JP3664028B2

JP3664028B2 - 撮像装置

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Publication number: JP3664028B2
Application number: JP2000046521A
Authority: JP
Inventors: 博之三宅
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-02-23
Filing date: 2000-02-23
Publication date: 2005-06-22
Anticipated expiration: 2020-02-23
Also published as: JP2001235665A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、撮像素子と結像レンズ部を有する光学素子とを一体化した撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の撮像装置としては、例えば特開平９−２８４６１７号公報に記載されたものがあった。その公報には、結像レンズ部と複数の脚部とからなる光学素子を基板上に載置された撮像素子であるＣＣＤベアチップ上に配置したものである。それらの脚部をＣＣＤベアチップの上面の角部に当接させることにより、結像レンズ部とＣＣＤベアチップに設けた受光面の焦点方向を含む相対位置が所定位置になるように構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のこの種の撮像装置においては、小型化のために固定焦点レンズを用い、結像レンズ部と撮像素子上の受光面との焦点方向を含む相対位置精度を確保する手段として、光学素子に複数の脚部を設ける必要がある。また、レンズ構造が複雑なため、通常ガラス材では加工が困難で、アクリル材等を用いたプラスチック成形によることになる。しかし、プラスチック成形による場合に、プラスチック成形時の温度収縮によって脚部の形状が歪みやすく、長さ・形状等について厳しい精度が要求される場合には、これらの精度向上には限界がある。また、脚部を複数設けるため、それぞれ寸法を均一にする必要もある。さらに、複数の脚部をＣＣＤベアチップの上面の角部に当接させるが、通常ＣＣＤの撮像素子はウエハからダイシングソーにより固片化され、その角部はストレスに弱く、このためＣＣＤベアチップに欠けが生ずるおそれがある等の課題があった。
【０００４】
そこで、この発明はかかる課題を解決するためになされたもので、レンズ部に複数の脚部を設けずに、撮像素子と結像レンズの光学的相対位置精度を確保できるとともに、撮像素子に欠け等の破損を発生させることなく、撮像素子と結像レンズを含む光学素子が一体化された高精度化及び小型化を実現しうる新規な撮像装置を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る撮像装置は、基板上に載置された受光部を有する撮像素子と、上記受光部に光を結像させる結像レンズ部及びこの結像レンズ部を支持するブロック部を有する光学素子と、上記撮像素子の上部に上記ブロック部を接着する接着剤とを備え、上記ブロック部の上記撮像素子に対向する底部であって、上記受光部の近傍に複数個の溝部を形成し、上記結像レンズ部により光を上記受光部に結像させるように一定の厚さに上記接着剤を設け、上記複数個の溝部により上記接着剤の上記受光部への侵入を防止するものである。
【０００６】
請求項２に係る撮像装置は、上記溝部を、上記受光部の方向に向かって斜めに形成した請求項１に記載のものである。
【０００７】
