JP2002077682A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発明は、光学素子に対して固体撮像素子が高
精度に位置決めが出来、かつ安価に高精度な位置決めが
可能となる固体撮像装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 本発明は、光学基準面を有し、光学素子
１を保持する鏡筒を支持するための光学マウント４と、
前記光学素子１による形成される像を受光する固体撮像
素子３と、前記固体撮像素子３に電力を供給する回路お
よび前記固体撮像素子３から出力される信号を処理する
回路が設けられ、前記固体撮像素子と電気的に接合され
ている回路基板７からなる固体撮像装置において、前記
光学マウント４と一体的に設けられ、前記固体撮像素子
３を位置決めする位置決め部材を有することを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子と光
学素子からなる固体撮像装置に関し、光学素子と固体撮
像素子の位置決めが容易になる発明に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、撮像装置は、固体撮像素子と、そ
の固体撮像素子を駆動読み出しを行う回路を備えた回路
基板と、光学素子を取り付けるための光学マウントから
なる。

【０００３】この様な構成を有した従来の撮像装置は、
図２に示した構造を有している。図２に示された図番は
それぞれ、２１は光学素子、２２は光学素子２１を支持
する鏡筒、２３は固体撮像素子、２４は光学マウント、
２５は固体撮像素子を支持するソケット、２７は回路基
板、２６は回路基板２７を光学マウント２４に取り付け
る基板取付治具である。

【０００４】従来例では、固体撮像素子２３は、回路基
板２７に固定されたソケット２５により回路基板２７に
固定されている。そして、回路基板２７は基板取付治具
２６を介して光学マウントに固定され、鏡筒２２も光学
マウント２４に直接取り付けられている。

【０００５】そして、それぞれの構成を光学マウント２
４に取り付ける場合、光学素子２１の持つ焦点距離や光
軸に対して、固体撮像素子２３の中心が所望の位置に来
るように位置調整を行いながら、それぞれの構成を取り
付ける。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】通常、光学マウント２
４と鏡筒２２とは、金属材料で形成されているので、高
い精度で加工が可能である。ゆえに、光学マウント２４
と鏡筒２２との位置ずれは非常に少ないものになってい
る。

【０００７】しかしながら、従来例では、固体撮像素子
２３は、回路基板２７に固定されており、この回路基板
２７は基板取付治具２６によって固定されている。した
がって、光学マウント２４に対する固体撮像素子２３の
位置は、光学マウント２４に対する基板取付治具２６の
取付位置の誤差、基板取付治具２６に対する回路基板２
７の取付位置の誤差、回路基板２７に対するソケット２
５の取付位置の誤差、ソケット２５に対する固体撮像素
子２３の取付位置の誤差が加算される。

【０００８】特に、回路基板２７やソケット２５は、プ
ラスティックなどの樹脂から形成されているので、取付
位置を規定する取付穴の位置は、金属に形成する取付穴
より低い精度でしか穴を加工することしか出来ない。故
に、回路基板２７に固体撮像素子２３を固定する方法で
は、光学素子２１の結像面や光学中心に対して固体撮像
素子２３を所望の位置に高精度に位置決めするのは困難
である。

【０００９】更に固体撮像素子２３は、光学素子２１に
より結像する結像面と固体撮像素子２３の受光面が同じ
高さになるようにする必要がある。しかし、固体撮像素
子２３のソケット２５への押し込み具合や、ソケット２
５と回路基板２７とを接合するためのはんだの盛り上が
りにより、常に結像面と固体撮像素子２３の受光面が一
致しなくなったりする。

【００１０】また、この様に高精度な取付が困難なため
に、光学素子２１や光学素子２１を支持する鏡筒２２、
又は固体撮像素子２３が固定された部分に、位置合わせ
可能な可動機構を設け、この可動機構を移動させながら
最終的に光学素子２１に対する固体撮像素子２３の位置
を調整する方法もあるが、この様な機構を設けると装置
自体が大型化したり、高価になるという欠点を有してし
まう。

【００１１】そこで、本発明は、光学素子に対して固体
撮像素子を高精度に位置決めが出来、かつ安価に高精度
な位置決めが可能となる固体撮像装置を提供することを
目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、光学基準面を有し、光学素子を保持する
鏡筒を支持するための光学マウントと、前記光学素子に
より形成される像を受光する固体撮像素子と、前記固体
撮像素子に電力を供給する回路および前記固体撮像素子
から出力される信号を処理する回路が設けられ、前記固
体撮像素子と電気的に接合されている回路基板からなる
固体撮像装置において、前記光学マウントと一体的に設
けられ、前記固体撮像素子を位置決めする位置決め部材
を有することを特徴とする。

