JPWO2007043509A1 - 撮像装置 - Google Patents

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Abstract

低コストで製造でき、ゴミなどの付着の問題を回避し、高画質な画像を形成できる撮像装置を提供するために、基板５２上に載置されたイメージセンサ５１に対して、所定の間隔でレンズＬ１を仮固定し、更にその周囲に流した樹脂ＰＬを固化させることで、レンズＬ１を内包し且つイメージセンサ５１の周囲に固定された樹脂材３０を形成し、それによりゴミ付着などの問題を抑制しつつ、製造工程の短縮化を図ることができる。

Description

本発明は、撮像装置に関し、例えばＣＣＤ型イメージセンサあるいはＣＭＯＳ型イメージセンサ等の固体撮像素子を用いた撮像装置などに用いられると好適な撮像装置に関する。
近年、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）型あるいはＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型の固体撮像素子を用いた撮像装置の高性能化に伴い、オートフォーカス機構（以降ＡＦ機構という）を備えた撮像装置が搭載された携帯電話が普及しつつある。
ここで、特許文献１には、光学素子の脚部を固体撮像素子の受光面以外の領域に突き当てることで、光軸方向の位置を調整可能な撮像装置が開示されている。
特開２００３−４６８２５号公報
しかるに、特許文献１の構成によれば、固体撮像素子の受光面にゴミなどが付着しないように、クリーンルームで光学素子を組み付ける必要があり、製造コストが高くなるという問題がある。これに対し、予め半導体製造工程において、基板に対して固体撮像素子を実装し、更に固体撮像素子を基準面を有するカバーガラスで覆いつつ、周囲に溶融した樹脂を流した後で固化させてセンサユニットを形成する試みがある。かかる試みによれば、一般的な半導体製造工程はクリーンルーム内で行われるので、それにより形成される固体撮像素子の受光面にゴミなどが付着することが抑制され、且つカバーガラスが装着された状態でセンサユニットが供給されれば、搬送時や組み付け時にゴミが付着することも回避される。しかしながら、部品点数を削減し、製造工程をより短縮化したいという要求がある。
また、固化した樹脂は一般的には精度が悪いので、どのようにして光学素子を位置決めするかが問題となる。
更に、耐熱性を考慮して、ガラスモールド等によりレンズを作製した場合、成形精度の制約から、レンズの焦点位置に対してフランジ面を精度良く形成することが困難な場合がある。そのようなレンズの焦点位置に対して、固体撮像素子をどのようにして合わせ込むかという問題がある。
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、低コストで製造でき、ゴミなどの付着の問題を回避し、高画質な画像を形成できる撮像装置を提供することを目的とするものである。
請求の範囲第１項に記載の撮像装置は、
基板に対して固体撮像素子を実装し、該固体撮像素子に対し、撮像レンズを所定の間隔で配置し、更にその周囲に溶融した樹脂を流した後で固化させることにより、前記固体撮像素子を、前記基板と前記撮像レンズと前記樹脂とで封止したことを特徴とする。
本発明によれば、前記固体撮像素子に対して、溶融した樹脂を固化させることで前記撮像レンズを封止することができ、それによりゴミ付着などの問題を抑制しつつ、製造工程の短縮化を図ることができる。又、前記撮像レンズは前記固化された樹脂により保持されるので、別個に鏡筒等を設ける必要がなく、部品点数の削減や撮像装置のコンパクト化を図ることもできる。
請求の範囲第２項に記載の撮像装置は、請求の範囲第１項に記載の発明において、前記固体撮像素子と前記撮像レンズとの間には、スペーサが配置されていることを特徴とするので、前記固体撮像素子に対して前記撮像レンズを光軸方向に精度良く位置決めできる。
請求の範囲第３項に記載の撮像装置は、請求の範囲第１項に記載の発明において、前記固体撮像素子と前記撮像レンズとの間に、ＩＲカットフィルタが設けられていることを特徴とする。
請求の範囲第４項に記載の撮像装置は、請求の範囲第３項に記載の発明において、前記撮像レンズとＩＲカットフィルタとを、溶融した樹脂を流した後で固化させて固定したことを特徴とするので、別個に鏡筒等を設ける必要がなく、部品点数の削減や撮像装置のコンパクト化が可能となる。
請求の範囲第５項に記載の撮像装置は、
基板に対して固体撮像素子を実装し、この固体撮像素子に対し基準面を有する第１の光学素子を所定の間隔で配置し、前記固体撮像素子と前記第１の光学素子の周囲に溶融した樹脂を流した後で固化させたセンサユニットと、前記第１の光学素子の基準面に、一部を突き当てた第２の光学素子と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、前記第１の光学素子の基準面に、一部を突き当てた第２の光学素子を有するので、前記固体撮像素子と前記第１の光学素子とを予め光軸方向に精度良く位置決めした前記センサユニットとし、前記第１の光学素子の基準面に、前記第２の光学素子の一部を突き当てることによって、前記固体撮像素子と前記第２の光学素子との光軸方向の位置決めを高精度に行うことができる。又、前記第１の光学素子を保持する鏡筒が不要となるので、撮像装置のコンパクト化を図ることもできる。又、前記第１の光学素子及び第２の光学素子の素材は限定されないが、ガラスや温度変化に対する屈折率変化が少ないプラスチックが望ましい。更に、レンズを熱に強い材料、例えばガラスや耐熱性樹脂材料により構成することで、撮像装置をそのままリフローにより基板に実装することも可能となる。
