JP2008258921A - 固体撮像装置およびそれを備えた電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】固体撮像素子に対するレンズの位置合わせ精度の高い固体撮像装置を提供する。
【解決手段】カメラモジュール１００ａは、レンズ１１と内部にレンズ１１を保持するレンズホルダ１２とを備えたレンズユニット１０ａ、および、固体撮像素子２４と、固体撮像素子２４の受光面に対向するとともに、固体撮像素子２４との間に空間Ｓを有するように配置された透光性蓋部２６とを備えた撮像ユニット２０ａを備えている。透光性蓋部２６とレンズ１１とが、それぞれ独立しており、透光性蓋部２６上にレンズ１１が載置されることにより、透光性蓋部２６とレンズホルダ１２とが嵌合することによって、固体撮像素子２４に対してレンズ１１が位置合わせされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体撮像装置並びに電子機器に関するものである。
携帯電話のカメラに応用されている固体撮像装置（カメラモジュール）は通常、固体撮像素子、信号処理装置（DSP）、レンズ、レンズ保持具、および鏡胴などがパッケージに集積されている。
従来の固体撮像装置は、単焦点式が主流であったものの、最近ではさらに高画素、高画質、高機能志向が進んでいる。このような志向は携帯電話にも進んでおり、携帯電話に組みこまれる固体撮像装置にさえ、ディジタルスチルカメラなどの撮像専用機と同等の、画素数および光学的な機構によるズームまたはオートフォーカスなどが搭載されてきている。さらに、携帯電話の携帯性と相俟って、半導体（センサ，信号処理用のＩＣ）、および、複数のレンズまたは光学機構を駆動する駆動装置（モータ類）なども、固体撮像装置に集積されるようになってきた。
一方、携帯電話の製品サイクルは短く、すぐに次のモデルにチェンジされる傾向にある。このため、携帯電話に搭載される固体撮像装置は、短期間に大量生産することが要求される。この要求を満たすためには、製品の信頼性はもちろん、組立て易さも重要なファクターとなる。
さらに、固体撮像装置を製造するには、下記の２つの条件を満たすことが重要である。
（ａ）固体撮像素子の撮像面の光学的な中心と、レンズの光軸とが一致している（光軸上に）こと、および、
（ｂ）その撮像面のなす平面に対しレンズの光軸が直交すること。
これらの条件は、固体撮像素子に対するレンズの位置合わせ条件である。
高機能を要求されなかった従来の固体撮像装置の場合、たとえ小型軽量化の固体撮像装置であっても、上述した２つの条件を満たすことは簡便であった。しかし、高機能を要求される最近の固体撮像装置の場合、構成部材の精密化および高精度化、および、固体撮像素子の受光部の高精細化が必要となる。このため、このような固体撮像装置を製造するには、上述した２つの条件の精度が、より厳格に要求される。
しかも、特に携帯電話のカメラに応用されている固体撮像装置は、コンパクト化および軽量化も要求される。このため、この固体撮像装置に、一般のカメラなどに採用されている複雑な補正機構を適用することはできない。
そこで、従来は、固体撮像素子が配線基板に対して平行に実装されているとみなした上で、上述した２つの条件を満たすように、固体撮像装置が製造されていた。つまり、配線基板が、位置合わせの基準となっていた。具体的には、固体撮像素子の撮像面（受光面）と、固体撮像素子が実装される配線基板とが、互いに平行（同一）になっているとみなされる。そして、それを前提に、配線基板の平面を基準にして、レンズ（またはレンズ保持具）が実装されている。
しかしながら、実際には、配線基板には製造上のばらつきがあるため、組立てや実装の制度に限界がある。このため、カメラモジュールの組立て後の焦点調整（光学調整）が不可欠となる上、規格に当てはめるために、最適な材料の選択も必要となる。
ところが、このように、配線基板を基準として位置合わせを行うと、フォーカス（焦点）の片ボケが生じてしまうのが生じてしまう。ここで、片ボケとは、画像のピントの合い具合が、画像の上下又は左右などで不均一になっている状態を示す。また、焦点調整には、高額な設備投資および作業人員の確保が必要となる上、熟練を要することから、充分な作業時間も必要となる。
そこで、例えば、特許文献１および２には、配線基板を基準とせずに位置合わせされた固体撮像装置が開示されている。図１０は、特許文献１の固体撮像装置の断面図であり、図１１は特許文献２の固体撮像装置の断面図である。
図１０のように、固体撮像装置５００では、固体撮像素子５２４の撮像面に近い部分で、固体撮像素子５２４に対するレンズ５１１の位置合わせが行われている。具体的には、固体撮像装置５００では、透光性蓋部５２６表面の結合部５２０に塗布された接着剤により、透光性蓋部５２６とレンズ保持具５１０とが位置決めされている。
一方、図１１のように、固体撮像装置６００では、ガラス基板６２６自体が集光機能および結像機能を有しており、レンズアレイ付き封止用カバーガラスとなっている。そして、このガラス基板６２６に形成された接着剤層６２５によって、固体撮像素子基板６２０上に、ガラス基板６２６が接着される。固体撮像装置６００では、各基板の位置合わせは、各基板の周縁部に形成されたアライメントマークによって行われる。
