JP2006086537A - Solid state imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体撮像装置に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device.
固体撮像装置を例にとって説明する。 A solid-state imaging device will be described as an example.
図6は、一般的な固体撮像装置の構成の概略を示した断面図である。 FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating an outline of a configuration of a general solid-state imaging device.
一般に固体撮像素子は、図6に示されるように、n型半導体基板312、pウェル層311、受光部310、電荷転送部309、シリコン酸化膜あるいは窒化膜307、ポリシリコン電極308、メタル遮光層306、素子表面保護層305、平坦膜304、カラーフィルター層303、中間透明膜302、レンズアレイ(オンチップレンズ)301から成っている。なおカラーフィルター層303は3板式撮像装置や白黒撮像装置の場合、あるいはその他の波長選別手段によって色分けされる場合には必要ではない。
In general, as shown in FIG. 6, the solid-state imaging device includes an n-
一般的な固体撮像素子では、光は受光部310のみで受け、それ以外にあたった光線は感度に寄与しない。そのため、高感度化の技術のひとつとして、レンズアレイ301を受光部310上の透明表面層に形成し、受光部310により多く光を集めることが知られている。
In a general solid-state imaging device, light is received only by the
レンズアレイ301の各レンズを各受光部310に対応させて配置し、その集光作用を用いて、レンズに入射する光を各受光部310に効率よく導く。
Each lens of the
従来のレンズアレイの構造を図7に示す。図7(a)はレンズアレイ301を上から見た平面図であり、図7(b)は図7(a)のV−V線での矢印方向から見た断面図である。1画素に対応する領域(以下、「画素領域」ということがある)は、縦の辺355と横の辺354で囲まれた領域であり、このほぼ中央部にレンズ301を配置し、感度向上に貢献している。ここで、隣り合うレンズの間には、製造上の理由から、隙間353を持たせてある。なお、図7では、図面を簡素化するために4画素のみを示したが、実際には図7(a)に示した各画素が縦横方向にそれぞれ所定個数配列されている。
The structure of a conventional lens array is shown in FIG. FIG. 7A is a plan view of the
上記レンズアレイでは、各レンズはレンズ形状が略円形または略楕円形のため、レンズ直径が画素に対応する領域の1辺を越えることがない。したがって、各レンズの整列方向には、製造プロセス上発生する隙間353の空間が存在する。更に、四角い画素領域のうち、レンズ301が形成されていない角部にも隙間が生じる。これらの部分に入射する光についてはほとんど受光素子に入ることがなく、感度に寄与しないという問題があった。
In the lens array, each lens has a substantially circular or elliptical lens shape, so that the lens diameter does not exceed one side of the region corresponding to the pixel. Accordingly, there is a space of the
同様に、透過型液晶表示装置などに使用される液晶表示素子においても、各画素に対応するように図7に示したような隙間を有するレンズアレイが積層されるが、上記隙間に入射する光は液晶表示装置の画面の輝度に寄与しないという問題があった。 Similarly, in a liquid crystal display element used in a transmissive liquid crystal display device or the like, a lens array having a gap as shown in FIG. 7 is laminated so as to correspond to each pixel. Has a problem that it does not contribute to the brightness of the screen of the liquid crystal display device.
本発明は、上記の問題点に鑑み、レンズの開口を拡げ、かつ光線の集光に十分な曲率のレンズを構成すること等により、例えば固体撮像装置に使用した場合には感度を向上させることができ、また液晶表示素子に使用した場合には画面の輝度を向上させることができるレンズアレイを提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention improves sensitivity when used in, for example, a solid-state imaging device by expanding a lens opening and constructing a lens having a sufficient curvature to collect light rays. It is another object of the present invention to provide a lens array that can improve the luminance of the screen when used in a liquid crystal display element.
上記の目的を達成するために、本発明のレンズアレイは以下の構成とする。 In order to achieve the above object, the lens array of the present invention has the following configuration.
すなわち、本発明の第1の構成にかかるレンズアレイは、縦横方向に集光レンズが複数個配列されてなり、個々の前記集光レンズは2次元平面に配列された各画素に1対1に対応するように設置して使用されるレンズアレイであって、前記集光レンズの配列面と垂直な方向より見た前記集光レンズの平面形状は、4つ直線状の辺と、前記直線状の各辺を順に結ぶ4つの略円弧とを有し、前記4つの略円弧の中心は前記画素に対応する領域の中心と略一致することを特徴とする。 That is, the lens array according to the first configuration of the present invention includes a plurality of condensing lenses arranged in the vertical and horizontal directions, and each of the condensing lenses is in a one-to-one relationship with each pixel arranged in a two-dimensional plane. A lens array that is installed and used so as to correspond to each other, and the planar shape of the condensing lens viewed from a direction perpendicular to the arrangement surface of the condensing lenses has four linear sides and the linear shape The four substantially circular arcs connecting the respective sides in order, and the centers of the four substantially circular arcs substantially coincide with the centers of the regions corresponding to the pixels.
