JP2023513953A - Ｃｍｏｓセンサ上の角度フィルタの構造 - Google Patents

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Abstract

【解決手段】本発明は、放射光(27)を検出すべく適合されている、MOS 技術の画像センサ(17)と、第１のアレイのレンズ(19)と、放射光を通さない壁によって画定されている第１のマトリクスの開口部で少なくとも形成されている構造体(21)と、第２のアレイのレンズ(23)とを少なくとも順番に有する積層体を備えているデバイス(1) に関する。

Description

本開示は一般に画像取得デバイスに関する。
画像取得デバイスは一般に、画像センサ及び光学系を備えている。光学系は、センサの高感度部分と撮像対象との間に配置される角度フィルタ又は一組のレンズであってもよい。
画像センサは一般に、受けた光の強度に比例する信号を生成することが可能な光検出器のアレイを有している。
角度フィルタは、入射放射光の入射角に応じてこの入射放射光をフィルタ処理することにより、最大入射角と称される所望の角度より大きい入射角を有する光線を遮断することができるデバイスであり、これにより、画像センサの高感度部分に撮像対象の鮮明な画像を形成することが可能である。
画像取得デバイスを改善する必要がある。
実施形態は、既知の画像取得デバイスの不利点の全て又は一部を克服する。
実施形態は、
放射光を検出すべく適合されている、MOS 技術の画像センサと、
第１のアレイのレンズと、
前記放射光を通さない壁によって画定されている第１のマトリクスの開口部で少なくとも形成されている構造体と、
第２のアレイのレンズと
を少なくとも順番に有する積層体を備えているデバイスを提供する。
実施形態によれば、前記第２のアレイのレンズの数が、前記第１のアレイのレンズの数より多い。
実施形態によれば、前記第２のアレイのレンズの数は、前記第１のアレイのレンズの数より２倍から１０倍多く、好ましくは２倍多い。
実施形態によれば、前記デバイスは、前記構造体と前記第１のアレイのレンズとの間に接着層を備えている。
実施形態によれば、前記デバイスは、前記構造体と前記第１のアレイのレンズとの間に屈折率整合層を備えている。
実施形態によれば、前記第１のマトリクスの各開口部は、前記第２のアレイの１つのレンズに関連付けられており、
前記第２のアレイの各レンズの光軸は、前記第１のマトリクスの開口部の中心と整列している。
実施形態によれば、前記構造体は、前記第１のマトリクスの開口部の下に、前記放射光を通さない壁によって画定された第２のマトリクスの開口部を有している。前記第１のマトリクスの開口部の数が前記第２のマトリクスの開口部の数と同一である。前記第１のマトリクスの各開口部の中心が、前記第２のマトリクスの開口部の中心と整列している。
実施形態によれば、前記第２のアレイのレンズ及び前記第１のアレイのレンズは平凸レンズである。前記第１のアレイのレンズの平面及び前記第２のアレイのレンズの平面は、前記画像センサの側にある。
実施形態によれば、前記放射光を少なくとも部分的に通す材料が、前記開口部に充填されている。
実施形態によれば、前記第１のアレイのレンズの直径は、前記第２のアレイのレンズの直径より大きい。
実施形態によれば、前記構造体は、第３のアレイの平凸レンズを有しており、前記第２のアレイのレンズの平面及び前記第３のアレイの平凸レンズの平面は互いに対向している。前記第３のアレイの平凸レンズは、前記第１のマトリクスの開口部と前記第１のアレイのレンズとの間、又は前記第１のマトリクスの開口部と前記第２のアレイのレンズとの間に配置されている。
実施形態によれば、前記第２のアレイの各レンズの光軸は、前記第３のアレイのレンズの光軸と整列している。
実施形態によれば、前記第２のアレイのレンズの画像焦点面が、前記第３のアレイのレンズの対象焦点面と一致する。
実施形態によれば、前記第３のアレイのレンズの数は、前記第２のアレイのレンズの数より多い。
実施形態によれば、前記第２のアレイのレンズの直径は、前記第３のアレイのレンズの直径より大きい。
前述及び他の特徴及び利点は、添付図面を参照して本発明を限定するものではない実例として与えられる以下の特定の実施形態に詳細に記載されている。
画像取得システムの例を示す簡略化された部分的なブロック図である。 画像取得デバイスの例を示す部分的な断面略図である。 図２に示されている画像取得デバイスの実施形態を示す部分的な断面略図である。 図２に示されている画像取得デバイスの別の実施形態を示す部分的な断面略図である。 図２に示されている画像取得デバイスの更に別の実施形態を示す部分的な断面略図である。 図２に示されている画像取得デバイスの更に別の実施形態を示す部分的な断面略図である。 図２に示されている画像取得デバイスの更に別の実施形態を示す部分的な断面略図である。 図２に示されている画像取得デバイスの更に別の実施形態を示す部分的な断面略図である。
