JP2005252023A - Solid state imaging element and imaging device, and aberration/shading correcting method utilizing the element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、受光面側にマイクロレンズを設けたCCD等の固体撮像素子及びこれを使用する撮像装置並びに収差やシェーディングの補正方法に関するものである。 The present invention relates to a solid-state imaging device such as a CCD provided with a microlens on the light-receiving surface side, an imaging device using the same, and a correction method for aberration and shading.
デジタルカメラやカメラ付き携帯電話等の撮像装置には、撮像素子としてCCD型やMOS型の固体撮像素子が使用されている。このような固体撮像素子には、マトリクス状に配列された各受光素子(フォトダイオード)への集光率を高めるために、各受光素子の上方にマイクロレンズが設けられている。また、デジタルカメラやカメラ付き携帯電話は、急速に高画質化が図られ、使用される固体撮像素子の有効画素数は年々増加の一途をたどっている。 An imaging device such as a digital camera or a mobile phone with a camera uses a CCD type or MOS type solid-state imaging device as an imaging device. In such a solid-state imaging device, a microlens is provided above each light receiving element in order to increase a light collection rate to each light receiving element (photodiode) arranged in a matrix. In addition, digital cameras and camera-equipped mobile phones are rapidly improving in image quality, and the number of effective pixels of the solid-state imaging device used is increasing year by year.
撮影レンズに球面収差や非点収差,像面湾曲等の収差があると、固体撮像素子の各受光素子に正確に結像しないが、この収差による影響(画質の悪化)が、メガピクセルと呼ばれるような有効画素数が多い固体撮像素子では、無視できないものとなる。これを改善する方法として、光軸からの距離に応じて焦点距離が長くなるように光デバイスアレイ(固体撮像素子と同じ)のマイクロレンズを形成するものが知られている(例えば特許文献1)。 If the photographic lens has spherical aberration, astigmatism, curvature of field, etc., it will not form an image accurately on each light receiving element of the solid-state imaging device, but the effect of this aberration (deterioration of image quality) is called a megapixel. Such a solid-state imaging device having a large number of effective pixels cannot be ignored. As a method for improving this, there is known a method in which a microlens of an optical device array (same as a solid-state imaging device) is formed so that the focal length becomes longer according to the distance from the optical axis (for example, Patent Document 1). .
一方、デジタルカメラ等は、年々小型化されるため、撮影レンズと固体撮像素子との距離を狭くせざるを得なくなっている。このため、撮影レンズの絞りから固体撮像素子に入射する光線は平行光とはならず、撮影光軸から遠いマイクロレンズほど光線が斜めに入射する。この結果、撮影光軸から遠い受光素子ほど到達する光線の光量が撮影光軸に近い受光素子よりも少なくなるから、画面の端部に行くほど画素の濃度が濃くなるシェーディングが生じる。 On the other hand, since digital cameras and the like are miniaturized year by year, the distance between the photographing lens and the solid-state imaging device has to be reduced. For this reason, the light beam incident on the solid-state imaging device from the stop of the photographing lens does not become parallel light, and the light beam enters obliquely as the microlens is farther from the photographing optical axis. As a result, the amount of light that reaches the light receiving element farther from the photographic optical axis is smaller than that of the light receiving element close to the photographic optical axis, so that shading occurs in which the pixel density increases toward the edge of the screen.
このようなシェーディングの防止を図った固体撮像素子の構成が、例えば特許文献2に示されている。この特許文献2記載の固体撮像素子は、全体が所定の曲率半径で曲げ形成されており、撮影レンズの絞りから入射する光線は、撮影光軸から遠いマイクロレンズにも頂点部から入射する。すなわち、絞りから入射した光線が各受光素子に均等に到達するから、シェーディングの発生が防止される。 A configuration of a solid-state imaging device that prevents such shading is disclosed in Patent Document 2, for example. The solid-state imaging device described in Patent Document 2 is entirely bent with a predetermined radius of curvature, and light incident from the stop of the photographing lens also enters the microlens far from the photographing optical axis from the apex portion. In other words, since light incident from the stop reaches each light receiving element evenly, the occurrence of shading is prevented.
上記特許文献1,2では、各マイクロレンズの焦点距離や固体撮像素子の曲率半径が予め設計段階等で決められており、撮像装置の製造工程や撮影時に修正することはできない。したがって、固体撮像素子に製造誤差があったり、また撮像装置の機種が同じでも個体差があった場合には、撮像画像に収差やシェーディングが発生して画質が大幅に悪化し、完成後の撮影検査で大量の不合格品が出たり、製品の評価が下がる原因となる。 In Patent Documents 1 and 2, the focal length of each microlens and the radius of curvature of the solid-state image sensor are determined in advance at the design stage or the like, and cannot be corrected during the manufacturing process of the imaging apparatus or during imaging. Therefore, if there is a manufacturing error in the solid-state image sensor, or there are individual differences even if the model of the imaging device is the same, the image quality will deteriorate significantly due to aberrations and shading in the captured image, and shooting after completion This can cause a large number of rejected products to be inspected, and the product evaluation to be lowered.
