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JP2008113171A - 撮像装置 - Google Patents

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JP2008113171A JP2006294315A JP2006294315A JP2008113171A JP 2008113171 A JP2008113171 A JP 2008113171A JP 2006294315 A JP2006294315 A JP 2006294315A JP 2006294315 A JP2006294315 A JP 2006294315A JP 2008113171 A JP2008113171 A JP 2008113171A
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Abstract

【課題】光導波路を含む固体撮像素子を搭載した撮像装置であって、色再現性の絞り値依存性を考慮した色補正を行うことが可能な撮像装置を提供。
【解決手段】シリコン基板1内に形成されたN層2及びP+層3からなる光電変換部と、低屈折率層6及び高屈折率層5からなる光導波路とを含む画素部を多数含む固体撮像素子25と、固体撮像素子25に入射する光の量を調整するための絞り機構22とを有する撮像装置であって、光電変換部は、B光、G光、R光をそれぞれ検出する3種類の光電変換部に分類され、各画素部から得られる色成分の信号から、各画素部に対応させて、前記色成分以外の色成分の信号を補間する同時化処理を行う同時化処理部37aと、各画素部に対応する3つの色成分の信号の各々のカラーバランスを補正する色補正部37bとを備え、色補正部37bは、絞り機構22の絞り値に応じて、該カラーバランスを補正するための補正パラメータを変更する。
【選択図】図1

Description

本発明は、半導体基板内に形成された光電変換部と、前記光電変換部に入射してくる光を閉じ込め伝搬させて前記光電変換部に導く光導波路とを含む画素部を複数含む固体撮像素子と、前記固体撮像素子に入射する光の量を調整するための絞り機構とを有する撮像装置に関する。
従来、半導体基板内に形成された光電変換部と、前記光電変換部に入射してくる光を閉じ込め伝搬させて前記光電変換部に導く光導波路とを含む画素部を多数含む固体撮像素子が提案されている(例えば特許文献1参照)。
図8は、光導波路を有する固体撮像素子の1つの画素部の断面模式図である。
シリコン基板11内には、N型不純物からなるN層12及びN層12上に形成された高濃度のP型不純物からなるP+層13で構成される光電変換部が形成されている。シリコン基板11上には、光電変換部表面の一部に開口が形成された遮光部材14が形成され、この遮光部材14によって光電変換部の開口以外が遮光される。固体撮像素子がCCD型の場合には、遮光部材14下方にはCCD駆動電極と電荷転送チャネル等が形成され、固体撮像素子がCMOS型の場合には、遮光部材14下方にはMOS回路が形成される。
遮光部材14と光電変換部の開口の上には、低屈折率の材料で構成される低屈折率層15と、低屈折率層15によって周囲を囲まれた低屈折率層15よりも高屈折率の材料で構成される高屈折率層16とが形成され、低屈折率層15と高屈折率層16が光導波路を形成している。光導波路上には平坦化層17が形成され、その上にはカラーフィルタ18が形成され、その上にはマイクロレンズ19が形成されている。
図8に示した光導波路は、高屈折率層16中の光が低屈折率層15との界面に入射するとき全反射を起こすので、いわば高屈折率層16中に光が閉じ込められたようになり、この現象によって光を高屈折率層16中に閉じ込め伝搬させて光電変換部に導くものである。このような構造の光導波路では、高屈折率層16の外周縁部から低屈折率層15の内側にしみ出る光(エバネッセント光)が発生することが知られている(例えば特許文献2参照)。図8中の破線と高屈折率層16の外周縁部との間の領域が、エバネッセント光が発生する領域である。
特開平6−224398号公報 特開平7−198732号公報
高屈折率層16の外周縁部の接線をX軸とし、X軸に垂直な軸をZ軸とし、X軸と高屈折率層16とが接する点に入射してくる光の入射角をX軸に垂直な方向を基準にしてθとし、高屈折率層16の屈折率n1と低屈折率層15の屈折率n2との比をn=n2/n1とすると、エバネッセント光の電場は以下のように表される。
Figure 2008113171


すなわち、波長が×(1/sinθ)だけ変調されたうえ、Z成分の波動が起こらず、光はX軸方向にしか進行しない。又、この光波動は、Z方向に指数関数的にその振幅が減少する。この減少率は、波長に反比例しており、長波長の光ほど、Z軸方向への光のしみ出しが多い。高屈折率層16からZ軸方向へ低屈折率層15内にしみ出たエバネッセント光は、高屈折率層15の外側に何も障害物がなければ、再び高屈折率層16内に戻るため、感度が低下することはない。しかし、図8に示すように、高屈折率層15の外側には、通常、遮光部材14等の障害物が形成されるため、エバネッセント光は、この遮光部材14によって吸収されてしまう。短波長の光であれば、光のしみ出しが小さいため、エバネッセント光が障害物に当たる可能性は低いが、長波長の光の場合、光のしみ出しが大きいため、エバネッセント光が障害物に当たる可能性は高くなる。この結果、全ての画素部を同一構造にした場合、長波長感度が相対的に低下した撮像特性となってしまう。このため、信号処理によって各色信号のカラーバランスを補正する必要がある。
