專利名稱：攝像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用半導(dǎo)體成像器件的攝像裝置，該攝像裝置(imagingapparatus)被用作用于便攜設(shè)備等的攝像機(jī)(camera)。
背景技術(shù)：
如日本未決專利申請No.2001-245186等所描述，當(dāng)前所知道的是，攝像裝置配置成使用CCD或其他半導(dǎo)體成像器件將由透鏡所成的圖像轉(zhuǎn)換成電信號，從而獲取圖像。隨著對更小和更復(fù)雜的便攜設(shè)備的需求，需要攝像裝置更小并且重量更輕。因此，通過薄化每個元件已經(jīng)使得攝像裝置制造得更薄。另一方面，根據(jù)高圖像質(zhì)量的要求已經(jīng)增加了像素的數(shù)量，由此像素的尺寸也已經(jīng)被最小化了。
在攝像裝置領(lǐng)域中，由于成像器件中的缺陷或粘在成像器件上的污垢所引起的圖像上黑色或白色的點(diǎn)等通常被稱作“瑕疵”。為了防止污垢粘在攝像裝置上而引起瑕疵(blemish)，當(dāng)前已經(jīng)在攝像裝置的組裝中采取了各種措施，如改進(jìn)工作環(huán)境清潔度、加強(qiáng)清潔或使用離子發(fā)生器等主動消除靜電。此外，如果污垢等引起特定像素輸出的減少，則進(jìn)行瑕疵修正(blemishcorrection)使得基于從相鄰像素所獲取的信息估計從該像素的輸出并對其修正，好像像素正常工作一樣。
如上所述，通過在潔凈的環(huán)境中進(jìn)行組裝而減少較大污垢的出現(xiàn)，以及當(dāng)小污垢粘在成像器件上時通過使用瑕疵修正估計從像素的輸出，已經(jīng)減少了由于污垢所引起的瑕疵的產(chǎn)生。
發(fā)明內(nèi)容
上述專利文獻(xiàn)中描述的攝像裝置，配有鄰近半導(dǎo)體成像器件的濾光器，從而允許特定波長的光進(jìn)入半導(dǎo)體成像器件。此濾光器由粘合劑固定，即使在組裝環(huán)境中產(chǎn)生的污垢減少了，從粘合劑產(chǎn)生的污垢也能引起攝像裝置的圖像質(zhì)量的下降，并且可能妨礙高圖像質(zhì)量。特別地，粘合劑中包含的填料在濾光器粘接時可能釋出來，或在粘合劑固化之后落下，從而產(chǎn)生釋出的或落下的填料粘在半導(dǎo)體成像器件的入射表面并降低圖像質(zhì)量的問題。
為了解決上述問題而提出的本發(fā)明的目的是提供一種攝像裝置，其具有更小的由釋出的或落下的填料所引起的圖像質(zhì)量下降。
為了上述目的，根據(jù)本發(fā)明的攝像裝置包括將入射光轉(zhuǎn)換成電信號的半導(dǎo)體成像器件；與半導(dǎo)體成像器件的入射表面相對并透射特定波長光的濾光器；以及使用包含填料的粘合劑通過粘接固定濾光器的固定元件；其中填料的直徑小于或等于半導(dǎo)體成像器件的像素尺寸。
在此構(gòu)造中，即使粘接濾光器的粘合劑中所包含的填料在粘接時釋出或在粘合劑固化之后落下，也一定能從周圍像素獲得輸出，并基于周圍像素的輸出能夠進(jìn)行像素修正，因?yàn)檎吃诎雽?dǎo)體成像器件表面上的填料的直徑小于或等于像素尺寸。這樣，可以進(jìn)行修正，使得圖像基本不受填料的影響，從而減少圖像質(zhì)量的下降。附帶地，固定元件可以是固定半導(dǎo)體成像器件的襯底。
根據(jù)本發(fā)明的攝像裝置的固定元件為三維襯底。
在使用三維襯底作為固定元件的攝像裝置中，安裝到三維襯底上的元件被密集布置。因此，能夠減少由于從粘合劑落下的填料所引起的圖像質(zhì)量下降的本發(fā)明優(yōu)選地適用于這種情況。
