JP4978106B2 - Imaging element cover and imaging apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等に用いられる固体撮像素子カバーおよび撮像装置に関する。 The present invention relates to a solid-state image sensor cover and an imaging apparatus used for a digital still camera, a digital video camera, and the like.
デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等には撮像装置が用いられている。これら携帯デジタル機器では、小型化、低価格化が進んでいる。それに伴い、撮像装置の小型化、低背化、低価格化も求められている。
撮像装置は複数の構成部品からなり、固体撮像素子、固体撮像素子を外部環境から保護するためのパッケージ、パッケージを封止する固体撮像素子カバー等を備えている(特許文献1参照)。
また、固体撮像素子の素子密度の向上により、撮影像に含まれる空間的な高周波成分を抑制する光学ローパスフィルタが必要となってきている。
光学ローパスフィルタとしての回折格子を撮像装置に取り込んで、デジタル機器全体として部品数を減らした構成が知られている(特許文献2および特許文献3参照)。
An imaging device is used for a digital still camera, a digital video camera, and the like. These portable digital devices are becoming smaller and cheaper. Accordingly, there is a demand for downsizing, low profile, and low price of the imaging apparatus.
The imaging apparatus includes a plurality of components, and includes a solid-state imaging device, a package for protecting the solid-state imaging device from the external environment, a solid-state imaging device cover for sealing the package, and the like (see Patent Document 1).
In addition, an optical low-pass filter that suppresses a spatial high-frequency component included in a captured image has become necessary due to an improvement in the element density of the solid-state imaging device.
There is known a configuration in which a diffraction grating as an optical low-pass filter is incorporated in an imaging device and the number of parts is reduced as a whole digital device (see
パッケージを封止する固体撮像素子カバーにはガラスが用いられる。ガラスは、ホウケイ酸ガラス、ソーダガラス等が使用されている。近年、これらのガラスに含まれる微量の重金属からα線が発生し、固体撮像素子にダメージを及ぼすという問題が発生している。
本発明の目的は、小型化、低背化および低価格化に対応しつつ、α線による固体撮像素子へのダメージを防止した光学ローパスフィルタを備えた固体撮像素子カバーおよび撮像装置を得ることにある。
Glass is used for the solid-state image sensor cover that seals the package. As the glass, borosilicate glass, soda glass or the like is used. In recent years, α-rays are generated from a small amount of heavy metal contained in these glasses, causing a problem of causing damage to the solid-state imaging device.
An object of the present invention is to obtain a solid-state imaging device cover and an imaging apparatus provided with an optical low-pass filter that prevents damage to the solid-state imaging device due to α rays while corresponding to downsizing, low profile, and low price. is there.
本発明の撮像素子カバーは、撮像素子が収納されているパッケージを封止する撮像素子カバーであって、前記撮像素子カバーは、Zカット水晶板と当該Zカット水晶板の光の透過面上に設けられている光学ローパスフィルタとを含むことを特徴とする。 An imaging element cover of the present invention is a that IMAGING element cover resign sealed packages IMAGING element is housed, pre-Symbol IMAGING element cover is a Z-cut quartz crystal plate and the Z-cut quartz plate characterized in that it comprises an optical low-pass filter provided on the transmission surface of the light.
この発明によれば、パッケージを封止する撮像素子カバーとして、重金属等の不純物の少ない単結晶からなるZカット水晶板を備えているので、α線の発生が少なく撮像素子へのダメージを防止した撮像素子カバーが得られる。 According to the present invention, as that abolish sealing IMAGING element cover the package is provided with the Z-cut quartz plate of impurities less single crystal such as heavy metals, into α line generation is least for an imaging element IMAGING element cover which prevents damage is obtained.
本発明では、前記光学ローパスフィルタは、複屈折板であることが好ましい。
この発明では、上述の効果に加え、複屈折板で二点分離の光学ローパスフィルタを構成しているので、部品数が少なく、構造が単純で製造が容易になる。したがって、撮像素子カバーの小型化、低背化、および低価格化が可能になる。
In the present invention, the optical low-pass filter is preferably a birefringent plate.
In the present invention, in addition to the above-described effect, the birefringent plate constitutes a two-point separation optical low-pass filter. Therefore, the number of parts is small, the structure is simple, and the manufacture is facilitated. Accordingly, miniaturization of an imaging device cover, it is possible to lower profile, and cost reduction.
本発明では、前記光学ローパスフィルタは、水平方向分離複屈折板と垂直方向分離複屈折板とを備え、前記水平方向分離複屈折板と前記垂直方向分離複屈折板との間に、1/4波長板が配置されているのが好ましい。
この発明では、上述の効果に加え、2つの複屈折板と1/4波長板で4点分離の光学ローパスフィルタが構成されているので、より空間的な高周波成分が抑制された撮像素子カバーが得られる。
In the present invention, the optical low-pass filter includes a horizontal direction separation birefringence plate and a vertical direction separation birefringence plate, and is ¼ between the horizontal direction separation birefringence plate and the vertical direction separation birefringence plate. A wave plate is preferably arranged.
In the present invention, in addition to the effects described above, the two since the optical low-pass filter of the four-point separated by the birefringent plate and a quarter-wave plate is configured, an imaging element cover more spatial high-frequency component is suppressed Is obtained.
