撮像装置および撮像システム
【課題】 温度変化に伴う損傷や変形を低減する。
【解決手段】 周辺領域２２１と第３領域１１１との間に、撮像板２および保持板１０に対して固定された中間部材７が配置されているとともに、中央領域２２２の少なくとも一部と、第４領域１１２との間には中間部材７が延在せずに空隙３００が設けられており、撮像板２の線膨張率と中間部材７の線膨張率との差が、保持板１０の線膨張率と中間部材７の線膨張率との差よりも小さい。
【解決手段】 周辺領域２２１と第３領域１１１との間に、撮像板２および保持板１０に対して固定された中間部材７が配置されているとともに、中央領域２２２の少なくとも一部と、第４領域１１２との間には中間部材７が延在せずに空隙３００が設けられており、撮像板２の線膨張率と中間部材７の線膨張率との差が、保持板１０の線膨張率と中間部材７の線膨張率との差よりも小さい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像板を用いた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大面積の光電変換部を有する受光素子を用いた、超高感度の撮像装置が検討されている。撮像デバイスのサイズ（入射面の面積）を大きくすることで、光電変換部の面積を大きくしつつ、十分な解像度を得る（受光素子の数を増やす）ことができる。このような撮像デバイスは、シリコン板やガラス板に受光素子を形成することで、薄型の板状撮像デバイス（撮像板）として実現することができる。
【０００３】
ここで、大型、薄型である撮像板の機械的な強度を確保するためには保持板を用いることが有効である。特許文献１には、大型の撮像素子（撮像板）を保持する基板（保持板）が開示されている。特許文献１では、撮像素子と基板とは、銀エポキシなどの接着剤で接着されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３０２９９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１ではシリコンを主たる材料とした撮像板を用い、保持板の線膨張率を８〜１０×１０−６／Ｋとした例が記載されているが、シリコンの線膨張率は３×１０−６／Ｋ程度であることが知られている。このように、撮像板と保持板の線膨張率（線膨張率）が異なると、撮像板と保持板の一方または両方に温度変化が生じた場合に、両者の熱膨張量に差が生じる。大型の撮像板では熱膨張量が大きいため、熱膨張量の違いによって生じる熱応力が撮像板に損傷を与えたり、撮像板の反りなどの変形を生じたりする場合がある。熱膨張による反りは、温度変化によって収差が変化したり、保持板からの剥離を生じたりすることになるため抑制することが好ましい。
【０００６】
そこで本発明は、温度変化に伴う損傷や変形が低減された撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明の撮像装置は、光が入射する表面と、中心を含む中央領域および前記中央領域を囲む周辺領域を有する裏面と、を有する撮像板と、前記撮像板を前記裏面側から保持するための保持面を有する保持板と、を備えた撮像装置において、前記周辺領域と前記保持面との間に、前記撮像板および前記保持板に対して固定された中間部材が配置されているとともに、前記中央領域の少なくとも一部と、前記保持面を含む平面における前記中央領域の正射影の領域の少なくとも一部との間には前記中間部材が延在せずに空隙が設けられており、前記撮像板の線膨張率と前記中間部材の線膨張率との差が、前記保持板の線膨張率と前記中間部材の前記線膨張率との差よりも小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、温度変化に伴う損傷や変形が低減された撮像装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態を説明する模式図。
【図２】第２の実施形態を説明する模式図。
【図３】第３の実施形態を説明する模式図。
【図４】第４の実施形態を説明する模式図。
【図５】第５の実施形態を説明する模式図。
【図６】第６の実施形態を説明する模式図。
【図７】第７の実施形態を説明する模式図。
【図８】第８の実施形態を説明する模式図。
【図９】第９の実施形態を説明する模式図。
【図１０】実施例を説明する模式図。
【図１１】撮像装置の一例を説明する模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
まず、図１１（ａ）、（ｂ）を用いて、本発明の撮像装置１の概要を説明する。撮像装置１は、撮像板２と保持板１０とを備えており、図１１（ａ）は撮像板２と保持板１０の位置関係を表している。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示した撮像板２のＧ−Ｇ’断面図である。
【００１１】
撮像板２は板状の固体撮像デバイス（イメージセンサ）であり、表面（おもて面）２１０と、表面２１０とは反対側の面である裏面（うら面）２２０との２つの主面を有している。撮像対象となる光は、表面２１０へ入射するため、表面２１０を入射面と呼ぶこともできる。典型的には、両主面（表面２１０と裏面２２０）は同じ形状、同じ面積を成しており、その形状は四角形である。表面２１０（および裏面２２０）の面積が大きいほど本発明の効果は顕著になるが、本発明は表面２１０の面積に限定されることなく適用が可能である。実用的には、表面２１０の面積が３００ｍｍ２以上であると好適であり、１０００ｍｍ２以上であるとより好適である。本発明は、表面２１０の面積が１００００ｍｍ２以上という、熱膨張の影響が大きい撮像装置１であっても、十分な効果が得ることができる。
【００１２】
表面２１０は、第１領域２１１と、第１領域２１１を囲む第２領域２１２とを有する。裏面２２０は、周辺領域２２１と、周辺領域２２１に囲まれた中央領域２２２を有する。このように、第２領域２１２は表面２１０内において第１領域２１１の外側（表面２１０の外周と第１領域２１１の外周との間）に位置する領域である。周辺領域２２１は裏面２２０内において中央領域２２２の外側（裏面２２０の外周と中央領域２２２の外周との間）に位置する領域である。中央領域２２２は、裏面２２０の中心を含んでいる。中心を明確に定めることができない場合には、裏面２２０の幾何学的重心を裏面２２０の中心とする。中央領域２２２は、裏面２２０の面積の１／４以上を占めることが好ましく、裏面２２０の面積の１／２以上を占めることがより好ましい。
【００１３】
第２領域２１２は周辺領域２２１に対応した領域、すなわち、裏面２２０から表面２１０への周辺領域２２１の正射影の領域であり、周辺領域２２１と実質的に同じ形状の領域である。第１領域２１１は、中央領域２２２に対応した領域、すなわち、裏面２２０から表面２１０への中央領域２２２の正射影の領域であり、中央領域２２２と実質的に同じ形状の領域である。
【００１４】
表面２１０には複数の受光素子２１３が配列されている。複数の受光素子２１３を一次元状に配列することでラインセンサとして用いることもできるし、４つ以上の受光素子２１３を２次元状に配列することでエリアセンサとして用いることもできる。一般的にはエリアセンサのほうがラインセンサよりも表面２１０の面積を大きくする必要があるので、本発明はエリアセンサとして用いる場合に好適である。
【００１５】
複数の受光素子２１３の各々が画素として機能するから、複数の受光素子２１３を配列された領域を画素領域と呼ぶことができる。複数の受光素子２１３は少なくとも第１領域２１１に配列されている。複数の受光素子２１３を第１領域２１１のみに配列してもよいし、複数の受光素子２１３の一部を第２領域２１２に配列することもできる。すなわち、画素領域の全体が第１領域２１１に含まれてもよいし、画素領域の一部が、第２領域２１２に含まれてもよい。
【００１６】
複数の受光素子２１３の各々は光電変換部２３０を有しており、表面２１０への入射光を信号電荷に変換する。この信号電荷を不図示の読み出し回路を用いて読みだして、画像を得ることができる。入射光の一例として赤外線、可視光線、紫外線、Ｘ線、γ線が挙げられる。入射光は、被写体で反射した光、被写体からの放射光、被写体を透過した光などである。Ｘ線やγ線のような放射線の場合にはシンチレータを用いて波長を変換して、変換された波長の光（蛍光）を光電変換部で信号電荷に変換することができる。撮像装置１は、景色や生物の撮影のほか、医療や天体観察に用いることができる。
【００１７】
なお、複数の受光素子２１３は画像を取得するための有効画素として機能するが、画像の取得に直接的には寄与しない無効画素として機能する遮光素子２１４を設けることもできる。遮光素子２１４は受光素子２１３と同様に光電変換部２３０を有しているが、遮光部材２３４を有しており、遮光部材２３４によって入射光は光電変換部２３０に到達しないようになっている。遮光素子２３４を例えば暗電流測定用の素子として用いることができる。
【００１８】
このように、無効画素（光学的黒画素：ＯＢ画素）として機能する遮光素子２１４を設ける場合は、受光素子２１３に対応する領域（有効画素領域）に加え、遮光素子２１４に対応する領域（無効画素領域）も画素領域とみなす。
【００１９】
撮像板２の主たる材料は特に限定されないが、図１１（ｂ）に示したＣＭＯＳ型の撮像板２（ＣＭＯＳイメージセンサー）や、図示しないＣＣＤ型の撮像板２（ＣＣＤイメージセンサー）では、通常は半導体であるシリコン、特に単結晶シリコンが用いられる。シリコンの線膨張率は２×１０−６〜４×１０−６／Ｋである。また、撮像板２の材料にガラスを用いてもよい。ガラスの場合は、ガラス基板上に、ＭＩＳ型構造やＰＩＮ型構造等を有する薄膜受光素子や、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成することで、撮像板２を得ることができる。ガラスの線膨張率は、種類にもよるが、一般的には１０×１０−６／Ｋ以下であり、慣用される青板ガラス（ソーダライムガラス）では９×１０−６／Ｋ、石英ガラスでは、０．５×１０−６／Ｋである。
【００２０】
図１１（ｂ）に示した撮像板２の一例を詳細に説明する。シリコンを主たる材料とした撮像板の構成としては従来からよく知られている画素増幅型の撮像板や、電荷転送型の撮像板を用いることができる。シリコン基板２００の表面の、第１領域２１１に対応する領域には、光電変換部２３０としてのフォトダイオードが形成されている。フォトダイオードの代わりに、フォトゲートを用いてもよい。フォトダイオード以外には、増幅トランジスタが配されている（不図示）。必要に応じて転送トランジスタやリセットトランジスタ、選択トランジスタを設けることもできる。これらの増幅トランジスタ等を、１つの光電変換部２３０毎に設けてもよいが、いくつかの光電変換部２３０毎に１つを設けて、所謂画素共通構造としてもよい。隣り合う光電変換部２３０同士は、ＬＯＣＯＳやＳＴＩなどの分離構造によって互いに分離されている。一方、シリコン基板２００の表面の、第２領域２１２に対応する領域には、垂直走査回路や水平走査回路、アンプやＡ／Ｄ変換回路等の周辺回路を構成するトランジスタ２３１、ダイオード等を配することができる。
【００２１】
上記した各トランジスタ、ダイオードは、所定の形状にパターニングされた第１金属層２４１、第２金属層２４２によって構成された配線２４０によって相互に電気的に接続されている。第１金属層２４１は第２金属層２４２よりもシリコン基板２００の近くに設けられている。ここでは金属層を２層としたが、１層のみでもよいし、第１金属層２４１と第２金属層２４２との間にさらに１層以上の金属層を配置して３層以上にしてもよい。金属層はアルミニウムや銅からなり、絶縁部材２５０を構成する複数の層間絶縁層を介して積層されている。各金属層の配線２４０は層間絶縁層内に設けられた不図示のビアを介して互いに電気的に接続されている。
【００２２】
第２金属層２４２の一部は、受光素子２１４の光電変換部２３０上に配されており、光電変換部２３０への入射を妨げる遮光部材２３４として用いることができる。また、第２金属層２４２の別の一部を電極６として用いることもできる。配線２４０の一部と遮光部材２３４と電極６は、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングされた第２金属層２４２によって同時に形成することが可能である。絶縁部材２５０上にはカラーフィルタ２６０が配置されており、カラーフィルタ２６０上には画素毎にマイクロレンズ２７０が設けられている。第１金属層２４１、第２金属層２４２は、受光素子２１３の光電変換部２３０を覆わないように配されており、マイクロレンズ２７０とカラーフィルタ２６０を通過した光が光電変換部２３０に入射する。光電変換部２３０の直上に、層間絶縁層と異なる屈折率（典型的には層間絶縁層よりも高い屈折率）を有する透明材料を用いて、光導波構造を設けることもできる。また、配線層をシリコン基板２００に対して表面２１０とは反対側（裏面２２０側）に配置することもできる。このような構造の撮像板はしばしば「裏面照射型」と呼ばれるが、「裏面照射型」を採用したとしても、本発明において光が入射するのは裏面２２０ではなく表面２１０であるのは云うまでもない。
