JP2015197659A - 光学素子、光学素子アレイ及び固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】好適な反射防止構造を有する光学素子、光学素子アレイ及び固体撮像装置を提供する。【解決手段】表面が平面１２１及び凸面１２２から構成された凸レンズ１０１と、凸面１２２を覆う反射防止構造と、が含まれる。凸面１２２の頂点１０４の平面１２１への正射影１０６は、平面１２１と凸面１２２との境界を結ぶ線分１０５の中点からずれた位置にあり、反射防止構造には、頂点１０４よりも、線分１０５の２端点のうちで中点よりも正射影１０６に近く位置する第１の端部１０２側の第１の反射防止構造１１１と、頂点１０４よりも、線分１０５の２端点のうちで正射影１０４よりも中点に近く位置する第２の端部１０３側の第２の反射防止構造１１２と、が含まれる。第２の反射防止構造１１２の光透過率は、第１の反射防止構造１１１の光透過率よりも高い。【選択図】図１

Description

本発明は、光学素子、光学素子アレイ及び固体撮像装置に関する。

マイクロレンズといった光学素子を備えた固体撮像装置が知られている。特許文献１には、光学画像装置において、マイクロレンズが非球面でもよいこと、また、マイクロレンズの表面に反射防止コーティングが施してもよいことが開示されている。

特表２０１２−５０７２５０号公報

しかしながら、特許文献１においては、非対称の曲面を有するマイクロレンズに好適な反射防止膜の構成について、検討がなされていない。

本発明は、好適な反射防止構造を有する光学素子、光学素子アレイ及び固体撮像装置を提供することを目的とする。

本発明に係る光学素子は、底面と、前記底面に接続する凸面から構成された凸レンズと、前記凸面を覆う反射防止構造と、を有し、前記凸面の頂点の前記底面への正射影は、前記底面の外縁に位置する第１の端部と、前記底面の外縁に位置する第２の端部とを結ぶ線分の上に位置し、且つ前記線分の中点よりも前記第１の端部側に位置し、前記反射防止構造は、前記頂点よりも前記第１の端部側の第１の反射防止構造と、前記頂点よりも前記第２の端部側の第２の反射防止構造と、を有し、前記第２の反射防止構造の光透過率は、前記第１の反射防止構造の光透過率よりも高いことを特徴とする。

本発明に係る光学素子アレイは、アレイ領域に、互いに離間して位置する複数の光学素子を備えた光学素子アレイにおいて、前記複数の光学素子は、それぞれ、底面及び凸面から構成された凸レンズと、前記凸面を覆う反射防止構造と、を有し、前記凸面の頂点の前記底面への正射影は、前記底面の外縁に位置する第１の端部と、前記底面の外縁に位置し、前記第１の端部よりも前記アレイ領域の中心から離れて位置する第２の端部とを結ぶ線分の上に位置し、且つ前記線分の中点よりも前記第１の端部側に位置し、前記反射防止構造は、前記頂点よりも、前記第１の端部側の第１の反射防止構造と、前記頂点よりも、前記第２の端部側の第２の反射防止構造と、を有し、前記第２の反射防止構造の光透過率は、前記第１の反射防止構造の光透過率よりも高いことを特徴とする。

本発明に係る固体撮像装置は、アレイ領域に配された複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部の上に設けられ、複数の光学素子を備えた光学素子アレイと、を有し、前記複数の光学素子は、それぞれ、底面及び凸面から構成された凸レンズと、前記凸面を覆う反射防止構造と、を有し、前記凸面の頂点の前記底面への正射影は、前記底面の外縁に位置する第１の端部と、前記底面の外縁に位置し、前記第１の端部よりも前記アレイ領域の中心から離れて位置する第２の端部とを結ぶ線分の上に位置し、且つ前記線分の中点よりも前記第１の端部側に位置し、前記反射防止構造は、前記頂点よりも、前記第１の端部側の第１の反射防止構造と、前記頂点よりも、前記第２の端部側の第２の反射防止構造と、を有し、前記第２の反射防止構造の光透過率は、前記第１の反射防止構造の光透過率よりも高いことを特徴とする。

