撮像素子
【課題】デジタル一眼レフカメラにおいて、ＴＴＬストロボ自動調光特性の改善を図ることができる撮像素子を得る。
【解決手段】複数の光電変換素子を備えた撮像素子において、撮像素子の受光面の略全面に、入射光束の一部を拡散反射する拡散反射層１１０、２１０、３１０、４１０、５１０を形成した。
【解決手段】複数の光電変換素子を備えた撮像素子において、撮像素子の受光面の略全面に、入射光束の一部を拡散反射する拡散反射層１１０、２１０、３１０、４１０、５１０を形成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタル一眼レフカメラに適した撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、一眼レフカメラでは、ＴＴＬ方式によってストロボの自動調光を行っている。銀塩フィルムを使用する一眼レフカメラの場合は、フィルム乳剤面での拡散反射光をＴＴＬ受光素子で受光して測光することができる。近年、フィルムに代えてＣＣＤ等の撮像素子を使用したデジタル一眼レフカメラが普及している。デジタルカメラに使用される撮像素子は、撮影レンズから入射した被写体光をより効率よく光電変換素子に導くため、光電変換素子の前面にマイクロレンズを設けたものが知られている。また、ダイナミックレンジを上げるため、一部の光電変換素子と色フィルタとの間に、反射率５０パーセント以下の材料により減光フィルタを設ける技術が開発されている（特許文献１）。さらに、マイクロレンズ形状の強誘電体膜の表裏を透明電極層で覆って屈折率を可変する技術も開発されている（特許文献２）。
【特許文献１】特開２００３-２７３３３８号公報
【特許文献２】特開２００１-３３２７１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、デジタル一眼レフカメラに搭載される撮像素子は通常入射側面での反射率が小さいので、ＴＴＬストロボ自動調光の際に被写体で反射したストロボ光が入射側面では殆ど反射されず、ＴＴＬ受光素子に入射する被写体光量が少なく、ＴＴＬ受光素子の出力がきわめて小さい。そのため、ＴＴＬ受光素子の測光感度分布のピークが中央に位置せず、急峻な特性を示し、さらに撮影レンズの射出瞳位置変動に伴って出力変化が大きく発生したり、Ａｖ連動特性（実際の絞り開閉度合と出力との比例関係）も悪かった。特許文献１のように一部の光電変換素子上に減光フィルタを設ける構成では、同一距離に被写体が位置しても画面上に位置によって、被写体の形状等によってＴＴＬ受光素子の出力が大きく変化してしまう。特許文献２のようにマイクロレンズの表裏を透明電極層で覆うと、多重反射等によって、１個の光電変換素子に入射すべき光束の一部が他の光電変換素子に入射してしまい、画質が劣化してしまう。
【０００４】
本発明は、かかる従来のデジタル一眼レフカメラにおけるＴＴＬストロボ自動調光の問題に鑑みてなされたもので、ＴＴＬストロボ自動調光特性の改善を図ることができる撮像素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題を解決する本発明は、複数の光電変換素子を備えた撮像素子において、撮像素子の受光面の全面に、入射光束の一部を拡散反射する拡散反射層を形成したことに特徴を有する。
【０００６】
実際的には、撮像素子の上記複数の光電変換素子上には色フィルタが設けられていて、上記拡散反射層は、上記色フィルタの表面に設けられた透過性材料とする。拡散反射層は、上記色フィルタの表面に設けられた、入射光束の一部を拡散反射する、撮像素子の各受光素子よりも微細な微細構造とする。この微細構造は、色フィルタの表面を加工して設けることができる。
【０００７】
