KR100825550B1 - 촬상 소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에서,촬상 소자(1)는, 입사광 중 특정한 색 성분의 추출에 이용되는 필터(2B)와, 입사광을 필터(2B)를 경유하여 관측하는 수광 소자(3B)와, 가시광 파장 영역에서 투과 억제 특성을 가짐과 함께 가시광 파장 영역보다 장파장 측의 파장 영역에서 투과 특성을 갖는 보정 필터(2Blk)와, 수광 소자(3B)에 의한 관측 결과를 보정하기 위해, 입사광을 보정 필터(2Blk)를 경유하여 관측하는 보정 수광 소자(3Blk)를 구비한다.
수광 소자, 보정 필터, 촬상 소자, 마이크로렌즈, 분광 필터, 전사 렌즈, 마젠타 필터, 수지층

Description

촬상 소자{IMAGE SENSOR}
본 발명은, 수광 소자를 구비하는 촬상 소자에 관한 것이다.
수광 소자는, 광을 전기 신호로 변환한다. 예를 들면, CMOS 또는 CCD 등의 수광 소자는, 인간의 시감도 영역인 가시광 파장 영역(예를 들면, 400㎚~700㎚의 파장 영역) 밖의 영역에서도 높은 감도를 갖고, 특히, 가시광 파장 영역보다 장파장 측의 파장 영역(이하, 「적외 영역」이라고 한다. 예를 들면, 700㎚~1200㎚의 파장 영역)에 대해서도 높은 감도를 갖는다.
수광 소자의 광 입사 측에는, 입사광으로부터 특정한 색 성분을 추출하기 위해 이용되는 유기 컬러 필터가 배치된다. 수광 소자는, 입사광을 유기 컬러 필터를 경유하여 받는다. 입사광에 대하여 유기 컬러 필터에 의해 색 분리가 행하여지기 때문에, 관측 대상으로 되어 있는 색 성분이 수광 소자에 의해 관측된다.
그러나, 유기 컬러 필터에는, 적외선의 컷 기능이 없기 때문에, 적외 영역에서 색 분리를 행하는 것은 곤란하다.
적외 영역에서의 광의 관측을 방지하기 위해, 수광 소자의 광 입사 측에, 무기 다층막에 의한 반사형의 적외선 컷 필터와 적외선 흡수형의 적외선 컷 필터가 배치되고, 카메라의 광학계에 병용되는 경우가 있다.
도 35는, 반사형의 적외선 컷 필터와 흡수형의 적외선 컷 필터에 대하여, 파장과 투과율과의 관계의 일례를 도시하는 그래프이다.
반사형의 적외선 컷 필터는, 글래스판 상에 무기 다층막을 형성함으로써 구성된다.
흡수형의 적외선 컷 필터에서는, 염료 또는 구리 이온에 의해 적외선이 흡수된다. 또한, 적외선 흡수형의 적외선 컷 필터에는, 금속 이온을 포함하는 글래스를 이용하는 타입, 유기 염료계를 이용하는 타입 등 복수의 종류가 있다.
무기 다층막에 의한 반사형의 적외선 컷 필터는, 필터면에 수직 방향의 입사광에 대하여 높은 적외선의 컷 기능을 갖지만, 경사 입사 등의 각도가 있는 적외선에 대해서는 충분한 컷 기능을 실현하는 것이 곤란하다.
따라서, 무기 다층막에 의한 반사형의 적외선 컷 필터의 컷 기능을 보충하여, 적외선의 경사 입사 또는 재입사의 영향을 저감시킬 목적으로, 적외선 흡수형의 적외선 컷 필터가 무기 다층막에 의한 반사형의 적외선 컷 필터와 병용된다.
반사형의 적외선 컷 필터와 흡수형의 적외선 컷 필터를 비교하면, 흡수형의 적외선 컷 필터 쪽이 반사형의 적외선 컷 필터보다도 저렴하다. 또한, 상술한 바와 같이, 흡수형의 적외선 컷 필터 쪽이 반사형의 적외선 컷 필터보다도, 각도가 있는 입사광의 적외선 컷 성능이 좋다.
이 때문에, 일반적으로, 흡수형의 적외선 컷 필터 쪽이 반사형의 적외선 컷 필터보다도 이용되는 기회가 많은 경향이 있다.
종래의 촬상 소자로서, 적색 광과 녹색 광과의 경계 및/또는 녹색 광과 청색 광과의 경계에서의 특정한 파장 영역의 광을 선택적으로 컷함으로써 색 순도를 보정하는 기능을 갖고, 적외선을 컷하는 기능을 더 갖는 색 순도 보정 필터를 구비하는 고체 촬상 소자가 있다(예를 들면, 일본 특개2000-19322호 공보:이하, 문헌 1이라고 함).
또한, 종래의 촬상 소자로서, 적외광 영역의 투과율을 대폭 감소시키고, 가시광 영역의 광을 투과시키는 적외선 흡수제가 배합되어 있고, 적외 컷 능력이 부여되어 있고, 촬상 소자 본체 전면에 분광 필터가 배치되어 있는 컬러 촬상 소자가 있다(예를 들면, 일본 특개소 63-73204호 공보:이하, 문헌 2라고 함).
그러나, 흡수형의 적외선 컷 필터를 이용한 경우, 흡수형의 적외선 컷 필터는, 두께가 1~3㎜ 정도이기 때문에, 카메라의 소형화 등이 곤란하게 되는 경우가 있다.
또한, 카메라 부재로서, 렌즈계에 적외선 컷 필터를 내장하는 경우, 코스트 삭감이 곤란하게 되는 경우가 있다.
상기 문헌 1 및 문헌 2의 촬상 소자는, 촬상 소자 본체의 전면 전체를 피복하는 적외선 컷 필터를 구비한다. 이 때문에, 촬상 소자에 구비되어 있는 모든 수광 소자에 대하여 적외선이 컷되어, 수광 소자에 의한 관측과 인간의 시각 감도에서 차가 발생하는 경우가 있다.
예를 들면, 문헌 2에서는, 이 문헌 2의 도 2 및 도 10에 도시하는 바와 같이, 적외선 컷 필터가 인간의 가시광 파장 영역 550㎚~700㎚의 광도 흡수하게 된다. 이와 같이, 촬상 소자에 구비되어 있는 모든 수광 소자에 대하여 적외선을 컷 하면, 녹의 감도, 특히 적의 감도가 저하하는 경우가 있다.
<발명의 개시>
본 발명의 제1 예에 따른 촬상 소자는, 입사광 중 특정한 색 성분의 추출에 이용되는 필터와, 상기 입사광을 상기 필터를 경유하여 관측하는 수광 소자와, 가시광 파장 영역에서 투과 억제 특성을 갖고, 상기 가시광 파장 영역보다 장파장 측의 파장 영역에서 투과 특성을 갖는 보정 필터와, 상기 수광 소자에 의한 관측 결과를 보정하기 위해, 상기 입사광을 상기 보정 필터를 경유하여 관측하는 보정 수광 소자를 구비한다.
이에 의해, 수광 소자에 의한 관측 결과로부터, 보정 수광 소자에 의한 관측 결과를 제거할 수 있어, 가시광 파장 영역만의 관측 결과를 고정밀도로 구할 수 있다.
본 발명의 제2 예에서, 상기 필터는, 녹 성분의 추출에 이용되는 녹 필터와, 청 성분의 추출에 이용되는 청 필터와, 적 성분의 추출에 이용되는 적 필터를 구비하며, 상기 수광 소자는, 상기 입사광을 상기 녹 필터를 경유하여 관측하는 녹 수광 소자와, 상기 입사광을 상기 청 필터를 경유하여 관측하는 청 수광 소자와, 상기 입사광을 상기 적 필터를 경유하여 관측하는 적 수광 소자를 구비한다.
본 발명의 제3 예에서, 상기 보정 필터는, 녹 성분의 추출에 이용되는 제1 필터 엘리먼트와 청 성분의 추출에 이용되는 제2 필터 엘리먼트 중 적어도 한 쪽과, 적 성분의 추출에 이용되는 제3 필터 엘리먼트를 겹쳐 구성된다.
이와 같이, 복수의 필터 엘리먼트를 적층함으로써, 가시광 파장 영역에서 투 과율이 억제되어, 적외 영역에서 고투과로 되는 보정 필터를 실현할 수 있어, 수광 소자에 의한 관측 결과를 이 보정 필터를 경유하여 입사광을 관측하는 보정 수광 소자에 의한 관측 결과를 이용하여 보정할 수 있다.
본 발명의 제4 예에서, 상기 보정 필터는, 상기 제1 필터 엘리먼트와 상기 제3 필터 엘리먼트를 겹친 구성이다.
본 발명의 제5 예에서, 상기 보정 필터는, 상기 제2 필터 엘리먼트와 상기 제3 필터 엘리먼트를 겹친 구성이다.
이 제4와 제5 예에서는, 보정 필터의 구성이 구체적으로 특정되어 있다.
본 발명의 제6 예에서, 상기 필터의 투과율과 상기 보정 필터의 투과율은, 가시광 파장 영역보다 장파장 측에서의 투과율이 동일 레벨로 되도록 조정되어 있다.
본 발명의 제7 예에서, 상기 녹 필터와 상기 제1 필터 엘리먼트는, 상기 가시광 파장 영역보다 장파장 측의 일부의 파장 영역에서 투과 억제 특성을 갖는다.
본 발명의 제8 예에서, 상기 녹 필터와 상기 제1 필터 엘리먼트는, 상기 가시광 파장 영역보다 장파장 측의 파장 영역에서의 투과율의 상승부를 억제하는 특성을 갖는다.
본 발명의 제9 예에서, 상기 녹 필터와 상기 제1 필터 엘리먼트는, 파장 780㎚을 포함하는 파장 영역에서의 투과율을 억제하는 특성을 갖는다.
이에 의해, 적외 영역에서의 투과율의 상승부에 기초하는 녹 성분의 관측 정밀도 저하를 방지할 수 있다.
본 발명의 제10 예에서, 상기 녹 필터, 상기 청 필터, 상기 적 필터, 상기 보정 필터는, 바둑판 형상으로 배치되어 면을 형성하고, 색 분리의 1단위를 형성한다.
이에 의해, 필터와 보정 필터를 적절하게 배치할 수 있다.
본 발명의 제11 예에서, 상기 녹 필터, 상기 청 필터, 상기 적 필터, 상기 보정 필터의 면적비는, 4:2:2:1로 한다.
이에 의해, 기존의 화상 처리 소프트웨어를 약간 변경하기만 하면, 변경 후의 기존의 화상 처리 소프트웨어를 이 촬상 소자에 대하여 적용 가능하게 된다.
본 발명의 제12 예에서, 상기 색 분리 단위는, 분광 특성이 서로 다른 복수의 종류의 상기 보정 필터를 포함한다.
이에 의해, 특성이 서로 다른 복수의 보정 필터를 경유하여 관측한 결과에 의해, 수광 소자에 의한 관측 결과를 보정할 수 있어, 입사광의 관측을 고정밀도로 행할 수 있다.
본 발명의 제13 예에서, 상기 촬상 소자는, 상기 수광 소자와 상기 보정 수광 소자와의 광 입사 측에 배치되고, 상기 가시광 파장 영역보다 장파장 측의 일부의 파장 영역에서 투과 억제 특성을 갖는 억제부를 더 구비한다.
본 발명의 제14 예에서, 상기 억제부는, 상기 가시광 파장 영역보다 장파장 측의 파장 영역에서의 투과율의 상승부를 억제하는 특성을 갖는다.
본 발명의 제15 예에서, 상기 억제부는, 파장 780㎚을 포함하는 파장 영역에서의 투과율을 억제하는 특성을 갖는다.
이에 의해, 적외 영역에서 녹 성분이 검출되는 것을 방지할 수 있고, 녹 성분의 관측 정밀도 저하를 방지할 수 있어, 입사광의 관측 정밀도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 제16 예에서, 상기 억제부는, 상기 입사광이 입사하는 면에 구비된 렌즈이다.
이에 의해, 촬상 소자의 렌즈보다 하층부의 두께를 얇게 할 수 있고, 연색성을 개선할 수 있어, 밝은 관측을 가능하게 하는 촬상 소자를 얻을 수 있다.
본 발명의 제17 예에서, 상기 촬상 소자는, 상기 수광 소자에 의한 관측 결과와 상기 보정 수광 소자에 의한 관측 결과의 차에 기초하여, 상기 특정한 색 성분의 관측 결과를 구한다.
이에 의해, 입사광 중 가시광 파장 영역에서의 성분만을 고정밀도로 관측할 수 있다.
본 발명의 제18 예에 따른 촬상 소자는, 입사광 중 녹 성분의 추출에 이용되는 제1 필터 엘리먼트와 청 성분의 추출에 이용되는 제2 필터 엘리먼트 중 적어도 한 쪽과, 적 성분의 추출에 이용되는 제3 필터 엘리먼트와의 광학적인 중첩에 의해 구성되는 필터와, 상기 입사광을, 상기 필터를 경유하여 관측하는 수광 소자를 구비한다.
이 촬상 소자는, 예를 들면 적외선 센서에 이용할 수 있다.
본 발명의 제19 예에서, 상기 촬상 소자는, 상기 녹 수광 소자에서 관측된 관측 데이터값으로부터 상기 보정 수광 소자에서 관측된 관측 데이터값을 감산하여 보정된 녹의 관측 데이터값을 구하고, 상기 청 수광 소자에서 관측된 관측 데이터값으로부터 상기 보정 수광 소자에서 관측된 관측 데이터값을 감산하여 보정된 청의 관측 데이터값을 구하고, 상기 적 수광 소자에서 관측된 관측 데이터값으로부터 상기 보정 수광 소자에서 관측된 관측 데이터값을 감산하여 보정된 적의 관측 데이터값을 구하는 연산부를 더 구비한다.
본 발명의 제20 예에서, 상기 보정 필터는, 복수의 색의 광학적인 중첩에 의해 형성된다.
본 발명의 제21 예에서, 상기 보정 필터는, 복수의 색재를 혼합하여 형성된다.
본 발명의 제22 예에서, 상기 보정 필터는, 복수의 색의 필터를 적층하여 형성된다.
