JP3495979B2 - Solid-state imaging device and imaging device - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、被写体像を撮像す
る撮像装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image pickup device for picking up a subject image.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の光電変換部を有する画素を2次元
状に配列した固体撮像素子の構成の一例を図7に示す。
同図において、101は、フォトダイオ―ド等の光電変換
部を有する画素であり、この画素を2次元状に配列する
ことのよって、被写体像を撮像する画素領域100を形成
している。2. Description of the Related Art FIG. 7 shows an example of the structure of a conventional solid-state image pickup device in which pixels each having a photoelectric conversion portion are two-dimensionally arranged.
In the figure, 101 is a pixel having a photoelectric conversion unit such as a photodiode, and by arranging the pixels two-dimensionally, a pixel region 100 for picking up a subject image is formed.
【0003】また、103は画素からの信号が読み出され
る垂直信号線、104は画素は垂直信号線に読み出された
信号を一時蓄積する保持容量、105は垂直信号線103に読
み出された信号を保持容量104に転送するための転送MOS
トランジスタ、106は保持容量104の信号を水平信号線10
7に転送するための転送MOSトランジスタである。Further, 103 is a vertical signal line from which a signal from a pixel is read out, 104 is a storage capacitor for temporarily storing the signal read out to the vertical signal line, and 105 is a signal read out to the vertical signal line 103. Transfer MOS for transferring the
Transistor 106 is for holding the signal of holding capacitor 104 on horizontal signal line 10
It is a transfer MOS transistor for transferring to 7.
【0004】108は、水平方向の一行の画素毎に、順次
垂直方向に走査することによって、一行毎に画素から垂
直信号線に信号を読み出すように制御する垂直走査回
路、109は、転送MOSトランジスタ106を制御することに
よって、保持容量106に蓄積された信号を順次水平信号
線107に順次読み出す水平走査回路、110は水平信号線を
リセットするためのリセットMOSトランジスタである。
また、107は画素内に含まれるトランジスタとソ―スフ
ォロワを形成する定出電流源である。Reference numeral 108 denotes a vertical scanning circuit for controlling the readout of signals from the pixels to the vertical signal line for each row by sequentially scanning the pixels in one row in the horizontal direction in the vertical direction, and 109 denotes a transfer MOS transistor. By controlling 106, the horizontal scanning circuit that sequentially reads the signals accumulated in the storage capacitor 106 to the horizontal signal line 107, and 110 is a reset MOS transistor for resetting the horizontal signal line.
In addition, 107 is a constant current source that forms a source follower together with a transistor included in the pixel.
【0005】ここで、従来の固体撮像素子のカラーフィ
ルターの配置について説明する。図8は、その一例であ
って、赤色光を透過する第一のカラーフィルタ(20
1)、緑色光を透過する第二のカラーフィルタ(202)、
青色光を透過する第三のカラーフィルタ(203)であ
る。そして、二次元状に配置された画素のそれぞれに対
応して、画素の第一列から始まる奇数列には第一のカラ
ーフィルタと第二のカラーフィルタが交互に配置され、
画素の第二列から始まる偶数列には第二のカラーフィル
タと第三のカラーフィルタが交互に配置されている。さ
らに奇数列と偶数列では第二のカラーフィルタが互いに
水平方向で隣接しないように配置されている。Here, the arrangement of the color filters of the conventional solid-state image pickup device will be described. FIG. 8 shows an example of such a case, in which the first color filter (20
1), a second color filter (202) that transmits green light,
It is a third color filter (203) that transmits blue light. Then, corresponding to each of the two-dimensionally arranged pixels, the first color filter and the second color filter are alternately arranged in an odd number column starting from the first column of pixels,
Second and third color filters are alternately arranged in an even-numbered column starting from the second column of pixels. Further, in the odd-numbered columns and the even-numbered columns, the second color filters are arranged so as not to be adjacent to each other in the horizontal direction.
【0006】一般的に、図9に示すように固体撮像素子
の高感度化を実現さるために画素個々に対応したマイク
ロレンズが用いられる。マイクロレンズが形成された固
体撮像素子の単位画素の断面構造を図中に示す。単位画
素は300(図7の一つの画素101に対応)で示され
る。単位画素は、光電変換部301、絶縁層302、配
線層303、304、遮光層305、保護膜306、平
坦化層307、309、カラーフィルタ層308、マイ
クロレンズ310から成っている。 aがレンズ径であ
り、b がレンズ厚である。このマイクロレンズにより、
入射光の集光効率を高め、高感度化を実現している。Generally, as shown in FIG. 9, a microlens corresponding to each pixel is used to realize high sensitivity of a solid-state image pickup device. A cross-sectional structure of a unit pixel of a solid-state image sensor having a microlens is shown in the figure. The unit pixel is indicated by 300 (corresponding to one pixel 101 in FIG. 7). The unit pixel includes a photoelectric conversion unit 301, an insulating layer 302, wiring layers 303 and 304, a light shielding layer 305, a protective film 306, flattening layers 307 and 309, a color filter layer 308, and a microlens 310. a is the lens diameter and b is the lens thickness. With this micro lens,
It improves the efficiency of collecting incident light and realizes high sensitivity.
