JP2015170638A - 撮像素子パッケージ及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像素子基板と光学素子基板とを接合する接着剤の残留応力が低減され、基板間の平行度に優れ、高い光学性能と信頼性が得られる撮像素子パッケージを提供する。【解決手段】入射した光を受光する撮像素子１１を有する撮像素子基板１２と、撮像素子基板１２と対向する面の一部に、所望の光学機能を付与する光学機能構造２１が選択的に形成された領域を有する透明基板２０とを備え、撮像素子基板１２は、撮像素子１１が配置されていない領域において透明基板２０に向かって突出した支持部材１４を有し、支持部材１４は、撮像素子１１よりも透明基板２０よりも突出してなり、透明基板２０は、支持部材１４との接着部に凹部または当該透明基板が凹む方向の段差２０ａが設けられていることを特徴とする撮像素子パッケージ。【選択図】図２

Description

本発明は、撮像素子パッケージ及び該撮像素子パッケージを備える撮像装置に関する。

画像センサアレイとしてＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型イメージセンサ等の撮像素子を備えた撮像装置が知られている。撮像素子は近年の半導体微細加工技術の進展に伴い、高画素化が進んでいる。
また、輝度情報のみを反映するＣＭＯＳセンサ、およびそのパッケージ構造は多くのメーカーから市場に供給されている。これらにおいては、撮像素子は基板に搭載され、撮像素子に対向した位置に設けられたガラス基板は撮像素子の汚染防止や損傷防止のためのカバーとして用いられていて、一部のガラス基板の表面には反射防止構造や紫外線フィルタが施されている。

撮像素子のカバーとなるガラス基板は可視光領域において透明であり、入射した光を透過する。撮像素子には集光のためにマイクロレンズが設けられており、該マイクロレンズ上にはガラス基板と接触しないようにギャップが設けられる。

また、ガラス基板表面上に光学機能を有する微細構造が形成された平板型光学素子が作製可能となり、利用が進んでいる。光学機能を有する微細構造を表面にもつガラス基板を撮像素子上に配置することで、通常の輝度情報以外に偏光、位相情報などを得ることができる。例えば、偏光情報を取得するためには、直交する二方向の縦横ワイヤグリッドパターン領域からなる領域分割素子（以下、混在型フィルタと呼ぶ）が利用される。

そしてさらに近年、光学機能を有する微細構造が形成されたガラス基板と撮像素子上に設けられたマイクロレンズとの間のギャップを制御することにより、光学性能を制御する製品が開発されている。
ガラス基板と撮像素子上に設けられたマイクロレンズとの間のギャップを均一に制御するためには、ガラス基板と撮像素子基板とを機械的に制御しながら接着する方法、及び、スペーサを用意することで物理的に制御しながら接着する方法とがある。

ところで、前述のとおり近年では撮像素子の高画素化が進み、これに伴い画素ピッチが数μｍレベルのものが実現している。この高画素の撮像素子において前述の混在型フィルタなどを用いた場合、画素の中央部では、ＴＭ偏光とＴＥ偏光の強度比である消光比が十分高くなるが、端部では散乱光が生じ、消光比が比較的低くなるという問題がある。高画素の撮像素子であっても消光比が低くならない撮像素子パッケージおよび撮像装置への要望が高まっている。

ここで、マイクロレンズに集光された光は撮像素子基板上に形成された受光部にて受光される。ガラス基板は撮像素子表面を保護し、汚染防止の役割を果たすが、基板表面に多層膜からなる反射防止膜や赤外線フィルタのような光学機能膜が設けられる場合がある。接着剤を用いて撮像素子基板の支持体と接着した場合には、ガラス基板と撮像素子基板裏面の平行度は高く、ほぼ厚み一定の接着剤層により、バランス良く接着される。撮像素子基板には、オンチップマイクロレンズ（以下、マイクロレンズとする）表面とガラス基板とが互いに接触しないように、端部には支持体が形成されている。

このような構成において、マイクロレンズ上に必要とされるギャップ（エアギャップ）を損なうことなくガラス基板を取り付ける技術が提案されている。
かかる技術として例えば特許文献１〜３には、輝度情報を取得するＣＭＯＳ型イメージセンサを用いた撮像素子パッケージが開示されている。
特許文献１（特許４５０１１３０号公報）には、撮像素子を含む基板と、該基板上にあるレンズアレイと、該レンズアレイを取り囲む離間部材と、該離間部材とレンズアレイとの間にありレンズアレイを取り囲む障壁と、離間部材に取り付けられたレンズアレイ上を覆うカバーとを備える撮像装置が開示されている。また、離間部材及び障壁のそれぞれに通気孔が設けられ、通気孔からレンズアレイに至るまでに１回以上折れ曲がったチャネルを有することが記載されている。
特許文献２（ＵＳ６７４４１０９Ｂ２）にも撮像素子を含む基板と、該基板上にあるレンズアレイと、該レンズアレイを取り囲む離間部材と、該離間部材とレンズアレイとの間にありレンズアレイを取り囲む障壁と、離間部材に取り付けられたレンズアレイ上を覆うカバーと、を備え、レンズアレイに至るまでの通気口を有する撮像装置が開示されている。
特許文献３（特許第４７９３６１８号公報）には、基板中及び基板上に形成された画素センサのアレイと、該基板に取り付けられ、該画素センサのアレイ上に横たわるスペーサープレートと、該スペーサープレート上にあり、前記スペーサープレート上の材料層に対するフォトリソグラフィによって前記画素センサのアレイの平面上に全体にわたって画像を形成するように配置されたファーフィールド・レンズとしての屈折率勾配レンズとを含んでなる構造体が開示されている。

