JPH08211336A - 光学的ローパスフィルタ付き固体撮像素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 位相格子光学的ローパスフィルタを、ＣＣＤ
のマイクロレンズプロセスと同じ方法で作成可能な構成
にすることによって、位置合わせ精度を高め、コストの
低減を実現する。 【構成】 ＣＣＤの素子部１の上部に位置したレンズ層
４の上部に、レンズ層４よりも屈折率の小さい樹脂の透
明樹脂層５を設け、この上に格子形状層６を設け、かつ
レンズ層４と受光部３との間隔（従来通りのレンズ層４
の上が空気の場合）を空気に換算した場合の必要距離を
Ｌｏ、レンズ層４を透明樹脂層５で覆った場合のレンズ
層４から受光部３までの空気に換算した必要距離をＬ
ｕ、透明樹脂層５の屈折率をｎｄｕ、レンズ層４の屈折
率をｎｄｏとすると、 １−（ｎｄｏ−ｎｄｕ）／（ｎｄｏ−１）＜Ｌｏ・（ｎ
ｄｏ−１）／｛Ｌｕ・（ｎｄｏ−ｎｄｕ）｝＜１＋（ｎ
ｄｏ−ｎｄｕ）／（ｎｄｏ−１） なる関係を満たす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学像を空間的に離散
的なサンプリングを行うＣＣＤなどの固体撮像素子に関
する。さらに詳細には、撮像面上に結像する被写体像の
うち、固体撮像素子が分解できない高い空間周波数成分
を除去するための光学的ローパスフィルタを設けた光学
的ローパスフィルタ付き撮像素子とそれを用いたカメラ
レンズおよびビデオカメラに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】空間的に離散的にサンプリングを行う撮
像素子では、分解できる空間周波数には上限があるた
め、限界を超える空間周波数成分は光学的ローパスフィ
ルタによって除去あるいは減衰させている。この光学的
ローパスフィルタとして水晶が用いられていたが、所望
のローパス効果を得るためには、光学系中に水晶を配置
する十分な空間が必要であり、また、水晶自体の価格が
高価である。

【０００３】そこで、近年、水晶を使用しないで、回折
格子の一種である位相格子の回折効果を用いて光学的ロ
ーパス効果を得ることが提案されている。この従来の光
学的ローパスフィルタとしての効果を有する位相格子を
固体撮像素子と一体化する場合、ガラス等の基板に作成
されたものを撮像素子のセンサ部分に後付けするもので
あった。例えば、特開平5-273501号公報に記載された図
７に示すような、位相格子を固体撮像素子のセンサ部分
に後付けするものがある。

【０００４】上記従来の位相格子を用いた固体撮像素子
を示す図７において、５１はセンサ部分で、その回りに
ビーズ状あるいは柱状のスペーサ５２を設け、位相格子
５３をスペーサ５２を介してセンサ部分５１に対して固
定する構成としている。さらに、これら位相格子を封止
ガラス５４によって固体撮像素子のパッケージ５５に封
入している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の、光学的ロ
ーパスフィルタの効果を有する位相格子を撮像面の極近
くに配置した固体撮像素子では、位相格子の周期性の方
向と、撮像素子の画素の周期性の方向を高い精度で一致
させることが必要である。しかしながら、光学的ローパ
スフィルタの封入の際に、センサ部５１に対して傾いて
取り付けられたり、あるいは光軸方向に対して回転した
ものとなる可能性が大きかった。この光軸方向に対して
傾き及び回転による取付誤差は、位相格子周期性が撮像
素子の画素周期に対して所望の値からずれたものとな
り、光学的ローパスフィルタの特性に誤差が生じるもの
であった。そこで、誤差を防ぐために、取付精度を高め
ると、取付の際のコストが高くなる原因となった。

【０００６】本発明は上記問題に鑑みてなされたもの
で、ＣＣＤのマイクロレンズプロセスと同じ方法で作製
可能な方法にすることによって、位置合わせ精度を高
め、コストの低減を実現することができる位相格子の回
折効果を用いた光学的ローパスフィルタ付き固体撮像素
子を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の光学的ローパスフィルタ付き固体撮像素子
は、入射光を受けて光電変換する素子部と、該素子部の
上部にマイクロレンズを有するレンズ層とを備えた固体
撮像素子であって、上記レンズ層の表面から該レンズ層
の材料の屈折率よりも低い屈折率を有する透明樹脂で埋
めた透明樹脂層を設け、該透明樹脂層の上に凹凸形状を
有する格子形状層を設けたことを特徴とする。

【０００８】上記構成の固体撮像素子においては、素子
部が受けた光により電荷を発生する複数の受光部と、各
受光部で発生した電荷を転送する転送部とを半導体基板
上に作り込んでなり、上記レンズ層を素子部上部に設
け、該レンズ層を入射光の上記受光部への集光が各受光
部に対応する領域ごとに行なわれるように構成すること
が好ましい。