微細構造は、回折格子状、上記各光電変換素子の縦または横寸法よりも細かい凹部または凸部構造、上記光電変換素子の中央から周辺に向かって厚さ方向に変化のある階段状構造、上記各光電変換素子の縦および横寸法よりも小径の集光レンズの集合のいずれかによって形成できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、撮像素子に入射する被写体光束の一部が拡散反射層で拡散反射されるので、拡散反射層で拡散反射した被写体光束を受光することで、撮像素子に入射する被写体光を正確に測光することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、本発明を適用したＣＣＤ撮像素子の実施形態の要部を示す、水平方向に切断した断面図である。このＣＣＤ固体撮像素子は、半導体基板３内に、光電変換素子として、マトリクス状に配置された多数のホトダイオード１と、ホトダイオード１とホトダイオード１の間を垂直方向に延びる垂直転送ＣＣＤチャネル２が形成されている。半導体基板３よりも上方には、絶縁膜４を介して、垂直転送ＣＣＤチャネル２上には垂直転送電極６が形成され、ホトダイオード１上には拡散反射層７が形成されている。垂直転送電極６は、遮光幕５によって覆われ、被写体光が入射しないように遮光されている。そうしてこれらの拡散反射層７および遮光幕５を含む全面に透明な平坦化膜８が設けられ、さらにこの平坦化膜８の上に、色フィルタ９が設けられている。色フィルタ９は、赤、緑、青色のいわゆる原色フィルター、または、シアン、マゼンタ、イエローのいわゆる補色フィルターである。
【００１０】
この実施形態の撮像素子をデジタル一眼レフカメラに使用すれば、各ホトダイオード１に入射する光束の一部がホトダイオード１の表面に設けた拡散反射層７で反射され、平坦化膜８および色フィルタ９から射出される。しかもホトダイオード１の表面に設けた拡散反射層７は、左右が遮光幕５によって囲まれているので、反射された光束が他のホトダイオード１に入射するおそれが無い。
【００１１】
次に、本発明の他の実施形態について、図２（Ａ）乃至（Ｅ）を参照して説明する。図２の（Ａ）に示した第２の実施形態では、拡散反射層として、色フィルタ９上に、拡散反射層（透過性拡散材料層）１１０を形成したことに特徴を有する。透過性拡散材料としては、オパール、アクリルライト乳白色のように、色着きが無く、内部拡散材料のものが適している。色フィルタ９の表面に透過性拡散材料を平坦に形成すればよいので、製造が容易である。
【００１２】
この第１の実施形態の撮像素子をデジタル一眼レフカメラに使用すれば、撮像素子に入射する被写体光は一部が拡散反射層１１０で拡散反射されるので、ＴＴＬ測光素子に入射する光量が増え、かつ広い領域からの反射光がＴＴＬ測光素子に入射する。
【００１３】
図２の（Ｂ）に示した第３の実施形態では、拡散反射層２１０として、回折格子状の、断面矩形溝部２１２および断面矩形突起部２１３を、水平方向に、所定幅、所定深さ／高さで繰り返し形成した。矩形溝部２１２、矩形突起部２１３の幅は、各ホトダイオード１の縦、横寸法よりも狭く、図示実施例ではホトダイオード１の幅の約１／４の幅程度としてあるが、さらに幅狭に形成してもよく、矩形溝部２１２、矩形突起部２１３の幅を異ならせてもよい。矩形溝部２１２および矩形突起部２１３は垂直方向に延びているが、水平方向に延びる矩形溝部２１２および矩形突起部２１３としてもよい。また、矩形溝部２１２を縦横に形成してもよい。
【００１４】
この第３の実施形態の撮像素子をデジタル一眼レフカメラに使用すれば、拡散反射層２１０に向かう被写体光は、一部が矩形突起部２１３の表面２１３ａで反射され、矩形溝部２１２に入射した被写体光束の一部は、矩形溝部２１２の底面２１２ａだけでなく、矩形溝部２１２および矩形突起部２１３共通の側面２１４で複数回反射されて矩形溝部２１２から射出される。
【００１５】
このように第３の実施形態によれば、受光面全域に亘る拡散反射層２１０によって被写体光の一部が略均等分布で反射されるで、ＴＴＬ測光素子に入射する光量が増え、かつ広い領域からの反射光がＴＴＬ測光素子に入射する。
【００１６】