根據(jù)本發(fā)明的攝像裝置，包括將入射光轉(zhuǎn)換成電信號的半導(dǎo)體成像器件；和使用包含填料的粘合劑通過粘接固定半導(dǎo)體成像器件的襯底；其中填料的直徑小于或等于半導(dǎo)體成像器件的像素尺寸。
在此構(gòu)造中，即使用于粘接半導(dǎo)體成像器件的粘合劑中所包含的填料在粘接時釋出或在粘合劑固化之后落下，也一定能從周圍像素獲得輸出并基于從周圍像素獲得的輸出進(jìn)行像素修正，因?yàn)檎吃诎雽?dǎo)體成像器件表面上的填料的尺寸小于或等于像素尺寸。這樣，能夠進(jìn)行修正，使得圖像基本不受作為污垢的填料影響，從而減少圖像質(zhì)量下降。
另外，在根據(jù)本發(fā)明的攝像裝置中，填料的直徑大于或等于半導(dǎo)體成像器件的像素尺寸的1/2。
通過使用其直徑大于或等于像素尺寸的1/2的填料，可以保持填料的分散度并且粘合劑可適當(dāng)?shù)仄鹱饔谩?br>
此外，在根據(jù)本發(fā)明的攝像裝置中，填料形狀上為球形。
這種構(gòu)造能夠消除粘合劑的熱膨脹各向異性，從而減少將被粘接的固定元件或襯底的各向異性。這樣，可加固固定元件或襯底并使攝像裝置變薄。
圖1示出了根據(jù)一個實(shí)施例的攝像裝置的截面；圖2示出了根據(jù)該實(shí)施例的攝像裝置的透視圖；圖3為根據(jù)該實(shí)施例的攝像裝置的主要部分的分解透視圖；圖4示出了根據(jù)該實(shí)施例的濾光器的光譜特性；圖5示出了根據(jù)該實(shí)施例的CCD中像素顏色布置的示意圖；以及圖6示出了關(guān)于根據(jù)該實(shí)施例的填料和像素尺寸的輸出特性。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參照
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的攝像裝置。如果可能，相同的部件由相同的附圖標(biāo)記指示并且不再重復(fù)描述。
圖1示出了根據(jù)一個實(shí)施例的攝像裝置1的截面，圖2示出了攝像裝置1的透視圖，并且圖3為圖2所示的攝像裝置1從后面看的主要部分的分解透視圖。如圖1所示，根據(jù)該實(shí)施例的攝像裝置1具有沿光軸L設(shè)置的非球面透鏡3、濾光器4、半導(dǎo)體成像器件5；固定這三個部件的三維襯底2，以及連接到三維襯底2的印刷電路板(FPC)10。在此實(shí)施例中，三維襯底2具有固定半導(dǎo)體成像器件5的作用，又有作為固定濾光器4的固定元件的作用。三維襯底2由柱面透鏡鏡筒部分2a和從透鏡鏡筒部分2a的端面延伸的基座部分2b構(gòu)成(也參見圖2)。在以下描述中，將透鏡鏡筒部分2a的這側(cè)稱為向上的方向，而基座部分2b的這側(cè)稱作向下的方向。
首先，描述三維襯底2。透鏡鏡筒部分2a設(shè)置在基座部分2b的頂面上并在向上和向下的方向延伸?？涨恍纬稍诨糠?b的下面的中心處。以光軸L為中心的開口A形成在基座部分2b上，并且光可透過開口A和透鏡鏡筒部分2a的孔腔。三維襯底2由玻璃增強(qiáng)的PPA(polyphthalamide聚鄰苯二甲酰胺)等構(gòu)成并被涂黑以阻止光透過它。所需的布線圖案9b通過無電鍍等形成在基座部分2b的下表面。該布線圖案9b具有設(shè)置在三維襯底2的基座部分2b的下表面上的連接焊盤(connecting land)9c，從而允許半導(dǎo)體成像器件5裸露安裝，并具有設(shè)置在三維襯底2的基座2b的外表面上用于與外界相連的接線端(terminal)部分9a(參見圖2)。