【0007】次に、一般的なマイクロレンズの製造方法
を図10を用いて述べる。カラーフィルタ層408の上に
透明樹脂409を塗布して平坦化する。次に、有機樹脂
からなるマイクロレンズ材410を塗布し、マスクにて
パターンを露光する。a' はパターン寸法、b' はマイク
ロレンズ材の膜厚b'である。こうして図のように、現像
によりマイクロレンズを分離するスペース411を形成
し、熱処理により流動化と固化を行い所望のマイクロレ
ンズを形成する。Next, a general microlens manufacturing method will be described with reference to FIG. A transparent resin 409 is applied on the color filter layer 408 to planarize it. Next, a microlens material 410 made of an organic resin is applied, and the pattern is exposed with a mask. a'is the pattern size and b'is the film thickness b'of the microlens material. Thus, as shown in the figure, a space 411 for separating the microlenses is formed by development, and a desired microlens is formed by fluidization and solidification by heat treatment.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】上述したように従来の
固体撮像素子は、画素領域101は図8で示したように
複数のカラ−フィルタを配置する構成となっている。As described above, the conventional solid-state image pickup device has a structure in which a plurality of color filters are arranged in the pixel region 101 as shown in FIG.
【0009】しかしながら、この方法では例えば画素ピ
ッチ10μmで画素数が水平640画素、垂直480画
素のような固体撮像素子の場合に、その標準画角を与え
るレンズの焦点距離は固体撮像素子の対角長である8m
mとなる。However, in this method, in the case of a solid-state image pickup device having a pixel pitch of 10 μm and a horizontal pixel number of 640 pixels and a vertical pixel number of 480 pixels, the focal length of the lens that gives the standard angle of view is the diagonal of the solid-state image pickup element. 8m long
m.
【0010】このため、このような固体撮像素子を用い
て、例えばデジタルカメラ等の撮像装置を作製する場合
に、薄型化に限界がある。For this reason, there is a limit to reduction in thickness when an image pickup device such as a digital camera is manufactured using such a solid-state image pickup device.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の一手段として、光電変換部を含む画素を2次元状に配
列した複数の画素領域を、それぞれ所定のスペ―スを設
けて隣接して同一半導体チップ上に配置し、前記複数の
画素領域上にマイクロレンズを形成するとともに、画素
が形成されていない前記所定のスペ―ス上にマイクロレ
ンズを形成していることを特徴とする固体撮像素子を提
供する。As one means for solving the above problems, a plurality of pixel regions in which pixels including a photoelectric conversion portion are two-dimensionally arranged are provided adjacent to each other with a predetermined space provided. together disposed on the same semiconductor chip to form a microlens on the plurality of pixel regions Te, pixel
There is provided a solid-state image pickup device , characterized in that a microlens is formed on the predetermined space where no is formed .
【0012】また、複数の被写体像をそれぞれ結像させ
る複数のレンズと、前記複数のレンズによって結像され
る光をそれぞれ受ける光電変換部を含む画素を2次元状
に配列した複数の画素領域と、前記複数の画素領域の前
面にそれぞれ形成された複数のカラ―フィルタとを有
し、前記複数の画素領域は、それぞれ所定のスペ―スを
設けて隣接して同一半導体チップ上に配置し、前記複数
の画素領域上にマイクロレンズを形成するとともに、画
素が形成されていない前記所定のスペ―ス上にマイクロ
レンズを形成していることを特徴とする撮像装置を提供
する。更に、光電変換部を含む画素を2次元状に配列し
た複数の画素領域を、それぞれ所定のスペ―スを設けて
隣接して同一半導体チップ上に配置し、前記複数の画素
領域上にマイクロレンズを形成するとともに、前記所定
のスペ―ス上にマイクロレンズを形成しており、前記複
数の画素領域は、少なくとも第1、第2及び第3の画素
領域を有し、前記第1の画素領域は、被写体からの第1
の色成分を受光し、前記第2の画素領域は、被写体から
の第2の色成分を受光し、前記第3の画素領域は、被写
体からの第3の色成分を受光することを特徴とする固体
撮像素子を提供する。 更に、複数の被写体像をそれぞれ
結像させる複数のレンズと、 前記複数のレンズによって
結像される光をそれぞれ受ける光電変換部を含む画素を
2次元状に配列した複数の画素領域と、 前記複数の画素
領域の前面にそれぞれ形成された複数のカラ―フィルタ
とを有し、 前記複数の画素領域は、それぞれ所定のスペ
―スを設けて隣接して同一半導体チップ上に配置し、前
記複数の画素領域上にマイクロレンズを形成するととも
に、前記所定のスペ―ス上にマイクロレンズを形成し、
前記複数の画素領域は、少なくとも第1、第2及び第3
の画素領域を有し、前記第1の画素領域は、被写体から
の第1の色成分を受光し、前記第2の画素領域は、被写
体からの第2の色成分を受光し、前記第3の画素領域
は、被写体からの第3の色成分を受光することを特徴と
する撮像装置を提供する。 更に、光電変換部を含む画素
を2次元状に配列した複数の画素領域を、それぞ れ所定
のスペ―スを設けて隣接して同一半導体チップ上に配置
し、前記複数の画素領域上にマイクロレンズを形成する
とともに、前記所定のスペ―ス上にマイクロレンズを形
成しており、前記複数の画素領域からそれぞれ出力され
る信号を合成して画像を形成する信号処理部と、前記複
数の画素領域及び前記信号処理部を駆動させるためのタ
イミング発生部と、前記信号処理部及び前記タイミング
発生部を制御する制御・演算部とを有することを特徴と
する撮像装置を提供する。 Further, a plurality of lenses for forming a plurality of subject images, and a plurality of pixel regions in which pixels each including a photoelectric conversion unit for receiving the light formed by the plurality of lenses are arranged two-dimensionally. A plurality of color filters are respectively formed on the front surfaces of the plurality of pixel regions, and the plurality of pixel regions are arranged adjacent to each other with a predetermined space provided on the same semiconductor chip, to form a microlens on the plurality of pixel regions, image
There is provided an imaging device characterized in that a microlens is formed on the predetermined space on which no element is formed . Furthermore, the pixels including the photoelectric conversion unit are arranged in a two-dimensional array.
