(57)【要約】【課題】フィラーの脱落による画質劣化を低減させた撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置１は、入射光を電気信号に変換する半導体撮像素子５と、半導体撮像素子５の入射面に対向して配置されると共に、所定波長の光を透過する光学フィルタ４と、フィラーを含む接着剤６を用いた接着によって光学フィルタ４を保持する立体基板２とを備え、フィラーの径は半導体撮像素子５の画素サイズ以下である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を電気信号に変換する半導体撮像素子と、
前記半導体撮像素子の入射面に対向して配置されると共に、所定波長の光を透過する光学フィルタと、
フィラーを含む接着剤を用いた接着によって前記光学フィルタを保持する保持部材とを備え、
前記フィラーの径は前記半導体撮像素子の画素サイズ以下であることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記保持部材が立体基板であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
入射光を電気信号に変換する半導体撮像素子と、
フィラーを含む接着剤を用いた接着によって前記半導体撮像素子を固定する基板とを備え、
前記フィラーの径は前記半導体撮像素子の画素サイズ以下であることを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
前記フィラーの径は、前記半導体撮像素子の画素サイズの１／２以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記フィラーの形状は、球形であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯機器用のカメラ等に用いられる半導体撮像素子を用いた撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、特許文献１等に記載されているように、レンズで撮像した映像をＣＣＤなどの半導体撮像素子を用いて電気信号に変換し、映像を取り出せるように構成された撮像装置が知られていた。携帯用機器の小型化、高性能化の要求に伴い、撮像装置の小型化、軽量化がより一層求められてきた。このため、それぞれの構成部品を薄くすることによって撮像装置の薄型化が実現されていた。一方、高画質に対する要求と共に画素数が増加されて来たことにより、画素サイズについても小型化が行われてきた。
【０００３】
撮像装置において、撮像素子の欠陥や撮像素子に付着したゴミによって発生する画像の黒点や白点などを通称「キズ」と呼んでいる。撮像素子にゴミが付着してキズが発生しないように、撮像装置の組み立てにおいては、作業環境のクリーン度の向上、洗浄強化、イオナイザーなどによる静電気の積極的な除電などが従来から行われていた。また、ゴミなどによってある画素からの出力が低下したような場合には、周辺画素から得られる情報に基づいてその画素の出力を推定し、あたかもその画素が正常に動作しているかのように補正するキズ補正が行われていた。
【０００４】
上記のように、クリーンな環境で組み立てを行うことにより比較的大きいゴミの発生を減らすと共に、小さいゴミが撮像素子に付着した場合にはキズ補正によって画素からの出力を推定することで、ゴミによるキズの発生を低減させていた。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２４５１８６号公報（第５頁、図２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に記載された撮像装置では、所定波長の光を半導体撮像素子に入射させるため、半導体撮像素子に近接して光学フィルタが設けられていた。この光学フィルタを固定する接着剤からの発塵も撮像装置の画質劣化の原因となり、組み立て環境で発生するゴミを低減させても高画質化を妨げる場合があった。すなわち、光フィルタ接着時に接着剤に含まれるフィラーが飛散したり、接着剤硬化後にフィラーが脱落したりする場合があり、飛散・脱落したフィラーが半導体撮像素子の入射面に付着して、画質が劣化するという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するものであり、フィラーの飛散・脱落による画質劣化を低減させた撮像装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、入射光を電気信号に変換する半導体撮像素子と、半導体撮像素子の入射面に対向して配置されると共に、所定波長の光を透過する光学フィルタと、フィラーを含む接着剤を用いた接着によって光学フィルタを保持する保持部材とを備え、フィラーの径は半導体撮像素子の画素サイズ以下であることを特徴とする。
