JP2007086598A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 撮像素子に対するレンズの光軸方向の位置を調整可能としてレンズを通過した光を撮像素子に正確に結像させるようにするとともに、レンズと撮像素子との間における空間を有効に利用すべく、その空間に光学フィルタを配置して高精度で低背化を実現し得る新規な撮像装置を得る。
【解決手段】 基板と、この基板上に設けられた撮像素子と、この撮像素子上に配置されたレンズ部と、このレンズ部の端部に形成され、前記レンズ部の光軸方向において前記撮像素子の側の表面部に接する位置よりも前記撮像素子の側に延伸した脚部を有するフランジ部と、前記レンズ部及び前記フランジ部を光軸方向に移動させて、前記撮像素子に対する前記レンズ部の位置を調整する調整機構部と、前記フランジ部の脚部に固定され、前記レンズ部を通過する光のうち、所定の波長の光を遮断する光学フィルタとを備えたものである。
【選択図】 図１

Description

この発明は、携帯電話等の情報端末、電子スチルカメラ、ビデオカメラに実装される撮像装置に関するものである。

従来の撮像装置は、一般的には、赤外線などを遮断するために、光学フィルタが用いられている。この光学フィルタは、例えば、レンズを支持する鏡筒の内側に延びた鍔部を設け、この鍔部の底面に固定されたものがあった（例えば、特許文献１参照）。また、この光学フィルタは、レンズと一体化したレンズ一体基板の上面に固定してレンズを覆うとともに、センサを一体基板の下面に固定するといったものがあった（例えば、特許文献２参照）。

特開２００４−３３６６３２号公報（第１図、第３図）

特開２００３−１２５２９４号公報（第１図（Ｂ））

しかし、特許文献１には、光学フィルタは、レンズを支持する鏡筒に前記のような鍔部を設けてこの鍔部の底面に固定しているため、この鍔部の厚さの分だけレンズと光学フィルタとの間隔が大きくなる。したがって、特許文献１に記載の撮像装置によれば、前記のような鍔部を設けるため、レンズを支持する鏡筒及び撮像素子を含めた撮像装置全体として、その低背化の実現が困難になるという課題があった。また、特許文献１に記載の撮像装置によれば、入射光が前記のような鍔部によって乱反射され、乱反射された光が撮像素子に入射することによりフレア現象が生じるおそれがある。このようなフレア現象を回避するためには、その鍔部をレンズの光軸に対してできるだけ遠ざけることが考えられる。しかし、このような構成にすれば、鏡筒が広幅となり、撮像装置全体が広幅化・大型化するという課題もある。

一方、特許文献２に記載の撮像装置では、レンズと一体化したレンズ一体基板の下面側にセンサを設け、光学フィルタをガラス一体基板の上面側に設けたというものであるから、レンズと撮像素子との間の間隔を調整するということはできないものと考えられる。そうすると、特許文献２に記載の撮像装置によれば、レンズと撮像素子との間の間隔を調整することによりレンズを通過した光を撮像素子に正確に結像させるようにした高精度な撮像装置を得ることが困難であるという課題があった。

この発明は、前記のような課題を解消するためになされたもので、撮像素子に対するレンズの光軸方向の位置を調整可能としてレンズを通過した光を撮像素子に正確に結像させるようにするとともに、レンズの光軸方向における位置を調整、すなわち移動させることに伴い、レンズと撮像素子との間における空間を有効に利用すべく、その空間に光学フィルタを配置して高精度で低背化を実現し得る新規な撮像装置を得ることを目的とするものである。

請求項１に係る撮像装置は、基板と、この基板上に設けられた撮像素子と、この撮像素子上に配置されたレンズ部と、このレンズ部の端部に形成され、前記レンズ部の光軸方向において前記撮像素子の側の表面部に接する位置よりも前記撮像素子の側に延伸した脚部を有するフランジ部と、前記レンズ部及び前記フランジ部を光軸方向に移動させて、前記撮像素子に対する前記レンズ部の位置を調整する調整機構部と、前記フランジ部の脚部に固定され、前記レンズ部を通過する光のうち、所定の波長の光を遮断する光学フィルタとを備えたものである。