一方、光学機能を有する微細構造をガラス基板２０下面（撮像素子基板１２対向面）に選択的に形成することにより、受光部１１ｂの領域を分割し、異なる光学情報を領域ごとに取得する構成が検討されている。
図９は、従来の撮像素子パッケージ構造の一例を示す概略図である。
光学機能を有する微細構造としては、多層膜などの薄膜のほか、波長の半分程度のサイズの構造を周期的に配列したサブ波長構造が知られている。

選択的光学機能構造２１を用いた構成では、ガラス基板２０上面（撮像素子基板１２との非対向面）に光学機能膜である選択的光学機能構造２１を配置するよりもガラス基板２０下面（撮像素子基板１２との対向面）に配置した方がマイクロレンズ１１ｂとの距離を上面に配置するより小さくでき、光学性能が良好になる。
なお、図９に示す構成においては、撮像素子基板１２上に設けられた支持部材である有機膜１４と、ガラス基板２０と、が接着剤層３０により接合されてなる。

しかしながら、図９に示す選択的光学機能構造２１がガラス基板２０下面に形成されている構成であっても、画素ピッチが小さい撮像素子の場合はマイクロレンズ１１ｂとガラス基板２０との距離が相対的に大きくなり、光散乱の影響により光学性能が低下するという問題がある。

そこで本発明は、上記従来技術における問題に鑑み為された発明であって、光散乱の影響による光学性能の低下を抑制し、異なる光学情報を微小領域ごとに取得することができる撮像素子パッケージを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る撮像素子パッケージは、入射した光を受光する撮像素子を有する撮像素子基板と、前記撮像素子基板と対向する面の一部に、光学機能を付与する光学機能構造が選択的に形成された領域を有する透明基板と、を備える撮像素子パッケージであって、前記撮像素子基板は、前記撮像素子が配置されていない領域に、前記透明基板に向かって突出した支持部材を有し、該支持部材は、前記撮像素子よりも前記透明基板に向かって突出してなり、前記透明基板は、前記支持部材との接着部に凹部または当該透明基板が凹む方向の段差が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、光散乱の影響による光学性能の低下を抑制し、異なる光学情報を微小領域ごとに取得することができる撮像素子パッケージを提供することができる。

本発明に係る撮像装置の概略構成の一例を示す説明図である。 本発明に係る撮像素子パッケージの第１の実施の形態における要部の構成を示す概略断面図である。 本発明の原理を説明するための説明図であって、（ａ）はマイクロレンズ１１ａと光学機能構造２１とが離間配置された１画素の構成の拡大図であり、（ｂ）はマイクロレンズ１１ａと光学機能構造２１とが近接配置された１画素の構成の拡大図である。 （ａ）本発明に係る撮像素子パッケージの第１の実施の形態における構成を示す上面概略図である。（ｂ）本発明に係る撮像素子パッケージの第１の実施の形態における光学機能構造２１の構成を示す上面概略図である。（ｃ）本発明に係る撮像素子パッケージの第１の実施の形態におけるマイクロレンズ１１ａの構成を示す上面概略図である。 本発明に係る撮像素子パッケージの第１の実施の形態における段差２０ａ周辺の構成を示す拡大図である。 （ａ）本発明に係る撮像素子パッケージの第２の実施の形態における要部の構成を示す概略断面図である。（ｂ）本発明に係る撮像素子パッケージの第２の実施の形態における構成を示す上面概略図である。 本発明に係る撮像素子パッケージの第２の実施の形態における段差２０ａ周辺の構成を示す拡大図である。 本発明に係る撮像素子パッケージの構成の一例を示す断面概略図である。 従来の撮像素子パッケージの例を示す断面図である。

以下、本発明に係る撮像素子パッケージ及び撮像装置について図面を参照して説明する。なお、本発明は以下に示す実施例の実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

〔撮像装置〕
図１は、本発明に係る撮像装置の一実施の形態における概略構成を示す説明図である。
この撮像装置１００は、主に、撮像レンズ４０と、撮像素子基板１２及び光学素子基板２３を備える撮像素子パッケージ１０と、信号処理手段５０とから構成される。
撮像素子基板１２には撮像素子１１が実装され、撮像素子１１は、入射する光（例えば、撮像レンズ４０からの入射光）を受光する受光素子である。
光学素子基板２３は、使用帯域の光に対して透明な基板（以下、「透明基板」という）２０と、透明基板２０の撮像素子基板１２と対向する面の一部に選択的に形成され、所望の光学機能を付与する光学機能構造２１とを有する。
選択的光学機能構造２１（以下、単に光学機能構造２１とも称する）としては特に限定されないが、例えば、所望の光学成分を選択的に透過させる偏光フィルタや多層膜などが挙げられる。

