KR20160058779A - 촬상 장치, 제조 장치, 제조 방법, 및 전자 기기 - Google Patents

촬상 장치, 제조 장치, 제조 방법, 및 전자 기기 Download PDF

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Abstract

촬상 소자는, 광전 변환부와, 상기 광전 변환부상의 입사광의 각도를 보정하며 상기 광전 변환부의 상기 광입사측에 마련되는 보정부를 구비한다. 상기 보정부는 곡면을 가지며, 상기 곡면의 표면 형상은 구면이고, 상기 표면 형상은, 상기 구면의 반경을 r, 상면(imaging plane)의 광축의 중심부터 상면의 단(edge)까지의 거리를 x1, 상기 보정부를 구성하는 재료의 굴절률을 n으로 하였을 때, 소정의 조건을 충족시키는 형상으로 되어 있다.

Description

촬상 장치, 제조 장치, 제조 방법, 및 전자 기기{IMAGING DEVICE, MANUFACTURING APPARATUS, MANUFACTURING METHOD, AND ELECTRONIC APPARATUS}
본 기술은, 촬상 소자, 제조 장치, 제조 방법, 및 전자 기기에 관한 것이다. 상세하게는, 셰이딩 특성을 개선하는데 이용하기 알맞는 촬상 소자, 제조 장치, 제조 방법, 및 전자 기기에 관한 것이다.
본 출원은, 2013년 9월 18일에, 일본에 출원된 일본국 JP2013-193376호에 의거하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
카메라 광학에서, 상면(imaging plane)의 중심으로부터 멀어 갈수록, 주광선(principal ray)이 경사 입사함에 의해, 감도 저하가 발생하는 것이 알려져 있다. 이것은 셰이딩이라고 칭하여진다. 특히, RGB(Red, Green, Blue)의 색마다 감도 저하의 비율이 다르면, 화이트 밸런스가 깨져서, 색이 발생하게 된다. 이것은, 색 셰이딩 등이라고 칭하여진다. 또한, 동시에 이웃 화소에 광이 도달함으로써 혼색도 생긴다.
이와 같은 셰이딩이나 혼색에 대한 보정은, 이미지 센서의 성능의 향상에 필요하다. 또한 RGB의 포토 다이오드 또는 광전 변환층을 종방향으로 적층한 이미지 센서(종방향 분광)에서는, 경사 입사에 의한 셰이딩이나 색 셰이딩이나 혼색은 현저해진다. 이것은, 비스듬하게 광이 입사함에 의해 속측(back side)에 있는 PD 또는 광전 변환층에까지 광이 입사하기 어렵게 되기 때문이다.
특허 문헌 1 및 특허 문헌 2에서, 각 화소의 유기 광전 변환막이나 온 칩 렌즈(OCL)에 대해 동보정(pupil correction)을 행하는 것이 나타나 있다. 그러나, 이와 같은 구조에서도 적색(R)이나 청(B)의 PD가 동보정 될 수 없음에 기인한 셰이딩이나 PD 내를 경사 입사하여 이웃 화소에 입사하여 버리는 혼색은 피할 수가 없다.
상기 문제점에 대해, 특허 문헌 3 및 특허 문헌 4에서는, 온 칩 렌즈의 렌즈 형상을 궁리함에 의해, 주광선의 경사 입사를 수직 입사로 변화시켜 셰이딩 보정을 행하는 것이 제안되어 있다. 온 칩 렌즈의 렌즈 형상을 궁리하는 경우, 주광선의 수직 입사가 가능해지기 때문에 충분한 셰이딩 보정이 가능해지지만, 주광선의 경사에 응하여 각 화소의 온 칩 렌즈의 형상을 변화시킬 필요가 있다.
그 결과, OCL 형상의 설계 비용이나 프로세스 비용이 높아져 버린다. 또한, 망원 기능이 있는 카메라에 있어서, 필드 깊이의 가장 가까운 단(end)에서 주광선의 경사 입사를 보정하여도, OCL 형상이 고정된다면, 필드 깊이의 가장 먼 단에서의 촬상면의 단(end)에서도 주광선이 수직 입사에 근접하기 때문에, 오히려 특성 악화가 생길 가능성이 있다.
특허 문헌 5 내지 7에서는, 볼록형 곡면 투명 재료를 장착에 의한 셰이딩 보정이 제안되어 있다. 그러나, 그 구체적인 구조에 관해서는 개시되어 있지 않고, 곡률 등의 형상 구조에 의해서는, 보정이 충분히 행하여질 수 없을 가능성이 있고, 악화할 가능성도 있다. 또한 고정형의 볼록형 투명 재료로는, 가장 가까운 단에서 주광선의 경사 입사를 보정하여도, 볼록형 곡면 형상이 고정이라면, 필드 깊이의 가장 먼 단에서의 촬상면의 단에서 주광선이 수직 입사에 근접하기 때문에, 오히려 특성 악화가 생길 가능성이 있다.
특허 문헌 1 : JP2006-269923 A 특허 문헌 2 : US 7,550797 특허 문헌 3 : JP2006-351972 A 특허 문헌 4 : JP2009-15315 A 특허 문헌 5 : JP2007-184322 A 특허 문헌 6 : JP2006-254864 A 특허 문헌 7 : JP2005-347075호 공보
상기한 바와 같이, 셰이딩 및 혼색에 대한 보정은, 이미지 센서의 성능의 향상에 필요하다. 즉, 주광선의 모든 입사각도에 대해 최적의 보정을 주며, 또한 와이드단부터 텔레간까지, 모든 주광선의 변화에 대해 셰이딩 보정을 최적화하는 것이 요망되고 있다.
본 기술은, 이와 같은 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 셰이딩 보정을 적절하게 행할 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 촬상 장치는, 광전 변환부와, 상기 광전 변환부상의 입사광의 각도를 보정하며 상기 광전 변환부의 상기 광입사측에 마련되는 보정부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 보정부는 곡면을 가지며, 상기 곡면의 표면 형상은 구면이고, 상기 표면 형상은, 상기 구면의 반경을 r, 상면(imaging plane)의 광축의 중심부터 상면의 단(edge)까지의 거리를 x1, 상기 보정부를 구성하는 재료의 굴절률을 n으로 하였을 때,
Figure pct00001
의 조건을 충족시키는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 보정부는 곡면을 가지며, 상기 곡면의 표면 형상은 구면이고, 상기 표면 형상은, 상기 구면의 반경을 r, 상면의 광축의 중심으로부터 상면의 단까지의 거리를 x1, 상기 보정부를 구성하는 재료의 굴절률을 n으로 하였을 때,
Figure pct00002
의 조건을 충족시키는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 보정부는 곡면을 가지며, 상기 곡면의 표면 형상은 구면이고, 상기 표면 형상은, 상기 구면의 반경을 r, 상면의 광축의 중심으로부터 상면의 단까지의 거리를 x1, 상기 보정부를 구성하는 재료의 굴절률을 n으로 하였을 때,
Figure pct00003
의 조건을 충족시키는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 보정부는 곡면을 가지며, 상기 곡면의 표면 형상은 구면이고, 상기 표면 형상은, 상기 구면의 반경을 r, 상면의 광축의 중심으로부터 상면의 단까지의 거리를 x1, 상기 보정부를 구성하는 재료의 굴절률을 n으로 하였을 때,
Figure pct00004
의 조건을 충족시키는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 보정부는 곡면을 가지며, 상기 곡면의 표면 형상은 구면이고, 상기 표면 형상은, 상기 보정부의 표면에 대한 수선과 촬상면에 대한 수선이 이루는 각도를 e, 상기 보정부를 구성하는 재료의 굴절률을 n, 광축의 중심으로부터의 거리를 x, 광축의 중심으로부터 단까지의 거리를 x1, 상기 광의 최대 입사각을 amax로 하고, amax가 20 내지 30도였을 때,
Figure pct00005
의 조건을 충족시키는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 보정부는 곡면을 가지며, 상기 곡면의 표면 형상은 구면이고, 상기 표면 형상은, 상기 보정부의 표면에 대한 수선과 촬상면에 대한 수선이 이루는 각도를 e, 상기 보정부를 구성하는 재료의 굴절률을 n, 광축의 중심으로부터의 거리를 x, 광축의 중심으로부터 단까지의 거리를 x1, 상기 광의 최대 입사각을 amax로 하고, amax가 20 내지 30도였을 때,
Figure pct00006
의 조건을 충족시키는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 보정부는 컨버터블 렌즈 및 형상 가변 렌즈 중의 하나이고, 상기 보정부의 표면 형상은 인장 스트레스에 의해 제어되는 것을 특징으로 한다.
상기 보정부는 컨버터블 렌즈 및 형상 가변 렌즈 중의 하나로 구성되며 2층의 액체로 형성되고, 일방의 액체가 볼록 계면 형상을 갖고 상기 일방의 액체의 상기 볼록 계면 형상은 전압 인가에 의해 제어되는 것을 특징으로 한다.
상기 볼록 계면 형상은, n=n1/n2, 상기 광 입사측의 제1의 액체의 굴절률을 n1, 상기 광전 변환부측의 제2의 액체의 굴절률을 n2, 상면의 광축의 중심으로부터 상면의 단까지의 거리를 x1, 상기 볼록 계면 형상의 반경을 r, 상기 제1의 액체 및 상기 제2의 액체는 2층이라 하였을 때,
Figure pct00007
의 조건이 충족되는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 볼록 계면 형상은, n=n1/n2, 상기 광 입사측의 제1의 액체의 굴절률을 n1, 상기 광전 변환부측의 제2의 액체의 굴절률을 n2, 상면의 광축의 중심으로부터 상면의 단까지의 거리를 x1, 상기 볼록 계면 형상의 반경을 r, 상기 제1의 액체 및 상기 제2의 액체는 2층이라 하였을 때,
Figure pct00008
의 조건이 충족되는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 볼록 계면 형상은, n=n1/n2, 상기 광 입사측의 제1의 액체의 굴절률을 n1, 상기 광전 변환부측의 제2의 액체의 굴절률을 n2, 상면의 광축의 중심으로부터 상면의 단까지의 거리를 x1, 상기 볼록 계면 형상의 반경을 r, 상기 제1의 액체 및 상기 제2의 액체는 2층이라 하였을 때,
Figure pct00009
의 조건이 충족되는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 볼록 계면 형상은, n=n1/n2, 상기 광 입사측의 제1의 액체의 굴절률을 n1, 상기 광전 변환부측의 제2의 액체의 굴절률을 n2, 상면의 광축의 중심으로부터 상면의 단까지의 거리를 x1, 상기 볼록 계면 형상의 반경을 r, 상기 제1의 액체 및 상기 제2의 액체는 2층이라 하였을 때,
Figure pct00010
의 조건이 충족되는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 볼록 계면 형상은, 상기 보정부의 표면에 대한 수선과 촬상면에 대한 수선이 이루는 각도를 e, n=n1/n2, 상기 광 입사측의 제1의 액체의 굴절률을 n1, 상기 광전 변환부측의 제2의 액체의 굴절률을 n2, 광축의 중심으로부터의 거리를 x, 광축의 중심으로부터 단까지의 거리를 x1, 상기 제2의 액체로의 상기 광의 최대 입사각을 cmax', 상기 제2의 액체 내에서의 상기 광의 입사각을 dmax', 상기 제1의 액체 및 상기 제2의 액체는 2층이라 하였을 때,
Figure pct00011
의 조건이 충족되는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 볼록 계면 형상은, 상기 보정부의 표면에 대한 수선과 촬상면에 대한 수선이 이루는 각도를 e, n=n1/n2, 상기 광 입사측의 제1의 액체의 굴절률을 n1, 상기 광전 변환부측의 제2의 액체의 굴절률을 n2, 광축의 중심으로부터의 거리를 x, 광축의 중심으로부터 단까지의 거리를 x1, 상기 제2의 액체로의 상기 광의 최대 입사각을 cmax', 상기 제2의 액체 내에서의 상기 광의 입사각을 dmax', 상기 제1의 액체 및 상기 제2의 액체는 2층이라 하였을 때,
Figure pct00012
의 조건이 충족되는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
광전 변환부와, 상기 광전 변환부상의 입사광의 각도를 보정하며 상기 광전 변환부의 상기 광입사측에 마련되는 보정부를 구비하는 촬상 소자를 제조하는 제조 장치에 있어서,
상기 보정부는 곡면을 가지며, 상기 곡면의 표면 형상은 구면이고, 상기 표면 형상은, 상기 구면의 반경을 r, 상면의 광축의 중심으로부터 상면의 단까지의 거리를 x1, 상기 보정부를 구성하는 재료의 굴절률을 n으로 하였을 때,
Figure pct00013
의 조건 중의 하나를 충족시키는 것을 특징으로 한다.
광전 변환부와, 상기 광전 변환부상의 입사광의 각도를 보정하며 상기 광전 변환부의 상기 광입사측에 마련되는 보정부를 구비하는 촬상 소자를 제조하는 제조 장치에 있어서,
상기 보정부는 곡면을 가지며, 상기 곡면의 표면 형상은 구면이고, 상기 표면 형상은, 상기 구면의 반경을 r, 상면의 광축의 중심으로부터 상면의 단까지의 거리를 x1, 상기 보정부를 구성하는 재료의 굴절률을 n으로 하였을 때,
Figure pct00014
의 조건 중의 하나를 충족시키는 것을 특징으로 한다.
