WO2022080168A1 - 受光装置および電子機器 - Google Patents

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WO2022080168A1
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light
pixel
photodetector
light receiving
receiving device
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友彦 馬場
晋一郎 納土
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ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
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    • H04N23/55—Optical parts specially adapted for electronic image sensors; Mounting thereof

Definitions

  • the present disclosure relates to a light receiving device and an electronic device, and particularly to a light receiving device and an electronic device capable of obtaining better image quality.
  • an image recognition system using a thin (for example, a total length of 1 mm or less) light receiving device that does not use an image sensor has been developed by using a large number of microlenses of the same size as the unit pixel of the image sensor. Has been done.
  • Patent Document 1 discloses a configuration in which two pinhole arrays are provided between a microlens array and a sensor array.
  • Patent Document 2 discloses a configuration in which one pinhole array is provided between the microlens array and the sensor array. Then, the optical axis of the microlens located in the center of the plurality of microlenses becomes perpendicular to the photosensitive surface of the sensor, and the optical axis of the microlens is at the end from the center with respect to the photosensitive surface of the corresponding sensor.
  • the image recognition system is configured with an arbitrary angle of view by being positioned so as to be gradually tilted toward the portion.
  • This disclosure has been made in view of such a situation, and is intended to enable better image quality to be obtained.
  • the light receiving device on one aspect of the present disclosure includes a semiconductor substrate in which a first photodetector and a second photodetector are arranged in at least substantially the same light receiving surface, and a first optical system for incidenting light on the first photodetector. , And an optical member provided with at least a second optical system for incident light on the second photodetector, and light is imaged on the first photodetector via the first optical system.
  • the main light rays on the object side are directed in different directions between the pixel 1 and the second pixel in which light is formed on the second photodetector via the second optical system.
  • the electronic device of one aspect of the present disclosure includes a semiconductor substrate in which a first photodetector and a second photodetector are arranged in at least substantially the same light receiving surface, and a first optical system for incidenting light on the first photodetector. , And an optical member provided with at least a second optical system for incident light on the second photodetector, and light is imaged on the first photodetector via the first optical system.
  • a light receiving device is provided in which the main light ray on the object side is directed in a different direction between the pixel 1 and the second pixel in which light is formed on the second photodetector via the second optical system.
  • light is imaged on a first pixel through which light is imaged on a first photodetector via a first optical system and on a second photodetector via a second optical system.
  • the main light rays on the object side are directed in different directions from the second pixel.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a first embodiment of an authentication device to which the present technology is applied.
  • the authentication device 11 shown in FIG. 1 is, for example, a light receiving device used for fingerprint authentication, and also includes vein authentication, iris authentication, solution authentication, lensless microscope, cell separation device, glass inspection device, semiconductor inspection device, and contact. It can also be used for a type copying machine or the like.
  • the authentication device 11 has a configuration in which a cover glass 12, an optical member 13, and a semiconductor substrate 14 are laminated in order from the object side, and a plurality of pixels 21 are arranged in a matrix.
  • the authentication device 11 is configured with an optical system so that the main ray (optical axis represented by the alternate long and short dash line) on the object side faces different directions for each pixel 21.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional structure of an authentication device 11 in a configuration example in which 13 pixels 21-1 to 21-13 are arranged in a column direction or a row direction.
  • the cover glass 12 is made of, for example, a transparent member having a d-line refractive index of 1.15 and a thickness of 45 ⁇ m, and protects the surface of the authentication device 11.
  • the optical member 13 has a structure in which the space between the cover glass 12 and the semiconductor substrate 14 is filled with a transparent material (see FIG. 2 described later) which is a medium other than air, and has a refracting surface 22, a microlens group 23, and a light-shielding portion. It constitutes an optical system consisting of 24.
  • the refracting surface 22 is configured by providing an inclined surface having a predetermined inclination angle (see FIG. 3 to be described later) for each pixel 21 in order to refract the main light ray incident on the optical member 13 for each pixel 21.
  • the microlens group 23 is provided with a lens body (see FIG. 2 to be described later) for each pixel 21 for condensing the light refracted by the refracting surface 22 for each pixel 21 and forming an image with the photodetector 25 of the semiconductor substrate 14. Is composed of.
  • the light-shielding unit 24 has a predetermined diameter (see FIG. 6 to be described later) for passing the light collected by the microlens group 23 for each pixel 21 and blocking light other than the light collected in each pixel 21.
  • a pinhole is provided for each pixel 21.
  • optics such as a bandpass filter may be located above or below the layer of the transparent body such as glass constituting the optical member 13, between the microlenses constituting the microlens group 23, or in the vicinity of the microlenses.
  • the configuration may be such that the members are arranged.
  • the semiconductor substrate 14 is provided with a photodetector 25 for each pixel 21, and constitutes a sensor light receiving surface that receives light refracted and condensed by the optical member 13 for each pixel 21.
  • a solid-state image sensor such as a CCD (Charge Coupled Device) image sensor or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor can be used for the semiconductor substrate 14.
  • the authentication device 11 configured in this way has higher light utilization efficiency and is better by using the microlens group 23 having the same size as the pixel 21 of the semiconductor substrate 14 without using the image pickup lens. High image quality can be obtained. Further, by adopting the authentication device 11, for example, it is possible to provide an image recognition system having a very thin optical length of 1 mm or less and a very thin image recognition system.
  • FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional configuration example of the optical member 13.
  • the optical member 13 is configured by laminating a transparent body 31, a transparent body 32, a lens body 33, a transparent body 34, a lens body 35, and a transparent body 36 in order from the object side.
  • the transparent body 31 is formed of a transparent member having a d-line refractive index of 1.55 and a thickness of 5 ⁇ m
  • the transparent body 32 is formed of a transparent member having a d-line refractive index of 1.9 and a thickness of 5 ⁇ m. Then, the boundary surface between the transparent body 31 and the transparent body 32 constitutes the refracting surface 22, and the main light ray incident on the optical member 13 can be refracted by the difference in refractive index in the inclined surface 41 formed on the boundary surface. ..
  • the lens body 33 is formed of a lens material having a d-line refractive index of 1.9 and a thickness of 2.2 ⁇ m
  • the transparent body 34 is formed of a transparent member having a d-line refractive index of 1.48 and a thickness of 3 ⁇ m
  • the lens body 33 is formed by d-line refraction. It is formed of a lens material having a rate of 1.9 and a thickness of 1 ⁇ m.
  • the lens body 33 is formed to have a curvature of -15 ⁇ m
  • the lens body 35 is formed to have a curvature of 15 ⁇ m, whereby the microlens group 23 is configured.
  • each pixel 21 has, for example, a transparent body 36 so as to have an optical axis perpendicular to the sensor light receiving surface of the semiconductor substrate 14 at least between the photodetector 25 and immediately before the microlens group 23.
  • the optical axis inside is configured to be orthogonal to the light receiving surface of the sensor.
  • the transparent body 36 is formed of a transparent member having a d-line refractive index of 1.55 and a thickness of 70 ⁇ m, and a light-shielding portion 24 is provided inside the transparent body 36.
  • the light-shielding portion 24 is arranged near the focal position where the light is focused by the microlens group 23.
  • the total length of the optical system is 61.2 ⁇ m.
  • the sensor light receiving surface of the semiconductor substrate 14 is provided several ⁇ m away from the light shielding portion 24, and the semiconductor layer (epi layer) having a thickness of several ⁇ m is provided from the sensor light receiving surface to the photodetector 25. Therefore, the total length of the optical system is a little over 70 ⁇ m.
  • the angle of view of the authentication device 11 will be described with reference to FIG.
  • the refraction surface 22 is provided with inclined surfaces 41-1 to 41-13.
  • the inclined surfaces 41-1 to 41-3 are formed at an inclined angle of -41.0 °.
  • the inclined surface 41-4 is formed at an inclined angle of -34.5 °.
  • the inclined surface 41-5 is formed at an inclined angle of -25.5 °.
  • the inclined surface 41-6 is formed at an inclined angle of -12.75 °.
  • the inclined surface 41-7 is formed at an inclination angle of 0 °.
  • the inclined surface 41-8 is formed at an inclined angle of 12.75 °.
  • the inclined surface 41-9 is formed at an inclined angle of 25.5 °.
  • the inclined surface 41-10 is formed at an inclined angle of 34.5 °.
  • the inclined surfaces 41-11 to 41-13 are formed at an inclined angle of 41.0 °.
  • the central axes of the lens portions 42-3 to 42-11 have pixels 21-3 to 21-11. It is located at a position that coincides with the optical axis.
  • the central axis of the lens portion 42-13 is eccentric with respect to the optical axis of the pixel 21-13 toward the outside (lower side in FIG.
  • the authentication device 11 appropriately sets the tilt angle of the tilted surfaces 41-1 to 41-13 and the arrangement (eccentricity) of the central axis of the lens portions 42-1 to 42-13 to obtain pixels.
  • An optical system can be configured such that each 21 has a different angle of view (the angle of the main ray is changed).
  • pixel 21-1 has an angle of view of -31.3 °.
  • Pixel 21-2 has an angle of view of -25.1 °.
  • Pixel 21-3 has an angle of view of -19.8 °.
  • Pixel 21-4 has an angle of view of -14.8 °.
  • Pixels 21-5 have an angle of view of ⁇ 9.9 °.
  • Pixels 21-6 have an angle of view of -4.6 °.
  • Pixels 21-7 have an angle of view of 0 °.
  • Pixels 21-8 have an angle of view of 4.6 °.
  • Pixels 21-9 have an angle of view of 9.9 °.
