JP2015211131A - 撮像素子ユニット、撮像装置、及びカメラ付携帯端末 - Google Patents

Abstract

【課題】様々な仕様のレンズ部に容易に対応できるとともに小型化を図ることができる撮像素子ユニットを提供する。【解決手段】撮像素子ユニットは、１以上のレンズ群を有するレンズ部に近接して配置される。撮像素子ユニットは、レンズ部により結像される被写体像を撮像する撮像素子と、撮像素子が実装される基板と、空気よりも屈折率の大きい透明物質で構成され、撮像素子の撮像エリアを覆うように配置される素子被覆部と、素子被覆部を囲繞するように基板の周縁部にモールド成形によって形成されるオーバーモールド部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、撮像素子ユニット、撮像装置、及びカメラ付携帯端末に関する。

一般に、スマートフォン等の携帯端末には、小型の撮像装置が搭載されている。撮像装置は、１以上のレンズ群を有するレンズ部と、レンズ部により結像された被写体像を撮像する撮像素子を備える。被写体を撮影するときのピント合わせを自動的に行うオートフォーカス機能及び撮影時に生じる手振れ（振動）を補正して画像の乱れを軽減する手振れ補正機能（ＯＩＳ：Optical Image Stabilization）を備えているものも多い。近年では、画像のさらなる高精細化に対応すべく、高解像度の撮像装置が要求されている。

撮像装置における分解能Ｒは、Ｋ：定数（代表的には０．６１）、λ：光の波長、ＮＡ：開口数として、下式（１）で表される。
Ｒ＝Ｋ・λ／ＮＡ ・・・（１）
また、開口数ＮＡは、ｎ：近接レンズ（撮像素子の最も近くに配置されるレンズ、最終レンズとも呼ばれる）と撮像素子の間の媒質の屈折率、θ：光の入射角として、下式（２）で表される。
ＮＡ＝ｎ・ｓｉｎθ ・・・（２）
Ｋ、λは一定なので、屈折率ｎの大きい物質で近接レンズと撮像素子の間を充填することで、分解能Ｒを高くすることができる。

例えば、特許文献１には、レンズバレル（鏡筒）内に撮像素子及び近接レンズを収容し、これらの間に空気よりも屈折率の大きい透明物質（例えば水）を充填してなる撮像素子ユニットが開示されている。

特開２００５−３０３１４８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の撮像装置においては、撮像素子ユニットがレンズ部の一部である近接レンズを含んで構成されるため、様々な仕様のレンズ部を設計する上で制約がある。また、レンズバレル内に撮像素子が収容される構成となっているため、小型化を図ることが困難である。

本発明の目的は、様々な仕様のレンズ部に容易に対応できるとともに小型化を図ることができる撮像素子ユニットを提供すること、並びにこの撮像素子ユニットを備える撮像装置及びカメラ付携帯端末を提供することである。

本発明に係る撮像素子ユニットは、１以上のレンズ群を有するレンズ部に近接して配置される撮像素子ユニットであって、
前記レンズ部により結像される被写体像を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子が実装される基板と、
空気よりも屈折率の大きい透明物質で構成され、前記撮像素子の撮像エリアを覆うように配置される素子被覆部と、
前記素子被覆部を囲繞するように前記基板の周縁部にモールド成形によって形成されるオーバーモールド部と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る撮像装置は、上記の撮像素子ユニットと、
前記撮像素子ユニットに近接する近接レンズを含む１以上のレンズ群を有するレンズ部と、を備えることを特徴とする。

本発明に係るカメラ付き携帯端末は、上記の撮像装置を備えることを特徴とする。

本発明に係る撮像素子ユニットによれば、レンズ部を含まないので、様々な仕様のレンズ部に容易に対応することができ、汎用性が高い。また、オーバーモールド部によって素子被覆部を補強するので、小型化を図ることができる。

