特許第5834386号(P5834386)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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特許5834386光学センサ、レンズモジュール、およびカメラモジュール
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5834386
(24)【登録日】2015年11月13日
(45)【発行日】2015年12月24日
(54)【発明の名称】光学センサ、レンズモジュール、およびカメラモジュール
(51)【国際特許分類】
   H04N 9/07 20060101AFI20151203BHJP
   H04N 5/225 20060101ALI20151203BHJP
   G02B 7/02 20060101ALI20151203BHJP
   H01L 27/14 20060101ALI20151203BHJP
   H01L 27/146 20060101ALI20151203BHJP
【FI】
   H04N9/07 D
   H04N5/225 D
   G02B7/02 Z
   H04N9/07 A
   H01L27/14 D
   H01L27/14 A
【請求項の数】17
【全頁数】19
(21)【出願番号】特願2010-185476(P2010-185476)
(22)【出願日】2010年8月20日
(65)【公開番号】特開2012-44555(P2012-44555A)
(43)【公開日】2012年3月1日
【審査請求日】2013年8月9日
(73)【特許権者】
【識別番号】000002185
【氏名又は名称】ソニー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100094053
【弁理士】
【氏名又は名称】佐藤 隆久
(72)【発明者】
【氏名】東堤 良仁
(72)【発明者】
【氏名】清水 聡
(72)【発明者】
【氏名】北村 勇也
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 優美
【審査官】 鈴木 肇
(56)【参考文献】
【文献】 特開2008−072423(JP,A)
【文献】 特開2008−210846(JP,A)
【文献】 特表2005−526454(JP,A)
【文献】 特開2009−064839(JP,A)
【文献】 特開2007−306387(JP,A)
【文献】 特開2008−311280(JP,A)
【文献】 特開2002−198463(JP,A)
【文献】 特開2007−292722(JP,A)
【文献】 特開2003−250071(JP,A)
【文献】 国際公開第2010/100896(WO,A1)
【文献】 国際公開第2011/043025(WO,A1)
【文献】 特開2011−049579(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H04N 5/30 − 5/378
H04N 5/222− 5/257
H04N 9/04 − 9/11
H01L 21/339
H01L 27/14 −27/148
H01L 29/762
G02B 7/02 − 7/16
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
表面側に第1受光面が形成され、裏面側に第2受光面が形成され、上記第1受光面および上記第2受光面に被写体象を結像可能なセンサ基板と、
上記第1受光面側に配置された第1カラーフィルタと、
上記第2受光面側に配置された第2カラーフィルタと、
上記第1カラーフィルタを介して上記第1受光面側を支持する光学的に透明な透明支持板と、を有し、
上記第1カラーフィルタと上記第2カラーフィルタのレイアウトおよびサイズの少なくとも一方が異なり、
上記第1カラーフィルタの上記透明支持板との接合面側にマイクロレンズが形成され、
上記第1受光面側から上記透明支持板の側部に至る貫通電極が形成されている
光学センサ。
【請求項2】
上記第1受光面側が高感度センサとして機能し、上記第2受光面側が高解像度センサとして機能するように、上記第1カラーフィルタと上記第2カラーフィルタのレイアウトおよびサイズが設定されている
請求項1記載の光学センサ。
【請求項3】
上記透明支持板と上記センサ基板側の上記マイクロレンズとが接着剤のより接着され、
上記接着剤は、空気層よりも高い第1の屈折率を持ち、
上記マイクロレンズは上記接着剤の第1の屈折率より高い第2の屈折率を持つ
請求項1または2記載の光学センサ。
【請求項4】
上記透明支持板の屈折率、上記接着剤の屈折率、および上記透明支持板への光入射側の屈折率が、表記した順に高い
請求項3記載の光学センサ。
【請求項5】
上記第2受光面側に接続用パッド電極が形成されている
請求項1から4のいずれか一に記載の光学センサ。
【請求項6】
上記貫通電極が個辺化する際に切断されるスクライブライン上にあり、スクライブすることで貫通電極が上記透明支持板の側壁に露出している
請求項1から5のいずれか一に記載の光学センサ。
【請求項7】
両面に第1受光面および第2受光面がそれぞれ形成された光学センサと、
上記光学センサを、当該光学センサの両面に光入射するように収容可能な信号取り出し基板と、
