JP2004260250A

JP2004260250A - 撮像素子

Info

Publication number: JP2004260250A
Application number: JP2003045500A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Tachibana; 貴弘橘; Yoichi Uchiyama; 陽一内山
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-02-24
Filing date: 2003-02-24
Publication date: 2004-09-16

Abstract

【課題】画素領域に設けられた反射マークを用いて高精度な位置決めを行うことができる撮像素子の提供。
【解決手段】撮像素子１の有効画素領域７内の中央および四隅に反射マーク８を設ける。反射マーク８は周囲の有効画素領域７よりも反射率が高い。外部から撮像素子１に光を照射して、反射マーク８の反射光を検出することにより、撮像素子１の配置や撮像素子１の反り等の変形状態を精度良く検出することができる。反射マーク８は画素領域６内に複数設けられ、それら全てが有効画素領域７に含まれても良いし、一部が有効画素領域７に含まれるようにしても良い。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタルカメラ等の電子画像機器に使用される撮像素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
撮像素子を有する電子画像機器類では、要求される画像品質を得るためには、被写体像が結像される位置に撮像素子の撮像面を精度良く配置する必要がある。しかし、撮像素子をパッケージに納める際の誤差や、そのパッケージを機器に取り付ける際の誤差などにより、それらの累積誤差が許容誤差を上回る場合がある。そのような場合には、撮像素子の位置を調整する必要がある。
【０００３】
撮像素子が精度良く配置されているか否かを判断する方法としては、基準パターンを撮像素子により撮像し、撮像された基準パターンの位置やボケ具合から撮像素子の取付位置誤差を検出するものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
他の判定方法としては、撮像素子が形成されている基板上の素子領域四隅の近傍にＬＥＤを設け、ＬＥＤから出射される光を観察対象物に投影して、その投影光の状態（大きさや光量）から観察対象に対して撮像素子が適切に配置されているか否かを認識する方法もある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−２６５０２６号公報
【特許文献２】
特開２０００−２５９８１５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、撮像素子により撮像された画像から判定する方法では、測定する撮像素子のそれぞれに対応して動作環境を整備しなければならないという欠点があった。また、撮像素子領域四隅の近傍にＬＥＤを設けるものでは、撮像素子の全体的な配置（例えば、傾き）については認識できるが、撮像素子部分が反っていたりした場合の位置誤差については測定することが困難であった。
【０００７】
本発明は、画素領域に設けられた反射マークを用いて高精度な位置決めを行うことができる撮像素子を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、外部から照射された光を反射する反射マークを画素領域内に複数備えたことを特徴とする。
また、画素領域に含まれる有効画素領域に、複数の反射マークを設けても良いし、複数の反射マークの少なくとも一つを設けるようにしても良い。
さらに、有効画素領域内に配列する画素の１画素を形成する領域に、その１画素に代えて反射マークを形成しても良い。反射マークとしては、基板上に形成された画素の画素構成要素を除去することにより基板面を露出させて周囲画素領域よりも反射率を高めた基板露出面が用いられる。
また、反射マークの少なくとも一つを、有効画素領域内のフォーカスエリアに対応する画素領域に形成しても良い。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１，２は本発明による撮像素子の一実施の形態を示す図である。図１はパッケージ３内に収納された撮像素子１の平面図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。撮像素子１は複数の端子２を備えたパッケージ３に固定されている。撮像素子１には、ＣＣＤ撮像素子やＣＭＯＳ撮像素子のような固体撮像素子が用いられる。
【００１０】
例えば、デジタルスチルカメラであれば、撮影レンズの結像位置に撮像素子１を備えたパッケージ３が配設される。このとき、撮影レンズの結像面と撮像素子１の撮像面とが一致するように位置決めされなければならない。
【００１１】
