JP3012500B2 - 平板型レンズアレイの製造方法 - Google Patents
平板型レンズアレイの製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は固体撮像装置等に適
用される平板型レンズアレイとその製造方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】固体撮像索子の個々の光検出索子への入
射光利用率を高めるために、平板型レンズアレイを適用
した先行例として特開昭５８−２２０１０６号公報に開
示されるものが知られている。 【０００３】この先行例にあっては、光検出索子を形成
した半導体基板の一面側に光検出索子に入射光を集中せ
しめるための平板型レンズアレイを貼着している。そし
て、前記の先行例には２種類の平板型レンズアレイが開
示されており、その１つは、フォトレジスト膜を介して
透明基板の一面側に多数の凹部を形成し、この凹部に高
屈折材料を充填して微小レンズとしており、他の１つ
は、所定の配列ピッチで小開口を形成したイオン透過防
止膜を透明基板の一面側に被覆し、該開口を介してイオ
ン交換することで、透明基板内に屈折率が連続的に分布
した微小レンズを形成している。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】前記の先行例に示され
る平板型レンズアレイのうち、多数の凹部を形成する方
法によって製造される平板型レンズアレイは、微小レン
ズを構成する部分の屈折率が一定であり透明基板と微小
レンズとの境界部における収差が大きい。また、ある程
度まで、凹部を密接して形成することができるが、フォ
トレジスト膜を透明基板の一面側に貼り付けた状態でエ
ッチング等によって凹部を形成する以上、何らかの後処
理を施さなければ、完全な稠密状態（微小レンズの外周
縁が相互に干渉している状態）の微小レンズの配列を実
現することはできず、開口率（入射全光量に対する実際
に光電変換される光量の比）の向上に限度がある。 【０００５】また、先行例に示される平板型レンズアレ
イのうち、イオン交換によって製造される平板型レンズ
アレイについては、透明基板と微小レンズとの境界部に
おける収差を小さくできるが、完全な稠密状態にする点
については開示されていない。尚、イオンの拡散時間を
制御することで、レンズ作用をする領域の大きさを調整
できることが記載されているが、これはあくまで微小レ
ンズ同士が離れた状態を前提としており、稠密にする点
についての示唆はない。 【０００６】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明に係る平板型レンズアレイは、両面が平坦面とな
った透明基板内に透明基板よりも高屈折率の微小レンズ
を多数配列してなる平板型レンズアレイにおいて、前記
微小レンズは平面視で表面に露出する中心部が最も屈折
率が高く径方向外側に向かって連続的に屈折率が低くな
る屈折率分布型レンズとされ、また透明基板の周縁に沿
った位置に設けられる微小レンズを除き各微小レンズは
平面視でその外周縁全周が隣接する微小レンズの外周縁
に相互干渉するとともに、相互干渉する外周縁のうち２
つの微小レンズの中心点を結んだ線と交わる点の屈折率
が最も高く、３つ又は４つの微小レンズの外周縁が集中
する点の屈折率が最も低くなるようにした。 【０００７】また、本発明に係る平板型レンズアレイの
製造方法は、両面が平坦面となった透明基板の一面側
に、所定の配列ピッチで小開口を形成したイオン透過防
止膜を被覆し、この状態の透明基板を処理液中に浸漬
し、該小開口を介して処理液中の屈折率を高めるイオン
とガラス中のイオンとを交換せしめるようにした平板型
レンズアレイの製造方法において、前記処理液中に浸漬
する時間として、イオン交換によって透明基板内に形成
される微小レンズの外周縁全周が平面視で隣接する微小
レンズの外周縁に相互干渉するまで行うようにした。 【０００８】 【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。ここで、図１は本発明に係る
平板型レンズアレイを適用した固体撮像装置の要部を示
す斜視図であり、１０が固体撮像素子、２０が集光板と
しての平板型レンズアレイである。 【０００９】撮像素子１０は、図２に示すように半導体
基板１１に、光検出素子１２の多数を間隔をおいて平面
的に配列形成して成り、光検出素子１２の受光面１２Ａ
