JP2016219500A - Imaging device package and imaging apparatus - Google Patents

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輔宏 木村
Sukehiro Kimura
輔宏 木村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve contrast by preventing displacement between an imaging device and an optical filter in which areas of different optical characteristics are cyclically arranged so as to correspond to pixels, and reducing cross-talk.SOLUTION: An imaging device package comprises: an optical filter 10 in which areas of different optical characteristics are disposed in correspondence with a plurality of pixels; and an imaging device 20 having a pixel array composed of a plurality of light receiving elements 24, and receiving light passed through the optical filter 10. The imaging device 20 has on the surface facing the optical filter 10 a micro-lens array in which a micro-lens 22 for condensing light for each pixel is disposed in correspondence with the pixel. The optical filter 10 has in at least part of a face facing the micro-lens 22 an alignment structure 14 in which a recessed part is formed so as to allow accommodation of the micro-lens 22. By accommodating the micro-lens 22 in the recessed part of the alignment structure 14, the optical filter 10 and imaging device 20 are positioned relative to each other.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、撮像素子パッケージ及び撮像装置に関する。   The present invention relates to an imaging element package and an imaging apparatus.

所定の撮像領域を撮像して得た画像信号から、所望の偏光成分のみを抽出した画像情報や、所望の波長帯域のみを抽出した画像情報などを生成する撮像装置が知られている。このような撮像装置は、例えば、偏光フィルタや分光フィルタ等の光学フィルタにより、撮像領域からの光から所望の偏光成分や波長成分等(所望の光学成分)だけを、多数の受光素子を2次元配置された受光素子アレイへ受光させる。これにより、各受光素子で受光した受光量に応じて、所望の光学成分を抽出した撮像領域の画像情報を得ることができる。   There is known an imaging apparatus that generates image information obtained by extracting only a desired polarization component, image information obtained by extracting only a desired wavelength band, and the like from an image signal obtained by imaging a predetermined imaging area. Such an imaging apparatus, for example, two-dimensionally receives a large number of light receiving elements from an optical filter such as a polarizing filter or a spectral filter by using only a desired polarization component or wavelength component (desired optical component) from the light from the imaging region. Light is received by the arranged light receiving element array. Thereby, the image information of the imaging area which extracted the desired optical component according to the light reception amount received by each light receiving element can be obtained.

例えば、光学フィルタとして、それぞれ透過軸が異なる2つ以上の偏光子の領域に分割された偏光子アレイを用い、偏光子アレイの各領域を透過した光を独立に受光する受光素子アレイを備えた撮像装置は、1回の撮像動作で、互いに異なる2以上の偏光成分それぞれを抽出した画像情報を得ることができる。   For example, as an optical filter, a polarizer array that is divided into two or more polarizer regions each having a different transmission axis is used, and a light receiving element array that independently receives light transmitted through each region of the polarizer array is provided. The imaging apparatus can obtain image information obtained by extracting two or more different polarization components from each other in one imaging operation.

互いに異なる複数の光学成分から生成される光学成分抽出画像は、例えば、撮像領域内の物体を識別する物体識別処理に好適に利用される。このような光学成分抽出画像を利用することにより、単なる輝度情報のみからなる画像情報(モノクロ画像情報)で物体識別処理を行う場合よりも、高い精度での物体識別が可能となるため、近年、車載カメラや、ロボット制御などに用いられる物体識別装置のための撮像装置などに利用されることが期待されている。   An optical component extracted image generated from a plurality of different optical components is preferably used for, for example, an object identification process for identifying an object in an imaging region. By using such an optical component extraction image, it becomes possible to identify an object with higher accuracy than when performing object identification processing with image information (monochrome image information) consisting only of luminance information. It is expected to be used for an in-vehicle camera, an imaging device for an object identification device used for robot control, and the like.

このような撮像装置(偏光カメラ)では、各偏光子領域を撮像画素と一対一で対応するように周期的に配列した偏光子アレイ(光学フィルタ)を用いる必要がある。偏光子アレイ(光学フィルタ)を用いて複数の偏光成分についての画像情報を適切に得るためには、その偏光子アレイの各偏光子領域と受光素子アレイ上の1個又は数個の受光素子からなる撮像画素とを一対一でアライメントする必要がある。そのため、偏光子アレイと受光素子アレイとのアライメントには、サブピクセルレベルの位置精度が要求される。   In such an imaging apparatus (polarization camera), it is necessary to use a polarizer array (optical filter) in which each polarizer region is periodically arranged so as to correspond to an imaging pixel on a one-to-one basis. In order to appropriately obtain image information on a plurality of polarization components using a polarizer array (optical filter), each polarizer region of the polarizer array and one or several light receiving elements on the light receiving element array are used. It is necessary to align the image pickup pixels to be one-to-one. Therefore, sub-pixel level positional accuracy is required for alignment between the polarizer array and the light receiving element array.

装置を構成する光学部品を高い位置精度で配置する技術としては、例えば、光ファイバコリメータの光ファイバとコリメータレンズとを所望の偏心量だけ偏心させる技術が提案されている(特許文献1参照)。
特許文献1には、基板の各位置決め溝にそれぞれ、光ファイバとコリメータレンズとが、いずれも溝内面に接触するように収容されることにより、煩雑な調心作業を全く必要とせずに、軸間偏心量が一定である光ファイバコリメータアレイが得られることが記載されている。
As a technique for arranging optical components constituting the apparatus with high positional accuracy, for example, a technique for decentering an optical fiber and a collimator lens of an optical fiber collimator by a desired eccentric amount has been proposed (see Patent Document 1).
In Patent Document 1, the optical fiber and the collimator lens are accommodated in each positioning groove of the substrate so as to be in contact with the inner surface of the groove, so that no complicated alignment work is required. It is described that an optical fiber collimator array with a constant amount of eccentricity can be obtained.