本発明によれば、好適な反射防止構造を有する光学素子、光学素子アレイ及び固体撮像装置を提供することができる。

第１の実施形態に係る光学素子の構造を示す図である。 第２、第３の実施形態に係る光学素子の構造を示す図である。 光学的膜厚と透過率との関係を示す図である。 第４の実施形態に係る光学素子の構造を示す図である。 第５の実施形態に係る光学素子の構造を示す図である。 第６の実施形態に係る光学素子の構造を示す図である。 第７の実施形態に係る光学素子の構造を示す図である。 第８の実施形態に係る光学素子の構造を示す図である。 第９の実施形態に係る光学素子の構造を示す図である。 第１０の実施形態に係る光学素子の構造を示す図である。 第１１の実施形態に係る光学素子アレイの構造を示す上面図である。

以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。

（第１の実施形態）
先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、第１の実施形態に係る光学素子の構造を示す図である。図１（ａ）は上面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）中のI−I線に沿った断面図である。

第１の実施形態に係る光学素子１００には凸レンズ１０１が含まれる。凸レンズ１０１の表面は、平面（底面）１２１とこれに接続する凸面１２２とから構成されている。以下、平面１２１が含まれる面を直交座標系のＸＹ平面という。凸面１２２は、平面１２１に垂直で、かつ凸面１２２の頂点１０４を含む一つの平面１２３について実質的に面対称となっている。一般的な凸レンズの凸面は球面形状の一部となっているが、凸面１２２の形状は非球面形状の一部となっている。また、面対称の基準となる平面１２３と凸面１２２との交線１２４の第１の端部１０２及び第２の端部１０３はＸＹ平面上にある。これらを２端点とする線分１０５上に頂点１０４のＸＹ平面への正射影１０６がある。頂点１０４の正射影１０６は、線分１０５の中点（不図示）から一方の端点側、ここでは第１の端部１０２側に偏った位置にある。つまり、第１の端部１０２は、線分１０５の２端点のうちで線分１０５自身の中点よりも頂点１０４の正射影１０６に近く位置し、第２の端部１０３は、線分１０５の２端点のうちで頂点１０４の正射影１０６よりも中点に近く位置する。従って、頂点１０４の正射影１０６と第１の端部１０２との距離１０７は、頂点１０４の正射影１０６と第２の端部１０３との距離１０８よりも短い。線分１０５がＸ軸上にあり、第１の端部１０２のＸ座標が第２の端部１０３のＸ座標より小さいとすると、平面１２１と凸面１２２との交線を構成する各点のＸ座標のうちで、第１の端部１０３のＸ座標が最小であり、第２の端部１０３のＸ座標が最大である。このような回転対称性もない曲面形状の凸型レンズはティアドロップ型とよばれることがあり、例えば特許第４７９６２８７号公報及び特開２００７−３３５７２３号公報等に記載されている。ここで、光学素子１００が平板部材の上に位置する場合には、平面（底面）１２１は表面を構成しない場合がある。この場合に平面１２１は、凸面１２２が接する面とみなすことが出来る。また、例えば、第１の実施形態においては、凸面１２２の最も低い位置におけるＺ軸座標を含む面（ＸＹ軸に平行な面）とみなせる。

また、凸面１２２は、第１の外縁１０９及び第２の外縁１１０に区画されている。第１の外縁１０９と第２の外縁１１０の境界は、凸面１２２に含まれ、頂点１０４を通り、その底面への正射影が線分１０５と直交する曲線を構成する。そして、頂点１０４よりも第１の端部１０２側の第１の外縁１０９上に第１の反射防止構造１１１が設けられ、頂点１０４よりも第２の端部１０３側の第２の外縁１１０上に第２の反射防止構造１１２が設けられている。第２の反射防止構造１１２の光透過率は、第１の反射防止構造１１１の光透過率より高い。

