(57)【要約】対象物を表わす画像信号（１１４）を生成するカラーイメージセンサ（１００）。カラーイメージセンサは、光センサ（１１２）と、対象物の画像を異なる色の光で光センサの対応する領域（１３１、１３２、１３３）上にそれぞれ形成するように構成された撮像素子（１０１、１０２、１０３）とを有する。光センサはセンサ素子（例えば、１２１）を有し、そこに入射する光に応答して画像信号を生成する働きをする。
2007520107.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物を表わすカラー画像信号を生成する方法であって、
センサ素子のアレイを有する光センサであって、該光センサに入射する光に応答してカラー画像信号を生成する働きをする光センサを用意するステップと、
前記対象物からの異なる色の光によって、前記光センサの対応する領域上に個別に画像形成するステップと
からなる方法。
【請求項２】
前記対象物からの光の一部からの光をフィルタリングし、第１の色の光を生成することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記対象物からの光の他の部分からの光をフィルタリングし、第２の色の光を生成することを更に含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の色の光は、（ａ）可視スペクトルの中心に比較的近い光、及び、（ｂ）前記第１の色の光よりも波長範囲の広い光のうちの少なくとも一方であり、
前記画像形成は、前記光センサの複数の領域のうちの第１の領域上に第１の色の光で画像形成し、前記光センサの複数の領域のうちの第２の領域上に第２の色の光で画像形成することを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記光センサの複数の領域のうちの第１の領域と、前記光センサの複数の領域のうちの第２の領域は、センサ素子の（ａ）サイズ、及び、（ｂ）数のうちの少なくとも一方が異なる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の色の光は、可視光に関してフィルタリングされない、請求項３又は請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記第２の色の光は、赤色の光、緑色の光、及び、青色の光を含む、請求項３又は請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記カラー画像信号は、前記光センサの複数の領域のそれぞれに対応する画像信号成分を含み、
前記画像形成は、前記光センサの各領域上に画像を形成し、
前記方法は、前記カラー画像信号から画像間の視差の影響を除去するために、前記画像信号成分を処理することを更に含む、請求項１〜７のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記画像の対応する部分間の視差の影響を除去するために、前記処理が更に実施される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記方法は、撮像素子を用意し、該撮像素子を前記光センサに取り付けることを更に含み、
前記カラー画像信号は、前記光センサの複数の領域のそれぞれに対応する画像信号成分を含み、
前記方法は、前記カラー画像信号から、前記撮像素子と前記光センサとの間の不整合の影響を除去するために、前記画像信号成分を処理することを更に含む、請求項１〜９のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記カラー画像信号は、前記光センサの複数の領域のそれぞれに対応する画像信号成分を含み、
前記方法は、
前記画像信号成分を互いに個別に生成するために使用される露光時間を制御するステップと、
前記露光時間の差を補正することを含む、前記カラー画像信号を生成するための前記画像信号成分の処理を行うステップと
を更に含む、請求項１〜９のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
対象物を表わす画像信号を生成するためのカラーイメージセンサであって、
センサ素子を有する光センサであって、該光センサに入射する光に応答して画像信号を生成する働きをする光センサと、
前記対象物の画像を異なる色の光で前記光センサの対応する領域上にそれぞれ形成するように構成された複数の撮像素子と
からなるカラーイメージセンサ。
【請求項１３】
前記複数の撮像素子のうちの第１の撮像素子、及び、前記複数の撮像素子のうちの第２の撮像素子に対して直列になるように光学的に配置され、第１の色の光を通過させるように構成された第１のカラーフィルタを更に含む、請求項１２に記載のカラーイメージセンサ。
【請求項１４】
前記複数の撮像素子のうちの第２の撮像素子に対して直列になるように光学的に配置され、前記第１の色とは異なる第２の色の光を通過させるように構成された第２のカラーフィルタを更に含む、請求項１３に記載のカラーイメージセンサ。
【請求項１５】
前記第２の色の光は、（ａ）可視スペクトルの中心に比較的近い光、及び、（ｂ）前記第１の色の光よりも波長範囲の広い光のうちの少なくとも一方であり、
前記撮像素子は、前記光センサの複数の領域のうちの第１の領域上に前記第１の色の光で画像を形成し、更に、前記光センサの複数の領域のうちの第２の領域上に前記第２の色の光で画像を形成する、請求項１４に記載のカラーイメージセンサ。
【請求項１６】
前記複数の領域のうちの第１の領域と、前記複数の領域のうちの第２の領域は、センサ素子の（ａ）面積、及び、（ｂ）数のうちの少なくとも一方が異なる、請求項１５に記載のカラーイメージセンサ。
【請求項１７】
前記第２のカラーフィルタは、可視光に関してフィルタリングされていない前記第２の色の光を通過させるように構成される、請求項１４又は請求項１５に記載のカラーイメージセンサ。
【請求項１８】
前記第２のカラーフィルタは、赤色の光、緑色の光、及び、青色の光を前記第２の色の光として通過させるように構成される、請求項１４又は請求項１５に記載のカラーイメージセンサ。
【請求項１９】
前記複数の撮像素子のうちの第３の撮像素子に対して直列になるように光学的に配置され、前記第１の色及び前記第２の色とは異なる第３の色の光を通過させるように構成された第３のカラーフィルタを更に含む、請求項１４〜１８のうちのいずれか一項に記載のカラーイメージセンサ。
【請求項２０】
前記第２の色の光は、（ａ）可視スペクトルの中心に比較的近い光、及び、（ｂ）前記第１の色の光及び前記第３の色の光よりも波長範囲の広い光のうちの少なくとも一方であり、
前記撮像素子は、前記光センサの複数の領域のうちの第１の領域上に前記第１の色の光で画像を形成し、前記光センサの複数の領域のうちの第２の領域上に前記第２の色の光で画像を形成し、前記光センサの複数の領域のうちの第３の領域上に前記第３の色の光で画像を形成し、前記複数の領域のうちの第２の領域は、センサ素子の（ａ）面積、及び、（ｂ）数のうちの少なくとも一方が、前記複数の領域のうちの第１の領域、及び、前記複数の領域のうちの第２の領域とは異なる、請求項１９に記載のカラーイメージセンサ。
【請求項２１】
前記カラー画像信号は、前記光センサの複数の領域のそれぞれに対応する画像信号成分を含み、
前記イメージセンサは、前記画像信号成分を処理し、前記カラー画像信号から画像間の視差の影響を除去する働きをするプロセッサを更に含む、請求項１２〜２０のうちのいずれか一項に記載のカラーイメージセンサ。
【請求項２２】
前記撮像素子は前記光センサに取り付けられ、
前記画像信号成分は、前記光センサの複数の領域のそれぞれに対応する画像信号成分を含み、
前記イメージセンサは、前記画像信号成分を処理し、前記カラー画像信号から前記光センサに対する前記撮像素子の位置ずれの影響を除去する働きをするプロセッサを更に含む、請求項１２〜２０のうちのいずれか一項に記載のカラーイメージセンサ。
【請求項２３】
全ての前記センサ素子を支持する２以上の基板を更に含む、請求項１２〜２２のうちのいずれか一項に記載のカラーイメージセンサ。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
背景
電子画像センサは、デジタルカメラに組み込まれるだけでなく、最近では、携帯電話や携帯情報端末（ＰＤＡ）のような家庭用電子機器にも組み込まれている。こうした製品は市場の圧力を受けて、そのサイズが縮小され、または、所与のサイズの製品の中に組み込まれる機能の数が増加している。
【０００２】
図１は、デジタルカメラ、携帯電話、及び、ＰＤＡといった現在の製品に見られる一般的な従来のカラーイメージセンサ１０の非常に単純化された例を示す略等角図である。イメージセンサ１０は、単一の光センサ１２と、その光センサの主表面１６上に対象物の画像を形成する単一の撮像素子１４とから構成される。
【０００３】
光センサ１２は一般に、センサ素子の二次元（一般的には矩形）アレイと、関連読み出し回路（図示せず）とから構成される。例としてセンサ素子２０の範囲（境界）が、破線で描かれている。図示の光センサ１２の例は、４８個のセンサ素子しか有していない点で、非常に単純化されている。一般的な光センサは、数十万個、又は、数百万個のセンサ素子を有する。各センサ素子は通常、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）センサ素子、又は，電荷結合素子（ＣＣＤ）センサ素子である。読み出し回路は、対象物からの光に応答してセンサ素子で生成された電気的値を受信し、通常はラスター走査順序で、その電気的値をアナログまたはデジタルの画像信号に変換する。光センサが、対象物に関する色情報を更に有するカラー画像信号を生成できるようにするために、光センサは、主表面１６上にカラーモザイクフィルタ３０を更に有する。
【０００４】
カラーモザイクフィルタの最も一般的なタイプは、発明者の名をとって名付けられたベイヤーモザイクフィルタである。図１に示すベイヤーカラーモザイクフィルタ３０の例は、光センサ１２におけるセンサ素子２０の数をＮとした場合、Ｎ／４個の赤色フィルタ、Ｎ／２個の緑色フィルタ、及び、Ｎ／４個の青色フィルタを備えている。赤色フィルタ、緑色フィルタ、及び、青色フィルタは一般にカラーフィルタと呼ばれる。各カラーフィルタは、光センサの複数のセンサ素子のうちの対応する１つに入射する光をフィルタリングする。これらのカラーフィルタは、４つで１つの正方形ブロックを成すように配置され、ブロックの１つが例として３２に示されている。ブロック３２は、赤色フィルタ３４、互いに対角方向に配置された２つの緑色フィルタ３６，３７、及び、青色フィルタ３８から構成される。カラーフィルタの残りのブロックの構成も同様である。図１において、フィルタの色は異なるハッチングによって示されている。カラーフィルタの擬似ランダム配置や、４色以上のフィルタの使用といった、ベイヤーパターンの変形も多数試みられている。
【０００５】
各センサ素子２０は、そのセンサ素子に入射する光の強度を示す電気的値を生成する。センサ素子に入射する光は、そのセンサ素子の上に重ねられたカラーフィルタを通過する色を有する。例えば、赤色フィルタ３４の下にあるセンサ素子は、そのセンサ素子に入射する赤色の光の強度を示す電気的値を生成する。カラー画像を表わすカラー画像信号は一般に、光センサ１２の各センサ素子の上にあるカラーフィルタに入射する赤色の光、緑色の光、及び、青色の光の強度を示す電気的値を含むため、光センサは、センサ素子に接続された読み出し回路（図示せず）からそれらの電気的値を受信し、各センサ素子について欠けている電気的値を合成する処理回路（図示せず）を更に有する。処理回路は、近傍のセンサ素子によって生成された電気的値を使用し、欠けている電気的値を補間により合成する。
【０００６】
処理回路は、緑色フィルタによって覆われた各センサ素子について赤色値及び青色値を合成し、赤色フィルタによって覆われた各センサ素子について緑色値及び青色値を合成し、青色フィルタによって覆われた各センサ素子について赤色値及び緑色値を合成することにより、カラー画像信号を生成する。例えば、処理回路は、赤色フィルタ３４によって覆われたセンサ素子について、緑色フィルタ３６及び３７によって覆われたセンサ素子によって生成された電気的値を使用し、場合によっては緑色フィルタによって覆われた他の近傍のセンサ素子から生成された電気的値を更に使用して、緑色値を生成する。緑色値を合成する元になる電気的値は、全て緑色値である。得られるカラー画像信号のうちの３分の２は、適当な色のフィルタによって覆われた近傍のセンサ素子によって生成された電気的値から、補間によって合成される。
【０００７】
従来の光センサ１２では欠けている電気的値を合成しなければならないため、カラー画像信号に応じて写真を表示するときに、特定タイプの対象物の場合に、多数の問題が発生する。画像の隣接する領域間に大きな色の違いがあると、誤った色が生成される可能性がある。ほぼ水平な線及びほぼ垂直な線を表示した場合、エッジにギザギザが現われ、色問題が発生することがある。従来のカラーイメージセンサ１０は通常、撮像素子１４と光センサ１２との間に空間フィルタ（図示せず）を更に有する。空間フィルタは、光センサ１２上に形成された画像の高周波数成分を減らす働きをする。そのため、表示される画像の鮮明度が、光センサ１２におけるセンサ素子２０の数や、撮像素子１４の光学的品質によって概ね知ることができる鮮明度よりも低下することを犠牲にして、今述べた影響の幾つかは改善されている。
【０００８】
従来の光センサ１２の他の問題は、ある光センサ素子から近傍のセンサ素子への光のリークが、表示画像におけるぼやけの原因になるだけでなく、色の誤りの原因にもなることである。