【０００９】また、上記構成の固体撮像素子において
は、素子部上にカラーフィルタ層を設け、該カラーフィ
ルタ層上部に位置する上記レンズ層が入射光の上記受光
部への集光が各受光部に対応する領域ごとに行なわれる
ように構成することが好ましい。

【００１０】また、本発明の固体撮像素子は、入射光を
受けて光電変換する素子部と、該素子部の上部にマイク
ロレンズを有するレンズ層を備えた固体撮像素子であっ
て、レンズ層と素子部との間に透明樹脂材料からなる介
在層を設け、上記レンズ層の表面から該レンズ層の材料
の屈折率よりも低い屈折率を有する透明樹脂で埋めて透
明樹脂層を設け、該透明樹脂層の上に透明樹脂で凹凸形
状を有する格子形状層が設けたことを特徴とする。

【００１１】また、上記構成の固体撮像素子において
は、上記レンズ層と素子部との間の介在層を上記マイク
ロレンズのドーム状部の材質で形成し、かつマイクロレ
ンズが入射光の上記受光部への集光が各受光部に対応す
る領域ごとに行なわれるように形成することが好まし
い。

【００１２】また、上記構成の固体撮像素子において
は、素子部とレンズ層との間にカラーフィルタ層を設け
ることが好ましい。また、上記構成の固体撮像素子にお
いては、マイクロレンズの屈折率をｎｄｏ、マイクロレ
ンズを埋める透明樹脂層の透明樹脂の屈折率をｎｄｕと
し、マイクロレンズを透明樹脂で埋めなかった場合のレ
ンズから素子部の光線受光面までの空気中に換算した場
合の距離をＬｏ、マイクロレンズを屈折率ｎｄｕの透明
樹脂で埋めた場合のレンズから素子部の光線受光面まで
の空気中に換算した場合の必要な距離をＬｕとすると
き、光学的ローパスフィルタを構成する透明樹脂層、マ
イクロレンズ及び光線受光面間の屈折率及び距離の関係
が式、 １−（ｎｄｏ−ｎｄｕ）／（ｎｄｏ−１）＜ Ｌｏ・（ｎｄｏ−１）／｛Ｌｕ・（ｎｄｏ−ｎｄｕ）｝＜ １＋（ｎｄｏ−ｎｄｕ）／（ｎｄｏ−１） （１） を満足すことが好ましい。

【００１３】また、上記構成の固体撮像素子において
は、レンズ層を埋める透明樹脂層が赤外吸収性を有する
ことが好ましい。また、上記構成の固体撮像素子におい
ては、レンズ層の下に設けた介在層が赤外吸収性を有す
ることが好ましい。

【００１４】本発明のビデオカメラは、固体撮像素子
と、レンズ系とからなるビデオカメラであって、上記光
学的ローパスフィルタ付き固体撮像素子を備えたことを
特徴とする。

【００１５】また、上記構成のビデオカメラにおいて
は、上記光学的ローパスフィルタ付き固体撮像素子を備
えてなることが好ましい。

【００１６】

【作用】本発明の光学的ローパスフィルタ付き固体撮像
素子は、上記のように、入射光を受けて光電変換する素
子部と、該素子部の上部にマイクロレンズを有するレン
ズ層とを備えた固体撮像素子であって、上記レンズ層の
表面から該レンズ層の材料の屈折率よりも低い屈折率を
有する透明樹脂で埋めた透明樹脂層を設け、該透明樹脂
層の上に凹凸形状を有する格子形状層を設けている。そ
のため、位相格子を素子部の上部のレンズ層を作製する
工程と同様の工程で作製することができ、位相格子を後
付けするための位置合わせが不要となり、素子部に対す
る傾き及び光軸方向に対する回転方向のずれ等を発生さ
せることなく、高い精度で位相格子を撮像素子と一体形
成することができる。その結果、位置合わせのための工
程を簡略化することができ、位置ズレによる特性の変化
等の不良品の発生を抑えることができ、コストを改善す
ることができる。

【００１７】上記構成の固体撮像素子において、素子部
が受光部と、各受光部で発生した電荷を転送する転送部
とを半導体基板上に作り込んでなり、入射光の上記受光
部への集光が各受光部に対応する領域ごとに行なわれる
ようにレンズ層を形成する好ましい構成によれば、各受
光部へ損失少なく光線を導くことができ、固体撮像素子
の感度を向上させることができる。

【００１８】また上記固体撮像素子においては、素子部
上にカラーフィルタ層が設けられ、該カラーフィルタ層
上部に位置する上記レンズ層を入射光の上記受光部への
集光が各受光部に対応する領域ごとに行なわれる好まし
い構成によれば、上記に加えて、カラーフィルタにより
各受光部に入射する光線の波長帯を制限するので、カラ
ー用に適する。

