JPH0555536A

JPH0555536A - イメージセンサ

Info

Publication number: JPH0555536A
Application number: JP3218542A
Authority: JP
Inventors: Junji Okada; 純二岡田; Keiji Fujimagari; 啓志藤曲
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1991-08-29
Filing date: 1991-08-29
Publication date: 1993-03-05

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】受光素子部周辺の光を受光素子に集光せしめ、
これによりその高感度化をはかるとともに、製作容易な
イメージセンサを提供する。【構成】透明配線基板２の一方の面に受光素子７，８，
９を備えるイメージセンサにおいて、透明部材の一方の
面に、上記受光素子の設置位置と対応する位置の側部に
断面ほぼ半円状の溝１１を設けるとともに、その透明部
材の溝の非設置面側を透明配線基板２の受光素子設置面
側に貼着して形成したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複写機や、ファクシミ
リ等の画像信号を光学的に読み取るイメージセンサに関
する。

【０００２】

【従来の技術】シリコン・ウエーハを用いた固体撮像素
子においては、垂直、及び水平方向の走査回路を形成す
るアルミ配線等の占有面積によりフォトダイオードの設
置面積が制約される関係上、固体撮像素子全体の中で見
掛け上の受光面積の割合を増加させて開口率の向上をは
かる手法が講じられている。

【０００３】この開口率の向上方法として、特開昭５９
ー９４４５６号公報には、撮像基板上に形成した受光部
全面上に、有機材料からなるレンズ形成用薄膜を着膜
し、フォトリソグラフィ法により各受光部上に集光用の
マイクロレンズを形成する方法が開示されている。

【０００４】他方、特開昭５９ー９２５６７号公報で
は、フォトダイオード及びカラーフィルタを形成した固
体撮像素子体の受光面上に有機材料からなるレンズ材料
層を着膜し、これをフォトレジスト法によりエッチング
し、フォトダイオードの設置位置上部に集光用レンズを
形成するようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した集光レンズの
形成方法によると、例えば、固体撮像素子の受光面積を
１０×１０μｍ²程度とし、この上部に２μｍの膜厚で
半球状のレンズを形成した場合には、約１．５倍の見掛
け上の開口率の向上が可能となるものの、１次元の４０
０ＳＰＩ密着型イメージセンサにおいては、受光部面積
が５０×５０μｍ²程度の大きさとなり、これに２μｍ
の膜厚で半球状の集光レンズを形成した場合には、受光
面積が大きい割合にレンズの膜厚が薄く、このため、集
光率に劣り、見掛け上の開口率の向上は前者に比しせい
ぜい１割程度である。

【０００６】また、２次元の４００ＳＰＩ密着型イメー
ジセンサにおいては、受光部面積が４０×４０μｍ²と
なり、これに、例えば、１０μｍ以上の膜厚で半球状の
レンズを形成した場合には大幅な感度の向上は期待でき
るものの、１０μｍの厚みの材料を均一にコーティング
し、フォトリソエッチング等の手法によりレンズの半径
方向の曲率を一様にし、再現性よく製作することは一般
に困難であるという問題がある。

【０００７】本発明は、上記した課題に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、１次元、もしくは２
次元等のイメージセンサにおいて、受光素子部周辺の光
を受光素子に集光せしめ、もって感度をたかめるととも
に、製作の容易なイメージセンサを提供するにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明の請求項
１のイメージセンサは、上記した課題を解決するため
に、透明配線基板の一方の面に受光素子を備えるイメー
ジセンサにおいて、透明部材の一方の面の、受光素子の
設置位置と対応する位置の側部に断面ほぼ半円状の溝を
備えるとともに、この透明部材の溝の非設置面側が透明
配線基板の受光素子設置面側に貼着するよう構成したも
のである。

【０００９】また、本発明の請求項２のイメージセンサ
は、透明配線基板の一方の面に受光素子を備え、この受
光素子の上面にカラーフィルタ基板を積層してなるイメ
ージセンサにおいて、カラーフィルタ基板のカラーフィ
ルタ非設置面側の、受光素子の設置位置と対応する位置
の側部に断面ほぼ半円状の溝を備えるとともに、カラー
フィルタ基板のカラーフィルタ設置面側を透明配線基板
の受光素子設置面側に貼着して構成したものである。

【００１０】さらに、本発明の請求項３のイメージセン
サは、透明配線基板の一方の面に受光素子を備えるイメ
ージセンサにおいて、透明部材の一方の面に、受光素子
の設置位置と対応する位置からその対応位置の両側部を
超える大きさの断面ほぼ半円状の溝を備える一方、上記
した溝内に、透明部材の光屈折率よりも高い光屈折率を
有する部材を備えるとともに、この透明部材を透明配線
基板の受光素子設置面側に貼着する構成を特徴とするも
のである。