請求項３に係る撮像装置は、基板上に載置された受光部を有する撮像素子と、上記受光部に光を結像させる結像レンズ部と、この結像レンズ部を支持し、上記撮像素子に接触するように上記撮像素子上に設けて上記結像レンズ部を通過した光を上記受光部に結像させ、上記受光部と離隔した位置に上記撮像素子の表面を露出させるように貫通した穴部を形成したブロック部と、このブロック部の上記穴部における側壁と上記穴部における上記撮像素子の表面とに接触するように上記穴部に注入され、上記撮像素子と上記ブロック部とを接着する接着剤とを備え、この接着剤により上記撮像素子と上記ブロック部とを一体化したものである。
記載のものである。
【０００８】
請求項４に係る撮像装置は、上記穴部を、上記撮像素子に接触する側における径を上記ブロック部の表面側における径よりも小さくした請求項３に記載のものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態１について、図１、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）を用いて説明する。図１は、この発明に係る撮像装置の斜視図、図２（ａ）は正面図、図２（ｂ）は側面図、図２（ｃ）は図２（ｂ）に示すＡ−Ａ線で切断したときの断面図である。図１は、この発明に係る撮像装置の斜視図である。図２の（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図1の側面を展開した展開図である。図３は、図２の（ｂ）において、Ａ−Ａ線で切断したときの部分断面図である。これらの図において、１は基板、２は基板１上に載置された撮像素子、３は少なくともひとつの結像レンズ部３ａ及び結像レンズ部３ａを支持するブロック部３ｂを有するブロック型形状の光学素子、４は撮像素子２と光学素子３を一体化するための接着剤である。５は撮像素子２上に設けられた受光面である。このように構成することにより、光学素子３が撮像素子２の上面の角部にのみ接触せず、撮像素子２に欠け等の損傷を発生させない。また、撮像素子２の上面範囲内で光学素子３を配置し固定化することができるため、光学素子３を一体化した撮像装置を小型化できる。
【００１５】
図３は、図２（ａ）で示した正面図における丸の中に接着剤４の部分を拡大した部分拡大図付きの構成図である。図３において、６は接着剤４に添加したビーズ状のスペーサ材である。接着剤４は、予め粒径が均一なプラスチック製でビーズ状のスペーサ材６を添加した紫外線硬化型接着剤である。また、接着剤４の膜厚が、例えば１０μmと設定するときに、光学素子３と一体型に構成された撮像装置を設計する場合、光学素子３の成形寸法はそれを考慮した寸法に設計される。撮像素子２と光学素子３は、撮像素子２上の受光面５以外における所定の個所にスペーサ材６が添加された接着剤４を塗布し、光学素子３を撮像素子２の所定の位置に組み立てた状態で紫外線を照射・接着して一体化している。
【００１６】
図３のように結像レンズ部３ａを有する光学素子３はブロック型の形状としているため、焦点調整機構を持たない。また、その形状が複雑になるため、ガラス材での加工は困難であり、アクリル材等のプラスチック材料を用いたプラスチック成形レンズを用いる。このように、撮像素子２上に光学素子３を直接接着して一体化する場合は、プラスチックレンズの成形精度と接着剤４の厚みにより焦点精度が決定される。また、この発明に係る撮像装置は、携帯端末等に適用するためには、例えば被写体の焦点距離を４０ｃｍから無限大とする。また、製品性能を保証する使用環境温度も前述の用途の目的から、−２０〜６０℃程度の温度範囲とする。
【００１７】
ここで、光学素子３は、前述のようにその構造の加工性の問題から、プラスチック成形レンズとせざるを得ず、プラスチック材の前記使用環境温度下における熱膨張、収縮を考慮する必要がある。プラスチック成形において、その成形精度は成形する部品及び材料により異なるが、この発明が目的とする小型の撮像装置におけるレンズ部品程度の大きさであれば±１５μｍ以内で成形することができる。したがって、この実施の形態では、レンズ部品とは結像レンズ３ａから撮像素子２の受光面５までの焦点距離が５ｍｍ以下の小部品である。また、接着剤の厚を１０μｍに制御する場合、スペーサ材６も同様に粒径１０μｍのプラスチックビーズを用いる。その粒径での、プラスチックビ−ズスペーサ材の粒径ばらつきは±０．１μｍ以下とすることができる。
