KR20100096003A - 고체 촬상 장치 및 전자 기기 - Google Patents

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Abstract

고체 촬상 장치는, 다른 색에 대응한 복수의 화소를 하나의 단위로 하여 촬상 영역 내에 배치되는 복수의 화소 단위를 구비하고, 상기 화소 단위 내에서의 각 화소의 위치의 어긋남량이, 해당 화소 단위의 상기 촬상 영역의 중심부터의 거리 및 색에 응하여 다르도록 마련되어 있다.

Description

고체 촬상 장치 및 전자 기기{SOLID-STATE IMAGING DEVICE AND ELECTRONIC APPARATUS}
본 발명은, 고체 촬상 장치 및 전자 기기에 관한 것이다. 상세하게는, 다른 색에 대응한 복수의 화소를 하나의 화소 단위로 가지며, 이 화소 단위가 촬상 영역 내에 매트릭스형상으로 배치되어 있는 고체 촬상 장치 및 전자 기기에 관한 것이다.
CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서로 대표되는 반도체 이미지 센서는, 화소 사이즈를 축소하고, 동일 이미지 에어리어 내에서 화소수를 많이 하는 다화소화가 요구되고 있다. 여기서, 일본 특개2001-160973호 공보에서는, 상높이(像高), 사출동(射出瞳) 거리에 의해 정의된 출사각(出射角)과, 마이크로 렌즈로부터 수광부까지의 막의 두께에 의해 산출한 어긋남량으로 배치되는 마이크로 렌즈, 컬러 필터, 차광막의 개구부를 갖는 고체 촬상 장치가 개시되어 있다. 또한, 일본 특개2008-78258호 공보에서는, 색마다 감도 설정을 변경한 고체 촬상 장치가 개시되어 있다. 또한, 일본 특개소62-42449호 공보에는, 차광막의 개구면적을 색에 응하여 다르게 한 고체 촬상 장치가 개시되어 있다. 또한, 일본 특개2007-288107호 공보에는, 컬러 필터를 어긋내어 배치함으로써 색 셰이딩의 발생을 방지하는 고체 촬상 장치가 개시되어 있다.
그러나, 다화소화와 함께 신호량이 작아지고, 같은 S/N비(신호/노이즈비)를 확보하는 것이 어렵게 되어 오고 있다. 특히, 렌즈의 화각(畵角)이 높아진 경우의 신호량의 열화가 현저하게 되는 것, 그 신호량 열화가 색마다 다른 것에 기인하여, 컬러 밸런스가 깨지는 원인이 되어 있다.
본 발명은, 렌즈의 화각에 의한 컬러 밸런스의 무너짐을 억제하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 다른 색에 대응한 복수의 화소를 하나의 단위로 하여 촬상 영역 내에 배치되는 복수의 화소 단위를 구비하고, 화소 단위 내에서의 각 화소의 위치의 어긋남량이, 해당 화소 단위의 촬상 영역의 중심부터의 거리 및 색에 응하여 다르도록 마련되어 있는 고체 촬상 장치이다.
이와 같은 본 발명에서는, 촬상 영역의 중심부터 주변에 걸쳐서 화소 단위 내의 화소에 마련되는 배치의 어긋남량이 해당 화소 단위의 촬상 영역의 중심부터의 거리 및 색마다 다르기 때문에, 촬상 영역의 중심부터 주변에 이르기까지 화소 단위 내에서의 색 어긋남을 억제할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은, 다른 색에 대응한 복수의 화소를 하나의 단위로 하여 촬상 영역 내에 매트릭스형상으로 배치된 복수의 화소 단위와, 복수의 화소 단위에 대응하여 마련되고, 화소 단위 내의 각 화소에 대응한 개구를 구비하는 차광부를 구비하고, 화소 단위 내에서의 각 화소의 차광부의 개구의 위치의 어긋남량이, 해당 화소 단위의 촬상 영역의 중심부터의 거리 및 색에 응하여 다르도록 마련되어 있는 고체 촬상 장치이다.
이와 같은 본 발명에서는, 촬상 영역의 중심부터 주변에 걸쳐서 화소 단위 내의 화소의 차광부의 개구에 마련되는 위치 이탈량이 해당 화소 단위의 촬상 영역의 중심부터의 거리 및 색마다 다르기 때문에, 촬상 영역의 중심부터 주변에 이르기까지 화소 단위 내에서의 색 어긋남을 억제할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은, 상기 고체 촬상 장치를 이용한 전자 기기이고, 고체 촬상 장치의 화소에서 얻은 신호를 처리하는 회로가 CMOS형 트랜지스터에 의해 구성되어 있는 것이나, 화소로서 기판에서의 배선층이 형성되는 면과는 반대측의 면으로부터 광을 받아들이도록 구성되어 있는 것이거나, 화소에서 받아들인 전하를 위상이 다른 전위를 순차적으로 인가함으로써 전송하는 전송부를 구비한 것이거나 한다.
여기서, 본 발명에서 말하는 화소란, 광전변환을 행하는 영역이고, 소자 분리에 의해 구조상 구분되는 영역 외에, 출력하는 전기 신호로서 구분되는 영역도 포함된다. 또한, 화소 단위는, 복수의 화소의 조(組)로서 구조상 구분되는 것 외에, 복수의 화소로 이루어지는 조의 반복의 경계로 편의적으로 구분되는 것도 포함된다.
본 발명에 의하면, 렌즈의 화각에 의한 컬러 밸런스의 무너짐을 억제하고, 촬상 영역의 중앙부터 주변에 이르기까지 혼색 없이 신호를 얻는 것이 가능해진다.
도 1은 이면 조사형 COMS 센서를 설명하는 모식 단면도.
도 2는 차광부를 구비한 이면 조사형 CMOS 센서를 설명하는 모식 단면도.
도 3은 표면 조사형 CMOS 센서를 설명하는 모식 단면도.
도 4는 CMOS 센서의 전체 구성을 설명하는 도면.
도 5는 단위 화소의 회로 구성의 한 예를 도시하는 회로도.
도 6은 CCD 센서를 설명하는 모식도.
도 7은 촬상 영역 내의 레이아웃에 관해 설명하는 모식 평면도.
도 8은 화소 단위 내에서의 에너지 프로파일의 예를 도시하는 도면.
도 9는 상높이에 의한 에너지 프로파일의 변화를 설명하는 도면(그 1).
도 10은 상높이에 의한 에너지 프로파일의 변화를 설명하는 도면(그 2).
도 11은 차광부의 개구의 평면시를 도시하는 모식도.
도 12는 제 1 실시 형태를 설명하는 모식도.
도 13은 제 2 실시 형태를 설명하는 모식도.
도 14는 제 3 실시 형태를 설명하는 모식도.
도 15는 제 4 실시 형태를 설명하는 모식도.
도 16은 색에 의한 어긋남량의 상위를 설명하는 도면.
도 17은 본 실시 형태의 효과를 도시하는 도면.
도 18은 본 실시 형태에 관한 전자 기기의 한 예인 촬상 장치의 구성예를 도시하는 블록도.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태(이하, 「실시 형태」라고 한다)에 관해 설명한다. 또한, 설명은 이하의 차례로 행한다.
1. 고체 촬상 장치의 구성예(이면 조사형, 표면 조사형, CMOS형 이미지 센서의 구성, CCD 센서)
2. 에너지 프로파일(화소 단위 내에서의 프로파일, 상높이에 의한 변화)
3. 제 1 실시 형태(화소의 위치의 설정)
4. 제 2 실시 형태(화소의 수광 면적의 설정)
5. 제 3 실시 형태(차광부의 개구의 위치의 설정)
6. 제 4 실시 형태(차광부의 개구의 크기의 설정)
7. 전자 기기(촬상 장치의 예)
<1. 고체 촬상 장치의 구성예>
본 실시 형태의 고체 촬상 장치의 구성예를 설명한다.
