特許 7644208 イメージセンサモジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-03-03

(45)【発行日】2025-03-11

(54)【発明の名称】イメージセンサモジュール

(51)【国際特許分類】

   H04N 1/028 20060101AFI20250304BHJP

   H10F 39/12 20250101ALI20250304BHJP

【ＦＩ】

H04N1/028 Z

H10F39/12 D

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2023209061

(22)【出願日】2023-12-12

【審査請求日】2023-12-12

(31)【優先権主張番号】112131291

(32)【優先日】2023-08-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(73)【特許権者】

【識別番号】515076622

【氏名又は名称】菱光科技股▲ふん▼有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】林意絢

(72)【発明者】

【氏名】陳麒文

(72)【発明者】

【氏名】クレイグ トーマス ジョンソン

【審査官】橋爪 正樹

(56)【参考文献】

【文献】特開平１０－０９３７６５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｎ １／０２４－ １／２０７

Ｇ０６Ｔ １／００

Ｈ１０Ｆ ３９／１２ －３９／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板に配置される光センサ素子と、
第１透光領域を有する第１光調整層と前記第１光調整層の上に配置され第２透光領域を有する第２光調整層とを備え、前記光センサ素子の上に配置される導光部材と、を含み、
前記第１透光領域及び前記第２透光領域は、それぞれ前記光センサ素子に対応している、イメージセンサモジュール。

【請求項2】

前記導光部材の上に配置され、前記光センサ素子、又は前記第１透光領域及び前記第２透光領域に対応するレンズ素子を有するレンズ層をさらに含む、
請求項１に記載のイメージセンサモジュール。

【請求項3】

前記レンズ素子は前記光センサ素子に対応している、請求項２に記載のイメージセンサモジュール。

【請求項4】

前記レンズ層は複数の前記レンズ素子を有し、前記複数の前記レンズ素子は互いに対して千鳥状に配置され、前記光センサ素子は少なくとも２つの前記レンズ素子に対応している、請求項２に記載のイメージセンサモジュール。

【請求項5】

前記第１透光領域は第１開口を有し、前記第２透光領域は第２開口を有し、前記第２開口の面積は前記第１開口の面積よりも大きい又は等しい、請求項１に記載のイメージセンサモジュール。

【請求項6】

前記第１光調整層と前記第２光調整層とは第１間隔を隔てて配置される、請求項１に記載のイメージセンサモジュール。

【請求項7】

前記導光部材は、前記第２光調整層の上に配置される第３光調整層をさらに備え、前記第３光調整層は、前記光センサ素子に対応する第３透光領域を有する、請求項１に記載のイメージセンサモジュール。

【請求項8】

前記第１透光領域は第１開口を有し、前記第２透光領域は第２開口を有し、前記第３透光領域は第３開口を有し、前記第２開口の面積は前記第１開口の面積よりも大きい又は等しく、前記第３開口の面積は前記第２開口の面積よりも大きい又は等しい、請求項７に記載のイメージセンサモジュール。

【請求項9】

前記第１光調整層と前記第２光調整層とは第１間隔を隔てて配置され、前記第２光調整層と前記第３光調整層とは第２間隔を隔てて配置される、請求項７に記載のイメージセンサモジュール。

【請求項10】

基板と、
前記基板に配置される光センサ素子と、
前記光センサ素子に対応する複数の透光領域を有する光調整構造を備え、前記光センサ素子の上に配置される導光部材と、
前記複数の透光領域の各々の開口の面積は、光入射方向に沿って徐々に縮小する、イメージセンサモジュール。

【請求項11】

前記導光部材の上に配置され、前記光センサ素子にそれぞれ対応する複数のレンズ素子を有するレンズ層をさらに含む、請求項１０に記載のイメージセンサモジュール。

【請求項12】

前記複数のレンズ素子の各々は前記光センサ素子に対応している、請求項１１に記載のイメージセンサモジュール。

【請求項13】

前記複数のレンズ素子は互いに対して千鳥状に配置され、前記光センサ素子は前記複数のレンズ素子のうち少なくとも２つに対応している、請求項１１に記載のイメージセンサモジュール。

【請求項14】

前記光調整構造は、前記光入射方向に沿って配列される複数の光調整層を有し、前記複数の透光領域は、前記複数の光調整層に配置される、請求項１０に記載のイメージセンサモジュール。

【請求項15】

前記複数の光調整層のうち隣接する２つは間隔を隔てて配置される、請求項１４に記載のイメージセンサモジュール。

【請求項16】

複数の前記間隔は互いに予め設定された比例関係にある、請求項１５に記載のイメージセンサモジュール。

【請求項17】

基板と、
前記基板に配置される光センサ素子と、
前記光センサ素子に対応する複数の透光領域と前記複数の透光領域の周囲に配置される遮光領域とを有する光調整層を備え、前記光センサ素子の上に配置される導光部材と、を含む、イメージセンサモジュール。

【請求項18】

前記導光部材の上に配置され、前記光センサ素子にそれぞれ対応する複数のレンズ素子を有するレンズ層をさらに含む、請求項１７に記載のイメージセンサモジュール。

【請求項19】

前記複数のレンズ素子の各々は前記光センサ素子に対応している、請求項１８に記載のイメージセンサモジュール。

【請求項20】

前記複数のレンズ素子は互いに対して千鳥状に配置され、前記光センサ素子は前記複数のレンズ素子のうち少なくとも２つに対応している、請求項１８に記載のイメージセンサモジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、センサモジュールに関し、特にイメージセンサモジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

