JPH04103663U - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 固体撮像素子におけるモアレを除去するため
の位相ＬＰＦをローコストで且つ組立て容易に構成す
る。 【構成】 固体撮像素子２のクリアモールドパッケージ
１の受光側表面に、所定の繰返しピッチで凹凸を設けて
位相ローパスフィルタ６を形成する。このローパスフィ
ルタを被写体光が透過すると、光の回折により点像が分
離し、撮像素子面の１つ置きの単位画素上に結像する。
これによって、水晶フィルタ等を使用することなくモア
レを除去することができる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は固体撮像装置、詳しくは電子スチルカメラやビデオカメラ等に用いら れる、被写体像を電気信号に光電変換する固体撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

電子スチルカメラやビデオカメラ等においては、撮像光学系を透過した被写体 光を、固体撮像素子の受光面上に結像させて電気信号に変換する際、その空間周 波数によってはモアレを起し易いという特性がある。そこで、通常は図７に示す ように、例えば２群ズームレンズ１１，１２からなる撮像光学系の後方に、この モアレを防止するための水晶ローパスフィルタ（以下、ＬＰＦと略記する）１３ を配置している。更に必要なら、赤外光をカットするための赤外カットフィルタ １４も配置するようになっている。

【０００３】 この種水晶ＬＰＦで光学的高域遮断効果を十分に発揮させてモアレを防止する ためには、光学レンズ１１，１２と固体撮像素子１５とで形成された光軸０に対 し、水晶ＬＰＦ１３が、垂直な面内で所定の角度を保つように正確に配置する必 要がある。そこで、固体撮像素子の各感光素子群が設けられた半導体基板と、入 射光路側において上記半導体基板に対して平行に配置された光学的高域遮断水晶 板とを一体的に固定し、一個の部品として取扱い可能にした固体撮像装置が特開 昭５９−１２２０８７号に開示されている。

【０００４】 また、撮像素子自体も従来のＣＣＤ単体に代え、そのセンサ部を樹脂モールド で包んで一体化した、例えば実開昭６３−１７０９７５号に開示された光電変換 素子のようなものがある。この光電変換素子は、透光性絶縁基板上に透光性導電 膜と、Ｐ・Ｉ・Ｎの非晶質半導体層と、導電膜とを順次積層して成る光電変換素 子であって、前記透光性絶縁基板が着色ガラスであることを特徴としている。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、撮像素子の各感光素子群が設けられた半導体基板と、入射光路 側において上記半導体基板に対して平行に配置された光学的高域遮断水晶板とを 一体的に固定し、一個の部品として取扱い可能にした上記特開昭５９−１２２０ ８７号に開示された固体撮像素子では、高域遮断水晶板を使用してモアレの解消 を図っているが、この水晶板は高価である。しかも、半導体基板に設けられた受 け部に、高域遮断水晶板の周縁を載せて保持しているに過ぎないので、一個の部 品とは程遠いものである。

【０００６】 また、透光性絶縁基板上に透光性導電膜と、Ｐ・Ｉ・Ｎの非晶質半導体層と、 導電膜とを順次積層して成る光電変換素子であって、前記透光性絶縁基板が着色 ガラスであることを特徴とする上記実開昭６３−１７０９７５号に開示された光 電変換素子では、センサ部を樹脂モールドで包んで一体化してあるとはいえ、透 光性絶縁基板である着色ガラスを別体で作成し、その表面を研磨する必要がある ので、やはり二体構造になっている。

【０００７】 さて、撮像素子自体についても、最近はプラスチック成形された透明な樹脂で 撮像素子のチップをクリアモールドし、リードまで含めて一体に形成してしまう 技術が確立されている。そして、クリアモールドの表面を奇麗に研磨して完全な 平面として使うようにし、モアレを除去するための光学ＬＰＦを別に設けていた 。

【０００８】 この光学ＬＰＦには、水晶フィルタを始めとし、微小なカマボコ型円筒レンズ を並べたレンチキュラ板や、透明な薄膜を蒸着でストライプ状に形成した位相フ ィルタ等が用いられている。このように撮像素子と光学ＬＰＦとは別体に設けら れ、これらを１個に纏めようとするような試みは従来何等行われていなかった。 そこで本考案の目的は、上記問題点を解消し、撮像素子における位相ＬＰＦを ローコストで且つ組立て容易に形成した撮像素子を提供するにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

本考案の固体撮像装置は、固体撮像素子のクリアモールドパッケージの受光側 表面に位相ローパスフィルタを形成したことを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】

