WO2012117904A1 - レンズモジュール及び撮像装置 - Google Patents

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WO2012117904A1
WO2012117904A1 PCT/JP2012/054191 JP2012054191W WO2012117904A1 WO 2012117904 A1 WO2012117904 A1 WO 2012117904A1 JP 2012054191 W JP2012054191 W JP 2012054191W WO 2012117904 A1 WO2012117904 A1 WO 2012117904A1
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spacer
lens module
cut filter
infrared cut
wll
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PCT/JP2012/054191
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一英 長谷川
米山　聡
理士 小池
亮 松野
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富士フイルム株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a lens module configured by stacking two lenses in the optical axis direction, and an imaging apparatus including the lens module.
  • An image pickup apparatus of a wafer level chip size package including a solid-state image pickup device chip on which an image pickup device is formed and a lens module that forms a subject image on the image pickup device is known from Patent Document 1 and the like. Since such an imaging device can be manufactured with a size of about several mm square, it is preferably used for small electronic devices such as mobile phones.
  • the lens module is composed of a plurality of lenses stacked in the optical axis direction. Further, in the lens module, a frame-shaped spacer is provided between the lenses, and a gap is formed between the lenses to adjust the optical characteristics of each lens (Patent Document). 2). Furthermore, in the lens module, in order to prevent black from being reddish due to the influence of infrared rays (so-called color cast), an infrared cut filter formed in a plate shape is provided on each lens in an overlapping manner.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to suppress an increase in the cost of a lens module even when an infrared cut filter is provided in the lens module.
  • a lens module of the present invention is formed in a plate shape with two first and second lenses stacked in the optical axis direction, and is provided so as to be sandwiched between the lenses.
  • the spacer includes: a spacer that adjusts the distance between the lenses according to the thickness; and an infrared cut filter that is formed in a thin film on one surface of the spacer and removes infrared rays contained in transmitted light.
  • the plate shape means a thin and flat shape as a whole including a substantially flat state.
  • the spacer is formed as a thin film on the other surface of the spacer and is made of a material having the same thermal expansion coefficient as that of the infrared cut filter, and the spacer and the infrared cut filter are distorted due to a difference in thermal expansion coefficient. It is more preferable to provide an anti-strain film that prevents this.
  • the same thermal expansion coefficient includes substantially the same thermal expansion coefficient in addition to that of the infrared cut filter and the distortion preventing film.
  • the distortion prevention film is an aperture that is made of a material having the same thermal expansion coefficient as that of the infrared cut filter and has a light shielding property, and an opening is formed, and light unnecessary for image formation is blocked by the opening. It is preferable.
  • the infrared cut filter and the distortion preventing film are formed so as to expose at least a part of a portion of each surface of the spacer that contacts each lens.
  • the infrared cut filter is preferably formed by a vapor deposition method
  • the distortion prevention film is preferably formed by a vapor deposition method or a printing method.
  • the image pickup apparatus of the present invention includes any one of the lens modules described above and an image pickup device that picks up a subject image formed by the lens module.
  • a spacer for adjusting the distance between the lenses is formed in a plate shape, and a thin-film infrared cut filter is formed on one surface of the spacer.
  • a substrate for the infrared cut filter or a spacer for supporting the same there is no increase in the number of parts and the manufacturing process. Therefore, when the infrared cut filter is provided in the lens module In addition, the cost increase of the lens module can be suppressed.
  • FIG. 6 is a perspective view for explaining the stacking of the first to second WLL arrays and the spacer array. It is a top view which shows the structure of a spacer array. It is explanatory drawing for demonstrating lamination
  • the lens module 10 includes a first wafer level lens (hereinafter abbreviated as WLL) 11, two lenses stacked in the optical axis direction of the second WLL 12, and a space between these lenses. It is comprised with the spacer 13 provided so that it might be pinched
  • the lens module 10 is manufactured at a wafer level and is formed in a rectangular parallelepiped outer shape of about several mm square.
  • the lens module 10 is used in an image pickup apparatus of a small electronic device such as a mobile phone, and is disposed so as to face the image pickup device and forms a subject image on the image pickup device.
  • a transparent and colorless material such as optical glass or optical plastic is used for each part of the WLLs 11 and 12 and the spacer 13. Moreover, it is preferable that the thermal expansion coefficients of the materials of the WLLs 11 and 12 and the spacer 13 are the same.
  • the first WLL 11 is formed in a concave meniscus lens shape having a concave portion 11a on a surface that is a subject side when used in an imaging apparatus and an aspherical convex portion 11b on the other surface.
  • the second WLL 12 is formed in a convex meniscus lens shape having a convex portion 12a on the surface on the subject side when used in the imaging apparatus and a concave portion 12b on the other surface.
  • the WLLs 11 and 12 are formed so that their optical centers substantially coincide with each other.
  • the spacer 13 is formed in a plate shape.
  • the spacer 13 adjusts the interval between the WLLs 11 and 12 according to the thickness thereof, so that when the lens module 10 is used in the imaging apparatus, the subject image is appropriately formed on the imaging surface of the imaging element by the WLLs 11 and 12. To be imaged.
  • An infrared cut filter 14 is provided on one surface of the spacer 13 to remove infrared rays contained in transmitted light by absorbing or reflecting infrared rays.
  • the infrared cut filter 14 is a thin film generated by a vapor deposition method. For example, a layer of a high refractive index material such as titanium dioxide or tantalum pentoxide and a layer of a low refractive index material such as silicon dioxide are alternately stacked. It is comprised by the optical multilayer film formed.
  • the other surface of the spacer 13 is provided with an aperture (distortion prevention film) 15 as a light shielding ring for shielding light unnecessary for image formation such as so-called stray light.
  • the aperture 15 is a thin film produced by a vapor deposition method.
  • a material having a light shielding property and the same thermal expansion coefficient as that of the infrared cut filter 14 is used.
  • the aperture 15 is provided with a substantially circular opening 15a.
  • the opening 15 a is arranged so that the center thereof substantially coincides with the optical center of each of the WLLs 11 and 12.
  • the aperture 15 shields light that does not need to be imaged on the image sensor by the diameter of the opening 15a.
  • the thickness of the infrared cut filter 14 and the aperture 15 is increased for convenience, but these thicknesses are actually about several ⁇ m.
