JPH10163465A

JPH10163465A - 固体撮像素子、およびこれを用いる多板式撮像装置

Info

Publication number: JPH10163465A
Application number: JP8325186A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Oide; 寿大出; Ichiji Ohashi; 一司大橋
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1996-12-05
Filing date: 1996-12-05
Publication date: 1998-06-19

Abstract

(57)【要約】【課題】輪帯状の光電変換部を有する各画素の不感領
域への入射光成分を効率よく集光でき、画素の細分化に
よる素子の小型化と高感度化とを同時に果たすことがで
きる固体撮像素子を提供する。【解決手段】輪帯状の光電変換部９を有する画素を二
次元的に複数配列した固体撮像素子において、各画素に
対応して、不連続点103 を有し、変形されたレンズ作用
により、入射光を対応する画素の輪帯状の光電変換部９
に集光するレリーフ構造素子10を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、輪帯状の光電変
換部を有する画素を二次元的に複数配列した固体撮像素
子、およびこれを用いる多板式固体撮像装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】輪帯状の光電変換部を有する画素を二次
元的に複数配列した固体撮像素子として、例えば、ＣＭ
Ｄ(Charge Modulation Device ：電荷変調素子）が知ら
れている。このような固体撮像素子において、現在、開
発上の大きな焦点となっているのは、画素の微細化によ
る素子の小型化および素子の高感度化である。しかし、
画素の微細化は、撮像素子の受光面積の減少を伴うた
め、必然的に光感度の低下を招くことになる。

【０００３】このような不具合を解決するものとして、
例えば、特開平５−１５０１０４号公報には、不感領域
である輪帯状の光電変換部の内径内部、および隣接する
画素で囲まれた部分の真上に円錐状のプリズムを設け、
各不感領域に入射する光束を、断面において一定の幅で
一定の角度に放射される円錐波に波面変換して、輪帯状
の光電変換部に効率よく集光させるようにしたものが開
示されている。

【０００４】また、特開平７−１９３２０７号公報に
は、光電変換部の輪帯中心軸上の点を中心として、屈折
率分布領域を有する平板マイクロレンズアレイを設け、
各不感領域に入射する光束を、屈折率の分布による媒質
での光線の屈折作用により、輪帯状の光電変換部に集光
させるようにしたものが開示されている。

【０００５】なお、各画素が主に矩形状の光電変換部
と、信号の読み出し回路部との２つの領域からなるＣＣ
Ｄ(Charge Coupled Device) のような固体撮像素子の高
感度化を図るものとして、例えば、特開昭５３−７４３
９５号公報には、固体撮像素子上に一体型の凸または凹
のマイクロレンズアレイを配置して、不感領域である信
号読み出し回路部への入射光を光電変換部に集光させる
ようにしたものが提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
特開平５−１５０１０４号公報記載のように、不感領域
である輪帯状の光電変換部の内径内部および各画素間に
円錐状プリズムを設ける構成にあっては、各画素が微細
で、不感領域も非常に狭いため、プリズムの製作および
その精度の上で非常に困難である。また、特開平７−１
９３２０７号公報記載のように、屈折率分布領域を有す
る平板マイクロレンズアレイを設ける構成にあっては、
各画素に対応するマイクロレンズを、所望の屈折率分布
を有するように制御して製作するのが困難である。

【０００７】なお、上記の特開昭５３−７４３９５号公
報に記載されている一体型の凸または凹のマイクロレン
ズアレイを、各画素が輪帯状の光電変換部を有する固体
撮像素子上に設けることも考えられる。しかしながら、
例えば、単純凸形状のレンズを各画素の真上に配置した
場合には、画素の内径内部が不感領域であるために、感
度向上に対しては殆ど寄与しない。また、単純な凹形状
のレンズを各画素の間に設けて集光する場合には、不感
領域である内径内部の真上からの入射光を利用すること
ができなくなる。このため、単純な凸形状または凹形状
のマイクロレンズを、各画素が輪帯状の光電変換部を有
する固体撮像素子上に設けても、素子の高感度化には有
効ではない。

【０００８】この発明は、上述した問題点に着目してな
されたもので、その第１の目的は、輪帯状の光電変換部
を有する各画素の不感領域への入射光成分を効率よく集
光でき、したがって画素の細分化による素子の小型化と
高感度化とを同時に果たすことができるよう適切に構成
した固体撮像素子を提供しようとするものである。

