JP4034031B2

JP4034031B2 - 撮像装置

Info

Publication number: JP4034031B2
Application number: JP2000232729A
Authority: JP
Inventors: 徹也久野; 博明杉浦; 貴之山崎
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-08-01
Filing date: 2000-08-01
Publication date: 2008-01-16
Anticipated expiration: 2020-08-01
Also published as: JP2002051268A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサ等の撮像素子を備える撮像装置に関し、より詳しくは、撮像光学系と撮像素子とが一体化した小型の撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１６は、撮像光学系と撮像素子とが一体化した撮像装置の従来の構成を示した断面図である。図１６において、符号２０はレンズ、符号２１はレンズ２０を保持するレンズバレル、符号２１ａはレンズバレル２１のネジ部、符号２２はレンズ２０後面の絞り手段、符号２３はレンズバレル２１を保持するレンズホルダ、符号２３ａはレンズホルダ２３のネジ部、符号２４は赤外線カットフィルタ、符号２５は撮像素子、符号２５ａは撮像素子２５において入射光を感知可能な領域である有効画素領域、符号２５ｂはボンディングワイヤ、符号２５ｃはリード、符号２６は基板、をそれぞれ示している。
【０００３】
このような撮像装置の製造時には、さまざまなばらつきが生じやすい。製造時に生じるばらつきとして、以下のものが挙げられる。レンズ２０とレンズバレル２１との取り付けばらつき、レンズ２０の形状ばらつきによるバックフォーカスのばらつき、レンズバレル２１の形状ばらつき、赤外線カットフィルタ２４の厚みばらつき、レンズホルダ２３の形状ばらつき、撮像素子２５内における有効画素領域２５ａの光軸方向の位置のばらつき、撮像素子２５と基板２６との取り付けばらつきなどである。
【０００４】
これらのばらつきが存在するために、レンズ２０と撮像素子２５との間の距離に誤差が生じ、製造した撮像装置の合焦性能が製品ごとに異なって合焦性能が安定化しない。そのため、図１６に示した従来の撮像装置では、レンズバレル２１のネジ部２１ａとレンズホルダ２３のネジ部２３ａとを嵌合し、ネジ部２１ａを回転させてレンズバレル２１を上下させることにより、光学系が合焦するように調整を行っていた。
【０００５】
しかしながら、このような従来の撮像装置では、部品点数が多い上、量産時には一台一台、レンズバレル２１をレンズホルダ２３に取り付けて合焦度を調整（以後、ピント調整と称する）しなければならないという問題があった。
【０００６】
図１７に、各構成部品の取り付け精度を上げることでピント調整の省略が可能な撮像装置の一例を示す。なお、図１７の撮像装置は、特開平９−２３２５４８号公報に記載の技術である。
【０００７】
図１７において、符号３０は絞り板、符号３０ａは入射孔（絞り孔）、符号３１はフィルタ、符号３２は支持部材、符号３２ａは絞り板用の位置決め部、符号３２ｂはレンズ用の位置決め部、符号３２ｃは撮像素子用の位置決め部、符号３２ｄは凹み部、符号３３はレンズ、符号３４は赤外線カットフィルタ、符号３５は撮像素子、符号３５ａは撮像素子３５の有効画素領域、符号３５ｂはボンディングワイヤ、符号３６はリード、符号３７は接着剤である。なお、特開平９−２３２５４８号公報の記載ではフィルタ３１を赤外線カットフィルタとしているが、小型の撮像装置では赤外線カットフィルタをレンズ３３の前に置くことはフレアの要因となりやすい。そのため、図１７ではあえてレンズ３３の後に赤外線カットフィルタ３４として配置している。
【０００８】
この技術によれば、各構成部品の取り付け精度を上げるために、レンズ３３に対して位置決め部３２ｂを支持部材３２に設け、レンズ３３の取り付け精度を高めている。また、撮像素子３５に対しても位置決め部３２ｃを設け、撮像素子３５の取り付け精度を高めている。また、接着剤３７を注入する部分を、凹部３２ｄのようにへこませることで、接着剤３７により撮像素子３５が持ち上げられるのを防いでいる。また、各構成部品の取り付け精度を高めることでレンズ３３のピント調整機構を省略しており、図１６のレンズバレル２１およびレンズホルダ２３を支持部材３２として一体化し、構成部品数の低減をも図っている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
