(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面に光電変換部を備えた半導体基板からなる固体撮像素子と、主面に集積回路を形成した前記半導体基板とは異なる半導体基板からなる周辺回路素子と、前記固体撮像素子および周辺回路素子とを同一面上に設置して相互に電気接続して収納した凹形状の容器と、その容器の開口側に前記容器の内部を気密にするために固着されたフェースプレートと、そのフェースプレートの前記固体撮像素子の前面に位置する部分に形成された開口部と、その開口部に固着された光学フィルタと、前記容器と前記フェースプレートよりなるパッケージの前記フェースプレート側より蓋状に装着されかつ前記固体撮像素子の撮像中心を通る光軸上に中心部を有する光学絞りとレンズが設けられているレンズホルダとを備える撮像装置。
【請求項２】
光学フィルタが、赤外線カットフィルタ、水晶ローパスフィルタまたは位相格子のうちのいずれかである請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
フェースプレートの開口部の面積が固体撮像素子の面積より広く設けられている請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】
フェースプレートの開口部周辺に光学フィルタを固定し、かつ前記開口部より入射する光の散乱を防止するための遮光壁が設けられている請求項１記載の撮像装置。
【請求項５】
フェースプレートの面積がセラミック容器の上面の面積よりも相似的に小さく、かつフェースプレートの外周部がパッケージの外周より外に出ないように接着された請求項１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、デスクトップ型またはノート型パソコンや携帯電話などに搭載可能な軽量、かつ小型、薄型化された撮像装置、特に固体撮像素子および駆動回路、信号処理回路、制御回路などからなる周辺回路とレンズ、絞り等の光学系とを一体化した撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、民生用のビデオカメラにおいて、忠実な色彩の再現性や微細なディテールの表現など高画質に関する要求とともに持ち運びに便利な小型化、薄型化、軽量化等に関する要求が高まってきている。このような要求に応えるために固体撮像素子およびその周辺回路を含んで撮像装置を小型化、薄型化する技術開発が盛んに行われている。
【０００３】
図５は小型、薄型化された従来の撮像装置の要部断面図であり、図において、１はセラミックパッケージの内部に固体撮像素子（以下、ＣＣＤチップという）が搭載されている固体撮像装置（以下ＣＣＤという）で第１のプリント基板２上に実装されている。また第１のプリント基板２上には抵抗やコンデンサなどの回路部品３も実装されており、ＣＣＤ１と電気的に接続されている。４は第１のプリント基板２とフレキシブルケーブル５によって電気的に接続されている第２のプリント基板であって、その上面にはＣＣＤ１の駆動回路部や信号処理回路部を構成する各周辺回路素子６および抵抗やコンデンサなどの回路部品７が実装されている。第２のプリント基板４はフレキシブルケーブル５によって自在に折り曲げることが可能であり、撮像装置の占める面積の削減に効果がある。
【０００４】
図に示すように従来の撮像装置は２枚のプリント基板２、４を用い、第１のプリント基板２にはセラミックパッケージなどに搭載されたＣＣＤ１と回路部品３を実装し、第２のプリント基板４に周辺回路素子６や同じく回路部品７を実装している。これらのプリント基板の寸法は約４ｃｍ角で、２枚のプリント基板を重ね合わせた高さは１ｃｍ程度である。
【０００５】
また８はＣＣＤ１にかぶせるように設けられたレンズホルダであって、ＣＣＤ１の中心に位置する箇所にレンズ９が固定されている。１０は撮像装置のケースであり、レンズ９の中心に位置する箇所には小さな直径を有する絞り１１および光学フィルタ１２が設けられていてＣＣＤ１の中心部とレンズ９および光学フィルタ１２、絞り１１の中心は同一光軸上に設定されている。
【０００６】
このような撮像装置はビデオカメラや電子スチルカメラの撮像部またはノート型パソコンや携帯電話等の情報端末機用としてますますその用途を拡大しつつあるが、これら携帯用の電子機器の小型軽量化が限りなく進展している反面、備えるべき機能としては多機能化が要求され、したがってこれら電子機器の構成部品のさらなる小型化、軽量化、薄型化はもはや必須の条件となってきている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の撮像装置の構成では、一応固体撮像素子およびいくつかの周辺回路素子をモジュール化することによりコンパクト設計にはなっているが、依然としてセラミックまたはプラスチックによりパッケージされた固体撮像装置や周辺回路素子が用いられており、またプリント基板に半田付け結線されているために、その小型化、薄型化には限界があった。またプリント基板上では配線の引き回しが長くなるために配線容量が大きくなり、この配線容量に対する充放電による不要輻射が問題となる。また配線の引き回しが長くなると信号遅延が生じ、信号処理の高速化に限界を生じることになる。
【０００８】