【０００９】さらに、この発明の第２の目的は、かかる
固体撮像素子を用いて高感度の撮像ができるよう適切に
構成した多板式撮像装置を提供しようとするものであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るため、この発明は、輪帯状の光電変換部を有する画素
を二次元的に複数配列した固体撮像素子において、各画
素に対応して、不連続点を有し、変形されたレンズ作用
により、入射光を対応する画素の輪帯状の光電変換部に
集光するレリーフ構造素子を設けたことを特徴とするも
のである。

【００１１】この発明の一実施形態では、前記レリーフ
構造素子は、前記光電変換部の輪帯中心軸に関して回転
対称な曲面を有し、前記輪帯中心軸を含む断面が、該輪
帯中心軸から等距離にある２本の軸を各々光軸として、
各光軸毎に同一の凸形状を有するレンズ形状を描き、各
レンズ形状の光軸を含む断面の頂点を含まない曲線同士
を、前記輪帯中心軸上の点で接合した輪郭を有すること
を特徴とするものである。

【００１２】上記第２の目的を達成するため、この発明
は、輪帯状の光電変換部を有する画素を二次元的に複数
配列した固体撮像素子を複数有する多板式撮像装置であ
って、前記各固体撮像素子は、その各画素に対応して、
入射光を輪帯状の光電変換部に集光するレリーフ構造素
子を有し、該レリーフ構造素子は、対応する画素の前記
光電変換部の輪帯中心軸上に不連続点を有する軸回転対
称な曲面を多段近似した形状を有し、その多段近似の一
段の高さが、前記レリーフ構造素子を構成する媒質の屈
折率をｎ、入射する帯域光の中心波長をλ_iとすると
き、

【数２】で与えられる高さｄに含まれる段の数で高さｄを割った
値であることを特徴とするものである。

【００１３】なお、本明細書において、「不連続点」と
いう用語は、異なる２つの曲線がある点Ｃにおいて交わ
り、点Ｃで２つの曲線同士を接合して新たに曲線ｆを定
義したとき、曲線ｆ上の点Ｃを意味する。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、この発明が適用可能な固
体撮像素子の一例の一画素の構成を示す断面斜視図であ
る。この撮像素子は、一般のフォトトランジスタとは異
なり、光電変換部を構成するほぼ輪帯状のゲートを有す
るＣＭＤ構造となっている。かかる画素構造において、
ほぼ輪帯状の光電変換部に形成された多結晶シリコンゲ
ート１を透過した入射光は、Ｓｉ結晶からなるｐ^-基板
２上にエピタキシャル成長させたｎ^-チャンネル層３中
に正孔−電子対を発生させる。このうち、正孔４は、多
結晶シリコンゲート１の直下の領域で、ＳｉＯ₂層５と
ｎ^-チャンネル層３との界面に蓄積される。すなわち、
入射光の有無により、多結晶シリコンゲート１の電位が
変化し、ｎ⁺ソース層６間のチャンネルが増減し、ソー
ス７からの供給される電子、つまりドレイン電流が変調
される。この結果、入射光に応じて増幅された信号電流
を取り出すことができる。

【００１５】この発明の第１実施形態では、図１に示し
たような輪帯状の光電変換部を有する画素を二次元的に
複数配列した固体撮像素子上に透明な平坦層を設け、こ
の平坦層上に各画素に対応して、図２に示すように、そ
の輪帯状の光電変換部９の輪帯中心軸１００上に不連続
点を有するレリーフ構造素子１０を形成する。なお、図
２は、一つの画素を、その輪帯中心軸１００を含む面で
切った断面図を示し、符号１１は固体撮像素子上に設け
た平坦層を示している。

【００１６】各画素に対応するレリーフ構造素子１０
は、輪帯中心軸１００から等距離にある２本の軸１０
１、１０２を光軸として、それぞれ光電変換部９に集光
するような同一の凸形状を有するレンズ形状を描き、各
レンズ形状を輪帯中心軸１００で分割したときに、頂点
を含まない曲線同士を輪帯中心軸１００上の点１０３で
接合した輪郭とする。したがって、レリーフ構造素子１
０は、輪帯中心軸１００上の点１０３において不連続点
を有し、輪帯中心軸１００を回転対称軸とする軸回転対
称な曲面を有することになる。