撮像素子には、集光のためにマイクロレンズが設けられている。光学フィルタ及び撮像素子を組み合わせた撮像装置においては、接合時に光学フィルタとマイクロレンズとの位置ずれが生じる場合がある。具体的には、光学フィルタを、マイクロレンズを表面に有する撮像素子上に接着する際、画素に対してフィルタの領域がずれて接着されてしまうことがある。
撮像装置において、凸状面を有するマイクロレンズアレイ上に凹凸のない光学フィルタを搭載するという構造や、個々の画素に対する高精度な位置決めが求められるという点から、特許文献1に記載された技術のように、外部の部品を用いた位置決めを適用することは困難である。
The imaging element is provided with a microlens for collecting light. In an image pickup apparatus in which an optical filter and an image pickup element are combined, there may be a positional shift between the optical filter and the microlens during bonding. Specifically, when an optical filter is bonded onto an imaging element having a microlens on the surface, the filter region may be shifted and bonded to the pixel.
In the imaging device, the technique described in Patent Document 1 is required because a structure in which an optical filter without unevenness is mounted on a microlens array having a convex surface, and high-precision positioning with respect to individual pixels is required. Thus, it is difficult to apply positioning using external parts.

画素に対して光学フィルタの領域がずれて接着されると、隣接する別の画素に一部の光が入射するクロストークが発生する。これにより、異なる偏光成分の光が一つの画素に混在してしまい、正確な偏光情報の取得ができず、撮像装置(偏光カメラ)の性能が低下するという問題がある。   When the region of the optical filter is bonded to the pixel while being shifted, crosstalk occurs in which a part of light is incident on another adjacent pixel. As a result, light of different polarization components is mixed in one pixel, so that accurate polarization information cannot be acquired, and the performance of the imaging device (polarization camera) is degraded.

そこで本発明は、異なる光学特性を有する領域を画素と対応するように周期的に配列した光学フィルタと撮像素子との位置ずれを抑制し、クロストークを低減し、コントラストの向上を実現可能な撮像素子パッケージを提供することを目的とする。   Therefore, the present invention suppresses misalignment between an optical filter in which regions having different optical characteristics are periodically arranged so as to correspond to pixels and an image sensor, reduces crosstalk, and realizes an improvement in contrast. An object is to provide an element package.

かかる目的を達成するため、本発明に係る撮像素子パッケージは、異なる光学特性を有する領域が、複数の画素に対応して配置された光学フィルタと、複数の受光素子からなる画素アレイを有し、前記光学フィルタを通過した光を受光する撮像素子と、を備え、前記撮像素子は、前記光学フィルタと対向する表面に、画素ごとに光を集光するマイクロレンズが画素に対応して配置されたマイクロレンズアレイを有し、前記光学フィルタは、前記マイクロレンズと対向する面の少なくとも一部に、前記マイクロレンズを収容可能な凹部が形成されたアライメント構造を有し、前記アライメント構造の凹部に前記マイクロレンズが収容されることにより、前記光学フィルタと前記撮像素子とが互いに位置決めされることを特徴とする撮像素子パッケージである。   In order to achieve such an object, an image pickup device package according to the present invention includes an optical filter in which regions having different optical characteristics are arranged corresponding to a plurality of pixels, and a pixel array including a plurality of light receiving elements, An image sensor that receives light that has passed through the optical filter, and the image sensor has a microlens that collects light for each pixel on a surface facing the optical filter, corresponding to the pixel. The optical filter has an alignment structure in which a concave portion capable of accommodating the microlens is formed in at least a part of a surface facing the microlens, and the concave portion of the alignment structure By accommodating the microlens, the optical filter and the image sensor are positioned relative to each other. Over di.

本発明によれば、異なる光学特性を有する領域を画素と対応するように周期的に配列した光学フィルタと、撮像素子との位置ずれを抑制し、クロストークを低減し、コントラストの向上を実現可能な撮像素子パッケージを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to suppress misalignment between an optical filter in which regions having different optical characteristics are periodically arranged so as to correspond to pixels and an image sensor, to reduce crosstalk, and to improve contrast. An image pickup device package can be provided.

ワイヤグリッド構造の偏光子を有する光学フィルタの説明図である。It is explanatory drawing of the optical filter which has a polarizer of a wire grid structure. 撮像装置を構成する撮像素子パッケージの構造の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the structure of the image pick-up element package which comprises an imaging device. 光学フィルタと撮像素子との接着を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining adhesion | attachment with an optical filter and an image pick-up element. 光学フィルタと撮像素子との位置ずれと偏光コントラストとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the position shift of an optical filter and an image pick-up element, and polarization contrast. 本実施形態の撮像素子パッケージを構成する光学フィルタの偏光子の上面図、断面図、及び撮像素子パッケージの位置ずれ補正を示す模式図である。It is a top view of a polarizer of an optical filter which constitutes an image sensor package of this embodiment, a sectional view, and a mimetic diagram showing position shift correction of an image sensor package. 本実施形態の撮像素子パッケージの一例を示す構成の模式図と部分拡大図である。2A and 2B are a schematic diagram and a partially enlarged view of a configuration showing an example of an image sensor package of the present embodiment. 本実施形態の撮像素子パッケージを構成する光学フィルタの一例を模式的に示す斜視図と、撮像素子パッケージの部分拡大図である。FIG. 2 is a perspective view schematically showing an example of an optical filter constituting the image sensor package of the present embodiment, and a partially enlarged view of the image sensor package. 本実施形態の撮像素子パッケージの一例を示す部分拡大図である。It is the elements on larger scale which show an example of the image sensor package of this embodiment. 本実施形態の撮像素子パッケージの一例を示す構成の模式図と部分拡大図である。2A and 2B are a schematic diagram and a partially enlarged view of a configuration showing an example of an image sensor package of the present embodiment. 本実施形態の撮像装置の構成の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of a structure of the imaging device of this embodiment.