凸レンズ１０１は上述のような構成を有しているため、第２の反射防止構造１１２が光電変換部の受光量に影響しやすく、第１の反射防止構造１１１が光電変換部の検知する光束の色相に影響を及ぼしやすい。本実施形態では、第１の反射防止構造１１１の光透過率が第２の反射防止構造１１２のそれよりも低い。従って、本実施形態によれば、光学素子１００の集光特性を確保しながら、斜め入射光を低減することが可能となる。更に、第２の反射防止構造１１２のＸＹ平面への正射影像の面積が第１の反射防止構造１１１のそれより大きいことで、より集光特性を維持しつつ、射入射する光を低減することが出来る。
また、第１の実施形態に係る光学素子１００は、例えば、固体撮像装置に適用できる。このような光学素子１００を固体撮像装置に適用することで、光電変換部の受光量、即ち感度特性を良好に確保しながら、混色を抑制することができる。つまり、本実施形態に係る光学素子１００によれば、斜入射する光束を少ない光損失で透過、集光することができる。

また、第１の実施形態によれば、第１の外縁１０９の上に遮光膜を設けるよりも、入射光量の少ない状況においても集光効率を維持することが可能となり、第１の実施形態の光学素子を固体撮像装置に適用した場合には、光電変換部の感度を維持することが出来る。

なお、第１の反射防止構造１１１の光透過率及び第２の反射防止構造１１２の光透過率がそれぞれ一定である必要はない。例えば、これら光透過率が第１の端部１０２から第２の端部１０３に向かって連続的に変化していてもよい。この場合、第１の端部１０２から第２の端部１０３に向かって光透過率が徐々に高くなっていることが好ましい。また、第１の反射防止構造１１１の光透過率と第２の反射防止構造１１２の光透過率とが不連続であってもよい。更に、第１の反射防止構造１１１と第２反射防止構造１１２の境界が、第１の外縁１０９と第２の外縁１１０の境界と位置していなくてもよい。例えば、第１の反射防止構造１１１と第２の反射防止構造１１２との境界が頂点１０４よりも第１の端部１０２側にあってもよい。つまり、第２の反射防止構造１１２が第１の外縁１０９の一部にも設けられていてもよい。第２の反射防止構造１１２が頂点１０４を覆うことで、より集光効率を向上させることが出来る。

第１の反射防止構造１１１、第２の反射防止構造１１２の材料として、例えば、反射防止膜に適用される公知の無機化合物又は有機化合物を用いることができる。具体的にはＭｇＦ₂、ＣａＦ₂等の金属フッ化物、ＳｉＯ、Ａｌ₂Ｏ₃等の金属酸化物、ＳｉＮ等の金属窒化物、フッ素を含有する炭素骨格又は珪素骨格の重合体、酸素を含有する珪素骨格の重合体等を用いることができる。
第１の反射防止構造１１１、第２の反射防止構造１１２の材料に無機化合物を用いる場合、その堆積は化学気相成長法（ＣＶＤ法）、スパッタリング法、イオン成膜法等の公知の気相成膜法により行うことができる。また、無機化合物膜のパターン形成には、気相成膜で成膜材料と成膜対象物との間に所望のパターンに応じた開口を持つマスクを配置する方法、等方又は異方的気相成膜と等方又は異方的乾式エッチングとを併用する方法、フォトリソグラフィ等の方法を適用できる。
第１の反射防止構造１１１、第２の反射防止構造１１２の材料に有機化合物を用いる場合、その堆積はスピンコート法、ロールコート法、スプレーコート法等の公知の湿式成膜法により行うことができる。また、有機化合物膜のパターン形成には、成膜材料自身のフォトリソグラフィ、別種のレジストマスク材料を用いたフォトリソグラフィ又は乾式エッチング等の方法を適用できる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。図２（ａ）は、第２の実施形態に係る光学素子の構造を示す断面図である。第２の実施形態において、第１の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。

第２の実施形態に係る光学素子２００では、第１の反射防止構造１１１と第２の反射防止構造１１２との間で、光学的膜厚が相違している。ここで、光学的膜厚は、凸レンズ１０１を被覆する膜の屈折率ｎと厚さｄとの積である。第２の実施形態では、第１の反射防止構造１１１を構成する被覆層が第２の反射防止構造１１２を構成する被覆層より薄い。

