JP2638885B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- JP2638885B2 JP2638885B2 JP63039010A JP3901088A JP2638885B2 JP 2638885 B2 JP2638885 B2 JP 2638885B2 JP 63039010 A JP63039010 A JP 63039010A JP 3901088 A JP3901088 A JP 3901088A JP 2638885 B2 JP2638885 B2 JP 2638885B2
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- Japan
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- light
- solid
- state imaging
- imaging device
- microlens array
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- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［発明上の利用分野］ 本発明は、ビデオカメラ等に用いられるマイクロレン
ズアレイによる集光効果を持つ固体撮像装置に関し、特
にマイクロレンズアレイの使用によるシェーディングを
補正することができる固体撮像装置に関するものであ
る。
ズアレイによる集光効果を持つ固体撮像装置に関し、特
にマイクロレンズアレイの使用によるシェーディングを
補正することができる固体撮像装置に関するものであ
る。
［発明の概要］ 本発明は、光信号を画素毎の電気信号に変換する固体
撮像装置において、 固体撮像素子の受光部の１画素毎に対応する多段に密
着した集光部を有するマイクロレンズアレイを設けて、
固体撮像素子の各画素の受光部において集光されない無
効光を減少させることにより、 固体撮像素子のシェーディングを補正し感度ムラを低
減するとともに、その感度を向上させるようにしたもの
である。
撮像装置において、 固体撮像素子の受光部の１画素毎に対応する多段に密
着した集光部を有するマイクロレンズアレイを設けて、
固体撮像素子の各画素の受光部において集光されない無
効光を減少させることにより、 固体撮像素子のシェーディングを補正し感度ムラを低
減するとともに、その感度を向上させるようにしたもの
である。
［従来の技術］ 従来より、ビデオカメラや電子スチルカメラ等におい
て、CCDやMOS素子で構成した固体撮像装置が広く使用さ
れている。一般に固体撮像装置の受光部は、縦横（ライ
ンセンサーでは横のみ）に画素毎に設けられ、その１画
素の受光部の周囲には転送領域等が設けられるため、そ
れらの領域に入射する光は全く無駄なものとなり、固体
撮像装置の感度は非常に低いものとなっていた。
て、CCDやMOS素子で構成した固体撮像装置が広く使用さ
れている。一般に固体撮像装置の受光部は、縦横（ライ
ンセンサーでは横のみ）に画素毎に設けられ、その１画
素の受光部の周囲には転送領域等が設けられるため、そ
れらの領域に入射する光は全く無駄なものとなり、固体
撮像装置の感度は非常に低いものとなっていた。
この問題点を解決するため、受光部以外の領域に入射
する光を集光する集光手段を設け、その固体撮像装置の
高感度化を図る技術として、特公昭60−59752号公報に
開示される様な半球状の集光体を受光部上に形成する技
術や、特公昭60−19181号公報に開示される様な画素と
同じピッチでレンチキュラーレンズを形成する技術が提
案されたが、直接、固体撮像素子チップ上に半球状の集
光体やレンチキュラーレンズ等の集光手段を設ける構造
としていることから、そのチップの製造工程が複雑化す
ることにより、また、その再現性も十分ではなく、安定
して生産することが困難であった。
する光を集光する集光手段を設け、その固体撮像装置の
高感度化を図る技術として、特公昭60−59752号公報に
開示される様な半球状の集光体を受光部上に形成する技
術や、特公昭60−19181号公報に開示される様な画素と
同じピッチでレンチキュラーレンズを形成する技術が提
案されたが、直接、固体撮像素子チップ上に半球状の集
光体やレンチキュラーレンズ等の集光手段を設ける構造
としていることから、そのチップの製造工程が複雑化す
ることにより、また、その再現性も十分ではなく、安定
して生産することが困難であった。
そこで、提案された従来の技術に、第３図に示すよう
に、直接、固体撮像素子に集光手段を形成せず、集光手
段としてその固体撮像素子100の受光部101側のパッケー
ジ102の一部に、各受光部101に対向する１段構成の集光
部103aを持つ平板マイクロレンズアレイ103を配設する
