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図面 (20)

課題・解決手段

本技術は、通常画像狭帯域画像等とを、同時に取得することができるようにする固体撮像装置、及び、電子機器に関する。固体撮像装置は、2層以上に積層された複数の基板を備え、その複数の基板のうちの2個以上の基板は、光電変換を行う画素を有する基板になっている。画素を有する基板の少なくとも1個の基板は、可視光受光する可視光センサになっており、画素を有する基板の少なくとも他の1個の基板は、狭帯域の波長帯の光を透過する光学フィルタである狭帯域フィルタを有し、狭帯域の光である狭帯域光を受光する狭帯域光センサになっている。

概要

背景

狭帯域波長帯の光をセンシング撮影)する狭帯域光センサとしては、例えば、マルチスペクトルセンサや、ハイパースペクトルセンサがある。

マルチスペクトルセンサによれば、複数の波長帯の光を同時にセンシング(撮影)することができ、ハイパースペクトルセンサによれば、可視光から赤外光までの光を、数百の波長帯に分けてセンシング(撮影)することができる。

狭帯域光センサは、センシング(撮影)の対象とする光の帯域が狭いので、感度が低くなる。さらに、狭帯域光センサが、表面プラズモンを利用したプラズモンフィルタを利用する場合には、狭帯域光センサでの光電変換変換効率が低くなる。

また、狭帯域光センサは、センシング(撮影)の対象とする光の帯域が狭く、可視光の全域カバーすることは困難であるため、狭帯域光センサでの光のセンシング(撮影)により得られる光のスペクトルデータを合成して、可視光をセンシング(撮影)して得られる高画質なスペクトル(画像)(以下、通常画像ともいう)を得ることは難しい。

なお、本件出願人は、光電変換を行う2つの層が積層されたCMOSイメージセンサを先に提案している(例えば、特許文献1を参照)。

概要

本技術は、通常画像と狭帯域画像等とを、同時に取得することができるようにする固体撮像装置、及び、電子機器に関する。固体撮像装置は、2層以上に積層された複数の基板を備え、その複数の基板のうちの2個以上の基板は、光電変換を行う画素を有する基板になっている。画素を有する基板の少なくとも1個の基板は、可視光を受光する可視光センサになっており、画素を有する基板の少なくとも他の1個の基板は、狭帯域の波長帯の光を透過する光学フィルタである狭帯域フィルタを有し、狭帯域の光である狭帯域光を受光する狭帯域光センサになっている。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

2層以上に積層された複数の基板を備え、前記複数の基板のうちの2個以上の基板は、光電変換を行う画素を有する基板であり、前記画素を有する基板の少なくとも1個の基板は、可視光受光する可視光センサであり、前記画素を有する基板の少なくとも他の1個の基板は、狭帯域波長帯の光を透過する光学フィルタである狭帯域フィルタを有し、前記狭帯域の光である狭帯域光を受光する狭帯域光センサである固体撮像装置

請求項2

前記狭帯域光センサは、異なる波長帯の光を透過する複数の前記狭帯域フィルタを有する請求項1に記載の固体撮像装置。

請求項3

前記可視光センサは、前記狭帯域光センサよりも、光が入射してくる方の上層に積層されている請求項2に記載の固体撮像装置。

請求項4

前記狭帯域光センサは、前記可視光センサ、及び、前記狭帯域フィルタを透過した光を受光する複数の画素を有する請求項3に記載の固体撮像装置。

請求項5

前記可視光センサ、及び、前記狭帯域光センサのうちの、光が入射してくる方と反対の下層にある下層基板より上層の基板は、Siで構成され、前記下層基板は、前記Siを透過した光を受光する請求項4に記載の固体撮像装置。

請求項6

前記可視光センサ、及び、前記狭帯域光センサのうちの、光が入射してくる方と反対の下層にある下層基板より上層の基板は、SiO2で構成され、前記下層基板は、前記SiO2を透過した光を受光する請求項4に記載の固体撮像装置。

請求項7

前記可視光センサ、及び、前記狭帯域光センサよりも、光が入射してくる方の上層には、所定の色の光を透過する光学フィルタであるカラーフィルタが積層され、前記可視光センサ、及び、前記狭帯域光センサは、緑色、赤色、又は、白色の光を透過するカラーフィルタを透過した光を受光する請求項5に記載の固体撮像装置。

請求項8

前記可視光センサ、及び、前記狭帯域光センサよりも、光が入射してくる方の上層には、所定の色の光を透過する光学フィルタであるカラーフィルタが積層され、前記可視光センサ、及び、前記狭帯域光センサは、緑色、赤色、青色、又は、白色の光を透過するカラーフィルタを透過した光を受光する請求項6に記載の固体撮像装置。

請求項9

前記可視光センサ、及び、前記狭帯域光センサよりも、光が入射してくる方の上層には、所定の配列のカラーフィルタが積層され、前記所定の配列のカラーフィルタは、白色の光を透過する白色フィルタを有する請求項4に記載の固体撮像装置。

請求項10

前記可視光センサより下層の前記狭帯域光センサで受光される光の面積は、その光が前記上層の前記可視光センサを透過したときの面積よりも大である請求項4に記載の固体撮像装置。

請求項11

前記上層の前記可視光センサを透過した光が透過する前記狭帯域フィルタは、位置によって異なる請求項4に記載の固体撮像装置。

請求項12

前記可視光センサより下層の前記狭帯域光センサは、前記上層の前記可視光センサの複数の画素それぞれを透過した光をまとめて受光する請求項4に記載の固体撮像装置。

請求項13

前記狭帯域光センサの前記画素は、InGaAs系の材料で構成される請求項4に記載の固体撮像装置。

請求項14

前記狭帯域光センサの前記画素は、PbS系、PbSe系、Ge系、InAs系、InSb系、又は、HgCdTe系の材料で構成される請求項4に記載の固体撮像装置。

請求項15

前記狭帯域光センサの前記画素は、GaN系、InGaN系、又は、AlGaN系の材料で構成される請求項4に記載の固体撮像装置。

請求項16

光を集光する光学系と、光を受光し、画像を撮像する固体撮像装置とを備え、前記固体撮像装置は、2層以上に積層された複数の基板を備え、前記複数の基板のうちの2個以上の基板は、光電変換を行う画素を有する基板であり、前記画素を有する基板の少なくとも1個の基板は、可視光を受光する可視光センサであり、前記画素を有する基板の少なくとも他の1個の基板は、狭帯域の波長帯の光を透過する光学フィルタである狭帯域フィルタを有し、前記狭帯域の光である狭帯域光を受光する狭帯域光センサである電子機器

技術分野

0001

本技術は、固体撮像装置、及び、電子機器に関し、特に、例えば、通常画像狭帯域画像とを、同時に取得することができるようにする固体撮像装置、及び、電子機器に関する。

背景技術

0002

狭帯域の波長帯の光をセンシング撮影)する狭帯域光センサとしては、例えば、マルチスペクトルセンサや、ハイパースペクトルセンサがある。

0003

マルチスペクトルセンサによれば、複数の波長帯の光を同時にセンシング(撮影)することができ、ハイパースペクトルセンサによれば、可視光から赤外光までの光を、数百の波長帯に分けてセンシング(撮影)することができる。

0004

狭帯域光センサは、センシング(撮影)の対象とする光の帯域が狭いので、感度が低くなる。さらに、狭帯域光センサが、表面プラズモンを利用したプラズモンフィルタを利用する場合には、狭帯域光センサでの光電変換変換効率が低くなる。

0005

また、狭帯域光センサは、センシング(撮影)の対象とする光の帯域が狭く、可視光の全域カバーすることは困難であるため、狭帯域光センサでの光のセンシング(撮影)により得られる光のスペクトルデータを合成して、可視光をセンシング(撮影)して得られる高画質なスペクトル(画像)(以下、通常画像ともいう)を得ることは難しい。

0006

なお、本件出願人は、光電変換を行う2つの層が積層されたCMOSイメージセンサを先に提案している(例えば、特許文献1を参照)。

先行技術

0007

特開2013-070030号公報

発明が解決しようとする課題

0008

可視光をセンシング(撮影)する可視光センサでは、通常画像をセンシング(撮影)することができるが、特定の狭帯域の光や、複数の狭帯域の光に対応する狭帯域画像をセンシング(撮影)することは困難である。

0009

一方、狭帯域光センサでは、狭帯域の光に対応する狭帯域画像をセンシング(撮影)することはできるが、可視光に対応する通常画像を、可視光センサと同等の画質で得ることは困難である。

0010

本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、高画質の通常画像と波長分解能の高い狭帯域画像とを、同時に取得することができるようにするものである。

課題を解決するための手段

0011

本技術の固体撮像装置は、2層以上に積層された複数の基板を備え、前記複数の基板のうちの2個以上の基板は、光電変換を行う画素を有する基板であり、前記画素を有する基板の少なくとも1個の基板は、可視光を受光する可視光センサであり、前記画素を有する基板の少なくとも他の1個の基板は、狭帯域の波長帯の光を透過する光学フィルタである狭帯域フィルタを有し、前記狭帯域の光である狭帯域光を受光する狭帯域光センサである固体撮像装置である。

0012

本技術の電子機器は、光を集光する光学系と、光を受光し、画像を撮像する固体撮像装置とを備え、前記固体撮像装置は、2層以上に積層された複数の基板を備え、前記複数の基板のうちの2個以上の基板は、光電変換を行う画素を有する基板であり、前記画素を有する基板の少なくとも1個の基板は、可視光を受光する可視光センサであり、前記画素を有する基板の少なくとも他の1個の基板は、狭帯域の波長帯の光を透過する光学フィルタである狭帯域フィルタを有し、前記狭帯域の光である狭帯域光を受光する狭帯域光センサである電子機器である。

0013

本技術の固体撮像装置、及び、電子機器においては、複数の基板が、2層以上に積層されており、前記複数の基板のうちの2個以上の基板は、光電変換を行う画素を有する基板になっている。前記画素を有する基板の少なくとも1個の基板は、可視光を受光する可視光センサになっている。そして、前記画素を有する基板の少なくとも他の1個の基板は、狭帯域の波長帯の光を透過する光学フィルタである狭帯域フィルタを有し、前記狭帯域の光である狭帯域光を受光する狭帯域光センサになっている。

0014

なお、固体撮像装置は、独立した装置であっても良いし、1つの装置を構成している内部ブロックであっても良い。

発明の効果

0015

本技術によれば、高画質の通常画像と波長分解能の高い狭帯域画像とを、同時に取得することができる。

0016

なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。

図面の簡単な説明

0017

本技術を適用したディジタルカメラ10の一実施の形態の構成例を示すブロック図である。
ディジタルカメラ10の第1の使用例を示す図である。
ディジタルカメラ10の第2の使用例を示す図である。
ディジタルカメラ10の第3の使用例を示す図である。
イメージセンサ2の第1の構成例を示す断面図である。
イメージセンサ2の第1の構成例の概略を示す斜視図である。
狭帯域フィルタ42の通過帯域波長の例を示す図である。
光学シミュレータによるシミュレーション結果を示す図である。
イメージセンサ2の製造方法の概要を説明するフローチャートである。
イメージセンサ2の第2の構成例を示す断面図である。
イメージセンサ2の第3の構成例を示す断面図である。
イメージセンサ2の第3の構成例の概略を示す斜視図である。
イメージセンサ2の第4の構成例の概略を示す斜視図である。
イメージセンサ2の第5の構成例の概略を示す斜視図である。
イメージセンサ2の第6の構成例の概略を示す斜視図である。
イメージセンサ2の第7の構成例を示す断面図である。
イメージセンサ2の第7の構成例の概略を示す斜視図である。
イメージセンサ2の第8の構成例の概略を示す斜視図である。
イメージセンサ2の第9の構成例の概略を示す斜視図である。
イメージセンサ2の第10の構成例の概略を示す斜視図である。
イメージセンサ2の第11の構成例の概略を示す斜視図である。
イメージセンサ2の第12の構成例の概略を示す斜視図である。
イメージセンサ2の第13の構成例の概略を示す斜視図である。
Wフィルタを有するOCCFの既存の配列の例を示す図である。
イメージセンサ2の第14の構成例の概略を示す斜視図である。
イメージセンサ2の第15の構成例の概略を示す斜視図である。
イメージセンサ2の第16の構成例の概略を示す斜視図である。
複数の領域に分けられた狭帯域光センサ12の受光面の例を模式的に示す図である。
複数の領域に分けられた狭帯域光センサ12の受光面の他の例を模式的に示す図である。
イメージセンサ2の第17の構成例の概略を示す斜視図である。
イメージセンサ2の第18の構成例の概略を示す斜視図である。
Quadra配列と、Quadra-White配列とを示す図である。
イメージセンサ2の第19の構成例の概略を示す斜視図である。
イメージセンサ2の第20の構成例の概略を示す斜視図である。
イメージセンサ2の第21の構成例の概略を示す斜視図である。

実施例

0018

<本技術を適用したディジタルカメラの一実施の形態>

0019

図1は、本技術を適用したディジタルカメラ10の一実施の形態の構成例を示すブロック図である。

0020

なお、ディジタルカメラ10は、静止画、及び、動画のいずれも撮像することができる。

0021

図1において、ディジタルカメラ10は、光学系1、イメージセンサ2、メモリ3、信号処理部4、出力部5、及び、制御部6を有する。

0022

光学系1は、例えば、図示せぬズームレンズや、フォーカスレンズ絞り等を有し、外部からの光を、イメージセンサ2に入射させる。

0023

イメージセンサ2は、例えば、CMOSイメージセンサであり、光学系1からの入射光を受光し、光電変換を行って、光学系1からの入射光に対応する画像データを出力する。

0024

なお、イメージセンサ2の詳細については、後述するが、簡単に説明すると、イメージセンサ2は、複数の基板が、2層以上に積層されて構成される。複数の基板のうちの2個以上の基板は、光電変換を行う画素を有する基板になっており、その、画素を有する基板の少なくとも1個の基板は、可視光を受光する可視光センサになっている。さらに、画素を有する基板の少なくとも他の1個の基板は、狭帯域の波長帯の光を透過する光学フィルタである狭帯域フィルタを有し、狭帯域の光である狭帯域光を受光する狭帯域光センサになっている。