撮像装置には、通常、固体撮像素子に入射する光の量を調整するための絞り機構が設けられるが、この絞り機構の絞り値(F値)に応じて、光導波路内での光の全反射を利用した光成分量が変化する。このため、信号処理によってカラーバランスを補正する場合には、この変化を考慮した信号処理が必要となる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、光導波路を含む固体撮像素子を搭載した撮像装置であって、色再現性の絞り値依存性を考慮したカラーバランス補正を行うことが可能な撮像装置を提供することを目的とする。
(1)半導体基板内に形成された光電変換部と、前記光電変換部に入射してくる光を閉じ込め伝搬させて前記光電変換部に導く光導波路とを含む画素部を多数含む固体撮像素子と、前記固体撮像素子に入射する光の量を調整するための絞り機構とを有する撮像装置であって、前記光電変換部は、それぞれ異なる波長域の光を検出する少なくとも3種類の光電変換部に分類され、各画素部から得られる色成分の信号から、前記各画素部に対応させて、前記色成分以外の色成分の信号を補間する同時化処理を行う同時化処理手段と、前記同時化処理によって得られた前記各画素部に対応する少なくとも3つの色成分の信号の各々のカラーバランスを補正する色補正手段とを備え、前記色補正手段は、前記絞り機構の絞り値に応じて、前記少なくとも3つの色成分の信号の各々のカラーバランスを補正するための補正パラメータを変更する撮像装置。
(2)(1)記載の撮像装置であって、前記色補正手段は、前記補正パラメータとしてマトリクス係数を用いたマトリクス演算により、前記カラーバランスの補正を行う撮像装置。
(3)(1)又は(2)記載の撮像装置であって、前記画素部の構成が、前記画素部に含まれる前記光電変換部の検出波長に応じて異なる撮像装置。
(4)(3)記載の撮像装置であって、前記光導波路は、低屈折率の材料で構成される低屈折率層と、前記低屈折率層によって周囲を囲まれた前記低屈折率層よりも高屈折率の材料で構成される高屈折率層とで構成され、前記画素部に含まれる前記光導波路の前記高屈折率層よりも外側に形成されている前記低屈折率層を除く部材と前記高屈折率層との距離が、前記画素部に含まれる前記光電変換部の検出波長が長いほど大きくなっている撮像装置。
(5)(4)記載の撮像装置であって、前記部材が、前記光電変換部の開口面積を決定する遮光部材である撮像装置。
(6)(3)〜(5)のいずれか1つ記載の撮像装置であって、前記光電変換部は、前記光電変換部で発生した電荷を蓄積する電荷蓄積層を含み、前記光電変換部の前記電荷蓄積層の前記半導体基板の深さ方向の厚みが、前記光電変換部の検出波長が長いほど大きくなっている撮像装置。
(7)(6)記載の撮像装置であって、前記光電変換部は、更に、前記電荷蓄積層に前記半導体基板表面で発生した暗電荷が移動するのを防止するための暗電荷移動防止層を含み、前記光電変換部の前記電荷蓄積層と前記暗電荷移動防止層とを併せた前記深さ方向の厚みが、前記光電変換部の検出波長が長いほど大きくなっており、前記暗電荷移動防止層の厚みが全ての前記光電変換部で同一である撮像装置。
(8)(6)記載の撮像装置であって、前記光電変換部は、更に、前記電荷蓄積層に前記半導体基板表面で発生した暗電荷が移動するのを防止するための暗電荷移動防止層を含み、前記光電変換部の前記電荷蓄積層と前記暗電荷移動防止層とを併せた前記深さ方向の厚みが同一であり、前記暗電荷移動防止層の厚みが、前記光電変換部の検出波長が長いほど小さくなっている撮像装置。
(9)(3)記載の撮像装置であって、前記光電変換部に入射する光の光量が、前記光電変換部の検出波長が長いほど多くなるように、前記画素部の前記光電変換部より上方の光学系が設計されている撮像装置。
(10)(9)記載の撮像装置であって、前記画素部は、前記光電変換部の上方に、前記光電変換部が検出する波長域の光を透過するカラーフィルタを備え、前記カラーフィルタの厚みが、前記カラーフィルタの透過波長が長くなるほど小さくなっている撮像装置。
(11)(9)記載の撮像装置であって、前記画素部は、前記光電変換部の前記光導波路の上方に、前記光導波路に光を集光するためのマイクロレンズを備え、前記マイクロレンズの集光率が、前記光電変換部の検出波長が長くなるほど大きくなっている撮像装置。
(12)(9)記載の撮像装置であって、前記画素部は、前記光電変換部の前記光導波路の上方に、前記光導波路に光を集光するためのマイクロレンズと、前記マイクロレンズで集光された光を前記光導波路に更に集光するための層内レンズとを備え、前記層内レンズの集光率が、前記光電変換部の検出波長が長くなるほど大きくなっている撮像装置。
本発明によれば、光導波路を含む固体撮像素子を搭載した撮像装置であって、色再現性の絞り値依存性を考慮したカラーバランス補正を行うことが可能な撮像装置を提供することができる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
(第一実施形態)
図1は、本発明の第一実施形態を説明するための撮像装置の一例であるデジタルカメラの機能ブロック図である。