  • the lens module 10 includes a first WLL array 20 having a plurality of first WLLs 11 arranged in a two-dimensional lattice, and a second WLL array 21 having a plurality of second WLLs 12 arranged in a two-dimensional lattice. And a spacer array 22 having a plurality of spacers 13 arranged in a two-dimensional lattice are bonded together and cut by a dicing line indicated by a two-dot chain line in the drawing (dicing).
  • Each array 20 to 22 is formed in a disk shape having substantially the same diameter.
  • a plurality of concave portions 11 a arranged in a two-dimensional lattice shape is provided on the surface of the first WLL array 20 .
  • the back surface of the first WLL array 20 is provided with a plurality of convex portions 11b (see FIG. 4) arranged in a two-dimensional lattice pattern.
  • the first WLL 11 is generated by dicing the first WLL array 20.
  • the surface of the second WLL array 21 is provided with a plurality of convex portions 12a arranged in a two-dimensional lattice pattern.
  • the back surface of the second WLL array 21 is provided with a plurality of recesses 12b (see FIG. 4) arranged in a two-dimensional lattice pattern.
  • the surface of the spacer array 22 is provided with an infrared cut filter 22a (a portion indicated by shading in the figure) formed over the entire surface.
  • the infrared cut filter 22 a has the same properties as the infrared cut filter 14.
  • the back surface of the spacer array 22 has a light shielding film 22b (a portion indicated by shading in the figure) formed over the entire surface and a plurality of two-dimensional grids.
  • An opening 15a is provided.
  • the light shielding film 22 b has the same properties as the light shielding portion of the aperture 15.
  • the infrared cut filter 22a is separated into the infrared cut filter 14, and the light shielding film 22b and each opening 15a are separated into the aperture 15 to form the spacer. 13 is generated.
  • the spacer array 22 is overlaid on the first WLL array 20 so as to face each other and are bonded to each other. Thereafter, the surface of the spacer array 22 on the side where the infrared cut filter 22 a is formed faces the surface of the second WLL array 21 on which the concave portions 12 b are formed, and the second WLL array 21 is placed on the spacer array 22. And glue them together.
  • the spacer array 22 having the plurality of spacers 13 is formed in a plate shape, and the thin-film infrared cut filter 22a is formed on one surface thereof. It is not necessary to separately provide a dedicated substrate for forming the infrared cut filter 14 or a spacer for supporting the substrate.
  • the spacer 13 has the function of adjusting the interval between the WLLs 11 and 12 and the function of preventing the transmission of infrared rays, even when the lens module 10 is provided with the infrared cut filter 14, The increase in the cost of the lens module 10 can be suppressed without increasing the number of parts and the manufacturing process.
  • a thin light-shielding film 22b and each opening 15a are formed on the other surface of the spacer array 22, so that the spacer 13 further has a function of a light-shielding ring that shields light unnecessary for image formation. Therefore, there is no need to separately provide a dedicated substrate for forming the aperture 15 or a spacer for supporting the same, and the effect of suppressing the cost increase of the lens module 10 can be further enhanced.
  • the stacked bodies of the arrays 20 to 22 are formed along the dicing lines DL set between the adjacent convex portions 11b. Dicing. Thereby, the laminated body is separated into pieces, and the lens module 10 including the first WLL 11, the spacer 13, and the second WLL 12 is manufactured.
  • the imaging device 30 includes a lens module 10, a solid-state imaging device chip 31 provided with an imaging device 31 a that captures a subject image formed by the lens module 10, and a case 32 that stores these. And a diaphragm 33 that adjusts the amount of light incident on the image sensor 31a.
  • the imaging device 30 is a small camera module manufactured in a so-called wafer level chip size package, and is used in a small electronic device such as a mobile phone.
  • the imaging device 30 is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape.
  • the case 32 is formed in a hollow shape having a substantially rectangular cross section, and the lens module 10 and the solid-state imaging element chip 31 are accommodated in the space inside the case 32.
  • a metal material such as aluminum or a resin material such as plastic is used.
  • the diaphragm 33 is formed in a rectangular plate shape that is substantially the same as the shape of the end portion of the case 32, and is attached to the case 32 so as to close the end portion on the lens module 10 side.
  • the diaphragm 33 is made of a resin material or a metal material having a light shielding property.
  • a substantially circular opening 33 a is formed in the center of the diaphragm 33 to expose the convex portion 12 a of the second WLL 12. The diaphragm 33 adjusts the amount of light incident on the image sensor 31a through the opening 33a.
  • the solid-state image sensor chip 31 includes, in addition to the image sensor 31a, a plurality of electrodes for obtaining an electrical connection with an external circuit board, various circuits for driving the image sensor 31a, etc. The illustration is omitted).
  • the image pickup device 31a is a known image sensor such as a CCD image sensor or a CMOS image sensor, picks up a subject image formed by the lens module 10, and outputs an image pickup signal corresponding to the subject image.
  • a spacer 34 is provided on the solid-state image sensor chip 31.
  • the spacer 34 is formed in a substantially rectangular frame shape surrounding the imaging element 31a.
  • the spacer 34 supports the lens module 10 at the end opposite to the side attached to the solid-state image sensor chip 31, thereby forming a gap having a predetermined interval between the lens module 10 and the image sensor 31a. .
  • a spacer 34 is laminated on the solid-state imaging device chip 31 and bonded.
  • the lens module 10 is laminated on the spacer 34 and bonded.
  • the spacer 34 and the lens module 10 are sequentially stacked and bonded onto the solid-state imaging device chip 31, the stacked body is stored in the case 32. Thereafter, the diaphragm 33 is attached to the end of the case 32 on the lens module 10 side. Thereby, the imaging device 30 is manufactured.
  • the solid-state imaging device chip 31 is provided by performing a reflow process with the imaging device 30 placed on a circuit board of the electronic device.
  • the electrode and the electrode provided on the circuit board of the electronic device are joined with cream solder.
  • the imaging device 30 and the circuit board are exposed to a high temperature of about 250 degrees.
  • the spacer 13 and the infrared cut filter 14 are different due to the difference in thermal expansion coefficient between the surface on which the infrared cut filter 14 is provided and the surface on which the infrared cut filter 14 is not provided. Distortion occurs and causes image quality degradation of the imaging device 30.
