JP2010027667A

JP2010027667A - 固体撮像素子、及びこれを用いたカメラ

Info

Publication number: JP2010027667A
Application number: JP2008183844A
Authority: JP
Inventors: Keimei Matsui; 啓明松井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2008-07-15
Filing date: 2008-07-15
Publication date: 2010-02-04

Abstract

【課題】取得された画像の画質の低下を防止するとともに、カメラの光軸方向における薄肉化に寄与する。
【解決手段】照射される光を電荷に変換する光電変換部と、放射性成分を吸収する反射防止膜が少なくとも一面に形成されるとともに、透過される光のうち赤外成分の光を吸収する赤外吸収ガラスと、前記光電変換部を備えるとともに、該光電変換部と前記反射防止膜とが対面するように前記赤外吸収ガラスが固着されるパッケージと、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、パッケージに設けられた光電変換部を保護ガラスにより保護された固体撮像素子、及びこれを用いたカメラに関する。

近年普及しているデジタルカメラには、入射される被写体光を光電変換するＣＣＤチップやＣＭＯＳチップなどの光電変換部を備えたパッケージと、光電変換部を封止する保護ガラスとを備えた固体撮像素子が用いられている。また、デジタルカメラにおいては、得られる画像データに生じる偽色やモアレを低減するローパスフィルタや、上述した固体撮像素子に入射される被写体光のうち、赤外光となる波長域の光を吸収する赤外吸収ガラスなどを配置し、これらローパスフィルタや赤外吸収ガラスを透過した被写体光を固体撮像素子に入射させるようにしている。

例えば固体撮像素子に用いられる保護ガラスや赤外吸収ガラスは、α線やβ線などの放射線同位元素を含有していることから、α線やβ線の放出によって、得られる画像の画質を低下させてしまう。そこで、固体撮像素子に用いられる保護ガラスとして、例えば水晶などα線を放射しないものを使用している。一方、赤外吸収ガラスにおいては、α線やβ線などを放出する放射線同位元素の含有量を低減したものが提供されているものの、例えば赤外吸収ガラスにおいて脈離が発生するなど、画質を低下させるものとなりやすいことから、上述したデジタルカメラにおいては、赤外吸収ガラスと固体撮像素子とを離して配置している。
特開平０８−３０６８９４号公報

しかしながら、最近では、カメラ自体の小型化や、固体撮像素子の高密度化に伴って、上述した赤外吸収ガラスと固体撮像素子とを離して配置することが難しいことから、赤外線吸収ガラスと固体撮像素子とを近接して配置しなければならないという問題がある。このため、画質低下の要因となるα線やβ線を放出しない赤外吸収ガラスや、脈離を生じることがない赤外吸収ガラスを開発することが急務であるが、このような赤外吸収ガラスを開発することは難しい。

本願発明は、上述した課題を解決するために発明されたものであり、取得された画像の画質の低下を防止するとともに、カメラの光軸方向における薄肉化に寄与することができるようにした固体撮像素子、及びこれを用いたカメラを提供することを目的とする。

第１の発明の固体撮像素子は、照射される光を電荷に変換する光電変換部と、放射性成分を吸収する反射防止膜が少なくとも一面に形成されるとともに、透過される光のうち赤外成分の光を吸収する赤外吸収ガラスと、前記光電変換部を備えるとともに、該光電変換部と前記反射防止膜とが対面するように前記赤外吸収ガラスが固着されるパッケージと、を備えたことを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、前記パッケージと前記赤外吸収ガラスとの間には不活性ガスが充填されていることを特徴とする。

第３の発明は、第１及び第２の発明において、前記反射防止膜は、１種類の金属系化合物を用いて形成された膜、又は屈折率の異なる複数種類の金属製化合物を該金属製化合物毎に積層することで形成された膜のいずれかからなること特徴とする。

第４の発明は、第１〜第３の発明において、前記赤外吸収ガラスは、紫外線硬化型、又は熱硬化型の接着剤を用いて前記パッケージに固着され、前記反射防止膜は、前記接着剤が塗布される領域を除く領域に形成されていることを特徴とする。

第５の発明のカメラは、第１〜第４の発明の固体撮像素子を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、パッケージに固着される赤外吸収ガラスに形成される反射防止膜により放射性成分を吸収させることで、α線及びβ線に起因するノイズの影響を抑止することで、画質の低下を防止することができる。また、従来では、固体撮像素子に対して所定量離して赤外吸収ガラスを配置する必要があるが、放射性成分を吸収させる反射防止膜を赤外吸収ガラスに形成することで、赤外吸収ガラスを保護ガラスとしてパッケージに固着することができるので、固体撮像素子近傍の構成を簡略化でき、カメラの薄肉化に寄与することができる。

