JP2003243639A - Image pickup element and image pickup device - Google Patents

Image pickup element and image pickup device

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JP2003243639A JP2002044806A JP2002044806A JP2003243639A JP 2003243639 A JP2003243639 A JP 2003243639A JP 2002044806 A JP2002044806 A JP 2002044806A JP 2002044806 A JP2002044806 A JP 2002044806A JP 2003243639 A JP2003243639 A JP 2003243639A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve a light converging rate to a photoelectric conversion part. <P>SOLUTION: This image pickup element is provided with a photoelectric conversion part, a wavelength selecting part which is formed on a light incidence side to the photoelectric conversion part and transmits a light in a prescribed wavelength range, a first region which is formed on a light incidence side to the wavelength selecting part and has a prescribed refractive index, and a second region which is formed on a light incidence side to the first region and has a prescribed refractive index. The refractive index of the first region is higher than that of the second region. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は被写体像を撮像する
為の撮像素子に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image pickup device for picking up a subject image.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、カラー画像の形成する一般的な撮
像素子の構造を図35に示す。図35は撮像素子61を
構成する画素の中央断面図である。101は外部からの
光線を集光し、光線の取り込み効率を上げる役目を果た
すマイクロレンズ、102は取り込まれた光線を波長分
離するために用いられるカラーフィルタで、各画素には
R(赤色)G(緑色)B(青色)のいずれかの原色フィ
ルタを備えている。また、色フィルタとしてはC(シア
ン)M(マゼンダ)Y(イエロー)の3色を用いた補色
フィルタというものもある。これらの画素がモザイク状
に配列しその後の信号処理で画素数に相当する輝度情報
と色情報を作り出す撮像技術が広く用いられている。こ
こで用いられる撮像素子61のカラーフィルタ配列はベ
イヤー配列と呼ばれる構成を採るものが多い。61mn
gは第1の緑色の画素、61mnbは青色の画素、61
mnrは赤色の画素、61mng2は第2の緑色の画素
である。mは横方向の画素の配列番号を示し、nは縦方
向の画素の配列番号を示している。これらが図36に示
すように規則正しく配置することにより一つの撮像素子
を構成する。このような画素配列では緑色の画素は青
色、赤色に比べて2倍の画素数を持つことになる。基本
的には3色が同数ずつあればカラーの画像を作り出すこ
とが可能であるが、比較的視感度の高い緑色の画素を増
やすことで画質を向上させることができる。
2. Description of the Related Art FIG. 35 shows the structure of a general image pickup device for forming a color image. FIG. 35 is a central cross-sectional view of pixels that form the image sensor 61. Reference numeral 101 denotes a microlens that collects light rays from the outside and plays a role of increasing the light-trapping efficiency. Reference numeral 102 denotes a color filter used for wavelength-separating the captured light rays. A primary color filter of either (green) or B (blue) is provided. As a color filter, there is also a complementary color filter using three colors of C (cyan) M (magenta) Y (yellow). An imaging technique is widely used in which these pixels are arranged in a mosaic pattern and the subsequent signal processing produces luminance information and color information corresponding to the number of pixels. The color filter array of the image sensor 61 used here often has a configuration called a Bayer array. 61 mn
g is the first green pixel, 61 mnb is the blue pixel, 61
mnr is a red pixel and 61mng2 is a second green pixel. m represents the array number of pixels in the horizontal direction, and n represents the array number of pixels in the vertical direction. One image pickup device is configured by regularly arranging these as shown in FIG. In such a pixel arrangement, green pixels have twice as many pixels as blue and red pixels. Basically, it is possible to create a color image with the same number of three colors, but the image quality can be improved by increasing the number of green pixels having relatively high visibility.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来例に
は次のような問題点が存在する。一般に良好な画像特性
を得るための撮像は、物体像を光学装置によって形成す
る第1のプロセス、物体像の空間周波数特性の高周波成
分を抑制するように調節する第2のプロセス、空間周波
数特性が調節された物体像を光電変換する第3のプロセ
ス、得られた電気信号に対して空間周波数に応じてレス
ポンスを補正する第4のプロセスよりなる。この際、有
限の画素数の撮像素子で光学像のサンプリングを行うわ
けであるから、良質な画像出力を得るためには、標本化
定理に従って光学像の空間周波数特性に撮像素子固有の
ナイキスト周波数以上の成分を少なくする必要がある。
ここでナイキスト周波数とは画素ピッチで決まるサンプ
リング周波数の1/2の周波数である。したがって、最
適化された一連のプロセスは、サンプリングされる光学
像を撮像素子固有のナイキスト周波数に応じた特性の光
学像に調節することで、折り返し歪みが目立たない、す
なわちモワレの目立たない良質な画像を得るものであ
る。
However, the above conventional example has the following problems. In general, imaging for obtaining good image characteristics includes a first process of forming an object image by an optical device, a second process of adjusting so as to suppress a high frequency component of the spatial frequency characteristic of the object image, and a spatial frequency characteristic. It comprises a third process for photoelectrically converting the adjusted object image, and a fourth process for correcting the response of the obtained electric signal according to the spatial frequency. At this time, since the optical image is sampled by the image sensor having a finite number of pixels, in order to obtain a high-quality image output, the spatial frequency characteristic of the optical image should be higher than the Nyquist frequency peculiar to the image sensor according to the sampling theorem. It is necessary to reduce the components of.
Here, the Nyquist frequency is half the sampling frequency determined by the pixel pitch. Therefore, the optimized series of processes adjusts the sampled optical image to an optical image having a characteristic according to the Nyquist frequency peculiar to the image sensor, so that aliasing distortion is not noticeable, that is, a high-quality image with no moire is noticeable. Is what you get.

【0004】画像の空間周波数伝達特性であるMTF
(Modulation Transfer Func
tion)はデジタルスティルカメラやビデオカメラな
どの鮮鋭度に関する特性をよく表現できる評価量であ
る。このMTFに影響を与える具体的要素は、光学装置
である結像光学系、物体像の帯域制限のための光学ロー
パスフィルタ、撮像素子の光電変換領域の開口形状、デ
ジタルアパーチャ補正等であり、最終の画像特性を表す
全体のMTFは各要素のMTFの積として与えられる。
すなわち、上記の第1のプロセスから第4のプロセスま
でのMTFをそれぞれ求め、その積を計算すればよい。
MTF, which is the spatial frequency transfer characteristic of an image
(Modulation Transfer Func
Tion) is an evaluation amount that can well express the characteristics relating to the sharpness of a digital still camera or a video camera. Specific elements that affect the MTF are an image forming optical system that is an optical device, an optical low-pass filter for band limitation of an object image, an aperture shape of a photoelectric conversion region of an image sensor, digital aperture correction, and the like. The overall MTF representing the image characteristics of is given as the product of the MTFs of each element.
That is, the MTFs from the first process to the fourth process described above are respectively obtained, and the product thereof may be calculated.

【0005】ただし、第4のプロセスであるデジタルフ
ィルタ処理は、撮像素子によって既にサンプリングされ
た画像出力に対して行われるので、ナイキスト周波数を
超える高周波について考慮する必要はない。
However, since the fourth process, that is, the digital filtering process, is performed on the image output already sampled by the image pickup device, it is not necessary to consider a high frequency exceeding the Nyquist frequency.

【0006】したがって、光学像の空間周波数特性に撮
像素子固有のナイキスト周波数以上の成分を少なくする
構成とは、第4のプロセスを除き、第1のプロセスのM
TF、第2のプロセスのMTFおよび第3のプロセスの
MTFの積においてナイキスト周波数以上の成分が小さ
いということである。ここで、デジタルスティルカメラ
のように静止画の鑑賞を前提とする場合、ナイキスト周
波数を超える高周波がゼロではなく、多少残っていて
も、ナイキスト周波数をやや下回る周波数におけるレス
ポンスが高い方が、解像感のある画像となりやすいこと
を考慮する必要がある。
Therefore, the configuration in which the spatial frequency characteristic of the optical image has a component having a frequency equal to or higher than the Nyquist frequency peculiar to the image pickup device is the M of the first process except the fourth process.
This means that the component above the Nyquist frequency is small in the product of TF, MTF of the second process, and MTF of the third process. Here, when viewing still images like a digital still camera, the resolution is better when the high frequency above the Nyquist frequency is not zero, but the response at a frequency slightly below the Nyquist frequency is high, even if some high frequencies remain. It is necessary to consider that it tends to give a pleasing image.

【0007】第1のプロセスである結像光学系による物
体像の形成において、一般に画面の中央は周辺に比べて
光学収差を補正しやすい。画面の周辺で良好な画像を得
ようとすると、画面の中央では結像レンズのFナンバー
で決定される回折限界MTFに近い極めて良好な特性を
得る必要がある。近年、撮像素子の小ピクセル化が進ん
でおり、この必要性はますます高まっている。したがっ
て、結像光学系については無収差の理想レンズと仮定し
てMTFを考えると良い。
In the first process of forming an object image by the imaging optical system, it is generally easier to correct optical aberration in the center of the screen than in the periphery. In order to obtain a good image at the periphery of the screen, it is necessary to obtain extremely good characteristics near the diffraction limit MTF determined by the F number of the imaging lens at the center of the screen. In recent years, the number of pixels of image pickup devices has been reduced, and this need has been increasing. Therefore, it is advisable to consider the MTF on the assumption that the imaging optical system is an ideal lens having no aberration.

【0008】また、幅dの受光開口が隙間なく敷きつめ
られた撮像素子においては、受光開口の幅が画素ピッチ
と一致するので、ナイキスト周波数u=d/2における
第3のプロセスのレスポンス値はかなり高い。この理由
から、ナイキスト周波数付近の総合MTFを下げるため
に第2のプロセスにおいてナイキスト周波数付近をトラ
ップするのが一般的である。
Further, in an image pickup device in which light receiving apertures of width d are spread without gaps, the width of the light receiving apertures matches the pixel pitch, so the response value of the third process at Nyquist frequency u = d / 2 is quite large. high. For this reason, it is common to trap near the Nyquist frequency in the second process in order to lower the total MTF near the Nyquist frequency.

