(57)【要約】【目的】光学部材とセラミックパッケージとの接着密封性を高める。【構成】セラミックパッケージ１１１に実装され、撮像面１０３がセラミックパッケージ１１１内に封印された撮像素子１０１であって、該撮像面１０３の被写体側に、該撮像面１０３との間の空間１０５を、セラミックパッケージ１１１とにより密封する光学部材１２１であって、該光学部材１２１が撮像面に対向し、かつセラミックパッケージ１１１の段部１１３に当接する面にイオンプレーティングによってコーティング膜１２３を形成し、該コーティング膜１２３と段部１１３とを接着剤１１７によって接着して前記空間１０５を密封した。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックパッケージに実装され、撮像面がセラミックパッケージ内に封印された撮像素子であって、
該撮像面との間の空間を、前記セラミックパッケージとにより密封する光学部材であって、該光学部材が前記撮像面に対向する面に、イオンプレーティングによってコーティング膜を形成し、該コーティング膜と前記セラミックパッケージとを接着剤によって接着したこと、を特徴とする撮像素子。
【請求項２】
前記イオンプレーティングにより形成されたコーティング膜は、物質ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５のいずれか一つまたはこれらの組み合わせによって一層または多層からなる請求項１記載の撮像素子。
【請求項３】
前記コーティング膜の厚さは、全体で５０〜１５０ｎｍである請求項１または２記載の撮像素子。
【請求項４】
前記コーティング膜は、前記光学部材がセラミックパッケージの段部に当接する周縁部近傍に枠状に形成されている請求項１から３のいずれか一項記載の撮像素子。
【請求項５】
前記光学部材は、赤外カットフィルタ、光学ローパスフィルタ、色補正フィルタまたは保護ガラスのいずれか一つまたはこれらの組み合わせである請求項１から４のいずれか一項記載の撮像素子。
【請求項６】
請求項１記載の撮像素子の前記光学部材に前記イオンプレーティングによるコーティング膜を形成する際に前記光学部材を保持するフレームであって、前記光学部材を所定位置に位置決め保持する枠部と、該枠部内に形成され、光学部材の前記撮像面に対向する側の面をマスクするマスク部と、該マスク部を貫通して形成された、前記コーティング膜を形成する面を露呈させる溝とを備えたことを特徴とするコーティング用フレーム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、セラミックパッケージに実装され、撮像面がセラミックパッケージの開口空間内に封印された撮像素子および該撮像素子に使用される光学部材のコーティングに使用されるコーティング用フレームに関する。
【０００２】
【従来技術およびその問題点】
ディジタルカメラなどに使用される撮像素子、例えばＣＣＤ撮像素子は、セラミックパッケージに実装され、撮像面側に開いた開口内に封印されている。このような撮像素子ユニットのセラミックパッケージには、撮像面よりも被写体側に、光学ローパスフィルタおよび赤外カットフィルタが接着されている。
【０００３】
光学部材、特に赤外カットフィルタや色補正フィルタは、赤外カット特性や色特性を得るために、数種の元素が添加されている。これらの元素が酸化または水分と反応すると、その部分が表面から容易に剥がれやすくなってしまう。また光学ローパスフィルタや保護ガラスにおいては水分との反応により表面にやけが発生し、この部分から容易に剥がれやすくなってしまう。セラミックパッケージの光路空間内には窒素ガスが充填されているが、剥がれによって窒素がリークすると、撮像素子が劣化してしまう、という問題があった。
【０００４】
【発明の目的】
本発明は、このような従来の撮像素子の問題に鑑みてなされたもので、光学部材とセラミックパッケージとの接着密封性を高めることを目的とする。
【０００５】
【発明の概要】
この目的を達成するために本発明は、セラミックパッケージに実装され、撮像面がセラミックパッケージ内に封印された撮像素子であって、該撮像面との間の空間を、前記セラミックパッケージとにより密封する光学部材であって、該光学部材が前記撮像面に対向する面に、イオンプレーティングによってコーティング膜を形成し、該コーティング膜と前記セラミックパッケージとを接着剤によって接着したことに特徴を有する。
前記イオンプレーティングにより形成するコーティング膜は、物質ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５のいずれか一つまたはこれらの組み合わせによって一層または多層とするのが好ましい。
コーティング膜の厚さは、全体で５０〜１５０ｎｍが強度、コスト面で優れている。
前記コーティング膜は、前記光学部材がセラミックパッケージの段部に当接する周縁部近傍に枠状に形成すればよい。
光学部材としては、赤外カットフィルタ、光学ローパスフィルタ、色補正フィルタまたは保護ガラスのいずれか一つまたはこれらの組み合わせが使用される。
