(57)【要約】【課題】フレアやゴーストといったノイズの発生を低減しつつ、光学フィルタを十分に機能させる。【解決手段】撮像レンズ１００を透過する光線を撮像素子１０２上に結像する撮像装置において、撮像素子１０２上に設けられ、光線を透過させる積層物１０１と、積層物１０１を、その上面端部が、撮像素子１０２の有効画素領域の外端部の画素に入射する光線からなる光線束の最も外側の光線を透過できる光学必要幅H以上の位置に設ける。本技術は、受信装置に適用することができる。【選択図】図２
2015019143.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像レンズを透過する光線を撮像素子上に結像する撮像装置において、
前記撮像素子上に設けられ、前記光線を透過させる積層物を、その上面端部が、前記撮像素子の有効画素領域の外端部の画素に入射する前記光線からなる光線束の最も外側の光線を透過できる寸法以上の位置に設ける
撮像装置。
【請求項２】
前記最も外側の光線を透過できる前記積層物の前記寸法Hoptは、前記積層物の厚み、レンズの焦点距離、レンズのＦ値、およびイメージセンサの像高に基づいて、
Hopt＝T×（f−2×H×Fno）／（2×f×Fno＋H）
であり、
ここで、T，f，Fno、およびHは、それぞれ前記積層物の厚み、レンズの焦点距離、レンズのＦ値、およびイメージセンサの像高である
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記積層物の厚み、レンズの焦点距離、レンズのＦ値、およびイメージセンサの像高に加えて、さらに、前記積層物の上方に隣接する領域の屈折率、積層物の屈折率、および入射する光線束の片側角度に基づいて、前記寸法Hoptは、
Hopt＝T×√{（n2−n×n’sin（θFno））／（n’2−n×n’sin（θFno））}
×（f−2×H×Fno）／（2×f×Fno＋H）
であり、
ここで、n，n’、およびθFnoは、それぞれ前記積層物の上方に隣接する領域の屈折率、積層物の屈折率、およびF値がFnoで入射する光線束の片側角度である
請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記積層物には、側壁傾斜角度θtiltを設けることができ、
前記側壁傾斜角度θtiltは、
n’×sin（θE）−（2×n）／n’×sin2（θA）−n×sin（θA）×sin（θE）＜1
を満たし、
ここで、θAおよびθEは、それぞれ前記積層物への入射角度および90−θtiltである
請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記積層物は下面端部位置が上面端部位置よりも有効画素領域側に位置する
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記積層物の上面は、前記有効画素領域、前記寸法、およびリソグラフィ公差を加えた寸法、または前記有効画素領域、前記寸法、リソグラフィ公差、および積層物貼り合せ精度を加えた幅以上である
請求項２に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記撮像素子上に接する積層物が有効画素領域に対して、前記リソグラフィ公差、および前記積層物貼り合せ精度を追加した幅、または積層物の下面幅のいずれか大きい幅以上の幅を持つ接着層を介して接している
請求項６に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記積層物は、光学フィルタである
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項９】
撮像レンズを透過する光線を撮像素子上に結像する撮像装置を含むカメラシステムにおいて、
前記撮像素子上に設けられ、前記光線を透過させる積層物を、その上面端部が、前記撮像素子の有効画素領域の外端部の画素に入射する前記光線からなる光線束の最も外側の光線を透過できる寸法以上の位置に設ける
カメラシステム。
【請求項１０】
前記最も外側の光線を透過できる前記積層物の前記寸法Hoptは、前記積層物の厚み、レンズの焦点距離、レンズのＦ値、およびイメージセンサの像高に基づいて、
Hopt＝T×（f−2×H×Fno）／（2×f×Fno＋H）
であり、
ここで、T，f，Fno、およびHは、それぞれ前記積層物の厚み、レンズの焦点距離、レンズのＦ値、およびイメージセンサの像高である
請求項９に記載のカメラシステム。
【請求項１１】
前記積層物は下面端部位置が上面端部位置よりも有効画素領域側に位置する
請求項９に記載のカメラシステム。
【請求項１２】
前記積層物は、光学フィルタである
請求項９に記載のカメラシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、撮像装置、およびカメラシステムに関し、特に、フレアやゴーストといったノイズの発生を低減しつつ、光学フィルタの機能を十分に発揮できるようにした撮像装置、およびカメラシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、固体撮像装置におけるイメージセンサについても、他の半導体チップと同様、先端プロセスが導入されることで、チップシュリンクが進む傾向にある。これに伴い、例えば、イメージセンサと基板とがワイヤボンディングによって接続される固体撮像装置を設計する際には、イメージセンサにおいて、ボンディングパッドをレンズ有効径内に配置するように設計することも考えられる。
【０００３】
