專利名稱：固態(tài)成像器件、成像單元和成像裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及使用成像元件的固態(tài)成像器件、成像單元和成像裝置。
背景技術：
已知的成像裝置中的一些具有由包含少量的諸如重金屬之類的雜質的單晶形成的Z切割石英板，該Z切割石英板用作對封裝進行密封的固態(tài)成像元件覆蓋件(參見日本專利特開No. 2008-042797)。Z切割石英板是被切割為使得石英板的主表面的法線對于作為石英的光軸的Z軸呈零度角的石英板。在上述的已知的成像裝置中，在安裝過程中的回流焊接(reflowsoldering)時或者在高溫環(huán)境中使用照相機時，粘接到封裝基體上的覆蓋部件明顯變形，并且，存在覆蓋部件將剝離或破壞的可能性。隨著覆蓋部件的變形的增大，由于石英板的雙折射性質引起的從透鏡斜入射到石英板上的光線的分離寬度增大。由于Z切割石英板是與Z軸方向垂直地被切割的石英板，因此，在與入射光的所有振動方向對應的方向上發(fā)生光線分離。結果，拍攝的圖像的分辨率降低。

發(fā)明內容
在本發(fā)明的一個方面中，固態(tài)成像器件包含具有光接收表面的成像元件和被設置在成像元件的光接收表面之上并且與所述成像元件的光接收表面相對的覆蓋部件，在所述覆蓋部件和所述成像元件的光接收表面之間具有空間。覆蓋部件具有石英板，并且，石英板的晶體的光軸與光接收表面平行。從參照附圖對示例性實施例的以下描述，本發(fā)明的其它特征將變得清晰。


圖IA和圖IB圖示第一實施例的固態(tài)成像器件。圖2A和圖2B圖示示出石英板的晶軸的石英錠。圖3A 3F圖示石英板的晶軸。圖4A 4C圖示第一實施例的固態(tài)成像器件。圖5A和圖5B圖示第二實施例的固態(tài)成像器件。圖6圖示第三實施例的成像單元。圖7圖示第三實施例的成像單元的變更例。圖8A和圖8B圖示第四實施例的固態(tài)成像器件。圖9圖示使用實施例的固態(tài)成像器件的成像裝置。
具體實施例方式現(xiàn)在將參照圖IA 9描述本發(fā)明的實施例。第一實施例
本實施例的固態(tài)成像器件具有帶有光接收表面的成像元件和被設置在光接收表面之上并且與該光接收表面相對的覆蓋部件，在所述覆蓋部件和所述光接收表面之間具有空間，并且，本實施例的固態(tài)成像器件的特征在于，覆蓋部件具有石英板，并且，石英板的晶體的光軸與光接收表面平行。將參照圖IA和圖IB給出詳細的描述。圖IA是示出第一實施例的固態(tài)成像器件的平面圖，圖IB是沿圖IA的線IB-IB所取的截面圖。圖IA和圖IB所示的固態(tài)成像器件具有帶有多個光接收元件的固態(tài)成像元件1、 帶有凹陷部分的封裝基體2、包含于封裝基體2中的引線框架3和用作覆蓋部件的石英板 6。固態(tài)成像元件1具有光入射于其上的光接收表面la。固態(tài)成像元件1通過粘接劑(未示出)被固定到封裝基體2。覆蓋部件6通過粘接劑(未示出)被固定到封裝基體2的框架部分的上表面5。作為結果，固態(tài)成像元件1具有被封裝基體2和石英板6包圍的空間 4。石英板6具有光入射側的第一主表面7和光出射側的第二主表面8。附圖標記9 表示與石英板6的第一主表面7和第二主表面8平行的石英板6的光軸方向。石英板6可在第一主表面7和/或第二主表面8上具有AR涂層和/或頂切割涂層。當石英板具有各種薄膜涂層時，在石英板上形成的用于防止反射或切割紅外光等的涂層的表面將被定義為石英板的主表面。圖2A和圖2B是示出石英板的晶軸的石英錠的示意圖。如圖IB所示，石英板6的光軸方向是圖2A和圖2B中的Z軸方向。在圖2A和圖2B中，Z軸是被稱為光軸的、石英錠的晶體生長方向。與Z軸垂直的X軸是被稱為電氣軸的方向，并且，與Z軸垂直的Y軸是被稱為機械軸的方向?？赏ㄟ^在使得光軸(Z軸)與主表面平行的方向上切下而形成根據本發(fā)明的石英板。圖2A示出從石英錠獲得的石英板6的例子。圖2A示出石英板6與Z軸和 X軸方向平行的情況和石英板6與Z軸和Y軸方向平行的情況這二者?？