この特開平９−２３２５４８号公報に記載の撮像装置において合焦性能に影響を及ぼすと考えられる誤差を、図１８に示す。まず、レンズ３３の形状誤差によるバックフォーカス誤差があり、この誤差をΔＧにて表す。次に、赤外線カットフィルタ３４の厚み誤差による空気換算時の距離誤差をΔＢとする。また、撮像素子３５は、撮像装置の小型化を図る場合、セラミックパーケージなどに入れず半導体ウェハから切り出したチップ自体を用いるため、ウェハの厚み誤差がある。よって、撮像素子３５のウェハの厚み誤差をΔＣとする。そして、レンズ３３と支持部材３２との接着層４０の厚み誤差をΔＨにて、支持部材３２の形状誤差をΔＪにて表す。
【００１０】
これらの誤差はすべて合焦性能に影響を及ぼすため、上記構成によりつつピント調整をなくした撮像装置を実現するためには、以下の条件を満たす必要がある。すなわち、いま合焦性能として許容される焦点深度の誤差をΔδとした場合、先の誤差の合計（ΔＧ＋ΔＢ＋ΔＣ＋ΔＨ＋ΔＪ）の値が、誤差Δδの値よりも小さい必要がある。もし、誤差の合計（ΔＧ＋ΔＢ＋ΔＣ＋ΔＨ＋ΔＪ）が誤差Δδより小さくなければ、撮像対象の被写体が合焦せず、ピントがボケた状態（ピンボケ）となってしまうからである。
【００１１】
そのため、上記ばらつきを正確に管理する必要があり、各部材の管理、組み立てに高い精度を要する問題があった。
【００１２】
また、特開平９−２３２５４８号公報には、光学部材の支持部材３２とリード３６とが一体成形されるとの記述がある。通常、支持部材３２は、アクリル、ＰＣ（ポリカーボネイト）、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、等の合成樹脂で形成されることが多く、一方、リード３６は導電性の高い金属で形成されるのが一般的である。よって、支持部材３２とリード３６との両部材は、熱膨張率等の特性が著しく異なっていることが多い。
【００１３】
特性が著しく異なる両部材を一体成形することは技術的に難しく、通常は、支持部材３２のうちリード３６より下の部分と上の部分とを分けて成形することが多い。そして、そのように分けて成形した上下の支持部材３２を後で接着することになる。その場合、上下の支持部材間の接着層３９の厚み誤差ΔＫも生じ、それがまた、合焦性能を劣化させる原因となるため、更なる高い精度が要請されるという問題があった。
【００１４】
すなわち、以上の問題点をまとめると、従来の撮像装置においては、撮像装置の量産時に製品毎にピント調整を行う必要があり、量産効率が低くなるという問題があった。さらに、ピント調整を行うため撮像装置の構成部品が多くなるという問題もあった。
【００１５】
また、ピントの無調整化を図るためには、構成部品の成形精度を上げ、各部材の組み立てに高い精度を要するという問題があった。
【００１６】
そこで、この発明の課題は、構成部品の点数を減らし、かつ、製造時の誤差を低減してピントの無調整化を図りやすくした撮像装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、結像した光学像を電気信号に変換する撮像素子と、前記撮像素子を保持する基板と、前記基板に保持され、前記撮像素子へと前記光学像を結像させる撮像光学系とを備え、前記撮像光学系は、透明材料にて形成されたレンズ部と、前記レンズ部を保持し、且つ遮光性の材料にて形成された支持部材とを含み、前記レンズ部および前記支持部材が一体成形され、前記基板は主表面を有し、前記撮像光学系の前記支持部材は底面および側面を有し、前記支持部材の前記底面は前記基板の前記主表面にあてがわれ、前記支持部材の前記側面と前記基板の前記主表面のうち前記支持部材の前記底面に覆われていない部分とが接着剤により接着される撮像装置である。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の撮像装置であって、前記接着剤は遮光性を有する撮像装置である。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の撮像装置であって、前記接着剤はＵＶ硬化剤である撮像装置である。