광전 변환부와, 상기 광전 변환부상의 입사광의 각도를 보정하며 상기 광전 변환부의 상기 광입사측에 마련되는 보정부를 구비하는 촬상 소자를 제조하는 제조 장치에 있어서,
상기 보정부는 곡면을 가지며, 상기 곡면의 표면 형상은 비구면이고, 상기 보정부의 상기 표면 형상은, 상기 보정부의 표면에 대한 수선과 촬상면에 대한 수선이 이루는 각도를 e, 상기 보정부를 구성하는 재료의 굴절률을 n, 광축의 중심으로부터의 거리를 x, 상면의 광축의 중심으로부터 단까지의 거리를 x1, 상기 광의 최대 입사각을 amax로 하고, amax가 20 내지 30도였을 때,
Figure pct00015
의 조건 중의 하나를 충족시키는 형상으로 제조하는 것을 특징으로 한다.
광전 변환부와, 상기 광전 변환부상의 입사광의 각도를 보정하며 상기 광전 변환부의 상기 광입사측에 마련되는 보정부를 구비하는 촬상 소자를 제조하는 제조 장치의 제조 방법에 있어서,
구면 표면 형상 1) 및 비구면 표면 형상 2) 중의 하나를 갖는 상기 보정부를 제조하는 스텝을 포함하고,
상기 표면 형상은, 상기 구면의 반경을 r, 상면의 광축의 중심으로부터 상면의 단까지의 거리를 x1, 상기 보정부를 구성하는 재료의 굴절률을 n, 상기 광의 최대 입사각을 amax, 상기 광의 입사각을 a, 상기 보정부의 표면에 대한 수선과 촬상면에 대한 수선이 이루는 각도를 e로 하였을 때,
Figure pct00016
의 조건 중의 하나를 충족시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전자 기기는, 광전 변환부와, 상기 광전 변환부상의 입사광의 각도를 보정하며 상기 광전 변환부의 상기 광입사측에 마련되는 보정부를 구비하는 촬상 소자와, 상기 광전 변환부로부터 출력되는 화소 신호에 대해 신호 처리를 행하는 신호 처리부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 기술의 한 측면의 제1의 제조 장치, 제2의 제조 장치, 및 제조 방법에서는, 광전 변환부에 입사하는 광의 각도를 보정하는 보정부가, 광전 변환부에 광이 입사하는 측에 마련되도록 제조된다. 또한 보정부는, 곡면을 가지며, 곡면의 표면 형상은, 소정의 조건을 충족시키는 형상으로 제조된다.
본 기술의 한 측면의 전자 기기는, 광전 변환부와, 상기 광전 변환부상의 입사광의 각도를 보정하는 보정부이며, 상기 광전 변환부의 상기 광입사측에 마련되는 보정부를 구비하는 촬상 소자와, 상기 광전 변환부로부터 출력되는 화소 신호에 대해 신호 처리를 행하는 신호 처리부를 구비한다.
본 기술의 한 측면의 전자 기기에서는, 광전 변환부와, 광전 변환부에 입사하는 광의 각도를 보정하는 보정부가, 광전 변환부에 광이 입사하는 측에 마련되는 촬상 소자와, 광전 변환부로부터 출력되는 화소 신호에 대해 신호 처리를 행하는 신호 처리부가 구비된다.
본 기술의 한 측면에 의하면, 셰이딩 보정을 적절하게 행할 수 있게 된다.
또한, 여기에 기재된 효과는 반드시 한정되는 것이 아니고, 본 개시 중에 기재된 어느 하나의 효과라도 좋다.
도 1은 촬상 소자의 구성에 관해 설명하기 위한 도면.
도 2는 광의 입사각도와 감도와의 관계에 관해 설명하기 위한 도면.
도 3은 보정용 렌즈의 구성에 관해 설명하기 위한 도면.
도 4는 스넬의 법칙에 관해 설명하기 위한 도면.
도 5는 입사각도와 반경에 관해 설명하기 위한 도면.
도 6은 입사각도가 20도인 때에 촬상 소자에 입사되는 광의 각도에 관한 도면.
도 7은 입사각도가 10도인 때에 촬상 소자에 입사되는 광의 각도에 관한 도면.
도 8은 입사각도가 30도인 때에 촬상 소자에 입사되는 광의 각도에 관한 도면.
도 9는 촬상 소자로의 광의 입사각도가 15도 이내로 수속되는 조건을 도시한 도면.
도 10은 촬상 소자로의 광의 입사각도가 10도 이내로 수속되는 조건을 도시한 도면.
도 11은 촬상 소자에의 보정용 렌즈의 장착에 관해 설명하기 위한 도면.
도 12는 보정용 렌즈의 제조에 관해 설명하기 위한 도면.
도 13은 보정용 렌즈의 형상에 관해 설명하기 위한 도면.
도 14는 보정용 렌즈의 효과에 관해 설명하기 위한 도면.
도 15는 입사각도가 25도인 때에 촬상 소자에 입사되는 광의 각도에 관한 도면.
도 16은 보정용 렌즈의 형상에 관해 설명하기 위한 도면.
도 17은 형상 가변 렌즈에 관해 설명하기 위한 도면.
도 18은 형상 가변 렌즈에 관해 설명하기 위한 도면.
도 19는 형상 가변 렌즈에 관해 설명하기 위한 도면.
도 20은 형상 가변 렌즈에 관해 설명하기 위한 도면.
도 21은 형상 가변 렌즈에 관해 설명하기 위한 도면.
도 22는 종방향 분광의 촬상 소자에의 적용에 관해 설명하기 위한 도면.
도 23은 종방향 분광의 촬상 소자에의 적용에 관해 설명하기 위한 도면.
도 24는 전자 기기의 구성에 관해 설명하기 위한 도면.
이하에, 본 기술을 실시하기 위한 형태(이하, 실시의 형태라고 한다)에 관해 설명한다. 또한, 설명은, 이하의 순서로 행한다.
1. 셰이딩 보정에 관해
2. 보정용 렌즈가 충족시키는 조건
3. 구면 형상에 의한 셰이딩 보정에 관해
4. 구면 형상의 보정용 렌즈의 촬상 장치에의 장착
5. 보정용 렌즈의 제조
6. 비구면 형상에 의한 셰이딩 보정에 관해
7. 망원 기능을 갖는 보정용 렌즈의 셰이딩 보정에 관해
8. 종방향 분광에서의 셰이딩 보정에 관해
9. 전자 기기
<셰이딩 보정에 관해>
카메라 광학에 있어서, 상면의 중심부터 단으로 갈수록, 주광선이 경사 입사함에 의해, 감도 저하가 발생하는 것이 알려져 있다. 이와 같은 감도 저하는, 셰이딩 등이라고 칭하여진다. 이하에 설명하는 본 기술은, 셰이딩 보정을 행하는데 적합하기 때문에, 셰이딩 보정을 행하는 경우를 예로 들어 설명을 행한다.
도 1에, 온 칩 렌즈(OCL)의 촬상 소자의 간략화한 구성을 도시한다. 도 1에 도시한 촬상 소자(10)는, 마이크로 렌즈(11), 컬러 필터층(12), 차광막(13), 및 포토 다이오드(PD)(14)를 구비한다.
마이크로 렌즈(11)를 통하여 입사된 광은 컬러 필터층(12)의 색에 응하여 분광되고, 포토 다이오드(14)에 수광된다. 차광막(13)은, 인접하는 포토 다이오드(14)의 사이에 마련되고, 인접하는 포토 다이오드(14)에 광이 누설되지 않도록 마련되어 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 주광선이 촬상 소자(10)에 경사 입사하는 경우, 감도 저하가 발생하거나, 인접하는 포토 다이오드(14)에, 광이 누입되어, 혼색이 발생하거나 한다. 여기서, 도 1에 도시한 바와 같이, 촬상 소자(10)의 기판면의 수선에 대한 주광선의 입사각을 a로 정의한다. 또한 주광선이란, 조리개의 개구의 중심을 통과하는 광선인 것으로 한다.
도 2는, 촬상 소자(10)에서의 셰이딩 특성을 도시하는 그래프이다. 도 2를 참조하면, 입사각도(a)가 커지면, 감도가 저하됨을 읽어낼 수 있다. 촬상 소자(10)의 칩 중앙부터 칩 단(端)으로 갈수록 입사각도(a)가 커지기 때문에, 칩 중앙로부터 칩 단으로 갈수록 감도가 저하되어 버리는 것을 의미한다.
또한, 컬러 필터층(12)이, RGB(Red, Green, Blue)이고, RGB의 각 색의 입사각도(a)의 의존성이 다른 경우, 색 얼룩이 생겨 버릴 가능성이 있다. 이와 같은 셰이딩이나 색 얼룩을 막기 위해, 마이크로 렌즈(11)로부터 포토 다이오드(14)까지의 저배화, 또는 개구율을 올리는 구조가 생각된다. 그러나, 저배화나 개구율 확대로는, 주광선의 경사 입사각도가 저감되는 것은 아니기 때문에, 셰이딩 특성의 개선에 한계가 있다.
그래서, 주광선의 경사 입사각도가 저감하기 위해, 입사각도(a)를 될 수 있는 한 0이 되도록 보정하도록 한다. 입사각도(a)가 0이라는 것은, 주광선이 기판면에 수직하게 입사한 것을 의미하고, 도 2로부터, 가장 감도가 좋음을 알 수 있다. 예를 들면, 입사각도(a)가 15도 이상이면, 감도가 0.9 이하가 되기 때문에, 입사각도(a)가 15도 이하가 되도록 보정되도록 하면, 감도를 0.9 이상으로 유지할 수 있게 된다.
그래서, 도 3에 도시하는 바와 같이, 마이크로 렌즈(11)상에, 셰이딩 보정용의 보정용 렌즈(31)가 마련되는 구조로 한다. 마이크로 렌즈(11)은, 매트릭스형상으로 복수 배치되어 있고, 그 복수의 마이크로 렌즈(11)의 전부를 덮는 크기의 보정용 렌즈(31)가, 복수의 마이크로 렌즈(11)의 전부를 덮는 위치에 배치된다. 이 보정용 렌즈(31)가 충족시키는 조건에 관해 설명한다.
<보정용 렌즈가 충족시키는 조건>
보정용 렌즈(31)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 일방이 곡면, 타방이 평면인 형상으로 되어 있다. 곡면은, 구면, 또는 비구면이고, 이하의 설명에서는, 구면인 경우와 비구면인 경우로 나누어서 설명한다. 또한, 보정용 렌즈(31)는, 투명 재료로 구성되고, 광을 투과하도록 구성된다.
또한, 망원 기능이 있는 카메라에서는, 텔레단부터 와이드단까지 소정의 조건을 충족시키는 최적의 구면 또는 비구면이 될 수 있도록, 형상을 제어할 수 있는 투명 재료가, 보정용 렌즈(31)로서 촬상 소자(10)상에 장착된다.
도 2로부터, 바람직하게는 입사각도(a)가 15도 이하로 함으로써 감도 저하가 15% 이하로 억제되고, 더욱 바람직하게는 입사각도(a)가 10도 이하로 함으로써 감도 저하가 5% 이하로 억제되는 것을 읽어낼 수 있다.
도 4는, 보정용 렌즈(31)가 경사 입사된 광을 보정하는 원리에 관해 설명하기 위한 도면이다. 도 4A를 참조하면, 촬상 소자(10)상에, 보정용 렌즈(31)가 장착되고, 그 위에, 렌즈군(51)이 마련되어 있다. 주광선은, 조리개(52)의 개구의 중심을 통과한다. 도 4A에 도시하는 바와 같이, 촬상면의 광축의 중심에서는 주광선이 촬상 소자(10)의 표면에 대해 수직 입사하지만, 촬상면의 단으로 갈수록 주광선이 경사 입사한다.
보정용 렌즈(31)가 없다면, 경사 방향에서 입사된 광은, 마이크로 렌즈(11)에 경사 방향에서 입사한다. 그러나, 보정용 렌즈(31)를 마련함으로써, 경사 방향에서 입사된 광은, 촬상면에 대해 수직에 가까운 상태로 입사하는 광에, 그 입사각도가 변환되고, 마이크로 렌즈(11)에 수직에 가까운 상태로 입사된다.
도 4B는, 도 4A에 도시한 보정용 렌즈(31)의 좌측의 부분을 확대하여 도시한 도면이다. 여기서는, 주광선이 좌측으로부터 입사하는 경우를 예로 들어 설명한다. 도 4B에 도시한 바와 같이, 주광선이 왼쪽에서 입사하는 경우, 보정용 렌즈(31)의 사면은 좌측이 높아지는 사면이 되고, 이 사면에서, 스넬의 법칙이 성립된다. 스넬의 법칙이란, 파동 일반의 굴절 현상에서의 2개의 매질 중의 진행파의 전파 속도와 입사각과 굴절각의 관계를 나타냈던 법칙인 것이고, 굴절의 법칙 등이라고도 칭하여진다.
스넬의 법칙에서는, 다음 식(1)이 성립된다.
Figure pct00017
식(1)에서, n은, 매체(x)의 굴절률(nx)과 매체(y)의 굴절률(ny)의 비(比)이고, ny/nx=n이라는 관계식이 충족된다. 매체(x)가 공기인 경우, 굴절률(nx)은 1이 되기 때문에, 굴절률(n)은, 매체(y)의 굴절률(ny)이 된다.
이 스넬의 법칙에 의거하여, 경사 방향에서 입사하여 온 광을 수직 방향으로 굴절시키는 것이 가능하다. 그래서, 어느 정도 굴절시키면 좋은지를 검토한다.
식(1)을, 도 4B에 도시한 상태에 적용한다. 전제로서, 촬상면에 대해 수직한 방향(도면 중, 점선으로 도시한 선이고, 촬상면에 대한 수선)에 대해, 입사하는 광의 각도는, 각도(a)이다. 또한 그 광이, 보정용 렌즈(31) 내를 진행하는 방향과, 촬상면에 대해 수직한 방향과 이루은 각의 각도는, 각도(d)이다. 보정용 렌즈(31)의 굴절률은, 굴절률(n)과 한다.
또한 보정용 렌즈(31)의 사면에 대해 수직한 방향(도면 중, 가는 선으로 도시한 선이고, 사면에 대한 수선)과, 촬상면에 대해 수직한 방향이 이루는 각의 각도는, 각도(b)이다. 도 4B에서, 각도(c)는, 각도(a)와 각도(b)를 가산한 각도가 되고, c=a+b의 관계를 충족시키는 각도이다.
또한 보정용 렌즈(31)의 사면에 대해 수직한 방향(도면 중, 가는 선)과, 촬상면에 대해 수직한 방향이 이루는 각의 각도이고, 보정용 렌즈(31) 내의 각도는, 각도(e)이다. 도 4B에서, 각도(f)는, 각도(d)와 각도(e)를 가산한 각도가 되고, f=d+e의 관계를 충족시키는 각도이다. 또한 각도(b)와 각도(e)는, b=e의 관계를 충족시키는 각도이다.
도 4B에서, 각도(d)가 0도가 됨으로써, 경사 방향에서 입사된 광은, 촬상면에 대해 수직하게 되는 광으로 굴절도게 된다. 따라서, 각도(d)를 될 수 있는 한 0도가 되는 조건을 생각한다. 그래서, 식(1)을, 도 4B에 도시한 상황에 적용하여, 각도(d)에 관한 식으로 다시 기재하면, 다음 식(2)이 된다.
Figure pct00018
여기서, 보정용 렌즈(31)의 주광선의 최대 입사각을 각도(amax)로 나타내면, 식(2)은, 다음 식(3)이 된다. 또한, 최대 입사각도인 각도(amax)은, 보정용 렌즈(31)의 좌단 또는 우단에서 얻어지는 각도이다.
