JP4710610B2 - 固体撮像装置及び該固体撮像装置を備えた撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明は、カメラ等に使用される撮像装置に関し、特に携帯端末に搭載される薄型カメラユニットに好適な固体撮像装置に関するものである。
小型で薄型の撮像装置が、携帯電話機やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）等の小型、薄型の電子機器に搭載されるようになった。これにより遠隔地へ音声情報だけでなく画像情報も相互に伝送することが可能となっている。
これらの撮像装置に使用される撮像素子としては、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）型イメージセンサやＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型イメージセンサ等の固体撮像素子が使用されている。
また、これらの撮像素子は、個々の受光画素上に各々マイクロレンズを形成して小型、高画素化に伴う受光画素面積の縮小による感度低下を補う工夫がなされている。
一方、上記の撮像装置は、搭載する機器の薄型化に伴い極力薄いことが求められ、従来のセラミックパッケージや樹脂モールドパッケージを使用しては、この要求に対応することは困難である。このため、マイクロレンズの形成された半導体イメージセンサチップをそのまま、撮像装置を構成するプリント基板に実装し、この後光学系等を組み立てて一体化することで小型薄型化をおこなうのが一般的であった。
この場合、工程中でマイクロレンズ上に塵埃が付着すると、受光画素への光が遮蔽され、被写体画像データに支障をきたす問題を発生させる場合がある。
これに対し、撮像素子を薄型に保ちつつパッケージングした固体撮像装置が提案されている。
この例として、マイクロレンズアレイ上にマイクロレンズより低屈折率の層を形成し、透明板をこの低屈折率の層上に配置したもの、マイクロレンズアレイ上にスペーサを介して透明板を配置しマイクロレンズアレイと透明板の間を空気層としたものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−３１７８２号公報
上記の特許文献１に記載の固体撮像装置は、撮像装置が完成されるまでの工程の初期の段階からマイクロレンズアレイ部が透明板により覆われ、外気と隔絶されているため、種々の工程を経由してもマイクロレンズ上に塵埃が付着することが無く、また透明板上に付着しても容易に拭き取ることができる利点を有している。
しかし、マイクロレンズアレイ上に低屈折率の層を形成する方法では、低屈折率層の層厚管理が困難であることと、低屈折率の層を形成するための工程が増加し、コストアップを誘引する問題がある。
またマイクロレンズアレイ上にスペーサを介して透明板を配置する方法では、スペーサを形成する工程、もしくはスペーサ部材及びその組み込みが、工程に追加となり同様のコストアップを誘引する問題がある。
本発明は上記問題に鑑み、薄型に保ったまま、製造のための工程を増加させることなく、即ち低コストで固体撮像素子をパッケージングした固体撮像装置及びこの固体撮像装置を備えた撮像装置を得ることを目的とするものである。
上記の課題は、以下のようにすることで解決される。
受光画素群と、マイクロレンズアレイと、前記マイクロレンズアレイの光入射側に配置される透明部材と、を有し、前記マイクロレンズアレイより高さの高い凸部を、マイクロレンズアレイと一体に形成し、前記透明部材を前記凸部で支持したことを特徴とする固体撮像装置、とする。
第１（ａ）図および第１（ｂ）図は、本実施の形態における撮像装置１００の斜視図である。
第２図は撮像装置１００に用いられる、本発明に係る固体撮像装置の側断面図である。
第３図は本発明に係る固体撮像装置を受光画素面方向から見た正面図である。
第４図は固体撮像装置に形成されるカラーモザイクフィルタの配列例を示す図である。
第５（ａ）図および第５（ｂ）図は固体撮像装置に形成されるマイクロレンズアレイと凸部及び欠損部の１例の模式図である。
第６（ａ）図〜第６（ｄ）図は本発明に係るマイクロレンズアレイと凸部を同時に一体的に形成する方法の模式図である。