被検物からの光は、撮像レンズ４０を通り、光学素子基板２３を透過して撮像素子１１で電気信号に変換される。信号処理手段５０は、撮像素子１１から出力される電気信号が入力され、この電気信号に対し輝度情報、分光情報、偏光情報、及び位相情報などの画像信号を生成する。撮像装置１００は、信号処理手段５０で生成した画像信号であるデジタル信号を、後続の出力機器（図示せず）へ出力する。
本発明に係る撮像装置によれば、輝度情報に加え、偏光、分光、位相情報などの他の情報を取得可能な撮像装置を提供することができる。

〔撮像素子パッケージ〕
＜第１の実施形態＞
図２は、本発明に係る撮像素子パッケージの第１の実施の形態における要部の構成を示す概略断面図であり、本実施の形態では偏光成分を画像として認識する偏光イメージングカメラの撮像素子パッケージの態様である。
撮像素子パッケージ１０は、撮像素子１１を有する撮像素子基板１２と、光学素子基板２３とを備え、例えば、図示しないインターポーザ基板上にダイボンディングを行い、ワイヤボンディングを行った後に樹脂封止を行うことにより得られる。
撮像素子１１は、入射する光を受光するマイクロレンズ１１ａと、該マイクロレンズ１１ａを透過した光を受光する受光部１１ｂと、からなる。光学素子基板２３は、撮像素子基板１２（撮像素子１１）と対向する面の一部に、所望の光学機能を付与する混在フィルタである光学機能構造２１が選択的に形成された領域を有する透明基板２０を備える。
撮像素子基板１２は、撮像素子１１が配置されていない領域に、透明基板２０の方向に突出して設けられ、有機材料（有機膜）からなる支持部材１４を有し、この支持部材１４が接着剤層３０を介して透明基板２０と接合されてなる。
そして本実施の形態の透明基板２０には、支持部材１４との接着部に詳細を後述する段差２０ａが設けられている。

ここで、この段差２０ａを用いた本発明について図３を用いてさらに詳しく説明する。
図３は本発明の原理を説明するための説明図であって、（ａ）はマイクロレンズ１１ａと光学機能構造２１とが離間配置された１画素の構成の拡大図であり、（ｂ）はマイクロレンズ１１ａと光学機能構造２１とが近接配置された１画素の構成の拡大図である。
混在型フィルタである選択的光学機能構造２１は、画素ごとにイメージセンサに光学機能を付与するものである。ここで入射光Ｌ_１の光学機能構造２１を透過した光は、多少散乱光が発生する。従って、図３（ａ）に示すように、光学機能構造２１とマイクロレンズ１１ａとの間の距離が大きい場合には、一部の出射光Ｌ_２は所望の画素領域であるマイクロレンズ１１ａに入射するが、散乱光Ｌ_２’は所望の画素領域に入射せず、近接した画素に入り込む。
一方、図３（ｂ）に示すように、光学機能構造２１とマイクロレンズ１１ａとの間の距離が小さい場合には、散乱光Ｌ_２’が近接した画素に入り込む量は少なく、大部分の出射光Ｌ_２がマイクロレンズ１１ａに入射する。したがって、光学機能構造２１とマイクロレンズ１１ａとの間の距離は小さい方が光特性は良好となる。

しかし、実際にはウェハ状の撮像素子の作製工程において、表面ではマイクロレンズ１１ａが最も高さが高くなり、そのままでは機械的損傷を受けやすい構造である。このため、受光部１１ｂ外に高さ調整用の有機膜からなる支持部材１４を配置し、マイクロレンズより１１ａも高さを高くする構造が広く利用されている。このため、接着剤層３０の厚みを小さくし、光学機能構造２１とマイクロレンズ１１ａの間の距離を小さくする場合にも物理的な限界が発生する。
そこで本発明では、段差２０ａ（あるいは凹部）を透明基板２０に設けることにより、接着剤層３０および支持部材１４を設けるスペースを提供し、マイクロレンズ１１ａと光学機能構造２１とを近接配置することができるため、良好な光学性能が得られる。

図４（ａ）は本発明に係る撮像素子パッケージの第１の実施の形態における構成を示す上面概略図であり、図４（ｂ）は本発明に係る撮像素子パッケージの第１の実施の形態における光学機能構造２１の構成を示す上面概略図であり、図４（ｃ）は本発明に係る撮像素子パッケージの第１の実施の形態におけるマイクロレンズ１１ａの構成を示す上面概略図である。
本実施の形態の撮像素子パッケージは、図４（ａ）に示すように撮像素子基板１２上に有機膜により形成された支持部材１４が四辺を囲うように設けられ、支持部材１４上には接着剤層３０が形成されている。そして、支持部材により囲まれた領域にはマイクロレンズ１１ａが上面に配置された撮像素子１１が複数備えられ、入射光がマイクロレンズ１１ａを透過し、マイクロレンズ１１ａの下面に配置された受光部１１ｂ（不図示）に到達し検出される。なお、図４（ａ）においては説明の便宜のため、選択的光学機能構造２１を含めた光学素子基板２３の図示を省略している。

