JP2004221486A

JP2004221486A - 撮像素子の選別方法

Info

Publication number: JP2004221486A
Application number: JP2003009944A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Kobayashi; 寛和小林; Kazuya Oda; 和也小田; Manabu Hyodo; 学兵藤
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2003-01-17
Filing date: 2003-01-17
Publication date: 2004-08-05

Abstract

【課題】主感光画素と従感光画素を備える撮像素子におけるダイナミックレンジの減少要因を考慮し、実際の製品上問題にならない範囲で利用可能な撮像素子を選別して製造上の歩留りを向上させる。
【解決手段】広ダイナミックレンジ撮像可能な撮像素子の製造において、主感光画素と従感光画素との感度比Ａ、従感光画素のシェーディング上昇率ＳＨ、絞りに依存する従感光画素の感度上昇率Ｆをそれぞれ色別に測定するとともに、従感光画素の飽和出力ｓａｔを測定する。これら測定値を基に各色のダイナミックレンジを表す評価値ＭＤＲを求める。色別に求めたＭＤＲに基づいて撮像素子の選別を行う。また、算出されたＭＤＲを所定の閾値と比較し、その比較結果に従い、予め定められている符号を撮像素子の個体データとして色ごとに添付する。添付データはカメラ製造時の調整（Ｄレンジリミッタ設定）に利用される。
【選択図】図１２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は撮像素子の選別方法に係り、特にＣＣＤなどの固体撮像素子の生産管理に好適な製品選別技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタルカメラ等に用いられるＣＣＤ固体撮像素子は、一般の銀塩写真と比較してダイナミックレンジが非常に狭いため、適正露光で撮影された画像であっても銀塩系の写真と比較すると物足りない印象を受ける場合がある。また、撮影条件によっては、いわゆる黒つぶれや白とびを生じ、画質が著しく劣化することがある。このような欠点を解消するために、同一シーンにおいて露光量の異なる複数枚の画像を撮影し、これら複数枚の画像データを演算で合成することによってダイナミックレンジの拡大された画像を得る手法が提案されている。
【０００３】
特許文献１に開示された撮像装置は、受光面に二次元配列される多数の受光部（画素）について、画素を構成する受光部を感度の異なる２種類の受光領域（高感度部と低感度部）に分割し、２つの受光領域からそれぞれ読み出された信号を混合若しくは加算することにより、ダイナミックレンジの拡大を達成している。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−２０５５８９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１に開示されている構造を持つＣＣＤによって広ダイナミックレンジ撮像を実現する場合、ダイナミックレンジを決定する要因が多く、各要因を全て仕様化すると、仕様があまりに厳しくなり、ＣＣＤ製造上の歩留りが悪化する。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ダイナミックレンジの減少要因を考察し、実際の製品上問題にならない範囲で利用可能な撮像素子を選別することにより製造上の歩留りを向上させることができる撮像素子の選別方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明に係る撮像素子の選別方法は、相対的に広い面積を有する主感光画素と、相対的に狭い面積を有する従感光画素との複合からなる画素セルが所定の配列形態に従って多数配置され、前記主感光画素で光電変換された信号電荷に基づく信号と前記従感光画素で光電変換された信号電荷に基づく信号とを選択的に取り出すことができる構造を備えた撮像素子において、前記画素セル上に配設されているカラーフィルタによって色分解される各色別にダイナミックレンジを表す評価値ＭＤＲを次式

