JPH03175403A

JPH03175403A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JPH03175403A
Application number: JP1317112A
Authority: JP
Inventors: Tetsuyuki Tanimoto; 谷本　哲行
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1989-12-05
Filing date: 1989-12-05
Publication date: 1991-07-30

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】り且上里皇且土ｙ本発明は、ムービーあるいはスチルビデオカメラ等に用
いられる固体撮像装置、特に、撮像素子とその前面に配
置されるマイクロレンズアレイに関する。

え末亘且」ＣＯＤ等の固体撮像素子を用いる際に、その感度を増す
方法が種々考案されている。その一つに、固体撮像素子
の前に微小光学系を配置し、入射する光量を有効に利用
するという方法がある（例えば、特開昭５５−１２４３
６６号及び特開昭５８−４４８５６号）。また、「微小
光学研究グループ機関紙Ｊ　１９８８年４月１日号には
、そのような微小光学系としてマイクロレンズアレイを
用いたものが示されている。

このマイクロレンズアレイによる感度向上の原理を第５
図を用いて説明する。撮像光学系工の射出瞳１１から射
出する光束工２は、マイクロレンズアレイ２を通過後、
固体撮像素子３の感光部３ａのうちのある画素に入射す
る。このとき、射出瞳面１１から射出する光束１３は、
本来は上記画素には入射しないものであるが、画素上に
形成される射出瞳面１１の像がほぼ画素と同一の大きさ
になるようにマイクロレンズアレイ２を配置することに
より、光束１３も画素上に取り込まれる。このように、
マイクロレンズアレイ２を固体撮像素子３の前面に設け
ることにより、固体撮像素子の感度が向上するのである
。

が　゛しよ　とする　題マイクロレンズアレイは、微小レンズ（マイクロレンズ
）を固体撮像素子の各画素感光部に対応させて配置させ
たもの（アレイ）であるが、上記の感度向上等の効果を
得るためには、当然、個々のレンズと個々の画素感光部
とを正しく対応させなければならない。固体撮像素子は
もちろん、マイクロレンズアレイも近年の進歩した半導
体技術を用いて製造されるために、その画素配列あるい
はマイクロレンズ配列は極めて正確に製造することが可
能である。しかし、これらを−緒にして固体撮像装置を
組み立てる際には、固体撮像素子とマイクロレンズアレ
イとの間の正確な相対的位置決めが難しいという問題が
あった。

本発明はこのような問題を解決し、固体撮像素子とマイ
クロレンズアレイとの正確な位置決めを可能にする固体
撮像装置を提供することを目的とする。

゛　るための　段上記目的を達成するため、本発明に係る固体撮像装置で
は、複数の画素を有する固体撮像素子と、被写体の像を
前記固体撮像素子上に結像するための撮像光学系と、前
記撮像光学系の射出瞳の像を前記固体撮像素子の各画素
の近傍に結像させるよう、各画素にそれぞれ対応した複
数のマイクロレンズを有し、固体撮像素子の被写体側に
保持されたマイクロレンズアレイと、を備え、前記固体
撮像素子に対する前記マイクロレンズアレイの位置決め
を行うために、前記固体撮像素子の一部及びそれに対向
するマイクロレンズアレイの一部にそれぞれ位置決め基
準部を設けたことを特徴とする。

庄−月マイクロレンズアレイを固体撮像素子の前面に配置する
際、この位置決め基準部により両者の相対的位置が正確
に定まる。これにより、マイクロレンズと固体撮像素子
の画素感光部とを正確に対応した位置に置くことができ
る。

１羞」Ｉ以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。第
１図（ａ）はマイクロレンズアレイ板２をマイクロレン
ズ２３が配列されている面から見た図である。このマイ
クロレンズアレイ板２は、第２図（ａ）に示すように、
固体撮像素子３の上面（感光部３ａのある面）側を覆う
ように、撮像素子３のパッケージ３ｂに固定される。そ
のため、マイクロレンズアレイ板２の形状は撮像素子３
の感光部３ａ全体よりもやや大きい矩形とされる。本実
施例のマイクロレンズアレイ板２では、位置決め基準部
２１．２２が、あい対する２辺の中央に各々配置される
。この位置決め基準部２１．２２は共に、中央に円形の
孔を空けた正方形の不透明部分としてマイクロレンズア
レイ板２の基板表面に載置されるが、具体的には、マイ
クロレンズ２３の配列をイオン交換法等によって形成す
る際に使用するマスクの一部をこのような形状で残して
おく、という方法で形成される。

