KR20040087911A - 고체 촬상 장치, 신호 처리 장치, 카메라 및 분광 장치 - Google Patents

고체 촬상 장치, 신호 처리 장치, 카메라 및 분광 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20040087911A
KR20040087911A KR1020040023681A KR20040023681A KR20040087911A KR 20040087911 A KR20040087911 A KR 20040087911A KR 1020040023681 A KR1020040023681 A KR 1020040023681A KR 20040023681 A KR20040023681 A KR 20040023681A KR 20040087911 A KR20040087911 A KR 20040087911A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
color
openings
signal
opening
Prior art date
Application number
KR1020040023681A
Other languages
English (en)
Inventor
야마구치다쿠미
우에다다이스케
가타야마다쿠마
가츠노모토나리
요시다신지
Original Assignee
마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 filed Critical 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
Publication of KR20040087911A publication Critical patent/KR20040087911A/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E06—DOORS, WINDOWS, SHUTTERS, OR ROLLER BLINDS IN GENERAL; LADDERS
    • E06B—FIXED OR MOVABLE CLOSURES FOR OPENINGS IN BUILDINGS, VEHICLES, FENCES OR LIKE ENCLOSURES IN GENERAL, e.g. DOORS, WINDOWS, BLINDS, GATES
    • E06B11/00—Means for allowing passage through fences, barriers or the like, e.g. stiles
    • E06B11/02—Gates; Doors
    • E06B11/022—Gates; Doors characterised by the manner of movement
    • E06B11/023—Gates; Doors characterised by the manner of movement where the gate opens within the plane of the gate
    • E06B11/026—Gates; Doors characterised by the manner of movement where the gate opens within the plane of the gate horizontally
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14621—Colour filter arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14623—Optical shielding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14627—Microlenses
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/80—Camera processing pipelines; Components thereof
    • H04N23/84—Camera processing pipelines; Components thereof for processing colour signals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14636—Interconnect structures

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Color Television Image Signal Generators (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

광차폐막은 수용된 광을 전기 신호로 변환하는 광다이오드의 위에 형성되고, 절연막이 광차폐막과 광다이오드의 사이에 삽입되어 있다. 개구부는 광다이오드가 반응하는 광의 파장 범위에서의 적어도 소정 파장에서의 광을 차단하도록 차단막에 형성되고, 소정 파장 이하의 광은 통과시킬 수 있다.

