JPS63291466A - 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］ 本発明は固体撮像装置に関する。

［従来技術］ 近年、半導体集積技術の進歩に伴ない、撮像管に代わっ
て固体撮像素子が次第に広範囲に使われるようになって
きている。

固体撮像素子は、１つの基板上に微小な半導体光検出素
子を間隔をおいて多数平面配列して形成され、被写体か
らの光はこれら光検出素子に分割受光され電気量に変換
される。

［発明が解決しようとする問題点コ 上記の固体撮像素子は、集積化技術の進歩に伴なって、
個々の光検出素子の微小化、間隔の微小化が進んでいる
半面、入射光の利用率という点では依然として低いとい
う問題がある。

すなわち撮像素子面上では、トランジスタ、電極、配線
の占める割合が高く、このため面積比率で見ると光電変
換部の占める割合が通常３０％程度と低い。

本発明の主目的は、固体撮像装置における撮像素子の入
射光利用率を高めることにある。

［問題点を解決するための手段］ 多数の光検出素子を平面的に配列した撮像素子ををする
固体撮像装置において、前記撮像素子の受光面側に、入
射光を前記各光検出素子に集光させる微小レンズの群を
共通基板中に一体に平面配列形成した集光板を配置し、
前記各微小レンズは、中心から周辺に向けて屈折率が減
少する屈折率分布領域で形成し、このような微小レンズ
を隣接レンズの周辺等屈折率線が互いに接する如く音配
列した。

［作　用］ 被写体からの光は、集光板に設けられている各微小レン
ズにより、撮像素子上の各光検出素子受光面に集光され
る。

このため、従来は光検出素子間の光電変換機能を有しな
い部分を照射していた入射光も、各光検出素子受光面に
入光することになり、且つ集光板上のレンズは屈折力を
もつ部分を密接させて設けられているので、集光板に入
射する被写体からの光はほぼ１００％光検出素子に入射
することになり、入射光利用率が従来よりも３倍程度向
上する。

さらに、集光板中の微小レンズは、中心から周辺に向け
て屈折率か次第に減少する屈折率分布領域で構成し、屈
折率分布により光線屈折力を与えるようにしているので
、集光板の表面を平担としたまま隣接レンズを密接形成
することができ、レンズ数が極めて多量で、しかもレン
ズ中心間距離が極めて近接している高集積度の集光板も
、公知の被膜バターニング技術、イオン交換拡散技術等
を用いて簡単に製作することができる。

［実　施　例コ 以下本発明を図面に示した実施例に基づいて詳細に説明
する。

第１図は本発明装置の要部を示す斜視図であり、１０が
固体撮像素子、２０が集光板である。

撮像素子１０は、第２図に示すように半導体基板１１に
、光検出素子１２の多数を間隔をおいて平面的に配列形
成して成り、光検出素子１２の受光面１２Ａの総面積は
撮像素子１０の表面積に対し通常は３０％程度である。

集光板２０は、ガラス、合成樹脂等から成る両面が平担
面の透明基板２１中に、多数の微小レンズ群２２・・・
・・・を、撮像素子１０の光検出素子１２と同一配列ピ
ッチで平面的に配列形成して構成されている。

個々のレンズ２２は、等屈折率分布線を第２図（断面）
、第３図（平面）に示すように、屈折率が中心で最大で
外周に向けて半径方向に次第に減少する分布を有してい
る。

すなわち、等屈折率面が同心半球状を成している。そし
て隣接するレンズ２２．２２間は、光検出素子１２間の
非検出区域への直進透過光量が極力少なくなるよう、つ
まり入射光が無駄なく検出素子受光面へ屈折入射するよ
うに、外周近くの等屈折率線を互いに接触させてあり、
単一のレンズ２２の入射瞳開口部の形状を四辺形パター
ンとして、このパターンをたて、横方向に繰り返しであ
る。

上記の集光板２０を付設した撮像装置では、第２図及び
第４図に示すように被写体から出た光線３０は集光板２
０中のいずれかのレンズ２２部分に入射し、該レンズ内
の屈折率勾配により中心軸寄りに曲げられ、光検出素子
１２の受光面１２Ａ上に集光される。

上記のような集光板２０は、例えば透明ガラス板の表面
をイオン透過防止被膜で被覆するとともに、このマスク
膜に所定のレンズ配列ピッチで小開口を設け、この開口
を通して基板ガラスの屈折率を高め得る陽イオンをガラ
ス中のイオンとの交換により基板内に拡散させ、この拡
散処理を、隣接レンズ部分間で拡散領域外周部が相互干
渉する杖態まで行なうことにより製作することができる
。

以上に説明した図示例では単一レンズ２２の形状を四辺
形としたが、形状に特に制限はなく、例えば第５図のよ
うなパターンとすることもできる。

またレンズ境界線は直接に限らず、曲線部を含んでいて
もよい。

〔発明の効果コ 本発明によれば、被写体から固体撮像装置に向う光束は
集光板に相互に密接して設けられた屈折率分布レンズ部
分で撮像素子上の光検出素子受光面に集光され、固体撮
像装置の受光効率を従来に比べて著しく向上させる事が
できる。

これにより、撮像装置の感度を大幅に高めることができ
、相対的に暗い破写体に対しても鮮明な画像情報を得る
ことができるようになる。

以上のように本発明によれば、簡単な部品の付加のみで
固体撮像装置の性能を大幅に向上でき、また用途を拡大
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す斜視図、第２図は第１
図の要部断面図、第３図は第１図の装置の集光板の要部
平面図、第４図は第１図の装置における集光板内レンズ
による光検出素子への集光吠態を模式的に示す斜視図、
第５図は本発明の集光板に設けるレンズの平面形状の他
の例を示す平面図である。 １０・・・・・・撮像素子　１１・・・・・・半導体基
板１２・・・・・・光検出素子　１２Ａ・・・・・・受
光面２０・・・・・・集光板　２１・・・・・・透明基
板２２・・・・・・屈折率分布レンズ ３０・・・・・・被写体光

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）多数の光検出素子を平面的に配列した撮像素子を
   有する固体撮像装置において、前記撮像素子の受光面側
   に、入射光を前記各光検出素子に集光させる微小レンズ
   の群を共通基板中に一体に平面配列形成した集光板を配
   置し、前記各微小レンズは、中心から周辺に向けて屈折
   率が減少する屈折率分布領域から成り、隣接レンズの周
   辺等屈折率線が互いに接する如く密配列されていること
   を特徴とする固体撮像装置。
2. （２）特許請求の範囲第１項において、前記微小レンズ
   の外形状を四辺形とした固体撮像装置。