JP3478796B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロレンズを
備えた固体撮像装置に関し、例えば、複数の撮像レンズ
と複数の撮像エリアを用いて、カラー撮像を行う複眼式
固体撮像装置に関するものである。
備えた固体撮像装置に関し、例えば、複数の撮像レンズ
と複数の撮像エリアを用いて、カラー撮像を行う複眼式
固体撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、マイクロレンズを備えた固体撮像
装置は、図１１に示すような平面レイアウトになってい
る。図１１において、１は光電変換を行うフォトダイオ
ードを含む画素、２はフォトダイオード以外の領域を遮
光するための遮光層、３は光を入射するため遮光層２に
形成した開口領域（開口部）、４は各画素１に対して光
を集めるためのマイクロレンズ、５は光電変換が行われ
る光電変換領域（フォトダイオード領域）である。
装置は、図１１に示すような平面レイアウトになってい
る。図１１において、１は光電変換を行うフォトダイオ
ードを含む画素、２はフォトダイオード以外の領域を遮
光するための遮光層、３は光を入射するため遮光層２に
形成した開口領域（開口部）、４は各画素１に対して光
を集めるためのマイクロレンズ、５は光電変換が行われ
る光電変換領域（フォトダイオード領域）である。
【０００３】図１１に示したように、従来の固体撮像装
置において、画素１は基板上に二次元方向に関して均等
に配列され、画素１についての、光電変換領域５の開口
領域３の中心も同一ピッチで形成され、その上に形成す
るマイクロレンズ４も同一ピッチで形成されていた。
置において、画素１は基板上に二次元方向に関して均等
に配列され、画素１についての、光電変換領域５の開口
領域３の中心も同一ピッチで形成され、その上に形成す
るマイクロレンズ４も同一ピッチで形成されていた。
【０００４】ここでは、上下に関して、マイクロレンズ
４による集光中心と画素の開口中心が一致するようにレ
イアウトされている。また、マイクロレンズ４の曲率
は、集光効率を最大にするため、ちょうど、光電変換領
域５上で集光するように設計される。このように、マイ
クロレンズ４を最適に設計することにより、画素サイズ
が小さくなっても、極端な感度低下を起こさないように
設計されていた。
４による集光中心と画素の開口中心が一致するようにレ
イアウトされている。また、マイクロレンズ４の曲率
は、集光効率を最大にするため、ちょうど、光電変換領
域５上で集光するように設計される。このように、マイ
クロレンズ４を最適に設計することにより、画素サイズ
が小さくなっても、極端な感度低下を起こさないように
設計されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、単なる
平面方向の画素の微細化だけでは、固体撮像装置の感度
低下と感度不均一性（光シェーディング）をもたらして
しまうことが解った。この原因を、図１２と図１３を参
照して説明する。即ち、画素の縮小化により画素の開口
面積を十分取れないので、マイクロレンズによって集光
された光束の一部が遮光層により遮られることが原因
で、感度低下が発生する。そして、この遮光層に遮られ
る割合は、撮像レンズの主光線の入射角度が大きくな
る、周辺画素における光電変換領域程大きくなるため、
光シェーディングも問題となる。
平面方向の画素の微細化だけでは、固体撮像装置の感度
低下と感度不均一性（光シェーディング）をもたらして
しまうことが解った。この原因を、図１２と図１３を参
照して説明する。即ち、画素の縮小化により画素の開口
面積を十分取れないので、マイクロレンズによって集光
された光束の一部が遮光層により遮られることが原因
で、感度低下が発生する。そして、この遮光層に遮られ
る割合は、撮像レンズの主光線の入射角度が大きくな
る、周辺画素における光電変換領域程大きくなるため、
光シェーディングも問題となる。
【０００６】また、周辺部ほど入射角度がきつくなるた
め、光電変換領域でない領域に集光してまう角度の光も
存在するようになり、このことによっても感度低下に伴
うシェ−ディングが発生する。
め、光電変換領域でない領域に集光してまう角度の光も
存在するようになり、このことによっても感度低下に伴
うシェ−ディングが発生する。
【０００７】本発明は、上記事情に基づいてなされたも
ので、その第１の目的は、感度低下による光シェーディ
ングのない固体撮像装置を実現することである。
ので、その第１の目的は、感度低下による光シェーディ
ングのない固体撮像装置を実現することである。
【０００８】また、本発明の第２の目的は、固体撮像装
置の設計期間の短縮と設計コストの低減を目的とする。