撮像素子１の端子１０１は、金属ワイヤ４により対応する端子２に電気的に接続されている。パッケージ３の上面にはカバーガラス５が取り付けられ、撮像素子１が外部に直接露出しないような構造となっている。符号６で示す矩形領域は、撮像素子１の各受光部である画素が形成されている画素領域を示している。画素領域６の内側には、撮像対象からの光を受光する画素の領域である有効画素領域７が設けられている。この有効画素領域７の周辺の画素領域６に含まれる画素は、オプティカルブラックの設定等に利用される。
【００１２】
図１に示す撮像素子１では、有効画素領域７内に反射マーク８が５つ設けられている。一つは有効画素領域７の中心位置に、他の４つは有効画素領域７の四隅位置に設けられている。図３（ａ）は、図１のＩＶ−ＩＶ断面を模式的に示したものである。受光部である画素９ａ，９ｃに間に反射マーク８が形成されている。画素９ａ，９ｃには画素構成要素であるフォトダイオード１０，カラーフィルタ１１，マイクロレンズ１２が基板１３上に順に形成されている。
【００１３】
図３（ａ）に示す反射マーク８は、図３（ｂ）に示すように基板１３上に形成されていた画素９ｂを除去して、その領域に形成したものである。すなわち、画素９ｂを構成するフォトダイオード１０，カラーフィルタ１１，マイクロレンズ１２を、エッチング等により破線で示すように除去し、平らな基板面を露出させたものが反射マーク８である。反射マーク８は画素１個分の領域に矩形状に形成され、画素９ａ，９ｃよりも深く掘り下げられたようになっている。掘り下げた底面部を除く側面部分には、反射防止コート１４が施される。これにより、反射マーク８で反射された光が、隣接する画素９ａ，９ｃに飛び込むのを抑制することができる。
【００１４】
なお、反射マーク８は周囲の領域に比べて反射率が大きければ良く、上述したように基板を露出させるだけでも良いし、また、基板露出面に反射膜を形成しても良い。
【００１５】
有効画素領域７の四隅に設けられた反射マーク８についても、上述した構成と同一構成になっている。なお、上述した反射マーク８の場合には一つの画素領域に設けられているので、反射マーク８の位置に対応する受光信号は存在しない。そのため、画像処理の際には、画素欠陥がある場合の一般的な画像処理方法を適用すれば良い。例えば、反射マーク８の周囲の画素から得られる受光信号に基づく補間処理等によって、反射マーク８の位置の画像情報を生成する。
【００１６】
反射マーク８の他の形成方法としては、図４に示すように、基板１３に形成されたフォトダイオード１０およびカラーフィルタ１１を除去し、その後にマイクロレンズ１２を形成するようにしても良い。この場合、本来画素９ｂが形成される画素領域には反射マーク８が形成され、その領域にもマイクロレンズ１２が形成される。このとき、反射マーク８の面とマイクロレンズ１２の集光面とを一致させることにより反射光量を上げることができ、反射マーク８の視認性が向上する。
【００１７】
図３，４に示した例では反射マーク８を１画素領域に形成したが、図５，６に示すように画素間の領域に反射マーク８を設けるようにしても良い。図５（ａ）、（ｂ）に示す例では、図５（ａ）のように画素９ａ，９ｂ，９ｄ，９ｅの対角領域に反射マーク８が設けられている。反射マーク８はカラーフィルタ１１の上に形成され（図５（ｂ）参照）、反射マーク８を形成した後に、マイクロレンズ１２を形成する。また、図６に示すように、隣り合う画素間に反射マークを８を設けても良い。このように、画素間に反射マーク８を設ける場合には、画素が犠牲にならないという利点がある。
【００１８】
次に、反射マーク８を用いて撮像素子１の組み付け状態を検出する方法を、図７，８を参照して説明する。パッケージ３に納められた撮像素子１は、カメラ等の撮像機器２０に組み付けられている。３０は、撮像素子１の組み付け状態を検査するための検査装置である。検査装置３０には照明装置３１，ハーフミラー３２，光学系３３，受光素子３４ａ〜３４ｃおよび受光素子３４ａ〜３４ｃから出力された信号を処理する処理装置３５が設けられている。受光素子３４ａは光学系３３の光軸上に配設されている。受光素子３４ａ〜３４ｃには光電変換素子のエリアセンサやラインセンサ等が用いられる。
【００１９】
まず、照明装置３１の照明光を、ハーフミラー３２により各反射マーク８ａ〜８ｃに照射する。反射マーク８ａは撮像素子１の中央に設けられた反射マークであり、反射マーク８ｂ、８ｃは撮像素子１の四隅に設けられた反射マークの内の２つである。各反射マーク８ａ〜８ｃからの反射光は、光学系３３によりそれぞれ対応する受光素子３４ａ〜３４ｃに結像させられる。各受光素子３４ａ〜３４ｃからの出力信号は処理装置３５に入力され、後述する図８に示すような受光素子３４ａ〜３４ｃ上における結像位置とコントラストとの関係を算出する。
【００２０】
図７に示す例では、撮像素子１の中心位置は光学系３３の光軸よりも図示上方にずれているため、反射マーク８ａ〜８ｃからの反射光は受光素子３４ａ〜３４ｃの中心位置よりも下側にずれて結像する。また、撮像素子１は、その上側が後方（図示左側）に倒れるように傾いているため、光軸方向予定位置よりも後方にある反射マーク８ｂの反射光は受光素子３４ｂの手前に結像する。逆に、光軸方向予定位置よりも前方（図示右側）にある反射マーク３４ｃの反射光は、受光素子３４ｃよりも後方に結像することになる。