しかしながら、このような場合、レンズから入射した光が、ボンディングパッドに接続されているワイヤ（金線）表面に反射し、イメージセンサ上の受光面に入り込むことにより、フレアやゴーストが発生する恐れがあった。
【０００４】
これに対して、レンズからの光のうちの、イメージセンサ上に配置されているボンディングパッド近辺に入射される光を遮光する遮光部材を設けるようにした固体撮像装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
これによって、レンズから入射した光が、ボンディングパッドに接続されている金線表面に反射し、イメージセンサ上の受光面に入り込むことにより発生するフレアやゴーストを抑制することができるようになった。
【０００６】
しかしながら、遮光部材におけるの開口部の縁部においても、入射光が反射されることがあるため、これによりフレアやゴーストが生じることがあった。
【０００７】
そこで、開口部の縁面がなす角度を、入射光の光軸方向に対して遮光部材の縁部に入射する光の入射角より大きくすることで、遮光部材における開口部の縁部の反射光により生じるフレアやゴーストを低減する技術が提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−２２２２４９号公報
【特許文献２】特開２０１２−１８６４３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここで、図１の最上段を参照して、従来の固体撮像装置の断面構成について説明する。図中の上方が被写体の存在する方向であり、被写体が存在する方向より入射する入射光が、ICRF（Infrared Ray Cut Filter）１１を透過して、積層物（光学フィルタ）２１を介して、基板２３上に設けられたCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などからなる撮像素子２２により受光される。撮像素子２２は、入射光を光電変換することで、画素信号に変換し、撮像素子２２上に形成されている配線層２４に接続されたパッド部２５を介して配線２６より図示せぬ信号処理部に出力する。
【００１０】
また、ICRF１１には、遮光部１２が設けられており、入射光が配線２６で反射することで撮像素子２２により受光されて生じるフレアやゴーストといったノイズを低減させる。また、遮光部１２により構成される開口部の縁面は、図１の上段で示されるように、撮像素子２２の受光面に対して垂直方向に対して所定の角度がなされている。これにより、遮光部１２により構成される開口部の縁面の反射により生じるフレアやゴーストといったノイズを低減させる。
【００１１】
ところで、図１の上段で示されるように、積層物２１の端部が撮像素子２２の端部に一致するように配置されると共に、端面となる側壁が撮像素子２２の有効画素領域の外端部に対して垂直となるように構成されると、積層物２１に入射する光線束のうち、光線Ｌ１，Ｌ２で示されるような入射光は、積層物（光学フィルタ）２１を透過することにより、光学フィルタ処理が成された状態で、撮像素子２２で受光されることになる。
【００１２】
しかしながら、図１の上段で示される光線Ｌ３は、積層物２１の一部のみしか透過することができないので、光学フィルタによるフィルタ効果が十分になされない状態で撮像素子２２により受光されることになり、光学フィルタ２１を十分に機能させることができない恐れがあった。
【００１３】
そこで、図１の中段で示されるように、積層物（光学フィルタ）２１に変えて、側面断面が台形状となるように端部を撮像素子２２の有効画素領域の外側に張り出すような形状からなる積層物（光学フィルタ）３１を設けるようにして、光線Ｌ３に対しても光学フィルタ３１を十分に機能させるようにすることが考えられる。
【００１４】
しかしながら、この場合、積層物（光学フィルタ）３１の端部が、撮像素子２２の有効画素領域の外端部よりも外側に張り出されることにより、パッド部２５の位置が、撮像素子２２の有効画素領域の外端部から離れることになり、基板２３自体を大きくしなければならない。結果として、イメージセンサのチップサイズが大型化してしまう恐れがあった。
【００１５】
そこで、図１の下段で示されるように、積層物（光学フィルタ）３１の端部を撮像素子２２の端部に近付けるような、積層物（光学フィルタ）４１を設けるようにさせることも考えられる。
【００１６】
しかしながら、この場合においても、図１の下段で示されるように、光線Ｌ２，Ｌ３が、積層物（光学フィルタ）４１を十分に透過することができないので、やはり、光学フィルタを十分に機能させることができない恐れがあった。
【００１７】
本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、特に、フレアやゴーストといったノイズの発生を低減しつつ、光学フィルタを十分に機能させた光線を撮像素子で受光できるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本技術の一側面の撮像装置は、撮像レンズを透過する光線を撮像素子上に結像する撮像装置であって、前記撮像素子上に設けられ、前記光線を透過させる積層物を、その上面端部が、前記撮像素子の有効画素領域の外端部の画素に入射する前記光線からなる光線束の最も外側の光線を透過できる寸法以上の位置に設ける。
【００１９】
前記最も外側の光線を透過できる前記積層物の前記寸法Hoptは、前記積層物の厚み、レンズの焦点距離、レンズのＦ値、およびイメージセンサの像高に基づいて、Hopt＝T×（f−2×H×Fno）／（2×f×Fno＋H）とすることができ、ここで、T，f，Fno、およびHは、それぞれ前記積層物の厚み、レンズの焦点距離、レンズのＦ値、およびイメージセンサの像高である。