コンタクトイメージセンサ（Ｃｏｎｔａｃｔ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏｒ，ＣＩＳ）は、平面のグラフィックやテキストを有する文書をスキャンして電子フォーマットに変換し、その後の保存、表示、送信に用いられる。コンタクトイメージセンサは、主にスキャナ、ファクシミリ、複合機などが挙げられる。

【0003】

接触型イメージセンサは、光源からの光をスキャン対象の原稿に照射し、原稿によって光を反射し、レンズ群によって反射光を電荷結合素子（Ｃｈａｒｇｅ－Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ、ＣＣＤ）や相補型金属酸化物半導体（Ｃｏｍｐｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ、ＣＭＯＳ）等の感光性素子に集光することで動作する。感光性素子を用いて光信号を電気信号に変換し、アナログ又はデジタルの画素（ｐｉｘｅｌ）データを生成する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の接触型イメージセンサの多くは、ロッドレンズ（ｒｏｄ ｌｅｎｓ）を用いて光源によって照射された画像を電荷結合素子上に焦点を合わせて結像させ、光信号と電気信号を変換してアナログ又はデジタルデータを取得する。

【0005】

しかしながら、ロッドレンズの結像原理では、被写界深度に限界があるため、走査対象物が特定の位置に非常に平坦に配置されなければならない。また、被写界深度を向上しようとすると、ロッドレンズの体積や画像距離が大幅に増加したり、アパーチャが縮小したりして、イメージセンサモジュールや完成品の体積が大幅に増加し、コストが高くなる。

【0006】

そのため、結像被写界深度を高め、体積と製造コストを低減することができるイメージセンサモジュールを提供することが急務である。

【0007】

本発明の目的は、結像被写界深度を向上させることができ、体積及び製造コストを低減することができるイメージセンサモジュールを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の目的を達成するために、本発明に係るイメージセンサモジュールは、基板と、前記基板に配置される光センサ素子と、第１透光領域を有する第１光調整層と前記第１光調整層の上に配置され第２透光領域を有する第２光調整層とを備え、前記光センサ素子の上に配置される導光部材と、を含み、前記第１透光領域及び前記第２透光領域は、それぞれ前記光センサ素子に対応している。

【0009】

いくつかの実施形態において、イメージセンサモジュールは、前記導光部材の上に配置され、前記光センサ素子にそれぞれ対応する複数のレンズ素子を有するレンズ層をさらに含む。

【0010】

いくつかの実施形態において、各前記レンズ素子は前記光センサ素子に対応している。

【0011】

いくつかの実施形態において、前記複数のレンズ素子は互いに対して千鳥状に配置され、前記光センサ素子は少なくとも２つの前記レンズ素子に対応している。

【0012】

いくつかの実施形態において、前記第１透光領域は第１開口を有し、前記第２透光領域は第２開口を有し、前記第２開口は前記第１開口よりも大きい又は等しい。

【0013】

いくつかの実施形態において、前記第１光調整層と前記第２光調整層とは第１間隔を隔てて配置される。

【0014】

いくつかの実施形態において、前記導光部材は、前記第２光調整層の上に配置される第３光調整層をさらに備え、前記第３光調整層は、前記光センサ素子に対応する第３透光領域を有する。

【0015】

いくつかの実施形態において、前記第１透光領域は第１開口を有し、前記第２透光領域は第２開口を有し、前記第３透光領域は第３開口を有し、前記第２開口は前記第１開口以上であり、前記第３開口は前記第２開口以上である。

【0016】

いくつかの実施形態において、前記第１光調整層と前記第２光調整層とは第１間隔を隔てて配置され、前記第２光調整層と前記第３光調整層とは第２間隔を隔てて配置される。

【0017】

本発明に係る他のイメージセンサモジュールは、基板と、前記基板に配置される光センサ素子と、前記光センサ素子に対応する複数の透光領域を有する光調整構造を備え、前記光センサ素子の上に配置される導光部材と、前記複数の透光領域の各々の開口は、光入射方向に沿って徐々に縮小する。

【0018】

いくつかの実施形態において、前記光調整構造は、前記光入射方向に沿って配列される複数の光調整層を有し、前記複数の透光領域は、前記複数の光調整層に配置される。

【0019】

いくつかの実施形態において、前記複数の光調整層のうち隣接する２つは間隔を隔てて配置される。いくつかの実施形態において、複数の前記間隔は互いに予め設定された比例関係にある。

【0020】

本発明に係る別のイメージセンサモジュールは、基板と、前記基板に配置される光センサ素子と、前記光センサ素子に対応する複数の透光領域と前記複数の透光領域の周囲に配置される遮光領域とを有する光調整層を備え、前記光センサ素子の上に配置される導光部材と、を含む。

【発明の効果】

【0021】

本発明に係るイメージセンサモジュールの導光部材は、光調整層又は光調整構造を備え、光調整層又は光調整構造は、光センサ素子に対応する透光領域を有する。光調整層又は光調整構造によって、特定の角度の光のみを光センサ素子に入射させることができる。言い換えれば、本発明に係るイメージセンサモジュールは、光調整層又は光調整構造によって、迷光を遮蔽し、特定の角度の光のみを透光領域を介して光センサ素子に結像させることができる。これにより、本発明に係るイメージセンサモジュールは、光センサ素子上の結像被写界深度を効果的に上させることができる。さらに、本発明の光調整層又は光調整構造は、例えば半導体プロセスによって光センサ素子の上に形成されることにより、全体の体積及び製造コストをさらに低減することができる。