同様の特徴が、様々な図で同様の参照符号によって示されている。特に、様々な実施形態に共通する構造的特徴及び／又は機能的特徴は同一の参照符号を有してもよく、同一の構造特性、寸法特性及び材料特性を有してもよい。
明瞭化のために、本明細書に記載されている実施形態の理解に有用な工程及び要素のみが示されて詳細に記載されている。特に、画像センサの構造は、本明細書では正確に詳述されない。
特に示されていない場合、共に接続された２つの要素を参照するとき、これは、導体以外のいかなる中間要素も無しの直接接続を表し、共に連結された２つの要素を参照するとき、これは、これら２つの要素が接続され得るか、又は一若しくは複数の他の要素を介して連結され得ることを表す。
以下の開示では、特に指定されていない場合、「前」、「後ろ」、「最上部」、「底部」、「左」、「右」などの絶対位置を限定する文言、「上方」、「下方」、「上側」、「下側」などの相対位置を限定する文言、又は「水平」、「垂直」などの向きを限定する文言を参照するとき、この文言は図面の向きを指す。
特に指定されていない場合、「約」、「略」、「実質的に」及び「程度」という表現は、該当する値の１０％の範囲内、好ましくは５％の範囲内を表す。
以下の記載では、特に指定されていない場合、層又は膜を通る放射光の透過率が10％未満であるとき、その層又は膜は放射光を通さないとする。本開示の残り部分では、層又は膜を通る放射光の透過率が10％を超えるとき、好ましくは50％を超えるとき、その層又は膜は放射光を通すとする。実施形態によれば、同一の光学系に関して、放射光を通さない光学系の全ての要素の透過率は、前記放射光を通す光学系の要素の最も低い透過率の半分より低く、好ましくは５分の１より低く、より好ましくは１０分の１より低い。本開示の残り部分では、「有用な放射光」という表現は、動作中に光学系を横切る電磁放射線を表す。
以下の記載では、「マイクロメートルサイズの光学素子」という表現は、支持体の表面と平行に測定された最大寸法が１μｍより大きく１ｍｍより小さい前記表面に形成された光学素子を表す。
マイクロメートルサイズの光学素子が２ジオプトリで形成されたマイクロメートルサイズのレンズ又はマイクロレンズに夫々相当する場合のマイクロメートルサイズの光学素子のアレイを備えた光学系に関して、このような光学系の実施形態を記載する。しかしながら、マイクロメートルサイズの光学素子が、例えばマイクロメートルサイズのフレネルレンズ、マイクロメートルサイズの屈折率分布型レンズ又はマイクロメートルサイズの回折格子に夫々相当してもよい、他のタイプのマイクロメートルサイズの光学素子を用いてこれらの実施形態が更に実施されてもよいことは明らかなはずである。
以下の記載では、「可視光線」は、400 nm～700 nmの範囲内の波長を有する電磁放射線を示し、「赤外線」は、700 nm～１mmの範囲内の波長を有する電磁放射線を示す。赤外線では、700 nm～1.7 μｍの範囲内の波長を有する近赤外線を特に識別することができる。
以下の記載では、材料の屈折率は、画像センサによって取り込まれる放射光の波長領域に関する材料の屈折率に相当する。特に指定されていない場合、屈折率は、有用な放射光の波長領域に亘って実質的に一定とみなされ、例えば、画像センサによって取り込まれる放射光の波長範囲に亘る屈折率の平均と等しいとみなされる。
図１は、画像取得システムの例を示す簡略化された部分的なブロック図である。
図１に示されている画像取得システムは、
ａ．画像取得デバイス１（デバイス）、及び
ｂ．処理部13（PU）
を備えている。
処理部13は、図１に示されていない、デバイス１から送信される信号を処理する手段を有していることが好ましい。処理部13は、例えばマイクロプロセッサを有している。
デバイス１及び処理部13は、リンク15によって連結されていることが好ましい。デバイス１及び処理部13は、例えば同一の回路に一体化されている。
図２は、画像取得デバイス１の例を示す部分的な断面略図である。
より具体的には、図２は画像取得デバイス１と放射光27を放射する放射源25とを示している。
図２に示されている画像取得デバイス１は、下から上に、
放射光27の検出に適合された光検出器又は無機（ポリシリコン）若しくは有機フォトダイオードに連結されてもよい、相補型金属酸化物半導体(CMOS)技術の画像センサ17（センサ）と、