置の設計期間の短縮と設計コストの低減を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、それぞれ光電変換領域を２次元状に配
列した複数の撮像エリアと、前記各撮像エリアに対応し
て設けられた撮像レンズと、前記各光電変換領域に対応
して、前記撮像レンズと前記各光電変換領域の間に設け
られた光を集光するためのマイクロレンズと、前記各光
電変換領域に対応して設けられた前記光電変換領域へ光
を入射するための開口部とを有し、前記各撮像エリアの
周辺部において、前記マイクロレンズと前記開口部の位
置が、対応する前記光電変換領域よりも前記各撮像エリ
アの中心方向にずれた配置となっていることを特徴とす
る固体撮像装置を提供する。
に、本発明では、それぞれ光電変換領域を２次元状に配
列した複数の撮像エリアと、前記各撮像エリアに対応し
て設けられた撮像レンズと、前記各光電変換領域に対応
して、前記撮像レンズと前記各光電変換領域の間に設け
られた光を集光するためのマイクロレンズと、前記各光
電変換領域に対応して設けられた前記光電変換領域へ光
を入射するための開口部とを有し、前記各撮像エリアの
周辺部において、前記マイクロレンズと前記開口部の位
置が、対応する前記光電変換領域よりも前記各撮像エリ
アの中心方向にずれた配置となっていることを特徴とす
る固体撮像装置を提供する。
【００１０】 また、それぞれ光電変換領域を２次元状
に配列した複数の撮像エリアと、前記各撮像エリアに対
応して設けられた撮像レンズと、前記各光電変換領域に
対応して、前記撮像レンズと前記各光電変換領域の間に
設けられた光を集光するためのマイクロレンズと、前記
各光電変換領域に対応して設けられた前記光電変換領域
へ光を入射するための開口部とを有し、前記各撮像エリ
アにはそれぞれ同一色のカラーフィルタが設けられ、撮
像エリア全体としては３色のカラーフィルタが設けられ
ており、前記各撮像エリアの周辺部において、前記マイ
クロレンズと前記開口部の位置が、対応する前記光電変
換領域よりも前記各撮像エリアの中心方向にずれて配置
されるとともに、異なる色のカラーフィルタが設けられ
た少なくとも２つの前記撮像エリアでは、前記マイクロ
レンズと、対応する前記光電変換領域とのずれ量が異な
ることを特徴とする固体撮像装置を提供する。
に配列した複数の撮像エリアと、前記各撮像エリアに対
応して設けられた撮像レンズと、前記各光電変換領域に
対応して、前記撮像レンズと前記各光電変換領域の間に
設けられた光を集光するためのマイクロレンズと、前記
各光電変換領域に対応して設けられた前記光電変換領域
へ光を入射するための開口部とを有し、前記各撮像エリ
アにはそれぞれ同一色のカラーフィルタが設けられ、撮
像エリア全体としては３色のカラーフィルタが設けられ
ており、前記各撮像エリアの周辺部において、前記マイ
クロレンズと前記開口部の位置が、対応する前記光電変
換領域よりも前記各撮像エリアの中心方向にずれて配置
されるとともに、異なる色のカラーフィルタが設けられ
た少なくとも２つの前記撮像エリアでは、前記マイクロ
レンズと、対応する前記光電変換領域とのずれ量が異な
ることを特徴とする固体撮像装置を提供する。
【００１１】 また、光電変換領域を２次元状に配列し
た撮像エリアと、ＣＭＰ工程において平坦化された層の
上に形成された、各光電変換領域に対応して撮像レンズ
と前記各光電変換領域の間に設けられた光を集光するた
めのマイクロレンズと、前記各光電変換領域に対応して
設けられた前記光電変換領域へ光を入射するための開口
部とを有し、前記撮像エリアの周辺部において、前記マ
イクロレンズと前記開口部の位置が、対応する前記光電
変換領域よりも前記撮像エリアの中心方向にずれた配置
となっていることを特徴とする固体撮像装置を提供す
る。
た撮像エリアと、ＣＭＰ工程において平坦化された層の
上に形成された、各光電変換領域に対応して撮像レンズ
と前記各光電変換領域の間に設けられた光を集光するた
めのマイクロレンズと、前記各光電変換領域に対応して
設けられた前記光電変換領域へ光を入射するための開口
部とを有し、前記撮像エリアの周辺部において、前記マ
イクロレンズと前記開口部の位置が、対応する前記光電
変換領域よりも前記撮像エリアの中心方向にずれた配置
となっていることを特徴とする固体撮像装置を提供す
る。
【００１２】 また、光電変換領域を２次元状に配列し
た撮像エリアと、前記各光電変換領域に対応して、撮像
レンズと前記各光電変換領域の間に設けられた光を集光
するためのマイクロレンズと、前記各光電変換領域に対
応して設けられた前記光電変換領域へ光を入射するため
の開口部とを有し、前記撮像エリアの周辺部において、
前記マイクロレンズと前記開口部の位置が、対応する前
記光電変換領域よりも前記撮像エリアの中心方向にずれ
た配置とするとともに、前記撮像エリア内の複数のマイ
クロレンズを含む第１の領域内の前記マイクロレンズの
