JP2010117387A - 撮像レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】全樹脂型のレンズであって、リフロー工程や高温高湿環境においても剥離等の生ずることが無い。
【解決手段】開口絞り1と、正の屈折力を有する接合型複合レンズ10とを具え、物体側から像側に向って、開口絞り、接合型複合レンズの順に配列されて構成される撮像レンズである。接合型複合レンズは、物体側から像側に向って、第1レンズ2、第2レンズ3及び第3レンズ4の順に配列されている。第1レンズ2、第2レンズ3及び第3レンズ4のいずれもが硬化性樹脂材料で形成されている。第1レンズ2の物体側面及び第3レンズ4の像側面が非球面である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＣＤ型イメージセンサやＣＭＯＳ型イメージセンサ等の固体撮像素子
を用いた撮像装置の撮像レンズ に関するものであり、より詳しくは、ハンダリフロー実装が可能な撮像レンズを提供するものである。

近年、カメラモジュールの外部端子と他の回路基板とを接続する際のハンダ付けをリフロー 工程を用いた自動実装にすると作業効率を高めることができるため、ハンダリフローに耐えることが可能なように、十分な耐熱性を有するカメラモジュールのユニットが求められている。

具体的には、リフロー 炉内の温度は、ハンダの再溶融を促すために最高温度は２６０℃以上に設定され、その後の温度低下に伴ってハンダ成分が固化することによりカメラモジュールの外部端子（電気接点）が電子回路基板上の導体パッドに接続され、同時に機械的な接続も達成される。このような背景から、ハンダリフローに耐える十分な耐熱性を有する撮像レンズ が強く求められるようになってきた。

ガラスレンズ は耐熱性に優れているので、撮像レンズ のすべてをガラスレンズ で構成することも考えられるが、ガラスレンズ は一般にガラス転移温度が（Ｔｇ）が４００℃以上と高いため、モールドプレスを行う際のプレス温度を高く設定する必要があり、成形金型に損耗が生じやすい。その結果、成形金型の交換回数やメンテナンス回数が増加し、コストアップにつながってしまう。

一方、プラスチックレンズ はガラスレンズ にくらべ低コストであり、大量生産に適している。しかしながら、一般の有機材料では、耐熱温度が低いため、２６０℃以上でのハンダリフローの条件下では、寸法安定性などを保証できないという問題を有する。

上述の問題を解決する手段として、特許文献１では、光学ガラスで形成されたレンズの両面に、硬化性樹脂材料で形成されたレンズを直接接着した接合型複合レンズが提案されている。
しかしながら、ガラスの表面に硬化性樹脂材料を接着させる構造においては、基本的に光学ガラスの界面と硬化性樹脂材料の界面の間での「高温高湿下のおける剥離問題」が内包していることは言うまでもない。
なお、上述の「高温高湿下における剥離問題」に対して、例えば光ファイバ等の「他の技術分野」において、様々な提案がなされているものの、いずれも、光軸から外れた位置での物理的及び／又は化学的対策であって、光軸における光路の影響を考慮された対策が施されたものはない。（例えば特許文献２参照）。
また、特許文献３では、耐リフロー性を向上させるために、ガラス転移温度（Ｔｇ）が２５０℃以上の硬化性樹脂材料を使用することが提案されている。

特許第３９２６３８０号公報 特開２００７−２４９０５４公報 特開２００８−２０３８２２公報

本発明は上記問題に鑑み、ハンダリフロー工程に耐える耐熱性を有する低価格化が容易な撮像レンズを提供することを目的とするものである。

上記の目的は、下記に記載する発明により達成される。

この発明の撮像レンズは、開口絞りと、正の屈折力を有する接合型複合レンズとを具え、物体側から像側に向って、前記開口絞り、前記接合型複合レンズの順に配列されて構成されている。

