JPWO2018061295A1 - 光学機器およびカメラモジュール - Google Patents

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Abstract

ＬＯＣにおいて、小型化と、高い設計自由度の維持とを両立させる。開口（４）が形成された基板（１）と、センサー（２）と、レンズ（３）とを備えており、レンズ（３）は、基板（１）とセンサー（２）とを電気的に接続するための配線パターン（５）を有している。

Description

本発明は、光学機器およびカメラモジュールに関する。
レンズをチップに搭載するＬＯＣ（Lens On Chip）に関し、基板、センサー（受光素子）、およびレンズ（光学部品）を備えた光学機器の小型化を図るため、基板に開口を形成し、この開口にセンサーを配置する技術が提案されている（特許文献１および２参照）。
国際公開２０１５／１５１６９７号公報（２０１５年１０月８日公開） 国際公開２０１６／１１７２５０号公報（２０１６年７月２８日公開）
上記技術においては、開口の内壁から横方向にセンサー上方にまで延びる突出部を設け、この突出部とセンサーとを縦方向に接合している。このため、センサー上方において開口のサイズが小さくなる。一方、センサー上方における開口のサイズを確保しようとすると、センサーおよびセンサーの配置部分における開口のサイズを大きくする必要がある。この結果、上記技術においては、基板の断面積の大型化、センサーの大型化、基板表裏面積の狭小化による設計自由度の低下、光学機器の縦方向のサイズ（光学全長）の大型化、等を招く虞があるという問題が発生する。
本発明は、上記の課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、ＬＯＣにおいて、小型化と、高い設計自由度の維持とを両立させることを可能とする光学機器およびカメラモジュールを提供することにある。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る光学機器は、開口が形成された基板と、受光部を有しており、上記開口に配置された受光素子と、上記開口を塞ぐように上記受光素子に対して物体側に配置されており、上記受光部に対して光を導く光学部品とを備えており、上記光学部品は、上記基板と上記受光素子とを電気的に接続するための配線パターンを有していることを特徴としている。
また、上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るカメラモジュールは、本発明の一態様に係る光学機器を備えていることを特徴としている。
本発明の一態様によれば、ＬＯＣにおいて、小型化と、高い設計自由度の維持とを両立させることが可能となる。
本発明の実施の形態１に係る光学機器の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係る光学機器の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態３に係る光学機器の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態４に係る光学機器の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態５に係る光学機器の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態６に係る光学機器の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態７に係る光学機器の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態８に係る光学機器の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態９に係る光学機器の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態１０に係る光学機器の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態１１に係る光学機器の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態１２に係る光学機器の構成を示す断面図である。 （ａ）は光学部品に対する溝およびスリットの形成例を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図である。 光学部品の第１変形例を示す平面図である。 （ａ）は光学部品の第２変形例を示す断面図であり、（ｂ）は光学部品の第３変形例を示す断面図である。
本発明を実施するための形態について、図１〜図１５を参照して説明する。なお、説明の便宜上、先に説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。なお、本願明細書においては、縦方向および横方向を規定している。縦方向は、光学機器の光軸に沿っており、光学機器の高さ方向に相当する。横方向は、縦方向と直交する方向であって、光学機器の幅方向に相当する。また、本願明細書においては、光学機器の物体側を上、光学機器の像面側（センサー側）を下としている。
〔実施の形態１〕
図１は、本発明の実施の形態１に係る光学機器１０１の構成を示す断面図である。光学機器１０１は、基板１、センサー（受光素子）２、およびレンズ（光学部品）３を備えている。
基板１は例えば、セラミックス、ガラスエポキシ、または繊維強化樹脂（カーボンを含むもの等）によって構成されており、配線（図示しない）が形成されたいわゆる配線基板である。また、基板１には、開口４が形成されている。開口４は、基板１を貫通するように形成されている。
センサー２は例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device：電荷結合素子）、またはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor：相補型金属酸化膜半導体）によって構成されている。また、センサー２は、開口４に配置されている。換言すれば、センサー２は、基板１に収納された構造となっており、開口４の内壁と横方向に並ぶように配置されている。また、センサー２は、その上面（換言すれば、物体側の面）に受光部４２を有している。
