JP2007027604A - Imaging apparatus - Google Patents

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宏 西澤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve miniaturization and thickness reduction while preventing deterioration in image quality of an imaging apparatus in a range where the device is affected by wave motion due to microfabrication of pixels, in a camera module employing a semiconductor imaging device. <P>SOLUTION: The imaging apparatus is provided with a semiconductor imaging device having a plurality of photodiodes 56 and a color filter 51; and an image pickup optical system for guiding a light from a subject to the semiconductor imaging device. The semiconductor imaging device has a reflection layer 57 for reflecting a light having transmitted through a photodiode 56, on an opposite side of an incident surface of at least a certain photodiode 56 among the plurality of photodiodes 56. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体撮像素子を用いた撮像装置に関し、特に携帯端末や携帯電話などの小型端末に用いられるものに関する。   The present invention relates to an image pickup apparatus using a semiconductor image pickup device, and more particularly to a device used for a small terminal such as a mobile terminal or a mobile phone.

従来、半導体撮像素子を用いた撮像装置は、特許文献1に記載されているように、レンズ等の撮像光学系とCCD等の半導体撮像素子を備えた構成を有する。そして、撮像装置は、撮像光学系を通じて入射した被写体からの光を半導体撮像素子によって電気信号に変換し、映像を取り出していた。携帯用機器の小型化に伴い、撮像装置も小型化、軽量化が一層求められてきた。このため、撮像装置の各構成部品を極力薄くすることによって撮像装置の薄型化が実現されていた。   2. Description of the Related Art Conventionally, an imaging apparatus using a semiconductor imaging element has a configuration including an imaging optical system such as a lens and a semiconductor imaging element such as a CCD, as described in Patent Document 1. And the imaging device converted the light from the subject incident through the imaging optical system into an electrical signal by the semiconductor imaging device, and took out the video. With the downsizing of portable devices, there has been a further demand for downsizing and weight reduction of imaging devices. For this reason, thinning of the imaging device has been realized by making each component of the imaging device as thin as possible.

撮像素子に関しては、高画素数への移行と小型化が指向されてきた。結像光学系においては、通常、画素サイズの同程度の最小錯乱円となるように設計されていた。さらに小型化、高画素が進むに従って、スネルの法則などによる光線追跡に加えて、光の波動性を考慮しなければならないような領域に入ってくることが予測される。   Regarding the image pickup device, there has been a trend toward a shift to a higher number of pixels and a reduction in size. The imaging optical system is usually designed to have a minimum circle of confusion with the same pixel size. As the size and the number of pixels increase, it is predicted that light will enter a region where the wave nature of light must be considered in addition to ray tracing based on Snell's law.

特許文献2には、フォトダイオードの開口が1μm以下の場合には、例えば、赤色の光の波長(0.650μm)において、波動光学的な効果を考慮することが必要であることが指摘されている。そして、画素からの信号を垂直伝送する電極に赤色の感度域を設ける提案がなされている。   Patent Document 2 points out that when the opening of the photodiode is 1 μm or less, it is necessary to consider the wave optical effect at, for example, the wavelength of red light (0.650 μm). Yes. A proposal has been made to provide a red sensitivity region on an electrode that vertically transmits a signal from a pixel.

また、特許文献3には、半導体基板の厚さ方向に異なる色に対するしフォトダイオードを配置する形態の素子が開示されており、波長の長い光の方が波長の短い光に比べて、半導体基材の奥まで到達することが開示されている。
特開2004−327914号公報 特開2004−200231号公報 特表2002−513145号公報
Patent Document 3 discloses an element in which photodiodes are arranged for different colors in the thickness direction of a semiconductor substrate, and light having a longer wavelength is shorter than light having a shorter wavelength than a semiconductor substrate. It is disclosed to reach the back of the material.
JP 2004-327914 A JP 2004-200291 A JP-T-2002-513145

上述したように、従来の撮像装置においては、装置を小型・薄型化するために構成部品を小型化し、結像光学系についても非球面のガラスレンズなどを用いて高性能化を図ってきた。   As described above, in conventional imaging devices, components have been miniaturized in order to reduce the size and thickness of the device, and the imaging optical system has also been improved in performance by using an aspheric glass lens.

しかし、半導体撮像素子を小型化して高画素数にするために、画素の微細化をさらに進めると、従来の開発技術を応用できなくなるため、新たなブレークスルーが必要となった。例えば、特許文献2に開示されている波動光学的な効果を考慮することが必要となってきた。   However, if the size of the semiconductor imaging device is further reduced to increase the number of pixels and the pixels are further miniaturized, the conventional development technology cannot be applied, and a new breakthrough is required. For example, it has become necessary to consider the wave optical effect disclosed in Patent Document 2.

一方、従来の撮像装置においては、通常、2次元に各色フィルタに対応する画素を配列しており、ベイヤー配列などがよく知られている。また、この配列に対応する多くの読み出し方法や、色補正の方法がある。これらの資源を有効に活用できるような小型かつ薄型で、しかも高画素数の撮像装置が要望されている。   On the other hand, in a conventional imaging device, pixels corresponding to each color filter are usually arranged two-dimensionally, and a Bayer arrangement is well known. There are many reading methods and color correction methods corresponding to this arrangement. There is a demand for an imaging device that is small and thin and that can effectively utilize these resources and that has a high pixel count.

本発明は、上記背景に鑑み、小型化、薄型化と高画素化に対応できる撮像装置を提供することを目的とする。   In view of the above background, an object of the present invention is to provide an imaging apparatus that can cope with downsizing, thinning, and high pixels.

本発明の撮像装置は、複数のフォトダイオードおよびカラーフィルタを有する半導体撮像素子と、被写体からの光を前記半導体撮像素子に導く撮像光学系とを備え、前記半導体撮像素子は、前記複数のフォトダイオードのうちの少なくとも一部のフォトダイオードの入射面の反対側に、前記フォトダイオードを透過した光を反射する反射層を有する。   An imaging apparatus of the present invention includes a semiconductor imaging device having a plurality of photodiodes and color filters, and an imaging optical system that guides light from a subject to the semiconductor imaging device, and the semiconductor imaging device includes the plurality of photodiodes. A reflection layer that reflects light transmitted through the photodiode is provided on the opposite side of the incident surface of at least some of the photodiodes.

この構成により、フォトダイオードを透過した光が反射層にて反射され、再度フォトダイオードに入射されるので、フォトダイオードの出力を高めることができる。また、複数のフォトダイオードのうち、撮像装置を小型化する際に波動光学的な影響を受けやすい長波長側にある赤色画素に対応するフォトダイオードに対して反射層を配置する構成とすれば、長波長側に感度を有するフォトダイオードの感度を高め、波動光学的な影響による出力低下を補償すると共に、撮像装置の小型化を実現することができる。一般的に長波長の光の方が半導体チップの奥まで到達するので、カラーフィルタが長い波長の光を透過する場合には、フォトダイオードの入射面の反対側に反射層を配置しても効率的に出力を高めることができ、波動光学的な影響を受け易い長波長の光に対する感度を高めることができる。   With this configuration, light that has passed through the photodiode is reflected by the reflection layer and is incident on the photodiode again, so that the output of the photodiode can be increased. Further, among the plurality of photodiodes, if the configuration is such that the reflective layer is disposed on the photodiode corresponding to the red pixel on the long wavelength side that is easily affected by wave optics when the imaging device is downsized, It is possible to increase the sensitivity of the photodiode having sensitivity on the long wavelength side, compensate for the output decrease due to the wave optical effect, and realize downsizing of the imaging device. In general, long-wavelength light reaches the back of the semiconductor chip. Therefore, when the color filter transmits long-wavelength light, it is efficient to place a reflective layer on the opposite side of the incident surface of the photodiode. Thus, the output can be increased, and the sensitivity to light having a long wavelength that is easily affected by wave optics can be increased.