上記光学センサの上記第1受光面に結像させるための第1レンズおよび上記光学センサの上記第2受光面側に結像するための第2レンズとのうち少なくとも上記第1レンズと、を有し、
上記光学センサは、
表面側に第1受光面が形成され、裏面側に第2受光面が形成され、上記第1受光面および上記第2受光面に被写体象を結像可能なセンサ基板と、
上記第1受光面側に配置された第1カラーフィルタと、
上記第2受光面側に配置された第2カラーフィルタと、
上記第1カラーフィルタを介して上記第1受光面側を支持する光学的に透明な透明支持板と、
上記第2受光面側に形成された接続用パッド電極と、を含み、
上記第1カラーフィルタと上記第2カラーフィルタのレイアウトおよびサイズの少なくとも一方が異なり、
上記第1カラーフィルタの上記透明支持板との接合面側にマイクロレンズが形成され、
上記接続用パッド電極と上記信号取り出し基板の電極と接続されている
レンズモジュール。
【請求項8】
上記第1レンズは、
複数のレンズがアレイ状に形成されたマルチレンズアレイにより形成されている
請求項7記載のレンズモジュール。
【請求項9】
上記第1レンズおよび第2レンズの少なくとも一方は、
ウェハー状態で加工可能なウェハーレベルレンズにより形成されている
請求項7または8記載のレンズモジュール。
【請求項10】
上記第2レンズを形成するウェハーレベルレンズは、
上記センサ基板の第2受光面側に支持される支持脚が形成され、
上記支持脚は、上記接続用パッド電極を避けるように切り欠き部が形成されており、
上記接続用パッド電極と上記信号取り出し基板の電極とがワイヤーボンドにより接続されている
請求項9記載のレンズモジュール。
【請求項11】
上記ウェハーレベルレンズは、
複数のレンズが一体的に形成されている状態で隣接する光学センサとの境界部でスリットが形成されており、ダイシングして切り出したときに当該スリットが上記切り欠き部となる
請求項10記載のレンズモジュール。
【請求項12】
配線が形成された配線付き透明基板が、当該配線が形成された面が上記第2受光面に対向するように配置され、
上記光学センサの上記パッド電極と上記透明基板の対応する配線するボール電極で接続され、
上記信号取り出し基板の電極と上記透明基板の対応する配線するボール電極で接続されている
請求項7または8記載のレンズモジュール。
【請求項13】
両面に第1受光面および第2受光面がそれぞれ形成された光学センサと、
上記光学センサを、当該光学センサの両面に光入射するように収容可能な信号取り出し基板と、
上記光学センサの上記第1受光面に結像させるための第1レンズおよび上記光学センサの上記第2受光面側に結像するための第2レンズとのうち少なくとも上記第1レンズと、を有し、
上記光学センサは、
表面側に第1受光面が形成され、裏面側に第2受光面が形成され、上記第1受光面および上記第2受光面に被写体象を結像可能なセンサ基板と、
上記第1受光面側に配置された第1カラーフィルタと、
上記第2受光面側に配置された第2カラーフィルタと、
上記第1カラーフィルタを介して上記第1受光面側を支持する光学的に透明な透明支持板と、
上記第1受光面側から上記透明支持板の側部に至る貫通電極と、を含み、
上記第1カラーフィルタと上記第2カラーフィルタのレイアウトおよびサイズの少なくとも一方が異なり、
上記第1カラーフィルタの上記透明支持板との接合面側にマイクロレンズが形成され、
上記貫通電極と上記信号取り出し基板の電極とが接続されている
レンズモジュール。
【請求項14】
上記貫通電極と上記信号取り出し基板の電極とがリフローハンダにより接続されている
請求項13記載のレンズモジュール。
【請求項15】
上記第1レンズおよび第2レンズの少なくとも一方は、
ウェハー状態で加工可能なウェハーレベルレンズにより形成されている
請求項13または14記載のレンズモジュール。
【請求項16】
光学センサを含むレンズモジュールと、
上記レンズモジュールの光学センサからの信号を処理する信号処理部と、を有し、
上記レンズモジュールは、
両面に第1受光面および第2受光面がそれぞれ形成された光学センサと、
上記光学センサを、当該光学センサの両面に光入射するように収容可能な信号取り出し基板と、
上記光学センサの上記第1受光面に結像させるための第1レンズおよび上記光学センサの上記第2受光面側に結像するための第2レンズとのうち少なくとも上記第1レンズと、を含み、
上記光学センサは、
表面側に第1受光面が形成され、裏面側に第2受光面が形成され、上記第1受光面および上記第2受光面に被写体象を結像可能なセンサ基板と、
上記第1受光面側に配置された第1カラーフィルタと、
上記第2受光面側に配置された第2カラーフィルタと、
上記第1カラーフィルタを介して上記第1受光面側を支持する光学的に透明な透明支持板と、
上記第2受光面側に形成された接続用パッド電極と、を有し、
上記第1カラーフィルタと上記第2カラーフィルタのレイアウトおよびサイズの少なくとも一方が異なり、
上記第1カラーフィルタの上記透明支持板との接合面側にマイクロレンズが形成され、
上記接続用パッド電極と上記信号取り出し基板の電極と接続され、
上記信号処理部は、
上記第1受光面による第1信号および上記第2受光面による第2信号を処理する
カメラモジュール。
【請求項17】
光学センサを含むレンズモジュールと、
上記レンズモジュールの光学センサからの信号を処理する信号処理部と、を有し、
上記レンズモジュールは、
両面に第1受光面および第2受光面がそれぞれ形成された光学センサと、