特開２００４−３０１９３８号公報（２００４年１０月２８日公開） 特開２００４−０３１４９９号公報（２００４年 １月２９日公開）
しかしながら、従来の固体撮像装置が、厳格に要求されるレンズの位置合わせ精度を満たしているとはいえない。このため、高機能型の固体撮像装置に対応するには、レンズの位置合わせ精度を、さらに高める必要がある。
具体的には、特許文献１の固体撮像装置５００では、透光性蓋部５２６の表面を、レンズ保持具５１０の位置合わせ基準としている。しかし、この位置合わせは、あくまでも、固体撮像素子５２４に対するレンズ保持具５１０の位置合わせである。つまり、レンズ保持具５１０へのレンズ５１１の配置精度は、全く考慮されていない。このため、レンズ５１１が高精度に位置合わせされているとはいえない。特に、レンズ保持具５１０によるレンズ５１１の配置精度（保持位置の精度）が悪ければ、固体撮像素子５２４に対するレンズ５１１の位置合わせ精度は悪くなる。
しかも、固体撮像装置５００では、透光性蓋部５２６の表面を位置合わせの基準にするため、固体撮像装置５００の高さ方向（積層方向）についての位置合わせは可能であるとしても、面方向（水平方向；高さ方向に対し垂直な方向）についての位置合わせは不十分である。
また、固体撮像装置５００では、透光性蓋部５２６の外周部に結合部５２０が存在する。このため、配線基板５２１の製造上のバラツキ（反り，たわみ）が大きいと、レンズ５１１の位置合わせ精度も悪くなる。その結果、例えば、配線基板５２１のバラツキが、透光性蓋部５２６の水平方向（平面方向）に生じていると、当然、レンズ５１１の位置合わせ精度も悪くなる。また、配線基板５２１の反りまたはたわみが大きいと、結合部５２０を確保できなくなり、レンズ５１１の位置合わせ自体できなくなってしまう。
このように、特許文献１の構成では、固体撮像素子に対するレンズの位置合わせ精度は、不十分となってしまう。
さらに、特許文献１および２のいずれの固体撮像装置も、焦点距離が固定されている（単焦点式である）ため、高機能化が要求される最近の固体撮像装置には適さない。特に、特許文献２の固体撮像装置６００は、集光機能を有するガラス基板６２６によって、光学部材の実装を不要とし、小型化および信頼性の向上を目的としている。従って、ズーム機能またはオートフォーカス機能を追加搭載することは、その目的に反することになる。つまり、特許文献２の固体撮像装置６００は、固体撮像素子６２４の撮像面にマイクロレンズを備えた構成に特有の課題を解決することを目的としており、そもそも固体撮像素子６２４に対するレンズの位置合わせを目的とするものではない。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、固体撮像素子に対するレンズの位置合わせ精度の高い固体撮像装置およびそれを備えた電子機器を提供することにある。
本発明の固体撮像装置は、上記の課題を解決するために、配線基板上に実装された固体撮像素子と、固体撮像素子の受光面に対向するとともに固体撮像素子との間に間隔を有するように配置された透光性蓋部とを備えた撮像ユニット、および、外部の光を固体撮像素子の受光面に導く少なくとも１つのレンズと、そのレンズを内部に保持するレンズホルダを備えた光学ユニットを備えた固体撮像装置であって、透光性蓋部とレンズとが、それぞれ独立しており、透光性蓋部上にレンズが載置されることにより、透光性蓋部とレンズホルダとが嵌合することによって、固体撮像素子に対するレンズの位置合わせが行われているを特徴としている。
上記の構成によれば、透光性蓋部上にレンズが載置されたときに、レンズホルダと透光性蓋部とが嵌合することによって、固体撮像素子に対するレンズの位置合わせがなされる。つまり、固体撮像素子の近傍に配置された透光性蓋部を基準として、レンズ自身によりレンズが位置合わせされる。これにより、固体撮像素子が実装される配線基板の製造上のバラツキにも、レンズホルダによるレンズの配置精度（レンズ保持位置の精度）にも関係なく、レンズの位置合わせが可能となる。さらに、レンズの位置合わせ時には、レンズホルダと透光性蓋部とが嵌合するため、位置合わせされたレンズの位置の変動を防ぐことができる。
このように上記の構成によれば、レンズおよび透光性蓋部に加え、レンズホルダおよび透光性蓋部によって、レンズが位置合わせされる。このため、レンズの固体撮像素子に対するレンズの位置合わせ精度の高い固体撮像装置を提供することができる。
なお、『固体撮像素子に対するレンズの位置合わせ』とは、固体撮像素子の受光面に対しレンズの光軸が垂直であるとみなせる状態、および、受光面の光学的な中心と、レンズの光軸とが一致しているとみなせる状態になっていることを示す。
本発明の固体撮像装置では、レンズホルダに形成された突起と、透光性蓋部に形成された位置合わせ穴とが嵌合するようになっていることが好ましい。
上記の構成によれば、レンズホルダに形成された突起が、透光性蓋部に形成された位置合わせ穴に挿入されることにより、レンズホルダと透光性蓋部とが嵌合する。これにより、透光性蓋部上の特定の位置に、確実にレンズホルダが配置される。その結果、透光性蓋部上の特定の位置に、確実にレンズが載置される。従って、より高精度にレンズの位置合わせが可能となる。
