JP2002329849A - 撮像装置 - Google Patents
撮像装置Info
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Abstract
単体の検査作業性の向上と、装置全体のさらなる小型化
が図れる撮像装置を提供することにある。 【解決手段】本発明は、両面に回路形成可能な半導体基
板の一方の面に画素部6を形成し、他方の面に電子回路
7,8を形成した固体撮像素子1を有する撮像装置にお
いて、上記電子回路7,8を形成した方の面を画素部6
を形成した方の面よりも小さく形成し、少なくとも一側
面部に、テーパ部9を設ける共に、上記テーパ部9には
上記両面の回路を導通させる導体5を設けた。
Description
けた撮像装置に係り、例えば、内視鏡等に用いられる撮
像装置に関する。
撮像素子チップとは別に電子回路を形成した半導体素子
チップを設けているのが普通である。このため、撮像装
置の組立て作業が煩雑であったり、組み立てたときの装
置が大型化してしまうという問題があった。また、画素
部と同一の基板面に配置するように電子回路を一体的に
形成した固体撮像素子もあったが、この方式の固体撮像
素子では画素部に対してチップ外形が大型化してしまう
ため、撮像装置全体が大型化してしまうという問題があ
った。
く、特開平9-46566号公報では基板の両面を利用
し、一方の面に画素部を形成し、他方の面に電子回路を
形成した固体撮像素子が提案されている。このような構
成のものでは撮像装置の小型化や組立作業性において大
きな効果が認められる。しかし、信号ケーブルを有する
撮像装置への実装や固体撮像素子単体での検査という点
から見ると、最適な構成とは言い切れなかった。
ので、その目的とするところは、組立作業性及び固体撮
像素子単体の検査作業性の向上と、装置全体のさらなる
小型化が図れる撮像装置を提供することにある。
両面に回路形成可能な半導体基板の一方の面に画素回路
を形成し、他方の面に電子回路を形成した固体撮像素子
を有する撮像装置において、上記電子回路を形成した方
の面を画素回路を形成した方の面よりも小さく形成し、
少なくとも一側面部に、テーパ部を設けると共に、上記
テーパ部には上記両面の回路を導通させる導体部を設け
た固体撮像素子を備えたことを特徴とする撮像装置であ
る。
は、画素部を形成可能な固体撮像素子基板と、電子回路
を形成可能な半導体素子基板と、両基板の間に配置され
る絶縁層とから構成されることを特徴とする請求項1に
記載の撮像装置である。
う凹部と、上記導体部と電気的に接続される内部端子
と、外部端子とから構成されたソケットを設けたことを
特徴とする請求項1,2に記載の撮像装置である。
子のテーパ部を利用して、小型化を保ったまま簡単に信
号ケーブルやソケットを接続することができる。
いて本発明の第1実施形態に係る撮像装置について説明
する。
子1と、この固体撮像素子1を組み付けるための後述す
るソケット12を備える。上記固体撮像素子1は図1及
び図2に示すように、固体撮像素子基板2と半導体素子
基板3及びこの両者の間に配置されたシリコン酸化膜等
の絶縁膜4とからなり、これらが一体的になるように組
み立てられ、基板組立体として構成されている。そし
て、固体撮像素子1の表側(前側)に位置する固体撮像
素子基板2の表面(一面)にはCMOSプロセスにより
画素部(半導体画素回路素子)6が形成されており、ま
た、固体撮像素子1の裏側(後側)に位置する半導体素
子基板3の表面(一面)にはCMOSプロセスによりク
ロック信号発生回路7やトランジスタ回路8等の電子回
路(半導体電子回路素子)が形成されている。つまり、固
体撮像素子1は外側に位置する表裏両面いずれにも回路
等の半導体素子部を形成可能な、いわゆる両面半導体基
板として構築される。
水平・垂直シフトレジスタ、雑音除去回路や、自動焦点
(AF)、自動絞り(AE)等のアプリケーション回路
等を設けたものでもよい。
組立体は略直方体の形に形成されているが、その対向す
る一対の側面部は固体撮像素子基板2の画素部6を形成
する面の端から半導体素子基板3の電子回路を形成する
面の端にかけて後ろ側に位置する程、互いに近づく勾配
をなした面としてのテーパ部9を形成している。テーパ
部9を形成したことにより、画素部6を形成した表面よ
りも、電子回路を形成した裏面の面積が小さくなってい