【0009】第2のプロセスにおいては、通常、光学ロ
ーパスフィルタが用いられる。光学ローパスフィルタに
は水晶等の複屈折特性を有する物質を利用する。また、
特開2000−066141号公報にあるような位相型
の回折格子を利用しても良い。
In the second process, an optical low pass filter is usually used. A material having a birefringence characteristic such as quartz is used for the optical low pass filter. Also,
A phase type diffraction grating as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-066141 may be used.

【0010】光学装置の光路中に複屈折板を介在させ、
その光学軸を結像面の水平方向と並行するように傾けて
配置すると、常光線による物体像と異常光線による物体
像は所定量だけ水平方向にずれて形成される。複屈折板
によって特定の空間周波数をトラップするということ
は、その空間周波数の縞の明部と暗部とが重なるように
ずらすということである。光学ローパスフィルタによる
MTFは式(1)で表される。
By interposing a birefringent plate in the optical path of the optical device,
When the optical axis is tilted so as to be parallel to the horizontal direction of the image plane, the object image formed by the ordinary ray and the object image formed by the extraordinary ray are formed so as to be shifted in the horizontal direction by a predetermined amount. The trapping of a specific spatial frequency by the birefringent plate means that the bright part and the dark part of the fringe of the spatial frequency are shifted so as to overlap each other. The MTF by the optical low pass filter is expressed by the equation (1).

【0011】 R(u)=|cos(π・u・ω) ・・・(1) ここで、R(u)はレスポンス、uは光学像の空間周
波数、ωは物体像分離幅である。複屈折版の厚さを適当
に選択すれば、撮像素子のナイキスト周波数においてレ
スポンスをゼロとすることが可能である。回折格子を利
用する場合には、回折によって光学像を所定の位置関係
の複数の像に分離し重畳させることで、同様の効果を得
ることが出来る。
R 2 (u) = | cos (π · u · ω) (1) where R 2 (u) is the response, u is the spatial frequency of the optical image, and ω is the object image separation width. is there. If the thickness of the birefringent plate is appropriately selected, it is possible to make the response zero at the Nyquist frequency of the image sensor. When a diffraction grating is used, the same effect can be obtained by separating and superimposing an optical image into a plurality of images having a predetermined positional relationship by diffraction.

【0012】しかしながら、複屈折板を作製するには水
晶やニオブ酸リチウムなどの結晶を成長させてから薄く
研磨する必要があって、極めて高価になるという問題点
がある。また、回折格子にしても高度に精密な微細構造
が求められるため、やはり高価であることに変わりはな
い。
However, in order to manufacture a birefringent plate, it is necessary to grow a crystal such as quartz or lithium niobate and then thinly polish it, which is extremely expensive. In addition, since the diffraction grating requires a highly precise fine structure, it is still expensive.

【0013】次に光線の利用効率に関して考えると、例
えば、色再現性が良いとされる原色フィルタ付きの画素
をモザイク状に配置したCCD撮像素子では、R(赤
色)G(緑色)B(青色)の光学フィルタがマイクロレ
ンズ2と光電変換領域3の間に一つずつ配置される。
Next, considering the utilization efficiency of light rays, for example, in a CCD image pickup device in which pixels with primary color filters, which are said to have good color reproducibility, are arranged in a mosaic pattern, R (red) G (green) B (blue). The optical filters of 1) are arranged one by one between the microlens 2 and the photoelectric conversion region 3.

【0014】このとき、赤色の光学フィルタを配した画
素では赤色光のみが光電変換され青色光や緑色光は光学
フィルタで吸収されて熱となる。緑色の光学フィルタを
配した画素では同様に青色光と赤色光が光電変換されず
に熱となり、青色の光学フィルタを配した画素では同様
に緑色光と赤色光が光電変換されずに熱となる。すなわ
ち、従来のカラー撮像素子の各画素では入射する光束の
うち所定の光学フィルタを透過した光のみを光電変換
し、電気信号として出力するので、その光学フィルタを
透過できなかった光は熱などとして捨てられている訳で
ある。
At this time, only red light is photoelectrically converted in the pixel provided with the red optical filter, and blue light and green light are absorbed by the optical filter to become heat. Similarly, in a pixel with a green optical filter, blue light and red light are not photoelectrically converted into heat, and in a pixel with a blue optical filter, green light and red light are not photoelectrically converted into heat. . That is, in each pixel of the conventional color image pickup device, only the light that has passed through the predetermined optical filter in the incident light flux is photoelectrically converted and output as an electric signal, so the light that cannot pass through the optical filter is converted into heat or the like. It has been abandoned.

【0015】図37は撮像素子内のRGBのカラーフィ
ルタの分光透過率特性である。赤外線の透過率が高いの
で、実際には撮像素子と撮影レンズの間にさらに650
nm以上の波長を遮断する赤外線カットフィルタが重ね
て用いられる。これより分かるように、1画素の中では
可視光の内のおよそ1/3だけが有効に用いられる。
FIG. 37 shows the spectral transmittance characteristics of the RGB color filters in the image sensor. Due to its high infrared transmittance, there is actually a further 650
Infrared cut filters that cut off wavelengths of nm and above are used in layers. As can be seen from this, only about 1/3 of visible light is effectively used in one pixel.

【0016】さらに詳しくRGBの色別に利用効率を考
えれば、例えば図102に示すベイヤー配列のカラー撮
像素子のRGB画素面積比率は、規則的配列を構成する
1単位の面積を1としたとき、1/4:2/4:1/4
であるので、全体の光量を1とした時の緑色光の利用割
合は波長選択性の項と面積比率の項の積として1/3×
2/4=1/6、赤色光と青色光が1/3×1/4=1
/12、合計すれば1/6+1/12+1/12=1/
3で、やはり利用効率1/3ということになる。逆に、
全体の光量を1とした時に、そのうち緑色光で2/3×
2/4=1/3が、赤色光や青色光で2/3×1/4=
1/6が有効に利用されないことになる。
Considering the utilization efficiency for each of the RGB colors in more detail, for example, the RGB pixel area ratio of the color image pickup device of the Bayer array shown in FIG. 102 is 1 when the area of one unit forming the regular array is 1. / 4: 2/4: 1/4
Therefore, when the total amount of light is 1, the utilization ratio of green light is 1/3 × as the product of the term of wavelength selectivity and the term of area ratio.
2/4 = 1/6, 1/3 × 1/4 = 1 for red light and blue light
/ 12, totaling 1/6 + 1/12 + 1/12 = 1 /
With 3, the utilization efficiency is 1/3. vice versa,
When the total amount of light is 1, green light is 2/3 x
2/4 = 1/3 is 2/3 × 1/4 = for red light and blue light
1/6 will not be used effectively.

【0017】以上は、原色系のカラーフィルタを用いた
撮像素子で説明を行ったが、補色フィルタを用いた撮像
素子では、可視光のうちのおよそ1/3が光電変換され
ず、有効に利用されない。このように、原色系・補色系
のいずれにしても従来型の単板式撮像素子ではカラーフ
ィルタで撮像面を分割していることが起因して光利用効
率は悪い。
Although the image pickup device using the primary color filter has been described above, in the image pickup device using the complementary color filter, about 1/3 of visible light is not photoelectrically converted and is effectively used. Not done. As described above, in both the primary color system and the complementary color system, the light utilization efficiency is low in the conventional single-plate type image pickup device because the image pickup surface is divided by the color filters.

【0018】本発明は、このような従来の問題点に着眼
してなされたもので、本発明の一つの目的は、入射光の
利用効率を高めた撮像素子を実現することである。
The present invention has been made in view of such conventional problems, and one object of the present invention is to realize an image pickup device with improved utilization efficiency of incident light.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、光電変換部と、前記光電変換部よりも光の入射側に
形成された所定の波長範囲の光を透過する波長選択部
と、前記波長選択部よりも光の入射側に形成された所定
の屈折率を持った第1の領域と、前記第1の領域よりも
光の入射側に形成された所定の屈折率を持った第2の領
域とを有し、前記第1の領域の屈折率が前記第2の領域
の屈折率よりも高いことを特徴とする撮像素子を提供す
る。
In order to solve the above problems, a photoelectric conversion unit and a wavelength selection unit formed on the light incident side of the photoelectric conversion unit and transmitting light in a predetermined wavelength range, A first region having a predetermined refractive index formed on the light incident side of the wavelength selection unit, and a first region having a predetermined refractive index formed on the light incident side of the first region. And a second region, wherein the refractive index of the first region is higher than the refractive index of the second region.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】(第1の実施の形態)図1〜24
に本発明の第1の実施の形態を示す。図1は撮像素子の
断面図で、1はシリコンウェハ、2はマイクロレンズ、
3は受光した光子を電荷へと変換する機能を有する光電
変換部、4(4r、4g)は光線を波長分離するための
波長選択部であるダイクロイック膜、6は第1の屈折率
を有する第1の屈折率領域、5は第2の屈折率を有する
第2の屈折率領域、8は第3の屈折率を有する第3の屈
折率領域、9は第4の屈折率を有する第4の屈折率領
域、7は第5の屈折率を有する第5の屈折率領域、10
は光電変換部の電荷を制御するゲートの役割を果たすP
oly配線層である。11〜13はアルミニウムなどの
金属でできた配線層で、11は各部間の結線および出力
線の役割を果たすAL1配線層、12はウェル電源線お
よび制御線の役割を果たすAL2配線層、13は遮光お
よび電源線の役割を果たすAl3配線層である。また、
図2は撮像素子を斜め上面から見た斜視図で多数個存在
する撮像素子の内9個のみを取り出して図式化したもの
である。さらに図3は図2の中央部でマイクロレンズ2
およびダイクロイック膜4からAL3配線層までの構造
を切断した断面図を表す。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION (First Embodiment) FIGS.
The first embodiment of the present invention is shown in FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view of an image sensor, 1 is a silicon wafer, 2 is a microlens,
3 is a photoelectric conversion unit having a function of converting received photons into electric charges, 4 (4r, 4g) is a dichroic film which is a wavelength selection unit for wavelength separation of light rays, and 6 is a first refractive index 1 is a refractive index region, 5 is a second refractive index region having a second refractive index, 8 is a third refractive index region having a third refractive index, and 9 is a fourth refractive index region having a fourth refractive index. Refractive index region, 7 is a fifth refractive index region having a fifth refractive index, 10
Is a gate that controls the charge of the photoelectric conversion part P
It is an olly wiring layer. 11 to 13 are wiring layers made of a metal such as aluminum, 11 is an AL1 wiring layer which plays a role of connection and output line between respective parts, 12 is an AL2 wiring layer which plays a role of well power supply line and control line, and 13 is This is an Al3 wiring layer that functions as a light shield and a power supply line. Also,
FIG. 2 is a perspective view of the image pickup device as seen from an obliquely upper surface, and only nine of the many image pickup devices are extracted and illustrated. Further, FIG. 3 shows the microlens 2 at the center of FIG.
2A and 2B are cross-sectional views in which the structure from the dichroic film 4 to the AL3 wiring layer is cut.