撮像素子１１の上面（透明基板２０との対向面）には、図４（ｃ）に示すような一辺が６μｍのマイクロレンズ１１ａが二次元状に複数配列されている。なお、マイクロレンズ１１ａの各々についてその下面側に受光部１１ｂが設けられている。
そして、この複数のマイクロレンズ１１ａの各々について、混在型フィルタである光学機能構造２１が有する横方向ワイヤグリッド２１０ａまたは縦方向ワイヤグリッド２１０ｂが対応した位置に設けられている。即ち、マイクロレンズ１１ａに対向して設けられている透明基板２０の当該対向面に光学機能構造２１が設けられていて、図４（ｂ）に示すような一辺が６μｍの横方向ワイヤグリッド２１０ａおよび縦方向ワイヤグリッド２１０ｂが二次元状に複数配列されている。図示のごとく、横方向ワイヤグリッド２１０ａと縦方向ワイヤグリッド２１０ｂとが隣接しないような（市松状の）配置構成となっている。
そして、透明基板２０、光学機能構造２１（横方向ワイヤグリッド２１０ａまたは縦方向ワイヤグリッド２１０ｂ）、マイクロレンズ１１ａの順で光が透過し、受光部１１ｂに到達することで、所望の光学機能が付与された光を検出し、情報を得ることができる。
光学機能構造２１の一領域（横方向ワイヤグリッド２１０ａ、縦方向ワイヤグリッド２１０ｂ）の大きさ、１つのマイクロレンズ１１ａの大きさ、１つの受光部１１ｂの大きさはそれぞれほぼ一致し、一画素の大きさとほぼ等しい。

次に、本発明に係る撮像素子パッケージの構成、各部材の詳細について説明する。

・撮像素子基板１２、撮像素子１１
撮像素子基板１２は、ワイヤボンディングなどの手法によりＰＷＢ（printed wiring board）基板に撮像素子１１が接合されて形成されている。
撮像素子１１は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳなどを用いたイメージセンサであり、フォトダイオードである受光部１１ｂと、マイクロレンズ１１ａからなる。受光部１１ｂは、画素ごとに２次元的にアレイ配置されており、受光部１１ｂの集光効率を上げるために、各受光部１１ｂの入射側にマイクロレンズ１１ａが設けられている。１個の受光部１１ｂを単位画素とする。

・支持部材１４
支持部材１４は、撮像素子基板１２の撮像素子１１が配置されていない領域に、撮像素子基板から透明基板２０側に向かって凸となるように突出して設けられている。
支持部材１４の材料としては特に制限はないが、有機材料により形成することにより、接着剤との高い密着性が得られ、残留応力を低減させることができるため好ましく、例えばフォトリソグラフィ技術により形成することができる。
この支持部材１４および撮像素子１１を構成するマイクロレンズ１１ａは、いずれも撮像素子基板１２上に設けられているが、マイクロレンズ１１ａよりも支持部材１４の方が透明基板２０に向かって突出してなる。すなわち、図２に示す上方向にあたる撮像素子基板１２からの高さが、マイクロレンズ１１ａよりも支持部材１４の方が高い構成となっている。このようにマイクロレンズ１１ａよりも支持部材１４の方が高いことで、製造過程において他の部材がマイクロレンズ１１ａに接触し破損すること等を抑制することができる。

・透明基板２０
光学機能構造２１が形成される透明基板２０は、使用帯域の光に対して透明な材料からなる基板であり、例えば、石英基板、ホウケイ酸ガラス基板、ＢＫ７などのガラス基板が好ましいものとして挙げられ、本実施の形態ではホウケイ酸ガラス基板が用いられている。また、ガラス基板に限定されず、例えば、透明な樹脂フィルムであってもよい。
透明基板２０は、撮像素子基板１２との対向面と反対側に反射防止膜を有することが好ましい。無反射構造を用いることで、選択的光学機能構造２１が形成されている領域と他の箇所の透過率特性を向上させることができる。

・選択的光学機能構造２１（混在型フィルタ）
本実施の形態における選択的光学機能構造２１は、入射した光の第一の偏光成分を透過させる第一偏光領域と、前記第一の偏光成分に直交する第二の偏光成分を透過させる第二偏光領域とが、２次元配列されてなる光学機能膜であり、直交する二方向のワイヤグリッド構造を有する光学機能膜である。
即ち、図４（ｂ）に示すような市松模様を形成し、隣り合う領域が異なる光学的機能を奏する領域となっている。
図４（ｂ）に示す混在型フィルタとなる選択的光学機能構造２１（偏光子配列体）を受光部１１ｂの（光学的）前面に配置することにより、選択的光学機能構造２１が形成されている領域では偏光情報を取得することが可能である。
混在型フィルタである選択的光学機能構造２１は、４画素領域でひとつの偏光信号を処理し、偏光イメージングカメラとしての役割を果たし、選択的光学機能構造２１が形成されていない領域では輝度情報を取得する。混在型フィルタの一領域（横方向ワイヤグリッド２１０ａ、縦方向ワイヤグリッド２１０ｂ）に対して各々、マイクロレンズ１１ａが形成された一画素が対応する。

