JP2013153361A - カメラモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】高画質な画像を形成でき、また低コストでありながら、より低背であるカメラモジュールを提供する。
【解決手段】ガラス基板１４の周辺部が、ガラス板１４と他部品とを連結する連結遮光手段としての接着剤１７又は鏡筒１３により全周にわたって覆われているので、カメラモジュール１０の堅固な構造を確保しつつ、ガラス基板１４の周辺部から不要光が侵入してゴーストとなることも抑制できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＣＤ型イメージセンサあるいはＣＭＯＳ型イメージセンサ等の撮像素子を用いた小型のカメラモジュールに関する。

近年、CCD（Charged Coupled Device）型イメージセンサあるいはCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型イメージセンサ等の固体撮像素子を用いたカメラモジュールが搭載された携帯端末の普及の増大に伴い、より高画質の画像が得られるよう、画素数の大きな撮像素子を使用したカメラモジュールが搭載されたものが市場に供給されるようになってきた。

旧来、カメラモジュール内の撮像素子（イメージセンサ）の実装方法として、ガラス・エポキシなどの基板にダイ・アタッチした後、ワイヤボンディングを行うものが知られている。また、カメラモジュール全高を縮めながらもレンズと撮像素子の受光面の光学距離を確保し、撮像素子の受光エリアを臨む開口部を持ち、且つ撮像素子を基板内に配置できる構造をしたセラミック基板に撮像素子をフリップチップ実装し、この基板の撮像素子を実装していない面にレンズを含む鏡筒部を配置する構造も開発されている。

ところで、最近ではスマートフォンと呼ばれる薄形の携帯端末が開発され、高い人気を得ている。このようなスマートフォンに搭載するカメラモジュールは、高画質な画像を形成する機能を維持しながらも、デザイン性の観点から、従来よりも更に低背（光軸方向全長が短い）な構成であることが望まれている。

これに対し、特許文献１に示すように、透光性基板の物体側面にレンズを設け、像側面に撮像素子をフリップチップ実装することにより、カメラモジュールの一層の薄型化を図る技術も提案されている。

特開2001-203913号公報

上記の従来技術によれば、レンズと撮像素子との間に透光性基板を配置することで、低背化を図ることはできるが、透光性基板の端面などから不要光が進入し、直接または間接的に撮像素子の受光面に達することにより、撮影した画像にゴーストと呼ばれる画質を劣化させる恐れがあった。これに対し、透光性基板の周辺部に黒色塗料などを塗布することは可能であるが、組み立て時の手間がかかり、コスト増を招くという問題がある。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、高画質な画像を形成でき、また低コストでありながら、より低背であるカメラモジュールを提供することを目的とする。

請求項１に記載のカメラモジュールは、
一部に配線パターンが形成された透光性基板と、
前記配線パターンに電気的に接続するようにして、前記透光性基板の一方の面にフリップチップ実装された撮像素子と、
前記透光性基板の他方の面に実装されたレンズユニットと、
前記透光性基板の周縁部を遮光すると共に、前記透光性基板と他部品との連結を図る連結遮光手段とを有し、
前記レンズユニットにより結像された被写体光は、前記透光性基板を介して前記撮像素子の撮像面に受光するようになっていることを特徴とする。

本発明によれば、前記連結遮光手段が、前記透光性基板の周縁部を遮光するので、前記透光性基板の周縁部から不要光が進入し前記撮像素子の受光面に達することを抑制できるので、高画質な画像を形成できる。又、前記連結遮光手段が、前記透光性基板と他部品との連結を図っているので、前記透光性基板の周縁部を、遮光するためにわざわざ処理する必要はないので、組み立ての手間がかからず、カメラモジュールを低コストに製造できる。尚、「周縁部」とは、外来光が透光性基板内に進入する可能性のある透光性基板の側面（端面）を含む外周部をいう。

請求項２に記載のカメラモジュールは、請求項１に記載の発明において、前記連結遮光手段は、前記レンズユニットを保持するための鏡筒と、前記透光性基板とを接合する接着剤を含むことを特徴とする。前記鏡筒と前記透光性基板とを接合するために用いる接着剤により、前記透光性基板の遮光を兼用できるので、低コスト化を図れる。