【００１８】
また、スペーサ材６が含有された接着剤４を介して撮像素子２上に光学素子３を一体化することにより、その結像レンズ部３ａと撮像素子２の受光面５との間の焦点距離を設計値に対して±１５．１μm以内の組み立て精度にできると共に、光学素子３と一体化した撮像装置を小型化することができる。また、スペーサ材６により接着剤の膜厚を一定にすることができるため、量産時の接着剤の膜厚管理が容易となり、品質的にも安定した製品を供給できる。また、何らかの理由で焦点距離を解析測定するような場合でも、接着剤の膜厚をスペーサ材６の厚みに特定できるため、解析測定作業が容易となる。
【００１９】
このように、本発明の実施の形態１では、固定焦点の光学素子を用いる光学素子一体型撮像装置の焦点深度設計値に対し、決められた接着剤の膜厚に制御する手段に関し、固定焦点の光学素子を用いる光学素子一体型撮像装置の画像解像度性能を安定化させるものである。なお、前述では、１０±０．１μmのプラスチックのビーズをスペーサに用いる場合について述べたが、その粒径に限るものではない。
【００２０】
また、接着面積に対する接着剤中に含まれるスペーサ材の含有率については特定しないが、実験では重量比率で１０％のスペーサ材を添加した接着剤により、所望の接着剤の膜厚ばらつき精度を達成している。なお、本実施の形態ではビーズ状のスペーサ材６を紫外線硬化型接着剤４に添加した例について示したが、粒径が均一であれば材質をプラスチックに限るものではない。また、その形状についてもビーズ状に限るものではなく、例えばファイバー状のスペーサ材を用いてもよい。接着剤４についても紫外線硬化型接着剤に限定されるものではない。また、フィルムテープ状の接着剤にスペーサ材を添加したものでもよい。
【００２１】
次に、この発明の実施の形態２について図４を用いて説明する。図４は撮像素子２と光学素子３を接着剤４により接着した丸印を付した部分の拡大図を付けた構成図である。図４の拡大図に示すように、接着剤４の受光面５への流れ出しを防止するため、光学素子３の結像レンズ部３ａと反対側に段差部３Ｂを設けている。このような段差部３Ｂを設けることにより、硬化前の接着剤４は液体であるため、受光面５上に流れ出しにくくなる。
【００２２】
また、図５（ａ）の拡大図に示すように、光学素子３の撮像素子２に接着される部分に設けた接着剤４の流れ出しを防止するため、段差部３Ｂとして光学素子３の底面に凹部を形成している。これによって撮像素子２と光学素子３の間に空間が形成され、接着剤４の塗布量がやや少なかった場合には空間の状態、接着剤４の塗布量がやや多かった場合には接着剤に充填される。したがって、この凹部３Ｂにより形成される空間によって接着剤４の塗布量ばらつきを吸収することができる。また、図５（ｂ）に示すように、複数の凹部３Ｂ１〜３Ｂｎ設けたラビリンス構造とすることにより、接着剤４は受光面５の側（図の右方向）にさらに流れにくくなる。図５（ｃ）及び（ｄ）に示すように、接着剤４の流れ出しを防止するため、１又は複数の凹部３Ｂを撮像素子２の方に受光面５に対して９０度以下となるような角度を設けている。このように構成すれば、接着剤４が流れ出すとき、接着剤４の凹部３Ｂに流れ込む流体抵抗は撮像素子２となす角が９０度のときよりも小さくなり、効率良く接着剤４の流れ出しを防止することができる。
【００２３】
以上のように、光学素子３の撮像素子２に接着される部分に段差部３Ｂを形成することにより、硬化前の接着剤４が受光面５上に流れ出しにくくなり、接着工程の歩留まりを向上させることができる。なお、実施の形態２においては、例えば接着剤４の段差部３Ｂへ流れ込む流体抵抗等について、定量的な測定は困難であるが、実験等により確認している。
【００２４】