図３（ａ）は、凸レンズと同じ組成の基板（屈折率ｎ＝１．６２）上に被覆層（屈折率ｎ＝１．４６）を設けた際の、前記被覆層の光学的膜厚と透過率との関係を示し、図３（ｂ）は、前記被覆層の光学的膜厚と反射率との関係を示す。図３に示す関係から、第１の反射防止構造１１１の光学的膜厚（ｎ₁ｄ₁）は下記の式１の関係を満たし、第２の反射防止構造１１２の光学的膜厚（ｎ₂ｄ₂）は下記の式２の関係を満たすことが好ましい。式１及び式２において、λは光学素子に入射する光の波長、ｍ₁及びｍ₂は整数を示す。また、ｎ₁、ｄ₁は、それぞれ第１の反射防止構造１１１に対応する被覆層の屈折率、厚さを示し、ｎ₂、ｄ₂は、それぞれ第２の反射防止構造１１２に対応する被覆層の屈折率、厚さを示す。

例えば、入射光の波長が５５０ｎｍ、被覆層の材料がＳｉＯ（屈折率ｎ＝１．４６）である場合、第１の反射防止構造１１１を構成する被覆層の厚さを４７ｎｍ未満、第２の反射防止構造１１２を構成する被覆層の厚さを９４±４７ｎｍとすることが好ましい。

このような第２の実施形態によっても第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。更に、第１の反射防止構造１１１と第２の反射防止構造１１２との間で光学的膜厚が相違しているため、第１の外縁１０９のうちで局所的に曲率が大きくなった屈曲部に斜入射する光束によって生じやすいゴーストを抑制する効果を得ることもできる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。図２（ｂ）は、第３の実施形態に係る光学素子の構造を示す断面図である。第３の実施形態において、第１の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。

第３の実施形態に係る光学素子２１０では、第１の反射防止構造１１１と第２の反射防止構造１１２との間で、光学的膜厚が相違している。但し、第２の実施形態とは異なり、第１の反射防止構造１１１を構成する被覆層が第２の反射防止構造１１２を構成する被覆層より厚い。
第２の実施形態と同様に、第１の反射防止構造１１１の光学的膜厚（ｎ₁ｄ₁）は式１の関係を満たし、第２の反射防止構造１１２の光学的膜厚（ｎ₂ｄ₂）は式２の関係を満たすことが好ましい。

例えば、入射光の波長が５５０ｎｍ、被覆層の材料がＳｉＯ（屈折率ｎ＝１．４６）である場合、第１の反射防止構造１１１を構成する被覆層の厚さを１８８±４７ｎｍ、第２の反射防止構造１１２を構成する被覆層の厚さを９４±４７ｎｍとすることが好ましい。

このような第３の実施形態によっても第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。更に、第１の反射防止構造１１１と第２の反射防止構造１１２との間で光学的膜厚が相違しているため、第１の外縁１０９のうちで局所的に曲率が大きくなった屈曲部に斜入射する光束によって生じやすいゴーストを抑制する効果を得ることもできる。

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について説明する。図４は、第４の実施形態に係る光学素子の構造を示す図である。図４（ａ）は上面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）中のI−I線に沿った断面図である。第４の実施形態において、第１の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。

第４の実施形態に係る光学素子４００では、第１の外縁１０９及び第２の外縁１１０上に第１の被覆層４０１が形成されている。つまり、凸面１２２の全体の上に第１の被覆層４０１が形成されている。また、第１の被覆層４０１の第２の外縁１１０上の部分上に第２の被覆層４０２が形成されている。第１の被覆層４０１の第１の外縁１０９上の部分が第１の反射防止構造１１１に含まれ、第１の被覆層４０１の第２の外縁１１０上の部分及び第２の被覆層４０２が第２の反射防止構造１１２に含まれる。例えば、第１の被覆層４０１は厚さが６４ｎｍのＳｉＮ（屈折率ｎ＝１．８２）膜であり、第２の被覆層４０２は厚さが９４ｎｍのＳｉＯ（屈折率ｎ＝１．４６）膜である。

