JP4907034B2 - Ｃｍｏｓ型イメージセンサ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＭＯＳ型イメージセンサに関し、特に携帯電話やパソコンなどに設置可能な撮像装置に用いて好適なＣＭＯＳ型イメージセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年においては、ＣＰＵの高性能化、画像処理技術の発達などにより、デジタル画像データを手軽に取り扱えるようになってきた。特に、携帯電話やＰＤＡにおいて、画像を表示できるディスプレイを備えた機種が出回っており、近い将来、無線通信速度の飛躍的な向上が期待できることから、このような携帯電話やＰＤＡ間で画像データの転送が頻繁に行われることが予想される。
【０００３】
ところで、現状では、デジタルスチルカメラなどで被写体像を画像データに変換した後に、パソコンなどを介してインターネットを通じて、かかる画像データを転送することが行われている。しかし、このような態様では、画像データを転送するために、デジタルスチルカメラとパソコンと双方の機器を有していなくてはならない。これに対し、近年、携帯型情報機器の画像入力デバイスとして、撮像素子と撮影光学系を同一の回路基板上に設置した、小型カメラモジュールが提案されている。このような小型カメラモジュールによれば、デジタルスチルカメラやパソコンを所有する必要はなく、手軽に持ち歩ける携帯電話により画像を撮像して相手に送るということが容易に行えることとなる。
【０００４】
更に、そのような小型カメラモジュールに用いる撮像素子としては、以下に述べる理由により、従来のＣＣＤセンサに代えて、ＣＭＯＳ型イメージセンサが注目されている。
▲１▼ フォトダイオードなど現在の半導体製品のＣＭＯＳ製造プロセスを応用でき、ＣＣＤセンサに比べて、低コストで製造できる。
▲２▼ 単一電源での動作が可能であり、ＣＣＤセンサに比べて、消費電力を低く抑えることができる。
▲３▼ ＣＭＯＳロジック回路などの信号処理回路をセンサチップ内に集積可能であり、ＣＣＤセンサに比べて、小型化できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、回路基板に取り付けた撮像素子と撮影光学系の組み合わせを考えたとき、撮影光学系の合焦位置に、撮像素子の受光面を適切にセットしなくてはならず、その調整をどうするかが問題となる。例えば、撮像素子と撮影光学系とを同一の回路基板にそれぞれ設置する場合、回路基板に取り付けるために用いる接着剤の厚みのバラツキや、構成部品の寸法バラツキなどの要因から、撮影光学系の合焦位置に撮像素子受光面を精度良く組み付けることは困難であるといえる。従って、撮影光学系の合焦位置と撮像素子受光面の組み付け精度を高めるためには、高精度の組み付け技術が必要となったり、あるいは別個に合焦位置を調整する機構が必要となったりする。そうすると製造コストが上昇してしまうという問題がある。
【０００６】
上述した問題は、ＣＣＤセンサの代わりにＣＭＯＳ型イメージセンサを採用したとしても同様に生じるものであり、低コストでコンパクトな小型カメラモジュールを製造する上では、かかる問題が大きな障害となっている。
【０００７】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、安価で小型化可能な小型カメラモジュールである撮像装置を得ることができるＣＯＭＳ型イメージセンサを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のＣＭＯＳ型イメージセンサは、レンズ部と当接部とを有する光学支持部材とともに用いられ、前記レンズ部からの光を受光する受光部と、前記レンズ部からの光を受光しない位置に配置された信号処理回路部と、を備えたＣＭＯＳ型イメージセンサであって、前記信号処理回路部はデジタル回路部を含み、前記受光部と前記信号処理回路部の領域に同一プロセスでカラーフィルタ及びマイクロレンズアレイを形成し、前記デジタル回路部のほぼ全表面を覆うように前記カラーフィルタ及び前記マイクロレンズアレイを残した状態で、前記当接部が前記受光部の外側の少なくとも３カ所で前記デジタル回路部上の領域に当接されることを特徴とする。
【０００９】
第２の本発明のＣＭＯＳ型イメージセンサは、レンズ部と当接部とを有する光学支持部材のうち前記レンズ部からの光を受光する受光部と、前記レンズ部からの光を受光しない位置に配置された信号処理回路部と、を備えたＣＭＯＳ型イメージセンサであって、前記受光部と前記信号処理回路部の領域に同一プロセスでマイクロレンズアレイを形成し、前記信号処理回路部の領域に前記マイクロレンズアレイを残した状態で、前記当接部が前記信号処理回路部の位置に当接されることを特徴とする。