【０００９】
この構成により、光学フィルタを接着する接着剤に含まれるフィラーが接着時に飛散したり接着剤硬化後に脱落した場合においても、半導体撮像素子の表面に付着するフィラーの径が画素サイズ以下であるため、確実に周辺の画素からの出力が得られ、これらの周辺の画素からの出力に基づいて画像補正を行うことができる。これにより、フィラーが実質的に無いような画像に補正することが可能となり、画質劣化を低減できる。なお、保持部材は、半導体撮像素子を固定する基板であってもよい。
【００１０】
また本発明の撮像装置は、保持部材を立体基板としたものである。
【００１１】
保持部材として立体基板を用いた撮像素子では立体基板に取り付けられる部品が集約されて配置されるので、接着剤からのフィラーの脱落による画質劣化を低減できる本発明を適用することが好ましい。
【００１２】
また、本発明は、入射光を電気信号に変換する半導体撮像素子と、フィラーを含む接着剤を用いた接着によって半導体撮像素子を固定する基板とを備え、フィラーの径は半導体撮像素子の画素サイズ以下であることを特徴とする。
【００１３】
この構成により、半導体撮像素子を接着する接着剤に含まれるフィラーが接着時に飛散したり接着剤硬化後に脱落した場合においても、半導体撮像素子の表面に付着するフィラーの径が画素サイズ以下であるため、確実に周辺の画素からの出力が得られ、これらの周辺の画素からの出力に基づいて画像補正を行うことができる。これにより、ゴミとしてのフィラーが実質的に無いような画像に補正することが可能となり、画質劣化を低減できる。
【００１４】
また本発明の撮像装置は、フィラーの径を半導体撮像素子の画素サイズの１／２以上としたものである。
【００１５】
画素サイズの１／２以上の径のフィラーを用いることにより、フィラーの分散性を保持して接着剤の機能を適切に発揮させることができる。
【００１６】
また本発明の撮像装置は、フィラーの形状を球形としたものである。
【００１７】
この構成により、温度膨張に対する接着剤の異方性をなくし、接着される保持部材又は基板の異方性を低減させることができる。これにより、保持部材又は基板の強度向上を図り、撮像装置の薄型化を実現することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る撮像装置について図面を参照しながら説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１９】
図１は実施形態に係る撮像装置１の断面図、図２は撮像装置１を示す斜視図、図３は図２に示す撮像装置１を裏面から見た要部の分解斜視図である。実施形態に係る撮像装置１は、図１に示されるように、光軸Ｌに沿って配置された非球面レンズ３、光学フィルタ４及び半導体撮像素子５と、これらを保持する立体基板２と、立体基板２に接続されるプリント基板（ＦＰＣ）１０とを有している。本実施形態において、立体基板２は、半導体撮像素子５を固定する役割を有すると共に光学フィルタ４を保持する保持部材としての役割を兼ね備えている。立体基板２は、筒形の鏡筒部２ａと鏡筒部２ａの一端面に連続する底部２ｂとからなる（図２も参照）。以下の説明においては、鏡筒部２ａ側を上方向、底部２ｂ側を下方向とする。
【００２０】
まず、立体基板２について説明する。鏡筒部２ａは底部２ｂの上面に位置し、上下方向に延在している。底部２ｂは、その下面の中央に凹みが形成されている。また、底部２ｂには光軸Ｌを中心とした開口Ａが形成され、その開口Ａ及び鏡筒部２ａの中空部を光が通過可能である。立体基板２の開口Ａを取り囲む部分８は、ガラス強化ＰＰＡ（ポリフタルアミド樹脂）などによって構成され、光の透過を防ぐため黒色にしてある。底部２ｂの下面には、無電解メッキなどにより必要な配線パターン９ｂが形成されている。この配線パターン９ｂは、半導体撮像素子５をベア実装可能とするため立体基板２の底部２ｂ下面に設けられた接続ランド９ｃと、外部との接続のために立体基板２の底部２ｂの外側に設けられた端子部９ａ（図２参照）とを有している。
【００２１】
非球面レンズ（以下、「レンズ」という）３は、透過率や屈折率などの必要な光学特性を満たすことができる樹脂によって構成され、立体基板２の鏡筒部２ａの内周に嵌め込まれている。本実施形態においては、レンズ３には日本ゼオン製のゼオネックス（登録商標）を用いている。図１では簡単のためレンズを１枚しか示さないが、実際にはレンズ３は２枚のレンズによって構成され、一定の距離より遠方の被写体を結像できる、いわゆるパンフォーカスの構成とされている。ここでは、レンズ３は約３０ｃｍより遠方の被写体に対して焦点が合うようにしてある。なお、レンズ３の構成や特性については、本実施形態のものに限られず適宜選定することが可能である。レンズ３の上方にはレンズ３を固定するとともに所要の開口となる絞り７が取り付けられている。