以下、本発明に係る撮像素子パッケージ及び撮像装置について、図面を参照して説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。   Hereinafter, an imaging device package and an imaging apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments described below, and other embodiments, additions, modifications, deletions, and the like can be changed within a range that can be conceived by those skilled in the art, and any aspect is possible. As long as the functions and effects of the present invention are exhibited, the scope of the present invention is included.

〔撮像装置〕
本発明の撮像装置は、後述する本発明の撮像素子パッケージと、撮像レンズと、信号処理手段と、を有する。
[Imaging device]
The imaging device of the present invention includes an imaging element package of the present invention, an imaging lens, and a signal processing unit which will be described later.

図10は、本実施形態における撮像装置の概略構成を示す説明図である。
撮像装置100は、集光手段としての撮像レンズ40と、光学フィルタ10と、画素アレイを有する撮像素子(イメージセンサ)20が搭載された撮像素子基板(センサ基板)30と、信号処理手段50とを有する。
FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of the imaging apparatus according to the present embodiment.
The imaging apparatus 100 includes an imaging lens 40 as a condensing unit, an optical filter 10, an imaging device substrate (sensor substrate) 30 on which an imaging device (image sensor) 20 having a pixel array is mounted, a signal processing unit 50, and the like. Have

撮像素子基板30は、撮像素子20の出力信号を外部の回路基板へ出力するための基板として機能している。撮像素子20と撮像素子基板30との間は電気的に接続されている。   The image sensor substrate 30 functions as a substrate for outputting an output signal of the image sensor 20 to an external circuit board. The image sensor 20 and the image sensor substrate 30 are electrically connected.

信号処理手段50は、撮像素子基板30から出力されるアナログ電気信号(撮像素子20上の各受光素子が受光した受光量)をデジタル電気信号(画素信号)に変換するA/D変換部と、A/D変換部から出力されるデジタル電気信号に対して画像処理を行って各偏光成分についての画像データ(画像情報)を生成して出力する信号処理部とから構成される。   The signal processing means 50 includes an A / D converter that converts an analog electrical signal (the amount of light received by each light receiving element on the image sensor 20) output from the image sensor substrate 30 into a digital electrical signal (pixel signal); A signal processing unit that performs image processing on the digital electrical signal output from the A / D conversion unit to generate and output image data (image information) for each polarization component.

本実施形態では、撮像レンズ40よりも後段側の部品をパッケージ化しているが、撮像装置100を構成する撮像レンズ40、光学フィルタ10、撮像素子20及び撮像素子基板30等の組み付け方法に制限はなく、カメラ筐体に個々に組みつけても良いし、一部又は全部をパッケージ化しても良い。   In the present embodiment, components on the rear side of the imaging lens 40 are packaged. However, there are limitations on the method of assembling the imaging lens 40, the optical filter 10, the imaging element 20, the imaging element substrate 30, and the like that constitute the imaging apparatus 100. Instead, they may be individually assembled to the camera casing, or part or all of them may be packaged.

光学フィルタ10は、所望の光学機能を付与する構造(光学機能構造)が選択的に形成された領域と、撮像素子20の受光面と対向する面にアライメント構造を有する。
光学フィルタとしては特に限定されないが、例えば、偏光フィルタ、カラーフィルタ、赤外線フィルタなどが挙げられる。
The optical filter 10 has an alignment structure in a region where a structure (optical function structure) for imparting a desired optical function is selectively formed and a surface facing the light receiving surface of the image sensor 20.
Although it does not specifically limit as an optical filter, For example, a polarizing filter, a color filter, an infrared filter etc. are mentioned.

以下、光学フィルタとして偏光フィルタ(偏光分離素子)を備える偏光カメラを一実施形態として説明する。
偏光カメラは、カラー画像や白黒画像では取得不可能な情報を、偏光フィルタを撮像素子上に搭載することにより取得可能とする。偏光フィルタは、撮像素子の個々の画素に対応する分割された領域を有し、一つの領域はある一定方向の偏光成分の光を透過させる。偏光フィルタは直交する0°、90°の偏光方向を持つ領域を有し、一つの領域に対応する一つの画素にはいずれか一方向の偏光成分が入射する。このように、画素ごとに異なる偏光成分を得られるように偏光フィルタを配置することで、偏光成分に基づく不可視情報を得ることができる。
Hereinafter, a polarization camera including a polarization filter (polarization separation element) as an optical filter will be described as an embodiment.
A polarization camera can acquire information that cannot be acquired in a color image or a black and white image by mounting a polarization filter on the image sensor. The polarizing filter has divided areas corresponding to individual pixels of the image sensor, and one area transmits light of a polarization component in a certain direction. The polarizing filter has regions having orthogonal polarization directions of 0 ° and 90 °, and a polarization component in any one direction enters one pixel corresponding to one region. In this way, invisible information based on the polarization component can be obtained by arranging the polarization filter so as to obtain a different polarization component for each pixel.