かかる第1の構成にかかるレンズアレイによれば、画素領域を有効に使用できるので、集光レンズの開口が拡大し、画素領域を通る光線の無駄を少なくすることができる。この結果、例えば固体撮像装置に使用した場合には感度を向上させることができ、また液晶表示素子に使用した場合には画面の輝度を向上させることができる。更に、このようなレンズ形状は製造が比較的容易である。 According to the lens array according to the first configuration, since the pixel region can be used effectively, the aperture of the condensing lens can be enlarged, and the waste of the light beam passing through the pixel region can be reduced. As a result, for example, when used in a solid-state imaging device, the sensitivity can be improved, and when used in a liquid crystal display element, the brightness of the screen can be improved. Furthermore, such a lens shape is relatively easy to manufacture.
上記の第1の構成において、前記画素に対応する領域が矩形状(長方形又は正方形)であり、前記略円弧の直径は、前記領域の対角線よりも短く、前記領域の短い方の一辺(前記領域が正方形の場合は縦又は横の一辺)よりも長いことが好ましい。かかる好ましい構成によれば、画素領域のうち集光レンズが配置された領域の割合を高くすることができ、集光レンズの開口をより大きくすることができる。 In the first configuration, the region corresponding to the pixel is rectangular (rectangular or square), and the diameter of the substantially arc is shorter than the diagonal of the region, and the shorter side of the region (the region) When is a square, it is preferably longer than one side in the vertical or horizontal direction. According to such a preferable configuration, it is possible to increase the ratio of the area where the condenser lens is arranged in the pixel area, and it is possible to further increase the aperture of the condenser lens.
また、上記の第1の構成において、前記画素に対応する領域が矩形状(長方形又は正方形)であり、前記集光レンズは、前記領域の対角線方向のレンズの曲率と、前記領域の辺方向のレンズ曲率とが略等しいことが好ましい。かかる好ましい構成によれば、縦横方向に集光レンズが多数配列されたレンズアレイを後述する簡易な方法で形成することができる。 In the first configuration, the region corresponding to the pixel is rectangular (rectangular or square), and the condensing lens includes a curvature of a lens in a diagonal direction of the region and a side direction of the region. It is preferable that the lens curvature is substantially equal. According to such a preferable configuration, a lens array in which a large number of condensing lenses are arranged in the vertical and horizontal directions can be formed by a simple method described later.
また、上記の第1の構成において、前記画素に対応する領域は矩形状(長方形又は正方形)であり、前記領域の縦方向及び横方向の長さの内、短い方をX、長い方をY(前記領域が正方形の場合はY=X)としたとき、前記集光レンズの曲率半径Rが下記式(1)を満足することが好ましい。 In the first configuration, the area corresponding to the pixel is rectangular (rectangular or square), and the shorter one of the vertical and horizontal lengths of the area is X and the longer is Y. (If the region is square, Y = X), it is preferable that the curvature radius R of the condenser lens satisfies the following formula (1).
かかる好ましい構成によれば、画素領域のうち集光レンズが配置された領域の割合を高くすることができ、集光レンズの開口をより大きくすることができる。 According to such a preferable configuration, it is possible to increase the ratio of the area where the condenser lens is arranged in the pixel area, and it is possible to further increase the aperture of the condenser lens.
本発明の第2の構成にかかるレンズアレイは、縦横方向に集光レンズが複数個配列されてなり、個々の前記集光レンズは2次元平面に配列された各画素に1対1に対応するように設置して使用されるレンズアレイであって、前記画素に対応する領域は長方形であり、前記領域の短辺は長辺の1/2以下の長さであり、前記集光レンズの配列面と垂直な方向より見た前記集光レンズの平面形状は、2つの略平行な向かい合う直線状の辺と、前記直線状の辺を結ぶ2つの略円弧とを有し、前記2つの略円弧の中心は前記画素に対応する領域の中心と略一致することを特徴とする。 The lens array according to the second configuration of the present invention includes a plurality of condensing lenses arranged in the vertical and horizontal directions, and each of the condensing lenses corresponds to each pixel arranged in a two-dimensional plane on a one-to-one basis. The lens array is used in such a manner that the region corresponding to the pixel is a rectangle, the short side of the region is less than half the long side, and the arrangement of the condenser lenses The planar shape of the condenser lens viewed from the direction perpendicular to the surface has two substantially parallel straight sides facing each other and two substantially arcs connecting the straight sides, and the two substantially arcs Is substantially the same as the center of the region corresponding to the pixel.
