(57)【要約】【課題】撮像素子の反りを低減する。【解決手段】表面に撮像領域を有する撮像素子と、撮像素子の表面に固定され、光を通過させる開口を、少なくとも撮像領域に対向する領域に有する表面側基板と、撮像素子の裏面に固定され、表面側基板の熱変形による前記撮像素子の反りを相殺する裏面側基板とを備える撮像ユニットを提供する。例えば、裏面側基板の熱膨張係数の、撮像素子の熱膨張係数に対する大小関係は、表面側基板の熱膨張係数の、撮像素子の熱膨張係数に対する大小関係と同一である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に撮像領域を有する撮像素子と、
前記撮像素子の表面に固定され、光を通過させる開口を、少なくとも前記撮像領域に対向する領域に有する表面側基板と、
前記撮像素子の裏面に固定され、前記表面側基板の熱変形による前記撮像素子の反りを相殺する裏面側基板と
を備える撮像ユニット。
【請求項２】
前記裏面側基板の熱膨張係数の、前記撮像素子の熱膨張係数に対する大小関係は、
前記表面側基板の熱膨張係数の、前記撮像素子の熱膨張係数に対する大小関係と同一である
請求項１に記載の撮像ユニット。
【請求項３】
前記表面側基板の材料と、前記裏面側基板の材料とは同一である
請求項２に記載の撮像ユニット。
【請求項４】
前記裏面側基板と前記撮像素子の熱膨張係数差は、前記表面側基板と前記撮像素子の熱膨張係数差よりも大きい
請求項２に記載の撮像ユニット。
【請求項５】
前記表面側基板は、前記撮像ユニットが載置される撮像装置に固定される固定部を有する
請求項１から４のいずれか一項に記載の撮像ユニット。
【請求項６】
前記裏面側基板は、前記撮像素子以外の部材に固定されていない
請求項５に記載の撮像ユニット。
【請求項７】
前記表面側基板には、前記撮像素子と電気的に接続される回路が設けられる
請求項１から６のいずれか一項に記載の撮像ユニット。
【請求項８】
前記裏面側基板は、前記撮像素子と対向する領域の少なくとも一部に開口を有する
請求項１から７のいずれか一項に記載の撮像ユニット。
【請求項９】
前記裏面側基板の開口を通過して前記撮像素子と接触するヒートシンクを更に備える
請求項８に記載の撮像ユニット。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載の撮像ユニットを備える撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像ユニットおよび撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、パッケージ内に固体撮像素子を収容する撮像ユニットにおいて、固体撮像素子とパッケージとの熱膨張係数の差異に起因する固体撮像素子の変形を抑制するべく、パッケージおよび固体撮像素子の材料を同一にした撮像ユニットが知られている（例えば、特許文献１、段落０００４等参照）。
特許文献１  特開２０１１−０４０４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一方で、固体撮像素子の表面に基板を固定する技術が提案されている。当該基板は、例えば、固体撮像素子に電気的に接続される回路が形成された回路基板、または、撮像装置に固定される固定基板等の特定の機能を実現する。なお、当該基板と、固体撮像素子との熱膨張係数の差異によっても、固体撮像素子は変形してしまう。しかし、当該基板は、回路基板および固定基板等の特定の機能を実現するので、当該基板の材料を自由に選択することが困難である。例えば、固定基板として機能する場合には、当該基板には、ある程度の強度が要求される。このため、当該基板の材料として、固体撮像素子と熱膨張係数の近い材料を選択できない場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、表面に撮像領域を有する撮像素子と、撮像素子の表面に固定され、光を通過させる開口を、少なくとも撮像領域に対向する領域に有する表面側基板と、撮像素子の裏面に固定され、表面側基板の熱変形による前記撮像素子の反りを相殺する裏面側基板とを備える撮像ユニットを提供する。
【０００５】
