JP2018093316A - センサ取付基板、固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】固体撮像装置の製造精度を高め、製品の信頼度を向上させること。【解決手段】本技術に係るイメージセンサ２１Ｒを実装するセンサ取付基板２２Ｒは、矩形形状をなし、対向する辺に凹部３１、３２ａ、３２ｂが形成されている。凹部３１と凹部３２ａ、３２ｂとは、センサ取付基板２２Ｒの対向する辺の非対称の位置に形成されている。【選択図】図３

Description

本技術は、センサ取付基板に関する。より詳しくは、固体撮像装置に備えられた「多板式の波長分解プリズム」に接続される固体撮像素子を取り付けるセンサ取付基板に関する。

従来から、カラービデオカメラ又は種々の工業用光学機器において、多板式の波長分解プリズムを備えた固体撮像装置を製造する場合、プリズムユニットを前面板に取り付け、固体撮像素子（イメージセンサ）が取り付けられたセンサ取付基板を、プリズムユニットのプリズム表面に取り付けることが行われている。ここで、固体撮像素子をプリズムユニットに取り付けるときには、波長分解プリズムの各チャンネルの結像位置と固体撮像素子の受光結像面を一致（フォーカス）させるのみではなく、各チャンネル毎の固体撮像素子受光面の傾き（片ボケ）調整及び各チャンネル相互間のレジストレーション（光軸に垂直面の平行及び回転）調整を考慮して決定されなければならない。

このように、プリズムに固体撮像素子を取り付ける手法としては、例えば、特許文献１に、色分解光学系の各光射出部のそれぞれに第１の取付部材を固着し、色分解光学系と同等の熱膨張係数の第２の取付部材に固体撮像素子を固着し、第１の取付部材に第２の取付部材を溶融金属によって接合することが開示されている。

また、例えば、特許文献２には、固体撮像素子と波長分解プリズムとが接合された固体撮像デバイスを備えた撮像装置である３板カメラにおける撮像ブロックにおいて、３つのプリズム部材が接着剤を介して接合された３波長分解プリズムに、それぞれの固体撮像素子が接着剤を介して接合されることが開示されている。

特開２００７−１６６３４９号公報 特開２００９−２７２９７７号公報

特許文献１または２のようにプリズムに固体撮像素子を取り付ける作業を行う場合、例えば、平面形状が矩形であるセンサ取付基板に固体撮像素子を取り付け、そのセンサ取付基板の向かい合う短辺を固体撮像素子を取り付ける装置のアーム等で両側から把持して作業を行うことが考えられる。しかしながら、上記のセンサ取付基板を上記アーム等で把持する時に、その基板の短辺の形状が左右対称である場合には、左右の位置を反対に把持してしまい、固体撮像素子をプリズムに取り付ける上下の方向が逆になってしまうおそれがある。

そのため、固体撮像装置を精度高く製造することができず、歩留まりが悪くなり、製品の信頼度も低下するという問題が考えられる。

本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、固体撮像装置の製造精度を高め、製品の信頼度を向上させるセンサ取付基板を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本技術は、矩形形状をなし、対向する辺に非対称の凹部が形成された、固体撮像素子を実装するセンサ取付基板を提供する。

また、本技術は、多板式のプリズムと、固体撮像素子と、矩形形状をなし、対向する辺に非対称の凹部が形成され、固体撮像素子が実装されたセンサ取付基板と、を備えた固体撮像装置を提供する。

また、矩形形状をなすセンサ取付基板の対向する辺に非対称の凹部を形成する工程と、固体撮像素子をセンサ取付基板に実装してセンサユニットを組み立てる工程と、固体撮像素子の取付け位置を調整して多板式のプリズムにセンサユニットを取り付ける工程と、を含む固体撮像装置の製造方法を提供する。

本技術によれば、固体撮像装置の製造精度を高め、製品の信頼度を向上させることができる。なお、ここに記載された効果は、必ずしも限定されるものではなく、本技術中に記載されたいずれかの効果であってもよい。

本技術の一実施形態に係るイメージセンサ用光学装置の外観斜視図である。 本技術の一実施形態に係るイメージセンサ用光学装置の側面図である。 本技術の一実施形態に係るセンサ取付基板の正面図である。 本技術の一実施形態に係るセンサ取付基板の側面図である。 本技術の一実施形態に係るセンサユニット取付装置の外観斜視図である。 本技術の一実施形態に係るイメージセンサ用光学装置の分解外観斜視図である。 本技術の一実施形態に係るイメージセンサ用光学装置の製造工程を示すフロー図である。 本技術の他の実施形態に係るセンサ取付基板の正面図である。 本技術の他の実施形態に係るセンサ取付基板の正面図である。