図２の（Ｃ）に示した第４の実施形態の拡散反射層３１０は、厚さ方向に変化をつけたものであって、各ホトダイオード１の境界からホトダイオード１の中央に向かってステップ３１１を積み重ねて、ホトダイオード１の中央が最も高く（厚く）なるように厚さ方向に変化を持たせた形状に形成してある。ステップ３１１の幅、ステップ３１１の厚さ（段差）は任意である。このステップ３１１は、受光面に対して縦（垂直）方向または横（水平）方向の一方向にのみ延びた、二辺方向に厚さが変化する形状でもよいが、ホトダイオード１の４辺方向に厚さが減ずるピラミッド形状に形成してもよい。
【００１７】
図２の（Ｄ）に示した第５の実施形態の拡散反射層４１０は、表面に微細構造として凸レンズ面４１１を形成してある。各凸レンズ面４１１の径はホトダイオード１の横および縦寸法よりも小さく設定されている。この凸レンズ面４１１は、垂直方向または水平方向に延びるシリンドリカル面状に形成してもよく、あるいは垂直水平方向に曲率を有するように形成してもよい。
【００１８】
図２の（Ｅ）に示した第６の実施形態は、拡散反射層５１０を色フィルタ９自体に形成したことに特徴を有する。この拡散反射層５１０は、色フィルタ９の表面に微細構造として形成された、微細な凹凸からなる。この構成によれば、部材を増やさずに済み、かつ色フィルタ９を形成する工程で製造できるので工程も少なくて済む。
【００１９】
これらの実施形態によれば、撮像素子に入射した被写体光束の一部が拡散反射層７、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０で乱反射する。この撮像素子を一眼レフカメラに搭載すれば、ＴＴＬ受光素子に入射する光量が増え、ＴＴＬストロボ調光特性を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明を適用するＣＣＤ撮像素子の横断面図を示す図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）は本発明を適用したＣＣＤ撮像素子の第１、第２、第３、第４、第５の実施形態の概要を示す横断面図である。
【符号の説明】
【００２１】
１ ホトダイオード
２ 垂直転送ＣＣＤチャネル
３ 半導体基板
４ 絶縁膜
５ 遮光幕
６ 垂直転送電極
７ 拡散反射層
８ 平坦化膜
９ 色フィルタ
１１０ 拡散反射層
２１０ 拡散反射層
２１２ 矩形溝部
２１２ａ 底面
２１３ 矩形突起部
３１０ 拡散反射層
３１１ ステップ
４１０ 拡散反射層
４１１ 凸レンズ面
５１０ 拡散反射層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタル一眼レフカメラに適した撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、一眼レフカメラでは、ＴＴＬ方式によってストロボの自動調光を行っている。銀塩フィルムを使用する一眼レフカメラの場合は、フィルム乳剤面での拡散反射光をＴＴＬ受光素子で受光して測光することができる。近年、フィルムに代えてＣＣＤ等の撮像素子を使用したデジタル一眼レフカメラが普及している。デジタルカメラに使用される撮像素子は、撮影レンズから入射した被写体光をより効率よく光電変換素子に導くため、光電変換素子の前面にマイクロレンズを設けたものが知られている。また、ダイナミックレンジを上げるため、一部の光電変換素子と色フィルタとの間に、反射率５０パーセント以下の材料により減光フィルタを設ける技術が開発されている（特許文献１）。さらに、マイクロレンズ形状の強誘電体膜の表裏を透明電極層で覆って屈折率を可変する技術も開発されている（特許文献２）。
【特許文献１】特開２００３-２７３３３８号公報
【特許文献２】特開２００１-３３２７１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、デジタル一眼レフカメラに搭載される撮像素子は通常入射側面での反射率が小さいので、ＴＴＬストロボ自動調光の際に被写体で反射したストロボ光が入射側面では殆ど反射されず、ＴＴＬ受光素子に入射する被写体光量が少なく、ＴＴＬ受光素子の出力がきわめて小さい。そのため、ＴＴＬ受光素子の測光感度分布のピークが中央に位置せず、急峻な特性を示し、さらに撮影レンズの射出瞳位置変動に伴って出力変化が大きく発生したり、Ａｖ連動特性（実際の絞り開閉度合と出力との比例関係）も悪かった。特許文献１のように一部の光電変換素子上に減光フィルタを設ける構成では、同一距離に被写体が位置しても画面上に位置によって、被写体の形状等によってＴＴＬ受光素子の出力が大きく変化してしまう。特許文献２のようにマイクロレンズの表裏を透明電極層で覆うと、多重反射等によって、１個の光電変換素子に入射すべき光束の一部が他の光電変換素子に入射してしまい、画質が劣化してしまう。