ピッチが、前記第１の領域とは異なる複数のマイクロレ
ンズを含む第２の領域内の前記マイクロレンズのピッチ
と異なることを特徴とする固体撮像装置を提供する。
た撮像エリアと、前記各光電変換領域に対応して、撮像
レンズと前記各光電変換領域の間に設けられた光を集光
するためのマイクロレンズと、前記各光電変換領域に対
応して設けられた前記光電変換領域へ光を入射するため
の開口部とを有し、前記撮像エリアの周辺部において、
前記マイクロレンズと前記開口部の位置が、対応する前
記光電変換領域よりも前記撮像エリアの中心方向にずれ
た配置とするとともに、前記撮像エリア内の複数のマイ
クロレンズを含む第１の領域内の前記マイクロレンズの
ピッチが、前記第１の領域とは異なる複数のマイクロレ
ンズを含む第２の領域内の前記マイクロレンズのピッチ
と異なることを特徴とする固体撮像装置を提供する。
【００１３】 また、上記に記載した固体撮像装置と、
前記固体撮像装置に光を結像するためのレンズと、前記
固体撮像装置からの信号を処理する信号処理部と、を有
する撮像システムを提供する。
前記固体撮像装置に光を結像するためのレンズと、前記
固体撮像装置からの信号を処理する信号処理部と、を有
する撮像システムを提供する。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して、詳細に説明する。
て、図面を参照して、詳細に説明する。
【００１５】（第１の実施の形態）図１は、本発明の特
徴を最もよく表す実施の形態についての平面レイアウト
の概略図である。図２は、特に、この固体撮像装置に形
成されている複数の画素エリアの１つを拡大したレイア
ウトを、模式的に示したものである。実際には、画素を
数１０万〜数１００万のエリアで配列するが、ここでは
簡単のために５×５画素エリアにして説明する。また、
図３は、マイクロレンズを含めた、この固体撮像装置の
画素１つの平面図と断面図を示したものである。
徴を最もよく表す実施の形態についての平面レイアウト
の概略図である。図２は、特に、この固体撮像装置に形
成されている複数の画素エリアの１つを拡大したレイア
ウトを、模式的に示したものである。実際には、画素を
数１０万〜数１００万のエリアで配列するが、ここでは
簡単のために５×５画素エリアにして説明する。また、
図３は、マイクロレンズを含めた、この固体撮像装置の
画素１つの平面図と断面図を示したものである。
【００１６】図１から図３において、符号１は画素、２
は各画素の光電変換領域（フォトダイオード領域）５以
外の領域を遮光するための遮光層（遮光領域）、３は光
が入射するため、遮光層２に設けた開口部（開口領
域）、４は光を集光するためのマイクロレンズ、６はシ
リコン（Ｓｉ）基板、７は平坦化されたＳｉＮ保護膜、
８は有機材料を用いたマイクロレンズ平坦化膜、９ａは
Ｒ用画素エリア、９ｂはＧ用画素エリア、９ｃはＧ用画
素エリア、９ｄはＢ用画素エリア、１５は配線層であ
る。
は各画素の光電変換領域（フォトダイオード領域）５以
外の領域を遮光するための遮光層（遮光領域）、３は光
が入射するため、遮光層２に設けた開口部（開口領
域）、４は光を集光するためのマイクロレンズ、６はシ
リコン（Ｓｉ）基板、７は平坦化されたＳｉＮ保護膜、
８は有機材料を用いたマイクロレンズ平坦化膜、９ａは
Ｒ用画素エリア、９ｂはＧ用画素エリア、９ｃはＧ用画
素エリア、９ｄはＢ用画素エリア、１５は配線層であ
る。
【００１７】なお、この実施の形態は、４眼タイプの複
眼式固体撮像装置に対応する構成であり、Ｇ領域（９
ｂ、９ｃ）が２つあるのは、解像度を向上させるためで
ある。従って、高解像度を必要としない場合には、Ｇ領
域が一つである、所謂、３眼タイプの複眼式固体撮像装
置でも構わない。
眼式固体撮像装置に対応する構成であり、Ｇ領域（９
ｂ、９ｃ）が２つあるのは、解像度を向上させるためで
ある。従って、高解像度を必要としない場合には、Ｇ領
域が一つである、所謂、３眼タイプの複眼式固体撮像装
置でも構わない。
【００１８】図４には、撮像レンズの光学系を含めた複
眼撮像用撮像装置を示す。ここでは、固体撮像装置のそ
れぞれの画素エリアに対応して、カラーフィルタ１６と
撮像レンズ１７とが設けられている。
眼撮像用撮像装置を示す。ここでは、固体撮像装置のそ
れぞれの画素エリアに対応して、カラーフィルタ１６と
撮像レンズ１７とが設けられている。
【００１９】 それぞれの画素エリアは、各画素の光電
変換領域の中心に対して、遮光層２の開口部３の中心と
マイクロレンズ４の中心とを、画素毎にずらしており、
そのずらし量を、マイクロチップ外周側の画素程、大き
くなる様に設定している。このずらし量は使用する撮像
レンズ１７によって決定され、撮像レンズ１７とマイク
ロレンズ４との間の光軸の中心が、光電変換領域の中心
に概ね一致するように、基板上のレイアウトを設定す