【００２３】
撮像板２は上記のように、基板２００以外の、電気的及び／又は光学的及び／又は化学的及び／又は機械的な機能の担う様々な部材を含む。そのため、撮像板２の線膨張率は、厳密には基板２００だけでなく、基板２００を含み実質的に一体となった複合部材の線膨張率と考えるべきである。しかしながら、典型的に撮像板２の主たる材料（撮像板２の体積の最も多くを占める材料）である基板の材料（シリコンやガラス）の線膨張率を、撮像板２の線膨張率と近似することは有効である。保持板１０についても同様である。厳密に撮像板２や保持板１０の線膨張率を測定する場合には、ＪＩＳＺ２２８５に規定された光走査法で測定した結果を用いることが好ましい。
【００２４】
保持板１０は撮像板２を保持するのに十分な剛性を備えた板状の部材である。撮像板２の裏面２２０と、保持板１０の保持面１１０とが互いに対向している。保持板１０は撮像板２を裏面２２０側から保持する。保持面１１０は、周辺領域２２１に対向する第３領域１１１と、中央領域２２２に対向する第４領域１１２と、撮像板２に対向しない第５領域１１３とを有することができる。第３領域１１１は、裏面２２０から保持面１１０への、周辺領域２２１の正射影の領域であるが、第３領域１１１が周辺領域２２１と同じ形状である必要はない。第４領域１１２は、裏面２２０から保持面１１０への、中央領域２２２の正射影の領域であるが、第４領域１１２が中央領域２２２と同じ形状である必要はない。
【００２５】
ただし、保持板１０（保持面１１０）は第４領域１１２と第５領域１１３の少なくとも一方を有しなくてもよい。第４領域１１２を有しない場合とは、例えば、保持面１１０の第３領域１１１が閉ループ形状を呈している場合であって、第３領域１１１で囲まれた第４領域１１２に対応する領域を開口とした場合である。第５領域１１３を有しない場合とは、表面２１０側から撮像装置１を見たときに保持板１０が撮像板２に完全に隠れてしまう場合である。
【００２６】
しかし、保持板１０が第４領域１１２や第５領域１１３を有しない場合でも、撮像装置１において、第４領域１１２と第５領域１１３を規定することは可能である。すなわち、第３領域１１１（保持面１１０）を含む平面を設定する。この平面は第３領域１１１を仮想的にまっすぐ延長することによって得られる、保持面１１０を含み、保持面１１０に平行な幾何学的な仮想平面である。そして、当該仮想平面における周辺領域２２１と中央領域２２２との位置関係から、第３領域１１１と第４領域１１２を規定することができる。
【００２７】
保持板１０の主たる材料は、保持板１０が撮像板２を保持するのに十分な剛性を有することが可能である限りは特に限定されないが、例えば、金属（単体でもよいし合金でもよい）やセラミック、プラスチックを用いることができる。金属を用いると、導電性の観点から電気的なノイズ防止（電磁波シールド）としての利用が可能となる。また大型化や加工性、コスト面でも金属はセラミックにくらべて有利である。金属としては、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、ステンレスが好適であり、保持板１０の厚みは０．５〜５ｍｍが好適である。一般的な金属の線膨張率は、１０×１０−６〜４０×１０−６／Ｋである。一例を挙げると、アルミニウムの線膨張率は２４×１０−６／Ｋ、銅の線膨張率は１７×１０−６／Ｋ、ＳＵＳ３０４（ステンレス）の線膨張率は１７×１０−６／Ｋである。
【００２８】
本発明は、上述したような、撮像板２の線膨張率と保持板１０の線膨張率が異なる場合に適用すると効果的であり、撮像板２の線膨張率と保持板１０の線膨張率とを一致させる場合に比べて保持板１０の材料選択の幅が広がる。保持板１０にインバーや４２アロイ等の線膨張率が低い材料を用いると、撮像板２の線膨張率を保持板１０の線膨張率よりも高くすることもできる。撮像板２のノイズ低減の観点からは、保持板１０の材料としては４２アロイ等の強磁性体を用いるより、非磁性体を用いることが好ましい。アルミニウム、アルミニウム合金、銅、ステンレスなど、典型的な非磁性体の材料を用いた構成では保持板１０の線膨張率は撮像板２の線膨張率よりも高い。
【００２９】
なお、本発明において、撮像板２および保持板１０に関してその形状を規定する「板状」とは、表面２１０や保持面１１０に垂直な断面の面積が、表面２１０や保持面１１０の面積を超えない程度の厚みを有する形状とする。撮像板２の厚みとは表面２１０と裏面２２０との距離であり、保持板１０の厚みとは保持面１１０とその裏面との距離である。例えば、撮像デバイスが直方体であって、表面２１０の外周の長辺の長さがＬ、短辺の長さがＷ、厚みがＴである場合を想定する。表面２１０の面積はＬ×Ｗであり、表面２１０に垂直な断面の面積断面の面積はＬ×Ｔとなりうるが、板状の撮像デバイス（撮像板）は、Ｗ＞Ｔを満たすべきである。保持板１０についても同様に考えることができる。このような撮像板２、保持板１０を用いた撮像装置１に温度変化が生じると、撮像板２、保持板１０の熱膨張による影響が、表面２１０に垂直な方向に比べて、表面２１０に沿った方向で支配的になる。シリコンを主たる材料とする撮像板２において、シリコン基板２００の厚みＴは、典型的には０．１０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であり、より典型的には０．５０ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。
【００３０】
本発明は、このように互いに線膨張率の異なる撮像板２と保持板１０とを用いた場合に生じ得る両者の熱膨張量の差が、撮像装置１へ及ぼす影響を低減することができる。特に、表面２１０に沿った方向での撮像板２、保持板１０の熱膨張による影響が低減される。具体的な構造について、以下に実施形態を挙げて説明する。
【００３１】
＜第１の実施形態＞
図１（ａ）、（ｂ）を用いて、本発明の撮像装置１の第１の実施形態を説明する。図１（ａ）は撮像装置１を表面２１０側からみた平面図、図１（ｂ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ’断面図である。
【００３２】
保持面１１０と裏面２２０との間には中間部材７が設けられている。中間部材７は裏面２２０と保持面１１０とを接着しており、その結果、撮像板２と保持板１０は、中間部材７によって互いに固定されている。
【００３３】
詳細には、中間部材７は少なくとも裏面２２０の周辺領域２２１と保持面１１０の第３領域１１１との間に位置している。一方、裏面２２０の中央領域２２２の少なくとも一部と保持面１１０の第４領域１１２の少なくとも一部との間には中間部材７は周辺領域２２１と保持面１１０の第３領域１１１との間から延在していない。その結果、中央領域２２２と第４領域１１２との間の少なくとも一部には空隙３００が設けられている。空隙３００は気体が存在する空間（大気圧であってもよいし、大気圧でなくてもよい）である。中央領域２２２と第４領域１１２は部分的に中間部材７で固定されていてもよいが、中央領域２２２と第４領域１１２の全体が中間部材７により固定されないようにする。中央領域２２２の中心と第４領域１１２の中心との間には、中間部材７が周辺領域２２１と保持面１１０の第３領域１１１との間から延在していないようにすることが望ましい。また、中央領域２２２の面積の１／４以上の部分と第３領域１１２の面積の１／４以上の部分との間には、中間部材７が周辺領域２２１と保持面１１０の第３領域１１１との間から延在していないようにすることが好ましい。さらに、中央領域２２２の面積の１／２以上の部分と第３領域１１２の面積の１／２以上の部分との間には、中間部材７が周辺領域２２１と保持面１１０の第３領域１１１との間から延在していないようにすることが好ましい。なお、中央領域２２２と第４領域１１２の間の全体にわたって中間部材７が位置する必要はない。
【００３４】
撮像板２と中間部材７と保持板１０の関係について説明する。撮像板２の線膨張率をＸとし、中間部材７の線膨張率をＹとし、保持板１０の線膨張率をＺ（Ｘ≠Ｚ）とする。そして本発明では、｜Ｘ−Ｙ｜＜｜Ｚ−Ｙ｜という条件（ｉ）を満たす。この条件（ｉ）は、撮像板２の線膨張率Ｘと中間部材７の線膨張率Ｙとの差（｜Ｘ−Ｙ｜中間部材）が、保持板１０の線膨張率Ｚと中間部材７の線膨張率Ｙとの差（｜Ｚ−Ｙ｜中間部材）よりも小さいという条件である。
【００３５】
この条件（ｉ）は、後述する第２〜８の実施形態でも共通に満たされる。Ｘ＜Ｚの場合には０＜Ｙ＜（Ｘ＋Ｚ）／２であり、Ｚ＜Ｘの場合には、Ｙ＞（Ｘ＋Ｚ）／２である。Ｚ＜ＸよりはＺ＞Ｘのほうが好ましい。さらに、｜Ｘ−Ｙ｜＜｜Ｚ−Ｘ｜という条件（ｉｉ）を満たすことが好ましい。この条件（ｉｉ）は、撮像板２の線膨張率Ｘと中間部材７の線膨張率Ｙとの差（｜Ｘ−Ｙ｜）が、撮像板２の線膨張率Ｘと保持板１０の線膨張率Ｚとの差（｜Ｚ−Ｘ｜）よりも小さいという条件である。さらに、｜Ｚ−Ｙ｜＜｜Ｚ−Ｘ｜という条件（ｉｉｉ）を満たすことがより好ましい。この条件（ｉｉｉ）は、保持板１０の線膨張率Ｚと中間部材７の線膨張率Ｙとの差（｜Ｘ−Ｙ｜）が、撮像板２の線膨張率Ｘと保持板１０の線膨張率Ｚとの差（｜Ｚ−Ｘ｜）よりも小さいという条件である。条件（ｉ）〜（ｉｉｉ）をすべて満たすのは、Ｘ＜Ｚの場合にはＸ≦Ｙ＜（Ｘ＋Ｚ）／２であり、Ｚ＜Ｘの場合には（Ｘ＋Ｚ）／２＜Ｙ≦Ｘである。Ｘ＝Ｙとするのが最も好ましい。
【００３６】
線膨張率が異なる部材同士が固定されていると、温度変化によって各部材の熱膨張量には違いが生じ部材間に応力が生じる。上記条件によれば、撮像板２と中間部材７との間に生じる熱膨張差を、保持板１０と中間部材７との間に生じる熱膨張差よりも小さくすることができる。加えて、裏面２２０の中央領域２２２と保持面１１０の第３領域との間の少なくとも一部に中間部材７が位置しないことにより、撮像板２と中間部材７との間に生じる応力を小さくすることができる。これは、中間部材７の熱膨張を撮像装置１の内側（第４領域１１２および中央領域２２２）に向かう方向と、撮像装置１の外側（第５領域１１３）に向かう方向とに分散させることが一因と考えられる。これらの結果、撮像板２への応力の影響を低減することができると考えられる。
【００３７】
中間部材７の幅（裏面２２０の中心から裏面２２０の外周へ向かう方向における中間部材７の長さ）は極力短いことが好ましい。中間部材７の幅が極端に大きくなると中間部材７の熱膨張が大きくなり、撮像板２と中間部材７との間及び／又は中間部材７と保持板１０との間に生じる応力が無視できなくなる場合がある。そのため、中間部材７の幅は、後述する延在部７１を含めて、上記方向における裏面２２０の中心から裏面２２０の外周までの距離（典型的にはＷ／２またはＬ／２）以下であることが好ましい。さらに、中間部材７の幅は、上記方向における裏面２２０の中心から裏面２２０の外周までの距離の２／３以下であることが好ましく、１／４以下であることがより好ましい。中間部材７の撮像板２側の面積は、撮像板２の表面２１０の面積の１／２以下であることが好ましく、１／４以下であることがより好ましい。
【００３８】
中間部材７の材料は撮像板２と保持板１０とを固定可能であって、上記条件を満たしていれば特に限定されない。中間部材７と撮像板２、保持板１０との接合は中間部材７の接着性や粘着性を利用した接着、あるいは、溶着や溶接を用いることができる。ただし溶着や溶接は高温加熱工程を経るため、温度変化の影響が大きく、接着を用いるのが好ましい。同様の理由で、接着する場合には常温で固化可能な接着剤を用いることが好ましい。例えば乾燥、化学反応、光硬化等によって常温で固化する接着剤を用いることができる。
【００３９】
図１（ａ）の例では点線で示す様に、中間部材７は空隙３００を切れ目なく囲むように閉ループ状に配されているが、中間部材７に切れ目を設けてもよい。中間部材７に切れ目を設けておくと、その切れ目で熱膨張の余地が増えるため、中間部材７が空隙３００を切れ目なく囲むように設ける場合に比べて、応力を低減することができる。
【００４０】
図１について、ほかの構成について説明する。
保持板１０には接着剤１４を介して回路部材９が固定されている。接着剤１４としてはエポキシ樹脂やシート接着剤など公知の接着剤を用いることができる。撮像板２の第２領域２１２には電極６が配されており、電極６と回路部材９がボンディングワイヤによって接続されている。なお、本発明でいうボンティングワイヤとは、導体同士（電極６と回路部材９）を、金属細線（単体でもよいし合金でもよい）をワイヤボンディング法によって電気的に接続したものを意味する。ここでは回路部材９はフレキシブルプリント回路板（ＦＰＣ）であるが、リジッドプリント回路板であってもよいし、リードであってもよいし、ＬＧＡ（Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）であってもよい。回路部材９は連続した一つの部材であってもよいが、回路部材９の面積が大きくなると熱膨張が大きくなるために、複数に分離して配置することが好ましい。フレキシブルプリント回路板を保持板１０ではなく撮像板２の第２領域２１２に接着して、表面２１０上で電極６とフレキシブルプリント回路板とをボンディングワイヤで接続してもよい。また、電極６とフレキシブル回路板とを異方性導電性接着剤（ＡＣＦ）で接続して電気的及び機械的接続を得てもよい。
