JP6065508B2 - 撮像装置の製造方法 - Google Patents
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Description
このような撮像装置では、受光素子が形成されたセンサー基板に対して、ピンホールが形成された遮光基板が傾斜して配置されると、ピンホールとマイクロレンズとを結ぶ光軸上に受光素子が配置されず、当該受光素子に検査光以外の光が入射するようになる。このような不具合を抑制するために、遮光基板とセンサー基板とを、均一な間隔で対向配置する必要があった。
このように、特許文献1の撮像装置では、遮光基板とセンサー基板とを概略50μm以上の均一な間隔で配置すると、検出ノイズとなる検査光以外の光が受光素子に入射しなくなり、高精度で検出光を検出できるようになる。
このように、遮光基板とセンサー基板とを概略50μm以上の大きな間隔で、均一に配置することが難しいという課題があった。
このため、センサー基板と遮光基板との間には、当該間隔に相当する厚さの透光性部材を形成する必要がある。透光性部材を構成する透光性の樹脂は、製造過程で体積変化(硬化収縮)が発生する。透光性部材を均一な厚さで形成するためには、透光性部材における台座の占有率を大きくし、透光性の樹脂の占有率を小さくし、上記体積変化の影響を小さくすることが好ましい。すなわち、透光性部材における台座の占有率を50%以上95%以下とし、透光性部材における透光性の樹脂の占有率を小さくすることが好ましい。なお、透光性の樹脂の占有率が10%以上あれば、台座表面凹凸などを吸収し透光性部材を均一に配置することができる。
図1は、実施形態1に係る撮像装置の分解斜視図である。図2は、図1のA−A’線に沿った撮像装置の断面図である。まず、図1及び図2を参照して、本実施形態に係る撮像装置1の概略構成を説明する。
本実施形態に係る撮像装置1は、被照射体(図示省略)に光を照射し、被照射体からの反射光を電気信号に変換するイメージセンサーである。撮像装置1は、被照射体を照らす発光素子52や、被照射体から反射された検査対象の光(検査光)を検出する光電変換素子としてのフォトダイオード13などが配置されたセンシング領域5を有している。センシング領域5の形状は正方形であり、図1及び図2において破線で図示されている。
以降、端子14に近接したセンシング領域5の一辺に沿った方向をX軸方向、当該1辺と直交し互いに対向する他の2辺に沿った方向をY軸方向、X軸方向及びY軸方向に直交し、撮像装置1の厚さ方向をZ軸方向として説明する。
さらに、シール材20と透光性部材30との間には、空隙39(図2参照)が形成されている。空隙39は、後述する製造工程で台座31からあふれ出た透光性の樹脂35を溜める貯蔵スペースであり、シール材20の外側への透光性の樹脂35のはみ出しを抑制する役割を有している。
なお、台座31を遮光基板40側に配置し、透光性の樹脂35をセンサー基板10側に配置する構成であっても良い。
上述したように、センサー基板10と遮光基板40との間には透光性部材30が配置され、開口部43を通過した検査光は、透光性部材30を通過してフォトダイオード13に入射するようになっている。透光性部材30の屈折率は、遮光基板本体41の屈折率と略同等になっている。その結果、開口部43において遮光基板本体41と透光性部材30との境界での界面反射が抑制されるので、検査光の減衰を抑制することができる。
次に、センシング領域5の概要(検査光の検出方法など)を説明する。
