JPH05315579A

JPH05315579A - 固体撮像素子およびその固体撮像素子を搭載した撮影装置

Info

Publication number: JPH05315579A
Application number: JP4146605A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Sato; 正章佐藤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1992-05-11
Filing date: 1992-05-11
Publication date: 1993-11-26

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、固体撮像素子の集光特性を高める
ことにより、固体撮像素子の感度の向上を図る。【構成】基板１１に形成した複数の光センサ部１２上
に透光性の下層絶縁膜１３と透光性の上層絶縁膜１６と
を介して集光レンズ１７を設けた固体撮像素子１０であ
って、透光性の下層，上層絶縁膜１３，１６間にアクチ
ュエータ１４を光センサ部１２に照射される入射光の光
路を遮らない状態に設けたものである。あるいは集光レ
ンズ１７と光センサ部１２との間に透光性の膜厚可変層
（図示せず）を設けたものである。または各光センサ部
１２上に電気光学効果を有する膜（図示せず）を形成し
たものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ビデオカメラ等に用い
る固体撮像素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近の固体撮像素子では、高感度のもの
が要求されている。高感度化の一つの方法として、図１
３に示すような、いわゆるオンチップレンズ構造の固体
撮像素子７０が提案されている。この固体撮像素子７０
には、半導体基板７１に形成した複数の光センサ部７２
上に、透光性の膜７３を介して集光レンズ７４が形成さ
れている。なお図では電荷転送部，チャネルストッパー
領域等の図示は省略した。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記固
体撮像素子では、対物レンズ系（図示せず）のＦ値が変
化することにより、光センサ部に入射する光の入射角が
変化する。すなわち、図１４に示すように、絞り８１を
絞ってＦ値を小さくした場合には、絞り８１より入射し
た光１７１（実線の斜線で示す部分）は集光レンズ７４
により集光されて光センサ部７２に入射する。

【０００４】ところが図１５に示すように、絞り８１を
開放にしてＦ値を大きくした場合には、絞り８１より入
射した光１７２は集光レンズ７４により集光されるが、
集光された一部の光１７３（実線の斜線で示す部分）が
光センサ部７２に入射し、集光された残りの光１７４
（破線の斜線で示す部分）は光センサ部７２に入射しな
い。いわゆる、けられが発生する。この結果、光センサ
部７２に入射する光量が減少するので、固体撮像素子７
０の感度は低下する。したがって、Ｆ値によって固体撮
像素子７０の感度が変化する。特に絞り８１を開放にし
た場合に、感度低下が大きくなる。また上記集光された
一部の光１７３が光センサ部７２に入射するときの入射
角が大きくなるのでスミアの発生が生じる。このため、
上記固体撮像素子７０で得られる画像の品質が低下す
る。

【０００５】また入射光学系の絞りより集光レンズまで
の距離によって定義される射出瞳距離によっても、光セ
ンサ部に入射する光の入射角が変化する。すなわち、図
１６に示すように、Ｆ値を一定にして射出瞳距離Ｌを長
くした場合には、絞り８１より入射した光１７５（実線
の斜線で示す部分）は集光レンズ７４により集光されて
光センサ部７２に入射する。

【０００６】ところが図１７に示すように、射出瞳距離
Ｌを短くした場合には、絞り８１より入射した光１７６
は集光レンズ７４により集光されるが、集光された一部
の光１７７（実線の斜線で示す部分）が光センサ部７２
に入射し、集光された残りの光１７８（破線の斜線で示
す部分）は光センサ部７２に入射しない。いわゆる、け
られが発生する。この結果、光センサ部７２に入射する
光量が減少するので、固体撮像素子７０の感度は低下す
る。したがって、射出瞳距離Ｌによって固体撮像素子７
０の感度が変化する。特に射出瞳距離Ｌを短くした場合
に、感度の低下は大きくなる。上記現象は、固体撮像素
子７０の中心部よりもその周辺部側において大きく現れ
る。このため、固体撮像素子７０の周辺部側の感度低下
は大きくなる、いわゆるシェーディングが起きる。また
上記集光された一部の光１７７が光センサ部７２に入射
するときの入射角が大きくなるのでスミアの発生が生じ
る。このため、上記固体撮像素子７０で得られる画像の
品質が低下する。これらの現象は、最適設計を行って
も、原理的に避けられない。