【００４１】
＜第２の実施形態＞
図２（ａ）、（ｂ）を用いて、第２の実施形態について説明する。図２（ａ）は撮像装置１を表面２１０側からみた平面図、図２（ｂ）は図２（ｂ）のＢ−Ｂ’断面図である。図１と同様の機能を有する部分には同じの符号を付し詳細な説明は省略する。第２の実施形態では、中間部材７は周辺領域２２１に接着剤１３で固定されている。接着剤１３としては一般的なダイボンドペーストを用いることができる。中間部材７と第３領域１１１との固定は、接着剤１３と同じ接着剤を用いてもよいが、図２の形態では緩衝部材１１を用いている。中間部材７と撮像板２、保持板１０との固定は接着剤に限定されるものではなく、溶着や溶接などであってもよいが、第１の実施形態で説明した理由から接着剤が好ましい。
【００４２】
本実施形態では、それ自体は接着性を有しない中間部材７を用いることができる。シリコンやガラス等の一般的な撮像板２の材料は接着性を有しないが、接着剤１３を用いることで、中間部材７として撮像板２の主たる材料と同じ材料を用いることができる。つまり、撮像板２の主たる材料がシリコンであれば中間部材７の主たる材料としてシリコンを用いることができ、撮像板２の主たる材料がガラスであれば中間部材７の主たる材料としてガラスを用いることができる。その結果、中間部材７の線膨張率と撮像板２の線膨張率の差（｜Ｘ−Ｙ｜）を０またはほぼ０にすることが可能となる。特に、撮像板２の主たる材料がシリコンである場合には、熱膨張がシリコン基板の結晶構造に歪みを生じて、暗電流の一因となることが考えられるため、本発明を好適に適用することができる。表面２１０の寸法（四角形の場合は対角、円形の場合は直径である）が１００ｍｍ以上である場合には、中間部材７に撮像板２の材料と同じ材料を用いて、中間部材７の線膨張率と撮像板２の線膨張率の差を十分に小さくすることが望ましい。
【００４３】
接着剤や緩衝部材の線膨張率は特に限定されないが、厚みを薄くすることで接着剤や緩衝剤の熱膨張の影響を低減することができる。一方、中間部材７の厚みは大きいほど本実施形態の効果は大きくなる。実用的には、中間部材７の厚みは０．１０ｍｍ以上である。中間部材７の厚みを、周辺領域２２１と保持面１１０（第３領域１１１）との距離の半分以上とすることが好ましい。中間部材７の厚みが０．５０ｍｍ以上であることがより好ましい。一方、中間部材７の厚みが極端に大きいと、表面２１０に垂直な方向で、表面２１０に変位が顕著になる場合がある。そのため、中間部材の厚みは２．０ｍｍ以下であることが好ましく、１．０ｍｍ以下であることがより好ましい。特に撮像板２および中間部材７の主たる材料がシリコンである場合には、中間部材７の厚みを０．５０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下にすることが好ましい。
【００４４】
図１（ａ）の例では、中間部材７は連続した１つの部材としたが、図２（ａ）の例では、中間部材７は分離した複数の（ここでは２つの）部材である。このように、中間部材７を分離して配置すると、中間部材７の熱膨張の影響を小さくすることができる。複数の中間部材７の各々の撮像板２側の面積は、撮像板２の表面２１０の面積の１／４以下であることが好ましい。
【００４５】
緩衝部材１１としては、厚みが０．１０ｍｍ以上、かつ、ヤング率が１００ＭＰａ以下であると好ましい。緩衝部材１１の厚みが極端に厚くなると、撮像板２が保持板１０に対して不安定になりやすいため、緩衝部材１１の厚みは１．０ｍｍ以下であることが好ましく、０．５０ｍｍ以下であることがより好ましい。緩衝部材１１の具体的な材料としては、ゲル状シートや、粘着ゴムシート、液状接着剤、低弾性樹脂、両面テープを用いることができる。このような緩衝部材１１を用いることにより、撮像板２と中間部材７との間の応力に比べて大きくなりやすい、保持板１０と中間部材７との間の応力を低減することができる。これにより、中間部材７が保持板１０から剥離する可能性を低減し、保持板１０と中間部材７の固定の信頼性を向上することができる。
【００４６】
＜第３の実施形態＞
図３（ａ）、（ｂ）を用いて、第３の実施形態について説明する。図３（ａ）は撮像装置１を表面２１０側からみた平面図、図３（ｂ）は図３（ｂ）のＣ−Ｃ’断面図である。図１，２と同様の機能を有する部分には同じの符号を付し詳細な説明は省略する。第３の実施形態では、中間部材７として、回路部材９（フレキシブルプリント回路板）を用いている。
【００４７】
一般的なフレキシブルプリント回路板の線膨張率は１０×１０−６〜２０×１０−６／Ｋである。このような構成であれば、撮像装置１内での線膨張率が異なる部材の数を減らせるので、熱応力の発生個所を削減することができる。
回路部材９は接着剤１３で周辺領域２２１に固定されており、接着剤１４で第３領域１１１に固定されている。接着剤１４の代わりに、第２の実施形態で説明した緩衝部材１１を用いると好ましい。
【００４８】
＜第４の実施形態＞
図４（ａ）、（ｂ）を用いて、第４の実施形態について説明する。図４（ａ）は撮像装置１を表面２１０側からみた平面図、図４（ｂ）は図４（ｂ）のＤ−Ｄ’断面図である。図１〜３と同様の機能を有する部分には同じの符号を付し詳細な説明は省略する。中間部材７が周辺領域２２１と第３領域１１１との間に位置する点は、第１〜第３の実施形態と同様である。本実施形態では、中間部材７は周辺領域２２１と第３領域１１１との間から第５領域１１３上（周辺領域２２１の外側）に延在している。中間部材７の第５領域１１３上の部分を延在部７１と呼ぶ。延在部７１には、回路部材９が接着剤１４で固定されている。そして、中間部材７上の領域で電極６と回路部材９とがボンディングワイヤ１２で電気的に接続されている。かかる構成によれば、第２の実施形態に比べて、撮像装置１の温度上昇に伴う電極６と回路部材９との距離拡大を低減できるため、ボンディングワイヤ１２の断線確率を低減することができ、電気的接続の信頼性を向上することができる。
【００４９】
＜第５の実施形態＞
図５（ａ）、（ｂ）を用いて、第５の実施形態について説明する。図１〜４と同様の機能を有する部分には同じの符号を付し詳細な説明は省略する。本実施形態は、回路部材９が延在部７１上から中間部材７と周辺領域２２１との間に延在する点が、第４の実施形態と異なる。かかる構成によれば、回路部材９が撮像板２と中間部材７とに挟まれているため、撮像板２と回路部材９との相対的な変位を低減できるため電気的接続の信頼性を向上することができる。本実施形態でもボンディングワイヤを用いることができるが、図５に示したように、撮像板２の周辺領域２２１（裏面２２０）に配された電極６と回路部材９とを、ボンディングワイヤを用いずにフリップチップ接続することができる。これにより、ボンディングワイヤに生じやすい断線の問題がない構造を採用でき、電気的接続の信頼性、耐久性を一層向上することができる。
【００５０】
＜第６の実施形態＞
図６（ａ）、（ｂ）を用いて、第６の実施形態について説明する。図１〜５と同様の機能を有する部分には同じの符号を付し詳細な説明は省略する。本実施形態は、第５の実施形態とは、回路部材９が、中間部材７と周辺領域２２１との間から、中央領域２２２と第４領域１１２との間に延在する点が異なる。なお、図６では回路部材９の一部が延在部７１上に位置する例を示したが、延在部７１上には位置しなくてもよいし、延在部７１を設けなくてもよい。また、図６では撮像板２の電極６と回路部材９との電気的な接続にボンディングワイヤ１２を用いた例を示したが、図５で示したような、裏面２２０に設けられた電極６と回路部材９とをフリップチップ接続してもよい。
【００５１】
図６（ａ）は本実施形態の一例であり、中央領域２２２と第４領域１１２との間に電子回路１９が設けられている。電子回路１９は中央領域２２２と第４領域１１２との間に延在する回路部材９と電気的に接続されている。電子回路１９は、信号処理用あるいは駆動用のＩＣ１６や、抵抗、キャパシタ、インダクタ等の受動素子（不図示）、これらを搭載する基板１９、回路部材９と接続するためのコネクタ１８などを含むことができる。このように、保持板１０と撮像板２との間に電子回路１９を配置することにより、撮像装置１全体を薄型化することが可能となる。
【００５２】
図６（ｂ）は本実施形態の別の例であり、保持板１０の、中央領域２２２に対応する領域には開口２０が設けられている。したがって、この例では、第４領域１１２は保持面１１０（第３領域１１１）を含む仮想平面の領域である。そして、開口２０を介して回路部材９が、保持板１０の撮像板２側とは反対側（保持板１０の裏側）へ引き出されている。開口２０を介して裏側へ引き出された回路部材９に、上述の電子回路１９が接続されている。この例では、発熱源となり得る電子回路１９を、図６（ａ）の例よりも撮像板２から離すことができるため、撮像板２の温度変化が生じにくい撮像装置１を得ることができる。そのため、撮像板２に生じる熱膨張を減少させることができる。また、撮像板２自体の温度変化によって生じるランダムノイズの影響を低減できるとともに、電子回路１９が発生する電磁波の撮像板２への影響も低減し、ノイズの少ない画像を得ることができる。
【００５３】
＜第７の実施形態＞
図７（ａ）、（ｂ）を用いて、第７の実施形態について説明する。図１〜６と同様の機能を有する部分には同じ符号を付し詳細な説明は省略する。本実施形態は、図７（ａ）に示したように、中央領域２２２と第４領域１１２との間に間隔規定部材８を撮像板２及び保持板１０の双方に固定して配置する。これにより、空隙３００を確実に設けることができるとともに、振動等による表面２１０に垂直な方向における撮像板２の変位を抑制することができる。
【００５４】
さらに、図７（ｂ）に示す様に、間隔規定部材８の厚みを、周辺領域２２１と第３領域１１１との距離よりも薄くして、撮像板２及び保持板１０の双方に固定して配置することもできる。このようにすると撮像板２の第１領域２１１が保持板１０側に引っ張られるので、表面２１０を凹状に反らせることもできる。撮像板２の面積および空隙３００の面積を十分に大きくすることで、間隔規定部材８を用いずに、撮像板２の自重によって、表面２１０を凹状に反らせてもよい。このように、表面２１０が凹面を成すことによって、対物レンズ等による像面湾曲収差を低減することができる。第１領域２１１（画素領域）の面積が大きくなると、第１領域の端部での収差が大きくなりやすいので、このような構成は好適である。
【００５５】
＜第８の実施形態＞
図８（ａ）、（ｂ）を用いて、第８の実施形態について説明する。図１〜７と同様の機能を有する部分には同じ符号を付し詳細な説明は省略する。図８（ａ）は、その一部に図４（ａ）のＤ−Ｄ’断面を含む、撮像装置１の断面図であり、図８（ｂ）は、その一部に図４（ａ）のＥ−Ｅ’断面を含む撮像装置１の断面図である。なお、図４（ａ）においてＤ−Ｄ’断面とＥ−Ｅ’断面は互いに直交する断面である。
【００５６】
本実施形態の撮像装置１は、図８（ａ）、（ｂ）に示す様に、撮像板２の表面２１０側に保護板２１が配されている。保護板２１は保持板１０の第５領域１１３上に配された支持部材２２に支持されている。保護板２１は撮像板２から離れて設けると良く、支持部材２２の高さを適宜設定することで、保護板２１の撮像板２からの高さを設定することができる。図８（ｂ）の例では、支持部材２２は、図４（ａ）に示した、第５領域１１３に設けられたビス穴１５を介して、ビス２４で保持板１０に固定されている。ビス２４を用いずに、接着剤や溶接等で支持部材２２を保持板１０に固定してもよい。また、保持板１０と支持部材２２とを一体成型して、保持板１０自体が保護板２１を支持するように構成してもよい。ここでは図４（ａ）〜（ｃ）に示した第４の実施形態に、保護板および支持部材２２、ビス２４を追加して本実施形態とした例を用いて説明する。しかしながら、本実施形態は、第１〜７の実施形態のいずれにも適用が可能であり、図１（ａ），図２（ａ），図３（ａ），図５（ａ）にもビス穴１５を示している。
【００５７】
支持部材２２を撮像板２の第２領域２１２上に配してもよいが、撮像板２への取り付け時や使用時の衝撃を低減する点では、第５領域１１３上に配するのが良い。支持部材２２は剛性を有するように金属製であることが好ましく、保持板１０と同じ材料を用いてもよい。支持部材２２を枠状とすることで、保持板１０および保護板２１とともに撮像板２を囲む、封止パッケージ（外囲器）を成すこともできる。封止パッケージにより表面２１０への機械的なダメージや埃等の異物の付着を抑制することができる。なお支持部材２２を枠状とする場合、支持部材２２と保持板１０との間に隙間２３を設けたり、支持部材２２に開口を設けたりすることで、隙間２３や開口から回路部材９を外部に引き出すことができる。
【００５８】
保護板２１は少なくとも撮像板２に入射するべき光が透過可能な透明性を有している。保護板２１は一つ以上のフィルタ機能を有していてもよい。フィルタ機能は保護板自体の表面処理や保護板用基板上に配したフィルムによって実現可能である。フィルタとしては、特定の空間周波数帯域をカットするローパスフィルタあるいはハイパスフィルタであってもよいし、特定の波長の光を撮像板に入射させないための波長選択フィルタでもよい。波長選択フィルタとしては例えば赤外線フィルタや、カラーフィルタを用いることができる。典型的には、保護板あるいは保護板用基板にはガラスを用いることができる。