【００１３】この様に、固体撮像素子を位置決めする位
置決め部材を光学マウントに設けたことで、固体撮像素
子と接続される回路基板が光学マウントにどのような形
態で設けられても、固体撮像素子の受光面と光学マウン
トの光学基準面の位置との関係は、常に同じ位置関係に
ある。故に光学素子の結像面に対して固体撮像素子を高
精度に配置することが可能となる。

【００１４】次に本発明は、先に記述した発明につい
て、更に前記光学マウントに固定される鏡筒は、前記光
学マウントと着脱可能であることを特徴とする。前述の
ように、光学マウントの光学基準面と固体撮像素子の受
光面の位置関係は、常に同じ位置関係であり、また、光
学素子は通常、光学マウントの基準面に対して所定の位
置に結像面が得られるように光学設計されている。

【００１５】この様な光学素子を有した鏡筒を着脱可能
に付け替えても、常に光学素子と固体撮像素子との位置
関係は常に所定の位置関係になり、固体撮像素子は光学
素子を交換しても常に良好な像を取得することが可能と
なる。そして、目的に応じ、適した光学素子を有した鏡
筒を付け替えることが可能となるので、適用範囲の広い
固体撮像装置を得ることが可能となる。

【００１６】また、更に前記光学マウントに固定される
鏡筒は、前記光学マウントと同一部材で一体的に形成さ
れていることでも良い。この様に一体的に固定されてい
れば、光学マウントと鏡筒との間で、使用中何らかの原
因でズレが生じてしまうことを防ぐことが可能となる。

【００１７】また、本発明では、前記光学マウントは、
金属からなることを特徴とする。金属製の部材の加工
は、樹脂の加工に比べて、周知の工作機械で精密に形状
を創成することが可能である。したがって、精密な形状
創成を必要とする光学マウントについて、精密な形状を
加工可能とする金属材料を用いることにより、光学基準
面に対して光学素子の結像面と同じ位置に固体撮像素子
の受光面を位置決めできる。更に、固体撮像素子と光学
マウントとは接触しており、金属は熱伝導率が高いの
で、固体撮像素子の熱を放熱する放熱板としての作用を
得ることができる。

【００１８】次に、発明の実施の形態を例示して本発明
を説明するが、本発明はこれに限られるものではない。

【００１９】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態である
固体撮像装置について、図面を用いて説明する。図１
は、固体撮像装置１０の概略断面図である。そして、図
３は、固体撮像装置１０の回路ブロック図である。

【００２０】この固体撮像装置１０は、対象物の像を結
像する光学素子１と、光学素子１を保持する鏡筒２と、
光学素子１で結像された像を受光する固体撮像素子３
と、光学基準面が形成され、鏡筒２を保持する光学マウ
ント４と、光学マウント４の位置決め部４ａに固体撮像
素子３を取り付ける固体撮像素子取付治具８と、光学マ
ウント４に回路基板７を固定させるための基板取付治具
６と、固体撮像素子３を駆動させ、駆動撮像素子３で得
られた像をモニターに出力するための信号を生成する回
路が設けられた回路基板７と、回路基板７と固体撮像素
子３とを接続するソケット５からなる。

【００２１】ところで、この固体撮像装置１０では、光
学マウント４に固体撮像素子３を位置決めする位置決め
部４ａが一体的に設けられている。この位置決め部４ａ
上に固体撮像素子３が跨ぐように配置されており、更に
固体撮像素子固定用治具８により位置決め部４ａに固定
されている。

【００２２】この位置決め部４ａは、固体撮像素子３が
固定されたときに、光学素子１の結像面と固体撮像素子
３の受光面が同じ高さになるように設けられている。そ
して、固体撮像素子取付治具８は、光学素子１の光軸に
対して固体撮像素子３の受光面が所定の位置になるよう
な固体撮像素子３を固定する位置に設けられている。そ
して、位置決め部４ａは、光学マウント４と同じ金属材
料で形成されているので、高精度に形状が形成されてい
る。

【００２３】また、本発明の実施の形態における光学マ
ウント４は、位置決め部４ａの形状創成時に、この光学
基準面を持った金属材料から位置決め部４ａを切り出す
ので、この光学基準面に対して高精度に位置決め部４ａ
の位置を割り出しながら、位置決め部４ａを形成するこ
とが可能となる。よって、その位置決め部４ａに固定さ
れた固体撮像素子３の受光面は、光学基準面に対して正
確な位置で支持することが可能となる。

