JP4421962B2

JP4421962B2 - 携帯電話搭載用小型撮像モジュール

Info

Publication number: JP4421962B2
Application number: JP2004205723A
Authority: JP
Inventors: 一郎栗原; 貴訓佐藤
Original assignee: Kantatsu Co Ltd
Current assignee: Kantatsu Co Ltd
Priority date: 2004-07-13
Filing date: 2004-07-13
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2024-07-13
Also published as: JP2006033138A

Description

本発明は、固体撮像素子と固体撮像素子に結像させるレンズとをパッケージ化した小型撮像モジュール、特に赤外線（ＩＲ：ｉｎｆｒａｒｅｄｒａｄｉａｔｉｏｎ）カット特性を有する小型撮像モジュールに関する。

近年、例えば、携帯型のコンピュータやテレビ電話、携帯電話等に搭載されるＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の固体撮像素子を利用したイメージセンサの需要が高まっている。この種のイメージセンサとして、例えば、携帯電話などに搭載するイメージセンサは、極力、小型化することが望まれており、例えば、特許文献１に示すように、撮像素子、レンズ部材、フィルタ及び絞り部材等の部品を１つのパッケージに収めて一体化することによって、部品点数を削減してコンパクト化を図ることによって、携帯電話などへの搭載を可能としている。

ところで、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子に対して単体のレンズを配置した構造では、球面収差等が発生するため、光学性能の向上を図ることが難しい。このため、近年、携帯電話などへの搭載される小型撮像モジュールは、撮像素子に対して複数のレンズを組み合わせている。また、ＣＣＤなどの固体撮像素子上の受光素子は、人間の視感波長領域（可視光領域）に感度を持つと同時に、近赤外領域（７００ｎｍから１２００ｎｍ）にも感度を有しているため、近赤外領域の受光素子の感度は、受光した画像の処理を行う上で、明るさ調整や色バランスの調整に大きな支障をもたらすことになるため、小型撮像モジュールにおいては、近赤外線をカットするための赤外線カットフィルタをレンズユニットとともにホルダに組付けてパッケージ化している。

特開２００３−２８９４５９号公報

前記特許文献１に示す小型撮像モジュールは、赤外線カットフィルタが独立した構成部品としてホルダにレンズユニットとともに組み込まれているため、部品点数が多くなるばかりでなく、これら構成部品の組付け作業工程も増え、作業性に劣るとともに、赤外線カットフィルタが単独部品のため、ある程度の厚みがあり、赤外線カットフィルタを設けるスペース分、小型化に不利となる。

そこで、本発明は、部品点数を削減して組付け組立工程の効率化によりコスト削減を図るとともに、レンズユニットに赤外線カット特性を持たせることによって、装置全体の小型化や軽量化が可能な小型撮像モジュールを提供することを目的とする。

本発明の請求項１記載の携帯電話搭載用小型撮像モジュールは、固体撮像素子を実装する基板と、前記固体撮像素子に被写体像を結像させる複数のレンズから成るレンズユニットと、これら基板とレンズユニットをパッケージ化するホルダとを備えた携帯電話搭載用小型撮像モジュールにおいて、前記ホルダは一体形成された円筒部と箱状のケース部とから構成され、前記固体撮像素子は前記箱状ケース部内に固定され、前記レンズユニットは鏡筒内に固定されており、該鏡筒は前記ホルダの円筒部に前記固体撮像素子と前記レンズユニットとの距離を微調整可能に螺着されており、該螺着された鏡筒内の前記レンズユニットを構成する複数のレンズのうち、最も固体撮像素子側に位置する１枚のレンズを樹脂レンズで成形するとともに、この樹脂レンズは前記固体撮像素子と対向するレンズの片面を平滑面とし、この平滑面に赤外線カット特性を有するコーティング膜を形成したことを特徴とする。

上記構成により、複数のレンズから成るレンズユニットをホルダに組み込むことで、球面収差や像面湾曲の補正を行うことができ、特に、レンズを樹脂材料から構成した場合に問題となりやすい温度変化時の屈折率変化やレンズ形状変化の影響も、複数のレンズを組み合わせることでうち消すことができ、温度変化による像点位置の変動を小さく抑えることが可能となる。しかも、レンズの平滑面に均一な厚みのコーティング膜を形成することができるとともに、球面収差や像面湾曲の補正を行う目的で鏡筒に組み込んだ１枚のレンズに赤外線を反射するコーティング膜を形成することによって、屋外など赤外線が多い環境で電荷が飽和して、画像が真っ白になるのを防ぐことが可能となる。また、固体撮像素子とレンズユニットとの距離を微調整することが可能となり、レンズユニットの合焦位置に撮像素子の受光面を的確にセッティングすることができる。

