JPH08182006A - 単板式カラー固体撮像装置 - Google Patents
単板式カラー固体撮像装置Info
- Publication number
- JPH08182006A JPH08182006A JP6321864A JP32186494A JPH08182006A JP H08182006 A JPH08182006 A JP H08182006A JP 6321864 A JP6321864 A JP 6321864A JP 32186494 A JP32186494 A JP 32186494A JP H08182006 A JPH08182006 A JP H08182006A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- prism
- solid
- color
- imaging device
- image pickup
- Prior art date
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- Pending
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- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
- Color Television Image Signal Generators (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】単板式で、色分離方式がプリズム式であり光の
利用効率が高く、高感度が得られる固体撮像装置を得
る。 【構成】マイクロ集光レンズ１００でストライプ状に絞
られた光は、プリズム本体２００に入射する。プリズム
本体２００には複数のプリズム部が形成されており、各
プリズム部により分光された各色光は、対向して配置さ
れた単板式固体撮像素子３００の対応する各画素に導か
れるように構成される。
利用効率が高く、高感度が得られる固体撮像装置を得
る。 【構成】マイクロ集光レンズ１００でストライプ状に絞
られた光は、プリズム本体２００に入射する。プリズム
本体２００には複数のプリズム部が形成されており、各
プリズム部により分光された各色光は、対向して配置さ
れた単板式固体撮像素子３００の対応する各画素に導か
れるように構成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、カラー固体撮像装置
に関するもので、特にその集光感度を向上し得るもので
ある。
に関するもので、特にその集光感度を向上し得るもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】図５には従来のカラー固体撮像装置を示
している。図５（Ａ）はダイクロイックプリズム１０に
より入射光をＲＧＢの３原色に分解し、それぞれの原色
に対応して固体撮像素子（Ｒ−ＣＣＤ、Ｇ−ＣＣＤ、Ｂ
−ＣＣＤ）を設けている。このタイプのカラー固体撮像
装置は、３板式と言われる。このカラー固体撮像装置
は、撮像素子を３つ必要とし、しかも、プリズムに対し
て固体撮像素子を高精度で貼り付ける技術が必要である
ために、高価で大型となる。
している。図５（Ａ）はダイクロイックプリズム１０に
より入射光をＲＧＢの３原色に分解し、それぞれの原色
に対応して固体撮像素子（Ｒ−ＣＣＤ、Ｇ−ＣＣＤ、Ｂ
−ＣＣＤ）を設けている。このタイプのカラー固体撮像
装置は、３板式と言われる。このカラー固体撮像装置
は、撮像素子を３つ必要とし、しかも、プリズムに対し
て固体撮像素子を高精度で貼り付ける技術が必要である
ために、高価で大型となる。
【０００３】これに対して単板式があるがその撮像素子
を図５（Ｂ）に示す。この固体撮像素子は、空間画素内
に色画素としてＲＧＢの色フィルタをストライプに配列
したものである。このカラー固体撮像装置は単板である
から安価となり、小形化が可能である。しかし、色フィ
ルタにより色分離を行うタイプであるために、画素単位
でみると所望の色以外の波長の入射光は色フィルタに吸
収され有効に利用されていない。特に原色フィルタによ
る分離は、ＲＧＢのうち一色しか光が通過せず感度が不
足するという問題点がある。これを解決するためには画
素面積を大きくすることになるが、画素面積を大きくす
るとそれだけ解像度の問題や、素子の大型化という問題
が生じる。
を図５（Ｂ）に示す。この固体撮像素子は、空間画素内
に色画素としてＲＧＢの色フィルタをストライプに配列
したものである。このカラー固体撮像装置は単板である
から安価となり、小形化が可能である。しかし、色フィ
ルタにより色分離を行うタイプであるために、画素単位
