JP2011221498A - イメージ捕捉レンズモジュールとイメージ捕捉システム - Google Patents

Abstract

【課題】
イメージ捕捉レンズモジュールとイメージ捕捉システムを提供する。
【解決手段】
イメージ捕捉レンズモジュールとイメージ捕捉システムを提供する。イメージ捕捉レンズモジュールは、被写体側からイメージ側に順に配列された第一素子と第二素子を有し、第二素子が近軸線上のイメージ側に面する凸面を有する平凸レンズである第一複合レンズと、被写体側からイメージ側に順に配列された第三素子、第四素子、及び、第五素子を有し、第三素子が近軸線上の被写体側に面する凸面を有する平凸レンズで、第五素子が近軸線上のイメージ側に面する凹面を有する平凹レンズである第二複合レンズと、被写体側からイメージ側に順に配列される第六素子と第七素子を有し、第六素子が近軸線上の被写体側に面する凸面を有する平凸レンズである第三複合レンズと、を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、イメージ捕捉レンズモジュールに関するものであって、特に、高性能ウェハレベルパッケージのイメージ捕捉レンズモジュールに関するものである。

高解像度電子画像センサーを用いるデジタルカメラは、通常、高解像度の光学素子、例えば、イメージ捕捉レンズモジュールを必要とする。携帯電子製品のカメラモジュールの設計と製造は非常に困難なことである。挑戦的な要素としては、生産量が多いこと、継続的に価格が低下していること、サイズ制限、及び、パフォーマンスと機能要求が変化していることが含まれる。

被写体を撮像装置に合焦させるデジタルカメラモジュール上のイメージ捕捉レンズは、デジタルカメラモジュール上に、僅か一個のレンズで構成される場合があるが、また、メガピクセル解像度を有するデジタルカメラモジュールに、４個のレンズで構成される場合もある。通常、レンズは、コストダウンのために、プラスチック製である。しかし、高品質のデジタルカメラは、その優れた光学特性のために、第一レンズにガラス製のものを用いる。

特許文献１には、高温度環境下で、収差補正、短い光路長、確実なバックフォーカスと安定した光学パフォーマンスを有する結像レンズが開示されている。

図１は、公知の結像レンズを示す図である。図１を参照すると、結像レンズは、被写体側からイメージ側に順に配列された第一絞りＳ１、第一接合型複合レンズ１０、第二絞りＳ２、及び、第二接合型複合レンズ２０からなる。第一接合型複合レンズ１０は、被写体側からイメージ側に順に配列された第一レンズＬ１、第二レンズＬ２、及び、第三レンズＬ３からなる。第二接合型複合レンズ２０は、被写体側からイメージ側に順に配列された第四レンズＬ４、第五レンズＬ５、及び、第六レンズＬ６からなる。カバーガラス３０が、第二接合型複合レンズ２０とイメージ感知素子４０間に挿入される。公知技術では、結像レンズは、ウェハレベルのパッケージ技術によりパッケージされる。しかし、公知のウェハレベルパッケージのイメージ捕捉レンズモジュールには幾つかの問題があり、例えば、 光学性能の劣化、基板とレンズ複製プロセスの制限、レンズモジュールの光心の位置合わせが不正確である点等である。

特許文献２には、ウェハ同士を結合させてレンズ素子を積層する三重複合レンズモジュールが開示されている。注意すべきことは、公知技術に共通していることは、ウェハレベル複合レンズのレンズ設計については述べていないことである。その理由は、例えば、プラスチックレンズモジュールやガラスレンズモジュールのような公知の高品質積層レンズモジュールと比較すると、光学性能が悪いからである。

幾つかの応用において、小主光線角（CRA）の画像検出器が設計されて、優れたイメージパフォーマンスを達成する。一方、公知のレンズ設計は、低いモジュール高さと小さいレンズスケール要求に適さない。よって、公知技術と比較すると、イメージ捕捉レンズモジュールの高さを減少させることが必要である。注意すべきことは、イメージ捕捉レンズの有効焦点距離（ＥＦＬ）を減少させる場合、イメージの欠陥（blemish）が容易に消去されることである。