ワイヤグリッドはアルミニウム（Ａｌ）からなり、周期は１５０ｎｍ、高さは２００ｎｍである。
ワイヤグリッド素子を用いることにより、高コントラストかつ高透過率の画像を取得することが可能となる。

・段差２０ａ（凹部）
ここで本実施の形態では、透明基板２０の接着剤層３０が設けられる位置（すなわち、撮像素子基板１２が有する支持部材１４との接着部）に当該透明基板２０が凹む方向の段差２０ａが設けられている。図２に示す例で説明すると、撮像素子基板１２の上面に配置されている板状の透明基板２０は、その断面図における左下端部および右下端部が欠けた形状（矩形の切欠部）を有し、この欠けた形状が段差２０ａである。
なお、本実施の形態では一段の段差２０ａとして形成され端部まで欠いた形状を有しているが、本発明はこれに何ら限定されるものではなく、透明基板２０の一部が欠けているように形成され、この欠けている部分に接着剤層３０が設けられるようになっていればよい。例えば、接着剤層３０が設けられる領域を凹部として形成し、当該接着剤層３０の周囲を透明基板２０の非凹部で囲うように形成してもよい。作製が容易であることから、一段の段差２０ａの形状で設けられていることが好ましい。
ただし、支持部材１４との接着部となる凹部または段差のへこみ部分（図２中の上面部）は、透明基板２０と撮像素子基板１２とが平行に配置されるべく、平坦な面であることが好ましい。平坦な面で形成することにより、接着剤層３０の厚みがほぼ一定となるため残留応力が低減し、信頼性が向上する。

さらに、図５を参照しながら撮像素子パッケージにおける高さ方向の相互関係を示し、段差２０ａについてより詳しく説明する。
図５は本発明に係る撮像素子パッケージの第１の実施の形態における段差２０ａ周辺の構成を示す拡大図であるが、各構成の実際の高さ（厚さの具体的な数値）と図中の寸法とは一致せず、説明のため一部を拡大する等がなされている。
ガラスからなる透明基板２０の厚みは４００μｍであり、透明基板２０の上面には反射防止膜（不図示）が形成されている。透明基板２０の接着部に相当する外枠領域に、１０μｍの高さの段差２０ａが設けられている。接着領域では段差２０ａの高さはほぼ均一であり、接着面（図５における段差２０ａの上面）はほぼ均一な平坦度である。

撮像素子基板１２の受光部１１ｂの形成領域外に設けられた有機膜からなる支持部材１４の厚みは５μｍであり、３μｍの高さを有するマイクロレンズ１１ｂのトップ（図５における最上部）よりも２μｍ高くなっている。混在型フィルタである光学機能構造２１が形成されている透明基板２０の下面（撮像素子基板１２との対向面）の外枠領域の表面と、撮像素子基板１２上に設けられた支持部材１４の上面（透明基板２０との対向面）とは、光硬化型の接着剤により形成された接着剤層３０によって接着されている。接着剤層３０の厚さは１０μｍである。
透明基板２０の下面に設けられている混在型フィルタである光学機能構造２１の厚さは０．２μｍであり、この光学機能構造２１とマイクロレンズ１１ｂのトップ（図５における最上部）とのギャップは１．８μｍである。

以上の結果、光学機能構造２１とマイクロレンズ１１ｂとの間の距離は２μｍとなり、光学機能構造２１とマイクロレンズ１１ｂとが近接した構造を作製することが可能となった。図９に示す従来例と比較し、光散乱によるノイズを低減した。

≪各高さ：ｔ１１ｂ、ｔ１４、ｔ２０ａ、ｔ２１、ｔ３０、ｇ≫
図５に示す各高さ（厚さ）、ｔ１１ｂ、ｔ１４、ｔ２０ａ、ｔ２１、ｔ３０およびｔｇについてさらに詳しく説明する。なお、高さとは図５における上下方向の長さを意味する。
マイクロレンズ１１ｂの高さｔ１１ｂは、２〜３μｍであることが好ましく、２．５〜３μｍであることがより好ましい。
段差２０ａの高さｔ２０ａは、０．５〜３０μｍであることが好ましく、２〜１０μｍであることがより好ましい。
支持部材１４の高さｔ１４は、２〜４μｍであることが好ましく、３〜４μｍであることがより好ましい。
段差２０ａの高さｔ２０ａは、１〜５０μｍであることが好ましく、作製上、１〜２０μｍであることがより好ましい。
接着剤層３０の高さｔ３０は、２〜３０μｍであることが好ましく、２〜２０μｍであることがより好ましい。