Description

고체 촬상 장치, 신호 처리 장치, 카메라 및 분광 장치{SOLID-STATE IMAGING DEVICE, SIGNAL PROCESSING DEVICE, CAMERA, AND SPECTRAL DEVICE}
본 발명은 디지털 카메라 등에 이용되는 고체 촬상 장치에 관한 것으로서, 더 구체적으로는, 고체 촬상 장치의 광다이오드가 반응하는 파장 범위에서 불필요한 파장의 광을 차단하는 필터를 위한 기술 및 이러한 필터를 통해 발생되는 전기신호로부터 컬러 신호를 발생시키는 기술에 관한 것이다.
종래의 고체 촬상 장치는 단일 센서 장치 또는 다중 센서 장치를 이용하는 컬러 촬상 방법에 따라 색 분리를 수행한다. 다중 센서 장치를 이용하는 컬러 촬상 방법에서는, 컬러 분리 프리즘으로 화상의 색을 분리하고 분리된 화상을 3개 또는 4개의 고체 촬상 장치를 이용하여 전기 신호로 변환함으로써 컬러 신호가 얻어진다. 이에 대하여, 단일 센서 장치를 이용하는 컬러 촬상 방법에서는, 3개 또는 4개의 컬러 온칩 컬러 필터를 이용하여 화상을 분리함으로써 컬러 신호가 얻어지는데, 이 컬러 필터는 컬러가 분리된 화상을 전기 신호로 변환하는 하나의 고체 촬상 장치내에 형성된다. 단일 센서 방법을 이용하는 컬러 촬상은 화상이 분리되는 컬러에 따라 원색 필터 또는 보색 필터를 이용한다. 예를 들어, 원색 필터의 경우, 화상은 3개의 컬러, 즉 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)으로 분리되며, 보색 필터의 경우, 화상은 4개의 컬러, 즉 남색(cyan: Cy), 자홍색(magenta: Mg), 황색(Ye) 및 녹색(G)(예컨대, 문헌 1을 참조한 경우)으로 분리된다.
사용된 방법이 단일 센서를 이용하는지 다중 센서를 이용하는지에 관계없이, 화상이 2차원으로 배열된 픽셀로 분리되고 전기 신호로 변환된다는 것이 공통적인 특성이다.
이러한 이유 때문에, 단일 센서를 이용하는 고체 촬상 장치에 대해서만 설명하고, 다중 센서 장치를 이용하는 컬러 촬상 방법에 대한 설명은 생략한다.
또, 화상을 전기 신호로 변환하는데 이용된 방법은 양 방법에 공통이고, 컬러를 분리에 의해 획득한다는 점에서만 차이가 있기 때문에, 단일 센서 장치를 이용하는 컬러 촬상 방법을, 보색 필터가 아닌 원색 필터를 이용하여 설명한다.
< 종래의 고체 촬상 장치의 구조 >
도 15의 (A)는 종래의 고체 촬상 장치에서의 광전 변환부의 상면을 나타내고, 도 15의 (B)는 화살표 방향으로 보았을 때의 광전 변환부의 단면 J-J'를 나타낸다.
광전 변환부(10)내의 화소는 픽셀부라 불리는 클러스터로 그룹화되어 있으며, 간단히 나타내기 위해서, 하나의 픽셀부(2 ×2 픽셀)만 도시하고 있다.
도 15의 (A) 및 (B)로부터 알 수 있는 바와 같이, 광전 변환부(10)는 2차원으로 배열된 픽셀로 구성되어 있다. 각각의 픽셀부는 화상의 가장 작은 단위인 하나의 픽셀에 대응한다.
픽셀(1∼4)은 반도체 기판(11)에 형성된 광다이오드(12), 절연막(13), 광차폐막(14), 평탄화를 위한 절연막(16) 및 컬러 필터(17r, 17b, 17g)(픽셀당 하나)가 광다이오드(12)가 형성된 반도체 기판(11)상에 상기 순서대로 형성된 구조를 갖는다. 광차폐막(14)은 내부에 개구부(15)가 형성되어 있다. 광다이오드(12), 절연막(13) 및 광차폐막(14)은 웨이퍼 제조 공정에 따라 형성되고, 컬러 필터(17r, 17b, 17g)는 온칩 컬러 필터 제조 공정에 따라 절연막(16)의 표면상에 형성된다.
이러한 온칩 컬러 필터 제조 공정은 절연막의 표면을 수지막으로 코팅하고, 핫마스크를 이용하여 수지막을 노출시키며, 수지막을 현상함으로써 다이 패턴을 형성하게 된다. 컬러 필터는 안료, 다이 등의 패턴으로 형성된다.
컬러는 배이어 패턴(Bayer pattern)에 따라 각각의 픽셀에 할당되고, 할당된컬러의 컬러 필터는 각각의 픽셀에 대해 형성된다. 여기에서, 하나의 그룹을 형성하는 3개의 픽셀은 각각 상이한 컬러를 갖는다. 예컨대, 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 픽셀(1, 4)은 녹색 필터(17g)를 각각 가지며, 픽셀(2)은 청색 필터(17b)를 가지고, 픽셀(3)은 적색 필터(17r)를 갖는다.
또, 픽셀(1∼4)의 컬러 필터(17r, 17g, 17b)상에는 적외선 차단 필터(18)가 제공된다.
광전 변환부(10)로 입사하는 광은 적외선 차단 필터(18)를 통해 컬러 필터(17r, 17g 또는 17b)로 진행하며, 개구부(15)를 통과하여 광다이오드(12)에 의해 전자로 광전 변환된다.
도 16은 광다이오드의 분광 감지 특성과 인간 눈의 감지 특성을 나타내는 그래프이다.
도 16에서, 곡선(51)은 실리콘 PN 접합을 이용하는 광다이오드의 분광 감도를 나타내며, 곡선(52)은 인간 눈의 감도 특성을 나타낸다.
가시광으로부터 적외선으로의 범위를 갖는 파장의 곡선(51)으로 도시되어 있는 바와 같이, 실리콘 PN 접합을 이용하는 광다이오드는 300nm 내지 1100nm 범위에서 광에 대해 특별히 민감하며, 그 감도는 600nm 내지 750nm에서 피크값이 된다.
여기에서, 가시광은 380nm 내지 780nm의 범위에서의 전자기파의 일종이며, 자색, 청색, 녹색, 오랜지색 및 적색(파장이 짧은 순서) 등의 컬러는 인간의 눈으로 인식이 된다. 적외선은 가시광보다 파장이 더 긴 전자기파의 일종으로서, 가시광에 인접하는 순서대로 하면, 근적외광(0.78μ내지 3μ), 중간 적외광(3μ내지 30μ) 및 원적외광(30μ내지 1mm)으로 분류된다.
곡선(52)로부터 알 수 있는 바와 같이, 광다이오드와는 대조적으로, 인간의 눈의 감도 특성으로 표시된 가시 감도는 555nm(녹색광)의 파장의 광으로 피크에 도달하며, 파장이 더 짧아지고(청색쪽으로) 더 길어질수록(적색쪽으로) 감소하게 된다.
곡선(51, 52)은 디지털 카메라용의 고체 촬상 장치에서 가능한 많이 광다이오드(12)에 대한 가시 범위를 초과하는 적외선의 영향을 제거하는 것이 필요하다는 것을 나타낸다. 이것은 인간이 볼 수 있는 범위에서의 광량을 측정할 수 있는 것이 중요하기 때문이다.
따라서, 광전 변환부(10)에 적외선 필터(18)가 제공된다.
광전 변환부(10)에서는 컬러 신호를 얻기 위해 광다이오드(12)의 위에 컬러 필터(17r, 17g, 17b)를 제공함으로써 광전 변환에서의 일정 수준의 성능이 달성되며, 컬러 필터(17r, 17g, 17b)의 위에 추가로 제공되는 적외선 차단 필터(18)가 결합된다.
그러나, 웨이퍼 제조 공정에 추가하여, 고체 촬상 장치를 제조할 때에는 컬러 필터와 적외선 차단 필터를 위해 온칩 컬러 필터 제조 공정이 필요하다. 다시 말해서, 복수의 제조 공정을 수행하여야 하는 필요성 때문에, 고체 촬상 장치는 시간이 많이 들고 제조 비용이 높아진다는 문제점이 생기게 된다.
또, 일정 수준 이상의 성능을 갖는 광전 변환부를 제조하고자 하는 경우 정확한 분광 특성을 갖는 적외선 차단 필터 및 컬러 필터를 제조하는 것이 필요하다.이에 의해서도, 수율이 감소하고 제조 비용이 증가하는 문제가 생기게 된다.
문헌 1 : ANDO, Takao 및 KOMOBUCHI, Hiroyoshi,Kotai Satuzo Soshi no kiso, Denshi no Me no Shikumi(The Fundamentals of Solid-state Imaging Devices : The Structure of Electronic Eyes), Nihon Riko Shuppankai, 1999년 12월 5일, 183-188쪽.
상술한 문제점을 감안하여, 본 발명의 목적은 제조 시간 및 비용을 줄이고, 수율을 개선하면서도, 종래의 고체 촬상 장치와 동등하거나 그보다 향상된 고화질을 달성하는 고체 촬상 장치, 이러한 고체 촬상 장치에 의해 출력된 컬러 신호를 생성하는 신호 처리 장치, 고체 촬상 장치가 사용되는 카메라 및 분광 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 디지털 카메라와 이에 내장되는 고체 촬상 장치를 개략적으로 나타내는 사시도.
도 2의 (A)는 제 1 실시예의 고체 촬상 장치에서의 광전 변환부의 상면도, 도 2의 (B)는 화살표 방향으로 보았을 때의 광전 변환부의 단면 A-A'를 나타내는 도면.
도 3은 고체 촬상 장치의 기본 재질의 굴절율을 나타내는 리스트.
도 4는 제 1 실시예의 고체 촬상 장치의 분광 특성을 나타내는 그래프.
도 5의 (A)는 제 2 실시예의 고체 활상 장치에서의 광전 변환부의 상면도, 도 5의 (B)는 화살표 방향으로 보았을 때의 광전 변환부의 단면 B-B'를 나타내는 도면.
도 6은 제 실시예의 고체 촬상 장치의 분광 특성을 나타내는 그래프.
도 7의 (A)는 제 3 실시예의 고체 활상 장치에서의 광전 변환부의 상면도, 도 7의 (B)는 화살표 방향으로 보았을 때의 광전 변환부의 단면 C-C'를 나타내는 도면.
도 8의 (A)는 제 4 실시예의 고체 활상 장치에서의 광전 변환부의 상면도,도 8의 (B)는 화살표 방향으로 보았을 때의 광전 변환부의 단면 D-D'를 나타내는 도면.
도 9는 제 4 실시예의 고체 촬상 장치의 분광 특성을 나타내는 그래프.
도 10의 (A)는 제 5 실시예의 고체 활상 장치에서의 광전 변환부의 상면도, 도 10의 (B)는 화살표 방향으로 보았을 때의 광전 변환부의 단면 E-E'를 나타내는 도면.
도 11은 제 6 실시예의 고체 촬상 장치의 구조를 나타내는 기능 블록도.
도 12의 (A)는 제 6 실시예의 고체 활상 장치에서의 광전 변환부의 상면도, 도 12의 (B)는 화살표 방향으로 보았을 때의 광전 변환부의 단면 F-F'를 나타내는 도면.
도 13은 이상적인 분광 특성으로부터 크게 벗어난 분광 특성을 나타내는 그래프.
도 14의 (A)는 제 7 실시예의 고체 활상 장치에서의 광전 변환부의 상면도, 도 14의 (B)는 화살표 방향으로 보았을 때의 광전 변환부의 단면 G-G'를 나타내는 도면.
도 15의 (A)는 종래의 고체 활상 장치에서의 광전 변환부의 상면도, 도 15의 (B)는 화살표 방향으로 보았을 때의 광전 변환부의 단면 J-J'를 나타내는 도면.
도 16은 인간의 육안의 감지 특성과 광다이오드의 분광 감지 특성을 나타내는 그래프.
도 17의 (A)는 한 종류의 광을 분광으로 분리하는 분광 장치의 구조의 예를나타내는 도면, 도 17의 (B)는 복수 종류의 광으로 분광적으로 분리하는 분광 장치의 예를 나타내는 도면.
도 18은 프리즘을 이용하는 분광 장치의 구조의 예를 나타내는 도면.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1, 2, 3, 4 : 픽셀 10 : 광전 변환부
11 : 반도체 기판 12 : 수광소자
13 : 절연막 14 : 광차폐막
15 : 개구부 16 : 절연막
17r, 17g, 17b : 컬러 필터 18 : 적외선 차단 필터
51 : 분광 특성 곡선 52 : 인간 눈의 감도 곡선
100 : 디지털 카메라 101 : 고체 촬상 장치
110 : 광전 변환부 114 : 광차폐막
115 : 개구부 151 : 분광 특성 곡선
152r, 152g, 152b : 분광 특성 곡선
210 : 광전 변환부 214 : 광차폐막
215r, 215g, 215b : 개구부 217r, 217g, 217b : 컬러 필터
251r, 251g, 251b : 분광 특성 곡선
252r, 252g, 252b : 분광 특성 곡선
310 : 광전 변환부 314 : 광차폐막
315r, 315g, 315b : 개구부 410 : 광전 변환부
414 : 광차폐막 416r, 416g, 416b : 개구부
451r, 451g, 451b : 분광 특성 곡선
510 : 광전 변환부 514 : 광차폐막
515 : 개구부 601 : 고체 촬상 장치
610 : 광전 변환부 620 : 신호 증폭부
630 : A/D 변환부 640 : 신호 처리부
641 : 차분 매트릭스 유지부 642 : 컬러 신호 생성부
643 : 보정 매트릭스 유지부 644 : 컬러 신호 보정부
651r, 651g, 651b : 분광 특성 곡선
710 : 광전 변환부 719r, 719g, 719b : 마이크로렌즈
1001 : 입사광 1010 : 분광판
1011 : 편광 분리판 1012 : 분광 표시판
1013 : 개구부 1051, 1052, 1053 : 개구부
1061, 1062, 1063 : 광검출기
상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 수용된 광을 전기 신호로 각각 변환시키는 복수의 광다이오드와; 복수의 개구부가 내부에 형성되어 있으며, 광다이오드와의 사이에 삽입된 절연막에 의해 광다이오드의 위에 제공되고 이 광다이오드로부터 절연되어 있는 광차폐막을 구비하며, 개구부에 의해 소정 파장 이하의 파장의 광을 통과시킬 수 있는 고체 촬상 장치를 제공한다.
상술한 구성에 의하면, 본 발명의 고체 촬상 장치에서, 광차폐막에 제공된 개구부는 고역통과 필터로서 기능을 하고, 소정 파장 이상의 광을 차단시킬 수 있다. 구체적으로 말해서, 적외선 차단 필터와 컬러 차단 필터는 고체 촬상 장치로부터 제거될 수 있는데, 이는 광차폐막에 있는 개구가 일정 파장 보다 긴 파장을 갖는 광을 차단시키기 때문이다. 또, 적외선 차단 필터가 적외광을 차단하는 정확도와 컬러 필터의 분광 특성은 크게 완화될 수 있게 된다.
예를 들어, 소정의 파장이 가시광의 에지부분의 파장이고, 가시광의 에지부분에 있는 파장을 차단하는 개구가 광차폐막에 제공된다면, 적외선 필터가 적외광을 차단하는 정확도가 크게 완화될 수 있게 된다.
이것은 적외선이 적외선 차단 필터를 통과하는 경우에도, 이들 적외선은 개구에 의해 차단될 것이며 광다이오드에는 도달하지 않을 것이다.
마찬가지로, 컬러 필터를 통과하게 되는 가시광보다 긴 파장에 대해 컬러 필터의 분광 특성의 정확도가 크게 완화될 수 있다.
다시 말해서, 적외선 필터가 제거될 수 있거나, 적외광을 차단함에 있어서의 정확도를 크게 감소시키게 되고, 컬러 필터를 통과하는 가시광보다 긴 파장에 대한 분광 특성의 정확도가 크게 감소될 수 있다. 결과적으로, 고체 촬상 장치 제조 공정이 단순해지며, 적외선 차단 필터와 컬러 필터의 수율이 크게 향상될 수 있다.
따라서, 상술한 구성에 의해 고체 촬상 장치의 제조 시간을 감소시키게 되며, 비용을 줄이고 수율을 개선할 수 있게 된다.
또, 적외선 필터와 컬러 필터의 재질 특성이 완화될 수 있으며, 적외선 필터와 컬러 필터에 대해 사용되는 재질은 확대된 재질 범위로부터 선택이 가능하다.
또한, 광다이오드는 대상이 되는 화상의 각각의 최소 단위가 되는 픽셀에 각각 대응하며, 광다이오드는 각각 그 위에 제공되는 상이한 하나씩의 개구부를 가질수 있다.
이러한 구성에 의하면, 수용된 광의 주파수를 각 픽셀에 대해 제한할 수 있다. 따라서, 컬러 필터는 각 픽셀로부터 제거가 가능하며, 적외선 필터와 컬러 필터의 분광 특성이 크게 완화될 수 있다.
또한, 각각의 개구부의 모양과 치수는 소정 파장에 따라 정해질 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 개구부의 모양과 치수를 변경함으로써 개구부에 의해 차단된 파장이 변경될 수 있다.
또한, 개구부는 N개(N은 자연수)의 상이한 종류의 개구부로 구성되며, 소정의 파장은 개구부의 각각의 종류에 따라 상이하고, 광다이오드는 N개이며, N개의 광다이오드의 각각은 위에 제공된 N 종류의 상이한 각각의 개구부를 가질 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 상이한 파장에 따라 생성되는 전기적 전하가 각각의 광다이오드에 수집될 수 있다. 따라서, 높은 정확도의 컬러 필터를 통과하는 주파수의 광의 전기 신호와 등가인 전기 신호가 얻어질 수 있다.
또한, 구성요소가 N(N은 자연수) 종류의 전기 신호인 컬럼 벡터를 구성요소가 제 1 컬러 시스템의 컬러 신호의 M 종류인 컬럼 벡터로 변환하는 M(M은 자연수)×N 매트릭스에 기초하여, N개의 광다이오드에 의해 수용된 광으로부터 발생되는 N 종류의 전기 신호로부터 제 1 컬러 시스템의 컬러 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
이상의 구성에 의하면, 컬러 신호는, 컬러 필터를 이용하여 얻어지는 광으로부터 생성되는 적색, 녹색, 청색의 3개의 원색 신호와 같은 전기 신호로부터가 아닌 특정의 파장 범위에서의 광으로부터 생성된 전기적 전하를 단순히 수집함으로써 생성된 전기 신호부터 생성이 가능하다.
또한, 본 발명의 고체 촬상 장치는 제 1 컬러 시스템의 컬러 신호에 대해, 구성요소가 제 1 컬러 시스템인 컬럼 벡터를 보정하기 위한 M×M 매트릭스에 기초하여 컬러 보정을 행할 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 생성된 컬러 신호가 원하는 컬러에서 벗어난 경우라 하더라도, 컬러 신호를 보정함으로써 원하는 컬러를 재생할 수 있다.
또한, 본 발명의 고체 촬상 장치는 구성요소가 제 1 컬러 시스템의 컬러 신호인 컬럼 벡터로부터 구성요소가 제 2 컬러 시스템의 컬러 신호인 컬럼 벡터로 변환하기 위한 L(L은 자연수)×M 매트릭스에 기초하여, 제 1 컬러 시스템의 컬러 신호로부터 제 2 컬러 시스템의 컬러 신호로 변환할 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 생성된 컬러 신호가 소망하는 컬러 신호의 컬러 시스템과 상이한 컬러 시스템이라고 하더라도, 원하는 컬러 시스템의 컬러 신호가 상이한 컬러 시스템의 컬러 신호에 기초하여 생성될 수 있어서, 원하는 컬러 시스템이 재생될 수 있다.
또한, 본 발명의 고체 촬상 장치는 제 2 컬러 시스템의 컬러 신호에 대해, 구성요소가 제 2 컬러 시스템인 컬럼 벡터를 보정하기 위한 L ×L 매트릭스에 기초하여 컬러 보정을 행할 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 변환된 컬러 신호가 원하는 컬러에서 벗어난 경우라 하더라도, 변환된 컬러 신호를 보정함으로써 원하는 컬러를 재생할 수 있다.
또한, 광다이오드는 각각 그 위에 제공된 복수개의 개구부를 구비할 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 복수개의 개구부의 아래에 있는 각각의 광다이오드에 의해 수용될 수 있는 광량이 증가될 수 있다. 따라서, 광다이오드의 감도가 크게 증가될 수 있으며, 고화질을 달성할 수 있다.
또한, 각 광다이오드의 위에 제공된 복수개의 개구부는 (i) 소정 파장 이하의 광을 통과시킬 수 있는 하나 이상의 개구부와, (ii) 상이한 소정 파장 이하의 광을 통과시킬 수 있는 하나 이상의 개구부로 구성될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 복수개의 개구부가 소정의 파장 이하의 광을 통과시킬 수 있으며, 하나의 광다이오드가 수용할 수 있는 광의 최대 파장의 부근에 있는 광의 분광 특성이 미세하게 조절될 수 있다.
결과적으로, 각각의 광다이오드가 수용하는 최대 파장의 부근에 있는 분광 특성은 최대 파장의 복수개의 종류에 따라 조절이 가능하고, 광다이오드는 원하는 파장의 광을 수용할 수 있다.
또한, 개구부는 길이 방향이 서로 평행하도록 배치되고, 각 개구부간의 간격은 개구부의 길이 방향 치수보다 작거나 같도록 배치될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 각 픽셀에 있는 개구부의 수는 증가한다. 따라서, 개구부가 차지하는 영역이 증가하고 감도도 증가하게 된다.