本発明の一実施の形態に係る撮像素子ユニットを示す斜視図である。 撮像素子ユニットのＸ軸に垂直な断面図である。 撮像素子ユニットの製造工程を示す図である。 樹脂接着剤の塗布状態の一例を示す図である。 撮像素子ユニットを備える撮像装置を示す斜視図である。 撮像装置の光学系を示す図である。 第２レンズ群の駆動機構を示す図である。 樹脂接着剤の塗布状態の他の一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る撮像素子ユニット１０を示す斜視図である。図２は、撮像素子ユニット１０のＸ軸に垂直な断面図である。
図１、２に示す撮像素子ユニット１０は、撮像装置の光学系において、１以上のレンズ群を有するレンズ部に近接して配置されるものである。撮像素子ユニット１０は、撮像素子１１、基板１２、ガラス部１３、及びオーバーモールド部１４を備える。

撮像素子１１は、例えばＣＣＤ（chargecoupled device）型イメージセンサー、ＣＭＯＳ（complementary metal oxide semiconductor）型イメージセンサー等により構成される。撮像素子１１は、基板１２に実装され、ボンディングワイヤー１６を介して基板１１上の配線に電気的に接続される。撮像素子１１は、レンズ部（図示略）により結像された被写体像を撮像する。撮像素子１１の受光面のうち中央部が撮像エリア１１ａであり、撮像エリア１１ａを除く周縁部が非撮像エリア１１ｂである。

ガラス部１３は、空気よりも屈折率の大きい透明なガラス材で構成され、撮像エリア１１ａを覆うように撮像素子１１上に配置される。撮像素子１１の撮像エリア１１ａにガラス部１３を配置することにより、開口数ＮＡ（＝ｎ・ｓｉｎθ）が大きくなり回折限界が小さくなるので、高解像度化を図るのに好適である。また、撮像素子ユニット１０を撮像装置に実装する際に、撮像素子１１の撮像エリア１１ａに塵埃が付着するのを防止できるので、良好な画像品質を実現することができる。

ガラス部１３は、接着層１５を介して撮像素子１１上に接着される。接着層１５は、例えば撮像素子１１の受光面に樹脂接着剤（例えばシリコーン系樹脂）を塗布し、その上にガラス部１３を載置して所定の圧力で押圧し、樹脂接着剤を押し拡げることにより形成される。

接着層１５は、フィラー無しの樹脂接着剤（以下「第１の接着剤」）とフィラー入りの樹脂接着剤（以下「第２の接着剤」）を用いて形成するのが好ましい。接着層１５のうち第１の接着剤で構成される部分を「第１の接着部」、第２の接着剤構成される部分を「第２の接着部」と称する。
第１の接着部は、撮像エリア１１ａを含む領域に配置され、第２の接着部は、撮像エリア１１ａを除く非撮像エリア１１ｂにだけ配置される。通常、フィラーは撮像素子１１の１画素よりも大きく、撮像エリア１１ａ内にフィラーがあると画像に映り込んで画像品質が劣化するためである。

ガラス部１３を押圧してもフィラーは容易に損壊しないので、非撮像エリア１１ｂにフィラー入りの第２の接着部を配置することにより、接着層１５の厚さを容易に制御することができる。フィラーの種類、大きさ、形状、添加量などは、接着層１５に要求される接着力や接着層１５の設計厚さに応じて適宜に調整される。

接着層１５の厚さは、２μｍ以上２５μｍ以下であることが好ましい。接着層１５の厚さが２μｍ未満であると撮像素子１１とガラス部１３が熱応力等によって剥離する虞があり、２５μｍを超えると画像品質に悪影響を及ぼす虞があるためである。第２の接着剤に分散されるフィラーを調整することにより、接着層１５の厚さを容易に所望の厚さとすることができる。