【００２０】
【補正の内容】
請求項４に記載の発明は、結像した光学像を電気信号に変換する撮像素子と、前記撮像素子を保持する基板と、前記基板に保持され、前記撮像素子へと前記光学像を結像させる撮像光学系とを備え、前記撮像光学系は、透明材料にて形成されたレンズ部と、前記レンズ部を保持し、且つ遮光性の材料にて形成された支持部材とを含み、前記レンズ部および前記支持部材が一体成形され、赤外線カットフィルタをさらに備え、前記赤外線カットフィルタは、前記撮像光学系の外部である、前記レンズ部の入射側に配置された撮像装置である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
＜実施の形態１＞
本実施の形態は、撮像光学系中のレンズと支持部材とを一体成型することにより、構成部品の点数が少なく、かつピントの無調整化を図りやすくした撮像装置を実現するものである。
【００２５】
図１は、本実施の形態に係る撮像装置を示す断面図である。図１に示すように、本実施の形態に係る撮像装置は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサなどの撮像素子１と、撮像素子１の上面の一部が接着層６を介して接着された基板３Ａと、基板３Ａ上に接着剤等により接着された赤外線カットフィルタ５と、基板３Ａ上に接着剤４により保持された撮像光学系２とを備えている。
【００２６】
図２に、撮像素子１と基板３Ａとの接合部を拡大した図を示す。撮像素子１は例えば、パッケージ封入せず半導体ウェハから切り出したチップをそのまま用いたものである。図２において、その上面には、撮像光学系２によって結像した被写体の光像を電気信号に変換する有効画素領域１ａと、有効画素領域１ａから信号を取り出すための電極１ｂとが形成されている。
【００２７】
一方、基板３Ａには例えば、薄型基板を実現できるフレキシブル基板が用いられる。フレキシブル基板とは、基板の厚みが薄く薄膜状となっており、曲げることが可能であって、基板薄膜内に配線パターンが形成された、２層ポリイミド基板などのことを指す。このようなフレキシブル基板は、小型・薄型の撮像装置を製造する場合によく用いられる。
【００２８】
図３は基板３Ａの下面図である。基板３Ａの下面（撮像素子１が接着される側）には、電気信号が流れる回路パターン３ｃが設けられており、回路パターン３ｃの一端には、撮像素子１の電極１ｂと接続される電極３ｂが設けられている。また、回路パターン３ｃの他端には、撮像素子１からの電気信号を外部に出力するための電極３ａが設けられている。電極３ａに他の機器を接続することで、撮像装置と他の機器との間の信号のやり取りを行うことができる。なお、基板３Ａの中央部には開口部３ｄが設けられており、この開口部３ｄを介して撮像素子１の有効画素領域１ａに入射光が届く。
【００２９】
そして、撮像素子１の電極１ｂと基板３Ａの電極３ｂとが、ハンダバンプ等の導電性の接着層６によって接着されることにより、撮像素子１の上面が基板３Ａの下面に接着される。これは、いわゆるフリップチップ実装である。
【００３０】
次に、撮像光学系２について説明する。撮像光学系２は、光を通過させる材料で形成され、かつ被写体像を撮像素子１の有効画素領域１ａへと結像させるレンズ部２ａと、光を通過させない材料で形成され、かつレンズ部２ａを保持する支持部材２ｂとが一体成形された構成となっている。
【００３１】
以下に、撮像光学系２の成形方法について述べる。本発明では、支持部材２ｂとレンズ部２ａとを一体成形するために、まず支持部材２ｂを射出成形した後、インサート成形によりレンズ部２ａを形成する。
【００３２】
撮像光学系２のうちレンズ部２ａ以外の支持部材２ｂを射出成形するための第１の金型７を、図４〜図６に示す。図４および図５は第１の金型７の側面図であり、図６は第１の金型７の斜視図である。なお、図４と図５とでは見る方向が９０度異なっている。
【００３３】
図４および図５に示すように、第１の金型７は上下２つの金型７ａ，７ｂに割られている。なお、上下に割る位置は一例であり、図４および図５に示した位置に限定されるわけではない。
【００３４】