【００１９】また、固体撮像素子であって、レンズ層と
素子部との間に透明樹脂からなる介在層を設ける本発明
の光学的ローパスフィルタ付き固体撮像素子によれば、
高い精度で位相格子を撮像素子と一体形成することがで
きるので、素子部に対する傾き及び光軸方向に対する回
転方向のずれ等を発生させずに形成することができ、位
置合わせのための工程の簡略化、位置ズレによる特性の
変化等の不良品の発生が抑えられ、レンズ層のレンズ曲
率を小さくすることができる。

【００２０】上記固体撮像素子においては、上記介在層
を上記マイクロレンズのドーム状部の材質で形成する好
ましい構成によれば、上記作用、効果に加えて、製造工
程を簡単にすることができ、製品歩留りを向上させるこ
とができる。

【００２１】また、上記固体撮像素子においては、上記
素子部とレンズ層との間にカラーフィルタ層を設ける好
ましい構成によれば、上記作用、効果に加えて、カラー
化が可能になる。

【００２２】また、上記固体撮像素子の光学的ローパス
フィルタが下記（１）式を満足する好ましい構成によれ
ば、上記作用、効果に加えて、一層有効に各受光部へ光
線を導くことができ、空間を最適な大きさにすることが
でき、効果と小形化とを両立させることができる。ま
た、位置合わせのための工程を簡略化することができ、
位置ズレによる特性の変化等の不良品の発生を抑えるこ
とができ、コストを低減することができる。

【００２３】また、上記固体撮像素子のレンズ層を埋め
る樹脂材料が赤外吸収性を有する好ましい構成によれ
ば、上記作用、効果に加えて、より確実に長波長成分を
除去することができ、小形化することができる。

【００２４】また、上記構成の固体撮像素子のレンズ層
の下に設けた介在層が赤外吸収性を有する好ましい構成
によれば、上記作用、効果に加えて、長波長成分を除去
することができ、小形化することができる。

【００２５】本発明のビデオカメラは、固体撮像素子
と、レンズ系とからなるビデオカメラであって、上記光
学的ローパスフィルタ付き固体撮像素子を備えてなるの
で、位置ズレによる特性の変化等を少なくでき、信頼性
を向上でき、小形化することができる。

【００２６】また、上記構成のビデオカメラが、上記光
学的ローパスフィルタ付き固体撮像素子を備えてなる好
ましい構成によれば、位置ズレによる特性の変化等を少
なくすることができ、信頼性を向上することができ、一
層小形化することができる。

【００２７】上記のように、本発明の固体撮像素子は、
固体撮像素子の上に光学的ローパスフィルタの効果を有
する位相格子を有し、マイクロレンズを作製する工程と
同様の工程で固体撮像素子と位相格子とを一体化作製す
ることが可能である。そのため位相格子を後付けするた
めの位置合わせが不要となり、素子部に対する傾き及び
光軸方向に対する回転方向のずれ等を発生させず、高い
精度で位相格子を撮像素子と一体形成することができ
る。その結果、位置合わせのための工程の簡略化、位置
ズレによる特性の変化等の不良品の発生を抑えることが
でき、コストを低減することができる。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。図１は本発明の第１の実施例の光学
的ローパスフィルタ付き固体撮像素子の一部を示す一部
破断正面図である。

【００２９】図１に示すように、本実施例では、位相格
子と固体撮像素子の一体化を可能とする構成として、光
学的ローパスフィルタ付き固体撮像素子は、受光部３、
３、３、、、を有する素子部１と、マイクロレンズ４
ａ、４ａ、４ａ、、、を有するレンズ層４と、透明樹脂
層５と、凹凸形状の格子形状層６とから形成されてい
る。そして、本実施例の固体撮像素子は、従来の位相格
子と同様の働きを得ることができ、厚みも従来の水晶フ
ィルタを用いた場合よりも水晶の厚さ分の４〜７ｍｍ薄
くすることができる。

【００３０】素子部１は、所定の受光部３、３、
３、、、と、各受光部３で発生した電荷を転送する図示
しない転送部が半導体基板２上に作り込まれてなってい
る。受光部３は、光導電形半導体、光ダイオード、トラ
ンジスタ等からなる光電変換素子を有し、入射した光を
受けて光電変換を行ない、受けた光の強度に応じて電荷
を発生させる。

【００３１】レンズ層４は素子部１の上部に設けられ、
入射光の受光部３、３、３、、、への集光が各受光部３
に対応する領域ごとに行なわれるようにマイクロレンズ
４ａ、４ａ、４ａ、、、を有している。このマイクロレ
ンズ４ａはレンズ基板４ｂの上面にこれと一体に形成さ
れている。レンズ層４の材料としてはアクリル樹脂、ポ
リエチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボネート樹
脂、ポリスチレン樹脂、ポリスルフォン樹脂、ポリビニ
ルアルコール系樹脂等の透明の樹脂を用いる。レンズ層
４から入射した光線は素子部１の受光部３の光線受光面
に入る。