また、前記光学部材に前記イオンプレーティングによるコーティング膜を形成する際に、前記光学部材を所定位置に位置決め保持する枠部と、該枠部内に形成され、光学部材の前記撮像面に対向する側の面をマスクするマスク部と、該マスク部を貫通して形成された、前記コーティング膜を形成する面を露呈させる溝とを備えた前記光学部材を保持するコーティング用フレームを使用することが好ましい。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づいて本発明を説明する。図１は、本発明の撮像素子を搭載した一眼レフカメラの主要光学素子を示す光路図である。
撮影レンズＬを透過した被写体光束は、クイックリターンミラー１３で反射され、設計上の結像面位置ＩＰと等価位置に配置されたフォーカシングスクリーン１５を透過し、コンデンサレンズ１７で収束され、ペンタプリズム１９で反射され、接眼レンズ２１から射出する。使用者は、フォーカシングスクリーン１５上に形成された被写体像を、接眼レンズ２１、ペンタプリズム１９およびコンデンサレンズ１７を介して、正立実像として観察する。
【０００７】
一方、撮影時には、クイックリターンミラー１３がアップしたときに被写体像が形成される設計上の結像面位置ＩＰよりもやや被写体側にフォーカルプレンシャッタ幕２３が配置され、フォーカルプレンシャッタ幕２３の背後には撮像素子１０１が、その撮像面１０３が結像面位置ＩＰに一致させて配置されている。
したがって、撮像時にはクイックリターンミラー１３がアップし、フォーカルプレンシャッタ幕２３が開いて、撮像面１０３に被写体像が形成され、光電変換素子によって光電変換され、電荷として蓄積（撮像）される。蓄積された電荷は、フォーカルプレンシャッタ幕２３が閉じた後に電気信号として読み出される。
【０００８】
撮像素子１０１の断面構造を、拡大して図２に示した。この撮像素子１０１は、光電変換素子、水平、垂直転送用ＣＣＤなどのＣＣＤ素子、カラーフィルタおよびマイクロレンズなどの光学素子、駆動信号、画素信号等を入出力するピンなどを備えた撮像素子主要部が、セラミックパッケージ１１１に封入されている。
セラミックパッケージ１１１は、断面凹字形状を呈する浅い箱形状を呈していて、その底部に撮像素子主要部がパッケージングされ、底部が撮像面１０３になっている。
なお、撮像面１０３は、撮像素子主要部の光電変換素子に入射する被写体光束を最終的に規制するカラーフィルタまたはマイクロレンズにより決まる面である。
【０００９】
撮像面１０３の前方（被写体側）には、ＩＲ（赤外）カットフィルタ、光学ローパスフィルタ、色補正フィルタまたは保護ガラスのいずれか一つまたはこれらの組み合わせからなる光学部材１２１が配置され、セラミックパッケージ１１１の枠部１１２内周面に形成された段部１１３に嵌合され、段部１１３に接着剤１１７により接着固定されている。光学部材１２１と撮像面１０３との間が密閉され、この密閉空間１１５に不活性ガスとして窒素が充填されている。
【００１０】
この光学部材１２１には、段部１１３に接着する側の面（撮像面１０３側の面）の周辺部に、イオンプレーティングによるコーティング膜１２３が形成されている（図３）。このコーティング膜１２３は、物質ＳｉＯ２（酸化珪素）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）、ＺｒＯ２（酸化ジルコニウム）、Ｔａ２Ｏ５（五酸化タンタル）のいずれか一つによる単層またはこれらの組み合わせからなる複数層から形成されている。
【００１１】
このコーティング膜１２３は、単層の場合最も好ましい物質はＳｉＯ２およびＴａ２Ｏ５で、その次がＡｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２である。コーティング膜１２３を複層で構成する場合は、ＳｉＯ２およびＴａ２Ｏ５を交互に積層する。コーティングの順番は、光学接着剤との相性により設定する。
また、コーティング膜１２３の厚さは、５０〜１５０ｎｍが好ましい。コーティング膜１２３が５０ｎｍより薄くなると、膜の付着強度が弱くなると共に膜厚のコントロールが難しくなる。コーティング膜１２３を１５０ｎｍより厚くすると、コーティング膜１２３の内部に発生する応力が大きくなり、これが基板（光学部材１２１）を変形させてしまう場合がある。
【００１２】
この実施形態では、光学部材１２１のコーティング膜１２３と段部１１３とが光学接着剤等の接着剤１１７により接着固定される。
イオンプレーティングによるコーティング膜１２３は、光学部材１２１の素材に対して非常に強固に蒸着され、温度変化、湿度の影響が非常に少ないので、コーティング膜１２３が光学部材１２１から剥離するおそれがない。
【００１３】
次に、光学部材１２１にコーティング膜１２３をイオンプレーティングする際に使用するマスクフレーム１３１の構造について、図４および図５を参照して説明する。マスクフレーム１３１は、光学部材１２１を載置するマスク板１３３と、光学部材１２１の位置決め作用も果たす、マスク板１３３の両短手縁部から直立する受け枠１３５を備えている。マスク板１３３は、光学部材１２１の外形より僅かに大なる略相似形に形成されていて、コーティング膜１２３に対応する長手方向の縁部近傍および短手方向の縁部近傍にそれぞれ溝１３４ａ、１３４ｂが形成されている。