また、第１の金型７はさらに、射出成形をする際に支持部材２ｂにインジェクト部２ｃを形成するための金型部材７ｃをも備えている。なお、下の金型７ｂには、金型部材７ｃをはめ込むための凹部７ｄと、支持部材２ｂの材料を注入するためのゲート部７ｅとが設けられている。なお、図４〜図６においては、金型部材７ｃを円柱状に示し、ゲート部７ｅを角柱状に示しているが、これらの形状は一例であり、上記形状に制約されるものではない。
【００３５】
支持部材２ｂの形成は次のように行う。まず、凹部７ｄに金型部材７ｃをはめ込んだ状態で上下の金型７ａ，７ｂを合わせる。次に、ゲート部７ｅから支持部材２ｂの材料を注入し、射出成形を行う。ここで、支持部材２ｂの材料には、例えばＰＣ（ポリカーボネイト）やＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）などの合成樹脂を採用すればよい。なお、それら合成樹脂には黒色のものを用い、レンズ部２ａ以外からの入射光が有効画素領域１ａに到達しないよう遮光しておけばよい。
【００３６】
そして、射出成形後に金型部材７ｃを引き抜くことで、インジェクト部２ｃを備える支持部材２ｂが成形される。図７に射出成形された支持部材２ｂを示す。支持部材２ｂにはインジェクト部２ｃが形成されていることが図７から分かる。このインジェクト部２ｃにおいては、支持部材２ｂの外面から内面にかけて穴が貫通した状態となっている。
【００３７】
次に、レンズ部２ａを支持部材２ｂとともに一体成形するための第２の金型８を図８および図９に示す。図８および図９は第２の金型８の側面図である。なお、図８と図９とでは見る方向が９０度異なっている。
【００３８】
図８および図９に示すように、第２の金型８も上下２つの金型８ａ，８ｂに割られている。なお、上下に割る位置は一例であり、図８および図９に示した位置に限定されるわけではない。また、下の金型８ｂには、インサート成形をする際にレンズ部２ａの材料を注入するためのゲート部８ｃが設けられている。
【００３９】
レンズ部２ａの形成は次のように行う。まず、図１０に示すように、図７の支持部材２ｂを下の金型８ｂにはめ込み、上下の金型８ａ，８ｂを合わせる。このとき、支持部材２ｂのインジェクト部２ｃと下の金型８ｂのゲート部８ｃとが導通するように両者の位置を調整しておく。なお、ゲート部８ｃとインジェクト部２ｃとが導通するように、予め第１および第２の金型７，８が設計されていることが前提である。
【００４０】
次に、第２の金型８のゲート部８ｃに対して、外部より射出成形用のバルブ９をはめ込み、レンズ部２ａの材料をバルブ９を介して注入し、インサート成形を行う。ここで、レンズ部２ａの材料には、例えばＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）などのアクリル樹脂等の透明材料を採用すればよい。また、その他にもＰＣ（ポリカーボネイト）などを用いてもよい。このような透明材料の具体的商品名としては「アートン」や「ゼオネックス」などがある。
【００４１】
注入された透明材料は、ゲート部８ｃを通り、インジェクト部２ｃを介して第２の金型８内の支持部材２ｂの占有部分以外の空間に流れ込み、レンズ部２ａを形成する。
【００４２】
このようなインサート成形により、遮光材料にて形成された支持部材２ｂと透明材料にて形成されたレンズ部２ａとを一体成形することができる。一体成形を行うことにより、後述するようにレンズ部２ａと支持部材２ｂとの接着の誤差の生じない撮像光学系２を形成することが可能となる。
【００４３】
なお、レンズ部２ａのような光学部材を成形するときは、透明材料が流れていく跡（フローマーク）や、焼け、ジェッティングをさけるために、低速射出にて成形を行うことが一般的である。一方、その他の部材については、量産効率をあげるために、比較的短時間ですむ高速射出成形がよく行われる。本発明においても、レンズ部２ａは低速射出にて成形を行い、支持部材２ｂは高速射出にて成形を行えばよい。上記のようなインサート成形を用いれば、射出速度条件の異なる２つの部材を一体成形することができる。また、インサート成形を用いれば、レンズ部２ａおよび支持部材２ｂのように色が異なる部材や、熱膨張率等の特性が異なる部材を組み合わせた撮像光学系を一体成形することも可能である。
【００４４】
なお、本実施の形態ではレンズ部２ａの形状を、入射側を凹部にし、出射側を凸部にしているが、入射側、出射側いずれも凸部にした凸レンズにて構成してもよいことはいうまでもない。
【００４５】