0025

したがって、イメージセンサ2は、可視光を受光して光電変換する(センシング(撮影)する)ことにより、その可視光に対応する通常画像をセンシング(撮影)するのと同時に、1以上の狭帯域の光(以下、狭帯域光ともいう)を受光して光電変換することにより、その狭帯域光に対応する狭帯域画像をセンシング(撮影)することができる。

0026

すなわち、イメージセンサ2によれば、通常画像と狭帯域画像とを、同時に取得することができる。

0027

イメージセンサ2において、狭帯域光センサは、上述したように、狭帯域フィルタを有するので、その狭帯域フィルタを透過させる光の狭帯域(波長帯)として、様々な狭帯域を採用することにより、狭帯域画像として、狭帯域光から得られる様々な項目を測定することができる。

0028

すなわち、狭帯域光センサによれば、例えば、葉緑素や、水分、熱、オレイン酸、糖分(糖度)、その他の狭帯域光から得られる様々な項目を、狭帯域画像として、測定(検出)することができる。

0029

メモリ3は、イメージセンサ2が出力する画像データ(通常画像や狭帯域画像)を一時記憶する。

0030

信号処理部4は、メモリ3に記憶された画像データを用いた信号処理としての、例えば、ノイズの除去や、ホワイトバランスの調整等の処理を行い、出力部5に供給する。

0031

出力部5は、信号処理部4からの画像データを出力する。

0032

すなわち、出力部5は、例えば、液晶等で構成されるディスプレイ(図示せず)を有し、信号処理部4からの画像データに対応するスペクトル(画像)を、いわゆるスルー画として表示する。

0033

また、出力部5は、例えば、半導体メモリや、磁気ディスク光ディスク等の記録媒体を駆動するドライバ(図示せず)を有し、信号処理部4からの画像データを記録媒体に記録する。

0034

さらに、出力部5は、図示せぬ外部の装置との通信を行う通信インターフェースとして機能し、信号処理部4からの画像データを、外部の装置に、無線又は有線で送信する。

0035

制御部6は、ユーザの操作等に従い、ディジタルカメラ10を構成する各ブロックを制御する。

0036

以上のように構成されるディジタルカメラ10では、イメージセンサ2が、光学系1からの入射光を受光し、その入射光を光電変換することにより、通常画像と狭帯域画像とを同時にセンシング(撮影)し、その通常画像及び狭帯域画像の画像データを出力する。

0037

イメージセンサ2が出力する画像データは、メモリ3に供給されて記憶される。メモリ3に記憶された画像データについては、信号処理部4による信号処理が必要に応じて施され、その結果得られる画像データが、出力部5に供給されて出力される。

0038

<ディジタルカメラ10の使用例>

0039

図2は、ディジタルカメラ10の第1の使用例を示す図である。

0040

ディジタルカメラ10(のイメージセンサ2)によれば、通常画像をセンシング(撮影)するとともに、狭帯域光から得られる様々な項目を、狭帯域画像として検出することができるので、ディジタルカメラ10は、通常画像のセンシング(撮影)と、狭帯域光から得られる様々な項目の検出とを同時に行いたい種々のケースに利用することができる。

0041

図2は、ディジタルカメラ10を、レタス工場監視カメラとして使用する使用例を示している。

0042

図2では、ディジタルカメラ10において、レタスを処理しているラインが映った通常画像と狭帯域画像とが同時にセンシング(撮影)されている。

0043

ディジタルカメラ10でのセンシング(撮影)により得られる通常画像によれば、例えば、レタスを処理しているラインで働いている従業員が、マニュアル通りの作業をしているかや、従業員の人数が揃っているか等の従業員の監視を行うことができる。さらに、通常画像によれば、例えば、従業員がいない休憩時間や、夜間、休日等における不審者の侵入を監視することができる。

0044

また、狭帯域画像によれば、例えば、レタスの葉緑素や水分を検出して、レタスの鮮度を監視(管理)することができる。さらに、狭帯域画像によれば、例えば、赤外線を検出して、従業者発熱しているかどうかの監視(管理)を行うことができる。

0045

図3は、ディジタルカメラ10の第2の使用例を示す図である。

0046

すなわち、図3は、ディジタルカメラ10を、食肉工場の監視カメラとして使用する使用例を示している。

0047

図3では、ディジタルカメラ10において、肉を処理しているラインが映った通常画像と狭帯域画像とが同時にセンシング(撮影)されている。

0048

ディジタルカメラ10でのセンシング(撮影)により得られる通常画像によれば、例えば、肉を処理しているラインで働いている従業員が、マニュアル通りの作業をしているかや、従業員の人数が揃っているか等の従業員の監視を行うことができる。さらに、通常画像によれば、例えば、従業員がいない休憩時間や、夜間、休日等における不審者の侵入を監視することができる。

0049

また、狭帯域画像によれば、例えば、肉のうまみ成分であるオレイン酸を検出して、肉の鮮度を監視することができる。さらに、狭帯域画像によれば、例えば、赤外線を検出して、従業者が発熱しているかどうかの監視を行うことができる。

0050

図4は、ディジタルカメラ10の第3の使用例を示す図である。

0051

すなわち、図4は、ディジタルカメラ10を、トマトの監視カメラとして使用する使用例を示している。

0052

図4では、ディジタルカメラ10において、トマト畑が映った通常画像と狭帯域画像とが同時にセンシング(撮影)されている。

0053

ディジタルカメラ10でのセンシング(撮影)により得られる通常画像によれば、例えば、カラス等の外敵や不審者の侵入、その他の異常を監視することができる。

0054

また、狭帯域画像によれば、トマトの糖度を検出して、トマトの成長度熟成度)を監視することができる。

0055

<イメージセンサ2の第1の構成例>

0056

図5は、イメージセンサ2の第1の構成例を示す(水平方向又は垂直方向の)断面図である。

0057

図5において、イメージセンサ2は、複数の基板としての第1層基板、第2層基板、及び、第3層基板の3個の半導体基板が積層されて構成される。

0058

ここで、本実施の形態では、イメージセンサ2に光が入射してくる方(本実施の形態では、上方)を、上層ともいい、光が入射してくる方と反対を、下層ともいう。

0059

また、上層に積層された基板を、上層基板ともいい、下層に積層された基板を、下層基板ともいう。第1層基板に対して、第2層基板や第3層基板は、下層基板であり、第3層基板に対して、第1層基板や第2層基板は、上層基板である。

0060

イメージセンサ2を構成する3個の第1層基板ないし第3層基板のうちの、2個以上の基板は、光電変換を行う画素を有する基板になっている。そして、画素を有する基板の少なくとも1個の基板は、可視光を受光する可視光センサ11になっており、画素を有する基板の少なくとも他の1個の基板は、狭帯域フィルタ42を有し、狭帯域光を受光する狭帯域光センサ12になっている。

0061

すなわち、図5のイメージセンサ2では、3個の第1層基板ないし第3層基板のうちの、第1層基板及び第2層基板として、それぞれ、光電変換を行う画素を有する基板としての可視光センサ11及び狭帯域光センサ12が採用されている。

0062

また、図5のイメージセンサ2では、第3層基板として、メモリやロジック回路等を有する回路基板13が採用されている。

0063

ここで、イメージセンサ2の有効画素領域でない領域には、図示せぬビアが設けられており、可視光センサ11、狭帯域光センサ12、及び、回路基板13は、ビアを介して、電気的に接続される。

0064

図5において、第1層基板としての可視光センサ11は、上層から、半導体層34、Poly層36、及び、配線層37が積層されて構成される。

0065

半導体層34には、画素としての複数のPD(Photo Diode)35が形成されている。画素としてのPD35に対しては、OCL(On Chip Lenz)31及びOCCF(On Chip Color Filter)32が設けられている。すなわち、図5では、半導体層34の光入射面である裏面側(上層側)に、絶縁膜33が形成され、その上に、OCCF32及びOCL31が形成されている。

0066

OCL31は、そこに入射する光を、対応するOCCF32、及び、絶縁膜33を介して、対応する画素としてのPD35に集光する。

0067

OCCF32は、対応するOCL31からの光のうちの、所定の色の光を透過する。OCCF32の色の配列としては、ベイヤ配列その他の既存の配列を採用することができる。また、OCCF32の色の配列としては、ベイヤ配列等の既存の配列の一部を改変した配列を採用することができる。

0068

PD35は、OCL31、OCCF32、及び、絶縁膜33を介して入射する光を受光して光電変換する。

0069

ここで、PD35を有する半導体層34の厚さ(膜厚)は、例えば、2.7um(micro meter)程度を採用することができる。

0070

また、PD35としては、例えば、SiのPD(Siを材料とするPD)を採用することができる。

0071

半導体層34の光入射面に対向する表面側(下層側)には、Poly層36、及び、配線層37が形成されている。

0072

Poly層36には、画素としてのPD35で光電変換された信号(電荷)を転送する転送トランジスタ(のゲート)等が形成されている。

0073

配線層37には、例えば、CuやAl等のメタルによる配線38が設けられている。

0074

なお、図5の配線層37には、4層の配線38が設けられているが、配線層37に設ける配線38の層数は、4層に限定されるものではない。

0075

また、図5において、配線層37に設けられた4層の配線38のうちの、最下層の配線38は、可視光センサ11の下層の狭帯域光センサ12に入射する一部の光を遮光する遮光膜としても機能する。但し、可視光センサ11の下層の狭帯域光センサ12に入射する一部の光を遮光する遮光膜は、配線38とは別に設けることができる。

0076

図5では、可視光センサ11の配線層37の下層側に、第2層基板としての狭帯域光センサ12が設けられている。

0077

狭帯域光センサ12は、上層側から、フィルタ層41、配線層43、Poly層45、及び、半導体層46が積層されて構成される。

0078

フィルタ層41は、狭帯域の波長帯の光を透過する光学フィルタである狭帯域フィルタ42を1個以上有する。フィルタ層41において、狭帯域フィルタ42は、画素としての後述するPD47に対して設けられている。

0079

ここで、狭帯域とは、例えば、可視光の波長の帯域(例えば、380nm(nano meter)ないし780nm程度)で言えば、その可視光の波長の帯域を10等分以上したときの1つの帯域を意味する。

0080

狭帯域フィルタ42が透過する光の狭帯域としての通過帯域は、狭帯域画像から検出しようとする項目によって決定される。例えば、図2で説明したように、狭帯域画像から、葉緑素を検出する場合には、435nmや680nmを含む狭帯域が、狭帯域フィルタ42の通過帯域に決定される。

0081

狭帯域フィルタ42は、例えば、OCCFで用いられているような有機系材料に、所望の狭帯域の光を透過(又は、所望の狭帯域の光でない光を吸収)する顔料を混ぜて構成することができる。

0082

また、狭帯域フィルタ42としては、表面プラズモンを利用したプラズモンフィルタや、ファブリペロー干渉計等を採用することができる。狭帯域フィルタ42として、プラズモンフィルタを採用する場合には、プラズモンフィルタを構成する金属薄膜に形成するホールホール径周期を変えるだけで、様々な通過帯域を実現することができる。

0083

フィルタ層41の下層側には、配線層43が設けられている。図5では、配線層43には、配線層37と同様に、4層の配線44が設けられている。なお、配線層43に設ける配線44の層数は、配線層37と同様に、4層に限定されるものではない。

0084

配線層43の下層側には、Poly層45、及び、半導体層46が設けられている。

0085

Poly層45には、半導体層46に形成された画素としてのPD47で光電変換された信号(電荷)を転送する転送トランジスタ(のゲート)等が形成されている。

0086

半導体層46には、半導体層34と同様に、画素としての複数のPD47が形成されている。

0087

PD47は、例えば、PD35と同様に、SiのPDであり、可視光センサ11を透過し、さらに、そのPD47に対する狭帯域フィルタ42を透過した光を受光して光電変換する。

0088

ここで、第1層基板としての可視光センサ11の半導体層34(の下部)から、第2層基板としての狭帯域光センサ12の半導体層46(の上部)までの距離としては、10umないし13um程度を採用することができる。但し、半導体層34から、半導体層46までの距離は、10umないし13um程度の範囲に限定されるものではない。

0089

また、可視光センサ11の画素としてのPD35と、狭帯域光センサ12の画素としてのPD47との関係は、特に限定されるものではない。

0090

すなわち、例えば、狭帯域光センサ12の1画素としての1個のPD47は、可視光センサ11の1画素としての1個のPD35に対して設けることができる。

0091

また、例えば、狭帯域光センサ12の1画素としての1個のPD47は、可視光センサ11の複数の画素としての複数個のPD35に対して設けることができる。

0092

さらに、例えば、狭帯域光センサ12の複数画素としての複数個のPD47は、可視光センサ11の1画素としての1個のPD35に対して設けることができる。

0093

図5では、狭帯域光センサ12の1画素としての1個のPD47が、可視光センサ11の1画素としての1個のPD35に対して設けられている。

0094

また、例えば、狭帯域光センサ12の画素としてのPD47は、可視光センサ11のすべての画素に対してではなく、一部の画素に対してだけ設けることができる。

0095

例えば、狭帯域光センサ12の画素としてのPD47は、所定数の画素としての所定数個数おきのPD35に対して設けることができる。

0096

図5では、狭帯域光センサ12の画素としてのPD47は、可視光センサ11の水平方向及び垂直方向のそれぞれについて、1画素おきのPD35(1個おきのPD35)に対して設けられている。

0097

なお、その他、狭帯域光センサ12の画素としてのPD47は、可視光センサ11の画素としてのPD35が設けられていない位置に対して設けることができる。

0098

すなわち、例えば、狭帯域光センサ12の画素としてのPD47と、可視光センサ11の画素としてのPD35とは、チェック模様を構成するように(水平方向と垂直方向のそれぞれに交互に)配置することができる。