  • the infrared cut filter 14 when the infrared cut filter 14 is disposed immediately in front of the image sensor 31a, the light beam condensed at one point passes through the infrared cut filter 14, and thus corresponds to a distorted portion of the infrared cut filter 14.
  • the influence of the distortion of the infrared cut filter 14 only affects the pixels to be processed.
  • the infrared cut filter 14 when the infrared cut filter 14 is disposed near the center of the lens module 10 as in the present embodiment, the light beam passing through the infrared cut filter 14 is wide, and the distorted portion of the infrared cut filter 14 is Since the transmitted light is incident on a wide range of the imaging surface, the image quality is deteriorated due to the distortion over the entire screen depending on the degree of distortion of the infrared cut filter 14.
  • the influence of the distortion of the spacer 13 and the infrared cut filter 14 is relatively large. Therefore, it is necessary to appropriately prevent such distortion from occurring. .
  • the aperture 15 having the same thermal expansion coefficient as the infrared cut filter 14 is provided on the other surface of the spacer 13 so that the thermal expansion coefficients of both surfaces of the spacer 13 are uniform.
  • the imaging device 30 is exposed to a high temperature, such as when a reflow process is performed, distortion of the spacer 13 and the infrared cut filter 14 due to a difference in thermal expansion coefficient, and deterioration of the image quality of the imaging device 30 accompanying this. Can be prevented.
  • the aperture 15 is generated by the vapor deposition method, but the aperture 15 may be generated by a printing method such as an inkjet or a screen without being limited thereto.
  • the infrared cut film 14 was produced
  • An infrared cut film 14 may be generated.
  • the thermal expansion coefficient of the spacer 13 made of optical glass or optical plastic is close to the thermal expansion coefficient of the infrared cut film 14, and the lens module 10 is exposed to a high temperature. At the same time, the occurrence of distortion of the spacer 13 and the infrared cut film 14 can be suppressed.
  • the infrared cut film 14 When the infrared cut film 14 is generated by a metal thin film and the aperture 15 is generated by a printing method, a special ink must be used for printing the aperture 15 in order to make the thermal expansion coefficients of the infrared cut film 14 and the aperture 15 the same. There is a concern that the cost of the lens module 10 may increase. On the other hand, when the infrared cut film 14 is produced with a dielectric multilayer film, it is difficult to make the thermal expansion coefficient the same as that of the infrared cut film 14 in the metal thin film aperture 15 by the vapor deposition method.
  • the aperture 15 is generated by the vapor deposition method, and when the infrared cut film 14 is generated by the dielectric multilayer film, the aperture 15 is generated by the printing method. Is preferred. In this way, the infrared cut film 14 and the aperture 15 having the same thermal expansion coefficient can be generated at a relatively low cost.
  • the imaging device 30 is manufactured by stacking the diced lens module 10 and the solid-state imaging device chip 31, but the manufacturing method of the imaging device 30 is not limited to this.
  • the manufacturing method of the imaging device 30 is not limited to this.
  • FIG. 7 first, a substantially lattice having through holes 37a facing each of the image pickup devices 31a on a silicon wafer 36 on which a plurality of solid-state image pickup device chips 31 are formed in a two-dimensional lattice form.
  • a spacer substrate 37 is laminated and bonded.
  • the first WLL array 20, the spacer array 22, and the second WLL array 21 are sequentially stacked and bonded on the spacer substrate 37 in this order.
  • the stacked body of these substrates is diced along dicing lines DL set between the solid-state imaging device chips 31 as shown in FIG. Thereby, the stacked body is separated into individual pieces, and an imaging module including the solid-state imaging element chip 31, the spacer 34, the first WLL 11, the spacer 13, and the second WLL 12 is generated. And this imaging module is accommodated in the case 32, and the imaging device 30 is manufactured by attaching the diaphragm 33 to the end of the case 32 on the lens module 10 side.
  • the imaging device 30 may be manufactured by first stacking the arrays 20 to 22 and the silicon wafer 36 and dicing them. In this case, it is preferable that the diameters of the arrays 20 to 22 and the diameter of the silicon wafer 36 are substantially the same so that alignment and dicing can be easily performed. Furthermore, the lens module 10 is generated by dicing the stacked body of the arrays 20 to 22, and then the lens module 10 is attached to the silicon wafer 36, and the silicon wafer 36 is diced to manufacture the imaging device 30. May be.
  • the infrared cut filter 14 is formed on the entire surface of one surface of the spacer 13 and the aperture 15 is formed on the entire surface of the other surface.
  • the infrared cut filter 14 and the aperture 15 are formed on the entire surface of the spacer 13 in this way. If an adhesive is applied on these surfaces to adhere to each of the WLLs 11 and 12, the adhesive strength of the adhesive is reduced, and the adhesion between the WLLs 11 and 12 and the spacer 13 is easily peeled off. End up.
  • an infrared cut filter 41 and an aperture 42 that are slightly smaller than the outer shape of the spacer 40 may be formed as in the spacer 40 shown in FIG.
  • the infrared cut filter 41 may have the same function as the infrared cut filter 14 of the above embodiment.
  • the aperture 42 may include an opening 42a and have the same function as the aperture 15 of the above embodiment.
  • the infrared cut filter 41 and the aperture 42 are formed, and the vicinity of the outer periphery of each surface of the spacer 40 that is a portion in contact with each of the WLLs 11 and 12 is exposed. Then, as in the lens module 44 shown in FIG. 10, an adhesive 46 is applied to a portion where the surface of the spacer 40 is exposed, and the spacer 40 and each of the WLLs 11 and 12 are connected without using the infrared cut filter 41 or the aperture 42. Glue. By so doing, it is possible to reliably prevent a decrease in adhesive strength due to the infrared cut filter 41 and the aperture 42.
  • the spacer array 48 shown in FIG. 11 may be configured.
  • the spacer array 48 is formed in a disk shape like the spacer array 22 of the above embodiment.
  • the surface of the spacer array 48 is provided with a plurality of infrared cut filters 41 arranged in a two-dimensional lattice pattern.
  • a plurality of apertures 42 arranged in a two-dimensional lattice pattern are provided on the back surface of the spacer array 48.
  • Each infrared cut filter 41, each aperture 42, and each opening 42 a is provided in the first WLL array 20 when the first WLL array 20, the second WLL array 21, and the spacer array 48 are overlapped.