さて、このように一体成形された撮像光学系２は、撮像光学系２により生成される光学像が撮像素子１の有効画素領域１ａ上に結像するように、基板３Ａ上に配置される。具体的には、支持部材２ｂの底面が基板３Ａの上面にあてがわれ、支持部材２ｂの側面と基板３Ａの上面のうち支持部材２ｂの底面に覆われていない部分とが接着剤４により接着されることにより、撮像光学系２が基板３Ａに固定される。これにより、支持部材２ｂと基板３Ａとの間に接着層が生じず、図１８のΔＫに示したような接着層の厚み誤差は排除できる。
【００４６】
なお、接着剤４には、例えば黒色などの、遮光性を有する接着剤を採用すればよい。そうすれば、支持部材２ｂと基板３Ａとの間に仮にわずかな隙間があったとしても、そこから光が撮像光学系２の内部に侵入することはない。
【００４７】
また、接着剤４には、紫外線によって硬化するＵＶ（Ultra Violet ray）硬化剤を用いてもよい。樹脂などを用いて接着する場合には、樹脂を溶かして撮像光学系２と基板３Ａとの接合部周辺へ塗布するため、高温樹脂が撮像光学系２に接着することとなる。そのため、熱によって、撮像光学系２が変形することがある。ＵＶ硬化剤を用いれば低温にて接着が可能であり、変形の問題は生じない。また、硬化時の材料自体の収縮が小さいため、撮像光学系２と基板３Ａとの間で位置ずれが生じにくい。また、ＵＶ硬化剤は硬化後も熱収縮が小さく、熱耐性に優れるため、接着剤４にＵＶ硬化剤を用いれば、熱に対する影響が非常に小さい撮像装置を得ることができる。
【００４８】
また、赤外線カットフィルタ５は、レンズ部２ａと撮像素子１との間に設けられる。しかし、レンズ部２ａから撮像素子１までの間のうちどの位置に置いても結像条件は変わらないので、赤外線カットフィルタ５の固定位置および固定方法は本実施の形態では特定はしない。例えば、図１に示すように基板３Ａの上に接着してもよいし、支持部材２ｂの内壁の一部に取り付けのための凸部を設けてその凸部に接着して固定してもよい。
【００４９】
上記のように撮像装置を構成することによって、構成部品の点数を少なくすることができる。
【００５０】
さて、本実施の形態に係る撮像装置において、合焦性能に影響を及ぼす誤差について図１１に示す。
【００５１】
まず、成形時に生じる撮像光学系２の形状誤差が起因となるバックフォーカス誤差をΔＡとする。撮像光学系２では、その支持部材２ｂを第２の金型８に入れてレンズ部２ａと一体成形する際に、支持部材２ａが熱せられてなまし直される。そのため、支持部材２ｂの形状誤差は、一体成形された撮像光学系２のバックフォーカス誤差に吸収され、支持部材２ｂおよびレンズ部２ａをともに単体として製造した場合に生じる支持部材２ｂの形状誤差とレンズ部２ａの形状誤差とを加算した値よりも、一体成形された撮像光学系２のバックフォーカス誤差ΔＡの値の方が小さくなる。また、一体成形のため、図１８の厚み誤差ΔＨのような、レンズ部２ａと支持部材２ｂとの取り付け部の接着層の誤差は生じない。
【００５２】
次に、赤外線カットフィルタ５の誤差について考えると、上述のようにレンズ部２ａから撮像素子１までの間のうちどの位置に置いても結像条件は変わらないので、接着による位置誤差があったとしても合焦性能に影響を与えることはない。よって、赤外線カットフィルタ５の厚みのばらつきのみが合焦性能に影響を及ぼすことになり、その誤差を、屈折率を考慮して空気換算したときの値ΔＢとする。
【００５３】
次に、撮像光学系２の支持部材２ｂと基板３Ａとの接合部であるが、支持部材２ｂの底面を基板３Ａに直接あてがい、支持部材２ｂの側面と基板３Ａとを接着剤４にて接着しているため、支持部材２ｂと基板３Ａとの間に接着層の厚み誤差は生じない。そのためレンズ部２ａの合焦性能に影響を与える誤差は生じない。
【００５４】
次に、基板３Ａの厚みの誤差をΔＦ、撮像素子１の厚みの誤差（底面から有効画素領域１ａ表面までの距離の誤差）をΔＣ、撮像素子１と基板３Ａとの間の接着層６の厚み誤差をΔＤとする。
【００５５】
なお、本発明の構成では、バックフォーカスはレンズ部２ａから有効画素領域１ａまでの距離で決まるため、撮像素子１の厚み誤差ΔＣは誤差要因にはならない。よって、合焦性能に影響を及ぼす誤差の要因を少なくすることができる。
【００５６】
上記をまとめると、合焦性能に影響を与える誤差の合計値は（ΔＡ＋ΔＢ＋ΔＦ＋ΔＤ）となり、この合計値が撮像光学系２の焦点深度の誤差Δδより小さければピント調整する必要がない。
【００５７】