【００３２】透明樹脂層５は、レンズ層４の屈折率より
も低い屈折率の透明樹脂により、マイクロレンズ４ａ、
４ａ、４ａ、、、の表面部を埋めた充填樹脂層５ａと、
本体層５ｂとから形成されている。この透明樹脂層５の
屈折率は、レンズ層４とは種類の異なる樹脂を用いるこ
とにより、また同種の樹脂で添加する材料の配合を変え
ることにより、低くしてレンズ層４との差を大きくして
もよい。これらの屈折率の差が大きいと、それだけマイ
クロレンズ４ａの曲率半径を小さくでき、透明樹脂層５
の厚みを小さくできる。

【００３３】格子形状層６は透明樹脂層５の表面に突起
６ａ、６ａ、６ａ、、、を格子状等の配列に設けること
により凹凸形状を形成している。この格子形状層６の突
起６ａの断面形状は、レンズ形状、台形状、矩形状又は
角を丸めた形状等に形成されている。

【００３４】素子部１とレンズ層４との間の間隙層１１
は、一体化のために上記のような透明樹脂からなり、レ
ンズ層４の樹脂と同じものとしてもよい。本実施例の固
体撮像素子のようにマイクロレンズ４ａ、４ａ、４
ａ、、、の表面部を充填樹脂層５ａで埋め、連続して本
体層５ｂを設けているので、位相格子をマイクロレンズ
４ａと間隔を置いて配置した効果を得ることができる。
さらに透明樹脂層５の上に格子形状層６を設けているの
で、この格子形状層６の突起６ａで位相格子として効果
を得ることができる。また、マイクロレンズ４ａの屈折
率と前記透明樹脂層５の屈折率差が小さい場合、マイク
ロレンズ４ａを有するレンズ層４から素子部１までの距
離を従来と同一とするとマイクロレンズ４ａの曲率が大
きくなり、マイクロレンズ４ａの高さが大きくなってし
まう。従って、レンズ層４と透明樹脂層５との屈折率差
は大きい方が好ましい。

【００３５】この固体撮像素子では、位相格子を後付け
する場合のように、位相格子と像面との間隔を確保する
ためのスペーサや位相格子及びスぺーサをセンサ部分に
固定するための接着剤等を必要としない構成である。ま
た、透明樹脂層５及び格子形状層６を作製するために、
レンズ層４のマイクロレンズ４ａを加工するための工程
とほぼ同様の工程を流用することもでき、新たな設備等
の導入も不要である。

【００３６】図２は本発明の第２の実施例のレンズ層４
と透明樹脂層５との屈折率差が小さい組合わせの場合の
光学的ローパスフィルタ付き固体撮像素子の一部を示す
一部破断正面図である。

【００３７】上記第１の実施例においてマイクロレンズ
４ａの屈折率と前記透明樹脂層５の屈折率差が小さい場
合、マイクロレンズ４ａの高さを大きくする必要がある
が、そのような場合の例を示す。なお上記第１の実施例
と同等の部分については同一の符号を付し、詳細な説明
を省略する。

【００３８】図２（ａ）はレンズ層４と透明樹脂層５と
の屈折率差が小さく、しかも素子部１とレンズ層４が従
来の固体撮像素子のように比較的近い場合、レンズ形状
を半球状にして曲率半径を小さく、曲率を大きくした固
体撮像素子の例を示す一部破断正面図である。図２
（ｂ）はレンズ層４と素子部１との間に透明樹脂からな
る介在層７を形成し、レンズ層４から素子部１までの見
掛け上及び実際の距離を従来よりも大きく取るように
し、マイクロレンズ４ａの曲率を比較的小さくすること
ができる固体撮像素子の例を示す一部破断正面図であ
る。

【００３９】図２（ａ）に示す光学的ローパスフィルタ
付き固体撮像素子は、受光部３、３、３、、、を有する
素子部１と、マイクロレンズ１４ａ、１４ａ、１４
ａ、、、を有するレンズ層４と、透明樹脂層５と、凹凸
形状の格子形状層６とから構成されている。

【００４０】本実施例の固体撮像素子では、レンズ層４
を半球状のマイクロレンズ１４ａ、１４ａ、１４
ａ、、、とレンズ基板１４ｂとから形成している。そし
て、マイクロレンズ１４ａ、１４ａ、１４ａ、、、の表
面部を充填樹脂層５ａで埋め、連続して本体層５ｂを設
けている。この例では、介在層をマイクロレンズ１４ａ
の円弧部１４ｃでせざるを得ない。しかしこのようにレ
ンズを曲率を大きくボール状に作ることは製作が困難と
なり、限界がある。

