KR100993882B1 - 화상 촬상 소자의 어긋남량 산출 방법 및 장치, 화상 촬상 소자, 화상 촬상 소자 내장 장치 - Google Patents

화상 촬상 소자의 어긋남량 산출 방법 및 장치, 화상 촬상 소자, 화상 촬상 소자 내장 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디지털 카메라나 휴대 전화 단말용 등의 카메라 모듈에 이용되는 고체 촬상 소자(이미지 센서)에 관한 것으로, 촬상 렌즈의 CRA 특성(주광선 입사각 특성)의 비선형도가 강한 고체 촬상 소자에 있어서, 셰이딩 특성의 악화를 방지하기 위한 어긋남량을, CRA 특성에 잘 추종하도록, 또한 효율적으로 산출 가능하게 하는 것을 과제로 한다.
CRA 샘플점 취득부(102)는 CRA 특성값(101)을 입력으로 하여, 그 중 2 내지 5점의 샘플점(106)을 취득한다. 샘플점 어긋남량 산출부(103)는 CRA 샘플점 취득부(102)가 취득한 CRA 특성값(101)의 각 샘플점에 대하여, 광선 추적법 등에 의한 광학 시뮬레이션에 의해, 집광률이 최대가 되는 샘플점 어긋남량(107)을 구한다. 어긋남량 특성 함수 산출부(104)는 샘플점 어긋남량 산출부(103)가 산출한 복수 샘플점에서의 샘플점 어긋남량(107)에 기초하여, n차 함수(n≥2)로 근사되는 어긋남량 특성 함수(108)를 산출한다. 어긋남량 산출부(105)는 어긋남량 특성 함수 산출부(104)에서 산출된 어긋남량 특성 함수(108)를 이용하여, 고체 촬상 소자에 있어서의 각 화소를 구성하는 집광부(1210)의 어긋남량(1209)을 산출한다.

Description

화상 촬상 소자의 어긋남량 산출 방법 및 장치, 화상 촬상 소자, 화상 촬상 소자 내장 장치{METHOD AND DEVICE FOR CALCULATING SHIFT AMOUNT OF IMAGE PICKUP ELEMENT, IMAGE PICKUP ELEMENT, AND DEVICE INCLUDING IMAGE PICKUP ELEMENT}
본 발명은 디지털 카메라나 휴대 전화 단말용 등의 카메라 모듈에 이용하는 고체 촬상 소자(이미지 센서) 등의 화상 촬상 소자 기술에 관한 것이다.
CMOS 센서나 CCD 등의 고체 촬상 소자에서는, 촬상 렌즈를 통과한 빛이 2차원 어레이 형상으로 배치된 화소를 구성하는 포토다이오드(PD) 등의 수광부(1202)로 유도된다. 화소에는, 수광부(1202) 외에 트랜지스터나 배선 패턴이 포함되기 때문에, 화소의 피치에 비하여, 수광부(1202)의 개구폭이 좁고, 그 상태에서는, 촬상 렌즈를 통과한 빛의 극히 일부밖에 수광부(1202)에 입사하지 않기 때문에, 감도가 낮아진다.
이 감도 저하를 방지하기 위하여, 고체 촬상 소자는, 도 12에 도시된 바와 같이, 집광부(1210)의 일부인 마이크로 렌즈[ML](1201)를 가지며, 가능한 한 넓은 범위의 빛이 실리콘(Si) 기판(1208) 상에 배치되는 수광부(1202)에 도달하도록 집광이 행해지고 있다. 또한, 컬러 촬상 소자에서는, 집광부(1210)의 일부로서, 수광 부(1202) 위에 평면 형상으로 예컨대 RGB 등의 온칩 컬러 필터[OCF](1203)가 배치되어 있다.
화면의 중앙에서는, 수광부(1202)의 2차원 어레이 평면에 수직인 축을 기준으로 한 입사광(1204)의 입사각은 대략 0도이고, 입사광(1204)은 수직으로 입사한다. 이 경우, 수광부(1202)의 중심과, 이것에 대응하는 마이크로 렌즈(1201) 및 OCF(1203) 등의 집광부(1210)의 중심의, 2차원 평면 상의 위치는 일치한다.
한편, 화면의 단부와 같이, 화면 중앙 이외에서는, 촬상 렌즈(1205)를 지나 수광부(1202)에 입사하는 입사광(1204)은, 경사져서 예컨대 20도∼30도의 입사각으로 입사한다. 이 때문에, 광선이 마이크로 렌즈(1201) 및 OCF(1203) 등의 집광부(1210)와 수광부(1202) 사이에 삽입되어 있는 층간 절연막(1206) 안에 배치되어 있는 배선층(1207)의 패턴의 그림자가 되어, 화면 중앙에 비하여 화면 주변부의 광량이 극단적으로 낮아져, 셰이딩 특성이 나빠진다.
이에 대하여, 종래의 고체 촬상 소자에서는, 비스듬히 입사하는 입사광(1204)이 수광부(1202)에 가장 많이 입사하도록, 도 13의 (c) 및 도 14의 (d)에 도시된 바와 같이, 화면의 중앙 이외에서는, 각 화소(1301)에 있어서의 마이크로 렌즈(1201) 및 OCF(1203) 등의 집광부(1210)의 중심이, 수광부(1202)의 중심에 대하여 2차원 평면 상에서 소정의 어긋남량(1209)만큼 어긋나도록, 집광부(1210)의 피치를 수광부(1202)의 피치보다 작게 함으로써, 셰이딩 특성을 개선하고 있었다.
그 결과, 종래의 고체 촬상 소자에 있어서는, 도 15에 도시된 바와 같이, 어긋남량(1209)이 화면 주변(상 높이가 상승하는 방향)을 향하여 직선형으로 증가하 는 구조로 되어 있었다. 여기서, 상 높이(Image Height)란, 화면 중앙 화소로부터 대각선단의 화소까지의 거리를 100%로 했을 때의 화면 중앙 화소로부터 2차원 어레이 평면 상의 각 화소까지의 거리를 퍼센트로 나타낸 수치이다. 또한, 화면 중심으로부터의 거리가 동일하면, 좌우 방향(x 방향) 및 상하 방향(y 방향)에서, 어긋남량(1209x 및 1209y)[도 13의 (c) 및 도 14의 (d) 참조]은 동일한 양이었다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2003-18476호 공보
[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 평성 제5-328233호 공보
최근, 디지털 카메라나 카메라를 갖는 휴대 전화 단말용 카메라 모듈의 소형 고화질화에 따라, 촬상 렌즈는 소형화, 저비용화, 고화질화, 광화각화(廣畵角化), 및 고체 촬상 소자의 화면 단부에 있어서의 입사각을 작게 하는 등의 다방면에 걸친 요구에 응답하기 위하여, 다양한 종류가 개발되어 있다. 이들 촬상 렌즈 중에는, 화면 내에서의 빛의 입사각의 특성을 나타내는 CRA(Chief Ray Angle: 주광선 입사각) 특성으로서, 입사각이 화면 중앙으로부터 주변을 향하여 비선형으로 변화하는 특성이 종종 보여진다.