【０００４】
本発明は、かかる従来のデジタル一眼レフカメラにおけるＴＴＬストロボ自動調光の問題に鑑みてなされたもので、ＴＴＬストロボ自動調光特性の改善を図ることができる撮像素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題を解決する本発明は、複数の光電変換素子を備えた撮像素子において、撮像素子の受光面の全面に、入射光束の一部を拡散反射する拡散反射層を形成したことに特徴を有する。
【０００６】
実際的には、撮像素子の上記複数の光電変換素子上には色フィルタが設けられていて、上記拡散反射層は、上記色フィルタの表面に設けられた透過性材料とする。拡散反射層は、上記色フィルタの表面に設けられた、入射光束の一部を拡散反射する、撮像素子の各受光素子よりも微細な微細構造とする。この微細構造は、色フィルタの表面を加工して設けることができる。
【０００７】
微細構造は、回折格子状、上記各光電変換素子の縦または横寸法よりも細かい凹部または凸部構造、上記光電変換素子の中央から周辺に向かって厚さ方向に変化のある階段状構造、上記各光電変換素子の縦および横寸法よりも小径の集光レンズの集合のいずれかによって形成できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、撮像素子に入射する被写体光束の一部が拡散反射層で拡散反射されるので、拡散反射層で拡散反射した被写体光束を受光することで、撮像素子に入射する被写体光を正確に測光することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、本発明を適用したＣＣＤ撮像素子の実施形態の要部を示す、水平方向に切断した断面図である。このＣＣＤ固体撮像素子は、半導体基板３内に、光電変換素子として、マトリクス状に配置された多数のホトダイオード１と、ホトダイオード１とホトダイオード１の間を垂直方向に延びる垂直転送ＣＣＤチャネル２が形成されている。半導体基板３よりも上方には、絶縁膜４を介して、垂直転送ＣＣＤチャネル２上には垂直転送電極６が形成され、ホトダイオード１上には拡散反射層７が形成されている。垂直転送電極６は、遮光幕５によって覆われ、被写体光が入射しないように遮光されている。そうしてこれらの拡散反射層７および遮光幕５を含む全面に透明な平坦化膜８が設けられ、さらにこの平坦化膜８の上に、色フィルタ９が設けられている。色フィルタ９は、赤、緑、青色のいわゆる原色フィルター、または、シアン、マゼンタ、イエローのいわゆる補色フィルターである。
【００１０】
この実施形態の撮像素子をデジタル一眼レフカメラに使用すれば、各ホトダイオード１に入射する光束の一部がホトダイオード１の表面に設けた拡散反射層７で反射され、平坦化膜８および色フィルタ９から射出される。しかもホトダイオード１の表面に設けた拡散反射層７は、左右が遮光幕５によって囲まれているので、反射された光束が他のホトダイオード１に入射するおそれが無い。
【００１１】
次に、本発明の他の実施形態について、図２（Ａ）乃至（Ｅ）を参照して説明する。図２の（Ａ）に示した第２の実施形態では、拡散反射層として、色フィルタ９上に、拡散反射層（透過性拡散材料層）１１０を形成したことに特徴を有する。透過性拡散材料としては、オパール、アクリルライト乳白色のように、色着きが無く、内部拡散材料のものが適している。色フィルタ９の表面に透過性拡散材料を平坦に形成すればよいので、製造が容易である。
【００１２】
この第１の実施形態の撮像素子をデジタル一眼レフカメラに使用すれば、撮像素子に入射する被写体光は一部が拡散反射層１１０で拡散反射されるので、ＴＴＬ測光素子に入射する光量が増え、かつ広い領域からの反射光がＴＴＬ測光素子に入射する。
