JPH04177302A - Condenser lens simulator - Google Patents
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- JPH04177302A JPH04177302A JP2307474A JP30747490A JPH04177302A JP H04177302 A JPH04177302 A JP H04177302A JP 2307474 A JP2307474 A JP 2307474A JP 30747490 A JP30747490 A JP 30747490A JP H04177302 A JPH04177302 A JP H04177302A
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Landscapes
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明はレンズ、特に固体撮像素子の上に形成した凸型
マイクロレンズの集光倍率向上を図るための集光レンズ
シミュレータに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a condensing lens simulator for improving the condensing magnification of a lens, particularly a convex microlens formed on a solid-state image sensor.
従来の技術
近年、固体撮像装置は固体撮像素子が有する小型・軽量
・長寿命・低残像・低消費電力などの優れた特徴のため
に携帯用の小型ビデオムービーや小型電子スチルカメラ
などへの需要が高まっており、ますます小型・軽量・高
性能化が望まれている。Conventional technology In recent years, solid-state imaging devices have been in demand for portable small video movies and small electronic still cameras due to their excellent features such as small size, light weight, long life, low afterimage, and low power consumption. is increasing, and there is a desire for smaller, lighter, and higher performance devices.
固体撮像装置の小型・軽量・高性能化を図るためには固
体撮像素子の上に形成するマイクロレンズの集光倍率を
高めて固体撮像素子の感度を向上させることが必要であ
る。In order to make solid-state imaging devices smaller, lighter, and more efficient, it is necessary to improve the sensitivity of the solid-state imaging device by increasing the condensing power of the microlens formed on the solid-state imaging device.
以下、図面を参照しながら従来の集光レンズシミュレー
タについて説明する。A conventional condensing lens simulator will be described below with reference to the drawings.
第５図（ａ）は従来の集光レンズシミュレータの立体モ
デルの平面図、同図（ｂｌｌは同図（ａ）を（ａ−ａ’
）線で切断した断面図、同図（Ｃ）は同図（ａ）を（ｂ
−ｂ’）線で切断した断面図である。Figure 5(a) is a plan view of a three-dimensional model of a conventional condensing lens simulator.
), the same figure (C) is a cross-sectional view cut along the same figure (a) and (b).
It is a sectional view taken along the line -b').
第５図において、１はマイクロレンズ（以下レンズと称
する）、２は透明フィルタ（以下フィルタと称する）、
３はフォトダイオード、４は垂直落射光である。またＸ
はレンズ１の横幅、Ｙはレンズ１の縦幅、Ｈはレンズ１
の厚み、Ｎはレンズ１の屈折率、Ｄはフィルタ２の厚み
、ｎはフィルタ２の屈折率、Ｘはフォトダイオード３の
横幅、ｙはフォトダイオード３の縦幅をそれぞれ示して
いる。In FIG. 5, 1 is a microlens (hereinafter referred to as a lens), 2 is a transparent filter (hereinafter referred to as a filter),
3 is a photodiode, and 4 is vertically incident light. Also X
is the horizontal width of lens 1, Y is the vertical width of lens 1, and H is the lens 1
, N is the refractive index of the lens 1, D is the thickness of the filter 2, n is the refractive index of the filter 2, X is the horizontal width of the photodiode 3, and y is the vertical width of the photodiode 3, respectively.
以上のように構成された集光レンズの立体モデルについ
て説明する。A three-dimensional model of the condensing lens configured as described above will be explained.
第５図（ｂ）に示すように、同図（ａ）を（ａ −ａ’
）線で切断した断面では、垂直落射光４はレンズ１に入
射して屈折し、さらにフィルタ２に入射して屈折した後
、最後にその一部がフォトダイオード３に入射する。同
様に第５図（ｅ）に示すように、同図（ａ）を（ｂ−ｂ
’）線で切断した断面でも、垂直落射光４はレンズ１に
入射して屈折し、さらにフィルタ２に入射して屈折した
後、最後にその一部がフォトダイオード３に入射する。As shown in FIG. 5(b), (a) is changed to (a − a'
) In the cross section taken along line 1, the vertically incident light 4 enters the lens 1 and is refracted, further enters the filter 2 and is refracted, and finally a part of it enters the photodiode 3. Similarly, as shown in FIG. 5(e), (b-b
Even in the cross section cut along the line '), the vertically incident light 4 enters the lens 1 and is refracted, further enters the filter 2 and is refracted, and finally a part of it enters the photodiode 3.
第６図（ａ）〜（Ｃ）は従来の集光レンズシミュレータ
を用いたシミュレーションの例を示す図である。FIGS. 6(a) to 6(C) are diagrams showing examples of simulations using a conventional condensing lens simulator.
なおこれらの図において第５図と同一符号は同一部材を
示す。In these figures, the same reference numerals as in FIG. 5 indicate the same members.
以下従来の集光レンズシミュレータについて説明する。A conventional condensing lens simulator will be described below.
まず第一に、第５図（ａ）〜（Ｃ）に示す固体撮像素子
の物理定数として、レンズ１の横幅（Ｘ）・７μｍ。First of all, as a physical constant of the solid-state image sensor shown in FIGS. 5(a) to (C), the width (X) of the lens 1 is 7 μm.
レンズ１の縦幅（Ｙ）、９μｍ、レンズ１の厚み（Ｈ）
ご２μｍ、レンズ１の屈折率（Ｎ）： １．６゜フィル
タ２の厚み（Ｄ）、７μｍ、フィルタ２の屈折率（ｎ）
＝１．５．フォトダイオード３の横幅（ｘ）＝３μｍ、
フォトダイオード３の縦幅（ｙ）：３μｍの合計８個の
３次元パラメータを集光レンズシミュレータに入力する
。Vertical width of lens 1 (Y), 9 μm, thickness of lens 1 (H)
2 μm, refractive index of lens 1 (N): 1.6° Thickness of filter 2 (D), 7 μm, refractive index of filter 2 (n)
=1.5. Width (x) of photodiode 3 = 3 μm,
A total of eight three-dimensional parameters, including the vertical width (y) of the photodiode 3 of 3 μm, are input to the condenser lens simulator.
第二に、レンズ１の横幅Ｘと縦幅Ｙをレンズ１の２つの
長方形の２辺並びに２つの円弧の弦とし、長方形の周辺
におけるレンズ１の高さをＯとし、長方形の中心部にお
けるレンズ１の厚みＨを２つの円弧の共通の高さとする
長方形断面円弧モデルとしてレンズ１を想定する。Second, the horizontal width X and vertical width Y of the lens 1 are the two sides of the two rectangles of the lens 1 and the chords of the two circular arcs, the height of the lens 1 at the periphery of the rectangle is O, and the lens at the center of the rectangle is The lens 1 is assumed to be a rectangular cross-section circular arc model in which the thickness H of 1 is the common height of the two circular arcs.
第三に、次の（１）式を用いてレンズ１の幾何学的構造
を決定する。Third, the geometric structure of the lens 1 is determined using the following equation (1).
Ｚ＝に−Ｆ（Ｘ）・Ｆ（Ｙ） ・・・・
・・（１）（１）式において、Ｚはレンズ１の高さを示
す関数である。Ｆ（Ｘ）は横幅Ｘを変数とする円弧の高
さを示す関数である。Ｆ（Ｙ）は縦幅Ｙを変数とする円
弧の高さを示す関数である。ＫはＦ（Ｘ）・Ｆ（Ｙ）を
補正して正しい高さが得られるようにする関数である。Z= to -F(X)・F(Y)...
...(1) In equation (1), Z is a function indicating the height of the lens 1. F(X) is a function indicating the height of the arc with the width X as a variable. F(Y) is a function indicating the height of the arc with the vertical width Y as a variable. K is a function that corrects F(X) and F(Y) to obtain the correct height.