非球面透鏡(以下稱作“透鏡”)3由符合光學(xué)特性需求如透射率和折射系數(shù)的樹脂構(gòu)成，并適應(yīng)于三維襯底2的透鏡鏡筒部分2a的內(nèi)徑。在本實(shí)施例中，由ZEON公司制造的ZEONEX(注冊商標(biāo))用于透鏡3。盡管為簡明起見圖1僅示出了一個透鏡，但透鏡3實(shí)際上包括兩片透鏡，并適于能夠形成比特定距離遠(yuǎn)的目標(biāo)的圖像的所謂泛焦。在本實(shí)施例中，透鏡3適于聚焦遠(yuǎn)于大約30cm的目標(biāo)。然而，如果需要，可選擇透鏡3的構(gòu)造和特性，而不限于本實(shí)施例中的構(gòu)造和特性。固定透鏡3并且是所需開口的光闌(aperture)7附在透鏡3的上方。
濾光器4在鉛玻璃基材(base material)的一面上提供IR(紅外線)截止鍍膜，而在另一面上提供AR(抗反射)鍍膜。例如，二氧化硅(SiO2)、氧化鈦(Ti3O5)等用于IR截止鍍膜并被蒸鍍在基材上。至于用于抗反射的AR鍍膜，使用例如氧化鋁(Al2O3)、氟化鎂(MgF2)、氧化鋯(ZrO2)等并將其蒸鍍在基材上。由于濾光器4使用鉛玻璃作為其基材，故其能夠抑制紫外線通過它。具有這種結(jié)構(gòu)，使得濾光器4具有抑制可見光區(qū)域外的光通過的功能。從示出了根據(jù)本實(shí)施例的濾光器4的光譜特性的圖4可以看出，在大約400nm至大約800nm的范圍內(nèi)透射率被設(shè)定為93％或更多，而在該區(qū)域外部被設(shè)定得足夠低。然而，如果需要，可改變?yōu)V光器4的光譜特性而不限于本發(fā)明的光譜特性。此濾光器4沿光軸L設(shè)置在開口A的上方并通過UV固化環(huán)氧粘合劑6固定到三維襯底2。濾光器4的AR鍍膜的面與透鏡3相對。
半導(dǎo)體成像器件5為具有大約320,000像素的1/6英寸VGA CCD，其像素尺寸大約為3.8μm。半導(dǎo)體成像器件5通過所謂的面向下安裝(face downmounting)例如SBB(接線柱凸點(diǎn)焊接stud bump bond)或其他連接方法安裝在設(shè)置于三維襯底2上的連接焊盤9c上，并與布線圖案9b電氣連接。半導(dǎo)體成像器件5使用圖1至3中未示出的采用著色劑的濾色器，從而分別獲得RGB信號輸出，并形成對應(yīng)于每種顏色的光接收元件。
圖5為示出在半導(dǎo)體成像器件5中的顏色布置的例子的示意圖。在圖5中，由例如“R”指示的部分接收透過濾色器的紅色波長的光，因而能檢測紅色波長的光。類似地，由“B”指示的部分接收透過濾色器的藍(lán)色波長的光，而由“G”指示的部分接收透過濾色器的綠色波長的光。半導(dǎo)體成像器件5以基座部分2b的下表面的中心為中心放置，使得它覆蓋開口A并且其成像表面(入射表面)與濾光器4相對。如上所述，由于空腔形成在基座部分2b的中心處，所以附著在其下表面的半導(dǎo)體成像器件5遠(yuǎn)離FPC 10。另外，未示出的芯片組件等也被設(shè)置在基座部分2b的下表面上。
從以上描述可知，本實(shí)施例的攝像裝置1的光學(xué)系統(tǒng)被設(shè)置得使來自目標(biāo)的光由透鏡3集中，透過透射可見光范圍的光的濾光器4，并進(jìn)入半導(dǎo)體成像器件5。
設(shè)置在三維襯底2下面的FPC10，在FPC10上的焊盤13處通過焊料12電氣連接并機(jī)械地固定到三維襯底2的接線部分9a。FPC 10由1/2密耳(mil)(12.5μm)厚的聚酰亞胺基膜(base film)10a和1/3盎斯(oz)(12μm)厚的軋延銅(rolled copper)10b構(gòu)成。FPC10設(shè)置有未示出的用于信號處理的DSP(數(shù)字信號處理器)等。DSP具有將半導(dǎo)體成像器件5輸出的電信號轉(zhuǎn)換成所需形式的信號以及執(zhí)行如白平衡和色彩修正的處理的功能，并與諸如電話或便攜設(shè)備的設(shè)備相連。