[이면 조사형 CMOS 센서]
도 1은, 이면 조사형 COMS 센서를 설명하는 모식 단면도이다. 이 고체 촬상 장치(1)는, 화소(10)로 이루어지는 수광 영역이 마련된 실리콘 기판(2)의 일방면에 컬러 필터(60)이 마련되고, 실리콘 기판(2)의 타방면에 수광 영역에서 광전변환하여 얻은 신호의 배선층(40)이 마련되어 있는 것이다. 이로써, 배선층(40)이 마련된 면과는 반대측의 면으로부터 광을 입사하여 수광 영역에서 광전변환하는 구성으로 된다.
고체 촬상 장치(1)는, 실리콘 기판(2)에 형성된 각 색의 수광 영역이 소자 분리부(20)로 분리되어 있고, 그 위쪽에 반사 방지막(21) 및 층간 절연막(30)을 통하여 컬러 필터(60)이 형성되어 있다. 컬러 필터(60)은, R(적), G(녹), B(청)의 각 색에 대응한 수광 영역의 배치에 맞추어서, 예를 들면 베이어 배열로 되어 있다. 이 각 색의 컬러 필터(60)의 양에 마이크로 렌즈(70)이 마련되어 있다.
이른바 이면 조사형의 CMOS 센서를 제조하는데는, 실리콘 기판(2)의 표면(도 1에서는 하측)에, 각 색에 대응한 수광 영역을 분리하는 소자 분리부(20)을 P형 이온 주입으로 형성한다. 그리고, 소자 분리부(20)의 사이에 각 색에 대응한 수광 영역을 N형 및 P형 불순물 이온 주입으로 형성한다. 또한, 그 양에 화소 구동용 등의 트랜지스터(Tr) 및 배선층(40)을 형성한다.
트랜지스터(Tr)에는, 수광 영역에서 받아들인 전하를 판독하는 판독용 트랜지스터, 포토 다이오드의 출력을 증폭하는 증폭용 트랜지스터, 포토 다이오드를 선택하는 선택용 트랜지스터, 전하를 배출하는 리셋용 트랜지스터 등의 각종 트랜지스터를 들 수 있다.
이 상태에서, 실리콘 기판(2)의 배선층(40)을 형성한 측에 지지 기판을 접합하고, 지지 기판에서 지지한 상태로 실리콘 기판(2)의 이면(도 1에서는 상측)을 CMP(Chemical Mechanical Polishing)에 의해 연마한다. 이 연마를 수광 영역이 노출할 때까지 행한다.
그리고, 수광 영역이 노출한 실리콘 기판(2)의 이면측에 반사 방지막(21)(예를 들면, HfO : 64㎚두께)을 형성하고, 층간 절연막(30)(예를 들면, SiO2 : 500㎚)을 형성한다.
또한, 그 위에, 수광 영역에 대응한 컬러 필터(60)(예를 들면, 500㎚두께)을 형성하고, 컬러 필터(60)에 대응하여 마이크로 렌즈(70)(예를 들면, 렌즈 두께부 : 350㎚두께)을 형성한다.
이로써, 실리콘 기판(2)의 이면(도 1에서는 상측)부터 광을 입사하고, 마이크로 렌즈(70)에서 집광하고, 컬러 필터(60)을 통하여 각 색의 광을 수광 영역에서 수광하는 고체 촬상 장치(1)이 완성된다. 이 구조에서는, 수광 영역에 대해 광의 입사측에 배선층(40)이 존재하지 않기 때문에, 각 수광 영역의 개구 효율을 높일 수 있다.
도 2는, 차광부를 구비한 이면 조사형 CMOS 센서를 설명하는 모식 단면도이다. 차광부를 구비한 이면 조사형 CMOS 센서의 구성은, 도 1에 도시하는 구성과 기본적으로 같다. 즉, 화소(10)로 이루어지는 수광 영역이 마련되는 실리콘 기판(2)의 일방면에 컬러 필터(60)이 마련되고, 실리콘 기판(2)의 타방면에 수광 영역에서 광전변환하여 얻은 신호의 배선층(40)이 마련되어 있다. 이로써, 배선층(40)이 마련된 면과는 반대측의 면으로부터 광을 입사하여 수광 영역에서 광전변환한다.
이 구성에 있어서, 도 2에 도시하는 CMOS 센서에서는, 반사 방지막(21)의 위에 형성된 층간 절연막(30)에 차광부(W)가 형성된다. 차광부(W)는, 각 색의 컬러 필터(60)을 통하여 투과하는 광이 대응하는 화소(10)의 수광 영역 이외에 침입하지 않도록 마련되어 있다. 차광부(W)는, 예를 들면 텅스텐에 의해 구성되고, 각 색의 수광 영역에 대응한 개구부가 마련되어 있다.
[표면 조사형 CMOS 센서]
도 3은, 표면 조사형 CMOS 센서를 설명하는 모식 단면도이다. 이 고체 촬상 장치(1)는, 실리콘 기판(2)에 포토 다이오드인 수광 영역이 형성되고, 이 수광 영역에 대응하여 트랜지스터(Tr)가 형성되어 있다.
트랜지스터(Tr)로는, 수광 영역에서 받아들인 전하를 판독하는 판독용 트랜지스터, 포토 다이오드의 출력을 증폭하는 증폭용 트랜지스터, 포토 다이오드를 선택하는 선택용 트랜지스터, 전하를 배출하는 리셋용 트랜지스터 등의 각종 트랜지스터를 들 수 있다.
트랜지스터(Tr)상에는 반사 방지막(21)이 형성되고, 또한, 층간 절연막을 통하여 복수의 배선층(40)이 형성되어 있다. 배선층(40)에는 필요에 응하여 유기막에 의한 광도파로가 매입되어 있어도 좋다.
배선층(40)의 상방에는, 소정의 영역마다 RGB의 컬러 필터(60)이 소정의 배열 차례로 형성되어 있다. 또한, 각 색 컬러 필터(60)에 대응하여 마이크로 렌즈(70)이 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 하나의 수광 영역의 개구는. 2.5㎛로 되어 있다.
이와 같은 고체 촬상 장치(1)에서는, 화소부의 수광 영역이 마련된 실리콘 기판(2)의 일방면에 배선층(40)과 컬러 필터(60)을 구비한 구조로 되어 있다. 즉, 수광 영역에 대해 광의 입사측에 마이크로 렌즈(70), 컬러 필터(60) 및 배선층(40)이 마련되어 있고, 실리콘 기판(2)의 배선층(40)이 마련된 면부터 광을 입사하고, 수광 영역에서 광전변환하는 구성이다.
이 고체 촬상 장치(1)에서는, 외광을 매크로 렌즈(70)로 집광하고, RGB 각 컬러 필터(60)을 통하여 소정의 색에 대응한 파장의 광으로 분리한다. RGB 각 색의 광은 배선층(40)을 통하여 실리콘 기판(2)에 마련된 수광 영역까지 도달한다. 그리고, 수광 영역에서 광전변환되고, 트랜지스터(Tr)의 구동에 의해 RGB 각 색의 광량에 응한 전기 신호를 취득하게 된다.