【００１１】

【作用】請求項１のイメージセンサは、透明部材の平坦
面に入射した光は、受光素子に直接受光される一方、受
光素子の側部に入射する光は断面ほぼ半円状の溝により
屈折されて受光素子に入射する。

【００１２】さらに、請求項２のイメージセンサは、受
光素子の側部の入射光は受光素子の非設置面側に設けた
断面ほぼ半円状の溝により屈折され、さらに、カラーフ
ィルタにより色分解されて受光素子に集光される。

【００１３】また、請求項３のイメージセンサは、受光
素子の側部に入射した光は、受光素子の設置位置と対応
する位置からこの対応位置の両側部を超える大きさの断
面ほぼ半円状の溝に入射し、さらに、この溝内に設けた
高屈折率部材により屈折されて受光素子に入射する。

【００１４】

【実施例】以下に本発明の詳細を、添付した図面に示す
実施例に基づいて説明する。図１は受光素子の設置位置
と対応する位置の側部に断面ほぼ半円状の溝を設けた２
次元のイメージセンサの実施例断面図、図２は図１に示
すイメージセンサの平面図である。

【００１５】図１は、図２に示す２次元イメージセンサ
１の平面図において、切断面ＡーＡから矢印方向に眺め
た断面図で、ガラス等の透明配線基板２の上面の副走査
方向に、スパッターリング法により着膜したＣｒ（クロ
ーム）をパターニングし、３個のＣｒ金属電極３、３、
３を並設するとともに、これらを主走査方向にも縦設す
る。このＣｒ金属電極３、３、３の上面にＣＶＤ法によ
りアモルファス・シリコン（ａーＳｉ）等の光電変換層
４、４、４を着膜し、さらにこれらの光電変換層４、
４、４の上面にスパッターリング法により酸化インジュ
ーム錫等からなる透明電極５、５、５を着膜してパター
ニングし、受光素子７、８、９を構成する。そして、こ
れらの透明電極５、５、５の上部、及び透明配線基板２
の上面にポリイミドよりなるパッシベーション膜６を塗
膜する。

【００１６】次に、コーニング７０５９（コーニング社
製）等のガラス基板を透明板として用いる場合には、Ｃ
Ｆ₄、ＳＦ₆、もしくはフロン系ガスを単独で、あるい
はこれらのガスを混合し、ガラス基板の、受光素子７、
８、９の設置位置と対応する位置の外側の主走査方向に
等方性エッチングを行い、断面ほぼ半円状の溝１１、１
１、１１、１１を４本形成する。

【００１７】この溝１１、１１、１１、１１の形成は、
フッ酸等のエッチング液を用いたウエットプロセスによ
り作成することも可能である。また、溝１１・・・を形
成する透明板として、ポリサルフォン、ポリエーテルサ
ルフォン、ポリアリレート、ポリエーテルアミド、ポリ
アミドイミド、アモルフアスポリオレフィン等の有機材
料を用いる場合には、射出成形、もしくは流延法等の方
法で集光用溝を有する透明板１０を作成することも可能
である。

【００１８】このように形成した透明板１０の溝１１・
・・の非設置面側を、透明配線基板２の受光素子７、
８、９の設置面側に対向させ、パッシベーション膜６の
上面に透明な適宜の接着剤により貼着し、イメージセン
サ１を作成する。

【００１９】上述したイメージセンサ１の作用を説明す
る。光入射面側から入射される画像光１２の一部が受光
素子７、８、９の直上に位置する透明板１０の平坦面に
入射すると、直接、受光素子７、８、９に入射する。ま
た、これらの受光素子７、８、９の設置位置の対応位置
の外側に位置する溝１１、１１、１１、１１の周面の一
部に入射した画像光１２は、これらの溝の有する光屈折
作用により屈折されて受光素子７、８、９に入射する。
このため、受光素子７、８、９の受光量は大幅に増大す
る。

【００２０】図３は、透明配線基板の一方の面に受光素
子を備え、この受光素子上にカラーフィルタ基板を積層
してなるイメージセンサに本発明を適用した例を示すも
のであって、図４に示す本発明の実施例の平面図におい
て、切断面ＢーＢを矢印方向に眺めた断面を示す。な
お、図中符号２乃至１０は図１に示したものと同一の構
成要素であるのでその詳述は省略する。