上記光学センサを、当該光学センサの両面に光入射するように収容可能な信号取り出し基板と、
上記光学センサの上記第1受光面に結像させるための第1レンズおよび上記光学センサの上記第2受光面側に結像するための第2レンズとのうち少なくとも上記第1レンズと、を含み、
上記光学センサは、
表面側に第1受光面が形成され、裏面側に第2受光面が形成され、上記第1受光面および上記第2受光面に被写体象を結像可能なセンサ基板と、
上記第1受光面側に配置された第1カラーフィルタと、
上記第2受光面側に配置された第2カラーフィルタと、
上記第1カラーフィルタを介して上記第1受光面側を支持する光学的に透明な透明支持板と、
上記第1受光面側から上記透明支持板の側部に至る貫通電極と、を含み、
上記第1カラーフィルタと上記第2カラーフィルタのレイアウトおよびサイズの少なくとも一方が異なり、
上記第1カラーフィルタの上記透明支持板との接合面側にマイクロレンズが形成され、
上記貫通電極と上記信号取り出し基板の電極とが接続され、
上記信号処理部は、
上記第1受光面による第1信号および上記第2受光面による第2信号を処理する
カメラモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、CMOSイメージセンサ(CIS)等の光学センサ、レンズモジュール、およびカメラモジュールに関するものである。
【背景技術】
【0002】
一般的なCMOSイメージセンサ等を含む撮像装置では、撮像レンズを用い、この撮像レンズの焦点位置に固体撮像素子を配置する。
そして、撮像レンズで取り込んだ被写体からの光を、固体撮像素子で電気信号に変換しやすいように光学系において光学的な処理を施す。その後、固体撮像素子の光電変換側に導き、撮像デバイスによって光電変換して得られる電気信号に対して、後段の信号処理回路で所定の信号処理を施す(たとえば、非特許文献1参照)。
【0003】
この種の撮像装置はデジタルスチルカメラなどのカメラシステムとして単体で用いられる他に、近年、携帯電話などの小型携帯機器に組み込まれて用いられるようになってきている。
そのため、携帯電話などに組み込むに当たって、撮像装置の小型化、軽量化、低コスト化が強く求められているのが現状である。
すなわち、小型、軽量、低コストの撮像装置を組み込むことで、携帯電話などの小型携帯機器の小型化、軽量化、低コスト化に大きく寄与できることになる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0004】
【非特許文献1】竹村裕夫著,「CCDカメラ技術入門」,初版,コロナ社,1998年8月,p.2−4
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、一般的なイメージセンサは、1つのセンサで両面を撮影することができないが、近年、素子等が形成されない裏面側から光を入射させる裏面照射型イメージセンサの登場で両面に感度を持つセンサでできている。
しかし、このセンサは、その薄さ故にサポートシリコン(Si)という不透明なサポート基板を持つ必要があり、両面をセンサとして使用することが困難であった。
【0006】
また、インカメラ、アウトカメラと称するこれらの個体は、ISPやアプリケーションプロセッサ、ベースバンドチップとの個別のインターフェースを必要とし、接続部品、個々の調整、検査など2重にコストがかかる要因となっていた。
【0007】
また、最近ローコスト化のためのカメラモジュールの新しい工法としてウェハーレベルカメラモジュールがある。これは、ウェハー状のレンズアレイをセンサウェハーにウェハーごと張り合わせ、最後にレンズも含めて個片に切り出すことで、劇的なコスト削減を実現している。
しかし、この構造において両面センサで両面にウェハーレンズを貼り合わせた場合、取り出し電極を形成することができない。
【0008】
本発明は、両面センサとして使用することが可能で、コスト増加を抑止しつつ、両面にウェハーレンズを貼り合わせた場合であっても取り出し電極を形成することが可能な光学センサ、レンズモジュール、およびカメラモジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の第1の観点の光学センサは、表面側に第1受光面が形成され、裏面側に第2受光面が形成され、上記第1受光面および上記第2受光面に被写体象を結像可能なセンサ基板と、上記第1受光面側に配置された第1カラーフィルタと、上記第2受光面側に配置された第2カラーフィルタと、上記第1カラーフィルタを介して上記第1受光面側を支持する光学的に透明な透明支持板と、を有し、上記第1カラーフィルタと上記第2カラーフィルタのレイアウトおよびサイズの少なくとも一方が異なり、上記第1カラーフィルタの上記透明支持板との接合面側にマイクロレンズが形成され、上記第1受光面側から上記透明支持板の側部に至る貫通電極が形成されている
【0011】