또한, 개구부는 길이 방향이 서로 평행하도록 배치되고, 각 개구부간의 간격은 개구부의 길이 방향 치수보다 크거나 같도록 배치될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 개구부를 통과하도록 된 광보다 더 긴 파장의 광이 통과되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 고체 촬상 장치는 광다이오드의 상이한 각각에 대해 제공되며 각 광다이오드의 위에 있는 개구부를 각각 덮는 복수개의 마이크로렌즈를 추가로 구비할 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 개구부에 있는 광뿐만 아니라 광차폐막의 위에 있는 광도 개구부에 집광된다. 따라서, 광다이오드에 의해 더 많은 양의 광이 수용될 수 있으며, 고감도가 달성될 수 있다. 또, 마이크로렌즈의 사이즈를 조절함으로써, 각각의 광다이오드에 의해 수용되는 광량을 다이오드로부터 요구되는 성능에 따라 조절하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 고체 촬상 장치는 상이한 하나 이상의 개구부를 각각 덮는 복수개의 마이크로렌즈를 구비할 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 개구부의 광수집 비율이 크게 향상될 수 있으며, 고감도가 달성될 수 있다. 또, 각각의 개구에 대해 그리고 각각의 파장에 대해 개별적으로 광량을 조절할 수 있게 된다.
또한, 절연막은 개구부의 최소 치수보다 크거나 같으며, 광다이오드에 의해 변환되는 광의 최대 파장보다 작거나 같은 두께를 가질 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 광이 개구부를 통과하는 경우라 하더라도, 광다이오드에 도달하기 전에 감쇄하는 파장의 광의 영향을 감소시킬 수 있게 된다. 이에 의해, 컬러의 혼합이 거의 없으면서도 고화질을 달성한다.
또한, 각각의 개구부는 모양이 사각형 및 원형 중 하나이며, 소정 파장에 따라 정의된 치수는 개구부가 사각형인 경우 개구부의 장변측이 되고 개구부가 원형인 경우 개구부의 치수가 될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 개구부의 치수를 용이하게 특정하는 것이 가능하게 된다.
또한, 소정의 파장은 개구부의 위에 형성된 매질에서 근적외광, 적색광, 녹색광 및 청색광 중 하나의 파장이 될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 각각의 상이한 소정 파장을 갖는 3종류 이상의 분광 신호가 달성될 수 있으며, 3원색이 실현될 수 있다. 따라서, 적외선 필터와 컬러 필터에 의존하지 않고 컬러를 실현하는 것이 가능하게 된다.
또한, 개구부는 길고 좁은 사각형상이고, 각 개구부의 길이 방향이 동일 방향으로 배향되도록 배치될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 길이방향에서의 전기장을 갖는 광의 편광된 성분이 광다이오드에 수집될 수 있다. 따라서, 확산 반사에 의한 오류 신호가 방지된다. 또, 소정의 편광 성분의 광만이 광다이오드에 의해 수용될 수 있으며, 컬러 신호의 혼합을 방지하고, 편광 정확도가 향상된다. 결과적으로, 고화질이 달성될 수 있다.
또한, 개구부는 길고 좁은 사각형상이고, 복수개의 개구부가 각 광다이오드에 대하여 제공되며, 각 광다이오드에 대한 개구부의 길이 방향이 (i) 제 1 방향 및 (ii) 제 1 방향에 수직인 제 2 방향 중 하나로 배향되도록 배치될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 광의 편광 성분이 픽셀에 따라 분리될 수 있다. 따라서, 확산 반사에 의한 오류 신호가 방지될 수 있으며, 광다이오드는 원하는 편광된 광만을 수용한다. 결과적으로, 컬러 신호의 혼합이 방지되며, 편광의 정확도가 보강되고, 고화질이 달성될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 또한 고체 촬상 장치에 의해 N(N은 자연수) 종류의 전기 신호를 처리하는 신호 처리 장치에 있어서, N 종류의 전기 신호에서의 전기 신호와 N 종류의 전기 신호에서의 인접하는 전기 신호간의 차를 취함으로써, 구성요소가 N 종류의 전기 신호인 벡터를 구성요소가 제 1 컬러 시스템의 M(M은 자연수) 종류의 컬러 신호로 변환하는 차분 매트릭스를 유지하는 차분 매트릭스 유지부와; 차분 매트릭스에 기초하여 N 종류의 전기 신호로부터 제 1 컬러 시스템의 컬러 신호를 생성하는 컬러 신호 생성부를 구비하는 신호 처리 장치를 제공한다.
이러한 구성에 의하면, 고체 촬상 장치에서, 전기 신호로부터 생성될 수 있는 컬러 신호가 컬러 필터를 이용하여 얻어지는 광으로부터 생성되는 적색, 녹색, 청색의 3개의 원색 신호와 같은 전기 신호로부터가 아닌, 상이한 파장의 광으로부터 생성된 전기적 전하를 수집함으로써 간단하게 생성된다. 따라서, 컬러 필터에 의존함이 없이 컬러를 실현하는 것이 가능하게 된다.
또한, 구성요소가 제 1 컬러 시스템의 컬러 신호인 벡터를 보정하는 보정 매트릭스 유지부와; 보정 매트릭스에 기초하여 제 1 컬러 시스템의 컬러 신호를 보정하는 컬러 신호 보정부를 추가로 구비할 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 컬러 신호가 원하는 컬러로부터 벗어난 컬러의 광으로부터 생성되는 경우라 하더라도, 컬러 신호를 보정함으로써 원하는 컬러의 컬러 신호를 재현할 수 있다.
또한, 본 발명의 신호 처리 장치는 구성요소가 제 1 컬러 시스템의 컬러 신호인 벡터를 구성요소가 제 2 컬러 시스템의 L(L은 자연수) 종류의 컬러 신호인 벡터로 변환하는 컬러 시스템 변환 매트릭스를 유지하는 컬러 시스템 변환 매트릭스 유지부와; 보정 매트릭스에 기초하여 제 2 컬러 시스템의 컬러 신호를 보정하는 컬러 시스템 보정부를 추가로 구비할 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 다른 컬러 시스템의 컬러 신호가 생성된 컬러 신호로부터 생성될 수 있다. 따라서, 원하는 컬러 시스템의 컬러로 화상을 재현하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 신호 처리 장치는 구성요소가 제 2 컬러 시스템의 컬러 신호인 벡터를 보정하는 보정 매트릭스를 유지하는 보정 매트릭스 유지부와; 보정 매트릭스에 기초하여 제 2 컬러 시스템의 컬러 신호를 보정하는 컬러 신호 보정부를 추가로 구비할 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 변환된 컬러 신호가 원하는 컬러로부터 벗어난 컬러의 광으로부터 생성된 컬러 신호인 경우에도, 컬러 신호를 보정함으로써 원하는 컬러의 컬러 신호를 재현하는 것이 가능하게 된다.
또한 본 발명은 고체 촬상 장치를 포함하는 카메라에 있어서, 고체 촬상 장치는, 수용된 광을 전기 신호로 각각 변환하는 복수개의 광다이오드와; 복수의 개구부가 내부에 형성되어 있으며, 광다이오드와의 사이에 삽입된 절연막에 의해 광다이오드의 위에 제공되고 이 광다이오드로부터 절연되어 있는 광차폐막을 구비하며, 개구부에 의해 소정 파장 이하의 파장의 광을 통과시킬 수 있고, 광다이오드는 대상이 되는 화상의 각각의 최소 단위가 되는 픽셀에 각각 대응하며, 광다이오드는 각각 그 위에 제공되는 상이한 하나씩의 개구부를 갖는 카메라를 제공한다.
이러한 구성에 의하면, 적외선 필터를 제거할 수 있으며, 적외광을 차단하는 정확도를 크게 감소시킬 수 있고, 또한 컬러 필터를 제거할 수 있으며 분광 특성의 정확도를 크게 감소시킬 수 있다. 결과적으로 고체 촬상 장치 제조 공정이 단순해지며, 적외선 차단 필터와 컬러 필터의 수율이 크게 향상될 수 있다.
따라서, 상술한 구성에 의해 고체 촬상 장치의 제조 시간을 감소시키게 되며, 비용을 줄이고 수율을 개선할 수 있게 된다.
결과적으로, 저비용 고성능의 카메라를 제공할 수 있게 된다.
또한 개구부는 N개(N은 자연수)의 상이한 종류의 개구부로 구성되며, 소정의 파장은 개구부의 각각의 종류에 따라 상이하고, 광다이오드는 N개이며, N개의 광다이오드의 각각은 위에 제공된 N 종류의 상이한 각각의 개구부를 가지고, 고체 촬상 장치는, 각각의 소정 파장에 기초하여 정의된 형상과 치수를 갖는 개구부의 위에 제공된 N개의 광다이오드에 의해 각각 수용된 광으로부터 생성된 N 종류의 전기 신호를 처리하는 신호 처리 회로를 추가로 구비하며, 신호 처리 장치는 N 종류의 전기 신호에서의 전기 신호와 N 종류의 전기 신호에서의 인접하는 전기 신호간의 차를 취함으로써, 구성요소가 N 종류의 전기 신호인 벡터로부터 구성요소가 제 1 컬러 시스템의 M(M은 자연수) 종류의 컬러 신호인 벡터로 변환하는 차분 매트릭스에 기초하여 N 종류의 전기 신호로부터 제 1 컬러 시스템의 컬러 신호를 생성할 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 개구부에 의한 파장 차단은 개구부의 형상과 치수가 변경되면 변경이 가능하다. 이에 의하여, 상이한 파장 범위의 전기적 전하가 수집될 수 있다. 예컨대, 컬러 필터의 분광 특성의 정확도가 완화되는 경우라도, 컬러 필터와 개구부를 결합시킴으로써, 컬러 필터의 각각의 컬러에 대해 광을 제한할 수 있다. 또, 컬러 신호는, 적색, 녹색 및 청색의 3원색과 같은 전기 신호로부터가 아닌, 상이한 파장의 전기적 전하를 단순히 수집함으로써 생성된 전기 신호로부터 생성될 수 있다. 따라서, 컬러 필터에 의존하지 않고 컬러를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 카메라는 고체 촬상 장치에 의해 출력되는 N(N은 자연수) 종류의 전기 신호를 처리하는 신호 처리 장치를 추가로 구비하며, 고체 촬상 장치에서, 개구부는 N개의 상이한 종류의 개구부로 구성되며, 소정 파장은 각 종류의 개구부에 대해 상이하고, 광다이오드는 N개이며, N개의 광다이오드의 각각은 위에 제공된 N 종류의 상이한 각각의 개구부를 구비하고, 고체 촬상 장치는 각각의 소정 파장에 기초하여 정의된 형상과 치수를 갖는 개구부의 위에 제공된 N개의 광다이오드에 의해 각각 수용된 광으로부터 생성된 N 종류의 전기 신호를 신호 처리 장치에 출력하며, 신호 처리 장치는 구성요소가 N 종류의 전기 신호인 벡터로부터 구성요소가 제 1 컬러 시스템의 M(M은 자연수) 종류의 컬러 신호인 벡터로 변환하는 차분 매트릭스에 기초하여 N 종류의 전기 신호에서의 전기 신호와 N 종류의 전기 신호에서의 인접하는 전기 신호간의 차를 취함으로써, N 종류의 전기 신호로부터 제 1 컬러 시스템의 컬러 신호를 생성할 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 고체 촬상 장치와 신호 처리 장치를 결합시킨 단일 센서 장치를 갖는 카메라에서 상술한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 카메라는 전체가 N개이며, 개구부가 N개(N은 자연수)의 상이한 종류의 개구부로 구성되며, 소정의 파장은 개구부의 각각의 종류에 따라 상이하고, 광다이오드는 N개이며, N개의 광다이오드의 각각은 위에 제공된 N 종류의 상이한 각각의 개구부를 각각 갖는 적어도 하나 이상의 고체 촬상 장치와; 고체 촬상 장치에 의해 출력된 N 종류의 전기 신호를 처리하는 신호 처리 장치를 구비하며, 고체 촬상 장치는 각각의 소정 파장에 기초하여 정의된 형상과 치수를 갖는 개구부의 위에 제공된 N개의 광다이오드에 의해 각각 수용된 광으로부터 생성된 N 종류의 전기 신호를 신호 처리 장치에 출력하고, 신호 처리 장치는 구성요소가 N 종류의 전기 신호인 벡터로부터 구성요소가 제 1 컬러 시스템의 M(M은 자연수) 종류의 컬러 신호인 벡터로 변환하는 차분 매트릭스에 기초하여, N 종류의 전기 신호에서의 전기 신호와 N 종류의 전기 신호에서의 인접하는 전기 신호간의 차를 취함으로써, N 종류의 전기 신호로부터 제 1 컬러 시스템의 컬러 신호를 생성할 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 복수개의 고체 촬상 장치와 신호 처리 장치가 결합되는 다중 센서 장치를 갖는 카메라에서 상술한 효과를 얻을 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 분광부를 구비하는 분광 장치에 있어서, 분광부는 광원으로부터의 광의 경로에 대해 평행하지 않게 제공되며, 불투명 부재와 교차하는 경로에서의 위치에 개구부를 갖는 불투명 부재를 포함하며, 개구부는 소정 파장 이하의 파장의 광을 통과사키는 분광 장치를 제공한다.
이러한 구성에 의하면, 불투명 부재에 제공된 개구부는 고역통과 필터로서의 기능을 하며, 소정 파장 이하의 광을 통과시킬 수 있다. 따라서, 입사광의 파장의 최대값이 어떤 개구부가 입사광을 통과시켰는지를 검사함으로써 용이하게 측정될 수 있게 된다.
아울러, 광이 분리되는 주파수의 종류는 개구부의 사이즈를 조절하고 불투명 부재의 각도를 변경함으로써 증가시킬 수 있게 된다.
또한, 개구부의 수를 조절함으로써, 통과되는 광의 광량을 용이하게 조절할 수 있다. 따라서, 분광 장치에서의 광의 SN비가 개선될 수 있다.
또한, 분광부에 의해 분리된 광을 광의 강도에 따라 전기 신호로 변환하는 광검출부를 추가로 구비할 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 개구부를 통과하는 광은 전기 신호로 변환될 수 있게 된다. 따라서, 소정 파장 이하의 광의 광량이 검출될 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 분광 장치는 차분 매트릭스 유지부와 신호 처리부를 추가로 구비하며, 차분 매트릭스 유지부는 N 종류의 전기 신호에서의 전기 신호와 N 종류의 전기 신호에서의 인접하는 전기 신호간의 차를 취함으로써, 구성요소가 광검출부에 의해 변환된 N(N은 자연수) 종류의 전기 신호인 벡터를 구성요소가 제 1 컬러 시스템의 M(M은 자연수) 종류의 컬러 신호인 벡터로 변환하는 차분 매트릭스를 유지하며, 신호 처리부는 N 종류의 전기 신호로부터 M 종류의 전기 신호를 생성할 수있다.
이러한 구성에 의하면, 개구부를 통과한 광으로부터의 전기 신호에 대해 세트 매트릭스 동작이 수행되고, 특정 파장의 광의 세기가 계산될 수 있다. 따라서, 세기에 대한 파장의 의존성을 검출하는 장치를 용이하게 제조하는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 상기와 같은 목적 및 다른 목적, 이점 및 특징들은 본 발명의 특정 실시예를 예시하는 첨부 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명으로부터 명백할 것이다.
< 제 1 실시예 >
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 제 1 실시예에 대하여 설명한다. 주의할 것은, 종래 기술과 관련된 설명부분에서와 동일한 구조를 갖는 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하며, 그 설명은 생략하기로 한다. 또, 본 발명의 실시예들은 대략적으로 말해서, 적외선(IR)이 780nm 내지 3㎛의 광이고, 적색광(R)이 610nm 부근의 광이며, 녹색광(G)이 540nm 부근의 광이고, 청색광이 450nm 부근의 광인 것을 전제로 한다.
< 제 1 실시예의 아웃라인 >
도 1은 디지털 카메라와 이에 내장되는 고체 촬상 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 디지털 카메라(100)에 사용되는 고체 촬상 장치(101)는 광수용면을 보호하는 밀봉 유리를 통해 고체 촬상 장치에 입사하는광(이하, "입사광"이라 함)이 광전 변환부(도면에서 점으로 표시된 부분)에 의해 전자로 광전 변환된다는 점에서 종래의 고체 촬상 장치와 동일하다.
고체 촬상 장치(101)는 적외선 차단 필터(18)가 대신 제공되고, 크기를 축소시킨 개구부(15)에 의해 적외광이 차단된다는 점에서 종래의 장치와 상이하다. 이 구조는 개구부(15)의 장변측의 치수(이하 "장변측의 치수"라 함)에 대응하는 파장을 초과하는 전자기파를 차단하는 도파관(waveguide)의 방식으로 고역통과 필터로서 기능하는 개구부(15)를 갖는 개념에 기초하고 있다.
< 도파관 >
이하 마이크로파 전송라인을 대표하는 도파관에 대해 설명한다. 주의할 것은, 마이크로파와 광은 모두 맥스월 방정식을 만족하는 전자기파라는 것이다.
도파관은 구리 등의 도전성이 높은 재료로 만들어진 벽이 있는 파이프이다. 도파관은 그 단면 모양에 따라 사각형, 타원형 등으로 분류된다. 주의할 것은, 도파관은 단면의 구조적 치수에 의해 결정된 차단 주파수를 가지며 차단 주파수 이하의 신호는 전송할 수 없다는 것이 일반적으로 공지되어 있다는 것이다.
폭 a와 높이 b를 갖는 사각형 도파관을 예로 들면, 도파관의 차단 주파수 fc는 이하의 등식인 수학식 1로 표시된다. 도, 차단 주파수에 대응하는 파장 λc(이하 "차단 파장"이라 함)은 이하의 수학식 2로 표시된다. 여기에서, 높이 b는 폭 a보다 큰 것으로 한다. 반경 r을 갖는 타원형 도파관에서, 차단 주파수 fc는 이하의 수학식 3으로 표시되고, 차단 파장 λc는 수학식 4로 표시된다. 주의할 것은, 도파관이 유전률 ε, 투과율 μ을 갖는 등방성, 균질성 매질로 채워져 있다는 것이다. 이 매질내에서의 평면파의 속도 v는 수학식 5로 표시된다.
이하, 상술한 특징을 감안하여 제 1 실시예의 고체 촬상 장치에 대하여 설명한다.
< 제 1 실시예의 고체 촬상 장치의 구조 >
도 2의 (A)는 제 1 실시예의 고체 촬상 장치를 위에서 보았을 때의 광전 변환부의 상면을 나타내고, 도 2의 (B)는 화살표 방향으로 보았을 때의 광전 변환부의 단면 A-A'를 나타낸다.
간단히 나타내기 위해서, 광전 변환부(110)를 구성하는 픽셀부 중의픽셀부(2 ×2 픽셀) 중 하나만 도시하고 있다.
도 2의 (A) 및 (B)로부터 알 수 있는 바와 같이, 광전 변환부(110)의 광차폐막(114)에는 개구부(115)가 형성되어 있다. 각각의 개구부(115)는 컬러 필터(17r, 17g, 17b)의 아래에 위치하며, 컬러 필터와의 사이에 절연막(16)이 위치한다. 종래의 광전 변환부(10)의 컬러 필터(17r, 17g, 17b)의 위에 제공된 적외선 차단 필터(18)는 광전 변환부(110)에는 제거되어 있다.
각각의 광다이오드(12)는 수광시에 PN 접합 경계부의 부근에서 수용한 광에 따라 전자와 정공을 생성하고, 생성된 전자와 정공에 기초하여 수용된 광을 전류로 효과적으로 변환시킨다. 광다이오드의 감도는 광의 파장에 따라 변화하고, 파장이 짧을수록 광이 효과적으로 흡수되는 위치가 표면으로부터 더 얕아진다. PN 접합부로부터 제거된 부분에서 생성된 전자와 정공은 공핍층에 도달하기 전에 재결합되고 확산되기 때문에 전류 생성에 기여하지 않는다는 것에 주의하여야 한다.
이러한 이유 때문에, 장파장에 민감한 광다이오드를 제조할 때는 깊은 PN 접합부를 형성하는 것이 필요하며, 단파장에 민감한 광다이오드를 제조할 때는 실리콘 표면에 인접한 PN 접합부를 형성하는 것이 필요하다.
예를 들어, 광다이오드(12)가 270nm 내지 1000nm의 파장의 광에 민감하고, 700nm 내지 800nm에서 피크에 도달하는 감도를 갖는 광다이오드라고 가정한다. 또, 절연막(13, 16)은 실리콘 산화물(SiO2) 또는 실리콘 질화물(Si3N4)로 이루어지며, 광차폐막(114)은 알루미늄(Al) 또는 텅스텐 실리사이드(W-Si)로 이루어진다.