【００５９】
＜第９の実施形態＞
図１１を用いて、第９の実施形態として、撮像装置１およびそれを用いた撮像システム１００１の一例を説明する。本実施形態は、第１〜８の実施形態のいずれにも適用が可能である。撮像システム１００１は、撮像装置１と、撮像装置１からの出力信号が入力され、当該出力信号を処理する信号処理装置１０００とを備える。図１１は、撮像システム１００１の一例を示す図である。信号は、撮像装置１のＯＵＴ１、ＯＵＴ２から出力される。ここでは、出力経路をＯＵＴ１、ＯＵＴ２の２つを設けた例を示したが、出力経路は、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。ＯＵＴ１、ＯＵＴ２は、上記した電極６、あるいは、回路部材９に相当する。出力信号は、信号処理装置１０００のＩＮに入力される。出力信号は、電流信号あるいは電圧信号などの電気信号であってもよいし、電波信号、光信号であってもよい。また、出力信号はアナログ信号であってもよいしデジタル信号であってもよい。
【００６０】
信号処理装置１０００を、ＩＮに信号を入力することにより、ＯＵＴ３から画像信号を出力するように構成する。第６実施形態で説明した電子回路１９が信号処理装置１０００を成すように構成することもできる。
【００６１】
図１１に示した撮像装置１の一例を説明する。本例では、撮像装置１に画素増幅型の撮像板を用いている。図１１において、撮像装置１の撮像板は、画素領域７１１と、垂直走査回路７１２と、２つの読み出し回路７１３と、２つの水平走査回路７１４と、２つの出力アンプ７１５を備えている。画素領域７１１以外の領域を周辺回路領域とも称する。
【００６２】
画素領域７１１には、多数の受光素子２１３が２次元状に配列されている。各受光素子１が１画素に相当する。周辺回路領域には、図１１を用いて説明したトランジスタ２３１で構成された読み出し回路７１３、例えば、列アンプ、ＣＤＳ回路、加算回路等が設けられ、垂直走査回路７１２によって選択された行の画素から垂直信号線を介して読み出された信号に対して増幅、加算等を行う。列アンプ、ＣＤＳ回路、加算回路等は、例えば、画素列又は複数の画素列毎に配置される。水平走査回路７１４は、読み出し回路７１３の信号を順番に読み出すための信号を生成する。出力アンプ７１５は、水平走査回路６１４によって選択された列の信号を増幅して出力する。
【００６３】
以上の構成は、撮像装置１の一つの構成例に過ぎず、これに限定されるものではない。ここでは、読み出し回路６１３と水平走査回路６１４と出力アンプ６１５とは、２系統の出力経路（ＯＵＴ１、ＯＵＴ２）を構成するため、画素領域６１１の両側に１つずつ配置されている。
【００６４】
代表的な撮像システム１００１としてはスチルカメラやビデオカメラ等のカメラが挙げられる。撮像システム１００１は、撮像板２に結像するために、レンズやミラー等の光学部材で構成される結像手段を備えることができる。また、撮像システム１００１は、得られた画像を記憶する記憶手段を備えることもできる。また、撮像システム１００１は、撮像装置１を移動可能にする移動手段（不図示）を備えることもできる。移動手段としては、電動モーターやレシプロエンジン、ロータリーエンジン等を動力源とする車輪が挙げられる。また、移動手段としては、プロペラ、タービンエンジン、ロケットエンジン等の推進装置も挙げられる。このような、移動手段を備える撮像システムは、自動車や鉄道車両、船舶、航空機、人工衛星等に、撮像装置１および信号処理装置１０００を搭載することにより実現が可能である。
【実施例】
【００６５】
本実施例では、図４（ａ）、（ｂ）および図８（ａ）、（ｂ）で示した形態の撮像装置１を作製した例を説明するが、本発明はこの実施例に限定されることなく設計変更が可能である。
【００６６】
図１０（ａ）に示す様に、厚み０．７７５ｍｍ、直径３００ｍｍの円形のシリコンウエハ７０に、０．３５μｍ−ＣＭＯＳプロセスによって、画素領域を形成した。シリコンウエハ７０の線膨張率は２．６×１０−６／Ｋであった。画素領域は、画素ピッチを縦１６０μｍ、横１６０μｍとして、縦１２８０画素、横１２４８画素（内、有効画素は縦１２８０画素、横１１２８画素）を２次元状に配列した。配線用の金属層としては、３層のアルミニウム層を用いた。画素領域の大きさは縦２０５ｍｍ、横２００ｍｍであった。画素領域外（縦２０５ｍｍ、横１ｍｍの領域×２）には電極６が縦方向に１次元状に配列されている。その後、シリコンウエハ７０を、図１０（ａ）に破線で示す様に略正方形状にダイシングして、縦２０５ｍｍ、横２０２ｍｍ、対角２８７ｍｍの撮像板２（ＣＭＯＳイメージセンサー）を作製した。撮像板２の面積は表面２１０、裏面２２０とも４１４１０ｍｍ２である。
【００６７】
保持板１０として、縦３４０ｍｍ×横３４０ｍｍの正方形状で、厚み３ｍｍのアルミニウム板を用意した。アルミニウム板の線膨張率は２４×１０−６／Ｋであった。保持板１０の表面は反射防止のためブラックアルマイト処理にて黒色とした。
【００６８】
まず、上記ダイシング時に生じたシリコンウエハ７０の２枚の断片７０１、７０２を中間部材７として準備した。勿論、撮像板２を作製するために用いたシリコンウエハ７０の断片７０１、７０２ではなく、別のシリコン板を中間部材７に用いてもよい。しかしながら、撮像板２と同一工程（熱処理工程等）を経たシリコンウエハ７０の断片７０１、７０２を用いると、撮像板２と中間部材７の熱特性の違いを小さくできるため好ましい。この断片７０１、７０２の最大幅は、それぞれ４９ｍｍである。ここでは、断片７０１、７０２の円弧状の辺を残したが、断片７０１、７０２の円弧状の辺の付近を切断して短冊状に加工し、短冊状の断片を中間部材７として用いてもよい。また、回路部材９として銅配線がパターニングされたポリイミド製のＦＰＣを片側５枚ずつの計１０枚を準備した。
【００６９】
断片７０１、７０２の、中間部材７の延在部７１に相当する部分に、接着剤１４として、日立化成工業社製の熱硬化型銀ペースト接着剤を塗布した。計１０枚のＦＰＣを、接着剤１４を介して断片７０１、７０２に５枚ずつ固定した。ここで回路部材９を複数準備した目的は断片７０１、７０２からＦＰＣが剥離することを抑制するためである。接着剤１４の硬化条件は１５０℃オーブンにて１時間とした。
【００７０】
接着剤１４が硬化した後、ＦＰＣが問題なく良品として使えることを確認し、断片７０１、７０２に、接着剤１３として、パナソニック電工社製の熱硬化型液状エポキシ接着剤を塗布した。接着剤１３上に電極６が位置するように、撮像板２を計２枚のＦＰＣ付き断片７０１、７０２上に載せて、接着剤１３を介して断片７０１、７０２を撮像板２に固定した。ここでは、画素領域の一部と画素領域外の領域とを含む、裏面２２０の外周から１ｍｍまでの領域を周辺領域２２１としている。また、十分な接着面積を得るために断片７０１、７０２は、画素領域の一部に対応する、中央領域２２２の一部にも接着した。接着剤１３の硬化条件は１５０℃オーブンにて１時間とした。なお、接着剤１３の熱硬化後のヤング率は１ＧＰａ以上であった。このようにして、図１０（ｂ）に示す様に、撮像板２と断片７０１、７０２、回路部材９が相互に固定された部材を作製した。
【００７１】
次に、１５０℃に加温されたボンディングステージに、一体となった撮像板１０と断片７０１、７０２を載せ、ワイヤボンディング法でＦＰＣの端子と電極６とを接続した。このとき、断片７０１、７０２に接着された撮像板２はボンディングステージの熱の影響による反りが発生しなかった。また、ワイヤボンディングの接続の信頼性の観点からは、撮像板２の下地が十分に硬いことが好ましい。撮像板２と断片７０１、７０２の固定に用いた接着剤１３は、ヤング率が１ＧＰａ以上と硬い接着剤であるため、ワイヤボンディング法が問題なく実施できた。
【００７２】
次に、保持板１０上の第３領域１１１に相当する領域に、緩衝部材１１として、不織布を基材とした日東電工社製の両面テープ５０１１Ｎ（厚み０．１５ｍｍ）を貼り付けた。なお、両面テープ５０１１Ｎのヤング率が１００ＭＰａ以下であることを予め確認している。緩衝部材１１上に撮像板２に固定された断片７０１、７０２を載せて、断片７０１、７０２および撮像板２を、緩衝部材１１を介して保持板１０に固定した。撮像板２の中央領域２２１と保持板１０の第３領域１１１との距離は１．０ｍｍであった。以上のようにすることにより、断片７０１、７０２が中間部材７として機能する。
【００７３】
支持部材２２として、ブラックアルマイト処理を実施した幅１０ｍｍ、高さ１０ｍｍのアルミニウム枠を、保持板１０にネジ止めした。支持部材２２に撮像板２の保護板２１として加工したアクリル板（縦３２ｍｍ、横３２ｍｍ、厚み５ｍｍ）を接着した。以上のようにして、図８（ａ）、（ｂ）に示した撮像装置１を作製した。
【００７４】
環境試験室で環境温度を−２０°Ｃから＋６０℃まで変化させたが、撮像板２の反りの変化や剥離、ボンディングワイヤ１２の断線は確認されなかった。その後、０．３ｌｘという低照度環境で撮影を行ったところ、鮮明な画像を取得することができた。
【符号の説明】
【００７５】
１ 撮像装置
２ 撮像板
２１０ 表面
２１１ 第１領域
２１２ 第２領域
２２０ 裏面
２２１ 周辺領域
２２２ 中央領域
７ 中間部材
７１ 延在部
９ 回路部材
１０ 保持板
１１ 緩衝部材
１１０ 保持面
１２ ボンディングワイヤ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像板を用いた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大面積の光電変換部を有する受光素子を用いた、超高感度の撮像装置が検討されている。撮像デバイスのサイズ（入射面の面積）を大きくすることで、光電変換部の面積を大きくしつつ、十分な解像度を得る（受光素子の数を増やす）ことができる。このような撮像デバイスは、シリコン板やガラス板に受光素子を形成することで、薄型の板状撮像デバイス（撮像板）として実現することができる。
【０００３】
ここで、大型、薄型である撮像板の機械的な強度を確保するためには保持板を用いることが有効である。特許文献１には、大型の撮像素子（撮像板）を保持する基板（保持板）が開示されている。特許文献１では、撮像素子と基板とは、銀エポキシなどの接着剤で接着されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３０２９９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１ではシリコンを主たる材料とした撮像板を用い、保持板の線膨張率を８〜１０×１０−６／Ｋとした例が記載されているが、シリコンの線膨張率は３×１０−６／Ｋ程度であることが知られている。このように、撮像板と保持板の線膨張率（線膨張率）が異なると、撮像板と保持板の一方または両方に温度変化が生じた場合に、両者の熱膨張量に差が生じる。大型の撮像板では熱膨張量が大きいため、熱膨張量の違いによって生じる熱応力が撮像板に損傷を与えたり、撮像板の反りなどの変形を生じたりする場合がある。熱膨張による反りは、温度変化によって収差が変化したり、保持板からの剥離を生じたりすることになるため抑制することが好ましい。
【０００６】
そこで本発明は、温度変化に伴う損傷や変形が低減された撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明の撮像装置は、光が入射する表面と、中心を含む中央領域および前記中央領域を囲む周辺領域を有する裏面と、を有する撮像板と、前記撮像板を前記裏面側から保持するための保持面を有する保持板と、を備えた撮像装置において、前記周辺領域と前記保持面との間に、前記撮像板および前記保持板に対して固定された中間部材が配置されているとともに、前記中央領域の少なくとも一部と、前記保持面を含む平面における前記中央領域の正射影の領域の少なくとも一部との間には前記中間部材が延在せずに空隙が設けられており、前記撮像板の線膨張率と前記中間部材の線膨張率との差が、前記保持板の線膨張率と前記中間部材の前記線膨張率との差よりも小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、温度変化に伴う損傷や変形が低減された撮像装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態を説明する模式図。
【図２】第２の実施形態を説明する模式図。
【図３】第３の実施形態を説明する模式図。
【図４】第４の実施形態を説明する模式図。
【図５】第５の実施形態を説明する模式図。
【図６】第６の実施形態を説明する模式図。
【図７】第７の実施形態を説明する模式図。
【図８】第８の実施形態を説明する模式図。
【図９】第９の実施形態を説明する模式図。
【図１０】実施例を説明する模式図。
【図１１】撮像装置の一例を説明する模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