かかる第2の構成にかかるレンズアレイによれば、画素の縦横方向の配列間隔が異なるような場合において、画素領域を有効に使用できるので、集光レンズの開口が拡大し、画素領域を通る光線の無駄を少なくすることができる。この結果、例えば固体撮像装置に使用した場合には感度を向上させることができ、また液晶表示素子に使用した場合には画面の輝度を向上させることができる。更に、このようなレンズ形状は製造が比較的容易である。 According to the lens array according to the second configuration, since the pixel area can be used effectively when the vertical and horizontal arrangement intervals of the pixels are different, the aperture of the condenser lens is enlarged, and the light beam passing through the pixel area Waste can be reduced. As a result, for example, when used in a solid-state imaging device, the sensitivity can be improved, and when used in a liquid crystal display element, the brightness of the screen can be improved. Furthermore, such a lens shape is relatively easy to manufacture.
上記の第1又は第2の構成において、前記集光レンズの平面形状における直線状の辺を含む前記集光レンズの壁面が、前記集光レンズの配列面に対して垂直でないことが好ましい。かかる好ましい構成によれば、例えば個体撮像素子に適用する場合には該壁面に入射する光線も効率よく受光素子に導くことができる。また、該壁面の傾斜角度を製造方法を考慮して選択することにより、製造しやすいレンズアレイとすることができる。 Said 1st or 2nd structure WHEREIN: It is preferable that the wall surface of the said condensing lens containing the linear side in the planar shape of the said condensing lens is not perpendicular | vertical with respect to the arrangement surface of the said condensing lens. According to such a preferable configuration, for example, when applied to an individual imaging device, light incident on the wall surface can be efficiently guided to the light receiving device. Further, by selecting the inclination angle of the wall surface in consideration of the manufacturing method, a lens array that is easy to manufacture can be obtained.
また、上記の第1又は第2の構成において、前記集光レンズは、その形状を階段状に近似したバイナリー形状で形成されていることが好ましい。かかる好ましい構成によれば、レンズアレイの製造方法の選択肢が増し、工程の簡略化と低コスト化を図ることができる。 In the first or second configuration, the condensing lens is preferably formed in a binary shape whose shape approximates a step shape. According to such a preferable configuration, the choice of the manufacturing method of the lens array increases, and the process can be simplified and the cost can be reduced.
また、本発明にかかる個体撮像素子は、2次元平面に配列された受光部と、前記受光部上に積層された上記第1又は第2の構成にかかるレンズアレイとを有する固体撮像素子であって、前記レンズアレイの個々の集光レンズは個々の前記受光部に1対1に対応することを特徴とする。かかる構成によれば、高感度で鮮明な画像が得られる個体撮像素子を得ることができる。 The solid-state imaging device according to the present invention is a solid-state imaging device having a light receiving unit arranged in a two-dimensional plane and the lens array according to the first or second configuration stacked on the light receiving unit. The individual condensing lenses of the lens array correspond to the light receiving portions on a one-to-one basis. According to this configuration, it is possible to obtain an individual imaging device that can obtain a clear image with high sensitivity.
上記の構成において、前記集光レンズの焦点距離が、前記受光部までの距離に略等しいことが好ましい。かかる好ましい構成によれば、集光レンズを通過した光を無駄なく受光部に集光でき、集光レンズの実質的な開口を拡大することができる。その結果、鮮明な画像が得られる。 In the above configuration, it is preferable that a focal length of the condenser lens is substantially equal to a distance to the light receiving unit. According to such a preferable configuration, the light that has passed through the condensing lens can be condensed on the light receiving unit without waste, and the substantial aperture of the condensing lens can be enlarged. As a result, a clear image can be obtained.