【０００９】
従来のカラーイメージセンサ１０が有する更に他の問題は、撮像素子１４が、光センサ１２上に多色光で画像を形成することから発生する。したがって、撮像素子１４によって光センサ１２上に形成される画像が全ての色について鮮明になるようにするためには、撮像素子１４を色補正しなければならない。そのためには一般に、撮像素子１４がマルチコンポーネントレンズでなければならず、マルチコンポーネントレンズは、レンズを通る光の伝送方向において単一コンポーネントレンズよりも一般に長い。そのため、カラーイメージセンサ全体の奥行き（深さ）が増加する。上記のような非常に小型化される用途においてイメージセンサの奥行きが長いことは、特に望ましくない。また、色補正が必要であることから、レンズ材料の選択肢にも制限がある。
【００１０】
従来のカラーイメージセンサ１０が抱える更に他の問題は、センサ素子を覆うカラーフィルタの色とは無関係に、全てのセンサ素子が、同じ露光時間を使用することである。その結果、イメージセンサのダイナミックレンジが制限される。例えば、対象物が明るい緑の領域を有している場合、緑色のフィルタを有するセンサ素子の飽和を回避するために、光センサ１２の露光時間を短縮しなければならない。この露光時間の短縮は、赤色のフィルタや青色のフィルタを備えたセンサ素子にも適用される。その結果、対象物の非常に小さな赤色部分の画像が形成されるセンサ素子によって生成される電気的値は、望ましくないノイズ成分を含むものとなる。
【００１１】
従来のカラーイメージセンサ１０が抱える最後の問題は、照明能力が低いことである。カラーフィルタを使用すると、その下に置かれたセンサ素子は、カラーフィルタに入射する光の一部しか受け取ることができない。
【００１２】
したがって、上記のような問題のないカラーイメージセンサが必要とされている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
発明の概要
本発明は第１の態様において、対象物を表わすカラー画像信号を生成する方法であって、センサ素子のアレイを有する光センサを用意し、対象物からの異なる色の光によって光センサの対応する領域上に個別に画像形成することを含む方法を提供する。光センサは、そこに入射する光に応答してカラー画像信号を生成する働きをする。
【００１４】
本発明は第２の態様において、対象物を表わす画像信号を生成するためのカラーイメージセンサを提供する。このカラーイメージセンサは、光センサと、該光センサの各領域上に対象物の画像を異なる色の光で形成するように構成された撮像素子とを有する。光センサはセンサ素子を有し、そこに入射する光に応答して画像信号を生成する働きをする。
【００１５】
本発明の幾つかの実施形態は、カラーモザイクフィルタを使用せずに、カラー画像信号を生成する。カラーモザイクフィルタを使用しないことで、光センサの各領域の面積を従来の光センサのものに比べて縮小することができる。その結果、より小型の撮像素子を作成し、光センサに配置することが可能となる。また、狭帯域の光で画像を形成する実施形態では、撮像素子をさらに単純化することができ、したがって、従来の撮像素子よりも小型化することができる。実施形態によっては、撮像素子は、同様の特性を有するレンズに比べて大幅に短い奥行き（深さ）の回折素子を含む場合がある。光センサの各領域のサイズを小さくすることによって、特に全領域を同時に読み出す場合に、読み出し時間の短縮が可能となり、ロール・シャッター・アーチファクトが低減される。
【００１６】
光センサの各領域に対して露光制御を個別に適用することにより、各画像信号成分の信号対雑音比が最適化される。実施形態によっては、白色光のような広帯域スペクトルの光によって１以上の画像を形成し、それによって、特に光が弱い状況における信号対雑音比の大幅な向上が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
詳細な説明
図２は、本発明によるカラーイメージセンサの非常に単純化された第１の実施形態１００を示す等角図である。カラーイメージセンサ１００は、対象物を表わすカラー画像信号を生成し、光センサ１１２、並びに、１０１、１０２及び１０３によって概略的に示された撮像素子から構成される。光センサ１１２の主表面１１６上には、センサ素子が配置される。動作時に、光センサは、主表面１１６に入射する光に応じてカラー画像信号１１４を生成する。撮像素子１０１、１０２及び１０３は、対象物の画像を光センサ１１２の各領域１３１、１３２及び１３３上に異なる色の光で形成するように構成される。画像間における光のリークを防止するために、画像が形成される光センサの各領域は、実質的に空間的に離れている。
【００１８】
カラーイメージセンサ１００において、センサ素子は不規則なアレイを形成するように配置され、各領域１３１、１３２及び１３３はセンサ素子の矩形アレイからなる。破線は、領域１３１における例示的センサ素子１２１、領域１３２における例示的センサ素子１２２、及び、領域１３３における例示的センサ素子１２３をの境界を示している。破線１２６のような他の破線は、各領域１３１、１３２及び１３３におけるセンサ素子の隣接するセンサ素子間の境界を示している。この実施形態及び以下で説明する実施形態の説明において、各領域における例示的センサ素子の参照符号は、領域内の全てのセンサ素子を指すものとして使用される場合がある。各センサ素子は、相補型金属酸化膜半導体（ＣＯＭＳ）センサ素子である。各センサ素子は、電荷結合素子（ＣＣＤ）センサ素子、又は、他の適当なタイプのセンサ素子であってもよい。
【００１９】
図２に示す光センサ１１２の例は、各領域が２４個のセンサ素子しか備えていない点で、非常に単純化されている。光センサ１１２の一般的な例は、各領域１３１〜１３３内に数十万個、又は、数百万個のセンサ素子を有する。同様に、以下で説明するカラーイメージセンサの種々の実施形態における光センサも、非常に単純化されている。また、本開示の図面は、撮像素子を通して見える対象物の見え方に対する撮像素子の効果が描かれていない点で、概略的なものである。
【００２０】
光センサ１１２の各領域１３１、１３２及び１３３は、関連読み出し回路（図示せず）を有している。各読み出し回路は、対象物からの光に応じて領域内のセンサ素子によって生成された電気的値を受信し、その電気的値を通常はラスター走査順に、アナログ又はデジタルの画像信号成分に変換する。あるいは、光センサ１１２は、全ての領域に共通な単一の読み出し回路を有する場合がある。領域１３１〜１３３によって生成された画像信号成分、又は、それらの画像信号成分から導出された信号は合わせて、対象物を表わすカラー画像信号１１４を構成する。
【００２１】
上記のように、撮像素子１０１、１０２及び１０３は、対象物の画像を光センサ１１２の各領域１３１、１３２、１３３上にそれぞれ異なる色の光で形成する。その目的のために、カラーイメージセンサ１００は、撮像素子１０１及び領域１３１に対して直列になるように光学的に配置されたカラーフィルタ１４１、撮像素子１０２及び領域１３２に対して直列になるように光学的に配置されたカラーフィルタ１４２、及び、撮像素子１０３及び領域１３３に対して直列になるように光学的に配置されたカラーフィルタ１４３を更に有する。ある領域に入射する光が撮像素子及びカラーフィルタをいずれかの順序で通過した場合、その撮像素子、領域、及びカラーフィルタは直列になるように光学的に配置されている。
【００２２】
図２に示す例において、カラーフィルタ１４１は、撮像素子１０１と光センサ１１２の領域１３１との間において光センサの主表面上に配置され、カラーフィルタ１４２は、撮像素子１０２と光センサの領域１３２との間において光センサの主表面上に配置され、カラーフィルタ１４３は、撮像素子１０３と光センサの領域１３３との間において光センサの主表面上に配置される。代替実施形態において、カラーフィルタ１４１、１４２及び１４３は、撮像素子１０１、１０２及び１０３と、領域１３１、１３２及び１３３との間にそれぞれ個別に支持される場合がある。更に他の代替実施形態において、カラーフィルタ１４１、１４２及び１４３は、撮像素子１０１、１０２及び１０３によってそれぞれ支持される場合がある。例えば、カラーフィルタはそれぞれ、各撮像素子の表面上に配置される場合がある。カラーフィルタを配置する表面は、対象物の方を向いた表面であってもよいし、光センサの方を向いた表面であってもよい。他の構成として、カラーフィルタ１４１、１４２及び１４３は、対象物と撮像素子１０１、１０２及び１０３との間にそれぞれ配置される場合がある。他の構成も可能である。
【００２３】
図２に示す例において、カラーフィルタ１４１は、赤色の光を光センサ１１２の領域１３１へ通過させる赤色フィルタであり、カラーフィルタ１４２は、緑色の光を領域１３２へ通過させる緑色フィルタであり、カラーフィルタ１４３は、青色の光を領域１３３へ通過させる青色フィルタである。他の実施形態において、カラーフィルタ１４１〜１４３の色は、記載したものとは異なる場合がある。
【００２４】
カラーイメージセンサ１００の全体的奥行き（深さ）、すなわち、主表面１１６とは反対側の光センサ１１２の主表面と、光センサ１１２から離れたところにある撮像素子１０１〜１０３の表面との間の距離は、図１を参照して上で説明した従来のカラーイメージセンサ１０のものに比べて約３０％短い。この奥行きの低減に貢献する要素は２つある。
【００２５】
第１に、カラーイメージセンサ１００における撮像素子１０１〜１０３と光センサ１１２との間の距離は、従来のカラーイメージセンサ１０における撮像素子１４と光センサ１２との間の距離よりも短い。カラーイメージセンサ１００では、モザイクカラーフィルタが存在しないため、空間アーチファクトを指定レベルまで低減するために必要な空間フィルタリングが大幅に少なくて済み、空間フィルタリングは不要な場合もある。空間フィルタリングが減少しているため、光センサ１１２は、図１に示した従来の光センサ１２の約半分未満の数のセンサ素子を備えた各領域１３１〜１３３を使用して、指定された空間分解能を提供することができる。したがって、各領域１３１〜１３３の直線寸法（長さ寸法）は、従来の光センサ１２のものの約１／√２である。領域１３１〜１３３を完全に覆う画像を形成するために、撮像素子１０１〜１０３と光センサ１１２の間の距離はその領域の直線寸法に比例して減らすことができ、すなわち、従来のカラーイメージセンサ１０における撮像素子１４と光センサ１２との間の距離に対して、約１／√２、すなわち、約３０％だけ減らすことができる。また、撮像素子の寸法自体も、領域の直線寸法の低減に比例して低減される。
【００２６】
第２に、カラーイメージセンサ１００において、撮像素子１０１〜１０３の奥行き（深さ）は、カラーイメージセンサ１０の撮像素子１４のものに比べて短い。カラーイメージセンサ１００において、撮像素子１０１〜１０３は、互いに異なる色の狭帯域幅の光で光センサ１１２の領域１３１〜１３３上に画像を形成する。狭帯域幅の光とは一般に、例えば、赤色、緑色、又は、青色のような１色の原色として感じられる波長範囲の光である。可視スペクトル全体からの成分を少なくとも含む光は、広帯域スペクトル光と呼ばれる。白色光であると感じられる広帯域スペクトル光は白色光と呼ばれ、白は、本開示の目的の色とみなされる。図２の例において、撮像素子１０１〜１０３は広帯域スペクトル光を通過させるが、カラーフィルタ１４１〜１４３は、狭帯域幅の光しか撮像素子１０１〜１０３からセンサ１１２の各領域１３１〜１３３のセンサ素子へ通過させない。そのため、光センサ１１２上への画像形成に関しては、カラーフィルタ１４１〜１４３を通過する狭帯域幅の光に対する撮像素子１０１〜１０３の撮像特性だけしか、考慮する必要はない。したがって、撮像素子１０１〜１０３の構成は、広帯域幅の光で画像を形成する撮像素子１４に比べて単純にすることができる。なぜなら、撮像素子１０１〜１０３は、狭帯域幅の光だけを使用して画像を形成するものとみなすことができ、それらの撮像素子は、必要であるとしても、僅かな色補正しか必要としないからである。したがって、各撮像素子１０１〜１０３は、撮像素子１４に比べて少ない部品で、指定された光学的品質の画像を形成することができる。また、上記のように、各部品のサイズも小さい。撮像素子１０１〜１０３はその部品数が少なく、サイズも小さいため、撮像素子の奥行きを撮像素子１４のものに比べて短くすることができる。
【００２７】
以下で詳細に説明するように、狭帯域幅の光で画像を形成する各撮像素子１０１〜１０３は、単一の凸状非球面と同じくらい単純にすることができる。また、領域１３１〜１３３上に狭帯域幅の光で画像を形成する撮像素子１０１〜１０３の場合、撮像素子１０１〜１０３は、屈折部品の代わりに１以上の回折部品を有することができる。回折部品は一般に、同等の光学特性を有する屈折部品に比べて奥行きが短い。回折部品を使用することで、撮像素子１４に比べて撮像素子１０１〜１０３の奥行きの更なる縮小を図ることができ、したがって、カラーイメージセンサ１０に比べてカラーイメージセンサ１００の奥行きの更なる縮小を図ることができる。図１１Ａ〜図１１Ｄを参照して以下で説明するものと同様の撮像素子アレイの一実施形態を含むカラーイメージセンサ１００の一実施形態の全体的奥行きは、他の同等の従来のカラーイメージセンサの奥行きよりも約６０％短い。
【００２８】