このような第４の実施形態でも、第２及び第３の実施形態と同様に、第１の反射防止構造１１１と第２の反射防止構造１１２との間で、光学的膜厚が相違している。このため、第２及び第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。第４の実施形態でも、第２及び第３の実施形態と同様に、第１の反射防止構造１１１の光学的膜厚が式１の関係を満たし、第２の反射防止構造１１２の光学的膜厚が式２の関係を満たすことが好ましい。

（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態について説明する。図５は、第５の実施形態に係る光学素子の構造を示す図である。図５（ａ）は上面図、図５（ｂ）は図５（ａ）中のI−I線に沿った断面図、図５（ｃ）は図５（ａ）中のII−II線に沿った断面図、図５（ｄ）は図５（ａ）中のIII−III線に沿った断面図である。第５の実施形態において、第１の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。

第５の実施形態に係る光学素子５００では、第１の外縁１０９と第２の外縁１１０との境界を覆う第３の反射防止構造５０１が形成されている。第３の反射防止構造５０１は、第１の反射防止構造１１１と第２の反射防止構造１１２との間に位置している。第１の反射防止構造１１１と第２の反射防止構造１１２とは頂点１０４上で接している。第２の反射防止構造１１２の光透過率は第３の反射防止構造５０１の光透過率より高い。また、第１の反射防止構造１１１の光透過率は第３の反射防止構造５０１の光透過率以下である。つまり、第１の反射防止構造１１１の光透過率は、第３の反射防止構造５０１の光透過率と等しいか、第３の反射防止構造５０１の光透過率よりも低い。

第１の外縁１０９と第２の外縁１１０との境界で、且つ光学素子５００の底面の外縁となる部位は、隣接する光学素子５００が各々なす曲面を交えるか、又は光学素子５００がなす曲面と光学素子５００自身が配置される平面を交える部位となる。つまり、前記の部位は局所的に曲率変動する屈曲部であり、前記部位を通じて入射する光束の一部が光学素子５００の下に配置する光電変換部に入射せずに、隣接の光電変換部に誤入射する場合がある。しかし、第５の実施形態に係る光学素子５００では、そのような部位に第３の反射防止構造５０１が設けられている。このため、光学素子５００に斜入射する光束を光学素子５００と対となる光電変換部に少ない光損失で透過、集光して、且つ隣接する光電変換部への誤入射を抑制することができる。

（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態について説明する。図６は、第６の実施形態に係る光学素子の構造を示す図である。図６（ａ）は上面図、図６（ｂ）は図６（ａ）中のI−I線に沿った断面図、図６（ｃ）は図６（ａ）中のII−II線に沿った断面図、図６（ｄ）は図６（ａ）中のIII−III線に沿った断面図である。第６の実施形態において、第１の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。

第６の実施形態に係る光学素子６００では、第２の反射防止構造１１２と第３の反射防止構造５０１との間で、光学的膜厚が相違している。より具体的には、第３の反射防止構造５０１を構成する被覆層が第２の反射防止構造１１２を構成する被覆層より薄い。第２の反射防止構造１１２の光学的膜厚（ｎ₂ｄ₂）は式２の関係を満たし、第３の反射防止構造５０１の光学的膜厚（ｎ₃ｄ₃）は下記の式３の関係を満たすことが好ましい。式３において、λは光学素子に入射する光の波長、ｍ₃は整数を示す。また、ｎ₃、ｄ₃は、第３の反射防止構造５０１に対応する被覆層の屈折率、厚さを示す。

例えば、入射光の波長が５５０ｎｍ、被覆層の材料がＳｉＯ（屈折率ｎ＝１．４６）である場合、第３の反射防止構造５０１を構成する被覆層の厚さを４７ｎｍ未満、第２の反射防止構造１１２を構成する被覆層の厚さを９４±４７ｎｍとすることが好ましい。