また、本発明にかかる液晶表示素子は、2次元平面に配列された画素と、前記画素上に積層された請求項1〜7のいずれかに記載のレンズアレイとを有する液晶表示素子であって、前記レンズアレイの個々の集光レンズは個々の前記画素に1対1に対応することを特徴とする。かかる構成によれば、画面の輝度を向上し、鮮明な画像が得られる液晶表示素子を得ることができる。 Moreover, the liquid crystal display element concerning this invention is a liquid crystal display element which has the pixel arranged in the two-dimensional plane, and the lens array in any one of Claims 1-7 laminated | stacked on the said pixel. The individual condensing lenses of the lens array correspond to the individual pixels on a one-to-one basis. According to this configuration, it is possible to obtain a liquid crystal display element that can improve the brightness of the screen and obtain a clear image.
上記の構成において、前記集光レンズの焦点距離が、前記画素までの距離に略等しいことが好ましい。かかる好ましい構成によれば、集光レンズの実質的な開口を拡大することができる。その結果、鮮明な画像が得られる。 In the above configuration, it is preferable that a focal length of the condenser lens is substantially equal to a distance to the pixel. According to such a preferable configuration, the substantial aperture of the condenser lens can be enlarged. As a result, a clear image can be obtained.
本発明のレンズアレイによれば、画素領域を有効に使用できるので、集光レンズの開口が拡大し、画素領域を通る光線の無駄を少なくすることができる。この結果、例えば固体撮像装置に使用した場合には感度を向上させることができ、また液晶表示素子に使用した場合には画面の輝度を向上させることができる。更に、比較的容易に製造することが可能である。 According to the lens array of the present invention, since the pixel area can be used effectively, the aperture of the condensing lens can be enlarged, and the waste of light rays passing through the pixel area can be reduced. As a result, for example, when used in a solid-state imaging device, the sensitivity can be improved, and when used in a liquid crystal display element, the brightness of the screen can be improved. Furthermore, it can be manufactured relatively easily.
以下、本発明のレンズアレイについて、図面を参照しつつさらに具体的に説明する。 Hereinafter, the lens array of the present invention will be described more specifically with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1にかかるレンズアレイの概念図であって、図1(a)は平面図、図1(b)は図1(a)のIb−Ib線での矢印方向から見た断面図、図1(c)は図1(a)のIc−Ic線での矢印方向から見た断面図である。
(Embodiment 1)
1A and 1B are conceptual diagrams of a lens array according to a first embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a plan view, and FIG. 1B is an arrow direction along line Ib-Ib in FIG. FIG. 1C is a cross-sectional view taken along the line Ic-Ic in FIG. 1A.
なお、図1では、図面を簡素化するために4画素のみを示したが、実際には図1(a)に示した各画素が縦横方向にそれぞれ所定個数配列されている。 In FIG. 1, only four pixels are shown in order to simplify the drawing. However, in actuality, a predetermined number of pixels shown in FIG. 1A are arranged in the vertical and horizontal directions.
本実施の形態のレンズアレイは、縦横方向に配列された矩形状の画素領域に凸レンズ形状を有する集光レンズ111が、一つの画素領域に一つの集光レンズが対応するように配置されている。
In the lens array of the present embodiment, a condensing
ここで、集光レンズの配列面と垂直な方向より見た集光レンズ111の平面形状は図1(a)に示すように略八角形であり、画素領域の境界の4辺と平行な隣り合わない4つの辺は直線であり、該4辺の間を順に連結する他の4つの辺は、前記略八角形の略中心(これは、画素領域の中心とほぼ一致する)を中心点とする略円の1部である。該略円の直径は、画素領域の対角線の長さより短く、前記画素領域の一辺(画素領域が長方形の場合はその短辺)よりも長い。
Here, the planar shape of the condensing
本実施の形態のレンズアレイは、このような構成により、従来レンズに比べて、画素領域における集光レンズ111で覆われている部分の面積が増加する。また、同時に、集光に必要な集光レンズ111の曲率を、画素領域の対角線の長さなどに制限されることなく自由に選択することができる。
With the lens array according to the present embodiment, the area of the portion covered with the condensing
図6に示したように、pウェル層311を設け、その表層部に1辺約2.5μmの受光部310を構成し、次に厚さ約0.1μmのシリコン酸化膜あるいは窒化膜307を構成し、屈折率1.55、厚さ約0.9μmの素子表面保護膜305と、屈折率1.47、厚さ約1μmの平坦膜304と、屈折率1.52で厚さ約2μmのカラーフィルター層303を構成し、その受光素子に対応する画素領域の範囲が縦横約4.5μmの正方形である固体撮像素子を仮定する。その画素領域の上部に、屈折率が1.5の集光レンズ301を置いて、シミュレーションした。
As shown in FIG. 6, a p-
本実施の形態のレンズアレイによれば、縦4.3×横4.3μm、曲率半径3.4μm、レンズ厚1.8μmのとき、集光率は90%であった。一方、従来の一般的なレンズアレイでは、レンズ径4.3μm、曲率3μmとして、集光率は72%であった。即ち、本実施の形態の集光率は従来に比べて約25%向上したことがわかる。 According to the lens array of the present embodiment, the condensing rate was 90% when the length was 4.3 × width 4.3 μm, the curvature radius was 3.4 μm, and the lens thickness was 1.8 μm. On the other hand, in the conventional general lens array, the condensing rate was 72% when the lens diameter was 4.3 μm and the curvature was 3 μm. That is, it can be seen that the light collection rate of the present embodiment is improved by about 25% compared to the conventional case.