に従って算出し、その算出結果を利用して撮像素子を評価することを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、感度の異なる主感光画素と従感光画素とを組み合わせた広ダイナミックレンジ撮像可能な撮像素子の製造において、主感光画素と従感光画素との感度比Ａ、従感光画素のシェーディング上昇率ＳＨ、絞りに依存する従感光画素の感度上昇率Ｆをそれぞれ色別に測定し、従感光画素の飽和出力ｓａｔを測定する。そして、これら測定値を基に上記式に従って評価値ＭＤＲを色別に求める。色別に算出されたＭＤＲは、各色の最小ダイナミックレンジを反映する値であり、この値に基づいて撮像素子のランク分け（選別）が可能である。
【０００９】
また、上記式に従って求めた色別のＭＤＲを所定の閾値と比較し、その比較結果に従い、予め定められている符号を撮像素子の個体データとして色ごとに添付する態様が好ましい。
【００１０】
添付されたデータはカメラ製造時の画質調整工程などにおいて読み取られ、カメラシステムの再現ダイナミックレンジ設定（リミッタ）や、シーン別のダイナミックレンジ設定（リミッタ）などに使用される。これにより、カメラ製造時の画質調整（ダイナミックレンジリミッタの設定）を円滑に行うことができる。
【００１１】
本発明の一態様によれば、前記ＳＡＴで示された所定値は、色別に設定されている最大出力であって、少なくとも撮像素子の仕様としての飽和出力以下であることを特徴とする。
【００１２】
「色別に設定されている所定値」として単純に撮像素子スペックの最小飽和出力を用いるよりも、飽和マージンを考慮して、色別に設定されている最大出力を用いることにより、大きなダイナミックレンジを確保することが可能となる上に、色別の設定によりシーン依存の再現ダイナミックレンジリミッタを的確に設定することが可能になる。
【００１３】
本発明の他の態様によれば、前記Ｆで示された色別の絞り依存従感光画素感度上昇率は、感度測定時に開放端絞りを用いて測定した場合にはＦ＝０とすることを特徴する。
【００１４】
主感光画素の感度は開放端絞り側で低下する傾向があるのに対し、従感光画素の感度は開放端絞り側で上昇する傾向がある。絞りに依存して従感光画素の感度が上昇することは、ダイナミックレンジの低下要因となるため、評価値ＭＤＲの演算式においてこの感度上昇率Ｆを考慮して１／（１＋Ｆ）をかけている。しかしながら、感度測定条件が開放端絞りである場合には、感度上昇率Ｆを「０」として取り扱う。
【００１５】
また、本発明は、同一画素セル内の主感光画素と従感光画素について同一の色成分のカラーフィルタが配置されており、各画素セルの上方にはそれぞれ１つの画素セルに対して１つのマイクロレンズが設けられている構造を有する撮像素子の選別に適している。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係る撮像素子の選別方法の好ましい実施の形態について詳説する。
【００１７】
図１は本発明が適用されるＣＣＤ固体撮像素子（以下、ＣＣＤという。）２０の受光面の構造例を示す平面図である。図１では２つの受光セル（画素ＰＩＸ）が横に並んでいる様子を示すが、実際には多数の画素ＰＩＸが水平方向（行方向）及び垂直方向（列方向）に一定の配列周期で配列されている。
【００１８】
各画素ＰＩＸは、感度の異なる２つのフォトダイオード領域２１、２２を含む。第１のフォトダイオード領域２１は、相対的に広い面積を有し、主たる感光部（以下、主感光画素という）を構成する。第２のフォトダイオード領域２２は、相対的に狭い面積を有し、従たる感光部（以下、従感光画素という。）を構成する。画素ＰＩＸの右側には垂直転送路（ＶＣＣＤ）２３が形成されている。
【００１９】
図１に示した構成はハニカム構造の画素配列であり、図示した２つの画素ＰＩＸ上側及び下側には不図示の画素が横方向に半ピッチずれた位置に配置される。図１上に示した各画素ＰＩＸの左側に示されている垂直転送路２３は、これら画像ＰＩＸの上側及び下側に配置される不図示の画素からの電荷を読み出し、転送するためのものである。
【００２０】
図１中点線で示すように、四相駆動（φ１，φ２，φ３，φ４）に必要な転送電極２４、２５、２６、２７（まとめてＥＬで示す。）が垂直転送路２３の上方に配置される。例えば、２層ポリシリコンで転送電極を形成する場合、φ１のパルス電圧が印加される第１の転送電極２４と、φ３のパルス電圧が印加される第３の転送電極２６とは第１層ポリシリコン層で形成され、φ２のパルス電圧が印加される第２の転送電極２５と、φ４のパルス電圧が印加される第４の転送電極２７とは第２層ポリシリコン層で形成される。なお、転送電極２４は従感光画素２２から垂直転送路２３への電荷読み出しも制御する。転送電極２５は主感光画素２１から垂直転送路２３への電荷読み出しも制御する。
【００２１】