本発明では、前記光学ローパスフィルタは、前記Zカット水晶板の光の透過面上に第1の屈折率材料と第2の屈折率材料とが周期的に交互に配置されている第1の回折格子であることが望ましい。
また、本発明では、前記光学ローパスフィルタは、前記第1の屈折率材料の幅Wと前記第1の回折格子の周期Pとの比W/Pが0.5であり、前記第1の屈折率材料の前記Zカット水晶板の表面からの高さをd L とし、前記第2の屈折率材料の前記Zカット水晶板の表面からの高さをd H とし、波長λ 1 の光に対する前記第1の屈折率材料の屈折率をn L1 とし、前記波長λ 1 の光に対する前記第2の屈折率材料の屈折率をn H1 とし、波長λ 2 の光に対する前記第1の屈折率材料の屈折率をn L2 とし、前記波長λ 2 の光に対する前記第2の屈折率材料の屈折率をn H2 とし、前記波長λ 1 の光に対する前記第1の回折格子の位相変調量Γ 1 とし、前記波長λ 2 の光に対する前記第1の回折格子の位相変調量Γ 2 としたとき、下記式(3)〜(5)を満足することが望ましい。
Γ 1 ={(n H1 −n L1 )×d H +(1−n L1 )×(d L −d H )}/λ 1 ・・・(3)
Γ 2 ={(n H2 −n L2 )×d H +(1−n L2 )×(d L −d H )}/λ 2 ・・・(4)
Γ 1 =Γ 2 ・・・(5)
この発明では、可視光領域の各波長に対して回折効率が略一定に保たれる。したがって、回折格子は、各波長において入射光強度に対し一定の回折光強度を取り出せる光学ローパスフィルタとして機能し、可視光領域で被写体の色調を忠実に再現できる固体撮像素子カバーが得られる。
In the present invention, the optical low-pass filter includes a first diffraction element in which a first refractive index material and a second refractive index material are periodically and alternately arranged on a light transmission surface of the Z-cut quartz plate. A lattice is desirable .
In the present invention, the optical low-pass filter has a ratio W / P of a width W of the first refractive index material and a period P of the first diffraction grating of 0.5, and the first refraction filter. the height from the surface of the Z-cut quartz plate rate material and d L, wherein the height from the surface of the Z-cut quartz plate of the second refractive index material and d H, wherein with respect to the wavelength lambda 1 of the light The refractive index of the first refractive index material is n L1 , the refractive index of the second refractive index material with respect to the light with the wavelength λ 1 is n H1, and the refractive index of the first refractive index material with respect to the light with the wavelength λ 2 The refractive index is n L2 , the refractive index of the second refractive index material with respect to the light with the wavelength λ 2 is n H2, and the phase modulation amount Γ 1 of the first diffraction grating with respect to the light with the wavelength λ 1 , when the phase modulation amount gamma 2 of the first diffraction grating with respect to the wavelength lambda 2 of the light, the following formula ( ) It is desirable to satisfy to (5).
Γ 1 = {(n H1 −n L1 ) × d H + (1−n L1 ) × (d L −d H )} / λ 1 (3)
Γ 2 = {(n H2 −n L2 ) × d H + (1−n L2 ) × (d L −d H )} / λ 2 (4)
Γ 1 = Γ 2 (5)
In this invention, the diffraction efficiency is kept substantially constant for each wavelength in the visible light region. Accordingly, the diffraction grating functions as an optical low-pass filter that can extract a constant diffracted light intensity with respect to the incident light intensity at each wavelength, and a solid-state imaging device cover that can faithfully reproduce the color tone of the subject in the visible light region is obtained.
本発明は、下記式(6)を満足する撮像素子カバーを特徴とする。
dL=2.87×dH・・・(6)
この発明では、可視光領域における0次回折効率を略同じすることができる。また、1次回折光の回折効率も略同じに設定することができる。
The present invention is characterized in that an imaging element cover to satisfy the following equation (6).
d L = 2.87 × d H (6)
In the present invention, the zero-order diffraction efficiency in the visible light region can be made substantially the same. Also, the diffraction efficiency of the first-order diffracted light can be set substantially the same.
本発明では、前記第1の屈折率材料を二酸化ケイ素とし、前記第2の屈折率材料を二酸化チタンまたは五酸化タンタルとするのが好ましい。
この発明では、回折格子を形成する材料として耐久性に優れた誘電体を用いているので、信頼性の高い撮像素子カバーが得られる。
In the present invention, it is preferable that the first refractive index material is silicon dioxide and the second refractive index material is titanium dioxide or tantalum pentoxide.
In the present invention, since a dielectric having excellent durability as a material for forming a diffraction grating, high have an imaging element cover of reliability.
本発明では、前記第1の屈折率材料を紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂とし、前記第2の屈折率材料を二酸化チタンまたは五酸化タンタルとするのが好ましい。
この発明では、回折格子を形成する材料が樹脂を含んでいるため、撮像素子カバーの低価格化に対応できる。
In the present invention, it is preferable that the first refractive index material is an ultraviolet curable resin or a thermosetting resin, and the second refractive index material is titanium dioxide or tantalum pentoxide.
In the present invention, the material forming the diffraction grating because it contains resins, can cope with cost reduction of an imaging element cover.
本発明では、前記第1の回折格子の主面上に、順に1/4波長板と第2の回折格子が配置され、前記第2の回折格子は、前記第1の回折格子と同一の形状であり、前記第2の回折格子の形成方向と、前記第1の回折格子の形成方向とは直交関係にあるのが好ましい。
この発明では、2つの回折格子の回折方向を直交させて用いているので、4点分離の光学ローパスフィルタが構成され、より高性能の光学ローパスフィルタを備えた撮像素子カバーが得られる。
In the present invention, the on a first main surface of the diffraction grating, are sequentially arranged 1/4 wavelength plate and a second diffraction grating, the second diffraction grating, the first same shape as the diffraction grating It is preferable that the formation direction of the second diffraction grating and the formation direction of the first diffraction grating are orthogonal to each other.
In the present invention, because of the use by the orthogonal direction of diffraction of the two diffraction gratings are configured optical low-pass filter of the four-point separation, more IMAGING device cover with a high-performance optical low-pass filter is obtained.
本発明では、前記第1の回折格子の主面上に、順に1/4波長板と複屈折板が配置され、前記第1の回折格子の回折方向と、前記複屈折板の複屈折方向とは直交関係にあるのが好ましい。
この発明では、複屈折方向と回折方向が略直交した4点分離の光学ローパスフィルタが構成され、より高性能の光学ローパスフィルタを備えた撮像素子カバーが得られる。
In the present invention, on the main surface of the first diffraction grating, is arranged in turn a quarter wavelength plate and the birefringent plate, the diffraction direction of said first diffraction grating, birefringent direction of the birefringent plate Are preferably orthogonal.