センシング領域5には、フォトダイオード13、開口部43、発光素子52、及びマイクロレンズ62などが、マトリックス状に配列され、それぞれが一対一に対応するようになっている。図1及び図2において一点鎖線で図示された光軸6は、複数配列されたうちの1つのマイクロレンズ62aの中心と開口部43の中心とを結ぶ仮想線であり、Z軸方向と平行になっている。図2において、符号7が付された矢印は、複数配列されたうちの1つのフォトダイオード13に入射する検査光(以下、検査光7と称す)を示している。なお、当該フォトダイオード13はマイクロレンズ62aと対応している。符号8が付された矢印は、隣り合うマイクロレンズ62bと当該フォトダイオード13とを結ぶ光路上を進行する光、すなわち隣り合うマイクロレンズ62bから当該フォトダイオード13に向かって進行する検査光7以外の光(以下、不要な光8と称す)である。
基板の反りなどで、遮光基板40がセンサー基板10に対して斜めに配置された領域が発生すると、当該領域では、フォトダイオード13は光軸6上に配置されず、検査光7が入射しなくなるという不具合が発生する。このような不具合を回避するためには、遮光基板40とセンサー基板10との間隔を、±5%以下の精度で形成することが好ましい。
本実施形態では、フォトダイオード13の配列ピッチは概略100μmであり、遮光基板40とセンサー基板10とは、概略100μmの均一な間隔で、平行に配置されている。本発明は、遮光基板40とセンサー基板10とを均一な間隔に配置するために好適な製造方法を有しているので、以下にその概要を説明する。
図3は、遮光基板とセンサー基板とを均一な間隔に配置する製造方法を、工程順に示すフローチャートである。図4は、図1のA−A’線に沿った主要な工程ごとの断面図である。図4では、各工程で形成された構成要素の位置が分かるように、センシング領域5が破線で図示されている。以下、図3及び図4を参照しながら、本実施形態に係る製造方法の概要を説明する。
図4(a)は、第1のUV硬化樹脂32の塗布直後の状態を示している。図4(a)に示すように、第1のUV硬化樹脂32の塗布直後においては、X軸方向に沿ってライン状に塗布形成された第1のUV硬化樹脂32が、Y軸方向に複数配列され、第2のギャップ材38を含む台座前駆体33が形成されている。このため、台座前駆体33の表面(Z軸(+)方向側の面)は凹凸を有し、厚さ(Z軸方向の長さ)が周期的に変化している。
図4(b)は、レベリングされた後の台座前駆体33の状態を示している。ステップS2の工程では、第1のUV硬化樹脂32の表面張力及び自重によって、第1のUV硬化樹脂32が第2のギャップ材38の表面を覆うように、且つ台座前駆体33の表面の面積が最小になるように、第1のUV硬化樹脂32が流動する。その結果、台座前駆体33の表面は、第2のギャップ材38の表面を倣うような凹凸を生じた面を構成するようになる。
図4(c)は、第2のUV硬化樹脂21塗布後の状態を示す図である。図4(c)に示すように、第2のUV硬化樹脂21は、センシング領域5を囲って枠状に形成されている。第2のUV硬化樹脂21は、粘度が10〜90万cP程度、本例では概略60万cPの高粘性の樹脂であり、内部に分散された第1のギャップ材22によって140μmの厚さに形成しても、形状の変化(厚さの変化)を抑制することができる。
図4(d)は、熱硬化性の樹脂36の塗布後の状態を示す図である。熱硬化性の樹脂36は、低粘度(100〜900cP程度、本例では概略300cP)であるので、熱硬化性の樹脂36の表面張力及び自重で台座31表面を流動する(広がる)。その結果、図4(d)に示すように、熱硬化性の樹脂36は、台座31の表面を覆って形成される。なお、熱硬化性の樹脂36の塗布量(滴下量)は、後述する。
また、MLA基板60と照明基板50との間隙及び照明基板50と遮光基板40との間隙に配置されている透明な接着剤63の屈折率、MLA基板本体61の屈折率、照明基板本体51の屈折率、並びに遮光基板本体41の屈折率も略同等となっており、同様の界面反射が抑制されている。また、透明な接着剤63、第1のUV硬化樹脂32、第2のUV硬化樹脂21、及び熱硬化性の樹脂36は、減圧雰囲気の中で脱泡処理が行われているので、気泡の混入は抑制されている。