本発明の第3の観点のレンズモジュールは、両面に第1受光面および第2受光面がそれぞれ形成された光学センサと、上記光学センサを、当該光学センサの両面に光入射するように収容可能な信号取り出し基板と、上記光学センサの上記第1受光面に結像させるための第1レンズおよび上記光学センサの上記第2受光面側に結像するための第2レンズとのうち少なくとも上記第1レンズと、を有し、上記光学センサは、表面側に第1受光面が形成され、裏面側に第2受光面が形成され、上記第1受光面および上記第2受光面に被写体象を結像可能なセンサ基板と、上記第1受光面側に配置された第1カラーフィルタと、上記第2受光面側に配置された第2カラーフィルタと、上記第1カラーフィルタを介して上記第1受光面側を支持する光学的に透明な透明支持板と、上記第2受光面側に形成された接続用パッド電極と、を含み、上記第1カラーフィルタと上記第2カラーフィルタのレイアウトおよびサイズの少なくとも一方が異なり、上記第1カラーフィルタの上記透明支持板との接合面側にマイクロレンズが形成され、上記接続用パッド電極と上記信号取り出し基板の電極と接続されている。
【0012】
本発明の第4の観点のレンズモジュールは、両面に第1受光面および第2受光面がそれぞれ形成された光学センサと、上記光学センサを、当該光学センサの両面に光入射するように収容可能な信号取り出し基板と、上記光学センサの上記第1受光面に結像させるための第1レンズおよび上記光学センサの上記第2受光面側に結像するための第2レンズとのうち少なくとも上記第1レンズと、を有し、上記光学センサは、表面側に第1受光面が形成され、裏面側に第2受光面が形成され、上記第1受光面および上記第2受光面に被写体象を結像可能なセンサ基板と、上記第1受光面側に配置された第1カラーフィルタと、上記第2受光面側に配置された第2カラーフィルタと、上記第1カラーフィルタを介して上記第1受光面側を支持する光学的に透明な透明支持板と、上記第1受光面側から上記透明支持板の側部に至る貫通電極と、を含み、上記第1カラーフィルタと上記第2カラーフィルタのレイアウトおよびサイズの少なくとも一方が異なり、上記第1カラーフィルタの上記透明支持板との接合面側にマイクロレンズが形成され、上記貫通電極と上記信号取り出し基板の電極とが接続されている。
【0013】
本発明の第5の観点のカメラモジュールは、光学センサを含むレンズモジュールと、上記レンズモジュールの光学センサからの信号を処理する信号処理部と、を有し、上記レンズモジュールは、両面に第1受光面および第2受光面がそれぞれ形成された光学センサと、上記光学センサを、当該光学センサの両面に光入射するように収容可能な信号取り出し基板と、上記光学センサの上記第1受光面に結像させるための第1レンズおよび上記光学センサの上記第2受光面側に結像するための第2レンズとのうち少なくとも上記第1レンズと、を含み、上記光学センサは、表面側に第1受光面が形成され、裏面側に第2受光面が形成され、上記第1受光面および上記第2受光面に被写体象を結像可能なセンサ基板と、上記第1受光面側に配置された第1カラーフィルタと、上記第2受光面側に配置された第2カラーフィルタと、上記第1カラーフィルタを介して上記第1受光面側を支持する光学的に透明な透明支持板と、上記第2受光面側に形成された接続用パッド電極と、を有し、上記第1カラーフィルタと上記第2カラーフィルタのレイアウトおよびサイズの少なくとも一方が異なり、上記第1カラーフィルタの上記透明支持板との接合面側にマイクロレンズが形成され、上記接続用パッド電極と上記信号取り出し基板の電極と接続され、上記信号処理部は、上記第1受光面による第1信号および上記第2受光面による第2信号を処理する。
【0014】
本発明の第6の観点のカメラモジュールは、光学センサを含むレンズモジュールと、上記レンズモジュールの光学センサからの信号を処理する信号処理部と、を有し、上記レンズモジュールは、両面に第1受光面および第2受光面がそれぞれ形成された光学センサと、上記光学センサを、当該光学センサの両面に光入射するように収容可能な信号取り出し基板と、上記光学センサの上記第1受光面に結像させるための第1レンズおよび上記光学センサの上記第2受光面側に結像するための第2レンズとのうち少なくとも上記第1レンズと、を含み、上記光学センサは、表面側に第1受光面が形成され、裏面側に第2受光面が形成され、上記第1受光面および上記第2受光面に被写体象を結像可能なセンサ基板と、上記第1受光面側に配置された第1カラーフィルタと、上記第2受光面側に配置された第2カラーフィルタと、上記第1カラーフィルタを介して上記第1受光面側を支持する光学的に透明な透明支持板と、上記第1受光面側から上記透明支持板の側部に至る貫通電極と、を含み、上記第1カラーフィルタと上記第2カラーフィルタのレイアウトおよびサイズの少なくとも一方が異なり、上記第1カラーフィルタの上記透明支持板との接合面側にマイクロレンズが形成され、上記貫通電極と上記信号取り出し基板の電極とが接続され、上記信号処理部は、上記第1受光面による第1信号および上記第2受光面による第2信号を処理する。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、両面センサとして使用することができ、コスト増加を抑止しつつ、両面にウェハーレンズを貼り合わせた場合であっても取り出し電極を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
図1】本発明の第1の実施形態に係る光学センサ(固体撮像素子)の第1の構成例を示す図である。
図2】本実施形態に係る第1カラーフィルタおよび第2カラーフィルタの第1の構成例を示す図である。
図3】本実施形態に係る第1カラーフィルタおよび第2カラーフィルタの第2の構成例を示す図である。
図4】本第1の実施形態に係る光学センサの基本的な製造方法を説明するための図である。
図5】本発明の第2の実施形態に係る光学センサ(固体撮像素子)の第2の構成例を示す図である。