ここで、上述した個々の誤差について具体的な数値例に基づいて検討する。小型で且つ薄型の撮像装置を構成するため、例えば撮像光学系２の画角を標準的な画角５５度とし、撮像素子２の有効画素領域１ａの大きさを１／４インチ光学系サイズとし、支持部材２ｂの形状の高さを５〜１０ｍｍ程度とした場合、まずバックフォーカス誤差ΔＡは±３０μｍ程度が想定される。
【００５８】
次に、赤外線カットフィルタ５による厚み誤差ΔＢは以下のようになる。赤外線カットフィルタ５はガラスで作成されることが多い。ガラスの屈折率はｎ＝１．５である。また、赤外線カットフィルタ５の厚みを０．５５ｍｍとして厚みばらつきを±５０μｍと想定する。
【００５９】
屈折率の定義ｎ₁₂＝ｖ₁／ｖ₂（ｎ₁₂は媒体２の媒体１に対する屈折率、ｖ₁は媒体１中を光が進む速度、ｖ₂は媒体２中を光が進む速度）より、空気（ｎ＝１．０）中を光が単位時間に進む距離をＡとすれば、ガラス中を光が単位時間に進む距離はＡ／１．５となる。よって、ガラス中の光の移動距離を空気換算すれば、誤差ΔＢは、ΔＢ＝±５０μｍ×（１−１／１．５）＝±１６．６μｍとなる。
【００６０】
次に、基板３Ａの厚み誤差ΔＦは以下のようになる。薄型の撮像装置を構成する場合、基板３Ａにはフレキシブル基板が多く用いられる。薄型のフレキシブル基板は５０μｍ以下の膜厚が実現されており、そのばらつき誤差ΔＦは±３〜４μｍ程度である（ここでは例えば±３．５μｍとする、なお膜厚２８μｍのフレキシブル基板も実在しており、その場合は厚みのばらつき誤差はさらに小さい）。
【００６１】
また、接着層６の厚み誤差ΔＤは以下のようになる。撮像素子１と基板３Ａとの接着をする際に、撮像素子１の電極１ｂを直接、基板３Ａの電極３ｂに接続するフリップチップ実装を採用して、ハンダバンプによる接続方法を用いると、その厚み誤差ΔＤは数μｍの範囲内に抑えることができる（ここでは例えば±４μｍとする）。
【００６２】
よって、以上より本実施の形態にかかる撮像装置の合焦性能に影響を与える誤差の合計値の一例を挙げれば、（ΔＡ＋ΔＢ＋ΔＦ＋ΔＤ）＝±３０±１６．６±３．５±４＝±５４．１μｍとなる。
【００６３】
本実施の形態に係る撮像装置の各誤差を図１８に示した従来の撮像装置の各誤差と個別に比較すると、まず、図１８のレンズ３３の形状誤差によるバックフォーカス誤差ΔＧと支持部材３２の形状誤差ΔＪを加算したものよりも、図１１の撮像光学系２の形状誤差によるバックフォーカス誤差ΔＡの方が、一体成形を行っているため小さくなる。さらに、本実施の形態に係る撮像装置では支持部材２ｂとレンズ部２ａとが接着層により接合されているのではないので、図１８の接着層４０の厚み誤差ΔＨが生じない。
【００６４】
さらに、本実施の形態に係る撮像装置では、基板３Ａの下面に撮像素子１の上面をフリップチップ実装により接着しているため、撮像素子３５の厚み誤差ΔＣは合焦性能に影響を与える誤差要因には加算されない。
【００６５】
また、従来の撮像装置においては、リード３６と支持部材３２との一体成形が困難である場合には、接着層３９の採用が考えられ、その厚み誤差ΔＫがさらに誤差要因に加わる。一方、本実施の形態によれば、支持部材２ｂを基板３Ａに直接あてがい、外部を接着剤４にて包囲しているため、支持部材２ｂと基板３Ａとの間に接着層の厚み誤差は生じない。
【００６６】
なお、本実施の形態では、従来の撮像装置の構成に比べ、基板３Ａの厚み誤差ΔＦおよび接着層６の厚み誤差ΔＤが加わるが、それらの誤差の値は上記の数値例で見たように他の誤差の値に比べ大幅に小さい。
【００６７】
ここで、従来の撮像装置の個々の誤差についても具体的な数値例に基づいて検討する。
【００６８】
例えば、図１８のレンズ３３のバックフォーカス誤差ΔＧを±１０μｍ、支持部材３２の形状誤差ΔＪを±３０μｍとする。また、撮像素子３５の厚みを例えば４００μｍとすれば、その厚み誤差はΔＣ＝±４０μｍ程度が生じる。また、赤外線カットフィルタ３４の誤差ΔＢは本実施の形態に係る撮像装置の場合と同様であるので、上記の数値例に基づきΔＢ＝±１６．６μｍとする。また、レンズ３３と支持部材３２との接着層４０の厚み誤差ΔＨは数μｍ以下である（例えば４μｍとする）。
【００６９】
よって、従来の撮像装置の場合、その誤差（ΔＧ＋ΔＪ＋ΔＣ＋ΔＢ＋ΔＨ）の値は、（±１０±３０±４０±１６．６±４）＝１００．６μｍとなる。この値と上記の（ΔＡ＋ΔＢ＋ΔＦ＋ΔＤ）＝±５４．１μｍとを比較すればわかるように、本実施の形態に係る撮像装置の構成では、合焦性能に影響を与える誤差の値が大幅に小さくなり、構成部品の組み立て時の精度を向上させることができる。よって、ピントの無調整化が図りやすくなる。