請求の範囲第６項に記載の撮像装置は、請求の範囲第５項に記載の発明において、前記固化した樹脂に対して取り付けられ、前記第２の光学素子を保持する鏡筒を有することを特徴とするので、それにより前記第２の光学素子を固定することができる。
請求の範囲第７項に記載の撮像装置は、請求の範囲第６項に記載の発明において、前記固化した樹脂には突起もしくは凹部が形成され、前記鏡筒には凹部もしくは突起が形成され、前記突起と前記凹部とを係合させることにより、前記鏡筒は前記固化した樹脂に取り付けられることを特徴とするので、前記鏡筒の位置決めを容易にでき且つ取り付け強度を高めることができる。
請求の範囲第８項に記載の撮像装置は、請求の範囲第７項に記載の発明において、前記固化した樹脂には、別部材がインサート成形されており、前記鏡筒は、前記インサート成形された別部材を介して前記固化した樹脂に取り付けられていることを特徴とするので、前記鏡筒の位置決めを容易にでき且つ取り付け強度を高めることができる。
請求の範囲第９項に記載の撮像装置は、請求の範囲第６項〜第８項に記載のいずれかの発明において、前記鏡筒は、空気を内在する空間を含むことを特徴とするので、空気の断熱性を利用して、前記第２の光学素子に外部の熱が伝わりにくくでき、安定した光学特性を発揮させることができると共に、レンズを耐熱性が高くない樹脂材料から形成した場合でも、撮像装置をそのままリフローにより基板に実装することも可能となる。
請求の範囲第１０項に記載の撮像装置は、請求の範囲第５項〜第９項に記載のいずれかの発明において、前記鏡筒と前記第２の光学素子との間に、前記鏡筒よりも熱伝導性が低い部材を配置したことを特徴とするので、前記部材の断熱性を利用して、前記光学素子に外部の熱が伝わりにくくでき、安定した光学特性を発揮させることができると共に、レンズを耐熱性が高くない樹脂材料から形成した場合でも、撮像装置をそのままリフローにより基板に実装することも可能となる。
請求の範囲第１１項に記載の撮像装置は、請求の範囲第５項〜第１０項に記載のいずれかの発明において、光軸直交方向において、前記固化した樹脂の寸法は、前記鏡筒の寸法より大きいことを特徴とするので、周囲部品との干渉を抑制できる。又、前記第２の光学素子の光軸の芯ズレを抑えるために光軸直交方向に変位させやすい構成となっている。
請求の範囲第１２項に記載の撮像装置は、
基板に対して固体撮像素子を実装し、この固体撮像素子に対し基準面を有する第１の光学素子を、所定の厚さの第１のスペーサ手段を介して配置し、更にその周囲に溶融した樹脂を流した後で固化させることにより、前記固体撮像素子と前記第１の光学素子の前記基準面との光軸方向の位置決めを行い、前記基準面を基準として撮影レンズを配置したことを特徴とする。
本発明によれば、前記第１のスペーサ手段により、前記固体撮像素子と前記第１の光学素子の基準面との光軸方向の間隔を調整でき、更に樹脂を固化することでその状態を維持できる。即ち、前記第１のスペーサ手段の厚みを厚くすれば、前記固体撮像素子と前記第１の光学素子の基準面との光軸方向の間隔を広くでき、前記第１のスペーサ手段の厚みを薄くすれば、前記固体撮像素子と前記第１の光学素子の基準面との光軸方向の間隔を狭くできる。従って、予め前記固体撮像素子と前記第１の光学素子の基準面との光軸方向の間隔を異ならせた複数種類のユニットを作製しておき、それに対して組み付ける第２の光学素子の焦点位置に対して、最適な間隔を有するユニットを選別することにより、かかる第２の光学素子を前記第１の光学素子の基準面に突き当て等するだけで、前記固体撮像素子と前記第２の光学素子との光軸方向の間隔を合わせ込むことができる。
請求の範囲第１３項に記載の撮像装置は、請求の範囲第１２項に記載の発明において、前記第１の光学素子は、ＩＲカットフィルタであることを特徴とする。
請求の範囲第１４項に記載の撮像装置は、請求の範囲第１２項又は第１３項に記載の発明において、前記第１のスペーサ手段は接着剤であり、接着剤の量を変化させることで、前記固体撮像素子と前記第１の光学素子の前記基準面との光軸方向の間隔を設定することを特徴とする。
請求の範囲第１５項に記載の撮像装置は、請求の範囲第１２項又は第１３項に記載の発明において、前記第１の光学素子の光軸方向厚さを変更することで、前記固体撮像素子と前記第１の光学素子の基準面との光軸方向の間隔を設定することを特徴とする。
請求の範囲第１６項に記載の撮像装置は、請求の範囲第１２項〜第１５項のいずれかに記載の発明において、前記撮影レンズは第２の光学素子を含み、前記第１の光学素子の前記基準面に対し、前記第２の光学素子に一体的に形成された所定の光軸方向長さを有する脚部を当接させて配置したことを特徴とする。
請求の範囲第１７項に記載の撮像装置は、請求の範囲第１２項〜第１５項のいずれかに記載の発明において、前記撮影レンズは第２の光学素子を含み、前記第１の光学素子に対し、前記第２の光学素子を所定の光軸方向厚さの第２のスペーサ手段を介して配置したことを特徴とする。
請求の範囲第１８項に記載の撮像装置は、請求の範囲第１３項又は第１４項に記載の発明において、前記撮影レンズはガラスモールドレンズを含み、ガラスモールドレンズに応じて前記固体撮像素子と前記第１の光学素子の前記基準面との光軸方向の間隔が設定されていることを特徴とする。
