CN1701592A - 摄像装置 - Google Patents

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Abstract

摄像装置(1)包括将入射光转换成电信号的半导体成像器(5)，与半导体成像器(5)的入射表面相对设置并对具有特定波长的光透明的滤光器(4)，以及用于使用包含填料的粘合剂(6)通过粘接来固定滤光器(4)的固体衬底(2)。所述填料具有等于或小于半导体成像器(5)的像素尺寸的直径。根据这种构造，在摄像装置(1)中，由从粘合剂脱落的填料所引起的图像质量下降能够被抑制。

Description

摄像装置
技术领域
本发明涉及一种使用半导体成像器件的摄像装置，该摄像装置(imagingapparatus)被用作用于便携设备等的摄像机(camera)。
背景技术
如日本未决专利申请No.2001-245186等所描述，当前所知道的是，摄像装置配置成使用CCD或其他半导体成像器件将由透镜所成的图像转换成电信号，从而获取图像。随着对更小和更复杂的便携设备的需求，需要摄像装置更小并且重量更轻。因此，通过薄化每个元件已经使得摄像装置制造得更薄。另一方面，根据高图像质量的要求已经增加了像素的数量，由此像素的尺寸也已经被最小化了。
在摄像装置领域中，由于成像器件中的缺陷或粘在成像器件上的污垢所引起的图像上黑色或白色的点等通常被称作“瑕疵”。为了防止污垢粘在摄像装置上而引起瑕疵(blemish)，当前已经在摄像装置的组装中采取了各种措施，如改进工作环境清洁度、加强清洁或使用离子发生器等主动消除静电。此外，如果污垢等引起特定像素输出的减少，则进行瑕疵修正(blemishcorrection)使得基于从相邻像素所获取的信息估计从该像素的输出并对其修正，好像像素正常工作一样。
如上所述，通过在洁净的环境中进行组装而减少较大污垢的出现，以及当小污垢粘在成像器件上时通过使用瑕疵修正估计从像素的输出，已经减少了由于污垢所引起的瑕疵的产生。
发明内容
上述专利文献中描述的摄像装置，配有邻近半导体成像器件的滤光器，从而允许特定波长的光进入半导体成像器件。此滤光器由粘合剂固定，即使在组装环境中产生的污垢减少了，从粘合剂产生的污垢也能引起摄像装置的图像质量的下降，并且可能妨碍高图像质量。特别地，粘合剂中包含的填料在滤光器粘接时可能释出来，或在粘合剂固化之后落下，从而产生释出的或落下的填料粘在半导体成像器件的入射表面并降低图像质量的问题。
为了解决上述问题而提出的本发明的目的是提供一种摄像装置，其具有更小的由释出的或落下的填料所引起的图像质量下降。
为了上述目的，根据本发明的摄像装置包括：将入射光转换成电信号的半导体成像器件；与半导体成像器件的入射表面相对并透射特定波长光的滤光器；以及使用包含填料的粘合剂通过粘接固定滤光器的固定元件；其中填料的直径小于或等于半导体成像器件的像素尺寸。
在此构造中，即使粘接滤光器的粘合剂中所包含的填料在粘接时释出或在粘合剂固化之后落下，也一定能从周围像素获得输出，并基于周围像素的输出能够进行像素修正，因为粘在半导体成像器件表面上的填料的直径小于或等于像素尺寸。这样，可以进行修正，使得图像基本不受填料的影响，从而减少图像质量的下降。附带地，固定元件可以是固定半导体成像器件的衬底。
根据本发明的摄像装置的固定元件为三维衬底。
在使用三维衬底作为固定元件的摄像装置中，安装到三维衬底上的元件被密集布置。因此，能够减少由于从粘合剂落下的填料所引起的图像质量下降的本发明优选地适用于这种情况。