0099

また、例えば、狭帯域光センサ12の画素としてのPD47は、可視光センサ11の画素としてのPD35が設けられた有効画素領域の一部の領域にだけ設けることができる。

0100

図5において、狭帯域光センサ12の半導体層46の下層側には、第3層基板としての回路基板13が設けられている。

0101

さらに、狭帯域光センサ12としてのPD47は、可視光センサ11の画素としてのPD35と同一のサイズにすることもできるし、異なるサイズ(大きい、又は、小さい)サイズとすることもできる。

0102

回路基板13は、可視光センサ11及び狭帯域光センサ12を支持する支持基板と、メモリやロジック回路等の回路とから構成される。

0103

なお、可視光センサ11の半導体層34等には、クロックを生成するためのPLL(Phase Lock Loop)や、PD35での光電変換により得られた信号をA/D変換する、いわゆる列並列型AD変換で用いる参照信号を生成するDAC(Digital to Analog Converter)等の、可視光センサ11でのスペクトル(画像)のセンシング(撮影)に必要な回路を設けることができるが、そのような必要な回路の中で、可視光センサ11とは別個の基板に設けることが可能な回路は、可視光センサ11ではなく、回路基板13に設けることができる。狭帯域光センサ12でのスペクトル(画像)のセンシング(撮影)に必要な回路についても、同様である。

0104

以上のように、可視光センサ11でのスペクトル(画像)のセンシング(撮影)に必要な回路や、狭帯域光センサ12でのスペクトル(画像)のセンシング(撮影)に必要な回路の中で、別個の基板に設けることが可能な回路を、回路基板13に設ける場合には、その回路の面積の分だけ、可視光センサ11や狭帯域光センサ12を小型に構成することが可能となる。

0105

また、回路基板13には、可視光センサ11や狭帯域光センサ12でセンシング(撮影)されたスペクトル(画像)に、付加的な信号処理を施す回路を設けることができる。

0106

以上のように構成されるイメージセンサ2では、可視光センサ11の画素としてのPD35において、OCL31、OCCF32、及び、絶縁膜33を介して入射した光が受光されて光電変換される。

0107

可視光センサ11の画素としてのPD35に入射した光の一部は、PD35において光電変換されずに、PD35を透過し、Poly層36、及び、配線層37を介して(通過して)、フィルタ層41の狭帯域フィルタ42に入射する。狭帯域フィルタ42では、そこに入射した光のうちの所定の狭帯域の光(狭帯域光)が透過する。

0108

狭帯域フィルタ42を透過した狭帯域光は、配線層43、及び、Poly層45を介して、半導体層46に入射する。半導体層46に入射した狭帯域光は、狭帯域光センサ12の画素としてのPD47で受光されて光電変換される。

0109

したがって、例えば、図5において、光L11やL12は、可視光センサ11の画素としてのPD35で受光されて光電変換される。また、光L11やL12の一部は、PD35を透過し、さらに、狭帯域フィルタ42を透過することで、狭帯域光となって、狭帯域光センサ12の画素としてのPD47に入射する。そして、その狭帯域光は、狭帯域光センサ12の画素としてのPD47で受光されて光電変換される。

0110

ここで、配線層37及び配線層43それぞれにおける配線38及び配線44は、PD47と、そのPD47に対応する狭帯域フィルタ42とへの、PD35を透過した光の光路が確保されるように配置される。すなわち、配線38及び配線44は、例えば、PD47(及び狭帯域フィルタ42)の上部以外の部分に配置することができる。

0111

Poly層36及び45も、配線層37及び43と同様に、PD47と、そのPD47に対応する狭帯域フィルタ42とへの、PD35を透過した光の光路が確保されるように構成されている。なお、図5では(後述する図10図11、及び、図16も同様)、Poly層36、配線層37、フィルタ層41、配線層43、及び、Poly層45の区別を分かりやすくするために、各層の境界を表す線を図示してあるが、Poly層36、配線層37、フィルタ層41、配線層43、及び、Poly層45は、例えば、SiO2等の同一の透明材料で形成され、実際のデバイスでは、各層の境界は、必ずしも存在するものではない。

0112

以上のように、イメージセンサ2においては、可視光を受光する可視光センサ11と、狭帯域光を透過する狭帯域フィルタ42を有し、狭帯域光を受光する狭帯域光センサ12とが積層されているので、可視光と狭帯域光とを、同時に受光し、同一のアングルから見た、可視光に対応する通常画像と、狭帯域光に対応する狭帯域画像とを、同時に取得することができる。

0113

また、可視光センサ11と狭帯域光センサ12とは、積層されているので、可視光センサ11と狭帯域光センサ12とのそれぞれにおいて、必要な数だけの画素を設けることにより、必要な画質(解像度)の通常画像と、必要な画質の狭帯域画像とを、同時に取得することができる。

0114

なお、可視光センサ11において通常画像をセンシング(撮影)するタイミングと、狭帯域光センサ12において狭帯域画像をセンシング(撮影)するタイミングとは、同一のタイミングとすることもできるし、異なるタイミングとすることもできる。可視光センサ11及び狭帯域光センサ12それぞれにおける露出時間についても同様である。

0115

可視光センサ11において通常画像をセンシング(撮影)するタイミングや露光時間、並びに、狭帯域光センサ12において狭帯域画像をセンシング(撮影)するタイミングや露光時間は、画素を構成する図示せぬ転送トランジスタ等のトランジスタオンオフのタイミング等によって制御することができる。

0116

また、可視光センサ11でセンシング(撮影)された通常画像は、狭帯域光センサ12でセンシング(撮影)された狭帯域画像を用いて、より高画質の通常画像に補正することができる。

0117

図6は、図5のイメージセンサ2の第1の構成例の概略を示す斜視図である。

0118

図6において、イメージセンサ2は、3個の第1層基板ないし第3層基板が積層されて構成されている。

0119

そして、第1層基板は可視光センサ11に、第2層基板は狭帯域光センサ12に、第3層基板は回路基板13に、それぞれなっている。

0120

図6のイメージセンサ2において、OCCF32の色の配列としては、ベイヤ配列が採用されている。すなわち、OCCF32は、左上が赤(R(red))、右下が青(B(blue))、左下と右上が緑(G(green))になっている2×2(横×縦)画素のカラーフィルタを、ベイヤ配列の基本単位として、その基本単位が、水平(横)方向及び垂直(縦)方向に繰り返し配置された構成になっている。

0121

図6では、可視光センサ11の4×4画素おきのPD35に対して、狭帯域光センサ12の1画素としてのPD47が形成されている。

0122

ここで、図5では、狭帯域光センサ12の画素としてのPD47が、可視光センサ11の水平方向及び垂直方向のそれぞれについて、1画素おきのPD35に対して設けられているが、図6では、図が煩雑になるのを避けるため、可視光センサ11の4×4画素おき(ごと)のPD35に対して、狭帯域光センサ12の1画素としてのPD47を設けてある。後述する斜視図についても、同様である。

0123

図6では、可視光センサ11の4×4画素おきのPD35に対して形成された、狭帯域光センサ12の1画素としてのPD47は、可視光センサ11の4×4画素のうちの1画素である、上から3行目で、左から2列目の画素、及び、狭帯域フィルタ42を透過した光を受光するように配置されている。

0124

ここで、図6において、可視光センサ11の4×4画素のうちの、上から3行目で、左から2列目の画素は、緑色の(光を透過する)カラーフィルタを透過した光を受光するG画素である。

0125

したがって、図6では、狭帯域光センサ12の画素としてのPD47は、G画素を透過した光、すなわち、緑色のカラーフィルタを透過した光(さらには、可視光センサ11の画素としてのPD35を構成するSi、及び、狭帯域フィルタ42を透過した光である狭帯域光)を受光する。

0126

狭帯域フィルタ42が透過する光の狭帯域としての通過帯域は、狭帯域画像から検出しようとする項目(以下、検出項目ともいう)によって決定される。

0127

図7は、各種の検出項目を検出するときの狭帯域フィルタ42の通過帯域の波長の例を示す図である。

0128

図7によれば、例えば、葉緑素を検出項目として検出する場合には、435nmや680nmの波長を中心とする狭帯域が、狭帯域フィルタ42の通過帯域に決定される。

0129

図8は、第1層基板としての可視光センサ11のPD35を有する半導体層34の厚さと、PD35で受光される光の光強度、及び、第2層基板としての狭帯域光センサ12の半導体層46のPD47で受光される光の光強度それぞれとの関係を示す、光学シミュレータによるシミュレーション結果を示す図である。

0130

図8において、横軸の上層Si膜厚は、第1層基板としての可視光センサ11の半導体層34の厚さを表し、縦軸は、光強度を表す。

0131

光学シミュレータによるシミュレーションでは、波長が550nm,610nm、及び、700nmの光それぞれを入射光として、イメージセンサ2に入射し、第1層基板としての可視光センサ11のPD35で受光される光の光強度、及び、第2層基板としての狭帯域光センサ12のPD47で受光される光の光強度を算出した。

0132

シミュレーション結果によれば、波長が550nm,610nm、及び、700nmの光のいずれについても、第1層基板としての可視光センサ11のPD35での光強度(1st-Si)は、上層Si膜厚の増加に伴って大になることを確認することができる。

0133

また、シミュレーション結果によれば、波長が550nm,610nm、及び、700nmの光のいずれについても、第2層基板としての狭帯域光センサ12のPD47での光強度(2nd-Si)は、上層Si膜厚の増加に伴って小になることを確認することができる。

0134

第2層基板としての狭帯域光センサ12のPD47は、第1層基板としての可視光センサ11のPD35(を有する半導体基板34)としてのSiを透過した光、すなわち、PD35としてのSiで吸収されなかった光を受光する。

0135

PD35としてのSiを透過する光は、侵入長が長い長波長側の光であるので、第2層基板としての狭帯域光センサ12のPD47が、PD35としてのSiを透過した光を受光する構成は、狭帯域光センサ12において、比較的、長波長側の狭帯域光を受光するのに適している。

0136

なお、図8のシミュレーション結果に示すように、どの波長の光が、どの程度、PD35としてのSiを透過するか、すなわち、PD47に到達するかは、PD35としてのSiの厚み(上層Si膜厚)に依存する。

0137

図8のシミュレーション結果によれば、例えば、上層Si膜厚が、2.7umである場合には、波長が610nmの光(赤色の光)(淡い影を付した矩形の印)については、PD35としてのSiに入射する光のうちの約15%が、第2層基板としての狭帯域光センサ12のPD47に到達することを確認することができる。

0138

さらに、図8のシミュレーション結果によれば、可視光センサ11が上層に配置され、狭帯域光センサ12が下層に配置される場合において、例えば、波長が610nmの光について、上層の可視光センサ11に入射する光の10〜15%程度以上の光強度の光を、下層の狭帯域光センサ12で受光する仕様を実現するには、下層の狭帯域光センサ12に到達するまでに光が透過するSi層トータルの厚さは、3um程度以下とすることが望ましい。

0139

ここで、CMOSイメージセンサにおいて、PDが構成されるSi層の厚みは、一般に、約3um程度とされる。そこで、例えば、イメージセンサ2に積層されるSi層の1層の厚さを、3umと仮定すると、上述の仕様の実現のためには、狭帯域光センサ12の上層に配置されるSi層(狭帯域光センサ12で受光される光が透過するSi層)は、1層程度にすることが望ましい。

0140

但し、Si層の1層の厚さを、例えば、1um未満等の極めて薄い厚さにすることができる場合には、1層程度を超える層数のSi層を、狭帯域光センサ12の上層に配置することができる。その場合でも、上述の仕様の実現のためには、狭帯域光センサ12の上層に配置するSi層のトータルの厚さは、3um程度以下とすることが望ましい。

0141

図9は、図5(及び図6)のイメージセンサ2の製造方法の概要を説明するフローチャートである。

0142

図5のイメージセンサ2は、可視光センサ11が、裏面照射型のCMOSイメージセンサと(ほぼ)同様の構成になっており、狭帯域光センサ12が、表面照射型のCMOSイメージセンサと(ほぼ)同様の構成になっている。

0143

そのため、図5のイメージセンサ2は、裏面照射型のCMOSイメージセンサや、表面照射型のCMOSイメージセンサの製造方法を利用して製造することができる。

0144

すなわち、図5のイメージセンサ2を製造する図示せぬ製造装置は、ステップS11において、可視光センサ11としての裏面照射型のCMOSイメージセンサを製造する。

0145

さらに、製造装置は、ステップS12において、狭帯域光センサ12としての表面照射型のCMOSイメージセンサを製造する。

0146

そして、製造装置は、ステップS11で製造された裏面照射型の可視光センサ11、ステップS12で製造された表面照射型の狭帯域光センサ12、及び、回路基板13を積層し、ビアを形成して必要な電気的接続を行い、OCL31及びOCCF32の形成等を行って、図5のイメージセンサ2を完成させる。

0147

なお、可視光センサ11の構成としては、裏面照射型のCMOSイメージセンサではなく、表面照射型のCMOSイメージセンサの構成を採用することができる。

0148

狭帯域光センサ12の構成としても、表面照射型のCMOSイメージセンサではなく、裏面照射型のCMOSイメージセンサの構成を採用することができる。

0149

<イメージセンサ2の第2の構成例>

0150

図10は、イメージセンサ2の第2の構成例を示す断面図である。

0151

なお、図中、図5の場合と対応する部分については、同一の符号を付してあり、以下では、その説明は、適宜省略する。

0152

図5では、可視光センサ11及び狭帯域光センサ12が、それぞれ、第1層基板及び第2層基板になっており、したがって、可視光センサ11が上層基板で、狭帯域光センサ12が下層基板になっていたが、図10では、可視光センサ11が下層基板で、狭帯域光センサ12が上層基板になっている。

0153

すなわち、図10のイメージセンサ2では、3個の第1層基板ないし第3層基板のうちの、第1層基板として、狭帯域光センサ12が採用され、第2層基板として、可視光センサ11が採用されている。