まず、図１１（ａ）、（ｂ）を用いて、本発明の撮像装置１の概要を説明する。撮像装置１は、撮像板２と保持板１０とを備えており、図１１（ａ）は撮像板２と保持板１０の位置関係を表している。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示した撮像板２のＧ−Ｇ’断面図である。
【００１１】
撮像板２は板状の固体撮像デバイス（イメージセンサ）であり、表面（おもて面）２１０と、表面２１０とは反対側の面である裏面（うら面）２２０との２つの主面を有している。撮像対象となる光は、表面２１０へ入射するため、表面２１０を入射面と呼ぶこともできる。典型的には、両主面（表面２１０と裏面２２０）は同じ形状、同じ面積を成しており、その形状は四角形である。表面２１０（および裏面２２０）の面積が大きいほど本発明の効果は顕著になるが、本発明は表面２１０の面積に限定されることなく適用が可能である。実用的には、表面２１０の面積が３００ｍｍ２以上であると好適であり、１０００ｍｍ２以上であるとより好適である。本発明は、表面２１０の面積が１００００ｍｍ２以上という、熱膨張の影響が大きい撮像装置１であっても、十分な効果が得ることができる。
【００１２】
表面２１０は、第１領域２１１と、第１領域２１１を囲む第２領域２１２とを有する。裏面２２０は、周辺領域２２１と、周辺領域２２１に囲まれた中央領域２２２を有する。このように、第２領域２１２は表面２１０内において第１領域２１１の外側（表面２１０の外周と第１領域２１１の外周との間）に位置する領域である。周辺領域２２１は裏面２２０内において中央領域２２２の外側（裏面２２０の外周と中央領域２２２の外周との間）に位置する領域である。中央領域２２２は、裏面２２０の中心を含んでいる。中心を明確に定めることができない場合には、裏面２２０の幾何学的重心を裏面２２０の中心とする。中央領域２２２は、裏面２２０の面積の１／４以上を占めることが好ましく、裏面２２０の面積の１／２以上を占めることがより好ましい。
【００１３】
第２領域２１２は周辺領域２２１に対応した領域、すなわち、裏面２２０から表面２１０への周辺領域２２１の正射影の領域であり、周辺領域２２１と実質的に同じ形状の領域である。第１領域２１１は、中央領域２２２に対応した領域、すなわち、裏面２２０から表面２１０への中央領域２２２の正射影の領域であり、中央領域２２２と実質的に同じ形状の領域である。
【００１４】
表面２１０には複数の受光素子２１３が配列されている。複数の受光素子２１３を一次元状に配列することでラインセンサとして用いることもできるし、４つ以上の受光素子２１３を２次元状に配列することでエリアセンサとして用いることもできる。一般的にはエリアセンサのほうがラインセンサよりも表面２１０の面積を大きくする必要があるので、本発明はエリアセンサとして用いる場合に好適である。
【００１５】
複数の受光素子２１３の各々が画素として機能するから、複数の受光素子２１３を配列された領域を画素領域と呼ぶことができる。複数の受光素子２１３は少なくとも第１領域２１１に配列されている。複数の受光素子２１３を第１領域２１１のみに配列してもよいし、複数の受光素子２１３の一部を第２領域２１２に配列することもできる。すなわち、画素領域の全体が第１領域２１１に含まれてもよいし、画素領域の一部が、第２領域２１２に含まれてもよい。
【００１６】
複数の受光素子２１３の各々は光電変換部２３０を有しており、表面２１０への入射光を信号電荷に変換する。この信号電荷を不図示の読み出し回路を用いて読みだして、画像を得ることができる。入射光の一例として赤外線、可視光線、紫外線、Ｘ線、γ線が挙げられる。入射光は、被写体で反射した光、被写体からの放射光、被写体を透過した光などである。Ｘ線やγ線のような放射線の場合にはシンチレータを用いて波長を変換して、変換された波長の光（蛍光）を光電変換部で信号電荷に変換することができる。撮像装置１は、景色や生物の撮影のほか、医療や天体観察に用いることができる。
【００１７】
なお、複数の受光素子２１３は画像を取得するための有効画素として機能するが、画像の取得に直接的には寄与しない無効画素として機能する遮光素子２１４を設けることもできる。遮光素子２１４は受光素子２１３と同様に光電変換部２３０を有しているが、遮光部材２３４を有しており、遮光部材２３４によって入射光は光電変換部２３０に到達しないようになっている。遮光素子２３４を例えば暗電流測定用の素子として用いることができる。
【００１８】
このように、無効画素（光学的黒画素：ＯＢ画素）として機能する遮光素子２１４を設ける場合は、受光素子２１３に対応する領域（有効画素領域）に加え、遮光素子２１４に対応する領域（無効画素領域）も画素領域とみなす。
【００１９】
撮像板２の主たる材料は特に限定されないが、図１１（ｂ）に示したＣＭＯＳ型の撮像板２（ＣＭＯＳイメージセンサー）や、図示しないＣＣＤ型の撮像板２（ＣＣＤイメージセンサー）では、通常は半導体であるシリコン、特に単結晶シリコンが用いられる。シリコンの線膨張率は２×１０−６〜４×１０−６／Ｋである。また、撮像板２の材料にガラスを用いてもよい。ガラスの場合は、ガラス基板上に、ＭＩＳ型構造やＰＩＮ型構造等を有する薄膜受光素子や、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成することで、撮像板２を得ることができる。ガラスの線膨張率は、種類にもよるが、一般的には１０×１０−６／Ｋ以下であり、慣用される青板ガラス（ソーダライムガラス）では９×１０−６／Ｋ、石英ガラスでは、０．５×１０−６／Ｋである。
【００２０】
図１１（ｂ）に示した撮像板２の一例を詳細に説明する。シリコンを主たる材料とした撮像板の構成としては従来からよく知られている画素増幅型の撮像板や、電荷転送型の撮像板を用いることができる。シリコン基板２００の表面の、第１領域２１１に対応する領域には、光電変換部２３０としてのフォトダイオードが形成されている。フォトダイオードの代わりに、フォトゲートを用いてもよい。フォトダイオード以外には、増幅トランジスタが配されている（不図示）。必要に応じて転送トランジスタやリセットトランジスタ、選択トランジスタを設けることもできる。これらの増幅トランジスタ等を、１つの光電変換部２３０毎に設けてもよいが、いくつかの光電変換部２３０毎に１つを設けて、所謂画素共通構造としてもよい。隣り合う光電変換部２３０同士は、ＬＯＣＯＳやＳＴＩなどの分離構造によって互いに分離されている。一方、シリコン基板２００の表面の、第２領域２１２に対応する領域には、垂直走査回路や水平走査回路、アンプやＡ／Ｄ変換回路等の周辺回路を構成するトランジスタ２３１、ダイオード等を配することができる。
【００２１】
上記した各トランジスタ、ダイオードは、所定の形状にパターニングされた第１金属層２４１、第２金属層２４２によって構成された配線２４０によって相互に電気的に接続されている。第１金属層２４１は第２金属層２４２よりもシリコン基板２００の近くに設けられている。ここでは金属層を２層としたが、１層のみでもよいし、第１金属層２４１と第２金属層２４２との間にさらに１層以上の金属層を配置して３層以上にしてもよい。金属層はアルミニウムや銅からなり、絶縁部材２５０を構成する複数の層間絶縁層を介して積層されている。各金属層の配線２４０は層間絶縁層内に設けられた不図示のビアを介して互いに電気的に接続されている。
【００２２】
第２金属層２４２の一部は、受光素子２１４の光電変換部２３０上に配されており、光電変換部２３０への入射を妨げる遮光部材２３４として用いることができる。また、第２金属層２４２の別の一部を電極６として用いることもできる。配線２４０の一部と遮光部材２３４と電極６は、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングされた第２金属層２４２によって同時に形成することが可能である。絶縁部材２５０上にはカラーフィルタ２６０が配置されており、カラーフィルタ２６０上には画素毎にマイクロレンズ２７０が設けられている。第１金属層２４１、第２金属層２４２は、受光素子２１３の光電変換部２３０を覆わないように配されており、マイクロレンズ２７０とカラーフィルタ２６０を通過した光が光電変換部２３０に入射する。光電変換部２３０の直上に、層間絶縁層と異なる屈折率（典型的には層間絶縁層よりも高い屈折率）を有する透明材料を用いて、光導波構造を設けることもできる。また、配線層をシリコン基板２００に対して表面２１０とは反対側（裏面２２０側）に配置することもできる。このような構造の撮像板はしばしば「裏面照射型」と呼ばれるが、「裏面照射型」を採用したとしても、本発明において光が入射するのは裏面２２０ではなく表面２１０であるのは云うまでもない。
【００２３】
撮像板２は上記のように、基板２００以外の、電気的及び／又は光学的及び／又は化学的及び／又は機械的な機能の担う様々な部材を含む。そのため、撮像板２の線膨張率は、厳密には基板２００だけでなく、基板２００を含み実質的に一体となった複合部材の線膨張率と考えるべきである。しかしながら、典型的に撮像板２の主たる材料（撮像板２の体積の最も多くを占める材料）である基板の材料（シリコンやガラス）の線膨張率を、撮像板２の線膨張率と近似することは有効である。保持板１０についても同様である。厳密に撮像板２や保持板１０の線膨張率を測定する場合には、ＪＩＳＺ２２８５に規定された光走査法で測定した結果を用いることが好ましい。
【００２４】
保持板１０は撮像板２を保持するのに十分な剛性を備えた板状の部材である。撮像板２の裏面２２０と、保持板１０の保持面１１０とが互いに対向している。保持板１０は撮像板２を裏面２２０側から保持する。保持面１１０は、周辺領域２２１に対向する第３領域１１１と、中央領域２２２に対向する第４領域１１２と、撮像板２に対向しない第５領域１１３とを有することができる。第３領域１１１は、裏面２２０から保持面１１０への、周辺領域２２１の正射影の領域であるが、第３領域１１１が周辺領域２２１と同じ形状である必要はない。第４領域１１２は、裏面２２０から保持面１１０への、中央領域２２２の正射影の領域であるが、第４領域１１２が中央領域２２２と同じ形状である必要はない。
【００２５】
ただし、保持板１０（保持面１１０）は第４領域１１２と第５領域１１３の少なくとも一方を有しなくてもよい。第４領域１１２を有しない場合とは、例えば、保持面１１０の第３領域１１１が閉ループ形状を呈している場合であって、第３領域１１１で囲まれた第４領域１１２に対応する領域を開口とした場合である。第５領域１１３を有しない場合とは、表面２１０側から撮像装置１を見たときに保持板１０が撮像板２に完全に隠れてしまう場合である。
【００２６】
しかし、保持板１０が第４領域１１２や第５領域１１３を有しない場合でも、撮像装置１において、第４領域１１２と第５領域１１３を規定することは可能である。すなわち、第３領域１１１（保持面１１０）を含む平面を設定する。この平面は第３領域１１１を仮想的にまっすぐ延長することによって得られる、保持面１１０を含み、保持面１１０に平行な幾何学的な仮想平面である。そして、当該仮想平面における周辺領域２２１と中央領域２２２との位置関係から、第３領域１１１と第４領域１１２を規定することができる。
【００２７】
保持板１０の主たる材料は、保持板１０が撮像板２を保持するのに十分な剛性を有することが可能である限りは特に限定されないが、例えば、金属（単体でもよいし合金でもよい）やセラミック、プラスチックを用いることができる。金属を用いると、導電性の観点から電気的なノイズ防止（電磁波シールド）としての利用が可能となる。また大型化や加工性、コスト面でも金属はセラミックにくらべて有利である。金属としては、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、ステンレスが好適であり、保持板１０の厚みは０．５〜５ｍｍが好適である。一般的な金属の線膨張率は、１０×１０−６〜４０×１０−６／Ｋである。一例を挙げると、アルミニウムの線膨張率は２４×１０−６／Ｋ、銅の線膨張率は１７×１０−６／Ｋ、ＳＵＳ３０４（ステンレス）の線膨張率は１７×１０−６／Ｋである。
【００２８】
本発明は、上述したような、撮像板２の線膨張率と保持板１０の線膨張率が異なる場合に適用すると効果的であり、撮像板２の線膨張率と保持板１０の線膨張率とを一致させる場合に比べて保持板１０の材料選択の幅が広がる。保持板１０にインバーや４２アロイ等の線膨張率が低い材料を用いると、撮像板２の線膨張率を保持板１０の線膨張率よりも高くすることもできる。撮像板２のノイズ低減の観点からは、保持板１０の材料としては４２アロイ等の強磁性体を用いるより、非磁性体を用いることが好ましい。アルミニウム、アルミニウム合金、銅、ステンレスなど、典型的な非磁性体の材料を用いた構成では保持板１０の線膨張率は撮像板２の線膨張率よりも高い。
【００２９】