上記撮像装置において、前記反射層のサイズまたは反射率は、そのフォトダイオードの入射面側に設けられたカラーフィルタが透過する光の波長に応じて決定される。   In the imaging apparatus, the size or reflectance of the reflective layer is determined according to the wavelength of light transmitted through the color filter provided on the incident surface side of the photodiode.

この構成により、カラーフィルタが透過する光の波長に応じて、反射層のサイズまたは反射率を変えて、感度を高める程度を決定することができる。例えば、長い波長の光を透過するカラーフィルタが設けられたフォトダイオードは、波動光学的な影響が大きいので、反射層のサイズまたは反射率を大きくして感度を高める程度を大きくする。短い波長の光を透過するカラーフィルタが設けられたフォトダイオードは、波動光学的な影響が小さいので、反射層のサイズまたは反射率を小さくして感度を高める程度を小さくする。これにより、波長によって異なる波動光学的な影響を波長ごとに補償し、撮像装置全体の感度のバランスをとることができる。   With this configuration, it is possible to determine the degree of increasing the sensitivity by changing the size or reflectance of the reflective layer in accordance with the wavelength of light transmitted through the color filter. For example, a photodiode provided with a color filter that transmits light having a long wavelength has a great wave-optical effect. Therefore, the size or reflectance of the reflective layer is increased to increase the degree of sensitivity. A photodiode provided with a color filter that transmits light having a short wavelength has a small wave-optical effect. Therefore, the size or reflectance of the reflective layer is reduced to reduce the degree of sensitivity. As a result, it is possible to compensate for the wave optical effect that varies depending on the wavelength for each wavelength, and to balance the sensitivity of the entire imaging apparatus.

上記撮像装置は、前記半導体撮像素子を収容する可視光および近赤外光を透過しない立体基板を備えた構成を有する。   The imaging apparatus includes a three-dimensional substrate that does not transmit visible light and near-infrared light that accommodates the semiconductor imaging element.

この構成により、可視光および近赤外光を透過しない立体基板の内部に撮像素子が収容されるので、携帯電話等の携帯機器に実装する際に、撮像装置への光を遮る遮光部材を設ける必要がなく、小型化を図れる。また、立体基板に対して、半導体撮像素子、撮像光学系を組み付けることができるので、作業性が向上する。   With this configuration, since the imaging element is housed inside a three-dimensional substrate that does not transmit visible light and near infrared light, a light shielding member that blocks light to the imaging device is provided when mounted on a portable device such as a mobile phone. There is no need to reduce the size. Further, since the semiconductor image pickup device and the image pickup optical system can be assembled to the three-dimensional substrate, workability is improved.

上記撮像装置において、前記反射層は、銀白色の金属によって形成されている。   In the imaging apparatus, the reflective layer is made of silver white metal.

この構成により、簡単な工程で反射層を付加できる。また、銀白色の金属を用いるので、可視光範囲にて反射層からの反射率をほぼ一定とすることができ、色再現性が良好となる。さらに、半導体撮像素子の裏面側からの特に近赤外光などの不要な入射光を遮光でき、不要光による画質劣化を低減できる。   With this configuration, the reflective layer can be added by a simple process. Further, since silver-white metal is used, the reflectance from the reflective layer can be made almost constant in the visible light range, and the color reproducibility is good. Further, unnecessary incident light such as near infrared light from the back side of the semiconductor image sensor can be shielded, and image quality deterioration due to unnecessary light can be reduced.

上記撮像装置において、前記反射層は、半導体によって形成されている。   In the imaging apparatus, the reflective layer is formed of a semiconductor.

この構成により、ドープする材料によって屈折率を変化させて反射層を形成できるので、工程変更を要せず、通常の拡散プロセスの中で反射層を形成できる。また、多層反射層も容易に形成できる。   With this configuration, since the reflective layer can be formed by changing the refractive index depending on the material to be doped, the reflective layer can be formed in a normal diffusion process without changing the process. A multilayer reflective layer can also be easily formed.

上記撮像装置は、前記半導体撮像素子と前記撮像光学系との間に配置された光学フィルタを備え、前記反射層のサイズまたは反射率は、そのフォトダイオードに対応する前記光学フィルタ上の領域へ入射する光の入射角度に応じて決定されている。   The imaging apparatus includes an optical filter disposed between the semiconductor imaging element and the imaging optical system, and the size or reflectance of the reflective layer is incident on a region on the optical filter corresponding to the photodiode. It is determined according to the incident angle of the light to be transmitted.

この構成により、入射角の増大に起因して生じる画質劣化を低減できる。光学フィルタの特性として、入射角が大きくなると光学フィルタの半値波長が短波長側にシフトする。これに伴って長波長側の赤色の減衰が大きくなるので画質の劣化が進むが、長波長側にある赤色画素に対応するフォトダイオードのサイズを他の波長の光に対応する反射層のサイズに比べて大きくする、若しくは反射率を高めることにより、画質劣化を防止することができる。   With this configuration, it is possible to reduce image quality degradation caused by an increase in incident angle. As a characteristic of the optical filter, when the incident angle increases, the half-value wavelength of the optical filter shifts to the short wavelength side. Along with this, the attenuation of red on the long wavelength side increases, so the degradation of image quality progresses, but the size of the photodiode corresponding to the red pixel on the long wavelength side is changed to the size of the reflective layer corresponding to light of other wavelengths By making it larger or increasing the reflectance, image quality degradation can be prevented.

上記撮像装置において、前記半導体撮像素子は、画素ピッチが2ミクロン以下である。   In the imaging apparatus, the semiconductor imaging element has a pixel pitch of 2 microns or less.

半導体撮像素子では、フォトダイオードの開口の径は画素ピッチの約半分なので、画素ピッチが2ミクロン以下になると、開口の径がそれに伴って小さくなり、波動光学的な影響による出力低下が生じる。本発明の構成によれば、出力低下の問題が生じる波長の長い光が入射されるフォトダイオードの感度を大きくし、長波長側においても出力低下を防止できる。   In the semiconductor imaging device, the diameter of the opening of the photodiode is about half of the pixel pitch. Therefore, when the pixel pitch is 2 microns or less, the diameter of the opening is reduced accordingly, and the output is reduced due to the influence of wave optics. According to the configuration of the present invention, it is possible to increase the sensitivity of a photodiode to which light having a long wavelength that causes a problem of output reduction is incident, and to prevent output reduction even at a long wavelength side.

本発明の携帯電話装置は、上記の撮像装置を備えた構成を有する。   A cellular phone device of the present invention has a configuration including the above-described imaging device.

この構成により、本発明の撮像装置と同様に、フォトダイオードを透過した光が反射層にて反射され、再度フォトダイオードに入射されるので、フォトダイオードの出力を高めることができる。   With this configuration, similarly to the imaging device of the present invention, the light transmitted through the photodiode is reflected by the reflective layer and is incident on the photodiode again, so that the output of the photodiode can be increased.

本発明の半導体撮像素子は、入射光を電気信号に変換する複数のフォトダイオードと、フォトダイオードの入射面側に設けられたカラーフィルタと、前記複数のフォトダイオードのうちの少なくとも一部のフォトダイオードの入射面の反対側に配置された、そのフォトダイオードへ入射される前記カラーフィルタからの透過光の波長に応じたサイズまたは反射率を有する反射層とを備える。   A semiconductor imaging device according to the present invention includes a plurality of photodiodes that convert incident light into an electric signal, a color filter provided on an incident surface side of the photodiode, and at least a part of the photodiodes of the plurality of photodiodes. And a reflective layer having a size or a reflectance corresponding to the wavelength of transmitted light from the color filter incident on the photodiode, which is disposed on the opposite side of the incident surface.

この構成により、本発明の撮像装置と同様に、フォトダイオードを透過した光が反射層にて反射され、再度フォトダイオードに入射されるので、半導体撮像素子の出力を高めることができる。また、波長によって異なる波動光学的な影響を波長ごとに補償し、半導体撮像素子全体の感度のバランスをとることができる。   With this configuration, similarly to the imaging device of the present invention, the light transmitted through the photodiode is reflected by the reflective layer and is incident on the photodiode again, so that the output of the semiconductor imaging device can be increased. In addition, it is possible to compensate for the wave optical influence that varies depending on the wavelength for each wavelength, and to balance the sensitivity of the entire semiconductor imaging device.