  • Pixels 21-10 have an angle of view of 14.8 °.
  • Pixel 21-11 has an angle of view of 19.8 °.
  • Pixels 21-12 have an angle of view of 25.1 °.
  • Pixels 21-13 have an angle of view of 31.3 °.
  • FIG. 4 shows a conceptual diagram showing the direction of the main light beam on the object side when the authentication device 11 is viewed in a plan view.
  • Each rectangle represented by the alternate long and short dash line in FIG. 4 represents the pixels 21 arranged in a matrix on the sensor light receiving surface of the authentication device 11.
  • the pixels 21 are arranged in a 13 ⁇ 13 matrix. Then, starting from the center of each pixel 21, an arrow pointing outward in the plane direction of the authentication device 11 indicates the direction of the main ray on the object side.
  • the authentication device 11 is configured with an optical system so that the main ray on the object side of each pixel 21 faces outward from the central pixel 21 of the authentication device 11.
  • the authentication device 11 of the configuration example in which 13 pixels 21 are arranged in the column direction or the row direction has been described, but in the authentication device 11, a larger number of pixels 21 are arranged. It may be configured as a new type. That is, the authentication device 11 can be configured such that an arbitrary number of pixels 21 are arranged.
  • FIG. 5 is for explaining an optical system in which each pixel 21 forms an image on one point of a certain object and functions as an image pickup device as a whole of the authentication device 11 so that an image pickup lens does not need to be used. It is a figure.
  • the Kepler optical system shown in FIG. 5 is a transparent body having a d-line refractive index of 1.55 and a thickness of 50 ⁇ m, and a lens material having a d-line refractive index of 1.9 and a thickness of 5 ⁇ m.
  • FIG. 5 there are two types of light rays, an upper ray and a lower ray centered on a ray having a main ray of 0 ° as an on-axis ray, and an upper ray and a lower ray centered on a ray having a main ray of 4.7 ° as an off-axis ray. It is illustrated.
  • the on-axis rays and the off-axis rays are imaged at a distance of 0.61 ⁇ m on the light receiving surface, whereas the image is formed at a location near the center on the drawing at a distance of 2.31 ⁇ m.
  • the authentication device 11 of the present embodiment has an axis so that one pixel 21 detects only one point of light on the object side as narrow as possible and has a configuration that does not require the use of an image pickup lens. It is necessary to block external light. Therefore, by adopting a structure in which, for example, a pinhole having a diameter of 1 ⁇ m is used to block light at the place where the light beam is formed, it is possible to block off-axis light rays after passing all the on-axis light rays.
  • the on-axis ray and the off-axis ray are separated by only 0.61 ⁇ m, and as shown in the figure, most of the on-axis ray and the off-axis ray pass through the same place. Even if a structure that shields light from light is adopted, only a slight separation effect can be obtained.
  • the authentication device 11 is configured to use a solid-state image sensor such as a CCD image sensor or a CMOS image sensor, recombination from the light-shielding means to the image plane becomes unnecessary. Therefore, by arranging the photodetector 25 immediately after the light-shielding means such as a pinhole, it becomes possible to manufacture the photodetector 25 with the same structure as the CMOS image sensor mass-produced in recent years, and it is possible to further reduce the cost.
  • a solid-state image sensor such as a CCD image sensor or a CMOS image sensor
  • the Kepler optical system as shown in FIG. 5 is used. It was necessary.
  • a photodetector is placed immediately after the pinhole placed at the first narrowed position (near the center in Fig. 5). By doing so, the same effect as this Kepler optical system can be obtained.
  • the pinhole of the light-shielding portion 24 is arranged at the position where the light is focused by the microlens group 23, and immediately after that, the photodetector 25 of the semiconductor substrate 14 is placed.
  • Adopt a structure to arrange.
  • each pixel 21 preferably satisfies will be described.
  • the angle ⁇ between the upper ray and the lower ray in the pixels 21-7 arranged at the center of the authentication device 11 satisfies the condition of the following equation (1).
  • ⁇ is the angle in the focusing direction
  • + ⁇ is the angle in the diverging direction.
  • the authentication device 11 has an image pickup function without an image pickup lens so that one pixel 21 senses only one point of light on the object side as narrow as possible. Therefore, when the upper and lower rays are opened and diverged, the light cannot be connected to one point on the object side, and information is mixed between the adjacent pixels 21. In order to avoid such a situation. , The upper limit of the angle ⁇ between the upper ray and the lower ray is determined. On the other hand, in the authentication device 11, an application in which an object is imaged in a very close distance can be considered. At this time, the vertical light angle at the time of condensing is a negative angle.
  • the ray angle with an F value of 2.0 will not be exceeded.
  • the lower limit of the angle ⁇ with the lower light ray is determined.
  • the focal length fg of the microlens group 23 satisfies the condition of the following equation (2).
  • the lower limit of the focal length fg is determined by the fact that the limit of the fine structure of the pixel 21 is about 0.6 ⁇ m pitch.
  • the upper limit of the focal length fg defines the internal structure of the authentication device 11, and is determined to distinguish it from a device such as a microscope or a telescope, for example.
  • the diameter dm of the pinhole provided in the light-shielding portion 24 arranged near the focal position of the microlens group 23 satisfies the condition of the following formula (3).
  • the basic principle of the authentication device 11 is to arrange a light-shielding portion 24 provided with a pinhole at a place where the light is focused by the microlens group 23, and select a light beam passing through each pinhole. Therefore, there is an applicable range in the diameter dm of the pinhole.
  • the lower limit of the diameter dm of the pinhole is determined to be 0.1 ⁇ m through which visible light passes because it is assumed that visible light or more is used at a wavelength.
  • the upper limit of the diameter dm of the pinhole is determined to be 2 ⁇ m required to select the light to be passed.
  • the shape of the pinhole is not limited to a circle, and for example, a shape such as a rectangle having the diameter as the length of one side may be used.
  • the authentication device 11 of the present embodiment by appropriately adopting the first to third conditions as described above, it is possible to realize performance suitable for each device.
  • FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of a second embodiment of the authentication device to which the present technology is applied.
  • the same reference numerals are given to the configurations common to the authentication device 11 in FIG. 1, and detailed description thereof will be omitted.
  • the authentication device 11A is configured by laminating a cover glass 12, an optical member 13A, and a semiconductor substrate 14 in order from the object side.
  • the cover glass 12 and the semiconductor substrate 14 have the same configuration as the authentication device 11 of FIG.
  • the optical member 13A has a configuration in which the refracting surface 22 and the light-shielding portion 24 are common to the authentication device 11 in FIG. 1, but the microlens group 23A has a different configuration. That is, the microlens group 23 in FIG. 1 has a configuration in which the lens body 33 and the lens body 35 are combined as described with reference to FIG. 2 described above.
  • the microlens group 23A is configured to be one lens body and is an optical system that collects light in the same manner as the combination of the lens body 33 and the lens body 35.
  • the authentication device 11A configured in this way can obtain better image quality as in the authentication device 11 of FIG.
  • FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of a third embodiment of the authentication device to which the present technology is applied.
  • the same reference numerals are given to the configurations common to the authentication device 11 of FIG. 1, and detailed description thereof will be omitted.
  • the authentication device 11B is configured by laminating the optical member 13B and the semiconductor substrate 14 in order from the object side.
  • the semiconductor substrate 14 has the same configuration as the authentication device 11 of FIG.
  • the authentication device 11B has a structure in which the cover glass 12 of FIG. 1 is not provided, and has a structure in which light is directly incident on the refraction surface 22B of the optical member 13B. Therefore, the authentication device 11B is configured so that the light incident on the optical member 13B is refracted by the difference in the refractive index between the air and the refractive index 22B.
  • the authentication device 11B configured in this way can obtain better image quality as in the authentication device 11 of FIG.
  • FIG. 9 is a diagram showing a configuration example of a fourth embodiment of the authentication device to which the present technology is applied.
  • the same reference numerals are given to the configurations common to the authentication device 11 in FIG. 1, and detailed description thereof will be omitted.
  • the authentication device 11C is configured by laminating a concave lens 51, an optical member 13C, and a semiconductor substrate 14 in order from the object side.
  • the semiconductor substrate 14 has the same configuration as the authentication device 11 of FIG. In FIG. 9B, seven main rays refracted by the concave lens 51 are exemplified.
  • the authentication device 11B shown in FIG. 8 has a configuration that extends from the air incident to the refracting surface 22B that directly refracts the main light beam, whereas the authentication device 11C has a continuous concave surface in its role.
  • the configuration is realized by the concave lens 51.
  • the optical member 13C is provided with a microlens group 23 and a light-shielding portion 24 for each pixel 21C, similarly to the optical member 13 in FIG.
  • the authentication device 11C may have a structure in which 400 ⁇ 533 pixels 21C are provided in an area having a length ⁇ width of 2.4 mm ⁇ 3.2 mm and a maximum radius of 2 mm, for example. can.
  • the authentication device 11C may have a configuration in which, for example, a concave lens 51 made of a transparent body having a concave surface having a radius of curvature of 4.1 mm is arranged on the pixels 21C.
  • the authentication device 11C can be provided with an image pickup function of 213,000 pixels at a maximum total angle of view of 40 °, and better image quality can be obtained as in the authentication device 11 of FIG. Can be done.
  • the authentication device 11C may employ a Fresnel lens or a hologram element having the same function instead of the concave lens 51 having the function as the refraction surface 22.
  • FIG. 10A shows a cross-sectional view and a plan view of the Fresnel lens 52 that refracts light in the same manner as the concave lens 51.