본 발명의 제23 예에서, 상기 촬상 소자는, 상기 적 수광 소자에서 관측된 관측 데이터값으로부터 상기 보정 수광 소자에서 관측된 관측 데이터값을 감산하여, 상기 입사광의 가시광 파장 영역의 강도를 나타내는 데이터값을 구하는 연산부를 더 구비한다.
본 발명의 제24 예에서, 상기 필터는, 황 성분의 추출에 이용되는 황 필터와, 마젠타 성분의 추출에 이용되는 마젠타 필터와, 시안 성분의 추출에 이용되는 시안 필터를 구비하며, 상기 수광 소자는, 상기 입사광을 상기 황 필터를 경유하여 관측하는 황 수광 소자와, 상기 입사광을 상기 마젠타 필터를 경유하여 관측하는 마젠타 수광 소자와, 상기 입사광을 상기 시안 필터를 경유하여 관측하는 시안 수 광 소자를 구비한다.
본 발명의 제25 예에서, 상기 보정 필터는, 시안 성분과 적 성분과의 광학적 중첩에 의해 형성된다.
본 발명의 제26 예에서, 상기 보정 필터는, 바이올렛 성분과 적 성분과의 광학적 중첩에 의해 형성된다.
본 발명의 제27 예에서, 상기 황 필터, 상기 마젠타 필터, 상기 시안 필터, 상기 보정 필터는, 바둑판 형상으로 배치되어 면을 형성하고, 색 분리의 1단위를 형성한다.
본 발명의 제28 예에서, 상기 촬상 소자는, 상기 필터 및 상기 보정 필터의 광 입사 측에 배치되고, 가시광 파장 영역과의 경계 측의 적외 영역에서의 투과율을 억제하는 렌즈를 더 구비한다.
본 발명의 제29 예에서, 상기 촬상 소자는, 상기 필터 및 상기 보정 필터의 광 입사 측과 광 사출 측 중 적어도 한 쪽에 배치되고, 상기 필터 및 상기 보정 필터의 광 입사 측에 배치되며, 가시광 파장 영역과의 경계 측의 적외 영역에서의 투과율을 억제하는 수지층을 더 구비한다.
본 발명의 제30 예에서, 상기 황 필터와 상기 마젠타 필터에는, 가시광 파장 영역과의 경계 측의 적외 영역에서의 투과율을 억제하는 색재가 부가되어 있다.
본 발명의 제31 예에서, 상기 촬상 소자는, 상기 입사광 중 상기 수광 소자에 직접 입사되지 않는 광의 반사를 억제하기 위한 차광막을 더 구비한다.
본 발명의 제32 예에서, 상기 촬상 소자는, 상기 수광 소자를 배치하는 기판 을 더 구비하며, 상기 차광막은, 상기 기판의 상기 입사광의 입사 측면이고, 상기 수광 소자에 상기 입사광을 입사시키기 위한 영역을 제외한 다른 영역에 구비된다.
본 발명의 제33 예에서, 상기 차광막은, 가시광 파장 영역에서 투과 억제 특성을 갖는다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시예에 따른 촬상 소자에서의 3색의 분광 필터와 보정 필터의 배치 상태의 일례를 도시하는 정면도.
도 2는, 제1 실시예에 따른 촬상 소자의 단면의 제1 예를 도시하는 도면.
도 3은, 제1 실시예에 따른 촬상 소자의 단면의 제2 예를 도시하는 도면.
도 4는, 제1 실시예에서의 각 색의 분광 필터의 투과율과 파장과의 관계의 일례를 도시하는 그래프.
도 5는, 제1 실시예에서의 보정 필터의 투과율과 파장과의 관계의 일례를 도시하는 그래프.
도 6은, 제1 실시예에서의 수지층의 투과율과 파장과의 관계의 일례를 도시하는 그래프.
도 7은, 제1 실시예에서, 분광 필터 및 보정 필터에, 수지층을 조합한 경우의 투과율과 파장과의 관계의 일례를 도시하는 그래프.
도 8은, 본 발명의 제3 실시예에 따른 촬상 소자에서의 각 색의 분광 필터와 보정 필터의 배치 상태의 일례를 도시하는 정면도.
도 9는, 제3 실시예에 따른 촬상 소자의 단면의 일례를 도시하는 도면.
도 10은, 제3 실시예에서의 보정 필터의 투과율과 파장과의 관계의 일례를 도시하는 그래프.
도 11은, 제3 실시예에서, 분광 필터 및 보정 필터에, 수지층을 조합한 경우의 투과율과 파장과의 관계의 일례를 도시하는 그래프.
도 12는, 본 발명의 제4 실시예에 따른 촬상 소자에서의 화소의 면적비의 일례를 도시하는 정면도.
도 13은, 본 발명의 제5 실시예에 따른 촬상 소자의 단면의 일례를 도시하는 도면.
도 14는, 본 발명의 제6 실시예에 따른 촬상 소자의 단면의 일례를 도시하는 도면.
도 15는, 본 발명의 제7 실시예에 따른 촬상 소자에서의 필터의 배치 상태의 일례를 도시하는 정면도.
도 16은, 제7 실시예에 따른 촬상 소자의 일례를 도시하는 단면도.
도 17은, 1층 구조의 보정 필터를 구비한 촬상 소자의 일례를 도시하는 단면도.
도 18은, 황 필터, 마젠타 필터, 시안 필터에 대한 분광 투과율의 일례를 도시하는 그래프.
도 19는, 제7 실시예에 따른 보정 필터의 분광 투과율의 일례를 도시하는 그래프.
도 20은, 제7 실시예에 따른 촬상 소자의 분광 투과율의 일례를 도시하는 그 래프.
도 21은, 제7 실시예에 따른 촬상 소자에서 이용되는 적외선 흡수제의 분광 투과율의 일례를 도시하는 그래프.
도 22는, 제7 실시예에 따른 촬상 소자의 분광 투과율과 적외선 흡수제의 분광 투과율을 곱한 분광 특성의 일례를 도시하는 그래프.
도 23은, 본 발명의 제8 실시예에 따른 보정 필터의 단면의 제1 예를 도시하는 도면.
도 24는, 바이올렛의 필터의 분광 특성의 일례를 도시하는 그래프.
도 25는, 바이올렛과 적과의 광학적 중첩에 의해 형성된 보정 필터의 분광 특성을 도시하는 그래프.
도 26은, 본 발명의 제9 실시예에 따른 촬상 소자의 단면의 일례를 도시하는 도면.
도 27은, 본 발명의 제10 실시예에 따른 촬상 소자의 일례를 도시하는 단면도.
도 28은, 제10 실시예에 따른 촬상 소자의 제조 프로세스의 제1 공정의 예를 도시하는 단면도.
도 29는, 제10 실시예에 따른 촬상 소자의 제조 프로세스의 제2 공정의 예를 도시하는 단면도.
도 30은, 제10 실시예에 따른 촬상 소자의 제조 프로세스의 제3 공정의 예를 도시하는 단면도.
도 31은, 제10 실시예에 따른 촬상 소자의 제조 프로세스의 제4 공정의 예를 도시하는 단면도.
도 32는, 제10 실시예에 따른 촬상 소자의 제조 프로세스의 제5 공정의 예를 도시하는 단면도.
도 33은, 본 발명의 제11 실시예에 따른 촬상 소자에 구비되는 차광막의 배치 상태의 제1 예를 도시하는 정면도.
도 34는, 제11 실시예에 따른 촬상 소자에 구비되는 차광막의 배치 상태의 제2 예를 도시하는 단면도.
도 35는, 반사형의 적외선 컷 필터와 흡수형의 적외선 컷 필터에 대하여, 파장과 투과율과의 관계의 일례를 도시하는 그래프.
<발명을 실시하기 위한 최량의 형태>
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다. 또한, 이하의 설명에서 동일한 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
(제1 실시예)
본 실시예에서는, 예를 들면, 디지털 카메라, 휴대 전화, 비디오 카메라, 리니어 센서, 스캐너 등에 구비되는 촬상 소자에 대하여 설명한다.
본 실시예에서는, 촬상 소자는, 수광 소자의 광 입사 측에, 컬러 필터를 배치하고, 관측 대상의 색 성분의 관측을 가능하게 한다.
본 실시예에서는, 입사광 중 녹(Green), 청(Blue), 적(Red)의 각 색의 성분을 추출하기 위해 이용되는 분광 필터 외에, 적외 영역의 투과율 쪽이 가시광 파장 영역의 투과율보다도 높은 보정 필터를 구비하는 촬상 소자에 대하여 설명한다.
보정 필터의 분광 특성은, 가시광 파장 영역에서 투과 억제 특성을 갖고, 적외 영역에서 투과 특성을 갖는다.
도 1은, 본 실시예에 따른 촬상 소자에서의 3색의 분광 필터와 보정 필터의 배치 상태의 일례를 도시하는 정면도이다. 이 도 1에서는, 광 입사 측으로부터 본 형태의 예가 도시되어 있다.
도 2는, 촬상 소자의 단면의 제1 예를 도시하는 도면이다. 이 도 2에서는, 상기 도 1의 I-I 단면이 도시되어 있다.
도 3은, 촬상 소자의 단면의 제2 예를 도시하는 도면이다. 이 도 3에서는, 상기 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 단면이 도시되어 있다.
촬상 소자(1)에 구비되는 분광 필터(2G, 2B, 2R)는, 각각 입사광의 녹 성분, 청 성분, 적 성분의 추출에 이용되는 컬러 필터이다.
보정 필터(2Blk)는, 적외 영역의 투과율 쪽이 가시광 파장 영역의 투과율보다도 높은 분광 필터이다. 즉, 보정 필터(2Blk)는, 가시광 파장 영역에서 투과 억제 특성을 갖고, 적외 영역에서 투과 특성을 갖는다. 본 실시예에서, 보정 필터(2Blk)의 투과율은, 가시광 파장 영역보다 장파장 측에서, 다른 분광 필터(2G, 2B, 2R)의 투과율과 거의 동일 레벨(동일 또는 근사)로 된다.
보정 필터(2Blk)는, 가시광 파장 영역에서 투과 억제 특성(저투과 특성)을 갖는 것으로 하고 있기 때문에, 육안으로는 흑으로 보인다.
보정 필터(2Blk)는, 복수의 색재(안료, 색소 등)를 광학적으로 중첩하여 형 성된다.
광학적인 중첩의 구체적인 실현 방법으로서는, 복수의 색의 필터의 적층 구조에 의해 실현하는 방법, 복수의 색재를 혼합한 착색 수지의 단층 구조에 의해 실현하는 방법 등이 있다. 색이나 투과율 조정을 위해, 2색 이상의 색재를 이용하게 하여도 된다.
본 실시예에서, 보정 필터(2Blk)는, 녹 성분의 추출에 이용되는 필터 엘리먼트(2g)와, 적 성분의 추출에 이용되는 필터 엘리먼트(2r)를 적층한 구성을 갖는다. 본 실시예에서는, 필터 엘리먼트(2g, 2r)는, 각각 분광 필터(2G, 2R)와 마찬가지로 한다.
또한, 수광 소자와 필터와의 일대일의 조합이, 화소에 상당한다. 분광 필터(2G, 2B, 2R)는, 각각 녹의 화소, 청의 화소, 적의 화소에 상당하고, 보정 필터(2Blk)는, 흑의 화소에 상당한다.
예를 들면, 분광 필터(2G)의 색재에는, 유기 안료 C.I. 피그먼트 옐로 139, C.I 피그먼트 그린 36, C.I. 피그먼트 불루 15:6을 혼합한 색재를 이용할 수 있다.
예를 들면, 분광 필터(2B)의 색재에는, 유기 안료 C.I. 피그먼트 블루 15:6, C.I 피그먼트 바이올렛 23을 혼합한 색재를 이용할 수 있다.
예를 들면, 분광 필터(2R)의 색재에는, 유기 안료 C.I. 피그먼트 오렌지 71, C.I. 피그먼트 옐로 139를 혼합한 색재를 이용할 수 있다.
수광 소자(3G, 3B, 3R)는, 입사광을 각각 분광 필터(2G, 2B, 2R)를 경유하여 관측하고, 녹의 관측 데이터값, 청의 관측 데이터값, 적의 관측 데이터값을 구한 다.
보정 수광 소자(3Blk)는, 수광 소자(3G, 3B, 3R)에서 관측된 녹의 관측 데이터값, 청의 관측 데이터값, 적의 관측 데이터값의 보정에 이용되는 보정 데이터값을 관측하기 위해, 입사광을 보정 필터(2Blk)를 경유하여 관측하여, 보정 관측 데이터값을 구한다.
수광 소자(3G, 3B, 3R) 및 보정 수광 소자(3Blk)는, 각각 분광 필터(2G, 2B, 2R) 및 보정 필터(2Blk)를 경유하여 받은 광을 전기 신호로 변환하는 광전 변환 소자이다.
또한, 상기 도 2, 도 3은, 수광 소자(3G, 3B, 3R) 및 보정 수광 소자(3Blk)가 CCD인 경우를 예로 하여 도시되어 있다. 그러나, 수광 소자(3G, 3B, 3R) 및 보정 수광 소자(3Blk)로서, CMOS가 이용되어도 된다.
연산부(17)는, 녹 연산부(17G), 청 연산부(17B), 적 연산부(17R)를 구비한다. 이 연산부(17)는, 수광 소자(3G, 3B, 3R) 및 보정 수광 소자(3Blk)에 의한 관측 데이터값 Dg, Db, Dr, Dblk에 기초하여, 보정된 녹의 관측 데이터값 HDg, 보정된 청의 관측 데이터값 HDb, 보정된 적의 관측 데이터값 HDr을 구하는 기능을 갖는다.
녹 연산부(17G)는, 수광 소자(3G)에서 관측된 관측 데이터값 Dg로부터, 보정 수광 소자(3Blk)에서 관측된 관측 데이터값 Dblk를 감산하여, 보정된 녹의 관측 데이터값 HDg(=Dg-Dblk)를 구한다.
청 연산부(17B)는, 수광 소자(3B)에서 관측된 관측 데이터값 Db로부터, 보정 수광 소자(3Blk)에서 관측된 관측 데이터값 Dblk를 감산하여, 보정된 청의 관측 데이터값 HDb(=Db-Dblk)를 구한다.