図1に基づき、ワイヤグリッド構造の偏光子を有する光学フィルタ(偏光フィルタ)について説明する。
撮像素子直上に図1(A)に示す偏光フィルタを搭載した構成の偏光カメラが知られている。このような構成により、カメラは輝度情報や色情報のみならず、偏光情報の取得が可能になる。被写体の偏光反射率が材質や形状によって異なることを利用し、従来のカメラでは正確に捉えられなかった黒色体のエッジや透明体の輪郭などを認識可能なセンシングカメラを実現することができる。図1(A)中、Laは入射光、Lbは出射光をあらわす。
An optical filter (polarizing filter) having a wire grid polarizer will be described with reference to FIG.
A polarization camera having a configuration in which the polarization filter shown in FIG. 1A is mounted immediately above an image sensor is known. With such a configuration, the camera can acquire not only luminance information and color information but also polarization information. By utilizing the fact that the polarization reflectance of the subject varies depending on the material and shape, it is possible to realize a sensing camera capable of recognizing the edge of a black body or the outline of a transparent body that could not be accurately captured by a conventional camera. In FIG. 1A, La represents incident light, and Lb represents outgoing light.

偏光フィルタは、図1(B)に示すワイヤグリッド構造の偏光子11を備えた偏光領域と、ワイヤグリッド構造が形成されていない非偏光領域を有する。偏光領域は、異なる複数のパターンを有する偏光子が画素ごとに配置されている。ワイヤグリッドを構成する材料としては、特に限定されず、アルミニウムが主に利用されるが、金、銀、タングステン等も利用することができる。   The polarizing filter has a polarizing region provided with the polarizer 11 having the wire grid structure shown in FIG. 1B and a non-polarizing region where the wire grid structure is not formed. In the polarization region, polarizers having a plurality of different patterns are arranged for each pixel. The material constituting the wire grid is not particularly limited, and aluminum is mainly used, but gold, silver, tungsten, and the like can also be used.

図1(C)に示すように、電場がワイヤに垂直な直線偏光(TM波)は、振動方向Dの線幅が小さいため、自由電子の動きが制限されて透過する。これに対し、電場がワイヤに水平な方向な直線偏光(TE波)は、自由電子が電場に平行に振動できるため、自由電子から散乱される光波と入射波の干渉により大部分が打ち消しあって見かけ上0となる。これにより、入射光Laは受光領域21ごとに異なる特定の偏光成分のみが透過する。   As shown in FIG. 1C, linearly polarized light (TM wave) whose electric field is perpendicular to the wire has a small line width in the vibration direction D, so that the movement of free electrons is limited and is transmitted. On the other hand, linearly polarized light (TE wave) whose electric field is horizontal to the wire largely cancels out due to interference between the light wave scattered from the free electron and the incident wave because free electrons can vibrate parallel to the electric field. Apparently 0. As a result, the incident light La transmits only a specific polarized component that differs for each light receiving region 21.

偏光カメラの構造を図2に示す。
偏光カメラは、図2(A)に示すように、撮像レンズ40と、偏光フィルタである光学フィルタ10と、撮像素子20を有する。偏光情報にもとづく画像情報を取得するには、偏光フィルタの偏光領域と、それに対応する撮像素子の受光領域を高精度にアライメントし、接着する必要がある。すなわち、図2(B)に示すように、偏光フィルタの領域はそれに対応する撮像素子20領域の直上に位置する。
入射光Laのうち一定方向の偏光成分のみが偏光子11を有する偏光領域を透過し、マイクロレンズ22により集光され、配線層23を透過して受光領域(受光部)21に至る。一つの受光領域21には一方向の偏光成分のみが入射し、隣接する受光領域21には異なる偏光成分が入射する。各々の受光領域21に入射する光量によって、偏光情報を取得することができる。
The structure of the polarization camera is shown in FIG.
As illustrated in FIG. 2A, the polarization camera includes an imaging lens 40, an optical filter 10 that is a polarization filter, and an imaging element 20. In order to acquire image information based on polarization information, it is necessary to align and bond the polarization region of the polarization filter and the light receiving region of the image sensor corresponding thereto with high accuracy. That is, as shown in FIG. 2B, the polarizing filter region is located immediately above the corresponding image sensor 20 region.
Of the incident light La, only a polarization component in a certain direction passes through the polarization region having the polarizer 11, is condensed by the microlens 22, passes through the wiring layer 23, and reaches the light receiving region (light receiving unit) 21. Only one polarization component in one direction is incident on one light receiving region 21, and a different polarization component is incident on the adjacent light receiving region 21. Polarization information can be acquired by the amount of light incident on each light receiving region 21.

光学フィルタ10を撮像素子20上に接着する際、画素に対してフィルタの領域がずれて接着されると、隣接する別の画素に一部の光が入射するクロストークが発生する。
クロストークの発生について、図3に基づき説明する。
図3(A)に示すように、撮像素子20の画素に対して偏光フィルタの偏光子11がずれることなく実装されている場合、フィルタ直下の画素の受光領域(受光部)21には、特定方向の偏光Ldのみ、もしくは偏光領域を透過しない無偏光Lcのみが入射する。
しかし、図3(B)に示すように、偏光フィルタの偏光子11がずれて実装されている場合、本来特定方向の偏光Ldのみが入射する受光素子(画素)24に、他方向の偏光Lcが入射するクロストークが発生し、異なる偏光成分の光が一つの画素に混在してしまうことにより、正確な偏光情報の取得ができず、偏光カメラの性能が低下する。
When the optical filter 10 is bonded onto the image sensor 20, if the filter region is bonded to the pixel in a shifted manner, crosstalk occurs in which part of light enters another adjacent pixel.
The occurrence of crosstalk will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 3A, when the polarizer 11 of the polarization filter is mounted without shifting with respect to the pixel of the image sensor 20, the light receiving region (light receiving part) 21 of the pixel immediately below the filter is specified. Only polarized light Ld in the direction or only non-polarized light Lc that does not transmit through the polarization region is incident.
However, as shown in FIG. 3B, when the polarizer 11 of the polarization filter is mounted in a shifted state, the polarization Lc in the other direction is incident on the light receiving element (pixel) 24 on which only the polarization Ld in a specific direction is originally incident. Crosstalk occurs, and light of different polarization components is mixed in one pixel, so that accurate polarization information cannot be acquired, and the performance of the polarization camera is deteriorated.