本発明は上記背景を考慮してなされたもので、撮像装置の製造時や撮影時に撮像画像の収差やシェーディングを補正できる固体撮像素子及び撮像装置及び収差・シェーディング補正方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above background, and an object thereof is to provide a solid-state imaging device, an imaging apparatus, and an aberration / shading correction method capable of correcting aberration and shading of a captured image at the time of manufacturing the imaging apparatus and at the time of shooting. To do.
上記目的を達成するにあたり、本発明の固体撮像素子は、複数の受光素子の上面を覆う平坦化層の上に各受光素子毎にマイクロレンズを設けた固体撮像素子において、前記平坦化層と各マイクロレンズとの間にそれぞれスペーサを設け、各スペーサを、第一波長域の光を受けて屈曲変形し第二波長域の光を受けて復元する光変形プラスチックから形成したことを特徴とする。このような光変形プラスチックから形成したシート部材(以下光変形シートという)としては、アゾベンゼン分子を主原料とする高分子材料(プラスチック)をシート状にしたものが英国雑誌「NATURE」(Vol.245 11 SEPTEMBER 2003 )などで知られている。この光変形シートは、波長が366nm程度の紫外線の照射により平坦な形状から屈曲変形(湾曲)し、波長が540nm程度の可視光の照射により元の平坦な形状に戻る性質を有している。 In achieving the above object, the solid-state imaging device of the present invention is a solid-state imaging device in which a microlens is provided for each light receiving element on a planarizing layer covering the upper surfaces of a plurality of light receiving elements. Each of the spacers is provided with a microlens, and each spacer is formed of a photo-deformable plastic that is bent and deformed by receiving light in the first wavelength region and restored by receiving light in the second wavelength region. As a sheet member formed from such a photo-deformable plastic (hereinafter referred to as a photo-deformable sheet), a material made of a polymer material (plastic) mainly composed of azobenzene molecules is formed into a sheet shape from the British magazine “NATURE” (Vol.245 11 SEPTEMBER 2003). This light deformable sheet has the property of being bent (deformed) from a flat shape by irradiation with ultraviolet rays having a wavelength of about 366 nm and returning to the original flat shape by irradiation with visible light having a wavelength of about 540 nm.
また、複数の受光素子の上面を覆う平坦化層に各受光素子毎に色フィルタを設けるとともに、前記平坦化層の上に各受光素子毎にマイクロレンズを設けた固体撮像素子において、前記平坦化層と各マイクロレンズとの間にそれぞれスペーサを設け、各スペーサを、第一波長域の光を受けて屈曲変形し第二波長域の光を受けて復元する光変形プラスチックから形成するとともに、前記色フィルタの色毎に、前記スペーサの屈曲変形特性を変更したことを特徴とする。 Further, in the solid-state imaging device in which a color filter is provided for each light receiving element on the flattening layer covering the upper surfaces of the plurality of light receiving elements, and the microlens is provided for each light receiving element on the flattening layer, the flattening A spacer is provided between the layer and each microlens, and each spacer is formed from a photo-deformable plastic that receives and restores light in the first wavelength range and receives light in the second wavelength range and restores the light. The bending deformation characteristic of the spacer is changed for each color of the color filter.
また、面積が相対的に広い主感光部と狭い従感光部とからなる感光部を有する受光素子の上面を覆う平坦化層の上に、各主感光部,各従感光部毎にそれぞれマイクロレンズを設けた固体撮像素子において、前記平坦化層と各マイクロレンズとの間にそれぞれスペーサを設け、各スペーサを、第一波長域の光を受けて屈曲変形し第二波長域の光を受けて復元する光変形プラスチックから形成するとともに、前記主感光部に設けたスペーサと従感光部に設けたスペーサとが互いに異なる屈曲変形特性を有することを特徴とする。 Further, a microlens for each of the main photosensitive unit and each of the sub-photosensitive units is provided on a planarizing layer that covers the upper surface of the light receiving element having a photosensitive unit composed of a main photosensitive unit having a relatively large area and a narrow sub-photosensitive unit. In the solid-state imaging device provided with a spacer, a spacer is provided between the flattening layer and each microlens, and each spacer is bent and deformed by receiving light in the first wavelength region and receiving light in the second wavelength region. The spacer is provided from the photo-deformable plastic to be restored, and the spacer provided in the main photosensitive portion and the spacer provided in the secondary photosensitive portion have different bending deformation characteristics.
また、前記スペーサの各々は、撮影光軸寄りの端部がマイクロレンズと平坦化層とにそれぞれ固着されていることを特徴とする。また、前記マイクロレンズと平坦化層とに固着されたスペーサの端部の面積は、撮影光軸からの距離に応じて徐々に変化し、撮影光軸に近いほど大きくしてあることを特徴とする。 In addition, each of the spacers has an end near the photographing optical axis fixed to the microlens and the flattening layer. Further, the area of the end portion of the spacer fixed to the microlens and the flattening layer is gradually changed according to the distance from the photographing optical axis, and is larger as it is closer to the photographing optical axis. To do.