る。更に、遮光層２は、マイクロレンズ４の集光を遮ら
ないように、レイアウトする。
変換領域の中心に対して、遮光層２の開口部３の中心と
マイクロレンズ４の中心とを、画素毎にずらしており、
そのずらし量を、マイクロチップ外周側の画素程、大き
くなる様に設定している。このずらし量は使用する撮像
レンズ１７によって決定され、撮像レンズ１７とマイク
ロレンズ４との間の光軸の中心が、光電変換領域の中心
に概ね一致するように、基板上のレイアウトを設定す
る。更に、遮光層２は、マイクロレンズ４の集光を遮ら
ないように、レイアウトする。
【００２０】図５と図６は、本実施の形態の作用効果を
明らかにするため、開示したものである。即ち、図５に
示したように、撮像レンズ１７の主光軸が光電変換領域
の中心に一致するように、マイクロレンズ４の配置を行
い、かつ、遮光層２がマイクロレンズ４の光束を遮らな
いように配置することにより、図６に示したように、光
シェーディングの少ない、良好な特性を得ることができ
た。
明らかにするため、開示したものである。即ち、図５に
示したように、撮像レンズ１７の主光軸が光電変換領域
の中心に一致するように、マイクロレンズ４の配置を行
い、かつ、遮光層２がマイクロレンズ４の光束を遮らな
いように配置することにより、図６に示したように、光
シェーディングの少ない、良好な特性を得ることができ
た。
【００２１】なお、４つの画素エリアは、設計負荷低減
のため、同一レイアウトとしても構わないが、各色の波
長の屈折率を考慮したレイアウト、つまり、画素エリア
毎にずらし量を変えたレイアウトにした方が、実用上
は、より好ましい。
のため、同一レイアウトとしても構わないが、各色の波
長の屈折率を考慮したレイアウト、つまり、画素エリア
毎にずらし量を変えたレイアウトにした方が、実用上
は、より好ましい。
【００２２】また、この実施の形態において、表面保護
膜７は化学機械研磨(ＣＭＰ：Chemical Mechanical Pol
ishing)により平坦化されている。そのため、従来、２
μｍ程度必要であった平坦化膜１０を、０．２μｍ以下
に薄くすることが可能となる。従って、従来、４〜５μ
ｍ必要であった光電変換領域（フォトダイオード領域）
からマイクロレンズ４までの距離を２〜３μｍにするこ
とが可能となった。
膜７は化学機械研磨(ＣＭＰ：Chemical Mechanical Pol
ishing)により平坦化されている。そのため、従来、２
μｍ程度必要であった平坦化膜１０を、０．２μｍ以下
に薄くすることが可能となる。従って、従来、４〜５μ
ｍ必要であった光電変換領域（フォトダイオード領域）
からマイクロレンズ４までの距離を２〜３μｍにするこ
とが可能となった。
【００２３】図７にこの実施の形態における固体撮像装
置の１つの画素エリアに対する等価回路図を示す。図７
において、１１は水平シフトレジスタ、１２は垂直シフ
トレジスタ、１３は読み出し回路、１４は出力アンプで
ある。
置の１つの画素エリアに対する等価回路図を示す。図７
において、１１は水平シフトレジスタ、１２は垂直シフ
トレジスタ、１３は読み出し回路、１４は出力アンプで
ある。
【００２４】一般に、ＣＭＰ工程は、ＣＭＯＳプロセス
の標準工程になっている場合が多いために、特に、ＣＭ
ＯＳセンサに本発明を適用すると、プロセス標準を大幅
に変える必要がないため、開発期間の短縮効果と開発コ
ストの低減効果が大きい。
の標準工程になっている場合が多いために、特に、ＣＭ
ＯＳセンサに本発明を適用すると、プロセス標準を大幅
に変える必要がないため、開発期間の短縮効果と開発コ
ストの低減効果が大きい。
【００２５】この実施の形態で、シェーディングの少な
い、高感度の出力信号が得られ、特に、薄型で、複眼式
固体撮像装置の実現が容易となった。なお、本発明は、
ＣＭＯＳセンサのみならず、マイクロレンズを有する固
体撮像装置、例えば、ＣＣＤ、ＢＡＳＩＳ、ＳＩＴ、Ｃ
ＭＤ、ＡＭＩなどにも応用が可能である。
い、高感度の出力信号が得られ、特に、薄型で、複眼式
固体撮像装置の実現が容易となった。なお、本発明は、
ＣＭＯＳセンサのみならず、マイクロレンズを有する固
体撮像装置、例えば、ＣＣＤ、ＢＡＳＩＳ、ＳＩＴ、Ｃ
ＭＤ、ＡＭＩなどにも応用が可能である。
【００２６】（第２の実施の形態）図８は、本発明に係
わる第２の実施の形態における複数の画素エリアの内、
１つの画素エリアの平面レイアウトを示したものであ
る。第１の実施の形態において、マイクロレンズと遮光
層２の開口部中心を一画素毎にずらしていたが、この実
施の形態では、複数の画素毎に、グループ化して、その
レイアウト中心に対して、上述の、マイクロレンズと遮
光層２の開口部中心をずらしたことを特徴とする。な
お、図８においては、２×２画素単位を１つのグループ
とするレイアウトに変更している。つまり、ある所定の
グループ内に含まれる複数のマイクロレンズのピッチ