도 16 및 도 17은, 촬상 렌즈의 CRA 특성의 일례를 도시하는 도면이다. 도 16의 (a1), 도 16의 (b1) 및 도 17의 (c1)은, CRA 특성이 선형으로 변화하는 렌즈(렌즈 A)와, 그 어긋남량 특성 및 출력 코드 특성을 도시하는 도면이다. 한편, 도 16의 (a2), 도 16의 (b2) 및 도 17의 (c2)는, CRA 특성이 비선형으로 변화하는 렌즈(렌즈 B)와, 그 어긋남량 특성 및 출력 코드 특성을 도시하는 도면이다.
렌즈 B와 같은 특성의 촬상 렌즈를 이용하는 경우, 종래의 고체 촬상 소자에서는, 도 16의 (b2)에 도시된 바와 같이, 화면의 단부[상 높이(Image Height)=100%]에 있어서의 수광부(1202)[도 12 참조]에의 입사 광량이 최대가 되도록, 어긋남량(1209)이 설정되면, 도 17의 (c2)에 도시된 바와 같이, 화면 중앙으로부터 화면단까지의 중간 정도, 예컨대, 상 높이(Image Height)=50% 부근에서, 광량이 저하되어[도 17의 (c2)의 1701 참조], 셰이딩 특성이 절곡되도록 악화되었다.
이와 같이 셰이딩 특성이 나쁜 경우, 촬영된 화상에서는, 도 17의 (d)에 도시된 바와 같이, 저하된 부위 부근이 동심원 또는 동심타원이 되고, 그에 따라 화면 중심측은 밝아지고, 외측이 어두워져서 그림자처럼 보여, 화질이 악화된다는 문제점을 갖고 있었다.
이상 설명한 바와 같이, 촬상 렌즈의 CRA 특성(주광선 입사각 특성)의 비선형도가 강한 경우, 종래의 고체 촬상 소자에서는, 셰이딩 특성이 악화된다는 과제가 있었다.
여기서, CAD 설계 단계에서, 고체 촬상 소자의 각 화소마다 CRA 특성을 측정하여 어긋남량을 설정하는 수법도 고려되지만, 현대의 고체 촬상 소자의 화소수는 수백∼수천만 화소에 이르기 때문에, 각각에 대하여 상기한 작업을 수행하는 것은 비현실적이라고 하는 문제점을 갖고 있었다.
본 발명의 과제는, 촬상 렌즈의 CRA 특성(주광선 입사각 특성)의 비선형도가 강한 고체 촬상 소자에 있어서, 셰이딩 특성의 악화를 방지하기 위한 어긋남량을, CRA 특성에 잘 추종하도록, 또한 효율적으로 산출 가능하게 하는 것에 있다.
본 발명은, 화상 촬상 소자를 구성하는 각 화소(1301) 내에 배치되는 각 수광 소자(1202)와, 화상 촬상 소자와 함께 이용되는 촬상 렌즈(1205)로부터의 입사광(1204)을 각 수광 소자에 집광하기 위하여 그 각 화소 상에 배치되는 각 마이크로 렌즈(1201)와의 어긋남량(1209)을 산출하기 위한 방법, 화상 촬상 소자 자체, 또는 화상 촬상 소자를 내장하는 휴대 정보 장치를 전제로 한다.
본 발명의 제1 형태는 이하의 구성을 갖는다.
우선, 제1 단계에서, 화상 촬상 소자 내에서의 각 화소의 배치 위치와 그 각 화소에의 입사광의 각 입사각과의 관계를 나타내는 입사각 특성값(106)이 취득된다(102).
다음으로, 제2 단계에서, 입사각 특성값에 대하여, 그 각 값에 대응하는 각 화소에 배치되는 각 수광 소자와 각 마이크로 렌즈와의 각 어긋남량(107)이, 각 수광 소자에서의 입사광의 각 집광률에 기초하여 산출된다(103).
계속해서, 제3 단계에서, 각 화소에 대하여, 각 배치 위치와 각 어긋남량과의 관계를 나타내는 어긋남량 특성 함수(108)가, 입사각 특성값에 대응하는 각 어긋남량을 이용하여 2차 이상의 다차 함수에 의해 근사되어 산출된다(104).
그리고, 제4 단계에서, 그 어긋남량 특성 함수를 이용하여, 각 화소에 있어서의 각 어긋남량(1209)이 산출된다(105).
상술한 본 발명의 제1 형태에서, 제3 단계에 있어서, 수광 소자의 가로폭 방향과 세로폭 방향의 각각에 대하여 어긋남량 특성 함수가 산출되는 단계가 포함되고, 제4 단계에 있어서, 수광 소자의 가로폭 방향과 세로폭 방향의 각각에 대하여 산출된 각 어긋남량 특성 함수를 이용하여, 가로폭 방향의 어긋남량과 세로폭 방향의 어긋남량이 각각 산출되는 단계가 포함되도록 구성할 수 있다.
또한, 이 형태에 있어서, 수광 소자의 가로폭 방향과 세로폭 방향의 각각에 대하여 산출되는 각 어긋남량 특성 함수 중 어느 한쪽 또는 양쪽은, 다차 함수에 의해 근사되는 항과 수광 소자의 가로폭 방향 위치 또는 세로폭 방향 위치에 따라 서 보정을 수행하는 보정항[예컨대, (1+e×x2)]이 포함되도록 구성할 수 있다.
지금까지의 발명의 구성에 있어서, 각 화소 상에 각 마이크로 렌즈에 근접하여 배치되는 온칩 컬러 필터(1203)의 각 수광 소자에 대한 어긋남량을, 마이크로 렌즈와 동일한 양이 되도록 산출하는 단계가 더 포함되도록 구성할 수 있다.
또는, 각 화소 상에 각 마이크로 렌즈에 근접하여 배치되는 온칩 컬러 필터의 각 수광 소자에 대한 어긋남량이, 마이크로 렌즈에 대하여 소정의 관계가 되도록 산출하는 단계가 더 포함되도록 구성할 수 있다.
본 발명의 다른 형태는, 상술한 바와 같이 하여 어긋남량이 설정되어 있는 화상 촬상 소자, 또는 그와 같은 화상 촬상 소자를 내장하는 디지털 카메라나 휴대 전화 등의 휴대 정보 장치로서 구성할 수도 있다.