【００７０】
本実施の形態にかかる撮像装置を用いれば、撮像光学系２は、透明材料にて形成されたレンズ部２ａと、レンズ部２ａを保持し、且つ光を通過させない材料にて形成された支持部材２ｂとを含み、レンズ部２ａおよび支持部材２ｂが一体成形されているので、構成部品の点数が少なくてすむ。また、各構成部品を組み立てて撮像装置を製造する際に生じる、合焦性能に影響を与える誤差を低減することができる。よって、ピントの無調整化が図りやすい。
【００７１】
また、第１の金型７により成形された支持部材２ｂを第２の金型８へ挿入して、その後、透明材料を第２の金型８へ射出することでレンズ部２ａを成形するインサート成形によってレンズ部２ａおよび支持部材２ｂが一体成形されるので、射出速度条件の異なる２つの部材を一体成形することができる。また、色が異なる部材や、熱膨張率等の特性が異なる部材を組み合わせた撮像光学系を一体成形することも可能である。
【００７２】
＜実施の形態２＞
本実施の形態にかかる撮像装置は、実施の形態１にかかる撮像装置の変形例である。
【００７３】
本実施の形態においては、図１２に示すように赤外線カットフィルタ５を、撮像光学系２の外部である、レンズ部２ａの入射側に配置している。このように配置した場合には、赤外線カットフィルタ５による厚み誤差ΔＢを誤差要因から排除することができる。その場合は先に示した数値例で示すと、（ΔＡ＋ΔＦ＋ΔＤ）＝±３０±３．５±４＝±３７．５μｍとなる。
【００７４】
よって、本実施の形態に係る撮像装置の構成では、合焦性能に影響を与える誤差の値がさらに小さくなり、ピントの無調整化がより図りやすくなる。
【００７５】
＜実施の形態３＞
本実施の形態にかかる撮像装置も、実施の形態１にかかる撮像装置の変形例である。
【００７６】
本実施の形態においては、図１３に示すように撮像素子１が基板３Ｂ上に配置されている。すなわち、撮像素子１の下面が基板３Ｂの上面に接着層１０を介して接着されている。
【００７７】
図１４に基板３Ｂと撮像素子１とを上側から見た図を示す。撮像素子１上の電極１ｂと基板３Ｂの電極３ｂとはボンディングワイヤ１ｃによって接続される。基板３Ｂ上には電極３ｂから他の機器に接続するための回路パターン３ｃが形成されている。
【００７８】
本実施の形態の撮像装置の構成において、合焦性能に影響を与える誤差を図１５に示す。この場合には、撮像光学系２の形状誤差に起因するバックフォーカスの誤差ΔＡ、赤外線カットフィルタ５の厚み誤差から生じる誤差ΔＢ、撮像素子１の厚み誤差ΔＣ、基板３と撮像素子１との接着層１０の厚み誤差ΔＥが合焦性能に影響を与える誤差要因として挙げられる。
【００７９】
ΔＡ，ΔＢ，ΔＣの各誤差の具体的な数値例は先に示したとおりである。また、接着層１０の厚み誤差ΔＥの値は、接着層１０の厚さを３０〜５０μｍ程度と考えると数μｍの誤差となる。ここで、バックフォーカス誤差ΔＧと形状誤差ΔＪとの加算値よりもバックフォーカス誤差ΔＡの方が小さいこと、および誤差ΔＥと誤差ΔＨの値は同程度であることを考えると、従来の撮像装置の構成にて生じる誤差の合計値（ΔＧ＋ΔＪ＋ΔＣ＋ΔＢ＋ΔＨ）より、本実施の形態に係る撮像装置の構成にて生じる誤差の合計値（ΔＡ＋ΔＥ＋ΔＣ＋ΔＢ）の方が小さいため、本実施の形態にかかる撮像装置の構成によっても、ばらつき誤差を低減することが可能である。
【００８０】
【発明の効果】
請求項１又は請求項４に記載の発明によれば、撮像光学系は、透明材料にて形成されたレンズ部と、レンズ部を保持し、且つ遮光性の材料にて形成された支持部材とを含み、レンズ部および支持部材が一体成形されているので、構成部品の点数が少なくてすむ。また、支持部材の形状誤差は、一体成形された撮像光学系のバックフォーカス誤差に吸収され、支持部材およびレンズ部をともに単体として製造した場合に生じる支持部材の形状誤差とレンズ部の形状誤差とを加算した値よりも、一体成形された撮像光学系のバックフォーカス誤差の値の方が小さくなる。各構成部品を組み立てて撮像装置を製造する際に生じる、合焦性能に影響を与える誤差を低減することができる。よって、ピントの無調整化が図りやすい。
【００８３】