【００２４】ところで、本発明の実施の形態における光
学マウント４では、光学マウント４の一方の面、例え
ば、図１中の上側の面を光学基準面とし、この面を基準
にして、光学マウント４に鏡筒２を介して固定される光
学素子１の結像面が決められている。そして、この光学
マウント４は、更に光学素子１を支持する鏡筒２を保持
している。この鏡筒２に取り付けられる光学素子１の取
付位置は、光学マウント４に固定される鏡筒２の一端を
基準に決めることで、光学素子１の光学基準面に対し
て、光学素子１の結像面の位置を正確に決定することが
可能である。そして、取り付けられた光学素子１は、光
学マウント４に取り付けられても、光学基準面に対して
正確な位置にある結像面を形成するので、固体撮像素子
３の受光面と光学素子１の結像面とが正確に一致させる
ことが可能である。そして、光学マウント４と鏡筒２を
周知の方法で着脱可能であっても常に固体撮像素子３の
受光面と光学素子１の結像面とが正確に一致する。

【００２５】また、光学マウント４を金属で形成するこ
とで、固体撮像素子３から発する熱も光学マウント４を
伝わって放熱することができ、良好な放熱特性が得られ
る。ところで、この固体撮像素子３の駆動電力および固
体撮像素子３から出力される信号は、回路基板７に設け
られた回路から供給され、又各回路へ出力される。この
回路基板７は、光学マウント４に従来の技術と同様に、
基板取付治具６によって固定されている。そして、回路
基板７には、はんだ付けにより固体撮像素子３と接続可
能なソケット５が固定されている。このソケット５に固
体撮像素子３の各電極を挿入することで回路基板７の各
回路と接続が可能となる。このとき、ソケット５と固体
撮像素子３の位置関係がわずかにずれていたとしても、
ソケット５に、いくらかあそびを持たすことで、固体撮
像素子３とは接続可能となり、かつ固体撮像素子３の光
学基準面に対する位置関係は変わらない。

【００２６】この様に、本発明の実施の形態における固
体撮像装置によれば、回路基板７やソケット５の位置が
理想的な位置に配置されていなくとも、固体撮像素子３
の位置は光学素子の結像面に対して所定の位置で位置決
めする事が可能である。

【００２７】ところで、回路基板７には、固体撮像素子
３を使用するために必要な回路が形成されている。その
回路を図３に示すブロック図を基に説明する。回路基板
７には、回路基板７上に形成された各回路に電力を供給
する駆動回路１１と、固体撮像素子３がＣＣＤを用いた
もので有れば電荷転送部に、又はＦＥＴなどスイッチン
グ素子を用いたものであればそのスイッチング素子に、
パルス信号を出力して、順次各画素の信号を読み出す読
み出し回路１２と、読み出し回路１２から出力された信
号をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換器
１３と、アナログ・デジタル変換器１３から出力された
信号を基に、画像信号を生成する画像信号生成回路１４
と、画像信号生成回路１４から出力された信号をモニタ
ーで投影できるように信号を処理する変換回路１５とを
有している。そして、この固体撮像装置は、図示されて
いないモニターに変換回路１５からの信号を出力するこ
とで、撮影された像を表示することが可能である。

【００２８】ところで、この様な固体撮像装置１０にお
いては、更に鏡筒２と光学マウント４とを同一部材で一
体的に形成することでも良い。光学マウント４と鏡筒２
との固定強度が増すので、鏡筒２に固定された光学素子
１と固体撮像素子３との位置関係が外乱の影響によって
も非常に変化しにくいという効果が有る。

【００２９】次に、上述の固体撮像装置を投影露光装置
に利用した実施の形態を説明する。この投影露光装置の
主要部の概略構成を図４に示す。投影露光装置４０にお
いて、レチクル４１は、その中心が投影光学系４４の光
軸と合致した状態でレチクルステージ４２上に保持され
ている。レチクル４１の下面には、露光対象である回路
パターン（不図示）と、アライメント用のレチクルマー
ク４３とが設けられている。

【００３０】また、投影露光装置４０において、ウエハ
４５を保持するウエハステージ４６上には、ウエハ４５
の近傍に基準マーク板４７が固定されている。この基準
マーク板４７上には、アライメント用の基準マーク４８
が設けられている。ここで、基準マーク４８は、アライ
メント時にウエハステージ４６側から照明される。この
際の照明光としては、露光光と同じ波長帯の光を用いる
ことが好ましい。なお、基準マーク４８が上記したレチ
クルマーク４３と共役な位置の近傍に置かれたとき、基
準マーク４８を通過した光束は、投影光学系４４を介し
てレチクル４１のレチクルマーク４３近傍を照明する。
そして、レチクルマーク４３の光透過部４３ａを通過し
た光束は、上述の固体撮像装置１０に入射する。

【００３１】このとき、固体撮像装置１０の受光面はレ
チクルマーク４３の形成面および基準マーク４８の形成
面と共役である。したがって、基準マーク４８がレチク
ルマーク４３と共役な位置の近傍に置かれたとき、固体
撮像装置１０の受光面には基準マーク４８の共役像とレ
チクルマーク４３の共役像とが同時に形成される。故
に、固体撮像装置１０は、これらのマーク像を受像し、
受像したマーク像を図示されていないモニターに写しだ
す。