レンズ３は例えば、プラスチック、またはガラスによって構成されている。レンズ３は、開口４を塞ぐようにセンサー２に対して物体側に配置されている。レンズ３は、受光部４２に対して光を導くことを目的として設けられたものである。なお、図１によれば、レンズ３は、物体側が凹形状の非球面であり、センサー２側（像面側）が平面または略平面である。但し、レンズ３の両面の形状はこれに限定されず、例えば、レンズ３におけるセンサー２側が非球面であってもよい。また、レンズ３の代わりに、光を反射しつつ、当該光を受光部４２に対して集める光学部品を用いてもよい。
レンズ３は、配線パターン５を有している。配線パターン５をレンズ３に形成する技術として例えば、周知のスパッタリング法またはエッチング法によって、銅等の導体からなる配線をレンズ３に形成する技術が挙げられる。また、ガラス基板においては、配線パターン５として、導電性に優れる酸化物薄膜が、ＣＶＤ（化学蒸着法）や、マグネトロンスパッタリング法等の乾式法、ゾル−ゲル法やスプレイパイロリシス法等の湿式法により形成されていてもよい。薄膜配線上にさらにメッキを形成して、配線パターン５とすることも考えられる。配線パターン５は、レンズ３におけるセンサー２側の面に形成されている。配線パターン５は、基板１とセンサー２とを電気的に接続するためのものである。
そして、基板１におけるレンズ３側の面と配線パターン５とがフリップチップ接続用のバンプ６によって接合かつ電気的に接続されていると共に、センサー２におけるレンズ３側の面と配線パターン５とがバンプ６によって接合かつ電気的に接続されている。これにより、基板１とセンサー２とは、配線パターン５を介して電気的に接続されている。なお、基板１におけるレンズ３側の面と配線パターン５との接合および電気的接続に用いられるバンプ６は、レンズ３に設けられた配線パターン５、あるいは基板１に設けられた配線の、どちら側に予め形成されていても構わない。また、バンプ６の代わりに、ＡＣＦ（Anisotropic Conductive Film：異方性導電膜）、またはＡＣＰ（Anisotropic Conductive Paste：異方性導電ペースト）等の異方性導電材が用いられてもよい。
光学機器１０１によれば、開口４の内壁から横方向に延びる突出部が不要となるため、センサー２の上方において開口４のサイズが小さくなることを防ぎ、センサー２およびセンサー２の配置部分における開口４のサイズを大きくする必要がない。この結果、基板１の断面積の大型化、センサー２の大型化、基板１の表裏面積の狭小化による設計自由度の低下、光学機器の縦方向のサイズ（光学全長）の大型化、等を防ぐことができる。従って、光学機器１０１によれば、ＬＯＣにおいて、小型化と、高い設計自由度の維持とを両立させることが可能となる。
ここで、光学機器１０１において、受光部４２に対してレンズ３が傾くと、片ボケ不良が発生したり、基板１とセンサー２との電気的接続の不良が発生したりする虞がある。そこで、光学機器１０１においては、センサー２におけるレンズ３側の面とレンズ３とを、バンプ６の厚みによって所定の距離（例えば、１０μｍ以上）離間し、レンズ３の光軸４３と受光部４２の中心４４とを合わせることが好ましい。
〔実施の形態２〕
図２は、本発明の実施の形態２に係る光学機器１０２の構成を示す断面図である。光学機器１０２の構成は、レンズ３の代わりに光学部品７を備えている点が光学機器１０１（図１参照）の構成と異なっている。
光学部品７は、開口４を塞ぐようにセンサー２に対して物体側に配置されている。光学部品７は、レンズ部８、および光学部品端部（レンズ周囲部）９を有している。
レンズ部８は例えば、プラスチック、またはガラスによって構成されている。レンズ部８は、受光部４２に対して光を導くことを目的として設けられたものである。なお、図２によれば、レンズ部８は、物体側が凹形状の非球面であり、センサー２側（像面側）が平面または略平面である。なお、レンズ部８の両面形状については、レンズ３の両面形状と同等のバリエーションが考えられる。
光学部品端部９は例えば、セラミックス、ガラスエポキシ、繊維強化樹脂、強化耐熱プラスチック等のプラスチック、ガラス、金属、またはガラスエポキシによって構成されている。光学部品端部９は、レンズ部８の周囲に配置された中空の部材である。
また、光学機器１０２において、配線パターン５は、光学部品端部９に、より具体的には、光学部品端部９におけるセンサー２側の面に形成されている。但し、配線パターン５は、レンズ部８に、より具体的には、レンズ部８におけるセンサー２側の面に形成されていてもよい。
バンプ６または異方性導電材を用いて基板１と配線パターン５とを接合する場合、および、バンプ６または異方性導電材を用いてセンサー２と配線パターン５とを接合する場合、加圧および加熱が必要である。レンズ部８の周囲に光学部品端部９を設け、この光学部品端部９を、レンズ部８と比較して圧力に対する耐性が高く耐熱性に優れた部材とすることによって、当該加圧および加熱に起因して光学部品７の光学特性が変動してしまうことを防ぐことができる。
レンズ部８の各面の形状は、受光部４２の形状に応じて決定される。一般に、受光部４２は平面視矩形であるため、レンズ部８におけるセンサー２側の面の形状は、平面視矩形または平面視略矩形であることが好ましい。但し、バンプ６と受光部４２とが十分離れている場合、レンズ部８におけるセンサー２側の面の形状は、平面視円形、または平面視楕円形等であってもよい。また、レンズ部８における物体側の面の形状は、遮光を呈する等、光学機器１０２の性能を損なうものでなければよく、平面視矩形、平面視円形、または平面視楕円形等が考えられる。
光学部品７は、光学部品端部９を成形用金型にセットし、インジェクション成型によってレンズ部８を光学部品端部９と一体成形することによって作成することができる。これにより、光学部品端部９とレンズ部８の光軸４５とが一体化されているため、受光部４２の中心４４と光軸４５とを合わせることが容易となる。
また、レンズ部８の平面視において、レンズ部８における物体側の面の面積は、レンズ部８におけるセンサー２側の面の面積より大きい構成であってもよい。この構成に該当する、光学部品７の断面形状として例えば、すり鉢形状、または円錐形状が考えられる。
光学部品７を作成した後に、光学部品端部９におけるセンサー２側の面に対する垂直方向と、光軸４５の方向とを一致させる。これによって、光学部品端部９におけるセンサー２側の面を基準として、光軸４５を当該基準に対して垂直とすることが可能となる。
