JP2005353799A

JP2005353799A - リニアセンサー

Info

Publication number: JP2005353799A
Application number: JP2004172224A
Authority: JP
Inventors: Seiya Shimoji; 誠也下地; Katsumoto Yamada; 勝基山田
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2004-06-10
Filing date: 2004-06-10
Publication date: 2005-12-22

Abstract

【課題】リニアセンサーにおいて、カラーフィルタの両側端に側端遮光壁を、またカラーフィルタ間にＣＦ間遮光壁を設けることなく、リニアセンサーが装着されたカメラの撮像レンズから斜めに入射する光を遮光することのできるリニアセンサーを提供すること。
【解決手段】少なくとも光電変換素子、カラーフィルタ、平坦化層、マイクロレンズを一次元に配列したリニアセンサーにおいて、平坦化層１４上のマイクロレンズ５の配列の両側端に、斜めに入射する光を遮光するためのマイクロレンズ１５を形成したこと。
【選択図】図６

Description

本発明は、ＣＣＤやＣＭＯＳリニアセンサーに関するものであり、特に、素子配列の両側端に遮光層を設けることなく斜めに入射する光を遮光することのできるリニアセンサーに関する。

図１は、ＣＣＤやＣＭＯＳリニアセンサーの一例の部分平面図である。また、図２は、図１のＸ−Ｘ’線における断面図である。
図１に、Ｓｉ基板上に形成されたＣＣＤやＣＭＯＳ素子の受光部（２）を示すように、この一例のリニアセンサーは、図１中、白太矢印で示す上下方向にＣＣＤやＣＭＯＳ素子が多数個設けられいる。この多数個設けられいるＣＣＤやＣＭＯＳ素子の配列は３列（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）である。

図１、及び図２に示すように、Ｓｉ基板（１）上に形成されたＣＣＤやＣＭＯＳ素子の配列の受光部（２）上には、カラーフィルタ（３）、平坦化層（４）、及びマイクロレンズ（５）が順次に積層して形成されている。
カラーフィルタ（３）は、色分解を行う赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）３色のカラーフィルタ（３Ｒ、３Ｇ、３Ｒ）で構成される。カラーフィルタ（３）は、ストライプ状であり、ＣＣＤやＣＭＯＳ素子の配列の３列（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）に対応し、例えば、図１、図２中、左方から赤色カラーフィルタ（３Ｒ）、緑色カラーフィルタ（３Ｇ）、青色カラーフィルタ（３Ｂ）の順に、受光部（２）上に設けられ、上記素子の配列に各々、色分解のための赤色リニアセンサー、緑色リニアセンサー、青色リニアセンサーの機能を与えている。

また、受光部（２）上に設けられたストライプ状のカラーフィルタ（３）の両側端には、側端遮光壁（６）が設けられており、また各カラーフィルタ間の上部には、カラーフィルタ間遮光壁（ＣＦ間遮光壁）（７）が設けられている。
側端遮光壁（６）及びＣＦ間遮光壁（７）は、斜めに入射する光を遮光するためのものである。
また、平坦化層（４）は、カラーフィルタ（３）、側端遮光壁（６）及びＣＦ間遮光壁（７）が設けられたＳｉ基板（１）上の全面に設けられている。
また、マイクロレンズ（５）は、上記素子の配列の各受光部（２）に対応して平坦化層（４）上に３列に設けられている。

このようなリニアセンサーにおいて、各々のマイクロレンズ（５）は、リニアセンサーが装着されたカメラの撮像レンズを通過した光を各々のマイクロレンズ（５）の画素領域内に取り込み、各々の受光部（２）に集光し、リニアセンサーの見かけ上の開口率を向上させている。

上記側端遮光壁（６）及びＣＦ間遮光壁（７）は、斜めに入射する光を遮光するためのものであるが、仮に、側端遮光壁（６）が設けられていないとすると、図２に示す、カラーフィルタ（３）の左側端において、斜めに入射する光（Ｎ１）は、点線で示すように、赤色カラーフィルタ（３Ｒ）を経て赤色光となり、受光部（２）に達する。すなわち、本来の赤色カラーフィルタ（３Ｒ）上方のマイクロレンズ（５）が取り込んだ光に加えて、好ましくない光が受光部（２）に達することになる。