A plurality of pixel areas, each with a predetermined space
The plurality of pixels are arranged adjacent to each other on the same semiconductor chip.
A microlens is formed on the area and the predetermined
The micro lens is formed on the space of
Number of pixel regions is at least the first, second and third pixels
A first pixel region from the subject
Of the color components of the
Of the second color component of the
A solid characterized by receiving a third color component from the body
An image sensor is provided. In addition, multiple subject images
With a plurality of lenses for imaging and the plurality of lenses
Pixels including photoelectric conversion units that receive the imaged light respectively
A plurality of pixel regions arranged two-dimensionally and the plurality of pixels
Multiple color filters, each formed on the front of the area
And each of the plurality of pixel regions has a predetermined space.
-Providing a spacer and arranging them adjacently on the same semiconductor chip,
When forming microlenses on multiple pixel areas
, Forming a microlens on the predetermined space,
The plurality of pixel regions include at least first, second and third pixel regions.
And the first pixel region is from the subject.
Of the first color component of the
The second color component from the body is received and the third pixel region is received.
Is characterized by receiving the third color component from the subject.
An image pickup device for performing the same is provided. Furthermore, a pixel including a photoelectric conversion unit
A plurality of pixel regions arranged two-dimensionally, and their respective predetermined
Spaces adjacent to each other and arranged adjacent to each other on the same semiconductor chip
Then, a microlens is formed on the plurality of pixel regions.
At the same time, form a micro lens on the specified space.
Output from each of the plurality of pixel areas.
A signal processing unit that synthesizes signals to form an image and
A number of pixel regions and a driver for driving the signal processing unit.
Imming generator, the signal processor, and the timing
A control / arithmetic unit for controlling the generating unit,
An image pickup device for performing the same is provided.
【0013】[0013]
【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施の形態であ
る固体撮像素子の概略図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a schematic diagram of a solid-state image sensor according to an embodiment of the present invention.
【0014】1は、例えばCMOSプロセス等で形成された
同一半導体チップの固体撮像素子であり、以下で説明す
るような構成を持っている。Reference numeral 1 is a solid-state image pickup element of the same semiconductor chip formed by, for example, a CMOS process, and has a configuration described below.
【0015】2a〜2bはそれぞれ、被写体像を撮像する
ための画素領域であり、それぞれの画素領域は、2次元
状に画素を配列している。そして、それぞれの画素領域
に対応した結像系(レンズ)を有し、それぞれの画素領
域では、同じ被写体像を撮像する構成となっている(後
述の図5参照)。さらに、画素領域2a及び画素領域2cの
前面には主に緑色を透過する分光透過特性を有したカラ
―フィルタ(以下Gフィルタ)3a、3cが形成されてお
り、画素領域2bの前面には主に青色を透過する分光透過
特性を有したカラ―フィルタ(以下Bフィルタ)3bが形
成されており、画素領域2dの前面には主に赤色を透過す
る分光透過特性を有したカラ―フィルタ(以下Rフィル
タ)3dが形成されている。Reference numerals 2a to 2b are pixel areas for picking up a subject image, and the respective pixel areas have pixels arranged two-dimensionally. Further, each pixel region has an image forming system (lens) corresponding to each pixel region, and the same subject image is captured in each pixel region (see FIG. 5 described later). Further, color filters (hereinafter referred to as G filters) 3a and 3c having a spectral transmission characteristic for mainly transmitting green are formed on the front surfaces of the pixel areas 2a and 2c, and the front surfaces of the pixel areas 2b are mainly formed. A color filter (hereinafter referred to as a B filter) 3b having a spectral transmission characteristic that transmits blue color is formed on the front surface of the pixel region 2d, and a color filter having a spectral transmission characteristic that mainly transmits red color (hereinafter R filter) 3d is formed.
【0016】そして、それぞれの画素領域から異なる色
信号が出力され、それらを合成することによってカラ―
画像が形成される。Then, different color signals are output from the respective pixel areas, and the color signals are synthesized by combining them.
An image is formed.
【0017】また、カラ―フィルタが形成されている領
域3は、画素領域のみではなく、画素領域の周辺領域
(画素領域と画素領域の間を含む)にも形成されてい
る。さらに、マイクロレンズは、それぞれの画素毎に一
つずつ設けれる構成となっているが、マイクロレンズが
形成されている領域4も、画素領域のみではなく、画素
領域と画素領域の間及び画素領域の周辺領域にも形成さ
れている。The area 3 in which the color filter is formed is formed not only in the pixel area but also in the peripheral area of the pixel area (including between the pixel area and the pixel area). Further, although one microlens is provided for each pixel, the region 4 in which the microlens is formed is not limited to the pixel region, but may be between the pixel region and the pixel region or between the pixel regions. Is also formed in the peripheral region of the.
【0018】次に、上記で説明した複数の画素領域2a〜
2d及びその周辺領域についての詳細についての説明を図
2を用いて行う。Next, the plurality of pixel regions 2a ...
Illustration of details about 2d and its surrounding area
Perform using 2.