< 개구부의 치수 >
개구부(115)는 개구부(15)보다 더 작은 치수를 가지며, 각 개구부(115)의 치수와 형상으로 형성된 차단 파장 λc을 초과하는 파장의 광을 차단한다. 파장 λi의 광이 굴절율 Nr을 갖는 절연막(16)을 통해 개구부(115)로 입사하게 되면, 절연막(16)의 광의 파장 λr은 절연막(16)의 굴절율을 고려하여, 이하 수학식 6으로 표시된다.
도 3은 고체 촬상 장치의 주 재질의 굴절율 일람을 나타낸다.
도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 리스트(130)는 컬럼(131)이 재질을 나타내고 컬럼(132)이 그 재질의 굴절율을 나타낸다.
만일, 예를 들어, 절연막(16)이 실리콘 산화물(SiO2)이고, 절연막(16)에 입사되는 광이 780nm의 파장(적외선)을 갖는 경우, 절연막(16)을 통해 개구부(115)에 입사될 때의 광파장은 굴절율 1.46에 기초하여 534.25nm가 될 것이다. 또한, 개구부(115)의 차단 파장 λc가 대략 534.25nm 이하인 경우, 외부 광원으로부터 입사되는 780nm의 광은 개구부(115)에 의해 차단될 것이다.
여기에서, 이하의 수학식 7에 기초하여, 개구부(115)의 모양이 사각형이라면, 광이 개구부의 장변측 길이가 267.12nm 이하인 경우 780nm의 광이 차단될 것이다. 또, 개구부의 모양이 타원형이라면, 이하의 수학식 8에 기초하여, 개구부의반경 r이 대략 228.53nm 이하(직경이 457.07nm)인 경우 780nm의 광이 차단될 것이다.
이에 기초하여, 가시광은 통과시키지만 적외선(780nm) 이상의 광은 차단시키는 개구부의 대략적인 치수는 개구부(115)의 위에 형성된 절연막(16)의 굴절율 Nr, 개구부(155)의 형상 및 차단될 차단 파장 λrc에 기초하여 정해질 수 있다.
이후, "차단 치수"는 차단 파장 λrc, 개구부 위에 형성된 매질의 굴절율 Nr 및 소정 이상의 파장의 광이 개구부에 의해 차단될 수 있는 개구부의 모양에 의해 정의된 개구부의 치수를 나타낸다. 또, 개구부의 모양이 사각형이면 "차단 치수"는 장변측 길이를 나타내며, 개구부의 모양이 타원형이면 "차단 치수"는 반경을 나타낸다.
추가로, 적색광 파장(610nm) 이하의 광을 통과시킬 수 있지만 적외광(780nm) 이상의 광을 차단시키는 차단 치수를 "적외선 차단 치수"라 한다.
차단 치수의 상한은 광다이오드(12)가 반응하는 파장의 범위의 최대 파장에 따라 정해진다는 것에 주의하여야 한다. 이것은 개구부의 치수가 상기 상한을 초과하는 경우라 하더라도, 광다이오드(12)가 감지할 수 없는 파장의 광을 단순히 수용하여, 결과적으로 광이 전혀 수용되지 않는 것과 같은 결과가 될 것이기 때문이다.
예를 들어, 최대 파장이 1000nm이고, 개구부의 차단 치수가 상기 수학식 7에 기초하여, 개구부가 사각형인 경우는 대략 342.46nm이고, 개구부가 타원형(직경이 대략 401.36nm)인 경우는 대략 200.68nm가 된다. 이러한 치수에 기초하여, 대략적으로 말하면, 개구부(115)의 차단 치수는 대략 500nm가 된다. 이것은 1500nm의 치수를 갖는 종래의 개구부(15)에 비해 크게 작은 값이다. 이후, 이러한 방식에서의 차단 치수를 최대 차단 치수라 한다.
< 제 1 실시예의 고체 촬상 장치의 분광 특성 >
이하 상술한 구조를 갖는 광전 변환부(110)의 분광 특성에 대하여 설명한다.
도 4는 제 1 실시예의 고체 촬상 장치의 분광 특성을 나타내는 그래프이다.
수평축은 파장을 나타내고 수직축은 분광 감도를 나타낸다.
도 4에 도시된 바와 같이, 곡선(151)은 개구부(115)를 통과할 수 있는 광의 분광 특성을 나타낸다. 참조를 위해, 곡선(152r)은 적색 필터(17r)를 통과할 수 있는 광의 분광 특성을 나타내고, 곡선(152g)은 녹색 필터(17g)를 통과할 수 있는 분광 특성을 나타내며, 곡선(152b)은 청색 필터(17b)를 통과할 수 있는 광의 분광 특성을 나타낸다.
광차폐막(114)에 형성된 개구부의 특성을 나타내기 위해, 컬러 필터(17r, 17g, 17b)를 제거하고 특성을 측정하였다.
곡선(151)으로 나타낸 것과 같이, 개구부(115)는 760nm 이상의 광을 차단하고, 대략 750nm 내지 760nm 이하의 광을 통과시킬 수 있는데, 여기에서 감도가 발생하기 시작한다.
곡선(152r)은 520nm 내지 750nm 범위에서의 파장(이하, "R콘"이라 함)의 광을 통과시킬 수 있지만 다른 광은 거의 통과시킬 수 없는 컬러 필터(17r)를 나타낸다. 특히, 적색 파장(610nm)의 부근에 컬러 필터(17r)의 피크가 표시되어 있는 것과 같이, 컬러 필터(17r)는 적색광의 부근에서의 광을 통과시킬 수 있다.
곡선(152g)은 450nm 내지 640nm 범위의 파장(이하 "G콘"이라 함)의 광은 통과시킬 수 있지만 다른 광은 거의 통과시킬 수 없는 컬러 필터(17g)를 나타낸다. 특히, 녹색 파장(540nm)의 부근에 컬러 필터(17g)의 피크가 표시되어 있는 것과 같이, 컬러 필터(17g)는 녹색광 부근에 있는 광을 통과시킬 수 있다.
곡선(152b)은 370nm 내지 570nm 범위의 파장(이하 "B콘"이라 함)의 광은 통과시킬 수 있지만 다른 광은 거의 통과시킬 수 없는 컬러 필터(17b)를 나타낸다. 특히, 청색 파장(450nm)의 부근에 컬러 필터(17b)의 피크가 표시되어 있는 것과 같이, 컬러 필터(17b)는 청색광 부근에 있는 광을 통과시킬 수 있다.
< 제 1 실시예의 개요 >
상술한 것과 같이, 광전 변환부(110)에 있는 개구부(115)와 컬러 필터(17r, 17g, 17b)를 결합함으로써, 입사광으로부터 가시광을 통과시킬 수 있으면서, 입사광에서의 적외광은 차단시킬 수 있게 된다. 이것은 필터(17r)에 입사하는 R콘을 벗어나는 광이 적외선 차단 필터(18)를 구비하지 않는 경우라도 차단된다는 것을 의미한다.
실제로, 개구부의 치수는 개략적인 차단 치수에 기초하여 분광 측정법 등과 같은 실험과 FDTD(finite difference time domain) 방법을 이용하여 수치해석함으로써 정의된다. 그러나, 개구부는 세트 단위의 측정에 기초하여서만 제조될 수 있기 때문에 개구부의 치수는 약간 변동된다.
< 제 1 실시예와 관련된 기타사항 >
여기에서 780nm의 광이 예로서 사용되었지만, 실제로 광으로부터 차단시킬 차단 파장 λrc는 목적에 따라 정해진다. 예를 들어, 고체 촬상 장치에 의해 발생되는 컬러 신호에 반응하는 광전 변환부(110)를 설계함으로써, 광전 변환부(110)는 일부 적외선을 수용하도록 만들어질 수 있다. 이때의 차단 파장 λrc는 예컨대 790nm 또는 800nm의 광을 차단하도록 설정된다. 특히, 적외선 카메라에 있어서, 적외선 범위의 광을 수용하여, 차단 파장 λrc를 설정하여 대략 1000nm의 적외선 범위의 광이 수용될 수 있도록 하는 것이 중요하다.
적색(R), 녹색(G) 및 청색(G)은 CIE(Centre Internationale d'Eclairage) RGB 컬러 시스템에서의 원색인 3종류의 단색광이 될 수 있으며, 구체적으로 각각 700nm(R), 546.1nm(G) 및 435.8nm(B)가 된다.
고체 촬상 장치(101)는 MOS(Metal Oxide Semiconductor) 고체 촬상 장치, 인터라인 전송 CCD(Charge Coupled Device) 고체 촬상 장치 또는 프레임 전송 CCD 고체 촬상 장치가 될 수 있다.
개구부는 정사각형이나 직사각형 대신에 타원형이 될 수 있다.
광차폐막으로부터 소멸파(evanescent waves)의 영향을 고려하여, 절연막(13)의 두께는 광다이오드(12)가 반응하는 전자기파의 범위에서 대략 최대 파장으로 설정될 수 있다.
< 제 2 실시예 >
이하, 본 발명의 제 2 실시예를 도면을 참조하여 설명한다. 제 1 실시예와 동일한 구성을 갖는 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하였으며 이하의 설명에서 생략한다.
< 제 2 실시예의 아웃라인 >
제 1 실시예의 주요 목적은 적외선을 차단하는 것이었지만, 제 2 실시예는 컬러에 의해 불필요한 파장의 광을 추가로 차단하는 것을 목적으로 한다.
이하, 상술한 목적에 대해 제 2 실시예의 고체 촬상 장치에 대하여 설명한다.
< 제 2 실시예의 고체 촬상 장치의 구조 >
도 5의 (A)는 상술한 바와 같이 제 2 실시예의 고체 촬상 장치의 광전 변환부를 나타내며, 도 5의 (B)는 화살표 방향으로 보았을 때의 광전 변환부의 단면 B-B'를 나타낸다.
간단히 나타내기 위해서, 광전 변환부(210)를 구성하는 픽셀부 중에서 픽셀부(2 ×2 픽셀) 중 하나만 도시하고 있다.
도 5의 (A), (B)에 도시된 바와 같이, 광전 변환부(210)에서의 광차폐막(214)에는 내부에 개구부(215r, 215g, 215b)가 형성되어 있으며, 이들 각각은 치수가 상이하다. 적외선 차단 치수를 갖는 개구부(215r)는 컬러 필터(217r)의 아래에 위치하며, 적색광 차단 치수를 갖는 개구부(215g)는 컬러 필터(217g)의 아래에 위치하고, 청색광 차단 치수를 갖는 개구부(215b)는 컬러 필터(217b)의 아래에 위치한다. 절연막(16)은 개구부(215r, 215g, 215b)와 컬러 필터(217r, 217g, 217b)의 사이에 삽입되어 있다.
여기에서, 적색광 차단 치수는 녹색광 파장(540nm) 이하의 광은 통과시키지만, 적색광 파장(610nm) 이상의 광은 차단시킬 수 있는 차단 치수를 나타낸다.
또, 녹색광 차단 치수는 청색광 파장(450nm) 이하의 광은 통과시키지만 녹색광 파장(540nm) 이상의 광은 차단시킬 수 있는 차단 치수를 나타낸다.
적외선 차단 치수는 이들 치수 중 가장 큰 치수이며, 적색광 차단 치수가 두 번째로 큰 치수이며, 녹색광 차단 치수가 가장 작다.
< 제 2 실시예의 고체 촬상 장치의 분광 특성 >
이하, 상술한 구조를 갖는 광전 변환부(210)의 분광 특성에 대하여 설명한다.
컬러 필터(217r, 217g, 217b)의 분광 특성의 정확도는 컬러 필터(17r, 17g, 17b)와 비교하여 비교적 낮다는 것이 중요하다.
도 6은 제 2 실시예의 고체 촬상 장치의 분광 특성을 나타낸다.
도 6에서, 곡선(251r)은 개구부(215r)를 통과할 수 있는 광의 분광 특성을 나타내며, 곡선(251g)은 개구부(215g)를 통과할 수 있는 광의 분광 특성을 나타내고, 곡선(251b)은 개구부(215b)를 통과할 수 있는 광의 분광 특성을 나타낸다. 참고적으로, 곡선(252r)은 적색 필터(217r)을 통과할 수 있는 광의 분광 특성을 나타내고, 곡선(252g)은 녹색 필터(217g)을 통과할 수 있는 광의 분광 특성을 나타내고, 곡선(252b)은 청색 필터(217b)을 통과할 수 있는 광의 분광 특성을 나타낸다.
광차폐막(214)에 형성된 개구부의 특성을 나타내기 위해서, 컬러 필터(217r, 217g, 217b)를 제거하고 특성을 측정하였다.
곡선(251r)으로 도시된 것과 같이, 개구부(215r)는 760nm 이상의 광을 차단하고, 대략 750nm 내지 760nm 이하의 광은 통과시키게 되는데, 여기에서 감도가 생기기 시작한다.
곡선(251g)으로 도시된 것과 같이, 개구부(215g)는 650nm 이상의 광을 차단하고, 대략 630nm 내지 640nm 이하의 광은 통과시키게 되는데, 여기에서 감도가 생기기 시작한다.
곡선(251b)으로 도시된 것과 같이, 개구부(215b)는 580nm 이상의 광을 차단하고, 대략 570nm 내지 580nm 이하의 광은 통과시키게 되는데, 여기에서 감도가 생기기 시작한다.
곡선(252r)은 컬러 필터(217r)가 520nm 내지 750nm(R콘) 범위에서의 파장의 광을 통과시키지만, 520nm 이하의 광은 거의 통과시키지 못한다는 것을 나타낸다. 특히, 적색 파장(610nm)의 부근에 컬러 필터(217r)의 피크가 표시되어 있는 것과 같이, 컬러 필터(217r)는 적색광 부근에 있는 광을 통과시킬 수 있다. 컬러 필터(217r)가 R콘의 장변측 파장보다 더 긴 파장을 가진 광을 통과시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.
곡선(252g)은 컬러 필터(217g)가 450nm 내지 630nm(G콘) 범위에서의 파장의광을 통과시키지만, 450nm 이하의 광은 거의 통과시키지 못한다는 것을 나타낸다. 특히, 녹색 파장(540nm)의 부근에 컬러 필터(217g)의 피크가 표시되어 있는 것과 같이, 컬러 필터(217g)는 녹색광 부근에 있는 광을 통과시킬 수 있다. 컬러 필터(217g)가 G콘의 장변측 파장보다 더 긴 파장을 가진 광을 통과시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.
곡선(252b)은 컬러 필터(217b)가 370nm 내지 560nm(B콘) 범위에서의 파장의 광을 통과시키지만, 370nm 이하의 광은 거의 통과시키지 못한다는 것을 나타낸다. 특히, 청색 파장(450nm)의 부근에 컬러 필터(217b)의 피크가 표시되어 있는 것과 같이, 컬러 필터(217b)는 청색광 부근에 있는 광을 통과시킬 수 있다. 컬러 필터(217b)가 B콘의 장변측 파장보다 더 긴 파장을 가진 광을 통과시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.
< 제 2 실시예의 개요 >
상술한 바와 같이, 개구부(215r, 215g, 215b)는 각 컬러의 광을 생성할 때 불필요한 광을 차단하는 고역통과 필터로서의 기능을 한다.
예를 들어, 컬러 필터(217r)와 개구부(215r)를 결합함으로써, 적색광 파장의 부근에 있는 광은 통과시키면서, 적외선 파장 이상의 광은 차단시키게 된다. 이것은 곡선(251r, 252r)으로 도시된 것과 같이, 컬러 필터(217r)의 입사광의 파장 범위가 R콘의 파장보다 더 긴 경우라 하더라도, 760nm를 초과하는 광은 개구부(215r)에 의해 차단된다는 것을 의미한다. 또, 이에 의하여, 도 4에 있는 곡선(152r)에 의해 도시된 것에 가까운 분광 특성이 얻어질 수 있다.
마찬가지로, 곡선(251g, 252g)으로 도시된 것과 같이, 컬러 필터(217g)와 개구부(215g)의 결합에 의해, 녹색광 파장의 부근에 있는 광은 통과시키면서, 적외선 파장 이상의 광은 차단시키게 된다. 이에 의하여, 도 4에 있는 곡선(152g)에 의해 도시된 것에 가까운 분광 특성이 얻어질 수 있다.
또한, 곡선(251b, 252b)으로 도시된 것과 같이, 컬러 필터(217b)와 개구부(215b)의 결합에 의해, 청색광 파장의 부근에 있는 광은 통과시키면서, 녹색광 파장 이상의 광은 차단시키게 된다. 이에 의하여, 도 4에 있는 곡선(152b)에 의해 도시된 것에 가까운 분광 특성이 얻어질 수 있다.
< 제 2 실시예에 대한 기타사항 >
개구부는 픽셀에 할당된 컬러에 따라 상이한 형태를 가질 수 있다.
< 제 3 실시예 >
이하, 본 발명의 제 3 실시예를 도면을 참조하여 설명한다. 제 2 실시예와 동일한 구성을 갖는 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하였으며 이하의 설명에서 생략한다.
< 제 3 실시예의 아웃라인 >
제 2 실시예의 주요 목적은 컬러에 의해 불필요한 파장의 광을 차단하는 것이었지만, 제 3 실시예는 불필요한 광을 차단시키기 위해 더 작게 만든 개구부에 의해 감소시킨 감도를 증가시키는 것을 목적으로 한다.
이하, 상술한 목적에 대해 제 3 실시예의 고체 촬상 장치에 대하여 설명한다.
< 제 3 실시예의 고체 촬상 장치의 구조 >
도 7의 (A)는 상술한 바와 같이 제 3 실시예의 고체 촬상 장치의 광전 변환부를 나타내며, 도 7의 (B)는 화살표 방향으로 보았을 때의 광전 변환부의 단면 C-C'를 나타낸다.
간단히 나타내기 위해서, 광전 변환부(310)를 구성하는 픽셀부 중에서 픽셀부(2 ×2 픽셀) 중 하나만 도시하고 있다.
도 7의 (A), (B)에 도시된 바와 같이, 광전 변환부(310)에서의 광차폐막(314)에는 내부에 개구부(315r, 315g, 315b)가 형성되어 있으며, 이들 각각은 치수가 상이하다. 적외선 차단 치수를 갖는 개구부(315r)는 컬러 필터(217r)의 아래에 위치한다. 마찬가지로, 적색광 차단 치수를 갖는 개구부(315g)는 컬러 필터(217g)의 아래에 간격이 균일하게 배치되며, 청색광 차단 치수를 갖는 개구부(315b)는 컬러 필터(217b)의 아래에 간격이 균일하게 배치된다. 절연막(16)은 개구부(315r, 315g, 315b)와 컬러 필터(217r, 217g, 217b)의 사이에 삽입되어 있다.
도면은 4개의 개구부(315r)가 컬러 필터(217r)의 아래에서 균일한 간격으로 배치되어 있고, 9개의 개구부(315g)가 컬러 필터(217g)의 아래에서 균일한 간격으로 배치되어 있으며, 6개의 개구부(315b)가 컬러 필터(217b)의 아래에서 균일한 간격으로 배치되어 있는 예를 나타낸다.
개구부간의 거리를 감소시킴으로써, 픽셀부에 제공할 수 있는 개구부의 수를 증가시켜, 개구부가 차지하는 영역을 증가시키게 되고, 결과적으로 감도를 증가시키게 된다. 그러나, 개구부간의 거리가 감소하게 되면, 장파장의 광은 더 용이하게 통과하게 된다. 이러한 이유 때문에, 인접하는 개구부간의 거리가 감도에 우선순위가 주어지도록 설정된다면, 개구부는 개구부간의 간격이 대응하는 차단 치수보다 더 작도록 광차폐막(314)에 형성된다. 한편, 인접하는 개구부간의 거리가 장파장의 광이 혼합되는 것을 방지하도록 설정된다면, 개구부는 개구부간의 간격이 대응하는 차단 치수보다 더 크게 되도록 형성된다. 다시 말해서, 개구부간의 거리를 목적에 따라 결정할 수 있다.
< 제 3 실시예의 개요 >
상술한 바와 같이, 2개 이상의 개구부를 각 광다이오드(12)의 위에 제공함으로써, 광다이오드에 의해 수용되는 광량은 증가하며 감도가 크게 증가하게 된다.
< 제 3 실시예에 대한 기타사항 >
절연막(13)의 두께는 개구부(315r)의 감쇄광의 영향이 감소된 경우 적외선 차단 치수와 거의 동일하게 설정될 수 있거나, 개구부(315b)에서의 감쇄광의 영향이 감소된 경우 녹색광 차단 치수와 거의 동일하게 설정될 수 있다.
< 제 4 실시예 >
이하, 본 발명의 제 4 실시예를 도면을 참조하여 설명한다. 제 3 실시예와 동일한 구성을 갖는 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하였으며 이하의 설명에서 생략한다.
< 제 4 실시예의 아웃라인 >
제 3 실시예의 주요 목적은 더 작게 만든 개구부에 의해 감소하는 감도를 증가시키는 것이었지만, 제 4 실시예는 각 픽셀에 속하는 광차폐막에서의 적어도 2개 이상의 상이한 차단 치수의 개구부를 형성함으로써, 각 픽셀에 제공된 개구부를 통과하는 광의 분광 특성을 조절하는 것을 목적으로 한다.
이하, 상술한 목적에 대해 제 4 실시예의 고체 촬상 장치에 대하여 설명한다.
< 제 4 실시예의 고체 촬상 장치의 구조 >
도 8의 (A)는 상술한 바와 같이 제 4 실시예의 고체 촬상 장치의 광전 변환부를 나타내며, 도 8의 (B)는 화살표 방향으로 보았을 때의 광전 변환부의 단면 D-D'를 나타낸다.
간단히 나타내기 위해서, 광전 변환부(410)를 구성하는 픽셀부 중에서 픽셀부(2 ×2 픽셀) 중 하나만 도시하고 있다.