請求項３に記載のカメラモジュールは、請求項１又は２に記載の発明において、前記連結遮光手段は、前記透光性基板の周縁部を囲うようにして延在する、前記レンズユニットを保持するための鏡筒を含むことを特徴とする。前記レンズユニットを保持するための鏡筒により、前記透光性基板の遮光を兼用できるので、低コスト化を図れる。

請求項４に記載のカメラモジュールは、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記鏡筒の一部が、前記透光性基板の周縁部を覆い、前記撮像素子まで延在していることを特徴とする。これにより、前記連結遮光手段として接着剤を用いる場合に、接着剤の負担を減らすことができる。

請求項５に記載のカメラモジュールは、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記透光性基板は光学フィルタ機能を有することを特徴とする。これにより、別個に光学フィルタを用いる必要がなくなり、一層の低背化を図れる。光学フィルタ機能とは、ＩＲカット機能や、偏光機能、ローパスフィルタ機能などがある。これらの機能を有するコート等の表面処理を施した透光性基板や、或いは材料自体の光学特性が前記機能を有する透光性基板を用いると好ましい。

請求項６に記載のカメラモジュールは、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記レンズユニットを保持するための鏡筒の端部は、前記透光性基板の他方の面に当接していることを特徴とする。これにより、前記鏡筒を介して光軸方向において前記透光性基板と前記レンズユニットとを精度良く位置決めできるから、撮像素子からの出力を見ながらレンズの位置決めを行うアクティブアライメントなど複雑な組み付けが不要になり、組み立ての単純化を図れる。尚、光軸方向における前記透光性基板と前記撮像素子との位置決めは、フリップチップ実装にて、精度良く行える。

請求項７に記載のカメラモジュールは、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記レンズユニットのうち最も前記透光性基板に近いレンズは脚部を有し、前記脚部は、前記透光性基板の前記他方の面に当接していることを特徴とする。これにより、光軸方向において前記透光性基板と前記レンズユニットとを精度良く位置決めできるから、撮像素子からの出力を見ながらレンズの位置決めを行うアクティブアライメントなど複雑な組み付けが不要になり、組み立ての単純化を図れる。

請求項８に記載のカメラモジュールは、請求項１〜７のいずれかに記載の発明において、前記連結遮光手段は、前記撮像素子の周囲を覆っていることを特徴とする。これにより、前記撮像素子の撮像面に不要光が入射してゴーストを発生させたり、ゴミが付着するなどの不具合を回避できる。尚、更に前記連結遮光手段により前記撮像素子の背面まで覆うことで、不要光が前記撮像素子の背面側から侵入して生じる画像劣化現象などの不具合を抑制できる。

請求項９に記載のカメラモジュールは、請求項１〜８のいずれかに記載の発明において、前記レンズユニットのうちの少なくとも１つのレンズは、アクチュエータにより光軸方向に移動可能とされていることを特徴とする。これにより、オートフォーカスやズーミングなどの動作を行わせることができる。

本発明によれば、高画質な画像を形成でき、また低コストでありながら、より低背であるカメラモジュールを提供することができる。

第１の実施の形態にかかるカメラモジュール１０の光軸に沿った断面図である。 カメラモジュールを搭載したスマートフォンの正面図（ａ）、及びカメラモジュールを適用したスマートフォンの背面図（ｂ）である。 図２のスマートフォンの制御ブロック図である。 第２の実施の形態にかかるカメラモジュール１０の光軸に沿った断面図である。 第３の実施の形態にかかるカメラモジュール１０の光軸に沿った断面図である。 第１の実施の形態の変形例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、第１の実施の形態にかかるカメラモジュール１０の光軸に沿った断面図である。尚、図１に示す構成は概略図であり、寸法等は一部誇張して示している。