【０００７】また集光レンズ７４を微細化した場合に
は、集光レンズ７４と光センサ部７２との距離を縮小す
ることが困難になる。

【０００８】本発明は、集光特性に優れた固体撮像素子
を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされたものである。すなわち、基板に形
成した複数の光センサ部上のそれぞれに、透光性の下層
絶縁膜と透光性の上層絶縁膜とを介して集光レンズを設
けた固体撮像素子であって、透光性の下層，上層絶縁膜
間にアクチュエータを、光センサ部に照射される入射光
の光路を遮らない状態に設けたものである。

【００１０】上記アクチュエータを設けた固体撮像素子
を搭載した撮影装置の絞り値あるいは射出瞳距離のいず
れか一方または両方に対応して、アクチュエータの変化
量を決定する変化量設定部と、変化量設定部で設定した
変化量に基づいてアクチュエータを動作させる信号を供
給する信号供給部とを、当該撮影装置に設けたものであ
る。

【００１１】または基板に形成した複数の光センサ部上
に透光性の絶縁膜を介して集光レンズを設けた固体撮像
素子であって、各光センサ部と各集光レンズとの間に透
光性の膜厚可変層を設けたものである。

【００１２】上記膜厚可変層を設けた固体撮像素子を搭
載したの絞り値あるいは射出瞳距離のいずれか一方また
は両方に対応して、膜厚可変層の膜厚を決定する膜厚設
定部と、膜厚設定部で設定した膜厚に基づいて膜厚可変
層の膜厚を変化させる信号を供給する信号供給部とを、
当該撮影装置に設けたものである。

【００１３】あるいは基板に形成した複数の光センサ部
上のそれぞれに、透光性の絶縁膜を介して集光レンズを
設けた固体撮像素子であって、各光センサ部上に電気光
学効果を有する膜を形成したものである。

【００１４】上記電気光学効果を有する膜を設けた固体
撮像素子を搭載した撮影装置の絞り値あるいは射出瞳距
離のいずれか一方または両方に対応して、電気光学効果
を有する膜に印加する電圧値を決定する電圧設定部と、
電圧設定部で設定した電圧を電気光学効果を有する膜に
印加する電源部とを、当該撮影装置に設けたものであ
る。

【００１５】

【作用】上記構成の固体撮像素子では、アクチュエータ
あるいは膜厚可変層を設けたことにより、集光レンズと
光センサ部との距離が可変になる。よって、光センサ部
に照射された入射光が効率よく集光されて光センサ部に
照射される。または電気光学効果を有する膜を設けたこ
とにより、印加電圧により電気光学効果を有する膜の屈
折率が変化する。この結果、光センサ部に入射する光の
入射角が小さくなり、光センサ部に集光される集光効率
が高まる。したがって、光センサ部に照射されない光が
ほとんどなくなる。

【００１６】上記構成の撮影装置では、絞り値あるいは
射出瞳距離のいずれか一方または両方に対応して、アク
チュエータの変化量または膜厚可変層の膜厚が設定され
るので、集光レンズと光センサ部との距離は、そのとき
の絞り値あるいは射出瞳距離に対応した距離に設定され
る。また絞り値あるいは射出瞳距離のいずれか一方また
は両方に対応して、電気光学効果を有する膜に印加する
電圧を制御することにより、当該電気光学効果を有する
膜の屈折率が変えられる。このため、光センサ部に入射
する光線の入射角は、そのときの絞り値あるいは射出瞳
距離に対応したが角度に設定される。

【００１７】

【実施例】本発明の第１の実施例を図１に示す概略構成
断面図により説明する。図に示すように、基板１１には
複数の光センサ部１２（図面では代表して一つの光セン
サ部１２を示す）が形成されている。また各光センサ部
１２を覆う状態に当該基板１１上には、透光性の下層絶
縁膜１３が形成されている。この透光性の下層絶縁膜１
３の上面で、各光センサ部１２に照射される入射光（図
示せず）の光路を遮らない状態にアクチュエータ１４が
形成されている。例えばアクチュエータ１４は、光セン
サ部１２の側周側の上方に沿って形成されている。また
上記アクチュエータ１４が設けられていない下層絶縁膜
１３の上面には、当該アクチュエータ１４の変化に対応
して変化する透光性の弾性層１５が形成されている。な
お上記透光性の弾性層１５を形成しないで、その部分を
空間にすることも可能である。