本発明の固体撮像装置では、上記レンズの位置合わせは、光路上で行われていることが好ましい。
上記の構成によれば、透光性蓋部の外周部（光路外）ではなく、光路上でレンズが位置合わせされている。これにより、たとえ配線基板のバラツキが大きかったとしても、レンズの位置合わせが可能となる。
本発明の固体撮像装置では、上記レンズの位置合わせは、透光性蓋部とレンズとが互いに嵌合することによって行われていることが好ましい。
上記の構成によれば、透光性蓋部とレンズとの嵌合によって、レンズが位置合わせされる。このため、透光性蓋部上の特定の位置に、確実にレンズが載置される。従って、より高精度にレンズの位置合わせが可能となる。
本発明の固体撮像装置では、透光性蓋部とレンズとの間に、透光性の緩衝部材を備えることが好ましい。
上記の構成によれば、透光性の緩衝部材を介して、透光性蓋部上にレンズが載置される。これにより、透光性蓋部およびレンズに対する衝撃を緩和することが可能となる。
本発明の固体撮像装置では、レンズホルダは、透光性蓋部上へのレンズの載置状態（レンズの位置合わせ状態）を変更可能に、レンズを保持することが好ましい。
上記の構成によれば、レンズホルダによって、透光性蓋部上のレンズの配置状態（位置合わせの状態）を、変更することができる。これにより、レンズの位置合わせの微調整が可能となる。従って、より高精度にレンズの位置合わせが可能となる。
本発明の固体撮像装置では、透光性蓋部およびレンズが、いずれも樹脂からなることが好ましい。
上記の構成によれば、透光性蓋部およびレンズが、いずれも樹脂から構成される。このため、透光性蓋部およびレンズを、それぞれ、金型成形により製造することができる。これにより、製造によるバラツキを抑制することができるため、透光性蓋部上の特定の位置にレンズを確実に載置することができる。従って、より高精度にレンズの位置合わせが可能となる。
本発明の固体撮像装置では、光学ユニットは、複数のレンズを備え、透光性蓋部に最も近いレンズが、透光性蓋部上に載置されることによって、固体撮像素子に対するレンズの位置合わせが行われており、それ以外のレンズが、透光性蓋部に最も近いレンズの光軸に一致するように設定されている構成であってもよい。
上記の構成によれば、光学ユニットが複数のレンズからなるレンズ群を備える。そのレンズ群は、透光性蓋部に最も近いレンズの光軸を基準として、その光軸に一致するように、それ以外のレンズの光軸が設定される。しかも、その基準となるレンズが透光性蓋部上に配置されることにより、レンズが位置合わせされる。従って、透光性蓋部にレンズを載置するだけで、固体撮像素子に対する全レンズの位置合わせとともに、全レンズの光軸も一致させることができる。
本発明の固体撮像装置では、透光性蓋部に最も近いレンズ以外のレンズは、レンズホルダによる保持位置が変更可能となっていることが好ましい。
上記の構成によれば、レンズの位置合わせを行うためのレンズ（透光性蓋部に最も近いレンズ）の保持位置が変更可能となっている。これにより、例えば、オートフォーカス機能またはズーム機能を有する固体撮像装置において、固体撮像素子に対するレンズの位置合わせ精度を高くすることができる。
本発明の電子機器は、前記いずれかの固体撮像装置を備えることを特徴としている。
上記の構成によれば、固体撮像素子に対するレンズの位置合わせ精度の高い電子機器を提供することができる。
本発明の固体撮像装置は、以上のように、透光性蓋部とレンズとが、それぞれ独立しており、透光性蓋部上にレンズが載置されることにより、透光性蓋部とレンズホルダとが嵌合することによって、固体撮像素子に対するレンズの位置合わせが行われる構成である。これにより、配線基板の製造上のバラツキにも、レンズホルダによるレンズの配置精度にも関係なくレンズの位置合わせが可能となる。さらに、レンズホルダと透光性蓋部との嵌合によって、位置合わせされたレンズの位置の変動を防ぐことも可能となる。従って、固体撮像素子に対するレンズの位置合わせ精度の高い固体撮像装置を提供することができるという効果を奏する。
以下、本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明する。
本発明の固体撮像装置は、カメラ付き携帯電話，ディジタルスチルカメラ，セキュリティカメラなどの撮影可能な電子機器に好適である。本実施形態では、カメラ付き携帯電話機に適用されるカメラモジュール（固体撮像装置）について説明する。
図１および図２は、本実施形態のカメラモジュール１００ａの断面図である。後述のように、図１はレンズ１１が位置合わせされる前、図２はレンズ１１が位置合わせされた状態を示している。カメラモジュール１００ａは、レンズユニット（光学ユニット）１０ａと、撮像ユニット２０ａとを組み合わせて製造されたものであり、レンズユニット１０ａが撮像ユニット２０ａに搭載された構成となっている。以下の説明では、便宜上、レンズユニット１０ａ側を上方、撮像ユニット２０ａ側を下方とする。
＜レンズユニット１０ａ＞
まず、レンズユニット１０ａについて説明する。図２は、レンズユニット１０ａの断面図である。
