JP4004302B2 - 撮像素子 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、被写体光を光電的に取り込むことで被写体画像を得る撮像素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年急速に普及しているデジタルカメラやビデオカメラの本体内には、被写体光を光電信号に変換して画像を記録するＣＣＤイメージセンサ（以下ＣＣＤと略記する）などの撮像素子が組み込まれている。このような撮像素子は、被写体光を受光して光電信号に変換する受光素子と、この受光素子上に形成された色フィルタと、受光素子への集光率を向上させるために色フィルタ上に配置されたマイクロレンズとから構成される画素が、マトリクス状に複数配置された画素領域を備えている。
【０００３】
上記のような撮像素子には、画素領域の中央部に比べて周辺部の信号出力が減衰するシェーディングという現象が発生する。このシェーディングは、周辺部へ入射光が斜めに入射して光電変換効率が悪化することに起因する。シェーディングが発生すると、画素領域の中央部と周辺部で画像のバランスが悪くなって全体的に不自然な画像となるため、製品の性能を著しく低下させる。
【０００４】
この問題を解決する手段として、特開平１０−１２５８８７号公報や特開２００１−１６０９７３号公報には、マイクロレンズを受光素子に対して画素領域の中央方向に一定間隔でシフトさせて配置することで、画素領域の周辺部における光電変換効率を改善させてシェーディングを補正する方法が記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１０−１２５８８７号公報や特開２００１−１６０９７３号公報に記載の方法は、マイクロレンズのシフト量が画素領域の中央部から周辺部に向かって線形的に変化するため（図３のＡ参照）、例えこのシフト量が最適化されたとしても、周辺部近辺での光量の減衰が大となり（図４のＣ参照）、全体的に均整のとれた画像を得ることができないという欠点があった。
【０００６】
本発明は、画素領域の周辺部近辺での光量の減衰によるシェーディングの影響を少なくすることで、全体的に均整のとれた画像を得ることができる撮像素子を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、被写体光を受光して光電信号に変換する受光素子と、この受光素子上に形成された色フィルタと、前記受光素子への集光率を向上させるために前記色フィルタ上に配置されたマイクロレンズとから構成される画素が、マトリクス状に複数配置された画素領域を備えた撮像素子において、前記マイクロレンズは、前記受光素子に対して前記画素領域の中央方向にシフトして配置され、前記マイクロレンズと前記受光素子とのシフト量は、前記画素領域の中央部から周辺部に向かって非線形的に変化することを特徴とする。なお、前記シフト量は、前記画素領域の中央部では小さく、前記画素領域の周辺部に向かうにつれて大となることが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明を実施した撮像素子の断面図を示す。撮像素子２は、基板３、受光素子４、第１保護膜５、色フィルタ６、第２保護膜７、マイクロレンズ８から構成される。基板３は、シリコンウエハなどの半導体からなり、この基板３上に受光素子４が配置される。各受光素子４上には、第１保護膜５を介して色フィルタ６が配置される。この色フィルタ６は、例えばＲＧＢ３色のフィルタが図２に示すように各受光素子４上に配列され、これによりカラー画像を得る。また、集光率を向上させるためにマイクロレンズ８が第２保護膜７上に配置される。これらの受光素子４、色フィルタ６、およびマイクロレンズ８などにより、１つの画素９（図中２点鎖線で囲む部分）が構成され、この画素９がマトリクス状に複数配置されて画素領域１０が形成される。
【０００９】
マイクロレンズ８は、受光素子４に対して画素領域１０の中央方向にシフトして配置される。マイクロレンズ８と受光素子４とのシフト量１１は、図３のＢで示すように、画素領域１０の中央部から周辺部に向かって非線形的に変化する。このシフト量１１は、画素領域１０の中央部では小さく、画素領域１０の周辺部に向かうにつれて指数関数的に大となっている。
【００１０】
周辺部におけるシフト量１１は、受光素子４に対する被写体光の入射効率が最大となるように設定され、中央部と周辺部との間のシェーディングが補正される。一方、中央部におけるシフト量１１は、受光素子４に対する被写体光の入射効率が若干減少するように設定されている。これにより、画素領域１０の周辺部近辺での光量の減衰によるシェーディングの影響が少なくなる。
【００１１】
上記構成による撮像素子２の画素領域１０における光量分布は、図４のＤで示すように、周辺部近辺での光量の減衰が小となる。すなわち、画素領域１０の中央部から周辺部に向かって光量がなだらかに減衰している。したがって、画素領域の周辺部近辺でのシェーディングの影響を少なくすることができる。
【００１２】
以上、図示した実施形態にしたがって説明してきたが、撮像素子としては、ＣＣＤを用いたものでも、ＭＯＳ型デバイスを用いたものでもよい。また、色フィルタの配列は、図２に示すように、ＲＧＢ３色による原色系の構成でもよいし、シアン、イエロー、マゼンタの補色系による構成でもよく、これらを組み合わせて構成されるものでもよい。
【００１３】
なお、上記実施形態では、マイクロレンズのシフト量を、画素領域の周辺部に向かうにつれて指数関数的に大となるように設定したが、画素領域の周辺部近辺でのシェーディングの影響が少なくなればよく、例えば図３のＢで示される曲線に沿って階段状に変化させてもよい。また、このシフト量を各色フィルタ毎に設定して色シェーディングを補正してもよい。
【００１４】
【発明の効果】
以上のように、本発明の撮像素子によれば、マイクロレンズが受光素子に対して画素領域の中央方向にシフトして配置され、マイクロレンズと受光素子とのシフト量が、画素領域の中央部から周辺部に向かって非線形的に変化するので、全体的に均整のとれた画像を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施した撮像素子の断面図である。
【図２】色フィルタの配列の一例を示す図である。
【図３】画素領域におけるマイクロレンズのシフト量の変化を示すグラフである。
【図４】画素領域における光量の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
２ 撮像素子
４ 受光素子
６ 色フィルタ
８ マイクロレンズ
９ 画素
１０ 画素領域
１１ シフト量
Claims (2)
- 被写体光を受光して光電信号に変換する受光素子と、該受光素子上に形成された色フィルタと、前記受光素子への集光率を向上させるために前記色フィルタ上に配置されたマイクロレンズとから構成される画素が、マトリクス状に複数配置された画素領域を備えた撮像素子において、
前記マイクロレンズは、前記受光素子に対して前記画素領域の中央方向にシフトして配置され、前記周辺部の光量の落ち込みが目立たないように、前記画素領域の周辺部における前記マイクロレンズと前記受光素子とのシフト量は、前記周辺部の入射効率が最大となるように設定され、前記画素領域の中央部と周辺部の間の前記シフト量は、前記中央部と周辺部の間の入射効率が減少するように設定されていることを特徴とする撮像素子。 - 前記シフト量は、前記画素領域の中央部では小さく、前記画素領域の周辺部に向かうにつれて大となることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
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