【００２０】
前記積層物の厚み、レンズの焦点距離、レンズのＦ値、およびイメージセンサの像高に加えて、さらに、前記積層物の上方に隣接する領域の屈折率、積層物の屈折率、および入射する光線束の片側角度に基づいて、前記寸法Hoptは、Hopt＝T×√{（n2−n×n’sin（θFno））／（n’2−n×n’sin（θFno））}×（f−2×H×Fno）／（2×f×Fno＋H）とすることができ、ここで、n，n’、およびθFnoは、それぞれ前記積層物の上方に隣接する領域の屈折率、積層物の屈折率、およびF値がFnoで入射する光線束の片側角度である。
【００２１】
前記積層物には、側壁傾斜角度θtiltを設けるようにすることができ、前記側壁傾斜角度θtiltは、n’×sin（θE）−（2×n）／n’×sin2（θA）−n×sin（θA）×sin（θE）＜1を満たすようにすることができ、ここで、θAおよびθEは、それぞれ前記積層物への入射角度および90−θtiltである。
【００２２】
前記積層物は下面端部位置が上面端部位置よりも有効画素領域側に位置するようにすることができる。
【００２３】
前記積層物の上面は、前記有効画素領域、前記寸法、およびリソグラフィ公差を加えた寸法、または前記有効画素領域、前記寸法、リソグラフィ公差、および積層物貼り合せ精度を加えた幅以上とすることができる。
【００２４】
前記撮像素子上に接する積層物が有効画素領域に対して、前記リソグラフィ公差、および前記積層物貼り合せ精度を追加した幅、または積層物の下面幅のいずれか大きい幅以上の幅を持つ接着層を介して接するようにすることができる。
【００２５】
前記積層物は、光学フィルタとすることができる。
【００２６】
本技術の一側面のカメラシステムは、撮像レンズを透過する光線を撮像素子上に結像する撮像装置を含むカメラシステムであって、前記撮像素子上に設けられ、前記光線を透過させる積層物を、その上面端部が、前記撮像素子の有効画素領域の外端部の画素に入射する前記光線からなる光線束の最も外側の光線を透過できる寸法以上の位置に設ける。
【００２７】
前記最も外側の光線を透過できる前記積層物の前記寸法Hoptは、前記積層物の厚み、レンズの焦点距離、レンズのＦ値、およびイメージセンサの像高に基づいて、Hopt＝T×（f−2×H×Fno）／（2×f×Fno＋H）とすることができ、ここで、T，f，Fno、およびHは、それぞれ前記積層物の厚み、レンズの焦点距離、レンズのＦ値、およびイメージセンサの像高である。
【００２８】
前記積層物は下面端部位置が上面端部位置よりも有効画素領域側に位置するようにすることができる。
【００２９】
前記積層物は、光学フィルタとすることができる。
【００３０】
本技術の一側面においては、撮像レンズを透過する光線を撮像素子上に結像する撮像装置であって、前記撮像素子上に設けられ、前記光線を透過させる積層物の、その上面端部が、前記撮像素子の有効画素領域の外端部の画素に入射する前記光線からなる光線束の最も外側の光線を透過できる寸法以上の位置に設けられる。
【発明の効果】
【００３１】
本技術の一側面によれば、フレアやゴーストといったノイズの発生を低減しつつ、光学フィルタの機能を十分に発揮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来の撮像装置の構成例を示す図である。
【図２】本技術の撮像装置の構成例を示す図である。
【図３】光学必要幅（はみ出し量）を説明する図である。
【図４】屈折を考慮した光学必要幅を説明する図である。
【図５】逆テーパ形状の積層物を説明する図である。
【図６】順テーパ形状の積層物を説明する図である。
【図７】光学必要幅、およびリソグラフィ公差を考慮する場合の構成例を説明する図である。
【図８】光学必要幅、リソグラフィ公差、および貼り合せ精度を考慮する場合の構成例を説明する図である。
【図９】光学必要幅、リソグラフィ公差、貼り合せ精度、および接着層を考慮する場合の構成例を説明する図である。
【図１０】逆テーパ形状の積層物における、光学必要幅、リソグラフィ公差、貼り合せ精度、および接着層を考慮する場合の構成例を説明する図である。
【図１１】Ｆ値と光学必要幅（はみ出し量）との関係を説明する図である。
【図１２】全反射によるノイズが発生する原理を説明する図である。
【図１３】側壁角度と入射角との関係を説明する図である。
【図１４】側壁の全反射の条件を説明する図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、発明を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．  第１の実施の形態（積層物に光学必要幅を設定する一例）
２．  第２の実施の形態（積層物の上方を大きくする逆テーパを設けて光学必要幅を設定する一例）
３．  第３の実施の形態（積層物の上方を小さくする順テーパを設けて光学必要幅を設定する一例）
４．  第４の実施の形態（光学必要幅およびリソグラフィ公差を考慮する一例）
５．  第５の実施の形態（光学必要幅、リソグラフィ公差、および貼り合せ精度を考慮する一例）
６．  第６の実施の形態（光学必要幅、リソグラフィ公差、貼り合せ精度、および接着層を考慮する一例）
７．  第７の実施の形態（逆テーパ形状の積層物において光学必要幅、リソグラフィ公差、貼り合せ精度、および接着層を考慮する一例）
【００３４】
［１．  第１の実施の形態］