Figure pct00019
이와 같이, 최대 입사각도인 각도(amax)로 입사된 광이, 거의 수직하게 입사된 광으로 변되는 조건이라면, 경사 방향에서의 광을 보정하여, 촬상 소자(10)에 수직하게 입사되는 광의 양을 증대시켜, 감도를 향상시킬 수 있다.
또한, 도 4b를 참조하여 설명한 바와 같이, b+a=c라는 관계가 충족되기 때문에, 식(2)에서 (b+a)는, (c)로 치환할 수가 있어서, 다음 식(2')와 같이 기재하여 표시할 수도 있다. 마찬가지로, (b+amax)는, (cmax)로 치환할 수가 있어서, 식(3)은, 다음 식(3')와 같이 기재하여 표시할 수도 있다.
d = ArcSin[(1/n) × Sin(c)] - b … (2')
dmax = ArcSin[(1/n)Sin(cmax)]- b … (3')
<구면 형상에 의한 셰이딩 보정에 관해>
보정용 렌즈(31)가 구면 형상인 경우에 관해 설명을 가한다. 보정용 렌즈(31) 중, 곡면으로 되어 있는 부분이, 구면 형상으로 되어 있다. 도 5는, 보정용 렌즈(31)의 곡면이 구면 형상으로 되어 있을 때에, 셰이딩 보정을 적절하게 행하기 위해 충족시켜야 할 조건에 관해 설명하기 위한 도면이다.
도 5는, 보정용 렌즈(31)를 도시하고, 각 부분의 크기나 거리를 도시한 도면이고, 도 4와 동일한 부분에는, 동일한 부호를 붙이고 있다. 도 5에 도시한 바와 같이, 보정용 렌즈(31)의 중심부터, 광이 입사하는 위치까지의 거리를 거리(x) 또는 위치(x)로 나타낸다. 특히, 보정용 렌즈(31)의 단의 부분까지의 거리는, 거리(x0)로 한다. 또한, 보정용 렌즈(31)의 구면 형상 부분의 반경을 반경(r)으로 한다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 같은 방향에서 입사된 광이라도, 위치(x)의 곳에 입사된 광의 각도(a)와 위치(x0)의 곳에 입사된 광의 각도(amax)에서는, 각도(amax)의 쪽이 분명히 큰 각도가 되고, 광의 각도(a)와 광의 각도(amax)는 이하의 식
a=Tan[x/x1/ArcTan[amax])]
을 충족시킨다.
도 5에 도시한 바와 같이, 촬상면의 단에서는, 주광선이 최대 입사각도(amax)로 입사하게 된다. 상면(imaging plane)의 중심의 위치를 0, 상면의 중심부터 단까지의 거리를 1(임의의 값)로 한 경우, 위치(x)에서의 촬상 소자(10)의 기판면의 수선에 대해 주광선의 투명 재료로 구성된 보정용 렌즈(31) 내부에서의 각도(d)는, 상술한 스넬의 법칙을 이용하여 계산할 수 있다.
계산한 결과를, 도 6 내지 도 8에 도시한다. 도 6 내지 도 8에 도시한 각각의 그래프는, 보정용 렌즈(31)를 구성하는 투명 재료의 굴절률이, 굴절률(n)=1.6인 경우이고, 구면의 반경(r)을 변화시켜, 각각의 반경(r)에서 산출된 값을 플롯 한 그래프이다. 또한 도 6에 도시한 그래프는, 최대 입사각도(amax)=20도일 때의 그래프이고, 도 7에 도시한 그래프는, 최대 입사각도(amax)=10도일 때의 그래프이고, 도 8에 도시한 그래프는, 최대 입사각도(amax)=30도일 때의 그래프이다.
또한 도 6 내지 도 8에 도시한 그래프의 횡축은, 보정용 렌즈(31)의 중심부터의 위치(x)이고, 종축은, 보정용 렌즈(31) 내의 수직 방향에 대한 광이 진행하는 각도(d)이다.
도 6에 도시한 그래프 중 그래프(a)는, 반경(r)=3.4/3일 때의 그래프이고, 그래프(b)는, 반경(r)=3.6/3일 때의 그래프이고, 그래프(c)는, 반경(r)=4/3일 때의 그래프이다. 또한, 그래프(d)는, 반경(r)=4.3/3일 때의 그래프이고, 그래프(e)는, 반경(r)=4.7/3일 때의 그래프이고, 그래프(f)는, 반경(r)=5.5/3일 때의 그래프이고, 그래프(g)는, 반경(r)=6.2/3일 때의 그래프이고, 그래프(h)는, 반경(r)=9/3일 때의 그래프이고, 그래프(i)는, 반경(r)=15/3일 때의 그래프이고, 그래프(j)는, 반경(r)=29/3일 때의 그래프이고, 그래프(k)는, 반경(r)=60/3일 때의 그래프이다.
도 7에 도시한 그래프 중 그래프(a)는, 반경(r)=4/3일 때의 그래프이고, 그래프(b)는, 반경(r)=5/3일 때의 그래프이고, 그래프(c)는, 반경(r)=7/3일 때의 그래프이고, 그래프(d)는, 반경(r)=10/3일 때의 그래프이고, 그래프(e)는, 반경(r)=100/3일 때의 그래프이고, 그래프(f)는, 반경(r)=100000/3일 때의 그래프이다.
도 8에 도시한 그래프 중 그래프(a)는, 반경(r)=3.5/3일 때의 그래프이고, 그래프(b)는, 반경(r)=3.7/3일 때의 그래프이고, 그래프(c)는, 반경(r)=4.1/3일 때의 그래프이고, 그래프(d)는, 반경(r)=4.5/3일 때의 그래프이고, 그래프(e)는, 반경(r)=5/3일 때의 그래프이고, 그래프(f)는, 반경(r)=7/3일 때의 그래프이고, 그래프(g)는, 반경(r)=10/3일 때의 그래프이고, 그래프(h)는, 반경(r)=20/3일 때의 그래프이다.
이들의 그래프로부터, 위치(x)가 1인 곳, 환언하면, 보정용 렌즈(31)의 단의 부분에서, 각도(d)가 소정의 각도 이내라면, 보정용 렌즈(31)의 효과가 있음을 알 수 있다. 여기서, 예를 들면, 소정의 각도를 15도로 한 경우를 생각한다.
도 6을 참조하면, 위치(x)가 1인 곳에서, -15도 이하 또는 15도 이상의 값으로 되어 있는 그래프는, 그래프(a)와 그래프(b)이다. 그래프(b)에서, 최대 입사각도(amax)=20도일 때의 각도(d)는, -20도(절대치로 20도) 이하로 되어 있기 때문에, 보정용 렌즈(31)를 마련함에 의한 효과는 있지만, 15도 이하로눈 되지 않고, 도 2를 참조하면, 감도가 0.9 이하로 되어 버리기 때문에, 보정용 렌즈(31)에 의한 효과는 작다고 생각된다.
또한 그래프(a)에서, 최대 입사각도(amax)=20도일 때의 각도(d)는, -20도(절대치로 20도) 이상으로 되어 있기 때문에, 보정용 렌즈(31)를 마련함으로써, 보다 경사 방향으로 방향이 변환되어 버리는 것을 의미하고 있다. 그래프(a)의 경우, 환언하면, 보정용 렌즈(31)의 반경(r)이 반경(r)=3.4/3인 경우, 보정용 렌즈(31)를 마련하지 않은 편이 좋은 것으로 된다.
그래프(c 내지 k)는, 각도(d)가 절대치로 15도 이내로 수속되기 때문에, 보정용 렌즈(31)를 마련함으로써, 감도를 향상시키는데 효과가 있다. 즉, 각도(d)가 절대치로 15도 이내로 수속되는 보정용 렌즈(31)로 하고 싶은 경우, 보정용 렌즈(31)의 반경(r)을,
반경(r)=4/3 내지 60/3(1.3≤r≤20)
의 범위 내로 하는 것이 바람직함을 알 수 있다.
또한, 각도(d)가 절대치로 10도 이내로 수속되는 보정용 렌즈(31)로 하고 싶은 경우, 그래프(c)나 그래프(k)도 제외됨을 알 수 있다. 즉 보정용 렌즈(31)의 반경(r)이, 반경(r)=4/3이나 반경 60/3도 제외됨을 알 수 있다. 이 경우, 각도(d)가 절대치로 10도 이내로 수속되는 보정용 렌즈(31)로 하고 싶은 경우, 보정용 렌즈(31)의 반경(r)을,
반경(r)=4.3/3 내지 29/3(1.43≤r≤9. 67)
의 범위 내로 하는 것이 바람직함을 알 수 있다.
마찬가지로, 도 7에 도시한 그래프에 관해 검토한다. 도 7은, 최대 입사각도(amax)=10도일 때의 그래프이다.
도 7에 도시한 그래프에서, 위치(x)가 1인 곳에서, -15도 이하 또는 15도 이상의 값으로 되어 있는 그래프는, 그래프(a)이다. 그래프(a)에서, 최대 입사각도(amax)=10도일 때의 각도(d)는, -15도(절대치로 15도) 이하로 되어 있기 때문에, 보정용 렌즈(31)를 마련함으로써, 보다 경사 방향으로 방향이 변환되어 버리는 것을 의미하고 있다. 그래프(a)의 경우, 환언하면, 보정용 렌즈(31)의 반경(r)이 반경(r)=4/3인 경우, 보정용 렌즈(31)를 마련하지 않은 편이 좋은 것으로 된다.
그래프(b 내지 h)는, 각도(d)가 절대치로 15도 이내로 수속되기 때문에, 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 감도를 0.85 이내로 수속할 수 있고, 보정용 렌즈(31)를 마련함으로써, 감도를 향상시키는, 적어도 유지하는데 효과가 있다. 즉, 각도(d)가 절대치로 15도 이내로 수속되는 보정용 렌즈(31)로 하고 싶은 경우, 보정용 렌즈(31)의 반경(r)을,
반경(r)=5/3 내지 100000/3(1.7≤r≤33333)
의 범위 내로 하는 것이 바람직함을 알 수 있다.
또한, 각도(d)가 절대치로 10도 이내로 수속되는 보정용 렌즈(31)로 하고 싶은 경우도, 그래프(a)는 제외됨을 알 수 있다. 따라서, 각도(d)가 절대치로 10도 이내로 수속되는 보정용 렌즈(31)로 하고 싶은 경우, 보정용 렌즈(31)의 반경(r)을,
반경(r)=5/3 내지 100000/3(1.7≤r≤33333)
의 범위 내로 하는 것이 바람직함을 알 수 있다.
또한 마찬가지로, 도 8에 도시한 그래프에 관해 검토한다. 도 8은, 최대 입사각도(amax)=30도일 때의 그래프이다.
도 8에 도시한 그래프에서, 위치(x)가 1인 곳에서, -15도 이하 또는 15도 이상의 값으로 되어 있는 그래프는, 그래프(a)와 그래프(b)이다. 그래프(a)야그래프(b)에서, 최대 입사각도(amax)=30도일 때의 각도(d)는, -30도(절대치로 30도) 이하로 되어 있기 때문에, 입사된 각도보다도 작아지고, 보정용 렌즈(31)를 마련함으로써 일정한 효과를 바랄 수 있지만, -15도(절대치로 15도) 이하로 되어 있기 때문에, 소망하는 효과를 얻을 수 있는 반경(r)이 아님을 알 수 있다.
그래프(c 내지 i)는, 각도(d)가 절대치로 15도 이내로 수속되기 때문에, 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 감도를 0.85 이내로 수속할 수 있고, 보정용 렌즈(31)를 마련함으로써, 감도를 향상시키는데 효과가 있다. 즉, 각도(d)가 절대치로 15도 이내로 수속되는 보정용 렌즈(31)로 하고 싶은 경우, 보정용 렌즈(31)의 반경(r)을,
반경(r)=4.1/3 내지 20/3(1.37≤r≤6.67)
의 범위 내로 하는 것이 바람직함을 알 수 있다.
또한, 각도(d)가 절대치로 10도 이내로 수속되는 보정용 렌즈(31)로 하고 싶은 경우, 그래프(i)도 제외됨을 알 수 있다. 즉 보정용 렌즈(31)의 반경(r)이, 반경(r)=20/3도 제외됨을 알 수 있다. 이 경우, 각도(d)가 절대치로 10도 이내로 수속되는 보정용 렌즈(31)로 하고 싶은 경우, 보정용 렌즈(31)의 반경(r)을,
반경(r)=4.1/3 내지 10/3(1.37≤r≤3.33)
의 범위 내로 하는 것이 바람직함을 알 수 있다.
도시는 하지 않지만, 본 출원인은, 다른 최대 입사각도(amax)에서도, 같은 검토를 행하고, 그 결과, 도 9, 도 10에 각각 도시하는 결과를 얻었다. 도 9는, 각도(d)가 절대치로 15도 이내로 수속되기 위한 보정용 렌즈(31)의 반경(r)의 범위를 도시하는 도면이고, 도 10은, 각도(d)가 절대치로 10도 이내로 수속되기 위한 보정용 렌즈(31)의 반경(r)의 범위를 도시하는 도면이다.
도 9, 도 10에서, 횡축은, 주광선의 최대 입사각도(amax)를 나타내고, 종축은, 보정용 렌즈(31)의 구면 반경(r)을 나타낸다.
도 9에 도시한 그래프에는, 라인(m)과 라인(n)이 있다. 이 라인(m)과 라인(n)에 끼여진 범위 내라면,
-15≤각도(d)≤15
를 충족시키는 보정용 렌즈(31)의 반경(r)이다. 라인(m)은, 다음 식(4)을 충족시킨다.
Figure pct00020
식(4)에서, r은, 보정용 렌즈(31)의 반경이고, amax은 최대 입사각도(amax)이고, n은, 보정용 렌즈(31)를 구성하는 재질의 굴절률이다. 다른 식에서도, 마찬가지이다.
보정용 렌즈(31)의 반경이, 식(4)으로 산출되는 값 이상의 반경(r)이면, 각도(d)가 절대치로 15도 이내로 거의 수속된다. 각도(d)가 절대치로 15도 이내로 거의 수속되는 조건으로서는,
식(4)≤r
가 충족되면 좋다. 또한 라인(n) 이하의 값인 것이 바람직하다.
라인(n)은, 다음 식(5)을 충족시킨다.
Figure pct00021
보정용 렌즈(31)의 반경이, 식(5)으로 산출되는 값 이하의 반경(r)이면, 각도(d)가 절대치로 15도 이내로 거의 수속된다. 각도(d)가 절대치로 15도 이내로 거의 수속되는 조건으로서는,
r≤식(5)
이 충족되면 좋다.
식(4)≤r의 조건이나, r≤식(5)
의 조건 중의 적어도 일방이 충족되는 보정용 렌즈(31)의 반경(r)이면, 경사 방향에서 입사된 광을, 보정용 렌즈(31)에 의해 진행 방향을 변환하여, 각도(d)(마이크로 렌즈(11)로의 입사각도)가 절대치로 15도 이내로 수속되도록 할 수 있다. 따라서, 촬상 소자(10)에 입사되는 광량을 증가시킬 수 있고, 감도를 향상시킬 수 있다.
보다 바람직하게는,
식(4)≤r≤식(5)
