JP2006345233A - 撮像装置及びデジタルカメラ - Google Patents

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Abstract

【課題】 イメージセンサチップのマイクロレンズの曲率を変更することのできる撮像装置を提供する。
【解決手段】 撮像装置２は、イメージセンサチップ３と、これを収納するパッケージ４と、パッケージ４の通気孔３２に取り付けられたエアーポンプ５とから構成されている。イメージセンサチップ３の受光部９には、フォトダイオードの上部にマイクロレンズが設けられており、このマイクロレンズはゲル状の透明な材質で形成されている。エアーポンプ５によってパッケージ４内の気圧を変化させると、マイクロレンズが気圧に応じて変形して曲率が変化する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、撮像装置及びデジタルカメラに関し、更に詳しくは、フォトダイオード上にマイクロレンズが設けられたイメージセンサチップを使用する撮像装置及びデジタルカメラに関する。
従来の一般的な撮像装置は、パッケージと呼ばれる略箱形状の実装基板内にＣＣＤやＣＭＯＳ等のイメージセンサチップをフェースアップ状態で実装して、このイメージセンサチップとパッケージのリードとの間をボンディングワイヤ等で接続し、パッケージの上部をリッドと呼ばれる透明な板で封止した構成を備えている。例えば、ＣＣＤを用いたイメージセンサチップのチップ基板上には、受光部を構成する複数のフォトダイオードと、このフォトダイオードから電荷を読み出すゲート電極と、このゲート電極によって読み出された電荷を転送する複数の垂直転送ＣＣＤ及び水平転送ＣＣＤ等が設けられている。ゲート電極の上部は、このゲート電極への光の入射を規制する遮光膜によって覆われている。
上記イメージセンサチップには、光電変換を行なうフォトダイオードの上にマイクロレンズが配置されている。このマイクロレンズは、受光部に入射した光を集光してフォトダイオードに受光させるために設けられており、フォトダイオードの量子効率を向上させてイメージセンサチップの感度をアップさせる。
上記マイクロレンズは、例えばリフロー法やイオン拡散法、インクジェット法等によって形成されている。リフロー法とは、フォトダイオードの上にフォトリソグラフィーにより円柱状のフォトレジストパターンを作製した後、基板を加熱してレジストを流動させ、表面張力によりレンズ形状を形成する方法である。また、イオン拡散法とは、レンズ形状に合わせたマスクを形成したガラス基板にイオンを拡散させて段階的な屈折率変化をもたせる方法である。インクジェット法とは、インクジェットプリンタヘッドを利用して微量の樹脂材料を所定の位置に滴下し、表面張力によりレンズ形状を作製する方法である。
上記マイクロレンズの各種形成方法は、表面張力やイオンの拡散によって自然に生じる形状や屈折率分布をレンズとして利用しているため、所望の形状が得られるとは限らず、良好な集光状態が得られないこともあった。そこで、特許文献１記載の発明では、ゲート電極と遮光膜との間にレンズ形状制御用絶縁膜を設け、この絶縁膜の厚みを変えることにより、マイクロレンズの曲率を変化させている。
ところで、透光性ないし透明性を有するチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）のゲルが開発されている（例えば、特許文献２参照）。このチタン酸バリウムゲルは、乾燥後においても透明性を失わない特性を有している。
特開２００２−２３７５８２号公報 特開２０００−１２８６３１号公報
特許文献１記載の発明では、先に形成されるレンズ形状制御用絶縁膜によってマイクロレンズの曲率が決定されてしまうため、イメージセンサチップと組み合わせて使用する撮像光学系の焦点距離やＦ値などに合せてマイクロレンズの曲率を調整することはできない。そこで、本出願人は、上述したチタン酸バリウムゲルが透明性を有すること、形状変化が可能であること等に着目し、このチタン酸バリウムゲルでイメージセンサチップのマイクロレンズを形成するとともに、マイクロレンズの曲率を変更することのできる撮像装置を提供することとした。