梢栽谌魏畏较蛏锨邢率?，只要主表面與Z軸平行即可。圖2B示出與Z軸和Y軸平行地切下石英板6 的情況。由于從錠件切下石英板時的機加工誤差，因此可能形成相對于光軸傾斜的石英板。 然而，如果相對于光軸的傾斜在士3°的范圍內，那么可以實現(xiàn)充分高的耐熱性，并且，可以充分地防止圖像分辨率的降低。因此，措詞“石英板的第一主表面和第二主表面與光軸平行”應被理解為意味著相對于光軸的傾斜在士3°的范圍內。圖3A 3F是示出從錠件切下的石英板的例子的平面圖和前視圖，并且各示出作為第一主表面7和第二主表面8的平面與光軸方向9平行。將描述每一個的特性。在圖3A(平面圖)和圖:3B (前視圖)中所示的石英板6中，石英板6的長邊與光軸方向9平行。在圖3C(平面圖)和圖3D(前視圖)中所示的石英板6中，石英板6的短邊與光軸方向9平行。在圖3E(平面圖)和圖3F(前視圖)中所示的石英板6中，長邊和短邊均不與光軸方向9平行。由于石英的各向異性，因此，前述的石英板6具有比通過在其它方向上切割而制成的石英板高的彎曲剛度。使用前述的石英板中的任一個作為固態(tài)成像器件的覆蓋部件可減少由高溫下的中空部分內的增大的壓力導致的覆蓋部件的變形，并因此提供至少兩個益處。第一益處在于，可以降低覆蓋部件會破壞或剝離的可能性。當應力由于覆蓋部件
5的變形而超過覆蓋部件的破壞強度或粘接強度時，會發(fā)生破壞或剝離。由于覆蓋部件的變形小，因此，本實施例可減少這些情況的發(fā)生。第二益處在于，可以減小分辨率降低的可能性。由于覆蓋部件的變形，因此，即使垂直入射到固態(tài)成像器件的光接收表面上的光也斜入射到石英板的主表面上，并且因此， 由于石英的雙折射特性導致分辨率降低。由于覆蓋部件的變形小，因此，可以減小分辨率的降低。在通過照相機或攝像機等的透鏡的光學系統(tǒng)的情況下，大部分的光相對于石英板的主表面不是垂直的而是傾斜的。與其它切割角度的石英板相比，可使得相對于石英板的主表面傾斜的光的光分離寬度較小。因此，由本實施例的固態(tài)成像器件獲得的圖像的分辨率是優(yōu)異的。特別地，圖3C和圖3D中所示的其短邊與光軸方向9平行的石英板具有最高的剛度，因此，其第一益處和第二益處二者均是優(yōu)異的。雖然圖3A 3F中所示的石英板6是矩形，但是，它們可以是正方形。圖4A 4C是示出固態(tài)成像器件的石英板6的布置的平面圖。圖4A、圖4B和圖4C各示出固態(tài)成像器件，該固態(tài)成像器件包含固態(tài)成像元件1， 被設置在封裝基體2中，并且具有其中設置有多個光接收元件的有效像素區(qū)域10 ；和石英板6，被設置在框架部分的上表面上。固態(tài)成像元件1的光接收表面的有效像素區(qū)域是矩形。在各圖中，石英板6的晶體的光軸方向9與光接收表面平行，并且，石英板6的主表面與光軸方向9平行。以下是圖4A、圖4B和圖4C之間的差異。在圖4A的固態(tài)成像器件中，石英板6的晶體的光軸方向9被設置為與固態(tài)成像元件1的有效像素區(qū)域10的長邊平行。在圖4B的固態(tài)成像器件中，石英板6的晶體的光軸方向9被設置為與固態(tài)成像元件1的有效像素區(qū)域10的短邊平行。在圖4C的固態(tài)成像器件中，石英板6的晶體的光軸方向9被設置為既不與固態(tài)成像元件1的有效像素區(qū)域10的長邊平行也不與其短邊平行。在各固態(tài)成像器件中，光接收表面與石英板6的晶體的光軸方向9平行。因此，各固態(tài)成像器件具有上述的第一益處和第二益處。在圖4B的固態(tài)成像器件中，光軸方向9被設置為與有效像素區(qū)域10的短邊方向平行。因此，如果發(fā)生入射光的分離，那么分離的寬度最小，并且，可以進一步減小分辨率降低的可能性。雖然已描述了石英板的光軸方向和石英板作為覆蓋部件的布置之間的關系，但是，在一個實施例中，石英板的厚度為至少0. 2mm但不大于1. Omm,或者至少0. 3mm但不大于0.6mm。