ここで、集光率とは、任意に光線追跡を実施したとき、1つの受光素子に対応する画素領域を通る光線の本数の内、受光素子に入射する光線の本数である。ただし、本シミュレーションでは、画素領域への入射光線角度は、0度から15度の範囲で任意である。 Here, the light collection rate is the number of light rays incident on the light receiving element among the number of light rays passing through the pixel region corresponding to one light receiving element when the light ray tracing is arbitrarily performed. However, in this simulation, the incident ray angle to the pixel region is arbitrary in the range of 0 degrees to 15 degrees.
集光レンズの曲率半径は、例えばレンズが従来のレンズよりも画素領域を広く覆うためには最短でも矩形状の画素領域の短い方の1辺の長さの半分以上が必要となる。また、曲率半径が大きくなりすぎても集光力が弱まり、感度の低下を引き起こす。このため、画素領域の短い方の長さをX、長い方の長さをYとすると、集光レンズの曲率半径Rが下記式(1)を満足することが好ましい。 For example, in order for the lens to cover the pixel area wider than the conventional lens, the radius of curvature of the condensing lens needs to be at least half the length of one side of the shorter rectangular pixel area. In addition, if the radius of curvature is too large, the light condensing power is weakened, causing a decrease in sensitivity. For this reason, when the shorter length of the pixel region is X and the longer length is Y, it is preferable that the curvature radius R of the condenser lens satisfies the following formula (1).
曲率半径Rが式(1)を満足すると、レンズは画素領域広く覆うことができ、かつ十分な集光力を得ることができる。曲率半径Rが式(1)の下限を下回ると、レンズは画素領域を広く覆うことができない。一方、曲率半径Rが式(1)の上限を上回ると、十分な集光力が得られない。 When the radius of curvature R satisfies the expression (1), the lens can cover the pixel area widely and a sufficient light collecting power can be obtained. If the radius of curvature R is below the lower limit of equation (1), the lens cannot cover the pixel area widely. On the other hand, when the curvature radius R exceeds the upper limit of the formula (1), sufficient light collecting power cannot be obtained.
(実施の形態2)
図2は本発明の実施の形態2にかかるレンズアレイの概念図であって、図2(a)は平面図、図2(b)は図2(a)のIIb−IIb線での矢印方向から見た断面図、図2(c)は図2(a)のIIc−IIc線での矢印方向から見た断面図、図2(d)は図2(a)のIId−IId線での矢印方向から見た断面図である。
(Embodiment 2)
2A and 2B are conceptual diagrams of a lens array according to a second embodiment of the present invention, in which FIG. 2A is a plan view, and FIG. 2B is an arrow direction along line IIb-IIb in FIG. 2C is a sectional view taken along the line IIc-IIc in FIG. 2A, and FIG. 2D is a sectional view taken along the line IId-IId in FIG. 2A. It is sectional drawing seen from the arrow direction.
なお、図2では、図面を簡素化するために4画素のみを示したが、実際には図2(a)に示した各画素が縦横方向にそれぞれ所定個数配列されている。 In FIG. 2, only four pixels are shown in order to simplify the drawing, but in reality, a predetermined number of pixels shown in FIG. 2A are arranged in the vertical and horizontal directions.