第１のアレイのレンズ19（レンズ１）と、
アレイ構造体21（一又は複数の層）と、
第２のアレイのレンズ23（レンズ２）と、
対象24と
を備えている。
構造体21及び第２のアレイのレンズ23は光学フィルタ２又は角度フィルタを形成していることが好ましい。画像センサ17及び第１のアレイのレンズ19はCMOS撮像デバイス３を形成していることが好ましい。
放射光27は、例えば可視域及び／又は赤外域内にある。放射光は、単一波長の放射光であってもよく、又は複数の波長（若しくは波長領域）の放射光であってもよい。
光源25は、図２では対象24の上側に示されている。しかしながら、光源は、変形例として対象24とフィルタ２との間に配置されてもよい。
指紋を決定するための用途の場合、対象24はユーザの指に相当する。
図３は、図２に示されている画像取得デバイスの実施形態を示す部分的な断面略図である。
より具体的には、図３は、アレイ構造体21が、前記放射光を通さない壁39を画定する第１のマトリクスの開口部41を有する層211 で形成されている画像取得デバイス101 を示す。
図３に示されている画像取得デバイス101 は、下から上に、
－ 好ましくは基板、読み出し回路、導電性トラック及びフォトダイオードで形成されている（図面に詳細に示されていない）画像センサ17と、
画像センサ17上に設けられて画像センサ17と接している第１のパッシベーション（絶縁）層29と、
第１の層29を一面で覆うカラーフィルタの機能を果たす第２の層31と、
画像センサ17側に平面を有して第３のパッシベーション層33で覆われている第１のアレイの平凸レンズ19と
で形成されているCMOS撮像デバイス３と、
－ 第３のパッシベーション層33を覆う第４の光学屈折率整合層35と、
－ 第４の光学屈折率整合層35上に設けられて第４の光学屈折率整合層35と接している第５の層37又は接着剤と、
－ 開口部41の層211 を有し、開口部41の壁39が第５の層37上に設けられて第５の層37と接している構造体21と、
構造体21を覆う基板43と、
画像センサ側に平面を有して第６の層45で覆われている第２のアレイの平凸レンズ23と
で形成されている角度フィルタ２と
を備えている。
第１のアレイのレンズ19により、例えば、レンズ19に入射する光線の焦点を、画像センサ17内の光検出器に合わせることが可能である。
実施形態によれば、撮像デバイス３内のレンズ19の第１のアレイは、例えばレンズ19の表面に対応する円が内接する正方形に画素が実質的に対応する画素アレイを形成している。従って、各画素は、画素を実質的に中心とするレンズ19を有している。例えば、全てのレンズ19の直径は実質的に同一である。レンズ19の直径は、画素の側面の長さと実質的に同一であることが好ましい。
実施形態によれば、CMOS撮像デバイス３の画素は実質的に正方形である。画素の側面の長さは、好ましくは0.7 ～50μｍの範囲内であり、より好ましくは30μｍ程度である。
実施形態によれば、撮像デバイス３は実質的に正方形である。撮像デバイス３の側面の長さは、好ましくは５mm～50mmの範囲内であり、より好ましくは10mm程度である。
第２の層31は、略400 nm～600 nmの範囲内（シアン）、好ましくは470 nm～600 nmの範囲内（緑）の波長を吸収する材料で形成されていることが好ましい。
絶縁層29は、無機材料、例えば酸化シリコン(SiO2)、窒化シリコン(SiN) 又はこれら２つの材料の組み合わせ（例えば多層積層体）で形成されてもよい。
絶縁層29は、フッ素化ポリマー、特にBellexの商標名「Cytop 」で知られているフッ素化ポリマー、ポリビニルピロリドン(PVP) 、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリスチレン(PS)、パリレン、ポリイミド(PI)、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン(ABS) 、ポリ（エチレンテレフタレート）(PET) 、ポリ（エチレンナフタレート）(PEN) 、環状オレフィンポリマー（シクロオレフィンポリマー(COP) ）、ポリジメチルシロキサン(PDMS)、フォトリソグラフィ樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、又はこれらの化合物の少なくとも２つの混合物で形成されてもよい。
変形例として、絶縁層29は、無機誘電体材料、特に窒化シリコン、酸化シリコン又は酸化アルミニウム(Al2O3) で形成されてもよい。