【００１７】このようにレリーフ構造素子１０を形成す
れば、軸１０１を光軸とするレンズ面に入射した光の集
光位置と、軸１０２を光軸とするレンズ面に入射した光
の集光位置とは、輪帯中心軸１００に対して軸対称とな
るので、レリーフ構造素子１０は変形された一種のマイ
クロレンズ作用を与えることになる。すなわち、軸１０
１を光軸とするレンズ形状面に入射する光は、経路Ａを
通ってほぼ光電変換部９上に集光し、同様に、輪帯中心
軸１００に対して軸対称な軸１０２を光軸とするレンズ
形状面に入射する光は、経路Ｂを通ってほぼ光電変換部
９に集光する。しかも、レリーフ構造素子１０は、軸回
転対称であるから、このレリーフ構造素子１０に入射す
る光は、輪帯状に集光することになる。

【００１８】この実施形態によれば、図１に示したよう
な輪帯状の光電変換部を有する画素を二次元的に複数配
列した固体撮像素子上に透明な平坦層を設け、この平坦
層上に各画素に対応して、図２に示すような変形された
レンズ作用を有するレリーフ構造素子１０を形成したの
で、各画素間および輪帯状の光電変換部９の内部内径の
不感領域に入射する光成分に対しても光電変換部９への
集光が可能となり、素子の高感度化を実現することがで
きる。

【００１９】なお、図２では、レリーフ構造素子１０を
構成する光軸１０１，１０２のレンズ形状の焦点を、そ
れぞれ光電変換部９上に位置させるようにしたが、各画
素への入射光が光電変換部９にほぼ１００％到達する範
囲で、例えば、図３（ａ）に示すように、光電変換部９
の手前側に、あるいは図３（ｂ）に示すように、光電変
換部９の後ろ側にそれぞれ位置させることもでき、これ
により同様の効果を得ることもできる。

【００２０】図４は、この発明の第２実施形態の要部の
構成を示すものである。この実施形態では、各画素に対
応するレリーフ構造素子１０を、輪帯中心軸１００から
等距離にある２本の軸１０１、１０２を光軸として、各
光軸毎に同一の凸形状を有するレンズ形状を描き、各レ
ンズ１０４，１０５の光軸を含む断面の頂点を含む曲線
同士を輪帯中心軸１００上の点１０６で接合した形状と
したもので、その他の構成は第１実施形態と同様であ
る。したがって、各レリーフ構造素子１０は、輪帯中心
軸１００上の点１０６において不連続点を有し、輪帯中
心軸１００を回転対称軸とする軸回転対称な曲面を有す
ることになる。

【００２１】このようにレリーフ構造素子１０を構成す
れば、軸１０１を光軸とするレンズ面に入射した光の集
光位置と、軸１０２を光軸とするレンズ面に入射した光
の集光位置とが、輪帯中心軸１００に対して軸対称とな
るので、図２の場合と同様に、変形されたレンズ作用を
与えることができ、入射光を輪帯状に集光することがで
きる。ただし、この場合は、図２の場合とは異なり、レ
リーフ構造素子１０を通過する光束は交わることなく光
電変換部９に到達することになる。

【００２２】なお、この実施形態においても、図３
（ａ），（ｂ）に示したと同様に、レリーフ構造素子１
０を構成する各レンズ形状１０４，１０５の焦点を、光
電変換部９の手前側、あるいは後ろ側にそれぞれ位置さ
せることもできる。

【００２３】図２〜図４に示した形状を有するレリーフ
構造素子１０は、例えば、所望のレリーフ形状を有する
スタンパによる紫外線硬化樹脂へのパターン転写法によ
って形成することができる。このような所望のレリーフ
構造素子の作製法およびスタンパの作製法に関しては、
上記の特開平５−１５０１０４号公報に詳しく記載され
ているので、ここではその説明を省略する。

【００２４】図５は、この発明の第３実施形態の要部の
構成を示すものである。この実施形態は、図２に示す各
画素に対応するレリーフ構造素子１０において、その断
面形状を、輪帯中心軸１００に沿って一定の高さｈ毎に
分割した多段近似形状としたものである。なお、図５に
示す破線は、図２に示したレリーフ構造素子の外形を示
している。