【００１３】
図２の（Ｂ）に示した第３の実施形態では、拡散反射層２１０として、回折格子状の、断面矩形溝部２１２および断面矩形突起部２１３を、水平方向に、所定幅、所定深さ／高さで繰り返し形成した。矩形溝部２１２、矩形突起部２１３の幅は、各ホトダイオード１の縦、横寸法よりも狭く、図示実施例ではホトダイオード１の幅の約１／４の幅程度としてあるが、さらに幅狭に形成してもよく、矩形溝部２１２、矩形突起部２１３の幅を異ならせてもよい。矩形溝部２１２および矩形突起部２１３は垂直方向に延びているが、水平方向に延びる矩形溝部２１２および矩形突起部２１３としてもよい。また、矩形溝部２１２を縦横に形成してもよい。
【００１４】
この第３の実施形態の撮像素子をデジタル一眼レフカメラに使用すれば、拡散反射層２１０に向かう被写体光は、一部が矩形突起部２１３の表面２１３ａで反射され、矩形溝部２１２に入射した被写体光束の一部は、矩形溝部２１２の底面２１２ａだけでなく、矩形溝部２１２および矩形突起部２１３共通の側面２１４で複数回反射されて矩形溝部２１２から射出される。
【００１５】
このように第３の実施形態によれば、受光面全域に亘る拡散反射層２１０によって被写体光の一部が略均等分布で反射されるで、ＴＴＬ測光素子に入射する光量が増え、かつ広い領域からの反射光がＴＴＬ測光素子に入射する。
【００１６】
図２の（Ｃ）に示した第４の実施形態の拡散反射層３１０は、厚さ方向に変化をつけたものであって、各ホトダイオード１の境界からホトダイオード１の中央に向かってステップ３１１を積み重ねて、ホトダイオード１の中央が最も高く（厚く）なるように厚さ方向に変化を持たせた形状に形成してある。ステップ３１１の幅、ステップ３１１の厚さ（段差）は任意である。このステップ３１１は、受光面に対して縦（垂直）方向または横（水平）方向の一方向にのみ延びた、二辺方向に厚さが変化する形状でもよいが、ホトダイオード１の４辺方向に厚さが減ずるピラミッド形状に形成してもよい。
【００１７】
図２の（Ｄ）に示した第５の実施形態の拡散反射層４１０は、表面に微細構造として凸レンズ面４１１を形成してある。各凸レンズ面４１１の径はホトダイオード１の横および縦寸法よりも小さく設定されている。この凸レンズ面４１１は、垂直方向または水平方向に延びるシリンドリカル面状に形成してもよく、あるいは垂直水平方向に曲率を有するように形成してもよい。
【００１８】
図２の（Ｅ）に示した第６の実施形態は、拡散反射層５１０を色フィルタ９自体に形成したことに特徴を有する。この拡散反射層５１０は、色フィルタ９の表面に微細構造として形成された、微細な凹凸からなる。この構成によれば、部材を増やさずに済み、かつ色フィルタ９を形成する工程で製造できるので工程も少なくて済む。
【００１９】
これらの実施形態によれば、撮像素子に入射した被写体光束の一部が拡散反射層７、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０で乱反射する。この撮像素子を一眼レフカメラに搭載すれば、ＴＴＬ受光素子に入射する光量が増え、ＴＴＬストロボ調光特性を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明を適用するＣＣＤ撮像素子の横断面図を示す図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）は本発明を適用したＣＣＤ撮像素子の第１、第２、第３、第４、第５の実施形態の概要を示す横断面図である。
【符号の説明】
【００２１】
１ ホトダイオード
２ 垂直転送ＣＣＤチャネル
３ 半導体基板
４ 絶縁膜
５ 遮光幕
６ 垂直転送電極
７ 拡散反射層
８ 平坦化膜
９ 色フィルタ
１１０ 拡散反射層
２１０ 拡散反射層
２１２ 矩形溝部
２１２ａ 底面
２１３ 矩形突起部
３１０ 拡散反射層
３１１ ステップ
４１０ 拡散反射層
４１１ 凸レンズ面