光学機能構造２１の高さｔ２１は、０．２〜１２μｍであることが好ましく、０．２〜６μｍであることがより好ましい。
ここで、本実施の形態のように光学機能構造２１としてワイヤグリッド素子を用いた場合には、前述のとおり光学機能構造２１の高さｔ２１は２００ｎｍ（＝０．２μｍ）と非常に薄いものとなる。このため、１〜１０μｍオーダーの厚みが基準になる場合（他の部材がその程度の厚みである場合）、設計上では光学機能構造２１の厚みはほぼ０と無視し得るものであり、他の部材の機能的な制約や製造上の制約等が設計上の大きな問題となる。
一方、詳細を後述する第４の実施の形態のように、光学機能構造として、一次元フォトニック結晶多層膜を用いた場合には、厚みは６〜１０μｍとなり、その際には本実施の形態とは異なり、この一次元フォトニック結晶多層膜の高さが他の部材の設計に影響を及ぼす。このため、後述する第４の実施の形態では、接着剤層３０の高さｔ３０、段差２０ａの高さｔ２０ａは、本実施の形態とは異なるものとなる。
また、第２の実施形態においても同様であり、光学機能構造として、分光フィルタ２１ａを用いた場合には、厚みは６〜１０μｍとなり、その際には、接着剤層３０の高さｔ３０、段差２０ａの高さｔ２０ａは、本実施の形態とは異なるものとなる。

なお、マイクロレンズ１１ｂに他の部材が接触しないようにするために支持部材１４の高さｔ１４はマイクロレンズ１１ｂの高さｔ１１ｂよりも大きくなるように設けられている。
また、マイクロレンズ１１ｂと光学機能構造２１との間にギャップｇが形成されるように、「ｔ１４＋ｔ３０＜ｔ２０ａ＋ｔ２１＋１１ｂ」となっている。
マイクロレンズ１１ｂと光学機能構造２１との間の距離であるギャップｇは、０．１〜１０μｍであることが好ましく、０．１〜２μｍであることがより好ましい。
光学機能構造２１とマイクロレンズ１１ｂのトップとの間の距離を小さくし、接着剤層３０の厚みは厚い方がよいが、透明基板２０の段差２０ａを大きくするのは容易ではなく、接着剤層３０の厚みとのトレードオフとなっている。

このような構造を有することで、混在型フィルタである選択的光学機能構造２１とマイクロレンズ１１ａとの間の距離を十分小さくすることが可能である。また、必要な接着剤層３０の厚みも確保でき、信頼性を向上させることができる。
なお、本実施の形態では段差２０ａを設けたが、これに代えて凹部としてもよく、この凹部の大きさについては、上述した段差２０ａと同様の大きさとすることが好ましい。

段差２０ａまたは凹部の形成方法は、支持部材１４との接着面が平坦に加工され寸法精度が良好に形成できればよく、フォトリソグラフィなどの周知慣用されている方法により形成することができる。

・接着剤層３０
接着剤層３０を形成する接着剤としては、光重合開始剤を含有し紫外線を照射することにより硬化する光（紫外線）硬化型樹脂や、一定温度以上の加熱工程を加えることで硬化する熱硬化型樹脂、またはそれらのハイブリッド型のもの等、周知慣用されているものを利用できる。しかしながら、これらをそのまま用いるのではなく、粘度や弾性率などの選定や調整は必要となる。
具体的な接着剤としては、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン系、有機・無機ハイブリッド、無機材料からなる接着剤が挙げられるが、有機材料からなる接着剤が好ましい。

本実施の形態では光硬化型接着剤を用い、接着剤層３０を１０μｍの厚さ、８０μｍの幅にて、ほぼ均一にして形成することができる。接着剤厚み１０μｍは、接着剤剥離を発生させない十分な厚みである。

接着工程を容易にし、また接着剤層３０の厚みの調整を容易にするために、接着剤は有機材料と充填剤を含む接着剤が好ましい。
前記充填剤としては、例えば、球状シリカ粒子、球状ポリスチレン粒子などが挙げられる。
上述のように、充填剤としてスペーサ球を含有した接着剤を用いることにより、接着剤層３０の厚みをより均一にし、接着剤内部の残留応力を低減することができる。
また、塗布可能な性状の接着剤以外に、シート状物として積層し、その後の加熱工程により接着力を示す接着剤であってもよい。

接着剤層３０の形成方法としては、例えば支持部材１４に接着剤を塗布し、光学素子基板２３を接合した後、紫外線照射及び加熱により接着剤を硬化させることで、均一な接着剤層３０が得られる。なお、紫外線照射は適宜調整することができるが、例えば、照度１０ｍＷ／ｃｍ^２にて、積算エネルギー６Ｊ／ｃｍ^２となる照射量とすることができる。熱養生としての加熱工程も同様に適宜調整することができるが、例えば、８０℃で３０分間の加熱とすることができる。