以下、本技術を実施するための好適な形態について、図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本技術の範囲が狭く解釈されることはない。また、本技術は、下記の各実施形態及びその変形例のいずれかを互いに組み合わせることもできる。

＜実施形態１＞
本技術の一実施形態に係るセンサ取付基板を適用した固体撮像素子（イメージセンサ）用光学装置について説明する。

［全体構成］
図１は、本技術の一実施形態に係るセンサ取付基板を適用したイメージセンサ用光学装置１の外観斜視図である。図２は、本技術の一実施形態に係るセンサ取付基板を適用したイメージセンサ用光学装置１の側面図である。本実施形態に係る光学装置１は、光学装置前面板１１と、プリズムユニット１２と、３個のセンサユニット１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂと、を備えている。

［光学装置前面板］
光学装置前面板１１は、プリズムユニット１２と接合し、固体撮像装置の一例であるカメラのレンズ等に取り付けられる。

［プリズムユニット］
プリズムユニット１２は、例えば、光学装置前面板１１とセンサユニット１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂとの間に取り付けられ、レンズ（図示せず）から入射された光学情報を各センサユニット１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂへ送信している。

プリズムユニット１２は、多板式の一例である３板式の波長分解プリズム１４と、波長分解プリズム１４の左右側面に固着する側板１５と、を備えている。側板１５には、波長分解プリズム１４の光射出面と同一面にセンサユニット１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂを接合するための複数の突出部２５が設けられている。また、側板１５の素材としては、例えば、波長分解プリズム１４の材料と近似の熱膨張係数を有する金属板又はセンサユニット１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂとの接合面にメタライズ処理したセラミック板等が用いられている。

［センサユニット］
センサユニット１３Ｒは、イメージセンサ２１Ｒと、センサ取付基板２２Ｒと、コネクタ２３Ｒと、がこの順序で取り付けられて構成されている。同様に、センサユニット１３Ｇ、１３Ｂは、それぞれ、イメージセンサ２１Ｇ、２１Ｂと、センサ取付基板２２Ｇ、２２Ｂと、コネクタ２３Ｇ、２３Ｂと、がこの順序で取り付けられて構成されている。なお、イメージセンサ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂは、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサまたはＣＣＤイメージセンサのいずれであってもよい。

センサユニット１３Ｒのセンサ取付基板２２Ｒの表面には、側板１５に設けられた複数の突出部２５が接合されている。センサ取付基板２２Ｒの表面に取り付けられたイメージセンサ２１Ｒの表面と波長分解プリズム１４の光射出面との間には、遮光および埃等の侵入防止のための弾力材で形成されたマスク２４Ｒが取り付けられている。

同様に、センサユニット１３Ｇ、１３Ｂのセンサ取付基板２２Ｇ、２２Ｂの表面には、それぞれ側板１５に設けられた複数の突出部２５が接合されている。センサ取付基板２２Ｇ、２２Ｂの表面に取り付けられたイメージセンサ２１Ｇ、２１Ｂの表面と波長分解プリズム１４の光射出面との間には、それぞれ遮光および埃等の侵入防止のための弾力材で形成されたマスク２４Ｇ、２４Ｂが取り付けられている。

［センサ取付基板］
図３は、実施形態１のセンサ取付基板を示す正面図である。図４は、実施形態１のセンサ取付基板を示す側面図である。図３および図４を用いて、本実施形態に係るセンサ取付基板について説明する。本実施形態では、センサ取付基板の一例として、センサユニット１３Ｒのセンサ取付基板２２Ｒを用いて説明する。

センサユニット１３Ｒのセンサ取付基板２２Ｒは、平面形状が矩形形状をなし、イメージセンサ２１Ｒを実装した上面側（波長分解プリズム１４の突出部２５と接合する側）から見て左側の短辺中央にＶ字形状の凹部３１が１つ形成され、イメージセンサ２１Ｒを実装した面側から見て右側の短辺の上下の両隅にＶ字形状の凹部３２ａ、３２ｂが２つ形成されている。

本実施形態のセンサ取付基板２２Ｒは、上面側から見て左側の短辺中央にＶ字形状の凹部３１が１つ形成され、上面側から見て右側の短辺の上下の両隅にＶ字形状の凹部３２ａ、３２ｂが２つ形成されているが、本技術のセンサ取付基板はこれに限らず、センサ取付基板２２Ｒの凹部３１と凹部３２ａ、３２ｂとの位置が左右逆であってもよい。また、本技術のセンサ取付基板は、対向する辺に非対称の凹部が形成されていれば、凹部の個数は３つに限らず、４つまたは５つ以上であってもよいし、凹部の位置は短辺中央と短辺の上下の両隅に限られない。ただし、基板上に配線等を形成するスペースを広くとることができるように、凹部の位置は短辺の両隅に近い位置に形成されていることが望ましい。