図２は図１の２−２線に沿う断面図であり、図３は図１の３−３線に沿う断面図である。図２に示したように、ｎ型半導体基板３０の１表面にｐ型ウエル３１が形成されている。ｐ型ウエル３１の表面領域に２つのｎ型領域３３、３４が形成され、フォトダイオードを構成している。符号３３で示したｎ型領域のフォトダイオードが主感光画素２１に相当し、符号３４で示したｎ型領域のフォトダイオードが従感光画素２２に相当している。ｐ^＋型領域３６は、画素ＰＩＸ、垂直転送路２３等の電気的な分離を行うチャネルストップ領域である。
【００２２】
図３に示すように、フォトダイオードを構成するｎ型領域３３の近傍に垂直転送路２３を構成するｎ型領域３７が配置されている。ｎ型領域３３、３７の間のｐ型ウエル３１が読み出しトランジスタを構成する。
【００２３】
半導体基板表面上には酸化シリコン膜等の絶縁層が形成され、その上にポリシリコンで形成された転送電極ＥＬが形成される。転送電極ＥＬは、垂直転送路２３の上方を覆うように配置されている。転送電極ＥＬの上に、更に酸化シリコン等の絶縁層が形成され、その上に垂直転送路２３等の構成要素を覆い、フォトダイオード上方に開口を有する遮光膜３８がタングステン等により形成されている。
【００２４】
遮光膜３８を覆うようにホスホシリケートガラス等で形成された層間絶縁膜３９が形成され、その表面が平坦化されている。層間絶縁膜３９の上にカラーフィルタ層（オンチップカラーフィルタ）４０が形成されている。カラーフィルタ層４０は、例えば赤色領域、緑色領域、及び青色領域等の３色以上の色領域を含み、各画素ＰＩＸについて一色の色領域が割り当てられている。
【００２５】
カラーフィルタ層４０の上に各画素ＰＩＸに対応してマイクロレンズ（オンチップマイクロレンズ）４１がレジスト材料等により形成されている。マイクロレンズ４１は、各画素ＰＩＸの上に１つ形成されており、上方より入射する光を遮光膜３８が画定する開口内に集光させる機能を有する。
【００２６】
マイクロレンズ４１を介して入射した光は、カラーフィルタ層４０によって色分解され、主感光画素２１及び従感光画素２２の各フォトダイオード領域にそれぞれ入射する。各フォトダイオード領域に入射した光は、その光量に応じた信号電荷に変換され、それぞれ別々に垂直転送路２３に読み出される。
【００２７】
こうして、１つの画素ＰＩＸから感度の異なる２種類の画像信号（高感度画像信号と低感度画像信号）と別々に取り出すことが可能であり、光学的に同位相の画像信号を得る。
【００２８】
図４は、ＣＣＤ２０の受光領域ＰＳ内の画素ＰＩＸ及び垂直転送路２３の配置を示す。画素ＰＩＸは、セルの幾何学的な形状の中心点を行方向及び列方向に１つおきに画素ピッチの半分（１／２ピッチ）ずらして配列させたハニカム構造となっている。すなわち、互いに隣接する画素ＰＩＸの行どうし（又は列どうし）において、一方の行（又は列）のセル配列が、他方の行（又は列）のセル配列に対して行方向（又は列方向）の配列間隔の略１／２だけ相対的にずれて配置された構造となっている。
【００２９】
図４において画素ＰＩＸが配列された受光領域ＰＳの右側には、転送電極ＥＬにパルス電圧を印加するＶＣＣＤ駆動回路４４が配置される。各画素ＰＩＸは上述のように主感光画素２１と従感光画素２２とを含む。垂直転送路２３は各列に近接して蛇行して配置されている。
【００３０】
また、受光領域ＰＳの下側（垂直転送路２３の下端側）には、垂直転送路２３から移された信号電荷を水平方向に転送する水平転送路（ＨＣＣＤ）４５が設けられている。
【００３１】
水平転送路４５は、２相駆動の転送ＣＣＤで構成されており、水平転送路４５の最終段（図４上で最左段）は出力部４６に接続されている。出力部４６は出力アンプを含み、入力された信号電荷の電荷検出を行い、信号電圧として出力端子に出力する。こうして、各画素ＰＩＸで光電変換した信号が点順次の信号列として出力される。
【００３２】
図５にＣＣＤ２０の他の構造例を示す。図５は平面図、図６は図５の６−６線に沿う断面図である。これらの図面中図１及び図２に示した例と同一又は類似の部材には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００３３】
図５及び図６に示したように、主感光画素２１と従感光画素２２の間にｐ^＋型分離領域４８が形成されている。この分離領域４８はチャネルストップ領域（チャネルストッパ）として機能し、フォトダイオード領域の電気的な分離を行う。また、分離領域４８の上方には分離領域４８に対応した位置に遮光膜４９が形成されている。
【００３４】