  • FIG. 10B shows a cross-sectional view and a plan view of the hologram element 53 that refracts light in the same manner as the concave lens 51.
  • Frenel lens 52 and the hologram element 53 for example, it is composed of a cylinder, a quadrangular prism, a cylinder, a part of a cylinder, etc., and functions as a refracting surface 22 by bending light by a wave optical effect.
  • An provided element (so-called metal lens) may be adopted.
  • FIG. 11 is a diagram showing a configuration example of a fifth embodiment of the authentication device to which the present technology is applied.
  • the same reference numerals are given to the configurations common to the authentication device 11 of FIG. 1, and detailed description thereof will be omitted.
  • the authentication device 11D is configured by laminating a double-sided concave lens 54, an optical member 13D, and a semiconductor substrate 14 in order from the object side.
  • the semiconductor substrate 14 has the same configuration as the authentication device 11 of FIG.
  • the concave surface on the object side is formed on a spherical surface having a radius of curvature of -9 mm
  • the concave surface on the image side is formed on a radius of curvature of 4.25 mm
  • the central thickness of the lens is 0.33 mm.
  • An air layer having an interval of 0.71 mm is provided between the double-sided concave lens 54 and the optical member 13D.
  • the authentication device 11D may be configured to have 400 ⁇ 533 pixels 21D, as in the authentication device 11C of FIG. 9, or may be provided with an arbitrary number of pixels 21D.
  • the authentication device 11D having such a configuration can obtain better image quality as in the authentication device 11 of FIG.
  • FIG. 12 shows an example of using the authentication device 11 as a fingerprint authentication system.
  • the fingerprint authentication system shown in FIG. 12 includes an authentication device 11, a personal computer 61, and a display 62.
  • the fingerprint image acquired by the authentication device 11 is image-processed by the personal computer 61 to perform authentication, and the authentication result is displayed on the display 62.
  • FIG. 13 shows an example of using the authentication device 11 as a face recognition and iris recognition system.
  • the face recognition and iris recognition system shown in FIG. 13 is composed of an authentication device 11, a personal computer 61, and a display 62.
  • the images of the face and the iris acquired by the authentication device 11 are image-processed by the personal computer 61 to perform authentication, and the authentication result is displayed on the display 62.
  • FIG. 14 shows a first configuration example of the light-shielding portion 24.
  • the light-shielding portion 24 is configured to be provided with a light-shielding wall 71 that shields light from adjacent pixels 21 and a light-shielding surface 72 on which a pinhole is formed for each pixel 21. Further, the light-shielding portion 24 has a shape such that the light-shielding wall 71 extends from the light-shielding surface 72 toward the object side.
  • the light-shielding portion 24 can be formed of a metal having a light-shielding property such as tungsten, and can avoid mixing of light incident on the other pixels 21.
  • FIG. 16 shows a second configuration example of the light-shielding portion 24.
  • the second light-shielding surface 73 having an opening corresponding to the pinhole formed in the light-shielding surface 72 is closer to the microlens group 23 than the light-shielding wall 71. It is configured to be arranged on the light-shielding wall 71. For example, in the second light-shielding surface 73, light incident along the optical axis of each pixel 21 passes through the opening, while light incident from an oblique direction and reflected by the light-shielding wall 71 is shielded. It is provided as follows. This makes it possible to avoid deterioration of image quality due to stray light as shown in FIG.
  • the light-shielding portion 24A (or the light-shielding portion 24 as well) can be provided with a fine structure for reducing the reflectance of the surface thereof.
  • a cylindrical microstructure having a height of 0.29 ⁇ m and a diameter of 0.175 ⁇ m is formed on the surfaces of the light-shielding wall 71, the light-shielding surface 72, and the second light-shielding surface 73 constituting the light-shielding portion 24A. It is preferable to arrange them in a cycle with a pitch of 0.35 ⁇ m.
  • Such a microstructure can be created, for example, by etching the surface of tungsten. This can reduce the reflectance, typically about 50%, on the surface of tungsten to about 2%.
  • the authentication device 11C can image the fingertips arranged through the cover glass in the image pickup area portion as shown in the figure.
  • the authentication device 11C is configured such that light is incident on the microlens group 23 of each pixel 21 at a specific oblique incidence according to the pixel position. Light can be refracted even if the power of the concave lens 51 is weak. As a result, the authentication device 11C can have a wider angle and can expand the image pickup area.
  • the pixel position of the pixel 21a is the center of the authentication device 11C
  • the pixels 21b, the pixel 21c, and the pixel 21d are arranged from the center toward the outer periphery
  • the pixel position of the pixel 21e is the most of the authentication device 11C. It is near the outer circumference.
  • a configuration using a Fresnel lens 52 as shown in A of FIG. 10 may be adopted instead of the concave lens 51.
  • the authentication device 11 By adopting the authentication device 11 as described above, it is possible to provide an image recognition system having a total length of 1 mm or less and having high utilization efficiency of the light and photodetector 25 in a configuration that does not use an image pickup lens.
  • the authentication device 11 can have an extremely long depth of focus (for example, 0.01 mm to ⁇ ), and can perform close-up / close-up photography that was not possible in the past.
  • the authentication device 11 does not change the focus due to vibration. Further, the authentication device 11 does not fluctuate due to temperature characteristics.
  • the authentication device 11 can be manufactured only by the semiconductor process, the manufacturing cost of the image recognition system can be reduced.
  • the image recognition system that employs the authentication device 11 can obtain an image of an object placed on the cover glass 12, and can also recognize an object in a space away from the cover glass 12. This makes it possible to provide, for example, fingerprint authentication, iris authentication, finger vein authentication, and face authentication in a single image recognition system.
  • the authentication device 11 can provide an imaging system that does not generate chromatic aberration. For example, even if a system that simultaneously detects visible light and IR light is configured, it is possible to avoid a focus difference between the two. ..
  • the authentication device 11 can configure a system for detecting IR light that cannot be used with a lens used in a normal image pickup lens at a lower cost.
  • the authentication device 11 can be widely used as a lensless microscope, and can be applied to, for example, cell selection, virus discrimination, and the like.
  • the photodetector 25 is formed on the semiconductor substrate 14 for each pixel 21.
  • the optical member 13 made of, for example, a plastic mold or a glass mold is attached to the sensor light receiving surface of the semiconductor substrate 14.
  • the cover glass 12 is attached to the surface of the optical member 13.
  • the authentication device 11 can be manufactured by individually producing the semiconductor substrate 14, the optical member 13, and the cover glass 12 and laminating them.
  • the optical member 13 is formed by individually forming and laminating a transparent body 31, a transparent body 32, a lens body 33, a transparent body 34, a lens body 35, and a transparent body 36 as shown in FIG. Can be created.
  • the optical member 13 may be created by repeating resist formation and etching treatment so that they are laminated.
  • a 0.4 ⁇ m SiO 2 layer 81 to be a hologram element 53 is formed on the surface of the optical member 13C formed from the transparent body 36 to the lens body 33.
  • the photoresist 82 is applied to the SiO 2 layer 81 to prepare the mask 83.
  • the mask 83 is formed with holes corresponding to the shape of the first stage of the hologram element 53.
  • the mask 83 is removed, and the photoresist 82 at a location corresponding to the hole formed in the mask 83 is removed.
  • etching is performed on the SiO2 layer 81 to form a recess which is the first stage of the hologram element 53.
  • the photoresist 82 is peeled off and washed.
  • the photoresist 84 is applied so as to be embedded in the recess formed in the fourth step, and the mask 85 is created.
  • the mask 85 is formed with holes corresponding to the shape of the second stage of the hologram element 53.
  • the mask 85 is removed, and the photoresist 84 at a location corresponding to the hole formed in the mask 85 is removed.
  • etching is performed on the SiO2 layer 81 to form a recess as the second stage of the hologram element 53.
  • the photoresist 84 is peeled off and washed.
  • the photoresist 86 is applied so as to be embedded in the recesses formed in the fourth and eighth steps, and the mask 87 is prepared.
  • the mask 87 is formed with holes corresponding to the shape of the third stage of the hologram element 53.
  • the hologram element 53 having a desired number of stages (4 stages in the example shown in FIG. 21) is manufactured.
  • the authentication device 11 as described above is applied to various electronic devices such as an imaging system such as a digital still camera or a digital video camera, a mobile phone having an imaging function, or another device having an imaging function. Can be done.
  • an imaging system such as a digital still camera or a digital video camera
  • a mobile phone having an imaging function or another device having an imaging function. Can be done.
  • FIG. 22 is a block diagram showing a configuration example of an image pickup device mounted on an electronic device.
  • the image pickup device 101 includes an optical system 102, an image pickup element 103, a signal processing circuit 104, a monitor 105, and a memory 106.
  • the optical system 102 is configured to have one or a plurality of lenses, and guides the image light (incident light) from the subject to the image pickup element 103 to form an image on the light receiving surface (sensor unit) of the image pickup element 103.
  • the above-mentioned authentication device 11 is applied. Electrons are accumulated in the image pickup device 103 for a certain period of time according to the image formed on the light receiving surface via the optical system 102. Then, a signal corresponding to the electrons stored in the image pickup device 103 is supplied to the signal processing circuit 104.
  • the signal processing circuit 104 performs various signal processing on the pixel signal output from the image pickup device 103.
  • the image (image data) obtained by performing signal processing by the signal processing circuit 104 is supplied to the monitor 105 and displayed, or supplied to the memory 106 and stored (recorded).
  • FIG. 23 is a diagram showing a usage example using the above-mentioned image sensor (authentication device 11).