このような第６の実施形態によれば上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第７の実施形態）
次に、第７の実施形態について説明する。図７は、第７の実施形態に係る光学素子の構造を示す図である。図７（ａ）は上面図、図７（ｂ）は図７（ａ）中のI−I線に沿った断面図、図７（ｃ）は図７（ａ）中のII−II線に沿った断面図、図７（ｄ）は図７（ａ）中のIII−III線に沿った断面図である。第７の実施形態において、第１の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。

第７の実施形態に係る光学素子６１０では、第２の反射防止構造１１２と第３の反射防止構造５０１との間で、光学的膜厚が相違している。但し、第６の実施形態とは異なり、第３の反射防止構造５０１を構成する被覆層が第２の反射防止構造１１２を構成する被覆層より厚い。
第６の実施形態と同様に、第２の反射防止構造１１２の光学的膜厚（ｎ₂ｄ₂）は式２の関係を満たし、第３の反射防止構造５０１の光学的膜厚（ｎ₃ｄ₃）は式３の関係を満たすことが好ましい。

例えば、入射光の波長が５５０ｎｍ、被覆層の材料がＳｉＯ（屈折率ｎ＝１．４６）である場合、第３の反射防止構造５０１を構成する被覆層の厚さを１８８±４７ｎｍ、第２の反射防止構造１１２を構成する被覆層の厚さを９４±４７ｎｍとすることが好ましい。

このような第７の実施形態によっても第２の実施形態と同様の効果及び第５の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第８の実施形態）
次に、第８の実施形態について説明する。図８は、第８の実施形態に係る光学素子の構造を示す図である。図８（ａ）は上面図、図８（ｂ）は図８（ａ）中のI−I線に沿った断面図、図８（ｃ）は図８（ａ）中のII−II線に沿った断面図、図８（ｄ）は図８（ａ）中のIII−III線に沿った断面図である。第８の実施形態において、第１の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。

第８の実施形態に係る光学素子７００では、第１の外縁１０９及び第２の外縁１１０上に第１の被覆層７０１が形成されている。つまり、凸面１２２の全体の上に第１の被覆層７０１が形成されている。また、第１の被覆層７０１の第２の外縁１１０上の部分上に第２の被覆層７０２が、第１の外縁１０９と第２の外縁１１０との近傍を除いて形成されている。第１の被覆層７０１の第１の外縁１０９と第２の外縁１１０との近傍の部分が第３の反射防止構造５０１に含まれる。第１の被覆層７０１の第１の外縁１０９上で第１の外縁１０９と第２の外縁１１０との近傍を除く部分が第１の反射防止構造１１１に含まれる。第１の被覆層７０１の第２の外縁１１０上で第１の外縁１０９と第２の外縁１１０との近傍を除く部分及び第２の被覆層７０２が第２の反射防止構造１１２に含まれる。例えば、第１の被覆層７０１は厚さが６４ｎｍのＳｉＮ（屈折率ｎ＝１．８２）膜であり、第２の被覆層７０２は厚さが９４ｎｍのＳｉＯ（屈折率ｎ＝１．４６）膜である。

このような第８の実施形態でも、第６及び第７の実施形態と同様の効果を得ることができる。第８の実施形態でも、第６及び第７の実施形態と同様に、第３の反射防止構造５０１の光学的膜厚が式３の関係を満たし、第２の反射防止構造１１２の光学的膜厚が式２の関係を満たすことが好ましい。第１の反射防止構造１１１の光透過率が、第３の反射防止構造５０１の光透過率より低くてもよい。また、第６〜第８の実施形態において、第１〜第３の反射防止構造の交点に重なるような第４の反射防止構造を設けてもよい。

（第９の実施形態）
次に、第９の実施形態について説明する。図９は、第９の実施形態に係る光学素子の構造を示す図である。図９（ａ）は上面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）中のI−I線に沿った断面図、図９（ｃ）は図９（ａ）中のII−II線に沿った断面図である。図９（ｄ）は図９（ａ）中のIII−III線に沿った断面図であり、図９（ｅ）は図９（ａ）中のIV−IV線に沿った断面図である。第９の実施形態において、第１の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。