【0022】

本発明の目的及び特徴は、本発明の詳細な説明及び添付図面を参照することによってより良く理解されると考えられるが、添付図面は、参照及び説明のみを提供するものであり、本発明を限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明に係るイメージセンサ装置を示す概略図である。

【図2】本発明の第１実施形態に係るイメージセンサモジュールの図１のＡ－Ａ線に沿う断面図である。

【図3】本発明の第２実施形態に係るイメージセンサモジュールの断面図である。

【図4】本発明に係るイメージセンサモジュールの変化態様を示す断面図である。

【図5】本発明に係るイメージセンサモジュールの変化態様を示す断面図である。

【図6A】本発明の第３実施形態に係るイメージセンサモジュールの断面図である。

【図6B】本発明の第３実施形態に係るイメージセンサモジュールの平面図である。

【図7A】本発明の第４実施形態に係るイメージセンサモジュールの図７ＢのＢ－Ｂ線に沿う断面図である。

【図7B】本発明の第４実施形態に係るイメージセンサモジュールの平面図である。

【図8】本発明に係るイメージセンサモジュールの変化態様を示す概略平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

本明細書で使用される「第１」、「第２」、「第３」、「第４」などの用語は、様々な部品、アセンブリ、領域、層、及び／又は部分を説明するものであり、これらの部品、アセンブリ、領域、層、及び／又は部分は、これらの用語によって限定されるべきではない。これらの用語は、１つの部品、アセンブリ、領域、層、又は部分を他の要素と区別するためにのみ使用される。本明細書で使用される「第１」、「第２」、「第３」、「第４」などの用語は、文脈が明確に示していない限り、順序や順番を意味するものではない。

【0025】

図１は、本発明に係るイメージセンサ装置を示す概略図である。図２は、本発明の第１実施形態に係るイメージセンサモジュールの図１のＡ－Ａ線に沿う断面図である。

【0026】

図１及び図２に示すように、イメージセンサ装置９は、例えば、筐体９１、光源モジュール９２、回路基板９３、及びイメージセンサモジュール１を含んでもよいが、これらに限定されない。光源モジュール９２、回路基板９３及びイメージセンサモジュール１は、筐体９１内に配置され、光源モジュール９２及びイメージセンサモジュール１は、いずれも回路基板９３に電気的に接続されている。いくつかの実施形態において、光源モジュール９２は、発光素子９２１及び導光素子９２２を含んでもよく、発光素子９２１は、例えば導光素子９２２の一側に配置され、導光素子９２２は、発光素子９２１によって放出された光を線状光源に変換することができる。また、イメージセンサ装置９は、例えば、線型コンタクトイメージセンサ装置であってもよい。コンタクトイメージセンサ装置は、平面のグラフィックやテキスト等を有する文書をスキャンして特定の電子フォーマットに変換し、その後の保存、表示、送信に用いられる。コンタクトイメージセンサ装置の主な用途としては、デスクトップスキャナ、ポータブルスキャナ、ファクシミリ、複合機、複写機などが挙げられる。

【0027】

イメージセンサモジュール１は、基板１１と、光センサ素子１２と、導光部材１３とを含む。基板１１は、例えば、光源モジュール９２の長軸に対応する長軸Ａ１を有する長尺型基板である。基板１１は、半導体基板であってもよく、例えばシリコン基板であってもよいが、これに限定されない。

【0028】

光センサ素子１２は、基板１１上に配置される。イメージセンサモジュール１は、１つの光センサ素子１２又は複数の光センサ素子１２を含んでもよいが、本明細書において限定されるものではない。本実施形態では、イメージセンサモジュール１が複数の光センサ素子１２を有する場合を例に挙げて説明するが、これに限定されない。いくつかの実施形態において、複数の光センサ素子１２は、基板１１に直線的に配置され、すなわち、複数の光センサ素子１２は、基板１１の長軸Ａ１に沿って配列される。特に、複数の光センサ素子１２同士間の間隔は限定されず、異なる要求に応じて異なってもよい。光センサ素子１２は、例えば、フォトダイオード（ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）のような感光性素子であってもよいが、これに限定されない。

【0029】

導光部材１３は、複数の光センサ素子１２の上に配置される。導光部材１３は、第１光調整層１３１と第２光調整層１３２と備え、第２光調整層１３２は、第１光調整層１３１の上に配置される。また、第１光調整層１３１及び第２光調整層１３２は共に光調整構造ＬＡ１を構成する。第１光調整層１３１は第１透光領域１３１Ａを有し、第２光調整層１３２は第２透光領域１３２Ａを有する。

【0030】

第１透光領域１３１Ａ及び第２透光領域１３２Ａは、それぞれ複数の光センサ素子１２に対応している。なお、第１光調整層１３１及び第２光調整層１３２は、透光領域１３１Ａ、１３２Ａに加えて、遮光領域１３１Ｂ、１３２Ｂを有する。遮光領域１３１Ｂ、１３２Ｂは、複数の透光領域１３１Ａ、１３２Ａの周囲に配置される。第１透光領域１３１Ａは、例えば第１光調整層１３１に配置される複数の開口であり、第２透光領域１３２Ａは、例えば第２光調整層１３２に配置される複数の開口であり、第１透光領域１３１Ａの開口と第２透光領域１３２Ａの開口とは、互いに位置合わせされている。例えば、第１透光領域１３１Ａの開口と第２透光領域１３２Ａの開口とは中心軸が揃える。他の実施形態において、第１透光領域の開口と第２透光領域の開口とは、互いの中心軸が少しずれてもよいが、複数の光センサ素子１２の位置に対応することを原則とする。遮光領域１３１Ｂ及び遮光領域１３２Ｂは、第１光調整層１３１及び第２光調整層１３２の開口以外の部分である。