図２には、上下のいずれにも撮像装置（カメラまたはカメラシステム）における撮像素子付近の側面断面からなる構成例が示されている。樹脂状の材質からなる基板１０３上には、CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）やCCD（Charged Coupled Device）などからなる撮像素子１０２が形成されている。撮像素子１０２上には画素信号を転送する配線層１０４が形成されている。配線層１０４の上部には光学フィルタからなる積層物１０１が積層されている。配線層１０４には、撮像素子１０２により生成される画素信号を転送するための配線１０６と電気的に接続されたパッド部１０５が設けられている。
【００３５】
被写体が存在する図中の上方よりレンズ１００を透過して入射される入射光は、光学フィルタからなる積層物１０１を透過して、光学的にフィルタ処理された後、撮像素子１０２に入射する。撮像素子１０２は、入射光を光電変換することにより電気信号からなる画素信号を生成し、配線層１０４を介してパッド部１０５に接続された配線１０６より画素信号を出力する。
【００３６】
ここで、図２の上部で示されるように、積層物１０１に入射する光線束のうち、その端部付近に入射され、撮像素子１０２の有効画素領域の外端部に入射される入射光Ｌ１１乃至Ｌ１３が存在するものとするとき、入射光Ｌ１１，Ｌ１２は、積層物１０１を図中の上面から下面を貫くように透過することになるので、光学フィルタとして十分にフィルタ効果が得られた状態で撮像素子１０２に入射することができる。しかしながら、入射光Ｌ１３については、積層物１０１の側壁から入射し、積層物１０１の一部を透過しただけの状態で撮像素子１０２に入射することになる。この場合、入射光Ｌ１３は、積層物１０１の一部を透過するのみであるため、光学フィルタによるフィルタ効果が十分に得られない状態で撮像素子１０２に入射する。この結果、撮像素子１０２の端部付近では、光学フィルタによる効果が十分に得られない入射光により画素信号が生成されることになるので、それ以外の領域における画素信号とは光学的に劣化したものが生成される恐れがある。
【００３７】
このように光学フィルタによる作用が十分に得られないことにより生じる画素信号の劣化を抑制するには、図２の下部で示されるように、パッド部１０５に干渉しない程度に撮像素子１０２の大きさよりもはみ出すような大きな寸法の積層物１０１を構成する必要がある。このように構成することで、図２の下部で示されるように、積層物１０１の端部は、撮像素子１０２の有効画素領域よりはみ出すように構成されるので、撮像素子１０２の有効画素領域の外端部に入射される入射光Ｌ１１乃至Ｌ１３のいずれも積層物１０１の上面から下面を貫くように透過させることが可能となり、積層物１０１の光学フィルタとしての機能を十分に発揮させることが可能となる。
【００３８】
以降においては、積層物１０１の端部における、撮像素子１０２の端部からはみ出す長さ（はみ出し量）を光学必要幅Hoptとも称するものとし、図１の下部で示されるように、図中においては、”Hopt”と表記するものとする。
【００３９】
［光学必要幅の設定］
光学必要幅Hoptは、パッド部１０５と干渉しない長さであり、かつ、チップ構成全体を無駄に大きくし過ぎないように設定する必要がある。より詳細には、レンズ１００により撮像素子１０２上に結像する光線束であって、撮像素子１０２の有効画素領域における最外周で光電変換する画素に入射する光線束の最も外側の光線が、撮像素子１０２上に接する積層物（光学フィルタなど）１０１の上面端部を透過するような光学必要幅Hoptが設定される。
【００４０】
ここで、具体的な光学必要幅Hoptの設定方法について説明する。
【００４１】
まず、積層物１０１を介して撮像素子１０２に入射する入射光が透過するレンズ１００のＦ値Fnoについて説明する。Ｆ値Fnoは、以下の式（１）により表される。すなわち、図３の左部で示されるように、Ｆ値Fnoは、レンズＤの焦点距離fを有効口径Dで割った値である。
【００４２】
【数１】
2015019143.tif 000003
【００４３】
このとき、図３の左部で示されるように、有効口径端部と焦点位置を結ぶ直線の、光軸となす角度（Ｆ値光線束の片側角度）が角度θFnoであるものとすると、tan(θFno)は、以下の式（２）で表される。
【００４４】
【数２】
2015019143.tif 000004
【００４５】
これらの条件に基づいて、光学必要幅Hoptは、図３の右部で示されるように設定されることになる。ここで、図３の右部においては、Hはレンズ１００の焦点距離における像高を、Tは、光学フィルタからなる積層物１０１の厚さをそれぞれ表している。また、θfHは、撮像素子１０２の最外周で光電変換する画素に入射する光線束の最も外側の光線に対してＦ値光線束の片側角度θFnoをなす光線方向と、光軸方向とのなす角である。したがって、tan(θfH)は、以下の式（３）で表される。
【００４６】
【数３】
2015019143.tif 000005
【００４７】
また、式（２）を変形することにより、tan(θFno)は、以下の式（４）で表される。
【００４８】
【数４】
2015019143.tif 000006
【００４９】
さらに、図３の右部で示されるように、光学必要幅Hoptは、以下の式（５）で表される。
【００５０】
【数５】
2015019143.tif 000007
【００５１】
ここで、式（５）のtan(θFno)およびtan(θfH)に対して、式（３），式（４）を代入することにより、以下の式（６）で示されるように、光学必要幅Hoptが求められる。