【００１０】
第３の本発明のＣＭＯＳ型イメージセンサは、レンズ部と当接部とを有する光学支持部材のうち前記レンズ部からの光を受光する受光部と、前記レンズ部からの光を受光しない位置に配置された信号処理回路部と、を備えたＣＭＯＳ型イメージセンサであって、前記受光部と前記信号処理回路部の領域に同一プロセスでカラーフィルタ及びマイクロレンズアレイを形成し、前記信号処理回路部の領域に前記カラーフィルタ及び前記マイクロレンズアレイを残した状態で、前記当接部が前記信号処理回路部の位置に当接されることを特徴とする。
【００１１】
【作用】
ここで、ＣＭＯＳ型イメージセンサに対して光学支持部材を当接する場合の作用効果について述べる。撮影光学系としてレンズを支持する光学支持部材（鏡枠を含む）を、回路基板に当接して位置決めせずにＣＭＯＳ型イメージセンサに当接させて組み付ければ、回路基板とＣＭＯＳ型イメージセンサとの間の接着剤の厚みのバラツキや、回路基板からＣＭＯＳ型イメージセンサの受光面までの高さバラツキなどを、考慮する必要がなくなり、光軸方向の位置決めを精度良く行うことができ、また組み付けの手間が減少する。特に、受光部だけでなく信号処理回路部等も同一半導体チップ内に集積化した１チップ型のＣＭＯＳ型イメージセンサは、受光部の外側に、光学支持部材を当接させるに十分な面積の信号処理回路部を有していることから、ＣＣＤセンサに比べて、光学支持部材をより当接し易いという構成を有している。しかしながら、光学支持部材を無闇にＣＭＯＳ型イメージセンサに当接させた場合、その破損を招く恐れもある。
【００１２】
これに対し、第１の本発明のごとき、ＣＭＯＳ型イメージセンサによれば、受光部と信号処理回路部とを備えたＣＭＯＳ型イメージセンサであって、受光部と信号処理回路部の領域に同一プロセスでカラーフィルタを形成し、信号処理回路部の領域にカラーフィルタを残した状態で、光学支持部材の当接部を信号処理回路部の位置に当接させることができ、その結果、回路基板とＣＭＯＳ型イメージセンサとの間の接着剤の厚みのバラツキ等による悪影響を考慮する必要がなくなるだけでなく、それによるＣＭＯＳ型イメージセンサの破損や機能不良を抑制することが可能となり、撮像装置の小型化も可能となる。
【００１３】
更に、前記信号処理回路部は、デジタル回路部を含み、前記当接部が当接する位置は、前記デジタル回路部上の領域であると好ましい。
【００１４】
又、前記当接部が当接する位置に配置された前記カラーフィルタは、青色、赤色及び緑色のカラーフィルタのいずれかでなると好ましい。
【００１６】
第２の本発明のＣＭＯＳ型イメージセンサは、受光部と信号処理回路部とを備えたＣＭＯＳ型イメージセンサであって、受光部と信号処理回路部の領域に同一プロセスでマイクロレンズアレイを形成し、信号処理回路部の領域にマイクロレンズアレイを残した状態で、光学支持部材の当接部を信号処理回路部の位置に当接させることができ、その結果、回路基板とＣＭＯＳ型イメージセンサとの間の接着剤の厚みのバラツキ等による悪影響を考慮する必要がなくなるだけでなく、それによるＣＭＯＳ型イメージセンサの破損や機能不良を抑制することが可能となり、撮像装置の小型化も可能となる。
【００１７】
更に、前記信号処理回路部は、デジタル回路部を含み、前記当接部が当接する位置は、前記デジタル回路部上の領域であると好ましい。
【００１９】
第３の本発明のＣＭＯＳ型イメージセンサは、受光部と信号処理回路部とを備えたＣＭＯＳ型イメージセンサであって、受光部と信号処理回路部の領域に同一プロセスでカラーフィルタ及びマイクロレンズアレイを形成し、信号処理回路部の領域にカラーフィルタ及びマイクロレンズアレイを残した状態で、光学支持部材の当接部を信号処理回路部の位置に当接させることができ、その結果、回路基板とＣＭＯＳ型イメージセンサとの間の接着剤の厚みのバラツキ等による悪影響を考慮する必要がなくなるだけでなく、それによるＣＭＯＳ型イメージセンサの破損や機能不良を抑制することが可能となり、撮像装置の小型化も可能となる。
【００２０】
更に、前記信号処理回路部は、デジタル回路部を含み、前記当接部が当接する位置は、前記デジタル回路部上の領域であると好ましい。
【００２１】
又、前記当接部が当接する位置に配置された前記カラーフィルタは、青色、赤色及び緑色のカラーフィルタのいずれかでなると好ましい。
【００２３】