と、他のグループないに含まれる複数のマイクロレンズ
のピッチは異なっている。
わる第２の実施の形態における複数の画素エリアの内、
１つの画素エリアの平面レイアウトを示したものであ
る。第１の実施の形態において、マイクロレンズと遮光
層２の開口部中心を一画素毎にずらしていたが、この実
施の形態では、複数の画素毎に、グループ化して、その
レイアウト中心に対して、上述の、マイクロレンズと遮
光層２の開口部中心をずらしたことを特徴とする。な
お、図８においては、２×２画素単位を１つのグループ
とするレイアウトに変更している。つまり、ある所定の
グループ内に含まれる複数のマイクロレンズのピッチ
と、他のグループないに含まれる複数のマイクロレンズ
のピッチは異なっている。
【００２７】この実施の形態の場合、複数の画素毎に、
レイアウトが可能となるために、先の実施の形態と比較
して、レイアウトの作業負荷が低減される。即ち、グル
ープ化する画素数を多くすると、レイアウト負荷は小さ
くなるが、その反面、光軸中心とフォトダイオード中心
がずれてくる画素が増えるので、光シェーディングが若
干大きくなる。従って、光シェーディングが許容範囲に
収まる程度までに、グループ化することが望ましい。例
えば、光軸のずれが０．１μｍ以内に収まるように、画
素をグループ化すれば、光シェーディングの低減に対す
る、悪影響は、実質的に、ほとんど無視できるレベルと
なる。このように、レイアウトの負荷が低減できる。つ
まり、設計コストが抑えられ、光シェーディングの少な
い、高感度の固体撮像装置が実現できるのである。
レイアウトが可能となるために、先の実施の形態と比較
して、レイアウトの作業負荷が低減される。即ち、グル
ープ化する画素数を多くすると、レイアウト負荷は小さ
くなるが、その反面、光軸中心とフォトダイオード中心
がずれてくる画素が増えるので、光シェーディングが若
干大きくなる。従って、光シェーディングが許容範囲に
収まる程度までに、グループ化することが望ましい。例
えば、光軸のずれが０．１μｍ以内に収まるように、画
素をグループ化すれば、光シェーディングの低減に対す
る、悪影響は、実質的に、ほとんど無視できるレベルと
なる。このように、レイアウトの負荷が低減できる。つ
まり、設計コストが抑えられ、光シェーディングの少な
い、高感度の固体撮像装置が実現できるのである。
【００２８】上記の実施の形態１及び２では、マイクロ
レンズの中心と開口部の中心とを一致するような構成を
とったが、図９に示すように、マイクロレンズ及び開口
部を光電変換領域に対して、撮像エリアの中心方向にず
らすとともに、マイクロレンズを開口部に対して、撮像
エリアの中心方向にずらす構成としてもよい。
レンズの中心と開口部の中心とを一致するような構成を
とったが、図９に示すように、マイクロレンズ及び開口
部を光電変換領域に対して、撮像エリアの中心方向にず
らすとともに、マイクロレンズを開口部に対して、撮像
エリアの中心方向にずらす構成としてもよい。
【００２９】この場合では、上記の実施の形態１及び２
と比較して、よりマイクロレンズ、開口部、光電変換領
域の位置調整が難しくなるが、周辺部での光電変換領域
への集光率はより良くなる。
と比較して、よりマイクロレンズ、開口部、光電変換領
域の位置調整が難しくなるが、周辺部での光電変換領域
への集光率はより良くなる。
【００３０】（第３の実施の形態）図１０に基づいて、
上記で説明した実施形態１及び２で説明した固体撮像装
置を用いた撮像システムについて説明する。
上記で説明した実施形態１及び２で説明した固体撮像装
置を用いた撮像システムについて説明する。
【００３１】図１０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４に結像させるレンズ、１０３
はレンズ１０２を通った光量を可変するための絞り、１
０４はレンズ１０２で結像された被写体を画像信号とし
て取り込むための実施形態１又は２の固体撮像装置、１
０５は、固体撮像装置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、１０
６は固体撮像素子１０４より出力される画像信号のアナ
ログ−ディジタル変換を行うＡ／Ｄ変換器、１０７はＡ
／Ｄ変換器６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１０４、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は各種演算とスチルビ
デオカメラ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。
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４に結像させるレンズ、１０３
はレンズ１０２を通った光量を可変するための絞り、１
