(57)【要約】      （修正有）【課題】クロストークが低減されたイメージセンサ用光学フィルタを提供する。【解決手段】イメージセンサ１の受光素子１ａと対応する複数の領域に少なくとも２種類以上の異なる光学特性を持つ微小フィルタ２ａが配列され、前記受光素子１ａの境界に対応する部分の一部に、高さｈ、幅ｗ、受光素子１ａの表面のマイクロレンズ１ｄの高さｈｍ、直径２ｗｍ、受光素子１ａの画素ピッチ２ｗｓとして、下記式（１）及び（２）を満たす凸構造２ｂが形成されている。2014033126.tif 0000122014033126.tif 000013ただし、前記受光素子の表面のマイクロレンズの曲率半径ｒは、下記式（３）で表される。2014033126.tif 000014【選択図】図１
2014033126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イメージセンサの受光面上に配置されるイメージセンサ用光学フィルタであって、
イメージセンサの受光素子と対応する複数の領域に少なくとも２種類以上の異なる光学特性を持つ微小フィルタが配列され、
前記受光素子の境界に対応する部分の一部に、高さｈ、幅ｗ、受光素子の表面のマイクロレンズ高さｈｍ、直径２ｗｍ、受光素子の画素ピッチ２ｗｓとして、下記式（１）及び（２）を満たす凸構造が形成されていることを特徴とするイメージセンサ用光学フィルタ。
【数１】
2014033126.tif 000009
【数２】
2014033126.tif 000010
ただし、前記受光素子の表面のマイクロレンズの曲率半径ｒは、下記式（３）で表される。
【数３】
2014033126.tif 000011
【請求項２】
前記凸構造は対応するイメージセンサ受光部分の隣接する４画素の境界に対応する十字形状であることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ用光学フィルタ。
【請求項３】
前記凸構造部分は遮光性の物質であることを特徴とする請求項１または２に記載のイメージセンサ用光学フィルタ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のイメージセンサ用光学フィルタを備えたことを特徴とするイメージセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クロストークが低減されたイメージセンサ用光学フィルタおよび該イメージセンサ用光学フィルタを備えたイメージセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常の白黒画像やカラー画像では得られない対象物の情報を得るため、汎用のイメージセンサに特殊なフィルタを実装して利用することが検討されている。
そのようなイメージセンシングの一例として、イメージセンサに偏光フィルタを組み合わせて画像取得を行い、画像処理によって通常の白黒画像やカラー画像では得られない、対象物のひずみや、面の傾きなどの情報を取得する方法が検討されている。
【０００３】
ここで、特許文献１（特開２０００−０３５４０３号公報）には、偏光ビームスプリッターで偏光を分離した後、２つのイメージセンサで画像を取得する構成が開示されている。
偏光は直交する２つの成分に分けられるため、偏光画像を取得する際は２つの成分それぞれに対応した画像を取得する必要があり、フィルタを変えて２回に分けて画像を取得するか、特許文献１のように、偏光ビームスプリッター等で変更成分を分離し、２台のイメージセンサを用いて画像を取得する必要があった。
【０００４】
これに対して特許文献２（特開２００７−０８６７２０号公報、図４参照。）では、オートクローニング法で作成した偏向フィルタを直接イメージセンサに接合している構成が開示されている。かかる構成によれば、異なる偏光が透過するフィルタをイメージセンサの個々の画素に対応させて配列したタイプの偏光フィルタをイメージセンサに取り付けることで、ひとつのイメージセンサから同時に異なる成分の偏光画像を取得できるようにしている。
【０００５】
しかしながら、実際のイメージセンサは図６に示されるような形状をしており、偏光フィルタ２を取り付けた場合は対向するイメージセンサ１の１つの画素に対して、隣接する複数のフィルタ２から光が回り込む（クロストーク）ため、画質が低下するという問題があった。クロストークを防ぐには偏光フィルタをできるだけイメージセンサ１に近接させる必要があるが、アライメントを行う際にセンサ１とフィルタ２の接触による欠陥の発生を防ぐため、ある程度の間隔をあけて実装する必要があり、クロストークの発生を避けることが困難であった。
また、イメージセンサ１の画素サイズは通常数μｍ程度であるため、フィルタ２とイメージセンサ１とを正確にアライメントすること自体も困難であり、クロストーク発生の原因となる。
【０００６】