上記のように、カラーイメージセンサ１００は、各領域１３１〜１３３におけるセンサ素子の数が少ないにもかかわらず、発生する空間周波数アーチファクトの数が、カラーイメージセンサ１０に比べて少ない。カラーイメージセンサ１００は、さらに性能の利点も有する。第１に、撮像素子１０１〜１０３が、光センサ１１２の領域１３１〜１３３上にそれぞれ異なる色の光で対象物の画像を形成するため、１２８で概略的に示されている補助回路は、各領域に対して個別に露光制御を適用する露光制御回路を有する場合がある。個別の露光制御により、各領域１３１〜１３３のセンサ素子によって画像を取得する際の露光を設定することで、その領域に入射する光のダイナミックレンジと、その領域におけるセンサ素子のダイナミックレンジとの間に最適な関係を得ることができる。従来の露光制御技術を使用して、各領域に対して個別に露光制御を適用することも可能である。
【００２９】
補助回路１２８が独立した露光制御回路を有するカラーイメージセンサ１００の実施形態において、補助回路１２８は、各領域１３１〜１３３について正規化回路を更に有する。各正規化回路は、露光制御回路によって提供される露光データに応じて、対応する領域によって生成された画像信号を処理し、もしあれば、領域間における露光の差異を補正する。最短露光時間を有する領域の正規化回路は、未変更の領域によって生成された画像信号成分をそのまま維持する。比較的長い露光時間を有する領域の正規化回路はいずれも、その領域によって生成された画像信号成分を、最小露光時間に対するその領域の露光時間の比に比例して減衰させる。正規化回路は、それらの画像信号成分間のレベル関係を補正し、仮に光センサ１１２の複数の領域が全て同じ露光時間を有していた場合に得られるであろう画像信号成分のレベルに合わせる。この減衰は、画像信号成分を減衰させるだけでなく、その画像信号成分に混入したノイズも減衰させる。その結果、画像信号成分の信号対雑音比が向上し、したがって、全ての領域が最短露光時間に等しい露光時間を有している場合に比べて、カラー画像信号の信号対雑音比が向上する。
【００３０】
光センサ１１２の各領域１３１〜１３３は、図１を参照して上で説明した従来の光センサ１２に比べて、小数のセンサ素子しか備えていない。したがって、所与の読み出し速度において、光センサ１１２の領域１３１〜１３３のうちのいずれか１つから画像信号成分を読み出すために要する時間は、光センサ１２からカラー画像信号を読み出すために要する時間よりも短い。また、光センサ１１２では、全ての領域１３１〜１３３を並列に読み出すことにより、個々の領域１３１〜１３３の読み出し時間の利点が維持される。したがって、従来の光センサ１２からのカラー画像信号の読み出しに比べて高速に、３つの画像信号成分を含む完全なカラー画像信号を光センサ１１２から読み出すことができる。その結果、カラーイメージセンサ１００は、従来のカラーイメージセンサ１０に比べて少ないロール・シャッタ・アーチファクトしか持たない。
【００３１】
カラーイメージセンサ１００の一部の実施形態によって実施されるカラーイメージセンサ１００の読み出し時間の短縮、及び、補間処理の省略によれば、カラーイメージセンサ１００は、従来のカラーイメージセンサ１０に比べて高速に写真を撮影することが可能になる。
【００３２】
図２に示す例において、光センサ１１２はシリコン基板１３０を含み、その上に、従来の半導体プロセスを使用して、センサ素子１２１、１２２及び１２３と同様のセンサ素子が、領域１３１、１３２及び１３３にそれぞれ形成される。センサ素子の幾つかの部分は、基板１３０内に配置される場合もあるが、以下では、説明の都合上、それらが基板「上」にあるものとみなされる。センサ素子が配置される基板外側領域１３１〜１３３は、後で説明されるような露光制御回路や、画像信号成分、及び／又は、該画像信号成分から導出されたカラー画像信号の処理を行う信号処理回路のような回路を含む補助回路１２８によって占められる場合がある。
【００３３】
補助回路１２８の一部として基板１３０上に配置される上記の信号処理回路は、画像信号成分、及び／又は、カラー画像信号の圧縮や、ＪＰＥＧ又はＭＰＥＧフォーマットのカラー画像信号へのカラー画像信号の変換等の機能を実施する場合がある。補助回路１２８の一部を形成する信号処理回路の他の機能には、当該技術分野において知られているように、領域１３１〜１３３によってそれぞれ生成される赤色、緑色、及び、青色の画像信号成分を合計して照度信号を生成したり、その照度信号から赤色画像信号成分及び青色画像信号成分を減算し、個々のカラー差分信号を生成することなどがある。実施形態によっては、照度信号とカラー差分信号を合わせて、カラー画像信号を構成する場合がある。他の実施形態では、赤色、緑色、及び、青色の画像信号成分を合わせて、カラー画像信号を構成する場合がある。カラー画像信号は、ここに記載した例とは異なる方法で構成してもよい。
【００３４】
センサ素子及び関連回路を基板１３０上に作成した後、異なる色のカラーフィルタ１４１〜１４３が、基板の主表面１１６上に取り付けられる。
【００３５】
代替実施形態において、センサ素子の各領域１３１〜１３３は、個々の基板（図示せず）上に作成される場合がある。各基板上には、上記のように、センサ素子に関連する１以上の回路が更に作成される場合がある。次に、個々の領域と同じのサイズの基板が、プリント回路基板のような、基板間の位置関係を決定するボード上に取り付けられる。個々の基板上に作成されたセンサ素子は合わせてセンサ素子のアレイを形成し、各基板上に作成されたセンサ素子は、そのアレイの対応する領域を構成する。
【００３６】
図示の例において、領域１３１〜１３３は、それらの中心が三角形の頂点にそれぞれ位置するようにして、光センサ１１２に配置されている。そのため、領域は、隣り合った角の部分でしか、近接していない。この配置によれば、光センサ１１２の各領域１３１〜１３３上に形成される画像から隣りの領域への光のリークを最小限に抑えることができる。そのような光のリークは、カラーイメージセンサ１００によって生成されるカラー画像信号１１４に応じて表示される画像に「ゴースト」を形成する可能性があるため、望ましくない。図７〜図９を参照して後で説明するものと同様の光吸収スクリーンを領域１３１〜１３３の隣り合う部分の間に配置することにより、光の残存リークを抑えることができる。
【００３７】
図２に示すカラーイメージセンサ１００の例は、光センサ１１２の各領域１３１〜１３３が、同数のセンサ素子を有している。しかしながら、多くのカラー撮像システムは、輝度情報よりも少ないクロミナンス（色差）情報を使用して動作する。クロミナンス情報の量を減らすために、補助回路１２８は、色差信号をダウンサンプリングし、その情報含有量を減らす回路を有する場合がある。あるいは、情報量の少ない画像信号成分を生成するように領域１３１と領域１３３を構成してもよい。
【００３８】
図３は、輝度情報よりも少ないクロミナンス情報を使用して動作する用途において使用するのに適した、本発明によるカラーイメージセンサの非常に単純化された第２の実施形態１５０を示す等角図である。図２を参照して上で説明したカラーイメージセンサ１００に対応するカラーイメージセンサ１５０の要素には、同じ参照符号を付してあり、ここで再び詳しい説明はしない。
【００３９】
カラーイメージセンサ１５０において、可視スペクトラムの中心から比較的離れたところにある光、すなわち、赤色の光または青色の光で各画像が形成される光センサ１６２の領域１３１及び１３３はいずれも、可視スペクトルの中心に比較的近い光、すなわち、緑色の光で画像が形成される領域１３２に比べて、少数のセンサ素子しか有していない。図示の例において、領域１３２におけるセンサ素子の数に対する、領域１３１及び１３３のそれぞれにおけるセンサ素子の数の比（センサ素子比）は１／４である。センサ素子比は、１／２のような他のセンサ素子比であってもよい。
【００４０】
カラーイメージセンサ１５０では、全ての領域１３１〜１３３において、センサ素子のサイズが等しい。例えば、領域１３１におけるセンサ素子１２１、領域１３２におけるセンサ素子１２２、及び、領域１３３におけるセンサ素子１２３は、その面積及び直線寸法が全て等しい。そのため、領域１３１と領域１３３の面積は、センサ素子比に比例して領域１３２の面積よりも小さく、ほぼセンサ素子比の平方根だけその直線寸法が小さい。さらに、撮像素子１０１及び１０３の直径は撮像素子１０２よりも小さく、また、撮像素子１０１及び１０３と、主表面１６６との間の距離は、センサ素子比の平方根にほぼ比例して、撮像素子１０２と、主表面１６６との間の距離よりも短い。最後に、カラーフィルタ１４１及び１４３の直線寸法は、センサ素子比の平方根にほぼ比例して、カラーフィルタ１４２の直線寸法よりも短い。
【００４１】
カラーイメージセンサ１５０の実施形態によっては、補助回路１２８は、領域１３１及び１３３の読み出し回路（図示せず）によって生成された画像信号成分をアップサンプリングし、領域１３２の読み出し回路（図示せず）によって生成される画像信号成分における各緑色値に対応する赤色値及び青色値を生成する回路を有する場合がある。アップサンプリング技術は当該技術分野で既知のものであるから、ここでは説明しない。幾つかの領域が他の領域に比べて小数のセンサ素子しか持たないような以下で説明する実施形態では、補助回路１２８は、アップサンプリングを実施する回路を有する場合がある。
【００４２】
可視スペクトルの中心から比較的離れたところにある光で画像が形成される領域におけるセンサ素子のサイズを、可視スペクトルの中心に比較的近いところにある光で画像が形成される領域におけるセンサ素子のサイズに比べて大きくし、光センサの全ての領域のサイズ及び直線寸法が等しくなるようにすることによって、撮像素子のサイズを全て同じサイズにし、撮像素子が光センサの主表面から全て同じ距離に配置されるような、撮像素子の設計の単純化を行うことができる。
【００４３】
図４は、光センサ２１２の領域１３１〜１３３の面積及び直線寸法が全て等しい、本発明によるカラーイメージセンサの非常に単純化された第３の実施形態２００を示す等角図である。カラーイメージセンサ２００は、輝度情報よりも少ないクロミナンス情報を使用して動作する用途における使用に適している。カラーイメージセンサ２００において、可視スペクトルの中心から比較的離れたところにある光、すなわち、赤色の光及び青色の光で各画像が形成される光センサ２１２の領域１３１及び１３３はそれぞれ、可視スペクトルの中心に比較的近いところにある光、すなわち、緑色の光で画像が形成される光センサの領域１３２に比べて、少数のセンサ素子しか有していない。図示の例において、センサ素子比は１／４である。１／２のような他のセンサ素子比も可能である。図２を参照して上で説明したカラーイメージセンサ１００の要素に対応するカラーイメージセンサ２００の要素には同じ参照符号を付し、再度詳しい説明はしないものとする。
【００４４】
カラーイメージセンサ２００において、光センサ２１２の領域１３１、１３２及び１３３は全て同じサイズを有しているが、可視スペクトルの中心から比較的離れたところにある光、すなわち、赤色の光及び青色の光で各画像が形成される光センサ１２２の領域１３１におけるセンサ素子２２１、及び、領域１３３におけるセンサ素子２２３は、可視スペクトルの中心に比較的近いところにある光、すなわち、緑色の光で画像が形成される光センサの領域１３２におけるセンサ素子２２２に比べて、その数は少ないが、サイズは大きい。領域１３１におけるセンサ素子２２１、及び、領域１３３におけるセンサ素子２２３は、センサ素子比の逆数にほぼ比例して、領域１３２にあるセンサ素子２２２よりもその面積が大きく、また、センサ素子比の平方根のほぼ逆数だけ、領域１３２にあるセンサ素子２２２よりもその直線寸法は大きい。撮像素子１０２、１０２及び１０３は同じ直径を有し、それらは全て、センサ２１２の主表面２１６から同じ距離に配置される。その結果、これらの撮像素子の設計は、図３に示したカラーイメージセンサに比べて単純になる。最後に、カラーフィルタ１４１、１４２及び１４３は全て同じサイズを有する。
【００４５】
カラーイメージセンサ２００の実施形態によっては、領域１３１及び１３３によって生成される画像信号成分を上記のようにアップサンプリングする場合がある。
【００４６】
上記のカラーイメージセンサの実施形態では、センサ素子は全て同じ基板に作成され、基板は通常、単結晶シリコンである。光からキャリアへのシリコンの変換効率は、可視スペクトルの波長全体にわたって変動する。また、カラーフィルタ１４１〜１４３は、それらが伝送する光に対して異なる残留減衰量を有する。図４を参照して上で説明した実施形態において、領域１３１及び１３３におけるセンサ素子２２１及び２２３のサイズをそれぞれ、領域１３２におけるセンサ素子２２２に比べて大きくすると、カラーイメージセンサ２００は、可視スペクトルの中間における感度よりも、可視スペクトルから離れたところにおける感度の方が高くなる。その結果、緑色の光に対する感度よりも青色の光に対する感度の方が低いシリコンの感度を補正することができ、したがって、領域１３３によって生成される青色画像信号成分の信号対雑音比を向上させることができる。ただし、領域１３１にあるセンサ素子のサイズを大きくすると、赤色の光に対する感度が高くなりすぎ、飽和現象が生じる場合がある。異なる色の光に対する光センサの種々の領域の感度の違いは通常、各領域によって生成される画像信号成分を、その色の光が入射する領域におけるセンサ素子の感度に反比例するようにスケーリングすることによって等化される。
【００４７】