本発明によれば、フォトダイオードを透過した光が反射層にて反射され、再度フォトダイオードに入射されるので、撮像装置の出力を高めることができるというすぐれた効果を有する。   According to the present invention, since the light transmitted through the photodiode is reflected by the reflection layer and is incident on the photodiode again, the output of the imaging apparatus can be improved.

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
(第1の実施の形態)
図1は、本実施の形態の撮像装置で用いられている半導体撮像素子について説明する図である。本実施の形態の説明では、まず、図2以降を参照して半導体撮像素子を備えた撮像装置の全体構成について説明し、その後に、半導体撮像素子の構成について説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram for explaining a semiconductor imaging device used in the imaging apparatus of the present embodiment. In the description of the present embodiment, first, the overall configuration of an imaging apparatus including a semiconductor imaging device will be described with reference to FIG. 2 and thereafter, and then the configuration of the semiconductor imaging device will be described.

図2は、本発明の第1の実施の形態の撮像装置1を示す斜視図、図3は図2の撮像装置1をIII−III方向からみた断面図、図4は図3におけるIV部の拡大図である。   2 is a perspective view showing the imaging apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention, FIG. 3 is a cross-sectional view of the imaging apparatus 1 of FIG. 2 as viewed from the III-III direction, and FIG. It is an enlarged view.

撮像装置1は、図3に示されるように、光軸Lに沿って配置された非球面レンズ6a、6b、光学フィルタ5、半導体撮像素子4と、これらを保持する立体基板2と、立体基板2に接続されるプリント基板(FPC)15を備えている。FPC15の下面には、半導体撮像素子4への下面からの可視光・赤外光の侵入を防止するための金属箔14が張ってある。本実施の形態において、立体基板2は、半導体撮像素子4を固定する役割を有すると共に光学フィルタ5を保持する保持部材としての役割を兼ね備えている。立体基板2は、筒形の鏡筒部17と鏡筒部17の一端面に連続する底部7からなる。以下の説明においては、鏡筒部17側を上方向、底部7側を下方向という。   As shown in FIG. 3, the imaging apparatus 1 includes an aspheric lens 6 a and 6 b, an optical filter 5, a semiconductor imaging device 4 arranged along the optical axis L, a three-dimensional substrate 2 that holds these, and a three-dimensional substrate. 2 is provided with a printed circuit board (FPC) 15 connected to 2. A metal foil 14 is stretched on the lower surface of the FPC 15 to prevent visible light and infrared light from entering the semiconductor imaging device 4 from the lower surface. In the present embodiment, the three-dimensional substrate 2 has a role of fixing the semiconductor imaging device 4 and also serves as a holding member that holds the optical filter 5. The three-dimensional substrate 2 includes a cylindrical lens barrel portion 17 and a bottom portion 7 continuous with one end surface of the lens barrel portion 17. In the following description, the lens barrel portion 17 side is referred to as an upward direction, and the bottom portion 7 side is referred to as a downward direction.

まず、立体基板2について説明する。鏡筒部17は底部7の上面に位置し、上下方向に延在している。底部7は、その下面の中央に凹みが形成されている。また、底部7には、長方形の貫通穴10が形成されている。貫通穴10は、半導体撮像素子4の撮像エリアに対応している。   First, the three-dimensional substrate 2 will be described. The lens barrel portion 17 is located on the upper surface of the bottom portion 7 and extends in the vertical direction. The bottom portion 7 is formed with a recess at the center of the lower surface thereof. A rectangular through hole 10 is formed in the bottom 7. The through hole 10 corresponds to the imaging area of the semiconductor imaging device 4.

立体基板2の材質はガラス強化PPA(ポリフタルアミド樹脂)などが用いられ、外部からの可視光の透過を防ぐため黒色にしてある。立体基板2には、カーボンブラックなどをペレットに混錬したものを用い、光の透過率は0.5%以下である。光透過率については、可視光よりも波長の長い光に対しても遮光できることが望ましいが、赤外域の感度を考慮して、具体的に使用する半導体撮像素子4の特性に合わせて適宜選択することが可能である。   The material of the three-dimensional substrate 2 is glass reinforced PPA (polyphthalamide resin) or the like, and is black in order to prevent transmission of visible light from the outside. As the three-dimensional substrate 2, a material obtained by kneading carbon black or the like into pellets is used, and the light transmittance is 0.5% or less. As for the light transmittance, it is desirable that light having a wavelength longer than that of visible light can be shielded. However, considering the sensitivity in the infrared region, the light transmittance is appropriately selected according to the characteristics of the semiconductor imaging device 4 to be specifically used. It is possible.

鏡筒部17の筒内には、それぞれ光学的特性の異なる2枚の非球面レンズ(以下レンズと略す)6a、6bとが、一定の位置関係が保持できるようにレンズホルダー20に嵌め込まれ、レンズ6を構成している。レンズホルダー20は、その外側に配置された調整リング21を介して鏡筒部17の外側に接着剤などによって固定されている。レンズホルダー20と調整リング21とは、レンズホルダー20に設けられたネジ部20aと調整リング21に設けられたネジ部21aとが螺合して固定されている。   Two aspherical lenses (hereinafter abbreviated as lenses) 6a and 6b, each having different optical characteristics, are fitted into the lens holder 20 in the barrel of the lens barrel portion 17 so that a fixed positional relationship can be maintained. A lens 6 is configured. The lens holder 20 is fixed to the outer side of the lens barrel portion 17 by an adhesive or the like via an adjustment ring 21 arranged on the outer side. The lens holder 20 and the adjustment ring 21 are fixed by screwing a screw portion 20 a provided in the lens holder 20 and a screw portion 21 a provided in the adjustment ring 21.

レンズホルダー20には、鏡筒部17の内部に光を導入するための絞り3が形成されている。絞り3は、鏡筒部17の内部に向かって開口が狭くなっている。この構成により、鏡筒部17の内部に入射する光が、絞り3の壁面に当たって散乱し、レンズに入射する現象を低減する。これにより、レンズへの不要光の入射を低減し、ゴーストの発生を低減できる。   The lens holder 20 is formed with a stop 3 for introducing light into the lens barrel portion 17. The aperture of the diaphragm 3 is narrowed toward the inside of the lens barrel portion 17. With this configuration, the light incident on the inside of the lens barrel portion 17 strikes the wall surface of the diaphragm 3 and is scattered to reduce the phenomenon of entering the lens. Thereby, incidence of unnecessary light to the lens can be reduced, and generation of ghost can be reduced.

レンズ6には、透過率や屈折率などの必要な光学特性を満たすような樹脂が用いられている。例えば、日本ゼオン製の商品名ゼオネックス(登録商標)を用いることができる。レンズ6の構成については、2枚構成で一定の距離より遠方で結像する、いわゆるパンフォーカスの構成を採用している。本実施の形態においては、約30cmより遠方での被写体に対して焦点が合うように調整されている。これらの構成や特性については、適宜選定することが可能である。   The lens 6 is made of a resin that satisfies necessary optical characteristics such as transmittance and refractive index. For example, the trade name ZEONEX (registered trademark) manufactured by Nippon Zeon can be used. As the configuration of the lens 6, a so-called pan focus configuration is adopted in which a two-lens configuration forms an image farther than a certain distance. In the present embodiment, adjustment is made so that a subject farther than about 30 cm is in focus. These configurations and characteristics can be appropriately selected.