본 발명에 따르면, 촬상 렌즈의 주광선 특성이 직선에서 크게 어긋나 있어도, 셰이딩 특성을 향상시켜, 화상 촬상 소자의 고화질화에 효과가 있다.
또한, 포토다이오드 등의 수광부의 개구 형상이 직사각형이어도, 화면 중앙으로부터 주변을 향하여 서서히 어두워져 가는, 자연스러운 셰이딩 특성을 얻는 것이 가능해진다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명을 실시하기 위한 최량의 형태를 상세히 설명한다.
본 발명의 실시형태의 기본 구성
도 1은 본 발명의 각 실시형태에 공통되는 기본 기능 블록도이다.
본 발명의 각 실시형태는, 고체 촬상 소자에 있어서의 각 화소를 구성하는 집광부의 어긋남량을 산출하는 장치로서 실현된다.
본 발명의 각 실시형태에 있어서 대상으로 하는 고체 촬상 소자의 기본 구조는 도 12 내지 도 14에 도시된 것과 동일하다. 본 발명의 제1 실시형태의 구조가 종래 기술과 다른 점은 어긋남량(1209)[도 12 참조]의 결정 방법이다.
CRA 샘플점 취득부(102)는, CRA 특성값(101)을 입력으로 하여, 그 중의 2 내지 5점의 샘플점(106)을 취득한다. 샘플점(106)의 수는 어긋남량 특성 함수를 몇차 함수로 근사하는지에 따라 다르다. 이 CRA 샘플점 취득부(102)는, 사용자에게 CRA 특성값(101)을 표시하는 표시 장치와, 사용자가 표시부에 표시된 CRA 특성값(101) 중 수개의 샘플점(106)을 지정할 수 있는 포인터 지정 장치를 구비하고, 사용자가 지정한 샘플점(106)의 정보를 취득하는 컴퓨터와 그것에 의해 실행되는 컴퓨터 프로그램을 포함한다. 컴퓨터는 중앙 연산 장치(CPU), 주기억 메모리, 외부 기억 장치, 표시 장치, 키보드, 마우스(포인터 지정 장치) 등을 구비하는 일반적인 구성인 것이면 된다.
샘플점 어긋남량 산출부(103)는, CRA 샘플점 취득부(102)가 취득한 CRA 특성값(101)의 각 샘플점에 대하여, 광선 추적법 등에 의한 광학 시뮬레이션에 의해, 집광률[화소 평면에 입사하는 입사광(1204) 중, 수광부(1202)에 도달할 수 있는 광선의 비율(도 12 참조)]이 최대가 되는 샘플점 어긋남량(107)을 구한다. 이 샘플점 어긋남량 산출부(103)는, 전술한 구성을 갖는 컴퓨터와 그것에 의해 실행되는 컴퓨터 프로그램을 포함한다.
어긋남량 특성 함수 산출부(104)는, 샘플점 어긋남량 산출부(103)가 산출한 복수 샘플점에 있어서의 샘플점 어긋남량(107)에 기초하여, 후술하는 각 실시형태에 대응하는 n차 함수(n≥2)로 근사되는 어긋남량 특성 함수(108)를 산출한다. 이 어긋남량 특성 함수 산출부(104)는, 전술한 구성을 갖는 컴퓨터와 그것에 의해 실행되는 컴퓨터 프로그램을 포함하고, 샘플점 어긋남량(107)을 입력으로 하여, 예컨대 최소 제곱법에 의해 n차 함수인 어긋남량 특성 함수를 산출한다.
어긋남량 산출부(105)는, 어긋남량 특성 함수 산출부(104)에서 산출된 어긋남량 특성 함수(108)를 이용하여, 고체 촬상 소자에 있어서의 각 화소를 구성하는 집광부(1210)의 어긋남량(1209)[도 12 참조]을 산출한다. 이 어긋남량 산출부(105)는, 전술한 구성을 갖는 컴퓨터와 그것에 의해 실행되는 컴퓨터 프로그램을 포함하고, 상기 각 화소 위치마다 상술한 어긋남량 특성 함수에 기초하는 계산을 실행하여, 그 결과로서 얻어지는 어긋남량을 출력한다.
이하에 설명하는 본 발명의 각 실시형태에서는, 촬상 렌즈(1205)[도 12 참조]의 CRA 특성을 대략 2∼5차 함수로 근사할 수 있는 것에 착안하여, 실측값인 수개의 샘플점 어긋남량(107)으로부터 CRA 특성을 잘 근사하는 n차 함수의 어긋남량 특성 함수가 산출되고, 그 어긋남량 특성 함수에 기초하여, 고체 촬상 소자에 있어서의 각 화소를 구성하는 집광부(1210)의 어긋남량(1209)[도 12 참조]이 고속으로 가장 적합하게 산출되는 것이 특징이다.
본 발명의 제1 실시형태
도 1의 기본 구성에 기초하는 본 발명의 제1 실시형태에 대하여 설명한다.
제1 실시형태에서는, 어긋남량 특성 함수 산출부(104)가 산출하는 어긋남량 특성 함수가, 화면 중앙으로부터의 2차원 평면 상의 거리 r의 2차 함수 f2(r)로 주어진다.
수광부(1202)의 2차원 어레이[도 14의 (d) 참조]에 있어서, 화면의 어떤 점=화면의 중심을 원점으로 하여, 각 화소의 수광부(1202)[도 12 참조]의 중심까지의 2차원 어레이 평면 상의 거리를 r, 수평 방향의 거리를 x, 수직 방향의 거리를 y로 했을 때에, 하기 (1)식이 성립한다.
r=√(x2+y2) …(1)
여기서 「√」는, 그것에 잇따르는 괄호 안의 수치의 제곱근 연산을 나타낸다. 이것으로부터, r 방향, x 방향, y 방향의 각 어긋남량(dr, dx, dy)은 하기 (2)식으로 계산된다.
dr=f2(r)=a×r2+b×r
dx=dr×x/r=(a×r+b)×x
dy=dr×y/r=(a×r+b)×y …(2)
제1 실시형태에서는, 도 1의 CRA 샘플점 취득부(102)는, CRA 특성값(101)으로서, 예컨대 도 2의 (a)에 도시된 바와 같은 특성을 갖는 샘플점군을 입력으로 하여, 그 중 화면 중앙 부근에서 입사각이 상 높이에 대하여 단조롭게 증가하는 부분 의 샘플점(201a)과 화면단에 대응하는 부분의 샘플점(202a)의 2점을 샘플점(106)으로서 취득한다.
다음으로, 샘플점 어긋남량 산출부(103)는, 상기 2개의 샘플점(201a 및 202a)에 대하여, 집광률[도 2의 (c)의 201c 및 202c]이 최대가 되는 샘플점 어긋남량(107)으로서, 도 2의 (b)에 나타내는 2점(201b 및 202b)을 구한다.