でみると所望の色以外の波長の入射光は色フィルタに吸
収され有効に利用されていない。特に原色フィルタによ
る分離は、ＲＧＢのうち一色しか光が通過せず感度が不
足するという問題点がある。これを解決するためには画
素面積を大きくすることになるが、画素面積を大きくす
るとそれだけ解像度の問題や、素子の大型化という問題
が生じる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
カラー固体撮像装置において、３板式のものは使用する
素子数が多くまた機械的な組立て精度が要求されるため
に、高価で大型化する、また単板式のものはフィルタに
よる入射光の吸収率が多いために、感度が低い、あるは
解像度が犠牲となる等の問題がある。そこでこの発明で
は、色分離方式がプリズム式であり光の利用効率が高
く、高感度が得られる単板式カラー固体撮像装置を提供
することを目的とする。
カラー固体撮像装置において、３板式のものは使用する
素子数が多くまた機械的な組立て精度が要求されるため
に、高価で大型化する、また単板式のものはフィルタに
よる入射光の吸収率が多いために、感度が低い、あるは
解像度が犠牲となる等の問題がある。そこでこの発明で
は、色分離方式がプリズム式であり光の利用効率が高
く、高感度が得られる単板式カラー固体撮像装置を提供
することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明は、プリズム本
体には複数のプリズム部が形成されており、各プリズム
部により分光された複数画素に対応する各色光は、単板
式固体撮像素子の対応するそれぞれの画素に導かれるよ
うに構成されている。
体には複数のプリズム部が形成されており、各プリズム
部により分光された複数画素に対応する各色光は、単板
式固体撮像素子の対応するそれぞれの画素に導かれるよ
うに構成されている。
【０００６】
【作用】上記の手段によると、入射光のロスが無く光に
利用効率が良く撮像感度が向上し、また、単板式である
ために多板式に比べて小型で安価に実現できる。
利用効率が良く撮像感度が向上し、また、単板式である
ために多板式に比べて小型で安価に実現できる。
【０００７】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照して説
明する。図１はこの発明の一実施例である。図１（Ａ）
において、１００は複数のレンズを有したマイクロ集光
レンズであり、このマイクロ集光レンズ１００の下部に
はプリズム部をストライプ状に有した外観平面型のプリ
ズム本体２００が配置されている。マイクロ集光レンズ
１００を介して入射した光はプリズム本体２００のプリ
ズム部で分光され、分光された各色光は、固体撮像素子
３００の結像面に照射される。図１（Ｂ）には、プリズ
ム本体２００の一部を取り出して示している。プリズム
本体２００は、一方の面が断面鋸歯状である。そしてそ
の傾斜は例えば４５度の傾斜面である。
明する。図１はこの発明の一実施例である。図１（Ａ）
において、１００は複数のレンズを有したマイクロ集光
レンズであり、このマイクロ集光レンズ１００の下部に
はプリズム部をストライプ状に有した外観平面型のプリ
ズム本体２００が配置されている。マイクロ集光レンズ
１００を介して入射した光はプリズム本体２００のプリ
ズム部で分光され、分光された各色光は、固体撮像素子
３００の結像面に照射される。図１（Ｂ）には、プリズ
ム本体２００の一部を取り出して示している。プリズム
本体２００は、一方の面が断面鋸歯状である。そしてそ
の傾斜は例えば４５度の傾斜面である。
【０００８】マイクロ集光レンズ１００の各レンズ部に
おいて、表面側凸レンズの焦点距離をａ、裏面側凸レン
ズの焦点距離をｂとすると、入射光２はマイクロ集光レ
ンズ１００によりｂ／ａに集約され、かつ拡散しない光
束３となる。レンズ１００とプリズム２００の間は、屈
折率１の空気である。
おいて、表面側凸レンズの焦点距離をａ、裏面側凸レン
ズの焦点距離をｂとすると、入射光２はマイクロ集光レ
ンズ１００によりｂ／ａに集約され、かつ拡散しない光
束３となる。レンズ１００とプリズム２００の間は、屈
折率１の空気である。
【０００９】上記の撮像装置において、プリズム本体２
００の素材の物性を波長５８７．６ｎｍのｄ線で屈折率
ｎd を１．５８、アッベ数νd を３０、屈折率の波長依
存特性が図３に示すように表わされるものとして、光学
系の寸法を計算してみる。集光レンズ１００により集光
された光が十分細く絞られているとすると、入射角４５
度の光は入射点から１２１９μｍの深さで、屈折されて
色分光される。今、１つのプリズム部を取り上げて示す
と、赤から青の分光位置は、図１（Ａ）に示すように光