図１は、デジタルカメラにおける固体撮像素子の近傍の概略を示す。デジタルカメラの内部に取り込まれた被写体光は、レンズ系２０、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２１の順で透過した後、固体撮像素子２２に照射される。レンズ系２０は、ズームレンズやフォーカスレンズなど複数のレンズから構成されているが、図においては、図の煩雑さを解消するために、１つのレンズとして記載している。ＬＰＦ２１は、レンズ系２０と固体撮像素子２２との間に配置され、レンズ系２０を透過した後の被写体光のうち、高周波成分の光をカットすることで、偽色やモアレを低減する。

固体撮像素子２２は、受光した被写体光を信号電荷に変換（光電変換）し、該信号電荷を蓄積する。蓄積された信号電荷は、例えばタイミングジェネレータの作動タイミングに基づいて吐き出される。この吐き出された信号電荷に対してノイズ除去等のアナログ処理を行い、デジタル化することでデジタル画像データが生成される。

この固体撮像素子２２は、ＣＣＤチップやＣＭＯＳチップなどの光電変換部２５を備えたパッケージ２６に赤外吸収ガラス３０を固着することで、光電変換部２５を封止した形態からなる。なお、赤外吸収ガラス３０をパッケージ２６に固着する方法としては、例えば紫外線硬化型、又は熱硬化型の接着剤３１を用いて固着することが挙げられる。この接着剤３１は赤外吸収ガラス３０の外周縁部に亘って塗布され、赤外吸収ガラス３０をパッケージ２６に固着すると、この接着剤３１によって赤外吸収ガラス３０とパッケージ２６との間に生じる空間（図中符号４０）が気密保持される。

赤外吸収ガラス３０は、ＬＰＦ２１を透過した被写体光のうち、赤外光となる波長域（例えば７６０ｎｍを超える波長域）の光を吸収するものである。この赤外吸収ガラス３０は、例えば酸化亜鉛や酸化バリウムなどα線を放出する原因となる元素や、酸化カリウムなどβ線を放出する原因となる元素等の放射線同位元素を含んだ金属系化合物から形成される。

この赤外吸収ガラス３０は、パッケージ２６に固着した際に光電変換部２５と対峙する面に反射防止膜３５が形成されている。図２に示すように、赤外吸収ガラス３０は、その表面の外周縁部の領域（図中ハッチングが施された領域３８）をパッケージ２６との接着領域（以下、接着領域３８）とし、この接着領域３８を除いた領域に反射防止膜３５が形成される。このように、接着領域３８を除いた領域に反射防止膜３５を形成することで、接着剤３１による反射防止膜３５の劣化が防止されるとともに、反射防止膜３５の劣化による赤外吸収ガラス３０からの剥離が防止される。更には、反射防止膜３５が剥離することで、パッケージ２６と赤外吸収ガラス３０との間に形成される空間（図１に示す符号４０）において気密性能が低下することを防止できる。

反射防止膜３５は、その表面で反射する光と、反射防止膜３５を透過した奥で反射する光とを干渉させることによって像の映り込みを防止するものである。この反射防止膜３５は、例えばＡＲ（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コーティング処理を施すことで形成される。このＡＲコーティング処理としては、単一の物質を用いるコーティング処理（所謂、シングルコーティング処理）、又は複数の物質を用いたコーティング処理（所謂、マルチコーティング処理）が挙げられる。この煩瑣防止膜を形成する物質としては、例えば酸化セリウム、酸化アルミニウム、酸化タンタン、酸化ジルコニウム、酸化チタン、フッ化マグネシウム及びフッ化セリウムなどの金属系化合物が挙げられる。

なお、シングルコーティング処理により形成される単一層の膜の厚みや、複数の金属系化合物を用いたマルチコーティング処理により形成される複数層のそれぞれの膜の厚みは、反射防止膜３５としての被写体光の透過性能が高く、且つα線及びβ線の吸収性能が高くなるような厚みであればよく、それぞれの層の厚みや反射防止膜３５の厚みは、それぞれ実験等で求めればよい。さらに、マルチコーティング処理の場合には、上述した金属系化合物のうち、屈折率が高い金属製化合物及び屈折率が低い金属製化合物を交互に積層させることが好ましい。また、このマルチコーティング処理によって反射防止膜を形成する場合には、複数の金属系化合物からなる膜を例えば２〜２０層の範囲で積層させることになるが、上述した金属系化合物のうち、２又は３種類の金属系化合物を１０層以下で積層させることで反射防止膜３５を形成することが好ましい。