도 8의 (A), (B)에 도시된 바와 같이, 광전 변환부(410)에서의 광차폐막(414)에는 내부에 개구부(415r, 415g, 415b)가 형성되어 있으며, 이들 각각은 치수가 상이하고, 개구부(416r, 416g, 416b)는 차단 치수가 각각 상이하다. 적외선 차단 치수를 갖는 개구부(415r, 416r)는 컬러 필터(217r)의 아래에 설정된 간격으로 배치된다. 마찬가지로, 적색광 차단 치수를 갖는 개구부(415g, 416g)는 컬러 필터(217g)의 아래에 설정된 간격으로 배치되며, 녹색광 차단 치수를 갖는 개구부(415b, 416b)는 컬러 필터(217b)의 아래에 설정된 간격으로 배치된다. 절연막(16)은 개구부(415r, 415g, 415b, 416r, 416b, 416g)와 컬러 필터(217r, 217g, 217b)의 사이에 삽입되어 있다.
개구부의 치수는 목적에 따라 결정된다. 개구부(416r)가 감도에 우선순위를 두고 설정되었다면, 개구부(416r)는 개구부(415r)보다 더 커야 한다. 또, 개구부(416r)가 장파장의 광이 혼합되는 것을 방지하도록 설정되었다면, 개구부(416r)은 개구부(415r)보다 더 작아야 한다. 마찬가지로, 개구부(416g)의 사이즈는 개구부(415g)의 사이즈에 기초하여 목적에 따라 결정될 수 있으며, 개구부(416b)의 사이즈는 개구부(415b)의 사이즈에 기초하여 목적에 따라 결정될 수 있다.
예를 들어, 도면에 도시되어 있는 것과 같이, 개구부(415r)보다 약간 더 작은 2개의 개구부(415r)와 2개의 개구부(416r)는 컬러 필터(217r)의 아래에 설정된 간격으로 제공된다. 이와 유사하게, 개구부(415g)보다 약간 더 작은 5개의 개구부(415g)와 4개의 개구부(416g)는 컬러 필터(217g)의 아래에 설정된 간격으로 제공된다. 또한, 개구부(415b)보다 약간 더 작은 4개의 개구부(415b)와 12개의 개구부(416b)는 컬러 필터(217b)의 아래에 설정된 간격으로 제공된다.
< 제 4 실시예의 고체 촬상 장치의 분광 특성 >
이하, 상술한 구조를 갖는 광전 변환부(410)의 분광 특성에 대하여 설명한다.
도 9은 제 4 실시예의 고체 촬상 장치의 분광 특성을 나타낸다.
도 9에서, 곡선(451r)은 개구부(415r, 416r)를 통과할 수 있는 광의 분광 특성을 나타내며, 곡선(451g)은 개구부(415g, 416g)를 통과할 수 있는 광의 분광 특성을 나타내고, 곡선(415b)은 개구부(415b, 416b)를 통과할 수 있는 광의 분광 특성을 나타낸다. 참고적으로, 도 4에 도시된 곡선(152r, 152g, 152b)는 도 9에 도시된 것이다.
광차폐막(414)에 형성된 개구부의 특성을 나타내기 위해서, 컬러 필터(217r, 217g, 217b)를 제거하고 특성을 측정하였다.
곡선(451r)으로 도시된 것과 같이, 개구부(415r, 416r)는 760nm 이상의 광을 차단하고, 대략 750nm 내지 760nm 이하의 광은 통과시키게 되는데, 여기에서 R콘의 장변측 파장의 곡선 부분을 따르는 모양의 감도가 생기기 시작한다.
곡선(451g)으로 도시된 것과 같이, 개구부(415g, 416g)의 결합은 650nm 이상의 광은 차단하고, 대략 630nm 내지 640nm 이하의 광은 통과시키게 되는데, 여기에서 G콘의 장변측 파장의 곡선 부분을 따르는 모양의 감도가 생기기 시작한다.
곡선(451b)으로 도시된 것과 같이, 개구부(415b, 416b)의 결합은 580nm 이상의 광을 차단하고, 대략 570nm 내지 580nm 이하의 광은 통과시키게 되는데, 여기에서 B콘의 장변측 파장의 곡선 부분을 따르는 모양의 감도가 생기기 시작한다.
< 제 4 실시예의 개요 >
상술한 바와 같이, 컬러 필터(217r)와 개구부(415r)를 결합함으로써, 개구부(416r)는 적색광 파장의 부근에 있는 광은 통과시키면서, 적외선 파장 이상의 광은 차단시키게 된다. 또한, 장파장의 광의 감도와 혼합이 개구부(416r)에 따라 조절되기 때문에, 도 4에 있는 곡선(152r)에 의해 도시된 것에 가까운 분광 특성이 얻어질 수 있다.
이와 마찬가지로, 컬러 필터(217g)와 개구부(415g)를 결합시킴으로써, 개구부(416g)에 의해 녹색광 파장 부근의 광은 통과시키면서 적외선 파장 이상의 광은 차단시키기 된다. 또한, 장파장의 광의 감도 및 혼합이 개구부(416g)에 따라 조절되기 때문에, 도 4에서 곡선(152g)으로 도시된 것에 가까운 분광 특성이 얻어질 수 있다.
또한, 컬러 필터(217b)의 결합에 의해, 개구부(415b, 416b)는 청색광 파장의 부근에 있는 광을 통과시키면서, 녹색광 파장 이상의 광은 차단시키게 된다. 또한, 장파장의 광의 감도 및 혼합이 개구부(416g)에 따라 조절되기 때문에, 도 4에서 곡선(152b)으로 도시된 것에 가까운 분광 특성이 얻어질 수 있다.
< 제 4 실시예에 대한 기타사항 >
개구부(415r, 416r)의 각각의 치수는 적외선 차단 치수보다 약간 작거나 약간 크게 될 수 있다. 마찬가지로, 개구부(415g, 416g)의 각각의 치수는 적외광 차단 치수보다 약간 작거나 약간 크게 될 수 있으며, 개구부(415b, 416b)의 각각의 치수는 녹색광 차단 치수보다 약간 작거나 약간 크게 될 수 있다.
절연막(13)의 두께는 개구부(415r)의 감쇄광의 영향이 감소된 경우 적외선 차단 치수와 거의 동일하게 설정될 수 있거나, 개구부(416b)에서의 감쇄광의 영향이 감소된 경우 녹색광 차단 치수와 거의 동일하게 설정될 수 있다.
동일한 장변측 치수를 갖는 사각형 개구부와 동일한 치수를 갖는 타원형 개구부의 결합이 이용될 수 있다. 선택적으로, 상이한 장변측 치수를 갖는 사각형 개구부와 상이한 치수를 갖는 타원형 개구부의 결합이 이용될 수 있다.
< 제 5 실시예 >
이하, 본 발명의 제 5 실시예를 도면을 참조하여 설명한다. 제 1 실시예와 동일한 구성을 갖는 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하였으며 이하의 설명에서 생략한다.
< 제 5 실시예의 아웃라인 >
제 1 실시예의 주요 목적은 입사광의 편광 요소를 분리시키는 것에 중점을 두었지만, 제 5 실시예는 개구부를 사각형으로 형성하고 더 짧은 쪽 면의 치수를 변경함으로써 입사광의 편광 요소를 분리시키는 것을 목적으로 한다.
이하, 상술한 목적에 대해 제 5 실시예의 고체 촬상 장치에 대하여 설명한다.
< 제 5 실시예의 고체 촬상 장치의 구조 >
도 10의 (A)는 상술한 바와 같이 제 5 실시예의 고체 촬상 장치의 광전 변환부를 나타내며, 도 10의 (B)는 화살표 방향으로 보았을 때의 광전 변환부의 단면 E-E'를 나타낸다.
간단히 나타내기 위해서, 광전 변환부(510)를 구성하는 픽셀부 중에서 픽셀부(2 ×2 픽셀) 중 하나만 도시하고 있다.
도 10의 (A), (B)에 도시된 바와 같이, 광전 변환부(510)에서의 광차폐막(514)에는 길고 좁은 사각형 개구부(515)가 형성되어 있다.
< 도파관내의 전자기파 >
이하, 장변측 a와 단변측 b가 있는 개구부(515)를 도파관으로 한 사각형 도파관에서의 전자기파에 대하여 설명한다. 사각형 도파관의 벽은 완전한 도전체로이루어져 있으며, 도파관은 유전률 ε, 투과율 μ을 갖는 등방성, 균질성 매질로 채워져 있다.
사각형 도파관으로 전파되는 전자기파는 TE파(transverse electric waves) 또는 TM파(transverse magnetic waves)라는 것이 일반적으로 알려져 있다.
여기에서, TE파('H파'라고도 함)는 전파 방향의 전기장이 제로(0)인 전자기파이며, TM파("E파'라고도 함)는 전파 방향의 자기장이 제로인 전자기파이다.
이하, TE파와 TM파에 대하여 설명한다. 여기에서, 도파관의 장변측 a 쪽의 방향은 x방향이라고 하며, 도파관의 단변측 b 쪽의 방향은 y라고 하고, TE파와 TM파가 도파관에서 전파되는 방향은 z방향이라 한다. 각 방향에서의 전자기장 성분은 Ex, Ey, Ez, Hx, Hy, Hz라고 하며, 각주파수(angular frequency)는 ω로 표시하고, z방향에서의 파수(wavenumber)는 γ로 표시한다.
< TE파 >
도파관에서 전파되는 전자기파가 TE파인 경우, z방향에서의 자기장 성분 Hz는 이하의 수학식 9로 나타낸 전파 등식을 만족한다.
또한, 도파관의 단면에서의 전자기장 성분은 수학식 12로 표시된다. 이것은 완전하게 도전성인 벽에 대해 전기장의 탄젠트 성분이 제로가 되어야 하는 경계 조건을 나타내는 수학식 10하에서 수학식 9를 풀어서 얻은 수학식 11의 Hz로부터 알게 된 것이다. m과 n은 동시에 제로가 되지 않는 음이 아닌 정수(non-negative integers)이다.
이하, TE파에 속하는 고유 모드를 TE 모드 또는 H 모드라 하고, m 및 n에 대응하는 고유 모드를 TEnm 모드 또는 Hnm 모드라 한다.
여기에서, 고유 모드는 Ex, Ey, Ez, Hx, Hy, Hz의 그룹을 나타낸다. 또, 고유 모드에 대한 고유값(또는 차단 상수)을 Kc라 한다.
< TM파 >
도파관에서 전파되는 전자기파가 TM파인 경우, z방향에서의 전기장 성분 Ez는 이하의 수학식 13으로 나타낸 전파 등식을 만족한다.
또한, 도파관의 단면에서의 전자기장 성분은 수학식 16으로 나타낸다. 이것은 완전하게 도전성인 벽에 대해 전기장이 제로인 경계 조건을 나타내는 수학식 14하에서 수학식 13을 풀어서 얻게 된 수학식 15의 Ez로부터 알게 된 것이다. m과 n은 양의 정수이다.
이하, TM파에 속하는 고유 모드를 TM 모드 또는 E 모드라 하고, m 및 n에 대응하는 고유 모드를 TMnm 모드 또는 Enm 모드라 한다.
< 도파관의 전송 특성 >
이하, 도파관의 전송 특성에 대하여 설명한다.
사각형 도파관에서의 TEnm 모드와 TMnm 모드의 차단 파장 λc(mn)은 이하의 수학식 17로 표현된다. 수학식 17로 나타낸 바와 같이, 각각의 고유 모드에 대해 정의된 차단 파장 λc(mn) 이하의 광은 개구부(515)를 통과할 수 있다. 결과적으로, 개구부(515)는 다중 모델이라고 할 수 있다.
여기에서, 다중 모델 도파관은 복수개의 모드에서 전파가 가능한 영역에 사용되는 도파관을 나타낸다.
그러나, 상위 모드의 광이 개구부(515)를 통과한다고 하더라도, 파장이 광다이오드가 반응하는 파장 범위에서 가장 짧은 파장(270nm) 이하이면, 광은 광다이오드에 의해 감지되지 않을 것이며, 결과적으로 광이 개구부(515)를 전혀 통과하지 않았던 것과 동일하게 될 것이다.
여기에서, 상위 모드는 차단 파장이 가장 긴 고유 모드가 아닌 고유 모드를 의미한다. 차단 파장이 가장 긴 고유 모드는 이하 우세 모드라 한다.
수학식 17에서, n 및 m은 TE 모드의 경우에는 동시에 제로가 되지 않는 양의정수이고, TM 모드의 경우에는 양의 정수이다. 수학식 18로부터 알 수 있는 바와 같이, TE10은 관계식 a>b 가 장변측 a와 단변측 b에 의해 만족될 때의 우세 모드이다. 또한, 수학식 18은 우세 모드에 있어서 도파관에서 전파되는 광(전자기파)이 하나의 방향에서의 성분이 되는 것에 한정된다는 것을 나타낸다.
이러한 이유 때문에, 수학식 17에서, 단변측 b가, 제 1 상위 모드에서 개구부(515)를 통과할 수 있는 광의 가장 짧은 파장 이하가 되도록 설정된다면, 광다이오드는 우세 모드에서의 광만을 수용하고, 도파관은 단일 모드 도파관으로서 기능할 수 있게 된다. 또한, 입사관의 편광 성분이 분리될 수 있다.
예를 들어, 계수를 이용하는 수학식 19로 나타낸 관계식이 상위 모드 차단 파장 λc(mn)과 우세 모드 차단 파장 λc(10)에 의해 만족된다고 가정한다. 사각형 도파관의 장변측 a가 이용된다면, 우세 모드 차단 파장 λc(10)은 이하의 등식인 수학식 20으로 표현된다. 또한, 수학식 19와 수학식 20이 수학식 17로 대체된다면, 이하의 수학식 21로 표현된 관계식은 사각형 도파관의 단변측 b와 장변측 a의 사이에서 유도된다.
예컨대, 외부 광원으로부터 적외선(780nm) 이하의 입사광이 절연막(16)을 통해 개구부(515)를 통과하는 경우, 굴절율(Nr=1.46)을 고려하면, λc(10)이 780nm이고 λc(11)이 390nm이며 이들이 수학식 19와 수학식 20으로 각각 대체되면, 개구부(515)의 장변측 a가 대략 267.12nm 이고 단변측 b가 대략 154.22nm 이하인 경우, 개구부(515)는 적어도 390nm 및 780nm 이하의 범위에서 단일 모드 도파관으로서 기능한다. 또한, 적외선 파장(610nm) 이하의 입사광이 개구부(515)를 통과하는 경우, 개구부(515)의 장변측 a가 대략 208.90nm 이고 단변측 b가 대략 173.70nm 이하인 경우, 개구부(515)는 적어도 390nm 및 610nm 이하의 범위에서 단일 모드 도파관으로서 기능한다. 이와 마찬가지로, 녹색광 파장(540nm) 이하의 입사광이 개구부(515)를 통과하는 경우, 개구부(515)의 장변측 a가 대략 184.93nm 이고 단변측 b가 대략 184.93nm 이하인 경우, 개구부(515)는 적어도 390nm 및 540nm 이하의 범위에서 단일 모드 도파관으로서 기능한다. 또한, 청색광 파장(450nm) 이하의 입사광이 개구부(515)를 통과하는 경우, 개구부(515) 장변측 a가 대략 154.11nm 이고 단변측 b가 대략 154.11nm 이하인 경우, 개구부(515)는 적어도 390nm 및 450nm 이하의 범위에서 단일 모드 도파관으로서 기능한다.
< 제 5 실시예의 개요 >
상술한 바와 같이, 개구부의 장변측 치수에 대응하는 전기장을 갖는 광의 편광된 성분은 길고 좁은 사각형 모양을 갖는 개구부를 형성함으로써 광다이오드(12)에 수집된다. 이것은 개구부의 장변측 방향에서의 전기장을 갖는 광이 단변측 방향에서의 전기장을 갖는 광보다 더 용이하게 개구부를 통과하는 것이 일반적이기 때문이다. 이에 의하여, 입사광의 편광된 성분은 개구부의 단변측 치수에 따라 분리가 가능하게 되며, 결과적으로 광의 확산 반사에 의한 오류 신호가 방지되고 광다이오드(12)가 바람직한 편광으로만 수용되기 때문에 고화질의 실현이 가능하게 되며, 컬러 신호의 혼합이 방지되고 편광의 정확도가 강화된다.
< 제 5 실시예에 대한 기타사항 >
개구부(515)는 모두 동일한 종류의 장변측 치수와, 적외선 차단 치수, 적색광 차단 치수 또는 녹색광 차단 치수를 가질 것이다. 선택적으로, 각 종류의 픽셀에는 3종류의 개구부(515) 중 각각 상이한 치수를 갖는 개구부가 제공될 수 있다. 결과적으로, 광전 변환부(510)에서, 제 2 실시예에서 설명한 광전 변환부(210)에서와 같이, 편광된 광의 선택이 개선되며, 3종류의 컬러 신호(3원색)가 생성된다.
광차폐막(514)은 각각의 장변측이 상이한 방향으로 배향되어 광다이오드(12)의 배치된 2종류의 개구부가 내부에 형성될 수 있다. 이에 의하여, 광센서(12)가 상이하게 편광된 성분을 갖는 광을 수용할 수 있게 된다.
제 3 실시예에서 설명한 광전 변환부(310)와 같이, 각각의 개구부에 대해 복수개의 개구부가 형성될 수 있다.
또한, 제 3 실시예에서 설명한 광전 변환부(410)에서와 같이, 2종류의 상이한 복수개의 개구부가 형성될 수 있다. 여기에서, 단변측 치수는 각각의 개구부에 대해 동일하게 또는 상이하게 될 수 있다.
< 제 6 실시예 >
이하, 본 발명의 제 6 실시예를 도면을 참조하여 설명한다. 제 2 실시예와 동일한 구성을 갖는 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하였으며 이하의 설명에서 생략한다.
< 제 6 실시예의 아웃라인 >
제 2 실시예의 주요 목적은 각각 상이한 차단 치수를 갖는 3종류의 개구부를 이용함으로써 컬러 필터(217r, 217g, 217b)를 통과하는 광 중에서 각각의 컬러가 생성될 때 불필요한 광을 차단하는 것이었다. 이에 대하여, 제 6 실시예는 각각 상이한 차단 치수를 갖는 3종류의 개구부를 통과한 광을 광전변환시킴으로써 얻어진 전기 신호에 대해 신호 처리를 행함으로써, 각각의 컬러를 재현할 때 필요한 RGB 포맷 신호를 생성하는 것을 목적으로 한다.
이하, 상술한 목적에 대해 제 6 실시예의 고체 촬상 장치에 대하여 설명한다.
< 제 6 실시예의 고체 촬상 장치 >
도 11은 제 6 실시예의 고체 촬상 장치의 구조를 나타내는 기능 블록도이다.
도 11에 도시된 것과 같이, 고체 촬상 장치(601)는 광전 변환부(610), 신호 증폭부(620), A/D 변환부(630) 및 신호 처리부(640)로 구성된다.
광전 변환부(610)는 제 2 실시예의 광전 변환부(210)에서 컬러 필터를 제거한 것이다. 광전 변환부(610)는 차단 치수가 상이한 개구부를 통과한 광으로부터 광전 변환된 전기 신호를 신호 증폭부(620)로 출력한다.
도 12의 (A)는 위에서 보았을 때의 제 6 실시예의 고체 촬상 장치의 광전 변환부를 나타내며, 도 12의 (B)는 화살표 방향으로 보았을 때의 광전 변환부의 단면 F-F'를 나타낸다.
간단히 나타내기 위해서, 광전 변환부(610)를 구성하는 픽셀부 중에서 픽셀부(2 ×2 픽셀) 중 하나만 도시하고 있다.
도 12의 (A), (B)에 도시된 바와 같이, 광전 변환부(610)는 차단 치수가 상이한 개구부(215r, 215g, 215b)의 위에 제공된 컬러 필터(217r, 217g, 217b)의 사이에 절연막(16)이 광전 변환부(610)에서는 없다는 점에서 광전 변환부(210)와 상이하다. 광전 변환부(610)로부터 절연막(16)을 제거하는 것이 가능하다는 것에 주의하여야 한다.
다음으로, LIC는 적외선 차단 치수를 갖는 개구부가 위에 제공되는 광다이오드에 의한 광전 변환에 따라 생성되는 전기 신호를 나타내며, LRC는 적색광 차단 치수를 갖는 개구부가 위에 제공되는 광다이오드에 의한 광전 변황에 따라 생성되는 전기 신호를 나타내고, LGC는 녹색광 차단 치수를 갖는 개구부가 위에 제공되는 광다이오드에 의한 광전 변환에 따라 생성되는 전기 신호를 나타낸다. 또한, 광전 변환부(610)에 의해 신호 증폭부(620)로 출력되는 신호는 각각 LIC, LRC, LGC로 표현된다.
신호 증폭부(620)는 신호를 증폭하는 증폭기이다. 신호 증폭부(620)는 광전 변환부(610)에서 출력된 각각의 신호(LIC, LRC, LGC)를 증폭시키고, 각각의 증폭된 신호를 A/D 변환부(630)로 출력한다.
여기에서, LIC를 증폭함으로써 생성된 신호를 ALIC라 하고, LRC를 증폭함으로써 생성된 신호를 ALRC라 하며, LGC를 증폭함으로써 생성된 신호를 ALGC라 한다. 또한, 신호 증폭부(620)에 의해 A/D 변환부(630)로 출력된 신호는 각각 ALIC, ALRC, ALGC로 표현한다.
A/D 변환부(630)는 아날로그 신호르 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기이다. A/D 변환부(630)는 신호 증폭부(620)에 의해 출력된 각각의 신호(ALIC, ALRC, ALGC)를 디지털 신호로 변환하고, 각각의 디지털 신호를 신호 처리부(640)로 출력한다.
여기에서, ALIC를 변환함으로써 생성된 디지털 신호를 DLIC라 하고, ALRC를변환함으로써 생성된 디지털 신호를 DLRC라 하며, ALGC를 변환함으로써 생성된 디지털 신호를 DLGC라 한다. 또, A/D 변환부(630)에 의해 신호 처리부(640)로 출력된 신호를 각각 DLIC, DLRC, DLGC로 표현한다.
신호 처리부(640)는 디지털 신호를 처리하는 DSP(digital signal processor)이다. 신호 처리부(640)는 A/D 변환부에 의해 출력된 각각의 디지털 신호(DLIC, DLRC, DLGC)를 RGB 컬러 시스템에 의해 표시되는 적색 신호, 녹색 신호 또는 청색 신호로 변환하고, 이 변환된 각각의 컬러 신호를 출력한다.
여기에서, RGB 컬러 시스템에 의해 표시되며 차분 처리, 보정 처리 등에 따라 DLIC, DLRC, DLGC로 변환함으로써 생성되는 적색, 녹색, 청색 신호는 각각 R, G, B로 표시된다. 또, 신호 처리부(640)에 의해 출력된 신호는 각각 R, G, B로 표현된다.