【００５２】
【数６】
2015019143.tif 000008
【００５３】
このように、光学必要幅Hoptは、光学フィルタからなる積層物１０１の厚さT、並びにレンズ１００の焦点距離f、Ｆ値Fno、および像高Hにより適切な値を設定することが可能となる。
【００５４】
また、光学必要幅Hoptは、式（６）で示されるように、焦点距離fが無限大、または、テレセントリック光学系において最大となり、以下の式（７）で設定されることになる。
【００５５】
【数７】
2015019143.tif 000009
【００５６】
ただし、式（６），式（７）により設定される光学必要幅Hoptは、積層物１０１の光学フィルタの屈折率が１である場合の簡易的な値である。
【００５７】
そこで、屈折率を考慮しない積層物１０１の厚さTに代えて、屈折率を考慮した積層物１０１の厚さt’を設定することにより、以下の式（８）で示されるように、光学必要幅Hoptは、屈折率を考慮して設定することが可能となる。
【００５８】
【数８】
2015019143.tif 000010
【００５９】
ここで、tは、屈折を考慮した厚さt’に対して、同一の入射位置における、屈折を考慮しない積層物１０１内の入射光が到達する厚さであって、屈折を考慮したときに積層物１０１の下面に到達するときの水平方向の同一位置における厚さを表している。より詳細には、厚さtとは、以下のように説明できる。
【００６０】
すなわち、図４で示されるように、積層物１０１の上部の空間を屈折率nとし、積層物１０１内の空間を屈折率n’とするとき、屈折により積層物１０１の上部の空間のＦ値光線束の片側角度θFnoは、積層物１０１内において、屈折により角度θ’Fnoとなる。ここで、積層物１０１より上方の領域から積層物１０１の上面の境界に入射し、光が屈折により積層物１０１の光軸で積層物１０１の下面に到達する位置を光軸としたとき、上面の入射光の入射位置から光軸までの距離を距離pとし、入射位置において、屈折せずに透過したときの光軸との交点の光軸方向の、積層物１０１の上面からの距離を距離t、これが厚さtである。また、このとき、屈折率を考慮した積層物１０１の厚さが厚さt’となる。
【００６１】
ここで、屈折の法則（スネルの法則）に基づいて、以下の式（９）の関係が成立する。
【００６２】
【数９】
2015019143.tif 000011
【００６３】
また、距離p，t，t’、および角度θFno，θ’Fnoの関係から以下の式（１０），式（１１）で示される関係が成立する。
【００６４】
【数１０】
2015019143.tif 000012
【００６５】
【数１１】
2015019143.tif 000013
【００６６】
さらに、上述した式（１０），式（１１）の関係から以下の式（１２）の関係が成立する。
【００６７】
【数１２】
2015019143.tif 000014
【００６８】
ここで、式（９）を変形することにより、ｘを以下の式（１３）で表されるものとする。この場合、tan(θ’Fno)は、以下の式（１４）で表される。
【００６９】
【数１３】
2015019143.tif 000015
【００７０】
【数１４】
2015019143.tif 000016
【００７１】
また、式（９）を変形することにより、ｙを以下の式（１５）で表されるものとする。この場合、tan(θFno)は、以下の式（１６）で表される。
【００７２】
【数１５】
2015019143.tif 000017
【００７３】
【数１６】
2015019143.tif 000018
【００７４】
式（１２）に式（１４），式（１６）の関係を代入すると、以下の式（１７）の関係が成立する。
【００７５】
【数１７】
2015019143.tif 000019
【００７６】
ここで、左辺は、以下の式（１８）で示されるように変形することができる。
【００７７】
【数１８】
2015019143.tif 000020
【００７８】
さらに、式（１８）で示される、変形した左辺を式（１７）に代入すると、式（１９）の関係が成立する。
【００７９】
【数１９】
2015019143.tif 000021
【００８０】
ここで、式（１９）を係数tについて解くと、以下の式（２０）で示されるような関係となる。
【００８１】
【数２０】
2015019143.tif 000022
【００８２】
ここで、積層物１０１の上部の空間における屈折率nがn＝１であるものとすると、係数tは、以下の式（２１）で表されることになる。
【００８３】
【数２１】
2015019143.tif 000023
【００８４】
以上のように、屈折率を考慮する場合、光学必要幅Hoptは、積層物１０１の厚さt’、レンズ１００の焦点距離f、Ｆ値Fno、および像高Hに加えて、さらに、積層物１０１より上部の空間における屈折率n、および積層物１０１の内部の屈折率n’より適切な値を設定することが可能となる。
【００８５】
このようにして光学必要幅Hoptが設定されることにより、図２の下部で示されるように、光線Ｌ１，Ｌ２に加えて、図２の上部の構成では積層物１０１を十分に透過できない光線Ｌ３についても、積層物１０１の上面から下面を貫通するように透過することが可能となり、光学フィルタとしての機能を十分に発揮させることが可能となる。
【００８６】
［２．  第２の実施の形態］
ところで、図２で示されるように、光線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の全てが積層物１０１の上面から下面を貫くように光学必要幅Hoptを設けるようにすると、積層物１０１の下面端部がパッド部１０５に干渉しないように配置することにより、シリコンウェハ１枚で作ることが可能なイメージセンサの数量が減少してしまう。