【0031】

また、本実施形態において、第１透光領域１３１Ａの１つの開口及び第２透光領域１３２Ａの１つの開口は、共に１つの光センサ素子１２に対応しているが、これに限定されない。例えば、第１透光領域１３１Ａの２つ以上の開口及び第２透光領域１３２Ａの２つ以上の開口は、共に１つの光センサ素子１２に対応して配置されてもよい。

【0032】

いくつかの実施形態において、光調整構造ＬＡ１は、半導体プロセスを用いて基板１１上に形成されてもよい。例えば、不透光材料の第１光調整層１３１を基板１１及び光センサ素子１２の上にコーティング形成し、エッチングによって第１透光領域１３１Ａの開口を形成する。次に、透光材料１４を第１光調整層１３１の上に形成した後、不透光材料の第２光調整層１３２を透光材料１４の上にコーティング形成する。同様に、エッチングによって第２透光領域１３２Ａの開口を形成する。最後に、透光材料１４を第２光調整層１３２の上に形成し、平坦化プロセス又はスリミングプロセスを用いて透光材料１４の上面を第２光調整層１３２の上面と同一平面にさせ、そして保護層１５を透光材料１４及び第２光調整層１３２の上に形成する。これらのプロセスは、本発明を限定するためのものではなく、異なる要求に応じて異なるプロセスを用いることができる。なお、第１光調整層１３１、第２光調整層１３２及び透光材料１４の厚さは限定されない。

【0033】

いくつかの実施形態において、第１透光領域１３１Ａは第１開口ＡＰ１を有し、第２透光領域１３２Ａは第２開口ＡＰ２を有し、第２開口ＡＰ２は第１開口ＡＰ１よりも大きい又は等しい。本実施形態では、第２開口ＡＰ２が第１開口ＡＰ１よりも大きいことを例として説明するが、これに限定されない。

【0034】

したがって、光線が光入射方向Ｌに沿って導光部材１３に入射した後に、第１光調整層１３１及び第２光調整層１３２の透光領域１３１Ａ、１３２Ａは、特定角度（例えば入光面に垂直する）の光線のみを光入射方向Ｌに沿って光センサ素子１２に進入させ、遮光領域１３１Ｂ、１３２Ｂによって迷光を遮蔽することができる。言い換えると、導光部材１３はコリメータのように機能してもよく、第１光調整層１３１及び第２光調整層１３２の透光領域１３１Ａ、１３２Ａはアパーチャ（ａｐｅｒｔｕｒｅ）のような構造を構成してもよい。

【0035】

上述したように、本実施形態に係るイメージセンサモジュール１は、コリメータとして機能する導光部材１３によって迷光を遮蔽し、特定の角度の光のみを透光領域１３１Ａ、１３２Ａを介して光センサ素子１２に結像させるようにしてもよい。また、光調整層１３１、１３２の透光領域１３１Ａ、１３２Ａが小アパーチャ構造として機能することにより、光センサ素子１２の結像範囲を拡大し、光センサ素子１２上の結像被写界深度を効果的に向上させることができる。さらに、本実施形態の光調整層１３１、１３２は、例えば半導体プロセスによって光センサ素子１２の上に形成されることにより、全体の体積及び製造コストをさらに低減することができる。

【0036】

図３は、本発明の第２実施形態に係るイメージセンサモジュール２の断面図である。第２実施形態に係るイメージセンサモジュール２と第１実施形態に係るイメージセンサモジュール１とは、導光部材２３が、第２光調整層２３２の上に配置される第３光調整層２３３と、第３光調整層２３３の上に配置される第４光調整層２３４とをさらに備える点で異なっている。第３光調整層２３３は第３透光領域２３３Ａを有し、第４光調整層２３４は第４透光領域２３４Ａを有する。第３透光領域２３３Ａ及び第４透光領域２３４Ａは、それぞれ複数の光センサ素子２２に対応する。なお、本実施形態の光調整構造ＬＡ２は、４つの光調整層２３１、２３２、２３３、２３４を例として説明するが、これに限定されず、光調整構造ＬＡ２は、例えば３つの光調整層のみを備えてもよく、又は５つ以上の光調整層を備えてもよい。

【0037】

同様に、第３透光領域２３３Ａは、例えば第３光調整層２３３に配置される複数の開口であり、第４透光領域２３４Ａは、例えば第４光調整層２３４に配置される複数の開口であり、第３透光領域２３３Ａの開口と第４透光領域２３４Ａの開口とは、互いに位置合わせされている。例えば、第１透光領域２３１Ａの開口、第２透光領域２３２Ａ、第３透光領域２３３Ａ及び第４透光領域２３４Ａの開口は中心軸が揃える。他のいくつかの実施形態において、複数の開口部の中心軸が少しずれてもよいが、複数の光センサ素子２２の位置に対応することを原則とする。