図4は、光学フィルタと撮像素子との位置ずれと偏光コントラストとの関係を示したグラフである。画素一辺のサイズ4.4μm、受光部一辺のサイズ2μmの撮像素子上に、図1(B)のような4方向の偏光領域を有し、TM波とTE波の透過率比が100:1である偏光フィルタをギャップ0μmで搭載し、0°及び90°のいずれかの偏光方向を持つ一様な光を入射させた場合について示したものである。入射光は波長550nm程度の可視光とし、ワイヤグリッドは厚みを無視できる200nm程度の厚さとし、入射角0となる領域において、ずれの増加に伴う偏光コントラストの変化の様子を示している。   FIG. 4 is a graph showing the relationship between the positional deviation between the optical filter and the image sensor and the polarization contrast. An image sensor having a pixel side size of 4.4 μm and a light receiving part side size of 2 μm has polarization regions in four directions as shown in FIG. 1B, and has a transmittance ratio of TM waves to TE waves of 100: 1. This is a case where a polarizing filter is mounted with a gap of 0 μm and uniform light having a polarization direction of either 0 ° or 90 ° is incident. The incident light is visible light having a wavelength of about 550 nm, the wire grid has a thickness of about 200 nm where the thickness can be ignored, and the change in polarization contrast with increasing deviation is shown in the region where the incident angle is zero.

図4に示すように、位置ずれによるクロストークが一切発生しない場合、偏光コントラストは18程度である。フィルタの位置ずれに伴ってクロストークが発生し、偏光コントラストが低下する。ずれ量1.5μmでは、偏光コントラストが6程度まで劣化する。
そこで、本発明の撮像素子パッケージは、撮像素子との位置ずれを抑制し、クロストークを低減し、偏光コントラストの向上を実現する。
As shown in FIG. 4, the polarization contrast is about 18 when no crosstalk due to misalignment occurs. Crosstalk occurs with the displacement of the filter, and the polarization contrast decreases. When the deviation is 1.5 μm, the polarization contrast deteriorates to about 6.
Therefore, the image pickup device package of the present invention suppresses misalignment with the image pickup device, reduces crosstalk, and realizes improvement in polarization contrast.

〔撮像素子パッケージ〕
本実施形態の撮像素子パッケージは、複数の画素に対応し、異なる光学特性を有する領域が複数の画素ごとに配置された光学フィルタ10と、複数の受光素子24からなる画素アレイを有し、光学フィルタ10を通過した光を受光する撮像素子20と、を備え、撮像素子20は、光学フィルタ10と対向する表面に、画素ごとに光を集光するマイクロレンズ22が画素に対応して配置されたマイクロレンズアレイを有し、光学フィルタ10は、マイクロレンズ22と対向する面の少なくとも一部に、マイクロレンズ22を収容可能な凹部が形成されたアライメント構造を有し、前記アライメント構造の凹部にマイクロレンズ22が収容されることにより、光学フィルタ10と撮像素子20とが互いに位置決めされる。
[Image sensor package]
The image pickup device package of the present embodiment has a pixel array that includes a plurality of light receiving elements 24 and an optical filter 10 in which regions having different optical characteristics corresponding to a plurality of pixels are arranged for each of the plurality of pixels. An image sensor 20 that receives light that has passed through the filter 10, and the image sensor 20 has a microlens 22 that condenses the light for each pixel on the surface facing the optical filter 10. The optical filter 10 has an alignment structure in which a concave portion capable of accommodating the microlens 22 is formed on at least a part of a surface facing the microlens 22, and the concave portion of the alignment structure By accommodating the microlens 22, the optical filter 10 and the image sensor 20 are positioned relative to each other.

前記アライメント構造は、ガラスからなる構造であってもよく、樹脂からなる構造であってもよい。ガラスからなる構造とすることにより、光学フィルタ10の屈折率が表裏で変化しない。一方、樹脂からなる構造とすることにより、加工が容易になる。
前記アライメント構造を設ける領域が小さい場合は、材料の選択の自由度が高くなる。
The alignment structure may be a glass structure or a resin structure. By setting it as the structure which consists of glass, the refractive index of the optical filter 10 does not change front and back. On the other hand, processing is facilitated by adopting a resin structure.
When the region where the alignment structure is provided is small, the degree of freedom in material selection is high.

