JP2006303098A - 固体撮像装置およびこれを備えた光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 パッケージを構成する本体部の側壁内面にて生じる不要光の反射を抑制して高画質化が図れる、固体撮像装置およびこれを備えた光学機器を提供する。
【解決手段】 受光素子１１は、光軸Ｌに対して垂直に配置され、入射光量に応じた電気信号を出力する。受光素子１１を保護するためのパッケージ２ａは、受光素子１１を配置するための凹部が形成された本体部３ａと、本体部３ａの開口部に配置された透光性を有する蓋部４とを有する。本体部３ａは、反射を防止すべき光を抑制して受光素子１１への不要光の入射を防止するように構成される。具体的には、受光素子１１の端部と凹部の側壁内面５との最短距離をｄ１、受光素子１１と蓋部４との距離をｄ２としたときに、ｄ１をｄ２で除した値ｄ１／ｄ２を、１０より大きく１０００未満とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、固体撮像装置およびこれを備えた光学機器に関し、より特定的には、受光素子をパッケージで密閉保護した固体撮像装置およびこれを備えた光学機器に関する。

デジタルスチルカメラ（以下ＤＳＣと称す）や、携帯電話およびＰＤＡ（Personal Digital Assistance）端末の小型カメラ等の光学機器には、デジタル画像を記録するために、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor ）に代表される固体撮像装置が備えられている。固体撮像装置は、近年、高画質化を図るために高画素数化が進んでおり、特に、ＤＳＣに用いられる固体撮像装置においてはこの傾向が顕著である。このような固体撮像装置の高画質化に伴い、撮像光学系は複雑化の一途を辿っており、撮像光学系を設計していく上で、光学系から生じる様々な散乱光等の影響を考慮する必要が生じている。

上記した光学機器に備えられる固体撮像装置は、受光素子が塵や湿度等に弱いため、パッケージで密閉保護された状態で光学機器に備えられるのが一般的である。図６は、受光素子をパッケージで密閉保護した固体撮像装置の構成を示す断面図である。図６において、固体撮像装置１０は、受光素子１１とパッケージ１５とを備える。受光素子１１は、シリコン（Ｓｉ）等の半導体材料を用いて作成され、入射光を光電変換して映像信号を出力する。パッケージ１５は、受光素子１１を配置するための凹部を有する本体部１２と、受光素子１１と対向する本体部１２の開口部に配置された蓋部１３とを有する。本体部１２は、防塵防湿効果を奏するように、セラミックス、合成樹脂、およびガラス混合部材等で形成され、凹部の底部には、光軸Ｌに対してほぼ垂直となるように受光素子１１が配置される。蓋部１３は、受光素子１１を受光可能とするために、ガラス板等の透光性材料にて形成される。

上記のように構成された固体撮像装置では、蓋部１３を介して入射光３０が本体部１２へと入射し、受光素子１１で受光されて光電変換が行われる。このとき、全ての光が直接に受光素子１１に向うのであれば問題はないが、入射光３０の一部は、例えば、凹部の側壁内面１２ａで反射され反射光３１あるいは散乱光となり、受光素子１１に斜め方向から入射することがある。しかしながら、受光素子１１に斜め方向からの光が入射すると、混色等を生じやすく、固体撮像装置１０の感度および飽和特性が低下する。

そこで、従来は、本体部１２の凹部に受光素子１１を配置した後、パッケージ１５内部において反射光３１や散乱光等の不要光を抑制すべき場所に、反射防止膜等の反射防止手段を設ける試みがなされている。しかしながら、このような方法では、反射防止膜等を形成する際に、パッケージ１５の内部に微細なゴミ等が混入することがあり、これにより画像劣化が生じることがあった。そこで、特許文献１では、あらかじめ蓋部１３の受光素子１１との対向面に反射防止手段を設けることで、不要光の反射を抑制するとともに、パッケージ１５内部へのゴミ等の混入を防止する方法が提案されている。
特開昭５９−２２５５７６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、蓋部１３の受光素子１１との対向面で生じる不要光の反射は抑制できるものの、本体部１２の内面、特に凹部の側壁内面１２ａで反射される反射光３１については十分に抑制できるものではない。そのため、上記のように高画質化が進んだ光学機器においては、十分にゴーストやフレアを抑制できるものではなく、さらなる不要光の抑制が望まれていた。