本実施の形態のレンズアレイの画素領域は、図2(a)から明らかなように長方形であり、その短辺(図2(a)では縦方向の辺)の長さが長辺(図2(a)では横方向の辺)の長さの1/2以下である。このような画素領域に、凸レンズ形状を有する集光レンズ121が、一つの画素領域に一つの集光レンズが対応するように配置されている。
The pixel area of the lens array of the present embodiment is rectangular as is apparent from FIG. 2A, and the short side (the vertical side in FIG. 2A) has a long side (FIG. 2). In (a), it is 1/2 or less the length of the side in the horizontal direction. A condensing
ここで、集光レンズの配列面と垂直な方向より見た集光レンズ121の平面形状は図2(a)に示したように略四角形であり、画素領域の長辺と平行な向かい合う2辺は直線であり、該2辺を結ぶ他の2辺は、前記略四角形の略中心(これは、画素領域の中心とほぼ一致する)を中心点とする略円の一部である。
Here, the planar shape of the condensing
本実施の形態のレンズアレイは、このような構成により、画素の縦横方向の配列間隔が異なるような場合において、従来レンズに比べて、画素領域における集光レンズ121で覆われている部分の面積が増加するので、例えば固体撮像素子に適用した場合には集光率が向上し、感度向上に寄与する。
The lens array according to the present embodiment has an area of a portion covered with the condensing
(実施の形態3)
図3は本発明の実施の形態3にかかるレンズアレイの概念図であって、図3(a)は平面図、図3(b)は図3(a)のIIIb−IIIb線での矢印方向から見た断面図、図3(c)は図3(a)のIIIc−IIIc線での矢印方向から見た断面図である。
(Embodiment 3)
3A and 3B are conceptual diagrams of a lens array according to Embodiment 3 of the present invention, in which FIG. 3A is a plan view, and FIG. 3B is an arrow direction along line IIIb-IIIb in FIG. FIG. 3C is a cross-sectional view taken along the line IIIc-IIIc in FIG. 3A.
なお、図3では、図面を簡素化するために4画素のみを示したが、実際には図3(a)に示した各画素が縦横方向にそれぞれ所定個数配列されている。 In FIG. 3, only four pixels are shown in order to simplify the drawing. However, in actuality, a predetermined number of pixels shown in FIG. 3A are arranged in the vertical and horizontal directions.
本実施の形態の集光レンズ131は、実施の形態1で説明した集光レンズ111において、矩形状の画素領域の4辺と平行な4つのレンズ壁面132が、集光レンズ配列面に対して垂直でなく、画素領域の中央部方向に傾く所定の傾斜角をもつ。
In the condensing
本実施の形態のレンズアレイは、このような構成により、例えば固体撮像素子に適用した場合には、壁面132に入射した光線も効率よく受光素子に導くことができる。また、壁面132を垂直に形成する必要が無くなるために、製造しやすいレンズアレイが実現する。
With such a configuration, the lens array according to the present embodiment can efficiently guide the light incident on the
上記の説明では、実施の形態1のレンズアレイを例にしたが、実施の形態2のレンズアレイに同様に傾斜した壁面を形成しても良く、その場合は上記と同様の効果を奏する。 In the above description, the lens array according to the first embodiment is taken as an example. However, an inclined wall surface may be formed in the same manner as the lens array according to the second embodiment. In that case, the same effect as described above can be obtained.
(実施の形態4)
図4は本発明の実施の形態4にかかるレンズアレイの概念図であって、図4(a)は平面図、図4(b)は図4(a)のIV−IV線での矢印方向から見た断面図である。
(Embodiment 4)
4A and 4B are conceptual diagrams of a lens array according to Embodiment 4 of the present invention, in which FIG. 4A is a plan view, and FIG. 4B is an arrow direction along line IV-IV in FIG. It is sectional drawing seen from.
なお、図4では、図面を簡素化するために4画素のみを示したが、実際には図4(a)に示した各画素が縦横方向にそれぞれ所定個数配列されている。 In FIG. 4, only four pixels are shown in order to simplify the drawing, but in reality, a predetermined number of pixels shown in FIG. 4A are arranged in the vertical and horizontal directions.
本実施の形態の集光レンズ141は、縦横方向に配列された矩形状の画素領域に、実施の形態1で示したレンズアレイの集光レンズ111の形状を階段状に近似したバイナリーレンズとしたものである。
The condensing
もとのレンズ形状142に近づくようにバイナリー形状(階段形状)を形成する。この場合、階段のステップ数が多いほど、本来のレンズ形状の持つ性能に近づく。
A binary shape (step shape) is formed so as to approach the
このようなバイナリーレンズ形状を用いることで、レンズアレイの製造上の選択肢を拡げることができる。具体的には、例えばフォトリソグラフィー技術を用いて製造することができる。 By using such a binary lens shape, options for manufacturing a lens array can be expanded. Specifically, it can be manufactured using, for example, a photolithography technique.