図１に示すように、カメラモジュール１０は、光電変換部（撮像面）１１ａを備えた固体撮像素子としてのＣＭＯＳ型撮像素子１１と、この撮像素子１１の光電変換部１１ａに被写体像を撮像させる撮像レンズ１２と、撮像レンズ１２を保持する鏡筒１３と、平行平板状の透光性基板であるガラス基板１４と、撮像レンズ１２のアクチュエータ１５とを有する。

図１に示すように、撮像素子１１は、平行平板状のチップ１１上において、その受光側（図１で上面）の中央部に、画素（光電変換素子）が２次元的に配置された、撮像面としての光電変換部１１ａが形成されており、その周囲には信号処理回路（不図示）が形成されている。かかる信号処理回路は、各画素を順次駆動し信号電荷を得る駆動回路部と、各信号電荷をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、このデジタル信号を用いて画像信号出力を形成する信号処理部等から構成されている。

また、撮像素子１１のチップ１１ｂにおける受光側の外縁近傍には、複数のパッド１１ｃが配置されている。ガラス基板１４は、撮像素子１１に対して平行に配置されており、その対向面（図１で下面）には、中央部を除けて周辺部のみに金属配線パターン１４ａが蒸着やスパッタ等により形成されており、更に金属配線パターン１４ａの表面には金メッキ１４ｃが形成されている。撮像素子１１のパッド１１ｃと、ガラス基板１４の金属配線パターン１４ａとは、パッド１１ｃに設けられた金バンプ（突起）１４ｂを介して電気的に接続されており、すなわちフリップチップ実装されている。金属配線パターン１４ａは、外部回路につながったフレキシブル基板１６に、ＡＣＦ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ：異方性導電フィルム）で接続されている。このように、撮像素子１１を、ガラス基板１４の像側面にフリップチップ実装することで、撮像素子１１を取り付けるための基板等が不要になり、カメラモジュール１０の高さを極力抑えることができる。

本実施の形態では、矩形板状のガラス基板１４の物体側に、ＩＲカットコート１４ｄが形成されている。但し、ガラス基板１４の周辺部は処理されておらず、切断されたままの状態である。

撮像素子１１は、光電変換部１１ａからの信号電荷をデジタルＹＵＶ信号等の画像信号等に変換し、パッド１１ｃから金バンプ１４ｂ及びガラス基板１４の金属配線パターン１４ａを介して、不図示の外部回路（例えば、カメラモジュールを実装した上位装置が有する制御回路）へと送信するようになっている。又、ガラス基板１４の金属配線パターン１４ａから金バンプ１４ｂ及びパッド１１ｃを介して、外部回路から撮像素子１１を駆動するための電源やクロック信号の供給を受けることもできる。ここで、Ｙは輝度信号、Ｕ（＝Ｒ−Ｙ）は赤と輝度信号との色差信号、Ｖ（＝Ｂ−Ｙ)は青と輝度信号との色差信号である。なお、撮像素子は上記ＣＭＯＳ型のイメージセンサに限定されるものではなく、ＣＣＤ等の他のものを使用しても良い。

図１において、鏡筒１３の内部には、撮像レンズ１２が設けられている。より具体的には、撮像レンズ１２は、物体側レンズ１２ａと、中間レンズ１２ｂと、像側レンズ１２ｃとからなり、物体側レンズ１２ａと像側レンズ１２ｃは、鏡筒１３に固定されている。一方、中間レンズ１２ｂは、アクチュエータ１５により光軸方向に移動可能に支持されている。

アクチュエータ１５は、中間レンズ１２ｂのフランジ部に取り付けられ光軸方向に延在するコイル１５ａと、コイル１５ａを内包するように配置された磁石１５ｂと、磁石１５ｂを支持すると共に、コイル１５ａの内周側までを覆うようにして、鏡筒１３の内周に取り付けられたヨーク１５ｃとからなっている。コイル１５ａは、不図示の配線を介して外部回路に接続されている。尚、中間レンズ１２ｂを鏡筒１３に固定しても良い。