請求の範囲第１９項に記載の撮像装置は、請求の範囲第１６項に記載の発明において、前記撮影レンズはガラスモールドレンズを含み、ガラスモールドレンズに応じて前記第２の光学素子に一体的に形成された前記脚部の所定の光軸方向長さ、レンズ軸上厚さ又はレンズ間隔が設定されていることを特徴とする。
請求の範囲第２０項に記載の撮像装置は、請求の範囲第１７項に記載の発明において、前記撮影レンズはガラスモールドレンズを含み、ガラスモールドレンズに応じて前記第２のスペーサ手段の所定の光軸方向厚さが設定されていることを特徴とする。
前記第１の光学素子及び第２の光学素子の素材は限定されないが、ガラスや温度変化に対する屈折率変化が少ないプラスチックが望ましい。更に、レンズを熱に強い材料、例えばガラスや耐熱性樹脂材料により構成することで、撮像装置をそのままリフローにより基板に実装することも可能となる。
本発明によれば、低コストで製造でき、ゴミなどの付着の問題を回避し、高画質な画像を形成できる撮像装置を提供することができる。
第１の実施の形態にかかる撮像装置５０の斜視図である。 図１の撮像装置５０をＩＩ−ＩＩ線を含む面で切断して矢印方向に見た図である。 撮像装置５０の製造工程を示す図である。 撮像装置５０を携帯端末としての携帯電話機１００に装備した状態を示す図である。 携帯電話機１００の制御ブロック図である。 第１の実施の形態の変形例にかかる撮像装置の断面図である。 第１の実施の形態の変形例にかかる撮像装置の断面図である。 第２の実施の形態にかかる撮像装置１５０の斜視図である。 図８の撮像装置１５０をＩＩ−ＩＩ線を含む面で切断して矢印方向に見た図である。 センサユニットＳＵの製造工程を示す図である。 第２の実施の形態の変形例にかかる撮像装置の断面図である。 第２の実施の形態の変形例にかかる撮像装置の断面図である。 第２の実施の形態の変形例にかかる撮像装置の断面図である。 第２の実施の形態の変形例にかかる撮像装置の断面図である。 第３の実施の形態にかかる撮像装置２５０の斜視図である。 図１５の撮像装置２５０をＩＩ−ＩＩ線を含む面で切断して矢印方向に見た図である。 第３の実施の形態の変形例にかかる撮像装置の断面図である。
符号の説明
２１ 鏡筒
３０ 樹脂材
４２ スペーサ（第２のスペーサ手段）
５０、１５０、２５０ 撮像装置
５１ イメージセンサ
５１ａ 光電変換部
５２ 基板
５２ａ 外部接続用端子
６０ 入力部
７０ 表示部
８０ 無線通信部
９２ 記憶部
１００ 上記携帯電話機
１００ 携帯電話機
１０１ 制御部
ＢＴ ボタン
ＥＦ 電気炉
Ｆ ＩＲカットフィルタ
ＦＲ 枠
Ｈ ヒータ
Ｌ１ 第１レンズ
Ｌ１ｆ フランジ部
Ｌ２ 第２レンズ
Ｌ２ｆ フランジ部
Ｌ２ｇ 脚部
ＮＺ ノズル
ＰＬ 樹脂
Ｓ 開口絞り
ＳＭ 遮光部材
ＳＰ スペーサ
Ｗ ワイヤ
以下、本発明に係る第１の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、第１の実施の形態にかかる撮像装置５０の斜視図であり、図２は、図１の撮像装置５０をＩＩ−ＩＩ線を含む面で切断して矢印方向に見た図である。
第１の実施の形態に係る撮像装置５０は、光電変換部５１ａを有する固体撮像素子としてのＣＭＯＳ型イメージセンサ５１と、このイメージセンサ５１の光電変換部５１ａに被写体像を撮像させるレンズＬ１からなる撮像レンズ（撮影レンズとも称す）と、表面にイメージセンサ５１を保持すると共にその電気信号の送受を行う外部接続用端子５２ａを裏面に有する基板５２と、撮像レンズを支持する樹脂材３０とを備え、これらが一体的に形成されている。
上記イメージセンサ５１は、その受光側の平面の中央部に、画素（光電変換素子）が２次元的に配置された、受光部としての光電変換部５１ａ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、イメージセンサ５１の受光側の平面の外縁近傍には、多数のパッド（図示略）が配置されており、ワイヤＷを介して基板５２に接続されている。イメージセンサ５１は、光電変換部５１ａ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、ワイヤＷを介して基板５２上の所定の回路に出力する。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。
基板５２は、表面に設けられた多数の信号伝達用パッドを有しており、これが前述したイメージセンサ５１からのワイヤＷと接続され、更に裏面の外部接続用端子５２ａと接続されている。
外部接続用端子５２ａは 基板５２と外部回路（例えば、撮像装置を実装した上位装置が有する制御回路）とを接続し、外部回路からイメージセンサ５１を駆動するための電圧やクロック信号の供給を受けたり、また、デジタルＹＵＶ信号を外部回路へ出力したりすることを可能とする。
遮光性を有する樹脂材３０は、後述するようにして形成され、光学素子であるレンズＬ１を保持すると共に、基板５２上に取り付けられている。レンズＬ１のフランジ部Ｌ１ｆの下面は、スペーサＳＰを介してイメージセンサ５１の上面に当接している。レンズＬ１の光学面には、ＩＲカット膜（赤外光カット膜）が設けられている。