上記の説明では、実施の形態1のレンズアレイを例にしたが、実施の形態2又は3のレンズアレイを同様に階段状に近似したバイナリーレンズとしても良く、その場合は上記と同様の効果を奏する。 In the above description, the lens array of the first embodiment is taken as an example, but the lens array of the second or third embodiment may be a binary lens that is similarly approximated in a step shape, and in that case, the same effect as described above is obtained. Play.
以上の各実施の形態で説明したレンズアレイは、固体撮像素子に使用する場合には、レンズアレイを構成する集光レンズの焦点距離が固体撮像素子の受光部までの距離に略等しくなるように形成するのが好ましい。また、液晶表示素子に使用する場合には、レンズアレイを構成する集光レンズの焦点距離が液晶表示素子の画素までの距離に略等しくなるように形成するのが好ましい。いずれの場合も、そのような構成とすることにより、鮮明な画像を得ることができる。 When the lens array described in each of the above embodiments is used for a solid-state image sensor, the focal length of the condensing lens constituting the lens array is substantially equal to the distance to the light receiving portion of the solid-state image sensor. Preferably formed. Further, when used in a liquid crystal display element, it is preferable that the focal length of the condensing lens constituting the lens array is substantially equal to the distance to the pixel of the liquid crystal display element. In any case, a clear image can be obtained with such a configuration.
(実施の形態5)
以下に本発明のレンズアレイの製造方法の一例を説明する。
(Embodiment 5)
Hereinafter, an example of a method for manufacturing the lens array of the present invention will be described.
例えば、固体撮像素子の平坦膜上にレンズアレイを形成する場合について、図5を用いて説明する。 For example, a case where a lens array is formed on a flat film of a solid-state imaging device will be described with reference to FIG.
まず、平坦膜402上に、レンズ材料となる合成樹脂層421を回転塗布で形成する(図5(a))。合成樹脂層421に用いられる材料としては、例えばフェノール系樹脂、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂が使用できるが、その他従来から用いられてきた材料も使用できる。合成樹脂層421の材料としては、具体的には、ポリパラビニルフェノール系樹脂にナフトキノンジアジドを添加した感光性樹脂が好ましい。この樹脂は、ポジ型レジストとして用いることができ、熱処理すると熱可塑性により液状化して形状が半球状に変形し、その後熱硬化性による形状固定と固化が進行し、硬化したレンズ形状が実現される。また、上記感光性樹脂は、現像直後の工程において紫外線照射により可視光透過率を90%以上にまで向上させ、この透明化した状態でレンズ形状へと変形させることができる。
First, a
ついで、塗布形成された合成樹脂層421を選択露光する。上記ポリパラビニルフェノール樹脂のようなポジ型のレジストを用いる場合には、除去すべき部分にのみ紫外光423を照射し、現像する。このような紫外線ステッパを用いたパターニングにより、合成樹脂層421を各受光部と1対1に対応する合成樹脂部分422に分割する(図5(b))。
Next, the applied
さらに、分割した各合成樹脂部分422をブリーチングする。すなわち、紫外光を照射して不透明な材料を透明化する。この後、断面矩形の合成樹脂部分422を回転塗布等の方法でオーバーコート層425により被覆する(図5(c))。
Further, each of the divided
オーバーコート層425により覆われた各合成樹脂部分422は加熱されることにより軟化して、上方に凸となった曲線により断面が構成されるドーム型レンズ形状401へと変形する(図5(d))。この変形の際、オーバーコート層425が形成されているために、隣接する各合成樹脂部分は互いに接触しにくくなる。換言すれば、オーバーコート層425は、合成樹脂部分が急速に接近しないように緩衝作用を発揮する。オーバーコート層425の材料は、上記の緩衝作用を奏し得る材料であれば特に制限することなく使用することができる。一方、オーバーコート層425には、合成樹脂部分422が加熱される温度において合成樹脂部分422の変形を完全に制限してしまわないことが要求される。
Each
オーバーコート層425をそのまま残しておくことで、縦横方向に隣り合う集光レンズと相互に接触して形成されたレンズアレイを形成することができる。また、画素に対応する領域全域にレンズを形成する場合も上記と同様の方法で作成することが可能である。
By leaving the
また、オーバーコート層425が極端に薄い場合には、図5(e)のように、オーバーコート層を取り除いても、隣り合う集光レンズ401がほぼ接触したレンズアレイを得ることができる。
When the
さらに、オーバーコート層の粘度と厚みの調節、又は加熱温度の調節により、矩形状の画素領域の4辺と平行な4つのレンズ壁面を、レンズ配列面に対して垂直ではなく、傾斜させることができる。 Furthermore, by adjusting the viscosity and thickness of the overcoat layer or adjusting the heating temperature, the four lens wall surfaces parallel to the four sides of the rectangular pixel region can be inclined rather than perpendicular to the lens array surface. it can.