尚、本明細書における受光部とは、光電変換部として、複数の画素（各々光電変換素子を有する）が２次元的に配列されている部分をいう。各画素は受光した光量に応じた信号電荷を発生する。例えば、一般的なＣＭＯＳ型イメージセンサの画素は、光電変換を行うフォトダイオードと、電荷増幅やスイッチとしてのＭＯＳトランジスタから構成されている。
【００２４】
又、本明細書における信号処理回路部は、画素を順次駆動し信号電荷を得る駆動回路部、その信号電荷をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部、そのデジタル信号を用いて画像信号出力を形成する信号処理部等から構成されるものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照して説明する。
図１は、本実施の形態にかかるＣＭＯＳ型イメージセンサの上面図である。図２は、図１のＣＭＯＳ型イメージセンサを回路基板に取り付けた状態でII-II線で切断して矢印方向に見た図である。
【００２６】
図１において、ＣＭＯＳ型イメージセンサ２は、その上面中央において、光電変換部として、複数の画素（不図示）が２次元的に配列された受光部２ａと、その周囲に信号処理回路部２ｃとを備え、これらは単結晶シリコン基板等の同一半導体チップ内に形成されている。各画素は、光電変換素子としてのフォトダイオードと電荷増幅およびスイッチとしての機能を持つＭＯＳトランジスタとから構成されており、受光した光量に応じた信号電荷を発生する。信号処理回路２ｃは、画素（光電変換素子）を順次駆動し信号電荷を得る駆動回路部、前記信号電荷をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部、前記デジタル信号を用いて画像信号出力を形成する信号処理部等を有する。図１に示すように、信号処理回路部２ｃの外縁近傍には、多数のパッド２ｄが配置されている。
【００２７】
ＣＭＯＳ型イメージセンサ２は、図２に示すように、回路基板ＰＣ上の所定位置に接着固定されており、この結線用端子であるパッド２ｄおよびワイヤＷを介して、回路基板ＰＣ上の所定の回路に電気的に接続されている。
【００２８】
更に、図２に示すように、受光部２ａ上には、カラーデジタル画像を形成するためのカラーフィルタ２ｆが配置され、さらにその上にマイクロレンズアレイ２ｇが積層配置されている。カラーフィルタ２ｆは、フォトリソグラフィー技術等により、受光部２ａの各画素に対応するように配置、形成されており、たとえば、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の３種類の原色フィルタから構成され、各画素からの出力信号を合成することによってカラー画像を得ることができるようになっている。
【００２９】
マイクロレンズアレイ２ｇは、各画素の光電変換素子としてのフォトダイオードに入射する光量を増加させるため、各画素上に半球状に形成されたマイクロレンズを２次元的に配列したものが用いられている。これは、たとえば、透明な合成樹脂を材料として、フォトリソグラフィー技術および樹脂の熱流動性を利用した技術を併用することにより形成することができる。
【００３０】
ここで、カラーフィルタ２ｆとマイクロレンズアレイ２ｇは、製造上、受光部２ａ上に形成する際に信号処理回路部２ｃ上にも同一プロセスで形成されるものであるが、従来においては、受光部２ａ上に形成された部分のみを残し他の部分は除去していた。これに対し、本実施の形態では、後述するように少なくとも必要な領域（Ｂ）においては、カラーフィルタ２ｆとマイクロレンズアレイ２ｇを残すようにしている。
【００３１】
光学支持部材１の当接部１ｂは、ＣＭＯＳ型イメージセンサの上面に当接している。尚、３はレンズ部である。ここで、光学支持部材１の当接部１ｂの当接位置について考察する。光学支持部材１の当接部１ｂとＣＭＯＳ型イメージセンサ２との間の面圧を低く抑えるためには、当接部１ｂは、ある程度の当接面積が必要である。ここで、図１において、ＣＭＯＳ型イメージセンサ２の受光部２ａは、光学像を光電変換する画素が配置された場所であるため、光学支持部材１を当接させるには不適切である。一方、受光部２ａの周囲の信号処理回路部２ｃのうち、パッド２ｄの位置は、図２に示すようにワイヤＷによる結線が行われるので、同様に光学支持部材１を当接させるには不適切である。
【００３２】
これに対し、信号処理回路部２ｃにおいてパッド２ｄと受光部２ａとの間には、当接部１ｂを当接させることができる程度に広い面積の領域がある。また、信号処理回路部２ｃの中の、特にデジタル信号処理回路部であるデジタル回路部２ｅは、当接力（押圧力）に比較的強いという性質を有する。そこで、本実施の形態におけるＣＭＯＳ型イメージセンサ２では、特にデジタル回路部２ｅの上面に、光学支持部材１の当接部１ｂを当接させるようにしている。