의 조건이 충족되는 보정용 렌즈(31)의 반경(r)이면, 촬상 소자(10)에 입사되는 광량을 증가시킬 수 있고, 감도를 향상시킬 수 있다.
또한, 식(4)와 식(5)은, 보정용 렌즈(31)의 중심부터 단까지의 거리(x0)=1로 한 때의 식이다. 예를 들면, 거리(x0)가 20㎜였던 경우, 이 20㎜가 1로서 취급되고, 10㎜의 점은, 0.5로서 취급된다. 이와 같이, 보정용 렌즈(31)의 중심부터 단까지의 거리를 단위로 하고, 다른 위치를 비율으로서 나타내도록 하여도 좋다. 다른 위치를 비율으로서 나타내는 경우, 식(4)와 식(5)에 의거하여 보정용 렌즈(31)의 반경(r)이 설정된다.
보정용 렌즈(31)의 중심부터 단(상면의 광축의 중심부터 광축의 단)까지의 거리(x0)=1로 두는 것이 아니고, 거리(x0)=x1로 하고, x1은 임의의 값으로 한 경우, 식(4), 식(5)은, 각각 다음 식(6), 다음 식(7)이 된다.
Figure pct00022
식(6)은, 식(4)의 우변에 x1을 승산한 식이고, 식(7)은, 식(5)의 우변에 x1을 승산한 식이다. x1은, 보정용 렌즈(31)의 중앙 부분(상면의 광축의 중심부터 광축의 단)부터의 거리이다. 이와 같이, x1을 승산한 식을 이용하여, 보정용 렌즈(31)의 반경(r)이 산출되도록 하여도 좋다.
다음에, 도 10을 참조하여, 각도(d)가 절대치로 10도 이내로 수속되기 위한 보정용 렌즈(31)의 반경(r)의 범위에 관해 설명한다.
도 10에 도시한 그래프에는, 라인(m')과 라인(n')이 있다. 도 9에 도시한 라인(m)과 라인(n)과 구별을 붙이기 위해, 대시를 붙여서 기재한다. 이 라인(m')과 라인(n')에 끼여진 범위 내라면,
-10≤각도(d)≤10
을 충족시키는 보정용 렌즈(31)의 반경(r)으로 할 수 있다. 라인(m')은, 다음 식(8)을 충족시킨다.
Figure pct00023
보정용 렌즈(31)의 반경이, 식(8)으로 산출되는 값 이상의 반경(r)이면, 각도(d)가 절대치로 10도 이내로 거의 수속된다. 각도(d)가 절대치로 10도 이내로 거의 수속되는 조건으로서는, 식(8)≤r가 충족되면 좋다. 또한 라인(n') 이하의 값인 것이 바람직하다.
라인(n')은, 다음 식(9)을 충족시킨다.
Figure pct00024
보정용 렌즈(31)의 반경이, 식(9)으로 산출되는 값 이하의 반경(r)이면, 각도(d)가 절대치로 15도 이내로 거의 수속된다. 각도(d)가 절대치로 15도 이내로 거의 수속되는 조건으로서는,
r≤식(9)
이 충족되면 좋다.
식(8)≤r의 조건이나, r≤식(9)
의 조건 중의 적어도 일방이 충족되는 보정용 렌즈(31)의 반경(r)이면, 경사 방향에서 입사된 광을, 보정용 렌즈(31)에 의해 진행 방향을 변환하여, 각도(d)가 절대치로 10도 이내로 거의 수속되도록 할 수 있다. 따라서, 촬상 소자(10)에 입사되는 광량을 증가시킬 수 있고, 감도를 향상시킬 수 있다.
보다 바람직하게는,
식(8)≤r≤식(9)
의 조건이 충족되는 보정용 렌즈(31)의 반경(r)이면, 촬상 소자(10)에 입사되는 광량을 증가시킬 수 있고, 감도를 향상시킬 수 있다.
또한, 식(8)과 식(9)은, 보정용 렌즈(31)의 중심부터 단까지의 거리(x0)=1로 한 때의 식이다. 보정용 렌즈(31)의 중심부터 단까지의 거리(x0)=1로 두는 것은 아니고, 거리(x0)=x1로 하고, x1은 임의의 값으로 한 경우, 식(8), 식(9)은, 각각 다음 식(10), 다음 식(11)이 된다.
Figure pct00025
식(10)은, 식(8)의 우변에 x1을 승산한 식이고, 식(11)은, 식(9)의 우변에 x1을 승산한 식이다. x1은, 보정용 렌즈(31)의 중앙 부분에서의 거리이다. 이와 같이, x1을 승산한 식을 이용하여, 보정용 렌즈(31)의 반경(r)이 산출되도록 하여도 좋다.
<구면 형상의 보정용 렌즈의 촬상 장치에의 장착>
도 11은, 보정용 렌즈(31)를 촬상 소자(10)에 장착한 때의 단면도를 도시한다. 보정용 렌즈(31)는, 투명 재료(41)를 끼우고 촬상 소자(10)상에 설치된다. 촬상 소자(10)에는, 포토 다이오드(14)나, 포토 다이오드(14)에 대응하는 위치에 마이크로 렌즈(11)가 구비되어 있다. 포토 다이오드(14)는, 매트릭스형상으로 복수 구비되어 있고, 마이크로 렌즈(11)도, 그와 같은 포토 다이오드(14)에 대응하여 복수 구비되어 있다.
보정용 렌즈(31)는, 복수의 포토 다이오드(14)를 덮는 크기로 구성되어 있다. 마이크로 렌즈(11)의 상부이고, 투명 재료(41)와 접하는 측을 촬상면(10a)이라고 한 경우, 촬상면(10a)을 덮는 크기, 및 위치에, 보정용 렌즈(31)는 마련된다. 그 반경은, 도 9, 도 10을 참조하여 설명한 범위 내의 반경(r)으로 된다.
<보정용 렌즈의 제작>
이와 같은 보정용 렌즈(31)는, 예를 들면, 도 12에 도시하는 바와 같은 제조 공정으로 제조할 수 있다. 공정(S1)에서, 금형(71)이 제작된다. 금형(71)의 상부(71a)는, 보정용 렌즈(31)를 제조하는 부분이고, 금형(71)의 하부(71b)는, 투명 재료(41)(도 11)의 부분을 제조하는 부분이다.
금형(71)의 상부(71a)의 만곡부(상부(71a)의 내측)는 금속 가공과 전계연마로 매끈한 곡면이 된다. 이 만곡부의 만곡은, 상기한 식(4) 내지 식(11)으로 표시되는 조건을 충족시키는 보정용 렌즈(31)의 반경(r)으로 그려지는 원의 일부를 구성하는 곡선이 된다. 예를 들면, 보정용 렌즈(31)를, 촬상면(10a)으로의 입사각도가, 10도 이내로 수속되는 형상이고, 구면 형상으로 구성하고 싶은 경우, 식(8)≤r≤식(9)을 충족시키는 형상으로 상부(71a)의 내측은 된다.
공정(S2)에서, 금형(71)에 수지 재료(72)가 삽입되고, 가열 프레스되어 성형된다. 공정(S3)에서, 금형(71)이 릴리스되고, 공정 S4에, 촬상 소자(10)상에, 형성된 보정용 렌즈(31)가 접착재를 이용하여 맞붙여진다. 또한 접착재가 아니라, 열을 가하여 장착되도록 하여도 좋다.
수지 재료(72)로서, 굴절률이 1.60인 광학용 폴리카보네이트를 사용할 수 있다. 또한, 폴리카보네이트 이외의 다른 수지 재료나, 유리 재료를, 수지 재료(72)의 대신에 사용할 수도 있다. 또한, 보정용 렌즈(31)를 구성하는 재질에 의한, 굴절률은 다르기 때문에, 사용되는 재질의 굴절률로, 상기한 식에서의 반경(r)이나 두께(h)가 산출되고, 그 값에 응한 금형(71)이 작성된다.
도 13에 도시하는 바와 같이, 촬상면의 단에서 주광선의 최대 입사각도(amax)를 25도로서 설계하고, 이 때 주광선의 입사각도(amax)이 촬상면의 네모퉁이에서 최대가 되고, 촬상면의 중심부터 3㎜의 위치가 되도록 설계한다. 이 때 보정용 렌즈(31)의 구면의 반경(r)을, 반경(r)=9㎜로 함으로써 식(5)이 충족되고, 촬상 소자(10)에 입사하는 주광선의 각도(d)의 절대치가, 10도 이하가 되고, 셰이딩 특성이 크게 개선된다. 이 경우, 식(4)도 충족된다.
또한 상술한 실시의 형태에서, 촬상면의 중심부터 단까지의 거리는, 거리(x0)=1로 하고 있기 때문에, 반경(r)=9㎜는, 예를 들면, 도 9나 도 10에서는, 반경(r)=3(a.u.)에 대응한다. 도 10을 참조하면, 반경(r)=3인 경우,
-10도≤각도(d)≤10도
를 충족시킴을 알 수 있다.
-10도≤각도(d)≤10도
가 충족됨으로써, 도 2로부터, 감도가 0.6부터 0.95까지 개선됨을 알 수 있다. 동시에 색 셰이딩이나 혼색도 작아지고, 화질이 개선된다.
도 14에, 상기한 조건을 충족시키는 보정용 렌즈(31)를 장착한 촬상 소자(10)와, 장착하지 않은 촬상 소자(10)에서, 감도를 측정한 때의 결과를 도시한다. 도 14에 셰이딩 보정 효과를 나타내는데, 주광선의 입사각도(d)는, 구면 형상의 보정용 렌즈(31)를 장착함으로써, 최대 입사각도(amax)에서도 d=6.5도까지 개선되고, 10도 이하를 충족시킴이 실증되어 있다.
이와 같이, 본 기술에 의하면, 보정용 렌즈(31)의 곡면을 구면 형상으로 형성하고, 그 구면의 반경(r)을, 소정의 조건을 충족시키는 형상으로 함으로써, 경사 방향에서 입사된 광을 수직에 가까운 방향에서의 광으로 변환하여, 수광 감도를 향상시키는 것이 가능해진다.
<비구면 형상에 의한 셰이딩 보정에 관해>
상술한 실시의 형태에서는, 보정용 렌즈(31)의 곡면이 구면 형상인 경우를 예로 들어 설명하였다. 보정용 렌즈(31)의 곡면은, 구면 형상으로 한정되는 것이 아니다. 다음에, 보정용 렌즈(31)의 곡면이 비구면 형상인 경우에 관해 설명을 가한다.
도 15는, 보정용 렌즈(31)를 비구면 형상으로 구성한 때의 보정용 렌즈(31)의 위치와 각도(d)와의 관계를, 보정용 렌즈(31)를 구면 형상으로 구성한 때의 그래프와 함께 도시한 도면이다. 도 15에 도시한 그래프의 횡축은, 보정용 렌즈(31)의 중심부터의 위치(x)이고, 종축은, 보정용 렌즈(31) 내의 수직 방향에 대한 광이 진행하는 각도(d)이다.
도 15에 도시한 그래프는, 최대 입사각도(amax)=25도인 때이고, 보정용 렌즈(31)의 굴절률(n)=1.6인 때에 얻어지는 그래프이다. 도 15에 도시한 그래프 중 그래프(a내지 i)는, 구면 형상의 보정용 렌즈(31)를 이용한 때의 얻어지는 그래프이고, 그래프(j)는, 비구면 형상의 보정용 렌즈(31)를 이용한 때에 얻어지는 그래프이다.
도 15에 도시한 그래프 중 그래프(a)는, 반경(r)=3.5/3일 때의 그래프이고, 그래프(b)는, 반경(r)=4.2/3일 때의 그래프이고, 그래프(c)는, 반경(r)=5/3일 때의 그래프이다. 또한, 그래프(d)는, 반경(r)=6/3일 때의 그래프이고, 그래프(e)는, 반경(r)=7/3일 때의 그래프이고, 그래프(f)는, 반경(r)=9/3일 때의 그래프이고, 그래프(g)는, 반경(r)=11/3일 때의 그래프이고, 그래프(h)는, 반경(r)=13/3일 때의 그래프이고, 그래프(i)는, 반경(r)=20/3일 때의 그래프이다.
그래프(j)는, 비구면 형상의 보정용 렌즈(31)일 때에 얻어지는 그래프이고, 다음 식(12)을 충족시키는 곡면을 갖는 보정용 렌즈(31)를 이용한 때에 얻어지는 그래프이다.
Figure pct00026
식(12)에서, e는, 도 4B에서의 각도(e)이고, 보정용 렌즈(31)의 곡면에 대해 수직 방향으로 교차하는 수선과, 촬상면에 대한 수선과의 각도이다. 또한 식(12)에서, a는, 입사각도(a)를 나타내고, n은, 보정용 렌즈(31)를 구성하는 재질의 굴절률을 나타낸다. 도 16은, 최대 입사각도(amax)=25도이고, 굴절률(n)=16인 경우를, 식(12)에 의거하여 각도(e)를 산출하고, 보정용 렌즈(31)의 두께(h)(도면 5)로 환산한 때의 보정용 렌즈(31)의 위치와 두께의 관계를 도면이다. 도 16에서, 횡축은, 보정용 렌즈(31)의 위치(x)를 나타내고, 종축은 두께(h)를 나타낸다. 도 16에 도시한 곡선은, 보정용 렌즈(31)의 우반분의 단면의 형상을 도시한다. 도 16에 도시한 곡선을 곡면으로 하는 회전체가, 보정용 렌즈(31)가 된다.
도 16에 도시한 곡선을 곡면으로 하는 보정용 렌즈(31)를 이용한 경우, 도 15에 도시한 그래프(j)를 얻을 수 있다. 여기서, 도 15를 참조하면, 구면 형상의 보정용 렌즈(31)를 이용하여 얻어지는 그래프(a내지 i)는, 각도(d)가 0도가 되는 위치(x)가, 없든지, 또는 1점만 존재한다. 각도(d)가 0도가 되면, 경사 방향에서 입사된 광이라도, 보정용 렌즈(31)에 의해 진행 방향이 변경되고, 촬상면(10a)에 대해 수직으로 입사하는 광이 되는 것을 의미한다. 따라서, 각도(d)가 0도가 되는 위치(x)가 많을수록 좋다.
비구면 형상의 보정용 렌즈(31)를 이용하여 얻어지는 그래프(j)는, 거의 모든 위치에서 0도가 된다. 즉, 비구면 형상의 보정용 렌즈(31)를 이용함으로써, 경사 방향에서 입사된 광은, 어느 위치(x)에서도, 촬상면에 대해 거의 수직으로 입사되는 광으로 변환됨을 알 수 있다.
이와 같은 비구면 형상의 보정용 렌즈(31)의 제조는, 도 12를 참조하여 설명한 구면 형상의 보정용 렌즈(31)를 제조하는 경우와 같은 방법으로 제조할 수 있기 때문에, 그 상세한 설명은 생략한다. 공정(S1)에서, 금형(71)을 제작할 때, 금형의 상부(71a)의 내측의 곡면을, 식(12)으로 산출되고, 도 16에 도시한 바와 같은 곡선을, 촬상면의 광축의 중심에 대해 회전시켜서 얻어지는 곡면으로 형성함으로써, 비구면 형상의 보정용 렌즈(31)를 제조할 수 있다.
또한, 공정 S4에서, 제조된 보정용 렌즈(31)는, 촬상 소자(10)에 장착된다. 이 때, 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 비구면 형상의 보정용 렌즈(31)에서도, 구면 형상의 보정용 렌즈(31)와 같이, 복수의 포토 다이오드(14)를 덮는 크기로 보정용 렌즈(31)는 제조되고, 복수의 포토 다이오드(14)를 덮는 위치에 장착된다.
