説明

イメージ捕捉レンズモジュールとイメージ捕捉システム

【課題】
イメージ捕捉レンズモジュールとイメージ捕捉システムを提供する。
【解決手段】
イメージ捕捉レンズモジュールとイメージ捕捉システムを提供する。イメージ捕捉レンズモジュールは、被写体側からイメージ側に順に配列された第一素子と第二素子を有し、第二素子が近軸線上のイメージ側に面する凸面を有する平凸レンズである第一複合レンズと、被写体側からイメージ側に順に配列された第三素子、第四素子、及び、第五素子を有し、第三素子が近軸線上の被写体側に面する凸面を有する平凸レンズで、第五素子が近軸線上のイメージ側に面する凹面を有する平凹レンズである第二複合レンズと、被写体側からイメージ側に順に配列される第六素子と第七素子を有し、第六素子が近軸線上の被写体側に面する凸面を有する平凸レンズである第三複合レンズと、を含む。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、イメージ捕捉レンズモジュールに関するものであって、特に、高性能ウェハレベルパッケージのイメージ捕捉レンズモジュールに関するものである。
【背景技術】
【0002】
高解像度電子画像センサーを用いるデジタルカメラは、通常、高解像度の光学素子、例えば、イメージ捕捉レンズモジュールを必要とする。携帯電子製品のカメラモジュールの設計と製造は非常に困難なことである。挑戦的な要素としては、生産量が多いこと、継続的に価格が低下していること、サイズ制限、及び、パフォーマンスと機能要求が変化していることが含まれる。
【0003】
被写体を撮像装置に合焦させるデジタルカメラモジュール上のイメージ捕捉レンズは、デジタルカメラモジュール上に、僅か一個のレンズで構成される場合があるが、また、メガピクセル解像度を有するデジタルカメラモジュールに、4個のレンズで構成される場合もある。通常、レンズは、コストダウンのために、プラスチック製である。しかし、高品質のデジタルカメラは、その優れた光学特性のために、第一レンズにガラス製のものを用いる。
【0004】
特許文献1には、高温度環境下で、収差補正、短い光路長、確実なバックフォーカスと安定した光学パフォーマンスを有する結像レンズが開示されている。
【0005】
図1は、公知の結像レンズを示す図である。図1を参照すると、結像レンズは、被写体側からイメージ側に順に配列された第一絞りS1、第一接合型複合レンズ10、第二絞りS2、及び、第二接合型複合レンズ20からなる。第一接合型複合レンズ10は、被写体側からイメージ側に順に配列された第一レンズL1、第二レンズL2、及び、第三レンズL3からなる。第二接合型複合レンズ20は、被写体側からイメージ側に順に配列された第四レンズL4、第五レンズL5、及び、第六レンズL6からなる。カバーガラス30が、第二接合型複合レンズ20とイメージ感知素子40間に挿入される。公知技術では、結像レンズは、ウェハレベルのパッケージ技術によりパッケージされる。しかし、公知のウェハレベルパッケージのイメージ捕捉レンズモジュールには幾つかの問題があり、例えば、 光学性能の劣化、基板とレンズ複製プロセスの制限、レンズモジュールの光心の位置合わせが不正確である点等である。
【0006】
特許文献2には、ウェハ同士を結合させてレンズ素子を積層する三重複合レンズモジュールが開示されている。注意すべきことは、公知技術に共通していることは、ウェハレベル複合レンズのレンズ設計については述べていないことである。その理由は、例えば、プラスチックレンズモジュールやガラスレンズモジュールのような公知の高品質積層レンズモジュールと比較すると、光学性能が悪いからである。
【0007】
幾つかの応用において、小主光線角(CRA)の画像検出器が設計されて、優れたイメージパフォーマンスを達成する。一方、公知のレンズ設計は、低いモジュール高さと小さいレンズスケール要求に適さない。よって、公知技術と比較すると、イメージ捕捉レンズモジュールの高さを減少させることが必要である。注意すべきことは、イメージ捕捉レンズの有効焦点距離(EFL)を減少させる場合、イメージの欠陥(blemish)が容易に消去されることである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開2008−287006号公報
【特許文献2】米国特許出願公開第2007/0126898号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明は、イメージ捕捉レンズモジュールとイメージ捕捉システムを提供し、上述の問題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明の具体例は、イメージ捕捉レンズモジュールを提供し、被写体側からイメージ側に順に配列された第一素子と第二素子とを有し、前記第二素子が近軸線上で前記イメージ側に面する凸面を有する平凸レンズである第一複合レンズと、被写体側からイメージ側に順に配列された第三素子と、第四素子と、第五素子とを有し、前記第三素子が近軸線上で前記被写体側に面する凸面を有する平凸レンズであり、前記第五素子が近軸線上で前記イメージ側に面する凹面を有する平凹レンズである第二複合レンズと、被写体側からイメージ側に順に配列される第六素子と第七素子を有し、前記第六素子が近軸線上の前記被写体側に面する凸面を有する平凸レンズである第三複合レンズと、を含む。