根据本发明的摄像装置，包括：将入射光转换成电信号的半导体成像器件；和使用包含填料的粘合剂通过粘接固定半导体成像器件的衬底；其中填料的直径小于或等于半导体成像器件的像素尺寸。
在此构造中，即使用于粘接半导体成像器件的粘合剂中所包含的填料在粘接时释出或在粘合剂固化之后落下，也一定能从周围像素获得输出并基于从周围像素获得的输出进行像素修正，因为粘在半导体成像器件表面上的填料的尺寸小于或等于像素尺寸。这样，能够进行修正，使得图像基本不受作为污垢的填料影响，从而减少图像质量下降。
另外，在根据本发明的摄像装置中，填料的直径大于或等于半导体成像器件的像素尺寸的1/2。
通过使用其直径大于或等于像素尺寸的1/2的填料，可以保持填料的分散度并且粘合剂可适当地起作用。
此外，在根据本发明的摄像装置中，填料形状上为球形。
这种构造能够消除粘合剂的热膨胀各向异性，从而减少将被粘接的固定元件或衬底的各向异性。这样，可加固固定元件或衬底并使摄像装置变薄。
附图说明
图1示出了根据一个实施例的摄像装置的截面；
图2示出了根据该实施例的摄像装置的透视图；
图3为根据该实施例的摄像装置的主要部分的分解透视图；
图4示出了根据该实施例的滤光器的光谱特性；
图5示出了根据该实施例的CCD中像素颜色布置的示意图；以及
图6示出了关于根据该实施例的填料和像素尺寸的输出特性。
具体实施方式
现在将参照附图说明根据本发明实施例的摄像装置。如果可能，相同的部件由相同的附图标记指示并且不再重复描述。
图1示出了根据一个实施例的摄像装置1的截面，图2示出了摄像装置1的透视图，并且图3为图2所示的摄像装置1从后面看的主要部分的分解透视图。如图1所示，根据该实施例的摄像装置1具有沿光轴L设置的非球面透镜3、滤光器4、半导体成像器件5；固定这三个部件的三维衬底2，以及连接到三维衬底2的印刷电路板(FPC)10。在此实施例中，三维衬底2具有固定半导体成像器件5的作用，又有作为固定滤光器4的固定元件的作用。三维衬底2由柱面透镜镜筒部分2a和从透镜镜筒部分2a的端面延伸的基座部分2b构成(也参见图2)。在以下描述中，将透镜镜筒部分2a的这侧称为向上的方向，而基座部分2b的这侧称作向下的方向。
首先，描述三维衬底2。透镜镜筒部分2a设置在基座部分2b的顶面上并在向上和向下的方向延伸。空腔形成在基座部分2b的下面的中心处。以光轴L为中心的开口A形成在基座部分2b上，并且光可透过开口A和透镜镜筒部分2a的孔腔。三维衬底2由玻璃增强的PPA(polyphthalamide：聚邻苯二甲酰胺)等构成并被涂黑以阻止光透过它。所需的布线图案9b通过无电镀等形成在基座部分2b的下表面。该布线图案9b具有设置在三维衬底2的基座部分2b的下表面上的连接焊盘(connecting land)9c，从而允许半导体成像器件5裸露安装，并具有设置在三维衬底2的基座2b的外表面上用于与外界相连的接线端(terminal)部分9a(参见图2)。
非球面透镜(以下称作“透镜”)3由符合光学特性需求如透射率和折射系数的树脂构成，并适应于三维衬底2的透镜镜筒部分2a的内径。在本实施例中，由ZEON公司制造的ZEONEX(注册商标)用于透镜3。尽管为简明起见图1仅示出了一个透镜，但透镜3实际上包括两片透镜，并适于能够形成比特定距离远的目标的图像的所谓泛焦。在本实施例中，透镜3适于聚焦远于大约30cm的目标。然而，如果需要，可选择透镜3的构造和特性，而不限于本实施例中的构造和特性。固定透镜3并且是所需开口的光阑(aperture)7附在透镜3的上方。