石英板的剛度比玻璃板高。但是，當厚度小于0.2mm時，由于例如高溫下的溫度變化導致的石英板的膨脹和由于空間4(中空)內的壓力的變化導致的石英板的變形是顯著的。石英板的剛度不足增大石英板會破壞或剝離的可能性。由石英板的變形(翹曲)量的增加導致的光分離寬度的增加增大分辨率會降低的可能性。當石英板的厚度大于1.0mm 時，相對于主表面傾斜的入射光的光分離寬度是顯著的，因此，分辨率很可能低。如上所述，用作固態(tài)成像器件的覆蓋部件的石英板6的晶體的光軸方向9與光接收表面平行，并且，有效像素區(qū)域的短邊與光軸方向9平行。并且，作為石英板的主表面的平面與光軸方向9平行。如上所述，本實施例提供具有高的耐熱性并因此具有高的可靠性并且可獲得高質量圖像的固態(tài)成像器件。第二實施例
圖5A和圖5B示出本發(fā)明的第二實施例。圖5A是固態(tài)成像器件的平面圖，并且， 圖5B是沿圖5A的線VB-VB所取的截面圖。本實施例與第一實施例的固態(tài)成像器件的不同在于，金屬板被集成到封裝基體中并且部分地從封裝基體突出。通過樹脂和金屬板12的插入成型形成這種封裝基體2。金屬板12由例如不銹鋼或鋁制成。如圖5A和圖5B所示，金屬板被設置為在與石英板6的光軸方向9垂直的方向上從封裝基體側突出。由于封裝基體2和石英板6的熱膨脹系數(shù)不同，因此，當固態(tài)成像器件的周圍的溫度變化顯著時，石英板6可能從封裝基體2剝離。本實施例的配置可減少由于溫度變化導致的封裝基體的變形量，并因此可減少石英板6會從封裝基體2剝離的可能性。當不發(fā)生剝離時，可以減少固態(tài)成像器件自身的翹曲。原因是，封裝基體在金屬板突出的方向上具有較大的熱膨脹系數(shù)，石英板在與光軸垂直的方向上具有較大的熱膨脹系數(shù)，因此，設置封裝基體和石英板使得金屬板在與光軸垂直的方向上突出可松馳封裝基體和石英板的接合部分上的應力。由于可減少封裝基體2的變形量，因此，可以更穩(wěn)定地獲得高質量圖像。因此，本實施例提供具有更高的耐熱性并可獲得高質量圖像的固態(tài)成像器件。第三實施例圖6是示出作為第三實施例的成像單元的截面圖。圖6的固態(tài)成像器件20是圖1所示的固態(tài)成像器件。在作為固態(tài)成像器件20的前方的光進入側，設置由保持器21保持的光學低通濾波器22。換句話說，光學低通濾波器 (LPF)被設置在固態(tài)成像器件的石英板的相對于成像元件的相對側，并且被設置為與石英板相鄰。入射到光學LPF 22上的光的分離的方向是由附圖標記23表示的方向。術語“分離”意味著光線被分離成普通光線和異常光線。光學LPF 22被設置為使得分離方向23與固態(tài)成像器件20的石英板6的晶體的光軸方向9對應。這種配置可防止由于固態(tài)成像器件導致的分辨率的降低。原因是，垂直入射到光學LPF 22上的光線在穿過石英板6時不經受光的雙折射即光的分離。雖然斜入射到光學LPF 22的主表面上的光線在穿過石英板6時經受光的分離， 但是，分離方向與光學LPF22的分離方向對應，因此，分辨率的降低可僅限于一個方向。圖7示出表示本實施例的另一形式的成像單元。圖7的成像單元與圖6的成像單元的不同在于，圖7的成像單元是具有多個光學 LPF的四點分離型成像單元。如圖7所示，成像單元的保持器21保持光學LPF 2 和22b 以及設置在光學LPF 22a和22b之間的相位板M和頂切割玻璃板25。在這種配置中，通過使得最接近固態(tài)成像器件20的光學LPF 22a的光分離方向23 與石英板6的晶體的光軸方向9平行，可獲得與上述的益處相同的益處。如圖所示，光學 LPF 22b的分離方向沈與光學LPF 22a的分離方向23垂直。本實施例中所示的成像單元是并入到諸如照相機或攝像機之類的成像裝置中的單元。包含光學LPF或多個光學LPF的保持器和固態(tài)成像器件可以是一體化的或單獨的部件，只要以上述的關系布置光學LPF或多個光學LPF和石英板即可。第四實施例