図５は、対象物からの各色の光に対して均等な感度が得られるように、光センサの各領域におけるセンサ素子が異なる面積を有するように構成された、本発明によるカラーイメージセンサの非常に単純化された第４の実施形態２５０を示す等角図である。カラーイメージセンサ２５０は、輝度情報よりも少ないクロミナンス情報を使用して動作する用途における使用に適している。カラーイメージセンサ２５０において、可視スペクトルの中心から比較的離れたところにある光、すなわち、赤色の光及び青色の光によって各画像が形成される光センサ２６２の領域１３１及び１３３はそれぞれ、可視スペクトルの中心に比較的近いところにある光、すなわち、緑色の光によって画像が形成される光センサの領域１３２に比べて、少数のセンサ素子しか有していない。図示の実施形態において、センサ素子比は１／４である。１／２のような他のセンサ素子比も可能である。図２を参照して上で説明したイメージセンサ１００の要素に対応するイメージセンサ２５０の要素には同じ参照符号を付し、ここで再度詳しい説明はしない。
【００４８】
カラーイメージセンサ２５０において、可視スペクトルの中心から比較的遠いところにある光、すなわち、赤色の光及び青色の光によって各画像が形成される光センサ２６２の領域１３１にあるセンサ素子２７１及び領域にあるセンサ素子２７３の数は、可視スペクトルの中心に比較的近い光、すなわち、緑色の光によって画像が形成される光センサの領域１３２にあるセンサ素子２７２の数よりも少ない。また、領域１３１〜１３３に入射する各色の光に対する感度を均等化するために、領域１３１〜１３３のそれぞれにおけるセンサ素子の面積及び直線寸法は異なる。例えば、シリコンベースのセンサ素子の一実施形態では一般に、波長約４５０ｎｍの青色の光に対する感度が、波長約５５０ｎｍの緑色の光に対する感度の約０．６７倍であり、波長約６５０ｎｍの赤色の光に対する感度が、緑色の光に対する感度の約１．２５倍である。カラーイメージセンサ２５０では、赤色の光で画像が形成される領域１３１におけるセンサ素子２７１の面積を、緑色の光で画像が形成される領域１３２におけるセンサ素子２７２の面積の約０．８倍にし、青色の光で画像が形成される領域１３３におけるセンサ素子２７３の面積を、センサ素子２７２の面積の約１．５倍にすることにより、各色の光に対する各領域の感度を等化している。言い換えれば、センサ素子２７１の直線寸法はセンサ素子２７２の約０．９倍であり、センサ素子２７３の直線寸法はセンサ素子２７２の約１．２５倍である。
【００４９】
その結果、領域１３１と領域１３２の面積比は、センサ素子２７１とセンサ素子２７２の面積比と、センサ素子比の積に等しくなり、直線寸法の比は、センサ素子２７１とセンサ素子２７２の直線寸法の比と、センサ素子比の積に等しくなる。同様に、領域１３３と領域１３２の面積比は、センサ素子２７３とセンサ素子２７２の面積比と、センサ素子比の積に等しくなり、直線寸法の比は、センサ素子２７３とセンサ素子２７２の直線寸法の比と、センサ素子比の積に等しくなる。
【００５０】
また、この実施形態では、撮像素子１０１と撮像素子１０２の直径比及び距離比が、センサ素子２７１とセンサ素子２７２の直線寸法の比と、センサ素子比の積に等しい。同様に、撮像素子１０３と撮像素子１０２の直径比及び距離比は、センサ素子２７３とセンサ素子２７２の直線寸法の比と、センサ素子比の積に等しい。距離比とは、主表面２６６から各撮像素子までの距離の比である。最後に、カラーフィルタ１４１、１４２及び１４３は、領域１３１、１３２及び１３３と同様の面積及び直線寸法をそれぞれ有する。
【００５１】
カラーフィルタ１４１、１４２及び１４３を通過する光の残留減衰量に違いがあっても、今説明したものとは異なる面積及び長さの比を更に使用して、領域１３１、１３２及び１３３の感度を等化することができる。
【００５２】
上で説明したカラーイメージセンサの実施形態では、各撮像素子と、光センサの対応する領域との間に狭帯域カラーフィルタを配置することによって、各領域に異なる色の光で画像を形成している。各カラーフィルタにより、カラーフィルタに入射する対象物からの光のうちの比較的小さな割合の部分だけが、その下にある光センサの領域にあるセンサ素子に到達する。なぜなら、カラーフィルタは、対象物によって反射された光のうち、狭い波長範囲の光を除いて反射光を全て遮断するからである。その結果、特に、光が弱い状況では、カラーイメージセンサによるカラー画像信号出力の信号対雑音比が劣化する。
【００５３】
図６は、従来のカラーイメージセンサよりも大幅に大きな信号対雑音比を有し、また、本発明によるカラーイメージセンサの上記の実施形態よりも大幅に大きな信号対雑音比を有する、本発明によるカラーイメージセンサの非常に単純化された第５の実施形態３００を示す等角図である。この実施形態では、対象物の画像が、白色光によって光センサ３１２の領域１３２上に形成され、また、対象物の画像が、可視スペクトルの中心から比較的離れたところにある波長帯域の狭帯域の光、例えば、赤色の光及び青色の光によって光センサの残りの領域１３１及び領域１３３上に形成される。
【００５４】
カラーイメージセンサ３００において、白色フィルタ３４２は、撮像素子３０２及び光センサ３１２の領域１３２に対して直列になるように光学的に配置される。白色フィルタ３４２がそう呼ばれる理由は、このフィルタは、白色光、又は、他の広帯域スペクトルの光を通過させるからである。一実施形態において、白色フィルタ３４２は、可視スペクトル全体を通過させる赤外線遮断フィルタである。他の実施形態において、白色フィルタは、赤色、緑色、及び、青色のスペクトル成分を通過させる。他の実施形態では、暗いところで写真をとる機能を得るために、白色フィルタは、赤外線付近の光を更に通過させる。白色フィルタ３４２は、狭帯域幅の光を通過させるフィルタ１４１、１４２及び１４３のうちのどれよりも対象物からの光の大きな部分を通過させ、従って、カラー画像信号の信号対雑音比を１２ｄＢ程向上させることができる。
【００５５】
図示のカラーイメージセンサ３００の例は、輝度情報よりも少ないクロミナンス情報を使用して動作させる用途に適している。対象物の画像が狭帯域幅の光によって形成される光センサ３１２の領域１３１及び１３３はそれぞれ、画像が白色光によって形成される光センサの領域１３２に比べて、少数の大きなセンサ素子を有している。図示の例において、センサ素子比は１／４である。１／２のような他のセンサ素子比も可能である。これらの領域は、代わりに、同数のセンサ素子を有する場合もある。図２を参照して上で説明したイメージセンサ１００の要素に対応するイメージセンサ３００の要素には同じ参照符号を付し、ここで再び詳しい説明はしない。
【００５６】
カラーイメージセンサ３００において、光センサ３１２の領域１３１、１３２及び１３３は同じサイズを有しているが、可視スペクトルの中心から比較的離れたところにある狭帯域幅の光、すなわち、赤色の光及び青色の光によって各画像が形成される領域１３１及び領域１３３のそれぞれにおけるセンサ素子３２１及び３２３は、その狭帯域幅の光よりも広い波長範囲を有する白色光によって画像が形成される領域１３２におけるセンサ素子３２２に比べて、その数は少なく、面積は大きい。カラーフィルタ１４１、３４２及び１４３は、全て同じサイズである。
【００５７】
撮像素子１０１、３０２及び１０３は同じ直径を有し、光センサ３１２の主表面３１６から全て同じ距離に配置される。撮像素子３０２は、多色光によって画像を領域１３２上に形成する点が、撮像素子１０１及び１０３とは異なる。したがって、撮像素子３０２は、複数成分の色補正撮像素子であり、したがって、撮像素子１０１及び１０３よりも大きな奥行きを有する。撮像素子３０２は、図１を参照して上で説明した撮像素子１４と同様の構造を有しているが、その直径（したがって、深さ）は撮像素子１４よりも小さく、主表面１６に対する撮像素子１４の距離に比べて、主表面３１６に近い位置に配置される。なぜなら、領域１３２は、その直線寸法が光検出器１２（図１）よりも小さいからである。したがって、カラーイメージセンサ３００は、図２〜図５を参照して上で説明したカラーイメージセンサ１００、１５０、２００及び２５０よりも奥行きが長いが、それでも、カラーイメージセンサ３００は、図１を参照して上で説明した従来のカラーイメージセンサ１０よりも奥行きが長くはない。また、所与のセンサ素子の面積及び構成の場合、カラーイメージセンサ３００は、光の少ない状況下において、従来のカラーイメージセンサ１０よりも、実質的に信号対雑音比の大きいカラー画像信号３１４を生成する。
【００５８】
上記のように、光センサ３１２の領域１３１、１３２及び１３３は、同じ直線寸法及び面積を有しているが、領域１３１及び１３３は領域１３２に比べて少数のセンサ素子しか有していない。この構成は、図４を参照して上で説明したイメージセンサ２００の光センサ２１２に似ている。ただし、図２を参照して上で説明したカラーイメージセンサ１００におけるように領域１３１〜１３３が同数の同じ面積のセンサ素子を有することは、本発明にとって重要ではない。他の代替実施形態において、領域１３１、１３２及び１３３におけるセンサ素子は全て同じ面積を有するが、図３を参照して上で説明したカラーイメージセンサ１５０におけるように、領域１３１及び１３３は領域１３２に比べて少数のセンサ素子しか持たない場合がある。更に他の実施形態では、領域１３１、１３２及び１３３におけるセンサ素子の面積を異ならせることにより、光センサ３１２のスペクトル感度を等化する場合がある。この場合、図５を参照して上で説明したカラーイメージセンサ２５０におけるように領域１３１及び１３３は領域１３２に比べて少数のセンサ素子しか持たなくてもよいし、また、上記のように領域１３１、１３２及び１３３が全て同数のセンサ素子を有していてもよい。
【００５９】
上記のように、領域１３２における撮像素子３０２による画像形成に使用される白色光は、フルスペクトルの白色光であってもよいし、赤色、緑色、及び、青色のスペクトル成分から構成された白色光であってもよい。上記のように、従来のカラーイメージセンサは、赤色、緑色、又は、青色の光を個別に受信するセンサ素子を使用してカラー画像信号を生成している。そのような従来のカラーイメージセンサでは、赤色、緑色、及び、青色の光のそれぞれに応じて生成される赤色、緑色、及び、青色の画像信号成分を合計し、輝度信号が生成される。さらに、その輝度信号から赤色画像信号成分を減算し、また、その輝度信号から青色画像信号成分を減算することにより、対応するカラー差分信号がそれぞれ生成される。輝度信号及びカラー差分信号は、合わせてカラー画像信号を構成する。
【００６０】
カラーイメージセンサ３００の幾つかの実施形態において、撮像素子３０２が白色光で画像を形成する領域１３２によって生成される画像信号成分は輝度信号を提供し、赤色の光と青色の光によって画像が形成される領域１３１及び１３３によって生成される画像信号成分はそれぞれアップサンプリングされ、輝度信号から減算され、対応するカラー差分信号がそれぞれ生成される。輝度信号及びカラー差分信号は、合わせてカラー画像信号３１４を構成する。白色光が赤色、緑色、及び、青色のスペクトル成分から構成されるカラーイメージセンサ３００の一実施形態は、図１に示したカラーイメージセンサ１０によって生成されるカラー画像信号の場合と全く同じ比色法を使用してカラー画像信号３１４を生成する。白色光がフルスペクトルの白色光であるカラーイメージセンサ３００の一実施形態は、従来のカラーイメージセンサによって生成されるカラー画像信号のものとは異なる比色法を使用してカラー画像信号３１４を生成する。なぜなら、領域１３２が、可視スペクトルの赤色、緑色、及び、青色のスペクトル成分に応じて輝度信号を生成するのではなく、可視スペクトル全体に応じて輝度信号を生成するからである。多くの用途にとって、この比色法の違いは許容できるものである。
【００６１】
上で説明した本発明によるカラー光センサの実施形態において、光センサの各領域の中心は、三角形の頂点に位置している。これによって、それらの領域の近接して配置される部分のサイズを最小限に抑えることができ、したがって、各領域に形成される画像から隣りの領域への光のリークの影響を最小限に抑えることができる。カラーイメージセンサのサイズをさらに縮小するために、光センサの領域は、代わりに、直線状に配置してもよい。
【００６２】
図７は、光センサの複数の領域が直線状に垂直に配置される、本発明によるカラーイメージセンサの非常に単純化された第６の実施形態３５０を示す等角図である。本明細書の開示において、「水平」及び「垂直」という用語は、重力によって決まる方向を意味するのではなく、画像の長い方の寸法と短い方の寸法の方向を記すための従来通りのビデオ的意味で使用される。カラーイメージセンサ３５０は、図４を参照して上で説明したカラーイメージセンサ２００に基づいている。図２及び図４を参照して上で説明したカラーイメージセンサの要素に対応するカラーイメージセンサ３５０の要素には同じ参照符号を付し、ここで再び詳しい説明はしない。
【００６３】
カラーイメージセンサ３５０は、光センサ３６２、並びに、１０１、１０２及び１０３で概略的に示されている撮像素子から構成される。光センサ３６２は、その主表面３６６上に配置されたセンサ素子を有する。これらの撮像素子は、異なる色の光によって対象物の画像を主表面３６６上に垂直に配置された各領域１３１、１３２及び１３３上にそれぞれ形成する。
【００６４】
図７に示すカラーイメージセンサ３５０の例において、光センサ３６２の領域１３１、１３２及び１３３は全て同じサイズを有しているが、可視スペクトルの中心から比較的離れたところにある光、すなわち、赤色の光及び青色の光によって各画像が形成される光センサの領域１３１及び１３３におけるセンサ素子３７１及び３７３は、可視スペクトルに比較的近いところにある光、すなわち、緑色の光によって画像が形成される領域１３２におけるセンサ素子３７２に比べて、その数は少なく、面積は大きい。領域１３１におけるセンサ素子３７１、及び、領域１３３におけるセンサ素子３７３の面積は、センサ素子比の逆数に比例して、領域１３２におけるセンサ素子３７２よりも大きく、それらの直線寸法は、センサ素子比の逆数の約平方根だけ大きい。撮像素子１０１、１０２及び１０３は全て同じ直径を有し、それらは、光センサ３６２の主表面３６６から全て同じ距離に配置される。