また、光学部品端部９におけるセンサー２側の面に垂直な方向と、光軸４５の延びている方向とが一致しており、かつ、レンズ部８におけるセンサー２側の面が、光学部品端部９におけるセンサー２側の面と同じ高さ、またはそれより物体側に位置する場合、光学部品端部９とセンサー２との離間距離が小さい場合であっても、レンズ部８と受光部４２とが接触することを防ぐことができる。このため、センサー２が表示させる画像に異常等が発生することを防ぐことができる。
〔実施の形態３〕
図３は、本発明の実施の形態３に係る光学機器１０３の構成を示す断面図である。光学機器１０３の構成は、光学部品７の代わりに光学部品１０を備えている点が光学機器１０２（図２参照）の構成と異なっている。
光学部品１０は、レンズ部８に対して突起４６が形成された構成に相当するレンズ部１１、および光学部品端部９に対して段差４７が形成された構成に相当する光学部品端部１２を有している。光学部品１０においては、レンズ部１１の側面に突起４６が形成されており、光学部品端部１２の内壁に段差４７が形成されている。そして、突起４６と段差４７とは、レンズ部１１の光軸４８と平行な方向（すなわち、縦方向）に当接している。
光学機器１０３によれば、レンズ部１１と光学部品端部１２との位置合わせを容易に行うことができる。具体的に、光学機器１０３においては、突起４６と段差４７とが係合しており、この係合によって光学部品１０の組み立て精度が向上されている。
レンズ部１１におけるセンサー２側の面の形状を平面視矩形（受光部４２の平面視の形状と対応する形状）とし、レンズ部１１における物体側の面の形状を平面視略矩形または平面視略円形としてもよい。これにより、突起４６および段差４７の形状をシャープにすることができるため、上記の係合により光学部品１０の機械的強度を向上させ易くなる。また、複数の突起４６と、各突起４６と１対１に対応する複数の段差４７が形成されていてもよい。
〔実施の形態４〕
図４は、本発明の実施の形態４に係る光学機器１０４の構成を示す断面図である。光学機器１０４の構成は、光学部品７の代わりに光学部品１３を備えている点が光学機器１０２（図２参照）の構成と異なっている。
光学部品１３は、レンズ部１４、光学部品端部１５、および接着剤（接着部材）１６を有している。レンズ部１４単体としての構成は、レンズ部８の構成と同じである。光学部品端部１５単体としての構成は、光学部品端部９の構成と同じである。但し、レンズ部１４および光学部品端部１５の構成は、接着剤１６によって互いに接着されている点がレンズ部８および光学部品端部９の構成と異なっている。
接着剤１６としては例えば、エポキシ系の接着剤、または紫外線が照射されることにより硬化する機能を有する接着剤を用いることができる。光学機器１０４においては、レンズ部１４の側面と光学部品端部１５の内壁との間に接着剤１６が設けられており、レンズ部１４と光学部品端部１５とが横方向および縦方向に接着されている。
光学機器１０４によれば、互いに別体であるレンズ部１４および光学部品端部１５を接着剤１６によって接着することで、光学部品１３を作成することができる。
なお、レンズ部１４におけるセンサー２側の面が、光学部品端部１５におけるセンサー２側の面より物体側に位置していてもよい。これにより、レンズ部１４におけるセンサー２側の面に溢れた接着剤１６が、受光部４２にダメージを与えたりする虞を低減することができる。
なお、接着剤１６は、遮光性を有していることが好ましい。これにより、光学部品端部１５がガラス等の光を透過する部材である場合、レンズ部１４の内部で光が反射することによって、センサー２から得られた画像にフレアまたはゴーストが生じることを防ぐことができる。また、接着剤１６の代わりに、遮光性を有する塗料が接着部材として用いられてもよい。
また、接着剤１６は、弾性を有していることが好ましい。これにより、光学機器１０４に対して振動等の衝撃が与えられたときに、光学部品１３が破損して光学機器１０４に不具合が生じることを防ぐことができる。具体的には、光学部品１３において、各部材のバルク破壊、および各部材間の界面破壊等を防ぐことができる。またこれにより、各部材の伸縮に伴い発生する応力を緩和することができるため、光学部品１３が傾いて片ボケが発生する虞を低減することができる。
〔実施の形態５〕
図５は、本発明の実施の形態５に係る光学機器１０５の構成を示す断面図である。光学機器１０５の構成は、光学部品１０の代わりに光学部品１７を備えている点が光学機器１０３（図３参照）の構成と異なっている。
光学部品１７は、レンズ部１８、光学部品端部１９、および接着剤（接着部材）２０を有している。レンズ部１８単体としての構成は、レンズ部１１の構成と同じである。光学部品端部１９単体としての構成は、光学部品端部１２の構成と同じである。但し、レンズ部１８および光学部品端部１９の構成は、接着剤２０によって互いに接着されている点がレンズ部１１および光学部品端部１２の構成と異なっている。
接着剤２０としては例えば、エポキシ系の接着剤、または紫外線が照射されることにより硬化する機能を有する接着剤を用いることができる。光学機器１０５においては、レンズ部１１の突起４６と対応するレンズ部１８の突起４９と、光学部品端部１２の段差４７と対応する光学部品端部１９の段差５０と、がレンズ部１８の光軸５１と平行な方向（すなわち、縦方向）に当接している。そして、この当接する部分と異なる部分にて、レンズ部１８と光学部品端部１９とが接着剤２０によって接着されている。具体的に、光学機器１０５においては、突起４９の先端と、段差５０より物体側に位置する光学部品端部１９の内壁と、の間に接着剤２０が設けられており、レンズ部１８と光学部品端部１９とが横方向および縦方向に接着されている。
光学機器１０５によれば、互いに別体であるレンズ部１８および光学部品端部１９を接着剤２０によって接着することで、光学部品１７を作成することができる。また、光学機器１０５においては、レンズ部１８における物体側の面の近傍にのみ接着剤２０が設けられている。これにより、光学部品１７に対してセンサー２側に接着剤２０が溢れることを防ぐことができる。
なお、接着剤２０は、遮光性を有していることが好ましい。これにより、光学部品端部１９がガラス等の光を透過する部材である場合、レンズ部１８の内部で光が反射することによって、センサー２から得られた画像にフレアまたはゴーストが生じることを防ぐことができる。また、接着剤２０の代わりに、遮光性を有する塗料が接着部材として用いられてもよい。