  • the above-mentioned image sensor can be used in various cases of sensing light such as visible light, infrared light, ultraviolet light, and X-ray, as described below.
  • Devices that take images for viewing such as digital cameras and portable devices with camera functions.
  • Devices used for traffic such as in-vehicle sensors that take pictures of the rear, surroundings, and inside of vehicles, surveillance cameras that monitor traveling vehicles and roads, and distance measurement sensors that measure distance between vehicles.
  • Devices used in home appliances such as TVs, refrigerators, and air conditioners to take pictures and operate the equipment according to the gestures ⁇ Endoscopes, devices that take blood vessels by receiving infrared light, etc.
  • Equipment used for medical and healthcare ⁇ Equipment used for security such as surveillance cameras for crime prevention and cameras for person authentication ⁇ Skin measuring instruments for taking pictures of the skin and taking pictures of the scalp Equipment used for beauty such as microscopes ⁇ Equipment used for sports such as action cameras and wearable cameras for sports applications ⁇ Camera for monitoring the condition of fields and crops, etc. , Equipment used for agriculture
  • the present technology can also have the following configurations.
  • a semiconductor substrate in which the first photodetector and the second photodetector are arranged in at least substantially the same light receiving surface It comprises a first optical system for incident light on the first photodetector and an optical member provided with at least a second optical system for incident light on the second photodetector.
  • the optical members are arranged in order from the object side.
  • a refracting surface provided with an inclined surface having a predetermined inclination angle for each pixel, and A group of microlenses that form an image of light for each photodetector,
  • the light receiving device according to (1) above which is arranged in the vicinity of the focal position of the microlens group and has a light shielding portion that allows only the light focused for each pixel to pass through.
  • the refraction surface is composed of a boundary surface between transparent bodies having a predetermined refractive index.
  • the light receiving device according to (2) above wherein the light incident on the optical member is refracted by the difference in the refractive index between the transparent bodies by setting the inclination angle of the inclined surface for each pixel.
  • the microlens group is composed of a lens unit provided for each pixel.
  • the pixel has an optical axis perpendicular to the light receiving surface from the photodetector to the microlens group.
  • the light receiving device according to any one of (1) to (5) above, further comprising a cover glass arranged on the object side with respect to the optical member.
  • the light receiving device according to (6) above which has a structure in which the cover glass to the semiconductor substrate are filled with a transparent body which is a medium other than air.
  • the angle ⁇ between the upper ray and the lower ray in the pixel arranged at the center of the light receiving surface satisfies the condition of the following equation (1).
  • the focal length fg of the microlens group satisfies the condition of the following equation (2).
  • the diameter of the pinhole provided in the light-shielding portion satisfies the condition of the following formula (3).
  • (11) The light-receiving device according to (10) above, wherein the light-shielding portion has a light-shielding surface on which the pinhole is formed and a light-shielding wall that partitions adjacent pixels.
  • (12) The light-receiving device according to (11) above, wherein the light-shielding portion has a second light-shielding surface having an opening formed corresponding to the pinhole on the microlens group side of the light-shielding surface.
  • a semiconductor substrate in which the first photodetector and the second photodetector are arranged in at least substantially the same light receiving surface It comprises a first optical system for incident light on the first photodetector and an optical member provided with at least a second optical system for incident light on the second photodetector.

Abstract

本開示は、より良好な画質を得ることができるようにする受光装置および電子機器に関する。 受光装置は、第１のフォトディテクタおよび第２のフォトディテクタが少なくとも略同一の受光面内に配列された半導体基板と、第１のフォトディテクタに光を入射させる第１の光学系、および、第２のフォトディテクタに光を入射させる第２の光学系が少なくとも設けられた光学部材とを備える。そして、第１の光学系を介して第１のフォトディテクタに光が結像する第１の画素と、第２の光学系を介して第２のフォトディテクタに光が結像する第２の画素とで、物体側の主光線が異なる方向を向く。本技術は、例えば、各種の認証デバイスに適用できる。

Description

受光装置および電子機器
　本開示は、受光装置および電子機器に関し、特に、より良好な画質を得ることができるようにした受光装置および電子機器に関する。
　従来、撮像素子の単位画素と同レベルのサイズのマイクロレンズを多数使用する構成とすることで、撮像レンズを使用しない薄型（例えば、全長が１ｍｍ以下）の受光装置を用いた画像認識システムが開発されている。
　例えば、特許文献１には、マイクロレンズアレイとセンサアレイとの間に２つのピンホールアレイを施した構成が開示されている。また、特許文献２には、マイクロレンズアレイとセンサアレイとの間に１つのピンホールアレイを施した構成が開示されている。そして、複数のマイクロレンズのうちの中央に位置しているマイクロレンズの光学軸がセンサの感光表面に対して垂直になり、マイクロレンズの光学軸が対応するセンサの感光表面に対して中央から端部に向かって次第に傾くように位置合わせされ、任意の画角を持った画像認識システムを構成される。