図示するデジタルカメラの撮像系は、撮影レンズ21と、CCD型やCMOS型のイメージセンサ等の固体撮像素子25と、固体撮像素子25に入射する光の量を調整するための絞り機構22と、絞り機構22と固体撮像素子25との間に設けられた赤外線カットフィルタ23及び光学ローパスフィルタ24とを備える。
デジタルカメラの電気制御系全体を統括制御するシステム制御部31は、フラッシュ発光部32及び受光部33を制御し、レンズ駆動部28を制御して撮影レンズ21の位置をフォーカス位置に調整したりズーム調整を行ったりし、絞り駆動部29を介し絞り機構22の絞り値(F値)を制御して露光量調整を行う。
又、システム制御部31は、撮像素子駆動部30を介して固体撮像素子25を駆動し、撮影レンズ21を通して撮像した被写体画像を色信号として出力させる。システム制御部31には、操作部34を通してユーザからの指示信号が入力される。
デジタルカメラの電気制御系は、更に、固体撮像素子25の出力に接続された相関二重サンプリング処理等のアナログ信号処理を行うアナログ信号処理部26と、このアナログ信号処理部26から出力されたRGBの色信号をデジタル信号に変換するA/D変換回路27とを備え、これらはシステム制御部31によって制御される。
更に、このデジタルカメラの電気制御系は、メインメモリ36と、メインメモリ36に接続されたメモリ制御部35と、同時化処理、ガンマ補正演算、カラーバランス補正処理、ホワイトバランス調整処理、RGB/YC変換処理等を行って画像データを生成するデジタル信号処理部37と、デジタル信号処理部37で行われるカラーバランス補正処理に用いられるカラーバランス補正用のマトリクス係数が記憶されたMTX係数メモリ46と、デジタル信号処理部37で生成された画像データをJPEG形式に圧縮したり圧縮画像データを伸張したりする圧縮伸張処理部38と、測光データを積算しデジタル信号処理部37が行うホワイトバランス調整のゲインを求める積算部39と、着脱自在の記録媒体41が接続される外部メモリ制御部40と、カメラ背面等に搭載された液晶表示部43が接続される表示制御部42とを備え、これらは、制御バス44及びデータバス45によって相互に接続され、システム制御部31からの指令によって制御される。
図2は、図1に示した固体撮像素子25の部分概略断面図である。固体撮像素子25は、同一平面上に配列された多数の画素部を含むものである。多数の画素部は、青色(B)の波長域の光(以下、B光という)を検出するためのB画素部と、緑色(G)の波長域の光(以下、G光という)を検出するためのG画素部と、赤色(R)の波長域の光(以下、R光という)を検出するためのR画素部とに分類される。図2には、隣接するB画素部、G画素部、R画素部の断面を示した。
B画素部は、B光を透過するカラーフィルタ8bをシリコン基板1上方に有し、平面視においてカラーフィルタ8bと重なる部分を、本明細書ではB画素部と定義している。B画素部のシリコン基板1表面部には、N型不純物からなるN層2及びN層2上に形成された高濃度のP型不純物からなるP+層3で構成されるB光電変換部が形成されている。N層2は、B光電変換部で発生した電荷を蓄積するための電荷蓄積層としても機能し、P+層3は、シリコン基板1表面で発生する暗電荷がN層2に移動するのを防止するための暗電荷移動防止層としても機能する。
B画素部のP+層3上には、高屈折率の材料で構成される高屈折率層6が形成され、この高屈折率層6の周囲には高屈折率層6よりも低屈折率の材料で構成される低屈折率層5が形成されている。低屈折率層5と高屈折率層6とにより、B光を閉じ込め伝播させてB光電変換部に導くB光導波路が構成される。B光導波路上には平坦化層7が形成され、この上にカラーフィルタ8bが形成されている。カラーフィルタ8b上には、B光導波路に光を集光するためのマイクロレンズ9が形成されている。
G画素部は、G光を透過するカラーフィルタ8gをシリコン基板1上方に有し、平面視においてカラーフィルタ8gと重なる部分を、本明細書ではG画素部と定義している。G画素部のシリコン基板1表面部には、N層2及びN層2上に形成されたP+層3で構成されるG光電変換部が形成されている。N層2は、G光電変換部で発生した電荷を蓄積するための電荷蓄積層としても機能し、P+層3は、シリコン基板1表面で発生する暗電荷がN層2に移動するのを防止するための暗電荷移動防止層としても機能する。
G画素部のP+層3上には高屈折率層6が形成され、この高屈折率層6の周囲には低屈折率層5が形成されている。低屈折率層5と高屈折率層6とにより、G光を閉じ込め伝播させてG光電変換部に導くG光導波路が構成される。G光導波路上には平坦化層7が形成され、この上にカラーフィルタ8gが形成されている。カラーフィルタ8g上には、G光導波路に光を集光するためのマイクロレンズ9が形成されている。
R画素部は、R光を透過するカラーフィルタ8rをシリコン基板1上方に有し、平面視においてカラーフィルタ8rと重なる部分を、本明細書ではR画素部と定義している。R画素部のシリコン基板1表面部には、N層2及びN層2上に形成されたP+層3で構成されるR光電変換部が形成されている。N層2は、R光電変換部で発生した電荷を蓄積するための電荷蓄積層としても機能し、P+層3は、シリコン基板1表面で発生する暗電荷がN層2に移動するのを防止するための暗電荷移動防止層としても機能する。