また、同様に、斜めに入射する光（Ｎ２）は、点線で示すように、赤色カラーフィルタ
（３Ｒ）を経て赤色光となり、更に、緑色カラーフィルタ（３Ｇ）を経て受光部（２）に達する。すなわち、本来の緑色カラーフィルタ（３Ｇ）上方のマイクロレンズ（５）が取り込んだ光に加えて、好ましくない光が受光部（２）に達することになる。

また、仮に、図２に示す、赤色カラーフィルタ（３Ｒ）と緑色カラーフィルタ（３Ｇ）との間のＣＦ間遮光壁（７Ｇ）が設けられていないとすると、斜めに入射する光（Ｎ３）は、点線で示すように、緑色カラーフィルタ（３Ｇ）を経て緑色光となり、更に、青色カラーフィルタ（３Ｂ）を経て青色カラーフィルタ（３Ｂ）下の受光部（２）に達する。

これら好ましくない光が受光部に達する現象を混色と称しており、この混色は本来の色分解の機能を阻害するものである。従って、ＣＣＤやＣＭＯＳリニアセンサーにおいては、図１、及び図２に示すように、混色を回避するために、カラーフィルタ（３）の両側端には、側端遮光壁（６）を設け、また赤色カラーフィルタ（３Ｒ）と緑色カラーフィルタ（３Ｇ）との間、及び緑色カラーフィルタ（３Ｇ）と青色カラーフィルタ（３Ｂ）との間にＣＦ間遮光壁（７）を設けている。

側端遮光壁（６）及びＣＦ間遮光壁（７）は、遮光性の良い材料、例えば、黒色の色素を含有させた樹脂を用いて形成されるのが好ましい。しかし、側端遮光壁（６）及びＣＦ間遮光壁（７）の形成に際しては、側端遮光壁（６）及びＣＦ間遮光壁（７）を形成することによって工数が増加しないように、材料として、黒色の色素を含有させた樹脂を用いずに、遮光性能は劣るものの、カラーフィルタ形成用の着色樹脂を用い、カラーフィルタ（３）の形成時に同時に重ね合わせ層を形成することが多い。

図２に示す側端遮光壁（６）は、３層の重ね合わせによって形成されたものである。また、赤色カラーフィルタ（３Ｒ）と緑色カラーフィルタ（３Ｇ）との間に設けられているＣＦ間遮光壁（７Ｇ）は、赤色カラーフィルタ（３Ｒ）の形成後に、緑色カラーフィルタ（３Ｇ）の形成と同時に、赤色カラーフィルタ（３Ｒ）の上部の緑色カラーフィルタ（３Ｇ）側の端に形成されたものである。
同様に、緑色カラーフィルタ（３Ｇ）と青色カラーフィルタ（３Ｂ）との間に設けられているＣＦ間遮光壁（７Ｂ）は、青色カラーフィルタ（３Ｂ）の形成と同時に形成されたものである。

しかしながら、カラーフィルタ形成用の着色樹脂を用い、カラーフィルタ（３）の形成時に同時に重ね合わせ層の側端遮光壁（６）及びＣＦ間遮光壁（７）を形成すると、図３に示すように、カラーフィルタの膜厚（Ｔ１）に対し、側端遮光壁（６）の膜厚（Ｔ２）、及びＣＦ間遮光壁（７）の膜厚（Ｔ３）は厚くなる。

このことは、カラーフィルタ（３）の膜厚（Ｔ１）より厚い膜厚（Ｔ２、Ｔ３）を有する側端遮光壁（６）及びＣＦ間遮光壁（７）の間を埋めるようにして、薄い膜厚（Ｔ１）のカラーフィルタ（３）が形成されることになり、カラーフィルタ（３）の厚みのバラツキ、特に３色目の厚みのバラツキは大きなものとなってしまう。すなわち、カラーフィルタの厚みのバラツキは透過率のバラツキとなり、リニアセンサーに感度のバラツキを与えるといった別な問題を発生させている。