レンズユニット１０ａは、被写体像を形成する撮影光学系（光学構造体）である。つまり、レンズユニット１０ａは、外部からの光を撮像ユニット２０ａの受光面２４ａ（撮像面）へ導くための光路画定器である。
レンズユニット１０ａは、図２に示すように、レンズ１１，およびレンズホルダ１２から構成される。
レンズ１１は、外部の光を撮像ユニット２０ａに導くものである。カメラモジュール１００ａは、１枚（単一）のレンズ１１を備えている。なお、後述するように、カメラモジュール１００ａでは、レンズ１１は、撮像ユニット２０ａが備える透光性蓋部２６に形成された窪み２６ａ上に載置される。これにより、レンズ１１が高精度に位置合わせされている。この位置合わせについては、後述する。また、レンズ１１は、１枚であっても、複数枚であってもよい。
レンズホルダ１２は、内部にレンズ１１を保持（支持）するための枠体であり、レンズ１１はレンズホルダ１２の中央上方に配置される。レンズホルダ１２は、中空（筒状）の部材であり、その内部にレンズ１１が保持される。このため、レンズ１１から固体撮像素子２４の受光面２４ａまでの光路は確保される。
また、レンズホルダ１２の底面（下面）には、複数の突起１２ａが形成されている。この突起１２ａは、後述のように撮像ユニット２０ａの透光性蓋部２６に嵌合するためのものである。つまり、突起１２ａは、レンズホルダ１２の撮像ユニット２０ａへの位置合わせ部となる。
＜撮像ユニット２０ａ＞
次に、撮像ユニット２０ａについて説明する。
撮像ユニット２０ａは、レンズユニット１０ａによって形成される被写体像を、電気信号に変換する撮像部である。つまり、撮像ユニット２０ａは、レンズユニット１０ａから入射された入射光を光電変換するセンサデバイスである。
撮像ユニット２０ａは、図１および２に示すように、配線基板２１上に、ＤＳＰ（digital signal processor）２２，スペーサ２３，固体撮像素子２４，接着部２５，および透光性蓋部２６を備え、これらが配線基板２１上に積層された構造である。また、配線基板２１の表面（ＤＳＰ２２等が実装される面）には、端子２１ａが形成されている。端子２１ａは、ＤＳＰ２２および固体撮像素子２４のそれぞれに、ワイヤ２７を介して電気的に接続されている。
以下、撮像ユニット２０ａを構成する各部材について、図１および図２に基づいて詳細に説明する。
配線基板２１は、図示しないパターニングされた配線を有する基板である。配線基板２１は、例えば、プリント基板，またはセラミック基板などである。配線基板２１の表面にはワイヤボンド用の端子２１ａが、裏面には、外部接続用の電極２１ｂが、それぞれ形成されている。端子２１ａと電極２１ｂとは、互いに電気的に接続される。
端子２１ａは、配線基板２１の中央部に積層されるＤＳＰ２２および固体撮像素子２４と、各々ワイヤ２７によって電気的に接続されており、互いに電気信号の送受が可能となっている。また、電極２１ｂによって、カメラモジュール１００ａと、これを搭載したディジタルカメラ又はカメラ付き携帯電話等の電子機器との間で、信号の入出力が可能となっている。
ＤＳＰ２２は、固体撮像素子２４の動作を制御し、固体撮像素子２４から出力される信号を処理する半導体チップである。なお、配線基板２１上には、ＤＳＰ２２の他に、図示しないが、プログラムに従って各種演算処理を行うＣＰＵ，そのプログラムを格納するＲＯＭ，各処理過程のデータ等を格納するＲＡＭなどの電子部品も備えている。そして、これらの電子部品によって、カメラモジュール１００ａ全体が制御される。
なお、ＤＳＰ２２の表面には、電気信号の入出力などを行うための複数のボンディングパッド（図示せず）が形成されている。
スペーサ２３は、ＤＳＰ２２と固体撮像素子２４との間に配置されるとともに、これらの間の距離を調整するものである。すなわち、ＤＳＰ２２に接続されるワイヤ２７と固体撮像素子２４に接続されるワイヤ２７との接触、および、ＤＳＰ２２に接続されるワイヤ２７と固体撮像素子２４との接触を避けるように、スペーサ２３の高さが調整される。スペーサ２３としては、例えば、シリコン片などを適用することができる。
固体撮像素子２４は、レンズユニット１０ａで形成された被写体像を、電気信号に変換するものである。つまり、レンズユニット１０ａから入射された入射光を光電変換するセンサデバイスである。固体撮像素子２４は、例えば、ＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサＩＣである。固体撮像素子２４の表面（上面）には、複数の画素がマトリクス状に配置された受光面２４ａが形成されている。この受光面２４ａは、レンズユニット１０ａから入射される光を透過する領域（光透過領域）である。撮像ユニット２０ａにおける撮像面は、この受光面（画素エリア）２４ａである。
固体撮像素子２４は、この受光面（画素エリア）２４ａに結像された被写体像を電気信号に変換して、アナログの画像信号として出力する。つまり、この受光面２４ａで、光電変換が行われる。固体撮像素子２４の動作は、ＤＳＰ２２で制御され、固体撮像素子２４で生成された画像信号は、ＤＳＰ２２で処理される。
