JP6990101B2 - Image sensor - Google Patents
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Description
本発明は、撮像素子に関し、特に撮像エリアの周辺部での集光率低下を改善した撮像素子に関する。 The present invention relates to an image pickup device, and more particularly to an image pickup device in which a decrease in light collection rate is improved in a peripheral portion of an image pickup area.
近年、CCD(Charged-coupled devices、電荷結合型撮像素子)型イメージセンサやCMOS(Complementary metal-oxide-semiconductor、相補型金属酸化膜半導体)型イメージセンサなどの従来の撮像装置においては、撮像装置の小型化および高画素化が進み、これと同時にその画素サイズはますます縮小化が進んでいる。このような画素サイズの縮小化においては、撮像装置の基本性能の一つである受光部での受光感度が低下するため、照度が低いところで鮮明な画像を撮影することが困難となる。そのため、単位画素当りの受光感度を向上させることが鋭意研究されている。例えば、各受光部の集光効率を向上させるために集光用凸レンズであるマイクロレンズが各受光部上に設けられている。 In recent years, conventional image pickup devices such as CCD (Charged-coupled devices) type image sensors and CMOS (Complementary metal-oxide-semiconductor) type image sensors have been used as image pickup devices. The size and the number of pixels are increasing, and at the same time, the pixel size is becoming smaller and smaller. In such a reduction in pixel size, the light receiving sensitivity in the light receiving unit, which is one of the basic performances of the image pickup apparatus, is lowered, so that it becomes difficult to take a clear image in a place where the illuminance is low. Therefore, it has been enthusiastically studied to improve the light receiving sensitivity per unit pixel. For example, in order to improve the light-collecting efficiency of each light-receiving part, a microlens, which is a convex lens for light-collecting, is provided on each light-receiving part.
さらに、このようなマイクロレンズの集光率が撮像エリア全体で均等になるように様々な発明がなされている。そして上記の最も一般的な方法は、画素開口に対してマイクロレンズ位置を最適化(スケーリング)するというものである。ここで、スケーリングとは、カメラレンズを通して入射した撮像光が撮像素子の撮像エリアの中心部と周辺部で光の入射角が異なるために発生する撮像エリア周辺部の集光率低下を改善する方法で、撮像エリア周辺部の画素では開口中心とマイクロレンズ中心を光の入射角度に対して最適になるように位置調整を行って配置する方法である(特許文献1~2を参照)。 Further, various inventions have been made so that the focusing rate of such a microlens is uniform over the entire imaging area. The most common method described above is to optimize (scale) the position of the microlens with respect to the pixel aperture. Here, scaling is a method for improving the decrease in the focusing rate in the peripheral portion of the imaging area, which is caused by the incident angle of the image light incident through the camera lens being different between the central portion and the peripheral portion of the imaging area of the imaging element. This is a method of arranging the pixels in the peripheral portion of the imaging area by adjusting the positions of the aperture center and the microlens center so as to be optimum with respect to the incident angle of light (see Patent Documents 1 and 2).
一方、カメラの解像度の向上を目的に提案された方法として、画素を斜め方向に2次元的に配列するという手法がある。これはプリプロセス型またはハニカム型撮像センサとして提案されている(特許文献3~4を参照)。 On the other hand, as a method proposed for the purpose of improving the resolution of the camera, there is a method of arranging pixels two-dimensionally in an oblique direction. This has been proposed as a pre-process type or honeycomb type image pickup sensor (see Patent Documents 3 to 4).
しかしながら、撮像画角エリアに対して画素セルが斜め方向に2次元的に配置された従来のエリアセンサでは、従来のマイクロレンズ配置のスケーリング手法を用いたとしても撮像エリアの周辺部の集光率を効率よく改善できないという問題がある。 However, in the conventional area sensor in which the pixel cells are two-dimensionally arranged diagonally with respect to the imaged angle of view area, the focusing rate in the peripheral portion of the imaged area is even if the conventional scaling method of the microlens arrangement is used. There is a problem that it cannot be improved efficiently.
上記の問題を解決するために、本発明の一形態に係る撮像素子においては、被写体からの入射光の光量に応じた量の信号電荷を光電変換により生成する2次元状に配置された複数の受光部と、前記受光部の被写体側に配置された、複数の開口部領域と複数の遮光部領域とを含む層と、前記複数の開口部領域の各々の被写体側に形成されたマイクロレンズと、を備えた撮像素子であって、前記2次元状の配置方向は、撮像画角の水平及び垂直方向に対して傾きを有しており、前記マイクロレンズのマイクロレンズ中心と前記開口部領域の開口部領域中心とのずれ量が、撮像エリア中心部よりも周辺部において大きくなるように設定されており、かつ撮像画角中心に対して水平及び垂直方向にあるマイクロレンズよりも前記撮像画角中心に対して斜め方向にあるマイクロレンズのずれ量が大きくなるように設定されており、前記マイクロレンズのマイクロレンズ中心と前記開口部領域の開口部領域中心とのずれピッチ量が、撮像画角の水平及び垂直方向から斜め方向にかけて、徐々に大きくなるように設定されている。 In order to solve the above problem, in the image pickup lens according to one embodiment of the present invention, a plurality of lenses arranged in a two-dimensional manner are arranged in a two-dimensional manner to generate a signal charge in an amount corresponding to the amount of incident light from the subject by photoelectric conversion. A light receiving portion, a layer including a plurality of opening regions and a plurality of light shielding portion regions arranged on the subject side of the light receiving portion, and a microlens formed on each subject side of the plurality of opening regions. , The two-dimensional arrangement direction has an inclination with respect to the horizontal and vertical directions of the imaging angle of view, and the center of the microlens of the microlens and the opening region thereof. The amount of deviation from the center of the opening region is set to be larger in the peripheral portion than in the central portion of the imaging area, and the imaging angle of view is larger than that of the microlens in the horizontal and vertical directions with respect to the center of the imaging angle of view. The amount of deviation of the microlens in the oblique direction with respect to the center is set to be large, and the amount of deviation pitch between the center of the microlens of the microlens and the center of the opening region of the opening region is the imaging angle of view. It is set to gradually increase from the horizontal and vertical directions to the diagonal direction .