  • the optical centers of the concave portions 11a and the convex portions 11b and the optical centers of the convex portions 12a and the concave portions 12b provided in the second WLL array 21 are arranged so as to substantially coincide with each other.
  • the spacer array 48 is configured in this way, and the spacer 40 may be generated by dicing the spacer array 48.
  • the shape of the infrared cut filter 41 and the aperture 42 is not limited to a circular shape, and may be any shape as long as the portions in contact with the WLLs 11 and 12 of each surface of the spacer 40 can be exposed.
  • the aperture 15 is provided only on the surface of the spacer 13 on the image sensor 31a side.
  • the thermal expansion coefficient of both surfaces of the spacer 13 can be made the same, the aperture is provided on both surfaces of the spacer 13. May be.
  • the diameters of the openings of the apertures on both sides may be the same or different.
  • the infrared cut filter 14 is provided on the subject side surface of the spacer 13 and the aperture 15 is provided on the image sensor 31a side surface of the spacer 13. However, these positions may be reversed.
  • the aperture 15 is shown as the distortion preventing film, but the distortion preventing film is not limited to this.
  • an infrared cut filter identical to the infrared cut filter 14 may be formed as a distortion preventing film.
  • the thermal expansion coefficients on both surfaces of the spacer 13 can be made more uniform, and image quality deterioration due to this can be prevented more appropriately.
  • the anti-distortion film has the same thermal expansion coefficient as that of the infrared cut filter 14, such as an anti-reflection film that prevents reflection of transmitted light and an ultraviolet cut filter that removes ultraviolet light contained in the transmitted light. Any thin film can be used.
  • the present invention is not limited thereto, and the imaging of the first WLL 11 is performed.
  • the present invention may be applied to a lens module composed of a larger number of lenses in which lenses are further stacked on the element 31a side or the subject side of the second WLL 12.
  • each of the arrays 20 to 22 is formed in a disk shape having substantially the same diameter, but the shape of each of the arrays 20 to 22 is not limited to this.
  • the shape of each of the arrays 20 to 22 may be any shape, but is preferably a shape such as a disk shape or a rectangular shape that allows easy alignment and dicing after lamination.
  • the present invention is applied to the lens module 10 used in the imaging device 30 of the wafer level chip size package.
  • the present invention is not limited to this, and the present invention is not limited to this.
  • the lens module may be applied to a lens module for any other purpose as long as it is a lens module in which lenses are stacked.
  • Imaging device 31 Solid-state imaging device chip 31a Imaging device