第９の実施形態では、凸レンズ１０１の平面１２１上で線分１０５に直交する方向における寸法を凸レンズ幅としたとき、第２の端部１０３における凸レンズ幅ｗ２は、正射影１０６における凸レンズ幅ｗ１よりも小さい。また、第１の端部１０２における凸レンズ幅も、正射影１０６における凸レンズ幅ｗ１よりも小さい。更に、第１の端部１０２における凸レンズ幅は、第２の端部１０３における凸レンズ幅ｗ２よりも大きい。更に、頂点１０４での凸レンズ１０１の高さＺ１は、線分１０５の上方で第２の外縁１１０を構成するすべての点での凸レンズ１０１の高さＺ２より大きい。

このような第９の実施形態では、光学素子８００の表面積に対して第２の反射防止構造１１２の占める表面積が、第１の実施形態における光学素子１００の表面積に対して第２の反射防止構造１１２の占める表面積より大きい。従って、回転対称性のない曲面を有する非球面の光学素子において、殊に光入射する光学素子表面を大きく取ることができる。このため、斜入射する光束を少ない光損失で透過、集光することができ、光学素子８００の下方に配置した光電変換部への受光量を高めることができる。

（第１０の実施形態）
次に、第１０の実施形態について説明する。図１０は、第１０の実施形態に係る光学素子の構造を示す図である。図１０（ａ）は上面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）中のI−I線に沿った断面図、図１０（ｃ）は図１０（ａ）中のII−II線に沿った断面図である。図１０（ｄ）は図１０（ａ）中のIII−III線に沿った断面図であり、図１０（ｅ）は図１０（ａ）中のIV−IV線に沿った断面図である。第１０の実施形態において、第１の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。

第１０の実施形態では、凸レンズ１０１に、頂点１０４から延びる２つの稜線９０１が設けられている。稜線９０１は、Ｙ軸上から第１の端部１０２側に傾斜した方向に延びている。そして、第１の反射防止構造１１１と第２反射防止構造１１２との境界が稜線９０１上にある。他の構成は第９の実施形態と同様である。

このような第１０の実施形態によっても第９の実施形態と同様の効果が得られる。

（第１１の実施形態）
次に、第１１の実施形態について説明する。図１１は、第１１の実施形態に係る光学素子アレイの構造を示す上面図である。

第１１の実施形態に係る光学素子アレイ１０００では、複数の光学素子１００を有する。ここで、光学素子１００は第１の実施形態に係る光学素子であるとする。光学素子アレイ１０００は、平坦な、ＸＹ面であるアレイ領域１００１を有する。このアレイ領域１００１上に、アレイ領域１００１の中心１００２からその外側に向かって、互いに離間するようにして複数の光学素子１００が敷き詰められている。光学素子１００は、中心１００２の側に第１の端部１０２が位置し、中心１００２から離れて第２の端部１０３が位置するように配置されている。従って、光学素子アレイ１０００上の光学素子１００は、その表面に第１の反射防止構造１１１を中心１００２から近い側に、第２の反射防止構造１１２を中心１００２から離れた側に設けられている。そして、第２の反射防止構造１１２における光透過率は、第１の反射防止構造１１１における光透過率よりも高い。

このような第１１の実施形態によれば、アレイ領域１００１の周辺部に斜入射する光束を少ない光損失で透過、集光することができる。なお、第１の実施形態に係る光学素子１００に代えて、第２〜第１０の実施形態に係る光学素子が用いられてもよい。

また、第１１の実施形態に係る光学素子アレイ１０００は、例えば光学素子１００の各々と対応する複数の光電変換部を備えた固体撮像素子と共に用いられ、光学素子アレイ１０００及び固体撮像素子を備えた固体撮像装置を構成することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形、変更、及び組み合わせが可能である。なお、本発明は下凸のレンズに適用することも可能であり、その場合には底面は上面とみなすことが出来る。