上記の問題を解決するために、本発明の他の一形態に係る撮像素子においては、被写体からの入射光の光量に応じた量の信号電荷を光電変換により生成する2次元状に配置された複数の受光部と、前記受光部の被写体側に配置された、複数の開口部領域と複数の遮光部領域とを含む層と、前記複数の開口部領域の各々の被写体側に形成されたカラーフィルタと、を備えた撮像素子であって、前記2次元状の配置方向は、撮像画角の水平及び垂直方向に対して傾きを有しており、前記カラーフィルタのカラーフィルタ中心と前記開口部領域の開口部領域中心とのずれ量が、撮像エリア中心部よりも周辺部において大きくなるように設定されており、かつ撮像画角中心に対して水平及び垂直方向にあるカラーフィルタよりも前記撮像画角中心に対して斜め方向にあるカラーフィルタのずれ量が大きくなるように設定されており、前記カラーフィルタのカラーフィルタ中心と前記開口部領域の開口部領域中心とのずれピッチ量が、撮像画角の水平及び垂直方向から斜め方向にかけて、徐々に大きくなるように設定されている。 In order to solve the above problem, in the image pickup device according to another embodiment of the present invention, the image pickup element is arranged in a two-dimensional shape in which an amount of signal charge corresponding to the amount of incident light from the subject is generated by photoelectric conversion. A plurality of light receiving portions, a layer including a plurality of opening regions and a plurality of light shielding portion regions arranged on the subject side of the light receiving portion, and a color formed on each subject side of the plurality of opening regions. An image pickup element including a filter, wherein the two-dimensional arrangement direction has an inclination with respect to the horizontal and vertical directions of the image pickup angle of view, and the color filter center and the opening portion of the color filter. The amount of deviation from the center of the opening of the region is set to be larger in the peripheral portion than in the center of the imaging area, and the imaging is performed more than the color filters in the horizontal and vertical directions with respect to the center of the imaging angle of view. The amount of deviation of the color filter in the diagonal direction with respect to the center of the angle of view is set to be large, and the amount of deviation pitch between the center of the color filter of the color filter and the center of the opening region of the opening region is captured. The angle of view is set to gradually increase from the horizontal and vertical directions to the diagonal direction .
本発明の一形態によれば、撮像エリア全域で集光率差の少ない良好な画像を得ることができる。 According to one embodiment of the present invention, it is possible to obtain a good image with a small difference in focusing rate over the entire imaging area.
本発明の実施形態について、以下、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
〔第1の実施形態〕
本実施形態について、図1~図6を参照しながら説明する。本実施形態における撮像素子1は、例えば、撮像装置に用いられる。
[First Embodiment]
This embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 6. The image pickup device 1 in this embodiment is used, for example, in an image pickup device.
図1は、本実施形態における撮像素子1において、受光部100が全撮像画角に関して斜めに2次元的に配列された様子を示す図である。図2は、図1における撮像素子1の構成を示すものであり、撮像素子1を断面方向から見た模式図である。
FIG. 1 is a diagram showing a state in which the
図1および図2に示すように、撮像素子1は、受光層10、開口層20及びマイクロレンズ層30を備えて構成されている。特に図2に示すように、受光層10、開口層20及びマイクロレンズ層30は、座標軸Z方向に下から上の順(図1における奥側から手前側の順)に並べている。図2において、上方向は被写体側となる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the image pickup device 1 includes a
受光層10は、被写体からの入射光の光量に応じた量の信号電荷を光電変換により生成する個々の受光素子(受光部100)が2次元状に複数配置されることにより構成されている。ここで、受光素子は、例えばフォトダイオードからなってもよい。
The
開口層20は、複数の開口部領域20Aと複数の遮光部領域20Bとを含み、受光層10の被写体側に配置されている。
The
マイクロレンズ層30には、複数の開口部領域20Aの各々の被写体側にマイクロレンズが形成されている。
In the
なお、一つの受光部と、当該受光部に対応する開口と、当該開口に対応するマイクロレンズとを合わせて、画素セルとも呼称する。また、一例として画素セルが正方形に形成されたものを正方画素と呼称する。本実施形態では正方画素を例に挙げて説明するが、画素の形状は正方形に限られず、長方形であってもよい。 In addition, one light receiving part, an opening corresponding to the light receiving part, and a microlens corresponding to the said opening are collectively referred to as a pixel cell. Further, as an example, a pixel cell formed into a square is referred to as a square pixel. In this embodiment, a square pixel will be described as an example, but the shape of the pixel is not limited to a square and may be a rectangle.
