KR20230053006A - 촬상 소자 및 전자 기기 - Google Patents

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Abstract

본 기술은, 보다 좋은 화상을 얻을 수 있도록 하는 촬상 소자 및 전자 기기에 관한 것이다. 복수의 화소를 구비하는 촬상 소자에서, 화소는, 하나의 온 칩 렌즈와, 온 칩 렌즈보다 하층에 형성된 복수의 광전 변환층을 구비하고, 복수의 광전 변환층 중의 적어도 2층의 광전 변환층이, 각각 수광면에 대해 분할 형성, 부분 형성, 또는 부분 차광되어 있다. 화소는, 위상차 검출에 의한 AF를 행하기 위한 위상차 검출 화소, 또는, 화상을 생성하기 위한 촬상 화소이다. 본 기술은, 예를 들면 CMOS 이미지 센서에 적용할 수 있다.

Description

촬상 소자 및 전자 기기{IMAGING ELEMENT AND ELECTRONIC EQUIPMENT}
본 기술은, 촬상 소자 및 전자 기기에 관한 것으로, 특히, 보다 좋은 화상을 얻을 수 있도록 하는 촬상 소자 및 전자 기기에 관한 것이다.
근래, 촬상 소자에서, 광전 변환부의 일부가 차광된 위상차 검출 화소를 마련함으로써 위상차 검출을 행하는 촬상 장치가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
일본국 특개2010-160313호 공보
그러나, 위상차 검출 화소에서는, 광전 변환부의 일부(예를 들면 반분)가 차광되기 때문에, 통상의 촬상 화소보다 감도가 저하되고 버려, 저조도 환경하에서는 SNR(Signal-Noise Ratio)이 충분 얻어지지 않고, 정확하게 위상차 검출이 행하여지지 않을 우려가 있다. 결과로서, 핀트가 맞지 않아 흐려진; 화상을 얻어져 버릴 가능성이 있다.
또한, 통상의 촬상 화소에서는, 인접하는 화소로부터의 혼색이, 색 재현성이나 SNR에 대해 악영향을 미칠 우려가 있다.
본 기술은, 이와 같은 상황을 감안하여 이루어진 것이고, 보다 좋은 화상을 얻을 수 있도록 하는 것이다.
본 기술의 한 측면의 촬상 소자는, 복수의 화소를 구비하는 촬상 소자로서, 상기 화소는, 하나의 온 칩 렌즈와, 상기 온 칩 렌즈보다 하층에 형성된 복수의 광전 변환층을 구비하고, 복수의 상기 광전 변환층 중의 적어도 2층의 상기 광전 변환층이, 각각 수광면에 대해 분할 형성, 부분 형성, 또는 부분 차광되어 있다.
상기 화소는, 위상차 검출에 의한 AF(Auto Focus)를 행하기 위한 위상차 검출 화소로 할 수 있다.
복수의 상기 위상차 검출 화소에서의 상기 광전 변환층끼리의 출력의 차분이, 위상차 검출에 이용되도록 할 수 있다.
화상을 생성하기 위한 촬상 화소를 또한 마련하고, 상기 위상차 검출 화소는, 행렬형상으로 2차원 배치되는 복수의 상기 촬상 화소의 중에 산재하여 배치되도록 할 수 있다.
상기 위상차 검출 화소에서의 상기 광전 변환층과, 상기 위상차 검출 화소의 주변에 배치되어 있는 상기 촬상 화소의 출력의 차분이, 위상차 검출에 이용되도록 할 수 있다.
상기 위상차 검출 화소에는, 복수의 상기 광전 변환층 중의 가장 상층의 상기 광전 변환층으로서, 부분 형성되어 있는 유기 광전 변환막과, 상기 유기 광전 변환막보다 하층의 기판에 형성되는 상기 광전 변환층으로서, 부분 차광되어 있는 광전 변환부를 마련할 수 있다.
상기 위상차 검출 화소에는, 상기 유기 광전 변환막의 아래에, 상기 광전 변환부를 부분 차광하는 차광막을 또한 마련하고, 상기 유기 광전 변환막에는, 상기 차광막에 의해 부분 차광되는 광을 광전 변환시킬 수 있다.
상기 위상차 검출 화소에는, 복수의 상기 광전 변환층으로서, 기판에 형성되는 적어도 2층의, 분할 형성되어 있는 광전 변환부를 마련할 수 있다.
상기 위상차 검출 화소에는, 복수의 상기 광전 변환층으로서, 적어도 2층의, 분할 형성 또는 부분 차광되어 있는 유기 광전 변환막을 마련할 수 있다.
상기 화소는, 화상을 생성하기 위한 촬상 화소로 할 수 있다.
상기 촬상 화소에는, 복수의 상기 광전 변환층 중의 가장 상층의 상기 광전 변환층으로서, 부분 형성되어 있는 유기 광전 변환막과, 상기 유기 광전 변환막보다 하층의 기판에 형성되는 상기 광전 변환층으로서, 인접하는 다른 촬상 화소와의 경계 부분이 부분 차광되어 있는 광전 변환부를 마련하고, 상기 유기 광전 변환막은, 상기 다른 촬상 화소와의 경계 부분에 형성되도록 할 수 있다.
상기 위상차 검출 화소에는, 복수의 상기 광전 변환층으로서, 유기 광전 변환막과, 기판에 형성되는 광전 변환부를 마련하고, 상기 유기 광전 변환막과 상기 광전 변환부는, 각각 노광량이 다르도록 제어되도록 할 수 있다.
본 기술의 한 측면의 전자 기기는, 복수의 화소를 구비하는 촬상 소자로서, 상기 화소가, 하나의 온 칩 렌즈와, 상기 온 칩 렌즈보다 하층에 형성된 복수의 광전 변환층을 구비하고, 복수의 상기 광전 변환층 중의 적어도 2층의 상기 광전 변환층이, 각각 수광면에 대해 분할 형성, 부분 형성, 또는 부분 차광되어 있는 촬상 소자와, 피사체광을 상기 촬상 소자에 입사하는 렌즈를 구비한다.
복수의 상기 화소에서의 상기 광전 변환층끼리의 출력의 차분을 이용하여, 위상차 검출을 행하는 위상차 검출부와, 검출된 위상차에 응하여, 상기 렌즈의 구동을 제어하는 렌즈 제어부를 또한 마련할 수 있다.
상기 화소는, 복수의 상기 광전 변환층 중의 가장 상층의 상기 광전 변환층으로서, 부분 형성되어 있는 유기 광전 변환막과, 상기 유기 광전 변환막보다 하층의 기판에 형성되는 상기 광전 변환층으로서, 부분 차광되어 있는 광전 변환부를 마련할 수 있다.
상기 유기 광전 변환막의 출력을 이용하여, 화상을 생성하는 화소치로서의 상기 광전 변환부의 출력을 보정하는 결함 보정부를 또한 마련할 수 있다.
상기 화소에는, 복수의 상기 광전 변환층 중의 가장 상층의 상기 광전 변환층으로서, 부분 형성되어 있는 유기 광전 변환막과, 상기 유기 광전 변환막보다 하층의 기판에 형성되는 상기 광전 변환층으로서, 인접하는 다른 화소와의 경계 부분이 부분 차광되어 있는 광전 변환부로 마련하고, 상기 유기 광전 변환막은, 상기 다른 화소와의 경계 부분에 형성되도록 할 수 있다.
상기 유기 광전 변환막의 출력을 이용하여, 화상을 생성하는 화소치로서의 상기 광전 변환부의 출력으로부터 혼색 성분을 감산하는 혼색 감산부를 또한 마련할 수 있다.
분광 특성이 다른 복수의 상기 광전 변환층의 출력을 이용하여, 상기 피사체광의 광원을 추정하는 광원 추정부를 또한 마련할 수 있다.
상기 광원 추정부의 추정 결과에 의거하여, 상기 광전 변환부의 출력인 화소치의 색 특성을 보정하는 색 특성 보정부를 또한 마련할 수 있다.
본 기술의 한 측면에서는, 복수의 광전 변환층 중의 적어도 2층의 광전 변환층이, 각각 수광면에 대해 분할 형성, 부분 형성, 또는 부분 차광되어 있다.
본 기술의 한 측면에 의하면, 보다 좋은 화상을 얻는 것이 가능해진다.
도 1은 본 기술의 제1의 실시의 형태의 촬상 장치의 구성례를 도시하는 블록도.
도 2는 촬상 소자의 화소 배치에 관해 설명하는 도면.
도 3은 본 기술의 위상차 검출 화소의 구조례를 도시하는 단면도.
도 4는 종래의 위상차 검출 화소와 본 기술의 위상차 검출 화소를 비교하는 도면.
도 5는 AF 처리에 관해 설명하는 플로 차트.
도 6은 촬상 처리에 관해 설명하는 플로 차트.
도 7은 종래의 결함 보정의 수법에 관해 설명하는 도면.
도 8은 위상차 검출 화소의 다른 구조례를 도시하는 단면도.
도 9는 위상차 검출 화소의 또 다른 구조례를 도시하는 단면도.
도 10은 위상차 검출 화소의 또 다른 구조례를 도시하는 단면도.
도 11은 위상차 검출 화소의 또 다른 구조례를 도시하는 단면도.
도 12는 위상차 검출 화소의 또 다른 구조례를 도시하는 단면도.
도 13은 위상차 검출 화소의 또 다른 구조례를 도시하는 단면도.
도 14는 위상차 검출 화소의 또 다른 구조례를 도시하는 단면도.
도 15는 위상차 검출 화소의 또 다른 구조례를 도시하는 단면도.
도 16은 위상차 검출 화소의 또 다른 구조례를 도시하는 단면도.
도 17은 본 기술의 제2의 실시의 형태의 촬상 장치의 구성례를 도시하는 블록도.
도 18은 본 기술의 촬상 화소의 구조례를 도시하는 단면도.
도 19는 유기 광전 변환막의 구성례를 도시하는 도면.
도 20은 종래의 촬상 화소와 본 기술의 촬상 화소를 비교하는 도면.
도 21은 촬상 처리에 관해 설명하는 플로 차트.
도 22는 본 기술의 제3의 실시의 형태의 촬상 장치의 구성례를 도시하는 블록도.
도 23은 촬상 처리에 관해 설명하는 플로 차트.
도 24는 촬상 장치의 다른 구성례를 도시하는 블록도.
도 25는 혼색 검출 화소 및 촬상 화소의 구조례를 도시하는 단면도.
도 26은 본 기술의 제4의 실시의 형태의 촬상 장치의 구성례를 도시하는 블록도.
이하, 본 기술의 실시의 형태에 관해 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 설명은 이하의 순서로 행한다.
