(57)【要約】【課題】微小フィルターと対応する受光素子との間で発生するクロストークを低減して、画質を向上させる偏光イメージセンサーを提供する。【解決手段】この偏光イメージセンサー５０は、複数の受光素子６が１次元的、または２次元的に配列されたイメージセンサー７と、各受光素子６に対向配置されたマイクロレンズ（光学素子）３と、イメージセンサー７の受光素子６と対応する複数の領域に、少なくとも２種類以上の異なる偏光特性を有する微小フィルター２１、２２によって構成される偏光フィルター１と、を備え、各微小フィルター２１、２２と各マイクロレンズ３との間を透明な樹脂部材２により接続した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の受光素子が１次元的、または２次元的に配列されたイメージセンサーと、前記各受光素子に対向配置された光学素子と、前記イメージセンサーの受光素子と対応する複数の領域に配置され、少なくとも２種類以上の異なる偏光特性を有する微小フィルターによって構成される偏光フィルターと、を備えた偏光イメージセンサーであって、
前記各微小フィルターと前記各光学素子との間を透明な樹脂部材により接続したことを特徴とする偏光イメージセンサー。
【請求項２】
前記微小フィルターがワイヤグリッドであることを特徴とする請求項１に記載の偏光イメージセンサー。
【請求項３】
前記受光素子と前記光学素子との間にカラーフィルターが積層されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の偏光イメージセンサー。
【請求項４】
前記偏光フィルターに前記カラーフィルターを密着配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の偏光イメージセンサー。
【請求項５】
前記イメージセンサーが裏面照射型であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の偏光イメージセンサー。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一項に記載の偏光イメージセンサーの製造方法であって、
前記偏光フィルターに透明な熱可塑性樹脂により画素ごとに分離したパターンを形成する工程と、
前記偏光フィルターを前記イメージセンサー上に配置する工程と、
前記熱可塑性樹脂に該熱可塑性樹脂が軟化する温度以上の熱を加える工程と、
を備えたことを特徴とする偏光イメージセンサーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光イメージセンサーに関し、さらに詳しくは、微小フィルターと受光素子間のクロストークを低減する技術と製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、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に、汎用のイメージセンサーに特殊なフィルターを実装して利用することが検討されている。これをイメージセンシングというが、その一例として、イメージセンサーに偏光フィルター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。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る。その方法として、フィルターを変えて２回に分けて画像を取得するか、特許文献１に開示されているように、偏光ビームスプリッター等で２つの成分を分離し、２台のイメージセンサーを用いて画像を取得する方法がある。これに対して特許文献２では、図４に示すとおり、異なる偏光が透過するフィルター４０３、４０５、４０６をイメージセンサー４０２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ー４０１をイメージセンサー４０２に取り付けることで、ひとつのイメージセンサー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。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、実際のイメージセンサーは図５のような形状を有しており、偏光フィルター４０１を取り付けた場合は、対向するイメージセンサー４０２の１つの画素（受光部）３１に対して、隣接する複数のフィルターから光が回り込む（クロストークする）ため、画質が低下するといった問題があった。クロストークを防ぐには偏光フィルター４０１をできるだけイメージセンサー４０２に近接させる必要があるが、一画素のサイズが数μｍであるのに対し、受光部３１の上に形成された配線パターン３０などの厚みが既に２、３μｍ程度であるため、偏光フィルター４０１をイメージセンサー４０２の表面に密着させてもクロストークの成分が残ってしまう。また、イメージセンサー４０２の画素サイズは通常数ミクロン程度であるため、偏光フィルター４０１とイメージセンサー４０２を正確にアライメントすることが困難であり、クロストーク発生の原因となる。