光学フィルタ5は、貫通穴10が形成された底部7の上面に、貫通穴10を覆うようにして装着される。光学フィルタ5は、不要な赤外光をカットし、可視領域の波長の光を透過する。光学フィルタ5としては、水晶フィルタや、ガラスにIRコートと呼ばれるコーティングを施したものが用いられている。本実施の形態では、光学フィルタ5の基材には、棚珪酸ガラスを用い、紫外光をカットする。基材の片面にIR(Infra Red)カットコート、他面に反射防止のAR(Anti Reflection)コートが施されている。IRコートは、例えば、ガラスに対して、二酸化ケイ素(SiO2)・酸化チタン(TiO2)などを蒸着して形成する。ARコートは、例えば、ガラスに対して、フッ化マグネシウム(MgF2)・酸化チタン(TiO2)・酸化ジルコニウム(ZrO2)などを蒸着して形成する。IRカットコートやARコートの膜構成および積層数については、可視光領域および領域外の透過・反射を抑制する特性により、適宜選択することができる。 The optical filter 5 is mounted on the upper surface of the bottom 7 where the through hole 10 is formed so as to cover the through hole 10. The optical filter 5 cuts unnecessary infrared light and transmits light having a wavelength in the visible region. As the optical filter 5, a quartz filter or a glass having a coating called an IR coat is used. In the present embodiment, shelf silicate glass is used for the base material of the optical filter 5, and ultraviolet light is cut. An IR (Infra Red) cut coat is applied to one side of the substrate, and an AR (Anti Reflection) coat for antireflection is applied to the other side. The IR coat is formed, for example, by vapor-depositing silicon dioxide (SiO 2 ) / titanium oxide (TiO 2 ) on glass. The AR coat is formed, for example, by vapor-depositing magnesium fluoride (MgF 2 ), titanium oxide (TiO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ) or the like on glass. The film configuration and the number of laminated layers of the IR cut coat and AR coat can be appropriately selected depending on the visible light region and the property of suppressing transmission / reflection outside the region.

図5は、本実施の形態における光学フィルタ5の分光特性を示す図である。波長が約400nmから750nmの可視光領域に対しての透過率がほぼ93%以上で、それ以外の帯域においては透過率を充分低くしてある。この分光特性についても適宜変更することが可能である。光学フィルタ5を備えることにより、半導体撮像素子4に可視光以外の光が入射されることに起因するノイズの発生を低減する。   FIG. 5 is a diagram showing the spectral characteristics of the optical filter 5 in the present embodiment. The transmittance in the visible light region having a wavelength of about 400 nm to 750 nm is approximately 93% or more, and the transmittance is sufficiently low in other bands. This spectral characteristic can be changed as appropriate. By providing the optical filter 5, it is possible to reduce the generation of noise due to the incident light other than visible light entering the semiconductor imaging device 4.

なお、光学フィルタ5が装着される面には、溝11が形成されている(図4参照)。これにより、撮像装置1の製造時に、接着剤の硬化などで外部より加えられる熱で膨張する空気を溝11から逃がすことができる。   A groove 11 is formed on the surface on which the optical filter 5 is mounted (see FIG. 4). Thereby, the air which expand | swells with the heat | fever applied from the outside by hardening of an adhesive agent etc. at the time of manufacture of the imaging device 1 can be escaped from the groove | channel 11.

貫通穴10が形成された底部7の下面には、半導体撮像素子4および図示しないチップ部品等が装着される(図4参照)。半導体撮像素子4がベア実装されるための接続ランド7cと半導体撮像素子4のバンプ8は、導電性接着剤8aによって接着され、封止剤9で封止されている。底部7の下面には、無電解メッキにより、銅下地、ニッケル、金の配線パターン7bが形成されている。接続ランド7cと立体基板2の底部7の外側に設けられた端子部7aとは、配線パターン7bによって電気的に導通されている。端子部7aは、FPC15との接続用ランド15aに半田16により接続されている。半導体撮像素子4および図示しないチップ部品等から得られた映像信号および外部からの制御信号・電源供給などの電気信号は、配線パターン7bを経由して送受信される。   On the lower surface of the bottom 7 where the through hole 10 is formed, the semiconductor imaging device 4 and a chip component (not shown) are mounted (see FIG. 4). A connection land 7 c for bare mounting of the semiconductor image pickup device 4 and a bump 8 of the semiconductor image pickup device 4 are bonded by a conductive adhesive 8 a and sealed with a sealant 9. On the bottom surface of the bottom portion 7, a wiring pattern 7b of copper base, nickel, and gold is formed by electroless plating. The connection land 7c and the terminal portion 7a provided outside the bottom portion 7 of the three-dimensional board 2 are electrically connected by the wiring pattern 7b. The terminal portion 7 a is connected to a connection land 15 a with the FPC 15 by solder 16. Video signals obtained from the semiconductor imaging device 4 and chip parts (not shown), and electrical signals such as external control signals and power supply are transmitted and received via the wiring pattern 7b.

次に、半導体撮像素子4について説明する。半導体撮像素子4は、約130万画素数の1/4型SXGAのCCD型センサであり、入射された光を所要の電気信号へと変換する。半導体撮像素子4は、画面のアスペクト比が4:3、毎秒15フレームの画像信号を出力する。   Next, the semiconductor image sensor 4 will be described. The semiconductor imaging device 4 is a ¼-inch SXGA CCD sensor having about 1.3 million pixels, and converts incident light into a required electrical signal. The semiconductor image sensor 4 outputs an image signal having a screen aspect ratio of 4: 3 and 15 frames per second.

半導体撮像素子4は、立体基板2に設けられた接続ランド7cに対して、SBB(Stud Bump Bond)により電気的に接続される。半導体撮像素子4からの出力は、配線パターン7bを経由して底部7に設けられる外部のFPC15と接続する端子部7aに導出されている。   The semiconductor image pickup device 4 is electrically connected to a connection land 7c provided on the three-dimensional board 2 by an SBB (Stud Bump Bond). An output from the semiconductor image pickup device 4 is led to a terminal portion 7a connected to an external FPC 15 provided on the bottom portion 7 via a wiring pattern 7b.

図1は、半導体撮像素子4の一画素を拡大して示す図である。図1に示すように、半導体撮像素子4は、入射光を電気信号に変換するフォトダイオード56を備えている。   FIG. 1 is an enlarged view showing one pixel of the semiconductor image sensor 4. As shown in FIG. 1, the semiconductor imaging device 4 includes a photodiode 56 that converts incident light into an electrical signal.

フォトダイオード56の光の入射側には、マイクロレンズ50、カラーフィルタ51、インナーレンズ、保護膜52、Al配線・マスク53、絶縁層54、ポリシリコン55などが設けられている。半導体撮像素子4は、フォトダイオード56の入射面の反対側に、フォトダイオード56を透過した光をフォトダイオード56の方向に反射する反射層57を有する。   On the light incident side of the photodiode 56, a microlens 50, a color filter 51, an inner lens, a protective film 52, an Al wiring / mask 53, an insulating layer 54, polysilicon 55 and the like are provided. The semiconductor imaging device 4 has a reflection layer 57 that reflects light transmitted through the photodiode 56 in the direction of the photodiode 56 on the opposite side of the incident surface of the photodiode 56.

反射層57には、銀白色の金属としてアルミニウムを用いる。アルミニウムは、半導体では電極や、内部配線として多用されているので、使い勝手が良い。また、密度が低いので軽量で実現でき、単価も他の銀白色の金属と比べて安価である。本実施の形態では、アルミニウムを用いているが、他の銀白色の金属の例としては、ニッケルやチタンなどを用いることもできる。ニッケルを用いると、フォトダイオード56に対して電磁シールドが可能となり、EMIなどの面で有利に作用する。なお、反射層の材料や、反射膜としての厚さおよび大きさについては、必要とする反射率となるように適宜選択する事が可能である。   The reflective layer 57 uses aluminum as a silver-white metal. Aluminum is easy to use because it is frequently used in semiconductors as electrodes and internal wiring. Moreover, since it is low in density, it can be realized in light weight, and the unit price is lower than other silver-white metals. In this embodiment, aluminum is used, but nickel, titanium, or the like can be used as another example of a silver-white metal. When nickel is used, electromagnetic shielding can be performed on the photodiode 56, which is advantageous in terms of EMI. Note that the material of the reflective layer and the thickness and size of the reflective film can be appropriately selected so as to obtain the required reflectance.