層33は、マイクロレンズ19の形状を有して撮像デバイス３の表面を絶縁して平坦化し得るパッシベーション層であることが好ましい。層33は、無機材料、例えば酸化シリコン(SiO2)、窒化シリコン(SiN) 又はこれら２つの材料の組み合わせ（例えば多層積層体）で形成されてもよい。
図３に示されている実施形態によれば、光学フィルタ２は、第２のアレイのレンズ23と層211 との組み合わせによって、第２のアレイのレンズ23の光軸に対する入射角に応じて入射放射光をフィルタ処理すべく適合されている。
図３に示されている実施形態によれば、角度フィルタ２は、画像センサ17の光検出器がレンズ23の光軸に対して45°未満、好ましくは20°未満、より好ましくは５°未満、更により好ましくは３°未満の最大入射角より小さい入射角を夫々有する光線のみを受けるように適合されている。角度フィルタ２は、角度フィルタ２のレンズ23の光軸に対して最大入射角より大きい入射角を夫々有する入射放射光の光線を遮断することができる。
図３に示されている実施形態によれば、層211 の各開口部41は第２のアレイの１つのレンズ23に関連付けられており、各レンズ23は１つの開口部41に関連付けられている。レンズ23同士は接していることが好ましい。レンズ23の光軸は開口部41の中心と整列していることが好ましい。第２のアレイのレンズ23の直径は、開口部41の（レンズ23の光軸に垂直に測定された）最大断面より大きいことが好ましい。
壁39は、例えば放射光27を通さず、例えば放射光27を吸収する及び／又は反射する。壁39は、撮像（生体測定及び指紋撮像）に使用される400 nm～600 nmの範囲内（シアン及び緑）の波長を通さないことが好ましい。（レンズ23の光軸と平行な面で測定された）壁39の高さを「ｈ」と称する。
実施形態によれば、開口部41は行及び列に配置されている。開口部41の大きさは実質的に同一であってもよい。（開口部の底面、つまり基板43との界面で測定された）開口部41の直径を「w1」と称する。各レンズ23の直径は、レンズ23が関連付けられている開口部41の直径w1より大きいことが好ましい。
実施形態によれば、開口部41は行及び列に規則的に配置されている。開口部41の繰返しピッチ、つまり、行又は列の２つの連続する開口部41の中心間の平面視での距離を「ｐ」と称する。
図３には、開口部41が台形状の断面で示されている。一般に、開口部41は正方形状、三角形状、矩形状、漏斗形状であってもよい。図示されている例では、層211 の上面のレベルの開口部41の幅（又は直径）が、層211 の下面のレベルの開口部41の幅（又は直径）より大きい。
開口部41は、平面視で円形状、長円形状又は多角形状であってもよく、例えば三角形状、正方形状、矩形状又は台形状であってもよい。開口部41は平面視で円形であることが好ましい。
断面（面XZ又は面YZ）における光学フィルタ２の分解能は、画像センサ17の分解能より大きく、好ましくは２倍から10倍大きいことが好ましい。言い換えれば、断面（面XZ又は面YZ）には、第１のアレイのレンズ19より２倍から10倍多い開口部41がある。従って、レンズ19は少なくとも４つの開口部41（面YZの２つの開口部及び面XZの２つの開口部）に関連付けられている。
撮像デバイスの分解能と角度フィルタ２の分解能との差によって、撮像デバイス３上でのフィルタ２の位置合わせの制約を減少させ得ることが利点である。
例えば、レンズ23の直径は実質的に同一である。従って、第１のアレイのレンズ19の直径は、第２のアレイのレンズ23の直径より大きい。
壁39が基板43に対する十分な接合部分を有するように、幅w1は実際にはレンズ23の直径より小さいことが好ましい。幅w1は、好ましくは0.5 μｍ～25μｍの範囲内であり、例えば略10μｍである。ピッチｐは１μｍ～25μｍの範囲内であってもよく、好ましくは12μｍ～20 μｍの範囲内であってもよい。高さｈは、例えば１μｍ～１mmの範囲内であり、好ましくは12μｍ～15μｍの範囲内である。
この実施形態によれば、マイクロレンズ23及び基板43は透明又は部分的に透明な材料で形成されており、すなわち、露出中に使用される波長に対応する波長領域に亘って、目標とする分野、例えば撮像のために対象とするスペクトルの一部で透明であることが好ましい。
基板43は、ここでは可視域及び赤外域の対象とする波長を少なくとも吸収しない透明なポリマーで形成されてもよい。ポリマーは、特にポリエチレンテレフタレートPET 、ポリ（メタクリル酸メチル）PMMA、環状オレフィンポリマー（COP）、ポリイミド（PI）又はポリカーボネート（PC）で特に形成されてもよい。基板43はPET で形成されていることが好ましい。基板43の厚さは、例えば１～100 μｍであってもよく、好ましくは10～50μｍであってもよい。基板43は、カラーフィルタ、偏光子、１／２波長板又は１／４波長板に相当してもよい。