一般に、カラーフィルタの形成にあたっては、着色樹脂をスピンコート法によりＳｉ基板上に塗布した後、パターン露光、現像を行う。
図４は、スピンコート法によりカラーフィルタを形成したリニアセンサーの他の例の部分断面図である。３層の重ね合わせで高くなった側端遮光壁（６）がある場合、スピンコートの際、壁に近い部分のカラーフィルタの厚みが厚くなる傾向がある。

図４に一対の受光部（２）が示されているように、この他の例は、前記配列の１配列中に一対の素子が設けられている。このような、一対の素子が１配列中に設けられているリニアセンサーの場合には、符号（Ｔ４）、（Ｔ５）で示される青色カラーフィルタ（３Ｂ）の厚みのバラツキに起因する感度のバラツキは更に大きなものとなる。

また、厚い膜厚（Ｔ２、Ｔ３）を有する側端遮光壁（６）及びＣＦ間遮光壁（７）が設けられた際には、側端遮光壁（６）及びＣＦ間遮光壁（７）が設けられていない場合に比較して、その上面を平坦にするための平坦化層（４）の厚み（Ｔ６）は厚くなる。つまり、厚くしないと平坦化されない。このことは、平坦化層（４）による入射光の減衰量が増えることであり、すなわち、リニアセンサーに感度の低下をもたらすといった別な問題を発生させている。
特願２００３−１６６１３７号

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、ＣＣＤやＣＭＯＳリニアセンサーにおいて、カラーフィルタの両側端に側端遮光壁を、またカラーフィルタ間にＣＦ間遮光壁を設けることなく、リニアセンサーが装着されたカメラの撮像レンズから斜めに入射する光を遮光することのできるリニアセンサーを提供することを課題とするものである。これにより、カラーフィルタの厚みのバラツキに起因するリニアセンサーの感度のバラツキを防ぎ、また平坦化層の厚みに起因するリニアセンサーの感度の低下を防ぐことができる。

本発明は、光電変換素子上に、少なくともカラーフィルタ、平坦化層、マイクロレンズを順次に積層して一次元に配列したリニアセンサーにおいて、該平坦化層上のマイクロレンズの配列の両側端に、斜めに入射する光を遮光するためのマイクロレンズを形成したことを特徴とするリニアセンサーである。

また、本発明は、上記発明によるリニアセンサーにおいて、斜めに入射する光を遮光するためのマイクロレンズの視野角が、カラーフィルタ上方のマイクロレンズの視野角より大きいことを特徴とするリニアセンサーである。

本発明は、マイクロレンズを一次元に配列したリニアセンサーにおいて、平坦化層上のマイクロレンズの配列の両側端に、斜めに入射する光を遮光するためのマイクロレンズを形成したので、カラーフィルタの両側端に側端遮光壁を、また各カラーフィルタ間にＣＦ間遮光壁を設けることなく、リニアセンサーが装着されたカメラの撮像レンズから斜めに入射する光を遮光することのできるリニアセンサーとなる。
これにより、カラーフィルタの厚みのバラツキに起因するリニアセンサーの感度のバラツキを防ぎ、また平坦化層の厚みに起因するリニアセンサーの感度の低下を防ぐことができる。

また、本発明は、斜めに入射する光を遮光するためのマイクロレンズの視野角が、カラーフィルタ上方のマイクロレンズの視野角より大きいので、本発明におけるマイクロレンズ（１５）による遮光性がより一層確実なものとなる。

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図５は、本発明によるＣＣＤやＣＭＯＳリニアセンサーの一実施例の部分平面図である。また、図６は、図５のＸ−Ｘ’線における断面図である。
図５、及び図６に示すように、Ｓｉ基板（１）上に形成されたＣＣＤやＣＭＯＳ素子の配列の受光部（２）上には、カラーフィルタ（３）、平坦化層（１４）、及びマイクロレンズ（５）が順次に積層して形成されている。