【0019】10はフォトダイオ―ド等の光電変換部を含
む画素(詳細を後述)、11は画素からの信号が読み出さ
れる垂直信号線、12は、水平方向の一行の画素を一括し
てリセット、選択等を行うとともに、一行単位で垂直方
向に順次走査する垂直走査回路、13は垂直走査回路から
のリセットパルス、選択パルス等を画素に伝えるための
制御線、14は画素に含まれる信号を増幅して読み出すた
めのMOSトランジスタ(後述)とソ−スフォロワを形成
する負荷電流源、15は一行の画素の信号が蓄積される保
持容量、16は画素からの信号を保持容量に転送するため
の転送MOSトランジスタ、17は保持容量からの信号を水
平信号線18に転送するための転送MOSトランジスタ、19
は転送MOSトランジスタを制御して、保持容量からの信
号を順次水平信号線18に転送するための水平走査回路、
20は水平信号線の信号を増幅して出力するためのアン
プ、21は水平信号線をリセットするために、リセットレ
ベルを供給するためのリセットMOSトランジスタであ
る。Reference numeral 10 is a pixel including a photoelectric conversion unit such as a photodiode (details will be described later), 11 is a vertical signal line from which a signal from the pixel is read out, and 12 is a row of pixels in a horizontal direction which are collectively reset. , A vertical scanning circuit that performs selection and the like and sequentially scans in the vertical direction row by row, 13 is a control line for transmitting a reset pulse, a selection pulse, or the like from the vertical scanning circuit to the pixel, and 14 is a signal included in the pixel A load current source that forms a source follower with a MOS transistor (described later) for amplifying and reading, 15 is a storage capacitor in which signals of pixels in one row are accumulated, and 16 is a transfer capacitor for transferring a signal from the pixel to the storage capacitor. A transfer MOS transistor, 17 is a transfer MOS transistor for transferring a signal from the storage capacitor to the horizontal signal line 18, 19
Is a horizontal scanning circuit for controlling the transfer MOS transistor to sequentially transfer the signal from the storage capacitor to the horizontal signal line 18,
Reference numeral 20 is an amplifier for amplifying and outputting the signal of the horizontal signal line, and 21 is a reset MOS transistor for supplying a reset level for resetting the horizontal signal line.
【0020】本実施の形態では、それぞれの画素領域内
にある画素の画素ピッチに比べて、お互い隣接している
画素領域の一番端の画素間を距離を大きくしている。In the present embodiment, the distance between the pixels at the extreme ends of the pixel areas adjacent to each other is made larger than the pixel pitch of the pixels in each pixel area.
【0021】図3は、図2の画素の詳細を説明するための
図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the details of the pixel of FIG.
【0022】31はフォトダイオ―ド等の光電変換部、32
は光電変換部からの信号をゲ−ト電極に受け、その信号
を増幅してソ−ス電極から出力するソ―スフォロワ入力
MOSトランジスタ、33はMOSトランジスタのゲ−ト電極に
リセットレベルを供給するためのリセットMOSトランジ
スタ、34はMOSトランジスタのゲ−トに光電変換部31の
信号を転送するための転送MOSトランジスタ、35はMOSト
ランジスタ33のゲ−ト電極の信号レベルに応じた信号レ
ベルが出力信号線に読み出されるように、MOSトランジ
スタのドレインに所定の電圧を供給するための選択MOS
トランジスタである。Reference numeral 31 is a photoelectric conversion unit such as a photo diode, and 32.
Is a source follower input that receives the signal from the photoelectric conversion unit at the gate electrode, amplifies the signal and outputs it from the source electrode.
A MOS transistor, 33 is a reset MOS transistor for supplying a reset level to the gate electrode of the MOS transistor, 34 is a transfer MOS transistor for transferring the signal of the photoelectric conversion unit 31 to the gate of the MOS transistor, and 35 is A selection MOS for supplying a predetermined voltage to the drain of the MOS transistor so that the signal level corresponding to the signal level of the gate electrode of the MOS transistor 33 is read out to the output signal line.
It is a transistor.
【0023】次に、図2で説明した固体撮像素子の動作
について説明する。Next, the operation of the solid-state image sensor described with reference to FIG. 2 will be described.
【0024】まず、複数の画素領域の画素10が一行毎に
リセットされる。その後、画素10に含まれる光電変換部
31の信号が一行毎に保持容量15に転送され、保持容量15
に蓄積された信号は、水平走査回路19によって順次水平
信号線18に読み出される。First, the pixels 10 in a plurality of pixel areas are reset row by row. After that, the photoelectric conversion unit included in the pixel 10
31 signals are transferred to the storage capacitor 15 for each row,
The signals stored in the horizontal scanning circuit 19 are sequentially read by the horizontal scanning circuit 19 to the horizontal signal line 18.
【0025】結果的に、アンプ20からは、まず画素領域
2dからの一行の信号(R信号:主に赤色を透過するフィ
ルタを介した光信号によって生成された信号)が読み出
され、次に、画素領域2cからの一行の信号(G信号:主
に緑色を透過するフィルタを介した光信号によって生成
された信号)が読み出される。そして、このような動作
を順次繰り返す。As a result, from the amplifier 20, first the pixel area
A row of signals from 2d (R signal: a signal generated by an optical signal mainly passing through a filter transmitting red) is read out, and then a row of signals from the pixel area 2c (G signal: mainly The signal generated by the optical signal through the filter transmitting the green color) is read. Then, such an operation is sequentially repeated.
【0026】上記のような動作が繰り返された後に、ア
ンプ20からは、まず画素領域2aからの一行の信号(B信
号:主に緑色を透過するフィルタを介した光信号によっ
て生成された信号)が読み出され、次に、画素領域2bか
らの一行の信号(B信号:主に青色を透過するフィルタ
を介した光信号によって生成された信号)が読み出され
る。そして、このような動作を順次繰り返す。After the above-described operation is repeated, the amplifier 20 first outputs a signal of one row from the pixel area 2a (B signal: a signal generated by an optical signal mainly passing through a green filter). Is read out, and then a row of signals (B signal: a signal generated by an optical signal that has passed through a filter mainly transmitting blue) from the pixel region 2b is read out. Then, such an operation is sequentially repeated.
【0027】図4は、図2のAB間の断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along the line AB in FIG.