0154

そして、図10では、第1層基板としての狭帯域光センサ12は、上層から、フィルタ層41、半導体層34、Poly層36、及び、配線層37が積層されて構成される。

0155

さらに、図10では、半導体層34には、画素としてのPD35か、又は、PD35に代えて、透過率が高い透明材料61である、例えば、SiO2が形成されている。すなわち、半導体層34において、PD35が形成される予定の一部分が開口され、その開口が、透明材料61であるSiO2で埋められている。

0156

半導体層34の上層側には、狭帯域フィルタ42を有するフィルタ層41が形成されている。

0157

フィルタ層41では、半導体層34における画素としてのPD35に対して、狭帯域フィルタ42が設けられている。

0158

フィルタ層41の上層側には、絶縁膜33、OCCF32、及び、OCL31が、その順で、上層方向に向かって設けられている。なお、図10では、OCCF32は、OCL31の直後に設けられているが、OCCF32は、その他、例えば、配線層37と配線層43との間に設けることができる。

0159

OCL31及びOCCF32は、画素としてのPD35及び透明材料61に対して形成されている。

0160

図10では、狭帯域光センサ12の配線層37の下層側に、第2層基板としての可視光センサ11が設けられている。

0161

可視光センサ11は、上層側から、配線層43、Poly層45、及び、半導体層46が積層されて構成される。

0162

図10において、半導体層46には、図5で説明したように、画素としてのPD47が形成されているが、狭帯域光センサ12の透明材料61であるSiO2は、可視光センサ11の画素としてのPD47に対して設けられており、そのPD47で受光される光を透過する位置に形成されている。

0163

そして、図10では、配線層37及び配線層43それぞれにおける配線38及び配線44は、透明材料61であるSiO2からPD47への光の光路が確保されるように配置されている。すなわち、図10では、配線38及び配線44は、例えば、PD47の上部以外の部分に配置されている。

0164

Poly層36及び45も、配線層37及び43と同様に、透明材料61であるSiO2からPD47への光の光路が確保されるように構成されている。

0165

以上のように構成されるイメージセンサ2では、狭帯域光センサ12の画素としてのPD35において、OCL31、OCCF32、絶縁膜33、及び、フィルタ層41の狭帯域フィルタ42を介して入射した狭帯域光が受光されて光電変換される。

0166

また、狭帯域光センサ12の画素としての透明材料61であるSiO2では、OCL31、OCCF32、絶縁膜33、及び、フィルタ層41の狭帯域フィルタ42がない部分を介して入射した光が透過する。

0167

透明材料61であるSiO2を透過した光は、さらに、Poly層36、配線層37及び43、並びに、Poly層45を介して、半導体層46に入射する。半導体層46に入射した光は、可視光センサ11の画素としてのPD47で受光されて光電変換される。

0168

すなわち、図10において、例えば、光L21やL22は、OCL31、OCCF32、絶縁膜33、フィルタ層41、半導体層34の透明材料61であるSiO2、配線層38及び44、並びに、Poly層45を透過し、可視光センサ11の画素としてのPD47に入射する。PD47に入射した光、すなわち、OCCF32を透過した可視光は、PD47で受光されて光電変換される。

0169

また、図10において、例えば、光L23は、OCL31、OCCF32、及び、絶縁膜33を介して、フィルタ層41の狭帯域フィルタ42に入射する。狭帯域フィルタ42に入射した光は、所定の狭帯域の狭帯域光だけが、狭帯域フィルタ42を透過し、狭帯域光センサ12の画素としてのPD35で受光されて光電変換される。

0170

以上のように、図10のイメージセンサ2では、狭帯域光センサ12と可視光センサ11とが積層されているので、図5及び図6の場合と同様に、可視光と狭帯域光とを、同時に受光し、可視光に対応する通常画像と、狭帯域光に対応する狭帯域画像とを、同時に取得することができる。

0171

<イメージセンサ2の第3の構成例>

0172

図11は、イメージセンサ2の第3の構成例を示す断面図である。

0173

なお、図中、図5の場合と対応する部分については、同一の符号を付してあり、以下では、その説明は、適宜省略する。

0174

図11のイメージセンサ2は、水平方向及び垂直方向のそれぞれについて、可視光センサ11の1画素としての1個のPD35に対して、狭帯域光センサ12の2画素としての2個のPD47が設けられている点で、可視光センサ11の1画素としての1個のPD35に対して、狭帯域光センサ12の1画素としての1個のPD47が設けられている図5のイメージセンサ2と相違する。

0175

すなわち、図5のイメージセンサ2では、可視光センサ11の1画素としての1個のPD35に対して、狭帯域光センサ12の1画素としての1個のPD47が設けられている。

0176

これに対して、図11のイメージセンサ2では、水平方向及び垂直方向のそれぞれについて、可視光センサ11の1画素としての1個のPD35に対して、狭帯域光センサ12の2画素としての2個のPD47が設けられている。

0177

そして、図11では、可視光センサ11の1画素としての1個のPD35に入射した、ある光L11(の一部)が、その可視光センサ11の1画素としてのPD35を透過し、その1画素としてのPD35に対する狭帯域光センサ12の2画素のうちの、一方の1画素としてのPD47で受光されるとともに、可視光センサ11の1画素としての1個のPD35に入射した、他の光L12(の一部)が、その可視光センサ11の1画素としてのPD35を透過し、その1画素としてのPD35に対する狭帯域光センサ12の2画素のうちの、他方の1画素としてのPD47で受光されるように、例えば、可視光センサ11のPD35と、狭帯域光センサ12のPD47との間の距離、その他の位置関係、画素としてのPD35や47のサイズ等が設定されている。

0178

また、図11のイメージセンサでは、水平方向及び垂直方向のそれぞれについて、可視光センサ11の1画素としての1個のPD35に対して設けられている、狭帯域光センサ12の2画素としての2個のPD47に対しては、それぞれ個別の狭帯域フィルタ42が、フィルタ層41に設けられている。

0179

狭帯域光センサ12の画素としてのPD47には、そのPD47に対して設けられた狭帯域フィルタ42を透過して狭帯域光となった光が入射される。

0180

図12は、図11のイメージセンサ2の第3の構成例の概略を示す斜視図である。

0181

なお、図中、図6の場合と対応する部分については、同一の符号を付してあり、以下では、その説明は、適宜省略する。

0182

イメージセンサ2の第3の構成例では、図11で説明したように、水平方向及び垂直方向のそれぞれについて、可視光センサ11の1画素としての1個のPD35に対して、狭帯域光センサ12の2画素としての2個のPD47が設けられている。

0183

したがって、イメージセンサ2の第3の構成例では、図12に示すように、可視光センサ11の1画素としての1個のPD35に対して、狭帯域光センサ12の2×2画素としての4個のPD47が設けられている。

0184

これにより、可視光センサ11の1画素としての1個のPD35を透過した光は、その1画素に対して設けられた、狭帯域光センサ12の2×2画素としての4個のPD47で受光される。

0185

可視光センサ11の1画素としての1個のPD35に対して設けられた、狭帯域光センサ12の2×2画素としての4個のPD47それぞれに対しては、個別の狭帯域フィルタ42が設けられている。

0186

狭帯域光センサ12の2×2画素としての4個のPD47それぞれに対して設ける狭帯域フィルタ42は、互いに異なる狭帯域を通過帯域とするフィルタであっても良いし、2以上が同一の狭帯域を通過帯域とするフィルタであっても良い。

0187

狭帯域光センサ12の2×2画素としての4個のPD47それぞれに対して設ける狭帯域フィルタ42の通過帯域は、狭帯域画像から検出しようとする検出項目によって決定される。

0188

また、狭帯域光センサ12の2×2画素としての4個のPD47それぞれに対して設ける狭帯域フィルタ42のうちの1個の狭帯域フィルタ42だけでは、十分な感度(光強度)が得られない狭帯域光については、その狭帯域光を透過する狭帯域フィルタとして、複数の狭帯域フィルタ42を採用することができる。

0189

図12のイメージセンサ2では、可視光センサ11の1画素としての1個のPD35を通過した光は、狭帯域フィルタ42を介して、狭帯域光となり、その可視光センサ11の1画素としての1個のPD35に対して設けられた、狭帯域光センサ12の2×2画素としての4個のPD47それぞれで受光されて光電変換される。

0190

以上のように、図12のイメージセンサ2では、可視光センサ11の1画素としての1個のPD35に対して、狭帯域光センサ12の2×2画素としての4個のPD47が設けられているので、最大で、4種類の狭帯域の狭帯域光に対応する狭帯域画像としてのマルチスペクトルデータを取得することができる。

0191

ここで、図12のイメージセンサ2では、図6の場合と同様に、可視光センサ11の、緑色の(光を透過する)カラーフィルタを透過した光を受光するG画素としてのPD35を構成するSiを透過した光が、狭帯域フィルタ42を透過することにより、狭帯域光とされ、狭帯域光センサ12の画素としてのPD47で受光される。

0192

以上のように、図12のイメージセンサ2では、可視光センサ11の1画素としての1個のPD35に対して、狭帯域光センサ12の2×2画素としての4個のPD47が設けられており、その狭帯域光センサ12の2×2画素としての4個のPD47それぞれに対しては、個別の狭帯域フィルタ42が設けられているので、異なる狭帯域(波長)の狭帯域光を受光することができる。

0193

なお、図12では、可視光センサ11の1画素(としての1個のPD35)に対して、狭帯域光センサ12の2×2画素(としての4個のPD47)と、その2×2画素に対して個別の狭帯域フィルタ42を設けることとしたが、可視光センサ11の1画素に対しては、狭帯域光センサ12の、2×2画素以外の、例えば、3×3画素や、4×4画素、2×4画素等の複数の画素と、その複数の画素に対して個別の(複数の)狭帯域フィルタ42を設けることができる。

0194

<イメージセンサ2の第4の構成例>

0195

図13は、イメージセンサ2の第4の構成例の概略を示す斜視図である。

0196

なお、図中、図12の場合と対応する部分については、同一の符号を付してあり、以下では、その説明は、適宜省略する。

0197

イメージセンサ2の第4の構成例では、可視光センサ11の、複数としての、例えば、2×2画素としての4個のPD35に対して、狭帯域光センサ12の、複数としての4×4画素としての16個のPD47が設けられている。

0198

これにより、可視光センサ11の2×2画素としての4個のPD35を透過した光は、その2×2画素に対して設けられた、狭帯域光センサ12の4×4画素としての16個のPD47で、いわばまとめて受光される。

0199

可視光センサ11の2×2画素としての4個のPD35に対して設けられた、狭帯域光センサ12の4×4画素としての16個のPD47それぞれに対しては、個別の狭帯域フィルタ42が設けられている。

0200

図12の場合と同様に、狭帯域光センサ12の4×4画素としての16個のPD47それぞれに対して設ける狭帯域フィルタ42は、互いに異なる狭帯域を通過帯域とするフィルタであっても良いし、2以上が同一の狭帯域を通過帯域とするフィルタであっても良い。

0201

図13のイメージセンサ2では、可視光センサ11の2×2画素としての4個のPD35を通過した光は、狭帯域フィルタ42を介して、狭帯域光となり、その可視光センサ11の2×2画素としての4個のPD35に対して設けられた、狭帯域光センサ12の4×4画素としての16個のPD47それぞれで受光されて光電変換される。

0202

以上のように、図13のイメージセンサ2では、可視光センサ11の2×2画素としての4個のPD35に対して、狭帯域光センサ12の4×4画素としての16個のPD47が設けられているので、最大で、16種類の狭帯域の狭帯域光に対応する狭帯域画像としてのマルチスペクトルデータを取得することができる。

0203

ここで、図13のイメージセンサ2において、狭帯域光センサ12の4×4画素に対する、可視光センサ11の2×2画素は、可視光センサ11の、緑色のカラーフィルタ(以下、Gフィルタともいう)を透過した光を受光する2個のG画素、赤色のカラーフィルタ(以下、Rフィルタともいう)を透過した光を受光する1個のR画素、及び、青色のカラーフィルタ(以下、Bフィルタともいう)を透過した光を受光する1個のB画素である。

0204

したがって、図13のイメージセンサ2では、2個のG画素、1個のR画素、及び、1個のB画素としてのPD35のそれぞれを透過した光が、いわばまとめて、狭帯域フィルタ42を透過し、その結果得られる狭帯域光が、狭帯域光センサ12の4×4画素で受光される。

0205

そのため、狭帯域光センサ12では、可視光センサ11のR画素、G画素、及び、B画素のそれぞれを透過した光のまとまりを対象として、その光のまとまりの中から、狭帯域フィルタ42を透過させる狭帯域光を選択して受光することができる。

0206

<イメージセンサ2の第5の構成例>

0207

図14は、イメージセンサ2の第5の構成例の概略を示す斜視図である。

0208

なお、図中、図6の場合と対応する部分については、同一の符号を付してあり、以下では、その説明は、適宜省略する。

0209

図14において、イメージセンサ2は、図6と同様に、3個の第1層基板ないし第3層基板が積層されて構成されている。

0210

但し、図6では、第1層基板は可視光センサ11に、第2層基板は狭帯域光センサ12に、第3層基板は回路基板13に、それぞれなっているが、図14では、第1層基板は可視光センサ11に、第2層は回路基板13に、第3層基板は狭帯域光センサ12に、それぞれなっている。

0211

また、図14のイメージセンサ2の第5の構成例では、可視光センサ11の1画素としての1個のPD35に対して、狭帯域光センサ12の、複数としての4×4画素としての16個のPD47が設けられている。

0212

これにより、可視光センサ11の1画素としての1個のPD35を透過した光は、その1画素に対して設けられた、狭帯域光センサ12の4×4画素としての16個のPD47で受光される。

0213

また、図14では、図13の場合と同様に、可視光センサ11の1画素としての1個のPD35に対して設けられた、狭帯域光センサ12の4×4画素としての16個のPD47それぞれに対して、個別の狭帯域フィルタ42が設けられている。

0214

図14のイメージセンサ2では、可視光センサ11の1画素としての1個のPD35を通過した光は、狭帯域フィルタ42を介して、狭帯域光となり、その可視光センサ11の1画素としての1個のPD35に対して設けられた、狭帯域光センサ12の4×4画素としての16個のPD47それぞれで受光されて光電変換される。