また、本発明の撮像装置は、前記固体撮像素子と、この固体撮像素子から出力される撮像信号に基づいて撮像画像の収差情報及び/又はシェーディング情報を検出する検出装置と、前記収差情報及び/又はシェーディング情報に基づいて、前記スペーサに第一波長域の光又は第二波長域の光を選択的に与えることにより、撮像画像の収差及び/又はシェーディングが減少するように各マイクロレンズの傾きを調節する光源装置とを備えたことを特徴とする。 The imaging apparatus of the present invention includes the solid-state imaging device, a detection device that detects aberration information and / or shading information of a captured image based on an imaging signal output from the solid-state imaging device, and the aberration information and / or Alternatively, based on shading information, by selectively giving light in the first wavelength range or light in the second wavelength range to the spacer, the inclination of each microlens is adjusted so that the aberration and / or shading of the captured image is reduced. And a light source device for adjustment.
また、本発明の収差・シェーディング補正方法は、前記固体撮像素子から出力される撮像信号に基づいて撮像画像の収差情報及び/又はシェーディング情報を検出し、この情報に基づいて、前記スペーサに第一波長域の光又は第二波長域の光を選択的に与えることにより、撮像画像の収差及び/又はシェーディングが減少するように各マイクロレンズの傾きを調節することを特徴とする。 Further, the aberration / shading correction method of the present invention detects aberration information and / or shading information of a captured image based on an imaging signal output from the solid-state imaging device, and based on this information, the first information is applied to the spacer. The tilt of each microlens is adjusted so that the aberration and / or shading of the captured image is reduced by selectively giving light in the wavelength range or light in the second wavelength range.
また、前記固体撮像素子に被写体光を結像させるズームレンズのズーム倍率に応じて、前記スペーサに第一波長域の光又は第二波長域の光を選択的に与えて各マイクロレンズの傾きを調節し、前記ズームレンズのズーム倍率に起因する撮像画像の収差及び/又はシェーディングを補正することを特徴とする。 Further, according to the zoom magnification of the zoom lens that forms the object light on the solid-state imaging device, the light of the first wavelength range or the light of the second wavelength range is selectively given to the spacer, thereby tilting each micro lens. Adjustment is performed to correct aberration and / or shading of a captured image caused by the zoom magnification of the zoom lens.
本発明の固体撮像素子によれば、複数の受光素子の上面を覆う平坦化層と各マイクロレンズとの間にそれぞれスペーサを設け、各スペーサを、第一波長域の光を受けて屈曲変形し第二波長域の光を受けて復元する光変形プラスチックから形成したので、スペーサに第一波長域の光,第二波長域の光を選択的に照射することにより、撮像装置の製造時や撮影時に撮像画像の収差やシェーディングを補正できる。 According to the solid-state imaging device of the present invention, a spacer is provided between each of the microlenses and the planarizing layer that covers the upper surfaces of the plurality of light receiving devices, and each spacer is bent and deformed by receiving light in the first wavelength region. Since it is made of a photo-deformable plastic that receives and recovers light in the second wavelength range, the spacer can be selectively irradiated with light in the first wavelength range and light in the second wavelength range, so that the imaging device can be manufactured or photographed. Sometimes aberrations and shading of the captured image can be corrected.
また、平坦化層と各マイクロレンズとの間にそれぞれスペーサを設け、各スペーサを、第一波長域の光を受けて屈曲変形し第二波長域の光を受けて復元する光変形プラスチックから形成するとともに、色フィルタの色毎にスペーサの屈曲変形特性を変更したので、スペーサに第一波長域の光,第二波長域の光を選択的に照射することにより、色毎に相違する収差の発生度合を補正でき、撮像装置の製造時や撮影時に撮像画像の収差やシェーディングを補正できる。 Also, spacers are provided between the planarizing layer and each microlens, and each spacer is formed from a photo-deformable plastic that receives the light in the first wavelength range and bends and deforms by receiving the light in the second wavelength range. In addition, since the bending deformation characteristics of the spacers are changed for each color of the color filter, by selectively irradiating the spacers with light in the first wavelength region and light in the second wavelength region, aberrations that differ for each color can be obtained. The degree of occurrence can be corrected, and the aberration and shading of the captured image can be corrected when the imaging apparatus is manufactured or photographed.
また、平坦化層と各マイクロレンズとの間にそれぞれスペーサを設け、各スペーサを、第一波長域の光を受けて屈曲変形し第二波長域の光を受けて復元する光変形プラスチックから形成するとともに、主感光部に設けたスペーサと従感光部に設けたスペーサとが互いに異なる屈曲変形特性を有するので、デジタルカメラの製造時や撮影時に、スペーサに第一波長域の光,第二波長域の光を選択的に照射することにより、主感光部と従感光部とでそれぞれ個別に撮像画像の収差やシェーディングを補正でき、よりきめ細かな補正ができる。 Also, spacers are provided between the planarizing layer and each microlens, and each spacer is formed from a photo-deformable plastic that receives the light in the first wavelength range and bends and deforms by receiving the light in the second wavelength range. In addition, since the spacer provided in the main photosensitive portion and the spacer provided in the sub-photosensitive portion have different bending deformation characteristics, when the digital camera is manufactured or photographed, the spacer has light in the first wavelength range, the second wavelength. By selectively irradiating the region of light, the main photosensitive portion and the secondary photosensitive portion can individually correct the aberration and shading of the captured image, and finer correction can be made.