の直進位置から４００．２μｍ離れた位置で、１５μｍ
の範囲に渡っている。図１（Ｃ）は、撮像素子３００の
結像面の一部を拡大して示している。上記した色分光位
置は、１５μｍの範囲に渡るが、この範囲には、７００
ｎｍ〜４００ｎｍの波長の光が照射され、これが繰り返
してストライプ状に配置されることになる。７００ｎｍ
〜４００ｎｍの波長は、ＲＧＢを含むので、各分光位置
にＲＧＢの画素を形成して置くことにより、カラー固体
撮像素子として構成されることになる。
００の素材の物性を波長５８７．６ｎｍのｄ線で屈折率
ｎd を１．５８、アッベ数νd を３０、屈折率の波長依
存特性が図３に示すように表わされるものとして、光学
系の寸法を計算してみる。集光レンズ１００により集光
された光が十分細く絞られているとすると、入射角４５
度の光は入射点から１２１９μｍの深さで、屈折されて
色分光される。今、１つのプリズム部を取り上げて示す
と、赤から青の分光位置は、図１（Ａ）に示すように光
の直進位置から４００．２μｍ離れた位置で、１５μｍ
の範囲に渡っている。図１（Ｃ）は、撮像素子３００の
結像面の一部を拡大して示している。上記した色分光位
置は、１５μｍの範囲に渡るが、この範囲には、７００
ｎｍ〜４００ｎｍの波長の光が照射され、これが繰り返
してストライプ状に配置されることになる。７００ｎｍ
〜４００ｎｍの波長は、ＲＧＢを含むので、各分光位置
にＲＧＢの画素を形成して置くことにより、カラー固体
撮像素子として構成されることになる。
【００１０】図２は、上記したマイクロ集光レンズ１０
０の断面構造を示している。このマイクロ集光レンズ１
００の各レンズ部は、かまぼこ状の凸レンズをストライ
プ状に一方の面に形成し、この表面側凸レンズ群の１つ
１つがそれぞれ、先のプリズム部の１つ１つに対応して
いる。このマイクロ集光レンズ１００の凸レンズ群の他
方の面にも裏面側凸レンズ群が対向して構成されている
が、この凸レンズ群は、それぞれ対向するプリズム部に
入射光を絞り照射するためのものである。
０の断面構造を示している。このマイクロ集光レンズ１
００の各レンズ部は、かまぼこ状の凸レンズをストライ
プ状に一方の面に形成し、この表面側凸レンズ群の１つ
１つがそれぞれ、先のプリズム部の１つ１つに対応して
いる。このマイクロ集光レンズ１００の凸レンズ群の他
方の面にも裏面側凸レンズ群が対向して構成されている
が、この凸レンズ群は、それぞれ対向するプリズム部に
入射光を絞り照射するためのものである。
【００１１】図４は、上記した特有の光学系に対応した
固体撮像素子３００の光学像結像面の例を示している。
１空間画素を１５μｍ×１５μｍの領域として設定し、
この空間画素内をＲＧＢの領域に分割してしている。各
ＲＧＢの領域に光電変換画素が存在する。
固体撮像素子３００の光学像結像面の例を示している。
１空間画素を１５μｍ×１５μｍの領域として設定し、
この空間画素内をＲＧＢの領域に分割してしている。各
ＲＧＢの領域に光電変換画素が存在する。
【００１２】上記マイクロ集光レンズ１００とプリズム
本体２００の間隙は、レンズ１００及びプリズム本体２
００よりも低い屈折率・低分散の光学材料であり、上記
の実施例では空気であるとした。しかし上記間隙が空気
以外の光学材料である場合は、マイクロ集光レンズ１０
０の裏面側凸レンズ及びプリズムの設計値は空気の場合
とは異なってくる。
本体２００の間隙は、レンズ１００及びプリズム本体２
００よりも低い屈折率・低分散の光学材料であり、上記
の実施例では空気であるとした。しかし上記間隙が空気
以外の光学材料である場合は、マイクロ集光レンズ１０
０の裏面側凸レンズ及びプリズムの設計値は空気の場合
とは異なってくる。
【００１３】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
色分離方式がプリズム式であり色フィルタの吸収が無く
光の利用効率が高く、高感度が得られる。
色分離方式がプリズム式であり色フィルタの吸収が無く
光の利用効率が高く、高感度が得られる。
【図１】この発明の一実施例を示す説明図。
【図２】図１のマイクロ集光レンズの構造例を示す図。
【図３】プリズムの屈折率を示す図。
【図４】固体撮像素子の画素配置例を示す図。
【図５】従来の固体撮像装置の説明図。
１００…マイクロ集光レンズ、２００…プリズム本体、
３００…固体撮像素子。
３００…固体撮像素子。
Claims (4)
- 【請求項１】複数のレンズ部を有したマイクロ集光レン
ズと、前記複数のレンズに対応する複数のプリズム部を
有したプリズム本体とを有し、各プリズム部により分光
された各色光は、前記プリズム本体に対向して配置され
た固体撮像素子の対応する各画素に導かれるように構成