R画素部のP+層3上には高屈折率層6が形成され、この高屈折率層6の周囲には低屈折率層5が形成されている。低屈折率層5と高屈折率層6とにより、R光を閉じ込め伝播させてR光電変換部に導くR光導波路が構成される。R光導波路上には平坦化層7が形成され、この上にカラーフィルタ8rが形成されている。カラーフィルタ8r上には、R光導波路に光を集光するためのマイクロレンズ9が形成されている。
低屈折率層5内には、各光電変換部以外に光が入射するのを防ぐための遮光部材4が埋設されている。遮光部材4は、P+層3上にのみ開口が形成されたものであり、これにより、各光電変換部の開口面積が決定されている。尚、各画素部の高屈折率層6は、遮光部材4の開口よりも内側に形成されている。固体撮像素子25がCCD型の場合には、遮光部材4下方にCCD駆動電極等が形成され、固体撮像素子25がCMOS型の場合には、遮光部材4下方にMOS回路等が形成される。
遮光部材4の開口の大きさは各画素部で同一であり、N層2及びP+層3それぞれの厚みも各画素部で同一となっている。又、高屈折率層6のシリコン基板1表面に平行な方向の厚みも、各画素部で同一となっている。
このように構成された固体撮像素子25では、マイクロレンズ9で集光されてカラーフィルタ8bを透過したB光が、B光導波路内で全反射を繰り返しながらB光電変換部に入射し、B光電変換部で発生したB成分の電荷がN層2に蓄積される。そして、N層2に蓄積されたB成分の電荷に応じたB成分の信号(以下、b信号という)が、図示しないCCD及び出力アンプやCMOS回路によって外部に出力される。
同様に、マイクロレンズ9で集光されてカラーフィルタ8gを透過したG光が、G光導波路内で全反射を繰り返しながらG光電変換部に入射し、G光電変換部で発生したG成分の電荷がN層2に蓄積される。そして、N層2に蓄積されたG成分の電荷に応じたG成分の信号(以下、g信号という)が、図示しないCCD及び出力アンプやCMOS回路によって外部に出力される。
同様に、マイクロレンズ9で集光されてカラーフィルタ8rを透過したR光が、R光導波路内で全反射を繰り返しながらR光電変換部に入射し、R光電変換部で発生したR成分の電荷がN層2に蓄積される。そして、N層2に蓄積されたR成分の電荷に応じたR成分の信号(以下、r信号という)が、図示しないCCD及び出力アンプやCMOS回路によって外部に出力される。
このようにして、固体撮像素子25からは、各画素部に対応した数の信号が出力される。
上述したように、固体撮像素子25は、長波長の光を検出する光電変換部ほど、検出感度が低下してしまうため、各画素部から得られ、同時化処理された3つの色成分の信号のカラーバランスを補正する処理が必要となる。本実施形態では、デジタル信号処理部37が、このカラーバランス補正を行う。
カラーバランス補正処理を行うために、デジタル信号処理部37は、同時化処理部37aと、色補正部37bとを備えている。
同時化処理部37aは、固体撮像素子25から得られた各画素部に対応する色成分の信号から、各画素部に対応させて、その色成分以外の色成分の信号を補間する同時化処理を行って、各画素部に対応させてr信号,g信号,b信号を生成する。
色補正部37bは、同時化処理によって得られた各画素部に対応するr信号,g信号,b信号の各々のカラーバランスを補正する処理を行う。具体的には、r信号,g信号,b信号を列ベクトルとし、カラーバランスを補正するための補正パラメータであるマトリクス係数に、この列ベクトルを乗じるマトリクス演算を行って、カラーバランスが補正された信号を得る。マトリクス演算は、例えば以下の数2にしたがって行う。
Figure 2008113171
数2において、R信号はr信号のカラーバランス補正後の信号を示し、G信号はg信号のカラーバランス補正後の信号を示し、B信号はb信号のカラーバランス補正後の信号を示し、a〜iはマトリクス係数を示す。
マトリクス係数は、MTX係数メモリ46に、絞り機構22のF値に応じて複数記憶されている。例えば、F値が2.8、4.0、5.6、8.0と設定できるものとすると、MTX係数メモリ46には、図1に示したように、F2.8用のマトリクス係数と、F4.0用のマトリクス係数と、F5.6用のマトリクス係数と、F8.0用のマトリクス係数とが記憶される。
尚、MTX係数メモリ46に記憶されるあるF値に対応するマトリクス係数は、そのF値で撮影を行ったときのB画素部、G画素部、及びR画素部の各々の検出感度比が撮像装置の設計値から分かるため、この検出感度比が最適な比となるように、その値が決定されている。
色補正部37bは、システム制御部31から通知された撮影時のF値の情報を基に、そのF値に対応するマトリクス係数をMTX係数メモリ46から読み出し、数2に示した演算を行って、そのF値で撮影したときに得られた信号のカラーバランスの補正を行う。
このように、本実施形態のデジタルカメラによれば、F値によって各画素部から得られる信号量が変化した場合でも、F値に対応したマトリクス係数を用いたカラーバランス補正が実施されるため、光導波路を有する固体撮像素子を用いた場合でも、F値によって色再現性が変化してしまうのを防ぐことができる。