DSP也具有稱作“瑕疵修正”的功能。“瑕疵修正”處理由于CCD中的缺陷或污垢所引起的沒有輸出的像素，從而基于從設(shè)置在該像素周圍的像素獲取的信息估計有缺陷像素的輸出并對其修正，如同該像素正常工作一樣。使用相鄰像素輸出的平均值的方法、使用相鄰像素輸出的插值的方法等可用作瑕疵修正方法。至于識別瑕疵，可通過目標(biāo)像素的輸出是否超出確定的閾值或降到某一有限范圍內(nèi)的其他閾值之下進(jìn)行判斷。
攝像裝置1按照以下進(jìn)行工作。來自目標(biāo)的光透過光闌7并由透鏡3集中。由透鏡3集中的光隨后進(jìn)入削減紅外光和紫外光的濾光器4。透過濾光器4的可見光進(jìn)入半導(dǎo)體成像器件5而被轉(zhuǎn)換成所需的電信號，該電信號隨后從半導(dǎo)體成像器件5輸出。從半導(dǎo)體成像器件5輸出的電信號通過設(shè)置在基座部分2b上的布線圖案9b至接線部分9a而得到，從而圖像顯示在圖中未示出的顯示器上。顯示器具有4∶3的縱橫比并設(shè)定為以每秒30幀的幀頻輸出。
現(xiàn)在將說明根據(jù)本實(shí)施例的成像器件1的組裝順序。首先，濾光器4設(shè)置到三維襯底2，然后所需量的UV固化環(huán)氧粘合劑6通過分配器(dispenser)等施加到濾光器4的周圍。接著，粘合劑6通過未示出的紫外線照射設(shè)備固化從而固定。所施加的紫外線的波長、照射時間等優(yōu)選地根據(jù)粘合劑6的固化條件進(jìn)行優(yōu)化。當(dāng)使用紫外線處理之后被熱固化的混合粘合劑時，其固化引發(fā)劑由紫外線照射激發(fā)并且隨后通過熱完成固化。接著，半導(dǎo)體成像器件5被粘到三維襯底2的基座部分2b的下表面上。這時，半導(dǎo)體成像器件5安置為其成像表面與開口A相對。隨后，在濾光器4上方，透鏡3安置在三維襯底2中，并且透鏡3通過附加光闌7來固定，光闌7從上面向下壓透鏡3。最后，附加有濾光器4、半導(dǎo)體成像器件5等的三維襯底2被安置在FPC10上，并且兩者通過焊料12彼此固定，從而完成攝像裝置1。
現(xiàn)在描述將濾光器4粘到三維襯底2的粘合劑6。如上所述，玻璃增強(qiáng)的PPA(polyphthalamide聚鄰苯二甲酰胺)用于三維襯底2，并且其線性膨脹系數(shù)大約為40×10-6mm/℃。另一方面，濾光器的線性膨脹系數(shù)大約為10×10-6mm/℃。為了適當(dāng)?shù)卣辰舆@兩者，粘合劑6包含未示出的填料，使得粘合劑6的線性膨脹系數(shù)處于三維襯底2的線性膨脹系數(shù)與濾光器4的線性膨脹系數(shù)之間。另外，填料由二氧化硅(SiO2)構(gòu)成以便適合于光學(xué)用途。此外，填料在形狀上優(yōu)選地為球形，使得粘合劑6在固化之后不會具有各向異性。填料的直徑小于成像器件5的像素尺寸，并大于或等于像素尺寸的1/2。以下是包含這種尺寸的填料的粘合劑6用于本實(shí)施例的原因。
在描述填料直徑之前，先說明包含填料的粘合劑所引發(fā)的問題。在粘合劑固化時，粘合劑中包含的填料可能會釋出，或者一些特別是在端面處的填料會暴露。在濾光器4被附加到三維襯底2之后，附加光學(xué)系統(tǒng)的成像器件5和透鏡3，安裝FPC10，并且按照要求進(jìn)行聚焦調(diào)節(jié)操作。這些過程中的操作或震動可能引起端面處的填料落下。然后釋出或落下的填料粘在成像器件5的表面并引起像素輸出的下降，這通過對攝像裝置1的分析變得很明顯。特別是近來，隨著攝像裝置變得更小，找到拆卸這些裝置所需的足夠余地變得困難，一些裝置因此而不能被拆卸。如果釋出或落下的填料粘在攝像裝置的成像器件的表面，則這些攝像裝置可能不得不被廢棄。
