JP2010199668A - 固体撮像装置および電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、異なる色に対応した複数の画素10を1つの単位として撮像領域S内に配置される複数の画素単位100を備え、画素単位100内での各画素10の位置のずれ量が、当該画素単位100の撮像領域Sの中心からの距離および色に応じて異なるよう設けられている固体撮像装置である。また、上記構成に加え、画素単位100内での各画素10の受光面積が、当該画素単位100の撮像領域Sの中心からの距離および色に応じて異なるよう設けられているものでもある。
【選択図】図12
Description
1.固体撮像装置の構成例(裏面照射型、表面照射型、CMOS型イメージセンサの構成、CCDセンサ)
2.エネルギープロファイル(画素単位内でのプロファイル、像高による変化)
3.第1実施形態(画素の位置の設定)
4.第2実施形態(画素の受光面積の設定)
5.第3実施形態(遮光部の開口の位置の設定)
6.第4実施形態(遮光部の開口の大きさの設定)
7.電子機器(撮像装置の例)
本実施形態の固体撮像装置の構成例を説明する。
図1は、裏面照射型COMSセンサを説明する模式断面図である。この固体撮像装置1は、画素10となる受光領域が設けられるシリコン基板2の一方面にカラーフィルタ60が設けられ、シリコン基板2の他方面に受光領域で光電変換して得た信号の配線層40が設けられているものである。これにより、配線層40が設けられる面とは反対側の面から光を入射して受光領域で光電変換する構成となる。
図3は、表面照射型CMOSセンサを説明する模式断面図である。この固体撮像装置1は、シリコン基板2にフォトダイオードである受光領域が形成され、この受光領域に対応してトランジスタTrが形成されている。
図4は、CMOS型イメージセンサから成る固体撮像装置の全体構成を説明する図である。図4に示すように、CMOS型イメージセンサ50は、図示せぬ半導体基板(チップ)上に形成された画素アレイ部51と、当該画素アレイ部51と同じ半導体基板上に設けられた周辺回路とを有する構成となっている。画素アレイ部51の周辺回路としては、垂直駆動回路52、信号処理回路であるカラム回路53、水平駆動回路54、出力回路55およびタイミングジェネレータ(TG)56等が用いられる。
図5は、単位画素の回路構成の一例を示す回路図である。本回路例に係る単位画素6は、受光部である光電変換素子、例えばフォトダイオード61に加えて、例えば転送トランジスタ62、リセットトランジスタ63、増幅トランジスタ64および選択トランジスタ65の4つのトランジスタを有する構成となっている。
図6は、CCD(Charge Coupled Devices)センサを説明する模式図で、(a)は全体平面図、(b)は(a)のA−A線断面図である。図6(a)に示すように、この固体撮像装置1は、撮像領域Sにマトリクス状に配列された複数の画素10と、各画素10の列に対応したCCD構造の複数の垂直転送レジスタVTとを備えている。また、この固体撮像装置1は、垂直転送レジスタVTで転送してきた信号電荷を出力部に転送するCCD構造の水平転送レジスタ4HTと、水平転送レジスタHTの最終段に接続された出力部OPとを備えている。
図7は、撮像領域内のレイアウトについて説明する模式平面図である。上記説明したいずれの構成例でも、撮像領域Sに複数の画素10がマトリクス状に配置されている。各画素10は、カラーフィルタによってカラー画像を得るのに必要な色の光を受光するようになっている。色は、例えば、R(赤)、G(緑)、B(青)の組み合わせや、Y(黄)、C(シアン)、M(マゼンタ)、G(緑)の組み合わせが用いられる。本実施形態では、R(赤)、G(緑)、B(青)の組み合わせを例とする。
[画素単位内でのプロファイル]
図8は、画素単位内でのエネルギープロファイルの例を示す図である。この図では、B、R、Gr、Gbの各色(波長)のシリコン基板表面上での照射エネルギーの強さおよび拡がりを示している。この図より、B(青)色の光が最も照射エネルギーが強く、拡がりが小さくなっている。一方、R(赤)色の光が最も照射エネルギーが弱く、拡がりが大きくなっている。