이와 같이, 비구면 형상의 보정용 렌즈(31)를 이용함으로써, 경사 방향에서 입사된 광을 수직에 가까운 방향에서 입사된 광으로 변환하여, 수광 감도를 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 비구면 형상의 보정용 렌즈(31)를 양산하는 경우, 양산에 의한 편차 등을 고려하여, 식(12)에 의해 구하여지는 각도(e)를 중심으로
±5도
의 범위, 더욱 바람직하게는,
±2도
의 범위 내라면, 충분한 효과를 얻어지기 때문에, 그와 같은 범위 내에 수납되도록, 금형(71)이 제작되도록 하여도 좋다.
<망원 기능을 갖는 보정용 렌즈의 셰이딩 보정에 관해>
상술한 바와 같이, 구면 형상의 보정용 렌즈(31) 또는 비구면 형상의 보정용 렌즈(31)를 이용함으로써, 감도를 향상시키는 것이 가능해진다. 특히, 망원 기능이 없는 카메라에서 유효하다. 그러나, 망원 기능이 있는 카메라에서는, 예를 들면, 와이드단에서 어주광선의 경사 입사를 보정할 수 있어도, 텔레단에서는, 촬상면의 단에서 주광선이 수직 입사에 근접하기 때문에, 오히려 특성 악화가 생길 가능성이 있다.
다음에 망원 기능을 갖는 카메라에서, 와이드단부터 텔레간까지를 셰이딩 보정하는 것에 대해 설명한다. 이 경우, 보정용 렌즈(31)를, 형상 가변(可變) 렌즈 또는 컨버터블 렌즈로 하고, 촬상 소자(10)상에 장착하여 셰이딩 보정이 행하여지도록 한다.
보정용 렌즈(31)를 형상 가변 렌즈로 한 경우, 예를 들면, 도 17에 도시하는 바와 같은 렌즈를 적용할 수 있다. 보정용 렌즈(31)는, 렌즈 부분(101)과 렌즈의 형상을 변형하는 변형부(121)로 나누어진다. 렌즈 부분(101)은, 렌즈(102)와 토대(103)로 구성되고, 토대(103)의 측면은, 변형부(121)의 구동부(122)와 접속되어 있다.
렌즈(102)와 토대(103)는, 일체로 구성되어 있다. 렌즈(102)와 토대(103)는, 투명하면서 신축 가능한, 예를 들면 실리콘을 재료로 하는 실리콘 렌즈로 구성된다. 도 18에 도시하는 바와 같이, 구동부(122)가 구동됨으로써, 실리콘 렌즈의 토대(103)의 부분이, 외측 방향으로 당겨지면, 렌즈(102)의 형상이 변형하는 구성으로 되어 있다. 환언하면, 렌즈 부분(101)이, 인장 스트레스로 표면 형상이 제어되는 구성으로 되어 있다.
렌즈(102)를 구면 형상의 보정용 렌즈(31)로 한 경우, 렌즈(102)가 변형함으로써, 반경(r)이 변하게 된다. 또한, 렌즈(102)를 비구면 형상의 보정용 렌즈(31)로 한 경우, 렌즈(102)가 변형함으로써, 두께(h)가 변하게 된다. 반경(r)이나 두께(h)가, 와이드단이나 텔레단에서도 최적치가 되도록, 구동부(122)가 구동되어, 렌즈(102)가 변형된다.
즉, 렌즈(102)의 표면의 형상은, 상술한 조건을 충족시키는 형상이고, 와이드단이나 텔레단 등의 망원의 상황에 응한 형상으로 변형된다. 이와 같이, 렌즈(102)의 표면의 형상을 변형시킴으로써, 망원 기능을 갖는 카메라에서, 와이드단부터 텔레단까지를 셰이딩 보정하는 것이 가능해진다.
또한, 이와 같이, 보정용 렌즈(31)를 형상 가변 렌즈로 한 경우에도, 도 19에 도시하는 바와 같이, 촬상 소자(10)의 촬상면(10a)에 렌즈 부분(101)이 위치하도록 렌즈 부분(101)은, 배치된다. 또한, 촬상면(10a)과 접하는 부분에는, 유리(131) 등의 투명 부재가 마련되고, 촬상 소자(10)상에, 보정용 렌즈(31)가 배치된다.
보정용 렌즈(31)와 촬상 소자(10)는, 접착제나 열이 이용되어 장착된다.
보정용 렌즈(31)를, 형상 가변 렌즈 또는 컨버터블 렌즈로 한 경우, 액체 렌즈를 이용하도록 하여도 좋다. 도 20에, 보정용 렌즈(31)로서의 액체 렌즈(151)의 구성을 도시한다. 도 20의 상부 절반 부분은, 통상시이고, 전압이 걸리지 않은 때의 액체 렌즈(151)의 형상을 도시하고, 하부 절반 부분은, 가전압시이고, 전압이 걸리여 있는 때의 액체 렌즈(151)의 형상을 도시한다.
액체 렌즈(151)는, 예를 들면, 수용액(152)과 기름(153)으로 구성되고, 전압을 제어함으로써, 수용액(152)과 기름(153)의 2층 사이의 계면 형상을 바꿀 수 있고, 렌즈의 형상을 변형할 수 있는 구성으로 되어 있다. 수용액(152)과 기름(153)의 2종류의 액체와 전극(154)이 봉입되어 있고, 전극(154)에 전압이 가하여지면, 수용액(152)이 전극(154)에 모일려고 하여, 기름(153)과의 접하는 면의 형태가 변함으로써 계면 형상을 자유롭게 바꿀 수 있다.
액체 렌즈(151)를 보정용 렌즈(31)로서 이용한 경우도, 도 21A에 도시하는 바와 같이, 촬상 소자(10)상에 액체 렌즈(151)가 마련된다. 액체 렌즈(151) 중, 렌즈로서 기능하는 부분이, 촬상 소자(10)의 촬상면(10a)상에 위치하도록 배치된다.
전극(154)에 걸리는 전압의 강도는, 망원의 상황에 응한 것으로 된다. 액체 렌즈(151)를 구면 형상의 보정용 렌즈(31)로 한 경우, 액체 렌즈(151)의 계면 형상이 변형함으로써, 반경(r)이 변하게 된다. 또한, 렌즈(102)를 비구면 형상의 보정용 렌즈(31)로 한 경우, 액체 렌즈(151)의 계면 형상이 변형함으로써, 두께(h)가 변하게 된다. 반경(r)이나 두께(h)가, 와이드단이나 텔레단에서 최적치가 되도록, 전극(154)에 걸리는 전압이 제어된다.
즉, 액체 렌즈(151)의 계면 형상은, 상술한 조건을 충족시키는 형상이고, 와이드단이나 텔레단 등의 망원의 상황에 응한 형상으로 변형된다. 이와 같이, 액체 렌즈(151)의 계면 형상을 변형시킴으로써, 망원 기능을 갖는 카메라에 있어서, 와이드단부터 텔레간까지를 셰이딩 보정하는 것이 가능해진다.
액체 렌즈(151)와 같은 2층 구조의 렌즈를 보정용 렌즈(31)로서 이용하는 경우, 수용액(152)과 기름(153)의 2개의 액체의 굴절률을 고려할 필요가 있다. 여기서, 수용액(152)의 굴절률을 굴절률(n1)로 하고, 기름(153)의 굴절률을 굴절률(n2)로 한다.
또한 공기중에서 수용액(152)에 광이 진행할 때의 각도의 관계는, 도 21B에 도시하는 관계를 충족시킨다고 한다. 즉, 공기중의 주광선의 입사각도는 a이고, 수용액(152) 중의 주광선의 입사각도는 a'가 된다. 이 때 스넬의 법칙으로부터, 다음 식(13)이 성립된다. 또한 공기 중부터 수용액(152)으로의 최대 입사각도(amax')에서는, 다음 식(14)이 성립된다.
Figure pct00027
따라서 기름(153) 중의 주광선의 입사각을 d'로 하였을 때, 도 4B로부터 각도(d')와 최대 입사각도(amax')에 대해, 다음 식(15), 다음 식(16)이 각각 성립된다.
Figure pct00028
도 4B를 참조하면, 식(15)에서, (b'+a')는, (c')이기 때문에, 식(15)은, 다음 식(15')으로 표시할 수도 있다. 마찬가지로, 식(16)도 식(16')으로 표시할 수도 있다.
d' = ArcSin[n1 × Sin[c']/n2] -b' … (15')
dmax' = ArcSin[n1 × Sin[cmax']/n2] -b' … (16')
식(15'), 식(16')에서, n=n1/n2로 치환함으로써, 식(2), 식(3)과 등가(等價)로 된다.
기름(153) 중의 주광선의 입사각도(d')는, 촬상면(10a)으로의 주광선의 입사각도가 된다. 따라서 구면 형상의 보정용 렌즈(31)를 적용하여, 셰이딩 보정을 행하는 경우,
식(4)≤r≤식(5)
또는
식(8)≤r≤식(9)
의 조건에서, amax를 amax'로 치환한 조건을 충족시키고, n=n1/n2이고, 또한 식(16)이 충족되면 좋다.
또한 비구면 형상의 보정용 렌즈(31)를 적용하고, 셰이딩 보정을 행하는 경우, 식(12)으로 표시된 조건에 있어서, a를 a'로 치환한 조건을 충족시키고, n=n1/n2이고, 또한 식(15)이 충족되면 좋다.
액체 렌즈를 보정용 렌즈(31)로서 이용한 경우에도, 보정용 렌즈(31)와 촬상 소자(10)는, 접착제나 열을 이용하여 장착한 것이 가능하다. 또한 액체 렌즈는, 상기한 바와 같이, 수용액(152)과 기름(153)의 2층 구조로 되어 있고, 전압으로 계면 형상이 제어된다. 그 형상의 제어는, 2층 구조 중의 굴절률이 높은 기름(153 측의 형상이, 상기한 바와 같은 조건에 들어맞도록 제어됨으로써, 셰이딩 보정이 이루어진다.
예를 들면, 한 예로 하여, 수용액(152)을 물로 하고, 그 물의 굴절률을 굴절률(n1)=1.33으로 하여, 기름(153)의 굴절률을 굴절률(n2)=1.6으로 한다. 또한 도 13에 도시한 바와 같이, 촬상면의 단에서 주광선의 최대 입사각을 25도로서 설계하고, 이 때의 주광선의 최대 입사각도(amax)가 촬상면의 네모퉁에서 최대가 되고, 그 위치는, 촬상면의 중심부터 3㎜의 위치가 된다. 이 때 수중(水中)의 주광선의 최대 입사각도(a')는, 스넬의 법칙으로부터, amax'=18.5도가 된다. 또한 n=n1/n2=0.831이 된다.
따라서, 구면 형상의 보정용 렌즈(31)의 경우, 셰이딩을 보정하는 조건인,
식(8)≤r≤식(9)
에서, amax를 amax'로 치환하여 조건에 적합하도록 설계한 경우, 반경(r)=3.9㎜가 된다. 이 때, 촬상면으로의 입사각도(e)의 절대치는, 10도 이하가 충족된다. 따라서, 경사 방향에서의 광에서도, 수광 감도를 향상시키는 것이 가능해진다.
이와 같이, 보정용 렌즈(31)의 렌즈의 표면의 형상이나 계면 형상을 변화시킴으로써, 또한 그 변화는, 상기한 바와 같은 조건을 충족시키도록 제어함으로써, 망원 기능을 갖는 카메라에서의 텔레단이나 와이드단 등에서도, 셰이딩 보정을 적절하게 행하는 것이 가능해진다.
<종방향 분광에서의 셰이딩 보정에 관해>
이상과 같은 셰이딩 보정 기능에 관해서는, RGB의 포토 다이오드(14) 또는 광전 변환층을 종방향으로 적층한 이미지 센서(종방향 분광)에도 적용할 수 있고, 그와 같은 종방향 분광 방식의 촬상 소자에서는, 보정용 렌즈(31)에 의한 효과가 보다 크다고 생각된다.
도 22는, 종방향 분광의 촬상 소자(10)에서, 셰이딩 보정을 행하지 않은 경우와 행하는 경우를 비교하기 위한 도면이다. 도 22를 참조하면, 촬상 소자(10)에는, 도면 중 위로부터, 청(B)용의 포토 다이오드(14-1), 녹(G)용의 포토 다이오드(14-2), 및 적(R)용의 포토 다이오드(14-3)가 종방향으로 배치되어 있다.
도 22에 도시한 바와 같은 종방향 분광의 촬상 소자(10)는, 3원색을 분광하기 위해 Si 벌크 중에, 포토 다이오드(PD)(14)를 종방향으로 적층시킨 B-PD, G-PD, R-PD를 이온 주입과 에피택셜 성장의 프로세스로 형성하고, 또한 트랜지스터나 전극 형성 프로세스를 경유하여 제조된다.
도 23에 종방향 분광의 촬상 소자(10)의 개략을 도시한다. 촬상 소자(10)의 상부에는, 유기 광전 변환막이 마련되고, 그 유기 광전 변환막의 상하에는 ITO 등의 투명 전극이 마련되고, 그 투명 전극에 유기 광전 변환막이 끼여진 구조로 되어 있다. 이 유기 광전 변환막의 층에서, 녹(G) 신호가 취출되다.
유기 광전 변환막의 층은, 도 22에서 녹(G)용의 포토 다이오드(14-2)에 해당한다. 도 22에 도시한 촬상 소자(10)는, 맨 위에 청용의 포토 다이오드(14-1)가 배치되어 있는 예를 나타냈지만, 도 23에서는, 맨 위에 녹용의 광전 변환 영역(14-2)이 마련된 구성을 도시하였다. 종방향 분광으로서, 어떤 구성을 적용하는지에 의해, 각 색의 포토 다이오드(14)(광전 변환 영역)의 배치는 다른 경우가 있다. 그러나, 본 기술은, 그 배치에 관계되 없이 적용할 수 있다.
유기 광전 변환막의 하측에는, Si 기판이 마련되어 있고, 그 Si 기판에는, 청(B) 신호를 취출하기 위한 포토 다이오드(14-1)와, 적(R) 신호를 취출하기 위한 포토 다이오드(14-3)가 적층되어 있다.
이와 같은 구조의 경우, 녹 신호를 취출하는 유기 광전 변환막이, 청 신호나 적 신호를 취출하는 포토 다이오드(14)와 떨어저서 존재하기 때문에, 특히 색 셰이딩이 우려된다. 그러나, 이하에 설명하는 바와 같이, 보정용 렌즈(31)를 이용함으로써, 종방향 분광에서 특히 문제가 되는 색 셰이딩 특성이나 혼색을 막는 것이 가능해진다.
또한, 종방향 분광을 채용한 촬상 소자(10)의 구성은, 상기한 구성으로 한정되는 것이 아니고, 다른 구성이라도, 본 기술을 적용한 보정용 렌즈(31)를 적용할 수 있고, 보정용 렌즈(31)를 이용함으로써, 색 셰이딩 특성이나 혼색을 개선할 수 있다.
도 22를 재차 참조한다. 종방향으로 포토 다이오드(14)가 배치되어 있는 경우, 도 22A에 도시한 바와 같이, 보정용 렌즈(31)가 없고, 셰이딩 보정이 행하여지지 않으면, 경사 방향에서 촬상 소자(10)에 입사된 주광선은, 적용의 포토 다이오드(14-3)까지 도달하지 않을 가능성이 있다.
환언하면, 도 22A에 도시한 바와 같은 상황의 경우, 포토 다이오드(14-1 내지 14-3)의 각각에서의 감도는 다르고, 특히 포토 다이오드(14-3)의 감도는 저하되어 버린다. 이와 같은 상황일 때에는, 색 셰이딩이 현저하게 생겨 버릴 가능성이 있다.