されてなる単板式カラー固体撮像装置。 - 【請求項２】前記プリズム部の１つにより分光された各
色光は、前記固体撮像素子の１空間画素内に配置された
ＲＧＢ画素に対応していることを特徴とする請求項１記
載の単板式カラー固体撮像装置。 - 【請求項３】前記マイクロ集光レンズと前記プリズム部
との間には間隙が設けられていることを特徴とする請求
項１記載の単板式カラー固体撮像装置。 - 【請求項４】前記間隙は前記マイクロ集光レンズ及びプ
リズム本体よりも低い屈折率及び低分散率の光学材料で
満たされていることを特徴とする請求項３記載のカラー
固体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6321864A JPH08182006A (ja) | 1994-12-26 | 1994-12-26 | 単板式カラー固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6321864A JPH08182006A (ja) | 1994-12-26 | 1994-12-26 | 単板式カラー固体撮像装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08182006A true JPH08182006A (ja) | 1996-07-12 |
Family
ID=18137269
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6321864A Pending JPH08182006A (ja) | 1994-12-26 | 1994-12-26 | 単板式カラー固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08182006A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7110034B2 (en) | 2001-08-31 | 2006-09-19 | Canon Kabushiki Kaisha | Image pickup apparatus containing light adjustment portion with reflection of a portion of light onto adjacent pixels |
| US7177531B2 (en) | 2000-12-05 | 2007-02-13 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Record and playback apparatus and record medium |
| US20100051785A1 (en) * | 2008-08-26 | 2010-03-04 | Omnivision Technologies, Inc. | Image sensor with prismatic de-multiplexing |
-
1994
- 1994-12-26 JP JP6321864A patent/JPH08182006A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7177531B2 (en) | 2000-12-05 | 2007-02-13 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Record and playback apparatus and record medium |
| US7110034B2 (en) | 2001-08-31 | 2006-09-19 | Canon Kabushiki Kaisha | Image pickup apparatus containing light adjustment portion with reflection of a portion of light onto adjacent pixels |
| US20100051785A1 (en) * | 2008-08-26 | 2010-03-04 | Omnivision Technologies, Inc. | Image sensor with prismatic de-multiplexing |
| US8581174B2 (en) | 2008-08-26 | 2013-11-12 | Omnivision Technologies, Inc. | Image sensor with prismatic de-multiplexing |
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