実施形態によれば、マイクロレンズ23及びマイクロレンズ19は、屈折率が1.4 ～1.7 の範囲内であり、好ましくは1.6 程度である材料で形成されている。マイクロレンズ23及びマイクロレンズ19は、シリカ、PMMA、ポジ型レジスト、PET 、ポリエチレンナフタレート(PEN) 、COP 、ポリジメチルシロキサン(PDMS)／シリコーン、エポキシ樹脂又はアクリル樹脂で形成されてもよい。マイクロレンズ23及びマイクロレンズ19は、レジストブロックの変形によって形成されてもよい。マイクロレンズ19及びマイクロレンズ23は、PET 、PEN 、COP 、PDMS／シリコーン、エポキシ樹脂又はアクリル樹脂の層上に成型によって更に形成されてもよい。マイクロレンズ19及びマイクロレンズ23は最終的にナノインプリントによって形成されてもよい。
変形例として、各マイクロレンズは、別のタイプのマイクロメートルサイズの光学素子、特にマイクロメートルサイズのフレネルレンズ、マイクロメートルサイズの屈折率分布型レンズ又はマイクロメートルサイズの回折格子と置き換えられる。マイクロレンズは、焦点距離ｆが夫々１μｍ～100 μｍの範囲内、好ましくは１μｍ～50μｍの範囲内である集束レンズである。実施形態によれば、全てのマイクロレンズ19は実質的に同一であり、全てのマイクロレンズ23は実質的に同一である。
実施形態によれば、層45はマイクロレンズ23の形状に沿う充填層である。層45は、光学透明接着剤(OCA) 、特に液状光学透明接着剤(LOCA)、又は低屈折率の材料、又はエポキシ系／アクリル系接着剤、又はガス若しくはガス状混合物、例えば空気の膜から形成されてもよい。
層45は、マイクロレンズ23の材料の屈折率より低い低屈折率の材料で形成されていることが好ましい。例えば、レンズ23の材料の屈折率と層45の材料の屈折率との差は0.5 ～0.1 の範囲内であることが好ましい。レンズ23の材料の屈折率と層45の材料の屈折率との差は0.15程度であることがより好ましい。層45は、非粘着性の透明な材料の充填材料で形成されてもよい。
別の実施形態によれば、層45は、アレイのマイクロレンズ23に当接する膜、例えばOCA 膜に相当する。この場合、層45とマイクロレンズ23との接触領域は減少してもよく、例えばマイクロレンズ23の最上部に限定されてもよい。
実施形態によれば、空気、又は光検出器によって検出される放射光を少なくとも部分的に通す充填材料、例えばPDMS、エポキシ樹脂若しくはアクリル樹脂、又は商標名SU8 で知られている樹脂が開口部41に充填されている。変形例として、フィルタ２によって角度的にフィルタ処理される光線を色に関してフィルタ処理するために、部分的に吸収する材料、すなわち、目標とする分野、例えば撮像のために対象とするスペクトルの一部で吸収する材料が開口部41に充填されてもよい。変形例として、開口部41の充填材料は近赤外域の放射光を通さない。開口部41に材料が充填されている場合、壁39が下にある層37と接しないように、前記材料は、例えば壁39と下にある層37との間に層を形成してもよい。
角度フィルタ２の厚さは50μｍ程度であることが好ましい。
角度フィルタ２及び撮像デバイス３は、例えば接着層37によって組み立てられている。接着層37は、例えばアクリル系接着剤、エポキシ系接着剤又はOCA から選択された材料で形成されている。接着層37はアクリル系接着剤で形成されていることが好ましい。
層35は屈折率整合層であり、すなわち、層35により、角度フィルタ（開口部41の充填材料）とパッシベーション層33との間の界面での反射による光線の損失を減らすことが可能である。層35は、層33の屈折率と開口部41の充填材料の屈折率との間の屈折率を有する材料で形成されていることが好ましい。
実施モードに応じて、撮像デバイス３の製造の終了の際に印刷、膜の移動（積層）又は蒸着によって層35を撮像デバイス３の前面（図３の向きの上面）に堆積させる。
実施モードに応じて、印刷又は膜の移動（積層）によって層37を角度フィルタ２の後面（図３の向きの下面）に堆積させる。
変形例として、層37を撮像デバイス３の層35の前面に堆積させる。
フィルタ２及び撮像デバイス３の組立ては、例えば、層37の堆積後にフィルタ２を撮像デバイス３の表面（より具体的には層35の表面）に積み重ねることによって行われる。
実施モードに応じて、機械的な結合特性を最適化するために、組立て後にアニール、紫外線を用いた架橋結合、又はオートクレーブ加圧の工程を行う。