図3は、本実施形態におけるマイクロレンズ層30に形成されたマイクロレンズ30Aが2次元的に配列された様子を示す拡大図である。
FIG. 3 is an enlarged view showing how the
図3における実線部分は開口部領域20Aを示し、点線部分はマイクロレンズ30Aを示す。また、符号20ACは開口部領域20Aの開口部領域中心であり、符号30ACはマイクロレンズ30Aのマイクロレンズ中心である。
The solid line portion in FIG. 3 indicates the
図3に示すように、本実施形態における撮像素子1では、開口部領域20A及びマイクロレンズ30Aの2次元状の配置方向は、受光部100と同様に、撮像画角の水平及び垂直方向に対して傾きを有している。
As shown in FIG. 3, in the image pickup element 1 in the present embodiment, the two-dimensional arrangement directions of the
また、図3に示すように、マイクロレンズ30Aのマイクロレンズ中心30ACと開口部領域20Aの開口部領域中心20ACとのずれ量は、撮像エリア中心部よりも周辺部において大きくなるように設定されている。
Further, as shown in FIG. 3, the amount of deviation between the microlens center 30AC of the
また、図3に示すように、マイクロレンズ30Aのマイクロレンズ中心30ACと開口部領域20Aの開口部領域中心20ACとのずれ量は、撮像画角の水平及び垂直方向よりも斜め方向に対して大きくなるように設定されている。
Further, as shown in FIG. 3, the amount of deviation between the microlens center 30AC of the
図4は、図3のA-B方向の入射光IL-ABと、A-B方向に位置する受光部の開口部領域20A-Bと、A-B方向に位置するマイクロレンズ30ABとの位置関係を断面方向から示した図である。図5は、図3のA-C方向の入射光IL-ACと、C受光部の開口部領域20A-Cと、マイクロレンズ30ACとの位置関係を断面方向から示した図である。
FIG. 4 shows the positions of the incident light IL-AB in the AB direction of FIG. 3, the
図4~図5に示すように、B地点と比較すると、C地点の方が撮像エリアの中心から離れているため、入射光IL-ACはより斜めに傾いて入射する。また、C地点での入射光IL-AC方向の開口部領域20A-Cの長さは、B地点での入射光IL-AB方向の開口部領域20A-Bの長さよりも1/√2倍小さい。
As shown in FIGS. 4 to 5, since the point C is farther from the center of the imaging area as compared with the point B, the incident light IL-AC is incident at a more oblique angle. Further, the length of the
しかしながら、C地点のマイクロレンズ30ACの位置と開口部領域20A-Cのずれ量(δ2)は、B地点のマイクロレンズ30ABの位置と開口部領域20A-Bのずれ量(δ1)よりも大きく設定されている。C地点でのマイクロレンズ30ACに入射した斜め入射光IL-ACは開口部領域20A-Cの中心付近へ集光できる。すなわち、撮像エリアの中心から離れた領域においても、垂直及び水平方向の領域の集光率と斜め最大45度方向の領域の集光率とは大きな差を有することなく撮像ができる。
However, the position of the microlens 30AC at point C and the deviation amount (δ2) of the
このような撮像画像例を以下の図6に示す。 An example of such a captured image is shown in FIG. 6 below.
図6は、本実施形態におけるマイクロレンズが2次元的に配列された撮像素子の撮像画像例を示す図である。図6に示すように、撮像エリアの周辺部においても、垂直及び水平方向の領域の集光率と斜め最大45度方向の領域の集光率とは大きな差を有しない。 FIG. 6 is a diagram showing an example of an image captured by an image pickup device in which microlenses are two-dimensionally arranged in the present embodiment. As shown in FIG. 6, even in the peripheral portion of the imaging area, there is no large difference between the light collection rate in the vertical and horizontal directions and the light collection rate in the diagonal maximum 45 degree direction.
上記の構成により、撮像画角に対して斜めに2次元的に配置されたマイクロレンズ構成を有する撮像素子1において、マイクロレンズ30と開口部領域20の位置に関して、撮像画角中心に対して水平及び垂直方向にあるマイクロレンズよりも撮像画角中心に対して斜め方向にあるマイクロレンズのずれ量を大きくすることにより、撮像エリア全域で集光率差の少ない良好な画像を得ることができる。
With the above configuration, in the image pickup element 1 having a microlens configuration obliquely arranged two-dimensionally with respect to the image pickup angle of view, the positions of the
また、上記の構成に加え、マイクロレンズ30のマイクロレンズ中心30ACと開口部領域20Aの開口部領域中心20ACとのずれピッチ量が、撮像画角の水平及び垂直方向から斜め方向にかけて、徐々に大きくなるように設定されていることが好ましい。
Further, in addition to the above configuration, the amount of deviation pitch between the microlens center 30AC of the
より具体的に言えば、本実施形態における撮像素子1では、撮像画角中心における開口部領域中心とマイクロレンズ中心とのずれ量よりも、撮像周辺部における開口部領域中心とマイクロレンズ中心とのずれ量の方が大きく設定されており、開口部領域中心とマイクロレンズ中心とのずれピッチ量は、水平および垂直方向よりも斜め方向の方が大きく設定されていることが好ましい。 More specifically, in the image pickup element 1 in the present embodiment, the center of the aperture region and the center of the microlens in the peripheral portion of the image pickup are more closely aligned with each other than the amount of deviation between the center of the aperture region and the center of the microlens at the center of the image pickup angle. The amount of deviation is set to be larger, and it is preferable that the amount of deviation pitch between the center of the aperture region and the center of the microlens is set to be larger in the oblique direction than in the horizontal and vertical directions.
