JPH0899369A - マイクロレンズアレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 入射光を平行光とした後集光することができ
るマイクロレンズアレイを提供する。 【構成】 第１の表面平坦化層１８の上面には平凸型の
第１のマイクロレンズ１９が設けられ、その上面全体に
は第２の表面平坦化層２０が設けられ、その上面には平
凹型の第２のマイクロレンズ２１が設けられている。そ
して、原稿面２２で反射された当該画素に対応する光の
みが第２のマイクロレンズ２１によって平行光とされた
後、第１のマイクロレンズ１９によって集光される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はマイクロレンズアレイ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば２次元密着型イメージセンサに
は、図５に示すようなものがある。この２次元密着型イ
メージセンサでは、ガラス基板１上に遮光層２を介して
ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）フォトセンサ３が設けら
れ、その上に透明保護膜４が設けられた構造となってい
る。そして、図５において矢印で示すように、ガラス基
板１の下面側からの光がガラス基板１及び透明保護膜４
を透過して原稿面５で反射され、この反射された光がＴ
ＦＴフォトセンサ３に入射され、この入射された光が光
電変換されることにより、原稿面５の画像が読み取られ
ることになる。

【０００３】ところで、このような２次元密着型イメー
ジセンサでは、光学系を備えていないので、原稿面５に
約７０ｎｍ以下の間隔で密着させなければならず、この
ため透明保護膜４の表面が汚れやすく、また傷付きやす
いという問題がある。一方、光学系を備えた２次元密着
型イメージセンサも実用化されている。しかしながら、
２次元密着型イメージセンサの場合には、光学系として
一般に数百万本の光ファイバを束ねた光ファイバアレイ
を用いているので、非常に高価になるという問題があ
る。

【０００４】そこで、安価な光学系としてマイクロレン
ズアレイも実用化されている。図６（Ｂ）は従来のこの
ようなマイクロレンズアレイの一部を示したものであ
る。このマイクロレンズアレイでは、ガラス基板６上に
平凸型のマイクロレンズ７が設けられた構造となってい
る。このようなマイクロレンズアレイを形成する場合に
は、まず、図６（Ａ）に示すように、ガラス基板６の上
面の各所定の個所にアクリル系レンズ材レジストパター
ン７ａを形成する。次に、１５０℃程度の温度で５分間
程度の熱処理を行うと、レンズ材レジストが溶融した後
冷却されて固化する際に、レンズ材レジストの表面が表
面張力により曲面となる。かくして、図６（Ｂ）に示す
ように、ガラス基板６上に平凸型のマイクロレンズ７が
形成される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
このようなマイクロレンズアレイでは、マイクロレンズ
７が平凸型であるので、入射光をただ単に集光するだけ
の機能しかなく、このため原稿面の隣の画素からの散乱
光が入ってきて像がぼけてしまうという問題があった。
この発明の目的は、入射光を平行光とした後集光するこ
とができるマイクロレンズアレイを提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
透明層の一の面に第１のマイクロレンズを設け、前記透
明層の他の面に第２のマイクロレンズを設けたものであ
る。請求項２記載の発明は、前記第１のマイクロレンズ
を入射光を平行光とするものとし、前記第２のマイクロ
レンズを前記第１のマイクロレンズからの平行光を集光
するものとしたものである。

【０００７】

【作用】この発明によれば、透明層の両面にそれぞれマ
イクロレンズを設けているので、例えば請求項２記載の
発明のように、第１のマイクロレンズを入射光を平行光
とするものとし、第２のマイクロレンズを第１のマイク
ロレンズからの平行光を集光するものとすると、入射光
を平行光とした後集光することができる。

【０００８】

【実施例】図１はこの発明の一実施例を適用した２次元
密着型イメージセンサの要部を示したものである。この
２次元密着型イメージセンサはガラス基板１１を備えて
いる。ガラス基板１１の上面には遮光層１２を介してＴ
ＦＴ（薄膜トランジスタ）フォトセンサ１３が設けら
れ、その上面全体には透明膜１４が設けられている。透
明膜１４の上面のＴＦＴフォトセンサ１３に対応する部
分にはカラーフィルタ１５が設けられ、カラーフィルタ
１５の周囲には絞りの役目を果たすブラックマスク１６
が設けられ、その他の部分には透明膜１７が設けられて
いる。そして、その上面全体にはアクリル系透明樹脂か
らなる表面が平坦な第１の表面平坦化層１８が設けられ
ている。第１の表面平坦化層１８の上面のＴＦＴフォト
センサ１３に対応する部分には平凸型の第１のマイクロ
レンズ１９が設けられ、その上面全体にはアクリル系透
明樹脂からなる表面が平坦な第２の表面平坦化層（透明
層）２０が設けられている。第２の表面平坦化層２０の
上面の第１のマイクロレンズ１９に対応する部分には平
凹型の第２のマイクロレンズ２１が設けられている。