以上の本実施の形態によれば、選択的光学機能構造２１からマイクロレンズ１１ａに入射する光の強度が強まり、撮像素子１１によって得られる画像のコントラストが向上する。

＜第２の実施形態＞
次いで、本発明に係る撮像素子パッケージの第２の実施の形態について図６を参照しながら説明する。図６（ａ）本発明に係る撮像素子パッケージの第２の実施の形態における要部の構成を示す概略断面図であり、図６（ｂ）中のＡ−Ａ’線部における断面図である。図６（ｂ）本発明に係る撮像素子パッケージの第２の実施の形態における構成を示す上面概略図である。
なお、上述した第１の実施の形態と重複する点については適宜説明を省略する。
本実施の形態では、第１の実施の形態の選択的光学機能構造２１に代えて、分光フィルタ２１ａと画像センシング領域２２とを設け、光学機能を付与する光学機能構造を選択的に形成している。
即ち本実施の形態では、画像センシング領域２２による前方視認機能と、分光フィルタ２１ａによる雨滴付着センシング機能とを一体化したカメラ用の撮像素子パッケージである。

複数の受光部１１ｂは、画像センシング領域２２および分光フィルタ２１ａを用いた雨滴付着センシング領域からの光をそれぞれ別個受光する。
分光フィルタ２１ａは、複数の受光部の約１／３の面積を覆う形で、透明基板２０と対向して、撮像素子基板１２上に形成されている。
画像センシング領域２２では、４画素領域でひとつの偏光信号を処理し、輝度情報を画像とするカメラとしての役割を果たす。分光フィルタ２１ａは、可視光を反射し、波長９５０ｎｍの赤外光を透過することにより、雨滴付着センシングを可能とする。
本実施の形態で用いられる分光フィルタ２１ａは、誘電体薄膜の積層構造からなる多層膜である。
高屈折率としてＴｉＯ₂、低屈折率材料としてＳｉＯ₂を用い、相互に積層することで可視光を反射し、赤外光を透過させる分光フィルタ２１ａとした。

さらに、図７を参照しながら本実施の形態の撮像素子パッケージにおける高さ方向の相互関係を示し、段差２０ａについてより詳しく説明する。
図７は、本発明に係る撮像素子パッケージの第２の実施の形態における段差２０ａ周辺の構成を示す拡大図である。

ガラスからなる透明基板２０の厚みは４００μｍであり、透明基板２０の上面には反射防止膜（不図示）が形成されている。
なお、本実施の形態においても上記第１の実施の形態と同様に一画素は６μｍである。
そして、透明基板２０の接着部に相当する外枠領域に、１０μｍの高さの段差２０ａが設けられている。接着領域では段差２０ａの高さはほぼ均一であり、接着面（図７における段差２０ａの上面）はほぼ均一な平坦度である。

撮像素子基板１２の受光部１１ｂの形成領域外に設けられた有機膜からなる支持部材１４の厚みは５μｍであり、３μｍの高さを有するマイクロレンズ１１ｂのトップ（図５における最上部）よりも２μｍ高くなっている。厚み６μｍの分光フィルタ２１ａが形成されている透明基板２０の下面（撮像素子基板１２との対向面）の外枠領域の表面と、撮像素子基板１２上に設けられた支持部材１４の上面（透明基板２０との対向面）とは、光硬化型の接着剤により形成された接着剤層３０によって接着されている。接着剤層３０の厚さは１６μｍである。接着剤層３０は上記第１の実施の形態と同様の方法により作製することができる。

以上の結果、混在型フィルタである分光フィルタ２１ａとマイクロレンズ１１ａとの間の距離は２μｍとなり、分光フィルタ２１ａとマイクロレンズ１１ａとが近接した構造を作製することが可能となった。また、分光フィルタ２１ａが存在する境界領域の画像センシングにおいて、光散乱によるノイズを低減することができた。

＜第３の実施形態＞
本実施の形態では、上記第１の実施の形態における混在型フィルタである選択的光学機能構造２１を用いた偏光イメージングカメラにて、透明基板２０の段差２０ａの高さを２０μｍとし、接着剤層３０の高さを２０μｍとした。なお、接着剤には直径２０μｍのシリカ球をスペーサとして散在し、接着剤層３０の厚みを制御した。
以上の結果、混在型フィルタである選択的光学機能構造２１とマイクロレンズ１１ａとの間の距離は１．８μｍとなり、選択的光学機能構造２１とマイクロレンズ１１ａとが近接した構造を作製することが可能となった。図９に示す従来例と比較し、光散乱によるノイズを低減することができた。

＜第４の実施形態＞
本実施の形態では、上記第１の実施の形態の選択的光学機能構造２１の代わりに、オートクローニング法による多層膜が領域ごとに配列した偏光子配列体（直交する二方向の偏光方向の一次元フォトニック結晶多層膜）による混在型フィルタを用いた。
画素サイズ、および偏光子の一領域サイズは６μｍとした。多層膜の厚みｔ２１ｂ（不図示）は６μｍであった。接着剤層３０の厚みｔ３０は１６μｍ、透明基板２０の段差２０ａの高さｔ２０ａは１０μｍとした。
以上の結果、混在型フィルタとマイクロレンズ１１ａとの間の距離ｇは２μｍとなり、混在型フィルタとマイクロレンズ１１ａとが近接した構造を作製することが可能となった。図９に示す従来例と比較し、光散乱によるノイズを低減できた。また、選択的光学機能膜である偏光子配列体が形成されていない領域では輝度情報を取得し、偏光子配列体が形成されている領域では偏光情報を取得するが、一次元フォトニック結晶を用いることにより高コントラスト、高透過率の画像を取得することが可能である。
また、オートクローニング法によれば、屈折率差を比較的容易に選択することが可能であり、構造の自由度も高く、透明基板２０上に直接成膜する方法や成膜したものを接続する方法により形成することもできる。