上述したＡＲコーティング処理としては、例えば真空蒸着、分子線蒸着、イオンプレーティング、イオンビーム蒸着等の他に、コンベンショナル・スパッタリング、マグネトロン・スパッタリング、イオンビームスパッタリング、ＥＲＣスパッタリングなどが挙げられる。例えば反射防止膜３５を形成する金属系化合物としてフッ化マグネシウム、酸化アルミニウム及び酸化シリコンを用いる場合には、真空蒸着を用いてＡＲコーティング処理を行うなど、上述した蒸着又はスパッタリングのいずれかから、用いる金属系化合物に適した方法を用いて反射防止膜３５を形成する。このように、赤外吸収ガラス３０に形成される反射防止膜３５として金属製化合物を用いることで、赤外吸収ガラス３０から放出されるα線、β線が反射防止膜３５にて吸収することができる。

パッケージ２６と赤外吸収ガラス３０との間に生じる空間４０には不活性ガスが封入される。不活性ガスとしては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン、ウンウンオクチウムのいずれかのガスが使用される。この不活性ガスを封入することで、接着剤３１の気化が防止されるとともに、光電変換部２５及び反射防止膜３５の劣化も防止することができる。なお、パッケージ２６と赤外吸収ガラス３０との間に生じる空間４０に不活性ガスを封入する方法としては、例えば不活性ガスが充填された室内で、赤外吸収ガラス３０をパッケージ２６に固着する等の方法が挙げられる。なお、パッケージ２６と赤外吸収ガラス３０との間に生じる空間４０に不活性ガスを封入する形態としているが、これに限定する必要はなく、パッケージ２６と赤外吸収ガラス３０との間に生じる空間を真空としても良い。

このように反射防止膜３５が形成された赤外吸収ガラス３０をパッケージ２６に固着することで、赤外吸収ガラス３０から放出されるα線、β線が反射防止膜３５によって吸収されることから、パッケージ２６に設けられた光電変換部２５の劣化を防止することができ、また、α線、β線の放出に起因する画質低下を抑止することができる。

本実施形態では、反射防止膜３５をパッケージ２６に設けられた光電変換部２５と対峙するように、赤外吸収ガラス３０に形成した例を取り上げているが、光電変換部２５と対峙する面に反射防止膜３５を形成するだけでなく、光電変換部２５と対峙する面とは反対側となる面に対しても、上述した構成の反射防止膜を形成することも可能である。

本実施形態では、赤外吸収ガラス３０の光電変換部２５と対峙する面に形成される反射防止膜３５が形成される領域を、接着剤３１が塗布される領域（実施形態中においては接着領域３８）を除いた領域としているが、例えば赤外吸収ガラスの側面に接着剤を塗布してパッケージに固着する場合には、反射防止膜を赤外吸収ガラスの光電変換部と対峙する面全体に形成することも可能であることから、反射防止膜を形成する領域は、パッケージの形状や、赤外吸収ガラスをパッケージに固着する際の接着領域に応じて適宜決定されるものである。

デジタルカメラにおける固体撮像素子の近傍の概略を示す図である。赤外形成ガラスにおける接着領域の一例を示す図である。

符号の説明

２０…レンズ系、２１…ＬＰＦ、２２…固体撮像素子、２５…光電変換部、２６…パッケージ、３０…赤外吸収ガラス、３５…反射防止膜、３８…接着領域

Claims

照射される光を電荷に変換する光電変換部と、
放射性成分を吸収する反射防止膜が少なくとも一面に形成されるとともに、透過される光のうち赤外成分の光を吸収する赤外吸収ガラスと、
前記光電変換部を備えるとともに、該光電変換部と前記反射防止膜とが対面するように前記赤外吸収ガラスが固着されるパッケージと、
を備えたことを特徴とする固体撮像素子。
請求項１に記載の固体撮像素子において、
前記パッケージと前記赤外吸収ガラスとの間には不活性ガスが充填されていることを特徴とする固体撮像素子。
請求項１又は２記載の固体撮像素子において、
前記反射防止膜は、１種類の金属系化合物を用いて形成された膜、又は屈折率の異なる複数種類の金属製化合物を該金属製化合物毎に積層することで形成された膜のいずれかからなること特徴とする固体撮像素子。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像素子において、
前記赤外吸収ガラスは、紫外線硬化型、又は熱硬化型の接着剤を用いて前記パッケージに固着され、
前記反射防止膜は、前記接着剤が塗布される領域を除く領域に形成されていることを特徴とする固体撮像素子。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体撮像素子を備えたことを特徴とするカメラ。