接合型複合レンズは、物体側から像側に向って、第1レンズ、第2レンズ及び第3レンズを、この順に接合した接合型複合レンズであって、第1レンズ、第２レンズ及び第3レンズのいずれもがが、硬化性樹脂材料で形成されている。ガラス転移温度（Ｔｇ）が２５０℃未満の硬化性樹脂材料を用いると、耐熱性に優れた撮像レンズを提供することができ、好適である。これは、ガラス転移温度（Ｔｇ）が２５０℃以上の硬化性樹脂材料を用いた場合には、ハンダリフロー工程では、所謂「ガラス」領域となり、その結果著しく「弾性効果」を失い、レンズ間の剥離等の原因となる可能性が高いからである。また、第1レンズの物体側面及び第3レンズの像側面の少なくとも一方が非球面であり、以下の条件(1)〜(2)を満たすように設定するのが好適である。
0≦｜N2−N1｜≦0.1 （1）
0≦｜N2−N3｜≦0.1 （2）
ただし、
N1：前記第1レンズの屈折率
N2：前記第2レンズの屈折率
N3：前記第3レンズの屈折率

第1レンズ、第２レンズ及び第3レンズを形成する硬化性樹脂材料は、本質的に同一の材料であれば、レンズ同士の接着が（光学ガラスと硬化性樹脂との接着に比べて）容易であり、好適である。

ここで、上記の「本質的に同一の材料」とは、成分、組成、配合比率が「均等」の範囲に属するものを言うが、材料の機械強度の向上や熱膨張係数の低減等を目的に、単に、ガラス繊維等のフィラーを混入させたに過ぎないと見なせるような改良品も、本発明では、
「本質的に同一の材料」と見なすこととする。

また、第2レンズを、撮像レンズを形成する以前に、単体レンズとして成形し、所定の温度条件下でアニール処理することにより、成形に伴う樹脂の残留歪みを開放させることで、その後のハンダリフロー工程で高温下に曝されたときの収縮を抑え、ひいては、撮像レンズ形成後に懸案とされる「高温高湿試験における剥離問題」も解消することが期待できる。

この時、第2レンズの側面に塗布・硬化される第1レンズ及び第3レンズの厚さは、以下の条件(3)〜(4)を満たすように設定するのが好適である。
0≦t1≦1/5＊t2 （3）
0＜t3≦1/5＊t2 （4）
ただし、
t1：前記第1レンズの光軸方向の最大厚さ
t2：前記第2レンズの光軸方向の最大厚さ
t3：前記第3レンズの光軸方向の最大厚さ

アニール処理における所定の温度は２００〜２６０℃であることが好適であり、より望ましくは２４０〜２６０℃が好適である。このときの処理時間は数分程度が望ましい。なお、アニール処理は、通常、温度と時間の関数で定義されており、例えば、２５℃の常温で1ヶ月以上放置することも、一種のアニール処理と見なすことができる。

また、第2レンズ の少なくとも一方の面をコーティング処理することにより、レンズ間の界面における反射を低減したり、表面硬度を向上させる等の効果を得ることが期待でき、好適である。

平行平板は、一般的にはレンズとは呼ばれないが、本明細書においては、レンズ面の曲率半径が無限大である場合として、平行平板もレンズと称することとする。

第2レンズを平行平板とした場合、第1レンズを、第1レンズの物体側面が物体側に凸面を向けた平凸レンズとし、第3レンズを、第3レンズの像側面が像側に凸面を向けた平凸レンズとするのが好適である

また、第2レンズを平行平板とした場合、第3レンズを、物体側面が物体側に凸面を向けた平凸レンズとして、第1レンズの光軸方向の最大厚さt1を、t1=0とした、所謂、全体として平凸型の撮像レンズが、性能とコストのバランスで好適となる場合がある。

なお、本発明において「硬化性樹脂（Curable Resin）材料」とは、熱硬化性樹脂
（Thermosetting resin）材料及び紫外線硬化性樹脂（UV-Curable Resin）材料のいずれかを指す。

熱硬化性樹脂 として、例えば、シリコーン系樹脂 、アクリル系樹脂 、エポキシ系樹脂 、ポリイミド系樹脂 、ウレタン系樹脂 、アリルエステル構造の樹脂 、アダマンタン構造を含む樹脂 、シルセスキオキサン構造を含む樹脂 、有機無機ハイブリッド構造の樹脂 などを用いることができる。