請求項２に係る撮像装置は、基板と、この基板上に設けられた撮像素子と、この撮像素子上に配置され、複数のレンズ玉を光軸方向に沿って配列したレンズ部と、前記レンズ玉の端部にそれぞれ形成され、脚部を有する複数のフランジ部と、光軸方向における隣り合うレンズ玉の間の空隙部が所定幅を有するように隣り合うレンズ玉の各フランジ部を支持するバレルと、このバレルを光軸方向に移動させて、前記撮像素子に対する前記レンズ部の位置を調整する調整機構部と、前記所定幅よりも薄い厚さを有し、前記隣り合うレンズ玉の間の空隙部に嵌挿され、前記隣り合うレンズ玉のいずれか一方又は双方のフランジ部の脚部に固定され、所定の波長の光を遮断する光学フィルタとを備えたものである。

請求項３に係る撮像装置は、前記脚部が、前記光学フィルタを位置決めする突出部を有する請求項１又は２に記載のものである。

請求項４に係る撮像装置は、前記脚部に前記光学フィルタを固定する接着剤の溜り溝を形成した請求項３に記載のものである。

請求項５に係る撮像装置は、前記レンズ部と前記突出部及び前記溜り溝を有する前記フランジ部とを樹脂により一体成型した請求項４に記載のものである。

以上のように、この発明の請求項１によれば、レンズ部の端部に脚部を有するフランジ部を設け、その脚部に光学フィルタを固定する構成であるから、調整機構部によりレンズ部と光学フィルタをともに光軸方向に移動させるので、光学フィルタを含めてレンズ部を通過した光を撮像素子に正確に結像するように調整することができ、フランジ部の脚部をレンズ部の光軸方向において少なくともレンズ部よりも撮像素子の側に延伸したので、光学フィルタに物理的な歪みを生じさせることもなく高精度な撮像装置を得ることができるとともに、従来のように鏡筒に鍔部を設ける必要もなく、レンズ部と撮像素子との間の空間を有効に利用するため低背化を実現した撮像装置を得ることができる。

この発明の請求項２によれば、請求項１の場合と同様の効果が得られる他、光学設計上、レンズ部を複数のレンズ玉により構成して隣り合うレンズ玉の間の空隙部を所定幅に設定する場合に、光学フィルタの厚さがその所定幅よりも薄いときには、その空隙部を有効に利用して低背化を実現した撮像装置を得ることができる。

この発明の請求項３によれば、フランジ部の脚部の突出部により、光学フィルタを正確な位置に容易に位置決めすることができる。

この発明の請求項４によれば、フランジ部の脚部は接着剤の溜り溝を有するので、光学フィルタを接着剤により脚部に固定する場合には、接着剤が光の通過領域に侵入することを有効に防止することができる。

この発明の請求項５によれば、レンズ部及びフランジ部を樹脂により構成するため、脚部の突出部、又はこの突出部及び接着剤の溜り溝を精度よく容易に構成することができる。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１について、図１〜図４を用いて説明する。図１〜図３は、実施の形態１について、レンズ玉１枚である場合の一実施例を示し、図４はレンズ玉が複数である場合の他の実施例を示している。まず、図１は、この発明の実施の形態１（一実施例）に係る撮像装置の断面構成図である。図２は、図１に示すＡ−Ｂ線で切断して上方を見たときの平面図である。図１、図２において、１は基板、２は基板１上に設けた撮像素子である。２１は撮像素子２に対して光が垂直に入射する光軸方向を示す。３は撮像素子を構成する撮像素子パッケージ、４は撮像素子２を構成するＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の撮像素子チップ、５は撮像素子チップ４に信号を入力し、その出力を取り出すための配線、６は撮像素子パッケージ３を気密封止して内部への異物混入を防止するカバーガラスである。

７は撮像素子２上に配置されたレンズ部であり、ここではレンズ玉１枚の場合の凸レンズを示している。７０はレンズ部７の光軸方向２１において撮像素子２の側に最も突出した最下表面部である。この最下表面部７０は、レンズ部７が凸レンズの場合には、図１に示すように光軸上の最下に位置し、凹レンズの場合には、図示しないが凹レンズの端部に位置する。８はレンズ部７を内部に収納するバレル、９は基板１上に設けられ、バレル８を保持するホルダ、１０はバレル８に設けられた雄ねじとホルダ９に設けられた雌ねじによりレンズ部７及びバレル８の光軸方向２１における位置を調整する調整機構部である。この調整機構部の構成は、図１において、その一部を取り出した拡大図を付記している。なお、この調整機構部１０は、バレル８に雌ねじを、ホルダ９に雄ねじを設けてもよいことは勿論である。