カラーフィルタ（３）は、色分解を行う赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）３色のカラーフィルタ（３Ｒ、３Ｇ、３Ｒ）で構成される。カラーフィルタ（３）は、ストライプ状であり、ＣＣＤやＣＭＯＳ素子の配列の３列（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）に対応し、例えば、図１、図２中、左方から赤色カラーフィルタ（３Ｒ）、緑色カラーフィルタ（３Ｇ）、青色カラーフィルタ（３Ｂ）の順に、受光部（２）上に設けられ、上記素子の配列に各々、色分解のための赤色リニアセンサー、緑色リニアセンサー、青色リニアセンサーの機能を与えている。

また、受光部（２）上に設けられたストライプ状のカラーフィルタ（３）の両側端には、ダミーカラーフィルタ（１６）が設けられており、ダミーカラーフィルタ（１６）上方には、平坦化層（１４）を介して本発明におけるマイクロレンズ、すなわち、斜めに入射する光を遮光するためのマイクロレンズ（１５）が設けられている。
ダミーカラーフィルタ（１６）は、各カラーフィルタ（３Ｒ、３Ｇ、３Ｒ）と同様の形状をしており、ストライプ状で各カラーフィルタと同一の幅、及び厚さを有している。

これにより、各カラーフィルタ（３Ｒ、３Ｇ、３Ｒ）及びダミーカラーフィルタ（１６）の上面を略面一の状態にることで、平坦性を向上させている。ダミーカラーフィルタ（１６）の色は、ダミーカラーフィルタが斜めに入射する光の遮光に直接には関与しないので、特に限定されず、３色の内のいずれかの色でよい。
また、このダミーカラーフィルタ（１６）は、そのいずれかの色のカラーフィルタ（３）を形成する際に同時に形成することができる。形成する順序は、カラーフィルタ（３）の平坦性を考慮すると、３色目が好ましいといえる。

また、平坦化層（１４）は、カラーフィルタ（３）、ダミーカラーフィルタ（１６）が設けられたＳｉ基板（１）上の全面に設けられている。カラーフィルタ（３）の両側端には側端遮光壁（６）が設けられておらず、また、各カラーフィルタ（３Ｒ、３Ｇ、３Ｒ）間にはＣＦ間遮光壁（７）が設けられていないので、各カラーフィルタ（３Ｒ、３Ｇ、３Ｒ）及びダミーカラーフィルタ（１６）の上面は略面一になっている。
従って、平坦化層（１４）の厚み（Ｔ７）は、図３に示す、従来の一例における平坦化層（４）の厚さ（Ｔ６）に比較して著しく薄いものとなっている。

また、マイクロレンズ（５）は、上記素子の配列の各受光部（２）に対応して平坦化層（１４）上に３列に設けられている。３列のマイクロレンズ（５）の両側端には、本発明におけるマイクロレンズ（１５）が設けられている。

本発明によるリニアセンサーにおいて、各々のマイクロレンズ（５）は、斜めに入射する光、すなわち、リニアセンサーが装着されたカメラの撮像レンズから斜めに入射する光を、各々のマイクロレンズ（５）の画素領域内に取り込み、各々の受光部（２）に集光するようになっている。

本発明におけるマイクロレンズ（１５）は、斜めに入射する光を遮光するためのものである。図６に示す、マイクロレンズ（５）の左側端において、斜めに入射する光（Ｎ１１）は、マイクロレンズ（１５）の画素領域内に取り込まれ、隣接するマイクロレンズ（５
）の下方の受光部（２）に、好ましくない光として達することはない。
また、同様に斜めに入射する光（Ｎ１３）も、マイクロレンズ（１５）の画素領域内に取り込まれ、隣接するマイクロレンズ（５）の下方の受光部（２）に、好ましくない光として達することはない。