特許第５４８８９２８号公報 特表２００７－５２０７４３号公報
　しかしながら、上述した特許文献１および２で開示されている構成では、ピンホールにより光が多方向から入射するのを制限するため、光の利用効率が低くなってしまう。また、周辺に行くに従って、スポットが歪んだ楕円になりピンホールで所望の画角の光線を選択してフォトディテクタに到達させることができなかった。このため、従来、良好な画質を得ることは困難であった。
　本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、より良好な画質を得ることができるようにするものである。
　本開示の一側面の受光装置は、第１のフォトディテクタおよび第２のフォトディテクタが少なくとも略同一の受光面内に配列された半導体基板と、前記第１のフォトディテクタに光を入射させる第１の光学系、および、前記第２のフォトディテクタに光を入射させる第２の光学系が少なくとも設けられた光学部材とを備え、前記第１の光学系を介して前記第１のフォトディテクタに光が結像する第１の画素と、前記第２の光学系を介して前記第２のフォトディテクタに光が結像する第２の画素とで、物体側の主光線が異なる方向を向く。
　本開示の一側面の電子機器は、第１のフォトディテクタおよび第２のフォトディテクタが少なくとも略同一の受光面内に配列された半導体基板と、前記第１のフォトディテクタに光を入射させる第１の光学系、および、前記第２のフォトディテクタに光を入射させる第２の光学系が少なくとも設けられた光学部材とを備え、前記第１の光学系を介して前記第１のフォトディテクタに光が結像する第１の画素と、前記第２の光学系を介して前記第２のフォトディテクタに光が結像する第２の画素とで、物体側の主光線が異なる方向を向く受光装置を備える。
　本開示の一側面においては、第１の光学系を介して第１のフォトディテクタに光が結像する第１の画素と、第２の光学系を介して第２のフォトディテクタに光が結像する第２の画素とで、物体側の主光線が異なる方向に向けられる。
本技術を適用した認証デバイスの第１の実施の形態の構成例を示す図である。 光学部材の断面的な構成例を示す図である。 認証デバイスの画角について説明する図である。 平面視における物体側の主光線の向きを示す図である。 ケプラー光学系について説明する図である。 光学系の第１乃至第３の条件について説明する図である。 認証デバイスの第２の実施の形態の構成例を示す図である。 認証デバイスの第３の実施の形態の構成例を示す図である。 認証デバイスの第４の実施の形態の構成例を示す図である。 フレネルレンズおよびホログラム素子の一例を示す図である。 認証デバイスの第５の実施の形態の構成例を示す図である。 指紋認証システムとしての使用例を示す図である。 顔認証および虹彩認証システムとしての使用例を示す図である。 遮光部の第１の構成例を示す図である。 遮光部の第１の構成例を示す図である。 遮光部の第２の構成例を示す図である。 遮光部の第２の構成例を示す図である。 表面微細構造について説明する図である。 指紋センサの構成例について説明する図である。 認証デバイスの製造方法について説明する図である。 ホログラム素子の製造方法について説明する図である。 撮像装置の構成例を示すブロック図である。 イメージセンサを使用する使用例を示す図である。
　以下、本技術を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
　＜認証デバイスの第１の構成例＞
　図１は、本技術を適用した認証デバイスの第１の実施の形態の構成例を示す図である。
　図１に示す認証デバイス１１は、例えば、指紋認証に用いられる受光装置であり、その他、静脈認証や、虹彩認証、解認証、レンズレス顕微鏡、細胞分離装置、ガラス検査装置、半導体検査装置、接触型複写機などにも用いることができる。
　認証デバイス１１は、物体側から順に、カバーガラス１２、光学部材１３、および半導体基板１４が積層され、複数の画素２１が行列状に配置された構成となっている。そして、認証デバイス１１は、画素２１ごとに、物体側の主光線（一点鎖線で表す光軸）が異なる方向を向くように光学系が構成されている。図１には、１３個の画素２１－１乃至２１－１３が、列方向または行方向に並んだ構成例の認証デバイス１１の断面的な構造が示されている。
　カバーガラス１２は、例えば、ｄ線屈折率1.15で厚み45μｍの透明な部材からなり、認証デバイス１１の表面を保護する。
　光学部材１３は、カバーガラス１２および半導体基板１４の間を、空気以外の媒質である透明体（後述する図２参照）で埋めるような構造で、屈折面２２、マイクロレンズ群２３、および遮光部２４からなる光学系を構成する。
　屈折面２２は、光学部材１３に入射した主光線を画素２１ごとに屈折させるために、所定の傾斜角度の傾斜面（後述する図３参照）が画素２１ごとに設けられて構成される。マイクロレンズ群２３は、屈折面２２によって屈折された光を画素２１ごとに集光し、半導体基板１４のフォトディテクタ２５で結像するためのレンズ体（後述する図２参照）が画素２１ごとに設けられて構成される。遮光部２４は、マイクロレンズ群２３によって集光された光を画素２１ごとに通過させ、それぞれの画素２１において集光された光以外を遮光するための所定の直径（後述する図６参照）のピンホールが画素２１ごとに設けられて構成される。
　なお、光学部材１３を構成するガラスなどの透明体の層の上側または下側、マイクロレンズ群２３を構成するマイクロレンズどうしの間、または、それらのマイクロレンズの近傍に、バンドパスフィルターなどの光学部材が配置された構成としてもよい。
　半導体基板１４には、画素２１ごとにフォトディテクタ２５が設けられており、光学部材１３によって画素２１ごとに屈折および集光された光を受光するセンサ受光面を構成する。例えば、半導体基板１４には、CCD（Charge Coupled Device）イメージセンサやCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサなどの固体撮像素子を利用することができる。
　このように構成される認証デバイス１１は、撮像レンズを使用することなく、半導体基板１４の画素２１と同レベルのサイズのマイクロレンズ群２３を使用することで、光の利用効率が高く、より良好な画質を得ることができる。また、認証デバイス１１を採用することで、例えば、光学長が１ｍｍ以下と非常に薄い高画質の画像認識システムを提供することができる。
　図２は、光学部材１３の断面的な構成例を示す図である。
　図２に示すように、光学部材１３は、物体側から順に、透明体３１、透明体３２、レンズ体３３、透明体３４、レンズ体３５、および透明体３６が積層されて構成される。
　透明体３１は、ｄ線屈折率1.55で厚み5μｍの透明な部材によって形成され、透明体３２は、ｄ線屈折率1.9で厚み5μｍの透明な部材によって形成される。そして、透明体３１および透明体３２の境界面が屈折面２２を構成し、その境界面に形成される傾斜面４１における屈折率差によって、光学部材１３に入射した主光線を屈折させることができる。
　レンズ体３３は、ｄ線屈折率1.9で厚み2.2μｍのレンズ材によって形成され、透明体３４は、ｄ線屈折率1.48で厚み３μｍの透明な部材によって形成され、レンズ体３３は、ｄ線屈折率1.9で厚み１μｍのレンズ材によって形成される。そして、レンズ体３３を曲率-15μｍに形成し、レンズ体３５を曲率15μｍに形成することによって、マイクロレンズ群２３が構成される。従って、物体側より入射した光線は、レンズ体３３およびレンズ体３５のレンズ効果により、フォトディテクタ２５で結像する。また、個々の画素２１は、少なくともフォトディテクタ２５からマイクロレンズ群２３の直前までの間において、半導体基板１４のセンサ受光面に対して垂直方向となる光軸を有するように、例えば、透明体３６の内部における光軸がセンサ受光面に直交するように構成される。
　透明体３６は、ｄ線屈折率1.55で厚み70μｍの透明な部材によって形成され、透明体３６の内部に遮光部２４が設けられている。
　遮光部２４は、マイクロレンズ群２３によって光が集光される焦点位置の近傍に配置される。例えば、遮光部２４の真下に、半導体基板１４のセンサ受光面が設けられる構成では、光学系の全長は、61.2μｍとなる。実際には、遮光部２４から数μｍ離れて半導体基板１４のセンサ受光面が設けられる構成となり、また、センサ受光面からフォトディテクタ２５まで厚み数μｍの半導体層（エピ層）が設けられる構成となるため、光学系の全長は７０μｍ強となる。
　図３を参照して、認証デバイス１１の画角について説明する。
　図示するように、認証デバイス１１が１３個の画素２１－１乃至２１－１３を備えた構成において、屈折面２２には、傾斜面４１－１乃至４１－１３が設けられる。傾斜面４１－１乃至４１－３は、傾斜角度-41.0°に形成される。傾斜面４１－４は、傾斜角度-34.5°に形成される。傾斜面４１－５は、傾斜角度-25.5°に形成される。傾斜面４１－６は、傾斜角度-12.75°に形成される。傾斜面４１－７は、傾斜角度０°に形成される。傾斜面４１－８は、傾斜角度12.75°に形成される。傾斜面４１－９は、傾斜角度25.5°に形成される。傾斜面４１－１０は、傾斜角度34.5°に形成される。傾斜面４１－１１乃至４１－１３は、傾斜角度41.0°に形成される。
　ここで、レンズ体３３を構成する１３個のレンズ部４２－１乃至４２－１３のうち、レンズ部４２－３乃至４２－１１は、それぞれの中心軸が、画素２１－３乃至２１－１１の光軸と一致する位置に配置されている。
　一方、レンズ部４２－１は、その中心軸が、画素２１－１の光軸に対して、センサ受光面の平面方向に沿って外側（図３の上側）へ偏心量4.8μｍで偏心した位置に配置されている。また、レンズ部４２－２は、その中心軸が、画素２１－２の光軸に対して、センサ受光面の平面方向に沿って外側（図３の上側）へ偏心量2.4μｍで偏心した位置に配置されている。同様に、レンズ部４２－１３は、その中心軸が、画素２１－１３の光軸に対して、センサ受光面の平面方向に沿って外側（図３の下側）へ偏心量4.8μｍで偏心した位置に配置されている。また、レンズ部４２－１２は、その中心軸が、画素２１－１２の光軸に対して、センサ受光面の平面方向に沿って外側（図３の下側）へ偏心量2.4μｍで偏心した位置に配置されている。
　このように、認証デバイス１１は、傾斜面４１－１乃至４１－１３の傾斜角度と、レンズ部４２－１乃至４２－１３の中心軸の配置（偏心）とを適切に設定することで、画素２１ごとに異なる画角を向くような（主光線の角度が変更される）光学系を構成することができる。
　例えば、画素２１－１は画角-31.3°となる。画素２１－２は画角-25.1°となる。画素２１－３は画角-19.8°となる。画素２１－４は画角-14.8°となる。画素２１－５は画角-9.9°となる。画素２１－６は画角-4.6°となる。画素２１－７は画角０°となる。画素２１－８は画角4.6°となる。画素２１－９は画角9.9°となる。画素２１－１０は画角14.8°となる。画素２１－１１は画角19.8°となる。画素２１－１２は画角25.1°となる。画素２１－１３は画角31.3°となる。
　図４には、認証デバイス１１を平面視したときの物体側の主光線の向きを表わした概念図が示されている。