台座31の形成するステップS3の工程(図3)の工程において、台座31を形成する第1のUV硬化樹脂32の体積収縮が発生するが、所定の間隔を形成するステップS6の工程よりも前に台座31を形成しているので、当該体積収縮が当該所定の間隔に影響することはない。
さらに、センサー基板10と遮光基板40とシール材20とで囲まれた空間の体積、すなわち透光性部材30を配置する空間の体積において、台座31の体積占有率が50%以上となるように台座31を形成し、熱硬化性の樹脂36の体積占有率が50%未満となるように熱硬化性の樹脂36を充填し、熱硬化性の樹脂36の充填量が小さくなっているので、熱硬化性の樹脂36の固化過程で生じる体積収縮の影響が小さくなり、遮光基板40とセンサー基板10とを、所定の間隔(概略100μm)に配置することができる。
また、台座31を100μm以上の厚さで形成することも可能であるが、台座前駆体33を構成する第1のUV硬化樹脂32の液だれなどによって、台座31の厚さが大きくなるほど台座31を所定の形状に作りにくくなる。台座31の製造条件を踏まえると、台座31の厚さは100μm以下が好ましい。
(1)遮光基板40とセンサー基板10とは、検査光7がフォトダイオード13に選択的に入射するために適した所定の間隔(概略100μm)で配置されているので、検出ノイズとなる検査光7以外の光を抑制することができる。従って、ノイズ成分の少ない高精度の検出が可能な撮像装置1を提供することができる。
(3)さらに、台座31は、遮光基板40とセンサー基板10とに所定の間隔を形成する工程よりも前工程で形成されているので、台座31の形成する工程で発生する体積収縮が、遮光基板40とセンサー基板10との間隔に影響することを回避できる。
(5)さらに、熱硬化性の樹脂36が充填され、遮光基板40とセンサー基板10とシール材20とで形成された密閉空間は負圧となっている。外部雰囲気を減圧雰囲気から大気圧に変化させると、当該密閉気空間には、当該負圧と大気圧との圧力差に基づく大きな力が均一に作用するので、遮光基板40とセンサー基板10とを所定の間隔に配置することができる。
また、台座31の表面に凹凸が形成されていることにより、その凹凸によって熱硬化性の樹脂36の平面方向への流れが抑制され、シール材20への熱硬化性の樹脂36による損傷(ダメージ)が防止できる。これによりシール材20の損傷によって生じる熱硬化性の樹脂36のシール材20外への熱硬化性の樹脂36のはみ出しを防止することができる。
また、シール材20と台座31との間に空隙39が形成されているので、熱硬化性の樹脂36がシール材20からはみ出さないように、空隙39に溜めることができる。さらに、空隙39によって、熱硬化性の樹脂36の固化過程で生じる体積収縮の影響を緩和することができる。
また、遮光基板40とセンサー基板10とを本実施形態以上の間隔(概略100μm以上の間隔)に配置する場合においても、本実施形態の製造方法を適用させることで、遮光基板40とセンサー基板10とを均一な間隔に配置することができる。
図5は、実施形態2に係る撮像装置2の構成を示す分解斜視図であり、図1に対応している。図6は、図5のA−A’線に沿った断面図であり、図2に対応している。以下、図5及び図6を参照して、本実施形態に係る撮像装置2を、実施形態1との相違点を中心に説明する。また、実施形態1と同一の構成部位については、同一の符号を附し、重複する説明は省略する。
実施形態1に係る撮像装置1では、センサー基板10と遮光基板40とを所定の間隔に配置するために、センサー基板10と遮光基板40との間にシール材20及び透光性部材30(台座31、透光性の樹脂35)が配置されていた(図1、図2参照)。
さらに、透光性部材30の構成材料の厚さ(Z軸方向の長さ)、すなわち台座31の厚さ及び透光性の樹脂35の厚さも、実施形態1と異なっている。実施形態1に係る撮像装置1では、台座31の厚さは概略70μmであり、透光性の樹脂35の厚さは概略30μmであった。本実施形態に係る撮像装置2では、台座31の厚さは概略90μmであり、透光性の樹脂35の厚さは概略10μmとなっている。すなわち、実施形態1と比べて、台座31の厚さ(体積)が大きくなり、透光性の樹脂35の厚さ(体積)が小さくなっている。