請求項１に記載の発明によれば、支持部材の側面と基板の主表面のうち支持部材の底面に覆われていない部分とが接着剤により接着されるので、支持部材と基板との間に接着層が生じず、接着層の厚み誤差を排除できる。よって、合焦性能に影響を及ぼす誤差の要因を少なくすることができる。
【００８４】
請求項２に記載の発明によれば、接着剤が遮光性を有するので、支持部材と基板との間に仮にわずかな隙間があったとしても、そこから光が撮像光学系の内部に侵入することはない。
【００８５】
請求項３に記載の発明によれば、接着剤がＵＶ硬化剤であるので、低温にて接着が可能であり、接着時に撮像光学系が変形する問題は生じない。また、硬化時の材料自体の収縮が小さいため、撮像光学系と基板との間で位置ずれが生じにくい。また、熱に対する影響が非常に小さい撮像装置を得ることができる。
【００８６】
請求項４に記載の発明によれば、赤外線カットフィルタが撮像光学系の外部である、レンズ部の入射側に配置されているので、赤外線カットフィルタによる厚み誤差を誤差要因から排除することができる。よって、合焦性能に影響を及ぼす誤差の要因を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係る撮像装置を示す図である。
【図２】実施の形態１に係る撮像装置の撮像素子１と基板３Ａとの接合部を拡大して示した図である。
【図３】実施の形態１に係る撮像装置の基板３Ａの下面図である。
【図４】実施の形態１に係る撮像装置の支持部材２ｂを射出成形するための第１の金型７を示す側面図である。
【図５】実施の形態１に係る撮像装置の支持部材２ｂを射出成形するための第１の金型７を示す側面図である。
【図６】実施の形態１に係る撮像装置の支持部材２ｂを射出成形するための第１の金型７を示す斜視図である。
【図７】射出成形された支持部材２ｂを示す斜視図である。
【図８】実施の形態１に係る撮像装置のレンズ部２ａおよび支持部材２ｂを一体成形するための第２の金型８を示す側面図である。
【図９】実施の形態１に係る撮像装置のレンズ部２ａおよび支持部材２ｂを一体成形するための第２の金型８を示す側面図である。
【図１０】実施の形態１に係る撮像装置のレンズ部２ａおよび支持部材２ｂを一体成形するための第２の金型８の上下を合わせた状態を示す側面図である。
【図１１】実施の形態１に係る撮像装置の合焦性能に影響を及ぼす誤差を示す図である。
【図１２】実施の形態２に係る撮像装置を示す図である。
【図１３】実施の形態３に係る撮像装置を示す図である。
【図１４】実施の形態３に係る撮像装置の基板３Ｂと撮像素子１とを示す上面図である。
【図１５】実施の形態３に係る撮像装置の合焦性能に影響を及ぼす誤差を示す図である。
【図１６】従来の撮像装置を示す図である。
【図１７】従来の撮像装置を示す図である。
【図１８】従来の撮像装置の合焦性能に影響を及ぼす誤差を示す図である。
【符号の説明】
１撮像素子、２撮像光学系、２ａレンズ部、２ｂ支持部材、３Ａ，３Ｂ基板、４接着剤、５赤外線カットフィルタ、６接着層、７第１の金型、８第２の金型、９バルブ、１０接着層、２ｃインジェクト部。

Claims

結像した光学像を電気信号に変換する撮像素子と、
前記撮像素子を保持する基板と、
前記基板に保持され、前記撮像素子へと前記光学像を結像させる撮像光学系と
を備え、
前記撮像光学系は、透明材料にて形成されたレンズ部と、前記レンズ部を保持し、且つ遮光性の材料にて形成された支持部材とを含み、前記レンズ部および前記支持部材が一体成形され、
前記基板は主表面を有し、
前記撮像光学系の前記支持部材は底面および側面を有し、
前記支持部材の前記底面は前記基板の前記主表面にあてがわれ、
前記支持部材の前記側面と前記基板の前記主表面のうち前記支持部材の前記底面に覆われていない部分とが接着剤により接着される
撮像装置。
請求項１に記載の撮像装置であって、
前記接着剤は遮光性を有する
撮像装置。
請求項１に記載の撮像装置であって、
前記接着剤はＵＶ硬化剤である
撮像装置。
結像した光学像を電気信号に変換する撮像素子と、
前記撮像素子を保持する基板と、
前記基板に保持され、前記撮像素子へと前記光学像を結像させる撮像光学系と
を備え、
前記撮像光学系は、透明材料にて形成されたレンズ部と、前記レンズ部を保持し、且つ遮光性の材料にて形成された支持部材とを含み、前記レンズ部および前記支持部材が一体成形され、
赤外線カットフィルタ
をさらに備え、
前記赤外線カットフィルタは、前記撮像光学系の外部である、前記レンズ部の入射側に配置された
撮像装置。