【００１８】上記アクチュエータ１４は、例えば印加さ
れる電界に対して線型的に変化する圧電材料で形成され
ている。圧電材料には、例えばチタン酸バリウム（Ｂａ
ＴｉＯ₃）またはジルコン酸チタン酸鉛〔Ｐｂ（Ｚｒ，
Ｔｉ）Ｏ₃〕（ＰＺＴ）等が用いられる。これらの圧電
材料は、温度特性がよく、高速応答性に優れている特徴
を有する。

【００１９】またアクチュエータ１４の上面には透光性
の上層絶縁膜１６が形成されている。上記各光センサ部
１２上における透光性の上層絶縁膜１６の上面には集光
レンズ１７が設けられている。上記の如くに、固体撮像
素子１０は構成されている。なお図１では、電荷転送部
や素子分離領域等の図示は省略した。

【００２０】または図２の（１）のレイアウト図に示す
ように、光センサ部１２（破線で示す領域）の各コーナ
ー上における透光性の下層絶縁膜１３の上面に、アクチ
ュエータ１４を配設することも可能である。この場合の
アクチュエータ１４は柱状に形成される。あるいは、図
２の（２）のレイアウト図に示すように、各光センサ部
１２の側周側における下層絶縁膜１３の上面に、当該ア
クチュエータ１４を等間隔に配設してもよい。なおアク
チュエータ１４が配設される間隔は等間隔に限定される
ことはない。なお上記各構成においても、図１により説
明したと同様に、下層絶縁膜１３上にアクチュエータ１
４を介して形成される上層絶縁膜（図示せず）と当該下
層絶縁膜１３との間には、透光性の弾性層（２点鎖線で
示す領域）を形成することができる。

【００２１】上記図１，図２により説明した各アクチュ
エータ１４では、透光性の上層絶縁膜（１６）よりかけ
られる応力に対応して、アクチュエータ１４を形成する
圧電材料にかける電圧を個々に設定できる。このため、
集光レンズ（１７）と光センサ部１２との距離を一定に
設定することが可能になる。

【００２２】次ぎに上記アクチュエータ１４の別の取り
付け位置を、図３のレイアウト図により説明する。図３
の（１）に示すように、アクチュエータ１４は、下層絶
縁膜１３の上面に形成されていて、しかも複数に形成さ
れた垂直レジスタ部１８（一点鎖線で示す領域）に沿っ
て設けられている複数の光センサ部１２（破線で示す領
域）を囲む状態で当該垂直レジスタ部１８上に配置され
ている。図３の（２）に示す如く、アクチュエータ１４
は、下層絶縁膜１３の上面に形成されていて、しかも複
数の光センサ部１２（破線で示す領域）を囲む状態に配
置されている。

【００２３】また図３の（３）に示すアクチュエータ１
４は、下層絶縁膜１３の上面に形成されていて、しかも
縦横に配列されている複数の光センサ部１２（破線で示
す領域）に入射する光線（図示せず）をさえぎらない状
態で渦巻き状に配置されている。さらに図３の（４）に
示すアクチュエータ１４は、下層絶縁膜１３の上面に形
成されていて、しかも縦横に配列されている複数の光セ
ンサ部１２（破線で示す領域）に入射する光線（図示せ
ず）をさえぎらない状態で同心状に配置されている。

【００２４】なお上記図３の（１）〜（４）により説明
した各構成においても、下層絶縁膜１３上にアクチュエ
ータ１４を介して形成される上層絶縁膜（図示せず）と
当該下層絶縁膜１３との間には、上記図１で説明したと
同様の透光性の弾性層（図示せず）を形成することがで
きる。またアクチュエータ１４には、前記図２で説明し
たように、柱状に形成したものを適当な間隔で配設する
ことも可能である。