撮像装置５０の組立方法について説明する。図３は、撮像装置５０の製造工程を示す図である。図３（ａ）において、クリーンルーム内において、基板５２上にイメージセンサ５１を配置し、ワイヤＷにより結線する。続いて、イメージセンサ５１の上面に、周方向に切れ目がない所定の厚さのスペーサＳＰ（接着剤であると好ましい）を配置し、レンズＬ１を載置する。かかる状態で、基板５２の四方を枠ＦＲで覆い、上部のノズルＮＺから溶融した熱可塑性の樹脂ＰＬを流し込む。かかる樹脂ＰＬは、レンズＬ１のフランジ部Ｌ１ｆの上面と約面一となるまで供給される。
その後、図３（ｂ）に示すように、基板５２をレンズＬ１を載置したまま電気炉ＥＦ内に投入し、ヒータＨにより加熱することで、熱硬化性の樹脂（紫外線硬化性の樹脂でもよい）ＰＬを固化させる。樹脂ＰＬが固化して樹脂材３０となった後に枠ＦＲを外して取り出すことで、撮像装置５０が完成する。
本実施の形態によれば、基板５２上に載置されたイメージセンサ５１に対して、所定の間隔でレンズＬ１を仮固定し、更にその周囲に流した樹脂ＰＬを固化させることで、レンズＬ１を内包し且つイメージセンサ５１の周囲に固定された樹脂材３０を形成し、それによりゴミ付着などの問題を抑制しつつ、製造工程の短縮化を図ることができる。
更に、レンズＬ１を熱に強い材料、例えばガラスや耐熱性樹脂材料により構成することで、樹脂ＰＬの固化の際、光学性能の劣化を防ぐことができる。又、撮像装置５０をそのままリフローにより基板に実装することも可能となる。
上述した撮像装置５０の使用態様について説明する。図４は、撮像装置５０を携帯端末としての携帯電話機１００に装備した状態を示す図である。また、図５は携帯電話機１００の制御ブロック図である。
撮像装置５０は、例えば、図４に示したように携帯電話機１００の背面（液晶表示部側を正面とする）に、被写体光入射側を向けて設けられ、液晶表示部の下方に相当する位置になるよう配設される。
撮像装置５０の外部接続用端子５２ａは、携帯電話機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、携帯電話機１００は、図５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、番号等をキー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画像や映像等を表示する表示部７０と、外部サーバとの間の各種清報通信を実現するための無線通信部８０と、携帯電話機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、或いは撮像装置５０により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。
携帯電話機１００を把持する撮影者が、被写体に対して撮像装置５０の撮像レンズ１０の光軸を向け、所望のシャッタチャンスで、図４に示すボタンＢＴを押すことでレリーズが行われ、画像信号が撮像装置５０に取り込まれることとなる。撮像装置５０から入力された画像信号は、上記携帯電話機１００の制御系に送信され、記憶部９１に記憶されたり、或いは表示部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
に送信されることとなる。
図６は、第１の実施の形態の変形例にかかる撮像装置の断面図である。本変形例においては、撮像レンズ（光学素子）が２枚のレンズＬ１，Ｌ２からなっている。第１レンズＬ１の下面のフランジ部Ｌ１ｆは、第２レンズＬ２のフランジ部Ｌ２ｆの上部に突き当てられると共に、径方向で嵌合している。又、第２レンズの脚部Ｌ２ｇが、所定の厚さのスペーサＳＰを介してイメージセンサ５１の上面に突き当てられている。この状態で、図３に示す態様と同様にして、イメージセンサ５１は樹脂材３０により封止され、それによりレンズ間距離の調整と光軸方向の位置決めがなされている。本例においては、レンズＬ１、Ｌ２の光学面のうちのいずれかの面に、ＩＲカット膜（赤外光カット膜）が設けられる。
図７は、第１の実施の形態の変形例にかかる撮像装置の断面図である。本例は、イメージセンサ５１とレンズＬ２との間に、ＩＲカットフィルタ（赤外光カットフィルタ）Ｆを設けた例である。本例においては、第２レンズの脚部Ｌ２ｇが、ＩＲカットフィルタＦの上面に直接突き当てられ、ＩＲカットフィルタＦが、所定の厚さのスペーサＳＰを介してイメージセンサ５１の上面に突き当てられた状態で、図３に示す態様と同様にして、イメージセンサ５１は樹脂材３０により封止され、それによりレンズ間距離の調整と光軸方向の位置決めがなされている。それ以外の構成に関しては、上述した実施の形態と同様であるので説明を省略する。
なお、イメージセンサ５１とレンズＬ２との間に、ＩＲカットフィルタ（赤外光カットフィルタ）を設けた例で説明したが、ＩＲカットフィルタＦを最も物体側に配置して、樹脂材３０により封止する構成でもよい。
以上説明したように、基板に対して固体撮像素子を実装し、この固体撮像素子に対し、撮像レンズを所定の間隔で配置し、更にその周囲に溶融した樹脂を流した後で固化させることにより、固体撮像素子を、基板と撮像レンズと樹脂とで封止することにより、ゴミ付着などの問題を解消し、製造工程の短縮化を図ることができる。又、前記撮像レンズは前記固化された樹脂により保持されるので、別個に鏡筒等を設ける必要がなく、部品点数の削減や撮像装置のコンパクト化を計ることができる。
なお、本発明に係る撮像装置は、上記の実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、熱硬化性の樹脂ＰＬは発泡樹脂であっても良く、それにより樹脂材３０に、外部の熱の影響をレンズに及ぶことを抑制するような断熱性を持たせることができる。更に、レンズを耐熱性が高くない樹脂材料から形成した場合でも、撮像装置をそのままリフローにより基板に実装することも可能となる。