第７図は撮像装置１００を第１（ａ）図に示すＦ−Ｆ線で切断した概略の断面図である。
第８図は撮像装置２００の内部構成を示す概略の断面図である。
第９図はボールグリッドアレイタイプに形成した固体撮像装置のその他の例を示したものである。
第１０図はマイクロレンズアレイと一体で形成される凸部の形状のその他の例を示した図である。
第１１図はマイクロレンズアレイと一体で形成される凸部の形状のその他の例を示した図である。
第１２図はマイクロレンズアレイと一体で形成される凸部の形状のその他の例を示した図である。
第１３図はマイクロレンズアレイと一体で形成される凸部の形状のその他の例を示した図である。
以下に、本発明の好ましい形態を説明する。
１．入射光を光電変換する受光画素を２次元的に配置した受光画素群と、
前記受光画素に対応して２次元的に配置されたマイクロレンズアレイと、
前記マイクロレンズアレイの光入射側に配置される透明部材と、を有し、
前記マイクロレンズアレイより高さの高い凸部を、前記マイクロレンズアレイと一体に形成し、
前記凸部の領域内に、前記凸部が欠損した部位を形成し、
前記透明部材に前記凸部の欠損した部位に係合する係合部を形成し、
前記透明部材を前記凸部で支持したことを特徴とする固体撮像装置。
２．前記凸部は、前記マイクロレンズアレイと同一工程で一体に形成されていることを特徴とする前記１に記載の固体撮像装置。
３．前記同一工程はリソグラフィーによる工程であることを特徴とする前記２に記載の固体撮像装置。
４．前記リソグラフィーによる工程は、
前記マイクロレンズアレイを、熱可塑性の透明感光性樹脂膜に所望のパターンを露光して形成する固体撮像装置のマイクロレンズアレイ製造方法において、
前記透明感光性樹脂膜への露光時に、前記マイクロレンズアレイの領域とそれ以外の領域とで、露光されるパターンを異ならせることにより、
前記マイクロレンズアレイより高さの高い凸部を、前記マイクロレンズアレイと一体に形成することを特徴とする前記３に記載の固体撮像装置。
５．前記透明感光樹脂層を形成する工程は、塗布による工程であることを特徴とする前記４に記載の固体撮像装置。
６．露光が行なわれた前記透明感光性樹脂膜は、エッチングを用いた方法により現像されることを特徴とする前記４に記載の固体撮像装置。
７．前記マイクロレンズアレイおよび前記凸部を形成する工程は、熱リフロー法またはエッチバック法による工程であることを特徴とする前記４に記載の固体撮像装置。
８．前記凸部は、前記マイクロレンズアレイを取り囲むように配置されていることを特徴とする前記１から７のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
９．前記透明部材は、前記凸部と当接した状態で接着され、前記マイクロレンズアレイの領域を封止したことを特徴とする前記１から８のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
１０．前記透明部材は、成形部材であることを特徴とする前記１から８のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
１１．前記透明部材に赤外光カット機能を持たせたことを特徴とする前記１から１０のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
１２．前記透明部材の光入射側の面のマイクロレンズを取り囲む位置の一部に、凹部又は凸部を形成したことを特徴とする前記１から１１のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
１３．前記透明部材に遮光部を設けたことを特徴とする前記１から１２のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
１４．前記透明部材の少なくとも一方の面に反射防止処理を施したことを特徴とする前記１から１３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
１５．前記透明部材の少なくとも一方の面に、回折格子からなる光学的ローパスフィルタを設けたことを特徴とする前記１から１４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