< 신호 처리부의 상세한 구조 >
신호 처리부(640)는 차분 매트릭스 유지부(641), 컬러 신호 생성부(642), 보정 매트릭스 유지부(643) 및 컬러 신호 보정부(644)로 구성된다.
차분 매트릭스 유지부(641)는 차분 계수로 이루어진 매트릭스(이하 "차분 매트릭스"라 함)를 유지한다.
여기에서, 각각의 차분 계수는 컬러 신호가 신호 DLIC, DLRC, DLGC중 하나에 대한 차분을 취함으로써 발생된 것을 나타내는 계수이다.
컬러 신호 생성부(642)는 차분 매트릭스에 기초하여 매트릭스 연산을 행하여 신호 처리부(640)입력된 신호(DLIC, DLRC, DLGC)를 컬러 신호(R, G, B)로 변환시키게 된다.
보정 매트릭스 유지부(643)는 보정 계수로 이루어진 매트릭스(이하, "보정 매트릭스"라 함)를 유지한다.
여기에서, 각각의 보정 계수는 컬러 보정이 컬러 신호(R, G, B) 중 하나에 대해 수행된 것을 나타낸다.
컬러 신호 보정부(644)는 보정 매트릭스에 기초하여 매트릭스 연산을 행함으로써, 컬러 신호 생성부(642)에 의해 변환된 각각의 컬러 신호(R, G, B)를 이상적인 컬러 신호로 보정시키게 된다. 컬러 보정은 컬러 텔레비젼, 컬러 사진 등에 이용되는 컬러 보정이기 때문에, 여기에서 상세히 설명하지 않는다.
RGB 컬러 시스템에서의 컬러 신호의 종류가 M으로 표현하고, 신호 처리부(640)에 입력되는 신호의 종류가 N으로 표현하는 경우, 차분 매트릭스는 M ×N 매트릭스로 표시되고, 보정 매트릭스는 M ×M 매트릭스로 표시된다.
< 차분 매트릭스의 예 >
이하, 차분 매트릭스의 구조의 예에 대하여 설명한다. 여기에서는 이하 5개의 조건이 만족된다고 가정한다.
(1) 광다이오드에 의해 수용되는 광이 특정 파장에 대해 표준화된 광이다.
(2) 광량과 광파장은 광다이오드의 위에 제공되는 개구부의 치수에 따라 달라진다.
(3) 표준화된 광은 적색광, 녹색광 및 청색광의 부가적인 처리에 따라 획득된다.
(4) 광다이오드에 의한 광전 변환으로 얻어진 전기 신호는 수용된 광량과 표준화된 광파장에 따라 특정된다.
(5) 자외선은 고체 촬상 장치의 밀봉 유리 등에 의해 감쇄되고, 광다이오드에 의해 거의 수용되지 않는다.
또한, 컬러 신호 생성부(642)에 있어서, 차분 매트릭스 유지부(641)에 의해 유지되는 차분 매트릭스[D]를 신호 처리부(640)에 입력된 신호(DLIC, DLRC, DLGC)로 이루어진 컬럼 벡터에 적용함으로써, 이하 수학식 22로 표시된 것과 같이, RGB 컬러 시스템에 의해 표시되는 컬러 신호(R, G, B)로 이루어진 컬럼 벡터가 얻어진다.
상술한 5개의 조건에 기초하여, RGB 컬러 시스템으로 나타낸 컬러 신호(R, G, B)로 이루어진 컬럼 벡터에 웨이트 매트릭스[W]를 적용함으로써, 이하의 수학식 23으로 나타낸 바와 같이, 신호 처리부(640)에 입력된 신호(DLIC, DLRC, DLGC)로 이루어진 컬럼 벡터가 표현된다. 각 웨이트 벡터[W]의 원소는 적어도 0 및 1 이하의양의 값이다.
여기에서, 적외선 차단 치수의 개구부가 위에 제공되는 광다이오드에 의한 광전 변환에 의해 생성되는 전기 신호가 적외선에 의해서는 영향을 받지 않는다고 가정한다. 마찬가지로, 적외광 차단 치수를 갖는 개구부가 위에 제공되는 광다이오드에 의한 광전 변환에 의해 생성되는 전기 신호가 적색광에 의해서는 영향을 받지 않는다고 가정한다. 또한, 녹색광 차단 치수를 갖는 개구부가 위에 제공되는 광다이오드에 의한 광전 변환에 의해 생성되는 전기 신호가 녹색광에 의해서는 영향을 받지 않는다고 가정한다. 추가로, 영향을 받지 않는 광에 대해서는 웨이트가 없다고 가정할 때, W21, W31, W32는 제로(0)이다.
또한, 상기 수학식 23이 RGB 컬러 시스템에 의해 나타낸 컬러 신호(R, G, B)로 이루어진 컬럼 벡터에 대해 풀면, 이하의 수학식 24로 나타낸 차분 매트릭스[D]가 얻어진다.
여기에서, 상기 수학식 24로부터, D11, D22, D33은 양의 값을 갖는 것으로 나타나며, D12, D23은 음의 값을 갖는 것으로 되어 있다. 또, D21, D31, D32는 0의 값을 갖는 것으로 되어 있다.
또, 도 6, 9 등에 도시된 이상적인 분광 특성에 가까운 분광 특성이 얻어질 때, W13, W23의 웨이트는 매우 낮음, D13의 값은 거의 제로(0)가 된다. RGB 컬러 시스템에 의해 도시된 컬러 신호는 신호 처리부(640)에 입력된 신호(DLIC, DLRC, DLGC)간의 2개의 신호 차분만을 취함으로써 생성될 수 있다.
도 13은 이상적인 분광 특성으로부터 상당히 벗어난 분광 특성을 나타내는 그래프이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 적외선 차단 치수를 갖는 개구부를 통과할 수 있는 광의 분광 특성은 곡선(651r)로 표시되며, 적색광 차단 치수를 갖는 개구부를통과할 수 있는 광의 분광 특성은 곡선(651g)로 표시되고, 녹색광 차단 치수를 갖는 개구부를 통과할 수 있는 광의 분광 특성은 곡선(651b)로 표시된다.
곡선(651r, 651g, 651b)로 표시된 분광 감도는 제 2 실시예와 제 4 실시예에서의 곡선으로 표시된 것으로부터 상당히 벗어나 있다.
그러나, 곡선(651r, 651g, 651b)으로 표시된 것과 같이, 분광 특성이 이상적인 것에 가까운 분광 특성으로부터 상당히 벗어나 있는 경우, W13, W23의 웨이트는 무시될 수 없으며, D13의 값은 반드시 제로가 되어야 하는 것은 아니다. 또한, 이 경우, RGB 컬러 시스템에 의해 도시된 컬러 신호(R, G, B)는 2개의 신호간의 차분만을 취함으로써 생성하는 것이 어렵고, 다른 신호의 효과도 포함시켜야 한다.
상술한 바와 같이, 차분 매트릭스는 개구부의 모양과 치수 및 광다이오드의 감도 등의 인자에 의해 정의되는 계수로 이루어진다. 또, i가 1, 2, 3, 등이라면, 차분 매트릭스(i, i)의 성분은 양의 값으로 표시되며, 차분 매트릭스의 성분(i, i+1)은 음의 값으로 표시된다.
< 제 6 실시예의 개요 >
상술한 바와 같이, 상이한 차단 치수를 갖는 개구부가 위에 제공되며, 각각의 차단 치수에 대응하는 신호가 출력되는 수광소자와, 광다이오드에 의해 출력된 신호에 대해 차분 처리를 행하는 신호 처리부(640)에 따라 컬러 필터가 제거된 고체 촬상 장치에 있어서도 컬러 신호를 얻을 수 있다.
본 실시예에서의 광전 변환부(610)는 제 3 실시예의 광전 변환부(310)에서컬러 필터가 제거된 구조가 되거나, 제 4 실시예의 광전 변환부(410)에서 컬러 필터가 제거된 구조가 될 수 있다.
< 제 6 실시예에 대한 기타사항 >
4개의 컬러, 구체적으로는 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 자색(UV)는 상이한 종류의 개구부(적외선 차단 치수, 적색광 차단 치수, 녹색광 차단 치수, 청색광 차단 치수)를 각각의 위에 구비하는 4개의 광다이오드 그룹을 제공함으로써 생성될 수 있다. 여기에서, 이하의 수학식 25에 나타낸 바와 같이, 신호 처리부(640)는 광다이오드에 의해 출력된 4종류의 신호에 대해 차분 처리를 행하여, 4개의 컬러 신호(R, G, B, UV)를 생성할 수 있다. 여기에서 차분 매트릭스는 4 ×4 매트릭스라는 것에 주의하라.
여기에서, 청색광 차단 치수는 자외선(380nm) 이하의 광을 통과시킬 수 있지만, 청색광 파장(450nm) 이상의 광을 차단할 수 있는 치수를 나타낸다.
또한, 4개의 컬러, 구체적으로는, 적외선(IR), 적색(R), 녹색(G), 청색(B)은 상이한 종류의 개구부(최대 차단 치수, 적외선 차단 치수, 적색광 차단 치수, 녹색광 차단 치수)를 각각 갖는 4개의 광다이오드 그룹을 개구부의 위에 제공함으로써생성될 수 있다. 여기에서, 이하의 수학식 26으로 표시되는 것과 같이, 신호 처리부(640)는 광전 변환부(610)에 의해 출력된 4종류의 신호에 대해 차분 처리를 행하여 4개의 컬러 신호(IR, R, G, B)를 생성할 수 있다.
또한, 5개의 컬러, 구체적으로는, 적외선(IR), 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 자외선(UV)은 상이한 종류의 개구부(최대 차단 치수, 적외선 차단 치수, 적색광 차단 치수, 녹색광 차단 치수, 청색광 차단 치수)를 각각 갖는 5개의 광다이오드 그룹을 개구부의 위에 제공함으로써 생성될 수 있다. 여기에서, 이하의 수학식 27로 표시되는 것과 같이, 신호 처리부(640)는 광전 변환부(610)에 의해 출력된 5종류의 신호에 대해 차분 처리를 행하여 5개의 컬러 신호(IR, R, G, B, UV)를 생성할 수 있다.
일반적으로 말해서, m개의 컬러는 n종류의 개구부의 상이한 각각을 그 위에 갖는 n개의 광다이오드 세트를 제공함으로써 생성될 수 있다. 여기에서, 이하의 수학식 28로 표시된 것과 같이, 신호 처리부(650)는 광전 변환부(610)에 의해 출력된 n종류의 신호에 대해 차분 처리를 행하여, m개 컬러의 컬러 신호를 생성할 수 있다. 여기서 차분 매트릭스는 m ×n 매트릭스라는 것에 주의하라.
컬러 신호 생성부(642)에 의해 생성된 컬러 신호(R, G, B)는 이하의 수학식 29에 의해 표시된 것과 같이 보색 컬러 신호(Cy, Mg, Y, G)로 변환될 수 있다.
고체 촬상 장치(610)는 광전 변환부(610), 신호 증폭부(620), A/D 변환부(630) 및 신호 처리부(640)가 하나의 칩으로 집적된 소자가 될 수 있으며, 또한 광전 변환부(610), 신호 증폭부(620), A/D 변환부(630) 및 신호 처리부(640)이 개별 칩으로 집적된 소자가 될 수도 있다.
또, 제 3 실시예의 광전 변환부(410)와 같이 하나의 광다이오드에 대해 복수개의 개구부가 제공될 수 있으며, 또한, 제 4 실시예의 광전 변환부(410)와 같이 2종류의 복수개의 개구부가 제공될 수도 있다.
차분 매트릭스 유지부(641)는 보정 매트릭스에 의해 승산된 차분 매트릭스인 매트릭스를 미리 유지할 수 있으며, 컬러 보정이 처리되는 컬러 신호가 컬러 신호 생성부(642)에 의해 생성될 수 있다. 또, 생성된 컬러 신호는 그대로 출력될 수 있다.
< 제 7 실시예 >
이하, 본 발명의 제 7 실시예를 도면을 참조하여 설명한다. 제 6 실시예와 동일한 구성을 갖는 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하였으며 이하의 설명에서 생략한다.
< 제 7 실시예의 아웃라인 >
제 6 실시예의 주요 목적은 각각 상이한 차단 치수를 갖는 3종류의 개구부를 통과한 광을 광전 변환시킴으로써 생성된 전기 신호에 대해 신호 처리를 행함으로써, 컬러 필터(217r, 217g, 217b)를 사용하지 않고, 각각의 컬러를 재생할 때 필요한 RGB 포맷 신호를 생성하는 것을 목적으로 한다. 이에 대하여, 제 7 실시예는 광이 개구부를 더 용이하게 통과할 수 있도록 하는 것을 그 목적으로 한다.
이하, 상술한 목적에 대해 제 7 실시예의 고체 촬상 장치에 대하여 설명한다.
< 제 7 실시예의 고체 촬상 장치 >
도 14의 (A)는 위에서 보았을 때의 제 7 실시예의 고체 촬상 장치의 광전 변환부를 나타내며, 도 14의 (B)는 화살표 방향으로 보았을 때의 광전 변환부의 단면 G-G'를 나타낸다.
간단히 나타내기 위해서, 광전 변환부(710)를 구성하는 픽셀부 중에서 픽셀부(2 ×2 픽셀) 중 하나만 도시하고 있다.
도 14의 (A), (B)에 도시된 바와 같이, 광전 변환부(710)에는 개구부(215r, 215g, 215b)를 덮기 위해 광차폐막(214)상에 마이크로렌즈(719r, 719g, 719b)가 각각 형성되어 있다.
< 제 7 실시예의 개요 >
개구부를 덮기 위해 광차폐막(214)상에 형성된 마이크로렌즈에 의해, 광차폐막(214)상에 있는 광은 개구부로 집광하게 되고, 이에 따라 광다이오드가 더 많은양의 광을 수용할 수 있게 되고 감도를 강화시킬 수 있게 된다.
< 기타 사항 >
제 3 실시예와 제 4 실시예의 광전 변환부(310, 410)와 같이, 각각의 광다이오드에 대해 복수개의 개구부가 형성되면, 하나의 광다이오드에 대해 형성된 복수개의 개구부를 덮기 위하여 광차폐막(214)상에 하나의 마이크로렌즈가 형성된다. 또한, 하나 이상의 개구부를 덮기 위하여 복수개의 마이크로렌즈가 형성될 수 있다.
마이크로렌즈의 사이즈는 개구부의 사이즈에 따라 변경될 수 있거나, 모든 렌즈가 동일 사이즈가 될 수도 있다.
< 제 8 실시예 >
이하, 본 발명의 제 8 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
< 제 8 실시예의 아웃라인 >
도 18은 프리즘을 사용하는 종래의 분광 장치의 구조예를 나타낸다.
프리즘을 사용하는 분광 장치에 있어서, 입사광(1001)은 프리즘(1002)을 통과하는 파장에 따라 분리될 수 있는데, 이는 프리즘(1002)의 굴절율이 파장에 따라 변하기 때문이다.
예컨대, 입사광(1001)의 파장은 프리즘(1002)을 통과하는 광(1003)이 프리즘으로부터 이격되어 위치한 분광 표시판(1004)를 가격하는 위치적 좌표(1005)에 따라 결정된다. 입사광(1001)은 광이 분광 표시판(1004)의 위치 좌표(1005R)를 가격하면 적색이고, 광이 분광 표시판(1004)의 위치 좌표(1005G)를 가격하면 녹색이며,광이 분광 표시판(1004)의 위치 좌표(1005B)를 가격하면 청색이다.
그러나, 광의 파장을 정확하게 결정하는 것은 이러한 종류의 분광 장치에 있어서는 용이하지 않은데, 이는 분광 표시판을 가격하는 광의 위치 좌표(1005)가 프리즘(1002)에 대한 입사광(1001)의 각도, 프리즘(1002)과 분광 표시판(1004)과의 거리 및 각도 등의 다수의 인자에 따라 변하게 된다. 따라서, 이러한 종류의 분광 장치의 조정에는 다수의 위치에서의 조정을 가능하게 하는 미세 동작이 요구된다.
결과적으로, 조절될 필요가 있는 위치가 적어질수록 분광 장치가 더 편리해진다.
또, 분광 장치에 대한 동작은 간단한 것이 바람직한데, 이는 고체 촬상 장치를 이루는 광다이오드에 대한 입사광의 광량과 주파수를 미세하게 설정하고 광다이오드의 광전 변환 특성을 측정하기 위해 필요하기 때문이다.
본 실시예의 분광 장치는 적은 위치에서의 조절을 필요로 하고, 종래의 프리즘을 이용하는 분광 장치보다 더 단순한 동작을 필요로 한다.
< 제 8 실시예의 분광 장치 >
도 17의 (A)는 1종류의 광을 분광적으로 분리하는 분광 장치의 구성예를 나타낸다. 도 17의 (B)는 복수 종류의 광으로 분광적으로 분리하는 분광 장치의 예를 나타낸다.
광을 복수 종류의 광으로 분리할 때, 하나의 분광 장치를 만들기 위해 도 17의 (A)에 있는 복수의 분광 장치가 제공된다(도 17의 (B) 참조).
입사광(1001)이 분광판(1010)상에 입사될 때, 소정 파장 이하의 광이분광판(1010)에 제공된 개구부(1013)를 통과한다.
개구부(1013)를 통과하는 광(1030)은 분광 표시판(1012)에 도달하게 된다.
만일, 예를 들어, 개구부(1013)가 장변측 길이가 230nm인 사각형이라면, 개구부를 통과하는 광(1030)은 청색광 파장(450nm 부근) 이하의 광이다.
개구부의 모양 및 치수와, 개구부를 통과하는 광의 주파수간의 관계는 제 1 실시예와 동일하다.
분광판(1010)은 예를 들어 알루미늄(Al) 또는 텅스텐(W)으로 만들어질 수 있다.
이하, 도 17의 (A)에 있는 분광 표시판(1012) 대신에 광검출부를 포함하는 도 17의 (B)에 있는 분광 장치에 대하여 설명한다. 이 분광 장치를 분광 측정 장치라 한다.
분광 측정 장치는 하나의 분광판에 제공된 상이한 치수의 개구부(1051, 1052, 1053)를 가지며, 개구부(1051, 1052, 1053)를 통과하는 광(1040)은 각각 광검출기(1061, 1062, 1063)에 도달하여 광전 변환된다.
여기에서, 각각의 개구부는 상이한 파장 이하의 광을 통과시킬 수 있으며, 각 개구부의 분광 특성은 측정되었다고 가정한다.
분광 특성이 측정된 광(1040)은 개구부(1051, 1052, 1053)에 입사되고, 개구부를 통과한 후, 광검출기(1061, 1062, 1063)에 의해 검출된다. 광(1040)의 분광 특성은 검출된 전기 신호들간의 상관관계에 기초한다.
예컨대, 개구부(1051)를 통과하는 광은 청색광 이하의 파장으로 이루어지며,개구부(1052)를 통과하는 광은 녹색광 이하의 파장으로 이루어지고, 개구부(1053)를 통과하는 광은 적색광 이하의 파장으로 이루어진다.
이 경우, 개구부(1051)를 통과하는 광과 개구부(1052)를 통과하며 청색광 이하의 파장으로 이루어지는 광의 분광 특성은 동일하며, 녹색광의 파장 범위의 세기는 광검출기(1062)에 의해 검출된 전기 신호로부터 광검출기(1061)에 의해 검출된 전기 신호를 감산함으로써 얻을 수 있다. 마찬가지로, 적색광의 파장 범위의 세기는 광검출기(1063)에 의해 검출된 전기 신호로부터 광검출기(1062)에 의해 검출된 전기 신호를 감산함으로써 얻을 수 있다.
실제로, 각각의 개구부를 통과하는 광 중에서 일정 파장 이하의 광의 분광 특성을 일정하게 하는 개구부는 매우 어렵다. 이러한 이유 때문에, 필요한 광의 세기는 세트 매트릭스 처리를 수행함으로써 얻어질 수 있다. 이러한 매트릭스 처리의 상세한 설명은 제 6 실시예에서의 설명과 같다.
< 제 8 실시예에 대한 기타사항 >
(1) 본 실시예의 분광 장치에는 개구부가 내장된 하나의 분광판이 제공되었지만, 각각의 개구부에 대해 상이한 분광판이 제공될 수도 있다.
복수개의 분광판을 갖도록 분광 장치를 구성하는 것은 미세 조정을 가능하게 하는 이점을 갖는다. 한편, 하나만의 분광판을 갖도록 분광 장치를 구성하는 것은 제거될 분광판간의 위치 조정을 필요성을 제거한다는 이점을 갖는다.
(2) 복수개의 개구부를 가지며 광을 복수개의 광으로 분리하는 분광 장치에 있어서, 분광 분리판(1011)은 인접한 개구부를 통과하는 광이 혼합하는 것을 방지하는데 효과적이다.
(3) 본 실시예의 분광 장치는 일정 주파수 이하의 광을 통과시킬 수 있는 하나의 개구부가 제공되는 것이지만, 동일한 모양을 갖는 복수개의 개구부도 제공될 수 있다.
또한, 상이한 모양을 갖는 복수개의 개구부도 제공될 수 있다.
더 많은 양의 광이 개구부를 통과시킬 수 있는 복수개의 개구부가 제공되면, 분광 장치 또는 분광 측정 장치의 SN 비를 개선시키게 된다. 이에 대해서는 제 3 실시예에서 설명한 것과 같다.
또, 상이한 모양을 갖는 개구부를 결합시킴으로써, 필요한 특성에 가까운 분광 특성을 갖는 광이 통과할 수 있게 된다. 이에 대해서는 제 4 실시예에서 설명한 것과 같다.
(4) 본 실시예에서의 개구부는 사각형을 갖는 것으로 기술되었지만, 라운드형 또는 슬릿형과 같은 다른 모양도 가질 수 있다.
본 발명이 첨부 도면을 참조하여 예로서 상세히 설명되었지만, 당업자라면 다양한 변경 및 변형이 가능하다는 것을 명백히 알 수 있을 것이다. 따라서, 이러한 변경 및 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는다면 본 발명에 포함되는 것으로 간주되어야 한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 고체 촬상 장치, 이러한 고체 촬상 장치로부터 출력되는 전기 신호로부터 컬러 신호를 생성하는 신호 처리 장치, 및이러한 고체 촬상 장치가 사용된 카메라에 의해서는, 제조시간을 단축하고 비용을 절감하여, 수율을 향상시킬 때에 문제로 되는 적외선 차단 필터 및 컬러 필터에 가능한 의존하지 않으면서 고화질을 실현할 수 있다.