계속해서, 어긋남량 특성 함수 산출부(104)는, 상기 2점의 샘플점 어긋남량(201b 및 202b)과 원점(화면 중앙)에 기초하여, 전술한 (2)식에 나타내는 2차 함수로 근사되는 어긋남량 특성 함수(108)로서, 도 2의 (b)에 나타내는 2차 함수 특성(203)을, 예컨대 최소 제곱법에 의해 산출하여, (2)식의 계수 a 및 b를 결정한다.
그리고, 어긋남량 산출부(105)는, 결정된 (2)식을 이용하여, 고체 촬상 소자에 있어서의 각 화소[좌표값=(x, y)]를 구성하는 어긋남량(dr, dx, dy)을 산출한다.
이상과 같이 하여, 제1 실시형태에서는, 2차 함수를 이용함으로써, 도 2의 (a) 및 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 화면 중앙 부근에서 입사각이 상 높이에 대하여 단조롭게 증가하는 부분(201a)과 화면단(202a)의 각각에 대응하는, 2부위의 어긋남량(201b 및 202b)을 최적화할 수 있고, 이에 따라, 종래의 도 17의 (c2)에 도시된 바와 같은 것과 비교하여, 셰이딩 특성을 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이 개선할 수 있다.
본 발명의 제2 실시형태
다음으로, 도 1의 기본 구성에 기초하는 본 발명의 제2 실시형태에 대하여 설명한다.
제2 실시형태에서는, 어긋남량 특성 함수 산출부(104)가 산출하는 어긋남량 특성 함수가 화면 중앙으로부터의 2차원 평면 상의 거리 r의 3차 함수 f3(r)로 주어진다.
제2 실시형태에 있어서의 r 방향, x 방향, y 방향의 각 어긋남량(dr, dx, dy)은 하기 (3)식으로 계산된다.
dr=f3(r)=a×r3+b×r2+c×r
dx=dr×x/r=(a×r2+b×r+c)×x
dy=dr×y/r=(a×r2+b×r+c)×y …(3)
제2 실시형태에 있어서, 도 1의 CRA 샘플점 취득부(102)는, CRA 특성값(101)으로서, 예컨대 도 3의 (a)에 도시된 바와 같은 특성을 갖는 샘플점군을 입력으로 하여, 그 중 화면 중앙 부근에서 입사각이 상 높이에 대하여 단조롭게 증가하는 부분의 샘플점(301a)과, 화면단에 대응하는 부분의 샘플점(302a)과, 이에 더하여, 상 높이의 도중에서부터 서서히 구부러지는 샘플점(303a)의, 총 3개 점을 샘플점(106)으로서 취득한다.
다음으로, 샘플점 어긋남량 산출부(103)는, 상기 3개의 샘플점(301a, 302a, 및 303a)에 대하여, 집광률[도 3의 (c)의 301c, 302c, 및 303c]이 최대가 되는 샘플점 어긋남량(107)으로서, 도 3의 (b)에 나타내는 3점(301b, 302b, 및 303b)을 구 한다.
계속해서, 어긋남량 특성 함수 산출부(104)는, 상기 3점의 샘플점 어긋남량(301b, 302b, 및 303b)과 원점(화면 중앙)에 기초하여, 전술한 (3)식에 나타내는 3차 함수로 근사되는 어긋남량 특성 함수(108)로서, 도 3의 (b)에 나타내는 3차 함수 특성(304)을, 예컨대 최소 제곱법에 의해 산출하여, (3)식의 계수 a, b, 및 c를 결정한다.
그리고, 어긋남량 산출부(105)는, 결정된 (3)식을 이용하여, 고체 촬상 소자에 있어서의 각 화소[좌표값=(x, y)]를 구성하는 어긋남량(dr, dx, dy)을 산출한다.
이상과 같이 하여, 제2 실시형태에서는, 3차 함수를 이용함으로써, 상 높이의 도중의 영역이 매끄럽게 이어져, 셰이딩 특성을 보다 개선할 수 있다.
본 발명의 제3 실시형태
다음으로, 도 1의 기본 구성에 기초하는 본 발명의 제3 실시형태에 대하여 설명한다.
제3 실시형태에서는, 어긋남량 특성 함수 산출부(104)가 산출하는 어긋남량 특성 함수가 화면 중앙으로부터의 2차원 평면 상의 거리 r의 4차 함수로 주어진다.
여기서 일반적으로, 고체 촬상 소자를 구성하는 화소(1301)에 있어서는, 도 13에 도시된 바와 같이, 수광부(1202)의 개구 형상이 x 방향(지면 우측 방향)으로 길고 y 방향(지면 상측 방향)으로 짧은 직사각형으로 되어 있다.
이러한 형상에 있어서, y좌표축을 따르는 방향으로 화소(1301)의 단면을 본 경우(후술하는 도 6의 A 방향과 동일한 방향), 수광부(1202)의 폭이 좁게 보이기 때문에, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 수광부(1202)에 닿는 입사광(1204a)의 스폿이, 입사측에 가까운 제2 배선층(502)의 상층단(503a)과, 입사측과 반대측인 수광부단(504a)에 의해 제한되어, 마이크로 렌즈(1201)를 포함하는 집광부(1210)의 y좌표축을 따르는 방향의 어긋남량(1209a)은 커야 한다.
이에 비하여, x좌표축을 따르는 방향으로 화소(1301)의 단면을 본 경우(후술하는 도 6의 B 방향과 동일한 방향), 수광부(1202)의 폭은 넓게 보이기 때문에, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 수광부(1202)에 닿는 입사광(1204b)의 스폿이, 입사측에 가까운 제1 배선층(501)의 상층단(503b)과, 입사측과 반대측인 제1 배선층(501)의 하층단(504b)에 의해 제한되어, 마이크로 렌즈(1201)를 포함하는 집광부(1210)의 x좌표축을 따르는 방향의 어긋남량(1209b)은 작아도 된다.
또한, 도 5에서는, 도 12에서 도시한 OCF[온칩 컬러 필터](1203)는 생략되어 있다.
이상에 입각하여, 제3 실시형태에서는, 수광부(1202)[도 12 참조]의 개구가 x 방향과 y 방향에서 다른 것을 고려하여, 각각의 방향의 어긋남량(1209)을 상이한 4차 함수 f4-1(r)과 f4-2(r)로 근사한다.
dr1=f4-1(r)=a1×r4+b1×r3+c1×r2+d1×r
dr2=f4-2(r)=a2×r4+b2×r3+c2×r2+d2×r
dx=dr1×x/r=(a1×r3+b1×r2+c1×r+dl)×x
dy=dr2×y/r=(a2×r3+b2×r2+c2×r+d2)×y …(4)
제3 실시형태에서는, 도 1의 CRA 샘플점 취득부(102)는, CRA 특성값(101)으로서, 예컨대 도 4의 (a)에 도시된 바와 같은 특성을 갖는 샘플점군을 입력으로 하여, 그 중 화면 중앙 부근에서 입사각이 상 높이에 대하여 단조롭게 증가하는 부분의 샘플점(401a)과, 화면단에 대응하는 부분의 샘플점(402a)과, 이에 더하여, 상 높이의 도중에서부터 서서히 구부러지는 2부위의 샘플점(403a 및 404a)의 총 4개 점을 샘플점(106)으로서 취득한다.