次にこの発明の実施の形態３について図６（ａ）（ｂ）乃至及び図１０（ａ）（ｂ）を用いて説明する。図６（ａ）は光学素子３を結像レンズ３ａ側から見た平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）に示すＢ−Ｂ線で切断したときの断面図である。図７（ａ）は光学素子３を結像レンズ３ａ側から見た平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）に示すＣ−Ｃ線で切断したときの断面図である。図８（ａ）及び図９（ａ）はそれぞれ光学素子３を結像レンズ３ａ側から見た平面図、図８（ｂ）及び図９（ｂ）はそれぞれ図８（ａ）及び図９（ｂ）に示すＤ−Ｄ線及びＥ−Ｅ線で切断したときの断面図である。図１０（ａ）（ｂ）はそれぞれ図８（ｂ）及び図９（ｂ）における光学素子３と撮像素子２が当接する部分を示す拡大図である。
【００２５】
これらの図において、この発明の実施の形態１及び２を説明する図１乃至図５と同一符号は同一又は相当部分を示すので、それらの説明は省略する。この実施の形態３は、光学素子３に切欠部３ｃ若しくはピンホール３ｄ（穴部と称する。）を設けたことを特徴とする。図６及び図８では、光学素子３に切欠部３ｃを設け、その切欠部３ｃと撮像素子２により構成される角部に接着剤４を塗布して撮像素子２と光学素子３とを一体化している。図７及び図９では、光学素子３にピンホール３ｄを設け、そのピンホール部３ｄと撮像素子２とにより構成される角部に接着剤４を塗布して撮像素子２と光学素子３を一体化している。また、図８及び図９では、切欠部３ｃ及びピンホール部３ｄにテーパーを設け、光学素子３が撮像素子２上に組み立てられたときに、切欠部３ｃ及びピンホール部３ｄが撮像素子２と構成する角度を９０度以上としている。この点については、図１０（ａ）（ｂ）の拡大図に示すように、接着剤４の流れ込みを防止するための凹部を光学素子３の底面に１又は複数設けたものである。このことは、実施の形態２で説明したものと同様である。
【００２６】
このような構成とすれば、実施の形態１で説明したような撮像素子２と光学素子３との間に接着剤４を配設することなく、撮像素子２と光学素子３とを一体化することができる。また、結像レンズ部３ａと受光面５の焦点距離精度を光学素子３の加工精度内で一体化することができる。さらに、撮像素子２と光学素子３により構成される角度を大きくすることにより、接着剤４の塗布作業を容易にして接着剤４が受光面５部に流れにくくすることもできる。
【００２７】
次に、この発明の実施の形態４について図１１乃至図１３を用いて説明する。図１１は光学素子３の展開図、図１２は光学素子３と撮像素子２の構成を示す正面図、左右側面図及び底面図、図１３はこの発明の実施の形態４を説明するための構成を示す概略構成図である。図１１、図１２及び図１３において、図１と同一符号は同一又は相当部分をしめすため、それらの説明は省略する。この実施の形態４の特徴とするところは、図１１においては光学素子３に撮像素子２との組み立て時の相対位置を決めるための凸部３ｅを設けたこと、及び光学素子３の凸部３ｅと撮像素子２の当接する付近の光学素子３の部分に凹み部３ｆを設けたことである。図１１において、光学素子３に設けた凸部３ｅは撮像素子２上に組み立てるときに、撮像素子２の側面と当接させて撮像素子２と光学素子３の相対位置を調整作業なしに所定の位置に組み立てられるようにするためである。図１３は光学素子３に設けた凸部３ｅの機能について示している。図１３に示すように、撮像素子２の側面に光学素子３の凸部３ｅを当接しながら、撮像素子２と光学素子３を組み立てるようにする。
【００２８】
一般に、撮像素子２はダイシングソー装置によってウェハーから個々のチップに個片化される。このとき、その個片化の精度は±１０μｍ以下にされているため、撮像素子２の側面に当接させながら光学素子３を組み立てても、要求される組立精度を満たすことができる。ここで、要求される組立精度とは、光学素子３上の結像レンズ３ａの画角と撮像素子２上の受光面５との相対位置関係精度で、ここでは撮像素子２のパターンレイアウト設計と結像レンズ部３ａの画角設計によって、その相対位置許容範囲を±０．１ｍｍ程度に設計されている。すなわち、撮像素子２と光学素子３の設計時にそれら相対位置の組立公差を設けることにより、この実施の形態４のようにしても、撮像素子２と光学素子３の相対位置を十分に要求精度内で、容易に組み立てることができる。