反射層57のサイズおよび反射率は、フォトダイオード56の入射面側に設けられたカラーフィルタ51が透過する光の波長に応じて決められる。長い波長の光を透過するカラーフィルタ51を備える場合には、サイズおよび反射率の大きい反射層57を用い、短い波長の光を透過するカラーフィルタ51を備える場合には、サイズおよび反射率の小さい反射層57を用いる。また、短い波長の光を透過するカラーフィルタ51を備える場合には、反射層57を有しない構成としてもよい。なお、本実施の形態では、反射層57のサイズおよび反射率をカラーフィルタ51が透過する光の波長に応じて決めているが、反射層57のサイズのみ、あるいは反射率のみを変えてもよい。   The size and reflectance of the reflective layer 57 are determined according to the wavelength of light transmitted through the color filter 51 provided on the incident surface side of the photodiode 56. When the color filter 51 that transmits light of a long wavelength is provided, the reflective layer 57 having a large size and reflectivity is used, and when the color filter 51 that transmits light of a short wavelength is provided, the size and reflectivity are small. A reflective layer 57 is used. Further, when the color filter 51 that transmits light having a short wavelength is provided, the reflective layer 57 may not be provided. In the present embodiment, the size and reflectance of the reflective layer 57 are determined according to the wavelength of light transmitted through the color filter 51, but only the size of the reflective layer 57 or only the reflectance may be changed. .

図6は、半導体撮像素子の画素サイズと各波長に対する感度特性をシミュレーションにより求めた図である。図6において、横軸は画素サイズ、縦軸はフォトダイオードの出力の相対値を示す。画素サイズは、正方形画素の一辺の長さを意味する。例えば2μmとは、一辺が2μmの正方形画素を示す。フォトダイオードは、開口部が画素サイズの約半分の形態のものを用いた。   FIG. 6 is a diagram in which the pixel size of the semiconductor image sensor and the sensitivity characteristics for each wavelength are obtained by simulation. In FIG. 6, the horizontal axis indicates the pixel size, and the vertical axis indicates the relative value of the output of the photodiode. Pixel size means the length of one side of a square pixel. For example, 2 μm indicates a square pixel having a side of 2 μm. As the photodiode, an opening having a shape about half the pixel size was used.

図6の特性から、画素サイズが1.5μmの場合には、Rの感度中心近傍の650nmで約15%、Gの感度中心近傍の550nmで約5%程度の感度が低下している。本実施の形態では、画素サイズの小型化に伴う感度の低下を補償するように、反射層57のサイズおよび反射率を設定する。例えば、感度低下の大きいR(650nm)を透過するカラーフィルタ51が設けられたフォトダイオード56にはサイズおよび反射率の大きい反射層57を配置し、感度低下の小さいG(550nm)を透過するカラーフィルタ51が設けられたフォトダイオード56にはサイズおよび反射率の小さい反射層57を配置する。反射層57のサイズおよび反射率が大きくなると、フォトダイオード56の感度が高くなる。   From the characteristics of FIG. 6, when the pixel size is 1.5 μm, the sensitivity is reduced by about 15% at 650 nm in the vicinity of the R sensitivity center and about 5% at 550 nm in the vicinity of the G sensitivity center. In the present embodiment, the size and the reflectance of the reflective layer 57 are set so as to compensate for the sensitivity reduction accompanying the reduction in pixel size. For example, a photodiode 56 provided with a color filter 51 that transmits R (650 nm) having a large sensitivity drop is provided with a reflective layer 57 having a large size and reflectance, and a color that transmits G (550 nm) having a small sensitivity drop. The photodiode 56 provided with the filter 51 is provided with a reflective layer 57 having a small size and reflectance. As the size and reflectance of the reflective layer 57 increase, the sensitivity of the photodiode 56 increases.

一般的に長い波長の光の方が、半導体撮像素子の奥まで到達するために、波動の影響を受けやすい波長の長い光ほど反射層57において反射する光量が大きくなる。短い波長の光は、反射層57に到達する光量が小さい反面、波動の影響を受けにくいためにフォトダイオード56の入射面側から入射した光によって大きい出力を得られる。この相関関係に基づいて、反射層57からの反射光によって得られる出力の変化を求め、反射層57の最適なサイズおよび反射率を決めてもよい。   In general, since light having a longer wavelength reaches the depth of the semiconductor image sensor, the amount of light reflected by the reflection layer 57 increases as the wavelength of the light that is easily affected by the wave increases. Although light with a short wavelength has a small amount of light reaching the reflective layer 57, it is difficult to be affected by waves, so that a large output can be obtained by light incident from the incident surface side of the photodiode 56. Based on this correlation, a change in output obtained by the reflected light from the reflective layer 57 may be obtained to determine the optimal size and reflectance of the reflective layer 57.

マイクロレンズ50は、光学フィルタ5を透過した光を集めてフォトダイオード56に入射させる。マイクロレンズ50は、半導体撮像素子4の中心から周辺に向かうに従って、マイクロレンズ50の中心を半導体撮像素子4の中心方向に位置をずらしてある。これは、スケーリングと呼ばれる方法である。スケーリングによって、半導体撮像素子4の周辺部におけるフォトダイオード56の特性の低下を防止している。   The microlens 50 collects the light transmitted through the optical filter 5 and causes the light to enter the photodiode 56. The position of the center of the microlens 50 is shifted in the direction of the center of the semiconductor imaging device 4 as it goes from the center of the semiconductor imaging device 4 to the periphery. This is a method called scaling. By the scaling, deterioration of the characteristics of the photodiode 56 in the peripheral portion of the semiconductor image sensor 4 is prevented.

マイクロレンズ50のピッチ(図中のA寸法)は、画素ピッチと呼ばれる。Al配線・マスクの開口部分(図中のB寸法)は、フォトダイオード56に対しての開口寸法となる。通常は、B寸法がA寸法の約半分に設定されている。   The pitch (A dimension in the figure) of the microlenses 50 is called a pixel pitch. The opening part (B dimension in the figure) of the Al wiring / mask is the opening dimension with respect to the photodiode 56. Usually, the B dimension is set to about half of the A dimension.

カラーフィルタ51は、赤(R)の波長の光を透過するフィルタと、青(B)の波長の光を透過するフィルタと、緑(G)の波長の光を透過するフィルタとを備えた原色系のフィルタである。なお、図1では、1つの画素について説明しているので、カラーフィルタ51は、RGBのいずれかの波長を透過する。カラーフィルタ51を備えることにより、フォトダイオード56はRGBの色信号を出力として取り出すことができる。   The color filter 51 is a primary color including a filter that transmits light with a red (R) wavelength, a filter that transmits light with a blue (B) wavelength, and a filter that transmits light with a green (G) wavelength. It is a system filter. In FIG. 1, since one pixel is described, the color filter 51 transmits one of RGB wavelengths. By providing the color filter 51, the photodiode 56 can extract RGB color signals as an output.

フォトダイオード56は、カラーフィルタ51が設けられた入射面側から入射された光と反射層57によって反射された光を光電変換し、電気信号を出力する。フォトダイオード56の出力は、図示しない読み出し回路へと導出される。読み出し方法は、従来と同様に、水平および垂直に電荷を伝送する。この構成によって、フォトダイオード56の出力を取り出せるようになっている。   The photodiode 56 photoelectrically converts light incident from the incident surface side where the color filter 51 is provided and light reflected by the reflective layer 57, and outputs an electrical signal. The output of the photodiode 56 is led to a readout circuit (not shown). In the reading method, charges are transmitted horizontally and vertically as in the conventional method. With this configuration, the output of the photodiode 56 can be taken out.