【００２５】上記各取り付け状態では、縦横に配列され
ている複数の光センサ部１２の全域にわたって、各集光
レンズ（１７）と各光センサ部１２との距離を均一に変
化させることが可能になる。特に（４）で説明した取り
付け方法では、固体撮像素子の中心部における集光レン
ズ（図示せず）と光センサ部１２との距離と、固体撮像
素子の周辺における集光レンズ（図示せず）と光センサ
部１２との距離とを適宜に変えて調節することが可能に
なる。このため、シェーディングがなくなる。

【００２６】次に上記固体撮像素子１０に光線が入射す
る場合の受光特性を、図４と図５とにより説明する。な
お図面を見やすくするために、構成部品の一部のハッチ
ングは省略する。上記固体撮像素子１０では、対物レン
ズ（図示せず）のＦ値が変化することにより、各光セン
サ部に入射する光の入射角が変化する。すなわち、図４
の（１）に示すように、絞り８１を絞ってＦ値を小さく
した場合には、絞り８１より入射した光１１１（実線の
斜線で示す部分）は集光レンズ１７により集光されて光
センサ部１２に入射するので、アクチュエータ１４を動
作する必要はない。

【００２７】また図４の（２）に示すように、絞り８１
を開放にしてＦ値を大きくした場合には、アクチュエー
タ１４を動作させて集光レンズ１７と光センサ部１２と
の距離を短くする。したがって、絞り８１より入射した
光１１２は集光レンズ１７により集光されて、集光され
た一部の光１１３（実線の斜線で示す部分）が光センサ
部１２に入射する。このとき、集光された残りの光１１
４（破線の斜線で示す部分）は光センサ部１２に入射し
ないが、その光量は大幅に低減される。すなわち、けら
れる光量が低減されるので、光センサ部１２に入射する
光量が多くなる。この結果、固体撮像素子１０の感度は
高まる。

【００２８】また入射光学系の絞りより集光レンズまで
の距離（以下射出瞳距離と記す）によっても、光センサ
部１２に入射する光の入射角が変化する。すなわち、図
５の（１）に示すように、Ｆ値を一定にして射出瞳距離
Ｌを長くした場合には、絞り８１より入射した光１１５
（実線の斜線で示す部分）は集光レンズ１７により集光
されて光センサ部１２に入射するので、アクチュエータ
１４を動作する必要はない。

【００２９】また図５の（２）に示すように、射出瞳距
離Ｌを短くした場合には、アクチュエータ１４を動作さ
せて集光レンズ１７と光センサ部１２との距離を短くす
る。したがって、絞り８１より入射した光１１６は集光
レンズ１７により集光されて、集光された一部の光１１
７（実線の斜線で示す部分）が光センサ部１２に入射す
る。このとき、集光された残りの光１１８（破線の斜線
で示す部分）は光センサ部１２に入射しないが、その光
量は大幅に低減される。すなわち、けられる光量が低減
されるので、光センサ部１２に入射する光量が多くな
る。この結果、固体撮像素子１０の感度は高まる。

【００３０】前記アクチュエータ１４を電歪材料で形成
することも可能である。この電歪材料には、例えば、マ
グネシウム酸ニオブ酸鉛〔Ｐｂ（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ₃〕
（ＰＭＮ），ＰＭＮ−チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ₃）系セ
ラミックス等が用いられる。この電歪材料は、印加され
る電界に対して非線型変形する特徴がある。また圧電材
料に比較して、履歴をともなわない、電界分極処理が必
要ない、高温での特性劣化が小さい等の特徴も有する。
電歪材料により形成したアクチュエータ１４を用いた場
合も、上記圧電材料により形成したアクチュエータと同
様の受光特性が得られる。

【００３１】次に上記固体撮像素子１０を搭載した撮影
装置を図６により説明する。撮影装置２０には、当該撮
影装置２０に搭載されている対物レンズ（図示せず）よ
り入射する光量を調節する絞り８１が設けられている。
絞り８１には、絞り値Ｆあるいは射出瞳距離Ｌのいずれ
か一方または両方に対応して、アクチュエータ１４の変
化量を決定する変化量設定部２１の入力側が接続されて
いる。この変化量設定部２１の出力側には、当該変化量
設定部２１で設定した変化量に基づいてアクチュエータ
１４を動作させる信号を供給する信号供給部２２の入力
側が接続されている。したがって、信号供給部２２の出
力側は、固体撮像素子１０のアクチュエータ１４に接続
されている。