図6】接着剤、透明支持板(ガラス基板)、および空気層の入射角および屈折率の関係を説明するための図である。
図7】本発明の第2の実施形態に係る光学センサ(固体撮像素子)の第1の構成例を示す図である。
図8】第3の実施形態に係る光学センサのウェハーレベルでの切り出し構造を説明するための図である。
図9】本発明の第4の実施形態に係るレンズモジュールの第1の構成例を示す図である。
図10】本発明の第5の実施形態に係るレンズモジュールの第2の構成例を示す図である。
図11図10のレンズモジュールがウェハーレベルの状態を示す図である。
図12】本発明の第6の実施形態に係るレンズモジュールの第3の構成例を示す図である。
図13図12のレンズモジュールがウェハーレベルの状態を示す図である。
図14】本発明の第7の実施形態に係るレンズモジュールの第4の構成例を示す図である。
図15図14のレンズモジュールがウェハーレベルの状態を示す図である。
図16】本発明の第8の実施形態に係るカメラモジュールの構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明の実施形態を図面に関連付けて説明する。
なお、説明は以下の順序で行う。
1.第1の実施形態(光学センサ(固体撮像素子)の第1の構成例)
2.第2の実施形態(光学センサの第2の構成例)
3.第3の実施形態(光学センサの第3の構成例)
4.第4の実施形態(レンズモジュールの第1の構成例)
5.第5の実施形態(レンズモジュールの第2の構成例)
6.第6の実施形態(レンズモジュールの第3の構成例)
7.第7の実施形態(レンズモジュールの第4の構成例)
8.第8の実施形態(カメラモジュールの構成例)
【0018】
<1.第1の実施形態>
図1は、本発明の第1の実施形態に係る光学センサ(固体撮像素子)の第1の構成例を示す図である。
本実施形態においては、光学センサとしては一例としてCMOSイメージセンサ(CIS:CMOS Image Sensor)が適用される。
【0019】
第1の実施形態に係る光学センサ10は、センサ基板11、第1カラーフィルタ12、第2カラーフィルタ13、および透明支持板14を有する。
【0020】
センサ基板11は、表面側に第1受光面111が形成され、裏面側に第2受光面112が形成され、第1受光面111および第2受光面112に被写体象を結像可能な両面センサ基板として形成されている。
第1カラーフィルタ12は、第1受光面111側に配置されている(形成されている)。
第2カラーフィルタ13は、第2受光面112側に配置されている(形成されている)。
そして、透明支持板14は、光学的に透明なガラス基板により形成され、第1カラーフィルタ12を介してセンサ基板11の第1受光面111側を支持するように光学的透明な接着剤により第1カラーフィルタ12と接着されている。
また、センサ基板11において、第2受光面112側に、ビアを通して配線113に接続される接続用パッド電極15が形成されている。
【0021】
第1カラーフィルタ12は、色の3原色であるR(赤)、G(緑)、B(青)のカラーフィルタがたとえばベイヤー(Bayer)配列をもってオンチップカラーフィルタ(OCCF)としてアレイ状に形成されている。
第2カラーフィルタ13も、色の3原色であるR(赤)、G(緑)、B(青)のカラーフィルタがベイヤー(Bayer)配列をもってOCCFとしてアレイ状に形成されている。
【0022】
ただし、本第1の実施形態においては、第1カラーフィルタ12と第2カラーフィルタ13のレイアウトおよびサイズが異なる。
具体的には、図2(A),(B)に示すように、第1受光面111側の第1カラーフィルタ12は高感度センサとして機能し、第2受光面112側の第2カラーフィルタ13が高解像度センサとして機能するように、レイアウトおよびサイズが設定されている。
このように、第1受光面111および第2受光面112に搭載するOCCF(オンチップカラーフィルタ)は画素単位が同じであれば、同一のパターンでなくてもよい。
図2の例では、第1カラーフィルタ12は、一つのカラーフィルタR,G,G,Bが画素2×2分に相当するサイズに形成されており、画素混合機能を備えた高感度センサとして機能するように形成されている。
一方、第2カラーフィルタは、一つのカラーフィルタR,G,G,Bが画素ごとに1対1で対応するサイズに形成されており、高解像度センサとして機能するように形成されている。
【0023】
なお、図2の例では、第1カラーフィルタ12および第2カラーフィルタ13に重なるように、赤外カットフィルタ(IRCF)16がそれぞれ形成されている。
【0024】
また、カラーフィルタをベイヤー(Bayer)パターンに限る必要もなく、第1受光面111および第2受光面112は全く独立のIRカットフィルタ、カラーフィルタを構成すすることも可能である。
たとえば、図3(A),(B)に示すように、暗視カメラとの組み合わせの場合のフィルタ構成を採用する場合、第2受光面112の第2カラーフィルタ13は図2と同様に、高解像度ベイヤー(Bayer)タイプで通常のIRCFとの組み合わせで形成される。
第1受光面111側の第1カラーフィルタ12は、IRフィルタ17を含む画素があり、IRCFを装着しないタイプのOCCFとして形成される。この場合も画素混合高感度タイプのセンサが実現される。
【0025】