図7は、フォトダイオード56の波長に対する感度特性を示す図である。横軸は波長を示し、縦軸は感度を示す。このフォトダイオードはシリコンで作られており、近赤外光の領域まで感度を有している。画素サイズが2.5μmの時の青色画素に対する感度(分光感度)60、同様に緑色に対する感度61、赤色に対する感度62を示している。また、画素サイズが1.5μmの時の赤色に対するフォトダイオード56の出力63、反射層57により再入光した光によるフォトダイオードの出力64を示している。フォトダイオード56の出力63と反射層57により再入光した光による出力64とでは、その分光特性が若干変わっている。波長の短い成分がより減衰して反射層57に到達するためと考えられる。   FIG. 7 is a diagram showing sensitivity characteristics with respect to the wavelength of the photodiode 56. The horizontal axis indicates the wavelength, and the vertical axis indicates the sensitivity. This photodiode is made of silicon and has sensitivity up to the near infrared region. A sensitivity (spectral sensitivity) 60 for a blue pixel when the pixel size is 2.5 μm, similarly a sensitivity 61 for green and a sensitivity 62 for red are shown. Further, the output 63 of the photodiode 56 for red when the pixel size is 1.5 μm and the output 64 of the photodiode by the light re-entered by the reflection layer 57 are shown. The spectral characteristics slightly change between the output 63 of the photodiode 56 and the output 64 by the light re-entered by the reflection layer 57. This is probably because the short wavelength component is attenuated more and reaches the reflection layer 57.

フォトダイオード56は、図7に示されるように、近赤外光の領域まで感度を有している。波長の長い光は、減衰しにくいため素子の裏面からの入光にも配慮することが必要である。本実施の形態においては、FPC15の裏面に設けた金属箔14が可視光・赤外光の侵入を防止する。それぞれの色に対しての感度は、感度特性の値を積分して比較する。感度は、色フィルタの特性や、用いる顔料系の色素の特徴などによって変化する。以上、本実施の形態の撮像装置1の構成について説明した。   As shown in FIG. 7, the photodiode 56 has sensitivity up to the near-infrared region. Since light with a long wavelength is difficult to attenuate, it is necessary to consider incident light from the back surface of the element. In the present embodiment, the metal foil 14 provided on the back surface of the FPC 15 prevents visible light / infrared light from entering. The sensitivity for each color is compared by integrating the sensitivity characteristic values. The sensitivity varies depending on the characteristics of the color filter and the characteristics of the pigment-based dye used. The configuration of the imaging device 1 according to the present embodiment has been described above.

次に、本発明の撮像装置1の効果についての説明に先立って、半導体撮像素子の画素サイズと感度の関係について述べる。   Next, prior to describing the effects of the imaging device 1 of the present invention, the relationship between the pixel size and sensitivity of the semiconductor imaging device will be described.

図6から分かるように、画素サイズが小さくなると波長の長い方の相対感度の低下が顕著になる。画素サイズが小さくなってフォトダイオードの開口部が波長と同程度の大きさになると、光の波動としての特性を無視できなくなることが原因と考えられる。画素サイズが2.5μm以上では、光の波動としての特性を無視できるが、画素サイズ2μm以下になると、長波長に対応した画素の感度が低下し、画質の劣化が生じると考えられる。撮像装置の小型化・薄型化の限界は、画素サイズによって支配される。同じ画素サイズにおいては、波長の長い光ほど出力の低下が大きい。   As can be seen from FIG. 6, when the pixel size is reduced, the relative sensitivity of the longer wavelength is significantly reduced. If the pixel size is reduced and the opening of the photodiode becomes as large as the wavelength, it is considered that the characteristic as the wave of light cannot be ignored. When the pixel size is 2.5 μm or more, the characteristics as light waves can be ignored. However, when the pixel size is 2 μm or less, the sensitivity of the pixel corresponding to the long wavelength is lowered, and it is considered that the image quality is deteriorated. The limits of downsizing / thinning the imaging device are governed by the pixel size. For the same pixel size, the output decreases as the wavelength increases.

図8は半導体撮像素子の画素サイズと画素数の関係を撮像装置のサイズごとに示す図である。横軸は画素サイズ、縦軸は画素数を示す。図8から、撮像素子のサイズが小さくなると、画素サイズは小さく、画素数は増加する傾向があることが分かる。図中の矢印TRは、装置のトレンドを示す。従来、100万画素クラスの撮像素子は1/2から1/3型(インチに対応している)程度であったものが、現在は1/4型で実現されている。今後、さらに小型化が進み、1/6型で100万画素が実現されると画素サイズが2μm程度となる。従って、上記したような光の波動としての特性に起因する画質劣化の問題が表面化すると予測される。   FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the pixel size of the semiconductor image sensor and the number of pixels for each size of the imaging device. The horizontal axis indicates the pixel size, and the vertical axis indicates the number of pixels. From FIG. 8, it can be seen that as the size of the image sensor decreases, the pixel size tends to decrease and the number of pixels tends to increase. An arrow TR in the figure indicates a trend of the apparatus. Conventionally, an image pickup element of 1 million pixel class was about 1/2 to 1/3 type (corresponding to inch), but is currently realized with 1/4 type. In the future, when the size is further reduced and 1 million pixels are realized with the 1/6 type, the pixel size becomes about 2 μm. Therefore, it is predicted that the problem of image quality degradation due to the above-described characteristics as the wave of light will surface.

以下、本実施の形態の撮像装置1の効果について説明する。
本実施の形態の撮像装置1は、フォトダイオード56の入射面の反対側に反射層57を配置している。これにより、フォトダイオード56を透過した光は反射層57で反射され、再びフォトダイオード56に入射される。従って、フォトダイオード56の感度を高めることができる。
Hereinafter, effects of the imaging device 1 of the present embodiment will be described.
In the imaging device 1 of the present embodiment, a reflective layer 57 is disposed on the opposite side of the incident surface of the photodiode 56. As a result, the light transmitted through the photodiode 56 is reflected by the reflective layer 57 and is incident on the photodiode 56 again. Therefore, the sensitivity of the photodiode 56 can be increased.

本実施の形態の撮像装置1は、それぞれのフォトダイオード56の入射面側に設けられたカラーフィルタ51の透過する光の波長に応じて、反射層57のサイズおよび反射率を決めている。すなわち、波長の長い光を透過するカラーフィルタ51が設けられている場合いは、サイズおよび反射率の大きい反射層57を用いることにより、反射光量を増やし、フォトダイオード56の感度を高める。これにより、長い波長の光に感度を有するフォトダイオードにおいて、波動光学的な影響を補償して、あたかも感度低下がないような特性を実現することができる。   In the imaging device 1 of the present embodiment, the size and reflectance of the reflective layer 57 are determined according to the wavelength of light transmitted through the color filter 51 provided on the incident surface side of each photodiode 56. That is, when the color filter 51 that transmits light having a long wavelength is provided, the amount of reflected light is increased and the sensitivity of the photodiode 56 is increased by using the reflective layer 57 having a large size and reflectivity. As a result, in the photodiode having sensitivity to light having a long wavelength, it is possible to realize a characteristic as if there is no reduction in sensitivity by compensating the wave optical effect.

図7から分かるように、フォトダイオード56の出力63と反射層57による出力64を加算することで、赤色の画素サイズが2.5μm相当つまり、出力低下のほぼ無い状態として取り出すことができる。緑色の画素についても、同様にして反射層57により再入光した光によって出力低下を低減できる。   As can be seen from FIG. 7, by adding the output 63 of the photodiode 56 and the output 64 of the reflective layer 57, the red pixel size can be taken out as equivalent to 2.5 μm, that is, with almost no reduction in output. Similarly, for the green pixel, the reduction in output can be reduced by the light re-entered by the reflective layer 57.

また、本実施の形態では、ベイヤー配置の半導体撮像素子の配列としたものであるので、従来の読み出し方法や、色補正・補間などの技術を応用できる。従って、開発の効率が向上でき、また、種々のノウハウも継承し適用することができる。   Further, in the present embodiment, since an array of Bayer-arranged semiconductor image pickup devices is used, conventional reading methods and techniques such as color correction / interpolation can be applied. Accordingly, development efficiency can be improved, and various know-how can be inherited and applied.