図３に示されていない実施形態によれば、デバイス101 は、例えばフィルタ２と撮像デバイス３との間に追加の層を備えている。この層は、波長が600 nmを超える放射光をフィルタ処理し得る赤外線フィルタに相当する。この赤外線フィルタの透過率は0.1 ％（ＯＤ３（光学濃度３））より小さいことが好ましい。
対象とする材料に応じて、少なくともある層を形成する方法は、例えば、特にはソル－ゲル形態で所望の位置に層を形成する材料の直接印刷によるいわゆるアディティブ処理、例えばインクジェット印刷、グラビア印刷、シルクスクリーン、フレキソ印刷、スプレーコーティング又はドロップキャストによるアディティブ処理に相当してもよい。
対象とする材料に応じて、少なくともある層を形成する方法は、いわゆるサブトラクティブ法に相当してもよく、この方法では、層を形成する材料を構造全体に堆積させ、その後、例えばフォトリソグラフィ又はレーザアブレーションによって未使用部分を除去する。
対象とする材料に応じて、構造全体の堆積を、例えば液相成長法、カソードスパッタリング法又は蒸着法によって行ってもよい。スピンコーティング、スプレーコーティング、ヘリオグラフィ、スロットダイコーティング、ブレードコーティング、フレキソ印刷又はシルクスクリーンなどの方法を特に使用してもよい。層が金属製であるとき、金属を、例えば支持体全体に蒸着法又はカソードスパッタリング法によって堆積させ、金属層をエッチングによって画定する。
層の少なくとも一部を印刷技術によって形成してもよいことが有利である。前述した層の材料を、インクジェットプリンタにより液体の形態で、例えば導電性の半導体インクの形態で堆積させてもよい。ここで、「液体の形態の材料」は、印刷技術によって堆積可能なゲル材料を更に表す。アニール工程を異なる層の堆積間に行ってもよいが、アニール温度は150 ℃を超えないことが可能であり、堆積及び場合によってアニールを大気圧で行ってもよい。
図４は、図２に示されている画像取得デバイスの別の実施形態を示す部分的な断面略図である。
より具体的には、図４は、第２のレンズのアレイがレンズ23（図３）より小さいレンズ23’を有する点を除いて、図３に示されている画像取得デバイス101 と同様の画像取得デバイス102 を示す。
デバイス102 のレンズ23’の数は（面XYにおける）開口部41の数より多いことが好ましい。例として、レンズ23’の数は開口部41の数より４倍多い。レンズ23’の直径は、図４に示されている実施形態によれば、開口部41の直径w1より小さい。
図４に示されている実施形態の利点は、第２のアレイのレンズ23’をマトリクスの開口部41に整列させる必要がないということである。
図５は、図２に示されている画像取得デバイスの例の更に別の実施形態を示す部分的な断面略図である。
より具体的には、図５は、アレイ構造体21が第３のアレイのレンズ47を有している点を除いて、図３に示されている画像取得デバイス101 と同様の画像取得デバイス103 を示す。
第２のアレイのレンズ23に連結されているマトリクスの開口部41によって伝送される光を平行にするために第３のアレイの平凸レンズ47が使用される。平凸レンズ47の平面はレンズ23の平面に対向する。第３のアレイは、層211 と撮像デバイス３との間に配置されている。
図５に示されている実施形態では、第３のアレイのレンズ47の数は第２のアレイのレンズ23の数と等しい。第３のアレイのレンズ47及び第２のアレイのレンズ23は、夫々の光軸で整列している。
変形例として、第３のアレイのレンズ47の数は、第２のアレイのレンズ23の数よりかなり多い。
レンズ47は接するか又は接しない。
光線は、レンズ23に入射する光線の夫々の方向に対して角度αでレンズ23及び層211 から出る。角度αはレンズ23に特有であり、レンズ23の直径及びこのレンズ23の焦点距離に応じて決められる。
光線が層211 から出ると、第３のアレイのレンズ47に当たる。光線がレンズ47から出るとき、光線は、レンズ47に入射する光線の夫々の方向に対して角度β逸れる。角度βはレンズ47に特有であり、レンズ47の直径及びこのレンズ47の焦点距離に応じて決められる。
全発散角は、レンズ23及びレンズ47によって連続的に生じる偏差に相当する。第３のアレイのレンズ47は、全発散角が例えば略５°以下であるように選択されている。
図５に示されている実施形態は、第２のアレイのレンズ23の画像焦点面が第３のアレイのレンズ47の対象焦点面と同一である理想的な構成を示している。光軸と平行になる図示されている光線は、レンズ23の画像焦点又はレンズ47の対象焦点に合わせられる。このため、レンズ47から出る光線はレンズ47の光軸と平行に伝搬する。全発散角は、この場合にはゼロである。
