JP2000040813A

JP2000040813A - 撮像装置とその製造方法

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Publication number: JP2000040813A
Application number: JP10209333A
Authority: JP
Inventors: Masanori Iwasaki; 正則岩崎
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-07-24
Filing date: 1998-07-24
Publication date: 2000-02-08
Anticipated expiration: 2018-07-24
Also published as: JP4075144B2

Abstract

(57)【要約】【課題】撮像素子３と結像光学素子６と撮像素子
３・結像光学素子６間に設けられた光学的ローパスフィ
ルタ１０とからなる撮像装置において、撮像素子３・結
像光学素子６間の位置関係及び撮像素子３・位相型ロー
パスフィルタ１０間の位置関係の高い精度での位置決め
を容易に為し得るようにする。【解決手段】ホルダ５により結像光学素子６と光学的
ローパスフィルタ１０とが所定の位置関係で保持され、
該ホルダ５が、その結像光学素子６の基準面の、撮像素
子３の撮像面に対する位置関係が所定通りになるように
パッケージに固定されてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮像素子、特に入
力光を光電変換により電気信号に変換する、パッケージ
に収納された撮像素子と、被写体を上記撮像素子の撮像
面に結像する結像する結像光学素子と、上記撮像素子と
結像光学素子との間に設けられた光学的ローパスフィル
タと、からなる撮像素子、及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】撮像装置は、一般に固体撮像素子をパッ
ケージに収納し、更に被写体を該固体撮像素子の撮像面
に結像する結像光学素子（結像レンズ）を設けてなる
が、更に光学的ローパスフィルタを設ける場合が多い。
というのは、ＣＣＤ固体撮像素子等の固体撮像素子は撮
像面に結像された像を時間的、空間的にサンプリングし
て光電変換する結果、サンプリングによる偽信号が発生
するので、光学的ローパスフィルタによりその偽信号を
抑圧する必要があるからである。

【０００３】そして、光学的ローパスフィルタには、主
として位相型ローパスフィルタと複屈折型ローパスフィ
ルタが用いられ、両者を比較すると、位相型ローパスフ
ィルタの方が製造コストを低くでき、低価格化の要求が
極めて強い小型撮像装置に適しているといえる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、位相型ロー
パスフィルタを光学的ローパスフィルタとして用いた撮
像装置には、位相型ローパスフィルタの撮像素子の撮像
面に対する位置決め精度を高くしなければならないと言
う課題があった。というのは、位相型ローパスフィルタ
は回折格子による光線分離を行うため、撮像面に対する
フィルタの位置関係が狂っていると撮像面に入射する光
線が本来入射すべき画素と異なる画素（隣接する画素）
に入射し、ノイズとなって現れてしまうという問題を惹
き起こすからである。

【０００５】また、撮像装置には小型化、特に薄型化の
要求が強いが、その薄型化の要求に応えようとすると必
然的に結像レンズ（結像光学素子）と撮像素子との間隔
を狭くする必要が生じ、その結果、レンズとして焦点深
度の浅いものを用いざるを得ない。しかし、このように
焦点深度の浅い結像レンズを用いる程、その結像レンズ
の撮像素子の撮像面に対する位置決め精度を高めること
が必要となる。

【０００６】このように、撮像装置、特に小型の撮像装
置には、結像レンズ（結像光学素子）や光学的ローパス
フィルタ、特に位相型ローパスフィルタの撮像素子に対
する位置決め精度を高める必要性があるが、必要な位置
決め精度を得ることは従来においては容易ではなかっ
た。

【０００７】本発明はこのような問題点を解決すべく為
されたものであり、撮像素子と結像光学素子と撮像素子
・結像光学素子間に設けられた光学的ローパスフィルタ
とからなる撮像装置において、撮像素子・結像光学素子
間の位置関係及び撮像素子・位相型ローパスフィルタ間
の位置関係の高い精度での位置決めを容易に為し得るよ
うにすることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の撮像装置は、
ホルダにより結像光学素子と光学的ローパスフィルタと
が所定の位置関係で保持され、該ホルダが、その結像光
学素子の基準面の、撮像素子の撮像面に対する位置関係
が所定通りになるようにパッケージに固定されてなるこ
とを特徴とする。