【００６５】
カラーイメージセンサ３５０において、領域１３１及び１３３は、それらの長い方の側部が、領域１３２に近接して配置される。光センサ３６２の各領域上に形成される画像から隣りの領域への光のリークを防止するために、カラーイメージセンサ３５０は、スクリーン３８１及び３８２を更に有する。これらのスクリーンは、光センサ３６２の主表面３６６から実質的に垂直に、撮像素子１０１〜１０３の方へ向かって延びている。スクリーン３８１は、領域１３１と領域１３２の間において光センサ３６２から延び、スクリーン３８２は、領域１３３と領域１３２の間において光センサ３６２から延びている。不透明材料の単純なウェーハであるスクリーンであっても、光のリークは防止されるが、追加又は代替として、光を吸収する主表面を両面に備えたウェーハであれば、そこに入射した光が光センサ３６２の隣りの領域へ反射され、その領域にゴースト、及び／又は、フレアが形成されることを更に防止することができるであろう。
【００６６】
図示のカラーイメージセンサ３５０の例において、光センサ３６２の領域１３１、１３２及び１３３は、同じ直線寸法及び面積を有しているが、図４を参照して上で説明したイメージセンサ２００と同様に、領域１３１及び１３３は、領域１３２に比べて少数のセンサ素子しか有していない。ただし、図２を参照して上で説明したカラーイメージセンサ１００におけるように領域１３１、１３２及び１３３が同数の同じ面積のセンサ素子を有することは、本発明にとって重要ではない。他の代替実施形態において、領域１３１、１３２及び１３３におけるセンサ素子は全て同じ面積を有するが、図３を参照して上で説明したカラーイメージセンサ１５０におけるように、領域１３１及び１３３は領域１３２に比べて少数のセンサ素子しか有していない。更に他の実施形態では、光センサ３６２のスペクトル感度を等化するために、領域１３１、１３２及び１３３におけるセンサ素子は、その面積が異なる場合がある。その場合、図５を参照して上で説明したカラーイメージセンサ２５０のように領域１３１及び１３３が領域１３２に比べて少数のセンサ素子しか持たなくてもよいし、又は、上記のように、各領域が同数のセンサ素子を有していてもよい。最後に、カラーフィルタ３４２は、図６を参照して上で説明した白色フィルタ３４２と同様の白色フィルタであってもよい。
【００６７】
図８は、光センサの各領域が直線状に水平に配置される、本発明の実施形態によるカラーイメージセンサの非常に単純化された第７の実施形態４００を示す等角図である。カラーイメージセンサ４００は、図４を参照して上で説明したカラーイメージセンサ２００に基づいている。図２及び図４を参照して上で説明したカラーイメージセンサの要素に対応するカラーイメージセンサ４００の要素には同じ参照符号を付し、ここで再度説明はしない。
【００６８】
イメージセンサ４００は、光センサ４１２、並びに、１０１、１０２及び１０３で概略的に示された撮像素子から構成される。光センサ４１２は、その主表面４１６上に配置されたセンサ素子を有する。撮像素子１０１、１０２及び１０３は、対象物の画像を主表面４１６上の水平に配置された領域１３１、１３２及び１３３上にそれぞれ形成するように構成される。
【００６９】
カラーイメージセンサ４００において、領域１３１及び１３３はそれぞれ、その短い方の側部が領域１３２に近接して配置される。各領域上に形成された画像から隣りの領域への光のリークを防止するために、カラーイメージセンサ４００は、スクリーン４８３及び４８４を更に有する。スクリーン４８３は、領域１３１と領域１３２の間において光センサ４１２から延び、スクリーン４８４は、領域１３２と領域１３３の間において光センサ４１２から延びている。スクリーン４８３及び４８４は、そのサイズ、及び、光センサの各領域に対する位置を除き、図７を参照して上で説明したスクリーン３８１及び３８２と同一であるため、詳しい説明はしない。
【００７０】
各領域におけるセンサ素子のサイズ及び数、カラーフィルタの色、並びに、撮像素子の構成は、図７を参照して上で例示したものとは違っていてもよい。
【００７１】
本発明によるカラーイメージセンサの上記の実施形態は３つの撮像素子を有し、それらの撮像素子がそれぞれ、光センサの対応する領域に対象物の画像を形成している。しかしながら、カラーイメージセンサは、４以上の撮像素子を有することもでき、それらの撮像素子がそれぞれ、光センサの対応する領域に画像を形成する場合もある。
【００７２】
図９は、４つの撮像素子を備えた本発明によるカラーイメージセンサの非常に単純化された第８の実施形態４５０を示す等角図である。各撮像素子は、光センサの対応する領域に、対応する色の光によって対象物の画像を形成する。この実施形態において、各領域の中心は、三角形の頂点に位置している。カラーイメージセンサ４５０は、図４を参照して上で説明したカラーイメージセンサ２００に基づいている。図２及び図４を参照して上で説明したカラーイメージセンサの要素に対応するカラーイメージセンサ４５０の要素には同じ参照符号を付し、ここで再び説明はしない。
【００７３】
イメージセンサ４５０は、光センサ４６２、並びに、１０１、１０２、１０３及び１０４で概略的に示された撮像素子から構成される。撮像素子１０１、１０２、１０３及び１０４は、矩形アレイをなすように配置され、光センサ４６２の領域１３１、１３２、１３３及び１３４上にそれぞれ、異なる色の光によって対象物の画像を形成する。カラーイメージセンサ４５０は、各撮像素子１０１、１０２、１０３及び１０４に対して直列になるように光学的に配置されたカラーフィルタを更に含む。図示の例において、カラーフィルタ１４１、１４２、１４３及び１４４は、光センサの主表面４６６の領域１３１、１３２、１３３及び１３４の上にそれぞれ配置される。上記のように、カラーフィルタは他の位置に配置することも可能である。
【００７４】
図９の例において、カラーフィルタ１４１は、光センサ４６２の領域１３１へ赤色の光を通過させる赤色フィルタであり、カラーフィルタ１４２は、領域１３２へ緑色の光を通過させる緑色フィルタであり、カラーフィルタ１４３は、領域１３３へ青色の光を通過させる青色フィルタであり、カラーフィルタ１４４は、領域１３４へ緑色の光を通過させる緑色フィルタである。２つの緑色フィルタは、赤色フィルタと青色フィルタのように、互いに対角に配置される。他の実施形態において、カラーフィルタ１４１、１４２、１４３及び１４４の色は、記載したものとは異なる場合がある。一例として、カラーフィルタ１４４は、図６を参照して上で説明した白色フィルタ３４２と同様の白色フィルタである場合がある。そのような実施形態では、領域１３４は、白色光によってその領域に形成された画像に応じて輝度信号を生成し、領域１３１、１３２及び１３３は、赤色、緑色、及び、青色の光によってそれらの領域に形成された画像に応じて赤色、緑色、及び、青色の画像信号成分をそれぞれ生成する。
【００７５】
カラーイメージセンサ４５０において、光センサ４６２の領域１３１、１３２、１３３及び１３４は全て同じサイズを有しているが、可視スペクトルの中心から比較的離れたところにある光、すなわち、赤色の光及び青色の光によって各画像が形成される光センサの領域１３１及び１３３のそれぞれにおけるセンサ素子４７１及び４７３は、可視スペクトルの中心に比較的近いところにある光、すなわち、緑色の光、あるいは、比較的波長範囲の広い光、すなわち、白色光によって画像が形成される領域１３２におけるセンサ素子４７２に比べて、その数は少なく、面積は大きい。領域１３１におけるセンサ素子４７１、及び、領域１３３におけるセンサ素子４７３の面積は、センサ素子比の逆数に比例して、領域１３２におけるセンサ素子４７２、及び、領域１３４におけるセンサ素子４７４よりも大きく、また、その直線寸法は、センサ素子比の逆数の約平方根だけ長い。撮像素子１０１、１０２、１０３及び１０４は全て同じ直径を有し、それらは、光センサ４６２の主表面４６６から全て同じ距離に配置される。
【００７６】
カラーフィルタ１４４が白色フィルタであるカラーイメージセンサ４５０の代替実施形態において、領域１３２におけるセンサ素子の数及びサイズは、領域１３１及び１３３におけるものと同様である場合がある。
【００７７】
カラーイメージセンサ４５０において、領域１３１と領域１３２、領域１３３と領域１３４は、互いに長い方の側部が近接するように配置され、領域１３２と領域１３３、領域１３１と領域１３４は、互いに短い方の側部が近接するように配置される。光センサ４６２の各領域上に形成される画像から隣りの領域への光のリークを防止するために、カラーイメージセンサ４５０は、スクリーン４８１、４８２、４８３及び４８４を更に有する。これらのスクリーンは、光センサ４６２の主表面４６６から撮像素子１０１〜１０４の方へ向かって実質的に垂直に延びている。スクリーン４８１は、領域１３１と領域１３２の間において光センサ４６２から延び、スクリーン４８２は、領域１３３と領域１３４の間において光センサ４６２から延び、スクリーン４８３は、領域１３２と領域１３３の間において光センサ４６２から延び、スクリーン４８４は、領域１３１と領域１３４の間において光センサ４６２から延びている。スクリーン４８１及び４８２は、それらの領域の長い方の側部に対して平行に配置され、スクリーン４８３及び４８４は、それらの領域の短い方の側部に対して平行に配置される。単に不透明材料のウェーハであるスクリーンであっても、光のリークは防止されるが、追加又は代替として、光を吸収する主表面を両面に有するウェーハであれば、そこに入射する光が光センサ４６２の隣りの領域へ反射され、その領域にゴースト、及び／又は、フレアが形成されることを更に防止することができるであろう。
【００７８】
カラーイメージセンサ４５０において、光センサ４６２の領域１３１、１３２、１３３及び１３４の直線寸法及び面積は等しいが、図４を参照して上で説明したイメージセンサ２００と同様に、領域１３１及び１３３は、領域１３２及び１３４に比べて少数のセンサ素子しか有していない。ただし、図２を参照して上で説明したカラーイメージセンサ１００と同様に４つの領域が全て同数の同じ面積のセンサ素子を有することは、本発明にとって重要ではない。他の代替実施形態において、領域１３１、１３２、１３３及び１３４におけるセンサ素子は全て同じ面積を有するが、図３を参照して上で説明したカラーイメージセンサ１５０と同様に、領域１３１及び１３３は、領域１３２及び１３４に比べて少数のセンサ素子しか持たない。更に他の代替実施形態では、光センサ４６２の各領域のスペクトル感度を等化するために、領域１３１、１３２、１３３及び１３４におけるセンサ素子の面積は異なる場合がある。その場合、図５を参照して上で説明したカラーイメージセンサ２５０と同様に領域１３１及び１３３が領域１３２及び１３４に比べて少数のセンサ素子しか持たなくてもよいし、あるいは、上記のように各領域が同数のセンサ素子を有していてもよい。最後に、カラーフィルタ１４４は、図６を参照して上で説明した白色フィルタ３４２と同様の白色フィルタであってもよい。その場合、領域１３１、１３２及び１３３は、領域１３４に比べて少数のセンサ素子しか持たない場合がある。
【００７９】
本発明によるカラーイメージセンサの上記の実施形態は３個又は４個の撮像素子を有し、それらの撮像素子がそれぞれ、光センサの対応する領域におけるセンサ素子上に画像を形成している。しかしながら、５以上の撮像素子を使用し、各撮像素子が、光センサの対応する領域におけるセンサ素子上に画像を形成するようにすれば、更なる利点が得られる。カラー画像信号の３つの画像信号成分を生成するために必要な最小数よりも多くの撮像素子、及び、対応するセンサ素子の領域を設けることにより、欠陥のあるセンサ素子の訂正が可能となり、また、閉鎖状態の回避にも役立つ。
【００８０】
図１０Ａ〜図１０Ｄは、上記のカラーイメージセンサにおいて多数の撮像素子を使用するのに適した光センサ５１２の非常に単純化された例に関する、センサ素子の幾つかの複数領域構成の例を示している。
【００８１】
図１０Ａ、１０Ｂ及び１０Ｃに示す光センサ５１２の例において、センサ素子は５つの領域１３１、１３２、１３３、１３４及び１３５に配置され、各領域は各自のカラーフィルタ（斜線で示されている）及び撮像素子（図示せず）を有している。図示の実施形態において、センサ素子は全て同じサイズであるが、これは本発明にとって重要ではない。図示の実施形態において、領域１３２は他の各領域の４倍の数のセンサ素子を有し、その領域には、他の領域において画像を形成する光に比べて、可視スペクトルの中心に近いところにある光、又は、波長範囲の広い光によって画像が形成される。図示の例において、領域１３２には緑色の光によって画像が形成され、領域１３１及び１３４には赤色の光によって画像が形成され、領域１３３及び１３５には青色の光によって画像が形成される。あるいは、領域１３２に形成される画像は、上記のように白色光によって形成される場合もある。
【００８２】
図１０Ａに示す例では、垂直に配置された領域１３１及び１３５からなる領域のペア、領域１３２、及び、垂直に配置された領域１３３及び１３４からなる領域のペアが、順番に水平に配置される。図１０Ｂに示す例では、水平に配置された領域１３１及び１３３からなる領域のペア、領域１３２、及び、水平に配置された領域１３５及び１３４からなる領域対が、順番に垂直に配置される。図１０Ｃに示す例では、領域１３１、１３２及び１３４が順番に水平に配置され、領域１３３、１３２及び１３５が順番に垂直に配置される。
【００８３】