다음으로, 샘플점 어긋남량 산출부(103)는, 상기 4개의 샘플점(401a, 402a, 403a, 및 404a)에 대하여, 집광률[도 4의 (c)의 401c, 402c, 403c, 및 404c]이 최대가 되는 샘플점 어긋남량(107)으로서, x 방향 및 y 방향별로, 도 4의 (b)에 나타내는 각 4점[401-1b, 402-1b, 403-1b, 및 404-1b(이상, x 방향), 및 401-2b, 402-2b, 403-2b, 및 404-2b(이상, y 방향)]을 구한다.
계속해서, 어긋남량 특성 함수 산출부(104)는, 상기 x 방향 4점의 샘플점 어긋남량(401-1b, 402-1b, 403-1b, 및 404-1b)과 원점(화면 중앙)에 기초하여, 전술한 (4)식의 dr1 및 dx, 및 도 4의 (b)의 405-1로서 나타내는 4차 함수로 근사되는 어긋남량 특성 함수(108)를, 또한, 상기 y 방향 4점의 샘플점 어긋남량(401-2b, 402-2b, 403-2b, 및 404-2b)과 원점(화면 중앙)에 기초하여, 전술한 (4)식의 dr2 및 dy, 및 도 4의 (b)의 405-2로서 나타내는 4차 함수로 근사되는 어긋남량 특성 함수(108)를, 각각, 예컨대 최소 제곱법에 의해 산출하여, (4)식의 계수 a1, b1, c1, d1, 및 a2, b2, c2, d2를 결정한다.
그리고, 어긋남량 산출부(105)는, 결정된 (4)식을 이용하여, 고체 촬상 소자에 있어서의 각 화소[좌표값=(x, y)]를 구성하는 x 방향 어긋남량(dr1, dx) 및 y 방향 어긋남량(dr2, dy)을 산출한다.
이상과 같이 하여, 제3 실시형태에서는, 4차 함수를 x 방향 및 y 방향 개별로 이용함으로써, 보다 최적의 셰이딩 특성을 얻을 수 있다. 특히 화면단 부근에서 CRA 특성이 거의 수평이 되는 특성인 경우, 4차 함수가 필요해지며, 이에 따라 셰이딩 특성을 개선할 수 있다.
본 발명의 제4 실시형태
다음으로, 도 1의 기본 구성에 기초하는 본 발명의 제4 실시형태에 대하여 설명한다.
제4 실시형태에서는, 제3 실시형태의 경우와 마찬가지로, 어긋남량 특성 함수 산출부(104)가 산출하는 어긋남량 특성 함수가 화면 중앙으로부터의 2차원 평면 상의 거리 r의 4차 함수로 주어진다.
또한, 제4 실시형태에서는, 고체 촬상 소자를 구성하는 화소(1301)에 있어서, 도 6에 도시된 바와 같이, 우선 수광부(1202)의 개구 형상이 제3 실시형태의 경우와 마찬가지로, x좌표축 방향으로 길고 y좌표축 방향으로 짧은 직사각형으로 되어 있다. 또한, 제4 실시형태에서는, 수광부(1202)의 상부의 층간 절연막(1206)[도 12 참조] 내에는, 도 6에 도시된 바와 같이, y좌표축 방향으로 제1 배선층(601)이 배치되고, 그 상부에 x좌표축 방향으로 제2 배선층(602)이 배치되어 있 다.
이러한 형상에 있어서, 도 6의 A 방향으로 화소(1301)의 단면을 본 경우, 수광부(1202)의 폭이 좁고, 게다가 제2 배선층(602)의 위치가 높기[마이크로 렌즈(1201)에 가깝기] 때문에, 도 7의 (a)의 입사광(1204a)과 차광 위치(701a 및 702a)의 관계로부터 알 수 있듯이, 제2 배선층(602)에 차단되어 셰이딩이 생기는 입사광(1204a)의 비율이 커져, 화소(1301)의 개구가 좁아진다.
한편, 도 6의 B 방향으로 화소(1301)의 단면을 본 경우, 수광부(1202)의 폭이 넓고, 게다가 제1 배선층(601)의 위치가 낮기[수광부(1202)에 가깝기] 때문에, 도 7의 (b)의 입사광(1204b)과 차광 위치(701b 및 702b)의 관계로부터 알 수 있듯이, 제1 배선층(601)에 차단되어 셰이딩이 생기는 입사광(1204b)의 비율이 작아, 화소(1301)의 개구가 넓어진다.
좀 더 엄밀하게 x축단의 집광률을 고려하면, x 방향으로 입사하는 입사각이 크지만, 수광부(1202)의 평면도 상의 치수가 x축 방향으로 길기 때문에, 폭이 넓은 포토다이오드에 입사하는 빛의 비율은 중앙에 비하여 그다지 내려가지 않고, 다소 입사각이 변해도, 집광률은 약간 내려갈 뿐이며, 높은 값 그대로이다. 이와 같이, 수광부(1202)의 평면도 상의 치수가 긴 x 방향으로 입사하는 빛에 대해서는, 입사각이 다소 변화하고, 집광률은 그다지 변화하지 않는다.
다음으로, y축단의 집광률을 고려하면, 수광부(1202)의 평면도 상의 치수가 y축 방향으로 짧기 때문에, y 방향으로 입사하는 각도가 그다지 크지 않아도, 폭이 좁은 포토다이오드에 입사하는 빛의 비율은 작고, 집광률은 낮다. 또한, 입사각이 증가함에 따라서, 도 7의 (a)에서 설명한 바와 같이, 제2 배선층(602) 등에서 빛이 차단되기 때문에, 집광률이 낮아진다. 이와 같이, 수광부(1202)의 평면도 상의 치수가 짧은 y 방향으로 입사하는 빛에 대해서는, 입사각이 증가하면 집광률은 내려가고, 반대로, 입사각이 작아지면 집광률은 좋아진다.
이상으로부터, x축단보다 y축단 쪽이 집광률이 낮다. 즉 화상으로서 보면 어둡다. 이것은 어쩔 수 없는 것이며, 화질로서도 특별히 이상하지 않다. 또한, 디지털 회로 등에 의한 프로세서에 의해, y축 방향의 휘도를 조정하는 것도 가능하다.