【０００９】従って、請求項１の撮像装置によれば、ホ
ルダが結像光学素子と光学的ローパスフィルタを所定の
位置関係で保持するので、そのホルダを、撮像素子を保
持するパッケージに位置決めするだけで、撮像素子及び
結像光学素子の両方を撮像素子に対して所定の位置関係
に高い精度で位置決めすることが容易に為し得る。

【００１０】請求項４の撮像装置の製造方法は、パッケ
ージに取り付けられた撮像素子の撮像面との距離を焦点
深度の浅い対物レンズを用いた測長装置により計測しな
がらその計測値が所定の値になる位置を求め、結像光学
素子と光学的ローパスフィルタを所定の位置関係で保持
するホルダをそのレンズ基準面が上記所定の値になる位
置に存在するように位置決めし、その上でその位置関係
を固定することを特徴とする。

【００１１】従って、請求項４の撮像装置の製造方法に
よれば、撮像素子の撮像面からの結像光学素子の基準面
の位置すべきところの距離を焦点深度の浅い対物レンズ
を用いた測長装置により計測し、その距離のところにレ
ンズ基準面が位置するように上記ホルダの上記パッケー
ジに対する位置関係を調整してその位置関係を固定する
ので、結像光学素子の基準面と、撮像素子の撮像面との
距離を高い精度で制御できる。

【００１２】そして、ホルダはそれが保持する結像光学
素子に対して所定の位置関係に光学的ローパスフィルタ
をも保持するので、パッケージに対して位置決めされる
ことにより自ずと光学的ローパスフィルタを撮像素子に
対して高い精度で正確に位置決めすることができる。即
ち、結像光学素子と光学的ローパスフィルタの両方を撮
像素子に対して同時に高い精度で位置決めすることがで
きる。そして、高い精度で結像光学素子・光学的ローパ
スフィルタ・撮像素子間を位置決めすることができるの
で、結像光学素子の焦点深度を浅くしても支障なく撮像
装置を構成することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明撮像装置は、基本的に、パ
ッケージに収納された撮像素子と、被写体を該撮像素子
の撮像面に結像する結像する結像光学素子と、上記撮像
素子と結像光学素子との間に設けられた光学的ローパス
フィルタと、からなり、上記結像光学素子と上記光学的
ローパスフィルタとが所定の位置関係でホルダにより保
持され、上記ホルダが上記パッケージに対して、上記撮
像素子の撮像面に対して上記結像光学素子の基準面が所
定の位置関係になるように、位置関係が固定されてなる
ことを特徴とするものであり、撮像素子としてＣＣＤ固
体撮像素子、ＭＯＳ型固体撮像素子あるいは増幅型固体
撮像素子を用い得る。また、撮像素子はエリアセンサタ
イプであっても、リニアセンサタイプであっても良い。

【００１４】光学的ローパスフィルタは、位相型ローパ
スフィルタが低製造コストなので本発明撮像装置に好適
であるが、必ずしもそれに限定されるものではなく、例
えば複屈折型ローパスフィルタを用い得る。結像光学素
子は、プラスチック素材により形成してもよいし、ガラ
ス素材により形成しても良い。また、球面レンズを用い
ても良いし、非球面レンズを用いても良く、被写体を撮
像素子の撮像面に結像できるものであればどのような結
像光学素子を用いても良い。結像光学素子を保持するホ
ルダはガラスにより形成してもよいが、光学的ローパス
フィルタを位置決めする位置決め部を設けなければなら
ないことから加工性が必要なので、加工性に優れたプラ
スチックにより形成するのが好ましい。

【００１５】撮像素子を保持するパッケージは、プラス
チックにより形成しても良いし、セラミックにより形成
しても良い。

【００１６】そして、結像光学素子、光学的ローパスフ
ィルタの撮像素子に対する位置決めは、例えば、撮像素
子からのレンズ基準面の位置すべきところの距離を測長
装置により測定し、その位置すべきところにレンズ基準
面が位置するようにホルダをパッケージに対して位置決
めし、その上でその位置関係を固定することにより行
う。その測長装置は対物レンズとして焦点深度の浅いも
の、例えば０．１μｍ〜０．1 ｍｍ、特に０．１μｍ〜
１０μｍの焦点深度のものを用いるとよい。というの
は、測長精度を高くすることができるからである。