【００３２】したがって、この投影露光装置の使用者
は、固体撮像装置１０の受光面に形成された像を図示さ
れていないモニターによって観察しながら基準マーク４
８がレチクルマーク４３の近傍に位置しているか否かを
確認し、基準マーク４８とレチクルマーク４３が互いに
重なるようにレチクル４１又はウェハステージ４６を互
いに移動させる。この様にして、レチクル４１とウェハ
４５との位置合わせが完了する。

【００３３】なお、投影露光装置４０に用いられる基準
マーク４８やレチクルマーク４３は小さいパターンで出
来ているため、固体撮像装置１０に設けられた光学素子
１と固体撮像素子３との位置関係を厳密に位置合わせし
ないと、基準マーク４８やレチクルマーク４３を鮮明に
受像することができない。そこで、上述のように光学基
準面を有した光学マウント４に固体撮像素子３の位置決
め部４ａを設ければ、固体撮像素子３の受光面と光学素
子１の結像面との位置合わせが厳密にできるので、鮮明
な像が得られやすく、より高精度な位置合わせが可能と
なる。そして、更に光学素子１と固体撮像素子３との位
置合わせを行う位置合わせ機構も必要としない、もしく
は調整量が非常に僅かな位置合わせ機構で十分であるの
で、安価な固体撮像装置が得られる。

【００３４】この様にして本発明の実施の形態である投
影露光装置４０は、レチクル４１に形成された露光パタ
ーンをウェハ４５の所定の位置に正確に投影露光するこ
とができる。したがって、既にウェハ４５に形成された
回路パターンに重ね合わせ露光する場合、本発明の実施
の形態である固体撮像装置１０を用いて共役像をモニタ
ーしながら、ウェハ４５またはレチクル４１の位置を決
定することで、正確にウェハ４５の回路パターンに新た
な露光パターンを重ね合わせることが可能となる。そし
て、その様な正確な位置決め機構のセンサーを担う固体
撮像装置１０も大がかりな固体撮像素子３の位置合わせ
機構を必要としない固体撮像装置１０を得ることが可能
となる。

【００３５】なお、本発明に関する固体撮像装置は、こ
の様な投影露光装置に用いられるセンサーだけに限られ
ない。例えば、デジタルスチルカメラやデジタルカムコ
ーダなどレンズなどの光学素子で結像される像を固体撮
像素子の受光面で受像するようなものであれば、同様な
効果が期待できる。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、光学基準
面を有した光学マウントに固体撮像素子の位置決め部材
を有することで、光学素子に対する固体撮像素子の取り
付け位置精度を非常に高くすることが可能となる。故に
従来、固体撮像素子の取付精度が不十分であったため
に、必要であった位置合わせ機構を設ける必要を無くと
も又は位置合わせ機構の位置合わせ調整量が小さい安価
な位置合わせ機構で十分あるため、安価で良好な光学特
性を有する固体撮像装置を得ることが可能となる。

【００３７】更に、固体撮像素子の位置決め部材を有し
た光学マウントを金属製にすることで、固体撮像素子の
放熱板を無くしても、十分な放熱特性を固体撮像素子に
与えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】：本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の概
略断面図である。

【図２】：従来の固体撮像装置の概略断面図である。

【図３】：本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の回
路基板に設けられた回路ブロック図である。

【図４】：本発明の実施の形態に係る固体撮像装置を用
いた投影露光装置の主要部における概略構成図である。

【主要な符号の説明】

１・・・光学素子、２・・・鏡筒、３・・・固体撮像素
子、４・・・光学マウント、５・・・ソケット、６・・
・基板取付治具、７・・・回路基板、８・・・固体撮像
素子取付治具

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 27/14 Ｈ０１Ｌ 27/14 Ｄ Ｈ０４Ｎ 5/335

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光学基準面を有し、光学素子を保持する
   鏡筒が固定される光学マウントと、前記光学素子による
   形成される像を受光する固体撮像素子と、前記固体撮像
   素子から出力される信号を処理する回路が設けられ、前
   記固体撮像素子と電気的に接合されている回路基板から
   なる固体撮像装置において、 前記光学マウントに一体的に設けられ、前記固体撮像素
   子を位置決めする位置決め部材を有することを特徴とす
   る固体撮像装置。
2. 【請求項２】 更に前記光学マウントに固定される鏡筒
   は、前記光学マウントと着脱可能であることを特徴とす
   る請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 【請求項３】 更に前記光学マウントに固定される鏡筒
   は、前記光学マウントと同一部材で一体的に形成されて
   いることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
4. 【請求項４】 前記光学マウントは、金属からなること
   を特徴とする請求項２又は３に記載の固体撮像装置。