る。ここで、各テーパ部9は略平面とすることが望まし
い。
体撮像素子基板2の画素部6と半導体素子基板3の電子
回路を電気的に導通させている。また、テーパ部9の中
間には上記導体5と導通する外部電極11が設けられて
いる。画素部6を形成した前面にはこれと同サイズのカ
バーガラス10がUV(紫外線)硬化型接着剤等を用い
て貼り合わせられている。
付けられる。ソケット12はセラミクスあるいはガラス
エポキシ等の電気的絶縁材から形成されている。このソ
ケット12の外形は、上記固体撮像素子1のカバーガラ
ス10の寸法以下に形成され、図1(a)に示すように、
上記固体撮像素子1のテーパ部9と略同一勾配のテーパ
部14を有する凹部15が設けられている。
ン13が突設されている。凹部15のテーパ部14には
外部電極11に対応し、リードピン13と導通する内部
端子63が設けられている。
組み付けたとき、固体撮像素子1の外部電極11とソケ
ット12の内部端子63は異方性導電樹脂64等を介し
て電気的・機械的に接着固定される。
者の嵌合部分の外周には封止樹脂16が盛られ、かつ図
示しないコーティング材が導体5を露出させないように
塗られている。
2の内部端子63をテーパ部14の部位ではなく、ソケ
ット12の上端面に設けて、これに対応する位置に設け
られた外部電極11と半田65等で接続するようにして
もよい。
の外部電極11をテーパ部9ではなく、裏面側の電子回
路形成面に設け、これに対応する位置にある凹部15の
底部に内部端子63を設けて、固体撮像素子1の外部電
極11とソケット12の内部端子63をバンプ66で接
続する形態を採用してもよい。
実装した撮像装置を使用したビデオスコープ19につい
て説明する。ビデオスコープ19は挿入部20、操作部
21、ユニバーサルコード部22、スコープコネクタ部
23から構成され、挿入部20の先端部分には上述した
固体撮像素子1を内蔵するようにしている。
ールユニット17と接続され、カメラコントロールユニ
ット17は上記固体撮像素子1の駆動や出画及び各種画
像処理等を行う。
ロック信号発生回路7を形成しており、この固体撮像素
子1に内蔵されたクロック信号発生回路7はカメラコン
トロールユニット17からの基準クロック(φb)を基準
として、水平転送パルス信号(φH)・垂直転送パルス
(φV)等を内部発生することができる。また、固体撮像
素子1には基準クロック(φb)の他に電源(VDD)、GN
Dが供給されるようになっている。固体撮像素子1から
はアナログのビデオ信号(Vout)が出力される。基準ク
ロック(φb)とビデオ信号(Vout)のラインは同軸線、
電源(VDD)とGNDのラインは単線で形成するのが良
く、信号ケーブルは計4芯構成となる。
をビデオスコープ19の操作部21内に配置したので、
ビデオ信号(Vout)は挿入部20内ではアナログ信号、
ユニバーサルコード部22内ではnビットのデジタル信
号となる。したがって、ユニバーサルコード部22内で
はn芯のケーブルが必要である。
スコープ19以外の構成について説明する。図4に示す
ように、カメラコントロールユニット17には出画中心
位置検出回路24、XYアドレス走査回路25が備えら
れており、ビデオスコープ19の挿入部20の先端部内
には対物レンズ27と、その結像位置に固体撮像素子1
が設けられ、スコープコネクタ部23内には出画中心位
置補正回路26が設けられている。
関係を示す。画素部6内の出画エリア28の中心29と
対物レンズ外形30の中心31を一致させるように芯出
しを行うが、組立の関係上、ぴったり合わせることは難
しく、実際上ずれることがあった。
り、以下の方法で対物レンズ中心31を検出する。例え
ば、一定光量のライトボックスを対物レンズ27を通し
て固体撮像素子1で撮像すると、対物レンズ中心31を
中心とした略同心円状の出力(光量)分布が得られる。画
素部6内の全画素出力から最大出力を検出し、その画素
の位置を対物レンズ中心31と同定する。あるいは最大
出力の95%の出力となる画素を検出し、それら複数の
画素位置の中心位置を対物レンズ中心31と同定しても
良い。
出された対物レンズ中心31の位置を出画中心位置補正
回路26にメモリさせる。XYアドレス走査回路25の
制御信号を出画中心位置補正回路26に通すことによ
り、出画エリア中心29を対物レンズ中心31の位置に
置き替えて読み出すことができる。そのため、補正され