在根據(jù)本實(shí)施例的攝像裝置1中，使用粘合劑6粘接濾光器4，其填料直徑小于或等于像素尺寸。因此，即使釋出或落下的填料粘在半導(dǎo)體成像器件5的表面，可通過瑕疵修正獲得相當(dāng)于無填料圖像的圖像。
此外，根據(jù)本實(shí)施例，由填料引起的圖像的可能的黑點(diǎn)等可以使用修正由于CCD中的缺陷等引起的瑕疵的功能(瑕疵修正功能)來修正，該功能預(yù)先已經(jīng)提供給攝像裝置，因此工藝、制造方法、設(shè)備等不需要修改。換句話說，能夠減少由于填料所引起的圖像質(zhì)量的下降，而不會降低攝像裝置的組裝設(shè)備的可使用性。
圖6示出了與填料和像素尺寸有關(guān)的輸出特性的變化。參照圖6說明粘合劑6中包含的填料尺寸與像素尺寸的比率與成像器件5的輸出下降之間的關(guān)系，以及瑕疵修正是否成功的實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。在圖6中，水平軸表示填料尺寸和像素尺寸的比率。在本實(shí)施例中，如上所述像素尺寸為3.8μm，所以水平軸上“1”表示填料尺寸(直徑)為3.8μm，其與像素尺寸相等。水平軸上“2”表示填料尺寸為像素尺寸的兩倍大(7.6μm)。垂直軸作為輸出降低率示出成像器件5的輸出降低到什么程度。當(dāng)通過瑕疵修正來成功修正圖像使得在輸出圖像中不能識別出瑕疵時，標(biāo)繪“○”，而當(dāng)未成功修正圖像并且可識別出瑕疵時，標(biāo)繪“X”。從圖6所示的結(jié)果中可以看出，水平軸上數(shù)值“1”附近的區(qū)域形成了瑕疵是否能夠修正的分界。附到成像器件5的填料的尺寸落在兩個范圍內(nèi)。在一個范圍內(nèi)，能夠獲得基于周圍像素的輸出實(shí)行瑕疵修正所需的信息，而在另一范圍內(nèi)不能獲取該信息。在兩個范圍之間，存在形成分界的某一填料直徑。圖6中所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果指示確定瑕疵修正成功或失敗的填料直徑的分界大約為像素尺寸。
因?yàn)槿绻酃富蚱渌獠课镔|(zhì)沒有覆蓋兩個相連的像素，通?？蛇M(jìn)行瑕疵修正，所以看起來即使填料的直徑大于像素尺寸也能夠進(jìn)行修正?？墒?，根據(jù)填料尺寸與運(yùn)用瑕疵修正進(jìn)行修正的可能性之間的關(guān)系的實(shí)際研究，如上所述，可以認(rèn)識到，如果填料尺寸超出了約像素尺寸，則瑕疵修正不能進(jìn)行，并且瑕疵在輸出圖像上呈現(xiàn)為黑點(diǎn)等。這可由以下原因引起。成像表面被附著到成像器件5的填料所影響的部分是被填料遮蔽的部分。填料離光軸L越遠(yuǎn)，填料遮蔽的區(qū)域(投射區(qū)域)就越大。因?yàn)闉V光器4上施加粘合劑的位置對應(yīng)于遠(yuǎn)離光軸L的位置，所以從此處落下的填料可能粘在遠(yuǎn)離光軸L的位置。如上所述，遠(yuǎn)離光軸L的填料的投射區(qū)域大，使得直徑等于像素尺寸的填料的投射區(qū)域?qū)?yīng)大約兩個像素，因此由于填料的陰影，難以進(jìn)行瑕疵修正。由于上述原因，認(rèn)為當(dāng)填料直徑超出對應(yīng)于一個像素的尺寸時，圖像不能通過瑕疵修正進(jìn)行修正。