１１はレンズ部７の端部に形成し、図２に示すように円形状のフランジ部である。このフランジ部１１は、レンズ部７と連結した一体構造としている。そして、レンズ部７及びフランジ部１１を透明樹脂により形成する場合には、上側及び下側金型の間に樹脂を流し込んで形成するため、レンズ部７を形成すると同時にフランジ部１１も形成することとなる。１２はフランジ部１１の下方に形成した脚部である。この脚部１２は、レンズ部７の光軸方向２１において撮像素子２の側の表面部に接する位置、すなわち最下表面部７０よりも撮像素子２の側に延伸させている。したがって、レンズ部７とフランジ部１１を前記の金型により同時に形成するためには、フランジ部１１の脚部１２が、最下表面部７０よりも撮像素子２の側に延伸するように、上側及び下側金型の間の距離を予め調整しておく。

１３は赤外線カットフィルタ等の所定の波長を遮断する薄板状の光学フィルタである。撮像素子チップがＣＣＤやＣＭＯＳ等の場合には、結像する入射光のうち赤外領域の波長で感度特性が高く、撮像素子から出力される映像信号による画像が赤色の色調になるので、光学フィルタ１３として、例えば、赤外線カットフィルタを用いれば、可視光領域の感度特性を平坦化させて赤外領域の入射光を遮断する。この赤外線カットフィルタは、一般的に、酸化銅等の金属錯体を含有した色ガラス板又は樹脂性薄板や誘電体多層膜を蒸着させたホウ珪酸ガラス板や屈折率の異なる２種類以上の樹脂性薄板を張り合わせたものである。ただし、赤外線カットフィルタ以外の、画像のモアレ現象防止用のフィルタ表面に回折格子が形成された位相型ローパスフィルタや水晶や方解石等の複屈折物質からなる光学ローパスフィルタであってもよい。このような光学フィルタ１３は、図１に示すようにフランジ部１１の脚部１２に固定し、図２に薄いハッチングで示すように、レンズ部７よりも径の大きな円形状の薄板である。なお、この場合に、光学フィルタ１３の径を図２に示すものよりも大きくするか、或いは小さくするかは設計事項である。

１４は脚部１２の底部に設け、光学フィルタ１３の位置決めをするための突出部である。図２では、光学フィルタ１３の外側に円周状に突出部１４を形成しているが、光学フィルタ１３の径に合わせて突出部１４の光軸からの位置を設定している。このように突出部１４を設けることにより光学フィルタ１３の脚部１２における位置を正確に位置決めすることができる。また、突出部１４の前記の位置を光軸に近づけることにより、光学フィルタ１３の小型化を実現することができる。

１５は光学フィルタ１４を脚部１２に固定するための接着剤であり、１６は脚部１２に設けた接着剤１４の溜り溝である。接着剤１４は、図２に示すように、円形状に形成した溜り溝１６において４箇所で、光学フィルタ１３を脚部１２に固定している。溜り溝１６は、光学フィルタ１３を接着剤１５により脚部１２に固定するときに、接着剤１５が光の通過領域、すなわち、光がレンズ部７を通過した領域に侵入することを有効に防止するためである。また、レンズ部７及びフランジ部１１を樹脂により構成する場合には、脚部１２に形成する突出部１４及び溜り部１６は、前記したような一体成形法により同時に、しかも精度よく形成することができる。なお、光学フィルタ１３を脚部１２に固定する手段については、接着剤１４を用いる代わりにフランジ部１１及び脚部１２の形状や寸法、或いは光学フィルタの形状や材質等に対応して、ビスやネジ止めその他の固定手段を用いることもできる。

また、図３は、光学フィルタ１３を図２に示すような円形状ではなく、四角形状とした場合を示す平面図である。この場合には、図３は、光学フィルタ１３の四隅部分において接着剤１４により脚部１２に固定した状態を示している。その他の構成は、図２に示す場合と同様である。なお、光学フィルタ１３を脚部１２に固定する固定箇所の周辺に遮光剤を塗布すれば、その固定箇所における入射光の乱反射を防ぐこともできる。

次に、図４は、この発明の実施の形態１（他の実施例）に係る撮像装置の断面構成図である。図４において、図１〜図３に示した符号と同一符号は、同一又は相当部分を示すので、説明は省略する。図４においては、レンズ部７４は、３枚のレンズ玉７１，７２，７３を光軸に沿って配列した構成である。図４には、これらのレンズ玉７１，７２，７３の径は、最下位のレンズ玉７１が一番大きく、最上位のレンズ玉７３が一番小さい場合を図４に示している。したがって、バレル８１は、図４に示すように、その内部を階段状に形成し、各階段状部分に各レンズ玉７１，７２，７３のフランジ部１１が装着するように構成している。ただし、この他の実施例では、図４に示すようなレンズ玉の径の配列に限るものでない。このように、レンズ部を複数枚のレンズ玉により構成する場合にも、前記した一実施例の場合と同様に、最下位のレンズ玉７１の端部に設けたフランジ部１１の脚部１２に光学フィルタ１３を固定している。なお、光学フィルタ１３を脚部１２に固定するための構成、すなわち、突出部１４、溜り溝１６を設けることは、一実施例の場合と同様である。