本発明の請求項２記載の携帯電話搭載用小型撮像モジュールは、前記レンズユニットが少なくとも２枚のレンズを合せたレンズ体と、このレンズ体と前記固体撮像素子との間に介在する１枚の樹脂レンズを含み、その単体の樹脂レンズは前記固体撮像素子と対向するレンズの片面を平滑面とし、この平滑面に赤外線カット特性を有するコーティング膜を形成したことを特徴とする。

上記構成により、球面収差や像面湾曲の補正を行う目的で鏡筒に組み込んだ樹脂レンズに赤外線を反射するコーティング膜を形成することによって、屋外など赤外線が多い環境で電荷が飽和して、画像が真っ白になるのを防ぐことが可能となる。

本発明の請求項１記載の携帯電話搭載用小型撮像モジュールは、固体撮像素子を実装する基板と、前記固体撮像素子に被写体像を結像させる複数のレンズから成るレンズユニットと、これら基板とレンズユニットをパッケージ化するホルダとを備えた携帯電話搭載用小型撮像モジュールにおいて、前記ホルダは一体形成された円筒部と箱状のケース部とから構成され、前記固体撮像素子は前記箱状ケース部内に固定され、前記レンズユニットは鏡筒内に固定されており、該鏡筒は前記ホルダの円筒部に前記固体撮像素子と前記レンズユニットとの距離を微調整可能に螺着されており、該螺着された鏡筒内の前記レンズユニットを構成する複数のレンズのうち、最も固体撮像素子側に位置する１枚のレンズを樹脂レンズで成形するとともに、この樹脂レンズは前記固体撮像素子と対向するレンズの片面を平滑面とし、この平滑面に赤外線カット特性を有するコーティング膜を形成したものであるから、ホルダに組み込んだ１枚のレンズを赤外線反射フィルタとして兼用することが可能となり、専用の赤外線反射フィルタを設ける必要がなくなる。このため、部品点数を削減することができ、その分、組立工程も減ってコスト減となる。また、専用の赤外線反射フィルタの組付けスペースも必要なくなり、装置全体の小型化や軽量化が可能となる。また、コーティング膜をレンズの平滑面に均一な厚みで形成することができ、コーティング膜によって赤外線の透過を効果的に防ぐことが可能となる。さらに、固体撮像素子とレンズユニットとの距離を簡単に微調整することができる。

本発明の請求項２記載の携帯電話搭載用小型撮像モジュールによれば、請求項１記載の小型撮像モジュールにおいて、前記レンズユニットが少なくとも２枚のレンズを合せたレンズ体と、このレンズ体と前記固体撮像素子との間に介在する１枚の樹脂レンズを含み、その単体の樹脂レンズは前記固体撮像素子と対向するレンズの片面を平滑面とし、この平滑面に赤外線カット特性を有するコーティング膜を形成したものであるから、専用の赤外線反射フィルタの組付けスペースも必要なくなり、装置全体の小型化や軽量化が可能となるとともにガラス基板に赤外線反射膜を形成する場合、連続したガラス基板を所定の形状にカットすることから、生産効率が低く、製造コストも高くなるが、コーティング膜を形成する樹脂レンズは、射出成形によって簡単に成形することができ、成形加工も容易であるとともに、生産効率に優れることから、製造コストを大幅に削減することができる。

本発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。図１は小型撮像モジュールの断面図を示している。同図に示すように、小型撮像モジュール１は、ホルダ２に基板１０と、レンズユニット２０を組付けてパッケージ化している。

ホルダ２は、内周面に雌ネジ５を有する円筒部６と、この円筒部６の下部に一体形成する箱状のケース７とを有して合成樹脂によって一体形成されている。前記円筒部６には後述する複数のレンズから成るレンズユニット２０を固定する鏡筒８が組付けられ、この鏡筒８の外周面には前記円筒部６の雌ネジ５と螺着する雄ネジ９が形成されている。一方、前記ケース７の下面には、該ケース７の開口部を覆うようにしてフォトダイオード等のＭＯＳトランジスタあるいはＣＣＤ素子などの固体撮像素子を組み込んだ半導体チップ１１を実装する前記基板１０が固定されており、円筒部６の雌ネジ５に螺着した鏡筒８の螺合量を調整することにより固体撮像素子とレンズユニット２０との距離を微調整してピント調整をした後、接着剤などによってホルダ２と鏡筒８とを一体的に固定するようにしている。

