JP3571982B2 - Solid-state imaging device and solid-state imaging system having the same - Google Patents

Solid-state imaging device and solid-state imaging system having the same Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集光された光を電気信号に変換する画素を複数備えた固体撮像装置及び固体撮像システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、固体撮像装置は、たとえば特開平05−040201号公報に記載されているように、受光光を電気信号に変換するフォトダイオードなどの光電変換素子と、光電変換素子に光を入射させるために集光するマイクロレンズとを備えている。
【0003】
ここで、マイクロレンズは、近年の画素の小型化に伴って、フォトダイオードにおける受光光が減少することによって、フォトダイオードの受光感度が低下するのを防止するために備えられているものである。
【0004】
図7(a)は、従来の固体撮像装置の平面図である。図7(b)は、図7(a)に示した固体撮像装置の各画素の断面図である。図7(a)、図7(b)おいて、1はシリコン基板(Si基板)7上にフォトダイオード5を有する画素、2は画素1のうちフォトダイオード5以外の領域を遮光する遮光層、3は画素1のフォトダイオード5に光を入射させるための開口領域、4はフォトダイオード5に光を集光するマイクロレンズ、6はたとえば青・赤・緑などのカラーフィルタ層である。
【0005】
図7(a)に示したように、従来の固体撮像装置には、複数の画素1が配列されている。また、図7(b)に示したように、各画素1のフォトダイオード5の受光部の位置に合わせて開口領域3及びマイクロレンズ4が同一ピッチで形成されており、マイクロレンズ4によって集光された光の光軸と開口領域3の重心とが一致する。これにより、マイクロレンズ4を介した光は、フォトダイオード5の受光部のほぼ中心に集光される。
【0006】
このように、従来、各画素1のフォトダイオード5の位置に対応させてマイクロレンズ4の位置を定めているため、画素1の小型化によって開口領域3の開口面積が少なくなっても、マイクロレンズ4により光を集光することによって受光感度の低下を防止している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の技術は、固体撮像装置の画素の配置位置によって、マイクロレンズによって集光された光の一部が、フォトダイオードに到達しないものがあり、このため、固体撮像装置の受光感度にばらつきが生じる場合があった。
【0008】
図8(a)、図8(b)は、上記問題が生じる原理の説明図である。図8(a)、図8(b)において、10は固体撮像装置によって撮像される被写体、11は被写体10からの光を固体撮像装置上へ結像させる撮像レンズである。なお、図8(a)、図8(b)において、図7(a)、図7(b)に示した部分と同様の部分には、同一の符号を付している。
【0009】
また、図8(a)、図8(b)において、(ii)は、固体撮像装置の中心付近に配置されている画素である。(i)及び(iii) は固体撮像装置の周辺に配置されている画素である。
【0010】
図8(a)に示すように、被写体10からの光は、撮像レンズ11を介して固体撮像装置上へ結像される。ここで、たとえば図8(b)(ii)に示す画素へ送られた被写体10からの光は、マイクロレンズ4を介してフォトダイオード5に入射される。
【0011】
一方、図8(b)(i),図8(b)(ii)に示す画素へ送られた被写体10からの光は、マイクロレンズ4を介した後に、一部が遮光層2の遮光領域により遮られ、フォトダイオード5に入射されない。このため、画素が撮影レンズから近いものと遠いものとで受光感度のばらつきをなくすことができなかった。
【0012】
図9は、図8に示した固体撮像装置の出力信号を示す図である。図9に示すように、従来の固体撮像装置の出力信号の平均値に対して、出力信号の最大値と最小値との開きは、10%以上である。
【0013】
すなわち、従来の固体撮像装置の出力信号の平均値を100mVとしたときに、出力信号の最大値が105mV以上、最小値が95mV以下である。なお、一般に、固体撮像装置の出力信号は、平均値に対して最大値と最小値との開きが10%より小さければ、再生画像に影響がないレベルと考えられている。
【0014】
そこで、本発明は、再生画像に影響がないようにするため、受光感度のばらつきが少ない固体撮像装置を提供することを課題とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明においては、入射光を集光する集光レンズと、前記集光レンズにより集光された光を電気信号に変換する光電変換素子と、前記光電変換素子に前記集光された光を入射させる開口領域及び前記光電変換素子以外の領域を遮光する遮光領域からなる遮光層とを有する画素を複数備えた固体撮像装置において、前記複数の画素からなる画素群の中心よりも周辺部に配置されている画素は、前記開口領域の重心が前記集光レンズの重心に対して周辺側に位置しており、前記複数の画素の各々は、前記集光された光の光軸が前記光電変換素子の受光部表面の重心を通るように構成され、かつ、前記集光された光の光軸が前記遮光層の開口領域の重心を通るように構成されている。
【0016】
また、本発明の固体撮像装置においては、入射光を集光する複数の集光レンズと、前記集光レンズから入射した光を電気信号に変換する光電変換素子を複数含む画素群と、前記集光レンズからの光を前記光電変換素子へ導く複数の開口領域とを有し、少なくとも前記画素群の周辺部に位置する画素では、前記集光レンズ及び前記開口領域が、対応する前記光電変換素子に対して前記画素群の中心方向にずれており、かつ、前記開口領域の重心が前記集光レンズの重心に対して周辺方向にずれており、前記集光レンズから入射した光の光軸が前記光電変換素子の受光部表面の重心を通り、かつ、前記集光レンズから入射した光の光軸が前記開口領域の重心を通るように画素が構成されている。
さらに、本発明のカメラは、上記何れかの固体撮像装置と、前記固体撮像装置側に被写体からの光を送る撮像レンズと、前記固体撮像装置の出力信号を記憶する記憶手段とを備える。
【0017】
【発明の実施の形態】
(実施形態1)
図1(a)は、本発明の実施形態1の固体撮像装置の画素群の平面図である。図1(b)は、図1(a)に示した画素群のうち1列目、3列目及び5列目の画素の断面図である。図1(a)、図1(b)において、1はシリコン基板(Si基板)7上に光電変換素子であるフォトダイオード5を有する画素、2は画素1のうちフォトダイオード5以外の領域を遮光する遮光領域を有する遮光層、3は遮光層2に備えられ画素1のフォトダイオード5に光を入射させるための開口領域、4はフォトダイオード5に光を集光するマイクロレンズ、6はたとえば青・赤・緑などのカラーフィルタ層である。
【0018】
なお、図1(a)には、説明の都合上、5×5画素にした例を示しているが、通常はたとえば数10万〜数100万画素を2次元状に配列させている。
【0019】
図1(a),図1(b)に示すように、本実施形態では、画素群の中心よりも周辺に配置されている画素1ほど、フォトダイオード5の受光部の重心が、マイクロレンズ4及び開口領域3の重心よりも周辺側に位置するように構成して、マイクロレンズ4により集光された光の光軸と、フォトダイオード5の受光部の重心とが一致するようにしている。
【0020】
すなわち、図1(b)に示すように、1列目の画素1はフォトダイオード5の受光部の重心に対して図面の右方向にマイクロレンズ4及び開口領域3の重心が位置するように構成し、3列目の画素1はフォトダイオード5の受光部の重心とマイクロレンズ4及び開口領域3の重心とが一致するように構成し、5列目の画素1はフォトダイオード5の受光部の重心に対して図面の左方向にマイクロレンズ4及び開口領域3の重心が位置するように構成している。なお、ここで、開口領域3の重心とは、開口領域3に任意の物質を配したときにその物質の重心となる位置をいう。
【0021】
このように、本実施形態では、画素群の中心よりも周辺に配置されている画素1ほど、フォトダイオード5の受光部の重心を、マイクロレンズ4及び開口領域3の重心よりも周辺側に位置するように構成することにより、図1(b)に示したように、マイクロレンズ4を介してフォトダイオード5へ入射する光が、遮光層2の遮光領域に遮られないようになる。
【0022】
図2は、図1に示した固体撮像装置の出力信号を示す図である。図2に示すように、本実施形態の固体撮像装置は、出力信号の平均値に対して、出力信号の最大値と最小値との開きが、10%より小さい。これは、フォトダイオード5への集光光が遮光層2に遮られないようになることにより受光感度のばらつきを少なくすることができるからである。
【0023】
(実施形態2)
図3(a)は、本発明の実施形態2の固体撮像装置の画素群の平面図である。図3(b)は、図3(a)に示した画素群のうち1列目、3列目及び5列目の画素の断面図である。なお、図3(a)、図3(b)において、図1(a)、図1(b)に示したものと同様の部分には、同一の符号を付している。
【0024】
図3(a),図3(b)に示すように、本実施形態では、画素群の中心よりも周辺に配置されている画素1ほど、フォトダイオード5の受光部の重心が、マイクロレンズ4の重心に対して周辺側に位置するように構成し、且つ開口領域3の重心も、マイクロレンズ4の重心に対して周辺側に位置するように構成して、マイクロレンズ4により集光された光の光軸と、フォトダイオード5の受光部の重心と、開口領域3の重心とがそれぞれ一致するようにしている。
【0025】
図3(a)、図3(b)に示したような画素1の構成は、たとえばカラーフィルタ層6の厚さがあるとき、すなわち遮光層2とマイクロレンズ4との間隔が大きい場合に有効である。
【0026】
このように、画素群の中心よりも周辺に配置されている画素1ほど、マイクロレンズ4の重心に対して開口領域3の重心と、フォトダイオード5の受光部の重心とを各々ずらすことにより、図1(a)、図1(b)に示した固体撮像装置よりも、さらに受光感度のばらつきを少なくすることができる。
【0027】
(実施形態3)
図4は、本発明の実施形態3の固体撮像装置の画素の断面図であって、図1(b)の1列目の画素及び3列目の画素に相当する図である。図4において、8は有機材料などからなる遮光用の黒フィルタ層、9はカラーフィルタ層6を平坦に形成するための平坦化層である。
【0028】
なお、黒フィルタ層8は、マイクロレンズ4のない部分に入射した光が、たとえば迷光、光によるクロストークなどの悪影響を生じさせないようにカラーフィルタ層6の製造プロセスなどにおいて作成される。また、図4において、図1(a)、図1(b)に示したものと同様の部分には、同一の符号を付している。
【0029】
本実施形態では、図4に示すように、画素群の中心よりも周辺に配置されている画素1ほど、フォトダイオード5の受光部の重心及び黒フィルタ層8の開口領域の重心が、マイクロレンズ4及び開口領域3の開口領域の重心よりも周辺側に位置するように構成して、マイクロレンズ4により集光された光の光軸と、フォトダイオード5の受光部の重心と、黒フィルタ層8の開口領域の重心とが一致するようにしている。
【0030】
なお、遮光層2は、図3(b)に示すようにずらして配置すると、さらに受光感度のばらつきを少なくすることができる。
【0031】
(実施形態4)
図5は、本発明の実施形態4の固体撮像装置の画素群の平面図である。図5に示すように、本実施形態の固体撮像装置は、長方形状の画素1を湾曲形状に配列している。こうして、光電変換を行う開口領域の開口率を配置位置毎に変化させることにより、オートフォーカスセンサなどとしてオートフォーカスカメラなどの固体撮像システムに適用することができる。なお、図1(a)に示した固体撮像装置と同様の部分には、同一の符号を付している。
【0032】
また、本実施形態では、図5に示すように、画素群の中心よりも周辺に配置されている画素1ほど、フォトダイオード5の受光部の重心が、マイクロレンズ4及び開口領域3の開口領域の重心よりも周辺側に位置するように構成して、マイクロレンズ4により集光された光の光軸と、フォトダイオード5の受光部の重心とが一致するようにしている。
【0033】
そのため、図5に示す固体撮像装置は、図1に示した固体撮像装置と同様に、受光感度のばらつきを少なくすることができる。なお、遮光層2は、図3(b)に示すようにずらして配置すると、さらに受光感度のばらつきを少なくすることができる。また、図4に示すように、黒フィルタ層を設けてもよい。
【0034】
(実施形態5)
図6は、本発明の実施形態5の固体撮像装置の画素群の平面図である。図6に示す画素群は、図示しない撮像レンズにいわゆる樽型収差がある場合の配置例を示している。すなわち、樽型収差のある撮像レンズに光が入射すると、マイクロレンズ4には光がゆがんで集光される。そこで、本実施形態の固体撮像装置は、このように光学系で発生する収差を、固体撮像装置側で補正する。
【0035】
なお、図6において、図1(a)に示した固体撮像装置と同様の部分には、同一の符号を付している。また、本実施形態においても、図1と同様に、マイクロレンズ4により集光された光の光軸と、フォトダイオード5の受光部の重心とが一致するようにしている。
【0036】
ちなみに、遮光層2は、図3(b)に示すようにずらして配置すると、さらに受光感度のばらつきを少なくすることができる。また、図4に示すように、黒フィルタ層を設けてもよい。
【0037】
以上、実施形態1〜5では、マイクロレンズを有する固体撮像装置を例に説明したが、光電変換装置はフォトダイオード以外にも、たとえばCCD、BASIS、CMOSセンサ、SITセンサ、CMD、AMIなど、どのタイプのセンサでも適用することができる。また、センサは複数行×複数列に配列した場合を例に説明したが、たとえば1行×複数列に配列してもよい。
【0038】
また、実施形態1〜5のいずれかに記載した固体撮像装置は、固体撮像装置に被写体からの光を入射させる撮像レンズと、固体撮像装置からの出力信号を記憶するメモリなどの記憶手段とを備えたビデオカメラやスチルビデオカメラなどの固体撮像システムにも適用することができる。
【0039】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の固体撮像装置は、集光レンズにより集光された光の光軸と、集光された光を電気信号に変換する光電変換素子の受光部の重心とが一致するように構成されているため、受光感度のばらつきをなくすことができる。
【0040】
また、上記固体撮像装置を備えたビデオカメラ、スチルビデオカメラ等の固体撮像システムは、画質を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1の固体撮像装置の画素群の平面図及び断面図である。
【図2】図1の固体撮像装置の出力信号を示す図である。
【図3】本発明の実施形態2の固体撮像装置の画素群の平面図及び断面図である。
【図4】本発明の実施形態3の固体撮像装置の画素群の断面図である。
【図5】本発明の実施形態4の固体撮像装置の画素群の平面図である。
【図6】本発明の実施形態5の固体撮像装置の画素群の平面図である。
【図7】従来の固体撮像装置の画素群の平面図と断面図である。
【図8】従来の固体撮像装置の課題の説明図である。
【図9】図8に示した固体撮像装置の出力信号を示す図である。
【符号の説明】
1 画素
2 遮光層
3 開口領域
4 マイクロレンズ
5 フォトダイオード
6 カラーフィルタ層
7 Si基板
8 黒フィルタ層
9 平坦化層
10 被写体
11 撮像レンズ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a solid-state imaging device and a solid-state imaging system including a plurality of pixels that convert collected light into an electric signal.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 05-040201, a solid-state imaging device includes a photoelectric conversion element such as a photodiode for converting received light into an electric signal, and a light-emitting element for making light incident on the photoelectric conversion element. A microlens for focusing.
[0003]
Here, the microlens is provided to prevent a decrease in light reception sensitivity of the photodiode due to a decrease in light reception by the photodiode accompanying the recent miniaturization of pixels.
[0004]
FIG. 7A is a plan view of a conventional solid-state imaging device. FIG. 7B is a cross-sectional view of each pixel of the solid-state imaging device shown in FIG. 7A and 7B, reference numeral 1 denotes a pixel having a photodiode 5 on a silicon substrate (Si substrate) 7, reference numeral 2 denotes a light-shielding layer for shielding a region other than the photodiode 5 in the pixel 1, Reference numeral 3 denotes an opening region for allowing light to enter the photodiode 5 of the pixel 1, 4 denotes a microlens for condensing light on the photodiode 5, and 6 denotes a color filter layer of, for example, blue, red, or green.
[0005]
As shown in FIG. 7A, a plurality of pixels 1 are arranged in a conventional solid-state imaging device. Further, as shown in FIG. 7B, the aperture regions 3 and the micro lenses 4 are formed at the same pitch in accordance with the position of the light receiving portion of the photodiode 5 of each pixel 1, and the light is condensed by the micro lenses 4. The optical axis of the applied light coincides with the center of gravity of the opening region 3. As a result, the light passing through the microlens 4 is focused on almost the center of the light receiving section of the photodiode 5.
[0006]
As described above, since the position of the microlens 4 is conventionally determined in accordance with the position of the photodiode 5 of each pixel 1, even if the opening area of the opening region 3 is reduced due to the miniaturization of the pixel 1, the microlens 4 By condensing the light by 4, the light receiving sensitivity is prevented from lowering.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional technology, some of the light condensed by the microlens does not reach the photodiode depending on the arrangement position of the pixels of the solid-state imaging device, and therefore, the light receiving sensitivity of the solid-state imaging device varies. May occur.
[0008]
FIGS. 8A and 8B are explanatory diagrams of the principle in which the above problem occurs. 8A and 8B, reference numeral 10 denotes a subject imaged by the solid-state imaging device, and reference numeral 11 denotes an imaging lens that forms light from the subject 10 on the solid-state imaging device. 8 (a) and 8 (b), the same parts as those shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b) are denoted by the same reference numerals.
[0009]
8A and 8B, (ii) is a pixel disposed near the center of the solid-state imaging device. (I) and (iii) are pixels arranged around the solid-state imaging device.
[0010]
As shown in FIG. 8A, light from the subject 10 is imaged on the solid-state imaging device via the imaging lens 11. Here, for example, the light from the subject 10 sent to the pixels shown in FIGS. 8B and 8B enters the photodiode 5 through the microlens 4.
[0011]
On the other hand, the light from the subject 10 sent to the pixels shown in FIGS. 8B, 8I and 8B And is not incident on the photodiode 5. For this reason, it has not been possible to eliminate the variation in the light receiving sensitivity between a pixel close to the photographing lens and a pixel far from the photographing lens.
[0012]
FIG. 9 is a diagram illustrating output signals of the solid-state imaging device illustrated in FIG. As shown in FIG. 9, the difference between the maximum value and the minimum value of the output signal is 10% or more of the average value of the output signal of the conventional solid-state imaging device.
[0013]
That is, when the average value of the output signal of the conventional solid-state imaging device is 100 mV, the maximum value of the output signal is 105 mV or more and the minimum value is 95 mV or less. In general, the output signal of the solid-state imaging device is considered to have a level that does not affect the reproduced image if the difference between the maximum value and the minimum value with respect to the average value is smaller than 10%.
[0014]
Therefore, an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device with less variation in light receiving sensitivity so as not to affect a reproduced image.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, in the present invention, a condenser lens for condensing incident light, a photoelectric conversion element for converting light condensed by the condenser lens into an electric signal, and a photoelectric conversion element In a solid-state imaging device including a plurality of pixels each having an opening area for receiving the condensed light and a light-shielding layer including a light-shielding area that shields an area other than the photoelectric conversion element, a pixel group including the plurality of pixels is provided. In the pixels arranged in the peripheral part from the center, the center of gravity of the opening area is located on the peripheral side with respect to the center of gravity of the condenser lens, and each of the plurality of pixels is the collected light. Is configured to pass through the center of gravity of the light receiving portion surface of the photoelectric conversion element, and the optical axis of the collected light is configured to pass through the center of gravity of the opening region of the light shielding layer.
[0016]
Further, in the solid-state imaging device of the present invention, a plurality of condenser lenses for condensing incident light, a pixel group including a plurality of photoelectric conversion elements for converting light incident from the condenser lens into an electric signal, A plurality of aperture regions for guiding light from an optical lens to the photoelectric conversion element, and in a pixel located at least in a peripheral portion of the pixel group, the condenser lens and the aperture region correspond to the photoelectric conversion element. Is shifted toward the center of the pixel group, and the center of gravity of the aperture region is shifted in the peripheral direction with respect to the center of gravity of the condenser lens, and the optical axis of light incident from the condenser lens is The pixel is configured so that it passes through the center of gravity of the light receiving portion surface of the photoelectric conversion element and the optical axis of the light incident from the condenser lens passes through the center of gravity of the opening region.
Further, a camera according to the present invention includes any one of the solid-state imaging devices described above, an imaging lens that transmits light from a subject to the solid-state imaging device, and a storage unit that stores an output signal of the solid-state imaging device.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(Embodiment 1)
FIG. 1A is a plan view of a pixel group of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1B is a cross-sectional view of the pixels in the first, third, and fifth columns of the pixel group shown in FIG. 1A and 1B, reference numeral 1 denotes a pixel having a photodiode 5 as a photoelectric conversion element on a silicon substrate (Si substrate) 7, and reference numeral 2 denotes a light-shielding region of the pixel 1 other than the photodiode 5. A light-shielding layer having a light-shielding region, 3 is an opening region provided in the light-shielding layer 2 for making light incident on the photodiode 5 of the pixel 1, 4 is a microlens for condensing light on the photodiode 5, and 6 is, for example, blue・ Color filter layer for red, green, etc.
[0018]
Although FIG. 1A shows an example in which 5 × 5 pixels are provided for convenience of description, normally, for example, several hundred thousand to several million pixels are arranged two-dimensionally.
[0019]
As shown in FIGS. 1A and 1B, in the present embodiment, the center of gravity of the light receiving portion of the photodiode 5 is closer to the microlens 4 for the pixel 1 disposed closer to the periphery than the center of the pixel group. In addition, the optical axis of the light condensed by the microlens 4 and the center of gravity of the light receiving portion of the photodiode 5 coincide with each other.
[0020]
That is, as shown in FIG. 1B, the pixels 1 in the first column are configured such that the center of gravity of the microlens 4 and the center of the aperture region 3 are located rightward in the drawing with respect to the center of gravity of the light receiving portion of the photodiode 5. The pixel 1 in the third column is configured such that the center of gravity of the light receiving portion of the photodiode 5 coincides with the center of gravity of the microlens 4 and the opening region 3. The center of gravity of the microlens 4 and the opening area 3 is located to the left of the drawing with respect to the center of gravity. Here, the center of gravity of the opening region 3 refers to a position that becomes the center of gravity of an arbitrary substance when the substance is arranged in the opening region 3.
[0021]
As described above, in the present embodiment, the center of gravity of the light receiving portion of the photodiode 5 is positioned closer to the peripheral side than the center of gravity of the microlens 4 and the opening region 3 in the pixel 1 disposed closer to the periphery of the center of the pixel group. With this configuration, as shown in FIG. 1B, light incident on the photodiode 5 via the microlens 4 is not blocked by the light-blocking region of the light-blocking layer 2.
[0022]
FIG. 2 is a diagram illustrating output signals of the solid-state imaging device illustrated in FIG. As shown in FIG. 2, in the solid-state imaging device according to the present embodiment, the difference between the maximum value and the minimum value of the output signal is smaller than 10% with respect to the average value of the output signal. This is because variation in the light receiving sensitivity can be reduced by preventing the light condensed on the photodiode 5 from being blocked by the light shielding layer 2.
[0023]
(Embodiment 2)
FIG. 3A is a plan view of a pixel group of the solid-state imaging device according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. 3B is a cross-sectional view of the pixels in the first, third, and fifth columns in the pixel group shown in FIG. 3 (a) and 3 (b), the same reference numerals are given to the same parts as those shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b).
[0024]
As shown in FIGS. 3A and 3B, in the present embodiment, the closer the pixel 1 is located to the periphery than the center of the pixel group, the more the center of gravity of the light receiving portion of the photodiode 5 is shifted to the micro lens 4. And the center of gravity of the aperture region 3 is also located on the periphery side of the center of gravity of the microlens 4, and the light is collected by the microlens 4. The optical axis of the light, the center of gravity of the light receiving portion of the photodiode 5, and the center of gravity of the aperture region 3 are respectively matched.
[0025]
The configuration of the pixel 1 as shown in FIGS. 3A and 3B is effective, for example, when the thickness of the color filter layer 6 is large, that is, when the distance between the light shielding layer 2 and the microlens 4 is large. It is.
[0026]
As described above, the closer the pixel 1 is located to the periphery than the center of the pixel group is, the more the center of gravity of the aperture region 3 and the center of gravity of the light receiving section of the photodiode 5 are shifted from the center of gravity of the microlens 4. The variation in the light receiving sensitivity can be further reduced as compared with the solid-state imaging device shown in FIGS. 1A and 1B.
[0027]
(Embodiment 3)
FIG. 4 is a cross-sectional view of a pixel of the solid-state imaging device according to Embodiment 3 of the present invention, and is a diagram corresponding to the pixel in the first column and the pixel in the third column in FIG. In FIG. 4, reference numeral 8 denotes a light-shielding black filter layer made of an organic material or the like, and reference numeral 9 denotes a flattening layer for forming the color filter layer 6 flat.
[0028]
The black filter layer 8 is formed in a process of manufacturing the color filter layer 6 so that light incident on a portion without the microlens 4 does not cause adverse effects such as stray light and crosstalk due to light. Further, in FIG. 4, the same parts as those shown in FIGS. 1A and 1B are denoted by the same reference numerals.
[0029]
In this embodiment, as shown in FIG. 4, the closer the pixel 1 is located to the periphery than the center of the pixel group, the more the center of gravity of the light receiving portion of the photodiode 5 and the center of gravity of the opening area of the black filter layer 8 are the micro lens. 4 and the opening region 3 are located on the peripheral side of the center of gravity of the opening region, and the optical axis of the light condensed by the microlens 4, the center of gravity of the light receiving portion of the photodiode 5, and the black filter layer The center of gravity of the opening area 8 is matched with the center of gravity.
[0030]
When the light-shielding layers 2 are displaced as shown in FIG. 3B, variations in the light receiving sensitivity can be further reduced.
[0031]
(Embodiment 4)
FIG. 5 is a plan view of a pixel group of the solid-state imaging device according to Embodiment 4 of the present invention. As shown in FIG. 5, in the solid-state imaging device according to the present embodiment, rectangular pixels 1 are arranged in a curved shape. In this manner, by changing the aperture ratio of the aperture region where photoelectric conversion is performed for each arrangement position, the present invention can be applied to a solid-state imaging system such as an autofocus camera as an autofocus sensor. The same parts as those in the solid-state imaging device shown in FIG. 1A are denoted by the same reference numerals.
[0032]
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 5, the center of gravity of the light receiving portion of the photodiode 5 is closer to the microlens 4 and the opening area of the opening area 3 for the pixel 1 arranged closer to the periphery than the center of the pixel group. And the optical axis of the light condensed by the microlens 4 coincides with the center of gravity of the light-receiving portion of the photodiode 5.
[0033]
Therefore, the solid-state imaging device illustrated in FIG. 5 can reduce variation in light receiving sensitivity, similarly to the solid-state imaging device illustrated in FIG. When the light-shielding layers 2 are displaced as shown in FIG. 3B, variations in the light receiving sensitivity can be further reduced. Further, as shown in FIG. 4, a black filter layer may be provided.
[0034]
(Embodiment 5)
FIG. 6 is a plan view of a pixel group of a solid-state imaging device according to Embodiment 5 of the present invention. The pixel group shown in FIG. 6 shows an arrangement example in the case where an imaging lens (not shown) has a so-called barrel aberration. That is, when light enters the imaging lens having barrel aberration, the light is distorted and condensed on the microlens 4. Therefore, the solid-state imaging device according to the present embodiment corrects the aberration generated in the optical system as described above on the solid-state imaging device side.
[0035]
Note that, in FIG. 6, the same parts as those of the solid-state imaging device shown in FIG. Also in this embodiment, similarly to FIG. 1, the optical axis of the light condensed by the microlens 4 and the center of gravity of the light receiving portion of the photodiode 5 match.
[0036]
By the way, if the light shielding layer 2 is displaced as shown in FIG. 3B, the variation in the light receiving sensitivity can be further reduced. Further, as shown in FIG. 4, a black filter layer may be provided.
[0037]
As described above, in the first to fifth embodiments, the solid-state imaging device having a microlens has been described as an example, but the photoelectric conversion device may be any other than a photodiode, such as a CCD, a BASIS, a CMOS sensor, a SIT sensor, a CMD, and an AMI. A type of sensor can also be applied. Further, the case where the sensors are arranged in a plurality of rows × a plurality of columns has been described as an example, but the sensors may be arranged in a row × a plurality of columns, for example.
[0038]
The solid-state imaging device according to any one of Embodiments 1 to 5 includes an imaging lens that causes light from a subject to enter the solid-state imaging device, and a storage unit such as a memory that stores an output signal from the solid-state imaging device. The present invention can also be applied to a solid-state imaging system such as a video camera or a still video camera provided with the camera.
[0039]
【The invention's effect】
As described above, in the solid-state imaging device of the present invention, the optical axis of the light condensed by the condensing lens coincides with the center of gravity of the light receiving unit of the photoelectric conversion element that converts the condensed light into an electric signal. Therefore, variations in light receiving sensitivity can be eliminated.
[0040]
In addition, a solid-state imaging system such as a video camera or a still video camera provided with the solid-state imaging device can improve image quality.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view and a sectional view of a pixel group of a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating output signals of the solid-state imaging device of FIG. 1;
FIG. 3 is a plan view and a cross-sectional view of a pixel group of a solid-state imaging device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a sectional view of a pixel group of a solid-state imaging device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a plan view of a pixel group of a solid-state imaging device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a plan view of a pixel group of a solid-state imaging device according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a plan view and a sectional view of a pixel group of a conventional solid-state imaging device.
FIG. 8 is an explanatory diagram of a problem of a conventional solid-state imaging device.
FIG. 9 is a diagram illustrating output signals of the solid-state imaging device illustrated in FIG. 8;
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 pixel 2 light-shielding layer 3 opening area 4 microlens 5 photodiode 6 color filter layer 7 Si substrate 8 black filter layer 9 flattening layer 10 subject 11 imaging lens

Claims (8)

入射光を集光する集光レンズと、前記集光レンズにより集光された光を電気信号に変換する光電変換素子と、前記光電変換素子に前記集光された光を入射させる開口領域及び前記光電変換素子以外の領域を遮光する遮光領域からなる遮光層とを有する画素を複数備えた固体撮像装置において、
前記複数の画素からなる画素群の中心よりも周辺部に配置されている画素は、前記開口領域の重心が前記集光レンズの重心に対して周辺側に位置しており、
前記複数の画素の各々は、前記集光された光の光軸が前記光電変換素子の受光部表面の重心を通るように構成され、かつ、前記集光された光の光軸が前記遮光層の開口領域の重心を通るように構成されていることを特徴とする固体撮像装置。
A condensing lens for condensing incident light, a photoelectric conversion element for converting the light condensed by the condensing lens into an electric signal, an opening area for making the condensed light incident on the photoelectric conversion element, and In a solid-state imaging device including a plurality of pixels having a light-shielding layer consisting of a light-shielding region that shields an area other than the photoelectric conversion element,
Pixels arranged at a peripheral portion from the center of the pixel group composed of the plurality of pixels, the center of gravity of the opening region is located on the peripheral side with respect to the center of gravity of the condenser lens,
Each of the plurality of pixels is configured such that an optical axis of the collected light passes through a center of gravity of a light receiving portion surface of the photoelectric conversion element, and an optical axis of the collected light is the light shielding layer. A solid-state imaging device configured to pass through the center of gravity of the opening region.
前記固体撮像装置の画素群の中心よりも周辺に設けられている画素ほど、前記光電変換素子の受光部表面の重心が前記集光レンズに対して前記画素群の中心から遠ざかる方向により進んで位置するように構成することを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。As the pixels are provided closer to the periphery than the center of the pixel group of the solid-state imaging device, the center of gravity of the surface of the light receiving unit of the photoelectric conversion element is more advanced with respect to the condensing lens in a direction away from the center of the pixel group. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein: 前記集光された光の光路にカラーフィルタ層を設けることを特徴とする請求項1から2のいずれか1項に記載の固体撮像装置。The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a color filter layer is provided in an optical path of the collected light. 前記光電変換素子に前記集光された光を入射させるための開口領域と、前記画素の前記集光レンズが設けられていない領域を遮光する遮光領域とからなるフィルタ層を有し、
前記複数の画素の各々は、前記集光された光の光軸が前記フィルタ層の開口領域の重心を通るように構成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
An aperture region for allowing the collected light to enter the photoelectric conversion element, and a filter layer including a light-shielding region that shields a region of the pixel where the light-collecting lens is not provided,
4. The device according to claim 1, wherein each of the plurality of pixels is configured such that an optical axis of the collected light passes through a center of gravity of an opening region of the filter layer. 5. The solid-state imaging device according to any one of the preceding claims.
前記画素群は、前記複数の画素を1次元又は2次元に配列してなることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の固体撮像装置。The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the pixel group includes the plurality of pixels arranged one-dimensionally or two-dimensionally. 前記画素群は、前記複数の画素を湾曲状に配列してなることを特徴とする請求項5に記載の固体撮像装置。The solid-state imaging device according to claim 5, wherein the pixel group includes the plurality of pixels arranged in a curved shape. 入射光を集光する複数の集光レンズと、前記集光レンズから入射した光を電気信号に変換する光電変換素子を複数含む画素群と、前記集光レンズからの光を前記光電変換素子へ導く複数の開口領域とを有し、
少なくとも前記画素群の周辺部に位置する画素では、前記集光レンズ及び前記開口領域が、対応する前記光電変換素子に対して前記画素群の中心方向にずれており、かつ、前記開口領域の重心が前記集光レンズの重心に対して周辺方向にずれており、前記集光レンズから入射した光の光軸が前記光電変換素子の受光部表面の重心を通り、かつ、前記集光レンズから入射した光の光軸が前記開口領域の重心を通るように画素が構成されていることを特徴とする固体撮像装置。
A plurality of condenser lenses for condensing incident light, a pixel group including a plurality of photoelectric conversion elements for converting light incident from the condenser lens to an electric signal, and light from the condenser lens to the photoelectric conversion elements A plurality of opening areas for guiding,
At least the pixels located at the periphery of the pixel group have the condensing lens and the aperture region deviated in the center direction of the pixel group with respect to the corresponding photoelectric conversion element, and the center of gravity of the aperture region Are shifted in the peripheral direction with respect to the center of gravity of the condenser lens, and the optical axis of light incident from the condenser lens passes through the center of gravity of the light receiving portion surface of the photoelectric conversion element, and is incident from the condenser lens. A pixel configured such that an optical axis of the light passes through a center of gravity of the opening region.
請求項1から7のいずれか1項に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置側に被写体からの光を送る撮像レンズと、
前記固体撮像装置の出力信号を記憶する記憶手段とを備えることを特徴とするカメラ
A solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 7 ,
An imaging lens that sends light from a subject to the solid-state imaging device side;
Camera comprising: a storage means for storing an output signal of the solid-state imaging device.
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