【0021】図1において、マイクロレンズ2は、上に
凸の球面形状であり正のレンズパワーを有する。従って
マイクロレンズ2上に到達した光線は光電変換部3に対
して集光する働きをする。これにより、より多くの光線
を光電変換部3に取り込むことができるため撮像素子の
感度を上げることが可能となる。マイクロレンズ2に接
する第2の屈折率領域5は第1の屈折率領域6と組み合
わせて本構造における極めて重要な光学的役割を果たす
ものである。第2の屈折率領域は低屈折率の材料で形成
されており、例えば屈折率1.38のフッ化マグネシウ
ム(MgF)などを用いることができる。また、第2
の屈折率領域5とダイクロイック膜4に挟まれた第1の
屈折率領域6は高屈折率の材料で形成されており、例え
ば屈折率2.5の二酸化チタン(TiO)などを用い
ることができる。このような構成を採る事によって第1
の屈折率領域6から第2の屈折率領域5へと進む光線は
その界面で全反射しやすくなるという性質を持つことに
なる。
In FIG. 1, the microlens 2 has a spherical surface convex upward and has a positive lens power. Therefore, the light beam reaching the microlens 2 has a function of condensing on the photoelectric conversion unit 3. As a result, more light rays can be taken into the photoelectric conversion unit 3, so that the sensitivity of the image sensor can be increased. The second refractive index region 5 in contact with the microlens 2 plays a very important optical role in this structure in combination with the first refractive index region 6. The second refractive index region is formed of a material having a low refractive index and, for example, magnesium fluoride (MgF 2 ) having a refractive index of 1.38 can be used. Also, the second
The first refractive index region 5 sandwiched between the refractive index region 5 and the dichroic film 4 is made of a high refractive index material, and for example, titanium dioxide (TiO 2 ) having a refractive index of 2.5 may be used. it can. First by adopting such a configuration
A light ray traveling from the refractive index area 6 to the second refractive index area 5 has the property of being easily totally reflected at the interface.

【0022】第3の屈折率領域8、第4の屈折率領域9
および第5の屈折率領域7は本構造における2つ目の重
要な光学的要素を形成する。第1の屈折率領域8は二酸
化チタンのような高屈折率の材料で形成され、第4の屈
折率領域9は屈折率1.46の二酸化ケイ素(Si
)やフッ化マグネシウムといった低屈折率の材料を
用いて成形する。これにより第3の屈折率領域に入射し
た光線は第4の屈折率領域との界面で全反射しやすくな
るため、光電変換部3に至るまでの導光路の役割を果た
す。第5の屈折率領域7は第3の屈折率領域との界面で
全反射しないようにする必要があるため、第3の屈折率
領域と同じかそれよりも低い屈折率を持つ材料で成形す
る必要がある。但し、第1の屈折率領域6との屈折率差
があまり大きくない方が望ましいため、例えば屈折率
2.0である窒化シリコン(Si)などを用いる
ことができる。
Third refractive index region 8 and fourth refractive index region 9
And the fifth index region 7 forms the second important optical element in the structure. The first refractive index region 8 is formed of a high refractive index material such as titanium dioxide, and the fourth refractive index region 9 is formed of silicon dioxide (Si having a refractive index of 1.46).
It is molded using a material having a low refractive index such as O 2 ) or magnesium fluoride. As a result, the light ray incident on the third refractive index region is likely to be totally reflected at the interface with the fourth refractive index region, and thus serves as a light guide path to reach the photoelectric conversion unit 3. Since the fifth refractive index region 7 needs not to be totally reflected at the interface with the third refractive index region, it is formed of a material having a refractive index equal to or lower than that of the third refractive index region. There is a need. However, since it is preferable that the difference in the refractive index from the first refractive index region 6 is not so large, for example, silicon nitride (Si 3 N 4 ) having a refractive index of 2.0 can be used.

【0023】一般的にダイクロイック膜とは、注目する
波長λの1/4の整数倍の膜厚で高屈折率の物質と低屈
折率の物質を交互に積層することによって形成されたも
のである。このような構造を採ることにより透過光線の
波長を選択することができるようになる。本実施の形態
で用いたダイクロイック膜4の例として図18に示す。
高屈折率の材料として二酸化チタン、低屈折率の材料と
して二酸化ケイ素を用い、図のような膜厚、層数とし
た。このダイクロイック膜4の透過特性を図19に示
す。図19の特性図を見て分かるように、図103に示
す従来の色素を用いたカラーフィルタの特性図に近い特
性を持つ。従って本構成のダイクロイック膜4を用いた
ものであっても従来の撮像素子に近い特性を持つように
することができる。これらの積層膜はPVD(Phys
ical Vapor Deposition)を用い
ることによって容易に作成することができる。
Generally, a dichroic film is formed by alternately stacking a substance having a high refractive index and a substance having a low refractive index with a film thickness that is an integral multiple of ¼ of a wavelength λ of interest. . By adopting such a structure, the wavelength of the transmitted light can be selected. FIG. 18 shows an example of the dichroic film 4 used in this embodiment.
Titanium dioxide was used as the high refractive index material and silicon dioxide was used as the low refractive index material, and the film thickness and the number of layers were as shown in the figure. The transmission characteristics of this dichroic film 4 are shown in FIG. As can be seen from the characteristic diagram of FIG. 19, it has a characteristic close to that of the characteristic diagram of the color filter using the conventional dye shown in FIG. Therefore, even if the dichroic film 4 of this configuration is used, the characteristics similar to those of the conventional image pickup device can be obtained. These laminated films are PVD (Phys
It can be easily prepared by using the ICP.

【0024】次に本構造における撮像素子内の光線の挙
動について図6および7を用いて説明する。図6は緑色
光を受光する画素100gに入射してダイクロイック膜
4gによって反射された光線、すなわち青色光と赤色光
を含む光線のみの挙動を示している。画素の大きさに対
して十分に遠い位置にある結像レンズの瞳から出た光線
は赤外線カットフィルタを通過して物体光110のよう
な光束となる。本図上方より来た物体光110はマイク
ロレンズ2へ入射して集光作用を受ける。次に第2の屈
折率領域5、第1の屈折率領域6と順に入射してダイク
ロイック膜4gへと到達する。ここでダイクロイック膜
4gの特性により緑色以外の光線は反射作用を受ける。
これにより第2の屈折率領域5の方向へ進行する訳であ
るが、ダイクロイック膜4gは図4に示すような四角錐
の形状をしている面に形成されているために反射した光
線は中心より外側に方向を変えて進行する。前述の通
り、第1の屈折率領域6は第2の屈折率領域5よりも高
屈折率であるため臨界角以上の光線は界面で全反射作用
を受けることになる。界面で全反射した光線はダイクロ
イック膜4r方向に向いて隣接画素である赤色光を受光
する画素100rおよび101rに向かって進行する。
これらの画素100r、101rのダイクロイック膜4
rは赤色光を透過して緑色光と青色光を反射する特性を
持つ。従って画素100gより反射してきた光線のうち
赤色光のみが透過して青色光はダイクロイック膜4rに
よって反射作用を受ける。ここでは反射作用を受ける青
色光は撮像素子外へと進むため図示していない。反射光
線が透過するダイクロイック膜4rは膜厚分だけ透過で
きる面積が小さくなっているが、マイクロレンズ2の集
光作用によりダイクロイック膜4gに入射する光線の面
積(反射光の面積)はマイクロレンズ2の開口面積に比
べて小さくなっている。従って反射光線はダイクロイッ
ク膜4rでケラレることなく透過させることができる。
ダイクロイック膜4rを透過した光線は第5の屈折率領
域7、第3の屈折率領域8と順に進行する。第3の屈折
率領域8と第4の屈折率部9の界面は入射部が広がった
テーパ形状をしているため入射光線がケラレ難くなって
いる。続いて第3の屈折率領域8から第4の屈折率領域
9へ進行しようとするが、これも前述の通り、第3の屈
折率領域8は第4の屈折率領域9よりも高屈折率である
ため、臨界角以上の光線は界面で全反射をする。またこ
の界面は垂直方向に略平行な2面で形成されているた
め、一度目の全反射によって光電変換部3に入射しなか
った光線は再び反対側の界面で全反射して最終的にはす
べて光電変換部3へと入射することになる。
Next, the behavior of light rays in the image pickup device in this structure will be described with reference to FIGS. FIG. 6 shows the behavior of only light rays that are incident on the pixel 100g that receives green light and are reflected by the dichroic film 4g, that is, light rays that include blue light and red light. A light beam emitted from the pupil of the imaging lens at a position far away from the size of the pixel passes through the infrared cut filter and becomes a light beam like the object light 110. The object light 110 coming from the upper part of the figure is incident on the microlens 2 and is subjected to a condensing function. Next, the second refractive index region 5 and the first refractive index region 6 are sequentially incident to reach the dichroic film 4g. Light rays other than green are reflected by the characteristics of the dichroic film 4g.
As a result, the light travels in the direction of the second refractive index region 5, but since the dichroic film 4g is formed on the surface having the shape of a quadrangular pyramid as shown in FIG. Change direction to the outside and proceed. As described above, since the first refractive index region 6 has a higher refractive index than the second refractive index region 5, a light ray having a critical angle or more is totally reflected at the interface. The light rays totally reflected at the interface are directed toward the dichroic film 4r and travel toward the adjacent pixels, that is, pixels 100r and 101r that receive red light.
Dichroic film 4 of these pixels 100r, 101r
r has a characteristic of transmitting red light and reflecting green light and blue light. Therefore, of the light rays reflected from the pixel 100g, only the red light is transmitted and the blue light is reflected by the dichroic film 4r. Here, the blue light, which is subjected to the reflection action, travels outside the image sensor and is not shown. The dichroic film 4r, through which the reflected light is transmitted, has a small area that can be transmitted by the thickness of the film. It is smaller than the opening area. Therefore, the reflected light rays can be transmitted through the dichroic film 4r without vignetting.
The light ray that has passed through the dichroic film 4r proceeds in order to the fifth refractive index area 7 and the third refractive index area 8. The interface between the third refractive index region 8 and the fourth refractive index portion 9 has a tapered shape in which the incident portion is widened, so that the incident light ray is less likely to be vignetted. Subsequently, the third refractive index region 8 tries to proceed to the fourth refractive index region 9, but as described above, the third refractive index region 8 has a higher refractive index than the fourth refractive index region 9. Therefore, a light ray having a critical angle or more is totally reflected at the interface. Further, since this interface is formed by two surfaces that are substantially parallel to the vertical direction, the light rays that have not entered the photoelectric conversion unit 3 due to the first total reflection are totally reflected again at the opposite interface, and finally All will be incident on the photoelectric conversion unit 3.