以下、本発明に係る第２の実施の形態を図面に基づいて説明する。図８は、第２実施の形態にかかる撮像装置を含む撮像装置１５０の斜視図であり、図９は、図８の撮像装置１５０をＩＩ−ＩＩ線を含む面で切断して矢印方向に見た図である。
第２の実施の形態に係る撮像装置１５０は、光電変換部５１ａを有する固体撮像素子としてのＣＭＯＳ型イメージセンサ５１（固体撮像素子ともいう）と、このイメージセンサ５１の光電変換部５１ａに被写体像を撮像させるレンズＬ１、Ｌ２で構成された撮像レンズと、イメージセンサ５１と撮像レンズとの間に配置されたＩＲカットフィルタ（第１の光学素子ともいう）Ｆと、表面にイメージセンサ５１を保持すると共にその電気信号の送受を行う外部接続用端子５２ａを裏面に有する基板５２と、撮像レンズを支持する組立筐体２０とを備えている。基板５２と、イメージセンサ５１と、ＩＲカットフィルタＦとは樹脂材３０により固定されて一体となっている。
上記イメージセンサ５１は、その受光側の平面の中央部に、画素（光電変換素子）が２次元的に配置された、受光部としての光電変換部５１ａ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、イメージセンサ５１の受光側の平面の外縁近傍には、多数のパッド（図示略）が配置されており、ワイヤＷを介して基板５２に接続されている。イメージセンサ５１は、光電変換部５１ａ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、ワイヤＷを介して基板５２上の所定の回路に出力する。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。
基板５２は、表面に設けられた多数の信号伝達用パッドを有しており、これが前述したイメージセンサ５１からのワイヤＷと接続され、更に裏面の外部接続用端子５２ａと接続されている。
外部接続用端子５２ａは 基板５２と外部回路（例えば、撮像装置を実装した上位装置が有する制御回路）とを接続し、外部回路からイメージセンサ５１を駆動するための電圧やクロック信号の供給を受けたり、また、デジタルＹＵＶ信号を外部回路へ出力したりすることを可能とする。
基板５２とイメージセンサ５１とＩＲカットフィルタＦとは、後述するようにして、その周囲に充填された樹脂材３０により封止され、それによりセンサユニットＳＵが形成されている。
遮光性部材からなる組立筐体２０は、ＩＲカットフィルタＦを囲うようにして配置され樹脂材３０に対して接着剤Ｂを用いて下端が接着されてなる鏡筒２１と、鏡筒２１の上部に取り付けられた開口絞りＳを有する蓋部材２２とからなる。蓋部材２２の中央開口が開口絞りＳとなっている。
第１レンズＬ１の下面のフランジ部Ｌ１ｆは、第２レンズＬ２のフランジ部Ｌ２ｆの上部に突き当てられ、径方向では嵌合して固定されている。又、第２レンズＬ２の脚部Ｌ２ｇは、ＩＲカットフィルタＦの上面（ここでは基準面を構成する）に突き当てられており、それによりレンズ間距離の調整と光軸方向の位置決めがなされている。又、第２レンズＬ２の外周面は、鏡筒２２の内周面に嵌合し、それにより光軸直交方向にガタなく取り付けられている。第１レンズＬ１と第２レンズＬ２は、イメージセンサ５１に対して被写体像の結像を行うための撮像レンズ（第２の光学素子ともいう）を構成している。開口絞りＳは、撮像レンズ全系のＦナンバーを決定する部材である。撮像レンズとイメージセンサ５１との間において配置されたＩＲカットフィルタＦは、例えば略矩形状や円形状に形成された部材である。
さらに、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の間に、遮光部材ＳＭが配置されており、それにより固体撮像素子に近いレンズ有効径の外側に不要光が入射することを防止し、ゴーストやフレアの発生を抑えることができる。又、レンズＬ１，Ｌ２を熱に強い材料、例えばガラスや耐熱性樹脂材料により構成することで、撮像装置１５０をそのままリフローにより基板に実装することも可能となる。この場合、鏡筒２１、蓋部材２２も熱に強い材料、例えば耐熱性樹脂材料により形成されていることが好ましい。
撮像装置１５０の組立方法について説明する。まず、センサユニットＳＵの製造態様について説明する。図１０は、センサユニットＳＵの製造工程を示す図である。図１０（ａ）において、クリーンルーム内において、基板５２上にイメージセンサ５１を配置し、ワイヤＷにより結線する。続いて、イメージセンサ５１の上面に、周方向に切れ目なく所定の厚さの接着剤Ｂ（単なるスペーサでも良い）を塗布し、ＩＲカットフィルタＦを載置する。かかる状態で、基板５２の四方を枠ＦＲで覆い、上部のノズルＮＺから溶融した熱硬化性の樹脂（紫外線硬化性の樹脂でもよい）ＰＬを流し込む。かかる樹脂ＰＬは、ＩＲカットフィルタＦの上面と約面一となるまで供給される。
その後、図１０（ｂ）に示すように、センサユニットＳＵを電気炉ＥＦ内に投入し、ヒータＨにより加熱することで、熱硬化性の樹脂ＰＬを固化させる。樹脂ＰＬが固化して樹脂材３０となった後に枠ＦＲを外して取り出すことで、センサユニットＳＵが完成する。
