JP6094832B2 - 固体撮像素子および撮像装置 - Google Patents
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Description
まず、図面を参照しながら、本開示の実施形態における固体撮像素子の基本構成および動作原理を説明する。以下の説明において、波長域または色成分の異なる光を空間的に分離することを「分光」と称する。また、光を検知する空間的な最小単位を「光検出セル」または「画素」と称する。画素ピッチは、光検出セルの中心間隔を意味する。更に、撮像面に平行な平面を「xy面」、撮像面の水平方向を「x軸」、撮像面の垂直方向を「y軸」、撮像面に垂直な方向を「z軸」と称する。
図6(a)は、光検出セルアレイ200のうち、光検出セル1M、1Gが交互に配列された行を示す平面図であり、図6(b)は、その行に対向する分光要素3Gの断面構成を示す模式図である。一方、図7(a)は、光検出セルアレイ200のうち、光検出セル1C、1Yが交互に配列された行を示す平面図であり、図7(b)は、その行に対向する分光要素3Cの断面構成を示す模式図である。
次に、本開示の第2の実施形態を説明する。
次に、図23を参照しながら、本開示の実施形態で使用され得る分光要素アレイを製造する方法の一例を説明する。
上記の実施形態では、全画素の半分の画素に板状部材が配置されているが、比較のため、全画素に板状部材を配置する例(比較例)を検討する。この比較例では、分光要素アレイの構成が上記の実施形態における分光要素アレイから異なっている。比較例の分光要素アレイは、分光特性が異なる4種類の分光要素を含み、全ての光検出セルに何れかの分光要素が対向している。
以下、図33および図34を参照しながら、本開示における撮像装置の実施形態を説明する。
2 低屈折率透明層
3 高屈折率透明部
3G、3M、3Y、3C 分光要素
4G、4M、4Y、4C マイクロレンズ
5M、5Y 光の通らない領域
10 固体撮像素子
11 光学フィルタ
12 光学レンズ
13 信号発生/受信部
14 素子駆動部
15 画像信号生成部
16 画像信号出力部
20 光検出セル
20a、20b、20c、20d 光検出セル
100 分光要素アレイ
200 光検出セルアレイ
300 撮像部
400 信号処理部
Claims (15)
- 各々が第1の光検出セル、第2の光検出セル、第3の光検出セル、および第4の光検出セルを含む複数の単位ブロックが撮像面に沿って2次元状に配列された光検出セルアレイと、
前記光検出セルアレイに対向して配置された分光要素アレイであって、複数の高屈折率透明部と、前記複数の高屈折率透明部の屈折率よりも低い屈折率を有して前記複数の高屈折率透明部の間を埋める低屈折率透明層とを備え、前記光検出セルアレイの前記複数の単位ブロックに対向するように配列された複数の分光要素対を含む分光要素アレイと、
を備え、
前記複数の分光要素対の各々は、
前記複数の高屈折率透明部の1つを含み、入射光を第1の色成分の光と第2の色成分の光とに分ける第1の分光要素と、前記複数の高屈折率透明部の他の1つを含み、入射光を第3の色成分の光と第4の色成分の光とに分ける第2の分光要素であり、
前記第1の分光要素は、前記第1の色成分の光を前記第1の光検出セルに入射させ、前記第2の色成分の光を前記第1の光検出セルに隣接する2つの前記第2の光検出セルに入射させるように配置され、
前記第2の分光要素は、前記第3の色成分の光を前記第3の光検出セルに入射させ、前記第4の色成分の光を前記第3の光検出セルに隣接する2つの前記第4の光検出セルに入射させるように配置され、
前記複数の高屈折率透明部は、前記撮像面に垂直な板状の形状を有し、互いに平行に配列され、
前記光検出セルアレイの複数の単位ブロックのうちで隣接する2つの単位ブロックに対向する2つの分光要素対に含まれる一方の分光要素対における前記複数の高屈折率透明部は、他方の分光要素対における前記複数の高屈折率透明部に対して直交している、
固体撮像素子。 - 前記複数の高屈折率透明部は、前記第1の光検出セルおよび前記第3の光検出セルに対向する位置に配置されており、
前記第2の光検出セルおよび前記第4の光検出セルの各々は、前記分光要素アレイにおいて隣接する2つの前記高屈折率透明部の間の領域に対向している、請求項1に記載の固体撮像素子。 - 各々が各分光要素に光を集める複数のマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイを更に備える請求項2に記載の固体撮像素子。
- 前記複数のマイクロレンズは、前記第1の分光要素に光を集める第1のマイクロレンズと、前記第2の分光要素に光を集める第2のマイクロレンズとによって構成されており、
前記第1および第2のマイクロレンズの各々は、前記第2および第4の光検出セルの一部を覆っている、請求項3に記載の固体撮像素子。 - 前記第1から第4の光検出セルは、各単位ブロック内で2行2列に配列されている、請求項1から4のいずれかに記載の固体撮像素子。