【００８７】
しかしながら、図２でも示されるように、光線Ｌ１乃至Ｌ３のいずれもが積層物１０１の上面から下面まで貫通するには、積層物１０１の上面のみが光学必要幅Hoptが設けられる必要があるが、下面については、必ずしも必要ではない。
【００８８】
そこで、図５で示されるように、積層物１０１の上面のみに光学必要幅Hoptを設定し、下面については、撮像素子１０２の端部からパッド部１０５に干渉しない範囲とするようにしてもよい。このようにすることで、パッド部１０５を撮像素子１０２に接近させることができるので、基板１０３の必要面積を小さくすることが可能となり、結果として、１枚のシリコンウェハから作成可能なイメージセンサの数量を増やすことが可能となる。
【００８９】
［３．  第３の実施の形態］
また、同様の理由から、積層物１０１の上面に光学必要幅Hoptを設定している限りにおいては、下面の幅は、光学必要幅Hoptよりも大きくても良いので、図６で示されるように、下面を上面より大きくするようにしてもよい。
【００９０】
ただし、積層物１０１を作成するにあたっては、シリコンウェハの撮像素子１０２上に積層物１０１をスピンコートなどで塗布し固化したのち、撮像素子１０２上から通電目的のパッド部１０５用の開口部などが必要な場合には積層物１０１を除去する必要がある。半導体のリソグラフィとエッチング技術により積層物１０１の不要箇所を除去する場合、図６で示されるように積層物１０１の側面形状を台形構造（上面よりも下面の方が広い構造）にすることは困難である。しかしながら、図５で示されるように、逆台形形状の構造（上面よりも下面の方が狭い構造）は容易に形成することが可能であり、また、形成の容易性は製造（開発）コストや製造ばらつきの安定性にも影響する。このようなことから、積層物１０１の光学特性、製造可能数量、および製造難易性の観点から考えると、積層物１０１は、図５で示されるような逆台形形状の方が好ましいと考えることができる。
【００９１】
［４．  第４の実施の形態］
以上においては、積層物１０１の上面に対して光学必要幅Hoptを設ける例について説明してきたが、例えば、積層物１０１の設置位置に関して、リソグラフィ（エッチングを含む）公差を考慮するようにしてもよい。すなわち、図７で示されるように、積層物１０１の上面について、撮像素子１０２の端部とパッド部１０５との間に光学必要幅Hoptに加えてリソグラフィ公差Hlithoを加えた幅を、撮像素子１０２の有効画素領域の外端部より迫り出すように設定するようにしてもよい。すなわち、撮像素子１０２の有効画素領域の外端部から積層物１０１の上面の端部までの幅として、（光学必要幅Hopt＋リソグラフィ公差Hlitho）を設けるようにしてもよい。このように設定することにより、積層物１０１の光学フィルタとしての機能を十分に発揮させると共に、リソグラフィ（エッチングを含む）による公差を吸収することが可能となる。
【００９２】
［５．  第５の実施の形態］
また、積層物１０１を基板１０２上に貼り合せて設置する場合、図８で示されるように、さらに、貼り合せ精度Hmountを加算するようにしてもよい。すなわち、撮像素子１０２の有効画素領域の外端部から積層物１０１の上面の端部までの幅は、（光学必要幅Hopt＋リソグラフィ公差Hlitho＋貼り合せ精度Hmount）とするようにしてもよい。このようにすることにより、積層物１０１の光学フィルタとしての機能を十分に発揮させると共に、リソグラフィ（エッチングを含む）による公差に加えて、貼り合せによる誤差を吸収することが可能となる。
【００９３】
［６．  第６の実施の形態］
さらに、積層物１０１は、接着層１５１を介して撮像素子１０２に貼り合される構成の場合、図９で示されるように、接着層１５１の幅Hglueは、（光学必要幅Hopt＋リソグラフィ公差Hlitho＋貼り合せ精度Hmount）よりも大きくなるようにすることで、積層物１０１の光学フィルタとしての機能を十分に発揮させると共に、積層物１０１を確実に撮像素子１０２上に接着させることが可能となる。
【００９４】
［７．  第７の実施の形態］
また、積層物１０１の側面断面形状が逆台形である場合においても、図１０で示されるように、接着層１５１の幅Hglueは、（光学必要幅Hopt＋リソグラフィ公差Hlitho＋貼り合せ精度Hmount）よりも大きくなるようにしてもよい。このようにすることで、積層物１０１の光学フィルタとしての機能を十分に発揮させると共に、積層物１０１を確実に撮像素子１０２上に接着させることが可能となる。
【００９５】
［Ｆ値と光学必要幅（はみ出し量）］
ところで、一般的にレンズ１００による撮像面への主光線の入射角度は像高Ｈが高いほど大きくなる。図２で示される光線束の入射角度よりも大きい（像高が高い、または焦点距離が短い）場合、光線束は図２よりも図中の左側に傾くことになるため、積層物１０１を透過しない光線束は減ることになる。
【００９６】
ここで、図１１の左部は撮像素子１０２の有効画素領域を上面から示した図であり、図中の上下端それぞれの中央に示した点は積層物１０１の側壁の中で光線束の入射角度が最も小さい（積層物１０１を透過しない光線束が最も多い）位置を示している。
【００９７】
図１１の右部は式（６）を用いて図１１の左部に示す撮像素子１０２の像高Hにおける焦点距離を35mm換算で12mm、積層物１０１の厚さを100μmとした場合のＦ値Fno（１乃至１６）と光学必要幅Hoptとの関係を示したグラフである。
【００９８】