図2および図3は、たとえば、センサの画素数が800万画素で裏面側にRGBベイヤーパターンのOCCFを形成、表面側には、各色4画素共有を行ったベイヤーパターンのOCCFを形成したケースを示している。
これにより、表面は解像度は落ちるが、画素共有による感度がアップし、小型のマイクロレンズアレイを採用することにより、より低背のカメラを実現し、異なった用途のカメラを提供できる。また、両面同様のOCCFの場合は、後段の信号処理を変更しなくてもよいという利点がある。
【0026】
図4(A)〜(F)は、本第1の実施形態に係る光学センサの基本的な製造方法を説明するための図である。
【0027】
いわゆる、センサ基板11Aにおいて、通常の表面型センサ形成工程を経た後、図4(A)に示すように、表面側センサが形成された第1受光面111にOCCFである第1カラーフィルタ12を形成する。
その後、図4(B)に示すように、透明支持板14となる透明材料、たとえばガラスウェハー141を空隙なしに充填された接着剤で貼り合わせる。
このガラスウェハー141は一般的な裏面センサのサポートシリコンと同様にセンサウェハーの強度的保護の役割を果たす。
次に、図4(C)に示すように、センサ基板11Aの第2受光面側を薄膜化する。
そして、図4(D)に示すように、第2受光面112側(裏面側)のOCCFである第2カラーフィルタ13を形成する。
その後、図4(E)および(F)に示すように、裏面側パッドからからワイヤーボンドWBを施す場合は、裏面用貫通ビア114を形成してパッド電極を裏面に形成する。
【0028】
本第1の実施形態によれば、携帯電話などで使用されているカメラの双方向撮り機能があるものは一つのセンサデバイスで賄うことができ、カメラモジュールの劇的なコストダウンを実現できる。
また、前方、後方をほぼ同時に撮影できることから安価な監視カメラや世界カメラへの転用も可能である。
【0029】
<2.第2の実施形態>
図5は、本発明の第2の実施形態に係る光学センサ(固体撮像素子)の第2の構成例を示す図である。
【0030】
本第2の実施形態に係る光学センサ10Aが第1の実施形態に係る光学センサ10と異なる点は、第1カラーフィルタ12の透明支持板14との接合面側にマイクロレンズ(アレイ)18が形成されていることにある。
【0031】
そして、本実施形態においては、マイクロレンズ18が高屈折率の高屈折剤により形成され、透明支持板14とセンサ基板11側の上記マイクロレンズ18とを接着する接着剤19が、マイクロレンズ18より低屈折率の低屈折剤により形成されている。
【0032】
このように、マイクロレンズ18と接着剤19の屈折率に差を持たせている理由は次の通りである。
従来タイプのキャビティレス構造は、マイクロレンズ、ガラス、接着剤ともに屈折率1.5近傍でマイクロレンズの効果が得られず、感度を落としていた。
これに対して、本第2の実施形態にように、マイクロレンズ18の材料を高屈折率、接着剤19を低屈折率の部材にすることでマイクロレンズ18の集光効果を得られる。
また、空気層よりも高い屈折率を持つ低屈折材の接着剤19は、マイクロレンズへの入射角が下がり、マイクロレンズの瞳補正量が下がる。これにより、センサ全体の感度が上がる効果も出る。
これにより、より大きなCRAを持つレンズの採用が可能でカメラの低背化に有効である。また、高屈折剤のマイクロレンズ18によって混色の防止にもなる。
【0033】
図6は、接着剤、透明支持板(ガラス基板)、および空気層の入射角および屈折率の関係を説明するための図である。
【0034】
図6において、素材aが空気層、素材bがガラス基板、素材cが接着剤を示す。
空気層aからガラス基板間の入射角をθA、空気層の屈折率をnAで示している。
ガラス基板bから接着剤c間の入射角をθ、ガラス基板bの屈折率をnBで示している。
接着剤cとマイクロレンズ18間の入射角をθ、接着剤19の屈折率をnCで示している。
ここで、次の関係を満足する。
【0035】
[数1]
nAsinθA = nBsinθB = nCsinθC = ... = 一定
【0036】
ここで、nA<nC<nBの関係を保てばθA>θC>θBが成り立つ。
すなわち、透明支持板14(b)の屈折率nB、接着剤19(c)の屈折率nC、および透明支持板14への光入射側(空気層a)の屈折率nAが、表記した順に高い場合には、θA>θC>θBが成り立つ。
上述したようにθX(x=A,B,C)は入射角であり、この角度が小さいとマイクロレンズの瞳補正が小さくなり周辺光量減光の低減、画素間の混色の低減が可能となる。
また、より大きなCRAを持つレンズを利用可能で、低背レンズが使用できる。
【0037】
<3.第3の実施形態>
図7は、本発明の第3の実施形態に係る光学センサ(固体撮像素子)の第2の構成例を示す図である。
【0038】
本第3の実施形態に係る光学センサ10Bが第1の実施形態に係る光学センサ10と異なる点は次の通りである。
光学センサ10Bにおいては、電極が第2受光面112側に形成するのではなく、第1受光面111側から透明支持板14の側部14a,14bに至る貫通電極20が形成されている。
本第3の実施形態では、いわゆるサイドウォール型のガラスビア(Via)パッドで貫通電極20が形成されている。
図7では、側部14aには透明支持板14の光入射面まで貫通するタイプのものを示し、側部14bには透明支持板14の途中まで貫通する半貫通タイプのものを示している。
また、光学センサ10Bにおいては、第1カラーフィルタ12Aと第2カラーフィルタ13が両者ともに高解像度センサとなるように形成されている。