적연산부(17R)는, 수광 소자(3R)에서 관측된 관측 데이터값 Dr로부터, 보정 수광 소자(3Blk)에서 관측된 관측 데이터값 Dblk를 감산하여, 보정된 적의 관측 데이터값 HDr(=Dr-Dblk)을 구한다.
수광 소자(3G, 3B, 3R) 및 보정 수광 소자(3Blk)는, 반도체 기판(4)의 광 입사 측의 면 상에, 바둑판 형상으로 배치된다.
수광 소자(3G, 3B, 3R) 및 보정 수광 소자(3Blk)의 배치된 반도체 기판(4)의 광 입사 측에는, 평탄화층(5)이 적층된다.
평탄화층(5)의 광 입사 측에는, 각각 수광 소자(3C, 3B, 3R) 및 보정 수광 소자(3Blk)에 대응하는 분광 필터(2C, 2B, 2R) 및 보정 필터(2Blk)가 설치되고, 필터층(6)이 형성된다.
즉, 필터층(6)은, 분광 필터(2G, 2B, 2R) 및 보정 필터(2Blk)를 포함한다. 각각 1개씩의 분광 필터(2G, 2B, 2R) 및 보정 필터(2Blk)에 의해 색 분리의 1단위가 형성된다.
분광 필터(2G, 2B, 2R) 및 보정 필터(2Blk)는, 수광 소자(3G, 3B, 3R) 및 보정 수광 소자(3Blk)에 대응하도록, 바둑판 형상으로 인접 배치되어, 면을 형성한다.
필터층(6)의 광 입사 측에는, 수지층(평활화막)(7)이 적층된다.
이 수지층(7)은, 적외 영역에서, 투과율을 억제하는 특성을 갖고, 적외 영역 의 입사광 성분의 제거(흡수 또는 반사)를 행한다.
본 실시예에서는, 수지층(7)은, 적외 영역에서의 투과율의 상승부를 억제하는 특성을 갖고, 예를 들면 파장 780㎚을 포함하는 파장 영역 또는 700㎚과 800㎚ 사이에서 투과율을 억제하는 특성을 갖고, 입사광 중 파장 780㎚을 포함하는 적외 영역의 성분을 제거하는 특성을 갖는 것으로 한다. 여기에서, 적외 영역에서의 투과율의 상승부는, 적외 영역이며 가시광 파장 영역과 적외 영역과의 경계 측의 파장 영역에 포함된다.
즉, 수지층(7)은, 분광 필터(2G, 2B, 2R)와 보정 필터(2Blk)에 대하여, 적외 영역에서의 투과율을 동일 레벨로 하는 투과율 조정 기능을 갖는다.
예를 들면, 수지층(7)에는, 프탈로시아닌계 화합물과 시아닌계 화합물을 첨가하여 이용한다. 이 경우, 780㎚ 근방에 적외선의 흡수 피크를 갖는 적외선 흡수 기능을 수지층(7)에 갖게 할 수 있다.
수지층(7)의 광 입사 측에는, 수광 소자(3G, 3B, 3R) 및 보정 수광 소자(3Blk)에 대응하는 마이크로렌즈(8)가 구비된다. 마이크로렌즈(8)는, 각 분광 필터(2G, 2B, 2R) 및 보정 필터(2Blk)와 쌍을 이루도록 배치되어 있다. 마이크로렌즈(8)는, 아크릴 수지 등에 의해 형성되며, 수광 소자(3G, 3B, 3R) 및 보정 수광 소자(3Blk)에의 입사광의 집광성을 높인다.
본 실시예에서, 분광 필터(2G, 2B, 2R)의 막 두께는 1.1㎛, 분광 필터(2G, 2B, 2R)의 피치는 2.6㎛, 평탄화층(5)의 평균 두께는 0.6㎛, 수지층(7)의 평균 두께는 2㎛로 하였다. 또한, 평탄화층(5)과 수지층(7)에는, 평탄화를 실현하기 위해 서, 두꺼운 부분과 얇은 부분이 있다.
도 4는, 각 색의 분광 필터(2G, 2B, 2R)의 투과율과 파장과의 관계(분광 특성)의 일례를 도시하는 그래프이다.
이 도 4에서는, 400㎚ 내지 1200㎚까지의 각 파장에서의 광의 투과율이 도시되어 있다.
상기 도 4에서, 분광 필터(2G)에 관한 투과율은, 파장이 길어짐에 따라서, 640㎚ 부근으로부터 서서히 상승하고 있다.
분광 필터(2B)에 관한 투과율은, 파장이 길어짐에 따라서, 적외 영역의 800㎚ 부근에서 급격하게 상승하고 있다.
일반적인 수광 소자는, 400㎚~1200㎚의 파장 영역에서 관측을 행한다. 이 때문에, 종래의 촬상 소자에서는, 가시광 파장 영역(예를 들면 400㎚~700㎚)보다 장파장의 적외 영역에 대하여, 적외선 컷 필터에 의해 입사광의 적외 영역의 성분을 컷하고, 남은 가시광 파장 영역에서 분광 필터를 이용하여 색 분리를 행하는 것으로 하고 있다.
이에 대하여, 본 실시예에 따른 촬상 소자(1)에서는, 분광 필터(2G, 2B, 2R) 외에, 녹의 필터 엘리먼트(2g)와 적의 필터 엘리먼트(2r)를 적층한 보정 필터(2Blk)를 구비하는 것으로 하고 있다.
도 5는, 본 실시예에 따른 보정 필터(2Blk)의 투과율과 파장과의 관계(분광 특성)의 일례를 도시하는 그래프이다.
보정 필터(2Blk)의 투과율은, 상기 도 4에서의 분광 필터(2G)의 투과율과 분 광 필터(2R)의 투과율과의 곱의 값으로 된다.
이 보정 필터(2Blk)는, 가시광 파장 영역보다 적외 영역에서의 투과율 쪽이 높아, 가시광 파장 영역에서 투과율이 억제되어, 적외 영역에서 고투과율로 되는 특성을 갖는다. 즉, 보정 필터(2Blk)는, 가시광 파장 영역에서 투과 억제 특성을 갖고, 적외 영역에서 투과 특성을 갖는다. 본 실시예에서는, 적외 영역에서의 보정 필터(2Blk)의 투과율은, 다른 분광 필터(2G, 2B, 2R)의 투과율과 거의 동일 레벨로 되는 것으로 한다.
따라서, 본 실시예에서는, 각 분광 필터(2G, 2B, 2R)의 투과율의 적분값으로부터, 보정 필터(2Blk)의 대략 640㎚ 이후의 장파장 측에서의 투과율의 적분값을 뺌으로써, 고정밀도의 색 분리가 가능한 것을 발견하였다.
여기에서, 녹용의 분광 필터(2G)의 투과율에 대하여 설명한다.
녹용의 분광 필터(2G)의 투과율은, 450㎚ 부근으로부터 파장이 길어짐에 따라서, 1회 상승하며, 또한, 650㎚ 부근으로부터 파장이 길어짐에 따라서, 다시 투과율이 상승하는 특성을 갖는다.
이 때문에, 이 장파장 측의 투과율의 상승 영역(780 부근)은, 적의 영역 또는 적외 영역이지만, 녹용의 분광 필터(2G)에서도 광이 투과된다. 따라서, 이 상태에서는, 녹용의 수광 소자(3G)는, 적의 영역 또는 적외 영역의 성분을 녹색의 성분으로서 관측하게 된다.
따라서, 본 실시예에서는, 녹용의 분광 필터(2G)에서의 적외 영역의 투과율의 상승부인 780㎚ 부근(예를 들면 700㎚ 내지 800㎚ 사이 부근)의 투과율을, 수지 층(7)에 의해 억제한다.
도 6은, 수지층(7)의 투과율과 파장과의 관계의 일례를 도시하는 그래프이다.
이 수지층(7)과 녹용의 분광 필터(2G)를 겹치고, 입사광이 수지층(7)과 녹용의 분광 필터(2G)를 경유하여, 녹의 수광 소자(3G)에 의해 관측됨으로써, 녹의 수광 소자(3G)에 의해 적의 파장 영역 또는 적외 영역의 성분이 관측되는 것을 방지한다.
본 실시예에서는, 각 색의 분광 필터(2G, 2B, 2R)에 수지층(7)을 조합한 경우의 투과율의 면적(적분값)으로부터, 보정 필터(2Blk)에 수지층(7)을 조합한 경우의 투과율의 면적(적분값)을 뺌으로써, 각 색 관측용의 투과율이 얻어져, 고정밀도의 색 분리를 할 수 있다.
이하에서, 본 실시예에 따른 촬상 소자(1)에 의한 관측에 대하여 설명한다.
수광 소자는, 일반적으로 400㎚로부터 1200㎚ 정도까지의 광 파장에 대하여 관측을 행한다.
이 중 인간이 감지 가능한 가시광 파장 영역은, 일반적으로, 400㎚으로부터 700㎚ 정도의 영역으로 생각된다.
따라서, 각 수광 소자에 의해 측정되는 광의 성분 중, 가시광 파장 영역에서의 성분만을 관측함으로써, 보다 인간의 시각에 가까운 관측 결과가 얻어진다.
그러나, 상기 도 4에 도시하는 바와 같이, 각 색의 분광 필터(2G, 2B, 2R)는, 가시광 파장 영역보다도 장파장의 파장 영역인 적외 영역에서도, 높은 투과율 을 갖는다.
이 때문에, 분광 필터(2G, 2B, 2R)에 의해 분광한 광을 그대로 수광 소자에 의해 관측하면, 입사광의 성분 중 인간이 감지하지 못하는 적외 영역에서의 성분까지도 수광 소자에 의해 관측되어, 인간의 시각과 차이가 있는 관측 결과가 얻어지는 경우가 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 촬상 소자(1)에서는, 적외 영역에 대한 관측 결과를 이용하여, 수광 소자에 의한 관측 결과를 보정한다.
본 실시예에서는, 입사광은, 마이크로렌즈(8), 수지층(7)을 경유하고, 분광 필터(2G, 2B, 2R) 및 보정 필터(2Blk) 중 어느 하나를 더 경유하여, 수광 소자(3G, 3B, 3R) 및 보정 수광 소자(3Blk)에 관측된다.
즉, 본 실시예에서는, 수광 소자(3G, 3B, 3R) 및 보정 수광 소자(3Blk)에 의한 관측 데이터값 Dg, Db, Dr, Dblk는, 수지층(7)의 투과율의 영향을 받고, 또한 각각 분광 필터(2G, 2B, 2R) 및 보정 필터(2Blk)의 투과율의 영향을 받는다.
구체적으로 설명하면, 수지층(7) 및 분광 필터(2G)을 경유하는 경우의 입사광의 투과율은, 수지층(7)의 투과율과 분광 필터(2G)의 투과율과의 곱으로 된다.
수지층(7) 및 분광 필터(2B)를 경유하는 경우의 입사광의 투과율은, 수지층(7)의 투과율과 분광 필터(2B)의 투과율과의 곱으로 된다.
수지층(7) 및 분광 필터(2R)를 경유하는 경우의 입사광의 투과율은, 수지층(7)의 투과율과 분광 필터(2R)의 투과율과의 곱으로 된다.
수지층(7) 및 보정 필터(2Blk)를 경유하는 경우의 입사광의 투과율은, 수지 층(7)의 투과율과 보정 필터(2Blk)의 투과율과의 곱으로 된다.
도 7은, 분광 필터(2G, 2B, 2R) 및 보정 필터(2Blk)에, 수지층(7)을 조합한 경우의 투과율과 파장과의 관계의 일례를 도시하는 그래프이다.
분광 필터(2G, 2B, 2R) 및 보정 필터(2Blk)에, 수지층(7)을 조합한 경우의 투과율은, 상기 도 6에 도시하는 수지층(7)의 동작에 의해, 상기 도 4 및 도 5의 경우보다도, 780㎚ 근방의 파장 영역에서 낮게 된다.
또한, 분광 필터(2G, 2B, 2R) 및 보정 필터(2Blk)에, 수지층(7)을 조합한 분광 특성은, 적외 영역에서 근사한 상태로 되어 있다.
그리고, 보정 필터(2Blk)에 수지층(7)을 조합한 경우의 투과율은, 가시광 파장 영역에서 매우 투과율이 낮고, 가시광 파장 영역보다도 장파장 측의 적외 영역에서, 각 분광 필터(2G, 2B, 2R)에 수지층(7)을 조합한 경우와 동일 정도로 투과율이 높게 되어 있다.
따라서, 보정 수광 소자(3Blk)는, 가시광 파장 영역보다도 적외 영역에서의 입사광의 성분을 관측할 수 있다. 그리고, 수광 소자(3G, 3B, 3R)에 의한 관측 결과를 보정 수광 소자(3Blk)에 의한 관측 결과에 의해 보정함으로써, 가시광 파장 영역에서만의 각 색의 관측 데이터값을 얻을 수 있다.
이상 설명한 본 실시예에 따른 촬상 소자(1)의 효과에 대하여 설명한다.
본 실시예에서는, 입사광 중 적외 영역에서의 780㎚을 포함하는 영역의 성분이 수지층(7)에 의해 흡수된다.
또한, 각 분광 필터(2G, 2B, 2R)를 경유하여 입사광이 관측됨과 함께, 적외 영역에서 고투과의 보정 필터(2Blk)를 경유하여 입사광이 관측된다.
그리고, 수지층(7) 및 각 분광 필터(2G, 2B, 2R) 경유에 의한 녹, 청, 적의 관측 데이터값으로부터, 수지층(7) 및 보정 필터(2Blk) 경유에 의한 관측 데이터값이 감산되어, 녹, 청, 적의 관측 데이터값의 보정이 행하여져, 보정된 녹, 청, 적의 관측 데이터값이 구해진다. 이에 의해, 입사광 중 가시광 파장 영역에서의 관측 데이터값을 고정밀도로 얻을 수 있다.
본 실시예에서는, 종래의 카메라 모듈의 광학계에 구비되어 있는 적외선 컷 필터를 생략할 수 있고, 렌즈 광학계 및 카메라를 얇게 할 수 있어, 수광 소자에 의한 관측을 효율적이면서 적절하게 행할 수 있다.