【0038】

いくつかの実施形態において、第３透光領域２３３Ａは第３開口ＡＰ３を有し、第４透光領域２３４Ａは第４開口ＡＰ４を有し、第２開口ＡＰ２は第１開口ＡＰ１よりも大きい又は等しく、第３開口ＡＰ３は第２開口ＡＰ２よりも大きい又は等しく、第４開口ＡＰ４は第３開口ＡＰ３よりも大きい又は等しい。本実施形態では、第２開口ＡＰ２が第１開口ＡＰ１より大きく、第３開口ＡＰ３が第２開口ＡＰ２より大きく、第４開口ＡＰ４が第３開口ＡＰ３よりも大きいことを例として説明する。すなわち、透光領域２３１Ａ、２３２Ａ、２３３Ａ、２３４Ａの開口ＡＰ１、ＡＰ２、ＡＰ３、ＡＰ４は、光入射方向Ｌに沿って徐々に縮小するが、これに限定されない。

【0039】

いくつかの実施形態において、開口ＡＰ１、ＡＰ２、ＡＰ３、ＡＰ４が光入射方向Ｌに沿って徐々に縮小する場合、開口ＡＰ１、ＡＰ２、ＡＰ３、ＡＰ４は予め設定された比例関係にあってもよく、例えば、開口ＡＰ１：開口ＡＰ２：開口ＡＰ３：開口ＡＰ４の比例は、１．０～４．０：１０．０～１５．０：１５．０～２０．０：３０．０～４０．０であってもよい。他の例として、開口ＡＰ１：開口ＡＰ２：開口ＡＰ３：開口ＡＰ４の比例は、１．０：１０．０：１５．０：３０．０にしてもよい。別の例として、開口ＡＰ１：開口ＡＰ２：開口ＡＰ３：開口ＡＰ４の比例を２．０：１１．０：１６．０：３１．０にしてもよい。別の例として、開口ＡＰ１：開口ＡＰ２：開口ＡＰ３：開口ＡＰ４の比例を２．１：１２．０：１７．０：３２．０にしてもよい。別の例として、開口ＡＰ１：開口ＡＰ２：開口ＡＰ３：開口ＡＰ４の比例を２．５：１３．０：１８．０：３５．０にしてもよい。別の例として、開口ＡＰ１：開口ＡＰ２：開口ＡＰ３：開口ＡＰ４の比例を２．４：１２．０：１８．０：３７．０にしてもよい。別の例として、開口ＡＰ１：開口ＡＰ２：開口ＡＰ３：開口ＡＰ４の比例を３．５：１４．０：１９．０：３８．０にしてもよい。別の例として、開口ＡＰ１：開口ＡＰ２：開口ＡＰ３：開口ＡＰ４の比例を４．０：１５．０：２０．０：４０．０にしてもよい。以上は例として挙げた一部の態様にすぎず、本発明を限定するものではなく、開口ＡＰ１、ＡＰ２、ＡＰ３、ＡＰ４の比例は、必要に応じて調整することができる。

【0040】

図４は、本発明に係るイメージセンサモジュール２Ａの変化態様を示す断面図である。図４に示すように、開口ＡＰ１、ＡＰ２、ＡＰ３、ＡＰ４は同じであってよい。つまり、第２開口ＡＰ２は第１開口ＡＰ１に等しく、第３開口ＡＰ３は第２開口ＡＰ２に等しく、第４開口ＡＰ４は第３開口ＡＰ３に等しい。このようにして、光センサ素子２２上の結像被写界深度を効果的に向上させることができる。

【0041】

図３を併せて参照すると、いくつかの実施形態において、開口ＡＰ１と高さＨ（導光部材２３、保護層２５及び下地層２６の全体の高さである。なお、保護層２５及び下地層２６が設けられていない場合、高さＨは導光部材２３の全体の高さである）とは、予め設定された比例関係にあってもよく、例えば、開口ＡＰ１：高さＨの比例は、１．０～２．０：８０．０～９０．０であってもよい。例えば、開口ＡＰ１：高さＨの比例は、１．０：８０．０であってもよい。また、例えば、開口ＡＰ１：高さＨの比例は、１．２：８５．０であってもよい。また、例えば、開口ＡＰ１：高さＨの比例は１．０：８７．０であってもよい。また、例えば、開口ＡＰ１：高さＨの比例は、１．０：８８．３であってもよい。また、例えば、開口ＡＰ１：高さＨの比例は、１．７：８９．５であってもよい。また、例えば、開口ＡＰ１：高さＨの比例は、２．０：９０．０であってもよい。以上は例として挙げた一部の態様にすぎず、本発明を限定するものではない。言い換えれば、例えば、開口ＡＰ１：高さＨの比の値が低いほど受光量が低くなり、結像被写界深度が深くなる。同様に、開口ＡＰ１：高さＨの比の値が高いほど受光量が高くなり、被写界深度が浅くなる。開口ＡＰ１と高さＨとの比例は、必要に応じて調整することができる。