０４はレンズ１０２で結像された被写体を画像信号とし
て取り込むための実施形態１又は２の固体撮像装置、１
０５は、固体撮像装置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、１０
６は固体撮像素子１０４より出力される画像信号のアナ
ログ−ディジタル変換を行うＡ／Ｄ変換器、１０７はＡ
／Ｄ変換器６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１０４、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は各種演算とスチルビ
デオカメラ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。
【００３２】次に、前述の構成における撮影時のスチル
ビデオカメラの動作について説明する。
ビデオカメラの動作について説明する。
【００３３】バリア１０１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。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、固体撮像装置１０
４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。
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。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、固体撮像装置１０
４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。
【００３４】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。
演算部１０９で行う。
【００３５】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。
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。
【００３６】次に、固体撮像装置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。
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。
【００３７】そして、合焦が確認された後に本露光が始
まる。
まる。
【００３８】露光が終了すると、固体撮像装置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。
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。
【００３９】その後、メモリ部１１０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
１１２に記録される。
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
１１２に記録される。
【００４０】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。
ピュータ等に入力して画像の加工を行ってもよい。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
画素の微細化、多画素化に伴うマイクロレンズの集光の
不均一性による光シェーディングを大幅に低減すること
が可能となり、この固体撮像装置を用いたビデオカメ
ラ、スチルビデオカメラなどの撮像システムにおいて、
再生画像の画質向上が実現できる。
画素の微細化、多画素化に伴うマイクロレンズの集光の
不均一性による光シェーディングを大幅に低減すること
が可能となり、この固体撮像装置を用いたビデオカメ
ラ、スチルビデオカメラなどの撮像システムにおいて、
再生画像の画質向上が実現できる。
【００４２】また、本発明を、複眼式固体撮像装置に適
応することにより、装置の小型化、特に、薄型化が実現
されるため、例えば、厚さ：３ｍｍ程度の、薄型カード
サイズカメラが実現できるのである。
応することにより、装置の小型化、特に、薄型化が実現
されるため、例えば、厚さ：３ｍｍ程度の、薄型カード
サイズカメラが実現できるのである。
【図１】本発明に係わる第１の実施の形態を示す平面レ
イアウト図である。
イアウト図である。
【図２】同じく、１つの撮像エリアの拡大図である。
【図３】本発明の画素の平面図と断面図である。
【図４】本発明に係わる複眼式固体撮像装置の断面図で
ある。
ある。
【図５】本発明の効果を説明するための図である。
【図６】本発明の固体撮像装置の出力波形図である。
