JP2987455B2

JP2987455B2 - 固体撮像装置

Info

Publication number: JP2987455B2
Application number: JP3269733A
Authority: JP
Inventors: 久夫荻生
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1991-10-17
Filing date: 1991-10-17
Publication date: 1999-12-06
Anticipated expiration: 2014-12-06
Also published as: JPH05110960A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、オンチップマイクロレ
ンズによる感度アップを図った固体撮像装置の改良に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＣＤ等の固体撮像装置は、その性能、
特に画素数が多いこと、感度が高いことが要求されてい
る。

【０００３】例えば、固体撮像装置を先端部に有する電
子内視鏡は、狭い管腔や体腔内に挿入されるので、挿入
部の先端部の径は大きくできない。このため、ＣＣＤの
小型化は、重要な技術課題となっている。また、ビデオ
カメラの分野においても、光学系は、２分の１インチか
ら３分の１インチに変わりつつあり、それに伴ってＣＣ
Ｄの小型化が図られている。

【０００４】従って、ＣＣＤ等の固体撮像装置は、高画
素化、小型化に伴い、画素サイズも小さくなる傾向にあ
る。ＣＣＤの小型化によって、カメラ等のレンズ光学系
のサイズと重量は大幅に軽減される一方、ＣＣＤの感光
部面積が小さくなるため、ＣＣＤのイメージエリアに入
射する被写体（光学）像の光量が減少してしまう。それ
に応じて、信号出力のレベルも次第に小さくなり、感度
が低下するという欠点がある。従って、最近では、例え
ば特願平２−１７４０３９号、特願平２−４０５２２１
号、あるいは電波新聞（１９９１年１月３１日（３
６））に示すように、ＣＣＤの各画素の上にマイクロレ
ンズを形成して集光することにより、感度アップを図る
ものが提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述したＣ
ＣＤのオンチップ上に形成するマイクロレンズは、樹脂
を用いているために、カバーガラスで保護しないと傷が
付いてしまうという欠点がある。

【０００６】また、マイクロレンズの樹脂が湿気を吸う
と、劣化したり、あるいは屈折率が変ったりしてしまう
という不具合があるため、気密封止する必要がある。

【０００７】本発明は、前記事情に鑑みてなされたもの
で、マイクロレンズ付きの固体撮像装置において、マイ
クロレンズやオンチップのカラーフィルタが湿気により
劣化したり、屈折率が変化したりすることのない固体撮
像装置を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置
は、被写体像を撮像するイメージエリアを有するチップ
を基板上に設けていると共に、前記チップのイメージエ
リア上に、前記被写体像を結像させるマイクロレンズを
設けている固体撮像装置であって、前記イメージエリア
を除いた前記チップ上の縁辺部の少なくとも一部に、壁
状凸部を設けている一方、前記マイクロレンズに対向
し、かつ前記壁状凸部上に透明部材を配置すると共に、
前記基板から透明部材にかけて封止部材で囲繞し、前記
マイクロレンズを密封する。

【０００９】

【作用】この構成で、前記イメージエリアを除いた前記
チップ上の縁辺部の少なくとも一部に、壁状凸部を設け
る一方、前記マイクロレンズに対向し、かつ前記壁状凸
部上に透明部材を配置すると共に、前記基板から透明部
材にかけて封止部材で囲繞し、前記マイクロレンズを密
封して、湿気による劣化や屈折率の変化を防いでいる。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。図１及び図２は本発明の第１実施例に係
り、図１は固体撮像装置の要部の構成を示す断面図、図
２はマイクロレンズ及び壁状凸部の形成方法を示す説明
図である。

【００１１】図１に示す固体撮像装置１０は、被写体像
を撮像する図示しないイメージエリアの前面にあって、
各画素毎に入射する光量を増大させる後述するマイクロ
レンズアレイを配置している。

【００１２】この固体撮像装置１０は、基板としてのセ
ラミックベース１の上にＣＣＤチップ２がダイボンディ
ングされている。このＣＣＤチップ２の上には、被写体
像からの入射光を光電変換する前記イメージエリアを有
している。このイメージエリア上には、いわゆる同時式
によりカラー撮像を行うため、色分離用の図示しないカ
ラーフィルタがオンチップで形成され、その上にマイク
ロレンズ３が形成されている。

【００１３】ここで、前記固体撮像装置１０は、例えば
インターライン型ＣＣＤとして説明する。インターライ
ン型ＣＣＤの場合、前記イメージエリアには、フォトダ
イオードからなる図示しないセンサ部と、図示しない垂
直転送路（以下、Ｖ．ＣＣＤと記す。）とが隣り合せに
配置されている。そして、一つのセンサ部と、それに隣
接する一つのＶ．ＣＣＤとで単位画素（１画素）が構成
されている。また、前記Ｖ．ＣＣＤの表面には、図示し
ない遮光アルミニウムが設けられており、光がＶ．ＣＣ
Ｄに入射しないようになっている。