第３のアレイのレンズ47は、図５では第７の層40の下に配置され、第７の層40と接している。開口部41の充填によって形成される第７の層40は壁39の後面を覆う。
変形例として、第３のアレイのレンズ47は、壁39の後面上に配置されて壁39の後面と接している。そのため、開口部41には空気又は充填材料が充填されている。
レンズ47及びレンズ23は、同一の組成又は異なる組成を有する。
図５の実施形態によれば、レンズ47の後面は第８の充填層49で覆われている。層49及び層45は、同一の組成又は異なる組成を有してもよい。層49は、レンズ47の材料の屈折率より小さい屈折率を有することが好ましい。
第３のアレイのレンズ47が設けられていない場合、発散角が大きすぎると、レンズ23から出る光線が複数の光検出器又は画素を照射するリスクがある。このため、得られる画像の質の解像度が低下する。
第３のアレイのレンズ47が設けられているため、角度フィルタ２の出力で発散角を減少させるという利点が生じる。発散角を減少させることにより、撮像デバイス３のレベルで出る光線が交差するリスクを低下させることが可能である。
図６は、図２に示されている画像取得デバイスの例の更に別の実施形態を示す部分的な断面略図である。
より具体的には、図６は、レンズ47（図５）より小さいレンズ47’を備えている点を除いて、図５に示されている画像取得デバイス103 と同様の画像取得デバイス104 を示す。
デバイス104 のレンズ47’の数は開口部41の数より多いことが好ましい。例として、レンズ47’の数は（面XYにおける）開口部41の数より４倍多い。
図６に示されている実施形態の利点は、第３のアレイのレンズ47’をマトリクスの開口部41に整列させる必要がないということである。
図７は、図２に示されている画像取得デバイスの例の更に別の実施形態を示す部分的な断面略図である。
より具体的には、図７は、第３のアレイのレンズ47’’が第２のアレイのレンズ23と開口部41の層211 との間に配置されている点を除いて、図５に示されている画像取得デバイス103 と同様の画像取得デバイス105 を示す。
図示されている例では、デバイス105 は、レンズ47の後面を覆う充填層51を備えている。充填層51は、層211 の上面に載置されている点を除いて、図５に示されているデバイス103 の層49と同様である。
図８は、図２に示されている画像取得デバイスの例の更に別の実施形態を示す部分的な断面略図である。
より具体的には、図８は、アレイ構造体21が、放射光27（図２）を通さない壁55を画定している第２のマトリクスの開口部53で形成された第９の層213 を有している点を除いて、図３に示されている画像取得デバイス101 と同様の画像取得デバイス106 を示す。
図８に示されている実施形態によれば、第９の層213 は、開口部41を充填材料で充填することによって形成された第７の層40の下に配置されて第７の層40と接している。第７の層40は、壁39の後面を覆っている。
変形例として、層213 は、壁39の後面上に配置されて壁39の後面と接している。そのため、開口部41には空気又は充填材料が充填されている。
開口部53は、開口部41及び開口部53の大きさが異なってもよい点を除いて、開口部41の形状と実質的に同一の形状を有する。壁55は、例えば、壁39及び壁55の大きさが異なってもよい点を除いて、壁39の形状及び組成と実質的に同一の形状及び組成を有する。
図８に示されている実施形態によれば、層213 は、層211 のマトリクスの開口部41の数と実質的に同一の数の開口部53を有している。開口部41の数は開口部53の数と同一であることが好ましい。各開口部41は開口部53と整列していることが好ましく、例えば、各開口部41の中心は開口部53の中心と整列している。
実施形態によれば、開口部53及び開口部41は同一の大きさを有し、すなわち、開口部53は、開口部41の直径w1と実質的に同一である（開口部の底面、つまり層40との界面で測定された）直径「w2」を有する。直径w1及び直径w2は同一であることが好ましい。壁55の高さh2は、例えば壁39の高さｈと実質的に同一である。高さｈ及び高さh2は同一であることが好ましい。
変形例として、直径w1及び直径w2は異なる。この場合、直径w2は直径w1より小さいことが好ましい。
別の変形例によれば、高さｈ及び高さh2は異なる。
実施形態によれば、開口部53には空気が充填されており、又は好ましくは開口部41の充填材料の組成と同様の組成を有する充填材料が充填されている。充填材料は開口部53を充填して、壁55の後面に層57を形成することが更により好ましい。