In the present invention, the diffraction direction birefringent direction is configured optical low-pass filter of the four-point separation that is substantially perpendicular, more IMAGING device cover with a high-performance optical low-pass filter is obtained.
本発明の撮像装置は、撮像素子と、前記撮像素子が収納されているパッケージと、前記パッケージを封止している請求項1乃至10の何れかに記載の撮像素子カバーと、を備えていることを特徴とする。
An image pickup apparatus according to the present invention includes an image pickup element, a package in which the image pickup element is housed, and an image pickup element cover according to
この発明によれば、パッケージを封止する撮像素子カバーとして、重金属等の不純物の少ない単結晶からなるZカット水晶板を備えているので、α線の発生が少なく撮像素子へのダメージを防止した撮像装置が得られる。 According to the present invention, as that abolish sealing IMAGING element cover the package is provided with the Z-cut quartz plate of impurities less single crystal such as heavy metals, into α line generation is least for an imaging element An imaging device that prevents damage is obtained.
本発明では、前記光学ローパスフィルタは、複屈折板であるのが好ましい。
この発明では、上述の効果に加え、複屈折板で二点分離の光学ローパスフィルタを構成しているので、部品数が少なく、構造が単純で製造が容易になる。したがって、撮像装置の小型化、低背化、および低価格化が可能になる。
In the present invention, the optical low-pass filter is preferably a birefringent plate.
In the present invention, in addition to the above-described effect, the birefringent plate constitutes a two-point separation optical low-pass filter. Therefore, the number of parts is small, the structure is simple, and the manufacture is facilitated. Therefore, the image pickup apparatus can be reduced in size, reduced in height, and reduced in price.
本発明では、前記光学ローパスフィルタは、水平方向分離複屈折板と垂直方向分離複屈折板とを備え、前記水平方向分離複屈折板と前記垂直方向分離複屈折板との間に、1/4波長板が配置されているのが好ましい。
この発明では、上述の効果に加え、2つの複屈折板と1/4波長板で4点分離の光学ローパスフィルタが構成されているので、より空間的な高周波成分が抑制された撮像装置が得られる。
In the present invention, the optical low-pass filter includes a horizontal direction separation birefringence plate and a vertical direction separation birefringence plate, and is ¼ between the horizontal direction separation birefringence plate and the vertical direction separation birefringence plate. A wave plate is preferably arranged.
According to the present invention, in addition to the above-described effects, an optical low-pass filter that is separated by four points is constituted by two birefringent plates and a quarter-wave plate, so that an imaging device in which spatial high-frequency components are suppressed can be obtained. It is done.
本発明では、前記光学ローパスフィルタは、前記Zカット水晶板の光の透過面上に第1の屈折率材料と第2の屈折率材料とが周期的に交互に配置されている第1の回折格子である。
また、本発明では、前記第1の屈折率材料の幅Wと前記第1の回折格子の周期Pとの比W/Pが0.5であり、
前記第1の屈折率材料の前記Zカット水晶板の表面からの高さをd L とし、
前記第2の屈折率材料の前記Zカット水晶板の表面からの高さをd H とし、
波長λ 1 の光に対する前記第1の屈折率材料の屈折率をn L1 とし、
前記波長λ 1 の光に対する前記第2の屈折率材料の屈折率をn H1 とし、
波長λ 2 の光に対する前記第1の屈折率材料の屈折率をn L2 とし、
前記波長λ 2 の光に対する前記第2の屈折率材料の屈折率をn H2 とし、
前記波長λ 1 の光に対する前記第1の回折格子の位相変調量Γ 1 とし、
前記波長λ 2 の光に対する前記第1の回折格子の位相変調量Γ 2 としたとき、
下記式(3)〜(5)を満足することが望ましい。
Γ 1 ={(n H1 −n L1 )×d H +(1−n L1 )×(d L −d H )}/λ 1 ・・・(3)
Γ 2 ={(n H2 −n L2 )×d H +(1−n L2 )×(d L −d H )}/λ 2 ・・・(4)
Γ 1 =Γ 2 ・・・(5)
この発明では、可視光領域の各波長に対して回折効率が略一定に保たれる。したがって、回折格子は、各波長において入射光強度に対し一定の回折光強度を取り出せる光学ローパスフィルタとして機能し、可視光領域で被写体の色調を忠実に再現できる撮像素子カバーが得られる。
In the present invention, the optical low-pass filter includes a first diffraction element in which a first refractive index material and a second refractive index material are periodically and alternately arranged on a light transmission surface of the Z-cut quartz plate. It is a lattice.
In the present invention, the ratio W / P between the width W of the first refractive index material and the period P of the first diffraction grating is 0.5,
The height of the first refractive index material from the surface of the Z-cut quartz plate is d L ,
The height from the surface of the Z-cut quartz plate of the second refractive index material is d H ,
The refractive index of the first refractive index material for light of wavelength λ 1 is n L1 ,
The refractive index of the second refractive index material for the light of the wavelength λ 1 is n H1 ,
The refractive index of the first refractive index material for light of wavelength λ 2 is n L2 ,
The refractive index of the second refractive index material for the light of the wavelength λ 2 is n H2 ,
A phase modulation amount Γ 1 of the first diffraction grating with respect to the light of the wavelength λ 1 ,
When the phase modulation amount Γ 2 of the first diffraction grating with respect to the light of the wavelength λ 2 is used,
It is desirable to satisfy the following formulas (3) to (5).
Γ 1 = {(n H1 −n L1 ) × d H + (1−n L1 ) × (d L −d H )} / λ 1 (3)
Γ 2 = {(n H2 −n L2 ) × d H + (1−n L2 ) × (d L −d H )} / λ 2 (4)
Γ 1 = Γ 2 (5)
In this invention, the diffraction efficiency is kept substantially constant for each wavelength in the visible light region. Therefore, the diffraction grating functions as an optical low-pass filter retrieve certain diffracted light intensity to incident light intensity at each wavelength, faithfully be that an imaging element cover reproducibility is obtained a color tone of the object in the visible light region.