ここで、本明細書において、ずれ量とは、単位画素に対する量でありずれピッチ量とは、複数画素に対するずれ量の規則性(換言すれば複数画素に対するずれ量の変化)を規定する量である。 Here, in the present specification, the deviation amount is an amount with respect to a unit pixel, and the deviation pitch amount is an amount that defines the regularity of the deviation amount with respect to a plurality of pixels (in other words, the change in the deviation amount with respect to a plurality of pixels). be.
上記の構成により、本発明の目的をより容易に達成できる。 With the above configuration, the object of the present invention can be achieved more easily.
また、上記の構成に加え、前記複数の受光部100は、撮像画角の水平及び垂直方向に対して45度の傾きを有していることが好ましい。
Further, in addition to the above configuration, it is preferable that the plurality of light receiving
この構成により、マイクロレンズ30のマイクロレンズ中心30ACと開口部領域20Aの開口部領域中心20ACとのずれ量が最大となりうるため、本発明の目的をさらに容易に達成できる。
With this configuration, the amount of deviation between the microlens center 30AC of the
なお、上記の説明では、主として、マイクロレンズの位置を上記のようにずらしてスケーリングすることによって集光率を向上させたが、これは本実施形態を限定するものではなく、開口部領域及びそれに対応する受光素子の位置を、上述したマイクロレンズのずらし方向とは逆方向にずらすことによりスケーリングを行ってもよい。このような構成であっても、集光率を向上させることができる。 In the above description, the light collection rate is improved mainly by shifting the position of the microlens and scaling as described above, but this is not limited to the present embodiment, and the aperture region and the aperture region thereof are not limited to this. Scaling may be performed by shifting the position of the corresponding light receiving element in the direction opposite to the shifting direction of the microlens described above. Even with such a configuration, the light collection rate can be improved.
〔第2の実施形態〕
以下、本実施形態に係るカラ―フィルタを有する撮像素子1aを図7~図10を参照しながら説明する。以下の説明では、すでに説明した部材と同じ部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。
[Second Embodiment]
Hereinafter, the
本実施形態に係るカラ―フィルタは可視光の任意の波長、赤外光の任意の波長または紫外光の任意の波長の光が透過するよう設計することができる。カラーフィルタを透過する光の具体的な波長は本実施形態を限定するものではない。 The color filter according to the present embodiment can be designed to transmit light having an arbitrary wavelength of visible light, an arbitrary wavelength of infrared light, or an arbitrary wavelength of ultraviolet light. The specific wavelength of the light transmitted through the color filter does not limit the present embodiment.
図7は、本実施形態におけるカラ-フィルタ層40を備える撮像素子1aの構成を示す模式図である。図7に示すように、本実施形態に係る撮像素子1aは、開口層20とマイクロレンズ層30との間に、カラーフィルタ層40を備えている。
FIG. 7 is a schematic diagram showing the configuration of the
図8は、本実施形態におけるカラーフィルタ層40に形成されたカラーフィルタ40Aが2次元的に配列された様子を示す拡大図である。図8に示すように、撮像素子1aにおいて、開口部領域20A及びカラーフィルタ40Aの2次元状の配置方向は、撮像画角の水平及び垂直方向に対して傾きを有している。また、それに対応して、撮像素子1aは、実施形態1と同様に、撮像画角の水平及び垂直方向に対して傾きを有して配列された受光部100を備えている。
FIG. 8 is an enlarged view showing a state in which the
このように、本実施形態に係る撮像素子1aは、被写体からの入射光の光量に応じた量の信号電荷を光電変換により生成する2次元状に配置された複数の受光部100と、前記受光部の被写体側に配置された、複数の開口部領域と複数の遮光部領域とを含む開口層20と、前記複数の開口部領域の各々の被写体側に下記の順に形成されたカラーフィルタ40A及びマイクロレンズ30Aと、を備えている。
As described above, the
また、図8に示すように、カラーフィルタ40Aのカラーフィルタ中心40ACと開口部領域20Aの開口部領域中心20ACとのずれ量は、撮像エリア中心部よりも周辺部において大きくなるように設定されている。
Further, as shown in FIG. 8, the amount of deviation between the color filter center 40AC of the
また、図8に示すように、カラーフィルタ40Aのカラーフィルタ中心40ACと開口部領域20Aの開口部領域中心20ACとのずれ量は、撮像画角の水平及び垂直方向よりも斜め方向に対して大きくなるように設定されている。
Further, as shown in FIG. 8, the amount of deviation between the color filter center 40AC of the
なお、図8には明示していないが、本実施形態に係る撮像素子1aは、実施形態1と同様に配置されたマイクロレンズ30Aを備えている。すなわち、本実施形態に係る撮像素子1aにおいても、マイクロレンズ30Aのマイクロレンズ中心30ACと開口部領域20Aの開口部領域中心20ACとのずれ量は、撮像エリア中心部よりも周辺部において大きくなるように設定されており、マイクロレンズ30Aのマイクロレンズ中心30ACと開口部領域20Aの開口部領域中心20ACとのずれ量は、水平及び垂直方向よりも斜め方向に対して大きくなるように設定されている。
Although not explicitly shown in FIG. 8, the
図9は、図8のA-B方向の入射光IL-ABと、A-B方向に配置された受光部の開口部領域20A-Bと、カラーフィルタ40ABと、マイクロレンズ30ABとの位置関係を断面方向から示した図である。図10は、図8のA-C方向の入射光IL-ACと、A-C方向に配置された受光部の開口部領域20A-Cと、カラーフィルタ40ACと、マイクロレンズ30ACとの位置関係を断面方向から示した図である。
9 shows the positional relationship between the incident light IL-AB in the AB direction of FIG. 8, the