도 22B는, 상기하여 온 보정용 렌즈(31)의 어느 하나를 적용하고, 셰이딩 보정을 행하는 경우를 도시하고 있다. 보정용 렌즈(31)에 의해, 경사 방향에서 입사되는 광의 진행 방향이 변환됨에 의해, 촬상면에 대해 수직에 가까운 방향에서 입사됨에 의해, 포토 다이오드(14-1 내지 14-3)의 각각에서의 감도의 편차가 작아지고, 포토 다이오드(14-3)의 감도도 저하되는 일 없이, 충분한 광흡수를 할 수 있도록 구성할 수 있다.
환언하면, 보정용 렌즈(31)를 이용함으로써, 주광선의 경사 입사를 보정할 수가 있어서 적(R)용의 포토 다이오드(14-3)에서도, 주광선이 화소의 한가운데를 통과하기 때문에 충분한 광흡수가 가능해지고, 보정 효과가 커진다. 따라서, 색 셰이딩을 없애는 것이 가능해진다. 또한 인접 화소로의 광선의 누설이 작아지고, 혼색을 작게 하는 것도 가능해진다.
보정용 렌즈(31)로서는, 망원 기능을 구비하지 않은 카메라에서는, 비구면 형상 또는 구면 형상의 보정용 렌즈(31)가 이용되어, 도 12를 참조하여 설명한 바와 같은 공정으로 제조할 수 있다.
또한, 망원 기능을 갖는 카메라로서, 종방향 분광을 채용한 촬상 소자(10)에 대해서도 상기한 본 기술을 적용한 보정용 렌즈(31), 예를 들면, 액체 렌즈(151)를 적용할 수가 있다.
이와 같이, 보정용 렌즈(31)를 구비함으로써, 종방향 분광의 촬상 소자(10)에서도, 촬상 소자(10)의 모든 위치에서, 주광선의 수직 입사가 가능해지기 때문에, 셰이딩 특성, 색 셰이딩, 혼색이라는 문제를 해결할 수 있다.
이와 같이, 본 기술에서는, 촬상 소자(10)상에, 볼록형의 곡면을 가지며, 투명 재료로 제작된 보정용 렌즈(31)를 마련함으로써, 셰이딩 보정을 행할 수가 있다. 또한, 본 기술에 의하면, 보정용 렌즈(31)의 곡면을 최적의 형상으로 할 수 있어서, 촬상 소자(10)의 감도를 향상시키는 것이 가능해진다.
또한 보정용 렌즈(31)를 형상 가변 또는 컨버터블 렌즈와의 조합으로 최적화할 수가 있어서, 와이드단부터 텔레간까지, 연속적으로 최적의 셰이딩 보정을 가능하게 할 수 있다.
<전자 기기>
본 기술은, 촬상 장치에의 적용으로 한정되는 것이 아니고, 디지털 스틸 카메라나 비디오 카메라 등의 촬상 장치나, 휴대 전화기 등의 촬상 기능을 갖는 휴대 단말 장치나, 화상 판독부에 촬상 장치를 이용한 복사기 등, 화상 취입부(광전 변환부)에 촬상 장치를 이용하는 전자 기기 전반에 대해 적용 가능하다. 또한, 전자 기기에 탑재되는 상기 모듈형상의 형태, 즉 카메라 모듈을 촬상 장치로 하는 경우도 있다.
도 24는, 본 개시된 전자 기기의 한 예인 촬상 장치의 구성례를 도시하는 블록도이다. 도 24에 도시하는 바와 같이, 본 개시된 촬상 장치(300)은, 렌즈군(301) 등을 포함하는 광학계, 촬상 소자(302), 카메라 신호 처리부인 DSP 회로(303), 프레임 메모리(304), 표시 장치(305), 기록 장치(306), 조작계(307), 및, 전원계(308) 등을 갖고 있다.
그리고, DSP 회로(303), 프레임 메모리(304), 표시 장치(305), 기록 장치(306), 조작계(307), 및, 전원계(308)가 버스 라인(309)을 통하여 상호 접속된 구성으로 되어 있다. CPU(310)은, 촬상 장치(300) 내의 각 부분을 제어한다.
렌즈군(301)은, 피사체로부터의 입사광(상광)을 취입하여 촬상 소자(302)의 촬상면상에 결상한다. 촬상 소자(302)는, 렌즈군(301)에 의해 촬상면상에 결상된 입사광의 광량을 화소 단위로 전기 신호로 변환하여 화소 신호로서 출력한다. 이 촬상 소자(302)로서, 선술한 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자를 이용할 수 있다.
표시 장치(305)는, 액정 표시 장치나 유기 EL(electro luminescence) 표시 장치 등의 패널형 표시 장치로 이루어지고, 촬상 소자(302)로 촬상된 동화 또는 정지화를 표시한다. 기록 장치(306)은, 촬상 소자(302)로 촬상된 동화 또는 정지화을, 비디오 테이프나 DVD(DigitalVersatileDisk) 등의 기록 매체에 기록한다.
조작계(307)는, 유저에 의한 조작하에, 본 촬상 장치가 갖는 다양한 기능에 관해 조작 지령을 발한다. 전원계(308)은, DSP 회로(303), 프레임 메모리(304), 표시 장치(305), 기록 장치(306), 및, 조작계(307)의 동작 전원이 되는 각종의 전원을, 이들 공급 대상에 대해 적절히 공급한다.
이와 같은 촬상 장치(300)는, 비디오 카메라나 디지털 스틸 카메라, 나아가서는, 휴대 전화기 등의 모바일 기기용 카메라 모듈에 적용된다. 그리고, 이 촬상 장치(300)에서, 촬상 소자(302)로서 선술한 실시 형태에 관한 촬상 소자를 이용할 수 있다.
또한, 본 명세서에 기재된 효과는 어디까지나 예시이고 한정되는 것이 아니고, 또한 다른 효과가 있어도 좋다.
또한, 본 기술의 실시의 형태는, 상술한 실시의 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 기술의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 복수의 변경이 가능하다.
또한, 본 기술은 이하와 같은 구성도 취할 수 있다.
(1)
본 발명의 촬상 장치는, 광전 변환부와, 상기 광전 변환부상의 입사광의 각도를 보정하며 상기 광전 변환부의 상기 광입사측에 마련되는 보정부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
(2)
상기 (1)에서,
상기 보정부는 곡면을 가지며, 상기 곡면의 표면 형상은 구면이고, 상기 표면 형상은, 상기 구면의 반경을 r, 상면(imaging plane)의 광축의 중심부터 상면의 단(edge)까지의 거리를 x1, 상기 보정부를 구성하는 재료의 굴절률을 n으로 하였을 때,
Figure pct00029
의 조건을 충족시키는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
(3)
상기 (1)에서,
상기 보정부는 곡면을 가지며, 상기 곡면의 표면 형상은 구면이고, 상기 표면 형상은, 상기 구면의 반경을 r, 상면의 광축의 중심으로부터 상면의 단까지의 거리를 x1, 상기 보정부를 구성하는 재료의 굴절률을 n으로 하였을 때,
Figure pct00030
의 조건을 충족시키는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
(4)
상기 (1)에서,
상기 보정부는 곡면을 가지며, 상기 곡면의 표면 형상은 구면이고, 상기 표면 형상은, 상기 구면의 반경을 r, 상면의 광축의 중심으로부터 상면의 단까지의 거리를 x1, 상기 보정부를 구성하는 재료의 굴절률을 n으로 하였을 때,
Figure pct00031
의 조건을 충족시키는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
(5)
상기 (1)에서,
상기 보정부는 곡면을 가지며, 상기 곡면의 표면 형상은 구면이고, 상기 표면 형상은, 상기 구면의 반경을 r, 상면의 광축의 중심으로부터 상면의 단까지의 거리를 x1, 상기 보정부를 구성하는 재료의 굴절률을 n으로 하였을 때,
Figure pct00032
의 조건을 충족시키는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
(6)
상기 (1)에서,
상기 보정부는 곡면을 가지며, 상기 곡면의 표면 형상은 구면이고, 상기 표면 형상은, 상기 보정부의 표면에 대한 수선과 촬상면에 대한 수선이 이루는 각도를 e, 상기 보정부를 구성하는 재료의 굴절률을 n, 광축의 중심으로부터의 거리를 x, 광축의 중심으로부터 단까지의 거리를 x1, 상기 광의 최대 입사각을 amax로 하고, amax가 20 내지 30도였을 때,
Figure pct00033
의 조건을 충족시키는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
(7)
상기 (1)에서,
상기 보정부는 곡면을 가지며, 상기 곡면의 표면 형상은 구면이고, 상기 표면 형상은, 상기 보정부의 표면에 대한 수선과 촬상면에 대한 수선이 이루는 각도를 e, 상기 보정부를 구성하는 재료의 굴절률을 n, 광축의 중심으로부터의 거리를 x, 광축의 중심으로부터 단까지의 거리를 x1, 상기 광의 최대 입사각을 amax로 하고, amax가 20 내지 30도였을 때,
Figure pct00034
의 조건을 충족시키는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
(8)
상기 (1) 내지 (7)에서,
상기 보정부는 컨버터블 렌즈 및 형상 가변 렌즈 중의 하나이고, 상기 보정부의 표면 형상은 인장 스트레스에 의해 제어되는 것을 특징으로 한다.
(9)
상기 (1) 내지 (7)에서,
상기 보정부는 컨버터블 렌즈 및 형상 가변 렌즈 중의 하나로 구성되며 2층의 액체로 형성되고, 일방의 액체가 볼록 계면 형상을 갖고 상기 일방의 액체의 상기 볼록 계면 형상은 전압 인가에 의해 제어되는 것을 특징으로 한다.
(10)
상기 (9)에서,
상기 볼록 계면 형상은, n=n1/n2, 상기 광 입사측의 제1의 액체의 굴절률을 n1, 상기 광전 변환부측의 제2의 액체의 굴절률을 n2, 상면의 광축의 중심으로부터 상면의 단까지의 거리를 x1, 상기 볼록 계면 형상의 반경을 r, 상기 제1의 액체 및 상기 제2의 액체는 2층이라 하였을 때,
Figure pct00035
의 조건이 충족되는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
(11)
상기 (9)에서,
상기 볼록 계면 형상은, n=n1/n2, 상기 광 입사측의 제1의 액체의 굴절률을 n1, 상기 광전 변환부측의 제2의 액체의 굴절률을 n2, 상면의 광축의 중심으로부터 상면의 단까지의 거리를 x1, 상기 볼록 계면 형상의 반경을 r, 상기 제1의 액체 및 상기 제2의 액체는 2층이라 하였을 때,
Figure pct00036
의 조건이 충족되는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
(12)
상기 (9)에서,
상기 볼록 계면 형상은, n=n1/n2, 상기 광 입사측의 제1의 액체의 굴절률을 n1, 상기 광전 변환부측의 제2의 액체의 굴절률을 n2, 상면의 광축의 중심으로부터 상면의 단까지의 거리를 x1, 상기 볼록 계면 형상의 반경을 r, 상기 제1의 액체 및 상기 제2의 액체는 2층이라 하였을 때,
Figure pct00037
의 조건이 충족되는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
(13)
상기 (9)에서,
상기 볼록 계면 형상은, n=n1/n2, 상기 광 입사측의 제1의 액체의 굴절률을 n1, 상기 광전 변환부측의 제2의 액체의 굴절률을 n2, 상면의 광축의 중심으로부터 상면의 단까지의 거리를 x1, 상기 볼록 계면 형상의 반경을 r, 상기 제1의 액체 및 상기 제2의 액체는 2층이라 하였을 때,
Figure pct00038
의 조건이 충족되는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
(14)
상기 (9)에서,
상기 볼록 계면 형상은, 상기 보정부의 표면에 대한 수선과 촬상면에 대한 수선이 이루는 각도를 e, n=n1/n2, 상기 광 입사측의 제1의 액체의 굴절률을 n1, 상기 광전 변환부측의 제2의 액체의 굴절률을 n2, 광축의 중심으로부터의 거리를 x, 광축의 중심으로부터 단까지의 거리를 x1, 상기 제2의 액체로의 상기 광의 최대 입사각을 cmax', 상기 제2의 액체 내에서의 상기 광의 입사각을 dmax', 상기 제1의 액체 및 상기 제2의 액체는 2층이라 하였을 때,
Figure pct00039
의 조건이 충족되는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
(15)
상기 (9)에서,
상기 볼록 계면 형상은, 상기 보정부의 표면에 대한 수선과 촬상면에 대한 수선이 이루는 각도를 e, n=n1/n2, 상기 광 입사측의 제1의 액체의 굴절률을 n1, 상기 광전 변환부측의 제2의 액체의 굴절률을 n2, 광축의 중심으로부터의 거리를 x, 광축의 중심으로부터 단까지의 거리를 x1, 상기 제2의 액체로의 상기 광의 최대 입사각을 cmax', 상기 제2의 액체 내에서의 상기 광의 입사각을 dmax', 상기 제1의 액체 및 상기 제2의 액체는 2층이라 하였을 때,
Figure pct00040
의 조건이 충족되는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
(16)
광전 변환부와, 상기 광전 변환부상의 입사광의 각도를 보정하며 상기 광전 변환부의 상기 광입사측에 마련되는 보정부를 구비하는 촬상 소자를 제조하는 제조 장치에 있어서,
상기 보정부는 곡면을 가지며, 상기 곡면의 표면 형상은 구면이고, 상기 표면 형상은, 상기 구면의 반경을 r, 상면의 광축의 중심으로부터 상면의 단까지의 거리를 x1, 상기 보정부를 구성하는 재료의 굴절률을 n으로 하였을 때,
Figure pct00041
의 조건 중의 하나를 충족시키는 것을 특징으로 한다.
(17)
전 변환부와, 상기 광전 변환부상의 입사광의 각도를 보정하며 상기 광전 변환부의 상기 광입사측에 마련되는 보정부를 구비하는 촬상 소자를 제조하는 제조 장치에 있어서,