オーバーモールド部１４は、受光面１３ａを除くガラス部１３の周囲を囲繞するように基板１２の周縁部にモールド成形によって形成される。オーバーモールド部１４は、遮光性が高い、硬質の樹脂材料（例えばエポキシ樹脂）で構成され、ガラス部１３を補強する。オーバーモールド部１４は、ボンディングワイヤー１６の配置領域を含んで形成され、基板１２の外形サイズと同等に仕上げることができるので、特許文献１に記載されるような撮像素子ユニットに比較して小型化を図ることができる。また、オーバーモールド部１４は、撮像素子１１の周囲の小さな隙間にも充填され、高い遮光性を確保できるので、光の散乱を抑制することができる。

ガラス部１３とオーバーモールド部１４の界面は凹凸状になっていることが好ましい。ガラス部１３とオーバーモールド部１４の界面が平坦になっていると、撮像に寄与しない光線が反射して撮像素子１１に入射し、フレア（光のかぶり）やゴースト（光の映り込み）が発生するためである。例えば、ガラス部１３の周面に粗面加工を施すことにより、ガラス部１３とオーバーモールド部１４の界面を凹凸状に形成することができる。

なお、ガラス部１３のうちオーバーモールド部１４で覆われていない露出面、すなわちガラス部１３の受光面１３ａには、赤外線カットフィルタ（赤外線カット層）を配置するようにしてもよい。この場合、赤外線カットフィルタの膜厚は、４〜７μｍとするのが好ましい。

図３は、撮像素子ユニット１０の製造工程を示す図である。
まず、図３Ａに示すように、基板１２に撮像素子１１を実装する（第１の工程）。

次に、図３Ｂに示すように、撮像素子１１の受光面に樹脂接着剤を塗布する（第２の工程）。具体的には、図４Ａに示すように、撮像素子１１の非撮像エリア１１ｂにフィラー入りの第２の樹脂接着剤１５ｂを塗布し、加熱又は光照射により仮硬化させて、ゲル状とする。図４Ａでは、撮像エリア１１ａの四隅の外側に第２の樹脂接着剤１５ｂを塗布している。
そして、図４Ｂに示すように、撮像エリア１１ａ内にフィラー無しの第１の樹脂接着剤１５ａを塗布する。第１の樹脂接着剤１５ａの塗布量は、ガラス部１３を押圧して第１の樹脂接着剤１５ａが押し拡げられるときに、撮像エリア１１ａの全面が覆われる程度に設定される。

次に、図３Ｃに示すように、撮像素子１１にガラス部１３を載置し、所定の圧力で押圧する（第３の工程）。このとき、フィラー無しの第１の樹脂接着剤１５ａは押し拡げられて、フィラー入りの第２の樹脂接着剤１５ｂの隙間から撮像エリア１１ａ外にも押し出される。また、第１の樹脂接着剤１５ａとともに気泡も撮像エリア１１ａ外に押し出される。これにより、均一な接着層１５が形成される（図４Ｃ参照）。そして、加熱又は光照射により第１の樹脂接着剤１５ａ及び第２の樹脂接着剤１５ｂを本硬化させる。

なお、ガラス部１３の押圧によってフィラー入りの第２の樹脂接着剤１５ｂも若干押し拡げられるので、拡がっても撮像エリア１１ａに侵入しないように、第２の樹脂接着剤１５ｂの塗布位置及び塗布量を設定するべきである。

次に、図３Ｄに示すように、ガラス部１３の周囲にモールド成形によってオーバーモールド部１４を形成し、撮像素子ユニット１０が完成する（第４の工程）。モールド成形後に、オーバーモールド部１４の上面を研磨して、ガラス部１３の受光面１３ａの面出しを行うようにしてもよい。

このように、撮像素子ユニット１０は、レンズ部により結像される被写体像を撮像する撮像素子（１１）と、撮像素子（１１）が実装される基板（１２）と、空気よりも屈折率の大きい透明物質で構成され、撮像素子（１１）の撮像エリア（１１ａ）を覆うように配置される素子被覆部（ガラス部１３）と、素子被覆部（１３）を囲繞するように基板（１２）の周縁部にモールド成形によって形成されるオーバーモールド部（１４）と、を備える。