図9~図10に示すように、B地点と比較すると、C地点の方が撮像エリアの中心から離れているため、入射光IL-ACはより斜めに傾いて入射する。また、C地点での入射光IL-AC方向の開口部領域20A-Cの長さは、B地点での入射光IL-AB方向の開口部領域20A-Bの長さよりも1/√2倍小さい。
As shown in FIGS. 9 to 10, since the point C is farther from the center of the imaging area as compared with the point B, the incident light IL-AC is incident at a more oblique angle. Further, the length of the
しかしながら、C地点のカラ―フィルタ40AC、マイクロレンズ30ACの位置と開口部領域20A-Cのずれ量(δ4、δ2’)は、B地点のカラーフィルタ40ABの位置と開口部領域20A-Bのずれ量(δ3、δ1’)よりも大きく設定されている。C地点でのカラーフィルタ40ACに入射した斜め入射光IL-ACは、開口部領域20A-Cの中心付近へ入射できる。すなわち、撮像エリアの中心から離れた領域においても、垂直及び水平方向の領域の集光率と斜め最大45度方向の領域の光の入射率とは大きな差を有することなく撮像ができる。
However, the deviation amount (δ4, δ2') between the position of the color filter 40AC and the microlens 30AC at the point C and the
上記の構成によっても、第1の実施形態の効果を奏することができる。 Even with the above configuration, the effect of the first embodiment can be achieved.
また、上記の構成に加え、前記複数の受光部100は、撮像画角の水平垂直方向に対して45度の傾きを有している。
Further, in addition to the above configuration, the plurality of light receiving
この構成により、カラ―フィルタのカラ―フィルタ中心と開口部領域の開口部領域中心とのずれ量が最大となりうるため、本発明の目的をさらに容易に達成できる。 With this configuration, the amount of deviation between the color filter center of the color filter and the opening region center of the opening region can be maximized, so that the object of the present invention can be more easily achieved.
なお、上記の説明では、主として、マイクロレンズ及びカラーフィルタの位置を上記のようにずらしてスケーリングすることによって集光率を向上させたが、これは本実施形態を限定するものではなく、開口部領域及びそれに対応する受光素子の位置を、上述したマイクロレンズ及びカラーフィルタレンズのずらし方向とは逆方向にずらすことによりスケーリングを行ってもよい。このような構成であっても、集光率を向上させることができる。
〔第3の実施形態〕
以上、マイクロレンズを備える撮像素子及びさらにカラーフィルタを備える撮像素子を説明したが、マイクロレンズを備えずにカラーフィルタを備える撮像素子との構成でもよい。
In the above description, the light collection rate is improved mainly by shifting and scaling the positions of the microlens and the color filter as described above, but this does not limit the present embodiment and is not limited to the opening. Scaling may be performed by shifting the position of the region and the corresponding light receiving element in the direction opposite to the shifting direction of the microlens and the color filter lens described above. Even with such a configuration, the light collection rate can be improved.
[Third Embodiment]
Although the image pickup element provided with the microlens and the image pickup element provided with the color filter have been described above, the image pickup element provided with the color filter without the microlens may be configured.
すなわち、不図示の撮像素子1bは、被写体からの入射光の光量に応じた量の信号電荷を光電変換により生成する2次元状に配置された複数の受光部と、前記受光部の被写体側に配置された、複数の開口部領域と複数の遮光部領域とを含む層と、前記複数の開口部領域の各々の被写体側に形成されたカラーフィルタと、を備えた撮像素子であって、前記2次元状の配置方向は、撮像画角の水平及び垂直方向に対して傾きを有しており、前記カラーフィルタのカラーフィルタ中心と前記開口部領域の開口部領域中心とのずれ量が、撮像エリア中心部よりも周辺部において大きくなるように設定されており、撮像画角のかつ水平及び垂直方向よりも斜め方向に対して大きくなるように設定されている。 That is, the image sensor 1b (not shown) has a plurality of light receiving units arranged in a two-dimensional manner that generate a signal charge in an amount corresponding to the amount of incident light from the subject by photoelectric conversion, and the light receiving unit on the subject side. An image pickup device comprising an arranged layer including a plurality of opening regions and a plurality of light-shielding regions, and a color filter formed on each subject side of the plurality of opening regions. The two-dimensional arrangement direction has an inclination with respect to the horizontal and vertical directions of the image pickup angle of view, and the amount of deviation between the color filter center of the color filter and the opening area center of the opening area is the image pickup. It is set to be larger in the peripheral portion than in the central portion of the area, and is set to be larger in the oblique direction than in the horizontal and vertical directions at the image sensor angle.