図１０Ｄに示す例では、センサ素子は７つの領域に配置される。領域１３１〜１３５は、図１０Ａを参照して上で説明したものと同様のもので、同様に配置される。領域１３６、領域１３２、及び、領域１３７は垂直に配置される。領域１３６と領域１３７はそれぞれ、緑色のフィルタ（斜線で示す）を有する。各撮像素子（図示せず）は、領域１３６及び１３７のそれぞれの上に緑色の光で画像を形成する。図示の実施形態において、センサ素子は全て同じサイズを有しているが、これは本発明にとって重要ではない。図示の例において、領域１３２上に形成される画像は、他の領域上に画像を形成する光よりも広い帯域幅の光によって形成される。
【００８４】
図１０Ａ〜図１０Ｄに示す各例において、光センサ５１２の各領域は、その上に形成される画像に応じて画像信号成分を生成する。誤り検出訂正回路（図示せず）は、その画像信号成分の中に、欠陥のあるセンサ素子によって生成された部分がないかどうか検査する。そのような信号部分を検出するプロセスは当該技術分野で既知のものであるから、詳しい説明はしない。一般に、そのようなプロセスは、各画像信号成分のうち、残りの画像信号成分の対応する部分と比較して範囲外にある部分、又は、隣接する幾つかのセンサ素子によって生成される同じ画像信号成分の幾つかの部分と比較して範囲外にある部分を検出する。今説明した光センサ５１２の例では、赤色の光によって形成される画像に応じて生成される画像信号成分が２つあり、青色の光によって形成される画像に応じて生成される画像信号成分が２つあるため、誤り訂正回路は、同じ色の画像に応じて生成された複数の画像信号成分を使用して欠陥のあるセンサ素子を検出し、一方の領域における欠陥のあるセンサ素子によって生成された信号部分を、他方の領域において同じ色の画像が形成される対応する位置にあるセンサ素子において生成された信号部分で置き換える。
【００８５】
図１０Ａ〜図１０Ｃに示す例において、領域１３２内の欠陥のあるセンサにおいて生成された信号成分に対し、誤り訂正回路は、領域１３２内の幾つかの近傍センサ素子において生成された画像信号成分の幾つかの部分から代替信号部分を合成する。追加又は代替として、誤り訂正回路は、欠陥のあるセンサ素子において生成された信号部分を、他の領域内の対応する位置にあるセンサ素子において生成された画像信号成分の幾つかの部分から得られる代替信号部分で置き換える。図１０Ｄに示す例の領域１３２において欠陥のあるセンサ素子から生成された信号部分に対し、誤り訂正回路は、他の領域内の対応する位置にあるセンサ素子において生成された画像信号成分の幾つかの部分を合計することによって、代替信号部分を合成する。
【００８６】
本発明によるカラーイメージセンサの幾つかの実施形態において、撮像素子は、互いに水平方向にオフセットされる。そのため、領域１３２上に形成される画像中に現れる対象物の１以上の部分は、１以上の他の領域に形成される画像中の対象物の他の部分によって、不明瞭になる可能性がある。上で説明した３領域の実施形態によって生成されるカラー画像信号は、対象物の不明瞭な部分に関して完全な色情報を持たない。図１０Ａ〜図１０Ｄに示した５〜７領域の実施形態は、領域１３２の両側側にある同じ色の光によって画像が形成される領域を見付けることにより、この問題を回避することができる。
【００８７】
例えば、図１０Ａを参照すると、領域１３４は領域１３１から垂直方向および水平方向にオフセットされているため、領域１３２上に緑色の光によって画像が形成される対象物のうち、領域１３１上に赤色の光によって形成される画像において不明瞭になっている部分は通常、領域１３４上に赤色の光によって形成される画像内に存在する。光センサ５１２の一部を形成する補助回路、または、光センサ５１２の外部にある補助回路（図示せず）は、領域１３１及び１３４上に赤色の光によって形成される画像に応じて生成される画像信号成分を結合し、領域１３２上に赤色の光によって形成される画像を模倣する仮想的な赤色画像信号成分を生成する。同様に、補助回路は、領域１３３及び１３５上に青色の光によって形成される画像に応じて生成される画像信号成分を結合し、領域１３２上に青色の光によって形成される画像を模倣する仮想的な青色画像信号成分を生成する。これらの仮想的な赤色画像信号成分および青色画像信号成分における不明瞭度は、緑色画像信号成分におけるものと実質的に同じである。したがって、実施形態によっては、仮想的な赤色画像信号成分および青色画像信号成分を領域１３２によって生成された緑色画像信号成分と加算して輝度信号を生成し、アップサンプリングして、それを輝度信号から減算することにより、カラー差分信号を生成する場合がある。輝度信号およびカラー差分信号を合わせると、光センサ５１２によって生成されるカラー画像信号１１４が構成される。
【００８８】
上記のように、各領域におけるセンサ素子のサイズ及び数は、図１０Ａ〜図１０Ｄに関する上記の説明において例示したものとは違っていてもよい。
【００８９】
本発明によるカラーイメージセンサの上記の実施形態では、図を単純化するために、撮像素子１０１〜１０３のような撮像素子が概略的に描かれている。記載した実施形態において、従来の撮像素子を撮像素子として使用することも可能である。上記のように、光センサにおけるセンサ素子の最大領域のサイズを小さくすれば、本発明によるカラーイメージセンサは、従来のカラーイメージセンサに比べて、光センサの主表面により近い位置において、より小さな従来の撮像素子を使用することが可能になる。また、狭帯域幅の光によって画像を形成する従来の撮像素子は、比較的少数の構成部品を使用して構成することができるため、それでもなお、従来のカラーイメージセンサよりも小さい場合がある。
【００９０】
本発明によるカラーイメージセンサの他の実施形態は、今説明したような比較的小さく、単純な従来の撮像素子を備える代わりに、単純な撮像素子の成形アレイを備える。図１１Ａ〜図１１Ｄはそれぞれ、本発明によるカラーイメージセンサの第９の実施形態６００の平面図、２枚の直交する断面図、及び、等角図である。カラーイメージセンサ６００は、光センサ６１２の主表面６１６上にあるセンサ素子が更に保護された、単純な成形撮像素子アレイ６５０を含む。撮像素子アレイ６５０は、小型で安価に製造できるだけでなく、ウェーハスケールのアセンブリを使用して、光センサ６１２を組み込むことができる。換言すれば、シリコンウェーハを個々のカラーイメージセンサに分離する前に、一回の位置決め・取り付けプロセスを使用して、シリコンウェーハ上に形成された全ての光センサのそれぞれに対して撮像素子アレイ６５０を同時に取り付けることができる。図１１Ａ〜図１１Ｄに示すカラーイメージセンサ６００の例は、図７を参照して上で説明したカラーイメージセンサ３５０に基づくものであるが、撮像素子アレイ６５０が、上で説明した実施形態のうちのいずれに組み込まれるように構成してもよいことは明らかであろう。図２及び図７を参照して上で説明したカラーイメージセンサの要素に対応するカラーイメージセンサ６００の要素には同じ符号を使用し、ここで再度説明はしない。
【００９１】
カラーイメージセンサ６００は、光センサ６１２と、該光センサ６１２の主表面に取り付けられた撮像素子アレイ６５０とから構成される。光センサ６１２は、図７を参照して上で説明した光センサ３６２と同様のものである。光センサ６１２は、その主表面６１６上に配置されたセンサ素子（図面を単純化するために図示せず。図７を参照）を有する。これらのセンサ素子は、光センサ６１２の垂直に配置された領域１３１、１３２及び１３３に配置される。光センサ６１２の主表面６１６上には更に、変換領域１３１、１３２及び１３３を覆うようにカラーフィルタ１４１、１４２及び１４３がそれぞれ取り付けられている。光センサ６１２の主表面６１６上には更に、撮像素子アレイ６５０を取り付けるための環状パッド６５２もある。
【００９２】
撮像素子アレイ６５０の基本形状は、底部が開口している矩形の区分けされたボックスの形であり、光学基板６５４、長い方の側面部材６５６、及び、短い方の側面部材６５７を含む。これらの側面部材は、光学基板から実質的に垂直に延び、パッド６５２に隣接してパッドに接合されている。側面部材の高さによって、撮像素子アレイ６５０の一部である撮像素子１０１、１０２及び１０３と、主表面６１６との間の間隔が決まる。この間隔によって通常、撮像素子は、平行な光を主表面６１６において集束させる位置に位置決めする。一実施形態では、これらの側面部材によって、光学基板の位置は主表面６１６から約２ｍｍの位置に設定される。
【００９３】
光学基板６５４は、撮像素子１０１、１０２及び１０３を規定する形を有する。一実施形態において、撮像素子１０１〜１０３の位置は、光学基板６５４上において互いに正確に規定され、また、それらの位置は長い方の側面部材６５６と短い方の側面部材６５６からなる少なくとも２つの隣接する側面部材の外部主表面６６０に対しても正確に規定される。撮像素子１０１、１０２及び１０３は、それらの光軸が、光センサ６１２の領域１３１〜１３３の中心間の距離に等しい距離だけ互いに離れるように、互いに間隔を空けて光学基板６５４上に配置される。外部主表面６６０に対してそれらの撮像素子を正確に規定された位置に配置すると、光センサ６１２に対して外部主表面６０６を正確に位置決めすることにより、組み立ての際に、撮像素子１０１〜１０３を光センサ６１２の領域１３１〜１３３に対して正確に位置決めすることが可能になる。
【００９４】
光学基板６５４は、向かい合った２つの主表面、外側主表面６６２、及び、内側主表面６６４を有する。図示の例では、凸状の球面状の屈折性表面６６６が内側主表面６６２に規定され、回折補正素子６６８が内部主表面６６４に規定され、各回折補正素子６６８は複数の屈折性表面６６６のうちの対応する１つに軸合わせされる。撮像素子１０１、１０２及び１０３はそれぞれ、屈折性表面６６６のうちの１つと、その屈折性表面に軸合わせされた補正素子６６８のうちの１つとから構成される。
【００９５】
図示の例において、屈折性表面６６６はそれぞれ球面状である。球面状表面は、正確な成形は容易であるが、球面収差の影響を受けやすい。屈折性表面に軸合わせされた回折補正素子６６８は、その回折補正素子に対して位置合わせされた屈折性表面の球面収差を補正する構造を有する。
【００９６】
屈折性表面６６６は、各表面が異なる色の光で画像を形成するため、その曲率半径が互いに異なる。同様に、各回折補正素子は、異なる色の光において隣接する球面状屈折性素子の球面収差を補正するため、回折補正素子６６８の形状も互いにそのサイズが異なる。したがって、撮像素子１０１、１０２及び１０３の光学特性は、赤色、緑色、及び、青色の光のそれぞれに対して最適化される。
【００９７】
スクリーン６８１及び６８２は、長い方の側部６５６間において短い方の側部６５７に対して平行に延び、撮像素子アレイ６５０の基本矩形ボックス形を３つのセクションに分割する。各セクションは、光センサ６１２のセンサ素子の領域１３１、１３２及び１３３のうちの１つを含む。上記のように、領域間の光のリークを防止するために、これらのスクリーンは光を吸収する表面を有する。
【００９８】
図１２Ａは、撮像素子アレイ６５０の代替実施形態を示す断面図であり、具体的には、撮像素子１０２の断面図である。撮像素子アレイにおける他の撮像素子も同様の構造を有している。凸状の非球面の屈折性表面６７０が、光学基板６５４の外側主表面６６２に規定され、内側主表面６６４は平坦である。撮像素子アレイ６５０のこの実施形態において、撮像素子１０１、１０２及び１０３はそれぞれ、屈折性表面６７０と同様の単一の屈折性表面を有する。各撮像素子１０１、１０２及び１０３の屈折性表面６７０の特性は通常、光学設計プログラムを使用して規定され、それらの撮像素子が指定された撮像特性を有するように規定され、また、撮像素子が画像を形成する際に使用される色の光において球面収差が最小になるように規定される。
【００９９】
図１２Ｂは、撮像素子アレイ６５０の他の代替実施形態を示す断面図であり、具体的には、撮像素子１０２の断面図である。撮像素子アレイにおける他の撮像素子も同様の構造を有している。この実施形態では、凸状の球面状の屈折性表面６６６が、光学基板６５４の外側主表面６６２に規定され、凹状の非球面の屈折性表面６６６が、内側主表面６６４に規定される。非球面の屈折性表面６７２は、球面状の屈折性表面６６６の球面収差を補正する。撮像素子アレイ６５０のこの実施形態では、撮像素子１０１、１０２及び１０３はそれぞれ、屈折性表面６６６及び６７２のような２つの対向する屈折性表面を有する。
【０１００】
撮像素子１０１、１０２及び１０３において、屈折性表面６６６の曲率半径は互いに異なり、屈折性表面６７２の曲率半径も互いに異なる。なぜなら、屈折性表面の各対が、異なる色の光で画像を形成するからである。したがって、撮像素子１０１、１０２及び１０３の光学特性は、赤色、緑色、及び、青色の光のそれぞれに対して最適化される。撮像素子１０１、１０２及び１０３の屈折性表面６５６及び６７２の特性は通常、光学設計プログラムを使用して規定され、各撮像素子が指定された撮像特性を有するように規定され、また、撮像素子が画像を形成する際に使用される色の光において球面収差が最小になるように規定される。
【０１０１】
図１２Ｃは、撮像素子アレイ６５０の他の代替実施形態を示す断面図であり、具体的には、撮像素子１０２の断面図である。画像素子アレイにおける他の撮像素子も同様の構造を有している。この実施形態では、屈折性素子６６９が光学基板６５４の外側主表面６６２に規定され、内側主表面６６４は平坦である。撮像素子アレイ６５０のこの実施形態において、撮像素子１０１、１０２及び１０３はそれぞれ、回折素子６６９のような単一の回折素子を有する。各撮像素子１０１、１０２及び１０３の回折素子６６９の特性は通常、光学設計プログラムを使用して規定され、各撮像素子がその撮像素子に対して指定された撮像特性を有するように規定され、また、撮像素子が画像を形成する際に使用される色の光において球面収差が最小になるように規定される。