なお、本発明において、撮像板２および保持板１０に関してその形状を規定する「板状」とは、表面２１０や保持面１１０に垂直な断面の面積が、表面２１０や保持面１１０の面積を超えない程度の厚みを有する形状とする。撮像板２の厚みとは表面２１０と裏面２２０との距離であり、保持板１０の厚みとは保持面１１０とその裏面との距離である。例えば、撮像デバイスが直方体であって、表面２１０の外周の長辺の長さがＬ、短辺の長さがＷ、厚みがＴである場合を想定する。表面２１０の面積はＬ×Ｗであり、表面２１０に垂直な断面の面積断面の面積はＬ×Ｔとなりうるが、板状の撮像デバイス（撮像板）は、Ｗ＞Ｔを満たすべきである。保持板１０についても同様に考えることができる。このような撮像板２、保持板１０を用いた撮像装置１に温度変化が生じると、撮像板２、保持板１０の熱膨張による影響が、表面２１０に垂直な方向に比べて、表面２１０に沿った方向で支配的になる。シリコンを主たる材料とする撮像板２において、シリコン基板２００の厚みＴは、典型的には０．１０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であり、より典型的には０．５０ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。
【００３０】
本発明は、このように互いに線膨張率の異なる撮像板２と保持板１０とを用いた場合に生じ得る両者の熱膨張量の差が、撮像装置１へ及ぼす影響を低減することができる。特に、表面２１０に沿った方向での撮像板２、保持板１０の熱膨張による影響が低減される。具体的な構造について、以下に実施形態を挙げて説明する。
【００３１】
＜第１の実施形態＞
図１（ａ）、（ｂ）を用いて、本発明の撮像装置１の第１の実施形態を説明する。図１（ａ）は撮像装置１を表面２１０側からみた平面図、図１（ｂ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ’断面図である。
【００３２】
保持面１１０と裏面２２０との間には中間部材７が設けられている。中間部材７は裏面２２０と保持面１１０とを接着しており、その結果、撮像板２と保持板１０は、中間部材７によって互いに固定されている。
【００３３】
詳細には、中間部材７は少なくとも裏面２２０の周辺領域２２１と保持面１１０の第３領域１１１との間に位置している。一方、裏面２２０の中央領域２２２の少なくとも一部と保持面１１０の第４領域１１２の少なくとも一部との間には中間部材７は周辺領域２２１と保持面１１０の第３領域１１１との間から延在していない。その結果、中央領域２２２と第４領域１１２との間の少なくとも一部には空隙３００が設けられている。空隙３００は気体が存在する空間（大気圧であってもよいし、大気圧でなくてもよい）である。中央領域２２２と第４領域１１２は部分的に中間部材７で固定されていてもよいが、中央領域２２２と第４領域１１２の全体が中間部材７により固定されないようにする。中央領域２２２の中心と第４領域１１２の中心との間には、中間部材７が周辺領域２２１と保持面１１０の第３領域１１１との間から延在していないようにすることが望ましい。また、中央領域２２２の面積の１／４以上の部分と第３領域１１２の面積の１／４以上の部分との間には、中間部材７が周辺領域２２１と保持面１１０の第３領域１１１との間から延在していないようにすることが好ましい。さらに、中央領域２２２の面積の１／２以上の部分と第３領域１１２の面積の１／２以上の部分との間には、中間部材７が周辺領域２２１と保持面１１０の第３領域１１１との間から延在していないようにすることが好ましい。なお、中央領域２２２と第４領域１１２の間の全体にわたって中間部材７が位置する必要はない。
【００３４】
撮像板２と中間部材７と保持板１０の関係について説明する。撮像板２の線膨張率をＸとし、中間部材７の線膨張率をＹとし、保持板１０の線膨張率をＺ（Ｘ≠Ｚ）とする。そして本発明では、｜Ｘ−Ｙ｜＜｜Ｚ−Ｙ｜という条件（ｉ）を満たす。この条件（ｉ）は、撮像板２の線膨張率Ｘと中間部材７の線膨張率Ｙとの差（｜Ｘ−Ｙ｜中間部材）が、保持板１０の線膨張率Ｚと中間部材７の線膨張率Ｙとの差（｜Ｚ−Ｙ｜中間部材）よりも小さいという条件である。
【００３５】
この条件（ｉ）は、後述する第２〜８の実施形態でも共通に満たされる。Ｘ＜Ｚの場合には０＜Ｙ＜（Ｘ＋Ｚ）／２であり、Ｚ＜Ｘの場合には、Ｙ＞（Ｘ＋Ｚ）／２である。Ｚ＜ＸよりはＺ＞Ｘのほうが好ましい。さらに、｜Ｘ−Ｙ｜＜｜Ｚ−Ｘ｜という条件（ｉｉ）を満たすことが好ましい。この条件（ｉｉ）は、撮像板２の線膨張率Ｘと中間部材７の線膨張率Ｙとの差（｜Ｘ−Ｙ｜）が、撮像板２の線膨張率Ｘと保持板１０の線膨張率Ｚとの差（｜Ｚ−Ｘ｜）よりも小さいという条件である。さらに、｜Ｚ−Ｙ｜＜｜Ｚ−Ｘ｜という条件（ｉｉｉ）を満たすことがより好ましい。この条件（ｉｉｉ）は、保持板１０の線膨張率Ｚと中間部材７の線膨張率Ｙとの差（｜Ｘ−Ｙ｜）が、撮像板２の線膨張率Ｘと保持板１０の線膨張率Ｚとの差（｜Ｚ−Ｘ｜）よりも小さいという条件である。条件（ｉ）〜（ｉｉｉ）をすべて満たすのは、Ｘ＜Ｚの場合にはＸ≦Ｙ＜（Ｘ＋Ｚ）／２であり、Ｚ＜Ｘの場合には（Ｘ＋Ｚ）／２＜Ｙ≦Ｘである。Ｘ＝Ｙとするのが最も好ましい。
【００３６】
線膨張率が異なる部材同士が固定されていると、温度変化によって各部材の熱膨張量には違いが生じ部材間に応力が生じる。上記条件によれば、撮像板２と中間部材７との間に生じる熱膨張差を、保持板１０と中間部材７との間に生じる熱膨張差よりも小さくすることができる。加えて、裏面２２０の中央領域２２２と保持面１１０の第３領域との間の少なくとも一部に中間部材７が位置しないことにより、撮像板２と中間部材７との間に生じる応力を小さくすることができる。これは、中間部材７の熱膨張を撮像装置１の内側（第４領域１１２および中央領域２２２）に向かう方向と、撮像装置１の外側（第５領域１１３）に向かう方向とに分散させることが一因と考えられる。これらの結果、撮像板２への応力の影響を低減することができると考えられる。
【００３７】
中間部材７の幅（裏面２２０の中心から裏面２２０の外周へ向かう方向における中間部材７の長さ）は極力短いことが好ましい。中間部材７の幅が極端に大きくなると中間部材７の熱膨張が大きくなり、撮像板２と中間部材７との間及び／又は中間部材７と保持板１０との間に生じる応力が無視できなくなる場合がある。そのため、中間部材７の幅は、後述する延在部７１を含めて、上記方向における裏面２２０の中心から裏面２２０の外周までの距離（典型的にはＷ／２またはＬ／２）以下であることが好ましい。さらに、中間部材７の幅は、上記方向における裏面２２０の中心から裏面２２０の外周までの距離の２／３以下であることが好ましく、１／４以下であることがより好ましい。中間部材７の撮像板２側の面積は、撮像板２の表面２１０の面積の１／２以下であることが好ましく、１／４以下であることがより好ましい。
【００３８】
中間部材７の材料は撮像板２と保持板１０とを固定可能であって、上記条件を満たしていれば特に限定されない。中間部材７と撮像板２、保持板１０との接合は中間部材７の接着性や粘着性を利用した接着、あるいは、溶着や溶接を用いることができる。ただし溶着や溶接は高温加熱工程を経るため、温度変化の影響が大きく、接着を用いるのが好ましい。同様の理由で、接着する場合には常温で固化可能な接着剤を用いることが好ましい。例えば乾燥、化学反応、光硬化等によって常温で固化する接着剤を用いることができる。
【００３９】
図１（ａ）の例では点線で示す様に、中間部材７は空隙３００を切れ目なく囲むように閉ループ状に配されているが、中間部材７に切れ目を設けてもよい。中間部材７に切れ目を設けておくと、その切れ目で熱膨張の余地が増えるため、中間部材７が空隙３００を切れ目なく囲むように設ける場合に比べて、応力を低減することができる。
【００４０】
図１について、ほかの構成について説明する。
保持板１０には接着剤１４を介して回路部材９が固定されている。接着剤１４としてはエポキシ樹脂やシート接着剤など公知の接着剤を用いることができる。撮像板２の第２領域２１２には電極６が配されており、電極６と回路部材９がボンディングワイヤによって接続されている。なお、本発明でいうボンティングワイヤとは、導体同士（電極６と回路部材９）を、金属細線（単体でもよいし合金でもよい）をワイヤボンディング法によって電気的に接続したものを意味する。ここでは回路部材９はフレキシブルプリント回路板（ＦＰＣ）であるが、リジッドプリント回路板であってもよいし、リードであってもよいし、ＬＧＡ（Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）であってもよい。回路部材９は連続した一つの部材であってもよいが、回路部材９の面積が大きくなると熱膨張が大きくなるために、複数に分離して配置することが好ましい。フレキシブルプリント回路板を保持板１０ではなく撮像板２の第２領域２１２に接着して、表面２１０上で電極６とフレキシブルプリント回路板とをボンディングワイヤで接続してもよい。また、電極６とフレキシブル回路板とを異方性導電性接着剤（ＡＣＦ）で接続して電気的及び機械的接続を得てもよい。
【００４１】
＜第２の実施形態＞
図２（ａ）、（ｂ）を用いて、第２の実施形態について説明する。図２（ａ）は撮像装置１を表面２１０側からみた平面図、図２（ｂ）は図２（ｂ）のＢ−Ｂ’断面図である。図１と同様の機能を有する部分には同じの符号を付し詳細な説明は省略する。第２の実施形態では、中間部材７は周辺領域２２１に接着剤１３で固定されている。接着剤１３としては一般的なダイボンドペーストを用いることができる。中間部材７と第３領域１１１との固定は、接着剤１３と同じ接着剤を用いてもよいが、図２の形態では緩衝部材１１を用いている。中間部材７と撮像板２、保持板１０との固定は接着剤に限定されるものではなく、溶着や溶接などであってもよいが、第１の実施形態で説明した理由から接着剤が好ましい。
【００４２】
本実施形態では、それ自体は接着性を有しない中間部材７を用いることができる。シリコンやガラス等の一般的な撮像板２の材料は接着性を有しないが、接着剤１３を用いることで、中間部材７として撮像板２の主たる材料と同じ材料を用いることができる。つまり、撮像板２の主たる材料がシリコンであれば中間部材７の主たる材料としてシリコンを用いることができ、撮像板２の主たる材料がガラスであれば中間部材７の主たる材料としてガラスを用いることができる。その結果、中間部材７の線膨張率と撮像板２の線膨張率の差（｜Ｘ−Ｙ｜）を０またはほぼ０にすることが可能となる。特に、撮像板２の主たる材料がシリコンである場合には、熱膨張がシリコン基板の結晶構造に歪みを生じて、暗電流の一因となることが考えられるため、本発明を好適に適用することができる。表面２１０の寸法（四角形の場合は対角、円形の場合は直径である）が１００ｍｍ以上である場合には、中間部材７に撮像板２の材料と同じ材料を用いて、中間部材７の線膨張率と撮像板２の線膨張率の差を十分に小さくすることが望ましい。
【００４３】
接着剤や緩衝部材の線膨張率は特に限定されないが、厚みを薄くすることで接着剤や緩衝剤の熱膨張の影響を低減することができる。一方、中間部材７の厚みは大きいほど本実施形態の効果は大きくなる。実用的には、中間部材７の厚みは０．１０ｍｍ以上である。中間部材７の厚みを、周辺領域２２１と保持面１１０（第３領域１１１）との距離の半分以上とすることが好ましい。中間部材７の厚みが０．５０ｍｍ以上であることがより好ましい。一方、中間部材７の厚みが極端に大きいと、表面２１０に垂直な方向で、表面２１０に変位が顕著になる場合がある。そのため、中間部材の厚みは２．０ｍｍ以下であることが好ましく、１．０ｍｍ以下であることがより好ましい。特に撮像板２および中間部材７の主たる材料がシリコンである場合には、中間部材７の厚みを０．５０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下にすることが好ましい。
【００４４】
図１（ａ）の例では、中間部材７は連続した１つの部材としたが、図２（ａ）の例では、中間部材７は分離した複数の（ここでは２つの）部材である。このように、中間部材７を分離して配置すると、中間部材７の熱膨張の影響を小さくすることができる。複数の中間部材７の各々の撮像板２側の面積は、撮像板２の表面２１０の面積の１／４以下であることが好ましい。
【００４５】
緩衝部材１１としては、厚みが０．１０ｍｍ以上、かつ、ヤング率が１００ＭＰａ以下であると好ましい。緩衝部材１１の厚みが極端に厚くなると、撮像板２が保持板１０に対して不安定になりやすいため、緩衝部材１１の厚みは１．０ｍｍ以下であることが好ましく、０．５０ｍｍ以下であることがより好ましい。緩衝部材１１の具体的な材料としては、ゲル状シートや、粘着ゴムシート、液状接着剤、低弾性樹脂、両面テープを用いることができる。このような緩衝部材１１を用いることにより、撮像板２と中間部材７との間の応力に比べて大きくなりやすい、保持板１０と中間部材７との間の応力を低減することができる。これにより、中間部材７が保持板１０から剥離する可能性を低減し、保持板１０と中間部材７の固定の信頼性を向上することができる。
【００４６】
＜第３の実施形態＞
図３（ａ）、（ｂ）を用いて、第３の実施形態について説明する。図３（ａ）は撮像装置１を表面２１０側からみた平面図、図３（ｂ）は図３（ｂ）のＣ−Ｃ’断面図である。図１，２と同様の機能を有する部分には同じの符号を付し詳細な説明は省略する。第３の実施形態では、中間部材７として、回路部材９（フレキシブルプリント回路板）を用いている。
【００４７】