撮像素子ユニット１０によれば、レンズ部を含まないので、様々な仕様のレンズ部に容易に対応することができ、汎用性が高い。また、オーバーモールド部１４によってガラス部１３を補強するので、小型化を図ることができる。また、撮像素子１１の受光面がガラス部１３で覆われるので、撮像装置の高解像度化を図ることができる。さらには、撮像素子１１の撮像エリア１１ａに塵埃が付着しないので、良好な画像品質を実現することができる。

図５は、撮像素子ユニット１０を備える撮像装置１を示す斜視図である。図６は、撮像装置１の光学系を示す図である。
図５、図６に示す撮像装置１は、上述した撮像素子ユニット１０と、撮像素子ユニット１０に近接する近接レンズを含む１以上のレンズ群（図６では５群）を有するレンズ部２０とを備える。撮像装置１は、例えばスマートフォン、携帯電話機、ノート型パソコン、タブレット端末、携帯型ゲーム機、ｗｅｂカメラ、車載用カメラ等のカメラ付き携帯端末に搭載される。

レンズ部２０は、広角撮影（焦点距離：短）から望遠撮影（焦点距離：長）に対応できる、いわゆるズームレンズである。レンズ部２０は、被写体側から順に、第１レンズ群２１、第２レンズ群２２、第３レンズ群２３、第４レンズ群２４、及び第５レンズ群２５を有する。

第１レンズ群２１は、プリズムを含むレンズ群であり、変倍中は固定とされる。
第２レンズ群２２は、変倍に際して光軸上を移動してレンズ系全体としての焦点距離を変えるバリエータ−レンズ群である。例えば、広角端から望遠端への変倍の場合、第２レンズ群２２は、第１レンズ群２１側に移動する。
第３レンズ群２３は、第２レンズ群２２の移動に連動して光軸上を移動し、変倍に伴う焦点ズレを補正するコンペンセーターレンズ群である。
第４レンズ群２４は、手振れ補正用のレンズである。
第５レンズ群２５は、撮像素子ユニット１０の受光面に近接する近接レンズである。

第２レンズ群２２には、２群レンズ用駆動部３２が接続される。第２レンズ群２２の駆動機構を図７に示す。図７に示すように、第２レンズ群２２は、レンズバレル３２４に保持される。レンズバレル３２４は、光軸に平行に配置されたガイド軸３２３に、摺動可能に保持される。また、レンズバレル３２４は、駆動用モーター３２１の駆動軸３２２に接続される。
制御部（図示略）によって２群レンズ用駆動部３２（駆動用モーター３２１）の動作が制御されることにより、第２レンズ群２２を保持するレンズバレル３２４がガイド軸３２３に沿って所定距離だけ移動し、焦点距離が変更される。

第３レンズ群２３には、３群レンズ用駆動部３３が接続される。制御部（図示略）によって第３群レンズ用駆動部３３の動作が制御されることにより、第３レンズ群２３は光軸上を所定距離だけ移動する。第３レンズ群２３の駆動機構については、第２レンズ群２２の駆動機構と同様であるので、説明を省略する。

第４レンズ群２４には、ＯＩＳ（Optical Image Stabilization）用駆動部３４が接続される。ＯＩＳ用駆動部３４は、例えば第４レンズ群２４を保持するレンズバレル（図示略）及びマグネット部（図示略）を有する可動部と、コイル部（図示略）を有する固定部と、を備え、ボイスコイルモーター（ＶＣＭ）の駆動力を利用して、レンズバレルを揺動させる。制御部（図示略）によってＯＩＳ用駆動部３４の動作が制御されることにより、第４レンズ群２４が揺動し、手振れ補正が行われる。

２群レンズ用駆動部３２、３群レンズ用駆動部３３、及びＯＩＳ用駆動部３４には、プリント配線基板４２が接続され、このプリント配線基板４２を介して給電及び駆動に関わる信号の入出力が行われる。