【0028】41は光電変換部、42配線層、43は絶縁層、
44は遮光層、45は保護膜、46は平坦化層、47はGフィル
タ、48はRフィルタ、49は、マイクロレンズである。41 is a photoelectric conversion part, 42 is a wiring layer, 43 is an insulating layer,
44 is a light-shielding layer, 45 is a protective film, 46 is a flattening layer, 47 is a G filter, 48 is an R filter, and 49 is a microlens.
【0029】図4からわかるように、画素領域2aと画素
領域2bの間の周辺領域にも、マイクロレンズを形成して
いるが、これは以下の理由による。As can be seen from FIG. 4, microlenses are also formed in the peripheral area between the pixel areas 2a and 2b for the following reason.
【0030】図2で示している画素領域と画素領域の間
の距離bは、画素ピッチaと比較して大きくなっている
が、あまり大きくし過ぎると固体撮像素子のチップ面積
が大きくなり過ぎるため、あまり距離bを大きくするこ
とは出来ない。The distance b between the pixel areas shown in FIG. 2 is larger than the pixel pitch a. However, if it is too large, the chip area of the solid-state image pickup element becomes too large. , The distance b cannot be increased so much.
【0031】このため、周辺領域にマイクロレンズを設
けることによって、画素領域2bに本来入射すべき角度
を持った光が、画素領域2aに入射していまうのを防ぐ
ことが出来る。つまり、周辺領域にマイクロレンズを持
たせることによって、角度を持って周辺領域に入射した
光は、周辺領域の下に集光されることになり、画素領域
2aの方まで光が入射してしまうことを防ぐことが可能と
なる。Therefore, by providing the microlenses in the peripheral area, it is possible to prevent light having an angle that should originally be incident on the pixel area 2b from entering the pixel area 2a. That is, by providing a microlens in the peripheral area, light incident on the peripheral area at an angle is condensed below the peripheral area,
It is possible to prevent light from entering the 2a side.
【0032】さらに、周辺領域にもカラ―フィルタ及び
マイクロレンズを形成していることによって、カラ―フ
ィルタ及びカラ―フィルタの境界部の形状の不均一性が
画素領域に影響せず、感度低下あるいは感度ムラを回避
することが可能となる。Further, since the color filter and the microlens are formed also in the peripheral area, the nonuniformity of the shape of the boundary portion of the color filter and the color filter does not affect the pixel area, and the sensitivity is lowered or It is possible to avoid uneven sensitivity.
【0033】図5は、上記で説明した固体撮像素子と、
その固体撮像素子に被写体からの光を結像させるレンズ
の関係を表す図である。FIG. 5 shows the solid-state image pickup device described above,
It is a figure showing the relationship of the lens which forms the light from a to-be-photographed object on the solid-state image sensor.
【0034】51aは画素領域2aに被写体像を結像するた
めのレンズ、51bは画素領域2bに被写体像を結像するた
めのレンズ、51cは画素領域2cは被写体像を結像するた
めのレンズ、51dは画素領域2dに被写体像を結像する
ためのレンズである。Reference numeral 51a is a lens for forming a subject image on the pixel area 2a, 51b is a lens for forming a subject image on the pixel area 2b, and 51c is a lens for forming a subject image on the pixel area 2c. , 51d are lenses for forming a subject image on the pixel area 2d.
【0035】このように、本実施の形態では、被写体像
を複数の被写体像に分割にし、それぞれの画素領域で撮
像するようにしているため、従来例のような構成の固体
撮像素子の画素領域と比較して、本実施の形態のそれぞ
れの画素領域は小さくなり、レンズの焦点距離を短くす
ることが可能となり、デジタルカメラ等の撮像装置を構
成する場合に、薄型化が可能となる。As described above, in the present embodiment, the subject image is divided into a plurality of subject images, and the respective pixel regions are imaged. Therefore, the pixel region of the solid-state image pickup device having the structure as in the conventional example is used. Compared with the above, each pixel area of the present embodiment becomes smaller, the focal length of the lens can be shortened, and when an imaging device such as a digital camera is configured, it can be thinned.
【0036】上記で説明した実施の形態では、画素の構
造として一例を示したものであり、他の構成のもの、例
えば、MOSトランジスタ以外の構成のものであってもよ
い。The above-described embodiment shows an example of the pixel structure, and may have another structure, for example, a structure other than the MOS transistor.
【0037】また、上記で説明したようなCMOSセンサで
なくても、CCDであってもよい。Further, a CCD may be used instead of the CMOS sensor described above.
【0038】また、マイクロレンズとカラ−フィルタが
形成が形成されている領域は、一致しているものを示し
たが、必ずしも一致していなくてもよい。Further, although the areas where the microlenses and the color filters are formed are shown as being in agreement, they may not necessarily be in agreement.
【0039】また、カラ―フィルタは上記で説明したよ
うなオンチップフィルタのものに限られず、半導体チッ
プ外部にカラ―フィルタを設けるものであってもよい。
そして、カラ―フィルタの配列も、上記で示したもの以
外のもの、例えば補色のカラ―フィルタであってもよ
い。The color filter is not limited to the on-chip filter described above, but a color filter may be provided outside the semiconductor chip.
The array of color filters may be other than those shown above, for example, complementary color filters.
【0040】また、上記で説明した画素領域はオプティ
カルブラックのない構成のものを示したが、オプティカ
ルブラックを有する構成のものであってもよい。Further, although the pixel area described above has a structure without optical black, it may have a structure having optical black.