また、接着剤２０は、弾性を有していることが好ましい。これにより、光学機器１０５に対して振動等の衝撃が与えられたときに、光学部品１７が破損して光学機器１０５に不具合が生じることを防ぐことができる。またこれにより、各部材の伸縮に伴い発生する応力を緩和することができるため、光学部品１７が傾いて片ボケが発生する虞を低減することができる。
また、レンズ部１８におけるセンサー２側の面の近傍に接着剤２０が設けられていてもよい。また、レンズ部１８における物体側の面の近傍と、レンズ部１８におけるセンサー２側の面の近傍との両方に接着剤２０が設けられていてもよい。
また、複数の突起４９と、各突起４９と１対１に対応する複数の段差５０が形成されていてもよい。
〔実施の形態６〕
図６は、本発明の実施の形態６に係る光学機器１０６の構成を示す断面図である。光学機器１０６は、センサー２、および光学部品２１を備えている。
光学部品２１は、レンズ部２２、および光学部品端部２３を有している。レンズ部２２単体としての構成は、レンズ部８（図２参照）の構成と同じである。
光学部品端部２３は例えば、セラミックス、ガラスエポキシ、繊維強化樹脂、またはガラスによって構成されている。光学部品端部２３は、レンズ部２２の周囲に配置された中空の部材である。
また、光学部品端部２３には、開口２４が形成されている。開口２４は、光学部品端部２３を貫通するように形成されている。そして、センサー２は、開口２４に配置されている。
また、光学機器１０６において、配線パターン５は、光学部品端部２３に、より具体的には、光学部品端部２３におけるセンサー２側の面（ここでは、センサー２の上面と対向する面）に形成されている。但し、配線パターン５は、レンズ部２２に、より具体的には、レンズ部２２におけるセンサー２側の面に形成されていてもよい。そして、センサー２における光学部品２１側の面（ここでは、センサー２における物体側の面）と配線パターン５とがバンプ６によって接合かつ電気的に接続されている。これにより、センサー２と光学部品２１とは、配線パターン５を介して電気的に接続されている。
つまり、光学部品端部２３の構成は、光学部品端部９（図２参照）の構成と、基板１（図１参照）の構成とを兼ねている。また、光学部品端部２３は、レンズ部２２の光軸５２と平行な方向（すなわち、縦方向）に、センサー２の横にまで延びている。
光学機器１０６は、光学部品２１によって、センサー２の底面を除く全面が少なくとも囲まれている、いわゆるキャビティ構造となっている。キャビティ構造とすることによって、光学部品２１によってセンサー２を保護することができる。図示はしていないが、光学部品２１によって、センサー２の底面をも囲むことによって、光学部品２１によるセンサー２の保護効果はさらに向上する。また、センサー２と光学部品端部２３との間隙が樹脂等によって封止されていてもよい。これにより、センサー２の保護効果はさらに向上する。
また、センサー２と光学部品端部２３との間隙が樹脂等によって封止されるとともに、センサー２の裏面側も樹脂等によって封止されていてもよい。これにより、センサー２の保護効果はさらに向上する。
〔実施の形態７〕
図７は、本発明の実施の形態７に係る光学機器１０７の構成を示す断面図である。光学機器１０７の構成は、配線パターン５の代わりに配線パターン２７を備えている点が光学機器１０１（図１参照）の構成と異なっている。
配線パターン２７の構成は、成形回路部品（ＭＩＤ：Molded Interconnect Device）によって構成されている点が配線パターン５の構成と異なっている。配線パターン２７は遮光性を有している。
配線パターン２７をレンズ３に形成する工程は例えば、下記のとおりである。まず、レンズ３にマスクを形成し、その上から成形回路部品のベース材を塗布することによって、レンズ３に導電膜を形成する。続いて、当該導電膜をエッチングすることによって配線パターン２７を形成した後、マスクを除去する。
また、配線パターン５および配線パターン２７はいずれも、レンズ３の表面に設けられた塗装の表面（いわゆる、プリペイント面）に形成されていてもよい。塗装の表面が遮光性を有しているため、レンズ３の内部で光が反射することによって、センサー２から得られた画像にフレアまたはゴーストが生じることを防ぐことができる。
また、光学機器１０２〜光学機器１０６のそれぞれについて、配線パターン５の構成の代わりに配線パターン２７の構成を適用してもよい。後述する光学機器１０８〜光学機器１１０のそれぞれについても同様である。
〔実施の形態８〕
図８は、本発明の実施の形態８に係る光学機器１０８の構成を示す断面図である。光学機器１０８の構成は、レンズ３の代わりに光学部品２８を備えている点が光学機器１０１（図１参照）の構成と異なっている。
光学部品２８は、第１光学領域２９、および第２光学領域３０を有している。第１光学領域２９は、光学部品２８における物体側の面を含み、プラスチックからなる。第１光学領域２９は、レンズ３と同等の機能を有している。第２光学領域３０は、光学部品２８におけるセンサー２側の面を含み、ガラスからなる。第２光学領域３０は、第１光学領域２９におけるセンサー２側の面に固定された板状の部材である。
一般に、ＬＯＣ（Lens On Chip）用途のレンズに代表されるレンズは、その性能が高い程、偏肉比が大きいため薄くする必要があり、成形の難易度が高くなる。特に、ガラスレンズは、プラスチックレンズと比較して、成形の難易度が格段に高い。光学部品２８は、第１光学領域２９に加え、第２光学領域３０を有しているため、レンズ３と比較して偏肉比を大きくかつ薄く形成することができる。また、光学部品２８は、ガラスからなる第２光学領域３０を有しているため、荷重に対する耐性が高く、耐熱性にも優れている。
また、第２光学領域３０がプラスチックからなっていてもよい。この場合、第２光学領域３０のプラスチック材料が、第１光学領域２９のプラスチック材料よりもガラス転移温度Ｔｇが高く、強度が高いことが好ましい。具体的にこの場合、第１光学領域２９のプラスチック材料は、例えばポリカーボーネート（Ｔｇ＝１４０℃、荷重撓み温度＝１２０〜１４０℃、金型温度＝１００〜１５０℃）、第２光学領域３０のプラスチック材料は、例えばポリアリレート（Ｔｇ＝２１０〜２６０℃、荷重撓み温度＝２４０〜２５０℃、金型温度＝１４０〜２００℃）であることが好ましい。
〔実施の形態９〕
図９は、本発明の実施の形態９に係る光学機器１０９の構成を示す断面図である。光学機器１０９の構成は、光学部品２８の代わりに光学部品３１を備えている点が光学機器１０８（図８参照）の構成と異なっている。