(第2の実施の形態)
次に、本発明における第2の実施の形態について説明する。第2の実施の形態の撮像装置は、第1の実施の形態の撮像装置1と基本的な構成は同じであるが、立体基板2を可視光および近赤外光を透過しない構成としている点が異なる。ここで、可視光および近赤外光を透過しない構成とは、実質的に画質が劣化しない程度の構成を意味する。具体的な透過率として約0.5%以下であり、好ましくは0.2%以下とすることである。本実施の形態においては、約0.15%とする。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The image pickup apparatus of the second embodiment has the same basic configuration as the image pickup apparatus 1 of the first embodiment, but has a configuration in which the three-dimensional substrate 2 does not transmit visible light and near infrared light. Is different. Here, the configuration that does not transmit visible light and near-infrared light means a configuration that does not substantially deteriorate the image quality. The specific transmittance is about 0.5% or less, preferably 0.2% or less. In this embodiment, it is about 0.15%.

半導体撮像素子4は、シリコンにより作られている。従って、その感度域の長波長側の上限はシリコンのバンドギャップエネルギー(Eg)を超える波長により決まる。シリコンのバンドギャップエネルギーは、1.12eV程度であるため、限界の波長は、波長をλ[nm]、バンドギャップエネルギーをEg [eV]とするとλ≒1240/Egによって求められ、長波長側の感度の限界は約1100nm(1.1μm)程度の遠赤外線までとなる。   The semiconductor image sensor 4 is made of silicon. Therefore, the upper limit on the long wavelength side of the sensitivity region is determined by the wavelength exceeding the band gap energy (Eg) of silicon. Since the band gap energy of silicon is about 1.12 eV, the limit wavelength is obtained by λ≈1240 / Eg where the wavelength is λ [nm] and the band gap energy is E g [eV]. The limit of sensitivity is up to far infrared rays of about 1100 nm (1.1 μm).

本実施の形態における立体基板2は、樹脂材料(PAA)に可視光および短波長側に対して有効な分散性のよいカーボンブラック、および紫外光を吸収する棚珪酸ガラスを添加して構成する。また、熱伝導率の良い金属の充填剤として、アルミニウムを2wt%ほど混ぜてもよい。これにより、可視光および近赤外光の透過率が半導体撮像素子4の感度域に対して充分低くなる。立体基板の樹脂の肉厚についても、画像の劣化を評価して最適化する。波長の長い近赤外光の方がより、深いところまで透過しやすいので、この点を十分配慮することが肝要である。半導体撮像素子4に波長が1.1μm以下の近赤外光が入光すると、ノイズとして現れ、画質が劣化する。これを防止するためには、樹脂材料に混入させる金属の充填材の量を増加することが効果的である。なお、金属の充填材としてアルミニウムを用いる場合には、酸化アルミ(アルミナAl23)の形態のものを用いることが、電気的な絶縁抵抗を下げないようにする上で好ましい。 The three-dimensional substrate 2 in the present embodiment is configured by adding carbon black having good dispersibility effective for visible light and short wavelength side and shelf silicate glass that absorbs ultraviolet light to a resin material (PAA). Moreover, you may mix about 2 wt% of aluminum as a metal filler with good thermal conductivity. Thereby, the transmittance of visible light and near-infrared light is sufficiently low with respect to the sensitivity range of the semiconductor imaging device 4. The thickness of the resin of the three-dimensional substrate is also optimized by evaluating image deterioration. Since near-infrared light having a long wavelength is more easily transmitted deeper, it is important to fully consider this point. When near-infrared light having a wavelength of 1.1 μm or less enters the semiconductor imaging device 4, it appears as noise and the image quality deteriorates. In order to prevent this, it is effective to increase the amount of the metal filler mixed in the resin material. When aluminum is used as the metal filler, it is preferable to use aluminum oxide (alumina Al 2 O 3 ) in order not to lower the electrical insulation resistance.

本実施の形態では、立体基板2を可視光および近赤外光を透過しない構成としているので、撮像装置1への余計な光を遮るための遮光部材を設けることなく、携帯電話などの機器に実装できる。これにより、携帯機器の設計の自由度が増すとともに、機器の小型化が実現でき利便性の向上も実現できる。   In the present embodiment, since the three-dimensional substrate 2 is configured not to transmit visible light and near-infrared light, a device such as a mobile phone is provided without providing a light shielding member for blocking extra light to the imaging device 1. Can be implemented. As a result, the degree of freedom in designing the portable device is increased, the device can be downsized, and the convenience can be improved.

以上、本発明の撮像装置について実施の形態を挙げて詳細に説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではない。   Although the imaging apparatus of the present invention has been described in detail with reference to the embodiment, the present invention is not limited to the above-described embodiment.

本実施の形態では、反射層57として銀白色の金属を用いる例について説明したが、反射層57は、半導体によって形成してもよい。半導体による反射層は、ドープする材料によって異なる光屈折率の膜を重ねて多層化することによって得られる。また、別の方法として、ポリシリコンの層を導電性の膜としてではなく、反射膜として用いることも可能である。屈折率や、膜の層数、また、反射率などは適宜選択することは可能である。   In this embodiment mode, an example in which silver-white metal is used for the reflective layer 57 has been described. However, the reflective layer 57 may be formed of a semiconductor. A reflective layer made of a semiconductor can be obtained by stacking multiple layers having different optical refractive indexes depending on the material to be doped. Alternatively, the polysilicon layer can be used as a reflective film instead of a conductive film. The refractive index, the number of layers of the film, the reflectance, and the like can be selected as appropriate.

画素サイズを1μm程度まで微細化した場合には、RGBに対応する全ての画素に対して反射層57を設けるのが好ましい。また、RGBのそれぞれの感度比率をバランスさせるように感度を選択することが望ましい。これにより撮像装置の小型・薄型化が実現できる。   When the pixel size is reduced to about 1 μm, it is preferable to provide the reflective layer 57 for all pixels corresponding to RGB. In addition, it is desirable to select the sensitivity so that the sensitivity ratios of RGB are balanced. As a result, the image pickup apparatus can be reduced in size and thickness.

また、光学フィルタ5に対する入射角によって、長波長側の半値波長の値が短波長側にシフトすることを考慮し、光学フィルタ5に対する入射角が大きくなる半導体撮像素子4の周辺部画素に対して、中心付近より感度を増加させる構成としてもよい。この点について詳しく説明する。   Considering that the half-value wavelength value on the long wavelength side shifts to the short wavelength side depending on the incident angle with respect to the optical filter 5, the peripheral pixel of the semiconductor imaging device 4 in which the incident angle with respect to the optical filter 5 is increased. The sensitivity may be increased from the vicinity of the center. This point will be described in detail.

光学フィルタ5は、前述のように反射型としているので、多層膜を片側に付けてある。入射角が増大すると、多層膜に対して光路長が相対的に長くなる。従って、入射角の増大は、多層膜が厚くなったことと等価として考えられ、長波長側の半値の位置が短波長側へとシフトする。   Since the optical filter 5 is a reflection type as described above, a multilayer film is attached to one side. When the incident angle increases, the optical path length becomes relatively long with respect to the multilayer film. Therefore, the increase in the incident angle is considered to be equivalent to an increase in the thickness of the multilayer film, and the half-value position on the long wavelength side shifts to the short wavelength side.