【0011】
本発明の具体例は、更に、イメージ捕捉システムを提供し、被写体側からイメージ側に順に配列される第一素子と第二素子を有し、第二素子が近軸線上のイメージ側に面する凸面を有する平凸レンズである第一複合レンズと、被写体側からイメージ側に順に配列された第三素子、第四素子、及び、第五素子を有し、第三素子が近軸線上の被写体側に面する凸面を有する平凸レンズであり、第五素子が近軸線上のイメージ側に面する凹面を有する平凹レンズである第二複合レンズと、被写体側からイメージ側に順に配列される第六素子と第七素子からなり、第六素子が近軸線上の被写体側に面する凸面を有する平凸レンズである第三複合レンズと、第三複合レンズの第七素子と一体となっているカバーガラスを有する画像検出器と、を含み、第一複合レンズ、第二複合レンズ、第三複合レンズ、及び、カバーガラスは、被写体側からイメージ側に順に配列される。
【発明の効果】
【0012】
効果的な高さのイメージ捕捉レンズモジュールが得られ、画像検出器装置がコンパクトになる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】公知の結像レンズを示す図である。
【図2】本発明の第一具体例によるスタック複合レンズの配置図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
本発明の重要な特徴と主な態様によると、本発明の実施形態は、積層してイメージ捕捉レンズモジュールとなることができる複数のウェハスケールレンズを提供する。ウェハスケールレンズ構造は、四個の光学曲面を有する三重複合光学レンズを含む。ウェハスケールレンズ構造は、UV硬化性高分子化合物の材料からなり、型成形される。
【0015】
図2は、本発明の第一実施形態による積層複合レンズの配置図である。図2を参照すると、イメージ捕捉レンズモジュール100は、被写体側からイメージ側に順に配列される第一複合レンズ110、第二複合レンズ120、第三複合レンズ130、及び、画像検出器150(例えば、CMOSイメージセンサーチップ)のカバーガラス140からなる。
【0016】
第一複合レンズ110は、被写体側からイメージ側に順に配列される第一素子L10と、第二素子L20とを含む。第二素子L20は、近軸線上のイメージ側に面する凸面を有する平凸レンズを含む。
【0017】
第二複合レンズ120は、被写体側からイメージ側に順に配列される第三素子L30、第四素子L40、及び、第五素子L50を含む。第三素子L30は、近軸線上の被写体側に面する凸面を有する平凸レンズを含む。第五素子L50は、近軸線上のイメージ側に面する凹面を有する平凹レンズを含む。
【0018】
第三複合レンズ130は、被写体側からイメージ側に順に配列される第六素子L60と第七素子L70とを含む。第六素子L60は、近軸線上の被写体側に面する凸面を有する平凸レンズを含む。高い光学性能を実現するため、第三複合レンズ130は、画像検出器150に近接して配置される。例えば、カバーガラス140を有する画像検出器150と第三複合レンズ130の第七素子L70とが一体となる構成とすることができる。
【0019】
本発明の一実施形態によると、カバーガラス140を有する画像検出器150と第三複合レンズ130の第七素子L70は、直接結合される。カバーガラス140と第七素子L70間には、別の構成素子がない。第三複合レンズ130の第七素子L70と画像検出器装置のカバーガラス140が、例えば、接着剤等の接着層のみにより間接的に結合される。よって、第一実施形態の構造配置により、イメージ捕捉レンズモジュールの有効高さが小さくなり、画像検出器装置が小型になる。
【0020】
注意すべきことは、スペーサ(図示しない)が第一複合レンズ110と第二複合レンズ120間に設置してもよいことである。別のスペーサ(図示しない)が、第二複合レンズ120と第三複合レンズ130間に設置されてもよい。
【0021】
一実施形態において、第二素子L20の曲率半径は正であり、第三素子L30の曲率半径は正であり、第五素子L50の曲率半径は負であり、第六素子L60の曲率半径は正である。第二、第三、第五、及び、第六素子の材料は、リフロー可能で、しかもUV硬化する高分子化合物を含み、型成形される。別の実施形態において、第一素子L10、第四素子L40、及び、第七素子L70は光学平行板である。
【0022】
また、第二素子L20のイメージ側と第三素子L30の被写体側は非球面で、第五素子L50のイメージ側と第六素子L60の被写体側は非球面である。
【0023】
別の実施形態においては、式(1)の関係が更に満たされる:
【0024】
【数1】