レンズ１の高さＺをに、Ｆ（Ｘ）、Ｆ（Ｙ）の３個の関
数のかけ算として求めることによって、レンズ１の幾何
学的構造を決定する。The geometrical structure of the lens 1 is determined by finding the height Z of the lens 1 as a product of three functions, F(X) and F(Y).
第四に、レンズ１の曲面部をレンズ１の横幅Ｘおよび縦
幅Ｙに沿ってＯ〜２００にそれぞれ等分割して、合計４
００００等分に微小分割する。Fourth, the curved surface portion of the lens 1 is divided equally into 0 to 200 parts along the horizontal width X and the vertical width Y of the lens 1, and a total of 4
Divide into 0000 equal parts.
第五に、横幅Ｘおよび縦幅ｙを２辺とする長方形の受光
部をもつフォトダイオード３の受光Ｉｓに０を入力する
。Fifth, 0 is input to the light reception Is of the photodiode 3, which has a rectangular light reception portion whose two sides are width X and length y.
第六に、レンズ１を４００００等分に微小分割した微小
レンズ曲面部に入射した垂直落射光４を各微小曲面部ご
とに光線追跡する。但し、長方形断面円弧モデルでは長
方形の中心を通る２本の中心線で４分割した領域は互い
に線対称あるいは点対称の関係にあるため、４分割した
１個の領域について１００００等分の微小レンズ曲面部
の光線追跡を実施し、残りの３個の領域については対称
関係を考慮して受光量と２次元投影図を求める。Sixth, the vertically incident light 4 incident on the curved micro lens portions obtained by dividing the lens 1 into 40,000 equal parts is ray-traced for each micro curved surface portion. However, in the rectangular cross-section arc model, the regions divided into four by two center lines passing through the center of the rectangle are line-symmetric or point-symmetric with each other, so each quarter is divided into 10,000 equal parts of the microlens curved surface. For the remaining three regions, the amount of received light and the two-dimensional projection are determined by considering the symmetry relationship.
第七に、次の（２）式を用いて垂直落射光４のレンズ入
射角を求める。Seventh, the lens incidence angle of the vertically incident light 4 is determined using the following equation (2).
θ＝ａｒｃｔａｎ （ｄＺ／ｄｒ） −−（２）
（２）式において、θは微小レンズ曲面部における垂直
落射光４のレンズ入射角である。ｄ Ｚ ／ ｄ ｒは
レンズ入射角ｅの正接である。ｄＺはレンズ曲面部の高
さである。ｄｒはｄＸとｄＹを２辺とする微小長方形の
対角線の長さである。微小レンズ曲面部の全領域におい
て正接であるｄ Ｚ ／ ｄ ｒを求めることによって
全微小曲面部におけるレンズ入射角θを求めることかで
きる。θ=arctan (dZ/dr) --(2)
In equation (2), θ is the lens incidence angle of the vertically incident light 4 on the curved surface portion of the minute lens. dZ/dr is the tangent of the lens incidence angle e. dZ is the height of the lens curved surface portion. dr is the length of a diagonal line of a minute rectangle whose two sides are dX and dY. By finding the tangent dZ/dr over the entire region of the microlens curved surface, the lens incidence angle θ at the entire microlens curved surface can be found.
第八に、次の（３）式を用いてレンズ入射光の屈折角を
求める。Eighth, the angle of refraction of the light incident on the lens is determined using the following equation (3).
Ｎ＝ｓｉｎθ／” Ｓ ｉ ｎΦ −・・
−・・（３：）（３）式において、Ｎはレンズ１の屈折
率である。θはレンズ入射角である。Φはレンズ屈折角
である。レンズ１の屈折率Ｎとレンズ入射角θより、レ
ンズ屈折角Φを求める。N=sinθ/”S i nΦ −・・
--(3:) In formula (3), N is the refractive index of the lens 1. θ is the lens incidence angle. Φ is the lens refraction angle. The lens refraction angle Φ is determined from the refractive index N of the lens 1 and the lens incidence angle θ.
第九に、次の（４）式および（５）式を用いて空気とレ
ンズ１の界面における光Ｐ波の反射率および光Ｓ波の反
射率を求める。Ninth, the reflectance of the optical P wave and the optical S wave at the interface between the air and the lens 1 are determined using the following equations (4) and (5).
Ｒｐｌ ＝ｊａｎ２（θ−Φ） 、、／ ｔ ａ ｎ
２（θ＋Φ）・・・・・・（４）Ｒｓ＋ ＝ｓｉｎ２（
ｅ−Φ）／５ｉｎ２（ｅ＋Φ） −−−−−−（５
）（４）式および（５）式において、Ｒ１）Ｉは空気と
レンズ１の界面における光Ｐ波の反射率である。Ｒｓｌ
は空気とレンズ１の界面における光Ｓ波の反射率である
。レンズ入射角ｅおよびレンズ屈折角Φより、空気とレ
ンズ１の界面における光Ｐ波の反射率Ｒｐ＋および光Ｓ
波の反射率Ｒｓｌを求める。Rpl = jan2(θ-Φ) , / tan
2(θ+Φ)・・・・・・(4)Rs+=sin2(
e−Φ)/5in2(e+Φ) −−−−−−(5
) In equations (4) and (5), R1)I is the reflectance of the optical P wave at the interface between the air and the lens 1. Rsl
is the reflectance of the optical S wave at the interface between the air and the lens 1. From the lens incident angle e and the lens refraction angle Φ, the reflectance Rp+ of the light P wave and the light S at the interface between the air and the lens 1
Find the wave reflectance Rsl.
第十に、次の（６）式を用いて空気とレンズ１の界面に
おける光透過率を求める。Tenthly, the light transmittance at the interface between the air and the lens 1 is determined using the following equation (6).
Ｓｚ＝ １− （Ｒｐ＋−Ｒｓ＋＞ ｙ’２ −
ｆ６’（６）式において、Ｓｌは空気とレンズ１の界面
における光透過率である。光Ｐ波の反射率Ｒ１）ｌおよ
び光Ｓ波の反射率Ｒｓ１より、空気とレンズ１の界面に
おける光透過率Ｓ１を求める。Sz= 1- (Rp+-Rs+>y'2-
In equation f6' (6), Sl is the light transmittance at the interface between the air and the lens 1. The light transmittance S1 at the interface between the air and the lens 1 is determined from the reflectance R1)l of the light P wave and the reflectance Rs1 of the light S wave.
第十−に、レンズ屈折角Φよりレンズ１からフィルタ２
へのフィルタ入射角θ°を求める。Tenthly, from the lens 1 to the filter 2 due to the lens refraction angle Φ
Find the filter incidence angle θ°.
第十三に、次の（′７）式を用いてレンズ１からフィル
タ２への入射光の屈折角を求める。Thirteenth, the refraction angle of the incident light from the lens 1 to the filter 2 is determined using the following equation ('7).
ｎ／Ｎ＝ｓｉｎθ’ 、／ ｓ ｉ ｎΦ゛・・・・・
・Ｃ１１（′７）式において、Ｎはレンズ１の屈折率で
ある。ｎはフィルタ２の屈折率である。θ゛はフィルタ
入射角である。Φ′はフィルタ屈折角である。レンズ１
の屈折率Ｎとフィルタ２の屈折率ｎとフィルタ入射角ｅ
′より、フィルタ屈折角Φ゛を求める。n/N=sinθ', / sinΦ゛...
- In formula C11('7), N is the refractive index of lens 1. n is the refractive index of the filter 2. θ゛ is the filter incidence angle. Φ′ is the filter refraction angle. lens 1
refractive index N of filter 2, refractive index n of filter 2, and filter incidence angle e
′, find the filter refraction angle Φ゛.