【００３２】次に上記構成のアクチュエータ１４の変化
量を設定する上記システムの動作を説明する。絞り８１
の絞り値Ｆあるいは射出瞳距離Ｌのいずれか一方または
両方に対応して、変化量設定部２１でアクチュエータ１
４の変化量を決定する。決定した変化量に基づいて、信
号供給部２２よりアクチュエータ１４を動作させる信号
を発信する。そしてこの信号によりアクチュエータ１４
を所定量変化させる。このアクチュエータ１４が、例え
ば圧電材料または電歪材料で形成されている場合には、
アクチュエータ１４を動作させる信号は当該アクチュエ
ータ１４に印加する電圧になる。そして上記アクチュエ
ータ１４が動作することにより、各集光レンズ１７と各
光センサ部１２との距離が短くなって、各光センサ部１
２は最高感度または最高感度に近い状態になる。

【００３３】次に第２の実施例を、図７の概略構成断面
図により説明する。なお図において第１の実施例で説明
したと同様の構成部品には同一の符号を付す。図に示す
ように、基板１１には複数の光センサ部１２が形成され
ている。各光センサ部１２を覆う状態に当該基板１１上
には、透光性の下層絶縁膜１３が形成されている。この
透光性の下層絶縁膜１３の上面には、透光性の絶縁膜よ
りなる膜厚可変層３１が形成されている。

【００３４】上記膜厚可変層３１は、例えば印加される
電界に対して線型的に変化する透光性の圧電材料で形成
されている。このような圧電材料には、例えばタンタル
酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）またはニオブ酸リチウム
（ＬｉＮｂＯ₃）等が用いられる。これらの圧電材料
は、温度特性がよく、高速応答性に優れている特徴を有
する。

【００３５】また膜厚可変層３１のの上面には透光性の
上層絶縁膜１６が形成されている。上記各光センサ部１
２上における透光性の上層絶縁膜１６の上面には集光レ
ンズ１７が設けられている。上記の如くに、固体撮像素
子３０は構成されている。

【００３６】上記構造の固体撮像素子３０に入射する光
線に対する受光特性を説明する。この固体撮像素子３０
では、アクチュエータ１４のかわりに膜厚可変層３１に
よって集光レンズ１７と光センサ部１２との距離を変化
させるので、前記図４，図５により説明したと同様の受
光特性が得られる。したがって、ここでの詳細な説明は
省略する。

【００３７】次に上記固体撮像素子３０を搭載した撮影
装置を図８により説明する。撮影装置４０には、当該撮
影装置４０に搭載されている対物レンズ（図示せず）よ
り入射する光量を調節する絞り８１が設けられている。
絞り８１には、絞り値Ｆあるいは射出瞳距離Ｌのいずれ
か一方または両方に対応して、膜厚可変層３１の変化量
を決定する膜厚設定部４１の入力側が接続されている。
この膜厚設定部４１の出力側には、当該膜厚設定部４１
で設定した変化量に基づいて膜厚可変層３１を動作させ
る信号を供給する信号供給部４２の入力側が接続されて
いる。したがって、信号供給部４２の出力側は膜厚可変
層３１に接続されている。

【００３８】次に上記構成の膜厚可変層３１の膜厚を設
定する上記システムの動作を説明する。絞り８１の絞り
値Ｆまたは射出瞳距離Ｌに対応して、膜厚設定部４１で
膜厚可変層３１の膜厚値を決定する。決定した膜厚値に
基づいて、信号供給部４２より膜厚可変層３１を動作さ
せる信号を発信する。そしてこの信号により膜厚可変層
３１を所定量の膜厚に変化させる。この膜厚可変層３１
が、例えば透光性の圧電材料または透光性の電歪材料で
形成されている場合には、膜厚可変層３１を動作させる
信号は当該膜厚可変層３１に印加する電圧になる。そし
て上記膜厚可変層３１が動作することにより、各集光レ
ンズ１７と各光センサ部１２との距離が短くなって、各
光センサ部１２は最高感度または最高感度に近い状態に
なる。