た出画エリア32を出画することができるようになる。
像素子1を実装した具体的な撮像装置について説明す
る。図6に示すように、画素部6上に第1の出画エリア
33と第2の出画エリア34を設け、それぞれのエリア
には図7に示すように、第1の対物光学レンズ35と第
2の対物光学レンズ36を接着固定する。第1の対物光
学レンズ35と第2の対物光学レンズ36は同一の対物
レンズを用いるようにする。固体撮像素子1は観察(先
端)方向に対して画素部6が垂直になるように配置され
る。リードピン13には信号ケーブル37が半田付け接
合されている。固体撮像素子1は一画素毎の読み出しが
可能なので、第1の出画エリア33と第2の出画エリア
34を交互に読み出し、図示しないモニター上の同一画
面に交互に出画することにより、立体観察が可能とな
る。
に、画素部6が先端方向に対して平行になるように固体
撮像素子1を配置し、第1の出画エリア33と第2の出
画エリア34に対して直視光学レンズ38と側視対物レ
ンズ39を別々に接着固定するようにする。この方式で
は上述した図7のものとは異なり、ソケット12の側面
にリードピン13を設けて信号ケーブル37を接続す
る。
エリア34を同時に読み出して、図示しない同一モニタ
ー上に同時に表示しても良いし、図示しない別に設けら
れたスイッチにより第1の出画エリア33、第2の出画
エリア34の一方のみを読み出して、一方のみの画像を
表示しても良い。
効果を説明する。本実施形態に係る撮像装置は固体撮像
素子1の側面にテーパ部9を設けたことにより、画素部
6を形成した面より小さな外形で、撮像装置を構築する
ことができる。固体撮像素子1のテーパ部9に対応した
テーパ部14を有するソケット12としたことにより、
固体撮像素子1とソケット12の接続やソケット12と
信号ケーブルの接続等の組立作業性全般が格段に向上す
る。また、ソケット12を検査装置にそのまま差し込む
ことによって、各種検査が容易に行える。ソケット12
に設けられたリードピン13の接続位置を変更するだけ
で、固体撮像素子1の実装方向等に容易に対応できる。
固体撮像素子1内に各種電子回路を設けることができる
ので、撮像装置として小型化となる。さらに組立部分が
減るため組立自体が容易となる。
プ19の操作部21内に設けたので、挿入部20内のケ
ーブル本数が少なくて済み、挿入部20の細径化が可能
となるし、A/D変換回路18の発熱が固体撮像素子1
に影響を及ぼさない。挿入部20に関係のないユニバー
サルコード部22内のみにデジタル信号を配置したの
で、操作部21を太径化することなく、信号ノイズに強
くなる構造を採用できる。A/D変換回路18をカメラ
コントロールユニット17内に設けた場合よりもアナロ
グ信号部分のケーブルが短くなるので、ケーブルインピ
ーダンスに余裕ができ、信号の鈍りに対して強くなる。
せることができるので、像歪み、片ボケや明るさのムラ
等のない、均一な高品質な光学像を得ることができる。
発明の第2実施形態に係る撮像装置について説明する。
上述した第1実施形態と共通する構成については同じ図
番を付すと共にその説明を原則として省略する。
ついて説明する。図9に示すように、撮像装置の固体撮
像素子40は固体撮像素子基板41と半導体素子基板4
2、及び両者の間に配置されたシリコン酸化膜等の絶縁
膜43とから構成される。固体撮像素子基板41、半導
体素子基板42及び絶縁膜43からなる基板組立体は一
体的に構築され、両面に回路等を形成可能な、いわゆる
両面基板となっている。
から半導体素子基板42の電子回路の形成面にかけて
の、一側面部にはテーパ部45を設けている。このテー
パ部45を形成することにより固体撮像素子40は画素
部6を形成する面よりも電子回路を形成する面の面積の
方が小さくなるように形成される。テーパ部45の表面
には導体44を蒸着し、この導体44により固体撮像素
子基板41と半導体素子基板42を電気的に導通させて
いる。固体撮像素子基板41と半導体素子基板42の表
面(つまり、画素部6の形成面と電子回路の形成面)の電
極部はテーパ部45側に集中して配置されている。この
ため、画素部6の中心は固体撮像素子基板41の外形中
心とは一致しない。
導通する図示しない外部電極が設けられている。この外
部電極に直接信号ケーブル37が半田付け接合され、そ
の接合部及び導体44の表面を全て覆うように封止樹脂
46が塗布、硬化されている。また、カバーガラス10