Claims (30)

  1. 고체 촬상 장치에 있어서,
    수용된 광을 전기 신호로 각각 변환시키는 복수의 광다이오드와;
    복수의 개구부가 내부에 형성되어 있으며, 상기 광다이오드의 위에 제공되고 상기 광다이오드와의 사이에 삽입된 절연막에 의해 이 광다이오드로부터 절연되어 있는 광차폐막을 구비하며,
    상기 개구부에 의해 소정 파장 이하의 파장의 광을 통과시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광다이오드는 대상이 되는 화상의 각각의 최소 단위가 되는 픽셀에 각각 대응하며, 상기 광다이오드는 각각 그 위에 제공되는 상이한 하나씩의 개구부를 갖는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 각각의 개구부의 형상과 치수는 상기 소정 파장에 따라 정해지는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 개구부는 N개(N은 자연수)의 상이한 종류의 개구부로 구성되며, 상기 소정의 파장은 개구부의 각각의 종류에 따라 상이하고, 상기 광다이오드는 N개이며, 상기 N개의 광다이오드의 각각은 위에 제공된 N 종류의 상이한 각각의 개구부를 갖는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    구성요소가 N(N은 자연수) 종류의 전기 신호인 컬럼 벡터를 구성요소가 제 1 컬러 시스템의 컬러 신호의 M 종류인 컬럼 벡터로 변환하는 M(M은 자연수)×N 매트릭스에 기초하여, N개의 광다이오드에 의해 수용된 광으로부터 발생되는 N 종류의 전기 신호로부터 상기 제 1 컬러 시스템의 컬러 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 컬러 시스템의 컬러 신호에 대해, 구성요소가 상기 제 1 컬러 시스템인 컬럼 벡터를 보정하기 위한 M ×M 매트릭스에 기초하여 컬러 보정을 행하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    구성요소가 상기 제 1 컬러 시스템의 컬러 신호인 컬럼 벡터로부터 구성요소가 제 2 컬러 시스템의 컬러 신호인 컬럼 벡터로 변환하기 위한 L(L은 자연수)×M매트릭스에 기초하여, 상기 제 1 컬러 시스템의 컬러 신호로부터 상기 제 2 컬러 시스템의 컬러 신호로 변환하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 컬러 시스템의 컬러 신호에 대해, 구성요소가 상기 제 2 컬러 시스템인 컬럼 벡터를 보정하기 위한 L ×L 매트릭스에 기초하여 컬러 보정을 행하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 광다이오드는 각각 그 위에 제공된 복수개의 개구부를 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 각 광다이오드의 위에 제공된 복수개의 개구부는 (i) 소정 파장 이하의 광을 통과시킬 수 있는 하나 이상의 개구부와, (ii) 상이한 소정 파장 이하의 광을 통과시킬 수 있는 하나 이상의 개구부로 구성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 개구부는 길이 방향이 서로 평행하도록 배치되고, 각 개구부간의 간격은 개구부의 길이 방향 치수보다 작거나 같도록 된 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 개구부는 길이 방향이 서로 평행하도록 배치되고, 각 개구부간의 간격은 개구부의 길이 방향 치수보다 크거나 같도록 된 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  13. 제 3 항에 있어서,
    상기 광다이오드의 상이한 각각에 대해 제공되며 상기 각 광다이오드의 위에 있는 개구부를 각각 덮는 복수개의 마이크로렌즈를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  14. 제 3 항에 있어서,
    상기 상이한 하나 이상의 개구부를 각각 덮는 복수개의 마이크로렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  15. 제 3 항에 있어서,
    상기 절연막은 상기 개구부의 최소 치수보다 크거나 같으며, 상기 광다이오드에 의해 변환되는 광의 최대 파장보다 작거나 같은 두께를 가지는 것을 특징으로하는 고체 촬상 장치.
  16. 제 3 항에 있어서,
    각각의 개구부는 모양이 사각형 및 원형 중 하나이며,
    상기 소정 파장에 따라 정의된 치수는 상기 개구부가 사각형인 경우 개구부의 장변측이 되고 상기 개구부가 원형인 경우 개구부의 치수가 되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  17. 제 3 항에 있어서,
    상기 소정의 파장은 상기 개구부의 위에 형성된 매질에서 근적외광, 적색광, 녹색광 및 청색광 중 하나의 파장인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  18. 제 2 항에 있어서,
    상기 개구부는 길고 좁은 사각형상이고, 각 개구부의 길이 방향이 동일 방향으로 배향되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  19. 제 2 항에 있어서,
    상기 개구부는 길고 좁은 사각형상이고, 복수개의 개구부가 각 광다이오드에 대하여 제공되며, 각 광다이오드에 대한 개구부의 길이 방향이 (i) 제 1 방향 및 (ii) 상기 제 1 방향에 수직인 제 2 방향 중 하나로 배향되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  20. 고체 촬상 장치에 의해 N(N은 자연수) 종류의 전기 신호를 처리하는 신호 처리 장치에 있어서,
    N 종류의 전기 신호에서의 전기 신호와 N 종류의 전기 신호에서의 인접하는 전기 신호간의 차를 취함으로써, 구성요소가 N 종류의 전기 신호인 벡터를 구성요소가 제 1 컬러 시스템의 M(M은 자연수) 종류의 컬러 신호로 변환하는 차분 매트릭스를 유지하는 차분 매트릭스 유지부와;
    상기 차분 매트릭스에 기초하여 상기 N 종류의 전기 신호로부터 상기 제 1 컬러 시스템의 컬러 신호를 생성하는 컬러 신호 생성부를 구비하는 것을 특징으로 하는 신호 처리 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    구성요소가 상기 제 1 컬러 시스템의 컬러 신호인 벡터를 보정하는 보정 매트릭스 유지부와;
    상기 보정 매트릭스에 기초하여 상기 제 1 컬러 시스템의 컬러 신호를 보정하는 컬러 신호 보정부를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 신호 처리 장치.
  22. 제 20 항에 있어서,
    구성요소가 제 1 컬러 시스템의 컬러 신호인 벡터를 구성요소가 제 2 컬러시스템의 L(L은 자연수) 종류의 컬러 신호인 벡터로 변환하는 컬러 시스템 변환 매트릭스를 유지하는 컬러 시스템 변환 매트릭스 유지부와;
    상기 보정 매트릭스에 기초하여 상기 제 2 컬러 시스템의 컬러 신호를 보정하는 컬러 시스템 보정부를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 신호 처리 장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    구성요소가 상기 제 2 컬러 시스템의 컬러 신호인 벡터를 보정하는 보정 매트릭스를 유지하는 보정 매트릭스 유지부와;
    상기 보정 매트릭스에 기초하여 상기 제 2 컬러 시스템의 컬러 신호를 보정하는 컬러 신호 보정부를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 신호 처리 장치.
  24. 고체 촬상 장치를 포함하는 카메라에 있어서,
    상기 고체 촬상 장치는,
    수용된 광을 전기 신호로 각각 변환하는 복수개의 광다이오드와;
    복수의 개구부가 내부에 형성되어 있으며, 상기 광다이오드의 위에 제공되고 상기 광다이오드와의 사이에 삽입된 절연막에 의해 이 광다이오드로부터 절연되어 있는 광차폐막을 구비하며,
    상기 개구부에 의해 소정 파장 이하의 파장의 광을 통과시킬 수 있고,
    상기 광다이오드는 대상이 되는 이미지의 각각의 최소 단위가 되는 픽셀에 각각 대응하며, 상기 광다이오드는 각각 그 위에 제공되는 상이한 하나씩의 개구부를 갖는 것을 특징으로 하는 카메라.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 개구부는 N개(N은 자연수)의 상이한 종류의 개구부로 구성되며, 상기 소정의 파장은 개구부의 각각의 종류에 따라 상이하고, 상기 광다이오드는 N개이며, 상기 N개의 광다이오드의 각각은 위에 제공된 N 종류의 상이한 각각의 개구부를 가지고,
    상기 고체 촬상 장치는,
    각각의 소정 파장에 기초하여 정의된 형상과 치수를 갖는 개구부의 위에 제공된 N개의 광다이오드에 의해 각각 수용된 광으로부터 생성된 N 종류의 전기 신호를 처리하는 신호 처리 회로를 추가로 구비하며,
    상기 신호 처리 장치는 N 종류의 전기 신호에서의 전기 신호와 N 종류의 전기 신호에서의 인접하는 전기 신호간의 차를 취함으로써, 구성요소가 N 종류의 전기 신호인 벡터로부터 구성요소가 제 1 컬러 시스템의 M(M은 자연수) 종류의 컬러 신호인 벡터로 변환하는 차분 매트릭스에 기초하여 N 종류의 전기 신호로부터 제 1 컬러 시스템의 컬러 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 카메라.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 고체 촬상 장치에 의해 출력되는 N(N은 자연수) 종류의 전기 신호를 처리하는 신호 처리 장치를 추가로 구비하며,
    상기 고체 촬상 장치에서, 상기 개구부는 N개의 상이한 종류의 개구부로 구성되며, 상기 소정 파장은 상기 각 종류의 개구부에 대해 상이하고, 상기 광다이오드는 N개이며, 상기 N개의 광다이오드의 각각은 위에 제공된 N 종류의 상이한 각각의 개구부를 구비하고,
    상기 고체 촬상 장치는 상기 각각의 소정 파장에 기초하여 정의된 형상과 치수를 갖는 상기 개구부의 위에 제공된 N개의 광다이오드에 의해 각각 수용된 광으로부터 생성된 N 종류의 전기 신호를 상기 신호 처리 장치에 출력하며,
    상기 신호 처리 장치는 구성요소가 N 종류의 전기 신호인 벡터로부터 구성요소가 제 1 컬러 시스템의 M(M은 자연수) 종류의 컬러 신호인 벡터로 변환하는 차분 매트릭스에 기초하여 N 종류의 전기 신호에서의 전기 신호와 N 종류의 전기 신호에서의 인접하는 전기 신호간의 차를 취함으로써, N 종류의 전기 신호로부터 상기 제 1 컬러 시스템의 컬러 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 카메라.
  27. 제 24 항에 있어서,
    전체가 N개이며, 개구부가 N개(N은 자연수)의 상이한 종류의 개구부로 구성되며, 상기 소정의 파장은 개구부의 각각의 종류에 따라 상이하고, 상기 광다이오드는 N개이며, 상기 N개의 광다이오드의 각각은 위에 제공된 N 종류의 상이한 각각의 개구부를 각각 갖는 적어도 하나 이상의 고체 촬상 장치와;
    상기 고체 촬상 장치에 의해 출력된 N 종류의 전기 신호를 처리하는 신호 처리 장치를 구비하며,
    상기 고체 촬상 장치는 상기 각각의 소정 파장에 기초하여 정의된 형상과 치수를 갖는 상기 개구부의 위에 제공된 N개의 광다이오드에 의해 각각 수용된 광으로부터 생성된 N 종류의 전기 신호를 상기 신호 처리 장치에 출력하고,
    상기 신호 처리 장치는 구성요소가 N 종류의 전기 신호인 벡터로부터 구성요소가 제 1 컬러 시스템의 M(M은 자연수) 종류의 컬러 신호인 벡터로 변환하는 차분 매트릭스에 기초하여, N 종류의 전기 신호에서의 전기 신호와 N 종류의 전기 신호에서의 인접하는 전기 신호간의 차를 취함으로써, N 종류의 전기 신호로부터 상기 제 1 컬러 시스템의 컬러 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 카메라.
  28. 분광부를 구비하는 분광 장치에 있어서,
    상기 분광부는 광원으로부터의 광의 경로에 대해 평행하지 않게 제공되며, 상기 불투명 부재와 교차하는 경로에서의 위치에 개구부를 갖는 불투명 부재를 포함하며, 상기 개구부는 소정 파장 이하의 파장의 광을 통과사키는 것을 특징으로 하는 분광 장치.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 분광부에 의해 분리된 광을 상기 광의 강도에 따라 전기 신호로 변환하는 광검출부를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 분광 장치.
  30. 제 29 항에 있어서,
    차분 매트릭스 유지부와 신호 처리부를 추가로 구비하며,
    상기 차분 매트릭스 유지부는 N 종류의 전기 신호에서의 전기 신호와 N 종류의 전기 신호에서의 인접하는 전기 신호간의 차를 취함으로써, 구성요소가 상기 광검출부에 의해 변환된 N(N은 자연수) 종류의 전기 신호인 벡터를 구성요소가 제 1 컬러 시스템의 M(M은 자연수) 종류의 컬러 신호인 벡터로 변환하는 차분 매트릭스를 유지하며,
    상기 신호 처리부는 N 종류의 전기 신호로부터 M 종류의 전기 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 분광 장치.
KR1020040023681A 2003-04-07 2004-04-07 고체 촬상 장치, 신호 처리 장치, 카메라 및 분광 장치 KR20040087911A (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2003-00103359 2003-04-07
JP2003103359 2003-04-07
JPJP-P-2003-00159263 2003-06-04
JP2003159263 2003-06-04