本発明は、下記式(6)を満足する撮像素子カバーを特徴とする。
dL=2.87×dH ・・・(6)
この発明では、可視光領域における0次回折効率を略同じすることができる。また、1次回折光の回折効率も略同じに設定することができる。
The present invention is characterized in that an imaging element cover to satisfy the following equation (6).
d L = 2.87 × d H (6)
In the present invention, the zero-order diffraction efficiency in the visible light region can be made substantially the same. Also, the diffraction efficiency of the first-order diffracted light can be set substantially the same.
本発明では、前記第1の屈折率材料を二酸化ケイ素とし、前記第2の屈折率材料を二酸化チタンまたは五酸化タンタルとするのが好ましい。
この発明では、回折格子を形成する材料として耐久性に優れた誘電体を用いているので、信頼性の高い撮像装置が得られる。
In the present invention, it is preferable that the first refractive index material is silicon dioxide and the second refractive index material is titanium dioxide or tantalum pentoxide .
In the present invention, since a dielectric having excellent durability is used as a material for forming the diffraction grating, a highly reliable imaging device can be obtained.
本発明では、前記第1の屈折率材料を紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂とし、前記第2の屈折率材料を二酸化チタンまたは五酸化タンタルとするのが好ましい。
この発明では、回折格子を形成する材料が樹脂を含んでいるため、撮像装置の低価格化に対応できる。
In the present invention, it is preferable that the first refractive index material is an ultraviolet curable resin or a thermosetting resin, and the second refractive index material is titanium dioxide or tantalum pentoxide .
In the present invention, since the material forming the diffraction grating contains a resin, it is possible to cope with the cost reduction of the imaging device.
本発明では、前記回折格子の主面上に、順に1/4波長板と第2の回折格子が配置され、前記第2の回折格子は、前記第1の回折格子と同一の形状であり、前記第2の回折格子の形成方向と、前記第1の回折格子の形成方向とは直交関係にあるのが好ましい。
この発明では、2つの回折格子の回折方向を直交させて用いているので、4点分離の光学ローパスフィルタが構成され、より高性能の光学ローパスフィルタを備えた撮像装置が得られる。
In the present invention, a quarter wave plate and a second diffraction grating are sequentially arranged on the main surface of the diffraction grating, and the second diffraction grating has the same shape as the first diffraction grating, It is preferable that the formation direction of the second diffraction grating and the formation direction of the first diffraction grating are orthogonal to each other.
In the present invention, since the diffraction directions of the two diffraction gratings are orthogonal to each other, a four-point separation optical low-pass filter is formed, and an image pickup apparatus having a higher-performance optical low-pass filter can be obtained.
本発明では、前記第1の回折格子の主面上に、順に1/4波長板と複屈折板が配置され、前記第1の回折格子の回折方向と、前記複屈折板の複屈折方向とは直交関係にあるのが好ましい。
この発明では、複屈折方向と回折方向が略直交した4点分離の光学ローパスフィルタが構成され、より高性能の光学ローパスフィルタを備えた撮像装置が得られる。
In the present invention, on the main surface of the first diffraction grating, is arranged in turn a quarter wavelength plate and the birefringent plate, the diffraction direction of said first diffraction grating, birefringent direction of the birefringent plate Are preferably orthogonal.
According to the present invention, an optical low-pass filter with a four-point separation in which the birefringence direction and the diffraction direction are substantially orthogonal to each other is configured, and an imaging apparatus having a higher-performance optical low-pass filter is obtained.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
(第1実施形態)
図1(a)は、本実施形態の固体撮像素子カバー40および撮像装置10の概略斜視図、同図(b)は、(a)における正断面図を示している。
図1において、撮像装置10は、固体撮像素子1とパッケージ2とパッケージ2を封止する固体撮像素子カバー40を備えている。また、固体撮像素子カバー40は、Zカット水晶板3と複屈折板50を備えている。
尚、周知の通りZカット水晶板3は、水晶板の主面の法線が水晶の光学軸であるZ軸に対して0°となるようにカットされた水晶板である。また、Zカット水晶板3の屈折率(ns)は、1.53であり、複屈折(常光屈折率と異常光屈折率とによる)は生じない。
固体撮像素子1は、升形状のパッケージ2の底部に収納されている。パッケージ2の開口部は、固体撮像素子カバー40が接着剤4によって開口部に固定されることによって塞がれ、固体撮像素子1が封止されている。
Zカット水晶板3の光の入射面30には、二点分離機能を備えた光学ローパスフィルタ200としての複屈折板50が設けられている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
Fig.1 (a) is a schematic perspective view of the solid-state
In FIG. 1, the
As is well known, the Z-cut
The solid-
A
固体撮像素子1には、CCD(Charge Coupled Device)、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)、CPD(Charge Priming Device)等を用いることができる。
パッケージ2には、セラミック、熱硬化性のエポキシ樹脂,熱可塑性のポリスルフォン系であるポリフェニレンサルファイド樹脂等を成形したものを用いることができる。
For the solid-
The
接着剤4には、エポキシ系、酢酸ビニル系、アクリル系、スチレン系、セルロース系、ポリアミド系、フェノール系等からなる樹脂を用いることができる。
また、複屈折板50の表面には、表面での反射を防ぐために反射防止層を設けることができる。反射防止層は、可視光領域に渡って反射を抑える多層反射防止層を用いるのがよい。
As the adhesive 4, a resin made of epoxy, vinyl acetate, acrylic, styrene, cellulose, polyamide, phenol, or the like can be used.
An antireflection layer can be provided on the surface of the
このような本実施形態によれば以下の効果がある。
(1)パッケージ2を封止する固体撮像素子カバー40として、重金属等の不純物の少ない単結晶からなるZカット水晶板3を備えているので、α線の発生が少なく固体撮像素子1へのダメージを防止した固体撮像素子カバー40および撮像装置10を得ることができる。
According to this embodiment, there are the following effects.