特開２００８−２８７００６号公報 米国特許出願公開第２００７／０１２６８９８号明細書

本発明は、イメージ捕捉レンズモジュールとイメージ捕捉システムを提供し、上述の問題を解決することを目的とする。

本発明の具体例は、イメージ捕捉レンズモジュールを提供し、被写体側からイメージ側に順に配列された第一素子と第二素子とを有し、前記第二素子が近軸線上で前記イメージ側に面する凸面を有する平凸レンズである第一複合レンズと、被写体側からイメージ側に順に配列された第三素子と、第四素子と、第五素子とを有し、前記第三素子が近軸線上で前記被写体側に面する凸面を有する平凸レンズであり、前記第五素子が近軸線上で前記イメージ側に面する凹面を有する平凹レンズである第二複合レンズと、被写体側からイメージ側に順に配列される第六素子と第七素子を有し、前記第六素子が近軸線上の前記被写体側に面する凸面を有する平凸レンズである第三複合レンズと、を含む。

本発明の具体例は、更に、イメージ捕捉システムを提供し、被写体側からイメージ側に順に配列される第一素子と第二素子を有し、第二素子が近軸線上のイメージ側に面する凸面を有する平凸レンズである第一複合レンズと、被写体側からイメージ側に順に配列された第三素子、第四素子、及び、第五素子を有し、第三素子が近軸線上の被写体側に面する凸面を有する平凸レンズであり、第五素子が近軸線上のイメージ側に面する凹面を有する平凹レンズである第二複合レンズと、被写体側からイメージ側に順に配列される第六素子と第七素子からなり、第六素子が近軸線上の被写体側に面する凸面を有する平凸レンズである第三複合レンズと、第三複合レンズの第七素子と一体となっているカバーガラスを有する画像検出器と、を含み、第一複合レンズ、第二複合レンズ、第三複合レンズ、及び、カバーガラスは、被写体側からイメージ側に順に配列される。

効果的な高さのイメージ捕捉レンズモジュールが得られ、画像検出器装置がコンパクトになる。

公知の結像レンズを示す図である。 本発明の第一具体例によるスタック複合レンズの配置図である。

本発明の重要な特徴と主な態様によると、本発明の実施形態は、積層してイメージ捕捉レンズモジュールとなることができる複数のウェハスケールレンズを提供する。ウェハスケールレンズ構造は、四個の光学曲面を有する三重複合光学レンズを含む。ウェハスケールレンズ構造は、ＵＶ硬化性高分子化合物の材料からなり、型成形される。

図２は、本発明の第一実施形態による積層複合レンズの配置図である。図２を参照すると、イメージ捕捉レンズモジュール１００は、被写体側からイメージ側に順に配列される第一複合レンズ１１０、第二複合レンズ１２０、第三複合レンズ１３０、及び、画像検出器１５０（例えば、ＣＭＯＳイメージセンサーチップ）のカバーガラス１４０からなる。

第一複合レンズ１１０は、被写体側からイメージ側に順に配列される第一素子Ｌ１０と、第二素子Ｌ２０とを含む。第二素子Ｌ２０は、近軸線上のイメージ側に面する凸面を有する平凸レンズを含む。

第二複合レンズ１２０は、被写体側からイメージ側に順に配列される第三素子Ｌ３０、第四素子Ｌ４０、及び、第五素子Ｌ５０を含む。第三素子Ｌ３０は、近軸線上の被写体側に面する凸面を有する平凸レンズを含む。第五素子Ｌ５０は、近軸線上のイメージ側に面する凹面を有する平凹レンズを含む。

第三複合レンズ１３０は、被写体側からイメージ側に順に配列される第六素子Ｌ６０と第七素子Ｌ７０とを含む。第六素子Ｌ６０は、近軸線上の被写体側に面する凸面を有する平凸レンズを含む。高い光学性能を実現するため、第三複合レンズ１３０は、画像検出器１５０に近接して配置される。例えば、カバーガラス１４０を有する画像検出器１５０と第三複合レンズ１３０の第七素子Ｌ７０とが一体となる構成とすることができる。