接着部２５は、固体撮像素子２４と透光性蓋部２６とを接着するものである。接着部２５は、固体撮像素子２４の受光面２４ａの周囲に形成され、固体撮像素子２４上に、透光性蓋部２６を接着する。これにより、固体撮像素子２４の受光面は、透光性蓋部２６によって覆われる。より詳細には、接着部２５は、透光性蓋部２６が、固体撮像素子２４の受光面２４ａに対向するとともに固体撮像素子２４との間に空間（間隔，間隙）Ｓを有するように配置されるように、固体撮像素子２４と透光性蓋部２６とを接着する。
透光性蓋部２６は、ガラスまたは樹脂などの透光性部材から構成されている。透光性蓋部２６の表面（レンズ１１が載置される面）には、赤外線遮断膜が形成されていてもよい。これにより、透光性蓋部２６は、赤外線を遮断する機能も備えることになる。
透光性蓋部２６の表面（上面）には、中央部には窪み２６ａが、周縁部には複数の位置合わせ穴２６ｂがそれぞれ形成されている。窪み２６ａは光路中（光路内）、位置合わせ穴２６ｂは光路外（光路を塞がない位置）に形成されている。後述のように、窪み２６ａはレンズ１１を載置する部位である。一方、位置合わせ穴２６ｂは、図３のように、レンズホルダ１２の突起１２ａが挿入されることにより、レンズホルダ１２と透光性蓋部２６とが嵌合する。このように、窪み２６ａはレンズ１１の位置合わせ部であり、位置合わせ穴２６ｂは、レンズホルダ１２の位置合わせ部である。なお、位置合わせ穴２６ｂは、透光性蓋部２６を貫通しない。
このようなカメラモジュール１００ａの撮像時には、まず、レンズユニット１０ａにより、外部からの光が、撮像ユニット２０ａの受光面（撮像面）に導かれ、その受光面に被写体像が結像される。そして、その被写体像が、撮像ユニット２０ａによって電気信号に変換され、その電気信号に対し、各種処理（画像処理等）が施される。
ここで、カメラモジュール１００ａの最大の特徴は、透光性蓋部２６上にレンズ１１が載置されることによって、固体撮像素子２４に対してレンズ１１が位置合わせされていることである。
この特徴点について、図１，および図３〜図５（ｂ）に基づいて説明する。図３〜図５（ｂ）は、いずれも、撮像ユニット２０ａにおける、固体撮像素子２４および透光性蓋部２６を示す図である。より詳細には、図３は、カメラモジュール１００ａの撮像ユニット２０ａにおける、固体撮像素子２４および透光性蓋部２６を示す斜視図である。図４（ａ）は、図３の固体撮像素子２４および透光性蓋部２６の側面図あり、図４（ｂ）は、同じく固体撮像素子２４および透光性蓋部２６の中央部の断面図である。図５（ａ）は、図３の固体撮像素子２４および透光性蓋部２６の上面図あり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の透視図である。
図３，図４（ａ），図５（ａ），および図５（ｂ）のように、接着部２５は、固体撮像素子２４の受光面２４ａの外周部を包囲するように形成されている。これにより、固体撮像素子２４の受光面２４ａと対向して、透光性蓋部２６が接着部２５によって接着される。また、このとき、図４（ｂ）のように、固体撮像素子２４の受光面２４ａと透光性蓋部２６との間には、空間Ｓが形成される。このように密閉された空間Ｓを形成すれば、受光面２４ａへの湿気の進入、および、受光面２４ａへの塵埃の進入および付着などを防止することができる。従って、受光面２４ａでの不良の発生を防ぐことができる。また、接着部２５は、受光面２４ａの外周部の全域に形成されているため、透光性蓋部２６の接着が剥がれない。
また、接着部２５は、例えば、固体撮像素子２４上にシート状の接着剤を貼着した後、フォトリソグラフィ技術で露光及び現像等の処理を施すパターンニングによって形成される。フォトリソグラフィ技術を用いれば、接着部２５のパターンニングは高精度に行うことができ、また、シート状の接着剤を用いるため、接着部２５の厚さを均一にすることができる。これにより、透光性蓋部２６を固体撮像素子２４の受光面２４ａに対して高精度に接着することができる。
このようにカメラモジュール１００ａでは、固体撮像素子２４に対して高精度に接着された透光性蓋部２６を基準にして、透光性蓋部２６にレンズ１１が載置されるだけで、
透光性蓋部２６から独立したレンズ１１が位置合わせされる。
具体的には、図３，図４(ａ），図４（ｂ），および図５（ａ）および図５（ｂ）のように、透光性蓋部２６におけるレンズ１１との対向面には、窪み（溝）２６ａが形成されている。しかも、この窪み２６ａを基準にして、レンズ１１が位置合わせされる。より詳細には、カメラモジュール１００ａでは、この窪み２６ａにレンズ１１が載置されると、透光性蓋部２６とレンズ１１とが嵌合する。しかも、窪み２６ａにレンズ１１が載置されたとき、レンズ１１がレンズホルダ１２と透光性蓋部２６の位置合わせ穴２６ｂとが嵌合する。そして、透光性蓋部２６とレンズ１１とが嵌合し、透光性蓋部２６とレンズホルダ１２とが嵌合したときに、固体撮像素子２４に対し、レンズ１１が高精度に位置合わせされるようになっている。さらに、
ここで、『固体撮像素子２４に対するレンズ１１の位置合わせ』とは、図１に示すように、固体撮像素子２４の受光面２４ａに対しレンズ１１の光軸（図１中の一点鎖線）が垂直であるとみなせる状態、および、この光軸と受光面２４ａの光学的な中心とが一致しているとみなせる状態になっていることを示す。なお、受光面２４ａの光学的な中心とは、図５（ｂ）の一点鎖線の交点で示すような。受光面２４ａの中心を示す。