の総面積は撮像素子１０の表面積に対し通常は３０％程
度である。 【００１０】平板型レンズアレイ２０は、ガラス、合成
樹脂等から成る両面が平担面の透明基板２１中に、多数
の微小レンズ２２…を、撮像素子ｌ０の光検出素子１２
と同一配列ピッチで平面的に配列形成して構成されてい
る。 【００１１】個々の微小レンズ２２は、等屈折率分布線
を図２（断面）、図３（平面）に示すように、屈折率が
中心で最大で外周に向けて半径方向に次第に減少する分
布を有している。即ち、等屈折率面が同心半球状を成し
ている。そして隣接する微小レンズ２２，２２間は、光
検出素子１２間の非検出区域への直進透過光量が極力少
なくなるよう、つまり入射光が無駄なく検出素子受光面
へ屈折入射するように、外周近くの等屈折率線を互いに
接触させてあり、単一の微小レンズ２２の入射瞳開口部
の形状を四辺形パターンとして、このパターンを縦、横
方向に繰り返している。 【００１２】上記の平板型レンズアレイ２０を付設した
撮像装置では、図２及び図４に示すように被写体から出
た光線３０は平板型レンズアレイ２０中のいずれかのレ
ンズ２２部分に入射し、該レンズ内の屈折率勾配により
中心軸寄りに曲げられ、光検出素子１２の受光面１２Ａ
上に集光される。 【００１３】上記のような平板型レンズアレイ２０は、
例えば透明ガラス板の表面をイオン透過防止被膜で被覆
するとともに、このマスク膜に所定のレンズ配列ピッチ
で小開口を設け、該透明ガラス板を処理液中に浸漬し、
開口を通して基板ガラスの屈折率を高め得る陽イオンを
ガラス中のイオンとの交換により基板内に拡散させ、こ
の拡散処理を、隣接レンズ部分間で拡散領域外周部が相
互干渉する状態まで行なうことにより製作することがで
きる。 【００１４】このようにして形成された平板型レンズア
レイ２０は、基板表面に露出する微小レンズ２２の中心
部が最も屈折率が高く径方向外側に向かって連続的に屈
折率が低くなる屈折率分布型レンズとされ、また透明基
板２１の周縁に沿った位置に設けられる微小レンズを除
き各微小レンズ２２は平面視でその外周縁全周が隣接す
る微小レンズの外周縁に相互干渉するとともに、相互干
渉する外周縁のうち２つの微小レンズの中心点を結んだ
線と交わる点（Ｐ１）の屈折率が最も高く、４つの微小
レンズの外周縁が集中する点（Ｐ２）の屈折率が最も低
くなる。 【００１５】図５は平板型レンズアレイの別実施例を示
す平面図、図６は図５に示した実施例の要部拡大図であ
り、１点（Ｐ３）に３つの微小レンズ２２の外周縁が集
中するパターンとなっている。この実施例にあっても各
微小レンズ２２は平面視でその外周縁全周が隣接する微
小レンズの外周縁に相互干渉するとともに、相互干渉す
る外周縁のうち２つの微小レンズの中心点を結んだ線と
交わる点（Ｐ１）の屈折率が最も高く、３つの微小レン
ズの外周縁が集中する点（Ｐ３）の屈折率が最も低くな
っている。 【００１６】尚、微小レンズ２２の形状パターンは上記
に限らず、またレンズ境界線は直線に限らず、曲線部を
含んでいてもよい。 【００１７】 【発明の効果】本発明に係る平板型レンズアレイによれ
ば、両面が平坦面となった透明基板内に透明基板よりも
高屈折率の微小レンズを多数配列したので、平板型レン
ズアレイと他の部材、例えば撮像素子等とを密接させる
構成に有利である。また、微小レンズを屈折率分布型レ
ンズとしたので、透明基板との境界部での収差（屈折率
差）を小さくすることができ、更に各微小レンズは平面
視でその外周縁全周が隣接する微小レンズの外周縁に相
互干渉するようにしたので、開口率を高めることができ
る。更に、本発明に係る平板型レンズアレイの製造方法
によれば、上記の平板型レンズアレイを簡単に製造する
ことができる。
用される平板型レンズアレイとその製造方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】固体撮像索子の個々の光検出索子への入
射光利用率を高めるために、平板型レンズアレイを適用
した先行例として特開昭５８−２２０１０６号公報に開
示されるものが知られている。 【０００３】この先行例にあっては、光検出索子を形成
した半導体基板の一面側に光検出索子に入射光を集中せ
しめるための平板型レンズアレイを貼着している。そし
て、前記の先行例には２種類の平板型レンズアレイが開
示されており、その１つは、フォトレジスト膜を介して
透明基板の一面側に多数の凹部を形成し、この凹部に高