(1) Since the Z-cut
(2)複屈折板50で二点分離の光学ローパスフィルタ200を構成しているので、部品数が少なく、構造が単純で製造を容易にできる。したがって、固体撮像素子カバー40および撮像装置10の小型化、低背化、および低価格化を可能にできる。
(2) Since the
第2実施形態〜第6実施形態は、第1実施形態とは光学ローパスフィルタの構成が異なる。
(第2実施形態)
図2(a)は、本実施形態の固体撮像素子カバー41および撮像装置100の概略斜視図、同図(b)は、(a)における正断面図を示している。
固体撮像素子カバー41は、Zカット水晶板3と光学ローパスフィルタ210を備えている。そして、本実施形態では、光学ローパスフィルタ210は、水平方向分離複屈折板53と垂直方向分離複屈折板90と1/4波長板8とを備えている。
水平方向分離複屈折板53と垂直方向分離複屈折板90との間に、1/4波長板8が配置されている。
The second to sixth embodiments are different from the first embodiment in the configuration of the optical low-pass filter.
(Second Embodiment)
2A is a schematic perspective view of the solid-state
The solid-state
A quarter-
本実施形態によれば、以下の効果がある。
(3)水平方向分離複屈折板53と垂直方向分離複屈折板90との2つの複屈折板と1/4波長板8で4点分離の光学ローパスフィルタ210が構成されているので、より空間的な高周波成分が抑制された固体撮像素子カバー41および撮像装置100が得られる。
According to this embodiment, there are the following effects.
(3) Since the four-point separation optical low-
(第3実施形態)
図3(a)は、本実施形態の固体撮像素子カバー42および撮像装置20の概略斜視図、同図(b)は、(a)における正断面図を示している。
固体撮像素子カバー42は、Zカット水晶板3と光学ローパスフィルタ220を備えている。本実施形態では、光学ローパスフィルタ220として、Zカット水晶板3の入射光の入射面30には、回折格子5が形成されている。回折格子5は、断面形状が周期的な凹凸からなっている。図3では、凹凸の断面形状は矩形状であるが、台形状等であってもよい。
回折格子5は、Zカット水晶板3をエッチングして凹部を形成して凹凸としてもよいし、凸部となる部分に、二酸化ケイ素等の誘電体層を蒸着やスパッタ等の成膜手段によって設けて形成してもよい。また、紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂を用いて凹凸を形成してもよい。
(Third embodiment)
FIG. 3A is a schematic perspective view of the solid-state
The solid-state
The
回折格子5は、二点分離の光学ローパスフィルタ220として働く。回折格子5の好ましい格子の高さは、0.1〜1μmであり、凸部の幅および周期は、固体撮像素子1の画素周期に応じて設定することができる。
図4に、本実施形態の回折格子5の1次回折光の回折効率I1を実線で示した。横軸は、波長λで縦軸は回折効率Iを表している。
1次回折光の回折効率I1は、可視光領域で600nmにピークを持つ山型の波長依存性を示す。
The
In FIG. 4, the diffraction efficiency I 1 of the first- order diffracted light of the
The diffraction efficiency I 1 of the first- order diffracted light shows a mountain-shaped wavelength dependency having a peak at 600 nm in the visible light region.
回折格子5の表面および入射面30には、表面での反射を防ぐために反射防止層を設けることができる。反射防止層は、可視光領域に渡って反射を抑える多層反射防止層を用いるのがよい。
An antireflection layer can be provided on the surface of the
このような本実施形態によれば以下の効果がある。
(4)Zカット水晶板3に回折格子5が一体で形成され1つの部品を構成しており、固体撮像素子カバー42および撮像装置20全体として部品数を少なくできる。したがって、固体撮像素子カバー42および撮像装置20の小型化、低背化、および低価格化を可能にできる。
According to this embodiment, there are the following effects.
(4) The
(第4実施形態)
図5(a)は、本実施形態の固体撮像素子カバー43および撮像装置60の正断面図、同図(b)は、(a)における拡大正断面図を示している。
固体撮像素子カバー43は、Zカット水晶板3と光学ローパスフィルタ230を備えている。本実施形態は、第3実施形態と回折格子の構成が異なる。
図5(a)において、第3実施形態と異なる点は、Zカット水晶板3の入射面30に設けられる光学ローパスフィルタ230が、断面形状が周期的な凹凸からなる回折格子であって、この回折格子は、凸部6が低屈折率材料、凹部7が高屈折率材料で構成されていることである。
(Fourth embodiment)
FIG. 5A is a front sectional view of the solid-state
The solid-state
In FIG. 5A, the difference from the third embodiment is that the optical low-
以下に、図5(b)を参照して、凸部6の厚みおよび凹部7の厚みの関係を説明する。これらの厚みは、可視光領域における回折効率Iが略一定となるようにそれぞれ設定されている。
Below, with reference to FIG.5 (b), the relationship between the thickness of the
凸部6の幅Wと周期Pとの比W/Pは、0.5に設定してある。
凸部6の厚みをdL、屈折率をnL、凹部7の厚みをdH、屈折率をnHとする。
ここで、回折効率のm次回折光の回折効率をImとすると、回折効率Imは、P、W、Γによって式(1)のような関数によって示すことができる。
Im=f(P,W,Γ)・・・(1)
Γは位相変調量である。
位相変調量Γは、波長により変化するため、異なる波長で回折効率Imを同じ値にするためには、波長が変化しても位相変調量Γが変化しないように補償すればよい。
The ratio W / P between the width W of the
The thickness of the
Here, when the diffraction efficiency of the m-th order diffracted light of the diffraction efficiency is I m , the diffraction efficiency I m can be expressed by a function such as the expression (1) by P, W, and Γ.
I m = f (P, W, Γ) (1)
Γ is a phase modulation amount.