【００２５】ここで、固体撮像素子の画素の大きさは、
数μｍから数十μｍであるから、これに対応するレリー
フ構造素子１０の大きさも、同様のオーダーとなる。こ
の場合、レリーフ構造素子１０によるレンズ作用を位相
シフト関数で見ると、レリーフ構造素子１０の中心と最
周辺とが与える位相シフトの差は、高々２πの数倍程度
であり、レリーフ構造素子１０の形状は、ほぼそのまま
位相シフト関数の形状に対応することになる。したがっ
て、レリーフ構造素子１０を、深さ方向にｄ毎に区切れ
ば、位相シフト関数を２π毎に区切ることに相当するこ
とになる。ここで、高さｄは、レリーフ構造素子１０を
構成する透明媒質の屈折率をｎ、対象波長領域の中心波
長をλ₀とすると、

【数３】で与えられる。

【００２６】この実施形態では、図５に示す高さｈを、
上記（１）式で求まる高さｄの範囲内に含まれる任意の
段の数で高さｄを割った値として、高さｄで区切られる
範囲を多段で近似する。このようにすれば、バイナリー
タイプのレリーフ格子のような回折作用により、図２に
示した変形されたレンズ作用による効果と同等の効果を
得ることができるので、レリーフ構成要素１０を、その
断面形状が輪帯中心軸１００の周りに回転対称になるよ
うに形成すれば、入射光を輪帯状に集光することができ
る。この場合、高さｄを、例えば２段近似で行えば、回
折効率は約４０％となるが、多段近似の段数を増やせ
ば、さらに高い回折効率を得ることができ、結果として
光電変換部への集光率を向上させることができる。な
お、一般に可視域とみなせるλ＝４００ｎｍからλ＝７
００ｎｍを対象波長域とする場合には、上記の中心波長
λ₀は、対象波長域の回折効率の波長依存性の平坦性か
ら、５００ｎｍ≦λ₀≦５５０ｎｍであることが望まし
い。

【００２７】図６（ａ）および（ｂ）は、この実施形態
における多段近似形状のレリーフ構造素子の２つの具体
例を示すものである。図６（ａ）は、図２に示すような
レリーフ構造素子１０において、上記（１）式で求まる
一定の高さｄ毎に、輪帯中心軸１００に沿ってレリーフ
構造素子を区切り、その区切られた範囲の形状をそれぞ
れ２段で近似したものである。また、図６（ｂ）は、図
４に示すようなレリーフ構造素子１０において、図６
（ａ）と同様に、２段で近似したものである。ここで、
レリーフ構造素子１０を屈折率ｎが、ｎ＝１．５８の樹
脂を用いて形成し、高さｄを決定する中心波長λ₀を、
λ₀＝５３０ｎｍとすると、高さｄは、

【数４】となる。

【００２８】図７は、レリーフ構造素子１０を構成する
媒質として熱軟化性非感光透明樹脂を用い、その屈折率
（ｎ＝１．５８）と波長λ＝５１０ｎｍとから決定され
た高さｄでレリーフ構造素子を区切り、さらに区切られ
た範囲を２段で近似した場合のレリーフ構造素子１０に
おける１次回折効率の波長依存性を示すものである。図
７から明らかなように、一般に可視域光とみなせるλ＝
４００ｎｍからλ＝７００ｎｍにおいて、入射波長が、
高さｄを決定した波長から離れるに従い、回折効率は減
少するものの、可視域全域に亘り３０％以上の回折効率
となる。

【００２９】この実施形態によれば、上述した実施形態
と同様に、各画素の光電変換部への集光率を向上させる
ことができる。また、この実施形態における多段近似形
状のレリーフ構造素子１０は、フォトリソグラフィとエ
ッチングとのプロセスを繰り返す半導体プロセスを用い
て製作することができるので、例えば、図８に平面図を
示すように、レンズの有効サイズと画素面積とをほぼ一
致するようなレリーフ構造素子１０を容易に製作するこ
とができ、これにより各画素に入射する光をより効率よ
く光電変換部に集光することができる。さらに、このよ
うにレリーフ構造素子１０を半導体プロセスを用いて製
作すれば、多段近似した形状を高精度で製作することが
できるので、レリーフ構造素子１０に非球面成分を容易
に持たせることができ、これにより入射光の集光スポッ
ト径を十分小さくしたり、また、固体撮像素子に斜入射
する光を光電変換部に集光することも可能となる。