ことにより、装置の高感度化を図ると共に安定した生産
等を実現する固体撮像装置があった。
に、直接、固体撮像素子に集光手段を形成せず、集光手
段としてその固体撮像素子100の受光部101側のパッケー
ジ102の一部に、各受光部101に対向する１段構成の集光
部103aを持つ平板マイクロレンズアレイ103を配設する
ことにより、装置の高感度化を図ると共に安定した生産
等を実現する固体撮像装置があった。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来の技術における第３図に示す
固体撮像装置では、斜めからの入射光のうちで無効にな
るもののあること（シェーディング）が原因となって、
感度ムラの発生することが解決すべき課題となってい
た。上記シェーディングの原因を詳しく説明したものが
第４図の説明図と、第５図の感度ムラの発生を示すビデ
オ出力信号の波形図である。
固体撮像装置では、斜めからの入射光のうちで無効にな
るもののあること（シェーディング）が原因となって、
感度ムラの発生することが解決すべき課題となってい
た。上記シェーディングの原因を詳しく説明したものが
第４図の説明図と、第５図の感度ムラの発生を示すビデ
オ出力信号の波形図である。
第４図において、101は１画素の受光部であり、その
受光範囲を示している。103aは平板マイクロレンズアレ
イにおける集光部を示し、上記１画素の受光部101に対
向して配置され、高屈折率部分の作用により対物レンズ
104で結像面105に結像される被写体像Ａ（ズームアップ
位置）またはＡ′（ワイド位置）の入射光を受光部101
に集光している。ここで、集光部103aの入射光のうち
B1,B2のような斜め方向の入射光は、受光部101には集光
されない無効光となっている。この無効光は、対物レン
ズ104の焦点距離ｆが小さくなるほど、また受光部101が
中心位置からズレるほど（ズレの距離ｃが大きいほど）
増大する。即ち、固体撮像素子の周辺部になるほど受光
部の感度が減少することになる。
受光範囲を示している。103aは平板マイクロレンズアレ
イにおける集光部を示し、上記１画素の受光部101に対
向して配置され、高屈折率部分の作用により対物レンズ
104で結像面105に結像される被写体像Ａ（ズームアップ
位置）またはＡ′（ワイド位置）の入射光を受光部101
に集光している。ここで、集光部103aの入射光のうち
B1,B2のような斜め方向の入射光は、受光部101には集光
されない無効光となっている。この無効光は、対物レン
ズ104の焦点距離ｆが小さくなるほど、また受光部101が
中心位置からズレるほど（ズレの距離ｃが大きいほど）
増大する。即ち、固体撮像素子の周辺部になるほど受光
部の感度が減少することになる。
第５図は、低照度，全白撮像時の１水平走査期間（1
H）におけるビデオ出力信号の波形図を示し、実線は平
板マイクロレンズアレイのない場合を示し、破線は平板
マイクロレンズアレイを設けた場合を示している。平板
マイクロレンズアレイがない場合には、感度は低いが、
固体撮像素子の中央部と周辺部とで一様な感度が得られ
る。これに対し、平板マイクロレンズアレイを設けた場
合には、全体的には感度が向上するものの、周辺部でシ
ェーディングが生じて感度が中央部より低下し、感度ム
ラが発生していることがわかる。
H）におけるビデオ出力信号の波形図を示し、実線は平
板マイクロレンズアレイのない場合を示し、破線は平板
マイクロレンズアレイを設けた場合を示している。平板
マイクロレンズアレイがない場合には、感度は低いが、
固体撮像素子の中央部と周辺部とで一様な感度が得られ
る。これに対し、平板マイクロレンズアレイを設けた場
合には、全体的には感度が向上するものの、周辺部でシ
ェーディングが生じて感度が中央部より低下し、感度ム
ラが発生していることがわかる。
本発明は、上記課題を解決するために創案されたもの
で、固体撮像素子のシェーディングを補正し感度ムラを
低減するとともに、その感度を向上させるようにした固
体撮像装置を提供することを目的とする。
で、固体撮像素子のシェーディングを補正し感度ムラを
低減するとともに、その感度を向上させるようにした固
体撮像装置を提供することを目的とする。
［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するための本発明の固体撮像装置の
構成は、 固体撮像素子の受光部の１画素毎に対応する多段に密
着した集光部を有するマイクロレンズアレイを設けたこ
とを特徴とする。
構成は、 固体撮像素子の受光部の１画素毎に対応する多段に密
着した集光部を有するマイクロレンズアレイを設けたこ
とを特徴とする。
［作用］ 本発明は、固体撮像素子の受光部に対向する集光部を
多段に密着させて形成し、その多段の集光効果により、
従来、特に周辺部の受光部において無効光となっていた
斜め方向の入射光をそれらの受光部へ集光してマイクロ