遮光膜４９と分離領域４８とを用いることにより、入射する光を効率的に分離するとともに、主感光画素２１及び従感光画素２２に蓄積された電荷がその後混合することを防止する。その他の構成は図２及び図３に示した例と同様である。
【００３５】
また、画素ＰＩＸのセル形状や開口形状は図１や図５に示した例に限定されず、多角形、円形など多様な形態をとり得る。更に、各受光セルの分離形状（分割形態）についても、図１や図５に示した形状に限定されない。
【００３６】
図７にＣＣＤ２０の更に他の構造例を示す。図７中図１及び図５に示した例と同一又は類似の部材には同一の符号を付し、その説明は省略する。図７は、二つの感光部（２１、２２）が斜め方向に分離されている構成を示す。
【００３７】
このように、それぞれの分割感光エリアで蓄積された電荷を別々に垂直転送路に読み出すことができればよく、分割形状や分割数、面積の大小関係などは適宜設計される。ただし、従感光画素の面積を主感光画素の面積に比べて小さい値とする。また、主感光部の面積減少を抑制し、感度低下を最小限に抑えることが好ましい。
【００３８】
図８は、主感光画素２１と従感光画素２２の光電変換特性を示すグラフである。図８（ａ）は「晴れ」の光源下で撮影した場合の色別（ＲＧＢ別）の感度曲線を示し、図８（ｂ）は低色温度下で撮影した場合の色別感度曲線を示す。これらのグラフにおいて横軸は入射光量、縦軸は出力信号の値（例えば、Ａ／Ｄ変換後の画像データ値（ＱＬ値））を示す。図８において英大文字「Ｒ」，「Ｇ」，「Ｂ」で示したグラフは主感光画素２１から得られるＲ（赤）信号、Ｇ（緑）信号、Ｂ（青）信号をそれぞれ表し、英小文字「ｒ」，「ｇ」，「ｂ」で示したグラフは従感光画素２２から得られるＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号をそれぞれ表している。
【００３９】
図８（ａ），（ｂ）に示したように、主感光画素２１と従感光画素２２との比較においては、主感光画素２２の感度が高い。また、色別に比較すると「晴れ」の光源下では緑（Ｇ）の色成分が強いためにＧの感度が相対的に高く、赤（Ｒ）と青（Ｂ）は略同等で相対的に低い感度を有する。なお、このような色別の感度差はホワイトバランスゲインによってＲ，Ｂを増幅してＧに合わせる処理を行うことで補正される。
【００４０】
図８（ａ）に示した主感光画素２１のＧ信号に注目すると、主感光画素２１のＧ出力は、入射光量に比例して次第に増加し、入射光量が「ｃ」のときに出力がＣＣＤスペックとしての飽和出力値（ＣＣＤ飽和出力という。）に達する。以後、入射光量が増加しても主感光画素２１のＧ出力は一定となる。この「ｃ」を主感光画素２１の飽和光量と呼ぶことにする。
【００４１】
従感光画素を有していない従来のＣＣＤにおいて「ＣＣＤのダイナミックレンジ」は、一番明るい色（感度の高い色）の飽和で決定されるため、この定義に従うと、図８（ａ）における「ｃ」が従来ＣＣＤのダイナミックレンジを決定するものに相当する。
【００４２】
一方、従感光画素のＧ信号に注目すると、従感光画素２２の感度は、主感光画素２１の感度の１／ａであり（ａ＞１）、入射光量がα×ｃのときに出力が飽和する。従感光画素の飽和出力を「ｓａｔ」で示すと、α＝ａ／ｓａｔである。従感光画素が飽和する光量「α×ｃ」を従感光画素２２の飽和光量と呼ぶ。
【００４３】
このように、異なる感度を持つ主感光画素２１と従感光画素２２とを組み合わせることにより、主感光画素のみの構成よりもＣＣＤのダイナミックレンジをα倍に拡大（本例では約４倍に拡大）できる。図８（ａ）における「α×ｃ」が本実施形態におけるＣＣＤのダイナミックレンジを決定するものに相当する。
【００４４】
これに対し、ＣＣＤを搭載したカメラ自体のダイナミックレンジは、飽和マージンをとっているため、ＣＣＤ飽和出力よりも一定量だけ低いところに実用上の飽和出力が設定される。図８（ａ）においてＳＡＴ＿Ｇで示した値がＧの飽和出力値である。ＣＣＤ飽和出力と色別の飽和出力ＳＡＴ＿Ｇとの差が飽和マージンである。
【００４５】
このように飽和マージンを設定する理由は、図８（ｂ）に示すように、低色温度の場合にＲの感度が非常に高くなり、「晴れ」モード時のＧの感度（図８（ａ））よりもＲの感度が高くなることに配慮したものである。
【００４６】
「低色温度」の定義については明確な定めがないために図８（ｂ）においてＲの感度曲線の傾斜はいくらでも急傾斜に（きつく）なり得る。Ｒの信号が強くなるのに対してＧの出力は相対的に弱まっていく。通常、従来型カメラ（従来機）においては、ある色温度のところで設定値としてカメラのダイナミックレンジを設定している。
【００４７】