1. 제1의 실시의 형태(위상차 검출 및 결함 보정을 행하는 구성)
2. 제2의 실시의 형태(혼색 감산을 행하는 구성)
3. 제3의 실시의 형태(혼색 감산 및 광원 추정을 행하는 구성)
4. 제4의 실시의 형태(2개의 촬상 소자를 구비하는 구성)
<1. 제1의 실시의 형태>
[촬상 장치의 구성]
도 1은, 본 기술의 제1의 실시의 형태의 촬상 장치의 구성례를 도시하는 도면이다. 도 1에 도시되는 촬상 장치(100)는 위상차 검출 방식의 AF(Auto Focus)(위상차 AF)를 행함으로써, 피사체를 촬상하고, 그 피사체의 화상을 전기 신호로서 출력하는 장치이다.
도 1에 도시되는 촬상 장치(100)는, 렌즈(101), 광학 필터(102), 촬상 소자(103), A/D 변환부(104), 클램프부(105), 위상차 검출부(106), 렌즈 제어부(107), 결함 보정부(108), 디모자이크부(109), 리니어 매트릭스(LM)/화이트 밸런스(WB)/감마 보정부(110), 휘도 크로마 신호 생성부(111), 및 인터페이스(I/F)부(112)로 구성된다.
렌즈(101)는, 촬상 소자(103)에 입사하는 피사체광의 초점 거리의 조정을 행한다. 렌즈(101)의 후단에는, 촬상 소자(103)에 입사하는 피사체광의 광량 조정을 행하는 조리개(도시 생략)가 마련되어 있다. 렌즈(101)의 구체적인 구성은 임의이고, 예를 들면, 렌즈(101)는 복수의 렌즈에 의해 구성되어 있어도 좋다.
렌즈(101)를 투과하는 피사체광은, 예를 들면, 적외광 이외의 광을 투과하는 IR 커트 필터 등으로서 구성되는 광학 필터(102)를 통하여 촬상 소자(103)에 입사한다.
촬상 소자(103)는, 피사체광을 광전 변환하는 포토 다이오드 등의 광전 변환 소자를 갖는 복수의 화소를 구비한다. 각 화소는, 피사체광을 전기 신호로 변환한다. 촬상 소자(103)는, 예를 들면, 광전 변환 소자가 광으로부터 발생한 전하를 판독하기 위해 전하 결합 소자(CCD(Charge Coupled Device))라고 불리는 회로 소자를 이용하여 전송을 행하는 CCD 이미지 센서라도 좋고, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)를 이용한, 단위 셀마다 증폭기를 갖는 CMOS 이미지 센서 등이라도 좋다.
촬상 소자(103)는, 광전 변환 소자의 피사체측에, 화소마다 컬러 필터를 갖고 있다. 컬러 필터는, 적(R), 녹(G), 및 청(B) 등의 각 색의 필터가 각 광전 변환 소자상에 예를 들면 베이어 배열로 배치되어 있다. 즉, 촬상 소자(103)는, 필터를 투과한 각 색의 피사체광을 광전 변환하고, 그 전기 신호를 A/D 변환부(104)에 공급한다.
촬상 소자(103)의 컬러 필터의 색은 임의이고, RGB 이외의 색이 포함되어 있어도 좋고, RGB의 일부 또는 전부의 색이 사용되지 않아도 좋다. 또한, 각 색의 배열도 임의이고, 베이어 배열 이외의 배열이라도 좋다. 예를 들면, 촬상 소자(103)의 컬러 필터의 배열로서, 화이트 화소(특개2009-296276호 공보에 기재)나 에메랄드 화소를 포함하는 배열이나, 클리어 비트 배열 등을 적용할 수도 있다.
또한, 촬상 소자(103)에는, 수광한 피사체광에 의거하여 화상을 생성하기 위한 신호를 생성하는 화소(촬상 화소)와, 위상차 검출에 의한 AF를 행하기 위한 신호를 생성하는 화소(위상차 검출 화소)가 배치된다.
도 2는, 촬상 소자(103)의 화소 배치의 예를 도시하고 있다.
도 2에 도시되는 바와 같이, 촬상 소자(103)에는, 백색의 정방형으로 도시되는 복수의 촬상 화소가 행렬형상으로 2차원 배치되어 있다. 촬상 화소는, R화소, G화소, 및 B화소로 이루어지고, 이들은, 베이어 배열에 따라 규칙적으로 배치되어 있다.
또한, 촬상 소자(103)에는, 행렬형상으로 2차원 배치된 복수의 촬상 화소 중에, 흑색의 정방형으로 도시되는 복수의 위상차 검출 화소가 산재하여 배치되어 있다. 위상차 검출 화소는, 촬상 소자(103)에서의 소정의 촬상 화소의 일부가 치환됨으로써, 특정한 패턴으로 규칙적으로 배치되어 있다. 도 2의 예에서는, 2개의 G화소가, 위상차 검출 화소(P1, P2)로 치환되어 있다. 또한, 위상차 검출 화소는, 촬상 소자(103)에서 불규칙하게 배치되도록 하여도 좋다. 위상차 검출 화소가 규칙적으로 배치되도록 하면, 후술하는 결함 보정 등의 신호 처리를 용이하게 할 수 있고, 위상차 검출 화소가 불규칙하게 배치되도록 하면, 결함 보정에 의한 아티팩트도 불규칙하게 되어, 그 시인성을 저하시킬(눈에 띄지 않게 할) 수 있다.
도 1의 설명으로 되돌아와, A/D 변환부(104)는, 촬상 소자(103)로부터 공급된 RGB의 전기 신호(아날로그 신호)를 디지털 데이터(화상 데이터)로 변환한다. A/D 변환부(104)는, 그 디지털 데이터의 화상 데이터(RAW 데이터)를 클램프부(105)에 공급한다.
클램프부(105)는, 화상 데이터로부터, 흑색으로 판정되는 레벨인 흑레벨을 감산한다. 클램프부(105)는, 흑레벨을 감산한 화상 데이터 중, 위상차 검출 화소로부터 출력된 화상 데이터를 위상차 검출부(106)에 공급한다. 또한, 클램프부(105)는, 흑레벨을 감산한 화상 데이터의 전 화소분을 결함 보정부(108)에 공급한다.
즉, 위상차 검출에는, 위상차 검출 화소의 출력만이 이용되지만, 화상의 생성에는, 촬상 화소의 출력은 물론, 위상차 검출 화소의 출력도 이용된다.
위상차 검출부(106)는, 클램프부(105)로부터의 화상 데이터에 의거하여 위상차 검출 처리 행함으로써, 포커스를 맞추는 대상의 물체(합초(合焦) 대상물)에 대해 포커스가 맞아 있는지의 여부를 판정한다. 위상차 검출부(106)는, 포커스 에어리어에서의 물체에 포커스가 맞아 있는 경우, 합초하고 있는 것을 나타내는 정보를 합초 판정 결과로서, 렌즈 제어부(107)에 공급한다. 또한, 위상차 검출부(106)는, 합초 대상물에 포커스가 맞지 않은 경우, 포커스의 어긋남의 양(디포커스량)을 산출하고, 그 산출한 디포커스량을 나타내는 정보를 합초 판정 결과로서, 렌즈 제어부(107)에 공급한다.
렌즈 제어부(107)는, 렌즈(101)의 구동을 제어한다. 구체적으로는, 렌즈 제어부(107)는, 위상차 검출부(106)로부터 공급된 합초 판정 결과에 의거하여, 렌즈(101)의 구동량을 산출하고, 그 산출한 구동량에 응하여 렌즈(101)를 이동시킨다.
예를 들면, 렌즈 제어부(107)는, 포커스가 맞아 있는 경우에는, 렌즈(101)의 현재의 위치를 유지시킨다. 또한, 렌즈 제어부(107)는, 포커스가 맞지 않은 경우에는, 디포커스량을 나타내는 합초 판정 결과와 렌즈(101)의 위치에 의거하여 구동량을 산출하고, 그 구동량에 응하여 렌즈(101)를 이동시킨다.
또한, 렌즈 제어부(107)는, 상술한 바와 같은 위상차 AF에 더하여, 콘트라스트 AF를 행함으로써, 렌즈(101)의 구동을 제어하도록 하여도 좋다. 예를 들면, 렌즈 제어부(107)는, 위상차 검출부(106)로부터, 합초 판정 결과로서 포커스의 어긋남의 양(디포커스량)을 나타내는 정보가 공급되는 경우, 포커스의 어긋남의 방향(전(前) 핀인지 후 핀인지)을 판별하고, 그 방향에 대해 콘트라스트 AF를 행하도록 하여도 좋다.
결함 보정부(108)는, 클램프부(105)로부터의 화상 데이터에 의거하여, 올바른 화소치를 얻을 수 없는 결함 화소에 관해, 그 화소치의 보정, 즉 결함 보정을 행한다. 결함 보정부(108)는, 결함 화소의 보정을 행한 화상 데이터를 디모자이크부(109)에 공급한다.
디모자이크부(109)는, 결함 보정부(108)로부터의 RAW 데이터에 대해 디모자이크 처리를 행하고, 색정보의 보완 등을 행하여 RGB 데이터로 변환한다. 디모자이크부(109)는, 디모자이크 처리 후의 화상 데이터(RGB 데이터)를 LM/WB/감마 보정부(110)에 공급한다.
LM/WB/감마 보정부(110)는, 디모자이크부(109)로부터의 RGB 데이터에 대해, 색 특성의 보정을 행한다. 구체적으로는, LM/WB/감마 보정부(110)는, 규격으로 정하여진 원색(RGB)의 색도점과 실제의 카메라의 색도점의 차를 메우기 위해, 매트릭스 계수를 이용하여 화상 데이터의 각 색 신호를 보정하고, 색 재현성을 변화시키는 처리를 행한다. 또한, LM/WB/감마 보정부(110)는, RGB 데이터의 각 채널의 값에 관해 백(白)에 대한 게인을 설정함으로써, 화이트 밸런스를 조정한다. 또한, LM/WB/감마 보정부(110)는, 화상 데이터의 색과 출력 디바이스 특성과의 상대 관계를 조절하여, 보다 오리지널에 가까운 표시를 얻기 위한 감마 보정을 행한다. LM/WB/감마 보정부(110)는, 보정 후의 화상 데이터(RGB 데이터)를 휘도 크로마 신호 생성부(111)에 공급한다.
휘도 크로마 신호 생성부(111)는, LM/WB/감마 보정부(110)로부터 공급된 RGB 데이터로부터 휘도 신호(Y)와 색차 신호(Cr, Cb)를 생성한다. 휘도 크로마 신호 생성부(111)는, 휘도 크로마 신호(Y, Cr, Cb)를 생성하면, 그 휘도 신호와 색차 신호를 I/F부(112)에 공급한다.