문제가 되는 것은, 대각 방향 등 x축, y축 상 이외의 장소, 단적인 예로서, 화면의 대각단(4 모퉁이)이다. 이제,
·화면 사이즈의 x, y 비를 4:3
·Image Height=100%(화면 내의 대각단)에 있어서의 입사각(대각 방향)=25°,
·Image Height=80%(화면 내의 x축단)에 있어서의 입사각(x축 방향)=24°,
·Image Height=60%(화면 내의 y축단)에 있어서의 입사각(y축 방향)=22°로 하고, 입사각을 x축 방향, y축 방향의 성분으로 나누면,
·대각단의 x축 방향 입사각: tan-1(tan25°×4/√(32+42))=20.5°
·대각단의 y축 방향 입사각: tan-1(tan25°×4/√(32+42))=15.6°가 된다.
우선, x 방향으로 입사하는 각도를 고려하면, x 방향의 입사각은 20.5°로 크지만, 전술한 x축단의 집광률과 비교하면, 폭이 넓은 포토다이오드에 입사하는 빛의 비율은 그다지 변화하지 않아, 집광률은 그다지 저하되지 않는다.
다음으로, y 방향으로 입사하는 각도를 고려하면, y 방향으로 입사하는 각도는 15.6°이며, 전술한 y축단에서의 y축 방향 입사각 22°보다 작다. 전술한 바와 같이, 수광부(1202)의 평면도 상의 치수가 짧은 y 방향으로 입사하는 빛에 대해서는, 입사각이 작아지면 집광률은 좋아진다.
따라서, 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, y축단(도면 중, 802)에 비하여 대각단(도면 중, 803) 쪽이 집광률이 높고, x축단(도면 중, 801)은 양자의 중간이라고 하는 현상이 발생한다.
그 결과, 제3 실시형태의 경우의 (4)식으로 그대로 x 방향, y 방향의 어긋남량(1209)이 계산된 경우, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 똑같은 화면을 촬영했을 때의 화상의 출력 코드를 등고선으로 나타내면, y축 방향만 잘록해지고(804), 대각과 x축으로 연장된, 표주박과 같은 이상한 셰이딩 특성이 되며, 카메라로서 사용하기에는 이상한 화상이 되어, 사용할 수 없다고 하는 문제가 발생한다.
그래서, 제4 실시형태에서는, 도 9의 (a)의 901에 나타내는 바와 같이, 수광부(1202)의 폭이 긴 x 방향을 따라서, x좌표가 큰 곳에서 출력 코드값이 내려가도록, 전술한 (4)식의 y 방향 어긋남량(dy)에 대하여, 보정 계수가 승산된다.
이에 따라, 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 도 8의 (a)의 경우와 비교하여, x 방향(901) 및 대각 방향(903)의 특성이 y 방향(902)의 특성에 가까워져, 도 9의 (b)의 904에 나타내는 바와 같이, 화상의 출력 코드의 등고선은, y축 상에서 중앙을 향하여 잘록해지는 부자연스러운 특성이 방지되어, 동심타원의 형상을 갖는 자 연스러운 셰이딩 특성을 얻을 수 있다.
상술한 보정 계수로서는 예컨대, 일정한 계수 e를 이용하여, (1+e×x2)이 채용되고, 이 결과, 전술한 (4)식이 수정된 다음식이 얻어진다.
dr1=f4-1(r)=a1×r4+b1×r3+c1×r2+d1×r
dr2=f4-2(r)=a2×r4+b2×r3+c2×r2+d2×r
dx=dr1×x/r=(a1×r3+b1×r2+c1×r+d1)×x
dy=dr2×y/r=(a2×r3+b2×r2+c2×r+d2)×y×(1+e×x2) …(5)
보정 계수 (1+e×x2)의 사고 방식은 이하와 같다. 즉,
1) y축 방향 집광률은 수광부(1202)에 대하여 최대가 되도록 최적화되기 때문에, 그대로 한다.
2) x축 방향을 따라서 y축으로부터 멀어지면, 입사각의 y축 방향 성분은 작아지기 때문에, 집광률이 올라간다. 이 때문에, 이것을 내리도록, 어긋남량(1209)을, 최적화한 값으로부터 벗어나게 한다.
상기 1) 및 2)의 요건을 만족시키는 것으로서, (5)식에서는,
「x좌표=0에서 1이 되고, x좌표의 2승의 함수로 상승하는 보정 계수: (1+e×x2)」을 이용하였다.
상기 1) 및 2)의 요건을 만족시키는 것이면, 수광부(1202)의 짧은 변을 따르 는 방향(y 방향)의 어긋남량(1209)에 대하여, 수광부(1202)의 2차원 어레이의 중앙으로부터 수광부(1202)의 긴 변 방향(x 방향)으로 멀어짐에 따라서, 보정량을 크게 하면,
(1+e×x4)
1÷(1+e×x4)
등이어도 동일하게 효과가 있다.
(1+e×│x│1)
(1+e×│x│3)
등과 같이, 차수를 홀수로 해도 상관없으나, x축의 플러스 방향과 마이너스 방향에서 대칭이 되도록 절대값화하는 것이 바람직하다.
제4 실시형태에서는, 도 1의 CRA 샘플점 취득부(102)는, CRA 특성값(101)으로서, x축 상에서 4개 점으로 이루어지는 샘플점군을 샘플점(106)으로서 취득한다. 다음으로, 샘플점 어긋남량 산출부(103)는, 상기 4개 점의 샘플점군에 대하여, 집광률이 최대가 되는 4개 점으로 이루어지는 x 방향의 샘플점 어긋남량(107)을 구한다. 계속해서, 어긋남량 특성 함수 산출부(104)는, 상기 x 방향 4개 점의 샘플점 어긋남량과 원점(화면 중앙)에 기초하여, 전술한 (5)식의 dr1 및 dx를, 예컨대 최소 제곱법에 의해 산출하여, (5)식의 계수 a1, b1, c1, d1을 결정한다.
마찬가지로, 도 1의 CRA 샘플점 취득부(102)는, CRA 특성값(101)으로서, y축 상에서 4개 점으로 이루어지는 샘플점군을 샘플점(106)으로서 취득한다. 다음으로, 샘플점 어긋남량 산출부(103)는, 상기 4개 점의 샘플점군에 대하여, 집광률이 최대가 되는 4개 점으로 이루어지는 y 방향의 샘플점 어긋남량(107)을 구한다. 계속해서, 어긋남량 특성 함수 산출부(104)는, 상기 y 방향 4개 점의 샘플점 어긋남량과 원점(화면 중앙)에 기초하여, 전술한 (5)식의 dr2 및 dy를, 예컨대 최소 제곱법에 의해 산출하여, (5)식의 계수 a2, b2, c2, d2를 결정한다.
