レベル（一致率）が当初設定した基準内に収まった場合には、その時点で調整動作を終了してもよい。
【００６６】
なお、上記の調整動作の説明において、便宜上Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、回転方向θ、回転方向α、そして回転方向βの順で説明を行ったが、本発明はこのような順序で調整動作を行うことを限定するものではなく、どのような順序で調整動作を行ってもその効果に変わりはない。
【００６７】
また、実施の形態１のレンズ一体型撮像装置の製造装置においては、図１に示すように、部品保持具１０を駆動部１７によりＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、回転方向θ、回転方向α、及び回転方向βの６方向に位置及び角度を移動できる構成例で説明したが、部品保持具１０を固定して実装ステージ１１を前記の６つの方向に移動できるよう構成してもよい。
【００６８】
さらに、位置決め精度の向上と動作速度の向上を目的として、部品保持具１０と実装ステージ１１の双方を前記の６つの方向へ移動できる構成してもよい。
【００６９】
また、製造設備上や製造コスト上の制約から、前記の６つの方向への移動機構を部品保持具１０と実装ステージ１１との双方に分散させる構成でもよい。
【００７０】
上記のように、撮像チップ３から得られる画像信号と基準信号発生部１４ｃからの基準信号との差異が基準値の範囲内に収まった調整動作終了位置で部品保持具１０を停止させ、レンズ保持部７とパッケージ１とを固定する。
【００７１】
レンズ保持部７とパッケージ１との固定方法としては、例えば、接着剤などによる固着方法が挙げられるが、特に接合面に紫外線硬化型樹脂を塗布して、その塗布部分に紫外線を照射して固定する方法は、硬化時の樹脂の収縮による位置ズレが少なく、しかも硬化速度が早いといった面で優れている。
【００７２】
実施の形態１においては、上記のようにレンズ保持部７がパッケージ１に対して所定位置に配置されたとき、レンズ保持部７とパッケージ１との対向する面の隙間（接合部分）には接着剤が塗布されて互いに所望の位置関係を有するよう固定されている。したがって、実施の形態１においては、接着剤が位置調整部材としての機能を有している。固定方法として接着剤を用いた場合には、生産管理及び作業性の面で、接着剤塗布機構を当該製造装置に設けることが望ましい。特に、紫外線硬化型樹脂を用いた固定方法を採用する場合は、上記の接着剤塗布機構と合わせて、紫外線照射機構も同時にその製造装置に設けるとよい。なお、紫外線硬化型樹脂の一例としては、ケミテック社製のＵ−１４５５等が広く知られている。
【００７３】
以上のように調整動作が終了後に接着剤によりレンズ保持部７とパッケージ１とを固定することにより、実施の形態１のレンズ一体型撮像装置の製造方法による実装動作は完了となる。
【００７４】
実施の形態１において用いたレンズ一体型撮像装置の製造装置は、その使用条件にもよるが、従来のものより位置決め精度が高く（誤差１μｍ以下）、高速実装が可能という特徴を持つため、作業者による実画像を見ながらの手作業での光軸調整と比較し、各段の生産性を有している。
【００７５】
《実施の形態２》
図４は本発明に係る好適な実施の形態２であるレンズ一体型撮像装置の製造装置を説明する図である。
【００７６】
前述の実施の形態１においては、光学レンズ６を保持するレンズ保持部７を部品保持具１０に取付け、撮像チップ３を実装したパッケージ１を実装ステージ１１に保持させる構成例で説明した。実施の形態２の製造装置は、部品保持具２１０に接続端子である電気接点２１２を設けてパッケージ１を吸引保持し、実装ステージ２１１に採光部となる貫通孔２１８を設けて、レンズ保持部７を固定する構成である。このように、実施の形態２のレンズ一体型撮像装置の製造装置においては、部品保持具２１０に撮像チップ３を実装したパッケージ１を保持するよう構成している。そして、パッケージ１の撮像チップ３をレンズ保持部７の光学レンズ６に対して適切な位置に配置し、前述の実施の形態１のレンズ一体型撮像装置の製造方法と同じ方法を用いて、レンズ保持部７とパッケージ１とを接着剤で固定するものである。図４において、前述の実施の形態１のレンズ一体型撮像装置の製造装置と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付してその説明は省略する。