尚、段落0009でも説明したように、図2に示したような光導波路を有する固体撮像素子においては、エバネッセント光の遮光部材4による吸収により、B画素部の光電変換部、G画素部の光電変換部、R画素部の光電変換部の順に、より長波長を検出する光電変換部ほど、その検出感度が低下してしまう。このため、上記カラーバランス補正においては、長波長の光を検出する光電変換部から得られた信号ほど、乗じる係数を大きくする必要がある。しかし、信号を大きなゲインで増幅してしまうと、ノイズも増幅されるため、S/Nが劣化するといった問題があり、好ましくない。そこで、このS/N劣化を極力抑えることのできる固体撮像素子の実施形態を、以下の第二実施形態〜第五実施形態で説明する。
(第二実施形態)
図3は、本発明の第二実施形態を説明するための固体撮像素子の部分概略断面図である。図3において図2と同じ構成には同一符号を付してある。
図3(A),(B)に示した固体撮像素子は、図2に示した固体撮像素子25において、各画素部に含まれる高屈折率層6と遮光部材4との距離を、各画素部に含まれる光電変換部の検出波長が長いほど大きくしたものである。
図3(A)に示す固体撮像素子は、図2に示した固体撮像素子25において、遮光部材4に形成される開口をB画素部、G画素部、R画素部の順に大きくすることで、各画素部に含まれる高屈折率層6と遮光部材4との距離を、各画素部に含まれる光電変換部の検出波長が長いほど大きくなるようにしたものである。
図3(B)に示す固体撮像素子は、図2に示した固体撮像素子25において、各画素部に含まれる高屈折率層6のシリコン基板1表面に平行な方向の厚みをB画素部、G画素部、R画素部の順に小さくすることで、各画素部に含まれる高屈折率層6と遮光部材4との距離を、各画素部に含まれる光電変換部の検出波長が長いほど大きくなるようにしたものである。
このような構成によれば、エバネッセント光のしみ出しが大きい画素部ほど、高屈折率層6と遮光部材4とが大きく離れているため、エバネッセント光が遮光部材4に吸収される可能性を低くすることができ、各画素部の光電変換部の検出感度のずれを防ぐことができる。又、この構成によれば、固体撮像素子の構造を工夫して各光電変換部の検出感度を適正にすることができるため、カラーバランス補正処理の際のS/N劣化を極力抑えることができる。
(第三実施形態)
図4は、本発明の第三実施形態を説明するための固体撮像素子の部分概略断面図である。図4において図3と同じ構成には同一符号を付してある。
図4(A),(B)に示した固体撮像素子は、図3(A)に示した固体撮像素子において、各画素部に含まれるN層2の深さ方向(シリコン基板1表面に垂直な方向)の厚みを、各画素部に含まれる光電変換部の検出波長が長いほど大きくしたものである。
図4(A)に示す固体撮像素子は、図3(A)に示した固体撮像素子において、各画素部に含まれるN層2の深さ方向の厚みをB画素部、G画素部、R画素部の順に大きくした構成となっている。
図4(B)に示す固体撮像素子は、図3(A)に示した固体撮像素子において、各画素部に含まれるP+層3の深さ方向の厚みをB画素部、G画素部、R画素部の順に小さくした構成となっている。
このような構成によれば、エバネッセント光のしみ出しが大きい画素部ほど、N層2の深さ方向の厚みが大きくなっていて光電変換領域が広がっているため、エバネッセント光が遮光部材4で吸収されてしまった場合の検出感度低下を、光電変換領域の増加で補うことができる。
尚、本実施形態で説明した光電変換部の構成は、図3(B)に示した固体撮像素子にも同様に適用可能である。
(第四実施形態)
図5は、本発明の第四実施形態を説明するための固体撮像素子の部分概略断面図である。図5において図2と同じ構成には同一符号を付してある。
図5(A),(B)に示した固体撮像素子は、図2に示した固体撮像素子25において、各画素部に含まれるN層2の深さ方向の厚みを、各画素部に含まれる光電変換部の検出波長が長いほど大きくしたものである。
図5(A)に示す固体撮像素子は、図2に示した固体撮像素子25において、各画素部に含まれるN層2の深さ方向の厚みをB画素部、G画素部、R画素部の順に大きくした構成となっている。
図5(B)に示す固体撮像素子は、図2に示した固体撮像素子25において、各画素部に含まれるP+層3の深さ方向の厚みをB画素部、G画素部、R画素部の順に小さくした構成となっている。
このような構成によれば、エバネッセント光のしみ出しが大きい画素部ほど、N層2の深さ方向の厚みが大きくなっていて光電変換領域が広がっているため、エバネッセント光が遮光部材4で吸収されてしまった場合の検出感度低下を、光電変換領域の増加で補うことができる。又、この構成によれば、固体撮像素子の構造を工夫して各光電変換部の検出感度を適正にしているため、カラーバランス補正処理の際のS/N劣化を極力抑えることができる。
(第五実施形態)
図6は、本発明の第五実施形態を説明するための固体撮像素子の部分概略断面図である。図6において図2と同じ構成には同一符号を付してある。尚、図6では、図2に示したN層2とP+層3の図示を省略してある。
図6(A),(B),(C)に示した固体撮像素子は、図2に示した固体撮像素子25において、各光電変換部に入射する光の光量が、その光電変換部の検出波長が長いほど多くなるように、各画素部の各光電変換部より上方の光学系を設計したものとなっている。
図6(A)に示す固体撮像素子は、図2に示した固体撮像素子25において、各カラーフィルタ8b,8g,8rの厚みを、各カラーフィルタ8b,8g,8rが透過する波長が長くなるほど小さくした構成となっている。
図6(B)に示す固体撮像素子は、図2に示した固体撮像素子25において、各画素部のマイクロレンズ9の集光率を、各画素部の光電変換部の検出波長が長くなるほど大きくした構成となっている。
図6(C)に示す固体撮像素子は、図2に示した固体撮像素子25において、各画素部の平坦化層7内に、マイクロレンズ9で集光された光を更に光導波路に集光するための層内レンズ10を設け、各画素部の層内レンズ10の集光率を、その画素部の光電変換部の検出波長が長くなるほど大きくした構成となっている。
このような構成によれば、エバネッセント光のしみ出しが大きい画素部ほど、その画素部の光電変換部に入射する光の量が多くなるため、エバネッセント光が遮光部材4で吸収されてしまった場合の検出感度低下を、光量増加で補うことができる。又、この構成によれば、固体撮像素子の構造を工夫して各光電変換部の検出感度を適正にしているため、カラーバランス補正処理の際のS/N劣化を極力抑えることができる。
尚、以上の説明では、原色系のカラーフィルタを用いる固体撮像素子を例にしたが、これは補色系のカラーフィルタを用いても同様に実施可能である。又、4色以上のカラーフィルタをシリコン基板上にモザイク状に配列した固体撮像素子であっても、同様に実施可能である。
又、以上の実施形態では、光導波路を構成する低屈折率層5内に遮光部材4等の部材が形成される構成を例にしたが、これ以外の構成にも本発明は適用することができる。
図7は、図1に示す固体撮像素子25の変形例を示す図である。図7において図2と同じ構成には同一符号を付してある。
図7に示す固体撮像素子は、図2において、低屈折率層5を層間絶縁層10に変更し、層間絶縁層10内に形成された孔部に、高屈折率層6を設け、その孔部内の高屈折率層6の周囲に、高屈折率層6よりも屈折率の低い低屈折率層5’を設け、高屈折率層6と低屈折率層5’とによって光導波路が構成されるようにしたものである。
図7に示した構成の固体撮像素子においても、第二実施形態〜第五実施形態で説明したような構成を適用することが可能である。例えば、図7に示す構成の固体撮像素子において、光導波路のシリコン基板1表面に平行な方向の幅はそのままとしながら、低屈折率層5’のシリコン基板1表面に平行な方向の幅を、各画素部に含まれる光電変換部の検出波長が長いほど大きくなるようにすれば、各画素部に含まれる高屈折率層6と、高屈折率層6の外側にある低屈折率層5’を除く部材である遮光部材4との距離を、各画素部に含まれる光電変換部の検出波長が長いほど大きくすることができる。
又、図7に示す構成の固体撮像素子において、遮光部材4に形成される開口をB画素部、G画素部、R画素部の順に大きくすることで、各画素部に含まれる高屈折率層6と、高屈折率層6の外側にある低屈折率層5’を除く部材である遮光部材4との距離を、各画素部に含まれる光電変換部の検出波長が長いほど大きくすることができる。
本発明の第一実施形態を説明するための撮像装置の一例であるデジタルカメラの機能ブロック図 図1に示した固体撮像素子の部分概略断面図 本発明の第二実施形態を説明するための固体撮像素子の部分概略断面図 本発明の第三実施形態を説明するための固体撮像素子の部分概略断面図 本発明の第四実施形態を説明するための固体撮像素子の部分概略断面図 本発明の第五実施形態を説明するための固体撮像素子の部分概略断面図 本発明を適用可能な固体撮像素子を示す部分断面模式図 光導波路を有する従来の固体撮像素子の1つの画素部の断面模式図
符号の説明
25 固体撮像素子
37 デジタル信号処理部
37a 同時化処理部
37b 色補正部
46 マトリクス係数メモリ
1 シリコン基板
2 N型不純物層
3 P+型不純物層
4 遮光部材
5 低屈折率層
6 高屈折率層
7 平坦化層
8b,8g,8r カラーフィルタ
9 マイクロレンズ

Claims (12)

  1. 半導体基板内に形成された光電変換部と、前記光電変換部に入射してくる光を閉じ込め伝搬させて前記光電変換部に導く光導波路とを含む画素部を多数含む固体撮像素子と、前記固体撮像素子に入射する光の量を調整するための絞り機構とを有する撮像装置であって、
    前記光電変換部は、それぞれ異なる波長域の光を検出する少なくとも3種類の光電変換部に分類され、
    各画素部から得られる色成分の信号から、前記各画素部に対応させて、前記色成分以外の色成分の信号を補間する同時化処理を行う同時化処理手段と、
    前記同時化処理によって得られた前記各画素部に対応する少なくとも3つの色成分の信号の各々のカラーバランスを補正する色補正手段とを備え、
    前記色補正手段は、前記絞り機構の絞り値に応じて、前記少なくとも3つの色成分の信号の各々のカラーバランスを補正するための補正パラメータを変更する撮像装置。
  2. 請求項1記載の撮像装置であって、
    前記色補正手段は、前記補正パラメータとしてマトリクス係数を用いたマトリクス演算により、前記カラーバランスの補正を行う撮像装置。
  3. 請求項1又は2記載の撮像装置であって、
    前記画素部の構成が、前記画素部に含まれる前記光電変換部の検出波長に応じて異なる撮像装置。
  4. 請求項3記載の撮像装置であって、
    前記光導波路は、低屈折率の材料で構成される低屈折率層と、前記低屈折率層によって周囲を囲まれた前記低屈折率層よりも高屈折率の材料で構成される高屈折率層とで構成され、