また従来の撮像装置においては、ＣＣＤチップおよび周辺回路素子の配置が規定されてなく、撮像装置を鉛直に立てて使用する際にＣＣＤチップが上方にくるように配置されるのが通例であった。そのため高密度に集積化された周辺回路素子の発熱によって撮像装置内が加熱され、対流によってパッケージ内の上下方向に温度差が生じる。一方、ＣＣＤチップの暗電流は温度に敏感で周囲環境の温度に８〜１０℃の温度差が生じるとその暗電流は約２倍に増加すると言われており、暗電流が多くなると画面の暗いシーンを撮影した場合に画面上にザラつきが出るなど画質が劣化することになる。
【０００９】
本発明はこのような課題を解決し、固体撮像素子および駆動部、信号処理部
、制御部を構成する各半導体素子を小型、軽量かつ薄型に実装することによりモジュール化し、さらにレンズや光学絞り、光学フィルタなどの光学系をコンパクトに構成することにより、ＣＣＤチップを含む電気信号処理系部品と光学系部品とをワンパッケージモジュール構造とし熱放散性に優れ、かつ高速信号処理を行うことができる撮像装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【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、固体撮像素子および集積回路からなる周辺回路素子を凹形状を有する容器内に収納、配線し、さらに容器の上部をフェースプレートで蓋をして容器を密閉するとともにそのＣＣＤチップの前面に位置するフェースプレートの開口部に光学フィルタを設け、この密閉されたパッケージのフェースプレート側より固体撮像素子の撮像中心を通る光軸上に中心部を有する光学絞りとレンズが設けられているレンズホルダをかぶせて固体撮像素子と光学フィルタとレンズの光軸を調整するように固定したものであり、極度に薄型化されているために、ノート型パソコンのディスプレイ部や携帯電話等にも搭載が可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、主面に光電変換部を備えた半導体基板からなる固体撮像素子と、主面に集積回路を形成した前記半導体基板とは異なる半導体基板からなる周辺回路素子と、固体撮像素子および周辺回路素子とを同一面上に設置して相互に電気接続して収納した凹形状の容器と、その容器の開口側に容器の内部を気密にするために固着されたフェースプレートと、そのフェースプレートの固体撮像素子の前面に位置する部分に形成された開口部と、その開口部に固着された光学フィルタと、容器とフェースプレートよりなるパッケージのフェースプレート側より蓋状に装着されかつ固体撮像素子の撮像中心を通る光軸上に中心部を有する光学絞りとレンズが設けられているレンズホルダとを備える撮像装置であり、固体撮像素子を含む電気信号処理回路系とレンズ等の光学系とが一つのモジュールとしてパッケージされているので極めて薄型化されており、小型、薄型化電子機器等の極めて限られた狭い部分に搭載することができる。
【００１２】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に関する撮像装置であって、光学フィルタが、赤外線カットフィルタ、水晶ローパスフィルタまたは位相格子のうちのいずれかよりなるものであり、極めて高品質の画像を撮像することができる。
【００１３】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１に関する撮像装置であって、フェースプレートの開口部の面積が固体撮像素子の面積より広く設けられているものであり、固体撮像素子の撮像中心とフェースプレートの開口部の光軸中心との位置調整が容易となる。
【００１４】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１に関する撮像装置であって、フェースプレートの開口部周辺に光学フィルタを固定し、かつ前記開口部より入射する光の散乱を防止するための遮光壁を設けたものであり、高密度実装するためにＣＣＤチップに近接して搭載されている周辺回路素子にノイズを発生させる原因となる散乱光の侵入を防止することができるので、信頼性の向上に有効である。
【００１５】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１に関する撮像装置であって、フェースプレートの面積を容器の上面の面積よりも相似的に小さく、かつフェースプレートの外周部をパッケージの外周より外に出ないように接着したものであり、パッケージに対するレンズホルダの装着を容易とすることができる。
【００１６】
つぎに本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１、図２および図３は本発明の第１の実施の形態における撮像装置の構造を示すものであり、図に示すように、セラミックまたはプラスチックよりなる容器１１の内部にはＣＣＤチップ１２とそのＣＣＤチップ１２に近接してＶＤｒ、ＣＤＳ、ＤＳＰ等の半導体チップよりなる周辺回路素子１３が搭載されており、いずれも金線等のワイヤリード１４によって容器１１の底面に形成されている配線群（図示せず）にボンディングされている。その配線群の端子は同じくワイヤリード１４によって容器１１の外部に導出されているピンリード１５に接続される。このように構成された容器１１はその上面をフェースプレート１６によって接着することにより、その内部は不活性ガスが充填された状態で気密封止される。このときフェースプレート１６の大きさは容器１１の上面積より小さく作られているため、ＣＣＤチップ１２の中心軸とフェースプレート１６の開口部の中心軸を合致させるように接着固定位置の微調整を行ってもフェースプレート１６の端部が容器１１の外周部よりはみ出ることによるパッケージ寸法の狂いなどを生じることがない。
【００１７】