かかる時点では、イメージセンサ５１とＩＲカットフィルタＦとは、接着剤Ｂにより所定間隔をおいて配置され、且つ樹脂材３０により固定されているので、ＩＲカットフィルタＦの基準面である上面に、第１レンズＬ１と共に第２レンズＬ２の脚部Ｌ２ｇを突き当てることにより、イメージセンサ５１と撮像レンズである第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との光軸方向の位置決めを精度良く行うことができる。その後、鏡筒２１を樹脂材３０に接着することで撮像装置１５０が完成する。なお、鏡筒２１の外径は、樹脂材３０の光軸直交方向寸法より小さいので、イメージセンサ５１に対する撮像レンズの光軸直交方向位置を調整しても、樹脂材３０の外方に張り出すことが抑制され、撮像装置１５０の周囲部品との干渉を抑制できる。又、センサユニットＳＵが完成した時点で、イメージセンサ５１は、基板５２とＩＲカットフィルタＦと樹脂材３０とにより封止されているので、外部からゴミが侵入する恐れが抑制され、取り扱いやすく高画質な画像を形成できる撮像装置とすることができる。
上述した撮像装置１５０の使用態様については、図４、図５で説明したものと同様であるので説明を省略する。
図１１は、第２の実施の形態の変形例にかかる撮像装置の断面図である。本変形例においては、樹脂材３０の上面に突起３０ａを形成しており、鏡筒２１の下端に凹部２１ａを形成している。突起３０ａを凹部２１ａに係合させることにより、鏡筒２１を樹脂材３０に対してしっかりと取り付けることができる。それ以外の構成に関しては、上述した実施の形態と同様であるので説明を省略する。
図１２は、第２の実施の形態の変形例にかかる撮像装置の断面図である。本変形例においては、樹脂材３０の上面に凹部３０ｂを形成しており、鏡筒２１の下端に突起２１ｂを形成している。突起２１ｂを凹部３０ｂに係合させることにより、鏡筒２１を樹脂材３０に対してしっかりと取り付けることができる。それ以外の構成に関しては、上述した実施の形態と同様であるので説明を省略する。
なお、樹脂材３０に金属部材をインサート成形し、かかる金属部材を用いて鏡筒２１を取り付けることもできる。
図１３は、第２の実施の形態の変形例にかかる撮像装置の断面図である。本変形例においては、鏡筒２１を蓋部材と一体的に形成し、なお且つ鏡筒２１の周壁の内部に空気を封入した空間２１ｃを形成している。本変形例によれば、空間２１ｃ内の空気の断熱性により、撮像レンズ１０に外部の熱が伝わりにくくなり、安定した光学特性を発揮させることができる。それ以外の構成に関しては、上述した実施の形態と同様であるので説明を省略する。
図１４は、第２の実施の形態の変形例にかかる撮像装置１５０の断面図である。本変形例においては、鏡筒２１とレンズＬ１、Ｌ２との間に、鏡筒２１より熱伝達性の低い部材ＦＭ（例えば発泡材）を配置している。本変形例によれば、部材ＦＭの断熱性により、撮像レンズであるレンズＬ１、Ｌ２に外部の熱が伝わりにくくなり、安定した光学特性を発揮させることができる。それ以外の構成に関しては、上述した実施の形態と同様であるので説明を省略する。
なお、図９、図１１〜図１４に示す第２の実施の形態に係る撮像装置１５０は、不図示であるが、付勢部材を有しており第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２をＩＲカットフィルタＦ側に押圧している。
以下、本発明に係る第３の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１５は、第３の実施の形態にかかる撮像装置２５０の斜視図であり、図１６は、図１５の撮像装置２５０をＩＩ−ＩＩ線を含む面で切断して矢印方向に見た図である。
第３の実施の形態に係る撮像装置２５０は、光電変換部５１ａを有する固体撮像素子としてのＣＭＯＳ型イメージセンサ５１（固体撮像素子ともいう）と、このイメージセンサ５１の光電変換部５１ａに被写体像を撮像させるレンズＬ１、Ｌ２で構成された撮像レンズと、イメージセンサ５１と撮像レンズとの間に配置されたＩＲカットフィルタ（第１の光学素子ともいう）Ｆと、表面にイメージセンサ５１を保持すると共にその電気信号の送受を行う外部接続用端子５２ａを裏面に有する基板５２と、撮像レンズを支持する鏡筒２１とを備えている。基板５２と、イメージセンサ５１と、ＩＲカットフィルタＦとは樹脂材３０により固定されて一体となっている。
上記イメージセンサ５１は、その受光側の平面の中央部に、画素（光電変換素子）が２次元的に配置された、受光部としての光電変換部５１ａ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、イメージセンサ５１の受光側の平面の外縁近傍には、多数のパッド（図示略）が配置されており、ワイヤＷを介して基板５２に接続されている。イメージセンサ５１は、光電変換部５１ａ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、ワイヤＷを介して基板５２上の所定の回路に出力する。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。
基板５２は、表面に設けられた多数の信号伝達用パッドを有しており、これが前述したイメージセンサ５１からのワイヤＷと接続され、更に裏面の外部接続用端子５２ａと接続されている。
外部接続用端子５２ａは 基板５２と外部回路（例えば、撮像装置を実装した上位装置が有する制御回路）とを接続し、外部回路からイメージセンサ５１を駆動するための電圧やクロック信号の供給を受けたり、また、デジタルＹＵＶ信号を外部回路へ出力したりすることを可能とする。