0215

ここで、図14では、可視光センサ11の1画素としての1個のPD35を通過した光は、回路基板13を透過した後に、狭帯域フィルタ42を介して、狭帯域光センサ12の4×4画素としての16個のPD47で受光される。

0216

回路基板13は、例えば、Siで構成されるが、そのSiで構成される回路基板13のうちの、可視光センサ11の1画素としての1個のPD35を通過して狭帯域光センサ12の4×4画素としての16個のPD47で受光される光の光路との交点となる部分は、透明材料101である、例えば、SiO2で構成されている。

0217

したがって、可視光センサ11の1画素としての1個のPD35を通過した光は、回路基板13を透過するときに、透明材料101であるSiO2を透過するので、回路基板13を(ほぼ)減衰せずに透過して、狭帯域光センサ12で受光される。

0218

なお、図14において、狭帯域センサ12では、可視光センサ11の画素としてのPD35を構成するSi、及び、回路基板13の透明材料101であるSiO2を透過した光(狭帯域光)が受光される。したがって、図14において、狭帯域光センサ12で受光される光が透過するSi層は、可視光センサ11の画素としてのPD35を構成するSiの1層である。

0219

図14のイメージセンサ2では、可視光センサ11の1画素としての1個のPD35に対して、狭帯域光センサ12の4×4画素としての16個のPD47が設けられているので、最大で、16種類の狭帯域の狭帯域光に対応する狭帯域画像としてのマルチスペクトルデータを取得することができる。

0220

ここで、図14のイメージセンサ2において、狭帯域光センサ12の4×4画素に対する、可視光センサ11の1画素は、可視光センサ11の、緑色のカラーフィルタを透過した光を受光する1個のG画素である。

0221

したがって、図14のイメージセンサ2では、狭帯域光センサ12の画素としてのPD47は、G画素を透過した光、すなわち、緑色のカラーフィルタを透過した光(さらには、可視光センサ11の画素としてのPD35を構成するSi、及び、狭帯域フィルタ42を透過した光である狭帯域光)を受光する。

0222

<イメージセンサ2の第6の構成例>

0223

図15は、イメージセンサ2の第6の構成例の概略を示す斜視図である。

0224

なお、図中、図14の場合と対応する部分については、同一の符号を付してあり、以下では、その説明は、適宜省略する。

0225

図15のイメージセンサ2では、図14と同様に、第1層基板は可視光センサ11に、第2層は回路基板13に、第3層基板は狭帯域光センサ12に、それぞれなっている。

0226

また、図15のイメージセンサ2の第6の構成例では、図14と同様に、可視光センサ11の1画素に対して、狭帯域光センサ12の、複数としての4×4画素としての16個のPD47が設けられている。

0227

但し、図15では、狭帯域光センサ12の4×4画素としての16個のPD47に対する可視光センサ11の1画素は、PD35ではなく、透明材料112である、例えば、SiO2になっている。

0228

さらに、透明材料112であるSiO2になっている可視光センサ11の1画素に対するカラーフィルタは、ベイヤ配列を構成するRフィルタ、Gフィルタ、Bフィルタのいずれでもない、白色の(光を透過する)カラーフィルタ(以下、W(White)フィルタともいう)111になっている。

0229

すなわち、図15において、狭帯域光センサ12の4×4画素としての16個のPD47に対する可視光センサ11の1画素のカラーフィルタは、本来、ベイヤ配列のGフィルタであるが、そのGフィルタの部分が、Wフィルタ111に加工されている。

0230

また、図14では、回路基板13の、狭帯域光センサ12で受光される光(図中、矢印で示す)の光路との交点の部分が、透明材料101であるSiO2で構成されているが、図15では、透明材料101であるSiO2では構成されておらず、Siで構成される。

0231

以上のように構成される図15のイメージセンサ2では、OCCF32のRフィルタ、Gフィルタ、又は、Bフィルタを透過した光は、可視光センサ11の画素としてのPD35で受光される。

0232

また、OCCF32のWフィルタ111を透過した光は、可視光センサ11の画素としての透明材料112であるSiO2を透過し、回路基板13に入射する。

0233

回路基板13に入射した光は、その回路基板13を構成するSiを透過し、狭帯域フィルタ42を介して、狭帯域光となって、狭帯域光センサ12の4×4画素としての16個のPD47それぞれで受光される。

0234

図15のイメージセンサ2では、可視光センサ11の1画素としての透明材料112であるSiO2に対して、狭帯域光センサ12の4×4画素としての16個のPD47が設けられているので、図14の場合と同様に、最大で、16種類の狭帯域の狭帯域光に対応する狭帯域画像としてのマルチスペクトルデータを取得することができる。

0235

なお、図15において、狭帯域センサ12では、可視光センサ11の画素としての透明材料112であるSiO2、及び、回路基板13を構成するSiを透過した光(狭帯域光)が受光される。したがって、図15において、狭帯域光センサ12で受光される光が透過するSi層は、回路基板13を構成するSiの1層である。

0236

また、図15のイメージセンサ2において、狭帯域光センサ12の4×4画素に対する、可視光センサ11の1画素としての透明材料112であるSiO2は、OCCF32のWフィルタ111を透過した光を透過する。

0237

したがって、図15のイメージセンサ2では、狭帯域光センサ12の画素としてのPD47は、Wフィルタ111を透過した光(さらには、可視光センサ11の画素としての透明材料112であるSiO2、回路基板13を構成するSi、及び、狭帯域フィルタ42を透過した光である狭帯域光)を受光する。

0238

<イメージセンサ2の第7の構成例>

0239

図16は、イメージセンサ2の第7の構成例を示す断面図である。

0240

なお、図中、図11の場合と対応する部分については、同一の符号を付してあり、以下では、その説明は、適宜省略する。

0241

図16では、可視光センサ11の半導体層34には、画素としてのPD35か、又は、PD35に代えて、透過率が高い透明材料121である、例えば、SiO2が形成されている。すなわち、半導体層34において、狭帯域センサ12の画素としてのPD47に対応する可視光センサ11の画素の部分が開口され、その開口が透明材料121であるSiO2で埋められている。

0242

さらに、図16では、OCCF32のうちの、可視光センサ11の画素としての透明材料121であるSiO2に対応する部分は、ベイヤ配列の本来の色のカラーフィルタに代えて、Wフィルタ122になっている。

0243

以上のように構成される図16のイメージセンサ2では、可視光センサ11の1画素としてのPD35には、OCCF32のRフィルタ、Gフィルタ、又は、Bフィルタを透過した光が入射して受光される。

0244

また、可視光センサ11の1画素としての透明材料121であるSiO2には、Wフィルタ122を透過した光L11やL12が入射して透過する。透明材料121であるSiO2を透過した光L11及びL12は、それぞれ別個の狭帯域フィルタ42を透過して、狭帯域光センサ12の別個の画素としてのPD47で受光される。

0245

ここで、例えば、図5のイメージセンサ2では、狭帯域フィルタ42に入射する光は、例えば、可視光センサ11の1画素としてのPD35を構成するSiを透過した光であるので、そのSiにおいて、長波長でない光は吸収される。その結果、狭帯域光センサ12の画素としてのPD47で受光することができる狭帯域光は、可視光センサ11の1画素としてのPD35を構成するSiで吸収されなかった長波長の光の範囲に制限される。

0246

一方、図16のイメージセンサ2では、狭帯域フィルタ42に入射する光は、Wフィルタ122、及び、透明材料121であるSiO2を透過した光であり、例えば、図5の場合のように、Siで吸収される光はない。その結果、狭帯域光センサ12の画素としてのPD47で受光することができる狭帯域光は、狭帯域フィルタ42に入射する光、すなわち、例えば、紫外光から赤外光までの広帯域の光の中から選択することができる。

0247

したがって、狭帯域フィルタ42に入射する光が、Siを透過した光である、例えば、図5のイメージセンサ2は、長波長の光の中から、狭帯域光センサ12で受光する狭帯域光の選択が可能な、長波長対応型のイメージセンサである、ということができる。

0248

一方、狭帯域フィルタ42に入射する光が、Wフィルタ122、及び、透明材料121であるSiO2を透過した光である図16のイメージセンサ2は、広帯域の光の中から、狭帯域光センサ12で受光する狭帯域光の選択が可能な、全波長対応型のイメージセンサである、ということができる。

0249

図17は、図16のイメージセンサ2の第7の構成例の概略を示す斜視図である。

0250

なお、図中、図12の場合と対応する部分については、同一の符号を付してあり、以下では、その説明は、適宜省略する。

0251

イメージセンサ2の第7の構成例では、可視光センサ11の画素の一部が、PD35ではなく、透明材料121であるSiO2になっており、その画素に対する、ベイヤ配列のOCCF32のカラーフィルタが、ベイヤ配列の本来の色のカラーフィルタではなく、Wフィルタ122になっている。

0252

そして、水平方向及び垂直方向のそれぞれについて、可視光センサ11の1画素としての透明材料121であるSiO2に対して、狭帯域光センサ12の2画素としての2個のPD47が設けられている。

0253

したがって、イメージセンサ2の第7の構成例では、図17に示すように、可視光センサ11の1画素としての透明材料121であるSiO2に対して、狭帯域光センサ12の2×2画素としての4個のPD47が設けられている。

0254

これにより、可視光センサ11の1画素としての透明材料121であるSiO2を透過した光は、その1画素に対して設けられた、狭帯域光センサ12の2×2画素としての4個のPD47で受光される。

0255

可視光センサ11の1画素としての1個のPD35に対して設けられた、狭帯域光センサ12の2×2画素としての4個のPD47それぞれに対しては、個別の狭帯域フィルタ42が設けられている。

0256

以上のように構成される図17のイメージセンサ2では、可視光センサ11の画素としてのPD35には、OCCF32のRフィルタ、Gフィルタ、又は、Bフィルタを透過した光が入射して受光される。

0257

また、可視光センサ11の画素としての透明材料121であるSiO2には、Wフィルタ122を透過した光が入射して透過する。透明材料121であるSiO2を透過した光は、狭帯域フィルタ42を介して、狭帯域光となり、可視光センサ11の画素としての透明材料121であるSiO2に対して設けられた、狭帯域光センサ12の2×2画素としての4個のPD47それぞれで受光される。

0258

Wフィルタ122、及び、透明材料121であるSiO2を透過した光は、広帯域の光、すなわち、イメージセンサ2に入射する光と同様のスペクトル成分を有する光であるので、狭帯域光センサ12では、そのような広帯域の光の中から、狭帯域フィルタ42を透過させる狭帯域光を選択して受光することができる。

0259

<イメージセンサ2の第8の構成例>

0260

図18は、イメージセンサ2の第8の構成例の概略を示す斜視図である。

0261

なお、図中、図13の場合と対応する部分については、同一の符号を付してあり、以下では、その説明は、適宜省略する。

0262

また、以下では、説明を簡単にするため、可視光センサ11を第1層基板とし、狭帯域光センサ12を第2層基板とし、回路基板13を第3層基板とすることとする。さらに、以下では、第3層基板の回路基板13については、図示を省略する。

0263

イメージセンサ2の第8の構成例では、可視光センサ11の、R画素としての1個のPD35に対して、狭帯域光センサ12の、複数としての4×4画素としての16個のPD47が設けられている。

0264

これにより、可視光センサ11のR画素としての1個のPD35を透過した光は、そのR画素に対して設けられた、狭帯域光センサ12の4×4画素としての16個のPD47で受光される。

0265

可視光センサ11のR画素としての1個のPD35に対して設けられた、狭帯域光センサ12の4×4画素としての16個のPD47それぞれに対しては、個別の狭帯域フィルタ42が設けられている。

0266

図18のイメージセンサ2では、可視光センサ11のR画素としての1個のPD35を通過した光は、狭帯域フィルタ42を介して、狭帯域光となり、その可視光センサ11のR画素としての1個のPD35に対して設けられた、狭帯域光センサ12の4×4画素としての16個のPD47それぞれで受光される。

0267

以上のように、図18のイメージセンサ2では、R画素としてのPD35を透過した光が、狭帯域フィルタ42を透過し、その結果得られる狭帯域光が、狭帯域光センサ12の4×4画素で受光される。

0268

そのため、狭帯域光センサ12では、可視光センサ11のR画素としてのPD35を透過した光を対象として、その光の中から、狭帯域フィルタ42を透過させる狭帯域光を選択して受光することができる。

0269

ここで、図18のイメージセンサ2の第8の構成例では、狭帯域光センサ12は、可視光センサ11のR画素としてのPD35を透過した光、すなわち、OCCF32のRフィルタを透過した光のうちの狭帯域フィルタ42を透過した狭帯域光を受光する。

0270

したがって、図18のイメージセンサ2では、狭帯域光センサ12が受光する狭帯域光は、OCCF32のRフィルタを透過した光の中から選択することができるので、例えば、波長が600nm程度以上の光から赤外光までの範囲の狭帯域光を受光する場合に有効である。

0271

また、例えば、図6のイメージセンサ2の第1の構成例では、上述したように、狭帯域光センサ12は、可視光センサ11のG画素としてのPD35を透過した光、すなわち、OCCF32のGフィルタを透過した光のうちの狭帯域フィルタ42を透過した狭帯域光を受光する。

0272

したがって、図6のイメージセンサ2では、狭帯域光センサ12が受光する狭帯域光は、OCCF32のGフィルタを透過した光の中から選択することができるので、図7に示した検出項目のうちの、例えば、葉緑素や、ベータカロチンヘモグロビン等を検出するための狭帯域光を受光する場合に有効である。

0273

なお、図6図18のイメージセンサ2と同様にして、狭帯域光センサ12が、可視光センサ11のB画素としてのPD35を透過した光のうちの狭帯域フィルタ42を透過した狭帯域光を受光するイメージセンサ(以下、B画素対象センサともいう)を構成することができる。

0274

但し、B画素対象センサでは、可視光センサ11のB画素としてのPD35を透過した光は、そのB画素としてのPD35に入射する前に、OCCF32のBフィルタを透過しているので、B画素としてのPD35を構成するSiを透過することができる長波長の光を(ほとんど)含んでいない。

0275

したがって、B画素対象センサでは、PD35を構成するSiを透過する光がほとんどないため、狭帯域光センサ12において、十分な強度の光を受光することは難しい。

0276

<イメージセンサ2の第9の構成例>

0277

図19は、イメージセンサ2の第9の構成例の概略を示す斜視図である。

0278

なお、図中、図17の場合と対応する部分については、同一の符号を付してあり、以下では、その説明は、適宜省略する。

0279

イメージセンサ2の第9の構成例では、ベイヤ配列のOCCF32の一部のカラーフィルタが、ベイヤ配列の本来の色のカラーフィルタではなく、Wフィルタ131になっている。

0280

そして、可視光センサ11の、Wフィルタ131に対する画素、すなわち、Wフィルタ131を透過した光を受光するW画素としてのPD35に対して、狭帯域光センサ12の2×2画素としての4個のPD47が設けられている。

0281

これにより、可視光センサ11のW画素としてのPD35を透過した光は、そのW画素に対して設けられた、狭帯域光センサ12の2×2画素としての4個のPD47で受光される。

0282

可視光センサ11のW画素としてのPD35に対して設けられた、狭帯域光センサ12の2×2画素としての4個のPD47それぞれに対しては、個別の狭帯域フィルタ42が設けられている。

0283

以上のように構成される図19のイメージセンサ2では、可視光センサ11のR画素、G画素、又は、B画素としてのPD35には、OCCF32のRフィルタ、Gフィルタ、又は、Bフィルタを透過した光が入射して受光される。

0284

また、可視光センサ11のW画素としてのPD35には、Wフィルタ131を透過した光が入射して受光される。

0285

また、可視光センサ11のW画素としてのPD35では、Wフィルタ131を透過した光の一部が透過する。可視光センサ11のW画素としてのPD35(を構成するSi)を透過した光は、狭帯域フィルタ42を介して、狭帯域光となり、可視光センサ11のW画素としてのPD35に対して設けられた、狭帯域光センサ12の2×2画素としての4個のPD47それぞれで受光される。

0286

以上のように、図19のイメージセンサ2では、狭帯域光センサ12において、Wフィルタ131、及び、W画素としてのPD35を構成するSi(さらには、狭帯域フィルタ42)を透過した光が受光される。

0287

したがって、狭帯域光センサ12において、RフィルタとR画素としてのPD35、GフィルタとG画素としてのPD35、又は、BフィルタとB画素としてのPD35を透過した光を受光する場合に比較して、減衰の少ない狭帯域光を受光すること、すなわち、狭帯域光の高感度の受光を行うことができる。

0288

なお、図19のイメージセンサ2では、狭帯域光センサ12が受光する狭帯域光は、Wフィルタ131、及び、W画素としてのPD35を構成するSiを透過した光から選択することができるので、W画素としてのPD35を構成するSiの厚さにもよるが、例えば、波長が550nm程度以上の光から赤外光までの範囲の狭帯域光を受光する場合に有効である。

0289

<イメージセンサ2の第10の構成例>

0290

図20は、イメージセンサ2の第10の構成例の概略を示す斜視図である。

0291

なお、図中、図17の場合と対応する部分については、同一の符号を付してあり、以下では、その説明は、適宜省略する。

0292

イメージセンサ2の第10の構成例では、可視光センサ11の画素の一部が、PD35ではなく、透明材料141である、例えば、SiO2になっている。図20では、ベイヤ配列のOCCF32の、例えば、一部のGフィルタに対する画素(G画素)が、透明材料141になっている。

0293

そして、可視光センサ11の1画素としての透明材料141であるSiO2に対して、狭帯域光センサ12の2×2画素としての4個のPD47が設けられている。

0294

これにより、可視光センサ11の画素としての透明材料141であるSiO2を透過した光は、その画素に対して設けられた、狭帯域光センサ12の2×2画素としての4個のPD47で受光される。

0295

可視光センサ11の画素としてのPD35に対して設けられた、狭帯域光センサ12の2×2画素としての4個のPD47それぞれに対しては、個別の狭帯域フィルタ42が設けられている。

0296

以上のように構成される図20のイメージセンサ2では、可視光センサ11の画素としてのPD35には、OCCF32のRフィルタ、Gフィルタ、又は、Bフィルタを透過した光が入射して受光される。

0297

また、可視光センサ11の画素としての透明材料141であるSiO2では、その画素に対するGフィルタを透過した光が入射して透過する。透明材料141であるSiO2を透過した光は、狭帯域フィルタ42を介して、狭帯域光となり、可視光センサ11の画素としての透明材料141であるSiO2に対して設けられた、狭帯域光センサ12の2×2画素としての4個のPD47それぞれで受光される。

0298

したがって、図20のイメージセンサ2では、狭帯域光センサ12が受光する狭帯域光は、OCCF32のGフィルタを透過した光の中から選択することができるので、図7に示した検出項目のうちの、例えば、葉緑素や、ベータカロチン、ヘモグロビン等を検出するための狭帯域光を受光する場合に有効である。

0299

さらに、狭帯域光センサ12が受光する狭帯域光は、Gフィルタを透過した後に、可視光センサ11の画素としての透明材料141であるSiO2を透過した光であるので、狭帯域光センサ12が、Gフィルタを透過した後に、光センサ11の画素としてのPD35を構成するSiを透過した光を受光する図6の場合に比較して、そのSiによる光の吸収がない分、狭帯域光の高感度の受光を行うことができる。

0300

<イメージセンサ2の第11の構成例>

0301

図21は、イメージセンサ2の第11の構成例の概略を示す斜視図である。

0302

なお、図中、図20の場合と対応する部分については、同一の符号を付してあり、以下では、その説明は、適宜省略する。

0303

イメージセンサ2の第11の構成例では、可視光センサ11の画素の一部が、PD35ではなく、透明材料151である、例えば、SiO2になっている。図21では、ベイヤ配列のOCCF32の、例えば、一部のRフィルタに対する画素(R画素)が、透明材料151になっている。

0304

そして、可視光センサ11の1画素としての透明材料151であるSiO2に対して、狭帯域光センサ12の4×4画素としての16個のPD47が設けられている。

0305

これにより、可視光センサ11の画素としての透明材料151であるSiO2を透過した光は、その画素に対して設けられた、狭帯域光センサ12の4×4画素としての16個のPD47で受光される。

0306

可視光センサ11の画素としての透明材料151であるSiO2に対して設けられた、狭帯域光センサ12の4×4画素としての16個のPD47それぞれに対しては、個別の狭帯域フィルタ42が設けられている。

0307

以上のように構成される図21のイメージセンサ2では、可視光センサ11の画素としてのPD35には、OCCF32のRフィルタ、Gフィルタ、又は、Bフィルタを透過した光が入射して受光される。

0308

また、可視光センサ11の画素としての透明材料151であるSiO2では、その画素に対するRフィルタを透過した光が入射して透過する。透明材料151であるSiO2を透過した光は、狭帯域フィルタ42を介して、狭帯域光となり、可視光センサ11の画素としての透明材料151であるSiO2に対して設けられた、狭帯域光センサ12の4×4画素としての16個のPD47それぞれで受光される。

0309

したがって、図21のイメージセンサ2では、狭帯域光センサ12が受光する狭帯域光は、OCCF32のRフィルタを透過した光の中から選択することができるので、例えば、波長が600nm程度以上の光から赤外光までの範囲の狭帯域光を受光する場合に有効である。

0310

さらに、狭帯域光センサ12が受光する狭帯域光は、Rフィルタを透過した後に、可視光センサ11の画素としての透明材料151であるSiO2を透過した光であるので、狭帯域光センサ12が、Rフィルタを透過した後に、光センサ11の画素としてのPD35を構成するSiを透過した光を受光する図18の場合に比較して、そのSiによる光の吸収がない分、狭帯域光の高感度の受光を行うことができる。

0311

<イメージセンサ2の第12の構成例>

0312

図22は、イメージセンサ2の第12の構成例の概略を示す斜視図である。

0313

なお、図中、図20の場合と対応する部分については、同一の符号を付してあり、以下では、その説明は、適宜省略する。

0314

イメージセンサ2の第12の構成例では、可視光センサ11の画素の一部が、PD35ではなく、透明材料161である、例えば、SiO2になっている。図22では、ベイヤ配列のOCCF32の、例えば、一部のBフィルタに対する画素(B画素)が、透明材料161になっている。

0315

そして、可視光センサ11の1画素としての透明材料161であるSiO2に対して、狭帯域光センサ12の2×2画素としての4個のPD47が設けられている。

0316

これにより、可視光センサ11の画素としての透明材料161であるSiO2を透過した光は、その画素に対して設けられた、狭帯域光センサ12の2×2画素としての4個のPD47で受光される。

0317

可視光センサ11の画素としての透明材料161であるSiO2に対して設けられた、狭帯域光センサ12の2×2画素としての4個のPD47それぞれに対しては、個別の狭帯域フィルタ42が設けられている。

0318

以上のように構成される図22のイメージセンサ2では、可視光センサ11の画素としてのPD35には、OCCF32のRフィルタ、Gフィルタ、又は、Bフィルタを透過した光が入射して受光される。

0319

また、可視光センサ11の画素としての透明材料161であるSiO2には、その画素に対するBフィルタを透過した光が入射して透過する。透明材料161であるSiO2を透過した光は、狭帯域フィルタ42を介して、狭帯域光となり、可視光センサ11の画素としての透明材料161であるSiO2に対して設けられた、狭帯域光センサ12の2×2画素としての4個のPD47それぞれで受光される。

0320

したがって、図22のイメージセンサ2では、狭帯域光センサ12が受光する狭帯域光は、OCCF32のBフィルタを透過した光の中から選択することができるので、例えば、紫外光から、波長が500nm程度以下の光までの範囲の狭帯域光を受光する場合、すなわち、図7に示した検出項目のうちの、例えば、ベータカロチン、葉緑素、人肌関連の表皮毛穴等を検出(観察)するための狭帯域光を受光する場合に有効である。

0321

<イメージセンサ2の第13の構成例>

0322

図23は、イメージセンサ2の第13の構成例の概略を示す斜視図である。

0323

なお、図中、図19の場合と対応する部分については、同一の符号を付してあり、以下では、その説明は、適宜省略する。

0324

図23のイメージセンサ2は、図19のイメージセンサ2と同様に構成される。

0325

但し、図19のイメージセンサ2では、上述したように、ベイヤ配列のOCCF32が採用され、そのベイヤ配列のOCCF32の一部のカラーフィルタが、ベイヤ配列の本来の色のカラーフィルタではなく、Wフィルタになっている。

0326

これに対して、図23のイメージセンサ2では、元々、Wフィルタを有する配列のOCCF32が採用されている。

0327

したがって、図19のイメージセンサ2では、ベイヤ配列のOCCF32の一部を、Wフィルタに変更する加工を行う必要があるが、図23のイメージセンサ2では、元々、Wフィルタを有する配列のOCCF32が採用されているので、OCCF32を加工する必要はない。

0328

図23のイメージセンサ23では、可視光センサ11の、Wフィルタに対する画素、すなわち、Wフィルタを透過した光を受光するW画素としてのPD35に対して、狭帯域光センサ12の2×2画素としての4個のPD47が設けられている。

0329

さらに、可視光センサ11のW画素としてのPD35に対して設けられた、狭帯域光センサ12の2×2画素としての4個のPD47それぞれに対しては、個別の狭帯域フィルタ42が設けられている。

0330

以上のように構成される図23のイメージセンサ2では、可視光センサ11のR画素、G画素、B画素、又は、W画素としてのPD35には、OCCF32のRフィルタ、Gフィルタ、Bフィルタ、又は、Wフィルタを透過した光が入射して受光される。

0331

また、可視光センサ11の(一部又は全部の)W画素としてのPD35では、Wフィルタを透過した光の一部が透過する。可視光センサ11のW画素としてのPD35(を構成するSi)を透過した光は、狭帯域フィルタ42を介して、狭帯域光となり、可視光センサ11のW画素としてのPD35に対して設けられた、狭帯域光センサ12の2×2画素としての4個のPD47それぞれで受光される。

0332

図23のイメージセンサ2では、狭帯域光センサ12において、Wフィルタを透過した光から得られる狭帯域光が受光されるので、Rフィルタ、Gフィルタ、又は、Bフィルタを透過した光から得られる狭帯域光を受光する場合に比較して、広帯域の光から、狭帯域光センサ12で受光する狭帯域光を選択することができる。

0333

さらに、図23のイメージセンサ2では、可視光センサ11が、Wフィルタを透過した光を受光するPD35を有するので、例えば、Wフィルタ122を透過した光を受光するPD35に代えて、透明材料121であるSiO2が設けられている図17のイメージセンサ2に比較して、高画質の通常画像を得ることができる。

0334

以上のように、Wフィルタを有する配列のOCCF32を採用する図23のイメージセンサ2では、広帯域の光から、狭帯域光センサ12で受光する狭帯域光を選択することができるとともに、高画質の通常画像を得ることができるので、Wフィルタを有する配列のOCCF32は、可視光センサ11と狭帯域光センサ12とが積層されたイメージセンサ2と整合性相性)が良い。

0335

図24は、Wフィルタを有するOCCFの既存の配列(CFA(Color filter Array))の例を示す図である。

0336

OCCF32としては、図24に示したWフィルタを有する配列のOCCFは勿論、その他の、Wフィルタを有する任意の配列のOCCFを採用することができる。

0337

<イメージセンサ2の第14の構成例>

0338

図25は、イメージセンサ2の第14の構成例の概略を示す斜視図である。

0339

なお、図中、図17又は図23の場合と対応する部分については、同一の符号を付してあり、以下では、その説明は、適宜省略する。

0340

図25のイメージセンサ2は、図17のイメージセンサ2と同様に構成される。

0341

但し、図17のイメージセンサ2では、上述したように、ベイヤ配列のOCCF32が採用され、そのベイヤ配列のOCCF32の一部のカラーフィルタが、ベイヤ配列の本来の色のカラーフィルタではなく、Wフィルタになっている。