また、前記スペーサの各々は、撮影光軸寄りの端部がマイクロレンズと平坦化層とにそれぞれ固着されているので、スペーサの湾曲変形がより有効にマイクロレンズの傾きに反映され、正確な補正に寄与できる。また、前記マイクロレンズと平坦化層とに固着されたスペーサの端部の面積は、撮影光軸からの距離に応じて徐々に変化し、撮影光軸に近いほど大きくしてあるので、マイクロレンズの傾きをより正確に制御でき、また振動が加えられてもマイクロレンズの傾きが変化するのを防止できる。 In addition, each of the spacers has an end near the photographing optical axis fixed to the microlens and the flattening layer, so that the curved deformation of the spacer is more effectively reflected in the inclination of the microlens and accurate correction is performed. Can contribute. Further, the area of the end portion of the spacer fixed to the microlens and the flattening layer gradually changes according to the distance from the photographing optical axis, and the larger the closer to the photographing optical axis, the larger the microlens. The tilt of the microlens can be prevented from changing even when vibration is applied.
また、本発明の撮像装置によれば、前記固体撮像素子と、この固体撮像素子から出力される撮像信号に基づいて撮像画像の収差情報及び/又はシェーディング情報を検出する検出装置と、前記収差情報及び/又はシェーディング情報に基づいて、前記スペーサに第一波長域の光又は第二波長域の光を選択的に与えることにより、撮像画像の収差及び/又はシェーディングが減少するように各マイクロレンズの傾きを調節する光源装置とを備えたので、製造時や撮影時に撮像画像の収差やシェーディングを補正できる。 According to the imaging device of the present invention, the solid-state imaging device, a detection device that detects aberration information and / or shading information of a captured image based on an imaging signal output from the solid-state imaging device, and the aberration information And / or selectively applying light in the first wavelength range or light in the second wavelength range to the spacer based on shading information so that aberration and / or shading of the captured image is reduced. Since the light source device for adjusting the tilt is provided, it is possible to correct the aberration and shading of the captured image at the time of manufacturing and photographing.
また、本発明の収差・シェーディング補正方法は、前記固体撮像素子から出力される撮像信号に基づいて撮像画像の収差情報及び/又はシェーディング情報を検出し、この情報に基づいて、前記スペーサに第一波長域の光又は第二波長域の光を選択的に与えることにより、撮像画像の収差及び/又はシェーディングが減少するように各マイクロレンズの傾きを調節するので、撮像装置の製造時や撮影時に撮像画像の収差やシェーディングを補正できる。 Further, the aberration / shading correction method of the present invention detects aberration information and / or shading information of a captured image based on an imaging signal output from the solid-state imaging device, and based on this information, the first information is applied to the spacer. By selectively applying light in the wavelength range or light in the second wavelength range, the tilt of each microlens is adjusted so that aberration and / or shading of the captured image is reduced. Aberrations and shading of captured images can be corrected.
また、前記固体撮像素子に被写体光を結像させるズームレンズのズーム倍率に応じて、前記スペーサに第一波長域の光又は第二波長域の光を選択的に与えて各マイクロレンズの傾きを調節し、前記ズームレンズのズーム倍率に起因する撮像画像の収差及び/又はシェーディングを補正するので、撮像装置の製造時や撮影時に撮像画像の収差やシェーディングを補正できる。 Further, according to the zoom magnification of the zoom lens that forms the object light on the solid-state imaging device, the light of the first wavelength range or the light of the second wavelength range is selectively given to the spacer, thereby tilting each micro lens. Adjustment is performed to correct the aberration and / or shading of the captured image caused by the zoom magnification of the zoom lens, so that the aberration and shading of the captured image can be corrected at the time of manufacturing the image pickup apparatus or shooting.
本発明を実施した撮像装置としてのデジタルカメラの外観を示す図1において、デジタルカメラ10のカメラ本体11の前面の右上部には、対物側ファインダ窓12が設けられており、中央部には、開閉自在にスライド操作される半月状のレンズバリア13が組み付けられている。このレンズバリア13が開放位置にスライド操作された時に、撮影レンズ14、ストロボ発光部15等が露呈する。また、カメラ本体11の上面には、シャッタボタン16が設けられている。