光学部品３１は、第１光学領域３２、および第２光学領域３３を有している。第１光学領域３２は、光学部品３１における物体側の面を含み、プラスチックからなる。第１光学領域３２は、第１光学領域２９と比較して若干サイズが小さい以外は、第１光学領域２９と同様の構成である。第２光学領域３３は、光学部品３１におけるセンサー２側の面を含み、ガラスからなる。第２光学領域３３は、第１光学領域３２におけるセンサー２側の面に固定されている。また、第２光学領域３３は、第１光学領域３２の周囲（横）にまで延びている。そして、第２光学領域３３は、第１光学領域３２の側面に固定されている。
光学機器１０９は、光学機器１０８と同様の効果を奏すると共に、第２光学領域３３により、第１光学領域３２が保護されている構成である。第２光学領域３３の硬度が第１光学領域３２の硬度より高い場合、第１光学領域３２の保護をより効果的に行うことができる。
〔実施の形態１０〕
図１０は、本発明の実施の形態１０に係る光学機器１１０の構成を示す断面図である。光学機器１１０の構成は、基板１の代わりに基板３４を備えている点が光学機器１０１（図１参照）の構成と異なっている。
基板３４は、基板１と同じ材料によって構成されており、配線（図示しない）が形成されたいわゆる配線基板である。基板３４には、開口３５が形成されている。但し、開口３５は、基板３４を貫通するように形成されていない。つまり、基板３４は、開口３５におけるレンズ３と反対側の端部を塞ぐ底部５３を有する凹部が形成されている。センサー２は、底部５３に配置されており、接着剤５４によって底部５３に固定されている。
また、基板３４におけるレンズ３側の面と配線パターン５とがバンプ５５によって接合かつ電気的に接続されていると共に、センサー２におけるレンズ３側の面と配線パターン５とがバンプ６によって接合かつ電気的に接続されている。これにより、基板３４とセンサー２とは、配線パターン５を介して電気的に接続されている。
バンプ５５は例えば、Ａｕ（金）バンプである。バンプ５５の厚みは、バンプ６の厚みより大きい。さらに、基板３４とレンズ３との離間距離（図１０中、基板−レンズ間距離ＳＵＬ）は、センサー２とレンズ３との離間距離（図１０中、センサー−レンズ間距離ＳＥＬ）より大きくなっている。なお、基板３４とレンズ３との離間距離と、センサー２とレンズ３との離間距離とが等しくても良い。
光学機器１１０においては、基板３４にセンサー２が固定されている。この場合、基板３４に対してセンサー２が傾いていても、センサー２に対するレンズ３の傾きに影響を及ぼさない。そして、バンプ５５の厚みは、バンプ６の厚みより大きい。これにより、基板３４とレンズ３との離間距離が多少大きくても、基板３４と配線パターン５との電気的接続を確実に行うことができる。結果、信頼性の高い光学機器１１０を提供することができる。
また、レンズ３の代わりに、光学部品７（図２参照）、光学部品１０（図３参照）、光学部品１３（図４参照）、光学部品１７（図５参照）、光学部品２８（図８参照）、または光学部品３１（図９参照）が用いられてもよい。また、レンズ３の代わりに、後述する、光学部品６４（図１１参照）、光学部品６７（図１２参照）が用いられてもよい。また、配線パターン５の代わりに、配線パターン２７（図７参照）が形成されていてもよい。
さらに、光学機器１１０において、基板３４の代わりに、基板１が用いられていてもよい。
〔実施の形態１１〕
図１１は、本発明の実施の形態１１に係る光学機器１１１の構成を示す断面図である。光学機器１１１の構成は、光学部品７の代わりに光学部品６４を備えている点が光学機器１０２（図２参照）の構成と異なっている。光学部品６４の構成は、レンズ部８の代わりに、溝６６が形成されたレンズ部６５を有している点が光学部品７の構成と異なっている。
溝６６は、レンズ部６５における物体側の面に形成されている。光学機器１１１によれば、光学機器１０２と比較して、接着剤１６（図４参照）が弾性を有している場合と同様の要領で、光学機器１１１に対して振動等の衝撃が与えられたときに、光学部品６４が破損して光学機器１１１に不具合が生じることを防ぐことができる。また、接着剤１６が弾性を有している場合と同様の要領で、各部材の伸縮に伴い発生する応力を緩和することができるため、光学部品６４が傾いて片ボケが発生する虞を低減することができる。
なお、溝６６は、レンズ部６５におけるセンサー２側の面に形成されていてもよいし、レンズ部６５における物体側の面およびセンサー２側の面の両方に形成されていてもよい。また、レンズ３（図１参照）、レンズ部１１（図３参照）、レンズ部１４（図４参照）、レンズ部１８（図５参照）、レンズ部２２（図６参照）、第１光学領域２９（図８参照）、または第１光学領域３２（図９参照）に溝６６が形成されていてもよい。
〔実施の形態１２〕
図１２は、本発明の実施の形態１２に係る光学機器１１２の構成を示す断面図である。光学機器１１２の構成は、光学部品１０の代わりに光学部品６７を備えている点が光学機器１０３（図３参照）の構成と異なっている。光学部品６７の構成は、レンズ部１１の代わりに、溝６９が形成されたレンズ部６８を有している点が光学部品１０の構成と異なっている。
溝６９は、突起４６に対応する突起７０におけるセンサー２側の面に形成されている。溝６９は、突起７０の内側７１と、突起７０の外側７２とに挟まれた位置に形成されている。光学機器１１２によれば、光学機器１０３と比較して、接着剤２０（図５参照）が弾性を有している場合と同様の要領で、光学機器１１２に対して振動等の衝撃が与えられたときに、光学部品６７が破損して光学機器１１２に不具合が生じることを防ぐことができる。また、接着剤２０が弾性を有している場合と同様の要領で、各部材の伸縮に伴い発生する応力を緩和することができるため、光学部品６７が傾いて片ボケが発生する虞を低減することができる。加えて、光学機器１１２によれば、外側７２がねじれたり変形したりしても、突起７０全体に変位や変形が発生することを抑制することができる。
なお、溝６９は、レンズ部６８における物体側の面に形成されていてもよいし、レンズ部６８におけるセンサー２側の面および物体側の面の両方に形成されていてもよい。また、レンズ３（図１参照）、またはレンズ部１８（図５参照）に溝６９が形成されていてもよい。
〔実施の形態１３〕
図１３の（ａ）は光学部品に対する溝およびスリットの形成例を示す平面図である。図１３の（ｂ）は図１３の（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図である。具体的に、図１３の（ａ）には、光学部品７３の一方の面に溝７４およびスリット７５が形成されているとし、その光学部品７３の面を図示している。