【0025】画素100gにおいて紙面に垂直な方向に
は青色光を受光する画素が存在する。これも赤色の場合
と同様に、画素100gで反射された光線のうち青色光
のみを取り込む挙動を示す。
In the pixel 100g, there is a pixel that receives blue light in a direction perpendicular to the paper surface. Similar to the case of red, this also exhibits a behavior of capturing only blue light among the light rays reflected by the pixel 100g.

【0026】図7はダイクロイック膜4において透過作
用を受ける光線の挙動を示している。本図上方より来た
光線はマイクロレンズ2へ入射して集光作用を受ける。
次に第2の屈折率領域5、第1の屈折率領域6と順に入
射してダイクロイック膜4gへと到達する。ダイクロイ
ック膜4gでは所定の波長の光線のみを選択的に透過し
て第5の屈折率領域7へと入射する。そして第3の屈折
率領域8へ進行する際、屈折率が第3の屈折率領域の方
が高くプリズム形状をしているため、光線は中心に向か
って曲げられる。この作用によってより広範囲の光線を
取り込むことを可能にしている。また第3の屈折率領域
8と第4の屈折率領域9の界面は入射部が広がったテー
パ形状をしているため広範囲の光線を取り込むことがで
きる。さらに第3の屈折率領域8と第4の屈折率領域9
の界面で全反射を繰り返す作用を受けることで、光電変
換部3へと導くものとしている。このようなことから透
過光についても十分に広範囲な光線を取り込むことが分
かる。
FIG. 7 shows the behavior of light rays which are transmitted through the dichroic film 4. Light rays coming from the upper part of the figure enter the microlens 2 and are subjected to a condensing function.
Next, the second refractive index region 5 and the first refractive index region 6 are sequentially incident to reach the dichroic film 4g. The dichroic film 4g selectively transmits only a light beam having a predetermined wavelength and makes it enter the fifth refractive index region 7. When traveling to the third refractive index region 8, the light beam is bent toward the center because the refractive index of the third refractive index region is higher and the prism shape is obtained. This action makes it possible to capture a wider range of light rays. Further, since the interface between the third refractive index region 8 and the fourth refractive index region 9 has a tapered shape in which the incident portion is widened, it is possible to capture a wide range of light rays. Furthermore, the third refractive index region 8 and the fourth refractive index region 9
It is assumed that the photoelectric conversion portion 3 is guided by being subjected to the effect of repeating total reflection at the interface of. From this, it can be seen that a sufficiently wide range of light rays can be taken in with respect to transmitted light.

【0027】次にダイクロイック膜の透過・反射を用い
て光線を取り込む際の効率について考えていく。図20
はダイクロイック膜の各色の透過特性を単純化したもの
である。それぞれの色の透過曲線の裏返しが反射特性と
いうことになる。また、計算の簡略化のため透過しない
光線はすべて反射するものとし、反射した光線はすべて
隣接画素に平等に到達するものとして考える。さらに画
素配列は図8のようなベイヤー配列をしているものとす
る。
Next, let us consider the efficiency of capturing a light beam by using the transmission / reflection of the dichroic film. Figure 20
Is a simplification of the transmission characteristics of each color of the dichroic film. The inside of the transmission curve of each color is the reflection characteristic. Further, for simplification of calculation, it is assumed that all light rays that do not pass are reflected and that all reflected light rays reach the adjacent pixels equally. Further, the pixel array is assumed to be a Bayer array as shown in FIG.

【0028】緑色の画素内のダイクロイック膜で反射し
た光線が青色の画素内のダイクロイック膜で透過して青
色の光電変換部に取り込まれる場合を考えると、前述の
通り、緑色の透過特性の裏返しが反射特性になるため、
この曲線と青色の透過特性との積が求めるものとなる。
これを表したものが図21である。残りの色に関しても
同様に考えを進めると、緑色の画素から赤色の画素へ到
達するものが図22、赤色の画素から緑色の画素へ到達
するものが図23、青色の画素から緑色画素へ到達する
ものが図24のように示される。
Considering the case where the light rays reflected by the dichroic film in the green pixel are transmitted through the dichroic film in the blue pixel and taken into the blue photoelectric conversion section, as described above, the inside-out of the transmission characteristic of green is reversed. Because it has reflective characteristics,
The product of this curve and the blue transmission characteristic is obtained.
FIG. 21 shows this. As for the rest of the colors, the same goes for the green pixels to reach the red pixels in FIG. 22, the red pixels to reach the green pixels in FIG. 23, and the blue pixels to reach the green pixels. What is done is shown in FIG.

【0029】緑色の画素内に隣接画素から反射してくる
ものについて考えると、画素配列はベイヤー配列である
ことから隣接画素は赤と青が2個ずつである。このこと
から緑色の画素が隣接画素より受け取る光線は{(青色
の反射)×1/4×2+(赤色の反射)×1/4×2}
となる。元々緑色の画素が受け取る光線量は透過率曲線
の積分量であるためこれを1とすると図23の大きさ
(赤色画素から反射するもの)は0.37、図24の大
きさ(青色画素から反射するもの)は0.43となる。
従って反射光の合計は0.39となるため、透過する光
線だけを取り込む場合に対して1.39倍となることが
分かる。
Considering what is reflected from the adjacent pixel in the green pixel, since the pixel array is the Bayer array, the adjacent pixel has two red pixels and two blue pixels. From this, the light ray that the green pixel receives from the adjacent pixel is {(blue reflection) x 1/4 x 2 + (red reflection) x 1/4 x 2}.
Becomes Since the amount of light rays originally received by a green pixel is the integrated amount of the transmittance curve, the size of FIG. 23 (reflected from a red pixel) is 0.37, and the size of FIG. (Reflected one) is 0.43.
Therefore, the total reflected light is 0.39, which is 1.39 times as large as the case where only the transmitted light beam is taken in.

【0030】青色の画素について考えると、隣接画素は
緑色の画素が4個である。青色の画素の透過率曲線の積
分量を1とすると図21の積分量は0.84となる。隣
接画素より受け取る光線は{(緑色の反射)×1/4×
4}であるから合計は0.84となり、元々の透過量に
対して1.84倍となることが分かる。
Considering a blue pixel, the number of adjacent green pixels is four. When the integral amount of the transmittance curve of the blue pixel is 1, the integral amount of FIG. 21 is 0.84. Rays received from adjacent pixels are {(green reflection) x 1/4 x
4}, the total is 0.84, which is 1.84 times the original transmission amount.

【0031】最後の赤色の画素について考えると、隣接
画素は青色の画素と同じく緑色が4個である。赤色の画
素の透過率曲線の積分量を1とすると図22の積分量は
0.67となる。隣接画素より受け取る光線は{(緑色
の反射)×1/4×4}であるから合計は0.67とな
り、元々の透過量に対して1.67倍となることが分か
る。
Considering the last red pixel, the adjacent pixels are four green, which is the same as the blue pixel. When the integral amount of the transmittance curve of the red pixel is 1, the integral amount of FIG. 22 is 0.67. It can be seen that since the light rays received from the adjacent pixels are {(green reflection) × 1/4 × 4}, the total is 0.67, which is 1.67 times the original transmission amount.

【0032】以上のようにベイヤー配列のような隣接す
る画素が同色でない場合であれば、どの画素についても
不要な波長成分を隣接する画素に分割・反射させること
で、隣接する画素で有効な波長成分として光電変換する
ことができ、光の利用効率を大幅に向上させることが可
能である。
As described above, if adjacent pixels such as the Bayer array do not have the same color, unnecessary wavelength components of all the pixels are divided and reflected by the adjacent pixels, so that the effective wavelengths of the adjacent pixels can be obtained. Photoelectric conversion can be performed as a component, and light utilization efficiency can be significantly improved.