レンズアレイの使用によるシェーディングを減少させ
る。
多段に密着させて形成し、その多段の集光効果により、
従来、特に周辺部の受光部において無効光となっていた
斜め方向の入射光をそれらの受光部へ集光してマイクロ
レンズアレイの使用によるシェーディングを減少させ
る。
［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。
る。
第１図（ａ），（ｂ）は本発明の一実施例を示す固体
撮像装置の構成図である。本実施例は、図略のパッケー
ジに収容される固体撮像素子１と、この固体撮像素子の
受光部２側に対向して配置されたマイクロレンズアレイ
３とから成る。ここで、マイクロレンズアレイ３には各
受光部２に対向する３段の集光部3a,3b,3cを密着させて
形成することを特徴とする。以上の固体撮像装置に対す
る対物レンズ４による結像面は、対物レンズ４に最も近
い集光部3cの前面部とする。
撮像装置の構成図である。本実施例は、図略のパッケー
ジに収容される固体撮像素子１と、この固体撮像素子の
受光部２側に対向して配置されたマイクロレンズアレイ
３とから成る。ここで、マイクロレンズアレイ３には各
受光部２に対向する３段の集光部3a,3b,3cを密着させて
形成することを特徴とする。以上の固体撮像装置に対す
る対物レンズ４による結像面は、対物レンズ４に最も近
い集光部3cの前面部とする。
上記マイクロレンズアレイ３の集光部3a,3b,3cを多段
に形成するプロセスは、第１図（ａ）に示すようにガラ
スを用いた平板ガラス基板において、外部からガラス基
板に電界を与えて高屈折率イオンとのイオン交換を行う
プロセスを複数回（３段であれば３回）繰り返すことに
より、ガラス基板中のイオンを追い出す形で高屈折率の
集光部を多段に形成することができる。また第１図
（ｂ）に示すように、１段の集光部を持つ複数枚のマイ
クロレンズアレイを貼り合わせることによっても、多段
に密着した集光部を構成することができる。この場合、
マイクロレンズアレイはいかなるプロセスで製造したも
のでも良く、たとえばプラスチックで成形したものなど
でも良い。上記マイクロレンズアレイがガラス基板であ
る場合、パッケージのシールガラスを兼ねることもでき
る。
に形成するプロセスは、第１図（ａ）に示すようにガラ
スを用いた平板ガラス基板において、外部からガラス基
板に電界を与えて高屈折率イオンとのイオン交換を行う
プロセスを複数回（３段であれば３回）繰り返すことに
より、ガラス基板中のイオンを追い出す形で高屈折率の
集光部を多段に形成することができる。また第１図
（ｂ）に示すように、１段の集光部を持つ複数枚のマイ
クロレンズアレイを貼り合わせることによっても、多段
に密着した集光部を構成することができる。この場合、
マイクロレンズアレイはいかなるプロセスで製造したも
のでも良く、たとえばプラスチックで成形したものなど
でも良い。上記マイクロレンズアレイがガラス基板であ
る場合、パッケージのシールガラスを兼ねることもでき
る。
以上のように構成した実施例の作用を述べる。第２図
はそのための作用説明図である。被写体Ａは、対物レン
ズ４を介して集光部3cの前面で結像される。集光部3c以
降の破線は従来のように集光部が１段であるときの集光
状態を示し、実線は本実施例の集光状態を示している。
本実施例では、今でも無効光となっていた入射光B1も多
段の集光効果によって受光部２の有効光に加わる。この
時、今まで１画素の受光部２の中心部分に集光していた
有効光は中心から外側に移動するが、その距離ａと有効
光に加わった光の移動距離ｂが、 ｂ＞a,a≦ａ′ の条件を満足するように（ただし、ａ′は受光部の中心
からの受光範囲の距離）、集光部の段数を選定すれば、
無効光が発生するシェーディングを補正することがで
き、従来より集光効果を増大させることができる。その
効果は、固体撮像素子の周辺部で顕著になり、感度ムラ
が減少することになる。
はそのための作用説明図である。被写体Ａは、対物レン
ズ４を介して集光部3cの前面で結像される。集光部3c以
降の破線は従来のように集光部が１段であるときの集光
状態を示し、実線は本実施例の集光状態を示している。
本実施例では、今でも無効光となっていた入射光B1も多
段の集光効果によって受光部２の有効光に加わる。この
時、今まで１画素の受光部２の中心部分に集光していた
有効光は中心から外側に移動するが、その距離ａと有効
光に加わった光の移動距離ｂが、 ｂ＞a,a≦ａ′ の条件を満足するように（ただし、ａ′は受光部の中心
からの受光範囲の距離）、集光部の段数を選定すれば、
無効光が発生するシェーディングを補正することがで
き、従来より集光効果を増大させることができる。その
効果は、固体撮像素子の周辺部で顕著になり、感度ムラ
が減少することになる。
なお、本発明の固体撮像素子は、イメージセンサー等
であってもラインセンサー等であっても適要できること