光学部品７３は、上述した各光学部品のいずれかに溝７４およびスリット７５が形成されたものである。溝７４は、溝６６（図１１参照）または溝６９（図１２参照）のいずれかに相当する。スリット７５は、光学部品７３を貫通する形状である点が溝７４の形状と異なっている。スリット７５についても、溝７４と同等の機能を有する。
なお、光学部品７３には、溝７４またはスリット７５のうちいずれか一方のみが形成されていてもよい。また、光学部品７３において、溝７４およびスリット７５の総数は３つであるが、２つ以下または４つ以上であってもよい。
〔実施の形態１４〕
図１４は、光学部品の第１変形例を示す平面図である。図１４に示す光学部品７６は、上述した各光学部品の代わりとして用いることが可能なものである。
光学部品７６は、本体７７、枠体７８、および４つの吊り部７９を備えている。枠体７８は、矩形または略矩形であり、４つの吊り部７９はそれぞれ、当該矩形の４つの頂点と１対１に固定されている。本体７７は、受光部４２（図１参照）に対して光を導くレンズとして機能する部分である。本体７７は、４つの吊り部７９に固定されており、これにより、枠体７８によって支持されている。つまり、各吊り部７９は、本体７７および枠体７８に架橋している。
４つの吊り部７９のうち隣接する２つの間が、スリット７５に相当する。また、光学部品７６に溝７４を形成する場合、溝７４の底部を吊り部７９としてもよい。
光学部品７６によれば、光学的に有効な領域が小さくなることを抑制しつつ、光学機器の小型化および高性能化を実現することができる。
〔実施の形態１５〕
図１５の（ａ）は光学部品の第２変形例を示す断面図であり、図１５の（ｂ）は光学部品の第３変形例を示す断面図である。図１５の（ａ）に示す光学部品３６、および図１５の（ｂ）に示す光学部品３９はいずれも、上述した各光学部品の代わりとして用いることが可能なものである。
光学部品３６は、レンズ部８（図２参照）の形状を変更した部材であるレンズ部３７、および光学部品端部９（図２参照）の形状を変更した部材である光学部品端部３８を有している。レンズ部３７は、レンズ部３７の光軸５６に対して垂直な方向の断面積が、レンズ部３７における物体側の面の面積より大きく、かつレンズ部３７におけるセンサー２側の面の面積より大きい大径部５７を有している。大径部５７は、レンズ部３７の側面に形成されたテーパー状の突出部５８の先端を含んでいる。また、光学部品端部３８の内壁に窪み５９が形成されている。そして、光学部品３６は、突出部５８が窪み５９に嵌る構造となっている。
光学部品３６によれば、突出部５８が窪み５９に嵌ることによって、レンズ部３７が光学部品端部３８から外れることを防ぐことができる。
光学部品３９は、レンズ部８（図２参照）の形状を変更した部材であるレンズ部４０、および光学部品端部９（図２参照）の形状を変更した部材である光学部品端部４１を有している。レンズ部４０は、レンズ部４０の光軸６０に対して垂直な方向の断面積が、レンズ部４０における物体側の面の面積より大きく、かつレンズ部４０におけるセンサー２側の面の面積より大きい大径部６１を有している。大径部６１は、レンズ部４０の側面に形成された段差状の突出部６２の先端を含んでいる。また、光学部品端部４１の内壁に窪み６３が形成されている。そして、光学部品３９は、突出部６２が窪み６３に嵌る構造となっている。
光学部品３９によれば、突出部６２が窪み６３に嵌ることによって、レンズ部４０が光学部品端部４１から外れることを防ぐことができる。
〔実施の形態１６〕
光学機器１０１〜１１２のいずれか（以下、「第１光学部」と称する）を備えたカメラモジュールについても、本発明の範疇に含まれる。
上記カメラモジュールにおいては、第１光学部に対して物体側に別の光学部（以下、「第２光学部」と称する）が設けられていてもよい。第２光学部は、固定焦点タイプであってもよいし、オートフォーカス機能および／または手振れ補正機能を有しているものであってもよい。第２光学部のオートフォーカス機能および／または手振れ補正機能を実行するための電極が、第１光学部と電気的に接続されていても良い。また、第２光学部は、第１光学部の光学部品（レンズ３他）を覆うように基板（基板１他）に設置されていても良い。また、第１光学部と第２光学部との間に、赤外線を吸収するフィルター等が挿入されていても良い。さらに、外部接続用の配線（例えば、フレキシブルプリント基板）が、第１光学部の配線（配線パターン５他）と電気的に接続されていても良い。
〔まとめ〕
本発明の態様１に係る光学機器は、開口が形成された基板と、受光部を有しており、上記開口に配置された受光素子（センサー２）と、上記開口を塞ぐように上記受光素子に対して物体側に配置されており、上記受光部に対して光を導く光学部品（レンズ３他）とを備えており、上記光学部品は、上記基板と上記受光素子とを電気的に接続するための配線パターンを有している。
上記の構成によれば、開口の内壁から横方向に延びる突出部が不要となるため、受光素子の上方において開口のサイズが小さくなることを防ぎ、受光素子および受光素子の配置部分における開口のサイズを大きくする必要がない。この結果、基板の断面積の大型化、受光素子の大型化、基板表裏面積の狭小化による設計自由度の低下、光学機器の縦方向のサイズ（光学全長）の大型化、等を防ぐことができる。従って、上記の構成によれば、ＬＯＣにおいて、小型化と、高い設計自由度の維持とを両立させることが可能となる。
本発明の態様２に係る光学機器は、上記態様１において、上記光学部品は、上記受光部に対して光を導くレンズとして機能するレンズ部と、上記レンズ部の周囲に配置された中空の部材であるレンズ周囲部（光学部品端部９他）とを有している。
上記の構成によれば、レンズ部の周囲にレンズ周囲部を設け、このレンズ周囲部を、レンズ部と比較して圧力に対する耐性が高く耐熱性に優れた部材とすることによって、加圧および加熱に起因して光学部品の光学特性が変動してしまうことを防ぐことができる。
本発明の態様３に係る光学機器は、上記態様２において、上記レンズ部の平面視において、上記レンズ部における物体側の面の面積は、上記レンズ部における上記受光素子側の面の面積より大きい。
上記の構成によれば、光学部品の断面形状として例えば、すり鉢形状、または円錐形状を実現することができる。
本発明の態様４に係る光学機器は、上記態様２または３において、上記レンズ部の側面に突起が形成されており、上記レンズ周囲部の内壁に段差が形成されており、上記突起と上記段差とが、上記レンズ部の光軸と平行な方向に当接している。