【００３０】この発明の第４実施形態では、第３実施形
態で説明した多段近似によって断面形状を近似したレリ
ーフ構造素子を有する固体撮像素子を複数用いて、多板
式撮像装置を構成する。ここで、例えば、対象波長領域
が可視域の場合には、その可視域の範囲を狭い帯域光毎
に分割し、その分割した帯域光を対応する固体撮像素子
で受光するようにする。この場合、各固体撮像素子は、
その各画素に対応するレリーフ構造素子を、入射する帯
域光に対応するように、輪帯中心軸に沿って分割する高
さを変えて構成する。

【００３１】すなわち、可視域を対象波長領域とする場
合は、好ましくは、光の３原色（青、緑、赤）に対応し
て３つの波長域に分け、その各波長域に対応する固体撮
像素子のレリーフ構造素子を、下記の（２）式に示すよ
うに、対応する入射帯域光の中心波長λ_i（ｉ＝１，
２，３）に関して決められる高さｄ_i（ｉ＝１，２，
３）毎にレリーフ構造素子を区切り、その区切られた範
囲でレリーフ構造素子の断面形状を少なくとも２段で近
似して構成する。ここで、ｄ_iは、上記の（１）式と同
様に、レリーフ構造素子を構成する媒質の屈折率をｎ、
対象波長領域の中心波長をλ_iとして、

【数５】により決定する。なお、各帯域光の中心波長λ_i（ｉ＝
１，２，３）は、色再現性、回折効率の波長依存性の平
坦の点から、４３０ｎｍ≦λ₁≦５００ｎｍ、５１０ｎ
ｍ≦λ₂≦５８０ｎｍ、６００ｎｍ≦λ₃≦６７０ｎ
ｍ、の範囲にあれば実用上充分である。

【００３２】このような固体撮像素子を用いれば、上述
したように、多段近似されたレリーフ構造素子は回折作
用を示すので、レリーフ構造素子は回折効率の波長依存
性を示すことになる。すなわち、回折効率は、入射波長
が、レリーフ構造素子を区切る高さｄ_iを決める中心波
長λ_iから離れるに従い減少するが、中心波長λ_i近傍
の比較的狭い波長範囲に関しては高くなる。したがっ
て、各帯域光を高い回折効率で集光でき、結果として、
可視域全体に亘って高い回折効率を維持することができ
るので、各固体撮像素子において、各画素の光電変換部
への集光効率を向上させることができ、高感度の撮像が
可能となる。

【００３３】図９は、この発明の第４実施形態における
多板式撮像装置の一例の要部の構成を示すものである。
この実施形態では、撮像光学系１５を経て入射する可視
帯域光をダイクロイックプリズム１６により、それぞれ
異なる波長域を含む比較的狭い帯域光、例えば光の３原
色である赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の波長域に分割
して、各結像位置に配置した対応する固体撮像素子１７
Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂでそれぞれ撮像する。

【００３４】ここで、各固体撮像素子１７Ｒ、１７Ｇ、
１７Ｂは、上述したように、各画素に対応するレリーフ
構造素子を、上記（２）式で示した対応する入射帯域光
の中心波長λ_i（ｉ＝Ｒ，Ｇ，Ｂ）に関して決められる
高さｄ_i（ｉ＝Ｒ，Ｇ，Ｂ）毎にレリーフ構造素子を区
切り、その区切られた範囲でレリーフ構造素子の断面形
状を少なくとも２段で近似して構成する。例えば、各中
心波長をλ_R＝４５０〔ｎｍ〕、λ_G＝５３０〔ｎ
ｍ〕、λ_B＝６２０〔ｎｍ〕とし、レリーフ構造素子を
熱軟化性非感光透明樹脂を用いて形成する場合は、各レ
リーフ構造素子を区切る高さｄ_R、ｄ_G、ｄ_Bを、上記
（２）式から、ｄ_R＝７７６〔ｎｍ〕、ｄ_G＝９１４
〔ｎｍ〕、ｄ_B＝１０６９〔ｎｍ〕として、その各高さ
で区切られた領域を少なくとも２段以上で多段近似す
る。