ここで、前記した一実施例及び他の実施例において、光学フィルタ１３は、フランジ部１１の脚部１２に固定するが、このとき、脚部１２は、前記のように光軸方向において最下表面部７０よりも撮像素子２の側に延伸させている。このため、薄板状の光学フィルタ１３はレンズ部７の最下表面部７０に接触することはなくなる。このように、光学フィルタ１３をレンズ部７の最下表面部７０に接触しないようにするのは、仮に、光学フィルタ１３がレンズ部７の最下表面部７０に接触すると、その接触する部分において光学フィルタ１３が湾曲状に変形したり歪みが生じたりする。そうすると、光学フィルタ１３の前記接触する部分と接触しない部分とにおいて屈折率が異なり、その結果、撮像装置の光学設計が複雑になるので、これを回避するためにこのように構成している。

以上より、レンズ部７に入射した光は、レンズ部７により収束され、撮像素子２の受光部である撮像素子チップ４上に結像され、撮像素子チップ４により光電変換されて映像信号として出力される。しかし、撮像素子チップ４が高画素である場合には、高精度な撮像装置が求められるため、レンズ部７により収束された光を精度よく撮像素子チップ４上に結像させる必要がある。このため、実施の形態１に係る撮像装置は、レンズ部７と撮像素子チップ４との距離を微調整するために調整機構部１０を設け、この調整機構部１０により光を精度よく撮像素子チップ４上に結像させつつ、レンズ部７と撮像素子チップ４との間における空間を有効に利用すべく、フランジ部１１の脚部１２に光学フィルタを固定するという手段により高精度で低背化した撮像装置を実現することができる。また、従来では、例えば、光学フィルタ固定用の鍔部を設けるものがあったが、この場合には、鍔部によるフレア現象を回避するために、その鍔部の配置や形状の設計作業が必要となるのに対し、この実施の形態１によれば、鍔部を設ける必要がなくなり、撮像装置の低背化が可能となる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２について、図５〜図８を用いて説明する。図５は、実施の形態２に係る撮像装置の断面構成図である。図６は、図５に示すレンズ部の構成を説明するための説明図である。図７及び図８は、光学フィルタの固定に関して図５に記載の構成とは異なる実施例を示した撮像装置の断面構成図である。図５において、レンズ部７４は３枚のレンズ玉７３，７２，７１を光軸方向２１に沿って配列している。レンズ玉７３，７２，７１の各レンズ径は、光軸方向に沿って小さいものから順次に大きなものを配列し、これらのレンズ玉７３，７２，７１はそれぞれ端部にフランジ部１１ａ、１１ｂ、１１ｃを形成している。フランジ部１１ａ、１１ｂ、１１ｃは階段状に形成したバレル８１の段差部に装着しており、これらの内容は、図４において説明した構成と同様である。実施の形態２に係る撮像装置の特徴とするところは、図５においては、光学フィルタ１３は、レンズ玉７３とレンズ玉７２との間に設けていることである。

ここで、図６を用いて説明する。図６は、図５において、レンズ玉７３とレンズ玉７２とを取り出して図示した説明図である。レンズ玉７３とレンズ玉７２との間には、所定幅の空隙部を形成している。この所定幅の空隙部は、レンズ玉７３及びレンズ玉７２の中心を通る光軸方向２１において、レンズ玉７３の最下表面部７５とレンズ玉７２の最上表面部７６との間の距離を示している。ところが、このようにレンズ玉７３，７２，７１を配列した構成においては、所定の光学特性が得られることが必要であるが、所定の光学特性が得られるためには、図６に示すように、所定幅の空隙部が必要になる場合がある。この場合に、光学フィルタ１３の厚さが、所定幅よりも薄い場合には、光学フィルタ１３をレンズ玉７３とレンズ玉７２との間の所定幅の空隙部に嵌挿することができる。このことは、図５において、レンズ玉７２とレンズ玉７１との間において、所定幅の空隙部を有するのであれば、レンズ玉７２とレンズ玉７１との間に光学フィルタ１３を装着することができる。