このように、両面同様のOCCFの場合は、後段の信号処理を変更しなくてもよいという利点がある。
また、図7においては、マイクロレンズはないが接着剤19が示されている。
【0039】
図8は、第3の実施形態に係る光学センサのウェハーレベルでの切り出し構造を説明するための図である。
【0040】
この例では、貫通電極20が個辺化する際に切断されるスクライブラインSL上にあり、スクライブすることで貫通電極20が透明支持板14の側壁に露出する。
また、図8においては、貫通電極20の作製工程で貫通孔を作りやすくするノッチ21が入った構造が示されている。
【0041】
この貫通電極20を採用する場合には、信号取り出し基板の電極と、たとえばハンダリフローにより接続される。
【0042】
<4.第4の実施形態>
図9は、本発明の第4の実施形態に係るレンズモジュールの第1の構成例を示す図である。
【0043】
本第4の実施形態に係るレンズモジュール30は、光学センサ31、信号取り出し基板としてのプリント回路基板(PCB)32、第1レンズ33、第2レンズ34、およびレンズ鏡筒35を有する。
【0044】
光学センサ31は、基本的に第1の実施形態に係る光学センサ10が適用されている。したがって、その詳細な説明は省略する。なお、理解を容易にするために図1と同一構成部分は同一符号をもって表す。
ただし、透明支持板としてシールガラスキャビティレス36が適用されている。
【0045】
PCB32は、光学センサ31を、光学センサ31の両面111,112に光入射するように収容可能な収容用開口部321が形成されている。
光学センサ31は、第2受光面112と第1面322が略平坦となるように配置され、パッド電極15がPCB32の電極とワイヤーボンディングWBにより接続されている。
そして、光学センサ31の第1受光面111からPCB32の第2面323に至る開口部321の空間を埋めるように、透明支持板としてのシールガラスキャビティレス36が埋め込まれている。
シールガラスキャビティレス36の光入射面361とPCB32の第2面323とが略平坦となっている。
【0046】
第1レンズ33は、シールガラスキャビティレス36の光入射面361側に配置されている。
第1レンズ33は、マルチレンズアレイ(MLA)331により形成されている。
前述したように、光学センサ31は、センサの画素数が800万画素で裏面側にRGBベイヤーパターンのOCCFを形成、表面側には、各色4画素共有を行ったベイヤーパターンのOCCFを形成したケースを示している。
これにより、表面は解像度は落ちるが、画素共有による感度がアップし、小型のマルチレンズアレイ331を採用することにより、より低背のカメラを実現し、異なった用途のカメラを提供できる。
【0047】
第2レンズ34は、レンズ鏡筒35の開口351を通して入射する被写体の光学像を光学センサ31の第2受光面112に集光し結像させる集光レンズ341等により形成されている。
【0048】
本第4の実施形態のレンズモジュールによれば、携帯電話などで使用されているカメラの双方向撮り機能があるものは一つのセンサデバイスで賄うことができ、カメラモジュールの劇的なコストダウンを実現できる。
また、前方、後方をほぼ同時に撮影できることから安価な監視カメラや世界カメラへの転用も可能である。
【0049】
<5.第5の実施形態>
図10は、本発明の第5の実施形態に係るレンズモジュールの第2の構成例を示す図である。
【0050】
本第5の実施形態に係るレンズモジュール30Aが第4の実施形態に係るレンズモジュール30と異なる点は、第2レンズ34がウェハー状態で加工可能なウェハーレベルレンズ342により形成されていることにある。
第2レンズ34Aを形成するウェハーレベルレンズ342は、光学センサ31のセンサ基板11の第2受光面112側に支持される支持脚3421が形成されている。
支持脚3421は、パッド電極15を避けるように切り欠き部3421aが形成されている。
そして、接続用パッド電極15と信号取り出し基板であるPCB32の電極とがワイヤーボンドWBにより接続されている。
【0051】
図11は、図10のレンズモジュールがウェハーレベルの状態を示す図である。
【0052】
ウェハーレベルレンズ342は、ウェハーレベルで複数のレンズが一体的に形成されている状態で隣接するレンズモジュール30Aの光学センサ31との境界部でスリット3422が形成されている。
そして、ダイシングして切り出したときにスリット3422が切り欠き部3421となる。
【0053】
本第5の実施形態のレンズモジュールによれば、上述した第4の実施形態と同様の効果を得ることができる。
すなわち、第5の実施形態によれば、携帯電話などで使用されているカメラの双方向撮り機能があるものは一つのセンサデバイスで賄うことができ、カメラモジュールの劇的なコストダウンを実現できる。
また、前方、後方をほぼ同時に撮影できることから安価な監視カメラや世界カメラへの転用も可能である。
【0054】
<6.第6の実施形態>
図12は、本発明の第6の実施形態に係るレンズモジュールの第3の構成例を示す図である。
【0055】
本第6の実施形態に係るレンズモジュール30Bが第1および第2の実施形態に係るレンズモジュール0,0Aと異なる点は、第2レンズに代えて配線が形成された配線き透明基板37を適用したことにある。
配線が形成された配線付き透明基板37が、配線が形成された面371が光学センサ31の第2受光面112に対向するように配置されている。