【００３９】次に第３の実施例を、図９の概略構成断面
図により説明する。なお図において第１の実施例で説明
したと同様の構成部品には同一の符号を付す。図に示す
ように、基板１１には複数の光センサ部１２が形成され
ている。各光センサ部１２を覆う状態に当該基板１１上
には、透光性の絶縁膜５１が形成されている。上記各光
センサ部１２上における透光性の絶縁膜５１の上面に
は、集光レンズ１７が設けられている。

【００４０】各光センサ部１２上には、電気光学効果
（例えば、ポッケルス効果）を有する膜５２が形成され
ている。例えば上記電気光学効果を有する膜５２は、集
光レンズ１７を覆う状態にして透光性の絶縁膜５１上に
設けられている。この電気光学効果を有する膜５２とし
ては、例えば印加される電界に対して一次比例して屈折
率が変化するもので、対称心を持たないような圧電結晶
がある。すなわち、電気光学効果を有する膜５２は、ガ
リウムヒ素（ＧａＡｓ），ケイ酸ビスマス（Ｂｉ₁₂Ｓｉ
Ｏ₂₀）（ＢＳＯと略記），ゲルマニウム酸ビスマス（Ｂ
₁₂ＧｅＯ₂₀）（ＢＧＯと略記），リン酸二水素カリウム
（ＫＨ₂ＰＯ₄）（ＫＤＰと略記），リン酸二水素アン
モニウム（ＮＨ₄Ｈ₂ＰＯ₄）（ＡＤＰと略記），タン
タル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）またはニオブ酸リチウ
ム（ＬｉＮｂＯ₃）等よりなる。上記の如くに、固体撮
像素子５０は構成されている。

【００４１】上記実施例では電気光学効果を有する膜５
２をポッケルス効果を有する膜で形成したが、例えばカ
ー効果（屈折率が印加電界の２乗に比例して変化する現
象）を有する材料で形成することも可能である。通常ほ
とんどの透光性の材料がカー効果を有しているが、特に
カー効果が顕著に現れる材料で形成することが効果的で
ある。

【００４２】次に上記固体撮像素子５０に光線が入射す
る場合の受光特性を、図１０と図１１とにより説明す
る。なお図面を見やすくするために、構成部品の一部の
ハッチングは省略する。上記固体撮像素子５０では、対
物レンズ（図示せず）のＦ値が変化することにより、各
光センサ部に入射する光の入射角が変化する。すなわ
ち、図１０の（１）に示すように、絞り８１を絞ってＦ
値を小さくした場合には、絞り８１より入射した光１５
１（実線の斜線で示す部分）は集光レンズ１７により集
光されて光センサ部１２に入射するので、電気光学効果
を有する膜５２の屈折率を変える必要はない。

【００４３】また図１０の（２）に示すように、絞り８
１を開放にしてＦ値を大きくした場合には、電気光学効
果を有する膜５２によって、絞り８１より入射した光１
５２の入射角は変えられるので、集光レンズ１７に入射
するときの入射角は小さくなる。そして絞り８１より入
射した光１５２は集光レンズ１７により集光される。集
光された一部の光１５３（実線の斜線で示す部分）が光
センサ部１２に入射する。このとき、集光された残りの
光１５４（破線の斜線で示す部分）は光センサ部１２に
入射しないが、その光量は大幅に低減される。すなわ
ち、けられる光量が低減されるので、光センサ部１２に
入射する光量が多くなる。この結果、固体撮像素子５０
の感度は高まる。また光センサ部１２に入射する光線の
入射角が小さくなるので、スミアの発生が低減される。

【００４４】また入射光学系の絞りより集光レンズまで
の距離（以下射出瞳距離と記す）によっても、光センサ
部１２に入射する光の入射角が変化する。すなわち、図
１１の（１）に示すように、Ｆ値を一定にして射出瞳距
離Ｌを長くした場合には、絞り８１より入射した光１５
５（実線の斜線で示す部分）は集光レンズ１７により集
光されて光センサ部１２に入射するので、電気光学効果
を有する膜５２の屈折率を変える必要はない。