上記の構成によれば、レンズ部とレンズ周囲部との位置合わせを容易に行うことができる。
本発明の態様５に係る光学機器は、上記態様２から４のいずれかにおいて、上記レンズ部と上記レンズ周囲部とが接着部材（接着剤１６）によって接着されている。
本発明の態様６に係る光学機器は、上記態様４において、上記突起と上記段差との当接部分と異なる部分にて、上記レンズ部と上記レンズ周囲部とが接着部材（接着剤２０）によって接着されている。
上記の構成によれば、互いに別体であるレンズ部およびレンズ周囲部を接着部材によって接着することで、光学部品を作成することができる。
本発明の態様７に係る光学機器は、上記態様５または６において、上記接着部材は、遮光性を有している。
上記の構成によれば、レンズ周囲部がガラス等の光を透過する部材である場合、レンズ部の内部で光が反射することによって、受光素子から得られた画像にフレアまたはゴーストが生じることを防ぐことができる。
本発明の態様８に係る光学機器は、上記態様５から７のいずれかにおいて、上記接着部材は、弾性を有している。
上記の構成によれば、光学機器に対して振動等の衝撃が与えられたときに、光学部品が破損して光学機器に不具合が生じることを防ぐことができる。具体的には、光学部品において、各部材のバルク破壊、および各部材間の界面破壊等を防ぐことができる。また、上記の構成によれば、各部材の伸縮に伴い発生する応力を緩和することができるため、光学部品が傾いて片ボケが発生する虞を低減することができる。
本発明の態様９に係る光学機器は、上記態様２において、上記レンズ周囲部は、上記基板を兼ねており、上記レンズ部の光軸と平行な方向に、少なくとも上記受光素子の横にまで延びている。
上記の構成によれば、光学部品によって、受光素子の底面を除く全面が少なくとも囲まれている、いわゆるキャビティ構造となっている。キャビティ構造とすることによって、光学部品によって受光素子を保護することができる。
本発明の態様１０に係る光学機器は、上記態様２から９のいずれかにおいて、上記レンズ部は、上記レンズ部の光軸に対して垂直な方向の断面積が、上記レンズ部における物体側の面の面積より大きく、かつ上記レンズ部における上記受光素子側の面の面積より大きい大径部を有しており、上記大径部は、上記レンズ部の側面に形成されたテーパー状の突出部の先端を含んでいる。
本発明の態様１１に係る光学機器は、上記態様２から９のいずれかにおいて、上記レンズ部は、上記レンズ部の光軸に対して垂直な方向の断面積が、上記レンズ部における物体側の面の面積より大きく、かつ上記レンズ部における上記受光素子側の面の面積より大きい大径部を有しており、上記大径部は、上記レンズ部の側面に形成された段差状の突出部の先端を含んでいる。
上記の構成によれば、レンズ周囲部の内壁に窪みが形成されている場合、突出部が窪みに嵌ることによって、レンズ部がレンズ周囲部から外れることを防ぐことができる。
本発明の態様１２に係る光学機器は、上記態様１から１１のいずれかにおいて、上記光学部品は、上記光学部品における物体側の面を含み、プラスチックからなる第１光学領域と、上記光学部品における上記受光素子側の面を含み、ガラスまたはプラスチックからなる第２光学領域とを有している。
一般に、ＬＯＣ用途のレンズに代表されるレンズは、その性能が高い程、偏肉比が大きいため薄くする必要があり、成形の難易度が高くなる。特に、ガラスレンズは、プラスチックレンズと比較して、成形の難易度が格段に高い。上記の構成によれば、第１光学領域に加え、第２光学領域を有しているため、偏肉比を大きくかつ薄く形成することができる。また、上記の構成によれば、光学部品は、ガラスからなる第２光学領域を有しているため、荷重に対する耐性が高く、耐熱性にも優れている。
本発明の態様１３に係る光学機器は、上記態様１２において、上記第２光学領域は、上記第１光学領域の横にまで延びている。
上記の構成によれば、第２光学領域により、第１光学領域が保護されている構成を実現することができる。
本発明の態様１４に係る光学機器は、上記態様１において、上記基板と上記光学部品との離間距離は、上記受光素子と上記光学部品との離間距離以上であってもよい。
本発明の態様１５に係る光学機器は、上記態様１から１４のいずれかにおいて、上記光学部品における物体側の面および上記光学部品における上記受光素子側の面のうち少なくとも一方に、溝またはスリットが形成されている。
上記の構成によれば、光学機器に対して振動等の衝撃が与えられたときに、光学部品が破損して光学機器に不具合が生じることを防ぐことができる。また、各部材の伸縮に伴い発生する応力を緩和することができるため、光学部品が傾いて片ボケが発生する虞を低減することができる。
本発明の態様１６に係る光学機器は、上記態様１から１５のいずれかにおいて、上記光学部品は、上記受光部に対して光を導くレンズとして機能する本体と、上記本体を支持する枠体と、上記本体および上記枠体に架橋した吊り部とを有している。
上記の構成によれば、光学的に有効な領域が小さくなることを抑制しつつ、光学機器の小型化および高性能化を実現することができる。
本発明の態様１７に係る光学機器は、上記態様１から１６のいずれかにおいて、上記配線パターンは、成形回路部品によって構成されていてもよい。
本発明の態様１８に係る光学機器は、上記態様１から１７のいずれかにおいて、上記配線パターンは、上記光学部品の表面に設けられた塗装の表面に形成されている。
上記の構成によれば、塗装の表面が遮光性を有しているため、光学部品の内部で光が反射することによって、受光素子から得られた画像にフレアまたはゴーストが生じることを防ぐことができる。
本発明の態様１９に係るカメラモジュールとして、上記態様１から１８のいずれかの光学機器を備えているカメラモジュールについても、本発明の態様の範疇に含まれる。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
１、３４ 基板
２ センサー（受光素子）
３ レンズ（光学部品）
４、２４、３５ 開口
５、２７ 配線パターン
６、５５ バンプ
７、１０、１３、１７、２１、２８、３１、３６、３９、６４、６７、７３、７６ 光学部品
８、１１、１４、１８、２２、３７、４０、６５、６８ レンズ部
９、１２、１５、１９、２３、３８、４１ 光学部品端部（レンズ周囲部）
１６、２０ 接着剤（接着部材）
２９、３２ 第１光学領域
３０、３３ 第２光学領域
４２ 受光部
４３、４５、４８、５１、５２、５６、６０ 光軸
４４ 受光部の中心
４６、４９、７０ 突起
４７、５０ 段差