同様にクロストークの問題がある多チャンネルの光接続でも対策が検討されていて、特許文献３（特開２００８−１９９０５５号公報）では、多チャンネルの光接続として、垂直方向に最大径１００μｍの多数の微細穴が形成された樹脂プレートを用いている構成が開示されている。かかる構成によれば、多数の微細穴を形成した樹脂基板を導波路として利用し、隣接する受光素子と光源の間でのクロストークを防止しているが、受光素子の間隔が１００μｍのオーダーであり、同様の技術はイメージセンサの画素間隔では利用に困難が生じるという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、微小フィルタと対応する受光部との間で、クロストークが低減されたイメージセンサ用光学フィルタおよび該イメージセンサ用光学フィルタを備えたイメージセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための本発明に係るイメージセンサ用光学フィルタは、イメージセンサの受光面上に配置されるイメージセンサ用光学フィルタであって、イメージセンサの受光素子と対応する複数の領域に少なくとも２種類以上の異なる光学特性を持つ微小フィルタが配列され、前記受光素子の境界に対応する部分の一部に、高さｈ、幅ｗ、受光素子の表面のマイクロレンズ高さｈｍ、直径２ｗｍ、受光素子の画素ピッチ２ｗｓとして、下記式（１）及び（２）を満たす凸構造が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
【数１】
2014033126.tif 000003
【００１０】
【数２】
2014033126.tif 000004
【００１１】
ただし、前記受光素子の表面のマイクロレンズの曲率半径ｒは、下記式（３）で表される。
【００１２】
【数３】
2014033126.tif 000005
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、微小フィルタと対応する受光部との間で、クロストークが低減される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係るイメージセンサ用光学フィルタの第１の実施の形態における構成を示す概略断面図である。
【図２】本発明に係るイメージセンサ用光学フィルタにおいて積層直後のアライメントずれが残存する状態を示す概略断面図である。
【図３】凸構造の算出方法を示す概略図である。
【図４】本発明に係るイメージセンサ用光学フィルタの第２の実施の形態における構成を示す概略断面図である。
【図５】本発明に係るイメージセンサ用光学フィルタの第３の実施の形態における構成を示す概略断面図である。
【図６】従来のイメージセンサの構成を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明に係るイメージセンサ用光学フィルタは、イメージセンサ１の受光面上に配置されるイメージセンサ用光学フィルタ２であって、イメージセンサ１の受光素子１ａと対応する複数の領域に少なくとも２種類以上の異なる光学特性を持つ微小フィルタ２ａが配列され、前記受光素子１ａの境界に対応する部分の一部に、高さｈ、幅ｗ、受光素子１ａの表面のマイクロレンズ１ｄの高さｈｍ、直径２ｗｍ、受光素子１ａの画素ピッチ２ｗｓとして、下記式（１）及び（２）を満たす凸構造２ｂが形成されていることを特徴とする。
【００１６】
【数４】
2014033126.tif 000006
【００１７】
【数５】
2014033126.tif 000007
【００１８】
ただし、前記受光素子の表面のマイクロレンズの曲率半径ｒは、下記式（３）で表される。
【００１９】
【数６】
2014033126.tif 000008
【００２０】
本発明の構成の場合、フィルタ２の凸構造２ｂ部分がイメージセンサ１表面に形成されたマイクロレンズ１ｄの境界部分と勘合するため、実装時の誤差が低減され、同時に凸構造２ｂの高さでマイクロレンズ１ｄ表面とフィルタ２表面との間隔を制御できるため、フィルタ２をマイクロレンズ１ｄに接触させない状態で、極めて狭い間隔に実装することが可能になる。こうすることで、イメージセンサ１表面と光学フィルタ２との距離が離れることによるクロストークの増加と、アライメントがずれることによるクロストークの増加を同時に抑えることが可能になる。
【００２１】
以下、図面を参照しながら本発明に係るイメージセンサ用光学フィルタおよび該イメージセンサ用光学フィルタを備えたイメージセンサについてさらに詳細に説明する。
【００２２】
［第１の実施の形態］
ここで、図１は、本発明に係るイメージセンサ用光学フィルタの第１の実施の形態における構成を示す概略断面図であり、図２は、本発明に係るイメージセンサ用光学フィルタにおいて積層直後のアライメントずれが残存する状態を示す概略断面図である。
【００２３】