第十三に、次の（８）式および（９゛式を用いてレンズ
１とフィルタ２の界面における光Ｐ波の反射率および光
Ｓ波の反射率を求める。Thirteenth, the reflectance of the optical P wave and the optical S wave at the interface between the lens 1 and the filter 2 are determined using the following equations (8) and (9).
Ｒｐ２＝ｔａｎ２（θ゛−Φ’）、’ｔａｎ２（θ゛士
Φ）・・・・・・（８）Ｒｓ２＝ｓｉｎ”（θ“−Φ’
）／ｓｉｎ”（θ“＋Φ”）−・・・（９）（８）式
および（９）式において、Ｒｐ２はレンズ１とフィルタ
２の界面における光Ｐ波の反射率である。Rp2=tan2(θ゛-Φ'), 'tan2(θ゛shiΦ)...(8)Rs2=sin''(θ''-Φ'
)/sin” (θ“+Φ”)− (9) In equations (8) and (9), Rp2 is the reflectance of the optical P wave at the interface between the lens 1 and the filter 2.
Ｒｓ２はレンズ１とフィルタ２の界面における光Ｓ波の
反射率である。フィルタ入射角θ”およびフィルタ屈折
角Φ゛より、レンズ１とフィルタ２の界面における光Ｐ
波の反射率Ｒｐ２および光Ｓ波の反射率Ｒｓ２を求める
。Rs2 is the reflectance of the optical S wave at the interface between the lens 1 and the filter 2. From the filter incidence angle θ'' and the filter refraction angle Φ゛, the light P at the interface between lens 1 and filter 2
The wave reflectance Rp2 and the optical S-wave reflectance Rs2 are determined.
第十四に、次のω式を用いてレンズ１とフィルタ２の界
面における光透過率を求める。Fourteenth, the light transmittance at the interface between lens 1 and filter 2 is determined using the following ω equation.
Ｓ２＝ １− （Ｒ１）２＋ Ｒ６２） ／ ２
・・・・・・００００式において、Ｓ２はレンズｌ
とフィルタ２の界面における光透過率である。光Ｐ波の
反射率Ｒｐ２および光Ｐ波の反射率Ｒｓ２より、レンズ
１とフィルタ２の界面における光透過率Ｓ２を求める。S2= 1- (R1)2+ R62) / 2
......In the 0000 formula, S2 is lens l
and the light transmittance at the interface of filter 2. The light transmittance S2 at the interface between the lens 1 and the filter 2 is determined from the reflectance Rp2 of the light P wave and the reflectance Rs2 of the light P wave.
第十三に、フィルタ透過光が横幅Ｘおよび縦幅ｙの長方
形の受光部をもつフォトダイオード３に到達した場合は
、空気とレンズ１の界面における光透過率Ｓ１とレンズ
１とフィルタ２の界面における光透過率Ｓ２の積をフォ
トダイオード３の受光量Ｓに入力する。フィルタ透過光
が７オトダイオート３に到達しない場合は、フォトダイ
オード３の受光量Ｓ ＋： Ｏを入力する。Thirteenth, when the filter-transmitted light reaches the photodiode 3 which has a rectangular light-receiving part with a horizontal width The product of the light transmittance S2 at is input as the amount of light received by the photodiode 3. If the filter-transmitted light does not reach the photodiode 3, input the amount of light received by the photodiode 3 S +:O.
第十六に、レンズ１の全微小レンズ曲面部への垂直落射
光４の光線追跡をおこなって、４００００本の全垂直落
射光４の内フォトダイオード３の受光部に到達した垂直
落射光４の総量を受光量Ｓに入力する。Sixteenth, by tracing the rays of the vertically incident light 4 to all the microlens curved surfaces of the lens 1, we determined that among the 40,000 total vertically incident lights 4, the vertically incident light 4 that reached the light receiving part of the photodiode 3 was Input the total amount into the received light amount S.
第十七に、次の（１１）式を用いて空気からフィルタ２
への入射光の屈折角を求める。Seventeenth, use the following equation (11) to extract the air from the filter 2.
Find the refraction angle of the incident light.
ｎ＝ｓ ｉ ｎｅｔ” ／ｓ ｉ ｎΦ” −
・・−・−（１１）（１１）式において、ｎはフィルタ
２の屈折率である。θ”はフィルタ入射角である。Φ”
はフィルタ屈折角である。フィルタ２の屈折率ｎとフィ
ルタ入射角θ”よりフィルタ屈折角Φ”を求める。n=s i net”/s i nΦ” −
(11) In the formula (11), n is the refractive index of the filter 2. θ” is the filter incidence angle. Φ”
is the filter refraction angle. The filter refraction angle Φ'' is determined from the refractive index n of the filter 2 and the filter incidence angle θ''.
第十へに、次の（１２）式および（１３）式を用いて空
気とフィルタ２の界面における光Ｐ波の反射率および光
Ｓ波の反射率を求める。Tenthly, the reflectance of the optical P wave and the optical S wave at the interface between the air and the filter 2 are determined using the following equations (12) and (13).
Ｒｐ３ ＝ｊａｎ２（θ”−Φ”）／１ａｎ２（ｅ”＋
Φ”）・（１２）Ｒｓ３ ＝ｓｉｎ２（θ”−Φ”）／
５ｉｎ２（θ”＋Φ”）・（１３）（１２）および（１
３）式において、Ｒ＋）３は空気とフィルタ２の界面に
おける光Ｐ波の反射率、Ｒｓ３は空気とフィルタ２の界
面における光Ｓ波の反射率である。フィルタ入射角θ”
およびフィルタ屈折角Φ”より、空気とフィルタ２の界
面における光Ｐ波の反射率Ｒｐ３および光Ｓ波の反射率
ＲＳ３を求める。Rp3 = jan2(θ"-Φ")/1an2(e"+
Φ”)・(12)Rs3=sin2(θ”−Φ”)/
5in2(θ”+Φ”)・(13)(12) and (1
In Equation 3), R+)3 is the reflectance of the optical P wave at the interface between the air and the filter 2, and Rs3 is the reflectance of the optical S wave at the interface between the air and the filter 2. Filter incidence angle θ”
and the filter refraction angle Φ'', the reflectance Rp3 of the light P wave and the reflectance RS3 of the light S wave at the interface between the air and the filter 2 are determined.
第十九に、次の（１４）式を用いて空気とフィルタ２の
界面における光透過率を求める。Nineteenth, the light transmittance at the interface between the air and the filter 2 is determined using the following equation (14).
Ｔ ｒ ＝ １− （Ｒｐａ＋Ｒ５５） ／ ２
−”・（１４）（１４）式において、Ｔｒは空気とフィ
ルタ２の界面における光透過率である。光Ｐ波の反射率
Ｒｐ３および光Ｓ波の反射率Ｒｓ３より、空気とフィル
タ２の界面における光透過率Ｔｒを求める。T r = 1- (Rpa+R55) / 2
-''・(14) In equation (14), Tr is the light transmittance at the interface between the air and the filter 2. From the reflectance Rp3 of the light P wave and the reflectance Rs3 of the light S wave, the interface between the air and the filter 2 Find the light transmittance Tr at .
第二子に、次の（１５）を用いてフォトダイオード３と
レンズ微小部の面積比を求める。Second, the area ratio between the photodiode 3 and the lens minute portion is determined using the following (15).
面積比＝ （Ａ ／ Ｂ ） ・Ｔ ｒ ・
・・・・（１５）（１５）式において、Ａはフォトダイ
オード３０面積である。Ｂはレンズ微小部の面積である
。Ｔｒはレンズ１がない場合の空気とフィルタ２の界面
における光透過率である。Ａ、Ｂ、Ｔｒより、フォトダ
イオード３とレンズ微小部の面積比を求める。Area ratio = (A / B) ・Tr ・
(15) In equation (15), A is the area of 30 photodiodes. B is the area of the lens minute portion. Tr is the light transmittance at the interface between the air and the filter 2 when the lens 1 is not provided. From A, B, and Tr, the area ratio of the photodiode 3 and the lens minute portion is determined.
