JPS61290403A - マイクロレンズ - Google Patents
マイクロレンズInfo
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- JPS61290403A JPS61290403A JP13270785A JP13270785A JPS61290403A JP S61290403 A JPS61290403 A JP S61290403A JP 13270785 A JP13270785 A JP 13270785A JP 13270785 A JP13270785 A JP 13270785A JP S61290403 A JPS61290403 A JP S61290403A
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- Japan
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- lens
- refractive index
- microlens
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、例えば感度向上のために固体撮像装置など
の光電変換面（受光面）の前方に配置される、あるいは
例えば光結合器、光分岐回路などの光学素子に使用する
マイクロレンズに関するものである。
の光電変換面（受光面）の前方に配置される、あるいは
例えば光結合器、光分岐回路などの光学素子に使用する
マイクロレンズに関するものである。
第２図は固体撮像装置の従来のマイクロレンズについて
の概略を示す図であり、図において１ａ〜４ａは例えば
ホトダイオードなどの光電変換部（受光領域）、１ｂ〜
４ｂはそれぞれ上記光電変換部１ａ〜４ａに蓄積された
電荷を読み出すための、スイッチング素子、例えばＣＯ
Ｄなどの信号転送素子、配線などから構成される電荷読
出し部、１ｄ〜４ｄは光電変換部の開口率（受光面の占
める面積の割合）を向上させるためにそれぞれ上記光電
変換部１ａ〜４ａに対応して配置されたレンズ層、１０
は固体撮像装置基板、１１はレンズ層１ｄ〜４ｄと光電
変換面の間の下地層、２０は固体撮像装置へ入射する光
である。また、２１は上記１１．ｌｄ〜４ｄからなるマ
イクロレンズである。
の概略を示す図であり、図において１ａ〜４ａは例えば
ホトダイオードなどの光電変換部（受光領域）、１ｂ〜
４ｂはそれぞれ上記光電変換部１ａ〜４ａに蓄積された
電荷を読み出すための、スイッチング素子、例えばＣＯ
Ｄなどの信号転送素子、配線などから構成される電荷読
出し部、１ｄ〜４ｄは光電変換部の開口率（受光面の占
める面積の割合）を向上させるためにそれぞれ上記光電
変換部１ａ〜４ａに対応して配置されたレンズ層、１０
は固体撮像装置基板、１１はレンズ層１ｄ〜４ｄと光電
変換面の間の下地層、２０は固体撮像装置へ入射する光
である。また、２１は上記１１．ｌｄ〜４ｄからなるマ
イクロレンズである。
次に従来のマイクロレンズの機能についてホトダイオー
ド１ａへ入射する光を例にとって説明する。
ド１ａへ入射する光を例にとって説明する。
固体撮像装置の光電変換部ｌａ上へ入射した光はその強
度に応じて光電変換部ｌａ内で電荷を発生し、これは信
号電荷としてスイッチング素子、転送素子などで構成さ
れる電荷読出し部１ｂを介して外部へ読み出されて行く
。また、光電変換部１ａより前方に配置されたレンズ層
１ｄは光電変換部１ａ以外の電荷読出し部ｌｂ上の領域
へ入射してきた光もその集光作用により光電変換部ｌａ
上へ集光させる。従って、実質的に光電変換部１ａの面
積が増大したのと同様の効果、即ち開口率の向上をもた
らし、固体撮像装置の感度向上をもたらしている。
度に応じて光電変換部ｌａ内で電荷を発生し、これは信
号電荷としてスイッチング素子、転送素子などで構成さ
れる電荷読出し部１ｂを介して外部へ読み出されて行く
。また、光電変換部１ａより前方に配置されたレンズ層
１ｄは光電変換部１ａ以外の電荷読出し部ｌｂ上の領域
へ入射してきた光もその集光作用により光電変換部ｌａ
上へ集光させる。従って、実質的に光電変換部１ａの面
積が増大したのと同様の効果、即ち開口率の向上をもた
らし、固体撮像装置の感度向上をもたらしている。
光電変換部ｌａ上への集光量はレンズＮ１ａの屈折率、
曲率半径、口径及び下地層１１の厚さにより決り、レン
ズＮ１ａの屈折率と大気中の屈折率の差が大きい程、曲