【００３５】図１０は、図９に示す構成において、各固
体撮像素子１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂのレリーフ構造素子
を、熱軟化性非感光透明樹脂を用い、レリーフ構造素子
を区切る深さｄ_i（ｉ＝Ｒ，Ｇ，Ｂ）を、各入射帯域光
の中心波長、λ_R＝４５０〔ｎｍ〕、λ_G＝５３０〔ｎ
ｍ〕、λ_B＝６２０〔ｎｍ〕を用いて決定して、その区
切られた範囲を２段で近似して形成した場合における、
各レリーフ構造素子の１次回折効率の波長依存性を示す
ものである。

【００３６】図１０から明らかなように、各固体撮像素
子１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂは、対象となる波長域が、中
心波長近傍の比較的狭い波長範囲に制限されているの
で、高い回折効率となる。したがって、可視域全体に亘
っても、回折効率は３５％以上を維持することが可能と
なり、各画素の光電変換部の感度を向上させることがで
きる。なお、この実施形態における各固体撮像素子のレ
リーフ構造素子は、上記の第３実施形態で説明したと同
様に、フォトリソグラフィとエッチングとのプロセスを
繰り返す半導体プロセスを用いて製作することができ
る。

【００３７】

【実施例】図１１は、この発明の一実施例の要部の構成
を示すもので、図２に示した第１実施形態に対応するも
のである。この実施例では、輪帯状の光電変換部９を有
する画素を二次元的に複数配列した固体撮像素子の受光
域上に、第１の熱軟化性非感光透明樹脂（ｎ＝１．５
２）を用いて、厚さ８μｍの平坦層２１を形成し、この
平坦層２１上に、各画素に対応して第２の熱軟化性非感
光透明樹脂（ｎ＝１．５８）を用いてレリーフ構造素子
１０を形成した。レリーフ構造素子１０の輪帯中心軸１
００を含む断面は、光電変換部９の内径と外径との中心
を通り、輪帯中心軸１００から１．９８μｍ離れて等距
離にある２本の軸を各々光軸とし、各光軸毎に曲率ｒ＝
０．０６０９（ｍｍ）、面間隔 thi＝０．００４３６３
（ｍｍ）のレンズ形状を描き、各レンズ形状を輪帯中心
軸１００で分割したときに、頂点を含まない曲線同士を
輪帯中心軸１００上の点で接合した輪郭とした。したが
って、レリーフ構造素子１０の高さは、面間隔 thiより
も低くなる。さらに、上記輪郭を輪帯中心軸１００に対
して回転対称となるように、レリーフ構造素子１０を形
成した。このように、各画素に対応するレリーフ構造素
子１０を形成することにより、光電変換部９上において
入射光を輪帯状に有効に集光することができた。

【００３８】付記項１．請求項１記載の固体撮像素子において、前記レリーフ構造素子は、前記光電変換部の輪帯中心軸
に関して回転対称な曲面を有し、前記輪帯中心軸を含む
断面が、該輪帯中心軸から等距離にある２本の軸を各々
光軸として、各光軸毎に同一の凸形状を有するレンズ形
状を描き、各レンズ形状の光軸を含む断面の頂点を含む
曲線同士を、前記輪帯中心軸上の点で接合した輪郭を有
することを特徴とする固体撮像素子。２．請求項１記載の固体撮像素子において、前記レリーフ構造素子は、多段近似形状を有することを
特徴とする固体撮像素子。３．付記項２記載の固体撮像素子において、前記多段近似の一段の高さは、前記レリーフ構造素子を
構成する媒質の屈折率をｎ、入射する帯域光の中心波長
をλとするとき、

【数６】で与えられる高さｄに含まれる段の数で高さｄを割った
値であることを特徴とする固体撮像素子。４．請求項３記載の多板式撮像装置において、三つの固体撮像素子を有し、各固体撮像素子に入射する
帯域光の中心波長をλ ₁，λ₂，λ₃とするとき、４３
０ｎｍ≦λ₁≦５００ｎｍ、５１０ｎｍ≦λ₂≦５８０
ｎｍ、６００ｎｍ≦λ₃≦６７０ｎｍ、であることを特
徴とする多板式撮像装置。