第二子−に、次の（１６）式を用いてレンズ１の集光倍
率を求める。Second, the condensing magnification of the lens 1 is determined using the following equation (16).
集光倍率＝Ｓ／（４００’ＯＯ・面積比）・・・・・・
（１６）（１６）式において、Ｓはフォトダイオード３
の受光部に到達したフィルタ透過光の総受光量である。Condensing magnification = S/(400'OO・area ratio)...
(16) In equation (16), S is photodiode 3
This is the total amount of light transmitted through the filter that reaches the light receiving section.
面積比はフォトダイオード３とレンズ微小部の面積比で
ある。フォトダイオード３の受光部に到達したフィルタ
透過光の総受光量Ｓと面積比より、レンズ１の集光倍率
：４．２７が求まる。The area ratio is the area ratio of the photodiode 3 and the lens micro section. The condensing magnification of the lens 1: 4.27 is determined from the total amount of received light S of the filter-transmitted light that has reached the light receiving portion of the photodiode 3 and the area ratio.
第二十三に、全垂直落射光４の光線追跡の結果を第６図
（ａ）〜（Ｃ）に示すように、フォトダイオード３の受
光部面への２次元投影図および（ａ −ａ’）断面図と
（ｂ−ｂ’）断面図として表示する。Twenty-third, the results of ray tracing of all the vertically incident light 4 are shown in FIGS. ') sectional view and (bb-b') sectional view.
発明が解決しようとする課題
しかしながら上記の従来の集光レンズシミュレータでは
、固体撮像素子の上のアルミニウム配線が斜め入射光を
一部遮光するためフォトダイオードの受光量が減少する
といったような実用上の問題点を考慮していないという
課題を有していた。Problems to be Solved by the Invention However, the conventional condensing lens simulator described above has practical problems such as a decrease in the amount of light received by the photodiode because the aluminum wiring above the solid-state image sensor partially blocks obliquely incident light. The problem was that the problem was not taken into account.
本発明は上記従来の課題を解決するもので、固体撮像素
子の上のアルミニウム配線によって遮光される斜め入射
光の香料を差し引いて正確なフォトダイオードの受光量
を求めることができる集光レンズシミュレータを提供す
ることを目的とする。The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and provides a condensing lens simulator that can accurately determine the amount of light received by a photodiode by subtracting the flavor of obliquely incident light that is blocked by the aluminum wiring above the solid-state image sensor. The purpose is to provide.
課題を解決するための手段
この目的を達成するために本発明の集光レンズシミュレ
ータは、レンズと透明中間膜と素子受光部と射光壁の物
理定数を入力する手段と、物理定数を用いて素子の幾何
学的構造と物理特性を決定する手段と、レンズの曲面部
を微小部分に分割し、その微小部分への垂直落射光の入
射角と屈折角を全微小部分について求める手段と、レン
ズの光透過率を求める手段と、透明中間膜への光入射角
と屈折角を求める手段と、透明中間膜への光透過率を求
める手段と、透明中間膜中の透過光が遮光壁に到達して
遮光壁に吸収される量を求める手段と、透明中間膜中の
透過光が素子受光部に到達する量を求める手段と、素子
受光部にした光量からレンズの集光倍率を求める手段と
、垂直落射光が遮光壁と素子受光部に到達した結果を二
次元光投影図として表示する手段とから構成されている
。Means for Solving the Problem To achieve this object, the condensing lens simulator of the present invention includes a means for inputting the physical constants of the lens, the transparent interlayer film, the light receiving part of the element, and the light emitting wall, and a means for determining the geometrical structure and physical properties of the lens; a means for dividing the curved surface of the lens into minute parts; and a means for determining the angle of incidence and refraction of vertically incident light on the minute parts for all the minute parts; A means for determining the light transmittance, a means for determining the angle of incidence and refraction of light on the transparent interlayer film, a means for determining the light transmittance on the transparent interlayer film, and a means for determining the light transmittance through the transparent interlayer film, means for determining the amount of light transmitted through the transparent interlayer film that reaches the element light-receiving section; means for determining the light-condensing magnification of the lens from the amount of light that reaches the element light-receiving section; It consists of a light shielding wall and means for displaying the result of vertically incident light reaching the element light receiving section as a two-dimensional light projection diagram.
作用
この構成によって、正確なフォトダイオードの受光量を
求めることができ、より正確なレンズの集光倍率と２次
元投影図を求めることができる。Effect: With this configuration, it is possible to accurately determine the amount of light received by the photodiode, and it is also possible to more accurately determine the light condensing magnification and two-dimensional projection of the lens.
実施例
以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら説
明する。なお第５図、第６図に示す従来例と同一箇所に
は同一符号を付し、詳細説明を省略した。EXAMPLE An example of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the same parts as in the conventional example shown in FIGS. 5 and 6 are given the same reference numerals, and detailed explanations are omitted.
第１図（ａ）は本発明の一実施例における集光レンズシ
ミュレータの立体モデルの平面図、同図（ｂ）は同図（
ａ）を（ａ −ａ’）線で切断した断面図、同図（Ｃ）
は同図（ａ）を（ｂ−ｂ’）線で切断した断面図である
。FIG. 1(a) is a plan view of a three-dimensional model of a condensing lens simulator in an embodiment of the present invention, and FIG.
Cross-sectional view of a) taken along line (a-a'), same figure (C)
2 is a sectional view taken along the line (bb') of the same figure (a).
これらの図において、５はアルミニウム配線、Ｔはアル
ミニウム配線の厚みである。In these figures, 5 is the aluminum wiring, and T is the thickness of the aluminum wiring.
以上のように構成された集光レンズシミュレータの立体
モデルについて説明する。A three-dimensional model of the condensing lens simulator configured as described above will be explained.
第１図（ｂ）に示すように、同図（ａ）を（ａ −ａ’
）線で切断した断面では、垂直落射光４はレンズ１に入
射して屈折し、さらにフィルタ２に入射して屈折し、斜
め入射光の一部がアルミニウム配線５に吸収された後、
最後に吸収されなかった残りの垂直落射光４がフォトダ
イオード３に入射する。As shown in Figure 1(b), (a) is changed to (a - a'
) In the cross section cut along the line 4, the vertically incident light 4 enters the lens 1 and is refracted, and further enters the filter 2 and is refracted, and after a part of the obliquely incident light is absorbed by the aluminum wiring 5,
Finally, the remaining vertically incident light 4 that is not absorbed enters the photodiode 3.
同様に第１図（Ｃ）に示すように、同図（ａ）を（ｂ−
ｂ’）線で切断した断面でも、垂直落射光４はレンズ１
に入射して屈折し、さらにフィルタ２に入射して屈折し
、斜め入射光の一部がアルミニウム配線５に吸収された
後、最後に吸収されなかった残りの垂直落射光４がフォ
トダイオード３に入射する。Similarly, as shown in FIG. 1(C), (b-
b') Even in the cross section cut along the line, the vertically incident light 4 is reflected by the lens 1.
After entering the filter 2 and being refracted, a part of the obliquely incident light is absorbed by the aluminum wiring 5, and finally, the remaining vertically incident light 4 that was not absorbed enters the photodiode 3. incident.
第２図は本発明の一実施例における集光レンズシミュレ
ータの構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a condensing lens simulator in one embodiment of the present invention.