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Abstract

レンズモジュールに赤外線カットフィルタを設けた場合にも、レンズモジュールのコストアップを抑えられるようにする。レンズモジュール１０は、第１ＷＬＬ１１と第２ＷＬＬ１２との２枚のレンズと、これらに挟まれるように設けられたスペーサ１３とで構成されている。スペーサ１３の一方の面には、透過する光に含まれる赤外線を除去する赤外線カットフィルタ１４が設けられている。スペーサ１３の他方の面には、結像に不要な光を遮光するアパーチャ１５が設けられている。これにより、赤外線カットフィルタ１４を形成するための専用の基板や、これを支持するためのスペーサなどを別途設ける必要がなく、部品点数や製造工程の増加を招くことがないので、レンズモジュール１０に赤外線カットフィルタ１４を設けた場合にも、レンズモジュール１０のコストアップを抑えることができる。

Description

レンズモジュール及び撮像装置
　本発明は、２枚のレンズを光軸方向に重ねて構成されるレンズモジュール、及びこのレンズモジュールを備えた撮像装置に関する。
　撮像素子が形成された固体撮像素子チップと、撮像素子に被写体像を結像させるレンズモジュールとからなるウェハレベルのチップサイズパッケージの撮像装置が、特許文献１などで知られている。こうした撮像装置は、数ｍｍ角程度の大きさで製造できることから、携帯電話などの小型の電子機器に好ましく用いられている。
　レンズモジュールは、光軸方向に重ねられた複数枚のレンズからなる。また、レンズモジュールでは、枠状に形成されたスペーサを各レンズの間に設け、各レンズの間に隙間を形成することにより、各レンズの光学特性を調節することが行われている（特許文献２参照）。さらに、レンズモジュールでは、赤外線の影響によって黒色が赤色を帯びてしまうこと（いわゆる色かぶり）を防ぐため、板状に形成された赤外線カットフィルタを各レンズに重ねて設けることも行われている。
特開２００９－０８６０９２号公報 特開２０１０－０７２６６５号公報
　しかしながら、板状の赤外線カットフィルタを重ねて設ける構成では、そのためのスペーサなども別途必要になり、部品点数や製造工程が増加してレンズモジュールのコストアップを招いてしまう。
　本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、レンズモジュールに赤外線カットフィルタを設けた場合にも、レンズモジュールのコストアップを抑えられるようにすることを目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明のレンズモジュールは、光軸方向に重ねられる第１及び第２の２枚のレンズと、板状に形成されるとともに、前記各レンズに挟まれるように設けられ、その厚みによって前記各レンズの間隔を調節するスペーサと、前記スペーサの一方の面に薄膜状に形成され、透過する光に含まれる赤外線を除去する赤外線カットフィルタとを備えたことを特徴とする。ここで、板状とは、略平坦な状態を含む全体として薄く平たい形状を言うものである。
　前記スペーサの他方の面に薄膜状に形成されるとともに、前記赤外線カットフィルタと同一の熱膨張係数を有する材料からなり、熱膨張係数の違いによって前記スペーサ及び前記赤外線カットフィルタに歪みが生じてしまうことを防ぐ歪み防止膜を設けると、より好適である。ここで、同一の熱膨張係数とは、赤外線カットフィルタと歪み防止膜の各々の熱膨張係数が同一であることに加えて、ほぼ同一なものを含むものである。
　前記歪み防止膜は、前記赤外線カットフィルタと同一の熱膨張係数を有し、かつ遮光性を有する材料からなるとともに、開口が形成され、この開口によって結像に不要な光を遮光するアパーチャであることが好ましい。
　前記赤外線カットフィルタと前記歪み防止膜とは、前記スペーサの各面の前記各レンズと接触する部分の少なくとも一部を露出させるように形成されていることが好ましい。
　前記赤外線カットフィルタは、蒸着法によって形成され、前記歪み防止膜は、蒸着法又は印刷法によって形成されることが好ましい。
　また、本発明の撮像装置は、上記いずれかのレンズモジュールと、前記レンズモジュールが結像させた被写体像を撮像する撮像素子とを備えたことを特徴とする。
　本発明では、各レンズの間隔を調節するスペーサを板状に形成し、このスペーサの一方の面に薄膜状の赤外線カットフィルタを形成した。こうすれば、赤外線カットフィルタ用の基板やこれを支持するためのスペーサなどを別途設ける必要がなく、部品点数や製造工程の増加を招くことがないので、レンズモジュールに赤外線カットフィルタを設けた場合にも、レンズモジュールのコストアップを抑えることができる。
レンズモジュールの構成を概略的に示す断面図である。 第１～第２ＷＬＬアレイ、及びスペーサアレイの積層を説明するための斜視図である。 スペーサアレイの構成を示す平面図である。 各基板の積層を説明するための説明図である。 積層体のダイシングを説明するための説明図である。 撮像装置の構成を概略的に示す断面図である。 各基板の積層を先に行って撮像装置を製造する例を示す説明図である。 各固体撮像素子チップの間でダイシングを行う例を示す説明図である。 スペーサの各面の外周付近が露出するように赤外線カットフィルタとアパーチャとを形成した例を示す説明図である。 スペーサの表面が露出した部分で接着を行う例を示す説明図である。 スペーサの各面の外周付近が露出するように赤外線カットフィルタとアパーチャとを形成する場合のスペーサアレイの構成例を示す平面図である。
　図１に示すように、レンズモジュール１０は、第１ウェハレベルレンズ（以下、ＷＬＬと略す）１１と、第２ＷＬＬ１２との光軸方向に重ねられた２枚のレンズと、これらの各レンズの間に挟まれるように設けられたスペーサ１３とで構成されている。レンズモジュール１０は、ウェハレベルで製造されたものであり、数ｍｍ角程度の直方体状の外形に形成されている。このレンズモジュール１０は、携帯電話などの小型の電子機器の撮像装置に用いられ、撮像素子と対面するように配置されて撮像素子に被写体像を結像させる。
　各ＷＬＬ１１、１２及びスペーサ１３の各部には、光学ガラス又は光学プラスチックなどの透光性を有する無色透明な材料が用いられている。また、各ＷＬＬ１１、１２及びスペーサ１３の材料の熱膨張係数は、同一であることが好ましい。
　第１ＷＬＬ１１は、撮像装置に用いられた際に被写体側となる面に凹部１１ａを有するとともに、他方の面に非球面状の凸部１１ｂを有する凹メニスカスレンズ状に形成されている。第２ＷＬＬ１２は、撮像装置に用いられた際に被写体側となる面に凸部１２ａを有するとともに、他方の面に凹部１２ｂを有する凸メニスカスレンズ状に形成されている。また、各ＷＬＬ１１、１２は、それぞれ光学中心が略一致するように形成されている。
