JP2001157121A - 光低帯域通過フィルター一体型固体撮像素子 - Google Patents

光低帯域通過フィルター一体型固体撮像素子

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JP2001157121A JP2000162424A JP2000162424A JP2001157121A JP 2001157121 A JP2001157121 A JP 2001157121A JP 2000162424 A JP2000162424 A JP 2000162424A JP 2000162424 A JP2000162424 A JP 2000162424A JP 2001157121 A JP2001157121 A JP 2001157121A
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grating
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Jae-Chul Lee
リー ジャエ−チュル
Sung-Woo Lim
リム スン−ウー
Chun-Soo Ko
コー チュン−スー
Shi-Ho Kim
キム シ−ホー
Yong-Ho Oho
オホ ヨン−ホー
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Havit Co Ltd
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/54—Mounting of pick-up tubes, electronic image sensors, deviation or focusing coils

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【解決手段】本発明は、固体撮像素子を用いる映像シス
テム装置において、固体撮像素子の透明窓が光低帯域通
過フィルター(Optical low passfilter)で構成される、
光低帯域通過フィルターと固体撮像素子一体型構造に関
するものであって、光低帯域通過フィルターに位相回折
格子(Phase grating)が用いられることにより、周波数特
性が優れた一体型固体撮像素子の構成方法と構造を提供
する。 【効果】固体撮像素子に光低帯域フィルターが結合され
ることによって映像システムの構成が簡単になり、映像
システムのサイズを減らすことができ、映像システムの
制作費用の節減できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は固体撮像素子を用い
る映像システム装置において、固体撮像素子の透明窓を
光低帯域通過フィルター(0ptical low passfilter)で構
成する方法に関するものであって、固体撮像素子に光低
帯域フィルターが結合されることによって映像システム
の構成が簡単になり、映像システムのサイズを減らすこ
とができ、映像システムの制作費用の節減できる効果が
得られる方法を提供する。なお、光低帯域通過フィルター
を位相回折格子(Phase grating)を用いることにより、周
波数の特性が優れた一体型固体撮像素子の構成方法と構
造を提供する。
【０００２】
【従来の技術】映像センサとして現在広く使用されてい
るCCD(Charge Coupled Devices)映像センサ、または90年
代に入って用いられ始めたCMOS映像センサは、受光素子
で構成された映像センサを2次元に配列して入力映像を
電気信号に変える。
【０００３】図1は、従来の一般的なカムコーダー(Camco
rder、Camera‐Recorder)またはディジタルカメラのシス
テム構成図を示している。撮影しようとする動映像また
は停止映像入力を光学レンズ配列を介して集積し、これ
を光低帯域フィルターを経た後に映像感知素子の表面に
構成されている受光素子に入射させる。
【０００４】ここで、光レンズ配列3は入力映像1を撮像
素子4に集めるために凹レンズと凸レンズ等の適切な光
学レンズの配列で構成し、一般的に図1では、光学レンズ
配列3または光低帯域通過フィルター2には、入力映像2中
に含まれた紫外線(UV)を遮断するためのUVフィルター、
または赤外線(IR)を遮断するためのIRフィルターを含ん
でいる。UVまたはIRフィルターは、レンズまたは透明基板
に適切な物質をコーティング処理して構成することが普
通である。
【０００５】図1の映像システムにおいて、固体撮像素
子に入力した映像から元の映像を復元するためには、光
低帯域フィルター2は遮断周波数がサンプリング空間周
波数の半(1/2)になる光低帯域通過フィルターである場
合が必要である。
【０００６】図2は、こうした2次元映像センサにおい
て、x−方向に受光素子の反復周期がXであり、y−方向に
反復周期がYである場合の理想的なサンプリング(Sampli
ng)を示している。万一、図2の空間サンプリング特性を有
する2次元センサで図3Aの空間周波数スペクトラムを有
する映像イメージを撮影するとすれば、図3Bの形態で元
のイメージの空間周波数スペクトラムが繰り返される形
態の空間周波数スペクトラムを有する。図3Bでサンプリ
ングされた映像の周波数スペクトラムはサンプリング間
隔の逆数、即ち、x−方向には1／Xであり、y−方向には1／
Yの反復周期を有する。
【０００７】従いまして、2次元映像感知素子で入力され
た映像を元のままに復元するためには、原点から一周期
までだけのスペクトラムを通過させ、これより高い空間
周波数を遮断する光低帯域通過フィルターを採択するこ
とが必要である。
【０００８】上述したように、固体撮像素子で入力した
映像から原映像を復元するために、図1の光低帯域フィル
ター2は遮断周波数がサンプリング空間周波数の半(1/2)
になる光低帯域通過フィルターの場合が一番理想的であ
る。ここで、サンプリング空間周波数は固体撮像素子で受
光素子の反復周期の逆数になる。即ち、図2の2次元受光素
子配列では
【数１】 であり、
【数２】 であり、dはx−方向にはXであり、またはy−方向にはYで
ある。ここでfsはサンプリング周波数、fcは理想的な光低
帯域フィルターの遮断周波数である。
【０００９】図4は、光学レンズ配列の空間周波数伝達特
性を示している。図4において点線で表示された周波数領
域は理想的な光低帯域通過フィルターの周波数伝達関数