상기 보정부는 곡면을 가지며, 상기 곡면의 표면 형상은 구면이고, 상기 표면 형상은, 상기 구면의 반경을 r, 상면의 광축의 중심으로부터 상면의 단까지의 거리를 x1, 상기 보정부를 구성하는 재료의 굴절률을 n으로 하였을 때,
Figure pct00042
의 조건 중의 하나를 충족시키는 것을 특징으로 한다.
(18)
광전 변환부와, 상기 광전 변환부상의 입사광의 각도를 보정하며 상기 광전 변환부의 상기 광입사측에 마련되는 보정부를 구비하는 촬상 소자를 제조하는 제조 장치에 있어서,
상기 보정부는 곡면을 가지며, 상기 곡면의 표면 형상은 비구면이고, 상기 보정부의 상기 표면 형상은, 상기 보정부의 표면에 대한 수선과 촬상면에 대한 수선이 이루는 각도를 e, 상기 보정부를 구성하는 재료의 굴절률을 n, 광축의 중심으로부터의 거리를 x, 상면의 광축의 중심으로부터 단까지의 거리를 x1, 상기 광의 최대 입사각을 amax로 하고, amax가 20 내지 30도였을 때,
Figure pct00043
의 조건 중의 하나를 충족시키는 형상으로 제조하는 것을 특징으로 한다.
(19)
광전 변환부와, 상기 광전 변환부상의 입사광의 각도를 보정하며 상기 광전 변환부의 상기 광입사측에 마련되는 보정부를 구비하는 촬상 소자를 제조하는 제조 장치의 제조 방법에 있어서,
구면 표면 형상 1) 및 비구면 표면 형상 2) 중의 하나를 갖는 상기 보정부를 제조하는 스텝을 포함하고,
상기 표면 형상은, 상기 구면의 반경을 r, 상면의 광축의 중심으로부터 상면의 단까지의 거리를 x1, 상기 보정부를 구성하는 재료의 굴절률을 n, 상기 광의 최대 입사각을 amax, 상기 광의 입사각을 a, 상기 보정부의 표면에 대한 수선과 촬상면에 대한 수선이 이루는 각도를 e로 하였을 때,
Figure pct00044
의 조건 중의 하나를 충족시키는 것을 특징으로 한다.
(20)
본 발명의 전자 기기는, 광전 변환부와, 상기 광전 변환부상의 입사광의 각도를 보정하며 상기 광전 변환부의 상기 광입사측에 마련되는 보정부를 구비하는 촬상 소자와, 상기 광전 변환부로부터 출력되는 화소 신호에 대해 신호 처리를 행하는 신호 처리부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
(21)
상기 (20)에서,
상기 보정부는 곡면을 가지며, 상기 곡면의 표면 형상은 구면이고, 상기 표면 형상은, 상기 구면의 반경을 r, 상면(imaging plane)의 광축의 중심부터 상면의 단(edge)까지의 거리를 x1, 상기 보정부를 구성하는 재료의 굴절률을 n으로 하였을 때,
Figure pct00045
의 조건을 충족시키는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
(22)
상기 (20)에서,
상기 보정부는 곡면을 가지며, 상기 곡면의 표면 형상은 구면이고, 상기 표면 형상은, 상기 구면의 반경을 r, 상면의 광축의 중심으로부터 상면의 단까지의 거리를 x1, 상기 보정부를 구성하는 재료의 굴절률을 n으로 하였을 때,
Figure pct00046
의 조건을 충족시키는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
(23)
상기 (20)에서,
상기 보정부는 곡면을 가지며, 상기 곡면의 표면 형상은 구면이고, 상기 표면 형상은, 상기 구면의 반경을 r, 상면의 광축의 중심으로부터 상면의 단까지의 거리를 x1, 상기 보정부를 구성하는 재료의 굴절률을 n으로 하였을 때,
Figure pct00047
의 조건을 충족시키는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
(24)
상기 (20)에서,
상기 보정부는 곡면을 가지며, 상기 곡면의 표면 형상은 구면이고, 상기 표면 형상은, 상기 구면의 반경을 r, 상면의 광축의 중심으로부터 상면의 단까지의 거리를 x1, 상기 보정부를 구성하는 재료의 굴절률을 n으로 하였을 때,
Figure pct00048
의 조건을 충족시키는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
(25)
상기 (20)에서,
상기 보정부는 곡면을 가지며, 상기 곡면의 표면 형상은 구면이고, 상기 표면 형상은, 상기 보정부의 표면에 대한 수선과 촬상면에 대한 수선이 이루는 각도를 e, 상기 보정부를 구성하는 재료의 굴절률을 n, 광축의 중심으로부터의 거리를 x, 광축의 중심으로부터 단까지의 거리를 x1, 상기 광의 최대 입사각을 amax로 하고, amax가 20 내지 30도였을 때,
Figure pct00049
의 조건을 충족시키는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
(26)
상기 (20)에서,
상기 보정부는 곡면을 가지며, 상기 곡면의 표면 형상은 구면이고, 상기 표면 형상은, 상기 보정부의 표면에 대한 수선과 촬상면에 대한 수선이 이루는 각도를 e, 상기 보정부를 구성하는 재료의 굴절률을 n, 광축의 중심으로부터의 거리를 x, 광축의 중심으로부터 단까지의 거리를 x1, 상기 광의 최대 입사각을 amax로 하고, amax가 20 내지 30도였을 때,
Figure pct00050
의 조건을 충족시키는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
(27)
상기 (20)에서,
상기 보정부는 컨버터블 렌즈 및 형상 가변 렌즈 중의 하나이고, 상기 보정부의 표면 형상은 인장 스트레스에 의해 제어되는 것을 특징으로 한다.
(28)
상기 (20)에서,
상기 보정부는 컨버터블 렌즈 및 형상 가변 렌즈 중의 하나로 구성되며 2층의 액체로 형성되고, 일방의 액체가 볼록 계면 형상을 갖고 상기 일방의 액체의 상기 볼록 계면 형상은 전압 인가에 의해 제어되는 것을 특징으로 한다.
(29)
상기 (28)에서,
상기 볼록 계면 형상은, n=n1/n2, 상기 광 입사측의 제1의 액체의 굴절률을 n1, 상기 광전 변환부측의 제2의 액체의 굴절률을 n2, 상면의 광축의 중심으로부터 상면의 단까지의 거리를 x1, 상기 볼록 계면 형상의 반경을 r, 상기 제1의 액체 및 상기 제2의 액체는 2층이라 하였을 때,
Figure pct00051
의 조건이 충족되는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
(30)
상기 (28)에서,
상기 볼록 계면 형상은, n=n1/n2, 상기 광 입사측의 제1의 액체의 굴절률을 n1, 상기 광전 변환부측의 제2의 액체의 굴절률을 n2, 상면의 광축의 중심으로부터 상면의 단까지의 거리를 x1, 상기 볼록 계면 형상의 반경을 r, 상기 제1의 액체 및 상기 제2의 액체는 2층이라 하였을 때,
Figure pct00052
의 조건이 충족되는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
(31)
상기 (28)에서,
상기 볼록 계면 형상은, n=n1/n2, 상기 광 입사측의 제1의 액체의 굴절률을 n1, 상기 광전 변환부측의 제2의 액체의 굴절률을 n2, 상면의 광축의 중심으로부터 상면의 단까지의 거리를 x1, 상기 볼록 계면 형상의 반경을 r, 상기 제1의 액체 및 상기 제2의 액체는 2층이라 하였을 때,
Figure pct00053
의 조건이 충족되는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
(32)
상기 (28)에서,
상기 볼록 계면 형상은, n=n1/n2, 상기 광 입사측의 제1의 액체의 굴절률을 n1, 상기 광전 변환부측의 제2의 액체의 굴절률을 n2, 상면의 광축의 중심으로부터 상면의 단까지의 거리를 x1, 상기 볼록 계면 형상의 반경을 r, 상기 제1의 액체 및 상기 제2의 액체는 2층이라 하였을 때,
Figure pct00054
의 조건이 충족되는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
(33)
상기 (28)에서,
상기 볼록 계면 형상은, 상기 보정부의 표면에 대한 수선과 촬상면에 대한 수선이 이루는 각도를 e, n=n1/n2, 상기 광 입사측의 제1의 액체의 굴절률을 n1, 상기 광전 변환부측의 제2의 액체의 굴절률을 n2, 광축의 중심으로부터의 거리를 x, 광축의 중심으로부터 단까지의 거리를 x1, 상기 제2의 액체로의 상기 광의 최대 입사각을 cmax', 상기 제2의 액체 내에서의 상기 광의 입사각을 dmax', 상기 제1의 액체 및 상기 제2의 액체는 2층이라 하였을 때,
Figure pct00055
의 조건이 충족되는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
(34)
상기 (28)에서,
상기 볼록 계면 형상은, 상기 보정부의 표면에 대한 수선과 촬상면에 대한 수선이 이루는 각도를 e, n=n1/n2, 상기 광 입사측의 제1의 액체의 굴절률을 n1, 상기 광전 변환부측의 제2의 액체의 굴절률을 n2, 광축의 중심으로부터의 거리를 x, 광축의 중심으로부터 단까지의 거리를 x1, 상기 제2의 액체로의 상기 광의 최대 입사각을 cmax', 상기 제2의 액체 내에서의 상기 광의 입사각을 dmax', 상기 제1의 액체 및 상기 제2의 액체는 2층이라 하였을 때,
Figure pct00056
의 조건이 충족되는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
(35)
광전 변환부와, 상기 광전 변환부상의 입사광의 각도를 보정하며 상기 광전 변환부의 상기 광입사측에 마련되는 보정부를 구비하는 촬상 소자를 제조하는 제조 장치에 있어서,
상기 보정부는 곡면을 가지며, 상기 곡면의 표면 형상은 구면이고, 상기 표면 형상은, 상기 구면의 반경을 r, 상면의 광축의 중심으로부터 상면의 단까지의 거리를 x1, 상기 보정부를 구성하는 재료의 굴절률을 n으로 하였을 때,
Figure pct00057
의 조건 중의 하나를 충족시키는 것을 특징으로 한다.
(36)
전 변환부와, 상기 광전 변환부상의 입사광의 각도를 보정하며 상기 광전 변환부의 상기 광입사측에 마련되는 보정부를 구비하는 촬상 소자를 제조하는 제조 장치에 있어서,
상기 보정부는 곡면을 가지며, 상기 곡면의 표면 형상은 구면이고, 상기 표면 형상은, 상기 구면의 반경을 r, 상면의 광축의 중심으로부터 상면의 단까지의 거리를 x1, 상기 보정부를 구성하는 재료의 굴절률을 n으로 하였을 때,
Figure pct00058
의 조건 중의 하나를 충족시키는 것을 특징으로 한다.
(37)
광전 변환부와, 상기 광전 변환부상의 입사광의 각도를 보정하며 상기 광전 변환부의 상기 광입사측에 마련되는 보정부를 구비하는 촬상 소자를 제조하는 제조 장치에 있어서,
상기 보정부는 곡면을 가지며, 상기 곡면의 표면 형상은 비구면이고, 상기 보정부의 상기 표면 형상은, 상기 보정부의 표면에 대한 수선과 촬상면에 대한 수선이 이루는 각도를 e, 상기 보정부를 구성하는 재료의 굴절률을 n, 광축의 중심으로부터의 거리를 x, 상면의 광축의 중심으로부터 단까지의 거리를 x1, 상기 광의 최대 입사각을 amax로 하고, amax가 20 내지 30도였을 때,
Figure pct00059
의 조건 중의 하나를 충족시키는 형상으로 제조하는 것을 특징으로 한다.
(38)
광전 변환부와, 상기 광전 변환부상의 입사광의 각도를 보정하며 상기 광전 변환부의 상기 광입사측에 마련되는 보정부를 구비하는 촬상 소자를 제조하는 제조 장치의 제조 방법에 있어서,
구면 표면 형상 1) 및 비구면 표면 형상 2) 중의 하나를 갖는 상기 보정부를 제조하는 스텝을 포함하고,
상기 표면 형상은, 상기 구면의 반경을 r, 상면의 광축의 중심으로부터 상면의 단까지의 거리를 x1, 상기 보정부를 구성하는 재료의 굴절률을 n, 상기 광의 최대 입사각을 amax, 상기 광의 입사각을 a, 상기 보정부의 표면에 대한 수선과 촬상면에 대한 수선이 이루는 각도를 e로 하였을 때,
Figure pct00060
의 조건 중의 하나를 충족시키는 것을 특징으로 한다.
(39)
본 발명의 전자 기기는, 광전 변환부와, 상기 광전 변환부상의 입사광의 각도를 보정하며 상기 광전 변환부의 상기 광입사측에 마련되는 보정부를 구비하는 촬상 소자와, 상기 광전 변환부로부터 출력되는 화소 신호에 대해 신호 처리를 행하는 신호 처리부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
(40)
본 발명의 전자 기기는, 광전 변환부와, 상기 광전 변환부상의 입사광의 각도를 보정하며 상기 광전 변환부의 상기 광입사측에 마련되도록 구성된 보정부를 구비하는 촬상 소자와, 상기 광전 변환부로부터 출력되는 화소 신호에 대해 신호 처리를 행하도록 구성된 신호 처리부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
10 : 촬상 소자
11 : 마이크로 렌즈
12 : 컬러 필터층
13 : 차광막
14 : 포토 다이오드
31 : 보정용 렌즈
101 : 렌즈 부분
121 : 변환부
151 : 액체 렌즈
152 : 수용액
153 : 기름
154 : 전극