In FIG. 1 showing the external appearance of a digital camera as an imaging apparatus embodying the present invention, an
デジタルカメラ10の電気的な構成を示す図2において、鏡筒20内に撮影レンズ14,絞り板21及びCCD22を収納したレンズユニット25が設けられている。このレンズユニット25には、詳しくは後述するように、CCD22に波長が540nm付近の緑色光を照射する緑色LED28と、波長が366nm程度の紫外線を照射する紫外線LED29とが設けられている。
In FIG. 2 showing the electrical configuration of the digital camera 10, a
CCD22は、撮像レンズ14から絞り板21の絞り開口21aを介して入射する被写体光を撮像信号に変換する。CCD22で変換された撮像信号は、相関二重サンプリング回路(CDS)31に入力される。CDS31は、CCD22から入力された撮像信号をCCD22の各セル(フォトダイオード)の蓄積電荷量に正確に対応したR、G、Bの画像データとして出力する。
The
CDS31から出力された画像データは、増幅器(AMP)32で増幅される。A/D変換器(A/D)33は、AMP32で増幅された画像データをデジタルの画像データに変換する。A/D33から出力されたデジタルの画像データは、画像信号処理部34に入力される。なお、CCD22,CDS31,AMP32,A/D33及び画像信号処理部34には、タイミングジェネレータ(TG)30からタイミング信号(クロックパルス)が入力される。
Image data output from the
画像信号処理部34は、A/D33から出力された画像データに階調変換、ホワイトバランス補正、γ補正処理などの各種画像処理を施してから、バッファメモリ35に一旦格納する。このバッファメモリ35に格納された画像データは、LCDドライバ36によりコンポジット信号に変換され、カメラ本体11の背面に設けられたLCD37に表示される。
The image
YC処理部38は、画像信号処理部34で各種画像処理を施された画像データをバッファメモリ35から読み出して、輝度信号Yと色差信号Cr、Cbとに変換する。圧縮伸長処理部40は、この変換された画像データに対して、所定の圧縮形式(例えばJPEG形式)で画像圧縮を施す。圧縮伸長処理部40により圧縮された画像データは、カードI/F41を介してメモリカード42に記録される。
The
メインCPU45は、バス47を介してデジタルカメラ10全体の動作を統括的に制御する。また、メインCPU45には、前述のシャッタボタン16の他に、モードダイヤル,十字キー等からなる操作部48,EEPROM49,収差・シェーディング補正テーブル50,緑色LED28の点灯制御を行う緑色光制御部52,紫外線LED29の点灯制御を行う紫外線制御部53及び測光・測距用CPU55が接続されている。
The
EEPROM49には、各種制御用のプログラムや設定情報などが記録されている。メインCPU45は、これらの情報をEEPROM49から作業用メモリであるワークメモリ57に読み出して、各種処理を実行する。
The
測光・測距用CPU55は、被写体の輝度、および被写体と撮像レンズ14との距離を検出し、メインCPU45に検出結果を送信する。メインCPU45は、この検出結果に基づいて、適正な焦点距離および露光量となるように撮像レンズ14及び絞り板21の各種パラメータを調整する。また、測光・測距用CPU55は、メインCPU45からフィードバックされる調整信号を元に、撮像レンズ14,絞り板21、およびストロボ装置58を制御する充電・発光制御部59を駆動する。なお、ストロボ装置58には、前記ストロボ発光部15が含まれる。
The photometry / ranging
CCD22の一部を概略的に示す図3において、基板62には被写体光を光電変換して得られる信号電荷を蓄積する多数のフォトダイオード64が設けられている。また、基板62上には、各フォトダイオード64から信号電荷を取り出して垂直転送する垂直転送CCDと、垂直転送CCDで転送されてくる信号電荷を水平転送する水平転送CCDとからなる電荷転送部66が設けられている。また、基板62上には、フォトダイオード64及び電荷転送部66を覆う平坦化層(例えばSi02 )68が設けられ、この平坦化層68内の各フォトダイオード64の上方には、各フォトダイオード64毎にマイクロカラーフィルタ70が設けられている。
In FIG. 3 schematically showing a part of the
各フォトダイオード64の上方の平坦化層68の上面には、各フォトダイオード64毎にそれぞれマイクロレンズ72がスペーサ74を介して設けられている。このスペーサ74は、アゾベンゼン分子を主原料とする高分子材料で作られた光変形プラスチックから形成され、366nmの紫外線の照射量に応じて一定量を越えない範囲で湾曲し、540nmの可視光(緑色光)を照射したときには湾曲状態から元の平坦な形状に戻る性質を有している。
On the upper surface of the
前記スペーサ74は、図4に示すように、フォトダイオード64に光を通すように中央部に開口74aを形成してあり、撮影光軸Lに近い方の端部74bの下面が平坦化層68に、また上面がマイクロレンズ72に固着されている(図3参照)。なお、端部74bは面積が小さいドット状をしている。これにより、540nmの可視光(緑色光)を照射したときには、スペーサ74が、図3(A)に示すように、平らになっており、マイクロレンズ72に傾きがない。
As shown in FIG. 4, the
また、366nmの紫外線を照射したときには、スペーサ74が、同図(B)に示すように、湾曲変形して、マイクロレンズ72が端部74b側を支点として傾く。この傾きの度合は、撮影光軸Lから離れるにつれて大きくなるように、366nmの紫外線の照射量が撮影光軸Lから離れるにつれて多くなるようにされている。
When 366 nm ultraviolet light is irradiated, the
ところで、デジタルカメラ10の小型化のために撮影レンズ14とCCD22との距離を十分に確保できないため、絞り板21の絞り開口21aからCCD22に入射する光線は平行光にならない。このため、撮影光軸Lから離れたマイクロレンズ72ほど、光線が斜めに入射して良好にフォトダイオード64に到達しないから、画面の端部に行くほど画素の濃度が濃くなるシェーディングが生じる。また、撮影レンズ14に球面収差や非点収差,像面湾曲等の収差がある場合、撮影光軸Lから離れるほど、その収差による画質の悪化が顕著になる。
By the way, since the distance between the
そこで、デジタルカメラ10が完成した後、出荷前に、収差とシェーディングについてそれぞれの補正量を検出する。収差の補正量を検出するには、図5のフローチャートに示すように、操作部48を操作してデジタルカメラ10を収差補正量検出モードに設定する(st1)。 Therefore, after the digital camera 10 is completed and before shipping, the respective correction amounts for aberration and shading are detected. To detect the aberration correction amount, as shown in the flowchart of FIG. 5, the operation unit 48 is operated to set the digital camera 10 to the aberration correction amount detection mode (st1).