【００４５】また図１１の（２）に示すように、射出瞳
距離Ｌを短くした場合には、電気光学効果を有する膜５
２によって、絞り８１より入射した光１５６は入射角が
変えられて集光レンズ１７に入射するときの入射角は小
さくなる。そして絞り８１より入射した光１５６は集光
レンズ１７により集光される。集光された一部の光１５
７（実線の斜線で示す部分）が光センサ部１２に入射す
る。このとき、集光された残りの光１５８（破線の斜線
で示す部分）は光センサ部１２に入射しないが、その光
量は大幅に低減される。すなわち、けられる光量が低減
されるので、光センサ部１２に入射する光量が多くな
る。この結果、固体撮像素子５０の感度は高まる。また
光センサ部１２に入射する光線の入射角が小さくなるの
で、スミアの発生が低減される。

【００４６】上記実施例では電気光学効果を有する膜５
２を各集光レンズ１７の上面に形成したが、例えば上記
透光性の絶縁膜５１を透光性の下層絶縁膜（図示せず）
と透光性の上層絶縁膜（図示せず）とに分けて形成し、
透光性の下層絶縁膜と透光性の上層絶縁膜との間に当該
電気光学効果を有する膜５２を形成することも可能であ
る。この構造は、前記説明した図７において、膜厚可変
層３２のかわりに電気光学効果を有する膜５２を形成し
た構造と同様になる。この構造では、電気光学効果を有
する膜５２を、例えばタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ
₃），ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）等のポッケル
ス効果と圧電効果とを有する材料で形成した場合には、
集光レンズ１７に入射した光のほとんどを高センサ部１
２に入射させることが可能になる。

【００４７】次に上記固体撮像素子５０を搭載した撮影
装置を図１２により説明する。図に示すように、撮影装
置６０には、当該撮影装置６０に搭載されている対物レ
ンズ（図示せず）より入射する光量を調節する絞り８１
が設けられている。絞り８１には、絞り値Ｆまたは射出
瞳距離Ｌに対応して電気光学効果を有する膜５２に印加
する電圧を決定する電圧設定部６１の入力側が接続され
ている。この電圧設定部６１の出力側には、当該電圧設
定部６１で設定した電圧値に基づいて電気光学効果を有
する膜５２の屈折率を変化させる電圧を印加する電源部
６２の入力側が接続されている。したがって、電源部６
２の出力側は電気光学効果を有する膜５２に接続されて
いる。

【００４８】次に上記構成の電気光学効果を有する膜５
２の膜厚を設定する上記システムの動作を説明する。絞
り８１の絞り値Ｆあるいは射出瞳距離Ｌのいずれか一方
または両方に対応して、電圧設定部６１で電気光学効果
を有する膜５２の屈折率の値を決定する。決定した屈折
率の値に基づいて、電源部６２より電気光学効果を有す
る膜５２に、当該電気光学効果を有する膜５２の屈折率
を所定の値に変化させる電圧を印加する。そして電気光
学効果を有する膜５２の屈折率を所定の値に変化させ
て、各集光レンズ１７に入射する光線の入射角を小さく
する。この結果、各光センサ部１２に入射する光量が多
くなるので、各光センサ部１２は最高感度または最高感
度に近い状態になる。よって、非常に暗い被写体の撮影
も可能になる。

【００４９】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれ
ば、。上記構成の固体撮像素子では、アクチュエータあ
るいは膜厚可変層を設けたことにより、集光レンズと光
センサ部との距離が可変になる。よって、光センサ部に
照射された入射光が光センサ部に効率よく集光されて照
射される。よって固体撮像素子の感度の向上を図ること
が可能になる。

【００５０】また電気光学効果を有する膜を設けたこと
により、印加電圧により電気光学効果を有する膜の屈折
率が変化する。光センサ部に入射する光の入射角が小さ
くなり、光センサ部に入射光量が多くなる。また入射角
が小さいので、スミアの発生が無くなる。よって固体撮
像素子の感度の向上とともに画像の品質の向上が図れ
る。

【００５１】上記構成の撮影装置では、絞り値または射
出瞳距離に対応して、アクチュエータの変化量または膜
厚可変層の膜厚が設定されるので、集光レンズと光セン
サ部との距離は常に最適な距離に設定できる。よって、
撮影装置の感度向上を図ることが可能になる。また絞り
値または射出瞳距離に対応して、電気光学効果を有する
膜に印加する電圧を制御することにより当該電気光学効
果を有する膜の屈折率が変えられる。このため、光セン
サ部に入射する光線の入射角度が最適な角度に設定でき
る。よって、撮影装置の感度向上を図ることが可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の概略構成断面図である。