- 前記第1および第2の光検出セルは、前記撮像面に沿って第1の方向に交互に配列されており、
前記第3および第4の光検出セルは、前記撮像面に沿って前記第1の方向に交互に配列されており、
前記第1および第4の光検出セルは、前記撮像面に沿って前記第1の方向に交差する第2の方向に交互に配列されており、
前記第2および第3の光検出セルは、前記撮像面に沿って前記第2の方向に交互に配列されている、請求項1から5のいずれかに記載の固体撮像素子。 - 前記第1および第2の光検出セルは、前記撮像面に沿って第1の方向に交互に配列されており、
前記第3および第4の光検出セルは、前記撮像面に沿って前記第1の方向に交互に配列されており、
前記第1および第3の光検出セルは、前記撮像面に沿って前記第1の方向に交差する第2の方向に交互に配列されており、
前記第2および第4の光検出セルは、前記撮像面に沿って前記第2の方向に交互に配列されている、請求項1から5のいずれかに記載の固体撮像素子。 - 前記第1の分光要素に含まれる前記高屈折率透明部と前記第2の分光要素に含まれる前記高屈折率透明部とは、前記撮像面に垂直な板状の形状を有し、かつ、相互に高さが異なる、請求項1から7のいずれかに記載の固体撮像素子。
- 前記第1の分光要素に含まれる前記高屈折率透明部は、前記第1の色成分の光を透過し、前記第1の色成分以外の色成分の光を所定の方向に回折して前記第2の色成分の光を形成するように構成され、
前記第2の分光要素に含まれる前記高屈折率透明部は、前記第3の色成分の光を透過し、前記第3の色成分以外の色成分の光を前記所定の方向に回折して前記第4の色成分の光を形成するように構成されている、請求項8に記載の固体撮像素子。 - 前記第1の分光要素に含まれる前記高屈折率透明部と前記第2の分光要素に含まれる前記高屈折率透明部とは、形状およびサイズの少なくとも一方で異なる、請求項1から5のいずれかに記載の固体撮像素子。
- 前記第1の分光要素に含まれる前記高屈折率透明部は、前記第1の色成分の光を透過し、前記第1の色成分以外の色成分の光を前記高屈折率透明部に垂直な方位に回折して前記第2の色成分の光を形成するように構成され、
前記第2の分光要素に含まれる前記高屈折率透明部は、前記第3の色成分の光を透過し、前記第3の色成分以外の色成分の光を前記高屈折率透明部に垂直な方位に回折して前記第4の色成分の光を形成するように構成されている、請求項10に記載の固体撮像素子。 - 前記第1の色成分は緑であり、前記第3の色成分はシアンである、請求項9または11に記載の固体撮像素子。
- 各々が第1の光検出セル、第2の光検出セル、第3の光検出セル、および第4の光検出セルを含む複数の単位ブロックが撮像面に沿って2次元状に配列された光検出セルアレイと、
前記光検出セルアレイに対向して配置された分光要素アレイであって、複数の高屈折率透明部と、前記複数の高屈折率透明部の屈折率よりも低い屈折率を有して前記複数の高屈折率透明部の間を埋める低屈折率透明層とを備え、前記光検出セルアレイの前記複数の単位ブロックに対向するように配列された複数の分光要素対を含む分光要素アレイと、
を備え、
前記複数の分光要素対の各々は、
前記複数の高屈折率透明部の1つを含み、入射光を第1の色成分の光と第2の色成分の光とに分ける第1の分光要素と、前記複数の高屈折率透明部の他の1つを含み、入射光を第3の色成分の光と第4の色成分の光とに分ける第2の分光要素であり、
前記第1の分光要素は、前記第1の色成分の光を前記第1の光検出セルに入射させ、前記第2の色成分の光を前記第1の光検出セルに隣接する2つの前記第2の光検出セルに入射させるように配置され、
前記第2の分光要素は、前記第3の色成分の光を前記第3の光検出セルに入射させ、前記第4の色成分の光を前記第3の光検出セルに隣接する2つの前記第4の光検出セルに入射させるように配置され、
前記第1および第3の光検出セルは、前記撮像面に沿って第1の方向に交互に配列され、
前記第2および第4の光検出セルは、前記撮像面に沿って前記第1の方向に交互に配列され、かつ、前記第1の方向に交差する第2の方向に交互に配列され、
前記第1の光検出セルは、前記撮像面に沿って前記第2の方向に配列され、
前記第3の光検出セルは、前記撮像面に沿って前記第2の方向に配列されている、固体撮像素子。 - 前記第1の方向に沿って交互に配列される前記第1および第3の光検出セルに含まれる前記高屈折率透明部は、相互に平行であり、
前記第2の方向に沿って配列される前記第1の光検出セルに含まれる前記高屈折率透明部は、交互に垂直であり、
前記第2の方向に沿って配列される前記第3の光検出セルに含まれる前記高屈折率透明部は、交互に垂直である、請求項13に記載の固体撮像素子。 - 請求項1から14のいずれかに記載の固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の撮像面に被写体像を形成する光学系と、
前記固体撮像素子から出力される信号を処理する画像処理部と、
を備える撮像装置。
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