I/F부(112)는, 공급된 화상 데이터(휘도 크로마 신호)를, 촬상 장치(100)의 외부(예를 들면, 화상 데이터를 기억하는 기억 디바이스나, 화상 데이터의 화상을 표시하는 표시 디바이스 등)에 출력한다.
[위상차 검출 화소의 구조례]
도 3은, 본 기술의 위상차 검출 화소의 구조례를 도시하는 단면도이다. 또한, 도 3에서는, 위상차 검출 화소(P1, P2)는 서로 인접하여 배치되어 있는 것으로서 도시되어 있지만, 도 2에 도시되는 바와 같이, 소정수의 촬상 화소를 끼우고 배치되어 있어도 좋다.
도 3에 도시되는 바와 같이, 위상차 검출 화소(P1, P2)에서는, 반도체 기판(Si 기판)(121)에 광전 변환부로서의 포토 다이오드(122)가 형성되어 있다. 반도체 기판(121)의 상층에는, 차광막(123)과 컬러 필터(124)가 동일층에 형성되어 있고, 그들의 상층, 구체적으로는 차광막(123)의 바로 위에는, 차광막(123)과 개략 동일의 면적의 유기 광전 변환막(125)이 형성되어 있다. 또한, 유기 광전 변환막(125)의 위에는, 온 칩 렌즈(126)가 형성되어 있다.
차광막(123)은, 금속제라도 좋고, 광을 흡수하는 블랙 필터라도 좋다. 또한, 차광막(123)을, 유기 광전 변환막(125)의 전극에 의해 구성되도록 하여도 좋다. 이 경우, 배선층을 삭감할 수 있기 때문에, 촬상 소자(103)를 저배화(低背化)할 수 있고, 나아가서는, 포토 다이오드(122)의 감도를 향상시킬 수 있다.
컬러 필터(124)는, 위상차 검출 화소(P1)와 위상차 검출 화소(P2)에서 같은 색이라도 좋고, 서로 다른 색이라도 좋다. 또한, 위상차 검출 화소(P1, P2)가 화이트 화소인 경우에는, 컬러 필터(124)를 마련하지 않도록 하여도 좋다.
유기 광전 변환막(125)은, 특정한 파장의 광을 광전 변환한다. 예를 들면, 유기 광전 변환막(125)은, 적색, 녹색, 청색의 3색의 어느 하나의 광을 광전 변환한다.
녹색의 광을 광전 변환하는 유기 광전 변환막으로서는, 예를 들면 로다민계 색소, 메로시아닌계 색소, 퀴나크리돈 등을 포함하는 유기 광전 변환 재료를 사용할 수 있다. 적색의 광을 광전 변환하는 유기 광전 변환막으로서는, 프탈로시아닌계 색소를 포함하는 유기 광전 변환 재료를 사용할 수 있다. 청색의 광을 광전 변환하는 유기 광전 변환막으로서는, 쿠마린계 색소, 리스-8-히드록시퀴놀린Al(Alq3), 메로시아닌계 색소 등을 포함하는 유기 광전 변환 재료를 사용할 수 있다.
또한, 유기 광전 변환막(125)은, 적색, 녹색, 청색 등의 가시광으로 한하지 않고, 백색광, 적외광이나 자외광을 광전 변환하도록 하여도 좋다.
도 3에 도시되는 각각의 위상차 검출 화소는, 하나의 온 칩 렌즈(126)와, 그 온 칩 렌즈(126)보다 하층에 형성된 복수의 광전 변환층, 구체적으로는, 상층부터 유기 광전 변환막(125), 포토 다이오드(122)를 구비하고 있다. 여기서, 온 칩 렌즈(126)가 형성되는 면을, 1화소당의 수광면으로 정의하면, 유기 광전 변환막(125)은, 수광면에 대해 부분적으로 형성되어 있다(이하, 부분 형성되어 있다고 한다). 또한, 포토 다이오드(122)는, 차광막(123)에 의해 그 일부(예를 들면 반분)가 차광되어 있다(이하, 부분 차광되어 있다고 한다).
또한, 도 3에서는, 위상차 검출 화소(P1, P2)는, 각각 좌측 차광, 우측 차광의 구성을 취하고 있지만, 각각의 화소 배치에 응하여, 상측 차광, 하측 차광의 구성을 취하도록 하여도 좋고, 비스듬히 차광되도록 하여도 좋다.
다음에, 도 4를 참조하여, 종래의 위상차 검출 화소와 본 기술의 위상차 검출 화소와의 구조를 비교한다.
도 4 좌측에 도시되는 종래의 위상차 검출 화소에서, 도 4 우측에 도시되는 본 기술의 위상차 검출 화소와 다른 것은, 유기 광전 변환막(125)이 마련되지 않은 점이다.
종래의 위상차 검출 화소의 구조에 의하면, 입사광(L1)의 일부가 좌측의 화소의 차광막(123)에 반사한 후, 촬상 소자(103) 내에서 난반사함에 의해, 또한, 입사광(R1)의 일부가 우측의 화소의 차광막(123)에 반사한 후, 촬상 소자(103) 내에서 난반사함에 의해, 플레어나 인접 화소에의 혼색을 일으킬 가능성이 있다.
또한, 종래의 위상차 검출 화소에서는, 포토 다이오드(122)의 반분이 차광막(123)에 의해 차광되어 있기 때문에, 저조도 환경하에서는 SNR이 충분히 얻어지지 않아, 정확하게 위상차 검출이 행하여지지 않을 우려가 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 화상의 생성에는 위상차 검출 화소의 출력도 사용되는데, 상술한 이유에 의해, 촬상 화소의 출력과 비교하여 위상차 검출 화소의 출력은 작아지기 때문에, 위상차 검출 화소의 출력을, 그 주변의 촬상 화소의 출력에 의거하여 보정할 필요가 있다.
한편, 본 기술의 위상차 검출 화소의 구조에 의하면, 입사광(L1)의 일부는 좌측의 화소의 유기 광전 변환막(125)에서 일부 흡수되어 투과하고, 차광막(123)에 반사한 후, 재차 유기 광전 변환막(125)에서 흡수된다. 마찬가지로, 입사광(R1)의 일부는 우측의 화소의 유기 광전 변환막(125)에서 일부 흡수되어 투과하고, 차광막(123)에 반사한 후, 재차 유기 광전 변환막(125)에서 흡수된다. 따라서 촬상 소자(103) 내에서의 입사광의 난반사를 억제할 수 있고, 플레어나 인접 화소에의 혼색의 발생을 막을 수 있다.
또한, 본 기술의 위상차 검출 화소에서는, 종래 차광되어 있던 입사광이 유기 광전 변환막(125)에 의해 광전 변환되게 되기 때문에, 포토 다이오드(122)의 출력에 더하여, 유기 광전 변환막(125)의 출력을 얻을 수 있다. 이에 의해, 저조도 환경하에서도 SNR을 충분 얻을 수가 있어서, 정확하게 위상차 검출을 행할 수가 있도록 된다.
또한, 유기 광전 변환막(125)을 투과하여 차광막(123)에 반사한 입사광은, 재차 유기 광전 변환막(125)에 입사하기 때문에, 유기 광전 변환막(125)에서의 광전 변환의 효율을 높일 수 있다. 이에 의해, 위상차 검출의 더한층의 정밀도 향상을 도모할 수 있다. 또한, 유기 광전 변환막(125)의 막두께를 얇게 하여도 그 출력이 충분 얻어지는 경우에는, 촬상 소자(103)를 저배화 할 수 있고, 나아가서는, 포토 다이오드(122)의 감도를 향상시킬 수 있다.
또한, 포토 다이오드(122)의 출력에 더하여, 유기 광전 변환막(125)의 출력을 얻을 수 있기 때문에, 위상차 검출 화소의 출력을, 그 주변의 촬상 화소의 출력에 의거하여 보정할 필요는 없다.
[위상차 AF 처리에 관해]
여기서, 도 5의 플로 차트를 참조하여, 촬상 장치(100)에 의한 위상차 AF 처리에 관해 설명한다. 위상차 AF 처리는, 피사체를 촬상할 때에 촬상 장치(100)에 의해 실행되는 촬상 처리 전에 실행된다.
우선, 스텝 S101에서, 촬상 소자(103)는, 각 화소의 입사광을 광전 변환하고, 각 화소 신호를 판독하고, A/D 변환부(104)에 공급한다.
스텝 S102에서, A/D 변환부(104)는, 촬상 소자(103)로부터의 각 화소 신호를 A/D 변환하고, 클램프부(105)에 공급한다.
스텝 S103에서, 클램프부(105)는, A/D 변환부(104)로부터의 각 화소 신호(화소치)로부터, 유효 화소 영역의 외부에 마련되어 있는 OPB(Optical Black) 영역에서 검출된 흑레벨을 감산한다. 클램프부(105)는, 흑레벨을 감산한 화상 데이터 중, 위상차 검출 화소로부터 출력된 화상 데이터(화소치)를 위상차 검출부(106)에 공급한다.
스텝 S104에서, 위상차 검출부(106)는, 클램프부(105)로부터의 화상 데이터에 의거하여 위상차 검출 처리를 행함으로써, 합초 판정을 행한다. 위상차 검출 처리는, 예를 들면 도 4에 도시되는 위상차 검출 화소(P1, P2)와 같은, 서로 반대의 수광면을 차광한 화소끼리의 출력의 차분을 이용하여 행하여진다.
종래, 도 4 좌측에 도시되는 종래의 위상차 검출 화소(P1, P2)에서의 포토 다이오드(122)의 출력을 각각 PhasePixel_P1, PhasePixel_P2라고 하면, 검출되는 위상차(Phase_Diff)는, 예를 들면 이하의 식(1), (2)에 의해 구하여지고 있다.
[수식 1]
Figure pat00001
[수식 2]
Figure pat00002
한편, 본 기술에서는, 도 4 우측에 도시되는 본 기술의 위상차 검출 화소(P1, P2)에서의 포토 다이오드(122)의 출력을 각각 PhasePixel_P1, PhasePixel_P2, 유기 광전 변환막(125)의 출력을 각각 PhasePixel_Organic1, PhasePixel_Organic2라고 하면, 검출되는 위상차(Phase_Diff)는, 예를 들면 이하의 식(3), (4), (5)에 의해 구하여진다.