【図７】本発明に係わる、１つの撮像エリアの等価回路
図である。
図である。
【図８】本発明に係わる第２の実施形態の、１つの撮像
エリアの拡大図である。
エリアの拡大図である。
【図９】本発明の画素の平面図と断面図である。
【図１０】撮像システムを表す図である。
【図１１】従来の平面レイアウト図である。
【図１２】従来の問題点を説明する図である。
【図１３】従来の光シェーディングを説明する図であ
る。
る。
１、２２０ 画素
２、２１６、２４０ 遮光層（遮光領域）
３ 開口部（開口領域）
４、２１２ マイクロレンズ
５ 光電変換領域（フォトダイオード領域）
６、２３０ シリコン（Ｓｉ）基板
７ ＳｉＮ保護膜
８ マイクロレンズ平坦化膜
９ａ〜９ｄ 撮像エリア（カラーフィルタ層）
１１は水平シフトレジスタ（ＨＳＲ）
１２は垂直シフトレジスタ（ＶＳＲ）
１３は読み出し回路
１４は出力アンプ
１５は配線層
１６ カラーフィルタ
１７ 撮像レンズ
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 27/14 - 27/146
H04N 5/335
Claims (10)
- 【請求項１】 それぞれ光電変換領域を２次元状に配列
した複数の撮像エリアと、前記各撮像エリアに対応して設けられた撮像レンズと、 前記 各光電変換領域に対応して、前記撮像レンズと前記
各光電変換領域の間に設けられた光を集光するためのマ
イクロレンズと、前記 各光電変換領域に対応して設けられた前記光電変換
領域へ光を入射するための開口部とを有し、 前記各撮像エリアの周辺部において、前記マイクロレン
ズと前記開口部の位置が、対応する前記光電変換領域よ
りも前記各撮像エリアの中心方向にずれた配置となって
いることを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項２】 請求項１において、前記マイクロレンズ
の中心と前記開口部の中心が略一致することを特徴とす
る固体撮像装置。 - 【請求項３】 請求項１又は請求項２において、前記マ
イクロレンズはＣＭＰ工程において平坦化された層の上
に形成されていることを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項４】 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に
おいて、前記撮像エリアの周辺部において、前記マイク
ロレンズは、対応する前記開口部よりも前記撮像エリア
の中心方向にずれた配置となっていることを特徴とする
固体撮像装置。 - 【請求項５】 それぞれ光電変換領域を２次元状に配列
した複数の撮像エリアと、前記各撮像エリアに対応して設けられた撮像レンズと、 前記 各光電変換領域に対応して、前記撮像レンズと前記
各光電変換領域の間に設けられた光を集光するためのマ
イクロレンズと、前記各光電変換領域に対応して設けられた前記光電変換
領域へ光を入射するための開口 部とを有し、前記各撮像エリアにはそれぞれ同一色のカラーフィルタ
が設けられ、撮像エリア全体と しては３色のカラーフィ
ルタが設けられており、 前記各撮像エリアの周辺部において、前記マイクロレン
ズと前記開口部の位置が、対応する前記光電変換領域よ
りも前記各撮像エリアの中心方向にずれて配置されると
ともに、異なる色のカラーフィルタが設けられた少なく
とも２つの前記撮像エリアでは、前記マイクロレンズ
と、対応する前記光電変換領域とのずれ量が異なること
を特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項６】 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に
おいて、前記複数の撮像エリアの内、同じ色フィルタを
配置している前記撮像エリアを複数有することを特徴と
する固体撮像装置。 - 【請求項７】 光電変換領域を２次元状に配列した撮像
エリアと、 ＣＭＰ工程において平坦化された層の上に形成された、
各光電変換領域に対応して撮像レンズと前記各光電変換
領域の間に設けられた光を集光するためのマイクロレン
ズと、前記各光電変換領域に対応して設けられた前記光電変換
領域へ光を入射するための開口 部とを有し、 前記撮像エリアの周辺部において、前記マイクロレンズ
と前記開口部の位置が、対応する前記光電変換領域より
も前記撮像エリアの中心方向にずれた配置となっている
ことを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項８】 請求項７において、各光電変換領域に対
応して設けられた前記光電変換領域へ光を入射するため
の開口部を有し、前記マイクロレンズの中心と前記開口
部の中心が略一致していることを特徴とする固体撮像装
置。 - 【請求項９】 光電変換領域を２次元状に配列した撮像