緑色LED28が点灯して540nm波長付近の緑色光がCCD22に照射され(st2)、スペーサ74が平らなデフォルト状態になる。そして、撮影レンズ14から例えば3m前方に所定のパターン図柄が描かれたチャート図を配置し、この面に撮影レンズ14のピントを合わせた後、シャッタボタン16を押し下げる(st3)。
The
CCD22からの撮像信号は、CDS31,AMP32を経てA/D33によりデジタルの画像データに変換され、画像信号処理部34によって階調変換、ホワイトバランス補正、γ補正処理などの各種画像処理が施されてから、バッファメモリ35に一旦格納される。この画像データは、メインCPU45によって読み出され、各フォトダイオード64毎に収差が計測される。そして、この計測結果は、デフォルト収差データとして収差・シェーディング補正テーブル50に入力される(st4)。
The image pickup signal from the
続いて、紫外線LED29が点灯され、366nmの紫外線がCCD22に照射される(st5)。この照射時間中、一定間隔で連続的にCCD22が駆動され、チャート図が撮影される(st6)。CCD22からの撮像信号が画像データに変換されてバッファメモリ35に格納される。メインCPU45は、各画像データを順次に読み出して各フォトダイオード64毎に収差を計測する。そして、収差が最も小さくなった時点(st7)における紫外線LED29の点灯時間を収差補正データとして収差・シェーディング補正テーブル50に入力する(st8)。
Subsequently, the
次に、図6のフローチャートに示すように、操作部48を操作してデジタルカメラ10をシェーディング補正量検出モードに設定する(st11)。緑色LED28が点灯して540nm波長付近の緑色光がCCD22に照射され(st12)、スペーサ74が平らなデフォルト状態になる。そして、撮影レンズ14から例えば3m前方に18%グレーのグレーボードを配置し、この面に撮影レンズ14のピントを合わせた後、シャッタボタン16を押し下げる(st13)。
Next, as shown in the flowchart of FIG. 6, the operation unit 48 is operated to set the digital camera 10 to the shading correction amount detection mode (st11). The
CCD22からの撮像信号は、上記と同様に各種の処理を経てから、バッファメモリ35に一旦格納される。この画像データは、メインCPU45によって読み出され、各フォトダイオード64毎の輝度が読み出され、これに基づいてシェーディングの状態が計測される。そして、この計測結果は、デフォルトシェーディングデータとして収差・シェーディング補正テーブル50に入力される(st14)。
The imaging signal from the
続いて、紫外線LED29が点灯され、366nmの紫外線がCCD22に照射される(st15)。この照射時間中、一定間隔で連続的にCCD22が駆動され、グレーボードが撮影される(st16)。CCD22からの撮像信号が画像データに変換されてバッファメモリ35に格納される。メインCPU45は、各画像データを順次に読み出して各フォトダイオード64毎の輝度からシェーディングの状態を計測する。そして、シェーディングが最も小さくなった時点(st17)における紫外線LED29の点灯時間をシェーディング補正データとして収差・シェーディング補正テーブル50に入力する(st18)。
Subsequently, the
このように構成されたデジタルカメラ10で撮影を行うには、図7のフローチャートに示すように、デジタルカメラ10の電源をオンにすると(st21)、デジタルカメラ10はデフォルトで撮影モードにセットされる(st22)。メインCPU45によって収差・シェーディング補正テーブル50から収差補正データ及びシェーディング補正データが読み出され(st23)、まず緑色LED28が点灯され(st24)、スペーサ74が平らなデフォルト状態になった後、収差及びシェーディングが補正されるように、紫外線LED29が点灯され、366nmの紫外線がCCD22に照射される(st25)。
To shoot with the digital camera 10 configured in this way, as shown in the flowchart of FIG. 7, when the power of the digital camera 10 is turned on (st21), the digital camera 10 is set to the shooting mode by default. (St22). The
この紫外線は、撮影光軸LからCCD22の周辺部にいくほど照射量が多くなるようにCCD22に照射され、スペーサ74が、図3(B)に示すように、湾曲変形して、マイクロレンズ72が端部74b側を支点として傾く。これにより、絞り開口21aから鏡筒25内に進入した被写体光の光線は、各フォトダイオード64に良好に結像される。
The ultraviolet rays are applied to the
撮影レンズ14を被写体に向け、構図を決めてからシャッタボタン16を押し下げる(st26)。CCD22が駆動され、CCD22からの撮像信号は、CDS31,AMP32を経てA/D33によりデジタルの画像データに変換され、画像信号処理部34によって階調変換、ホワイトバランス補正、γ補正処理などの各種画像処理が施されてから、バッファメモリ35に一旦格納される。この画像データは、YC処理部38によって読み出され、輝度信号Yと色差信号Cr、Cbとに変換された後、圧縮伸長処理部40によって所定の圧縮形式で画像圧縮され、カードI/F41を経てメモリカード42に記録される(st27)。このメモリカード42に記録された画像データは、収差及びシェーディングがない高画質なものである。
The photographing
このようにデジタルカメラ10の出荷前に収差及びシェーディングの補正を行うことができるから、たとえCCD22に製造誤差があったり、デジタルカメラ10の組立に際して撮影レンズ14とCCD22との位置精度が十分でなかったとしても、収差やシェーディングのない高画質な画像を撮像できる。
Since the aberration and shading can be corrected before the digital camera 10 is shipped in this way, there is a manufacturing error in the
本実施形態では、収差とシェーディングの両方を同時に補正するようにしたが、撮影の目的等によっては、収差あるいはシェーディングの片方だけを補正するようにしてもよい。なお、スペーサ74の光変形特性が、ある程度高い温度環境のもとで有効に発揮される場合には、鏡筒25内に小型の赤外ランプを取り付け、収差,シェーディングの補正時に赤外線(熱線)を照射するようにしておけばよい。
In this embodiment, both aberration and shading are corrected at the same time. However, depending on the purpose of photographing, only one of aberration or shading may be corrected. If the light deformation characteristic of the