基板５２とイメージセンサ５１とＩＲカットフィルタＦとは、後述するようにして、その周囲に充填された樹脂材３０により封止され、それによりセンサユニットＳＵが形成されている。
遮光性部材からなる鏡筒２１は、ＩＲカットフィルタＦを囲うようにして配置され樹脂材３０に対して接着剤Ｂを用いて下端が接着されている。鏡筒２１は円筒状部２１ａと、開口部Ｓを有する蓋部２１ｂとが一体的に形成されている。
第１レンズＬ１のフランジ部下面と、第２レンズＬ２のフランジ部上面との間に環状のマスク部材ＳＭが配置されており、それによりレンズ間距離の調整と共に、固体撮像素子に近いレンズ有効径の外側に不要光が入射することを防止し、ゴーストやフレアの発生を抑えることができる。又、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２は、固体撮像素子に対して被写体像の結像を行うための撮像レンズ（第２の光学素子ともいう）を構成する。開口絞りＳは、撮像レンズ全系のＦナンバーを決定する部材である。撮像レンズとイメージセンサ５１との間において配置されたＩＲカットフィルタＦは、例えば略矩形状や円形状に形成された部材である。なお、レンズＬ１，Ｌ２を熱に強い材料、例えばガラスモールドレンズ（又は耐熱性樹脂素材レンズ）とすることで、撮像装置２５０をそのままリフローにより基板に実装することも可能となる。この場合、鏡筒２１も熱に強い材料、例えば耐熱性樹脂材料により形成されていることが好ましい。
撮像装置２５０の組立方法について説明する。センサユニットＳＵの製造工程は図１０で説明したものと同様であり、説明を省略する。なお本例では、図１０に示すイメージセンサ５１とＩＲカットフィルタＦの間に塗布された接着剤Ｂが第１のスペーサ手段に相当する。
センサユニットＳＵの状態において、イメージセンサ５１とＩＲカットフィルタＦの上面とは、イメージセンサ５１とＩＲカットフィルタＦの間に塗布された接着剤Ｂにより所定間隔をおいて光軸方向に位置決めされ、且つ樹脂材３０により固定されている。かかるセンサユニットＳＵに対して、第２の光学素子である第２レンズＬ２の焦点位置を精度良く合わせ込む態様について説明する。
イメージセンサ５１とＩＲカットフィルタＦの間に塗布された接着剤Ｂの量を変えることで、イメージセンサ５１とＩＲカットフィルタＦの上面との間隔を異ならせた複数種類のセンサユニットＳＵを予め作製しておき、ペンキなどを付して区別する。まず、イメージセンサ５１とＩＲカットフィルタＦの上面との間隔が範囲の中央であるセンサユニットＳＵのＩＲカットフィルタＦの上面に、第１レンズＬ１と組み合わせた任意の第２レンズＬ２の一体的に形成され所定の光軸方向長さを有する脚部Ｌ２ｇを当接させ、更に検査光を入射させ、イメージセンサ５１から出力される画像データに基づいて、現在の合焦状態を確認する。合焦位置からずれている場合、より厚いもしくは薄い間隔のセンサユニットＳＵに交換することで、撮像レンズ１０の焦点位置をイメージセンサ５１に合わせ込むことができ、最適な合焦状態を得ることができる。なお、第２レンズＬ２において、脚部Ｌ２ｇの光軸方向長さを測定し、異なる長さごとに複数のグループに分け、ペンキなどを付して区別して管理することで、センサユニットＳＵの選別を効率的に行うこともできる。その後、第２のレンズＬ２及び第１のレンズＬ１に嵌合させるようにして鏡筒２１を樹脂材３０に接着することで、撮像装置２５０が完成する。
なお、鏡筒２１の外径は、樹脂材３０の光軸直交方向寸法より小さいので、イメージセンサ５１に対する撮像レンズの光軸直交方向位置を調整しても、樹脂材３０の外方に張り出すことが抑制され、撮像装置２５０の周囲部品との干渉を抑制できる。又、センサユニットＳＵが完成した時点で、イメージセンサ５１は、基板５２とＩＲカットフィルタＦと樹脂材３０とにより封止されているので、外部からゴミが侵入する恐れが抑制され、取り扱いやすく高画質な画像を形成できる撮像装置が得られる。
上述した撮像装置２５０の使用態様については、図４、図５で説明したものと同様であるので説明を省略する。
図１７は、第３の実施の形態の変形例にかかる撮像装置の断面図である。本例においては、ＩＲカットフィルタＦと、第２のレンズＬ２との間に、所定の厚さのスペーサ（ここでは第２のスペーサ手段）４２を配置している点が異なる。それ以外の構成に関しては、上述した実施の形態と同様であるので、同じ符号を付して説明を省略する。
本例においては、第２のレンズＬ２の脚部を異ならせる代わりに、異なる光軸方向厚さのスペーサ４２を、ＩＲカットフィルタＦの上面と第２のレンズＬ２との間に配置することで、焦点位置を合わせ込むものである。より具体的には、鏡筒２１を固定する前に、センサユニットＳＵのＩＲカットフィルタＦの上面に、厚さ範囲の中央の光軸方向厚さを有するスペーサ４２を介して第２のレンズＬ２及び第１のレンズＬ１を配置し更に検査光を入射させ、イメージセンサ５１から出力される画像データを元にして、現在の合焦状態を確認できる。合焦位置からずれている場合、より厚いもしくは薄いスペーサ４２に交換することで、最適な合焦状態を得ることができる。その後、第２のレンズＬ２及び第１のレンズＬ１に嵌合させるようにして鏡筒２１を樹脂材３０に接着することで、撮像装置２５０が完成する。