【００２９】
図１１に示す丸内及び図１２に示す丸内の拡大図には、撮像素子２と光学素子３とが当接する撮像素子２の上角に対応する光学素子３の位置に凹部３ｆを設けている。したがって、受光素子２の上角部が光学素子３と当接することを避けて撮像素子２に欠け等の不具合が発生することを回避することができる。また、図１３に示すように実施の形態４においても、撮像素子２と光学素子３に設けた凸部３ｅが当接する撮像素子２の側面部において、接着剤４を介して撮像素子２と光学素子３とを一体化している。
【００３０】
このように構成することにより、撮像素子２の上面には接着剤４の塗布を必要とせず、撮像素子２上の受光面５に接着剤４が流れ出す恐れもなく、接着剤４の厚みが撮像装置の焦点精度に与える影響も考慮する必要がない。光学素子３に形成した凸部３ｅと撮像素子２の側面部を接着剤４により接着することにより、光学素子３と撮像素子２とを一体化した撮像装置を容易に組み立てることができる。なお、実施に際しては、撮像素子２上に信号端子等があり、撮像素子２の直行する２方向の側面全域に光学素子３上に設けた凸部３ｅを当接させることは困難であるが、凸部３ｅの形状、大きさ等を撮像素子２の信号端子等に対応させることにより可能となる。光学素子３に設けた凸部３ｅを１辺とし、その辺と直行する方向の位置合わせは別の手段によってもよい。すなわち、光学素子３上に設けた凸部３ｅの形状を上述のような形状及び位置に限るものではない。また、撮像素子２の上角部と光学素子３上に設けた凹部３ｆの形状は、上述のような凹型形状に限るものではなく、例えば半円型形状として撮像素子２との当接を避けてもよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の請求項１に係る撮像装置によれば、光学素子に複数の脚部を設けることなく、一定の膜厚の接着剤により、光学素子のブロック部と上記撮像素子とを一体化するため、上記撮像素子の受光部に焦点位置精度を確保することができる。
【００３２】
この発明の請求項２に係る撮像装置によれば、接着剤はその膜厚に対応するビーズ状又はファイバー状のスペーサ材を含むため、上記撮像素子の受光部に焦点位置精度を十分に確保することができる。
【００３３】
この発明の請求項３に係る撮像装置によれば、接着剤はフィルムテープ状の接着剤にスペーサ材を添加したため、上記撮像素子の受光部に焦点位置精度を十分に確保することができる。
【００３４】
この発明の請求項４に係る撮像装置によれば、上記接着剤は紫外線硬化型接着剤であるため、接着剤の即時の硬化により接着剤の膜厚を一定に保つことができる。
【００３５】
この発明の請求項５に係る撮像装置によれば、接着剤の受光部への侵入を阻止する溝部を上記ブロックに設けたことから、接着剤が受光部に流れ出しにくくなり、品質が安定するという効果を奏する。
【００３６】
この発明の請求項６に係る撮像装置によれば、ブロック部に設ける溝部を受光部の方向に斜めに形成したことから、接着剤の受光部への流れ出しをより効果的に防止することができる。
【００３７】
この発明の請求項７に係る撮像装置によれば、撮像素子の受光部に光を結像させる結像レンズ部を支持するブロック部に穴部を設け、このブロック部を上記撮像素子に接触させて上記穴部に接着剤を注入し、上記ブロック部と上記撮像素子とを接着することから、簡単な構成でブロック部と撮像素子とを一体化・小型化でき、上記結像レンズ部による上記受光部に対する焦点精度を向上させることができる。
【００３８】
この発明の請求項８に係る撮像装置によれば、ブロック部に設けた穴部は貫通穴であって、上記ブロック部の表面側における径よりも上記撮像素子に接触する側におけるそれの方が小さいことから、接着剤の受光部への流れ出しを効果的に防止することができる。
【００３９】