である。レンズの最大伝達周波数fmは2(NA/λ)になる。こ
こで、NAはレンズの口径(NumericalAperture)であり、λ
は入射光の波長を示す。レンズも一種の光低帯域通過フ
ィルターで動作するが、一般的に、図4と同様に最大遮断
周波数(fm)は低帯域フィルターの理想的な遮断周波数(f
c)より非常に大きな値を有する。レンズの周波数伝達特
性を数学的にモデルリングするためには、図4と同様に直
線に近似することができ、fmがf cに比べ大きな値に成り
得るように直線に近似した値と実際伝達特性との誤差が
少なくなる。
【００１０】図5A乃至図5Bは、従来の固体撮像素子の構
成図として、図5Aはパッケージ(package)された固体撮像
素子の外形図であり、図5Bは図5AでA―A方向の断面図で
ある。従来の固体撮像素子では入力光が透明窓51、52を介
して固体撮像素子チップ(chip)53、54の表面にある受光
素子に伝達されなければならないので、パッケージで固
体撮像素子チップの覆い51、52は透明なガラス板等を用
いる。図6A乃至図6Cは、従来の映像システムにおいて光学
低帯域通過フィルタ一として一番多くに用いられている
従来の複屈折板を用いた光低帯域通過フィルターを示し
ている。図6Aから示しているように、複屈折板の一面に入
射した光は、複屈折板を透過しつつ相互に距離がdnだけ
離れた二つの線に分離される。この時、複屈折板の厚さ及
び屈折率と距離dn間には
【数３】 の式を満足する。
【００１１】ここで、tは複屈折板の厚さであり、ｎeは光
の進行方向と垂直した偏光に対する屈折率(Extra‐Ordi
naryRefraction index)であり、ｎo は光の進行方向と垂
直した偏光に対する屈折率(0rdinaryRefraction index)
である。従来の複屈折板を用いた光低帯域通過フィルタ
ーは、図6Bと同様にX−とy−方向に光分離となるように、
x−方向複屈折板とy−方向複屈折板を重ねて構成され、
二つの複屈折板間に積外線(IR)除去フィルターを挿入す
ることが一般的である。
【００１２】従来の複屈折板を用いた光低帯域フィルタ
ーの動作を調べれば、フィルターの面に垂直に入射した
光はx−方向複屈折板で二つの線に分離され、y−方向複
屈折板で二つの線が再びそれぞれ二つの線に分離され、
一つの入射光が固体撮像素子の受光素子面には四つの線
に分離され達する。即ち、図6Cと同様に、複屈折板光低帯
域通過フィルターの作用は4ビームスプリッター(4−bea
m splitter)で動作する。一つの入射光を4ビームに分離
することにより、高い空間高周波を有する映像を固体撮
像素子のサンプリング以前に低い空間周波数に変換する
ことである。
【００１３】このような、2板式複屈折板の一般的な光伝
達特性関数は、これをフーリエ変換すれば、周期が1／dn
であるコサイン(cosine)関数の絶対値の大きさで求めら
れる。即ち、伝達関数はabs(cos(2π×f ×dn))に比例す
る値を有する。ここで、fは空間周波数であり、dnは図8Aで
示されている複屈折板による入射光線の分離距離であ
る。光学レンズを経て複屈折板フィルターに達する映像
に対する光伝達関数は、図4で示されているレンズの伝達
関数と複屈折板の伝達関数を乗することによって得られ
る。
【００１４】従来の固体撮像素子を用いた映像システム
に複屈折板を採択する場合は、空間周波数が遮断周波数
より少ない領域では、理想的な光低帯域フィルターより
伝達関数で大きい損失が発生するが、こうした損失は映
像感知システムの解像度低下の原因になる。なお、遮断周
波数より大きな空間周波数帯域では周期的な伝達関数が
存するが、これによって高周波成分が除去できないので、
映像感知システムではエーリアシング(aliasing)現象が
発生して残像を誘発させる。
【００１５】即ち、従来の複屈折板光低帯域通過フィル
ターは低帯域では損失が大きくなり、高帯域での剰余部
分が大きくて解像度の低下とともに残像除去に効果が落
ちる短所がある。また、従来の複屈折板フィルターは周波
数特性が板の厚さによって決定されるが、一般的にその
厚さは0.5ミリメーター(mm)程度として、これを採用した
映像システムの入力部のサイズが大きくなって映像シス
テムを小型化するのに障害要因になる。
【００１６】従来の複屈折板を用いた光低帯域フィルタ
ーの短所を改善するために、いろいろな構造の位相回折
格子型(phase grating)光低帯域フィルターが提案され
た。先行技術である米国特許(第4,083,627号)等では垂直
格子型フィルターが提案され、米国特許第4,083,627号等
では、提案された円形格子型フィルターが、米国特許第4,
009,939号等で提案された菱形格子型フィルターが、米国
特許第4,795,236号と第4,178,611号等では平行反復型フ
ィルターが、米国特許第4,795,236号等では提案された両
面を用いた格子基板と屈折率が異なる格子を、平行反復
型に配列した位相回折格子型光低帯域フィルターが提案
された。
【００１７】しかしながら、上述した、いろいろな形態の
位相回折格子型光低帯域通過フィルターの大部分は製品
化に成功することができないため、実際に適用されてい
ない。上述から紹介された従来の位相回折格子型フィル
ターは、二つの相互に異なる位相遷移を有する格子を2次
元に配列したこととして、従来の複屈折板を用いた低帯
域フィルターより性能が大きく向上されないからであ
る。即ち、従来の位相回折格子型光低帯域通過フィルター
は二つの相互に異なる位相を有する格子を配列するの
で、空間周波数スペクトラムの伝達特性が既存に用いら
れている複屈折板を用いたフィルターより大きく改善さ
れない短所がある。
【００１８】前記の理由で、従来の複屈折板を用いた光
低帯域フィルターと従来の固体撮像素子を用いた映像シ
ステムは小型化しにくいし、周波数伝達特性も満足する
ことができなかった。また、従来複屈折板光低帯域フィル
ターの特性を改善するために提案された従来の位相回折
格子型フィルターは、周波数特性が優れなくて実用化さ
れなかった。
【００１９】
【発明が解決しようとする技術的課題】本発明は、固体
撮像素子がサンプリング空間周波数が折半である理想的
な遮断周波数より低周波数帯域で通過される光伝達関数
は伸ばし、遮断周波数より高周波帯域における伝達関数
は抑制する特性を有する、光低帯域通過フィルターと固
体撮像素子を結合した一体型構造の固体撮像素子及び制
作方法を提供することを目的とする。
【００２０】また、周波数伝達関数特性が優れ、厚さが0.