以下本発明の集光レンズシミュレータについて図面を参
照しながら説明する。The condensing lens simulator of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本発明の集光レンズシミュレーションは、レンズ１とフ
ィルタ２とフォトダイオード３とアルミニウム配線５の
物理定数を入力する入力装置６と、この物理定数を用い
て素子の幾何学的構造と物理特性を決定し、レンズ曲面
部の全微小部分に入射した垂直落射光４の入射角と屈折
角を求めてレンズ１の光透過率を計算し、フィルタ２へ
の光入射角と屈折角を求めてフィルタ２の光透過率を計
算し、フィルタ２の透過光がアルミニウム配線５に到達
して吸収される量を求めてフォトダイオード３に入射す
る真の光量を求めてレンズ１の集光倍率を計算する演算
装置７と、入力装置６に入力した物理定数と演算装置７
を用いて演算した結果を２次元投影図と断面図と計算結
果表として表示する出力表示装置８と、その出力表示装
置８に表示した結果を用紙に印刷する印刷装置９とから
構成されている。The converging lens simulation of the present invention uses an input device 6 to input the physical constants of the lens 1, filter 2, photodiode 3, and aluminum wiring 5, and determines the geometric structure and physical characteristics of the element using these physical constants. Then, the light transmittance of the lens 1 is calculated by calculating the incident angle and the refraction angle of the vertically incident light 4 that has entered all the minute parts of the lens curved surface, and the light incidence angle and the refraction angle of the light into the filter 2 are calculated. Calculate the light transmittance of the filter 2, find the amount of light transmitted through the filter 2 that reaches the aluminum wiring 5 and be absorbed, find the true amount of light incident on the photodiode 3, and calculate the condensing magnification of the lens 1. The device 7, the physical constants input to the input device 6, and the arithmetic device 7
It is composed of an output display device 8 that displays the results calculated using the 2-dimensional projection diagram, a sectional view, and a calculation result table, and a printing device 9 that prints the results displayed on the output display device 8 on paper. .
第３図は本発明の一実施例における集光レンズシミュレ
ータの演算フローチャートである。FIG. 3 is a calculation flowchart of a condensing lens simulator in an embodiment of the present invention.
以上のように構成された集光レンズシミュレータについ
て第３図の演算フローチャートを参照しながら説明する
。The condensing lens simulator configured as described above will be explained with reference to the calculation flowchart shown in FIG.
まず第一に、第１図＜ａ）〜（Ｃ）に示す固体撮像素子
の物理定数として、レンズ１の横幅（Ｘ）、７μｍ。First of all, as a physical constant of the solid-state image sensor shown in FIGS. 1A to 1C, the width (X) of the lens 1 is 7 μm.
レンズ１の縦幅（Ｙ）・９μｍ、レンズ１の厚み（Ｈ）
＋ ２μｍ、レンズ１の屈折率（Ｎ）： １．６゜フィ
ルタ２の厚み（Ｄ）・７μｍ、フィルタ２の屈折率（ｎ
）： １．５．フォトダイオード３の横幅（ｘ＞・３μ
ｍ、フォトダイオード３の縦幅（ｙ）：３μｍ、アルミ
ニウム配線の厚み（Ｔ）： ２μｍの合計９個の３次元
パラメータを集光レンズシミュレータに入力する。Vertical width of lens 1 (Y)・9μm, thickness of lens 1 (H)
+ 2 μm, refractive index of lens 1 (N): 1.6° Thickness (D) of filter 2 ・7 μm, refractive index of filter 2 (n
): 1.5. Width of photodiode 3 (x>・3μ
A total of nine three-dimensional parameters are input into the condenser lens simulator: m, the vertical width (y) of the photodiode 3: 3 μm, and the thickness (T) of the aluminum wiring: 2 μm.
第二に、レンズ１の横幅Ｘと縦幅Ｙをレンズ１の２つの
長方形の２辺並びに２つの円弧の弦とし、長方形の周辺
におけるレンズ１の高さをＯとし、長方形の中心部にお
けるレンズ１の厚みＨを２つの円弧の共通の高さとする
長方形断面円弧モデルとしてレンズ１を想定する。Second, the horizontal width X and vertical width Y of the lens 1 are the two sides of the two rectangles of the lens 1 and the chords of the two circular arcs, the height of the lens 1 at the periphery of the rectangle is O, and the lens at the center of the rectangle is The lens 1 is assumed to be a rectangular cross-section circular arc model in which the thickness H of 1 is the common height of the two circular arcs.
第三に、次の（１）式を用いてレンズ１の幾何学的構造
を決定する。Third, the geometric structure of the lens 1 is determined using the following equation (1).
Ｚ＝に−Ｆ（Ｘ）・Ｆ（Ｙ） ・・・・
・・（１）（１）式において、Ｚはレンズ１の高さを示
す関数である。Ｆ（Ｘ）は横幅Ｘを変数とする円弧の高
さを示す関数である。Ｆ（Ｙ）は縦幅）′を変数とする
円弧の高さを示す関数である。ＫはＦ（Ｘ）・ＦＯ“）
を補正して正しい高さが得られるようにする関数である
。レンズ１の高さＺをに、Ｆ（Ｘ）、Ｆ（Ｙ）の３個の
関数のかけ算として求めることによって、レンズ１の幾
何学的構造を決定する。Z= to -F(X)・F(Y)...
...(1) In equation (1), Z is a function indicating the height of the lens 1. F(X) is a function indicating the height of the arc with the width X as a variable. F(Y) is a function indicating the height of the arc with the vertical width)' as a variable. K is F(X)・FO")
This is a function that corrects to obtain the correct height. The geometrical structure of the lens 1 is determined by finding the height Z of the lens 1 as a product of three functions, F(X) and F(Y).
第四に、レンズ１の曲面部をレンズ１の横幅Ｘおよび縦
幅Ｙに沿ってＯ〜２００にそれぞれ等分割して、合計４
００００等分に微小分割する。Fourth, the curved surface portion of the lens 1 is divided equally into 0 to 200 parts along the horizontal width X and the vertical width Y of the lens 1, and a total of 4
Divide into 0000 equal parts.
第五に、横幅Ｘおよび縦幅ｙを２辺とする長方形の受光
部をもつフォトダイオード３の受光量Ｓに０を入力する
。Fifth, 0 is input to the amount of light received by the photodiode 3, which has a rectangular light-receiving section whose two sides are width X and length y.
第六に、レンズ１を４００００等分に微小分割した微小
レンズ曲面部に入射した垂直落射光４を各微小曲面部ご
とに光線追跡する。但し、長方形断面円弧モデルでは長
方形の中心を通る２本の中心線で４分割した領域は互い
に線対称あるいは点対称の関係にあるため、４分割した
１個の領域について１００００等分の微小レンズ曲面部
の光線追跡を実施し、残りの３個の領域については対称
関係を考慮して受光量と２次元投影図を求める。Sixth, the vertically incident light 4 incident on the curved micro lens portions obtained by dividing the lens 1 into 40,000 equal parts is ray-traced for each micro curved surface portion. However, in the rectangular cross-section circular arc model, the areas divided into four by two center lines passing through the center of the rectangle are line-symmetric or point-symmetric with each other, so each quarter is divided into 10,000 equal parts of the microlens curved surface. For the remaining three regions, the amount of received light and the two-dimensional projection are determined by considering the symmetry relationship.
第七に、次の（２）式を用いて垂直落射光４のレンズ入
射角を求める。Seventh, the lens incidence angle of the vertically incident light 4 is determined using the following equation (2).
θ＝ａｒｃ ｔａｎ （ｄＺ／ｄｒ） □ ・−
”（２）Ｃ）式において、ｅは微小レンズ曲面部におけ
る垂直落射光４のレンズ入射角である。ｄ Ｚ ／ ｄ
ｒはレンズ入射角θの正接である。ｄＺはレンズ曲面
部の高さである。ｄｒはｄＸとｄＹを２辺とする微小長
方形の対角線の長さである。微小レンズ曲面部の全領域
において正接であるｄ Ｚ ／ ｄ ｒを求めることに
よって全微小曲面部におけるレンズ入射角θを求めるこ
とができる。θ=arc tan (dZ/dr) □ ・−
” In formula (2)C), e is the lens incidence angle of the vertically incident light 4 on the curved surface portion of the minute lens. d Z / d
r is the tangent of the lens incidence angle θ. dZ is the height of the lens curved surface portion. dr is the length of a diagonal line of a minute rectangle whose two sides are dX and dY. By finding the tangent dZ/dr over the entire region of the microlens curved surface, the lens incidence angle θ at the entire microlens curved surface can be found.