硬化性樹脂材料は、性能及び価格の両方のバランスから見て、紫外線硬化性のアクリル系樹脂に好適な樹脂が多い。

本発明の撮像レンズによれば、この撮像レンズを構成する接合型複合レンズが、ガラス転移温度が２５０℃未満の硬化性樹脂材料で形成された第1、第2レンズ及び第3レンズが、第2レンズを両側から挟む形で、接合されて形成されている。このため、第2レンズの厚さを厚くすると共に、第2レンズの高温における収縮量を低減させることにより、樹脂のみから構成される接合型複合レンズにおいても、リフロー工程や高温高湿試験において剥離等の生じないものが得られることができ、より一層の大量生産性、ひいては低価格化が期待できる。

以下、実施の形態により本発明を詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１は、本実施の形態に係る撮像レンズ の光軸に沿った断面を模式的に示した図である。

この発明の撮像レンズは、図1に示すように、開口絞りSと、正の屈折力を有する接合型複合レンズ10とを具え、物体側から像側に向って、開口絞り1、接合型複合レンズ10の順に配列されて構成される。接合型複合レンズ10は、物体側から像側に向って、第1レンズ2、第2レンズ3及び第3レンズ4を、この順に接合した接合型複合レンズであって、第1レンズ2、第2レンズ3及び第3レンズ4は、硬化性樹脂材料で形成されている。

硬化性樹脂材料は、第1レンズ2、第2レンズ3及び第3レンズ4は、ガラス転移温度（Ｔｇ）が２３０℃で、本質的に同一のアクリル系の透明な紫外線熱硬化性樹脂により形成されている。なお、本発明で、「透明」とは、可視光に対して、実用上の影響が無い程度に光吸収量が小さいことを意味している。

本発明の撮像レンズは、以下のようにして製造する。
(1)まず、第2レンズとなる樹脂平板を準備する。
この樹脂平板のアニール処理として、予め、２４５℃に設定された電気炉の中に5分間 投入し、その後、オーブンより取り出し、大気中で冷却を行った。
冷却後は、ゴミや埃を除去するために、樹脂平板の表面を、アルコール等で洗浄するの が望ましい。
(2)次に、形状が凸状で且つ非球面状に形成された金型を準備する。
(3)(2)で準備した金型内に、第1レンズ用の樹脂を充填する。
樹脂は、気泡を混入させないように、予め、真空脱泡処理するのが望ましい。
(4)(3)の樹脂の充填が完了したら、その上方より、(1)で準備した第2レンズ用の樹脂平 板を被せ、さらにその上方より、紫外線を照射し、第1レンズ用の樹脂を硬化させるこ とにより、第2レンズ上に、凸状で且つ非球面状の第1レンズを形成する。
(5)(4)により、第2レンズ側面に第1レンズが形成されたら、第2レンズ上に第１レンズ が形成された、所謂「中間体」を金型より取り出し、該「中間体」の第2レンズの反対 側面に、(2)〜(4)と同様の工程を繰り返すことにより、第3レンズを形成する。

このようにして、本発明の撮像レンズを製造することができる。レンズ間の界面における反射低減や表面硬度の向上等が要求される場合には、必要に応じて、上記(1)の第2レンズ用樹脂平板の準備の前に、第2レンズ用樹脂平板の少なくとも一方の面をコーティング処理すれば良い。

レンズ間の接着強度が不十分と思われる場合には、適宜、必要に応じて、接着剤を塗布・硬化させてもよい。

この場合、接着剤を塗布・硬化させる際の最大厚さtaが、
0<ta≦1/20*t2 (5)
の条件を満たすことが好適である。式(5)の条件を満足するのであれば、上述の式(1),(2)にとらわれることなく、比較的自由に接着剤を選定してもよい。ここで、「比較的自由に」とは、通常、市販されている「レンズ用途として、「透明」な接着剤」であれば、ほとんど全ての接着材が適用出来得るという意味である。もちろん、接着剤が、硬化性樹脂であるか、熱可塑性樹脂であるかも問わないが、接着力の観点から見た場合には、硬化性樹脂の方が好適である場合が多い。