5ミリメーター未満に非常に薄い位相回折格子型光低帯
域通過フィルターを、固体撮像素子の透過窓に用いるこ
とによって、小型化が可能で周波数特性が優れた一体型
固体撮像素子を提供するのに異なる目的がある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる入力映像
を感知する固体撮像素子装置は、特定周波数より高い空
間周波数は抑制し、該特定周波数より低い空間周波数成
分は通過させる光低帯域通過フィルターが前記固体撮像
素子の透明窓に用いられ、光低帯域通過フィルターと固
体撮像素子が一体型で形成される。前記光低帯域通過フ
ィルターは位相回折格子型光低帯域フィルターである。
【００２２】本発明に係わる入力映像を感知する固体撮
像素子装置は、特定周波数より高い空間周波数は抑制し、
該特定周波数より低い空間周波数成分は通過させる光低
帯域通過フィルターは、パイ(φ)の位相遷移を発生させ
る特定の厚さの格子と、前記パイ(φ)の位相遷移を発生
させる格子の厚さの2倍に該当する厚さを有する2φの位
相遷移発生格子と、厚さがなくてゼロ(0)の位相遷移が発
生される格子部分とが基本パターンを形成し、前記基本
パターンが周期的に配列されている構造を有し、前記光
低帯域通過フィルターが前記固体撮像素子の透明窓に用
いられ、前記光低帯域通過フィルターと前記固体撮像素
子が一体型で構成される。前記固体撮像素子装置は、前記
光低帯域通過フィルターの一面に赤外線または紫外線を
遮断するためのフィルターをさらに形成する。
【００２３】本発明に係わる入力映像を感知する固体撮
像素子装置は、特定周波数より高い空間周波数は抑制し、
該特定周波数より低い空間周波数成分は通過させる光低
帯域通過フィルターは、透明な格子基板上にパイ(φ)の
位相遷移を発生させる特定の厚さの格子が横方向に周期
的に配置された格子が形成され、他の透明な基板上にパ
イ(φ)の位相遷移を発生させる特定の厚さの格子が縦方
向に周期的に配置された格子が形成され、前記二つの格
子面が相接するように接着され、二つの透明な格子基板
間にパイ(φ)の位相遷移を発生させる格子と、2φの位相
遷移発生格子と、ゼロ(0)の位相遷移格子とが周期的に配
列されている構造を有し、前記光低帯域通過フィルター
が前記固体撮像素子の透明窓に用いられ、前記光帯域通
過フィルターと前記固体撮像素子が一体型で形成され
る。前記固体撮像素子装置は、前記光低帯域通過フィルタ
ーの前記格子基板の上部面か下部面のいずれかの一面に
赤外線または紫外線を遮断するためのフィルターをさら
に形成する。前記固体撮像素子装置は、前記光低帯域通過
フィルターの前記格子基板の上部面と下部面に赤外線ま
たは紫外線を遮断するためのフィルターを形成する。
【００２４】本発明に係わる入力映像を感知する固体撮
像素子装置において、特定周波数より高い空間周波数は
抑制し、該特性周波数より低い空間周波数成分は通過さ
せる光低帯域通過フィルターは、透明な格子基板上にパ
イ(φ)の位相遷移を発生させる特定の厚さの格子が横方
向に周期的に配置された格子が形成され、他の透明な格
子基板上にパイ(φ)の位相遷移を発生させる特定の厚さ
の格子が縦方向に周期的に配置された格子が形成され、
前記二つの格子が基板面に相接するように接着され、パ
イ(φ)の位相遷移を発生させる格子と、2φの位相遷移発
生格子と、ゼロ(0)の位相遷移格子が周期的に配列されて
いる構造を有し、前記光低帯域通過フィルターが前記固
体撮像素子が透明窓に用いられ、前記光低帯域通過フィ
ルターと前記固体撮像素子が一体型で形成される。前記
光低帯域通過フィルターの前記格子基板の接合面間に赤
外線を遮断するためのフィルター、または紫外線を遮断
するためのフィルターが挿入形成される。
【００２５】本発明に係わる入力映像を感知する固体撮
像素子装置において、特定周波数より高い空間周波数は
抑制し、該特定周波数より低い空間周波数成分は通過さ
せる光低帯域通過フィルターは、透明な格子基板のいず
れかの一面にパイ(φ)の位相遷移を発生させる特定の厚
さの格子が横方向に周期的に配置され、前記透明な格子
基板の他の一面にはパイ(φ)の位相遷移を発生させる特
定の厚さの格子が縦方向に周期的に配置され、前記格子
と前記基板は同一の屈折率を有する物質で構成され、パ
イ(φ)の位相遷移を発生させる格子と、2φの位相遷移発
生格子と、ゼロ(0)の位相繊維格子とが周期的に配列され
ている構造を有し、前記光低帯域通過フィルターが前記
固体撮像素子の透明窓に用いられ、前記光低帯域通過フ
ィルターと前記固体撮像素子が一体型で形成される。
【００２６】本発明に係わる入力映像を感知する固体撮
像素子装置において、特定周波数より高い空間周波数は
抑制し、該特定周波数より低い空間周波数成分は通過さ
せる位相回折格子型光低帯域通過フィルターが前記固体
撮像素子の透明窓に用いられ、前記光低帯域通過フィル
ターと前記固体撮像素子が一体型で形成される。
【００２７】