この固体撮像装置では、クリアモールドパッケージ１の受光側表面に形成した 位相ローパスフィルターが入射光を回折する。

【００１１】

【実施例】

以下、図面を参照して本考案を具体的に説明する。図１(A),(B）は、本考案の 一実施例を示す固体撮像装置の正面図と側面図で、ＣＣＤチップからなる固体撮 像素子２は、その中央部に略３３万画素を有する実質受光面３が設けられ、同素 子２には、信号を入出力するためのリード５ａ，５ｂ，…がワイヤボンディング ４ａ，４ｂ，…により接続されている。そして、同素子２の外部はクリアモール ドパッケージ１で覆われている。

【００１２】 図２は本実施例の固体撮像装置を含む撮像光学系の配置図で、２群ズームレン ズ１１ａ，１２ａからなる光学系とクリアモールドパッケージ１との間には、介 在物が何も存在しない。

【００１３】 このクリアモールドパッケージ１は、図１(B）に示すように、成形型７で有機 材料を成形加工して得られる。この型７の中央部は、入れ子になっていて、後記 図３で説明する位相ＬＰＦ６を精度よく成形することができるようになっている 。そして、上記ＬＰＦ６は実質受光面３から距離Ｌ隔てて設けられ、後記図５， ６で説明するように、実質受光面３よりその外方に向けそれぞれｂだけ大きい寸 法になっている。

【００１４】 図３は、上記図１における実質受光面３と位相ＬＰＦ６との間の光路図で、こ の図３により入射光の回折効果による像の分離を以下に説明する。なお、この図 ３では位相ＬＰＦ６が一次元で示されているが、二次元の碁盤の目状であっても よいこと勿論である。

【００１５】 図において、位相ＬＰＦ６には、一定の繰返しピッチＰで凸部６ｂと凹部６ａ が交互に設けられている。従って、凹部６ａと凸部６ｂの幅は何れもｐ／２とな っていて、相互の落差はｈとなっている。この位相ＬＰＦ６から距離Ｌ離れて配 置された実質受光面３には、単位画素３ａ，３ｂ，３ｃ，…がピッチｄ／２で離 散的に設けられている。なお、上記距離Ｌの区間は屈折率ｎが ｎ＝１．５ のクリアモールド媒質で充填されている。

【００１６】 今、ｎ＝１の空気中からこの位相ＬＰＦ６の面に直角に波長λの被写体光が入 射すると、この凹部６ａと、凸部６ｂとが回折格子として動作するので角θだけ 上下にシフトする。そこで、距離Ｌ離れた実質受光面３上では点像が分離幅ｄ隔 てた単位画素３ａ，３ｃ上に分離し、これによって光学的なＬＰＦ効果が発揮さ れる。

【００１７】 図４は、点像強度分布を示す線図で、位相ＬＰＦ６の面に凹凸がなくて、従来 例のようにフラットな平坦面の場合には、横軸上の０の位置に点像を生じるので 、この０の位置に強度１００％の線が１本立つ筈である。

【００１８】 ところが、図３に示すように位相ＬＰＦ６の面に凹凸を設けると、図４に示す ように、横軸上の±１の位置に略強度４０％の１次の回折光が立つ。更に、２次 の回折光が±３の位置に略１０％の強度で、以下同様にして３次以下の回折光が 続くことになる。しかし、実際に像形成に寄与して主体的役割を果すのは１次の 回折光なので、通常は２次以下の回折光を無視する。

【００１９】 一般に、上記図３における回折効果による像の分離幅つまり像のボケｄが画素 ピッチの２倍になるとモアレを消すことができる。そこで、モアレを消すために 、位相ＬＰＦに必要なピッチＰを以下に計算して求めることにする。

【００２０】 今、３３万画素の固体撮像素子を１／２吋で形成するとすると、その水平方向 の画素数は６７０画素となる。水平方向の長さは略６．４mmなので、１mm当り約 １００個の光電変換素子が並んでいることになる。従って、ナイキスト周波数ｒ c は１mm当り５０本となる。そして、位相ＬＰＦ６上の凹部６ａと凸部６ｂの段 差ｈが、入射光の波長λに等しく設定されているとすると、位相ＬＰＦ６のピッ チＰは下記の近似式（１）で与えられる。

【００２１】

【数１】

【００２２】 但し、 Ｌ：位相ＬＰＦと固体撮像素子との距離 λ：被写体光の波長 ｎ：クリアモールド媒質の屈折率 ｄ；回折効果による像の分離幅 具体的な数値の一例として Ｌ＝０．３mm ｎ＝１．５ λ＝ｈ＝０．５５×１０^-3mm ｒc ＝５０本／mm より、ｄ＝１／ｒc ＝０．０２mm を上記(1）式に代入すれば、位相ＬＰＦのピッチＰとして略０．１１mmが得られ る。即ち、図３に示すような位相ＬＰＦで、ピッチが略０．１１mmのものを使用 すればモアレを除去できることになる。