【0033】次に本構成の2つ目の作用としてのローパ
スフィルタ効果について説明する。本発明の実施形態に
よる撮像素子では、実質的な受光開口が各画素よりも大
きくなる。RGBの色毎に図8に示したベイヤー配列の
従来の撮像素子と比較すると、まず、従来のG画素の開
口はマイクロレンズの大きさであったが、本発明本実施
の形態による撮像素子では図9に示すように92a、9
2b、92c、92dの部分を隣接画素より受け取るこ
とから本来の画素開口91よりも大きい。これにより隣
接する画素から緑色光成分を分けてもらうことを含めた
実質的な受光開口は図10に示すようなものとなる。B
画素、R画素についても隣接画素から各色光成分を分け
てもらうため、実効的な受光開口は同様の形状となる。
従って、全ての画素について考えると、実効的に互いに
オーバーラップした受光開口を有することが分かる。
Next, the low-pass filter effect as the second operation of this configuration will be described. In the image sensor according to the embodiment of the present invention, the substantial light receiving aperture is larger than each pixel. Compared with the conventional image sensor of the Bayer array shown in FIG. 8 for each color of RGB, first, the aperture of the conventional G pixel was the size of the microlens. However, in the image sensor according to the present embodiment of the present invention, 92a, 9 as shown in FIG.
Since the portions 2b, 92c, and 92d are received from the adjacent pixels, they are larger than the original pixel opening 91. As a result, a substantial light receiving aperture including that of receiving the green light component from the adjacent pixel is as shown in FIG. B
Also for pixels and R pixels, since the respective color light components are separated from the adjacent pixels, the effective light receiving opening has the same shape.
Therefore, considering all the pixels, it can be seen that the pixels have light receiving apertures that effectively overlap each other.

【0034】このように実質的な受光開口が各画素より
も大きくなると、通常の単板式の撮像装置では考えられ
なかったMTF特性を得ることができる。この結果、光
学ローパスフィルタを省略しても画像の品位を損なわな
い。すなわち、前述した物体像の空間周波数特性の高周
波成分を抑制するように調節する第2のプロセスを省
き、物体像を光電変換する第3のプロセスだけで、折り
返し歪みが目立たない良質な画像を得ることが可能であ
る。
When the substantial light receiving aperture is larger than each pixel in this way, it is possible to obtain an MTF characteristic which has not been considered in a normal single plate type image pickup device. As a result, the quality of the image is not deteriorated even if the optical low-pass filter is omitted. That is, a high-quality image in which aliasing distortion is not conspicuous can be obtained only by omitting the second process for adjusting the high frequency component of the spatial frequency characteristic of the object image and performing the photoelectric conversion of the object image. It is possible.

【0035】図11から図17はその説明図である。11 to 17 are explanatory views thereof.

【0036】まず、図11は本発明本実施の形態による
撮像素子の画素110gについての水平方向の空間周波
数成分に対するMTF特性である。また、図12は通常
型の矩形開口を有する画素のMTF特性である。何れも
1画素の大きさを□3μmとし、マイクロレンズは1画
素分の大きさを有しているとした。さらに、本発明本実
施の形態の画素については隣接画素の中央部にまで伸び
た開口を有するものとしてある。
First, FIG. 11 shows the MTF characteristic with respect to the spatial frequency component in the horizontal direction of the pixel 110g of the image sensor according to the embodiment of the present invention. Further, FIG. 12 shows MTF characteristics of a pixel having a normal type rectangular opening. In each case, the size of one pixel was □ 3 μm, and the microlens had a size of one pixel. Furthermore, the pixel according to the present embodiment of the present invention has an opening extending to the center of the adjacent pixel.

【0037】図8に示した従来型の矩形開口画素のレス
ポンスについては簡単に式(2)のようなSINC関数
で表すことができる。
The response of the conventional rectangular aperture pixel shown in FIG. 8 can be simply expressed by the SINC function as shown in equation (2).

【0038】[0038]

【外1】 [Outer 1]

【0039】ここでR3(u)は、レスポンス、dは、
撮像素子の受光開口の幅である。
Here, R3 (u) is the response, and d is
It is the width of the light receiving aperture of the image sensor.

【0040】式(2)の最初のゼロ点(カットオフ周波
数)は、u=1/dの位置である。すなわち、受光開口
の幅に一致した波長においてレスポンスがゼロになる。
受光開口が隙間なく敷きつめられた撮像素子において
は、受光開口の幅が画素ピッチと一致するので、ナイキ
スト周波数u=d/2における式(2)のレスポンス値
は0.636であってかなり高い。したがって、従来の
矩形開口画素には図13に示したMTF特性の光学ロー
パスフィルタを併せて使用する必要がある。ここでは、
デジタルスティルカメラのように静止画の鑑賞を前提と
する場合、ナイキスト周波数を超える高周波がゼロでは
なく、多少残っていても、ナイキスト周波数をやや下回
る周波数におけるレスポンスが高い方が、解像感のある
画像となりやすいことを考慮してある。
The first zero point (cutoff frequency) of the equation (2) is the position of u = 1 / d. That is, the response becomes zero at the wavelength corresponding to the width of the light receiving aperture.
In an image sensor in which the light receiving apertures are spread without gaps, the width of the light receiving apertures matches the pixel pitch, so the response value of the equation (2) at Nyquist frequency u = d / 2 is 0.636, which is considerably high. Therefore, it is necessary to use the optical low-pass filter having the MTF characteristic shown in FIG. 13 together with the conventional rectangular aperture pixel. here,
When assuming still images to be viewed, such as with a digital still camera, there is a high sense of resolution when the high frequencies above the Nyquist frequency are not zero, but the response at a frequency slightly below the Nyquist frequency is high Considering that it tends to be an image.

【0041】これに対して、本実施の形態による画素1
00gは図10に示したような菱形様の開口に起因し
て、高周波側までレスポンスが伸びる。これは式(2)
でMTF特性を表せる無限に細い短冊状の矩形開口が集
まったと考えれば良い。短冊状の矩形開口全体を積分し
た結果は図11のようになって、画素ピッチを3μmと
したときのナイキスト周波数167本/mmにおいては
画素100gの方がかなり低いレスポンスを有している
ことが分かる。次に、図14はFナンバーを4.0、物
体像の波長を550nmと仮定したときの無収差レンズ
のMTF特性である。幾何光学的に収差がない理想レン
ズでは、そのMTFは光の回折によって決定される。回
折限界MTFはFナンバーによって決まり、式(3)で
表される。
On the other hand, the pixel 1 according to the present embodiment
At 00g, the response extends to the high frequency side due to the diamond-shaped opening as shown in FIG. This is formula (2)
It can be considered that an infinitely narrow strip-shaped rectangular opening that can express the MTF characteristic is collected. The result obtained by integrating the entire rectangular opening is as shown in FIG. 11. It can be seen that the pixel 100 g has a considerably lower response at the Nyquist frequency of 167 lines / mm when the pixel pitch is 3 μm. I understand. Next, FIG. 14 shows the MTF characteristics of the aberration-free lens when the F number is 4.0 and the wavelength of the object image is 550 nm. In an ideal lens having no geometrical aberration, its MTF is determined by the diffraction of light. The diffraction limit MTF is determined by the F number and is represented by the equation (3).

【0042】[0042]

【外2】 [Outside 2]

【0043】β=cos−1(u・F・λ) ここで、uは、光学像の空間周波数、Fは、光学系のF
ナンバー、λは、光学像の波長である。
Β = cos −1 (u · F · λ) where u is the spatial frequency of the optical image and F is the F of the optical system.
The number, λ, is the wavelength of the optical image.

【0044】この結像レンズのカットオフ周波数は45
5本/mmである。
The cutoff frequency of this imaging lens is 45
5 / mm.

【0045】さて、これで物体像を光学装置によって形
成する第1のプロセス、(物体像の空間周波数特性の高
周波成分を抑制するように調節する第2のプロセス、)
空間周波数特性が調節された物体像を光電変換する第3
のプロセスの総合MTFを知る材料が揃った。
Now, the first process for forming the object image by the optical device, (the second process for adjusting so as to suppress the high frequency component of the spatial frequency characteristic of the object image).
Photoelectric conversion of an object image with adjusted spatial frequency characteristics Third
The materials to know the total MTF of the process have been prepared.

【0046】図15は画素100gを用いたときの結像
レンズと撮像素子の画素の総合MTFである。一方、図
16は従来の画素を用いたときの結像レンズと光学ロー
パスフィルタと撮像素子の画素の総合MTFである。両
者はナイキスト周波数167本/mmにおいてほぼ同等
のレスポンスを有し、全体としてよく似た特性となって
いる。一方、従来の画素で光学ローパスフィルタを用い
ないと図17のようにナイキスト周波数でのレスポンス
が高くなりすぎてしまう。このように、画素100gを
用いれば、光学ローパスフィルタを省略できることが分
かる。
FIG. 15 shows a total MTF of the image forming lens and the pixel of the image pickup element when the pixel 100g is used. On the other hand, FIG. 16 shows a total MTF of the pixels of the imaging lens, the optical low-pass filter, and the image sensor when the conventional pixels are used. Both have substantially the same response at the Nyquist frequency of 167 lines / mm, and have similar characteristics as a whole. On the other hand, if the conventional pixel does not use the optical low-pass filter, the response at the Nyquist frequency becomes too high as shown in FIG. Thus, it can be seen that the optical low-pass filter can be omitted by using the pixel 100g.