図１１の右部のグラフで示されるように、Ｆ値Fno＝１で、かつ、35mm換算の焦点距離が24mmの場合、光学必要幅Hoptは0μmとなることから、レンズ１００の焦点距離が35mm換算で24mmよりも長い場合、光学必要幅Hopt＋リソグラフィ公差Hlitho＋貼り合せ精度Hmountを考慮する必要がある。また、レンズ１００の焦点距離が35mm換算で24mmよりも短い場合には、光学必要幅Hoptは必要ないので、リソグラフィ公差Hlitho＋貼り合せ精度Hmountを考慮する必要がある。尚、図１１の右部においては、その右側領域で示されるように、各線は、上からテレセントリックレンズ、並びに、35mm換算の焦点距離が500mm，125mm，30mm，24mm，18mmのそれぞれのレンズにおける波形を示している。
【００９９】
また、テレセントリックレンズの場合、焦点距離によらず主光線の入射角度は０度（垂直）となり最も光学必要幅Hoptが大きくなる。この場合には光学必要幅Hoptの算出には、上述した式（７）が用いられる。
【０１００】
［テーパ形状の影響］
積層物１０１の側面断面形状は、図５乃至図１０で示されるように、逆台形状、および台形状のいずれかとしてもよいが、以降においては、これらの形状を逆テーパ形状、および順テーパ形状とも称するものとする。
【０１０１】
ここで、順テーパ形状または逆テーパ形状の積層物１０１の上面から入射した光線が側壁（例えば図１１の左部の点で示した位置）に入射した際、図１２の左部の入射光Ｌ１０１、および中央部ので示されるように、側壁への入射光Ｌ１０１，Ｌ１０２は、入射角度によっては側壁で屈折し透過して積層物１０１から飛び出すことがある。これに対して、図１２の右部の入射光Ｌ１０３で示されるように、全反射して積層物１０１内部に進んだ場合、有効画素領域に到達し、ゴーストやフレアなどのノイズとして影響する恐れがある。
【０１０２】
図１３は、積層物（光学フィルタなど）１０１の上面側からの入射角度と側壁の傾斜角度との条件に応じて、全反射する場合と、全反射しない場合との分布を示したものである。尚、図１３においては、横軸が側壁の光軸に対する傾斜角度であり、縦軸が入射角度であり、斜線部の分布が全反射する領域を示しており、グレー部の分布が全反射しない領域を示している。ここで、積層物の屈折率は1.5、空気の屈折率は1であるものとする。この場合の表面反射は４％程度に対して全反射は光エネルギーのほぼ全てが保存されることから全反射した光はゴーストなどのノイズとして大きく影響する。以上のことから、全反射しない条件で側壁を傾斜させることが望ましい。したがって、図１３で示される分布により、積層物１０１の形状は、順テーパ形状よりも逆テーパ形状である方が全反射しない領域が広いことから、逆テーパ形状である方がゴーストやフレアなどのノイズの発生が低減され易いことが示されている。
【０１０３】
［全反射させない条件］
次に、図１４を参照して、全反射させないための条件について説明する。尚、図１４は、逆テーパ形状における積層物１０１の側壁Ｗ付近における、入射光を全反射させる条件を示したものである。ここで、積層物１０１への光線の入射角を角度θA、入射角が角度θAの光線の屈折角をθB、屈折角θBの光線の側壁Ｗへの入射角となる角度を角度θC、積層物１０１の側壁Ｗの光軸に対する傾斜角度を傾斜角度θtilt、積層物１０１の屈折率n’、および積層物１０１の外側の屈折率ｎであるものとする。また、積層物１０１の上面と側壁Ｗの傾斜部とのなす角θEを、θE＝９０°−θtilt、入射角がθCとなる光線の、側壁傾斜とののなす角θXをθX＝９０−θCとする。このとき、積層物１０１へ入射した光が側壁傾斜部で全反射することにより、画像にゴーストやフレアが生じる。そこで、このゴーストやフレアを抑制するには、積層物１０１へ入射した光が側壁傾斜部で全反射させない条件を満たす必要がある。
【０１０４】
ここで、スネルの法則に基づいて、図１４の関係から、以下の式（２２）が成立する。
【０１０５】
【数２２】
2015019143.tif 000024
【０１０６】
また、図１４より、角度θE，θX，θBは、以下の式（２３）乃至式（２５）でそれぞれ表される。
【０１０７】
【数２３】
2015019143.tif 000025
【０１０８】
【数２４】
2015019143.tif 000026
【０１０９】
【数２５】
2015019143.tif 000027
【０１１０】
側壁Ｗの傾斜部での全反射の条件は、スネルの法則に基づいて、以下の式（２６）で表される。
【０１１１】
【数２６】
2015019143.tif 000028
【０１１２】
ここで、式（２６）に式（２５）の関係を代入すると、以下の式（２７）の関係が成立する。
【０１１３】
【数２７】
2015019143.tif 000029
【０１１４】
さらに、式（２７）を三角関数の和関の公式等により入射角θA、および積層物１０１の上面と側壁Ｗとの成す角度θEからなる以下の式（２８）に展開する。
【０１１５】
【数２８】
2015019143.tif 000030
【０１１６】
この式（２８）は、全反射の条件であるので、不等号の大小関係を反転させることにより、以下の式（２９）で示される関係が、全反射させない条件となる。
【０１１７】
【数２９】
2015019143.tif 000031
【０１１８】
ここで、側壁傾斜角θtiltは、以下の式（３０）で示される積層物１０１の上面と側壁Ｗとの成す角度θEにより表すことができる。
【０１１９】
【数３０】
2015019143.tif 000032
【０１２０】