第八に、次の（３）式を用いてレンズ入射光の屈折角を
求める。Eighth, the angle of refraction of the light incident on the lens is determined using the following equation (3).
Ｎ＝ｓｉｎθ／ ｓ ｉ ｎΦ ・・
・・・・（３）（３）式において、Ｎはレンズ１の屈折
率である。θはレンズ入射角である。Φはレンズ屈折角
である。レンズ１の屈折率Ｎとレンズ入射角θより、レ
ンズ屈折角Φを求める。N=sinθ/sinΦ...
(3) In equation (3), N is the refractive index of the lens 1. θ is the lens incidence angle. Φ is the lens refraction angle. The lens refraction angle Φ is determined from the refractive index N of the lens 1 and the lens incidence angle θ.
第九に、次の（４）式および（５）式を用いて空気とレ
ンズ１の界面における光Ｐ波の反射率および光Ｓ波の反
射率を求める。Ninth, the reflectance of the optical P wave and the optical S wave at the interface between the air and the lens 1 are determined using the following equations (4) and (5).
ＲＪ＋ ＝ｔａｎ２（θ−Φ）／’ｊａｎ’（θ＋Φ）
−−−−−−（４）Ｒｓｌ ＝ｓｉｎ２（θ−Φ
）／５ｉｎ２（ｅ＋Φ）・・・・・・（５）（４）式お
よび（５）式において、Ｒｐ＋は空気とレンズｌの界面
における光Ｐ波の反射率である。Ｒ５＋は空気とレンズ
ｌの界面における光Ｓ波の反射率である。レンズ入射角
θおよびレンズ屈折角Φより、空気とレンズ１の界面に
おける光Ｐ波の反射率Ｒｐ＋および光Ｓ波の反射率Ｒｓ
ｌを求める。RJ+ = tan2 (θ-Φ)/'jan' (θ+Φ)
−−−−−−(4) Rsl = sin2(θ−Φ
)/5in2(e+Φ) (5) In equations (4) and (5), Rp+ is the reflectance of the light P wave at the interface between the air and the lens l. R5+ is the reflectance of the light S wave at the interface between the air and the lens l. From the lens incident angle θ and the lens refraction angle Φ, the reflectance Rp+ of the light P wave and the reflectance Rs of the light S wave at the interface between the air and the lens 1
Find l.
弟子に、次の（６）式を用いて空気とレンズ１の界面に
おける光透過率を求める。Ask the student to calculate the light transmittance at the interface between the air and the lens 1 using the following equation (6).
Ｓ＋＝ １ （Ｒｐ＋＋Ｒｓ＋） ／２ ・
”・・・（６）（６）式において、Ｓｌは空気とレンズ
１の界面における光透過率である。光Ｐ波の反射率Ｒｐ
＋および光Ｓ波の反射率Ｒｓｌより、空気とレンズ１の
界面における光透過率Ｓ１を求める。S+= 1 (Rp++Rs+) /2 ・
”...(6) In equation (6), Sl is the light transmittance at the interface between the air and the lens 1.The reflectance of the light P wave Rp
+ and the reflectance Rsl of the S wave, the light transmittance S1 at the interface between the air and the lens 1 is determined.
弟子−に、レンズ屈折角Φよりレンズ１からフィルタ２
へのフィルタ入射角θ゛を求める。I told my disciples to change the angle of refraction from lens 1 to filter 2 according to the lens refraction angle Φ.
Find the filter incidence angle θ゛.
第十三に、次の（７）式を用いてレンズ１がらフィルタ
２への入射光の屈折角を求める。Thirteenth, the refraction angle of the incident light from the lens 1 to the filter 2 is determined using the following equation (7).
ｎ／Ｎ＝ｓｉｎθ’ ／ ｓ ｉ ｎΦ’ −−
（７）（７）式において、Ｎはレンズ１の屈折率である
。ｎはフィルタ２の屈折率である。ｅ“はフィルタ入射
角である。Φ′はフィルタ屈折角である。レンズｌの屈
折率Ｎとフィルタ２の屈折率ｎ−とフィルタ入射角θ′
より、フィルタ屈折角Φ′を求める。n/N=sinθ'/sinΦ' --
(7) In equation (7), N is the refractive index of the lens 1. n is the refractive index of the filter 2. e" is the filter incidence angle. Φ' is the filter refraction angle. The refractive index N of the lens l, the refractive index n- of the filter 2, and the filter incidence angle θ'
Find the filter refraction angle Φ'.
第十三に、次の（８）式および（９）式を用いてレンズ
１とフィルタ２の界面における光Ｐ波の反射率および光
Ｓ波の反射率を求める。Thirteenth, the reflectance of the optical P wave and the optical S wave at the interface between the lens 1 and the filter 2 are determined using the following equations (8) and (9).
Ｒｐ：＝ｔａｎ２（ｅ’−Φ’ ）／１ａｎ２（ｅ’十
Φ’ ） ・・・・−・（８）Ｒｓ２＝ｓｉｎ２（θ”
−Φ’）／５ｉｎ２（θ゛十Φ゛）・・・・・・（９）
（８）式および（９）式において、ＲＥ）２はレンズ１
とフィルタ２の界面における光Ｐ波の反射率である。Rp:=tan2(e'-Φ')/1an2(e'10Φ')...-(8)Rs2=sin2(θ"
-Φ')/5in2(θ゛1Φ゛)・・・・・・(9)
In equations (8) and (9), RE)2 is lens 1
and the reflectance of the optical P wave at the interface of the filter 2.
Ｒｓ２はレンズ１とフィルタ２の界面における光Ｓ波の
反射率である。フィルタ入射角θ′およびフィルタ屈折
角Φ゛より、レンズ１とフィルタ２の界面における光Ｐ
波の反射率Ｒｐ２および光Ｓ波の反射率Ｒｓ２を求める
。Rs2 is the reflectance of the optical S wave at the interface between the lens 1 and the filter 2. From the filter incidence angle θ′ and the filter refraction angle Φ゛, the light P at the interface between lens 1 and filter 2
The wave reflectance Rp2 and the optical S-wave reflectance Rs2 are determined.
弟子四に、次のＧＧ＋式を用いてレンズ１とフィルタ２
の界面における光透過率を求める。Disciple 4 uses the following GG+ formula to create lens 1 and filter 2.
Find the light transmittance at the interface.
５２＝１− （Ｒｐ ２＋Ｒ５２） ／２ −
００００式において、Ｓ２はレンズ１とフィルタ２の界
面における光透過率である。光Ｐ波の反射率Ｒｐ２およ
び光Ｐ波の反射率Ｒｓ２より、レンズ１とフィルタ２の
界面における光透過率Ｓ２を求める。52=1- (Rp2+R52)/2-
In Equation 0000, S2 is the light transmittance at the interface between lens 1 and filter 2. The light transmittance S2 at the interface between the lens 1 and the filter 2 is determined from the reflectance Rp2 of the light P wave and the reflectance Rs2 of the light P wave.
第十三に、フィルタ透過光が厚みＴのアルミニウム配線
５に衝突するかどうが判断する。衝突する場合は、フォ
トダイオード３の受光量Ｓ Ｉ’ニー ０を入力する。Thirteenth, it is determined whether the filter-transmitted light collides with the aluminum wiring 5 having the thickness T. If there is a collision, input the amount of light received by the photodiode 3 S I' knee 0.