それ故に、本発明は、パッケージを構成する本体部の側壁内面で生じる不要光の受光素子への入射を抑制でき、しかもパッケージ内部へのゴミの混入等を抑制して、高画質化が図れる、固体撮像装置およびこれを備えた光学機器を提供することを目的とする。

上記課題を解決する発明は、受光素子と、受光素子を保護するためのパッケージとを備えた固体撮像装置に向けられている。この固体撮像装置において、受光素子は、光軸に対して垂直に配置され、入射光量に応じた電気信号を出力する。また、パッケージは、受光素子を配置するための凹部が形成された本体部と、受光素子と対向する本体部の開口部に配置された透光性を有する蓋部とを有する。そして、本体部は、蓋部を介してこの本体部に入射した入射光が凹部の側壁で反射したときに、反射光が受光素子へ入射しないように構成されている。このような構成を有するパッケージとするためには、以下のような方法がある。

まず、本体部を、受光素子の端部と凹部の側壁内面との最短距離をｄ１、受光素子と蓋部との距離をｄ２としたときに、ｄ１をｄ２で除した値ｄ１／ｄ２が１０より大きく１０００未満となるように構成する。これにより、本体部の側壁内面において生じた不要光は、受光素子に入射しなくなり、高画質化が図れる。また、あらかじめパッケージがこのような構成を有しているため、受光素子を配置した後にゴミ等が混入することもなくなる。

また、上記構成に代えて、凹部の側壁内面を、開口部から底部に向って開口幅が狭くなるように凹部の側壁内面を階段形状に形成する、あるいは、凹部の側壁内面を、微小な凹凸形状を有するシボ面とすることによっても、上記と同様の効果が得られる。

また、本発明は、上記のように構成された固体撮像装置を備えた光学機器にも向けられている。このような光学機器は、ゴーストやフレアの発生を抑制でき、画像特性に優れたものとなる。

以上のように本発明によれば、パッケージを構成する本体部の形状を特殊な構成とすることで、本体部の側壁内面で生じる不要光の発生を抑制して、画像特性に優れた固体撮像装置を実現できる。また、本発明の固体撮像装置を備えた光学機器は、ゴーストやフレアを抑制できる。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置１ａの断面図である。図１において、固体撮像装置１ａは、受光素子１１とパッケージ２ａとを備える。受光素子１１は、Ｓｉ等の半導体材料を用いて作成され、入射光を光電変換して映像信号を出力する。パッケージ２ａは、受光素子１１を配置するための凹部を有する本体部３ｂと、受光素子１１と対向する本体部３ｂの開口部に配置された蓋部４とを有する。本体部３ｂは、防塵防湿効果を奏するように、セラミックス、合成樹脂、およびガラス混合部材等で形成され、凹部の底部には、光軸Ｌに対してほぼ垂直となるように受光素子１１が配置される。蓋部４は、受光素子１１を受光可能とするために、ガラス板等の透光性材料にて形成される。

上記のように構成された固体撮像装置１ａでは、蓋部４を介して入射光６が本体部３ａへと入射し、受光素子１１で受光されて光電変換が行われる。このとき、入射光６の一部は、本体部３ａの側壁内面５で反射されて反射光７となる。本実施形態においては、この反射光７が受光素子１１に入射しないように、受光素子１１の端部と凹部の側壁内面５との最短距離をｄ１、受光素子１１と蓋部１３との距離をｄ２としたときに、ｄ１をｄ２で除した値ｄ１／ｄ２が１０より大きく１０００未満となるように本体部３ｂを構成する。ｄ１／ｄ２の値の下限値および上限値は、次の理由により設定されたものである。