また、上記実施形態では、スペーサ74の傾きの度合が撮影光軸Lから離れるにつれて大きくなるように、366nmの紫外線の照射量が撮影光軸Lから離れるにつれて多くなるようにしたが、例えばスペーサ74の傾きの度合が撮影光軸Lから離れるにつれて大きくなるように、スペーサ74に用いる光変形プラスチックの湾曲特性を変更するようにしてもよい。
Further, in the above embodiment, the irradiation amount of the ultraviolet light of 366 nm is increased as the distance from the photographing optical axis L is increased so that the degree of inclination of the
また、平坦化層68及びマイクロレンズ72に固着するスペーサ74の端部74bは、面積が小さいドット状であったが、図8に示すように、CCD22の撮影光軸Lに近いスペーサ74ほど、端部74cの面積を大きくしてもよい。これにより、スペーサ74に照射する紫外線の量を周辺部にいくに従って徐々に多くしなくても、周辺部のスペーサ74の湾曲変形が大きくなり、マイクロレンズの傾きをより正確に制御できる。また、振動が加えられても、特に撮影光軸Lに近いマイクロレンズの傾きが変化するのを防止できる。なお、端部74cの形状は、図8に示すような三角形状に限定されず、例えば円弧状でもよい。
Further, the
また、撮影レンズとしてズームレンズを用いる場合、ズームレンズは固定焦点レンズに比べて収差が大きく、またその収差もズーム倍率すなわち焦点距離によって変わる。そこで、ズームレンズの変倍レンズの位置と収差との関係を計測しておき、補正データとしてルックアップテーブルに記憶しておく。 Further, when a zoom lens is used as a photographing lens, the zoom lens has a larger aberration than the fixed focus lens, and the aberration also changes depending on the zoom magnification, that is, the focal length. Therefore, the relationship between the position of the zoom lens and the aberration is measured and stored in the lookup table as correction data.
図9に示すように、ズーム倍率が変更されると(st31)、変倍レンズの位置が検出される(st32)。変倍レンズの位置に応じてルックアップテーブルから補正データを読み出してから(st33)、まず緑色LED28が点灯され(st34)、スペーサ74が平らなデフォルト状態になった後、ズームレンズのズーム倍率に起因する収差が補正されるように、紫外線LED29が点灯される(st35)。この後、実際の撮影が行われ(st36)、画像データの記録が行われる(st37)。
As shown in FIG. 9, when the zoom magnification is changed (st31), the position of the variable power lens is detected (st32). After reading the correction data from the look-up table according to the position of the zoom lens (st33), first the
また、図10に示すように、CCD80のマイクロカラーフィルタであるRフィルタ81,Gフィルタ82,Bフィルタ83毎に湾曲変形特性が異なる光変形プラスチックから形成したスペーサ85,86,87を設けるようにしてもよい。これにより、色によって収差の発生度合が異なることに対処でき、より高画質な撮像画像を得ることができる。
Further, as shown in FIG. 10,
前記スペーサ85,86,87は、図11に示すように、中央部に開口を設けていないシート状をしている。スペーサ85,86,87は、アゾベンゼン分子を主原料とする高分子材料で作られているため、黄色〜茶色をしており、本来は不透明であるが、非常に薄く、例えば1〜2μに加工すると、光を透過するようになる。ただし、スペーサ85,86,87を透過した光が黄色味を帯びるので、画像処理又はRフィルタ81,Gフィルタ82,Bフィルタ83によって補正する。なお、スペーサ85,86,87を薄くしてもマイクロレンズ88のサイズが2〜3μであるから、スペーサ85,86,87の湾曲変形によって十分に動かすことができる。
As shown in FIG. 11, the
また、図12に示すように、本発明はハニカム型のCCDにも適用できる。CCD90、光電変換素子である画素91の受光部92が八角形をしている。受光部92は、二分割されており、面積が小さい低感度部93と、面積が大きい高感度部94とからなる。低感度部93,高感度部94には、各上方には、スペーサ96,97が設けられ、更にその上にマイクロレンズ(図示せず)が設けられている。スペーサ96,97は、前記実施形態と同様に、撮影光軸L寄りの端部96a,97aが、下方の平坦化層98と上方のマイクロレンズとに固着されている。このように、低感度部93,高感度部94のそれぞれについて個別に収差やシェーディングを補正できるので、きわめて高画質な撮像画像を得ることができる。
As shown in FIG. 12, the present invention can also be applied to a honeycomb CCD. The
次に、別の実施形態を示す図13及び図14において、CCD100の上部には、多数のマイクロレンズ102が形成された矩形状をしたマイクロレンズシート104が設けられている。マイクロレンズシート104の周縁部には、光変形プラスチックから形成した枠状の光変形シート105が固着され、この外周縁部は、鏡筒の一部107に固定されている。
Next, in FIGS. 13 and 14 showing another embodiment, a
また、光変形シート105の4辺に対面する位置には、緑色LED108,紫外線LED109がそれぞれ設置されている。また、マイクロレンズシート104と光変形シート105との境界部には、緑色LED108,紫外線LED109からの光がCCD100側に洩れないように仕切り部材111が設けられている。また、温度センサ112がマイクロレンズシート104の近傍に設けられている。
Further,
マイクロレンズシート104は透明樹脂で形成されているので、温度によって伸縮変形する。このマイクロレンズシート104の変形度合と温度との関係を予め計測しておき、補正データとしてデジタルカメラのルックアップテーブルに記憶しておく。CCD100を搭載したデジタルカメラは、電源をオンにした状態では常に一定間隔で温度センサ112がマイクロレンズシート104付近の温度を測定しており、この測定温度に対応した補正データをルックアップテーブルから読み出して緑色LED108,紫外線LED109を駆動する。
Since the