この場合、前記第1の実施形態の構成と比較すると、カラーフィルタでマイクロレンズを代替する構成となるため、その詳細な説明を省略する。 In this case, as compared with the configuration of the first embodiment, the configuration is such that the microlens is replaced by a color filter, and therefore detailed description thereof will be omitted.
上記の構成によっても、上記の実施形態と同じ効果を奏することができる。 Even with the above configuration, the same effect as that of the above embodiment can be obtained.
対比のため、以下は比較例の構成及び効果を説明する。 For comparison, the configurations and effects of the comparative examples will be described below.
<比較例>
以下、本実施形態に係る比較例について、図11~図15を参照しながら説明する。
<Comparison example>
Hereinafter, a comparative example according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 11 to 15.
図11は、比較例における撮像素子1Cの受光部100Cが全撮像画角に関して斜めに2次元的に配列された様子を示す図である。図12は、比較例におけるマイクロレンズが2次元的に配列された様子を示す拡大図である。 FIG. 11 is a diagram showing a state in which the light receiving portions 100C of the image pickup device 1C in the comparative example are arranged diagonally two-dimensionally with respect to the entire image pickup angle of view. FIG. 12 is an enlarged view showing how the microlenses in the comparative example are arranged two-dimensionally.
図13は、図12のA’’-B’’方向の入射光IL-ABと、A’’-B’’方向に配置された受光部の開口部領域20A-Bと、マイクロレンズ30ABとの位置関係を断面方向から示した図である。図14は、図12のA’’-C’’方向の入射光IL-ACと、A’’-C’’方向に配置された受光部の開口部領域20A-Cと、マイクロレンズACとの位置関係を断面方向から示した図である。
FIG. 13 shows the incident light IL-AB in the A''-B'' direction of FIG. 12, the
図13~図14に示すように、B’地点と比較すると、C’地点の方が撮像エリアの中心から離れているため、入射光IL-ACはより斜めに傾いて入射する。 As shown in FIGS. 13 to 14, since the C'point is farther from the center of the imaging area as compared with the B'point, the incident light IL-AC is incident at a more oblique angle.
しかしながら、C’地点での入射光IL-AC方向の開口部領域20A-Cの長さは、B’地点での入射光IL-AB方向の開口部領域20A-Bの長さよりも1/√2倍小さい。
However, the length of the
このため、C’地点の方がB’地点よりも入射光IL-ACがより斜めに入射したにもかかわらず、入射光IL-AC方向の開口部領域20A-Cの長さがより小さいC’地点の集光率は非常に劣化することになる。
Therefore, although the incident light IL-AC is incident at a more oblique angle at the C'point than at the B'point, the length of the
このような場合の撮像画像は、撮像エリアの中心から離れた領域で垂直及び水平方向の集光率はある程度良好であるが、斜め最大45度方向の領域では集光率が非常に悪化した画像となる。 In such a case, the captured image has a good vertical and horizontal focusing rate to some extent in a region away from the center of the imaging area, but the focusing rate is very deteriorated in a region having a maximum diagonal angle of 45 degrees. It becomes.
このような撮像画像が図15に示す。 Such a captured image is shown in FIG.
図15は、比較例におけるマイクロレンズが2次元的に配列された撮像素子の撮像画像例を示す図である。 FIG. 15 is a diagram showing an example of an image captured by an image pickup device in which microlenses are two-dimensionally arranged in a comparative example.
図15に示すように、このような撮像状態は非常に違和感のある撮像画像となり、カメラの画質を著しく低下させることになる。 As shown in FIG. 15, such an image pickup state results in a very uncomfortable captured image, and the image quality of the camera is significantly deteriorated.
この比較例と対比すれば、上述の各実施形態に係る構成によると、撮像エリアの中心から最大45度方向に配置されたマイクロレンズにおいても、マイクロレンズに入射した斜め光も開口部領域の中心付近に集光され、このような周辺部のマイクロレンズにおいても感度の劣化を防止することができる。すなわち、撮像エリア全体において従来のような大きな集光率の差は発生せずに、良好な画像を得ることが出来る。 In comparison with this comparative example, according to the configuration according to each of the above-described embodiments, even in the microlens arranged in the direction of up to 45 degrees from the center of the imaging area, the oblique light incident on the microlens is also the center of the opening region. The light is focused in the vicinity, and deterioration of sensitivity can be prevented even in such a peripheral microlens. That is, it is possible to obtain a good image without causing a large difference in focusing rate as in the conventional case in the entire imaging area.