종래의 흡수형의 적외선 컷 필터를 이용한 경우에는, 적, 녹의 감도가 저하함과 함께 연색성이 저하하는 경우가 있었다. 즉, 촬상 소자의 전면 전체에, 상기 도 35에 도시하는 바와 같은 분광 특성을 갖는 적외선 컷 필터를 구비한 경우, 가시광 파장 영역 550㎚~700㎚의 파장 영역의 성분도 적외선 컷 필터에 의해 흡수되기 때문에, 녹, 특히 적에 대한 감도가 저하하는 경우가 있었다.
또한, 촬상 소자의 전면 전체에, 적외선 컷 필터를 구비한 경우, 상기 도 35와 같은 분광 특성의 영향을 받아, 통상 30만~1000만개 구비되는 개개의 수광 소자에서 미묘한 적색의 재현이 손상되는 경우가 있다.
그러나, 본 실시예에서는, 흡수형의 적외선 컷 필터를 이용하지 않아도 되기 때문에, 가시광 파장 영역에서의 감도 저하가 없고, 또한 연색성을 향상시킬 수 있어, 색의 재현성을 향상시킬 수 있다.
본 실시예에서는, 광의 파장 780㎚ 부근의 영역에서 투과율을 억제하는 수지층(7)이 촬상 소자(1)에 구비된다.
상기 도 4에서, 광의 파장 640㎚보다 장파장 측의 투과율은, 녹의 분광 필터(2C)와 청의 분광 필터(2B)에서 차가 있고, 780㎚ 부근에서 투과율의 차가 최대로 되어 있다.
그러나, 본 실시예에서는, 수지층(7)에 의해 이 780㎚ 부근의 파장 영역의 투과율을 억제함으로써, 640㎚보다 장파장 측에서, 수지층(7)과 녹의 분광 필터(2G)를 투과하는 광의 투과율과, 수지층(7)과 청의 분광 필터(2B)를 투과하는 광의 투과율을 거의 동일하게 할 수 있어, 640㎚보다 장파장 측에서 수지층(7)과 보정 필터(2Blk)를 투과하는 광의 투과율과 근사시킬 수 있다.
이에 의해, 수지층(7)과 각 색의 분광 필터(2G, 2B, 2R)와의 조합에 의한 투과율의 면적(적분값)으로부터, 수지층(7)과 보정 필터(2Blk)와의 조합에 의한 투과율의 면적(적분값)을 감산함으로써, 고정밀도의 색 분리를 할 수 있다.
종래의 적외선 컷 필터를 이용한 경우에서는, 550㎚ 부근으로부터 적외선 컷 필터에 의해 광이 흡수되기 때문에, 적 또는 녹의 감도가 저하하는 경우가 있었지만, 본 실시예에서는, 가시 영역보다도 장파장 측의 대략 700㎚보다 장파장 측에서 광의 흡수가 행하여지기 때문에, 적과 녹의 연색성을 향상시킬 수 있다.
즉, 본 실시예에서는, 수광 소자의 광 입사 측에, 적외선 컷 필터를 구비할 필요가 없기 때문에, 촬상 소자를 얇게 할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 적외선 컷 필터를 구비할 필요가 없기 때문에, 가시 광 파장 영역에서, 입사광의 청, 적의 관측 결과가 적외선 컷 필터에 의해 영향을 받아, 청, 적에 대하여 수광 소자에 의한 관측 결과가 저하하는 것을 방지할 수 있어, 연색성을 개선할 수 있다.
(제2 실시예)
본 실시예에서는, 상기 제1 실시예의 변형예에 대하여 설명한다.
상기 제1 실시예에서는, 적외 영역에서, 분광 필터(2G)의 투과율과 분광 필터(2B)의 투과율과의 차를 저감시켜, 적외 영역에서의 투과율을 조정하기 위해, 수지층(7)에 780㎚을 포함하는 파장 영역의 투과율을 억제하는 특성을 갖게 하고 있다.
이에 대하여, 본 실시예에서는, 녹의 분광 필터(2G) 자체에, 적외 영역이며 780㎚을 포함하는 파장 영역의 투과율을 억제하는 특성을 갖게 한다. 이에 의해, 상기 제1 실시예와 마찬가지의 색 분리가 가능하게 된다.
적외 영역이며 파장 780㎚을 포함하는 파장 영역의 투과율을 억제하기 위해, 녹의 분광 필터(2G)에 유기 안료가 첨가되게 하여도 된다. 또한, 녹의 분광 필터(2G)에 적외 흡수재가 첨가되게 하여도 된다. 또한, 녹의 분광 필터(2G)의 입사 측 또는 사출 측에 적외선 흡수제의 층을 형성하는 것으로 하여도 된다.
적외선 흡수제로서는, 안트라퀴논계 화합물, 프탈로시아닌계 화합물, 시아닌계 화합물, 폴리 메틸렌계 화합물, 알루미늄계 화합물, 디이모늄계 화합물, 이모늄계 화합물, 아조계 화합물 등을 사용 가능하다.
또한, 본 실시예에서, 적외 영역이며 파장 780㎚을 포함하는 파장 영역의 투 과율을 억제하기 위해, 자외선 흡수제를 사용하게 하여도 된다. 자외선 흡수제로서는, 벤조트리아졸계 화합물, 벤조페논계 화합물, 살리실산계 화합물, 쿠마린계 화합물 등을 사용하는 것이 가능하다.
또한, 본 실시예에서는, 상기한 바와 같은 적외선 흡수제 또는 자외선 흡수제에, 예를 들면 힌다드아민계 화합물 등의 광 안정화제 또는, 퀀처를 첨가하는 것으로 하여도 된다.
적외선의 흡수를 위해, 적외선 흡수성 화합물 또는 적외선 흡수제를 투명한 수지에 첨가하여 이용하여도 되고, 또한 적외선 흡수성 화합물 또는 적외선 흡수제를 투명한 수지에 펜던트 방식(반응성 염료 등 반응형 적외선 흡수제 등의 형태로 수지 분자쇄에 내장하는 방식)으로 내장하는 것으로 하여도 된다.
(제3 실시예)
본 실시예에서는, 상기 제1 및 제2 실시예의 변형예에 대하여 설명한다. 상기 제1 및 제2 실시예에서는, 보정 필터(2Blk)는, 녹의 필터 엘리먼트(2g) 및 적의 필터 엘리먼트(2r)로 구성되어 있다.
이에 대하여, 본 실시예에서는, 보정 필터(2Blk) 대신에, 청의 필터 엘리먼트 및 적의 필터 엘리먼트로 구성되는 보정 필터를 이용한다.
도 8은, 본 실시예에 따른 촬상 소자에서의 3색의 분광 필터(2G, 2B, 2R)와 보정 필터의 배치 상태의 일례를 도시하는 정면도이다. 이 도 1에서는, 광 입사 측에서 본 형태의 예가 도시되어 있다. 또한, 이 도 8에서, 연산부(17)는 생략되어 있다.
도 9는, 촬상 소자의 단면의 일례를 도시하는 도면이다. 이 도 9에서는, 상기 도 8의 Ⅲ-Ⅲ 단면이 도시되어 있다.
촬상 소자(9)에서는, 상기 제1 실시예에 따른 촬상 소자(1)의 보정 필터(2Blk) 대신에, 보정 필터(10Blk)를 구비하고 있다. 보정 필터(10Blk)는, 가시광 파장 영역에서 투과 억제 특성을 갖고, 적외 영역에서 투과 특성을 갖는다. 보정 필터(10Blk)는, 흑의 화소에 상당한다.
보정 필터(10Blk)는, 청 성분의 추출에 이용되는 필터 엘리먼트(10b)와, 적 성분의 추출에 이용되는 필터 엘리먼트(10r)를 적층한 구성을 갖는다. 본 실시예에서는, 필터 엘리먼트(10b, 10r)는, 각각 분광 필터(2B, 2R)와 마찬가지로 한다.
촬상 소자(9)에서는, 평탄화층(5)의 광 입사 측에, 각각 수광 소자(3G, 3B, 3R) 및 보정 수광 소자(3Blk)에 대응하는 분광 필터(2G, 2B, 2R) 및 보정 필터(10Blk)가 적층되어, 필터층(11)이 형성된다.
본 실시예에 따른 촬상 소자(9)는, 청의 필터 엘리먼트(10b)와 적의 필터 엘리먼트(10r)를 적층한 보정 필터(10Blk)를 구비하고 있다.
도 10은, 본 실시예에 따른 보정 필터(10Blk)의 투과율과 파장과의 관계(분광 특성)의 일례를 도시하는 그래프이다.
보정 필터(10Blk)의 투과율은, 상기 도 4에서의 분광 필터(2B)의 투과율과 분광 필터(2R)의 투과율과의 곱의 값으로 된다.
이 보정 필터(10Blk)는, 가시광 파장 영역보다 적외 영역에서의 투과율 쪽이 높아, 가시광 파장 영역에서 투과율이 억제되어, 적외 영역에서 고투과율로 되는 특성을 갖는다. 즉, 보정 필터(10Blk)는, 가시광 파장 영역에서 투과 억제 특성을 갖고, 적외 영역에서 투과 특성을 갖는다. 보정 필터(10Blk)의 투과율은, 가시광 파장 영역보다 장파장 측에서, 다른 분광 필터(2G, 2B, 2R)의 투과율과 거의 동일 레벨(동일 또는 근사)로 된다.
그리고, 본 실시예에서는, 각 분광 필터(2G, 2B, 2R)의 투과율의 적분값으로부터, 보정 필터(10Blk)의 대략 700㎚보다 장파장 측에서의 투과율의 적분값을 감산함으로써, 고정밀도의 색 분리를 가능하게 하고 있다.
따라서, 본 실시예에서는, 가시광 파장 영역에서 투과 억제 특성을 갖고, 적외 영역에서 투과 특성을 갖는 보정 필터(10Blk)가 입사면에 배치되어, 색 분리에 이용된다.
도 11은, 분광 필터(2G, 2B, 2R) 및 보정 필터(10Blk)에, 수지층(7)을 조합한 경우의 투과율과 파장과의 관계의 일례를 도시하는 그래프이다.
이 도 11에서는, 780㎚ 근변의 영역에서 투과 억제 특성을 갖는 수지층(7)의 투과율이, 각 색의 분광 필터(2G, 2B, 2R) 및 보정 필터(10Blk)의 투과율에 곱해져, 분광 특성에 반영되고 있다.
분광 필터(2G, 2B, 2R) 및 보정 필터(10Blk)에 수지층(7)을 조합한 경우의 투과율은, 상기 도 6에 도시하는 수지층(7)의 작용에 의해, 상기 도 4 및 도 5의 경우보다도, 780㎚ 근방의 파장 영역에서 낮게 된다.
또한, 분광 필터(2G, 2B, 2R) 및 보정 필터(10Blk)에, 수지층(7)을 조합한 분광 특성은, 적외 영역에서 근사한 상태로 되어 있다.
그리고, 보정 필터(10Blk)에 수지층(7)을 조합한 경우의 투과율은, 가시광 파장 영역에서 매우 투과율이 낮고, 가시광 파장 영역보다도 장파장 측의 적외 영역에서, 각 분광 필터(2C, 2B, 2R)에 수지층(7)을 조합한 경우와 동일 정도로 투과율이 높게 되어 있다.
즉, 분광 필터(2G, 2B, 2R) 및 보정 필터(10Blk)에, 수지층(7)을 조합한 분광 특성은, 분광 필터(2G, 2B, 2R)와 보정 필터(2Blk)에 대하여, 적외 영역에서의 투과율이 동일 레벨로 되도록 조정되어 있다.
따라서, 보정 필터(10Blk)에 대응하는 보정 수광 소자(3Blk)는, 가시광 파장 영역보다도 적외 영역에서의 입사광의 성분을 관측할 수 있다. 그리고, 수광 소자(3G, 3B, 3R)에 의한 관측 결과를 보정 수광 소자(3Blk)에 의한 관측 결과에 의해 보정함으로써, 가시광 파장 영역에서만의 각 색의 관측 데이터값을 얻을 수 있다.
이상 설명한 본 실시예에서는, 수지층(7)과 각 색의 분광 필터(2G, 2B, 2R)를 조합한 경우의 투과율의 면적(적분값)으로부터, 수지층(7)과 보정 필터(10Blk)를 조합한 경우의 투과율의 면적(적분값)을 감산함으로써, 각 색 관측용의 투과율이 얻어져, 고정밀도의 색 분리를 할 수 있다.
또한, 상기 도 7에서, 수지층(7)과 보정 필터(2Blk)를 조합한 경우의 투과율은, 가시광 파장 영역인 600㎚ 부근에서 투과율이 약간 상승하고 있다.
그러나, 본 실시예에서의 상기 도 11에서는, 가시광 파장 영역 전체에 걸쳐 수지층(7)과 보정 필터(10Blk)를 조합한 경우의 투과율이 낮게 억제되어 있다.
따라서, 본 실시예에서는, 상기 제1 실시예의 경우보다도, 600㎚ 부근의 관측을 고정밀도로 행할 수 있어, 특히 녹의 연색성을 향상시킬 수 있다.
(제4 실시예)
본 실시예에서는, 상기 제1 내지 제3 실시예의 변형예에 대하여 설명한다.
본 실시예에서는, 분광 필터(2G, 2B, 2R)와, 보정 필터(2Blk)와 보정 필터(10Blk) 중의 적어도 한 쪽을, 바둑판 형상으로 배치하여 면을 형성한다. 또한, 분광 필터(2G, 2B, 2R)와, 보정 필터(2Blk)와 보정 필터(10Blk) 중의 적어도 한 쪽에 의해, 색 분리의 1단위를 형성하는 것으로 한다. 본 실시예에서는, 복수의 색 분리 단위가, 입사면에 배치된다.
색 분리 단위는, 분광 필터(2G, 2B, 2R)와 보정 필터(2Blk, 10Blk)의 쌍방을 포함하는 것으로 하여도 된다.
또한, 색 분리 단위는, 2개의 녹의 분광 필터(2G)와, 분광 필터(2B, 2R)와, 보정 필터(2Blk, 10Blk)의 쌍방을 포함하는 것으로 하여도 된다.