あるいは、マイクロレンズ配列を形成する前に、エツチ
ング技術を用いて形成することもできる。

いずれにせよ、半導体製造技術を用いれば、高精度で位
置決め基準部２１．２２を形成することが可能である。

なお、位置決め基準部２１．２２の形状は必ずしも円形
である必要はなく、適宜変更が可能であることは言うま
でもない。

このようにして形成されたマイクロレンズアレイ板２の
位置決め基準部２１．２２は、第１図（ｂ）に示すよう
に、固体撮像素子パッケージ３ｂに設けられた画素感光
部３ａのリードフレーム３Ｃ上に描かれた同様の位置決
め基準部３１．３２（３２は図示せず）と一致するよう
に、光学的に位置決めされる。これにより、マイクロレ
ンズアレイ２の各マイクロレンズ２３は正確に撮像素子
３の各画素感光部３ａと対応するようになる。上記光学
系位置決めを可能にするために、本実施例では、固体撮
像素子パッケージ３ｂの樹脂部分を切り欠いて位置決め
基準部３１（３２）を露出するようにしているが、本発
明はこのような形態のみに限定されるものではない。

なお、通常、１つの画素感光部３ａの大きさは１０μｍ
程度であるので、固体撮像素子３の感度向上効果を得る
ためには、マイクロレンズ２３の焦点距離を２０μｍ程
度とする必要がある。しかるに、−膜内に、マイクロレ
ンズアレイ板２の厚みは１ｍｍ程度であり、上記焦点距
離よりもはるかに大きい。従って、マイクロレンズ２３
の配列された面は、固体撮像素子３側に配置するように
するのがよい。

このマイクロレンズアレイ板２には、種々の光学フィル
タを取り付けることが可能である。本実施例のマイクロ
レンズアレイ板２は平板状（両面とも平面）であるため
、第３図（ａ）に示すように、視感度補正のための板状
フィルタ（あるいは薄膜）２ｂを入射面側（図では上側
）に、そして、色分解のための色フィルタ２ａを撮像素
子側（図では下側）に設けている。このとき、色分解フ
ィルタ２ａはストライブ状でもモザイク状でも構わない
が、各色の部分を正確に各マイクロレンズ２３に位置合
わせすることが重要である。本発明に係る位置合わせ基
準部２１．２２は、この色分解フィルタ２ａの位置決め
にも用いることができる（第１図（Ｃ））。

第３図（ａ）において、両フィルタ２ａ、　２ｂの位置
は互いに逆でもよい。例えば、多板式の撮像系の場合に
は、第３図（ｂ）に示すように、撮像素子側に視度補正
フィルタ２ｂを配置し、光学的ローパスフィルタ２ｃを
入射面側に接着してもよい０通常、ローパスフィルタは
固体撮像素子３とは別個に設けられているのに対し、第
３図（ｂ）のようにすると平行平面が２面減少するため
、フレア防止に効果的である。同じ理由から、マイクロ
レンズアレイ板２の両面が平面である場合（平板マイク
ロレンズアレイ）には、少なくとも片面には反射防止膜
をコーティングすることが望まれる。なお、マイクロレ
ンズアレイ板２が１面しか平面を持たない場合には、当
然、フィルタはその平面部のみに取り付けることとなる
。

マイクロレンズ２３と画素感光部３ａの配列については
、次のような配慮も必要である。第４図に示すように、
撮像光学系１かもマイクロレンズアレイ２への入射角の
傾きを考慮すると、マイクロレンズアレイ２におけるマ
イクロレンズ２３の配列間隔（ピッチ）を中心部と周辺
部とで変化させなげればならない場合がある。当然、こ
の配列ピッチの変化はマイクロレンズアレイ２と固体撮
像素子３との間で相対的に行えばよいわけであり、画素
感光部３ａの方で配列ピッチを変化させてもよい。なお
、撮像光学系■の方でテレセントリック光学系を用いれ
ば、このようなピッチ変更は必要ないが、この場合には
光学系の設計の自由度が小さくなり、また、レンズ枚数
が増加するという欠点がある。