は画素部6が完全に覆われるサイズであれば良く、固体
撮像素子基板41と同サイズに形成しても一向に構わな
い。
ついて説明する。固体撮像素子1とカメラコントロール
ユニット17は同軸2芯ケーブルで接続される。つま
り、同軸内部導体をφb、外部導体を電源(VDD)とした
同軸ケーブルと、内部導体をビデオ信号(Vout)、外部
導体をGNDと同軸ケーブルのスパイラル2芯ケーブル
の構成である。この撮像システムの動作に関しては前述
した第1実施形態の場合と同様である。
図11に示すように、対物レンズ27を構成する平凸レ
ンズであるフィールドレンズ47はその芯を画素部6の
中心と合わせて、カバーガラス10に接着固定される。
CCD保持枠48はフィールドレンズ47と嵌合する内
径を有し、その外形は矩形のシールド枠49と嵌合する
形状に形成されている。シールド枠49はその一面の一
部に切欠き逃げ部55を有している(図12参照)。
に、円形でシールド枠49の先端部が突き当たる段差を
有する円形突当て部51、矩形でシールド枠49が嵌合
する矩形嵌合部52、シールド枠49を組付ける際必要
な組付け部53、及び組付け部53の下部で固体撮像素
子40を固定する際に必要な突起部54になるように形
成されている。
CD保持枠48とシールド枠49の組付け方を説明す
る。まず、図12(a)に示すように、シールド枠49
を、CCD保持枠48の組付け部53、突起部54部分
まで移動させる。この時、突起部54が完全に切欠き逃
げ部55に納まる位置となるように配置するようにす
る。次に、図12(b)に示すように、シールド枠49
を上に持ち上げ、そのままシールド枠49を円形突当て
部51に突き当たるまで移動させ、シールド枠49を矩
形嵌合部52の部分で嵌合固定させる。図13に示すよ
うに、撮像部外形58はレンズ枠最大外形57に納める
ことができる。
切欠き逃げ部55等がなければ、固体撮像素子40の外
形中心とフィールドレンズ47の中心位置がずれ、その
芯ずれ分と封止樹脂46の分だけ対物レンズ27に対し
て撮像部外形59のように大型化してしまうが、本構成
とすることにより、組立て作業性や強度を損なうことな
く、小型化が可能となる。
プ挿入部内での撮像装置の配置について説明する。挿入
部20の先端部内に固体撮像素子1を内蔵する際、固体
撮像素子1内のトランジスタ回路8等の発熱回路を送気
送水管路60の近くになるように配置する。ビデオスコ
ープで送気・送水の操作を行うことにより、送気送水管
路60内には空気または水が流れるので、その近傍のト
ランジスタ回路8等は冷却されることになる。送気送水
管路60の位置に冷却専用の管路等を配置しても構わな
い。
得られる。テーパ部45を設けたことにより、画素部6
の形成面より小さな外形で固体撮像素子1を形成するこ
とができる。固体撮像素子40に直接信号ケーブル37
を接続でき、しかも信号ケーブル37の本数がたった2
本で済むので、組立て作業性が向上すると共に小型化が
可能となる。導体44は固体撮像素子40の一側面にし
か配置されていないので、配線露出部分の封止作業や信
号ケーブル37接続作業性等が向上する。もちろん、第
1実施形態と同様にソケット等を使用することも可能な
ので、各種検査も容易に行える。
に設けたので、挿入部20内のケーブル本数が少なくて
済み、細径化が可能となるし、A/D変換回路18の発
熱が固体撮像素子1に影響を及ぼさない。スコープの挿
入に関係のないユニバーサルコード部22内のみにデジ
タル信号を配置したので、操作部21を太径化すること
なく、信号ノイズに強くなる。A/D変換回路18をカ
メラコントロールユニット17内に設けた場合よりも、
アナログ信号部分のケーブルが短くなるので、ケーブル
インピーダンスに余裕ができ、信号の鈍りに対して強く
なる。
れるものではなく、他の形態にも適用が可能である。
挙する事項、および以下に列挙した事項のものを任意に
組み合わせた事項のものが得られる。
回路を形成し、他方の面に電子回路を形成した固体撮像
素子を有する撮像装置において、上記電子回路を形成し
た方の面を画素回路を形成した方の面よりも小さく形成
し、少なくとも一側面部に、テーパ部を設けると共に、
上記テーパ部には上記両面の回路を導通させる導体部を
設けた固体撮像素子を備えたことを特徴とする撮像装
置。
能な固体撮像素子基板と、電子回路を形成可能な半導体
素子基板と、両基板の間に配置される絶縁層とから構成