Since the phase modulation amount Γ varies depending on the wavelength, in order to make the diffraction efficiency Im the same value at different wavelengths, it is only necessary to compensate so that the phase modulation amount Γ does not change even if the wavelength changes.
位相変調量Γは、式(2)のように示すことができる。
Γ={(nH−nL)dH+(1−nL)(dL−dH)}/λ・・・(2)
ここで、波長λ1での凸部6の屈折率をnL1、凹部7の屈折率をnH1とし、波長λ2での凸部6の屈折率をnL2、凹部7の屈折率をnH2とすると、波長λ1における位相変調量Γ1、および波長λ2における位相変調量Γ2は、式(3)、(4)のように示すことができる。
Γ1={(nH1−nL1)dH+(1−nL1)(dL−dH)}/λ1・・・(3)
Γ2={(nH2−nL2)dH+(1−nL2)(dL−dH)}/λ2・・・(4)
波長λ1および波長λ2における回折効率Imを同じにするには、Γ1=Γ2であれば良いから、式(5)を満足するように各条件を設定すればよい。
{(nH1−nL1)dH+(1−nL1)(dL−dH)}/λ1={(nH2−nL2)dH+(1−nL2)(dL−dH)}/λ2・・・(5)
The phase modulation amount Γ can be expressed as shown in Equation (2).
Γ = {(n H −n L ) d H + (1−n L ) (d L −d H )} / λ (2)
Here, the refractive index of the
Γ 1 = {(n H1 −n L1 ) d H + (1−n L1 ) (d L −d H )} / λ 1 (3)
Γ 2 = {(n H2 −n L2 ) d H + (1−n L2 ) (d L −d H )} / λ 2 (4)
In order to make the diffraction efficiencies Im the same at the wavelengths λ 1 and λ 2 , Γ 1 = Γ 2 suffices, so each condition may be set so as to satisfy Expression (5).
{(N H1 −n L1 ) d H + (1−n L1 ) (d L −d H )} / λ 1 = {(n H2 −n L2 ) d H + (1−n L2 ) (d L − d H )} / λ 2 (5)
次に、可視光領域を想定して、dLおよびdHの関係を求める。
凸部6を二酸化ケイ素、凹部7を五酸化タンタル、波長λ1を400nm、波長λ2を700nmとする。各波長λ1およびλ2における二酸化ケイ素、五酸化タンタルの屈折率は次のようになる。波長λ1=400nmのとき、二酸化ケイ素の屈折率は1.495、五酸化タンタルの屈折率は2.312であり、波長λ2=800nmのとき、二酸化ケイ素の屈折率は1.467、五酸化タンタルの屈折率は2.158となる。
これらの値を式(5)に代入して式(6)の結果が得られる。
dL=2.87dH・・・(6)
Next, assuming the visible light region, the relationship between d L and d H is obtained.
The
By substituting these values into equation (5), the result of equation (6) is obtained.
d L = 2.87 d H (6)
したがって、式(6)を満たすように凸部6の厚みdLと、凹部7の厚みdHを設定すれば、可視光領域における0次回折光の回折効率I0を略同じに設定することができる。また1次回折光の回折効率I1も略同じに設定することができる。
ここで、2点に分離する場合を考えると、0次回折光が略0の回折効率I0であって、1次回折光の回折効率I1が最大となるように設定すればよいから、略Γ1=Γ2=0.5であればよい。さらにdHおよびdLは、式(3)に式(6)を代入することで求められ、dH=1872nm、dL=5374nmが得られる。ここで得られた値は波長λ1=400nmにおける最適値である。そこで、可視光域内で最も良い効率が得られるように、式(2)を用いてdHおよびdLを微調整し、使用する波長範囲内で最適化した。この結果dH=1700nm、dL=4878nmが得られた。
Therefore, if the thickness d L of the
Here, considering the case of separation into two points, the zero-order diffracted light has a diffraction efficiency I 0 of approximately 0, and the diffraction efficiency I 1 of the first- order diffracted light has only to be set to the maximum. = Γ2 = 0.5 is sufficient. Further, d H and d L are obtained by substituting Equation (6) into Equation (3), and d H = 1872 nm and d L = 5374 nm are obtained. The value obtained here is the optimum value at the wavelength λ 1 = 400 nm. Therefore, in order to obtain the best efficiency in the visible light range, d H and d L were finely adjusted using the formula (2) and optimized within the wavelength range to be used. As a result, d H = 1700 nm and d L = 4878 nm were obtained.
図6に、波長と回折効率I0、I1との関係をシミュレーションした結果を示した。
最適化前として、波長λ1=400nmにおける最適値である凸部6の厚みdL=5374nm、凹部7の厚みdH=1872nmに設定したときの結果を細線で示した。
最適化後として、使用する波長範囲内でさらに最適化した凸部6の厚みdL=4878nm、凹部7の厚みdH=1700nmに設定したときの結果を太線で示した。
この図6に示すシミュレーション結果から、凸部6の厚みdLと凹部7の厚みdHとを最適化することにより、可視光領域における回折効率I1を略同じに設定でき、かつ0次光の回折効率I0のピークが無くなり、0次光はほとんど回折されないことが確認された。
FIG. 6 shows the result of simulating the relationship between the wavelength and the diffraction efficiencies I 0 and I 1 .