また、第1レンズの無い平凸型の撮像レンズを製造する場合には、上記の製造手順において、第1レンズに関する工程を省略すれば良い。

以上のようにして、第1レンズ、第2レンズ及び第3レンズの厚さをパラメータに５種類の接合型複合レンズを試作し、その信頼性試験を行った。その結果を表１に示す。
上表において、t1、t2、t3はそれぞれ第1レンズ、第2レンズ、第3レンズの
光軸方向の最大厚さである。
また、○：合格（剥離せず）、×：不合格（剥離した）を表す。

なお、上記の各試験方法は以下の通りである。

＜２６０℃リフロー耐性試験＞
２６０℃に温度設定したオーブンに、５分間、大気中、ベークを行い、前後での剥れを目視による検査で評価した。

＜高温高湿試験＞
恒温恒湿装置で温度６０℃、湿度９０％の条件下で１０００時間まで放置し、前後での剥れを目視による検査で評価した。

本発明の撮像レンズの断面図である。

符号の説明

１０：撮像レンズ
１：開口絞り
２：第1レンズ
３：第2レンズ
４：第3レンズ

Claims (8)

1. 開口絞りと、正の屈折力を有する接合型複合レンズとを具え、
   物体側から像側に向って、前記開口絞り、前記接合型複合レンズの順に配列されて構成され、
   前記接合型複合レンズは、物体側から像側に向って、第1レンズ、第2レンズ及び第3レンズを、この順に接合した接合型複合レンズであって、
   前記第1レンズ、第２レンズ及び第3レンズのいずれもが、ガラス転移温度（Ｔｇ）が２５０℃未満の硬化性樹脂材料で形成され、
   前記第1レンズの物体側面及び前記第3レンズの像側面の少なくとも一方が非球面であり、
   以下の条件(1)〜(4)を満たすことを特徴とする撮像レンズ。
   0≦｜N2−N1｜≦0.1 （1）
   0≦｜N2−N3｜≦0.1 （2）
   0≦t1≦1/5＊t2 （3）
   0＜t3≦1/5＊t2 （4）
   ただし、
   N1：前記第1レンズの屈折率
   N2：前記第2レンズの屈折率
   N3：前記第3レンズの屈折率
   t1：前記第1レンズの光軸方向の最大厚さ
   t2：前記第2レンズの光軸方向の最大厚さ
   t3：前記第3レンズの光軸方向の最大厚さ
2. 前記第1レンズ、第２レンズ及び第3レンズを形成する硬化性樹脂材料は、本質的に同一の材料であることを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ。
3. 前記第2レンズは、前記接合型複合レンズを形成する以前に、単体レンズとして成形され、所定の温度条件下でアニール処理されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像レンズ。
4. 前記所定の温度は、２００〜２６０℃であることを特徴とする請求項３に記載の撮像レンズ。
5. 前記第2レンズ の少なくとも一方の面がコーティング処理されていることを特徴とする請求項1乃至４のいずれか1項に記載の撮像レンズ 。
6. 前記第2レンズが、平行平板であって、
   前記第1レンズが、当該第1レンズの物体側面が物体側に凸面を向けた平凸レンズであって、
   前記第3レンズが、当該第3レンズの像側面が像側に凸面を向けた平凸レンズであることを特徴とする請求項1乃至５のいずれか1項に記載の撮像レンズ。
7. 前記第2レンズが、平行平板であって、
   前記第3レンズが、当該第3レンズの物体側面が物体側に凸面を向けた平凸レンズであって、前記第1レンズの光軸方向の最大厚さt1が、t1=0であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか1項に記載の撮像レンズ。
8. 前記硬化性樹脂材料が、紫外線硬化性のアクリル系樹脂であることを特徴とする請求項1乃至７のいずれか１項に記載の撮像レンズ。