前記鏡筒８の上面側には、前記レンズユニット２０を押さえるレンズ押え２０Ａを形成し、このレンズ押え２０Ａに光路となる開口した絞り部２１を形成している。また、前記鏡筒８に組み付けられるレンズユニット２０は、２枚のレンズ２２，２３によって構成され、これら２枚のレンズ２２，２３がスペーサ２４，２５によって鏡筒８に対して光軸方向に位置決めされている。なお、レンズ２２，２３は、例えばガラス製又は樹脂製（材質は、特に限定されるものではない）であり、上部側に配置するレンズ２２がレンズ押え２０Ａによって位置決めされている。このレンズ２２は両面に凸レンズ部２２Ａ，２２Ｂを形成し、このレンズ２２の下方に配置したレンズ２３は一方の面が平滑面２７となっており、他方の面に凸レンズ部２８が形成され、前記平滑面２７には蒸着などによって、赤外線を反射して赤外線の透過を防ぐコーティング膜３０が形成されている。なお、コーティング膜３０を形成するレンズ２３の平滑面２７は、図１に示すように、固体撮像素子を組み込んだ半導体チップ１１側に向けて装着している。このように、レンズユニット２０として複数のレンズ２２，２３を鏡筒８に組み込むことで、球面収差や像面湾曲の補正を行うことができる。特に、レンズ２２，２３を樹脂材料から構成した場合に問題となりやすい温度変化時の屈折率変化やレンズ形状変化の影響も、複数のレンズ２２，２３を組み合わせることでうち消すことができ、温度変化による像点位置の変動を小さく抑えることができる。そして、このように、球面収差や像面湾曲の補正を行う目的で鏡筒８に複数のレンズ２２，２３を組み込み、その一方のレンズ２３にコーティング膜３０を形成し、このコーティング膜３０によって、屋外など赤外線が多い環境で電荷が飽和して、画像が真っ白になるのを防いでいる。

このように、レンズユニット２０として複数のレンズ２２，２３を鏡筒８に組み込むことで、球面収差や像面湾曲の補正を行うことができる。特に、レンズ２２，２３を樹脂材料から構成した場合に問題となりやすい温度変化時の屈折率変化やレンズ形状変化の影響も、複数の樹脂レンズ２２，２３を組み合わせることでうち消すことができ、温度変化による像点位置の変動を小さく抑えることができる。そして、このように、球面収差や像面湾曲の補正を行う目的で鏡筒８に複数のレンズ２２，２３を組み込み、その１枚のレンズ２３にコーティング膜３０を形成することによって、屋外など赤外線が多い環境で電荷が飽和して、画像が真っ白になるのを防いでいる。

以上のように、レンズユニット２０の構成する１枚のレンズ２３に赤外線を反射して赤外線の透過を防ぐコーティング膜３０を形成することによってそのレンズ２３を赤外線反射フィルタとして兼用することが可能となり、専用の赤外線反射フィルタを設ける必要がなくなる。このため、部品点数を削減することができ、その分、組立工程も減ってコスト減となる。また、専用の赤外線反射フィルタの組付けスペースも必要なくなり、装置全体の小型化や軽量化が可能となる。また、従来のようにガラス基板に赤外線反射膜を形成する場合、連続したガラス基板を所定の形状にカットすることから、生産効率が低く、製造コストも高くなる。しかし、レンズ２３を樹脂によって一体成形し、その樹脂レンズ２３にコーティング膜３０を形成すれば、レンズ２３を射出成形によって簡単に成形することができ、成形加工も容易であるとともに、生産効率に優れることから、製造コストを大幅に削減することができる。また、レンズ２３にコーティング膜３０を形成する際、凸レンズ部２８側にコーティング膜３０を形成した場合、凸レンズ部２８の頂部に向かって次第にコーティング膜３０が厚くなり、コーティング膜３０の厚さが不均一となるが、単体のレンズ２３の片面に形成する平滑面２７にコーティング膜３０を形成することから、コーティング膜３０を均一な厚みで形成することができる。これにより、コーティング膜３０によって赤外線を効果的に反射して画像の特性を変化させたり劣化させたりすることがなくなる。このような赤外線のカット特性を備えたレンズ２３を含むレンズユニット２０を鏡筒８に組み込むことで、球面収差や像面湾曲の補正を行うことができる。特に、レンズを樹脂材料から構成した場合に問題となりやすい温度変化時の屈折率変化やレンズ形状変化の影響も、複数の樹脂レンズ２２，２３を組み合わせることでうち消すことができる。従って温度変化による像点位置の変動を小さく抑えることができるとともに、レンズ２３に形成するコーティング膜３０によって、屋外など赤外線が多い環境で電荷が飽和して、画像が真っ白になるのを防ぐことができる。また、レンズユニット２０を組み込んだ鏡筒８の雄ネジ部９をホルダ６の円筒部６の雌ネジ５に螺着することによって、レンズユニット２０を組み込んだ鏡筒８をホルダ６に対して前記樹脂レンズの光軸方向に移動可能に組付けられているため、鏡筒８の螺合量を調整することにより固体撮像素子とレンズユニット２０との距離を簡単に調整することができる。