例えば温度が高くてマイクロレンズシート104が伸びる時には、緑色LED108が点灯して緑色LED108から緑色光が光変形シート105に照射され、光変形シート105は真っ直ぐに延び、マイクロレンズシート104が縮まる方向にマイクロレンズシート104に力が加わるから、マイクロレンズシート104の変形が防止される。
For example, when the
また、温度が低くてマイクロレンズシート104が伸びる時には、紫外線LED109が点灯して紫外線が光変形シート105に照射され、光変形シート105は湾曲変形してマイクロレンズシート104が伸びるようにマイクロレンズシート104に力が加えられるから、マイクロレンズシート104の変形が防止される。
Further, when the
本発明の固体撮像素子は、デジタルカメラや携帯電話用のカメラ部等の各種撮像装置に適用される他、電子内視鏡等の医療機器にも適用される。 The solid-state imaging device of the present invention is applied not only to various imaging devices such as a digital camera and a camera unit for a mobile phone, but also to medical equipment such as an electronic endoscope.
10 デジタルカメラ
14 撮影レンズ
21 絞り板
22,80,90,100 CCD
28,108 緑色LED
29,109 紫外線LED
45 メインCPU
50 収差・シェーディング補正テーブル
72,88,102 マイクロレンズ
74,85〜87,96,97 スペーサ
105 光変形シート
10
28,108 Green LED
29,109 UV LED
45 Main CPU
50 Aberration / shading correction table 72, 88, 102
Claims (8)
前記平坦化層と各マイクロレンズとの間にそれぞれスペーサを設け、各スペーサを、第一波長域の光を受けて屈曲変形し第二波長域の光を受けて復元する光変形プラスチックから形成したことを特徴とする固体撮像素子。 In a solid-state imaging device in which a microlens is provided for each light receiving element on a planarizing layer that covers the upper surfaces of a plurality of light receiving elements,
A spacer is provided between the planarizing layer and each microlens, and each spacer is formed from a photo-deformable plastic that receives the light in the first wavelength band and bends and deforms to receive and restores the light in the second wavelength band. A solid-state imaging device.
前記平坦化層と各マイクロレンズとの間にそれぞれスペーサを設け、各スペーサを、第一波長域の光を受けて屈曲変形し第二波長域の光を受けて復元する光変形プラスチックから形成するとともに、前記色フィルタの色毎に、前記スペーサの屈曲変形特性を変更したことを特徴とする固体撮像素子。 In a solid-state imaging device in which a color filter is provided for each light receiving element on a planarizing layer that covers the upper surfaces of a plurality of light receiving elements, and a microlens is provided for each light receiving element on the planarization layer,
A spacer is provided between the planarizing layer and each microlens, and each spacer is formed from a photo-deformable plastic that receives the light in the first wavelength range and bends and deforms to receive and restores the light in the second wavelength range. In addition, a solid-state imaging device, wherein the bending deformation characteristic of the spacer is changed for each color of the color filter.
前記平坦化層と各マイクロレンズとの間にそれぞれスペーサを設け、各スペーサを、第一波長域の光を受けて屈曲変形し第二波長域の光を受けて復元する光変形プラスチックから形成するとともに、前記主感光部に設けたスペーサと従感光部に設けたスペーサとが互いに異なる屈曲変形特性を有することを特徴とする固体撮像素子。 A microlens is provided for each main photosensitive portion and each secondary photosensitive portion on the planarizing layer that covers the upper surface of the light receiving element having a photosensitive portion composed of a relatively large main photosensitive portion and a narrow secondary photosensitive portion. In the solid-state image sensor
A spacer is provided between the planarizing layer and each microlens, and each spacer is formed from a photo-deformable plastic that receives the light in the first wavelength range and bends and deforms to receive and restores the light in the second wavelength range. In addition, the solid-state imaging device is characterized in that the spacer provided in the main photosensitive portion and the spacer provided in the sub-photosensitive portion have different bending deformation characteristics.
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