次に、光学フィルタ１３をレンズ玉７３とレンズ玉７２との間に挿入し、光学フィルタ１３をフランジ部１１の脚部１２に固定する場合について、以下に説明する。図５においては、光学フィルタ１３は、最上位のレンズ玉７３のフランジ部１１ａにおいて、その脚部１２ａの底部に光学フィルタ１３を接着剤１５により固定している。また、図７においては、中間位のレンズ玉７２のフランジ部１１ｂにおいて、その脚部１２ｂの上面部に光学フィルタ１３を接着剤１５により固定している。さらに、図８においては、光学フィルタ１３は、最上位のレンズ玉７３と中間位のレンズ玉７２のフランジ部１２ａとフランジ部１２ｃの双方であって、その脚部１２ａの底部及びその脚部１２ｂの上面部の双方において、光学フィルタ１３を接着剤１５により固定している。このとき、図５、図７、及び図８に示すように、その脚部１２に突出部１４及び溜り部１６を形成するが、これに関する[００２１]欄に記載した点については、実施の形態２においても同様である。

以上より、実施の形態２に係る撮像装置は、実施の形態１に係る撮像装置と同様、レンズ部７と撮像素子チップ４との距離を微調整するために調整機構部１０を設けて撮像素子チップ４上に結像させつつ、レンズ部７のレンズ玉７３，７２，７１の隣り合うレンズ玉の間に所定幅を有する場合において、その所定幅よりも光学フィルタの厚さが小さいときには、その所定幅の空隙部を有効に利用すべく、光学フィルタをその所定幅の空隙部に挿入して、フランジ部の脚部に光学フィルタを固定するという手段により、高精度で低背化した撮像装置を実現することができる。

この発明の実施の形態１に係る撮像装置の断面構成図である。 図１に示すＡ−Ｂ線で切断して上方を見たときの平面図である。 光学フィルタを四角形状とした場合を示す平面図である。 この発明の実施の形態１（他の実施例）に係る撮像装置の断面構成図である。 この発明の実施の形態２に係る撮像装置の断面構成図である。 図５に示すレンズ玉７３とレンズ玉７２とを取り出して図示した説明図である。 この発明の実施の形態２に係る撮像装置において、光学フィルタの固定に関する他の実施例を示した撮像装置の断面構成図である。 この発明の実施の形態２に係る撮像装置において、光学フィルタの固定に関するさらに他の実施例を示した撮像装置の断面構成図である。

符号の説明

１…基板、２…撮像素子、２１…光軸方向、３…撮像素子パッケージ、４…撮像素子チップ、５…配線、６…カバーガラス、７，７４…レンズ部、７０，７５…最下表面部、７６…最上表面部、７１，７２，７３…レンズ玉、８、８１…バレル、９…ホルダ、１０…調整機構部、１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ…フランジ部、１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…脚部、１３…光学フィルタ、１４…突出部、１５…接着剤、１６…溜り溝、１７…空隙部

Claims (5)

1. 基板と、この基板上に設けられた撮像素子と、この撮像素子上に配置されたレンズ部と、このレンズ部の端部に形成され、前記レンズ部の光軸方向において前記撮像素子の側の表面部に接する位置よりも前記撮像素子の側に延伸した脚部を有するフランジ部と、前記レンズ部及び前記フランジ部を光軸方向に移動させて、前記撮像素子に対する前記レンズ部の位置を調整する調整機構部と、前記フランジ部の脚部に固定され、前記レンズ部を通過する光のうち、所定の波長の光を遮断する光学フィルタとを備えた撮像装置。
2. 基板と、この基板上に設けられた撮像素子と、この撮像素子上に配置され、複数のレンズ玉を光軸方向に沿って配列したレンズ部と、前記レンズ玉の端部にそれぞれ形成され、脚部を有する複数のフランジ部と、光軸方向における隣り合うレンズ玉の間の空隙部が所定幅を有するように隣り合うレンズ玉の各フランジ部を支持するバレルと、このバレルを光軸方向に移動させて、前記撮像素子に対する前記レンズ部の位置を調整する調整機構部と、前記所定幅よりも薄い厚さを有し、前記隣り合うレンズ玉の間の空隙部に嵌挿され、前記隣り合うレンズ玉のいずれか一方又は双方のフランジ部の脚部に固定され、所定の波長の光を遮断する光学フィルタとを備えた撮像装置。
3. 前記脚部が、前記光学フィルタを位置決めする突出部を有する請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 前記脚部に前記光学フィルタを固定する接着剤の溜り溝を形成した請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記レンズ部と前記突出部及び前記溜り溝を有する前記フランジ部とを樹脂により一体成型した請求項４に記載の撮像装置。
   
   

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