【００７７】
実施の形態２のレンズ一体型撮像装置の製造装置によれば、前述の実施の形態１と同じ効果に加えて、ミラー１９や光軸調整パターン２０が光学レンズ６とともに固定状態で調整動作を行うことができるため、精度の高い調整を行うことが可能となる。
【００７８】
実施の形態１及び実施の形態２の製造方法及び製造装置においては、レンズ一体型撮像装置の加工精度を確保するために、一つの部品に基準面を形成してその基準面に対して他の部品を押し当てて位置決めを行う構成ではない。このため、本発明によれば、製造物であるレンズ一体型撮像装置の構造において、パッケージ１やレンズ保持部７に位置決めのための基準面を形成する必要がない。
【００７９】
また、本発明に係る実施の形態１及び実施の形態２の製造方法においては、組み立て後に作業者による光学レンズの位置調整を行う必要がない。このため、従来のレンズ一体型撮像装置におけるパッケージやレンズ保持部に必要とされていた、煽り機構やネジなどによる高さ調節機構を、本発明に係るレンズ一体型撮像装置には設ける必要がない。
【００８０】
さらに、本発明に係る実施の形態１及び実施の形態２の製造方法においては、パッケージ１とレンズ保持部７の位置決めを自動的に行い、位置決めされたパッケージ１とレンズ保持部７との間に接着剤が塗布され固定されている。この実装時において、位置決めされたパッケージ１とレンズ保持部７との間には数１０μｍから数ｍｍの隙間（位置調整空間）が存在する。この隙間に接着剤が塗布され互いを固定する。したがって、パッケージ１とレンズ保持部７の固定に使用される接着剤は、両者を固定するだけでなく、この位置調整空間に入り込むことにより、位置調整部材としての役割も果たしている。
【００８１】
発明をある程度の詳細さをもって好適な形態について説明したが、この好適形態の現開示内容は構成の細部において変化してしかるべきものであり、各要素の組合せや順序の変化は請求された発明の範囲及び思想を逸脱することなく実現し得るものである。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明は、品質及び出力特性においてバラツキのないレンズ一体型撮像装置を提供することができ、レンズ一体型撮像装置の製造方法及び製造装置の分野において有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明に係る好適な実施の形態１のレンズ一体型撮像装置の製造方法及び製造装置を説明する図
【図２】本発明に係る好適な実施の形態１のレンズ一体型撮像装置の製造方法における撮像チップと光学レンズの調整動作時の相対的な駆動方向を示す図
【図３】本発明に係る好適な実施の形態１のレンズ一体型撮像装置の製造装置における、撮像面と光学レンズとの位置関係を自動判定する自動判定手段の構成を示すブロック図
【図４】本発明に係る好適な実施の形態２のレンズ一体型撮像装置の製造方法及び製造装置を説明する図
【図５】従来のレンズ一体型撮像装置の構成を示す側面断面図
【図６】従来のレンズ一体型撮像装置の製造方法を説明するための図
【符号の説明】
【００８４】
１  パッケージ
２  キャビティ
３  撮像チップ
３ａ  撮像面
４  接着剤
５  リード
６  光学レンズ
７  レンズ保持部
１０    部品保持具
１１  実装ステージ
１２  電気接点
１３  信号処理部
１４  自動判定部
１５  モニタ
１６  画像
１７  駆動部
１８  貫通孔
１８ａ  開口  
１８ｂ  凸部
１９  ミラー
２０  光軸調整パターン
２１  吸引口
２２  透光板
【図１】
2005057261.tif 000003
【図２】
2005057261.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2005057261.tif 000007
【図６】
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