另一方面，進(jìn)一步的分析顯示，當(dāng)填料尺寸小于像素尺寸的大約1/2時，像素輸出的降低非常小并且即使填料粘在成像表面上也一定能夠進(jìn)行瑕疵修正。這可能是因?yàn)楫?dāng)填料小于像素的大約1/2時，填料的投影面積不會變得與一個像素同樣大。然而，如果填料尺寸非常小，降低了填料的分散度。因此，填料的尺寸優(yōu)選地大于或等于像素尺寸的1/2，從而允許粘合劑適當(dāng)?shù)仄鹱饔谩?br>
為了減少由于釋出或落下的填料粘到半導(dǎo)體成像器件5上所引起的圖像質(zhì)量下降的相同目的，在半導(dǎo)體成像器件5粘到三維襯底2上時，優(yōu)選地也使用其填料尺寸小于像素尺寸并大于或等于像素尺寸的1/2的粘合劑。
盡管已經(jīng)描述了當(dāng)前認(rèn)為的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但應(yīng)當(dāng)理解，對此可進(jìn)行各種修改，并且所附權(quán)利要求涵蓋這些落于本發(fā)明實(shí)際精神和范圍內(nèi)的這些修改。
工業(yè)實(shí)用性如上所述，在本發(fā)明中，即使用于粘接濾光器及半導(dǎo)體成像器件的粘合劑中包含的填料在粘接時釋出或者在粘合劑固化之后落下，由于附在半導(dǎo)體成像器件的表面上的填料的尺寸小于或等于像素尺寸，所以一定能夠獲得周圍像素的輸出?；谥車袼氐妮敵觯蛇M(jìn)行圖像修正并將圖像修正至基本沒有填料的狀態(tài)，從而減少圖像質(zhì)量的下降。本發(fā)明可提供這些顯著優(yōu)勢并且作為攝像裝置等是有益的。
權(quán)利要求
1.一種攝像裝置，包括半導(dǎo)體成像器件，其將入射光轉(zhuǎn)換成電信號；濾光器，與所述半導(dǎo)體成像器件的入射表面相對并透射特定波長光；及固定元件，其利用包含填料的粘合劑通過粘接固定所述濾光器，其中所述填料的直徑小于或等于所述半導(dǎo)體成像器件的像素尺寸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的攝像裝置，其中所述固定元件為三維襯底。
3.一種攝像裝置，包括半導(dǎo)體成像器件，其將入射光轉(zhuǎn)換成電信號；及襯底，其利用包含填料的粘合劑通過粘接固定所述半導(dǎo)體成像器件，其中所述填料的直徑小于或等于所述半導(dǎo)體成像器件的像素尺寸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3的攝像裝置，其中所述填料的所述直徑大于或等于所述半導(dǎo)體成像器件的像素尺寸的1/2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3的攝像裝置，其中所述填料形狀上為球形。
全文摘要
攝像裝置(1)包括將入射光轉(zhuǎn)換成電信號的半導(dǎo)體成像器(5)，與半導(dǎo)體成像器(5)的入射表面相對設(shè)置并對具有特定波長的光透明的濾光器(4)，以及用于使用包含填料的粘合劑(6)通過粘接來固定濾光器(4)的固體襯底(2)。所述填料具有等于或小于半導(dǎo)體成像器(5)的像素尺寸的直徑。根據(jù)這種構(gòu)造，在攝像裝置(1)中，由從粘合劑脫落的填料所引起的圖像質(zhì)量下降能夠被抑制。
文檔編號H04N5/335GK1701592SQ20048000099
公開日2005年11月23日 申請日期2004年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月28日
發(fā)明者西澤宏 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社