図８の例において従来機のダイナミックレンジは、低色温度下でＲの飽和出力ＳＡＴ＿ＲがＣＣＤ飽和出力と一致しているときと定めている。この定義に従うと、図８の「ｄ」が従来機のダイナミックレンジを示すものである。
【００４８】
カメラの性能はＣＣＤ単体のスペックで評価するよりはむしろ、カメラ全体として評価することが重要であると考えられるため、従来機のダイナミックレンジとの比較において、何倍かの広いダイナミックレンジを実現することが重視される。例えば、従来機のダイナミックレンジに対して約４倍のダイナミックレンジのカメラを実現するには、図８（ｂ）に示した「ｅ」付近が４倍のダイナミックレンジを確保する。
【００４９】
すなわち、ＣＣＤの仕様として従来のＣＣＤの４倍の感度を実現していなくても、従来機との比較で４倍を達成していれば十分であるとの考え方に基づいてＣＣＤの製品評価を行う。
【００５０】
従感光画素２２には、シェーディングや絞りに依存する感度の変動など、ダイナミックレンジが低下する要因が多い。したがって、主／従感光画素の感度比、出力飽和、シェーディング、感度の絞り依存性などの各項目を全て仕様化すると、仕様が厳しくなりすぎて歩留りが悪化する。そのため、本実施形態においては、実質的に問題にならないデバイスを多く生産できるように、妥当な製品評価を行い、歩留りの向上を図る。具体的には、色別にダイナミックレンジを評価する。
【００５１】
まず、ダイナミックレンジの低下要因の一つであるシェーディング現象について説明する。
【００５２】
図９は、従感光画素のシーディングの現れ方を例示した概念図である。同図では、画素ＰＩＸが斜め方向に分割され、画素ＰＩＸの中心から右斜め上の位置に従感光画素が形成される構造を有するＣＣＤが例示されている。
【００５３】
かかる構造のＣＣＤでは、オンチップマイクロレンズの光学特性と従感光画素の位置関係から従感光画素について、画面中央部に対して画面左下が相対的に暗く、画面右上が相対的に明るくなる分布のシェーディングが発生する。
【００５４】
従来の撮像デバイス（従感光画素を有していない一般的な撮像デバイス）では、画面中心に対して画面の周囲部は出力が低下するシェーディングが発生する。しかしながら、主感光画素と従感光画素とを組み合わせた構造を有するＣＣＤにおいては、画面中心（テスターで感度を測定する位置）よりも画面の周辺部（Ｄ端部）で感度が高くなるシェーディングが発生する。このようなシェーディングはＣＣＤのダイナミックレンジを低下させる要因となる。
【００５５】
画面周辺部で従感光画素の感度が上昇する原因として、マイクロレンズと従感光画素の位置関係がある。近射出瞳位置の場合には、撮像面に対する光線入射角が大きいために、ＣＣＤの受光面中心部から離れた位置に存在する画素セルについてオンチップマイクロレンズの結像円が画素セルの位置からずれる。そのずれ量は画面中心位置からの距離とともに増加する。
【００５６】
従感光画素の画素割り形状との関係で結像円と従感光画素との重なりが大きいほど、従感光画素に入射する光量が増加することになる。したがって、図９に示した画素割り構造の場合、画面右上の部分は感度が上昇し、画面左下の部分は感度が低下する。
【００５７】
また、入射光はマイクロレンズ結像円内に集められるが、更に結像円の中でも円の中心部に光が集まっている。つまり、結像円内でも中心ほど光が強く、周縁に行くほど光は弱くなる。したがって、マイクロレンズ結像円の中心が従感光画素の位置にきたときにその画素の感度が見かけ上あがることになる。図９の右上に示したように、結像円（集光円）の中心に従感光画素の位置があるものが最も出力が強くなる。
【００５８】
シェーディングの測定は、射出瞳と絞りをそれぞれある値に固定した所定の測定条件で行う。図９中矢印（ｘ軸）で示した対角方向の出力断面図を図１０に示す。横軸は対角方向の位置を示し、縦軸は従感光画素の感度を示す。画面中央を基準にすると、画面左下ほど感度が低く、画面右上に行くほど感度が大きくなることを示している。
【００５９】
ＣＣＤの感度は、画面中心位置で測定する。その画面中心位置（感度測定位置）の出力に対して画面周辺部（Ｄ端部）での感度上昇率はどのくらいかを示すために、画面中心位置の出力を「１００」として規格化し、Ｄ端部での感度上昇量をｈとすると、シェーディング上昇率ＳＨを次式で定義する。
【００６０】
【数１】ＳＨ＝ｈ／１００
図９からも明らかなように、画面中心に対してどの方向にあるかによってシェーディングによる感度の上昇量は異なる。画面中心に対して最も感度上昇変化が大きいところ（四隅の中で感度が最も大きいところ）で上記式〔数１〕によって「従感光画素シェーディング上昇率」を定義する。