【０１０２】
図１２Ｄは、図１１Ａ〜図１１Ｄに示したカラーイメージセンサ６００の代替実施形態を示す断面図であり、具体的には、撮像素子アレイ６５０が、光センサ６１２の領域１３２に白色光で画像を形成する従来の撮像素子のためのマウンタを備えた代替実施形態を示している。この実施形態において、画像センサアレイ６５０は、白色光で画像が形成される領域１３２に対して位置合わせされた撮像素子を持たない。代わりに、撮像素子アレイのその部分には、従来のマルチコンポーネント撮像素子（図示せず）のためのマウンタ６７６が規定され、更に、光学基板６５４を通してマルチコンポーネント撮像素子から光センサの領域１３２へ光を通過させるための開口部６７８が規定される。
【０１０３】
図１２Ｅは、図１１Ａ〜図１１Ｄに示したカラーイメージセンサ３００の他の代替実施形態を示す断面図であり、具体的には、撮像素子１０１、１０３と撮像素子１０２が、光センサ６１２の主表面６１２から異なる距離に配置される実施形態を示している。この実施形態では、光センサの領域１３１及び１３３の面積が、領域１３２の面積とは異なる。撮像素子アレイ６５０において撮像素子１０１、１０３と、撮像素子１０２を主表面６１６から異なる位置に配置するために、光学基板６５４は階段状に構成される。また、光学基板６５４に規定される撮像素子１０１〜１０３のサイズは異なる。
【０１０４】
撮像素子アレイ６５０は、適当なプラスチップ材料で単一部品として成形される。撮像素子アレイ６５０の成形に使用されるプラスチック材料の望ましい特性には、硬いこと、発煙が少ないこと、屈折率分布が均一であること、熱膨張係数が小さいこと、湿度の影響を受けにくいこと、吸水性が低いこと、可視光の透光性が高いこと、衝撃耐性が高いこと、及び、複屈折性が低いことなどがある。適当な材料には、ポリカーボネート、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン、ポリオレフィン、ＮＡＳ、及び、Ｏｐｔｏｒｅｓがある。具体的な材料としては、日本国東京都（郵便番号１０４）にあるＪＳＲ株式会社からＡｒｔｏｎ（Ｒ）Ｆという商標で販売されているエステル側鎖を有するノルボネン・コポリマーがある。
【０１０５】
一実施形態において、撮像素子アレイ６５０は、ドイツ国レベルクーゼンのベイヤーＡ．Ｇ．によってＡＰＥＣという商標で販売されている共重合ポリカーボネートで成形される。この材料のうちの幾つかのタイプは、はんだ付けの温度に耐えることができるため、はんだリフロープロセスによって撮像素子アレイ６５０を光センサ６１２に接合することができる。当該技術分野においてポリカーボネートは理想的な光学特性を有するものとは考えられていないが、狭帯域幅の光によって撮像素子にそれぞれ画像が形成される際にそれらの光に対する撮像素子の光学特性が最適化されるように、撮像素子１０１、１０２及び１０３の構成要素が全て個別に設計されるこの用途にとって、ポリカーボネートの光学特性は十分に良好である。
【０１０６】
回折補正素子６６８は成形後にマスキングされ、撮像素子アレイの内側表面に光吸収材料が付着される。この光吸収材料は、撮像素子１０１〜１０３によって画像を形成する光だけを光センサ６１２に入射させ、更に、スクリーン６８１及び６８２に光を吸収させるためのものである。
【０１０７】
あるいは、撮像素子アレイ６５０は複数の部品から作成することもできる。ただし、そのようにした場合、一体成形部品であることから得られる生産コストの低さ、寸法精度の高さ、繰り返し性の高さといった利点の多くは失われる。あるいは、撮像素子アレイは、スクリーン６８１及び６８２なしで成形し、後から、別の光吸収性材料のスクリーンを取り付けてもよい。
【０１０８】
図１３は、カラーイメージセンサを作成するための本発明による方法７００の一実施形態を示すフロー図である。
【０１０９】
ブロック７０４において、光学基板、及び、側面部を有する撮像素子アレイを成形する。光学基板は、間隔を空けて配置された複数の撮像素子を有し、各撮像素子は対応する色の光で画像形成するように構成される。
【０１１０】
ブロック７０６において、センサ素子の領域を有する光センサを用意する。各領域は、その領域に入射する各色の光に応じて、対応する画像信号成分を生成する働きをする。
【０１１１】
ブロック７０８において、光センサの各領域に撮像素子が配置されるようにして、撮像素子アレイを光センサに接合する。
【０１１２】
この方法の一実施形態において、撮像素子アレイは、はんだによって光センサに接合される。
【０１１３】
この方法の他の実施形態では、１つのシリコンウェーハ上に数百個の光センサ６１２をアレイ状に作成し、数百個の撮像素子アレイ６５０を、シリコンウェーハ上に作成された光センサのアレイと同じサイズ及びほぼ同じ寸法のマトリクスとして成形する。そのようなシリコンウェーハの直径の範囲は通常、約１５０ｍｍ〜約３００ｍｍである。撮像素子アレイのマトリクスは、各撮像素子アレイを隣りの撮像素子アレイに相互接続する可撓性のプラスチックフィラメントを含むように成形される。マトリクス内の撮像素子アレイ間を相互接続することにより、複数の撮像素子アレイを単一のユニットとして扱うことができるようになるため、撮像素子アレイの取り扱いが容易になる。マトリクス内の隣り合った撮像素子間に設けられる隙間は、ウェーハ上の光センサ間の隙間とほぼ同じである。
【０１１４】
撮像素子アレイのマトリクスは、窪みが形成された治具に搭載され、その窪みの中に撮像素子アレイがぴたりと収まり、各撮像素子アレイは、その隣りにある少なくとも２つの撮像素子アレイのサイドピースに係合する。これらのサイドピースは、撮像素子の幾つかの部分を形成する位置に関係するものである。治具上の隣り合った窪み間の間隔は、ウェーハ上の隣り合った光センサ間の間隔に正確に一致する。
【０１１５】
位置決め処理を実施し、治具をウェーハ上の基準マークに正確に位置合わせする。この一回の位置決め処理によって、全ての撮像素子アレイが、対応する光センサに正確に位置合わせされる。次に、ウェーハ及び治具アセンブリを加熱し、各光センサの主表面上のパッドに付着されたはんだを溶かす。次に、治具アセンブリを冷やす。はんだが凝固すると、はんだは、撮像素子アレイを対応する光センサに接合する。次に、撮像素子アレイから治具を取り外し、従来の単体化（分離）プロセスを使用して、光センサと撮像素子アレイのアセンブリを個別のカラーイメージセンサとして切り離す。この組み立て方法は、Ｅｒｔｅｌ他によって本明細書と同じ譲受人に譲渡された米国特許出願第１０／４０２，７２１号に開示された方法に基づくもので、この文献は参照により本明細書に援用される。他のウェーハスケールのプロセス、又は、個別組み立てプロセスを代わりに使用してもよい。
【０１１６】
本発明によるカラーイメージセンサの上記の実施形態は、個々の撮像素子によって光センサ上に形成された画像に応じてカラー画像信号を生成する。カラー画像信号に応じて表示される画像における色誤差を最小限に抑えるためには、カラー画像信号の対応する部分が、対象物の同じ部分を表わしていなければならない。光センサの種々の領域に形成される画像が、その領域の（０，０）センサ素子に対して異なる位置にある場合、画像に色誤差が発生する可能性がある。２以上の領域間における（０，０）センサ素子に対する画像の位置の違いは、画像不整合と呼ばれる。ある領域の（０，０）センサ素子とは、その領域内のセンサ素子によって生成された電気的値のラスタースキャン読み出しが開始される場所にあるセンサ素子である。
【０１１７】
画像不整合には２つの主な原因がある。すなわち、製造不整合と視差不整合である。製造不整合は主に、撮像素子と光センサの対応する領域との間の製造時の位置合わせ誤差によって発生する。視差不整合は主に、撮像素子間の空間的間隔によって発生する。
【０１１８】
図１１Ａ〜図１１Ｄを参照して上で説明したような一体型の撮像素子アレイを使用すれば、製造不整合を最小限に抑えることができる。一体型の撮像素子アレイは、個々の撮像素子間の距離の誤差によって発生する製造不整合を大幅に減らすことができる。また、撮像素子アレイと光センサとの間の位置合わせ誤差が、光センサの全ての領域に形成される全ての画像において同じ位置誤差として現れるため、発生する画像不整合を最小限に抑えることができる。ただし、撮像素子アレイと光センサとの間の回転位置合わせ誤差は、光センサの各領域上の画像の位置の差としてそのまま現れるため、画像不整合を引き起こす場合がある。
【０１１９】
次に、製造不整合または視差不整合の測定に使用することが可能な不整合測定ルーチン７２０について、図１４を参照して説明する。不整合低減に関するこの説明及び下記の説明は、光センサの領域のうちの２つの領域間における不整合の測定及び低減について説明する。領域のうちの１つは基準領域として指定され、残りの領域は非基準領域として指定される。可視スペクトルの中心に比較的近いところにある光、または、比較的広い波長範囲の光によって画像が形成される領域、例えば図２における領域１３２は通常、基準領域として指定される。当然ながら、本明細書に記載するプロセスは、基準領域と１以上の他の非基準領域との間の不整合の測定及び低減にも、非基準領域間における不整合の測定及び低減にも適用することができ、それら両方に適用してもよい。
【０１２０】
ブロック７２４において、光センサの種々の領域によって生成される画像信号成分によって表現される画像のエッジを検出する。ビデオ信号によって表現される画像においてエッジを検出するためのアルゴリズムは、当該技術分野で既知のものである。水平エッジと垂直エッジの両方を検出することにより、さらに正確な結果を得ることができる。画像が既知のテストパターンである不整合測定プロセスの実施形態では、比較的単純なエッジ検出アルゴリズムを使用することができる。なぜなら、エッジのおおよその位置が分かっているからである。
【０１２１】
ブロック７２６において、基準領域と非基準領域のそれぞれについて、それらの領域内における、基準点に対する水平エッジの位置、及び、垂直エッジの位置を判定する。その領域の（０，０）センサ素子に対する各エッジの位置が判定される。例えば、任意選択で、各タイプの２以上のエッジの位置を判定する場合がある。
【０１２２】
ブロック７２８では、非基準領域における各エッジの位置と、基準領域における同じエッジの位置の差を計算し、非基準領域と基準領域との間の画像不整合を、垂直方向及び水平方向について定量化する。
【０１２３】
不整合低減機能を備えた本発明によるカラーイメージセンサの実施形態において、非基準領域が有するセンサ素子の行及び列の数は、基準領域における対応する行及び列の数よりも多い。すなわち、図２と同様の実施形態における同じ数の行及び列の数、又は、図３と同様の実施形態における行及び列の数の小部分よりも多い。まず、非基準領域の（０，０）センサ素子の位置を１以上の列数だけ右に探索し、そして、その領域内の左上のセンサ素子から１以上の行数だけ下へ探索する。
【０１２４】
製造不整合は、カラーイメージセンサの製造の際に位置合わせプロセスを実施することによって低減される。この位置合わせプロセスにおいて、位置合わせを受けるカラーイメージセンサは、テストパターンからの平行な光で照明され、上記の不整合測定ルーチン７２０が実施され、非基準領域と基準領域との間の画像不整合の垂直成分及び水平成分が測定される。位置合わせプロセスの精度を最適化するとともに、光センサの各領域上に確実に画像を形成するために、この多色光のテストパターンは、明確で鮮明な垂直エッジおよび水平エッジを有する。画像不整合は、非基準領域の行数及び列数で表わされ、整数部と小数部を有する。ルーチン処理を実施し、丸められた画像不整合を生成する。次に、その領域の（０，０）センサ素子として指定されたセンサ素子を、その丸められた画像不整合の逆数だけシフトさせる。
【０１２５】
例えば、図２を参照して上で説明したカラーイメージセンサ１００において、撮像素子１０２によって基準領域１３２上に緑色の光で形成される画像に対する、撮像素子１０１によって領域１３１上に赤色の光で形成される画像の画像不整合は、＋１．３行、−１．９列であり、これを丸めると、＋１行、−２行になる。この場合、ルーチン７２０を実施すると、領域１３１の（０，０）センサ素子として指定されたセンサ素子は、（０，０）センサ素子の位置に対して−１行、＋２列だけシフトされる。（０，０）センサ素子のこの新たな位置を使用してルーチン７２０を再び実施することで、領域１３１の画像不整合が１行、１列未満になったことを確認することができる。
【０１２６】
非基準領域における（０，０）センサ素子の新たな位置が決定された後、カラーイメージセンサ１００は、非基準領域における（０，０）センサ素子の位置を示すデータを不揮発性メモリに記憶する。カラーイメージセンサ１００の通常動作において、非基準領域の読み出し回路（図示せず）は、少なくとも電源投入時にその不揮発性メモリを参照し、その領域の（０，０）センサ素子の位置を決定する。次に、読み出し回路は、（０，０）センサ素子から開始して、最大画像サイズに対応する行数及び列数のセンサ素子を読み出す。例えば、１０２４×７６８ピクセルの画像を表わすカラー画像信号を生成するカラーイメージセンサ１００の一実施形態は、光センサの各領域において、各行内の１０２４個のセンサ素子、及び、７６８行のセンサ素子を読み出し、カラー画像信号を生成する。その領域における（０，０）センサ素子の位置とは無関係に、この数のセンサ素子、及び、この行数のセンサ素子が、各領域から読み出される。実施形態によっては、上記の粗い不整合低減プロセスを実施するだけの場合もある。
【０１２７】