１６．前記１から１５のいずれか１項に記載の固体撮像装置と前記固体撮像装置に被写体光を結像させる撮像光学系を備えたことを特徴とする撮像装置。
１７．前記透明部材の光入射面側の面に、前記撮像光学系を当接させたことを特徴とする前記１６に記載の撮像装置。
以下、実施の形態により本発明を詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
なお、本実施の形態においては、入射光を光電変換する受光画素を２次元的に配置した受光画素群を有する半導体イメージセンサチップを撮像素子と称し、この撮像素子にマイクロレンズ、透明部材等を設けた状態を固体撮像装置と称し、この固体撮像装置に撮像光学系を設けカメラモジュールの形態となったものを撮像装置と称して説明する。
（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態について説明する。第１の実施の形態は、撮像素子を所謂フリップチップ実装法でプリント基板に実装した撮像装置である。
第１（ａ）図および第１（ｂ）図は、本実施の形態における撮像装置１００の斜視図である。第１（ａ）図は撮像装置を表側の面である光入射側から見た斜視図であり、第１（ｂ）図は裏側の面である撮像素子側から見た斜視図である。
第１（ａ）図に示すように、撮像装置１００の表側はフレキシブルプリント基板ＦＰＣと、このフレキシブルプリント基板ＦＰＣに取り付けられた補強板１６を介して、光学部材を内包する外枠部材４と、この外枠部材の光入射側には開口部を有する蓋部材５が取り付けられている。
また第１（ｂ）図に示すように、撮像装置１００の裏面にはフレキシブルプリント基板ＦＰＣの他方の面に本発明に係る固体撮像装置８がフリップチップ実装法により電気的に接続されると共に固着されている。この固体撮像装置８からの光電変換信号や固体撮像装置８を制御するための信号は、フレキシブルプリント基板ＦＰＣを介し、接続端子部１７が図示しない携帯端末本体側の基板と接続されて相互に入出力が可能となっている。
第２図は、撮像装置１００に用いられる、本発明に係る固体撮像装置８の側断面図である。
第２図に示すように、固体撮像装置８は、入射光を光電変換する受光画素を２次元的に配置した受光画素群（図示せず）と、この受光画素に対応して２次元的に配置されたモザイクカラーフィルタ層２１を有する半導体イメージセンサーチップ２０と受光画素に対応して２次元的に配置されたマイクロレンズアレイ２２と、このマイクロレンズアレイ２２の光入射側に配置される透明部材２３で構成されている。
マイクロレンズアレイ２２の周囲には、マイクロレンズアレイ２２より高さの高い凸部２４が、マイクロレンズアレイ２２を形成する同一プロセスで同時に一体的に形成される。このプロセスにはリソグラフィーの手法を用いることができる。透明部材２３は、この凸部２４に当接して支持されている。これにより、マイクロレンズアレイ２２と透明部材２３の間には空気層を介在させることができ、マイクロレンズアレイ２２の屈折力を確保している。なお、空気層が最も特性的に有利であるが、マイクロレンズアレイ２２より屈折率の低い透明な光学材料を充填してもよい。
この凸部２４の領域内に、凸部の無い欠損部２４ｋが少なくとも２箇所形成されている。透明部材２３は、この欠損部２４ｋに対応する位置に突起部２３ｋが形成されており、この透明部材２３の突起部２３ｋと欠損部２４ｋを係合させることにより、透明部材２３の位置決めがなされるようになっている。このように位置決めがなされた後、凸部２４と透明部材２３の周囲を、例えば紫外線硬化型の接着剤Ｃにより接着され、透明部材２３と凸部２４で、マイクロレンズアレイ２２の光入射側の空間が封止されている。
また、透明部材２３の光入射側２３ｒには、赤外光カット機能を有する例えば公知の赤外カットコーティングが施され、加えて撮像光学系からの被写体光束が透過する領域以外は、例えば黒色の遮光性の印刷２３ｓが施されている。このようにすることで赤外光カットのための部材の厚みを省略でき、また遮光性の印刷により、撮像素子に入射する不要光を遮断し、被写体画像のコントラストの低下を防止でき、被写体画像の画質を向上させることができる。