[수식 3]
Figure pat00003
[수식 4]
Figure pat00004
[수식 5]
Figure pat00005
또한, 본 기술에서는, 이하의 식(6), (7)에 의해, 위상차 검출 화소(P1, P2)의 포토 다이오드(122)의 출력의 차분(Phase_Diff_A)과, 위상차 검출 화소(P1, P2)의 유기 광전 변환막(125)의 출력의 차분(Phase_Diff_B)을 구하고, 각각의 확실다움을 판별하는 등 하여, Phase_Diff_A, Phase_Diff_B의 어느 하나를 위상차로 하도록 하여도 좋다.
[수식 6]
Figure pat00006
[수식 7]
Figure pat00007
또한, 상술한 식(3) 내지 (7)에서, PhasePixel_P1, PhasePixel_P2 및 PhasePixel_Organic1, PhasePixel_Organic2는, 위상차 검출 화소(P1, P2) 각각의 포토 다이오드(122) 및 유기 광전 변환막(125)의 출력의 값 그 자체라고 하였지만, 각각의 출력에 소정의 계수를 이용하여 게인을 부여한 값으로 하여도 좋다. 또한, 위상차 검출 화소(P1, P2) 각각의 포토 다이오드(122) 및 유기 광전 변환막(125)의 출력을 이용하여 구하여진 위상차는, 상술한 식(3) 내지 (7)에 의해 구하여지는 것으로 한하지 않고, 다른 연산을 적용하여 구하여지는 것이라도 좋다.
이와 같이, 종래의 위상차 검출 화소에서는, 위상차 검출에, 2화소 각각의 포토 다이오드(122)가 출력밖에 이용할 수가 없었지만, 본 기술의 위상차 검출 화소에서는, 위상차 검출에, 2화소 각각의 포토 다이오드(122)의 출력에 더하여, 각각의 유기 광전 변환막(125)의 출력을 이용할 수 있다.
이와 같이 하여 위상차 검출 처리가 행하여지고, 합초 판정이 행하여지면, 위상차 검출부(106)는, 그 합초 판정 결과를 렌즈 제어부(107)에 공급한다.
스텝 S105에서, 렌즈 제어부(107)는, 위상차 검출부(106)로부터의 합초 판정 결과에 의거하여, 렌즈(101)의 구동을 제어한다.
이상의 처리에 의하면, 위상차 검출에, 2화소 각각의 포토 다이오드(122)의 출력에 더하여, 각각의 유기 광전 변환막(125)의 출력을 이용할 수 있기 때문에, 위상차 검출에 이용하는 신호량을 늘릴 수 있다. 이에 의해, 저조도 환경하에서도 SNR을 충분 얻을 수 있고, 정확하게 위상차 검출을 행할 수가 있고, 결과로서, 핀트가 벗어나지 않은, 보다 좋은 화상을 얻는 것이 가능해진다.
[촬상 처리에 관해]
다음에, 도 6의 플로 차트를 참조하여, 촬상 장치(100)에 의한 촬상 처리에 관해 설명한다.
여기서, 도 6의 플로 차트의 스텝 S201 내지 S203의 처리는, 도 5의 플로 차트의 스텝 S101 내지 S103의 처리와 마찬가지이기 때문에, 그 설명은 생략한다. 또한, 스텝 S203에서는, 클램프부(105)에 의해, 흑레벨이 감산된 전(全) 화소분의 화상 데이터(화소치)가 결함 보정부(108)에 공급된다.
스텝 S204에서, 결함 보정부(108)는, 클램프부(105)로부터의 화상 데이터에 의거하여, 올바른 화소치를 얻을 수 없는 결함 화소, 즉 위상차 검출 화소에 관해, 그 화소치의 보정(결함 보정)을 행한다.
종래의 위상차 검출 화소에서는, 그 출력(화소치)으로서, 차광된 포토 다이오드(122)의 출력밖에 얻어지지 않았기 때문에, 그 결함 보정의 수법으로서, 도 7에 도시되는 바와 같이, 보정 대상의 위상차 검출 화소(P) 주변의 같은 색 화소의 출력에 의거하여, 위상차 검출 화소(P)의 출력을 치환하는 것 등이 행하여지고 있다.
그러나, 상술한 수법에서는, 보정 대상의 화소치를, 그 주변의 화소의 출력에 의거한 값으로 치환함에 의해, 원래의 위상차 검출 화소(P)의 화소치는 완전히 무시되어 있다. 이것은, 해상도의 저하와 등가이고, 화상의 화질 열화를 초래할 우려가 있다.
한편, 본 기술의 위상차 검출 화소에서는, 그 출력(화소치)으로서, 차광된 포토 다이오드(122)의 출력에 더하여, 유기 광전 변환막(125)의 출력을 얻을 수 있다. 그래서, 그 유기 광전 변환막(125)의 출력을 이용하여, 차광된 광에 대응한 출력을 추정함으로써, 결함 보정 후의 위상차 검출 화소(P1)의 화소치(P1_Out)를, 예를 들면 이하의 식(8)에 의해 구한다.
[수식 8]
Figure pat00008
또한, 식(8)에서, α, β는, 포토 다이오드(122)와 유기 광전 변환막(125)과의 감도의 차에 응하여 결정되는 계수이다.
식(8)에 의하면, 보정 대상의 화소치로서, 원래의 위상차 검출 화소(P1)의 화소치를 이용할 수 있기 때문에, 해상도의 저하를 억제할 수 있고, 화상의 고화질화를 도모하는 것이 가능해진다.
또한, 결함 보정 후의 위상차 검출 화소의 화소치는, 상술한 식(8)에 의해 구하여지는 것으로 한하지 않고, 다른 연산을 적용하여 구하여지는 것이라도 좋다.
이와 같이 하여 결함 화소의 보정이 행하여진 화상 데이터는 디모자이크부(109)에 공급된다.
스텝 S205에서, 디모자이크부(109)는, 디모자이크 처리를 행하여, RAW 데이터를 RGB 데이터로 변환하고, LM/WB/감마 보정부(110)에 공급한다.
스텝 S206에서, LM/WB/감마 보정부(110)는, 디모자이크부(109)로부터의 RGB 데이터에 대해, 색 보정, 화이트 밸런스의 조정, 및 감마 보정을 행하여, 휘도 크로마 신호 생성부(111)에 공급한다.
스텝 S207에서, 휘도 크로마 신호 생성부(111)는, RGB 데이터로부터 휘도 신호 및 색차 신호(YCrCb 데이터)를 생성한다.
그리고, 스텝 S208에서, I/F부(112)는, 휘도 크로마 신호 생성부(111)에 의해 생성된 휘도 신호 및 색차 신호를 외부의 기록 디바이스나 표시 디바이스에 출력하고, 촬상 처리를 종료한다.
이상의 처리에 의하면, 위상차 검출 화소의 결함 보정에서, 차광된 광에 대응하는 출력을 추정하여, 원래의 위상차 검출 화소의 화소치를 이용할 수 있기 때문에, 해상도의 저하를 억제할 수 있고, 화상의 고화질화를 도모하고, 보다 좋은 화상을 얻는 것이 가능해진다.
그런데, 도 3에 도시되는 위상차 검출 화소에서, 유기 광전 변환막(125)에 의해 광전 변환된 파장(컬러 필터(124)의 투과 파장)의 광의 감쇠율이 충분한 경우, 도 8에 도시되는 바와 같이, 차광막(123) 중, 포토 다이오드(122)의 반분을 차광하는 부분을 생략하여도 좋다.
이와 같은 구조에 의하면, 차광막(123)에 반사한 광에 의한 난반사를 억제할 수 있고, 플레어나 인접 화소에의 혼색의 발생을 막을 수 있다. 또한, 차광막(123)을 전혀 마련하지 않도록 한 경우에는, 제조 공정을 삭감할 수 있다.
또한, 유기 광전 변환막(125)은, 차광막(123)이나 컬러 필터(124)보다 하층에 마련되도록 하여도 좋다.
또한, 이상에서는, 위상차 검출 화소에서의 광전 변환층(포토 다이오드(122) 및 유기 광전 변환막(125))끼리의 차분을 이용하여 위상차 검출이 행하여지는 것으로 하였지만, 위상차 검출 화소에서의 광전 변환층의 출력과, 위상차 검출 화소의 주변에 배치되어 있는 촬상 화소의 출력의 차분을 이용하여 위상차 검출이 행하여지도록 하여도 좋다.
[위상차 검출 화소의 다른 구조례]
도 9는, 본 기술의 위상차 검출 화소의 다른 구조례를 도시하는 단면도이다.
도 9의 단면도에서, 도 3의 단면도와 다른 것은, 위상차 검출 화소(P1, P4)의 사이에, 촬상 화소(P2, P3)가 배치되어 있는 점과, 컬러 필터(124)가, 차광막(123)과 동일층이 아니라, 유기 광전 변환막(125)의 상층에 형성되어 있는 점이다.
촬상 소자(103)가, 도 9에 도시되는 구조의 화소를 갖는 경우, 위상차 검출 처리는, 위상차 검출 화소의 출력과, 인접하는 촬상 화소의 출력을 이용하여 행하여진다.
구체적으로는, 이하의 식(9) 내지 (11)에 의해, 위상차 검출 화소(P1, P4)의 유기 광전 변환막(125)의 출력의 차분(Phase_Diff_A), 촬상 화소(P2)와 위상차 검출 화소(P1)의 포토 다이오드(122)의 출력의 차분(Phase_Diff_B), 및, 촬상 화소(P3)와 위상차 검출 화소(P4)의 포토 다이오드(122)의 출력의 차분(Phase_Diff_C)을 구하고, 각각에 대해 소정의 연산을 행함에 의해, 최종적인 위상차가 구하여진다.
[수식 9]
Figure pat00009
[수식 10]
Figure pat00010
[수식 11]
Figure pat00011
또한, 식(10)에서의 α, 및 식(11)에서의 β는, 위상차 검출 화소(P1, P4)에서 차광막(123)에 의한 차광에 의해 저하된 감도에 응하여 결정되는 계수이다.
이와 같이, 위상차 검출 처리에서는, 위상차 검출 화소끼리의 출력의 차분만이 아니리, 위상차 검출 화소에서의 광전 변환층의 출력과, 위상차 검출 화소의 주변에 배치되어 있는 촬상 화소의 출력의 차분을 이용할 수 있다.
[위상차 검출 화소의 또 다른 구조례]
도 10은, 본 기술의 위상차 검출 화소의 또 다른 구조례를 도시하는 단면도이다.
도 10에 도시되는 위상차 검출 화소에서는, 반도체 기판(121)에 광전 변환부로서의 포토 다이오드(131-1 내지 131-4)가 형성되어 있다. 반도체 기판(121)의 상층에는, 유기 광전 변환막(132-1, 132-2)이 형성되어 있다. 또한, 유기 광전 변환막(132-1, 132-2)의 위에는, 온 칩 렌즈(126)가 형성되어 있다.