されることを特徴とする付記項1に記載の撮像装置。
部と電気的に接続される内部端子と、外部端子とから構
成されたソケットを設けたことを特徴とする付記項1,
2に記載の撮像装置。
覆うことを特徴とする付記項1〜3に記載の撮像装置。
面を封止樹脂で充填固定したことを特徴とする付記項3
に記載の撮像装置。
素子のテーパ部に対応したテーパ部を有することを特徴
とする付記項3,5に記載の撮像装置。
面(テーパ部または底部)に形成されていることを特徴と
する付記項3,5,6に記載の撮像装置。
記ソケットの裏面または外側面に形成されていることを
特徴とする付記項3,5〜7に記載の撮像装置。
ンであることを特徴とする付記項3,5〜8に記載の撮
像装置。
ケットの第2の導体部は、異方性導電樹脂、または、半
田、バンプを介して電気的に接続されていることを特徴
とする付記項3,5〜9に記載の撮像装置。
向する2つの側面に形成されていることを特徴とする付
記項1〜10に記載の撮像装置。
回路は、駆動回路、クロック信号発生回路、雑音除去回
路、A/D変換回路、オートフォーカス(AF)回路、オー
トアイリス(AE)回路、水平・垂直転送回路であること
を特徴とする付記項1〜11に記載の撮像装置。
続される信号ケーブルを備えたことを特徴とする付記項
1,2,4,11,12に記載の撮像装置。
る信号ケーブルを備えたことを特徴とする付記項3,5
〜12に記載の撮像装置。
であることを特徴とする付記項1〜14に記載の撮像装
置。
ことを特徴とする付記項1〜15に記載の撮像装置。
撮像素子と上記固体撮像素子を駆動し出画するプロセッ
サとからなる撮像装置システムにおいて、上記固体撮像
素子の画素部上での上記対物レンズの光学中心位置を検
出する手段と、上記光学中心位置を記憶する手段と、上
記光学中心位置を出画中心位置にあわせて画素を読み出
す手段とを有することを特徴とする撮像装置システム。
明るさとその位置を検出することを特徴とする付記項1
に記載の撮像装置システム。
ピーク値の画素の位置を検出することを特徴とする付記
項2に記載の撮像装置システム。
められた明るさ値の複数個の画素の位置を検出し、それ
らの画素の中心位置を算出することを特徴とする付記項
2に記載の撮像装置システム。
対物光学系の光学中心と固体撮像素子のイメージエリア
(画素部)中心がずれてしまうこと(芯ずれ)があるが、こ
れが解像感の非対称性や明るさの非均一性の原因となっ
ていた。この芯ずれは多少なりとも作業上必ず生ずるも
のであった。
によらず、安定した光学品質を得ることにある。
立作業性及び固体撮像素子単体の検査作業性の向上と、
装置全体のさらなる小型化が図れる撮像装置を提供する
ことができる。
主要な構成を説明するための断面図、(b)(c)はその撮像
装置の変形例を説明する要部断面図である。
である。
回路である。
するための電気回路を示す図である。
するための図である。
説明する図である。
装置の説明図である。
装置の説明図である。
構成を説明するための断面図である。
るための電気回路である。
る。
明する図である。
素子基板、4…絶縁膜、5…導体、6…画素部、7…ク
ロツク信号発生回路、8…トランジスタ回路、9…テー
パ部、10…カバーガラス、11…外部電極、12…ソ
ケット、13…リードピン、14…テーパ部、15…凹
部。
Claims (3)
- 【請求項1】 両面に回路形成可能な半導体基板の一方
の面に画素回路を形成し、他方の面に電子回路を形成し
た固体撮像素子を有する撮像装置において、 上記電子回路を形成した方の面を画素回路を形成した方
の面よりも小さく形成し、少なくとも一側面部に、テー
パ部を設けると共に、上記テーパ部には上記両面の回路
を導通させる導体部を設けた固体撮像素子を備えたこと
を特徴とする撮像装置。 - 【請求項2】 上記固体撮像素子は、画素部を形成可能
な固体撮像素子基板と、電子回路を形成可能な半導体素
子基板と、両基板の間に配置される絶縁層とから構成さ
れ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】 上記テーパ部を覆う凹部と、上記導体部
と電気的に接続される内部端子と、外部端子とから構成
されたソケットを設けたことを特徴とする請求項1,2
に記載の撮像装置。
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