一般的なフレキシブルプリント回路板の線膨張率は１０×１０−６〜２０×１０−６／Ｋである。このような構成であれば、撮像装置１内での線膨張率が異なる部材の数を減らせるので、熱応力の発生個所を削減することができる。
回路部材９は接着剤１３で周辺領域２２１に固定されており、接着剤１４で第３領域１１１に固定されている。接着剤１４の代わりに、第２の実施形態で説明した緩衝部材１１を用いると好ましい。
【００４８】
＜第４の実施形態＞
図４（ａ）、（ｂ）を用いて、第４の実施形態について説明する。図４（ａ）は撮像装置１を表面２１０側からみた平面図、図４（ｂ）は図４（ｂ）のＤ−Ｄ’断面図である。図１〜３と同様の機能を有する部分には同じの符号を付し詳細な説明は省略する。中間部材７が周辺領域２２１と第３領域１１１との間に位置する点は、第１〜第３の実施形態と同様である。本実施形態では、中間部材７は周辺領域２２１と第３領域１１１との間から第５領域１１３上（周辺領域２２１の外側）に延在している。中間部材７の第５領域１１３上の部分を延在部７１と呼ぶ。延在部７１には、回路部材９が接着剤１４で固定されている。そして、中間部材７上の領域で電極６と回路部材９とがボンディングワイヤ１２で電気的に接続されている。かかる構成によれば、第２の実施形態に比べて、撮像装置１の温度上昇に伴う電極６と回路部材９との距離拡大を低減できるため、ボンディングワイヤ１２の断線確率を低減することができ、電気的接続の信頼性を向上することができる。
【００４９】
＜第５の実施形態＞
図５（ａ）、（ｂ）を用いて、第５の実施形態について説明する。図１〜４と同様の機能を有する部分には同じの符号を付し詳細な説明は省略する。本実施形態は、回路部材９が延在部７１上から中間部材７と周辺領域２２１との間に延在する点が、第４の実施形態と異なる。かかる構成によれば、回路部材９が撮像板２と中間部材７とに挟まれているため、撮像板２と回路部材９との相対的な変位を低減できるため電気的接続の信頼性を向上することができる。本実施形態でもボンディングワイヤを用いることができるが、図５に示したように、撮像板２の周辺領域２２１（裏面２２０）に配された電極６と回路部材９とを、ボンディングワイヤを用いずにフリップチップ接続することができる。これにより、ボンディングワイヤに生じやすい断線の問題がない構造を採用でき、電気的接続の信頼性、耐久性を一層向上することができる。
【００５０】
＜第６の実施形態＞
図６（ａ）、（ｂ）を用いて、第６の実施形態について説明する。図１〜５と同様の機能を有する部分には同じの符号を付し詳細な説明は省略する。本実施形態は、第５の実施形態とは、回路部材９が、中間部材７と周辺領域２２１との間から、中央領域２２２と第４領域１１２との間に延在する点が異なる。なお、図６では回路部材９の一部が延在部７１上に位置する例を示したが、延在部７１上には位置しなくてもよいし、延在部７１を設けなくてもよい。また、図６では撮像板２の電極６と回路部材９との電気的な接続にボンディングワイヤ１２を用いた例を示したが、図５で示したような、裏面２２０に設けられた電極６と回路部材９とをフリップチップ接続してもよい。
【００５１】
図６（ａ）は本実施形態の一例であり、中央領域２２２と第４領域１１２との間に電子回路１９が設けられている。電子回路１９は中央領域２２２と第４領域１１２との間に延在する回路部材９と電気的に接続されている。電子回路１９は、信号処理用あるいは駆動用のＩＣ１６や、抵抗、キャパシタ、インダクタ等の受動素子（不図示）、これらを搭載する基板１９、回路部材９と接続するためのコネクタ１８などを含むことができる。このように、保持板１０と撮像板２との間に電子回路１９を配置することにより、撮像装置１全体を薄型化することが可能となる。
【００５２】
図６（ｂ）は本実施形態の別の例であり、保持板１０の、中央領域２２２に対応する領域には開口２０が設けられている。したがって、この例では、第４領域１１２は保持面１１０（第３領域１１１）を含む仮想平面の領域である。そして、開口２０を介して回路部材９が、保持板１０の撮像板２側とは反対側（保持板１０の裏側）へ引き出されている。開口２０を介して裏側へ引き出された回路部材９に、上述の電子回路１９が接続されている。この例では、発熱源となり得る電子回路１９を、図６（ａ）の例よりも撮像板２から離すことができるため、撮像板２の温度変化が生じにくい撮像装置１を得ることができる。そのため、撮像板２に生じる熱膨張を減少させることができる。また、撮像板２自体の温度変化によって生じるランダムノイズの影響を低減できるとともに、電子回路１９が発生する電磁波の撮像板２への影響も低減し、ノイズの少ない画像を得ることができる。
【００５３】
＜第７の実施形態＞
図７（ａ）、（ｂ）を用いて、第７の実施形態について説明する。図１〜６と同様の機能を有する部分には同じ符号を付し詳細な説明は省略する。本実施形態は、図７（ａ）に示したように、中央領域２２２と第４領域１１２との間に間隔規定部材８を撮像板２及び保持板１０の双方に固定して配置する。これにより、空隙３００を確実に設けることができるとともに、振動等による表面２１０に垂直な方向における撮像板２の変位を抑制することができる。
【００５４】
さらに、図７（ｂ）に示す様に、間隔規定部材８の厚みを、周辺領域２２１と第３領域１１１との距離よりも薄くして、撮像板２及び保持板１０の双方に固定して配置することもできる。このようにすると撮像板２の第１領域２１１が保持板１０側に引っ張られるので、表面２１０を凹状に反らせることもできる。撮像板２の面積および空隙３００の面積を十分に大きくすることで、間隔規定部材８を用いずに、撮像板２の自重によって、表面２１０を凹状に反らせてもよい。このように、表面２１０が凹面を成すことによって、対物レンズ等による像面湾曲収差を低減することができる。第１領域２１１（画素領域）の面積が大きくなると、第１領域の端部での収差が大きくなりやすいので、このような構成は好適である。
【００５５】
＜第８の実施形態＞
図８（ａ）、（ｂ）を用いて、第８の実施形態について説明する。図１〜７と同様の機能を有する部分には同じ符号を付し詳細な説明は省略する。図８（ａ）は、その一部に図４（ａ）のＤ−Ｄ’断面を含む、撮像装置１の断面図であり、図８（ｂ）は、その一部に図４（ａ）のＥ−Ｅ’断面を含む撮像装置１の断面図である。なお、図４（ａ）においてＤ−Ｄ’断面とＥ−Ｅ’断面は互いに直交する断面である。
【００５６】
本実施形態の撮像装置１は、図８（ａ）、（ｂ）に示す様に、撮像板２の表面２１０側に保護板２１が配されている。保護板２１は保持板１０の第５領域１１３上に配された支持部材２２に支持されている。保護板２１は撮像板２から離れて設けると良く、支持部材２２の高さを適宜設定することで、保護板２１の撮像板２からの高さを設定することができる。図８（ｂ）の例では、支持部材２２は、図４（ａ）に示した、第５領域１１３に設けられたビス穴１５を介して、ビス２４で保持板１０に固定されている。ビス２４を用いずに、接着剤や溶接等で支持部材２２を保持板１０に固定してもよい。また、保持板１０と支持部材２２とを一体成型して、保持板１０自体が保護板２１を支持するように構成してもよい。ここでは図４（ａ）〜（ｃ）に示した第４の実施形態に、保護板および支持部材２２、ビス２４を追加して本実施形態とした例を用いて説明する。しかしながら、本実施形態は、第１〜７の実施形態のいずれにも適用が可能であり、図１（ａ），図２（ａ），図３（ａ），図５（ａ）にもビス穴１５を示している。
【００５７】
支持部材２２を撮像板２の第２領域２１２上に配してもよいが、撮像板２への取り付け時や使用時の衝撃を低減する点では、第５領域１１３上に配するのが良い。支持部材２２は剛性を有するように金属製であることが好ましく、保持板１０と同じ材料を用いてもよい。支持部材２２を枠状とすることで、保持板１０および保護板２１とともに撮像板２を囲む、封止パッケージ（外囲器）を成すこともできる。封止パッケージにより表面２１０への機械的なダメージや埃等の異物の付着を抑制することができる。なお支持部材２２を枠状とする場合、支持部材２２と保持板１０との間に隙間２３を設けたり、支持部材２２に開口を設けたりすることで、隙間２３や開口から回路部材９を外部に引き出すことができる。
【００５８】
保護板２１は少なくとも撮像板２に入射するべき光が透過可能な透明性を有している。保護板２１は一つ以上のフィルタ機能を有していてもよい。フィルタ機能は保護板自体の表面処理や保護板用基板上に配したフィルムによって実現可能である。フィルタとしては、特定の空間周波数帯域をカットするローパスフィルタあるいはハイパスフィルタであってもよいし、特定の波長の光を撮像板に入射させないための波長選択フィルタでもよい。波長選択フィルタとしては例えば赤外線フィルタや、カラーフィルタを用いることができる。典型的には、保護板あるいは保護板用基板にはガラスを用いることができる。
【００５９】
＜第９の実施形態＞
図１１を用いて、第９の実施形態として、撮像装置１およびそれを用いた撮像システム１００１の一例を説明する。本実施形態は、第１〜８の実施形態のいずれにも適用が可能である。撮像システム１００１は、撮像装置１と、撮像装置１からの出力信号が入力され、当該出力信号を処理する信号処理装置１０００とを備える。図１１は、撮像システム１００１の一例を示す図である。信号は、撮像装置１のＯＵＴ１、ＯＵＴ２から出力される。ここでは、出力経路をＯＵＴ１、ＯＵＴ２の２つを設けた例を示したが、出力経路は、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。ＯＵＴ１、ＯＵＴ２は、上記した電極６、あるいは、回路部材９に相当する。出力信号は、信号処理装置１０００のＩＮに入力される。出力信号は、電流信号あるいは電圧信号などの電気信号であってもよいし、電波信号、光信号であってもよい。また、出力信号はアナログ信号であってもよいしデジタル信号であってもよい。
【００６０】
信号処理装置１０００を、ＩＮに信号を入力することにより、ＯＵＴ３から画像信号を出力するように構成する。第６実施形態で説明した電子回路１９が信号処理装置１０００を成すように構成することもできる。
【００６１】
図１１に示した撮像装置１の一例を説明する。本例では、撮像装置１に画素増幅型の撮像板を用いている。図１１において、撮像装置１の撮像板は、画素領域７１１と、垂直走査回路７１２と、２つの読み出し回路７１３と、２つの水平走査回路７１４と、２つの出力アンプ７１５を備えている。画素領域７１１以外の領域を周辺回路領域とも称する。
【００６２】
画素領域７１１には、多数の受光素子２１３が２次元状に配列されている。各受光素子１が１画素に相当する。周辺回路領域には、図１１を用いて説明したトランジスタ２３１で構成された読み出し回路７１３、例えば、列アンプ、ＣＤＳ回路、加算回路等が設けられ、垂直走査回路７１２によって選択された行の画素から垂直信号線を介して読み出された信号に対して増幅、加算等を行う。列アンプ、ＣＤＳ回路、加算回路等は、例えば、画素列又は複数の画素列毎に配置される。水平走査回路７１４は、読み出し回路７１３の信号を順番に読み出すための信号を生成する。出力アンプ７１５は、水平走査回路６１４によって選択された列の信号を増幅して出力する。
【００６３】
以上の構成は、撮像装置１の一つの構成例に過ぎず、これに限定されるものではない。ここでは、読み出し回路６１３と水平走査回路６１４と出力アンプ６１５とは、２系統の出力経路（ＯＵＴ１、ＯＵＴ２）を構成するため、画素領域６１１の両側に１つずつ配置されている。
【００６４】
代表的な撮像システム１００１としてはスチルカメラやビデオカメラ等のカメラが挙げられる。撮像システム１００１は、撮像板２に結像するために、レンズやミラー等の光学部材で構成される結像手段を備えることができる。また、撮像システム１００１は、得られた画像を記憶する記憶手段を備えることもできる。また、撮像システム１００１は、撮像装置１を移動可能にする移動手段（不図示）を備えることもできる。移動手段としては、電動モーターやレシプロエンジン、ロータリーエンジン等を動力源とする車輪が挙げられる。また、移動手段としては、プロペラ、タービンエンジン、ロケットエンジン等の推進装置も挙げられる。このような、移動手段を備える撮像システムは、自動車や鉄道車両、船舶、航空機、人工衛星等に、撮像装置１および信号処理装置１０００を搭載することにより実現が可能である。
【実施例】
【００６５】
本実施例では、図４（ａ）、（ｂ）および図８（ａ）、（ｂ）で示した形態の撮像装置１を作製した例を説明するが、本発明はこの実施例に限定されることなく設計変更が可能である。
【００６６】
図１０（ａ）に示す様に、厚み０．７７５ｍｍ、直径３００ｍｍの円形のシリコンウエハ７０に、０．３５μｍ−ＣＭＯＳプロセスによって、画素領域を形成した。シリコンウエハ７０の線膨張率は２．６×１０−６／Ｋであった。画素領域は、画素ピッチを縦１６０μｍ、横１６０μｍとして、縦１２８０画素、横１２４８画素（内、有効画素は縦１２８０画素、横１１２８画素）を２次元状に配列した。配線用の金属層としては、３層のアルミニウム層を用いた。画素領域の大きさは縦２０５ｍｍ、横２００ｍｍであった。画素領域外（縦２０５ｍｍ、横１ｍｍの領域×２）には電極６が縦方向に１次元状に配列されている。その後、シリコンウエハ７０を、図１０（ａ）に破線で示す様に略正方形状にダイシングして、縦２０５ｍｍ、横２０２ｍｍ、対角２８７ｍｍの撮像板２（ＣＭＯＳイメージセンサー）を作製した。撮像板２の面積は表面２１０、裏面２２０とも４１４１０ｍｍ２である。