도 10에 도시되는 각각의 위상차 검출 화소는, 하나의 온 칩 렌즈(126)와, 그 온 칩 렌즈(126)보다 하층에 형성된 복수의 광전 변환층, 구체적으로는, 상층부터 유기 광전 변환막(132-1, 132-2), 포토 다이오드(131-1 내지 131-4)를 구비하고 있다. 유기 광전 변환막(132-1, 132-2)은, 수광면에 대해 분할되어 형성되어 있다(이하, 분할 형성되어 있다고 한다). 또한, 포토 다이오드(131-1 내지 131-4)는, 단면 높이 방향으로 2층으로 형성되고, 또한, 각각의 층에서 분할 형성되어 있다.
또한, 단면(斷面) 높이 방향으로 복수의 포토 다이오드를 형성하는 수법은, 예를 들면 특개2011-29337호 공보나, 특개2011-40518호 공보 등에 개시되어 있다.
도 10에 도시되는 위상차 검출 화소에서는, 각각의 광전 변환층, 즉, 가장 상층의 유기 광전 변환막(132-1, 132-2), 위부터 2번째 층의 포토 다이오드(131-1, 131-2), 위부터 3번째 층의 포토 다이오드(131-3, 131-4)는, 각각 다른 파장의 광을 광전 변환한다. 예를 들면, 유기 광전 변환막(132-1, 132-2)은 녹색의 광을 광전 변환하고, 포토 다이오드(131-1, 131-2)는 청색의 광을 광전 변환하고, 포토 다이오드(131-3, 131-4)는 적색의 광을 광전 변환한다.
여기서, 하나의 위상차 검출 화소에서, 도면 중 좌측에 형성되어 있는 포토 다이오드(131-1, 131-3) 및 유기 광전 변환막(132-1)를 유닛(1)으로 하고, 도면 중 우측에 형성되어 있는 포토 다이오드(131-2, 131-4) 및 유기 광전 변환막(132-2)을 유닛(2)으로 한다.
촬상 소자(103)가, 도 10에 도시되는 구조의 위상차 검출 화소를 갖는 경우, 위상차 검출 처리는, 유닛(1)의 출력과 유닛(2)의 출력의 차분을 이용하여 행하여진다.
구체적으로는, 도 10의 위상차 검출 화소에서의 포토 다이오드(131-1 내지 131-4)의 출력을 각각 PhotoDiode1 내지 PhotoDiode4, 유기 광전 변환막(132-1, 132-2)의 출력을 각각 Organic1, Organic2라고 하면, 검출되는 위상차(Phase_Diff)는, 예를 들면 이하의 식(12), (13), (14), (15)에 의해 구하여진다.
[수식 12]
Figure pat00012
[수식 13]
Figure pat00013
[수식 14]
Figure pat00014
[수식 15]
Figure pat00015
또한, 이하의 식(16), (17), (18)에 의해, 포토 다이오드(131-1, 131-2)의 출력의 차분(Phase_Diff_A), 포토 다이오드(131-3, 131-4)의 출력의 차분(Phase_Diff_B), 및, 유기 광전 변환막(132-1, 132-2)의 출력의 차분(Phase_Diff_C)을 구하고, 각각이 확실다움을 판별하는 등 하여, Phase_Diff_A, Phase_Diff_B, Phase_Diff_C의 어느 하나를 위상차로 하도록 하여도 좋다.
[수식 16]
Figure pat00016
[수식 17]
Figure pat00017
[수식 18]
Figure pat00018
또한, Phase_Diff_A, Phase_Diff_B, Phase_Diff_C는 각각, 각 색 성분에 관한 위상차이기 때문에, 광원 환경이나 피사체의 색을 판별하여, Phase_Diff_A, Phase_Diff_B, Phase_Diff_C의 어느 하나를 위상차로 하도록 하여도 좋다.
또한, 상술한 확실다움, 광원 환경, 피사체의 색의 적어도 어느 하나 또는 전부를 이용하여, Phase_Diff_A, Phase_Diff_B, Phase_Diff_C에 대한 무게 부여를 행하여, 최종적인 위상차를 구하도록 하여도 좋다.
또한, 상술한 식(12) 내지 (18)에서, PhotoDiode1 내지 PhotoDiode4 및 Organic1, Organic2는, 위상차 검출 화소의 포토 다이오드(131-1 내지 131-4) 및 유기 광전 변환막(132-1, 132-2)의 출력의 값 그 자체로 하였지만, 각각의 출력에 소정의 계수를 이용하여 게인을 부여한 값으로 하여도 좋다.
도 10에 도시되는 위상차 검출 화소의 구조에 의하면, 복수의 광전 변환층끼리의 출력의 차분을 이용하여 위상차 검출을 할 수가 있고, 또한, 차광막이나 컬러 필터를 마련하지 않음으로써, 광학적인 로스를 극히 적게 할 수 있다. 이에 의해, 저조도 환경하에서도 SNR을 충분 얻을 수 있고, 정확하게 위상차 검출을 행할 수가 있도록 된다.
또한, 도 10에 도시되는 위상차 검출 화소에서, 단면 높이 방향으로 제조상의 편차가 발생한 경우, 복수의 광전 변환층의 어느 하나(예를 들면, 포토 다이오드(131-1, 131-2))의 출력이 불확실하게 되어도, 다른 광전 변환층의 출력을 이용할 수 있기 때문에, 제조상의 편차에 대한 로버스트성을 확보하는 것도 가능하다.
또한, 도 10에 도시되는 위상차 검출 화소에서, 유기 광전 변환막은 분할 형성된 것으로 하였지만, 도 11에 도시되는 바와 같이, 분할 형성되지 않은 유기 광전 변환막(141)을 이용하도록 하여도 좋다.
또한, 도 11에 도시되는 구조에서, 유기 광전 변환막(141)의 분광 특성이 불충분한 경우에는, 도 12에 도시되는 바와 같이, 유기 광전 변환막(141)의 하층에 컬러 필터(142)를 마련하도록 하여도 좋다. 또한, 도 13에 도시되는 바와 같이, 유기 광전 변환막(141)에 대신하여 컬러 필터(142)를 마련하도록 하여도 좋다.
이상과 같은 경우, 위상차 검출 처리는, 포토 다이오드(131-1, 131-3)로 이루어지는 유닛(1)의 출력과, 포토 다이오드(131-2, 131-4)로 이루어지는 유닛(2)의 출력의 차분을 이용하여 행하여진다.
또한, 상술한 위상차 검출 화소에서의 유닛(1)과 유닛(2)의 출력끼리를 합산한 결과는, 통상의 촬상 화소의 출력과 동등하다. 즉, 도 10 내지 도 13에 도시되는 화소 구조는, 촬상 화소에도 적용할 수 있다. 따라서 촬상 소자(103)에서의 전 화소에, 도 10 내지 도 13에 도시되는 화소 구조를 적용하도록 하여도 좋다.
[위상차 검출 화소의 또 다른 구조례]
도 14는, 본 기술의 위상차 검출 화소의 또 다른 구조례를 도시하는 단면도이다.
도 14에 도시되는 위상차 검출 화소에서는, 반도체 기판(121)의 상층에 유기 광전 변환막(151-1, 151-2)이 형성되고, 그 상층에 유기 광전 변환막(152-1, 152-2)이 형성되고, 또한 그 상층에 유기 광전 변환막(153-1, 153-2)이 형성되어 있다. 또한, 유기 광전 변환막(153-1, 153-2)의 위에는, 온 칩 렌즈(126)가 형성되어 있다.
도 14에 도시되는 각각의 위상차 검출 화소는, 하나의 온 칩 렌즈(126)와, 그 온 칩 렌즈(126)보다 하층에 형성된 복수의 광전 변환층, 구체적으로는, 상층부터 유기 광전 변환막(153-1, 153-2), 유기 광전 변환막(152-1, 152-2), 유기 광전 변환막(151-1, 151-2)을 구비하고 있다. 유기 광전 변환막(153-1, 153-2), 유기 광전 변환막(152-1, 152-2), 유기 광전 변환막(151-1, 151-2)은 각각, 수광면에 대해 분할 형성되어 있다.
도 14에 도시되는 위상차 검출 화소에서는, 각각의 광전 변환층, 즉, 가장 상층의 유기 광전 변환막(153-1, 153-2), 위부터 2번째 층의 유기 광전 변환막(152-1, 152-2), 위부터 3번째 층의 유기 광전 변환막(151-1, 151-2)은, 각각 다른 파장의 광을 광전 변환한다. 예를 들면, 유기 광전 변환막(153-1, 153-2)은 녹색의 광을 광전 변환하고, 유기 광전 변환막(152-1, 152-2)은 청색의 광을 광전 변환하고, 유기 광전 변환막(151-1, 151-2)은 적색의 광을 광전 변환한다.
촬상 소자(103)가, 도 14에 도시되는 구조의 위상차 검출 화소를 갖는 경우라도, 도 10에 도시되는 구조의 위상차 검출 화소와 마찬가지로 하여, 위상차 검출 처리가 행하여진다.
또한, 도 14에 도시되는 위상차 검출 화소에서, 유기 광전 변환막은 3층 모두 분할 형성된 것으로 하였지만, 도 15에 도시되는 바와 같이, 가장 상층의 유기 광전 변환막(153-1, 153-2)만 분할 형성되도록 하고, 유기 광전 변환막(153-1, 153-2)의 하층에 차광막(161)을 마련하여, 그보다 하층의 유기 광전 변환막(151, 152)에 입사되는 광이 부분 차광되도록 하여도 좋다.
또한, 도 16에 도시되는 바와 같이, 도 15에 도시되는 위상차 검출 화소에서의 가장 하층의 유기 광전 변환막(151)에 대신하여, 반도체 기판(121)에 형성된 포토 다이오드(171)를 마련하도록 하여도 좋다.
<2. 제2의 실시의 형태>
[촬상 장치의 구성]
도 17은, 본 기술의 제2의 실시의 형태의 촬상 장치의 구성례를 도시하는 블록도이다.
도 17에 도시되는 촬상 장치(300)는, 렌즈(101), 광학 필터(102), 촬상 소자(301), A/D 변환부(104), 클램프부(105), 혼색 감산부(302), 디모자이크부(109), LM/WB/감마 보정부(110), 휘도 크로마 신호 생성부(111), 및 I/F부(112)로 구성된다.
또한, 도 17의 촬상 장치(300)에서, 도 1의 촬상 장치(100)에 마련된 것과 같은 기능을 구비하는 구성에 관해서는, 동일 명칭 및 동일 부호를 붙이는 것으로 하고, 그 설명은, 적절히 생략하는 것으로 한다.