그리고, 어긋남량 산출부(105)는, 결정된 (5)식을 이용하여, 고체 촬상 소자에 있어서의 각 화소[좌표값=(x, y)]를 구성하는 x 방향 어긋남량(dr1, dx) 및 y 방향 어긋남량(dr2, dy)을 산출한다.
이상과 같이 하여, 제4 실시형태에서는, 4차 함수를 x 방향 및 y 방향 개별로 이용하고, 보정 계수 (1+e×x2)을 도입함으로써, 보다 최적의 셰이딩 특성을 얻을 수 있다.
상술한 제4 실시형태에서는, 수광부(1202)의 2차원 어레이 방향으로서, 직사각형을 예로 하여, 짧은 변·긴 변이라고 하는 표현을 사용하였으나, 직사각형에 한정되지 않고, 타원이나, 6각형, 8각형, 일부 돌기가 있는 볼록형 등 다른 도형이어도, 수광부(1202)의 평면 치수가 xy 방향에서 다른 경우도, 짧은 변·긴 변을 수광부(1202) 치수의 짧은 방향, 긴 방향이라고 하는 의미라고 정의하면 동일하게 설명할 수 있다.
본 발명의 제5 실시형태
다음으로, 도 1의 기본 구성에 기초하는 본 발명의 제5 실시형태에 대하여 설명한다.
CMOS 이미지 센서에는, 도 10에 도시된 바와 같이, 화소 내에 수광부(PD) 이외에, 전송(TG), 리셋(RST), 증폭용 소스 폴로어(SF), 행선택(SLC)과 같은 트랜지스터가 있다. 또한, ML은 마이크로 렌즈이다.
1화소의 수광부(PD)당의 면적을 가능한 한 많게 하기 위하여, 종종 리셋(RST), 증폭용 소스 폴로어(SF), 행선택(SLC)의 트랜지스터를 복수의 화소에서 공용하며, 이 경우, 수광부(PD)의 레이아웃이 반드시 등간격이 된다고는 할 수 없다.
도 10에 나타내는 제5 실시형태는, 4화소에서 트랜지스터를 공유하는 CMOS 센서의 예이다. 4행마다 1부위 수광부(PD)의 간격이 커지고 있고, 4행이 주기적으로 반복되는 구조로 되어 있다. 이 경우라도, 마이크로 렌즈의 어긋남량(1209)은 제4 실시형태에 있어서의 (5)식과 동일한 식으로 계산할 수 있다. 즉, 각 화소의 수광부(PD)의 중심 좌표(x, y)를 이용하여, 어긋남량(dx, dy)을 동일한 식으로 산출한다.
본 발명의 제6 실시형태
다음으로, 도 1의 기본 구성에 기초하는 본 발명의 제6 실시형태에 대하여 설명한다.
제6 실시형태에서는, 도 11의 (a)에 도시된 바와 같이, 온칩 컬러 필터[OCF](1203)의 어긋남량(1102)은 마이크로 렌즈[ML](1201)의 어긋남량(1101)과 동일하게 된다.
마이크로 렌즈(1201)의 어긋남량(1101)을 렌즈의 CRA 특성에 맞춤으로써, 셰이딩 특성이 개선되지만, 마이크로 렌즈(1201)의 경계부의 빛이 인접 화소의 OCF(1203)에 혼입됨으로써 발생하는 혼색을 방지하기 위하여, OCF(1203)도 마이크로 렌즈(1201)의 어긋남량(1101)에 따라 어긋나게 하는 것이 필요하다. 따라서, 제6 실시형태에서는, 마이크로 렌즈(1201)의 어긋남량(1101)과 OCF(1203)의 어긋남량(1102)은, 경계면에서 일치시키기 위해 동일한 어긋남량으로 설정된다.
이렇게 하면, 마이크로 렌즈(1201)의 중앙 및 대부분의 영역을 통과한 입사광(1204)(#1)은, 그대로 바로 아래의 OCF(1203)와 층간 절연막(1206)을 지나 수광부(1202)에 입사하고, 한편, 마이크로 렌즈(1201)의 주변부를 통과한 입사광(1204)(#2)은, OCF(1203)층을 통과할 때에, 인접 화소의 색이 다른 OCF(1203)에 입사하는 것도 있으나, 배선층(1207)에 부딪쳐 멈추거나 반사되는 등에 의해, 수광부(1202)에는 도달하지 않는다. 이상에 의해, 혼색을 방지할 수 있다.
본 발명의 제7 실시형태
마지막으로, 도 1의 기본 구성에 기초하는 본 발명의 제7 실시형태에 대하여 설명한다.
제7 실시형태에서는, OCF(1203)에 대하여, 그 어긋남량(1102)을 결정하는 함수의 계수를, 마이크로 렌즈(1201)의 경우와 달리하는 것이다.
특히, OCF(1203)의 두께가 두꺼운 경우에는, 인접 화소의 OCF(1203)와의 경계를 비스듬히 가로지르는 입사광이 많기 때문에, 입사광이 OCF(1203)의 두께 방향 의 중앙을 통과하도록 하기 위하여, OCF(1203)의 어긋남량(1102)이 마이크로 렌즈(1201)의 어긋남량(1101)보다 작게 된다.
도 11의 (b)에 도시된 바와 같이, 마이크로 렌즈(1201)의 주변부를 통과한 입사광(1204)(#2)은, OCF(1203)층을 통과할 때에, 인접 화소의 색이 다른 OCF(1203)에 입사하는 것도 있으나, 배선층(1207)에 부딪쳐 멈추거나 반사되는 등에 의해, 수광부(1202)에는 도달하지 않는다. 이상에 의해, 혼색을 방지할 수 있다.
구체적으로는, OCF(1203)의 층 두께를 고려하여, OCF(1203)의 어긋남량(1102)은 마이크로 렌즈(1201)의 어긋남량(1101)에 대하여 상수배가 된다.
또는, OCF(1203)에 대해서도, 마이크로 렌즈(1201)와 마찬가지로 광학 시뮬레이션을 행하여 광선이 입사하지 않도록 하여 어긋남량(1102)이 산출되고, (5)식 등과 동일한 식으로 a1∼d1, a2∼d2, e 등의 계수가 마이크로 렌즈(1201)의 어긋남량(1101)의 경우와는 별도로 산출되어도 좋다.
본 발명의 제1∼제7 실시형태에 대한 보충
이상 설명한 각 실시형태에서는, 고체 촬상 소자로서 CMOS 센서를 이용한 예에 대하여 설명하였으나, MOS형 센서나 CCD(Charge Coupled Device), CMD(Charge Modulation Device) 등의 다른 고체 촬상 소자를 이용한 경우라도, 본 발명을 동일하게 적용하는 것이 가능하다.