圖8A和圖8B分別是示出作為第四實施例的固態(tài)成像器件的平面圖和截面圖。該固態(tài)成像器件與上述的固態(tài)成像器件的不同在于，作為覆蓋部件的石英板通過石英板與固態(tài)成像元件之間的框架部分被固定到固態(tài)成像元件。如圖8A和圖8B所示，固態(tài)成像元件1和石英板6各通過粘接劑(未示出)被固定到框架部分13。結果，固態(tài)成像器件具有被固態(tài)成像元件1、框架部分13和石英板6包圍的空間4。石英板6的第一主表面7和第二主表面8被設置為與固態(tài)成像元件1的光接收表面Ia平行。石英板6的晶體的光軸方向9被設置為與固態(tài)成像元件1的光接收表面 Ia平行。因此，石英板6的第一主表面7和第二主表面8與石英板6的晶體的光軸方向9 平行。石英板的厚度為至少0. 2mm但不大于1. Omm,或者至少0. 3mm但不大于0. 6mm。前述的配置可減少覆蓋部件將破壞或剝離的可能性，并且可減少分辨率降低的可能性。因此，可以獲得具有高的可靠性并可獲得高質量圖像的固態(tài)成像器件。第五實施例圖9是本發(fā)明的實施例的框圖概要。成像裝置900具有以第一、第二和第四實施例的固態(tài)成像器件為典型的固態(tài)成像器件904。作為固態(tài)成像器件904的替代，成像裝置 900可具有第三實施例的成像單元。成像裝置為例如可拍攝靜止或運動圖像的照相機或攝像機?？梢栽诠虘B(tài)成像器件904的同一芯片上形成塊905 908。成像裝置900的各塊由總體控制和計算單元909控制。另外，成像裝置900具有用于暫時存儲圖像數(shù)據的存儲器單元910和用于在記錄介質上寫入或從記錄介質讀取圖像的記錄介質控制接口單元911。 記錄介質912包含例如半導體存儲器并且是可移除的。成像裝置900可具有用于例如與外部計算機通信的外部接口單元913。下面將描述圖9所示的成像裝置900的操作。響應擋板901的打開，主電源、控制系統(tǒng)的電源和包含A/D轉換器906的成像電路的電源被依次接通。然后，為了控制曝光值， 總體控制和計算單元909完全打開光闌903。從固態(tài)成像器件904輸出的信號穿過成像信號處理電路905并且被提供給A/D轉換器906。A/D轉換器906將信號A/D轉換并且將經 A/D轉換的信號輸出到信號處理單元907。信號處理單元907處理數(shù)據并且將經處理的數(shù)據提供給總體控制和計算單元909?？傮w控制和計算單元909執(zhí)行用于確定曝光值的計算。 總體控制和計算單元909基于確定的曝光值控制光闌903。然后，總體控制和計算單元909從輸出自固態(tài)成像器件904并且在信號處理單元 907中被處理的信號提取高頻成分，并且基于高頻成分計算到對象的距離。然后，總體控制和計算單元909驅動透鏡902并且確定對象是否對焦。如果總體控制和計算單元909確定對象失焦，那么它再次驅動透鏡902并且計算距離。在確認對象對焦之后，開始實際的曝光。在完成曝光之后，從固態(tài)成像器件904輸出的成像信號在成像信號處理電路905中被校正、在A/D轉換器906中被A/D轉換，并且在信號處理單元907中被處理。通過總體控制和計算單元909，在信號處理單元907中處理的圖像數(shù)據被存儲于存儲器單元910中。然后，在總體控制和計算單元909的控制下，存儲于存儲器單元910中的圖像數(shù)據通過記錄介質控制接口單元911被記錄于記錄介質912上。圖像數(shù)據可通過外部接口單元 913被提供給計算機等并被其處理。
雖然已參照示例性實施例描述了本發(fā)明，但應理解，本發(fā)明不限于公開的示例性實施例。以下的權利要求的范圍應被賦予最寬的解釋以包含所有這種變更方式以及等同的結構和功能。
權利要求
1.一種固態(tài)成像器件，包含 成像元件，具有光接收表面；和覆蓋部件，被設置在成像元件的光接收表面之上并且與所述成像元件的光接收表面相對，使得在所述覆蓋部件與所述成像元件的光接收表面之間具有空間，其中，覆蓋部件具有石英板，并且，石英板的晶體的光軸與光接收表面平行。