滤光器4在铅玻璃基材(base material)的一面上提供IR(红外线)截止镀膜，而在另一面上提供AR(抗反射)镀膜。例如，二氧化硅(SiO2)、氧化钛(Ti3O5)等用于IR截止镀膜并被蒸镀在基材上。至于用于抗反射的AR镀膜，使用例如氧化铝(Al2O3)、氟化镁(MgF2)、氧化锆(ZrO2)等并将其蒸镀在基材上。由于滤光器4使用铅玻璃作为其基材，故其能够抑制紫外线通过它。具有这种结构，使得滤光器4具有抑制可见光区域外的光通过的功能。从示出了根据本实施例的滤光器4的光谱特性的图4可以看出，在大约400nm至大约800nm的范围内透射率被设定为93％或更多，而在该区域外部被设定得足够低。然而，如果需要，可改变滤光器4的光谱特性而不限于本发明的光谱特性。此滤光器4沿光轴L设置在开口A的上方并通过UV固化环氧粘合剂6固定到三维衬底2。滤光器4的AR镀膜的面与透镜3相对。
半导体成像器件5为具有大约320,000像素的1/6英寸VGA CCD，其像素尺寸大约为3.8μm。半导体成像器件5通过所谓的面向下安装(face downmounting)例如SBB(接线柱凸点焊接：stud bump bond)或其他连接方法安装在设置于三维衬底2上的连接焊盘9c上，并与布线图案9b电气连接。半导体成像器件5使用图1至3中未示出的采用着色剂的滤色器，从而分别获得RGB信号输出，并形成对应于每种颜色的光接收元件。
图5为示出在半导体成像器件5中的颜色布置的例子的示意图。在图5中，由例如“R”指示的部分接收透过滤色器的红色波长的光，因而能检测红色波长的光。类似地，由“B”指示的部分接收透过滤色器的蓝色波长的光，而由“G”指示的部分接收透过滤色器的绿色波长的光。半导体成像器件5以基座部分2b的下表面的中心为中心放置，使得它覆盖开口A并且其成像表面(入射表面)与滤光器4相对。如上所述，由于空腔形成在基座部分2b的中心处，所以附着在其下表面的半导体成像器件5远离FPC 10。另外，未示出的芯片组件等也被设置在基座部分2b的下表面上。
从以上描述可知，本实施例的摄像装置1的光学系统被设置得使来自目标的光由透镜3集中，透过透射可见光范围的光的滤光器4，并进入半导体成像器件5。
设置在三维衬底2下面的FPC10，在FPC10上的焊盘13处通过焊料12电气连接并机械地固定到三维衬底2的接线部分9a。FPC 10由1/2密耳(mil)(12.5μm)厚的聚酰亚胺基膜(base film)10a和1/3盎斯(oz)(12μm)厚的轧延铜(rolled copper)10b构成。FPC10设置有未示出的用于信号处理的DSP(数字信号处理器)等。DSP具有将半导体成像器件5输出的电信号转换成所需形式的信号以及执行如白平衡和色彩修正的处理的功能，并与诸如电话或便携设备的设备相连。
DSP也具有称作“瑕疵修正”的功能。“瑕疵修正”处理由于CCD中的缺陷或污垢所引起的没有输出的像素，从而基于从设置在该像素周围的像素获取的信息估计有缺陷像素的输出并对其修正，如同该像素正常工作一样。使用相邻像素输出的平均值的方法、使用相邻像素输出的插值的方法等可用作瑕疵修正方法。至于识别瑕疵，可通过目标像素的输出是否超出确定的阈值或降到某一有限范围内的其他阈值之下进行判断。
摄像装置1按照以下进行工作。来自目标的光透过光阑7并由透镜3集中。由透镜3集中的光随后进入削减红外光和紫外光的滤光器4。透过滤光器4的可见光进入半导体成像器件5而被转换成所需的电信号，该电信号随后从半导体成像器件5输出。从半导体成像器件5输出的电信号通过设置在基座部分2b上的布线图案9b至接线部分9a而得到，从而图像显示在图中未示出的显示器上。显示器具有4∶3的纵横比并设定为以每秒30帧的帧频输出。