様々な実施形態及び変形例が記載されている。当業者は、これらの様々な実施形態及び変形例のある特徴を組み合わせることができると理解し、他の変形例が当業者に想起される。特に、図４～８に示されている実施形態を組み合わせてもよい。更に、記載されている実施形態及び実施モードは、例えば上述した大きさ及び材料の例に限定されない。
最後に、記載されている実施形態及び変形例の実際の実施は、上述されている機能的な表示に基づく当業者の技能の範囲内である。
本特許出願は、参照によって本明細書に組み込まれている仏国特許出願第2001613 号明細書の優先権を主張している。

Claims (14)

  1. 放射光(27)を検出すべく適合されている、MOS 技術の画像センサ(17)と、
    第１のアレイのレンズ(19)と、
    前記放射光を通さない壁(39)によって画定されている第１のマトリクスの開口部(41)で少なくとも形成されている構造体(21)と、
    第２のアレイのレンズ(23; 23') と
    を少なくとも順番に有する積層体を備えており、
    前記第２のアレイのレンズ(23; 23') の数が、前記第１のアレイのレンズ(19)の数より多い、デバイス(1; 101; 102; 103; 104; 105; 106) 。
  2. 前記第２のアレイのレンズ(23; 23') の数は、前記第１のアレイのレンズ(19)の数より２倍から１０倍多く、好ましくは２倍多い、請求項１に記載のデバイス。
  3. 前記構造体(21)と前記第１のアレイのレンズ(19)との間に接着層(37)を備えている、請求項１又は２に記載のデバイス。
  4. 前記構造体(21)と前記第１のアレイのレンズ(19)との間に屈折率整合層(35)を備えている、請求項１～３のいずれか１つに記載のデバイス。
  5. 前記第１のマトリクスの各開口部(41)は、前記第２のアレイの１つのレンズ(23)に関連付けられており、
    前記第２のアレイの各レンズの光軸は、前記第１のマトリクスの開口部(41)の中心と整列している、請求項１～４のいずれか１つに記載のデバイス。
  6. 前記構造体(21)は、前記第１のマトリクスの開口部(41)の下に、前記放射光(27)を通さない壁(55)によって画定された第２のマトリクスの開口部(53)を有しており、
    前記第１のマトリクスの開口部の数が前記第２のマトリクスの開口部の数と同一であり、
    前記第１のマトリクスの各開口部の中心が、前記第２のマトリクスの開口部の中心と整列している、請求項１～５のいずれか１つに記載のデバイス。
  7. 前記第２のアレイのレンズ(23)及び前記第１のアレイのレンズ(19)は平凸レンズであり、
    前記第１のアレイのレンズの平面及び前記第２のアレイのレンズの平面は、前記画像センサ(17)の側にある、請求項１～６のいずれか１つに記載のデバイス。
  8. 前記放射光(27)を少なくとも部分的に通す材料が、前記開口部(41, 53)に充填されている、請求項１～７のいずれか１つに記載のデバイス。
  9. 前記第１のアレイのレンズ(19)の直径は、前記第２のアレイのレンズ(23; 23') の直径より大きい、請求項１～８のいずれか１つに記載のデバイス。
  10. 前記構造体は、第３のアレイの平凸レンズ(47; 47'; 47")を有しており、
    前記第２のアレイのレンズ(23; 23') の平面及び前記第３のアレイの平凸レンズの平面は互いに対向しており、
    前記第３のアレイの平凸レンズは、前記第１のマトリクスの開口部(41)と前記第１のアレイのレンズ(19)との間、又は前記第１のマトリクスの開口部と前記第２のアレイのレンズとの間に配置されている、請求項１～９のいずれか１つに記載のデバイス。
  11. 前記第２のアレイの各レンズ(23)の光軸は、前記第３のアレイのレンズ(47; 47") の光軸と整列している、請求項１０に記載のデバイス。
  12. 前記第２のアレイのレンズ(23; 23') の画像焦点面が、前記第３のアレイのレンズ(47; 47'; 47")の対象焦点面と一致する、請求項１０又は１１に記載のデバイス。
  13. 前記第３のアレイのレンズ(47; 47'; 47")の数は、前記第２のアレイのレンズ(23; 23') の数より多い、請求項１０～１２のいずれか１つに記載のデバイス。
  14. 前記第２のアレイのレンズ(23; 23') の直径は、前記第３のアレイのレンズ(47; 47'; 47")の直径より大きい、請求項１０～１３のいずれか１つに記載のデバイス。
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