【００１４】
このマスクフレーム１３１に光学部材１２１を載置した状態で、イオンプレーティング装置（真空釜）内に収納し、マスク板１３３側から、いずれかの物質のイオンを蒸着させる。溝１３４ａ、１３４ｂを透過したイオンは、光学部材１２１に付着し、コーティング膜１２３を溝１３４ａ、１３４ｂに沿って板圧方向に形成していく。一層の場合は、膜厚が５０〜１５０ｎｍになるまでイオンプレーティングを継続する。複数層形成する場合は、膜厚が所定の厚さになったときにその物質によるイオンプレーティングを終了し、次の物質によるイオンプレーティングを実行する。この処理を、所望の物質毎に繰り返す。この場合も全体の膜厚は、５０〜１５０ｎｍの範囲内とすることが望ましい。
【００１５】
本実施形態ではさらに、このようにしてコーティング膜１２３を形成した後に、コーティング膜１２３が形成されていない透過領域１２５に、電子ビームコートを施す。図６には、電子ビームコーティング処理の際の支持構造を示してある。この実施形態の第２マスクフレーム１４１は、光学部材１２１の外形を囲むフレーム部１４３と、このフレーム部１４３内に光学部材１２１を載置する段部１４５を備えている。この段部１４５は、光学部材１２１のコーティング膜１２３とほぼ合致していて、コーティング膜１２３の全面が段部１４５に接触してマスクされる。つまり、コーティング膜１２３で周囲を囲まれた透過領域１２５のみが露出する。このように光学部材１２１を第２マスクフレーム１４１に載置した状態で、所定の電子ビームコーティング装置の釜内に入れて、コーティング膜１２３で囲まれた透過領域１２５に電子ビームコーティングにより反射防止膜を形成する。この反射防止膜は、物質ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ３の組み合わせ、または物質Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＳｉＯ２を積層して形成する。なお、この反射防止膜は、基板の反対側の面にも形成する。
【００１６】
以上のように、一方の面にイオンプレートコーティングによるコーティング膜１２３および電子ビームコーティングによるコーティングが施された光学部材１２１を、窒素ガスが充填された炉内で、接着剤１１７によってセラミックパッケージ１１１の段部１１３に接着し、接着剤を硬化されば、この撮像素子１０１が完成する。接着剤１１７はコーティング膜１２３と段部１１３とに塗布され、これらを気密状態に接着する。
【００１７】
以上の通り本発明の実施形態では、光学部材１２１を段部１１３に接着する面にイオンプレートコーティングを施してコーティング膜１２３としたので、接着剤１１７とコーティング膜１２３、段部１１３が剥がれ難く耐久性が増し、窒素ガスがリークするおそれが非常に少なくなった。
【００１８】
以上の実施形態では、窒素ガスと直接接触し、セラミックパッケージ１１１に直接接着する部材として光学部材１２１を使用したが、本発明はこの実施形態に限定されない。
【００１９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかな通り本発明は、セラミックパッケージされる撮像素子の撮像面との間の空間をセラミックパッケージとにより密封する光学部材が、前記撮像面に対向する面に施されたイオンプレーティングによるコーティング膜を介して前記セラミックパッケージに接着されるので、コーティング膜は湿度や温度変化に強く、コーティング膜が光学部材から剥離したり、気密性が損なわれることが無くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態である撮像素子を搭載した一眼レフカメラの主要光学素子を示す光路図である。
【図２】同実施形態の撮像素子の拡大断面図である。
【図３】同撮像素子に搭載される光学部材の実施例を撮像面側から示す背面図である。
【図４】同光学部材にイオンプレーティングを施すときの支持構造を示す断面図である。
【図５】同光学部材の外周部付近にイオンプレーティングを施すときに使用する光学部材保持枠をイオン照射側から見た斜視図である。
【図６】同光学部材に電子ビームコートを施すときの支持構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１３　クイックリターンミラー
１５　フォーカシングスクリーン
１７　コンデンサレンズ
１９　ペンタプリズム
２１　接眼レンズ
２３　フォーカルプレンシャッタ幕
１０１　撮像素子
１０３　撮像面
１０５　空間
１１１　セラミックパッケージ
１１３　段部
１１５　密閉空間
１１７　接着剤
１２１　光学部材
１２３　コーティング膜
１２５　透過領域
１３１　マスクフレーム
１３４ａ　１３４ｂ　溝
１４１　第２マスクフレーム
１４３　フレーム部
１４５　段部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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