このようにカメラモジュール１００ａでは、透光性蓋部２６上にレンズ１１が載置されたときに、レンズホルダ１２と透光性蓋部２６とが嵌合することによって、固体撮像素子２４に対するレンズ１１の位置合わせがなされる。つまり、固体撮像素子２４の近傍に高精度に配置された透光性蓋部２６を基準として、透光性蓋部２６の溝２６ａにレンズ１１が載置されることにより、レンズ１１が位置合わせされる。このように、レンズ１１の位置合わせには、透光性蓋部２６とともにレンズ１１自身が関与する。これにより、固体撮像素子２４が実装される配線基板２１の製造上のバラツキにも、レンズホルダ１２によるレンズ１１の配置精度（レンズ保持位置の精度）にも関係なく、レンズ１１の位置合わせが可能となる。さらに、レンズ１１の位置合わせ時には、レンズホルダ１２と透光性蓋部２６とが嵌合するため、位置合わせされたレンズ１１の位置の変動を防ぐことができる。
このように、カメラモジュール１００ａでは、レンズ１１および透光性蓋部２６に加え、レンズホルダ１２および透光性蓋部２６によって、レンズ１１が位置合わせされる。このため、固体撮像素子２４に対するレンズ１１の位置合わせ精度の高いカメラモジュール１００ａを提供することができる。
特に、上述のように透光性蓋部２６の窪み２６ａが凹部、レンズ１１が凸部の関係となっていれば、透光性蓋部２６とレンズ１１とが互いに接触し、確実に嵌合する。このため、透光性蓋部２６上の特定の位置（溝２６ａ）に、確実にレンズ１１を載置することができる。従って、より高精度にレンズ１１の位置合わせが可能となる。
しかも、レンズ１１と透光性蓋部２６とが互いに嵌合することによって、レンズ１１が位置合わせされていれば、接着剤を用いることなく、レンズユニット１０ａと撮像ユニット２０ａとを着脱可能に固定することもできる。従って、レンズユニット１０ａと撮像ユニット２０ａとの着脱および故障したユニットの交換が、容易となる。
また、カメラモジュール１００ａでは、レンズホルダ１２に形成された突起１２ａが、透光性蓋部２６に形成された位置合わせ穴２６ｂに挿入されることにより、レンズホルダ１２と透光性蓋部２６とが嵌合する。これにより、透光性蓋部２６上の特定の位置に、確実にレンズホルダ１２が配置される。その結果、透光性蓋部２６上の特定の位置に、確実にレンズ１１が載置される。従って、より高精度にレンズ１１の位置合わせが可能となる。
また、カメラモジュール１００ａでは、レンズ１１の位置合わせが、透光性蓋部２６における光路上（レンズ１１から固体撮像素子の受光面２４までの経路上）で行われていることが好ましい。このように、透光性蓋部２６の外周部（光路外）ではなく、中央部の光路上でレンズ１１が位置合わせされていれば、たとえ配線基板２１のバラツキが大きかったとしても、レンズ１１の位置合わせが可能となる。
ここで、カメラモジュール１００ａでは、レンズ１１と透光性蓋部２６とが互いに接触することによって、レンズ１１が位置合わせされる。しかし、レンズ１１と透光性蓋部２６とは互いに接触することに限定されるものではない。例えば、図６（ａ）および図６（ｂ）は、透光性蓋部２６とレンズ１１との間に緩衝部材３０を設けた構成を示す断面図である。図６のように、透光性蓋部２６とレンズ１１との間に、透光性の緩衝部材を備える構成であってもよい。つまり、透光性の緩衝部材３０を介して、透光性蓋部２６上にレンズ１１が載置（または嵌合）される構成であってもよい。これにより、透光性蓋部２６およびレンズ１１に対する衝撃を、緩衝部材３０によって緩和することが可能となる。さらに、緩衝部材３０によって、レンズ１１の位置を微調整することも可能となる。緩衝部材３０を用いたレンズ１１位置の微調整は、例えば、図６（ｂ）の矢印で示すように、レンズ１１を押圧するまたはねじ込むことによって、実現できる。これにより、焦点距離の微調整も可能となる。なお、緩衝部材３０は、レンズ１１による集光を妨げないよう、透光性を有する材料（例えば、樹脂、ゴム、または繊維など）から構成することができる。
また、カメラモジュール１００ａでは、単一のレンズ１１を備える構成となっているが、レンズ１１を複数備える構成であってもよい。図７（ａ）は、複数のレンズ１１からなるレンズ群を備えるカメラモジュール１００ｂの断面図であり、図７(ａ）は、レンズ１１が位置合わせされる前の状態を、図７（ｂ）は、レンズ１１が位置合わせされた状態を、それぞれ示している。カメラモジュール１００ｂは、レンズユニット１０ｂと前述の撮像ユニット２０ａとから構成され、複数のレンズ１１を備える点が、カメラモジュール１００ａと異なる。カメラモジュール１００ｂでは、透光性蓋部２６に接触しているレンズ１１は固定としその他のレンズ１１の少なくとも一部のレンズ１１を可動式となっている。つまり、カメラモジュール１００ｂは、オートフォーカス機能を有するための構成を備える。また、カメラモジュール１００ｂでは、透光性蓋部２６に最も近いレンズ１１（透光性蓋部２６に接触するレンズ１１）の光軸を基準として、その光軸に一致するように、それ以外のレンズ１１の光軸が設定されている。しかも、その基準となるレンズ１１が透光性蓋部２６上に配置されることにより、レンズ１１が位置合わせされる。従って、透光性蓋部２６にレンズ１１を載置（好ましくは嵌合）するだけで、固体撮像素子２４に対する全レンズ１１の位置合わせとともに、全レンズ１１の光軸も一致させることができる。