【0041】さらに、本実施の形態では、画素領域が4
つのものを示したが、例えばGフィルタ用の画素領域、B
フィルタ用の画素領域、及びRフィルタ用の画素領域の3
つの構成であってもよい。Further, in this embodiment, the pixel area is 4
Two are shown, for example, the pixel area for G filter, B
Pixel area for filter and pixel area for R filter 3
It may have one configuration.
【0042】図6に基づいて、上記で説明した固体撮像
素子1をスチルカメラ等の撮像装置に適用した場合につ
いて説明する。A case where the solid-state image pickup device 1 described above is applied to an image pickup apparatus such as a still camera will be described with reference to FIG.
【0043】図6は、固体撮像素子1をスチルカメラに適
用した場合を示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram showing a case where the solid-state image pickup device 1 is applied to a still camera.
【0044】図6において、61はレンズのプロテクトと
メインスイッチを兼ねるバリア、51(図5のレンズ51a〜
51dに相当)は被写体の光学像を固体撮像素子1に結像さ
せるレンズ、1はレンズ51で結像された被写体を画像信
号として取り込むための固体撮像素子、71はレンズ51を
通った光量を可変するための絞り、62は固体撮像素子1
より出力された画像信号に各種の補正、クランプ等を行
う撮像信号処理回路、63は固体撮像素子1より出力され
る画像信号のアナログーディジタル変換を行うA/D変
換器、64はA/D変換器6より出力される各画素領域か
らの信号を合成して画像デ―タを形成する信号処理部、
65は固体撮像素子1、撮像信号処理回路62、A/D変換
器63、信号処理部64に、各種タイミング信号を出力する
タイミング発生部、66は各種演算とスチルビデオカメラ
全体を制御する全体制御・演算部、67は画像データを一
時的に記憶する為のメモリ部、68は記録媒体に記録また
は読み出しを行うためのインターフェース部、69は画像
データの記録または読み出しを行う為の半導体メモリ等
の着脱可能な記録媒体、70は外部コンピュータ等と通信
する為のインターフェース部である。In FIG. 6, reference numeral 61 denotes a barrier which also serves as a lens protector and a main switch, and 51 (lenses 51a to 51a in FIG. 5).
(Equivalent to 51d) is a lens that forms an optical image of the subject on the solid-state image sensor 1, 1 is a solid-state image sensor that captures the subject imaged by the lens 51 as an image signal, and 71 is the amount of light that has passed through the lens 51. A diaphragm for changing, 62 is a solid-state image sensor 1
An image pickup signal processing circuit that performs various corrections and clamps on the image signal output from the solid-state image pickup device, 63 is an A / D converter that performs analog-digital conversion of the image signal output from the solid-state image pickup device 1, and 64 is an A / D converter. A signal processing unit for synthesizing signals output from the converter 6 from the respective pixel regions to form image data,
65 is a timing generator that outputs various timing signals to the solid-state imaging device 1, the imaging signal processing circuit 62, the A / D converter 63, and the signal processing unit 64, and 66 is overall control that controls various operations and the entire still video camera. A computing unit, 67 is a memory unit for temporarily storing image data, 68 is an interface unit for recording or reading on a recording medium, and 69 is a semiconductor memory or the like for recording or reading image data. A removable recording medium, 70 is an interface unit for communicating with an external computer or the like.
【0045】次に、前述の構成における撮影時のスチル
ビデオカメラの動作について説明する。Next, the operation of the still video camera having the above-described structure at the time of shooting will be described.
【0046】バリア61がオープンされるとメイン電源が
オンされ、次にコントロール系の電源がオンし、更にA
/D変換器63などの撮像系回路の電源がオンされる。When the barrier 61 is opened, the main power source is turned on, then the control system power source is turned on.
The power supply of the imaging system circuit such as the / D converter 63 is turned on.
【0047】それから、露光量を制御する為に、全体制
御・演算部66は絞り71を開放にし、固体撮像素子1から
出力された信号はA/D変換器63で変換された後、信号
処理部64に入力される。そのデータを基に露出の演算を
全体制御・演算部66で行う。Then, in order to control the exposure amount, the overall control / arithmetic unit 66 opens the diaphragm 71, the signal output from the solid-state image pickup device 1 is converted by the A / D converter 63, and then signal processed. Input to the part 64. The exposure calculation is performed by the overall control / calculation unit 66 based on the data.
【0048】この測光を行った結果により明るさを判断
し、その結果に応じて全体制御・演算部66は絞りを制御
する。The brightness is determined based on the result of the photometry, and the overall control / calculation unit 66 controls the diaphragm according to the result.
【0049】次に、固体撮像素子1から出力された信号
をもとに、高周波成分を取り出し被写体までの距離の演
算を全体制御・演算部66で行う。その後、レンズを駆動
して合焦か否かを判断し、合焦していないと判断した時
は、再びレンズを駆動し測距を行う。Next, based on the signal output from the solid-state image pickup device 1, high frequency components are extracted and the distance to the object is calculated by the overall control / calculation unit 66. After that, the lens is driven to determine whether or not it is in focus. When it is determined that the lens is not in focus, the lens is driven again to measure the distance.
【0050】そして、合焦が確認された後に本露光が始
まる。Then, after the focus is confirmed, the main exposure starts.
【0051】露光が終了すると、固体撮像素子1から出
力された画像信号はA/D変換器6でA/D変換され、
信号処理部64を通り全体制御・演算部66によりメモリ部
に書き込まれる。When the exposure is completed, the image signal output from the solid-state image sensor 1 is A / D converted by the A / D converter 6,
It is passed through the signal processing unit 64 and written in the memory unit by the overall control / arithmetic unit 66.
【0052】その後、メモリ部67に蓄積されたデータ
は、全体制御・演算部66の制御により記録媒体制御I/
F部を通り半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体69に記
録される。After that, the data accumulated in the memory unit 67 is controlled by the recording medium control I / O under the control of the overall control / arithmetic unit 66.