　図４において二点鎖線で表わされている個々の矩形が、認証デバイス１１のセンサ受光面に行列状に配置された画素２１を表わしている。図示する例では、１３×１３の行列状に画素２１が配置されている。そして、それぞれの画素２１の中心を始点として、認証デバイス１１の平面方向の外側に向かう矢印が、物体側の主光線の向きを表わしている。
　このように、認証デバイス１１は、画素２１ごとの物体側の主光線が、認証デバイス１１の中央の画素２１から外側を向くように、光学系が構成されている。
　なお、図１乃至図４では、列方向または行方向に１３個の画素２１が配置された構成例の認証デバイス１１について説明を行ったが、認証デバイス１１は、さらに多数の画素２１が配置された構成としてもよい。即ち、認証デバイス１１は、任意の個数の画素２１が配置された構成とすることができる。
　＜認証デバイスの光学系の原理＞
　図５および図６を参照して、認証デバイス１１の光学系の原理について説明する。
　図５は、個々の画素２１が、ある物体の１点に結像して、認証デバイス１１全体として撮像デバイスとして機能し、撮像レンズを使用する必要のない構成となる光学系について説明するための図である。
　図５に示されているケプラー光学系は、物体側から順に、ｄ線屈折率1.55で50μｍの透明体、ｄ線屈折率1.9で5μｍ厚のレンズ材でレンズの曲率が-15μｍ、ｄ線屈折率1.48で3μｍ厚の透明体、ｄ線屈折率1.9で1μｍ厚のレンズ材でレンズの曲率が15μｍ、ｄ線屈折率1.55で70μｍの透明体、ｄ線屈折率1.9で1μｍ厚のレンズ材でレンズの曲率が-7μｍ、ｄ線屈折率1.48で2μｍ厚の透明体、ｄ線屈折率1.9で1μｍ厚のレンズ材でレンズの曲率が7μｍ、およびｄ線屈折率1.55で17μｍの透明体で構成され、さらに像側にセンサ受光面が配置されている。
　図５には、軸上光線で主光線０°の光線を中心に上光線および下光線と、軸外光線で主光線4.7°の光線を中心に上光線および下光線との２種類の光線が図示されている。ここで、軸上光線および軸外光線は、受光面上で0.61μｍ離れて結像するのに対し、図面上の中心近辺で結像する個所では、2.31μｍ離れて結像することになる。
　本実施の形態の認証デバイス１１は、１つの画素２１が、できるだけ狭い物体側の１点の光のみを検知するようにし、撮像レンズを使用する必要のない構成を有するようにするために、軸外光線を遮光する必要がある。そのため、光線が結像する個所で、例えば、直径１μｍのピンホールで遮光する構造とすることで、軸上光線をすべて通した上で、軸外光線を遮光することが可能となる。一方、受光面近辺では、軸上光線と軸外光線が0.61μｍしか離れていない上、図示するように、軸上光線と軸外光線の大半が同じ個所を通ることになるため、受光面近辺で遮光する構造を採用したとしても、わずかな分離効果しか得ることができない。
　さらに、認証デバイス１１は、CCDイメージセンサやCMOSイメージセンサなどの固体撮像素子を使用する構成とすることで、遮光手段から像面に至る再結合は不必要となる。このため、ピンホールなどの遮光手段の直後にフォトディテクタ２５を配置することで、近年量産中のCMOSイメージセンサと同様の構造で製造することが可能となり、より低コスト化を図ることができる。
　ここで、撮像素子の真上の１点のみが見える光学系の実現には、例えば、フィルムカメラや撮像管などを利用した時代におけるアナログ技術では、図５に示したようなケプラー光学系が、必要であった。これに対し、CCDイメージセンサやCMOSイメージセンサなどの固体撮像素子を利用する時代におけるデジタル技術では、最初に絞られた位置（図５の中央近辺）に配置されるピンホールの直後にフォトディテクタを配置することで、このケプラー光学系と同様の効果を得ることができる。
　即ち、図６に示すように、認証デバイス１１の光学系は、マイクロレンズ群２３によって光が絞られた位置に遮光部２４のピンホールを配置し、その直後に、半導体基板１４のフォトディテクタ２５を配置する構造を採用する。
　ここで、図６に示す画素２１－７を参照して、個々の画素２１が満たすことが好ましい光学系の第１乃至第３の条件について説明する。
　第１に、認証デバイス１１の中心に配置される画素２１－７における上光線と下光線との角度θは、次の式（１）の条件を満たすことが好ましい。ここで、図示するように、－θが集光方向の角度であり、＋θが発散方向の角度である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　例えば、認証デバイス１１では、１つの画素２１がなるべく狭い物体側１点の光のみを感知するようにして、撮像レンズレスの撮像機能を有することが望ましい。そこで、上下光線が開き発散した場合には、物体側１点に光を結ぶことができずに、隣接する画素２１どうしで情報が混入する状況となってしまい、このような状況を回避するため、上光線と下光線との角度θの上限が決定される。一方で、認証デバイス１１では、物体を非常に近接させて撮像する用途も考えられる。このとき、集光時の上下光線角度は、負の角度になる。このように受光面側より、光路が長くなること、および、パワーの強いマイクロレンズの製造上の難しさを考慮すると、Ｆ値2.0の光線角度を超えることはないと考えられるため、上光線と下光線との角度θの下限が決定される。
　そこで、上述の式（１）に示すような上限および下限を設けた第１の条件が必要となる。
　第２に、マイクロレンズ群２３の焦点距離ｆｇは、次の式（２）の条件を満たすことが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　例えば、焦点距離ｆｇの下限は、画素２１の微細構造の限界が0.6μｍピッチ程度であることより決定される。一方、焦点距離ｆｇの上限は、認証デバイス１１の内部構造を規定しており、例えば、顕微鏡や望遠鏡などのデバイスと区別するために決定される。
　第３に、マイクロレンズ群２３の焦点位置の近傍に配置される遮光部２４に設けられるピンホールの直径ｄｍは、次の式（３）の条件を満たすことが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　例えば、認証デバイス１１は、マイクロレンズ群２３によって光が絞られた個所に、ピンホールを設けた遮光部２４を配置し、それぞれのピンホールを通過する光線を選択することが基本原理である。そのため、ピンホールの直径ｄｍに適用範囲が存在する。例えば、ピンホールの直径ｄｍの下限は、可視光以上を波長での利用を想定していることより、可視光が通る0.1μｍに決定される。一方、ピンホールの直径ｄｍの上限は、通過させる光を選択するのに必要な２μｍに決定される。なお、ピンホールの形状は円形に限られることなく、例えば、上述した直径を一辺の長さとした矩形などの形状を用いてもよい。
　本実施の形態の認証デバイス１１では、以上のような第１乃至第３の条件を適宜採用することで、個々の装置に好適な性能を実現することができる。
　＜認証デバイスの第２の構成例＞
　図７は、本技術を適用した認証デバイスの第２の実施の形態の構成例を示す図である。なお、図７に示す認証デバイス１１Ａにおいて、図１の認証デバイス１１と共通する構成については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
　図７に示すように、認証デバイス１１Ａは、物体側から順に、カバーガラス１２、光学部材１３Ａ、および半導体基板１４が積層されて構成される。カバーガラス１２および半導体基板１４は、図１の認証デバイス１１と共通する構成となっている。
　光学部材１３Ａは、屈折面２２および遮光部２４が図１の認証デバイス１１と共通する構成となっている一方で、マイクロレンズ群２３Ａが異なる構成となっている。即ち、図１のマイクロレンズ群２３は、上述の図２を参照して説明したように、レンズ体３３およびレンズ体３５が組み合わされた構成となっていた。
　これに対し、マイクロレンズ群２３Ａは、１つのレンズ体で、レンズ体３３およびレンズ体３５の組み合わせと同等に光を集光する光学系となるように構成されている。
　このように構成される認証デバイス１１Ａは、図１の認証デバイス１１と同様に、より良好な画質を得ることができる。
　＜認証デバイスの第３の構成例＞
　図８は、本技術を適用した認証デバイスの第３の実施の形態の構成例を示す図である。なお、図８に示す認証デバイス１１Ｂにおいて、図１の認証デバイス１１と共通する構成については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
　図８に示すように、認証デバイス１１Ｂは、物体側から順に、光学部材１３Ｂ、および半導体基板１４が積層されて構成される。半導体基板１４は、図１の認証デバイス１１と共通する構成となっている。
　即ち、認証デバイス１１Ｂは、図１のカバーガラス１２が設けられない構成となっており、光学部材１３Ｂの屈折面２２Ｂに直接的に光が入射するような構造となっている。従って、認証デバイス１１Ｂでは、空気と屈折面２２Ｂとの屈折率差によって、光学部材１３Ｂに入射する光が屈折するように構成される。
　このように構成される認証デバイス１１Ｂは、図１の認証デバイス１１と同様に、より良好な画質を得ることができる。
　＜認証デバイスの第４の構成例＞
　図９は、本技術を適用した認証デバイスの第４の実施の形態の構成例を示す図である。なお、図９に示す認証デバイス１１Ｃにおいて、図１の認証デバイス１１と共通する構成については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
　図９に示すように、認証デバイス１１Ｃは、物体側から順に、凹レンズ５１、光学部材１３Ｃ、および半導体基板１４が積層されて構成される。半導体基板１４は、図１の認証デバイス１１と共通する構成となっている。図９のＢには、凹レンズ５１によって屈折される７本の主光線が例示されている。
　図８に示した認証デバイス１１Ｂは、空気入射から直接、主光線を屈折させる役割の屈折面２２Ｂに至る構成となっていたのに対し、認証デバイス１１Ｃは、その役割が連続的な凹面を有する凹レンズ５１によって実現される構成となっている。また、光学部材１３Ｃは、図１の光学部材１３と同様に、画素２１Ｃごとにマイクロレンズ群２３および遮光部２４を備えている。
　認証デバイス１１Ｃは、例えば、縦×横が2.4ｍｍ×3.2ｍｍであって、かつ、最大半径が２ｍｍである領域の中に、400個×533個の画素２１Ｃが設けられた構造とすることができる。そして、認証デバイス１１Ｃは、それらの画素２１Ｃの上に、例えば、曲率半径4.1mmの凹面を有する透明体からなる凹レンズ５１が配置された構成とすることができる。
　このような構成とすることで、認証デバイス１１Ｃは、最大全画角４０°で21.3万画素の撮像機能を備えることができ、図１の認証デバイス１１と同様に、より良好な画質を得ることができる。
　なお、認証デバイス１１Ｃは、屈折面２２としての機能を備える凹レンズ５１に代えて、同様の機能を備えるフレネルレンズやホログラム素子を採用してもよい。
　図１０のＡには、凹レンズ５１と同様に光を屈折させるフレネルレンズ５２の断面図および平面図が示されている。
　図１０のＢには、凹レンズ５１と同様に光を屈折させるホログラム素子５３の断面図および平面図が示されている。
　その他、フレネルレンズ５２やホログラム素子５３以外にも、例えば、円柱や、四角柱、円筒、円筒の一部などで構成され、波動光学的効果で光を曲げることで、屈折面２２としての機能を備える素子（いわゆるメタレンズ）を採用してもよい。