촬상 소자(301)에는, 도 1의 촬상 장치(100)에 마련된 촬상 소자(103)와 달리. 위상차 검출 화소는 배치되지 않고, 촬상 화소만이 배치된다. 즉, 촬상 장치(300)는, 위상차 AF 처리는 행하지 않고 촬영 처리를 행한다.
혼색 감산부(302)는, 클램프부(105)로부터의 화상 데이터로부터, 주변의 화소의 필터를 투과하는 광성분인 혼색 성분을 감산한다. 혼색 감산부(302)는, 혼색 성분을 감산한 화상 데이터를 디모자이크부(109)에 공급한다.
[촬상 화소의 구조례]
도 18은, 본 기술의 촬상 화소의 구조례를 도시하는 단면도이다.
도 18에 도시되는 촬상 화소에서는, 반도체 기판(321)에 광전 변환부로서의 포토 다이오드(322)가 형성되어 있다. 반도체 기판(321)의 상층에는, 차광막(323)과 컬러 필터(324)가 동일층에 형성되어 있고, 그들의 상층, 구체적으로는 차광막(323)의 바로 위에는, 유기 광전 변환막(325)이 형성되어 있다. 또한, 유기 광전 변환막(325)의 위에는, 온 칩 렌즈(326)가 형성되어 있다.
도 18에 도시되는 각각의 촬상 화소는, 하나의 온 칩 렌즈(326)와, 그 온 칩 렌즈(326)보다 하층에 형성된 복수의 광전 변환층, 구체적으로는, 상층부터 유기 광전 변환막(325), 포토 다이오드(322)를 구비하고 있다. 유기 광전 변환막(325)은, 수광면에 대해 부분 형성되어 있다. 구체적으로는, 유기 광전 변환막(325)은, 도 19에 도시되는 바와 같이, 인접하는 촬상 화소와의 경계 부분에 형성되어 있다. 또한, 포토 다이오드(322)는, 차광막(323)에 의해 인접하는 촬상 화소와의 경계 부분이 부분 차광되어 있다.
다음에, 도 20을 참조하여, 종래의 촬상 화소와 본 기술의 촬상 화소와의 구조를 비교한다.
도 20 좌측에 도시되는 종래의 촬상 화소에서, 도 20 우측에 도시되는 본 기술의 촬상 화소와 다른 것은, 유기 광전 변환막(325)이 마련되지 않은 점이다.
종래의 촬상 화소의 구조에 의하면, 좌측의 화소의 온 칩 렌즈(326)를 투과한 입사광(L)이 우측의 화소의 포토 다이오드(322)에 입사한 경우, 그 광량이 어느 정도인지를 검출할 수가 없기 때문에, 우측의 화소의 출력에 대한 혼색 성분의 보정은 곤란하였다. 결과로서, 색 재현성이나 SNR에 대해 악영향을 미칠 우려가 있다.
한편, 본 기술의 촬상 화소의 구조에 의하면, 좌측의 화소의 온 칩 렌즈(326)를 투과한 입사광(L)이 우측의 화소의 포토 다이오드(322)에 입사한 경우, 그 광량이 어느 정도인지를 유기 광전 변환막(325)의 출력에 의해 추정할 수 있고, 우측의 화소의 출력에 대한 혼색 성분의 보정을 행하는 것이 가능해진다.
[촬상 처리에 관해]
다음에, 도 21의 플로 차트를 참조하여, 촬상 장치(300)에 의한 촬상 처리에 관해 설명한다.
또한, 도 21의 플로 차트의 스텝 S301 내지 S303, S305 내지 S308의 처리는, 도 6의 플로 차트의 스텝 S201 내지 S203, S205 내지 S208의 처리와 마찬가지이기 때문에, 그 설명은 생략한다. 또한, 스텝 S203에서는, 클램프부(105)에 의해, 흑레벨이 감산된 전 화소분의 화상 데이터(화소치)가 혼색 감산부(302)에 공급된다.
스텝 S304에서, 혼색 감산부(302)는, 혼색 감산 처리를 행하고, 클램프부(105)로부터의 화상 데이터로부터 혼색 성분을 감산하고, 디모자이크부(109)에 공급한다.
구체적으로는, 혼색 감산부(302)는, 유기 광전 변환막(325)의 출력을 이용하여 혼색 성분을 추정함으로써, 혼색 보정 후의 촬상 화소의 화소치(P_Out)를, 이하의 식(19)에 의해 구한다.
[수식 19]
Figure pat00019
식(19)에서, PhotoDiode_Out는 포토 다이오드(322)의 출력, Organic_Out는 유기 광전 변환막(325)의 출력을 나타내고 있다. 또한, α는 임의로 설정되는 계수이다. 예를 들면, 혼색 보정 대상의 화소의 배치가 화각의 단(端)에 가까운지의 여부에 응하여, α의 값이 조정되도록 하여도 좋다.
또한, 혼색 보정 후의 촬상 화소의 화소치(P_Out)는, 식(19)에 의해 구하여지는 것으로 한하지 않고, 다른 연산에 의해 구하여지는 것이라도 좋다. 예를 들면, 혼색 보정 대상이 되는 주목 화소의 색에 응한 연산을 행하도록 하거나, 유기 광전 변환막(325)의 출력 외에, 주목 화소에 인접하는 촬상 화소의 포토 다이오드(322)의 출력을 이용하여 연산을 행하도록 하여도 좋다.
이와 같이 하여 혼색 성분이 감산된 화상 데이터는 디모자이크부(109)에 공급된다.
이상의 처리에 의하면, 촬상 화소의 혼색 보정에서, 혼색한 광에 대응하는 출력을 유기 광전 변환막(325)의 출력에 의해 추정할 수 있기 때문에, 주목 화소의 출력에 대한 혼색 성분의 보정을 행할 수가 있고, 나아가서는, 화상의 고화질화를 도모하여, 보다 좋은 화상을 얻는 것이 가능해진다.
또한, 유기 광전 변환막(325)은, 촬상 화소의 경계 부분에 형성되는 것으로 하였지만, 유효 화소 영역에 관해 1장이 연속한 막으로서 형성되어도 좋고, 예를 들면 2×2화소마다 형성되어도 좋다. 또한 예를 들면, 검출된 혼색 성분의 종류에 응하여, 유기 광전 변환막(325)의 촬상 화소의 경계 부분에서의 폭이나, 유기 광전 변환막(325)이 형성되는 위치, 나아가서는 유기 광전 변환막(325)의 막종(膜種)(재료)을 변경하도록 하여도 좋다.
그런데, 종래, 촬상 장치에서는, 촬상시의 조명 환경(형광등이나 백열 전구 등의 광원)을 추정하여, 그 조명 환경에 응한 그림 만들기를 행하는 것이 행하여지고 있다. 그러나, 근래, LED(Light Emitting Diode) 광원을 위시하여, 새로운 광원이 증가하고 와 있다. 그와 같은 중에서, 베이어 배열에서 R화소, G화소, 및 B화소가 배치되어 있는 촬상 소자에서는, 3색의 색 신호밖에 얻어지지 않기 때문에, 그 광원이 무엇인지를 추정하는 것이 어렵게 되어 오고 있다.
그래서, 이하에서는, 광원 추정의 정밀도를 높이도록 한 촬상 장치에 관해 설명한다.
<3. 제3의 실시의 형태>
[촬상 장치의 구성]
도 22는, 본 기술의 제3의 실시의 형태의 촬상 장치의 구성례를 도시하는 블록도이다.
도 22에 도시되는 촬상 장치(400)는, 렌즈(101), 광학 필터(102), 촬상 소자(301), A/D 변환부(104), 클램프부(105), 혼색 감산부(302), 디모자이크부(109), LM/WB/감마 보정부(110), 휘도 크로마 신호 생성부(111), I/F부(112), 및 광원 추정부(401)로 구성된다.
또한, 도 22의 촬상 장치(400)에서, 도 17의 촬상 장치(300)에 마련된 것과 같은 기능을 구비하는 구성에 관해서는, 동일 명칭 및 동일 부호를 붙이는 것으로 하고, 그 설명은, 적절히 생략하는 것으로 한다.
광원 추정부(401)는, 디모자이크부(109)로부터의 RGB 데이터로부터, 피사체를 조명한 광원을 추정하고, 그 추정 결과를 LM/WB/감마 보정부(110)에 공급한다.
[촬상 처리에 관해]
다음에, 도 23의 플로 차트를 참조하여, 촬상 장치(400)에 의한 촬상 처리에 관해 설명한다.
또한, 도 23의 플로 차트의 스텝 S401 내지 S405, S408, S409의 처리는, 도 21의 플로 차트의 스텝 S301 내지 S305, S307, S308의 처리와 마찬가지이기 때문에, 그 설명은 생략한다. 또한, 스텝 S405에서는, 디모자이크부(109)에 의해, 디모자이크 처리 후의 화상 데이터(RGB 데이터)가 광원 추정부(401)에도 공급된다.
스텝 S406에서, 광원 추정부(401)는, 디모자이크부(109)로부터의 RGB 데이터에 대해 광원 추정을 행한다.
구체적으로는, 광원 추정부(401)는, 촬상 화소마다의 RGB 데이터로서의, 포토 다이오드(322)의 출력과 유기 광전 변환막(325)의 출력을 이용하여, 광원 추정을 행한다.
종래, 예를 들면 R/G, B/G의 출력비로 광원 추정을 행하는 경우, 광원 출력 분광이 다른 광원(A)과 광원(B)이 있다고 하더라도, R/G, B/G의 출력비가 다른 값이 된다고는 한하지 않았다. 구체적으로는, 화소의 출력은, 파장마다 얻어지는 것이 아니고, 촬상 소자의 분광 특성과 광원의 곱(積) 등으로 정해지는 적분적인 요소이기 때문에, 각 파장의 출력이 달라도, 그 적분치가 일치한 경우에는, 광원의 판별을 할 수가 없었다.
한편, 광원 추정부(401)에서는, 유기 광전 변환막(325)에서도 새로운 분광 특성을 얻을 수 있기 때문에, 예를 들면, 포토 다이오드(322)에서 R/G, B/G의 출력비가 동등한 값이라도, 유기 광전 변환막(325)의 출력의 차분에 의해, 그 분광 특성을 나눌 수가 있어서, 광원 추정의 정밀도를 높일 수 있다. 특히, 촬상 소자(301)의 구성에 의하면, 화소수를 줄이는 일 없이, 유기 광전 변환막(325)으로부터의 출력을 얻을 수 있기 때문에, 해상도가 낮아지는 일 없이, 광원 추정의 정밀도를 높일 수 있다.