なお、透明部材２３には、反射防止処理を施すことが望ましい。これにより、被写体画像のコントラストの低下を防止でき、被写体画像の画質を向上させることができる。
この反射防止処理としては、公知の誘電体多層膜等のコーティングによる方法の他、特開２００３−１１４３１６号公報に記載されているような微細な円錐体、角錐体を配列した形状を形成し、そのピッチはランダムにかつ臨界波長以上の光の入射側及び出射側における０次以外の次数の回折光が実質的に０となるように設定することで反射防止をおこなうことが望ましい。
このようにすることにより、成型で反射防止処理がおこなえるためコーティングの工程を省略でき、より低コスト化が可能である。
加えて、透明部材２３の少なくとも一方の面に、回折格子からなる光学的ローパスフィルタを形成し、複屈折光学素子と同様の機能を持たせることが好ましい。この回折格子からなる光学的ローパスフィルタは、例えば特開平５−２１５１号公報、特公昭４９−２０１０５号公報、特開昭４８−５３７４１号公報等に記載されているような、格子面と撮像素子面との距離、所望のカットオフ周波数等に応じて格子ピッチやその深さ等が決定される格子形状のものである。
これにより、従来より高画素数の撮像素子を搭載した撮像装置に使用されていた、水晶板を用いたオプチカルローパスフィルタを不要とでき、低コスト化、光軸方向の薄型化が可能になる。
更に、透明部材２３の光入射側２３ｒの面には、凹部２３ｈが複数箇所形成されている。
このため透明部材２３には、厚みを精度よく管理でき、上述の反射防止の凹凸形状や回折格子構造、突起部２３ｋと凹部２３ｈなどを一体に形成できる成形部材、即ち樹脂成形やガラスモールドにより形成した部材が好適であり、一体成形による低コスト化が可能である。
なお、本例では、凸部に２箇所の欠損部を有し、透明部材には係合する２箇所の突起部を有して位置決めするもので説明したが、凸部を額縁状の欠損部とし、突起部を額縁状もしくは下駄の歯状に形成して、係合させることで位置決めしてもよい。
第３図は、本発明に係る固体撮像装置８を受光画素面方向から見た正面図である。以下の図においては、説明の重複を避けるため同部材には同符号を付して説明する。
第３図に示すように、固体撮像装置８は半導体イメージセンサーチップ２０上の外縁周囲に、受光画素からの信号を送出したり、固体撮像装置８の動作を制御するための信号線に接続された所定数の電極パッド１０が設けられ、この電極パッド１０上には、突起電極（バンプ）１１が各々形成されている。
固体撮像装置８の中央部には、受光画素群２５が形成され、この受光画素の各々に対し、後述のカラーモザイクフィルタ層２１が形成されている。更に、受光画素の各々に対応してマイクロレンズが形成されている。このマイクロレンズアレイ２２の領域は受光画素群２５の領域よりも広範囲にわたって形成される。更にマイクロレンズアレイ２２の領域を取り囲むように凸部２４が一体的に形成されている。この凸部２４上には、この凸部２４の領域より面積の小さい透明部材２３が配置されている。
第４図は、固体撮像装置８に形成されるカラーモザイクフィルタの配列例を示す図である。第４図は、公知の原色系のフィルタ配列を示している。受光画素の各々に対応して、受光画素群の長辺方向にＲ（レッド）とＧ（グリーン）が交互に形成されたラインと、ＧとＢ（ブルー）が交互に形成されたラインが交互に配列されている。また、ＲとＧのラインのＲの下に、ＧとＢのラインのＧが来るように配列されている。なお、このカラーモザイクフィルタはその他の原色系の配列でもよいし、公知のＣｙ（シアン）、Ｙｅ（イエロー）、Ｍｇ（マゼンタ）、Ｇ（グリーン）を用いた補色系の配列であってもよい。
第５（ａ）図および第５（ｂ）図は、固体撮像装置８に形成されるマイクロレンズアレイ２２と凸部２４及び欠損部２４ｋの１例の模式図である。第５（ａ）図は、正面図であり、第５（ｂ）図は、第５（ａ）図に示すＧ−Ｇ線で切断した断面図である。
第５（ａ）図、第５（ｂ）図に示すように、中央部の受光画素群に対応し、マイクロレンズアレイ２２と、このマイクロレンズアレイ２２の領域を取り囲むように凸部２４が一体的に形成されている。本例では、この凸部２４の領域内に長方形の欠損部２４ｋが２箇所形成されている。既に説明したようにこの欠損部２４ｋが透明部材２３との位置決めに使用されるものである。