図7は、遮光基板をセンサー基板に均一な間隔に配置する製造方法を、工程順に示すフローチャートであり、図3に対応している。図8は、図5のA−A’線に沿った主要な工程ごとの断面図であり、図4に対応している。
本実施形態では、シール材20を形成する工程、すなわち実施形態1に係るステップS4の工程及びステップS7の工程(図3参照)が省略されている。以下、図7及び図8を参照しながら、本実施形態に係る撮像装置2の製造工程の概要を説明する。
図8(a)は、第1のUV硬化樹脂32の塗布直後の状態を示している。図8(a)に示すように、第1のUV硬化樹脂32塗布直後においては、X軸方向に沿って塗布形成された第2のギャップ材38を内包したライン状の第1のUV硬化樹脂32が、Y軸方向に複数配列され、台座前駆体33が形成されている。台座前駆体33の表面(Z軸(+)方向側の面)は凹凸を有し、厚さ(Z軸方向の長さ)は周期的に変化している。
図8(b)は、レベリング後の台座前駆体33の状態を示す図である。図8(b)に示すように、第1のUV硬化樹脂32の表面張力及び自重によって、表面積が最小になるように、第1のUV硬化樹脂32が流動する。その結果、台座前駆体33の表面は、第2のギャップ材38の表面を倣うような凹凸を生じた面を構成するようになる。台座前駆体33の厚さは概略95μmであり、第2のギャップ材38の大きさは、概略φ85μmである。台座前駆体33は、後述する第1のUV硬化樹脂32を固化する工程で体積収縮し、厚さ概略90μmの台座31になる。
図8(c)は、熱硬化性の樹脂36を塗布した後の状態を示す図である。図8(c)に示すように、熱硬化性の樹脂36は低粘度(概略300cP)であるので、台座31に塗布された熱硬化性の樹脂36は、熱硬化性の樹脂36の表面張力及び自重で広がり、台座31の表面を覆うようになる。
ステップS6の工程を減圧雰囲気実施することによって、熱硬化性の樹脂36への気泡の混入を抑制することができる。また、十分に脱泡された熱硬化性の樹脂36を使用するのであれば、ステップS6の工程を大気圧中で実施しても良い。
図8(d)は、ステップS8の工程を実施した後の状態を示す図である。透光性の樹脂35は、遮光基板40と台座31との間で、台座31を覆うように形成されている。透光性部材30の厚さは概略100μmである。遮光基板40とセンサー基板10との間隔(概略100μm)は、厚さ概略90μmの台座31及び厚さ概略10μmの透光性の樹脂35によって形成されている。
このため、本実施形態では、台座31を形成するための台座前駆体33に第2のギャップ材38を含ませることで台座前駆体33を均一な厚さで形成することができる。また、ステップS1の工程及びステップS2の工程において、センサー基板10を水平な状態に保持し、第1のUV硬化樹脂32をセンサー基板10に塗布し、流動する(レベリングする)ことが重要となる。仮に、センサー基板10が斜め方向に傾斜していると、傾斜方向に第1のUV硬化樹脂32が流動するので、台座前駆体33の厚さが不均一になる。第1のUV硬化樹脂32をセンサー基板10の水平な面上に塗布し、レベリングすることで台座31(台座前駆体33)は、均一な厚さを有することになる。
(8)第1のUV硬化樹脂32を、センサー基板10を水平な状態に保持し、センサー基板10の水平な面に塗布し、水平な面上でレベリングすることによって、第1のUV硬化樹脂32の表面張力及び自重によって、均一な厚さの台座前駆体33が形成される。当該台座前駆体33にUV光を照射し、固化することによって、均一な厚さを有する台座31を形成することができる。このとき、台座31に体積収縮が発生するが、センサー基板10と遮光基板40を重ね合せる前工程であるので、センサー基板10と遮光基板40との間隔に影響することはない。