【００３９】

【発明の効果】この発明による固体撮像素子によれば、
各画素に対応して、不連続点を有し、変形されたレンズ
作用により、入射光を対応する画素の輪帯状の光電変換
部に集光するレリーフ構造素子を設けたので、各画素の
不感領域への入射光成分を効率よく集光でき、したがっ
て画素の細分化による素子の小型化と高感度化とを同時
に果たすことができる。

【００４０】また、この発明による多板式撮像装置によ
れば、各画素に対応して、光電変換部の輪帯中心軸上に
不連続点を有する軸回転対称な曲面を多段近似した形状
を有し、入射光を輪帯状の光電変換部に集光するレリー
フ構造素子を有する固体撮像素子を複数用いるようにし
たので、例えば、対象波長領域が可視域の場合には、そ
の可視域の範囲を狭い帯域光毎に分割し、その分割した
帯域光に対応して、各固体撮像素子のレリーフ構造素子
を構成することにより、各帯域光の回折効率を向上で
き、結果として、可視域全体に亘って高い回折効率を維
持することができるので、各固体撮像素子において、各
画素の光電変換部への集光効率を向上させることがで
き、高感度の撮像が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明が適用可能な固体撮像素子の一例の一
画素の構成を示す断面斜視図である。

【図２】この発明の第１実施形態の要部の構成を示す図
である。

【図３】第１実施形態の２つの変形例を示す図である。

【図４】この発明の第２実施形態の要部の構成を示す図
である。

【図５】同じく、第３実施形態の要部の構成を示す図で
ある。

【図６】第３実施形態における多段近似形状のレリーフ
構造素子の２つの具体例を示す図である。

【図７】同じく、第３実施形態におけるレリーフ構造素
子の１次回折効率の波長依存性の一例を示す図である。

【図８】同じく、第３実施形態におけるレリーフ構造素
子の一例の平面図である。

【図９】この発明の第４実施形態における多板式撮像装
置の一例の要部の構成を示す図である。

【図１０】第４実施形態における各固体撮像素子の１次
回折効率の波長依存性の一例を示す図である。

【図１１】この発明の一実施例の要部の構成を示す図で
ある。

【符号の説明】

１多結晶シリコンゲート２ｐ^-基板３ｎ^-チャンネル層４正孔５ＳｉＯ₂層６ｎ⁺ソース層７ソース９光電変換部１０レリーフ構造素子１１平坦層１５撮像光学系１６ダイクロイックプリズム１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂ固体撮像素子１００輪帯中心軸１０１，１０２光軸１０３不連続点１０４，１０５レンズ１０６不連続点

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】輪帯状の光電変換部を有する画素を二次
元的に複数配列した固体撮像素子において、各画素に対応して、不連続点を有し、変形されたレンズ
作用により、入射光を対応する画素の輪帯状の光電変換
部に集光するレリーフ構造素子を設けたことを特徴とす
る固体撮像素子。
【請求項２】請求項１記載の固体撮像素子において、前記レリーフ構造素子は、前記光電変換部の輪帯中心軸
に関して回転対称な曲面を有し、前記輪帯中心軸を含む
断面が、該輪帯中心軸から等距離にある２本の軸を各々
光軸として、各光軸毎に同一の凸形状を有するレンズ形
状を描き、各レンズ形状の光軸を含む断面の頂点を含ま
ない曲線同士を、前記輪帯中心軸上の点で接合した輪郭
を有することを特徴とする固体撮像素子。
【請求項３】輪帯状の光電変換部を有する画素を二次
元的に複数配列した固体撮像素子を複数有する多板式撮
像装置であって、前記各固体撮像素子は、その各画素に対応して、入射光
を輪帯状の光電変換部に集光するレリーフ構造素子を有
し、該レリーフ構造素子は、対応する画素の前記光電変換部
の輪帯中心軸上に不連続点を有する軸回転対称な曲面を
多段近似した形状を有し、その多段近似の一段の高さ
が、前記レリーフ構造素子を構成する媒質の屈折率を
ｎ、入射する帯域光の中心波長をλ_iとするとき、【数１】で与えられる高さｄに含まれる段の数で高さｄを割った
値であることを特徴とする多板式撮像装置。