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20040087911A true KR20040087911A (ko) 2004-10-15

Family

ID=32993096

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020040023681A KR20040087911A (ko) 2003-04-07 2004-04-07 고체 촬상 장치, 신호 처리 장치, 카메라 및 분광 장치

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20050133879A1 (ko)
EP (1) EP1475963B1 (ko)
KR (1) KR20040087911A (ko)
CN (1) CN1538528A (ko)
DE (1) DE602004002429T2 (ko)
TW (1) TW200507635A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180116781A (ko) * 2017-04-17 2018-10-26 삼성전자주식회사 이미지 센서
KR20190137418A (ko) * 2018-06-01 2019-12-11 한국기계연구원 근적외선 광 센서 및 이를 포함하는 카메라

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4322166B2 (ja) * 2003-09-19 2009-08-26 富士フイルム株式会社 固体撮像素子
JP2007005629A (ja) * 2005-06-24 2007-01-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体撮像装置
KR20080022075A (ko) * 2005-07-21 2008-03-10 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 촬상장치
JP5231248B2 (ja) * 2006-01-19 2013-07-10 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 色制御照明装置
US7615731B2 (en) * 2006-09-14 2009-11-10 Carestream Health, Inc. High fill-factor sensor with reduced coupling
JP5059476B2 (ja) * 2007-04-23 2012-10-24 ラピスセミコンダクタ株式会社 半導体装置、光測定装置、光検出装置、及び半導体装置の製造方法
EP3828519A3 (en) * 2007-05-31 2021-10-06 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Image processing device
CN102611896B (zh) * 2007-06-15 2015-01-07 松下电器产业株式会社 图像处理装置
JP4486703B2 (ja) * 2007-12-07 2010-06-23 パナソニック株式会社 撮像装置
KR100920542B1 (ko) * 2007-12-24 2009-10-08 주식회사 동부하이텍 이미지 센서 및 그 제조방법
JP2009277798A (ja) * 2008-05-13 2009-11-26 Sony Corp 固体撮像装置及び電子機器
US8184194B2 (en) * 2008-06-26 2012-05-22 Panasonic Corporation Image processing apparatus, image division program and image synthesising method
KR101467509B1 (ko) * 2008-07-25 2014-12-01 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 이미지 센서 동작 방법
JP5262823B2 (ja) * 2009-02-23 2013-08-14 ソニー株式会社 固体撮像装置および電子機器
US20110175981A1 (en) * 2010-01-19 2011-07-21 Chun-Hung Lai 3d color image sensor
JP2011176715A (ja) * 2010-02-25 2011-09-08 Nikon Corp 裏面照射型撮像素子および撮像装置
US9357956B2 (en) 2010-03-05 2016-06-07 Seiko Epson Corporation Spectroscopic sensor and electronic apparatus
TWI482488B (zh) * 2010-04-12 2015-04-21 Univ Nat Cheng Kung 分散式濾波感測結構及光學裝置
WO2011148574A1 (ja) 2010-05-28 2011-12-01 パナソニック株式会社 固体撮像装置
EP2521179B1 (de) 2011-05-06 2015-10-07 ELMOS Semiconductor AG Vorrichtung zur Erfassung des Spektrums elektromagnetischer Strahlung innerhalb eines vorgegebenen Wellenlängenbereichs
US8866951B2 (en) * 2011-08-24 2014-10-21 Aptina Imaging Corporation Super-resolution imaging systems
WO2013167208A1 (de) 2012-05-07 2013-11-14 Elmos Semiconductor Ag Mikrooptisches filter und dessen verwendung in einem spektrometer
CN108337419A (zh) * 2012-07-12 2018-07-27 株式会社尼康 图像处理装置
US10911738B2 (en) * 2014-07-16 2021-02-02 Sony Corporation Compound-eye imaging device
EP3419053A1 (en) 2017-06-21 2018-12-26 Life Technologies GmbH Optical component with waveguide based filter
US10638055B2 (en) 2018-01-15 2020-04-28 Qualcomm Incorporated Aperture simulation
TWI675467B (zh) * 2018-08-29 2019-10-21 力晶積成電子製造股份有限公司 影像感測器及其製造方法
CN110324545B (zh) * 2019-06-11 2022-01-28 Oppo广东移动通信有限公司 一种像素结构、图像传感器及终端
WO2021010339A1 (ja) * 2019-07-12 2021-01-21 株式会社小糸製作所 イメージング装置およびその照明装置、車両、車両用灯具
CN113078265B (zh) * 2021-03-26 2023-04-07 联合微电子中心有限责任公司 一种cmos图像传感器及其制作方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3120849A1 (de) * 1981-05-26 1982-12-23 Agfa-Gevaert Ag, 5090 Leverkusen Farbfilteranordnung fuer eine optoelektronische wandlervorrichtung
US5324930A (en) * 1993-04-08 1994-06-28 Eastman Kodak Company Lens array for photodiode device with an aperture having a lens region and a non-lens region
US5986297A (en) * 1996-05-22 1999-11-16 Eastman Kodak Company Color active pixel sensor with electronic shuttering, anti-blooming and low cross-talk
US5973316A (en) * 1997-07-08 1999-10-26 Nec Research Institute, Inc. Sub-wavelength aperture arrays with enhanced light transmission
US6057586A (en) * 1997-09-26 2000-05-02 Intel Corporation Method and apparatus for employing a light shield to modulate pixel color responsivity
US5914749A (en) * 1998-03-31 1999-06-22 Intel Corporation Magenta-white-yellow (MWY) color system for digital image sensor applications
FR2781929B1 (fr) * 1998-07-28 2002-08-30 St Microelectronics Sa Capteur d'image a reseau de photodiodes
US6236033B1 (en) * 1998-12-09 2001-05-22 Nec Research Institute, Inc. Enhanced optical transmission apparatus utilizing metal films having apertures and periodic surface topography
JP3319419B2 (ja) * 1999-02-24 2002-09-03 日本電気株式会社 固体撮像装置
JP4638356B2 (ja) * 2004-01-15 2011-02-23 パナソニック株式会社 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法及びこれを用いたカメラ

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180116781A (ko) * 2017-04-17 2018-10-26 삼성전자주식회사 이미지 센서
KR20190137418A (ko) * 2018-06-01 2019-12-11 한국기계연구원 근적외선 광 센서 및 이를 포함하는 카메라

Also Published As

Publication number Publication date
EP1475963A2 (en) 2004-11-10
US20050133879A1 (en) 2005-06-23
CN1538528A (zh) 2004-10-20
TW200507635A (en) 2005-02-16
DE602004002429D1 (de) 2006-11-02
DE602004002429T2 (de) 2007-09-20
EP1475963B1 (en) 2006-09-20
EP1475963A3 (en) 2005-02-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20040087911A (ko) 고체 촬상 장치, 신호 처리 장치, 카메라 및 분광 장치
US10819922B2 (en) Solid-state imaging element and imaging device
US10403665B2 (en) Two-dimensional solid-state image capture device with polarization member, color filter and light shielding layer for sub-pixel regions and polarization-light data processing method to obtain polarization direction and polarization component intensity
US7858921B2 (en) Guided-mode-resonance transmission color filters for color generation in CMOS image sensors
US9823128B2 (en) Multispectral imaging based on computational imaging and a narrow-band absorptive filter array
US8436286B2 (en) Imager module optical focus and assembly method
KR101442313B1 (ko) 카메라 센서 교정
JP5503459B2 (ja) 固体撮像素子および撮像装置
US20190081098A1 (en) Image sensors with in-pixel lens arrays
US20030103150A1 (en) Integrated color pixel ( ICP )
US8686365B2 (en) Imaging apparatus and methods
US20090160965A1 (en) Image sensor having a diffractive optics element
US9945718B2 (en) Image sensors with multi-functional pixel clusters
WO1999050682A2 (en) Infrared pixel sensor and infrared signal correction
JP2008177191A (ja) 固体撮像装置およびそれを用いたカメラ
JP2000151933A (ja) 撮像素子及びその製造方法
US11676981B2 (en) Optical component with waveguide based filter
JP4287320B2 (ja) 固体撮像装置、信号処理装置、カメラ及び分光装置
WO2013065226A1 (ja) 固体撮像素子、撮像装置および信号処理方法
JPWO2013099151A1 (ja) 固体撮像素子、撮像装置、および信号処理方法
EP3450938B1 (en) An image sensor and an imaging apparatus
EP3353808B1 (en) Color filter sensors
JP4264249B2 (ja) Ｍｏｓ型イメージセンサ及びデジタルカメラ
JP2005287073A (ja) 固体撮像装置、信号処理装置、カメラ及び分光装置
US20210266431A1 (en) Imaging sensor pixels having built-in grating

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application