【０００９】この２次元密着型イメージセンサでは、図
１において矢印で示すように、ガラス基板１１の下面側
からの光がガラス基板１１、透明膜１４、透明膜１７、
第１の表面平坦化層１８及び第２の表面平坦化層２０を
透過して原稿面２２で反射され、この反射された光が平
凹型の第２のマイクロレンズ２１によって平行光とさ
れ、この平行光が第２の表面平坦化層２０を透過した後
平凸型の第１のマイクロレンズ１９によって集光され、
この集光された光が第１の表面平坦化層１８、カラーフ
ィルタ１５及び透明膜１４を透過してＴＦＴフォトセン
サ１３に入射され、この入射された光が光電変換される
ことにより、原稿面２２の画像が読み取られることにな
る。

【００１０】このように、この２次元密着型イメージセ
ンサでは、原稿面２２で反射された光を平凹型の第２の
マイクロレンズ２１によって平行光とした後平凸型の第
１のマイクロレンズ１９によって集光させ、この集光さ
れた光をＴＦＴフォトセンサ１３に入射させており、こ
の場合、第２のマイクロレンズ２１の凹部両側の凸部に
入射された光は第１のマイクロレンズ１９に入射される
ことはないので、原稿面２２の隣の画素からの散乱光が
入ってくることがなく、したがって像がぼけることがな
く、高解像度の読み取りを行うことができる。

【００１１】次に、この２次元密着型イメージセンサに
おいてマイクロレンズアレイを形成する場合について、
図２（Ａ）〜（Ｄ）を順に参照しながら説明する。ま
ず、図２（Ａ）に示すように、ガラス基板１１上に遮光
層１２、ＴＦＴフォトセンサ１３、透明膜１４、カラー
フィルタ１５、ブラックマスク１６、透明膜１７及び第
１の表面平坦化層１８が設けられたものを用意する。次
に、図２（Ｂ）に示すように、第１の表面平坦化層１８
の上面の各所定の個所に第１のアクリル系レンズ材レジ
ストパターン１９ａを形成する。次に、１５０℃程度の
温度で５分間程度の熱処理を行うと、レンズ材レジスト
が溶融した後冷却されて固化する際に、レンズ材レジス
トの表面が表面張力により曲面となる。かくして、図２
（Ｃ）に示すように、第１の表面平坦化層１８の上面の
各所定の個所に平凸型のマイクロレンズ１９が形成され
る。

【００１２】次に、図２（Ｄ）に示すように、その上面
全体に第２の表面平坦化層２０を形成する。次に、第２
の表面平坦化層２０の上面の各所定の個所に第２のアク
リル系レンズ材レジストパターン２１ａを形成する。こ
の場合、第２のアクリル系レンズ材レジストパターン２
１ａは２つまたは４つに分割されている。次に、１５０
℃程度の温度で５分間程度の熱処理を行うと、レンズ材
レジストが溶融した後冷却されて固化する際に、２つま
たは４つに分割されたレンズ材レジストが合成されると
ともにその表面が表面張力により中央部の凹んだ曲面と
なる。かくして、図１に示すように、第２の表面平坦化
層２０の上面の各所定の個所に平凹型のマイクロレンズ
２１が形成される。

【００１３】なお、ガラス基板１１の代わりに、フィル
ム基板を用いてもよい。フィルム基板を用いた場合に
は、マイクロレンズアレイを備えた２次元密着型イメー
ジセンサ全体をフレキシブルとすることができるので、
湾曲した原稿面２２の画像を読み取るようにすることも
できる。