図9、図10は、像高によるエネルギープロファイルの変化を説明する図である。図9は、B(青)画素とGb(緑)画素とのエネルギープロファイル、図10は、R(赤)画素とGr(緑)画素とのエネルギープロファイルで、各々(a)が像高0割(撮像領域の中央)、(b)が像高10割(撮像領域の端)の状態を示している。
図12は、第1実施形態を説明する模式図である。第1実施形態に係る固体撮像装置では、撮像領域Sの中心からの距離、すなわち像高に応じて、画素単位100内での各色の画素10の位置にずれ量が設けられており、このずれ量が色ごとに異なるよう設けられている。
Rの画素10の中心位置…(Xr,Yr)
Grの画素10の中心位置…(Xgr,Ygr)
Bの画素10の中心位置…(Xb,Yb)
Gbの画素10の中心位置…(Xgb,Ygb)
Rの画素10の中心位置…(Xr’,Yr’)
Grの画素10の中心位置…(Xgr’,Ygr’)
Bの画素10の中心位置…(Xb’,Yb’)
Gbの画素10の中心位置…(Xgb’,Ygb’)
(R画素のずれ量ΔR)
ΔR=√(Xr’−Xr)2+(Yr’−Yr)2
(Gr画素のずれ量ΔGr)
ΔGr=√(Xgr’−Xgr)2+(Ygr’−Ygr)2
(B画素のずれ量ΔB)
ΔB=√(Xb’−Xb)2+(Yb’−Yb)2
(Gb画素のずれ量ΔGb)
ΔGb=√(Xgb’−Xgb)2+(Ygb’−Ygb)2
図13は、第2実施形態を説明する模式図である。第2実施形態に係る固体撮像装置では、上記第1実施形態の構成に加え、像高に応じて、画素単位100内での各色の画素10の受光面積の大きさに差が設けられており、この大きさの差が色ごとに異なるよう設けられている。
Rの画素10の受光面積…Qr
Grの画素10の受光面積…Qgr
Bの画素10の受光面積…Qb
Gbの画素10の受光面積…Qgb
Rの画素10の受光面積…Qr’
Grの画素10の受光面積…Qgr’
Bの画素10の受光面積…Qb’
Gbの画素10の受光面積…Qgb’
(R画素の受光面積の大きさの差ΔQR)
ΔQR=Qr’−Qr
(Gr画素の受光面積の大きさの差ΔQGr)
ΔQGr=Qgr’−Qgr
(B画素の受光面積の大きさの差ΔQB)
ΔQB=Qb’−Qb
(Gb画素の受光面積の大きさの差ΔQGb)
ΔQGb=Qgb’−Qgb
図14は、第3実施形態を説明する模式図である。第3実施形態に係る固体撮像装置は、各画素単位100の対応する画素の遮光部Wの開口の位置にずれ量が設けられており、このずれ量が色ごとに異なるよう設けられている。
Rの画素10の遮光部Wの開口Wr…(Xwr,Ywr)
Grの画素10の遮光部Wの開口Wgr…(Xwgr,Ywgr)
Bの画素10の遮光部Wの開口Wb…(Xwb,Ywb)
Gbの画素10の遮光部Wの開口Wgb…(Xwgb,Ywgb)
Rの画素10の遮光部Wの開口Wr…(Xwr’,Ywr’)
Grの画素10の遮光部Wの開口Wgr…(Xwgr’,Ywgr’)
Bの画素10の遮光部Wの開口Wb…(Xwb’,Ywb’)
Gbの画素10の遮光部Wの開口Wgb…(Xwgb’,Ywgb’)
(R画素の開口Wrのずれ量ΔWR)
ΔWR=√(Xwr’−Xwr)2+(Ywr’−Ywr)2
(Gr画素の開口Wgrのずれ量ΔWGr)
ΔWGr=√(Xwgr’−Xwgr)2+(Ywgr’−Ywgr)2
(B画素の開口Wbのずれ量ΔWB)
ΔWB=√(Xwb’−Xwb)2+(Ywb’−Ywb)2
(Gb画素の開口Wgbのずれ量ΔWGb)
ΔWGb=√(Xwgb’−Xwgb)2+(Ywgb’−Ywgb)2
図15は、第4実施形態を説明する模式図である。第4実施形態に係る固体撮像装置は、上記第3実施形態の構成に加え、像高に応じて、画素単位100内での各色の画素10の遮光部Wの開口に大きさに差が設けられており、この大きさの差が色ごとに異なるよう設けられている。
Rの画素10の遮光部Wの開口Wrの大きさ…Qwr
Grの画素10の遮光部Wの開口Wgrの大きさ…Qwgr
Bの画素10の遮光部Wの開口Wbの大きさ…Qwb
Gbの画素10の遮光部Wの開口Wgbの大きさ…Qwgb
Rの画素10の遮光部Wの開口Wrの大きさ…Qwr’
Grの画素10の遮光部Wの開口Wgrの大きさ…Qwgr’