以上、第２〜第３の実施の形態を図面を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、前記ＩＲカットフィルタは、単なるガラス製の平行平板であり、撮像レンズの光学面にＩＲカット膜を設けるようにしても良い。また、撮像レンズは２枚に限られないのは言うまでもない。又、鏡筒２１を断熱性の高い発泡材などから形成したり、樹脂ＰＬの加熱固化時のみ光学素子を断熱材で覆うなどすることで、ヒータＨの熱を光学素子に伝えにくくすることができ、光学性能の低下を抑制できる。

Claims (20)

  1. 基板に対して固体撮像素子を実装し、該固体撮像素子に対し撮像レンズを所定の間隔で配置し、更にその周囲に溶融した樹脂を流した後で固化させることにより、前記固体撮像素子を、前記基板と前記撮像レンズと前記樹脂とで封止したことを特徴とする撮像装置。
  2. 前記固体撮像素子と前記撮像レンズとの間には、スペーサが配置されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の撮像装置。
  3. 前記固体撮像素子と前記撮像レンズとの間に、ＩＲカットフィルタが設けられていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の撮像装置。
  4. 前記撮像レンズとＩＲカットフィルタとを、溶融した樹脂を流した後で固化させて固定したことを特徴とする請求の範囲第３項に記載の撮像装置。
  5. 基板に対して固体撮像素子を実装し、この固体撮像素子に対し基準面を有する第１の光学素子を所定の間隔で配置し、前記固体撮像素子と前記第１の光学素子の周囲に溶融した樹脂を流した後で固化させたセンサユニットと、前記第１の光学素子の基準面に、一部を突き当てた第２の光学素子と、を有することを特徴とする撮像装置。
  6. 前記固化した樹脂に対して取り付けられ、前記第２の光学素子を保持する鏡筒を有することを特徴とする請求の範囲第５項に記載の撮像装置。
  7. 前記固化した樹脂には突起もしくは凹部が形成され、前記鏡筒には凹部もしくは突起が形成され、前記突起と前記凹部とを係合させることにより、前記鏡筒は前記固化した樹脂に取り付けられることを特徴とする請求の範囲第６項に記載の撮像装置。
  8. 前記固化した樹脂には、別部材がインサート成形されており、前記鏡筒は、前記インサート成形された別部材を介して前記固化した樹脂に取り付けられていることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の撮像装置。
  9. 前記鏡筒は、空気を内在する空間を含むことを特徴とする請求の範囲第６項〜第８項のいずれか１項に記載の撮像装置。
  10. 前記鏡筒と前記第２の光学素子との間に、前記鏡筒よりも熱伝導性が低い部材を配置したことを特徴とする請求の範囲第５項〜第９項のいずれか１項に記載の撮像装置。
  11. 光軸直交方向において、前記固化した樹脂の寸法は、前記鏡筒の寸法より大きいことを特徴とする請求の範囲第５項〜第１０項のいずれか１項に記載の撮像装置。
  12. 基板に対して固体撮像素子を実装し、この固体撮像素子に対し基準面を有する第１の光学素子を、所定の厚さの第１のスペーサ手段を介して配置し、更にその周囲に溶融した樹脂を流した後で固化させることにより、前記固体撮像素子と前記第１の光学素子の前記基準面との光軸方向の位置決めを行い、前記基準面を基準として撮影レンズを配置したことを特徴とする撮像装置。
  13. 前記第１の光学素子は、ＩＲカットフィルタであることを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の撮像装置。
  14. 前記第１のスペーサ手段は接着剤であり、接着剤の量を変化させることで、前記固体撮像素子と前記第１の光学素子の前記基準面との光軸方向の間隔を設定することを特徴とする請求の範囲第１２項又は第１３項に記載の撮像装置。
  15. 前記第１の光学素子の光軸方向厚さを変更することで、前記固体撮像素子と前記第１の光学素子の基準面との光軸方向の間隔を設定することを特徴とする請求の範囲第１２項又は第１３項に記載の撮像装置。
  16. 前記撮影レンズは第２の光学素子を含み、前記第１の光学素子の前記基準面に対し、前記第２の光学素子に一体的に形成された所定の光軸方向長さを有する脚部を当接させて配置したことを特徴とする請求の範囲第１２項〜第１５項のいずれか１項に記載の撮像装置。
  17. 前記撮影レンズは第２の光学素子を含み、前記第１の光学素子に対し、前記第２の光学素子を所定の光軸方向厚さの第２のスペーサ手段を介して配置したことを特徴とする請求の範囲第１２項〜第１５項のいずれか１項に記載の撮像装置。
  18. 前記撮影レンズはガラスモールドレンズを含み、ガラスモールドレンズに応じて前記固体撮像素子と前記第１の光学素子の前記基準面との光軸方向の間隔が設定されていることを特徴とする請求の範囲第１３項又は第１４項に記載の撮像装置。
  19. 前記撮影レンズはガラスモールドレンズを含み、ガラスモールドレンズに応じて前記第２の光学素子に一体的に形成された前記脚部の所定の光軸方向長さ、レンズ軸上厚さ又はレンズ間隔が設定されていることを特徴とする請求の範囲第１６項に記載の撮像装置。
  20. 前記撮影レンズはガラスモールドレンズを含み、ガラスモールドレンズに応じて前記第２のスペーサ手段の所定の光軸方向厚さが設定されていることを特徴とする請求の範囲第１７項に記載の撮像装置。
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