まず、ｄ１／ｄ２の値の下限値について説明する。パッケージ２ａの本体部３ａに入射し、凹部の側壁内面５で反射した反射光７が受光素子１１に達する光の最小入射角度をθとすると、ｄ１／ｄ２は、ｔａｎθとみなすことができる。最小入射角度θは、０≦θ＜９０°の範囲を取り得るが、蓋部４が透光性を有するガラス板である場合には、最小入射角度θが８５°付近で反射率は５０％に達することから、本実施形態においては、最小入射角度θが８５°付近までの入射光を考慮すれば良いと言える。これにより、ｄ１／ｄ２の下限値は、ｔａｎ８５°付近の値である１０より大きく設定する。

次に、ｄ１／ｄ２の値の上限値について説明する。ｄ１／ｄ２の値の上限値は、ｄ２の最小値に対するｄ１の最大値の比より求められる。ｄ１／ｄ２が１０００を超えるケースとしては、ｄ１の値が大きすぎる場合と、ｄ２の値が小さすぎる場合とが考えられる。前者の場合には、パッケージ２ａに余分なスペースが増えてしまい、固体撮像装置１ａの小型化が妨げられる。また、後者の場合は、パッケージ２ａの成形時や組み立て時に誤差が生じやすくなる。そこで、蓋部４や受光素子１１の取り付け時における誤差や、パッケージ２ａの成形時における誤差等を考慮すると、ｄ２の値は少なくとも１０μｍは必要であり、これにより、ｄ１／ｄ２の上限値は１０００未満となる。

以上のように本実施形態によると、パッケージ２ａの本体部３ａにおいて、受光素子１１の端部と凹部の側壁内面５との最短距離ｄ１を受光素子１１と蓋部１３との距離ｄ２とで除した値ｄ１／ｄ２を、所定の範囲とすることで、蓋部４を介して本体部３ａに入射した入射光が凹部の側壁内面５で反射したときに、反射光７が受光素子１１へ入射することを防止できる。これにより、固体撮像装置１ａで生じる混色等を防止でき、高画質化が図れる。また、あらかじめパッケージ２ａがこのような構成を有していることで、本体部２ａに受光素子１１を配置した後にゴミ等が混入することもなくなる。

（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置１ｂの構成を示す断面図である。本実施形態に係る固体撮像装置１ｂは、本体部３ｂの構成が異なるが、他の基本的な構成は第１の実施形態に係る固体撮像装置１ａと同様であるので、同様の作用をなすものには同一の符号をつけてその説明を省略する。

本実施形態に係る固体撮像装置１ｂは、蓋部４を介して本体部３ｂに入射した入射光８が凹部の側壁内面１６で反射したときに、反射光９が受光素子１１へ入射しないように、凹部の側壁内面１６の形状を特殊にしている。具体的には、開口部から底部に向って開口幅が狭くなるように、凹部の側壁内面１６を階段形状に形成している。凹部の側壁内面１６を階段形状にすることで、上記した最小入射角度θが８５°付近である場合でも、入射光８は、階段部で反射されて反射光９ａとなり、さらに階段部のエッジで光路変更されて反射光９ｂとなる。これにより、反射光９ｂは、受光素子１１へ向うことなくパッケージ２ｂの外部へと向かうことから、第１の実施形態と同様に、固体撮像装置１ｂで生じる混色等を防止でき、高画質化が図れる。また、あらかじめパッケージ２ｂがこのような構成を有していることで、本体部２ｂに受光素子１１を配置した後にゴミ等が混入することもなくなる。

なお、受光素子１１への反射光９ｂの入射をより低減するためには、受光素子１１の端部と凹部の側壁内面１６とをできるだけ離すことが好ましい。また、凹部の側壁内面１６は、すべて上記のような階段形状となっていても良いが、受光素子１１の端部と最も近い面のみを上記のような階段形状としても良い。さらに、側壁内面１６に形成される階段形状の幅等は特に限定されるものではなく、受光素子１１との距離や本体部３ａを形成する材質等によって適宜設定される。

（第３の実施形態）
図３は、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置１ｃの構成を示す断面図である。本実施形態に係る固体撮像装置１ｃは、本体部３ｃの構成が異なるが、他の基本的な構成は第１の実施形態に係る固体撮像装置１ａと同様であるので、同様の作用をなすものには同一の符号をつけてその説明を省略する。

