(57)【要約】本発明は、感光センサに関し、特にＣＭＯＳ集積回路技術を用いてつくられた電子画像センサに関する。当該センサ（４０）は、光線（ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４、ｒ５、ｒ６）を受光する感光面を形成する画素配列（４４）と、光線の経路に、、記録されたホログラムを有するホログラフィック層（４８）とを有する基板（４２）を具備し、該ホログラフィック層がであって、散乱傾斜入射角で層上に到達する光線を感光面の法線の近傍に導くような、空間散乱作用の逆となる光学作用を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光線（ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４、ｒ５、ｒ６）を受光する感光面を形成する画素配列（１６、４４）を有する基板を具備し、特にＣＭＯＳ技術を用いて製作される感光センサであって、
光線の経路に、記録されたホログラムを有するホログラフィック層（４８、７４、８２）を有し、当該ホログラフィック層が空間散乱作用とは逆の光学的作用を有することにより、散乱傾斜入射角を有して当該ホログラフィック層に到達する光線を感光面のほぼ法線上に導くことを特徴とする感光センサ。
【請求項２】
画素の周囲の面に到達する入射光を感光面のほぼ法線上に導く作用が、前記入射光を画素（４４）に向けて集光させる働きをすることを特徴とする請求項１に記載の感光センサ。
【請求項３】
ホログラフィック層は、カラーカメラの赤、緑および青の３原色を光学的にフィルタリングする作用を有することを特徴とする請求項１または２に記載の感光センサ。
【請求項４】
ホログラフィック層は、赤外線をフィルタリングする光学的作用を生じさせるホログラムを有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の感光センサ。
【請求項５】
光線（ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４、ｒ５、ｒ６）を受光する感光面を形成する画素配列（４４）を有する基板（４２）を具備し、特にＣＭＯＳ技術を用いて製作される感光センサを製造する方法であって、
記録されたホログラムを有するホログラフィック層（４８、７４、８２）が、光線の経路上の、当該センサの表面の上に配設され、当該ホログラフィック層が空間散乱作用の逆の光学的作用を有することにより、散乱傾斜角を有して当該層に到達する光線を感光面のほぼ法線上に導くことを特徴とする感光センサ製造方法。
【請求項６】
記録されるホログラムが、ホログラフィック層（４８、７４、８２）の厚みに、２つの干渉性光波間の一連の干渉からなるホログラフィックパターンを形成することにより得られ、各々の干渉は、この層に対して所定の角度で当該層の一端側から到達する第１波と、干渉ごとに変化する、当該層の表面に対して干渉角度で当該層の他端側から到達する第２波との干渉により発生し、この干渉角度の変化は、当該層の表面のほぼ法線上への導光を所望する散乱傾斜入射波の立体角を掃引することを特徴とする請求項５に記載の感光センサ製造方法。
【請求項７】
ホログラムを有するホログラフィック層（８２）を個別に形成し、次いで感光センサの基板（４２）に配設することを特徴とする請求項５または６に記載の感光センサ製造方法。
【請求項８】
ホログラフィック層（４８、７４）を、ポリカーボネートまたはポリエステルの膜、ガラス板、あるいは、透過モードで機能する他の任意のホログラフィックサポートの上に形成することを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の感光センサ製造方法。
【請求項９】
ホログラムを支持するホログラフィック層（４８）を画像センサの表面に配設し、次いで、ホログラムをセンサに一体化したホログラフィック層に形成することを特徴とする請求項５または６に記載の感光センサ製造方法。
【請求項１０】
複数の感光センサを具備するシリコンウェーハを製造するとき、ホログラムを支持するホログラフィック層（４８）をセンサの基板（４２）上に配設することを特徴とする請求項９に記載の感光センサ製造方法。
【請求項１１】
ホログラフィック層（６２、８２）が熱可塑性の層であり、当該ホログラムが熱成形により記録されることを特徴とする請求項１０に記載の感光センサ製造方法。