本発明の一実施形態によると、カバーガラス１４０を有する画像検出器１５０と第三複合レンズ１３０の第七素子Ｌ７０は、直接結合される。カバーガラス１４０と第七素子Ｌ７０間には、別の構成素子がない。第三複合レンズ１３０の第七素子Ｌ７０と画像検出器装置のカバーガラス１４０が、例えば、接着剤等の接着層のみにより間接的に結合される。よって、第一実施形態の構造配置により、イメージ捕捉レンズモジュールの有効高さが小さくなり、画像検出器装置が小型になる。

注意すべきことは、スペーサ（図示しない）が第一複合レンズ１１０と第二複合レンズ１２０間に設置してもよいことである。別のスペーサ（図示しない）が、第二複合レンズ１２０と第三複合レンズ１３０間に設置されてもよい。

一実施形態において、第二素子Ｌ２０の曲率半径は正であり、第三素子Ｌ３０の曲率半径は正であり、第五素子Ｌ５０の曲率半径は負であり、第六素子Ｌ６０の曲率半径は正である。第二、第三、第五、及び、第六素子の材料は、リフロー可能で、しかもＵＶ硬化する高分子化合物を含み、型成形される。別の実施形態において、第一素子Ｌ１０、第四素子Ｌ４０、及び、第七素子Ｌ７０は光学平行板である。

また、第二素子Ｌ２０のイメージ側と第三素子Ｌ３０の被写体側は非球面で、第五素子Ｌ５０のイメージ側と第六素子Ｌ６０の被写体側は非球面である。

別の実施形態においては、式（１）の関係が更に満たされる:

別の実施形態においては、式（２）の関係が更に満たされる:

別の実施形態においては、式（３）の関係が更に満たされる。

注意すべきことは、第一素子Ｌ１０、第四素子Ｌ４０、及び、第七素子Ｌ７０は、高屈折率のウェハレベル基板を含んでもよいことである。例えば、ウェハレベル基板の屈折率は１．６より大きく、ウェハレベル基板のアッベ数は３５より小さい。一実施形態においては、第二素子Ｌ２０と第五素子Ｌ５０のウェハレベル基板は、重ランタンフリント（ＬａＳＦ）、ランタンフリント（ＬａＦ）、重バリウムフリント（ＢａＳＦ）、フリント（Ｆ）、及び、その他の適切な光学材料からなる。第二、第三、第五、及び、第六素子は、リフロー可能で、且つ、ＵＶ硬化性材料、例えば、透明な硬化性シリコン樹脂、或いは、熱硬化性樹脂材料からなる。

本発明の更に別の実施形態では、ウェハ-レベルパッケージのイメージ捕捉レンズモジュールと画像検出器（例えば、ＣＭＯＳイメージセンサーチップ）からなるイメージ捕捉システムが提供される。例えば、イメージ捕捉システムは、デジタルスチールカメラ（ＤＳＣ）アプリケーションを有する携帯電話を対象にする。ウェハ-レベルパッケージイメージ捕捉レンズモジュールと画像検出器は、容易に、その他の周辺装置、例えば、ロウデコーダとカラムデコーダ、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）、及び、デジタル信号プロセッサと一体化され、システムをシリコンチップ上に形成する。

本発明では好ましい実施形態を前述の通り開示したが、本発明は決して開示した実施形態に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変動や潤色を加えることができ、従って本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で規定する内容を基準とする。