屈折材料を充填して微小レンズとしており、他の１つ
は、所定の配列ピッチで小開口を形成したイオン透過防
止膜を透明基板の一面側に被覆し、該開口を介してイオ
ン交換することで、透明基板内に屈折率が連続的に分布
した微小レンズを形成している。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】前記の先行例に示され
る平板型レンズアレイのうち、多数の凹部を形成する方
法によって製造される平板型レンズアレイは、微小レン
ズを構成する部分の屈折率が一定であり透明基板と微小
レンズとの境界部における収差が大きい。また、ある程
度まで、凹部を密接して形成することができるが、フォ
トレジスト膜を透明基板の一面側に貼り付けた状態でエ
ッチング等によって凹部を形成する以上、何らかの後処
理を施さなければ、完全な稠密状態（微小レンズの外周
縁が相互に干渉している状態）の微小レンズの配列を実
現することはできず、開口率（入射全光量に対する実際
に光電変換される光量の比）の向上に限度がある。 【０００５】また、先行例に示される平板型レンズアレ
イのうち、イオン交換によって製造される平板型レンズ
アレイについては、透明基板と微小レンズとの境界部に
おける収差を小さくできるが、完全な稠密状態にする点
については開示されていない。尚、イオンの拡散時間を
制御することで、レンズ作用をする領域の大きさを調整
できることが記載されているが、これはあくまで微小レ
ンズ同士が離れた状態を前提としており、稠密にする点
についての示唆はない。 【０００６】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明に係る平板型レンズアレイは、両面が平坦面とな
った透明基板内に透明基板よりも高屈折率の微小レンズ
を多数配列してなる平板型レンズアレイにおいて、前記
微小レンズは平面視で表面に露出する中心部が最も屈折
率が高く径方向外側に向かって連続的に屈折率が低くな
る屈折率分布型レンズとされ、また透明基板の周縁に沿
った位置に設けられる微小レンズを除き各微小レンズは
平面視でその外周縁全周が隣接する微小レンズの外周縁
に相互干渉するとともに、相互干渉する外周縁のうち２
つの微小レンズの中心点を結んだ線と交わる点の屈折率
が最も高く、３つ又は４つの微小レンズの外周縁が集中
する点の屈折率が最も低くなるようにした。 【０００７】また、本発明に係る平板型レンズアレイの
製造方法は、両面が平坦面となった透明基板の一面側
に、所定の配列ピッチで小開口を形成したイオン透過防
止膜を被覆し、この状態の透明基板を処理液中に浸漬
し、該小開口を介して処理液中の屈折率を高めるイオン
とガラス中のイオンとを交換せしめるようにした平板型
レンズアレイの製造方法において、前記処理液中に浸漬
する時間として、イオン交換によって透明基板内に形成
される微小レンズの外周縁全周が平面視で隣接する微小
レンズの外周縁に相互干渉するまで行うようにした。 【０００８】 【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。ここで、図１は本発明に係る
平板型レンズアレイを適用した固体撮像装置の要部を示
す斜視図であり、１０が固体撮像素子、２０が集光板と
しての平板型レンズアレイである。 【０００９】撮像素子１０は、図２に示すように半導体
基板１１に、光検出素子１２の多数を間隔をおいて平面
的に配列形成して成り、光検出素子１２の受光面１２Ａ
の総面積は撮像素子１０の表面積に対し通常は３０％程
度である。 【００１０】平板型レンズアレイ２０は、ガラス、合成
樹脂等から成る両面が平担面の透明基板２１中に、多数
の微小レンズ２２…を、撮像素子ｌ０の光検出素子１２
と同一配列ピッチで平面的に配列形成して構成されてい
る。 【００１１】個々の微小レンズ２２は、等屈折率分布線
を図２（断面）、図３（平面）に示すように、屈折率が
中心で最大で外周に向けて半径方向に次第に減少する分
布を有している。即ち、等屈折率面が同心半球状を成し
ている。そして隣接する微小レンズ２２，２２間は、光
検出素子１２間の非検出区域への直進透過光量が極力少
なくなるよう、つまり入射光が無駄なく検出素子受光面
へ屈折入射するように、外周近くの等屈折率線を互いに
接触させてあり、単一の微小レンズ２２の入射瞳開口部
の形状を四辺形パターンとして、このパターンを縦、横
方向に繰り返している。 【００１２】上記の平板型レンズアレイ２０を付設した