【請求項１２】
ホログラフィック層が感光性のゼラチンからなる層であり、ホログラムが写真用顕色により記録されることを特徴とする請求項１０に記載の感光センサ製造方法。
【請求項１３】
硬質材料からなり、印刷されるべきパターンと相補的な浮き彫りパターンを有するダイを用いてサポート（５０、５６）に固定された熱可塑性の層に浮き彫りホログラフィックパターンを印刷することにより、ホログラムをホログラフィック層（４８、７４、８２）に記録することを特徴とする請求項５ないし９のいずれかに記載の感光センサ製造方法。
【請求項１４】
フォトレジスト層を放射線に曝してホログラフィック干渉パターンを形成し、次いで、ホログラフィック層の表面に浮き彫りパターンを得るためにフォトレジスト層を現像することにより、ホログラムをホログラフィック層（６２、８２）に記録することを特徴とする請求項５ないし９のいずれかに記載の感光センサ製造方法。
【請求項１５】
前記ホログラフィック干渉パターンが、干渉光の光源から直接到来する第１入射波と、該光源から到来するが、所望の光学的作用に対応するホログラムを記録するように対象物を照射する第２波とからなる２つの干渉性光波（Ｖ１、Ｖ２）をホログラフィック層（４８、５８、７４、８２）で合成した結果として作られることを特徴とする請求項５ないし１３のいずれかに記載の感光センサ製造方法。
【請求項１６】
ホログラムを人工的に形成し、当該ホログラフィック干渉パターンをコンピュータ計算により形成することを特徴とする請求項５ないし１３のいずれかに記載の感光センサ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、感光センサに関し、特にＣＭＯＳ集積回路技術を用いた小型感光画素（ｓｍａｌｌ ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｐｉｘｅｌｓ）を有する電子画像センサに関するものである。
【０００２】
電子カメラの電子画像センサは、従来型カメラの感光フィルムに取って代わるものである。例えばディジタルカメラ、大量生産型ディジタル写真装置または光学センサ等の低コストでの画像化のために、感光面を有する前記型のセンサが使用される。写真用カメラの実施形態では、センサの感光面は、例えば、ライン毎に６４０個の感光画素からなる４８０本のライン配列で形成される。各画素は、受光する光強度レベルに応じた電気信号を供給する。信号処理エレクトロニクスにより、センサの感光面に投射される実際の光映像に対応する電子信号が生成される。
【０００３】
図１は、画素１６の感光面１４を有するＣＭＯＳ型の画像センサ１２を用いた電子カメラ１０の簡略化した実施形態を図示している。
【０００４】
当該電子カメラは、小型化を目的とするためテレセントリック方式でなく、カメラにより電子センサ１２の感光面１４に対象画像からの光の焦点を合わせるレンズ１８およびダイアフラム２０を有する方式を有する。光学系の光軸ＺＺ’にほぼ重なる光線ｒ１は、センサの感光面１４に対し実質的に垂直な入射角を有し、前記光軸ＺＺ’からずれた光線ｒ２、ｒ３は、前記感光面１４の法線に対してある傾斜角αでセンサの縁部に到達している。
【０００５】
画像センサの製作に必要な基板の複数層は、画像センサ１２の画素１６が光を通すための吹抜けのような働きをすることとなる。画素の感光区域２２は、上記吹抜け部の各々の底部に配設されている。高い画素効率を得、画素の周囲に到達する使用されない光を部分的に回収するために、光を正確に画素の感光区域に集束させることが必要である。このため、今日の画像センサはマイクロレンズアレイを有し、当該アレイの各マイクロレンズは各画素に対応して画素の感光区域２２に画素および画素周辺の入射光を合焦する。
【０００６】
図２は、画素ごとに１つのマイクロレンズ３２を有するマイクロレンズアレイ３０を備えた図１の画像センサ１２の詳細図である。マイクロレンズ３２の目的は、画素１６に到達した光を画素の底部に配設された感光区域２２に合焦することである。現在、約５ないし１０μｍの幅（Ｌ）および同程度の深さ（Ｈ）を有する最小画素サイズが、製造できるマイクロレンズの寸法の限界である。
【０００７】