５１０ 拡散反射層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光電変換素子を備えた撮像素子において、
撮像素子の受光面の略全面に、入射光束の一部を拡散反射する拡散反射層を形成したことを特徴とする撮像素子。
【請求項２】
請求項１記載の撮像素子は上記複数の光電変換素子上に色フィルタが設けられていて、上記拡散反射層は、上記色フィルタの表面に設けられた透過性材料からなる撮像素子。
【請求項３】
請求項１記載の撮像素子は上記複数の光電変換素子上に色フィルタが設けられていて、拡散反射層は、上記色フィルタの表面に設けられた、入射光束の一部を拡散反射する、撮像素子の各受光素子よりも微細な微細構造である撮像素子。
【請求項４】
請求項１記載の撮像素子は上記複数の光電変換素子上に色フィルタが設けられていて、拡散反射層は、色フィルタの表面に形成された、入射光束の一部を拡散反射する微細構造である撮像素子。
【請求項５】
請求項３または４記載の撮像素子において、上記微細構造は、回折格子状である撮像素子。
【請求項６】
請求項３または４記載の撮像素子において、上記微細構造は、上記各光電変換素子の縦または横寸法よりも細かい凹部または凸部構造である撮像素子。
【請求項７】
請求項３または４記載の撮像素子において、上記微細構造は、上記光電変換素子の中央から周辺に向かって厚さ方向に変化のある階段状構造である撮像素子。
【請求項８】
請求項３または４記載の撮像素子において、上記微細構造は、上記各光電変換素子の縦および横寸法よりも小径の集光レンズの集合である撮像素子。
【請求項１】
複数の光電変換素子を備えた撮像素子において、
撮像素子の受光面の略全面に、入射光束の一部を拡散反射する拡散反射層を形成したことを特徴とする撮像素子。
【請求項２】
請求項１記載の撮像素子は上記複数の光電変換素子上に色フィルタが設けられていて、上記拡散反射層は、上記色フィルタの表面に設けられた透過性材料からなる撮像素子。
【請求項３】
請求項１記載の撮像素子は上記複数の光電変換素子上に色フィルタが設けられていて、拡散反射層は、上記色フィルタの表面に設けられた、入射光束の一部を拡散反射する、撮像素子の各受光素子よりも微細な微細構造である撮像素子。
【請求項４】
請求項１記載の撮像素子は上記複数の光電変換素子上に色フィルタが設けられていて、拡散反射層は、色フィルタの表面に形成された、入射光束の一部を拡散反射する微細構造である撮像素子。
【請求項５】
請求項３または４記載の撮像素子において、上記微細構造は、回折格子状である撮像素子。
【請求項６】
請求項３または４記載の撮像素子において、上記微細構造は、上記各光電変換素子の縦または横寸法よりも細かい凹部または凸部構造である撮像素子。
【請求項７】
請求項３または４記載の撮像素子において、上記微細構造は、上記光電変換素子の中央から周辺に向かって厚さ方向に変化のある階段状構造である撮像素子。
【請求項８】
請求項３または４記載の撮像素子において、上記微細構造は、上記各光電変換素子の縦および横寸法よりも小径の集光レンズの集合である撮像素子。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００６−３４４７０９（Ｐ２００６−３４４７０９Ａ）
【公開日】平成１８年１２月２１日（２００６．１２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１６７８２５（Ｐ２００５−１６７８２５）
【出願日】平成１７年６月８日（２００５．６．８）
【出願人】（００００００５２７）ペンタックス株式会社 (1,878)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月２１日（２００６．１２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月８日（２００５．６．８）
【出願人】（００００００５２７）ペンタックス株式会社 (1,878)
【Ｆターム（参考）】
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