또한, 임의의 색 분리 단위는, 한 쪽의 보정 필터(2Blk)를 구비하고, 다른 색 분리 단위는, 다른 쪽의 보정 필터(10Blk)를 구비하는 것으로 하여도 된다. 그리고, 이 서로 다른 보정 필터(2Blk, 10Blk)를 포함하는 색 분리 단위가 조합된 상태에서, 입사면에 배치되는 것으로 하여도 된다.
상기 제1 실시예 및 상기 제3 실시예에서는, 분광 필터(2G, 2B, 2R), 보정 필터(2Blk, 10Blk)의 면적을, 동일한 크기로 하고 있다. 그러나, 분광 필터(2G, 2B, 2R), 보정 필터(2Blk, 10Blk)의 면적의 크기는, 필요한 감도비를 유지하는 관 점으로부터 자유롭게 변경 가능하다.
예를 들면, 감도비를 일반적인 베이어비에 맞추기 위해서, 도 12에 도시하는 바와 같이, 색 분리 단위에서, 분광 필터(2G), 분광 필터(2B), 분광 필터(2R), 보정 필터(2Blk)의 면적비를, 4:2:2:1로 하여도 된다.
마찬가지로, 색 분리 단위에서, 분광 필터(2G), 분광 필터(2B), 분광 필터(2R), 보정 필터(10Blk)의 면적비를, 4:2:2:1로 하여도 된다.
또한, 이 비율에 맞추어, 수광 소자(3C), 수광 소자(3B), 수광 소자(3R), 보정 수광 소자(3Blk)의 면적비를, 4:2:2:1로 하여도 된다.
이 경우, 기존의 화상 처리 소프트웨어(화상 엔진)의 변경이 적어도 되며, 효율적으로 촬상 소자를 이용할 수 있다.
(제5 실시예)
본 실시예에서는, 상기 제1 내지 제4 실시예의 변형예에 대하여 설명한다. 또한, 본 실시예에서는, 상기 제3 실시예에 따른 촬상 소자(9)의 변형예에 대하여 구체적으로 설명하지만, 상기 제1 실시예에 따른 촬상 소자(1), 제2 또는 제4 실시예에 따른 촬상 소자에 대해서도 마찬가지로 변형 가능하다.
도 13은, 본 실시예에 따른 촬상 소자의 단면의 일례를 도시하는 도면이다.
이 촬상 소자(12)는, 상기 제3 실시예에 따른 촬상 소자(9)의 수지층(7) 및 마이크로렌즈(8) 대신에, 필터층(11)의 광 입사 측에 전사 렌즈(13)를 배치하고 있다. 이 전사 렌즈(13)는, 마이크로렌즈와 마찬가지의 기능을 실현한다.
전사 렌즈(13)는, 상기 제3 실시예에 따른 수지층(7)과 마찬가지로, 적외 영 역이며 파장 780㎚을 포함하는 파장 영역의 투과율을 억제하는 특성(투과율 조정 기능)을 갖는다. 전사 렌즈(13)는, 각 분광 필터(2G, 2B, 2R) 및 보정 필터(2Blk)와 쌍을 이루도록 배치된다.
촬상 소자(12)의 제조 공정의 일례로서는, 우선 상기 제3 실시예와 마찬가지의 공정에 의해, 반도체 기판(4)에 수광 소자(3G, 3B, 3R, 3Blk)를 배치하고, 평탄화층(5), 필터층(11), 수지층(7)이 적층되며, 마이크로렌즈(8)가 구비된다.
다음으로, 마이크로렌즈(8)를 모형(母型)(마스크)으로 하여, 촬상 소자(12)의 입사 측에 대하여 드라이 에칭의 방법에 의해 이방성 에칭이 행하여진다.
이에 의해, 수지층(7)에 마이크로렌즈(8)의 형상이 전사되어, 필터층(11)의 입사 측에 전사 렌즈(13)가 형성된다.
본 실시예에서는, 전사 렌즈(13)는, 상기 제3 실시예에 따른 수지층(7)과 마찬가지의 투과율을 갖게 된다. 이 때문에, 촬상 소자(12)는, 상기 제2 실시예와 마찬가지의 색 분리가 실현된다.
또한, 전사 렌즈(13)와 수광 소자(3G, 3B, 3R, 3Blk) 사이의 거리는, 상기 제3 실시예에서의 마이크로렌즈(8)와 수광 소자(3G, 3B, 3R, 3Blk) 사이의 거리보다도 짧게 된다.
이 때문에, 본 실시예에 따른 촬상 소자(12)에서는, 광의 받아들임 각도를 넓힐 수 있어, 연색성을 향상시킬 수 있음과 함께, 밝은 관측 결과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 각 실시예에서는, 필터층(6, 11)에서 보정 필터(2Blk, 10Blk) 부 분의 두께가 다른 분광 필터(2G, 2B, 2R) 부분의 두께보다도 두껍게 되어 단차가 발생하는 경우가 있다.
이러한 단차를 없애기 위해서, 평탄화층(5)에, 보정 필터(2Blk, 10Blk)의 형상으로 오목부(구멍 파기)를 형성하고, 이 오목부에, 필터층(6, 11)에서의 보정 필터(2Blk, 10Blk)에 의해 발생하는 오목부를 배치시키게 하여도 된다. 또한, 평탄화층(5)의 오목부의 형성에는, 드라이 에칭을 이용하는 것으로 하여도 된다.
(제6 실시예)
본 실시예에서는, 상기 제1 실시예에서 설명한 보정 필터(2Blk) 또는 상기 제3 실시예에서 설명한 보정 필터(10Blk)를 구비하고, 적외선 센서로서 이용되는 촬상 소자에 대하여 설명한다.
도 14는, 본 실시예에 따른 촬상 소자의 단면의　일례를 도시하는 도면이다.
촬상 소자(14)는, 반도체 기판(4)에 수광 소자(3Blk)가 배치되고, 평탄화층(5), 복수의 보정 필터(10Blk)만을 배치한 필터층(15), 수지층(16)을 적층하고, 마이크로렌즈(8)을 배치하여 구성된다. 수지층(16)에는, 투과 억제 특성을 갖지 않는 투명 수지가 이용된다.
본 실시예에 따른 촬상 소자(14)는, 가시광 파장 영역에서 투과 억제 특성을 갖고, 적외 영역에 대하여 투과 특성을 갖는다. 따라서, 촬상 소자(14)는, 예를 들면 800㎚ 이후의 장파장의 광을 투과하는 양호한 적외선 센서로서 이용할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 보정 필터(10Blk)를 이용하고 있지만, 보정 필 터(2Blk)를 이용하여도 된다. 또한, 필터층(15)의 광 입사 측에는, 전사 렌즈(13)가 배치되는 것으로 하여도 된다.
상기 각 실시예에서, 보정 필터(2Blk, 10Blk)는, 2층 구조인 것으로 하고 있지만, 가시광 파장 영역에 투과 영역을 갖는 염료 또는 유기 안료를 복수 혼합한 분광 필터로 하여도 된다. 또한, 보정 필터(2Blk, 10Blk)는, 녹용, 청용, 적용 등의 다양한 색에 대한 분광 필터(2G, 2B, 2R)를 3층 이상 겹친 구조로 하여도 된다.
즉, 보정 필터(2Blk, 10Blk)는, 2색 이상의 광학적 중첩에 의해 형성되면 된다.
상기 각 실시예에서, 각 구성 요소는, 마찬가지의 동작을 실현 가능하면 자유롭게 변경 가능하며, 배치를 변경시켜도 되어, 자유롭게 조합하는 것이 가능하며, 분할하는 것도 가능하다.
상기 각 실시예에서, 보정 필터(2Blk, 10Blk) 등에 대하여 고투과의 상태를 의미하는 투과 특성이란, 예를 들면 투과율이 65% 이상인 것을 말하게 하여도 된다. 왜냐하면, 글래스 레퍼런스에서, 분광 필터의 투과율은, 낮은 것이 65~70%로 되기 때문이다. 그러나, 투과 특성이란, 투과율이 90% 이상인 것을 말하는 것으로 하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 투명 수지는, 90%∼100%정도의 투과율을 실현하는 것이 가능하기 때문이다.
한편, 상기 각 실시예에서, 보정 필터(2Blk, 10Blk) 등에 대하여 저투과를 의미하는 투과 억제 특성이란, 예를 들면 투과율이 15% 이하인 것을 말하게 하여도 된다. 왜냐하면, 녹용의 분광 필터(2G) 등의 부유하고 있는 부분은, 15% 이하 정 도의 투과율로 되기 때문이다.
또한, 이 보정 필터(2Blk, 10Blk)가 갖는 투과 억제 특성이란, 예를 들면 투과율이 10% 이하, 1% 이하로 하는 것처럼, 보다 낮은 것이 바람직하다.
(제7 실시예)
본 실시예에서는, 보색계의 분광 필터와 보정 필터를 이용하여 입사광을 관측하는 촬상 소자에 대하여 설명한다.
도 15는, 본 실시예에 따른 촬상 소자에서의 필터의 배치 상태의 일례를 도시하는 정면도이다. 이 도 15에서는, 광 입사 측으로부터 본 필터의 형태의 예가 도시되어 있다.
도 16은, 본 실시예에 따른 촬상 소자의 일례를 도시하는 단면도이다. 이 도 16에서는, 상기 도 15의 IV-IV 단면이 도시되어 있다. 또한, 이 도 16에서는, 수광 소자가 CMOS의 경우를 예로 하여 도시하고 있지만, 수광 소자가 CCD인 경우도 마찬가지이다.
본 실시예에 따른 촬상 소자(18)는, 수광 소자(19Y, 19M, 19C) 및 보정 수광 소자(19Blk)와, 이 수광 소자(19Y, 19M, 19C) 및 보정 수광 소자(19Blk)와 쌍으로 되는 분광 필터(20Y, 20M, 20C) 및 보정 필터(20Blk), 연산부(25)를 구비한다.
각각 1개씩의 황 필터(20Y), 마젠타 필터(20M), 시안 필터(20Y), 보정 필터(20Blk)에 의해 색 분리의 1단위가 형성된다. 황 필터(20Y), 마젠타 필터(20M), 시안 필터(20C), 보정 필터(20Blk)는, 바둑판 형상으로 인접 배치됨으로써 면을 형성한다.
황 필터(20Y), 마젠타 필터(20M), 시안 필터(20C)는, 보색계의 필터이다. 일반적으로, 보색계의 필터는, 적, 녹, 청의 3원색계의 컬러 필터보다도 광의 투과율이 높기 때문에, 고정밀도의 관측이 가능하게 된다.
황 필터(20Y)는, 입사광 중 황(Ye11ow) 성분의 추출에 이용되는 황의 컬러 필터이다.
마젠타 필터(20M)는, 입사광 중 마젠타(Magenta) 성분의 추출에 이용되는 마젠타의 컬러 필터이다.
시안 필터(20C)는, 입사광 중 시안(Cyan) 성분의 추출에 이용되는 시안의 컬러 필터이다.
보정 필터(20Blk)는, 가시광 파장 영역에서 투과 억제 특성을 갖고, 가시광 파장 영역보다 장파장 측에서 투과 억제 특성을 갖는 필터로서, 적외 영역의 투과율 쪽이 가시광 파장 영역의 투과율보다도 높은 특성을 갖는다. 보정 필터(20Blk)는, 가시광 파장 영역에서 투과 억제 특성(저투과 특성)을 갖기 때문에, 육안으로는 흑으로 보인다.
보정 필터(20Blk)는, 시안과 적을 광학적으로 중첩하여 형성된다. 또한, 광학적인 중첩을 실현하기 위해, 본 실시예에서는, 시안의 필터(21C)와 적의 필터(21R)를 적층하지만, 시안의 색재와 적의 색재를 혼합한 필터를 이용하여도 된다.
황 필터(20Y), 마젠타 필터(20M), 시안 필터(20C), 보정 필터(20Blk)에 의해 필터층(20)이 형성된다.
수광 소자인 황 수광 소자(19Y), 마젠타 수광 소자(19M), 시안 수광 소자(19M), 보정 수광 소자(19Blk)는, 각각 황 필터(20Y), 마젠타 필터(20M), 시안 필터(20C), 보정 필터(20Blk)의 광 입사 측의 반대측에 배치되며, 받은 광을 전기 신호로 변환하고, 관측 데이터값을 구한다.
황 수광 소자(19Y)는, 황 필터(20Y)에 대응지어져 있고, 입사광을 황 필터(20Y)를 경유하여 관측한다.
마젠타 수광 소자(19M)는, 마젠타 필터(20M)에 대응지어져 있고, 입사광을 마젠타 필터(20M)를 경유하여 관측한다.
시안 수광 소자(19C)는, 시안 필터(20C)에 대응지어져 있고, 입사광을 시안 필터(20C)를 경유하여 관측한다.
보정 수광 소자(19Blk)는, 보정 필터(20Blk)에 대응지어져 있고, 입사광을 보정 필터(20Blk)를 경유하여 관측한다.
수광 소자와 필터와의 일대일의 조합이, 화소에 상당한다.
본 실시예에서는, 반도체 기판(4)과 필터층(20) 사이에, 평활화층(22)이 형성되어 있다.
또한, 필터층(20)의 광 입사 측에는, 수지층(23), 마이크로렌즈(24)가 형성되어 있다.
평활화층(22), 필터층(20), 수지층(23), 마이크로렌즈(24) 중의 적어도 1개는, 가시광 파장 영역과의 경계 측의 적외 영역에서의 입사광의 투과율을 억제하는 기능을 갖는 것으로 한다.
그 때문에, 예를 들면, 평활화층(22), 필터층(20), 수지층(23), 마이크로렌즈(24) 중 적어도 1개에는, 적외 영역인 파장 700㎚~800㎚의 적외선을 흡수하는 적외선 흡수제가 첨가된다.
이 파장 700㎚~800㎚의 적외선을 흡수하는 기능을 실현하기 위해, 예를 들면, 평활화층(22), 필터층(20), 수지층(23), 마이크로렌즈(24) 중의 적어도 1개가, 파장 700㎚~800㎚의 광을 흡수하여, 파장 700㎚~800㎚의 사이에서 투과 억제 특성을 갖는 것으로 한다.