【図２】アクチュエータの取り付け位置を示すレイアウ
ト図である。

【図３】アクチュエータの取り付け位置を示す別のレイ
アウト図である。

【図４】第１の実施例における固体撮像素子の受光特性
の説明図である。

【図５】第１の実施例における固体撮像素子の受光特性
の説明図である。

【図６】第１の実施例の固体撮像素子を搭載した撮影装
置の説明図である。

【図７】第２の実施例の概略構成断面図である。

【図８】第２の実施例の固体撮像素子を搭載した撮影装
置の説明図である。

【図９】第３の実施例の概略構成断面図である。

【図１０】第３の実施例における固体撮像素子の受光特
性の説明図である。

【図１１】第３の実施例における固体撮像素子の受光特
性の説明図である。

【図１２】第３の実施例の固体撮像素子を搭載した撮影
装置の説明図である。

【図１３】従来例の概略構成断面図である。

【図１４】Ｆ値と入射光との関係を説明する図である。

【図１５】Ｆ値と入射光との関係を説明する図である。

【図１６】射出瞳距離と入射光との関係を説明する図で
ある。

【図１７】射出瞳距離と入射光との関係を説明する図で
ある。

【符号の説明】

１０固体撮像素子１１基板１２光センサ部１３透光性の下層絶縁膜１４アクチュエータ１６透光性の上層絶縁膜１７集光レンズ２０撮影装置２１変化量設定部２２信号供給部３０固体撮像素子３１膜厚可変層４０撮影装置４１膜厚設定部４２信号供給部５０固体撮像素子５１透光性の絶縁膜５２電気光学効果を有する膜５３透光性の下層絶縁膜５４透光性の上層絶縁膜６０撮影装置６１電圧設定部６２電源部８１絞りＬ射出瞳距離

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板に形成した複数の光センサ部上のそ
れぞれに、透光性の下層絶縁膜と透光性の上層絶縁膜と
を介して集光レンズを設けたオンチップレンズ構造の固
体撮像素子であって、前記透光性の下層絶縁膜と前記透光性の上層絶縁膜との
間に、アクチュエータを前記光センサ部に照射される入
射光の光路を遮らない状態に設けたとを特徴とする固体
撮像素子。
【請求項２】請求項１記載の固体撮像素子を搭載した
撮影装置であって、撮影装置の絞り値あるいは当該撮影装置の射出瞳距離の
いずれか一方または両方に対応して、前記固体撮像素子
のアクチュエータの変化量を決定する変化量設定部と、前記変化量設定部で設定した変化量に基づいて前記アク
チュエータを動作させる信号を供給する信号供給部とを
設けたことを特徴とする撮影装置。
【請求項３】基板に形成した複数の光センサ部上のそ
れぞれに集光レンズを設けたオンチップレンズ構造の固
体撮像素子であって、前記各光センサ部と前記各集光レンズとの間に、透光性
の膜厚可変層を設けたとを特徴とする固体撮像素子。
【請求項４】請求項３記載の固体撮像素子を搭載した
撮影装置であって、撮影装置の絞り値あるいは当該撮影装置の射出瞳距離の
いずれか一方または両方に対応して、前記固体撮像素子
の膜厚可変層の膜厚を決定する膜厚設定部と、前記膜厚設定部で設定した変化量に基づいて前記膜厚可
変層を変化させる信号を供給する信号供給部とを設けた
ことを特徴とする撮影装置。
【請求項５】基板に形成した複数の光センサ部上のそ
れぞれに、透光性の絶縁膜を介して集光レンズを設けた
オンチップレンズ構造の固体撮像素子であって、前記各光センサ部上に電気光学効果を有する膜を形成し
たことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項６】請求項５記載の固体撮像素子を搭載した
撮影装置であって、撮影装置の絞り値あるいは当該撮影装置の射出瞳距離の
いずれか一方または両方に対応して、前記固体撮像素子
の電気光学効果を有する膜に印加する電圧値を決定する
電圧設定部と、前記電圧設定部で設定した電圧を前記電気光学効果を有
する膜に印加する電源部とを設けたことを特徴とする撮
影装置。