弟子六に、アルミニウム配線５に衝突しながった残りの
フィルタ透過光が横幅Ｘおよび縦幅ｙの長方形の受光部
をもつフォトダイオード３に到達した場合は、空気とレ
ンズ１の界面における光透過率Ｓ１ とレンズ１とフィ
ルタ２の界面における光透過率Ｓ２の積をフォトダイオ
ード３の受光量Ｓに入力する。フィルタ透過光がフォト
ダイオード３に到達しない場合は、フォトダイオード３
の受光量ＳにＯを入力する。According to Deshi Roku, when the remaining filter-transmitted light that has not collided with the aluminum wiring 5 reaches the photodiode 3 which has a rectangular light-receiving part with a horizontal width of X and a vertical width of y, the light at the interface between the air and the lens 1 is The product of the transmittance S1 and the light transmittance S2 at the interface between the lens 1 and the filter 2 is input as the amount of light received by the photodiode 3 S. If the filter-transmitted light does not reach photodiode 3, photodiode 3
Input O to the received light amount S.
弟子七に、レンズ１の全微小レンズ曲面部への垂直落射
光４の光線追跡をおこなって、４００００本の全垂直落
射光４の内フォトダイオード３の受光部に到達した垂直
落射光４の総量を受光量Ｓに入・力する。Disciple Seven traced the rays of vertically incident light 4 to all the microlens curved surfaces of lens 1, and calculated the total amount of vertically incident light 4 that reached the light receiving part of photodiode 3 out of 40,000 total vertically incident light 4. Enter the amount of received light S.
弟子へに、次の（１１）式を用いて空気からフィルタ２
への入射光の屈折角を求める。I told my disciples to use the following equation (11) to extract filter 2 from the air.
Find the refraction angle of the incident light.
１＝ｓｉｎθ”／ ｓ ｉ ｎΦ” ・・・・
・・（１１）（１１）式において、ｎはフィルタ２の屈
折率である。ｅ”はフィルタ入射角である。Φ”はフィ
ルタ屈折角である。フィルタの屈折率ｎとフィルタ入射
角ｅ”よりフィルタ屈折角Φ”を求める。1=sinθ”/sinΦ”・・・・
(11) In equation (11), n is the refractive index of the filter 2. e" is the filter incidence angle. Φ" is the filter refraction angle. The filter refraction angle Φ'' is determined from the filter refractive index n and the filter incidence angle e''.
弟子九に、次の（１２）式および（１３）式を用いて空
気とフィルタ２の界面における光Ｐ波の反射率および光
Ｓ波の反射率を求める。Ask Disciple Kyu to calculate the reflectance of the optical P wave and the optical S wave at the interface between the air and the filter 2 using the following equations (12) and (13).
Ｒｐ３ ＝ｔａｎ２（ｅ”−Φ”）／ｊａｎ’（θ”＋
Φ”）・（１２）ＲＳ３ ＝ｓｉｎ２（ｅ”−Φ”）／
５ｉｎ２（θ”＋Φ”）・（１３）（１２）および（１
３）式において、Ｒ１）３は空気とフィルタ２の界面に
おける光Ｐ波の反射率である。Rp3 = tan2(e"-Φ")/jan'(θ"+
Φ”)・(12)RS3=sin2(e”−Φ”)/
5in2(θ”+Φ”)・(13)(12) and (1
In equation 3), R1)3 is the reflectance of the optical P wave at the interface between the air and the filter 2.
Ｒ５３は空気とフィルタ２の界面における光Ｓ波の反射
率である。フィルタ入射角θ”およびフィルタ屈折角Φ
”より、空気とフィルタ２の界面における光Ｐ波の反射
率Ｒｐ３および光Ｓ波の反射率Ｒ５３を求める。R53 is the reflectance of the optical S wave at the interface between the air and the filter 2. Filter incidence angle θ” and filter refraction angle Φ
”, the reflectance Rp3 of the optical P wave and the reflectance R53 of the optical S wave at the interface between the air and the filter 2 are determined.
第二子に、次の（１４）式を用いて空気とフィルタ２の
界面における光透過率を求める。Second, the light transmittance at the interface between the air and the filter 2 is determined using the following equation (14).
Ｔ ｒ ＝ １−（Ｒｐ３＋Ｒ５３） ／ ２ −
（１４）（１４）式において、Ｔｒは空気とフィルタ２
の界面における光透過率である。光Ｐ波の反射率Ｒ１）
３および光Ｓ波の反射率Ｒ５３より、空気おフィルタ２
の界面における光透過率Ｔｒを求める。T r = 1-(Rp3+R53)/2-
(14) In equation (14), Tr is air and filter 2
is the light transmittance at the interface. Reflectance of light P wave R1)
3 and the reflectance R53 of the optical S wave, the air filter 2
The light transmittance Tr at the interface is determined.
第二子−に、次の（１５）式を用いてフォトダイオード
３とレンズ微小部の面積比を求める。Second, the area ratio between the photodiode 3 and the lens minute portion is determined using the following equation (15).
面積比−（Ａ／Ｂ）・Ｔｒ ・・・・・・（
１５）＜１５）式において、Ａはフォトダイオード３の
面積である。Ｂはレンズ微小部の面積である。Ｔｒはレ
ンズ１が無い場合の空気とフィルタ２の界面における光
透過率である。Ａ、Ｂ、Ｔｒより、フォトダイオード３
古レンズ微小部の面積比を求める。Area ratio - (A/B)・Tr ・・・・・・(
15) In the formula <15), A is the area of the photodiode 3. B is the area of the lens minute portion. Tr is the light transmittance at the interface between the air and the filter 2 when the lens 1 is not provided. From A, B, Tr, photodiode 3
Find the area ratio of the tiny part of the old lens.
第二十三に、次の（１６）式を用いてレンズ１の集光倍
率を求める。Twenty-third, the condensing magnification of the lens 1 is determined using the following equation (16).
集光倍率−８／（４００００・面積比）・・・・・・（
１６）（１６）式において、Ｓはフォトダイオード３の
受光部に到達したフィルタ透過光の総量光量である。Condensing magnification -8/(40000・area ratio)......(
16) In equation (16), S is the total amount of filter-transmitted light that has reached the light receiving section of the photodiode 3.
面積比はフォトダイオード３とレンズ微小部の面積比で
ある。フォトダイオード３の受光部に到達したフィルタ
透過光の総量光量Ｓと面積比より、レンズ１の集光倍率
：３．４４が求まる。The area ratio is the area ratio of the photodiode 3 and the lens micro section. The condensing magnification of the lens 1: 3.44 is determined from the total amount S of the filter-transmitted light that has reached the light receiving section of the photodiode 3 and the area ratio.
第二十三に、全垂直落射光４の光線追跡の結果を第４図
（ａ）〜（Ｃ）に示すように、フォトダイオード３の受
光部面とアルミニウム配線５の上部面への２次元投影図
および（ａ −ａ’）断面図と（ｂ−ｂ’）断面図とし
て表示する。Twenty-third, the results of ray tracing of all vertically incident light 4 are shown in FIGS. It is displayed as a projection view, (a-a') sectional view, and (bb') sectional view.
以上のように本実施例では、アルミニウム配線５による
斜め入射光の遮光効果を考慮できるため、より正確なフ
ォトダイオード３の総量光量を求めることができる。As described above, in this embodiment, since the effect of blocking obliquely incident light by the aluminum wiring 5 can be taken into account, the total amount of light from the photodiodes 3 can be determined more accurately.