上記課題を解決するために、本発明の撮像装置は、受光面にゲル状の材質でマイクロレンズが形成されたイメージセンサチップと、このイメージセンサチップが収納され、該イメージセンサの収納後に行なわれる気圧調節によって内部気圧が変化されるパッケージとから構成したものである。
また、パッケージに形成された通気孔に気圧調整手段を取り付けておき、パッケージ内の気圧を随時変化させることもできる。パッケージは、イメージセンサチップが収納されるパッケージ本体と、このパッケージ本体を封止するリッドとからなり、通気孔は、パッケージ本体に設けるとよい。
本発明によれば、イメージセンサチップをパッケージに収納して撮像装置を形成してから、パッケージ内の気圧を調整することができる。ゲル状の材質で形成されたマイクロレンズは、気圧の変化によって変形するので、撮像素子とともに使用する撮像光学系に合せて曲率を変化させることができ、フォトダイオードの量子効率を向上させて感度をアップすることができる。また、撮像装置に気圧調節手段を取り付けておけば、撮像装置をデジタルカメラ等に組み込んだ後でマイクロレンズの曲率を調整することも可能となる。
図１は、本発明を実施した撮像装置２の構成を示す断面図である。撮像装置２は、イメージセンサチップ３と、このイメージセンサチップ３を収納するパッケージ４と、パッケージ４に取り付けられた気圧調節手段であるエアーポンプ５とから構成されている。
イメージセンサチップ３は、シリコン等で形成されたチップ基板８の上面に、受光部９と、複数個の入出力パッド１０とが形成されている。受光部９には、光電変換を行なう複数個のフォトダイオードがマトリクス状に配列されている。入出力パッド１０は、導電性を有する金属で形成された電極パッドであり、受光部９と電気的に接続されている。
図２（Ａ）は、イメージセンサチップ３の受光部９の構成を拡大して示す断面図である。チップ基板８の上面には、フォトダイオード１３と、このフォトダイオード１３に蓄積された信号電荷を転送する垂直転送ＣＣＤ１４とが設けられている。フォトダイオード１３と垂直転送ＣＣＤ１４との上部には、フォトダイオード１３から信号電荷を読み出して垂直転送ＣＣＤ１４に転送するゲート電極１５が設けられており、このゲート電極１５の上部は遮光膜１６によって覆われている。フォトダイオード１３及び遮光膜１６の上部は、透明な保護膜１７によって覆われており、この保護膜１７の上にはＲＧＢのカラーフィルタ１８と、マイクロレンズ１９とが積層されている。各マイクロレンズ１９の間には、光の入射を制限する制限膜２０が設けられている。
マイクロレンズ１９は、ゲル状の透明性を有する材質、例えば特願２０００−１２８６３１号公報に記載されているチタン酸バリウムによって形成されており、変形可能な柔軟性を有している。マイクロレンズ１９は、受光部９に入射された光を集光してフォトダイオード１３に受光させる。
パッケージ４は、セラミックやプラスチックによって形成された略箱形状のパッケージ本体２３と、このパッケージ本体２３の上面２３ａに設けられた凹状のチップ収納部２４と、パッケージ本体２３内にインサート成形された金属切片からなる複数本のリード２５と、パッケージ本体２３の上面２３ａに接合されてチップ収納部２４を封止するリッド２６とから構成されている。
リード２５の両端は、チップ収納部２４内で露呈されるインナーリード部２５ａと、パッケージ本体２３の外に突出されるアウターリード部２５ｂとして用いられる。イメージセンサチップ３の入出力パッド１０と、インナーリード部２５ａとの間は、ボンディングワイヤー２９によって接続される。リッド２６は、イメージセンサチップ３に光が入射できるようにするため、透明なガラス板やプラスチック板によって形成されている。
パッケージ本体２３の一方の側面２３ｂには、チップ収納部２４内まで貫通された通気孔３２が形成されており、この通気孔３２に対面する位置にはエアーポンプ５が取り付けられている。このエアーポンプ５は、通気孔３２を通してパッケージ４内の気圧を調節し、マイクロレンズ１９の曲率を変更するために用いられる。