【発明の実施の形態】実施の形態1 図7A乃至図7Bは、本発明の固体撮像素子の構成図として、
図7Aは、パッケージされた固体撮像素子の外形図であり、
図7Bは、図7AでA−A方向の断面図である。本発明の固体撮
像素子では入力光が透過される透明窓71、72を光低帯域
通過フィルターで構成される。光低帯域通過フィルター
を介して固体撮像素子チップ72、73の表面にある受光素
子に伝達された映像は、高空間周波数成分が除去された
こととして、本発明の固体撮像素子を用いて映像システ
ムを構成すれば、別途の追加的な光低帯域素子を用いな
くても映像システムを構成することができる。
【００２８】図8は、本発明の固体撮像素子を用いた映像
システムの構成図を示している。
【００２９】本発明の固体撮像素子を用いることによっ
て、図1における従来の固体撮像素子を用いたシステムに
おいて必要な光低帯域通過フィルター2を別途に用いな
くても、高空間周波数成分を遮断する特性を有する映像
システムを構成することができる。
【００３０】従来の複屈折板フィルターは、周波数伝達
関数特性が板の厚さによって決定されるが、一般的に用
いられる複屈折板フィルターの厚さは0.5ミリメーター
程度として、本発明の固体撮像素子の透過窓に適用する
には厚すぎて図7と同様に、固体撮像素子と光低帯域フィ
ルターの一体型で制作するには望ましくない。
【００３１】従来の複屈折板を用いた光低帯域フィルタ
ーの短所を改善するために、米国特許第4,083,627号、米
国特許第4,795,236号、米国特許第4,009,939号、米国特許
第4,178,611号等で提案された位相回折格子型光低帯域
フィルターは、上述したように周波数特性が良好ではな
いので、実用化され得なかった。
【００３２】従いまして、本発明の光低帯域フィルター
一体型固体撮像素子を構成するためには、本発明者の先
行出願(韓国特許出願番号：99−46950号)技術である位
相回折格子型光低帯域フィルターを、固体撮像素子の透
過窓に用いることが一番望ましい。しかしながら、本発明
の基本思想は固体撮像素子の透過窓を光低帯域フィルタ
ーに振り替えることであるため、光低帯域フィルターの
種類によって本発明の基本思想が制約されないのであ
る。
【００３３】実施の形態2 図9は、本発明の一体型固体撮像素子で用いるのに一番適
切な先行出願(韓国特許出願番号：99−46950号)から提
示された、位相回折格子を用いた光低帯域通過フィルタ
ーの動作を説明するための１次元位相回折格子の基本図
を示している。
【００３４】位相回折格子91の表面は一定した反復周期
を有する凸凹構造の格子で構成されている。格子の透過
光に対して回折格子の垂直突出部と非突出部の位相差異
は、格子の厚さによって決定される特定の位相遷移パイ
(φ)になる。
【００３５】本発明の1次元回折格子の光伝達特性を調
べれば、図9と同様にに格子面に垂直に入射した平行光が
映像感知素子面に達すると、0次と+1、−1次の主要最大点
(PrincipalMaxima)を有し、その以外の支点では少ない光
伝達特性を有する。ここで0次主要最大点の光の強さとい
うのは、+1次と、1次の光はそれぞれ原点で十β／2と、
−β／2だけ離れたところに位置するようになり、これら
の強さは(1−a)／2値になる。
【００３６】図9の格子の空間伝達特性を数式として示
すと、次のようになる。
【００３７】Ｉ(x)=αδ (χ)+0.5(1−α)[δ(χ−β／
2)+δ(χ+β／2)] ここで、δ(χ)はインパルス関数(impulse function)を
示す。空間伝達特性I(χ)をフーリエ変換すれば、本発明
の1次元位相遷移格子型フィルターの周波数伝達関数
(LG）を求め得る。LGを求めれば、次のようになる。
【００３８】LG(f)=α+(1−α)cos(πβf) 図9Bに周波数伝達特性を図示した。主要最大点間の少な
い値は主要最大点の値に比べ無視できない値である。
【００３９】ここで、光低帯域フィルターの理想的な特
性と実際低帯域通過フィルターの周波数特性との誤差を
最小化するためのa値を求めよう。理想的な特性と実際特
性との誤差を△とすれば、次のようである。
【数４】
【００４０】ここで、fは空間周波数であり、fmはレンズ
の最大伝達空間周波数、Lidealは理想的な光低帯域フィ
ルターの伝達特性、Lidealはレンズの伝達特性、LCは本発
明の位相回折格子の周波数伝達特性である。Lidealの特
性は、図4において点線で表示されたように、空間周波数
が光低帯域フィルターの理想的な遮断周波数fcより少な
ければ1であり、fcより大きな場合には0になる。
【００４１】即ち、Lideal=1、f＜fcである時、又はLideal
＝0、f≧fcである時である。
【００４２】Lidealは、レンズのfmがfcより非常に大き
な場合に伝達特性を直線に仮定して近似値を求めれば、L
ideal＝1−f／fmで表現することができる。
【００４３】上述のLideal、Llense及びLGの式を積分式