【００４１】図２（ｂ）に示す光学的ローパスフィルタ
付き固体撮像素子は、受光部３、３、３、、、を有する
素子部１と、マイクロレンズ４ａ、４ａ、４ａ、、、を
有するレンズ層４と、透明樹脂層５と、凹凸形状の格子
形状層６と、素子部１とレンズ層４との間に設けた介在
層７とから構成されている。このように介在層７を付加
することで、マイクロレンズ４ａの焦点距離が長い場合
に対応できる。すなわち、マイクロレンズ４ａの曲率を
小さくすることができるため、レンズ高さが形成し易い
高さとなる。

【００４２】なお、本実施例では介在層７の材料は、従
来と同じくマイクロレンズの材料と同じ材料を用いても
良いし、また、別の透明樹脂材料を用いても良い。この
固体撮像素子は、曲率半径を比較的大きく取れるととも
にレンズ層４と素子部１とを介在層７で一体化できるの
で、一層組立てが容易になり、低コストで作ることが可
能となる。

【００４３】図３は本発明の第３の実施例のカラー用の
光学的ローパスフィルタ付き固体撮像素子の一部を示す
一部破断正面図である。本実施例の固体撮像素子は、受
光部３、３、３、、、を有する素子部１と、マイクロレ
ンズ４ａ、４ａ、４ａ、、、を有するレンズ層４と、透
明樹脂層５と、凹凸形状の格子形状層６と、素子部１の
上部に設けたカラーフィルタ層８とから構成されてい
る。

【００４４】この固体撮像素子は各受部３、３、
３、、、面毎に色分離を行うカラーフィルタ９、９、
９、、、を設けている点が上記第１の実施例と相違して
いるのみである。その他、第１の実施例の光学的ローパ
スフィルタ付固体撮像素子と同様に、マイクロレンズ４
ａを有するレンズ層４と、透明樹脂層５と、凹凸形状の
格子形状層６とから形成されている。

【００４５】カラーフィルタ層８は各受光部３に対応し
て少なくとも１つのカラーフィルタ９が樹脂層８ａに埋
め込まれて形成されている。カラーフィルタ９は、例え
ば、Ｃｙ（シアン色）、Ｙｅ（イェロー）、Ｍｇ（マゼ
ンダ）、Ｇ（グリーン）等の波長帯域の波長をそれぞれ
透過させる特徴を有している。

【００４６】この固体撮像素子は、位相格子を後付けす
る場合のように、位相格子と像面との間隔を確保するた
めのスペーサや位相格子及びスぺーサをセンサ部分に固
定するための接着剤等を必要としない構成である。ま
た、透明樹脂層５及び格子形状層６を作製するために、
レンズ層４のマイクロレンズ４ａを加工するための工程
とほぼ同様の工程を流用することもできるため新たな、
設備等の導入も不要である。

【００４７】図４は本発明の第４の実施例の光学的ロー
パスフィルタ付き固体撮像素子の一部を示す一部破断正
面図である。本実施例の固体撮像素子は、受光部３、
３、３、、、を有する素子部１と、マイクロレンズを有
するレンズ層４と、透明樹脂層５と、凹凸形状の格子形
状層６と、素子部１の上部に設けたカラーフィルタ層８
とから構成されている。この固体撮像素子は、各受光部
３、３、３、、、面毎に色分離を行うカラーフィルタ
９、９、９を有している点で、図２に示す第２の実施例
の固体撮像素子と相違する。また、本実施例の固体撮像
素子は、第３の実施例においてはマイクロレンズの屈折
率と前記透明樹脂層５の屈折率差が小さい場合、マイク
ロレンズの高さを大きくする必要があるが、そのように
形成した点で図３に示す第３の実施例の固体撮像素子と
相違する。なお前記各実施例と同等の部分については同
一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

【００４８】図４（ａ）はレンズ層４と透明樹脂層５と
の屈折率差が小さく、しかも素子部１とレンズ層４が従
来の固体撮像素子のように比較的近い場合、レンズ形状
をほぼ半球状にして曲率半径を小さくしたカラー用の固
体撮像素子を示す一部破断正面図である。図４（ｂ）は
レンズ層４と素子部１との間に透明樹脂からなる介在層
７を形成してレンズ層４から素子部１までの見掛け上及
び実際の距離を従来よりも大きく取るようにし、レンズ
層４のマイクロレンズの曲率を小さくし、加工性を容易
にしたカラー用の固体撮像素子の一部を示す一部破断正
面図である。

【００４９】図４（ａ）に示す光学的ローパスフィルタ
付き固体撮像素子は、各受部３、３、３、、、面毎に色
分離を行うカラーフィルタ９、９、９、、、を有するカ
ラーフィルタ層８を素子部１とレンズ層４との間に設
け、ボール状のマイクロレンズ１４ａとレンズ基板１４
ｂとからレンズ層４を形成していている。このレンズ層
４の上に透明樹脂層５と格子形状層６を順次設けてい
る。