第１〜第４の実施の形態の撮像素子パッケージは、上述の構造をインターポーザ基板６０にダイボンディングを行って固定し、ワイヤ６３とワイヤボンディングを行った後に封止樹脂６２で樹脂封止を行うことにより得られる。また、インターポーザ基板６０の下部にはハンダボール６１が設けられている。
ここで図８は、本発明に係る撮像素子パッケージの構成の一例を示す断面概略図である。図８に示す撮像素子パッケージの構成例では、図２に示した撮像素子パッケージの第１の実施形態をその要部に採用したものである。
得られた撮像素子パッケージは、マザーボードに実装することにより、偏光画像及び輝度画像を分割して取得可能な撮像装置に利用することができる。
なお、撮像素子パッケージの封止の構成としては特に制限されるものではなく、樹脂封止を施す樹脂パッケージ構造とすることで廉価に作製可能であるが、信頼性が高いセラミック封止を施すセラミックパッケージ構造としてもよく、さらに他の構造としてもよい。

本発明の撮像素子パッケージは、上述の実施形態に限定されず、ＣＭＯＳ型イメージセンサ、ＣＣＤ型イメージセンサ等の様々な撮像素子のパッケージ構造に適用することができ、輝度情報を画像として得るのみならず、領域によって偏光情報や赤外光情報などの情報を取得することができる。なお、受光部１１ｂの分割される面積の比率は１：１に限定されず、光学機能構造２１の形成面積により適宜選択することができる。
また、光学機能構造２１として位相板を用いることもできる。さらに、サブ波長構造以外に、画素サイズと同等のサイズからなるマイクロレンズ配列体とすることもできる。
さらに、撮像素子と透明基板を接着する接着剤は、マイクロレンズと選択的光学機能膜の間を充填する形でもよいが、その場合、可視光領域にて透光性の高い接着剤を選定する必要がある。

１０ 撮像素子パッケージ
１１ 撮像素子
１１ａ マイクロレンズ
１１ｂ 受光部
１２ 撮像素子基板
１４ 支持部材
２０ ガラス基板
２０ａ 段差
２１ 選択的光学機能構造（光学機能膜）
２１ａ 分光フィルタ
２２ 画像センシング領域
２３ 光学素子基板
３０ 接着剤層
４０ 撮像レンズ
５０ 信号処理部
６０ インターポーザ基板
６１ ハンダボール
６２ 封止樹脂
６３ ワイヤ
１００ 撮像装置
２１０ａ 横方向ワイヤグリッド
２１０ｂ 縦方向ワイヤグリッド

特許第４５０１１３０号公報 ＵＳ６７４４１０９Ｂ２ 特許第４７９３６１８号公報

Claims (10)

1. 入射した光を受光する撮像素子を有する撮像素子基板と、
   前記撮像素子基板と対向する面の一部に、光学機能を付与する光学機能構造が選択的に形成された領域を有する透明基板と、を備える撮像素子パッケージであって、
   前記撮像素子基板は、前記撮像素子が配置されていない領域に、前記透明基板に向かって突出した支持部材を有し、
   該支持部材は、前記撮像素子よりも前記透明基板に向かって突出してなり、
   前記透明基板は、前記支持部材との接着部に凹部または当該透明基板が凹む方向の段差が設けられていることを特徴とする撮像素子パッケージ。
2. 前記透明基板に設けられた前記凹部または前記段差は、平坦な面を有し、
   前記透明基板が有する平坦な面と、前記支持部材と、が接着剤層を介して接合されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子パッケージ。
3. 前記光学機能構造は、直交する二方向の偏光子配列体からなることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像素子パッケージ。
4. 前記光学機能構造は、直交する二方向のワイヤグリッド素子からなることを特徴とする請求項３に記載の撮像素子パッケージ。
5. 前記光学機能構造は、直交する二方向の一次元フォトニック結晶多層膜からなることを特徴とする請求項３に記載の撮像素子パッケージ。
6. 前記支持部材は、有機材料からなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の撮像素子パッケージ。
7. 前記透明基板は、前記撮像素子基板と対向する面とは反対側の面に、反射防止膜が形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の撮像素子パッケージ。
8. 樹脂パッケージであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の撮像素子パッケージ。
9. セラミックパッケージであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の撮像素子パッケージ。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載の撮像素子パッケージと、撮像レンズと、信号処理手段とを備えることを特徴とする撮像装置。