　スペーサ１３は、板状に形成されている。スペーサ１３は、その厚みによって各ＷＬＬ１１、１２の間隔を調節することにより、レンズモジュール１０が撮像装置に用いられた際に、各ＷＬＬ１１、１２によって撮像素子の撮像面上に被写体像が適切に結像されるようにする。
　スペーサ１３の一方の面には、赤外線を吸収又は反射させることにより、透過する光に含まれる赤外線を除去する赤外線カットフィルタ１４が設けられている。赤外線カットフィルタ１４は、蒸着法によって生成される薄膜であり、例えば、二酸化チタンや五酸化タンタルなどの高屈折率材料の層と、二酸化ケイ素などの低屈折率材料の層とを交互に積層してなる光学多層膜によって構成される。
　一方、スペーサ１３の他方の面には、いわゆる迷光などの結像に不要な光を遮光する遮光リングとしてのアパーチャ（歪み防止膜）１５が設けられている。アパーチャ１５も、赤外線カットフィルタ１４と同様に、蒸着法によって生成される薄膜である。アパーチャ１５には、遮光性を有し、かつ赤外線カットフィルタ１４と同一の熱膨張係数を有する材料が用いられている。
　アパーチャ１５には、略円形の開口１５ａが設けられている。開口１５ａは、その中心が各ＷＬＬ１１、１２の光学中心と略一致するように配置されている。アパーチャ１５は、この開口１５ａの径によって、撮像素子への結像が不要な光を遮光する。なお、図１では、便宜的に赤外線カットフィルタ１４とアパーチャ１５との厚みを増して記載しているが、これらの厚みは、実際には、数μｍ程度である。
　図２に示すように、レンズモジュール１０は、２次元格子状に並べられた複数の第１ＷＬＬ１１を有する第１ＷＬＬアレイ２０と、２次元格子状に並べられた複数の第２ＷＬＬ１２を有する第２ＷＬＬアレイ２１と、２次元格子状に並べられた複数のスペーサ１３を有するスペーサアレイ２２とを重ねて接着し、これらを図中二点鎖線で示すダイシングラインで切断（ダイシング）することで生成される。
　各アレイ２０～２２は、それぞれ略同一の直径を有する円板状に形成されている。第１ＷＬＬアレイ２０の表面には、２次元格子状に並べられた複数の凹部１１ａが設けられている。第１ＷＬＬアレイ２０の裏面には、２次元格子状に並べられた複数の凸部１１ｂ（図４参照）が設けられている。これにより、第１ＷＬＬアレイ２０をダイシングすることによって、第１ＷＬＬ１１が生成される。
　第２ＷＬＬアレイ２１の表面には、２次元格子状に並べられた複数の凸部１２ａが設けられている。第２ＷＬＬアレイ２１の裏面には、２次元格子状に並べられた複数の凹部１２ｂ（図４参照）が設けられている。これらの各凸部１２ａ及び各凹部１２ｂは、第２ＷＬＬアレイ２１を第１ＷＬＬアレイ２０と重ねた際に、それぞれの光学中心と、第１ＷＬＬアレイ２０に設けられた各凹部１１ａ及び各凸部１１ｂの光学中心とが略一致するように配置されている。これにより、第２ＷＬＬアレイ２１をダイシングすることによって、第２ＷＬＬ１２が生成される。
　図３（ａ）に示すように、スペーサアレイ２２の表面には、その全面に亘って形成された赤外線カットフィルタ２２ａ（図中網掛けで示す部分）が設けられている。この赤外線カットフィルタ２２ａは、赤外線カットフィルタ１４と同一の性質を有している。
　図３（ｂ）に示すように、スペーサアレイ２２の裏面には、その全面に亘って形成された遮光膜２２ｂ（図中網掛けで示す部分）と、２次元格子状に並べられた複数の開口１５ａとが設けられている。遮光膜２２ｂは、アパーチャ１５の遮光部分と同一の性質を有している。各開口１５ａは、第１ＷＬＬアレイ２０と第２ＷＬＬアレイ２１とスペーサアレイ２２とを重ねた際に、それぞれの光学中心が、第１ＷＬＬアレイ２０に設けられた各凹部１１ａ及び各凸部１１ｂの光学中心、及び第２ＷＬＬアレイ２１に設けられた各凸部１２ａ及び各凹部１２ｂの光学中心と略一致するように配置されている。
　これにより、スペーサアレイ２２をダイシングすることによって、赤外線カットフィルタ２２ａが個片化されて赤外線カットフィルタ１４になるとともに、遮光膜２２ｂと各開口１５ａとが個片化されてアパーチャ１５になり、スペーサ１３が生成される。
　レンズモジュール１０を製造する場合には、図４に示すように、第１ＷＬＬアレイ２０の各凹部１１ａが形成された側の面と、スペーサアレイ２２の遮光膜２２ｂ及び各開口１５ａが形成された側の面とを対面させて、第１ＷＬＬアレイ２０の上にスペーサアレイ２２を重ね、これらを互いに接着する。この後、スペーサアレイ２２の赤外線カットフィルタ２２ａが形成された側の面に、第２ＷＬＬアレイ２１の各凹部１２ｂが形成された側の面を対面させて、スペーサアレイ２２の上に第２ＷＬＬアレイ２１を重ね、これらを互いに接着する。
　上記のように各アレイ２０～２２を積層させて接着する際、複数のスペーサ１３を有するスペーサアレイ２２を板状に形成するとともに、その一方の面に薄膜状の赤外線カットフィルタ２２ａを形成したので、赤外線カットフィルタ１４を形成するための専用の基板やこれを支持するためのスペーサなどを別途設ける必要がない。
　このように、スペーサ１３に各ＷＬＬ１１、１２の間隔を調節する機能と、赤外線の透過を防止する機能とを持たせるようにしたので、レンズモジュール１０に赤外線カットフィルタ１４を設けた場合にも、部品点数や製造工程の増加を招くことがなく、レンズモジュール１０のコストアップを抑えることができる。
　また、本実施形態では、スペーサアレイ２２の他方の面に薄膜状の遮光膜２２ｂ及び各開口１５ａを形成し、結像に不要な光を遮光する遮光リングの機能をスペーサ１３にさらに持たせるようにしたので、アパーチャ１５を形成するための専用の基板やこれを支持するためのスペーサなどを別途設ける必要もなく、レンズモジュール１０のコストアップを抑える効果をより高めることができる。
　各アレイ２０～２２の積層及び接着を行った後、図５に示すように、隣接する各凸部１１ｂなどの間に設定されたダイシングラインＤＬに沿って、各アレイ２０～２２の積層体をダイシングする。これにより、積層体が個片化され、第１ＷＬＬ１１、スペーサ１３、第２ＷＬＬ１２からなるレンズモジュール１０が製造される。
　次に、上記レンズモジュール１０を備えた撮像装置３０について説明する。図６に示すように、撮像装置３０は、レンズモジュール１０と、レンズモジュール１０が結像させた被写体像を撮像する撮像素子３１ａが設けられた固体撮像素子チップ３１と、これらを収納するケース３２と、撮像素子３１ａに入射する光の光量を調節する絞り３３とで構成されている。この撮像装置３０は、いわゆるウェハレベルチップサイズパッケージに製造された小型のカメラモジュールであり、携帯電話などの小型の電子機器に用いられる。