【００６１】
しかし、ＣＣＤ受光面における四隅の全ての位置で感度を測定する必要はなく、マイクロレンズの位置と従感光画素の配置関係で、どの位置（中心からの方向）が最も明るくなるかというのは分かっている。したがって、画面中心に対して、四隅のうち最も明るさが明るくなるところで感度の上昇量を測定することによって従感光画素シェーディング上昇率を求めることができる。
【００６２】
次に、絞りに依存する感度の変動現象について説明する。
【００６３】
図１１は、主感光画素及び従感光画素の感度と絞りの関係を示すグラフである。同図は、感度測定時の条件である所定の絞り（例えばＦ５．６）で測定した値を基準として規格化した絞り−感度曲線を示すグラフである。実線は主感光画素の感度を示し、点線は従感光画素の感度を示す。同図に示したように、Ｆ５．６を基準にすると、主感光画素は開放端（Ｆ２．８）側で出力が小さくなる。一方、従感光画素はＦ５．６の感度に対して、開放端側で出力が上がり、小絞り（Ｆ８）側で出力が小さくなる。
【００６４】
このように、主感光画素の感度は絞りの開放端（Ｆ２．８）側で低下するのに対し、従感光画素の感度は開放端側で上昇するという傾向がある。従感光画素について開放端で感度が上昇することは、ダイナミックレンジが狭くなることを意味する。
【００６５】
検査工程における感度測定条件（例えば、Ｆ５．６）で測定された従感光画素の感度Ｋを基準とし、この基準値に対する開放端絞りでの感度上昇量Ｍを用いて「絞り依存従感光画素感度上昇率Ｆ」を次式で定義する。
【００６６】
【数２】Ｆ＝Ｍ／Ｋ
なお、感度測定時に開放端絞りを用いた場合には、Ｋ以上に感度が低下することはあり得ないのでＦ＝０とする。
【００６７】
上述したシーディング及び絞り依存の感度上昇を考慮して、下記のとおりＣＣＤの性能評価を行う。
【００６８】
製造されたＣＣＤを評価するためにＣＣＤ製造後の検査工程において、Ａ＝主感光画素感度／従感光画素感度、ＳＨ＝従感光画素シェーディング上昇率、Ｆ＝絞り依存従感光画素感度上昇率をそれぞれＲ、Ｇ、Ｂの色別に測定（実測）する。これら項目の測定はテスターなどを用いることによって可能である。
【００６９】
また、従感光画素の飽和出力ｓａｔを測定する。このとき、主感光画素の飽和に合わせて、ブルーミングが起きない範囲で飽和が最大になるようにオーバーフロードレイン電圧を調整する。その後、この調整したオーバーフロードレイン電圧で従感光画素の飽和を測定する。
【００７０】
こうして各項目について得られた測定値を用い色別の最小ダイナミックレンジＭＤＲを次式に従って計算する。
【００７１】
【数３】

【００７２】
【数４】

【００７３】
【数５】

ただし、上記の式においてＲ，Ｇ，Ｂ各色別の文字変数を「＊＿Ｒ」、「＊＿Ｇ」，「＊＿Ｂ」）によって区別している。
【００７４】
上記の式〔数３〕〜〔数５〕によって求めた色別の最小ダイナミックレンジを所定の閾値と比較し、その結果に従い、予め決められた符号をＣＣＤ個体データとして色ごとに添付する。
【００７５】
図１２にそのフローチャートを示す。ＣＣＤ製造におけるダイナミックレンジ検査工程では、まず、上記〔数３〕で求めたＭＤＲ＿Ｒが閾値「４」を超えているか否かを判定する（ステップＳ１１０）。この判定用閾値は、主感光画素のダイナミックレンジに対する従感光画素のダイナミックレンジの倍数を示すものであり、閾値「４」は従感光画素のダイナミックレンジが主感光画素のダイナミックレンジの４倍を超える性能が実現されているＣＣＤであるか否かを判断することに相当する。
【００７６】
ステップＳ１１０でＭＤＲ＿Ｒが４を超える結果となった場合には、その結果を示すパラメータＸ＿Ｒに符号「０」を書き込む（ステップＳ１１２）。
【００７７】
その一方、ステップＳ１１０において、ＮＯ判定の場合には、ステップＳ１１４に進む。ステップＳ１１４では上記〔数３〕で求めたＭＤＲ＿Ｒが閾値「３」を超えているか否かを判定する。ステップＳ１１４でＭＤＲ＿Ｒが３を超える結果となった場合には、その結果を示すパラメータＸ＿Ｒに符号「１」を書き込む（ステップＳ１１６）。また、ステップＳ１１４でＮＯ判定を得た場合には、パラメータＸ＿Ｒに符号「２」を書き込む（ステップＳ１１８）。こうして、ＣＣＤ個体ごとにＸ＿Ｒの情報が決定され、Ｘ＿Ｒ＝０，１，２の３タイプに選別される。例えば、Ｘ＿Ｒ＝２となった製品については、十分なダイナミックレンジを確保し得ない製品であるため出荷ＮＧとして取り扱われる。
【００７８】
図１２では、Ｒについてのみ示したが、Ｇ及びＢについても同様に検査され、Ｘ＿Ｇ、Ｘ＿Ｂの情報が決定されてＣＣＤ個体データとして添付される。