撮像装置では、図２及び図４に示すように被写体から出
た光線３０は平板型レンズアレイ２０中のいずれかのレ
ンズ２２部分に入射し、該レンズ内の屈折率勾配により
中心軸寄りに曲げられ、光検出素子１２の受光面１２Ａ
上に集光される。 【００１３】上記のような平板型レンズアレイ２０は、
例えば透明ガラス板の表面をイオン透過防止被膜で被覆
するとともに、このマスク膜に所定のレンズ配列ピッチ
で小開口を設け、該透明ガラス板を処理液中に浸漬し、
開口を通して基板ガラスの屈折率を高め得る陽イオンを
ガラス中のイオンとの交換により基板内に拡散させ、こ
の拡散処理を、隣接レンズ部分間で拡散領域外周部が相
互干渉する状態まで行なうことにより製作することがで
きる。 【００１４】このようにして形成された平板型レンズア
レイ２０は、基板表面に露出する微小レンズ２２の中心
部が最も屈折率が高く径方向外側に向かって連続的に屈
折率が低くなる屈折率分布型レンズとされ、また透明基
板２１の周縁に沿った位置に設けられる微小レンズを除
き各微小レンズ２２は平面視でその外周縁全周が隣接す
る微小レンズの外周縁に相互干渉するとともに、相互干
渉する外周縁のうち２つの微小レンズの中心点を結んだ
線と交わる点（Ｐ１）の屈折率が最も高く、４つの微小
レンズの外周縁が集中する点（Ｐ２）の屈折率が最も低
くなる。 【００１５】図５は平板型レンズアレイの別実施例を示
す平面図、図６は図５に示した実施例の要部拡大図であ
り、１点（Ｐ３）に３つの微小レンズ２２の外周縁が集
中するパターンとなっている。この実施例にあっても各
微小レンズ２２は平面視でその外周縁全周が隣接する微
小レンズの外周縁に相互干渉するとともに、相互干渉す
る外周縁のうち２つの微小レンズの中心点を結んだ線と
交わる点（Ｐ１）の屈折率が最も高く、３つの微小レン
ズの外周縁が集中する点（Ｐ３）の屈折率が最も低くな
っている。 【００１６】尚、微小レンズ２２の形状パターンは上記
に限らず、またレンズ境界線は直線に限らず、曲線部を
含んでいてもよい。 【００１７】 【発明の効果】本発明に係る平板型レンズアレイによれ
ば、両面が平坦面となった透明基板内に透明基板よりも
高屈折率の微小レンズを多数配列したので、平板型レン
ズアレイと他の部材、例えば撮像素子等とを密接させる
構成に有利である。また、微小レンズを屈折率分布型レ
ンズとしたので、透明基板との境界部での収差（屈折率
差）を小さくすることができ、更に各微小レンズは平面
視でその外周縁全周が隣接する微小レンズの外周縁に相
互干渉するようにしたので、開口率を高めることができ
る。更に、本発明に係る平板型レンズアレイの製造方法
によれば、上記の平板型レンズアレイを簡単に製造する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る平板型レンズアレイを適用した固
体撮像装置の要部を示す斜視図 【図２】図１の要部断面図 【図３】本発明に係る平板型レンズアレイの要部平面図 【図４】図１の装置における集光仮内レンズによる光検
出素子への集光状態を模式的に示す斜視図 【図５】平板型レンズアレイの別実施例を示す平面図 【図６】図５に示した実施例の要部拡大図 【符号の説明】 １０…撮像素子、１１…半導体基板、１２…光検出素
子、１２Ａ…受光面、２０…平板型レンズアレイ、２１
…透明基板、２２…微小レンズ、３０…被写体光。
体撮像装置の要部を示す斜視図 【図２】図１の要部断面図 【図３】本発明に係る平板型レンズアレイの要部平面図 【図４】図１の装置における集光仮内レンズによる光検
出素子への集光状態を模式的に示す斜視図 【図５】平板型レンズアレイの別実施例を示す平面図 【図６】図５に示した実施例の要部拡大図 【符号の説明】 １０…撮像素子、１１…半導体基板、１２…光検出素
子、１２Ａ…受光面、２０…平板型レンズアレイ、２１
…透明基板、２２…微小レンズ、３０…被写体光。
フロントページの続き
(72)発明者 田中 修平
大阪府大阪市中央区道修町３丁目５番11
号 日本板硝子株式会社内
(56)参考文献 特開 昭59−204519（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−84603（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−146205（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G02B 3/00