또한, 표면 조사형 CMOS 센서로 이루어지는 고체 촬상 장치(1)에서는, 배선층(40)의 최상층이 되는 배선을 차광부(W)와 겸용으로 하고 있다. 즉, 이 배선의 위치 및 폭을 소정의 값으로 설정함으로써, 각 색의 컬러 필터(60)을 통하여 투과하는 광이 대응하는 화소(10)의 수광 영역 이외에 침입하지 않도록 하고 있다.
[CMOS형 이미지 센서의 구성]
도 4는, CMOS형 이미지 센서로 이루어지는 고체 촬상 장치의 전체 구성을 설명하는 도면이다. 도 4에 도시하는 바와 같이, CMOS형 이미지 센서(50)은, 도시하지 않은 반도체 기판(칩)상에 형성된 화소 어레이부(51)과, 해당 화소 어레이부(51)과 같은 반도체 기판상에 마련된 주변 회로를 갖는 구성으로 되어 있다. 화소 어레이부(51)의 주변 회로로서는, 수직 구동 회로(52), 신호 처리 회로인 칼럼 회로(53), 수평 구동 회로(54), 출력 회로(55) 및 타이밍 제너레이터(TG)(56) 등이 사용된다.
화소 어레이부(51)에는, 입사하는 가시광을 그 광량에 응한 전하량으로 광전변환하는 광전변환 소자를 포함하는 단위 화소(이하, 단지 「화소」라고 기술하는 경우도 있다)(6)이 행렬형상으로 2차원 배치되어 있다. 단위 화소(6)의 구체적인 구성에 관해서는 후술한다.
화소 어레이부(51)에는 또한, 단위 화소(6)의 행렬형상 배열에 대해 화소행마다 화소 구동선(57)이 도면의 좌우 방향(화소행의 화소의 배열 방향)에 따라 형성되고, 화소열마다 수직 신호선(58)이 도면의 상하 방향(화소열의 화소의 배열 방향)에 따라 형성되어 있다. 도 4에서는, 화소 구동선(57)에 대해 1개로서 나타내고 있지만, 1개로 한정되는 것이 아니다. 화소 구동선(57)의 일단은, 수직 구동 회로(52)의 각 화소행에 대응한 출력단에 접속되어 있다.
수직 구동 회로(52)는, 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성된다. 그 구체적인 구성에 관해서는 도시를 생략하지만, 신호를 판독하는 화소(60)을 행 단위로 차례로 선택 주사를 행하기 위한 판독 주사계를 갖는다. 또한, 해당 판독 주사계에 의해 판독 주사가 행하여지는 판독 행에 대해, 그 판독 주사보다도 셔터 스피드의 시간분만큼 선행하여 해당 판독 행의 화소(60)의 광전변환 소자로부터 불필요한 전하를 소출하는(리셋하는) 소출(掃出) 주사를 행하기 위한 소출 주사계를 갖는다.
이 소출 주사계에 의한 불필요 전하의 소출(리셋)에 의해, 이른바 전자 셔터 동작이 행하여진다. 여기서, 전자 셔터 동작이란, 광전변환 소자의 광전하를 버리고, 새롭게 노광을 시작하는( 광전하의 축적을 시작하는) 동작인 것을 말한다.
판독 주사계에 의한 판독 동작에 의해 판독되는 신호는, 그 직전의 판독 동작 또는 전자 셔터 동작 이후에 입사한 광량에 대응하는 것이다. 그리고, 직전의 판독 동작에 의한 판독 타이밍 또는 전자 셔터 동작에 의한 소출 타이밍부터, 금회의 판독 동작에 의한 판독 타이밍까지의 기간이, 단위 화소(20)에서의 광전하의 축적 시간(노광 시간)이 된다.
수직 구동 회로(52)에 의한 주사에 의해 선택된 화소행의 각 단위 화소(6)로부터 출력되는 신호는, 수직 신호선(58)의 각각을 통하여 칼럼 회로(53)에 공급된다. 칼럼 회로(53)은, 화소 어레이부(51)의 화소열마다, 선택행의 각 화소(60)로부터 출력된 신호를 화소열마다 받아, 그 신호에 대해 화소 고유의 고정 패턴 노이즈를 제거하기 위한 CDS(Correlated Double Sampling : 상관 이중 샘플링)나 신호 증폭이나, AD 변환 등의 신호 처리를 행한다.
또한, 여기서는, 칼럼 회로(53)을 화소열에 대해 1대1의 대응 관계로서 배치한 구성을 채택하는 경우를 예로 들어서 나타내고 있지만, 이 구성으로 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 복수의 화소열(수직 신호선(58))마다 칼럼 회로(53)을 1개씩 배치하고, 이들 칼럼 회로(53)을 복수의 화소열 사이에서 시분할로 공용하는 구성 등을 채택하는 것도 가능하다.
수평 구동 회로(54)는, 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되고, 수평 주사 펄스를 순차적으로 출력함에 의해 칼럼 회로(53)을 순번대로 선택한다. 또한, 도시를 생략하지만, 칼럼 회로(53)의 각 출력단에는, 수평 선택 스위치가 수평 신호선(59)과의 사이에 접속되어 마련되어 있다. 수평 구동 회로(54)로부터 순차적으로 출력되는 수평 주사 펄스는, 칼럼 회로(53)의 각 출력단에 마련된 수평 선택 스위치를 순번대로 온 시킨다. 이들 수평 선택 스위치는, 수평 주사 펄스에 응답하여 차례로 온 함으로써, 화소열마다 칼럼 회로(53)에서 처리된 화소 신호를 수평 신호선(59)에 순번대로 출력시킨다.
출력 회로(55)는, 칼럼 회로(53)으로부터 수평 신호선(59)를 통하여 차례로 공급되는 화소 신호에 대해 여러가지의 신호 처리를 시행하여 출력한다. 이 출력 회로(55)에서의 구체적인 신호 처리로서는, 예를 들면, 버퍼링만 하는 경우도 있고, 또는 버퍼링 전에 흑레벨 조정, 열마다의 편차의 보정, 신호 증폭, 색 관계 처리 등을 행하는 것도 있다.
타이밍 제너레이터56은, 각종의 타이밍 신호를 생성하고, 이들 각종의 타이밍 신호를 기초로 수직 구동 회로(52), 칼럼 회로(53) 및 수평 구동 회로(54) 등의 구동 제어를 행한다.
[단위 화소의 회로 구성]
도 5는, 단위 화소의 회로 구성의 한 예를 도시하는 회로도이다. 본 회로례에 관한 단위 화소(6)은, 수광부인 광전변환 소자, 예를 들면 포토 다이오드(61)에 더하여, 예를 들면 전송 트랜지스터(62), 리셋 트랜지스터(63), 증폭 트랜지스터(64) 및 선택 트랜지스터(65)의 4개의 트랜지스터를 갖는 구성으로 되어 있다.
여기서는, 이들 트랜지스터(62 내지 65)로서, 예를 들면 N채널의 MOS 트랜지스터를 이용하고 있다. 단, 여기서의 전송 트랜지스터(62), 리셋 트랜지스터(63), 증폭 트랜지스터(64) 및 선택 트랜지스터(65)의 도전형의 조합은 한 예에 지나지 않고, 이들의 조합으로 한정되는 것이 아니다.
이 단위 화소(6)에 대해, 화소 구동선(57)으로서, 예를 들면, 전송선(571), 리셋선(572) 및 선택선(573)의 3개의 구동 배선이 동일 화소행의 각 화소에 대해 공통으로 마련되어 있다. 이들 전송선(571), 리셋선(572) 및 선택선(573)의 각 일단은, 수직 구동 회로(52)의 각 화소행에 대응한 출력단에, 화소행 단위로 접속되어 있다.
포토 다이오드(61)은, 애노드가 부측 전원, 예를 들면 그라운드에 접속되어 있고, 수광한 광을 그 광량에 응한 전하량의 광전하(여기서는, 광전자)로 광전변환한다. 포토 다이오드(61)의 캐소드 전극은, 전송 트랜지스터(62)를 통하여 증폭 트랜지스터(64)의 게이트 전극과 전기적으로 접속되어 있다. 이 증폭 트랜지스터(64)의 게이트 전극과 전기적으로 연결된 노드를 FD(전하 전압 변환부 : 플로팅 디퓨전)부(66)라고 부른다.
전송 트랜지스터(62)는, 포토 다이오드(61)의 캐소드 전극과 FD부(66)과의 사이에 접속되고, 고레벨(예를 들면, Vdd 레벨)이 액티브(이하, 「High 액티브」라고 기술한다)의 전송 펄스(φTRF)가 전송선(571)을 통하여 게이트 전극에 주어짐에 의해 온 상태가 된다. 이로써, 포토 다이오드(61)에서 광전변환된 광전하를 FD부(66)에 전송한다.
리셋 트랜지스터(63)은, 드레인 전극이 화소 전원(Vdd)에, 소스 전극이 FD부(66)에 각각 접속되고, High 액티브의 리셋 펄스(φRST)가 리셋선(572)를 통하여 게이트 전극에 주어짐에 의해 온 상태가 된다. 이로써, 포토 다이오드(61)로부터 FD부(66)에의 신호 전하의 전송에 앞서서, FD부(66)의 전하를 화소 전원(Vdd)에 버림에 의해 해당 FD부(66)을 리셋한다.
증폭 트랜지스터(64)는, 게이트 전극이 FD부(66)에, 드레인 전극이 화소 전원(Vdd)에 각각 접속되고, 리셋 트랜지스터(63)에 의해 리셋한 후의 FD부(66)의 전위를 리셋 레벨로서 출력한다. 또한, 증폭 트랜지스터(64)는, 전송 트랜지스터(62)에 의해 신호 전하를 전송한 후의 FD부(66)의 전위를 신호 레벨로서 출력한다.
선택 트랜지스터(65)는, 예를 들면, 드레인 전극이 증폭 트랜지스터(64)의 소스에, 소스 전극이 수직 신호선(58)에 각각 접속되고, High 액티브의 선택 펄스(φSEL)이 선택선(573)을 통하여 게이트에 주어짐에 의해 온 상태가 된다. 이로써, 단위 화소(6)을 선택 상태로 하여 증폭 트랜지스터(64)로부터 출력되는 신호를 수직 신호선(58)에 중계한다.
또한, 선택 트랜지스터(65)에 관해서는, 화소 전원(Vdd)와 증폭 트랜지스터(64)의 드레인과의 사이에 접속한 회로 구성을 채택하는 것도 가능하다.
또한, 단위 화소(6)로서는, 상기 구성의 4개의 트랜지스터로 이루어지는 화소 구성의 것으로 한정되는 것이 아니라, 증폭 트랜지스터(64)와 선택 트랜지스터(65)를 겸용한 3개의 트랜지스터로 이루어지는 화소 구성의 것 등이라도 좋고, 그 화소 회로의 구성은 묻지 않는다.
[CCD 센서]
도 6은, CCD(Charge Coupled Devices) 센서를 설명하는 모식도로서, (a)는 전체 평면도, (b)는 (a)의 A-A선 단면도이다. 도 6의 (a)에 도시하는 바와 같이, 이 고체 촬상 장치(1)는, 촬상 영역(S)에 매트릭스형상으로 배열된 복수의 화소(10)과, 각 화소(10)의 열에 대응한 CCD 구조의 복수의 수직 전송 레지스터(VT)를 구비하고 있다. 또한, 이 고체 촬상 장치(1)는, 수직 전송 레지스터(VT)로 전송하여 온 신호 전하를 출력부에 전송하는 CCD 구조의 수평 전송 레지스터(4HT)와, 수평 전송 레지스터(HT)의 최종단에 접속된 출력부(OP)를 구비하고 있다.
이와 같은 고체 촬상 장치(1)에서는, 각 화소(10)로 받은 광에 응하여 전하를 축적하고, 이 전하를 소정의 타이밍에 의해 수직 전송 레지스터(VT)에 판독하고, 수직 전송 레지스터(VT)상의 전극으로부터 인가한 복수상의 전압에 의해 전하를 순차적으로 전송하여 간다. 또한, 수평 전송 레지스터(HT)까지 달한 전하를 출력부(OP)에 순차적으로 전송하고, 출력부(OP)로부터 소정의 전압으로서 출력한다.
도 6의 (b)에 도시하는 바와 같이, 수직 전송 레지스터(VT)에는 전극(D)이 마련되어 있다. 전극(D)는, 도시하지 않지만 복수층이 되어 있고, 인접하는 전극(D)의 일부가 오버랩하도록 마련되어 있다. 이 복수의 전극(D)에 순차적으로 위상이 다른 전압이 인가됨으로써, 화소(10)에 축적된 전하를 판독함과 함께, 수직 방향으로 전송하여 가게 된다. 화소(10)의 사이에 마련되는 수직 전송 레지스터(VT)의 전극(D)에는 차광부(W)가 형성되고, 불필요광의 입사를 억제하고 있다.
[촬상 영역 내의 레이아웃]
도 7은, 촬상 영역 내의 레이아웃에 관해 설명하는 모식 평면도이다. 상기 설명한 어느 구성예에서도, 촬상 영역(S)에 복수의 화소(10)이 매트릭스형상으로 배치되어 있다. 각 화소(10)은, 컬러 필터에 의해 컬러 화상을 얻는데 필요한 색의 광을 수광하도록 되어 있다. 색은, 예를 들면, R(적), G(녹), B(청)의 조합이나, Y(황), C(시안), M(마젠타), G(녹)의 조합이 사용된다. 본 실시 형태에서는, R(적), G(녹), B(청)의 조합을 예로 한다.
촬상 영역(S)의 각 화소(10)은, R(적), G(녹), B(청)의 어느 하나의 색의 광을 받아들이기 때문에, 소정의 나열로 배치되어 있다. 대응하는 색의 나열은 각종 있지만, 본 실시 형태에서는, R(적), B(청), Gr(제 1의 녹), Gb(제 2의 녹)를 종횡 2×2로 배치한 베이어 배열을 예로 한다. 이 배열에서는, R(적), B(청), Gr(제 1의 녹), Gb(제 2의 녹)에 의한 2×2화소의 합계 4개의 화소(10)에 의해 하나의 화소 단위(100)가 구성된다. 또한, Gr(제 1의 녹)와 Gb(제 2의 녹)은, 다른 화소로서 할당되어 있지만, 취급하는 색은 같다. 촬상 영역(S)에는, 복수의 화소 단위(100)이 매트릭스형상으로 배열되게 된다.
<2. 에너지 프로파일>
[화소 단위 내에서의 프로파일]
도 8은, 화소 단위 내에서의 에너지 프로파일의 예를 도시하는 도면이다. 이 도면에서는, B, R, Gr, Gb의 각 색(파장)의 실리콘 기판 표면상에서의 조사 에너지의 강도 및 확산을 도시하고 있다. 이 도면으로부터, B(청)색의 광이 가장 조사 에너지가 강하고, 확산이 작게 되어 있다. 한편, R(적)색의 광이 가장 조사 에너지가 약하고, 확산이 크게 되어 있다.
[상높이에 의한 변화]
도 9, 도 10은, 상높이에 의한 에너지 프로파일의 변화를 설명하는 도면이다. 도 9는, B(청)화소와 Gb(녹)화소의 에너지 프로파일, 도 10은, R(적)화소와 Gr(녹)화소의 에너지 프로파일로, 각각 (a)가 상높이 0할(割)(촬상 영역의 중앙), (b)가 상높이 10할(촬상 영역의 단(端))의 상태를 도시하고 있다.
이 에너지 프로파일은, 도 2에 도시하는 차광부(W)가 마련된 이면 조사형 CMOS 센서에서의 값으로 되어 있다. 구체적으로는, 포토 다이오드인 수광 영역이 형성되어 있는 실리콘 기판(2)상의 반사 방지막으로서 HfO(64㎚두께), 차광부(W)로서 텅스텐(150㎚두께), 층간 절연막(30)으로서 SiO2(550㎚두께), 컬러 필터(60)(500㎚두께), 마이크로 렌즈(70)(750㎚두께(렌즈부 두께 350㎚)를 갖는 층구성으로 되어 있다.
또한, 차광부(W)의 개구의 평면으로 본 것은, 도 11에 도시하는 바와 같이 되어 있고, 도 8에 도시하는 에너지 프로파일에 의거하여 출력 밸런스를 정돈하기 때문에, RGB의 각 색에서 개구 사이즈가 다르다. 예를 들면, R(적)에 대응한 개구는 800㎚, G(녹 : Gr, Gb)에 대응한 개구는 700㎚, B(청)에 대응한 개구는 600㎚로 되어 있다. 또한, 화소의 평면으로 본 사이즈(수광 면적)는 0.9㎛이고, 컬러 필터의 배열은 베이어 배열이다.
이와 같은 화소 구조에 있어서, 차광부의 바로위에 만드는 에너지 프로파일 단면도가 도 9, 도 10이 된다. 여기서는, 도 9가, 파장 : 450㎚(청색), 도 10이, 파장 : 650㎚(적색)의 단색광으로 시뮬레이션 한 결과이고, 모두 평행광이 조사되어 있다.
도 9의 (a), 도 10의 (a)에서는 상높이 0(촬상 영역의 중앙)에서의 에너지 프로파일을 도시하고 있다. 도 10의 (a)에 도시하는 R(적)화소에서의 에너지의 확산은, 도 9의 (a)에 도시하는 B(청)화소에서의 에너지의 확산보다 크게 되어 있다.
또한, 도 9의 (b), 도 10의 (b)에서는 상높이 10할(촬상 영역의 단)에서의 에너지 프로파일을 도시하고 있다. 또한, 여기서는, 상높이 10할에 주(主)광선 입사각도가 20°의 렌즈를 이용하는 경우를 상정하고 있다. R(적), B(청)의 어느것에 관해서도, 광 에너지가 화소 중앙에 집중하지 않고, 어긋난 상태로 되어 있다.
예를 들면, 도 9의 (b)에 도시하는 프로파일에서는, B(청)의 화소에서 수광하여야 할 광이 인접하는 Gb(제 2의 녹)의 화소에 들어가 있다. 또한, 도 10의 (b)에 도시하는 프로파일에서는, R(적)의 화소에서 수광하여야 할 광이 인접하는 Gr(제 1의 녹)의 화소에 들어가 있다. 이와 같이 상높이에 의해 에너지 프로파일이 변화하고, 중심이 어긋남으로써, 감도 열화나 혼색을 일으키는 원인이 된다.
다음에, 구체적인 실시 형태를 설명한다. 또한, 본 실시 형태의 고체 촬상 장치는, 상기 설명한 어느 구성예라도 적용 가능하지만, 이하의 설명에서는, 이면 조사형 CMOS 센서를 이용한 고체 촬상 장치를 예로 하여 설명을 행한다.
<3. 제 1 실시 형태>
도 12는, 제 1 실시 형태를 설명하는 모식도이다. 제 1 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치에서는, 촬상 영역(S)의 중심부터의 거리, 즉 상높이에 응하여, 화소 단위(100) 내에서의 각 색의 화소(10)의 위치에 어긋남량이 마련되어 있고, 이 어긋남량이 색마다 다르도록 마련되어 있다.
도 12에서는, 상높이 0할의 위치에 대응한 화소 단위(100)과, 상높이 0할 이외의 위치에 대응한 화소 단위(100)과의 확대도를 각각 도시하고 있다. 각 화소 단위(100)에서, 그 화소 단위(100) 안의 4개의 화소(10)은, 화소 단위(100)의 중심(O)를 기준으로 한 소정의 위치에 배치되어 있다.
여기서, 상높이 0할의 위치에 대응한 화소 단위(100)의 4개의 화소(10)에서, 화소 단위(100)의 중심(O)를 원점으로 한 x, y 좌표상의 각 화소(10)의 중심 위치를 다음과 같이 나타낸다.
R의 화소(10)의 중심 위치 … (Xr, Yr)
Gr의 화소(10)의 중심 위치 … (Xgr, Ygr)
B의 화소(10)의 중심 위치 … (Xb, Yb)
Gb의 화소(10)의 중심 위치 … (Xgb, Ygb)
또한, 상높이 10할의 위치에 대응한 화소 단위(100)의 4개의 화소(10)에 있어서, 화소 단위(100)의 중심(O)를 원점으로 한 x, y 좌표상의 각 화소(10)의 중심 위치를 다음과 같이 나타낸다.
R의 화소(10)의 중심 위치 … (Xr', Yr')
Gr의 화소(10)의 중심 위치 … (Xgr', Ygr')
B의 화소(10)의 중심 위치 … (Xb', Yb')
Gb의 화소(10)의 중심 위치 … (Xgb', Ygb')
고체 촬상 장치(1)에서는, 상높이에 응하여, 화소 단위(100) 내에서의 대응하는 색의 화소(10)의 위치에 어긋남량이 마련되어 있다. 이것은, 도 9, 도 10에 도시하는 바와 같이, 상높이에 응하여 에너지 프로파일의 중심 위치가 어긋나는 것에 대응한 것이다.
각 색의 화소(10)에 관해 상높이에 응한 화소 단위(100) 내에서의 위치의 어긋남량은, 다음과 같이 된다.
(R화소의 어긋남량(△R))
△R=√(Xr'-Xr)2＋(Yr'-Yr)2
(Gr화소의 어긋남량(△Gr))
△Gr=√(Xg'-Xgr)2＋(Ygr'-Ygr)2
(B화소의 어긋남량(△B))
△B=√(Xb'-Xb)2＋(Yb'-Yb)2
(Gb화소의 어긋남량(△Gb))
△Gb=√(Xgb'-Xgb)2＋(Ygb'-Ygb)2
제 1 실시 형태의 고체 촬상 장치에서는, 상기에 도시하는 R화소의 어긋남량(△R), Gr화소의 어긋남량(△Gr), B화소의 어긋남량(△B), Gb화소의 어긋남량(△Gb)이, 각 색에 응하여 다르도록 마련되어 있다. 즉, 미리 R(적), G(녹), B(청)의 각 색에 의한 상높이에 응한 에너지 프로파일의 중심 위치의 어긋남을 구하여 두고, 이 어긋남에 대응시켜서, 각 색마다, △R, △Gr, △B, △Gb의 값을 설정한다.
즉, R(적)에서의 상높이에 응한 에너지 프로파일의 중심 위치의 어긋남에 대응하여 △R의 값을 설정한다. 또한, G(녹)에서의 상높이에 응한 에너지 프로파일의 중심 위치의 어긋남에 대응하여 △Gr, △Gb의 값을 설정한다. 또한, B(청)에서의 상높이에 응한 에너지 프로파일의 중심 위치의 어긋남에 대응하여 △B의 값을 설정한다. 이로써, 촬상 영역(S)의 중심부터 주변에 걸쳐서 각 화소 단위(100)에서의 색 어긋남이 억제되게 된다.
여기서, △R, △Gr, △B, △Gb에 의한 각 화소(10)의 이동 방향은, 상높이 0할의 위치를 향하는 방향이다. 또한, △R, △Gr, △B, △Gb의 값은, 상높이를 변수로 한 함수로 구하거나, 테이블 데이터로 구하거나 할 수 있다.
<4. 제 2 실시 형태>
도 13은, 제 2 실시 형태를 설명하는 모식도이다. 제 2 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치에서는, 상기 제 1 실시 형태의 구성에 더하여, 상높이에 응하여, 화소 단위(100) 내에서의 각 색의 화소(10)의 수광 면적의 크기에 차가 마련되어 있고, 이 크기의 차가 색마다 다르도록 마련되어 있다.
도 13에서는, 상높이 0할의 위치에 대응한 화소 단위(100)과, 상높이 0할 이외의 위치에 대응한 화소 단위(100)의 확대도를 각각 도시하고 있다. 각 화소 단위(100)에서, 그 화소 단위(100) 안의 4개의 화소(10)은, 각각의 수광 면적으로 마련되어 있다.
여기서, 상높이 0할의 위치에 대응한 화소 단위(100)의 4개의 화소(10)에서, 각 화소(10)의 수광 면적을 다음과 같이 나타낸다.
R의 화소(10)의 수광 면적 … Qr
Gr의 화소(10)의 수광 면적 … Qgr
B의 화소(10)의 수광 면적 … Qb
Gb의 화소(10)의 수광 면적 … Qgb
또한, 상높이 10할의 위치에 대응한 화소 단위(100)의 4개의 화소(10)에 있어서, 각 화소(10)의 수광 면적을 다음과 같이 나타낸다.
R의 화소(10)의 수광 면적 … Qr'
Gr의 화소(10)의 수광 면적 … Qgr'
B의 화소(10)의 수광 면적 … Qb'
Gb의 화소(10)의 수광 면적 … Qgb
고체 촬상 장치(1)에서는, 상높이에 응하여, 화소 단위(100) 내에서의 대응하는 색의 화소(10)의 수광 면적에 크기의 차가 마련되어 있다. 이것은, 도 9, 도 10에 도시하는 바와 같이, 상높이에 응하여 에너지 프로파일의 확산이 변화하는 것에 대응한 것이다.
각 색의 화소(10)에 관해 상높이에 응한 화소 단위(100) 내에서의 수광 면적의 크기의 차는, 다음과 같이 된다.
(R화소의 수광 면적의 크기의 차(△QR))
△QR=Qr'-Qr
(Gr화소의 수광 면적의 크기의 차(△QGr))
△QGr=Q'-Qgr
(B화소의 수광 면적의 크기의 차(△QB))
△QB=Qb'-Qb
(Gb화소의 수광 면적의 크기의 차(△QGb))
△QGb=Qgb'-Qgb
제 2 실시 형태의 고체 촬상 장치에서는, 상기에 나타내는 △QR, △QGr, △QB, △QGb의 값이, 각 색에 응하여 다르도록 마련되어 있다. 즉, 미리 R(적), G(녹), B(청)의 각 색에 의한 상높이에 응한 에너지 프로파일의 확산의 변화를 구하여 두고, 이에 대응시켜서, 각 색마다, △QR, △QGr, △QB, △QGb의 값을 설정한다.
즉, R(적)에서의 상높이에 응한 에너지 프로파일의 확산의 변화에 대응하여 △QR의 값을 설정한다. 또한, G(녹)에서의 상높이에 응한 에너지 프로파일의 확산의 변화에 대응하여 △QGr, △QGb의 값을 설정한다. 또한, B(청)에서의 상높이에 응한 에너지 프로파일의 확산의 변화에 대응하여 △QB의 값을 설정한다. 이로써, 촬상 영역(S)의 중심부터 주변에 걸쳐서 각 화소 단위(100)에서의 색 어긋남이 억제되게 된다.
여기서, △QR, △QGr, △QB, △QGb의 값은, 상높이를 변수로 한 함수로 구하거나, 테이블 데이터로 요구하거나 할 수 있다.
<5. 제 3 실시 형태>
도 14는, 제 3 실시 형태를 설명하는 모식도이다. 제 3 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치는, 각 화소 단위(100)이 대응하는 화소의 차광부(W)의 개구의 위치에 어긋남량이 마련되어 있고, 이 어긋남량이 색마다 다르도록 마련되어 있다.
도 14에서는, 상높이 0할의 위치에 대응한 화소 단위(100)과, 상높이 0할 이외의 위치에 대응한 화소 단위(100)과의 확대도를 각각 도시하고 있다. 각 화소 단위(100)에서, 그 화소 단위(100) 내의 4개의 화소(10)에 대응한 차광부(W)의 개구는. 화소 단위(100)의 중심(O)를 기준으로 한 소정의 위치에 배치되어 있다.
여기서, 상높이 0할의 위치에 대응한 화소 단위(100)의 4개의 화소(10)에서, 화소 단위(100)의 중심(O)를 원점으로 한 x, y 좌표상의 각 화소(10)의 차광부(W)의 개구의 중심 위치를 다음과 같이 나타낸다.
R의 화소(10)의 차광부(W)의 개구(Wr) … (Xwr, Ywr)
Gr의 화소(10)의 차광부(W)의 개구(Wgr) … (Xwgr, Ywgr)
B의 화소(10)의 차광부(W)의 개구(Wb) … (Xwb, Ywb)
Gb의 화소(10)의 차광부(W)의 개구(Wgb) … (Xwgb, Ywgb)
또한, 상높이 10할의 위치에 대응한 화소 단위(100)의 4개의 화소(10)에서, 화소 단위(100)의 중심(O)를 원점으로 한 x, y 좌표상의 각 화소(10)의 차광부(W)의 개구의 중심 위치를 다음과 같이 나타낸다.
R의 화소(10)의 차광부(W)의 개구(Wr) … (Xwr', Ywr')
Gr의 화소(10)의 차광부(W)의 개구(Wgr) … (Xwgr', Ywgr')
B의 화소(10)의 차광부(W)의 개구(Wb) … (Xwb', Ywb')
Gb의 화소(10)의 차광부(W)의 개구(Wgb) … (Xwgb., Ywgb')
고체 촬상 장치(1)에서는, 상높이에 응하여, 화소 단위(100) 내에서의 대응하는 색의 화소(10)의 차광부2의 개구의 위치에 어긋남량이 마련되어 있다. 이것은, 도 9, 도 10에 도시하는 바와 같이, 상높이에 응하여 에너지 프로파일의 중심 위치가 어긋나는 것에 대응한 것이다.
각 색의 화소(10)에 관해 상높이에 응한 화소 단위(100) 내에서의 위치의 어긋남량은, 다음과 같이 된다.
(R화소의 개구(Wr)의 어긋남량(△WR))
△WR=√(Xwr'-Xwr)2＋(Ywr'-Ywr)2
(Gr화소의 개구(Wgr)의 어긋남량(△WGr))
△WGr=√(Xwgr'-Xwgr)2＋(Ywgr'-Ywgr)2
(B화소의 개구(Wb)의 어긋남량(△WB))
△WB=√(Xwb'-Xwb)2＋(Ywb'-Ywb)2
(Gb화소의 개구(Wgb)의 어긋남량(△WGb))
△WGb=√(Xwgb'-Xwgb)2＋(Ywgb'-Ywgb)2
제 3 실시 형태의 고체 촬상 장치에서는, 상기에 도시하는 △WR, △WGr, △WB, △WGb가, 각 색에 응하여 다르도록 마련되어 있다. 즉, 미리 R(적), G(녹), B(청)의 각 색에 의한 상높이에 응한 에너지 프로파일의 중심 위치의 어긋남을 구하여 두고, 이 어긋남에 대응시켜서, 각 색마다, △WR, △WGr, △WB, △WGb의 값을 설정한다.
즉, R(적)에서의 상높이에 응한 에너지 프로파일의 중심 위치의 어긋남에 대응하여 △WR의 값을 설정한다. 또한, G(녹)에서의 상높이에 응한 에너지 프로파일의 중심 위치의 어긋남에 대응하여 △WGr, △WGb의 값을 설정한다. 또한, B(청)에서의 상높이에 응한 에너지 프로파일의 중심 위치의 어긋남에 대응하여 △WB의 값을 설정한다. 이로써, 촬상 영역(S)의 중심부터 주변에 걸쳐서 각 화소 단위(100)로의 색 어긋남이 억제되게 된다.
여기서, △WR, △WGr, △WB, △WGb에 의한 각 화소(10)의 이동 방향은, 상높이 0할의 위치를 향하는 방향이다. 또한, △WR, △WGr, △WB, △WGb의 값은, 상높이를 변수f로 한 함수로 구하거나, 테이블 데이터로 구하거나 할 수 있다.
<6. 제 4 실시 형태>
도 15는, 제 4 실시 형태를 설명하는 모식도이다. 제 4 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치는, 상기 제 3 실시 형태의 구성에 더하여, 상높이에 응하여, 화소 단위(100) 내에서의 각 색의 화소(10)의 차광부(W)의 개구에 크기에 차가 마련되어 있고, 이 크기의 차가 색마다 다르도록 마련되어 있다.
도 15에서는, 상높이 0할의 위치에 대응한 화소 단위(100)과, 상높이 0할 이외의 위치에 대응한 화소 단위(100)의 확대도를 각각 도시하고 있다. 각 화소 단위(100)에서, 그 화소 단위(100) 내의 4개의 화소(10)의 차광부(W)의 개구는. 각각의 크기로 마련되어 있다.
여기서, 상높이 0할의 위치에 대응한 화소 단위(100)의 4개의 화소(10)에서, 각 화소(10)의 차광부(W)의 개구의 크기를 다음과 같이 나타낸다.
R의 화소(10)의 차광부(W)의 개구(Wr)의 크기 … Qwr
Gr의 화소(10)의 차광부(W)의 개구(Wgr)의 크기 … Qwgr
B의 화소(10)의 차광부(W)의 개구(Wb)의 크기 … Qwb
Gb의 화소(10)의 차광부(W)의 개구(Wgb)의 크기 … Qwgb
또한, 상높이 10할의 위치에 대응한 화소 단위(100)의 4개의 화소(10)에서, 각 화소(10)의 차광부(W)의 개구의 크기를 다음과 같이 나타낸다.
R의 화소(10)의 차광부(W)의 개구(Wr)의 크기 … Qwr'
Gr의 화소(10)의 차광부(W)의 개구(Wgr)의 크기 … Qwgr'
B의 화소(10)의 차광부(W)의 개구(Wb)의 크기 … Qwb'
Gb의 화소(10)의 차광부(W)의 개구(Wgb)의 크기 … Qwgb
고체 촬상 장치(1)에서는, 상높이에 응하여, 화소 단위(100) 내에서의 대응하는 색의 화소(10)에 관해, 차광부(W)의 개구의 크기에 차가 마련되어 있다. 이것은, 도 9, 도 10에 도시하는 바와 같이, 상높이에 응하여 에너지 프로파일의 확산이 변화하는 것에 대응한 것이다.
각 색의 화소(10)에 관해 상높이에 응한 화소 단위(100) 내에서의 차광부(W)의 개구의 크기의 차는, 다음과 같이 된다.
(R화소의 개구(Wr)의 크기의 차(△QWR))
△QWR=Qwr'-Qwr
(Gr화소의 개구(Wgr)의 크기의 차(△QWGr))
△QWGr=Qwgr'-Qwgr
(B화소의 개구(Wb)의 크기의 차(△QWB))
△QWB=Qwb'-Qwb
(Gb화소의 개구(Wgb)의 크기의 차(△QWGb))
△QWGb=Qwgb'-Qwgb
제 4 실시 형태의 고체 촬상 장치에서는, 상기에 도시하는 △QWR, △QWGr, △QWB, △QWGb의 값이, 각 색에 응하여 다르도록 마련되어 있다. 즉, 미리 R(적), G(녹), B(청)의 각 색에 의한 상높이에 응한 에너지 프로파일의 확산의 변화를 구하여 두고, 이에 대응시켜서, 각 색마다, △QWR, △QWGr, △QWB, △QWGb의 값을 설정한다.
즉, R(적)에서의 상높이에 응한 에너지 프로파일의 확산의 변화에 대응하여 △QWR의 값을 설정한다. 또한, G(녹)에서의 상높이에 응한 에너지 프로파일의 확산의 변화에 대응하여 △QWGr, △QWGb의 값을 설정한다. 또한, B(청)에서의 상높이에 응한 에너지 프로파일의 확산의 변화에 대응하여 △QWB의 값을 설정한다. 이로써, 촬상 영역(S)의 중심부터 주변에 걸쳐서 각 화소 단위(100)로의 색 어긋남이 억제되게 된다.
여기서, △QWR, △QWGr, △QWB, △QWGb의 값은, 상높이를 변수로 한 함수로 구하거나, 테이블 데이터로 구하거나 할 수 있다.
상기 설명한 제 1 내지 제 4의 실시 형태에 관해서는, 각각 독립하여 적용하여도, 적절히 조합시켜서 적용하여도 좋다. 즉, 제 1 실시 형태에 나타내는 화소의 위치의 설정과, 제 3 실시 형태에 나타내는 화소의 차광부의 개구의 위치의 설정을 조합시키거나, 제 1 실시 형태에 나타내는 화소의 위치의 설정과, 제 4 실시 형태에 나타내는 화소의 차광부의 개구의 크기의 설정을 조합시키거나 하여도 좋다. 또한, 제 2 실시 형태에 나타내는 화소의 수광 면적의 설정과, 제 3 실시 형태에 나타내는 화소의 차광부의 개구의 위치의 설정을 조합시켜도 좋다.
도 16은, 색에 의한 어긋남량의 상위을 설명하는 도면이다. 이 도면에서는, 횡축에 상높이, 종축에 화소 단위 내에서의 화소의 위치 및 차광부의 개구의 위치의 어긋남량을 나타내고 있다. 어긋남량은, R(적), 녹(녹), B(청)의 차례로 크게, 상높이 10할에서는 그 차가 0.1㎛ 정도 생기고 있다. 본 실시 형태에서는, 이와 같이 RGB 각 색에 응하여 차가 생기고 있는 어긋남량에 대응하여, 각 색마다 화소 단위 내에서의 화소의 위치 및 차광부의 개구의 위치의 어긋남량을 설정하고 있다.
도 17은, 본 실시 형태의 효과를 도시하는 도면이다. 도 17의 (a)는 본 실시 형태를 적용하지 않는 경우의 예, (b)는 본 실시 형태(화소의 위치 설정과 차광부의 개구의 위치 설정)를 행한 경우의 예이다. 모두 횡축이 상높이, 종축이 수광 감도를 나타내고 있다.
도 17의 (a)에 도시하는 본 실시 형태를 적용하지 않은 경우에는, 상높이 0할에서는 RGB 각 색의 수광 감도는 정돈되어 있지만, 상높이가 증가하면 RGB 각 색의 수광 감도에 큰 편차가 생기고, 큰 색 셰이딩의 원인이 되어 있다. 한편, 도 17의 (b)에 도시하는 본 실시 형태를 적용한 경우에서는, 상높이 0할부터 상높이가 증가하여도 RGB 각 색의 수광 감도에 큰 편차는 발생하지 않고, 색 셰이딩의 발생을 억제할 수 있다.
<7. 전자 기기>
도 18은, 본 실시 형태에 관한 전자 기기의 한 예인 촬상 장치의 구성예를 도시하는 블록도이다. 도 18에 도시하는 바와 같이, 촬상 장치(90)은, 렌즈군(91)을 포함하는 광학계, 고체 촬상군(91), 카메라 신호 처리 회로인 DSP 회로(93), 프레임 메모리(94), 표시 장치(95), 기록 장치(96), 조작계(97) 및 전원계(98) 등을 갖고 있다. 이들 중, DSP 회로(93), 프레임 메모리(94), 표시 장치(95), 기록 장치(96), 조작계(97) 및 전원계(98)이 버스 라인(99)를 통하여 상호 접속된 구성으로 되어 있다.
렌즈군(91)은, 피사체로부터의 입사광(상광)을 받아들여서 고체 촬상군(91)의 촬상 면상에 결상한다. 고체 촬상군(91)는, 렌즈군(91)에 의해 촬상 면상에 결상된 입사광의 광량을 화소 단위로 전기 신호로 변환하여 화소 신호로서 출력한다. 이 고체 촬상군(91)로서, 선술한 본 실시 형태의 고체 촬상 장치가 사용된다.
표시 장치(95)는, 액정 표시 장치나 유기 EL(electro luminescence) 표시 장치 등의 패널형 표시 장치로 이루어지고, 고체 촬상군(91)에서 촬상된 동화 또는 정지 화상을 표시한다. 기록 장치(96)는, 고체 촬상군(91)에서 촬상된 동화 또는 정지 화상을, 불휘발성 메모리나 비디오테이프, DVD(Digital Versatile Disk) 등의 기록 매체에 기록한다.
조작계(97)은, 유저에 의한 조작의 아래에, 본 촬상 장치가 갖는 다양한 기능에 관해 조작 지령을 발한다. 전원계(98)은, DSP 회로(93), 프레임 메모리(94), 표시 장치(95), 기록 장치(96) 및 조작계(97)의 동작 전원이 되는 각종의 전원을, 이들 공급 대상에 대해 적절히 공급한다.
이와 같은 촬상 장치(90)은, 비디오 카메라나 디지털 스틸 카메라, 나아가서는 휴대 전화기 등의 모바일 기기용 카메라 모듈에 적용된다. 이 고체 촬상군(91)로서 선술한 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치를 이용함으로써, 색 밸런스가 우수한 촬상 장치를 제공할 수 있게 된다.
본 발명은 일본특허출원 JP2009-038943호(2009.02.23)의 우선권 주장 출원이다.
본 발명은 첨부된 청구범위 내에서 당업자에 의해 필요에 따라 다양하게 변경, 수정, 변형, 대체, 조합 등이 이루어질 수 있다.
1 : 고체 촬상 장치,
10 : 화소부,
20 : 소자 분리부,
B : 청색에 대응한 수광 영역,
Gb : 제 1의 녹색에 대응한 수광 영역,
Gr : 제 2의 녹색에 대응한 수광 영역,
R : 적색에 대응한 수광 영역,
W : 차광부

Claims (12)

  1. 다른 색에 대응한 복수의 화소를 하나의 단위로 하여 촬상 영역 내에 배치되는 복수의 화소 단위를 구비하고,
    상기 화소 단위 내에서의 각 화소의 위치의 어긋남량이, 해당 화소 단위의 상기 촬상 영역의 중심부터의 거리 및 색에 응하여 다르도록 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 화소 단위 내에서의 각 화소의 수광 면적이, 해당 화소 단위의 상기 촬상 영역의 중심부터의 거리 및 색에 응하여 다르도록 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 화소에서 얻은 신호를 처리하는 회로가 CMOS형 트랜지스터에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 화소는, 기판에서의 배선층이 형성되는 면과는 반대측의 면으로부터 광을 받아들이도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 화소 단위의 사이에, 각 화소에서 받아들인 전하를 위상이 다른 전위를 순차적으로 인가함으로써 전송하는 전송부가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  6. 다른 색에 대응한 복수의 화소를 하나의 단위로 하여 촬상 영역 내에 매트릭스형상으로 배치되는 복수의 화소 단위와,
    상기 복수의 화소 단위에 대응하여 마련되고, 상기 화소 단위 내의 각 화소에 대응한 개구를 구비하는 차광부를 구비하고,
    상기 화소 단위 내에서의 각 화소의 상기 차광부의 개구의 위치의 어긋남량이, 해당 화소 단위의 상기 촬상 영역의 중심부터의 거리 및 색에 응하여 다르도록 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 화소 단위 내에서의 각 화소의 상기 차광부의 개구의 면적이, 해당 화소 단위의 상기 촬상 영역의 중심부터의 거리 및 색에 응하여 다르도록 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 화소에서 얻은 신호를 처리하는 회로가 CMOS형 트랜지스터에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 화소는, 기판에서의 배선층이 형성되는 면과는 반대측의 면으로부터 광을 받아들이도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 복수의 화소 단위의 사이에, 각 화소에서 받아들인 전하를 위상이 다른 전위를 순차적으로 인가함으로써 전송하는 전송부가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  11. 수광량에 응한 전기 신호를 출력하는 고체 촬상 장치와,
    상기 고체 촬상 장치로부터 출력된 전기 신호를 처리하는 신호 처리 장치를 가지며,
    상기 고체 촬상 장치가,
    다른 색에 대응한 복수의 화소를 하나의 단위로 하여 촬상 영역 내에 배치되는 복수의 화소 단위를 구비하고,
    상기 화소 단위 내에서의 각 화소의 위치의 어긋남량이, 해당 화소 단위의 상기 촬상 영역의 중심부터의 거리 및 색에 응하여 다르도록 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  12. 수광량에 응한 전기 신호를 출력하는 고체 촬상 장치와,
    상기 고체 촬상 장치로부터 출력된 전기 신호를 처리하는 신호 처리 장치를 가지며,
    상기 고체 촬상 장치가,
    다른 색에 대응한 복수의 화소를 하나의 단위로 하여 촬상 영역 내에 매트릭스형상으로 배치된 복수의 화소 단위와,
    상기 복수의 화소 단위에 대응하여 마련되고, 상기 화소 단위 내의 각 화소에 대응한 개구를 구비한 차광부를 구비하고,
    상기 화소 단위 내에서의 각 화소의 상기 차광부의 개구의 위치의 어긋남량이, 해당 화소 단위의 상기 촬상 영역의 중심부터의 거리 및 색에 응하여 다르도록 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
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