【００７９】
製造されたＣＣＤは図１２のダイナミックレンジ検査工程を経て、Ｘ＿Ｇ，Ｘ＿Ｒ，Ｘ＿Ｂのデータが付され、所定の条件をクリアしたもののみ出荷される（ステップＳ１２０）。なお、Ｘ＿Ｇ，Ｘ＿Ｒ，Ｘ＿Ｂのデータは、メモリなどの記憶媒体に記録してもよいし、紙などの印刷媒体に印刷してもよい。
【００８０】
こうして、出荷されたＣＣＤはカメラ製造工程に送られ、カメラ内に組み込まれる。カメラ製造時の画質調整工程において、各色別の最小ダイナミックレンジの評価を表すデータＸ＿Ｇ，Ｘ＿Ｒ，Ｘ＿Ｂを読んで、システムリミッタや色温度リミッタの設定を行う。
【００８１】
図１３は画質調整工程のフローチャートを示す。まず、ＣＣＤに添付されているＸ＿Ｇの値を判定する（ステップＳ２１０）。ステップＳ２１０においてＸ＿Ｇ≠０である場合（すなわち、Ｘ＿Ｇ＝１の場合）には、ステップＳ２１２に進み。システムリミッタ（晴れリミッタ）をＯＮに設定する。システムリミッタは、カメラの再現ダイナミックレンジを制限するフラグであり、このフラグをＯＮに設定すると、再現ダイナミックレンジが３００％（主感光画素のダイナミックレンジを１００％としたとき、その３倍のダイナミックレンジ）になる。システムリミッタの設定情報はカメラ内の不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭなど）に記憶される。
【００８２】
その一方、ステップＳ２１０においてＸ＿Ｇ＝０である場合には、システムリミッタがＯＦＦに設定される（ステップＳ２１４）。システムリミッタをＯＦＦに設定すると、再現ダイナミックレンジが４００％（主感光画素のダイナミックレンジを１００％としたとき、その４倍のダイナミックレンジ）まで広がる。
【００８３】
なお、このシステムリミッタは、カメラの仕様外の条件下におけるダイナミックレンジを制限するものである。例えば、ＩＳＯ感度４００のときに、４００％以上のダイナミックレンジを達成する仕様となっている場合、かかる仕様は満たすものの、ＩＳＯ感度２００などの低感度の場合に、ある色温度のときに４００％を維持できないＣＣＤが存在し得る。そういう場合に、カメラシステム上、再現ダイナミックレンジを３００％までに制限するというものである。
【００８４】
人間の感覚は略ｌｏｇスケールで効いてくるので、ｌｏｇ（対数）の関数をとったときに略リニアになるように、再現ダイナミックレンジを１００％−１３０％−１７０％−２２０％−３００％−４００％という具合に段階的に切り換えて広ダイナミックレンジ処理を行うようになっている。
【００８５】
４００％までの再現ダイナミックレンジを必要とするシーン自体がかなり稀である上に、３００％までの範囲で十分に再現性のよい絵づくりが可能であるため、条件によって再現ダイナミックレンジを３００％に制限しても実用上問題がない。
【００８６】
図１３においてステップＳ２１２又はステップＳ２１４の後は、ステップＳ２１６に進む。ステップＳ２１６では、ＣＣＤに添付されているＸ＿Ｒの値を判定する。ステップＳ２１６においてＸ＿Ｒ≠０である場合（すなわち、Ｘ＿Ｒ＝１の場合）には、ステップＳ２１８に進み、低色温度リミッタをＯＮに設定する。低色温度リミッタはシーンに依存して再現ダイナミックレンジを制限するフラグである。このフラグをＯＮに設定すると低色温度のときに広ダイナミックレンジ処理が３００％の範囲に制限される。低色温度リミッタの設定情報はカメラ内の不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭなど）に記憶される。
【００８７】
ステップＳ２１６においてＸ＿Ｒ＝０である場合には、システムリミッタがＯＦＦに設定される（ステップＳ２２０）。システムリミッタをＯＦＦに設定すると、低色温度下においても再現ダイナミックレンジが４００％となる。
【００８８】
ステップＳ２１８又はステップＳ２２０で低色温度リミッタの設定が完了したら画質調整工程を終了する（ステップＳ２２２）。
【００８９】
なお、図１２ではＸ＿ＧとＸ＿Ｒの値を利用したが、Ｘ＿Ｇに代えて、又はこれと併せてＸ＿Ｂを用いる態様も可能である。低色温度リミッタの設定に関してはＸ＿Ｒの値を判断するため、ＣＣＤ個体データとしては少なくともＲに関するデータ（Ｘ＿Ｒ）を含む複数色についてのデータが添付されることが好ましい。
【００９０】