に代入して、△を求めて見れば、△は、fm[a2＋0.5(1−
a)2]に比例する値を有することかわかる。ここで△を最
小とするためのaの値を求めれば、aは1／3になる。即ち、
本発明の位相回折格子型光低帯域フィルターにおいて理
想的なフィルター特性との誤差を一番減らすためには、
入射光が0次及び±1次の主要最大点で3均等分割される
べきである。
【００４４】図10と同様に、先行出願において設計され
た3均等分割の位相回折格子を2次元に配列すれば、入射
光は九つの主要最大点に均等分割される。入射された平
行光が九つに分割されることによって、入射光の高空間
周波数を有する映像が低帯域に変換されるので、本発明
の2次元回折格子は光低帯域通過フィルターで動作する
のである。
【００４５】格子の基本配列はゼロ(0)の位相遷移格子
と隣接してφ位相遷移格子が右側と下側に配置され、対
角線方向に2φ位相遷移格子が配置される。前記の基本配
列パターンを繰り返して配置することによって、光低帯
域フィルターを具現する。
【００４６】本発明の位相遷移型光低帯域フィルターに
おいて位相遷移の差異は、特定の厚さを有する格子を配
置することによって実現される。図11は本発明を実現す
るために望ましい位相遷移格子の構造を示している。特
定の厚さの格子がφの位相遷移を発生させれば、その厚
さの2倍に該当する厚さを有する格子によっては2φの位
相遷移が発生し、格子のない部分では0の位相遷移が発生
する。格子の基本配列はゼロ(0)の位相遷移格子110と隣
接して、φ位相遷移格子111、1111が右側と下側に配置さ
れ、対角線方向にφ位相遷移格子より厚さが2倍である2
φ位相遷移格子112が配置される。前記の基本配列パター
ンを繰り返して配置することによって光低帯域フィルタ
ーを具現する。
【００４７】図11Aの光低帯域フィルターを図7における
本発明の光低帯域フィルターの透明窓71、72に適用すれ
ば、一体型固体撮像素子を制作することができる。
【００４８】図11Bは、赤外線または紫外線遮断フィルタ
ーが図11Aの一面に形成された光低帯域フィルター構造
である。図11Bにおける光低帯域フィルターを図7の本発
明の光低帯域フィルターの透明窓71、72に適用すれば、赤
外線または紫外線除去フィルターと光低帯域通過フィル
ターの一体型固体撮像素子を構成することができる。
【００４９】本発明の位相遷移格子を製造する場合に、
工程上によって格子の厚さが多少間変化することができ
るが、こうした場合にも格子による位相遷移の誤差がφ
に比べ大きくなければ、本発明を実施する時に障害にな
らない。従いまして、格子厚さの微小な差異による位相遷
移の微小な誤差は本発明の基本思想を外していない。
【００５０】実施の形態3 図12では、本発明の位相遷移格子型光低帯域フィルター
の異なる実施例の構成を示している。格子を通過した入
射光の位相遷移が差異が0、右側と下側にφ、対角線方向
に2φになるように格子を配置するためには、格子基板12
0にy−方向に平行に配置された位相をφだけ遷移させる
格子を周期的に配列した格子122と、基板123とx−方向に
平行に配置された位相をφだけ遷移させる格子と、周期
的に配列した格子125を格子面が相接するように接着す
ることによって、位相回折格子型光低帯域通過フィルタ
ーを制作することができる。入射光の反射を最小化する
ためには位相遷移格子と格子の基板は同一の屈折率を有
する物質で制作することが一番望ましい。
【００５１】図12Bの光低帯域フィルターを、図7におけ
る本発明の光低帯域フィルターの透明窓71、72に適用す
れば、一体型固体撮像素子を制作することができる。
【００５２】図13Aは、赤外線または紫外構遮断フィル
ターが図12Bの一面に形成された光低帯域フィルター構
造である。図13Aの光低帯域フィルターを図7の本発明の
光低帯域フィルターの透明窓71、72に適用すれば、赤外線
または紫外線除去フィルターと光低帯域通過フィルター
の一体型固体撮像素子を構成することができる。
【００５３】図13Bは、図12Bの光低帯域フィルターの上
部と下部に赤外線乃至紫外線遮断フィルターが形成され
た光低帯域フィルター構造である。図13Bの光低帯域フィ
ルターを図7の本発明の光低帯域フィルターの透明窓71、
72に適用すれば、赤外線または紫外線除去フィルターと
光低帯域通過フィルターの一体型固体撮像素子を構成す
ることができる。
【００５４】本発明の位相遷移格子を製造する場合に、
工程上によって格子の厚さが多少間変化することができ
るが、こうした場合にも格子による位相遷移の誤差がφ
に比べて大きくなければ、本発明を実施する時に障害に
ならない。従いまして、格子厚さの微小な差異による位相
遷移の微小な誤差は本発明の基本思想を外していない。
【００５５】実施の形態4 図14Aは、各々x−方向とy−方向に配置された回折格子を
示しており、図14Bは、二つの格子を接着した後の構造を