　撮像装置３０は、略直方体状に形成されている。ケース３２は、断面が略矩形の中空状に形成され、その内部の空間にレンズモジュール１０と固体撮像素子チップ３１とを収納している。ケース３２には、例えば、アルミニウムなどの金属材料やプラスチックなどの樹脂材料が用いられる。絞り３３は、ケース３２の端部の形状と略同一の矩形の板状に形成され、レンズモジュール１０側の端部を塞ぐようにケース３２に取り付けられている。この絞り３３には、遮光性を有する樹脂材料あるいは金属材料が用いられている。絞り３３の中央には、第２ＷＬＬ１２の凸部１２ａを露出させる略円形の開口３３ａが形成されている。絞り３３は、この開口３３ａによって撮像素子３１ａに入射する光の光量を調節する。
　固体撮像素子チップ３１には、撮像素子３１ａの他に、外部の回路基板などとの電気的な接続を得るための複数の電極や、撮像素子３１ａを駆動するための各種の回路など（いずれも図示は省略）が設けられている。撮像素子３１ａは、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどの周知のイメージセンサであり、レンズモジュール１０が結像させた被写体像を撮像して、その被写体像に応じた撮像信号を出力する。
　固体撮像素子チップ３１の上には、スペーサ３４が設けられている。スペーサ３４は、撮像素子３１ａを囲む略矩形の枠状に形成されている。このスペーサ３４は、固体撮像素子チップ３１に取り付けられた側と反対側の端部でレンズモジュール１０を支持することにより、レンズモジュール１０と撮像素子３１ａとの間に所定の間隔の隙間を形成する。
　上記構成の撮像装置３０を製造する場合には、まず、固体撮像素子チップ３１の上にスペーサ３４を積層して接着する。続いて、スペーサ３４の上にレンズモジュール１０を積層して接着する。このように、固体撮像素子チップ３１の上にスペーサ３４とレンズモジュール１０とを順次積層させて接着したら、その積層体をケース３２に収納する。この後、ケース３２のレンズモジュール１０側の端部に絞り３３を取り付ける。これにより、撮像装置３０が製造される。
　製造された撮像装置３０を携帯電話などの電子機器に搭載する場合には、電子機器の回路基板に撮像装置３０を乗せた状態でリフロー処理を行うことにより、固体撮像素子チップ３１に設けられた電極と、電子機器の回路基板に設けられた電極とをクリーム半田で接合させる。リフロー処理では、撮像装置３０と回路基板とが約２５０度の高温に曝される。この際、スペーサ１３の一方の面に赤外線カットフィルタ１４を設けただけでは、赤外線カットフィルタ１４を設けた面と、設けていない面との熱膨張係数の違いによってスペーサ１３及び赤外線カットフィルタ１４に歪みが生じ、撮像装置３０の画質劣化の要因となってしまう。
　ここで、赤外線カットフィルタ１４が撮像素子３１ａの直前に配置されている場合には、１点に集光する光線束が赤外線カットフィルタ１４を透過するため、赤外線カットフィルタ１４の歪んだ部分に相当する画素にしか赤外線カットフィルタ１４の歪みの影響が及ばない。一方、本実施形態のように、赤外線カットフィルタ１４がレンズモジュール１０の中央付近に配置されている場合には、赤外線カットフィルタ１４を透過する光線束が広く、赤外線カットフィルタ１４の歪んだ部分を透過した光線が撮像面の広い範囲に入射するため、赤外線カットフィルタ１４の歪みの度合いによっては、歪みによる画質の劣化が画面の全体に亘って発生してしまう。このように、レンズモジュール１０の中央付近に赤外線カットフィルタ１４を配置した構成では、スペーサ１３及び赤外線カットフィルタ１４の歪みの影響が比較的大きいため、こうした歪みの発生を適切に防止する必要がある。
　これに対し、本実施形態では、赤外線カットフィルタ１４と同一の熱膨張係数を有するアパーチャ１５をスペーサ１３の他方の面に設け、スペーサ１３の両面の熱膨張係数が均一になるようにしたので、リフロー処理を行った場合など、撮像装置３０が高温に曝された際の、熱膨張係数の違いに起因するスペーサ１３と赤外線カットフィルタ１４との歪み、及びこれにともなう撮像装置３０の画質の劣化を防ぐことができる。
　上記実施形態では、蒸着法によってアパーチャ１５を生成したが、これに限ることなく、インクジェットやスクリーンなどの印刷法によってアパーチャ１５を生成してもよい。また、上記実施形態では、蒸着法を用いた金属薄膜によって赤外線カットフィルム１４を生成したが、これに限ることなく、積層ポリエステルフィルムなどの光学用の誘電体多層膜をスペーサ１３に貼り付けることによって赤外線カットフィルム１４を生成してもよい。誘電体多層膜からなる赤外線カットフィルム１４では、光学ガラスや光学プラスチックなどからなるスペーサ１３の熱膨張係数と、赤外線カットフィルム１４の熱膨張係数とが近くなり、レンズモジュール１０が高温に曝された際にも、スペーサ１３及び赤外線カットフィルム１４の歪みの発生を抑えることができる。
　金属薄膜で赤外線カットフィルム１４を生成し、印刷法でアパーチャ１５を生成する場合、赤外線カットフィルム１４とアパーチャ１５との熱膨張係数を同一にするため、アパーチャ１５の印刷に特殊なインクを用いなければならず、レンズモジュール１０のコストアップを招いてしまうことが懸念される。他方、誘電体多層膜で赤外線カットフィルム１４を生成する場合、蒸着法による金属薄膜のアパーチャ１５では、赤外線カットフィルム１４と熱膨張係数を同一にするのが難しい。
　従って、蒸着法で赤外線カットフィルム１４を生成する場合には、蒸着法でアパーチャ１５を生成し、誘電体多層膜で赤外線カットフィルム１４を生成する場合には、印刷法でアパーチャ１５を生成することが好ましい。こうすれば、熱膨張係数が同一の赤外線カットフィルム１４とアパーチャ１５とを比較的安価に生成することができる。
　上記実施形態では、ダイシングされたレンズモジュール１０や固体撮像素子チップ３１を積層することによって撮像装置３０を製造するようにしたが、撮像装置３０の製造方法は、これに限定されるものではない。例えば、図７に示すように、まず複数の固体撮像素子チップ３１が２次元格子状に並べて形成されたシリコンウェハ３６の上に、各撮像素子３１ａのそれぞれに対向する貫通穴３７ａを有する略格子状のスペーサ基板３７を積層して接着する。次いで、第１ＷＬＬアレイ２０、スペーサアレイ２２、第２ＷＬＬアレイ２１の順に、これらをスペーサ基板３７の上に順次積層して接着する。
　上記のように各基板を積層した後、図８に示すように、各固体撮像素子チップ３１の間に設定されたダイシングラインＤＬに沿って、これらの各基板の積層体をダイシングする。これにより、積層体が個片化され、固体撮像素子チップ３１、スペーサ３４、第１ＷＬＬ１１、スペーサ１３、第２ＷＬＬ１２からなる撮像モジュールが生成される。そして、この撮像モジュールをケース３２に収納し、ケース３２のレンズモジュール１０側の端部に絞り３３を取り付けることにより、撮像装置３０を製造する。
　このように、各アレイ２０～２２やシリコンウェハ３６の積層を先に行い、これらをダイシングすることによって撮像装置３０を製造してもよい。この場合には、位置合わせ及びダイシングがし易いよう、各アレイ２０～２２の直径とシリコンウェハ３６の直径とを略同一にすることが好ましい。さらには、各アレイ２０～２２の積層体をダイシングしてレンズモジュール１０を生成した後、このレンズモジュール１０をシリコンウェハ３６に貼り付け、そのシリコンウェハ３６をダイシングすることによって撮像装置３０を製造してもよい。