【００２１】
図８において、（ａ）は受光素子３４ｃの信号に基づいて算出された結像位置とコントラストとの関係を示す図であり、（ｂ）は受光素子３４ａの信号に基づいた同様の図であり、（ｃ）は受光素子３４ｂの信号に基づいた同様の図である。なお、図８（ａ）〜８（ｃ）における結像位置は、受光素子３４ａ〜３４ｃ上の図示上下方向の位置を表している。
【００２２】
結像された像の結像状態とコントラストとの間には相関があり、結像状態が良ければ良いほどコントラストも増大する。図８に示す例では、反射マーク８ｂ、８ｃの場合にはピントがずれているので、ピントの合っている反射マーク８ａの場合よりもコントラストのピークが低くなっている。
【００２３】
すなわち、ピントが合っている場合のコントラストを基準としたコントラスト比から、反射マーク８ａ〜８ｃの光軸方向位置が検出される。一方、ピーク位置Ｐｙから光軸に垂直な面内での位置を検出することができる。撮像素子１が設計値通りに組み付けられている場合には、コントラスト比は１で、ピーク位置は各受光素子３４ａ〜３４ｃの中心位置となる。また、反射マークを有効画素領域７内に複数設けることにより、撮像素子１の位置ズレや傾きだけでなく、有効画素領域面の反り等も検出することができる。その結果、有効画素領域７に設けられた反射マーク８を位置測定に用いることにより、撮像素子１の高精度な位置決めをすることができる。
【００２４】
また、図９に示すように、反射マーク８をフォーカスエリア４０内に設けることにより、撮像素子１上のフォーカスエリア４０と結像面とを高精度に位置決めすることができる。その結果、フォーカス精度の向上を図ることができる。
【００２５】
上述した本実施の形態では、複数の反射マーク８を全て有効画素領域７内に設けたが、必ずしも全てを有効画素領域７内に設ける必要はない。ただし、有効画素領域７の周囲の画素領域６だけに反射マーク８を設けた場合には、上述した反りのような撮像素子１の変形を精度良く検出するのは難しい。なお、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、外部から照射された光を反射する反射マークを有効画素領域などの画素領域に複数設けたので、各反射マークからの反射光を観察することにより、撮像素子の配置や変形状態などを精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による撮像素子の一実施の形態を示す図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】反射マーク８を説明する図であり、（ａ）は図１のＩＶ−ＩＶ断面図、（ｂ）は反射マーク８形成前の断面を示す図である。
【図４】反射マーク８の他の形成方法を示す図である。
【図５】画素間に反射マーク８を設ける第１の例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＶ−Ｖ断面図である。
【図６】画素間に反射マーク８を設ける第２の例を示す図である。
【図７】検査方法を説明する図である。
【図８】結像位置とコントラストとの関係を示す図であり、（ａ）は受光素子３４ｃの信号に基づくもの、（ｂ）は受光素子３４ａの信号に基づくもの、（ｃ）は受光素子３４ｂの信号に基づくものである。
【図９】反射マーク８をフォーカスエリア４０内に設けた場合を示す図である。
【符号の説明】
１撮像素子
３パッケージ
５カバーガラス
６画素領域
７有効画素領域
８，８ａ〜８ｃ反射マーク
９ａ〜９ｅ画素
１０フォトダイオード
１１カラーフィルタ
１２マイクロレンズ
１３基板
１４反射防止コート
２０撮像機器
３０検査装置
３１照明装置
３２ハーフミラー
３３光学系
３４ａ〜３４ｃ受光素子
３５処理装置
４０フォーカスエリア

Claims

外部から照射された光を反射する反射マークを画素領域内に複数備えたことを特徴とする撮像素子。
請求項１に記載の撮像素子において、
前記複数の反射マークを、前記画素領域に含まれる有効画素領域に設けたことを特徴とする撮像素子。
請求項１に記載の撮像素子において、
前記複数の反射マークの少なくとも一つを、前記画素領域に含まれる有効画素領域に設けたことを特徴とする撮像素子。
請求項１〜３のいずれかに記載の撮像素子において、
前記有効画素領域内に配列する画素の１画素を形成する領域に、前記１画素に代えて前記反射マークを形成したことを特徴とする撮像素子。
請求項１〜４のいずれかに記載の撮像素子において、
前記反射マークは、基板上に形成された画素の画素構成要素を除去することにより基板面を露出させて周囲画素領域よりも反射率を高めた基板露出面であることを特徴とする撮像素子。
請求項１〜５のいずれかに記載の撮像素子において、
前記反射マークの少なくとも一つを、前記有効画素領域内のフォーカスエリアに対応する画素領域に形成したことを特徴とする撮像素子。