〔まとめ〕
本発明の態様1に係る撮像素子は、被写体からの入射光の光量に応じた量の信号電荷を光電変換により生成する2次元状に配置された複数の受光部と、前記受光部の被写体側に配置された、複数の開口部領域と複数の遮光部領域とを含む層と、前記複数の開口部領域の各々の被写体側に形成されたマイクロレンズと、を備えた撮像素子であって、前記2次元状の配置方向は、撮像画角の水平及び垂直方向に対して傾きを有しており、前記マイクロレンズのレンズ中心と前記開口部領域の中心とのずれ量が、撮像エリア中心部よりも周辺部において大きくなるように設定されており、かつ撮像画角の水平及び垂直方向よりも斜め方向に対して大きくなるように設定されている。
〔summary〕
The image pickup device according to the first aspect of the present invention has a plurality of light receiving units arranged in a two-dimensional manner for generating a signal charge in an amount corresponding to the amount of incident light from the subject by photoelectric conversion, and the subject side of the light receiving unit. An image pickup device comprising a layer including a plurality of aperture regions and a plurality of light-shielding regions, and microlenses formed on the subject side of each of the plurality of aperture regions, which are arranged in the image sensor. The two-dimensional arrangement direction has an inclination with respect to the horizontal and vertical directions of the image pickup angle of view, and the amount of deviation between the lens center of the microlens and the center of the aperture region is the center of the image pickup area. It is set to be larger in the peripheral portion than in the horizontal direction, and is set to be larger in the oblique direction than in the horizontal and vertical directions of the image pickup angle.
上記態様によれば、撮像画角に対して斜めに2次元的に配置されたマイクロレンズ部構成を有する撮像素子において、マイクロレンズと開口部領域の位置に関して、撮像画角中心に対して水平及び垂直方向にあるマイクロレンズよりも撮像画角中心に対して斜め方向にあるマイクロレンズのずれ量を大きくすることにより、撮像エリア全域で集光率差の少ない良好な画像を得ることができる。 According to the above aspect, in an image pickup element having a microlens unit configuration obliquely arranged two-dimensionally with respect to the image pickup angle of view, the positions of the microlens and the aperture region are horizontal with respect to the center of the image pickup angle and By making the amount of deviation of the microlens oblique to the center of the imaged angle of view larger than that of the microlens in the vertical direction, it is possible to obtain a good image with a small difference in focusing rate over the entire imaging area.
本発明の態様2に係る撮像素子は、上記の態様1に記載の撮像素子であって、前記マイクロレンズのマイクロレンズ中心と前記開口部領域の開口部領域中心とのずれピッチ量が、撮像画角の水平及び垂直方向から斜め方向にかけて、徐々に大きくなるように設定されていてもよい。 The image pickup device according to the second aspect of the present invention is the image pickup device according to the first aspect, and the amount of deviation pitch between the microlens center of the microlens and the opening region center of the aperture region is the image pickup image. The angle may be set to gradually increase from the horizontal and vertical directions to the diagonal direction.
上記態様によれば、本発明の目的をより容易に達成できる。 According to the above aspect, the object of the present invention can be achieved more easily.
本発明の態様3に係る撮像素子は、上記の態様1または2に記載の撮像素子であって、前記層と、前記マイクロレンズとの間に、カラーフィルタを有する層を更に備えていてもよい。
The image pickup device according to the third aspect of the present invention is the image pickup device according to the
上記態様によれば、上記様態を同じ効果を奏することができる。 According to the above aspect, the same effect can be obtained in the above mode.
本発明の態様4に係る撮像素子は、上記の態様1または2に記載の撮像素子であって、前記複数の受光部は、撮像画角の水平及び垂直方向に対して45度の傾きを有していてもよい。
The image pickup device according to the fourth aspect of the present invention is the image pickup device according to the
上記態様によれば、マイクロレンズのマイクロレンズ中心と開口部領域の開口部領域中心とのずれ量が最大となりうるため、本発明の目的をさらに容易に達成できる。 According to the above aspect, the amount of deviation between the center of the microlens of the microlens and the center of the opening region of the opening region can be maximized, so that the object of the present invention can be more easily achieved.
本発明の態様5に係る撮像素子は、被写体からの入射光の光量に応じた量の信号電荷を光電変換により生成する2次元状に配置された複数の受光部と、前記受光部の被写体側に配置された、複数の開口部領域と複数の遮光部領域とを含む層と、前記複数の開口部領域の各々の被写体側に形成されたカラーフィルタと、を備えた撮像素子であって、前記2次元状の配置方向は、撮像画角の水平及び垂直方向に対して傾きを有しており、前記カラーフィルタのカラーフィルタ中心と前記開口部領域の開口部領域中心とのずれ量が、撮像エリア中心部よりも周辺部において大きくなるように設定されており、かつ撮像画角の水平及び垂直方向よりも斜め方向に対して大きくなるように設定されている。 The image pickup device according to the fifth aspect of the present invention has a plurality of light receiving units arranged in a two-dimensional manner for generating a signal charge in an amount corresponding to the amount of incident light from the subject by photoelectric conversion, and the subject side of the light receiving unit. An image pickup device comprising a layer including a plurality of opening regions and a plurality of light-shielding regions, and a color filter formed on each subject side of the plurality of opening regions. The two-dimensional arrangement direction has an inclination with respect to the horizontal and vertical directions of the image pickup angle, and the amount of deviation between the color filter center of the color filter and the opening region center of the opening region is determined. It is set to be larger in the peripheral portion than the central portion of the image pickup area, and is set to be larger in the oblique direction than in the horizontal and vertical directions of the image pickup angle.