上記実施例では、光学的位置決めを行うために、マイク
ロレンズアレイ板２の位置決め基準部２１．２２は比較
的薄い膜で形成したが、もちろん、機械的な位置決めの
ために、比較的厚い膜を形成してもよい。また、位置決
め基準部は２箇所に限らず、それ以上設けてもよい。

第２図（ａ）では、マイクロレンズアレイ板２を固体撮
像素子３のパッケージ３ｂにカバーグラス（ガス封入ガ
ラス）の代替として用いたものであるが、こうすること
により、固体撮像素子３の感度向上の効果のほか、固体
撮像装置全体をコンパクトにすることができ、ひいては
、この撮像装置を用いるビデオカメラを小さくすること
に寄与する。

さらに、第２図（ｂ）に示すように、平板マイクロアレ
イ板２を水晶ローパスフィルタや多板式撮像系のプリズ
ム４の一面に接合（接着）してしまってもよい。

なお、本発明においては、マイクロレンズアレイは、両
面とも平面であるタイプに限られず、片面又は両面に凹
凸を残したものであってもよいし、また、レンチキュラ
ータイプの平板レンズであってもよい。

旦ｍ扱メ以上説明した通り、木兄−明によれば、マイクロレンズ
と固体撮像素子の画素とが常に正確に対応した状態で、
マイクロレンズアレイと固体撮像素子との組み付けを行
うことができる。これにより、高品質な光学的特性を有
する固体撮像装置が安定して製造される。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の実施例であるマイクロレンズア
レイ板の斜視図、第１図（ｂ）、　（ｃ）はその位置決
め基準部近傍の断面図、第２図（ａ）、　（ｂ）はマイ
クロレンズアレイ板と固体撮像素子の取り付けの態様を
示す断面図、第３図（ａ）、　（ｂ）はマイクロレンズ
アレイにフィルタを取り付けた場合の断面図、第４図は
マイクロレンズアレイと固体撮像素子の配列ピッチの変
化の必要性を説明するための説明図、第５図は撮像光学
系からマイクロレンズアレイを介して固体撮像素子へ光
束が入射する様子を示す説明図である。ｌ・・・撮像光学系　　　　１１・・・射出瞳２・・・
マイクロレンズアレイ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）複数の画素を有する固体撮像素子と、被写体の像
を前記固体撮像素子上に結像するための撮像光学系と、前記撮像光学系の射出瞳の像を前記固体撮像素子の各画
素の近傍に結像させるよう、各画素にそれぞれ対応した
複数のマイクロレンズを有し、固体撮像素子の被写体側
に保持されたマイクロレンズアレイと、を備え、前記固体撮像素子に対する前記マイクロレンズ
アレイの位置決めを行うために、前記固体撮像素子の一
部及びそれに対向するマイクロレンズアレイの一部にそ
れぞれ位置決め基準部を設けたことを特徴とする固体撮
像装置。
（２）前記マイクロレンズアレイの位置決め基準部は不
透明部分に囲まれた透明部分を有し、前記固体撮像素子
の位置決め基準部は前記透明部分に対向する位置に透明
部分に対応する形状の打ち抜き部を有することを特徴と
する請求項１記載の固体撮像装置。
（３）前記マイクロレンズアレイの少なくとも１面が光
学フィルタを一体的に設けた平面にて構成されているこ
とを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
（４）前記マイクロレンズアレイのマイクロレンズの配
列ピッチと前記固体撮像素子の画素の配列ピッチとが異
なることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
（５）前記マイクロレンズアレイの配列ピッチは、前記
撮像素子の光学系の光軸から離れた位置では前記固体撮
像素子の画素の配列ピッチよりも短いことを特徴とする
請求項４記載の固体撮像装置。