撮像素子ユニット１０は、第５レンズ群２５（近接レンズ）に近接して配置される。撮像素子ユニット１０（ガラス部１３の受光面１３ａ又は赤外線カットフィルタ）と第５レンズ群２５の間隔は、０．１μｍ〜２．８ｍｍであることが好ましい。この場合、ガラス部１３を設けない光学系に比較して、光軸上のＭＴＦ（Modulation Transfer Function）３０％時の空間周波数が２．５倍向上し、解像度が格段に向上することが確認されている。

撮像素子ユニット１０の基板１２にはプリント配線基板４１が接続され、このプリント配線基板４１を介して撮像素子１１への給電及び撮像素子１１で撮像された映像信号の出力が行われる。

撮像素子ユニット１０を備える撮像装置１によれば、高解像度化を図ることができる。また、撮像素子１１の撮像エリア１１ａに塵埃が付着しないので、一定の品質が保持される。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、実施の形態におけるガラス部１３に代えて、水や油等の液体を封止した箱体を適用することもできる。すなわち、本発明における素子被覆部は、空気よりも屈折率の大きい透明物質で構成されたものであればよい。

また、実施の形態におけるフィラー入りの第２の樹脂接着剤１５ｂの配置箇所は、図４に示す形態に限定されない。例えば、図８Ａに示すように、撮像素子１１の撮像エリア１１ａの周縁に沿う複数の箇所（図８Ａでは８箇所）に第２の樹脂接着剤１５ｂを塗布するようにしてもよい。また例えば、図８Ｂに示すように、撮像素子１１の撮像エリア１１ａの周縁に沿って第２の樹脂接着剤１５ｂを帯状に塗布するようにしてもよい。すなわち、第２の樹脂接着剤１５ｂは、フィラー無しの第２の樹脂接着剤１５ａが撮像エリア１１ａ外に押し出される隙間を有するように塗布されればよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 撮像装置
１０ 撮像素子ユニット
１１ 撮像素子
１１ａ 撮像エリア
１２ 基板
１３ ガラス部（素子被覆部）
１４ オーバーモールド部
１５ 接着層
１６ ワイヤーボンディング

Claims (10)

1. １以上のレンズ群を有するレンズ部に近接して配置される撮像素子ユニットであって、
   前記レンズ部により結像される被写体像を撮像する撮像素子と、
   前記撮像素子が実装される基板と、
   空気よりも屈折率の大きい透明物質で構成され、前記撮像素子の撮像エリアを覆うように配置される素子被覆部と、
   前記素子被覆部を囲繞するように前記基板の周縁部にモールド成形によって形成されるオーバーモールド部と、を備えることを特徴とする撮像素子ユニット。
2. 前記素子被覆部は、ガラスで構成されることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子ユニット。
3. 前記素子被覆部は、接着層を介して前記撮像素子上に接着されることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像素子ユニット。
4. 前記接着層の厚さが２μｍ以上２５μｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の撮像素子ユニット。
5. 前記接着層は、
   フィラー無しの第１の樹脂接着剤からなり、前記撮像エリアを含む領域に配置される第１の接着部と、
   フィラー入りの第２の樹脂接着剤からなり、前記撮像エリアを除く非撮像エリアにだけ配置される第２の接着部と、を有することを特徴とする請求項３又は４に記載の撮像素子ユニット。
6. 前記素子被覆部と前記オーバーモールド部との界面が凹凸を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の撮像素子ユニット。
7. 前記素子被覆部のうち前記オーバーモールド部で覆われていない露出面に赤外線カット層を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の撮像素子ユニット。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の撮像素子ユニットと、
   前記撮像素子ユニットに近接する近接レンズを含む１以上のレンズ群を有するレンズ部と、を備えることを特徴とする撮像装置。
9. 前記近接レンズと前記撮像素子ユニットとの間隔が、０．１μｍ〜２．８ｍｍであることを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
10. 請求項８又は９に記載の撮像装置を備えることを特徴とするカメラ付き携帯端末。

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