示している。二つの格子を接合することによって0格子と
0格子とが合う部分は0遷移格子部になり、0格子とφ格
子、またはφ格子と0格子とが合う部分はφ格子になり、
φとφとが合う部分は2φ回折格子が構成される。
【００５６】本発明の位相遷移格子を製造する場合に、
工程上によって格子の厚さが多少間変化することができ
るが、こうした場合にも、格子による位相遷移の誤差がφ
に比べ大きくなければ、本発明を実施する時に障害にな
らない。従いまして、格子厚さの微小な差異による位相遷
移の微小な誤差は本発明の基本思想を外していない。
【００５７】図4Bの光低帯域フィルターを図7における
本発明の光低帯域フィルターの透明窓71、72に適用すれ
ば、一体型固体撮像素子を制作することができる。
【００５８】映像システムを構成する時、光低帯域通過
フィルターと赤外線(IR)フィルターまたは紫外線(UV)フ
ィルターを結合して構成することが一般的である。本発
明の位相遷移が格子型フィルターに、赤外線(IR)フィル
ターまたは紫外線(UV)フィルターを結合して構成するた
めには、図15のように、図14Aの基板接合時に、位相遷移格
子の上部基板と下部基板との間に紫外線または赤外線を
除去するためのコーティングあるいはフィルター板を接
着することによって具現することができる。
【００５９】図15の光低帯域通過フィルターを、図7にお
ける本発明の光低帯域フィルターの透明窓71、72に適用
すれば、赤外線または紫外線除去フィルターと光低帯域
通過フィルターの一体型固体撮像素子を構成することが
できる。
【００６０】本発明の位相遷移格子を製造する場合に、
工程上によって格子の厚さが多少間変化することができ
るが、こうした場合にも格子による位相遷移の誤差がφ
に比べ大きくなければ、本発明を実施する時に障害にな
らない。従いまして、格子厚さの微小な差異による位相遷
移の微小な誤差は本発明の基本思想を外していない。
【００６１】実施の形態5 図16では、本発明の位相遷移格子型光低帯域フィルター
の異なる構成を示している。位相遷移差異が0、右側と下
側にφ、対角線方向に2φになるように格子を配置するた
めには、格子基板160にy−方向に平行に配置された位相
を、φだけ遷移させる格子を周期的に配列した格子161
と、基板にx−方向に平行に配置された位相をφだけ遷移
させる格子を周期的に配列した格子162とを、同一基板の
上部と下部面に配置することによって、位相回折格子型
光低帯域通過フィルターを構成することができる。位相
遷移格子と格子の基板は同一の屈折率を有する物質で構
成することが一番望ましい。
【００６２】図16は、同一基板に制作された格子の構造
を示している。二つの格子161、162が同一基板160の上下
面に配置されることによって、0格子を通過した光が0格
子に合う部分を通過するようになった部分は0遷移格子
部となり、0格子を通過した光がφ格子、φ格子を通過し
た光がまたは0格子を通過するようになった部分はφ格
子となり、φ格子を通過した光がφ格子を通過するよう
に構成された部分は2φ回折格子が構成される。
【００６３】図16の光低帯域フィルターを図7の本発明
の光低帯域フィルターの透明窓71、72に適用すれば、赤
外線または紫外線除去フィルターと光低帯域通過フィル
ターの一体型固体撮像素子を構成することができる。
【００６４】本発明の位相遷移格子を製造する場合に、
工程上によって格子の厚さが多少間変化することができ
るが、こうした場合にも、格子による位相遷移の誤差がφ
に比べ大きくなければ本発明を実施する時に障害になら
ない。従いまして、格子厚さの微小な差異による位相遷移
の微小な誤差は本発明の基本思想を外していない。
【００６５】
【発明の効果】本発明では、光低帯域通過フィルターが
固体撮像素子の透明窓に用いられた一体型固体撮像素子
の構造を提示した。本発明の実施によって固体撮像素子
を用いた映像システムを具現する時、必須的な光低帯域
通過フィルターを従来のシステムにおいて別途の光低帯
域を用いたことよりサイズが小さくて、小型化に有利な
映像システムを構成することができる。本発明では、位相
回折格子型光低帯域通過フィルターが固体撮像素子の透
明窓に用いられた一体型固体撮像素子は、小型化のみな
らず、周波数特性も従来の複屈折板を用いた映像システ
ムより優れた性能を有する映像システムを構成すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来映像システムの構成図。
【図2】 従来のCCDまたはCMOS等固体撮像素子の理想的
なサンプリング方法説明図。
【図3】A.図2の2次元固体撮像素子の理想的なサンプリ
ングによる周波数伝達関数特性図として、サンプリング
以前の関数(OriginalFunction)特性図。 B. 図2の2次元固体撮像素子の理想的なサンプリングに
よる周波数伝達関数特性図として、サンプリング以後の
伝達関数特性図。
【図4】 従来映像システムで光学レンズの空間周波数伝