本発明の第２の態様においては、第１の態様の撮像ユニットを備える撮像装置を提供する。
【０００６】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態に係る撮像ユニット１０の構造例を示す分解斜視図である。
【図２】図１に示した撮像ユニット１０の断面図である。
【図３】撮像ユニット１０の他の構造例を示す断面図である。
【図４】撮像ユニット１０の他の構造例を示す断面図である。
【図５】撮像ユニット１０の他の構造例を示す断面図である。
【図６】実施形態に係る撮像装置５００の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００９】
図１は、実施形態に係る撮像ユニット１０の構造例を示す分解斜視図である。撮像ユニット１０は、撮像素子１００、表面側基板１２０、保護ガラス１４０および裏面側基板１６０を備える。
【００１０】
撮像素子１００は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳ等のイメージセンサである。撮像素子１００は、表面の中央部分に撮像領域１０１を有する。撮像領域１０１には、被写体像を光電変換する複数の光電変換素子が配列されている。被写体像は、保護ガラス１４０を通過して、撮像領域１０１に入射する。
【００１１】
表面側基板１２０は、撮像素子１００の表面に固定される。表面側基板１２０は、例えば接着剤により撮像素子１００に固定される。表面側基板１２０は、被写体像の光を通過させる開口１２５を有する。本例では、表面側基板１２０は、撮像素子１００よりも大きい外形を有する。開口１２５は、撮像領域１０１に対向する領域を少なくとも含む領域に形成される。また、開口１２５は、表面側基板１２０の表面よりも小さい。つまり、開口１２５の内周が、表面側基板１２０の外周と、撮像領域１０１の外周との間に位置するように開口１２５が形成される。
【００１２】
本例における表面側基板１２０は、撮像素子１００と電気的に接続される回路が設けられる回路基板として機能する。表面側基板１２０は、撮像素子１００における撮像領域１０１よりも外側の領域に設けられたバンプを介して、撮像素子１００と電気的に接続される。表面側基板１２０に設けられる回路は、例えば撮像素子１００を制御する回路、または、撮像素子１００からの信号を処理する回路等である。
【００１３】
また、本例の表面側基板１２０は、撮像ユニット１０が載置される撮像装置のボディに固定される複数の固定部１２４を有する。本例の固定部１２４は、撮像ユニット１０を撮像装置のボディ筐体に固定するネジ等が挿入される貫通孔である。固定部１２４は、撮像素子１００と対向しない位置に形成される。本例では、固定部１２４は、表面側基板１２０の端部に形成される。
【００１４】
なお、表面側基板１２０の機能は、回路基板および固定基板に限定されない。表面側基板１２０は、その機能に応じて、撮像素子１００とは異なる材料で形成される。表面側基板１２０の材料として、例えばガラスエポキシ、セラミック、ガラス等が挙げられる。また、表面側基板１２０は、いわゆるプリント配線基板であってよく、また、金属板の表面を絶縁膜で覆った基板であってもよい。
【００１５】
表面側基板１２０と撮像素子１００の材料が異なるので、表面側基板１２０の熱膨張係数と、撮像素子１００の熱膨張係数とは一致しない。例えば、ガラスエポキシの熱膨張係数は３０〜７０ｐｐｍ／℃、セラミックは７〜８ｐｐｍ／℃、ガラスは７〜９ｐｐｍ／℃程度であるのに対して、撮像素子１００の材料の一例であるＳｉの熱膨張係数は３．３ｐｐｍ／℃である。このため、撮像ユニット１０の製造時および使用時等において温度変動が生じると、熱膨張係数の差異に応じた応力が撮像素子１００に印加される。
【００１６】
例えば、表面側基板１２０と撮像素子とを接着するときに、これらを常温よりも加熱した状態で、熱硬化接着剤で接着する場合がある。この場合、接着後に常温に戻すと、表面側基板１２０がより大きく収縮する。このため、表面側基板１２０からの応力を補償しない場合、撮像素子１００の表面の中央が表面側基板１２０から遠ざかるように撮像素子１００が反ってしまう。
【００１７】