率半径がある範囲内で小さいほど、また下地層１１が厚
いほど、その集光能力は一般に太き（なる。しかしなが
らレンズ層１ｄに有機高分子材料などを用いた場合には
その屈折率はほぼ１．５前後にしかならず、また、レン
ズの曲率も位置関係などから制限される。
曲率半径、口径及び下地層１１の厚さにより決り、レン
ズＮ１ａの屈折率と大気中の屈折率の差が大きい程、曲
率半径がある範囲内で小さいほど、また下地層１１が厚
いほど、その集光能力は一般に太き（なる。しかしなが
らレンズ層１ｄに有機高分子材料などを用いた場合には
その屈折率はほぼ１．５前後にしかならず、また、レン
ズの曲率も位置関係などから制限される。
従来のマイクロレンズは以上のように構成されているの
で、高い集光率を得るためにはレンズ層１ｄと光電変換
部１ａとの距離を大きくとる必要があり、このため下地
層１１を厚くすると該下地層１１より発生する膜間の応
力も大きくなり、ウェハのソリを引き起こしたり、熱サ
イクルがかかった場合に膜間応力の開放により膜が変形
するなどの問題点があった。また、下地層１１が厚いた
めこの上面はほぼ平らとなり、集光作用を担うのはマイ
クロレンズの上面だけとなり、下面での集光作用が期待
できない分だけ、さらに下地層を厚くしなければならな
いという問題点があった。
で、高い集光率を得るためにはレンズ層１ｄと光電変換
部１ａとの距離を大きくとる必要があり、このため下地
層１１を厚くすると該下地層１１より発生する膜間の応
力も大きくなり、ウェハのソリを引き起こしたり、熱サ
イクルがかかった場合に膜間応力の開放により膜が変形
するなどの問題点があった。また、下地層１１が厚いた
めこの上面はほぼ平らとなり、集光作用を担うのはマイ
クロレンズの上面だけとなり、下面での集光作用が期待
できない分だけ、さらに下地層を厚くしなければならな
いという問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、下地層の厚みが小さくても充分な集光能力を
もつ短焦点距離、大開口率（ＮＡ。
たもので、下地層の厚みが小さくても充分な集光能力を
もつ短焦点距離、大開口率（ＮＡ。
ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｐｅｒｔｕｒｅ ）のマイクロ
レンズを得ることを目的としている。
レンズを得ることを目的としている。
この発明に係るマイクロレンズは、屈折率ｎ２をもつ下
地層の上に、中間層を形成して凹形のくぼみを作り、さ
らにその上に中間層により区切られた位置に上面が凸形
の屈折率ｎｌ （ｎｌ〉ｎ２）のレンズ層を形成した
ものである。
地層の上に、中間層を形成して凹形のくぼみを作り、さ
らにその上に中間層により区切られた位置に上面が凸形
の屈折率ｎｌ （ｎｌ〉ｎ２）のレンズ層を形成した
ものである。
この発明においては、レンズ層は中間層と下地層とによ
り形成された凹形のくぼみ上に形成されるため、レンズ
層の下面は下側に凸となり、下地層（屈折率ｎ２）とレ
ンズ層（屈折率ｎｌ）との間の屈折率差（ｎ １−ｎ
２ ＞０）によりこの界面での集光作用が生じ、光電変
換部以外の領域へ入射してきた光も光電変換部へ集光さ
れ、実質的な開口率の向上が達成される。
り形成された凹形のくぼみ上に形成されるため、レンズ
層の下面は下側に凸となり、下地層（屈折率ｎ２）とレ
ンズ層（屈折率ｎｌ）との間の屈折率差（ｎ １−ｎ
２ ＞０）によりこの界面での集光作用が生じ、光電変
換部以外の領域へ入射してきた光も光電変換部へ集光さ
れ、実質的な開口率の向上が達成される。
また、レンズの上面を上側に凸の形状にすることにより
、例えば大気（屈折率＃１）との間の屈折率差によりこ
の界面での大きな集光能力も得られる。従って、下面に
凹、上面に凸の形状をレンズ層に持たせることにより、
さらに大きな集光能力、即ち、短焦点距離の大ＮＡのマ
イクロレンズが得られる。
、例えば大気（屈折率＃１）との間の屈折率差によりこ
の界面での大きな集光能力も得られる。従って、下面に
凹、上面に凸の形状をレンズ層に持たせることにより、
さらに大きな集光能力、即ち、短焦点距離の大ＮＡのマ
イクロレンズが得られる。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第１図はこの発明の一実施例によるマイクロレンズの断
面図であり、１ａ〜４ａ、ｌｂ〜４ｂ。
面図であり、１ａ〜４ａ、ｌｂ〜４ｂ。
１０．２０は第２図と同一のものである。
１１は従来のマイクロレンズ同様下地層であるが、この