他の実施形態において、補助回路１２８は、今説明したカラーイメージセンサの通常動作中におけるものよりも、製造不整合を正確に低減することが可能な補間プロセスを実施する回路を含む場合がある。そのような実施形態では、今説明した粗い不整合低減プロセスを実施することにより、製造不整合はセンサ素子１つのサイズ未満に低減される。補助回路は、カラーイメージセンサの通常動作中に非基準領域における各センサ素子について補間された値を生成することによって製造不整合を更に低減する細かい不整合低減を実施する。上記のように、各センサ素子についての補間された値は、ルーチン７２０によって測定された不整合の小部分を使用して決定された重みを使用して、センサ素子によって生成された未加工の電気的値と、そのすぐ隣りにある３つの近傍センサ素子の値から生成される。
【０１２８】
そのような実施形態では、上記の位置合わせプロセスを実施し、（０，０）センサ素子の位置がシフトされる。さらに、測定された画像不整合と、丸められた画像不整合との差を計算し、第１の行重み、及び、第１の列重みが生成される。それらの第１の重みを１から減算し、第２の行重み、及び、第２の列重みが生成される。これら４つの重みは、カラーイメージセンサの通常動作中の使用に備えて、上記の不揮発性メモリに記憶される。上記の例において、行重みは０．３と０．７であり、列重みは０．１と０．９である。
【０１２９】
領域内のセンサ素子によって生成される未加工の電気的値は、元の画像の各ピクセルの値とみなすことができ、補間された値は、補間された画像の各ピクセルの値とみなすことができる。補完された画像は、元の画像に重なっているものとみなすことができるが、測定された画像不整合と丸められた画像不整合の差に等しいオフセットだけ、元の画像からシフトされているものとみなされる。また、補完された画像の各ピクセルは、最大で元の画像の４つのピクセルまで、重なり合うものとみなされる可能性がある。
【０１３０】
カラーイメージセンサの通常動作の際に、補助回路は、不揮発性メモリに記憶された重みを使用して、補完された画像ピクセルが上に重なっている元の画像の最大４ピクセルまでのピクセル値から、補間された画像の各ピクセルの補間された値を計算する。元の画像ピクセル値は、対応するセンサ素子によって生成された未加工の電気的値である。このタイプの補間は、当該技術分野において既知であるため、これ以上詳しい説明はしない。これらの補間された値は、その領域の画像信号成分として出力される。他の補間技術も知られており、それらを代わりに使用してもよい。
【０１３１】
製造不整合の更なる低減は、マッピングによる整合低減を実施することによって得られる。この場合、多色の水平線及び垂直線のグリッドを有するテストパターンを使用し、不整合測定ルーチン７２０を実行し、画像中の複数の位置のそれぞれにおける不整合を測定する。ルーチン７２０によって生成された不整合測定値から平均画像不整合を計算し、その平均不整合を丸め、非基準領域の（０，０）センサ素子の位置を、丸められた平均不整合の逆数だけシフトさせる。丸められた平均不整合は不揮発性メモリに記憶される。
【０１３２】
測定された画像不整合のそれぞれと丸められた平均不整合の行差および列差を計算し、対応する第１の行重み、及び、第１の列重みを生成する。これらの第１の重みを１から減算し、対応する第２の行重み、及び、第２の列重みを生成する。このように、範囲内の各測定値について、すなわち、画像不整合を測定した各位置について、２つの行重み、及び、２つの列重みからなる１セットの重みが計算される。次に、この重みのセットを測定位置から非基準領域内の各センサ素子にマッピングし、各センサ素子に対し、１セットのセンサ素子重みを与える。これらのセンサ素子重みは、センサ素子の補間値の生成に使用される。各センサ素子に対するセンサ素子重みは、カラーイメージセンサの通常動作中におけるセンサ素子の補間値の計算に備えて、上記の不揮発性メモリに記憶される。あるいは、不揮発性メモリの空間を節約するために、上記の差は、不揮発性メモリに記憶してもよい。各電源投入時に、これらの差はセンサ素子に再びマッピングされ、個々のセンサ素子のセンサ素子重みが、上記のようにして計算される。
【０１３３】
上記のプロセスのうちの１以上を使用すれば、無限遠にある対象物を表した最小限のカラーアーチファクトしか持たないカラー画像信号が生成されるように、本発明によるカラーイメージセンサを位置決めすることができる。本明細書に記載するタイプのカラーイメージセンサに関し、約２ｍよりも遠いところにある対象物は、通常、無限遠にあるものとみなされる。
【０１３４】
無限遠よりも近いところにある対象物の場合、本発明によるカラーイメージセンサによって生成されるカラー画像信号に応じて表示されるカラー画像には、撮像素子間の空間的間隔によって生じる視差によって、カラーアーチファクトが現れることがある。視差は、光センサの複数の領域上に形成される画像間における画像の少なくとも一部における不整合の原因となる。カラーイメージセンサの通常動作中の視差の影響は、上で説明した粗い不整合低減プロセス、細かい不整合低減プロセス、及び、マッピングによる不整合低減プロセスと同様のプロセスを使用して低減される。視差の低減は、製造不整合の低減とは次の点が異なる：（ａ）不整合測定が、カラーイメージセンサの通常動作中に対象物のエッジを使用してリアルタイムで実施されること。（ｂ）対象物の種々の部分が、カラーイメージセンサから異なる距離にあることから、適用される視差低減の量が、画像の種々の部分間で異なること。
【０１３５】
上記の粗い不整合低減を単純に適用するカラーイメージセンサの一実施形態では、カラーイメージセンサの通常動作中に不整合測定プロセス７２０を実施し、対象物の一部であるエッジを使用して画像の不整合を測定することにより、視差の低減が得られる。プロセス７２０のブロック７２４において実施されるエッジ検出プロセスは通常、目に見える画像不整合が最小であることが望ましいという仮定に基づいて、画像の中間付近におけるエッジの探索を開始するようにセットされる。次に、不整合測定プロセスによって得られた不整合測定値に応じて、非基準領域における（０，０）センサ素子の位置を一時的に変更する。画像を撮影するときは、その新たな（０，０）センサ素子から開始して、非基準領域から画像信号成分を読み出す。画像を撮影し、センサ素子から電気的値を読み出した後、（０，０）センサの位置は通常、その元の位置に戻される。他の実施形態において、（０，０）センサの位置は、視差低減プロセスによって設定された場所のまま維持される場合がある。
【０１３６】
今説明した視差低減プロセスは、不整合測定が実施される領域内のエッジに隣接する画像部分における視差不整合を、１つのセンサ素子のサイズ未満にまで低減する。エッジに隣接する画像部分における視差不整合は、上で説明した細かい不整合低減プロセスを更に使用して、更に低減することができる。この細かい不整合低減プロセスは、今説明したように、対象物のエッジを使用して取得された不整合測定値を使用する。
【０１３７】
工場における位置合わせプロセスの一部として細かい製造不整合低減プロセスを実施する一実施形態において、細かい視差低減プロセスによって生成される重みを、細かい製造不整合低減プロセスによって生成された重みに一時的に加算し、非基準領域のセンサ素子によって生成される新たな値から、補間された値の算出に使用される重みが生成される。
【０１３８】
今説明した視差低減プロセスは、上で説明した不整合測定において使用されるエッジに隣接する画像部分における視差を低減するが、その画像の他の部分における視差は増加する。画像を複数の領域に分割し、各領域に対して不整合測定を実施し、その領域の測定された不整合を使用してその領域に対して不整合低減を実施することにより、画像全体にわたる、より均一な視差低減が得られる。一実施形態では、画像の全範囲にわたって多数の不整合測定を実施し、その不整合測定値から、同様の視差不整合を有する画像の領域間の境界を検出する場合がある。これらの領域は、対象物における種々の対象に対応するものとみなされる。次に、それらの領域に対して、個別に視差低減プロセスが適用される。
【０１３９】
次に、対象物を表わすカラー画像信号を生成するための本発明による方法の第１の実施形態８００について、図１５を参照して説明する。
【０１４０】
ブロック８０４において、光センサを用意する。光センサは、センサ素子のアレイを有し、そこに入射する光に応じてカラー画像信号を生成する働きをする。
【０１４１】
ブロック８０６において、対象物からの異なる色の光で、光センサの対応する領域上に個別に画像を形成する。
【０１４２】
一実施形態では、対象物からの光の一部がフィルタリングされ、第１の色の光が生成される。他の実施形態では、対象物からの光の他の部分がフィルタリングされ、第２の色の光が生成される。
【０１４３】
他の実施形態では、カラー画像信号は光センサの各領域に対応する画像信号成分を含み、撮影によって光センサの各領域上に画像が形成され、カラー画像信号から画像間の視差の影響を除去するために、画像信号成分が処理される。
【０１４４】
他の実施形態では、撮像素子を用意し、撮像素子を光センサに取り付け、カラー画像信号は光センサの各領域に対応する画像信号成分を含み、カラー画像信号から撮像素子と光センサの間の不整合の影響を除去するために、それらの画像信号成分が処理される。
【０１４５】
他の実施形態において、カラー画像信号は、光センサの各領域に対応する画像信号成分を含み、それらの画像信号成分の生成に使用される露光時間が互いに個別に制御され、画像信号成分を処理することにより、カラー画像信号が生成される。この処理は、露光時間の差を補正することを含む。
【０１４６】
次に、対象物を表わすカラー画像信号を生成するための本発明による方法の第２の実施形態８２０について、図１６を参照して説明する。
【０１４７】
ブロック８２４において、異なる色の光で、対象物の複数の画像を個別に、且つ、同時に形成する。
【０１４８】
ブロック８２６において、それらの画像を、カラー画像信号の対応する画像信号成分に変換する。
【０１４９】
本明細書の開示は、例示的実施形態を使用して本発明を詳細に説明している。しかしながら、添付の特許請求の範囲に規定される本発明が、記載した実施形態に厳密に制限されることはない。
【図面の簡単な説明】
【０１５０】
【図１】従来のカラーイメージセンサの非常に単純化された例を示す等角図である。
【図２】本発明によるカラーイメージセンサの非常に単純化された第１の実施形態を示す等角図である。
【図３】本発明によるカラーイメージセンサの非常に単純化された第２の実施形態を示す等角図である。
【図４】本発明によるカラーイメージセンサの非常に単純化された第３の実施形態を示す等角図である。
【図５】本発明によるカラーイメージセンサの非常に単純化された第４の実施形態を示す等角図である。
【図６】本発明によるカラーイメージセンサの非常に単純化された第５の実施形態を示す等角図である。
【図７】本発明によるカラーイメージセンサの非常に単純化された第６の実施形態を示す等角図である。
【図８】本発明によるカラーイメージセンサの非常に単純化された第７の実施形態を示す等角図である。
【図９】本発明によるカラーイメージセンサの非常に単純化された第８の実施形態を示す等角図である。
【図１０Ａ】光センサの非常に単純化された例におけるセンサ素子の複数領域構成の例を示す図である。
【図１０Ｂ】光センサの非常に単純化された例におけるセンサ素子の複数領域構成の例を示す図である。
【図１０Ｃ】光センサの非常に単純化された例におけるセンサ素子の複数領域構成の例を示す図である。
【図１０Ｄ】光センサの非常に単純化された例におけるセンサ素子の複数領域構成の例を示す図である。
【図１１Ａ】本発明によるカラーイメージセンサの第９の実施形態の平面図である。
【図１１Ｂ】本発明によるカラーイメージセンサの第９の実施形態の断面図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｂに対して直交する方向における、本発明によるカラーイメージセンサの第９の実施形態の断面図である。
【図１１Ｄ】本発明による光センサの第９の実施形態の斜視図である。
【図１２Ａ】図１１Ａ〜図１１Ｄに示した撮像素子アレイの代替実施形態を示す断面図である。
【図１２Ｂ】図１１Ａ〜図１１Ｄに示した撮像素子アレイの代替実施形態を示す断面図である。
【図１２Ｃ】図１１Ａ〜図１１Ｄに示した撮像素子アレイの代替実施形態を示す断面図である。
【図１２Ｄ】図１１Ａ〜図１１Ｄに示したカラーイメージセンサの代替実施形態を示す断面図である。
【図１２Ｅ】図１１Ａ〜図１１Ｄに示したカラーイメージセンサの代替実施形態を示す断面図である。
【図１３】カラーイメージセンサをせく製するための本発明による方法の一実施形態を示すフロー図である。
【図１４】製造不整合または視差不整合を測定するために使用可能な不整合測定ルーチンの一実施形態を示すフロー図である。
【図１５】対象物を表わすカラー画像信号を生成するための本発明による方法の第１の実施形態を示すフロー図である。
【図１６】対象物を表わすカラー画像信号を生成するための本発明による方法の第２の実施形態を示すフロー図である。
【図１】
2007520107.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
2007520107.tif 000023
【図１２Ｅ】
2007520107.tif 000024
【図１３】
2007520107.tif 000025
【図１４】
2007520107.tif 000026
【図１５】
2007520107.tif 000027
【図１６】
2007520107.tif 000028
【国際調査報告】
2007520107.tif 000029
2007520107.tif 000030