本実施形態に係る固体撮像装置１ｃは、蓋部４を介して本体部３ｃに入射した入射光１７が凹部の側壁内面１９で反射したときに、反射光が受光素子１１へ入射しないように、凹部の側壁内面１９を、微小な凹凸形状を有するシボ面としている。凹部の側壁内面１９をシボ面とすることで、上記した最小入射角度θが８５°付近である場合でも、入射光１８は、シボ面で散乱されて散乱光２０となる。このとき、散乱光２０が受光素子１１に入射しないように、シボ面の凹凸形状等を適宜設定する。また、受光素子１１の端部と凹部の側壁内面１９とをできるだけ離して設置することが好ましい。これにより、散乱光２０は、受光素子１１へ入射することがなくなり、第１の実施形態と同様に、固体撮像装置１ｂで生じる混色等を防止でき、高画質化が図れる。また、あらかじめパッケージ２ｂがこのような構成を有していることで、本体部２ｂに受光素子１１を配置した後にゴミ等が混入することもなくなる。

（第４の実施形態）
図４は、上記各実施形態のいずれかの構成を有する固体撮像装置１ａ〜１ｃの構成を示す斜視図であり、図５は、図４に示す固体撮像装置１ａ〜１ｃを備えた光学機器の一例を示す斜視図である。図５において、光学機器５１はＤＳＣであり、固体撮像装置１ａ〜１ｃ、撮像レンズ５２、光学式別体ファインダー５３、ストロボ５４、およびレリーズボタン５５を有する。

このような構成を有する光学機器５１は、撮像光学系における不要光を抑制できるため、ゴーストやフレアの発生を抑制して画像特性に優れたものとなる。

なお、上記各実施形態に係る固体撮像装置では、受光素子としてＣＣＤを例に挙げて説明したが、ＣＭＯＳセンサ等にも適用可能である。

本発明に係る固体撮像装置は、パッケージ内部で発生する不要光を低減して画像劣化を抑制できるという特徴を有するので、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサのように気密パッケージされた状態で市販される固体撮像装置等に好適に使用できる。また、このような固体撮像装置を備えた光学機器は、ゴーストやフレアを低減できるため、信頼性の高いＤＳＣ等として好適に使用できる。

本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す断面図 本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す断面図 本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す断面図 本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す斜視図 同実施形態に係る固体撮像装置を備えた光学機器の構成を示す斜視図 従来の固体撮像装置の構成を示す断面図

符号の説明

１ａ〜１ｃ 固体撮像装置
２ａ〜２ｃ パッケージ
３ａ〜３ｃ 本体部
４ 蓋部
５ 側壁内面
６ 入射光
７ 反射光
８ 入射光
９ 反射光
１１ 受光素子
１６ 側壁内面
１７ 入射光
１８ 入射光
１９ 側壁内面
２０ 散乱光
５１ 光学機器
５２ 撮像レンズ
５３ 光学式別体ファインダー
５４ ストロボ
５５ レリーズボタン
Ｌ 光軸

Claims (5)

1. 受光素子と、前記受光素子を保護するためのパッケージとを備えた固体撮像装置であって、
   前記受光素子は、光軸に対して垂直に配置され、入射光量に応じた電気信号を出力し、
   前記パッケージは、前記受光素子を配置するための凹部が形成された本体部と、前記受光素子と対向する前記本体部の開口部に配置された透光性を有する蓋部とを有し、
   前記本体部は、前記蓋部を介して当該本体部に入射した入射光が前記凹部の側壁で反射したときに、当該反射光が前記受光素子へ入射しないように構成されていることを特徴とする、固体撮像装置。
2. 前記本体部は、前記受光素子の端部と前記凹部の側壁内面との最短距離をｄ１、前記受光素子と前記蓋部との距離をｄ２としたときに、前記ｄ１を前記ｄ２で除した値ｄ１／ｄ２が１０より大きく１０００未満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. 前記凹部の側壁内面は、前記開口部から底部に向って開口幅が狭くなるように前記凹部の側壁内面が階段形状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. 前記凹部の側壁内面は、微小な凹凸形状を有するシボ面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。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の固体撮像装置を備えた、光学機器。
   
   

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