前記アライメント構造の凹部は、球面で構成することができる。凹部を球面とすることで、球面のマイクロレンズ22との隙間が少なくなり、高い精度で中空接着時の光路ずれを低減することができる。なお、凹部の球面とマイクロレンズ22の球面とは、全面が密着するように係合する態様であってもよく、一部(例えば、外周部分)のみが当接し、球面間に隙間を有する態様であってもよい。
一方、前記アライメント構造の凹部を非曲面で構成することにより、マイクロレンズ22の形状によらず、マイクロレンズ22を凹部内に収容することが可能となる。
The recess of the alignment structure can be a spherical surface. By making the concave portion spherical, the gap with the spherical microlens 22 is reduced, and the optical path deviation at the time of hollow bonding can be reduced with high accuracy. The spherical surface of the concave portion and the spherical surface of the microlens 22 may be engaged with each other so that the entire surface is in close contact with each other, or only a part (for example, the outer peripheral portion) abuts, and there is a gap between the spherical surfaces. It may be.
On the other hand, by forming the concave portion of the alignment structure with a non-curved surface, the microlens 22 can be accommodated in the concave portion regardless of the shape of the microlens 22.

また、前記アライメント構造は、一つの凹部に一つのマイクロレンズ22を収容するものであってもよく、一つの凹部に複数のマイクロレンズ22を収容するものであってもよい。複数のマイクロレンズ22を収容する凹部とすることにより、加工が容易になる。   Moreover, the said alignment structure may accommodate the one micro lens 22 in one recessed part, and may accommodate the some micro lens 22 in one recessed part. By forming a concave portion that accommodates the plurality of microlenses 22, processing is facilitated.

光学フィルタ10は、マイクロレンズ22と対向する面の全体に前記アライメント構造が形成されていてもよい。全体にアライメント構造を設けることにより、全面において位置ずれの補正が可能になる。   The optical filter 10 may have the alignment structure formed on the entire surface facing the microlens 22. By providing the entire alignment structure, it is possible to correct the misalignment on the entire surface.

異なる光学特性を有する領域とは、本実施形態においては、例えば、異なる複数のパターンを有する偏光子が画素ごとに配置された領域、偏光子が配置されていない領域、及びカラーフィルタを用いる場合において異なるカラーフィルタが画素毎に配置された領域である。   In this embodiment, the region having different optical characteristics is, for example, a region where a polarizer having a plurality of different patterns is disposed for each pixel, a region where a polarizer is not disposed, and a color filter. This is an area where different color filters are arranged for each pixel.

偏光子11としては、例えば、ワイヤグリッド構造、1次元フォトニック結晶などが挙げられる。
光学フィルタ10が、ワイヤグリッド構造の偏光子11を有する態様では、広波長域に対応可能となる。
光学フィルタ10が、1次元フォトニック結晶の偏光子11を有する態様では、特定波長域の入射光に対して高偏光コントラストを実現可能となる。
Examples of the polarizer 11 include a wire grid structure and a one-dimensional photonic crystal.
In the aspect in which the optical filter 10 has the polarizer 11 having a wire grid structure, it is possible to cope with a wide wavelength range.
In the aspect in which the optical filter 10 includes the one-dimensional photonic crystal polarizer 11, a high polarization contrast can be realized for incident light in a specific wavelength region.

[第1の実施形態]
図5及び図6に、第1の実施形態にかかる撮像素子パッケージの例を示す。
図5(A)は光学フィルタ10の偏光子11の上面図、図5(B)は光学フィルタ10の断面図、図5(C)は撮像素子パッケージの位置ずれ補正を示す説明図である。また、図6は、撮像素子パッケージの構成の模式図と部分拡大図である。
[First Embodiment]
5 and 6 show examples of the image sensor package according to the first embodiment.
5A is a top view of the polarizer 11 of the optical filter 10, FIG. 5B is a cross-sectional view of the optical filter 10, and FIG. 5C is an explanatory diagram illustrating correction of positional deviation of the image pickup device package. FIG. 6 is a schematic view and a partially enlarged view of the configuration of the image pickup device package.

上述のように、撮像素子20の画素に対応する偏光領域である偏光子11がずれると、クロストークが発生し、偏光コントラストが低下する。ワイヤグリッド構造の偏光子を有する従来の偏光フィルタは、ワイヤグリッド作製後にSiO等で表面の保護層を形成しているため、表面が平滑であった。そのため、撮像素子20に対する光学フィルタ10のずれ量は、実装環境の精度に依存していた。 As described above, when the polarizer 11 that is the polarization region corresponding to the pixel of the image sensor 20 is shifted, crosstalk occurs and the polarization contrast is lowered. A conventional polarizing filter having a wire grid polarizer has a smooth surface because the surface protective layer is formed of SiO 2 or the like after the wire grid is fabricated. Therefore, the amount of displacement of the optical filter 10 with respect to the image sensor 20 depends on the accuracy of the mounting environment.

これに対し、本実施形態の撮像素子パッケージにおいては、図5(B)に示すように、光学フィルタ10の保護層に、マイクロレンズ22を収容可能な凹部が形成されたアライメント構造を設けることにより、ずれ量を低減することができる。
具体的には、マイクロレンズ22と対になるような球面構造の凹部を、ガラス面にグレースケール露光とドライエッチングのような工法によって作製する。
On the other hand, in the imaging device package of the present embodiment, as shown in FIG. 5B, the protective layer of the optical filter 10 is provided with an alignment structure in which a recess capable of accommodating the microlens 22 is formed. , The amount of deviation can be reduced.
Specifically, a concave portion having a spherical structure that is paired with the microlens 22 is formed on the glass surface by a method such as gray scale exposure and dry etching.