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．両面が平坦面となった透明基板内に透明基板よりも
高屈折率の微小レンズが多数配列され、これら微小レン
ズは平面視で中心から周辺に向けて屈折率が減少する屈
折率分布領域から成り、隣接レンズの周辺等屈折率線が
互いに接する如く密配列された平板型レンズアレイを製
造する方法であって、この方法は、両面が平坦面となっ
た透明基板の一面側に、所定の配列ピッチで小開口を形
成したイオン透過防止膜を被覆し、この状態の透明基板
を処理液中に浸漬し、該小開口を介して処理液中の屈折
率を高めるイオンとガラス中のイオンとを交換せしめる
にあたり、前記処理液中に浸漬する時間として、イオン
交換によって透明基板内に形成される微小レンズの外周
縁全周が平面視で隣接する微小レンズの外周縁に相互干
渉するまで行うようにしたことを特徴とする平板型レン
ズアレイの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7301400A JP3012500B2 (ja) | 1995-11-20 | 1995-11-20 | 平板型レンズアレイの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7301400A JP3012500B2 (ja) | 1995-11-20 | 1995-11-20 | 平板型レンズアレイの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08292303A JPH08292303A (ja) | 1996-11-05 |
| JP3012500B2 true JP3012500B2 (ja) | 2000-02-21 |
Family
ID=17896419
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7301400A Expired - Fee Related JP3012500B2 (ja) | 1995-11-20 | 1995-11-20 | 平板型レンズアレイの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3012500B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1078245C (zh) * | 1998-11-24 | 2002-01-23 | 王启宽 | 小便器固体防垢剂 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104749665B (zh) * | 2015-04-08 | 2016-08-24 | 哈尔滨工业大学深圳研究生院 | 基于介质材料的平面透镜单元、平面透镜及制备方法 |
| JP6520400B2 (ja) * | 2015-05-28 | 2019-05-29 | 凸版印刷株式会社 | 固体撮像素子用マイクロレンズおよび固体撮像素子用マイクロレンズの形成方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59204519A (ja) * | 1983-05-09 | 1984-11-19 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 合成樹脂平面レンズの製造方法 |
| JPS63291466A (ja) * | 1987-05-25 | 1988-11-29 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 固体撮像装置 |
-
1995
- 1995-11-20 JP JP7301400A patent/JP3012500B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1078245C (zh) * | 1998-11-24 | 2002-01-23 | 王启宽 | 小便器固体防垢剂 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08292303A (ja) | 1996-11-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |