JP3920683B2 - 撮像素子 - Google Patents
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- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被写体光を光電的に取り込むことで被写体画像を得る撮像素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年急速に普及しているデジタルカメラやビデオカメラの本体内には、被写体光を光電信号に変換して画像を記録するＣＣＤイメージセンサ（以下ＣＣＤと略記する）などの撮像素子が組み込まれている。このような撮像素子は、被写体光を受光して光電信号に変換する受光素子などから構成される画素が複数配置された画素領域を備えている。
【０００３】
図３は、ＣＣＤを用いた撮像素子の構成例である。撮像素子１００は、受光素子１０１と、垂直ＣＣＤ１０２と、水平ＣＣＤ１０３と、出力バッファ１０４とで構成される。この撮像素子１００では、受光素子１０１により光電変換された信号電荷が、垂直ＣＣＤ１０２、水平ＣＣＤ１０３へと順次転送され、出力バッファ１０４により増幅されて外部に出力される。
【０００４】
上記のような構成の撮像素子では、カラー画像を得るために色フィルタが各受光素子上に配置される。図４は、色フィルタの配列の一例を示す配置図である。ＲＧＢは、それぞれ赤緑青のフィルタを示し、１１０が赤の色フィルタ、１１１が青の色フィルタ、１１２が緑の色フィルタである。
【０００５】
図５は、従来の撮像素子の断面図である。撮像素子１２０は、基板１２１、受光素子１２２、第１保護膜１２３、色フィルタ１２４、第２保護膜１２５、マイクロレンズ１２６から構成される。基板１２１に受光素子１２２が配置される。各受光素子１２２上には、第１保護膜１２３を介して色フィルタ１２４が配置される。また、集光率を向上させるためにマイクロレンズ１２６が第２保護膜１２５を介して受光素子１２２の真上に配置される。これらの受光素子１２２、色フィルタ１２４、およびマイクロレンズ１２６などにより、１つの画素１２７（図中２点鎖線で囲む部分）が構成され、この画素１２７が複数配置されて画素領域１２８が形成される。
【０００６】
ところで、このような撮像素子には、画素領域の中央部に比べて周辺部の信号出力が減衰するシェーディングという現象が発生する。このシェーディングは、周辺部へ入射光が斜めに入射して光電変換効率が悪化することに起因する。また、中央部と周辺部で色フィルタの各色毎にズレが生じる色シェーディングという現象も知られている。シェーディングや色シェーディングが発生すると、画素領域の中央部と周辺部で画像や色のバランスが悪くなって、製品の性能を著しく低下させる。
【０００７】
一方、前記撮像素子は、入射光量に対する光電変換し得る範囲、所謂ダイナミックレンジが狭いので、高コントラストの被写体を撮像する場合、高輝度部が白一色となる白つぶれ、あるいは低輝度部が黒一色となる黒つぶれの問題がある。
【０００８】
この問題を解決する方法として、特開平１０−１８９９３０号公報には、色フィルタを複数の異なる濃度で形成することにより広いダイナミックレンジを実現させた撮像素子が記載されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１０−１８９９３０号公報に記載の撮像素子は、シェーディングや色シェーディングへの対策がなされていないため、汎用性に乏しいという欠点があった。
【００１０】
本発明は、画素領域の全面に亘ってシェーディングおよび色シェーディングのない良好な画像を得ることができる撮像素子を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、被写体光を受光して光電信号に変換する受光素子と、この受光素子上に形成された色フィルタとから構成される画素が複数配置された画素領域を備えた撮像素子において、色フィルタの膜厚または濃度を、前記画素領域の中央部から周辺部に向かって徐々に変化させることにより、シェーディングを補正するものである。
【００１２】
また、本発明は、色フィルタが複数色で配列され、前記膜厚または濃度の変化量を、各色フィルタ毎に設定することにより、色シェーディングを補正するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明を実施した撮像素子の第１の実施例を示す。撮像素子２は、基板３、受光素子４、第１保護膜５、色フィルタ６、第２保護膜７、マイクロレンズ８から構成される。基板３は、シリコンウエハなどの半導体からなり、この基板３上に受光素子４が配置される。各受光素子４上には、第１保護膜５を介して色フィルタ６が配置される。また、集光率を向上させるためにマイクロレンズ８が第２保護膜７を介して受光素子４の真上に配置される。これらの受光素子４、色フィルタ６、およびマイクロレンズ８などにより、１つの画素９（図中２点鎖線で囲む部分）が構成され、この画素９が複数配置されて画素領域１０が形成される。
【００１４】
色フィルタ６の膜厚は、画素領域１０の中央部（中心線Ｏ１で示す部分）から周辺部（矢印Ｘ１方向）に向かって徐々に変化する。すなわち、画素領域１０の中央部における色フィルタ６の膜厚Ｌ１よりも、周辺部における膜厚Ｌ２のほうが小になるように徐々に変化する。これに伴い第２保護膜７の膜厚も中央部から周辺部に向かって徐々に大となる。色フィルタ６の膜厚の変化量は、各色フィルタ毎に、色シェーディングを補正するための最適な値に設定される。
【００１５】
図２に、本発明を実施した撮像素子の第２の実施例を示す。第１の実施例と同様に、撮像素子２０は、基板２１、受光素子２２、第１保護膜２３、色フィルタ２４、第２保護膜２５、マイクロレンズ２６から構成される。基板２１は、シリコンウエハなどの半導体からなり、この基板２１上に受光素子２２が配置される。各受光素子２２上には、第１保護膜２３を介して色フィルタ２４が配置される。また、集光率を向上させるためにマイクロレンズ２６が第２保護膜２５を介して受光素子２２の真上に配置される。これらの受光素子２２、色フィルタ２４、およびマイクロレンズ２６などにより、１つの画素２７（図中２点鎖線で囲む部分）が構成され、この画素２７が複数配置されて画素領域２８が形成される。
【００１６】
色フィルタ２４の濃度は、画素領域２８の中央部（中心線Ｏ２で示す部分）から周辺部（矢印Ｘ２方向）に向かって徐々に変化する。すなわち、画素領域２８の中央部における色フィルタ２４の濃度よりも、周辺部における濃度のほうが薄くなるように徐々に変化する。この濃度の変化量は、各色フィルタ毎に、色シェーディングを補正するための最適な値に設定される。
【００１７】
第１の実施例では、画素領域１０の中央部における色フィルタ６の膜厚Ｌ１よりも、周辺部における膜厚Ｌ２のほうが小になるように徐々に変化する。このため、膜厚が均一な色フィルタを用いた場合よりも、周辺部における光電変換効率が改善される。また、この膜厚の変化量は、各色フィルタ毎に、色シェーディングを補正するための最適な値に設定される。したがって、画素領域の中央部に比べて周辺部の信号出力が減衰するシェーディングと、中央部と周辺部で色フィルタの各色毎にズレが生じる色シェーディングとを補正することができ、画素領域の全面に亘ってシェーディングおよび色シェーディングのない良好な画像を得ることが可能である。
【００１８】
第２の実施例では、画素領域２８の中央部における色フィルタ２４の濃度よりも、周辺部における濃度のほうが薄くなるように徐々に変化する。このため、濃度が均一な色フィルタを用いた場合よりも、周辺部における光電変換効率が改善される。また、この濃度の変化量は、各色フィルタ毎に、色シェーディングを補正するための最適な値に設定される。したがって、シェーディングと色シェーディングとを補正することができ、画素領域の全面に亘ってシェーディングおよび色シェーディングのない良好な画像を得ることが可能である。
【００１９】
なお、撮像素子としては、図３に示すＣＣＤによるものに限らず、ＭＯＳ型デバイスを用いたものにも本発明を適用できる。また、色フィルタの配列は、図４に示すＲＧＢ３色による原色系の構成でもよいし、シアン、イエロー、マゼンタの補色系による構成でもよく、これらを組み合わせて構成されるものでもよい。
【００２０】
上記実施形態では、色フィルタの膜厚を変化させる実施例と、濃度を変化させる実施例とを別にして説明したが、これらの実施例を同時に用いた場合についても本発明は有効である。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように、本発明の撮像素子によれば、色フィルタの膜厚または濃度を、撮像素子に形成された画素領域の中央部から周辺部に向かって徐々に変化させることによりシェーディングを補正し、この膜厚または濃度の変化量を、各色フィルタ毎に設定することにより色シェーディングを補正しているので、画素領域の全面に亘ってシェーディングおよび色シェーディングのない良好な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施した撮像素子の第１の実施例を示す断面図である。
【図２】撮像素子の第２の実施例を示す断面図である。
【図３】従来の撮像素子の構成例を示す概略図である。
【図４】色フィルタの配列の一例を示す配置図である。
【図５】従来の撮像素子の断面図である。
【符号の説明】
２、２０ 撮像素子
４、２２ 受光素子
６、２４ 色フィルタ
８、２６ マイクロレンズ
９、２７ 画素
１０、２８ 画素領域
【発明の属する技術分野】
本発明は、被写体光を光電的に取り込むことで被写体画像を得る撮像素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年急速に普及しているデジタルカメラやビデオカメラの本体内には、被写体光を光電信号に変換して画像を記録するＣＣＤイメージセンサ（以下ＣＣＤと略記する）などの撮像素子が組み込まれている。このような撮像素子は、被写体光を受光して光電信号に変換する受光素子などから構成される画素が複数配置された画素領域を備えている。
【０００３】
図３は、ＣＣＤを用いた撮像素子の構成例である。撮像素子１００は、受光素子１０１と、垂直ＣＣＤ１０２と、水平ＣＣＤ１０３と、出力バッファ１０４とで構成される。この撮像素子１００では、受光素子１０１により光電変換された信号電荷が、垂直ＣＣＤ１０２、水平ＣＣＤ１０３へと順次転送され、出力バッファ１０４により増幅されて外部に出力される。
【０００４】
上記のような構成の撮像素子では、カラー画像を得るために色フィルタが各受光素子上に配置される。図４は、色フィルタの配列の一例を示す配置図である。ＲＧＢは、それぞれ赤緑青のフィルタを示し、１１０が赤の色フィルタ、１１１が青の色フィルタ、１１２が緑の色フィルタである。
【０００５】
図５は、従来の撮像素子の断面図である。撮像素子１２０は、基板１２１、受光素子１２２、第１保護膜１２３、色フィルタ１２４、第２保護膜１２５、マイクロレンズ１２６から構成される。基板１２１に受光素子１２２が配置される。各受光素子１２２上には、第１保護膜１２３を介して色フィルタ１２４が配置される。また、集光率を向上させるためにマイクロレンズ１２６が第２保護膜１２５を介して受光素子１２２の真上に配置される。これらの受光素子１２２、色フィルタ１２４、およびマイクロレンズ１２６などにより、１つの画素１２７（図中２点鎖線で囲む部分）が構成され、この画素１２７が複数配置されて画素領域１２８が形成される。
【０００６】
ところで、このような撮像素子には、画素領域の中央部に比べて周辺部の信号出力が減衰するシェーディングという現象が発生する。このシェーディングは、周辺部へ入射光が斜めに入射して光電変換効率が悪化することに起因する。また、中央部と周辺部で色フィルタの各色毎にズレが生じる色シェーディングという現象も知られている。シェーディングや色シェーディングが発生すると、画素領域の中央部と周辺部で画像や色のバランスが悪くなって、製品の性能を著しく低下させる。
【０００７】
一方、前記撮像素子は、入射光量に対する光電変換し得る範囲、所謂ダイナミックレンジが狭いので、高コントラストの被写体を撮像する場合、高輝度部が白一色となる白つぶれ、あるいは低輝度部が黒一色となる黒つぶれの問題がある。
【０００８】
この問題を解決する方法として、特開平１０−１８９９３０号公報には、色フィルタを複数の異なる濃度で形成することにより広いダイナミックレンジを実現させた撮像素子が記載されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１０−１８９９３０号公報に記載の撮像素子は、シェーディングや色シェーディングへの対策がなされていないため、汎用性に乏しいという欠点があった。
【００１０】
本発明は、画素領域の全面に亘ってシェーディングおよび色シェーディングのない良好な画像を得ることができる撮像素子を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、被写体光を受光して光電信号に変換する受光素子と、この受光素子上に形成された色フィルタとから構成される画素が複数配置された画素領域を備えた撮像素子において、色フィルタの膜厚または濃度を、前記画素領域の中央部から周辺部に向かって徐々に変化させることにより、シェーディングを補正するものである。
【００１２】
また、本発明は、色フィルタが複数色で配列され、前記膜厚または濃度の変化量を、各色フィルタ毎に設定することにより、色シェーディングを補正するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明を実施した撮像素子の第１の実施例を示す。撮像素子２は、基板３、受光素子４、第１保護膜５、色フィルタ６、第２保護膜７、マイクロレンズ８から構成される。基板３は、シリコンウエハなどの半導体からなり、この基板３上に受光素子４が配置される。各受光素子４上には、第１保護膜５を介して色フィルタ６が配置される。また、集光率を向上させるためにマイクロレンズ８が第２保護膜７を介して受光素子４の真上に配置される。これらの受光素子４、色フィルタ６、およびマイクロレンズ８などにより、１つの画素９（図中２点鎖線で囲む部分）が構成され、この画素９が複数配置されて画素領域１０が形成される。
【００１４】
色フィルタ６の膜厚は、画素領域１０の中央部（中心線Ｏ１で示す部分）から周辺部（矢印Ｘ１方向）に向かって徐々に変化する。すなわち、画素領域１０の中央部における色フィルタ６の膜厚Ｌ１よりも、周辺部における膜厚Ｌ２のほうが小になるように徐々に変化する。これに伴い第２保護膜７の膜厚も中央部から周辺部に向かって徐々に大となる。色フィルタ６の膜厚の変化量は、各色フィルタ毎に、色シェーディングを補正するための最適な値に設定される。
【００１５】
図２に、本発明を実施した撮像素子の第２の実施例を示す。第１の実施例と同様に、撮像素子２０は、基板２１、受光素子２２、第１保護膜２３、色フィルタ２４、第２保護膜２５、マイクロレンズ２６から構成される。基板２１は、シリコンウエハなどの半導体からなり、この基板２１上に受光素子２２が配置される。各受光素子２２上には、第１保護膜２３を介して色フィルタ２４が配置される。また、集光率を向上させるためにマイクロレンズ２６が第２保護膜２５を介して受光素子２２の真上に配置される。これらの受光素子２２、色フィルタ２４、およびマイクロレンズ２６などにより、１つの画素２７（図中２点鎖線で囲む部分）が構成され、この画素２７が複数配置されて画素領域２８が形成される。
【００１６】
色フィルタ２４の濃度は、画素領域２８の中央部（中心線Ｏ２で示す部分）から周辺部（矢印Ｘ２方向）に向かって徐々に変化する。すなわち、画素領域２８の中央部における色フィルタ２４の濃度よりも、周辺部における濃度のほうが薄くなるように徐々に変化する。この濃度の変化量は、各色フィルタ毎に、色シェーディングを補正するための最適な値に設定される。
【００１７】
第１の実施例では、画素領域１０の中央部における色フィルタ６の膜厚Ｌ１よりも、周辺部における膜厚Ｌ２のほうが小になるように徐々に変化する。このため、膜厚が均一な色フィルタを用いた場合よりも、周辺部における光電変換効率が改善される。また、この膜厚の変化量は、各色フィルタ毎に、色シェーディングを補正するための最適な値に設定される。したがって、画素領域の中央部に比べて周辺部の信号出力が減衰するシェーディングと、中央部と周辺部で色フィルタの各色毎にズレが生じる色シェーディングとを補正することができ、画素領域の全面に亘ってシェーディングおよび色シェーディングのない良好な画像を得ることが可能である。
【００１８】
第２の実施例では、画素領域２８の中央部における色フィルタ２４の濃度よりも、周辺部における濃度のほうが薄くなるように徐々に変化する。このため、濃度が均一な色フィルタを用いた場合よりも、周辺部における光電変換効率が改善される。また、この濃度の変化量は、各色フィルタ毎に、色シェーディングを補正するための最適な値に設定される。したがって、シェーディングと色シェーディングとを補正することができ、画素領域の全面に亘ってシェーディングおよび色シェーディングのない良好な画像を得ることが可能である。
【００１９】
なお、撮像素子としては、図３に示すＣＣＤによるものに限らず、ＭＯＳ型デバイスを用いたものにも本発明を適用できる。また、色フィルタの配列は、図４に示すＲＧＢ３色による原色系の構成でもよいし、シアン、イエロー、マゼンタの補色系による構成でもよく、これらを組み合わせて構成されるものでもよい。
【００２０】
上記実施形態では、色フィルタの膜厚を変化させる実施例と、濃度を変化させる実施例とを別にして説明したが、これらの実施例を同時に用いた場合についても本発明は有効である。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように、本発明の撮像素子によれば、色フィルタの膜厚または濃度を、撮像素子に形成された画素領域の中央部から周辺部に向かって徐々に変化させることによりシェーディングを補正し、この膜厚または濃度の変化量を、各色フィルタ毎に設定することにより色シェーディングを補正しているので、画素領域の全面に亘ってシェーディングおよび色シェーディングのない良好な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施した撮像素子の第１の実施例を示す断面図である。
【図２】撮像素子の第２の実施例を示す断面図である。
【図３】従来の撮像素子の構成例を示す概略図である。
【図４】色フィルタの配列の一例を示す配置図である。
【図５】従来の撮像素子の断面図である。
【符号の説明】
２、２０ 撮像素子
４、２２ 受光素子
６、２４ 色フィルタ
８、２６ マイクロレンズ
９、２７ 画素
１０、２８ 画素領域
Claims (2)
- 被写体光を受光して光電信号に変換する受光素子と、該受光素子上に形成された色フィルタとから構成される画素が複数配置された画素領域を備えた撮像素子において、
前記色フィルタの膜厚または濃度を、前記画素領域の中央部から周辺部に向かって徐々に変化させることにより、シェーディングを補正することを特徴とする撮像素子。 - 前記色フィルタが複数色で配列され、前記膜厚または濃度の変化量を、各色フィルタ毎に設定することにより、色シェーディングを補正することを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002093003A JP3920683B2 (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | 撮像素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002093003A JP3920683B2 (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | 撮像素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003289547A JP2003289547A (ja) | 2003-10-10 |
| JP3920683B2 true JP3920683B2 (ja) | 2007-05-30 |
Family
ID=29237661
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002093003A Expired - Fee Related JP3920683B2 (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | 撮像素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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| KR100943491B1 (ko) | 2007-12-03 | 2010-02-22 | 주식회사 동부하이텍 | 이미지 센서 및 그의 제조 방법 |
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| CN109314746B (zh) * | 2017-12-22 | 2021-08-10 | 深圳配天智能技术研究院有限公司 | 图像传感器及其获取图像的方法、智能设备 |
| EP3506357A1 (en) | 2017-12-27 | 2019-07-03 | Thomson Licensing | An image sensor comprising an array of pixels for reducing the shadowing effect, and corresponding designing method and computer program product |
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2002
- 2002-03-28 JP JP2002093003A patent/JP3920683B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2003289547A (ja) | 2003-10-10 |
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