裏面側基板１６０は、撮像素子１００の裏面に固定される。裏面側基板１６０は、例えば接着剤により撮像素子１００に固定される。裏面側基板１６０は、表面側基板１２０の熱変形による撮像素子１００の反りの少なくとも一部を相殺するべく設けられる。つまり、裏面側基板１６０は、温度変動時に、表面側基板１２０から撮像素子１００に印加される応力を相殺するような応力を、撮像素子１００に印加する。
【００１８】
本例において、裏面側基板１６０の熱膨張係数の、撮像素子１００の熱膨張係数に対する大小関係は、表面側基板１２０の熱膨張係数の、撮像素子１００の熱膨張係数に対する大小関係と同一である。つまり、表面側基板１２０の熱膨張係数が、撮像素子１００の熱膨張係数よりも大きければ、裏面側基板１６０の熱膨張係数が、撮像素子１００の熱膨張係数よりも大きくなるように、裏面側基板１６０の材料を選択する。
【００１９】
同様に、表面側基板１２０の熱膨張係数が、撮像素子１００の熱膨張係数よりも小さければ、裏面側基板１６０の熱膨張係数が、撮像素子１００の熱膨張係数よりも小さくなるように、裏面側基板１６０の材料を選択する。一例として、表面側基板１２０の材料と、裏面側基板１６０の材料とは同一である。
【００２０】
このような構成により、裏面側基板１６０は、表面側基板１２０から撮像素子１００に印加される応力を相殺するような応力を、撮像素子１００に印加することができる。従って、撮像素子１００の反り量を低減することができる。なお、表面側基板１２０と撮像素子１００とを接着する接着剤の位置と対向する位置に、裏面側基板１６０と撮像素子１００とを接着する接着剤が設けられることが好ましい。
【００２１】
保護ガラス１４０は、撮像素子１００とは逆側において、開口１２５を覆って設けられる。保護ガラス１４０により、撮像領域１０１が露出する開口１２５内の空間が密閉される。これにより、撮像領域１０１が保護される。保護ガラス１４０は、少なくとも可視光を透過するガラスで形成される。保護ガラス１４０は、接着剤等により表面側基板１２０に固定される。
【００２２】
図２は、図１に示した撮像ユニット１０の断面図である。図２においては、開口１２５を横切る位置での断面を示している。上述したように、表面側基板１２０の開口１２５を覆って保護ガラス１４０が設けられる。保護ガラス１４０の周縁部分は、接着剤１２８により表面側基板１２０に接着される。接着剤１２８は、保護ガラス１４０の全周に渡って設けられ、開口１２５内の空間を密閉する。
【００２３】
表面側基板１２０は、バンプ１０８を介して撮像素子１００と電気的に接続される。バンプ１０８は、撮像素子１００の周縁部分に設けられる。また、撮像素子１００の周縁部分には、バンプ１０８に加えて、撮像素子１００と表面側基板１２０とを接着する接着剤も設けられる。当該接着剤は、撮像素子１００の全周に渡って設けられ、開口１２５内の空間を密閉する。図２においては、バンプ１０８および接着剤をまとめて図示している。
【００２４】
裏面側基板１６０は、撮像素子１００の裏面側において、撮像素子１００に固定される。裏面側基板１６０は、撮像素子１００の裏面側における周縁部分に設けられた接着剤１６８により、撮像素子１００に接着される。接着剤１６８は、撮像素子１００の全周に渡って設けられてよく、周縁部分の一部だけに設けられてもよい。また、接着剤１６８は、撮像素子１００の裏面全体に設けられてもよい。
【００２５】
本例において、撮像素子１００の表面に設けられる接着剤と、裏面に設けられる接着剤１６８は、熱硬化性接着剤である。このような構成により、表面側基板１２０からの応力と、裏面側基板１６０からの応力とが相殺されるので、撮像素子１００の反り量を低減することができる。
【００２６】
なお、裏面側基板１６０と撮像素子１００との熱膨張係数差は、表面側基板１２０と撮像素子１００との熱膨張係数差よりも大きくてもよい。この場合、裏面側基板１６０をより薄く形成しても、反り量の低減を実現することができるので、撮像ユニット１０を小型化することができる。この場合、裏面側基板１６０は、表面側基板１２０よりも薄くてよい。
【００２７】
また、撮像素子１００には、保護ガラス１４０からの応力も印加される場合がある。裏面側基板１６０は、保護ガラス１４０および表面側基板１２０からの応力を相殺するような、熱膨張係数および厚みを有する。この場合、裏面側基板１６０は、表面側基板１２０よりも厚くてもよい。