本実施形態のセンサ取付基板２２Ｒに形成されたＶ字形状の凹部３１、３２ａ、３２ｂは、センサ取付基板２２Ｒをプリズムユニット１２に接合する際に、取付装置のアーム等で把持するために用いられる。このように、センサ取付基板２２Ｒの対向する辺に左右非対称のＶ字形状の凹部３１と凹部３２ａ、３２ｂとを形成することにより、イメージセンサ用光学装置１の製造時に、センサ取付基板２２Ｒの上下方向を間違えて逆方向にアーム等で把持することを防止することができる。このため、イメージセンサ２１Ｒを適切な方向でプリズムユニット１２に接合することができる。

［センサユニット取付装置］
図５は、センサユニットをプリズムユニットに接合するセンサユニット取付装置の外観斜視図である。図５を用いて、本実施形態に係るセンサユニット取付装置について説明する。

本実施形態に係るセンサユニット取付装置５１は、本体５２と、右側アーム５３と、左側アーム５４と、を備えている。右側アーム５３の先端には、センサ取付基板２２Ｒに形成された凹部３１に挿入可能な円柱形状のアーム先端部５５が形成されている。左側アーム５４の先端には、センサ取付基板２２Ｒに形成された凹部３２ａ、３２ｂに挿入可能な円柱形状の２つのアーム先端部５６ａ、５６ｂが形成されている。アーム先端部５５およびアーム先端部５６ａ、５６ｂによりセンサ取付基板２２Ｒを把持し、センサユニット１３Ｒをプリズムユニット１２に接合する。

［イメージセンサ用光学装置の製造手順］
図６は、イメージセンサ用光学装置の分解外観斜視図である。図７は、イメージセンサ用光学装置の製造工程を示すフロー図である。図５ないし図７を用いて、イメージセンサ用光学装置の製造手順の一例について説明する。なお、図６では、一例として、光学装置前面板１１と、プリズムユニット１２と、センサユニット１３Ｒと、を組み立てる製造工程を表している。

ステップＳ７０１において、センサユニット１３Ｒを組み立てる。具体的には、まず、センサ取付基板２２Ｒの波長分解プリズム１４の突出部２５と接合する側から見て左側の短辺中央にＶ字形状の凹部３１を１つ形成し、波長分解プリズム１４の突出部２５と接合する側から見て右側の短辺の上下の両隅にＶ字形状の凹部３２ａ、３２ｂを２つ形成する。

次に、凹部３１および凹部３２ａ、３２ｂを形成したセンサ取付基板２２Ｒの波長分解プリズム１４との接合面にイメージセンサ２１Ｒを半田等により取り付け、イメージセンサ２１Ｒの表面にマスク２４Ｒを取り付ける。そして、センサ取付基板２２Ｒのイメージセンサ２１Ｒを取り付けた面の反対の面にコネクタ２３Ｒを取り付ける。以上の工程により、センサユニット１３Ｒを組み立てると、ステップＳ７０２に進む。

ステップＳ７０２において、プリズムユニット１２を組み立てる。具体的には、例えば、３板式の波長分解プリズム１４の左右側面にそれぞれ側板１５を固着する。これにより、プリズムユニット１２を組み立てると、ステップＳ７０３に進む。なお、ステップＳ７０１の工程とステップＳ７０２の工程とは、手順が逆であってもよく、どちらのステップから作業を行ってもよい。

ステップＳ７０３において、ステップＳ７０２で組み立てたプリズムユニット１２を光学装置前面板１１に取り付ける。

ステップＳ７０４において、センサユニット１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂの取付け位置を調整（粗調整および微調整）して、プリズムユニット１２に固定する。

一例として、図５に示すように、センサ取付基板２２Ｒの凹部３１および凹部３２ａ、３２ｂにセンサユニット取付装置５１のアーム先端部５５およびアーム先端部５６ａ、５６ｂを挿入してセンサ取付基板２２Ｒを把持する。同時に、別の２つのセンサユニット取付装置５１で、それぞれセンサ取付基板２２Ｇおよび２２Ｂを把持する。

これにより、センサユニット１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂの取付け位置を調整して、センサユニット１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂをプリズムユニット１２に固定すると、ステップＳ７０５に進む。