５３ 底部
５４ 接着剤
５７、６１ 大径部
５８、６２ 突出部
５９、６３ 窪み
６６、６９、７４ 溝
７１ 突起の内側
７２ 突起の外側
７５ スリット
７７ 本体
７８ 枠体
７９ 吊り部
１０１〜１１２ 光学機器
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る光学機器は、開口が形成された基板と、受光部を有しており、上記開口に配置された受光素子と、上記開口を塞ぐように上記受光素子に対して物体側に配置されており、上記受光部に対して光を導く光学部品とを備えており、上記光学部品は、上記基板と上記受光素子とを電気的に接続するための配線パターンを有しており、上記光学部品は、上記受光部に対して光を導くレンズとして機能するレンズ部と、上記レンズ部の周囲に配置された中空の部材であるレンズ周囲部とを有しており、上記レンズ周囲部の面であって、上記レンズ部の上記受光素子側の面と平行かつ同じ高さの面に、上記配線パターンが形成されていることを特徴としている。また、上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る光学機器は、開口が形成された基板と、受光部を有しており、上記開口に配置された受光素子と、上記開口を塞ぐように上記受光素子に対して物体側に配置されており、上記受光部に対して光を導くレンズとを備えており、上記レンズは、上記基板と上記受光素子とを電気的に接続するための配線パターンを有していることを特徴としている。

Claims (19)

  1. 開口が形成された基板と、
    受光部を有しており、上記開口に配置された受光素子と、
    上記開口を塞ぐように上記受光素子に対して物体側に配置されており、上記受光部に対して光を導く光学部品とを備えており、
    上記光学部品は、上記基板と上記受光素子とを電気的に接続するための配線パターンを有していることを特徴とする光学機器。
  2. 上記光学部品は、
    上記受光部に対して光を導くレンズとして機能するレンズ部と、
    上記レンズ部の周囲に配置された中空の部材であるレンズ周囲部とを有していることを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
  3. 上記レンズ部の平面視において、
    上記レンズ部における物体側の面の面積は、上記レンズ部における上記受光素子側の面の面積より大きいことを特徴とする請求項２に記載の光学機器。
  4. 上記レンズ部の側面に突起が形成されており、
    上記レンズ周囲部の内壁に段差が形成されており、
    上記突起と上記段差とが、上記レンズ部の光軸と平行な方向に当接していることを特徴とする請求項２または３に記載の光学機器。
  5. 上記レンズ部と上記レンズ周囲部とが接着部材によって接着されていることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の光学機器。
  6. 上記突起と上記段差との当接部分と異なる部分にて、上記レンズ部と上記レンズ周囲部とが接着部材によって接着されていることを特徴とする請求項４に記載の光学機器。
  7. 上記接着部材は、遮光性を有していることを特徴とする請求項５または６に記載の光学機器。
  8. 上記接着部材は、弾性を有していることを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の光学機器。
  9. 上記レンズ周囲部は、
    上記基板を兼ねており、
    上記レンズ部の光軸と平行な方向に、少なくとも上記受光素子の横にまで延びていることを特徴とする請求項２に記載の光学機器。
  10. 上記レンズ部は、上記レンズ部の光軸に対して垂直な方向の断面積が、上記レンズ部における物体側の面の面積より大きく、かつ上記レンズ部における上記受光素子側の面の面積より大きい大径部を有しており、
    上記大径部は、上記レンズ部の側面に形成されたテーパー状の突出部の先端を含んでいることを特徴とする請求項２から９のいずれか１項に記載の光学機器。
  11. 上記レンズ部は、上記レンズ部の光軸に対して垂直な方向の断面積が、上記レンズ部における物体側の面の面積より大きく、かつ上記レンズ部における上記受光素子側の面の面積より大きい大径部を有しており、
    上記大径部は、上記レンズ部の側面に形成された段差状の突出部の先端を含んでいることを特徴とする請求項２から９のいずれか１項に記載の光学機器。
  12. 上記光学部品は、
    上記光学部品における物体側の面を含み、プラスチックからなる第１光学領域と、
    上記光学部品における上記受光素子側の面を含み、ガラスまたはプラスチックからなる第２光学領域とを有していることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の光学機器。
  13. 上記第２光学領域は、上記第１光学領域の横にまで延びていることを特徴とする請求項１２に記載の光学機器。
  14. 上記基板と上記光学部品との離間距離は、上記受光素子と上記光学部品との離間距離以上であることを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
  15. 上記光学部品における物体側の面および上記光学部品における上記受光素子側の面のうち少なくとも一方に、溝またはスリットが形成されていることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の光学機器。
  16. 上記光学部品は、
    上記受光部に対して光を導くレンズとして機能する本体と、
    上記本体を支持する枠体と、
    上記本体および上記枠体に架橋した吊り部とを有していることを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載の光学機器。
  17. 上記配線パターンは、成形回路部品によって構成されていることを特徴とする請求項１から１６のいずれか１項に記載の光学機器。
  18. 上記配線パターンは、上記光学部品の表面に設けられた塗装の表面に形成されていることを特徴とする請求項１から１７のいずれか１項に記載の光学機器。
  19. 請求項１から１８のいずれか１項に記載の光学機器を備えていることを特徴とするカメラモジュール。
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