【００１７】

【実施例】以下、本発明を図示実施例に従って詳細に説
明する。図１は本発明撮像装置の第１の実施例を示す縦
断面図、図２（Ａ）〜（Ｃ）は図１の撮像装置の各別の
構成部材を示す断面図で、（Ａ）は結像光学素子（レン
ズ）及びホルダを示し、（Ｂ）は光学的ローパスフィル
タ（位相型ローパスフィルタ）を示し、（Ｃ）は撮像素
子及びそれを収納するパッケージを示す。図面におい
て、１は例えばセラミックあるいは樹脂からなるパッケ
ージ、２は該パッケージの収納凹部で、該凹部内底面上
に固体撮像素子３がダイボンディングされており、更に
該固体撮像素子３の図示しない各電極とパッケージ１の
図示しない各配線との間がワイヤによりボンディングさ
れているが、そのボンディングワイヤは図示しない。

【００１８】４は上記固体撮像素子３が収納された収納
凹部２を外部から閉塞する透明封止板で、ガラスないし
透明樹脂からなる。５はホルダで、例えば樹脂からな
り、その少なくとも略中央部近傍は透明にされ、その中
央部にレンズ素子６が接着されており、このレンズ素子
６により、被写体を上記固体撮像素子３の撮像面に結像
する結像光学素子（結像レンズ）が構成される。

【００１９】７、７はホルダ５に形成されたローパスフ
ィルタ取付用の取付段部で、これに後述する光学的ロー
パスフィルタ（１０）を係合させると、自ずと光学的ロ
ーパスフィルタ９のレンズ６に対する位置関係が高い精
度で所定の位置関係に位置決めされるように形成されて
いる。８、８はホルダ５の脚部で、該ホルダ５は該脚部
８、８にて接着剤９、９によりパッケージ１に固定され
ている。

【００２０】１０は光学的ローパスフィルタ、例えば位
相型ローパスフィルタで、素子の片面又は両面に回折格
子が設けられており、この素子に入射した光線は図２
（Ｂ）に示すように０次光線及び±１次光線に分離され
る。尤も、厳密には、±２次光線、±３次光線、・・・
というように±多次光線が存在するが、回折格子におい
てはこれらの多次光線を可能な限り小さくなるように設
計しているので実際上殆ど無視できる程度に小さい。該
位相型ローパスフィルタ１０は本実施例では赤外光線を
吸収ないし反射する機能を備えている。即ち、ローパス
フィルタとして偽信号を抑圧できるようにする機能を果
たすのみならず、赤外線カット機能も果たす。このよう
にすれば、光学的カラーフィルタ１０の他に別個に赤外
線カットフィルタを設ける必要がなく、低価格化、小型
化、特に薄型化を図ることができる。

【００２１】ところで、位相型ローパスフィルタ１０
は、回折格子の周波数に応じた任意の角度で入射光を分
離するので、固体撮像素子３に対する位置に誤差が生じ
ると、撮像面での分離幅が変化してしまうことになる。
従って、ローパス効果を得るためには、撮像素子の画素
ピッチに対して任意の幅に光線を分離することが必要で
あるが、上述したように分離幅に変化が生じると所望の
ローパス効果が得られなくなってしまう。従って、位相
型ローパスフィルタ１０は、固体撮像素子３に対して極
めて高い精度で位置決めしなければならないが、それは
ホルダ５を固体撮像素子３に対して正確に位置決めする
ことにより容易に為し得る。

【００２２】次に、ホルダ５と固体撮像素子３との位置
決めについて図３（Ａ）〜（Ｃ）に従って説明する。

【００２３】（Ａ）上記固体撮像素子３を収納するパッ
ケージ１には固体撮像素子３をゴミ、湿気等から保護す
るための透明な封止板４が設けられており、該透明封止
板４越しに焦点深度の浅い（焦点深度例えば０．１μｍ
〜０．１ｍｍ、特に０．１μｍ〜１０μｍ）レンズを用
いた測長装置１１により上記固体撮像素子３の撮像面か
ら予め設定したおいた所定距離にあたる位置を求める。
本明細書において、測長装置とは対物レンズからの画像
のピントを合わせ、ピントのあったときの位置を計測す
ることにより撮像面の位置を計測するものである。図３
（Ａ）は測長装置１１により固体撮像素子３の位置を測
定し、以てレンズ６の基準面の存在すべき位置を求める
時の状態を示している。