はいうまでもない。また、固体撮像素子として、従来の
ように集光手段をチップ上に直接形成した固体撮像素子
を用い、本発明のマイクロレンズアレイを組み合わせ
て、更に高感度化を図るようにすることも可能である。
このように、本発明はその主旨に沿って種々に応用さ
れ、種々の実施態様を取り得るものである。
であってもラインセンサー等であっても適要できること
はいうまでもない。また、固体撮像素子として、従来の
ように集光手段をチップ上に直接形成した固体撮像素子
を用い、本発明のマイクロレンズアレイを組み合わせ
て、更に高感度化を図るようにすることも可能である。
このように、本発明はその主旨に沿って種々に応用さ
れ、種々の実施態様を取り得るものである。
［発明の効果］ 以上の説明で明らかなように、本発明の固体撮像装置
によれば、以下のような効果を奏する。
によれば、以下のような効果を奏する。
（１）多段階の集光効果によって、マイクロレンズアレ
イの使用によるシェーディングを補正することができ、
感度ムラを減少させることができる。
イの使用によるシェーディングを補正することができ、
感度ムラを減少させることができる。
（２）従来の無効光を有効光とすることができ、感度が
向上する。
向上する。
第１図（ａ），（ｂ）は本発明の一実施例を示す固体撮
像装置の構成図、第２図は上記実施例の作用説明図、第
３図は従来技術の固体撮像装置の構成図、第４図はシェ
ーディング発生の説明図、第５図は感度ムラの発生を示
すビデオ出力信号の波形図である。 １……固体撮像素子、２……受光部、３……マイクロレ
ンズアレイ、3a,3b,3c……集光部。
像装置の構成図、第２図は上記実施例の作用説明図、第
３図は従来技術の固体撮像装置の構成図、第４図はシェ
ーディング発生の説明図、第５図は感度ムラの発生を示
すビデオ出力信号の波形図である。 １……固体撮像素子、２……受光部、３……マイクロレ
ンズアレイ、3a,3b,3c……集光部。
Claims (1)
- 【請求項１】固体撮像素子の受光部の１画素毎に対応す
る多段に密着した集光部を有するマイクロレンズアレイ
を設けたことを特徴とする固体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63039010A JP2638885B2 (ja) | 1988-02-22 | 1988-02-22 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63039010A JP2638885B2 (ja) | 1988-02-22 | 1988-02-22 | 固体撮像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01213080A JPH01213080A (ja) | 1989-08-25 |
| JP2638885B2 true JP2638885B2 (ja) | 1997-08-06 |
Family
ID=12541135
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63039010A Expired - Fee Related JP2638885B2 (ja) | 1988-02-22 | 1988-02-22 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2638885B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3405620B2 (ja) * | 1995-05-22 | 2003-05-12 | 松下電器産業株式会社 | 固体撮像装置 |
| JP2000031445A (ja) * | 1998-07-08 | 2000-01-28 | Olympus Optical Co Ltd | 固体撮像モジュール |
| JP2007079325A (ja) * | 2005-09-16 | 2007-03-29 | Hitachi Ltd | マイクロレンズアレイ |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01157569A (ja) * | 1987-12-14 | 1989-06-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光学的原稿読み取り装置 |
-
1988
- 1988-02-22 JP JP63039010A patent/JP2638885B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01213080A (ja) | 1989-08-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |