KR20110019724A - 고체 촬상 장치 - Google Patents
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Abstract
2행 2열을 기본 구성으로 하여 분광 요소를 갖고, 분광 요소(1a, 1b), 분광 요소(1c, 1d)가 각각 세트가 되어, 각각 직하의 광 감지부와 인접하는 광 감지 셀에 분광한 광을 입사시킨다. 분광 요소(1a)는 원색 광 C1을 인접셀(2b)에, 그 보색 광 C1~를 직하 셀(2a)에, 분광 요소(1b)는 원색 광 C2를 직하 셀(2b)에, 그 보색 광 C2~를 인접셀(2a)에, 분광 요소(1c)는 분광 요소(1b)와 같고, 분광 요소(1d)는 원색 광 C3을 인접셀(2c)에, 그 보색 광 C3~를 직하 셀(2d)에 입사하도록 분광시킨다. 광 감지 셀(2)은 광전 변환에 의해 입사 광량에 따라 전기 신호를 출력한다. 각 광 감지 셀의 출력 사이의 간단한 연산에 의해, 색 신호와 휘도 신호를 만든다.
Description
본 발명은, 고체 촬상 장치의 고감도화 및 적외광을 포함한 컬러화의 기술에 관한 것이다.
최근, CCD나 CMOS 등의 고체 촬상 장치(이하, 「촬상 소자」라고 칭하는 경우가 있음)를 이용한 디지털 카메라나 디지털 무비의 고기능화, 고성능화는 눈이 부시다. 특히 반도체 제조 기술의 진보에 따라, 고체 촬상 장치에 있어서의 화소 구조의 미세화가 진행되어, 고체 촬상 장치의 화소 및 구동 회로의 고집적화가 도모되어 왔다. 이 때문에, 약간의 세월동안 촬상 소자의 화소 수가 100만 화소로부터 1000만 화소로 현저히 증가했다. 단, 그 한편으로 촬상 소자의 다화소화에 따라, 1화소가 받는 광의 양(광량)이 저하되어 왔으므로, 카메라 감도도 저하된다고 하는 문제가 일어나고 있다.
카메라의 감도 저하에는, 다화소화 이외에, 색 분리용의 색 필터 자체에도 원인이 있다. 통상의 색 필터는, 이용하는 색 성분 이외의 광을 흡수하므로, 광 이용률을 저하시키고 있다. 구체적인 예로서 베이어형의 색 필터를 이용한 컬러 카메라에서는, 촬상 소자의 각 광 감지부상에 유기 안료를 색소로 하는 감색형(減色型)의 색 필터를 배치하고 있으므로, 광 이용률은 상당히 낮다. 베이어형의 색 필터에서는, 적색(R) 1요소, 녹색(G) 2요소, 청색(B) 1요소를 기본 구성으로 한 배열로 3색의 색 필터가 2차원적으로 배열되어 있다. R 필터는 R 광을 투과시키고, G 광, B 광을 흡수한다. G 필터는 G 광을 투과시키고, R 광, B 광을 흡수한다. B 필터는 B 광을 투과시키고, R 광, G 광을 흡수한다. 즉, 각 색 필터를 투과하는 광은, RGB 3색 중 1색이며, 그 밖의 2색은 색 필터에 흡수되므로, 이용되는 광은, 색 필터에 입사되는 가시광의 약 1/3이다.
또한 카메라에 대하여, 성능뿐만 아니라 이용면에서도 여러 가지의 요구가 있다. 최근에는, 감시 용도에 있어서, 주간뿐만 아니라, 야간에도 적외광을 이용하여 촬상하고 싶다는 요구가 있어, 1개의 카메라로 주야 겸용할 수 있는 카메라 기능도 요구되고 있다.
이러한 문제를 해결하고, 상기의 요구에 따르기 위해, 촬상 소자의 수광부에 마이크로 렌즈 어레이를 부착하여, 수광량을 증가시키는 수법이 특허 문헌 1에 개시되어 있다. 이 수법은, 촬상 소자의 광 감지부의 개구율이 낮으므로, 마이크로 렌즈로 집광하여, 실질적으로 광 개구율을 향상시킨 것이며, 현재, 대부분의 고체 촬상 소자에 이용되고 있다. 이 수법을 이용하면, 확실히 실질적인 개구율은 향상되지만, 색 필터에 의한 광 이용률 저하를 해결하는 것은 아니다.
그래서, 이 광 이용률 저하와 감도 저하를 동시에 해결하는 방법으로서, 다층막의 색 필터와 마이크로 렌즈를 조합하여, 광을 최대한으로 받아들이는 구조를 갖는 고체 촬상 장치가 특허 문헌 2에 개시되어 있다. 이 장치는, 광을 흡수하지 않고 특정 파장 대역의 광을 선택적으로 투과시키고, 다른 파장 대역의 광을 반사하는 복수의 다이크로익 미러를 조합하여 이용한다. 각 다이크로익 미러는, 필요한 광만을 선택하여, 대응하는 광 감지부에 입사시킨다. 도 25는, 이러한 구성의 일례를 갖는 촬상 소자의 단면도이다.
도 25의 고체 촬상 장치에 의하면, 집광 마이크로 렌즈(21)에 입사한 광은, 이너 렌즈(inner lens)(22)에 의해서 광속이 조정된 후, 제 1 다이크로익 미러(23)에 입사한다. 제 1 다이크로익 미러(23)는, 적색(R)의 광을 투과시키지만, 그 밖의 색의 광은 반사한다. 제 1 다이크로익 미러(23)를 투과한 광은, 직하(直下)의 광 감지 셀(2)에 입사한다. 제 1 다이크로익 미러(23)에서 반사된 광은, 인접하는 제 2 다이크로익 미러(24)에 입사한다. 제 2 다이크로익 미러(24)는, 녹색(G)의 광을 반사하고, 청색(B)의 광을 투과시킨다. 제 2 다이크로익 미러(24)에서 반사된 녹색의 광은, 그 직하의 광 감지 셀(2)에 입사한다. 제 2 다이크로익 미러(24)를 투과한 청색의 광은, 제 2 다이크로익 미러(25)에서 반사되어, 그 직하의 광 감지 셀(2)에 입사한다.
도 25의 촬상 소자에 의하면, 집광 마이크로 렌즈(21)에 입사한 가시광은, 색 필터에 의해 흡수되지 않고, 그 RGB의 각 성분이 3개의 광 감지 셀(2)에 의해 낭비 없이 검출된다.
마이크로 프리즘을 이용한 고체 촬상 장치가 특허 문헌 3에 개시되어 있다. 이 장치에서는, 마이크로 프리즘에 의해, 적색, 녹색, 청색으로 분광된 광이 각각의 광 감지 셀에 입사된다. 이러한 고체 촬상 장치에 의해서도, 색 필터에 의해 광이 쓸데없이 흡수되지 않는다.
이와 같이, 특허 문헌 2, 3에 개시되어 있는 고체 촬상 장치에서는, 특정 파장 대역의 광을 선택적으로 투과시키는 색 필터를 이용하지 않고, 그 대신에, 특정 파장 대역의 광을 선택적으로 투과/반사시키는 마이크로 미러나, 입사광을 파장 대역에 따라 다른 방향으로 분기시키는 마이크로 프리즘을 이용하고 있는 점에서 공통되고 있다. 이러한 마이크로 미러나 마이크로 프리즘과 같은 분광 요소로서 기능하는 색 분리 광학 소자에 의하면, 광의 이용률을 대폭 높이는 것이 가능해진다.
그러나, 이들 고체 촬상 장치에서는, 이용하는 색 분리 광학 소자의 수만큼, 또는 분광하는 수만큼 광 감지 셀을 마련할 필요가 있다. 예컨대, 적색, 녹색, 청색의 광을 검출하기 위해서는, 광 감지 셀의 수를 3배로 증가시키지 않으면 안 된다.
상기의 종래 기술의 문제를 해결하기 위해, 광의 손실은 일부 발생하지만, 다층막 필터와 광 반사를 이용하여 광의 이용률을 높이는 기술이 특허 문헌 4에 개시되어 있다. 도 26은 당해 기술을 이용한 촬상 소자의 단면도의 일부를 나타낸 것이다. 동 도면에 있어서, 31은 투광성의 수지, 32는 G 광 투과의 다층막 필터로 R 광, B 광은 반사한다. 33은 R 광 투과의 다층막 필터로 G 광, B 광은 반사한다. 34는 G 광 투과의 유기 색소 필터, 35는 R 광 투과의 유기 색소 필터, 36은 마이크로 렌즈, 37은 금속층이다.
이러한 구성에 의하면, B 광은 광 감지부에서 수광할 수 없지만, R 광, G 광은 이하의 원리로 모두 검출할 수 있다. 우선 R 광이 다층막 필터(32, 33)에 입사하면, 다층막 필터(32)에서는 반사되고, 또한 수지(31)와 공기의 계면에서 전반사되어, 다층막 필터(33)에 입사한다. 다층막 필터(33)에 입사한 모든 R 광은, 유기 색소 필터(35), 마이크로 렌즈(36)를 통하여, 광의 일부는 금속층(37)에서 반사되지만, 거의 모두 광 감지부에 입사한다. 또한, G 광이 다층막 필터(32, 33)에 입사하면, 다층막 필터(33)에서는 반사되고, 또한 수지(31)와 공기의 계면에서 전반사되어, 다층막 필터(32)에 입사한다. 다층막 필터(32)에 입사한 모든 G 광은, 유기 색소 필터(34), 마이크로 렌즈(36)를 통하여, 마찬가지로 거의 손실 없이 광 감지부에 입사한다.
상기의 원리에 의해, 특허 문헌 4에 개시된 기술에서는, RGB 광 중 1색은 손실되지만, 2색은 거의 손실 없이 수광할 수 있다. 더구나, 그 2색에 관해서는, 새롭게 광 감지 셀을 증가시키지 않아도, 효율적으로, 각각의 광을 수광할 수 있다. 여기서, 유기 색소 필터만으로 구성된 촬상 소자와 비교하면, 유기 색소 필터를 이용하는 경우가 광 이용률 1/3인데 비하여, 이 기술에서는 광 이용률 2/3이므로, 감도가 2배 향상하게 된다. 그러나, 이 기술에서도, 3색 중 1색은 손실되게 되므로, 광 이용률을 100%로는 할 수 없다고 하는 과제가 남는다.
한편, 적외광도 대응 가능한 종래의 방법은 특허 문헌 5에 개시되고, 이 방법에서는, 도 27에 나타내는 바와 같이 2행 2열을 기본 구성으로 하는 RGB와 적외광(IR)을 투과시키는 색 필터(40)를 촬상 소자의 광 감지부에 장착하고 있다. 단, RGB의 색 요소는 적외광도 투과시키는 특성도 갖고 있으므로, 그들의 전면에 적외 컷 필터가 장착되어 있다. 이러한 구성으로, 주간은 RGB의 색 요소로부터의 광을 이용하여 컬러 화상을 만들고, 야간은 조명으로서 적외광을 발광시켜, IR 요소로부터의 광을 이용하여 흑백의 화상을 만들고 있다. 이 경우, 광 흡수형의 색 요소를 이용하고 있으므로, RGB 광의 이용률은 낮지만, 특허 문헌 2~4의 방법을 적용함으로써, RGB의 광 이용률을 높일 수 있고 또한 적외광도 이용할 수 있다.
(특허 문헌 1) 일본 특허 공개 소 59-90467 호 공보
(특허 문헌 2) 일본 특허 공개 제 2000-151933 호 공보
(특허 문헌 3) 일본 특허 공개 제 2001-309395 호 공보
(특허 문헌 4) 일본 특허 공개 제 2003-78917 호 공보
(특허 문헌 5) 일본 특허 공개 제 2005-6066 호 공보
특허 문헌 2, 3에 개시되는 종래의 수법을 이용하면, 역시 수광하는 색 수만큼 광 감지 셀을 마련할 필요가 있고, 또한, 특허 문헌 4에 개시되는 수법을 이용하면, 어느 하나의 색 성분은 손실된다고 하는 과제가 남는다.
결국, 종래 기술에서는, 광 흡수 타입의 색 필터를 이용하면, 광 감지 셀을 대폭으로 증가시키지 않아도 되지만, 광 이용률이 낮다. 또한, 광 선택 투과 타입의 마이크로 미러나 마이크로 프리즘을 이용하면, 광 이용률은 높지만, 광 감지 셀의 수를 대폭 증가시키지 않으면 안 된다.
분광을 이용한 컬러화 기술은 특허 문헌 6에 개시되고 있지만, 이 기술은 베이어형의 색 필터 배열에서, RGB에 대응하는 화소를 설정하고, 광 회절에 의해 각 색을 각각의 화소에 집광한다고 하는 것이다. 즉, 1개의 회절 격자에서 적어도 RGB의 3개의 광으로 나누지 않으면 안 되어, 컬러화의 유연성이 부족하다고 하는 문제점을 갖고 있었다.
본 발명은 반드시 RGB로 분광할 필요가 없다고 하는 유연성을 갖는 컬러화 기술에 관하는 것이며, 광 감지 셀을 대폭 증가시키지 않더라도, 분광 요소를 이용하여 광 이용률이 높은 컬러 촬상 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한 본 발명은 가시광 뿐만 아니라 적외광에도 대응할 수 있는 기술을 제공하는 것도 그 목적으로 한다.
본 발명의 고체 촬상 장치는, 제 1 광 감지 셀 및 제 2 광 감지 셀을 포함하는 광 감지 셀 어레이와, 상기 광 감지 셀 어레이상에 마련되고, 제 1 광학 소자 및 제 2 광학 소자를 포함하는 광학 소자 어레이를 구비하는 고체 촬상 장치로서, 상기 제 1 광학 소자는, 상기 제 1 광학 소자에 입사한 입사광에 포함되는 제 1 파장 대역의 광선을 상기 제 1 광 감지 셀에 입사시키고, 상기 입사광에 포함되는 제 2 파장 대역의 광선을 상기 제 2 광 감지 셀에 입사시키고, 상기 제 2 광학 소자는, 상기 제 2 광학 소자에 입사한 입사광에 포함되는 적어도 상기 제 2 파장 대역의 광선을 상기 제 2 광 감지 셀에 입사시키고, 상기 제 1 광 감지 셀은, 상기 제 1 광학 소자를 투과한 광선의 입사에 의해 생긴 전기 신호 성분을 포함하는 신호를 출력하고, 상기 제 2 광 감지 셀은, 상기 제 1 및 제 2 광학 소자를 투과한 광선의 입사에 의해 생긴 전기 신호 성분을 포함하는 신호를 출력한다.
바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 제 1 파장 대역의 광선의 색은, 상기 제 2 파장 대역의 광선의 색의 보색이다.
바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 제 1 광학 소자 및 상기 제 2 광학 소자는, 각각, 입사광을 파장에 따라 다른 방향으로 향하게 하는 분광 특성을 갖고 있고, 상기 제 1 광학 소자는 상기 제 1 광 감지 셀상에 위치하고, 상기 제 2 광학 소자는 상기 제 2 광 감지 셀상에 위치한다.
본 발명의 다른 고체 촬상 장치는, 복수의 광 감지 셀을 포함하는 광 감지 셀 어레이와, 적어도 2종류의 분광 요소가 1차원 형상 또는 2차원 형상으로 상기 광 감지 셀 어레이상에 배치된 광학 소자 어레이를 구비하고, 일부 또는 전부의 상기 광 감지 셀이 적어도 2종류의 상기 분광 요소로부터의 광을 받아 적어도 3종류의 색 신호를 생성하는 촬상 장치로서, 상기 광학 소자 어레이는, 입사광에 대하여 제 1 각도를 이루는 방향으로 제 1 파장 대역의 광을 투과시키고, 상기 입사광에 대하여 제 2 각도를 이루는 방향으로 제 2 파장 대역의 광을 투과시키고, 상기 제 1 파장 대역의 광과 상기 제 2 파장 대역의 광이 보색 관계인 분광 요소를 포함한다.
바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 광학 소자 어레이는, 입사광을 적어도 3개의 광으로 분광시키는 분광 요소를 포함하고, 상기 분광 요소 중 적어도 하나가, 대응하는 상기 광 감지 셀에 광의 일부를 낙사(落射)시키고, 그 밖의 광을 대응하는 상기 광 감지 셀의 인접 광 감지 셀에 낙사시킨다.
바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 광학 소자 어레이는, 입사광에 대하여 제 1 각도를 이루는 방향으로 제 1 파장 대역의 광을 투과시키고, 상기 입사광에 대하여 제 2 각도를 이루는 방향으로 제 2 파장 대역의 광을 투과시키고, 상기 제 1 파장 대역의 광과 상기 제 2 파장 대역의 광이 보색 관계인 제 1 분광 요소 및 제 2 분광 요소를 포함하고, 상기 제 1 분광 요소와 상기 제 2 분광 요소가 인접하여 배치되고, 상기 제 1 분광 요소에 대응하는 광 감지 셀에는, 상기 제 1 분광 요소의 상기 제 1 파장 대역의 광과 상기 제 2 분광 요소의 상기 제 1 파장 대역의 광이 입사하고, 상기 제 2 분광 요소에 대응하는 광 감지 셀에는, 상기 제 1 분광 요소의 상기 제 2 파장 대역의 광과 상기 제 2 분광 요소의 상기 제 2 파장 대역의 광이 입사한다.
바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 광학 소자 어레이는, 입사광에 대하여 제 1 각도를 이루는 방향으로 제 1 파장 대역의 광을 투과시키고, 상기 입사광에 대하여 제 2 각도를 이루는 방향으로 제 2 파장 대역의 광을 투과시키고, 상기 제 1 파장 대역의 광과 상기 제 2 파장 대역의 광이 보색 관계인 제 3 분광 요소와, 입사광을 분광하지 않는 투명 요소를 포함하고, 상기 제 3 분광 요소와 상기 투명 요소가 인접하여 배치되고, 상기 제 3 분광 요소에 대응하는 광 감지 셀에는, 상기 제 3 분광 요소의 상기 제 1 파장 대역의 광이 입사하고, 상기 투명 요소에 대응하는 광 감지 셀에는, 상기 제 3 분광 요소의 상기 제 2 파장 대역의 광과 상기 투명 요소로부터의 광이 입사한다.
바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 광학 소자 어레이는, 입사광에 대하여 제 1 각도를 이루는 방향으로 제 1 파장 대역의 광을 투과시키고, 상기 입사광에 대하여 제 2 각도를 이루는 방향으로 제 2 파장 대역의 광을 투과시키고, 상기 제 1 파장 대역의 광과 상기 제 2 파장 대역의 광이 보색 관계인 제 1 분광 요소, 제 2 분광 요소, 및 제 3 분광 요소와, 상기 입사광을 분광하지 않는 투명 요소를 포함하고, 상기 제 1 분광 요소와 상기 제 2 분광 요소가 인접하여 배치되고, 상기 제 3 분광 요소와 상기 투명 요소가 인접하여 배치되고, 상기 제 1 분광 요소에 대응하는 광 감지 셀에는, 상기 제 1 분광 요소의 상기 제 1 파장 대역의 광과 상기 제 2 분광 요소의 상기 제 1 파장 대역의 광이 입사하고, 상기 제 2 분광 요소에 대응하는 광 감지 셀에는, 상기 제 1 분광 요소의 상기 제 2 파장 대역의 광과 상기 제 2 분광 요소의 상기 제 2 파장 대역의 광이 입사하고, 상기 제 3 분광 요소에 대응하는 광 감지 셀에는, 상기 제 3 분광 요소의 상기 제 1 파장 대역의 광이 입사하고, 상기 투명 요소에 대응하는 광 감지 셀에는, 상기 제 3 분광 요소의 상기 제 2 파장 대역의 광과 상기 투명 요소로부터의 광이 입사한다.
바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 광학 소자 어레이는, 입사광에 대하여 제 1 각도를 이루는 방향으로 제 1 파장 대역의 광을 투과시키고, 상기 입사광에 대하여 제 2 각도를 이루는 방향으로 제 2 파장 대역의 광을 투과시키고, 상기 제 1 파장 대역의 광과 상기 제 2 파장 대역의 광이 보색 관계인 제 1 분광 요소와, 입사광을 제 3 파장 대역의 광, 제 4 파장 대역의 광, 및 제 5 파장 대역의 광으로 분광시키는 제 2 분광 요소를 포함하고, 상기 제 1 분광 요소와 상기 제 2 분광 요소가 교대로 인접하여 배치되고, 상기 제 1 분광 요소에 대응하는 광 감지 셀에는, 상기 제 1 분광 요소의 상기 제 2 파장 대역의 광과 상기 제 2 분광 요소의 상기 제 3 파장 대역의 광과 상기 제 5 파장 대역의 광이 입사하고, 상기 제 2 분광 요소에 대응하는 광 감지 셀에는, 상기 제 1 분광 요소의 상기 제 1 파장 대역의 광과 상기 제 2 분광 요소의 상기 제 4 파장 대역의 광이 입사한다.
바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 광학 소자 어레이는, 입사광에 대하여 제 1 각도를 이루는 방향으로 제 1 파장 대역의 광을 투과시키고, 상기 입사광에 대하여 제 2 각도를 이루는 방향으로 제 2 파장 대역의 광을 투과시키고, 상기 제 1 파장 대역의 광과 상기 제 2 파장 대역의 광이 보색 관계인 제 1 분광 요소와, 분광하지 않는 투명 요소를 포함하고, 상기 제 1 분광 요소와 상기 투명 요소가 인접하여 배치되고, 상기 제 1 분광 요소에 대응하는 광 감지 셀에는, 상기 제 1 분광 요소의 상기 제 2 파장 대역의 광이 입사하고, 상기 투명 요소에 대응하는 광 감지 셀에는, 상기 제 1 분광 요소의 상기 제 1 파장 대역의 광과 상기 투명 요소로부터의 광이 입사한다.
바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 광학 소자 어레이는, 입사광에 대하여 제 1 각도를 이루는 방향으로 제 1 파장 대역의 광을 투과시키고, 상기 입사광에 대하여 제 2 각도를 이루는 방향으로 제 2 파장 대역의 광을 투과시키고, 상기 제 1 파장 대역의 광과 상기 제 2 파장 대역의 광이 보색 관계인 제 1 분광 요소 및 제 2 분광 요소와, 입사광을 제 3 파장 대역의 광, 제 4 파장 대역의 광, 제 5 파장 대역의 광으로 분광시키는 제 3 분광 요소와, 입사광을 분광하지 않는 투명 요소를 포함하고, 상기 제 1 분광 요소와 상기 제 3 분광 요소가 교대로 인접하여 배치되고, 상기 제 2 분광 요소와 상기 투명 요소가 인접하여 배치되고, 상기 제 1 분광 요소에 대응하는 광 감지 셀에는, 상기 제 1 분광 요소의 상기 제 2 파장 대역의 광과 상기 제 3 분광 요소의 상기 제 3 파장 대역의 광과 상기 제 5 파장 대역의 광이 입사하고, 상기 제 3 분광 요소에 대응하는 광 감지 셀에는, 상기 제 1 분광 요소의 상기 제 1 파장 대역의 광과 상기 제 3 분광 요소의 상기 제 4 파장 대역의 광이 입사하고, 상기 제 2 분광 요소에 대응하는 광 감지 셀에는, 상기 제 2분광 요소의 상기 제 2 파장 대역의 광이 입사하고, 상기 투명 요소에 대응하는 광 감지 셀에는, 상기 제 2 분광 요소의 상기 제 1 파장 대역의 광과 상기 투명 요소로부터의 광이 입사한다.
바람직한 실시 형태에 있어서, 2개의 광으로 분광하여, 그 어느 한쪽을 투명 요소에 대응하는 광 감지 셀에 입사시키는 분광 요소로서, 광량이 적은 쪽의 분광을 상기 투명 요소에 대응하는 광 감지 셀에 입사시키는 특성을 갖는다.
바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 분광 요소는, 회절에 의해 입사광의 분광을 행한다.
바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 분광 요소는, 굴절률이 상대적으로 높은 재료로 형성된 고굴절률 투명부와, 굴절률이 상대적으로 낮은 재료로 형성되어, 상기 고굴절률 투명부의 측면과 접하는 저굴절률 투명부를 갖고 있다.
바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 고굴절률 투명부는, 입사광의 진행 방향에 대하여 두께가 다른 부분을 갖는다.
바람직한 실시 형태에 있어서, 입사광의 진행 방향에 따른 단면에 있어서, 상기 고굴절률 투명부의 중심축이 계단 형상으로 구부러져 있다.
바람직한 실시 형태에 있어서, 인접하는 2개의 광 감지 셀이 출력하는 신호의 차분 연산에 의해, 색 정보를 산출한다.
본 발명에 의한 또 다른 고체 촬상 장치는, 2차원 형상으로 배열된 복수의 광 감지 셀을 갖는 광 감지 셀 어레이로서, 제 1 방향을 따라 인접하는 제 1 광 감지 셀 및 제 2 광 감지 셀을 포함하는 광 감지 셀 어레이와, 상기 제 1 광 감지 셀에 대응하는 위치에 마련되고, 입사광을 상기 제 1 방향으로 분광하는 제 1 분광 요소를 구비하고, 상기 제 1 분광 요소에 의해 분광된 광의 적어도 일부는, 상기 제 2 광 감지 셀에 입사하고, 상기 제 1 광 감지 셀 및 제 2 광 감지 셀은, 각각, 입사 광량에 근거하는 광전 변환 신호를 출력하고, 상기 제 2 광 감지 셀로부터의 광전 변환 신호와 상기 제 1 광 감지 셀로부터의 광전 변환 신호의 차분 연산에 근거하여, 상기 제 1 분광 요소에 의해 분광되어 상기 제 2 광 감지 셀에 입사한 광의 양이 검출된다.
바람직한 실시 형태에 있어서, 제 1 광 감지 셀 및 제 2 광 감지 셀상에 광학 특성이 동일한 색 요소가 배열되고, 상기 색 요소를 통하여 얻어진 광전 변환 신호를 이용하여, 제 1 분광 요소에 의해 분광되어 상기 제 2 광 감지 셀에 입사한 광의 분광량을 검출한다.
바람직한 실시 형태에 있어서, 제 2 광 감지 셀에 대응하는 위치에 마련되고, 상기 제 1 방향에 대하여 각도를 이루는 제 2 방향으로 입사광을 분광하는 제 2 분광 요소를 갖고, 상기 제 2 광 감지 셀 사이의 광전 변환 신호의 가산 결과와, 상기 제 1 광 감지 셀로부터의 광전 변환 신호와 상기 제 2 광 감지 셀로부터의 광전 변환 신호의 가산 결과의 차분 연산을 행함으로써 분광량을 검출한다.
바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 각도는 90도이다.
바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 제 1 분광 요소에 의해 분광되어 상기 제 2 광 감지 셀에 입사한 광은 적외광이다.
바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 제 1 분광 요소에 의해 분광되어 상기 제 2 광 감지 셀에 입사한 상기 적외광의 양에 근거하여, 적외광 화상을 생성한다.
바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 제 1 분광 요소에 의해 분광되어 상기 제 2 광 감지 셀에 입사한 상기 적외광의 양을, 각 광 감지 셀의 광전 변환 신호로부터 감산함으로써 가시광 화상을 생성한다.
바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 광 감지 셀 어레이는, 상기 제 2 방향을 따라 인접하는 제 3 광 감지 셀을 포함하고, 상기 제 3 광 감지 셀에 대응하는 위치에 마련되고, 입사광을 상기 제 2 방향으로 분광하는 제 3 분광 요소를 더 구비하고, 제 2 분광 요소는, 입사광을 청색과 그 밖의 색으로 분광하고, 상기 제 3 분광 요소는, 입사광을 적색과 그 밖의 색으로 분광한다.
본 발명에 의한 또 다른 고체 촬상 장치는, 복수의 광 감지 셀을 포함하는 광 감지 셀 어레이와, 복수의 분광 요소가 1차원 형상 또는 2차원 형상으로 상기 광 감지 셀 어레이상에 배치된 광학 소자 어레이를 구비하고, 일부 또는 전부의 상기 광 감지 셀의 각각이, 상기 광학 소자 어레이에 포함되는 복수의 분광 요소로부터의 광을 받아 색 신호를 생성하는 촬상 장치로서, 상기 분광 요소와 상기 광 감지 셀의 3차원적 위치 관계 또는 상기 분광 요소의 경사가 위치에 따라 변화하고 있다.
바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 분광 요소와 상기 광 감지 셀의 거리가 위치에 따라 변화하고 있다.
바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 분광 요소의 배치 피치와 상기 광 감지 셀의 배치 피치가 m:n의 정수비(단, n/m은 정수가 아님)이다.
바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 광학 소자 어레이에 포함되는 상기 복수의 분광 요소의 특성이 서로 같다.
바람직한 실시 형태에 있어서, 굴절률이 상대적으로 높은 재료로 형성된 고굴절률 투명부와, 굴절률이 상대적으로 낮은 재료로 형성되어, 상기 고굴절률 투명부의 측면과 접하는 저굴절률 투명부를 갖고 있고, 상기 고굴절률 투명부는, 입사광의 진행 방향에 대하여 두께가 다른 부분을 갖는다.
본 발명에 의한 또 다른 고체 촬상 장치는, 입사광을 제 1 방향으로 분광하는 복수의 상측 분광 요소가 2차원 평면 형상으로 배열된 제 1 광학 소자 어레이와, 입사광을 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 분광하는 복수의 하측 분광 요소가 2차원 평면상에 배열된 제 2 광학 소자 어레이와, 복수의 광 감지 셀이 2차원 형상으로 배열된 광 감지 셀 어레이를 구비하고, 상기 제 2 광학 소자 어레이와 상기 제 1 광학 소자 어레이는, 상기 광 감지 셀 어레이상에 있어서 적층되어 있다.
바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 제 1 방향과, 상기 제 2 방향은 직교하고 있다.
바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 상측 분광 요소는 입사광을 제 1 파장 대역의 광과 제 2 파장 대역의 광으로 나누고, 상기 하측 분광 요소는 입사광을 제 3 파장 대역의 광과 제 4 파장 대역의 광으로 나누고, 상기 제 1 파장 대역의 광과 상기 제 2 파장 대역의 광은 보색 관계에 있고, 상기 제 3 파장 대역의 광과 상기 제 4 파장 대역의 광은 보색 관계에 있다.
바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 광 감지 셀 어레이는, 상기 제 1~제 4 파장 대역의 광을 받아, 광전 변환에 의해 전기 신호를 생성하여, 상기 광 감지 셀 어레이로부터 적어도 4개의 색 신호가 얻어진다.
바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 상측 분광 요소는, 분광 방향이 180도 다른 제 1 분광 요소와 제 2 분광 요소를 갖고, 상기 하측 분광 요소는, 분광 방향이 180도 다른 제 3 분광 요소와 제 4 분광 요소를 갖고, 상기 광 감지 셀 어레이는, 4개의 광 감지 셀로 구성된 기본 유닛을 갖고, 상기 4개의 광 감지 셀은, 각각, 상기 제 1~제 4 파장 대역 중 하나의 광을 받아, 광전 변환에 의해 신호를 출력한다.
바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 광 감지 셀 어레이는, 상기 제 1 분광 요소 또는 상기 제 2 분광 요소에 의해 분광된 광, 또는 상기 제 1 분광 요소 및 상기 제 2 분광 요소의 어느 쪽도 투과하지 않고 있는 광을 수광하여 광전 변환하는 광 감지 셀군도 포함한다.
바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 상측 분광 요소는, 적외 및 청색을 포함하는 제 1 파장 대역의 광과 적색 및 녹색을 포함하는 제 2 파장 대역의 광으로 분광시키고, 상기 하측 분광 요소는, 적외 및 적색을 포함하는 제 3 파장 대역의 광과 녹색 및 청색을 포함하는 제 4 파장 대역의 광으로 분광시킨다.
본 발명의 고체 촬상 장치에 의하면, 분광 기능을 갖는 광학 소자(분광 요소)의 어레이를 사용하고 있으므로, 광을 흡수하는 컬러 필터가 불필요하다. 이 때문에, 광 이용률은 높아진다. 또한 적어도 2종류의 분광 요소를 사용하므로, 광 감지 셀로부터 적어도 2종류의 색 성분을 취득할 수 있다. 복수의 광 감지 셀로부터의 신호를 적절히 합산하면 백성분(白成分)을 얻을 수 있고, 백성분으로부터 2종류의 색 성분을 감산함으로써, 또 1종류의 색 성분을 만들 수 있다. 결국, 분광 요소를 2종류 이용하면, 광 이용률이 높아, 색 분리에 필요한 색 신호를 적어도 3종류 만드는 것이 가능해진다.
도 1a는 렌즈 및 촬상 소자를 나타내는 사시도,
도 1b는 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 기본 구성을 나타내는 평면도,
도 1c는 도 1a의 AA'선 단면도,
도 1d는 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 광 감지 셀에 입사하는 광의 종류를 나타내는 평면도,
도 2a는 본 발명의 실시 형태 2에 있어서의 기본 구성을 나타내는 평면도,
도 2b는 본 발명의 실시 형태 2에 있어서의 광 감지 셀에 입사하는 광의 종류를 나타내는 평면도,
도 3a는 본 발명의 실시 형태 3에 있어서의 기본 구성을 나타내는 평면도,
도 3b는 본 발명의 실시 형태 3에 있어서의 광 감지 셀에 입사하는 광의 종류를 나타내는 평면도,
도 4a는 본 발명의 실시 형태 4에 있어서의 기본 구성을 나타내는 평면도,
도 4b는 도 4a의 BB'선 단면도,
도 5a는 본 발명의 실시 형태 5에 있어서의 기본 구성을 나타내는 평면도,
도 5b는 도 5a의 CC'선 단면도,
도 5c는 본 발명의 실시 형태 5에 있어서의 기본 구성의 도 5a의 DD'선 단면도,
도 6은 본 발명의 실시 형태 6에 있어서의 기본 구성을 나타내는 평면도,
도 7은 본 발명의 실시 형태 7에 있어서의 기본 구성을 나타내는 평면도,
도 8a는 본 발명의 실시 형태 8에 있어서의 기본 구성을 나타내는 평면도,
도 8b는 도 8a의 EE'선 단면도,
도 8c는 도 8a의 FF'선 단면도,
도 9는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 분광 요소 하나의 정면도,
도 10은 본 발명의 실시 형태 5에 있어서의 분광 요소(5a 또는 5d)의 정면도,
도 11a는 본 발명의 실시 형태 9에 있어서의 촬상 소자의 광 감지 셀에 대한 광학 소자의 배치 관계를 나타낸 평면도,
도 11b는 도 11a의 AA'선 단면도,
도 11c는 도 11a의 BB'선 단면도,
도 11d는 도 11a의 CC'선 단면도,
도 12a는 본 발명의 실시 형태 10에 있어서의 촬상 소자의 광 감지 셀에 대한 분광 요소의 배치 관계를 나타낸 평면도,
도 12b는 도 12a의 DD'선 단면도,
도 13a는 본 발명의 실시 형태 11에 있어서의 촬상 소자의 광 감지 셀에 대한 분광 요소의 배치 관계를 나타낸 평면도,
도 13b는 도 13a의 EE'선 단면도,
도 14a는 본 발명에 있어서의 IR 광과 그 밖의 광으로 나누는 분광 요소의 정면도,
도 14b는 본 발명에 있어서의 R 광과 그 밖의 광으로 나누는 분광 요소의 정면도,
도 14c는 본 발명에 있어서의 B 광과 그 밖의 광으로 나누는 분광 요소의 정면도,
도 15a는 본 발명의 실시 형태 12에 있어서의 촬상 소자의 광 감지 셀에 대한 광학 소자의 배치 관계를 나타낸 평면도,
도 15b는 도 15a의 AA'선 단면도,
도 16a는 본 발명의 실시 형태 13에 있어서의 촬상 소자의 광 감지 셀에 대한 광학 소자의 배치 관계를 나타낸 평면도,
도 16b는 도 16a의 BB'선 단면도,
도 17a는 본 발명의 실시 형태 14에 있어서의 촬상 소자의 광 감지 셀에 대한 광학 소자의 배치 관계를 나타낸 평면도,
도 17b는 도 17a의 CC'선 단면도,
도 17c는 도 17a의 DD'선 단면도,
도 18a는 본 발명의 실시 형태 15에 있어서의 촬상 소자의 광 감지 셀에 대한 광학 소자의 배치 관계를 나타낸 평면도,
도 18b는 도 18a의 EE'선 단면도,
도 18c는 도 18a의 FF'선 단면도,
도 19a는 본 발명의 실시 형태 16에 있어서의 촬상 소자의 광 감지 셀에 대한 광학 소자의 배치 관계를 나타낸 평면도,
도 19b는 도 19a의 GG'선 단면도,
도 19c는 도 19a의 HH'선 단면도,
도 20a는 본 발명의 실시 형태 17에 있어서의 촬상 소자의 광 감지 셀에 대한 광학 소자의 배치 관계를 나타낸 평면도,
도 20b는 도 20a의 AA'선 단면도,
도 20c는 도 20a의 BB'선 단면도,
도 20d는 도 20a의 CC'선 단면도,
도 21a는 본 발명의 실시 형태 18에 있어서의 촬상 소자의 광 감지 셀에 대한 광학 소자의 배치 관계를 나타낸 평면도,
도 21b는 본 발명의 실시 형태 18에 있어서의 촬상 소자의 도 21a의 DD'선 단면도,
도 21c는 본 발명의 실시 형태 18에 있어서의 촬상 소자의 도 21a의 EE'선 단면도,
도 21d는 본 발명의 실시 형태 18에 있어서의 촬상 소자의 도 21a의 FF'선 단면도,
도 22a는 본 발명의 실시 형태 19에 있어서의 촬상 소자의 광 감지 셀에 대한 광학 소자의 배치 관계를 나타낸 평면도,
도 22b는 본 발명의 실시 형태 19에 있어서의 촬상 소자의 도 22a의 GG'선 단면도,
도 22c는 본 발명의 실시 형태 19에 있어서의 촬상 소자의 도 22a의 HH'선 단면도,
도 22d는 본 발명의 실시 형태 19에 있어서의 촬상 소자의 도 22a의 II'선 단면도,
도 23a는 본 발명에 있어서의 R+G의 광과 IR+B의 광으로 나누는 분광 요소의 정면도,
도 23b는 본 발명에 있어서의 IR+R의 광과 G+B의 광으로 나누는 분광 요소의 정면도,
도 24a는 본 발명에 있어서의 분광 요소를 2개 합체시킨 분광 요소의 평면도,
도 24b는 본 발명에 있어서의 분광 요소를 2개 합체시킨 분광 요소의 정면도,
도 24c는 본 발명에 있어서의 분광 요소를 2개 합체시킨 분광 요소의 측면도,
도 25는 마이크로 렌즈와 반사 타입의 색 필터를 이용한 종래의 고체 촬상 소자의 단면도,
도 26은 다층막 필터와 반사를 이용하여 광의 이용률을 높인 촬상 소자의 단면도,
도 27은 RGB와 적외광(IR)을 투과시키는 기본 색 배치도,
도 28은 본 발명의 촬상 장치의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 1b는 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 기본 구성을 나타내는 평면도,
도 1c는 도 1a의 AA'선 단면도,
도 1d는 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 광 감지 셀에 입사하는 광의 종류를 나타내는 평면도,
도 2a는 본 발명의 실시 형태 2에 있어서의 기본 구성을 나타내는 평면도,
도 2b는 본 발명의 실시 형태 2에 있어서의 광 감지 셀에 입사하는 광의 종류를 나타내는 평면도,
도 3a는 본 발명의 실시 형태 3에 있어서의 기본 구성을 나타내는 평면도,
도 3b는 본 발명의 실시 형태 3에 있어서의 광 감지 셀에 입사하는 광의 종류를 나타내는 평면도,
도 4a는 본 발명의 실시 형태 4에 있어서의 기본 구성을 나타내는 평면도,
도 4b는 도 4a의 BB'선 단면도,
도 5a는 본 발명의 실시 형태 5에 있어서의 기본 구성을 나타내는 평면도,
도 5b는 도 5a의 CC'선 단면도,
도 5c는 본 발명의 실시 형태 5에 있어서의 기본 구성의 도 5a의 DD'선 단면도,
도 6은 본 발명의 실시 형태 6에 있어서의 기본 구성을 나타내는 평면도,
도 7은 본 발명의 실시 형태 7에 있어서의 기본 구성을 나타내는 평면도,
도 8a는 본 발명의 실시 형태 8에 있어서의 기본 구성을 나타내는 평면도,
도 8b는 도 8a의 EE'선 단면도,
도 8c는 도 8a의 FF'선 단면도,
도 9는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 분광 요소 하나의 정면도,
도 10은 본 발명의 실시 형태 5에 있어서의 분광 요소(5a 또는 5d)의 정면도,
도 11a는 본 발명의 실시 형태 9에 있어서의 촬상 소자의 광 감지 셀에 대한 광학 소자의 배치 관계를 나타낸 평면도,
도 11b는 도 11a의 AA'선 단면도,
도 11c는 도 11a의 BB'선 단면도,
도 11d는 도 11a의 CC'선 단면도,
도 12a는 본 발명의 실시 형태 10에 있어서의 촬상 소자의 광 감지 셀에 대한 분광 요소의 배치 관계를 나타낸 평면도,
도 12b는 도 12a의 DD'선 단면도,
도 13a는 본 발명의 실시 형태 11에 있어서의 촬상 소자의 광 감지 셀에 대한 분광 요소의 배치 관계를 나타낸 평면도,
도 13b는 도 13a의 EE'선 단면도,
도 14a는 본 발명에 있어서의 IR 광과 그 밖의 광으로 나누는 분광 요소의 정면도,
도 14b는 본 발명에 있어서의 R 광과 그 밖의 광으로 나누는 분광 요소의 정면도,
도 14c는 본 발명에 있어서의 B 광과 그 밖의 광으로 나누는 분광 요소의 정면도,
도 15a는 본 발명의 실시 형태 12에 있어서의 촬상 소자의 광 감지 셀에 대한 광학 소자의 배치 관계를 나타낸 평면도,
도 15b는 도 15a의 AA'선 단면도,
도 16a는 본 발명의 실시 형태 13에 있어서의 촬상 소자의 광 감지 셀에 대한 광학 소자의 배치 관계를 나타낸 평면도,
도 16b는 도 16a의 BB'선 단면도,
도 17a는 본 발명의 실시 형태 14에 있어서의 촬상 소자의 광 감지 셀에 대한 광학 소자의 배치 관계를 나타낸 평면도,
도 17b는 도 17a의 CC'선 단면도,
도 17c는 도 17a의 DD'선 단면도,
도 18a는 본 발명의 실시 형태 15에 있어서의 촬상 소자의 광 감지 셀에 대한 광학 소자의 배치 관계를 나타낸 평면도,
도 18b는 도 18a의 EE'선 단면도,
도 18c는 도 18a의 FF'선 단면도,
도 19a는 본 발명의 실시 형태 16에 있어서의 촬상 소자의 광 감지 셀에 대한 광학 소자의 배치 관계를 나타낸 평면도,
도 19b는 도 19a의 GG'선 단면도,
도 19c는 도 19a의 HH'선 단면도,
도 20a는 본 발명의 실시 형태 17에 있어서의 촬상 소자의 광 감지 셀에 대한 광학 소자의 배치 관계를 나타낸 평면도,
도 20b는 도 20a의 AA'선 단면도,
도 20c는 도 20a의 BB'선 단면도,
도 20d는 도 20a의 CC'선 단면도,
도 21a는 본 발명의 실시 형태 18에 있어서의 촬상 소자의 광 감지 셀에 대한 광학 소자의 배치 관계를 나타낸 평면도,
도 21b는 본 발명의 실시 형태 18에 있어서의 촬상 소자의 도 21a의 DD'선 단면도,
도 21c는 본 발명의 실시 형태 18에 있어서의 촬상 소자의 도 21a의 EE'선 단면도,
도 21d는 본 발명의 실시 형태 18에 있어서의 촬상 소자의 도 21a의 FF'선 단면도,
도 22a는 본 발명의 실시 형태 19에 있어서의 촬상 소자의 광 감지 셀에 대한 광학 소자의 배치 관계를 나타낸 평면도,
도 22b는 본 발명의 실시 형태 19에 있어서의 촬상 소자의 도 22a의 GG'선 단면도,
도 22c는 본 발명의 실시 형태 19에 있어서의 촬상 소자의 도 22a의 HH'선 단면도,
도 22d는 본 발명의 실시 형태 19에 있어서의 촬상 소자의 도 22a의 II'선 단면도,
도 23a는 본 발명에 있어서의 R+G의 광과 IR+B의 광으로 나누는 분광 요소의 정면도,
도 23b는 본 발명에 있어서의 IR+R의 광과 G+B의 광으로 나누는 분광 요소의 정면도,
도 24a는 본 발명에 있어서의 분광 요소를 2개 합체시킨 분광 요소의 평면도,
도 24b는 본 발명에 있어서의 분광 요소를 2개 합체시킨 분광 요소의 정면도,
도 24c는 본 발명에 있어서의 분광 요소를 2개 합체시킨 분광 요소의 측면도,
도 25는 마이크로 렌즈와 반사 타입의 색 필터를 이용한 종래의 고체 촬상 소자의 단면도,
도 26은 다층막 필터와 반사를 이용하여 광의 이용률을 높인 촬상 소자의 단면도,
도 27은 RGB와 적외광(IR)을 투과시키는 기본 색 배치도,
도 28은 본 발명의 촬상 장치의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명을 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다. 모든 도면에 걸쳐 공통되는 요소에는, 동일한 부호를 붙이고 있다.
(실시 형태 1)
도 1a는, 렌즈(101)를 투과한 광이 고체 촬상 소자(103)에 입사하는 모습을 모식적으로 나타내는 사시도이다. 고체 촬상 소자(103)의 촬상면(103a)에는, 다수의 광 감지 셀이 2차원적으로 배열되어 있다. 렌즈(101)에 의한 결상의 결과, 촬상면(103a)에 입사하는 광의 양(입사 광량)은, 입사 위치에 따라 변화한다. 각각의 광 감지 셀은, 전형적으로는 포토다이오드이며, 광전 변환에 의해, 입사 광량에 따른 전기 신호(광전 변환 신호)를 출력한다. 고체 촬상 소자(103)는, 전형적으로는, CCD 또는 CMOS 센서이며, 공지의 반도체 제조 기술에 의해 제조된다. 본 실시 형태에 있어서의 고체 촬상 소자(103)의 광 감지 셀 어레이가 형성된 면에 대향하는 위치에는, 분광 기능을 갖는 광학 소자의 어레이가 마련되어 있다. 고체 촬상 소자(103)는, 도시하지 않은 구동 회로나 신호 처리 회로를 포함하는 처리부와 전기적으로 접속된다. 이들 처리부에 대해서는, 후술한다.
도 1b는 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 광학 소자 어레이와 광 감지 셀 어레이의 배치 관계를 나타낸 평면도이다. 현실의 고체 촬상 소자는, 다수의 광 감지 셀이 행 및 열 형상으로 배열된 광 감지 셀 어레이를 구비하고 있지만, 도 1b에서는, 설명을 간단히 하기 위해, 2행 2열의 4개의 광 감지 셀로 이루어지는 기본 구성을 나타내고 있다. 도 1c는, 도 1b의 AA'선에 있어서의 단면도이며, 도 1d는, 광 감지 셀에 입사하는 광의 종류를 나타내는 평면도이다.
본 발명의 고체 촬상 소자는, RGB의 색 필터를 이용하지 않고, 광학 소자 어레이의 분광 기능을 이용하여 컬러 화상 신호를 생성하는 것이 가능해진다. 특히, 본 발명의 바람직한 실시 형태에서는, 광 감지 셀 어레이에 포함되는 일부 또는 전부의 광 감지 셀의 각각에 대하여, 복수의 분광 요소로부터 광이 입사하는 점에 특징이 있다. 1개의 광 감지 셀이 출력하는 신호에는, 다른 파장 대역의 광량이 중첩되어 있지만, 다른 광 감지 셀이 출력하는 신호를 이용하여 연산을 행함으로써, 필요한 색 신호를 추출할 수 있다.
도 1b 및 도 1c의 예에 있어서, 광학 소자 어레이(1)의 기본 유닛은, 각각이 분광 기능을 갖는 광학 소자인 4개의 분광 요소(1a, 1b, 1c, 1d)를 갖고 있다. 광학 소자 어레이(1)는, 광 감지 셀(2a, 2b, 2c, 2d)을 포함하는 광 감지 셀 어레이를 덮도록 배치되어 있고, 광 감지 셀(2a, 2b, 2c, 2d)은, 각각, 분광 요소(1a, 1b, 1c, 1d)에 대응하고 있다.
본 명세서에 있어서, 「광 감지 셀 A가 분광 요소 B에 대응한다」란, 「분광 요소 A」를 투과한 광의 적어도 일부가 「광 감지 셀 A」에 입사하는 것을 의미하고 있다. 광 감지 셀 A가 분광 요소 B에 대응할 때, 전형적으로는, 광 감지 셀 A의 적어도 일부를 덮도록 분광 요소 B가 배치되어 있다.
본 실시 형태 1에 있어서의 분광 요소(1c)는, 분광 요소(1b)와 같은 특성을 갖고 있다. 분광 요소(1a, 1b, 1c, 1d)는, 각각, 도 9에 나타내는 바와 같이 사각 기둥 형상의 프리즘 타입의 분광 요소이다. 이 프리즘 타입의 분광 요소는, 광이 입사하면 파장에 따라 굴절각이 변하고, 그 행로도 변한다. 이 때문에, 그 길이 L을 조정함으로써, 각 색의 광선이 광 감지 셀의 수광면상에 입사하는 위치를 제어하는 것이 가능하다.
도 9에서는, 분광 요소의 인접 방향으로 청색(B), 직하 방향으로 그 보색(황색 : 적색(R)+녹색(G))을 향하게 하는 상태를 나타내고 있다. 분광 요소의 길이 L이나 광 감지 셀과의 3차원적인 위치를 조정함으로써 분광 요소 직하의 광 감지 셀이나 인접하는 광 감지 셀에 입사시키는 색을 바꿀 수 있다. 이러한 분광 요소에 의하면, 입사광의 진행 방향에 대하여, 서로 파장 대역이 다른 광을 다른 방향을 향하게 하여 투과시킬 수 있다. 본 명세서에서는, 입사광에 포함되는 파장 대역이 다른 광 성분을 공간적으로 분리하는 것을 「분광」이라고 칭한다. 또한, 이렇게 하여 분광된 광을 간단히 「분광」이라고 칭하는 경우도 있다.
도 9에 나타내는 프리즘형의 분광 요소에 의하면, 입사광에 대하여 제 1 각도를 이루는 방향으로 제 1 파장 대역의 광을 투과시키고, 당해 입사광에 대하여 제 2 각도를 이루는 방향으로 제 2 파장 대역의 광(제 1 파장 대역의 광의 보색)을 투과시킬 수도 있다. 분광 후에 있어서의 각 파장 대역의 광은, 모두, 입사광을 포함하는 평면에 포함되어 있다. 입사광의 광축을 중심으로 분광 요소를 회전시켜 배치함으로써, 분광을 포함하는 상기 평면의 방향을 바꿀 수 있다.
상기와 같은 분광 요소를 1차원 또는 2차원상에 배열하는 방법(패턴)은 다양하다. 분광 요소의 배열 패턴을 적절히 설계함으로써, 광 감지 셀 어레이를 구성하는 개개의 광 감지 셀에 대하여, 입사광을 소망하는 파장 대역으로 분리ㆍ통합하여 입사시키는 것이 가능해진다. 그 결과, 광 감지 셀이 출력하는 광전 변환 신호의 세트(組)로부터, 필요한 색 성분에 대응하는 신호를 끌어내는 것이 가능해진다.
본 실시 형태 1에서는, 분광 요소(1a)와 분광 요소(1b), 분광 요소(1c)와 분광 요소(1d)가 세트가 되어, 각각 직하의 광 감지부와 인접하는 광 감지 셀에 분광한 광을 입사시킨다. 여기서, 분광 요소(1a)는, 원색 광 C1을 인접하는 광 감지 셀에, 그 보색 광 C1~를 직하의 광 감지 셀에 입사하도록 분광한다. 분광 요소(1b)는, 원색 광 C2를 직하의 광 감지 셀에, 그 보색 광 C2~를 인접하는 광 감지 셀에 입사하도록 분광한다. 분광 요소(1c)는, 원색 광 C2를 직하의 광 감지 셀에, 그 보색 광 C2~를 인접하는 광 감지 셀에 입사하도록 분광한다. 분광 요소(1d)는, 원색 광 C3을 인접하는 광 감지 셀에, 그 보색 광 C3~를 직하의 광 감지 셀에 입사하도록 분광한다.
도 1b에 나타내는 구성에서는, 분광 요소(1a)를 투과한 광은 그 직하의 광 감지 셀(2a)에 보색 광 C1~, 인접하는 광 감지 셀(2b)에 원색 광 C1을 입사시키고, 분광 요소(1b)를 투과한 광은 그 직하의 광 감지 셀(2b)에 원색 광 C2, 인접하는 광 감지 셀(2a)에 보색 광 C2~를 입사시키게 된다. 또한, 분광 요소(1c)를 투과한 광은 그 직하의 광 감지 셀(2c)에 원색 광 C2, 인접하는 광 감지 셀(2d)에 보색 광 C2~를 입사시키고, 분광 요소(1d)를 투과한 광은 그 직하의 광 감지 셀(2d)에 보색 광 C3~, 인접하는 광 감지 셀(2c)에 원색 광 C3을 입사시킨다.
그 결과, 광 감지 셀(2a, 2b, 2c, 2d)이 받는 광의 양(수광량)을, 각각, S2a, S2b, S2c, S2d라고 하면, 도 1d에서 분명하듯이, 각 광 감지 셀의 수광량은 이하의 식으로 표현된다.
(식 1) S2a=C1~+C2~
(식 2) S2b=C1+C2
(식 3) S2c=C2+C3
(식 4) S2d=C2~+C3~
여기서, C1 등의 부호는, 그 부호에 의해 표시되는 광(원색 광 또는 보색 광)의 광량을 나타내는 것으로 한다.
또, C1~=C2+C3, C2~=C1+C3, C3~=C1+C2이다. 여기서, 백(白)의 광량을 W로 나타내면, W=C1+C2+C3이다. 이상으로부터, 상기 식 1~식 4는, 이하와 같이 고쳐 쓸 수 있다.
(식 5) S2a=W+C3
(식 6) S2b=W-C3
(식 7) S2c=W-C1
(식 8) S2d=W+C1
또한 식 5와 식 6의 가감산 및 식 7과 식 8의 가감산에 의해, 이하의 식이 얻어진다.
(식 9) S2a+S2b=2W
(식 10) S2a-S2b=2C3
(식 11) S2d+S2c=2W
(식 12) S2d-S2c=2C1
상기의 결과, 도면에 있어서의 수평 방향의 광 감지 셀 사이의 간단한 연산에 의해, 2개의 색 정보와 2개의 휘도 정보가 얻어지고, 나머지 1색의 정보에 대해서도 2W-2C1-2C3으로부터 얻어진다. 여기서, C1, C2, C3을, 각각, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 광량이라고 하면, 상기의 구성에서는, 4개의 광학 소자로부터 색 신호 2R, 2B와 휘도 신호 2W가 2개 얻어지게 되어, 예컨대, 종래의 베이어 배열로부터 얻어지는 R과 B의 신호량의 2배인 것을 알 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 실시 형태 1에서는, 분광 요소군(광학 소자 어레이)에 의해, 입사광을 3개의 색 Ci, Cj, Ck와, 그 보색 광 Ci~, Cj~, Ck~로 분광한다. 그리고, 그들 중 2개를 이용하여 원색끼리의 광을, 어떤 광 감지 셀에 입사시켜, (Ci+Cj)를 얻는다. 그리고, 인접하는 광 감지 셀에 보색 광끼리를 입사시키면, (Ci~+Cj~)를 얻을 수 있다. 이 때문에, 그들 감산으로부터, 나머지 색 성분 Ck를 효율적으로 추출할 수 있다. 또한, 다른 조합으로 같은 처리를 실시하면, 3원색도 효율적으로 추출할 수 있다고 하는 효과가 있다. 더하여, 종래의 감색형의 색 필터와 같은 광 흡수도 없으므로, 광 이용률이 높다고 하는 효과도 있다.
(실시 형태 2)
다음으로 제 2 실시 형태에 대하여, 도면을 이용하여 설명한다. 도 2a는 본 발명의 실시 형태 2에 있어서의 광학 소자 어레이의 배치를 나타낸 것으로, 2행 2열의 광 감지 셀을 기본 구성으로 하는 촬상 소자의 평면도이다. 도 2b는 광 감지 셀에 입사하는 광의 종류를 나타내는 평면도이다.
본 실시 형태의 기본 구성은 실시 형태 1의 경우와 유사하지만, 광학 소자 어레이(1)의 분광 요소(1d)에 상당하는 요소가 투명 요소(1e)로 치환되어 있는 점에서 상위하다.
본 실시 형태에 있어서의 분광 요소(1a, 1b)는, 실시 형태 1의 분광 요소(1a, 1b)와 같다. 이 때문에, 그들의 직하의 광 감지 셀(2a, 2b)의 수광량도, 도 2b에 나타내는 바와 같이, 실시 형태 1의 경우와 같다. 따라서, 수평 방향의 광 감지 셀(2a, 2b) 사이의 가감산에 의해, 색 신호 2C3과 휘도 신호 2W를 얻을 수 있다. 한편, 투명 요소(1e)는 분광하지 않으므로, 그 직하의 광 감지 셀(2d)에는 광 W가 입사하지만, 인접한 분광 요소(1c)로부터 보색 광 C2~도 받게 된다(도 2b). 광 감지 셀(2c)에서는, 실시 형태 1과는 달리, 인접한 분광 요소로부터의 광은 받지 않으므로, 분광 요소(1c)로부터 원색 광 C2만을 받게 된다. 결국, 광 감지 셀(2c, 2d)의 수광량 S2c, S2d는 이하의 식으로 표현된다. 또, 식 13은 S2c=C2이지만, W를 이용한 표현으로 바꾸고 있다.
(식 13) S2c=W-(C1+C3)
(식 14) S2d=W+(C1+C3)
실시 형태 1의 경우와 산출 결과는 일부 다르지만, 식 9와 식 10으로부터 2C3과 2W, 식 13과 식 14의 가감산으로부터 2C1+2C3의 색 정보와 2W의 휘도 정보를 추출할 수 있다. 이상의 결과로부터 간단한 가감산에 의해 2C1, 2C2도 산출할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 실시 형태 2에 의하면, 일부의 분광 요소를 투명 요소로 교체하더라도, 투명 요소 직하의 광 감지 셀에서는, 광 W 이외에 인접 분광 요소로부터의 분광도 받는다. 이에 따라, 인접 광 감지 셀과의 감산 처리에 의해 효율적으로 색 정보를 추출할 수 있다. 따라서, 실시 형태 2에서도, 실시 형태 1과 마찬가지로, 종래 기술에 비하여 대폭적인 성능 향상을 기대할 수 있다. 또한, 투명 요소가 들어가 있으므로, 전체 광 감지 셀에 대응한 분광 요소를 모두 제작할 필요는 없어, 분광 요소를 제작하는 프로세스를 하나 삭감할 수 있다고 하는 광학 소자 어레이 제조상의 이점도 있다.
(실시 형태 3)
다음으로 제 3 실시 형태에 대하여, 도면을 이용하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 실시 형태 3에 있어서의 광학 소자 어레이의 배치를 나타낸 것으로, 2행 2열의 광 감지 셀을 기본 구성으로 하는 촬상 소자의 평면도이다. 도 3b는 광 감지 셀에 입사하는 광의 종류를 나타내는 평면도이다.
광학 소자 어레이의 기본 구성은 실시 형태 1의 경우와 유사하지만, 광학 소자 어레이(1)의 분광 요소(1b)에 상당하는 요소와 분광 요소(1c)에 상당하는 요소가 단순한 투명 요소(1e)로 치환되고, 그 이외는 완전히 같다. 즉, 2행 2열의 기본 셀 유닛에 있어서, 실시 형태 2에서는 투명 요소를 1개, 본 실시 형태에서는 투명 요소를 2개로 하고 있다.
본 실시 형태에서는 투명 요소(1e)가 2개 있고, 그들 직하의 광 감지 셀(2b, 2c)은 각각 광 W를 수광한다. 광 감지 셀(2b)에서는 인접한 분광 요소(1a)로부터 원색 광 C1도 수광하고, 또한 광 감지 셀(2c)에서는 인접한 분광 요소(1d)로부터 원색 광 C3도 수광한다. 한편, 광 감지 셀(2a, 2d)은 인접 요소가 투명 요소이므로, 인접 요소로부터의 수광은 없고, 광 감지 셀(2a)에서는 보색 광 C1~를 수광하고, 광 감지 셀(2d)에서는 보색 광 C3~를 수광하게 된다.
결국, 광 감지 셀(2a, 2b, 2c, 2d)의 수광량은, 도 3b에 나타내는 바와 같으며, 이하의 식으로 표현된다. 또, 식 15 및 식 18은 각각 S2a=C1~, S2d=C3~이지만, W를 이용한 표현으로 바꾸고 있다.
(식 15) S2a=W-C1
(식 16) S2b=W+C1
(식 17) S2c=W+C3
(식 18) S2d=W-C3
상기의 결과, 식 15와 식 16의 가감산으로부터 색 정보 2C1과 휘도 정보 2W, 식 17과 식 18의 가감산으로부터 색 정보 2C3과 휘도 정보 2W를 추출할 수 있다. 이와 같이, 일부의 분광 요소를 더 투명 요소로 교체하더라도, 분광 요소가 2종류 있으면 색 정보를 효율적으로 추출할 수 있어, 종래 기술에 비하여 대폭적인 감도 향상을 기대할 수 있다.
또, 실시 형태 2 및 실시 형태 3에서 나타낸 바와 같이 투명 요소를 포함하는 경우는, 투명 요소에 인접하는 분광 요소의 분광에 관하여, 당해 요소 직하의 광 감지 셀에 가능한 한 많은 광이 입사하는 특성으로 하는 쪽이, 화소 신호로 변환된 경우의 신호의 밸런스를 취할 수 있다고 하는 이점이 있다.
예컨대, 투명 요소에 인접하여, 청색(B)과 그 보색인 황색(R+G)으로 분광하는 분광 요소가 있는 경우, 그 분광 요소 직하의 광 감지 셀에 황색의 광을 입사시키고, 투명 요소에 대응하는 광 감지 셀에 청색의 광을 입사시키면, 수광량은 각각 (R+G)와 (W+B)가 되고, 그들의 차는 2B이다. 한편, 분광 요소가 그 직하의 광 감지 셀에 청색의 광을 입사시키고, 투명 요소에 대응하는 광 감지 셀에 황색의 광을 입사시키는 경우는, 수광량은 각각 B와 (W+R+G)가 되고, 그들의 차는 (2R+2G)가 된다. 이 경우는, 전자의 경우와 비교하여 수광 신호차가 크다. 수광 신호차가 크면, 광 감지 셀의 신호 포화 레벨까지의 차의 편차도 커져, 같은 광량이라도 일부의 광 감지 셀에서는 화소 신호가 포화한다고 하는 문제가 발생한다. 그 때문에, 전자의 경우 쪽이, 각 화소 신호의 밸런스를 취할 수 있어, 신호의 다이내믹 레인지 성능상 양호하다고 말할 수 있다.
더하여, 상기한 바와 같이 원색과 그 보색으로 분광하는 분광 요소에서는, 전자의 경우 쪽이 직접 원색 신호를 추출할 수 있다고 하는 이점도 있다. 요컨대 투명 요소에 인접하는 분광 요소의 경우는, 보색을 당해 분광 요소 직하의 광 감지 셀에 입사시키고, 투명 요소에 대응하는 광 감지 셀에 원색 광을 입사시키도록 분광 요소의 구조를 설계하는 것이 바람직하다.
(실시 형태 4)
다음으로 제 4 실시 형태에 대하여, 도면을 이용하여 설명한다. 본 실시 형태의 경우는 RGB의 3개의 광으로 분광시키는 분광 요소를 이용하고 있는 것이 특징이다. 도 4a는 본 발명의 실시 형태 4에 있어서의 광학 소자 어레이의 배치를 나타낸 것으로, 1행 2열의 광 감지 셀을 기본 구성으로 하는 촬상 소자의 평면도이다. 또한, 도 4b는 도 4a의 BB'선에 있어서의 단면도이다.
도 4a 및 도 4b의 예에 있어서, 광학 소자 어레이(4)는, 프리즘 타입의 분광 요소의 어레이이다. 이 광학 소자 어레이(4)에서는, 사각 기둥 형상의 분광 요소가 하나 걸러서 방향을 180도 바꾸어 2차원 형상으로 배열되어 있다. 여기서, 분광 요소는 실시 형태 1에서 나타낸 사각 기둥 형상의 프리즘 타입인 것과 기본적으로 같지만, 출광면을 경사면으로 하여 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 광의 확대를 더욱 강화하여, 3색 중 2색은 개개의 인접 광 감지 셀에 입사할 수 있도록 한 것이다. 단, 분광 요소 수와 광 감지 셀 수의 비율은 1:2이고, 광 감지 셀은 각 분광 요소의 직하와 그들의 사이에 위치하고 있다.
도 4a 및 도 4b에 나타내는 구성에서는, 분광 요소 2개가 1세트의 상태로 배열되어 있으므로, 각 분광 요소 직하의 광 감지 셀에는 G가 입사하고, 각 분광 요소의 사이에 위치하는 광 감지 셀에는 2R 또는 2B가 입사한다. 그 때문에, 1행으로부터, 2B, G, 2R, G, 2B, G, 2R, …로, RGB 신호를 추출할 수 있다. 종래의 색 필터와 비교하면, G의 수광량은 변하지 않지만, R과 B를 수광하는 광 감지 셀은 2개의 분광 요소로부터의 광을 중복하여 수광하므로, 그만큼 화소 수를 삭감할 수 있고, RB의 수광량은 2배가 된다. 상기 예에서는 3개의 광으로 분광시키는 요소를 이용했지만, 그 일부의 광을 중복하여 1개의 광 감지 셀에서 수광하면, 3개 이상의 광으로 분광시키는 분광 요소라도 상관없다.
이상과 같이 본 발명의 실시 형태 4에 의하면, 입사광을 적어도 3개의 광으로 분광시키는 분광 요소를 적어도 1종류 이용함으로써, RGB 신호를 손실 없이 추출할 수 있고 또한, 1개의 광 감지 셀에서 중복하여 R 광 또는 B 광을 수광할 수 있는 만큼, 화소 수를 삭감할 수 있다고 하는 효과가 있다.
(실시 형태 5)
다음으로 제 5 실시 형태에 대하여, 도면을 이용하여 설명한다. 도 5a는 본 발명의 실시 형태 5에 있어서의 광학 소자 어레이의 배치를 나타낸 것으로, 2행 2열의 광 감지 셀을 기본 구성으로 하는 촬상 소자의 평면도이다. 또한, 도 5b는 도 5a의 CC'선에 있어서의 단면도이며, 도 5c는 도 5a의 DD'선에 있어서의 단면도이다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c의 예에 있어서, 광학 소자 어레이(5)는, 분광 타입의 분광 요소(5a, 5b, 5c, 5d)를 구비하고 있다.
본 실시 형태 5에서는, 분광 요소(5c)는 분광 요소(5b)와 같은 특성을 갖고 있다. 분광 요소(5b, 5c)는, 실시 형태 4에 있어서의 분광 요소와 같으며, 출광면을 경사면으로 하여 3원색의 광의 확대를 강화하여, 3색 중 2색은 개개의 인접광 감지 셀에 입사할 수 있다.
분광 요소(5a, 5d)의 특성은 서로 다르지만, 구조는 같다. 분광 요소(5a, 5d)는, 분광 요소 직하로 분광 Ci를 낙사시키고, 낙사 방향과 어떤 각도를 이루는 방향으로, 그 보색 광 Ci~를 낙사시킨다. 이들 분광 요소(5a, 5d)는, 각각, 도 9에 나타낸 분광 요소(1)를 2개 준비하고, 이들 2개의 분광 요소(1)의 방향이 반대가 되도록 접합한 것이다. 이러한 구조로 함으로써 분광 요소 직하로 Ci를 낙사시켜, 낙사 방향과 어떤 각도를 이루는 방향으로 그 보색 광 Ci~를 낙사시킬 수 있다. 또한, 그 분광 요소의 길이를 바꿈으로써, 상기 분광 특성도 변경할 수 있다.
도 10에 분광 요소 직하로 Ye(R+G)를 낙사시키고, 좌우 방향으로 B를 낙사시키고 있는 상태를 나타낸다. 분광 요소 직하에 있는 분광 Ci를 낙사시키면, 인접 좌우 방향으로는, 각각, 그 광 Ci의 보색 광을 반씩 낙사시키게 된다. 본 실시 형태의 광학 소자 어레이에서는, 인접 좌우 방향으로 낙사시키는 광이, 각각, 직하의 광 감지 셀에 대하여 인접하는 광 감지 셀에 입사하도록, 분광 요소(5a, 5d)를 설계하고 있다.
본 실시 형태 5에서는, 분광 요소(5a)와 분광 요소(5b)가 1세트를 구성하고, 또한 마찬가지로 분광 요소(5c)와 분광 요소(5d)가 1세트를 구성한다. 각각 직하의 광 감지 셀과 인접하는 광 감지 셀에 분광한 광을 입사시킨다. 여기서, 분광 요소(5a)는, 원색 광 0.5C1을 인접하는 광 감지 셀에, 그 보색 광 C1~를 직하의 광 감지 셀에 입사하도록 분광한다. 분광 요소(5b)는, 광을 C1, C2, C3의 3개로 분광하지만, 분광 C2를 직하의 광 감지 셀에, 분광 C1, C3을 인접하는 광 감지 셀에 입사시킨다. 또한, 분광 요소(5c)는, 분광 요소(5b)와 마찬가지로, 분광 C2를 직하의 광 감지 셀에, 분광 C1, C3을 인접하는 광 감지 셀에 입사시킨다. 분광 요소(5d)는, 원색 광 0.5C3을 인접하는 광 감지 셀에, 그 보색 광 C3P를 직하의 광 감지 셀에 입사시킨다.
도 5a에 나타내는 구성에서는, 분광 요소(5a)를 투과한 광은 그 직하의 광 감지 셀(2a)에 C1~, 인접하는 광 감지 셀(2b)에 0.5C1+0.5C1(=C1)을 입사시키고, 분광 요소(5b)를 투과한 광은 그 직하의 광 감지 셀(2b)에 C2, 인접하는 광 감지 셀(2a)에 C1과 C3을 입사시키게 된다. 또한, 분광 요소(5c)를 투과한 광은 그 직하의 광 감지 셀(2c)에 C2, 인접하는 광 감지 셀(2d)에 C1과 C3을 입사시키고, 분광 요소(5d)를 투과한 광은 그 직하의 광 감지 셀(2d)에 C3~, 인접하는 광 감지 셀(2c)에 0.5C3+0.5C3(=C3)을 입사시킨다.
그 결과, 광 감지 셀(2a, 2b, 2c, 2d)이 수광하는 광량은 이하의 식으로 표현된다.
(식 19) S2a=C1~+C1+C3
(식 20) S2b=C1+C2
(식 21) S2c=C2+C3
(식 22) S2d=C1+C3+C3~
여기서, W=C1+C1~=C3+C3~, C1+C2=W-C3, C2+C3=W-C1의 관계를 이용하면, 상기의 식 19~식 22는 식 5~식 8로 고쳐 쓸 수 있다. 그 결과, 실시 형태 1과 같은 결과의 식이 되어, 실시 형태 1의 경우와 같은 효과가 얻어진다.
이상과 같이 본 발명의 실시 형태 5에 의하면, 입사광에 대하여 제 1 각도를 이루는 방향으로 제 1 파장 대역의 광을 투과시키고, 상기 입사광에 대하여 제 2 각도를 이루는 방향으로 제 2 파장 대역의 광을 투과시키고, 상기 제 1 파장 대역의 광과 상기 제 2 파장 대역의 광이 보색 관계인 제 1 분광 요소와, 입사광을 제 3 파장 대역의 광, 제 4 파장 대역의 광, 제 5 파장 대역의 광으로 분광시키는 제 2 분광 요소를 포함하고, 상기 제 1 분광 요소와 상기 제 2 분광 요소가 교대로 인접하여 배치되고, 상기 제 1 분광 요소에 대응하는 광 감지 셀에는 상기 제 1 분광 요소의 상기 제 2 파장 대역의 광과 상기 제 2 분광 요소의 상기 제 3 파장 대역의 광과 상기 제 5 파장 대역의 광이 입사하고, 상기 제 2 분광 요소에 대응하는 광 감지 셀에는 상기 제 1 분광 요소의 상기 제 1 파장 대역의 광과 상기 제 2 분광 요소의 상기 제 4 파장 대역의 광이 입사함으로써, 광 감지 셀 사이의 간단한 연산으로 효율적으로 색 신호를 추출할 수 있어, 광 이용률이 높다고 하는 효과가 있다.
(실시 형태 6)
다음으로 제 6 실시 형태에 대하여, 도면을 이용하여 설명한다. 도 6은 본 발명의 실시 형태 6에 있어서의 광학 소자 어레이(5)의 배치를 나타낸 것으로, 2행 2열의 광 감지 셀을 기본 구성으로 하는 촬상 소자의 평면도이다. 이 광학 소자 어레이의 기본 구성은 실시 형태 5의 광학 소자 어레이(5)와 유사하지만, 분광 요소(5d)에 상당하는 요소가 단순한 투명 요소(1e)로 치환되어 있는 점에서 다르다.
본 실시 형태를 실시 형태 5와 비교하면, 분광 요소(5a)와 분광 요소(5b)는 양 실시 형태에서 같으므로, 그들 직하의 광 감지 셀(2a, 2b)의 수광량도 같다. 이 때문에, 본 실시 형태에서도, 수평 방향으로 인접하는 광 감지 셀(2a, 2b) 사이의 가감산에 의해, 색 신호 2C3과 휘도 신호 2W를 얻을 수 있다. 한편, 투명 요소(1e)는 분광에 기여하지 않으므로, 그 직하의 광 감지 셀(2d)에는 광 W가 입사하지만, 투명 요소(1e)에 인접하는 분광 요소(5c)로부터 C1+C3도 받게 된다. 광 감지 셀(2c)에서는, 실시 형태 5와는 달리, 분광 소자(5c)에 인접하는 분광 요소로부터의 광은 받지 않으므로, 분광 요소(5c)로부터 C2만을 받게 된다.
그 결과, 광 감지 셀(2c, 2d)의 수광량 S2c, S2d에 대해서는, S2c=W-(C1+C3), S2d=W+(C1+C3)이 성립한다. 이들의 가감산에 의해, 2C1+2C3의 색 정보와 2W의 휘도 정보를 추출할 수 있다. 결국, 이들의 결과는, 실시 형태 2의 경우와 완전히 같아, 그 경우와 같은 효과가 얻어진다.
(실시 형태 7)
다음으로 제 7 실시 형태에 대하여, 도면을 이용하여 설명한다. 도 7은 본 발명의 실시 형태 7에 있어서의 광학 소자 어레이의 배치를 나타낸 것으로, 2행 2열의 광 감지 셀을 기본 구성으로 하는 촬상 소자의 평면도이다. 광학 소자 어레이의 기본 구성은 실시 형태 5의 경우와 유사하지만, 광학 소자 어레이(5)의 분광 요소(5b)에 상당하는 요소와 분광 요소(5c)에 상당하는 요소가 단순한 투명 요소(1e)로 치환되어 있는 점에서 다르다. 즉, 기본 광학 소자 어레이의 구성에 있어서, 실시 형태 6에서는 투명 요소를 1개, 본 실시 형태에서는 투명 요소를 2개로 하고 있다.
본 실시 형태에 있어서의 광학 소자 어레이의 기본 구성은, 2개의 투명 요소(1e)를 갖고 있고, 그들 직하의 광 감지 셀(2b, 2c)은, 각각, 광 W를 수광한다. 광 감지 셀(2b)에서는 인접한 분광 요소(5a)로부터 0.5C1+0.5C1(=C1)도 수광하고, 또한 광 감지 셀(2c)에서는 인접한 분광 요소(5d)로부터 0.5C3+0.5C3(=C3)도 수광한다. 한편, 광 감지 셀(2a, 2d)은, 인접 요소가 투명 요소이므로, 인접 요소로부터의 수광은 없다. 따라서, 광 감지 셀(2a)에서는 C1~를 수광하고, 광 감지 셀(2d)에서는 C3~를 수광하게 된다. 이러한 광의 수광 상태는, 실시 형태 3의 경우와 완전히 같으며, 그 효과도 같다고 말할 수 있다.
또, 실시 형태 3에 대하여 설명한 바와 같이, 실시 형태 6 및 실시 형태 7에 있어서도, 투명 요소에 인접하는 분광 요소는, 당해 요소 직하의 광 감지 셀에 가능한 한 많은 광이 입사하는 특성을 갖는 것이 바람직하다. 그렇게 함으로써, 화소 신호로 변환된 경우의 신호의 밸런스를 취할 수 있다고 하는 이점이 있기 때문이다.
(실시 형태 8)
다음으로 제 8 실시 형태에 대하여 설명한다. 지금까지의 실시 형태에 있어서의 광학 소자 어레이는, 분광 요소로서 프리즘 타입의 분광 요소를 이용했지만, 본 실시 형태에 있어서의 광학 소자 어레이는, 굴절률이 다른 재료를 이용하여 제작되는 다른 타입의 분광 요소를 갖고 있다.
도 8a는 본 발명의 실시 형태 8에 있어서의 촬상 소자의 광 감지 셀 어레이와 광학 소자 어레이의 배치 관계를 나타내는 평면도이다. 도 8b는 도 8a의 EE'선에 있어서의 단면도이며, 도 8c는 도 8a의 FF'선에 있어서의 단면도이다.
도 8a~도 8c에 나타내는 예에 있어서, 굴절률이 상대적으로 높은 재료로 형성된 고굴절률 투명부(코어부)(6a~6d)와, 굴절률이 상대적으로 낮은 재료로 형성되어, 고굴절률 투명부(6a~6d)의 각각의 측면과 접하는 저굴절률 투명부(클래드부)(7)를 갖는다. 고굴절률 투명부(6a, 6d)는, 단순한 직방체 형상을 갖고 있지만, 저굴절률 투명부(7)와의 굴절률차에 의해, 입사광이 회절한다. 이 때문에, 고굴절률 투명부(6a, 6b)는, 그들의 직하에 위치하는 광 감지 셀에 인접하는 광 감지 셀에 원색 광(판 두께 양측 방향으로 0.5C1씩, 또는 0.5C3씩)을 분광하고, 직하의 방향으로 보색 광(C1~ 또는 C3~)을 분광한다.
한편, 고굴절률 투명부(6b, 6c)는, 폭이 다른 2개의 직방체가 합체한 형상을 갖고 있고, 광 감지 셀에 가장 가까운 쪽의 단부에 단차가 형성되어 있다. 고굴절률 투명부(6b, 6c)와 투명부(7)의 굴절률차에 의해, 입사광은 회절하여, 0차, 1차, -1차의 회절광이 발생한다. 회절각의 차이에 의해, 원색 광 C1, C2, C3으로 분광된다.
이러한 회절형의 분광 소자는, 예컨대, 일본 특허 출원 제 2008-551594 호 및 제 2008-202159 호에 개시되어 있다. 이들 출원의 전체 내용을 본원에 원용한다. 이러한 분광 소자를 갖는 광학 소자 어레이는, 공지의 반도체 제조 기술에 의해, 박막의 퇴적 및 패터닝을 실행함으로써 제조될 수 있다.
본 실시 형태에서는, 고굴절률 투명부(6a~6d)의 광 이용률을 향상시키기 위해, 그 상하에 마이크로 렌즈(21)와 이너 렌즈(22)를 배치하고 있다. 본 실시 형태에서는, 고굴절률 투명부(6a~6d)의 존재에 의해 분광이 가능해지므로, 본 명세서에서는, 개개의 고굴절률 투명부도 「분광 요소」인 것으로 한다. 본 실시 형태에 있어서의 분광 요소와 광 감지 셀의 2차원적 위치 관계 및 분광 상태는, 실시 형태 5의 경우와 같다. 그 결과, 화소 신호의 처리도 같다.
이와 같이 굴절률이 다른 재료로 형성하여, 회절을 생기게 하는 분광 요소에서도, 실시 형태 5의 경우와 마찬가지로, 광 감지 셀 사이의 간단한 연산으로 효율적으로 색 신호를 추출할 수 있으므로, 광 이용률이 높은 컬러 촬상 장치를 실현할 수 있다.
(실시 형태 9)
다음으로 본 발명의 실시 형태 9에 대하여, 도면을 이용하여 설명한다. 도 11a는 본 발명의 실시 형태 9에 있어서의 촬상 소자의 광 감지 셀에 대한 광학 소자의 배치 관계를 나타낸 것으로, 기본 구성에 대한 평면도이다. 또한, 도 11b는 도 11a의 AA'선에 있어서의 단면도, 도 11c는 도 11a의 BB'선에 있어서의 단면도, 도 11d는 도 11a의 CC'선에 있어서의 단면도이다.
도 11a~도 11d에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서의 광학 소자 어레이는, 분광 요소(11a, 11b, 11c)를 갖고, 촬상 소자의 광 감지 셀(2a, 2b, 2c, 2d)에 대향하는 위치에 배치되어 있다.
광학 소자 어레이의 분광 요소(11a, 11b, 11c)는, 도 14a~14c에 나타내는 프리즘 타입의 분광 소자이다. 분광 요소(11a)는, 적외광(IR)을 한쪽으로, R, G, B를 그 직하로부터 반대쪽으로 나눈다. 분광 소자(11b)는, R만을 한쪽으로, 그 밖의 색을 그 직하로 나눈다. 또한, 분광 소자(11c)는, B를 한쪽으로, 그 밖의 색을 그 직하로 나눈다. 단, 이러한 분광은, 상기의 예에 한정되지 않고, 각 분광 요소의 굴절률이나 그 길이(L) 등의 형상에 따라 바꿀 수 있다.
본 실시 형태에서는, 분광 요소(11a)에 입사한 IR이, 인접하는 광 감지 셀(2c)에 입사하고, 그 밖의 광이 그 직하의 광 감지 셀(2a)에 입사하도록 분광 요소(11a)를 설계하여 배치하고 있다. 분광 요소(11b)는, 분광 요소(11b)에 입사한 R이, 인접하는 광 감지 셀(2a)에 입사하고, 그 밖의 광이 그 직하의 광 감지 셀(2b)에 입사하도록 설계되어 배치되어 있다. 또한, 분광 요소(11c)는, 분광 요소(11c)에 입사한 B가, 인접하는 광 감지 셀(2d)에 입사하고, 그 밖의 광이 그 직하의 광 감지 셀(2c)에 입사하도록 설계되어 배치되어 있다. 촬상면에 수직인 방향으로부터 보면, 분광 요소(11a)는, 도면 11a에서의 수직 방향으로 분광하지만, 분광 요소(11b, 11c)는, 도면 11a에서의 수평 방향으로 분광한다. 즉, 복수의 분광 요소(11a~11c)의 분광 방향이 직교하고 있고, 이 점도 본 실시 형태의 특징이다.
이러한 구성 및 구조에 의해, 각 광 감지 셀의 수광량은 이하의 식으로 표현된다. 단, 광 감지 셀(2a, 2b, 2c, 2d)의 수광량을 각각 S2a, S2b, S2c, S2d로 하고, W=R+G+B로 한다.
(식 31) S2a=W+R
(식 32) S2b=IR+W-R
(식 33) S2c=2IR+W-B
(식 34) S2d=IR+W+B
여기서, 식 31과 식 32, 식 33과 식 34를 가산하면, 식 35와 식 36이 얻어지고, 이것은 IR이 인접하는 광 감지 셀에 입사한 결과를 나타내고 있다. 또한 식 35와 식 36의 감산으로부터, IR 성분은 식 37로 표현된다.
(식 35) S2a+S2b=IR+2W
(식 36) S2c+S2d=3IR+2W
(식 37) IR=((S2c+S2d)-(S2a+S2b))/2
거기서, S2b, S2c, S2d로부터 IR 성분을 제거한 광량을 S2b~, S2c~, S2d~라고 하면, 그들은 이하의 식으로 표현된다.
(식 38) S2b~=W-R
(식 39) S2c~=W-B
(식 40) S2d~=W+B
결국, 식 31과 식 38~식 40을 이용하면, 이하와 같이 2R, 2B, 2W가 구해지고, 또한 2W로부터 2R+2B를 감산하면, 2G가 얻어진다.
(식 41) 2R=S2a-S2b~
(식 42) 2W=S2a+S2b~
(식 43) 2B=S2d~-S2c~
(식 44) 2W=S2d~+S2c~
이상의 처리로부터, 분광 요소를 이용하여 인접하는 광 감지 셀에 분광한 색 신호 C의 광을 입사시키면, 당해 광 감지 셀과 인접 광 감지 셀의 화소 신호차에 의해, 당해 색의 2배의 신호량(2C)이 얻어지는 것을 알 수 있다. 더하여, 복수의 분광 요소를 이용하는 경우는, 어떤 분광 요소의 분광 방향과 다른 분광 요소의 분광 방향을 직교시키면, 화소 사이의 가산 처리 등이 필요하지만, 각각의 분광 성분을 구할 수 있다. 그 예를 본 실시 형태에서는 나타내고 있고, 식 35와 식 36에서 나타내는 바와 같이 인접 화소 사이의 가산 처리를 행한 후, 식 37의 감산 처리에 의해 IR 성분이 얻어지는 것을 알 수 있다.
이상과 같이, IR과 그 밖의 색으로 분광하는 요소(11a), R과 그 밖의 색으로 분광하는 요소(11b), B와 그 밖의 색으로 분광하는 요소(11c)를 이용하여, 11a의 분광 방향과 11b 및 11c의 분광 방향을 직교시킴으로써, IR과 RGB의 컬러 신호를 광 손실 없이 얻을 수 있다.
이상과 같이, 본 실시 형태 9에 의하면, 복수의 분광 요소를 이용하여, 취득하고 싶은 분광을 인접 화소에 입사시킴으로써, 그 후의 화소 사이 연산으로 손실이 없는 당해 분광의 광전 변환 신호를 얻을 수 있고, 더구나 분광 요소의 분광 방향을 서로 직교시킴으로써, 효율적으로 각 광 신호를 추출할 수 있다. 그 결과, 광 이용률이 높고, IR 광에도 대응할 수 있는 컬러 촬상 장치를 실현할 수 있다.
(실시 형태 10)
다음으로 본 발명의 실시 형태 10에 대하여, 도면을 이용하여 설명한다. 도 12a는 본 발명의 실시 형태 10에 있어서의 촬상 소자의 색 필터 부착 광 감지 셀과 분광 요소의 관계를 나타낸 기본 구성의 평면도이다. 또한, 도 12b는 도 12a의 DD'선에 있어서의 단면도이다.
이들 도면에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 촬상 소자는, 베이어형의 색 필터(3)를 갖고 있다. 도면에는, 6개의 광 감지 셀(2a~2f)을 나타내고 있다. 그 밖의 부호는 실시 형태 9의 경우와 같다.
본 실시 형태 10의 경우는, 종래의 베이어형 컬러 촬상 소자에 본 발명의 분광 요소(11a)를 8 화소 : 1 요소의 비율로 배치하고 있다. 분광 요소(11a)는, 실시 형태 9에 있어서의 분광 요소(11a)와 같이, IR을 인접하는 광 감지 셀에 입사시킨다.
이 구성에서는, 4 화소로 이루어지는 베이어형의 기본 구성을 1 유닛으로 한다. 그리고, 2 유닛에 1개의 비율로 분광 요소를 배치한다. 도 12a에서는, 분광 요소(11a)가 배치된 1개의 유닛에 포함되는 4개의 셀과, 또 한쪽의 유닛에 포함되는 2개의 셀을 나타내고 있다. 분광 요소(11a)는, G 요소상에 배치되고, 도 12a에서 G 화소의 우측 이웃의 R 요소측에 IR 성분을 입사시킨다.
본 실시 형태의 촬상 소자와 종래의 베이어형 컬러 촬상 소자의 상위점은, 본 실시 형태에 있어서, 적외광을 차단하기 위한 적외 컷 필터가 없는 것과, 화소의 개수 : 분광 요소의 개수를 8 화소 : 1 요소의 비율로 배치하고 있는 것뿐이다. 색 필터의 대부분은, 안료를 색소로서 함유하고 있다. 각 색소는, 각각, RGB 광을 투과시킴과 아울러, IR 광도 투과시킨다. 이 때문에, 종래의 베이어형의 베이어형 컬러 촬상 소자는, 통상, 색 필터와는 별도로 적외 컷 필터를 구비하고 있다.
이하, 본 실시 형태에 있어서의 처리 동작을 설명한다.
본 실시 형태의 경우, 적외 컷 필터를 장착하지 않고 있으므로, IR 성분을 수광면 전면이 받게 된다. G 요소상에 배치된 분광 요소(11a)는, R 요소측에 IR 성분을 입사시킨다. 이 때문에, 분광 요소(11a)의 직하의 광 감지 셀(2b)은 IR을 수광하지 않고, 우측에 인접하는 광 감지 셀(2e)에 IR 성분은 입사한다. 그 결과, 분광 요소(11a)가 배치된 유닛에 포함되는 4개의 광 감지 셀(2a~2d)의 수광량은, 전체적으로, R+2G+B+3IR이다. 한편, 분광 요소(11a)가 배치된 유닛에 포함되는 4개의 광 감지 셀의 수광량은, 전체적으로, 수광량은 R+2G+B+5IR이 된다. 2개의 유닛의 수광량을 감산하면, 적외 성분 2IR이 얻어진다. 이 때문에, IR이 입사되는 광 감지 셀이 출력하는 각 화소 신호로부터 IR을 감산하면, RGB의 컬러 신호가 얻어지게 된다. 또한, IR 성분만을 이용하면, 적외광 화상도 얻어지게 된다.
이와 같이, 인접하는 유닛에 분광을 입사시킴으로써, 유닛 사이의 연산으로 당해 분광의 광전 변환 신호가 얻어진다. 또, 실시 형태 10에서는 8 화소 단위로 분광 요소 1개를 배치했지만, 이것에 한정되지 않는다. RGGB의 4 화소로 이루어지는 1 유닛마다 1개의 비율로 한쪽의 G 요소상에 1개의 분광 요소를 배치하더라도 좋다. 그 경우에도, 분광 요소를 배치하고 있는 G 요소로부터의 신호와 분광 요소를 배치하지 않고 있는 인접 G 요소로부터의 신호를 이용하여, 그들 신호의 감산으로 IR 성분을 얻을 수 있다. IR이 입사되는 광 감지 셀이 출력하는 각 화소 신호로부터 IR을 감산하면, RGB의 컬러 신호가 얻어진다. 또한, IR 성분만을 이용하면 적외광 화상도 얻어진다. 본 실시 형태의 촬상 소자는, 색 필터 부착 광 감지 셀을 갖고 있지만, 각 색 필터의 위치는, 광 감지 셀로부터 떨어져, 도 12b 중의 분광 요소의 상부에 배치되어 있더라도 같은 효과가 얻어진다.
이상과 같이, 본 실시 형태 10에 의하면, IR 성분을 분광시키는 요소를 종래의 컬러 촬상 소자에 적용한 구성을 구비하고 있으므로, IR 성분을 손실 없이 받아들일 수 있다. 즉, IR 광의 이용률을 높일 수 있다. 또한, 적외 컷 필터를 이용하지 않고, 컬러 화상이 얻어짐과 아울러 IR 화상도 얻어진다고 하는 이점이 있다.
(실시 형태 11)
다음으로 본 발명의 실시 형태 11에 대하여, 도면을 이용하여 설명한다. 도 13a는 본 발명의 실시 형태 11에 있어서의 촬상 소자의 광 감지 셀에 대한 분광 요소의 배치 관계를 나타낸 기본 구성의 평면도이다. 또한, 도 13b는 도 13a의 EE'선에 있어서의 단면도이다.
본 실시 형태에서는, 촬상 소자의 광 감지 셀 2개에 1개의 비율로 분광 요소가 배치되어 있다. 배치된 분광 요소는, IR 성분을 인접 화소에 입사시키는 분광 요소(11a)이다.
본 실시 형태에서는, 흑백의 촬상 소자에 분광 요소(11a)를 부착하고 있다. 분광 요소(11a)에 의해 IR이 입사하지 않는 화소로부터의 신호와, 이 화소에 인접하여, IR이 입사하는 화소로부터의 신호의 감산으로 2IR을 얻을 수 있다. 그 결과, 흑백 화상의 가시광 화상과 적외광 화상을 동시에 얻는 것이 가능해진다. 본 실시 형태에 의하면, 적외 화상을 얻는 것에 있어서 IR 광의 이용률이 높고, 또한, 적외 컷 필터를 이용하지 않고 가시광 화상을 얻을 수 있다.
(실시 형태 12)
다음으로 본 발명의 실시 형태 12에 대하여, 도면을 이용하여 설명한다. 도 15a는 본 발명의 실시 형태 12에 있어서의 촬상 소자의 광 감지 셀에 대한 광학 소자의 배치 관계를 나타낸 평면도이며, 1행의 일부분을 나타내고 있다. 도 15b는 도 15a의 AA'선에 있어서의 단면도이다.
도 15a 및 도 15b에 나타내는 바와 같이, 광학 소자 어레이의 분광 요소(1)이며, 촬상 소자의 광 감지 셀(2)은, 광 감지 셀(2a, 2b, 2c, 2d)을 포함하고 있다.
또, 광학 소자 어레이의 분광 요소(1)는, 도 9에 나타내는 사각 기둥 형상의 프리즘 타입의 분광 소자이다. 분광 요소(1)는, 컬러 필터와 달리, 광의 흡수가 없어, 광이 입사하면 파장에 따라 굴절각이 변하고 그 행로도 변한다. 이 때문에, 그 길이 L을 조정함으로써, 각 색의 분광 배치를 바꿀 수 있다. 본 실시 형태에서는, 분광의 결과, 도 15b의 좌측으로부터 R, G, B의 차례로 광을 내도록 분광 소자의 길이 L을 조정하고 있다. 본 실시 형태에서는, 당해 분광 소자 1종류만을 이용하고 있다.
본 실시 형태 12의 특징은, 광학 소자 어레이에 있어서의 분광 요소의 배열 피치와 광 감지 셀 어레이에 있어서의 광 감지 셀의 배열 피치가 다른 것이다. 구체적으로는, 분광 요소 피치 : 광 감지 셀 피치 = 3 : 4의 관계를 만족하도록 배열을 채용하고 있다.
이러한 구조로 함으로써, 각각의 광 감지 셀은 복수의 분광 요소로부터의 광을 받게 되고, 분광 요소와 광 감지 셀의 사이에 배열 피치차가 있으므로, 각각의 수광 상태도 변한다.
W=R+G+B라고 하면, 광 감지 셀(2a, 2b, 2c)의 수광량은, W+R, W+G, W+B가 되고, 그들의 광전 변환 신호를 각 광 감지 셀로부터 추출할 수 있다. 추출된 신호는, 그 후의 신호 처리에 의해, 광 감지 셀로부터 출력되는 신호에 중첩되어 있는 W분을 제거하면, RGB의 색 신호가 된다.
이상과 같이, 본 실시 형태 12에 의하면, 광학 소자 어레이의 분광 요소와 광 감지 셀의 배치 관계에 대하여, 그들의 피치를 바꿈으로써, 각 광 감지 셀이 수광하는 색의 상태가 변하고, RGB의 색 신호를 얻을 수 있다. 즉, 분광 요소를 이용하므로 광 이용률이 높고, 각 광 감지 셀에 직접 R 광, G 광, B 광이 중첩하여 수광되므로, RGB용의 화소를 마련할 필요가 없어, 화소 수를 증가시키지 않더라도 고감도로 색 분리할 수 있는 컬러 촬상 장치를 실현할 수 있다.
또, 본 실시 형태에서는, 분광 요소와 광 감지 셀의 피치에 대하여, 분광 요소 피치 : 광 감지 셀 피치 = 3 : 4로 했지만, 분광 요소 피치로 광 감지 셀 피치를 제산한 결과가 정수가 아니면, 이것에 한정되는 것이 아니다. 또한, 분광 요소 피치를 반드시 광 감지 셀 피치보다 작게 할 필요도 없다. 단, 만약 크게 한 경우는, 1개의 분광 요소로부터의 광을 복수의 광 감지 셀로 수광하게 되어, 그만큼, 광 감지 셀을 분광 요소보다 많이 준비하지 않으면 안 된다.
(실시 형태 13)
다음으로 본 발명의 실시 형태 13에 대하여, 도면을 이용하여 설명한다. 도 16a는 본 발명의 실시 형태 13에 있어서의 촬상 소자의 광 감지 셀에 대한 광학 소자의 배치 관계를 나타낸 평면도이며, 1행의 일부분을 나타내고 있다. 도 16b는 도 16a의 BB'선에 있어서의 단면도이다.
본 실시 형태 13은 실시 형태 12와 유사하지만, 본 실시 형태에서는, 도 16a 및 도 16b에 나타내는 바와 같이, 각 광 감지 셀 사이에 차광부(2Z)가 있다. 또한, 광학 소자 어레이의 분광 요소 수가 실시 형태 12와 다르다.
실시 형태 13에서는, 차광부의 사이즈가 광 감지 셀 사이즈의 정수분의 1이라는 전제로, 광학 소자 어레이의 분광 요소를 배치하고 있다. 차광부 사이즈 : 광 감지 셀 사이즈 = 1 : 4, 분광 요소 피치 : 광 감지 셀 피치 = 3 : 5의 관계를 채용하고 있다. 이러한 비율로 설정함으로써, 실시 형태 12의 경우와 마찬가지로, 광 감지 셀(2a, 2b, 2c)의 수광량은, W+R, W+G, W+B가 된다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는, 신호 처리도 실시 형태 12의 경우와 같으며, 차광부에 의한 광 손실을 제외하면, 같은 효과가 얻어진다.
또, 분광 요소 피치 : 광 감지 셀 피치 = 3 : 5로 했지만, 광 감지 셀 사이즈/차광부 사이즈가 정수(=n-1)라는 전제로, 분광 요소 피치 : 광 감지 셀 피치 = m : n의 정수비이면, 어떠한 비율이라도 2종류 이상의 색 신호를 얻을 수 있다. 단, n/m 또는 (n-1)/m이 정수인 경우를 제외한다.
(실시 형태 14)
다음으로 본 발명의 실시 형태 14에 대하여, 도면을 이용하여 설명한다. 도 17a는 본 발명의 실시 형태 14에 있어서의 촬상 소자의 광 감지 셀에 대한 광학 소자의 배치 관계를 나타낸 평면도이며, 1행의 일부분을 나타내고 있다. 도 17b는 도 17a의 CC'선에 있어서의 단면도이며, 도 17c는 도 17a의 DD'선에 있어서의 단면도이다.
본 실시 형태 14의 경우는, 광 감지 셀에 대하여 광학 소자 어레이의 분광 요소의 위치가 장소에 따라 3차원적으로 다르다. 광 감지 셀(2b, 2d, 2e, 2g)에 대응하는 분광 요소는, 그들의 광 감지 셀과 광축 중심이 같고, 분광 요소 직하의 광 감지 셀에 G 광을 입사시키고, 양 이웃의 광 감지 셀에는, 각각 R 광, B 광을 입사시키도록 광 감지 셀로부터 떨어져 있다. 그에 대하여, 광 감지 셀(2a, 2c)에 대응하는 분광 요소는, 상기 4개의 분광 요소보다 광 감지 셀에 가깝지만, 인접한 광 감지 셀에 B 광만 입사하도록 광축 중심이 어긋나 있다. 또한, 광 감지 셀(2f, 2h)에 대응하는 분광 요소도 같은 구조이지만, 인접한 광 감지 셀에 R 광만 입사하도록 광축 중심이 어긋나 있다.
상기의 구성에서는, 광 감지 셀(2a 및 2c)은, 당해 셀에 대응하는 분광 요소로부터 R+G, 인접하는 분광 요소로부터 R+B의 광을 수광한다. 광 감지 셀(2b 및 2d)은, 당해 셀에 대응하는 분광 요소로부터 G, 인접하는 분광 요소로부터 B의 광을 수광한다. 또한, 광 감지 셀(2e 및 2g)은, 당해 셀에 대응하는 분광 요소로부터 G, 인접하는 분광 요소로부터 R의 광을 수광한다. 광 감지 셀(2f 및 2h)은, 당해 셀에 대응하는 분광 요소로부터 G+B, 인접하는 분광 요소로부터 R+B의 광을 수광한다. 광 감지 셀(2a, 2b, 2e, 2f)의 수광량을 각각 S2a, S2b, S2e, S2f라고 하면, 각 광 감지 셀의 수광량은 이하의 식으로 표현된다. 단, 하기의 식군은 W=R+G+B의 관계를 이용하고, W를 포함한 형식으로 표현되어 있다.
(식 51) S2a=W+R
(식 52) S2b=W-R
(식 53) S2e=W-B
(식 54) S2f=W+B
또한 식 51과 식 52, 식 53과 식 54를 가감산함으로써, 이하의 식이 얻어진다.
(식 55) S2a+S2b=2W
(식 56) S2a-S2b=2R
(식 57) S2f+S2e=2W
(식 58) S2f-S2e=2B
상기의 결과, 수평 방향의 광 감지 셀 사이의 간단한 연산에 의해, 2개의 색 정보와 2개의 휘도 정보가 얻어지고, 나머지 색 G의 정보에 대해서도 2W-2R-2B로부터 얻어진다. 또, 상기의 연산은 광 감지 셀(2a, 2b, 2e, 2f)에 대하여 행한 것이지만, 광 감지 셀(2c, 2d, 2g, 2h)에 대해서도 결과는 완전히 같아, 간단히 색 분리할 수 있고, 색 및 휘도 레벨이 높은 신호가 얻어진다.
이상과 같이, 본 실시 형태 14에 의하면, 장소에 따라 3차원적으로 분광 요소의 위치를 바꾸고, 분광의 일부를 인접하는 광 감지 셀에 입사시킴으로써, 각 광 감지 셀은 중첩하여 입사광을 수광한다. 이 때문에, RGB용의 화소를 마련할 필요가 없어, 화소 수를 증가시키지 않더라도 고감도로 색 분리할 수 있는 컬러 촬상 장치를 실현할 수 있다.
또, 반드시 분광 요소의 위치를 3차원적으로 바꿀 필요는 없고, 그 각도를 바꿔 인접하는 광 감지 셀에 일부의 분광을 입사시키더라도 상관없다.
(실시 형태 15)
다음으로 본 발명의 실시 형태 15에 대하여, 도면을 이용하여 설명한다. 도 18a는 본 발명의 실시 형태 15에 있어서의 촬상 소자의 광 감지 셀에 대한 광학 소자의 배치 관계를 나타낸 평면도이며, 1행의 일부분을 나타내고 있다. 도 18b는 도 18a의 EE'선에 있어서의 단면도이며, 도 18c는 도 18a의 FF'선에 있어서의 단면도이다.
본 실시 형태는, 본 실시 형태 14에서 나타낸 구성으로부터, 광 감지 셀(2b, 2d, 2e, 2g)에 대응하는 분광 요소를 제거한 구성을 갖고 있다. 분광 요소를 제거한 위치의 광 감지 셀에는, 광이 직접 입사한다.
상기의 구성에서는, 광 감지 셀(2a 및 2c)은, 당해 셀에 대응하는 분광 요소로부터 R+G를 수광하고, 인접하는 분광 요소로부터는 광을 수광하지 않는다. 또한, 광 감지 셀(2f 및 2h)도, 인접하는 분광 요소로부터는 광을 수광하지 않고, 당해 셀에 대응하는 분광 요소로부터만 G+B를 수광한다. 한편, 광 감지 셀(2b 및 2d)은, 입사광 W와 인접하는 분광 요소로부터 B를 수광하고, 광 감지 셀(2e 및 2g)은 입사광 W와 인접하는 분광 요소로부터 R을 수광한다. 결국, 광 감지 셀(2a, 2b, 2e, 2f)이 수광하는 광량은 이하의 식으로 표현된다.
(식 59) S2a=W-B
(식 60) S2b=W+B
(식 61) S2e=W+R
(식 62) S2f=W-R
식 59~식 62는 실시 형태 14에서 나타낸 식 51~54와 기본적으로 같으며, 실시 형태 15도 실시 형태 14와 같은 효과가 얻어지게 된다.
이상과 같이, 본 실시 형태 15에 의하면, 장소에 따라 3차원적으로 분광 요소의 위치를 바꾸고, 분광 요소의 일부를 제거하더라도, 광 감지 셀의 일부는 중첩하여 입사광을 수광한다. 이 때문에, RGB용의 화소를 마련할 필요가 없어, 화소 수를 증가시키지 않더라도 고감도로 색 분리할 수 있는 컬러 촬상 장치를 실현할 수 있다.
(실시 형태 16)
다음으로 본 발명의 실시 형태 16에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에서는, 프리즘 타입의 분광 요소 대신에, 실시 형태 8에서 사용한 분광 요소와 유사한 분광 요소를 이용한다.
도 19a는 본 발명의 실시 형태 16에 있어서의 촬상 소자의 광 감지 셀에 대한 광학 소자의 배치 관계를 나타낸 것으로, 1행의 일부분에 대한 평면도이다. 또한, 도 19b는 도 19a의 GG'선에 있어서의 단면도이며, 도 19c는 도 19a의 HH'선에 있어서의 단면도이다.
도 19에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 광학 소자 어레이는, 고굴절률 재료로 형성된 고굴절률 투명부(6b)와, 저굴절률 재료로 형성된 저굴절률 투명부(7)를 갖는다. 본 실시 형태에서는, 고굴절률 투명부(6b)의 형상 및 고굴절률 투명부(6b)와 저굴절률 투명부(7)의 굴절률차에 의해, 입사광이 0차, 1차, -1차 광으로 회절하고, 회절각의 차에 따라 분광한다. 그 때문에, 고굴절률 투명부(6b)가 분광 요소에 상당한다.
분광 요소(6b)의 분광 성능을 향상시키기 위해, 그 상하에 마이크로 렌즈(21)와 이너 렌즈(22)를 배치하고 있다. 분광 요소(6b)와 화소의 2차원적 위치 관계 및 분광 상태는, 실시 형태 15의 경우와 같으며, 그 결과, 화소 신호의 처리도 같다.
이와 같이 굴절률이 다른 재료를 이용한 분광 요소라도, 실시 형태 15의 경우와 마찬가지로 화소 수를 증가시키지 않더라도 고감도로 색 분리할 수 있는 컬러 촬상 장치를 실현할 수 있다.
(실시 형태 17)
다음으로 본 발명의 실시 형태 17에 대하여, 도면을 이용하여 설명한다. 도 20a는 본 발명의 실시 형태 17에 있어서의 촬상 소자의 광 감지 셀에 대한 광학 소자의 배치 관계를 나타낸 것으로, 기본 구성에 대한 평면도이다. 또한, 도 20b는 도 20a의 AA'선에 있어서의 단면도, 도 20c는 도 20a의 BB'선에 있어서의 단면도, 도 20d는 도 20a의 CC'선에 있어서의 단면도이다.
도 20a~도 20d에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 광학 소자 어레이는, 분광 요소(1a, 1b, 1aa, 1bb)를 구비하고 있다. 촬상 소자의 광 감지 셀 어레이(2)는, 광 감지 셀(2a, 2b, 2c, 2d)을 포함하고 있다.
또, 분광 요소(1a, 1b)는, 도 23a에 나타내는 프리즘 타입의 분광 소자와 같은 타입인 것이다. 또한, 분광 요소(1aa, 1bb)는 도 23b에 나타내는 프리즘 타입의 분광 소자와 같은 타입인 것이다. 이들 분광 요소는, 광의 흡수가 없어, 광이 입사하면 파장에 따라 굴절각이 변하고 그 행로도 변하므로, 그 길이 L을 조정함으로써 각 색의 분광 배치를 바꿀 수 있다.
본 발명의 실시 형태에서는, 분광 요소(1a)는 그 직하로 R, G를, 인접하는 광 감지 셀 방향으로 IR, B를 분광하도록 설계되고, 분광 요소(1b)는 분광 요소(1a)와 역의 특성이 되도록 설계되어 있다. 또한, 분광 요소(1aa)는 그 직하로 IR, R을, 인접하는 광 감지 셀 방향으로 G, B를 분광하도록 설계되고, 분광 요소(1bb)는 분광 요소(1aa)와 역의 특성이 되도록 설계되어 있다.
본 실시 형태 17에서는, 분광 요소(1a)와 분광 요소(1b)의 각각에 의해 나누어진 광을 분광 요소(1aa, 1bb)에 입사한다. 또한 분광 요소(1aa)와 분광 요소(1bb)의 각각도, 마찬가지로 나눈 광을 광 감지 셀에 입사시킨다. 또한, 분광 요소(1a, 1b)와 분광 요소(1aa, 1bb)가 직교하고, 그들 파장 대역도 다르다.
다음으로, 입사광이 RGB와 IR의 광으로부터 구성되는 것으로 하고, 분광 요소(1a, 1b)에 입사하여, 광 감지 셀에 도달하기까지의 과정을 설명한다.
분광 요소(1a, 1b)에 광이 입사하면, 분광 요소(1a)는 그 직하로 R과 G의 광을, 또한 IR과 B의 광을 경사 방향으로 낙사(落射)시킨다. 한편, 분광 요소(1b)는 그 역으로 직하로 IR과 B의 광을 낙사시키고, R과 G의 광을 경사 방향으로 낙사시킨다. 그 결과, 분광 요소(1a)의 직하에는 2(R+G)의 광이 모이고, 분광 요소(1b)의 직하에는 2(IR+B)의 광이 모인다.
다음으로, 그들 광은 분광 요소(1aa)와 분광 요소(1bb)에 입사하고, 그들 분광 요소는 입사한 광을 IR, R의 광과 G, B의 광으로 나눈다. 즉, 입사광 2(R+G)는 분광 요소(1aa)에 의해 그 직하로 2R, 경사 방향으로 2G가 낙사하고, 분광 요소(1bb)에 의해 그 역의 직하로 2G, 경사 방향으로 2R이 낙사한다. 그 결과, 광 감지 셀(2a)에는 4R, 광 감지 셀(2b)에는 4G가 입사한다.
한편, 입사광 2(IR+B)는 분광 요소(1aa)에 의해 그 바로 직하로 2IR, 경사 방향으로 2B가 낙사하고, 분광 요소(1bb)에 의해 직하로 2B, 경사 방향으로 2IR이 낙사한다. 그 결과, 광 감지 셀(2b)에는 4IR, 광 감지 셀(2d)에는 4B가 입사한다.
이와 같이, 입사광은 손실 없이 광 감지 셀에 도달하고, 더구나 그 분광 과정에서 4R, 4G, 4B와 4IR의 광으로 나누어진다. 광 감지 셀에 입사한 광은 광전 변환되어, RGB 신호와 IR 신호가 되고, 적외 컷이나 적외 투과의 필터를 이용하지 않고서 RGB에 의한 컬러 화상과 적외광의 흑백 화상을 만들 수 있다.
이상과 같이, 본 실시 형태 17에 의하면, R+G와 IR+B로 나누는 분광 요소와 IR+R과 G+B로 나누는 분광 요소 2종류를 직교시켜 배열하고, 또한 각각의 분광 요소는 일부의 분광이 교차하는 구성으로 함으로써, 입사광을 손실 없이 광 감지 셀까지 투과시키고, 더구나 RGB와 IR의 4개 광으로 분광할 수 있다. 그 결과, 촬상 소자의 화소 수를 증가시키지 않더라도, 고감도의 컬러 화상을 실현할 수 있어, 적외광의 화상도 얻어지고, 가시광으로부터 적외광까지의 광 파장 영역에 대응한 촬상 장치를 제공할 수 있다.
또, 본 실시 형태에서는, 분광 요소(1a, 1b)가 R, G와 IR, B로 분광시키고, 분광 요소(1aa, 1bb)가 IR, R과 G, B로 분광시키지만, 이것에 한정하는 것이 아니다. 그 역이더라도, RGB와 IR의 4개의 광으로 분광할 수 있다.
(실시 형태 18)
다음으로 본 발명의 실시 형태 18에 대하여, 도면을 이용하여 설명한다. 도 21a는 본 발명의 실시 형태 18에 있어서의 촬상 소자의 광 감지 셀에 대한 광학 소자의 배치 관계를 나타낸 기본 구성의 평면도이다. 또한, 도 21b는 도 21a의 DD'선에 있어서의 단면도, 도 21c는 도 21a의 EE'선에 있어서의 단면도, 도 21d는 도 21a의 FF'선에 있어서의 단면도이다.
본 실시 형태 18은, 실시 형태 17로부터 분광 요소(1b)와 분광 요소(1bb)를 제거한 구성을 갖고 있다. 그 결과, 분광 요소의 수가 반이 되므로, 촬상 소자를 제작함에 있어서, 실시 형태 17의 경우보다 광학 소자 어레이를 실장하기 쉽다고 하는 이점이 있다.
실시 형태 18에서는, 입사광은 분광 요소(1a), 분광 요소(1aa)와 직접 광 감지 셀(2d)에 입사하지만, 이하에 차례를 따라 광 투과 경로에 대하여 설명한다.
우선, 분광 요소(1a)에 입사한 광은, 그 직하로 R, G를, 경사 방향으로 IR, B를 낙사시킨다. 낙사한 광은, 분광 요소(1aa)에 입사함과 아울러 직접 광 감지 셀(2c와 2d)에 입사한다. 상세한 것은 후술하지만, 광 감지 셀(2c, 2d)은 분광 요소(1aa)로부터도 수광하게 된다. 분광 요소(1aa)에 수직 입사한 R+G는 또한 R과 G로 나누어지고, R은 그 직하의 광 감지 셀(2a)에 입사하고, G는 인접한 광 감지 셀(2c)에 입사한다. 광 감지 셀(2c)은, 분광 요소(1a)로부터 R+G도 수광하므로, 합치면 R+2G를 수광하게 된다. 결국, 광 감지 셀(2a)에는 R이 입사하고, 광 감지 셀(2c)에는 R+2G가 입사한다.
한편, 분광 요소(1aa)에 경사 입사한 IR+B는 또한, 직접 광 W(=IR+R+G+B)와 혼합되고, 그 직하로는 2IR+R을, 경사 방향으로는 G+2B를 낙사시킨다. 결국, 광 감지 셀(2b)에는 2IR+R이 입사하고, 광 감지 셀(2d)에는 G+2B와 직접 광 W와 분광 요소(1a)로부터의 IR+B가 입사하게 되고, 그 합계는 2IR+R+2G+4B가 된다.
광 감지 셀(2a, 2b, 2c, 2d)이 수광하는 광량을 각각 S2a, S2b, S2c, S2d라고 하면, 이하의 식으로 표현된다.
(식 71) S2a=R
(식 72) S2b=2IR+R
(식 73) S2c=R+2G
(식 74) S2d=2IR+R+2G+4B
이와 같이, 식 71로부터 R, 식 71과 식 72로부터 2IR, 식 71과 식 73으로부터 2G, 그들의 결과와 식 74로부터 4B가 얻어져, 실시 형태 17의 경우만큼 각 색의 추출률은 높지 않지만, RGB와 IR의 신호를 추출할 수 있는 것을 알 수 있다.
이상과 같이, 본 실시 형태 18에 의하면, 실시 형태 17의 경우로부터 분광 요소의 수를 반으로 감하더라도, 입사광을 손실 없이 광 감지 셀까지 투과시키고, 더구나 RGB와 IR의 4개 광으로 분광할 수 있다. 그 결과, 촬상 소자의 화소 수를 증가시키지 않더라도, 또한 적외 컷이나 적외 투과의 필터를 이용하지 않더라도, 고감도의 컬러 화상을 실현할 수 있고, 적외광의 화상도 얻을 수 있다.
(실시 형태 19)
다음으로 본 발명의 실시 형태 19에 대하여, 도면을 이용하여 설명한다. 도 22a는 본 발명의 실시 형태 19에 있어서의 촬상 소자의 광 감지 셀에 대한 광학 소자의 배치 관계를 나타낸 기본 구성의 평면도이다. 또한, 도 22b는 도 22a의 GG'선에 있어서의 단면도, 도 22c는 도 22a의 HH'선에 있어서의 단면도, 도 22d는 도 22a의 II'선에 있어서의 단면도이다.
본 실시 형태 19는, 실시 형태 17과 구성이 유사하지만, 광학 소자 어레이의 분광 요소의 기능과 사이즈만이 다르다. 본 실시 형태에서는, 분광 요소(1cc) 및 분광 요소(1dd)가 도 4a 및 도 4b에 나타낸 것과 같다. 분광 요소(1cc)는, 경사 방향으로 R과 G의 광을, 그 역의 경사 방향으로 IR과 B의 광을 낙사시키고, 분광 요소(1dd)는 경사 방향으로 IR과 R의 광을, 그 역의 경사 방향으로 G와 B의 광을 낙사시킨다. 또한, 그들 분광 요소(1cc와 1dd)는, 수직으로 교차시켜, 각각 2개의 광 감지 셀에 대응한 구성으로 하고 있다.
본 실시 형태에 의하면, 광의 합성이 없고 분리뿐이므로, 광의 투과 경로는 단순하다. 입사광이 분광 요소(1cc)에 들어가면, R+G와 IR+B의 광으로 나누어져 분광 요소(1dd)에 낙사한다. 분광 요소(1dd)에 입사한 R+G는 R과 G로 분리되고, 또한 입사광 IR+B는 IR과 B로 분리된다. 결국, 광 감지 셀 2a에는 R, 2c에는 G, 2b에는 IR, 2d에는 B가 입사하고, 각 광 감지 셀에서 광전 변환되어, RGB와 IR의 신호를 추출할 수 있다.
또, 본 실시 형태에서는, 분광 요소(1cc)와 분광 요소(1dd)를 나눠 배열시켰지만, 도 24a(평면도), 도 24b(정면도), 도 24c(측면도)에 나타내는 바와 같이, 그들을 광축 방향으로 겹쳐도 좋다. 이러한 구성을 채용하더라도, RGB와 IR의 광은 분리되고, 그들의 화상 신호를 추출할 수 있다.
이와 같이 RGB의 컬러 신호와 IR의 신호를 각 광 감지 셀로부터 직접 추출할 수 있지만, 광의 중첩이 없으므로 그만큼 화소의 삭감은 할 수 없다. 그러나, 적외 컷이나 적외 투과의 필터를 이용하지 않더라도, 적외광의 화상과 가시광의 화상이 동시에 얻어진다.
이상과 같이, 본 실시 형태 19에 의하면, R+G와 IR+B로 나누는 분광 요소와 IR+R과 G+B로 나누는 분광 요소 2종류를 직교시켜 배열하고, 2 화소에 1개의 분광 요소를 대응시켜 배치함으로써, 입사광을 손실 없이 광 감지 셀까지 투과시키고, 더구나 RGB와 IR의 4개의 광으로 분광할 수 있다. 그 결과, 분광 수의 수만큼 촬상 소자의 화소 수는 필요하지만, 적외 컷이나 적외 투과의 필터를 이용하지 않더라도, 고감도의 컬러 화상과 적외광의 화상이 얻어진다.
또, 상기의 실시 형태 17~19에서는, 광 감지 셀을 수평, 수직 방향으로 배열한 2차원 격자형으로 설명했지만, 이것에 한하는 것이 아니라, 경사 방향으로 배열한, 소위, 화소 비키어 놓기의 2차원 구성이더라도, 본 발명의 효과는 전혀 변하지 않는다.
(실시 형태 20)
다음으로, 도 28을 참조하면서, 본 발명에 의한 고체 촬상 장치의 전체 구성을 설명한다.
도 28의 고체 촬상 장치는, 촬상부(100)와, 촬상부(100)로부터의 신호를 수신하여, 영상 신호를 생성하는 영상 신호 처리부(200)를 구비하고 있다. 이하, 촬상부(100)와 영상 신호 처리부(200)의 구성과 동작을 설명한다.
우선, 촬상부(100)를 설명한다. 촬상부(100)는, 피사체를 결상하기 위한 렌즈(101)와, 광학판(102)과, 렌즈(101) 및 광학판(102)을 통해서 결상된 광 정보를, 광전 변환에 의해, 전기 신호로 변환하는 촬상 소자(103)를 구비하고 있다. 여기서, 광학판(102)은, 화소 배열이 원인이 되어 발생하는 무아레(moire) 패턴을 저감하기 위한 수정 로우 패스 필터에, 적외광을 제거하기 위한 적외 컷 필터를 합체시킨 것이다. 촬상 소자는, 전술한 각 실시 형태에 대하여 설명한 임의의 구성을 구비하는 소자이다.
촬상부(100)는, 상기의 구성 요소 외에, 신호 발생 및 화소 신호 수신부(104)와, 소자 구동부(105)를 구비하고 있다. 신호 발생 및 화소 신호 수신부(104)는, 촬상 소자(103)를 구동하기 위한 기본 신호를 발생함과 아울러, 촬상 소자(103)로부터의 신호를 수신하여 A/D 변환을 행한다. 한편, 소자 구동부(105)는, 신호 발생 및 화소 신호 수신부(104)로부터의 신호를 받아, 촬상 소자(103)를 구동한다.
다음으로, 영상 신호 처리부(200)를 설명한다. 이 예에 있어서의 영상 신호 처리부(200)는, RGB 신호 생성부(201)와, 비디오 신호 생성부(202)와, 비디오 인터페이스부(203)와, JPEG 신호 생성부(204)와, 미디어 인터페이스부(205)를 갖고 있다.
RGB 신호 생성부(201)는, 촬상 소자로부터의 화상 신호를 받아, RGB 신호로 변환한다. 비디오 신호 생성부(202)는 RGB 신호 생성부(201)로부터의 신호를 받아 휘도 신호와 2개의 색차 신호로 이루어지는 복합 영상 신호를 생성한다. 비디오 인터페이스부(203)는, 비디오 신호 생성부(202)로부터의 신호를 받아, D/A 변환하여, 비디오 신호로서 외부에 출력한다. JPEG 신호 생성부(204)는, 비디오 신호 생성부(202)로부터 1 화상분의 신호를 받아, JPEG 방식의 정지 화상으로 변환한다. 미디어 인터페이스부(205)는, JPEG 신호 생성부(204)로부터의 JPEG 데이터를 외부 미디어에 기록한다.
이하, 본 실시 형태의 촬상 장치가 실시 형태 15, 16에 있어서의 촬상 소자를 구비하는 경우에 대하여, 신호 처리의 동작을 설명한다.
우선, RGB 신호 생성부(201)에서는, 4 화소 신호를 1 단위로 하여 RGB 신호가 만들어진다. 본 실시 형태에서는, 식 59~62에 의해, RGB 신호로의 변환은, 이하의 3행 4열의 변환 매트릭스에 근거하여 실행시킨다.
이렇게 해서, 촬상 소자의 화소로부터 얻어지는 화소 신호 S2a, S2b, S2e, S2f는, 이하의 식에 나타내는 연산에 의해 RGB 신호로 변환된다.
RGB 신호 생성부(201)에서 만들어진 RGB 신호는, 비디오 신호 생성부(202)에서 NTSC 방식에 따른 휘도 신호 Y와 2개의 색차 신호 R-Y, B-Y로 변환되어 복합 영상 신호가 된다. 복합 영상 신호는 또한 비디오 인터페이스부(203)에서 D/A 변환되어, 아날로그의 복합 영상 신호로서 출력된다.
또, 비디오 신호 생성부(202)로부터는, 휘도 신호 및 2개의 색차 신호가 JPEG 신호 생성부(204)에 보내지고, 거기서 JPEG 방식의 정지 화상 신호가 만들어진다. 만들어진 정지 화상 신호는, 미디어 인터페이스부(205)를 통해서 외부의 기록 미디어에 기록된다.
RGB 신호로부터 NTSC의 Y/R-Y/B-Y 신호로의 변환은, 예컨대, 이하의 식에 나타내는 변환 매트릭스에 따라 실행된다.
Y/R-Y/B-Y로부터 JPEG 신호를 만들기 위해서는, Y는 그대로로 하고, R-Y 신호를 0.713배 하여 Cr 신호를 생성하고, B-Y 신호를 0.564배 하여 Cb를 형성하면 된다.
또, NTSC와 JPEG의 변환 매트릭스 계수가 다른 것은, 각각 기준으로 하고 있는 색도 좌표계가 다르기 때문이다.
이상의 실시 형태에서는, 수광부에 관하여 광 감지 셀이 2차원 형상으로 배열되어 있다고 설명했지만, 실제의 대부분의 고체 촬상 소자에서는, 2차원 형상으로 배열된 광 감지 셀의 사이에 차광부도 있어, 수광부 전면이 입사광을 받고 있는 것이 아니다. 그러나, 최근에는 촬상부 전면에서 수광할 수 있는 이면 조사형의 소형 고체 촬상 소자도 개발되어, 그 특징을 살린 고감도의 컬러화 방식도 요구되고 있다. 본 발명은 입사광을 모두 수광하여, 광의 혼합이나 혼색을 적극적으로 이용하는 새로운 방식이므로, 이면 조사형의 고체 촬상 소자와 같이 전면 수광 타입의 촬상 소자에는 한층 더 유효하다고 생각된다.
(산업상이용가능성)
본 발명에 따른 고체 촬상 장치는, 민생용 카메라, 소위, 디지털 카메라, 디지털 무비나 방송용의 카메라, 산업용의 감시 카메라 등에 널리 적용될 수 있다.
1, 4, 5 : 분광 타입의 광학 소자 어레이(분광 요소)
1a, 1b, 1c, 1d : 분광 타입의 광학 소자 어레이의 분광 요소
1aa, 1bb, 1cc, 1dd : 분광 타입의 광학 소자 어레이의 분광 요소
5a, 5b, 5c, 5d : 분광 타입의 광학 소자 어레이의 분광 요소
11a, 11b, 11c : 분광 타입의 광학 소자 어레이의 분광 요소
1e : 투명 요소
2 : 촬상 소자의 광 감지 셀
2a, 2b, 2c, 2d : 촬상 소자의 광 감지 셀
2e, 2f, 2g, 2h : 촬상 소자의 광 감지 셀
2Z : 촬상 소자의 차광부
3 : 베이어형 색 필터
6a, 6b, 6c, 6d : 광학 소자 어레이로서의 고굴절률 재료로 이루어지는 분광 요소
7 : 저굴절률의 투명부
21 : 마이크로 렌즈
22 : 이너 렌즈
23 : 적색(R) 이외를 반사하는 다이크로익 미러
24 : 녹색(G)만을 반사하는 다이크로익 미러
25 : 청색(B)만을 반사하는 다이크로익 미러
26 : 마이크로 프리즘
31 : 투광성의 수지
32 : G 광 투과의 다층막 미러
33 : R 광 투과의 다층막 미러
34 : G 광 투과의 유기 색소 필터
35 : R 광 투과의 유기 색소 필터
36 : 마이크로 렌즈
37 : 금속층
40 : RGB와 적외광(IR)을 투과시키는 필터
101 : 광학 렌즈
102 : 광학판
103 : 고체 촬상 소자
104 : 신호 발생 및 화소 신호 수신부
105 : 소자 구동부
200 : 영상 신호 처리부
201 : RGB 신호 생성부
202 : 비디오 신호 생성부
203 : 비디오 인터페이스부
204 : JPEG 신호 생성부
205 : 미디어 인터페이스부
1a, 1b, 1c, 1d : 분광 타입의 광학 소자 어레이의 분광 요소
1aa, 1bb, 1cc, 1dd : 분광 타입의 광학 소자 어레이의 분광 요소
5a, 5b, 5c, 5d : 분광 타입의 광학 소자 어레이의 분광 요소
11a, 11b, 11c : 분광 타입의 광학 소자 어레이의 분광 요소
1e : 투명 요소
2 : 촬상 소자의 광 감지 셀
2a, 2b, 2c, 2d : 촬상 소자의 광 감지 셀
2e, 2f, 2g, 2h : 촬상 소자의 광 감지 셀
2Z : 촬상 소자의 차광부
3 : 베이어형 색 필터
6a, 6b, 6c, 6d : 광학 소자 어레이로서의 고굴절률 재료로 이루어지는 분광 요소
7 : 저굴절률의 투명부
21 : 마이크로 렌즈
22 : 이너 렌즈
23 : 적색(R) 이외를 반사하는 다이크로익 미러
24 : 녹색(G)만을 반사하는 다이크로익 미러
25 : 청색(B)만을 반사하는 다이크로익 미러
26 : 마이크로 프리즘
31 : 투광성의 수지
32 : G 광 투과의 다층막 미러
33 : R 광 투과의 다층막 미러
34 : G 광 투과의 유기 색소 필터
35 : R 광 투과의 유기 색소 필터
36 : 마이크로 렌즈
37 : 금속층
40 : RGB와 적외광(IR)을 투과시키는 필터
101 : 광학 렌즈
102 : 광학판
103 : 고체 촬상 소자
104 : 신호 발생 및 화소 신호 수신부
105 : 소자 구동부
200 : 영상 신호 처리부
201 : RGB 신호 생성부
202 : 비디오 신호 생성부
203 : 비디오 인터페이스부
204 : JPEG 신호 생성부
205 : 미디어 인터페이스부
Claims (37)
- 제 1 광 감지 셀 및 제 2 광 감지 셀을 포함하는 광 감지 셀 어레이와,
상기 광 감지 셀 어레이상에 마련되고, 제 1 광학 소자 및 제 2 광학 소자를 포함하는 광학 소자 어레이
를 구비하는 고체 촬상 장치로서,
상기 제 1 광학 소자는, 상기 제 1 광학 소자에 입사한 입사광에 포함되는 제 1 파장 대역의 광선을 상기 제 1 광 감지 셀에 입사시키고, 상기 입사광에 포함되는 제 2 파장 대역의 광선을 상기 제 2 광 감지 셀에 입사시키고,
상기 제 2 광학 소자는, 상기 제 2 광학 소자에 입사한 입사광에 포함되는 적어도 상기 제 2 파장 대역의 광선을 상기 제 2 광 감지 셀에 입사시키고,
상기 제 1 광 감지 셀은, 상기 제 1 광학 소자를 투과한 광선의 입사에 의해 생긴 전기 신호 성분을 포함하는 신호를 출력하고,
상기 제 2 광 감지 셀은, 상기 제 1 및 제 2 광학 소자를 투과한 광선의 입사에 의해 생긴 전기 신호 성분을 포함하는 신호를 출력하는
고체 촬상 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 파장 대역의 광선의 색은, 상기 제 2 파장 대역의 광선의 색의 보색인 고체 촬상 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 광학 소자 및 상기 제 2 광학 소자는, 각각, 입사광을 파장에 따라 다른 방향으로 향하게 하는 분광 특성을 갖고 있고,
상기 제 1 광학 소자는 상기 제 1 광 감지 셀상에 위치하고, 상기 제 2 광학 소자는 상기 제 2 광 감지 셀상에 위치하는
고체 촬상 장치.
- 복수의 광 감지 셀을 포함하는 광 감지 셀 어레이와,
적어도 2종류의 분광 요소가 1차원 형상 또는 2차원 형상으로 상기 광 감지 셀 어레이상에 배치된 광학 소자 어레이
를 구비하고,
일부 또는 전부의 상기 광 감지 셀이 적어도 2종류의 상기 분광 요소로부터의 광을 받아 적어도 3종류의 색 신호를 생성하는 촬상 장치로서,
상기 광학 소자 어레이는, 입사광에 대하여 제 1 각도를 이루는 방향으로 제 1 파장 대역의 광을 투과시키고, 상기 입사광에 대하여 제 2 각도를 이루는 방향으로 제 2 파장 대역의 광을 투과시키고, 상기 제 1 파장 대역의 광과 상기 제 2 파장 대역의 광이 보색 관계인 분광 요소를 포함하는
고체 촬상 장치.
- 제 4 항에 있어서,
상기 광학 소자 어레이는, 입사광을 적어도 3개의 광으로 분광시키는 분광 요소를 포함하고,
상기 분광 요소 중 적어도 1개가, 대응하는 상기 광 감지 셀에 광의 일부를 낙사(落射)시키고, 그 밖의 광을 대응하는 상기 광 감지 셀의 인접광 감지 셀에 낙사시키는
고체 촬상 장치.
- 제 4 항에 있어서,
상기 광학 소자 어레이는,
입사광에 대하여 제 1 각도를 이루는 방향으로 제 1 파장 대역의 광을 투과시키고, 상기 입사광에 대하여 제 2 각도를 이루는 방향으로 제 2 파장 대역의 광을 투과시키고, 상기 제 1 파장 대역의 광과 상기 제 2 파장 대역의 광이 보색 관계인 제 1 분광 요소 및 제 2 분광 요소를 포함하고,
상기 제 1 분광 요소와 상기 제 2 분광 요소가 인접하여 배치되고,
상기 제 1 분광 요소에 대응하는 광 감지 셀에는, 상기 제 1 분광 요소의 상기 제 1 파장 대역의 광과 상기 제 2 분광 요소의 상기 제 1 파장 대역의 광이 입사하고,
상기 제 2 분광 요소에 대응하는 광 감지 셀에는, 상기 제 1 분광 요소의 상기 제 2 파장 대역의 광과 상기 제 2 분광 요소의 상기 제 2 파장 대역의 광이 입사하는
고체 촬상 장치.
- 제 4 항에 있어서,
상기 광학 소자 어레이는,
입사광에 대하여 제 1 각도를 이루는 방향으로 제 1 파장 대역의 광을 투과시키고, 상기 입사광에 대하여 제 2 각도를 이루는 방향으로 제 2 파장 대역의 광을 투과시키고, 상기 제 1 파장 대역의 광과 상기 제 2 파장 대역의 광이 보색 관계인 제 3 분광 요소와,
입사광을 분광하지 않는 투명 요소
를 포함하고,
상기 제 3 분광 요소와 상기 투명 요소가 인접하여 배치되고,
상기 제 3 분광 요소에 대응하는 광 감지 셀에는, 상기 제 3 분광 요소의 상기 제 1 파장 대역의 광이 입사하고,
상기 투명 요소에 대응하는 광 감지 셀에는, 상기 제 3 분광 요소의 상기 제 2 파장 대역의 광과 상기 투명 요소로부터의 광이 입사하는
고체 촬상 장치.
- 제 4 항에 있어서,
상기 광학 소자 어레이는,
입사광에 대하여 제 1 각도를 이루는 방향으로 제 1 파장 대역의 광을 투과시키고, 상기 입사광에 대하여 제 2 각도를 이루는 방향으로 제 2 파장 대역의 광을 투과시키고, 상기 제 1 파장 대역의 광과 상기 제 2 파장 대역의 광이 보색 관계인 제 1 분광 요소, 제 2 분광 요소, 및 제 3 분광 요소와,
상기 입사광을 분광하지 않는 투명 요소
를 포함하고,
상기 제 1 분광 요소와 상기 제 2 분광 요소가 인접하여 배치되고, 상기 제 3 분광 요소와 상기 투명 요소가 인접하여 배치되고,
상기 제 1 분광 요소에 대응하는 광 감지 셀에는, 상기 제 1 분광 요소의 상기 제 1 파장 대역의 광과 상기 제 2 분광 요소의 상기 제 1 파장 대역의 광이 입사하고,
상기 제 2 분광 요소에 대응하는 광 감지 셀에는, 상기 제 1 분광 요소의 상기 제 2 파장 대역의 광과 상기 제 2 분광 요소의 상기 제 2 파장 대역의 광이 입사하고,
상기 제 3 분광 요소에 대응하는 광 감지 셀에는, 상기 제 3 분광 요소의 상기 제 1 파장 대역의 광이 입사하고,
상기 투명 요소에 대응하는 광 감지 셀에는, 상기 제 3 분광 요소의 상기 제 2 파장 대역의 광과 상기 투명 요소로부터의 광이 입사하는
고체 촬상 장치.
- 제 5 항에 있어서,
상기 광학 소자 어레이는,
입사광에 대하여 제 1 각도를 이루는 방향으로 제 1 파장 대역의 광을 투과시키고, 상기 입사광에 대하여 제 2 각도를 이루는 방향으로 제 2 파장 대역의 광을 투과시키고, 상기 제 1 파장 대역의 광과 상기 제 2 파장 대역의 광이 보색 관계인 제 1 분광 요소와,
입사광을 제 3 파장 대역의 광, 제 4 파장 대역의 광, 및 제 5 파장 대역의 광으로 분광시키는 제 2 분광 요소
를 포함하고,
상기 제 1 분광 요소와 상기 제 2 분광 요소가 교대로 인접하여 배치되고,
상기 제 1 분광 요소에 대응하는 광 감지 셀에는, 상기 제 1 분광 요소의 상기 제 2 파장 대역의 광과 상기 제 2 분광 요소의 상기 제 3 파장 대역의 광과 상기 제 5 파장 대역의 광이 입사하고,
상기 제 2 분광 요소에 대응하는 광 감지 셀에는, 상기 제 1 분광 요소의 상기 제 1 파장 대역의 광과 상기 제 2 분광 요소의 상기 제 4 파장 대역의 광이 입사하는
고체 촬상 장치.
- 제 5 항에 있어서,
상기 광학 소자 어레이는,
입사광에 대하여 제 1 각도를 이루는 방향으로 제 1 파장 대역의 광을 투과시키고, 상기 입사광에 대하여 제 2 각도를 이루는 방향으로 제 2 파장 대역의 광을 투과시키고, 상기 제 1 파장 대역의 광과 상기 제 2 파장 대역의 광이 보색 관계인 제 1 분광 요소와,
분광하지 않는 투명 요소
를 포함하고,
상기 제 1 분광 요소와 상기 투명 요소가 인접하여 배치되고,
상기 제 1 분광 요소에 대응하는 광 감지 셀에는, 상기 제 1 분광 요소의 상기 제 2 파장 대역의 광이 입사하고,
상기 투명 요소에 대응하는 광 감지 셀에는, 상기 제 1 분광 요소의 상기 제 1 파장 대역의 광과 상기 투명 요소로부터의 광이 입사하는
고체 촬상 장치.
- 제 5 항에 있어서,
상기 광학 소자 어레이는,
입사광에 대하여 제 1 각도를 이루는 방향으로 제 1 파장 대역의 광을 투과시키고, 상기 입사광에 대하여 제 2 각도를 이루는 방향으로 제 2 파장 대역의 광을 투과시키고, 상기 제 1 파장 대역의 광과 상기 제 2 파장 대역의 광이 보색 관계인 제 1 분광 요소 및 제 2 분광 요소와,
입사광을 제 3 파장 대역의 광, 제 4 파장 대역의 광, 제 5 파장 대역의 광으로 분광시키는 제 3 분광 요소와,
입사광을 분광하지 않는 투명 요소
를 포함하고,
상기 제 1 분광 요소와 상기 제 3 분광 요소가 교대로 인접하여 배치되어, 상기 제 2 분광 요소와 상기 투명 요소가 인접하여 배치되고,
상기 제 1 분광 요소에 대응하는 광 감지 셀에는, 상기 제 1 분광 요소의 상기 제 2 파장 대역의 광과 상기 제 3 분광 요소의 상기 제 3 파장 대역의 광과 상기 제 5 파장 대역의 광이 입사하고,
상기 제 3 분광 요소에 대응하는 광 감지 셀에는, 상기 제 1 분광 요소의 상기 제 1 파장 대역의 광과 상기 제 3 분광 요소의 상기 제 4 파장 대역의 광이 입사하고,
상기 제 2 분광 요소에 대응하는 광 감지 셀에는, 상기 제 2 분광 요소의 상기 제 2 파장 대역의 광이 입사하고,
상기 투명 요소에 대응하는 광 감지 셀에는, 상기 제 2 분광 요소의 상기 제 1 파장 대역의 광과 상기 투명 요소로부터의 광이 입사하는
고체 촬상 장치.
- 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
2개의 광으로 분광하여, 그 한쪽을 투명 요소에 대응하는 광 감지 셀에 입사시키는 분광 요소로서,
광량이 적은 쪽의 분광을 상기 투명 요소에 대응하는 광 감지 셀에 입사시키는 특성을 갖는 고체 촬상 장치.
- 제 4 항에 있어서,
상기 분광 요소는, 회절에 의해 입사광의 분광을 행하는 고체 촬상 장치.
- 제 4 항에 있어서,
상기 분광 요소는, 굴절률이 상대적으로 높은 재료로 형성된 고굴절률 투명부와, 굴절률이 상대적으로 낮은 재료로 형성되어, 상기 고굴절률 투명부의 측면과 접하는 저굴절률 투명부를 갖고 있는 고체 촬상 장치.
- 제 14 항에 있어서,
상기 고굴절률 투명부는, 입사광의 진행 방향에 대하여 두께가 다른 부분을 갖는 고체 촬상 장치.
- 제 14 항에 있어서,
입사광의 진행 방향을 따른 단면에 있어서, 상기 고굴절률 투명부의 중심축이 계단 형상으로 구부러져 있는 고체 촬상 장치.
- 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
인접하는 2개의 광 감지 셀이 출력하는 신호의 차분 연산에 의해, 색 정보를 산출하는 고체 촬상 장치.
- 2차원 형상으로 배열된 복수의 광 감지 셀을 갖는 광 감지 셀 어레이로서, 제 1 방향을 따라 인접하는 제 1 광 감지 셀 및 제 2 광 감지 셀을 포함하는 광 감지 셀 어레이와,
상기 제 1 광 감지 셀에 대응하는 위치에 마련되고, 입사광을 상기 제 1 방향으로 분광하는 제 1 분광 요소
를 구비하고,
상기 제 1 분광 요소에 의해 분광된 광의 적어도 일부는, 상기 제 2 광 감지 셀에 입사하고,
상기 제 1 광 감지 셀 및 제 2 광 감지 셀은, 각각, 입사 광량에 근거한 광전 변환 신호를 출력하고,
상기 제 2 광 감지 셀로부터의 광전 변환 신호와 상기 제 1 광 감지 셀로부터의 광전 변환 신호의 차분 연산에 근거하여, 상기 제 1 분광 요소에 의해 분광되어 상기 제 2 광 감지 셀에 입사한 광의 양이 검출되는
고체 촬상 장치.
- 제 18 항에 있어서,
제 1 광 감지 셀 및 제 2 광 감지 셀상에 광학 특성이 동일한 색 요소가 배열되고, 상기 색 요소를 통하여 얻어진 광전 변환 신호를 이용하여, 제 1 분광 요소에 의해 분광되어 상기 제 2 광 감지 셀에 입사한 광의 분광량을 검출하는 고체 촬상 장치.
- 제 18 항에 있어서,
제 2 광 감지 셀에 대응하는 위치에 마련되어, 상기 제 1 방향에 대하여 각도를 이루는 제 2 방향으로 입사광을 분광하는 제 2 분광 요소를 갖고,
상기 제 2 광 감지 셀 사이의 광전 변환 신호의 가산 결과와, 상기 제 1 광 감지 셀로부터의 광전 변환 신호와 상기 제 2 광 감지 셀로부터의 광전 변환 신호의 가산 결과의 차분 연산을 행함으로써 분광량을 검출하는
고체 촬상 장치.
- 제 20 항에 있어서,
상기 각도는 90도인 고체 촬상 장치.
- 제 18 항에 있어서,
상기 제 1 분광 요소에 의해 분광되어 상기 제 2 광 감지 셀에 입사한 광이 적외광인 고체 촬상 장치. - 제 22 항에 있어서,
상기 제 1 분광 요소에 의해 분광되어 상기 제 2 광 감지 셀에 입사한 상기 적외광의 양에 근거하여, 적외광 화상을 생성하는 고체 촬상 장치.
- 제 22 항에 있어서,
상기 제 1 분광 요소에 의해 분광되어 상기 제 2 광 감지 셀에 입사한 상기 적외광의 양을, 각 광 감지 셀의 광전 변환 신호로부터 감산함으로써 가시광 화상을 생성하는 고체 촬상 장치.
- 제 24 항에 있어서,
상기 광 감지 셀 어레이는, 상기 제 2 방향을 따라 인접하는 제 3 광 감지 셀을 포함하고,
상기 제 3 광 감지 셀에 대응하는 위치에 마련되어, 입사광을 상기 제 2 방향으로 분광하는 제 3 분광 요소를 더 구비하고,
상기 제 2 분광 요소는, 입사광을 청색과 그 밖의 색으로 분광하고,
상기 제 3 분광 요소는, 입사광을 적색과 그 밖의 색으로 분광하는
고체 촬상 장치. - 복수의 광 감지 셀을 포함하는 광 감지 셀 어레이와,
복수의 분광 요소가 1차원 형상 또는 2차원 형상으로 상기 광 감지 셀 어레이상에 배치된 광학 소자 어레이
를 구비하고,
일부 또는 전부의 상기 광 감지 셀의 각각이, 상기 광학 소자 어레이에 포함되는 복수의 분광 요소로부터의 광을 받아 색 신호를 생성하는 촬상 장치로서,
상기 분광 요소와 상기 광 감지 셀의 3차원적 위치 관계 또는 상기 분광 요소의 경사가 위치에 따라 변화하고 있는
고체 촬상 장치.
- 제 26 항에 있어서,
상기 분광 요소와 상기 광 감지 셀의 거리가 위치에 따라 변화하고 있는 고체 촬상 장치.
- 제 25 항에 있어서,
상기 분광 요소의 배치 피치와 상기 광 감지 셀의 배치 피치가 m:n의 정수비(단, n/m은 정수가 아님)인 고체 촬상 장치. - 제 25 항에 있어서,
상기 광학 소자 어레이에 포함되는 상기 복수의 분광 요소의 특성이 서로 같은 고체 촬상 장치.
- 제 28 항에 있어서,
굴절률이 상대적으로 높은 재료로 형성된 고굴절률 투명부와, 굴절률이 상대적으로 낮은 재료로 형성되어, 상기 고굴절률 투명부의 측면과 접하는 저굴절률 투명부를 갖고 있고,
상기 고굴절률 투명부는, 입사광의 진행 방향에 대하여 두께가 다른 부분을 갖는
고체 촬상 장치.
- 입사광을 제 1 방향으로 분광하는 복수의 상측 분광 요소가 2차원 평면 형상으로 배열된 제 1 광학 소자 어레이와,
입사광을 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 분광하는 복수의 하측 분광 요소가 2차원 평면상에 배열된 제 2 광학 소자 어레이와,
복수의 광 감지 셀이 2차원 형상으로 배열된 광 감지 셀 어레이
를 구비하고,
상기 제 2 광학 소자 어레이와 상기 제 1 광학 소자 어레이는, 상기 광 감지 셀 어레이상에서 적층되어 있는
고체 촬상 장치.
- 제 31 항에 있어서,
상기 제 1 방향과, 상기 제 2 방향이 직교하고 있는 고체 촬상 장치.
- 제 32 항에 있어서,
상기 상측 분광 요소는 입사광을 제 1 파장 대역의 광과 제 2 파장 대역의 광으로 나누고,
상기 하측 분광 요소는 입사광을 제 3 파장 대역의 광과 제 4 파장 대역의 광으로 나누고,
상기 제 1 파장 대역의 광과 상기 제 2 파장 대역의 광은 보색 관계에 있고, 상기 제 3 파장 대역의 광과 상기 제 4 파장 대역의 광은 보색 관계에 있는
고체 촬상 장치.
- 제 33 항에 있어서,
상기 광 감지 셀 어레이는, 상기 제 1~제 4 파장 대역의 광을 받아, 광전 변환에 의해 전기 신호를 생성하여, 상기 광 감지 셀 어레이로부터 적어도 4개의 색 신호가 얻어지는 고체 촬상 장치.
- 제 34 항에 있어서,
상기 상측 분광 요소는, 분광 방향이 180도 다른 제 1 분광 요소와 제 2 분광 요소를 갖고,
상기 하측 분광 요소는, 분광 방향이 180도 다른 제 3 분광 요소와 제 4 분광 요소를 갖고,
상기 광 감지 셀 어레이는, 4개의 광 감지 셀로 구성된 기본 유닛을 갖고,
상기 4개의 광 감지 셀은, 각각, 상기 제 1~제 4 파장 대역 중 하나의 광을 받아, 광전 변환에 의해 신호를 출력하는
고체 촬상 장치.
- 제 33 항에 있어서,
상기 광 감지 셀 어레이는, 상기 제 1 분광 요소 또는 상기 제 2 분광 요소에 의해 분광한 광, 또는 상기 제 1 분광 요소 및 상기 제 2 분광 요소의 어느 쪽도 투과하지 않고 있는 광을 수광하여 광전 변환하는 광 감지 셀군도 포함하는 고체 촬상 장치.
- 제 33 항에 있어서,
상기 상측 분광 요소는, 적외 및 청색을 포함하는 제 1 파장 대역의 광과 적색 및 녹색을 포함하는 제 2 파장 대역의 광으로 분광시키고,
상기 하측 분광 요소는, 적외 및 적색을 포함하는 제 3 파장 대역의 광과 녹색 및 청색을 포함하는 제 4 파장 대역의 광으로 분광시키는
고체 촬상 장치.
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