このように、カメラモジュール１００ｂでは、透光性蓋部２６に接触するレンズ（透光性蓋部に最も近いレンズ）１１を基準として、レンズ１１の位置合わせが行われている。また、透光性蓋部２６に接触するレンズ１１以外のレンズ１１の保持位置が、変更可能となっている。これにより、オートフォーカス機能を有するカメラモジュール１００ｂにおいて、固体撮像素子２４に対するレンズ１１の位置合わせを高精度にすることができる。
一方、図８は、ズーム機構を備えたカメラモジュール１００ｃの断面図である。カメラモジュール１００ｃは、レンズユニット１０ｃと前述の撮像ユニット２０ａとから構成される。レンズユニット１０ｃは、複数のレンズ１１とレンズホルダ１２とレンズ駆動機構１３とを備えており、この点が、カメラモジュール１００ａと異なる。レンズユニット１０ｃでは、透光性蓋部２６に接触する最下部のレンズ１１と、対物側（最上部）のレンズ１１とが固定され、中間のレンズ１１がレンズ駆動機構１３によって駆動される構成となっている。カメラモジュール１００ｃでも、カメラモジュール１００ｂと同様に、透光性蓋部２６に最も近いレンズ１１（透光性蓋部２６に接触するレンズ１１）の光軸を基準として、その光軸に一致するように、それ以外のレンズ１１の光軸が設定されている。しかも、その基準となるレンズ１１が透光性蓋部２６上に配置されることにより、レンズ１１が位置合わせされる。従って、透光性蓋部２６にレンズ１１を載置（好ましくは嵌合）するだけで、固体撮像素子２４に対する全レンズ１１の位置合わせとともに、全レンズ１１の光軸も一致させることができる。それゆえ、オートフォーカス機能を有するカメラモジュール１００ｃにおいて、固体撮像素子２４に対するレンズ１１の位置合わせを高精度にすることができる。
なお、カメラモジュール１００ｃは、図中破線で示すように、レンズユニット１０ｃおよび撮像ユニット２０ａを一括して樹脂封止する構成であってもよい。このような構成では、レンズユニット１０ｃと撮像ユニット２０ａとが衝撃などにより、離れない。従って、カメラモジュール１００ｃの耐衝撃性および耐環境性を向上させることができるという利点がある。なお、「耐衝撃性」とは、カメラモジュールの落下や衝撃、振動に起因する故障率が減少することを示す。カメラモジュールでは、特にパッケージの故障がなくなる。また、「耐環境性」とは、カメラモジュールの保存時または使用時等に、特に固体撮像素子への、湿気（水分）や粉塵の進入、化学物質および侵食性ガス等の侵入を防ぐことができる。
また、カメラモジュール１００ａでは、透光性蓋部２６に形成された窪み（溝，凹部）２６ａと、その窪み２６ａに対応する凸面を有するレンズ１１とによって、レンズ１１が位置合わせされていた。透光性蓋部２６およびレンズ１１の形状は、これに限定されるものではなく、凹凸を逆の構成とすることもできる。例えば、図９（ａ），図９（ｂ）は、透光性蓋部２６の別の構成を示す上面図であり、図１０（ａ）は図９（ａ）の側面図であり、図１０（ｂ）は図９（ａ）の中央部の断面図である。これらの構成では、透光性蓋部２６に前述の窪み２６ａの代わりに、凸部２６ｃが形成されている。この構成では、凸部２６ｃに対応する凹面を有するレンズ１１（図示せず）によって、レンズ１１が位置合わせされる。このような構成でも、カメラモジュール１００ａと同様の効果が得られる。
なお、透光性蓋部２６およびレンズ１１を形成する材料は、特に限定されるものではないが、いずれも樹脂からなることが好ましい。これにより、透光性蓋部２６およびレンズ１１を、それぞれ、金型成形により製造することができる。その結果、製造によるバラツキを抑制することができるため、透光性蓋部２６上の特定の位置にレンズ１１を確実に載置することができる。従って、より高精度にレンズ１１の位置合わせが可能となる。また、透光性蓋部２６を樹脂から形成すれば、ガラスなどから形成した場合よりも加工が容易となる。
また、レンズ１１およびレンズホルダ１２も、いずれも樹脂からなることが好ましい。具体的には、例えば、レンズ１１を透明樹脂から構成し、レンズホルダ１２を着色樹脂（有色の樹脂）から構成する。このように、レンズ１１およびレンズホルダ１２が、いずれも樹脂から構成すれば、レンズユニット１０ａを一体成形することができる。このように、レンズユニット１０ａを一体成形とすれば、カメラモジュール１００ａの耐衝撃性および耐環境性を向上させることができる。なお、レンズホルダ１２用の樹脂として着色（有色）の樹脂を適用することによって、レンズホルダ１２による光の遮断効果を高めることができる。
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても、本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明は、カメラ付き携帯電話機，ディジタルスチルカメラ、セキュリティカメラ、携帯電話用・車両搭載用・インタホン用のカメラ等、種々の撮像装置（電子機器）などにおいて撮像を行うときに用いる固体撮像装置に適用することができる。さらに、レンズの位置合わせ精度が高いため、高機能化が要求される固体撮像装置にも十分に適用可能である。