【００１４】前記マイクロレンズアレイ３は、前記単位
画素毎に、超小型の光学レンズである凸形状のマイクロ
レンズ３ａを多数配置して構成されている。このマイク
ロレンズアレイ３は、マイクロレンズ３ａの各光軸が、
各センサ部の画素中心と一致する位置へ配置している。
また、各マイクロレンズ３ａの凸部のサイズ（面積）
は、前記センサ部の画素のサイズより大きく形成してい
る。従って、マイクロレンズ３ａは、前記Ｖ．ＣＣＤに
入射される光の一部を前記センサ部に集光し、前記セン
サ部が受光する光量を増大している。

【００１５】このため前記センサ部の実効開口率が増大
し、感度が向上する。よって、例えば、本固体撮像装置
１０を用いた電子内視鏡にあっては、レーザ光等による
内視鏡検査におけるスミアを防止するために、インター
ライン型を用いたことによって半減した感度が復元でき
る。また、例えば気管支や血管等の極細管腔用電子内視
鏡において、本固体撮像装置１０を使用すれば、その感
度を向上できる。

【００１６】一方、前記ＣＣＤチップ２は、前記イメー
ジエリアを除いた縁辺部上の全周にわたって、マイクロ
レンズ３ａと同じ材質（例えば、プラスチック等の樹
脂）で、同時に形成された壁状凸部４を設けている。こ
の壁状凸部４は、マイクロレンズ３ａの高さより、若干
高く形成されており、その上に透明部材としてのカバー
ガラス５を載置している。前記壁状凸部４を高く形成す
ることにより、カバーガラス５にかかる外圧が、マイク
ロレンズ３ａに加わらなようにしている。尚、壁状凸部
４は、ＣＣＤチップ２の縁辺部上の全周ではなく、一部
に形成しても良い。

【００１７】また、前記カバーガラス５は、マイクロレ
ンズアレイ３に傷などがつかないよう、保護の役目をし
ている。尚、前記壁状凸部４とカバーガラス５とは、接
着して固定するようにしても良い。

【００１８】さらに、封止部材としての封止樹脂６によ
り、セラミックベース１からカバーガラス５にかけて接
着固定することにより、マイクロレンズアレイ３を密封
している。封止樹脂６は、セラミックベース１前面の縁
辺部全周から、さらにＣＣＤチップ２、壁状凸部４、及
びカバーガラス５それぞれの外周の全側面にかけて形成
されている。

【００１９】前記マイクロレンズアレイ３及び壁状凸部
４の形成方法は、図２に示すように、ＣＣＤチップ２の
上に、例えば樹脂を壁状凸部４と同じ高さで形成する。
その後、フォトリソグラフィーにより、図２に示すハッ
チング（斜線）部分を落としてマイクロレンズアレイ３
と壁状凸部４とを形成する。尚、壁状凸部４は、マイク
ロレンズアレイ３と同時に同じ材質で形成しても良い
し、あるいは、異なる材質で形成しても良い。

【００２０】本実施例のマイクロレンズ付きの固体撮像
装置１０においては、マイクロレンズを形成するとき
に、ＣＣＤチップ２の縁辺部上全周にわたって、壁状凸
部４を同時に形成し、カバーガラス５をその上に設け
て、側面を封止樹脂６で密封固定する。このようにし
て、本実施例は、密封性の良いパッケージを実現してい
る。従って、本実施例では、マイクロレンズアレイ３や
オンチップの前記カラーフィルタが湿気により劣化する
ことがなく、マイクロレンズアレイ３の屈折率も変化す
ることがない。このため、本固体撮像素装置１０を用い
れば、湿気に強く、高感度で、良質の画像を得ることが
できる。

【００２１】また、本実施例では、ＣＣＤチップ２上
（イメージエリアを除き）に、壁状凸部４を形成し、カ
バーガラス５の大きさも、ＣＣＤチップ２と同じ大きさ
であり、さらにセラミックベース１も、封止部材６を載
せる分の面積しか、余分に形成しておらず、全体的に小
型化を図っている。

【００２２】一方、図６に示すように、ボンディングワ
イヤ２３を有すると共に、ＣＣＤチップ２２上に図示し
ないマイクロレンズを載せた従来の固体撮像装置２０で
は、カバーガラス２５はＣＣＤチップ２２より大きく、
またセラミックベース２１は、カバーガラス２５よりも
さらに大きく形成されている。この従来例に対して、本
実施例は、より小型で密封性の良いＣＣＤチップ２のパ
ッケージを実現している。従って、本固体撮像装置１０
は、内蔵する機器の小型化が要求される内視鏡等におい
ても、有利であり、こうした内視鏡等の小型化を図るこ
とができる。

【００２３】尚、本実施例では、ＣＣＤチップ２の各セ
ンサ部に対向して、単位画素毎に凸形状のマイクロレン
ズ３ａを設けているが、これに対して、コーン型反射レ
ンズを設けようにしても良い。このコーン型反射レンズ
は、レンズ中を通った光が側面で反射し、反射した光が
集光するような、例えば円錐状または角錐状に凹形状に
形成されているものである。尚、コーン型反射レンズに
関しては、本出願人による特願平２−４０５２２１号に
詳しいので、図及び説明を省略する。