연산부(25)는, 황 연산부(25Y), 마젠타 연산부(25M), 시안 연산부(25C), 3원색 연산부(25CD)를 구비한다. 이 연산부(25)는, 황 수광 소자(19Y), 마젠타 수광 소자(19M), 시안 수광 소자(19C), 보정 수광 소자(19Blk)에 의한 관측 데이터값 Dy, Dm, Dc, Dblk에 기초하여, 보정된 관측 데이터값 HDy, HDm, HDc를 구하고, 또한, 이 보정된 관측 데이터값 HDy, HDm, HDc에 기초하여, 청의 관측 데이터값 CDb, 녹의 관측 데이터값 CDg, 적의 관측 데이터값 CDr을 구하는 기능을 갖는다.
황 연산부(25Y)는, 황 수광 소자(19Y)에서 관측된 관측 데이터값 Dy로부터, 보정 수광 소자(19Blk)에서 관측된 관측 데이터값 Dblk를 감산하여, 보정된 황의 관측 데이터값 HDy(=Dy-Dblk)를 구한다.
마젠타 연산부(25M)는, 마젠타 수광 소자(19M)에서 관측된 관측 데이터값 Dm으로부터, 보정 수광 소자(19Blk)에서 관측된 관측 데이터값 Dblk를 감산하여, 보정된 마젠타의 관측 데이터값 HDm(=Dm-Dblk)을 구한다.
시안 연산부(25C)는, 시안 수광 소자(19C)에서 관측된 관측 데이터값 Dc로부 터, 보정 수광 소자(19Blk)에서 관측된 관측 데이터값 Dblk를 감산하여, 보정된 시안의 관측 데이터값 HDc(=Dc-Dblk)를 구한다.
3원색 연산부(25CD)는, 보정된 황의 관측 데이터값 HDy, 보정된 마젠타의 관측 데이터값 HDm, 보정된 시안의 관측 데이터값 HDc에 기초하여, 광의 3원색인 청의 관측 데이터값 CDb, 녹의 관측 데이터값 CDg, 적의 관측 데이터값 CDr을 구한다.
구체적으로는, 3원색 연산부(25CD)는, CDb=(HDc+HDm-HDy)/2를 연산하고, CDg=(HDc+HDy-HDm)/2를 연산하고, CDr=(HDm+HDy-HDc)/2를 연산한다. 또한, 통상적으로, 시안=청+녹, 마젠타=청+적, 황=녹+적의 관계가 성립된다.
이하에, 본 실시예에 따른 촬상 소자(18)의 제조 공정에 대하여 설명한다.
반도체 기판(4)에는, 황 수광 소자(19Y), 마젠타 수광 소자(19M), 시안 수광 소자(19C), 보정 수광 소자(19Blk)가 형성·배치된다.
황 수광 소자(19Y), 마젠타 수광 소자(19M), 시안 수광 소자(19C), 보정 수광 소자(19Blk)가 형성된 반도체 기판(4)의 광 입사 측의 면에는, 평탄화층(22)이 적층된다. 이에 의해, 시안 필터(20C), 황 필터(20Y), 마젠타 필터(20M), 보정 필터(20Blk)의 설치면을 평탄화할 수 있다.
평탄화층(22)의 광 입사 측에는, 각각 시안 수광 소자(19C), 황 수광 소자(19Y), 마젠타 수광 소자(19M), 보정 수광 소자(19Blk)에 대응하는 시안 필터(20C), 황 필터(20Y), 마젠타 필터(20M), 보정 필터(20Blk)가 이 순서로 배치되고, 필터층(20)이 형성된다.
필터층(20)의 광 입사 측에는, 수지층(투명 평활화층)(23)이 적층된다.
수지층(23)의 광 입사 측에는, 황 수광 소자(19Y), 마젠타 수광 소자(19M), 시안 수광 소자(19C), 보정 수광 소자(19Blk)에 대응하는 마이크로렌즈(24)가 구비된다. 마이크로렌즈(24)는, 각 황 필터(20Y), 마젠타 필터(20M), 시안 필터(20C), 보정 필터(20Blk)와 쌍을 이루도록, 각 황 필터(20Y), 마젠타 필터(20M), 시안 필터(20C), 보정 필터(20Blk) 상에 배치된다. 마이크로렌즈(24)는, 아크릴 수지 등에 의해 형성되고, 황 수광 소자(19Y), 마젠타 수광 소자(19M), 시안 수광 소자(19C), 보정 수광 소자(19Blk)에의 집광성을 높인다.
또한, 상술한 바와 같이, 상기 도 16에서는, 시안의 필터(21C)와 적의 필터(21R)의 적층 구조를 갖는 보정 수광 소자(19Blk)가 이용되고 있다.
그러나, 보정 필터(2Blk)는, 상기 도 16에 도시하는 구조에 한하지 않고 광학적 중첩으로 실현되어 있으면 된다. 여기에서 말하는 광학적 중첩은, 상기 도 16에 도시하는 바와 같이, 2색 이상의 서로 다른 색의 컬러 필터의 적층 구조에 의해 실현하여도 되고, 도 17과 같이 서로 다른 복수의 색의 컬러 필터를 구성하는 색재(안료, 색소)를 혼합한 착색 수지에 의해 단층으로 실현하여도 된다. 또한, 색이나 투과율 조정을 위해, 2색 이상의 색재를 이용하는 것으로 하여도 된다.
이와 같이, 2색 이상의 컬러 필터를 광학적으로 중첩함으로써, 보정 필터(20Blk)의 투과율은, 중첩되는 각 컬러 필터의 투과율의 곱으로 된다. 따라서, 본 실시예와 같이, 보정 필터(20Blk)를 광학적인 중첩에 의해 형성함으로써, 가시광 파장 영역에서 투과 억제 특성을 갖고, 가시광 파장 영역보다 장파장 측에서 투 과 특성을 갖는 보정 필터(20Blk)를 작성할 수 있다.
본 실시예에서, 필터 단층의 막 두께는, 각각 0.7㎛, 화소 피치(황 필터(20Y), 마젠타 필터(20M), 시안 필터(20C), 보정 필터(20Blk)의 피치)는 2.6㎛로 하였다.
평탄화층(22)의 평균 막 두께는, 0.1㎛로 하였다. 또한, 본 실시예에서는, 평탄화층(22)을 형성하게 하고 있지만, 촬상 소자를 더욱 얇게 하는 것을 목적으로 하여, 평탄화층(22)을 생략하는 것으로 하여도 된다.
이하에, 투과율 특성에 대하여 설명한다.
도 18은, 황 필터(20Y), 마젠타 필터(20M), 시안 필터(20C)에 대한 분광 투과율의 일례를 도시하는 그래프이다. 이 도 18에서는, 광의 파장 400㎚~1100㎚과 투과율과의 관계의 예를 그래프로 도시하고 있다.
이 도 18에 도시하는 바와 같이, 황 필터(20Y), 마젠타 필터(20M), 시안 필터(20C)의 분광 투과율에서, 분광 곡선의 스커트부(투과율 억제부)에서는 투과율이 낮게 되지만, 수% 정도는 입사광이 투과된다. 이러한 분광 곡선의 스커트부에 남는 투과율의 값을 분광의 부유라고 한다.
분광의 부유는, 황 수광 소자(19Y), 마젠타 수광 소자(19M), 시안 수광 소자(19C)에 의한 관측 데이터값 Dy, Dm, Dc에 기초하여 행하여지는 색 분리에서 노이즈의 원인으로 되어, 색 재현성을 저하시켜, 화질 저하의 원인으로 된다.
또한, 황 필터(20Y), 마젠타 필터(20M), 시안 필터(20C)는, 적외 영역에서의 투과율이 높기 때문에, 적외 영역의 광까지 황 수광 소자(19Y), 마젠타 수광 소 자(19M), 시안 수광 소자(19C)에 의해 관측된다고 하는 문제가 있다.
도 19는, 본 실시예에 따른 보정 필터(20Blk)의 분광 투과율의 일례를 도시하는 그래프이다. 이 도 19에서는, 광의 파장과 투과율과의 관계의 예를 그래프로 도시하고 있다.
각 파장에서, 시안의 필터(21C)의 투과율과 적의 필터(21R)의 투과율과의 곱의 값이, 보정 필터(20Blk)의 투과율로 된다.
도 20은, 본 실시예에 따른 촬상 소자(18)의 분광 투과율의 일례를 도시하는 그래프이다.
이 도 20은, 각각 황 필터(20Y), 마젠타 필터(20M), 시안 필터(20C)의 투과율의 적분값으로부터, 보정 필터(20Blk)의 투과율의 적분값의 값을 뺀 경우의 파장과 투과율과의 관계의 예를 그래프로 도시하고 있다.
이와 같이, 본 실시예에서는, 황, 마젠타, 시안의 분광 특성으로부터 보정 필터의 분광 특성이 감산되기 때문에, 분광의 부유에 대해서도 감산되어, 분광의 부유가 관측 결과에 미치는 영향을 경감할 수 있다.
보정 필터(20Blk)에 대하여, 복수의 색재의 조합을 조정함으로써, 분광의 부유를 보다 작게 할 수 있다.
그리고, 황, 마젠타, 시안의 분광 특성으로부터 보정 필터의 분광 특성이 감산되기 때문에, 적외 영역의 관측 결과에 대해서도 감산되어, 적외 영역의 관측 결과의 영향을 경감할 수 있다.
이 도 20은, 촬상 소자(18)에서, 700㎚보다 장파장 측, 특히 800㎚보다 장파 장 측에서, 적외선을 컷할 수 있는 것을 나타내고 있다.
적외 영역이며, 가시광 파장 영역과의 경계 측의 대략 700㎚ 내지 800㎚의 파장 영역(경계 적외 영역)에서의 보정 필터(20Blk)의 투과율은, 복수의 색재의 조합에 의해 조정할 수 있다.
따라서, 본 실시예에서는, 색 분리에 대한 노이즈를 크게 저감시킬 수 있어, 화질을 향상시킬 수 있다.
도 21은, 본 실시예에 따른 촬상 소자(18)에서 이용되는 적외선 흡수제의 분광 투과율의 일례를 도시하는 그래프이다.
적외선 흡수제는, 경계 적외 영역에서 광을 흡수한다. 이 적외선 흡수제가, 평활화층(22), 필터층(20), 수지층(23), 마이크로렌즈(24), 필터층(20) 중 적어도 1개에 첨가된다. 이에 의해, 관측 결과가 경계 적외 영역의 파장의 광의 영향을 받는 것을 방지할 수 있다. 즉, 적외 영역에서, 황 수광 소자(19Y), 마젠타 수광 소자(19M), 시안 수광 소자(19M), 보정 수광 소자(19Blk)에 의해 관측되는 광을 한층 억제할 수 있다.
또한, 경계 적외 영역에서 광을 흡수하기 위해, 적외선 흡수 특성을 갖는 색재를 촬상 소자에 분산 혼합하여도 되고, 혹은 용해시킨 수지액을 이용하여 촬상 소자에 적용하여도 된다.
도 22는, 본 실시예에 따른 촬상 소자(18)의 분광 투과율과 적외선 흡수제의 분광 투과율을 곱한 분광 특성의 일례를 도시하는 그래프이다.
이 도 22에서, 경계 적외 영역에서의 황색이나 마젠타의 투과율의 조정은, 타색의 색재를 황 필터(20Y)나 마젠타 필터(20M)에 첨가하여 실현하여도 되고, 황 필터(20Y)나 마젠타 필터(20M)에 대하여 경계 적외 영역의 광을 흡수하는 색재의 층을 병설하는 것으로 하여도 된다.
구체적으로는, 본 실시예에서, 광의 파장 780㎚을 포함하는 경계 적외 영역의 투과율을 억제하기 위해서, 프탈로시아닌계 유기 안료로 대표되는 유기 안료를 투명 수지에 첨가하여 도포막을 형성하고, 이용하여도 된다. 또한, 마이크로렌즈(24)의 재료에 적외선 흡수재를 첨가하여도 된다.
또한, 황 필터(21Y), 마젠타 필터(20M)에, 그 하부 또는 상부에, 적외선 흡수재를 포함하는 층을 적층하여도 된다.
적외선 흡수재로서는, 예를 들면, 안트라퀴논계 화합물, 프탈로시아닌계 화합물, 시아닌계 화합물, 폴리 메틸렌계 화합물, 알루미늄계 화합물, 디이모늄계 화합물, 이모늄계 화합물, 아조계 화합물 등이 사용 가능하다.
본 실시예에 따른 촬상 소자(18)는, 황 필터(20Y), 마젠타 필터(20M), 시안 필터(20C), 보정 필터(29Blk)의 광 입사 측에, 자외선 흡수제를 첨가하는 것으로 하여도 된다.
자외선 흡수제로서는, 예를 들면, 벤조트리아졸계 화합물, 벤조페논계 화합물, 살리실산계 화합물, 쿠마린계 화합물, 등이 사용 가능하다. 또한, 이들 자외선 흡수제에, 예를 들면 힌다드 아민계 화합물 등의 광 안정화제나 퀀처를 첨가하여도 된다.
본 실시예에 따른 촬상 소자(18)의 적외선 흡수 기능은, 적외선 흡수성 화합 물이나 적외선 흡수제를, 투명 수지에 첨가하여 실현하여도 되고, 적외선 흡수성 화합물이나 적외선 흡수제를, 반응성 염료 등 반응형 적외선 흡수제 등의 형식으로 수지 분자쇄에 내장하는 펜던트 방식에 의해 실현하여도 된다.
이하에, 종래의 촬상 소자와 본 실시예에 따른 촬상 소자(18)를 비교하여, 효과의 차이를 설명한다.
최근, 촬상 소자의 다화소화에 수반하여, 화소의 미세화가 진행되고, 화소 피치는, 3㎛을 절단하여 2㎛로 되어 있다. 2㎛ 근방의 화소 사이즈에서는, 1화소에 집광시키는 광량에 한도가 있어, 촬상 소자의 감도가 저하하여, 어두운 화질로 되는 경우가 있다.