　＜認証デバイスの第５の構成例＞
　図１１は、本技術を適用した認証デバイスの第５の実施の形態の構成例を示す図である。なお、図１１に示す認証デバイス１１Ｄにおいて、図１の認証デバイス１１と共通する構成については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
　図１１に示すように、認証デバイス１１Ｄは、物体側から順に、両面凹レンズ５４、光学部材１３Ｄ、および半導体基板１４が積層されて構成される。半導体基板１４は、図１の認証デバイス１１と共通する構成となっている。
　両面凹レンズ５４は、例えば、物体側の凹面が曲率半径-9ｍｍの球面に形成され、像側の凹面が曲率半径4.25ｍｍに形成され、レンズの中心厚み0.33ｍｍの構成となっている。両面凹レンズ５４および光学部材１３Ｄの間には、間隔0.71ｍｍの空気層が設けられる。
　図１１のＢには、両面凹レンズ５４により屈折される７本の主光線が例示されており、外側から順にそれぞれ、画角23.9°、画角18.8°、画角14.5°、画角10.6°、画角6.9°、および画角3.4°となり、中心で画角０°となるように設計されている。また、認証デバイス１１Ｄは、図９の認証デバイス１１Ｃと同様に、400個×533個の画素２１Ｄを設ける構成とすることができる他、任意の個数の画素２１Ｄを設けてもよい。
　このような構成の認証デバイス１１Ｄは、図１の認証デバイス１１と同様に、より良好な画質を得ることができる。
　＜認証デバイスの使用例＞
　図１２および図１３を参照して、認証デバイス１１の使用例について説明する。
　図１２には、認証デバイス１１を指紋認証システムとして使用した使用例が示されている。
　図１２に示されている指紋認証システムは、認証デバイス１１、パーソナルコンピュータ６１、およびディスプレイ６２により構成されている。例えば、認証デバイス１１によって取得された指紋の画像が、パーソナルコンピュータ６１において画像処理されることにより認証が行われ、その認証結果がディスプレイ６２に表示される。
　図１３は、認証デバイス１１を顔認証および虹彩認証システムとして使用した使用例が示されている。
　図１３に示されている顔認証および虹彩認証システムは、認証デバイス１１、パーソナルコンピュータ６１、およびディスプレイ６２により構成されている。例えば、認証デバイス１１によって取得された顔および虹彩の画像が、パーソナルコンピュータ６１において画像処理されることにより認証が行われ、その認証結果がディスプレイ６２に表示される。
　＜遮光部の構成例＞
　図１４乃至図１８を参照して、遮光部２４の構成例について説明する。
　図１４には、遮光部２４の第１の構成例が示されている。
　図１４に示すように、遮光部２４は、隣接する画素２１どうしを仕切るように遮光する遮光壁７１、および、画素２１ごとにピンホールが形成される遮光面７２が設けられて構成される。また、遮光部２４は、遮光面７２から物体側に向かって遮光壁７１が延在するような形状となっている。例えば、遮光部２４は、タングステンなどの遮光性を備えた金属により形成することができ、他の画素２１に入射した光の混入を回避することができる。
　ところで、このような構成の遮光部２４において、図１５に示すように、斜め方向からの光が遮光壁７１において反射して迷光となる結果、画質劣化の起因となることが懸念される。
　図１６には、遮光部２４の第２の構成例が示されている。
　図１６に示すように、遮光部２４Ａは、遮光面７２に形成されたピンホールに対応して開口部が形成された第２の遮光面７３が、遮光壁７１よりもマイクロレンズ群２３側の遮光壁７１に配置された構成となっている。例えば、第２の遮光面７３は、画素２１ごとに光軸に沿って入射する光が開口部を介して通過する一方で、斜め方向から入射して遮光壁７１で反射する光が遮光されるように設けられる。これにより、図１５に示したような迷光による画質劣化を回避することができる。
　ところで、このような構成の遮光部２４Ａにおいて、図１７に示すように、斜め方向からの光が第２の遮光面７３の開口部を通過して遮光面７２で反射した場合、多重反射によって迷光が発生することが懸念される。
　そこで、遮光部２４Ａ（または、遮光部２４も同様に）は、その表面の反射率を低減させるための微細構造を設けることができる。
　例えば、遮光部２４Ａを構成する遮光壁７１、遮光面７２、および第２の遮光面７３の表面に、図１８に示すように、高さ0.29μｍおよび直径0.175μｍの円柱形状の微細構造を、ピッチ0.35μｍの周期で配置することが好ましい。このような微細構造は、例えば、タングステン表面に対してエッチングを施すことにより作成することができる。これにより、通常、タングステンの表面における約５０％の反射率を、約２％に低減させることができる。
　このような微細構造を設けることによって、図１７に示したような多重反射によって発生する迷光を抑制することができる。
　＜指紋センサの構成例＞
　図１９を参照して、上述の図９に示した認証デバイス１１Ｃを指紋センサに適用した構成例について説明する。
　図１９のＡに示すように、認証デバイス１１Ｃは、カバーガラス越しに配置される指先を、図示するような撮像エリア部で撮像することができる。
　図１９のＢに示すように、認証デバイス１１Ｃは、個々の画素２１が有するマイクロレンズ群２３に対して、画素位置に応じて特定の斜入射で光が入射するような構成とすることにより、凹レンズ５１のパワーが弱くても光を屈折させることができる。これにより、認証デバイス１１Ｃは、より広角化を図ることができ、撮像エリア部を拡大することが可能となる。
　例えば、画素２１ごとに、それぞれの画素位置に応じてマイクロレンズ群２３と遮光部２４のピンホールの軸とをずらすことにより、特定の斜入射で光が入射するような構成を実現することができる。例えば、画素２１ａの画素位置は、認証デバイス１１Ｃの中心となっており、画素２１ｂ、画素２１ｃ、および画素２１ｄと中心から外周に向かって配置され、画素２１ｅの画素位置は、認証デバイス１１Ｃの最外周付近となっている。
　なお、この指紋センサにおいて、凹レンズ５１に替えて、上述の図１０のＡに示したようなフレネルレンズ５２を使用した構成を採用してもよい。
　以上のような認証デバイス１１を採用することで、全長が１ｍｍ以下であって、撮像レンズを使用しない構成において、光およびフォトディテクタ２５の利用効率が高い画像認識システムを提供することができる。例えば、認証デバイス１１は、従来よりも極端に長い焦点深度（例えば、0.01mm～∞）とすることができ、従来では実現できなかった接写・近接撮影を行うことが可能となる。
　また、通常は、オートフォーカスが必要な領域で振動によって焦点が変化してしまうことが懸念されるのに対し、認証デバイス１１は、振動によって焦点が変化するようなことは発生しない。また、認証デバイス１１は、温度特性による変動もない。
　認証デバイス１１は、半導体工程のみで製造することができるので、画像認識システムの製造コストの低減を図ることができる。
　認証デバイス１１を採用した画像認識システムは、カバーガラス１２の上に載置した物体の像を得ることができるとともに、カバーガラス１２から離れた空間にある物体も認識することができる。これにより、例えば、指紋認証、虹彩認証、静脈認証、および顔認証を単一の画像認識システムで提供することが可能となる。
　認証デバイス１１は、色収差が出ない撮像システムを提供することができ、例えば、可視光とＩＲ光を同時に検出するシステムを構成しても、両者にフォーカス差が発生することを回避することができる。認証デバイス１１は、通常の撮像レンズで使われるレンズが使えないようなＩＲ光を検出するシステムを、より低コストで構成することができる。認証デバイス１１は、レンズレス顕微鏡として広く使うことが可能であり、例えば、細胞の選り分けや、ウイルスの判別などに応用することができる。
　＜認証デバイスの製造方法＞
　図２０を参照して、認証デバイス１１の製造方法について説明する。
　第１の工程において、画素２１ごとに、半導体基板１４にフォトディテクタ２５を形成する。
　第２の工程において、半導体基板１４のセンサ受光面に対して、例えば、プラスチックモールドやガラスモールドなどにより作成された光学部材１３を張り合わせる。
　第３の工程において、光学部材１３の表面に対して、カバーガラス１２を張り合わせる。
　このように、認証デバイス１１は、半導体基板１４、光学部材１３、およびカバーガラス１２を個々に作成して、それらを張り合わせることにより製造することができる。
　なお、光学部材１３は、上述の図２に示したような透明体３１、透明体３２、レンズ体３３、透明体３４、レンズ体３５、および透明体３６を個別に形成して張り合わせることで作成することができる。または、それらが積層されるようにレジスト形成やエッチング処理を繰り返して行うことで、光学部材１３を作成してもよい。
　＜ホログラム素子の製造方法＞
　図２１を参照して、上述の図１０のＢに示したホログラム素子５３の製造方法について説明する。
　第１の工程において、透明体３６からレンズ体３３まで形成された光学部材１３Ｃの表面に、例えば、ホログラム素子５３となる0.4μｍのSiO2層８１を形成する。
　第２の工程において、SiO2層８１に対してフォトレジスト８２を塗布し、マスク８３を作成する。マスク８３には、ホログラム素子５３の１段目の形状に対応する穴が形成されている。
　第３の工程において、露光および現像を行った後、マスク８３を除去し、マスク８３に形成されていた穴に応じた個所のフォトレジスト８２を除去する。
　第４の工程において、SiO2層８１に対するエッチングを行って、ホログラム素子５３の１段目となる凹部を形成する。
　第５の工程において、フォトレジスト８２を剥離し、洗浄を行う。
　第６の工程において、第４の工程で形成された凹部に埋め込まれるようにフォトレジスト８４を塗布し、マスク８５を作成する。マスク８５には、ホログラム素子５３の２段目の形状に対応する穴が形成されている。
　第７の工程において、露光および現像を行った後、マスク８５を除去し、マスク８５に形成されていた穴に応じた個所のフォトレジスト８４を除去する。
　第８の工程において、SiO2層８１に対するエッチングを行って、ホログラム素子５３の２段目となる凹部を形成する。
　第９の工程において、フォトレジスト８４を剥離し、洗浄を行う。
　第１０の工程において、第４および第８の工程で形成された凹部に埋め込まれるようにフォトレジスト８６を塗布し、マスク８７を作成する。マスク８７には、ホログラム素子５３の３段目の形状に対応する穴が形成されている。
　以下同様に、ホログラム素子５３に設けられる段数に従って、同様の処理が繰り返して行われる。
　これにより、所望の段数（図２１に示す例では、４段）のホログラム素子５３が製造される。
　＜電子機器の構成例＞
　上述したような認証デバイス１１は、例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像システム、撮像機能を備えた携帯電話機、または、撮像機能を備えた他の機器といった各種の電子機器に適用することができる。
　図２２は、電子機器に搭載される撮像装置の構成例を示すブロック図である。
　図２２に示すように、撮像装置１０１は、光学系１０２、撮像素子１０３、信号処理回路１０４、モニタ１０５、およびメモリ１０６を備えて構成される。