エリアと、前記 各光電変換領域に対応して、撮像レンズと前記各光
電変換領域の間に設けられた光を集光するためのマイク
ロレンズと、前記 各光電変換領域に対応して設けられた前記光電変換
領域へ光を入射するための開口部とを有し、 前記撮像エリアの周辺部において、前記マイクロレンズ
と前記開口部の位置が、対応する前記光電変換領域より
も前記撮像エリアの中心方向にずれた配置とするととも
に、前記撮像エリア内の複数のマイクロレンズを含む第
１の領域内の前記マイクロレンズのピッチが、前記第１
の領域とは異なる複数のマイクロレンズを含む第２の領
域内の前記マイクロレンズのピッチと異なることを特徴
とする固体撮像装置。 - 【請求項１０】 請求項１乃至請求項９のいずれか１項
の固体撮像装置と、前記固体撮像装置に光を結像するた
めのレンズと、前記固体撮像装置からの信号を処理する
信号処理部と、を有する撮像システム。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000365551A JP3478796B2 (ja) | 2000-11-30 | 2000-11-30 | 固体撮像装置 |
| US09/768,500 US6995800B2 (en) | 2000-01-27 | 2001-01-25 | Image pickup apparatus utilizing a plurality of converging lenses |
| US11/180,533 US7280146B2 (en) | 2000-01-27 | 2005-07-14 | Image pickup apparatus having its peripheral conversion elements shifted outwardly as compared to converging lenses |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000365551A JP3478796B2 (ja) | 2000-11-30 | 2000-11-30 | 固体撮像装置 |
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|---|---|
| JP2002170944A JP2002170944A (ja) | 2002-06-14 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000365551A Expired - Fee Related JP3478796B2 (ja) | 2000-01-27 | 2000-11-30 | 固体撮像装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP4212447B2 (ja) * | 2003-09-30 | 2009-01-21 | 株式会社東芝 | 固体撮像装置および電子カメラ |
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| JP2006303540A (ja) * | 2006-07-26 | 2006-11-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 撮像装置 |
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| JP6549366B2 (ja) | 2014-09-19 | 2019-07-24 | 株式会社リコー | 光電変換素子、画像読取装置及び画像形成装置 |
| JP2016085414A (ja) * | 2014-10-28 | 2016-05-19 | オリンパス株式会社 | 撮像装置及びそれを用いた内視鏡 |
| JP6323493B2 (ja) * | 2016-05-16 | 2018-05-16 | 株式会社ニコン | 撮像素子および撮像装置 |
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| CN109346492B (zh) * | 2018-10-11 | 2020-07-28 | 长春长光辰芯光电技术有限公司 | 线阵图像传感器像素阵列及物体表面缺陷检测方法 |
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-
2000
- 2000-11-30 JP JP2000365551A patent/JP3478796B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
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