【0047】(第2の実施の形態)図25に第2の実施
の形態を示す。同一番号のものは同一の機能を果たすも
のとする。本構造における撮像素子内の光線の挙動は図
26および27に示すようになる。第1の実施の形態と
同様に図26は緑色光を受光する画素200gに入射し
てダイクロイック膜4gによって反射された光線、すな
わち青色光と赤色光を含む光線のみの挙動を示してい
る。画素の大きさに対して十分に遠い位置にある結像レ
ンズの瞳から出た光線は赤外線カットフィルタを通過し
て物体光120のような光束となる。本図上方より来た
物体光120はマイクロレンズ2へ入射して集光作用を
受ける。次に第2の屈折率領域5、第1の屈折率領域6
と順に入射してダイクロイック膜4gへと到達する。こ
こでダイクロイック膜4gの特性により緑色以外の光線
は反射作用を受ける。ダイクロイック膜4gは図4に示
すような四角錐の形状をしている面に形成されているた
めに反射した光線は中心より外側に方向を変えて進行す
る。そして第1の屈折率領域6と第2の屈折率領域5の
界面で臨界角以上の光線は全反射作用を受ける。もう一
度下方向に向いた光線は隣接画素である赤色光を受光す
る画素200rおよび201rに向かって進行する。ダ
イクロイック膜4rを透過した光線は第5の屈折率領域
7、第3の屈折率領域8と順に進行する。第3の屈折率
領域8に進行する際、第1の実施の形態ではその形状が
四角錐であったため光線が面に対して直角に近い角度で
入射するような構成となっている。本構成では第3の屈
折率領域8を平坦な面としたため入射角度が小さくな
り、中心方向に大きく曲げられる作用が働いている。そ
のため実施の形態1に対してより多くの光線を第3の屈
折率領域8と第4の屈折率領域9の界面で全反射させる
ことができるようになる。これらの領域の界面で全反射
を繰り返すことによって光電変換部3へと到達する。
(Second Embodiment) FIG. 25 shows a second embodiment. Those having the same number shall perform the same function. The behavior of light rays in the image sensor in this structure is as shown in FIGS. Similar to the first embodiment, FIG. 26 shows the behavior of only the light rays that are incident on the pixel 200g that receives the green light and reflected by the dichroic film 4g, that is, the light rays that include the blue light and the red light. The light beam emitted from the pupil of the imaging lens at a position far away from the size of the pixel passes through the infrared cut filter and becomes a light beam like the object light 120. The object light 120 coming from the upper part of the figure is incident on the microlens 2 and is condensed. Next, the second refractive index area 5 and the first refractive index area 6
Sequentially enters and reaches the dichroic film 4g. Light rays other than green are reflected by the characteristics of the dichroic film 4g. Since the dichroic film 4g is formed on the surface having the shape of a quadrangular pyramid as shown in FIG. 4, the reflected light ray changes its direction from the center to the outside and travels. Then, at the interface between the first refractive index region 6 and the second refractive index region 5, a light ray having a critical angle or more is totally reflected. The light rays directed downward again travel toward the adjacent pixels 200r and 201r that receive red light. The light ray that has passed through the dichroic film 4r proceeds in order to the fifth refractive index area 7 and the third refractive index area 8. When traveling to the third refractive index region 8, since the shape thereof is a quadrangular pyramid in the first embodiment, the light beam is incident on the surface at an angle close to a right angle. In this configuration, since the third refractive index region 8 has a flat surface, the incident angle becomes small, and there is an action of being largely bent toward the center. Therefore, more rays than in the first embodiment can be totally reflected at the interface between the third refractive index region 8 and the fourth refractive index region 9. The light reaches the photoelectric conversion unit 3 by repeating total reflection at the interfaces of these regions.

【0048】図27はダイクロイック膜4において透過
作用を受ける光線の挙動を示している。本図上方より来
た光線はマイクロレンズ2へ入射して集光作用を受け
る。次に第2の屈折率領域5、第1の屈折率領域6と順
に入射してダイクロイック膜4gへと到達する。ダイク
ロイック膜4では所定の波長の光線のみを選択的に透過
して第5の屈折率部7へと入射する。さらに第3の屈折
率領域8と第4の屈折率領域9の界面で全反射を繰り返
す作用を受けることで、光電変換部3へと導くものとし
ている。これにより透過光についても十分に広範囲な光
線を取り込むことができる。
FIG. 27 shows the behavior of light rays which are transmitted through the dichroic film 4. Light rays coming from the upper part of the figure enter the microlens 2 and are subjected to a condensing function. Next, the second refractive index region 5 and the first refractive index region 6 are sequentially incident to reach the dichroic film 4g. The dichroic film 4 selectively transmits only light rays having a predetermined wavelength and makes them incident on the fifth refractive index portion 7. Further, the effect of repeating total reflection at the interface between the third refractive index region 8 and the fourth refractive index region 9 leads to the photoelectric conversion unit 3. As a result, it is possible to capture a sufficiently wide range of transmitted light.

【0049】(第3の実施の形態)図28に第3の実施
の形態を示す。同一番号のものは同一の機能を果たすも
のとする。本構造における撮像素子内の光線の挙動は図
29および30に示すようになる。第1の実施の形態と
同様に図29は緑色光を受光する画素100gに入射し
てダイクロイック膜4gによって反射された光線、すな
わち青色光と赤色光を含む光線のみの挙動を示してい
る。画素の大きさに対して十分に遠い位置にある結像レ
ンズの瞳から出た光線は赤外線カットフィルタを通過し
て物体光130のような光束となる。本図上方より来た
物体光130はマイクロレンズ2へ入射して集光作用を
受ける。次に第2の屈折率領域5、第1の屈折率領域6
と順に入射してダイクロイック膜4gへと到達する。こ
こでダイクロイック膜4gの特性により緑色以外の光線
は反射作用を受ける。ダイクロイック膜4gは図4に示
すような四角錐の形状をしている面に形成されているた
めに反射した光線は中心より外側に方向を変えて進行す
る。そして第1の屈折率領域6と第2の屈折率領域5の
界面で臨界角以上の光線は全反射作用を受ける。その
際、第2の屈折率領域5と第1の屈折率領域6の界面は
上に凸の球面形状をしているため、界面は凹面鏡の役割
を果たすことになり集光させる働きをする。これにより
反射後に光束をまとめることができるため広範囲の光線
を取り込むことが可能になる。以後の光電変換部3へ到
達するまでの光線の挙動は第2の実施の形態と同様であ
る。
(Third Embodiment) FIG. 28 shows a third embodiment. Those having the same number shall perform the same function. The behavior of light rays in the image sensor in this structure is as shown in FIGS. Similar to the first embodiment, FIG. 29 shows the behavior of only the light rays that are incident on the pixel 100g that receives the green light and reflected by the dichroic film 4g, that is, the light rays that include the blue light and the red light. A light ray emitted from the pupil of the imaging lens at a position far away from the size of the pixel passes through the infrared cut filter and becomes a light flux like the object light 130. The object light 130 coming from the upper part of the figure enters the microlens 2 and is subjected to a condensing function. Next, the second refractive index area 5 and the first refractive index area 6
Sequentially enters and reaches the dichroic film 4g. Light rays other than green are reflected by the characteristics of the dichroic film 4g. Since the dichroic film 4g is formed on the surface having the shape of a quadrangular pyramid as shown in FIG. 4, the reflected light ray changes its direction from the center to the outside and travels. Then, at the interface between the first refractive index region 6 and the second refractive index region 5, a light ray having a critical angle or more is totally reflected. At that time, since the interface between the second refractive index region 5 and the first refractive index region 6 has a spherical shape that is convex upward, the interface plays a role of a concave mirror and functions to collect light. As a result, the light fluxes can be collected after reflection, so that a wide range of light rays can be captured. The behavior of the light beam until reaching the photoelectric conversion unit 3 thereafter is the same as that of the second embodiment.

【0050】図30はダイクロイック膜4gにおいて透
過作用を受ける光線の挙動を示している。本図上方より
来た光線が光電変換部3へと到達するまでの挙動は第2
の実施の形態と同様である。本図より明らかなように、
透過光についても十分に広範囲な光線を取り込むことが
できる。
FIG. 30 shows the behavior of light rays which are transmitted through the dichroic film 4g. The behavior of the light beam coming from the upper part of the figure to reach the photoelectric conversion unit 3 is the second
This is the same as the embodiment. As is clear from this figure,
As for transmitted light, it is possible to capture a sufficiently wide range of light rays.

【0051】(第4の実施の形態)図31に第4の実施
の形態を示す。同一番号のものは同一の機能を果たすも
のとする。本実施の形態においてマイクロレンズ2は第
1の屈折率領域6との界面で全反射しやすいものとする
必要があるためフッ化マグネシウムや二酸化ケイ素とい
った低屈折率の材料を用いた方が望ましい。本構造にお
ける撮像素子内の光線の挙動は図32および33に示す
ようになる。第1の実施の形態と同様に図31は緑色光
を受光する画素100gに入射してダイクロイック膜4
gによって反射された光線、すなわち青色光と赤色光を
含む光線のみの挙動を示している。画素の大きさに対し
て十分に遠い位置にある結像レンズの瞳から出た光線は
赤外線カットフィルタを通過して物体光140のような
光束となる。本図上方より来た物体光140はマイクロ
レンズ2へ入射して集光作用を受ける。次に第1の屈折
率領域6を経てダイクロイック膜4gへと到達する。以
後の光電変換部3へ到達するまでの光線の挙動は第2の
実施の形態と同様である。
(Fourth Embodiment) FIG. 31 shows a fourth embodiment. Those having the same number shall perform the same function. In the present embodiment, the microlens 2 needs to be easily totally reflected at the interface with the first refractive index region 6, so it is preferable to use a material having a low refractive index such as magnesium fluoride or silicon dioxide. The behavior of light rays in the image sensor in this structure is as shown in FIGS. Similar to the first embodiment, FIG. 31 shows that the dichroic film 4 is made incident upon the pixel 100g that receives green light.
The behavior of only the light rays reflected by g, that is, the light rays including blue light and red light is shown. A light ray emitted from the pupil of the imaging lens at a position far away from the size of the pixel passes through the infrared cut filter and becomes a light flux like the object light 140. The object light 140 coming from the upper part of the figure enters the microlens 2 and is subjected to a condensing function. Next, it reaches the dichroic film 4g through the first refractive index region 6. The behavior of the light beam until reaching the photoelectric conversion unit 3 thereafter is the same as that of the second embodiment.

【0052】図33はダイクロイック膜4において透過
作用を受ける光線の挙動を示している。本図上方より来
た光線はマイクロレンズ2へ入射して集光作用を受け
る。次に第1の屈折率領域6を経てダイクロイック膜4
gへと到達する。以後、光電変換部3へと到達するまで
の挙動は第2の実施の形態と同様である。本図から明ら
かなように、透過光についても十分に広範囲な光線を取
り込むことができる。本実施の形態のような構成をとる
ことによって全反射面を形成するための層構成を1層少
なくすることができる。
FIG. 33 shows the behavior of light rays which are transmitted through the dichroic film 4. Light rays coming from the upper part of the figure enter the microlens 2 and are subjected to a condensing function. Next, through the first refractive index region 6, the dichroic film 4
reach g. After that, the behavior until reaching the photoelectric conversion unit 3 is similar to that of the second embodiment. As is clear from this figure, it is possible to capture a sufficiently wide range of transmitted light. By adopting the structure of this embodiment, the layer structure for forming the total reflection surface can be reduced by one layer.