【００２３】 以上は、固体撮像素子２を覆うクリアモールドパッケージ１の受光側表面に形 成された位相ローパスフィルタの仕様である。このような位相ＬＰＦをクリアモ ールドパッケージ１の受光側表面の全てに設けてもよいが、可成りの高精度な加 工を要するので、出来ればその範囲は小さい方が望ましい。

【００２４】 そこで、クリアモールドパッケージ１を形成するための成形型７の一部７ａを 、前記図１(B）に示すように、入れ子にしこの入れ子で押圧したとき実質受光面 ６の凹凸が形成されるようにしている。この場合、位相ＬＰＦ６の外形寸法は、 固体撮像素子２の実質受光面３のそれより大きくなければならないので、この予 猶分を片側にｂだけ必要になるとし、図５，６を用いて以下に説明する。

【００２５】 図５は、入射瞳がＥの撮像レンズ１３を透過した被写体光の光路図で、被写体 光は焦点距離ｆに位置する撮像素子面に入射角αで入射する。この被写体光の光 路が空気中と屈折率ｎの媒体とに跨がる場合には、図６に示すように、この両者 の境界面１４で光が屈折するので、上記入射角αがα′になり、上記境界面１４ から距離Ｌ離れて設けられた撮像素子面に照射されることになる。

【００２６】 そこで、撮像レンズのＦナンバをＦ、クリアモールドパッケージの屈折率をｎ 、位相ＬＰＦ６と実質受光面３との距離をＬとすれば、上記予猶分ｂは、下記(2 ）式で与えられる。

【００２７】 ｂ＝Ｌ／２ｎＦ …… (2) 即ち、クリアモールドパッケージ１の受光側表面に設けられる位相ＬＰＦ６の 寸法を、撮像素子２の実質受光面３の寸法より片側で、撮像レンズのＦナンバの 関数であるｂだけ大きくすれば、必要にして十分な光学的高域遮断特性を得るこ とができ、モアレを除去することができる。これが請求項(2),(3) に対応した事 項である。

【００２８】 このような実質受光面の寸法より片側に上記(2）式で与えられるｂだけ大きい 位相ＬＰＦ６は、前述したように、入れ子７ａで形成することができるので、位 相ＬＰＦとして所期の性能が発揮できない場合でも成形型７を作り変える必要は なく、入れ子７ａのみを作り変えれば事足りることになる。

【００２９】 なお、赤外光のカットについては、撮影レンズに赤外カットコーティングを施 してもよいが、クリア樹脂そのものに赤外カット用の色素を混入させれば、固体 撮像素子を覆って形成されたクリアモールドパッケージ１で位相ＬＰＦと赤外カ ットフィルタとを兼用させることができる。

【００３０】 上述の実施例によれば、 (1) 水晶ＬＰＦあるいは位相ＬＰＦ等のＬＰＦを別個に設ける必要がないの で、このための型代が不要になると共に、部品コスト、組立工数の低減を図るこ とができる。更に、赤外カットフィルタも兼用させることができる。

【００３１】 (2) 撮像光学系と固体撮像素子との間に介在物が一切ないので、レンズバッ クを小さくできるから、光学設計の自由度が増大し、レンズの小型化、高性能化 を容易になし得る。

【００３２】 等の効果が得られ、撮像光学系と撮像装置だけの非常にシンプルな構成にするこ とができる。

【００３３】

【考案の効果】

以上述べたように本考案によれば、位相ローパスフィルタを固体撮像素子のク リアモールドパッケージの受光側表面に形成するようにしたので、位相ローパス フィルタをローコストで、且つ組立て容易に構成できるという顕著な効果が発揮 される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す固体撮像装置の正面図
と側面図。

【図２】本実施例の固体撮像装置を含む撮像光学系の配
置図。

【図３】上記図１における実質受光面と位相ＬＰＦとの
間の光路図。

【図４】上記図３における点像強度分布を示す線図。

【図５】撮像レンズを透過した被写体光の光路図。

【図６】被写体光が空気中から屈折率ｎの媒体に照射さ
れたときの光路図。

【図７】従来の撮像光学系の配置図。

【符号の説明】

１……クリアモールドパッケージ ２……固体撮像素子 ３……実質受光面 ６……位相ローパスフィルタ

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】固体撮像素子のクリアモールドパッケージ
   の受光側表面に位相ローパスフィルタを形成したことを
   特徴とする固体撮像装置。
2. 【請求項２】上記位相ローパスフィルタは受光側表面の
   一部にのみ形成されていることを特徴とする請求項(1）
   記載の固体撮像装置。
3. 【請求項３】上記位相ローパスフィルタは少なくとも実
   質受光面に撮像レンズによって形成される入射光束を遮
   る範囲まで広がっていることを特徴とする請求項(1）記
   載の固体撮像装置。