【００２２】
光学フィルタ４は、鉛ガラスからなる基材の片面にＩＲ（Ｉｎｆｒａ  Ｒｅｄ）カットコートが施され、他面に反射防止のＡＲ（Ａｎｔｉ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コートが施されている。ＩＲカットコートには、例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化チタン（Ｔｉ３Ｏ５）等が用いられ、基材に蒸着されている。反射防止のためのＡＲコートには、例えば酸化アルミ（Ａｌ２Ｏ３）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）等が用いられ、基材に蒸着されている。基材に鉛ガラスを用いることにより、光学フィルタ４は紫外光透過を抑制することができる。このような構成により、光学フィルタ４は、可視光領域以外の光の透過を抑制する機能を有する。図４は、本実施形態に係る光学フィルタ４の分光特性を示す図であるが、約４００ｎｍから約８００ｎｍにおいては透過率をほぼ９３％以上とし、それ以外の帯域においては透過率を充分低くしてあることがわかる。なお、光学フィルタ４の分光特性は、本実施形態のものに限られず適宜変更することが可能である。この光学フィルタ４は開口Ａの上側に光軸Ｌに沿って配置され、エポキシ樹脂によるＵＶ硬化型の接着剤６によって立体基板２に固定される。光学フィルタ４は、ＡＲコートが施された面がレンズ３に対向されている。
【００２３】
半導体撮像素子５は、画素数が約３２万の１／６インチＶＧＡ形のＣＣＤで、画素サイズは約３．８μｍである。半導体撮像素子５は、立体基板２に設けられた接続ランド９ｃに対してＳＢＢ（Ｓｔｕｄ  Ｂｕｍｐ  Ｂｏｎｄ）などによる接続方法によりいわゆるフェースダウン実装され、配線パターン９ｂと電気的に接続される。半導体撮像素子５には、ＲＧＢそれぞれの信号出力が得られるように、図１〜３に示さない色素系のカラーフィルタが用いられおり、それぞれに対応して受光部分が形成されている。
【００２４】
図５は、半導体撮像素子５における色配置の例を示す模式図である。図５において、例えば「Ｒ」で示される部分は、カラーフィルタを透過した赤の波長の光を受光し、これにより「Ｒ」で示される部分は赤の波長の光を検出することができる。同様に、「Ｂ」で示される部分はカラーフィルタを透過した青の波長の光を受光し、「Ｇ」で示される部分はカラーフィルタを透過した緑の波長の光を受光する。半導体撮像素子５は、撮像面（入射面）を光学フィルタ４に対向させると共に底部２ｂの下面の中央付近に開口Ａを覆うように配置されている。上記したように底部２ｂの中央には凹みが形成されているので、下面に取り付けられた半導体撮像素子５はＦＰＣ１０から離隔されている。また、底部２ｂの下面には、図示しないチップ部品なども配置されている。
【００２５】
以上の説明から、本実施形態における撮像装置１の光学系は、被写体からの光がレンズ３により集光され、可視光領域の光を透過させる光学フィルタ４を通って半導体撮像素子５に入射するように構成されていることが分かる。
【００２６】
立体基板２の下方に設けられたＦＰＣ１０は、ＦＰＣ１０上のランド１３において、立体基板２の端子部９ａと半田１２によって電気的に接続されるとともに機械的にも固定されている。ＦＰＣ１０は、厚さ１／２Ｍｉｌ（１２．５μｍ）のポリイミドのベースフィルム１０ａと、厚さ１／３Ｏｚ（１２μｍ）の圧延銅１０ｂとによって構成される。ＦＰＣ１０には、図示しない信号処理のＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などが設けられている。ＤＳＰは、半導体撮像素子５から出力された電気信号を所要の形式の信号に変換したり、ホワイトバランスや色補正などの処理をする機能を有し、携帯電話、携帯端末などの機器と接続されている。
【００２７】
また、ＤＳＰは「キズ補正」と呼ばれる機能を有している。「キズ補正」とは、ＣＣＤの欠陥やゴミによって発生する無出力の画素に対応して、その画素の周辺に配置された画素から得られる情報に基づき、欠陥のある画素からの出力を推定して、あたかもその画素が正常に動作しているかのように補正するものである。キズ補正の方法としては、隣接する画素からの出力の平均値を用いる方法や、隣接する画素からの出力値から内装する方法などを用いることができる。また、キズの特定については、ある有限の範囲において対象とする画素からの出力値がある閾値を越えたか、または、別の閾値を下回ったかによって判定する。
【００２８】