図5は、光学フィルタ5に対する入射角と透過率の関係を示している。図中の実線、破線、2点鎖線はそれぞれ光学フィルタ5への入射角が0°、10°、20°における透過率の特性を示している。図5に見られるように、入射角が10°、20°と変化させた場合、長波長側の半値位置が入射角0°に比べて、それぞれおよそ5nm、10nm短波長側へシフトし、具体的に745nm、740nmとなった。画質を評価したところ、視覚的に10nm変化すると違和感を覚え、画質が劣化したことが視覚的に分かる。   FIG. 5 shows the relationship between the incident angle with respect to the optical filter 5 and the transmittance. The solid line, the broken line, and the two-dot chain line in the figure indicate the transmittance characteristics when the incident angles to the optical filter 5 are 0 °, 10 °, and 20 °, respectively. As shown in FIG. 5, when the incident angle is changed to 10 ° and 20 °, the half-value position on the long wavelength side is shifted to the short wavelength side by about 5 nm and 10 nm, respectively, compared to the incident angle of 0 °. 745 nm and 740 nm. When the image quality was evaluated, it was visually noticed that the image quality deteriorated when the image visually changed by 10 nm.

薄型化を実現するためには、周辺部画素において入射角が大きくならざるを得ない。そこで、光学フィルタ5に対する入射角が大きくなる半導体撮像素子の周辺部画素に対して、中心付近より感度を高くする構成とすることにより、入射角の増大に起因する周辺部画素の画質劣化を低減できる。   In order to reduce the thickness, the incident angle must be increased in the peripheral pixels. Therefore, by setting the sensitivity of the peripheral pixel of the semiconductor image sensor that increases the incident angle with respect to the optical filter 5 from the vicinity of the center, image quality deterioration of the peripheral pixel due to the increase of the incident angle is reduced. it can.

この場合の感度の求め方としては、例えば、半導体撮像素子4の周辺部画素に対して入射角の影響により低減する感度を求め、感度劣化を補正した感度を求めた後に、全体としての最適化を行う。逆に、全体としての感度を求めた上で、周辺部画素に対して補正を行ってもよい。感度を求める方法は、撮像装置の特性に合わせて適宜変更することができる。   As a method of obtaining the sensitivity in this case, for example, the sensitivity to be reduced due to the influence of the incident angle is obtained with respect to the peripheral pixels of the semiconductor imaging device 4, and the sensitivity after correcting the sensitivity deterioration is obtained, and then the optimization as a whole is performed. I do. Conversely, the peripheral pixels may be corrected after obtaining the sensitivity as a whole. The method for obtaining the sensitivity can be changed as appropriate in accordance with the characteristics of the imaging apparatus.

本発明によれば、長波長側に感度を有するフォトダイオードにおいても、波動光学的な影響による出力低下を補償することができるというすぐれた効果を有し、半導体撮像素子を用いた撮像装置を備えた携帯端末や携帯電話等として有用である。   According to the present invention, even a photodiode having sensitivity on the long wavelength side has an excellent effect of being able to compensate for a decrease in output due to wave optical influence, and includes an imaging device using a semiconductor imaging element. It is useful as a portable terminal or a mobile phone.

半導体撮像素子の一画素を拡大した断面図Sectional view enlarging one pixel of a semiconductor image sensor 実施の形態の撮像装置を示す斜視図The perspective view which shows the imaging device of embodiment 撮像装置をIII−IIIで切断した断面図Sectional view of the imaging device cut along III-III 撮像装置のIV部の拡大図Enlarged view of IV part of imaging device 実施の形態における光学フィルタの入射角と半値波長の関係を示す図The figure which shows the relationship between the incident angle of the optical filter in embodiment, and a half value wavelength 実施の形態における半導体撮像素子の画素サイズと波長に対する感度特性を示す図The figure which shows the sensitivity characteristic with respect to the pixel size and wavelength of the semiconductor image pick-up element in embodiment 実施の形態におけるフォトダイオードの波長に対する感度特性を示す図The figure which shows the sensitivity characteristic with respect to the wavelength of the photodiode in embodiment. 半導体撮像素子の画素サイズと画素数の関係を示す図The figure which shows the relationship between the pixel size of a semiconductor image sensor, and the number of pixels

符号の説明Explanation of symbols

1 撮像装置
2 立体基板
3 絞り
4 半導体撮像素子
5 光学フィルタ
6 レンズ
6a、6b 非球面レンズ
7 底部
7a 端子部
7b 配線パターン
7c 接続ランド
10 貫通穴
14 金属箔
15 FPC
15a ランド
16 半田
17 鏡筒部
20 レンズホルダー
21 調整リング
50 マイクロレンズ
51 カラーフィルタ
52 保護膜
53 Al配線・マスク
54 絶縁層
55 ポリシリコン
56 フォトダイオード
57 反射層


DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Imaging device 2 Three-dimensional substrate 3 Aperture 4 Semiconductor imaging device 5 Optical filter 6 Lens 6a, 6b Aspherical lens 7 Bottom part 7a Terminal part 7b Wiring pattern 7c Connection land 10 Through hole 14 Metal foil 15 FPC
15a Land 16 Solder 17 Lens barrel portion 20 Lens holder 21 Adjustment ring 50 Micro lens 51 Color filter 52 Protective film 53 Al wiring / mask 54 Insulating layer 55 Polysilicon 56 Photo diode 57 Reflective layer


Claims (9)

複数のフォトダイオードおよびカラーフィルタを有する半導体撮像素子と、
被写体からの光を前記半導体撮像素子に導く撮像光学系と、
を備え、
前記半導体撮像素子は、前記複数のフォトダイオードのうちの少なくとも一部のフォトダイオードの入射面の反対側に、前記フォトダイオードを透過した光を反射する反射層を有することを特徴とする撮像装置。
A semiconductor imaging device having a plurality of photodiodes and color filters;
An imaging optical system for guiding light from a subject to the semiconductor imaging device;
With
The image pickup apparatus according to claim 1, wherein the semiconductor image pickup device includes a reflection layer that reflects light transmitted through the photodiode on a side opposite to an incident surface of at least some of the plurality of photodiodes.
前記反射層のサイズまたは反射率は、そのフォトダイオードの入射面側に設けられたカラーフィルタが透過する光の波長に応じて決定されることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。   The imaging device according to claim 1, wherein the size or reflectance of the reflective layer is determined according to a wavelength of light transmitted through a color filter provided on an incident surface side of the photodiode. 前記半導体撮像素子を収容する可視光および近赤外光を透過しない立体基板を備えたことを特徴とする請求項1または2に記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 1, further comprising a three-dimensional substrate that does not transmit visible light and near infrared light that accommodates the semiconductor imaging element. 前記反射層は、銀白色の金属によって形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の撮像装置。   The imaging device according to claim 1, wherein the reflective layer is made of silver white metal. 前記反射層は、半導体によって形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の撮像装置。   The imaging device according to claim 1, wherein the reflective layer is formed of a semiconductor. 前記半導体撮像素子と前記撮像光学系との間に配置された光学フィルタを備え、
前記反射層のサイズまたは反射率は、そのフォトダイオードに対応する前記光学フィルタ上の領域へ入射する光の入射角度に応じて決定されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の撮像装置。
Comprising an optical filter disposed between the semiconductor imaging device and the imaging optical system;
The size or reflectance of the reflective layer is determined according to an incident angle of light incident on a region on the optical filter corresponding to the photodiode. The imaging device described.
前記半導体撮像素子は、画素ピッチが2ミクロン以下であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 1, wherein the semiconductor imaging element has a pixel pitch of 2 microns or less. 請求項1〜7のいずれかに記載の撮像装置を備えた携帯電話装置。   A mobile phone device comprising the imaging device according to claim 1. 入射光を電気信号に変換する複数のフォトダイオードと、
フォトダイオードの入射面側に設けられたカラーフィルタと、
前記複数のフォトダイオードのうちの少なくとも一部のフォトダイオードの入射面の反対側に配置された、そのフォトダイオードへ入射される前記カラーフィルタからの透過光の波長に応じたサイズまたは反射率を有する反射層と、
を備えたことを特徴とする半導体撮像素子。

A plurality of photodiodes for converting incident light into electrical signals;
A color filter provided on the incident surface side of the photodiode;
A size or a reflectance corresponding to the wavelength of the transmitted light from the color filter that is disposed on the opposite side of the incident surface of at least some of the photodiodes and is incident on the photodiodes. A reflective layer;
A semiconductor imaging device comprising:

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