【００６７】
保持板１０として、縦３４０ｍｍ×横３４０ｍｍの正方形状で、厚み３ｍｍのアルミニウム板を用意した。アルミニウム板の線膨張率は２４×１０−６／Ｋであった。保持板１０の表面は反射防止のためブラックアルマイト処理にて黒色とした。
【００６８】
まず、上記ダイシング時に生じたシリコンウエハ７０の２枚の断片７０１、７０２を中間部材７として準備した。勿論、撮像板２を作製するために用いたシリコンウエハ７０の断片７０１、７０２ではなく、別のシリコン板を中間部材７に用いてもよい。しかしながら、撮像板２と同一工程（熱処理工程等）を経たシリコンウエハ７０の断片７０１、７０２を用いると、撮像板２と中間部材７の熱特性の違いを小さくできるため好ましい。この断片７０１、７０２の最大幅は、それぞれ４９ｍｍである。ここでは、断片７０１、７０２の円弧状の辺を残したが、断片７０１、７０２の円弧状の辺の付近を切断して短冊状に加工し、短冊状の断片を中間部材７として用いてもよい。また、回路部材９として銅配線がパターニングされたポリイミド製のＦＰＣを片側５枚ずつの計１０枚を準備した。
【００６９】
断片７０１、７０２の、中間部材７の延在部７１に相当する部分に、接着剤１４として、日立化成工業社製の熱硬化型銀ペースト接着剤を塗布した。計１０枚のＦＰＣを、接着剤１４を介して断片７０１、７０２に５枚ずつ固定した。ここで回路部材９を複数準備した目的は断片７０１、７０２からＦＰＣが剥離することを抑制するためである。接着剤１４の硬化条件は１５０℃オーブンにて１時間とした。
【００７０】
接着剤１４が硬化した後、ＦＰＣが問題なく良品として使えることを確認し、断片７０１、７０２に、接着剤１３として、パナソニック電工社製の熱硬化型液状エポキシ接着剤を塗布した。接着剤１３上に電極６が位置するように、撮像板２を計２枚のＦＰＣ付き断片７０１、７０２上に載せて、接着剤１３を介して断片７０１、７０２を撮像板２に固定した。ここでは、画素領域の一部と画素領域外の領域とを含む、裏面２２０の外周から１ｍｍまでの領域を周辺領域２２１としている。また、十分な接着面積を得るために断片７０１、７０２は、画素領域の一部に対応する、中央領域２２２の一部にも接着した。接着剤１３の硬化条件は１５０℃オーブンにて１時間とした。なお、接着剤１３の熱硬化後のヤング率は１ＧＰａ以上であった。このようにして、図１０（ｂ）に示す様に、撮像板２と断片７０１、７０２、回路部材９が相互に固定された部材を作製した。
【００７１】
次に、１５０℃に加温されたボンディングステージに、一体となった撮像板１０と断片７０１、７０２を載せ、ワイヤボンディング法でＦＰＣの端子と電極６とを接続した。このとき、断片７０１、７０２に接着された撮像板２はボンディングステージの熱の影響による反りが発生しなかった。また、ワイヤボンディングの接続の信頼性の観点からは、撮像板２の下地が十分に硬いことが好ましい。撮像板２と断片７０１、７０２の固定に用いた接着剤１３は、ヤング率が１ＧＰａ以上と硬い接着剤であるため、ワイヤボンディング法が問題なく実施できた。
【００７２】
次に、保持板１０上の第３領域１１１に相当する領域に、緩衝部材１１として、不織布を基材とした日東電工社製の両面テープ５０１１Ｎ（厚み０．１５ｍｍ）を貼り付けた。なお、両面テープ５０１１Ｎのヤング率が１００ＭＰａ以下であることを予め確認している。緩衝部材１１上に撮像板２に固定された断片７０１、７０２を載せて、断片７０１、７０２および撮像板２を、緩衝部材１１を介して保持板１０に固定した。撮像板２の中央領域２２１と保持板１０の第３領域１１１との距離は１．０ｍｍであった。以上のようにすることにより、断片７０１、７０２が中間部材７として機能する。
【００７３】
支持部材２２として、ブラックアルマイト処理を実施した幅１０ｍｍ、高さ１０ｍｍのアルミニウム枠を、保持板１０にネジ止めした。支持部材２２に撮像板２の保護板２１として加工したアクリル板（縦３２ｍｍ、横３２ｍｍ、厚み５ｍｍ）を接着した。以上のようにして、図８（ａ）、（ｂ）に示した撮像装置１を作製した。
【００７４】
環境試験室で環境温度を−２０°Ｃから＋６０℃まで変化させたが、撮像板２の反りの変化や剥離、ボンディングワイヤ１２の断線は確認されなかった。その後、０．３ｌｘという低照度環境で撮影を行ったところ、鮮明な画像を取得することができた。
【符号の説明】
【００７５】
１ 撮像装置
２ 撮像板
２１０ 表面
２１１ 第１領域
２１２ 第２領域
２２０ 裏面
２２１ 周辺領域
２２２ 中央領域
７ 中間部材
７１ 延在部
９ 回路部材
１０ 保持板
１１ 緩衝部材
１１０ 保持面
１２ ボンディングワイヤ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光が入射する表面と、中心を含む中央領域および前記中央領域を囲む周辺領域を有する裏面と、を有する撮像板と、
前記撮像板を前記裏面側から保持するための保持面を有する保持板と、を備えた撮像装置において、
前記周辺領域と前記保持面との間に、前記撮像板および前記保持板に対して固定された中間部材が配置されているとともに、前記中央領域の少なくとも一部と、前記保持面を含む平面における前記中央領域の正射影の領域の少なくとも一部との間には前記中間部材が延在せずに空隙が設けられており、
前記撮像板の線膨張率と前記中間部材の線膨張率との差が、前記保持板の線膨張率と前記中間部材の前記線膨張率との差よりも小さいことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記撮像板の前記線膨張率と前記中間部材の前記線膨張率との前記差が、前記撮像板の前記線膨張率と前記保持板の前記線膨張率との差よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記中間部材の厚みが、前記保持面と前記周辺領域との距離の半分以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記中間部材は、前記周辺領域と前記保持面との間にて、複数に分離して設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記中間部材と前記保持面との間には緩衝部材が設けられており、前記緩衝部材のヤング率が１００ＭＰａ以下であって、厚みが０．１０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記撮像板と電気的に接続された回路部材を備え、前記回路部材は前記中間部材に固定されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記中間部材は、前記周辺領域の外側に延在する延在部を有しており、前記回路部材は前記延在部に固定されていることを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記回路部材は、前記中間部材と前記周辺領域との間に配置されていることを特徴とする請求項６または７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記撮像板と前記回路部材は、ボンティングワイヤによって電気的に接続されていることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記撮像板および前記中間部材の主たる材料はシリコンであることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記中間部材の厚みは０．５０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１０に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記表面が凹面を成していることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記表面の面積が３００ｍｍ２以上であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１４】
前記表面の面積が１００００ｍｍ２以上であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の撮像装置と、前記撮像装置からの出力信号が入力され、前記出力信号を処理して画像信号を出力する信号処理装置と、を備えることを特徴とする撮像システム。
【請求項１】
光が入射する表面と、中心を含む中央領域および前記中央領域を囲む周辺領域を有する裏面と、を有する撮像板と、
前記撮像板を前記裏面側から保持するための保持面を有する保持板と、を備えた撮像装置において、
前記周辺領域と前記保持面との間に、前記撮像板および前記保持板に対して固定された中間部材が配置されているとともに、前記中央領域の少なくとも一部と、前記保持面を含む平面における前記中央領域の正射影の領域の少なくとも一部との間には前記中間部材が延在せずに空隙が設けられており、
前記撮像板の線膨張率と前記中間部材の線膨張率との差が、前記保持板の線膨張率と前記中間部材の前記線膨張率との差よりも小さいことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記撮像板の前記線膨張率と前記中間部材の前記線膨張率との前記差が、前記撮像板の前記線膨張率と前記保持板の前記線膨張率との差よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記中間部材の厚みが、前記保持面と前記周辺領域との距離の半分以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記中間部材は、前記周辺領域と前記保持面との間にて、複数に分離して設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記中間部材と前記保持面との間には緩衝部材が設けられており、前記緩衝部材のヤング率が１００ＭＰａ以下であって、厚みが０．１０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記撮像板と電気的に接続された回路部材を備え、前記回路部材は前記中間部材に固定されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記中間部材は、前記周辺領域の外側に延在する延在部を有しており、前記回路部材は前記延在部に固定されていることを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記回路部材は、前記中間部材と前記周辺領域との間に配置されていることを特徴とする請求項６または７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記撮像板と前記回路部材は、ボンティングワイヤによって電気的に接続されていることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記撮像板および前記中間部材の主たる材料はシリコンであることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記中間部材の厚みは０．５０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１０に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記表面が凹面を成していることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記表面の面積が３００ｍｍ２以上であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１４】
前記表面の面積が１００００ｍｍ２以上であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の撮像装置と、前記撮像装置からの出力信号が入力され、前記出力信号を処理して画像信号を出力する信号処理装置と、を備えることを特徴とする撮像システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１７５２７３（Ｐ２０１２−１７５２７３Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３３６９３（Ｐ２０１１−３３６９３）
【出願日】平成２３年２月１８日（２０１１．２．１８）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１８日（２０１１．２．１８）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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