【００２１】図３において、カラーフィルタ基板である
透明板１０の一方の面に、分散着色法、もしくは染色法
等の任意の着色方法で作成した、受光素子７、８、９の
設置位置の対応位置から、この対応位置の両外側を超え
る大きさのＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のカラーフィ
ルタ１３、１４、１５を設ける。そして、この透明板１
０のカラーフィルタ１３、１４、１５の非設置面側であ
って、受光素子７、８、９の設置位置と対応する位置の
外側に４本の断面ほぼ半円状の溝１１、１１、１１、１
１を上述した等方性エッチング等により作成する。この
透明板１０のカラーフィルタ１３、１４、１５の設置面
側をパッシベーション層６に対向させ、透明な接着剤に
より貼着してカラー・イメージセンサ１を作成する。

【００２２】かかる構成によれば、透明板１０の平坦面
に入射した画像光１２は、カラーフィルタ１３、１４、
１５を介して色分解されたＲ、Ｇ、Ｂの画像光が受光素
子７、８、９に入射し、また、受光素子７、８、９の両
外側から入射した画像光は溝１１・・・の集光作用によ
り受光素子側に屈折され、カラーフィルタ１３、１４、
１５によりＲ、Ｇ、Ｂにそれぞれ色分解されて受光素子
７、８、９に集光される。

【００２３】なお、図１、図３に示す実施例において、
溝１１を主走査方向ばかりではなく、副走査方向にも設
けるよう構成して集光効率を一層向上させることも可能
である。

【００２４】図５は、本発明を１次元のイメージセンサ
に適用した別の実施例の断面を示すものである。なお、
図中の符号２乃至１０は図１で説明したものと同一の構
成要素であるので、その詳述は省略する。透明板１０の
主走査方向に並設した１列の受光素子１６と対向する面
側に位置するとともに、受光素子１６の設置位置の対応
位置からこの対応位置の両外側を超える大きさの断面ほ
ぼ半円状の溝１１を上述した等方性エッチング等により
１本形成する。そして、この溝１１内に、透明板１０の
光学的屈折率よりも高い屈折率を有する、例えば、ポリ
イミド等の有機材料、もしくは無機材料の高屈折率部材
１７を充填する。そして、透明板１０の溝１１を設けた
面側を受光素子１６の設置面側に対向させ、透明な適宜
の接着剤によりパッシベーション膜６の面に貼着する。
かかる構成により、透明板１０の光入射面側を介して受
光素子１６の外側に入射する画像光１２は、高屈折率部
材１７の光屈折作用により効率よく受光素子１６に集光
される。

【００２５】なお、図５の実施例に示す透明板１０の溝
非設置面側を受光素子設置面側に貼着する構成とする場
合でも、同様の効果を奏するものである、また、かかる
構成の溝１１を複数設けて２次元イメージセンサに適用
することも出来る。

【００２６】図６は、上述した図５に示す実施例の変形
例の断面図である。この例においては、透明板１０の、
受光素子７、８、９の設置位置側の対応位置の面に、受
光素子７、８、９の設置位置の対応位置からこの対応位
置の両外側を超える大きさの３本の断面ほぼ半円状の溝
１１、１１、１１を設ける。この溝１１、１１、１１内
に、顔料を分散された、透明板１０の持つ光屈折率より
も高い屈折率を有するポリイミド等を充填し、画像光を
Ｒ、Ｇ、Ｂに色分解するカラーフィルタ１８、１９、２
０を形成する。この透明板１０の溝１１、１１、１１を
設けた面を受光素子７、８、９に対向させて貼着する。
かかる構成によれば、透明板１０から受光素子７、８、
９の外側に入射した画像光１２は、高い光屈折率を有す
るポリイミドにより構成されたカラーフィルタ１８、１
９、２０によりＲ、Ｇ、Ｂに色分解されるとともに、屈
折されて受光素子７、８、９に効率よく集光される。

【００２７】図７は、図６に示す実施例の変形例を示す
ものであって、図８に示すカラーイメージセンサの実施
例の平面図において、切断面ＣーＣを矢印方向に眺めた
断面図である。なお、図中符号２乃至１０は上述した図
１の実施例に示したものと同一の構成要素であるので、
その詳述は省略する。