그리고, 이와 같이 하여 행하여진 광원 추정의 추정 결과는, LM/WB/감마 보정부(110)에 공급된다.
스텝 S407에서, LM/WB/감마 보정부(110)는, 광원 추정부(401)로부터의 추정 결과에 의거하여, 디모자이크부(109)로부터의 RGB 데이터에 대해, 색 보정, 화이트 밸런스의 조정, 감마 보정을 행한다. 구체적으로는, LM/WB/감마 보정부(110)는, 광원 추정부(401)로부터의 추정 결과를 이용하여, 색 보정에 이용되는 매트릭스 계수를 결정하거나, 화이트 밸런스를 조정하기 위한 게인을 설정하거나, 감마 보정에 이용되는 감마 곡선을 결정하거나 한다.
이상의 처리에 의하면, 포토 다이오드(322)의 출력에 더하여, 유기 광전 변환막(325)의 출력을 이용하여 광원 추정을 행할 수가 있기 때문에, 그 광원 추정의 정밀도를 높일 수 있고, 나아가서는, 화상의 고화질화를 도모하여, 보다 좋은 화상을 얻는 것이 가능해진다.
또한, 도 24에 도시되는 촬상 장치(450)와 같이, 광원 추정부(401)를, 위상차 검출을 행하는 촬상 장치(100)(도 1)에 마련하도록 하여도 좋다. 이 구성에 의하면, 밝은 피사체를 촬상한 경우에, 통상의 촬상 화소가 포화하여 RGB 비율을 올바르게 얻을 수기 없어도, 포토 다이오드의 반분이 차광되어 있는 위상차 검출 화소가 포화하지 않아 RGB 비율을 올바르게 얻을 수가 있어서, 정밀도 좋게 광원 추정을 행하는 것이 가능해진다.
또한, 이 경우, 예를 들면 도 3에 도시되는 위상차 검출 화소의 유기 광전 변환막(125)에서도 새로운 분광 특성을 얻을 수 있기 때문에, 포토 다이오드(122)에서 R/G, B/G의 출력비가 동등한 값이라도, 유기 광전 변환막(125)의 출력의 차분에 의해, 그 분광 특성을 나눌 수 있어서, 광원 추정의 정밀도를 높일 수 있다. 이와 같이, 분광 특성이 다른 복수의 광전 변환층의 출력을 이용함으로써, 정밀도가 높은 광원 추정을 행할 수가 있도록 된다.
그런데, 혼색 보정을 행하는 촬상 장치에 마련된 촬상 소자(301)에 배치되는 화소는, 도 18에 도시되는 구조로 한하지 않고, 예를 들면, 도 25에 도시되는 바와 같은 구조를 취하여도 좋다.
[촬상 화소의 다른 구조례]
도 25는, 본 기술의 촬상 화소의 다른 구조례를 도시하는 단면도이다.
도 25에서는, 혼색을 검출하기 위한 혼색 검출 화소(P1, P2)와, 통상의 촬상 화소(P3, P4)의 단면이 도시되어 있다.
도 25에 도시되는 바와 같이, 혼색 검출 화소(P1, P2)에서는, 반도체 기판(521)에 광전 변환부로서의 포토 다이오드(522)가 형성되어 있다. 반도체 기판(521)의 상층에는, 차광막(523)이 형성되어 있고, 그 상층에는, 유기 광전 변환막(525)이 부분 형성되어 있다. 또한, 유기 광전 변환막(525)의 위에는, 온 칩 렌즈(526)가 형성되어 있다.
또한, 촬상 화소(P3, P4)에서는, 반도체 기판(521)에 광전 변환부로서의 포토 다이오드(522)가 형성되어 있다. 반도체 기판(521)의 상층에는, 차광막(523)과 컬러 필터(524)가 동일층에 형성되어 있고, 그들의 상층에는, 온 칩 렌즈(526)가 형성되어 있다.
도 25에 도시되는 각각의 혼색 검출 화소는, 하나의 온 칩 렌즈(526)와, 그 온 칩 렌즈(526)보다 하층에 형성된 복수의 광전 변환층, 구체적으로는, 상층부터 유기 광전 변환막(525), 포토 다이오드(522)를 구비하고 있다. 유기 광전 변환막(525)은, 수광면에 대해 부분 형성되어 있다. 또한, 포토 다이오드(522)는, 차광막(523)에 의해 수광면 전체에서 차광되어 있다.
그러나, 도 25에 도시되는 바와 같이, 혼색 검출 화소(P2)의 포토 다이오드(522)에는, 촬상 화소(P3)에 입사하는 광의 일부가 진입하고 있다. 즉, 혼색 검출 화소(P2)의 포토 다이오드(522)는, 인접하는 촬상 화소(P3)로부터의 혼색 성분만을 출력할 수 있다. 또한, 혼색 검출 화소(P2)의 포토 다이오드(522)는, 인접하는 촬상 화소(P3)로부터의 광을 수광하기 때문에, 부분 차광되어 있다고 간주할 수 있다.
그래서, 예를 들면 특개2013-34086호 공보에 기재된 수법과 같이, 도 17의 촬상 장치(300)의 혼색 감산부(302)가, 혼색 검출 화소의 포토 다이오드(522)의 출력을 이용하여, 통상의 촬상 화소에서의 혼색량을 추정하고, 그 추정치를 촬상 화소의 출력으로부터 감산하도록 하여도 좋다.
또한, 도 1의 촬상 장치(100)의 촬상 소자(103)에, 도 25에 도시되는 혼색 검출 화소(P1, P2)를 마련하고, 혼색 검출 화소(P1, P2) 각각의 유기 광전 변환막(525)의 출력의 차분을 이용하여 위상차 검출을 행하도록 하여도 좋다.
그런데, 도 1의 촬상 소자(103)에서, 위상차 검출 화소는, 행렬형상으로 2차원 배치된 복수의 촬상 화소 중에 산재하여 배치되는 것으로 하였지만, 모든 화소를 위상차 검출 화소로 하도록 하여도 좋다. 이 경우, 촬상 장치에는, 위상차 AF용의 촬상 소자와, 촬상용의 촬상 소자를 별개로 마련할 필요가 있다.
<4. 제4의 실시의 형태>
[촬상 장치의 구성]
도 26은, 본 기술의 제4의 실시의 형태의 촬상 장치의 구성례를 도시하는 블록도이다.
도 26에 도시되는 촬상 장치(700)는, 렌즈(101), 광학 필터(102), AF용 촬상 소자(701), A/D 변환부(702), 위상차 검출부(106), 렌즈 제어부(107), 촬상 소자(703), A/D 변환부(104), 클램프부(105), 디모자이크부(109), LM/WB/감마 보정부(110), 휘도 크로마 신호 생성부(111), 및 I/F부(112)로 구성된다.
또한, 도 26의 촬상 장치(700)에서, 도 1의 촬상 장치(100)에 마련된 것과 같은 기능을 구비하는 구성에 관해서는, 동일 명칭 및 동일 부호를 붙이는 것으로 하고, 그 설명은, 적절히 생략하는 것으로 한다.
AF용 촬상 소자(701)는, 도 1의 촬상 장치(100)에 마련된 촬상 소자(103)와 달리. 촬상 화소는 배치되지 않고, 예를 들면 도 3에 도시되는 위상차 검출 화소만이 배치된다.
A/D 변환부(702)는, AF용 촬상 소자(701)로부터 공급되는 RGB의 전기 신호(아날로그 신호)를 디지털 데이터(화상 데이터)로 변환하고, 위상차 검출부(106)에 공급한다.
촬상 소자(703)는, 도 1의 촬상 장치(100)에 마련된 촬상 소자(103)와 달리. 위상차 검출 화소는 배치되지 않고, 통상의 촬상 화소만이 배치된다.
이상의 구성에 의하면, 통상의 촬상에 사용된 촬상 소자(703)에 위상차 검출 화소를 마련할 필요가 없기 때문에, 위상차 검출 화소에 대한 결함 보정을 행할 필요가 없어진다. 또한, AF용 촬상 소자(701)와 촬상 소자(703)는, 각각 별개로 제조되도록 할 수 있기 때문에, 각각에 최적화된 프로세스에 의해 제조를 할 수가 있다.
또한, 도 26의 촬상 장치(700)에서, 촬상 소자(703)에 대신하여 촬상 소자(301)를 마련하고, 또한 혼색 감산부(302)를 마련함으로써, 혼색 감산 처리를 행하도록 하여도 좋다.
또한, 도 26의 촬상 장치(700)에서는, AF용 촬상 소자(701)를 마련하도록 하였지만, 혼색 감산용의 촬상 소자나 광원 추정용의 촬상 소자를 마련하도록 하여도 좋다.
상술한 실시의 형태에서, 하나의 화소가 유기 광전 변환막과 포토 다이오드를 구비하는 구성에서는, 유기 광전 변환막과 포토 다이오드로 노광량(셔터/게인)을 다르게 하도록 하여도 좋다. 예를 들면, 포토 다이오드의 프레임 레이트를 30fps로 하고, 유기 광전 변환막의 프레임 레이트를 15fps로 하도록 하여도 좋다.
이와 같이, 유기 광전 변환막의 프레임 레이트를 내려서 축적 시간을 길게 한 경우에도, 포토 다이오드로부터의 통상의 출력에 영향을 주는 일은 없다.
또한, 상술한 실시의 형태에서, 촬상 소자의 각 화소의 온 칩 렌즈나 컬러 필터에 대해 슈링크를 걸음으로써 사출동(射出瞳) 보정을 행하도록 하여도 좋다. 이에 의해, 셰이딩을 보정하고, 감도의 향상을 도모하는 것이 가능해진다.
또한, 본 기술의 촬상 소자는, 상술한 촬상 장치로 한하지 않고, 촬상 기능을 갖는 다른 전자 기기에도 마련하는 것이 가능하다.
또한, 본 기술의 실시의 형태는, 상술한 실시의 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 기술의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지의 변경이 가능하다.
또한, 본 기술은 이하와 같은 구성을 취할 수 있다.
(1)
복수의 화소를 구비하는 촬상 소자로서,
상기 화소는,
하나의 온 칩 렌즈와,
상기 온 칩 렌즈보다 하층에 형성된 복수의 광전 변환층을 구비하고,
복수의 상기 광전 변환층 중의 적어도 2층의 상기 광전 변환층이, 각각 수광면에 대해 분할 형성, 부분 형성, 또는 부분 차광되어 있는 촬상 소자.
(2)
상기 화소는, 위상차 검출에 의한 AF(Auto Focus)를 행하기 위한 위상차 검출 화소인 (1)에 기재된 촬상 소자.