【００５０】本例の固体撮像素子では、レンズ層４をボ
ール状のマイクロレンズ１４ａとレンズ基板１４ｂとか
ら形成している。そして、透明樹脂層５はマイクロレン
ズ１４ａ、１４ａ、１４ａ、、、の表面部を充填樹脂層
５ａで埋め、密着して本体層５ｂを設けて構成してい
る。この例では、マイクロレンズ１４ａの曲率が大きく
なり、加工が困難となる。その他、上記図２（ａ）に示
した実施例と同様であるので説明を省略する。

【００５１】図４（ｂ）に示す光学的ローパスフィルタ
付き固体撮像素子は、各受部３、３、３、、、面毎に色
分離を行うカラーフィルタ９、９、９、、、を有するカ
ラーフィルタ層８を素子部１の上に設け、このカラーフ
ィルタ層８とレンズ層４との間に介在層７を設けてい
る。このレンズ層４の上に透明樹脂層５と格子形状層６
を順次設けている。その他、上記図２（ａ）に示した実
施例と同様であるので説明を省略する。

【００５２】この固体撮像素子は、曲率半径を比較的大
きく取れるとともにレンズ層４と素子部１とを介在層７
で一体化できるので、一層組立てが容易になり、低コス
トで作ることが可能となる。

【００５３】なお、本発明の上記実施例にの固体撮像素
子おいては、さらに具体的に、下記の条件式を満たすよ
うにすることができる。レンズ層４に透明樹脂層５を付
加しない場合、すなわち、レンズ層が空気中に露出して
いる場合のレンズ層４から受光部３の受光面までの空気
中に換算した場合の距離（マイクロレンズ４ａ，１４ａ
底面から受光部３までの樹脂層なしの空気中の必要距離
を屈折率を考慮し、空気の屈折率を１にした場合の距
離）をＬｏ、レンズ層４を透明樹脂層５で覆った場合の
レンズ層４から受光部３の受光面までの空気中での距離
に換算した場合の必要とする距離（マイクロレンズ４
ａ，１４ａ底面から受光部３までの樹脂層１１の必要な
厚さを空気の屈折率を１に換算した場合の距離）をＬ
ｕ、透明樹脂層５の透明樹脂の屈折率をｎｄｕ、レンズ
層４の材料の屈折率をｎｄｏとしたとき、マイクロレン
ズ４ａの効果が透明樹脂層５で覆う前後でほぼ等しくな
る条件を、下記（１）式で示す。

【００５４】 １−（ｎｄｏ−ｎｄｕ）／（ｎｄｏ−１）＜ Ｌｏ・（ｎｄｏ−１）／｛Ｌｕ・（ｎｄｏ−ｎｄｕ）｝＜ １＋（ｎｄｏ−ｎｄｕ）／（ｎｄｏ−１） （１） 上記式のように、レンズ層４を屈折率ｎｄｏの透明樹脂
層５で覆った場合、透明樹脂層５の有無で生じる関係に
範囲が存在するのは、透明樹脂層５が付加されたことに
よってレンズの焦点距離が長くなり、焦点深度が長くな
るためである。

【００５５】また、レンズ層４上部にある透明樹脂層５
とレンズ層４下部にある透明樹脂の介在層７との材料
は、それぞれ透明な樹脂材料であり、特にレンズ層４上
部にある透明樹脂層５に用いる材料は、レンズ層４を構
成する材料よりも低屈折率で、硬化前はマイクロレンズ
４ａの隙間に流れ込み易い粘度の低いもので、硬化後は
十分な強度を有するものが望ましい。例えば、樹脂層１
１にアクリル樹脂、レンズ層４にアクリル樹脂を用い、
透明樹脂層５にポリビニルアルコール系樹脂、位相格子
部６にアクリル樹脂を用い、マイクロレンズを有する固
体撮像素子に位相格子を一体化して形成することがで
き、またマイクロレンズの曲率を加工が容易な範囲にす
ることができた。

【００５６】また、位相格子の効果を得るために透明樹
脂層５上に凹凸形状からなる格子形状層６を形成する突
起６ａの材料は、透明樹脂層５の材料と同じでも良い
し、マイクロレンズ４ａを有するレンズ層４の材料と同
じでも良いし、さらには、全く別の透明樹脂材料でもよ
い。ただし、望ましくは、凹凸形状を作製するために感
光性樹脂であり、さらに望ましくは、加熱することによ
り形状に丸みを持たせることができるものである。