上記態様によれば、上記様態を同じ効果を奏することができる。 According to the above aspect, the same effect can be obtained in the above mode.
1、1a、1b、1C 撮像素子
10 受光層
100、100C 受光部
20 開口層
20A 開口部領域
20AC 開口部領域中心
20B 遮光部領域
30 マイクロレンズ層(マイクロレンズ)
30AC マイクロレンズ中心
40 カラーフィルタ層(カラーフィルタ)
40AC カラーフィルタ中心
δ ずれ量
IL 入射光
1, 1a, 1b,
40AC color filter center δ deviation amount IL incident light
Claims (4)
前記受光部の被写体側に配置された、複数の開口部領域と複数の遮光部領域とを含む層と、
前記複数の開口部領域の各々の被写体側に形成されたマイクロレンズと、を備えた撮像素子であって、
前記2次元状の配置方向は、撮像画角の水平及び垂直方向に対して傾きを有しており、
前記マイクロレンズのマイクロレンズ中心と前記開口部領域の開口部領域中心とのずれ量が、
撮像エリア中心部よりも周辺部において大きくなるように設定されており、かつ
撮像画角中心に対して水平及び垂直方向にあるマイクロレンズよりも前記撮像画角中心に対して斜め方向にあるマイクロレンズのずれ量が大きくなるように設定されており、
前記マイクロレンズのマイクロレンズ中心と前記開口部領域の開口部領域中心とのずれピッチ量が、撮像画角の水平及び垂直方向から斜め方向にかけて、徐々に大きくなるように設定されている
ことを特徴とする撮像素子。 A plurality of two-dimensionally arranged light receiving units that generate a signal charge in an amount corresponding to the amount of incident light from the subject by photoelectric conversion, and
A layer including a plurality of opening regions and a plurality of light-shielding regions arranged on the subject side of the light-receiving portion,
An image pickup device comprising a microlens formed on each subject side of the plurality of openings regions.
The two-dimensional arrangement direction has an inclination with respect to the horizontal and vertical directions of the imaging angle of view.
The amount of deviation between the center of the microlens of the microlens and the center of the opening region of the opening region is
It is set to be larger in the peripheral part than in the central part of the imaging area, and
The amount of deviation of the microlens in the oblique direction with respect to the center of the imaged angle of view is set to be larger than that of the microlens in the horizontal and vertical directions with respect to the center of the imaged angle of view.
The feature is that the amount of deviation pitch between the center of the microlens of the microlens and the center of the opening region of the aperture region is set so as to gradually increase from the horizontal and vertical directions of the image pickup angle to the oblique direction. Image sensor.
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像素子。 The image pickup device according to claim 1 , further comprising a layer having a color filter between the layer and the microlens.
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像素子。 The image pickup device according to claim 1 , wherein the plurality of light receiving units have an inclination of 45 degrees with respect to the horizontal and vertical directions of the image pickup angle.
前記受光部の被写体側に配置された、複数の開口部領域と複数の遮光部領域とを含む層と、
前記複数の開口部領域の各々の被写体側に形成されたカラーフィルタと、を備えた撮像素子であって、
前記2次元状の配置方向は、撮像画角の水平及び垂直方向に対して傾きを有しており、
前記カラーフィルタのカラーフィルタ中心と前記開口部領域の開口部領域中心とのずれ量が、
撮像エリア中心部よりも周辺部において大きくなるように設定されており、かつ
撮像画角中心に対して水平及び垂直方向にあるカラーフィルタよりも前記撮像画角中心に対して斜め方向にあるカラーフィルタのずれ量が大きくなるように設定されており、
前記カラーフィルタのカラーフィルタ中心と前記開口部領域の開口部領域中心とのずれピッチ量が、撮像画角の水平及び垂直方向から斜め方向にかけて、徐々に大きくなるように設定されている
ことを特徴とする撮像素子。 A plurality of two-dimensionally arranged light receiving units that generate a signal charge in an amount corresponding to the amount of incident light from the subject by photoelectric conversion, and
A layer including a plurality of opening regions and a plurality of light-shielding regions arranged on the subject side of the light-receiving portion,
An image pickup device including a color filter formed on each subject side of the plurality of opening regions.
The two-dimensional arrangement direction has an inclination with respect to the horizontal and vertical directions of the imaging angle of view.
The amount of deviation between the center of the color filter of the color filter and the center of the opening region of the opening region is
It is set to be larger in the peripheral part than in the central part of the imaging area, and
The amount of deviation of the color filter in the diagonal direction with respect to the center of the imaged angle of view is set to be larger than that of the color filter in the horizontal and vertical directions with respect to the center of the imaged angle of view.
The feature is that the amount of deviation pitch between the center of the color filter of the color filter and the center of the opening region of the opening region is set so as to gradually increase from the horizontal and vertical directions of the image pickup angle to the diagonal direction. Image sensor.
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