It is recorded on a removable recording medium 69 such as a semiconductor memory through the F portion.
【0053】また、外部I/F部70を通り直接コンピュ
ータ等に入力して画像の加工を行ってもよい。Further, the image may be processed by directly inputting it to a computer or the like through the external I / F section 70.
【0054】本実施の形態では、上記に説明するよう
に、固体撮像素子1と撮像信号処理回路62、A/D変換器6
3、信号処理部64等を別々の半導体チップで形成するも
のを示しているが、これらを例えばCMOSプロセス等で同
一の半導体チップに形成し、撮像信号処理回路62、A/D
変換器63、信号処理部64等を固体撮像素子1の周辺領域
に形成してもよい。In the present embodiment, as described above, the solid-state image pickup device 1, the image pickup signal processing circuit 62, and the A / D converter 6 are used.
3 shows that the signal processing unit 64 and the like are formed by separate semiconductor chips, but these are formed on the same semiconductor chip by, for example, a CMOS process, and the imaging signal processing circuit 62, A / D
The converter 63, the signal processing unit 64, and the like may be formed in the peripheral region of the solid-state imaging device 1.
【0055】[0055]
【発明の効果】本発明の固体撮像素子を用いることによ
って、薄型の撮像装置を提供することが出来る。By using the solid-state image pickup device of the present invention, a thin image pickup device can be provided.
【図1】本発明の一実施の形態の固体撮像素子の概略を
表す図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing a solid-state image sensor according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の一実施の形態の固体撮像素子の詳細を
示す図である。FIG. 2 is a diagram showing details of a solid-state image sensor according to an embodiment of the present invention.
【図3】本発明の一実施の形態の固体撮像素子に含まれ
る画素の詳細を表す図である。FIG. 3 is a diagram showing details of pixels included in the solid-state image sensor according to the embodiment of the present invention.
【図4】本発明の一実施の形態の固体撮像素子の断面図
である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a solid-state image sensor according to an embodiment of the present invention.
【図5】本発明の一実施の形態の固体撮像素子とレンズ
を表す図である。FIG. 5 is a diagram showing a solid-state image sensor and a lens according to an embodiment of the present invention.
【図6】本発明の一実施の形態の固体撮像素子を用いた
撮像装置である。FIG. 6 is an imaging device using the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention.
【図7】従来の固体撮像素子の詳細を表す図である。FIG. 7 is a diagram showing details of a conventional solid-state imaging device.
【図8】従来のカラ―フィルタの配列を表す図である。FIG. 8 is a diagram showing an array of conventional color filters.
【図9】従来の固体撮像素子の断面図を表す図である。FIG. 9 is a diagram showing a cross-sectional view of a conventional solid-state imaging device.
【図10】従来の固体撮像素子の断面図を表す図であ
る。FIG. 10 is a diagram showing a cross-sectional view of a conventional solid-state image sensor.
1 固体撮像素子 2 画素領域 3 カラ―フィルタが形成される領域 4 マイクロレンズが形成される領域 1 Solid-state image sensor 2 pixel area 3 Area where the color filter is formed 4 Area where micro lens is formed
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04N 9/07 H04N 5/335 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H04N 9/07 H04N 5/335
Claims (11)
した複数の画素領域を、それぞれ所定のスペ―スを設け
て隣接して同一半導体チップ上に配置し、前記複数の画
素領域上にマイクロレンズを形成するとともに、画素が
形成されていない前記所定のスペ―ス上にマイクロレン
ズを形成していることを特徴とする固体撮像素子。1. A plurality of pixel regions in which pixels each including a photoelectric conversion unit are two-dimensionally arranged are provided adjacent to each other on a same semiconductor chip with a predetermined space, and the plurality of pixel regions are arranged on the plurality of pixel regions. to form a microlens, pixels
A solid-state imaging device , wherein a microlens is formed on the predetermined space that is not formed.
画素領域に含まれる画素の選択を行うための走査回路
を、前記画素領域の他の前記画素領域と隣接しない側に
設けたことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素
子。2. A scanning circuit for selecting pixels included in the pixel region is provided on the same semiconductor chip on a side of the pixel region that is not adjacent to the other pixel regions. The solid-state imaging device according to claim 1.
Child .
1、第2及び第3の画素領域を有し、前記第1の画素領
域は、被写体からの第1の色成分を受光し、前記第2の
画素領域は、被写体からの第2の色成分を受光し、前記
第3の画素領域は、被写体からの第3の色成分を受光す
ることを特徴とする請求項1又は請求項2のいずれか1
項に記載の固体撮像素子。3. The plurality of pixel areas have at least first, second and third pixel areas, and the first pixel area receives a first color component from a subject, and the first pixel area receives the first color component. 3. The second pixel area receives the second color component from the subject, and the third pixel area receives the third color component from the subject. Either one
Item 7. The solid-state image sensor according to item.
の色成分は緑色成分、前記第3の色成分は青色成分であ
ることを特徴とする請求項3に記載の固体撮像素子。4. The first color component is a red color component, and the second color component is the second color component.
The solid-state imaging device according to claim 3, the color components green color component, and the third color component is characterized by a blue component.