【0042】

また、第１光調整層２３１と第２光調整層２３２とは第１間隔Ｄ１を隔てて配置されてもよく、第２光調整層２３２と第３光調整層２３３とは第２間隔Ｄ２を隔てて配置されてもよく、第３光調整層２３３と第４光調整層２３４とは第３間隔Ｄ３を隔てて配置されてもよい。間隔Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３（すなわち、光調整層間の透光材料の厚さ）は、同一であっても異なってもよい。いくつかの実施形態において、間隔Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３が異なる場合、互いに予め設定された比例関係にあってもよく、例えば、間隔Ｄ１：間隔Ｄ２：間隔Ｄ３の比例は、５０．０～７０．０：４０．０～６０．０：１２０．０～１４０．０であってもよい。他の例として、間隔Ｄ１：間隔Ｄ２：間隔Ｄ３の比例は、５０．０：４０．０：１２０．０にしてもよい。別の例として、間隔Ｄ１：間隔Ｄ２：間隔Ｄ３の比例は、６０．０：４５．０：１２５．０にしてもよい。別の例として、間隔Ｄ１：間隔Ｄ２：間隔Ｄ３の比例は、６８．４：４２．２：１３７．０にしてもよい。別の例として、間隔Ｄ１：間隔Ｄ２：間隔Ｄ３の比例は、７０．０：５５．６：１３０．５にしてもよい。別の例として、間隔Ｄ１：間隔Ｄ２：間隔Ｄ３の比例は、５８．０：６０．０：１４０．０にしてもよい。言い換えれば、間隔（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３）及びその比例は、隣接する光センサ素子間の迷光路を遮断するように調整することができる。以上は例として挙げた一部の態様にすぎず、本発明を限定するものではなく、間隔Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３の比例は、必要に応じて調整することができる。

【0043】

図５は、本発明に係るイメージセンサモジュール２Ｂの変化態様を示す断面図である。図５に示すように、光調整層２３１、２３２、２３３、２３４の間に間隔がなくてもよい。すなわち、光調整層２３１、２３２、２３３、２３４間の間隔はゼロである。光調整層２３１、２３２、２３３、２３４は、異なるプロセス段階で形成（別々に形成）されてもよいし、単一プロセス段階で形成（連続的に形成）されてもよい。このようにして、光センサ素子２２上の結像被写界深度を効果的に向上させつつ、導光部材２３Ｂのプロセス難度を低減することができる。

【0044】

図３を併せて参照すると、いくつかの実施形態において、イメージセンサモジュール２は、導光部材２３の両側面２３５に配置された不透光層２４をさらに有してもよい。不透光層２４は、例えば、黒色のメッキや塗装であり、横方向の迷光を遮蔽するために導光部材２３の両側面２３５に配置されてもよい。このようにして、迷光は、導光部材２３（コリメータとして機能する）又は光調整構造ＬＡ２の外周部で遮断することができる。さらに、迷光を低減することにより、光センサ素子２２上の結像被写界深度を効果的に向上させることができる。

【0045】

いくつかの実施形態において、イメージセンサモジュール２は、導光部材２３と基板２１との間に配置された下地層２６をさらに含んでもよい。下地層２６は、例えば透光材料である。下地層２６により、イメージセンサモジュール２のプロセスを前段と後段とに分けることができる。すなわち、基板２１に複数の光センサ素子２２を配置するプロセスの後、基板２１及び光センサ素子２２の上に下地層２６を形成し、次いで、下地層２６に導光部材２３を形成する。もちろん、導光部材２３の上に保護層２５を形成してもよい。このようにして、光センサ素子２２と導光部材２３は、異なる半導体プロセスを用いて形成されてもよい。上記のプロセスは、本発明を限定するものではなく、異なる要求に応じて異なるプロセスを用いることができる。

【0046】

上述したように、本実施形態に係るイメージセンサモジュール２は、コリメータとして機能する導光部材２３によって迷光を遮蔽し、特定の角度の光のみを透光領域２３１Ａ、２３２Ａ、２３３Ａ、２３４Ａを介して光センサ素子２２に結像させるようにしてもよい。また、光調整層２３１、２３２、２３３、２３４の透光領域２３１Ａ、２３２Ａ、２３３Ａ、２３４Ａが小アパーチャ構造として機能することにより、光センサ素子２２の結像範囲を拡大し、光センサ素子２２上の結像被写界深度を効果的に向上させることができる。さらに、本実施形態の光調整層２３１、２３２、２３３、２３４は、例えば半導体プロセスによって光センサ素子２２の上に形成されることにより、全体の体積及び製造コストをさらに低減することができる。さらに、イメージセンサモジュール２は、不透光層２４によって横方向の迷光を遮蔽し、迷光を低減することにより、光センサ素子２２上の結像被写界深度を効果的に向上させることができる。さらに、イメージセンサモジュール２は、下地層２６により、光センサ素子２２と導光部材２３が異なる半導体プロセスを用いて形成されてもよい。

【0047】

図６Ａは、本発明の第３実施形態に係るイメージセンサモジュール３の断面図である。図６Ｂは、本発明の第３実施形態に係るイメージセンサモジュール３の平面図である。図６Ａ及び図６Ｂに示すように、第３実施形態に係るイメージセンサモジュール３と第２実施形態に係るイメージセンサモジュール２とは、イメージセンサモジュール３が導光部材３３の上に配置されるレンズ層３７をさらに含む点で異なっている。レンズ層３７は、複数のレンズ素子３７１を有し、複数のレンズ素子３７１は、光センサ素子３２又は透光領域３３１Ａ、３３２Ａ、３３３Ａ、３３４Ａにそれぞれ対応する。言い換えれば、各レンズ素子３７１は、各光センサ素子３２に対応して配置されてもよいが、透光領域３３１Ａ、３３２Ａ、３３３Ａ、３３４Ａには対応していない。或いは、各レンズ素子３７１は、透光領域３３１Ａ、３３２Ａ、３３３Ａ、３３４Ａに対応して配置されてもよいが、各光センサ素子３２には対応していない。もちろん、各レンズ素子３７１は、各光センサ素子３２、及び透光領域３３１Ａ、３３２Ａ、３３３Ａ、３３４Ａに同時に対応して配置されてもよい。