図5(C)に示すように、実装時に光学フィルタ10を撮像素子20に対して押し下げると、アライメント構造14の端部(突出した部分)とマイクロレンズ22とが接触する。従来の光学フィルタは対向面が平面であるため、マイクロレンズと接触したところからさらに押し下げることは不可能であった。しかしながら、本実施形態の撮像素子パッケージでは、光学フィルタ10にアライメント構造14を設けることにより、マイクロレンズ22との接触状態から更に押し下げることができ、マイクロレンズ22の形状を利用した受動的な位置決めが可能となる。
位置決めされた状態の撮像素子パッケージについて、模式図と部分拡大図を図6に示す。
As shown in FIG. 5C, when the optical filter 10 is pushed down with respect to the image sensor 20 during mounting, the end portion (protruded portion) of the alignment structure 14 and the microlens 22 come into contact with each other. Since the conventional optical filter has a flat opposing surface, it was impossible to push it down further from where it contacted the microlens. However, in the image pickup device package of the present embodiment, by providing the alignment structure 14 in the optical filter 10, it can be further pushed down from the contact state with the microlens 22, and passive positioning using the shape of the microlens 22 is performed. It becomes possible.
FIG. 6 shows a schematic view and a partially enlarged view of the image pickup device package in a positioned state.

[第2の実施形態]
図7に、第2の実施形態にかかる撮像素子パッケージの例を示す。
図7(A)は光学フィルタの1画素の構造を模式的に示す斜視図であり、図7(B)は撮像素子パッケージの構成の模式図と部分拡大図である。
本実施形態の撮像素子パッケージは、第1の実施形態と同様、アライメント構造14を設けることにより、マイクロレンズ22の形状を利用した受動的な位置決めが可能となる。
本実施形態におけるアライメント構造14の凹部は、図7(A)に示すように非曲面で構成されるが、図7(B)に示すように位置ずれを抑制した実装が可能である。
[Second Embodiment]
FIG. 7 shows an example of an image sensor package according to the second embodiment.
FIG. 7A is a perspective view schematically showing the structure of one pixel of the optical filter, and FIG. 7B is a schematic view and a partially enlarged view of the configuration of the image sensor package.
As in the first embodiment, the image pickup device package of the present embodiment can be passively positioned using the shape of the microlens 22 by providing the alignment structure 14.
The concave portion of the alignment structure 14 in the present embodiment is configured as a non-curved surface as shown in FIG. 7A, but can be mounted with suppressed displacement as shown in FIG. 7B.

このように、アライメント構造14の凹部は、マイクロレンズ22の表面と角度を伴って接触し、光学フィルタ10を押し下げることによりずれ量を補正可能な構造であれば凹部の形状を問わず、撮像素子20との位置ずれを抑制し、クロストークを低減し、偏光コントラストを向上させることができる。   As described above, the concave portion of the alignment structure 14 is in contact with the surface of the microlens 22 with an angle, and the image pickup element can be used regardless of the shape of the concave portion as long as the shift amount can be corrected by pushing down the optical filter 10. 20 can be suppressed, crosstalk can be reduced, and polarization contrast can be improved.

[第3の実施形態]
図8に、第3の実施形態にかかる撮像素子パッケージの例を示す。
本実施形態の撮像素子パッケージは、第1の実施形態と同様、アライメント構造14を設けることにより、実装時の画素に対するずれを抑制することができる。
本実施形態の撮像素子パッケージは、アライメント構造14の一つの凹部にマイクロレンズ22が複数収容される。
このように、アライメント構造14の凹部は必ずしも画素と同じピッチで設ける必要はなく、図8に示すように2画素を収容する構造であってもよい。
[Third Embodiment]
FIG. 8 shows an example of an image sensor package according to the third embodiment.
Similar to the first embodiment, the image pickup device package according to the present embodiment can suppress the displacement with respect to the pixels at the time of mounting by providing the alignment structure 14.
In the image pickup device package of the present embodiment, a plurality of microlenses 22 are accommodated in one recess of the alignment structure 14.
Thus, the recesses of the alignment structure 14 do not necessarily have to be provided at the same pitch as the pixels, and may have a structure that accommodates two pixels as shown in FIG.

[第4の実施形態]
図9に、第4の実施形態にかかる撮像素子パッケージの例を示す。
本実施形態の撮像素子パッケージは、光学フィルタ10の一部にアライメント構造14を有する。
光学フィルタ10の偏光子11の領域は、撮像素子20の画素と同サイズ同ピッチで分割されているため、任意の2点以上の領域で光学フィルタ10のずれが0となれば、全領域においてずれを抑制することが可能となる。
例えば、図9に示すように光学フィルタ10の端部にのみアライメント構造14を設けることにより、撮像素子20の有効画素の最外周におけるずれが抑制され、結果として全面におけるずれが抑制されるため、偏光コントラストが向上する。
[Fourth Embodiment]
FIG. 9 shows an example of an image sensor package according to the fourth embodiment.
The image pickup device package of this embodiment has an alignment structure 14 in a part of the optical filter 10.
Since the region of the polarizer 11 of the optical filter 10 is divided at the same size and the same pitch as the pixels of the image sensor 20, if the deviation of the optical filter 10 is zero in any two or more regions, the entire region The shift can be suppressed.
For example, as shown in FIG. 9, by providing the alignment structure 14 only at the end of the optical filter 10, the displacement at the outermost periphery of the effective pixels of the image sensor 20 is suppressed, and as a result, the displacement at the entire surface is suppressed. The polarization contrast is improved.