この発明の請求項９に係る撮像装置によれば、撮像素子と接触する側の光学素子に突起部を形成し、この突起部と上記撮像素子の側面とを接着剤により接着することにより、上記撮像素子と上記光学素子とを位置決めしながら、上記撮像素子と上記光学素子とを一体化・小型化できるとともに、上記撮像素子に対する焦点距離精度が安定するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る撮像装置の斜視構成図である。
【図２】（ａ）はこの発明の実施の形態一に係る撮像装置の正面図、（ｂ）はその側面図、（ｃ）は（ｂ）に示すＡ−Ａ線で切断したときの断面図である。
【図３】図２（ｂ）において、Ａ−Ａ線で切断したときの部分断面図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係る撮像装置の部分拡大図である。
【図５】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、この発明の実施の形態２に係る撮像装置の部分拡大図である。
【図６】（ａ）はこの発明の実施の形態３に係る撮像装置について、光学素子３を結像レンズ３ａ側から見た平面図、（ｂ）は図６（ａ）に示すＢ−Ｂ線で切断したときの断面図である。
【図７】（ａ）はこの発明の実施の形態３に係る撮像装置について、光学素子３を結像レンズ３ａ側から見た平面図、（ｂ）は図７（ａ）に示すＣ−Ｃ線で切断したときの断面図である。
【図８】（ａ）はこの発明の実施の形態３に係る撮像装置について、光学素子３を結像レンズ３ａ側から見た平面図、（ｂ）は図８（ａ）に示すＤ−Ｄ線で切断したときの断面図である。
【図９】（ａ）はこの発明の実施の形態３に係る撮像装置について、光学素子３を結像レンズ３ａ側から見た平面図、（ｂ）は図９（ａ）に示すＥ−Ｅ線で切断したときの断面図である。
【図１０】（ａ）（ｂ）は、それぞれ図８（ｂ）及び図９（ｂ）における光学素子３と撮像素子２が当接する部分を示す拡大図である。
【図１１】この発明の実施の形態４に撮像装置ついて、光学素子３の展開図である。
【図１２】この発明の実施の形態４に撮像装置ついて、光学素子３と撮像素子２の構成を示す正面図、左右側面図及び底面図である。
【図１３】この発明の実施の形態４を説明するための構成を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１…基板、２…撮像素子、３…光学素子、３ａ…結像レンズ部、３ｂ…ブロック部、３ｃ…切欠部、３ｄ…ピンホール、３Ｂ…凹部、３ｅ…凸部、３ｆ…凹み部、４…接着剤、５…受光面、６…スペーサ材

Claims

基板上に載置された受光部を有する撮像素子と、上記受光部に光を結像させる結像レンズ部及びこの結像レンズ部を支持するブロック部を有する光学素子と、上記撮像素子の上部に上記ブロック部を接着する接着剤とを備え、上記ブロック部の上記撮像素子に対向する底部であって、上記受光部の近傍に複数個の溝部を形成し、上記結像レンズ部により光を上記受光部に結像させるように一定の厚さに上記接着剤を設け、上記複数個の溝部により上記接着剤の上記受光部への侵入を防止する撮像装置。
上記溝部は、上記受光部の方向に向かって斜めに形成した請求項１に記載の撮像装置。
基板上に載置された受光部を有する撮像素子と、上記受光部に光を結像させる結像レンズ部と、この結像レンズ部を支持し、上記撮像素子に接触するように上記撮像素子上に設けて上記結像レンズ部を通過した光を上記受光部に結像させ、上記受光部と離隔した位置に上記撮像素子の表面を露出させるように貫通した穴部を形成したブロック部と、このブロック部の上記穴部における側壁と上記穴部における上記撮像素子の表面とに接触するように上記穴部に注入され、上記撮像素子と上記ブロック部とを接着する接着剤とを備え、この接着剤により上記撮像素子と上記ブロック部とを一体化した撮像装置。
上記穴部は、上記撮像素子に接触する側における径を上記ブロック部の表面側における径よりも小さくした請求項３に記載の撮像装置。