2.根據權利要求1的固態(tài)成像器件，其中，光接收表面的有效像素區(qū)域是矩形，并且， 有效像素區(qū)域的短邊方向與石英板的晶體的光軸平行。
3.根據權利要求1的固態(tài)成像器件，其中，石英板的與光接收表面相對的表面是矩形， 并且，石英板的短邊方向與石英板的晶體的光軸平行。
4.根據權利要求1的固態(tài)成像器件，其中，石英板具有至少0.2mm但不大于1. Omm的厚度。
5.根據權利要求1的固態(tài)成像器件，其中，石英板具有至少0.3mm但不大于0. 6mm的厚度。
6.根據權利要求1的固態(tài)成像器件，還包含基體，成像元件被固定于所述基體，其中， 基體和覆蓋部件被相互固定，并且，由基體和覆蓋部件包圍所述空間。
7.根據權利要求6的固態(tài)成像器件，其中，所述基體具有樹脂體和與樹脂體一體化的金屬板，所述金屬板具有從樹脂體突出的部分，并且，金屬板的突出部分的突出方向與石英板的晶體的光軸垂直。
8.根據權利要求1的固態(tài)成像器件，其中，成像元件和覆蓋部件通過其間的框架部分被相互固定，并且，由成像元件、覆蓋部件和框架部分包圍所述空間。
9.一種成像單元，包含 成像元件，具有光接收表面；覆蓋部件，被設置在成像元件的光接收表面之上并且與所述成像元件的光接收表面相對，使得在所述覆蓋部件與所述成像元件的光接收表面之間具有空間，覆蓋部件具有石英板，石英板的晶體的光軸與光接收表面平行；和光學低通濾波器，被設置在石英板的與成像元件相對的側，并且被設置為與石英板相鄰，其中，石英板的晶體的光軸與低通濾波器分離光線的方向平行。
10.根據權利要求9的成像單元，其中，光接收表面的有效像素區(qū)域是矩形，并且，有效像素區(qū)域的短邊方向與石英板的晶體的光軸平行。
11.根據權利要求9的成像單元，其中，石英板的與光接收表面相對的表面是矩形，并且，石英板的短邊方向與石英板的晶體的光軸平行。
12.根據權利要求9的成像單元，其中，石英板具有至少0.2mm但不大于1. 0mm、或者至少0. 3mm但不大于0. 6mm的厚度。
13.根據權利要求9的成像單元，還包含基體，所述成像元件被固定于所述基體，其中， 基體和覆蓋部件被相互固定，并且，由基體和覆蓋部件包圍所述空間。
14.根據權利要求9的成像單元，其中，成像元件和覆蓋部件通過其間的框架部分被相互固定，并且，由成像元件、覆蓋部件和框架部分包圍所述空間。
15.一種成像裝置，包括根據權利要求1的固態(tài)成像器件；和信號處理單元，處理由固態(tài)成像器件獲得的信號。
16.根據權利要求15的成像裝置，其中，光接收表面的有效像素區(qū)域是矩形，并且，有效像素區(qū)域的短邊方向與石英板的晶體的光軸平行。
17.根據權利要求15的成像裝置，其中，石英板的與光接收表面相對的表面是矩形，并且，石英板的短邊方向與石英板的晶體的光軸平行。
18.根據權利要求15的成像裝置，其中，石英板具有至少0.2mm但不大于1. 0mm、或者至少0. 3mm但不大于0. 6mm的厚度。
19.根據權利要求15的成像裝置，其中，固態(tài)成像器件還包含基體，所述成像元件被固定到所述基體，其中，基體和覆蓋部件被相互固定，并且，由基體和覆蓋部件包圍所述空間。
20.根據權利要求15的成像裝置，其中，成像元件和覆蓋部件通過其間的框架部分被相互固定，并且，由成像元件、覆蓋部件和框架部分包圍所述空間。
全文摘要
本發(fā)明涉及固態(tài)成像器件、成像單元和成像裝置。固態(tài)成像器件包含具有光接收表面的成像元件和被設置在成像元件的光接收表面之上并且與其相對的覆蓋部件，在所述覆蓋部件與所述成像元件的光接收表面之間具有空間。覆蓋部件具有石英板，并且，石英板的晶體的光軸與光接收表面平行。
文檔編號H04N5/225GK102194839SQ20111004596
公開日2011年9月21日 申請日期2011年2月25日 優(yōu)先權日2010年2月25日
發(fā)明者伊藤富士雄, 鈴木隆典 申請人:佳能株式會社