このようなマイクロレンズアレイ３０により、光軸ＺＺ’に近いセンサ領域で画像センサの効率を向上させることができる。しかし、光軸から離れてセンサの周辺部に近づくにつれ、この効率は低下する。実際に、ほぼ光軸ＺＺ’に重なる光線ｒ１と該光軸と実質的に平行な光線は、画素の感光部２２に正確に合焦されるが、センサ１２の中心から離れた光線ｒ２、ｒ３は、センサの表面の法線に対して傾斜角αを有する。光線の当該傾斜角αが大きくなるほど、該当する画素は光軸ＺＺ’から離れていき、光線ｒ２、ｒ３の合焦区域は次第に画素の縁部に移動する。センサの周辺部では、光線は、画素の感光区域２２に集束せずに画素の吹抜け部の縁部に集束し、吹き抜け部の縁部は画素が受光した光強度に対してそれよりも小さな電荷を供給する。
【０００８】
従来型センサの別の重大な欠点は、光軸から離れた位置に、傾斜して感光面に到達する光線ｒ２、ｒ３が隣接する画素の感光区域に到達し、この隣接する画素において対象外の光線による寄生性の変調又はクロストークを引起す可能性があることである。実際、光学センサの画素は不透明な光学面の区分を有しておらず、その側壁は比較的透明で、傾斜した光線が隣接する画素を掃引（ｓｗｅｅｐ）する可能性がある。
【０００９】
従来型の感光センサの欠点を解決するために、本発明は、感光センサ、特に、光線を受光する感光面を形成する画素配列を有する基板を具備し、ＣＭＯＳ技術を用いて製作される感光センサであって、光線の経路に、記録されたホログラムを有するホログラフィック層を有し、当該ホログラフィック層が空間散乱作用とは逆の光学的作用を有することにより、散乱傾斜入射角で前記ホログラフィック層に到達する光線を感光面のほぼ法線上に導くことを特徴とする、感光センサを提供する。
【００１０】
さらに好適な場合では、画素周辺の表面に到達する入射光を感光面のほぼ法線上に導く機能は、入射光を画素に向けて集光させる役割を果たす。
【００１１】
また、本発明は、感光センサ、特に、光線を受光する感光面を形成する画素配列を有する基板を具備し、ＣＭＯＳ技術を用いて製作される感光センサを製造する方法にも関連し、当該方法は、記録されたホログラムを有するホログラフィック層を、光線の経路上の当該センサの表面に配設し、当該ホログラフィック層が空間散乱作用とは逆の光学的作用を有することにより、散乱傾斜入射角で前記ホログラフィック層に到達する光線を感光面のほぼ法線上に導くことを特徴とする。
【００１２】
【実施形態】
本発明による画像センサの第１実施形態では、ホログラムを支持するホログラフィク層が当該センサの表面に配設され、次いで、ホログラムが当該センサに一体化したホログラフィック層に記録される。
【００１３】
本発明の画像センサの別の実施形態では、ホログラムを有するホログラフィック層が個別に形成され、次いで、感光センサの基板に配設される。
【００１４】
例えば光透過性基板により支持されるホログラフィック層は、その層内（ｖｏｌｕｍｅ）に記録されるホログラフィックパターンを有する。当該記録されるパターンにより所望の光学的作用を発生させる。ホログラフィック層は、ポリカーボネート又はポリエステルの膜、ガラス板、或いは、透過モードで機能する他の任意のホログラフィックサポート上に形成されてもよい。
【００１５】
本発明は、添付図を参照する本発明による感光センサの典型的な実施形態によってさらに詳細に理解される。
【００１６】
図３は、例えば電子カメラに使用される、本発明による電子画像センサ４０の第１実施形態を図示している。当該画像センサは、主に画素配列４４を有する基板４２を具備する。当該画素配列は、ＣＭＯＳ技術を用いて作られており、基板４２に配設されて、所望の光学的作用を発生させる感光面およびホログラフィック層４８を形成している。
【００１７】
本発明による画像センサを製造する方法は、少なくとも、
ＣＭＯＳ技術を用いて基板４２に感光面を形成する画素配列４４を形成するステップと、
前記基板上にホログラフィック層４８を配設するステップと、
ホログラフィック層４８に、層の表面に散乱傾斜入射角を有して到達する光線をホログラフィック層の表面のほぼ法線上に導光（ｔｅｎｄ ｔｏ ｂｒｉｎｇ）する光学的作用を有するホログラムを記録するステップと、を含む。
【００１８】
