JPH01213080A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 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。

［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の集光
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
、ＣＯＤやＭＯ８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（
ラインザンサーでは横のみ）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６（１−１９１８］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（Ｊ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なり、また、その再現性も子分
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側のパソ
ケーノ１０２の一部に、各受光部＋０１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
１．０３を配設４−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４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（）Ｊ−ディング）が原因となって、感
度ムラの発生−４−ることか解決すべき課題となってい
た。」二足ノエーディンクの原因を詳しく説明したちの
が第４図の説明図と、第５図の感度ムラの発生を示す−
ヒデオ出力他号の波形図である。

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。ｌ０３ａ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ｌｏ
ｔ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て結像面１０５に結像されろ被写体像Δ（
ズーノ−、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．Ｉ３２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か小さくなるほど、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（ＩＨ
）におｌ−するヒ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−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
シェープインク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プインクを補正し感度ノー、う
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］ 」二足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の集光
部を有するマイクロレンズアレイを設（〕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プインクを減少させる。

［実施例コ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明の一実施例を示す固体撮
像装置の構成図である。本実施例は、回路のパソケーン
に収容される固体撮像素子ｌ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を形成
することを特徴とする。以」−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３２Ｌ、３ｂ、３
ｃ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、
多段の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、今まで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１と
有効光に加わった光の移動距離すが、ｂ＞ａ、ａ≦λ′ の条件を満足するように（ただし、＆′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、
無効光が発生ず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、本発明の固体撮像装置は、イメージセンザー等で
あってもラインセンザー等であっても退嬰できることは
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。

（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プインクを補正することかでき、
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。

【図面の簡単な説明】

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。 ｌ・・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。 （ｂ） 本発明Ｌ：：７）火万広４列 第１図 じ・テ゛２ｒ力ｎ借＠波他ロ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）固体撮像素子の受光部の１画素毎に対応する多段
   の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。