第６（ａ）図〜第６（ｄ）図は、本発明に係るマイクロレンズアレイ２２と凸部２４を同時に一体的に形成する方法の模式図である。
マイクロレンズアレイの形成方法としては、一般的な加熱溶融法（熱リフロー法とも言う）や特開平３−１９０１６６号公報に記載されたエッチバックを用いた方法が知られている。本発明では、加熱溶融法を用いて、マイクロレンズアレイ２２と凸部２４を一体的に形成する方法を詳しく説明する。
第６（ａ）図〜第６（ｄ）図は、工程順であり、以下この工程に従い説明する。
（１）光を電荷に変換する受光画素３０が形成され、このそれぞれには前述のカラーフィルタ（図示せず）が形成された半導体イメージセンサチップ２０に、表面の平滑化された透明膜３１を形成する（第６（ａ）図）。
（２）次に、透明膜３１上に、熱可塑性の透明感光性樹脂膜３２を形成する（第６（ｂ）図）。この透明感光性樹脂膜を形成する方法としては、塗布を用いることができる。
（３）形成された透明感光性樹脂膜３２に所望のパターンで露光をおこなう。この時の露光のパターンとして、例えば透明感光性樹脂膜３２がポジ型感光性樹脂膜の場合について説明する。受光画素３０の領域上では、幅広の露光される部分（透過部）３２ａと幅の狭い露光されない部分（遮光部）３２ｂのパターンで露光され、一方、受光画素３０の無い領域では、幅の狭い露光される部分（透過部）３２ｃと幅広の露光されない部分（遮光部）３２ｄのパターンとなるような碁盤目状のパターンマスクを用いて露光をおこなう。この露光はレーザー等でスキャニングして同様の露光をおこなってもよい。量産時は前者の方が望ましく、半導体ウエハー上で一括して多数の半導体イメージセンサー部に対し露光を行えるためコスト的に有利である。
このような露光の後、現像をおこなうと、ポジ型感光性樹脂膜の場合、露光された部分の樹脂膜が削除され、図示のように受光画素３０上に残る樹脂膜は小さく、受光画素３０の無い領域では大きい状態となる（第６図（ｃ））。現像には、エッチングを用いることができる。
（４）この後、加熱溶融し、残った樹脂膜を流動化させることにより、レンズ形状に形成する。この時、図示のように、残った樹脂膜が少量となったレンズ３３の形状は薄く形成され、残った樹脂膜が多量の受光画素３０の無い領域では、受光画素３０上のレンズ３３よりも高く形成することができる（第６（ｄ）図）。
なお欠損部は同様に、欠損部にあわせた形状の露光をおこなうことで樹脂膜を削除して欠損部として形成することが可能である。
このように、透明感光性樹脂膜への露光時に、マイクロレンズアレイの領域とそれ以外の領域とで、露光されるパターンを異ならせることにより、マイクロレンズアレイより高さの高い凸部を、前記マイクロレンズアレイと同時に一体に形成することができ、製造プロセスの増加無く、低コストで製造できる。
なお、この方法は、前述のエッチバックを用いた方法にも露光時に同様のパターンマスクを使用することで適用可能である。またネガ型感光性樹脂膜を用いた場合には、上記と逆のパターンマスクを用いればよい。
以上のようにして形成された固体撮像装置８を用いた撮像装置１００の内部構成について説明する。
第７図は、撮像装置１００を第１（ａ）図に示すＦ−Ｆ線で切断した概略の断面図である。
第７図において、外枠部材４の内部は、被写体側より第１レンズ１、第２レンズ２、で構成された撮像光学系と、フレキシブルプリント基板ＦＰＣに実装された本発明に係る固体撮像装置８、弾性部材である圧縮コイルバネ９、蓋部材５で構成されている。
撮像光学系は、図示のように第１レンズ１、第２レンズ２を、光学有効面以外のフランジ部で相互に当接させ、接着剤等で互いに固着することでユニット化されており、他の部材を介さず構成することで、相互のレンズ間隔の誤差を最少に組み立てることが可能となっている。
以下、撮像装置１００を組み立て順に従い説明する。
まず、本発明に係る固体撮像装置８は突起電極（バンプ）１１を介してフレキシブルプリント基板ＦＰＣと電気的に接続され、例えば紫外線硬化型の接着剤Ｂによりその周囲が接着されると共に封止される。フレキシブルプリント基板ＦＰＣには、事前に補強として開口部を有する補強板１６が接着されている。
次に、外枠部材４が、治具に設けられた位置決め用カメラにより、固体撮像装置上の受光画素群の位置を確認して位置を決められ、補強板１６上に載置され、その周囲を例えば紫外線硬化型或いはゴム系の接着剤Ａで接着固定される。