【0048】

レンズ素子３７１と透光領域３３１Ａ、３３２Ａ、３３３Ａ、３３４Ａの開口部とは、互いに位置合わせされている。例えば、レンズ素子３７１と透光領域３３１Ａ、３３２Ａ、３３３Ａ、３３４Ａの開口とは中心軸が揃える。なお、本実施形態において、１つのレンズ素子３７１及び透光領域３３１Ａ、３３２Ａ、３３３Ａ、３３４Ａの１つの開口は、共に１つの光センサ素子３２に対応しているが、これに限定されない。例えば、２つ以上のレンズ素子３７１及び透光領域３３１Ａ、３３２Ａ、３３３Ａ、３３４Ａの２つ以上の開口は、共に１つの光センサ素子３２に対応して配置されてもよい。

【0049】

いくつかの実施形態において、レンズ素子３７１の曲率直径ＲｏＣと高さＨ（導光部材２３、保護層２５、及び下地層２６全体の高さ）とは、予め設定された比例関係にあってもよく、例えば、曲率直径ＲｏＣ：高さＨの比例は、１．００～２．００：２．００～３．００であってもよい。他の例として、曲率直径ＲｏＣ：高さＨの比例は、１．００：２．００にしてもよい。別の例として、曲率直径ＲｏＣ：高さＨの比例は、１．１５：２．５０にしてもよい。別の例として、曲率直径ＲｏＣ：高さＨの比例は、１．００：２．７０にしてもよい。別の例として、曲率直径ＲｏＣ：高さＨの比例は、１．００：２．８３にしてもよい。別の例として、曲率直径ＲｏＣ：高さＨの比例は、１．５０：３．００にしてもよい。別の例として、曲率直径ＲｏＣ：高さＨの比例は、２．００：３．００にしてもよい。以上は例として挙げた一部の態様にすぎず、本発明を限定するものではない。言い換えれば、レンズ素子３７１の曲率直径ＲｏＣと高さＨの関係は、以下のレンズ設計式にまとめることができる。

【0050】

【数1】

【0051】

ここで、ｎは、透光材料の屈折率である。なお、曲率直径ＲｏＣと高さＨとの比例は、実際には調整可能ではなく、透光材料（又はコリメータ材料）のパラメータ（ｎ）によって決定される。曲率直径ＲｏＣと高さＨとの比例は、必要に応じて調整することができる。

【0052】

いくつかの実施形態において、レンズ素子３７１の円弧径Ｄ及び最大開口（例えば、開口ＡＰ４）は、隣接する光センサ素子３２間の間隔３２１よりも小さい又は等しい。例えば、レンズ素子３７１の円弧径Ｄは、３０．０μｍ～４０．０μｍであってもよく、隣接する光センサ素子３２間の間隔３２１は、４０．０～５０．０μｍであってもよい。他の例として、レンズ素子３７１の円弧径Ｄは３０．０μｍにしてもよく、隣接する光センサ素子３２間の間隔３２１は４０．０μｍにしてもよい。別の例として、レンズ素子３７１の円弧径Ｄは３５．２μｍにしてもよく、隣接する光センサ素子３２間の間隔３２１は４３．７μｍにしてもよい。さらに、例えば、レンズ素子３７１の円弧径Ｄは４０．０μｍにしてもよく、隣接する光センサ素子３２間の間隔３２１は４０．０μｍにしてもよい。また、例えば、レンズ素子３７１の円弧径Ｄは３９．０ｍにしてもよく、隣接する光センサ素子３２間の間隔３２１は４２．３μｍにしてもよい。さらに、例えば、レンズ素子３７１の円弧径Ｄは３８．５ｍにしてもよく、隣接する光センサ素子３２間の間隔３２１は４４．６μｍにしてもよい。以上は例として挙げた一部の態様にすぎず、本発明を限定するものではなく、円弧径Ｄ及び間隔３２１は、必要に応じて調整することができる。

【0053】

上述したように、本実施形態に係るイメージセンサモジュール３は、コリメータとして機能する導光部材３３によって迷光を遮蔽し、特定の角度の光のみを透光領域３３１Ａ、３３２Ａ、３３３Ａ、３３４Ａを介して光センサ素子３２に結像させるようにしてもよい。また、光調整層３３１、３３２、３３３、３３４の透光領域３３１Ａ、３３２Ａ、３３３Ａ、３３４Ａが小アパーチャ構造として機能することにより、光センサ素子３２の結像範囲を拡大し、光センサ素子３２上の結像被写界深度を効果的に向上させることができる。さらに、本実施形態の光調整層３３１、３３２、３３３、３３４は、例えば半導体プロセスによって光センサ素子３２の上に形成されることにより、全体の体積及び製造コストをさらに低減することができる。さらに、イメージセンサモジュール３は、不透光層３４によって横方向の迷光を遮蔽し、迷光を低減することにより、光センサ素子３２上の結像被写界深度を効果的に向上させることができる。さらに、イメージセンサモジュール３は、下地層３６により、光センサ素子３２と導光部材３３とが異なる半導体プロセスを用いて形成されてもよい。さらに、レンズ層３７のレンズ素子３７１が入射光線を集光することにより、全体の体積及び製造コストを大幅に増加させることなく、入射光量をさらに増加させて光センサ素子３２上の結像被写界深度を向上させることができる。