现在将说明根据本实施例的成像器件1的组装顺序。首先，滤光器4设置到三维衬底2，然后所需量的UV固化环氧粘合剂6通过分配器(dispenser)等施加到滤光器4的周围。接着，粘合剂6通过未示出的紫外线照射设备固化从而固定。所施加的紫外线的波长、照射时间等优选地根据粘合剂6的固化条件进行优化。当使用紫外线处理之后被热固化的混合粘合剂时，其固化引发剂由紫外线照射激发并且随后通过热完成固化。接着，半导体成像器件5被粘到三维衬底2的基座部分2b的下表面上。这时，半导体成像器件5安置为其成像表面与开口A相对。随后，在滤光器4上方，透镜3安置在三维衬底2中，并且透镜3通过附加光阑7来固定，光阑7从上面向下压透镜3。最后，附加有滤光器4、半导体成像器件5等的三维衬底2被安置在FPC10上，并且两者通过焊料12彼此固定，从而完成摄像装置1。
现在描述将滤光器4粘到三维衬底2的粘合剂6。如上所述，玻璃增强的PPA(polyphthalamide：聚邻苯二甲酰胺)用于三维衬底2，并且其线性膨胀系数大约为40×10-6mm/℃。另一方面，滤光器的线性膨胀系数大约为10×10-6mm/℃。为了适当地粘接这两者，粘合剂6包含未示出的填料，使得粘合剂6的线性膨胀系数处于三维衬底2的线性膨胀系数与滤光器4的线性膨胀系数之间。另外，填料由二氧化硅(SiO2)构成以便适合于光学用途。此外，填料在形状上优选地为球形，使得粘合剂6在固化之后不会具有各向异性。填料的直径小于成像器件5的像素尺寸，并大于或等于像素尺寸的1/2。以下是包含这种尺寸的填料的粘合剂6用于本实施例的原因。
在描述填料直径之前，先说明包含填料的粘合剂所引发的问题。在粘合剂固化时，粘合剂中包含的填料可能会释出，或者一些特别是在端面处的填料会暴露。在滤光器4被附加到三维衬底2之后，附加光学系统的成像器件5和透镜3，安装FPC10，并且按照要求进行聚焦调节操作。这些过程中的操作或震动可能引起端面处的填料落下。然后释出或落下的填料粘在成像器件5的表面并引起像素输出的下降，这通过对摄像装置1的分析变得很明显。特别是近来，随着摄像装置变得更小，找到拆卸这些装置所需的足够余地变得困难，一些装置因此而不能被拆卸。如果释出或落下的填料粘在摄像装置的成像器件的表面，则这些摄像装置可能不得不被废弃。
在根据本实施例的摄像装置1中，使用粘合剂6粘接滤光器4，其填料直径小于或等于像素尺寸。因此，即使释出或落下的填料粘在半导体成像器件5的表面，可通过瑕疵修正获得相当于无填料图像的图像。
此外，根据本实施例，由填料引起的图像的可能的黑点等可以使用修正由于CCD中的缺陷等引起的瑕疵的功能(瑕疵修正功能)来修正，该功能预先已经提供给摄像装置，因此工艺、制造方法、设备等不需要修改。换句话说，能够减少由于填料所引起的图像质量的下降，而不会降低摄像装置的组装设备的可使用性。
图6示出了与填料和像素尺寸有关的输出特性的变化。参照图6说明粘合剂6中包含的填料尺寸与像素尺寸的比率与成像器件5的输出下降之间的关系，以及瑕疵修正是否成功的实验的结果。在图6中，水平轴表示填料尺寸和像素尺寸的比率。在本实施例中，如上所述像素尺寸为3.8μm，所以水平轴上“1”表示填料尺寸(直径)为3.8μm，其与像素尺寸相等。水平轴上“2”表示填料尺寸为像素尺寸的两倍大(7.6μm)。垂直轴作为输出降低率示出成像器件5的输出降低到什么程度。当通过瑕疵修正来成功修正图像使得在输出图像中不能识别出瑕疵时，标绘“○”，而当未成功修正图像并且可识别出瑕疵时，标绘“X”。从图6所示的结果中可以看出，水平轴上数值“1”附近的区域形成了瑕疵是否能够修正的分界。附到成像器件5的填料的尺寸落在两个范围内。在一个范围内，能够获得基于周围像素的输出实行瑕疵修正所需的信息，而在另一范围内不能获取该信息。在两个范围之间，存在形成分界的某一填料直径。图6中所示的实验结果指示确定瑕疵修正成功或失败的填料直径的分界大约为像素尺寸。