　上記実施形態では、スペーサ１３の一方の面の全面に赤外線カットフィルタ１４を形成し、他方の面の全面にアパーチャ１５を形成したが、このようにスペーサ１３の全面に赤外線カットフィルタ１４やアパーチャ１５を形成し、これらの面上に接着剤を塗布して各ＷＬＬ１１、１２との接着を行うと、接着剤の接着強度が低下し、各ＷＬＬ１１、１２とスペーサ１３との接着が剥がれやすくなってしまう。
　そこで、図９に示すスペーサ４０のように、スペーサ４０の外形よりも一回り小さい赤外線カットフィルタ４１、及びアパーチャ４２を形成してもよい。なお、赤外線カットフィルタ４１は、上記実施形態の赤外線カットフィルタ１４と同一の機能を有するものでよい。同様に、アパーチャ４２も、開口４２ａを備え、上記実施形態のアパーチャ１５と同一の機能を有するものでよい。
　このように赤外線カットフィルタ４１とアパーチャ４２とを形成し、各ＷＬＬ１１、１２と接触する部分であるスペーサ４０の各面の外周付近を露出させる。そして、図１０に示すレンズモジュール４４のように、スペーサ４０の表面が露出された部分に接着剤４６を塗布し、赤外線カットフィルタ４１やアパーチャ４２を介することなくスペーサ４０と各ＷＬＬ１１、１２とを接着する。こうすれば、赤外線カットフィルタ４１やアパーチャ４２による接着強度の低下を確実に防ぐことができる。
　また、この場合には、例えば、図１１に示すスペーサアレイ４８を構成すればよい。スペーサアレイ４８は、上記実施形態のスペーサアレイ２２と同様に、円板状に形成されている。図９（ａ）に示すように、スペーサアレイ４８の表面には、２次元格子状に並べられた複数の赤外線カットフィルタ４１が設けられている。一方、図９（ｂ）に示すように、スペーサアレイ４８の裏面には、２次元格子状に並べられた複数のアパーチャ４２が設けられている。
　各赤外線カットフィルタ４１、各アパーチャ４２、及び各開口４２ａは、第１ＷＬＬアレイ２０と第２ＷＬＬアレイ２１とスペーサアレイ４８とを重ねた際に、それぞれの光学中心が、第１ＷＬＬアレイ２０に設けられた各凹部１１ａ及び各凸部１１ｂの光学中心、及び第２ＷＬＬアレイ２１に設けられた各凸部１２ａ及び各凹部１２ｂの光学中心と略一致するように配置されている。
　このようにスペーサアレイ４８を構成し、このスペーサアレイ４８をダイシングすることによってスペーサ４０を生成すればよい。但し、赤外線カットフィルタ４１やアパーチャ４２の形状は、円形に限ることなく、スペーサ４０の各面の各ＷＬＬ１１、１２と接触する部分を露出させることができれば、如何なる形状でもよい。
　上記実施形態では、スペーサ１３の撮像素子３１ａ側の面にのみアパーチャ１５を設けたが、スペーサ１３の両面の熱膨張係数を同一にすることが可能であれば、スペーサ１３の両面にアパーチャを設けてもよい。この場合、両面のアパーチャの開口の径は、同一でもよいし、それぞれ違う径としてもよい。また、上記実施形態では、スペーサ１３の被写体側の面に赤外線カットフィルタ１４を設け、スペーサ１３の撮像素子３１ａ側の面にアパーチャ１５を設けたが、これらの位置は、反対でもよい。
　上記実施形態では、歪み防止膜としてアパーチャ１５を示したが、歪み防止膜は、これに限定されるものではない。例えば、赤外線カットフィルタ１４と全く同一の赤外線カットフィルタを歪み防止膜として形成してもよい。こうすれば、スペーサ１３の両面における熱膨張係数をより均一にすることができ、これに起因する画質の劣化をより適切に防ぐことができる。さらには、透過する光の反射を防ぐ反射防止膜や、透過する光に含まれる紫外線を除去するための紫外線カットフィルタなど、歪み防止膜は、赤外線カットフィルタ１４と同一の熱膨張係数を有するものであれば、如何なる薄膜でもよい。
　上記実施形態では、各ＷＬＬ１１、１２の２枚のレンズと、スペーサ１３とからなるレンズモジュール１０に本発明を適用した例を示したが、本発明は、これに限ることなく、第１ＷＬＬ１１の撮像素子３１ａ側や第２ＷＬＬ１２の被写体側にさらにレンズを重ねた、より多数のレンズからなるレンズモジュールに適用してもよい。
　上記実施形態では、略同一の直径を有する円板状に各アレイ２０～２２を形成したが、各アレイ２０～２２の形状は、これに限定されるものではない。各アレイ２０～２２の形状は、任意の形状でよいが、円板状や矩形状など、それぞれの位置合わせや積層後のダイシングが容易な形状とすることが好ましい。
　上記実施形態では、ウェハレベルチップサイズパッケージの撮像装置３０に用いられるレンズモジュール１０に本発明を適用した例を示したが、本発明は、これに限ることなく、光軸方向に少なくとも２枚のレンズを重ねたレンズモジュールであれば、他の如何なる用途のレンズモジュールに適用してもよい。
　１０　レンズモジュール
　１１　第１ＷＬＬ（第１のレンズ）
　１２　第２ＷＬＬ（第２のレンズ）
　１３　スペーサ
　１４　赤外線カットフィルタ
　１５　アパーチャ（歪み防止膜）
　１５ａ　開口
　３０　撮像装置
　３１　固体撮像素子チップ
　３１ａ　撮像素子

Claims (6)

  1. 　光軸方向に重ねられる第１及び第２の２枚のレンズと、
    　前記各レンズに挟まれており、前記各レンズの間隔を調節する板状のスペーサと、
    　前記スペーサの一方の面上に設けられ、透過する光に含まれる赤外線を除去する薄膜状の赤外線カットフィルタとを備えたレンズモジュール。
  2. 　前記スペーサの他方の面上に設けられ、前記赤外線カットフィルタと同一の熱膨張係数を有する材料からなり、熱膨張係数の違いによって前記スペーサ及び前記赤外線カットフィルタに歪みが生じてしまうことを防ぐ薄膜状の歪み防止膜を備える請求項１記載のレンズモジュール。
  3. 　前記歪み防止膜は、前記赤外線カットフィルタと同一の熱膨張係数を有し、かつ遮光性を有する材料からなるとともに、開口が形成され、この開口によって結像に不要な光を遮光するアパーチャである請求項２記載のレンズモジュール。
  4. 　前記赤外線カットフィルタと前記歪み防止膜は、前記スペーサの各面の前記各レンズと接触する部分の少なくとも一部を露出させている請求項２又は３記載のレンズモジュール。
  5. 　前記赤外線カットフィルタは、蒸着法によって形成され、前記歪み防止膜は、蒸着法又は印刷法によって形成される請求項２から４のいずれか１項に記載のレンズモジュール。
  6. 　請求項１から５のいずれか１項に記載のレンズモジュールと、
    　前記レンズモジュールが結像させた被写体像を撮像する撮像素子とを備えた撮像装置。
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