【００２４】（Ｂ）一方、レンズ素子６を保持するホル
ダ５は上述したように該レンズ素子６に対して所定の位
置関係を持つように位相型ローパスフィルタ１０を位置
決めする取付段部７、７を有し、該取付段部７、７に位
相型ローパスフィルタ１０を嵌合し押し当てたとき該位
相型ローパスフィルタ１０が上記レンズ素子６に所定の
位置関係に高精度に位置決めされるようになっており、
その状態で位相型ローパスフィルタ１０がホルダ５に固
定されている。図３（Ｂ）はそのレンズ素子６を保持
し、且つ該レンズ素子６に対する位相型ローパスフィル
タ１０を取付段部７、７にて位置決めする状態のホルダ
５を示す。

【００２５】（Ｃ）次に図３（Ｃ）に示すように、治具
１２により上記ホルダ５を保持し、レンズ基準面が図３
（Ａ）に示すように測長装置１１により測定した固体撮
像素子３の撮像面から所定距離にあたるところに位置す
るように、ホルダ５の位置を移動させる。このようにで
きるのは、測長装置１１と治具１２の位置データが相対
的に管理されているからである。

【００２６】そして、固体撮像素子３の撮像面に対する
レンズ基準面の位置関係が所定通りになったとき、その
状態でホルダ５をその脚８、８にて固体撮像素子３収納
用パッケージ１に接着剤９、９により固定する。する
と、図１に示すような撮像装置が出来上がる。

【００２７】このような撮像装置の製造方法によれば、
パッケージ１に収納された固体撮像素子３の撮像面に対
する、予め設定されたレンズ基準面の存在すべき位置を
測長装置１１により測定し、その位置にレンズ基準面が
位置するように光学的ローパスフィルタ（位相型ローパ
スフィルタ）１０取り付け済みホルダ５を治具１２によ
り位置決めし、その状態でホルダ５をその脚８、８にて
パッケージ１に固定するので、固体撮像素子３の撮像面
に対してレンズ素子６の基準面を極めて高い精度で位置
決めすることができる。

【００２８】そして、ホルダ５は保持したレンズ素子６
に対して光学的ローパスフィルタ４を取付段部７、７に
て所定の位置関係で位置決めして保持するので、上述し
たように測長装置１１により位置測定され、その測定デ
ータに基づいて上記治具１２により位置制御されること
により自ずと光学的ローパスフィルタ４も固体撮像素子
３の撮像面に対して所定の位置関係に高い精度で位置決
めされることになる。従って、結像光学素子６と光学的
ローパスフィルタ１０の両方を固体撮像素子３に対して
同時に高い精度で位置決めすることができる。

【００２９】そして、高い精度で結像光学素子６・光学
的ローパスフィルタ１０・撮像素子３間を位置決めする
ことができるということは、結像光学素子６の焦点深度
を浅くしても支障なく撮像装置を構成することができる
ということであり、従って、小型の、特に薄型の撮像装
置を支障なく提供できると言うことに他ならない。

【００３０】尚、実施例を示す図面では光学系のカバー
及び絞りが記載されていないが、ホルダ５、レンズ素子
６に干渉しない範囲で任意のカバー、絞りを取り付ける
ことができることは言うまでもない。また、図示実施例
ではホルダ５の少なくとも透明にされた部分（略中央
部）にレンズ素子６を入れ込んで張ることにより組み付
けていたが、必ずしもそれに限らず、例えば、ホルダ６
の透明部分の表裏両面に、片面が平面でもう一方の面が
凸球面状のレンズ素子一対６、６をその平面にて接着し
たものを結像光学素子（レンズ）として用いているよう
にしても良いし、また、一方の面が凸球面状の一個のレ
ンズ素子６をホルダ５のレンズ取り付け部の一方の面の
みに取り付けるようにしても良い。また、球面型レンズ
に代えて非球面型レンズを用いても良い。要するに、被
写体を固体撮像素子３の撮像面に結像することができれ
ばどのようなものを用いても良い。