本発明の一実施形態にかかるカメラモジュールにおいて、レンズが位置合わせされる前の状態を示す断面図である。 図１のカメラモジュールにおいてレンズが位置合わせされた状態を示す断面図である。 図１のカメラモジュールの撮像ユニットにおける、レンズホルダと透光性蓋部との嵌合を示す斜視図である。 図４（ａ）は、図３の撮像ユニットの側面図あり、図４（ｂ）は、同じく撮像ユニットの中央部の断面図である。 図５（ａ）は、図３の撮像ユニットの上面図あり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の透視図である。 図６（ａ）および図６（ｂ）は、レンズと透光性蓋部との間に緩衝部材を設けた構成を示す断面図である。 図７（ａ）は、本発明の別の実施形態にかかるカメラモジュールにおいて、レンズが位置合わせされる前の状態を示す断面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のカメラモジュールにおいてレンズが位置合わせされた状態を示す断面図である。 本発明のさらに別の実施形態にかかるカメラモジュールにおいて、レンズが位置合わせされた状態を示す断面図である。 図９（ａ）は、本発明のカメラモジュールにおける撮像ユニットの別の構成を示す上面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）の透視図である。 図１０（ａ）は、図９（ａ）の撮像ユニットの側面図あり、図１０（ｂ）は、同じく撮像ユニットの中央部の断面図である。 特許文献１の固体撮像装置を示す断面図である。 特許文献２の固体撮像装置を示す断面図である。
符号の説明
１０ａ〜１０ｃ レンズユニット（光学ユニット）
２０ａ 撮像ユニット
１１ レンズ
１２ レンズホルダ
１２ａ 突起
２１ 配線基板
２２ ＤＳＰ
２３ スペーサ
２４ 固体撮像素子
２５ 接着部
２６ 透光性蓋部
２６ａ 窪み
２６ｂ 位置合わせ穴
２７ ボンディングワイヤ
１００ａ〜１００ｃ カメラモジュール（固体撮像装置）
Ｓ 空間（間隔）

Claims (10)

  1. 配線基板上に実装された固体撮像素子と、固体撮像素子の受光面に対向するとともに固体撮像素子との間に間隔を有するように配置された透光性蓋部とを有する撮像ユニット、および、
    外部の光を固体撮像素子の受光面に導く少なくとも１つのレンズと、そのレンズを内部に保持するレンズホルダとを有する光学ユニットを備えた固体撮像装置であって、
    透光性蓋部とレンズとが、それぞれ独立しており、
    透光性蓋部上にレンズが載置されることにより、透光性蓋部とレンズホルダとが嵌合することによって、固体撮像素子に対するレンズの位置合わせが行われていることを特徴とする固体撮像装置。
  2. レンズホルダに形成された突起と、透光性蓋部に形成された位置合わせ穴とが嵌合することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 上記レンズの位置合わせは、光路上で行われていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
  4. 上記レンズの位置合わせは、透光性蓋部とレンズとが互いに嵌合することによって行われていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
  5. 透光性蓋部とレンズとの間に、透光性の緩衝部材を備えることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
  6. レンズホルダは、透光性蓋部上へのレンズの載置状態を変更可能に、レンズを保持することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
  7. 透光性蓋部およびレンズが、いずれも樹脂からなることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
  8. 光学ユニットは、複数のレンズを備え、
    透光性蓋部に最も近いレンズが、透光性蓋部上に載置されることによって、固体撮像素子に対するレンズの位置合わせが行われており、
    それ以外のレンズが、透光性蓋部に最も近いレンズの光軸に一致するように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
  9. 透光性蓋部に最も近いレンズ以外のレンズは、レンズホルダによる保持位置が変更可能となっていることを特徴とする請求項８に記載の固体撮像装置。
  10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の固体撮像装置を備えた電子機器。
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