達特性と理想的な光低帯域通過フィルターの特性を示す
関数特性図。
【図5】A.従来の固体撮像素子の構成図として、固体撮像
素子の外形図。 B. 従来の固体撮像素子の構成図として、図5AでA−A方向
の断面図。
【図6】A.従来の複屈折板を用いた光低帯域通過フィル
ター構成図として、複屈折板の回折特性説明図。 B. 従来の複屈折板を用いた光低帯域通過フィルター構
成図として、従来の3板式複屈折板光低帯域通過フィルタ
ーの構成図。 C．従来の複屈折板を用いた光低帯域通過フィルター構
成図として、従来の複屈折板フィルターの動作特性図。
【図7】A.発明固体撮像素子の構成図として、固体撮像素
子の外形図。 B. 本発明固体撮像素子の構成図として、図7AでA−A方向
の断面図。
【図8】 本発明の固体撮像素子を用いた映像システム構
成の実施例。
【図9】A及びB. 本発明の位相回折格子型光低帯域通過
フィルターの1次元基本概念図。
【図10】 本発明の2次元位相回折格子型光低帯域通過フ
ィルターの動作説明図。
【図11】 A.本発明の位相回折格子型光低帯域通過フィ
ルターの格子構成の第1の実施例として、位相回折格子構
造図。 B. 本発明の位相回折格子型光低帯域通過フィルターの
格子構成の第1の実施例として、赤外線または紫外線フィ
ルターと結合した構造図。
【図12】 A.本発明の位相回折格子型光低帯域通過フィ
ルターの格子構成の他の例として、接着以前の構造図。 B. 本発明の位相回折格子型光低帯域通過フィルターの
格子構成の他の例として、接着以後の構造図。
【図13】 A.本発明の位相回折格子型光低帯域通過フィ
ルターの格子構成の他の例として、上部乃至下部面に赤
外線または紫外線フィルターと結合した構造図。 B. 本発明の位相回折格子型光低帯域通過フィルターの
格子構成の他の例として、上下面に赤外線乃至紫外線フ
ィルターと結合した構造図。
【図14】 A.本発明の位相回折格子型光低帯域通過フィ
ルターの格子構成の他の例として、接着以前の構造図。 B. 本発明の位相回折格子型光低帯域通過フィルターの
格子構成の他の例として、接着以後の構造図。
【図15】 本発明の位相回折格子型光低帯域通過フィル
ターの格子構成の他の実施例示図。
【図16】 本発明の位相回折格子型光低帯域通過フィル
ターの格子構成の他の実施例示図。
【符号の説明】
fc：理想的な光低帯域通過フィルターの遮断周波数 fs：固定撮像素子のサンプリング空間周波数 fm：光学レンズの最大空間周波数 NA：光学レンズの口径(Numerical Aperture) λ：入射光の波長 d：固体撮像素子の画素間の距離 dn：複屈折板の回折による投光光の分離距離
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スン−ウー リム 大韓民国、チェオンラブク−ド、イクサ ン、モヒュン−ドン １ガ 303−１、セ カンド ヒュンダイ アパートメント 203−208 (72)発明者 チュン−スー コー 大韓民国、ダエジェオン、セオ−ク、ドゥ ンサン−ドン 908、サエムリ アパート メント 204−801 (72)発明者 シ−ホー キム 大韓民国、ダエジェオン、セオ−ク、ドゥ ンサン ２−ドン、スジュン アパートメ ント 12−705 (72)発明者 ヨン−ホー オホ 大韓民国、ダエジェオン、セオ−ク、ウェ オルピュン−ドン、ヌリ アパートメント 112−405 Ｆターム(参考） 2H048 CA01 CA12 CA13 CA24 2H049 AA03 AA50 AA55 AA64 AA65 4M118 AB01 BA14 FA06 GC11 GC20 HA02 5C024 CX11 EX22 EX51 GZ22 5F088 BB03 JA13 JA20 LA03

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力映像を感知する固体撮像素子装置にお
    いて、 特定周波数より高い空間周波数は抑制し、該特定周波数
    より低い空間周波数成分は通過させる光低帯域通過フィ
    ルターが前記固体撮像素子の透明窓として用いられ、光
    低帯域通過フイルターと固体撮像素子が一体型で形成さ
    れたことを特徴とする固体撮像素子装置。
  2. 【請求項2】前記光低帯域通過フィルターは位相回折格
    子型光低帯域フィルターであることを特徴とする請求項
    1記載の固体撮像素子装置。
  3. 【請求項3】入力映像を感知する固体撮像素子装置にお
    いて、特定周波数より高い空間周波数は抑制し、該特定周
    波数より低い空間周波数成分は通過させる光低帯域透過
    フィルターは、パイ(φ)の位相遷移を発生させる特定の
    厚さの格子と、前記パイ(φ)の位相遷移を発生させる格
    子の厚さの2倍に該当する厚さを有する2φの位相遷移発
    生格子と、厚さがなくてゼロ(0)の位相遷移が発生される