本発明の撮像素子パッケージは、光学フィルタ10がマイクロレンズ22を収容可能な凹部が形成されたアライメント構造14を有し、アライメント構造14の凹部にマイクロレンズ22が収容されることにより、光学フィルタ10と撮像素子20とが互いに位置決めされる原理を有するものであれば、その構造は上述の実施形態に限定されない。
撮像素子パッケージは、例えば、樹脂センサパッケージやセラミックパッケージ、積層型パッケージも使用可能である。
The image pickup device package of the present invention has the alignment structure 14 in which the optical filter 10 has a recess capable of accommodating the microlens 22, and the optical lens 10 is accommodated in the recess of the alignment structure 14. The structure is not limited to the above-described embodiment as long as it has the principle that the image sensor 20 and the image sensor 20 are positioned relative to each other.
As the imaging device package, for example, a resin sensor package, a ceramic package, or a stacked package can be used.

位置決めされた光学フィルタ10と撮像素子20とを接着する方法は、特に限定されず、公知の方法により接着することができる。
また、光学フィルタ10のワイヤグリッド面の保護層を、SiOの代わりにガラスと屈折率が近い樹脂で作製し、アライメント構造14を形成することで同様の効果を得ることができる。
The method for adhering the positioned optical filter 10 and the image sensor 20 is not particularly limited, and the optical filter 10 and the image sensor 20 can be adhered by a known method.
Further, the protective layer on the wire grid surface of the optical filter 10 is made of a resin having a refractive index close to that of glass instead of SiO 2 and the alignment structure 14 is formed, so that the same effect can be obtained.

10 光学フィルタ
11 偏光子(ワイヤグリッド)
12 透明基板(ガラス)
13 カラーフィルタ
14 アライメント構造
20 撮像素子(イメージセンサ)
21 受光領域
22 マイクロレンズ
23 配線層
24 受光素子
30 撮像素子基板(センサ基板)
40 撮像レンズ
La 入射光
Lb 出射光
Lc 透過光(90°偏光)
Ld 透過光(45°偏光)
D 振動方向
10 Optical filter 11 Polarizer (wire grid)
12 Transparent substrate (glass)
13 Color filter 14 Alignment structure 20 Image sensor (image sensor)
21 Light receiving area 22 Micro lens 23 Wiring layer 24 Light receiving element 30 Imaging element substrate (sensor substrate)
40 Imaging Lens La Incident Light Lb Outgoing Light Lc Transmitted Light (90 ° Polarized)
Ld Transmitted light (45 ° polarization)
D Vibration direction

特開2010−26175号公報JP 2010-26175 A

Claims (10)

異なる光学特性を有する領域が、複数の画素に対応して配置された光学フィルタと、
複数の受光素子からなる画素アレイを有し、前記光学フィルタを通過した光を受光する撮像素子と、を備え、
前記撮像素子は、前記光学フィルタと対向する表面に、画素ごとに光を集光するマイクロレンズが画素に対応して配置されたマイクロレンズアレイを有し、
前記光学フィルタは、前記マイクロレンズと対向する面の少なくとも一部に、前記マイクロレンズを収容可能な凹部が形成されたアライメント構造を有し、
前記アライメント構造の凹部に前記マイクロレンズが収容されることにより、前記光学フィルタと前記撮像素子とが互いに位置決めされることを特徴とする撮像素子パッケージ。
An optical filter in which regions having different optical characteristics are arranged corresponding to a plurality of pixels;
An image sensor that has a pixel array composed of a plurality of light receiving elements and receives light that has passed through the optical filter;
The imaging device has a microlens array in which microlenses that collect light for each pixel are arranged on the surface facing the optical filter in correspondence with the pixels,
The optical filter has an alignment structure in which a recess capable of accommodating the microlens is formed on at least a part of a surface facing the microlens,
An image pickup device package characterized in that the optical filter and the image pickup device are positioned relative to each other by accommodating the microlens in a concave portion of the alignment structure.
前記アライメント構造が、ガラスからなることを特徴とする請求項1に記載の撮像素子パッケージ。   The imaging device package according to claim 1, wherein the alignment structure is made of glass. 前記アライメント構造が、樹脂からなることを特徴とする請求項1に記載の撮像素子パッケージ。   The imaging device package according to claim 1, wherein the alignment structure is made of a resin. 前記アライメント構造の凹部が、球面で構成されることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の撮像素子パッケージ。   The imaging device package according to claim 1, wherein the concave portion of the alignment structure is formed of a spherical surface. 前記アライメント構造の凹部が、非曲面で構成されることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の撮像素子パッケージ。   The imaging device package according to claim 1, wherein the concave portion of the alignment structure is formed of a non-curved surface. 前記アライメント構造の一の凹部に対し、前記マイクロレンズが複数収容されることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の撮像素子パッケージ。   The image pickup device package according to claim 1, wherein a plurality of the microlenses are accommodated in one concave portion of the alignment structure. 前記光学フィルタは、前記マイクロレンズと対向する面の全体に前記アライメント構造を有することを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の撮像素子パッケージ。   The image pickup device package according to claim 1, wherein the optical filter has the alignment structure on a whole surface facing the microlens. 前記光学フィルタは、ワイヤグリッド構造の偏光子を有することを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の撮像素子パッケージ。   The image pickup device package according to claim 1, wherein the optical filter includes a polarizer having a wire grid structure. 前記光学フィルタは、1次元フォトニック結晶の偏光子を有することを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の撮像素子パッケージ。   The image pickup device package according to claim 1, wherein the optical filter includes a one-dimensional photonic crystal polarizer. 請求項1から9のいずれかに記載の撮像素子パッケージと、撮像レンズと、信号処理手段と、を有することを特徴とする撮像装置。   An image pickup apparatus comprising: the image pickup device package according to claim 1; an image pickup lens; and a signal processing unit.
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