図２（Ａ）は、パッケージ４内の気圧を高くしたときのマイクロレンズ１９の状態を示す。ゲル状の材質で形成されたマイクロレンズ１９は、高い気圧に押されて変形し、曲率が大きくなっている。これに対し、同図（Ｂ）は、パッケージ４内の気圧を低くしたときのマイクロレンズ１９の状態を示す。マイクロレンズ１９は、気圧の低さに応じて膨張するため、曲率が小さくなる。
上述したように、イメージセンサチップ３をパッケージ４に組み込んでからマイクロレンズ１９の曲率を変更できるようにすれば、例えば、図２（Ａ）に示すように、マイクロレンズ１９の曲率が大きいときに光が遮光膜１６に遮られてフォトダイオード１３に入射できない場合でも、パッケージ４内の気圧を低くしてマイクロレンズ１９の曲率を小さくすることにより、光の屈折率を大きくしてフォトダイオード１３への光の入射効率を向上させることができる。また、パッケージ４内の気圧を高くした場合には、空気の分子間距離が短くなることにより熱伝導率が向上し、イメージセンサチップ３の放熱効果を高めることができる。また、パッケージ４内での結露の発生も防止することができる。
上記マイクロレンズ１９の曲率の調節は、撮像装置２の完成後の検査工程で実施するとよい。しかし、撮像装置２をデジタルカメラに組み込んだ後に行なうこともできる。図３は、上記撮像装置を組み込んだデジタルカメラの構成を示すブロック図である。このデジタルカメラ４０は、イメージセンサチップ３，パッケージ４，エアーポンプ５を含む撮像装置２と、イメージセンサチップ３を駆動するドライバ４１と、イメージセンサチップ３の受光面９上に被写体光を結像する撮影レンズ４２と、イメージセンサチップ３から出力されたアナログの撮像信号をデジタルの画像信号に変換し、各種画像処理を行なう画像処理回路４３と、画像信号を記録するメモリ４４と、各部を制御するシステムコントローラ４５と、周知のシャッタボタン４６と、外部機器との接続に使用される外部端子４７とからなる。
マイクロレンズ１９の曲率調節を行なう場合には、例えば、調節用のプログラム等が組み込まれた気圧調節装置５０を外部端子４７に接続し、デジタルカメラ４０を調節モードにセットする。そして、システムコントローラ４５によってテスト撮影を行なわせ、その撮像信号を気圧調節装置５０に入力する。気圧調節装置５０は、入力された撮像信号からイメージセンサチップ３の感度を測定する。そして、エアーポンプ５を作動させ、イメージセンサチップ３の感度が適切になるようにマイクロレンズ１９の曲率を変更する。これにより、デジタルカメラ４０の撮影レンズ４２等に合せて最適な曲率のマイクロレンズ１９を得ることができ、画質向上に資することができる。
なお、上記実施形態では、エアーポンプを撮像素子に取り付けたが、パッケージの通気孔にエアーポンプが接続可能なエアーバルブを設けておき、パッケージ内の気圧調節後にエアーポンプを取り外してもよい。また、ＣＣＤタイプのイメージセンサを例に説明したが、ＣＭＯＳタイプのイメージセンサチップにも適用することができる。
本発明の撮像装置の構成を示す断面図である。 イメージセンサチップの受光部の構成を示す断面図である。 本発明のデジタルカメラの構成を示すブロック図である。
符号の説明
２ 撮像装置
３ イメージセンサチップ
４ パッケージ
５ エアーポンプ
９ 受光部
１３ フォトダイオード
１９ マイクロレンズ
３２ 通気孔
４０ デジタルカメラ

Claims (4)

  1. 受光面にゲル状の材質でマイクロレンズが形成されたイメージセンサチップと、
    このイメージセンサチップが収納され、該イメージセンサの収納後に行なわれる気圧調節によって内部気圧が変化されるパッケージとを備えたことを特徴とする撮像装置。
  2. 前記パッケージに形成された通気孔に取り付けられ、パッケージ内の気圧を変化させる気圧調節手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
  3. 前記パッケージは、イメージセンサチップが収納されるパッケージ本体と、このパッケージ本体を封止するリッドとからなり、前記通気孔は、パッケージ本体に設けられていることを特徴とする請求項２記載の撮像装置。
  4. 請求項１ないし３いずれか記載の撮像装置を組み込んだことを特徴とするデジタルカメラ。
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