또한, 이상 설명한 각 실시형태는, 집광부(마이크로 렌즈) 또는 온칩 컬러 필터의 어긋남량을 산출하는 장치로서 본 발명을 실시한 경우에 대하여 설명하였으 나, 물론 이것에 의해 제조되어 상술한 어긋남량의 특성을 갖는 고체 촬상 장치, 및 그와 같은 고체 촬상 장치가 내장된 디지털 카메라나 휴대 전화기 등도 본 발명의 권리 범위 내에 있다.
도 1은 본 발명의 각 실시형태에 공통되는 기본 기능 블록도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 있어서의 촬상 렌즈의 CRA 특성, 어긋남량 특성, 및 셰이딩 특성의 예를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시형태에 있어서의 촬상 렌즈의 CRA 특성, 어긋남량 특성, 및 셰이딩 특성의 예를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시형태에 있어서의 촬상 렌즈의 CRA 특성, 어긋남량 특성, 및 셰이딩 특성의 예를 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시형태의 설명도이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시형태에 있어서의 화소의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시형태의 제1 설명도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시형태의 제2 설명도이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시형태의 제3 설명도이다.
도 10은 본 발명의 제5 실시형태에 있어서의 화소의 구성도이다.
도 11은 본 발명의 제6 실시형태 및 제7 실시형태의 설명도이다.
도 12는 고체 촬상 소자의 제1 기본 구성도이다.
도 13은 고체 촬상 소자의 제2 기본 구성도이다.
도 14는 고체 촬상 소자의 제3 기본 구성도이다.
도 15는 종래의 촬상 렌즈의 어긋남량 특성의 예를 도시하는 도면이다.
도 16은 종래의 촬상 렌즈의 CRA 특성, 어긋남량 특성, 셰이딩 특성의 제1 예를 도시하는 도면이다.
도 17은 종래의 촬상 렌즈의 CRA 특성, 어긋남량 특성, 셰이딩 특성의 제2 예를 도시하는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101: CRA 특성값 102: CRA 샘플점 취득부
103: 샘플점 어긋남량 산출부 104: 어긋남량 특성 함수 산출부
105: 어긋남량 산출부 106: 샘플점
107: 샘플점 어긋남량 108: 어긋남량 특성 함수
501, 601: 제1 배선층 502, 602: 제2 배선층
801, 901: x 방향 802, 902: y 방향
803, 903: 대각 방향 1101: 마이크로 렌즈(ML) 어긋남량
1102: 온칩 컬러 필터(OCF) 어긋남량
1201: 마이크로 렌즈 1202: 수광부
1203: 온칩 컬러 필터(OCF) 1204: 입사광
1205: 촬상 렌즈 1206: 층간 절연막
1207: 배선층 1208: 실리콘(Si) 기판
1209: 어긋남량 1301: 화소

Claims (10)

  1. 화상 촬상 소자를 구성하는 각 화소 내에 배치되는 각 수광 소자와, 상기 화상 촬상 소자와 함께 이용되는 촬상 렌즈로부터의 입사광을 상기 각 수광 소자에 집광하기 위하여 상기 각 화소 상에 배치되는 각 마이크로 렌즈와의 어긋남량을 산출하기 위한 방법으로서,
    상기 화상 촬상 소자 내에서의 상기 각 화소의 배치 위치와 상기 각 화소로의 상기 입사광의 각 입사각과의 관계를 나타내는 입사각 특성값을 취득하는 제1 단계와,
    상기 입사각 특성값에 대하여, 상기 각 입사각 특성값에 대응하는 상기 각 화소에 배치되는 상기 각 수광 소자와 상기 각 마이크로 렌즈와의 각 어긋남량을, 상기 각 수광 소자에서의 상기 입사광의 각 집광률에 기초하여 산출하는 제2 단계와,
    상기 각 화소에 대하여, 상기 각 화소의 배치 위치와 상기 각 어긋남량과의 관계를 나타내는 어긋남량 특성 함수를, 상기 입사각 특성값에 대응하는 상기 각 어긋남량을 이용하여 2차 이상의 다차 함수에 의해 근사하여 산출하는 제3 단계와,
    상기 어긋남량 특성 함수를 이용하여, 상기 각 화소에 있어서의 상기 각 어긋남량을 산출하는 제4 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 촬상 소자의 어긋남량 산출 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제3 단계는 상기 수광 소자의 가로폭 방향과 세로폭 방향의 각각에 대하여 상기 어긋남량 특성 함수를 산출하는 단계를 포함하고,
    상기 제4 단계는 상기 수광 소자의 가로폭 방향과 세로폭 방향의 각각에 대하여 산출된 상기 각 어긋남량 특성 함수를 이용하여, 상기 가로폭 방향의 어긋남량과 상기 세로폭 방향의 어긋남량을 각각 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 촬상 소자의 어긋남량 산출 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 수광 소자의 가로폭 방향과 세로폭 방향의 각각에 대하여 산출되는 상기 각 어긋남량 특성 함수 중 어느 한쪽 또는 양쪽은, 상기 다차 함수에 의해 근사되는 항과 상기 수광 소자의 가로폭 방향 위치 또는 세로폭 방향 위치에 따라서 보정을 수행하는 보정항을 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 촬상 소자의 어긋남량 산출 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 각 화소 상에 상기 각 마이크로 렌즈에 근접하여 배치되는 온칩 컬러 필터의 상기 각 수광 소자에 대한 어긋남량을, 상기 마이크로 렌즈와 동일한 양이 되도록 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 촬상 소자의 어긋남량 산출 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 각 화소 상에 상기 각 마이크로 렌즈에 근접하여 배치되는 온칩 컬러 필터의 상기 각 수광 소자에 대한 어긋남량을, 상기 마이크로 렌즈의 어긋남량과 동일하거나 정수배가 되도록 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 촬상 소자의 어긋남량 산출 방법.
  6. 삭제
  7. 촬상 렌즈로부터의 입사광을 어레이 형상으로 배열된 복수의 수광 소자에 의해 각각 수광하여 화상 신호로 변환하는 화상 촬상 소자로서,
    상기 촬상 렌즈로부터의 입사광을 상기 각 수광 소자에 각각 집광하는 복수의 마이크로 렌즈를 포함하고,
    상기 각 마이크로 렌즈는, 상기 각 수광 소자의 위치로부터의 어긋남량이, 상기 화상 촬상 소자 내에서의 상기 각 수광 소자의 배치 위치에 대하여 2차 이상의 함수값으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 화상 촬상 소자.
  8. 제7항에 기재된 화상 촬상 소자를 내장하는 휴대 정보 장치.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 상기 어긋남량이 설정된 화상 촬상 소자.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 상기 어긋남량이 설정된 화상 촬상 소자를 내장하는 화상 촬상 장치.
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