111 集光レンズ(レンズアレイ)
121 集光レンズ(レンズアレイ)
131 集光レンズ(レンズアレイ)
132 傾斜面
141 集光レンズ(バイナリーレンズ)
142 もとのレンズ形状
301 レンズアレイ(オンチップレンズ)
302 中間透明膜
303 カラーフィルター層
304 平坦膜
305 素子表面保護層
306 メタル遮光膜
307 シリコン酸化膜あるいは窒化膜
308 ポリシリコン電極
309 電荷転送部
310 受光部
311 pウェル層
312 n型半導体基板
401 集光レンズ
402 平坦膜
421 合成樹脂層
422 合成樹脂部分
423 紫外光
425 オーバーコート層
111 Condensing lens (lens array)
121 Condensing lens (lens array)
131 Condensing lens (lens array)
132
142
302 Intermediate
Claims (11)
前記集光レンズの配列面と垂直な方向より見た前記集光レンズの平面形状は、4つ直線状の辺と、前記直線状の各辺を順に結ぶ4つの略円弧とを有し、前記4つの略円弧の中心は前記画素に対応する領域の中心と略一致し、前記領域の対角線方向の前記集光レンズの曲率と、前記領域の前記辺方向の前記集光レンズの曲率とが略等しいことを特徴とする固体撮像装置。 A plurality of condensing lenses are arranged in the vertical and horizontal directions, and each of the condensing lenses includes a lens array arranged to correspond to each pixel arranged in a two-dimensional plane in a one-to-one correspondence. A solid-state imaging device provided with a light receiving unit,
The planar shape of the condensing lens viewed from a direction perpendicular to the arrangement surface of the condensing lens has four straight sides and four substantially circular arcs connecting the straight sides in order, The centers of the four substantially circular arcs substantially coincide with the centers of the regions corresponding to the pixels, and the curvature of the condenser lens in the diagonal direction of the region and the curvature of the condenser lens in the side direction of the region are approximately. Solid-state imaging device characterized by being equal.
前記画素に対応する領域は長方形であり、前記領域の短辺は長辺の1/2以下の長さであり、
前記集光レンズの配列面と垂直な方向より見た前記集光レンズの平面形状は、2つの略平行な向かい合う直線状の辺と、前記直線状の辺を結ぶ2つの略円弧とを有し、前記2つの略円弧の中心は前記画素に対応する領域の中心と略一致し、前記領域の対角線方向の前記集光レンズの曲率と、前記領域の前記辺方向の前記集光レンズの曲率とが略等しいことを特徴とする固体撮像装置。 A plurality of condensing lenses are arranged in the vertical and horizontal directions, and each of the condensing lenses includes a lens array arranged to correspond to each pixel arranged in a two-dimensional plane in a one-to-one correspondence. A solid-state imaging device provided with a light receiving unit,
The region corresponding to the pixel is a rectangle, and the short side of the region is not more than 1/2 of the long side,
The planar shape of the condensing lens viewed from a direction perpendicular to the arrangement surface of the condensing lenses has two substantially parallel straight sides facing each other and two substantially circular arcs connecting the straight sides. The centers of the two substantially circular arcs substantially coincide with the center of the region corresponding to the pixel, and the curvature of the condenser lens in the diagonal direction of the region and the curvature of the condenser lens in the side direction of the region are Are substantially equal to each other.
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JP2008270679A (en) * | 2007-04-25 | 2008-11-06 | Sony Corp | Solid-state imaging device, its manufacturing method and imaging device |
WO2008136115A1 (en) | 2007-04-26 | 2008-11-13 | Fujitsu Limited | Base station, mobile station, communication system, transmission method and reordering method |
JP2011004318A (en) * | 2009-06-22 | 2011-01-06 | Sony Corp | Image sensor, charge reading method, and image capturing apparatus |
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2005
- 2005-09-26 JP JP2005278798A patent/JP2006086537A/en active Pending
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