【００５７】さらに、上記透明樹脂層５または介在層７
に赤外吸収性の樹脂材料を用いることにより、さらに光
学系を簡略化することが可能になる。図６は本発明の光
学的ローパスフィルタ付固体撮像素子をズームレンズ系
に用いたビデオカメラの一実施例の概略構成を示す構成
図である。

【００５８】この図６において、３０は本発明の上記実
施例の光学的ローパスフィルタ付固体撮像素子、３１は
ズームレンズ、３２は赤外カットフィルタである。従来
のように光学的ローパスフィルタとしての水晶フィルタ
が不要となる。本実施例のビデオカメラは従来のものと
同様の構成ができることはもちろんである。本実施例の
光学的ローパスフィルタ付固体撮像素子として、上記第
１〜第４の実施例の各光学的ローパスフィルタ付固体撮
像素子を用いることにより、従来のビデオカメラのレン
ズ系では撮像素子の物体側に配置されていた水晶製ロー
パスフィルタのための空間を４〜７ｍｍ短くすることが
できる。

【００５９】さらに、上記実施例の光学的ローパスフィ
ルタ付固体撮像素子が透明樹脂層５または介在層７に赤
外吸収性の樹脂材料を用いるものとすると、図６におけ
る赤外カットフィルタ３２を省略し、さらに光学系を
１．０〜１．３ｍｍ短縮することができる。

【００６０】また、赤外カットフィルタのための空間を
省略する方法としては、固体撮像素子の封止ガラスに用
いるようにしてもよい。図７は、本発明の光学的ローパ
スフィルタを用いてビデオカメラを構成した他の実施例
を示す概略構成を示す構成図である。４０は赤外カット
の効果を含んだ光学的ローパスフィルタ付固体撮像素
子、４１はレンズ系であり、固体撮像素子４０からの出
力信号を信号処理系４２で処理し、ビューファインダー
４３あるいは記録系４４に信号を転送する。本実施例の
構成は基本構成であり、付加機能を追加し、より充実し
たビデオカメラを構成することができることはもちろん
である。

【００６１】さらに、本実施例では、レンズ層から受光
部までの距離が長く、マイクロレンズのレンズの開口は
小さくなるため、マイクロレンズを通って受光部に入射
できない光線が発生する場合がある。そこで、各受光部
へ損失なく光線を導く構造として、各受光部毎にレンズ
層まであるいはレンズ層に近い位置まで反射率の高い遮
蔽を設け受光部外への光線の漏れ込みがないような構造
を取ることによって、実質的にマイクロレンズの開口数
を上げることもできる。あるいは、反射率の高い遮蔽の
代わりに、屈折率分布をもった構造にすることによっ
て、光線を受光部へ導くようにしてもよい。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光学的ロ
ーパスフィルタ付き固体撮像素子は、位相格子による光
学的ローパスフィルタをマイクロレンズを作製する工程
と同様の方法で作製することができるので、位相格子と
受光部の位置合わせ精度を高くすることができ、かつ低
コストで作製することができる。

【００６３】また本発明の光学的ローパスフィルタ付き
固体撮像素子からなる光学系を用いたビデオカメラは、
水晶フィルタ用等の特別な空間を必要としないコンパク
トな構成にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の光学的ローパスフィルタ付き固体撮
像素子の第１の実施例を説明する一部破断正面図であ
る。

【図２】 本発明の光学的ローパスフィルタ付きの固体
撮像素子の第２の実施例の、マイクロレンズとマイクロ
レンズを覆う透明材料の屈折率差が小さい場合に、レン
ズ層と受光部の距離を長くする例を示す一部破断正面図
で、（ａ）はマイクロレンズをボール状に形成する例を
示す一部破断正面図、（ｂ）は透明樹脂材料を用いる例
を示す一部破断正面図である。

【図３】 本発明の光学的ローパスフィルタ付き固体撮
像素子のカラーフィルタを有する第３の実施例を説明す
る一部破断正面図である。

【図４】 本発明の光学的ローパスフィルタ固体撮像素
子のカラーフィルタを有する第４の実施例の、マイクロ
レンズとマイクロレンズを覆う透明材料の屈折率差が小
さい場合に、レンズ層と受光面の距離を長くする例を示
す一部破断正面図で、（ａ）はマイクロレンズをボール
状に形成する例を示す一部破断正面図、（ｂ）は透明樹
脂材料を用いる例を示す一部破断正面図である。

【図５】 本発明の光学的ローパスフィルタ付き固体撮
像素子を用いた場合のレンズの１実施例を説明する概略
構成図である。

【図６】 本発明の光学的ローパスフィルタ付き固体撮
像素子を組み込んだレンズを用いたビデオカメラの１実
施例を説明する概略構成図である。

【図７】 従来の位相格子フィルタを一体化した撮像素
子を説明する概略構成の断面図である。

【符号の説明】

１ 素子部 ２ 半導体基板 ３ 受光部 ４ レンズ層 ４ａ マイクロレンズ ５ 透明樹脂層 ５ａ 充填樹脂層 ５ｂ 本体層 ６ 格子形状層 ６ａ 突起 ７ 介在層 ８ カラーフィルター層 ９ カラーフィルター １１ 間隙層 １４ａ マイクロレンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｎ 5/335 Ｖ