図１２で説明した画質調整工程を行ったカメラは、リミッタ設定に応じて広ダイナミックレンジ処理を行う。例えば、撮影した画像からＲＧＢのヒストグラムを作成し、そのヒストグラムから自動的にシーンを判定して、広ダイナミックレンジ処理の範囲を自動的に切り換える制御を行う。なお、シーン判定にはオートホワイトバランスの処理を利用し、主感光画素から得られる信号を基にシーンの色温度（光源種）を自動判別して低色温度下か否かを判断することができる。
【００９１】
低色温度下では、そもそも広ダイナミックレンジ処理を必要とするシーンが非常に少ない。むしろ、低色温度下では広ダイナミックレンジ処理をすることで、画像が軟調になるという悪影響がある。したがって、カメラの制御上、低色温度下では最大ダイナミックレンジをクリップするような処理が行われる。
【００９２】
したがって、どのような状況下でも一定のダイナミックレンジを保証できるデバイス（厳しい仕様をクリアしたもの）を提供しても、それだけの性能余力の大きいものをカメラ側で必ずしも必要としていない。本実施形態では、カメラ側で必要としない性能余力（マージン部分）を有効に使い、ＣＣＤ製造上の歩留り向上を実現している。
【００９３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、主感光画素と従感光画素を備える撮像素子において、各色のダイナミックレンジを表す評価値ＭＤＲを算出し、その算出結果に基づいて撮像素子を評価するようにしたので、撮像素子の性能評価を的確に行うことができ、製品上問題にならない範囲で利用可能な撮像素子を選別することが可能である。これにより、撮像素子の製造上の歩留りを向上させることができる。
【００９４】
また、上記求めた色別のＭＤＲを所定の閾値と比較し、その比較結果に従い、予め定められている符号を撮像素子の個体データとして色ごとに添付する態様により、この添付データを利用してカメラ製造時の画質調整工程などにおいて、再現ダイナミックレンジ設定（リミッタ）や、シーン別のダイナミックレンジ設定（リミッタ）などを円滑に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるＣＣＤの受光面の構造例を示す平面図
【図２】図１の２−２線に沿う断面図
【図３】図１の３−３線に沿う断面図
【図４】図１に示すＣＣＤの全体構成を示す平面模式図
【図５】ＣＣＤの他の構造例を示す平面図
【図６】図５の６−６線に沿う断面図
【図７】ＣＣＤの更に他の構造例を示す平面図
【図８】主感光画素と従感光画素の光電変換特性を示すグラフ
【図９】従感光画素のシーディングの現れ方を例示した概念図
【図１０】図９中矢印（ｘ軸）で示した対角方向の出力断面図
【図１１】主感光画素及び従感光画素の感度と絞りの関係を示すグラフ
【図１２】ＣＣＤ製造時におけるダイナミックレンジ検査工程の手順を示すフローチャート
【図１３】カメラ製造時の画質調整工程のフローチャート
【符号の説明】
２０…ＣＣＤ、２１…フォトダイオード領域（主感光画素）、２２…フォトダイオード領域（従感光画素）、２３…垂直転送路、４０…カラーフィルタ層、４１…マイクロレンズ

Claims

相対的に広い面積を有する主感光画素と、相対的に狭い面積を有する従感光画素との複合からなる画素セルが所定の配列形態に従って多数配置され、前記主感光画素で光電変換された信号電荷に基づく信号と前記従感光画素で光電変換された信号電荷に基づく信号とを選択的に取り出すことができる構造を備えた撮像素子において、
前記画素セル上に配設されているカラーフィルタによって色分解される各色別にダイナミックレンジを表す評価値ＭＤＲを次式

に従って算出し、その算出結果を利用して撮像素子を評価することを特徴とする撮像素子の選別方法。
上記式に従って求めた色別のＭＤＲを所定の閾値と比較し、その比較結果に従い、予め定められている符号を撮像素子の個体データとして色ごとに添付することを特徴とする請求項１記載の撮像素子の選別方法。
前記ＳＡＴで示された所定値は、色別に設定されている最大出力であって、少なくとも撮像素子の仕様としての飽和出力以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の撮像素子の選別方法。
前記Ｆで示された色別の絞り依存従感光画素感度上昇率は、感度測定時に開放端絞りを用いて測定した場合にはＦ＝０とすることを特徴する請求項１、２又は３記載の撮像素子の選別方法。
同一画素セル内の主感光画素と従感光画素について同一の色成分のカラーフィルタが配置されており、各画素セルの上方にはそれぞれ１つの画素セルに対して１つのマイクロレンズが設けられていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の撮像素子の選別方法。