光学フィルタ２は対応するイメージセンサ１の画素領域ごとに、異なる特性を持つ微小フィルタ２ａが形成されている。微小フィルタ２ａの表面でイメージセンサ１の画素の境界に相当する部分に、凸構造２ｂが形成されている。この凸構造２ｂはイメージセンサ１上にフィルタ２を載せた段階で、図２に示すようなアライメントずれがあった場合でも、マイクロレンズ１ｄ表面の曲面に沿って凸構造２ｂが勘合することにより、アライメントずれが低減される。
【００２４】
凸構造２ｂの幅と高さは図３に示す配置関係において、前記式（１）〜（３）のいずれをも満たし、凸構造２ｂがマイクロレンズ１ｄに接触した状態で、微小フィルタ２ａの面がマイクロレンズ１ｄに接触しないように設定した。
凸構造２ｂはすべての画素間にある必要は無く、外周の画素や、数画素間隔で配置してもよい。凸構造２ｂはマイクロレンズ１ｄに接触する位置の幅がｗになっていればよい。
また、図１では光学フィルタ２とイメージセンサ１との間が空間になっているが、接着剤等で埋め込んでもかまわない。このようなフィルタ構造にすることで、画素に対して微小フィルタ２ａの位置がアライメントされ、さらにフィルタ２とイメージセンサ１の表面とが近接するので、クロストークを抑制することが可能になる。
【００２５】
なお、図１に示すがごとく、イメージセンサ１を構成する受光部１ａ上には順に配線層１ｂ、カラーフィルタ１ｃが積層されてなり、この上にさらにマイクロレンズ１ｄが設けられてなる。
【００２６】
本実施の形態によれば、光学フィルタ２の凸構造２ｂ部分がイメージセンサ１の表面に形成されたマイクロレンズ１ｄの境界部分と勘合するため、センサ１表面とフィルタ２との距離が離れることによるクロストークの増加と、アライメントがずれることによるクロストークの増加を同時に抑えることが可能になる。即ち、微小フィルタ２ａと対応する受光部１ａとの間で、クロストークを低減することができる。
【００２７】
［第２の実施の形態］
また、本発明に係るイメージセンサ用光学フィルタは、凸構造２ｂは対応するイメージセンサ１の受光部分の隣接する４画素の境界に対応する十字形状とすることが好ましい。十字形状とすることで、縦方向、横方向ともマイクロレンズ１ｄの境界部分に勘合し、より実装時の誤差の低減が可能になり、よりクロストークを抑制できる。
【００２８】
図４は本発明に係るイメージセンサ用光学フィルタの第２の実施の形態における構成を示す概略断面図である。各微小フィルタ２ａはイメージセンサ１上の一つの画素に対応しており、凸構造２ｂは隣接する４つの画素の境界に形成されている。このような構造にすることで、フィルタ２とイメージセンサ１とを積層した際の凸構造２ｂの中心は４つのマイクロレンズ１ｄの中心にアライメントされ、画素１ａとフィルタ２とのずれが低減されるため、よりクロストークを抑制することができる。
このような構造の凸構造２ｂは、半導体フォトリソグラフィの手法を用いて、フォトレジスト材料や、感光性のポリイミド樹脂、エポキシ樹脂などで形成することができる。
【００２９】
本実施の形態によれば、凸構造２ｂを対応するイメージセンサ１の受光部分の隣接する４画素の境界に対応する十字形状とすることで、縦方向、横方向ともマイクロレンズ１ｄの境界部分に勘合し、より実装時の誤差の低減が可能になりクロストークを抑制できる。また、光学フィルタ２とイメージセンサ１のアライメントを容易にできる実装方法を提供することができる。
【００３０】
［第３の実施の形態］
さらに、本発明に係るイメージセンサ用光学フィルタは、凸構造２ｂを遮光性の物質（光吸収性の物質）とすることが好ましい。遮光性の物質とすることでクロストーク成分を吸収させることができるので、さらにクロストークを抑制することが可能になる。
図５は本発明に係るイメージセンサ用光学フィルタの第３の実施の形態における構成を示す概略断面図である。
本実施の形態によれば、凸構造２ｂに黒い顔料を添加した樹脂材料等の光吸収性の材料を用いている。このような構成の場合、クロストーク成分が凸構造２ｂに吸収されるため、よりクロストークを抑制することが可能となる。
【符号の説明】
【００３１】
１    イメージセンサ
１ａ  受光部
１ｂ  配線層
１ｃ  カラーフィルタ
１ｄ  マイクロレンズ
２    光学フィルタ
２ａ  微小フィルタ
２ｂ  凸構造
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３２】
【特許文献１】特開２００６−１９０９５６号公報
【特許文献２】特開２００７−０８６７２０号公報
【特許文献３】特開２００８−１９９０５５号公報
【図１】
2014033126.tif 000015
【図２】
2014033126.tif 000016
【図３】
2014033126.tif 000017
【図４】
2014033126.tif 000018
【図５】
2014033126.tif 000019
【図６】
2014033126.tif 000020