ホログラフィック層４８は、所望の光学的作用を発生させるホログラフィックパターンを有する。散乱傾斜入射角を有して層に到達する光線ｒ１、ｒ２、ｒ３をホログラフィック層４８の表面のほぼ法線上に導光する光学的作用を有するそのようなホログラムは、例えば、ホログラフィック層の厚みに、２つの干渉性光波間の一連の干渉からなるホログラフィックパターンを形成することにより得られる。各々の干渉は、例えば、この層に対して所定の角度で当該層の一端側から到達する第１波と、干渉ごとに変化する、当該層の表面に対して干渉角度で当該層の他端側から到達する第２波との干渉により発生する。この干渉角度の変化により、当該層の表面のほぼ法線上への導光が所望される散乱傾斜入射波の立体角が掃引される。
【００１９】
図３の実施形態では、カメラの光学系から到来する光線ｒ１、ｒ２、ｒ３は、画像センサの表面の法線に対して傾斜した入射角で到達する。前記入射角は、センサの感知面への光線の到達位置の相関要素として変動する。ホログラフィック層を通過すると、光線ｒ１、ｒ２、ｒ３はセンサの感知面のほぼ法線上に導かれる。特に、センサの縁部の近傍に位置する画素に到達し、センサの法線に対して最大傾斜を有する光線は、ホログラフィック層４８の光学的作用によりほぼこの法線上に導かれる。
【００２０】
光線ｒ１、ｒ２、ｒ３をセンサのほぼ法線上に導くことにより、センサの縁部の近傍に位置する画素の照度が明らかに増大し、その効率が向上する。センサのほぼ法線上に光線を導く利点として、
センサの感知面の任意の位置におけるセンサ感度の均一化；
特にセンサの縁部における画素間のクロストークの減少、つまり、隣接する画素への光線が実質的に弱まることによる寄生照度の低減；
に言及することができる。
【００２１】
ホログラムは感光性ホログラフィック層の体積内に記録することができる。図４ａは、図３の本発明による画像センサのホログラフィック層４８の厚みにホログラフィックパターンを記録した様子を示している。このため、感光層５４は、フォトレジスト層５４に干渉パターンを発生させる２つの干渉性光波Ｖ１とＶ２に曝される。ホログラフィックパターン５８は所望の光学的作用を発生させる。
【００２２】
ホログラムは他の周知の方法でホログラフィック層に記録することができる。当該方法は、
熱可塑性の層に浮き彫りにしたホログラフィックパターンを印刷することによるものであり、図４ｂは、サポート５６に固定された熱可塑性の層６２の表面を、硬質材料からなり、印刷されるべきパターンと相補的な浮き彫りパターンを有するダイを用いて圧縮することにより、ホログラフィック浮き彫りパターン６０を刻印するこの種の記録方法を示している。また、サポート５６は、電子画像センサの基板４２であってもよい。
または、フォトレジスト層を放射線に曝してホログラフィック干渉パターンを生成する方法がある。次いで、ホログラフィック層の表面に浮き彫りパターンを得るためにフォトレジスト層を現像する。
【００２３】
図３の本発明による画像センサの実施形態は、画素の感光区域に向けて光線を伝達する効果を用いて、従来型のセンサに対して性能面で明らかに向上しており、特にセンサが生成する電子信号の信号対雑音比が改善されている。
【００２４】
図５は、図３の画像センサの実施形態の変形を示しており、画素効率をさらに改善している。この変形例では、ホログラフィック層は、センサのほぼ法線上に光線を画素の感光領域に向けて導く効果に加えて、光線を画素の感知領域２２に向けて集光する別の効果を有する。これは、図３の実施形態では、光線ｒ４、ｒ５、ｒ６が、画像表示用の電子信号を発生するのに有効な電荷を生成しない画素の感知区域の外側を照射するためである。
【００２５】
この変形例では、画像センサ７０は、ＣＭＯＳ技術を用いて作られた画素配列４４を有し、感光面および基板４２上にホログラフィック層７４を形成する基板４２を具備する。ホログラフィック層７４の集光機能は、画素周囲の面に到達する入射光を画素の方に集光するように作用する。
【００２６】
図６は、上記実施形態の層のホログラフィックパターンを記録したホログラフィック層８２を有する、本発明による別の感光センサ８０の実施形態を示している。図６のこの他の実施形態では、ホログラムを含むホログラフィック層が個別に形成され、次いで、感光センサの基板４２上に配設される。
【００２７】
図６の実施形態によると、本発明による感光センサ８０は、少なくとも、
ＣＭＯＳ技術を用いて作られ、基板４２に感光面を形成する画素配列４４を生成するステップと、
光透過性サポート８６にホログラフィック層８２を形成するステップと、
公知技術に従って熱成形か写真用顕色により、ホログラムを支持する層にホログラムを記録するステップと、
光の経路上の、基板表面上に、ホログラフィック層を含むサポート８６を配設するステップと、を含む。