Before the optimization, the results when the thickness d L = 5374 nm of the
After optimization, the results when the thickness d L = 4878 nm of the
From the simulation results shown in FIG. 6, by optimizing the thickness d L of the
凸部6に二酸化ケイ素、凹部7に二酸化チタンまたは五酸化タンタルの誘電体を用いた場合には、例えば、以下のように凸部6、凹部7を形成する。
Zカット水晶板3に真空蒸着やスパッタ等の成膜手段によって二酸化ケイ素膜を形成後、フォトリソグラフィ法およびエッチング法によって二酸化ケイ素膜をエッチング、パターニングして凸部6を形成し、二酸化ケイ素膜を除去した箇所に二酸化チタンまたは五酸化タンタルを真空蒸着やスパッタによって形成し凹部7を形成する。
In the case where silicon dioxide or tantalum pentoxide dielectric is used for the
After a silicon dioxide film is formed on the Z-cut
凸部6に紫外線硬化樹脂を用いる場合には、例えば、以下のように回折格子を形成する。
Zカット水晶板3に、二酸化チタンまたは五酸化タンタルを真空蒸着やスパッタによって形成する。次にフォトリソグラフィ法およびエッチング法によって選択的にエッチングを行う。二酸化チタンまたは五酸化タンタルが除去された場所に紫外線硬化樹脂を塗布し、Zカット水晶板3を介して、裏側から紫外線を照射して感光させる。二酸化チタンまたは五酸化タンタルの存在する部分は、紫外線の透過率が低下し、紫外線硬化樹脂が感光しない。したがって、剥離液を用いて未硬化の紫外線硬化樹脂の除去ができる。
When an ultraviolet curable resin is used for the
Titanium dioxide or tantalum pentoxide is formed on the Z-cut
また、フォトリソグラフィ法、エッチング法以外に、ナノインプリント技術と呼ばれるナノオーダーのパターンを有する金型を利用して格子を形成してもよい。 In addition to the photolithography method and the etching method, a lattice may be formed using a mold having a nano-order pattern called a nanoimprint technique.
このような本実施形態によれば第3実施形態の効果に加え、以下のような効果がある。
(5)可視光領域の各波長に対して1次回折光の回折効率I1を略一定に保つことができ、0次回折光の回折効率I0を少なくすることができる。したがって、凸部6、凹部7は、各波長において入射光強度に対し一定の回折光強度を取り出せる光学ローパスフィルタ230として機能し、可視光領域で被写体の色調を忠実に再現できる固体撮像素子カバー43および撮像装置60を得ることができる。
According to this embodiment, in addition to the effects of the third embodiment, there are the following effects.
(5) The diffraction efficiency I 1 of the first- order diffracted light can be kept substantially constant for each wavelength in the visible light region, and the diffraction efficiency I 0 of the zero- order diffracted light can be reduced. Therefore, the
(6)凸部6、凹部7を形成する材料として耐久性に優れた誘電体を用いているので、信頼性の高い固体撮像素子カバー43および撮像装置60を得ることができる。
(6) Since a dielectric having excellent durability is used as a material for forming the
(7)低屈折率材料として樹脂を用いた場合、固体撮像素子カバー43および撮像装置60の低価格化に対応できる。
(7) When a resin is used as the low refractive index material, it is possible to cope with the cost reduction of the solid-state
(第5実施形態)
本実施形態は、第4実施形態で得られた光学ローパスフィルタ230にさらに別の回折格子を組み合わせて4点分離の光学ローパスフィルタ240としたものである。
図7(a)には、本実施形態の固体撮像素子カバー44および撮像装置110の概略斜視図が示されている。(b)は正断面図である。
凸部6、凹部7からなる回折格子上には、1/4波長板8が配置され、さらにその上に、回折格子51が形成されたZカット水晶板31が配置されている。
回折格子51は、Zカット水晶板3に形成されている凸部6、凹部7からなる回折格子と同様に凸部が低屈折率材料、凹部が高屈折率材料の2種類の屈折率材料で構成される回折格子からなっていても、前述の第3実施形態の図3のように1種類の屈折率材料で構成される回折格子からなっていてもよい。
また、回折格子51は、その回折方向が、凸部6、凹部7からなる回折格子の回折方向と略直交するように配置されている。
(Fifth embodiment)
In this embodiment, the optical low-
FIG. 7A shows a schematic perspective view of the solid-state
A quarter-
The
Further, the
このような本実施形態によれば以下のような効果がある。
(8)凸部6、凹部7からなる回折格子と回折格子51との回折方向を直交させて用いているので、4点分離の光学ローパスフィルタ240が構成され、より高性能の光学ローパスフィルタ240を備えた撮像装置110を得ることができる。
According to this embodiment, there are the following effects.
(8) Since the diffraction direction of the
(第6実施形態)
本実施形態は、第4実施形態で得られた光学ローパスフィルタ230にさらに複屈折板9を組み合わせて4点分離の光学ローパスフィルタ250としたものである。
図8(a)には、本実施形態の固体撮像素子カバー45および撮像装置120の概略斜視図が示されている。(b)は正断面図である。
凸部6、凹部7からなる回折格子上には、1/4波長板8が配置され、さらにその上に、複屈折板9が配置されている。
複屈折板9は、その複屈折方向と凸部6、凹部7からなる回折格子の回折方向とが略直交するように配置されている。
(Sixth embodiment)
In the present embodiment, the optical low-
FIG. 8A shows a schematic perspective view of the solid-state
A quarter-
The
このような本実施形態によれば以下のような効果がある。
(9)複屈折方向と回折方向が略直交した4点分離の光学ローパスフィルタ250が構成され、より高性能の光学ローパスフィルタ250を備えた固体撮像素子カバー45および撮像装置120を得ることができる。
According to this embodiment, there are the following effects.
(9) The four-point separation optical low-
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
また、本発明を実施するための最良の方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、使用する材料、形状その他の詳細な事項において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。したがって、上記に開示した材料、形状などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの材料、形状などの限定の一部もしくは全部の限定を外した記載は、本発明に含まれるものである。 The best method for carrying out the present invention has been disclosed in the above description, but the present invention is not limited to this. In other words, the present invention has been mainly described with reference to specific embodiments, but the materials, shapes, and other materials used for the above-described embodiments are not deviated from the technical idea and the scope of the present invention. In detail, various modifications can be made by those skilled in the art. Accordingly, the description of the materials, shapes, and the like disclosed above is exemplary for ease of understanding of the present invention, and does not limit the present invention. Descriptions excluding some or all of the limitations are included in the present invention.