またフェースプレート１６にはＣＣＤチップ１２の丁度上面に位置する部分に開口部１７が設けられ、その開口部１７には光学フィルタとして赤外線を遮断するためのＩＲカットフィルタ１８が固着されており、この容器１１とフェースプレート１６によってパッケージ１９が構成される。
【００１８】
またこのフェースプレート１６に設けられている開口部１７の面積はＣＣＤチップ１２の面積よりも大きく形成されており、フェースプレート１６を光軸調整しながら容器１１に固定する際、その取付作業を容易とすることができ、歩留まりの向上に有効である。
【００１９】
なお、撮像装置の使用目的によりＩＲカットフィルタ１８以外に水晶ローパスフィルタまたは位相格子などを開口部１７に取り付けたフェースプレート１６も使用することができる。
【００２０】
つぎにこのパッケージ１９の上面に、ＩＲカットフィルタ１８を通してＣＣＤチップ１２に画像等を結像させるためのピンホールレンズを構成する光学絞り２０とレンズ２１が設けられたプラスチック等よりなるレンズホルダ２２が装着される。レンズホルダ２２は光軸調整のためＸＹ軸方向の微調整を行ったあとでパッケージ１９に固定されるが、このとき上述した容器１１より小さい面積を持つフェースプレート１６の周縁部とレンズホルダ２２との間にクリアランス部２３が生じる。このクリアランス部２３は本発明に関わるワンパッケージモジュール構造の撮像装置においてレンズホルダ２２をパッケージ１９に嵌合させて光軸調整を行う際、光軸調整のための基準面を規定するという重要な役割を果たすものである。
【００２１】
つぎにこのパッケージ１９をその反対面にその他の周辺部品２４や周辺集積回路素子２５および図３に示す外部回路との接続用のコネクタ２６等が実装されたプリント配線基板２７の上面に装着し、パッケージ１９のピンリード１５をプリント配線基板２７の配線端子（図示せず）に接続してワンパッケージ型の撮像装置が完成する。
【００２２】
（実施の形態２）
つぎに本発明の第２の実施の形態における撮像装置について、図４を用いて説明する。本形態が第１の実施の形態と異なる点は、図４に示すようにフェースプレート１６に設けられた開口部１７の下面周縁部に遮光壁２８を形成した点である。
【００２３】
一般的に撮像装置においてはＣＣＤに画像を結像させるために当然レンズより光を導入させるが、入射した光は一部ＣＣＤの周辺に散乱する。撮像装置は小型化、薄型化されているためにその構成部品は高密度で実装され、したがって本実施の形態における撮像装置においても、周辺回路素子１３はＣＣＤチップ１２に近接して実装されており、前述の散乱光を受け易くなるが、この散乱光によって周辺回路が誤作動する恐れがある。本実施の形態の特徴とする遮光壁２８はこの散乱光を効果的に防止することにより、さらに信頼性を向上させることができる。またこの遮光壁２８はＩＲカットフィルタ等の光学フィルタ１８を固定するための治具としての役割をも兼ねているものである。
【００２４】
なお、上記本発明の各実施の形態において、ＣＣＤチップ１２およびＶＤｒ、ＣＤＳ、ＤＳＰ等の半導体チップよりなる周辺回路素子１３は底面に配線が形成されている容器１１の底部に直接実装し、ワイヤリード１４により配線されている例について説明したが、予め上記ＣＣＤチップ１２や周辺回路素子１３を、配線が形成されている他のプリント配線基板上に実装し、ワイヤボンディングしたのち容器１１に収納し、容器１１内のピンリード端子に電気接続することも可能である。
【００２５】
また周辺回路素子１３は、本発明の実施の形態において説明したワイヤボンディング以外の実装および電気接続の方法としてフェースダウンで搭載し、バンプ接続する方法を採用することもできる。
【００２６】
【発明の効果】
このように本発明によれば、固体撮像素子および集積回路からなる周辺回路素子を凹形状を有する容器内に収納、配線し、さらに容器の上部をフェースプレートで蓋をして容器を密閉するとともにそのＣＣＤチップの前面に位置するフェースプレートの開口部に光学フィルタを設け、この密閉されたパッケージのフェースプレート側より固体撮像素子の撮像中心を通る光軸上に中心部を有する光学絞りとレンズが設けられているレンズホルダをかぶせて固体撮像素子と光学フィルタおよびレンズの光軸を調整するように固定することにより、撮像装置を固体撮像素子や周辺回路よりなる電気信号処理系とレンズや光学絞り等よりなる光学系とをワンパッケージモジュールとして構成して一体化することが可能となり、したがって撮像装置の厚さを極めて薄くすることができるのでノート型パソコンのディスプレイ部のように薄型化され、かつ極めて限られた狭い場所や携帯電話のように極度に小型化された電子機器等にも搭載することができ、新たな機能を付与することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における撮像装置の断面図
【図２】同撮像装置の平面図
【図３】同撮像装置の裏面図
【図４】本発明の第２の実施の形態における撮像装置の断面図
【図５】従来の撮像装置の断面図
【符号の説明】
１１  容器
１２  ＣＣＤチップ（固体撮像素子）
１３  周辺回路素子
１６  フェースプレート
１７  開口部
１８  ＩＲカットフィルタ（光学フィルタ）
１９  パッケージ
２０  光学絞り
２１  レンズ
２２  レンズホルダ
【図１】
0003758311.tif 000002
【図２】
0003758311.tif 000003
【図３】
0003758311.tif 000004
【図４】
0003758311.tif 000005
【図５】
0003758311.tif 000006