１００、２００、２１０、４００、５００、６００、６１０、７００、８００、９００：光学素子 １０２：第１の端部 １０３：第２の端部 １１１：第１の反射防止構造 １１２：第２の反射防止構造 １０００：光学素子アレイ １００１：アレイ領域

Claims (9)

1. 底面と、前記底面に接続する凸面から構成された凸レンズと、
   前記凸面を覆う反射防止構造と、
   を有し、
   前記凸面の頂点の前記底面への正射影は、前記底面の外縁に位置する第１の端部と、前記底面の外縁に位置する第２の端部とを結ぶ線分の上に位置し、且つ前記線分の中点よりも前記第１の端部側に位置し、
   前記反射防止構造は、
   前記頂点よりも前記第１の端部側の第１の反射防止構造と、
   前記頂点よりも前記第２の端部側の第２の反射防止構造と、
   を有し、
   前記第２の反射防止構造の光透過率は、前記第１の反射防止構造の光透過率よりも高いことを特徴とする光学素子。
2. 前記反射防止構造は、前記第１の反射防止構造と前記第２の反射防止構造との間に位置する前記第３の反射防止構造を有し、
   前記第２の反射防止構造の光透過率は、前記第３の反射防止構造の光透過率よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
3. 前記第３の反射防止構造は、前記凸面の前記頂点を覆うことを特徴とする請求項２に記載の光学素子。
4. 前記底面の前記線分に直交する方向における寸法を凸レンズ幅としたとき、前記第２の端部における凸レンズ幅は、前記頂点の前記正射影における凸レンズ幅よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学素子。
5. 前記底面の前記線分に直交する方向における寸法を凸レンズ幅としたとき、前記第２の端部における凸レンズ幅は、前記第１の端部における凸レンズ幅よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学素子。
6. 前記第１の反射防止構造と前記第２の反射防止構造は、ＣＶＤ法によって形成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項に記載の光学素子。
7. 複数の光電変換部と、
   前記複数の光電変換部の上に位置し、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学素子が複数配置された光学素子アレイと、を有する固体撮像装置。
8. アレイ領域に、互いに離間して位置する複数の光学素子を備えた光学素子アレイにおいて、
   前記複数の光学素子は、それぞれ、
   底面及び凸面から構成された凸レンズと、
   前記凸面を覆う反射防止構造と、
   を有し、
   前記凸面の頂点の前記底面への正射影は、前記底面の外縁に位置する第１の端部と、前記底面の外縁に位置し、前記第１の端部よりも前記アレイ領域の中心から離れて位置する第２の端部とを結ぶ線分の上に位置し、且つ前記線分の中点よりも前記第１の端部側に位置し、
   前記反射防止構造は、
   前記頂点よりも、前記第１の端部側の第１の反射防止構造と、
   前記頂点よりも、前記第２の端部側の第２の反射防止構造と、
   を有し、
   前記第２の反射防止構造の光透過率は、前記第１の反射防止構造の光透過率よりも高いことを特徴とする光学素子アレイ。
9. アレイ領域に配された複数の光電変換部と、
   前記複数の光電変換部の上に設けられ、複数の光学素子を備えた光学素子アレイと、
   を有し、
   前記複数の光学素子は、それぞれ、
   底面及び凸面から構成された凸レンズと、
   前記凸面を覆う反射防止構造と、
   を有し、
   前記凸面の頂点の前記底面への正射影は、前記底面の外縁に位置する第１の端部と、前記底面の外縁に位置し、前記第１の端部よりも前記アレイ領域の中心から離れて位置する第２の端部とを結ぶ線分の上に位置し、且つ前記線分の中点よりも前記第１の端部側に位置し、
   前記反射防止構造は、
   前記頂点よりも、前記第１の端部側の第１の反射防止構造と、
   前記頂点よりも、前記第２の端部側の第２の反射防止構造と、
   を有し、
   前記第２の反射防止構造の光透過率は、前記第１の反射防止構造の光透過率よりも高いことを特徴とする固体撮像装置。

Images