    格子部分とが基本パターンを形成し、前記基本パターン
    が周期的に配列されている構造を有し、前記光低帯域通
    過フィルターが前記固体撮像素子の透明窓として用いら
    れ、前記光低帯域通過フィルターと前記固体撮像素子が
    一体型で構成されることを特徴とする固体撮像素子装
    置。
  4. 【請求項4】前記光低帯域フィルターの一面に、赤外線ま
    たは紫外線を遮断するためのフィルターをさらに形成す
    ることを特徴とする請求項3記載の固体撮像素子装置。
  5. 【請求項5】入力映像を感知する固体撮像素子装置にお
    いて、特定周波数より高い空間周波数は抑制し、該特定周
    波数より低い空間周波数成分は通過させる光低帯域通過
    フィルターは、透明な格子基板上にパイ(φ)の位相遷移
    を発生させる特定の厚さの格子が横方向に周期的に配置
    された格子が形成され、他の透明な格子基板上にパイ
    (φ)の位相遷移を発生させる特定の厚さの格子が縦方向
    に周期的に配置された格子が形成され、前記二つの格子
    の格子面が相接するように接着され、二つの透明な格子
    基板間にパイ(φ)の位相遷移を発生させる格子と、2φの
    位相遷移発生格子と、ゼロ(0)の位相遷移格子とが周期的
    に配列されている構造を有し、前記光低帯域通過フィル
    ターが前記固体撮像素子の透明窓として用いられ、前記
    光低帯域通過フィルターと前記固体撮像素子が一体型で
    形成されたことを特徴とする固体撮像素子装置。
  6. 【請求項6】前記光低帯域通過フィルターの前記格子基
    板の上部面か下部面のいずれかの一面に、赤外線または
    紫外線を遮断するためのフィルターをさらに形成するこ
    とを特徴とする請求項5記載の固体撮像素子装置。
  7. 【請求項7】前記光低帯域フィルターの前記格子基板の
    上部面と下部面に、赤外線または紫外線を遮断するため
    のフィルターを形成することを特徴とする請求項5記載
    の固体撮像素子装置。
  8. 【請求項8】入力映像を感知する固体撮像素子装置にお
    いて、特定周波数より高い空間周波数は抑制し、該特定周
    波数より低い空間周波数成分は通過させる光低帯域通過
    フィルターは、透明な格子基板上にパイ(φ)の位相遷移
    を発生させる特定の厚さの格子が横方向に周期的に配置
    された格子が形成され、他の透明な格子基板上にパイ
    (φ)の位相遷移を発生させる特定の厚さの格子が縦方向
    に周期的に配置された格子が形成され、前記二つの格子
    の基板面が相接するように接着され、パイ(φ)の位相遷
    移を発生させる格子と、2φの位相遷移発生格子と、ゼロ
    (0)の位相遷移格子とが周期的に配列されている構造を
    有し、前記光低帯域通過フィルターが前記固体撮像素子
    の透明窓として用いられ、前記光低帯域通過フィルター
    と前記固体撮像素子が一体型で形成されたことを特徴と
    する固体撮像素子装置。
  9. 【請求項9】前記光低帯域通過フィルターの前記格子基
    板の接合面間に、赤外線を遮断するためのフィルター、
    または紫外線を遮断するためのフィルターが挿入形成さ
    れたことを特徴とする請求項8記載の固体撮像素子装置。
  10. 【請求項10】入力映像を感知する固体撮像素子装置にお
    いて、特定周波数より高い空間周波数は抑制し、該特定周
    波数より低い空間周波数成分は通過させる光低帯域通過
    フィルターは、透明な格子基板のいずれかの一面に、パイ
    (φ)の位相遷移を発生させる特定の厚さの格子が横方向
    に周期的に配置され、前記透明な格子基板の他の一面に
    は、パイ(φ)の位相遷移を発生させる特定の厚さの格子
    が縦方向に周期的に配置され、前記格子と前記基板は同
    一の屈折率を有する物質で構成され、パイ(φ)の位相遷
    移を発生させる格子と、2φの位相遷移発生格子と、ゼロ
    (0)の位相遷移格子とが周期的に配列されている構造を
    有し、前記光低帯域通過フィルターが前記固体撮像素子
    の透明窓として用いられ、前記光低帯域通過フィルタと
    前記固体撮像素子が一体型で形成されたことを特徴とす
    る固体撮像素子装置。
  11. 【請求項11】入力映像を感知する固体撮像素子装置にお
    いて、特定周波数より高い空間周波数は抑制し、該特定周
    波数より低い空間周波数成分は通過させる位相回折格子
    型光低帯域通過フィルターが前記固体撮像素子の透明と
    して用いられ、前記光低帯域通過フィルターと前記固体
    撮像素子が一体型で形成されたことを特徴とする固体撮
    像素子装置。
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