実施形態1の撮像装置1では、台座31と遮光膜42との間に透光性の樹脂35が充填されていた(図2参照)。また、透光性の樹脂35は、熱硬化性の樹脂36に熱処理を施すことによって形成された、透明な固体であった。
本変形例の撮像装置では、台座31と遮光膜42との間に充填された透光性材料、すなわち実施形態1における透光性の樹脂35に相当する材料を、流動性を有する透明な材料としてもよい。
流動性を有する透明な材料の他の好適例としては、流動性パラフィン、シリコーンオイル、変性シリコーンオイルなどの高粘性液体を挙げることができる。透明な液体の中に気泡が存在した場合に、高粘性を有していると気泡の移動を抑制することができる。
本変形例では、台座31と遮光膜42との間に充填された透光性材料には、実施形態1における熱硬化性の樹脂36の硬化時の体積収縮に相当する体積変化が発生しないので、遮光基板40とセンサー基板10との間隔をより高精度に形成することができる。
次に、台座の変形例1について説明する。図9は、台座の変形例1の構成を示し、上述の実施形態1の図2に対応した断面図である。以下、図9を参照して、台座の変形例1について、実施形態1の台座との相違点を中心に説明する。また、実施形態1と同一の構成部位については、同一の符号を附し、重複する説明は省略する。
次に、台座の変形例2について説明する。図10は、台座の変形例2の構成を示し、上述の実施形態1の図2に対応した断面図である。以下、図10を参照して、台座の変形例2について、実施形態1の台座との相違点を中心に説明する。また、実施形態1と同一の構成部位については、同一の符号を附し、重複する説明は省略する。
「検査装置の概要」
次に、上述した実施形態1、実施形態2、または変形例1のいずれか一つの撮像装置が搭載された、検査装置の例について説明する。
図11は、検査装置の構成を示す概略図である。
検査装置100は、指Fの静脈像を撮像して本人認証を行う生体認証装置である。図11に示すように、検査装置100は、検出部110、記憶部140、制御部150、及び出力部160などを備えている。
出力部160は、例えば表示部や音声報知部であり、表示や音声によって認証結果を報知する。
上述した検出部110は、医療、健康分野で常時装着が可能な小型の生体センサーに適用させることができる。さらに、検出部110を搭載した検査装置100として、医療、健康などの分野における、例えば脈拍計、パルスオキシメーター、血糖値測定器、果実糖度計などを提供することができる。さらに、検出部110によって、生体認証機能を有するパーソナルコンピューターや携帯電話などを提供することができる。
Claims (3)
- 受光素子が形成されたセンサー基板の表面に、透光性の台座を形成する工程と、
その後に、前記台座を囲むように、所定の間隔を有する第1のギャップ材を含んだ接着剤を塗布する工程と、
前記台座の表面に透光性の樹脂材料を塗布する工程と、
その後に、開口部を有する遮光膜が形成された遮光基板を前記接着剤と対向させ、前記接着剤を硬化して、前記遮光基板と前記センサー基板とを接合する工程と、
前記樹脂材料を硬化する工程と、
を含むことを特徴とする、撮像装置の製造方法。 - 前記透光性の台座を形成する工程は、
第2のギャップ材を含有する光硬化性の樹脂を塗布して台座前駆体を形成する工程と、
前記台座前駆体を硬化させて、前記台座を形成する工程と、
を含むことを有することを特徴とする、請求項1に記載の撮像装置の製造方法。 - 前記接合する工程は、減圧雰囲気にて行うことを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の撮像装置の製造方法。
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