更に、固体撮像装置８の透明部材２３の光入射側２３ｒに形成された凹部２３ｈと、第２レンズ２に一体で成形された突起部２ｔが係合するよう組み立てられる。これにより光軸に直交する方向の撮像光学系の位置決めがなされる。また、透明部材２３の光入射側２３ｒの面には、第２レンズ２と一体で成形された円筒部２ｆの端部が当接する。
なお、透明部材２３に凹部２３ｈを形成し、第２レンズ２に突起部２ｔを形成して係合させ、光軸直交方向の位置決めとしたが、逆に透明部材２３に凸部を形成し、第２レンズ２に凹部を形成して係合させるようにしてもよいのは勿論である。
次に、圧縮コイルバネ９、蓋部材５を組み込み蓋部材５を外枠部材４に接着剤Ｄで接着することにより、第２レンズ２、即ち撮像光学系は圧縮コイルバネ９により付勢されて、透明部材２３の光入射側２３ｒの面に当接される。これにより光軸方向の撮像光学系の位置決めがなされる。
このように、マイクロレンズアレイの製造プロセスで同時に一体的に凸部を形成することにより凸部の高さをばらつき無く形成し、樹脂成形で厚み方向の良好な精度の透明部材を、この凸部で支持することにより、受光画素群の面と透明部材の光入射側の面の位置をばらつき無く形成でき、この透明部材の光入射側の面に、撮像光学系を当接させることで、受光画素群の面と撮像光学系の光軸方向の位置関係を精度よく保ちつつ組み立てをおこなうことが可能となり、無調整で所望の被写体距離に焦点の合った撮像装置を組み立てることができる。
以上が、本発明に係る固体撮像装置８と、この固体撮像装置８を用いた撮像装置１００の概略の内部構成である。
即ち、本発明の固体撮像装置は、撮像装置の製造工程の初期の段階から、マイクロレンズアレイ部が透明部材により、封止されているため、湿気、塵埃から固体撮像装置の重要部を守ることができ、製造工程中の塵埃付着による歩留まり低下を最少に抑えることができ、ひいてはコストダウンを可能とできる。
（第２の実施の形態）
以下、本発明の第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態は、本発明の固体撮像装置を所謂ボールグリッドアレイタイプに形成した撮像装置の例である。
第８図は、撮像装置２００の内部構成を示す概略の断面図である。第８図に示す、固体撮像装置８は、カラーフィルタ層、マイクロレンズアレイ、マイクロレンズアレイと一体の凸部、透明部材の構成は第２図及び第３図での説明と同様であるので省略し、異なる部分について説明する。
第８図において、４０は基板であり、この基板４０上に半導体イメージセンサーチップ２０を配置し、外縁周囲に、受光画素からの信号を送出したり、固体撮像装置８の動作を制御するための信号線に接続された所定数の電極パッドより、ボンディングワイヤ４１を介して、基板４０の図示しない接続端子と接続される。この基板４０は接続端子の各々の周辺でスルーホール等で裏面側の図示しない電極パッドに接続され、この裏面側の電極パッド上にバンプ１１が形成される。
この、透明部材２３が接着された固体撮像装置８が基板４０上に配置され、基板４０と電極パッドがボンディングワイヤ４１により接続された状態で、所謂インサート成形と同様な方法で、樹脂部４２を形成する。これは紫外線消去型のＰＲＯＭ（Ｐｒｏｇｒａｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等のパッケージングと同様の方法で製作することができる。これにより樹脂部４２の寸法精度のよい固体撮像装置８のパッケージングが可能である。
このようにして形成した、固体撮像装置８の樹脂部４２に、第７図で既に説明したように、外枠部材４、第１レンズ１と第２レンズ２で構成された撮像光学系、弾性部材である圧縮コイルバネ９及び蓋部材５を組み込むことで撮像装置２００が完成される。
この撮像装置２００は、携帯端末側に配置される基板にバンプ１１を介して接続されることになる。また透明部材２３がガラス材料で形成されている場合には、リフローによるハンダ付けも可能である。
第９図は、ボールグリッドアレイタイプに形成した固体撮像装置のその他の例を示したものである。第９図は、カラーフィルタ層、マイクロレンズアレイ、マイクロレンズアレイと一体の凸部、透明部材の構成は第２図及び第３図での説明と同様であるので省略し、異なる部分について説明する。