【0025】
別の実施形態においては、式(2)の関係が更に満たされる:
【0026】
【数2】

【0027】
別の実施形態においては、式(3)の関係が更に満たされる。
【0028】
【数3】

【0029】
注意すべきことは、第一素子L10、第四素子L40、及び、第七素子L70は、高屈折率のウェハレベル基板を含んでもよいことである。例えば、ウェハレベル基板の屈折率は1.6より大きく、ウェハレベル基板のアッベ数は35より小さい。一実施形態においては、第二素子L20と第五素子L50のウェハレベル基板は、重ランタンフリント(LaSF)、ランタンフリント(LaF)、重バリウムフリント(BaSF)、フリント(F)、及び、その他の適切な光学材料からなる。第二、第三、第五、及び、第六素子は、リフロー可能で、且つ、UV硬化性材料、例えば、透明な硬化性シリコン樹脂、或いは、熱硬化性樹脂材料からなる。
【0030】
本発明の更に別の実施形態では、ウェハ-レベルパッケージのイメージ捕捉レンズモジュールと画像検出器(例えば、CMOSイメージセンサーチップ)からなるイメージ捕捉システムが提供される。例えば、イメージ捕捉システムは、デジタルスチールカメラ(DSC)アプリケーションを有する携帯電話を対象にする。ウェハ-レベルパッケージイメージ捕捉レンズモジュールと画像検出器は、容易に、その他の周辺装置、例えば、ロウデコーダとカラムデコーダ、アナログデジタルコンバータ(ADC)、及び、デジタル信号プロセッサと一体化され、システムをシリコンチップ上に形成する。
【0031】
本発明では好ましい実施形態を前述の通り開示したが、本発明は決して開示した実施形態に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変動や潤色を加えることができ、従って本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で規定する内容を基準とする。
【符号の説明】
【0032】
10 第一接合型複合レンズ
20 第二接合型複合レンズ
30 カバーガラス
40 イメージ感知素子
S1 第一絞り
S2 第二絞り
L1 第一レンズ
L2 第二レンズ
L3 第三レンズ
L4 第四レンズ
L5 第五レンズ
L6 第六レンズ
100 イメージ捕捉レンズモジュール
110 第一複合レンズ
120 第二複合レンズ
130 第三複合レンズ
140 カバーガラス
150 画像検出器
L10 第一素子
L20 第二素子
L30 第三素子
L40 第四素子
L50 第五素子
L60 第六素子
L70 第七素子