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入射光を受けて光電変換する素子部と、
   該素子部の上部にマイクロレンズを有するレンズ層とを
   備えた固体撮像素子であって、上記レンズ層の表面から
   該レンズ層の材料の屈折率よりも低い屈折率を有する透
   明樹脂で埋めた透明樹脂層を設け、該透明樹脂層の上に
   凹凸形状を有する格子形状層を設けたことを特徴とする
   光学的ローパスフィルタ付き固体撮像素子。
2. 【請求項２】 上記素子部が受けた光により電荷を発生
   する複数の受光部と、各受光部で発生した電荷を転送す
   る転送部とを半導体基板上に作り込んでなり、上記レン
   ズ層を素子部上部に設け、該レンズ層を入射光の上記受
   光部への集光が各受光部に対応する領域ごとに行なわれ
   るように構成した請求項１記載の光学的ローパスフィル
   タ付き固体撮像素子。
3. 【請求項３】 上記素子部上にカラーフィルタ層を設
   け、該カラーフィルタ層上部に位置する上記レンズ層が
   入射光の上記受光部への集光が各受光部に対応する領域
   ごとに行なわれるように構成した請求項１記載の光学的
   ローパスフィルタ付き固体撮像素子。
4. 【請求項４】 入射光を受けて光電変換する素子部と、
   該素子部の上部にマイクロレンズを有するレンズ層とを
   備えた固体撮像素子であって、レンズ層と素子部との間
   に透明樹脂材料からなる介在層を設け、上記レンズ層の
   表面から該レンズ層の材料の屈折率よりも低い屈折率を
   有する透明樹脂材料で埋めて透明樹脂層を設け、該透明
   樹脂層の上に透明樹脂で凹凸形状を有する格子形状層を
   設けたことを特徴とする光学的ローパスフィルタ付き固
   体撮像素子。
5. 【請求項５】 上記レンズ層と素子部との間の介在層を
   上記マイクロレンズのドーム状部の材質で形成し、かつ
   マイクロレンズが入射光の上記受光部への集光が各受光
   部に対応する領域ごとに行なわれるように形成した請求
   項４記載の光学的ローパスフィルタ付き固体撮像素子。
6. 【請求項６】 上記素子部とレンズ層との間にカラーフ
   ィルタ層を設けた請求項４または５記載の光学的ローパ
   スフィルタ付き固体撮像素子。
7. 【請求項７】 上記マイクロレンズの屈折率をｎｄｏ、
   マイクロレンズを埋める透明樹脂層の透明樹脂の屈折率
   をｎｄｕとし、マイクロレンズを透明樹脂で埋めなかっ
   た場合のレンズから素子部の光線受光面までの空気中に
   換算した場合の距離をＬｏ、マイクロレンズを屈折率ｎ
   ｄｕの透明樹脂で埋めた場合のレンズから素子部の光線
   受光面までの空気中に換算した場合の必要な距離をＬｕ
   とするとき、光学的ローパスフィルタを構成する透明樹
   脂層、マイクロレンズ及び光線受光面間の屈折率及び距
   離の関係が式、 １−（ｎｄｏ−ｎｄｕ）／（ｎｄｏ−１）＜Ｌｏ・（ｎ
   ｄｏ−１）／｛Ｌｕ・（ｎｄｏ−ｎｄｕ）｝＜１＋（ｎ
   ｄｏ−ｎｄｕ）／（ｎｄｏ−１） を満足する請求項１〜６のいずれかに記載の光学的ロー
   パスフィルタ付き固体撮像素子。
8. 【請求項８】 上記レンズ層を埋める透明樹脂層が赤外
   吸収性を有する請求項１〜３のいずれかに記載の光学的
   ローパスフィルタ付き固体撮像素子。
9. 【請求項９】 上記レンズ層の下に設けた介在層が赤外
   吸収性を有する請求項４〜７のいずれかに記載の光学的
   ローパスフィルタ付き固体撮像素子。
10. 【請求項１０】 固体撮像素子と、レンズ系とからなる
    ビデオカメラであって、上記固体撮像素子が上記請求項
    １、２、３または８のいずれかに記載の光学的ローパス
    フィルタ付き固体撮像素子であるビデオカメラ。
11. 【請求項１１】 固体撮像素子と、レンズ系とからなる
    ビデオカメラであって、上記固体撮像素子が上記請求項
    ４〜６のいずれかに記載の光学的ローパスフィルタ付き
    固体撮像素子であるビデオカメラ。