【００３３】
より具体的に説明すると、本実施の形態のＣＭＯＳ型イメージセンサ２は、上面から見て矩形Ｃ字状に、デジタル回路部２ｅを配置している（図１に一点鎖線で示す領域Ａ）。従って、領域Ａ内であれば、光学支持部材１の当接部１ｂを当接させることができる。しかしながら、光学支持部材１を載置したときのバランスを考慮すると、当接部１ｂは、３カ所ないしは４カ所以上設けられていると好ましい。本実施の形態では、４カ所の当接部１ｂを当接させるようにしている。
【００３４】
更に、上述したカラーフィルタ２ｆとマイクロレンズアレイ２ｇを当接面に設けることにより、当接時の応力緩和機能が期待できる。そこで、本実施の形態のＣＭＯＳ型イメージセンサ２においては、当接部１ｂ（当接面形状を図１に点線で図示）が当接する位置の周囲に、矩形状にカラーフィルタ２ｆとマイクロレンズアレイ２ｇを残した領域Ｂ（図１に二点鎖線で図示）をそれぞれ形成している。また、デジタル回路部２ｅのほぼ全表面を覆うように、カラーフィルタ２ｆとマイクロレンズアレイ２ｇを残してもよい。
【００３５】
また、信号処理回路部上に、カラーフィルタ２ｆとマイクロレンズアレイ２ｇの両方を積層することが必ずしも必要なわけではなく、いずれか一方のみを配置することとしてもよい。さらに、前記信号処理回路部上にカラーフィルタが配置される場合、このカラーフィルタは、青色、赤色及び緑色のカラーフィルタの少なくとも一つから構成されていてもよい。
【００３６】
なお、本発明で言うところのカラーフィルタおよびマイクロレンズアレイは、少なくとも受光部上において光学的な機能を有していればよく、信号処理回路部上においては、光学的な機能を有していなくともよい。
【００３７】
本実施の形態においては、光学支持部材１を回路基板ＰＣ上に取り付けるのではなく、ＣＭＯＳ型イメージセンサ２の信号処理回路部２ｃ上に当接するように取り付けているので、光学支持部材１と受光部２ａとの光軸方向の位置決めを精度良く行うことができる。
【００３８】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、本実施の形態では、ＣＭＯＳ型イメージセンサ２と基板ＰＣとの接続は、ワイヤＷにより行っているが、ＣＭＯＳ型イメージセンサ２の内部に配線をはわせて、ＣＭＯＳ型イメージセンサ２の裏面又は側面より、信号を取り出す構成も考えられる。かかる構成によれば、ＣＭＯＳ型イメージセンサ２の信号処理回路部２ｃを広く確保できると共に、結線を容易に行うことができる。本発明の撮像装置は、デジタルカメラ、携帯電話、パソコン、ＰＤＡ、ＡＶ装置、テレビ、家庭電化製品など種々のものに組み込むことが可能と考えられる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、安価で小型化可能、かつ、光学支持部材を信号処理回路部上の領域に直接当接可能な小型カメラモジュールである撮像装置を得ることができるＣＯＭＳ型イメージセンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態にかかるＣＭＯＳ型イメージセンサの上面図である。
【図２】図１のＣＭＯＳ型イメージセンサを基板に取り付けた状態でII-II線で切断して矢印方向に見た図である。
【符号の説明】
１ 光学支持部材
１ｂ 当接部
２ ＣＭＯＳ型イメージセンサ
２ａ 受光部
２ｃ 信号処理回路部
２ｄ パッド
２ｅ デジタル回路部
２ｆ カラーフィルタ
２ｇ マイクロレンズアレイ
３ レンズ部

Claims (2)

1. レンズ部と当接部とを有する光学支持部材とともに用いられ、前記レンズ部からの光を受光する受光部と、前記レンズ部からの光を受光しない位置に配置された信号処理回路部と、を備えたＣＭＯＳ型イメージセンサであって、
   前記信号処理回路部はデジタル回路部を含み、
   前記受光部と前記信号処理回路部の領域に同一プロセスでカラーフィルタ及びマイクロレンズアレイを形成し、前記デジタル回路部のほぼ全表面を覆うように前記カラーフィルタ及び前記マイクロレンズアレイを残した状態で、前記当接部が前記受光部の外側の少なくとも３カ所で前記デジタル回路部上の領域に当接されることを特徴とするＣＭＯＳ型イメージセンサ。
2. 前記当接部が当接する位置に配置された前記カラーフィルタは、青色、赤色及び緑色のカラーフィルタのいずれかでなること特徴とする請求項１に記載のＣＭＯＳ型イメージセンサ。

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