なお、実施例では素子として固体撮像素子を用いたが、
素子は固体撮像素子に限定されるものではなく、凸型レ
ンズ七透明中間膜とｆ光壁と受光部あるいは発光部を有
するものであれば何でもよい。例えば、液晶表示素子な
どが考えられる。また、実施例ではアルミニウム配線５
を迂光壁として用いたが、遮光壁はアルミニウム配線５
に限定されるものではなく、光を遮断できるものであれ
ば何でもよい。例えば、タングステンシリサイドなどが
考えられる。In addition, although a solid-state image sensor was used as the element in the example,
The device is not limited to a solid-state image pickup device, and any device may be used as long as it has a convex lens, a transparent intermediate film, an f-light wall, and a light receiving portion or a light emitting portion. For example, a liquid crystal display element can be considered. In addition, in the embodiment, the aluminum wiring 5
was used as a light bypass wall, but the light shielding wall was made of aluminum wiring 5.
The material is not limited to , and any material that can block light may be used. For example, tungsten silicide may be used.
また、実施例では全垂直落射光４の光線追跡の結果をフ
ォトダイオード３の受光部面とアルミニウム配線５の上
部面への２次元投影図として白黒で表示しているが、受
光密度に応じた多色カラーで表示することによって受光
部面の何処に光が集中しているかが容易にわかる。さら
に、レンズ１の厚みを一定間隔で増加させながらシミュ
レーションを繰り返してレンズ１の厚みと集光倍率また
は開口率との関係を求めることによって、最大集光倍率
あるいは最大開口率を自動的に求めることができる。In addition, in the embodiment, the results of ray tracing of all the vertically incident light 4 are displayed in black and white as a two-dimensional projection diagram on the light receiving surface of the photodiode 3 and the upper surface of the aluminum wiring 5, but Displaying in multiple colors makes it easy to see where on the light receiving surface the light is concentrated. Further, by repeating the simulation while increasing the thickness of the lens 1 at regular intervals and finding the relationship between the thickness of the lens 1 and the light collection magnification or the aperture ratio, the maximum light collection magnification or the maximum aperture ratio can be automatically determined. I can do it.
発明の効果
以上のように本発明は遮光壁によって遮光される斜め入
射光の光量を差し引いて正確な素子受光部の受光量を求
めることによって、マイクロレンズの集光倍率と２次元
投影図の精度の向上を図ることができ、その実用的効果
は大なるものがある。Effects of the Invention As described above, the present invention subtracts the amount of obliquely incident light that is blocked by the light blocking wall to obtain an accurate amount of light received by the element light receiving section, thereby improving the light condensing magnification of the microlens and the accuracy of the two-dimensional projection diagram. can be improved, and its practical effects are significant.
第１図（ａ）は本発明の一実施例における集光レンズシ
ミュレータの立体モデルの平面図、第１図（ｂ）は同図
（ａ）を（ａ−ａ’）線で切断した断面図、第１図（Ｃ
）は同図（ａ）を（ｂ−ｂ“）線で切断した断面図、第
２図は本発明の一実施例における集光レンズシミュレー
タの構成図、第３図は本発明の一実施例における集光レ
ンズシミュレータの演算フローチャート、第４図（ａ）
〜（Ｃ）は本発明の集光レンズシミュレータによるシミ
ュレーション結果を表示した図、第５図（ａ）は従来の
集光レンズシミュレータの立体モデルの平面図、第５図
（ｂ）は同図（ａ）を（ａ−ａ’）線で切断した断面図
、第５図（Ｃ）は同図（ａ）を（ｂ−ｂ’）線で切断し
た断面図、第６図（ａ）〜（′Ｃ）は従来の集光レンズ
シミュレータによるシミュレーション結果を表示した図
である。
１・・・・・・マイクロレンズ（レンズ）、２・・・・
・・フィルタく透明中間膜）、３・・・・・・フてトダ
イオード（素子受光部）、４・・・・・・垂Ｍ’Ｆ４射
光、５・・・・・・アルミニウム配置＆Ｉ！（遮光壁）
。
代理人の氏名 弁理士小鍜治明 ほか２名第１図
／−一マイクロレンス゛ Ｊ−゛フォトクンオード（
レンズ”） （１子費光音ｐ）ｔｏ）
ｔｃ）第２図
第３図（ｂ）
第４図
Ｃθ）
第５図
第６図FIG. 1(a) is a plan view of a three-dimensional model of a condensing lens simulator in an embodiment of the present invention, and FIG. 1(b) is a cross-sectional view of FIG. 1(a) taken along line (a-a'). , Figure 1 (C
) is a cross-sectional view taken along the line (bb--b") of FIG. Calculation flowchart of the condensing lens simulator in Fig. 4(a)
~(C) are diagrams displaying the simulation results by the condensing lens simulator of the present invention, FIG. 5(a) is a plan view of a three-dimensional model of the conventional condensing lens simulator, and FIG. 5(C) is a sectional view of FIG. 5(C) taken along line (bb') of FIG. 6(a) to (a). 'C) is a diagram displaying simulation results using a conventional condensing lens simulator. 1...Micro lens (lens), 2...
...filter (transparent interlayer film), 3...foot diode (element light receiving part), 4...vertical M'F4 emitted light, 5...aluminum arrangement & I! (shading wall)
. Name of agent: Patent attorney Haruaki Ogata and two others Figure 1/-1 microlens
Lens”) (1 child price Mitsune p)to)
tc) Figure 2 Figure 3 (b) Figure 4 Cθ) Figure 5 Figure 6
Claims (1)
を入力する手段と、前記物理定数を用いて素子の幾何学
的構造と物理特性を決定する手段と、前記レンズの曲面
部を微小部分に分割し、その微小部分への垂直落射光の
入射角と屈折角を全微小部分について求める手段と、前
記レンズ中の光透過率を求める手段と、前記透明中間膜
への光入射角と屈折角を求める手段と、前記透明中間膜
中の光透過率を求める手段と、前記透明中間膜中の透過
光が前記遮光壁に到達して遮光壁に吸収される量を求め
る手段と、前記透明中間膜中の透過光が前記素子受光部
に到達する量を求める手段と、前記素子受光部に到達し
た光量からレンズの集光倍率を求める手段と、前記垂直
落射光が前記遮光壁と前記素子受光部上に到達した結果
を２次元投影図として表示する手段とを備えたことを特
徴とする集光レンズシミュレータ。means for inputting physical constants of a lens, a transparent interlayer film, an element light-receiving section, and a light-shielding wall; a means for determining the geometrical structure and physical characteristics of an element using the physical constants; means for determining the angle of incidence and refraction of vertically incident light on the microscopic portions, means for determining the light transmittance in the lens, and the angle of incidence and refraction of the light on the transparent interlayer film. means for determining the angle; means for determining the light transmittance in the transparent interlayer film; means for determining the amount of light transmitted through the transparent interlayer film reaching the light shielding wall and being absorbed by the light shielding wall; means for determining the amount of light transmitted through the interlayer film reaching the element light-receiving section; means for determining the condensing magnification of the lens from the amount of light reaching the element light-receiving section; A condensing lens simulator comprising means for displaying a result reached on a light receiving section as a two-dimensional projection diagram.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2307474A JP2574534B2 (en) | 1990-11-13 | 1990-11-13 | Focusing lens simulator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2307474A JP2574534B2 (en) | 1990-11-13 | 1990-11-13 | Focusing lens simulator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04177302A true JPH04177302A (en) | 1992-06-24 |
| JP2574534B2 JP2574534B2 (en) | 1997-01-22 |
Family
ID=17969518
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2307474A Expired - Fee Related JP2574534B2 (en) | 1990-11-13 | 1990-11-13 | Focusing lens simulator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2574534B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7991240B2 (en) | 2007-09-17 | 2011-08-02 | Aptina Imaging Corporation | Methods, systems and apparatuses for modeling optical images |
-
1990
- 1990-11-13 JP JP2307474A patent/JP2574534B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7991240B2 (en) | 2007-09-17 | 2011-08-02 | Aptina Imaging Corporation | Methods, systems and apparatuses for modeling optical images |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2574534B2 (en) | 1997-01-22 |
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