【００２８】
また、本例の裏面側基板１６０は、撮像素子１００以外の部材に固定されていない。例えば、裏面側基板１６０は、撮像装置のボディに直接は固定されない。ただし、裏面側基板１６０は、撮像装置のボディ等の部材と接触してもよい。これにより、裏面側基板１６０は、撮像素子１００以外の部材に影響されずに、撮像素子１００に応力を印加することができる。
【００２９】
図３は、撮像ユニット１０の他の構造例を示す断面図である。本例の撮像ユニット１０は、裏面側基板１６０以外の構成は、図１および図２において説明した撮像ユニット１０と同一である。
【００３０】
本例の裏面側基板１６０は、開口１６５を有する。開口１６５は、撮像素子１００と対向する領域の少なくとも一部に設けられる。本例では、開口１６５は、開口１２５と同一形状で、且つ、開口１２５と対向する位置に設けられる。このような構造により、裏面側基板１６０と、表面側基板１２０との形状を類似させて、それぞれの基板から撮像素子１００に与える応力の向き、大きさ等を対応させることができる。
【００３１】
本例の裏面側基板１６０の外形は、撮像素子１００の外形よりも大きくてよい。裏面側基板１６０は、表面側基板１２０と同一の形状を有してよく、また、表面側基板１２０より小さく、撮像素子１００よりも大きい形状を有してもよい。また、図１および図２に示した例と同様に、裏面側基板１６０は、撮像素子１００と同一の外形を有してもよい。
【００３２】
図４は、撮像ユニット１０の他の構造例を示す断面図である。本例の撮像ユニット１０は、図３に示した撮像ユニット１０の構成に加え、ヒートシンク１７０を更に備える。ヒートシンク１７０は、裏面側基板１６０の開口１６５を通過して、撮像素子１００の裏面に接触する。ヒートシンク１７０は、撮像素子１００の裏面に接着剤等で固定されていてよく、グリース等を介して裏面に非固定で接触していてもよい。ヒートシンク１７０は、撮像領域１０１の裏面側において、撮像素子１００と接触することが好ましい。
【００３３】
ヒートシンク１７０は、熱伝導性のよい材料で形成される。例えばヒートシンク１７０は、裏面側基板１６０よりも熱伝導率の高い材料で形成される。ヒートシンク１７０の端部は、撮像装置のボディに接続されてよい。また、ヒートシンク１７０は、薄いシート状であることが好ましい。ヒートシンク１７０は、裏面側基板１６０よりも薄くてよい。これにより、ヒートシンク１７０から撮像素子１００への応力を低減することができる。
【００３４】
本例の撮像ユニット１０によれば、撮像素子１００の裏面側に、撮像素子１００の反りを低減させる裏面側基板１６０を設けつつ、撮像素子１００の裏面側に、撮像素子１００を放熱させるヒートシンク１７０を設けることができる。これにより、撮像素子１００の反り低減と、撮像素子１００の放熱とを両立させることができる。
【００３５】
図５は、撮像ユニット１０の他の構造例を示す断面図である。本例の撮像ユニット１０は、図３に示した撮像ユニット１０の構成に加え、ダミーガラス１８０および接着剤１７８を更に備える。ダミーガラス１８０は、裏面側基板１６０の裏面側において、開口１６５を覆うように設けられる。ダミーガラス１８０の形状および材料は、保護ガラス１４０と同一であってよい。
【００３６】
接着剤１７８は、ダミーガラス１８０および裏面側基板１６０を接着する。接着剤１７８は、接着剤１２８と対向する位置に設けられる。また、接着剤１７８は、接着剤１２８と同一の材料であってよい。また、裏面側基板１６０は、表面側基板１２０と同一の形状を有してよい。本例の撮像ユニット１０は、撮像素子１００の表面側および裏面側の構造が略対称となるので、表面側および裏面側から撮像素子１００に印加される応力を精度よく相殺することができる。
【００３７】
なお、図１から図５において説明した撮像ユニット１０においては、表面側基板１２０を撮像素子１００に接着するときの周囲温度と、裏面側基板１６０を撮像素子１００に接着するときの周囲温度とを同一にすることが好ましい。表面側基板１２０および裏面側基板１６０は、略同時に撮像素子１００に加熱接着されてよい。
【００３８】