【００２４】図３は、本発明の第２実施例に係る固体撮
像装置の要部の構成を示す断面図である。図３に示す本
実施例の固体撮像装置１１は、前記カバーガラス５が前
記壁状凸部４上に載置されるまでは、第１実施例と同じ
である。固体撮像装置１１が、第１実施例と異なる点
は、前記セラミックベース１から、カバーガラス５まで
の側面部全周にかけて、四角い枠状に形成された封止部
材としての例えば金属製の枠７を設けていることであ
る。さらに、この枠７は、その上端部側全周にわたっ
て、カバーガラス５との間を封止部材としての封止樹脂
６ａにより接着固定している。また、この枠７は、その
下端部全周にわたって、セラミックベース１との間を封
止部材としての封止樹脂６ｂにより、接着固定してい
る。このようにして、前記マイクロレンズアレイ３は、
密封されている。尚、符号１２は、前記ＣＣＤチップ２
に接続されて、信号の入／出力が行われる端子である。

【００２５】本実施例では、側面のほとんどを、例えば
金属製の枠７で覆っているため、第１実施例より、気密
性、密封性を高くすることができる。その他の構成及び
作用効果は、第１実施例と同様で、説明を省略する。

【００２６】図４は、本発明の第３実施例に係る固体撮
像装置の要部の構成を示す説明図である。図４に示す本
実施例の固体撮像素装置１３は、第２実施例が前記枠７
一つで、側面を覆っていたのに対して、さらに加えて、
第２の枠８を備えている。その他、第２実施例と同様の
構成及び作用については、同じ符号を付して説明を省略
する。

【００２７】前記セラミックベース１には、その側面部
を一周するように、四角い枠状に形成された封止部材と
しての例えば、金属製の第２の枠８が設けられている。
この第２の枠８は、その上端部側全周にわたって、セラ
ミックベース１との間を封止部材としての封止樹脂６ｃ
により、接着固定されている。

【００２８】また、前記枠７は、第２の枠８から、前記
カバーガラス５までの側面部全周にかけて設けられてい
る。

【００２９】前記セラミックベース１と第２の枠８と、
またカバーガラス５と枠７との固定は、それぞれ別個に
行ない、枠７と第２の枠８とは、同種の金属同志で形成
し、溶接等により接続し、密封性を高めればよく、この
ようにすれば組立てが容易である。その他の構成及び作
用効果は、第２実施例と同様で、説明を省略する。

【００３０】図５はマイクロレンズを有しない固体撮像
装置の構成を示す断面図である。図５に示す固体撮像装
置１４は、前記マイクロレンズアレイ３が無く、かつ前
記第２実施例と同様に密封性を高めたものである。その
他、第２実施例と同様の構成及び作用については、同じ
符号を付して説明を省略する。

【００３１】前記固体撮像装置１４は、オンチップの前
記カラーフィルタに代えて、前記カバーガラス５とマイ
クロレンズアレイ３との間に、色分離用のカラーフィル
ターアレイ９を設けている。尚、カバーフィルタアレイ
９は、例えば、カバーガラス５に膜を蒸着して形成して
も良い。一方、封止樹脂１５は、その内部に、前記ＣＣ
Ｄチップ２と端子１２とを接続する図示しないワイヤを
固定している。

【００３２】あるいは、その他構成は第１実施例または
第３実施例と同様にしても良い。

【００３３】尚、前記各実施例においては、前記マイク
ロレンズは、図示例の凸型や前述したコーン型反射レン
ズなどに限定されものではない。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、マイクロレンズ付の固
体撮像素子において、小型で密封性の良いパッケージを
実現できるためマイクロレンズやオンチップのカラーフ
ィルターが湿気により劣化したり、屈折率が変化したり
することを防止できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１本発明の第１実施例に係る固体撮像装置の
要部の構成を示す断面図。

【図２】図２はマイクロレンズ及び壁状凸部の形成方法
を示す説明図。

【図３】図３は本発明の第２実施例に係る固体撮像装置
の要部の構成を示す断面図。

【図４】図４は本発明の第３実施例に係る固体撮像装置
の要部の構成を示す断面図。

【図５】図５はマイクロレンズを有しない固体撮像装置
の構成を示す断面図。

【図６】図６は従来の固体撮像装置を示す断面図。

【符号の説明】

１…セラミックベース２…ＣＣＤチップ３…マイクロレンズアレイ３ａ…マイクロレンズ４…壁状凸部５…カバーガラス６…封止樹脂１０…固体撮像装置

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被写体像を撮像するイメージエリアを有す
るチップを基板上に設けていると共に、前記チップのイ
メージエリア上に、前記被写体像を結像させるマイクロ
レンズを設けている固体撮像装置において、前記イメージエリアを除いた前記チップ上の縁辺部の少
なくとも一部に、壁状凸部を設けている一方、前記マイ
クロレンズに対向し、かつ前記壁状凸部上に透明部材を
配置すると共に、前記基板から透明部材にかけて封止部
材で囲繞し、前記マイクロレンズを密封することを特徴
とする固体撮像装置。