実施例では従来技術と異なり、下地の固体撮像装置表面
の凹凸を積極的に利用するため、この部分の膜厚は凹凸
形状さえ残っていればよく、膜厚は任意に選べる。また
１２はレンズ層１ｄ〜４ｄの下面形状をコントロールす
るために、下地層１１とレンズ層の間に設けられた中間
層である。
実施例では従来技術と異なり、下地の固体撮像装置表面
の凹凸を積極的に利用するため、この部分の膜厚は凹凸
形状さえ残っていればよく、膜厚は任意に選べる。また
１２はレンズ層１ｄ〜４ｄの下面形状をコントロールす
るために、下地層１１とレンズ層の間に設けられた中間
層である。
このように構成されたマイクロレンズは凸形しンズと考
えることができ、レンズの片面、例えば第１図での下面
の形状は、下地層１１と中間層１２の形状により決定さ
れる。この下地層１１は固体撮像装置基板表面の凹凸を
ある程度残した形状とし、さらにこれに中間層１２を付
加することによりレンズ下面の形状をコントロールする
゛ことができる。
えることができ、レンズの片面、例えば第１図での下面
の形状は、下地層１１と中間層１２の形状により決定さ
れる。この下地層１１は固体撮像装置基板表面の凹凸を
ある程度残した形状とし、さらにこれに中間層１２を付
加することによりレンズ下面の形状をコントロールする
゛ことができる。
下地Ｎ１１の材質としては有機材料、無機材料いずれで
も良く、光学的に透明でレンズ層１ｄ〜４ｄの材料の屈
折率より小さな屈折率をもつ材料で形成されていれば良
い。
も良く、光学的に透明でレンズ層１ｄ〜４ｄの材料の屈
折率より小さな屈折率をもつ材料で形成されていれば良
い。
中間層１２の材質としては、この部分へ入射してきた光
も光電変換部１ａ〜４ａへ集光し利用するため、光学的
に透明な材料でレンズ層の材料の屈折率より小さな屈折
率を持つ材料であれば良く、下地層１１と同材質のもの
でも良い。
も光電変換部１ａ〜４ａへ集光し利用するため、光学的
に透明な材料でレンズ層の材料の屈折率より小さな屈折
率を持つ材料であれば良く、下地層１１と同材質のもの
でも良い。
レンズ層１ｄ〜４ｄは光学的に透明な材料で、かつ屈折
率ｎ１の大きな材料（望ましくはｎｌ＞１．８）で形成
する。また、上面の形状は上側に凸状で大気とレンズ層
上面との間の屈折率差により集光能力を得られる。
率ｎ１の大きな材料（望ましくはｎｌ＞１．８）で形成
する。また、上面の形状は上側に凸状で大気とレンズ層
上面との間の屈折率差により集光能力を得られる。
以上のような下地層、中間層、レンズ層は半導体分野で
はよく使われているブレーナテクノロジーを駆使するこ
とにより形成することができ、レンズ層としてはアレイ
状のもの、ストライプ状のものいずれを用いても上記構
成のものが形成できる。
はよく使われているブレーナテクノロジーを駆使するこ
とにより形成することができ、レンズ層としてはアレイ
状のもの、ストライプ状のものいずれを用いても上記構
成のものが形成できる。
次に作用効果について説明する
本実施例のマイクロレンズでは、入射光２０はレンズ層
１ｄ上面で大気とレンズ層１ｄの屈折率の差及び上側に
凸の形状の効果により一回目の集光作用を受け、次いで
レンズ層１ｄ下面でレンズ層１ｄと下地層１１または中
間層１２の屈折率差及び下側に凸の形状の効果により二
回目の集光□作用を受け、光電変換部１ａへ集光される
。従って、従来の上側にのみ凸の形状をもつマイクロレ
ンズに比べ、同一口径、同一肉厚で短焦点距離、即ちＮ
Ａの大きなマイクロレンズが得られる。
１ｄ上面で大気とレンズ層１ｄの屈折率の差及び上側に
凸の形状の効果により一回目の集光作用を受け、次いで
レンズ層１ｄ下面でレンズ層１ｄと下地層１１または中
間層１２の屈折率差及び下側に凸の形状の効果により二
回目の集光□作用を受け、光電変換部１ａへ集光される
。従って、従来の上側にのみ凸の形状をもつマイクロレ
ンズに比べ、同一口径、同一肉厚で短焦点距離、即ちＮ
Ａの大きなマイクロレンズが得られる。
なお、上記実施例ではレンズ層１ｄ〜４ｄは均一な屈折
率ｎ１を持つものを示したが、レンズ層の屈折率は不均
一であってもよく、屈折率を下方に向けてｎｌ’ 〜ｎ
ｌ （ｎｌ’ ＞ｎｌ）と変化させた場合にも上記
実施例と同様の効果を得ることができる。特に、ある規
則性をもって屈折率を変化させた場合にはレンズ層と外
部の層との界面のみでなく、レンズ層内でも光線の方向
を変えることができるので、一段とレンズの集光能力を
向上させることができる。