そして、光学センサ31の第2受光面112がPCB32の第1面322より透明基板37の配置位置側となるように形成されている。
これに伴い、マルチレンズアレイ331の支持部の一部がPCB32の開口部321内に配置されている。
そして、光学センサ31のパッド電極15と透明基板37の対応する配線するボール電極(バンプ)38で接続されている。
さらに、PCB32の電極と透明基板の対応する配線するボール電極39で接続されている。
【0056】
図13は、図12のレンズモジュールがウェハーレベルの状態を示す図である。
【0057】
図13に示すように、第6の実施形態においては、裏面側に透明基板37を配置し、透明基板37に配線パターンを形成する。
そして、センサウェハーにバンプ電極38を形成して個片のセンサを張り合わせ、取り出し配線にハンダボール39を接続して最後にカバーガラスをスクライブラインSLでダイシングして個片に切り出す。
【0058】
<7.第7の実施形態>
図14は、本発明の第7の実施形態に係るレンズモジュールの第4の構成例を示す図である。
【0059】
本第7の実施形態に係るレンズモジュール30Cが第1および第2の実施形態に係るレンズモジュール0,0Aと異なる点は、次の通りである。
レンズモジュール30は、光学センサ31Cとして第3の実施形態に係る光学センサ10Bをそのまま使用している。
また、第1レンズ33Cおよび第2レンズ34Cとしてウェハーレベルレンズ332C、342Cにより形成されている。
そして、光学センサ31Cは、PCB32の第2面323側に位置するように開口部321に収容されている。
基本的に、光学センサ31Cは、貫通電極20がPCB32の第2面323より第1レンズ33C側に露出するように開口部321に収容されている。
この状態で、貫通電極20とPCB32の電極とがリフローハンダにより接続されている。
【0060】
図15は、図14のレンズモジュールがウェハーレベルの状態を示す図である。
【0061】
この例では、図8と同様に、貫通電極20が個辺化する際に切断されるスクライブラインSL上にあり、スクライブすることで貫通電極20が透明支持板14の側壁に露出する。
また、図15においては、貫通電極20の作製工程で貫通孔を作りやすくするノッチ21が入った構造が示されている。
【0062】
本第7の実施形態のレンズモジュールによれば、上述した第4の実施形態と同様の効果を得ることができる。
すなわち、第7の実施形態によれば、携帯電話などで使用されているカメラの双方向撮り機能があるものは一つのセンサデバイスで賄うことができ、カメラモジュールの劇的なコストダウンを実現できる。
また、前方、後方をほぼ同時に撮影できることから安価な監視カメラや世界カメラへの転用も可能である。
【0063】
以上説明したレンズモジュール30〜30Cは、両面撮像なカメラモジュールに適用することが可能である。
【0064】
<8.第8の実施形態>
図16は、本発明の第8の実施形態に係るカメラモジュールの構成例を示す図である。
【0065】
このカメラモジュール50は、一例として図9のレンズモジュール30を適用している。
カメラモジュール50は、レンズモジュール0に加えて、さらにスライドスイッチ51、信号取り出し電極52、および信号処理部53を有する。
【0066】
カメラモジュール50は、両面センサを搭載した際に必要になるセンサ切り替えスイッチとしてスライドスイッチ51を採用している。
スライドスイッチ51は、第2受光面112側に光を照射するための開口部511および、第1受光面111側に光を照射するための開口部512が形成されている。
開口部511と開口部512は、重ならないように形成されており、片方のセンサを利用している時は、もう一方のセンサには光信号が入力されない構造となっており、スイッチの状態が信号処理部53に入力されて、所望の信号処理を行う。
信号処理部53は、スイッチ51に連動して表裏どちらのセンサを使用しているかを識別し、処理を変えることができる。
また、このスライドスイッチ51がアクチュエータ等で電気的に制御されることで、前方、後方をほぼ同時に監視する監視カメラに利用したり、魚眼レンズを採用することにより360度監視も1つのデバイスで可能になる。
【0067】
第8の実施形態によれば、携帯電話などで使用されているカメラの双方向撮り機能があるものは一つのセンサデバイスで賄うことができ、カメラモジュールの劇的なコストダウンを実現できる。
また、前方、後方をほぼ同時に撮影できることから安価な監視カメラや世界カメラを実現することも可能である。
【符号の説明】
【0068】
10,10A,10B・・・光学センサ(固体撮像素子装置)、11・・・センサ基板、111・・・第1受光面、112・・・第2受光面、12・・・第1カラーフィルタ、13・・・第2カラーフィルタ、14・・・透明支持板、15・・・パッド電極、20・・・貫通電極、30,30A〜30C・・・レンズモジュール、31,31C・・・光学センサ,32・・・プリント回路基板(PCB)、33・・・第1レンズ、34・・第2レンズ、37・・・透明基板、38,39・・・ボール電極、40・・・リフローハンダ、50・・・カメラモジュール、51・・・スライドスイッチ、52・・・信号取り出し電極、53・・・信号処理部。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
図14
図15
図16