ステップＳ７０５において、プリズムユニット１２にセンサユニット１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂを取り付ける。センサユニット１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂをプリズムユニット１２に取り付けると、ステップＳ７０６に進む。

ステップＳ７０６において、プリズムユニット１２にセンサユニット１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂが適切に取り付けられたか否かを判定する。適切に取り付けられていて「ＹＥＳ」の場合は、上記製造工程を終了し、完成したイメージセンサ用光学装置１をカメラ等の固体撮像装置に取り付ける。プリズムユニット１２にセンサユニット１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂが適切に取り付けられていなくて「ＮＯ」の場合、ステップＳ７０４に戻り、再度センサユニット１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂの取付け位置を調整して、センサユニット１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂをプリズムユニット１２に固定する。

＜実施形態２＞
図８は、実施形態２のセンサ取付基板を示す正面図である。図８を用いて、本実施形態に係るセンサ取付基板について説明する。本実施形態では、センサ取付基板の一例として、実施形態１のセンサユニット１３Ｒのセンサ取付基板２２Ｒに対応する、センサユニット８０Ｒのセンサ取付基板８２Ｒを用いて説明する。

センサユニット８０Ｒのセンサ取付基板８２Ｒは、平面形状が矩形形状をなし、イメージセンサ８１Ｒを取り付けた上面側（波長分解プリズム１４の突出部２５と接合する側）から見て左側の短辺の上下の両隅にＵ字形状の凹部８３ａ、８３ｂが２つ形成され、イメージセンサ８１Ｒを取り付けた上面側から見て右側の短辺の上下の両隅にＶ字形状の凹部８４ａ、８４ｂが２つ形成されている。

本実施形態のセンサ取付基板８２Ｒは、上面側から見て左側の短辺の上下の両隅にＵ字形状の凹部８３ａ、８３ｂが２つ形成され、上面側から見て右側の短辺の上下の両隅にＶ字形状の凹部８４ａ、８４ｂが２つ形成されているが、本技術のセンサ取付基板はこれに限らず、センサ取付基板８２Ｒの凹部８３ａ、８３ｂと凹部８４ａ、８４ｂとの位置が左右逆であってもよい。また、本技術のセンサ取付基板は、対向する辺に非対称の凹部が形成されていれば、凹部の個数は３つに限らず、４つまたは５つ以上であってもよいし、凹部の位置は上下の両隅に限られない。ただし、基板上に配線等を形成するスペースを広くとることができるように、凹部の位置は短辺の両隅に近い位置に形成されていることが望ましい。さらに、凹部の形状は、Ｕ字形状およびＶ字形状に限られない。

本実施形態のセンサ取付基板８２Ｒに形成されたＵ字形状の凹部８３ａ、８３ｂおよびＶ字形状の凹部８４ａ、８４ｂは、センサ取付基板８２Ｒをプリズムユニット１２に接合する際に、取付装置のアーム等で把持するために用いられる。このように、センサ取付基板８２Ｒの対向する辺に左右非対称の凹部８３ａ、８３ｂおよび凹部８４ａ、８４ｂを形成することにより、イメージセンサ用光学装置１の製造時に、センサ取付基板８２Ｒの上下方向を間違えて逆方向にアーム等で把持することを防止することができる。このため、イメージセンサ８１Ｒを適切な方向でプリズムユニット１２に接合することができる。

また、本実施形態のセンサ取付基板８２Ｒは、短辺の上下の４四隅に凹部８３ａ、８３ｂおよび凹部８４ａ、８４ｂが形成されているため、実施形態１のセンサ取付基板２２Ｒに比べて、基板上に配線等を形成するスペースをより広くとることができる。さらに、本実施形態のセンサ取付基板８２Ｒは、凹部８３ａ、８３ｂがＵ字形状であることから、センサ取付基板８２Ｒを把持するアーム先端部が凹部の上下位置から多少ずれていても、アーム先端部を凹部８３ａ、８３ｂにスムーズに挿入することができる。

＜実施形態３＞
図９は、実施形態３のセンサ取付基板を示す正面図である。図９を用いて、本実施形態に係るセンサ取付基板について説明する。本実施形態では、センサ取付基板の一例として、実施形態１のセンサユニット１３Ｒのセンサ取付基板２２Ｒに対応する、センサユニット９０Ｒのセンサ取付基板９２Ｒを用いて説明する。