0342

これに対して、図25のイメージセンサ2では、図23の場合と同様に、元々、Wフィルタを有する配列のOCCF32が採用されている。

0343

したがって、図17のイメージセンサ2では、ベイヤ配列のOCCF32の一部を、Wフィルタに加工する必要があるが、図25のイメージセンサ2では、元々、Wフィルタを有する配列のOCCF32が採用されているので、OCCF32を加工する必要はない。

0344

また、図25のイメージセンサ2では、図17の場合と同様に、OCCF32の(一部又は全部の)Wフィルタに対する可視光センサ11の画素が、PD35ではなく、透明材料121であるSiO2になっており、その可視光センサ11の、Wフィルタに対するW画素としての透明材料171である、例えばSiO2に対して、狭帯域光センサ12の2×2画素としての4個のPD47が設けられている。

0345

以上のように構成される図25のイメージセンサ2では、可視光センサ11のR画素、G画素、B画素、又は、W画素としてのPD35には、OCCF32のRフィルタ、Gフィルタ、Bフィルタ、又は、Wフィルタを透過した光が入射して受光される。

0346

また、可視光センサ11のW画素としての透明材料171であるSiO2では、Wフィルタを透過した光が透過する。可視光センサ11のW画素としての透明材料171であるSiO2を透過した光は、狭帯域フィルタ42を介して、狭帯域光となり、可視光センサ11のW画素としての透明材料171であるSiO2に対して設けられた、狭帯域光センサ12の2×2画素としての4個のPD47それぞれで受光される。

0347

したがって、図25のイメージセンサ2では、可視光センサ11のW画素としての透明材料171であるSiO2の分だけ、可視光センサ11で得られる通常画像の画質が劣化する。

0348

しかしながら、図25のイメージセンサ2では、狭帯域光センサ12において、可視光センサ11の画素としてのPD35を構成するSiを透過した光ではなく、透明材料171であるSiO2を透過した光から得られる狭帯域光が受光されるので、光がSiを透過することによる減衰がない分だけ、狭帯域光の高感度の受光を行うことができる。

0349

<イメージセンサ2の第15の構成例>

0350

図26は、イメージセンサ2の第15の構成例の概略を示す斜視図である。

0351

なお、図中、図20の場合と対応する部分については、同一の符号を付してあり、以下では、その説明は、適宜省略する。

0352

イメージセンサ2の第15の構成例では、可視光センサ11の画素の一部が、PD35ではなく、透明材料181である、例えば、SiO2になっている。図26では、例えば、図20の場合と同様に、ベイヤ配列のOCCF32の一部のGフィルタに対する画素(G画素)が、透明材料181になっている。

0353

そして、可視光センサ11の1画素としての透明材料181であるSiO2に対して、狭帯域光センサ12の4×4画素としての16個のPD47が設けられている。

0354

これにより、可視光センサ11の画素としての透明材料181であるSiO2を透過した光は、その画素に対して設けられた、狭帯域光センサ12の4×4画素としての16個のPD47で受光される。

0355

可視光センサ11の画素としての透明材料181であるSiO2に対して設けられた、狭帯域光センサ12の4×4画素としての16個のPD47それぞれに対しては、個別の狭帯域フィルタ42が設けられている。

0356

以上のように構成される図26のイメージセンサ2では、可視光センサ11の画素としてのPD35には、OCCF32のRフィルタ、Gフィルタ、又は、Bフィルタを透過した光が入射して受光される。

0357

また、可視光センサ11の画素としての透明材料181であるSiO2には、その画素に対するGフィルタを透過した光が入射して透過する。透明材料181であるSiO2を透過した光は、狭帯域フィルタ42を介して、狭帯域光となり、可視光センサ11の画素としての透明材料181であるSiO2に対して設けられた、狭帯域光センサ12の4×4画素としての16個のPD47それぞれで受光される。

0358

ここで、可視光センサ11の画素と、狭帯域光センサ12の画素とが、例えば、同一のサイズの画素であることとすると、図26のイメージセンサ2では、狭帯域光センサ12で受光される光の面積は、その光が可視光センサ12を透過したときの面積よりも大になる。

0359

すなわち、図26のイメージセンサ2では、可視光センサ11の1画素としての透明材料181であるSiO2を透過した光が、狭帯域光センサ12の4×4画素としての16個のPD47それぞれで受光されるので、可視光センサ11の画素と、狭帯域光センサ12の画素とが、同一のサイズの画素である場合には、狭帯域光センサ12で受光される光の面積は、その光が可視光センサ12を透過したときの面積の4×4倍(以上)になる。

0360

言い換えれば、可視光センサ11の画素と、狭帯域光センサ12の画素とが、同一のサイズの画素である場合において、可視光センサ11の1画素としての透明材料181であるSiO2を透過した光が、狭帯域光センサ12の4×4画素としての16個のPD47それぞれで受光されるには、狭帯域光センサ12で受光される光の面積は、その光が可視光センサ12を透過したときの面積の4×4倍(以上)になっている必要がある。

0361

図26のイメージセンサ2では、狭帯域光センサ12で受光される光の面積が、その光が可視光センサ12を透過したときの面積の少なくとも4×4倍になるように、可視光センサ11の画素としての透明材料181と、狭帯域光センサ12の画素としてのPD47との間の距離、その他の位置関係が設定されている。

0362

狭帯域光センサ12で受光される光の面積が、その光が可視光センサ12を透過したときの面積よりも大である場合には、イメージセンサ2の光軸に対して(ほぼ)平行な方向から入射する光の他、イメージセンサ2の光軸に対してある程度傾いた斜め方向から入射する光を、下層側の狭帯域光センサ12で受光することが可能となるので、狭帯域光の高感度の受光を行うことが可能になる。

0363

なお、可視光センサ11の1画素としての透明材料181であるSiO2に対して設ける狭帯域光センサ12の画素の数は、4×4画素に限定されるものではなく、例えば、必要な検出項目等に基づいて、任意の数を採用することができる。

0364

<イメージセンサ2の第16の構成例>

0365

図27は、イメージセンサ2の第16の構成例の概略を示す斜視図である。

0366

なお、図中、図20の場合と対応する部分については、同一の符号を付してあり、以下では、その説明は、適宜省略する。

0367

図27のイメージセンサ2は、図20と同様に構成される。

0368

すなわち、図27のイメージセンサ2では、可視光センサ11の一部のG画素が、PD35ではなく、透明材料191である、例えば、SiO2になっている。

0369

さらに、可視光センサ11の1画素としての透明材料191であるSiO2に対して、狭帯域光センサ12の2×2画素としての4個のPD47が設けられ、その狭帯域光センサ12の2×2画素としての4個のPD47それぞれに対しては、個別の狭帯域フィルタ42が設けられている。

0370

図27では(図20でも同様)、可視光センサ11の4×4画素の中の1個のG画素が、透明材料191であるSiO2になっており、その1個のG画素に対して、狭帯域光センサ12の2×2画素としての4個のPD47が設けられている。

0371

ここで、可視光センサ11において、透明材料191であるSiO2になっているG画素を、G画素191と記載することとすると、ある位置PのG画素191に対して設けられた狭帯域光センサ12の2×2画素としての4個のPD47が受光する狭帯域光の帯域と、他の位置P'のG画素191に対して設けられた狭帯域光センサ12の2×2画素としての4個のPD47が受光する狭帯域光の帯域とは、同一の帯域とすることもできるし、異なる帯域とすることもできる。

0372

すなわち、位置PのG画素191に対して設けられた狭帯域光センサ12の2×2画素としての4個のPD47が受光する4つの狭帯域光の帯域を、それぞれb1,b2,b3,b4と表すとともに、他の位置P'のG画素191に対して設けられた狭帯域光センサ12の2×2画素としての4個のPD47が受光する4つの狭帯域光の帯域を、それぞれ、b1',b2',b3',b4'と表すこととする。

0373

位置Pについての帯域b1ないしb4は、他の位置P'についての帯域b1'ないしb4'とそれぞれ同一にすることができる。また、位置Pについての帯域b1ないしb4のうちの1以上の帯域それぞれは、他の位置P'についての帯域b1'ないしb4'のうちの1以上の帯域それぞれと異なる帯域とすることができる。

0374

図27では、位置Pについての帯域b1ないしb4のうちの1以上の帯域それぞれは、他の位置P'についての帯域b1'ないしb4'のうちの1以上の帯域それぞれと異なる帯域になっている。

0375

そのため、図27では、狭帯域フィルタ42は、位置によって異なっている。すなわち、位置PのG画素191に対して設けられた狭帯域光センサ12の2×2画素としての4個のPD47それぞれに対する狭帯域フィルタ42(の組み合わせ)と、他の位置P'のG画素191に対して設けられた狭帯域光センサ12の2×2画素としての4個のPD47それぞれに対する狭帯域フィルタ42(の組み合わせ)とは、通過帯域(の組み合わせ)が異なっている。

0376

図27のイメージセンサ2によれば、狭帯域光センサ12の位置(狭帯域センサ12でセンシング(撮影)される狭帯域画像の位置)によって異なる帯域の狭帯域光(スペクトル(画像))を受光することができる。

0377

以上のように、狭帯域光センサ12の位置によって異なる帯域の狭帯域光を受光する場合には、狭帯域光センサ12の受光面を、複数の領域に分け、その領域ごとに、異なる帯域の狭帯域光を受光することができる。

0378

図28は、複数の領域に分けられた狭帯域光センサ12の受光面の例を模式的に示す図である。

0379

図28では、狭帯域光センサ12の受光面は、水平方向及び垂直方向のそれぞれに2等分され、左上、左下、右上、及び、右下の4個の領域に分けられている。

0380

そして、左上の領域は、葉緑素を検出する狭帯域光を受光する葉緑素検出領域になっており、左下の領域は、オレイン酸を検出する狭帯域光を受光するオレイン酸検出領域になっている。また、右上の領域は、水分を検出する狭帯域光を受光する水分検出領域になっており、右下の領域は、糖分を検出する狭帯域光を受光する糖分検出領域になっている。

0381

狭帯域光センサ12の受光面を、図28に示した複数としての4個の領域に分けて、狭帯域光を受光することにより、複数の検出項目、すなわち、図28では、葉緑素、オレイン酸、水分、及び、糖分を、同時に検出することができる。

0382

以上のように、狭帯域光センサ12の受光面を、図28に示した4個の領域に分けたディジタルカメラ10を、例えば、図4で説明したように、トマト畑の監視カメラとして使用した場合には、トマトについて、葉緑素、オレイン酸、水分、及び、糖分を、同時に監視することができる。

0383

図29は、複数の領域に分けられた狭帯域光センサ12の受光面の他の例を模式的に示す図である。

0384

図29では、狭帯域光センサ12の受光面は、その受光面としての矩形の重心を中心とする所定半径の円によって、その所定半径の円内の領域と、円外の領域との2個の領域に分けられている。

0385

そして、円内の領域は、オレイン酸を検出する狭帯域光を受光するオレイン酸検出領域になっており、円外の領域は、葉緑素を検出する狭帯域光を受光する葉緑素検出領域になっている。

0386

なお、狭帯域光センサ12の受光面の分け方は、特に限定されるものではなく、狭帯域光センサ12の受光面は、例えば、ディジタルカメラ10の用途その他に応じて、任意の領域に分けることができる。

0387

<イメージセンサ2の第17の構成例>

0388

図30は、イメージセンサ2の第17の構成例の概略を示す斜視図である。

0389

なお、図中、図13の場合と対応する部分については、同一の符号を付してあり、以下では、その説明は、適宜省略する。

0390

図30のイメージセンサ2は、図13の場合と同様に構成される。

0391

但し、図13のイメージセンサ2では、OCCF32の色の配列が、ベイヤ配列になっているのに対して、図30のイメージセンサ2では、OCCF32の色の配列が、ベイヤ配列ではなく、Quadra配列になっている。

0392

Quadra配列では、R,G,Bの3色の各色のカラーフィルタが、2×2画素の単位で並んでいる。

0393

図30では、図13の場合と同様に、可視光センサ11の、複数としての2×2画素としての4個のPD35に対して、狭帯域光センサ12の、複数としての4×4画素としての16個のPD47が設けられている。

0394

また、図30では、狭帯域光センサ12の4×4画素に対する、可視光センサ11の2×2画素は、可視光センサ11の、2×2画素のG画素(Gフィルタを透過した光を受光する画素)になっている。

0395

したがって、図30のイメージセンサ2では、2×2画素のG画素としてのPD35のそれぞれを透過した光が、いわばまとまって、狭帯域フィルタ42を透過し、その結果得られる狭帯域光が、狭帯域光センサ12の4×4画素で受光される。

0396

その結果、狭帯域光センサ12では、可視光センサ11の2×2画素のG画素のそれぞれを透過した光のまとまりを対象として、その光のまとまりの中から、狭帯域フィルタ42を透過させる狭帯域光を選択して受光することができる。

0397

また、狭帯域光センサ12では、可視光センサ11の2×2画素のG画素のそれぞれを透過した光のまとまりから得られる狭帯域光を受光するので、可視光センサ11の1画素を透過した光から得られる狭帯域光を受光する場合よりも、狭帯域光の高感度の受光を行うことができる。

0398

<イメージセンサ2の第18の構成例>

0399

図31は、イメージセンサ2の第18の構成例の概略を示す斜視図である。

0400

なお、図中、図30の場合と対応する部分については、同一の符号を付してあり、以下では、その説明は、適宜省略する。

0401

図31のイメージセンサ2は、図30の場合と同様に構成される。

0402

但し、図30のイメージセンサ2では、OCCF32の色の配列が、Quadra配列になっているのに対して、図31のイメージセンサ2では、OCCF32の色の配列が、Quadra-White配列になっている。

0403

Quadra-White配列では、R,G,B,W(White)の4色の各色のカラーフィルタが、2×2画素の単位で並んでいる。

0404

図31では、図30と同様に、可視光センサ11の、複数としての2×2画素としての4個のPD35に対して、狭帯域光センサ12の、複数としての4×4画素としての16個のPD47が設けられている。