固体撮像装置８を基板４０上に配置し、第８図で説明したボンディングワイヤ４１による基板４０との接続をせず、コの字状の接続部材５１により固体撮像装置８上の電極パッドから基板４０の裏面側へパターンを引き出したものである。バンプ１１は、この接続部材５１上に形成される。樹脂部４２の形成方法及び外枠部材、撮像光学系、圧縮コイルバネ、蓋部材の組み込みについては第８図と同様であるため省略する。
第１０図〜第１３図は、マイクロレンズアレイと一体で形成される凸部の形状のその他の例を示した図である。
第１０図に示すマイクロレンズアレイ２２とこれに一体で形成される凸部２４の形状は、第５（ａ）図および第５（ｂ）図と同様の方法で形成されたものである。凸部２４の領域内の対角方向に欠損部２４ｋを４箇所形成したものである。この欠損部２４ｋの位置に対応して透明部材の位置決め用突起部が形成され、位置決めされる。
第１１図に示す凸部２４の形状は、断面をシリンドリカルレンズ形状としたものである。欠損部２４ｋは、前述の露光によりこのシリンドリカルレンズ形状を削除して形成される。このシリンドリカルレンズ形状は、透明部材を接着する際の、余剰の接着剤が内側のマイクロレンズアレイ２２部への侵入の防止に効果がある。
第１２図に示す凸部２４の形状は、台形状に形成したものである。この場合は凸部２４の領域に前述の露光を与えないことで形成される。また欠損部２４ｋは、長辺方向に円形と長円形の２箇所で形成したもので、対応する透明部材は位置決め用突起部として、２箇所の円筒形のボスで位置決めされる。
第１３図に示す凸部２４の形状は、ワッフル状にしたものである。また欠損部２４ｋは、対角方向に円形と長円形の２箇所で形成したものである。
凸部の断面形状と欠損部の組み合わせはこれに限るものでなくそれぞれ自由に組み合わせてよい。
本発明によれば、マイクロレンズアレイ形成時に、マイクロレンズアレイと一体で凸部を形成し、この凸部で透明部材を支持すること、および凸部領域内に凸部の欠損した部位を形成し、透明部材に凸部領域内の凸部の欠損した部位に係合する係合部を形成することで、撮像素子上での透明部材の位置決めを簡単にし、薄型に保ったまま、製造のための工程を増加させることなく、即ち低コストで固体撮像素子をパッケージングした固体撮像装置を得ることが可能となる。
また、受光画素群を取り囲むように凸部を配置し、この凸部と透明部材を接着することにより、マイクロレンズ部の封止を容易に行えるようになり、マイクロレンズ部への湿気、塵埃の侵入を防止できるようになる。
更に、透明部材を成形部材とすることにより、透明部材の厚みの精度向上が可能となり、この透明部材の光入射面側を撮像光学系の光軸方向基準とすることができるようになる。
更に、透明部材に赤外光カット機能をもたせることで、撮像装置の厚み方向を薄くすることが可能となる。
更に、透明部材の光入射面側に凹部又は凸部を形成することにより、撮像光学系の光軸と直交する方向の位置決めが簡単にできるようになる。
更に、透明部材の撮像光束透過部以外に遮光部を設けることにより、撮像素子に入射する不要光を遮断し、被写体画像のコントラストの低下を防止でき、被写体画像の画質を向上できるようになる。
更に、透明部材に反射防止処理を施すことにより、被写体画像のコントラストの低下を防止でき、被写体画像の画質を向上できるようになる。
更に、透明部材に回折格子からなる光学的ローパスフィルタを設けることにより、複屈折光学素子機能を持たせることができ、従来の水晶板等を用いることなく偽色、モアレ等の問題を解消でき、低コスト化、薄型化が可能になる。
また、この固体撮像装置と被写体光を結像させる撮像光学系を備えた撮像装置とすることで、上記の効果を有する撮像装置を得ることができる。
更に透明部材の光入射面側の面に、撮像光学系を当接させた撮像装置とすることで、固体撮像装置と撮像光学系の位置関係をばらつき無く精度よく組み立てることが可能となる。
加えて、本発明のマイクロレンズアレイと凸部を同時に一体に形成するマイクロレンズアレイ製造方法により、低コストで固体撮像素子をパッケージングした固体撮像装置を得ることが可能となる。

Claims (17)

  1. 入射光を光電変換する受光画素を２次元的に配置した受光画素群と、