    前記画素部に含まれる前記光導波路の前記高屈折率層よりも外側に形成されている前記低屈折率層を除く部材と前記高屈折率層との距離が、前記画素部に含まれる前記光電変換部の検出波長が長いほど大きくなっている撮像装置。
  5. 請求項4記載の撮像装置であって、
    前記部材が、前記光電変換部の開口面積を決定する遮光部材である撮像装置。
  6. 請求項3〜5のいずれか1項記載の撮像装置であって、
    前記光電変換部は、前記光電変換部で発生した電荷を蓄積する電荷蓄積層を含み、
    前記光電変換部の前記電荷蓄積層の前記半導体基板の深さ方向の厚みが、前記光電変換部の検出波長が長いほど大きくなっている撮像装置。
  7. 請求項6記載の撮像装置であって、
    前記光電変換部は、更に、前記電荷蓄積層に前記半導体基板表面で発生した暗電荷が移動するのを防止するための暗電荷移動防止層を含み、
    前記光電変換部の前記電荷蓄積層と前記暗電荷移動防止層とを併せた前記深さ方向の厚みが、前記光電変換部の検出波長が長いほど大きくなっており、前記暗電荷移動防止層の厚みが全ての前記光電変換部で同一である撮像装置。
  8. 請求項6記載の撮像装置であって、
    前記光電変換部は、更に、前記電荷蓄積層に前記半導体基板表面で発生した暗電荷が移動するのを防止するための暗電荷移動防止層を含み、
    前記光電変換部の前記電荷蓄積層と前記暗電荷移動防止層とを併せた前記深さ方向の厚みが同一であり、前記暗電荷移動防止層の厚みが、前記光電変換部の検出波長が長いほど小さくなっている撮像装置。
  9. 請求項3記載の撮像装置であって、
    前記光電変換部に入射する光の光量が、前記光電変換部の検出波長が長いほど多くなるように、前記画素部の前記光電変換部より上方の光学系が設計されている撮像装置。
  10. 請求項9記載の撮像装置であって、
    前記画素部は、前記光電変換部の上方に、前記光電変換部が検出する波長域の光を透過するカラーフィルタを備え、
    前記カラーフィルタの厚みが、前記カラーフィルタの透過波長が長くなるほど小さくなっている撮像装置。
  11. 請求項9記載の撮像装置であって、
    前記画素部は、前記光電変換部の前記光導波路の上方に、前記光導波路に光を集光するためのマイクロレンズを備え、
    前記マイクロレンズの集光率が、前記光電変換部の検出波長が長くなるほど大きくなっている撮像装置。
  12. 請求項9記載の撮像装置であって、
    前記画素部は、前記光電変換部の前記光導波路の上方に、前記光導波路に光を集光するためのマイクロレンズと、前記マイクロレンズで集光された光を前記光導波路に更に集光するための層内レンズとを備え、
    前記層内レンズの集光率が、前記光電変換部の検出波長が長くなるほど大きくなっている撮像装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011029379A (ja) * 2009-07-24 2011-02-10 Sony Corp 固体撮像装置とその製造方法並びにカメラ
JP2013089880A (ja) * 2011-10-20 2013-05-13 Canon Inc 固体撮像装置およびカメラ

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11289073A (ja) * 1998-04-06 1999-10-19 Matsushita Electron Corp 固体撮像装置およびその製造方法
JP2002151670A (ja) * 2000-08-30 2002-05-24 Sony Corp 固体撮像装置および製造方法
JP2003087816A (ja) * 2001-09-07 2003-03-20 Seiko Epson Corp ホワイトバランス調整装置、ホワイトバランス調整プログラム、ホワイトバランス調整方法およびディジタルカメラ
JP2004319610A (ja) * 2003-04-14 2004-11-11 Victor Co Of Japan Ltd イメージセンサ
JP2005244945A (ja) * 2004-01-26 2005-09-08 Olympus Corp 撮像装置
JP2006120845A (ja) * 2004-10-21 2006-05-11 Canon Inc 光電変換装置およびその製造方法
JP2006269735A (ja) * 2005-03-24 2006-10-05 Sony Corp 固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11289073A (ja) * 1998-04-06 1999-10-19 Matsushita Electron Corp 固体撮像装置およびその製造方法
JP2002151670A (ja) * 2000-08-30 2002-05-24 Sony Corp 固体撮像装置および製造方法
JP2003087816A (ja) * 2001-09-07 2003-03-20 Seiko Epson Corp ホワイトバランス調整装置、ホワイトバランス調整プログラム、ホワイトバランス調整方法およびディジタルカメラ
JP2004319610A (ja) * 2003-04-14 2004-11-11 Victor Co Of Japan Ltd イメージセンサ