図２は本発明の第２実施例を示しており、前記第１実施例と同一機能を有する部分には、同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。本実施例においては、レンズユニット２０を絞り板３１を介在して２枚の樹脂レンズ３２，３３を重ね合せたレンズ体３４と、このレンズ体３４と前記基板１０との間にスぺーサ３５介して配置されるガラス製又は樹脂によって成形される単体のレンズ３６から成る。前記絞り板３１には光路となる開口部３１ａが形成され、絞り板３１を介在して前記２枚の樹脂レンズ３２，３３を重ね合せている。単体のレンズ３６は一方の面が平滑面３７となっており、他方の面に凸レンズ部３８が形成され、前記平滑面３７には蒸着などによって、赤外線を反射して赤外線の透過を防ぐコーティング膜３０が形成されている。なお、コーティング膜３０を形成する単体のレンズ３６の平滑面３７は、図２に示すように、平滑面３７を半導体チップ１１側に向けて装着している。このように、レンズユニット２０として複数の樹脂レンズ３２，３３，３６を鏡筒８に組み込むことで、球面収差や像面湾曲の補正を行うことができる。特に、レンズ３２，３３，３６を樹脂材料から構成した場合に問題となりやすい温度変化時の屈折率変化やレンズ形状変化の影響も、複数の樹脂レンズ３２，３３，３６を組み合わせることでうち消すことができ、温度変化による像点位置の変動を小さく抑えることができる。そして、このように、球面収差や像面湾曲の補正を行う目的で鏡筒８に組み込んだ単体のレンズ３６にコーティング膜３０を形成し、このコーティング膜３０によって、屋外など赤外線が多い環境で電荷が飽和して、画像が真っ白になるのを防いでいる。

以上のように、レンズユニット２０の一部を構成する単体のレンズ３６に赤外線を反射して赤外線の透過を防ぐコーティング膜３０を形成することによって、前記第１実施例と同様、レンズ３６を赤外線反射フィルタとして兼用することが可能となり、専用の赤外線反射フィルタを設ける必要がなくなる。このため、部品点数を削減することができ、その分、組立工程も減ってコスト減となる。また、専用の赤外線反射フィルタの組付けスペースも必要なくなり、装置全体の小型化や軽量化が可能となる。また、単体のレンズ３６に形成する平滑面３７にコーティング膜３０を形成することにより、コーティング膜３０を均一な厚みで形成することができるとともに、レンズ３６に形成するコーティング膜３０によって、屋外など赤外線が多い環境で電荷が飽和して、画像が真っ白になるのを防ぐことができる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、レンズユニットを構成するレンズの枚数や形状あるいはホルダの形状や各構成部品の取付構造などは適宜選定すればよい。

本発明の第１実施例を示す小型撮像モジュールの全体断面図である。本発明の第２実施例を示す小型撮像モジュールの全体断面図である。

１小型撮像モジュール
２ホルダ
１０基板
１１半導体チップ（固体撮像素子）
２０レンズユニット
２２，２３，３２，３３，３６レンズ
３４レンズ体
２７，３７平滑面
３０コーティング膜

Claims

固体撮像素子を実装する基板と、前記固体撮像素子に被写体像を結像させる複数のレンズから成るレンズユニットと、これら基板とレンズユニットをパッケージ化するホルダとを備えた携帯電話搭載用小型撮像モジュールにおいて、前記ホルダは一体形成された円筒部と箱状のケース部とから構成され、前記固体撮像素子は前記箱状ケース部内に固定され、前記レンズユニットは鏡筒内に固定されており、該鏡筒は前記ホルダの円筒部に前記固体撮像素子と前記レンズユニットとの距離を微調整可能に螺着されており、該螺着された鏡筒内の前記レンズユニットを構成する複数のレンズのうち、最も固体撮像素子側に位置する１枚のレンズを樹脂レンズで成形するとともに、この樹脂レンズは前記固体撮像素子と対向するレンズの片面を平滑面とし、この平滑面に赤外線カット特性を有するコーティング膜を形成したことを特徴とする携帯電話搭載用小型撮像モジュール。
前記レンズユニットが少なくとも２枚のレンズを合せたレンズ体と、このレンズ体と前記固体撮像素子との間に介在する１枚の樹脂レンズを含み、その単体の樹脂レンズは前記固体撮像素子と対向するレンズの片面を平滑面とし、この平滑面に赤外線カット特性を有するコーティング膜を形成したことを特徴とする請求項１記載の携帯電話搭載用小型撮像モジュール。