【００１４】また、上記実施例では、２次元密着型イメ
ージセンサにマイクロレンズアレイを一体的に形成した
場合について説明したが、別個とすることもできる。次
に、この別個とする場合について、図３（Ａ）〜（Ｃ）
及び図４を順に参照しながら説明する。まず、図３
（Ａ）に示すように、ガラス基板（透明層）３１の下面
及び上面に金属マスクパターン３２、３３を形成する。
次に、図３（Ｂ）に示すように、全体をＬｉ等の金属イ
オンを含有する塩類水溶液３４に浸すと、金属マスクパ
ターン３２、３３によって被われていない部分における
ガラス基板３１中のＮａイオンと塩類水溶液３４中の金
属イオンとがイオン交換され、金属イオン拡散により屈
折率の変化した領域が平凸レンズ状に形成され、これに
より金属マスクパターン３２、３３によって被われてい
ない部分におけるガラス基板３１の下面及び上面に上向
き平凸型の第１のマイクロレンズ３５及び下向き平凸型
の第２のマイクロレンズ３６が形成される。次に、金属
マスクパターン３２、３３を除去すると、図３（Ｃ）に
示すようなマイクロレンズアレイ３７が得られる。

【００１５】次に、このようにして得られたマイクロレ
ンズアレイ３７を図２（Ａ）に示すものの第１の表面平
坦層１８の上面に貼り付けると、図４に示す２次元密着
型イメージセンサが得られる。この２次元密着型イメー
ジセンサの場合も、図４において矢印で示すように、ガ
ラス基板１１の下面側からの光がガラス基板１１、透明
膜１４、透明膜１７、第１の表面平坦化層１８及びガラ
ス基板３１を透過して原稿面２２で反射され、この反射
された光が下向き平凸型の第２のマイクロレンズ３６に
よって平行光とされ、この平行光がガラス基板３１を透
過した後上向き平凸型の第１のマイクロレンズ３５によ
って集光され、この集光された光が第１の表面平坦化層
１８、カラーフィルタ１５及び透明膜１４を透過してＴ
ＦＴフォトセンサ１３に入射され、この入射された光が
光電変換されることにより、原稿面２２の画像が読み取
られることになる。

【００１６】このように、マイクロレンズアレイ３７を
２次元密着型イメージセンサ本体と別個とした場合に
は、個々に製造することができるので、工期が短縮さ
れ、また良品同士を貼り合わせることにより、歩留を向
上することができる

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、透明層の両面にそれぞれマイクロレンズを設けてい
るので、例えば請求項２記載の発明のように、第１のマ
イクロレンズを入射光を平行光とするものとし、第２の
マイクロレンズを第１のマイクロレンズからの平行光を
集光するものとすると、入射光を平行光とした後集光す
ることができる。この結果、２次元密着型イメージセン
サに適用した場合には、原稿面の隣の画素からの散乱光
が入ってくることがなく、したがって像がぼけることが
なく、高解像度の読み取りを行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を適用した２次元密着型イ
メージセンサの要部を示す断面図。

【図２】（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ図１に示す２次元密
着型イメージセンサにおけるマイクロレンズアレイの各
形成工程を示す断面図。

【図３】（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれこの発明の他の実施
例におけるマイクロレンズアレイの各形成工程を示す断
面図。

【図４】図３に示すマイクロレンズアレイを備えた２次
元密着型イメージセンサの要部を示す断面図。

【図５】従来の２次元密着型イメージセンサの一部を示
す断面図。

【図６】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ従来のマイクロレ
ンズアレイの各形成工程を示す断面図。

【符号の説明】

１１ ガラス基板１１ １３ ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）フォトセンサ １８ 第１の表面平坦化層 １９ 第１のマイクロレンズ ２０ 第２の表面平坦化層（透明層） ２１ 第２のマイクロレンズ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明層の一の面に第１のマイクロレンズ
   が設けられ、前記透明層の他の面に第２のマイクロレン
   ズが設けられていることを特徴とするマイクロレンズア
   レイ。
2. 【請求項２】 前記第１のマイクロレンズは入射光を平
   行光とするものであり、前記第２のマイクロレンズは前
   記第１のマイクロレンズからの平行光を集光するもので
   あることを特徴とする請求項１記載のマイクロレンズア
   レイ。
3. 【請求項３】 前記第１のマイクロレンズは平凹型であ
   り、前記第２のマイクロレンズは平凸型であることを特
   徴とする請求項２記載のマイクロレンズアレイ。
4. 【請求項４】 前記第１及び第２のマイクロレンズは共
   に平凸型であることを特徴とする請求項２記載のマイク
   ロレンズアレイ。