JP2005244945A (ja) * 2004-01-26 2005-09-08 Olympus Corp 撮像装置
JP2006120845A (ja) * 2004-10-21 2006-05-11 Canon Inc 光電変換装置およびその製造方法
JP2006269735A (ja) * 2005-03-24 2006-10-05 Sony Corp 固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011029379A (ja) * 2009-07-24 2011-02-10 Sony Corp 固体撮像装置とその製造方法並びにカメラ
US9793313B2 (en) 2009-07-24 2017-10-17 Sony Semiconductor Solutions Corporation Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and camera with arranged pixel combinations alternatively
US10062719B2 (en) 2009-07-24 2018-08-28 Sony Semiconductor Solutions Corporation Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and camera with arranged pixel combinations alternatively
US10068939B2 (en) 2009-07-24 2018-09-04 Sony Semiconductor Solutions Corporation Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and camera with arranged pixel combinations alternatively
US10249663B2 (en) 2009-07-24 2019-04-02 Sony Semiconductor Solutions Corporation Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and camera with arranged pixel combinations alternatively
US10692909B2 (en) 2009-07-24 2020-06-23 Sony Semiconductor Solutions Corporation Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and camera with alternatively arranged pixel combinations
US10770495B1 (en) 2009-07-24 2020-09-08 Sony Semiconductor Solutions Corporation Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and camera with alternatively arranged pixel combinations
US10896924B2 (en) 2009-07-24 2021-01-19 Sony Semiconductor Solutions Corporation Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and camera with alternatively arranged pixel combinations
US11233083B2 (en) 2009-07-24 2022-01-25 Sony Semiconductor Solutions Corporation Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and camera with alternatively arranged pixel combinations
US11605660B2 (en) 2009-07-24 2023-03-14 Sony Semiconductor Solutions Corporation Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and camera with alternatively arranged pixel combinations
US11888005B2 (en) 2009-07-24 2024-01-30 Sony Semiconductor Solutions Corporation Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and camera with alternatively arranged pixel combinations
JP2013089880A (ja) * 2011-10-20 2013-05-13 Canon Inc 固体撮像装置およびカメラ

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