センサユニット９０Ｒのセンサ取付基板９２Ｒは、平面形状が矩形形状をなし、イメージセンサ９１Ｒを取り付けた上面側（波長分解プリズム１４の突出部２５と接合する側）から見て左側の短辺中央にＶ字形状の凹部９３が形成され、イメージセンサ９１Ｒを取り付けた上面側から見て右側の短辺中央にＶ字形状の凹部９４が形成されている。さらに、センサ取付基板９２Ｒは、イメージセンサ９１Ｒを取り付けた上面側（波長分解プリズム１４の突出部２５と接合する側）から見て上側の長辺中央にＶ字形状の凹部９５が形成されている。

本実施形態のセンサ取付基板９２Ｒは、上面側から見て左右の短辺中央にＶ字形状の凹部９３、９４が１つずつ形成され、上面側から見て上側の長辺中央にＶ字形状の凹部９５が１つ形成されているが、本技術のセンサ取付基板はこれに限らず、凹部９３または凹部９４のいずれかのみが形成されているものであってもよく、凹部９５が上面側から見て下側の長辺中央に形成されていてもよい。また、本技術のセンサ取付基板は、対向する辺に非対称の凹部が形成されていれば、凹部の個数は３つに限らず、４つまたは５つ以上であってもよいし、凹部の位置はセンサ取付基板９２Ｒの短辺および長辺の中央に限られない。さらに、凹部の形状は、Ｖ字形状に限られず、Ｕ字形状等であってもよい。

本実施形態のセンサ取付基板９２Ｒに形成されたＶ字形状の凹部９３、９４および９５は、センサ取付基板９２Ｒをプリズムユニット１２に接合する際に、取付装置のアーム等で把持するために用いられる。このように、センサ取付基板９２Ｒの対向する長辺の一方に上下非対称の凹部９５を形成することにより、イメージセンサ用光学装置１の製造時に、センサ取付基板９２Ｒの上下方向を間違えて逆方向にアーム等で把持することを防止することができる。このため、イメージセンサ９１Ｒを適切な方向でプリズムユニット１２に接合することができる。

また、本実施形態のセンサ取付基板９２Ｒは、長辺の一方のみに凹部９５が形成されているため、上記実施形態１および２のセンサ取付基板２２Ｒおよび９２Ｒに比べて、基板の左右の形状を非対称にしなくてもよく、回路の配線等に応じて自由な形状にすることができる。

１ イメージセンサ用光学装置
１１ 光学装置用前面板
１２ プリズムユニット
１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂ、８０Ｒ、９０Ｒ センサユニット
１４ プリズム
１５ 側板
２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂ、８１Ｒ、９１Ｒ イメージセンサ
２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂ、８２Ｒ、９２Ｒ センサ取付基板
２３Ｒ、２３Ｇ、２３Ｂ コネクタ
２４Ｒ、２４Ｇ、２４Ｂ マスク
２５ 突出部
３１、３２ａ、３２ｂ、８４ａ、８４ｂ、９３〜９５ Ｖ字形状の凹部
８３ａ、８３ｂ Ｕ字形状の凹部
５１ センサユニット取付装置
５２ 本体
５３、５４ アーム
５５、５６ａ、５６ｂ アーム先端部

Claims (9)

1. 矩形形状をなし、対向する辺に非対称の凹部が形成された、固体撮像素子を実装するセンサ取付基板。
2. 前記凹部は、前記センサ取付基板の対向する辺の非対称の位置に形成されている請求項１に記載のセンサ取付基板。
3. 前記凹部は、Ｖ字形状に形成されている請求項２に記載のセンサ取付基板。
4. 前記凹部は、前記センサ取付基板の一方の辺の両隅と他方の辺の中央との３か所に形成されている請求項２または３に記載のセンサ取付基板。
5. 前記凹部は、前記センサ取付基板の対向する一方の辺と他方の辺とで、形状が非対称に形成されている請求項１に記載のセンサ取付基板。
6. 前記凹部は、前記センサ取付基板の一方の辺にＶ字形状で形成され、他方の辺にＵ字形状で形成されている請求項５に記載のセンサ取付基板。
7. 前記凹部は、前記センサ取付基板の四隅に形成されている請求項５または６に記載のセンサ取付基板。
8. 多板式のプリズムと、固体撮像素子と、該固体撮像素子が実装された請求項１ないし７のいずれか一項に記載のセンサ取付基板と、を備えた固体撮像装置。
9. 矩形形状をなすセンサ取付基板の対向する辺に非対称の凹部を形成する工程と、
   固体撮像素子を前記センサ取付基板に実装してセンサユニットを組み立てる工程と、
   前記固体撮像素子の取付け位置を調整して多板式のプリズムに前記センサユニットを取り付ける工程と、
   を含む固体撮像装置の製造方法。

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