因为如果污垢或其他外部物质没有覆盖两个相连的像素，通常可进行瑕疵修正，所以看起来即使填料的直径大于像素尺寸也能够进行修正。可是，根据填料尺寸与运用瑕疵修正进行修正的可能性之间的关系的实际研究，如上所述，可以认识到，如果填料尺寸超出了约像素尺寸，则瑕疵修正不能进行，并且瑕疵在输出图像上呈现为黑点等。这可由以下原因引起。成像表面被附着到成像器件5的填料所影响的部分是被填料遮蔽的部分。填料离光轴L越远，填料遮蔽的区域(投射区域)就越大。因为滤光器4上施加粘合剂的位置对应于远离光轴L的位置，所以从此处落下的填料可能粘在远离光轴L的位置。如上所述，远离光轴L的填料的投射区域大，使得直径等于像素尺寸的填料的投射区域对应大约两个像素，因此由于填料的阴影，难以进行瑕疵修正。由于上述原因，认为当填料直径超出对应于一个像素的尺寸时，图像不能通过瑕疵修正进行修正。
另一方面，进一步的分析显示，当填料尺寸小于像素尺寸的大约1/2时，像素输出的降低非常小并且即使填料粘在成像表面上也一定能够进行瑕疵修正。这可能是因为当填料小于像素的大约1/2时，填料的投影面积不会变得与一个像素同样大。然而，如果填料尺寸非常小，降低了填料的分散度。因此，填料的尺寸优选地大于或等于像素尺寸的1/2，从而允许粘合剂适当地起作用。
为了减少由于释出或落下的填料粘到半导体成像器件5上所引起的图像质量下降的相同目的，在半导体成像器件5粘到三维衬底2上时，优选地也使用其填料尺寸小于像素尺寸并大于或等于像素尺寸的1/2的粘合剂。
尽管已经描述了当前认为的本发明的优选实施例，但应当理解，对此可进行各种修改，并且所附权利要求涵盖这些落于本发明实际精神和范围内的这些修改。
工业实用性
如上所述，在本发明中，即使用于粘接滤光器及半导体成像器件的粘合剂中包含的填料在粘接时释出或者在粘合剂固化之后落下，由于附在半导体成像器件的表面上的填料的尺寸小于或等于像素尺寸，所以一定能够获得周围像素的输出。基于周围像素的输出，可进行图像修正并将图像修正至基本没有填料的状态，从而减少图像质量的下降。本发明可提供这些显著优势并且作为摄像装置等是有益的。

Claims (5)

1.一种摄像装置，包括：
半导体成像器件，其将入射光转换成电信号；
滤光器，与所述半导体成像器件的入射表面相对并透射特定波长光；及
固定元件，其利用包含填料的粘合剂通过粘接固定所述滤光器，
其中所述填料的直径小于或等于所述半导体成像器件的像素尺寸。
2.根据权利要求1的摄像装置，其中所述固定元件为三维衬底。
3.一种摄像装置，包括：
半导体成像器件，其将入射光转换成电信号；及
衬底，其利用包含填料的粘合剂通过粘接固定所述半导体成像器件，
其中所述填料的直径小于或等于所述半导体成像器件的像素尺寸。
4.根据权利要求1或3的摄像装置，其中所述填料的所述直径大于或等于所述半导体成像器件的像素尺寸的1/2。
5.根据权利要求1或3的摄像装置，其中所述填料形状上为球形。
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