1…固体撮像素子、2…パッケージ、3,31…Zカット水晶板、5,51…回折格子、6…凸部、7…凹部、8…1/4波長板、9,50…複屈折板、10,20,60,100,110,120…撮像装置、30…入射面、40,41,42,43,44,45…固体撮像素子カバー、53…水平方向分離複屈折板、90…垂直方向分離複屈折板、200,210,220,230,240,250…光学ローパスフィルタ。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記撮像素子カバーは、Zカット水晶板と当該Zカット水晶板の光の透過面上に設けられている光学ローパスフィルタとを含むことを特徴とする撮像素子カバー。 The package of an imaging device is housed a IMAGING element cover that abolish sealed,
Before SL is IMAGING element cover, it characterized IMAGING element cover that includes an optical low-pass filter provided on the transmitting surface of the optical Z-cut quartz crystal plate and the Z-cut quartz plate.
前記光学ローパスフィルタは、複屈折板であることを特徴とする撮像素子カバー。 Oite to claim 1,
The optical low-pass filter, it characterized IMAGING element cover to be a birefringent plate.
前記光学ローパスフィルタは、水平方向分離複屈折板と垂直方向分離複屈折板とを備え、
前記水平方向分離複屈折板と前記垂直方向分離複屈折板との間に、1/4波長板が配置されていることを特徴とする撮像素子カバー。 Oite to claim 1,
The optical low-pass filter comprises a horizontal separation birefringence plate and a vertical separation birefringence plate,
The horizontal separation between the birefringent plate and the vertical separating birefringent plate, 1/4 characterized IMAGING element covers the wavelength plate is disposed.
前記光学ローパスフィルタは、前記Zカット水晶板の光の透過面上に第1の屈折率材料と第2の屈折率材料とが周期的に交互に配置されている第1の回折格子であることを特徴とする撮像素子カバー。 In claim 1,
The optical low-pass filter is a first diffraction grating in which a first refractive index material and a second refractive index material are periodically and alternately arranged on a light transmission surface of the Z-cut quartz plate. An image sensor cover characterized by .
前記第1の屈折率材料の幅Wと前記第1の回折格子の周期Pとの比W/Pが0.5であり、 The ratio W / P of the width W of the first refractive index material to the period P of the first diffraction grating is 0.5;
前記第1の屈折率材料の前記Zカット水晶板の表面からの高さをd The height of the first refractive index material from the surface of the Z-cut quartz plate is d LL とし、age,
前記第2の屈折率材料の前記Zカット水晶板の表面からの高さをd The height of the second refractive index material from the surface of the Z-cut quartz plate is d HH とし、age,
波長λ Wavelength λ 11 の光に対する前記第1の屈折率材料の屈折率をnThe refractive index of the first refractive index material for n light is n L1L1 とし、age,
前記波長λ The wavelength λ 11 の光に対する前記第2の屈折率材料の屈折率をnThe refractive index of the second refractive index material for n light is n H1H1 とし、age,
波長λ Wavelength λ 22 の光に対する前記第1の屈折率材料の屈折率をnThe refractive index of the first refractive index material for n light is n L2L2 とし、age,
前記波長λ The wavelength λ 22 の光に対する前記第2の屈折率材料の屈折率をnThe refractive index of the second refractive index material for n light is n H2H2 とし、age,
前記波長λ The wavelength λ 11 の光に対する前記第1の回折格子の位相変調量ΓPhase modulation amount Γ of the first diffraction grating for light of 11 とし、age,
前記波長λ The wavelength λ 22 の光に対する前記第1の回折格子の位相変調量ΓPhase modulation amount Γ of the first diffraction grating for light of 22 としたとき、When
下記式(3)〜(5)を満足することを特徴とする撮像素子カバー。 An imaging element cover characterized by satisfying the following formulas (3) to (5).
ΓΓ 11 ={(n= {(N H1H1 −n-N L1L1 )×d) Xd HH +(1−n+ (1-n L1L1 )×(d) X (d LL −d-D HH )}/λ)} / Λ 11 ・・・(3)... (3)
ΓΓ 22 ={(n= {(N H2H2 −n-N L2L2 )×d) Xd HH +(1−n+ (1-n L2L2 )×(d) X (d LL −d-D HH )}/λ)} / Λ 22 ・・・(4)... (4)
ΓΓ 11 =Γ= Γ 22 ・・・(5)... (5)
dd LL =2.87×d= 2.87 x d HH ・・・(6)... (6)
前記第2の屈折率材料を二酸化チタンまたは五酸化タンタルとしたことを特徴とする請求項5又は6に記載の撮像素子カバー。 The image sensor cover according to claim 5 or 6, wherein the second refractive index material is titanium dioxide or tantalum pentoxide.
前記第2の屈折率材料を二酸化チタンまたは五酸化タンタルとしたことを特徴とする請求項5又は6に記載の撮像素子カバー。 The image sensor cover according to claim 5 or 6, wherein the second refractive index material is titanium dioxide or tantalum pentoxide.
前記第2の回折格子は、前記第1の回折格子と同一の形状であり、 The second diffraction grating has the same shape as the first diffraction grating,
前記第2の回折格子の形成方向と、前記第1の回折格子の形成方向とは直交関係にあることを特徴とする請求項4乃至8の何れかに記載の撮像素子カバー。 The imaging element cover according to claim 4, wherein a formation direction of the second diffraction grating and a formation direction of the first diffraction grating are orthogonal to each other.
前記第1の回折格子の回折方向と、前記複屈折板の複屈折方向とは直交関係にあることを特徴とする請求項4乃至8の何れかに記載の撮像素子カバー。 The imaging element cover according to claim 4, wherein a diffraction direction of the first diffraction grating and a birefringence direction of the birefringent plate are orthogonal to each other.
前記撮像素子が収納されているパッケージと、 A package in which the image sensor is housed;
前記パッケージを封止している請求項1乃至10の何れかに記載の撮像素子カバーと、 The image sensor cover according to any one of claims 1 to 10, wherein the package is sealed;
を備えていることを特徴とする撮像装置。An imaging apparatus comprising:
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