(3)
복수의 상기 위상차 검출 화소에서의 상기 광전 변환층끼리의 출력의 차분이, 위상차 검출에 이용되는 (2)에 기재된 촬상 소자.
(4)
화상을 생성하기 위한 촬상 화소를 또한 구비하고,
상기 위상차 검출 화소는, 행렬형상으로 2차원 배치되는 복수의 상기 촬상 화소의 중에 산재하여 배치되는 (2)에 기재된 촬상 소자.
(5)
상기 위상차 검출 화소에서의 상기 광전 변환층과, 상기 위상차 검출 화소의 주변에 배치되어 있는 상기 촬상 화소의 출력의 차분이, 위상차 검출에 이용되는 (4)에 기재된 촬상 소자.
(6)
상기 위상차 검출 화소는,
복수의 상기 광전 변환층 중의 가장 상층의 상기 광전 변환층으로서, 부분 형성되어 있는 유기 광전 변환막과,
상기 유기 광전 변환막보다 하층의 기판에 형성되는 상기 광전 변환층으로서, 부분 차광되어 있는 광전 변환부를 구비하는 (2) 내지 (5)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.
(7)
상기 위상차 검출 화소는, 상기 유기 광전 변환막의 아래에, 상기 광전 변환부를 부분 차광하는 차광막을 또한 구비하고,
상기 유기 광전 변환막은, 상기 차광막에 의해 부분 차광되는 광을 광전 변환하는 (6)에 기재된 촬상 소자.
(8)
상기 위상차 검출 화소는, 복수의 상기 광전 변환층으로서, 기판에 형성되는 적어도 2층의, 분할 형성되어 있는 광전 변환부를 구비하는 (2)에 기재된 촬상 소자.
(9)
상기 위상차 검출 화소는, 복수의 상기 광전 변환층으로서, 적어도 2층의, 분할 형성 또는 부분 차광되어 있는 유기 광전 변환막을 구비하는 (2)에 기재된 촬상 소자.
(10)
상기 화소는, 화상을 생성하기 위한 촬상 화소인 (1)에 기재된 촬상 소자.
(11)
상기 촬상 화소는,
복수의 상기 광전 변환층 중의 가장 상층의 상기 광전 변환층으로서, 부분 형성되어 있는 유기 광전 변환막과,
상기 유기 광전 변환막보다 하층의 기판에 형성되는 상기 광전 변환층으로서, 인접하는 다른 촬상 화소와의 경계 부분이 부분 차광되어 있는 광전 변환부를 구비하고,
상기 유기 광전 변환막은, 상기 다른 촬상 화소와의 경계 부분에 형성되는 (10)에 기재된 촬상 소자.
(12)
상기 위상차 검출 화소는, 복수의 상기 광전 변환층으로서, 유기 광전 변환막과, 기판에 형성되는 광전 변환부를 구비하고,
상기 유기 광전 변환막과 상기 광전 변환부는, 각각 노광량이 다르도록 제어되는 (1) 내지 (11)에 기재된 촬상 소자.
(13)
복수의 화소를 구비하는 촬상 소자로서,
상기 화소가,
하나의 온 칩 렌즈와,
상기 온 칩 렌즈보다 하층에 형성된 복수의 광전 변환층을 구비하고,
복수의 상기 광전 변환층 중의 적어도 2층의 상기 광전 변환층이, 각각 수광면에 대해 분할 형성, 부분 형성, 또는 부분 차광되어 있는 촬상 소자와,
피사체광을 상기 촬상 소자에 입사하는 렌즈를 구비하는 전자 기기.
(14)
복수의 상기 화소에서의 상기 광전 변환층끼리의 출력의 차분을 이용하여, 위상차 검출을 행하는 위상차 검출부와,
검출된 위상차에 응하여, 상기 렌즈의 구동을 제어하는 렌즈 제어부를 또한 구비하는 (13)에 기재된 전자 기기.
(15)
상기 화소는,
복수의 상기 광전 변환층 중의 가장 상층의 상기 광전 변환층으로서, 부분 형성되어 있는 유기 광전 변환막과,
상기 유기 광전 변환막보다 하층의 기판에 형성되는 상기 광전 변환층으로서, 부분 차광되어 있는 광전 변환부를 구비하는 (14)에 기재된 전자 기기.
(16)
상기 유기 광전 변환막의 출력을 이용하여, 화상을 생성하는 화소치로서의 상기 광전 변환부의 출력을 보정하는 결함 보정부를 또한 구비하는 (15)에 기재된 전자 기기.
(17)
상기 화소는,
복수의 상기 광전 변환층 중의 가장 상층의 상기 광전 변환층으로서, 부분 형성되어 있는 유기 광전 변환막과,
상기 유기 광전 변환막보다 하층의 기판에 형성되는 상기 광전 변환층으로서, 인접하는 다른 화소와의 경계 부분이 부분 차광되어 있는 광전 변환부를 구비하고,
상기 유기 광전 변환막은, 상기 다른 화소와의 경계 부분에 형성되는 (13)에 기재된 전자 기기.
(18)
상기 유기 광전 변환막의 출력을 이용하여, 화상을 생성하는 화소치로서의 상기 광전 변환부의 출력으로부터 혼색 성분을 감산하는 혼색 감산부를 또한 구비하는 (17)에 기재된 전자 기기.
(19)
분광 특성이 다른 복수의 상기 광전 변환층의 출력을 이용하여, 상기 피사체광의 광원을 추정하는 광원 추정부를 또한 구비하는 (13) 내지 (18)의 어느 하나에 기재된 전자 기기.
(20)
상기 광원 추정부의 추정 결과에 의거하여, 상기 광전 변환부의 출력인 화소치의 색 특성을 보정하는 색 특성 보정부를 또한 구비하는 (19)에 기재된 전자 기기.
100 : 촬상 장치
101 : 렌즈
103 : 촬상 소자
106 : 위상차 검출부
107 : 렌즈 제어부
108 : 결함 보정부
110 : LM/WB/감마 보정부
122 : 포토 다이오드
123 : 차광막
125 : 유기 광전 변환막
300 : 촬상 장치
301 : 촬상 소자
302 : 혼색 감산부
322 : 포토 다이오드
323 : 차광막
325 : 유기 광전 변환막
400 : 촬상 장치
401 : 광원 추정부
450 : 촬상 장치

Claims (18)

  1. 반도체 기판 위에 배치된 제1의 광전 변환부와,
    상기 반도체 기판 위에 배치된 제2의 광전 변환부와,
    상기 반도체 기판 위에 배치되고, 상기 제1의 광전 변환부 및 상기 제2의 광전 변환부 중 적어도 하나 아래에 배치된 컬러 필터와,
    상기 반도체 기판 내에 배치된 포토 다이오드를 구비하고,
    상기 제1의 광전 변환부의 제1의 출력 및 상기 제2의 광전 변환부의 제2의 출력 중 적어도 하나로부터의 위상차를 검출하도록 구성되고,
    평면에서 볼 때, 상기 컬러 필터는 상기 제1의 광전 변환부와 상기 제2의 광전 변환부 사이에 배치되고, 상기 제1의 광전 변화부 및 상기 제2의 광전 변환부와 겹치지 않는 것을 특징으로 하는 광검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 포토 다이오드는 상기 컬러 필터를 통과하는 광을 수광하는 것을 특징으로 하는 광검출 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 포토 다이오드는 상기 제1의 광전 변환부 및 상기 제2의 광전 변환부 중 상기 적어도 하나와 다른 파장의 광을 광전 변환하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광검출 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    차광부를 더 구비하고,
    상기 차광부의 적어도 일부는, 단면에서 볼 때, 상기 컬러 필터와 동일층에 배치되는 것을 특징으로 하는 광검출 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 차광부는 금속을 구비하는 것을 특징으로 하는 광검출 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1의 광전 변환부에 대응하는 제1의 온 칩 렌즈와,
    상기 제2의 광전 변환부에 대응하는 제2의 온 칩 렌즈를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광검출 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1의 광전 변환부 및 상기 제2의 광전 변환부는 동일한 파장을 갖는 광을 광전 변환하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광검출 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 광은 녹색의 광인 것을 특징으로 하는 광검출 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 광은 청색의 광인 것을 특징으로 하는 광검출 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 광은 적색의 광인 것을 특징으로 하는 광검출 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 광은 백색의 광인 것을 특징으로 하는 광검출 장치.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 광은 적외광인 것을 특징으로 하는 광검출 장치.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 광은 자외광인 것을 특징으로 하는 광검출 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1의 광전 변환부 아래 및 상기 반도체 기판 위에 배치된 제1의 전극과,
    상기 제2의 광전 변환부 아래 및 상기 반도체 기판 위에 배치된 제2의 전극을 더 구비하고,
    상기 제1의 광전 변환부의 평면 면적은 상기 제1의 전극의 평면 면적과 동일하고,
    상기 제2의 광전 변환부의 평면 면적은 상기 제2의 전극의 평면 면적과 동일한 것을 특징으로 하는 광검출 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제1의 광전 변환부 및 상기 제2의 광전 변환부 중 상기 적어도 하나 및 상기 포토 다이오드에 대응하는 온 칩 랜즈를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광검출 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    평면에서 볼 때, 상기 온 칩 렌즈는 상기 제1의 광전 변환부 및 상기 제2의 광전 변환부 중 상기 적어도 하나, 상기 컬러 필터 및 상기 포토 다이오드와 겹치는 것을 특징으로 하는 광검출 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 제1의 광전 변환부는, 단면에서 볼 때, 상기 제2의 광전 변환부와 동일층에 배치되는 것을 특징으로 하는 광검출 장치.
  18. 렌즈와,
    광검출 장치를 구비하고,
    상기 광검출 장치는,
    반도체 기판 위에 배치된 제1의 광전 변환부와,
    상기 반도체 기판 위에 배치된 제2의 광전 변환부와,
    상기 반도체 기판 위에 배치되고, 상기 제1의 광전 변환부 및 상기 제2의 광전 변환부 중 적어도 하나 아래에 배치된 컬러 필터와,
    상기 반도체 기판 내에 배치된 포토 다이오드를 구비하고,
    상기 제1의 광전 변환부의 제1의 출력 및 상기 제2의 광전 변환부의 제2의 출력 중 적어도 하나로부터의 위상차를 검출하도록 구성되고,
    평면에서 볼 때, 상기 컬러 필터는 상기 제1의 광전 변환부와 상기 제2의 광전 변환부 사이에 배치되고, 상기 제1의 광전 변화부 및 상기 제2의 광전 변환부와 겹치지 않는 것을 특징으로 하는 광검출 기기.
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