    前記受光画素に対応して２次元的に配置されたマイクロレンズアレイと、
    前記マイクロレンズアレイの光入射側に配置される透明部材と、を有し、
    前記マイクロレンズアレイより高さの高い凸部を、前記マイクロレンズアレイと一体に形成し、
    前記凸部の領域内に、前記凸部が欠損した部位を形成し、
    前記透明部材に前記凸部の欠損した部位に係合する係合部を形成し、
    前記透明部材を前記凸部で支持したことを特徴とする固体撮像装置。
  2. 前記凸部は、前記マイクロレンズアレイと同一工程で一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 前記同一工程はリソグラフィーによる工程であることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
  4. 前記リソグラフィーによる工程は、
    前記マイクロレンズアレイを、熱可塑性の透明感光性樹脂膜に所望のパターンを露光して形成する固体撮像装置のマイクロレンズアレイ製造方法において、
    前記透明感光性樹脂膜への露光時に、前記マイクロレンズアレイの領域とそれ以外の領域とで、露光されるパターンを異ならせることにより、
    前記マイクロレンズアレイより高さの高い凸部を、前記マイクロレンズアレイと一体に形成することを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
  5. 前記透明感光樹脂層を形成する工程は、塗布による工程であることを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
  6. 露光が行なわれた前記透明感光性樹脂膜は、エッチングを用いた方法により現像されることを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
  7. 前記マイクロレンズアレイおよび前記凸部を形成する工程は、熱リフロー法またはエッチバック法による工程であることを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
  8. 前記凸部は、前記マイクロレンズアレイを取り囲むように配置されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  9. 前記透明部材は、前記凸部と当接した状態で接着され、前記マイクロレンズアレイの領域を封止したことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  10. 前記透明部材は、成形部材であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  11. 前記透明部材に赤外光カット機能を持たせたことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  12. 前記透明部材の光入射側の面のマイクロレンズを取り囲む位置の一部に、凹部又は凸部を形成したことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  13. 前記透明部材に遮光部を設けたことを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  14. 前記透明部材の少なくとも一方の面に反射防止処理を施したことを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  15. 前記透明部材の少なくとも一方の面に、回折格子からなる光学的ローパスフィルタを設けたことを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  16. 請求項１から１５のいずれか１項に記載の固体撮像装置と前記固体撮像装置に被写体光を結像させる撮像光学系を備えたことを特徴とする撮像装置。
  17. 前記透明部材の光入射面側の面に、前記撮像光学系を当接させたことを特徴とする請求項１６に記載の撮像装置。
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