率ｎ１を持つものを示したが、レンズ層の屈折率は不均
一であってもよく、屈折率を下方に向けてｎｌ’ 〜ｎ
ｌ （ｎｌ’ ＞ｎｌ）と変化させた場合にも上記
実施例と同様の効果を得ることができる。特に、ある規
則性をもって屈折率を変化させた場合にはレンズ層と外
部の層との界面のみでなく、レンズ層内でも光線の方向
を変えることができるので、一段とレンズの集光能力を
向上させることができる。
また、上記実施例では、レンズ層１ｄ〜４ｄの屈折率の
み変化させたが、下地層１１もしくは中間層１２または
その両方の屈折率を下方に向けてｎ２〜ｎ２’ （ｎ
２＞ｎ２’ ）、ｎ３〜ｎ３゛ （ｎ３＞ｎ３’ ）と
変化させた場合にも上記実施例と同様の効果を得ること
ができる。
み変化させたが、下地層１１もしくは中間層１２または
その両方の屈折率を下方に向けてｎ２〜ｎ２’ （ｎ
２＞ｎ２’ ）、ｎ３〜ｎ３゛ （ｎ３＞ｎ３’ ）と
変化させた場合にも上記実施例と同様の効果を得ること
ができる。
以上のように、この発明にかかるマイクロレンズによれ
ば、下地層と中間層により凹状の（ぼみを形成し、その
上に下地層、中間層よりは屈折率の大きな材料で凸状の
レンズ層を形成したので、同一口径、同一肉厚で従来の
マイクロレンズよりはＮＡの大きな短焦点距離のマイク
ロレンズを得ることができ、例えば固体撮像装置用とし
ては下地層の厚さを減らすことができ、膜間に働く応力
を減らすことができるとともに、レンズ層の形状が球形
に近ずくため熱サイクルなどのストレスに対しても安定
なマイクロレンズを得ることができる効果がある。
ば、下地層と中間層により凹状の（ぼみを形成し、その
上に下地層、中間層よりは屈折率の大きな材料で凸状の
レンズ層を形成したので、同一口径、同一肉厚で従来の
マイクロレンズよりはＮＡの大きな短焦点距離のマイク
ロレンズを得ることができ、例えば固体撮像装置用とし
ては下地層の厚さを減らすことができ、膜間に働く応力
を減らすことができるとともに、レンズ層の形状が球形
に近ずくため熱サイクルなどのストレスに対しても安定
なマイクロレンズを得ることができる効果がある。
第１図はこの発明の一実施例によるマイクロレンズを示
す断面図、第２図は従来のマイクロレンズを示す断面図
である。 図において、１ａ〜４ａは光電変換部、１ｂ〜４ｂは電
荷読出し部、１ｄ〜４ｄはレンズ層、１０は固体撮像装
置基板、１１は下地層、１２は中間層、２０は入射光、
２１はマイクロレンズである。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
す断面図、第２図は従来のマイクロレンズを示す断面図
である。 図において、１ａ〜４ａは光電変換部、１ｂ〜４ｂは電
荷読出し部、１ｄ〜４ｄはレンズ層、１０は固体撮像装
置基板、１１は下地層、１２は中間層、２０は入射光、
２１はマイクロレンズである。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
Claims (4)
- （１）その表面に一定間隔でくぼみを有する屈折率ｎ＿
２の下地層と、該下地層上の２つのくぼみの間に形成さ
れた中間層と、上記くぼみの表面と該中間層外面とで構
成される凹状面上に形成された屈折率ｎ＿１（ｎ＿１＞
ｎ＿２）のレンズ層とを備えたことを特徴とするマイク
ロレンズ。 - （２）上記レンズ層の屈折率が下方に向けて単調減少し
ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のマ
イクロレンズ。 - （３）上記下地層の屈折率が下方にむけて単調減少して
いることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２
項記載のマイクロレンズ。 - （４）上記中間層の屈折率が下方にむけて単調減少して
いることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３
項のいずれかに記載のマイクロレンズ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60132707A JPH0640161B2 (ja) | 1985-06-18 | 1985-06-18 | マイクロレンズ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60132707A JPH0640161B2 (ja) | 1985-06-18 | 1985-06-18 | マイクロレンズ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61290403A true JPS61290403A (ja) | 1986-12-20 |