図１において、遮光性樹脂からなる角筒状の鏡筒１３は、一側壁のみが短く、残りの三側壁は長くなっていて、短い側壁の下端の一部１３ａと、長い側壁の中間部に形成された内周段部１３ｂが、ガラス基板１４の物体側面に当接しており、更に、長い側壁の延在部１３ｃが、ガラス基板１４の周辺部に接しながら回り込み、撮像素子１１の背面側まで延在している。鏡筒１３は、カメラモジュール１０を実装した上位装置に固定されるようになっている。

更に、鏡筒１３におけるガラス基板１４の物体側面に当接した下端１３ａと、ガラス基板１４及びフレキシブル基板１６にまたがるようにして、遮光性樹脂からなる接着剤１７が塗布されている。この接着剤１７は、更にフレキシブル基板１６の端部から撮像素子１１のパッド１１ｃ側の一部、及び撮像素子１１の背面全体に回り込むようにして、反対側の鏡筒１３の延在部１３ｃまで延在するようになっている。つまり、ガラス基板１４の周辺部（周縁部）は、接着剤１７又は鏡筒１３により全周にわたって覆われていることとなる。

一般的に撮像素子は動作時に熱を発生するが、その熱により撮影画像のノイズ成分が増加することが知られている。本実施の形態の変形例として、図６に示すように、撮像素子１１の受光面と反対側面（撮像素子の裏面）には熱伝導が高い機能を持つ部材１８（例えば、住友スリーエム株式会社から「ハイパーソフト放熱材」として上市されている商品名５５８０Ｈや５５８９Ｈ等」）を貼り付けておき、その周辺は接着剤１７で封止し、携帯電話機やスマートフォン等の上位装置に組み込まれる際には、熱伝導が高い機能を持つ部材１８を、放熱性の良い金属部品（上位装置のカバー等）１９に接触するように組み立てることで、撮影画像のノイズ成分を抑制することができる。

ここで、従来技術のガラス・エポキシ基板に撮像素子をダイ・アタッチする構造では、薄いガラス・エポキシ基板自体に反りや歪みが発生することや、ダイ・アタッチで撮像素子を基板に押し付ける際に傾きが生じた場合には撮像素子と基板の平行精度にバラツキが発生することや、セラミック基板を用いた構造ではセラミック焼結時の収縮が大きいことから十分な平面性が得られないことや、更にはレンズユニットの鏡筒と基板の接着時の傾き精度による組立バラツキが加算されるため、最終的な撮像素子の受光面とレンズユニットの組立精度が十分に得られないことがあった。そのため、高画素・高画質カメラモジュールの製造工程では、レンズユニットの組み付け位置精度を確保するために、撮像素子の出力画像を評価しながらレンズユニットの位置を微調整して接着固定するアクティブ・アライメントという「あおり調整」を行いながら組み立てる装置が必要になることが多い。

これに対し本実施の形態によれば、鏡筒１３の下端の一部１３ａと内周段部１３ｂがガラス基板１４の物体側面に当接することで、撮像レンズ１２とガラス基板１４までの光軸方向距離は精度良く定まる。又、鏡筒１３の下端の一部１３ａと内周段部１３ｂを、撮像素子１１を挟んで反対側に位置させることで、撮像レンズ１２の光軸とガラス基板１４との垂直精度も確保できる。これにより、従来技術では必要だったアクティブ・アライメント工程（あおり調整）を省くことができ、カメラモジュール１０の生産工数や装置を削減することができ、より安価な製品を提供することができる。

一方、撮像素子１１は、ガラス基板１４の像側面にフリップチップ実装されるので、撮像素子１１とガラス基板１４までの光軸方向距離は精度良く定まる。更に、ガラス基板１４の厚みは精度良く管理されているので、結果として、撮像レンズ１２から撮像素子１１までの光路長が精度良く決定されることとなり、アクティブ・アライメントに頼らず組み立てを簡素化できる。

上述したカメラモジュール１０の動作について説明する。図２は、カメラモジュール１０を携帯端末或いはカメラモジュールとしてのスマートフォン１００に装備した状態を示す。また、図３はスマートフォン１００の制御ブロック図である。