【００２８】図７において、透明板１０の、受光素子
７、８、９の設置位置の対応位置からこの対応位置の両
外側を超える大きさの３本の断面ほぼ半円状の溝１１、
１１、１１を上述した等方性エッチング等により主走査
方向に設けるとともに、この半円状の溝１１、１１、１
１内に、顔料が分散された、透明板１０の光屈折率より
も高い光屈折率を有するポリイミド等を充填し、画像光
をＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に色分解するカラーフ
ィルタ１８、１９、２０を形成する。このように形成し
た透明板１０の溝１１、１１、１１の非設置面側を受光
素子７、８、９に対向させて透明な接着剤により貼着す
る。かかる構成によれば、透明板１０の画像光入射面側
から受光素子７、８、９の外側に入射した画像光１２
は、カラーフィルタ１８、１９、２０によりＲ、Ｇ、Ｂ
に色分解されるとともに、高い光屈折率を有するポリイ
ミドにより画像光１２が屈折されて受光素子７、８、９
に集光される。

【００２９】なお、上述した実施例に示すものは、透明
板１０に集光用溝を形成した後にこれを透明配線基板２
に貼着する構成であるため、数ミクロンから数百ミクロ
ンにわたる任意のサイズの溝を作成することが可能であ
る。また、溝の曲率、及びサイズはイメージセンサの配
線等の設計値や、イメージセンサの構造等に応じて適宜
に変化させて形成し得ることは言う迄もない。

【００３０】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、透明
配線基板の一方の面に受光素子を備えるイメージセンサ
において、別部材としての透明部材の一方の面の、受光
素子設置位置と対応する位置の側部に断面ほぼ半円状の
溝を設けるよう構成してあるので、受光素子設置部の有
する配線スペースに何ら制約を受けることなく溝を形成
することが出来る上、溝の断面形状が半円状であるた
め、周面方向のみの形状の均一性を配慮して作成すれば
よく、このため、簡単に作成することが可能となる。そ
して、受光素子の側部に入射する光を受光素子に集光さ
せることが出来るため、受光素子への集光率が大とな
り、イメージセンサの大幅な高感度化をはかることが可
能となる。また、かかる構成をカラーイージセンサに適
用しても同様な効果を奏するものである。

【００３１】また、本発明によれば、透明部材の一方の
面に、受光素子設置位置と対応する位置からこの対応位
置の両側部を超える大きさの断面ほぼ半円状の溝を設け
るとともに、この溝内に透明部材の光屈折率よりも高い
光屈折率を有する部材を設ける構成としたので、受光素
子の設置位置側部から入射する光を受光素子に集光せし
め得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のイメージセンサの実施例の断面図で
ある。

【図２】図１に示した実施例の平面図である。

【図３】本発明をカラー・イメージセンサに適用した
実施例の断面図である。

【図４】図３に示した実施例の平面図である。

【図５】本発明を１次元イメージセンサに適用した実
施例の断面図である。

【図６】図５に示す実施例の変形例の断面図である。

【図７】図６に示す実施例の変形例であるカラー・イ
メージセンサの断面図である。

【図８】図７に示す変形例の平面図である。

【符号の説明】１イメージセンサ、２透明配線基板、３金属電
極、４アモルファス・シリコン等の光電変換層、５
透明電極、６パッシベーション膜、７、８、９及び１
６受光素子、１０透明板、１１断面ほぼ半円状の
溝、１２画像光、１７高い光屈折率を有する部材、
１３乃至１５及び１８乃至２０カラーフィルタ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明配線基板の一方の面に受光素子を備
えるイメージセンサにおいて、透明部材の一方の面の、
上記受光素子の設置位置と対応する位置の側部に断面ほ
ぼ半円状の溝を備えるとともに、該透明部材の溝の非設
置面側が上記透明配線基板の受光素子設置面側に貼着さ
れていることを特徴とするイメージセンサ。
【請求項２】透明配線基板の一方の面に受光素子を備
え、該受光素子の上面にカラーフィルタ基板を積層して
なるイメージセンサにおいて、上記カラーフィルタ基板
の該カラーフィルタ非設置面側の、上記受光素子の設置
位置と対応する位置の側部に断面ほぼ半円状の溝を備え
るとともに、上記カラーフィルタ基板の該カラーフィル
タ設置面側が透明配線基板の受光素子設置面側に貼着さ
れていることを特徴とするイメージセンサ。
【請求項３】透明配線基板の一方の面に受光素子を備
えるイメージセンサにおいて、透明部材の一方の面に、
上記受光素子の設置位置と対応する位置から該対応位置
の両側部を超える大きさの断面ほぼ半円状の溝を備える
一方、該溝内に上記透明部材の光屈折率よりも高い光屈
折率を有する部材を備えるとともに、上記透明部材が透
明配線基板の受光素子設置面側に貼着されていることを
特徴とするイメージセンサ。