【0053】上記で説明した第1〜第4の実施の形態の
構成を持った固体撮像素子は、CCD型固体撮像素子等
の電荷転送型のものであってもよいし、CMOSイメ−
ジセンサ等のXYアドレス型のものであってもよい。
The solid-state image pickup device having the configuration of the first to fourth embodiments described above may be a charge transfer type such as a CCD type solid-state image pickup device or a CMOS image sensor.
It may be an XY address type such as a di-sensor.

【0054】(第5の実施の形態)図34に基づいて、
上記で説明した第1の実施の形態〜第4の実施の形態で
説明した構成を持つ固体撮像素子を用いた撮像装置につ
いて説明する。
(Fifth Embodiment) Based on FIG. 34,
An image pickup apparatus using the solid-state image pickup element having the configuration described in the first to fourth embodiments described above will be described.

【0055】図34において、101はレンズのプロテ
クトとメインスイッチを兼ねるバリア、102は被写体
の光学像を固体撮像素子104に結像させるレンズ、1
03はレンズ102を通った光量を可変するための絞
り、104はレンズ102で結像された被写体を画像信
号として取り込むための固体撮像素子、105は、固体
撮像素子104から出力される画像信号を増幅するゲイ
ン可変アンプ部及びゲイン値を補正するためのゲイン補
正回路部等を含む撮像信号処理回路、106は固体撮像
素子104より出力される画像信号のアナログーディジ
タル変換を行うA/D変換器、107はA/D変換器1
06より出力された画像データに各種の補正を行ったり
データを圧縮する信号処理部、108は固体撮像素子1
04、撮像信号処理回路105、A/D変換器106、
信号処理部107に、各種タイミング信号を出力するタ
イミング発生部、109は各種演算と撮像装置全体を制
御する全体制御・演算部、110は画像データを一時的
に記憶する為のメモリ部、111は記録媒体に記録また
は読み出しを行うためのインターフェース部、112は
画像データの記録または読み出しを行う為の半導体メモ
リ等の着脱可能な記録媒体、113は外部コンピュータ
等と通信する為のインターフェース部である。
In FIG. 34, 101 is a barrier which also serves as a lens protector and a main switch, 102 is a lens for forming an optical image of a subject on a solid-state image sensor 104, and 1 is a lens.
Reference numeral 03 denotes a diaphragm for varying the amount of light passing through the lens 102, 104 denotes a solid-state image sensor for taking in a subject imaged by the lens 102 as an image signal, and 105 denotes an image signal output from the solid-state image sensor 104. An image pickup signal processing circuit including a variable gain amplifier unit for amplifying and a gain correction circuit unit for correcting a gain value, and 106 is an A / D converter for performing analog-digital conversion of an image signal output from the solid-state image pickup device 104. , 107 are A / D converters 1
The signal processing unit 108 performs various corrections and compresses the image data output from the solid-state image sensor 1
04, imaging signal processing circuit 105, A / D converter 106,
A timing generation unit that outputs various timing signals to the signal processing unit 107, 109 is an overall control / arithmetic unit that controls various calculations and the entire imaging apparatus, 110 is a memory unit for temporarily storing image data, and 111 is An interface unit for recording or reading on a recording medium, 112 is a removable recording medium such as a semiconductor memory for recording or reading image data, and 113 is an interface unit for communicating with an external computer or the like.

【0056】次に、前述の構成における撮影時の撮像装
置の動作について説明する。
Next, the operation of the image pickup apparatus having the above-described structure during photographing will be described.

【0057】バリア1がオープンされるとメイン電源が
オンされ、次にコントロール系の電源がオンし、更にA
/D変換器106などの撮像系回路の電源がオンされ
る。
When the barrier 1 is opened, the main power source is turned on, then the control system power source is turned on, and
The power supply of the imaging system circuit such as the / D converter 106 is turned on.

【0058】それから、露光量を制御する為に、全体制
御・演算部109は絞り103を開放にし、固体撮像素
子104から出力された信号はA/D変換器106で変
換された後、信号処理部107に入力される。
Then, in order to control the exposure amount, the overall control / arithmetic unit 109 opens the diaphragm 103, the signal output from the solid-state image sensor 104 is converted by the A / D converter 106, and then signal processed. It is input to the unit 107.

【0059】そのデータを基に露出の演算を全体制御・
演算部109で行う。この測光を行った結果により明る
さを判断し、その結果に応じて全体制御・演算部109
は絞りを制御する。
Overall control of exposure calculation based on the data
The calculation unit 109 performs this. The brightness is determined based on the result of this photometry, and the overall control / calculation unit 109 is determined according to the result.
Controls the aperture.

【0060】次に、固体撮像素子104から出力された
信号をもとに、高周波成分を取り出し被写体までの距離
の演算を全体制御・演算部109で行う。その後、レン
ズを駆動して合焦か否かを判断し、合焦していないと判
断した時は、再びレンズを駆動し測距を行う。
Next, based on the signal output from the solid-state image pickup device 104, a high frequency component is extracted and the distance to the object is calculated by the overall control / calculation unit 109. After that, the lens is driven to determine whether or not it is in focus. When it is determined that the lens is not in focus, the lens is driven again to measure the distance.

【0061】そして、合焦が確認された後に本露光が始
まる。
Then, after the focus is confirmed, the main exposure starts.

【0062】露光が終了すると、固体撮像素子104か
ら出力された画像信号はA/D変換器106でA/D変
換され、信号処理部107を通り全体制御・演算部10
9によりメモリ部に書き込まれる。その後、メモリ部1
10に蓄積されたデータは、全体制御・演算部109の
制御により記録媒体制御I/F部を通り半導体メモリ等
の着脱可能な記録媒体12に記録される。
When the exposure is completed, the image signal output from the solid-state image pickup device 104 is A / D converted by the A / D converter 106, passes through the signal processing unit 107, and the overall control / calculation unit 10 is operated.
9 is written in the memory section. After that, the memory unit 1
The data accumulated in 10 passes through the recording medium control I / F unit under the control of the overall control / arithmetic unit 109 and is recorded in the removable recording medium 12 such as a semiconductor memory.

【0063】また、外部I/F部113を通り直接コン
ピュータ等に入力して画像の加工を行ってもよい。
Further, the image may be processed by directly inputting it to a computer or the like through the external I / F unit 113.

【0064】[0064]

【発明の効果】本発明によれば、光を効率良く光電変換
部で集光することが出来る。
According to the present invention, light can be efficiently condensed by the photoelectric conversion section.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態を表す図である。FIG. 1 is a diagram showing a first exemplary embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施の形態の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施の形態の断面斜視図であ
る。
FIG. 3 is a sectional perspective view of the first embodiment of the present invention.

【図4】ダイクロイック膜部を示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing a dichroic film portion.

【図5】第2の屈折率部の構造を示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing a structure of a second refractive index portion.

【図6】本発明の第1の実施の形態の光線トレース図
(反射光)である。
FIG. 6 is a ray trace diagram (reflected light) according to the first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第1の実施の形態の光線トレース図
(透過光)である。
FIG. 7 is a ray trace diagram (transmitted light) according to the first embodiment of this invention.

【図8】画素構成を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a pixel configuration.

【図9】緑色画素を光線取り込み状況を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a situation where a green pixel captures light rays.

【図10】緑色画素の光線の有効取り込み範囲を示す図
である。
FIG. 10 is a diagram showing an effective capture range of a light ray of a green pixel.

【図11】画素100gの水平方向の空間周波数成分に
対するMTF特性を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing MTF characteristics with respect to a horizontal spatial frequency component of a pixel 100g.

【図12】矩形開口画素のMTFを示す図である。FIG. 12 is a diagram showing the MTF of a rectangular aperture pixel.

【図13】光学ローパスフィルタのMTFを示す図であ
る。
FIG. 13 is a diagram showing an MTF of an optical low pass filter.

【図14】Fナンバーを4.0、物体像の波長を550
nmと仮定したときの無収差レンズのMTF特性を示す
図である。
FIG. 14 shows an F number of 4.0 and a wavelength of an object image of 550.
It is a figure which shows the MTF characteristic of an stigmatic lens when nm is assumed.

【図15】画素100gを用いたときの結像レンズと撮
像素子の画素の総合MTFを示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing a total MTF of the image forming lens and the pixel of the image sensor when the pixel 100g is used.

【図16】従来の画素を用いたときの結像レンズと光学
ローパスフィルタと撮像素子の画素の総合MTFを示す
図である。
FIG. 16 is a diagram showing a total MTF of pixels of an imaging lens, an optical low-pass filter, and an image sensor when using conventional pixels.

【図17】従来の画素で光学ローパスフィルタを用いな
いときの総合MTFを示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing a total MTF when a conventional pixel does not use an optical low-pass filter.

【図18】ダイクロイック膜の構成を示す図である。FIG. 18 is a diagram showing a configuration of a dichroic film.

【図19】ダイクロイック膜の特性を示す図である。FIG. 19 is a diagram showing characteristics of a dichroic film.

【図20】ダイクロイック膜の特性を示す簡略図であ
る。
FIG. 20 is a simplified diagram showing characteristics of a dichroic film.

【図21】G透過用ダイクロイック膜で反射しB透過用
ダイクロイック膜で透過した時の特性を示す簡略図であ
る。
FIG. 21 is a simplified diagram showing characteristics when reflected by a G transmission dichroic film and transmitted by a B transmission dichroic film.