Bの画素10の遮光部Wの開口Wbの大きさ…Qwb’
Gbの画素10の遮光部Wの開口Wgbの大きさ…Qwgb’
(R画素の開口Wrの大きさの差ΔQWR)
ΔQWR=Qwr’−Qwr
(Gr画素の開口Wgrの大きさの差ΔQWGr)
ΔQWGr=Qwgr’−Qwgr
(B画素の開口Wbの大きさの差ΔQWB)
ΔQWB=Qwb’−Qwb
(Gb画素の開口Wgbの大きさの差ΔQWGb)
ΔQWGb=Qwgb’−Qwgb
図18は、本実施形態に係る電子機器の一例である撮像装置の構成例を示すブロック図である。図18に示すように、撮像装置90は、レンズ群91を含む光学系、固体撮像装置92、カメラ信号処理回路であるDSP回路93、フレームメモリ94、表示装置95、記録装置96、操作系97および電源系98等を有している。これらのうち、DSP回路93、フレームメモリ94、表示装置95、記録装置96、操作系97および電源系98がバスライン99を介して相互に接続された構成となっている。
Claims (12)
- 異なる色に対応した複数の画素を1つの単位として撮像領域内に配置される複数の画素単位を備え、
前記画素単位内での各画素の位置のずれ量が、当該画素単位の前記撮像領域の中心からの距離および色に応じて異なるよう設けられている
固体撮像装置。 - 前記画素単位内での各画素の受光面積が、当該画素単位の前記撮像領域の中心からの距離および色に応じて異なるよう設けられている
請求項1記載の固体撮像装置。 - 前記画素で得た信号を処理する回路がCMOS型トランジスタによって構成されている
請求項1または2記載の固体撮像装置。 - 前記画素は、基板における配線層が形成される面とは反対側の面から光を取り込むよう構成されている
請求項1から3のうちいずれか1項に記載の固体撮像装置。 - 前記複数の画素単位の間に、各画素で取り込んだ電荷を位相の異なる電位を順次印加することで転送する転送部が設けられている
請求項1または2記載の固体撮像装置。 - 異なる色に対応した複数の画素を1つの単位として撮像領域内にマトリクス状に配置される複数の画素単位と、
前記複数の画素単位に対応して設けられ、前記画素単位内の各画素に対応した開口を備える遮光部とを備え、
前記画素単位内での各画素の前記遮光部の開口の位置のずれ量が、当該画素単位の前記撮像領域の中心からの距離および色に応じて異なるよう設けられている
固体撮像装置。 - 前記画素単位内での各画素の前記遮光部の開口の面積が、当該画素単位の前記撮像領域の中心からの距離および色に応じて異なるよう設けられている
請求項6記載の固体撮像装置。 - 前記画素で得た信号を処理する回路がCMOS型トランジスタによって構成されている
請求項6または7記載の固体撮像装置。 - 前記画素は、基板における配線層が形成される面とは反対側の面から光を取り込むよう構成されている
請求項6から8のうちいずれか1項に記載の固体撮像装置。 - 前記複数の画素単位の間に、各画素で取り込んだ電荷を位相の異なる電位を順次印加することで転送する転送部が設けられている
請求項6または7記載の固体撮像装置。 - 受光量に応じた電気信号を出力する固体撮像装置と、
前記固体撮像装置から出力された電気信号を処理する信号処理装置とを有し、
前記固体撮像装置が、
異なる色に対応した複数の画素を1つの単位として撮像領域内に配置される複数の画素単位を備え、
前記画素単位内での各画素の位置のずれ量が、当該画素単位の前記撮像領域の中心からの距離および色に応じて異なるよう設けられている
電子機器。 - 受光量に応じた電気信号を出力する固体撮像装置と、
前記固体撮像装置から出力された電気信号を処理する信号処理装置とを有し、
前記固体撮像装置が、
異なる色に対応した複数の画素を1つの単位として撮像領域内にマトリクス状に配置される複数の画素単位と、
前記複数の画素単位に対応して設けられ、前記画素単位内の各画素に対応した開口を備える遮光部とを備え、
前記画素単位内での各画素の前記遮光部の開口の位置のずれ量が、当該画素単位の前記撮像領域の中心からの距離および色に応じて異なるよう設けられている
電子機器。
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