数のレンズと、 前記複数のレンズによって結像される光をそれぞれ受け
る光電変換部を含む画素を2次元状に配列した複数の画
素領域と、 前記複数の画素領域の前面にそれぞれ形成された複数の
カラ―フィルタとを有し、 前記複数の画素領域は、それぞれ所定のスペ―スを設け
て隣接して同一半導体チップ上に配置し、前記複数の画
素領域上にマイクロレンズを形成するとともに、画素が
形成されていない前記所定のスペ―ス上にマイクロレン
ズを形成していることを特徴とする撮像装置。5. A plurality of lenses, each of which forms a plurality of subject images, and a plurality of pixel regions, in which pixels each including a photoelectric conversion unit that receives the light formed by the plurality of lenses, are two-dimensionally arranged. A plurality of color filters are respectively formed on the front surfaces of the plurality of pixel regions, and the plurality of pixel regions are provided adjacent to each other with a predetermined space, respectively, on the same semiconductor chip, to form a microlens on the plurality of pixel regions, pixel
The predetermined space is not formed - imaging apparatus characterized by forming a micro lens on the scan.
画素領域に含まれる画素の選択を行うための走査回路
を、前記画素領域の他の前記画素領域と隣接しない側に
設けたことを特徴とする請求項5に記載の撮像装置。6. A scanning circuit for selecting a pixel included in the pixel region is provided on the same semiconductor chip on a side of the pixel region which is not adjacent to the other pixel region. The image pickup apparatus according to claim 5.
1、第2及び第3の画素領域を有するとともに、前記複
数のカラ―フィルタは、少なくとも第1、第2、第3の
カラ―フィルタを有し、前記第1のカラ―フィルタは、
被写体からの第1の色成分を透過し、前記第2のカラ―
フィルタは、被写体からの第2の色成分を透過し、前記
第3のカラ―フィルタは、被写体からの第3の色成分を
透過することを特徴とする請求項5又は請求項6のいず
れか1項に記載の撮像装置。7. The plurality of pixel regions have at least first, second and third pixel regions, and the plurality of color filters include at least first, second and third color filters. And having the first color filter,
The first color component from the subject is transmitted, and the second color component is transmitted.
Filter, passes through the second color component from the object, the third color - filter, claim 5 or claim 6, characterized in that passing through the third color component from the object The imaging device according to item 1.
の色成分は緑色成分、前記第3の色成分は青色成分であ
ることを特徴とする請求項7に記載の撮像装置。8. The first color component is a red component and the second color component is the second component.
Color component green color component of the third color component image pickup apparatus according to claim 7, characterized in that the blue component.
した複数の画素領域を、それぞれ所定のスペ―スを設けPredetermined space for each of the multiple pixel areas
て隣接して同一半導体チップ上に配置し、前記複数の画And adjacent to each other on the same semiconductor chip,
素領域上にマイクロレンズを形成するとともに、前記所In addition to forming a microlens on the elementary region,
定のスペ―ス上にマイクロレンズを形成しており、前記A micro lens is formed on a fixed space.
複数の画素領域は、少なくとも第1、第2及び第3の画The plurality of pixel regions includes at least the first, second and third pixels.
素領域を有し、前記第1の画素領域は、被写体からの第A first pixel region, and the first pixel region is a first pixel region from a subject.
1の色成分を受光し、前記第2の画素領域は、被写体か1 color component is received, and the second pixel area is an object.
らの第2の色成分を受光し、前記第3の画素領域は、被Of the second color component, and the third pixel region is
写体からの第3の色成分を受光することを特徴とする固It is characterized by receiving the third color component from the object.
体撮像素子。Body image sensor.
複数のレンズと、Multiple lenses, 前記複数のレンズによって結像される光をそれぞれ受けReceiving the light imaged by the lenses
る光電変換部を含む画素を2次元状に配列した複数の画A plurality of images in which pixels including a photoelectric conversion unit are arranged two-dimensionally.
素領域と、Elementary regions, 前記複数の画素領域の前面にそれぞれ形成された複数のThe plurality of pixel regions formed on the front surfaces of the plurality of pixel regions, respectively.
カラ―フィルタとを有し、Has a color filter, 前記複数の画素領域は、それぞれ所定のスペ―スを設けEach of the plurality of pixel regions is provided with a predetermined space.
て隣接して同一半導体チップ上に配置し、前記複数の画And adjacent to each other on the same semiconductor chip,
素領域上にマイクロレンズを形成するとともに、前記所In addition to forming a microlens on the elementary region,
定のスペ―ス上にマイクロレンズを形成し、前記複数のA micro lens is formed on a fixed space, and
画素領域は、少なくとも第1、第2及び第3の画素領域The pixel region is at least the first, second and third pixel regions.
を有し、前記第1の画素領域は、被写体からの第1の色And the first pixel region is a first color from the subject.
成分を受光し、前記第2の画素領域は、被写体からの第Receiving a component, the second pixel area is
2の色成分を受光し、前記第3の画素領域は、被写体かThe second color component is received, and the third pixel area is an object.
らの第3の色成分を受光することを特徴とする撮像装Image pickup device characterized by receiving the third color component
置。Place
列した複数の画素領域を、それぞれ所定のスペ―スを設Set a predetermined space for each of the pixel areas
けて隣接して同一半導体チップ上に配置し、前記複数のAnd adjacent to each other on the same semiconductor chip,
画素領域上にマイクロレンズを形成するとともに、前記In addition to forming a microlens on the pixel area,
所定のスペ―ス上にマイクロレンズを形成しており、前A microlens is formed on a predetermined space.
記複数の画素領域からそれぞれ出力される信号を合成しThe signals output from multiple pixel areas are combined.
て画像を形成する信号処理部と、前記複数の画素領域及And a signal processing unit for forming an image, and
び前記信号処理部を駆動させるためのタイミング発生部And a timing generator for driving the signal processor
と、前記信号処理部及び前記タイミング発生部を制御すAnd controls the signal processing unit and the timing generation unit.
る制御・演算部とを有することを特徴とする撮像装置。An image pickup apparatus comprising:
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