【００３１】

【発明の効果】本発明撮像装置によれば、ホルダが結像
光学素子と光学的ローパスフィルタを所定の位置関係で
保持するので、そのホルダを、撮像素子を保持するパッ
ケージに位置決めするだけで、撮像素子及び結像光学素
子の両方を撮像素子に対して所定の位置関係に高い精度
で位置決めすることが容易に為し得る。

【００３２】本発明撮像装置の製造方法によれば、撮像
素子の撮像面からの結像光学素子の基準面の位置すべき
ところの距離を焦点深度の浅い対物レンズを用いた測長
装置により計測し、その距離のところにレンズ基準面が
位置するように上記ホルダの上記パッケージに対する位
置関係を調整してその位置関係を固定するので、結像光
学素子の基準面と、撮像素子の撮像面との距離を高い精
度で制御できる。

【００３３】そして、ホルダはそれが保持する結像光学
素子に対して所定の位置関係に光学的ローパスフィルタ
をも保持するので、パッケージに対して位置決めされる
ことにより自ずと光学的ローパスフィルタを撮像素子に
対して高い精度で正確に位置決めすることができる。即
ち、結像光学素子と光学的ローパスフィルタの両方を撮
像素子に対して同時に高い精度で位置決めすることがで
きる。そして、高い精度で結像光学素子・光学的ローパ
スフィルタ・撮像素子間を位置決めすることができるの
で、結像光学素子の焦点深度を浅くしても支障なく撮像
装置を構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明撮像装置の一つの実施例を示す縦断面図
である。

【図２】（Ａ）〜（Ｃ）は図１の撮像装置の各別の構成
部材を示す断面図で、（Ａ）は結像光学素子（レンズ）
及びホルダを示し、（Ｂ）は光学的ローパスフィルタ
（位相型ローパスフィルタ）を示し、（Ｃ）は撮像素子
及びそれを収納するパッケージを示す。

【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は図１に示す撮像装置の製造方
法の一例（本発明撮像装置の製造方法の一つの実施例）
を示す断面図である。

【符号の説明】

１・・・パッケージ、３・・・撮像素子（固体撮像素
子）、５・・・ホルダ、６・・・結像光学素子（レンズ
素子）、７・・・光学的ローパスフィルタ取付段部、１
０・・・光学的ローパスフィルタ（位相型ローパスフィ
ルタ）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力光を光電変換により電気信号に変換
する、パッケージに収納された撮像素子と、被写体を上記撮像素子の撮像面に結像する結像光学素子
と、上記撮像素子と結像光学素子との間に設けられた光学的
ローパスフィルタと、からなり、上記結像光学素子と上記光学的ローパスフィルタとが所
定の位置関係でホルダにより保持され、上記ホルダが上記パッケージに対して、上記撮像素子の
撮像面に対して上記結像光学素子の基準面が所定の位置
関係になるように、位置関係が固定されてなることを特
徴とする撮像装置。
【請求項２】光学的ローパスフィルタが位相型ローパ
スフィルタであることを特徴とする請求項１記載の撮像
装置。
【請求項３】光学的ローパスフィルタが赤外光線を吸
収又は反射する機能を有することを特徴とする請求項１
又は２記載の撮像装置。
【請求項４】入力光を光電変換により電気信号に変換
する、パッケージに収納された撮像素子と、被写体を該
撮像素子の撮像面に結像する結像光学素子と、上記撮像
素子と結像光学素子との間に設けられた光学的ローパス
フィルタと、からなり、上記結像光学素子と上記光学的
ローパスフィルタとが所定の位置関係でホルダにより保
持され、該ホルダが上記パッケージに対して、上記撮像
素子の撮像面に対して上記結像光学素子の基準面が所定
の位置関係になるように、位置関係が固定されてなる撮
像装置の製造方法であって、上記パッケージに取り付けられた撮像素子の撮像面から
の上記結像光学素子の基準面が位置すべきところの予め
設定された距離を焦点深度の浅い対物レンズを用いた測
長装置により計測し、上記ホルダをそのレンズ基準面が上記測長装置により測
定された上記距離のところに存在するように位置決め
し、その上でその位置関係を固定することを特徴とする
撮像装置の製造方法。
【請求項５】測長装置に用いられた対物レンズの焦点
深度が０．１μｍ〜１ｍｍであることを特徴とする請求
項４記載の撮像装置の製造方法。