| JPH0640161B2 JPH0640161B2 (ja) | 1994-05-25 |
Family
ID=15087680
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60132707A Expired - Lifetime JPH0640161B2 (ja) | 1985-06-18 | 1985-06-18 | マイクロレンズ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0640161B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5293267A (en) * | 1991-07-15 | 1994-03-08 | Sharp Kabushiki Kaisha | Solid-state imaging device |
| WO1995008192A1 (en) * | 1993-09-17 | 1995-03-23 | Polaroid Corporation | Forming microlenses on solid state imager |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58214101A (ja) * | 1982-06-07 | 1983-12-13 | Sanyo Haujingu:Kk | レンズ板とレンズ板を用いた熱媒体加温方法 |
| JPS5992568A (ja) * | 1982-11-18 | 1984-05-28 | Mitsubishi Electric Corp | 固体撮像素子などの受光装置とその製造方法 |
| JPS6026902A (ja) * | 1983-07-26 | 1985-02-09 | Kiyoshi Hajikano | 複数微小径レンズ群 |
-
1985
- 1985-06-18 JP JP60132707A patent/JPH0640161B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58214101A (ja) * | 1982-06-07 | 1983-12-13 | Sanyo Haujingu:Kk | レンズ板とレンズ板を用いた熱媒体加温方法 |
| JPS5992568A (ja) * | 1982-11-18 | 1984-05-28 | Mitsubishi Electric Corp | 固体撮像素子などの受光装置とその製造方法 |
| JPS6026902A (ja) * | 1983-07-26 | 1985-02-09 | Kiyoshi Hajikano | 複数微小径レンズ群 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5293267A (en) * | 1991-07-15 | 1994-03-08 | Sharp Kabushiki Kaisha | Solid-state imaging device |
| WO1995008192A1 (en) * | 1993-09-17 | 1995-03-23 | Polaroid Corporation | Forming microlenses on solid state imager |
| US5670384A (en) * | 1993-09-17 | 1997-09-23 | Polaroid Corporation | Process for forming solid state imager with microlenses |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0640161B2 (ja) | 1994-05-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
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| EXPY | Cancellation because of completion of term |