カメラモジュール１０は、例えば、鏡筒１３の物体側端面がスマートフォン１００の背面（図２（ｂ）参照）に設けられ、液晶表示部の下方に相当する位置に配設される。

カメラモジュール１０は、外部接続端子（図３では矢印）を介して、スマートフォン１００の制御部１０１と接続され、輝度信号や色差信号等の画像信号を制御部１０１側に出力する。

一方、スマートフォン１００は、図３に示すように、各部を統括的に制御すると共に、各処理に応じたプログラムを実行する制御部（ＣＰＵ）１０１と、電源等のスイッチ及び番号等をタッチパッドにより指示入力するための入力部６０と、所定のデータの他に撮像した映像等を液晶パネルで表示する表示部６５（但し、表示部の液晶パネルと入力部のタッチパッドはタッチパネル７０が兼用する）と、外部サーバとの間の各種情報通信を実現するための無線通信部８０と、スマートフォン１００のシステムプログラムや各種処理プログラム及び端末ＩＤ等の必要な諸データを記憶している記憶部（ＲＯＭ）９１と、制御部１０１によって実行される各種処理プログラムやデータ、若しくは処理データ、或いはカメラモジュール１０により得られた撮像データ等を一時的に格納する作業領域として用いられる及び一時記憶部（ＲＡＭ）９２とを備えている。

スマートフォン１００は、入力キー部６０の操作によって動作し、アクチュエータ１５により撮像レンズ１２を駆動してオートフォーカス動作を行い、タッチパネル７０に表示されたアイコン７１等をタッチすることで、カメラモジュール１０を動作させて撮像を行うことができる。撮像レンズ１２を介して光電変換部１１ａに結像される光線は、ガラス板１４中央のＩＲカットコート１４ｄ（配線パターンがない領域）を通過するので、これにより赤外光成分がカットされて高画質な画像を得ることができる。又、ガラス基板１４の周辺部が、ガラス板１４と他部品とを連結する連結遮光手段としての接着剤１７又は鏡筒１３により全周にわたって覆われているので、カメラモジュール１０の堅固な構造を確保しつつ、ガラス基板１４の周辺部から不要光が侵入してゴーストとなることも抑制できる。カメラモジュール１０から入力された画像信号は、上記スマートフォン１００の制御系により、記憶部９２に記憶されたり、或いはタッチパネル７０で表示され、さらには、無線通信部８０を介して映像情報として外部に送信される。

図４は、第２の実施の形態にかかるカメラモジュール１０の図１と同様な断面図である。本実施の形態においては、鏡筒１３の下端の一部１３ａと内周段部１３ｂをガラス基板１４に当接させていない。その代わり、像側レンズ１２ｃのフランジ部１２ｄを光軸方向像側に延長し、その下端をガラス基板１４の物体側面に当接させ、かかる状態で接着剤１７を用いて鏡筒１３をガラス基板１４に固定している。これにより、ガラス基板１４と撮像レンズ１２とを光軸方向に精度良く位置決めできる。尚、本実施の形態では、鏡筒１３の下端の一部１３ａとガラス基板１４との間にスキマができるが、かかるスキマは接着剤１７により埋められるので、ここから外光が侵入することはない。内周段部１３ｂはなくても良い。それ以外の構成については、上述した実施の形態と同様である。

図５は、第３の実施の形態にかかるカメラモジュール１０の図１と同様な断面図である。本実施の形態では、ガラス基板１４の金属配線パターン１４ａが、外部回路につながったフレキシブル基板１６に、ハンダＨＮＤにより接続されている。それ以外の構成については、上述した実施の形態と同様である。

カメラモジュール１０を携帯電話機やスマートフォンなどの上位装置に接続するための端子またはコネクタを有するフレキシブル基板１６と、ガラス基板１４の接続は、上述したACF接続に限定されず、ACP接続（Anisotropic Conductive Paste：異方性導電ペースト）、NCF接続（Non Conductive Film：接着と絶縁の機能を持つフィルム状の接続材料）、NCP接続（Non Conductive Paste：接着と絶縁の機能を持つ接続材料）の他、図５に示すような、レーザ光などを利用して局所的にハンダを加熱する「ハンダ接続」でもよい。