0405

また、図31では、狭帯域光センサ12の4×4画素に対する、可視光センサ11の2×2画素は、可視光センサ11の、2×2画素のW画素(Wフィルタを透過した光を受光する画素)になっている。

0406

したがって、図31のイメージセンサ2では、2×2画素のW画素としてのPD35のそれぞれを透過した光がまとまって、狭帯域フィルタ42を透過し、その結果得られる狭帯域光が、狭帯域光センサ12の4×4画素で受光される。

0407

その結果、狭帯域光センサ12では、可視光センサ11の2×2画素のW画素のそれぞれを透過した光のまとまりを対象として、その光のまとまりの中から、狭帯域フィルタ42を透過させる狭帯域光を選択して受光することができる。

0408

また、狭帯域光センサ12では、可視光センサ11の2×2画素のW画素のそれぞれを透過した光のまとまりから得られる狭帯域光を受光するので、可視光センサ11の1画素を透過した光から得られる狭帯域光を受光する場合よりも、狭帯域光の高感度の受光を行うことができる。

0409

ここで、例えば、図13に示したような、ベイヤ配列のOCCF32を採用したイメージセンサ2について、そのOCCF32の1箇所又は複数箇所を選択し、その選択した箇所の2×2画素のベイヤ配列の基本単位(左上が赤、右下が青、左下と右上が緑になっている2×2画素のカラーフィルタ)を、2×2画素のWフィルタに変更する加工を行うことでも、図31のイメージセンサ2と同様に、可視光センサ11の2×2画素のW画素のそれぞれを透過した光のまとまりを対象として、その光のまとまりの中から、狭帯域フィルタ42を透過させる狭帯域光を選択して受光することや、狭帯域光の高感度の受光を行うことができる。

0410

しかしながら、ベイヤ配列のOCCF32を採用したイメージセンサ2において、そのOCCF32のベイヤ配列の2×2画素の基本単位を、2×2画素のWフィルタに変更する加工を行う場合には、可視光センサ11において、Wフィルタに変更した2×2画素については、ベイヤ配列であれば得られるR,G、及び、Bそれぞれの光を受光することができなくなり、そのため、近接するR画素、G画素、又は、B画素から補間する必要が生じる。

0411

これに対して、元々、Wフィルタを有するQuadra-White配列のOCCF32を採用する図31のイメージセンサ2では、そのような補間を行う必要はない。

0412

図32は、Quadra配列と、Quadra-White配列とを示す図である。

0413

Quadra配列は、左上に、2×2画素のGフィルタを、左下に、2×2画素のBフィルタを、右上に、2×2画素のRフィルタを、右下に、2×2画素のGフィルタを、それぞれ配置した4×4画素のカラーフィルタを基本単位とする。

0414

Quadra-White配列は、左上に、2×2画素のWフィルタを、左下に、2×2画素のBフィルタを、右上に、2×2画素のRフィルタを、右下に、2×2画素のGフィルタを、それぞれ配置した4×4画素のカラーフィルタを基本単位とする。

0415

<イメージセンサ2の第19の構成例>

0416

図33は、イメージセンサ2の第19の構成例の概略を示す斜視図である。

0417

なお、図中、図18の場合と対応する部分については、同一の符号を付してあり、以下では、その説明は、適宜省略する。

0418

図33のイメージセンサ2は、図18の場合と同様に構成される。

0419

但し、図33のイメージセンサ2は、狭帯域光センサ12の画素としてのPD47(を含む半導体層46)がInGaAs系の材料で構成される点で、PD47がSiで構成される図18の場合と異なる。

0420

以上のように、図33のイメージセンサ2では、狭帯域光センサ12の画素としてのPD47がInGaAs系の材料で構成されるので、PD47がSiで構成される場合に検出感度が下がる700nm程度以上の、例えば、0.9ないし2.6um程度の長波長の狭帯域光を、高感度で検出(受光)することができる。

0421

なお、狭帯域光センサ12の画素としてのPD47をInGaAs系の材料で構成する場合には、InGaAs系の材料のInとGaとの組成比を調整することで、PD47で受光する狭帯域光の波長を、例えば、1.5ないし3.0um程度の範囲で調整することができる。一般に、InGaAs系の材料のInの組成比を大にするほど、より長波長側までの検出(受光)が可能になる。長波長の狭帯域光を受光することができる場合には、水分等の検出が可能になる。

0422

<イメージセンサ2の第20の構成例>

0423

図34は、イメージセンサ2の第20の構成例の概略を示す斜視図である。

0424

なお、図中、図18の場合と対応する部分については、同一の符号を付してあり、以下では、その説明は、適宜省略する。

0425

図34のイメージセンサ2は、図18の場合と同様に構成される。

0426

但し、図34のイメージセンサ2は、狭帯域光センサ12の画素としてのPD47が、PbS系、PbSe系、Ge系、InAs系、InSb系、又は、HgCdTe系の材料で構成される点で、PD47がSiで構成される図18の場合と異なる。

0427

以上のように、図34のイメージセンサ2では、狭帯域光センサ12の画素としてのPD47が、PbS系、PbSe系、Ge系、InAs系、InSb系、又は、HgCdTe系の材料で構成されるので、PD47がSiで構成される場合と異なる波長の狭帯域光を、高感度で検出することができる。

0428

PD47を、PbS系、PbSe系、Ge系、InAs系、InSb系、及び、HgCdTe系の材料のうちのいずれで構成するかは、狭帯域光センサ12で検出(受光)したい狭帯域光の波長によって決定される。

0429

例えば、波長が1.0ないし1.6um程度の狭帯域光を検出したい場合には、PD47を、PbS系、PbSe系、又は、Ge系の材料で構成し、例えば、波長が1.0ないし5.5um程度の狭帯域光を検出したい場合には、PD47を、InAs系、又は、InSb系の材料で構成することができる。

0430

<イメージセンサ2の第21の構成例>

0431

図35は、イメージセンサ2の第21の構成例の概略を示す斜視図である。

0432

なお、図中、図17の場合と対応する部分については、同一の符号を付してあり、以下では、その説明は、適宜省略する。

0433

図35のイメージセンサ2は、図17の場合と同様に構成される。

0434

但し、図35のイメージセンサ2は、狭帯域光センサ12の画素としてのPD47が、GaN系、InGaN系、又は、AlGaN系の材料で構成される点で、PD47がSiで構成される図17の場合と異なる。

0435

以上のように、図35のイメージセンサ2では、狭帯域光センサ12の画素としてのPD47が、GaN系、InGaN系、又は、AlGaN系の材料で構成されるので、PD47がSiで構成される場合と異なる波長の狭帯域光を、高感度で検出することができる。

0436

すなわち、PD47を、GaN系、InGaN系、又は、AlGaN系の材料で構成する場合には、狭帯域光センサ12において、紫外光から波長が400nm程度(0.2ないし0.4um程度)の光までの短波長の狭帯域光を検出することができる。

0437

以上のように、狭帯域光センサ12において、短波長の狭帯域光を検出(受光)する場合には、その短波長の狭帯域光が、狭帯域光センサ12の画素としてのPD47に十分な光強度(ある程度の光強度)で到達するように、そのPD47に対する可視光センサ11の画素は、透明材料121であるSiO2で構成し、その可視光センサ11の画素に対するOCCF32のカラーフィルタは、Wフィルタとすることが望ましい。

0438

なお、本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。例えば、本実施の形態におけるWフィルタについては、Wフィルタに代えて、分光特性がWフィルタに比較的近い、黄色の(光を透過する)カラーフィルタ(Y(Yellow)フィルタ)を採用することができる。

0439

さらに、例えば、本実施の形態では、イメージセンサ2を、第1層基板ないし第3層基板の3個の基板で構成することとしたが、イメージセンサ2は、2個の基板、又は、4個や5個等の4個以上の基板を積層して構成することができる。

0440

また、本実施の形態では、イメージセンサ2を構成する複数の基板のうちの1個の基板を、可視光を受光する可視光センサ11とするとともに、他の1個の基板を、狭帯域光を受光する狭帯域光センサ12としたが、イメージセンサ2には、2個以上の可視光センサや、2個以上の狭帯域光センサを設けることができる。

0441

すなわち、イメージセンサ2は、例えば、上層から下層に向かって、1個目の可視光センサ、2個目の可視光センサ、1個目の狭帯域光センサ、及び、2個目の狭帯域光センサを積層した4層以上で構成することができる。この場合、例えば、単純に、1個目の可視光センサ、2個目の可視光センサ、1個目の狭帯域光センサ、及び、2個目の狭帯域光センサにおいて、光電変換を行う画素の位置をずらし、上層から下層に、必要な光を透過させることで、最上層の1個目の可視光センサの他、それより下層の2個目の可視光センサ、1個目の狭帯域光センサ、及び、2個目の狭帯域光センサでも、必要な光を受光することができる。

0442

また、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、他の効果があってもよい。

0443

なお、本技術は、以下の構成をとることができる。

0444

<1>
2層以上に積層された複数の基板を備え、
前記複数の基板のうちの2個以上の基板は、光電変換を行う画素を有する基板であり、
前記画素を有する基板の少なくとも1個の基板は、可視光を受光する可視光センサであり、
前記画素を有する基板の少なくとも他の1個の基板は、狭帯域の波長帯の光を透過する光学フィルタである狭帯域フィルタを有し、前記狭帯域の光である狭帯域光を受光する狭帯域光センサである
固体撮像装置。
<2>
前記狭帯域光センサは、異なる波長帯の光を透過する複数の前記狭帯域フィルタを有する
<1>に記載の固体撮像装置。
<3>
前記可視光センサは、前記狭帯域光センサよりも、光が入射してくる方の上層に積層されている
<1>又は<2>に記載の固体撮像装置。
<4>
前記狭帯域光センサは、前記可視光センサ、及び、前記狭帯域フィルタを透過した光を受光する複数の画素を有する
<3>に記載の固体撮像装置。
<5>
前記可視光センサ、及び、前記狭帯域光センサのうちの、光が入射してくる方と反対の下層にある下層基板より上層の基板は、Siで構成され、
前記下層基板は、前記Siを透過した光を受光する
<1>ないし<4>のいずれかに記載の固体撮像装置。
<6>
前記可視光センサ、及び、前記狭帯域光センサのうちの、光が入射してくる方と反対の下層にある下層基板より上層の基板は、SiO2で構成され、
前記下層基板は、前記SiO2を透過した光を受光する
<1>ないし<4>のいずれかに記載の固体撮像装置。
<7>
前記可視光センサ、及び、前記狭帯域光センサよりも、光が入射してくる方の上層には、所定の色の光を透過する光学フィルタであるカラーフィルタが積層され、
前記可視光センサ、及び、前記狭帯域光センサは、緑色、赤色、又は、白色の光を透過するカラーフィルタを透過した光を受光する
<5>に記載の固体撮像装置。
<8>
前記可視光センサ、及び、前記狭帯域光センサよりも、光が入射してくる方の上層には、所定の色の光を透過する光学フィルタであるカラーフィルタが積層され、
前記可視光センサ、及び、前記狭帯域光センサは、緑色、赤色、青色、又は、白色の光を透過するカラーフィルタを透過した光を受光する
<6>に記載の固体撮像装置。
<9>
前記可視光センサ、及び、前記狭帯域光センサよりも、光が入射してくる方の上層には、所定の配列のカラーフィルタが積層され、
前記所定の配列のカラーフィルタは、白色の光を透過する白色フィルタを有する
<1>ないし<8>のいずれかに記載の固体撮像装置。
<10>
前記可視光センサより下層の前記狭帯域光センサで受光される光の面積は、その光が前記上層の前記可視光センサを透過したときの面積よりも大である
<3>又は<4>に記載の固体撮像装置。
<11>
前記上層の前記可視光センサを透過した光が透過する前記狭帯域フィルタは、位置によって異なる
<3>又は<4>に記載の固体撮像装置。
<12>
前記可視光センサより下層の前記狭帯域光センサは、前記上層の前記可視光センサの複数の画素それぞれを透過した光をまとめて受光する
<3>又は<4>に記載の固体撮像装置。
<13>
前記狭帯域光センサの前記画素は、InGaAs系の材料で構成される
<1>ないし<12>のいずれかに記載の固体撮像装置。
<14>
前記狭帯域光センサの前記画素は、PbS系、PbSe系、Ge系、InAs系、InSb系、又は、HgCdTe系の材料で構成される
<1>ないし<12>のいずれかに記載の固体撮像装置。
<15>
前記狭帯域光センサの前記画素は、GaN系、InGaN系、又は、AlGaN系の材料で構成される
<1>ないし<12>のいずれかに記載の固体撮像装置。
<16>
光を集光する光学系と、
光を受光し、画像を撮像する固体撮像装置と
を備え、
前記固体撮像装置は、
2層以上に積層された複数の基板を備え、
前記複数の基板のうちの2個以上の基板は、光電変換を行う画素を有する基板であり、
前記画素を有する基板の少なくとも1個の基板は、可視光を受光する可視光センサであり、
前記画素を有する基板の少なくとも他の1個の基板は、狭帯域の波長帯の光を透過する光学フィルタである狭帯域フィルタを有し、前記狭帯域の光である狭帯域光を受光する狭帯域光センサである
電子機器。

0445

1光学系, 2イメージセンサ, 3メモリ, 4信号処理部, 5 出力部, 6 制御部, 10ディジタルカメラ, 11可視光センサ, 12狭帯域光センサ, 13回路基板, 31OCL, 32 OCCF, 33絶縁膜, 34半導体層, 35 PD, 36 Poly層, 37配線層, 38配線, 41フィルタ層, 42狭帯域フィルタ, 43 配線層, 44 配線, 45 Poly層, 46 半導体層, 47 PD, 48支持基板/回路, 61,101 透明材料, 111 Wフィルタ, 112,121, 透明材料, 122,131 Wフィルタ, 141,151,161,171,181,191 透明材料

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