したがって、式（２９）および式（３０）の関係が満たされるとき全反射させないようにすることができる。したがって、図１３において、斜線部の領域は、式（２９）および式（３０）の関係が満たされない領域であり、グレー部の領域は、式（２９）および式（３０）の関係が満たされる領域である。
【０１２１】
以上のことから、積層物１０１の側壁Ｗの傾斜角および入射角の関係が、式（２９）および式（３０）の関係を満たすとき、フレアやゴーストといったノイズを低減することが可能となる。
【０１２２】
以上のごとく、本技術によれば、イメージセンサの撮像素子へ入射する全ての光線束が積層物（光学フィルタなど）を透過することが可能となるので、積層物（光学フィルタなど）の有する所望の性能をを十分に発揮させることが可能となる。また、積層物の側壁形状を全反射しない条件とすることでフレアやゴーストなどによるノイズの影響を改善することが可能となる。
【０１２３】
なお、本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【０１２４】
また、本技術は、以下のような構成も取ることができる。
（１）  撮像レンズを透過する光線を撮像素子上に結像する撮像装置において、
前記撮像素子上に設けられ、前記光線を透過させる積層物を、その上面端部が、前記撮像素子の有効画素領域の外端部の画素に入射する前記光線からなる光線束の最も外側の光線を透過できる寸法以上の位置に設ける
撮像装置。
（２）  前記最も外側の光線を透過できる前記積層物の前記寸法Hoptは、前記積層物の厚み、レンズの焦点距離、レンズのＦ値、およびイメージセンサの像高に基づいて、
Hopt＝T×（f−2×H×Fno）／（2×f×Fno＋H）
であり、
ここで、T，f，Fno、およびHは、それぞれ前記積層物の厚み、レンズの焦点距離、レンズのＦ値、およびイメージセンサの像高である
（１）に記載の撮像装置。
（３）  前記積層物の厚み、レンズの焦点距離、レンズのＦ値、およびイメージセンサの像高に加えて、さらに、前記積層物の上方に隣接する領域の屈折率、積層物の屈折率、および入射する光線束の片側角度に基づいて、前記寸法Hoptは、
Hopt＝T×√{（n2−n×n’sin（θFno））／（n’2−n×n’sin（θFno））}
×（f−2×H×Fno）／（2×f×Fno＋H）
であり、
ここで、n，n’、およびθFnoは、それぞれ前記積層物の上方に隣接する領域の屈折率、積層物の屈折率、およびF値がFnoで入射する光線束の片側角度である
（２）に記載の撮像装置。
（４）  前記積層物には、側壁傾斜角度θtiltを設けることができ、
前記側壁傾斜角度θtiltは、
n’×sin（θE）−（2×n）／n’×sin2（θA）−n×sin（θA）×cos（θE）＜1
を満たし、
ここで、θAおよびθEは、それぞれ前記積層物への入射角度および90−θtiltである
（３）に記載の撮像装置。
（５）  前記積層物は下面端部位置が上面端部位置よりも有効画素領域側に位置する
（１）に記載の撮像装置。
（６）  前記積層物の上面は、前記有効画素領域、前記寸法、およびリソグラフィ公差を加えた寸法、または前記有効画素領域、前記寸法、リソグラフィ公差、および積層物貼り合せ精度を加えた幅以上である
（２）に記載の撮像装置。
（７）  前記撮像素子上に接する積層物が有効画素領域に対して、前記リソグラフィ公差、および前記積層物貼り合せ精度を追加した幅、または積層物の下面幅のいずれか大きい幅以上の幅を持つ接着層を介して接している
（６）に記載の撮像装置。
（８）  前記積層物は、光学フィルタである
（１）に記載の撮像装置。
（９）  撮像レンズを透過する光線を撮像素子上に結像する撮像装置を含むカメラシステムにおいて、
前記撮像素子上に設けられ、前記光線を透過させる積層物を、その上面端部が、前記撮像素子の有効画素領域の外端部の画素に入射する前記光線からなる光線束の最も外側の光線を透過できる寸法以上の位置に設ける
カメラシステム。
（１０）  前記最も外側の光線を透過できる前記積層物の前記寸法Hoptは、前記積層物の厚み、レンズの焦点距離、レンズのＦ値、およびイメージセンサの像高に基づいて、
Hopt＝T×（f−2×H×Fno）／（2×f×Fno＋H）
であり、
ここで、T，f，Fno、およびHは、それぞれ前記積層物の厚み、レンズの焦点距離、レンズのＦ値、およびイメージセンサの像高である
（９）に記載のカメラシステム。
（１１）  前記積層物は下面端部位置が上面端部位置よりも有効画素領域側に位置する
（９）に記載のカメラシステム。
（１２）  前記積層物は、光学フィルタである
（９）に記載のカメラシステム。
【符号の説明】
【０１２５】
１００  レンズ，  １０１  積層物（光学フィルタ），  １０２  撮像素子，  １０３  基板，  １０４  配線層，  １０５  パッド部，  １０６  配線
【図１】
2015019143.tif 000033
【図２】
2015019143.tif 000034
【図３】
2015019143.tif 000035
【図４】
2015019143.tif 000036
【図５】
2015019143.tif 000037
【図６】
2015019143.tif 000038
【図７】
2015019143.tif 000039
【図８】
2015019143.tif 000040
【図９】
2015019143.tif 000041
【図１０】
2015019143.tif 000042
【図１１】
2015019143.tif 000043
【図１２】
2015019143.tif 000044
【図１３】
2015019143.tif 000045
【図１４】
2015019143.tif 000046