　光学系１０２は、１枚または複数枚のレンズを有して構成され、被写体からの像光（入射光）を撮像素子１０３に導き、撮像素子１０３の受光面（センサ部）に結像させる。
　撮像素子１０３としては、上述した認証デバイス１１が適用される。撮像素子１０３には、光学系１０２を介して受光面に結像される像に応じて、一定期間、電子が蓄積される。そして、撮像素子１０３に蓄積された電子に応じた信号が信号処理回路１０４に供給される。
　信号処理回路１０４は、撮像素子１０３から出力された画素信号に対して各種の信号処理を施す。信号処理回路１０４が信号処理を施すことにより得られた画像（画像データ）は、モニタ１０５に供給されて表示されたり、メモリ１０６に供給されて記憶（記録）されたりする。
　このように構成されている撮像装置１０１では、上述した認証デバイス１１を適用することで、例えば、より良好な画質を得ることができる。
　＜イメージセンサの使用例＞
　図２３は、上述のイメージセンサ（認証デバイス１１）を使用する使用例を示す図である。
　上述したイメージセンサは、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、X線等の光をセンシングする様々なケースに使用することができる。
　・ディジタルカメラや、カメラ機能付きの携帯機器等の、鑑賞の用に供される画像を撮影する装置
　・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
　・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
　・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
　・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
　・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
　・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
　・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
　＜構成の組み合わせ例＞
　なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
　第１のフォトディテクタおよび第２のフォトディテクタが少なくとも略同一の受光面内に配列された半導体基板と、
　前記第１のフォトディテクタに光を入射させる第１の光学系、および、前記第２のフォトディテクタに光を入射させる第２の光学系が少なくとも設けられた光学部材と
　を備え、
　前記第１の光学系を介して前記第１のフォトディテクタに光が結像する第１の画素と、前記第２の光学系を介して前記第２のフォトディテクタに光が結像する第２の画素とで、物体側の主光線が異なる方向を向く
　受光装置。
（２）
　前記光学部材は、物体側から順に、
　　前記画素ごとに所定の傾斜角度の傾斜面が設けられた屈折面と、
　　前記フォトディテクタごとに光を結像させるマイクロレンズ群と、
　　前記マイクロレンズ群の焦点位置の近傍に配置され、前記画素ごとに集光された光のみを通過させる遮光部と
　を有する
　上記（１）に記載の受光装置。
（３）
　前記屈折面は、所定の屈折率の透明体どうしの境界面によって構成され、
　前記傾斜面の傾斜角度を前記画素ごとに設定することにより、前記光学部材に入射した光は、前記透明体どうしの屈折率差によって屈折される
　上記（２）に記載の受光装置。
（４）
　前記マイクロレンズ群は、前記画素ごとに設けられるレンズ部によって構成され、
　前記画素は、前記フォトディテクタから前記マイクロレンズ群まで前記受光面に対して垂直方向となる光軸を有しており、
　所定の前記画素の前記レンズ部の中心軸を、前記画素の光軸に対して偏心した位置に配置することにより、前記光学部材に入射した光の主光線の角度が変更される
　上記（２）または（３）に記載の受光装置。
（５）
　前記屈折面として、凹レンズ、フレネルレンズ、またはホログラム素子が採用される
　上記（２）から（４）までのいずれかに記載の受光装置。
（６）
　前記光学部材に対して物体側に配置されたカバーガラス
　をさらに備える上記（１）から（５）までのいずれかに記載の受光装置。
（７）
　前記カバーガラスから前記半導体基板までが空気以外の媒質である透明体で埋められる構造である
　上記（６）に記載の受光装置。
（８）
　前記受光面の中心に配置される前記画素における上光線と下光線との角度θが、次の式（１）の条件を満たす
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 　上記（２）に記載の受光装置。
（９）
　前記マイクロレンズ群の焦点距離ｆｇが、次の式（２）の条件を満たす
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 　上記（２）に記載の受光装置。
（１０）
　前記遮光部に設けられるピンホールの直径が、次の式（３）の条件を満たす
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
 　上記（２）に記載の受光装置。
（１１）
　前記遮光部は、前記ピンホールが形成される遮光面、および、隣接する前記画素どうしを仕切る遮光壁を有する
　上記（１０）に記載の受光装置。
（１２）
　前記遮光部は、前記遮光面よりも前記マイクロレンズ群側に、前記ピンホールに対応して開口部が形成された第２の遮光面を有する
　上記（１１）に記載の受光装置。
（１３）
　前記遮光部の表面に、反射防止となる微細構造が設けられる
　上記（２）から（１２）までのいずれかに記載の受光装置。
（１４）
　第１のフォトディテクタおよび第２のフォトディテクタが少なくとも略同一の受光面内に配列された半導体基板と、
　前記第１のフォトディテクタに光を入射させる第１の光学系、および、前記第２のフォトディテクタに光を入射させる第２の光学系が少なくとも設けられた光学部材と
　を備え、
　前記第１の光学系を介して前記第１のフォトディテクタに光が結像する第１の画素と、前記第２の光学系を介して前記第２のフォトディテクタに光が結像する第２の画素とで、物体側の主光線が異なる方向を向く
　受光装置を備える電子機器。
　なお、本実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。また、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、他の効果があってもよい。
　１１　認証デバイス，　１２　カバーガラス，　１３　光学部材，　１４　半導体基板，　２１　画素，　２２　屈折面，　２３　マイクロレンズ群，　２４　遮光部，　２５　フォトディテクタ，　３１　透明体，　３２　透明体，　３３　レンズ体，　３４　透明体，　３５　レンズ体，　３６　透明体，　４１　傾斜面，　４２　レンズ部，　５１　凹レンズ，　５２　フレネルレンズ，　５３　ホログラム素子，　５４　両面凹レンズ，　６１　パーソナルコンピュータ，　６２　ディスプレイ，　７１　遮光壁，　７２　遮光面，　７３　第２の遮光面

Claims (14)

  1. 　第１のフォトディテクタおよび第２のフォトディテクタが少なくとも略同一の受光面内に配列された半導体基板と、
    　前記第１のフォトディテクタに光を入射させる第１の光学系、および、前記第２のフォトディテクタに光を入射させる第２の光学系が少なくとも設けられた光学部材と
    　を備え、
    　前記第１の光学系を介して前記第１のフォトディテクタに光が結像する第１の画素と、前記第２の光学系を介して前記第２のフォトディテクタに光が結像する第２の画素とで、物体側の主光線が異なる方向を向く
    　受光装置。
  2. 　前記光学部材は、物体側から順に、
    　　前記画素ごとに所定の傾斜角度の傾斜面が設けられた屈折面と、
    　　前記フォトディテクタごとに光を結像させるマイクロレンズ群と、
    　　前記マイクロレンズ群の焦点位置の近傍に配置され、前記画素ごとに集光された光のみを通過させる遮光部と
    　を有する
    　請求項１に記載の受光装置。
  3. 　前記屈折面は、所定の屈折率の透明体どうしの境界面によって構成され、
    　前記傾斜面の傾斜角度を前記画素ごとに設定することにより、前記光学部材に入射した光は、前記透明体どうしの屈折率差によって屈折される
    　請求項２に記載の受光装置。
  4. 　前記マイクロレンズ群は、前記画素ごとに設けられるレンズ部によって構成され、
    　前記画素は、前記フォトディテクタから前記マイクロレンズ群まで前記受光面に対して垂直方向となる光軸を有しており、
    　所定の前記画素の前記レンズ部の中心軸を、前記画素の光軸に対して偏心した位置に配置することにより、前記光学部材に入射した光の主光線の角度が変更される
    　請求項２に記載の受光装置。
  5. 　前記屈折面として、凹レンズ、フレネルレンズ、またはホログラム素子が採用される
    　請求項２に記載の受光装置。
  6. 　前記光学部材に対して物体側に配置されたカバーガラス
    　をさらに備える請求項１に記載の受光装置。
  7. 　前記カバーガラスから前記半導体基板までが空気以外の媒質である透明体で埋められる構造である
    　請求項６に記載の受光装置。
  8. 　前記受光面の中心に配置される前記画素における上光線と下光線との角度θが、次の式（１）の条件を満たす
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
     　請求項２に記載の受光装置。
  9. 　前記マイクロレンズ群の焦点距離ｆｇが、次の式（２）の条件を満たす
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
     　請求項２に記載の受光装置。
  10. 　前記遮光部に設けられるピンホールの直径が、次の式（３）の条件を満たす
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
     　請求項２に記載の受光装置。
  11. 　前記遮光部は、前記ピンホールが形成される遮光面、および、隣接する前記画素どうしを仕切る遮光壁を有する
    　請求項１０に記載の受光装置。
  12. 　前記遮光部は、前記遮光面よりも前記マイクロレンズ群側に、前記ピンホールに対応して開口部が形成された第２の遮光面を有する
    　請求項１１に記載の受光装置。
  13. 　前記遮光部の表面に、反射防止となる微細構造が設けられる
    　請求項２に記載の受光装置。
  14. 　第１のフォトディテクタおよび第２のフォトディテクタが少なくとも略同一の受光面内に配列された半導体基板と、
    　前記第１のフォトディテクタに光を入射させる第１の光学系、および、前記第２のフォトディテクタに光を入射させる第２の光学系が少なくとも設けられた光学部材と
    　を備え、
    　前記第１の光学系を介して前記第１のフォトディテクタに光が結像する第１の画素と、前記第２の光学系を介して前記第２のフォトディテクタに光が結像する第２の画素とで、物体側の主光線が異なる方向を向く
    　受光装置を備える電子機器。
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