이에 대하여, 본 실시예에서는, 보색계의 황 필터(20Y), 마젠타 필터(20M), 시안 필터(20C)를 이용함으로써, 촬상 소자(18)의 감도 저하가 방지되어, 화질의 향상이 도모된다.
본 실시예에서는, 황, 마젠타, 시안의 보색계의 필터에서의 분광의 부유, 적, 녹, 청의 원색의 필터에서의 분광의 부유를, 보정 필터(20Blk)의 관측 데이터값 Dblk의 감산을 행함으로써, 제거하는 것이 가능하다. 이와 같이 색 분리 시에 노이즈의 원인으로 되는 분광의 부유를 저감시킴으로써, 촬상 소자(18)의 색 재현성을 향상시킬 수 있어, 화질을 향상시킬 수 있다.
본 실시예에 따른 촬상 소자(18)에서는, 종래의 촬상 소자에 구비되어 있던 적외선 컷 필터를 생략할 수 있어, 렌즈 광학계의 두께를 늘릴 필요가 없어, 박형화를 도모할 수 있다. 즉, 종래의 촬상 소자에서는, 카메라 모듈의 광학계에 적외 선 컷 필터가 삽입되어 있었다. 이에 대하여, 본 실시예에 따른 촬상 소자(18)에서는, 종래의 적외선 컷 필터를 삭제할 수 있기 때문에, 얇게 할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 촬상 소자(18)에서는, 촬상 소자의 기본 구성을 변경시킬 필요가 없어, 관측 결과가 적외 영역의 광에 영향을 받는 것을 방지할 수 있다.
종래의 촬상 소자에서는, 광의 입사면 전체가 흡수형의 적외선 컷 필터로 덮여져 있었다. 이 경우, 분광 특성과 함께, 개개의 화소의 미묘한 적의 색 재현성이 저하하는 경우가 있다.
이에 대하여, 본 실시예에 따른 촬상 소자(18)에서는, 적의 감도를 높일 수 있어, 적의 색 재현성을 향상시킬 수 있다.
종래의 촬상 소자에 구비되어 있는 흡수형의 적외선 컷 필터는, 황, 마젠타, 적, 녹의 감도 저하를 초래하는 경향이 있어, 연색성이 저하하는 경우가 있다.
이에 대하여, 본 실시예에서는, 가시광 파장 영역인 대략 400㎚~700㎚의 파장 영역에서의 감도 저하가 적기 때문에, 연색성을 향상시킬 수 있다.
본 실시예에서, 황의 안료로서는, C.I. 피그먼트 옐로 150, 시안의 안료로서는, C.I. 피그먼트 블루 15:3, 마젠타의 안료로서는, C.I. 피그먼트 레드 122, 적의 안료로서는, C.I. 피그먼트 레드 177과 C.I. 피그먼트 레드 48:1과 C.I. 피그먼트 옐로 139와의 혼합을 이용할 수 있다.
예를 들면, 레지스트의 고형비(아크릴계 감광성 수지와 안료 등)는, 약 15~35%의 범위, 또한 고형비 중의 안료비는 약 13%~40%의 범위로 한다.
(제8 실시예)
본 실시예에서는, 상기 제7 실시예에 따른 보정 필터(20Blk)의 변형예에 대하여 설명한다.
도 23은, 본 실시예에 따른 보정 필터(20Blk)의 단면의 제1 예를 도시하는 도면이다.
본 실시예에서, 보정 필터(20Blk)는, 바이올렛(Violet)과 적과의 광학적 중첩에 의해 형성된다.
이 도 23에서는, 보정 필터(20Blk)가, 바이올렛의 필터(21V)와 적의 필터(21R)를 적층하여 형성되어 있다.
또한, 보정 필터(20Blk)는, 바이올렛과 적의 색재를 혼합하여 단층으로 형성되게 하여도 된다.
도 24는, 바이올렛의 필터(21V)의 분광 특성의 일례를 도시하는 그래프이다.
도 25는, 본 실시예에 따른 바이올렛과 적과의 광학적 중첩에 의해 형성된 보정 필터(20Blk)의 분광 특성을 도시하는 그래프이다.
이 도 25는, 바이올렛의 안료와 적의 안료를 혼합 분산한 막 두께 1.1㎛의 아크릴 수지막에 의해 형성된 보정 필터(20Blk)의 투과율과 파장과의 관계를 도시하고 있다.
본 실시예에 따른 보정 필터(20Blk)를 이용한 연산에 의한 적외선의 컷은, 상기 도 35에 도시하는 일반적인 흡수형의 적외선 컷 필터에 의한 적외선의 컷과 달리, 대략 600㎚~650㎚ 부근의 파장 영역에서의 광의 흡수(실효적인 흡수)가 적기 때문에, 적의 연색성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에서, 바이올렛의 안료로서는, C.I. 피그먼트 바이올렛 23을 이용할 수 있다.
(제9 실시예)
본 실시예에서는, 상기 제7 실시예에 따른 촬상 소자의 필터층의 변형예에 대하여 설명한다.
도 26은, 본 실시예에 따른 촬상 소자의 단면의 일례를 도시하는 도면이다.
촬상 소자(26)는, 상기 제7 실시예에 따른 촬상 소자(18)와 필터층의 구성이 서로 다르지만 다른 부분에 대해서는 마찬가지이다.
상기 제7 실시예에 따른 촬상 소자(18)의 필터층(20)에서는, 시안 필터(20C)와 시안의 필터(21C)가 별도 구성이었다.
이에 대하여, 본 실시예에 따른 촬상 소자(26)의 필터층(27)에서는, 상기 시안 필터(20C)와 시안의 필터(21C)를 일체 구성으로 한 시안 필터(27C)를 구비한다.
그리고, 보정 수광 소자(19Blk)의 광 입사 측에는, 시안 필터(27C)와 적의 필터(21R)와의 적층부가 배치된다. 즉, 본 실시예에서, 보정 필터는, 필터층(27) 중의 시안 필터(27C)와 적의 필터(21R)와의 적층부로 된다.
이러한 구성으로 함으로써, 상기 제7 실시예와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
(제10 실시예)
본 실시예에서는, 상기 제9 실시예에 따른 촬상 소자의 변형예에 대하여 설 명한다.
본 실시예에 따른 촬상 소자는, 상기 제9 실시예에 따른 촬상 소자(26)에서의 수지층(23)과 마이크로렌즈(24)를 일체 구성으로 하고 있다.
도 27은, 본 실시예에 따른 촬상 소자의 일례를 도시하는 단면도이다.
본 실시예에 따른 촬상 소자(28)는, 상기 제9 실시예에 따른 촬상 소자(26)의 수지층(23)과 마이크로렌즈(24)를 일체 구조로 한 전사 렌즈(29)를 구비한다. 전사 렌즈(29)는, 황 수광 소자(19Y), 마젠타 수광 소자(19M), 시안 수광 소자(19C), 보정 수광 소자(19Blk)에의 집광성을 높이는 기능을 갖는다.
촬상 소자(28)의 다른 부분에 대해서는, 상기 제9 실시예에 따른 촬상 소자(26)와 마찬가지이다.
이하에, 이 촬상 소자(28)의 제조 공정을 설명한다.
도 28은, 본 실시예에 따른 촬상 소자(28)의 제조 프로세스의 제1 공정의 예를 도시하는 단면도이다. 또한, 도 28 내지 도 32에서는, 수광 소자가 CMOS인 경우를 예로 하여 도시하고 있지만, 수광 소자가 CCD인 경우도 마찬가지이다.
우선 반도체 기판(4) 상에 황 수광 소자(19Y), 마젠타 수광 소자(19M), 시안 수광 소자(19C), 보정 수광 소자(19Blk)가 형성되고, 투명 수지로 이루어지는 평탄화층(22)이 도포 형성된다.
또한, 포토리소그래피법을 이용한 감광성 수지로 이루어지는 컬러 필터의 형성에서, 감광성 수지에의 패턴 노광은 자외선을 이용하기 때문에, 패턴 노광 시의 할레이션을 방지하기 위해, 평탄화층(22)에 자외선 흡수제를 첨가하는 것으로 하여 도 된다.
도 29는, 촬상 소자(28)의 제조 프로세스의 제2 공정의 예를 도시하는 단면도이다.
포토리소그래피법에 의해, 평탄화층(22) 상에, 시안 필터(27C), 황 필터(20Y), 마젠타 필터(20M)가 이 순서로 형성되며, 그 후 보정 필터를 형성하기 위한 적 필터(21R)가 형성된다.
도 30은, 촬상 소자(28)의 제조 프로세스의 제3 공정의 예를 도시하는 단면도이다.
필터층(27)이 형성된 반도체 기판(4) 상에, 평탄화 기능을 갖는 수지층(30)이 형성된다.
또한, 이 제3 공정에서는, 수지층(30) 상에, 열 플로우성(열처리에 의해 유동화하여, 둥글게 됨)을 갖고, 또한, 알칼리 현상 가능한 감광성 페놀 수지(31)가 도포된다.
도 31은, 촬상 소자(28)의 제조 프로세스의 제4 공정의 예를 도시하는 단면도이다.
포토리소그래피법을 이용하여, 감광성 페놀 수지(31)가 소정의 패턴(예를 들면 직사각형 형상 패턴)으로 성형된다.
다음으로, 200도의 가열을 행하여, 소정 패턴의 감광성 페놀 수지(31)를 유동화시켜, 반구 형상의 렌즈 모형(31a)이 형성된다.
도 32는, 촬상 소자(11)의 제조 프로세스의 제5 공정의 예를 도시하는 단면 도이다.
드라이 에칭 장치 내에서 수지층(30)에 대한 이방성의 에칭이 행하여진다. 이 에칭에 의해 렌즈 모형(31a)은 없어지지만, 이 렌즈 모형(31a)이 수지층(30)에의 마스크로 되어, 렌즈 모형(31a)의 반구 형상의 형상이 수지층(30)에 전사된다.
이에 의해, 전사 렌즈(29)를 구비한 촬상 소자(28)가 얻어진다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에서는, 필터층(27)의 입사광 측의 면에 전사 렌즈(29)가 형성되어 있다. 본 실시예에서는, 촬상 소자(28)를 한층 얇게 할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 평탄화층(22)에는, 감광성 수지에의 패턴 노광 시의 할레이션 방지를 위해, 자외선 흡수제가 첨가되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 수광 소자가 자외선 영역에 감도를 갖는 것에 기초하는 자외선에 의한 노이즈의 발생을 방지하기 위해, 전사 렌즈(29)에, 자외선 흡수제를 첨가하는 것이 바람직하다.
자외선 흡수제로서는, 산화 셀륨, 산화 티탄 등의 금속 산화물로 이루어지는 미립자를 사용하는 것이 가능하다. 그러나, 상술한 바와 같이, 전사 렌즈(29)에 자외선 흡수제가 무첨가인 경우에는, 전사 렌즈의 수지 중에서 무기 재료가 광학적인 이물로 되어, 광이 차단되는 경우가 있다. 이 경우, 촬상 소자(28)에서 얻어진 화상에 검은 부분이 발생하게 된다. 따라서, 염료계의 자외선 흡수제를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 자외선 흡수제로서는, 벤조트리아졸계, 벤조페논계, 트리아진계, 살리실레이트계, 쿠마린계, 크산틴계, 메톡시계 피산계 유기 화합물 등이 이용된다.
또한, 보정 필터를 복수의 색재를 혼합한 1층 구조로 하는 경우에는, 필터층은, 시안 필터(20C), 황 필터(20Y), 마젠타 필터(20M), 보정 필터의 순으로 형성되는 것이 바람직하다.
(제11 실시예)
본 실시예에서는, 입사광 중 수광 소자에 입사하는 광을 제외한 다른 광이 수광 소자에 입사하는 것을 방지하는 차광막을, 기판의 입사광의 입사 측이며, 수광 소자에 입사광을 입사시키는 영역을 제외한 다른 영역에 설치한 촬상 소자에 대하여 설명한다.
도 33은, 본 실시예에 따른 촬상 소자에 구비되는 차광막의 배치 상태의 제1 예를 도시하는 정면도이다.
이 도 33에 도시하는 촬상 소자(32)는, 수광 소자의 광 입사 측이며, 분광 필터가 설치되어 있는 유효 화소부(33)의 외주부에, 광의 반사를 억제하는 차광막(34)을 구비한다.
이 차광막(34)에는, 상기 각 실시예에서 설명한 보정 필터를 이용할 수 있다. 즉, 차광막(34)은, 상기 각종 보정 필터와 마찬가지의 형성 방법으로 형성할 수 있어, 마찬가지의 재질로 형성할 수 있다.
차광막(34)을, 촬상 소자(32)의 유효 화소부(33)의 외주부에 배치하는 것은, 촬상 소자(32)의 관측 결과가 노이즈의 영향을 받는 것을 방지할 수 있어, 화질을 높일 수 있는 점에서 유효하다. 특히, 차광막(34)으로서 상기 각종 보정 필터를 이용함으로써, 가시광 파장 영역의 광을 컷할 수 있어, 촬상 소자(32) 주변의 미광을 감소시킬 수 있다.
도 34는, 본 실시예에 따른 촬상 소자에 구비되는 차광막의 배치 상태의 제2 예를 도시하는 단면도이다.
이 도 34에 도시하는 촬상 소자(35)는, 상기 제1 실시예에 따른 촬상 소자(1)와 마찬가지의 구성이지만, 반도체 기판(4)의 광 입사 측의 면 중, 적 수광 소자(3R), 녹 수광 소자(3G), 청 수광 소자(3B), 보정 수광 소자(3Blk)에 광을 도입하는 영역을 제외한 다른 영역에, 차광막(34)을 배치한 특징을 갖는다.
상기 촬상 소자(34, 35)는, 반도체 기판(4)의 광 입사 측이며, 수광 소자가 입사광을 도입하는 개구 영역을 제외한 다른 영역에, 가시광 파장 영역에서 투과 억제 특성을 갖는 차광막(34)을 배치하고 있다.
종래의 촬상 소자에서는, 수광 소자 이외의 부분에 입사한 광이 경로이탈하여, 경로이탈광으로 되는 경우가 있다. 이 미광은, 그 후 수광 소자에 입사하면 노이즈로 된다. 또한, 촬상 소자의 주변 부분, 수광 소자의 주변 부분에 불필요한 광이 입사하면, 이들 광은 노이즈의 원인으로 된다.