この撮像装置１は、以下のように動作する。被写体からの光は、絞り７を通リ、レンズ３によって集光される。続いて、レンズ３で集光された光は光学フィルタ４に入射され、光学フィルタ４によって赤外光及び紫外光がカットされる。光学フィルタ４を透過した可視光は、半導体撮像素子５に入射して所要の電気信号に変換され、変換された電気信号は半導体撮像素子５から出力される。そして、半導体撮像素子５から出力された電気信号は、配線パターン９ｂを経由して底部２ｂに設けられた端子部９ａに導出され、図示しないディスプレイにおいて撮像画像が表示される。ディスプレイは、画面のアスペクト比は４：３であり、３０フレーム／秒のフレームレートで出力されるように構成されている。
【００２９】
次に、実施形態に係る撮像装置１の組み立て順序について説明する。まず、光学フィルタ４を立体基板２にセットした後に、ディスペンサーなどにより所要量のＵＶ硬化型のエポキシ系接着剤６を光学フィルタ４の周囲に塗布する。次に、図示しない紫外線照射装置によって接着剤６をキュアして硬化させる。照射する紫外線の波長や照射時間などは、接着剤６の硬化状況によって最適化することが望ましい。ＵＶ硬化に熱硬化を行えるように処方された接着剤を用いる場合には、紫外線を照射して硬化開始剤を活性化した後に、加熱して硬化を完了させる。次に、半導体撮像素子５を立体基板２の底部２ｂの下面に接着する。この際、撮像面が開口Ａに対応するように半導体撮像素子５を配置する。続いて、光学フィルタ４の上方において立体基板２にレンズ３を装着し、レンズ３を上方から押さえる絞り７を取り付けてレンズ３を固定する。最後に、光学フィルタ４や半導体撮像素子５等が取り付けられた立体基板２をＦＰＣ１０上に載置し、半田１２によって両者を固定して撮像装置１が完成する。
【００３０】
ここで、光学フィルタ４を立体基板２に接着するための接着剤６について説明する。上記したように、立体基板２には、ガラス強化ＰＰＡ（ポリフタルアミド樹脂）が用いられており、その線膨張係数は約４０×１０−６ｍｍ／℃である。一方、光学フィルタ４の線膨張係数は約１０×１０−６ｍｍ／℃である。この両者を適切に固定するため、接着剤６の線膨張係数が立体基板２の線膨張係数と光学フィルタ４の線膨張係数との間の値となるように、接着剤６には図示しないフィラーが含まれている。また、フィラーは、光学用に適するように二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）からなる。さらに、接着剤６が硬化した後に異方性を有しないように、フィラーは球形のものを用いることが好ましい。
【００３１】
フィラーの大きさは、その径が半導体撮像素子５の画素サイズより小さく、画素サイズの１／２以上である。以下、この大きさのフィラーを含む接着剤６を本実施形態で用いる理由について述べる。
【００３２】
フィラーの径についての説明に先立ってフィラーを含む接着剤に起因する問題点について述べる。接着剤が硬化する際には、接着剤の中に含まれるフィラーが飛散したり、特に端面部分においてフィラーの一部がむき出しになったりすることがある。また、光学フィルタ４を立体基板２に取付けた後に撮像素子５や光学系のレンズ３を取り付けたり、ＦＰＣ１０を実装し、必要によってはフォーカスの調整工程が行われるが、これらの工程におけるハンドリングや衝撃などによって端面部分におけるフィラーが脱落することがある。そして、飛散・脱落したフィラーが撮像素子５表面に付着して画素からの出力を低下させる原因になることが、撮像装置１の分析によって明らかになった。特に最近では、撮像装置が小型化してきたことに伴って、装置分解のために必要な部分の寸法を確保することが困難となり、分解できない装置が多く見られる。このような撮像装置では、飛散・脱落したフィラーが撮像素子の表面に付着した場合、撮像装置を廃棄せざるを得ない事態も起きていた。
【００３３】
本実施形態に係る撮像装置１では、フィラーの径が画素サイズ以下の接着剤６を用いて光フィルタ４を接着したので、飛散・脱落したフィラーが半導体撮像素子５の表面に付着してもキズ補正によってフィラーのない状態と同じ画像を得ることができる。
【００３４】
また、本実施形態によれば、従来から撮像装置に備わっていたＣＣＤの欠陥などによるキズを補正する機能（キズ補正機能）を用いて、フィラーに起因して生じ得る画像の黒点などを補正することができるので、工程・工法・設備などの変更をする必要がない。すなわち、撮像装置組み立ての作業性を低下させることなく、フィラーによる画質劣化を低減させることができる。
【００３５】