ACF、ACP、NCF、NCPの接続では熱と圧力が同時に必要なため、撮像レンズ１２又は鏡筒１３を、ガラス基板１４に突き当てる組立方法では、当接端の耐圧によっては、接続に必要な圧力をかけられない恐れがある。この場合、ガラス基板１４とフフレキシブル基板１６（FPC）を先に接続しておくことが必要になり、生産組立工程の自由度が減り、生産効率が下がる懸念がある。これに対し、局所的に加熱するレーザ光を用いた「ハンダ接続」であれば、鏡筒１３とガラス基板１４とを接着した後にフレキシブル基板１６を接続し、その後に不要光を遮断する接着剤１７による樹脂封止を行うことができ、生産組立工程の自由度は確保される。

また、本発明は、明細書に記載の実施例に限定されるものではなく、他の実施例・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施例や思想から本分野の当業者にとって明らかである。例えば、鏡筒１３の下端でガラス基板１４の全周を覆って遮光しても良いし、接着剤１７によりガラス板１４の全周を覆って遮光しても良い。

１０ カメラモジュール
１１ 撮像素子
１１ａ 光電変換部
１１ｂ チップ
１１ｃ パッド
１２ 撮像レンズ
１２ａ 物体側レンズ
１２ｂ 中間レンズ
１２ｃ 像側レンズ
１２ｄ フランジ部
１３ 鏡筒
１３ａ 下端
１３ｂ 内周段部
１３ｃ 延在部
１４ ガラス基板
１４ａ 金属配線パターン
１４ｂ 金バンプ
１４ｃ 金メッキ
１４ｄ ＩＲカットコート
１５ アクチュエータ
１５ａ コイル
１５ｂ 磁石
１５ｃ ヨーク
１６ フレキシブル基板
１７ 接着剤
１８ 熱伝導が高い機能を持つ部材
１９ 放熱性の良い金属部品（上位装置のカバー等）
６０ 入力部（スイッチ及びタッチパッド）
６５ 表示部（液晶パネル）
７０ タッチパネル（入力部及び表示部）
７１ アイコン
８０ 無線通信部
９２ 記憶部
１００ スマートフォン
１０１ 制御部

Claims (9)

1. 一部に配線パターンが形成された透光性基板と、
   前記配線パターンに電気的に接続するようにして、前記透光性基板の一方の面にフリップチップ実装された撮像素子と、
   前記透光性基板の他方の面に実装されたレンズユニットと、
   前記透光性基板の周縁部を遮光すると共に、前記透光性基板と他部品との連結を図る連結遮光手段とを有し、
   前記レンズユニットにより結像された被写体光は、前記透光性基板を介して前記撮像素子の撮像面に受光するようになっていることを特徴とするカメラモジュール。
2. 前記連結遮光手段は、前記レンズユニットを保持するための鏡筒と、前記透光性基板とを接合する接着剤を含むことを特徴とする請求項１に記載のカメラモジュール。
3. 前記連結遮光手段は、前記透光性基板の周縁部を囲うようにして延在する、前記レンズユニットを保持するための鏡筒を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のカメラモジュール。
4. 前記鏡筒の一部が、前記透光性基板の周縁部を覆い、前記撮像素子まで延在していることを特徴とする１〜３のいずれかに記載のカメラモジュール。
5. 前記透光性基板は光学フィルタ機能を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のカメラモジュール。
6. 前記レンズユニットを保持するための鏡筒の端部は、前記透光性基板の他方の面に当接していることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のカメラモジュール。
7. 前記レンズユニットのうち最も前記透光性基板に近いレンズは脚部を有し、前記脚部は、前記透光性基板の前記他方の面に当接していることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のカメラモジュール。
8. 前記連結遮光手段は、前記撮像素子の周囲を覆っていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のカメラモジュール。
9. 前記レンズユニットのうちの少なくとも１つのレンズは、アクチュエータにより光軸方向に移動可能とされていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のカメラモジュール。