그러나, 본 실시예에서는, 차광막(34)이 배치되어 있기 때문에, 수광 소자를 제외한 다른 부분에 입사한 광이 흡수된다.
이에 의해, 수광 소자에 미광 및 불필요한 광이 입사하는 것을 방지할 수 있고, 노이즈를 저감시킬 수 있어, 촬상 소자(34, 35)에 의해 얻어지는 화질을 향상시킬 수 있다. 특히, 차광막(34)으로서 보정 필터를 이용한 경우, 가시광 파장 영 역의 광을 컷할 수 있고, 수광 소자의 주변에서 발생하는 미광을 감소시킬 수 있어, 수광 소자 주변으로부터의 노이즈 발생을 경감할 수 있다.
또한, 차광막(34)은, 상기 제1 실시예에 대해서뿐만 아니라, 다른 각 실시예에 대해서도 적용 가능하다.
차광막(34)으로서 보정 필터를 이용한 경우, 적외 영역의 광 및 자외 영역의 광은 이 차광막(34)을 투과한다. 따라서, 본 실시예에서는, 반도체 기판(4)의 수광 소자 주변에, 차광막(34)을 배치하고, 또한 이 차광막(34)에 대하여 적외선 및 자외선을 흡수하는 막을 적층하는 것으로 하여도 된다.
이 적외선 및 자외선을 흡수하는 막에는, 마이크로렌즈(8)의 형성에 이용하는 투명 수지에 적외선 흡수제 및 자외선 흡수제를 첨가한 수지를 이용함으로써, 재료비를 경감시킬 수 있다.
이에 의해, 수광 소자가 아닌 부분에 입사한 적외선 및 자외선이 경로이탈하여, 경로이탈광으로 되어, 노이즈가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명은, 수광 소자를 구비하는 촬상 소자의 분야에 이용된다.

Claims (33)

  1. 입사광 중 특정한 색 성분의 추출에 이용되는 필터와,
    상기 필터를 경유한 입사광을 받고, 받은 입사광을 전기 신호로 변환하는 수광 소자와,
    가시광 파장 영역에서 투과 억제 특성을 갖고, 상기 가시광 파장 영역보다 장파장 측의 파장 영역에서 투과 특성을 갖는 보정 필터와,
    상기 수광 소자에 의해 변환된 전기 신호가 나타내는 데이터값을 보정하기 위해, 상기 보정 필터를 경유한 입사광을 받고, 받은 입사광을 전기 신호로 변환하는 보정 수광 수자와,
    상기 수광 소자와 상기 보정 수광 소자와의 광 입사 측에 배치되고, 파장 700㎚~800㎚에서의 입사광의 투과율을 억제하는 요소로서, 이 요소와 상기 필터에 의한 적외 영역의 투과율과, 이 요소와 상기 보정 필터에 의한 적외 영역의 투과율을, 동일 레벨로 하는 투과율 조정 기능을 갖는 억제부를 포함하고,
    상기 수광 소자 및 상기 보정 수광 소자는 반도체 기판의 광 입사측에 배치되고,
    상기 필터 및 상기 보정 필터는, 각각 상기 수광 소자 및 상기 보정 수광 소자의 광 입사측에서, 상기 수광 소자 및 상기 보정 수광 소자에 대응하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 필터는,
    녹 성분의 추출에 이용되는 녹 필터와,
    청 성분의 추출에 이용되는 청 필터와,
    적 성분의 추출에 이용되는 적 필터를 구비하고,
    상기 수광 소자는,
    상기 녹 필터를 경유한 입사광을 받고, 받은 입사광을 전기 신호로 변환하는 녹 수광 소자와,
    상기 청 필터를 경유한 입사광을 받고, 받은 입사광을 전기 신호로 변환하는 청 수광 소자와,
    상기 적 필터를 경유한 입사광을 받고, 받은 입사광을 전기 신호로 변환하는 적 수광 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 보정 필터는,
    녹 성분의 추출에 이용되는 제1 필터 엘리먼트와 청 성분의 추출에 이용되는 제2 필터 엘리먼트 중 적어도 한 쪽과, 적 성분의 추출에 이용되는 제3 필터 엘리먼트를 겹쳐 구성되는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 보정 필터는, 상기 제1 필터 엘리먼트와 상기 제3 필터 엘리먼트를 겹친 구성인 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 보정 필터는, 상기 제2 필터 엘리먼트와 상기 제3 필터 엘리먼트를 겹친 구성인 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  6. 입사광 중 특정한 색 성분의 추출에 이용되는 필터와,
    상기 필터를 경유한 입사광을 받고, 받은 입사광을 전기 신호로 변환하는 수광 소자와,
    가시광 파장 영역에서 투과 억제 특성을 갖고, 상기 가시광 파장 영역보다 장파장 측의 파장 영역에서 투과 특성을 갖는 보정 필터와,
    상기 수광 소자에 의해 변환된 전기 신호가 나타내는 데이터값을 보정하기 위해, 상기 보정 필터를 경유한 입사광을 받고, 받은 입사광을 전기 신호로 변환하는 보정 수광 소자를 포함하고,
    상기 필터와 상기 보정 필터는, 파장 700㎚~800㎚의 사이에서의 입사광의 투과율을 억제하는 것에 의해, 상기 필터에 의한 적외 영역의 투과율과, 상기 보정 필터에 의한 적외 영역의 투과율이 동일 레벨로 되도록 조정되어 있고,
    상기 수광 소자 및 상기 보정 수광 소자는 반도체 기판의 광 입사측에 배치되고,
    상기 필터 및 상기 보정 필터는, 각각 상기 수광 소자 및 상기 보정 수광 소자의 광 입사측에서, 상기 수광 소자 및 상기 보정 수광 소자에 대응하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 필터는,
    녹 성분의 추출에 이용되는 녹 필터와,
    청 성분의 추출에 이용되는 청 필터와,
    적 성분의 추출에 이용되는 적 필터를 구비하고,
    상기 수광 소자는,
    상기 녹 필터를 경유한 입사광을 받고, 받은 입사광을 전기 신호로 변환하는 녹 수광 소자와,
    상기 청 필터를 경유한 입사광을 받고, 받은 입사광을 전기 신호로 변환하는 청 수광 소자와,
    상기 적 필터를 경유한 입사광을 받고, 받은 입사광을 전기 신호로 변환하는 적 수광 소자를 구비하며,
    상기 보정 필터는, 녹 성분의 추출에 이용되는 제1 필터 엘리먼트와 청 성분의 추출에 이용되는 제2 필터 엘리먼트 중 적어도 한 쪽과, 적 성분의 추출에 이용되는 제3 필터 엘리먼트를 겹쳐 구성되고,
    상기 녹 필터와 상기 제1 필터 엘리먼트는, 상기 가시광 파장 영역보다 장파장 측의 일부의 파장 영역에서 투과 억제 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 녹 필터와 상기 제1 필터 엘리먼트는, 상기 가시광 파장 영역보다 장파장 측의 파장 영역에서의 투과율의 상승부를 억제하는 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 녹 필터와 상기 제1 필터 엘리먼트는, 파장 780㎚을 포함하는 파장 영역에서의 투과율을 억제하는 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 녹 필터, 상기 청 필터, 상기 적 필터, 상기 보정 필터는, 바둑판 형상 으로 배치되어 면을 형성하고, 색 분리의 1단위를 형성하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 녹 필터, 상기 청 필터, 상기 적 필터, 상기 보정 필터의 면적비를, 4:2:2:1로 하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 색 분리 단위는, 분광 특성이 서로 다른 복수의 종류의 상기 보정 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 억제부는, 적의 파장 영역에도 투과 억제 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 억제부는, 상기 가시광 파장 영역보다 장파장 측의 파장 영역에서의 투과율의 상승부를 억제하는 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 억제부는, 파장 780㎚을 포함하는 파장 영역에서의 투과율을 억제하는 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 억제부는, 상기 입사광이 입사하는 면에 구비된 렌즈인 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 수광 소자에 의해 변환된 전기 신호가 나타내는 데이터값과 상기 보정 수광 소자에 의해 변환된 전기 신호가 나타내는 데이터값의 차에 기초하여, 상기 특정한 색 성분의 데이터값을 구하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  18. 제2항에 있어서,
    상기 보정 필터는, 입사광 중 녹 성분의 추출에 이용되는 제1 필터 엘리먼트와 청 성분의 추출에 이용되는 제2 필터 엘리먼트 중 적어도 한 쪽과, 적 성분의 추출에 이용되는 제3 필터 엘리먼트와의 광학적인 중첩에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  19. 제2항에 있어서,
    상기 녹 수광 소자에 의해 변환된 전기 신호가 나타내는 데이터값으로부터 상기 보정 수광 소자에 의해 변환된 전기 신호가 나타내는 데이터값을 감산하여 보정된 녹의 데이터값을 구하고, 상기 청 수광 소자에 의해 변환된 전기 신호가 나타내는 데이터값으로부터 상기 보정 수광 소자에 의해 변환된 전기 신호가 나타내는 데이터값을 감산하여 보정된 청의 데이터값을 구하고, 상기 적 수광 소자에 의해 변환된 전기 신호가 나타내는 데이터값으로부터 상기 보정 수광 소자에 의해 변환된 전기 신호가 나타내는 데이터값을 감산하여 보정된 적의 데이터값을 구하는 연산부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 보정 필터는, 복수의 색의 광학적인 중첩에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 보정 필터는, 복수의 색재를 혼합하여 형성되는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 보정 필터는, 복수의 색의 필터를 적층하여 형성되는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  23. 제2항에 있어서,
    상기 적 수광 소자에 의해 변환된 전기 신호가 나타내는 데이터값으로부터 상기 보정 수광 소자에 의해 변환된 전기 신호가 나타내는 데이터값을 감산하여, 상기 입사광의 가시광 파장 영역의 강도를 나타내는 데이터값을 구하는 연산부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  24. 입사광 중 특정한 색 성분의 추출에 이용되는 필터와,
    상기 필터를 경유한 입사광을 받고, 받은 입사광을 전기 신호로 변환하는 수광 소자와,
    가시광 파장 영역에서 투과 억제 특성을 갖고, 상기 가시광 파장 영역보다 장파장 측의 파장 영역에서 투과 특성을 갖는 보정 필터와,
    상기 수광 소자에 의해 변환된 전기 신호가 나타내는 데이터값을 보정하기 위해, 상기 보정 필터를 경유한 입사광을 받고, 받은 입사광을 전기 신호로 변환하는 보정 수광 소자를 포함하고,
    상기 수광 소자 및 상기 보정 수광 소자는 반도체 기판의 광 입사측에 배치되어 있고,
    상기 필터 및 상기 보정 필터는, 각각 상기 수광 소자 및 상기 보정 수광 소자의 광 입사측에서, 상기 수광 소자 및 상기 보정 수광 소자에 대응하도록 배치되어 있으며,
    상기 필터는,
    황 성분의 추출에 이용되는 황 필터와,
    마젠타 성분의 추출에 이용되는 마젠타 필터와,
    시안 성분의 추출에 이용되는 시안 필터를 구비하고,
    상기 수광 소자는,
    상기 황 필터를 경유한 입사광을 받고, 받은 입사광을 전기 신호로 변환하는 황 수광 소자와,
    상기 마젠타 필터를 경유한 입사광을 받고, 받은 입사광을 전기 신호로 변환하는 마젠타 수광 소자와,
    상기 시안 필터를 경유한 입사광을 받고, 받은 입사광을 전기 신호로 변환하는 시안 수광 소자를 구비하고,
    상기 보정 필터는 시안 성분과 적 성분과의 광학적 중첩에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 황 수광 소자에 의해 변환된 전기 신호가 나타내는 데이터값으로부터, 상기 보정 수광 소자에 의해 변환된 전기 신호가 나타내는 데이터값을 감산하여, 보정된 황의 데이터값을 구하는 황 연산부와,
    상기 마젠타 수광 소자에 의해 변환된 전기 신호가 나타내는 데이터값으로부터, 상기 보정 수광 소자에 의해 변환된 전기 신호가 나타내는 데이터값을 감산하여, 보정된 마젠타의 데이터값을 구하는 마젠타 연산부와,
    상기 시안 수광 소자에 의해 변환된 전기 신호가 나타내는 데이터값으로부터, 상기 보정 수광 소자에 의해 변환된 전기 신호가 나타내는 데이터값을 감산하여, 보정된 시안의 데이터값을 구하는 시안 연산부와,
    상기 보정된 황의 데이터값, 상기 보정된 마젠타의 데이터값, 상기 보정된 시안의 데이터값에 기초하여, 광의 3원색인 청의 데이터값, 녹의 데이터값, 적의 데이터값을 구하는 3원색 연산부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  26. 삭제
  27. 제24항에 있어서,
    상기 황 필터, 상기 마젠타 필터, 상기 시안 필터, 상기 보정 필터는, 바둑판 형상으로 배치되어 면을 형성하고, 색 분리의 1단위를 형성하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  28. 제24항에 있어서,
    상기 필터 및 상기 보정 필터의 광 입사 측에 배치되고, 가시광 파장 영역과의 경계 측의 적외 영역에서의 투과율을 억제하는 렌즈를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  29. 제24항에 있어서,
    상기 필터 및 상기 보정 필터의 광 입사 측과 광 사출 측 중 적어도 한 쪽에 배치되며, 가시광 파장 영역과의 경계 측의 적외 영역에서의 투과율을 억제하는 수지층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  30. 제24항에 있어서,
    상기 황 필터와 상기 마젠타 필터에는, 가시광 파장 영역과의 경계 측의 적외 영역에서의 투과율을 억제하는 색재가 부가되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  31. 제1항에 있어서,
    상기 입사광 중 상기 수광 소자에 직접 입사되지 않는 광의 반사를 억제하기 위한 차광막을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 차광막은, 상기 기판의 상기 입사광의 입사 측면이고, 상기 수광 소자 및 상기 보정 수광 소자에 입사광을 입사시키기 위한 영역을 제외한 다른 영역에 구비되는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  33. 제31항에 있어서,
    상기 차광막은, 가시광 파장 영역에서 투과 억제 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
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