図６は、フィラー及び画素サイズによる出力特性の変化を示す図である。図６を参照しながら、接着剤６に含まれるフィラーの大きさ及び画素サイズの比と、撮像素子５の出力低下の関係、及びキズ補正ができたか否かの実験結果について説明する。図６においては、横軸にフィラー径を画素サイズで除した値を示している。本実施形態においては、上記したように画素サイズは３．８μｍであるので、横軸の「１」は、フィラーのサイズ（直径）が画素サイズと一致する３．８μｍであることを示す。横軸の「２」は、フィラーサイズが画素サイズの２倍（７．６μｍ）であることを意味している。縦軸には、撮像素子５の出力がどの程度低下したかを出力低下率として示している。また、キズ補正によって、出力画像にキズの存在が見られないように補正できた場合には丸印「〇」を、補正できずにキズの存在が確認された場合にはバツ印「×」をプロットしている。図６に示す結果によれば、横軸で「１」の値を示す付近を境界としてキズを補正できたか否かの状態が変化していることが分かる。撮像素子５に付着するフィラーの大きさに関しては、周辺画素からの出力に基づくキズ補正を行うために必要な情報を得られる範囲と得られない範囲とがあり、その両者の間に境界となるフィラー径の値が存在する。図６に示す実験結果は、キズ補正の可否を分けるフィラー径の境界値が画素サイズであることを示している。
【００３６】
一般的に、ゴミなどの異物が隣接する２つの画素を覆わなければキズ補正を行うことが可能であるので、フィラーの径が画素サイズより大きくても補正できると考えられる。しかし、実際にフィラーの大きさとキズ補正による補正可能性との関連を調べると、上記したようにフィラーの大きさが画素サイズを越えた辺りから、キズ補正ができず出力画像に黒点などとして現れることが確認されている。これは、以下の理由によるものと考えられる。撮像素子５にフィラーが付着することにより影響を受ける撮像面の範囲は、フィラーが影を作る範囲である。そして、フィラーが影を作る面積（投影面積）は、フィラーが光軸Ｌから離れるに従って大きくなる。光学フィルタ４に接着剤を塗布する箇所は光軸Ｌから離れた位置に対応するので、そこから脱落したフィラーは光軸Ｌから離れた位置に付着しやすいが、前述のように光軸Ｌから離れたフィラーの投影面積は大きくなり、画素サイズと同じ径のフィラーの投影面積がおよそ２画素分に相当することとなり、そのフィラーの影によってキズ補正が困難となる。以上の理由により、フィラーの径が１画素相当の大きさを越えると、キズ補正による画像の補正ができなくなったものと考えられる。
【００３７】
一方、フィラーの大きさが画素サイズの１／２程度より小さくなると、撮像面にフィラーが付着した場合でも画素からの出力低下がかなり小さくなり、確実にキズ補正ができることが更なる分析によって確認された。これは、フィラーが画素の１／２程度より小さくなると、フィラーの投影面積が１画素分に相当するまでに至らないからであると考えられる。ただし、フィラーの大きさが極度に小さくなるとフィラーの分散性が低下する。従って、接着剤の機能を適切に発揮させるため、フィラー径は画素サイズの１／２以上であることが好ましい。
【００３８】
なお、飛散・脱落したフィラーが半導体撮像素子５に付着することによる画像劣化を低減させるという同じ理由により、半導体撮像素子５を立体基板２に接着する際にも、フィラーの径が画素サイズより小さく、画素サイズの１／２以上の接着剤を用いることが好ましい。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、光学フィルタ及び半導体撮像素子を接着する接着剤に含まれるフィラーが接着時に飛散したり接着剤硬化後に脱落した場合においても、半導体撮像素子の表面に付着するフィラーの径が画素サイズ以下であるため確実に周辺の画素からの出力が得られ、これらの周辺の画素からの出力に基づいて画像補正を行うことができ、フィラーが実質的に無いような状態へと補正することが可能となり、画質劣化を低減できるというすぐれた効果を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る撮像装置を示す断面図
【図２】実施形態に係る撮像装置を示す斜視図
【図３】実施形態に係る撮像装置の要部の分解斜視図
【図４】実施形態に係る光学フィルタの分光特性を示す図
【図５】実施形態に係るＣＣＤにおける画素の色配置の模式図
【図６】実施形態に係るフィラーと画素サイズによる出力特性を示す図
【符号の説明】
１  撮像装置
２  立体基板
２ａ  鏡筒部
２ｂ  底部
３  非球面レンズ
４  光学フィルタ
５  半導体撮像素子
６  接着剤
７  絞り
１０  ＦＰＣ
【図１】
2004327914.tif 000003
【図２】
2004327914.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004327914.tif 000006
【図５】
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【図６】
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