【特許請求の範囲】
【請求項1】
イメージ捕捉レンズモジュールであって、
被写体側からイメージ側に順に配列された第一素子と第二素子とを有し、前記第二素子が近軸線上で前記イメージ側に面する凸面を有する平凸レンズである第一複合レンズと、
被写体側からイメージ側に順に配列された第三素子と、第四素子と、第五素子とを有し、前記第三素子が近軸線上で前記被写体側に面する凸面を有する平凸レンズであり、前記第五素子が近軸線上で前記イメージ側に面する凹面を有する平凹レンズである第二複合レンズと、
被写体側からイメージ側に順に配列される第六素子と第七素子を有し、前記第六素子が近軸線上の前記被写体側に面する凸面を有する平凸レンズである第三複合レンズと、
を含むことを特徴とするイメージ捕捉レンズモジュール。
【請求項2】
前記第一素子、前記第四素子、及び、前記第七素子は、高屈折率の基板を含むことを特徴とする請求項1に記載のイメージ捕捉レンズモジュール。
【請求項3】
前記第二素子、前記第三素子、前記第五素子、前記第六素子は、リフロー可能で、且つ、UV硬化性高分子化合物からなることを特徴とする請求項1に記載のイメージ捕捉レンズモジュール。
【請求項4】
前記イメージ捕捉レンズモジュールは、式(1)の関係式を満たすことを特徴とする請求項1に記載のイメージ捕捉レンズモジュール。

【数1】

【請求項5】
前記イメージ捕捉レンズモジュールは、式(2)の関係式を満たすことを特徴とする請求項1に記載のイメージ捕捉レンズモジュール。

【数2】

【請求項6】
前記イメージ捕捉レンズモジュールは、式(3)の関係式を満たすことを特徴とする請求項1に記載のイメージ捕捉レンズモジュール。

【数3】

【請求項7】
前記第一素子、前記第四素子、 及び、前記第七素子は光学平行板であることを特徴とする請求項1に記載のイメージ捕捉レンズモジュール。
【請求項8】
更に、前記第三複合レンズと一体となっているカバーガラスを有する画像検出器を含み、前記第一複合レンズ、前記第二複合レンズ、前記第三複合レンズ、及び、前記カバーガラスは、被写体側からイメージ側に順に配列されることを特徴とする請求項1に記載のイメージ捕捉レンズモジュール。
【請求項9】
イメージ捕捉システムであって、
被写体側からイメージ側に順に配列される第一素子と第二素子を有し、前記第二素子が近軸線上で前記イメージ側に面する凸面を有する平凸レンズである第一複合レンズと、
被写体側からイメージ側に順に配列された第三素子、第四素子、及び、第五素子を有し、前記第三素子が近軸線上で前記被写体側に面する凸面を有する平凸レンズで、前記第五素子が近軸線上で前記イメージ側に面する凹面を有する平凹レンズである第二複合レンズと、
被写体側からイメージ側に順に配列される第六素子と第七素子からなり、前記第六素子が近軸線上で前記被写体側に面する凸面を有する平凸レンズである第三複合レンズと、
前記第三複合レンズの前記第七素子と一体となっているカバーガラスを有する画像検出器と、を含み、
前記第一複合レンズ、前記第二複合レンズ、前記第三複合レンズ、及び、前記カバーガラスは、被写体側からイメージ側に順に配列されることを特徴とするイメージ捕捉システム。
【請求項10】
前記イメージ捕捉レンズシステムは、式(4)および式(5)の関係式を満たすことを特徴とする請求項9に記載のイメージ捕捉システム。

【数4】


【図1】
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【図2】
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【公開番号】特開2011−221498(P2011−221498A)
【公開日】平成23年11月4日(2011.11.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−2459(P2011−2459)
【出願日】平成23年1月7日(2011.1.7)
【出願人】(507296388)采▲ぎょく▼科技股▲ふん▼有限公司 (11)
【氏名又は名称原語表記】VisEra Technologies Company Limited
【住所又は居所原語表記】No.12,Dusing Rd.1, Hsinchu Science Park,Taiwan, R.O.C.
【Fターム(参考)】