【0054】

図７Ａは、本発明の第４実施形態に係るイメージセンサモジュール４の図７ＢのＢ－Ｂ線に沿う断面図である。図７Ｂは、本発明の第４実施形態に係るイメージセンサモジュール４の平面図である。図７Ａ及び図７Ｂに示すように、第４実施形態に係るイメージセンサモジュール４と第３実施形態に係るイメージセンサモジュール３とは、レンズ層４７の複数のレンズ素子４７１が互いに対して千鳥状に配置され、各光センサ素子４２が少なくとも２つのレンズ素子４７１に対応する点で異なっている。千鳥状に配置されるとは、例えば、複数のレンズ素子４７１が上下２列に分けられ、上下２列のレンズ素子４７１の中心軸が互いにずれて配置されることである。なお、本実施形態では、１つの光センサ素子４２が２つのレンズ素子４７１に対応することを例として説明するが、これに限定されない。なお、一部のレンズ素子は、光センサ素子に対応していない場合がある。

【0055】

このようにして、複数のレンズ素子４７１を介して入射光線を集光することにより、全体の体積及び製造コストを大幅に増加させることなく、入射光量をさらに増加させて光センサ素子４２上の結像被写界深度を向上させることができる。

【0056】

図８は、本発明に係るイメージセンサモジュール４Ａの変化態様を示す概略平面図である。図８に示すように、１つの光センサ素子４２は３つのレンズ素子４７１Ａに対応してもよい。もちろん、異なる設計に応じて、１つの光センサ素子４２は４つ以上のレンズ素子に対応してもよい。なお、一部のレンズ素子は、光センサ素子に対応していない場合がある。

【0057】

以上のように、本発明に係るイメージセンサモジュールは、コリメータとして機能する導光部材によって迷光を遮蔽し、特定の角度の光のみを透光領域を介して光センサ素子に結像させることができる。また、光調整層の透光領域が小アパーチャ構造として機能することによって光センサ素子への入光角度を制限（縮小）することは、通常のレンズアパーチャを縮小して光センサ素子への入光角度を制限（縮小）することと同等の効果が得られるため、光センサ素子の垂直に受けられる結像範囲を拡大し、光センサ素子上の結像被写界深度を効果的に向上させることができる。また、光センサ素子を有する基板に導光部材を形成し、各光センサ素子を対応する導光部材（即ち、アパーチャ）に正確に位置合わせするために、本発明に係る光調整層は、例えば半導体プロセスによって光センサ素子の上に形成されることにより、全体の体積及び製造コストをさらに低減することができる。さらに、本発明に係るイメージセンサモジュールは、不透光層によって横方向の迷光を遮蔽することにより、光センサ素子上の結像被写界深度をさらに向上させることができる。同様に、本発明に係るイメージセンサモジュールは、下地層により、光センサ素子と導光部材とが異なる半導体プロセスを用いて形成されてもよい。さらに、本発明に係るイメージセンサモジュールは、レンズ層のレンズ素子によって入射光線を集光することにより、全体の体積及び製造コストを大幅に増加させることなく、入射光量をさらに増加させて光センサ素子上の結像被写界深度を向上させることができる。

【0058】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもなく、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の全ての範囲は以下の特許請求の範囲に基づくものであり、本発明の特許請求の範囲に合致する精神とその類似の変形例は、本発明の範囲に含まれるべきであり、当業者であれば、本発明の技術的範囲内において、容易に思いつくことができ、また、その変形例や修正例も、以下の特許請求の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0059】

１、２、２Ａ、２Ｂ、３、４ イメージセンサモジュール
１１ 基板
１２、２２、３２、４２ 光センサ素子
１３、２３、２３ａ、３３ 導光部材
１３１、２３１ 第１光調整層
１３１Ａ、２３１Ａ 第１透光領域
１３１Ｂ、１３２Ｂ 遮光領域
１３２、２３２ 第２光調整層
１３２Ａ、２３２Ａ 第２透光領域
１４ 透光材料
１５、２５ 保護層
２３３ 第３光調整層
２３３Ａ 第３透光領域
２３４ 第４光調整層
２３４Ａ 第４透光領域
２３５ 側面
２４、３４ 不透光層
２６、３６ 下地層
３２１ 間隔
３３１、３３２、３３３、３３４ 光調整層
３３１Ａ、３３２Ａ、３３３Ａ、３３４Ａ 透光領域
３７、４７ レンズ層
３７１、４７１、４７１Ａ レンズ素子
９ イメージセンサ装置
９１ 筐体
９２ 光源モジュール
９３ 回路基板
Ａ１ 長軸
ＡＰ１～ＡＰ４ 開口
Ｄ 円弧径
Ｄ１ 第１間隔
Ｄ２ 第２間隔
Ｄ３ 第３間隔
Ｈ 高さ
Ｌ 光入射方向
ＬＡ１、ＬＡ２ 光調整構造

【要約】

【課題】イメージセンサモジュールを提供する。
【解決手段】イメージセンサモジュールは、基板と、基板に配置される光センサ素子と、第１透光領域を有する第１光調整層と第１光調整層の上に配置され第２透光領域を有する第２光調整層とを備え、光センサ素子の上に配置される導光部材と、を含み、第１透光領域及び第２透光領域は、それぞれ光センサ素子に対応している。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図8】