【図22】G透過用ダイクロイック膜で反射しR透過用
ダイクロイック膜で透過した時の特性を示す簡略図であ
る。
FIG. 22 is a simplified diagram showing characteristics when reflected by a G transmission dichroic film and transmitted by an R transmission dichroic film.

【図23】R透過用ダイクロイック膜で反射しG透過用
ダイクロイック膜で透過した時の特性を示す簡略図であ
る。
FIG. 23 is a simplified diagram showing characteristics when reflected by an R transmission dichroic film and transmitted by a G transmission dichroic film.

【図24】B透過用ダイクロイック膜で反射しG透過用
ダイクロイック膜で透過した時の特性を示す簡略図であ
る。
FIG. 24 is a simplified diagram showing characteristics when reflected by a B transmission dichroic film and transmitted by a G transmission dichroic film.

【図25】本発明の第2の実施の形態を表す図である。FIG. 25 is a diagram showing a second exemplary embodiment of the present invention.

【図26】本発明の第2の実施の形態の光線トレース図
(反射光)である。
FIG. 26 is a ray trace diagram (reflected light) according to the second embodiment of the present invention.

【図27】本発明の第2の実施の形態の光線トレース図
(透過光)である。
FIG. 27 is a ray trace diagram (transmitted light) according to the second embodiment of the present invention.

【図28】本発明の第3の実施の形態を表す図である。FIG. 28 is a diagram showing a third exemplary embodiment of the present invention.

【図29】本発明の第3の実施の形態の光線トレース図
(反射光)である。
FIG. 29 is a ray trace diagram (reflected light) according to the third embodiment of the present invention.

【図30】本発明の第3の実施の形態の光線トレース図
(透過光)である。
FIG. 30 is a ray trace diagram (transmitted light) according to the third embodiment of the present invention.

【図31】本発明の第4の実施の形態を表す図である。FIG. 31 is a diagram showing a fourth exemplary embodiment of the present invention.

【図32】本発明の第4の実施の形態の光線トレース図
(反射光)である。
FIG. 32 is a ray trace diagram (reflected light) according to the fourth embodiment of the present invention.

【図33】本発明の第4の実施の形態の光線トレース図
(透過光)である。
FIG. 33 is a ray trace diagram (transmitted light) according to the fourth embodiment of the present invention.

【図34】撮像装置を表す図である。FIG. 34 is a diagram illustrating an imaging device.

【図35】従来の画素構造を表す断面図である。FIG. 35 is a cross-sectional view showing a conventional pixel structure.

【図36】従来の撮像素子を表す平面図である。FIG. 36 is a plan view showing a conventional image sensor.

【図37】従来のカラーフィルタの特性を表す図であ
る。
FIG. 37 is a diagram illustrating characteristics of a conventional color filter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコンウェハ 2 マイクロレンズ 3 光電変換部 4 波長選択部 4g 緑色透過用波長選択部 4r 赤色透過用波長選択部 5 第2の屈折率領域 6 第1の屈折率領域 7 第5の屈折率領域 8 第3の屈折率領域 9 第4の屈折率領域 10 Poly配線層 11 AL1配線層 12 AL2配線層 13 AL3配線層 14 平坦化層 41 カラーフィルタ 41g 緑色カラーフィルタ 41r 赤色カラーフィルタ 61 撮像素子(従来) 61mnr 赤色用画素 61mng、61mng2 緑色用画素 61mnb 青色用画素 91 有効画素開口 92 有効画素開口(反射光分) 100 撮像素子 100g、200g、300g、400g 緑色用画素 100r、101r、200r、201r、300r、
301r、400r、401r 赤色用画素 110、120、130、140 物体光 301 単色用撮像素子 305 ダイクロイック膜 305a 緑色光反射用ダイクロイック膜 305b 青色光反射用ダイクロイック膜
1 Silicon Wafer 2 Microlens 3 Photoelectric Converter 4 Wavelength Selector 4g Green Transmission Wavelength Selector 4r Red Transmission Wavelength Selector 5 Second Refractive Index Region 6 First Refractive Index Region 7 Fifth Refractive Index Region 8 Third refractive index area 9 Fourth refractive index area 10 Poly wiring layer 11 AL1 wiring layer 12 AL2 wiring layer 13 AL3 wiring layer 14 Flattening layer 41 Color filter 41g Green color filter 41r Red color filter 61 Image sensor (conventional) 61mnr Red pixel 61mng, 61mng2 Green pixel 61mnb Blue pixel 91 Effective pixel aperture 92 Effective pixel aperture (reflected light) 100 Image sensor 100g, 200g, 300g, 400g Green pixel 100r, 101r, 200r, 201r, 300r,
301r, 400r, 401r Red pixels 110, 120, 130, 140 Object light 301 Monochromatic image sensor 305 Dichroic film 305a Green light reflecting dichroic film 305b Blue light reflecting dichroic film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H04N 5/335 H04N 5/335 V H01L 27/14 D Fターム(参考) 2H042 CA12 CA17 2H048 BA04 BB02 BB07 BB46 4M118 AA01 AA05 AB01 BA08 BA14 CA34 FA06 GA09 GB04 GB07 GB11 GB15 GC08 GC11 GC14 GC17 GC20 GD04 GD07 5C024 CY49 EX22 EX24 EX43 EX51 GY01 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H04N 5/335 H04N 5/335 V H01L 27/14 DF term (reference) 2H042 CA12 CA17 2H048 BA04 BB02 BB07 BB46 4M118 AA01 AA05 AB01 BA08 BA14 CA34 FA06 GA09 GB04 GB07 GB11 GB15 GC08 GC11 GC14 GC17 GC20 GD04 GD07 5C024 CY49 EX22 EX24 EX43 EX51 GY01

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光電変換部と、 前記光電変換部よりも光の入射側に形成された所定の波
長範囲の光を透過する波長選択部と、 前記波長選択部よりも光の入射側に形成された所定の屈
折率を持った第1の領域と、前記第1の領域よりも光の
入射側に形成された所定の屈折率を持った第2の領域と
を有し、 前記第1の領域の屈折率が前記第2の領域の屈折率より
も高いことを特徴とする撮像素子。
1. A photoelectric conversion unit, a wavelength selection unit formed on the light incident side of the photoelectric conversion unit and transmitting light in a predetermined wavelength range, and formed on the light incident side of the wavelength selection unit. A first region having a predetermined refractive index and a second region having a predetermined refractive index formed on the light incident side of the first region, and the first region An image sensor, wherein the refractive index of the area is higher than the refractive index of the second area.
【請求項2】 請求項1において、前記波長選択部と前
記光電変換部の間に配置された所定の屈折率を持った第
3の領域と、前記第3の領域の周辺部に設けられた所定
の屈折率を持った第4の領域とを有し、前記第3の領域
の屈折率が第4の領域の屈折率よりも高いことを特徴と
する撮像素子。
2. The third region according to claim 1, which is provided between the wavelength selection unit and the photoelectric conversion unit and has a predetermined refractive index, and is provided in a peripheral portion of the third region. And a fourth region having a predetermined refractive index, wherein the third region has a higher refractive index than the fourth region.
【請求項3】 請求項2において、前記第3の領域と前
記波長選択部の間に形成された所定の屈折率を持った第
5の領域を有し、前記第3の領域の屈折率は、前記第5
の領域の屈折率よりも高いことを特徴とする撮像素子。
3. The device according to claim 2, further comprising a fifth region having a predetermined refractive index formed between the third region and the wavelength selection unit, wherein the third region has a refractive index of , The fifth
An image sensor having a refractive index higher than that of the region.
【請求項4】 請求項1乃至3のいずれか1項におい
て、前記第2の領域は、光を集光するマイクロレンズで
あることを特徴とする撮像素子。
4. The image pickup device according to claim 1, wherein the second region is a microlens that collects light.
【請求項5】 請求項1乃至3のいずれか1項におい
て、前記第2の領域上に光を集光するマイクロレンズを
有することを特徴とする撮像素子。
5. The image pickup device according to claim 1, further comprising a microlens for collecting light on the second region.
【請求項6】 請求項4又は5において、前記マイクロ
レンズと前記第2の領域とが接する面は、曲率を持つこ
とを特徴とする撮像素子。
6. The image pickup device according to claim 4, wherein a surface where the microlens and the second region contact each other has a curvature.
【請求項7】 請求項3において、前記第5の領域は、
中央部から周辺部に向かって斜面を持った構成であるこ
とを特徴とする撮像素子。
7. The device according to claim 3, wherein the fifth region is
An image pickup device having a structure having a slope from a central portion toward a peripheral portion.
【請求項8】 請求項3において、前記第5の領域は、
四角すいの形状であることを特徴とする撮像素子。
8. The method according to claim 3, wherein the fifth region is
An image pickup device having a square cone shape.
【請求項9】 請求項1乃至8のいずれか1項におい
て、前記波長選択部は、中央部から周辺部に向かって斜
面を持った構成であることを特徴とする撮像素子。
9. The image pickup device according to claim 1, wherein the wavelength selection unit has a sloped surface from a central portion toward a peripheral portion.
【請求項10】 請求項1乃至8のいずれか1項におい
て、前記波長選択部は、四角すいの形状であることを特
徴とする撮像素子。
10. The image pickup device according to claim 1, wherein the wavelength selection unit has a shape of a square cone.
【請求項11】 請求項9又は10において、前記波長
選択部は、第1の波長範囲の光を透過するとともに、第
2の波長範囲の光を反射することを特徴とする撮像素
子。
11. The image pickup device according to claim 9, wherein the wavelength selection unit transmits light in the first wavelength range and reflects light in the second wavelength range.
【請求項12】 請求項1乃至11のいずれか1項に記
載の撮像素子と、前記撮像素子からの信号をディジタル
信号に変換するアナログ・ディジタル変換部と、前記ア
ナログ・ディジタル変換部からの信号を処理する信号処
理回路とを有することを特徴とする撮像装置。
12. The image sensor according to claim 1, an analog / digital converter that converts a signal from the image sensor into a digital signal, and a signal from the analog / digital converter. And a signal processing circuit for processing the image pickup device.
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