Claims (20)

  1. 광전 변환부와,
    상기 광전 변환부상의 입사광의 각도를 보정하며 상기 광전 변환부의 상기 광입사측에 마련되는 보정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보정부는 곡면을 가지며, 상기 곡면의 표면 형상은 구면이고, 상기 표면 형상은,
    상기 구면의 반경을 r, 상면(imaging plane)의 광축의 중심부터 상면의 단(edge)까지의 거리를 x1, 상기 보정부를 구성하는 재료의 굴절률을 n으로 하였을 때,
    Figure pct00061

    의 조건을 충족시키는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보정부는 곡면을 가지며, 상기 곡면의 표면 형상은 구면이고, 상기 표면 형상은,
    상기 구면의 반경을 r, 상면의 광축의 중심으로부터 상면의 단까지의 거리를 x1, 상기 보정부를 구성하는 재료의 굴절률을 n으로 하였을 때,
    Figure pct00062

    의 조건을 충족시키는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보정부는 곡면을 가지며, 상기 곡면의 표면 형상은 구면이고, 상기 표면 형상은,
    상기 구면의 반경을 r, 상면의 광축의 중심으로부터 상면의 단까지의 거리를 x1, 상기 보정부를 구성하는 재료의 굴절률을 n으로 하였을 때,
    Figure pct00063

    의 조건을 충족시키는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보정부는 곡면을 가지며, 상기 곡면의 표면 형상은 구면이고, 상기 표면 형상은,
    상기 구면의 반경을 r, 상면의 광축의 중심으로부터 상면의 단까지의 거리를 x1, 상기 보정부를 구성하는 재료의 굴절률을 n으로 하였을 때,
    Figure pct00064

    의 조건을 충족시키는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 보정부는 곡면을 가지며, 상기 곡면의 표면 형상은 구면이고, 상기 표면 형상은,
    상기 보정부의 표면에 대한 수선과 촬상면에 대한 수선이 이루는 각도를 e, 상기 보정부를 구성하는 재료의 굴절률을 n, 광축의 중심으로부터의 거리를 x, 광축의 중심으로부터 단까지의 거리를 x1, 상기 광의 최대 입사각을 amax로 하고, amax가 20 내지 30도였을 때,
    Figure pct00065

    의 조건을 충족시키는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 보정부는 곡면을 가지며, 상기 곡면의 표면 형상은 구면이고, 상기 표면 형상은,
    상기 보정부의 표면에 대한 수선과 촬상면에 대한 수선이 이루는 각도를 e, 상기 보정부를 구성하는 재료의 굴절률을 n, 광축의 중심으로부터의 거리를 x, 광축의 중심으로부터 단까지의 거리를 x1, 상기 광의 최대 입사각을 amax로 하고, amax가 20 내지 30도였을 때,
    Figure pct00066

    의 조건을 충족시키는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 보정부는 컨버터블 렌즈 및 형상 가변 렌즈 중의 하나이고, 상기 보정부의 표면 형상은 인장 스트레스에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 보정부는 컨버터블 렌즈 및 형상 가변 렌즈 중의 하나로 구성되며 2층의 액체로 형성되고, 일방의 액체가 볼록 계면 형상을 갖고 상기 일방의 액체의 상기 볼록 계면 형상은 전압 인가에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 볼록 계면 형상은,
    n=n1/n2, 상기 광 입사측의 제1의 액체의 굴절률을 n1, 상기 광전 변환부측의 제2의 액체의 굴절률을 n2, 상면의 광축의 중심으로부터 상면의 단까지의 거리를 x1, 상기 볼록 계면 형상의 반경을 r, 상기 제1의 액체 및 상기 제2의 액체는 2층이라 하였을 때,
    Figure pct00067

    의 조건이 충족되는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 볼록 계면 형상은,
    n=n1/n2, 상기 광 입사측의 제1의 액체의 굴절률을 n1, 상기 광전 변환부측의 제2의 액체의 굴절률을 n2, 상면의 광축의 중심으로부터 상면의 단까지의 거리를 x1, 상기 볼록 계면 형상의 반경을 r, 상기 제1의 액체 및 상기 제2의 액체는 2층이라 하였을 때,
    Figure pct00068

    의 조건이 충족되는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 볼록 계면 형상은,
    n=n1/n2, 상기 광 입사측의 제1의 액체의 굴절률을 n1, 상기 광전 변환부측의 제2의 액체의 굴절률을 n2, 상면의 광축의 중심으로부터 상면의 단까지의 거리를 x1, 상기 볼록 계면 형상의 반경을 r, 상기 제1의 액체 및 상기 제2의 액체는 2층이라 하였을 때,
    Figure pct00069

    의 조건이 충족되는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 볼록 계면 형상은,
    n=n1/n2, 상기 광 입사측의 제1의 액체의 굴절률을 n1, 상기 광전 변환부측의 제2의 액체의 굴절률을 n2, 상면의 광축의 중심으로부터 상면의 단까지의 거리를 x1, 상기 볼록 계면 형상의 반경을 r, 상기 제1의 액체 및 상기 제2의 액체는 2층이라 하였을 때,
    Figure pct00070

    의 조건이 충족되는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 볼록 계면 형상은,
    상기 보정부의 표면에 대한 수선과 촬상면에 대한 수선이 이루는 각도를 e, n=n1/n2, 상기 광 입사측의 제1의 액체의 굴절률을 n1, 상기 광전 변환부측의 제2의 액체의 굴절률을 n2, 광축의 중심으로부터의 거리를 x, 광축의 중심으로부터 단까지의 거리를 x1, 상기 제2의 액체로의 상기 광의 최대 입사각을 cmax', 상기 제2의 액체 내에서의 상기 광의 입사각을 dmax', 상기 제1의 액체 및 상기 제2의 액체는 2층이라 하였을 때,
    Figure pct00071

    의 조건이 충족되는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 볼록 계면 형상은,
    상기 보정부의 표면에 대한 수선과 촬상면에 대한 수선이 이루는 각도를 e, n=n1/n2, 상기 광 입사측의 제1의 액체의 굴절률을 n1, 상기 광전 변환부측의 제2의 액체의 굴절률을 n2, 광축의 중심으로부터의 거리를 x, 광축의 중심으로부터 단까지의 거리를 x1, 상기 제2의 액체로의 상기 광의 최대 입사각을 cmax', 상기 제2의 액체 내에서의 상기 광의 입사각을 dmax', 상기 제1의 액체 및 상기 제2의 액체는 2층이라 하였을 때,
    Figure pct00072

    의 조건이 충족되는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  16. 광전 변환부와, 상기 광전 변환부상의 입사광의 각도를 보정하며 상기 광전 변환부의 상기 광입사측에 마련되는 보정부를 구비하는 촬상 소자를 제조하는 제조 장치에 있어서,
    상기 보정부는 곡면을 가지며, 상기 곡면의 표면 형상은 구면이고, 상기 표면 형상은,
    상기 구면의 반경을 r, 상면의 광축의 중심으로부터 상면의 단까지의 거리를 x1, 상기 보정부를 구성하는 재료의 굴절률을 n으로 하였을 때,
    Figure pct00073

    의 조건 중의 하나를 충족시키는 것을 특징으로 하는 제조 장치.
  17. 광전 변환부와, 상기 광전 변환부상의 입사광의 각도를 보정하며 상기 광전 변환부의 상기 광입사측에 마련되는 보정부를 구비하는 촬상 소자를 제조하는 제조 장치에 있어서,
    상기 보정부는 곡면을 가지며, 상기 곡면의 표면 형상은 구면이고, 상기 표면 형상은,
    상기 구면의 반경을 r, 상면의 광축의 중심으로부터 상면의 단까지의 거리를 x1, 상기 보정부를 구성하는 재료의 굴절률을 n으로 하였을 때,
    Figure pct00074

    의 조건 중의 하나를 충족시키는 것을 특징으로 하는 제조 장치.
  18. 광전 변환부와, 상기 광전 변환부상의 입사광의 각도를 보정하며 상기 광전 변환부의 상기 광입사측에 마련되는 보정부를 구비하는 촬상 소자를 제조하는 제조 장치에 있어서,
    상기 보정부는 곡면을 가지며, 상기 곡면의 표면 형상은 비구면이고, 상기 보정부의 상기 표면 형상은,
    상기 보정부의 표면에 대한 수선과 촬상면에 대한 수선이 이루는 각도를 e, 상기 보정부를 구성하는 재료의 굴절률을 n, 광축의 중심으로부터의 거리를 x, 상면의 광축의 중심으로부터 단까지의 거리를 x1, 상기 광의 최대 입사각을 amax로 하고, amax가 20 내지 30도였을 때,
    Figure pct00075

    의 조건 중의 하나를 충족시키는 형상으로 제조하는 것을 특징으로 하는 제조 장치.
  19. 광전 변환부와, 상기 광전 변환부상의 입사광의 각도를 보정하며 상기 광전 변환부의 상기 광입사측에 마련되는 보정부를 구비하는 촬상 소자를 제조하는 제조 장치의 제조 방법에 있어서,
    구면 표면 형상 1) 및 비구면 표면 형상 2) 중의 하나를 갖는 상기 보정부를 제조하는 스텝을 포함하고,
    상기 표면 형상은,
    상기 구면의 반경을 r, 상면의 광축의 중심으로부터 상면의 단까지의 거리를 x1, 상기 보정부를 구성하는 재료의 굴절률을 n, 상기 광의 최대 입사각을 amax, 상기 광의 입사각을 a, 상기 보정부의 표면에 대한 수선과 촬상면에 대한 수선이 이루는 각도를 e로 하였을 때,
    Figure pct00076

    의 조건 중의 하나를 충족시키는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  20. 광전 변환부와,
    상기 광전 변환부상의 입사광의 각도를 보정하며 상기 광전 변환부의 상기 광입사측에 마련되는 보정부를 구비하는 촬상 소자와,
    상기 광전 변환부로부터 출력되는 화소 신호에 대해 신호 처리를 행하는 신호 처리부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
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