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る。例えば、特許文献３では、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ーの画素間隔では利用が困難であるといった問題がある。
【０００４】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、イメージセンサーの画素に対応した光学素子と、それに対応する微小フィルターとを透明な樹脂部材によって光学的に接続することにより、微小フィルターと対応する受光素子との間で発生するクロストークを低減して、画質を向上させる偏光イメージセンサーを提供することを目的とする。
また、他の目的は、フィルターとイメージセンサーのアライメントを容易にできる製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明はかかる課題を解決するために、請求項１は、複数の受光素子が１次元的、または２次元的に配列されたイメージセンサーと、前記各受光素子に対向配置された光学素子と、前記イメージセンサーの受光素子と対応する複数の領域に配置され、少なくとも２種類以上の異なる偏光特性を有する微小フィルターによって構成される偏光フィルターと、を備えた偏光イメージセンサーであって、前記各微小フィルターと前記各光学素子との間を透明な樹脂部材により接続したことを特徴とする。
請求項２は、前記微小フィルターがワイヤグリッドであることを特徴とする。
請求項３は、前記受光素子と前記光学素子との間にカラーフィルターが積層されていることを特徴とする。
請求項４は、前記偏光フィルターに前記カラーフィルターを密着配置したことを特徴とする。
請求項５は、前記イメージセンサーが裏面照射型であることを特徴とする。
請求項６は、請求項１乃至５の何れか一項に記載の偏光イメージセンサーの製造方法であって、前記偏光フィルターに透明な熱可塑性樹脂により画素ごとに分離したパターンを形成する工程と、前記偏光フィルターを前記イメージセンサー上に配置する工程と、前記熱可塑性樹脂に該熱可塑性樹脂が軟化する温度以上の熱を加える工程と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、フィルターの微小領域を通過した光が、樹脂部材中を導波してイメージセンサーの画素まで到達するため、クロストークの発生を低減させることができる。
また、樹脂部材のリフローにより接続部分を形成しているので、製造が容易であり、自己整合的にアライメント位置が補正されるため、アライメントも容易に行うことができる。
また、偏光フィルターとしてワイヤグリッドを用いているので、フィルター自身の厚みが薄く、イメージセンサーの受光素子とフィルターの間隔を狭くなり、クロストークを減らすことが可能になる。
また、カラーフィルターを偏光フィルター側に形成しておくことで、フィルターと受光素子の間隔が狭められ、クロストークを低減しつつ光利用効率を改善することができる。
また、イメージセンサーとして、センサー表面から受光素子までの距離が近い裏面照射型を用いているため、クロストークを低減しつつ光利用効率を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態に係る偏光イメージセンサーの構成を示す断面図、（ｂ）入射光の光路を説明する図である。
【図２】（ａ）は工程１を示す図、（ｂ）は工程２を示す図、（ｃ）は工程３を示す図、（ｄ）は工程４を示す図、（ｃ）’は工程３でアライメントがずれた図、（ｄ）’はアリメントが補正される図である。
【図３】（ａ）は偏光フィルターとしてワイヤグリッドを利用した場合について示す図、（ｂ）はイメージセンサー側にあったカラーフィルターを偏光素子フィルター側に移動した例を示す図、（ｃ）はイメージセンサーに裏面照射型を利用した構成を示す図である。
【図４】特許文献２の構成を示す図である。
【図５】クロストークが発生する様子を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【０００９】
図１（ａ）は本発明の一実施形態に係る偏光イメージセンサーの構成を示す断面図である。この偏光イメージセンサー５０は、複数の受光素子６が１次元的、または２次元的に配列されたイメージセンサー７と、各受光素子６に対向配置されたマイクロレンズ（光学素子）３と、イメージセンサー７の受光素子６と対応する複数の領域に、少なくとも２種類以上の異なる偏光特性を有する微小フィルター２１、２２によって構成される偏光フィルター１と、を備え、各微小フィルター２１、２２と各マイクロレンズ３との間を透明な樹脂部材２により接続した。