本発明においては、好ましくない光が受光部に達する混色と称する現象は起こらず、従って、本来の色分解の機能は阻害されないものとなる。
また、本発明においては、側端遮光壁（６）及びＣＦ間遮光壁（７）が設けられていないので、カラーフィルタ（３）の厚みのバラツキは小さなものとなる。すなわち、カラーフィルタの厚みのバラツキの減少、透過率のバラツキの減少となり、リニアセンサーに感度のバラツキを減少させることとなる。
特に、一対の素子が１配列中に設けられているリニアセンサーの場合には、感度のバラツキの減少効果が大きい。

また、本発明においては、側端遮光壁（６）及びＣＦ間遮光壁（７）が設けられていないので、各カラーフィルタ（３Ｒ、３Ｇ、３Ｒ）及びダミーカラーフィルタ（１６）の上面は略面一であり、その上面を平坦にするための平坦化層（１４）の厚み（Ｔ７）は著しく薄くなる。このことは、平坦化層（１４）による入射光の減衰量が減ることであり、すなわち、リニアセンサーに感度の向上をもたらすこととなる。

また、本発明における、斜めに入射する光を遮光するためのマイクロレンズ（１５）は、例えば、カラーフィルタ上方のマイクロレンズ（５）と同一の材料を用い、同時に形成された、すなわち、同一性能を有するマイクロレンズでよい。
また、請求項２に係わる発明は、斜めに入射する光を遮光するためのマイクロレンズの視野角が、カラーフィルタ上方のマイクロレンズの視野角より大きいことを特徴としている。すなわち、図７に示すように、リニアセンサーが装着されたカメラの撮像レンズから斜めに入射する光（Ｎ２０）をマイクロレンズ（２５）の内部に取り込むことのできる入射光の最大角度（視野角）が、カラーフィルタ上方のマイクロレンズ（５）の視野角より大きいことにより、マイクロレンズ（２５）による遮光性がより一層確実なものとなる。

ＣＣＤやＣＭＯＳリニアセンサーの一例の部分平面図である。図１のＸ−Ｘ’線における断面図である。図２の一部を拡大したして示す膜厚の説明図である。リニアセンサーの他の例の部分断面図である。本発明によるＣＣＤやＣＭＯＳリニアセンサーの一実施例の部分平面図である。図５のＸ−Ｘ’線における断面図である。マイクロレンズの視野角の説明図である。

符号の説明

１・・・Ｓｉ基板
２・・・受光部
３・・・カラーフィルタ
３Ｒ・・・赤色カラーフィルタ
３Ｇ・・・緑色カラーフィルタ
３Ｂ・・・青色カラーフィルタ
４・・・平坦化層
５、２５・・・マイクロレンズ
６・・・側端遮光壁
７・・・カラーフィルタ間遮光壁（ＣＦ間遮光壁）
７Ｇ・・・赤色カラーフィルタと緑色カラーフィルタとの間のＣＦ間遮光壁
７Ｂ・・・緑色カラーフィルタと青色カラーフィルタとの間のＣＦ間遮光壁
１４・・・本発明における平坦化層
１５・・・斜めに入射する光を遮光するための本発明におけるマイクロレンズ
１６・・・ダミーカラーフィルタ
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３・・・素子の配列
Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ１１、Ｎ１３、Ｎ２０・・・斜めに入射する光
Ｔ１・・・カラーフィルタの膜厚
Ｔ２・・・側端遮光壁の膜厚
Ｔ３・・・ＣＦ間遮光壁の膜厚
Ｔ４、Ｔ５・・・青色カラーフィルタの厚みのバラツキ
Ｔ６・・・平坦化層の厚み
Ｔ７・・・本発明における平坦化層の厚み
θ・・・視野角

Claims

光電変換素子上に、少なくともカラーフィルタ、平坦化層、マイクロレンズを順次に積層して一次元に配列したリニアセンサーにおいて、該平坦化層上のマイクロレンズの配列の両側端に、斜めに入射する光を遮光するためのマイクロレンズを形成したことを特徴とするリニアセンサー。
前記斜めに入射する光を遮光するためのマイクロレンズの視野角が、カラーフィルタ上方のマイクロレンズの視野角より大きいことを特徴とする請求項１記載のリニアセンサー。