また、表面側基板１２０からの応力と、裏面側基板１６０からの応力を同程度にするには、表面側基板１２０と裏面側基板１６０の温度が同一であることが好ましい。このため、撮像ユニット１０は、表面側基板１２０と裏面側基板１６０とを、熱伝導性の接続部材で接続してよい。当該接続部材の熱伝導率は、少なくとも撮像素子１００および撮像素子１００の表面および裏面に設けられる接着剤の熱伝導率より高い。
【００３９】
図６は、実施形態に係る撮像装置５００の構成例を示す図である。撮像装置５００は、撮影光学系としての撮影レンズ５２０を備え、撮影レンズ５２０は、光軸ＯＡに沿って入射する被写体光束を撮像ユニット１０の撮像素子１００へ導く。撮影レンズ５２０は、撮像装置５００に対して着脱できる交換式レンズであっても構わない。撮像装置５００は、撮像ユニット１０、システム制御部５０１、駆動部５０２、測光部５０３、ワークメモリ５０４、記録部５０５、表示部５０６および駆動部５１４を主に備える。
【００４０】
撮影レンズ５２０は、複数の光学レンズ群から構成され、シーンからの被写体光束をその焦点面近傍に結像させる。なお、図６では瞳近傍に配置された仮想的な１枚のレンズで当該撮影レンズ５２０を代表して表している。
【００４１】
駆動部５１４は撮影レンズ５２０を駆動する。より具体的には駆動部５１４は撮影レンズ５２０の光学レンズ群を移動させて合焦位置を変更する。また、撮影レンズ５２０内の虹彩絞りを駆動して撮像素子１００へ入射する被写体光束の光量を制御する。
【００４２】
駆動部５０２は、システム制御部５０１からの指示に従って撮像素子１００のタイミング制御、領域制御等の電荷蓄積制御を実行する制御回路である。また、操作部５０８はレリーズボタン等により撮像者からの指示を受け付ける。
【００４３】
撮像ユニット１０は、図１から図５に関連して説明した撮像ユニット１０と同一である。撮像ユニット１０は、画素信号をシステム制御部５０１の画像処理部５１１へ引き渡す。画像処理部５１１は、ワークメモリ５０４をワークスペースとして種々の画像処理を施して画像データを生成する。例えば、ＪＰＥＧファイル形式の画像データを生成する場合は、ベイヤー配列で得られた信号からカラー映像信号を生成した後に圧縮処理を実行する。生成された画像データは、記録部５０５に記録されるとともに、表示信号に変換されて予め設定された時間の間、表示部５０６に表示される。
【００４４】
測光部５０３は、画像データを生成する一連の撮影シーケンスに先立ち、シーンの輝度分布を検出する。測光部５０３は、例えば１００万画素程度のＡＥセンサを含む。システム制御部５０１の演算部５１２は、測光部５０３の出力を受けてシーンの領域ごとの輝度を算出する。演算部５１２は、算出した輝度分布に従ってシャッタ速度、絞り値、ＩＳＯ感度を決定する。測光部５０３は撮像素子１００で兼用してもよい。なお、演算部５１２は、撮像装置５００を動作させるための各種演算も実行する。システム制御部５０１および駆動部５０２の一部の機能は、撮像ユニット１０の表面側基板１２０に設けられる回路が実行してよい。
【００４５】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００４６】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００４７】
１０  撮像ユニット、１００  撮像素子、１０１  撮像領域、１０８  バンプ、１２０  表面側基板、１２４  固定部、１２５  開口、１２８  接着剤、１４０  保護ガラス、１６０  裏面側基板、１６５  開口、１６８  接着剤、１７０  ヒートシンク、１７８  接着剤、１８０  ダミーガラス、５００  撮像装置、５０１  システム制御部、５０２  駆動部、５０３  測光部、５０４  ワークメモリ、５０５  記録部、５０６  表示部、５０８  操作部、５１１  画像処理部、５１２  演算部、５１４  駆動部、５２０  撮影レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
2015046438.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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