即ち、本実施形態の偏光イメージセンサー５０は、対応する微小フィルター２１、２２の微小領域とイメージセンサー７の１画素が、個別に透明な樹脂部材で接続されていることを特徴とする。このような構成の場合、図１（ｂ）のように、微小フィルター２１、２２の微小領域を通過した入射光１０〜１３は、樹脂部材２中を導波してイメージセンサー７の受光素子（画素）６まで到達するため、クロストークの発生を低減できる。
このような形状を作成するためには、イメージセンサー７の表面に画素単位で分離されたマイクロレンズ等の構造を形成し、偏光フィルター側にも画素単位で分離された熱可塑性樹脂パターン形成し、それらをアライメントして重ね合わせたのち、加熱して熱可塑性樹脂をリフローさせればよい。
【００１０】
また、偏光フィルター１としてワイヤグリッドを用いれば、偏光フィルター自身の厚みを薄くし、イメージセンサー７の受光素子６と偏光フィルター１の間隔を狭くすることができるので、よりクロストークを減らせる（図３（ｃ）参照）。また、カラーのイメージセンサーでは通常、イメージセンサー７表面にカラーフィルター４が形成されているため、そのカラーフィルター４を偏光フィルター１側に形成しておくことで、偏光フィルター１と受光素子６の間隔を狭めて光利用効率を改善できる（図３（ｂ）参照）。イメージセンサーとして、センサー表面から受光素子６までの距離が近い裏面照射型を用いれば、さらに光利用効率を改善できる（図３（ｄ）参照）。
【００１１】
図２は本発明の偏光イメージセンサーの製造工程を説明する図である。
まず、各微小フィルター２１、２２（図２（ａ））に透明な熱可塑性樹脂２で画素ごとに分離したパターンを形成する（図２（ｂ））。パターンの形状は円形でも四角形でもよいが、リフロー時に近接したパターンが結合しない程度に分離させておく。樹脂部材としては、透明で熱可塑性を持ち、パターニングしやすいものであればよい。ここではリフロー後にそのままマイクロレンズとして利用できるタイプのアクリル系のフォトレジストを利用した。つぎに、微小フィルターに熱可塑性樹脂２で形成したパターンをイメージセンサー７上に配置する（図２（ｃ））。このとき、イメージセンサー７の受光素子６に対して、所定の微小フィルターが配置されるようにアライメントしておく。最後に加熱し、樹脂部材２をリフローさせれば、画素単位でイメージセンサー７とフィルターが結合される（図２（ｄ））。リフロー時には表面張力によりもっと表面積が小さくなるように力が働くため、たとえば図２（ｃ）’のようにアライメントずれが発生していたとしても、リフロー後にずれ量を小さく補正することができる（図２（ｄ）’）。
【００１２】
図３（ａ）は偏光フィルターとしてワイヤグリッドを利用した場合について示す図である。ワイヤグリッド２３は金属の細線をアレイ状に並べた偏光フィルターで、可視光用には厚さ０．２μｍ程度、周期１５０のアルミの細線パターンが利用できる。ワイヤグリッドを利用した場合、フィルター自身が非常に薄くできるので、たとえば図３（ａ）に示したようなパスで光１４が受光素子６に到達する場合、厚さ方向で偏光特性の異なる２つの領域を通過した光が受光素子６に到達するが、ワイヤグリッド２３ではフィルター厚が薄いので、このようなパスを通る光の影響を少なくすることが可能である。
図３（ｂ）はイメージセンサー側にあったカラーフィルターを偏光素子フィルター側に移動した例を示す図である。このような構成にすると、イメージセンサー７内での光路長が短くできるので、配線層５の金属で反射や吸収される光が少なくなり光利用効率を改善できる。
図３（ｃ）はイメージセンサーに裏面照射型を利用した構成を示す図である。この場合もイメージセンサー内での光路長が短くなり、また、配線層５の影響が全くなくなるため、偏光イメージセンサー５３の光利用効率を改善することが可能となる。
【符号の説明】
【００１３】
１  偏光フィルター、２  樹脂部材、３  マイクロレンズ、４  カラーフィルター、５  配線層、６  受光素子、７  イメージセンサー、１０〜１３  入射光、２０  基板、２１、２２  微小フルター、２３  ワイヤグリッド、５０〜５３  偏光イメージセンサー
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２０００−０３５４０３公報
【特許文献２】特開２００７−０８６７２０公報
【特許文献３】特開２００８−１９９０５５公報
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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