【００２８】
図３と図５のセンサの実施形態に関し、図６の変形例で、画素周囲の面に到達する光線ｒ４、ｒ５、ｒ６が、ホログラフィック層により画素の感知区域に向けて集光されてもよい。
【００２９】
ホログラフィック干渉パターンは、干渉光の光源から直接到来する第１入射波と、同一光源から到来するが、所望の光学的作用に対応するホログラムを記録するように対象物を照射する第２波とからなる２つの干渉性光波を感光層において合成した結果である。これは、自然的手段による記録である。
【００３０】
ホログラムは、人工的に形成されてもよい。この場合、ホログラフィック干渉パターンは、コンピュータ計算により形成することができる。コンピュータ計算は、自然的手段による記録を用いては取得できない光学的作用に対応するホログラフィックパターンを形成できるという長所を有する。周波数または表示フィルタリングの光学的作用を生成する、或いは、光学的要素を生成するために人工型のホログラムが使用される。また、ホログラフィックパターンは、自然的なホログラムと人工的なホログラムを組合わせることにより記録することもできる。
【００３１】
本発明による画像センサのホログラフィック層に記録されたホログラムにより、柔軟かつ容易に光学センサに必要な各種の光学的作用を取得することができる。しかし、他の可能性としてカラーカメラ用のカラーフィルタリング等もホログラムにより提供される。このため、ホログラフィック層は、上記実施形態の光学的作用に加えて、赤、緑および青の三原色を光学的にフィルタリングする作用を含む。
【００３２】
写真用またはビデオ周波数カメラ用の画像センサでは、表示されるべき対象物から到来する可視光に対応する電子信号を生成することが求められている。したがって、不可視光によりセンサの画素を照射することは望ましくない。このため、本発明による画像センサの第３実施形態では、ホログラフィック層は、カメラには使えない赤外線をフィルタリングする光学的作用を生じさせるホログラムを有する。
【００３３】
本発明によるセンサの適用はカメラの画像センサに限定されない。ある型の光学センサでは、光は、出力端が画素に対向する光ファイバを介して感光画素に伝送される。光は、光ファイバ内のファイバ壁を反射することにより移動する。ファイバ端で放射される光の角度は、画素の感光区域の法線に対してゼロではない。ホログラフィック層は、上述の長所とともに本明細書に記載されたように、ファイバから出射する光を画素の感光区域のほぼ法線上に導く。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、従来型の画像センサを図示している。
【図２】図２は、従来型の画像センサを図示している。
【図３】図３は、ホログラフィック層を有する本発明による画像センサを示している。
【図４】図４ａは、ホログラフィック層の厚みにホログラフィを記録した様子を示す。
図４ｂは、ホログラフィック層に浮き彫りにしたホログラフィを記録した様子を示している。
【図５】図５は、図３の画像センサの第１変形実施形態を図示している。
【図６】図６は、本発明による画像センサの別の実施形態を図示している。
【国際公開パンフレット】
2004523888.tif 000003
2004523888.tif 000004
2004523888.tif 000005
2004523888.tif 000006
2004523888.tif 000007
2004523888.tif 000008
2004523888.tif 000009
2004523888.tif 000010
2004523888.tif 000011
2004523888.tif 000012
2004523888.tif 000013
2004523888.tif 000014
2004523888.tif 000015
2004523888.tif 000016
2004523888.tif 000017
2004523888.tif 000018
2004523888.tif 000019
【国際調査報告】
2004523888.tif 000020
2004523888.tif 000021
2004523888.tif 000022
2004523888.tif 000023
2004523888.tif 000024
2004523888.tif 000025