１０ 第一接合型複合レンズ
２０ 第二接合型複合レンズ
３０ カバーガラス
４０ イメージ感知素子
Ｓ１ 第一絞り
Ｓ２ 第二絞り
Ｌ１ 第一レンズ
Ｌ２ 第二レンズ
Ｌ３ 第三レンズ
Ｌ４ 第四レンズ
Ｌ５ 第五レンズ
Ｌ６ 第六レンズ
１００ イメージ捕捉レンズモジュール
１１０ 第一複合レンズ
１２０ 第二複合レンズ
１３０ 第三複合レンズ
１４０ カバーガラス
１５０ 画像検出器
Ｌ１０ 第一素子
Ｌ２０ 第二素子
Ｌ３０ 第三素子
Ｌ４０ 第四素子
Ｌ５０ 第五素子
Ｌ６０ 第六素子
Ｌ７０ 第七素子

Claims (10)

1. イメージ捕捉レンズモジュールであって、
   被写体側からイメージ側に順に配列された第一素子と第二素子とを有し、前記第二素子が近軸線上で前記イメージ側に面する凸面を有する平凸レンズである第一複合レンズと、
   被写体側からイメージ側に順に配列された第三素子と、第四素子と、第五素子とを有し、前記第三素子が近軸線上で前記被写体側に面する凸面を有する平凸レンズであり、前記第五素子が近軸線上で前記イメージ側に面する凹面を有する平凹レンズである第二複合レンズと、
   被写体側からイメージ側に順に配列される第六素子と第七素子を有し、前記第六素子が近軸線上の前記被写体側に面する凸面を有する平凸レンズである第三複合レンズと、
   を含むことを特徴とするイメージ捕捉レンズモジュール。
2. 前記第一素子、前記第四素子、及び、前記第七素子は、高屈折率の基板を含むことを特徴とする請求項１に記載のイメージ捕捉レンズモジュール。
3. 前記第二素子、前記第三素子、前記第五素子、前記第六素子は、リフロー可能で、且つ、ＵＶ硬化性高分子化合物からなることを特徴とする請求項１に記載のイメージ捕捉レンズモジュール。
4. 前記イメージ捕捉レンズモジュールは、式（１）の関係式を満たすことを特徴とする請求項１に記載のイメージ捕捉レンズモジュール。
   
   

   
5. 前記イメージ捕捉レンズモジュールは、式（２）の関係式を満たすことを特徴とする請求項１に記載のイメージ捕捉レンズモジュール。
   
   

   
6. 前記イメージ捕捉レンズモジュールは、式（３）の関係式を満たすことを特徴とする請求項１に記載のイメージ捕捉レンズモジュール。
   
   

   
7. 前記第一素子、前記第四素子、 及び、前記第七素子は光学平行板であることを特徴とする請求項１に記載のイメージ捕捉レンズモジュール。
8. 更に、前記第三複合レンズと一体となっているカバーガラスを有する画像検出器を含み、前記第一複合レンズ、前記第二複合レンズ、前記第三複合レンズ、及び、前記カバーガラスは、被写体側からイメージ側に順に配列されることを特徴とする請求項１に記載のイメージ捕捉レンズモジュール。
9. イメージ捕捉システムであって、
   被写体側からイメージ側に順に配列される第一素子と第二素子を有し、前記第二素子が近軸線上で前記イメージ側に面する凸面を有する平凸レンズである第一複合レンズと、
   被写体側からイメージ側に順に配列された第三素子、第四素子、及び、第五素子を有し、前記第三素子が近軸線上で前記被写体側に面する凸面を有する平凸レンズで、前記第五素子が近軸線上で前記イメージ側に面する凹面を有する平凹レンズである第二複合レンズと、
   被写体側からイメージ側に順に配列される第六素子と第七素子からなり、前記第六素子が近軸線上で前記被写体側に面する凸面を有する平凸レンズである第三複合レンズと、
   前記第三複合レンズの前記第七素子と一体となっているカバーガラスを有する画像検出器と、を含み、
   前記第一複合レンズ、前記第二複合レンズ、前記第三複合レンズ、及び、前記カバーガラスは、被写体側からイメージ側に順に配列されることを特徴とするイメージ捕捉システム。
10. 前記イメージ捕捉レンズシステムは、式（４）および式（５）の関係式を満たすことを特徴とする請求項９に記載のイメージ捕捉システム。
    
    

    

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